(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手動操作され、その手動操作による回転方向および回転量に応じた信号を送出させる操作部材と、
この操作部材に、前記手動操作による回転方向および回転量に応じて所定の操作感触を与えるモータとを備えるとともに、
サンギア、複数のプラネットギア、リングギア、キャリアおよびキャリア軸を有する遊星歯車機構と、
この遊星歯車機構の前記リングギアを固定する固定部材と、
前記モータの出力軸の回転を検出する検出手段と、
この検出手段による検出結果に応じて前記モータの回転を制御する制御手段とを備え、
前記モータの出力軸を前記サンギアに一体的に設け、
前記操作部材を前記遊星歯車機構の前記キャリア軸に一体的に設け、
前記複数のプラネットギアは、前記サンギアが挿通される挿通穴を有し前記キャリアと結合する規制部材と前記キャリアとの間に配置されることにより、自身の軸方向への移動を規制されたことを特徴とする手動入力装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記規制部材と前記キャリアは、前記軸方向への相対的な移動を規制し合った状態で、スナップ結合されたことを特徴とする手動入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車に搭載された電気機器の操作に用いられ、ノブなどの手動操作される操作部材の回転量や回転方向に応じて、その操作部材を操作する操作者に操作感触を与えることができる手動入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば自動車には、エアコン、ラジオ、テレビ、オーディオなどの電気機器が搭載されている。これらの電気機器をそれぞれ異なる操作手段によって操作しようとすると、自動車の運転に支障をきたすことがある。そこで、運転の妨げにならないように、例えばエアコンの温度調節、ラジオのチューナの調節、テレビ、ラジオおよびオーディオの音量や音質の調節などを１つの手動入力装置で行えるようになっている。この種の手動入力装置には、手動操作させる操作部材、例えばノブの回転量や回転方向に応じて操作者が把持するノブに所定の操作感触を与え、これにより、ノブの操作性を向上させているものがある。
【０００３】
以下、従来の手動入力装置を図に基づいて説明する。
【０００４】
図５は従来の手動入力装置の基本構成を示す説明図である。
【０００５】
従来の手動入力装置は、手動操作されるノブ８０と、このノブ８０の回転方向および回転量に応じて所定の操作感触を与えるモータ１０と、このノブ８０の回転量を検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に応じてモータ１０を制御する制御手段とを備えている。
【０００６】
検出手段は、モータ１０の出力軸１１に固定される大プーリ２００と、小プーリ２０１と、大プーリ２００と小プーリ２０１とに巻き掛けられるベルト２０２と、エンコーダ３０とによって構成されている。
【０００７】
エンコーダ３０は、円周に沿って図示しない複数のスリットが設けられ、小プーリ２０１と一体的に回転するコード板３１と、このコード板３１を挟んで対向する発光部３５および受光部３６とを備えている。受光部３６はノブ８０の回転方向および回転量に相当する検出信号をモータ１０の制御手段である制御装置１００に出力する。
【０００８】
この制御装置１００は、受光部３６からの検出信号が入力される入力部１０１と、予め検出信号に対応するモータ１０の制御信号をテーブルの形で記憶している記憶部１０３と、検出信号に応じて記憶部１０３に記憶されている制御信号を読み出す演算部１０２と、演算部１０２で読み出された制御信号をモータ１０に出力する出力部１０４とを備えている。
【０００９】
このように構成された従来の手動入力装置では、ノブ８０を回転させると、大プーリ２００および小プーリ２０１を介してコード板３１が回転する。そして、受光部３６は、スリットを通過した発光部３５からの光を受けて、検出信号を制御装置１００の入力部１０１に出力する。演算部１０２では、この検出信号に応じて記憶部１０３から制御信号が読み出される。この制御信号は、出力部１０４からモータ１０に出力される。これにより、モータ１０はノブ８０の回転量や回転方向に応じて、その出力軸１１を介してノブ８０に回転力を伝える。
【００１０】
このように回転力を与えられるノブ８０では、例えば、ラジオの音量が調節される際に、操作者が音量の上がる方向にノブ８０を回転させると、その回転方向に対抗する方向の回転力がモータ１０によってノブ８０に与えられ、これにより、操作者に抵抗感が与えられる。逆に、操作者が音量の下がる方向にノブ８０を回転させると、その回転方向と同方向の回転力がモータ１０によってノブ８０に与えられ、これにより、操作者に加速感が与えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の手動入力装置では、小型化・軽量化を図る際、大プーリ２００と小プーリ２０１が並列していることから、これら大プーリ２００および小プーリ２０１を小さくすることが考えられる。しかし、小プーリ２０１を小さくし過ぎると、ベルト２０２との接触面積が小さくなり、大プーリ２００からの回転の伝達効率が低下する。したがって、小プーリ２０１を小さくするには限界がある。また、ノブ８０の回転をある程度の分解能を高めて検出する場合、その分解能は、小プーリ２０１の径寸法と大プーリ２００の径寸法との比率で決定されるので、小プーリ２０１を小さくできないことに伴って、大プーリ２００も大きくなりがちである。
【００１２】
また、ノブ８０を摘みやすくするためにある程度大きなものにすると、そのノブ８０に直結されるモータ１０は、そのノブ８０の大きさに見合ったトルクを出力できなければならない。このため、モータ１０も大きくなりやすい。
【００１３】
これらのことから、従来の手動入力装置では小型化・軽量化が困難であり、したがって、自動車内などの限られたスペースに設けるには、好適なものではなかった。
【００１４】
本発明は、上述の不備を考慮してなされたもので、その目的は、小型化・軽量化が可能な手動入力装置を提供することにある。
【００１５】
【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、本発明の手動入力装置は、手動操作され、その手動操作による回転方向および回転量に応じた信号を送出させる操作部材と、この操作部材に、前記手動操作による回転方向および回転量に応じて所定の操作感触を与えるモータとを備えるとともに、サンギア、複数のプラネットギア、リングギア、キャリアおよびキャリア軸を有する遊星歯車機構と、この遊星歯車機構の前記リングギアを固定する固定部材と、前記モータの出力軸の回転を検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に応じて前記モータの回転を制御する制御手段とを備え、前記モータの出力軸を前記サンギアに一体的に設け、前記操作部材を前記遊星歯車機構の前記キャリア軸に一体的に設け、前記複数のプラネットギアは、前記サンギアが挿通される挿通穴を有し前記キャリアと結合する規制部材と前記キャリアとの間に配置されることにより、自身の軸方向への移動を規制された構成にしてある。
【００１６】
このように構成した手動入力装置では、操作部材を例えば時計回りに回転させると、この操作部材と一体のキャリア軸、すなわちキャリアが時計回りに回転する。このとき、リングギアが固定部材によって常に固定されているので、各プラネットギアは、反時計回りに自転しながらサンギアを中心に時計回りに公転する。そして、サンギアにプラネットギアの回転が伝達され、サンギアは時計回りに回転する。
【００１７】
このとき、サンギアの回転は、サンギアとリングギアとの歯数比に応じて、操作部材の回転に対して増速されたものとなる。これにより、操作部材の回転量の分解能が高められる。検出手段では、このように回転するサンギアの回転、すなわちサンギアが固定されるモータの出力軸の回転が検出される。
【００１８】
そして、制御手段は、検出手段による検出結果に応じてモータに回転力を出力させる。モータから出力された回転力、例えば反時計回りの回転力は、サンギアからプラネットギアに伝達される。このとき、リングギアが固定部材によって常に固定されているので、各プラネットギアには、時計回りに自転しながらサンギアを中心に反時計回りに公転する方向の回転力が与えられる。これに伴って、キャリア、すなわちキャリア軸には、反時計回りの回転力が与えられる。
【００１９】
このキャリア軸の回転力は、サンギアとリングギアの歯数比に応じて、サンギアの回転力、すなわちこのサンギアと一体的に回転するモータの出力軸の回転力に対して増大されたものである。操作部材には、この増大された反時計回りの回転力が与えられる。これにより、操作者は操作部材を時計回りに回転させたときに操作感触として抵抗感を得ることができる。なお、このとき、モータを時計回りに回転させれば、操作部材には回転方向と同方向に回転力が与えられ、操作者は操作感触として加速感を得ることができる。
【００２０】
この本発明では、上述のようにして操作者に所定の操作感触を与えることができ、したがって従来と同様の優れた操作性を有するものである。これに加えて、モータ、遊星歯車機構、検出手段および操作部材とを同軸上に配置できるので、手動入力装置全体をコンパクトにまとめることができる。したがって、小型化・軽量化が可能である。
【００２１】
また、本発明では、操作部材の回転を検出するときに、遊星歯車機構によって操作部材の回転量の分解能を高めることができる。また、操作部材に回転力を与えるときに、遊星歯車機構によってモータから出力されたトルクを増大して操作部材に回転力を与えることができる。すなわち、遊星歯車機構を利用することによって、モータから出力されるトルクを増大させることと、操作部材の回転量の分解能を高めることとを、コンパクトな構造で行うことができる。したがって、この点においても小型化・軽量化が可能である。
【００２２】
また、上述の手動入力装置の構成において、前記規制部材と前記キャリアは、前記軸方向への相対的な移動を規制し合った状態で、スナップ結合された構成としてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の手動入力装置の一実施形態を図に基づいて説明する。
【００２６】
図１は本実施形態の基本構成を示す説明図、図２は本実施形態の要部を示す横断面図、図３は図２のII−II断面図、図４は図２に示す要部の分解斜視図である。
【００２７】
本実施形態は、前述した従来技術と同様に、例えば自動車に搭載されるエアコン、ラジオ、テレビ、オーディオなどの電気機器をそれぞれ異なる操作手段によって操作しようとすると、自動車の運転に支障をきたすことがあるので、運転の妨げにならないように、例えばエアコンの温度調節、ラジオのチューナの調節、テレビ、ラジオおよびオーディオの音量や音質の調節などを１つの手動入力装置で行うことを可能にした手動入力装置である。
【００２８】
本実施形態は、図１に示すように、手動操作され、その手動操作による回転方向および回転量に応じた信号を送出させる操作部材、例えばノブ８０と、このノブ８０に、手動操作による回転方向および回転量に応じて所定の操作感触を与えるモータ１０とを備えている。また、サンギア３２、プラネットギア５２、リングギア６２、キャリア５０およびキャリア軸５１を有する遊星歯車機構と、モータ１０の出力軸１１の回転を検出する検出手段、すなわちエンコーダ３０と、このエンコーダ３０による検出結果に応じてモータ１０の回転を制御する制御手段、すなわち制御装置１００とを備えている。また、遊星歯車機構のサンギア３２は、モータ１０の出力軸１１に一体的に設けてあり、ノブ８０は遊星歯車機構のキャリア軸５１に一体的に設けてある。
【００２９】
制御装置１００は、前述した従来技術に備えられているものと同様のものである。この制御装置１００について、重複するが再度説明する。
【００３０】
この制御装置１００は、受光部３６から出力された検出信号が入力される入力部１０１と、予め検出信号に対応する制御信号をテーブルの形で記憶している記憶部１０３と、検出信号に応じて記憶部１０３に記憶されている制御信号を読み出だす演算部１０２と、演算部１０２で読み出された制御信号をモータ１０に出力する出力部１０４とを備えている。
【００３１】
エンコーダ３０は、図２，４に示すように、コード板３１と、発光部３５、受光部３６および上述の制御装置１００に接続されるコネクタ３７と、これら発光部３５、受光部３６およびコネクタ３７が設けられる基板３４とから構成してある。コード板３１には、円周に沿って複数のスリット３３を設けてある。受光部３６は、発光部３５の光がスリット３３を通過した光を受けて、ノブ８０の回転方向および回転量に相当する検出信号を出力する。
【００３２】
遊星歯車機構は、図２〜４に示すように、上述のサンギア３２、プラネットギア５２、リングギア６２、キャリア５０およびキャリア軸５１とを備えている。サンギア３２とリングギア６２の歯数比は、例えば１：５に設定してある。
【００３３】
サンギア３２は、上述のコード板３１と同軸上で一体に設けてある。プラネットギア５２は規制部材４０とキャリア５０との間に３つ配置してある。キャリア５０には、各プラネットギア５２を回転可能に支持する３つのプラネットギア軸５３と、キャリア軸５１と、規制部材４０と結合させるための結合部５４とを設けてある。規制部材４０は、円盤状の部材に、サンギア３２を挿通する挿通穴４１と、各プラネットギア軸５３を支える支持穴４３と、キャリア５０の各結合部５４に対応する結合部４２とを備え、キャリア５０と結合した状態でプラネットギア５２の軸方向の移動を規制するものである。
【００３４】
規制部材４０の結合部４２には、係合穴４５を設けてあり、この結合部４２の下部には嵌合穴４４を設けてある。そして、キャリア５０の係合部５４には、係合穴４５に係合する爪５５と、嵌合穴４４と嵌合する嵌合突部５６とを設けてある。すなわち、規制部材４０とキャリア５０とは、軸方向の相対的な移動を規制し合った状態で、スナップ結合されるようにしてある。
【００３５】
リングギア６２は、同図２〜４に示すように、このリングギア６２を常に固定する固定部材、すなわち円筒状のリングギアケース６０内に設けてある。すなわち、リングギア６２はこのリングギアケース６０の内周面に一体に設けてある。このリングギアケース６０内には、上述の規制部材４０、プラネットギア５２およびキャリア５０が収納される。また、このリングギアケース６０には、キャリア軸５１を挿通するキャリア軸挿通部６１を設けてある。
【００３６】
本体ケース７０は、同図２〜４に示すように、円筒状の部材の外周部に図示しないねじを挿通するねじ挿通部７２と、上述のキャリア軸挿通部６１とともにキャリア軸５１を挿通するキャリア軸挿通部７１と、上述の基板３４を収納する基板収納部７３とを備えている。また、本体ケース７０の開口を形成する周縁部の各ねじ挿通部７２付近には、突起部７４を設けてある。
【００３７】
ノブ８０は、本体ケース７０のキャリア軸挿通部７２に挿通された上述のキャリア軸５１に一体的に設けてある。
【００３８】
モータ１０は、同図２〜４に示すように、出力軸１１を上述のサンギア３２に固定された状態で、ブラケット２０を介して本体ケース７０に固定してある。ブラケット２０には、本体ケース７０の各ねじ挿通部７２に対応する締結部２２を設けてあり、この締結部２２にはねじ挿通穴２３と、上述の各突起部７４が挿入される小穴２４を設けてある。また、このブラケット２０には、上述の基板３４を取付ける取付部２５，２６を設けてある。
【００３９】
また、本実施形態は、同図２〜４に示すように、ノブ８０をその軸方向に移動可能に支持するガイド手段と、ノブ８０を軸方向に付勢する付勢手段と、ノブ８０の付勢手段に抗する移動に応じて所定のスイッチ、すなわちプッシュスイッチ９０を作動させるスイッチ操作部９４とを備えている。
【００４０】
プッシュスイッチ９０は、同図２，４に示すように、上述の基板３４のノブ８０側に設けてある。
【００４１】
ガイド手段は、図３，４に示すように、リングギアケース６０の外周面の４箇所に軸方向に沿って設けれるスライド凸部９２と、本体ケース７０の内周面の各スライド凸部９２に対応する位置に設けられるスライド凹部９３とによって構成した。
【００４２】
付勢手段は、図２，４に示すように、キャリア５０とサンギア３２間に配置され、キャリア５０を介してノブ８０を付勢する復帰ばね９１から成っている。
【００４３】
スイッチ操作部９４は、リングギアケース６０の外周面に設けられ、この外周面から突出した板状部分から成っている。
【００４４】
また、図２に示すように、キャリア軸５１をリングギアケース６０のキャリア軸挿通部６１に挿通し、さらにケース本体７０のキャリア軸挿通部７１にキャリア軸５１とキャリア軸挿通部６１とを挿通した状態で、キャリア軸５１の溝９６にリングピン９５を取付けてあり、これにより、キャリア軸５１の軸方向の移動を規制させてある。
【００４５】
このように構成した本実施形態では、図２において、ノブ８０を例えば時計回りに回転させると、すなわちＡ方向に回転させると、このノブ８０と一体的に回転するキャリア軸５１、すなわちキャリア５０が時計回りに回転する。このとき、リングギア６２がリングギアケース６０に常に固定されいるので、各プラネットギア５２は、反時計回りに自転しながらサンギア３２を中心に時計回りに公転する。そして、サンギア３２にプラネットギア５２の回転が伝達され、サンギア３２は時計回りに回転する。なお、ノブ８０が反時計回り、すなわちＢ方向に回転したのであれば、サンギア３２は反時計回りで回転する。
【００４６】
このとき、サンギア３２の回転は、サンギア３２とリングギア６２との歯数比に応じて、キャリア軸５１、すなわちキャリア軸５１と一体的に回転するノブ８０の回転に対して増速されたものとなる。これにより、ノブ８０の回転量の分解能が高められる。エンコーダ３０では、スリット３３を通過した発光部３５からの光を受光部３６が受け、サンギア３２と一体のコード板３１の回転に基づいてモータ１０の出力軸１１の回転が検出される。なお、本実施形態では、サンギア３２とリングギア６２との歯数比を１：５に設定してあるので、ノブ８０の回転量の分解能は５倍に高められる。
【００４７】
そして、受光部３６からは、上述のようにして検出した回転方向および回転量に相当する検出信号が出力され、この検出信号が制御装置１００の入力部１０１に入力される。演算部１０２では、検出信号に応じた制御信号が記憶部１０３から読み出される。この制御信号は出力部１０４からモータ１０に出力され、これにより、モータ１０の出力軸１１から回転力が出力される。
【００４８】
このモータ１０の出力軸１１から出力された例えば反時計回りの回転力は、サンギア３２からプラネットギア５２に伝達される。このとき、リングギア６２がリングギアケース６０に常に固定されているので、各プラネットギア５２には、時計回りに自転しながらサンギア３２を中心に反時計回りに公転する方向に回転力が与えられる。これに伴って、キャリア５０、すなわちキャリア軸５１には、反時計回りの回転力が与えられる。
【００４９】
このキャリア軸５１の回転力は、サンギア３２とリングギア６２との歯数比に応じて、サンギア３２の回転力、すなわちサンギア３２と一体的に回転するモータ１０の出力軸１１の回転力に対して増大されたものとなる。ノブ８０には、このように増大された反時計回りの回転力が与えられる。なお、モータ１０の出力軸１１の回転力が時計回りであれば、ノブ８０には時計回りの回転力が与えられる。
【００５０】
このように回転力を与えられるノブ８０では、例えば、ラジオの音量が調節される際に、操作者が音量の上がるＡ方向にノブ８０を回転させると、ノブ８０にはＡ方向に対抗する方向の回転力がモータ１０によって与えられ、これにより、操作者に抵抗感を与えることができる。逆に、音量の下がるＢ方向にノブ８０が回転されると、ノブ８０にはＢ方向と同方向の回転力がモータ１０によって与えられ、これにより、操作者に加速感を与えることができる。したがって、操作者は、ノブの８０の回転方向および回転量に応じた操作感触を得ることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、キャリア５０がサンギア３２とキャリア５０間に配置された復帰ばね９１のばね力によって、キャリア５０が常にノブ８０側に付勢されている。このキャリア５０は、キャリア５０とキャリア軸５１の境目部分をリングギアケース６０に押し付けられ、これに伴って、リングギアケース６０は本体ケース７０のノブ８０側の内壁面に押し付けられている。これにより、ノブ８０は、常にＣ方向に付勢されている。
【００５２】
そして、ノブ８０がＤ方向に押圧されると、キャリア５０が復帰ばね９１に抗して移動する。このとき、キャリア軸５１に取付けたリングピン９５が、リングギアケース６０のキャリア軸挿入部６１の端部を押圧し、これにより、リングギアケース６０は、スライド凸部９２およびスライド凹部９３にガイドされながら、キャリア５０と一体的に移動する。このようにリングギアケース６０が移動すると、リングギアケース６０と一体のスイッチ操作部９４が移動し、これにより、プッシュスイッチ９０がスイッチ操作部９４に押圧され、スイッチが作動する。
【００５３】
ノブ８０が押圧から開放されると、キャリア５０は復帰ばね９１に押されて、リングギアケース６０とともにもとの位置に戻る。このとき、プッシュスイッチ９０からスイッチ操作部９４が離れ、スイッチが作動しなくなる。
【００５４】
このように本実施形態では、ノブ８０の回転方向および回転量に応じて、ノブ８０に同方向、または反対方向のモータ１０から回転力が伝えられるので、操作者に抵抗感や加速感などの所定の操作感触を与えることができ、自動車などの運転中のように目が離せない場合に、ノブ８０でどのような操作を行っているかを目視せずに把握できる。したがって、優れた操作性を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、モータ１０、遊星歯車機構、エンコーダ３０およびノブ８０とを同軸上に配置できるので、手動入力装置全体をコンパクトにまとめることができる。これにより、小型化・軽量化が可能である。特に小型化が可能なことから、自動車内などの限られたスペースに設けるのに好適である。
【００５６】
また、ノブ８０の回転がモータ１０の出力軸１１に伝達されるときに、遊星歯車機構によってノブ８０の回転量の分解能を高めることができる。また、ノブ８０を駆動させるときに、遊星歯車機構によってモータ１０から出力されたトルクを増大してノブ８０に回転力を与える。すなわち、遊星歯車機構を利用することによって、モータ１０から出力されるトルクを増大させることと、ノブ８０の回転量の分解能を高めることとを、コンパクトな構造で行うことができる。したがって、この点においても、小型化・軽量化が可能である。
【００５７】
なお、モータ１０の回転力を遊星歯車機構を介して増大してノブ８０に伝えられることに伴って、そのモータ１０の回転力を前述の従来技術の１／２以下にできたことを発明者は確認している。したがって、前述の従来技術よりも小型のモータを設けることができる。
【００５８】
このような小型化・軽量化に伴って、本実施形態では、前述の従来技術と比較して体積は１／２以下に、重量は１／４以下にすることができたことを発明者は確認している。したがって、自動車内などの限られたスペースに設けるのに好適である。
【００５９】
また、本実施形態では、ノブ８０の押圧によってプッシュスイッチ９０を作動させるようにしたので、ノブ８０を押しボタンスイッチとして利用でき、これにより、１つの手動入力装置によって扱える機器数を増やすことができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、操作部材をノブ８０としたが、本発明はこれに限るものではなく、レバーなどでもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上、本発明では、操作者に所定の操作感触を与えることによって優れた操作性が得られるとともに、モータ、遊星歯車機構、検出手段および操作部材とを同軸上に配置できるので、本実施形態全体をコンパクトにまとめることができる。したがって、小型化・軽量化が可能である。特に小型化が可能なことから、限られたスペースに設けるのに好適である。
【００６２】
また、操作部材の回転を検出するときに、遊星歯車機構によって操作部材の回転量の分解能を高めることができる。また、操作部材を駆動させるときに、遊星歯車機構によってモータから出力されたトルクを増大して操作部材に回転力を与えることができる。すなわち、遊星歯車機構を利用することによって、モータから出力されるトルクを増大させることと、操作部材の回転量の分解能を高めることとを、コンパクトな構造で実現でき、したがって、この点においても小型化・軽量化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の手動入力装置の一実施形態の基本構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態の要部を示す横断面図である。
【図３】図２のII−II断面図である。
【図４】図２に示す要部の分解斜視図である。
【図５】従来の手動入力装置の基本構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  モータ
１１  出力軸
３０  エンコーダ（検出手段）
３２  サンギア
５０  キャリア
５１  キャリア軸
５２  プラネットギア
６０  リングギアケース（固定部材）
６２  リングギア
８０  ノブ（操作部材）
９０  プッシュスイッチ（スイッチ）
９１  復帰ばね（付勢手段）
９２  スライド凸部（ガイド手段）
９３  スライド凹部（ガイド手段）
９４  スイッチ操作部
１００  制御装置（制御手段）
【図１】
0003920599.tif 000002
【図２】
0003920599.tif 000003
【図３】
0003920599.tif 000004
【図４】
0003920599.tif 000005
【図５】
0003920599.tif 000006