操作感触付与型入力装置
【課題】より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができ、合わせて自立的な回転力を発生させることができる操作感触付与型入力装置を提供する。
【解決手段】操作感触付与型入力装置１０は、回転操作される操作部１２と、操作部１２の回転状態を検出するフォトインタラプタ１８，１９と、操作部１２とともに回転するアーマチュアロータ２２と、アーマチュアロータ２２を介して操作部１２に回転抵抗を付与する電磁ブレーキ２４と、電磁ブレーキ２４とは別に回転軸１４を通じて操作部１２に自立回転力を付与する電動モータ３０とを備える。制御部２８は、回転抵抗を付与する場合は電磁ブレーキ２４のみを駆動して電力の消費を抑えるとともに、電動モータ３０を駆動して操作部１２を自立回転させることもできる。
【解決手段】操作感触付与型入力装置１０は、回転操作される操作部１２と、操作部１２の回転状態を検出するフォトインタラプタ１８，１９と、操作部１２とともに回転するアーマチュアロータ２２と、アーマチュアロータ２２を介して操作部１２に回転抵抗を付与する電磁ブレーキ２４と、電磁ブレーキ２４とは別に回転軸１４を通じて操作部１２に自立回転力を付与する電動モータ３０とを備える。制御部２８は、回転抵抗を付与する場合は電磁ブレーキ２４のみを駆動して電力の消費を抑えるとともに、電動モータ３０を駆動して操作部１２を自立回転させることもできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の電子機器や車載電装品等の入力デバイスとして利用することができ、その際、操作者に力学的な操作感触を付与することができる操作感触付与型入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の操作感触付与型入力装置に関して、操作部に操作感触を付与するアクチュエータとして回転モータを用いるものや（例えば、特許文献１参照。）、電磁ブレーキを用いるもの（例えば、特許文献２参照。）が先行技術として知られている。
【０００３】
前者の先行技術は、回転モータの出力によって操作部を自立的に回転させることができるため、その回転力の方向を適宜切り替えることで、例えば操作者の回転操作と反対方向に回転抵抗を発生させることもできるし、回転操作と同じ方向に自立回転力を発生させることもできる。また、操作者が操作を止めた（操作部から手を離した）状態でも、自立回転力によって操作部を所望の回転位置（原点位置等）まで復帰させることもできる。
【０００４】
一方で後者の先行技術は、電磁ブレーキによる摩擦で回転抵抗を発生させることはできるものの、その動作はあくまで受動的であり、操作部を自立的に回転させることはできない。ただし電磁ブレーキは、摩擦を利用して大きな回転抵抗を発生させることができるため、回転モータに比べて電力の変換効率に優れるという利点がある。例えば、操作部の回転をある特定の位置で規制しようとする場合（いわゆる壁感触を付与する場合）、電磁ブレーキは回転モータに比較して電力の消費が少ないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５１８４５号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、操作部を自立的に回転させるためには、アクチュエータに回転モータを使用する必要がある。この場合、操作部に回転抵抗を発生させることもできるし、自立的に回転させることもできるが、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることには向かない。これに対し、電磁ブレーキを用いた場合はより少ない電力で大きな回転抵抗を発生することができるものの、操作部を自立的に回転させることはできなくなる。
【０００７】
そこで本発明は、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができ、合わせて自立的な回転力を発生させることができる操作感触付与型入力装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
解決手段１：本発明は、操作者により回転操作される操作部と、操作部の回転状態を検出して出力する回転状態検出手段と、操作部への回転操作に対する回転抵抗又は操作部を自立的に回転させる自立回転力の少なくとも一方を操作部に与えるアクチュエータと、回転状態検出手段からの出力に基づき算出した操作部の回転位置とその回転方向に基づきアクチュエータの作動状態を制御する制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置である。
【０００９】
その上で本発明におけるアクチュエータは、操作部とともに回転するロータ部材を操作部とともに回転しない状態に固定されたステータ部材に圧着させて回転抵抗を発生させるブレーキ手段と、操作部を回転させて自立回転力を発生させるモータ手段とから構成されている。
【００１０】
上記のように本発明では、アクチュエータをブレーキ手段とモータ手段の２つの駆動源から構成することができる。このため、アクチュエータは操作部に回転抵抗を発生させる場合、ブレーキ手段又はモータ手段のいずれを用いてもよい（両方を用いてもよい）が、特に大きな回転抵抗を発生させる場合は主にブレーキ手段を活用することで、全体として消費電力を少なく抑えることができる。またモータ手段を活用すれば、所望の回転位置まで操作部を自立的に回転させることができる。
【００１１】
またアクチュエータは、ブレーキ手段だけで回転抵抗を発生させることもできるし、あるいは、モータ手段だけで回転抵抗を発生させることもできる。さらに、モータ手段とブレーキ手段とを協働させて（パラレルに）回転抵抗を発生させることもできるので、必要に応じてより強力な回転抵抗を発生することができる。
【００１２】
さらにアクチュエータは、ブレーキ手段により回転抵抗を発生させながら、同時にモータ手段によって自立回転力を発生させることもできる。この場合、操作者には自分の操作に対する適度な抵抗感触を付与しつつ、その間に操作部があたかも自立的に回転していくことがあるかのような感触を与えることができる。これにより、回転抵抗の発生を主にブレーキ手段で賄うことで消費電力を少なく抑えながら、自立回転力を発生可能なモータ手段を合わせて使用することで、より多様な操作感触の付与を実現することができる。
【００１３】
解決手段２：解決手段１の操作感触付与型入力装置において、制御手段は、操作部に対する回転操作の方向と反対方向の回転抵抗を発生させる場合はブレーキ手段を作動させ、操作部に対する回転操作の方向と同じ方向の自立回転力を発生させる場合はモータ手段を作動させることができる。
【００１４】
この場合、回転抵抗の発生をブレーキ手段だけで賄えるので、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができるし、操作部を自立回転力によって回転させることもできるので、ある一方向への回転操作中に操作部の回転が加速した（軽くなった）かのような操作感触を付与することができる。
【００１５】
解決手段３：解決手段１の操作感触付与型入力装置において、制御手段は、操作部に対する回転操作が一方向に連続して行われる場合、回転状態検出手段からの出力に基づいて算出した回転位置が所定位置に達するまでの間はモータ手段のみを作動させて操作部に対する回転操作の方向と反対方向への回転抵抗又は操作部に対する回転操作の方向と同じ方向への自立回転力のいずれかを発生させ、算出した回転位置が所定位置に達するとブレーキ手段のみを作動させて操作部に対する回転操作の方向と反対方向への回転抵抗を発生させることもできる。
【００１６】
この場合、操作部の回転位置が所定位置に達するまでの間、モータ手段だけを作動させて操作感触を付与することができるので、それだけ制御を容易に行うことができる。一方、操作部が所定位置まで回転すると、そこから一気にブレーキ手段を作動させて回転抵抗を付与することができるので、より少ない電力で大きな抵抗感触を与えることができる。
【００１７】
解決手段４：あるいは、解決手段１の操作感触付与型入力装置において、アクチュエータは、操作部とともに回転しつつ、その回転軸線に沿う方向に移動可能に配置された磁性金属からなるアーマチュアロータと、アーマチュアロータを回転軸線に沿う方向へ吸着する電磁コイルと、アーマチュアロータと電磁コイルとの間に配置され、回転軸線に沿う方向でみてアーマチュアロータに対向する摩擦部材と電磁コイルに対向する圧電素子とを重ね合わせて構成されたステータとからなる態様であってもよい。
【００１８】
この場合、制御手段は、電磁コイルにのみ通電した状態でアクチュエータをブレーキ手段（電磁的なブレーキ）として機能させる一方、電磁コイル及び圧電素子の両方に通電した状態ではアクチュエータを超音波モータとして機能させることができる。
【００１９】
上記の構成であれば、ブレーキ手段のアーマチュアロータを超音波モータのロータとしても利用できる上、超音波モータのステータをブレーキ手段のステータ（特に摩擦部材）としても利用することができる。このため、アクチュエータをモータ手段とブレーキ手段とで構成する場合でも、それぞれの部品点数を少なくすることができる。
【００２０】
また一般的な超音波モータは、ステータの表面に生じる進行波を利用してロータを回転させるものであるから、その構造上、ロータをステータに対して常時強く密着させておく必要がある。このため、単純にブレーキ手段（電磁的なブレーキ）と超音波モータとを２つ併用しただけでは、超音波モータの非作動時にもロータとステータとの間には強い摩擦が存在するため、操作部に回転抵抗を付与したくない場合でも回転抵抗が生じてしまう。これを取り除くには、さらに別の機構的手段（例えばクラッチ機構等）を設ける必要があり、それだけ構造が複雑化してしまう。
【００２１】
この点、解決手段４の構成では、ブレーキ手段のロータをアーマチュアロータとし、これをブレーキ手段の作動時にのみ生じる吸着力でステータに圧着させるため、ブレーキ手段を作動させない限り、アーマチュアロータとステータとの間に摩擦は発生しない。したがって、ブレーキ手段を非作動にすれば超音波モータも作動可能な状態にならないので、特に別の機構的手段を設けなくても、必要な場合にだけ回転抵抗を発生させることができる。
【００２２】
解決手段５：また本発明は、以下の構成であってもよい。すなわち本発明の操作感触付与型入力装置は、操作者により移動操作される操作部と、操作部の移動状態を検出して出力する移動状態検出手段と、操作部への移動操作に対する移動抵抗又は操作部を自立的に移動させる自立移動力の少なくとも一方を操作部に与えるアクチュエータと、移動状態検出手段からの出力に基づき算出した操作部の移動位置とその移動方向に基づきアクチュエータの作動状態を制御する制御手段とを備える。そしてアクチュエータは、操作部とともに移動する移動部材を操作部とともに移動しない状態に固定されたステータ部材に圧着させて移動抵抗を発生させるブレーキ手段と、操作部を移動させて自立移動力を発生させるモータ手段とから構成される。
【００２３】
この場合でも、アクチュエータは操作部に移動抵抗を発生させる場合、ブレーキ手段又はモータ手段のいずれを用いてもよい（両方を用いてもよい）が、特に大きな移動抵抗を発生させる場合は主にブレーキ手段を活用することで、全体として消費電力を少なく抑えることができる。またモータ手段を活用すれば、所望の位置まで操作部を自立的に移動させることができる。
【００２４】
またアクチュエータは、ブレーキ手段だけで移動抵抗を発生させることもできるし、あるいは、モータ手段だけで移動抵抗を発生させることもできる。さらに、モータ手段とブレーキ手段とを協働させて（パラレルに）移動抵抗を発生させることもできるので、必要に応じてより強力な移動抵抗を発生することができる。
【００２５】
さらにアクチュエータは、ブレーキ手段により移動抵抗を発生させながら、同時にモータ手段によって自立移動力を発生させることもできる。この場合、操作者には自分の操作に対する適度な抵抗感触を付与しつつ、その間に操作部があたかも自立的に移動していくことがあるかのような感触を与えることができる。これにより、移動抵抗の発生を主にブレーキ手段で賄うことで消費電力を少なく抑えながら、自立移動力を発生可能なモータ手段を合わせて使用することで、より多様な操作感触の付与を実現することができる。
【００２６】
解決手段６：解決手段５において、制御手段は、操作部に対する移動操作の方向と反対方向の移動抵抗を発生させる場合はブレーキ手段を作動させ、操作部に対する移動操作の方向と同じ方向の自立移動力を発生させる場合はモータ手段を作動させる。
【００２７】
この場合、移動抵抗の発生をブレーキ手段だけで賄えるので、より少ない電力で大きな移動抵抗を発生させることができるし、操作部を自立移動力によって移動させることもできるので、ある方向への移動操作中に操作部の移動が加速した（軽くなった）かのような操作感触を付与することができる。
【００２８】
解決手段７：あるいは解決手段５において、制御手段は、操作部に対する移動操作が一方向に連続して行われる場合、移動状態検出手段からの出力に基づいて算出した移動位置が所定位置に達するまでの間はモータ手段のみを作動させて操作部に対する移動操作の方向と反対方向への移動抵抗又は操作部に対する移動操作の方向と同じ方向への自立移動力のいずれかを発生させ、算出した移動位置が所定位置に達するとブレーキ手段のみを作動させて操作部に対する移動操作の方向と反対方向への移動抵抗を発生させてもよい。
【００２９】
この場合、操作部の移動位置が所定位置に達するまでの間、モータ手段だけを作動させて操作感触を付与することができるので、それだけ制御を容易に行うことができる。一方、操作部が所定位置まで移動すると、そこから一気にブレーキ手段を作動させて移動抵抗を付与することができるので、より少ない電力で大きな抵抗感触を与えることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の操作感触付与型入力装置は、より少ない消費電力で大きな回転抵抗を付与することができる上、操作部を自立回転させることができる。また、アクチュエータが回転抵抗と自立回転力を同時に発生させることができるので、より多様な操作感触を付与することができる。
【００３１】
また本発明の操作感触付与型入力装置は、より少ない消費電力で大きな移動抵抗を付与することができる上、操作部を自立移動させることができる。また、アクチュエータが移動抵抗と自立移動力を同時に発生させることができるので、より多様な操作感触を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態の操作感触付与型入力装置の全体的な構成を示す概略図である。
【図２】回転部材と摩擦板との連結関係を示す平面図（図１中のＩＩ−ＩＩ断面を含む）である。
【図３】操作感触付与型入力装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】制御部（演算部）が実行する制御処理の手順例を示すフローチャートである。
【図５】演算処理において演算に用いることができるフォースカーブの第１例及び第２例を示した図である。
【図６】演算処理において演算に用いることができるフォースカーブの第３例及び第４例を示した図である。
【図７】第２実施形態の操作感触付与型入力装置の全体的な構成を示す概略図である。
【図８】超音波モータを駆動する際に出力される駆動用信号と電磁ブレーキの駆動電圧のパターンとともに、操作部に付与される回転抵抗のフォースカーブを合わせて示した図である。
【図９】主に超音波モータによって自立回転力を付与する場合の駆動用信号と電磁ブレーキ２４の駆動電圧のパターンとを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明の操作感触付与型入力装置は、例えば、各種の電子機器（コンピュータ機器、オーディオ機器、ビデオ機器）をはじめ、カーナビゲーション装置等の車載電装品用の入力デバイス（ユーザインタフェース）として利用することができる。
【００３４】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の操作感触付与型入力装置１０の全体的な構成を示す概略図である。図１中、操作感触付与型入力装置１０の機械的な構成は、その大部分が縦断面により示されている。また図１中、操作感触付与型入力装置１０の電気的な構成はブロック要素として示されている。
【００３５】
〔操作部〕
操作感触付与型入力装置１０は操作部１２を備えており、この操作部１２は、例えば回転式のつまみ形状（ダイヤル形状）をなしている。操作者は操作部１２をつまんだ状態で回転操作することができ、このとき操作部１２は図中に一点鎖線で示される回転軸線ＣＬの回りに回転する。
【００３６】
操作部１２は、例えば回転軸１４の一端に連結されている。この回転軸１４は上記の回転軸線ＣＬに沿って操作部１２から一方向（図１中の下方向）に延びており、回転軸１４は操作部１２とともに回転軸線ＣＬの回りに回転する。
【００３７】
なお回転軸１４には、その軸方向の途中に弾性部材１５が介挿して設けられている。このため回転軸１４は、弾性部材１５を挟んで軸方向に第１パーツ１４ａと第２パーツ１４ｂとに分割された構造を有している。なお、弾性部材１５と第１パーツ１４ａ、第２パーツ１４ｂとは、それぞれの接合部で強固に接合されている。また弾性部材１５には、例えば材料としてゴムを使用することができる。
【００３８】
〔回転状態の検出〕
回転軸１４（第１パーツ１４ａ）の外周には、被検出体であるコード板１６が取り付けられている。このコード板１６は回転軸１４を中心とした薄板の円盤形状をなしており、その周方向には一定ピッチで図示しないスリットが形成されている。またコード板１６の外周部には、回転方向の原点位置を基点として周方向に図示しないインデックス（遮光部）が形成されている。
【００３９】
回転軸１４の近傍位置には、検出部として例えば２つのフォトインタラプタ１８，１９が設置されており、これらフォトインタラプタ１８，１９は、それぞれ検出光が互いに異なる位置でコード板１６のスリットを透過する関係に調整されている。操作部１２が回転操作されると、これに伴って回転軸１４とともにコード板１６が回転し、２つのフォトインタラプタ１８，１９から互いに位相差を持った回転角信号（エンコーダパルス）が出力される。なおフォトインタラプタ１８，１９は、これらが一体化されたパルスエンコーダでもよい。
【００４０】
また回転軸１４には、例えば第２パーツ１４ｂの軸方向でみた中央付近に回転部材２０が取り付けられている。回転部材２０は、例えば円盤形状の本体部２０ａを有しており、この本体部２０ａは回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）を中心としてラジアル方向に拡がっている。本体部２０ａの中央位置には貫通孔２０ｂが形成されており、この貫通孔２０ｂは本体部２０ａを厚み方向に貫通して形成されている。そして回転部材２０は、貫通孔２０ｂの内部に回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）を挿通させた状態で回転軸１４に固定されている。このため回転部材２０は、操作部１２が操作されると回転軸１４とともに回転軸線ＣＬの回りに回転する。
【００４１】
〔アーマチュアロータ〕
また回転軸１４には、回転軸線ＣＬに沿う方向でみて回転部材２０に隣接する位置にアーマチュアロータ２２が取り付けられている。このアーマチュアロータ２２もまた、例えば円盤形状の本体部２２ａを有するとともに、その中央位置には挿通孔２２ｂが形成されている。アーマチュアロータ２２の挿通孔２２ｂもまた本体部２２ａを厚み方向に貫通しているが、その内径は回転軸１４の外径よりもわずかに大きい。このためアーマチュアロータ２２は回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）に対して固定されておらず、回転軸１４や回転部材２０に対しては回転軸線ＣＬの回りに相対回転が可能な状態で支持されている。
【００４２】
またアーマチュアロータ２２は、挿通孔２２ｂ内に回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）を挿通させた状態で、中心軸線ＣＬに沿う方向へ僅かに変位可能である。なお回転軸１４の外周面と挿通孔２２ｂの内周面との間には、例えば回転軸１４に沿ってスライド自在な軸受（図示していない）が設けられていてもよい。またアーマチュアロータ２２は、その全体が磁性金属（例えば鉄）で構成されている。
【００４３】
〔電磁ブレーキ（ブレーキ手段）〕
第１実施形態の操作感触付与型入力装置１０は、アクチュエータの構成要素として電磁ブレーキ２４を備えている。この電磁ブレーキ２４は、例えば中空の円柱形状をなすケース型コア２４ａを有しており、このケース型コア２４ａの内部にフープ状の巻線２４ｂ（電磁コイル）を配置した構造である。ケース型コア２４ａの中央には例えば樹脂製の軸受２４ｃが設けられており、回転軸１４の他端部（図１でみて下端部）はこの軸受２４ｃを介してケース型コア２４ａに回転自在に支持されている。電磁ブレーキ２４は、巻線２４ｂに通電された状態でケース型コア２４ａに電磁力を発生させ、上記のアーマチュアロータ２２をスラスト方向に吸着することができる。
【００４４】
なお、回転軸１４の他端（第２パーツ１４ｂ）はケース型コア２４ａを貫通して回転部材２０やアーマチュアロータ２２と反対方向（図１でみて下方向）へ突出しており、この突出位置で回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）にはフランジ形状のストッパ２６が取り付けられている。このストッパ２６は、ケース型コア２４ａに対して回転軸１４がその軸方向（図１で上方向）へずれるのを防止している。
【００４５】
〔電動モータ（モータ手段）〕
また第１実施形態の操作感触付与型入力装置１０は、アクチュエータの構成要素として上記の電磁ブレーキ２４とは別に電動モータ３０を備えている。第１実施形態において、電動モータ３０は例えばＤＣモータである。電動モータ３０は、その出力軸が回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）と一体化されているか、もしくは回転軸１４と同軸に連結されている。
【００４６】
ここでは特に図示していないが、電磁ブレーキ２４及び電動モータ３０は、それぞれ別の装置本体や、操作感触付与型入力装置１０を収容する筐体に固定されている。このため操作部１２が回転操作されても、それによって電磁ブレーキ２４や電動モータ３０が連れ回りすることはない。
【００４７】
また操作感触付与型入力装置１０は制御部２８を備えており、この制御部２８にはフォトインタラプタ１８，１９や電磁ブレーキ２４、電動モータ３０が接続されている。なお、制御部２８を中心とした制御系の構成についてはさらに後述する。
【００４８】
〔自立回転力の付与〕
操作感触付与型入力装置１０は、アクチュエータを構成する電動モータ３０に通電することで、その駆動力により回転軸１４を回転させ、操作部１２に自立的な回転力（自立回転力）を付与することができる。
【００４９】
〔回転抵抗の付与〕
また操作感触付与型入力装置１０は、上記の電磁ブレーキ２４に通電することでアーマチュアロータ２２を引き付け、アーマチュアロータ２２を介して回転部材２０に摩擦抵抗を付与し、それによって操作部１２に回転抵抗を付与することができる。このため第１実施形態では、アーマチュアロータ２２と回転部材２０との間で相互に回転が伝達される構造を採用している。
【００５０】
すなわちアーマチュアロータ２２には、その表面（図１では上面）から突出する２つの連結突起２２ｃが設けられている。これら連結突起２２ｃは、いずれもアーマチュアロータ２２（本体部２２ａ）の表面から回転部材２０に向けて延びている。一方、回転部材２０には、２つの連結突起２２ｃにそれぞれ対応する位置に連結孔２０ｃが形成されている。これら連結孔２０ｃは本体部２０ａをその厚み方向に貫通して延びており、それぞれ内部に連結突起２２ｃが挿通されている。また各連結突起２２ｃは連結孔２０ｃ内に挿通された状態で、回転部材２０（本体部２０ａ）の表面（図１では上面）からある程度突出するだけの全長を有している。
【００５１】
図２は、回転部材２０とアーマチュアロータ２２との連結関係を示す平面図（図１中のＩＩ−ＩＩ断面を含む）である。図２に示されているように、２本の連結突起２２ｃは回転部材２０の各連結孔２０ｃ内に挿通された状態にあり、この状態で回転部材２０とアーマチュアロータ２２との相対回転は規制されている。このため、電磁ブレーキ２４によってアーマチュアロータ２２を引き付けると、アーマチュアロータ２２を介して回転部材２０に回転方向への摩擦抵抗が付与された状態となる。ただし、上記のように連結突起２２ｃは連結孔２０ｃ内で軸方向への移動は規制されていないため、回転軸１４全体に軸方向への力が及ぶことはない。
【００５２】
〔電動モータによる回転抵抗の付与〕
また第１実施形態では、電動モータ３０によって回転抵抗を付与することもできる。すなわち、操作者による操作部１２の回転操作の方向と反対方向に電動モータ３０を駆動することで、操作部１２に回転抵抗を付与することが可能である。ただしこの場合、電磁ブレーキ２４に比較して消費電力は多くなる。
【００５３】
上記の弾性部材１５は、操作部１２に回転抵抗が付与された状態で操作部１２が操作されると、その回転方向にねじり変形（弾性変形）を生じる。ただし弾性部材１５には、付与される回転抵抗が最大の状態で操作部１２が操作されたとしても、そのときのトルクに対して充分な剛性を有する材料を用いるため、そこで弾性部材１５が降伏したり、破断したりすることはない。したがって弾性部材１５は、通常の弾性範囲内で変形しつつ、操作部１２が受ける操作力を第１パーツ１４ａから第２パーツ１４ｂ及び回転部材２０に伝達することができる。
【００５４】
これにより、操作者がある程度の操作力を操作部１２に加えると、電磁ブレーキ２４に対してアーマチュアロータ２２をスリップさせながら操作部１２を引き続き回転させることができる。あるいは、電動モータ３０により回転抵抗を付与している状態であっても、操作者がある程度の操作力を操作部１２に加えると、その回転抵抗（操作方向と反対方向への自立回転力）に抗して電動モータ３０を逆回転させながら、引き続き操作部１２を回転させることができる。
【００５５】
一方で弾性部材１５は、上記のように弾性変形を生じた状態で操作者が操作部１２から手を離したり、操作力を緩めたりすると、それまでの変形状態から復帰することができる。この復帰に伴い、弾性部材１５は第１パーツ１４ａとともに操作部１２及びコード板１６をそれまでと逆方向へ僅かに回転させる。したがって、回転抵抗が付与された状態で操作部１２が操作力を受けなくなると、操作部１２の回転角度はそれまでの回転方向と逆方向へ僅かに変化する。
【００５６】
〔制御系の構成〕
図３は、操作感触付与型入力装置１０の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。制御部２８は、例えばプロセッサ（ＣＰＵ）を用いた演算部２８ａを有する他、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリデバイスを用いた記憶部２８ｂ、そして入力部２８ｃ及び出力部２８ｄを有したマイクロコンピュータとして構成されている。
【００５７】
上記のフォトインタラプタ１８，１９から出力される回転角信号は、それぞれ入力部２８ｃでＡ／Ｄ変換されて演算部２８ａに入力される。演算部２８ａは、この入力信号に基づいて回転軸１４（操作部１２）の回転角度及び回転方向を演算する。また演算部２８ａは、回転角度及び回転方向の演算結果に基づいて制御信号を出力し、電磁ブレーキ２４や電動モータ３０の作動状態を制御する。このとき電磁ブレーキ２４に対する制御信号は、出力部２８ｄを通じて電磁ブレーキ２４に供給される駆動電流又は駆動電圧に変換される。また電動モータ３０に対する制御信号は、そのときの回転方向（ＣＣＷ／ＣＷ）別に出力部２８ｄを通じて駆動電流又は駆動電圧に変換される。
【００５８】
〔外部システムとの接続〕
なお第１実施形態の操作感触付与型入力装置１０は、例えば外部システムとしての表示装置３２に接続して利用することができる。この場合、操作感触付与型入力装置１０は、その制御部２８から表示装置３２に対して、表示制御に関する外部出力信号を出力することができる。
【００５９】
例えば、表示装置３２が有する表示画面（図示していない）上に操作部１２の回転位置（座標上でみた回転角度）と連動させてポインタ等を表示させる場合、制御部２８はポインタの表示位置を指示するための回転角座標を外部出力信号として出力する。表示装置３２は、制御部２８から受け取った回転角座標に基づいて表示画面上にポインタを表示する。これにより表示装置３２は、操作部１２の回転角度の変化に連動してリアルタイムに表示画面上でポインタを移動させることができる。ただし、このような構成は特に必須ではなく、特に操作感触付与型入力装置１０が表示装置３２に接続されていなくてもよい。
【００６０】
〔制御処理〕
次に図４は、制御部２８（主に演算部２８ａ）が実行する制御処理の手順例を示すフローチャートである。なお制御処理の手順は、例えば記憶部２８ｂに制御プログラムとして記憶されている。以下、各手順に沿って説明する。
【００６１】
ステップＳ１０：先ず演算部２８ａは、初期設定処理を実行する。この処理では、例えばフォトインタラプタ１８，１９から入力された現時点での検出信号を記憶し、この状態を操作部１２の初期位置に設定する。また演算部２８ａは、記憶部２８ｂに予め記憶されている座標軸のデータを読み込み、この座標軸上で操作部１２の初期位置を初期の回転角座標に設定する。なお座標軸は、操作部１２の回転位置を回転角度（θ）で表したものである。
【００６２】
ステップＳ２０：次に演算部２８ａは、角度検出処理を実行する。この処理は、現在の操作部１２の回転角度（回転位置）を検出するためのものである。例えば、演算部２８ａは各フォトインタラプタ１８，１９からの検出信号に基づき、先の初期設定処理で設定した初期位置から操作部１２がいずれの方向へどれだけの角度だけ回転したかを検出する。そして演算部２８ａは、検出した回転方向及び回転角度に基づき、上記の座標軸上でみた操作部１２の回転角度に対応する現在の回転角座標（θ）を演算する。
【００６３】
ステップＳ３０：次に演算部２８ａは、演算処理を実行する。この処理は、先の角度検出処理で演算した現在の回転角座標（θ）と予め用意されたフォースカーブとに基づき、アクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）により発生させる回転抵抗又は自立回転力の大きさ（自立回転力については方向も）を演算するためのものである。なおフォースカーブのプロファイルデータは、例えば予め記憶部２８ｂに記憶させておくことができる。なおフォースカーブについては、具体例を挙げてさらに後述する。
【００６４】
ステップＳ４０：続いて演算部２８ａは、アクチュエータ駆動処理を実行する。この処理は、先の演算処理での演算結果に基づいてアクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）を作動させることにより、操作部１２に回転抵抗を付与したり、自立回転力を付与したりするものである。これにより、実際に操作者が行う操作部１２の操作に対して操作感触を付与することができる。
【００６５】
ステップＳ５０：そして演算部２８ａは、信号出力処理を実行する。この処理は、上述した外部の表示装置３２に対して外部出力信号を出力するためのものである。具体的には、演算部２８ａは、現在の操作部１２の回転角度に対応する回転角座標（θ）を外部出力信号として表示装置３２に出力する。表示装置３２は、この外部出力信号に基づいて表示画面３２上におけるポインタ等の表示位置を制御することができる。なお、操作感触付与形入力装置１０を表示装置３２に接続していない場合、この信号出力処理（ステップＳ５０）を実行する必要はない。
【００６６】
電源投入後、演算部２８ａが上記の各処理（ステップＳ２０〜ステップＳ５０）を定常的に実行することにより、現在の操作部１２の回転角度に対応する回転角座標（θ）がリアルタイムで演算される。また演算部２８ａがそのときの回転角座標（θ）に基づいてアクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）を駆動することにより、回転角度の変化に応じて操作部１２に付与される回転抵抗や自立回転力（大きさと方向）も変化する。
【００６７】
〔フォースカーブの例〕
図５は、上記の演算処理（ステップＳ３０）において演算に用いることができるフォースカーブの第１例（図５中（Ａ））及び第２例（図５中（Ｂ））を示した図である。以下、それぞれについて説明する。
【００６８】
〔第１例：右回転時〕
図５中（Ａ）：第１例のフォースカーブは、例えば操作部１２が右方向（回転軸１４の上方からみて右方向）に回転する場合の制御に適用可能なプロファイルデータとして記憶部２８ｂに記憶されている。フォースカーブが破線で示されている部分は、そこでの回転抵抗を電磁ブレーキ２４により発生させることを表しており、フォースカーブが実線で示されている部分は、そこでの自立回転力を電動モータ３０により発生させることを表している。また縦軸の上側は左方向への回転抵抗（ＦＬ）の大きさを表し、縦軸の下側は右方向への自立回転力（ＦＲ）の大きさを表している。
【００６９】
〔区間Ａ：θ０≦θ≦θ２〕
先ず、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ０〜θ１までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０を駆動する。これにより、操作者が特に操作しなくても、操作部１２が自立的に右方向へ回転する。
【００７０】
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１の右側へ移動すると、操作部１２に与えられる右方向への自立回転力は次第に減少していく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ２に達すると、操作部１２に与えられる自立回転力は０になる。このため特に操作者が操作部１２を操作しなければ、そこで操作部１２は回転を停止する。なお、この区間Ａにおいて操作者が操作部１２を操作した場合でも同様の動作となる。
【００７１】
〔区間Ｂ：θ２≦θ≦θｎ〕
次に、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θｎ（ただしθｎ＞θ２）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブの破線部分と実線部分のそれぞれに基づき、左方向への回転抵抗（極大値Ｆａ）と右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電磁ブレーキ２４と電動モータ３０とを交互に駆動する。
【００７２】
具体的には、先ず回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、電磁ブレーキ２４により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。これにより、操作者が操作部１２を回転させていくにつれて、次第に抵抗力が高まっていくような操作感触が付与されることになる。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ３に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除する。これにより、操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【００７３】
さらに演算部２８ａはフォースカーブ（実線部分）に基づき、その瞬間から右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動を開始する。これにより、クリック感触を付与した直後にあたかも操作部１２の回転が急に加速された（軽くなった）かのような操作感触が付与されることになる。なお、このとき付与される自立回転力は、検出される操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で右方向に移動するにつれて次第に減少していく。
【００７４】
この後も同様に、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ４〜θ５までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき電磁ブレーキ２４により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ５に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除し、回転角度（θ）が座標軸上でθ６に達するまでの間、フォースカーブ（実線部分）に基づいて右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動を開始する（座標軸上でθ６〜θ７，θ７〜θｎまでの間も同様。）。
【００７５】
〔区間Ｃ：θｎ≦θ≦θｗ〕
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｎの右側へ移動すると、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、そこから最大値Ｆｍａｘに向けて回転抵抗を増大させるべく電磁ブレーキ２４を駆動する。これにより、操作者に対して次第に操作部１２の回転操作が重くなっていくかのような操作感触を付与することができる。
【００７６】
そして、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｗに達すると、そこで演算部２８ａは最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を付与するべく電磁ブレーキ２４を最大電圧（電流）で駆動する。これにより操作者に対して、あたかも操作部１２の回転操作が規制されたかのような操作感触（壁に突き当たった感触）を付与することができる。
【００７７】
〔第２例：左回転時〕
次に、左回転時に適用できる第２例のフォースカーブについて説明する。
図５中（Ｂ）：第２例のフォースカーブは、例えば操作部１２が左方向（回転軸１４の上方からみて左方向）に回転する場合の制御に適用可能なプロファイルデータとして記憶部２８ｂに記憶されている。第２例においても同様に、フォースカーブが破線で示されている部分は、そこでの回転抵抗を電磁ブレーキ２４により発生させることを表しており、フォースカーブが実線で示されている部分は、そこでの自立回転力を電動モータ３０により発生させることを表している。
【００７８】
この場合、縦軸の上側は左方向への自立回転力（ＦＬ）の大きさを表し、縦軸の下側は右方向への回転抵抗（ＦＲ）の大きさを表している。また操作部１２の回転操作に伴い、回転角度（θ）は座標軸上で左方向へ移動するものとする。
【００７９】
〔区間Ａ：θ２≦θ≦θ０〕
先ず、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ０〜θ１（右から左への移動）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０を駆動する。これにより、操作者が特に操作しなくても、操作部１２が自立的に左方向へ回転する。
【００８０】
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１の左側へ移動すると、操作部１２に与えられる左方向への自立回転力は次第に減少していく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ２に達すると、操作部１２に与えられる自立回転力は０になる。このため特に操作者が操作部１２を操作しなければ、そこで操作部１２は回転を停止する。なお、この区間Ａにおいて操作者が操作部１２を操作した場合でも同様の動作となる。
【００８１】
〔区間Ｂ：θｎ≦θ≦θ２〕
次に、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θｎ（ただしθ２＞θｎ）までの間にある場合は以下となる。すなわち、演算部２８ａはフォースカーブの破線部分と実線部分のそれぞれに基づき、右方向への回転抵抗（極大値Ｆａ）と左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電磁ブレーキ２４と電動モータ３０とを交互に駆動する。
【００８２】
具体的には、先ず回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、電磁ブレーキ２４により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。これにより、操作者が操作部１２を回転させていくにつれて、次第に抵抗力が高まっていくような操作感触が付与されることになる。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ３に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除する。これにより、操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【００８３】
さらに演算部２８ａはフォースカーブ（実線部分）に基づき、その瞬間から左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動を開始する。これにより、クリック感触を付与した直後にあたかも操作部１２の回転が急に加速された（軽くなった）かのような操作感触が付与されることになる。ここでも同様に、付与される自立回転力は、検出される操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で左方向に移動するにつれて次第に減少していく。
【００８４】
この後も同様に、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ４〜θ５までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき電磁ブレーキ２４により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ５に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除し、回転角度（θ）が座標軸上でθ６に達するまでの間、フォースカーブ（実線部分）に基づいて左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動を開始する（座標軸上でθ６〜θ７，θ７〜θｎまでの間も同様。）。
【００８５】
〔区間Ｃ：θｗ≦θ≦θｎ〕
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｎの左側へ移動すると、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、そこから最大値Ｆｍａｘに向けて回転抵抗を増大させるべく電磁ブレーキ２４を駆動する。これにより、操作者に対して次第に操作部１２の回転操作が重くなっていくかのような操作感触を付与することができる。
【００８６】
そして、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｗに達すると、そこで演算部２８ａは最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を付与するべく電磁ブレーキ２４を最大電圧（電流）で駆動する。これにより操作者に対して、あたかも操作部１２の回転操作が規制された（壁に突き当たった）かのような操作感触（壁感触）を付与することができる。
【００８７】
〔第１例及び第２例のまとめ〕
上述した第１例及び第２例のフォースカーブを用いてアクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）の作動状態を制御した場合、右回転又は左回転のいずれについても、操作部１２に回転抵抗を付与する場合は電磁ブレーキ２４だけが駆動されることになる。このため、電動モータ３０の動力で回転抵抗を発生させる場合に比較して、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができる。特に操作部１２の回転を規制する場合（壁パターン）は大きな回転抵抗を必要とするが、電磁ブレーキ２４は電動モータ３０に比べて変換効率がよいため、それだけ消費電力を少なくすることができる。
【００８８】
一方で、アクチュエータとして電磁ブレーキ２４だけでなく、電動モータ３０も使用することにより、操作部１２を所望の回転位置（座標軸上のθ２）まで自立的に回転させることができるし、回転操作の途中で操作部１２の回転を加速するような自立回転力を付与することもできる。
【００８９】
〔フォースカーブの第３例〕
次に図６は、上記の演算処理（ステップＳ３０）において演算に用いることができるフォースカーブの第３例（図６中（Ａ））及び第４例（図６中（Ｂ））を示した図である。これら第３，第４例は、操作部１２の回転を大きく規制する場合（壁パターン時）にのみ電磁ブレーキ２４を駆動し、それ以外の場合は電磁ブレーキ２４を駆動せず、電動モータ３０だけを駆動するものである。以下、それぞれについて説明する。
【００９０】
〔第３例：右回転時〕
図６中（Ａ）：第３例のフォースカーブは、操作部１２が右方向に回転する場合の制御に適用可能なプロファイルデータである。
【００９１】
〔区間Ａ：θ０≦θ≦θ２〕
先ず、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ０〜θ１までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０を駆動する。これにより、操作者が特に操作しなくても、操作部１２が自立的に右方向へ回転する。
【００９２】
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１の右側へ移動すると、操作部１２に与えられる右方向への自立回転力は次第に減少していく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ２に達すると、操作部１２に与えられる自立回転力は０になる。このため特に操作者が操作部１２を操作しなければ、そこで操作部１２は回転を停止する。なお、この区間Ａにおいて操作者が操作部１２を操作した場合でも同様の動作となる。
【００９３】
〔区間Ｂ：θ２≦θ≦θｎ〕
次に、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θｎ（ただしθｎ＞θ２）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、左方向への回転抵抗（極大値Ｆａ）と右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の作動状態だけを制御する。
【００９４】
具体的には、先ず回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（上側の登り区間）に基づき、電動モータ３０により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。これにより、操作者が操作部１２を回転させていくにつれて、次第に抵抗力が高まっていくような操作感触が付与されることになる。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ３に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除する。これにより、操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【００９５】
さらに演算部２８ａはフォースカーブに基づき、その瞬間から右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動力を制御する。このとき電動モータ３０の回転方向は、それまでの左方向（ＣＣＷ）から右方向（ＣＷ）に反転することになる。これにより、クリック感触を付与した直後にあたかも操作部１２の回転が急に加速された（軽くなった）かのような操作感触が付与されることになる。また、このとき付与される自立回転力は、検出される操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で右方向に移動するにつれて次第に減少していく。
【００９６】
この後も同様に、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ４〜θ５までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（次の登り区間）に基づき電動モータ３０により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ５に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除し、回転角度（θ）が座標軸上でθ６に達するまでの間、フォースカーブに基づいて右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動力を制御する（座標軸上でθ６〜θ７，θ７〜θｎまでの間も同様。）。
【００９７】
〔区間Ｃ：θｎ≦θ≦θｗ〕
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｎの右側へ移動すると、演算部２８ａは電動モータ３０の駆動を停止する。そして演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、そこから最大値Ｆｍａｘに向けて回転抵抗を増大させるべく、今度は電磁ブレーキ２４を駆動する。これにより、操作者に対して次第に操作部１２の回転操作が重くなっていくかのような操作感触を付与することができる。
【００９８】
そして、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｗに達すると、そこで演算部２８ａは最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を付与するべく電磁ブレーキ２４を最大電圧（電流）で駆動する。これにより操作者に対して、あたかも操作部１２の回転操作が規制された（壁に突き当たった）かのような操作感触（壁感触）を付与することができる。
【００９９】
〔第４例：左回転時〕
図６中（Ｂ）：第４例のフォースカーブは、操作部１２が左方向（回転軸１４の上方からみて左方向）に回転する場合の制御に適用可能なプロファイルデータである。ここでも同様に、縦軸の上側は左方向への自立回転力（ＦＬ）の大きさを表し、縦軸の下側は右方向への回転抵抗（ＦＲ）の大きさを表している。また操作部１２の回転操作に伴い、回転角度（θ）は座標軸上で左方向へ移動するものとする。
【０１００】
〔区間Ａ：θ２≦θ≦θ０〕
先ず、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ０〜θ１（右から左への移動）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０を駆動する。これにより、操作者が特に操作しなくても、操作部１２が自立的に左方向へ回転する。
【０１０１】
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１の左側へ移動すると、操作部１２に与えられる左方向への自立回転力は次第に減少していく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ２に達すると、操作部１２に与えられる自立回転力は０になる。このため特に操作者が操作部１２を操作しなければ、そこで操作部１２は回転を停止する。なお、この区間Ａにおいて操作者が操作部１２を操作した場合でも同様の動作となる。
【０１０２】
〔区間Ｂ：θｎ≦θ≦θ２〕
次に、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θｎ（ただしθ２＞θｎ）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、右方向への回転抵抗（極大値Ｆａ）と左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の作動状態だけを制御する。
【０１０３】
具体的には、先ず回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（下側の下り区間）に基づき、電動モータ３０により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。これにより、操作者が操作部１２を回転させていくにつれて、次第に抵抗力が高まっていくような操作感触が付与されることになる。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ３に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除する。これにより、操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【０１０４】
さらに演算部２８ａはフォースカーブに基づき、その瞬間から左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動力を制御する。このとき電動モータ３０の回転方向は、それまでの右方向（ＣＷ）から左方向（ＣＣＷ）に反転することになる。これにより、クリック感触を付与した直後にあたかも操作部１２の回転が急に加速された（軽くなった）かのような操作感触が付与されることになる。また、このとき付与される自立回転力は、検出される操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で左方向に移動するにつれて次第に減少していく。
【０１０５】
この後も同様に、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ４〜θ５までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（次の下り区間）に基づき電動モータ３０により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ５に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除し、回転角度（θ）が座標軸上でθ６に達するまでの間、フォースカーブに基づいて左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動力を制御する（座標軸上でθ６〜θ７，θ７〜θｎまでの間も同様。）。
【０１０６】
〔区間Ｃ：θｗ≦θ≦θｎ〕
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｎの左側へ移動すると、演算部２８ａは電動モータ３０の駆動を停止する。そして演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、そこから最大値Ｆｍａｘに向けて回転抵抗を増大させるべく、今度は電磁ブレーキ２４を駆動する。これにより、操作者に対して次第に操作部１２の回転操作が重くなっていくかのような操作感触を付与することができる。
【０１０７】
そして、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｗに達すると、そこで演算部２８ａは最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を付与するべく電磁ブレーキ２４を最大電圧（電流）で駆動する。これにより操作者に対して、あたかも操作部１２の回転操作が規制された（壁に突き当たった）かのような操作感触（壁感触）を付与することができる。
【０１０８】
〔第４例及び第５例のまとめ〕
上述した第４例及び第５例のフォースカーブを用いてアクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）の作動状態を制御した場合、右回転又は左回転のいずれについても、操作部１２の回転を大きく規制する場合（壁パターン）は電磁ブレーキ２４だけが駆動されることになる。このため、電動モータ３０の動力で回転抵抗を発生させる場合に比較して、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができる。
【０１０９】
なお、上記の第１〜第４では、最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を電磁ブレーキ２４のみで発生させているが、電磁ブレーキ２４と合わせて電動モータ３０を駆動することにより、さらに強力な回転抵抗を付与することもできる。これにより、操作部１２の回転操作をより強固に規制することで、極めて明快な壁感触を付与することができる。
【０１１０】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態の操作感触付与形入力装置１０について説明する。図７は、第２実施形態の操作感触付与型入力装置１０の全体的な構成を示す概略図である。第２実施形態では、上記の電動モータ３０を超音波モータ４０で構成した点が第１実施形態と大きく異なっている。その他の構成については第１実施形態と共通であり、ここでは共通の構成には図示とともに同じ符号を付し、重複した説明を省略するものとする。
【０１１１】
〔超音波モータの構成〕
一般的な超音波モータは、そのステータにロータを強く圧着させた状態で保持する必要があるが、第２実施形態においては、超音波モータ４０のステータを摩擦部材４０ａと圧電素子４０ｂとで構成している。これら摩擦部材４０ａ及び圧電素子４０ｂは、回転軸線ＣＬに沿う方向に積層された状態でアーマチュアロータ２２と電磁コイル２４ｂとの間に配置されている。また、この状態で摩擦部材４０ａがアーマチュアロータ２２に対向しており、圧電素子４０ｂが電磁コイル２４ｂに対向している。
【０１１２】
上記の超音波モータ４０において、特に摩擦部材４０ａは、圧電素子４０ｂの駆動時に進行波を発生させるステータとして機能するものであるが、電磁コイル２４ｂの通電時にはアーマチュアロータ２２を強く密着させることで、電磁ブレーキ２４による摩擦力を発生させる部材（「摩擦部材」そのもの）としても機能する。このため第２実施形態では、超音波モータ４０のステータ（特に摩擦部材４０ａ）を電磁ブレーキ２４のステータとしても利用することができ、それだけ使用する部品を少なくすることができる。
【０１１３】
なお第２実施形態では、回転部材２０やアーマチュアロータ２２を含めて電磁ブレーキ２４及び超音波モータ４０が１つのケース体４２内に収容されている。ケース体４２は、例えば中空の円柱形状をなしており、その上面には挿通孔４２ａが形成されており、この挿通孔４２ａに回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）が挿通された状態にある。なお、挿通孔４２ａの内径は回転軸１４の外径よりも僅かに大きく、このため回転軸１４はケース体４２に対して回転自在である。これに対し、電磁ブレーキ２４（ケース型コア２４ａ）はケース体４２に固定されているので、第２実施形態の操作感触付与型入力装置１０は、ケース体４２をベースとして図示しない他の装置本体等に取り付けることができる。
【０１１４】
次に、第２実施形態の操作感触付与型入力装置１０の制御例について説明する。第２実施形態においても、そのアクチュエータ（電磁ブレーキ２４及び超音波モータ４０）の制御に関して制御部２８を適用することができる。具体的には、図３に示される制御系の構成中、電動モータ３０を超音波モータ４０として制御系を構築すればよい。
【０１１５】
なお、フォトインタラプタ１８，１９を用いた操作部１２の回転位置（回転角度）の検出については第１実施形態と同様である。また、演算部２８ａが実行する制御処理についても図４に示されるフローチャートを適用することができる。
【０１１６】
〔第２実施形態の特徴〕
第２実施形態では、電動モータ３０に代えて超音波モータ４０を用いているが、そのステータ（摩擦部材４０ａ）が電磁ブレーキ２４のステータと兼用されているため、電磁ブレーキ２４を駆動してアーマチュアロータ２２を摩擦部材４０ａに圧着させた状態でなければ、超音波モータ４０を駆動することができない。そこで、以下に電磁ブレーキ２４との併用時に適用可能な制御例を挙げて説明する。
【０１１７】
〔制御例１〕
図８は、超音波モータ４０を駆動する際に出力される駆動用信号（図８中（Ａ））と電磁ブレーキ２４の駆動電圧（図８中（Ｂ））のパターンとともに、操作部１２に付与される回転抵抗のフォースカーブ（図８中（Ｃ））を合わせて示した図である。なお図８中、横軸は検出された操作部１２の回転角度（θ）の座標を表している。また制御例１では、操作者が操作部１２を右方向に回転操作する場合を想定している。
【０１１８】
〔超音波モータ駆動用信号〕
図８中（Ａ）：超音波モータ４０の作動状態は、圧電素子４０ｂに印加される駆動用信号の波形に基づいて制御することができる。ここで、縦軸の上側は左方向への回転トルク（ＴＬ）の大きさを表し、縦軸の下側は右方向への回転トルク（ＴＲ）の大きさを表している。駆動用信号が縦軸の上下いずれかに変化すると、そのときの振幅と時間に応じて摩擦部材４０ａに進行波が発生し、このとき進行波の回転方向と逆向きにアーマチュアロータ２２を回転させようとするトルクが発生する。
【０１１９】
制御例１の波形パターンでは、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で所定角度Ｐ３に達するまでの間、特に駆動用信号が出力されていない。このため、この間は特に超音波モータ４０は回転しない。
【０１２０】
〔区間Ｓ：Ｐ３≦θ≦θ４〕
この後、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でＰ３より右側に移動すると、所定角度θ４に達するまでの間に駆動用信号が上下に周期的に変化している。この場合、駆動用信号の波形に応じて超音波モータ４０が左右方向への回転トルクを周期的に発生させる。
【０１２１】
〔電磁ブレーキ駆動電圧〕
図８中（Ｂ）：電磁ブレーキ２４の作動状態は、上記のように電磁コイル２４ｂに印加される駆動電圧（電流）に基づいて制御することができるので、駆動電圧の波形は電磁ブレーキ２４により発生する回転抵抗のフォースカーブに相当する。なお、縦軸の上側は、左方向への回転抵抗の大きさを表している。
【０１２２】
この制御例１では、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１〜Ｐ１までの間にある場合、演算部２８ａは次第に電磁コイル２４ｂに対する駆動電圧を増加させている。そして、回転角度（θ）が座標軸上でＰ１に達すると、駆動電圧は極大値Ｖａに達する。そこからさらに回転角度（θ）が座標軸上で右側へ移動すると、演算部２８ａは駆動電圧を次第に減少させていき、回転角度（θ）がＰ２に達すると、駆動電圧は０Ｖになる。
【０１２３】
続いて、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜Ｐ２までの間にある場合、再び演算部２８ａは次第に電磁コイル２４ｂに対する駆動電圧を増加させる。そして、回転角度（θ）が座標軸上でＰ２に達すると、駆動電圧は極大値Ｖａに達する。そこからさらに回転角度（θ）が座標軸上で右側へ移動すると、演算部２８ａは駆動電圧を次第に減少させていき、回転角度（θ）がＰ３に達すると駆動電圧は０Ｖになる。以下、θ３〜Ｐ３、Ｐ３〜θ４の間でも同様である。
【０１２４】
〔操作部の回転抵抗〕
図８中（Ｃ）：アクチュエータとして電磁ブレーキ２４と超音波モータ４０とを併用した場合、実際に操作部１２に付与される操作感触は、両者の出力を合成したものとなる。
【０１２５】
〔θ１〜Ｐ３までの間〕
操作者が操作部１２を連続をして右方向へ回転させていくとき、回転角度（θ）が座標軸上でＰ３に達するまでの間は超音波モータ４０が作動していないので、この間は電磁ブレーキ２４による回転抵抗だけが付与される。この場合、回転角度（θ）が座標軸上でθ１に達すると、そこから次第に回転抵抗が大きくなっていき、やがて回転角度（θ）がＰ１に達すると、そこで回転抵抗は極大となる。そして、回転角度（θ）がＰ１を超えると回転抵抗が減少していくので、このとき操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【０１２６】
なお、以上の操作感触は回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間を移動する場合についても同様であり、回転角度（θ）が座標軸上でＰ２を超えたところでクリック感触を発生させることができる。
【０１２７】
〔区間Ｓ：でこぼこ感触〕
上記の区間Ｓ（Ｐ３〜θ４）では、電磁ブレーキ２４とともに超音波モータ４０が作動するため、この間の操作感触は、両者の出力を重ね合わせたものとなる。具体的には、電磁ブレーキ２４による回転抵抗のフォースカーブに超音波モータ４０によるトルク波形が重畳されたような形となって現れる。ただし、超音波モータ４０のトルクは単純に駆動用信号の波形だけでなく、電磁ブレーキ２４に対する駆動電圧にも依存する。なぜなら、電磁ブレーキ２４の吸着力が弱くなると、それに伴ってステータ（摩擦部材４０ａ）とアーマチュアロータ２２との圧着力が低下するため、その分、トルクが目減りするからである。
【０１２８】
ただし、電磁ブレーキ２４とともに超音波モータ４０を駆動することで、区間Ｓでは操作部１２に回転抵抗を付与するだけでなく、その間に操作部１２が回転方向（ここでは右方向）へ自立的に回転する力を発生しているかのような感触を付与することができる。また、回転抵抗は電磁ブレーキ２４によるフォースカーブだけのようになだらかに変化せず、周期的に細かくエッジが立ったかのような引っかかり感触となって現れる。その結果、自動車のステアリングホイールに喩えると、自動車がでこぼこ道を走行中に路面からの反力であたかもステアリングホイールが細かく揺さぶられているかのような操作感触を発生させることができる。
【０１２９】
〔制御例２〕
図９は、主に超音波モータ４０によって自立回転力を付与する場合の駆動用信号と電磁ブレーキ２４の駆動電圧のパターンとを示した図である。なお、図９では操作部１２を左方向（座標軸上のＰ０からＰｃへ左方向）に自立回転させる場合を想定している。
【０１３０】
図９中（Ａ）：例えば、操作部１２の現在の回転角度（θ）が座標軸上のＰ０より僅かに左側にある場合、超音波モータ４０の駆動用信号が０より僅かに大きくなる。
【０１３１】
図９中（Ｂ）：このとき、電磁ブレーキ２４には最大駆動電圧Ｖａが印加されている。なお、電磁ブレーキ２４には超音波モータ４０による自立回転中（座標軸上でＰ０〜Ｐｃの区間）、継続して最大駆動電圧Ｖａが印加される。
【０１３２】
図９中（Ｃ）：その結果、操作部１２には超音波モータ４０の駆動用信号の波形に応じた自立回転力が付与される。これにより、操作部１２は座標軸上の所定位置Ｐ０から基準位置Ｐｃに向けて自立的に回転する。この間、操作部１２は始め低速で回転し、その後に回転速度を増すと中間点から減速し、最後は極低速で基準位置Ｐｃに停止する。これにより、例えば操作者が操作部１２を所定位置Ｐ０で手を離した場合であっても、操作部１２を基準位置Ｐｃへ強制的に復帰させることができる。
【０１３３】
第２実施形態の操作感触付与型入力装置１０によれば、アクチュエータとして超音波モータ４０を使用しても、アーマチュアロータ２２とステータ（摩擦部材４０ａ）との圧着力を電磁ブレーキ２４によって得ているため、非作動時にまでアーマチュアロータ２２をステータに圧着させておく必要がない。また、電磁ブレーキ２４を非作動にすれば超音波モータ４０も作動可能な状態にならず、アーマチュアロータ２２とステータとの間に摩擦が働かないので、超音波モータ４０を用いていてもスムーズな操作部１２の回転操作を実現することができる。
【０１３４】
上述した各実施形態に操作感触付与型入力装置１０によれば、電磁ブレーキ２４と電動モータ３０又は超音波モータ４０とを併用することにより、より大きな回転抵抗を少ない電力で得ることができる上、自立的に操作部１２を回転させることができる。また、回転抵抗の付与と合わせて自立回転力を付与することができるため、単純にいずれか一方だけを付与する場合と比較して、より多様性に富んだ操作感触の付与パターンを実現することができる。
【０１３５】
なお、第１実施形態で挙げたフォースカーブは、第２実施形態の構造においても適用することができる。また、各実施形態で挙げたフォースカーブや波形パターンは図示とともに挙げた例に限らず、その他のパターンを採用してもよい。
【０１３６】
また、回転状態の検出はコード板１６とフォトインタラプタ１８，１９との組み合わせだけでなく、例えば反射板とフォトスイッチとの組み合わせで実現してもよい。
【０１３７】
なお、上述した実施形態では、操作部が回転操作されるものを例示したが、例えば操作部としてスライド操作等の他の移動形態を有するものにも本発明を適用することが可能である。この場合、例えば往復移動式のアクチュエータ（リニアアクチュエータ等）を用いて操作部を自立的にスライド移動させるとともに、操作部の移動状態（座標）をエンコーダ等で検出し、その検出結果に基づきアクチュエータの作動状態を制御すればよい。
【０１３８】
また、上述した実施形態では、アクチュエータとして電気を動力源とした電動モータおよび電磁ブレーキを例示したが、例えば油圧や空圧等の他のエネルギーを動力源としたモータやブレーキを用いてもよい。
【０１３９】
その他、図示とともに示した各種部材の形状や配置はいずれも好ましい例であり、本発明の実施に際してこれらを適宜変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１４０】
１０ 操作感触付与型入力装置
１２ 操作部
１４ 回転軸
１６ コード板
１８，１９ フォトインタラプタ
２０ 回転部材
２２ アーマチュアロータ
２４ 電磁ブレーキ
２８ 制御部
２８ａ 演算部
２８ｄ 出力部
３０ 電動モータ
４０ 超音波モータ
４０ａ 摩擦部材
４０ｂ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の電子機器や車載電装品等の入力デバイスとして利用することができ、その際、操作者に力学的な操作感触を付与することができる操作感触付与型入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の操作感触付与型入力装置に関して、操作部に操作感触を付与するアクチュエータとして回転モータを用いるものや（例えば、特許文献１参照。）、電磁ブレーキを用いるもの（例えば、特許文献２参照。）が先行技術として知られている。
【０００３】
前者の先行技術は、回転モータの出力によって操作部を自立的に回転させることができるため、その回転力の方向を適宜切り替えることで、例えば操作者の回転操作と反対方向に回転抵抗を発生させることもできるし、回転操作と同じ方向に自立回転力を発生させることもできる。また、操作者が操作を止めた（操作部から手を離した）状態でも、自立回転力によって操作部を所望の回転位置（原点位置等）まで復帰させることもできる。
【０００４】
一方で後者の先行技術は、電磁ブレーキによる摩擦で回転抵抗を発生させることはできるものの、その動作はあくまで受動的であり、操作部を自立的に回転させることはできない。ただし電磁ブレーキは、摩擦を利用して大きな回転抵抗を発生させることができるため、回転モータに比べて電力の変換効率に優れるという利点がある。例えば、操作部の回転をある特定の位置で規制しようとする場合（いわゆる壁感触を付与する場合）、電磁ブレーキは回転モータに比較して電力の消費が少ないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５１８４５号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、操作部を自立的に回転させるためには、アクチュエータに回転モータを使用する必要がある。この場合、操作部に回転抵抗を発生させることもできるし、自立的に回転させることもできるが、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることには向かない。これに対し、電磁ブレーキを用いた場合はより少ない電力で大きな回転抵抗を発生することができるものの、操作部を自立的に回転させることはできなくなる。
【０００７】
そこで本発明は、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができ、合わせて自立的な回転力を発生させることができる操作感触付与型入力装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
解決手段１：本発明は、操作者により回転操作される操作部と、操作部の回転状態を検出して出力する回転状態検出手段と、操作部への回転操作に対する回転抵抗又は操作部を自立的に回転させる自立回転力の少なくとも一方を操作部に与えるアクチュエータと、回転状態検出手段からの出力に基づき算出した操作部の回転位置とその回転方向に基づきアクチュエータの作動状態を制御する制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置である。
【０００９】
その上で本発明におけるアクチュエータは、操作部とともに回転するロータ部材を操作部とともに回転しない状態に固定されたステータ部材に圧着させて回転抵抗を発生させるブレーキ手段と、操作部を回転させて自立回転力を発生させるモータ手段とから構成されている。
【００１０】
上記のように本発明では、アクチュエータをブレーキ手段とモータ手段の２つの駆動源から構成することができる。このため、アクチュエータは操作部に回転抵抗を発生させる場合、ブレーキ手段又はモータ手段のいずれを用いてもよい（両方を用いてもよい）が、特に大きな回転抵抗を発生させる場合は主にブレーキ手段を活用することで、全体として消費電力を少なく抑えることができる。またモータ手段を活用すれば、所望の回転位置まで操作部を自立的に回転させることができる。
【００１１】
またアクチュエータは、ブレーキ手段だけで回転抵抗を発生させることもできるし、あるいは、モータ手段だけで回転抵抗を発生させることもできる。さらに、モータ手段とブレーキ手段とを協働させて（パラレルに）回転抵抗を発生させることもできるので、必要に応じてより強力な回転抵抗を発生することができる。
【００１２】
さらにアクチュエータは、ブレーキ手段により回転抵抗を発生させながら、同時にモータ手段によって自立回転力を発生させることもできる。この場合、操作者には自分の操作に対する適度な抵抗感触を付与しつつ、その間に操作部があたかも自立的に回転していくことがあるかのような感触を与えることができる。これにより、回転抵抗の発生を主にブレーキ手段で賄うことで消費電力を少なく抑えながら、自立回転力を発生可能なモータ手段を合わせて使用することで、より多様な操作感触の付与を実現することができる。
【００１３】
解決手段２：解決手段１の操作感触付与型入力装置において、制御手段は、操作部に対する回転操作の方向と反対方向の回転抵抗を発生させる場合はブレーキ手段を作動させ、操作部に対する回転操作の方向と同じ方向の自立回転力を発生させる場合はモータ手段を作動させることができる。
【００１４】
この場合、回転抵抗の発生をブレーキ手段だけで賄えるので、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができるし、操作部を自立回転力によって回転させることもできるので、ある一方向への回転操作中に操作部の回転が加速した（軽くなった）かのような操作感触を付与することができる。
【００１５】
解決手段３：解決手段１の操作感触付与型入力装置において、制御手段は、操作部に対する回転操作が一方向に連続して行われる場合、回転状態検出手段からの出力に基づいて算出した回転位置が所定位置に達するまでの間はモータ手段のみを作動させて操作部に対する回転操作の方向と反対方向への回転抵抗又は操作部に対する回転操作の方向と同じ方向への自立回転力のいずれかを発生させ、算出した回転位置が所定位置に達するとブレーキ手段のみを作動させて操作部に対する回転操作の方向と反対方向への回転抵抗を発生させることもできる。
【００１６】
この場合、操作部の回転位置が所定位置に達するまでの間、モータ手段だけを作動させて操作感触を付与することができるので、それだけ制御を容易に行うことができる。一方、操作部が所定位置まで回転すると、そこから一気にブレーキ手段を作動させて回転抵抗を付与することができるので、より少ない電力で大きな抵抗感触を与えることができる。
【００１７】
解決手段４：あるいは、解決手段１の操作感触付与型入力装置において、アクチュエータは、操作部とともに回転しつつ、その回転軸線に沿う方向に移動可能に配置された磁性金属からなるアーマチュアロータと、アーマチュアロータを回転軸線に沿う方向へ吸着する電磁コイルと、アーマチュアロータと電磁コイルとの間に配置され、回転軸線に沿う方向でみてアーマチュアロータに対向する摩擦部材と電磁コイルに対向する圧電素子とを重ね合わせて構成されたステータとからなる態様であってもよい。
【００１８】
この場合、制御手段は、電磁コイルにのみ通電した状態でアクチュエータをブレーキ手段（電磁的なブレーキ）として機能させる一方、電磁コイル及び圧電素子の両方に通電した状態ではアクチュエータを超音波モータとして機能させることができる。
【００１９】
上記の構成であれば、ブレーキ手段のアーマチュアロータを超音波モータのロータとしても利用できる上、超音波モータのステータをブレーキ手段のステータ（特に摩擦部材）としても利用することができる。このため、アクチュエータをモータ手段とブレーキ手段とで構成する場合でも、それぞれの部品点数を少なくすることができる。
【００２０】
また一般的な超音波モータは、ステータの表面に生じる進行波を利用してロータを回転させるものであるから、その構造上、ロータをステータに対して常時強く密着させておく必要がある。このため、単純にブレーキ手段（電磁的なブレーキ）と超音波モータとを２つ併用しただけでは、超音波モータの非作動時にもロータとステータとの間には強い摩擦が存在するため、操作部に回転抵抗を付与したくない場合でも回転抵抗が生じてしまう。これを取り除くには、さらに別の機構的手段（例えばクラッチ機構等）を設ける必要があり、それだけ構造が複雑化してしまう。
【００２１】
この点、解決手段４の構成では、ブレーキ手段のロータをアーマチュアロータとし、これをブレーキ手段の作動時にのみ生じる吸着力でステータに圧着させるため、ブレーキ手段を作動させない限り、アーマチュアロータとステータとの間に摩擦は発生しない。したがって、ブレーキ手段を非作動にすれば超音波モータも作動可能な状態にならないので、特に別の機構的手段を設けなくても、必要な場合にだけ回転抵抗を発生させることができる。
【００２２】
解決手段５：また本発明は、以下の構成であってもよい。すなわち本発明の操作感触付与型入力装置は、操作者により移動操作される操作部と、操作部の移動状態を検出して出力する移動状態検出手段と、操作部への移動操作に対する移動抵抗又は操作部を自立的に移動させる自立移動力の少なくとも一方を操作部に与えるアクチュエータと、移動状態検出手段からの出力に基づき算出した操作部の移動位置とその移動方向に基づきアクチュエータの作動状態を制御する制御手段とを備える。そしてアクチュエータは、操作部とともに移動する移動部材を操作部とともに移動しない状態に固定されたステータ部材に圧着させて移動抵抗を発生させるブレーキ手段と、操作部を移動させて自立移動力を発生させるモータ手段とから構成される。
【００２３】
この場合でも、アクチュエータは操作部に移動抵抗を発生させる場合、ブレーキ手段又はモータ手段のいずれを用いてもよい（両方を用いてもよい）が、特に大きな移動抵抗を発生させる場合は主にブレーキ手段を活用することで、全体として消費電力を少なく抑えることができる。またモータ手段を活用すれば、所望の位置まで操作部を自立的に移動させることができる。
【００２４】
またアクチュエータは、ブレーキ手段だけで移動抵抗を発生させることもできるし、あるいは、モータ手段だけで移動抵抗を発生させることもできる。さらに、モータ手段とブレーキ手段とを協働させて（パラレルに）移動抵抗を発生させることもできるので、必要に応じてより強力な移動抵抗を発生することができる。
【００２５】
さらにアクチュエータは、ブレーキ手段により移動抵抗を発生させながら、同時にモータ手段によって自立移動力を発生させることもできる。この場合、操作者には自分の操作に対する適度な抵抗感触を付与しつつ、その間に操作部があたかも自立的に移動していくことがあるかのような感触を与えることができる。これにより、移動抵抗の発生を主にブレーキ手段で賄うことで消費電力を少なく抑えながら、自立移動力を発生可能なモータ手段を合わせて使用することで、より多様な操作感触の付与を実現することができる。
【００２６】
解決手段６：解決手段５において、制御手段は、操作部に対する移動操作の方向と反対方向の移動抵抗を発生させる場合はブレーキ手段を作動させ、操作部に対する移動操作の方向と同じ方向の自立移動力を発生させる場合はモータ手段を作動させる。
【００２７】
この場合、移動抵抗の発生をブレーキ手段だけで賄えるので、より少ない電力で大きな移動抵抗を発生させることができるし、操作部を自立移動力によって移動させることもできるので、ある方向への移動操作中に操作部の移動が加速した（軽くなった）かのような操作感触を付与することができる。
【００２８】
解決手段７：あるいは解決手段５において、制御手段は、操作部に対する移動操作が一方向に連続して行われる場合、移動状態検出手段からの出力に基づいて算出した移動位置が所定位置に達するまでの間はモータ手段のみを作動させて操作部に対する移動操作の方向と反対方向への移動抵抗又は操作部に対する移動操作の方向と同じ方向への自立移動力のいずれかを発生させ、算出した移動位置が所定位置に達するとブレーキ手段のみを作動させて操作部に対する移動操作の方向と反対方向への移動抵抗を発生させてもよい。
【００２９】
この場合、操作部の移動位置が所定位置に達するまでの間、モータ手段だけを作動させて操作感触を付与することができるので、それだけ制御を容易に行うことができる。一方、操作部が所定位置まで移動すると、そこから一気にブレーキ手段を作動させて移動抵抗を付与することができるので、より少ない電力で大きな抵抗感触を与えることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の操作感触付与型入力装置は、より少ない消費電力で大きな回転抵抗を付与することができる上、操作部を自立回転させることができる。また、アクチュエータが回転抵抗と自立回転力を同時に発生させることができるので、より多様な操作感触を付与することができる。
【００３１】
また本発明の操作感触付与型入力装置は、より少ない消費電力で大きな移動抵抗を付与することができる上、操作部を自立移動させることができる。また、アクチュエータが移動抵抗と自立移動力を同時に発生させることができるので、より多様な操作感触を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態の操作感触付与型入力装置の全体的な構成を示す概略図である。
【図２】回転部材と摩擦板との連結関係を示す平面図（図１中のＩＩ−ＩＩ断面を含む）である。
【図３】操作感触付与型入力装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】制御部（演算部）が実行する制御処理の手順例を示すフローチャートである。
【図５】演算処理において演算に用いることができるフォースカーブの第１例及び第２例を示した図である。
【図６】演算処理において演算に用いることができるフォースカーブの第３例及び第４例を示した図である。
【図７】第２実施形態の操作感触付与型入力装置の全体的な構成を示す概略図である。
【図８】超音波モータを駆動する際に出力される駆動用信号と電磁ブレーキの駆動電圧のパターンとともに、操作部に付与される回転抵抗のフォースカーブを合わせて示した図である。
【図９】主に超音波モータによって自立回転力を付与する場合の駆動用信号と電磁ブレーキ２４の駆動電圧のパターンとを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明の操作感触付与型入力装置は、例えば、各種の電子機器（コンピュータ機器、オーディオ機器、ビデオ機器）をはじめ、カーナビゲーション装置等の車載電装品用の入力デバイス（ユーザインタフェース）として利用することができる。
【００３４】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の操作感触付与型入力装置１０の全体的な構成を示す概略図である。図１中、操作感触付与型入力装置１０の機械的な構成は、その大部分が縦断面により示されている。また図１中、操作感触付与型入力装置１０の電気的な構成はブロック要素として示されている。
【００３５】
〔操作部〕
操作感触付与型入力装置１０は操作部１２を備えており、この操作部１２は、例えば回転式のつまみ形状（ダイヤル形状）をなしている。操作者は操作部１２をつまんだ状態で回転操作することができ、このとき操作部１２は図中に一点鎖線で示される回転軸線ＣＬの回りに回転する。
【００３６】
操作部１２は、例えば回転軸１４の一端に連結されている。この回転軸１４は上記の回転軸線ＣＬに沿って操作部１２から一方向（図１中の下方向）に延びており、回転軸１４は操作部１２とともに回転軸線ＣＬの回りに回転する。
【００３７】
なお回転軸１４には、その軸方向の途中に弾性部材１５が介挿して設けられている。このため回転軸１４は、弾性部材１５を挟んで軸方向に第１パーツ１４ａと第２パーツ１４ｂとに分割された構造を有している。なお、弾性部材１５と第１パーツ１４ａ、第２パーツ１４ｂとは、それぞれの接合部で強固に接合されている。また弾性部材１５には、例えば材料としてゴムを使用することができる。
【００３８】
〔回転状態の検出〕
回転軸１４（第１パーツ１４ａ）の外周には、被検出体であるコード板１６が取り付けられている。このコード板１６は回転軸１４を中心とした薄板の円盤形状をなしており、その周方向には一定ピッチで図示しないスリットが形成されている。またコード板１６の外周部には、回転方向の原点位置を基点として周方向に図示しないインデックス（遮光部）が形成されている。
【００３９】
回転軸１４の近傍位置には、検出部として例えば２つのフォトインタラプタ１８，１９が設置されており、これらフォトインタラプタ１８，１９は、それぞれ検出光が互いに異なる位置でコード板１６のスリットを透過する関係に調整されている。操作部１２が回転操作されると、これに伴って回転軸１４とともにコード板１６が回転し、２つのフォトインタラプタ１８，１９から互いに位相差を持った回転角信号（エンコーダパルス）が出力される。なおフォトインタラプタ１８，１９は、これらが一体化されたパルスエンコーダでもよい。
【００４０】
また回転軸１４には、例えば第２パーツ１４ｂの軸方向でみた中央付近に回転部材２０が取り付けられている。回転部材２０は、例えば円盤形状の本体部２０ａを有しており、この本体部２０ａは回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）を中心としてラジアル方向に拡がっている。本体部２０ａの中央位置には貫通孔２０ｂが形成されており、この貫通孔２０ｂは本体部２０ａを厚み方向に貫通して形成されている。そして回転部材２０は、貫通孔２０ｂの内部に回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）を挿通させた状態で回転軸１４に固定されている。このため回転部材２０は、操作部１２が操作されると回転軸１４とともに回転軸線ＣＬの回りに回転する。
【００４１】
〔アーマチュアロータ〕
また回転軸１４には、回転軸線ＣＬに沿う方向でみて回転部材２０に隣接する位置にアーマチュアロータ２２が取り付けられている。このアーマチュアロータ２２もまた、例えば円盤形状の本体部２２ａを有するとともに、その中央位置には挿通孔２２ｂが形成されている。アーマチュアロータ２２の挿通孔２２ｂもまた本体部２２ａを厚み方向に貫通しているが、その内径は回転軸１４の外径よりもわずかに大きい。このためアーマチュアロータ２２は回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）に対して固定されておらず、回転軸１４や回転部材２０に対しては回転軸線ＣＬの回りに相対回転が可能な状態で支持されている。
【００４２】
またアーマチュアロータ２２は、挿通孔２２ｂ内に回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）を挿通させた状態で、中心軸線ＣＬに沿う方向へ僅かに変位可能である。なお回転軸１４の外周面と挿通孔２２ｂの内周面との間には、例えば回転軸１４に沿ってスライド自在な軸受（図示していない）が設けられていてもよい。またアーマチュアロータ２２は、その全体が磁性金属（例えば鉄）で構成されている。
【００４３】
〔電磁ブレーキ（ブレーキ手段）〕
第１実施形態の操作感触付与型入力装置１０は、アクチュエータの構成要素として電磁ブレーキ２４を備えている。この電磁ブレーキ２４は、例えば中空の円柱形状をなすケース型コア２４ａを有しており、このケース型コア２４ａの内部にフープ状の巻線２４ｂ（電磁コイル）を配置した構造である。ケース型コア２４ａの中央には例えば樹脂製の軸受２４ｃが設けられており、回転軸１４の他端部（図１でみて下端部）はこの軸受２４ｃを介してケース型コア２４ａに回転自在に支持されている。電磁ブレーキ２４は、巻線２４ｂに通電された状態でケース型コア２４ａに電磁力を発生させ、上記のアーマチュアロータ２２をスラスト方向に吸着することができる。
【００４４】
なお、回転軸１４の他端（第２パーツ１４ｂ）はケース型コア２４ａを貫通して回転部材２０やアーマチュアロータ２２と反対方向（図１でみて下方向）へ突出しており、この突出位置で回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）にはフランジ形状のストッパ２６が取り付けられている。このストッパ２６は、ケース型コア２４ａに対して回転軸１４がその軸方向（図１で上方向）へずれるのを防止している。
【００４５】
〔電動モータ（モータ手段）〕
また第１実施形態の操作感触付与型入力装置１０は、アクチュエータの構成要素として上記の電磁ブレーキ２４とは別に電動モータ３０を備えている。第１実施形態において、電動モータ３０は例えばＤＣモータである。電動モータ３０は、その出力軸が回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）と一体化されているか、もしくは回転軸１４と同軸に連結されている。
【００４６】
ここでは特に図示していないが、電磁ブレーキ２４及び電動モータ３０は、それぞれ別の装置本体や、操作感触付与型入力装置１０を収容する筐体に固定されている。このため操作部１２が回転操作されても、それによって電磁ブレーキ２４や電動モータ３０が連れ回りすることはない。
【００４７】
また操作感触付与型入力装置１０は制御部２８を備えており、この制御部２８にはフォトインタラプタ１８，１９や電磁ブレーキ２４、電動モータ３０が接続されている。なお、制御部２８を中心とした制御系の構成についてはさらに後述する。
【００４８】
〔自立回転力の付与〕
操作感触付与型入力装置１０は、アクチュエータを構成する電動モータ３０に通電することで、その駆動力により回転軸１４を回転させ、操作部１２に自立的な回転力（自立回転力）を付与することができる。
【００４９】
〔回転抵抗の付与〕
また操作感触付与型入力装置１０は、上記の電磁ブレーキ２４に通電することでアーマチュアロータ２２を引き付け、アーマチュアロータ２２を介して回転部材２０に摩擦抵抗を付与し、それによって操作部１２に回転抵抗を付与することができる。このため第１実施形態では、アーマチュアロータ２２と回転部材２０との間で相互に回転が伝達される構造を採用している。
【００５０】
すなわちアーマチュアロータ２２には、その表面（図１では上面）から突出する２つの連結突起２２ｃが設けられている。これら連結突起２２ｃは、いずれもアーマチュアロータ２２（本体部２２ａ）の表面から回転部材２０に向けて延びている。一方、回転部材２０には、２つの連結突起２２ｃにそれぞれ対応する位置に連結孔２０ｃが形成されている。これら連結孔２０ｃは本体部２０ａをその厚み方向に貫通して延びており、それぞれ内部に連結突起２２ｃが挿通されている。また各連結突起２２ｃは連結孔２０ｃ内に挿通された状態で、回転部材２０（本体部２０ａ）の表面（図１では上面）からある程度突出するだけの全長を有している。
【００５１】
図２は、回転部材２０とアーマチュアロータ２２との連結関係を示す平面図（図１中のＩＩ−ＩＩ断面を含む）である。図２に示されているように、２本の連結突起２２ｃは回転部材２０の各連結孔２０ｃ内に挿通された状態にあり、この状態で回転部材２０とアーマチュアロータ２２との相対回転は規制されている。このため、電磁ブレーキ２４によってアーマチュアロータ２２を引き付けると、アーマチュアロータ２２を介して回転部材２０に回転方向への摩擦抵抗が付与された状態となる。ただし、上記のように連結突起２２ｃは連結孔２０ｃ内で軸方向への移動は規制されていないため、回転軸１４全体に軸方向への力が及ぶことはない。
【００５２】
〔電動モータによる回転抵抗の付与〕
また第１実施形態では、電動モータ３０によって回転抵抗を付与することもできる。すなわち、操作者による操作部１２の回転操作の方向と反対方向に電動モータ３０を駆動することで、操作部１２に回転抵抗を付与することが可能である。ただしこの場合、電磁ブレーキ２４に比較して消費電力は多くなる。
【００５３】
上記の弾性部材１５は、操作部１２に回転抵抗が付与された状態で操作部１２が操作されると、その回転方向にねじり変形（弾性変形）を生じる。ただし弾性部材１５には、付与される回転抵抗が最大の状態で操作部１２が操作されたとしても、そのときのトルクに対して充分な剛性を有する材料を用いるため、そこで弾性部材１５が降伏したり、破断したりすることはない。したがって弾性部材１５は、通常の弾性範囲内で変形しつつ、操作部１２が受ける操作力を第１パーツ１４ａから第２パーツ１４ｂ及び回転部材２０に伝達することができる。
【００５４】
これにより、操作者がある程度の操作力を操作部１２に加えると、電磁ブレーキ２４に対してアーマチュアロータ２２をスリップさせながら操作部１２を引き続き回転させることができる。あるいは、電動モータ３０により回転抵抗を付与している状態であっても、操作者がある程度の操作力を操作部１２に加えると、その回転抵抗（操作方向と反対方向への自立回転力）に抗して電動モータ３０を逆回転させながら、引き続き操作部１２を回転させることができる。
【００５５】
一方で弾性部材１５は、上記のように弾性変形を生じた状態で操作者が操作部１２から手を離したり、操作力を緩めたりすると、それまでの変形状態から復帰することができる。この復帰に伴い、弾性部材１５は第１パーツ１４ａとともに操作部１２及びコード板１６をそれまでと逆方向へ僅かに回転させる。したがって、回転抵抗が付与された状態で操作部１２が操作力を受けなくなると、操作部１２の回転角度はそれまでの回転方向と逆方向へ僅かに変化する。
【００５６】
〔制御系の構成〕
図３は、操作感触付与型入力装置１０の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。制御部２８は、例えばプロセッサ（ＣＰＵ）を用いた演算部２８ａを有する他、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリデバイスを用いた記憶部２８ｂ、そして入力部２８ｃ及び出力部２８ｄを有したマイクロコンピュータとして構成されている。
【００５７】
上記のフォトインタラプタ１８，１９から出力される回転角信号は、それぞれ入力部２８ｃでＡ／Ｄ変換されて演算部２８ａに入力される。演算部２８ａは、この入力信号に基づいて回転軸１４（操作部１２）の回転角度及び回転方向を演算する。また演算部２８ａは、回転角度及び回転方向の演算結果に基づいて制御信号を出力し、電磁ブレーキ２４や電動モータ３０の作動状態を制御する。このとき電磁ブレーキ２４に対する制御信号は、出力部２８ｄを通じて電磁ブレーキ２４に供給される駆動電流又は駆動電圧に変換される。また電動モータ３０に対する制御信号は、そのときの回転方向（ＣＣＷ／ＣＷ）別に出力部２８ｄを通じて駆動電流又は駆動電圧に変換される。
【００５８】
〔外部システムとの接続〕
なお第１実施形態の操作感触付与型入力装置１０は、例えば外部システムとしての表示装置３２に接続して利用することができる。この場合、操作感触付与型入力装置１０は、その制御部２８から表示装置３２に対して、表示制御に関する外部出力信号を出力することができる。
【００５９】
例えば、表示装置３２が有する表示画面（図示していない）上に操作部１２の回転位置（座標上でみた回転角度）と連動させてポインタ等を表示させる場合、制御部２８はポインタの表示位置を指示するための回転角座標を外部出力信号として出力する。表示装置３２は、制御部２８から受け取った回転角座標に基づいて表示画面上にポインタを表示する。これにより表示装置３２は、操作部１２の回転角度の変化に連動してリアルタイムに表示画面上でポインタを移動させることができる。ただし、このような構成は特に必須ではなく、特に操作感触付与型入力装置１０が表示装置３２に接続されていなくてもよい。
【００６０】
〔制御処理〕
次に図４は、制御部２８（主に演算部２８ａ）が実行する制御処理の手順例を示すフローチャートである。なお制御処理の手順は、例えば記憶部２８ｂに制御プログラムとして記憶されている。以下、各手順に沿って説明する。
【００６１】
ステップＳ１０：先ず演算部２８ａは、初期設定処理を実行する。この処理では、例えばフォトインタラプタ１８，１９から入力された現時点での検出信号を記憶し、この状態を操作部１２の初期位置に設定する。また演算部２８ａは、記憶部２８ｂに予め記憶されている座標軸のデータを読み込み、この座標軸上で操作部１２の初期位置を初期の回転角座標に設定する。なお座標軸は、操作部１２の回転位置を回転角度（θ）で表したものである。
【００６２】
ステップＳ２０：次に演算部２８ａは、角度検出処理を実行する。この処理は、現在の操作部１２の回転角度（回転位置）を検出するためのものである。例えば、演算部２８ａは各フォトインタラプタ１８，１９からの検出信号に基づき、先の初期設定処理で設定した初期位置から操作部１２がいずれの方向へどれだけの角度だけ回転したかを検出する。そして演算部２８ａは、検出した回転方向及び回転角度に基づき、上記の座標軸上でみた操作部１２の回転角度に対応する現在の回転角座標（θ）を演算する。
【００６３】
ステップＳ３０：次に演算部２８ａは、演算処理を実行する。この処理は、先の角度検出処理で演算した現在の回転角座標（θ）と予め用意されたフォースカーブとに基づき、アクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）により発生させる回転抵抗又は自立回転力の大きさ（自立回転力については方向も）を演算するためのものである。なおフォースカーブのプロファイルデータは、例えば予め記憶部２８ｂに記憶させておくことができる。なおフォースカーブについては、具体例を挙げてさらに後述する。
【００６４】
ステップＳ４０：続いて演算部２８ａは、アクチュエータ駆動処理を実行する。この処理は、先の演算処理での演算結果に基づいてアクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）を作動させることにより、操作部１２に回転抵抗を付与したり、自立回転力を付与したりするものである。これにより、実際に操作者が行う操作部１２の操作に対して操作感触を付与することができる。
【００６５】
ステップＳ５０：そして演算部２８ａは、信号出力処理を実行する。この処理は、上述した外部の表示装置３２に対して外部出力信号を出力するためのものである。具体的には、演算部２８ａは、現在の操作部１２の回転角度に対応する回転角座標（θ）を外部出力信号として表示装置３２に出力する。表示装置３２は、この外部出力信号に基づいて表示画面３２上におけるポインタ等の表示位置を制御することができる。なお、操作感触付与形入力装置１０を表示装置３２に接続していない場合、この信号出力処理（ステップＳ５０）を実行する必要はない。
【００６６】
電源投入後、演算部２８ａが上記の各処理（ステップＳ２０〜ステップＳ５０）を定常的に実行することにより、現在の操作部１２の回転角度に対応する回転角座標（θ）がリアルタイムで演算される。また演算部２８ａがそのときの回転角座標（θ）に基づいてアクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）を駆動することにより、回転角度の変化に応じて操作部１２に付与される回転抵抗や自立回転力（大きさと方向）も変化する。
【００６７】
〔フォースカーブの例〕
図５は、上記の演算処理（ステップＳ３０）において演算に用いることができるフォースカーブの第１例（図５中（Ａ））及び第２例（図５中（Ｂ））を示した図である。以下、それぞれについて説明する。
【００６８】
〔第１例：右回転時〕
図５中（Ａ）：第１例のフォースカーブは、例えば操作部１２が右方向（回転軸１４の上方からみて右方向）に回転する場合の制御に適用可能なプロファイルデータとして記憶部２８ｂに記憶されている。フォースカーブが破線で示されている部分は、そこでの回転抵抗を電磁ブレーキ２４により発生させることを表しており、フォースカーブが実線で示されている部分は、そこでの自立回転力を電動モータ３０により発生させることを表している。また縦軸の上側は左方向への回転抵抗（ＦＬ）の大きさを表し、縦軸の下側は右方向への自立回転力（ＦＲ）の大きさを表している。
【００６９】
〔区間Ａ：θ０≦θ≦θ２〕
先ず、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ０〜θ１までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０を駆動する。これにより、操作者が特に操作しなくても、操作部１２が自立的に右方向へ回転する。
【００７０】
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１の右側へ移動すると、操作部１２に与えられる右方向への自立回転力は次第に減少していく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ２に達すると、操作部１２に与えられる自立回転力は０になる。このため特に操作者が操作部１２を操作しなければ、そこで操作部１２は回転を停止する。なお、この区間Ａにおいて操作者が操作部１２を操作した場合でも同様の動作となる。
【００７１】
〔区間Ｂ：θ２≦θ≦θｎ〕
次に、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θｎ（ただしθｎ＞θ２）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブの破線部分と実線部分のそれぞれに基づき、左方向への回転抵抗（極大値Ｆａ）と右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電磁ブレーキ２４と電動モータ３０とを交互に駆動する。
【００７２】
具体的には、先ず回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、電磁ブレーキ２４により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。これにより、操作者が操作部１２を回転させていくにつれて、次第に抵抗力が高まっていくような操作感触が付与されることになる。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ３に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除する。これにより、操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【００７３】
さらに演算部２８ａはフォースカーブ（実線部分）に基づき、その瞬間から右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動を開始する。これにより、クリック感触を付与した直後にあたかも操作部１２の回転が急に加速された（軽くなった）かのような操作感触が付与されることになる。なお、このとき付与される自立回転力は、検出される操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で右方向に移動するにつれて次第に減少していく。
【００７４】
この後も同様に、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ４〜θ５までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき電磁ブレーキ２４により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ５に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除し、回転角度（θ）が座標軸上でθ６に達するまでの間、フォースカーブ（実線部分）に基づいて右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動を開始する（座標軸上でθ６〜θ７，θ７〜θｎまでの間も同様。）。
【００７５】
〔区間Ｃ：θｎ≦θ≦θｗ〕
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｎの右側へ移動すると、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、そこから最大値Ｆｍａｘに向けて回転抵抗を増大させるべく電磁ブレーキ２４を駆動する。これにより、操作者に対して次第に操作部１２の回転操作が重くなっていくかのような操作感触を付与することができる。
【００７６】
そして、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｗに達すると、そこで演算部２８ａは最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を付与するべく電磁ブレーキ２４を最大電圧（電流）で駆動する。これにより操作者に対して、あたかも操作部１２の回転操作が規制されたかのような操作感触（壁に突き当たった感触）を付与することができる。
【００７７】
〔第２例：左回転時〕
次に、左回転時に適用できる第２例のフォースカーブについて説明する。
図５中（Ｂ）：第２例のフォースカーブは、例えば操作部１２が左方向（回転軸１４の上方からみて左方向）に回転する場合の制御に適用可能なプロファイルデータとして記憶部２８ｂに記憶されている。第２例においても同様に、フォースカーブが破線で示されている部分は、そこでの回転抵抗を電磁ブレーキ２４により発生させることを表しており、フォースカーブが実線で示されている部分は、そこでの自立回転力を電動モータ３０により発生させることを表している。
【００７８】
この場合、縦軸の上側は左方向への自立回転力（ＦＬ）の大きさを表し、縦軸の下側は右方向への回転抵抗（ＦＲ）の大きさを表している。また操作部１２の回転操作に伴い、回転角度（θ）は座標軸上で左方向へ移動するものとする。
【００７９】
〔区間Ａ：θ２≦θ≦θ０〕
先ず、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ０〜θ１（右から左への移動）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０を駆動する。これにより、操作者が特に操作しなくても、操作部１２が自立的に左方向へ回転する。
【００８０】
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１の左側へ移動すると、操作部１２に与えられる左方向への自立回転力は次第に減少していく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ２に達すると、操作部１２に与えられる自立回転力は０になる。このため特に操作者が操作部１２を操作しなければ、そこで操作部１２は回転を停止する。なお、この区間Ａにおいて操作者が操作部１２を操作した場合でも同様の動作となる。
【００８１】
〔区間Ｂ：θｎ≦θ≦θ２〕
次に、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θｎ（ただしθ２＞θｎ）までの間にある場合は以下となる。すなわち、演算部２８ａはフォースカーブの破線部分と実線部分のそれぞれに基づき、右方向への回転抵抗（極大値Ｆａ）と左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電磁ブレーキ２４と電動モータ３０とを交互に駆動する。
【００８２】
具体的には、先ず回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、電磁ブレーキ２４により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。これにより、操作者が操作部１２を回転させていくにつれて、次第に抵抗力が高まっていくような操作感触が付与されることになる。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ３に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除する。これにより、操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【００８３】
さらに演算部２８ａはフォースカーブ（実線部分）に基づき、その瞬間から左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動を開始する。これにより、クリック感触を付与した直後にあたかも操作部１２の回転が急に加速された（軽くなった）かのような操作感触が付与されることになる。ここでも同様に、付与される自立回転力は、検出される操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で左方向に移動するにつれて次第に減少していく。
【００８４】
この後も同様に、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ４〜θ５までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき電磁ブレーキ２４により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ５に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除し、回転角度（θ）が座標軸上でθ６に達するまでの間、フォースカーブ（実線部分）に基づいて左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動を開始する（座標軸上でθ６〜θ７，θ７〜θｎまでの間も同様。）。
【００８５】
〔区間Ｃ：θｗ≦θ≦θｎ〕
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｎの左側へ移動すると、演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、そこから最大値Ｆｍａｘに向けて回転抵抗を増大させるべく電磁ブレーキ２４を駆動する。これにより、操作者に対して次第に操作部１２の回転操作が重くなっていくかのような操作感触を付与することができる。
【００８６】
そして、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｗに達すると、そこで演算部２８ａは最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を付与するべく電磁ブレーキ２４を最大電圧（電流）で駆動する。これにより操作者に対して、あたかも操作部１２の回転操作が規制された（壁に突き当たった）かのような操作感触（壁感触）を付与することができる。
【００８７】
〔第１例及び第２例のまとめ〕
上述した第１例及び第２例のフォースカーブを用いてアクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）の作動状態を制御した場合、右回転又は左回転のいずれについても、操作部１２に回転抵抗を付与する場合は電磁ブレーキ２４だけが駆動されることになる。このため、電動モータ３０の動力で回転抵抗を発生させる場合に比較して、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができる。特に操作部１２の回転を規制する場合（壁パターン）は大きな回転抵抗を必要とするが、電磁ブレーキ２４は電動モータ３０に比べて変換効率がよいため、それだけ消費電力を少なくすることができる。
【００８８】
一方で、アクチュエータとして電磁ブレーキ２４だけでなく、電動モータ３０も使用することにより、操作部１２を所望の回転位置（座標軸上のθ２）まで自立的に回転させることができるし、回転操作の途中で操作部１２の回転を加速するような自立回転力を付与することもできる。
【００８９】
〔フォースカーブの第３例〕
次に図６は、上記の演算処理（ステップＳ３０）において演算に用いることができるフォースカーブの第３例（図６中（Ａ））及び第４例（図６中（Ｂ））を示した図である。これら第３，第４例は、操作部１２の回転を大きく規制する場合（壁パターン時）にのみ電磁ブレーキ２４を駆動し、それ以外の場合は電磁ブレーキ２４を駆動せず、電動モータ３０だけを駆動するものである。以下、それぞれについて説明する。
【００９０】
〔第３例：右回転時〕
図６中（Ａ）：第３例のフォースカーブは、操作部１２が右方向に回転する場合の制御に適用可能なプロファイルデータである。
【００９１】
〔区間Ａ：θ０≦θ≦θ２〕
先ず、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ０〜θ１までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０を駆動する。これにより、操作者が特に操作しなくても、操作部１２が自立的に右方向へ回転する。
【００９２】
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１の右側へ移動すると、操作部１２に与えられる右方向への自立回転力は次第に減少していく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ２に達すると、操作部１２に与えられる自立回転力は０になる。このため特に操作者が操作部１２を操作しなければ、そこで操作部１２は回転を停止する。なお、この区間Ａにおいて操作者が操作部１２を操作した場合でも同様の動作となる。
【００９３】
〔区間Ｂ：θ２≦θ≦θｎ〕
次に、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θｎ（ただしθｎ＞θ２）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、左方向への回転抵抗（極大値Ｆａ）と右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の作動状態だけを制御する。
【００９４】
具体的には、先ず回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（上側の登り区間）に基づき、電動モータ３０により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。これにより、操作者が操作部１２を回転させていくにつれて、次第に抵抗力が高まっていくような操作感触が付与されることになる。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ３に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除する。これにより、操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【００９５】
さらに演算部２８ａはフォースカーブに基づき、その瞬間から右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動力を制御する。このとき電動モータ３０の回転方向は、それまでの左方向（ＣＣＷ）から右方向（ＣＷ）に反転することになる。これにより、クリック感触を付与した直後にあたかも操作部１２の回転が急に加速された（軽くなった）かのような操作感触が付与されることになる。また、このとき付与される自立回転力は、検出される操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で右方向に移動するにつれて次第に減少していく。
【００９６】
この後も同様に、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ４〜θ５までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（次の登り区間）に基づき電動モータ３０により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ５に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除し、回転角度（θ）が座標軸上でθ６に達するまでの間、フォースカーブに基づいて右方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動力を制御する（座標軸上でθ６〜θ７，θ７〜θｎまでの間も同様。）。
【００９７】
〔区間Ｃ：θｎ≦θ≦θｗ〕
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｎの右側へ移動すると、演算部２８ａは電動モータ３０の駆動を停止する。そして演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、そこから最大値Ｆｍａｘに向けて回転抵抗を増大させるべく、今度は電磁ブレーキ２４を駆動する。これにより、操作者に対して次第に操作部１２の回転操作が重くなっていくかのような操作感触を付与することができる。
【００９８】
そして、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｗに達すると、そこで演算部２８ａは最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を付与するべく電磁ブレーキ２４を最大電圧（電流）で駆動する。これにより操作者に対して、あたかも操作部１２の回転操作が規制された（壁に突き当たった）かのような操作感触（壁感触）を付与することができる。
【００９９】
〔第４例：左回転時〕
図６中（Ｂ）：第４例のフォースカーブは、操作部１２が左方向（回転軸１４の上方からみて左方向）に回転する場合の制御に適用可能なプロファイルデータである。ここでも同様に、縦軸の上側は左方向への自立回転力（ＦＬ）の大きさを表し、縦軸の下側は右方向への回転抵抗（ＦＲ）の大きさを表している。また操作部１２の回転操作に伴い、回転角度（θ）は座標軸上で左方向へ移動するものとする。
【０１００】
〔区間Ａ：θ２≦θ≦θ０〕
先ず、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ０〜θ１（右から左への移動）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０を駆動する。これにより、操作者が特に操作しなくても、操作部１２が自立的に左方向へ回転する。
【０１０１】
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１の左側へ移動すると、操作部１２に与えられる左方向への自立回転力は次第に減少していく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ２に達すると、操作部１２に与えられる自立回転力は０になる。このため特に操作者が操作部１２を操作しなければ、そこで操作部１２は回転を停止する。なお、この区間Ａにおいて操作者が操作部１２を操作した場合でも同様の動作となる。
【０１０２】
〔区間Ｂ：θｎ≦θ≦θ２〕
次に、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θｎ（ただしθ２＞θｎ）までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブに基づき、右方向への回転抵抗（極大値Ｆａ）と左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の作動状態だけを制御する。
【０１０３】
具体的には、先ず回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（下側の下り区間）に基づき、電動モータ３０により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。これにより、操作者が操作部１２を回転させていくにつれて、次第に抵抗力が高まっていくような操作感触が付与されることになる。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ３に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除する。これにより、操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【０１０４】
さらに演算部２８ａはフォースカーブに基づき、その瞬間から左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動力を制御する。このとき電動モータ３０の回転方向は、それまでの右方向（ＣＷ）から左方向（ＣＣＷ）に反転することになる。これにより、クリック感触を付与した直後にあたかも操作部１２の回転が急に加速された（軽くなった）かのような操作感触が付与されることになる。また、このとき付与される自立回転力は、検出される操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で左方向に移動するにつれて次第に減少していく。
【０１０５】
この後も同様に、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ４〜θ５までの間にある場合、演算部２８ａはフォースカーブ（次の下り区間）に基づき電動モータ３０により付与するべき回転抵抗の大きさを極大値Ｆａに向けて次第に増加させていく。そして回転角度（θ）が座標軸上でθ５に達すると、演算部２８ａはそこで一気に回転抵抗の付与を解除し、回転角度（θ）が座標軸上でθ６に達するまでの間、フォースカーブに基づいて左方向への自立回転力（極大値Ｆａ）を操作部１２に与えるべく電動モータ３０の駆動力を制御する（座標軸上でθ６〜θ７，θ７〜θｎまでの間も同様。）。
【０１０６】
〔区間Ｃ：θｗ≦θ≦θｎ〕
操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｎの左側へ移動すると、演算部２８ａは電動モータ３０の駆動を停止する。そして演算部２８ａはフォースカーブ（破線部分）に基づき、そこから最大値Ｆｍａｘに向けて回転抵抗を増大させるべく、今度は電磁ブレーキ２４を駆動する。これにより、操作者に対して次第に操作部１２の回転操作が重くなっていくかのような操作感触を付与することができる。
【０１０７】
そして、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθｗに達すると、そこで演算部２８ａは最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を付与するべく電磁ブレーキ２４を最大電圧（電流）で駆動する。これにより操作者に対して、あたかも操作部１２の回転操作が規制された（壁に突き当たった）かのような操作感触（壁感触）を付与することができる。
【０１０８】
〔第４例及び第５例のまとめ〕
上述した第４例及び第５例のフォースカーブを用いてアクチュエータ（電磁ブレーキ２４、電動モータ３０）の作動状態を制御した場合、右回転又は左回転のいずれについても、操作部１２の回転を大きく規制する場合（壁パターン）は電磁ブレーキ２４だけが駆動されることになる。このため、電動モータ３０の動力で回転抵抗を発生させる場合に比較して、より少ない電力で大きな回転抵抗を発生させることができる。
【０１０９】
なお、上記の第１〜第４では、最大値Ｆｍａｘの回転抵抗を電磁ブレーキ２４のみで発生させているが、電磁ブレーキ２４と合わせて電動モータ３０を駆動することにより、さらに強力な回転抵抗を付与することもできる。これにより、操作部１２の回転操作をより強固に規制することで、極めて明快な壁感触を付与することができる。
【０１１０】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態の操作感触付与形入力装置１０について説明する。図７は、第２実施形態の操作感触付与型入力装置１０の全体的な構成を示す概略図である。第２実施形態では、上記の電動モータ３０を超音波モータ４０で構成した点が第１実施形態と大きく異なっている。その他の構成については第１実施形態と共通であり、ここでは共通の構成には図示とともに同じ符号を付し、重複した説明を省略するものとする。
【０１１１】
〔超音波モータの構成〕
一般的な超音波モータは、そのステータにロータを強く圧着させた状態で保持する必要があるが、第２実施形態においては、超音波モータ４０のステータを摩擦部材４０ａと圧電素子４０ｂとで構成している。これら摩擦部材４０ａ及び圧電素子４０ｂは、回転軸線ＣＬに沿う方向に積層された状態でアーマチュアロータ２２と電磁コイル２４ｂとの間に配置されている。また、この状態で摩擦部材４０ａがアーマチュアロータ２２に対向しており、圧電素子４０ｂが電磁コイル２４ｂに対向している。
【０１１２】
上記の超音波モータ４０において、特に摩擦部材４０ａは、圧電素子４０ｂの駆動時に進行波を発生させるステータとして機能するものであるが、電磁コイル２４ｂの通電時にはアーマチュアロータ２２を強く密着させることで、電磁ブレーキ２４による摩擦力を発生させる部材（「摩擦部材」そのもの）としても機能する。このため第２実施形態では、超音波モータ４０のステータ（特に摩擦部材４０ａ）を電磁ブレーキ２４のステータとしても利用することができ、それだけ使用する部品を少なくすることができる。
【０１１３】
なお第２実施形態では、回転部材２０やアーマチュアロータ２２を含めて電磁ブレーキ２４及び超音波モータ４０が１つのケース体４２内に収容されている。ケース体４２は、例えば中空の円柱形状をなしており、その上面には挿通孔４２ａが形成されており、この挿通孔４２ａに回転軸１４（第２パーツ１４ｂ）が挿通された状態にある。なお、挿通孔４２ａの内径は回転軸１４の外径よりも僅かに大きく、このため回転軸１４はケース体４２に対して回転自在である。これに対し、電磁ブレーキ２４（ケース型コア２４ａ）はケース体４２に固定されているので、第２実施形態の操作感触付与型入力装置１０は、ケース体４２をベースとして図示しない他の装置本体等に取り付けることができる。
【０１１４】
次に、第２実施形態の操作感触付与型入力装置１０の制御例について説明する。第２実施形態においても、そのアクチュエータ（電磁ブレーキ２４及び超音波モータ４０）の制御に関して制御部２８を適用することができる。具体的には、図３に示される制御系の構成中、電動モータ３０を超音波モータ４０として制御系を構築すればよい。
【０１１５】
なお、フォトインタラプタ１８，１９を用いた操作部１２の回転位置（回転角度）の検出については第１実施形態と同様である。また、演算部２８ａが実行する制御処理についても図４に示されるフローチャートを適用することができる。
【０１１６】
〔第２実施形態の特徴〕
第２実施形態では、電動モータ３０に代えて超音波モータ４０を用いているが、そのステータ（摩擦部材４０ａ）が電磁ブレーキ２４のステータと兼用されているため、電磁ブレーキ２４を駆動してアーマチュアロータ２２を摩擦部材４０ａに圧着させた状態でなければ、超音波モータ４０を駆動することができない。そこで、以下に電磁ブレーキ２４との併用時に適用可能な制御例を挙げて説明する。
【０１１７】
〔制御例１〕
図８は、超音波モータ４０を駆動する際に出力される駆動用信号（図８中（Ａ））と電磁ブレーキ２４の駆動電圧（図８中（Ｂ））のパターンとともに、操作部１２に付与される回転抵抗のフォースカーブ（図８中（Ｃ））を合わせて示した図である。なお図８中、横軸は検出された操作部１２の回転角度（θ）の座標を表している。また制御例１では、操作者が操作部１２を右方向に回転操作する場合を想定している。
【０１１８】
〔超音波モータ駆動用信号〕
図８中（Ａ）：超音波モータ４０の作動状態は、圧電素子４０ｂに印加される駆動用信号の波形に基づいて制御することができる。ここで、縦軸の上側は左方向への回転トルク（ＴＬ）の大きさを表し、縦軸の下側は右方向への回転トルク（ＴＲ）の大きさを表している。駆動用信号が縦軸の上下いずれかに変化すると、そのときの振幅と時間に応じて摩擦部材４０ａに進行波が発生し、このとき進行波の回転方向と逆向きにアーマチュアロータ２２を回転させようとするトルクが発生する。
【０１１９】
制御例１の波形パターンでは、検出された操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上で所定角度Ｐ３に達するまでの間、特に駆動用信号が出力されていない。このため、この間は特に超音波モータ４０は回転しない。
【０１２０】
〔区間Ｓ：Ｐ３≦θ≦θ４〕
この後、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でＰ３より右側に移動すると、所定角度θ４に達するまでの間に駆動用信号が上下に周期的に変化している。この場合、駆動用信号の波形に応じて超音波モータ４０が左右方向への回転トルクを周期的に発生させる。
【０１２１】
〔電磁ブレーキ駆動電圧〕
図８中（Ｂ）：電磁ブレーキ２４の作動状態は、上記のように電磁コイル２４ｂに印加される駆動電圧（電流）に基づいて制御することができるので、駆動電圧の波形は電磁ブレーキ２４により発生する回転抵抗のフォースカーブに相当する。なお、縦軸の上側は、左方向への回転抵抗の大きさを表している。
【０１２２】
この制御例１では、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ１〜Ｐ１までの間にある場合、演算部２８ａは次第に電磁コイル２４ｂに対する駆動電圧を増加させている。そして、回転角度（θ）が座標軸上でＰ１に達すると、駆動電圧は極大値Ｖａに達する。そこからさらに回転角度（θ）が座標軸上で右側へ移動すると、演算部２８ａは駆動電圧を次第に減少させていき、回転角度（θ）がＰ２に達すると、駆動電圧は０Ｖになる。
【０１２３】
続いて、操作部１２の回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜Ｐ２までの間にある場合、再び演算部２８ａは次第に電磁コイル２４ｂに対する駆動電圧を増加させる。そして、回転角度（θ）が座標軸上でＰ２に達すると、駆動電圧は極大値Ｖａに達する。そこからさらに回転角度（θ）が座標軸上で右側へ移動すると、演算部２８ａは駆動電圧を次第に減少させていき、回転角度（θ）がＰ３に達すると駆動電圧は０Ｖになる。以下、θ３〜Ｐ３、Ｐ３〜θ４の間でも同様である。
【０１２４】
〔操作部の回転抵抗〕
図８中（Ｃ）：アクチュエータとして電磁ブレーキ２４と超音波モータ４０とを併用した場合、実際に操作部１２に付与される操作感触は、両者の出力を合成したものとなる。
【０１２５】
〔θ１〜Ｐ３までの間〕
操作者が操作部１２を連続をして右方向へ回転させていくとき、回転角度（θ）が座標軸上でＰ３に達するまでの間は超音波モータ４０が作動していないので、この間は電磁ブレーキ２４による回転抵抗だけが付与される。この場合、回転角度（θ）が座標軸上でθ１に達すると、そこから次第に回転抵抗が大きくなっていき、やがて回転角度（θ）がＰ１に達すると、そこで回転抵抗は極大となる。そして、回転角度（θ）がＰ１を超えると回転抵抗が減少していくので、このとき操作者に対してクリック感触を付与することができる。
【０１２６】
なお、以上の操作感触は回転角度（θ）が座標軸上でθ２〜θ３までの間を移動する場合についても同様であり、回転角度（θ）が座標軸上でＰ２を超えたところでクリック感触を発生させることができる。
【０１２７】
〔区間Ｓ：でこぼこ感触〕
上記の区間Ｓ（Ｐ３〜θ４）では、電磁ブレーキ２４とともに超音波モータ４０が作動するため、この間の操作感触は、両者の出力を重ね合わせたものとなる。具体的には、電磁ブレーキ２４による回転抵抗のフォースカーブに超音波モータ４０によるトルク波形が重畳されたような形となって現れる。ただし、超音波モータ４０のトルクは単純に駆動用信号の波形だけでなく、電磁ブレーキ２４に対する駆動電圧にも依存する。なぜなら、電磁ブレーキ２４の吸着力が弱くなると、それに伴ってステータ（摩擦部材４０ａ）とアーマチュアロータ２２との圧着力が低下するため、その分、トルクが目減りするからである。
【０１２８】
ただし、電磁ブレーキ２４とともに超音波モータ４０を駆動することで、区間Ｓでは操作部１２に回転抵抗を付与するだけでなく、その間に操作部１２が回転方向（ここでは右方向）へ自立的に回転する力を発生しているかのような感触を付与することができる。また、回転抵抗は電磁ブレーキ２４によるフォースカーブだけのようになだらかに変化せず、周期的に細かくエッジが立ったかのような引っかかり感触となって現れる。その結果、自動車のステアリングホイールに喩えると、自動車がでこぼこ道を走行中に路面からの反力であたかもステアリングホイールが細かく揺さぶられているかのような操作感触を発生させることができる。
【０１２９】
〔制御例２〕
図９は、主に超音波モータ４０によって自立回転力を付与する場合の駆動用信号と電磁ブレーキ２４の駆動電圧のパターンとを示した図である。なお、図９では操作部１２を左方向（座標軸上のＰ０からＰｃへ左方向）に自立回転させる場合を想定している。
【０１３０】
図９中（Ａ）：例えば、操作部１２の現在の回転角度（θ）が座標軸上のＰ０より僅かに左側にある場合、超音波モータ４０の駆動用信号が０より僅かに大きくなる。
【０１３１】
図９中（Ｂ）：このとき、電磁ブレーキ２４には最大駆動電圧Ｖａが印加されている。なお、電磁ブレーキ２４には超音波モータ４０による自立回転中（座標軸上でＰ０〜Ｐｃの区間）、継続して最大駆動電圧Ｖａが印加される。
【０１３２】
図９中（Ｃ）：その結果、操作部１２には超音波モータ４０の駆動用信号の波形に応じた自立回転力が付与される。これにより、操作部１２は座標軸上の所定位置Ｐ０から基準位置Ｐｃに向けて自立的に回転する。この間、操作部１２は始め低速で回転し、その後に回転速度を増すと中間点から減速し、最後は極低速で基準位置Ｐｃに停止する。これにより、例えば操作者が操作部１２を所定位置Ｐ０で手を離した場合であっても、操作部１２を基準位置Ｐｃへ強制的に復帰させることができる。
【０１３３】
第２実施形態の操作感触付与型入力装置１０によれば、アクチュエータとして超音波モータ４０を使用しても、アーマチュアロータ２２とステータ（摩擦部材４０ａ）との圧着力を電磁ブレーキ２４によって得ているため、非作動時にまでアーマチュアロータ２２をステータに圧着させておく必要がない。また、電磁ブレーキ２４を非作動にすれば超音波モータ４０も作動可能な状態にならず、アーマチュアロータ２２とステータとの間に摩擦が働かないので、超音波モータ４０を用いていてもスムーズな操作部１２の回転操作を実現することができる。
【０１３４】
上述した各実施形態に操作感触付与型入力装置１０によれば、電磁ブレーキ２４と電動モータ３０又は超音波モータ４０とを併用することにより、より大きな回転抵抗を少ない電力で得ることができる上、自立的に操作部１２を回転させることができる。また、回転抵抗の付与と合わせて自立回転力を付与することができるため、単純にいずれか一方だけを付与する場合と比較して、より多様性に富んだ操作感触の付与パターンを実現することができる。
【０１３５】
なお、第１実施形態で挙げたフォースカーブは、第２実施形態の構造においても適用することができる。また、各実施形態で挙げたフォースカーブや波形パターンは図示とともに挙げた例に限らず、その他のパターンを採用してもよい。
【０１３６】
また、回転状態の検出はコード板１６とフォトインタラプタ１８，１９との組み合わせだけでなく、例えば反射板とフォトスイッチとの組み合わせで実現してもよい。
【０１３７】
なお、上述した実施形態では、操作部が回転操作されるものを例示したが、例えば操作部としてスライド操作等の他の移動形態を有するものにも本発明を適用することが可能である。この場合、例えば往復移動式のアクチュエータ（リニアアクチュエータ等）を用いて操作部を自立的にスライド移動させるとともに、操作部の移動状態（座標）をエンコーダ等で検出し、その検出結果に基づきアクチュエータの作動状態を制御すればよい。
【０１３８】
また、上述した実施形態では、アクチュエータとして電気を動力源とした電動モータおよび電磁ブレーキを例示したが、例えば油圧や空圧等の他のエネルギーを動力源としたモータやブレーキを用いてもよい。
【０１３９】
その他、図示とともに示した各種部材の形状や配置はいずれも好ましい例であり、本発明の実施に際してこれらを適宜変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１４０】
１０ 操作感触付与型入力装置
１２ 操作部
１４ 回転軸
１６ コード板
１８，１９ フォトインタラプタ
２０ 回転部材
２２ アーマチュアロータ
２４ 電磁ブレーキ
２８ 制御部
２８ａ 演算部
２８ｄ 出力部
３０ 電動モータ
４０ 超音波モータ
４０ａ 摩擦部材
４０ｂ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者により回転操作される操作部と、
前記操作部の回転状態を検出して出力する回転状態検出手段と、
前記操作部への回転操作に対する回転抵抗又は前記操作部を自立的に回転させる自立回転力の少なくとも一方を前記操作部に与えるアクチュエータと、
前記回転状態検出手段からの出力に基づき算出した前記操作部の回転位置とその回転方向に基づき前記アクチュエータの作動状態を制御する制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置であって、
前記アクチュエータは、
前記操作部とともに回転するロータ部材を前記操作部とともに回転しない状態に固定されたステータ部材に圧着させて前記回転抵抗を発生させるブレーキ手段と、前記操作部を回転させて前記自立回転力を発生させるモータ手段とから構成されることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記制御手段は、
前記操作部に対する回転操作の方向と反対方向の前記回転抵抗を発生させる場合は前記ブレーキ手段を作動させ、前記操作部に対する回転操作の方向と同じ方向の前記自立回転力を発生させる場合は前記モータ手段を作動させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項３】
請求項１に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記制御手段は、
前記操作部に対する回転操作が一方向に連続して行われる場合、前記回転状態検出手段からの出力に基づいて算出した回転位置が所定位置に達するまでの間は前記モータ手段のみを作動させて前記操作部に対する回転操作の方向と反対方向への前記回転抵抗又は前記操作部に対する回転操作の方向と同じ方向への前記自立回転力のいずれかを発生させ、算出した回転位置が前記所定位置に達すると前記ブレーキ手段のみを作動させて前記操作部に対する回転操作の方向と反対方向への前記回転抵抗を発生させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項４】
請求項１に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記アクチュエータは、
前記操作部とともに回転しつつ、その回転軸線に沿う方向に移動可能に配置された磁性金属からなるアーマチュアロータと、
前記アーマチュアロータを前記回転軸線に沿う方向へ吸着する電磁コイルと、
前記アーマチュアロータと前記電磁コイルとの間に配置され、前記回転軸線に沿う方向でみて前記アーマチュアロータに対向する摩擦部材と前記電磁コイルに対向する圧電素子とを重ね合わせて構成されたステータとからなり、
前記制御手段は、
前記電磁コイルにのみ通電した状態で前記アクチュエータを前記電磁ブレーキとして機能させる一方、前記電磁コイル及び前記圧電素子の両方に通電した状態では前記アクチュエータを超音波モータとして機能させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項５】
操作者により移動操作される操作部と、
前記操作部の移動状態を検出して出力する移動状態検出手段と、
前記操作部への移動操作に対する移動抵抗又は前記操作部を自立的に移動させる自立移動力の少なくとも一方を前記操作部に与えるアクチュエータと、
前記移動状態検出手段からの出力に基づき算出した前記操作部の移動位置とその移動方向に基づき前記アクチュエータの作動状態を制御する制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置であって、
前記アクチュエータは、
前記操作部とともに移動する移動部材を前記操作部とともに移動しない状態に固定されたステータ部材に圧着させて前記移動抵抗を発生させるブレーキ手段と、前記操作部を移動させて前記自立移動力を発生させるモータ手段とから構成されることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項６】
請求項５に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記制御手段は、
前記操作部に対する移動操作の方向と反対方向の前記移動抵抗を発生させる場合は前記ブレーキ手段を作動させ、前記操作部に対する移動操作の方向と同じ方向の前記自立移動力を発生させる場合は前記モータ手段を作動させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項７】
請求項５に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記制御手段は、
前記操作部に対する移動操作が一方向に連続して行われる場合、前記移動状態検出手段からの出力に基づいて算出した移動位置が所定位置に達するまでの間は前記モータ手段のみを作動させて前記操作部に対する移動操作の方向と反対方向への前記移動抵抗又は前記操作部に対する移動操作の方向と同じ方向への前記自立移動力のいずれかを発生させ、算出した移動位置が前記所定位置に達すると前記ブレーキ手段のみを作動させて前記操作部に対する移動操作の方向と反対方向への前記移動抵抗を発生させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項１】
操作者により回転操作される操作部と、
前記操作部の回転状態を検出して出力する回転状態検出手段と、
前記操作部への回転操作に対する回転抵抗又は前記操作部を自立的に回転させる自立回転力の少なくとも一方を前記操作部に与えるアクチュエータと、
前記回転状態検出手段からの出力に基づき算出した前記操作部の回転位置とその回転方向に基づき前記アクチュエータの作動状態を制御する制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置であって、
前記アクチュエータは、
前記操作部とともに回転するロータ部材を前記操作部とともに回転しない状態に固定されたステータ部材に圧着させて前記回転抵抗を発生させるブレーキ手段と、前記操作部を回転させて前記自立回転力を発生させるモータ手段とから構成されることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記制御手段は、
前記操作部に対する回転操作の方向と反対方向の前記回転抵抗を発生させる場合は前記ブレーキ手段を作動させ、前記操作部に対する回転操作の方向と同じ方向の前記自立回転力を発生させる場合は前記モータ手段を作動させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項３】
請求項１に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記制御手段は、
前記操作部に対する回転操作が一方向に連続して行われる場合、前記回転状態検出手段からの出力に基づいて算出した回転位置が所定位置に達するまでの間は前記モータ手段のみを作動させて前記操作部に対する回転操作の方向と反対方向への前記回転抵抗又は前記操作部に対する回転操作の方向と同じ方向への前記自立回転力のいずれかを発生させ、算出した回転位置が前記所定位置に達すると前記ブレーキ手段のみを作動させて前記操作部に対する回転操作の方向と反対方向への前記回転抵抗を発生させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項４】
請求項１に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記アクチュエータは、
前記操作部とともに回転しつつ、その回転軸線に沿う方向に移動可能に配置された磁性金属からなるアーマチュアロータと、
前記アーマチュアロータを前記回転軸線に沿う方向へ吸着する電磁コイルと、
前記アーマチュアロータと前記電磁コイルとの間に配置され、前記回転軸線に沿う方向でみて前記アーマチュアロータに対向する摩擦部材と前記電磁コイルに対向する圧電素子とを重ね合わせて構成されたステータとからなり、
前記制御手段は、
前記電磁コイルにのみ通電した状態で前記アクチュエータを前記電磁ブレーキとして機能させる一方、前記電磁コイル及び前記圧電素子の両方に通電した状態では前記アクチュエータを超音波モータとして機能させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項５】
操作者により移動操作される操作部と、
前記操作部の移動状態を検出して出力する移動状態検出手段と、
前記操作部への移動操作に対する移動抵抗又は前記操作部を自立的に移動させる自立移動力の少なくとも一方を前記操作部に与えるアクチュエータと、
前記移動状態検出手段からの出力に基づき算出した前記操作部の移動位置とその移動方向に基づき前記アクチュエータの作動状態を制御する制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置であって、
前記アクチュエータは、
前記操作部とともに移動する移動部材を前記操作部とともに移動しない状態に固定されたステータ部材に圧着させて前記移動抵抗を発生させるブレーキ手段と、前記操作部を移動させて前記自立移動力を発生させるモータ手段とから構成されることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項６】
請求項５に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記制御手段は、
前記操作部に対する移動操作の方向と反対方向の前記移動抵抗を発生させる場合は前記ブレーキ手段を作動させ、前記操作部に対する移動操作の方向と同じ方向の前記自立移動力を発生させる場合は前記モータ手段を作動させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【請求項７】
請求項５に記載の操作感触付与型入力装置において、
前記制御手段は、
前記操作部に対する移動操作が一方向に連続して行われる場合、前記移動状態検出手段からの出力に基づいて算出した移動位置が所定位置に達するまでの間は前記モータ手段のみを作動させて前記操作部に対する移動操作の方向と反対方向への前記移動抵抗又は前記操作部に対する移動操作の方向と同じ方向への前記自立移動力のいずれかを発生させ、算出した移動位置が前記所定位置に達すると前記ブレーキ手段のみを作動させて前記操作部に対する移動操作の方向と反対方向への前記移動抵抗を発生させることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１６５２８１（Ｐ２０１０−１６５２８１Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８６９１（Ｐ２００９−８６９１）
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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