多機能回転入力装置
【課題】機械的なクリック感を有しながら、操作範囲外での回転操作部材の回転が的確に抑制される多機能回転入力装置を提供する。
【解決手段】多機能回転入力装置(10)は、カム部材(24)と、カム部材(24)のカム山(26)に弾性的に当接する弾接部材(30)と、操作ノブ(14)の回転角度に対応する検出信号を出力するホールセンサ(56a)と、操作ノブ(14)に摩擦力を付与可能なソレノイドユニット(34)と、操作ノブ(14)の回転角度に対応する検出回転角度を演算し、検出回転角度に基づいてソレノイドユニット(34)の駆動制御を行う制御部(72)とを備える。制御部(72)は、操作範囲及び制動範囲を設定し、制動範囲内において検出回転角度が操作範囲から離れる方向に変化するように操作者が操作ノブ(14)を操作したときに、操作ノブ(14)に摩擦力を与えるようにソレノイドユニット(34)を駆動制御する。
【解決手段】多機能回転入力装置(10)は、カム部材(24)と、カム部材(24)のカム山(26)に弾性的に当接する弾接部材(30)と、操作ノブ(14)の回転角度に対応する検出信号を出力するホールセンサ(56a)と、操作ノブ(14)に摩擦力を付与可能なソレノイドユニット(34)と、操作ノブ(14)の回転角度に対応する検出回転角度を演算し、検出回転角度に基づいてソレノイドユニット(34)の駆動制御を行う制御部(72)とを備える。制御部(72)は、操作範囲及び制動範囲を設定し、制動範囲内において検出回転角度が操作範囲から離れる方向に変化するように操作者が操作ノブ(14)を操作したときに、操作ノブ(14)に摩擦力を与えるようにソレノイドユニット(34)を駆動制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御対象の目標値を入力可能な多機能回転入力装置に係わり、より詳しくは、制御対象に応じて回転操作部材の操作範囲が可変である多機能回転入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、カーナビゲーションシステムやカーエアコンシステム等に適用される入力装置には、一軸の回りに回転させられる回転操作部材を有する回転入力装置がある。操作者は、回転操作部材を回転させることによって、制御対象の目標値を選択することができる。そして、回転入力装置には、回転操作部材を回転させたときに、操作者にクリック感を与えるクリック機構を有するものがある。
【０００３】
最も単純なクリック機構は、ボール、スプリング、及び、周期的に設けられた凹凸部を有する回転部材によって構成することができる。回転部材は例えば回転操作部材と一体に回転可能に設けられ、ボールが、回転部材の凹凸部に対し、付勢されながら当接する。このクリック機構では、回転部材の回転に伴い、ボールが凹凸部を乗り越えることで、回転操作部材に機械的なクリック感が与えられる。
【０００４】
他のクリック機構を採用した例として、特許文献１が開示する力覚付与型多機能回転入力装置では、制御部が、所定の角度位置でモータの回転方向を切り替えることにより、回転操作部材にクリック感が付与される。
また、この力覚付与型多機能回転入力装置では、回転操作部材が操作範囲の限界点を超えて操作され続けている場合には、最終的には最大のモータトルクが逆方向にて回転操作部材に付与される。これによりユーザは、操作範囲を超えたことをブラインドタッチで知ることが出来る。
【０００５】
なお、この力覚付与型多機能回転入力装置によれば、回転操作部材の操作範囲を任意に設定可能であり、複数の制御対象が有るときに、制御対象毎に操作範囲を変えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１が開示する力覚付与型多機能回転入力装置では、モータの回転方向を切り替えることによってクリック感が与えられるが、モータによるクリック感は、ボール及びスプリングを用いた単純なクリック機構のクリック感と若干異なる。このため、ユーザによっては、後者のクリック感を好むことがある。
【０００８】
また、特許文献１が開示する力覚付与型多機能回転入力装置では、モータの逆方向のトルクによって、回転操作部材が限界点を超えて回転することが規制されるものの、回転操作部材を停止させることができないことがある。例えば、勢いよく回転操作部材が回転させられた場合、モータのトルクに抗して、回転操作部材が限界点を大きく超えて回転することがある。
このように限界点を超えた操作範囲外にて回転操作部材が大きく回転することは、操作者が違和感を覚えることがあるため、抑制されることが望まれている。
【０００９】
本発明は上記した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、機械的なクリック感を有しながら、操作範囲外での回転操作部材の回転が的確に抑制される多機能回転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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
【００１１】
解決手段１：本発明の一態様によれば、複数の制御量のうちの１つを制御対象として選択するための制御対象選択手段と、前記制御対象に係る設定をすべく操作者により操作される回転操作部材と、前記回転操作部材の回転軸を中心として環状に周期的に配列された複数の凹凸を有する凹凸部材と、前記回転操作部材の回転に伴い前記凹凸部材と相対回転可能に設けられ、前記凹凸部材の凹凸に弾性的に当接する弾接部材と、前記回転操作部材の回転角度に対応する検出信号を出力する回転角度検出手段と、回転する前記回転操作部材に摩擦力を付与可能な摩擦ブレーキ手段と、前記検出信号に基づき前記回転操作部材の回転角度に対応する検出回転角度を演算し、前記検出回転角度に基づいて、前記摩擦ブレーキ手段の駆動制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記回転操作部材の回転可能範囲に、前記制御対象に応じた操作範囲及び前記操作範囲に隣接する制動範囲を設定し、前記制動範囲内において前記検出回転角度が前記操作範囲から離れる方向に変化するように前記操作者が前記回転操作部材を操作したときに、前記回転操作部材に前記摩擦力を与えるように前記摩擦ブレーキ手段を駆動制御することを特徴とする多機能回転入力装置が提供される。
【００１２】
第１の解決手段の多機能回転入力装置によれば、回転操作部材の回転角度が操作範囲内にあるときには、回転操作部材の回転に伴い、弾接部材が相対回転しながら凹凸に当接する。弾接部材を凹凸に当接させることによって、簡単な構成にて、切れ味の良い機械的なクリック感が回転操作部材に確実に与えられる。
【００１３】
一方、この多機能回転入力装置では、制御手段が、操作範囲及び制動範囲を設定することによって、制御対象に応じて、操作範囲の位置及び幅が適当に設定される。このため、この多機能回転入力装置によれば、操作者は、容易に命令を入力可能である。
【００１４】
その上、この多機能回転入力装置では、制動範囲において、摩擦ブレーキ手段によって、回転操作部材の回転を停止させるのに十分な制動力が与えられる。従って、この多機能回転入力装置では、制動範囲内での回転操作部材の不所望の回転が確実に防止され、操作者は、回転操作部材の空回転による違和感を覚えることなく、回転操作部材を快適に操作することができる。
【００１５】
解決手段２：好ましくは、前記制御手段は、前記検出回転角度が、前記制動範囲内において前記操作範囲に向かう方向に変化又は停止したとき、前記操作範囲と前記制動範囲との間の境界と前記検出角度とが相対的に近付くように、前記検出回転角度又は前記境界の位置を補正する。
【００１６】
第２の解決手段の多機能回転入力装置では、操作範囲と制動範囲との間の境界の位置と検出回転角度とが相対的に近付くように、検出回転角度又は境界の位置が補正される。この補正によれば、実質的に、回転操作部材の回転角度に対して操作範囲及び制動範囲が再設定され、再設定前では、操作部材の回転角度が、制動範囲内において操作範囲と制動範囲との間の境界から遠くに位置していても、再設定後には、操作部材の回転角度は、操作範囲に速やかに復帰させられる。このため操作者は、操作部材の回転角度を操作範囲に復帰させるために力を殆ど必要とせず、回転操作部材を適時且つ快適に操作することができる。
【００１７】
解決手段３：好ましくは、前記制御手段は、前記カム山の周期に対応する角度を単位として前記検出回転角度又は前記境界の位置を補正する。
【００１８】
第３の解決手段の多機能回転入力装置によれば、操作範囲及び制動範囲を再設定する前後で、操作範囲と制動範囲との間の境界とカム山の周期との対応関係が変化しない。このため、例えば、再設定前に境界をカム山同士の谷に一致させていた場合、再設定後も境界がカム山同士の谷に一致し、再設定の前後にかかわらず、境界に一致する谷を越えて操作部材の回転角度が変化しようとすると、操作部材に摩擦力が与えられる。
【００１９】
解決手段４：好ましくは、前記操作範囲と前記制動範囲との間の境界の位置は、前記カム山同士の間の谷に一致している。
【００２０】
第４の解決手段の多機能回転入力装置によれば、操作範囲と制動範囲との間の境界が、カム山同士の間の谷に一致するので、再設定の前後にかかわらず、境界に一致する谷を越えて操作部材の回転角度が変化しようとすると、操作部材に摩擦力が与えられる。このため、この多機能回転入力装置によれば、操作部材を操作範囲の境界まで回転させたときにクリック感が得られながら、それ以上の操作部材の回転が防止され、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００２１】
解決手段５：好ましくは、前記制御手段は、前記検出回転角度が、前記制動範囲内において前記操作範囲に向かう方向に変化又は停止した後、一時的に前記回転操作部材に前記摩擦力を与えないように前記摩擦ブレーキ手段を駆動する。
【００２２】
第５の解決手段の多機能回転入力装置によれば、制御手段が、再設定される操作範囲と制動範囲との間の境界に向かう方向で回転操作部材が回転することを許容するため、操作部材を回転させることにより、操作部材の回転角度が操作範囲の境界に容易に位置付けられる。特に、弾接部材の弾性力によって、操作部材が回転させられれば、操作部材の回転角度を操作範囲と制動範囲との間の境界に自動的に合わせることができる。
【００２３】
解決手段６：好ましくは、前記回転角度検出手段は、前記回転操作部材の回転に伴い、磁石と協働して相互に位相の異なる正弦波の検出信号を出力する第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを含み、前記正弦波の周期の整数倍は、前記カム山の周期の整数倍に対応する。
【００２４】
第６の解決手段の多機能回転入力装置によれば、２つの正弦波の検出信号に基づいて、回転操作部材の回転角度が検出回転角度として検出される。この場合、検出回転角度と凹凸部材の凹凸との相対的な位置関係がわかり、凹凸部材の凹凸に応じて、摩擦ブレーキ手段を駆動することができる。例えば、凹凸がカム山によって構成されている場合、カム山同士の谷に、操作範囲と制動範囲との間の境界を一致させることができる。
また、この場合、回転操作部材が同一方向に何回も回転しても、回転操作部材の回転角度が検出回転角度として検出される。このため、操作範囲及び制動範囲の設定可能な範囲が広く、利用者が回転操作部材を一方向に回転させ続けても、回転操作部材に対して的確に摩擦力が与えられる。
【００２５】
解決手段７：好ましくは、前記回転角度演算手段は、前記回転角度検出手段の出力する検出信号に基づき、前記正弦波の一周期内における、前記回転操作部材の回転角度に対応する位相角度を演算する位相角度演算部と、前記回転操作部材の回転角度が、前記正弦波の一周期を超えて変化したときに、前記回転操作部材の回転角度が属する前記正弦波の周期の番号を加減算し、前記位相角度及び前記正弦波の周期の番号に基づき前記検出回転角度を演算する検出回転角度演算部とを含む。
【００２６】
第７の解決手段の多機能回転入力装置によれば、正弦波の周期の番号を加減算することによって、検出回転角度が高精度にて演算される。
【００２７】
解決手段８：好ましくは、前記検出回転角度演算部は、前記正弦波の一周期に対応する前記回転操作部材の回転角度量を前記正弦波の周期の番号に乗じて得られる第１の値と、前記位相角度に対応する前記回転操作部材の回転角度量である第２の値とを足すことにより、前記検出回転角度を演算する。
【００２８】
第８の解決手段の多機能回転入力装置によれば、第１の値と第２の値とを足すことにより、検出回転角度が高精度にて演算される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、機械的なクリック感を有しながら、操作範囲外での回転操作部材の回転が的確に抑制される多機能回転入力装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の多機能回転入力装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の多機能回転入力装置における、ホールセンサ、磁石、及び、メカクリック機構の位置関係を説明するための図である。
【図３】図１の多機能回転入力装置の電気的な構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図１の多機能回転入力装置における、回転角度の演算方法を説明するための図であり、上段は、検出回転角度とカム山の高さとの関係を示すグラフであり、中段は、検出回転角度とホールセンサの検出信号の出力電圧との関係を示すグラフであり、下段は、検出回転角度と、検出信号の位相角度及び周期番号との関係を示すグラフである。
【図５】図３中の回転角度演算部の構成を説明するためのブロック図である。
【図６】風量選択スイッチが押されたときの、検出回転角度と、カム山の番号と、メカクリック機構の付勢力と、摩擦力との関係を示すグラフである。
【図７】温度選択スイッチが押されたときの、検出回転角度と、カム山の番号と、メカクリック機構の付勢力と、摩擦力との関係を示すグラフである。
【図８】図６のグラフにおいて、検出回転角度が右側の制動範囲内にある状態を示すグラフである。
【図９】図８の状態から、操作ノブが左に回転し、検出回転角度を補正して補正回転角度が演算され、摩擦ブレーキが非アクティブにされた状態を示すグラフである。
【図１０】図９の状態から、摩擦ブレーキがアクティブにされた状態を示すグラフである。
【図１１】図１の多機能回転入力装置において、制御部が実行する制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１１のフローチャート中の回転角度演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】図１１のフローチャート中の摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図１４】図１１のフローチャート中の摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定ルーチンの残部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
図１は、一実施形態の多機能回転入力装置１０の全体的な構成を示す概略的な断面図である。多機能回転入力装置１０は、例えば、カーエアコンシステムの入力装置として使用され、車室内のインストルメントパネルやセンターコンソルに設置される。
【００３２】
〔回転操作部材〕
多機能回転入力装置１０は、例えば、箱形状又は円筒形状のハウジング１２を有し、ハウジング１２の外部に、回転操作部材として、例えば円柱形状の操作ノブ１４を有する。操作ノブ１４は、ハウジング１２によって回転自在に支持された回転軸１６の先端に一体に回転可能に固定されている。カーエアコンシステムを操作しようとする者は、回転軸１６の軸線を中心として操作ノブ１４を回転させることによって、カーエアコンシステムの種々の設定を変更することができる。
【００３３】
本実施形態では、好ましい態様として、回転軸１６は、駆動軸部１８、従動軸部２０、及び、駆動軸部１８と従動軸部２０とを弾性をもって連結する連結部２２からなり、駆動軸部１８の先端に操作ノブ１４が固定されている。
連結部２２は、例えばゴムからなり、操作ノブ１４を回転させた場合、従動軸部２０が自由状態のときには、駆動軸部１８及び従動軸部２０は略一体に回転し、従動軸部２０に負荷が掛かっている状態では、連結部２２が捻れることにより、駆動軸部１８の回転が従動軸部２０の回転に先行する。
【００３４】
操作者が操作ノブ１４を離せば、連結部２２の捻れが解消され、駆動軸部１８の回転角度は従動軸部２０の回転角度に一致する。このため、本実施形態において、操作ノブ１４及び回転軸１６の回転角度は、特に断らない限り、従動軸部２０の回転角度θをさすものとする。
【００３５】
〔メカクリック機構〕
回転軸１６の従動軸部２０には、略円盤形状のカム部材２４が同軸且つ一体に回転可能に取り付けられている。カム部材２４の外周面には、複数のカム山２６が周方向に連続して形成され、カム山２６はカム部材２４の外周面に周期的な凹凸を形成している。本実施形態では、１つのカム山２６の中心角は１５°であり、合計で２４個のカム山２６がカム部材２４の外周面に形成されている。
【００３６】
一方、ハウジング１２には、例えば円筒形状のホルダ２８が固定されている。ホルダ２８は、例えば半球形状の頭部を有する弾接部材３０を滑動自在に支持するとともに、弾接部材３０の頭部をカム山２６に向けて付勢する付勢手段としての圧縮コイルスプリング３２を収容している。
従動軸部２０の回転に伴いカム部材２４が回転すると、弾接部材３０は、弾性をもってカム山２６に当接しながら、カム部材２４と相対回転する。このとき、弾接部材３０が１つのカム山２６を乗り越えるたびに、カチッというクリック感がもたらされる。
【００３７】
〔摩擦ブレーキ手段〕
回転軸１６の従動軸部２０は、略円筒形状のソレノイドユニット３４を相対回転可能にて貫通している。ソレノイドユニット３４は、鉄等の磁性材料からなる２重の円筒形状のコア３６を有し、コア３６の内部には、管状に巻回された電線からなるソレノイド（円筒コイル）３８が同軸にて収容されている。
コア３６は、ブラケット４０を介してハウジング１２によって回転不能に支持され、従動軸部２０の外周面とコア３６の内周面との間には、例えば樹脂製のすべり軸受４２が設置されている。従って、従動軸部２０は、すべり軸受４２を介して、コア３６及びハウジング１２によって相対回転可能に支持されている。
【００３８】
コア３６の一方の端面は、アーマチュアロータ４４と対向している。アーマチュアロータ４４は鉄等の磁性材料からなり、円盤形状の本体部４６を有する。本体部４６の中央には中央孔４８が形成され、従動軸部２０は、遊びをもって中央孔４８を貫通している。なお、従動軸部２０の外周面と中央孔４８の内周面との間には、従動軸部２０に沿うアーマチュアロータ４４の移動を許容するすべり軸受が設けられていてもよい。
【００３９】
アーマチュアロータ４４は、従動軸部２０と一体に回転可能であるととともに、従動軸部２０の軸線方向に移動可能に設けられており、本体部４６はコア３６の一方の端面に当接可能である。
そのために、アーマチュアロータ４４は、例えば２つのロッド部４９を有する。ロッド部４９は、コア３６とは反対側の本体部４６の面から軸線方向に突出し、本体部４６の直径方向にて相互に離間している。そして、本体部４６からみてコア３６とは反対側には、円盤形状の支持ディスク５０が配置され、ロッド部４９は、支持ディスク５０に形成された挿通孔５２に滑動自在に挿通されている。
【００４０】
支持ディスク５０は、従動軸部２０に同軸且つ一体に回転可能に取り付けられ、アーマチュアロータ４４は、支持ディスク５０を介して、従動軸部２０と一体に回転可能である。そして、支持ディスク５０とコア３６との間隔は、アーマチュアロータ４４が従動軸部２０の軸線方向に移動可能なように設定されている。従って、ロッド部４９が挿通孔５２内を滑動することによって、アーマチュアロータ４４は、従動軸部２０の軸線方向にて移動可能であり、コア３６の端面に当接可能である。
【００４１】
ソレノイド３８に電流を流すと、ソレノイド３８は磁力を発生させ、アーマチュアロータ４４は、コア３６の端面に引き寄せられて、磁力に応じた接触圧にて当接する。アーマチュアロータ４４がコア３６に当接した状態で、従動軸部２０が回転すると、接触圧に応じた摩擦力が、アーマチュアロータ４４及び従動軸部２０に制動力として作用する。
【００４２】
〔回転軸の回転角度（従動軸部の回転角度）の検出〕
更に、従動軸部１８には、円盤形状の磁石５４が同軸且つ一体に回転可能に取り付けられている。そして、磁石５４の外周部の近傍には、２つのホールセンサ５６ａ，５６ｂが配置されている。なお、ホールセンサ５６ａ，５６ｂは、磁石５４の周方向に相互に離間しているため、図１ではホールセンサ５６ａのみ示している。
図２は、磁石５４の構造とともに、磁石５４、ホールセンサ５６ａ，５６ｂ及びメカクリック機構の相対的な位置関係を説明するための図である。なお、以下では、ホールセンサ５６ａを第１のホールセンサ５６ａといい、ホールセンサ５６ｂを第２のホールセンサ５６ｂという。
【００４３】
図２に示したように、磁石５４は、それぞれ扇形形状をなす複数のＮ極５８及びＳ極６０を含み、Ｎ極５８及びＳ極６０は周方向に交互に配列されている。Ｎ極５８及びＳ極６０の中心角はそれぞれ１５°であり、カム山２６の中心角に一致している。
そして、磁石５４の周方向でみて、Ｎ極５８及びＳ極６０の各々の中心に、カム山２６の頂点が位置しており、カム山２６同士の谷６２は、Ｎ極５８とＳ極６０との境界に位置している。
【００４４】
一方、第１のホールセンサ５６ａと第２のホールセンサ５６ｂは、磁石５４の周方向にて、７．５°の角度にて離間している。従って、１組のＮ極５８及びＳ極６０の中心角の和である３０°を１周期としたときに、第１のホールセンサ５６ａと第２のホールセンサ５６ｂは、１／４周期に相当する分だけ離間している。
第１のホールセンサ５６ａ及び第２のホールセンサ５６ｂは、従動軸部２０及び磁石５４の回転に伴い、磁界の変化を検出し、相互に位相が９０°異なる正弦波の電圧を検出信号として出力する。
【００４５】
ここで、本実施形態では、好ましい態様として、正弦波の周期の整数倍が、カム山２６の周期の整数倍に対応するように、磁石５４におけるＮ極５８及びＳ極６０の中心角、及び、カム山２６の中心角が設定されている。
なお、本明細書において、正弦波という表現は、正弦波と余弦波とを区別するために用いられているわけではなく、正弦波又は余弦波のように周期的に変化するという意味で用いられている。また、整数倍には１倍も含まれる。
【００４６】
〔回転軸の回転状態（駆動軸部の微小回転）の検出〕
再び図１を参照すると、本実施形態では、好ましい態様として、回転軸１６の回転状態を検出する手段として、駆動軸部１８の微小回転を検出する手段が設けられている。
具体的には、駆動軸部１８には、被検出体としてのコード板６４が同軸にて且つ一体に回転可能に取り付けられている。コード板６４は、薄い円盤形状の外形を有し、コード板６４の外周部には、図示しないけれども、周方向に一定の間隔で、それぞれ径方向に延びる複数のスリットが形成されている。
【００４７】
コード板６４の外周部近傍には、２つのフォトインタラプタ検出器６６がコード板６４の周方向に相互に離間して配置されている。なお、図１では、１つのフォトインタラプタ検出器６６のみが示されている。
各フォトインタラプタ検出器６６は、１組の発光素子６８及び受光素子７０を有し、発光素子６８及び受光素子７０は、コード板６４の外周部を厚さ方向にて挟むように配置されている。
【００４８】
各受光素子７０は、コード板６４の回転に伴い、発光素子６８が出射した光をスリットを通じて間欠的に受光し、受光した光の強度に対応する回転角度信号（エンコーダパルス）を出力する。このとき、２つの受光素子７０から出力される回転角度信号同士の間に位相差が生じるように、２つのフォトインタラプタ検出器６６は相互に離間している。
なお、２つのフォトインタラプタ検出器６６に代えて、同じ機能を有するパルスエンコーダを用いることもできる。
【００４９】
〔制御部〕
また、多機能回転入力装置１０は、例えばＭＣＵ(マイクロコンピュータユニット)を用いて構成される制御部７２を有し、制御部７２には、ソレノイド３８、ホールセンサ５６ａ，５６ｂ及びフォトインタラプタ検出器６６が電気的に接続されている。
図３は、多機能回転入力装置１０の電気的な構成を、制御部７２の機能的な構成とともに示すブロック図である。図３に示したように、制御部７２は、ホールセンサ５６ａ，５６ｂの検出信号に基づいて従動軸部２０の回転角度θを検出回転角度θｃとして演算により求める回転角度演算部７４と、フォトインタラプタ検出器６６，６６の回転角度信号に基づいて駆動軸部１８の回転角度θｚを演算する微小回転演算部７６とを含んでいる。
【００５０】
そして、制御部７２は、検出回転角度θｃに基づいて、ソレノイド３８に対する電力供給を制御する摩擦ブレーキ駆動制御部７８を有する。
また、多機能回転入力装置１０は、複数の制御量のうちから１つの制御対象を選択するための制御対象選択手段として、ハウジング１２の外に設けられた、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４を有する。制御部７２は、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４に電気的に接続されると共に、カーエアコンシステムのメインコントローラ８６にも電気的に接続されている。
【００５１】
なお、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４は、ハウジング１２の近傍に配置することができる。また、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４は、メインコントローラ８６を介して、制御部７２に接続されていてもよい。つまり、制御対象選択手段の構成は特に限定されることはなく、操作者によって選択された制御対象に関する情報が、制御部７２に入力されればよい。
【００５２】
〔回転角度演算部〕
図４は、回転角度演算部７４が実行する、検出回転角度θｃの演算方法を説明するためのグラフである。
図４の上段は、検出回転角度θとカム山２６の高さとの関係を示しており、検出回転角度θｃの原点は、本実施形態では、カム山２６同士の間の谷６２に一致している。
【００５３】
図４の中段は、第１のホールセンサ５６ａの検出信号の出力電圧Ｖ１及び第２のホールセンサ５６ｂの検出信号の出力電圧Ｖ２が、検出回転角度θｃに応じて変化する様子を示している。
【００５４】
図４の中段に示したように、出力電圧Ｖ１は、検出回転角度θｃが３０°変化する毎に１回振動する余弦関数、即ち余弦波で表され、出力電圧Ｖ２は、検出回転角度θｃが３０°変化する毎に１回振動する正弦関数、即ち正弦波で表される。これら余弦波と正弦波との位相差は９０°である。
【００５５】
図４の下段は、検出回転角度θｃと出力電圧Ｖ１，Ｖ２の位相角度θｅとの関係を示すグラフである。出力電圧Ｖ１，Ｖ２の位相角度θｅは、出力Ｖ２を出力Ｖ１で除した値を変数とするアークタンジェント（ａｒｃｔａｎ（Ｖ２／Ｖ１））及び出力信号Ｖ１，Ｖ２の正負に基づいて求められる。
【００５６】
図４に示したように、位相角度θｅは、検出回転角度θｃが３０°変化する毎に１回振動する鋸波形状を示す。そして、１回の振動（周期）に順に波形番号（周期番号Ｎ）を付けると、検出回転角度θｃは、次式（１）によって演算することができる。
θｃ＝３０×Ｎ＋３０×θｅ／３６０ ・・・（１）
【００５７】
従って、図５に示したように、回転角度演算部７４は、機能でみたときに、検出信号の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて位相角度θｅを演算する位相角度演算部９０を有する。そして、回転角度演算部７４は、位相角度演算部９０で演算した位相角度θｅに基づき、周期番号Ｎを演算し、位相角度θｅ及び周期番号Ｎに基づき検出角度θｃを演算する検出回転角度演算部９２を有する。
【００５８】
具体的には、検出回転角度演算部９２は、位相角度θｅの変化量Δθｅが所定の閾値を越えたときに、周期番号Ｎを１つずつ増減する。閾値としては、例えば１８０°及び−１８０°が設定され、変化量が−１８０°を越えて小さくなったとき（Δθｅ＜−１８０°）、周期番号Ｎが１つ増やされ（Ｎ＝Ｎ＋１）、変化量Δθｅが１８０°を越えて大きくなったとき（Δθ＞１８０°）、周期番号Ｎが１つ減じられる。
つまり、検出回転角度演算部９２は、１度初期値を設定した後は、原則として、鋸波の両端での位相角度θｅの不連続性を利用して、周期番号Ｎを増減する。なお、閾値は、検出信号の読み込みの間隔等に応じて適宜設定される。
【００５９】
〔制御対象の選択、操作範囲・制動範囲の設定、及び、摩擦ブレーキ〕
一方、制御部７２は、カーエアコンシステムを操作する者によって選択された制御対象に応じて、操作ノブ１４の回転可能な回転角度範囲のうち、一部を操作範囲に設定し、操作範囲に隣接する領域に制動範囲を設定する。
【００６０】
制御対象の選択は、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４によって行われ、操作者は、所望の選択スイッチを押すことによって、制御対象を選択することができる。
【００６１】
制御部７２によって設定される操作範囲は、制御対象の目標値を選択するための範囲である。例えば、制御対象が風量であり、５段階にて風量の目標値を設定可能な場合、図６に示したように、風量の操作範囲には、４つのカム山２６が含まれる。
図６において、カム山２６の番号は、検出回転角度θｃの原点を基準としており、２番、３番、４番及び５番のカム山２６が、風量操作範囲に含まれている。そして、風量操作範囲は、検出回転角度θｃについてみたとき、１５°以上７５°以下の範囲として設定されている。
【００６２】
風量操作範囲に隣接する領域は、制動範囲として設定されており、６番から２４番、及び、１番のカム山２６が制動範囲に含まれている。また、制動範囲は、検出回転角度θｃについてみたとき、７５°超３６０°以下、及び、０°以上１５°未満の範囲として設定されている。
【００６３】
また、図６には、操作範囲及び制動範囲における、メカクリック機構の付勢力、及び、摩擦ブレーキ手段の摩擦力が示されている。操作範囲では、摩擦ブレーキ手段が摩擦力を付与しておらず、メカクリック機構によるクリック感が得られる。
すなわち、摩擦ブレーキ手段が機能していない状態では、従動軸部２０を回転させるためのトルクは、メカクリック機構の圧縮コイルスプリング３２の弾性力（付勢力）により、回転角度θｃに応じて変化する。本実施形態では、従動軸部２０の回転に伴い、カム山２６の周期である１５°毎にトルクは周期的に増減する。
【００６４】
これに対し、制動範囲のトルクは、操作範囲に比べて大きくなっている。制動範囲でのトルクの増大は、摩擦ブレーキ手段によってアーマチュアロータ４４に対し摩擦力が与えられることに起因している。
具体的には、制御部７２は、操作範囲ではソレノイド３８への電力供給を停止する一方、制動範囲ではソレノイド３８への電力供給を実行し、コア３４に対しアーマチュアロータ４４を磁力によって吸着させる。
【００６５】
コア３４に吸着した状態でアーマチュアロータ４４が回転しようとすると、摩擦力がアーマチュアロータ４４に与えられる。アーマチュアロータ４４は、従動軸部２０と一体に回転可能であることから、摩擦力は、従動軸部２０及び操作ノブ１４に伝わり、制動力として作用する。
ただし、図６中の制動範囲での摩擦力は、操作範囲から離れる方向に操作ノブ１４を回転させたときに発生させられる。
【００６６】
図７は、制御対象が温度である場合における、温度操作範囲、制動範囲、カム山の高さ、カム山の番号、検出回転角度θｃ、メカクリック機構の付勢力、及び、摩擦力の関係を示している。温度操作範囲は、２番〜８番の７つのカム山２６を含み、検出回転角度θｃの１５°以上１２０°以下の範囲に対応している。
この温度操作範囲によれば、温度の目標値を８段階で設定可能である。温度操作範囲は、風量操作範囲に比べて広いことから、温度操作範囲と制動範囲との間の境界は、風量操作範囲と制動範囲との間の境界とは異なっている。なお、図７中の制動範囲の摩擦力も、操作範囲から離れる方向に操作ノブ１４を回転させたときに発生させられる。
【００６７】
〔操作範囲・制動範囲の再設定〕
その上、本実施形態では、好ましい態様として、制御部７２は、操作ノブ１４の回転に応じて、操作範囲及び制動範囲の設定を一度解除し、新たに操作範囲及び制動範囲を再度設定可能である。
例えば、図８に示したように、操作範囲と制動範囲との間の境界を越えて、操作範囲から離れる方向（右回転）に操作ノブ１４が回転させられ、検出回転角度θｃが９５°である場合を考える。このときの検出回転角度θｃは、黒塗りの丸印で示されている。
【００６８】
この後、操作ノブ１４が停止するか、又は、操作ノブ１４が操作範囲に近付く方向（左回転）に回転させられると、図９に示したように、制御部７２は、検出回転角度θｃを補正量θａだけ補正した補正回転角度θｒを演算する。
操作範囲及び制動範囲は、補正された検出角度θｃ、つまり補正回転角度θｒを基準として設定される。このため、検出回転角度θｃを補正するということは、カム山２６の番号又は絶対角度でみれば、操作範囲及び制動範囲の位置を変更することに等しく、操作範囲及び制動範囲を再設定することに等しい。そして、補正回転角度θｒが、操作範囲と制動範囲との間の境界に近付くように、検出回転角度θｃの補正が行われる。
【００６９】
本実施形態では、好ましい態様として、カム山２６の１周期に相当する１５°を単位として、検出回転角度θｃの補正が行われ、図８では、補正量θａは−１５°である。具体的には、次式（２），（３）のうち何れかを用いて、補正量θａが演算される。
θａ＝−ｒｏｕｎｄ｛（θｃ−θＲ）／１５｝・・・（２）
θａ＝ｒｏｕｎｄ｛（θＬ−θｃ）／１５｝・・・（３）
【００７０】
ここで、式（２），（３）中、ｒｏｕｎｄは、小数点第１位を四捨五入し、変数である（θｃ−θＲ）／１５又は（θＬ−θｃ）／１５を整数にする関数である。θＲは、図６でみて、補正量θａ＝０のときの風量操作範囲と右側の制御範囲との間の境界に対応する検出回転角度θｃであり、７５°である。θＬは、図６でみて、補正量θａ＝０のときの風量操作範囲と左側の制御範囲との間の境界に対応する検出回転角度θｃであり、１５°である。
検出回転角度θｃが右側の制動範囲内にあるときには、式（２）を用いて補正量θａが演算され、左側の制動範囲内にあるときには、式（３）を用いて補正量θａが演算される。
【００７１】
その上、本実施形態では、好ましい態様として、操作ノブ１４が停止するか、又は、操作ノブ１４が操作範囲に近付く方向に回転させられると、一時的に摩擦ブレーキ手段による制動力を解除する。つまり、操作範囲及び制動範囲が実質的に解除される。これにより、メカクリック機構の圧縮コイルスプリング３８の弾性力によって、従動軸部２０が回転させられ、図９に白抜きの丸印で示したように、自動的に、操作ノブ１４の回転角度θが、カム山２６同士の間の谷６２に一致させられる。
【００７２】
それから、所定時間経過すると、制御部７２は、摩擦ブレーキ手段を必要に応じて動作させ、図１０に示したように、補正回転角度θｒに応じて操作範囲及び制動範囲が設定された状態で、操作ノブ１４の操作が可能になる。なお、図１０中の制動範囲の摩擦力も、操作範囲から離れる方向に操作ノブ１４を回転させたときのトルクである。
【００７３】
操作ノブ１４の回転状態、つまり、右回転、左回転又は停止の判定は、検出回転角度θｃの変化量に基づいて行うこともできるが、本実施形態では、フォトインタラプタ検出器６６の回転角度信号に基づいて行うことで、微小な回転も迅速且つ的確に判定することができる。
特に、アーマチュアロータ４４に摩擦力が与えられている状態で、操作ノブ１４が操作範囲から離れる方向に回転させられと、連結部２２が捻れ、その後、操作ノブ１４から操作者が手を離すと、連結部２２の捻れが解消される。そして、この連結部２２の捻れの解消にともない、操作ノブ１４及び駆動軸部１８がそれまでとは逆方向に回転する。この逆方向の回転をフォトインタラプタ検出器６６で検出することで、操作者が操作ノブ１４の操作を停止したことを迅速且つ的確に検出することができる。
【００７４】
〔制御処理手順〕
図１１は、操作者が風量選択スイッチ８２を押したときに、制御部７２のプロセッサー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、制御部７２のメモリにプログラムとして記憶させられている。
【００７５】
ステップＳ１０：先ずプロセッサーは、初期設定処理として、風量操作の設定情報を読み込む。風量操作の設定情報とは、風量操作に係る操作範囲及び制動範囲を設定するための情報であり、操作範囲及び制動範囲の幅の外、風量選択スイッチ８２を押したときの検出回転角度θｃと操作範囲との位置関係も含んでいる。
ステップＳ１２：またプロセッサーは、初期設定処理として、周期番号Ｎ及び補正量θａを初期化して零に設定する。
ステップＳ１４：それから、プロセッサーは、第１のホールセンサ５６ａ及び第２のホールセンサ５６ｂの検出信号の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を読み込む。
【００７６】
ステップＳ１６：プロセッサーは、読み込んだ出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づき位相角度θｅを演算する。
ステップＳ１８：そして、プロセッサーは、演算された位相角度θｅを上述した式（１）に代入して、検出回転角度θｃを演算する。
【００７７】
ステップＳ２０：それから、プロセッサーは、ステップＳ１６で演算された位相角度θｅを、旧位相角度ｏｌｄθｅとしてメモリに記憶させる。
ステップＳ２２：また、プロセッサーは、ステップＳ１０で読み込んだ風量設定情報、及び、ステップＳ１８で演算された検出回転角度θｃに基づいて、操作範囲及び制動範囲を設定する。
【００７８】
ステップＳ２４：この後、プロセッサーは、再び、第１のホールセンサ５６ａ及び第２のホールセンサ５６ｂの検出信号の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を読み込む。
ステップＳ２６：そして、プロセッサーは、ステップＳ２４で読み込んだ出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づき位相角度θｅを演算する。
【００７９】
ステップＳ２８：それから、プロセッサーは、回転角度演算ルーチンを実行し、検出回転角度θｃを演算する。
ステップＳ３０：この後、プロセッサーは、ステップＳ２６で演算された位相角度θｅを、旧位相角度ｏｌｄθｅとしてメモリに記憶させる。
ステップＳ３２：また、プロセッサーは、ステップＳ２８で演算された検出回転角度θｃ又は検出回転角度θｃに対応する制御対象の目標値を、カーエアコンシステムのメインコントローラ８６に向けて出力する。
【００８０】
ステップＳ３４：更に、プロセッサーは、摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定ルーチンを実行し、検出回転角度θｃに応じて摩擦力を付与するとともに、必要に応じて操作範囲及び制動範囲を再設定するための補正量θａを演算する。
ステップＳ３６：この後、プロセッサーは、風量選択スイッチ８２が引き続きオン状態であるか否かを確認し、オン状態であればステップＳ２４に戻り、オフ状態であれば、プログラムを終了する。
なお、ステップＳ２４〜ステップＳ３６のループは、例えば０．１ｍｓ間隔で繰り返し実行される。
【００８１】
〔回転角度演算ルーチン〕
図１２は、図１１中の回転角度演算ルーチン（ステップＳ２８）において、プロセッサー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。
ステップＳ３８：まず、プロセッサーは、直前のステップＳ２６で演算された位相角度θｅから、１つ前に演算された旧位相角度ｏｌｄθｅを除して、位相角度θｅの変化量Δθｅを演算する。
【００８２】
ステップＳ４０：そして、プロセッサーは、変化量Δθｅが、閾値である１８０°よりも大であるか否かを判定する。
ステップＳ４２：ステップＳ４０の判定の結果、変化量Δθｅが１８０°よりも大であれば、プロセッサーは、周期番号Ｎから１を減算する。
ステップＳ４４：そして、ステップＳ４２で減算された周期番号Ｎ及び位相角度θｅを式（１）に代入して、検出回転角度θｃを演算する。
ステップＳ４５：ステップＳ４４で演算された検出回転角度θｃに、補正量θａを加算して、補正回転角度θｒが演算される。
【００８３】
ステップＳ４６：一方、ステップＳ４０の判定の結果、変化量Δθｅが１８０°以下であれば、プロセッサーは、変化量Δθｅがもう一つの閾値である−１８０°よりも小であるか否かを判定する。
ステップＳ４８：ステップＳ４６の判定の結果、変化量Δθｅが−１８０°よりも小であれば、プロセッサーは、周期番号Ｎに１を加算する。そして、プロセッサーはステップＳ４４に進み、この場合、ステップＳ４８で加算された周期番号Ｎ及び位相角度θｅを式（１）に代入して、検出回転角度θｃを演算する。
また、ステップＳ４０の判定の結果、変化量Δθｅが−１８０°よりも大であれば、即ち、変化量Δθｅが−１８０°以上１８０°以下であれば、周期番号Ｎは変更されず、そのまま検出回転角度θｃの計算に用いられる。
【００８４】
〔摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定〕
図１３及び図１４は、図１１の摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定ルーチン（ステップＳ３４）において、プロセッサー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。
ステップＳ５０：プロセッサーは、回転角度演算ルーチン（ステップＳ２８）で演算された補正回転角度θｒが、風量操作範囲内、左側の制動範囲内、又は、右側の制動範囲内のいずれにあるかを判定する。なお、風量操作範囲は１５°以上７５°以下であり、右側の制動範囲は７５°超であり、左側の制動範囲は１５°未満に設定されている。
【００８５】
ステップＳ５２：ステップＳ５０の判定の結果、補正回転角度θｒが右側の制動範囲内にある場合、プロセッサーは、操作ノブ１４が停止又は左回転しているか否かを判定する。
なお左回転とは、風量操作範囲に向かう回転であり、操作ノブ１４が停止又は左回転しているか否かは、検出回転角度θｃ又は補正回転角度θｒの変化量から判定してもよいし、フォトインタラプタ検出器６６の回転角度検出信号に基づいて判定してもよい。
【００８６】
ステップＳ５４：ステップＳ５２の判定の結果、操作ノブ１４が停止又は左回転していれば、プロセッサーは、摩擦ブレーキを非アクティブ（オフ）にするとともに、タイマに所定時間のカウントを開始させる。
ステップＳ５６：それから、プロセッサーは、補正量θａを変更し、操作範囲及び制動範囲を再設定する。具体的には、補正量θａを前述した式（２）に基づいて変更する。
【００８７】
ステップＳ５８：この後、プロセッサーは、タイマが所定時間のカウントを終了するまで待つ。ステップＳ５８でカウントが終了すると、プロセッサーは、図１１のステップＳ３６に戻る。
ステップＳ６０：一方、ステップＳ５２の判定の結果、操作ノブ１４が停止又は左回転しておらず、更に右回転している場合には、プロセッサーは、摩擦ブレーキをアクティブ（オン）にする。それから、プロセッサーは、図１１のステップＳ３６に戻る。
【００８８】
ステップＳ６２：また、ステップＳ５０の判定の結果、ステップＳ５２：ステップＳ５０の判定の結果、補正回転角度θｒが左側の制動範囲内にある場合、プロセッサーは、操作ノブ１４が停止又は右回転しているか否かを判定する。
なお右回転とは、風量操作範囲に向かう回転であり、操作ノブ１４が停止又は右回転しているか否かは、検出回転角度θｃ又は補正回転角度θｒの変化量から判定してもよいし、フォトインタラプタ検出器６６の回転角度検出信号に基づいて判定してもよい。
【００８９】
ステップＳ６４：ステップＳ６２の判定の結果、操作ノブ１４が停止又は右回転していれば、プロセッサーは、摩擦ブレーキを非アクティブ（オフ）にするとともに、タイマに所定時間のカウントを開始させる。
ステップＳ６６：それから、プロセッサーは、補正量θａを変更し、操作範囲及び制動範囲を再設定する。具体的には、補正量θａを前述した式（３）に基づいて変更する。
【００９０】
ステップＳ６８：この後、プロセッサーは、タイマが所定時間のカウントを終了するまで待つ。ステップＳ６８でカウントが終了すると、プロセッサーは、図１１のステップＳ３６に戻る。
ステップＳ７０：一方、ステップＳ６２の判定の結果、操作ノブ１４が停止又は右回転しておらず、更に左回転している場合には、プロセッサーは、摩擦ブレーキをアクティブ（オン）にする。それから、プロセッサーは、図１１のステップＳ３６に戻る。
【００９１】
ステップＳ７２：また、ステップＳ５０の判定の結果、補正回転角度θｒが操作範囲内にあれば、プロセッサーは、摩擦ブレーキを非アクティブ（オフ）にしてから、制動範囲を再設定することなく、図１１のステップＳ３６に戻る。
【００９２】
上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、回転操作部材としての操作ノブ１４の回転角度θ又は補正回転角度θｒが操作範囲内にあるときには、操作ノブ１４の回転に伴い、弾接部材３０が相対回転しながらカム山２６に当接する。弾接部材３０をカム山２６に当接させることによって、切れ味の良い機械的なクリック感が、簡単な構成にて、操作ノブ１４に確実に与えられる。
【００９３】
一方、この多機能回転入力装置１０では、制御手段としての制御部７２が、操作範囲及び制動範囲を設定することによって、制御対象に応じて、操作範囲の位置及び幅が適当に設定される。このため、この多機能回転入力装置１０によれば、操作者は、容易に命令を入力可能である。
【００９４】
その上、この多機能回転入力装置１０では、制動範囲において、摩擦ブレーキ手段によって、操作ノブ１４の回転を停止させるのに十分な制動力が与えられる。従って、この多機能回転入力装置１０では、制動範囲内での操作ノブ１４の不所望の回転が確実に防止され、操作者は、操作ノブ１４の空回転による違和感を覚えることなく、操作ノブ１４を快適に操作することができる。
【００９５】
そして、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０では、回転角度演算部７４によって検出された検出回転角度θｃが、操作範囲と制動範囲との間の境界の位置に近付くように、補正回転角度θｒに補正される。この補正によれば、実質的に、操作ノブ１４の回転角度θに対して操作範囲及び制動範囲が再設定され、再設定前では、検出回転角度θｃが、制動範囲内において操作範囲と制動範囲との間の境界から遠くに位置していても、再設定後の補正回転角度θｒは、操作範囲に速やかに復帰させられる。このため操作者は、操作ノブ１４の回転角度θを操作範囲に復帰させるために力を殆ど必要とせず、操作ノブ１４を適時且つ快適に操作することができる。
【００９６】
更に、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、式（２）及び式（３）から明らかなように、カム山２６の周期である１５°を単位として、補正量θａが演算され、補正量θａを用いて操作範囲及び制動範囲が再設定されている。これにより、操作範囲及び制動範囲を再設定する前後で、操作範囲と制動範囲との間の境界とカム山２６の周期との対応関係が変化しない。
【００９７】
また更に、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、操作範囲と制動範囲との間の境界が、カム山２６同士の間の谷６２に一致している。これにより、再設定の前後に関係なく、境界に一致する谷６２を越えて補正回転角度θｒが変化しようとすると、操作ノブ１４に摩擦力に基づく制動力が与えられる。このため、この多機能回転入力装置１０によれば、操作ノブ１４を操作範囲の境界まで回転させたときにクリック感が得られながら、それ以上の操作ノブ１４の回転が防止され、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００９８】
また、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、操作ノブ１４の回転角度θが制動範囲内にあっても、ステップＳ５４又はステップＳ５６で摩擦ブレーキが一時的に非アクティブにされる。これにより、再設定される操作範囲と制動範囲との間の境界に向かう方向で操作ノブ１４が回転することを制御部７２が許容するため、操作ノブ１４を回転させることにより、補正回転角度θｒが操作範囲と制動範囲との間の境界に容易に位置付けられる。特に、弾接部材３０の弾性力によって操作ノブ１４が回転させられれば、補正回転角度θｒを操作範囲と制動範囲との間の境界に自動的に合わせることができる。
【００９９】
一方、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、２つの正弦波の検出信号に基づいて、任意の位置を検出回転角度θｃの基準として、操作ノブ１４の検出回転角度θｃが検出される。
ここで、正弦波の周期の整数倍は、カム山２６の周期の整数倍に対応し、且つ、正弦波の周期とカム山２６の周期との間の相対的な位置関係が予め設定されている。このため、ステップＳ１０及びステップＳ１２の初期設定時に、操作ノブ１４の検出回転角度θｃがカム山２６同士の谷６２からずれていても、ステップＳ１８で演算された検出回転角度θｃに基づいてステップＳ２２で操作範囲及び制動範囲を設定することにより、例えば、操作範囲と制動範囲との間の境界をカム山２６同士の谷６２に容易に位置付けられる。
また、この場合、操作ノブ１４が同一方向に何回も回転しても、操作ノブ１４の回転角度θが検出回転角度θｃとして検出される。このため、操作範囲及び制動範囲の設定可能な範囲が広く、利用者が操作ノブ１４を一方向に回転させ続けても、操作ノブ１４に対して的確に摩擦力が与えられる。
【０１００】
更に、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、２つのホールセンサ５６ａ，５６ｂと円盤形状の磁石５４によって、簡単な構成にて、相互に位相の異なる２つの正弦波の検出信号が得られる。
【０１０１】
また更に、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、位相差が９０°の２つの正弦波の検出信号に基づいて鋸波を求め、鋸波に基づいて操作ノブ１４の検出回転角度θｃを演算することで、簡単な構成にて、検出回転角度θｃが高精度にて演算される。
すなわち、上述した式（１）によれば、周期番号Ｎを数えることによって、３０×Ｎの項は誤差を含まず、３０×θｅ／３６０の項のみに誤差が含まれる。このため、検出回転角度θｃが大きくなるに連れて誤差が累積することはなく、検出回転角度θｃが高精度にて演算される。
【０１０２】
本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、上述した一実施形態に適宜変更を加えた形態も含む。
例えば、上述した一実施形態では、回転軸１６が、駆動軸部１６と従動軸部２０とを弾性をもって連結する連結部２２を含んでいたが、連結部２２を省略してもよい。また、駆動軸部１６の回転角度を検出するためのフォトインタラプタ検出器６６も省略しても良い。
【０１０３】
そして、上述した一実施形態のメカクリック機構では、操作ノブ１４と一体に回転するカム部材２４の外周面にカム山２６が設けられていたが、カム山２６をカム部材２４の一方の平坦な面に形成し、カム部材２４の平坦な面に垂直に当接するように弾接部材３０の向きを変更しても良い。
また、カム山をハウジング１２側に設け、弾接部材３０を操作ノブ１４と一体に回転するように設置してもよい。更には、弾接部材３０の形状や数も特に限定されることはなく、弾接部材３０を付勢する付勢手段も圧縮コイルスプリング３２に限定されることはない。
更には、メカクリック機構の凹凸は、カム山２６によって構成された滑らかな凹凸である必要はなく、周期的に配列された有底孔等によって構成されていてもよい。また、凹凸の周期も特に限定されることはない。
【０１０４】
また、上述した一実施形態では、摩擦ブレーキ手段が、アーマチュアロータ４４をコア３４に引き寄せることによって、アーマチュアロータ４４に摩擦力を与えていたが、磁力によって、アーマチュアロータ４４を支持ディスク５０に押し付けるようにソレノイドユニット３４を構成してもよい。更には、支持ディスク５０を径方向に挟み付けるシューを設け、ソレノイドユニットによって、シューを支持ディスク５０の外周に押し付けるようにしてもよい。
【０１０５】
更に、上述した一実施形態では、操作ノブ１４の回転角度θを検出するセンサとして、ホールセンサ５６ａ，５６ｂが用いられていたが、ＭＲ（磁気抵抗）センサを用いてもよい。
また更に、上述した一実施形態では、操作範囲と制動範囲検出との間の境界の位置と検出回転角度θｃとが相対的に近付くように、検出回転角度θｃが補正されたけれども、操作範囲と制動範囲との間の境界の位置を補正するようにしてもよい。
【０１０６】
その他、図示とともに示した各種部材の形状や配置、更に制御処理は、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。
最後に、本発明はカーエアコンシステムのための入力装置に好適であるが、これ以外の機器、例えば、カーオーディオシステムやカーナビゲーションシステムにも好適であり、また、パーソナルコンピュータ等にも適用可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０ 多機能回転入力装置
１２ ハウジング
１４ 操作ノブ
１６ シャフト
１８ 駆動軸部
２０ 従動軸部
２２ 連結部材
２４ カム部材（凹凸部材）
２６ カム山（凹凸）
２８ ホルダ
３０ 弾接部材
３２ 圧縮コイルスプリング
３４ ソレノイドユニット（摩擦ブレーキ手段）
３６ コア
３８ ソレノイド（円筒コイル）
４０ ブラケット
４２ すべり軸受
４４ アーマチュアロータ
４６ 本体部
４８ 中央孔
４９ ロッド部
５０ 支持ディスク
５２ 挿通孔
５４ 磁石
５６ａ，５６ｂ ホールセンサ（回転角度検出手段）
５８ Ｎ極
６０ Ｓ極
６２ 谷
６４ コード板
６６ フォトインタラプタ検出器
６８ 発光素子
７０ 受光素子
７２ 制御部（制御手段）
７４ 回転角度演算部
７６ 微小回転演算部
７８ 摩擦ブレーキ駆動制御部
８０ 吹出口選択スイッチ
８２ 風量選択スイッチ
８４ 温度選択スイッチ
８６ メインコントローラ
９０ 位相角度演算部
９２ 検出回転角度演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御対象の目標値を入力可能な多機能回転入力装置に係わり、より詳しくは、制御対象に応じて回転操作部材の操作範囲が可変である多機能回転入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、カーナビゲーションシステムやカーエアコンシステム等に適用される入力装置には、一軸の回りに回転させられる回転操作部材を有する回転入力装置がある。操作者は、回転操作部材を回転させることによって、制御対象の目標値を選択することができる。そして、回転入力装置には、回転操作部材を回転させたときに、操作者にクリック感を与えるクリック機構を有するものがある。
【０００３】
最も単純なクリック機構は、ボール、スプリング、及び、周期的に設けられた凹凸部を有する回転部材によって構成することができる。回転部材は例えば回転操作部材と一体に回転可能に設けられ、ボールが、回転部材の凹凸部に対し、付勢されながら当接する。このクリック機構では、回転部材の回転に伴い、ボールが凹凸部を乗り越えることで、回転操作部材に機械的なクリック感が与えられる。
【０００４】
他のクリック機構を採用した例として、特許文献１が開示する力覚付与型多機能回転入力装置では、制御部が、所定の角度位置でモータの回転方向を切り替えることにより、回転操作部材にクリック感が付与される。
また、この力覚付与型多機能回転入力装置では、回転操作部材が操作範囲の限界点を超えて操作され続けている場合には、最終的には最大のモータトルクが逆方向にて回転操作部材に付与される。これによりユーザは、操作範囲を超えたことをブラインドタッチで知ることが出来る。
【０００５】
なお、この力覚付与型多機能回転入力装置によれば、回転操作部材の操作範囲を任意に設定可能であり、複数の制御対象が有るときに、制御対象毎に操作範囲を変えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１が開示する力覚付与型多機能回転入力装置では、モータの回転方向を切り替えることによってクリック感が与えられるが、モータによるクリック感は、ボール及びスプリングを用いた単純なクリック機構のクリック感と若干異なる。このため、ユーザによっては、後者のクリック感を好むことがある。
【０００８】
また、特許文献１が開示する力覚付与型多機能回転入力装置では、モータの逆方向のトルクによって、回転操作部材が限界点を超えて回転することが規制されるものの、回転操作部材を停止させることができないことがある。例えば、勢いよく回転操作部材が回転させられた場合、モータのトルクに抗して、回転操作部材が限界点を大きく超えて回転することがある。
このように限界点を超えた操作範囲外にて回転操作部材が大きく回転することは、操作者が違和感を覚えることがあるため、抑制されることが望まれている。
【０００９】
本発明は上記した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、機械的なクリック感を有しながら、操作範囲外での回転操作部材の回転が的確に抑制される多機能回転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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
【００１１】
解決手段１：本発明の一態様によれば、複数の制御量のうちの１つを制御対象として選択するための制御対象選択手段と、前記制御対象に係る設定をすべく操作者により操作される回転操作部材と、前記回転操作部材の回転軸を中心として環状に周期的に配列された複数の凹凸を有する凹凸部材と、前記回転操作部材の回転に伴い前記凹凸部材と相対回転可能に設けられ、前記凹凸部材の凹凸に弾性的に当接する弾接部材と、前記回転操作部材の回転角度に対応する検出信号を出力する回転角度検出手段と、回転する前記回転操作部材に摩擦力を付与可能な摩擦ブレーキ手段と、前記検出信号に基づき前記回転操作部材の回転角度に対応する検出回転角度を演算し、前記検出回転角度に基づいて、前記摩擦ブレーキ手段の駆動制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記回転操作部材の回転可能範囲に、前記制御対象に応じた操作範囲及び前記操作範囲に隣接する制動範囲を設定し、前記制動範囲内において前記検出回転角度が前記操作範囲から離れる方向に変化するように前記操作者が前記回転操作部材を操作したときに、前記回転操作部材に前記摩擦力を与えるように前記摩擦ブレーキ手段を駆動制御することを特徴とする多機能回転入力装置が提供される。
【００１２】
第１の解決手段の多機能回転入力装置によれば、回転操作部材の回転角度が操作範囲内にあるときには、回転操作部材の回転に伴い、弾接部材が相対回転しながら凹凸に当接する。弾接部材を凹凸に当接させることによって、簡単な構成にて、切れ味の良い機械的なクリック感が回転操作部材に確実に与えられる。
【００１３】
一方、この多機能回転入力装置では、制御手段が、操作範囲及び制動範囲を設定することによって、制御対象に応じて、操作範囲の位置及び幅が適当に設定される。このため、この多機能回転入力装置によれば、操作者は、容易に命令を入力可能である。
【００１４】
その上、この多機能回転入力装置では、制動範囲において、摩擦ブレーキ手段によって、回転操作部材の回転を停止させるのに十分な制動力が与えられる。従って、この多機能回転入力装置では、制動範囲内での回転操作部材の不所望の回転が確実に防止され、操作者は、回転操作部材の空回転による違和感を覚えることなく、回転操作部材を快適に操作することができる。
【００１５】
解決手段２：好ましくは、前記制御手段は、前記検出回転角度が、前記制動範囲内において前記操作範囲に向かう方向に変化又は停止したとき、前記操作範囲と前記制動範囲との間の境界と前記検出角度とが相対的に近付くように、前記検出回転角度又は前記境界の位置を補正する。
【００１６】
第２の解決手段の多機能回転入力装置では、操作範囲と制動範囲との間の境界の位置と検出回転角度とが相対的に近付くように、検出回転角度又は境界の位置が補正される。この補正によれば、実質的に、回転操作部材の回転角度に対して操作範囲及び制動範囲が再設定され、再設定前では、操作部材の回転角度が、制動範囲内において操作範囲と制動範囲との間の境界から遠くに位置していても、再設定後には、操作部材の回転角度は、操作範囲に速やかに復帰させられる。このため操作者は、操作部材の回転角度を操作範囲に復帰させるために力を殆ど必要とせず、回転操作部材を適時且つ快適に操作することができる。
【００１７】
解決手段３：好ましくは、前記制御手段は、前記カム山の周期に対応する角度を単位として前記検出回転角度又は前記境界の位置を補正する。
【００１８】
第３の解決手段の多機能回転入力装置によれば、操作範囲及び制動範囲を再設定する前後で、操作範囲と制動範囲との間の境界とカム山の周期との対応関係が変化しない。このため、例えば、再設定前に境界をカム山同士の谷に一致させていた場合、再設定後も境界がカム山同士の谷に一致し、再設定の前後にかかわらず、境界に一致する谷を越えて操作部材の回転角度が変化しようとすると、操作部材に摩擦力が与えられる。
【００１９】
解決手段４：好ましくは、前記操作範囲と前記制動範囲との間の境界の位置は、前記カム山同士の間の谷に一致している。
【００２０】
第４の解決手段の多機能回転入力装置によれば、操作範囲と制動範囲との間の境界が、カム山同士の間の谷に一致するので、再設定の前後にかかわらず、境界に一致する谷を越えて操作部材の回転角度が変化しようとすると、操作部材に摩擦力が与えられる。このため、この多機能回転入力装置によれば、操作部材を操作範囲の境界まで回転させたときにクリック感が得られながら、それ以上の操作部材の回転が防止され、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００２１】
解決手段５：好ましくは、前記制御手段は、前記検出回転角度が、前記制動範囲内において前記操作範囲に向かう方向に変化又は停止した後、一時的に前記回転操作部材に前記摩擦力を与えないように前記摩擦ブレーキ手段を駆動する。
【００２２】
第５の解決手段の多機能回転入力装置によれば、制御手段が、再設定される操作範囲と制動範囲との間の境界に向かう方向で回転操作部材が回転することを許容するため、操作部材を回転させることにより、操作部材の回転角度が操作範囲の境界に容易に位置付けられる。特に、弾接部材の弾性力によって、操作部材が回転させられれば、操作部材の回転角度を操作範囲と制動範囲との間の境界に自動的に合わせることができる。
【００２３】
解決手段６：好ましくは、前記回転角度検出手段は、前記回転操作部材の回転に伴い、磁石と協働して相互に位相の異なる正弦波の検出信号を出力する第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを含み、前記正弦波の周期の整数倍は、前記カム山の周期の整数倍に対応する。
【００２４】
第６の解決手段の多機能回転入力装置によれば、２つの正弦波の検出信号に基づいて、回転操作部材の回転角度が検出回転角度として検出される。この場合、検出回転角度と凹凸部材の凹凸との相対的な位置関係がわかり、凹凸部材の凹凸に応じて、摩擦ブレーキ手段を駆動することができる。例えば、凹凸がカム山によって構成されている場合、カム山同士の谷に、操作範囲と制動範囲との間の境界を一致させることができる。
また、この場合、回転操作部材が同一方向に何回も回転しても、回転操作部材の回転角度が検出回転角度として検出される。このため、操作範囲及び制動範囲の設定可能な範囲が広く、利用者が回転操作部材を一方向に回転させ続けても、回転操作部材に対して的確に摩擦力が与えられる。
【００２５】
解決手段７：好ましくは、前記回転角度演算手段は、前記回転角度検出手段の出力する検出信号に基づき、前記正弦波の一周期内における、前記回転操作部材の回転角度に対応する位相角度を演算する位相角度演算部と、前記回転操作部材の回転角度が、前記正弦波の一周期を超えて変化したときに、前記回転操作部材の回転角度が属する前記正弦波の周期の番号を加減算し、前記位相角度及び前記正弦波の周期の番号に基づき前記検出回転角度を演算する検出回転角度演算部とを含む。
【００２６】
第７の解決手段の多機能回転入力装置によれば、正弦波の周期の番号を加減算することによって、検出回転角度が高精度にて演算される。
【００２７】
解決手段８：好ましくは、前記検出回転角度演算部は、前記正弦波の一周期に対応する前記回転操作部材の回転角度量を前記正弦波の周期の番号に乗じて得られる第１の値と、前記位相角度に対応する前記回転操作部材の回転角度量である第２の値とを足すことにより、前記検出回転角度を演算する。
【００２８】
第８の解決手段の多機能回転入力装置によれば、第１の値と第２の値とを足すことにより、検出回転角度が高精度にて演算される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、機械的なクリック感を有しながら、操作範囲外での回転操作部材の回転が的確に抑制される多機能回転入力装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の多機能回転入力装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の多機能回転入力装置における、ホールセンサ、磁石、及び、メカクリック機構の位置関係を説明するための図である。
【図３】図１の多機能回転入力装置の電気的な構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図１の多機能回転入力装置における、回転角度の演算方法を説明するための図であり、上段は、検出回転角度とカム山の高さとの関係を示すグラフであり、中段は、検出回転角度とホールセンサの検出信号の出力電圧との関係を示すグラフであり、下段は、検出回転角度と、検出信号の位相角度及び周期番号との関係を示すグラフである。
【図５】図３中の回転角度演算部の構成を説明するためのブロック図である。
【図６】風量選択スイッチが押されたときの、検出回転角度と、カム山の番号と、メカクリック機構の付勢力と、摩擦力との関係を示すグラフである。
【図７】温度選択スイッチが押されたときの、検出回転角度と、カム山の番号と、メカクリック機構の付勢力と、摩擦力との関係を示すグラフである。
【図８】図６のグラフにおいて、検出回転角度が右側の制動範囲内にある状態を示すグラフである。
【図９】図８の状態から、操作ノブが左に回転し、検出回転角度を補正して補正回転角度が演算され、摩擦ブレーキが非アクティブにされた状態を示すグラフである。
【図１０】図９の状態から、摩擦ブレーキがアクティブにされた状態を示すグラフである。
【図１１】図１の多機能回転入力装置において、制御部が実行する制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１１のフローチャート中の回転角度演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】図１１のフローチャート中の摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図１４】図１１のフローチャート中の摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定ルーチンの残部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
図１は、一実施形態の多機能回転入力装置１０の全体的な構成を示す概略的な断面図である。多機能回転入力装置１０は、例えば、カーエアコンシステムの入力装置として使用され、車室内のインストルメントパネルやセンターコンソルに設置される。
【００３２】
〔回転操作部材〕
多機能回転入力装置１０は、例えば、箱形状又は円筒形状のハウジング１２を有し、ハウジング１２の外部に、回転操作部材として、例えば円柱形状の操作ノブ１４を有する。操作ノブ１４は、ハウジング１２によって回転自在に支持された回転軸１６の先端に一体に回転可能に固定されている。カーエアコンシステムを操作しようとする者は、回転軸１６の軸線を中心として操作ノブ１４を回転させることによって、カーエアコンシステムの種々の設定を変更することができる。
【００３３】
本実施形態では、好ましい態様として、回転軸１６は、駆動軸部１８、従動軸部２０、及び、駆動軸部１８と従動軸部２０とを弾性をもって連結する連結部２２からなり、駆動軸部１８の先端に操作ノブ１４が固定されている。
連結部２２は、例えばゴムからなり、操作ノブ１４を回転させた場合、従動軸部２０が自由状態のときには、駆動軸部１８及び従動軸部２０は略一体に回転し、従動軸部２０に負荷が掛かっている状態では、連結部２２が捻れることにより、駆動軸部１８の回転が従動軸部２０の回転に先行する。
【００３４】
操作者が操作ノブ１４を離せば、連結部２２の捻れが解消され、駆動軸部１８の回転角度は従動軸部２０の回転角度に一致する。このため、本実施形態において、操作ノブ１４及び回転軸１６の回転角度は、特に断らない限り、従動軸部２０の回転角度θをさすものとする。
【００３５】
〔メカクリック機構〕
回転軸１６の従動軸部２０には、略円盤形状のカム部材２４が同軸且つ一体に回転可能に取り付けられている。カム部材２４の外周面には、複数のカム山２６が周方向に連続して形成され、カム山２６はカム部材２４の外周面に周期的な凹凸を形成している。本実施形態では、１つのカム山２６の中心角は１５°であり、合計で２４個のカム山２６がカム部材２４の外周面に形成されている。
【００３６】
一方、ハウジング１２には、例えば円筒形状のホルダ２８が固定されている。ホルダ２８は、例えば半球形状の頭部を有する弾接部材３０を滑動自在に支持するとともに、弾接部材３０の頭部をカム山２６に向けて付勢する付勢手段としての圧縮コイルスプリング３２を収容している。
従動軸部２０の回転に伴いカム部材２４が回転すると、弾接部材３０は、弾性をもってカム山２６に当接しながら、カム部材２４と相対回転する。このとき、弾接部材３０が１つのカム山２６を乗り越えるたびに、カチッというクリック感がもたらされる。
【００３７】
〔摩擦ブレーキ手段〕
回転軸１６の従動軸部２０は、略円筒形状のソレノイドユニット３４を相対回転可能にて貫通している。ソレノイドユニット３４は、鉄等の磁性材料からなる２重の円筒形状のコア３６を有し、コア３６の内部には、管状に巻回された電線からなるソレノイド（円筒コイル）３８が同軸にて収容されている。
コア３６は、ブラケット４０を介してハウジング１２によって回転不能に支持され、従動軸部２０の外周面とコア３６の内周面との間には、例えば樹脂製のすべり軸受４２が設置されている。従って、従動軸部２０は、すべり軸受４２を介して、コア３６及びハウジング１２によって相対回転可能に支持されている。
【００３８】
コア３６の一方の端面は、アーマチュアロータ４４と対向している。アーマチュアロータ４４は鉄等の磁性材料からなり、円盤形状の本体部４６を有する。本体部４６の中央には中央孔４８が形成され、従動軸部２０は、遊びをもって中央孔４８を貫通している。なお、従動軸部２０の外周面と中央孔４８の内周面との間には、従動軸部２０に沿うアーマチュアロータ４４の移動を許容するすべり軸受が設けられていてもよい。
【００３９】
アーマチュアロータ４４は、従動軸部２０と一体に回転可能であるととともに、従動軸部２０の軸線方向に移動可能に設けられており、本体部４６はコア３６の一方の端面に当接可能である。
そのために、アーマチュアロータ４４は、例えば２つのロッド部４９を有する。ロッド部４９は、コア３６とは反対側の本体部４６の面から軸線方向に突出し、本体部４６の直径方向にて相互に離間している。そして、本体部４６からみてコア３６とは反対側には、円盤形状の支持ディスク５０が配置され、ロッド部４９は、支持ディスク５０に形成された挿通孔５２に滑動自在に挿通されている。
【００４０】
支持ディスク５０は、従動軸部２０に同軸且つ一体に回転可能に取り付けられ、アーマチュアロータ４４は、支持ディスク５０を介して、従動軸部２０と一体に回転可能である。そして、支持ディスク５０とコア３６との間隔は、アーマチュアロータ４４が従動軸部２０の軸線方向に移動可能なように設定されている。従って、ロッド部４９が挿通孔５２内を滑動することによって、アーマチュアロータ４４は、従動軸部２０の軸線方向にて移動可能であり、コア３６の端面に当接可能である。
【００４１】
ソレノイド３８に電流を流すと、ソレノイド３８は磁力を発生させ、アーマチュアロータ４４は、コア３６の端面に引き寄せられて、磁力に応じた接触圧にて当接する。アーマチュアロータ４４がコア３６に当接した状態で、従動軸部２０が回転すると、接触圧に応じた摩擦力が、アーマチュアロータ４４及び従動軸部２０に制動力として作用する。
【００４２】
〔回転軸の回転角度（従動軸部の回転角度）の検出〕
更に、従動軸部１８には、円盤形状の磁石５４が同軸且つ一体に回転可能に取り付けられている。そして、磁石５４の外周部の近傍には、２つのホールセンサ５６ａ，５６ｂが配置されている。なお、ホールセンサ５６ａ，５６ｂは、磁石５４の周方向に相互に離間しているため、図１ではホールセンサ５６ａのみ示している。
図２は、磁石５４の構造とともに、磁石５４、ホールセンサ５６ａ，５６ｂ及びメカクリック機構の相対的な位置関係を説明するための図である。なお、以下では、ホールセンサ５６ａを第１のホールセンサ５６ａといい、ホールセンサ５６ｂを第２のホールセンサ５６ｂという。
【００４３】
図２に示したように、磁石５４は、それぞれ扇形形状をなす複数のＮ極５８及びＳ極６０を含み、Ｎ極５８及びＳ極６０は周方向に交互に配列されている。Ｎ極５８及びＳ極６０の中心角はそれぞれ１５°であり、カム山２６の中心角に一致している。
そして、磁石５４の周方向でみて、Ｎ極５８及びＳ極６０の各々の中心に、カム山２６の頂点が位置しており、カム山２６同士の谷６２は、Ｎ極５８とＳ極６０との境界に位置している。
【００４４】
一方、第１のホールセンサ５６ａと第２のホールセンサ５６ｂは、磁石５４の周方向にて、７．５°の角度にて離間している。従って、１組のＮ極５８及びＳ極６０の中心角の和である３０°を１周期としたときに、第１のホールセンサ５６ａと第２のホールセンサ５６ｂは、１／４周期に相当する分だけ離間している。
第１のホールセンサ５６ａ及び第２のホールセンサ５６ｂは、従動軸部２０及び磁石５４の回転に伴い、磁界の変化を検出し、相互に位相が９０°異なる正弦波の電圧を検出信号として出力する。
【００４５】
ここで、本実施形態では、好ましい態様として、正弦波の周期の整数倍が、カム山２６の周期の整数倍に対応するように、磁石５４におけるＮ極５８及びＳ極６０の中心角、及び、カム山２６の中心角が設定されている。
なお、本明細書において、正弦波という表現は、正弦波と余弦波とを区別するために用いられているわけではなく、正弦波又は余弦波のように周期的に変化するという意味で用いられている。また、整数倍には１倍も含まれる。
【００４６】
〔回転軸の回転状態（駆動軸部の微小回転）の検出〕
再び図１を参照すると、本実施形態では、好ましい態様として、回転軸１６の回転状態を検出する手段として、駆動軸部１８の微小回転を検出する手段が設けられている。
具体的には、駆動軸部１８には、被検出体としてのコード板６４が同軸にて且つ一体に回転可能に取り付けられている。コード板６４は、薄い円盤形状の外形を有し、コード板６４の外周部には、図示しないけれども、周方向に一定の間隔で、それぞれ径方向に延びる複数のスリットが形成されている。
【００４７】
コード板６４の外周部近傍には、２つのフォトインタラプタ検出器６６がコード板６４の周方向に相互に離間して配置されている。なお、図１では、１つのフォトインタラプタ検出器６６のみが示されている。
各フォトインタラプタ検出器６６は、１組の発光素子６８及び受光素子７０を有し、発光素子６８及び受光素子７０は、コード板６４の外周部を厚さ方向にて挟むように配置されている。
【００４８】
各受光素子７０は、コード板６４の回転に伴い、発光素子６８が出射した光をスリットを通じて間欠的に受光し、受光した光の強度に対応する回転角度信号（エンコーダパルス）を出力する。このとき、２つの受光素子７０から出力される回転角度信号同士の間に位相差が生じるように、２つのフォトインタラプタ検出器６６は相互に離間している。
なお、２つのフォトインタラプタ検出器６６に代えて、同じ機能を有するパルスエンコーダを用いることもできる。
【００４９】
〔制御部〕
また、多機能回転入力装置１０は、例えばＭＣＵ(マイクロコンピュータユニット)を用いて構成される制御部７２を有し、制御部７２には、ソレノイド３８、ホールセンサ５６ａ，５６ｂ及びフォトインタラプタ検出器６６が電気的に接続されている。
図３は、多機能回転入力装置１０の電気的な構成を、制御部７２の機能的な構成とともに示すブロック図である。図３に示したように、制御部７２は、ホールセンサ５６ａ，５６ｂの検出信号に基づいて従動軸部２０の回転角度θを検出回転角度θｃとして演算により求める回転角度演算部７４と、フォトインタラプタ検出器６６，６６の回転角度信号に基づいて駆動軸部１８の回転角度θｚを演算する微小回転演算部７６とを含んでいる。
【００５０】
そして、制御部７２は、検出回転角度θｃに基づいて、ソレノイド３８に対する電力供給を制御する摩擦ブレーキ駆動制御部７８を有する。
また、多機能回転入力装置１０は、複数の制御量のうちから１つの制御対象を選択するための制御対象選択手段として、ハウジング１２の外に設けられた、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４を有する。制御部７２は、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４に電気的に接続されると共に、カーエアコンシステムのメインコントローラ８６にも電気的に接続されている。
【００５１】
なお、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４は、ハウジング１２の近傍に配置することができる。また、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４は、メインコントローラ８６を介して、制御部７２に接続されていてもよい。つまり、制御対象選択手段の構成は特に限定されることはなく、操作者によって選択された制御対象に関する情報が、制御部７２に入力されればよい。
【００５２】
〔回転角度演算部〕
図４は、回転角度演算部７４が実行する、検出回転角度θｃの演算方法を説明するためのグラフである。
図４の上段は、検出回転角度θとカム山２６の高さとの関係を示しており、検出回転角度θｃの原点は、本実施形態では、カム山２６同士の間の谷６２に一致している。
【００５３】
図４の中段は、第１のホールセンサ５６ａの検出信号の出力電圧Ｖ１及び第２のホールセンサ５６ｂの検出信号の出力電圧Ｖ２が、検出回転角度θｃに応じて変化する様子を示している。
【００５４】
図４の中段に示したように、出力電圧Ｖ１は、検出回転角度θｃが３０°変化する毎に１回振動する余弦関数、即ち余弦波で表され、出力電圧Ｖ２は、検出回転角度θｃが３０°変化する毎に１回振動する正弦関数、即ち正弦波で表される。これら余弦波と正弦波との位相差は９０°である。
【００５５】
図４の下段は、検出回転角度θｃと出力電圧Ｖ１，Ｖ２の位相角度θｅとの関係を示すグラフである。出力電圧Ｖ１，Ｖ２の位相角度θｅは、出力Ｖ２を出力Ｖ１で除した値を変数とするアークタンジェント（ａｒｃｔａｎ（Ｖ２／Ｖ１））及び出力信号Ｖ１，Ｖ２の正負に基づいて求められる。
【００５６】
図４に示したように、位相角度θｅは、検出回転角度θｃが３０°変化する毎に１回振動する鋸波形状を示す。そして、１回の振動（周期）に順に波形番号（周期番号Ｎ）を付けると、検出回転角度θｃは、次式（１）によって演算することができる。
θｃ＝３０×Ｎ＋３０×θｅ／３６０ ・・・（１）
【００５７】
従って、図５に示したように、回転角度演算部７４は、機能でみたときに、検出信号の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて位相角度θｅを演算する位相角度演算部９０を有する。そして、回転角度演算部７４は、位相角度演算部９０で演算した位相角度θｅに基づき、周期番号Ｎを演算し、位相角度θｅ及び周期番号Ｎに基づき検出角度θｃを演算する検出回転角度演算部９２を有する。
【００５８】
具体的には、検出回転角度演算部９２は、位相角度θｅの変化量Δθｅが所定の閾値を越えたときに、周期番号Ｎを１つずつ増減する。閾値としては、例えば１８０°及び−１８０°が設定され、変化量が−１８０°を越えて小さくなったとき（Δθｅ＜−１８０°）、周期番号Ｎが１つ増やされ（Ｎ＝Ｎ＋１）、変化量Δθｅが１８０°を越えて大きくなったとき（Δθ＞１８０°）、周期番号Ｎが１つ減じられる。
つまり、検出回転角度演算部９２は、１度初期値を設定した後は、原則として、鋸波の両端での位相角度θｅの不連続性を利用して、周期番号Ｎを増減する。なお、閾値は、検出信号の読み込みの間隔等に応じて適宜設定される。
【００５９】
〔制御対象の選択、操作範囲・制動範囲の設定、及び、摩擦ブレーキ〕
一方、制御部７２は、カーエアコンシステムを操作する者によって選択された制御対象に応じて、操作ノブ１４の回転可能な回転角度範囲のうち、一部を操作範囲に設定し、操作範囲に隣接する領域に制動範囲を設定する。
【００６０】
制御対象の選択は、吹出口選択スイッチ８０、風量選択スイッチ８２、及び、温度選択スイッチ８４によって行われ、操作者は、所望の選択スイッチを押すことによって、制御対象を選択することができる。
【００６１】
制御部７２によって設定される操作範囲は、制御対象の目標値を選択するための範囲である。例えば、制御対象が風量であり、５段階にて風量の目標値を設定可能な場合、図６に示したように、風量の操作範囲には、４つのカム山２６が含まれる。
図６において、カム山２６の番号は、検出回転角度θｃの原点を基準としており、２番、３番、４番及び５番のカム山２６が、風量操作範囲に含まれている。そして、風量操作範囲は、検出回転角度θｃについてみたとき、１５°以上７５°以下の範囲として設定されている。
【００６２】
風量操作範囲に隣接する領域は、制動範囲として設定されており、６番から２４番、及び、１番のカム山２６が制動範囲に含まれている。また、制動範囲は、検出回転角度θｃについてみたとき、７５°超３６０°以下、及び、０°以上１５°未満の範囲として設定されている。
【００６３】
また、図６には、操作範囲及び制動範囲における、メカクリック機構の付勢力、及び、摩擦ブレーキ手段の摩擦力が示されている。操作範囲では、摩擦ブレーキ手段が摩擦力を付与しておらず、メカクリック機構によるクリック感が得られる。
すなわち、摩擦ブレーキ手段が機能していない状態では、従動軸部２０を回転させるためのトルクは、メカクリック機構の圧縮コイルスプリング３２の弾性力（付勢力）により、回転角度θｃに応じて変化する。本実施形態では、従動軸部２０の回転に伴い、カム山２６の周期である１５°毎にトルクは周期的に増減する。
【００６４】
これに対し、制動範囲のトルクは、操作範囲に比べて大きくなっている。制動範囲でのトルクの増大は、摩擦ブレーキ手段によってアーマチュアロータ４４に対し摩擦力が与えられることに起因している。
具体的には、制御部７２は、操作範囲ではソレノイド３８への電力供給を停止する一方、制動範囲ではソレノイド３８への電力供給を実行し、コア３４に対しアーマチュアロータ４４を磁力によって吸着させる。
【００６５】
コア３４に吸着した状態でアーマチュアロータ４４が回転しようとすると、摩擦力がアーマチュアロータ４４に与えられる。アーマチュアロータ４４は、従動軸部２０と一体に回転可能であることから、摩擦力は、従動軸部２０及び操作ノブ１４に伝わり、制動力として作用する。
ただし、図６中の制動範囲での摩擦力は、操作範囲から離れる方向に操作ノブ１４を回転させたときに発生させられる。
【００６６】
図７は、制御対象が温度である場合における、温度操作範囲、制動範囲、カム山の高さ、カム山の番号、検出回転角度θｃ、メカクリック機構の付勢力、及び、摩擦力の関係を示している。温度操作範囲は、２番〜８番の７つのカム山２６を含み、検出回転角度θｃの１５°以上１２０°以下の範囲に対応している。
この温度操作範囲によれば、温度の目標値を８段階で設定可能である。温度操作範囲は、風量操作範囲に比べて広いことから、温度操作範囲と制動範囲との間の境界は、風量操作範囲と制動範囲との間の境界とは異なっている。なお、図７中の制動範囲の摩擦力も、操作範囲から離れる方向に操作ノブ１４を回転させたときに発生させられる。
【００６７】
〔操作範囲・制動範囲の再設定〕
その上、本実施形態では、好ましい態様として、制御部７２は、操作ノブ１４の回転に応じて、操作範囲及び制動範囲の設定を一度解除し、新たに操作範囲及び制動範囲を再度設定可能である。
例えば、図８に示したように、操作範囲と制動範囲との間の境界を越えて、操作範囲から離れる方向（右回転）に操作ノブ１４が回転させられ、検出回転角度θｃが９５°である場合を考える。このときの検出回転角度θｃは、黒塗りの丸印で示されている。
【００６８】
この後、操作ノブ１４が停止するか、又は、操作ノブ１４が操作範囲に近付く方向（左回転）に回転させられると、図９に示したように、制御部７２は、検出回転角度θｃを補正量θａだけ補正した補正回転角度θｒを演算する。
操作範囲及び制動範囲は、補正された検出角度θｃ、つまり補正回転角度θｒを基準として設定される。このため、検出回転角度θｃを補正するということは、カム山２６の番号又は絶対角度でみれば、操作範囲及び制動範囲の位置を変更することに等しく、操作範囲及び制動範囲を再設定することに等しい。そして、補正回転角度θｒが、操作範囲と制動範囲との間の境界に近付くように、検出回転角度θｃの補正が行われる。
【００６９】
本実施形態では、好ましい態様として、カム山２６の１周期に相当する１５°を単位として、検出回転角度θｃの補正が行われ、図８では、補正量θａは−１５°である。具体的には、次式（２），（３）のうち何れかを用いて、補正量θａが演算される。
θａ＝−ｒｏｕｎｄ｛（θｃ−θＲ）／１５｝・・・（２）
θａ＝ｒｏｕｎｄ｛（θＬ−θｃ）／１５｝・・・（３）
【００７０】
ここで、式（２），（３）中、ｒｏｕｎｄは、小数点第１位を四捨五入し、変数である（θｃ−θＲ）／１５又は（θＬ−θｃ）／１５を整数にする関数である。θＲは、図６でみて、補正量θａ＝０のときの風量操作範囲と右側の制御範囲との間の境界に対応する検出回転角度θｃであり、７５°である。θＬは、図６でみて、補正量θａ＝０のときの風量操作範囲と左側の制御範囲との間の境界に対応する検出回転角度θｃであり、１５°である。
検出回転角度θｃが右側の制動範囲内にあるときには、式（２）を用いて補正量θａが演算され、左側の制動範囲内にあるときには、式（３）を用いて補正量θａが演算される。
【００７１】
その上、本実施形態では、好ましい態様として、操作ノブ１４が停止するか、又は、操作ノブ１４が操作範囲に近付く方向に回転させられると、一時的に摩擦ブレーキ手段による制動力を解除する。つまり、操作範囲及び制動範囲が実質的に解除される。これにより、メカクリック機構の圧縮コイルスプリング３８の弾性力によって、従動軸部２０が回転させられ、図９に白抜きの丸印で示したように、自動的に、操作ノブ１４の回転角度θが、カム山２６同士の間の谷６２に一致させられる。
【００７２】
それから、所定時間経過すると、制御部７２は、摩擦ブレーキ手段を必要に応じて動作させ、図１０に示したように、補正回転角度θｒに応じて操作範囲及び制動範囲が設定された状態で、操作ノブ１４の操作が可能になる。なお、図１０中の制動範囲の摩擦力も、操作範囲から離れる方向に操作ノブ１４を回転させたときのトルクである。
【００７３】
操作ノブ１４の回転状態、つまり、右回転、左回転又は停止の判定は、検出回転角度θｃの変化量に基づいて行うこともできるが、本実施形態では、フォトインタラプタ検出器６６の回転角度信号に基づいて行うことで、微小な回転も迅速且つ的確に判定することができる。
特に、アーマチュアロータ４４に摩擦力が与えられている状態で、操作ノブ１４が操作範囲から離れる方向に回転させられと、連結部２２が捻れ、その後、操作ノブ１４から操作者が手を離すと、連結部２２の捻れが解消される。そして、この連結部２２の捻れの解消にともない、操作ノブ１４及び駆動軸部１８がそれまでとは逆方向に回転する。この逆方向の回転をフォトインタラプタ検出器６６で検出することで、操作者が操作ノブ１４の操作を停止したことを迅速且つ的確に検出することができる。
【００７４】
〔制御処理手順〕
図１１は、操作者が風量選択スイッチ８２を押したときに、制御部７２のプロセッサー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、制御部７２のメモリにプログラムとして記憶させられている。
【００７５】
ステップＳ１０：先ずプロセッサーは、初期設定処理として、風量操作の設定情報を読み込む。風量操作の設定情報とは、風量操作に係る操作範囲及び制動範囲を設定するための情報であり、操作範囲及び制動範囲の幅の外、風量選択スイッチ８２を押したときの検出回転角度θｃと操作範囲との位置関係も含んでいる。
ステップＳ１２：またプロセッサーは、初期設定処理として、周期番号Ｎ及び補正量θａを初期化して零に設定する。
ステップＳ１４：それから、プロセッサーは、第１のホールセンサ５６ａ及び第２のホールセンサ５６ｂの検出信号の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を読み込む。
【００７６】
ステップＳ１６：プロセッサーは、読み込んだ出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づき位相角度θｅを演算する。
ステップＳ１８：そして、プロセッサーは、演算された位相角度θｅを上述した式（１）に代入して、検出回転角度θｃを演算する。
【００７７】
ステップＳ２０：それから、プロセッサーは、ステップＳ１６で演算された位相角度θｅを、旧位相角度ｏｌｄθｅとしてメモリに記憶させる。
ステップＳ２２：また、プロセッサーは、ステップＳ１０で読み込んだ風量設定情報、及び、ステップＳ１８で演算された検出回転角度θｃに基づいて、操作範囲及び制動範囲を設定する。
【００７８】
ステップＳ２４：この後、プロセッサーは、再び、第１のホールセンサ５６ａ及び第２のホールセンサ５６ｂの検出信号の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を読み込む。
ステップＳ２６：そして、プロセッサーは、ステップＳ２４で読み込んだ出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づき位相角度θｅを演算する。
【００７９】
ステップＳ２８：それから、プロセッサーは、回転角度演算ルーチンを実行し、検出回転角度θｃを演算する。
ステップＳ３０：この後、プロセッサーは、ステップＳ２６で演算された位相角度θｅを、旧位相角度ｏｌｄθｅとしてメモリに記憶させる。
ステップＳ３２：また、プロセッサーは、ステップＳ２８で演算された検出回転角度θｃ又は検出回転角度θｃに対応する制御対象の目標値を、カーエアコンシステムのメインコントローラ８６に向けて出力する。
【００８０】
ステップＳ３４：更に、プロセッサーは、摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定ルーチンを実行し、検出回転角度θｃに応じて摩擦力を付与するとともに、必要に応じて操作範囲及び制動範囲を再設定するための補正量θａを演算する。
ステップＳ３６：この後、プロセッサーは、風量選択スイッチ８２が引き続きオン状態であるか否かを確認し、オン状態であればステップＳ２４に戻り、オフ状態であれば、プログラムを終了する。
なお、ステップＳ２４〜ステップＳ３６のループは、例えば０．１ｍｓ間隔で繰り返し実行される。
【００８１】
〔回転角度演算ルーチン〕
図１２は、図１１中の回転角度演算ルーチン（ステップＳ２８）において、プロセッサー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。
ステップＳ３８：まず、プロセッサーは、直前のステップＳ２６で演算された位相角度θｅから、１つ前に演算された旧位相角度ｏｌｄθｅを除して、位相角度θｅの変化量Δθｅを演算する。
【００８２】
ステップＳ４０：そして、プロセッサーは、変化量Δθｅが、閾値である１８０°よりも大であるか否かを判定する。
ステップＳ４２：ステップＳ４０の判定の結果、変化量Δθｅが１８０°よりも大であれば、プロセッサーは、周期番号Ｎから１を減算する。
ステップＳ４４：そして、ステップＳ４２で減算された周期番号Ｎ及び位相角度θｅを式（１）に代入して、検出回転角度θｃを演算する。
ステップＳ４５：ステップＳ４４で演算された検出回転角度θｃに、補正量θａを加算して、補正回転角度θｒが演算される。
【００８３】
ステップＳ４６：一方、ステップＳ４０の判定の結果、変化量Δθｅが１８０°以下であれば、プロセッサーは、変化量Δθｅがもう一つの閾値である−１８０°よりも小であるか否かを判定する。
ステップＳ４８：ステップＳ４６の判定の結果、変化量Δθｅが−１８０°よりも小であれば、プロセッサーは、周期番号Ｎに１を加算する。そして、プロセッサーはステップＳ４４に進み、この場合、ステップＳ４８で加算された周期番号Ｎ及び位相角度θｅを式（１）に代入して、検出回転角度θｃを演算する。
また、ステップＳ４０の判定の結果、変化量Δθｅが−１８０°よりも大であれば、即ち、変化量Δθｅが−１８０°以上１８０°以下であれば、周期番号Ｎは変更されず、そのまま検出回転角度θｃの計算に用いられる。
【００８４】
〔摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定〕
図１３及び図１４は、図１１の摩擦ブレーキ駆動制御・制動範囲再設定ルーチン（ステップＳ３４）において、プロセッサー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。
ステップＳ５０：プロセッサーは、回転角度演算ルーチン（ステップＳ２８）で演算された補正回転角度θｒが、風量操作範囲内、左側の制動範囲内、又は、右側の制動範囲内のいずれにあるかを判定する。なお、風量操作範囲は１５°以上７５°以下であり、右側の制動範囲は７５°超であり、左側の制動範囲は１５°未満に設定されている。
【００８５】
ステップＳ５２：ステップＳ５０の判定の結果、補正回転角度θｒが右側の制動範囲内にある場合、プロセッサーは、操作ノブ１４が停止又は左回転しているか否かを判定する。
なお左回転とは、風量操作範囲に向かう回転であり、操作ノブ１４が停止又は左回転しているか否かは、検出回転角度θｃ又は補正回転角度θｒの変化量から判定してもよいし、フォトインタラプタ検出器６６の回転角度検出信号に基づいて判定してもよい。
【００８６】
ステップＳ５４：ステップＳ５２の判定の結果、操作ノブ１４が停止又は左回転していれば、プロセッサーは、摩擦ブレーキを非アクティブ（オフ）にするとともに、タイマに所定時間のカウントを開始させる。
ステップＳ５６：それから、プロセッサーは、補正量θａを変更し、操作範囲及び制動範囲を再設定する。具体的には、補正量θａを前述した式（２）に基づいて変更する。
【００８７】
ステップＳ５８：この後、プロセッサーは、タイマが所定時間のカウントを終了するまで待つ。ステップＳ５８でカウントが終了すると、プロセッサーは、図１１のステップＳ３６に戻る。
ステップＳ６０：一方、ステップＳ５２の判定の結果、操作ノブ１４が停止又は左回転しておらず、更に右回転している場合には、プロセッサーは、摩擦ブレーキをアクティブ（オン）にする。それから、プロセッサーは、図１１のステップＳ３６に戻る。
【００８８】
ステップＳ６２：また、ステップＳ５０の判定の結果、ステップＳ５２：ステップＳ５０の判定の結果、補正回転角度θｒが左側の制動範囲内にある場合、プロセッサーは、操作ノブ１４が停止又は右回転しているか否かを判定する。
なお右回転とは、風量操作範囲に向かう回転であり、操作ノブ１４が停止又は右回転しているか否かは、検出回転角度θｃ又は補正回転角度θｒの変化量から判定してもよいし、フォトインタラプタ検出器６６の回転角度検出信号に基づいて判定してもよい。
【００８９】
ステップＳ６４：ステップＳ６２の判定の結果、操作ノブ１４が停止又は右回転していれば、プロセッサーは、摩擦ブレーキを非アクティブ（オフ）にするとともに、タイマに所定時間のカウントを開始させる。
ステップＳ６６：それから、プロセッサーは、補正量θａを変更し、操作範囲及び制動範囲を再設定する。具体的には、補正量θａを前述した式（３）に基づいて変更する。
【００９０】
ステップＳ６８：この後、プロセッサーは、タイマが所定時間のカウントを終了するまで待つ。ステップＳ６８でカウントが終了すると、プロセッサーは、図１１のステップＳ３６に戻る。
ステップＳ７０：一方、ステップＳ６２の判定の結果、操作ノブ１４が停止又は右回転しておらず、更に左回転している場合には、プロセッサーは、摩擦ブレーキをアクティブ（オン）にする。それから、プロセッサーは、図１１のステップＳ３６に戻る。
【００９１】
ステップＳ７２：また、ステップＳ５０の判定の結果、補正回転角度θｒが操作範囲内にあれば、プロセッサーは、摩擦ブレーキを非アクティブ（オフ）にしてから、制動範囲を再設定することなく、図１１のステップＳ３６に戻る。
【００９２】
上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、回転操作部材としての操作ノブ１４の回転角度θ又は補正回転角度θｒが操作範囲内にあるときには、操作ノブ１４の回転に伴い、弾接部材３０が相対回転しながらカム山２６に当接する。弾接部材３０をカム山２６に当接させることによって、切れ味の良い機械的なクリック感が、簡単な構成にて、操作ノブ１４に確実に与えられる。
【００９３】
一方、この多機能回転入力装置１０では、制御手段としての制御部７２が、操作範囲及び制動範囲を設定することによって、制御対象に応じて、操作範囲の位置及び幅が適当に設定される。このため、この多機能回転入力装置１０によれば、操作者は、容易に命令を入力可能である。
【００９４】
その上、この多機能回転入力装置１０では、制動範囲において、摩擦ブレーキ手段によって、操作ノブ１４の回転を停止させるのに十分な制動力が与えられる。従って、この多機能回転入力装置１０では、制動範囲内での操作ノブ１４の不所望の回転が確実に防止され、操作者は、操作ノブ１４の空回転による違和感を覚えることなく、操作ノブ１４を快適に操作することができる。
【００９５】
そして、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０では、回転角度演算部７４によって検出された検出回転角度θｃが、操作範囲と制動範囲との間の境界の位置に近付くように、補正回転角度θｒに補正される。この補正によれば、実質的に、操作ノブ１４の回転角度θに対して操作範囲及び制動範囲が再設定され、再設定前では、検出回転角度θｃが、制動範囲内において操作範囲と制動範囲との間の境界から遠くに位置していても、再設定後の補正回転角度θｒは、操作範囲に速やかに復帰させられる。このため操作者は、操作ノブ１４の回転角度θを操作範囲に復帰させるために力を殆ど必要とせず、操作ノブ１４を適時且つ快適に操作することができる。
【００９６】
更に、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、式（２）及び式（３）から明らかなように、カム山２６の周期である１５°を単位として、補正量θａが演算され、補正量θａを用いて操作範囲及び制動範囲が再設定されている。これにより、操作範囲及び制動範囲を再設定する前後で、操作範囲と制動範囲との間の境界とカム山２６の周期との対応関係が変化しない。
【００９７】
また更に、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、操作範囲と制動範囲との間の境界が、カム山２６同士の間の谷６２に一致している。これにより、再設定の前後に関係なく、境界に一致する谷６２を越えて補正回転角度θｒが変化しようとすると、操作ノブ１４に摩擦力に基づく制動力が与えられる。このため、この多機能回転入力装置１０によれば、操作ノブ１４を操作範囲の境界まで回転させたときにクリック感が得られながら、それ以上の操作ノブ１４の回転が防止され、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００９８】
また、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、操作ノブ１４の回転角度θが制動範囲内にあっても、ステップＳ５４又はステップＳ５６で摩擦ブレーキが一時的に非アクティブにされる。これにより、再設定される操作範囲と制動範囲との間の境界に向かう方向で操作ノブ１４が回転することを制御部７２が許容するため、操作ノブ１４を回転させることにより、補正回転角度θｒが操作範囲と制動範囲との間の境界に容易に位置付けられる。特に、弾接部材３０の弾性力によって操作ノブ１４が回転させられれば、補正回転角度θｒを操作範囲と制動範囲との間の境界に自動的に合わせることができる。
【００９９】
一方、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、２つの正弦波の検出信号に基づいて、任意の位置を検出回転角度θｃの基準として、操作ノブ１４の検出回転角度θｃが検出される。
ここで、正弦波の周期の整数倍は、カム山２６の周期の整数倍に対応し、且つ、正弦波の周期とカム山２６の周期との間の相対的な位置関係が予め設定されている。このため、ステップＳ１０及びステップＳ１２の初期設定時に、操作ノブ１４の検出回転角度θｃがカム山２６同士の谷６２からずれていても、ステップＳ１８で演算された検出回転角度θｃに基づいてステップＳ２２で操作範囲及び制動範囲を設定することにより、例えば、操作範囲と制動範囲との間の境界をカム山２６同士の谷６２に容易に位置付けられる。
また、この場合、操作ノブ１４が同一方向に何回も回転しても、操作ノブ１４の回転角度θが検出回転角度θｃとして検出される。このため、操作範囲及び制動範囲の設定可能な範囲が広く、利用者が操作ノブ１４を一方向に回転させ続けても、操作ノブ１４に対して的確に摩擦力が与えられる。
【０１００】
更に、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、２つのホールセンサ５６ａ，５６ｂと円盤形状の磁石５４によって、簡単な構成にて、相互に位相の異なる２つの正弦波の検出信号が得られる。
【０１０１】
また更に、上述した一実施形態の多機能回転入力装置１０によれば、位相差が９０°の２つの正弦波の検出信号に基づいて鋸波を求め、鋸波に基づいて操作ノブ１４の検出回転角度θｃを演算することで、簡単な構成にて、検出回転角度θｃが高精度にて演算される。
すなわち、上述した式（１）によれば、周期番号Ｎを数えることによって、３０×Ｎの項は誤差を含まず、３０×θｅ／３６０の項のみに誤差が含まれる。このため、検出回転角度θｃが大きくなるに連れて誤差が累積することはなく、検出回転角度θｃが高精度にて演算される。
【０１０２】
本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、上述した一実施形態に適宜変更を加えた形態も含む。
例えば、上述した一実施形態では、回転軸１６が、駆動軸部１６と従動軸部２０とを弾性をもって連結する連結部２２を含んでいたが、連結部２２を省略してもよい。また、駆動軸部１６の回転角度を検出するためのフォトインタラプタ検出器６６も省略しても良い。
【０１０３】
そして、上述した一実施形態のメカクリック機構では、操作ノブ１４と一体に回転するカム部材２４の外周面にカム山２６が設けられていたが、カム山２６をカム部材２４の一方の平坦な面に形成し、カム部材２４の平坦な面に垂直に当接するように弾接部材３０の向きを変更しても良い。
また、カム山をハウジング１２側に設け、弾接部材３０を操作ノブ１４と一体に回転するように設置してもよい。更には、弾接部材３０の形状や数も特に限定されることはなく、弾接部材３０を付勢する付勢手段も圧縮コイルスプリング３２に限定されることはない。
更には、メカクリック機構の凹凸は、カム山２６によって構成された滑らかな凹凸である必要はなく、周期的に配列された有底孔等によって構成されていてもよい。また、凹凸の周期も特に限定されることはない。
【０１０４】
また、上述した一実施形態では、摩擦ブレーキ手段が、アーマチュアロータ４４をコア３４に引き寄せることによって、アーマチュアロータ４４に摩擦力を与えていたが、磁力によって、アーマチュアロータ４４を支持ディスク５０に押し付けるようにソレノイドユニット３４を構成してもよい。更には、支持ディスク５０を径方向に挟み付けるシューを設け、ソレノイドユニットによって、シューを支持ディスク５０の外周に押し付けるようにしてもよい。
【０１０５】
更に、上述した一実施形態では、操作ノブ１４の回転角度θを検出するセンサとして、ホールセンサ５６ａ，５６ｂが用いられていたが、ＭＲ（磁気抵抗）センサを用いてもよい。
また更に、上述した一実施形態では、操作範囲と制動範囲検出との間の境界の位置と検出回転角度θｃとが相対的に近付くように、検出回転角度θｃが補正されたけれども、操作範囲と制動範囲との間の境界の位置を補正するようにしてもよい。
【０１０６】
その他、図示とともに示した各種部材の形状や配置、更に制御処理は、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。
最後に、本発明はカーエアコンシステムのための入力装置に好適であるが、これ以外の機器、例えば、カーオーディオシステムやカーナビゲーションシステムにも好適であり、また、パーソナルコンピュータ等にも適用可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０ 多機能回転入力装置
１２ ハウジング
１４ 操作ノブ
１６ シャフト
１８ 駆動軸部
２０ 従動軸部
２２ 連結部材
２４ カム部材（凹凸部材）
２６ カム山（凹凸）
２８ ホルダ
３０ 弾接部材
３２ 圧縮コイルスプリング
３４ ソレノイドユニット（摩擦ブレーキ手段）
３６ コア
３８ ソレノイド（円筒コイル）
４０ ブラケット
４２ すべり軸受
４４ アーマチュアロータ
４６ 本体部
４８ 中央孔
４９ ロッド部
５０ 支持ディスク
５２ 挿通孔
５４ 磁石
５６ａ，５６ｂ ホールセンサ（回転角度検出手段）
５８ Ｎ極
６０ Ｓ極
６２ 谷
６４ コード板
６６ フォトインタラプタ検出器
６８ 発光素子
７０ 受光素子
７２ 制御部（制御手段）
７４ 回転角度演算部
７６ 微小回転演算部
７８ 摩擦ブレーキ駆動制御部
８０ 吹出口選択スイッチ
８２ 風量選択スイッチ
８４ 温度選択スイッチ
８６ メインコントローラ
９０ 位相角度演算部
９２ 検出回転角度演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御量のうちの１つを制御対象として選択するための制御対象選択手段と、
前記制御対象に係る設定をすべく操作者により操作される回転操作部材と、
前記回転操作部材の回転軸を中心として環状に周期的に配列された複数の凹凸を有する凹凸部材と、
前記回転操作部材の回転に伴い前記凹凸部材と相対回転可能に設けられ、前記凹凸部材の凹凸に弾性的に当接する弾接部材と、
前記回転操作部材の回転角度に対応する検出信号を出力する回転角度検出手段と、
回転する前記回転操作部材に摩擦力を付与可能な摩擦ブレーキ手段と、
前記検出信号に基づき前記回転操作部材の回転角度に対応する検出回転角度を演算し、前記検出回転角度に基づいて、前記摩擦ブレーキ手段の駆動制御を行う制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記回転操作部材の回転可能範囲に、前記制御対象に応じた操作範囲及び前記操作範囲に隣接する制動範囲を設定し、
前記制動範囲内において前記検出回転角度が前記操作範囲から離れる方向に変化するように前記操作者が前記回転操作部材を操作したときに、前記回転操作部材に前記摩擦力を与えるように前記摩擦ブレーキ手段を駆動制御する
ことを特徴とする多機能回転入力装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記検出回転角度が、前記制動範囲内において前記操作範囲に向かう方向に変化又は停止したとき、前記操作範囲と前記制動範囲との間の境界と前記検出回転角度とが相対的に近付くように、前記検出回転角度又は前記境界の位置を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の多機能回転入力装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記カム山の周期に対応する角度を単位として前記検出回転角度又は前記境界の位置を補正することを特徴とする請求項２に記載の多機能回転入力装置。
【請求項４】
前記操作範囲と前記制動範囲との間の境界の位置は、前記カム山同士の間の谷に一致していることを特徴とする請求項３に記載の多機能回転入力装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記検出回転角度が、前記制動範囲内において前記操作範囲に向かう方向に変化又は停止した後、一時的に前記回転操作部材に前記摩擦力を与えないように前記摩擦ブレーキ手段を駆動する
ことを特徴とする請求項４に記載の多機能回転入力装置。
【請求項６】
前記回転角度検出手段は、
前記回転操作部材の回転に伴い、磁石と協働して相互に位相の異なる正弦波の検出信号を出力する第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを含み、
前記正弦波の周期の整数倍は、前記カム山の周期の整数倍に対応する
ことを特徴とする請求項１に記載の多機能回転入力装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
前記回転角度検出手段の出力する検出信号に基づき、前記正弦波の一周期内における、前記回転操作部材の回転角度に対応する位相角度を演算する位相角度演算部と、
前記回転操作部材の回転角度が、前記正弦波の一周期を超えて変化したときに、前記回転操作部材の回転角度が属する前記正弦波の周期の番号を加減算し、前記位相角度及び前記正弦波の周期の番号に基づき前記検出回転角度を演算する検出回転角度演算部と
を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の多機能回転入力装置。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記正弦波の一周期に対応する前記回転操作部材の回転角度量を前記正弦波の周期の番号に乗じて得られる第１の値と、
前記位相角度に対応する前記回転操作部材の回転角度量である第２の値とを足すことにより、前記検出回転角度を演算する
ことを特徴とする請求項７に記載の多機能回転入力装置。
【請求項１】
複数の制御量のうちの１つを制御対象として選択するための制御対象選択手段と、
前記制御対象に係る設定をすべく操作者により操作される回転操作部材と、
前記回転操作部材の回転軸を中心として環状に周期的に配列された複数の凹凸を有する凹凸部材と、
前記回転操作部材の回転に伴い前記凹凸部材と相対回転可能に設けられ、前記凹凸部材の凹凸に弾性的に当接する弾接部材と、
前記回転操作部材の回転角度に対応する検出信号を出力する回転角度検出手段と、
回転する前記回転操作部材に摩擦力を付与可能な摩擦ブレーキ手段と、
前記検出信号に基づき前記回転操作部材の回転角度に対応する検出回転角度を演算し、前記検出回転角度に基づいて、前記摩擦ブレーキ手段の駆動制御を行う制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記回転操作部材の回転可能範囲に、前記制御対象に応じた操作範囲及び前記操作範囲に隣接する制動範囲を設定し、
前記制動範囲内において前記検出回転角度が前記操作範囲から離れる方向に変化するように前記操作者が前記回転操作部材を操作したときに、前記回転操作部材に前記摩擦力を与えるように前記摩擦ブレーキ手段を駆動制御する
ことを特徴とする多機能回転入力装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記検出回転角度が、前記制動範囲内において前記操作範囲に向かう方向に変化又は停止したとき、前記操作範囲と前記制動範囲との間の境界と前記検出回転角度とが相対的に近付くように、前記検出回転角度又は前記境界の位置を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の多機能回転入力装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記カム山の周期に対応する角度を単位として前記検出回転角度又は前記境界の位置を補正することを特徴とする請求項２に記載の多機能回転入力装置。
【請求項４】
前記操作範囲と前記制動範囲との間の境界の位置は、前記カム山同士の間の谷に一致していることを特徴とする請求項３に記載の多機能回転入力装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記検出回転角度が、前記制動範囲内において前記操作範囲に向かう方向に変化又は停止した後、一時的に前記回転操作部材に前記摩擦力を与えないように前記摩擦ブレーキ手段を駆動する
ことを特徴とする請求項４に記載の多機能回転入力装置。
【請求項６】
前記回転角度検出手段は、
前記回転操作部材の回転に伴い、磁石と協働して相互に位相の異なる正弦波の検出信号を出力する第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを含み、
前記正弦波の周期の整数倍は、前記カム山の周期の整数倍に対応する
ことを特徴とする請求項１に記載の多機能回転入力装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
前記回転角度検出手段の出力する検出信号に基づき、前記正弦波の一周期内における、前記回転操作部材の回転角度に対応する位相角度を演算する位相角度演算部と、
前記回転操作部材の回転角度が、前記正弦波の一周期を超えて変化したときに、前記回転操作部材の回転角度が属する前記正弦波の周期の番号を加減算し、前記位相角度及び前記正弦波の周期の番号に基づき前記検出回転角度を演算する検出回転角度演算部と
を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の多機能回転入力装置。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記正弦波の一周期に対応する前記回転操作部材の回転角度量を前記正弦波の周期の番号に乗じて得られる第１の値と、
前記位相角度に対応する前記回転操作部材の回転角度量である第２の値とを足すことにより、前記検出回転角度を演算する
ことを特徴とする請求項７に記載の多機能回転入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２０４０２１（Ｐ２０１１−２０４０２１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７０８００（Ｐ２０１０−７０８００）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【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２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【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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