(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部と、操作部に感触を与えるアクチュエータと、このアクチュエータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、フォースパターンの異なる複数のユニットフォースパターン、および、パターンの異なる複数の並べ方のパターンを記憶して、前記並べ方のパターンに従って前記ユニットフォースパターンを並べて合成フォースパターンを形成すると共に、この合成フォースパターンにより前記アクチュエータを制御して、前記操作部に感触を与えることを特徴とする力覚付与装置。
【請求項２】
前記複数のユニットフォースパターンの内の一つは、所定の値から力が増加した後力が減少する山形状、または所定の値から力が減少した後力が増加する谷形状で、クリック感触を与えるものであることを特徴とする請求項１記載の力覚付与装置。
【請求項３】
前記複数のユニットフォースパターンの内の一つは、所定の値から力が増加する上昇する傾斜を有し、減速感触を与えるものであることを特徴とする請求項１または２記載の力覚付与装置。
【請求項４】
前記複数のユニットフォースパターンの内の一つは、所定の値から力が減少する下降する傾斜を有し、加速感触を与えるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の力覚付与装置。
【請求項５】
前記複数のユニットフォースパターンの内の一つは、所定の値で力が変化しない水平な直線状で、一定の力の感触を与えるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の力覚付与装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、力覚付与装置に関し、特に、操作部に与えられるフォースパターンを、ユニットフォースパターンを準備することにより、これらユニットフォースパターンを組み合わせて作成する力覚付与装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の力覚付与装置を図６、７に基づいて説明する。図６は従来の力覚付与装置のブロック図、図７は従来の力覚付与装置のフォースパターンの発生力のグラフをそれぞれ示す。
【０００３】
操作部としてのノブ５１は、所定の機能を出力するために回転可能に設けられている。
【０００４】
位置センサ５２は、回転型エンコーダなどであって、ノブ５１の回転軸（図示せず）に取り付けられ、ノブ５１の回転角度位置を検出するようになっている。
【０００５】
アクチュエータ５４は、電磁コイルやモータなどノブ５１に発生力を与えるものである。
【０００６】
制御部５３は、図６に示すように、コントローラ５３ａとメモリ（ＲＯＭ）５３ｂから構成され、メモリ５３ｂは、各回転角度位置に応じて、発生力をアクチュエータ５４よりノブ５１へ加える各種フォースパターンのテーブル（パターン１〜パターンＮ）を備え、コントローラ５３ａは位置センサ５２からノブ５１の回転角度位置の信号を受け、指定されたテーブルに記憶された回転角度位置に応じた発生力の出力の指示をアクチュエータ５４に出している。各種フォースパターンの各テーブルには、フォースパターンの種類（パターン１〜パターンＮ）によりノブ５１の回転角度位置（位置１〜位置ｎ）に対応して発生力（発生力１〜発生力ｎ）が記憶されている。
【０００７】
各テーブル（パターン１，パターン２，パターン３；図６参照）の発生力と回転角度の関係は、図７Ａ〜Ｃのグラフに示すようになっている。図７Ａに示すパターン１のフォースパターンは、ノブ５１の１回転３６０度中、８０度、１２０度、１６０度、３６０度の各回転角度でグラフの線の傾きが変わりクリック感触を持つ。図７Ｂに示すパターン２のフォースパターンは、ノブ５１の１回転３６０度中、同じパターンを３回繰り返し、８０度、１２０度、２００度、２４０度、３２０度、３６０度の各回転角度でグラフの線の傾きが変わりクリック感触を持つ。図７Ｃに示すパターン３のフォースパターンは、ノブ５１の１回転３６０度中、同じパターンを９回繰り返し、４０度おきの各回転角度でグラフの線の傾きが変わりクリック感触を持つ。各フォースパターンは異なる波形になっているためそれぞれの１回転中のクリック感触は異なる。
【０００８】
従来の力覚付与装置の動作を説明する。ノブ５１を回転させると、ノブ５１の回転軸に取り付けられている回転角度の位置センサ５２がノブ５１の回転角度を検出する。検出された回転角度の信号は制御部５３に送られ、回転角度の信号を受け取った制御部５３は、メモリ５３ｂに記憶されている回転角度位置に対応する発生力のテーブル（パターン１、パターン２、・・・・パターンＮ）の内から指定されたテーブルを読み出して、コントローラ５３ａが回転角度位置に対応する発生力を出力するようにアクチュエータ５４に指示を出す。アクチュエータ５４はコントローラ５３ａから指示された発生力をノブ５１に出力するように動作する。ノブ５１はアクチュエータ５４の発生力を受けて所定の操作感触を出力する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の力覚付与装置においては、フォースパターンの種類が増えると、必要とするメモリ量が増加し、必要なメモリ量を準備するのが困難になるという問題があった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、フォースパターンの種類が増えても必要とするメモリ量が少ない力覚付与装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の力覚付与装置は、操作部と、操作部に感触（力覚）を与えるアクチュエータと、このアクチュエータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、フォースパターンの異なる複数のユニットフォースパターン、および、パターンの異なる複数の並べ方のパターンを記憶して、前記並べ方のパターンに従って前記ユニットフォースパターンを並べて合成フォースパターンを形成すると共に、この合成フォースパターンにより前記アクチュエータを制御して、前記操作部に感触を与える。
この構成により、ユニットフォースパターンを組み合わせるので、数の少ないユニットフォースパターンを記憶するメモリと、ユニットフォースパターンを組み合わせるときの並べ方を記憶するメモリがあればよいので、フォースパターンの種類が増えても全体として必要なメモリ量（ＲＯＭ容量）が少なくなる。
【００１２】
また、前記複数のユニットフォースパターンの内の一つは、所定の値から力が増加した後力が減少する山形状、または所定の値から力が減少した後力が増加する谷形状で、クリック感触を与えるものである。
この構成により、山形状または谷形状のユニットフォースパターンを選ぶだけでよいので、容易にクリック感触を作り出せる。
【００１３】
また、前記複数のユニットフォースパターンの内の一つは、所定の値から力が増加する上昇する傾斜を有し、減速感触を与えるものである。
この構成により、所定の値から力が増加する上昇する傾斜を有するユニットフォースパターンを選ぶだけでよいので、容易に減速感触を得ることができる。
【００１４】
また、前記複数のユニットフォースパターンの内の一つは、所定の値から力が減少する下降する傾斜を有し、加速感触を与えるものである。
この構成により、所定の値から力が減少する下降する傾斜を有するユニットフォースパターンを選ぶだけでよいので、容易に加速感触を得ることができる。
【００１５】
また、前記複数のユニットフォースパターンの内の一つは、所定の値で力が変化しない水平な直線状で、一定の力の感触を与えるものである。
この構成により、所定の値で力が変化しない水平な直線状のユニットフォースパターンを選ぶだけでよいので容易に一定の力の感触を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の力覚付与装置の実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。
図１は本発明の力覚付与装置の実施形態の部分断面図、図２は本発明の力覚付与装置の実施形態のブロック図、図３は本発明の力覚付与装置の実施形態で用いられる合成フォースパターンのグラフ、図４は本発明の力覚付与装置の実施形態で用いられるユニットフォースパターンのグラフ、図５は本発明の力覚付与装置の実施形態のユニットフォースパターンの並べ方を示す図をそれぞれ示す。
【００１７】
基台１は、絶縁樹脂製で、中央に孔１ａを有する円環状をなしている。
【００１８】
プリント配線板２は、力覚付与装置に必要な制御部１２などを構成する各種電気部品（図示せず）を搭載し、基台１の下面に取り付けられている。
【００１９】
アクチュエータ３は電磁コイルであって、鉄心にコイルを巻回して円環状に配置したもので、中央に円形の孔３ａを有し、このアクチュエータ３は基台１の上に設置されている。
【００２０】
駆動体４は、絶縁樹脂製で、軸部４ａ、円板部４ｂ、リング状部４ｃからなり、円板状の円板部４ｂの周縁からリング状部４ｃが上方へ環状に立ち上がっており、円板部４ｂの中央に軸部４ａが円板部４ｂに対して垂直に形成されている。軸部４ａはアクチュエータ３の円形の孔３ａに回転可能に嵌合している。
【００２１】
アーマチュア５は、鉄板を有し、中央に円形の孔５ａを有する円板状の形状をなしている。アーマチュア５は、その一方の面が駆動体４の円板部４ｂの下面にアーマチュア戻しバネ６を介して取り付けられている。アーマチュア５の他方の面はアクチュエータ３の上面に空間を介して対向している。
【００２２】
係合部材７は、絶縁樹脂製で、リング状の側壁７ａと底板部７ｂからなり、円板状の底板部７ｂの周縁からリング状の側壁７ａが立ち上がった開口のある器状をなしている。係合部材７の側壁７ａは、駆動体４のリング状部４ｃを外側から包むように嵌合し、係合部材７と駆動体４とは互いに結合している。
【００２３】
操作軸８は、金属製で、係合部７の底板部７ｂの中央に垂直に取り付け固定されている。操作軸８には太径部８ａが形成されている。
【００２４】
位置センサ９は、回転角度位置を検出する回転型エンコーダであって、円筒形をなし、回転体と固定体（図示せず）からなり、回転体は操作軸８に取り付け固定され、固定体には突起９ａが設けられている。
【００２５】
操作部としてのノブ１０は、絶縁樹脂からなり、円筒状をなして、中心に軸孔（図示せず）を有している。ノブ１０の軸孔には、操作軸８の上端部が嵌合している。
【００２６】
パネル板１１は、金属板よりなり、表面は塗装されており、孔１１ａを有している。パネル板１１の孔１１ａには操作軸８が挿通され、パネル板１１の表面には操作軸８の太径部８ａが当接している。位置センサ９の固定体の突起９ａは、パネル板１１の図示せぬ孔に嵌合され、位置センサ９の固定体はパネル板１１に固定されている。また、位置センサ９は、操作軸８の軸方向で、パネル板１１と係合部材７との間に挟まれて位置している。
【００２７】
次に、本発明の実施形態の力覚付与装置の動作について説明する。
ノブ１０を回転させて操作軸８を回転すると、係合部７を介して駆動体４が回転する。この時、操作軸８は位置センサ９の回転体を回転させ、回転体の回転角の信号をプリント配線板２に搭載された制御部１２へ送る。制御部１２は第１のメモリ（ＲＯＭ）１２ａに記憶されたユニットフォースパターン（ユニット１、ユニット２、ユニット３、・・・）の中から異なるユニットフォースパターンを取り出し、第２のメモリ（ＲＯＭ）１２ｂからユニットフォースパターンの並べ方のパターン（パターン１、パターン２、パターン３、・・・）の中から指定された並べ方のパターンを選び、選んだ並べ方のパターンに従って、各ユニットフォースパターンを並べて合成フォースパターンを作成し、制御部１２のコントローラ１２ｃへ送る。
【００２８】
コントローラ１２ｃは合成フォースパターンに応じた電流をアクチュエータ３に送るよう指示を出す。電流を受けたアクチュエータ３は、受けた電流に応じて対向するアーマチュア５を吸引する。アーマチュア５はアクチュエータ３から、アクチュエータ３に与えた電流に応じた吸引力を受けるが、この時アーマチュア戻しバネ６がその厚さ方向に伸びて、アーマチュア５はアクチュエータ３の上面に吸着される。この状態で、ノブ１０を回転させようとすると、アーマチュア５がアクチュエータ３に吸着されているので、吸引力に応じた摩擦力が生じて、ノブ１０を回転させようとする回転トルクが増加する。このようにして所定の合成フォースパターンに対応した摩擦力（発生力）により、ノブ１０に所定の回転トルクが得られるようになっている。
【００２９】
アクチュエータ３への通電を止めると、アクチュエータ３がアーマチュア５を吸引する吸引力はなくなるので、アーマチュア戻しバネ６が縮んで、アーマチュア５はアクチュエータ３の上面から離れ、ノブ１０はアーマチュア５の摩擦力がない状態で回転する。
【００３０】
次に、各種合成フォースパターンとこの合成フォースパターンをユニットフォースパターンから作成する方法について説明する。
図３には各種合成フォースパターンが示されている。図３Ａの合成フォースパターンは、ノブ１０の回転角度をゼロから増加させていくと、ノブ１０の回転トルクを上げる力（発生力）がゼロから徐々に増加し、８０度回転したところで発生力の増加が止まり減少し始める。更にノブ１０を回転させると発生力は減少し続け、１２０度で発生力の減少は止まり増加し始め、更にノブ１０を回転させると１６０度で発生力の増加が止まり、発生力は一定の値になる。この場合、発生力が増加から減少に移る回転角度位置、減少から増加に移る回転角度位置、増加から一定値になる回転角度位置でそれぞれクリック感触が得られる。従って、この場合、１回転３６０度中、回転角度位置が８０度、１２０度、１６０度でそれぞれクリック感触が得られることになる。
【００３１】
図３Ｂの合成フォースパターンは、ノブ１０に対する発生力が一定で、１回転３６０度に渡って回転トルクが一定の重さになる。
【００３２】
図３Ｃの合成フォースパターンは、ノブ１０の回転角度をゼロから増加させていくと、ノブ１０に対する発生力が徐々に増加し、８０度回転したところで発生力の増加は止まり減少し始める。更にノブ１０を回転させると発生力は減少し続け、１２０度で減少は止まる。この場合の合成フォースパターンは、１回転３６０度の中で、１２０度までの発生力の増減を３回繰り返す。この場合も、発生力の増加から減少に移る回転角度位置、減少から増加に移る回転角度位置において、それぞれノブ１０にクリック感触を生ずる。従って、この場合、クリック感触が得られるのは、１回転３６０度中、８０度、１２０度、２００度、２４０度、３２０度、３６０度の回転角度位置で、合計６回ある。
【００３３】
図３Ｄの合成フォースパターンは、ノブ１０の回転角度をゼロから増加させていくと、ノブ１０のに対する発生力が所定の値から徐々に増加し、４０度回転したところで発生力の増加が止まる。この場合の合成フォースパターンは、４０度までの発生力の変化状態を１回転３６０度中９回繰り返す。従って、この場合のクリック感触は１回転３６０度中、４０度間隔で９回現れる。
【００３４】
図３Ｅの合成フォースパターンは、ノブの回転角度をゼロから増加させていくと、ノブ１０に対する発生力が所定の値から徐々に減少し、４０度回転したところで発生力の減少が止まる。この場合の合成フォースパターンは、４０度までの発生力の変化状態を１回転３６０度中９回繰り返す。従って、この場合のクリック感触も１回転３６０度中、４０度間隔で９回現れる。
【００３５】
図３Ｆの合成フォースパターンは、ノブ１０の回転角度をゼロから増加させていくと、ノブ１０に対する発生力が所定の値からから徐々に増加し、４０度回転したところで発生力が減少し始める。更にノブ１０を回転させると発生力は減少し続け、８０度で発生力の減少は止まる。この場合の合成フォースパターンは、８０度までの発生力の変化状態を１回転３６０度中４回繰り返し、その後０度−４０度の発生力の変化が加わる。この場合は発生力の増減の変化が、１回転３６０度中９回現れる。従って、この場合のクリック感触も１回転３６０度中、４０度間隔で９回現れる。
【００３６】
但し、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆの合成フォースパターンのクリック感触は、発生のタイミングは同じであるが、感触そのものはフォースパターンの形状が違うためそれぞれ異なる感触となる。従って、図３Ａで得られるクリック感触も合成フォースパターンの形状が違うため、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆで得られるクリック感触とは違った感触になる。また、図３Ａ、図３Ｃの８０度におけるクリック感触はフォースパターンの形状が同じであるため同じ感触になる。
【００３７】
上記した各種合成フォースパターンを作成するユニットフォースパターンは図４Ａ〜図４Ｄに示されている。図４Ａに示すユニット１のユニットフォースパターンは、０度−８０度の範囲で発生力がゼロから徐々に増加し、その後８０度−１２０度の範囲で発生力が８０度の値から徐々に減少し１２０度において所定の値まで下がる。ユニット１のフォースパターンの場合、８０度において発生力が増加から減少に移るため、８０度においてノブ１０の操作感触はクリック感触となる。
【００３８】
図４Ｂに示すユニット２のユニットフォースパターンは、０度−４０度の範囲で発生力が所定の値から増加する上昇する傾斜を有するグラフ形状である。ユニット２のユニットフォースパターンの場合、回転角度の増加に伴って発生力が増加するので、ノブ１０の操作感触は減速感触となる。
【００３９】
図４Ｃに示すユニット３のユニットフォースパターンは、０度−４０度の範囲で発生力が所定の値から減少する下降する傾斜を有するグラフ形状である。ユニット３のユニットフォースパターンの場合、回転角度の増加に伴って発生力が減少するので、ノブ１０の操作感触は加速感触となる。
【００４０】
図４Ｄに示すユニット４のユニットフォースパターンは、０度−４０度の範囲で発生力が所定の値から変化せず、水平な直線状のグラフ形状である。ユニット４のユニットフォースパターンの場合、発生力が一定で、ノブ１０の回転トルクは一定の重さになる。
【００４１】
上記各ユニットフォースパターンは制御部１２の第１のメモリ１２ａに記憶されている。また、各ユニットフォースパターンの並べ方は第２のメモリ１２ｂに記憶されている。図５Ａ〜Ｆには並べ方のパターンが９個示されている。
合成フォースパターンの種類が多い場合、各ユニットフォースパターン（図４Ａ〜Ｄ）を記憶するメモリ量と、ユニットフォースパターンの並べ方（図５Ａ〜Ｆ）を記憶するメモリ量の和は、各合成フォースパターン（図３Ａ〜Ｆ）をそれぞれ記憶するメモリ量の和より格段に少なくなる。
【００４２】
図３Ａに示す合成フォースパターンをユニットフォースパターンを用いて作成する場合、ユニットフォースパターンとして、ユニット１，ユニット２，ユニット４を用い、図５Ａに示すように、ユニット１とユニット２を各１個並べた後にユニット４を５個並べる。
【００４３】
図３Ｂに示す合成フォースパターンをユニットフォースパターンを用いて作成する場合、ユニットフォースパターンとして、ユニット４を用い、図５Ｂに示すように、ユニット４を９個並べる。
【００４４】
図３Ｃに示す合成フォースパターンをユニットフォースパターンを用いて作成する場合、ユニットフォースパターンとして、ユニット１を用い、図５Ｃに示すように、ユニット１を３個並べる。
【００４５】
図３Ｄに示す合成フォースパターンをユニットフォースパターンを用いて作成する場合、ユニットフォースパターンとして、ユニット２を用い、図５Ｄに示すように、ユニット２を９個並べる。
【００４６】
図３Ｅに示す合成フォースパターンをユニットフォースパターンを用いて作成する場合、ユニットフォースパターンとして、ユニット３を用い、図５Ｅに示すように、ユニット３を９個並べる。
【００４７】
図３Ｆに示す合成フォースパターンをユニットフォースパターンを用いて作成する場合、ユニットフォースパターンとして、ユニット２，ユニット３を用い、図５Ｆに示すように、ユニット２とユニット３を各１個並べた組を４組並べ、その後にユニット２を１個並べる。
図３Ａ〜Ｆに示す合成フォースパターンの図において、回転角度０度は現在のノブ１０の位置としてもよいし、所定のある回転位置としてもよい。
以上のようにして、ユニットフォースパターンから合成フォースパターンを作成する。
【００４８】
尚、上記した実施形態においては、位置センサが検出する量として１次元である回転角度を採用したが、本発明はこれに限定されることなく、位置センサが検出する量としては操作部の並進する移動量を採用してもよい。
【００４９】
また、上記した実施形態の合成フォースパターンは、上記実施形態のユニットフォースパターンの組み合わせに限定されず、様々な組み合わせを取ることができる。
【００５０】
また、上記実施形態において、クリック感触を発生するユニットフォースパターンとして山形状のユニットフォースパターンを説明したが、本発明はこれに限定されることなく、クリック感触を得るためには谷形状のユニットフォースパターンを採用してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態において、アクチュエータ３を電磁コイルとして説明したが、本発明はこれに限定されることなく、アクチュエータ３としてＤＣモータを使用してもよく、ＤＣモータはノブ１０の操作軸８に直接、またはギヤなどを介して間接的に取り付けられ、ノブ１０の回転方向と同一回転方向に回転力（発生力）を与えるか、またはノブ１０の回転方向と逆方向に回転力を与えるようにしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の力覚付与装置は、操作部と、操作部に感触を与えるアクチュエータと、このアクチュエータを制御する制御部とを備え、制御部は、フォースパターンの異なる複数のユニットフォースパターンを記憶して、このユニットフォースパターンを組み合わせて合成フォースパターンを形成すると共に、この合成フォースパターンによりアクチュエータを制御して、操作部に感触を与える。
【００５３】
上記構成により、ユニットフォースパターンを組み合わせるので、数の少ないユニットフォースパターンを記憶するメモリと、ユニットフォースパターンを組み合わせるときの並べ方を記憶するメモリがあればよいので、フォースパターンの種類が増えても全体として必要なメモリ量（ＲＯＭ容量）が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の力覚付与装置の実施形態の部分断面図である。
【図２】本発明の力覚付与装置の実施形態のブロック図である。
【図３】本発明の力覚付与装置の実施形態で用いられる合成フォースパターンのグラフである。
【図４】本発明の力覚付与装置の実施形態で用いられるユニットフォースパターンのグラフである。
【図５】本発明の力覚付与装置の実施形態のユニットフォースパターンの並べ方を示す図である。
【図６】従来の力覚付与装置のブロック図である。
【図７】従来の力覚付与装置のフォースパターンの発生力のグラフである。
【符号の説明】
３    アクチュエータ
９    位置センサ
１０  ノブ（操作部）
１２  制御部
１２ａ  第１のメモリ
１２ｂ  第２のメモリ
１２ｃ  コントローラ
【図１】
0004061105.tif 000002
【図２】
0004061105.tif 000003
【図３】
0004061105.tif 000004
【図４】
0004061105.tif 000005
【図５】
0004061105.tif 000006
【図６】
0004061105.tif 000007
【図７】
0004061105.tif 000008