力覚付与型入力装置
【課題】光学式ロータリエンコーダの防塵性を高めると共に装置の大型化を抑制できる力覚付与型入力装置を提供する。
【解決手段】操作者が手動で揺動操作する操作レバー１３と、この操作レバー１３の揺動操作に連動して回転する駆動レバー１１，１２と、これら駆動レバー１１，１２を回転可能に支持する起立壁６ａ，６ｂを有する支持体と、駆動レバー１１，１２の回転を伝達ギヤを介して検出する一対の光学式ロータリエンコーダと、前記伝達ギヤから駆動レバー１１，１２を介して操作レバー１３に外力を付与するモータ１４，１５とを備えた力覚付与型入力装置において、光学式ロータリエンコーダの構成部品であるコード板１８，１９を支持体の起立壁６ａ，６ｂの外側面に沿って回転可能に配置し、一側面を開放した箱状ケース２３を起立壁６ａ，６ｂに取り付けることにより、これら箱状ケース２３と起立壁６ａ，６ｂ間に画成される空間に第１および第２のコード板１８，１９を収納するように構成した。
【解決手段】操作者が手動で揺動操作する操作レバー１３と、この操作レバー１３の揺動操作に連動して回転する駆動レバー１１，１２と、これら駆動レバー１１，１２を回転可能に支持する起立壁６ａ，６ｂを有する支持体と、駆動レバー１１，１２の回転を伝達ギヤを介して検出する一対の光学式ロータリエンコーダと、前記伝達ギヤから駆動レバー１１，１２を介して操作レバー１３に外力を付与するモータ１４，１５とを備えた力覚付与型入力装置において、光学式ロータリエンコーダの構成部品であるコード板１８，１９を支持体の起立壁６ａ，６ｂの外側面に沿って回転可能に配置し、一側面を開放した箱状ケース２３を起立壁６ａ，６ｂに取り付けることにより、これら箱状ケース２３と起立壁６ａ，６ｂ間に画成される空間に第１および第２のコード板１８，１９を収納するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手動操作される操作レバーに電気制御された力覚を付与する力覚付与型入力装置に係り、特に、操作レバーを任意方向に揺動操作するジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エアコンやオーディオあるいはナビゲーション等の車載用制御機器の機能調整を１つの操作レバーに集約し、この操作レバーの手動操作によって機器の選択や機能調整等を行う際に、操作レバーの操作量や操作方向に応じた抵抗感や推力等の外力を付与することにより、操作フィーリングを良好にして操作性を確実にしたフォースフィードバック機能付きの力覚付与型入力装置が種々提案されている。かかる力覚付与型入力装置の一例として、従来より、操作レバーの揺動運動を直交する一対の駆動レバーの回転運動に変換する変換部と、これら両駆動レバーの回転量および回転方向を検出する一対のロータリエンコーダと、操作レバーに外力を付与する一対のモータとを備え、両ロータリエンコーダの出力信号に基づいて両モータの駆動をそれぞれ制御することにより、両駆動レバーを介して操作レバーに所望の外力を付与するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は上記特許文献１に開示された力覚付与型入力装置の内部構造を示す平面図であり、同図に示すように、基台１００上には第１および第２のモータ１０１，１０２と、これらモータ１０１，１０２の回転軸に連結された第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４とが搭載されている。第１のモータ１０１の回転軸と第２のモータ１０２の回転軸とは互いに直交しており、第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４は両モータ１０１，１０２の回転軸が交わる交点Ｐの近傍に配置されている。また、基台１００には第１および第２の駆動レバー１０５，１０６が回転可能に支持されており、これら駆動レバー１０５，１０６には駆動体１０７を介して操作レバー１０８が連結されている。第１の駆動レバー１０５は第１のモータ１０１の回転軸と平行な軸１０５ａを中心に回転可能であり、第１の駆動レバー１０５の先端には第１のモータ１０１の回転軸に固着したギヤ１０９に噛合する歯部１０５ｂが形成されている。第２の駆動レバー１０６は第２のモータ１０２の回転軸と平行な軸１０６ａを中心に回転可能であり、第２の駆動レバー１０６の先端には第２のモータ１０２の回転軸に固着したギヤ１１０に噛合する歯部１０６ｂが形成されている。なお、第１および第２のモータ１０１，１０２と第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４は図示せぬ制御部に接続されており、この制御部は第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４の出力信号を取り込んで第１および第２のモータ１０１，１０２に所望の制御信号を出力する。
【０００４】
このように概略構成された力覚付与型入力装置において、操作者が操作レバー１０８を任意方向、例えば図１１のＹ−Ｙ方向へ揺動操作すると、第１の駆動レバー１０５が軸１０５ａを中心に回転し、それに伴ってギヤ１０９と第１のロータリエンコーダ１０３が回転駆動される。操作レバー１０８がＸ−Ｘ方向へ揺動操作された場合は、第２の駆動レバー１０６が軸１０６ａを中心に回転し、それに伴ってギヤ１１０と第２のロータリエンコーダ１０４が回転駆動される。また、操作レバー１０８がＸ方向とＹ方向の中間方向へ揺動操作された場合、第１および第２の駆動レバー１０５，１０６がそれぞれ回転して第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４が回転駆動される。これらロータリエンコーダ１０３，１０４の出力信号は制御部に取り込まれ、制御部がこの出力信号に基づいて第１および第２の駆動レバー１０５，１０６の回転方向と回転量、すなわち操作レバー１０８の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算し、その演算結果に基づいて第１および第２のモータ１０１，１０２に制御信号を出力することにより、操作レバー１０８に所望の操作フィーリングが付与される。例えば、操作レバー１０８が任意方向へ所定角度だけ揺動操作されたとき、第１および第２のモータ１０１，１０２が第１および第２の駆動レバー１０５，１０６の回転と逆方向に動作されると、操作レバー１０８に所定の大きさの作動力が付与され、この作動力が操作レバー１０８を手動操作する操作者にクリック感として認識される。
【０００５】
なお、この種の力覚付与型入力装置において、第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４としては、分解能が高く構造も簡単な光学式ロータリエンコーダが広く用いられている（例えば、特許文献２参照）。この光学式ロータリエンコーダは、円周方向に沿って複数のスリットが形成されたコード板と、凹部を介して対向する発光素子と受光素子を有するフォトセンサとで構成されており、コード板がフォトセンサの凹部内を回転することで回転情報が検出されるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２２１５９号公報
【特許文献２】米国特許第６７０４００２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述の如く構成された従来の力覚付与型入力装置においては、装置の外殻を形成するハウジング等の天板部に設けられた開口から操作レバー１０８を突出させた状態で使用されるのが一般的であるため、第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４としてコード板とフォトセンサとで構成される光学式ロータリエンコーダを用いた場合、開口からハウジング内に侵入した塵埃等の異物がコード板に付着し、光学式ロータリエンコーダの検出精度が経年的に劣化してしまうという問題があった。なお、このような問題を解決するために、下面を開口した袋状の防塵カバーによってコード板を包囲することが考えられるが、かかる防塵カバーはコード板を両側から覆う一対の側壁を必要とするため、防塵カバーの取付スペースによって装置全体が大型化するという別の問題を招来する。
【０００７】
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、光学式ロータリエンコーダの防塵性を高めると共に装置の大型化を抑制できる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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、操作者が手動で揺動操作する操作レバーと、この操作レバーの揺動操作に連動して回転する駆動体と、この駆動体を回転可能に支持する起立壁を有する支持体と、前記駆動体の回転を伝達ギヤを介して検出する光学式ロータリエンコーダと、前記伝達ギヤおよび前記駆動体を介して前記操作レバーに外力を付与するモータとを備えた力覚付与型入力装置において、前記光学式ロータリエンコーダが、前記支持体の前記起立壁に沿って回転可能に配置されたコード板と、前記起立壁に直交配置された回路基板上に実装されたフォトセンサとで構成され、一側面を開放した箱状ケースを前記起立壁に取り付けることにより、これら箱状ケースと起立壁との間に前記コード板を収納する構成とした。
【０００９】
このように構成された力覚付与型入力装置では、コード板が支持体の起立壁と箱状ケースとの間に画成される空間に収納されるため、塵埃等の異物がコード板に付着することを確実に防止することができ、光学式ロータリエンコーダの検出精度を長期に亘って高精度に維持できる。また、支持体の起立壁をコード板の防塵構造の一部として利用しており、箱状ケースは起立壁に対向する一方側のみに側面を有していれば済むため、箱状ケースによって装置が徒に大型化することを抑制できる。
【００１０】
上記の構成において、箱状ケースの底面から突出するボスを回路基板の位置決め孔に挿入すると共に、この箱状ケースに設けた孔部を起立壁の外側面から突出する突設部に嵌合すると、箱状ケースを回路基板と支持体に対して確実に固定することができて好ましい。この場合において、支持体が起立壁と協働して駆動体の回動軸の両端を支持するフレーム部材を有し、このフレーム部材をネジを用いて起立壁の内側面に固定すると共に、このネジの先端部を該起立壁の外側面から突出させて突設部とすると、フレーム部材の固定用ネジを箱状ケースの取付け用部材に兼用できて好ましい。
【００１１】
また、上記の構成において、箱状ケースの底面から側面にかけて切り欠き部を形成し、この切り欠き部をフォトセンサの一端部に嵌合すると、この嵌合代に相当する分だけ箱状ケースの厚みを薄くできるため、装置の大型化をより効果的に抑制できて好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の力覚付与型入力装置は、操作レバーの揺動操作に連動して回転する駆動体を支持体の起立壁に回転可能に支持すると共に、駆動体の回転を検出する光学式ロータリエンコーダの構成部材であるコード板を起立壁に沿って回転可能に配置し、一側面を開放した箱状ケースを起立壁に取り付けることにより、これら箱状ケースと起立壁との間にコード板を収納するようにしたので、塵埃等の異物がコード板に付着することを確実に防止することができ、光学式ロータリエンコーダの検出精度を長期に亘って高精度に維持できる。また、支持体の起立壁をコード板の防塵構造の一部として利用しており、箱状ケースは起立壁に対向する一方側のみに側面を有していれば済むため、箱状ケースによって装置が徒に大型化することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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は本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の斜視図、図２は該力覚付与型入力装置の分解斜視図、図３は該力覚付与型入力装置の断面図、図４は該力覚付与型入力装置に備えられる多方向揺動機構の平面図、図５は該多方向揺動機構を一方向から見た斜視図、図６は図５のVI−VI線に沿って破断した斜視図、図７は図５のVII−VII線に沿って破断した斜視図、図８は図５の多方向揺動機構から箱状ケースを取り除いた状態を示す斜視図、図９は該多方向揺動機構を他方向から見た斜視図、図１０は図９の多方向揺動機構から箱状ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。
【００１４】
これらの図に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、上下両面を開放した合成樹脂製の外装ケース１と、外装ケース１の上面開放端に被着された透孔２ａを有する上面板２と、外装ケース１の下面開放端を閉塞する蓋体３と、これら外装ケース１と上面板２および蓋体３の内部に収納された多方向揺動機構４とを備えている。外装ケース１と上面板２および蓋体３は装置の外殻をなすハウジング５を構成するもので、このハウジング５は自動車のセンターコンソール等の適宜箇所に設置されるようになっている。
【００１５】
多方向揺動機構２はアルミニウム等の機械的強度の高い金属板で形成されメインフレーム６とサブフレーム７および下フレーム１０を備えており、これらフレーム６，７，１０によって支持体が構成されている。メインフレーム６には平面視Ｌ字状に連続する２つの起立壁６ａ，６ｂが一体形成されており、これら起立壁６ａ，６ｂの上部内側面にスペーサ８を介してサブフレーム７が複数本（片側で３本、合計６本）のネジ９を用いて固定されている。後述するように、これらネジ９の先端部は起立壁６ａ，６ｂを貫通して外側面に突出している。また、起立壁６ａ，６ｂの下部内側面には同じくスペーサ８を介して下フレーム１０がネジ止めされている。サブフレーム７には２つの支持壁７ａ，７ｂが平面視逆Ｌ字状に折曲形成されており、支持体にはメインフレーム６の両起立壁６ａ，６ｂとサブフレーム７の両支持壁７ａ，７ｂによって平面視四角形の支持部が形成されている。図４に示すように、この支持部の内部には第１および第２の駆動レバー１１，１２が互いの回転軸を直交するように配置されており、第１の駆動レバー１１の上部両端は支持部の相対向する起立壁６ａと支持壁７ａに回転可能に軸支され、第２の駆動レバー１２の上部両端は支持部の相対向する起立壁６ｂと支持壁７ｂに回転可能に軸支されている。これら第１および第２の駆動レバー１１，１２の交差部分には操作レバー１３が連結されており、この操作レバー１３は上面板２の透孔２ａを挿通してハウジング５の外部に突出している（図１参照）。第１および第２の駆動レバー１１，１２は操作レバー１３の揺動運動を直交する２つの回転運動に変換する動力変換機構を構成しており、操作レバー１３の中央部は第１の駆動レバー１１の中央上部に軸支され、操作レバー１３は第２の駆動レバー１２の下部に形成された長孔に挿通されている。したがって、操作レバー１３を任意方向へ揺動操作すると、その揺動方向に応じて第１および第２の駆動レバー１１，１２が回転する。
【００１６】
第１の駆動レバー１１の一側面には扇形のジンバルギヤ１１ａが設けられており、このジンバルギヤ１１ａの先端には該駆動レバー１１の回転軸を中心として円弧状に延びる歯部が形成されている。また、第１の駆動レバー１１の他側面には検出板１１ｂが固着されており、この検出板１１ｂの下端に形成された遮蔽部はジンバルギヤ１１ａと逆方向へ突出している。同様に、第２の駆動レバー１２の一側面には扇形のジンバルギヤ１２ａが設けられており、このジンバルギヤ１２ａの先端には該駆動レバー１２の回転軸を中心として円弧状に延びる歯部が形成されている。また、第２の駆動レバー１２の他側面には検出板１２ｂが固着されており、この検出板１２ｂの下端に形成された遮蔽部はジンバルギヤ１２ａと逆方向へ突出している。
【００１７】
支持体の構成部材である前記下フレーム１０には第１および第２のモータ１４，１５が搭載されており、これらモータ１４，１５は互いの回転軸が直交するように配置されている。第１のモータ１４の回転軸にはギヤ１６が固着されており、このギヤ１６はメインフレーム６の起立壁６ａの内側で第１の駆動レバー１１に設けられたジンバルギヤ１１ａの歯部に噛合している。第１のモータ１４から見てこれらギヤ１６とジンバルギヤ１１ａは減速ギヤ列を構成しており、第１のモータ１４の回転はこの減速ギヤ列で減速されて第１の駆動レバー１１に伝達される。同様に、第２のモータ１５の回転軸にはギヤ１７が固着されており、このギヤ１７はメインフレーム６の起立壁６ｂの内側で第２の駆動レバー１２に設けられたジンバルギヤ１２ａの歯部に噛合している。これらギヤ１７とジンバルギヤ１２ａは第２のモータ１５から見て減速ギヤ列を構成しており、第２のモータ１５の回転はこの減速ギヤ列で減速されて第２の駆動レバー１２に伝達される。
【００１８】
図３に示すように、第１のモータ１４の回転軸に固着されたギヤ１６はメインフレーム６の起立壁６ａを貫通して外方へ突出しており、このギヤ１６の先端には第１のコード板１８が圧入・固定されている。前述したジンバルギヤ１１ａとギヤ１６は第１の駆動レバー１１から見て増速ギヤ列を構成しており、第１の駆動レバー１１の回転はこの増速ギヤ列で増速されて第１のコード板１８に伝達される。同様に、第２のモータ１５の回転軸に固着されたギヤ１７はメインフレーム６の起立壁６ｂを貫通して外方へ突出しており、このギヤ１７の先端には第２のコード板１９が圧入・固定されている（図９参照）。そして、前述したジンバルギヤ１２ａとギヤ１７は第２の駆動レバー１２から見て増速ギヤ列を構成しており、第２の駆動レバー１２の回転はこの増速ギヤ列で増速されて第２のコード板１９に伝達される。
【００１９】
メインフレーム６の下端には回路基板２０が取り付けられており、この回路基板２０上には第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２が実装されている。この第１のフォトインタラプタ２１と第１のコード板１８によって第１の光学式ロータリエンコーダが構成され、第２のフォトインタラプタ２２と第２のコード板１９によって第２の光学式ロータリエンコーダが構成されている。両フォトインタラプタ２１，２２にはそれぞれ図示せぬＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）が備えられており、これらＬＥＤとフォトトランジスタは凹部２１ａ，２２ａを介して対向している。第１および第２のコード板１８，１９の外周部には多数のスリットが形成されており、これらコード板１８，１９はそれぞれ対応する第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２の凹部２１ａ，２２ａ内を回転するようになっている。
【００２０】
図５〜図８に示すように、第１のコード板１８は起立壁６ａの外側面と平行に対向配置されており、この起立壁６ａの外側面に合成樹脂製の箱状ケース２３を取り付けることによって第１のコード板１８は防塵構造とされている。この箱状ケース２３の一側面は開放されており、この開放面に対向する反対側の側面上部には左右一対の孔部２３ａ，２３ｂが形成されている。また、箱状ケース２３の底面には２つのボス２３ｃが突設されており、箱状ケース２３の底面から側面下部にかけて長方形の切り欠き部２３ｄが形成されている。このような箱状ケース２３を起立壁６ａに取り付ける場合は、まず、起立壁６ａの外側面に突出している３本のネジ９のうち、右下に位置するネジ９に箱状ケース２３の右側の孔部２３ａを嵌合した後、回路基板２０上に実装された第１のフォトインタラプタ２１の一端部に切り欠き部２３ｄを挿入しながら、両ボス２３ｃを回路基板２０に穿設された一対の位置決め孔２０ａに嵌合する。その結果、箱状ケース２３が上下および左右方向に規制された状態で起立壁６ａの外側面に固定され、第１のコード板１８が支持体の起立壁６ａと箱状ケース２３との間に画成される空間に収納されるため、上面板２の透孔２ａからハウジング５内に侵入した塵埃等の異物が第１のコード板１８に付着することを確実に防止できる。また、支持体の起立壁６ａを第１のコード板１８の防塵構造の一部として利用しており、箱状ケース２３は起立壁６ａに対向する片側のみに側面を有していれば良く、しかも、箱状ケース２３の底面から側面にかけて形成した切り欠き部２３ｄ内に第１のフォトインタラプタ２１の一端面を露出させており、これら切り欠き部２３ｄと第１のフォトインタラプタ２１との嵌合代に相当する分だけ箱状ケース２３の厚みを薄くすることができるため、箱状ケース２３によって装置が徒に大型化することを抑制できる。
【００２１】
図９と図１０に示すように、第２のコード板１９は起立壁６ｂの外側面と平行に対向配置されており、この起立壁６ｂの外側面に箱状ケース２３を取り付けることによって第２のコード板１９は防塵構造とされている。この場合、起立壁６ｂの外側面に突出している３本のネジ９のうち、左下に位置するネジ９に箱状ケース２３の左側の孔部２３ｂを嵌合するようになっており、この点を除くと第２のコード板１９の防塵構造は前述した第１のコード板１８の防塵構造と同様である。すなわち、箱状ケース２３に左右一対の孔部２３ａ，２３ｂを形成することにより、第１のコード板１８と第２のコード板１９を共通の箱状ケース２３を用いて収納することができ、その分、部品加工費を低減することができる。
【００２２】
図２と図３に示すように、回路基板２０上には第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２とは別に一対のフォトインタラプタ２４，２５が実装されており、一方のフォトインタラプタ２４の凹部内を第１の駆動レバー１１に固着された検出板１１ｂの遮蔽部が通過し、他方のフォトインタラプタ２５の凹部内を第２の駆動レバー１２に固着された検出板１２ｂの遮蔽部が通過するようになっている。したがって、両検出板１１ｂ，１２ｂの遮蔽部がフォトインタラプタ２４，２５の凹部内に位置しているとき、ＬＥＤの光が検出板１１ｂ，１２ｂの遮蔽部で遮断されてフォトインタラプタ２４，２５からオフ信号が出力され、遮蔽部が凹部から外れた位置にあるとき、ＬＥＤの光がフォトトランジスタで受光されてフォトインタラプタ２４，２５からオン信号が出力される。
【００２３】
前述した各フォトインタラプタ２１，２２，２４，２５から出力された検知信号は図示せぬ制御部に取り込まれ、この制御部はフォトインタラプタ２４，２５の検知信号に基づいて第１および第２の駆動レバー１１，１２の絶対位置を演算すると共に、この絶対位置を基準にして第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２の検知信号から第１および第２の駆動レバー１１，１２の回転方向と回転量、すなわち操作レバー１３の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算する。また、前記制御部はメモリに記憶されたデータやプログラムに基づいて制御信号を決定し、この制御信号を第１および第２のモータ１４，１５に出力する。この制御信号は操作レバー１３に付与される操作フィーリングに対応する信号であり、信号の種類としては振動の発生や作動力（抵抗力または推力）の変更等がある。なお、制御部の回路構成部品は回路基板２０の裏面や図示せぬ他の回路基板に実装されている。
【００２４】
次に、このように構成された力覚付与型入力装置の動作について説明する。
【００２５】
まず、力覚付与型入力装置のシステムを起動（電源オン）させると、前記制御部はフォトインタラプタ２４，２５の検知信号を取り込んで第１および第２のモータ１４，１５に制御信号を出力し、第１および第２のモータ１４，１５は第１および第２の駆動レバー１１，１２を回転駆動して操作レバー１３を中立位置に自動復帰させる。この場合、第１および第２のモータ１４，１５はフォトインタラプタ２４，２５の出力がオフからオンに切り替わるように第１および第２の駆動レバー１１，１２を回転駆動すればよく、操作レバー１３は両フォトインタラプタ２４，２５の出力が共にオフからオンに切り替わった時点で中立位置となり、制御部は当該位置を操作レバー１３の基準位置（絶対位置）として記憶する。
【００２６】
このように操作レバー１３を中立位置に自動復帰させた状態で、操作者が上面板２の透孔２ａから突出している操作レバー１３を任意方向へ揺動操作すると、操作レバー１３の揺動方向に応じて第１および第２の駆動レバー１１，１２がそれぞれの回転軸を中心に回転する。例えば、操作レバー１３を図４のＸ−Ｘ方向へ揺動操作すると第１の駆動レバー１１のみが同方向へ回転し、操作レバー１３をＹ−Ｙ方向へ揺動操作すると第２の駆動レバー１２のみが同方向へ回転し、操作レバー１３をＸ−Ｙ方向（Ｘ方向とＹ方向の間）へ揺動操作すると第１および第２の駆動レバー１１，１２が共に回転する。そして、第１の駆動レバー１１の回転がジンバルギヤ１１ａの歯部とギヤ１６で増速されて第１のコード板１８に伝達され、第２の駆動レバー１２の回転がジンバルギヤ１２ａの歯部とギヤ１７で増速されて第２のコード板１９に伝達されるため、第１および第２の光学式ロータリエンコーダの各フォトインタラプタ２１，２２から連続的なオン／オフ信号が検知信号として制御部に入力される。
【００２７】
制御部は第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２の検知信号から求められる相対位置と前述したフォトインタラプタ２４，２５の検知信号から求められる絶対位置とに基づいて、第１および第２の駆動レバー１１，１２の回転方向と回転量を演算すると共に、第１および第２のモータ１４，１５に所定の制御信号を出力する。一例を挙げると、操作レバー１３が所定方向に所定量だけ揺動操作されたとき、第１および第２のモータ１４，１５の回転をギヤ１６，１７とジンバルギヤ１１ａ，１２ａで減速させて第１および第２の駆動レバー１１，１２に伝達することにより、これら駆動レバー１１，１２を介して操作レバー１３にその揺動方向に抵抗する作動力が付与されると、この作動力が操作レバー１３を手動操作する操作者にクリック感として認識される。
【００２８】
このように本実施形態例に係る力覚付与型入力装置においては、操作者が手動で揺動操作する操作レバー１３と、この操作レバー１３の揺動操作に連動して回転する第１および第２の駆動レバー１１，１２と、これら駆動レバー１１，１２を回転可能に支持する起立壁６ａ，６ｂを有する支持体と、駆動レバー１１，１２の回転を伝達ギヤ（ジンバルギヤ１１ａ，１２ａとギヤ１６，１７）を介して検出する一対の光学式ロータリエンコーダと、前記伝達ギヤから駆動レバー１１，１２を介して操作レバー１３に外力を付与する第１および第２のモータ１４，１５とを備えた力覚付与型入力装置において、前記光学式ロータリエンコーダが、支持体の起立壁６ａ，６ｂに沿って回転可能に配置された第１および第２のコード板１８，１９と、起立壁６ａ，６ｂに直交する回路基板２０上に実装された第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２とで構成され、一側面を開放した箱状ケース２３を起立壁６ａ，６ｂに取り付けることにより、これら箱状ケース２３と起立壁６ａ，６ｂ間に画成される空間に第１および第２のコード板１８，１９が収納されるように構成したので、上面板２の透孔２ａからハウジング５内に侵入した塵埃等の異物が第１のコード板１８に付着することを確実に防止でき、光学式ロータリエンコーダの検出精度を長期に亘って高精度に維持できる。また、支持体の起立壁６ａ，６ｂを第１および第２のコード板１８，１９の防塵構造の一部として利用しており、箱状ケース２３は起立壁６ａ，６ｂに対向する片側のみに側面を有していれば良く、しかも、箱状ケース２３の底面から側面にかけて形成した切り欠き部２３ｄ内に第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２一端面を露出させており、これら切り欠き部２３ｄとフォトインタラプタ２１，２２との嵌合代に相当する分だけ箱状ケース２３の厚みを薄くすることができるため、箱状ケース２３によって装置が徒に大型化することを抑制できる。
【００２９】
また、箱状ケース２３の壁部に左右一対の孔部２３ａ，２３ｂを形成し、いずれか一方の孔部２３ａ，２３ｂを起立壁６ａ，６ｂの外側面に突出しているネジ９の１つに嵌合すると共に、箱状ケース２３の底面にボス２３ｃを突設し、このボス２３ｃを回路基板２０に穿設した位置決め孔２０ａに嵌合するようにしたので、箱状ケース２３を支持体の起立壁６ａ，６ｂと回路基板２０に対して確実に固定することができる。しかも、メインフレーム６とサブフレーム７を一体化するために使用されるネジ９を起立壁６ａ，６ｂの外側面に突出させ、このネジ９の先端部に箱状ケース２３の孔部２３ａ，２３ｂを嵌合するようになっているので、サブフレーム７の固定用ネジ９を箱状ケース２３の取付け用部材として兼用することができ、その分、箱状ケース２３の取付構造を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の斜視図である。
【図２】該力覚付与型入力装置の分解斜視図である。
【図３】該力覚付与型入力装置の断面図である。
【図４】該力覚付与型入力装置に備えられる多方向揺動機構の平面図である。
【図５】該多方向揺動機構を一方向から見た斜視図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿って破断した斜視図である。
【図７】図５のVII−VII線に沿って破断した斜視図である。
【図８】図５の多方向揺動機構から箱状ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図９】該多方向揺動機構を他方向から見た斜視図である。
【図１０】図９の多方向揺動機構から箱状ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図１１】従来例に係る力覚付与型入力装置の内部構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 外装ケース
２ 上面板
２ａ 透孔
４ 多方向揺動機構
５ ハウジング
６ メインフレーム
６ａ，６ｂ 起立壁６ａ，６ｂ
７ サブフレーム
７ａ，７ｂ 支持壁
９ ネジ
１１，１２ 駆動レバー
１１ａ，１２ａ ジンバルギヤ
１３ 操作レバー
１４，１５ モータ
１６，１７ ギヤ
１８，１９ コード板
２０ 回路基板
２０ａ 位置決め孔
２１，２２ フォトインタラプタ
２１ａ，２２ａ 凹部
２３ 箱状ケース
２３ａ，２３ｂ 孔部
２３ｃ ボス
２３ｄ 切り欠き部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手動操作される操作レバーに電気制御された力覚を付与する力覚付与型入力装置に係り、特に、操作レバーを任意方向に揺動操作するジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エアコンやオーディオあるいはナビゲーション等の車載用制御機器の機能調整を１つの操作レバーに集約し、この操作レバーの手動操作によって機器の選択や機能調整等を行う際に、操作レバーの操作量や操作方向に応じた抵抗感や推力等の外力を付与することにより、操作フィーリングを良好にして操作性を確実にしたフォースフィードバック機能付きの力覚付与型入力装置が種々提案されている。かかる力覚付与型入力装置の一例として、従来より、操作レバーの揺動運動を直交する一対の駆動レバーの回転運動に変換する変換部と、これら両駆動レバーの回転量および回転方向を検出する一対のロータリエンコーダと、操作レバーに外力を付与する一対のモータとを備え、両ロータリエンコーダの出力信号に基づいて両モータの駆動をそれぞれ制御することにより、両駆動レバーを介して操作レバーに所望の外力を付与するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は上記特許文献１に開示された力覚付与型入力装置の内部構造を示す平面図であり、同図に示すように、基台１００上には第１および第２のモータ１０１，１０２と、これらモータ１０１，１０２の回転軸に連結された第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４とが搭載されている。第１のモータ１０１の回転軸と第２のモータ１０２の回転軸とは互いに直交しており、第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４は両モータ１０１，１０２の回転軸が交わる交点Ｐの近傍に配置されている。また、基台１００には第１および第２の駆動レバー１０５，１０６が回転可能に支持されており、これら駆動レバー１０５，１０６には駆動体１０７を介して操作レバー１０８が連結されている。第１の駆動レバー１０５は第１のモータ１０１の回転軸と平行な軸１０５ａを中心に回転可能であり、第１の駆動レバー１０５の先端には第１のモータ１０１の回転軸に固着したギヤ１０９に噛合する歯部１０５ｂが形成されている。第２の駆動レバー１０６は第２のモータ１０２の回転軸と平行な軸１０６ａを中心に回転可能であり、第２の駆動レバー１０６の先端には第２のモータ１０２の回転軸に固着したギヤ１１０に噛合する歯部１０６ｂが形成されている。なお、第１および第２のモータ１０１，１０２と第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４は図示せぬ制御部に接続されており、この制御部は第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４の出力信号を取り込んで第１および第２のモータ１０１，１０２に所望の制御信号を出力する。
【０００４】
このように概略構成された力覚付与型入力装置において、操作者が操作レバー１０８を任意方向、例えば図１１のＹ−Ｙ方向へ揺動操作すると、第１の駆動レバー１０５が軸１０５ａを中心に回転し、それに伴ってギヤ１０９と第１のロータリエンコーダ１０３が回転駆動される。操作レバー１０８がＸ−Ｘ方向へ揺動操作された場合は、第２の駆動レバー１０６が軸１０６ａを中心に回転し、それに伴ってギヤ１１０と第２のロータリエンコーダ１０４が回転駆動される。また、操作レバー１０８がＸ方向とＹ方向の中間方向へ揺動操作された場合、第１および第２の駆動レバー１０５，１０６がそれぞれ回転して第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４が回転駆動される。これらロータリエンコーダ１０３，１０４の出力信号は制御部に取り込まれ、制御部がこの出力信号に基づいて第１および第２の駆動レバー１０５，１０６の回転方向と回転量、すなわち操作レバー１０８の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算し、その演算結果に基づいて第１および第２のモータ１０１，１０２に制御信号を出力することにより、操作レバー１０８に所望の操作フィーリングが付与される。例えば、操作レバー１０８が任意方向へ所定角度だけ揺動操作されたとき、第１および第２のモータ１０１，１０２が第１および第２の駆動レバー１０５，１０６の回転と逆方向に動作されると、操作レバー１０８に所定の大きさの作動力が付与され、この作動力が操作レバー１０８を手動操作する操作者にクリック感として認識される。
【０００５】
なお、この種の力覚付与型入力装置において、第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４としては、分解能が高く構造も簡単な光学式ロータリエンコーダが広く用いられている（例えば、特許文献２参照）。この光学式ロータリエンコーダは、円周方向に沿って複数のスリットが形成されたコード板と、凹部を介して対向する発光素子と受光素子を有するフォトセンサとで構成されており、コード板がフォトセンサの凹部内を回転することで回転情報が検出されるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２２１５９号公報
【特許文献２】米国特許第６７０４００２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述の如く構成された従来の力覚付与型入力装置においては、装置の外殻を形成するハウジング等の天板部に設けられた開口から操作レバー１０８を突出させた状態で使用されるのが一般的であるため、第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４としてコード板とフォトセンサとで構成される光学式ロータリエンコーダを用いた場合、開口からハウジング内に侵入した塵埃等の異物がコード板に付着し、光学式ロータリエンコーダの検出精度が経年的に劣化してしまうという問題があった。なお、このような問題を解決するために、下面を開口した袋状の防塵カバーによってコード板を包囲することが考えられるが、かかる防塵カバーはコード板を両側から覆う一対の側壁を必要とするため、防塵カバーの取付スペースによって装置全体が大型化するという別の問題を招来する。
【０００７】
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、光学式ロータリエンコーダの防塵性を高めると共に装置の大型化を抑制できる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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、操作者が手動で揺動操作する操作レバーと、この操作レバーの揺動操作に連動して回転する駆動体と、この駆動体を回転可能に支持する起立壁を有する支持体と、前記駆動体の回転を伝達ギヤを介して検出する光学式ロータリエンコーダと、前記伝達ギヤおよび前記駆動体を介して前記操作レバーに外力を付与するモータとを備えた力覚付与型入力装置において、前記光学式ロータリエンコーダが、前記支持体の前記起立壁に沿って回転可能に配置されたコード板と、前記起立壁に直交配置された回路基板上に実装されたフォトセンサとで構成され、一側面を開放した箱状ケースを前記起立壁に取り付けることにより、これら箱状ケースと起立壁との間に前記コード板を収納する構成とした。
【０００９】
このように構成された力覚付与型入力装置では、コード板が支持体の起立壁と箱状ケースとの間に画成される空間に収納されるため、塵埃等の異物がコード板に付着することを確実に防止することができ、光学式ロータリエンコーダの検出精度を長期に亘って高精度に維持できる。また、支持体の起立壁をコード板の防塵構造の一部として利用しており、箱状ケースは起立壁に対向する一方側のみに側面を有していれば済むため、箱状ケースによって装置が徒に大型化することを抑制できる。
【００１０】
上記の構成において、箱状ケースの底面から突出するボスを回路基板の位置決め孔に挿入すると共に、この箱状ケースに設けた孔部を起立壁の外側面から突出する突設部に嵌合すると、箱状ケースを回路基板と支持体に対して確実に固定することができて好ましい。この場合において、支持体が起立壁と協働して駆動体の回動軸の両端を支持するフレーム部材を有し、このフレーム部材をネジを用いて起立壁の内側面に固定すると共に、このネジの先端部を該起立壁の外側面から突出させて突設部とすると、フレーム部材の固定用ネジを箱状ケースの取付け用部材に兼用できて好ましい。
【００１１】
また、上記の構成において、箱状ケースの底面から側面にかけて切り欠き部を形成し、この切り欠き部をフォトセンサの一端部に嵌合すると、この嵌合代に相当する分だけ箱状ケースの厚みを薄くできるため、装置の大型化をより効果的に抑制できて好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の力覚付与型入力装置は、操作レバーの揺動操作に連動して回転する駆動体を支持体の起立壁に回転可能に支持すると共に、駆動体の回転を検出する光学式ロータリエンコーダの構成部材であるコード板を起立壁に沿って回転可能に配置し、一側面を開放した箱状ケースを起立壁に取り付けることにより、これら箱状ケースと起立壁との間にコード板を収納するようにしたので、塵埃等の異物がコード板に付着することを確実に防止することができ、光学式ロータリエンコーダの検出精度を長期に亘って高精度に維持できる。また、支持体の起立壁をコード板の防塵構造の一部として利用しており、箱状ケースは起立壁に対向する一方側のみに側面を有していれば済むため、箱状ケースによって装置が徒に大型化することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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は本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の斜視図、図２は該力覚付与型入力装置の分解斜視図、図３は該力覚付与型入力装置の断面図、図４は該力覚付与型入力装置に備えられる多方向揺動機構の平面図、図５は該多方向揺動機構を一方向から見た斜視図、図６は図５のVI−VI線に沿って破断した斜視図、図７は図５のVII−VII線に沿って破断した斜視図、図８は図５の多方向揺動機構から箱状ケースを取り除いた状態を示す斜視図、図９は該多方向揺動機構を他方向から見た斜視図、図１０は図９の多方向揺動機構から箱状ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。
【００１４】
これらの図に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、上下両面を開放した合成樹脂製の外装ケース１と、外装ケース１の上面開放端に被着された透孔２ａを有する上面板２と、外装ケース１の下面開放端を閉塞する蓋体３と、これら外装ケース１と上面板２および蓋体３の内部に収納された多方向揺動機構４とを備えている。外装ケース１と上面板２および蓋体３は装置の外殻をなすハウジング５を構成するもので、このハウジング５は自動車のセンターコンソール等の適宜箇所に設置されるようになっている。
【００１５】
多方向揺動機構２はアルミニウム等の機械的強度の高い金属板で形成されメインフレーム６とサブフレーム７および下フレーム１０を備えており、これらフレーム６，７，１０によって支持体が構成されている。メインフレーム６には平面視Ｌ字状に連続する２つの起立壁６ａ，６ｂが一体形成されており、これら起立壁６ａ，６ｂの上部内側面にスペーサ８を介してサブフレーム７が複数本（片側で３本、合計６本）のネジ９を用いて固定されている。後述するように、これらネジ９の先端部は起立壁６ａ，６ｂを貫通して外側面に突出している。また、起立壁６ａ，６ｂの下部内側面には同じくスペーサ８を介して下フレーム１０がネジ止めされている。サブフレーム７には２つの支持壁７ａ，７ｂが平面視逆Ｌ字状に折曲形成されており、支持体にはメインフレーム６の両起立壁６ａ，６ｂとサブフレーム７の両支持壁７ａ，７ｂによって平面視四角形の支持部が形成されている。図４に示すように、この支持部の内部には第１および第２の駆動レバー１１，１２が互いの回転軸を直交するように配置されており、第１の駆動レバー１１の上部両端は支持部の相対向する起立壁６ａと支持壁７ａに回転可能に軸支され、第２の駆動レバー１２の上部両端は支持部の相対向する起立壁６ｂと支持壁７ｂに回転可能に軸支されている。これら第１および第２の駆動レバー１１，１２の交差部分には操作レバー１３が連結されており、この操作レバー１３は上面板２の透孔２ａを挿通してハウジング５の外部に突出している（図１参照）。第１および第２の駆動レバー１１，１２は操作レバー１３の揺動運動を直交する２つの回転運動に変換する動力変換機構を構成しており、操作レバー１３の中央部は第１の駆動レバー１１の中央上部に軸支され、操作レバー１３は第２の駆動レバー１２の下部に形成された長孔に挿通されている。したがって、操作レバー１３を任意方向へ揺動操作すると、その揺動方向に応じて第１および第２の駆動レバー１１，１２が回転する。
【００１６】
第１の駆動レバー１１の一側面には扇形のジンバルギヤ１１ａが設けられており、このジンバルギヤ１１ａの先端には該駆動レバー１１の回転軸を中心として円弧状に延びる歯部が形成されている。また、第１の駆動レバー１１の他側面には検出板１１ｂが固着されており、この検出板１１ｂの下端に形成された遮蔽部はジンバルギヤ１１ａと逆方向へ突出している。同様に、第２の駆動レバー１２の一側面には扇形のジンバルギヤ１２ａが設けられており、このジンバルギヤ１２ａの先端には該駆動レバー１２の回転軸を中心として円弧状に延びる歯部が形成されている。また、第２の駆動レバー１２の他側面には検出板１２ｂが固着されており、この検出板１２ｂの下端に形成された遮蔽部はジンバルギヤ１２ａと逆方向へ突出している。
【００１７】
支持体の構成部材である前記下フレーム１０には第１および第２のモータ１４，１５が搭載されており、これらモータ１４，１５は互いの回転軸が直交するように配置されている。第１のモータ１４の回転軸にはギヤ１６が固着されており、このギヤ１６はメインフレーム６の起立壁６ａの内側で第１の駆動レバー１１に設けられたジンバルギヤ１１ａの歯部に噛合している。第１のモータ１４から見てこれらギヤ１６とジンバルギヤ１１ａは減速ギヤ列を構成しており、第１のモータ１４の回転はこの減速ギヤ列で減速されて第１の駆動レバー１１に伝達される。同様に、第２のモータ１５の回転軸にはギヤ１７が固着されており、このギヤ１７はメインフレーム６の起立壁６ｂの内側で第２の駆動レバー１２に設けられたジンバルギヤ１２ａの歯部に噛合している。これらギヤ１７とジンバルギヤ１２ａは第２のモータ１５から見て減速ギヤ列を構成しており、第２のモータ１５の回転はこの減速ギヤ列で減速されて第２の駆動レバー１２に伝達される。
【００１８】
図３に示すように、第１のモータ１４の回転軸に固着されたギヤ１６はメインフレーム６の起立壁６ａを貫通して外方へ突出しており、このギヤ１６の先端には第１のコード板１８が圧入・固定されている。前述したジンバルギヤ１１ａとギヤ１６は第１の駆動レバー１１から見て増速ギヤ列を構成しており、第１の駆動レバー１１の回転はこの増速ギヤ列で増速されて第１のコード板１８に伝達される。同様に、第２のモータ１５の回転軸に固着されたギヤ１７はメインフレーム６の起立壁６ｂを貫通して外方へ突出しており、このギヤ１７の先端には第２のコード板１９が圧入・固定されている（図９参照）。そして、前述したジンバルギヤ１２ａとギヤ１７は第２の駆動レバー１２から見て増速ギヤ列を構成しており、第２の駆動レバー１２の回転はこの増速ギヤ列で増速されて第２のコード板１９に伝達される。
【００１９】
メインフレーム６の下端には回路基板２０が取り付けられており、この回路基板２０上には第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２が実装されている。この第１のフォトインタラプタ２１と第１のコード板１８によって第１の光学式ロータリエンコーダが構成され、第２のフォトインタラプタ２２と第２のコード板１９によって第２の光学式ロータリエンコーダが構成されている。両フォトインタラプタ２１，２２にはそれぞれ図示せぬＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）が備えられており、これらＬＥＤとフォトトランジスタは凹部２１ａ，２２ａを介して対向している。第１および第２のコード板１８，１９の外周部には多数のスリットが形成されており、これらコード板１８，１９はそれぞれ対応する第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２の凹部２１ａ，２２ａ内を回転するようになっている。
【００２０】
図５〜図８に示すように、第１のコード板１８は起立壁６ａの外側面と平行に対向配置されており、この起立壁６ａの外側面に合成樹脂製の箱状ケース２３を取り付けることによって第１のコード板１８は防塵構造とされている。この箱状ケース２３の一側面は開放されており、この開放面に対向する反対側の側面上部には左右一対の孔部２３ａ，２３ｂが形成されている。また、箱状ケース２３の底面には２つのボス２３ｃが突設されており、箱状ケース２３の底面から側面下部にかけて長方形の切り欠き部２３ｄが形成されている。このような箱状ケース２３を起立壁６ａに取り付ける場合は、まず、起立壁６ａの外側面に突出している３本のネジ９のうち、右下に位置するネジ９に箱状ケース２３の右側の孔部２３ａを嵌合した後、回路基板２０上に実装された第１のフォトインタラプタ２１の一端部に切り欠き部２３ｄを挿入しながら、両ボス２３ｃを回路基板２０に穿設された一対の位置決め孔２０ａに嵌合する。その結果、箱状ケース２３が上下および左右方向に規制された状態で起立壁６ａの外側面に固定され、第１のコード板１８が支持体の起立壁６ａと箱状ケース２３との間に画成される空間に収納されるため、上面板２の透孔２ａからハウジング５内に侵入した塵埃等の異物が第１のコード板１８に付着することを確実に防止できる。また、支持体の起立壁６ａを第１のコード板１８の防塵構造の一部として利用しており、箱状ケース２３は起立壁６ａに対向する片側のみに側面を有していれば良く、しかも、箱状ケース２３の底面から側面にかけて形成した切り欠き部２３ｄ内に第１のフォトインタラプタ２１の一端面を露出させており、これら切り欠き部２３ｄと第１のフォトインタラプタ２１との嵌合代に相当する分だけ箱状ケース２３の厚みを薄くすることができるため、箱状ケース２３によって装置が徒に大型化することを抑制できる。
【００２１】
図９と図１０に示すように、第２のコード板１９は起立壁６ｂの外側面と平行に対向配置されており、この起立壁６ｂの外側面に箱状ケース２３を取り付けることによって第２のコード板１９は防塵構造とされている。この場合、起立壁６ｂの外側面に突出している３本のネジ９のうち、左下に位置するネジ９に箱状ケース２３の左側の孔部２３ｂを嵌合するようになっており、この点を除くと第２のコード板１９の防塵構造は前述した第１のコード板１８の防塵構造と同様である。すなわち、箱状ケース２３に左右一対の孔部２３ａ，２３ｂを形成することにより、第１のコード板１８と第２のコード板１９を共通の箱状ケース２３を用いて収納することができ、その分、部品加工費を低減することができる。
【００２２】
図２と図３に示すように、回路基板２０上には第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２とは別に一対のフォトインタラプタ２４，２５が実装されており、一方のフォトインタラプタ２４の凹部内を第１の駆動レバー１１に固着された検出板１１ｂの遮蔽部が通過し、他方のフォトインタラプタ２５の凹部内を第２の駆動レバー１２に固着された検出板１２ｂの遮蔽部が通過するようになっている。したがって、両検出板１１ｂ，１２ｂの遮蔽部がフォトインタラプタ２４，２５の凹部内に位置しているとき、ＬＥＤの光が検出板１１ｂ，１２ｂの遮蔽部で遮断されてフォトインタラプタ２４，２５からオフ信号が出力され、遮蔽部が凹部から外れた位置にあるとき、ＬＥＤの光がフォトトランジスタで受光されてフォトインタラプタ２４，２５からオン信号が出力される。
【００２３】
前述した各フォトインタラプタ２１，２２，２４，２５から出力された検知信号は図示せぬ制御部に取り込まれ、この制御部はフォトインタラプタ２４，２５の検知信号に基づいて第１および第２の駆動レバー１１，１２の絶対位置を演算すると共に、この絶対位置を基準にして第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２の検知信号から第１および第２の駆動レバー１１，１２の回転方向と回転量、すなわち操作レバー１３の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算する。また、前記制御部はメモリに記憶されたデータやプログラムに基づいて制御信号を決定し、この制御信号を第１および第２のモータ１４，１５に出力する。この制御信号は操作レバー１３に付与される操作フィーリングに対応する信号であり、信号の種類としては振動の発生や作動力（抵抗力または推力）の変更等がある。なお、制御部の回路構成部品は回路基板２０の裏面や図示せぬ他の回路基板に実装されている。
【００２４】
次に、このように構成された力覚付与型入力装置の動作について説明する。
【００２５】
まず、力覚付与型入力装置のシステムを起動（電源オン）させると、前記制御部はフォトインタラプタ２４，２５の検知信号を取り込んで第１および第２のモータ１４，１５に制御信号を出力し、第１および第２のモータ１４，１５は第１および第２の駆動レバー１１，１２を回転駆動して操作レバー１３を中立位置に自動復帰させる。この場合、第１および第２のモータ１４，１５はフォトインタラプタ２４，２５の出力がオフからオンに切り替わるように第１および第２の駆動レバー１１，１２を回転駆動すればよく、操作レバー１３は両フォトインタラプタ２４，２５の出力が共にオフからオンに切り替わった時点で中立位置となり、制御部は当該位置を操作レバー１３の基準位置（絶対位置）として記憶する。
【００２６】
このように操作レバー１３を中立位置に自動復帰させた状態で、操作者が上面板２の透孔２ａから突出している操作レバー１３を任意方向へ揺動操作すると、操作レバー１３の揺動方向に応じて第１および第２の駆動レバー１１，１２がそれぞれの回転軸を中心に回転する。例えば、操作レバー１３を図４のＸ−Ｘ方向へ揺動操作すると第１の駆動レバー１１のみが同方向へ回転し、操作レバー１３をＹ−Ｙ方向へ揺動操作すると第２の駆動レバー１２のみが同方向へ回転し、操作レバー１３をＸ−Ｙ方向（Ｘ方向とＹ方向の間）へ揺動操作すると第１および第２の駆動レバー１１，１２が共に回転する。そして、第１の駆動レバー１１の回転がジンバルギヤ１１ａの歯部とギヤ１６で増速されて第１のコード板１８に伝達され、第２の駆動レバー１２の回転がジンバルギヤ１２ａの歯部とギヤ１７で増速されて第２のコード板１９に伝達されるため、第１および第２の光学式ロータリエンコーダの各フォトインタラプタ２１，２２から連続的なオン／オフ信号が検知信号として制御部に入力される。
【００２７】
制御部は第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２の検知信号から求められる相対位置と前述したフォトインタラプタ２４，２５の検知信号から求められる絶対位置とに基づいて、第１および第２の駆動レバー１１，１２の回転方向と回転量を演算すると共に、第１および第２のモータ１４，１５に所定の制御信号を出力する。一例を挙げると、操作レバー１３が所定方向に所定量だけ揺動操作されたとき、第１および第２のモータ１４，１５の回転をギヤ１６，１７とジンバルギヤ１１ａ，１２ａで減速させて第１および第２の駆動レバー１１，１２に伝達することにより、これら駆動レバー１１，１２を介して操作レバー１３にその揺動方向に抵抗する作動力が付与されると、この作動力が操作レバー１３を手動操作する操作者にクリック感として認識される。
【００２８】
このように本実施形態例に係る力覚付与型入力装置においては、操作者が手動で揺動操作する操作レバー１３と、この操作レバー１３の揺動操作に連動して回転する第１および第２の駆動レバー１１，１２と、これら駆動レバー１１，１２を回転可能に支持する起立壁６ａ，６ｂを有する支持体と、駆動レバー１１，１２の回転を伝達ギヤ（ジンバルギヤ１１ａ，１２ａとギヤ１６，１７）を介して検出する一対の光学式ロータリエンコーダと、前記伝達ギヤから駆動レバー１１，１２を介して操作レバー１３に外力を付与する第１および第２のモータ１４，１５とを備えた力覚付与型入力装置において、前記光学式ロータリエンコーダが、支持体の起立壁６ａ，６ｂに沿って回転可能に配置された第１および第２のコード板１８，１９と、起立壁６ａ，６ｂに直交する回路基板２０上に実装された第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２とで構成され、一側面を開放した箱状ケース２３を起立壁６ａ，６ｂに取り付けることにより、これら箱状ケース２３と起立壁６ａ，６ｂ間に画成される空間に第１および第２のコード板１８，１９が収納されるように構成したので、上面板２の透孔２ａからハウジング５内に侵入した塵埃等の異物が第１のコード板１８に付着することを確実に防止でき、光学式ロータリエンコーダの検出精度を長期に亘って高精度に維持できる。また、支持体の起立壁６ａ，６ｂを第１および第２のコード板１８，１９の防塵構造の一部として利用しており、箱状ケース２３は起立壁６ａ，６ｂに対向する片側のみに側面を有していれば良く、しかも、箱状ケース２３の底面から側面にかけて形成した切り欠き部２３ｄ内に第１および第２のフォトインタラプタ２１，２２一端面を露出させており、これら切り欠き部２３ｄとフォトインタラプタ２１，２２との嵌合代に相当する分だけ箱状ケース２３の厚みを薄くすることができるため、箱状ケース２３によって装置が徒に大型化することを抑制できる。
【００２９】
また、箱状ケース２３の壁部に左右一対の孔部２３ａ，２３ｂを形成し、いずれか一方の孔部２３ａ，２３ｂを起立壁６ａ，６ｂの外側面に突出しているネジ９の１つに嵌合すると共に、箱状ケース２３の底面にボス２３ｃを突設し、このボス２３ｃを回路基板２０に穿設した位置決め孔２０ａに嵌合するようにしたので、箱状ケース２３を支持体の起立壁６ａ，６ｂと回路基板２０に対して確実に固定することができる。しかも、メインフレーム６とサブフレーム７を一体化するために使用されるネジ９を起立壁６ａ，６ｂの外側面に突出させ、このネジ９の先端部に箱状ケース２３の孔部２３ａ，２３ｂを嵌合するようになっているので、サブフレーム７の固定用ネジ９を箱状ケース２３の取付け用部材として兼用することができ、その分、箱状ケース２３の取付構造を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の斜視図である。
【図２】該力覚付与型入力装置の分解斜視図である。
【図３】該力覚付与型入力装置の断面図である。
【図４】該力覚付与型入力装置に備えられる多方向揺動機構の平面図である。
【図５】該多方向揺動機構を一方向から見た斜視図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿って破断した斜視図である。
【図７】図５のVII−VII線に沿って破断した斜視図である。
【図８】図５の多方向揺動機構から箱状ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図９】該多方向揺動機構を他方向から見た斜視図である。
【図１０】図９の多方向揺動機構から箱状ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図１１】従来例に係る力覚付与型入力装置の内部構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 外装ケース
２ 上面板
２ａ 透孔
４ 多方向揺動機構
５ ハウジング
６ メインフレーム
６ａ，６ｂ 起立壁６ａ，６ｂ
７ サブフレーム
７ａ，７ｂ 支持壁
９ ネジ
１１，１２ 駆動レバー
１１ａ，１２ａ ジンバルギヤ
１３ 操作レバー
１４，１５ モータ
１６，１７ ギヤ
１８，１９ コード板
２０ 回路基板
２０ａ 位置決め孔
２１，２２ フォトインタラプタ
２１ａ，２２ａ 凹部
２３ 箱状ケース
２３ａ，２３ｂ 孔部
２３ｃ ボス
２３ｄ 切り欠き部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者が手動で揺動操作する操作レバーと、この操作レバーの揺動操作に連動して回転する駆動体と、この駆動体を回転可能に支持する起立壁を有する支持体と、前記駆動体の回転を伝達ギヤを介して検出する光学式ロータリエンコーダと、前記伝達ギヤおよび前記駆動体を介して前記操作レバーに外力を付与するモータとを備えた力覚付与型入力装置であって、
前記光学式ロータリエンコーダが、前記支持体の前記起立壁に沿って回転可能に配置されたコード板と、前記起立壁に直交配置された回路基板上に実装されたフォトセンサとで構成され、一側面を開放した箱状ケースを前記起立壁に取り付けることにより、これら箱状ケースと起立壁との間に前記コード板を収納したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記箱状ケースの底面から突出するボスを前記回路基板の位置決め孔に挿入すると共に、この箱状ケースに設けた孔部を前記起立壁の外側面から突出する突設部に嵌合し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、前記支持体は前記起立壁と協働して前記駆動体の回動軸の両端を支持するフレーム部材を有し、このフレーム部材をネジを用いて前記起立壁の内側面に固定すると共に、このネジの先端部を該起立壁の外側面から突出させて前記突設部と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、前記箱状ケースの底面から側面にかけて切り欠き部を形成し、この切り欠き部を前記フォトセンサの一端部に嵌合したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項１】
操作者が手動で揺動操作する操作レバーと、この操作レバーの揺動操作に連動して回転する駆動体と、この駆動体を回転可能に支持する起立壁を有する支持体と、前記駆動体の回転を伝達ギヤを介して検出する光学式ロータリエンコーダと、前記伝達ギヤおよび前記駆動体を介して前記操作レバーに外力を付与するモータとを備えた力覚付与型入力装置であって、
前記光学式ロータリエンコーダが、前記支持体の前記起立壁に沿って回転可能に配置されたコード板と、前記起立壁に直交配置された回路基板上に実装されたフォトセンサとで構成され、一側面を開放した箱状ケースを前記起立壁に取り付けることにより、これら箱状ケースと起立壁との間に前記コード板を収納したことを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記箱状ケースの底面から突出するボスを前記回路基板の位置決め孔に挿入すると共に、この箱状ケースに設けた孔部を前記起立壁の外側面から突出する突設部に嵌合し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、前記支持体は前記起立壁と協働して前記駆動体の回動軸の両端を支持するフレーム部材を有し、このフレーム部材をネジを用いて前記起立壁の内側面に固定すると共に、このネジの先端部を該起立壁の外側面から突出させて前記突設部と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、前記箱状ケースの底面から側面にかけて切り欠き部を形成し、この切り欠き部を前記フォトセンサの一端部に嵌合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９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１４０８４４（Ｐ２００７−１４０８４４Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３３０５２（Ｐ２００５−３３３０５２）
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【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１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【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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