(57)【要約】【課題】ノブの回転を阻止するロック手段を備えたものにあって、ノブのロックを解除する際の操作性の優れた力覚付与型入力装置の提供。【解決手段】つまみ１（ノブ）が所定の回転角αまで回転し、ロータリエンコーダ２で所定の回転角αが検出されると、コントローラ６により電磁ブレーキ３が制御され、つまみ１の回転は阻止される。そして、つまみ１が電磁ブレーキ３でロックされた状態において、つまみ１に操作力が与えられ、その操作力の回転方向がひずみゲージ５により検出されると、コントローラ６により操作力の回転方向がつまみ１の回転角を増大させる矢印Ａ方向か否かが判断され、矢印Ａ方向でない（矢印Ｂ方向である）と判断されると、つまみ１のロックが解除されるようにした。【選択図】        図１
2004342019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手動で回転操作されるノブと、
このノブの回転角を検出し、その回転角に相当する回転角信号を出力する回転角検出手段と、
前記ノブに回転力を付与可能な回転力付与手段と、
ノブの回転を阻止可能なロック手段と、
このロック手段により前記ノブの回転が阻止された状態において前記ノブに与えられる操作力の回転方向を検出し、その回転方向に相当する回転方向信号を出力する方向検出手段と、
前記回転角信号および前記回転方向信号が入力され、これらの信号に応じて前記回転力付与手段および前記ロック手段を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラが、
前記ノブの回転角に応じたモータの回転力を演算し、算出された回転力に相当する制御信号を前記回転力付与手段に出力し、
前記ノブの回転角が所定の回転角に達したかどうかを判断し、所定の回転角に達したと判断したときに、前記ノブの回転を阻止する制御信号を前記ロック手段に出力し、
前記ロック手段により前記ノブの回転が阻止された状態においてノブに与えられた操作力の回転方向が、所定の方向かどうかを判断し、所定の方向であると判断したときに、前記ノブの回転の阻止を継続し、所定の方向でないと判断したときに、前記ノブの回転の阻止を解除するように設定したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、前記方向検出手段が、ひずみゲージからなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項３】
請求項１記載の発明において、前記回転力付与手段が、モータからなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項４】
請求項１記載の発明において、前記回転角検出手段が、ロータリエンコーダからなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項５】
請求項１記載の発明において、前記ノブが、回転つまみからなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項６】
請求項１記載の発明において、前記ノブが、操作レバーからなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項７】
請求項１記載の発明において、前記ロック手段が、電磁ブレーキからなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器、例えば車載用電気機器を操作する操作信号を出力する入力装置であって、ノブに回転角に応じた回転力を与えることにより、ノブから操作者に所定の力学的な感触（力覚）を与える力覚付与型入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、力覚付与型入力装置には、手動で回転操作されるノブと、このノブの回転角を検出するロータリエンコーダと、ノブに回転力を与えるモータと、前記ロータリエンコーダにより検出された回転角に応じてモータを制御するとともに、ノブの操作対象物である別の装置にノブの回転角に応じた操作信号を出力するコントローラとを備えるものがある。
【０００３】
このように構成された力覚付与型入力装置は、ノブを手動で回転操作することにより、電気機器、例えば車載用電気機器を操作する操作信号を出力するものであって、車載用エアコンの風量の調節や吹出し口の切換え、ラジオの音量やチューナの調節、オーディオの音量や音質の調節などが操作対象となる。
【０００４】
車載用エアコンの風量を調節する場合、例えば、ノブを風量を増加させる方向に回転すると、ノブの回転方向と反対方向の回転力がモータからノブに与えられ、風量を増加させる方向におけるノブの回転角の増大に従って、ノブに与えられる回転方向と反対方向の回転力が増大するように設定される。つまり、操作者は、ノブから与えられる抵抗力の増大に伴う抵抗感触（力覚）により、風量を増加させる方向にどの程度ノブを回転させたかを把握することができる。
【０００５】
なお、力覚付与型入力装置には、上述のように力覚として抵抗感触が得られるようにしたものの他に、ノブに回転方向と同方向の回転力を与えることにより力覚として加速感触が得られるようにしたものや、ノブの回転角が所定の回転角を超える際にノブに与える回転力を反転させることにより力覚としてクリック感触が得られるようにしたものなどがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−５０６３９号公報
（段落番号０００１〜００１０、図５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の力覚付与型入力装置では、ノブが所定の回転角まで回転したときにノブのそれ以上の回転を阻止する、すなわち、ノブをロックするロック手段を設けたいという要望がある。しかし、ノブをロックした場合、ロックの解除をどのように実現させるかが問題になる。例えば、力覚付与型入力装置と別個にロックの解除をロック手段に指示する指示装置などを設けた場合、ノブを把持していた手を一旦放して指示装置を操作し、その後に再びノブを把持するという煩雑な操作が必要になる。
【０００８】
本発明は、上述の実情を考慮してなされたものであり、その目的は、ノブの回転を阻止するロック手段を備えたものであって、ノブのロックを解除する際の操作性の優れた力覚付与型入力装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は、手動で回転操作されるノブと、このノブの回転角を検出し、その回転角に相当する回転角信号を出力する回転角検出手段と、前記ノブに回転力を付与可能な回転力付与手段と、ノブの回転を阻止可能なロック手段と、このロック手段により前記ノブの回転が阻止された状態において前記ノブに与えられる操作力の回転方向を検出し、その回転方向に相当する回転方向信号を出力する方向検出手段と、前記回転角信号および前記回転方向信号が入力され、これらの信号に応じて前記回転力付与手段および前記ロック手段を制御するコントローラとを備え、前記コントローラが、前記ノブの回転角に応じたモータの回転力を演算し、算出された回転力に相当する制御信号を前記回転力付与手段に出力し、前記ノブの回転角が所定の回転角に達したかどうかを判断し、所定の回転角に達したと判断したときに、前記ノブの回転を阻止する制御信号を前記ロック手段に出力し、前記ロック手段により前記ノブの回転が阻止された状態においてノブに与えられた操作力の回転方向が、所定の方向かどうかを判断し、所定の方向であると判断したときに、前記ノブの回転の阻止を継続し、所定の方向でないと判断したときに、前記ノブの回転の阻止を解除するように設定したことを特徴とする。
【００１０】
このように構成した本発明では、操作者がノブを把持して回転操作すると、このノブの回転が回転角検出手段により検出され、その回転角に相当する回転角信号がコントローラに出力される。
【００１１】
このとき、コントローラでは、ノブの回転角に応じた制御信号が回転力付与手段に出力される。これにより、回転力付与手段からノブに回転角に対応した回転力が与えられる。つまり、本発明では、ノブに回転角に対応した回転力を与えることにより、ノブから操作者に所定の力学的な感触（力覚）が与えることができる。
【００１２】
また、ノブの回転角が所定の回転角に達すると、回転角検出手段により所定の回転角が検出され、その所定の回転角に相当する回転角信号がコントローラに出力される。そして、コントローラからロック手段に、ノブの回転を阻止する制御信号が出力され、ノブが所定の回転角を超えて回転することが阻止される。
【００１３】
このようにしてノブの回転が阻止された状態において、操作者がノブを回転させようとしてノブに操作力を与えると、その操作力の回転方向が回転方向検出手段により検出され、その回転方向に相当する回転方向信号がコントローラに出力される。そして、コントローラにより、操作力の回転方向が所定の方向かどうかが判断される。
【００１４】
このとき、操作力の回転方向が所定の方向であると判断されると、コントローラからロック手段に、ノブの回転の阻止を継続させる制御信号が出力されて、ノブの回転が阻止された状態が継続される。また、操作力の回転方向が所定の方向でないと判断されると、コントローラからロック手段に、ノブの回転の阻止を解除させる制御信号が出力され、ノブが回転角の減少する方向に回転可能な状態となり、そのとき操作者からノブに与えられている操作力によりノブが回転する。
【００１５】
つまり、本発明によれば、ノブの回転が阻止されている状態、すなわちノブがロックされている状態のときに、ノブに操作力を与えることにより、ノブのロックを解除することができるので、ノブのロックを解除する際の操作性の優れた力覚付与型入力装置を実現できる。
【００１６】
また、本発明は、前記方向検出手段が、ひずみゲージからなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記回転力付与手段が、モータからなることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記回転角検出手段が、ロータリエンコーダからなることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記ノブが、回転つまみからなることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記ノブが、操作レバーからなることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記ロック手段が、電磁ブレーキからなることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の力覚付与型入力装置の実施形態について説明する。
【００２３】
［第１の実施形態］
はじめに、第１の実施形態について図１〜３を用いて説明する。
【００２４】
図１は、第１の実施形態の構造部の基本構成を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態に備えられるコントローラを含む電気系統のブロック図、図３は、つまみのロックを継続するとき、およびロックを解除するときの、第１の実施形態の動作手順を示すフローチャートである。
【００２５】
第１の実施形態は、電気機器、例えば車載用電気機器を操作するための操作信号を出力する入力装置であって、車載用エアコンの風量の調節や吹出し口の切換え、ラジオの音量のチューナの調節、オーディオの音量や音質の調節などが操作対象となる。ここでは、車載用エアコンの風量を調節する操作信号を出力する力覚付与型入力装置に採用した場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
図１において、１は、手動で矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に回転操作されるノブ、例えば操作者が摘んで回転操作するつまみである。２は、つまみ１の駆動軸７に設けられ、駆動軸７の回転角、すなわちつまみ１の回転角を検出し、その回転角に相当する回転角信号を出力する回転角検出手段、すなわちロータリエンコーダ２である。このロータリエンコーダ２は、縁に円周方向に沿って多数のコード、例えばスリットが配列されたコード板２ａと、コード板２ａのスリットに向かって光を放つ発光部２ｂと、スリットを通過した光を受光してそのスリットが示すコード板２ａの回転角、すなわちつまみ１の回転角に相当する回転角信号を出力する受光部２ｃとを備えている。
【００２７】
また、３は、駆動軸５の周囲に設けられ、つまみ１の回転を阻止可能なロック手段、例えば電磁ブレーキである。４は、つまみ１に回転力を与える回転力付与手段、例えばつまみ１の駆動軸７に出力軸を直結させたモータである。５は、電磁ブレーキ３によりつまみ１の回転が阻止された状態においてつまみ１に与えられる操作力の回転方向を検出し、その回転方向に相当する回転方向信号を出力する方向検出手段、例えば、駆動軸７の周側面に取り付けられたひずみゲージである。
【００２８】
また、図２において、６はコントローラであり、８はつまみ１の操作対象物であり、エアコンの風量を変化させるエアコン駆動部である。
【００２９】
コントローラ６は、入力部６ａ、演算部６ｂ、記憶部６ｃ、出力部６ｄを備えている。
【００３０】
入力部６ａは、ロータリエンコーダ２から出力された回転角信号と、ひずみゲージ５から出力された回転方向信号とが入力されるものである。演算部６ｂは、入力部６ａに入力された回転角信号に応じてエアコン駆動部８に出力する操作信号の値とモータ４を制御するモータ制御信号の値（電圧値）を演算するとともに、入力部６ａに入力された回転方向信号に応じて電磁ブレーキ３を制御するブレーキ制御信号の値（電圧値）を演算するものである。出力部６ｄは、演算部６ｂによる演算結果に応じて、エアコン駆動部８、モータ４および電磁ブレーキ３のそれぞれに、操作信号、モータ制御信号およびブレーキ制御信号を出力するものである。
【００３１】
なお、演算部６ｂは、つまみ１が所定の回転角αに達しかどうかを判断し、所定の回転角αに達したと判定したときに、電磁ブレーキ３によりつまみ１の回転を阻止する旨を決定するようになっている。
【００３２】
また、この演算部６ｂは、つまみ１が所定の回転角αに達したと判断した後、つまみ１に操作力が与えられると、その操作力の回転方向がつまみ１の回転角を増大させる矢印Ａ方向かどうかを判断し、矢印Ａ方向であると判定したときに、つまみ１のロックの継続を決定するようになっている。また、操作力の回転方向が矢印Ａ方向でないと判定したときに、つまり、つまみ１の回転角を減少させる矢印Ｂ方向であると判定したときに、つまみ１のロックの解除を決定するように設定してある。
【００３３】
そして、記憶部６ｃには、コントローラ６を動作させるための制御プログラムと、演算部６ｂによる操作信号の値の演算に使用される第１関数と、演算部６ｂによるモータ制御信号の値の演算に使用される第２関数と、上述のつまみ１のロックの継続と解除を決定するための演算式とを予め記憶させてある。
【００３４】
前記第１関数は、例えば、つまみ１の矢印Ａ方向の回転角の増大に従って風量を増加させるためのエアコン駆動部８の操作量に対応する操作信号の値を示す関数である。前記第２関数は、例えば、つまみ１の矢印Ａ方向の回転角の増大に従ってつまみ１に与える回転方向と反対方向の回転力を増大させるためのモータ４の駆動力に対応するモータ制御信号の値を示す関数である。
【００３５】
このように構成した第１の実施形態は、次のように動作する。
【００３６】
操作される前のつまみ１の回転角度は、基準角度０°となっていたとする。操作者がつまみ１を摘んで矢印Ａ方向に回転操作すると、つまみ１の基準角度０°からの回転角がロータリエンコーダ２により検出され、その回転角に相当する回転角信号がコントローラ６の入力部６ａに入力される。そして、演算部６ｂにより、つまみ１の回転角と、記憶部６ｃに予め記憶されている第１関数とから、つまみ１の回転角に応じた操作信号の値が演算される。そして、演算部６ｂにより算出された値の操作信号が出力部６ｄからエアコン駆動部８に出力される。これにより、エアコン駆動部８が動作し、風量が増加する。
【００３７】
このとき、演算部６ｂでは、操作信号の値を演算する一方で、つまみ１の回転角と、記憶部６ｃに予め記憶されている第２関数とから、つまみ１の回転角に応じたモータ制御信号の値の演算も行なわれる。そして、演算部６ｂにより算出された値のモータ制御信号が出力部６ｄからモータ４に出力される。これにより、モータ４からつまみ１には回転操作方向と反対方向（矢印Ｂ方向）の回転力、すなわち回転操作に抵抗する力が与えられ、この力がつまみ１の矢印Ａ方向における回転角の増大に従って、その回転操作に抵抗する力が増大する。つまり、操作者は、つまみ１から与えられる抵抗力の増大に伴う抵抗感触（力覚）により、風量を増加させる矢印Ａ方向につまみ１をどの程度回転させたかを把握することができる。
【００３８】
また、つまみ１の回転角が所定の回転角αに達すると、ロータリエンコーダ２により所定の回転角αが検出され、その所定の回転角αに相当する回転角信号がコントローラ６の入力部６ａに入力される。そして、演算部６ｂにより、記憶部６ｃに予め記憶されている演算式に基づいて、つまみ１の回転を阻止する旨が決定され、この決定に対応するブレーキ制御信号が出力部６ｄから電磁ブレーキ３に出力される。これにより、つまみ１が所定の回転角αを超えて回転することが阻止される。
【００３９】
また、このようにつまみ１の回転が阻止された状態において、操作者がつまみ１を回転させようとしてつまみ１に操作力を与えると、図３に示す手順の動作が行なわれる。
【００４０】
すなわち、つまみ１に与えられた操作力の回転方向がひずみゲージ５により検出され、その回転方向に相当する回転方向信号がコントローラ６の入力部６ａに入力される（手順Ｓ１）。そして、演算部６ｂにより、記憶部６ｃに予め記憶されている演算式に基づいて、操作力の回転方向がつまみ１の回転角を増大させる矢印Ａ方向かどうかが判断される（手順Ｓ２）。
【００４１】
このとき、操作力の回転方向が矢印Ａ方向であると判断されると（手順Ｓ２でＹＥＳ）、出力部６ｄから電磁ブレーキ３に、つまみ１の回転の阻止を継続させるブレーキ制御信号が出力され（手順Ｓ３）、つまみ１の回転が阻止された状態が継続される。また、操作力の回転方向がつまみ１の回転を増加させる方向でないと判断されると（手順Ｓ２でＮＯ）、すなわち、つまみ１の回転角を減少させる矢印Ｂ方向であると判断されると、出力部６ｄから電磁ブレーキ３に、つまみ１の回転の阻止を解除させるブレーキ制御信号が出力され（手順Ｓ４）、つまみ１が矢印Ｂ方向に回転可能な状態となり、その操作力によりつまみ１が矢印Ｂ方向に回転する。
【００４２】
第１の実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００４３】
つまみ１の回転が阻止されている状態、すなわち、つまみ１がロックされている状態のときに、つまみ１の回転角を小さくする矢印Ｂ方向に操作力を与えることにより、つまみ１のロックを解除することができ、つまみ１のロックを解除する際の操作性の優れた力覚付与型入力装置を実現できる。これにより、力覚付与型入力装置の信頼性を向上させることができる。
【００４４】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について図４を用いて説明する。
【００４５】
図４は、第２の実施形態の構造部の基本構成を示す斜視図である。なお、図４では、上述の図１に示したものと同等のものに、図１に付した符号と同じ符号を付してある。
【００４６】
第２の実施形態は、ノブが操作レバー１０からなる点で第１の実施形態と構成が異なっており、それ以外の構成は第１の実施形態と同じである。
【００４７】
このように構成した第２の実施形態は、ノブがつまみ１である場合と同様に、動作する。つまり、操作者が操作レバー１０を把持して矢印Ａ方向に回転操作すると、操作レバー１０の基準角度０°からの回転角がロータリエンコーダ２により検出され、コントローラ６からエアコン駆動部８に、操作レバー１０の回転角に応じた値の操作信号が出力される。これにより、エアコン駆動部８が動作し、風量が増加する。
【００４８】
このとき、コントローラ６では、操作信号を出力する一方で、モータ制御信号も出力する。これにより、モータ４から操作レバー１０に回転操作方向と反対方向（矢印Ｂ方向）の回転力、すなわち回転操作に抵抗する力が与えられ、操作レバー１０の矢印Ａ方向における回転角の増大に従って、その回転操作に抵抗する力が増大する。つまり、操作者は、操作レバー１０から与えられる抵抗力の増大に伴う抵抗感触（力覚）により、風量を増加させる矢印Ａ方向に操作レバー１０をどの程度傾けたかを把握することができる。
【００４９】
そして、操作レバー１０の回転角が所定の回転角αに達すると、電磁ブレーキ３により操作レバー１０がロックされる。
【００５０】
操作レバー１０がロックされた状態において、操作レバー１０に矢印Ｂ方向の操作力を与えると、操作レバー１０のロックが解除されて操作レバー１０を矢印Ｂ方向に回転できるようになる。
【００５１】
つまり、第２の実施形態によれば、ノブが操作レバー１０からなる力覚付与型入力装置において、操作レバー１０のロックを解除する際の操作性の優れたものを実現でき、信頼性を向上させることができる。
【００５２】
なお、第１，第２の実施形態では、力覚として抵抗感触が得られる力覚付与型入力装置を挙げたが、本発明はこれに限るものではなく、つまみ１（操作レバー１０）に回転操作方向と同方向の回転力が与えることにより力覚としてつまみが加速する感触が得られる力覚付与型入力装置や、つまみ１（操作レバー１）が所定の回転角を超える際に操作部材に与える回転力を反転させることにより力覚としてクリック感触が得られる力覚付与型入力装置にしてもよい。
【００５３】
また、第１，第２の実施形態では、ロータリエンコーダ２が、発光部２ｂの放つ光をコード板２ａのスリットに通して受光部６で受光するようにしてある、すなわち発光部２ｂと受光部２ｃを別体にしてあるが、本発明はこれに限るものではない。つまり、ロータリエンコーダは、光を反射するコードを有するコード板と、発光部と受光部を一体にした受発光部と備え、発光部が放つ光をコードで反射させて受光部で受光するものでもよい。このように構成したものでは、発光部および受光部の設置スペースを小さくでき、部品点数を少なくすることができる。
【００５４】
また、第１，第２の実施形態では、図１に示すようにノブ（つまみ１，操作レバー１０）の駆動軸７にモータ４の出力軸を直結してあるが、本発明はこれに限るものではなく、ノブの駆動軸７とモータ４の出力軸との間に減速ギヤを介在させてもよい。
【００５５】
また、第１，第２の実施形態では、ノブ（つまみ１，操作レバー１０）がロックされた状態において、ノブに矢印Ｂ方向の操作力が与えられたときにロックが解除されるように設定してあるが、本発明はこれに限るものではなく、ノブに矢印Ａ方向の操作力が与えられたときにロックが解除されるように設定してもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上で説明したように本発明によれば、操作者はノブを把持した状態でノブに操作力を与えるだけで、ノブのロックを解除することがでるきるので、ノブのロックを解除する際の操作性の優れた力覚付与型入力装置を実現でき、これにより、力覚付与型入力装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構造部の基本構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に備えられるコントローラを含む電気系統のブロック図である。
【図３】つまみのロックを継続するとき、およびロックを解除するとき第１の実施形態の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態の構造部の基本構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    つまみ（ノブ）
２    ロータリエンコーダ（回転角検出手段）
３    電磁ブレーキ（ロック手段）
４    モータ（回転力付与手段）
５    ひずみゲージ（回転方向検出手段）
６    コントローラ
７    駆動軸
１０  操作レバー（ノブ）
【図１】
2004342019.tif 000003
【図２】
2004342019.tif 000004
【図３】
2004342019.tif 000005
【図４】
2004342019.tif 000006