力覚付与型入力装置
【課題】 小型化が可能で安価な複合操作型の力覚付与型入力装置を提供すること。
【解決手段】 回転操作およびスライド操作が可能な操作体２と、モータ軸４ａが操作体２にクラッチ機構３を介して連結されこの操作体２に回転力を付与するモータ４と、このモータ４をスライド可能に支持するモータホルダ５と、モータ軸４ａと同軸状に連結されこのモータ軸４ａと一体的に回転するピニオン９と、このピニオン９と噛合するラック１１と、このラック１１を回転自在に支持するラックホルダ１０と、操作体２のスライド操作時にラック１１をスライド方向に固定するラック固定手段とを備え、このラック固定手段がモータ軸４ａとラック１１との間に介設されたアーム部材１２を有している構成とした。
【解決手段】 回転操作およびスライド操作が可能な操作体２と、モータ軸４ａが操作体２にクラッチ機構３を介して連結されこの操作体２に回転力を付与するモータ４と、このモータ４をスライド可能に支持するモータホルダ５と、モータ軸４ａと同軸状に連結されこのモータ軸４ａと一体的に回転するピニオン９と、このピニオン９と噛合するラック１１と、このラック１１を回転自在に支持するラックホルダ１０と、操作体２のスライド操作時にラック１１をスライド方向に固定するラック固定手段とを備え、このラック固定手段がモータ軸４ａとラック１１との間に介設されたアーム部材１２を有している構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作体にその操作状態に応じた力覚が付与される力覚付与型入力装置に係り、特に、操作体の複合操作が可能な力覚付与型入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、力覚付与型入力装置の一例として、操作者によって手動で回転操作されるノブ（操作体）と、モータ軸がノブに固定されこのノブに回転力を与える回転モータと、ノブの操作状態を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいて回転モータの駆動を制御する制御手段とを備え、ノブにその操作状態に応じた力覚を付与するように構成した車載電気機器用の力覚付与型入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このように構成された力覚付与型入力装置では、各種車載電気機器の所定操作においてノブの操作方向や操作量に応じてノブに種々の力覚を付与することができるので、操作者にノブの操作内容をブラインドタッチで報知することができ、操作者はノブが所望の方向に所望の操作量だけ操作されているか否かを感覚的に知ることができる。これにより、ノブの誤操作が防止され、複数の車載電気機器の所望の機能選択と機能調整とが１つのノブを操作することによって容易に行うことができるようになっている。
【０００４】
上述した力覚付与型入力装置は、操作体を回転操作するタイプであるが、このような回転操作型の他、操作体を揺動操作するタイプも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この揺動操作型の力覚付与型入力装置では、揺動可能な操作部材（操作体）と、この操作部材に力覚を付与するための一対の回転モータと、操作部材の揺動位置を検出するための検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいて前記回転モータの駆動を制御する制御部とを備え、操作部材にその操作状態に応じた力覚を付与するように構成されている。
【特許文献１】特開２００３−１００１７５号公報（第６−１１頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１２２４３９号公報（第４−１１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した２つの力覚付与型入力装置はそれぞれ操作体を回転操作するタイプと揺動操作するタイプであるが、これら回転操作および揺動操作を１つの操作体によって行う複合操作型にできれば、より多機能な操作を行うことが可能となる。これを実現するために、例えば、特許文献２に示す揺動操作型の力覚付与型入力装置において、操作部材の揺動操作に加えさらにこの操作部材の回転操作が可能な機構を付加し、この操作部材に回転力を付与する回転モータを新たに追加することが考えられる。しかしながら、このように構成した場合、操作部材の複合操作化のために、回転モータが３つに増加してしまい装置が大型化するばかりでなく、部品点数の増加によりコストアップを招くという問題が発生する。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化が可能で安価な複合操作型の力覚付与型入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の力覚付与型入力装置では、回転操作およびスライド操作が可能な操作体と、モータ軸が前記操作体に連結されこの操作体に回転力を付与するモータと、このモータをスライド可能に支持するモータ支持手段と、前記モータ軸と同軸状に連結され該モータ軸と一体的に回転するピニオンと、このピニオンと噛合するラックと、このラックを回転自在に支持するラック支持手段と、前記操作体のスライド操作時に前記ラックをスライド方向に固定するラック固定手段とを備える構成とした。
【０００８】
このように構成された力覚付与型入力装置では、操作体のスライド操作時には、ラックが固定されることでモータの回転力が操作体のスライド方向に働く外力に変換されてこの操作体に伝達されると共に、操作体の回転操作時には、ラックが自由に回転することでモータの回転力がそのまま操作体に伝達される。これにより、１つのモータで回転操作時およびスライド操作時に操作体に力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【０００９】
上記の構成において、前記操作体のスライド操作時に前記モータ軸の回転が前記操作体へ伝達されるのを防止するクラッチ機構を設けることが好ましく、このような構成を採用すると、操作体をスライド操作したときに、この操作体が回転してしまうことを防止できるので、より操作性に優れた複合操作型の力覚付与型入力装置が実現できる。
【００１０】
また、上記の構成において、前記クラッチ機構が、前記モータ軸に固着され前記操作体を連結／解放可能に支持する回転駆動板と、前記操作体に回転可能に設けた回転板と、この回転板と前記回転駆動板との間に介設され前記操作体を前記回転駆動板と連結する方向へ付勢するコイルバネとを有し、前記操作体のスライド操作時に、この操作体を解放方向へ変位させることで前記回転駆動板による前記操作体への回転駆動を解除するように構成することが好ましく、このような構成を採用すると、クラッチ機構が簡単な構成で実現できるので、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００１１】
また、上記の構成において、前記ラック固定手段が前記モータ軸と前記ラックとの間に介設されたアーム部材を有し、このアーム部材の一端を前記モータ軸に回転可能に連結し、該アーム部材の他端に突部を設けると共に、前記ラックに長孔を形成し、この長孔に前記アーム部材の突部を前記ラックの長さ方向へ移動可能に嵌合させることが好ましく、このような構成を採用すると、ラック固定手段が簡単な構成で実現できるので、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、本発明の力覚付与型入力装置では、回転操作および揺動操作が可能な操作体と、モータ軸が前記操作体に連結されこの操作体に回転力を付与するモータと、このモータを揺動可能に支持するモータ支持手段と、前記モータ軸と同軸状に連結され該モータ軸と一体的に回転するピニオンと、このピニオンと噛合するラックと、このラックを回転自在に支持するラック支持手段と、前記操作体の揺動操作時に前記ラックを揺動方向に固定するラック固定手段とを備える構成とした。
【００１３】
このように構成された力覚付与型入力装置では、操作体の揺動操作時には、ラックが固定されることでモータの回転力が操作体の揺動方向に働く外力に変換されてこの操作体に伝達され、操作体の回転操作時には、ラックが自由に回転することでモータの回転力がそのまま操作体に伝達される。これにより、１つのモータで回転操作時および揺動操作時に操作体に力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【００１４】
上記の構成において、前記ラック支持手段が前記ラックと一体的に回転するラックホルダを有すると共に、前記ラック固定手段が前記ラックホルダと係脱する方向に移動可能な操作ピンと、この操作ピンを離脱方向へ付勢する復帰バネとを有し、前記操作体の揺動操作時に前記操作ピンの操作によりこの操作ピンを前記ラックホルダと係合させることで、このラックホルダの回転を阻止するように構成することが好ましく、このような構成を採用すると、ラック固定手段が簡単な構成で実現できるので、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
操作体の揺動またはスライド操作時には、ラックが固定されることでモータの回転力が操作体の操作方向に働く外力に変換されてこの操作体に伝達されると共に、操作体の回転操作時には、ラックが自由に回転することでモータの回転力がそのまま操作体に伝達される。これにより、１つのモータで回転操作時および揺動またはスライド操作時に操作体に力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の平面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は該力覚付与型入力装置に備えられる操作体の底面図、図４は該力覚付与型入力装置に備えられる回転駆動板の平面図、図５は図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図、図６はノブをＸ１方向への操作した状態を示す断面図、図７はノブのスライド操作時におけるピニオンとラックの関係を示す説明図である。なお、図５においては該力覚付与型入力装置に備えられるハウジングを省略している。また、以下の説明において、Ｘ方向が左右方向に、Ｙ方向が前後方向に相当している。
【００１７】
図１〜図７に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、ハウジング１と、回転操作およびスライド操作が可能な操作体２と、モータ軸４ａがクラッチ機構３を介して操作体２に連結されるモータ４と、このモータ４を支持するモータホルダ５と、モータホルダ５を弾性的に保持するコイルバネ６と、操作体２の操作方向を検出する検出スイッチ７と、モータ４の回転角を検出する回転検出部８と、モータ軸４ａに同軸状に嵌着されたピニオン９と、ラックホルダ１０と、このラックホルダ１０に一体的に形成されピニオン９と噛合するラック１１と、モータ軸４ａとラック１１との間に介設されるアーム部材１２とから主として構成されている。
【００１８】
ハウジング１は箱状を呈しており、上面中央部を開口する貫通孔１ａと、貫通孔１ａの周縁部において下方向へ凹ませた段差部１ｂを有している。また、このハウジング１は、高さ方向の中央部よりやや上方の位置において内周に沿って形成された第１の環状溝部１ｃと、この第１の環状溝部１ｃの上部において同様に内周に沿って形成された第２の環状溝部１ｄとを有している（図１参照）。また、ハウジング１の内底面にはバネ係止部１ｅが形成されている。操作体２は上下方向に貫通する中央孔２ａを有すると共に、上端部にノブ２ｂが形成されている。また、この操作体２の下端部にはフランジ部２ｃが形成され、さらに、操作体２の下面における中央孔２ａの周囲には複数の山形の歯を周方向に配列したスプライン部２ｄが形成されている（図３参照）。そして、この操作体２は貫通孔１ａの上部に突出した状態でハウジング１に支持される。
【００１９】
クラッチ機構３は回転駆動板３１と回転板３２およびコイルバネ３３とで構成されており、このうち回転駆動板３１は、モータ４から上方へ突出するモータ軸４ａの先端に同軸状に嵌着された円柱状の基部３１ａと、この基部３１ａの上面に突設された中空円筒部３１ｂを有している。そして、この中空円筒部３１ｂは操作体２の中央孔２ａに嵌合され、操作体２が回転駆動板３１に対してモータ軸４ａの軸線方向へスライド可能に、かつモータ軸４ａの軸周りに回転可能に支持されるようになっている。図４に示すように、この基部３１ａの上面には、操作体２のスプライン部２ｄと対向しこのスプライン部２ｄと同様な形状を有するスプライン部３１ｃが形成されている。また、回転板３２は円板状を呈しており、ノブ２ｂの上面中央部に回転自在に支持されている。
【００２０】
コイルバネ３３は中央孔２ａの内部に収納されており、その上下端部が前記中空円筒部３１ｂの内底面および回転板３２の下面にそれぞれ係止されている。このコイルバネ３３によって操作体２が回転駆動板３１と連結する方向へ付勢され、このとき操作体２のスプライン部２ｄが回転駆動板３１のスプライン部３１ｃに所定の圧接力で連結される。この状態では、回転駆動板３１と操作体２とが一体的に回転可能であり、回転駆動板３１の回転力が操作体２に伝達されるようになっている。一方、操作体２をコイルバネ３３のバネ力に抗して回転駆動板３１から離間させることにより各スプライン部２ｄ，３１ｃ同士の連結が解放され、回転駆動板３１の回転力が操作体２へ伝達されることを防止できるようになっている。
【００２１】
モータホルダ５は、モータ４が同軸状に取り付けられる円板状のフランジ部５ａと、モータ本体部４ｂの外周部を囲う円筒部５ｂと、この円筒部５ｂから右方へ突出した操作アーム５ｃと、円筒部５ｂの外周部に形成されたリング状のバネ係止部５ｄとを有している。そして、モータ４が収納されたモータホルダ５は、左右前後方向へ移動自在となるようにハウジング１に保持されている。すなわち、フランジ部５ａの外径が第１の環状溝部１ｃの外径よりも小さく形成されていると共に、このフランジ部５ａの外周部が第１の環状溝部１ｃ内に挿入されており、このフランジ部５ａの上下方向への移動が規制されるが、径方向へは操作体２のスライド操作量だけ移動できるようになっている。
【００２２】
また、コイルバネ６はモータホルダ５とハウジング１の内底面との間に介設されており、その上下端部はバネ係止部５ｄ，１ｅによってそれぞれ係止されている。このコイルバネ６のバネ力によって、モータホルダ５がＸ−Ｙ直交座標の原点位置（中立位置）に弾性的に保持されるようになっている。したがって、モータ軸４ａにクラッチ機構３を介して連結された操作体２もまた中立位置に保持され、このとき、操作体２のフランジ部２ｃがハウジング１の段差部１ｂに載置されるようになっている。検出スイッチ７はＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の各方向へ傾倒可能なレバー７ａを有するレバー型スイッチであり、ハウジング１の内側面に配設されている。この検出スイッチ７のレバー７ａの先端部にはモータホルダ５の操作アーム５ｃが係合されており、モータホルダ５の移動方向、すなわち操作体２の操作方向が検出されるようになっている。
【００２３】
回転検出部８は、モータ本体部４ｂから下方に突出したモータ軸４ａに固着されたコード板８ａと、モータホルダ５の円筒部５ｂに固定された透過型のフォトインタラプタ８ｂとを有しており、このフォトインタラプタ８ｂによりコード板８ａの所定パターン（スリット）を読み取ることで、モータ軸４ａに連結された操作体２の回転角に応じた信号を出力するようになっている。図５に示すように、ラックホルダ１０はリング状を呈しており、ピニオン９を取り囲んだ状態で回転可能に支持されている。このラックホルダ１０にはラック１１が一体的に形成されており、ラック１１はモータ軸４ａに嵌着されたピニオン９に噛合している。すなわち、ラックホルダ１０の外径寸法はハウジング１の第２の環状溝部１ｄの直径とほぼ同じ寸法とされると共に、ラックホルダ１０の外周部が第２の環状溝部１ｄ内に挿入されており、このラックホルダ１０の上下方向への移動と径方向への移動が規制された状態で回転動作のみが可能となるようになっている。また、ラック１１の上面にはこのラック１１の長さ方向に沿って形成した長孔１１ａが設けられている。
【００２４】
図１と図５に示すように、アーム部材１２は平面視で細長い板状を呈しており、一端がモータ軸４ａに回転可能に連結され、他端の下面に係合軸１２ａが植設されている。この係合軸１２ａは前記ラック１１の長孔１１ａに移動自在に嵌合されている。なお、アーム部材１２のモータ軸４ａから係合軸１２ａまでの距離は、モータ軸４ａから長孔１１ａの中心線に下ろした垂線の長さよりも大きくなるように設定されている。
【００２５】
このように構成された力覚付与型入力装置においては、動作の詳細は後述するが、操作者が手動によりノブ２ｂを回転操作および前後左右方向へスライド操作させることが可能であり、ノブ２ｂの回転操作時には、フォトインタラプタ８ｂからの回転角情報に基づいてモータ４が図示しない制御部により制御されて所定の回転力（力覚）がノブ２ｂに付与される。また、ノブ２ｂのスライド操作時にも、フォトインタラプタ８ｂからの回転角情報に基づいてモータ４が前記制御部により制御されて所定の外力（力覚）がノブ２ｂに付与される。このように操作者にノブ２ｂの操作内容をブラインドタッチで報知することができ、操作者はノブ２ｂが所望の方向に所望の操作量だけ操作されているか否かを感覚的に知ることができる。これにより、ノブ２ｂの誤操作が防止され、例えば複数の電気機器の所望の機能選択と機能調整とが１つのノブ２ｂの回転およびスライド操作を含む複合操作により行うことができるようになっている。
【００２６】
次に、上記の力覚付与型入力装置の動作について説明する。
【００２７】
図１と図２に示すように、ノブ２ｂに操作力が加わらない状態では、モータ４が固定されたモータホルダ５はコイルバネ６のバネ力によって中立状態に保持され、モータ４にクラッチ機構３を介して連結される操作体２はＸ−Ｙ直交座標の原点に位置している。このとき、操作体２のフランジ部２ｃがハウジング１の段差部１ｂに載置されていると共に、操作体２のスプライン部２ｄは回転駆動板３１のスプライン部３１ｃに結合されている。また、モータ軸４ａに嵌着されたピニオン９はラックホルダ１０の回転中心に位置している（図５参照）。この中立位置では、検出スイッチ７のレバー７ａはモータホルダ５の操作アーム５ｃによっていずれの方向へも操作されておらずＯＦＦ状態となっている。
【００２８】
この中立状態からノブ２ｂを回転操作すると、この回転操作力がクラッチ機構３を介してモータ軸４ａに伝達されるため、ノブ２ｂの回転操作量がフォトインタラプタ８ｂによって検出され、この回転角情報に基づいてモータ４が上述したように図示しない制御部によって制御されてノブ２ｂに力覚が付与される。このとき、ノブ２ｂの回転に伴ってピニオン９が一体的に回転し、ピニオン９の回転力がこのピニオンと噛合するラック１１に伝達されるが、図５に示すように、モータ軸４ａがラックホルダ１０の回転中心に位置しており、このラック１１に伝達された力はラックホルダ１０に回転トルクを発生させることになる。その結果、ラックホルダ１０に設けられたラック１１はピニオン９の周りを回転するだけであり、ノブ２ｂの回転操作時にはこのラック１１は何ら機能することなく、モータ４によるノブ２ｂへの力覚付与がスムーズに行われる。
【００２９】
一方、中立状態からノブ２ｂを例えば図６に示すようにＸ２の向きにスライド操作すると、ノブ２ｂと共にこのノブ２ｂに連結されたモータ４およびモータホルダ５がコイルバネ６のバネ力に抗して一体的にＸ２方向へスライドを開始する。このとき、操作体２のフランジ部２ｃが段差部１ｂから外側のハウジング１上面に乗り上げることにより、この操作体２はコイルバネ３３のバネ力に抗して上方への変位を開始する。これにより、操作体２のスプライン部２ｄが回転駆動板３１のスプライン部３１ｃから解放され、回転駆動板３１および回転板３２が操作体２に対して回転自由とされるため、モータ軸４ａの回転がノブ２ｂに伝達されることが防止される。
【００３０】
また、このノブ２ｂのＸ２方向へのスライド操作によって、モータ軸４ａに嵌着されたピニオン９は図７（ａ）の中立状態（このとき、ラック１１はＹ軸に沿って延びる方向に位置しているものとする。）から操作体２と共にＸ２方向に移動を開始する。このピニオン９の移動に伴って、長孔１１ａに係合軸１２ａが嵌合されたアーム部材１２によってラック１１をモータ軸４ａ側に引っぱる力Ｆが発生し、この力Ｆの長孔１１ａ内側面に直交する分力Ｆｘによって、ラック１１が一体化されたラックホルダ１０（図５参照）は時計回りに回転を開始すると共に、図７（ｂ）に示すように、ピニオン９のＹ２側においてラック１１をＸ軸に沿って延びる方向へ瞬時に移動させる。この後、ピニオン９のさらなるＸ２方向への移動により、ピニオン９と共に移動するアーム部材１２の係合軸１２ａがラック１１の長孔１１ａに沿って移動していくことによりラックホルダ１０の回転が阻止され、ラック１１が操作体２のスライド方向（Ｘ２）に固定される。この状態でノブ２ｂをＸ２方向へスライド操作するのに伴い、ラック１１に噛合するピニオン９が回転し、フォトインタラプタ８ｂによってその回転角が検出される。そして、この回転角情報に基づいてモータ４が制御部によって制御され、このモータ４の回転力がピニオン９とラック１１を介してノブ２ｂのスライド方向に働く外力に変換されてこのノブ２ｂに力覚が付与される。
【００３１】
また、ノブ２ｂを中立状態から例えば上記のＸ２方向とは反対方向であるＸ１方向にスライド操作させると、上述したＸ２方向へのスライド操作の場合と反対に、アーム部材１２によってラック１１をモータ軸４ａとは反対側に押す力Ｆが発生し、この力の分力Ｆｘによって、ラック１１が一体化されたラックホルダ１０は反時計回りに回転を開始すると共に、図７（ｃ）に示すように、ピニオン９のＹ１側においてラック１１をＸ軸に沿って延びる方向に瞬時に移動させる。以降は前述したＸ２方向へのスライド操作の場合と同様にノブ２ｂに所定の力覚が伝達される。また、例えば図７（ｄ），（ｅ）に示すように、ノブ２ｂをそれぞれＹ１およびＹ２方向へスライド操作する場合において、ノブ２ｂの操作方向にラック１１の長さ方向が揃っている場合、ノブ２ｂのスライド操作が開始されてもラック１１は回転することなくそのままの位置に固定され、以降はＸ１，Ｘ２方向へスライド操作する場合と同様にノブ２ｂには所定の力覚が伝達される。
【００３２】
なお、図７（ａ）〜（ｅ）では、ラック１１がＹ軸に沿って延びる方向に位置している場合について説明したが、ノブ２ｂの操作方向に対してラック１１が上記以外のいずれの方向を向いて位置している場合であっても、ノブ２ｂのスライドと共にラック１１をこのノブ２ｂの操作方向に確実に固定させることができ、操作体２に安定して力覚が付与される。また、ノブ２ｂのスライド操作を停止すると、このノブ２ｂと一体的に移動するモータホルダ５に係止しているコイルバネ６の復元力によってノブ２ｂを中立位置に復帰させるようになっている。
【００３３】
このように本実施形態例に係る力覚付与型入力装置にあっては、回転操作およびスライド操作が可能な操作体２と、モータ軸４ａが操作体２に連結されこの操作体２に回転力を付与するモータ４と、このモータ４をスライド可能に支持するモータホルダ５と、モータ軸４ａに同軸状に嵌着されこのモータ軸４ａと一体的に回転するピニオン９と、このピニオン９と噛合するラック１１と、このラック１１を回転自在に支持するラックホルダ１０と、モータ軸４ａとラック１１との間に介設されたアーム部材１２とを備え、操作体２のスライド操作時にラック１１をスライド方向に固定するようにしたので、操作体２のスライド操作時には、ラック１１が固定されることでモータ４の回転力が操作体２のスライド方向に働く外力に変換されてこの操作体２に伝達されると共に、操作体２の回転操作時には、ラック１１が自由に回転することでモータ４の回転力がそのまま操作体２に伝達される。これにより、１つのモータ４で回転操作時およびスライド操作時に操作体２に力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【００３４】
また、操作体２のスライド操作時にモータ軸４ａの回転が操作体２へ伝達されるのを防止するクラッチ機構３を設けたので、操作体２をスライド操作したときに、この操作体２が回転してしまうことを防止できる、より操作性に優れた複合操作型の力覚付与型入力装置が実現できる。
【００３５】
また、クラッチ機構３が、モータ軸４ａに固着され操作体２を連結／解放可能に支持する回転駆動板３１と、操作体２に回転可能に設けた回転板３２と、この回転板３２と回転駆動板３１との間に介設され操作体２を回転駆動板３１と連結する方向へ付勢するコイルバネ３３とを備え、操作体２のスライド操作時に、この操作体２を解放方向へ変位させることで回転駆動板３１による操作体２への回転駆動を解除するように構成したので、クラッチ機構３が簡単な構成で実現でき、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００３６】
また、ラック固定手段がモータ軸４ａとラック１１との間に介設されたアーム部材１２を備え、このアーム部材１２の一端をモータ軸４ａに回転可能に連結し、他端に係合軸１２ａを設けると共に、ラック１１に長孔１１ａを形成し、この長孔１１ａにアーム部材１２の係合軸１２ａをラック１１の長さ方向に移動自在に嵌合させたので、ラック固定手段が簡単な構成で実現でき、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００３７】
なお、図１と図２に示すように、本実施形態例では、回転板３２がノブ２ｂの上面中央部に露出した状態で操作体２に配設されるようにしたが、この操作体２に回転板３２の回転を妨げることなくノブ２ｂの上面を覆うカバーを設けてもよい。このように構成すると、ノブ２ｂを手動でスライド操作する場合に、回転板３２の回転が手のひらに伝わることがないので、より良好な操作感を得ることができる。
【００３８】
図８は本発明の第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の断面図であり、図１〜図７に対応する部分には同一符号を付してある。
【００３９】
前述した第１実施形態例が操作体を回転およびスライド操作するタイプの力覚付与型入力装置であるのに対し、図８に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は操作体を回転および揺動操作するタイプである。すなわち、この力覚付与型入力装置は、ハウジング１３と、ハウジング１３に対して回転および揺動可能に支持された操作体１４と、この操作体１４に連結されたモータ４と、このモータ４を支持するモータホルダ１５と、操作体１４と一体的に回転するピニオン１７と、このピニオン１７と歯合するラック１９が一体形成されたラックホルダ１８と、ハウジング１３に設けられた操作ピン２０と、この操作ピン２０を付勢する復帰バネ２１とから主として構成されている。
【００４０】
ハウジング１３は箱状を呈しており、このハウジング１３は内周に沿って形成した環状溝部１３ａを有している。操作体１４はノブ１４ａおよびシャフト部１４ｂを有しており、この操作体１４はシャフト部１４ｂを介してモータ軸４ａに連結されている。そして、モータ４を保持するモータホルダ１５がハウジング１３に設けた回転軸１６を回転中心として回転可能に支持されることで、操作体１４は矢印Ａ方向に揺動自在になっている。なお、操作体１４は図示しない弾性部材によって図８に示す中立位置に保持されている。また、ピニオン１７がシャフト部１４ｂに同軸状に嵌着されていると共に、このピニオン１７に噛合するラック１９が一体に形成されたラックホルダ１８は、ハウジング１３の環状溝部１３ａに回転可能に支持されている。なお、ピニオン１７およびラック１９は操作体１４の揺動操作時に噛合可能なように、それぞれ円錐台状および扇状に形成されている。
【００４１】
また、前記ラックホルダ１８には上下方向に貫通する貫通孔１８ａが穿設されており、ハウジング１３にはこの貫通孔１８ａに嵌合する操作ピン２０が上下動可能に配設されている。操作ピン２０は復帰バネ２１によって上方へ付勢されており、押圧操作によりこの操作ピン２０を復帰バネ２１のバネ力に抗して貫通孔１８ａに嵌合させることで、ラックホルダ１８の回転を規制し、ラック１９を操作体１４の揺動操作方向（Ａ方向）に固定することができるようになっている。
【００４２】
このように構成された力覚付与型入力装置において、ノブ１４ａを回転操作する場合は、第１実施形態例と同様にラックホルダ１８に設けられたラック１９はピニオン１７の周りを回転するだけであり、ノブ１４ａの回転操作に対しこのラック１９は何ら機能することなくモータ４によるノブ２ｂへの力覚付与がスムーズに行われる。また、ノブ１４ａをＡ方向へ揺動操作する場合、ラックホルダ１８の回転を操作ピン２０によって阻止することで、ラック１９がノブ１４ａの揺動操作方向に固定されるので、モータ４の回転力がピニオン１７を介してノブ１４ａの操作方向に働く外力に変換されてこの操作体２に力覚が伝達される。
【００４３】
このように本実施形態例に係る力覚付与型入力装置にあっても、１つのモータ４で回転操作時および揺動操作時にノブ１４ａに力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【００４４】
また、操作ピン２０によってラックホルダ１８の回転を阻止するように構成したので、ラック固定手段が簡単な構成で実現でき、回転および揺動操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００４５】
なお、本実施形態例では、操作体１４の揺動操作方向が一方向（Ａ方向）のみの場合を例示したが、例えば第１実施形態例のように操作体をＸ，Ｙ方向に揺動操作させるような場合であっても、本発明は適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】該力覚付与型入力装置に備えられる操作体の底面図である。
【図４】該力覚付与型入力装置に備えられる回転駆動板の平面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】ノブをＸ１方向へ操作した状態を示す断面図である。
【図７】ノブのスライド操作時におけるピニオンとラックの関係を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，１３ ハウジング
２，１４ 操作体
３ クラッチ機構
３１ 回転駆動板
３２ 回転板
３３ コイルバネ
４ モータ
４ａ モータ軸
５，１５ モータホルダ
６ コイルバネ
７ 検出スイッチ
８ 回転検出部
９，１７ ピニオン
１０，１８ ラックホルダ
１１，１９ ラック
１２ アーム部材
１２ａ 係合軸（突部）
２０ 操作ピン
２１ 復帰バネ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作体にその操作状態に応じた力覚が付与される力覚付与型入力装置に係り、特に、操作体の複合操作が可能な力覚付与型入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、力覚付与型入力装置の一例として、操作者によって手動で回転操作されるノブ（操作体）と、モータ軸がノブに固定されこのノブに回転力を与える回転モータと、ノブの操作状態を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいて回転モータの駆動を制御する制御手段とを備え、ノブにその操作状態に応じた力覚を付与するように構成した車載電気機器用の力覚付与型入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このように構成された力覚付与型入力装置では、各種車載電気機器の所定操作においてノブの操作方向や操作量に応じてノブに種々の力覚を付与することができるので、操作者にノブの操作内容をブラインドタッチで報知することができ、操作者はノブが所望の方向に所望の操作量だけ操作されているか否かを感覚的に知ることができる。これにより、ノブの誤操作が防止され、複数の車載電気機器の所望の機能選択と機能調整とが１つのノブを操作することによって容易に行うことができるようになっている。
【０００４】
上述した力覚付与型入力装置は、操作体を回転操作するタイプであるが、このような回転操作型の他、操作体を揺動操作するタイプも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この揺動操作型の力覚付与型入力装置では、揺動可能な操作部材（操作体）と、この操作部材に力覚を付与するための一対の回転モータと、操作部材の揺動位置を検出するための検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいて前記回転モータの駆動を制御する制御部とを備え、操作部材にその操作状態に応じた力覚を付与するように構成されている。
【特許文献１】特開２００３−１００１７５号公報（第６−１１頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１２２４３９号公報（第４−１１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した２つの力覚付与型入力装置はそれぞれ操作体を回転操作するタイプと揺動操作するタイプであるが、これら回転操作および揺動操作を１つの操作体によって行う複合操作型にできれば、より多機能な操作を行うことが可能となる。これを実現するために、例えば、特許文献２に示す揺動操作型の力覚付与型入力装置において、操作部材の揺動操作に加えさらにこの操作部材の回転操作が可能な機構を付加し、この操作部材に回転力を付与する回転モータを新たに追加することが考えられる。しかしながら、このように構成した場合、操作部材の複合操作化のために、回転モータが３つに増加してしまい装置が大型化するばかりでなく、部品点数の増加によりコストアップを招くという問題が発生する。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化が可能で安価な複合操作型の力覚付与型入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の力覚付与型入力装置では、回転操作およびスライド操作が可能な操作体と、モータ軸が前記操作体に連結されこの操作体に回転力を付与するモータと、このモータをスライド可能に支持するモータ支持手段と、前記モータ軸と同軸状に連結され該モータ軸と一体的に回転するピニオンと、このピニオンと噛合するラックと、このラックを回転自在に支持するラック支持手段と、前記操作体のスライド操作時に前記ラックをスライド方向に固定するラック固定手段とを備える構成とした。
【０００８】
このように構成された力覚付与型入力装置では、操作体のスライド操作時には、ラックが固定されることでモータの回転力が操作体のスライド方向に働く外力に変換されてこの操作体に伝達されると共に、操作体の回転操作時には、ラックが自由に回転することでモータの回転力がそのまま操作体に伝達される。これにより、１つのモータで回転操作時およびスライド操作時に操作体に力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【０００９】
上記の構成において、前記操作体のスライド操作時に前記モータ軸の回転が前記操作体へ伝達されるのを防止するクラッチ機構を設けることが好ましく、このような構成を採用すると、操作体をスライド操作したときに、この操作体が回転してしまうことを防止できるので、より操作性に優れた複合操作型の力覚付与型入力装置が実現できる。
【００１０】
また、上記の構成において、前記クラッチ機構が、前記モータ軸に固着され前記操作体を連結／解放可能に支持する回転駆動板と、前記操作体に回転可能に設けた回転板と、この回転板と前記回転駆動板との間に介設され前記操作体を前記回転駆動板と連結する方向へ付勢するコイルバネとを有し、前記操作体のスライド操作時に、この操作体を解放方向へ変位させることで前記回転駆動板による前記操作体への回転駆動を解除するように構成することが好ましく、このような構成を採用すると、クラッチ機構が簡単な構成で実現できるので、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００１１】
また、上記の構成において、前記ラック固定手段が前記モータ軸と前記ラックとの間に介設されたアーム部材を有し、このアーム部材の一端を前記モータ軸に回転可能に連結し、該アーム部材の他端に突部を設けると共に、前記ラックに長孔を形成し、この長孔に前記アーム部材の突部を前記ラックの長さ方向へ移動可能に嵌合させることが好ましく、このような構成を採用すると、ラック固定手段が簡単な構成で実現できるので、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、本発明の力覚付与型入力装置では、回転操作および揺動操作が可能な操作体と、モータ軸が前記操作体に連結されこの操作体に回転力を付与するモータと、このモータを揺動可能に支持するモータ支持手段と、前記モータ軸と同軸状に連結され該モータ軸と一体的に回転するピニオンと、このピニオンと噛合するラックと、このラックを回転自在に支持するラック支持手段と、前記操作体の揺動操作時に前記ラックを揺動方向に固定するラック固定手段とを備える構成とした。
【００１３】
このように構成された力覚付与型入力装置では、操作体の揺動操作時には、ラックが固定されることでモータの回転力が操作体の揺動方向に働く外力に変換されてこの操作体に伝達され、操作体の回転操作時には、ラックが自由に回転することでモータの回転力がそのまま操作体に伝達される。これにより、１つのモータで回転操作時および揺動操作時に操作体に力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【００１４】
上記の構成において、前記ラック支持手段が前記ラックと一体的に回転するラックホルダを有すると共に、前記ラック固定手段が前記ラックホルダと係脱する方向に移動可能な操作ピンと、この操作ピンを離脱方向へ付勢する復帰バネとを有し、前記操作体の揺動操作時に前記操作ピンの操作によりこの操作ピンを前記ラックホルダと係合させることで、このラックホルダの回転を阻止するように構成することが好ましく、このような構成を採用すると、ラック固定手段が簡単な構成で実現できるので、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
操作体の揺動またはスライド操作時には、ラックが固定されることでモータの回転力が操作体の操作方向に働く外力に変換されてこの操作体に伝達されると共に、操作体の回転操作時には、ラックが自由に回転することでモータの回転力がそのまま操作体に伝達される。これにより、１つのモータで回転操作時および揺動またはスライド操作時に操作体に力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の平面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は該力覚付与型入力装置に備えられる操作体の底面図、図４は該力覚付与型入力装置に備えられる回転駆動板の平面図、図５は図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図、図６はノブをＸ１方向への操作した状態を示す断面図、図７はノブのスライド操作時におけるピニオンとラックの関係を示す説明図である。なお、図５においては該力覚付与型入力装置に備えられるハウジングを省略している。また、以下の説明において、Ｘ方向が左右方向に、Ｙ方向が前後方向に相当している。
【００１７】
図１〜図７に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、ハウジング１と、回転操作およびスライド操作が可能な操作体２と、モータ軸４ａがクラッチ機構３を介して操作体２に連結されるモータ４と、このモータ４を支持するモータホルダ５と、モータホルダ５を弾性的に保持するコイルバネ６と、操作体２の操作方向を検出する検出スイッチ７と、モータ４の回転角を検出する回転検出部８と、モータ軸４ａに同軸状に嵌着されたピニオン９と、ラックホルダ１０と、このラックホルダ１０に一体的に形成されピニオン９と噛合するラック１１と、モータ軸４ａとラック１１との間に介設されるアーム部材１２とから主として構成されている。
【００１８】
ハウジング１は箱状を呈しており、上面中央部を開口する貫通孔１ａと、貫通孔１ａの周縁部において下方向へ凹ませた段差部１ｂを有している。また、このハウジング１は、高さ方向の中央部よりやや上方の位置において内周に沿って形成された第１の環状溝部１ｃと、この第１の環状溝部１ｃの上部において同様に内周に沿って形成された第２の環状溝部１ｄとを有している（図１参照）。また、ハウジング１の内底面にはバネ係止部１ｅが形成されている。操作体２は上下方向に貫通する中央孔２ａを有すると共に、上端部にノブ２ｂが形成されている。また、この操作体２の下端部にはフランジ部２ｃが形成され、さらに、操作体２の下面における中央孔２ａの周囲には複数の山形の歯を周方向に配列したスプライン部２ｄが形成されている（図３参照）。そして、この操作体２は貫通孔１ａの上部に突出した状態でハウジング１に支持される。
【００１９】
クラッチ機構３は回転駆動板３１と回転板３２およびコイルバネ３３とで構成されており、このうち回転駆動板３１は、モータ４から上方へ突出するモータ軸４ａの先端に同軸状に嵌着された円柱状の基部３１ａと、この基部３１ａの上面に突設された中空円筒部３１ｂを有している。そして、この中空円筒部３１ｂは操作体２の中央孔２ａに嵌合され、操作体２が回転駆動板３１に対してモータ軸４ａの軸線方向へスライド可能に、かつモータ軸４ａの軸周りに回転可能に支持されるようになっている。図４に示すように、この基部３１ａの上面には、操作体２のスプライン部２ｄと対向しこのスプライン部２ｄと同様な形状を有するスプライン部３１ｃが形成されている。また、回転板３２は円板状を呈しており、ノブ２ｂの上面中央部に回転自在に支持されている。
【００２０】
コイルバネ３３は中央孔２ａの内部に収納されており、その上下端部が前記中空円筒部３１ｂの内底面および回転板３２の下面にそれぞれ係止されている。このコイルバネ３３によって操作体２が回転駆動板３１と連結する方向へ付勢され、このとき操作体２のスプライン部２ｄが回転駆動板３１のスプライン部３１ｃに所定の圧接力で連結される。この状態では、回転駆動板３１と操作体２とが一体的に回転可能であり、回転駆動板３１の回転力が操作体２に伝達されるようになっている。一方、操作体２をコイルバネ３３のバネ力に抗して回転駆動板３１から離間させることにより各スプライン部２ｄ，３１ｃ同士の連結が解放され、回転駆動板３１の回転力が操作体２へ伝達されることを防止できるようになっている。
【００２１】
モータホルダ５は、モータ４が同軸状に取り付けられる円板状のフランジ部５ａと、モータ本体部４ｂの外周部を囲う円筒部５ｂと、この円筒部５ｂから右方へ突出した操作アーム５ｃと、円筒部５ｂの外周部に形成されたリング状のバネ係止部５ｄとを有している。そして、モータ４が収納されたモータホルダ５は、左右前後方向へ移動自在となるようにハウジング１に保持されている。すなわち、フランジ部５ａの外径が第１の環状溝部１ｃの外径よりも小さく形成されていると共に、このフランジ部５ａの外周部が第１の環状溝部１ｃ内に挿入されており、このフランジ部５ａの上下方向への移動が規制されるが、径方向へは操作体２のスライド操作量だけ移動できるようになっている。
【００２２】
また、コイルバネ６はモータホルダ５とハウジング１の内底面との間に介設されており、その上下端部はバネ係止部５ｄ，１ｅによってそれぞれ係止されている。このコイルバネ６のバネ力によって、モータホルダ５がＸ−Ｙ直交座標の原点位置（中立位置）に弾性的に保持されるようになっている。したがって、モータ軸４ａにクラッチ機構３を介して連結された操作体２もまた中立位置に保持され、このとき、操作体２のフランジ部２ｃがハウジング１の段差部１ｂに載置されるようになっている。検出スイッチ７はＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の各方向へ傾倒可能なレバー７ａを有するレバー型スイッチであり、ハウジング１の内側面に配設されている。この検出スイッチ７のレバー７ａの先端部にはモータホルダ５の操作アーム５ｃが係合されており、モータホルダ５の移動方向、すなわち操作体２の操作方向が検出されるようになっている。
【００２３】
回転検出部８は、モータ本体部４ｂから下方に突出したモータ軸４ａに固着されたコード板８ａと、モータホルダ５の円筒部５ｂに固定された透過型のフォトインタラプタ８ｂとを有しており、このフォトインタラプタ８ｂによりコード板８ａの所定パターン（スリット）を読み取ることで、モータ軸４ａに連結された操作体２の回転角に応じた信号を出力するようになっている。図５に示すように、ラックホルダ１０はリング状を呈しており、ピニオン９を取り囲んだ状態で回転可能に支持されている。このラックホルダ１０にはラック１１が一体的に形成されており、ラック１１はモータ軸４ａに嵌着されたピニオン９に噛合している。すなわち、ラックホルダ１０の外径寸法はハウジング１の第２の環状溝部１ｄの直径とほぼ同じ寸法とされると共に、ラックホルダ１０の外周部が第２の環状溝部１ｄ内に挿入されており、このラックホルダ１０の上下方向への移動と径方向への移動が規制された状態で回転動作のみが可能となるようになっている。また、ラック１１の上面にはこのラック１１の長さ方向に沿って形成した長孔１１ａが設けられている。
【００２４】
図１と図５に示すように、アーム部材１２は平面視で細長い板状を呈しており、一端がモータ軸４ａに回転可能に連結され、他端の下面に係合軸１２ａが植設されている。この係合軸１２ａは前記ラック１１の長孔１１ａに移動自在に嵌合されている。なお、アーム部材１２のモータ軸４ａから係合軸１２ａまでの距離は、モータ軸４ａから長孔１１ａの中心線に下ろした垂線の長さよりも大きくなるように設定されている。
【００２５】
このように構成された力覚付与型入力装置においては、動作の詳細は後述するが、操作者が手動によりノブ２ｂを回転操作および前後左右方向へスライド操作させることが可能であり、ノブ２ｂの回転操作時には、フォトインタラプタ８ｂからの回転角情報に基づいてモータ４が図示しない制御部により制御されて所定の回転力（力覚）がノブ２ｂに付与される。また、ノブ２ｂのスライド操作時にも、フォトインタラプタ８ｂからの回転角情報に基づいてモータ４が前記制御部により制御されて所定の外力（力覚）がノブ２ｂに付与される。このように操作者にノブ２ｂの操作内容をブラインドタッチで報知することができ、操作者はノブ２ｂが所望の方向に所望の操作量だけ操作されているか否かを感覚的に知ることができる。これにより、ノブ２ｂの誤操作が防止され、例えば複数の電気機器の所望の機能選択と機能調整とが１つのノブ２ｂの回転およびスライド操作を含む複合操作により行うことができるようになっている。
【００２６】
次に、上記の力覚付与型入力装置の動作について説明する。
【００２７】
図１と図２に示すように、ノブ２ｂに操作力が加わらない状態では、モータ４が固定されたモータホルダ５はコイルバネ６のバネ力によって中立状態に保持され、モータ４にクラッチ機構３を介して連結される操作体２はＸ−Ｙ直交座標の原点に位置している。このとき、操作体２のフランジ部２ｃがハウジング１の段差部１ｂに載置されていると共に、操作体２のスプライン部２ｄは回転駆動板３１のスプライン部３１ｃに結合されている。また、モータ軸４ａに嵌着されたピニオン９はラックホルダ１０の回転中心に位置している（図５参照）。この中立位置では、検出スイッチ７のレバー７ａはモータホルダ５の操作アーム５ｃによっていずれの方向へも操作されておらずＯＦＦ状態となっている。
【００２８】
この中立状態からノブ２ｂを回転操作すると、この回転操作力がクラッチ機構３を介してモータ軸４ａに伝達されるため、ノブ２ｂの回転操作量がフォトインタラプタ８ｂによって検出され、この回転角情報に基づいてモータ４が上述したように図示しない制御部によって制御されてノブ２ｂに力覚が付与される。このとき、ノブ２ｂの回転に伴ってピニオン９が一体的に回転し、ピニオン９の回転力がこのピニオンと噛合するラック１１に伝達されるが、図５に示すように、モータ軸４ａがラックホルダ１０の回転中心に位置しており、このラック１１に伝達された力はラックホルダ１０に回転トルクを発生させることになる。その結果、ラックホルダ１０に設けられたラック１１はピニオン９の周りを回転するだけであり、ノブ２ｂの回転操作時にはこのラック１１は何ら機能することなく、モータ４によるノブ２ｂへの力覚付与がスムーズに行われる。
【００２９】
一方、中立状態からノブ２ｂを例えば図６に示すようにＸ２の向きにスライド操作すると、ノブ２ｂと共にこのノブ２ｂに連結されたモータ４およびモータホルダ５がコイルバネ６のバネ力に抗して一体的にＸ２方向へスライドを開始する。このとき、操作体２のフランジ部２ｃが段差部１ｂから外側のハウジング１上面に乗り上げることにより、この操作体２はコイルバネ３３のバネ力に抗して上方への変位を開始する。これにより、操作体２のスプライン部２ｄが回転駆動板３１のスプライン部３１ｃから解放され、回転駆動板３１および回転板３２が操作体２に対して回転自由とされるため、モータ軸４ａの回転がノブ２ｂに伝達されることが防止される。
【００３０】
また、このノブ２ｂのＸ２方向へのスライド操作によって、モータ軸４ａに嵌着されたピニオン９は図７（ａ）の中立状態（このとき、ラック１１はＹ軸に沿って延びる方向に位置しているものとする。）から操作体２と共にＸ２方向に移動を開始する。このピニオン９の移動に伴って、長孔１１ａに係合軸１２ａが嵌合されたアーム部材１２によってラック１１をモータ軸４ａ側に引っぱる力Ｆが発生し、この力Ｆの長孔１１ａ内側面に直交する分力Ｆｘによって、ラック１１が一体化されたラックホルダ１０（図５参照）は時計回りに回転を開始すると共に、図７（ｂ）に示すように、ピニオン９のＹ２側においてラック１１をＸ軸に沿って延びる方向へ瞬時に移動させる。この後、ピニオン９のさらなるＸ２方向への移動により、ピニオン９と共に移動するアーム部材１２の係合軸１２ａがラック１１の長孔１１ａに沿って移動していくことによりラックホルダ１０の回転が阻止され、ラック１１が操作体２のスライド方向（Ｘ２）に固定される。この状態でノブ２ｂをＸ２方向へスライド操作するのに伴い、ラック１１に噛合するピニオン９が回転し、フォトインタラプタ８ｂによってその回転角が検出される。そして、この回転角情報に基づいてモータ４が制御部によって制御され、このモータ４の回転力がピニオン９とラック１１を介してノブ２ｂのスライド方向に働く外力に変換されてこのノブ２ｂに力覚が付与される。
【００３１】
また、ノブ２ｂを中立状態から例えば上記のＸ２方向とは反対方向であるＸ１方向にスライド操作させると、上述したＸ２方向へのスライド操作の場合と反対に、アーム部材１２によってラック１１をモータ軸４ａとは反対側に押す力Ｆが発生し、この力の分力Ｆｘによって、ラック１１が一体化されたラックホルダ１０は反時計回りに回転を開始すると共に、図７（ｃ）に示すように、ピニオン９のＹ１側においてラック１１をＸ軸に沿って延びる方向に瞬時に移動させる。以降は前述したＸ２方向へのスライド操作の場合と同様にノブ２ｂに所定の力覚が伝達される。また、例えば図７（ｄ），（ｅ）に示すように、ノブ２ｂをそれぞれＹ１およびＹ２方向へスライド操作する場合において、ノブ２ｂの操作方向にラック１１の長さ方向が揃っている場合、ノブ２ｂのスライド操作が開始されてもラック１１は回転することなくそのままの位置に固定され、以降はＸ１，Ｘ２方向へスライド操作する場合と同様にノブ２ｂには所定の力覚が伝達される。
【００３２】
なお、図７（ａ）〜（ｅ）では、ラック１１がＹ軸に沿って延びる方向に位置している場合について説明したが、ノブ２ｂの操作方向に対してラック１１が上記以外のいずれの方向を向いて位置している場合であっても、ノブ２ｂのスライドと共にラック１１をこのノブ２ｂの操作方向に確実に固定させることができ、操作体２に安定して力覚が付与される。また、ノブ２ｂのスライド操作を停止すると、このノブ２ｂと一体的に移動するモータホルダ５に係止しているコイルバネ６の復元力によってノブ２ｂを中立位置に復帰させるようになっている。
【００３３】
このように本実施形態例に係る力覚付与型入力装置にあっては、回転操作およびスライド操作が可能な操作体２と、モータ軸４ａが操作体２に連結されこの操作体２に回転力を付与するモータ４と、このモータ４をスライド可能に支持するモータホルダ５と、モータ軸４ａに同軸状に嵌着されこのモータ軸４ａと一体的に回転するピニオン９と、このピニオン９と噛合するラック１１と、このラック１１を回転自在に支持するラックホルダ１０と、モータ軸４ａとラック１１との間に介設されたアーム部材１２とを備え、操作体２のスライド操作時にラック１１をスライド方向に固定するようにしたので、操作体２のスライド操作時には、ラック１１が固定されることでモータ４の回転力が操作体２のスライド方向に働く外力に変換されてこの操作体２に伝達されると共に、操作体２の回転操作時には、ラック１１が自由に回転することでモータ４の回転力がそのまま操作体２に伝達される。これにより、１つのモータ４で回転操作時およびスライド操作時に操作体２に力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【００３４】
また、操作体２のスライド操作時にモータ軸４ａの回転が操作体２へ伝達されるのを防止するクラッチ機構３を設けたので、操作体２をスライド操作したときに、この操作体２が回転してしまうことを防止できる、より操作性に優れた複合操作型の力覚付与型入力装置が実現できる。
【００３５】
また、クラッチ機構３が、モータ軸４ａに固着され操作体２を連結／解放可能に支持する回転駆動板３１と、操作体２に回転可能に設けた回転板３２と、この回転板３２と回転駆動板３１との間に介設され操作体２を回転駆動板３１と連結する方向へ付勢するコイルバネ３３とを備え、操作体２のスライド操作時に、この操作体２を解放方向へ変位させることで回転駆動板３１による操作体２への回転駆動を解除するように構成したので、クラッチ機構３が簡単な構成で実現でき、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００３６】
また、ラック固定手段がモータ軸４ａとラック１１との間に介設されたアーム部材１２を備え、このアーム部材１２の一端をモータ軸４ａに回転可能に連結し、他端に係合軸１２ａを設けると共に、ラック１１に長孔１１ａを形成し、この長孔１１ａにアーム部材１２の係合軸１２ａをラック１１の長さ方向に移動自在に嵌合させたので、ラック固定手段が簡単な構成で実現でき、複合操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００３７】
なお、図１と図２に示すように、本実施形態例では、回転板３２がノブ２ｂの上面中央部に露出した状態で操作体２に配設されるようにしたが、この操作体２に回転板３２の回転を妨げることなくノブ２ｂの上面を覆うカバーを設けてもよい。このように構成すると、ノブ２ｂを手動でスライド操作する場合に、回転板３２の回転が手のひらに伝わることがないので、より良好な操作感を得ることができる。
【００３８】
図８は本発明の第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の断面図であり、図１〜図７に対応する部分には同一符号を付してある。
【００３９】
前述した第１実施形態例が操作体を回転およびスライド操作するタイプの力覚付与型入力装置であるのに対し、図８に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は操作体を回転および揺動操作するタイプである。すなわち、この力覚付与型入力装置は、ハウジング１３と、ハウジング１３に対して回転および揺動可能に支持された操作体１４と、この操作体１４に連結されたモータ４と、このモータ４を支持するモータホルダ１５と、操作体１４と一体的に回転するピニオン１７と、このピニオン１７と歯合するラック１９が一体形成されたラックホルダ１８と、ハウジング１３に設けられた操作ピン２０と、この操作ピン２０を付勢する復帰バネ２１とから主として構成されている。
【００４０】
ハウジング１３は箱状を呈しており、このハウジング１３は内周に沿って形成した環状溝部１３ａを有している。操作体１４はノブ１４ａおよびシャフト部１４ｂを有しており、この操作体１４はシャフト部１４ｂを介してモータ軸４ａに連結されている。そして、モータ４を保持するモータホルダ１５がハウジング１３に設けた回転軸１６を回転中心として回転可能に支持されることで、操作体１４は矢印Ａ方向に揺動自在になっている。なお、操作体１４は図示しない弾性部材によって図８に示す中立位置に保持されている。また、ピニオン１７がシャフト部１４ｂに同軸状に嵌着されていると共に、このピニオン１７に噛合するラック１９が一体に形成されたラックホルダ１８は、ハウジング１３の環状溝部１３ａに回転可能に支持されている。なお、ピニオン１７およびラック１９は操作体１４の揺動操作時に噛合可能なように、それぞれ円錐台状および扇状に形成されている。
【００４１】
また、前記ラックホルダ１８には上下方向に貫通する貫通孔１８ａが穿設されており、ハウジング１３にはこの貫通孔１８ａに嵌合する操作ピン２０が上下動可能に配設されている。操作ピン２０は復帰バネ２１によって上方へ付勢されており、押圧操作によりこの操作ピン２０を復帰バネ２１のバネ力に抗して貫通孔１８ａに嵌合させることで、ラックホルダ１８の回転を規制し、ラック１９を操作体１４の揺動操作方向（Ａ方向）に固定することができるようになっている。
【００４２】
このように構成された力覚付与型入力装置において、ノブ１４ａを回転操作する場合は、第１実施形態例と同様にラックホルダ１８に設けられたラック１９はピニオン１７の周りを回転するだけであり、ノブ１４ａの回転操作に対しこのラック１９は何ら機能することなくモータ４によるノブ２ｂへの力覚付与がスムーズに行われる。また、ノブ１４ａをＡ方向へ揺動操作する場合、ラックホルダ１８の回転を操作ピン２０によって阻止することで、ラック１９がノブ１４ａの揺動操作方向に固定されるので、モータ４の回転力がピニオン１７を介してノブ１４ａの操作方向に働く外力に変換されてこの操作体２に力覚が伝達される。
【００４３】
このように本実施形態例に係る力覚付与型入力装置にあっても、１つのモータ４で回転操作時および揺動操作時にノブ１４ａに力覚を付与することができ、複合操作型の力覚付与型入力装置の小型化が可能となると共に、部品点数の増加を抑えて低コスト化が可能となる。
【００４４】
また、操作ピン２０によってラックホルダ１８の回転を阻止するように構成したので、ラック固定手段が簡単な構成で実現でき、回転および揺動操作型の力覚付与型入力装置がさらに低コストで実現できる。
【００４５】
なお、本実施形態例では、操作体１４の揺動操作方向が一方向（Ａ方向）のみの場合を例示したが、例えば第１実施形態例のように操作体をＸ，Ｙ方向に揺動操作させるような場合であっても、本発明は適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】該力覚付与型入力装置に備えられる操作体の底面図である。
【図４】該力覚付与型入力装置に備えられる回転駆動板の平面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】ノブをＸ１方向へ操作した状態を示す断面図である。
【図７】ノブのスライド操作時におけるピニオンとラックの関係を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，１３ ハウジング
２，１４ 操作体
３ クラッチ機構
３１ 回転駆動板
３２ 回転板
３３ コイルバネ
４ モータ
４ａ モータ軸
５，１５ モータホルダ
６ コイルバネ
７ 検出スイッチ
８ 回転検出部
９，１７ ピニオン
１０，１８ ラックホルダ
１１，１９ ラック
１２ アーム部材
１２ａ 係合軸（突部）
２０ 操作ピン
２１ 復帰バネ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転操作およびスライド操作が可能な操作体と、モータ軸が前記操作体に連結されこの操作体に回転力を付与するモータと、このモータをスライド可能に支持するモータ支持手段と、前記モータ軸と同軸状に連結され該モータ軸と一体的に回転するピニオンと、このピニオンと噛合するラックと、このラックを回転自在に支持するラック支持手段と、前記操作体のスライド操作時に前記ラックをスライド方向に固定するラック固定手段とを備え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の記載において、前記操作体のスライド操作時に前記モータ軸の回転が前記操作体へ伝達されるのを防止するクラッチ機構を設けたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記クラッチ機構が、前記モータ軸に固着され前記操作体を連結／解放可能に支持する回転駆動板と、前記操作体に回転可能に設けた回転板と、この回転板と前記回転駆動板との間に介設され前記操作体を前記回転駆動板と連結する方向へ付勢するコイルバネとを有し、前記操作体のスライド操作時に、この操作体を解放方向へ変位させることで前記回転駆動板による前記操作体への回転駆動を解除するように構成したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記ラック固定手段が前記モータ軸と前記ラックとの間に介設されたアーム部材を有し、このアーム部材の一端を前記モータ軸に回転可能に連結し、該アーム部材の他端に突部を設けると共に、前記ラックに長孔を形成し、この長孔に前記アーム部材の突部を前記ラックの長さ方向へ移動可能に嵌合させたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項５】
回転操作および揺動操作が可能な操作体と、モータ軸が前記操作体に連結されこの操作体に回転力を付与するモータと、このモータを揺動可能に支持するモータ支持手段と、前記モータ軸と同軸状に連結され該モータ軸と一体的に回転するピニオンと、このピニオンと噛合するラックと、このラックを回転自在に支持するラック支持手段と、前記操作体の揺動操作時に前記ラックを揺動方向に固定するラック固定手段とを備えたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項６】
請求項５の記載において、前記ラック支持手段が前記ラックと一体的に回転するラックホルダを有すると共に、前記ラック固定手段が前記ラックホルダと係脱する方向に移動可能な操作ピンと、この操作ピンを離脱方向へ付勢する復帰バネとを有し、前記操作体の揺動操作時に前記操作ピンの操作によりこの操作ピンを前記ラックホルダと係合させることで、このラックホルダの回転を阻止するように構成したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項１】
回転操作およびスライド操作が可能な操作体と、モータ軸が前記操作体に連結されこの操作体に回転力を付与するモータと、このモータをスライド可能に支持するモータ支持手段と、前記モータ軸と同軸状に連結され該モータ軸と一体的に回転するピニオンと、このピニオンと噛合するラックと、このラックを回転自在に支持するラック支持手段と、前記操作体のスライド操作時に前記ラックをスライド方向に固定するラック固定手段とを備え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の記載において、前記操作体のスライド操作時に前記モータ軸の回転が前記操作体へ伝達されるのを防止するクラッチ機構を設けたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記クラッチ機構が、前記モータ軸に固着され前記操作体を連結／解放可能に支持する回転駆動板と、前記操作体に回転可能に設けた回転板と、この回転板と前記回転駆動板との間に介設され前記操作体を前記回転駆動板と連結する方向へ付勢するコイルバネとを有し、前記操作体のスライド操作時に、この操作体を解放方向へ変位させることで前記回転駆動板による前記操作体への回転駆動を解除するように構成したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記ラック固定手段が前記モータ軸と前記ラックとの間に介設されたアーム部材を有し、このアーム部材の一端を前記モータ軸に回転可能に連結し、該アーム部材の他端に突部を設けると共に、前記ラックに長孔を形成し、この長孔に前記アーム部材の突部を前記ラックの長さ方向へ移動可能に嵌合させたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項５】
回転操作および揺動操作が可能な操作体と、モータ軸が前記操作体に連結されこの操作体に回転力を付与するモータと、このモータを揺動可能に支持するモータ支持手段と、前記モータ軸と同軸状に連結され該モータ軸と一体的に回転するピニオンと、このピニオンと噛合するラックと、このラックを回転自在に支持するラック支持手段と、前記操作体の揺動操作時に前記ラックを揺動方向に固定するラック固定手段とを備えたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項６】
請求項５の記載において、前記ラック支持手段が前記ラックと一体的に回転するラックホルダを有すると共に、前記ラック固定手段が前記ラックホルダと係脱する方向に移動可能な操作ピンと、この操作ピンを離脱方向へ付勢する復帰バネとを有し、前記操作体の揺動操作時に前記操作ピンの操作によりこの操作ピンを前記ラックホルダと係合させることで、このラックホルダの回転を阻止するように構成したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−４０９１（Ｐ２００６−４０９１Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７８５７７（Ｐ２００４−１７８５７７）
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【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１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【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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