電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置
【課題】操作者に良好な操作感を与える、電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置を提供する。
【解決手段】電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置の制御部は、回転位置の変化に伴い目標値が増大方向及び減少方向のうち一方向に複数回に渡って変化するときに、各回における変化前の目標値を前回目標値とし、各回における変化後の目標値を現在目標値とすると、現在目標値に対応する電流をコイルに定常的に流すためにコイルに印加することが必要な必要印加電圧に比べて、コイルを流れる電流の変化率が大きくなるように設定される過剰電圧を、前回目標値と現在目標値の差に応じて設定される過剰電圧印加時間ｔｎだけ、目標値が変化するたびにコイルに印加する。
【解決手段】電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置の制御部は、回転位置の変化に伴い目標値が増大方向及び減少方向のうち一方向に複数回に渡って変化するときに、各回における変化前の目標値を前回目標値とし、各回における変化後の目標値を現在目標値とすると、現在目標値に対応する電流をコイルに定常的に流すためにコイルに印加することが必要な必要印加電圧に比べて、コイルを流れる電流の変化率が大きくなるように設定される過剰電圧を、前回目標値と現在目標値の差に応じて設定される過剰電圧印加時間ｔｎだけ、目標値が変化するたびにコイルに印加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ブレーキ式の操作感触付与型回転入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、カーステレオシステム、カーナビゲーションシステム、カーエアコンシステム等の車載機器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を有する回転入力装置がある。操作者は、回転操作部を回転させることによって、車載機器に対する命令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が開示する操作感触付与型回転入力装置では、制御部が、回転操作部の回転位置に応じて、電磁ブレーキの制動力を変化させることによって、操作者にクリック感が与えられる。
具体的には、特許文献１が開示する操作感触付与型回転入力装置では、目標のフォースカーブに一致するように摩擦板に摩擦力が作用させられる。そのために、制御部は、電磁ブレーキのコイルに印加する電圧を調整する。
【０００５】
一方、特許文献２は、電磁クラッチ・ブレーキ用電源盤を開示しており、この電磁クラッチ用電源盤によれば、クラッチ及びブレーキの各々のコイルに対し、電圧の印加を開始及び終了するときに、過励磁電圧及び逆励磁電圧がそれぞれ印加される。過励磁電圧及び逆励磁電圧を印加することによって、クラッチ及びブレーキが迅速にオン及びオフされるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２８７６３号公報
【特許文献２】特開平１０−２８１１８２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が開示する操作感触付与型回転入力装置では、コイルへの印加電圧の変化に対し、電流の変化やコアの磁化等が遅れなければ、摩擦力がフォースカーブに一致する。しかしながら、実際には、印加電圧の変化に対し電流の変化やコアの磁化等は遅れるため、摩擦力は、目標のフォースカーブからずれてしまう。
【０００８】
具体的には、摩擦力を増大させるべきときに、フォースカーブに摩擦力の増大が追い付かず、摩擦力を減少させるべきときに、フォースカーブに摩擦力の減少が追い付かない。
このような目標のフォースカーブからの現実の摩擦力のずれは、操作感触に影響を与えるため、小さいことが望ましい。
【０００９】
一方、特許文献２には、クラッチ及びブレーキをオン及びオフすることが記載されているものの、摩擦力を連続的若しくは段階的に変化させることは記載されていない。
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、操作者に良好な操作感を与える、電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置及び該回転入力装置を備える車載機器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、回転操作部と、前記回転操作部の回転位置を検出する回転位置検出器と、前記回転操作部とともに回転する回転駆動体と、コイル及びコアを含み、前記コイルを流れる電流に応じて発生する制動力を前記駆動体に与える電磁ブレーキと、前記回転操作部の回転位置に応じて設定される、前記コイルを流れる電流と相関を有する量の目標値に基づいて、前記コイルに印加される電圧を調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が増大方向及び減少方向のうち一方向に複数回に渡って変化するときに、各回における変化前の目標値を前回目標値とし、各回における変化後の目標値を現在目標値とすると、前記現在目標値に対応する電流を前記コイルに定常的に流すために前記コイルに印加することが必要な必要印加電圧に比べて、前記コイルを流れる電流の変化率が大きくなるように設定される過剰電圧を、前記前回目標値及び前記現在目標値に応じて設定される過剰電圧印加時間だけ、前記目標値が変化するたびに前記コイルに印加することを特徴とする電磁ブレーキ式操作感触付与入力装置が提供される。
【００１２】
第１の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置によれば、目標値が変化するたびに、前回目標値、現在目標値及び過剰電圧に基づいて設定される過剰電圧印加時間だけ、過剰電圧が印加される。
過剰電圧を印加することによって、コイルを流れる電流が速く変化するとともにコアが迅速に磁化される。この結果として、この電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置によれば、回転操作部の回転位置に応じて所望の制動力が的確に発生させられ、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００１３】
解決手段２：好ましくは、前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が増大方向に変化するときに、前記過剰電圧として、前記必要印加電圧よりも高い過励磁電圧を前記コイルに印加する。
【００１４】
第２の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置では、目標値が増大するときに、目標値に対応する必要印加電圧よりも高い過剰電圧をコイルに印加することによって、コイルを流れる電流が速く増大する。これにより、コイルを流れる電流が速く変化するとともにコアが迅速に磁化され、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００１５】
解決手段３：好ましくは、前記過励磁電圧が印加される前記過剰電圧印加時間は、前記前回目標値と前記現在目標値との差が大きければ長く、前記差が小さければ短く設定される。
【００１６】
第３の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置では、回転操作部の回転位置に応じて所望の制動力が的確に発生させられる。
【００１７】
解決手段４：好ましくは、前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が減少方向に変化するときに、前記過剰電圧として、前記必要印加電圧とは極性が異なる逆励磁電圧を前記コイルに印加する。
【００１８】
第４の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置では、目標値が減少するときに、必要印加電圧とは極性が異なる過剰電圧をコイルに印加することによって、コイルを流れる電流が速く減少する。これにより、コイルを流れる電流が速く変化するとともにコアの磁力が迅速に変化し、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００１９】
解決手段５：好ましくは、前記逆励磁電圧が印加される過剰電圧印加時間は、前記前回目標値と前記現在目標値の差が大きければ長く、前記差が小さければ短く設定される。
【００２０】
第５の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置では、回転操作部の回転位置に応じて所望の制動力が的確に発生させられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、良好な操作感を有する、電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における回路構成を説明するための概略的なブロック図である。
【図３】図１の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における、操作ノブの回転位置と、吸引力の目標値との関係を概略的に示すグラフである。
【図４】図２中の第１マップデータの内容を示す表である。
【図５】図２中の第２マップデータの内容を示す表である。
【図６】図１の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における、（Ａ）コイルを流れる電流の目標値、（Ｂ）コイルに印加される電圧、及び、（Ｃ）吸引力のそれぞれの経時変化を示す概略的なタイムチャートである。
【図７】図１の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における、（Ａ）コイルを流れる電流の目標値、（Ｂ）コイルに印加される電圧、及び、（Ｃ）吸引力のそれぞれの経時変化を示す概略的なタイムチャートである。
【図８】比較例の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における、吸引力の目標、その実際、及び、コイルに印加される電圧のそれぞれの経時変化を示す概略的なタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、一実施形態の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置１０の概略的な縦断面図である。電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置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ールに設置される。
なお、以下では、電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置１０のことを単に回転入力装置１０ともいう。
【００２４】
〔回転操作部〕
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の回転位置（回転角度）は従動軸部２０の回転位置に一致する。
つまり、駆動軸部１８の回転位置は、従動軸部２０の回転位置と異なることがある。そこで本実施形態において、操作ノブ１４及び回転軸１６の回転位置θとは、特に断らない限り、駆動軸部１８の回転位置をさすものとする。
【００２７】
〔回転駆動体及び電磁ブレーキ〕
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（電磁ブレーキ）２４を相対回転可能にて貫通している。ソレノイドユニット２４は、鉄等の磁性材料からなる、例えば２重の円筒形状のコア２６を有し、コア２６の内部には、管状に巻回された電線からなる円筒状のコイル（ソレノイド）２８が同軸にて収容されている。
【００２８】
コア２６は、ブラケット３０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２６の内周面との間には、例えば樹脂製のすべり軸受３２が設置されている。従って、従動軸部２０は、すべり軸受３２を介して、コア２６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。
【００２９】
コア２６の一方の端面は、アーマチュアロータ３４と対向している。アーマチュアロータ３４は鉄等の磁性材料からなり、円盤形状の本体部３６を有する。本体部３６の中央には中央孔３８が形成され、従動軸部２０は、遊びをもって中央孔３８を貫通している。なお、従動軸部２０の外周面と中央孔３８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３４の移動を許容するすべり軸受が設けられていてもよい。
【００３０】
アーマチュアロータ３４は、従動軸部２０と一体に回転可能であるとともに、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３６はコア２６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３４は、例えば２つのロッド部４０を有する。ロッド部４０は、コア２６とは反対側の本体部３６の面から軸線方向に突出し、本体部３６の直径方向にて相互に離間している。そして、本体部３６からみてコア２６とは反対側には、円盤形状の支持ディスク４２が配置され、ロッド部４０は、支持ディスク４２に形成された挿通孔４４に滑動自在に挿通されている。
【００３１】
支持ディスク４２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３４は、支持ディスク４２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４２とコア２６との間隔は、アーマチュアロータ３４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４０が挿通孔４４内を滑動することによって、アーマチュアロータ３４は、従動軸部２０の軸線方向にて移動可能であり、コア２６の端面に当接可能である。
【００３２】
コイル２８に電流を流すと、コイル２８は磁力を発生させ、アーマチュアロータ３４は、コア２６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３４がコア２６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３４及び従動軸部２０に制動力として作用する。
【００３３】
〔回転位置の検出手段〕
回転軸１６の駆動軸部１８には、操作ノブ１４の回転位置θを検出するための被検出体として、コード板４６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４６は、薄い円盤形状の外形を有し、コード板４６の外周部には、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。
【００３４】
コード板４６の外周部近傍には、２つのフォトインタラプタ検出器４８がコード板４６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４８のみが示されている。
各フォトインタラプタ検出器４８は、１組の発光素子５０及び受光素子５２を有し、発光素子５０及び受光素子５２は、コード板４６の外周部を厚さ方向にて挟むように配置されている。
【００３５】
各受光素子５２は、コード板４６の回転に伴い、発光素子５０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５２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４８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４８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。
【００３６】
〔制御部〕
また、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５４を有し、ＭＣＵは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ（記憶装置）等によって構成される。
図２に示したように、制御部５４には、フォトインタラプタ検出器４８，４８、及び、コイル２８を含む電気回路に電圧を印加するための電源部５６が電気的に接続されている。そして、制御部５４には、カーエアコンのメインコントローラ５８も電気的に接続されている。
【００３７】
制御部５４は、フォトインタラプタ検出器４８，４８の出力に基づいて、操作ノブ１４の回転位置θを演算により求める。そして、制御部５４は、演算された回転位置θに応じて、電源部５６がコイル２８を含む電気回路、例えばＬＲ回路に印加する出力電圧を調整する。なお以下では、コイル２８を含む電気回路に印加される電圧のことを、単に、コイル２８に印加される電圧ともいう。
【００３８】
具体的には、制御部５４は、操作ノブ１４の回転位置θに応じて設定される目標値に対応する電流が流れるように、コイル２８に印加する電圧を調整する。
目標値として採用される量は、コイル２８を流れる電流と相関を有する量であればよく、本実施形態では、コア２６がアーマチュアロータ３４を吸引する力（吸引力Ｆ）が目標値として採用される。吸引力Ｆの目標値は、例えば図３のフォースカーブに示されるように、回転位置θの変化に伴い周期的に適当な変化率にて増減するように設定される。
【００３９】
吸引力Ｆは、コイル電流に略比例して変化する。具体的には、図３のフォースカーブの場合、所定の回転位置（極小位置）θｍｉｎ０，θｍｉｎ１，θｍｉｎ２，θｍｉｎ３，θｍｉｎ４にてコイル電流が極小値になるのに合わせて、吸引力Ｆは極小値になり、所定の回転位置（極大位置）θｍａｘ０，θｍａｘ１，θｍａｘ２，θｍａｘ３，θｍａｘ４にてコイル電流が極大値になるのに合わせて、吸引力Ｆは極大値になる。
【００４０】
そして、吸引力Ｆは、操作ノブ１４の回転位置θが例えば極小位置θｍｉｎ１から極大位置θｍａｘ１に向けて変化するとき、所定の傾きにて増大し、極大位置θｍａｘ１から隣の極小位置θｍｉｎ２に向けて変化するとき、所定の傾きにて減少する。
図３のフォースカーブによれば、操作者には、操作ノブ１４を回転させたときに、極小位置θｍｉｎ０，θｍｉｎ１，θｍｉｎ２，θｍｉｎ３，θｍｉｎ４に引き込まれるような操作感、いわゆるクリック感が吸引力Ｆによって与えられる。
【００４１】
再び図２を参照すると、制御部５４は、図３のフォースカーブに示される吸引力Ｆを発生させるためのコイル電流をコイル２８に流すために、メモリに読み出し可能に予め格納された、目標値データ６０、第１マップデータ６２及び第２マップデータ６４を有する。
【００４２】
目標値データ６０では、操作ノブ１４の回転位置θ毎に、図３のフォースカーブに示される吸引力Ｆを発生させるためにコイル２８に流す必要があるコイル電流の目標値、及び、目標値にてコイル電流を定常的に流すためにコイル２８に印加することが必要な電圧（必要印加電圧）が規定されている。
なお、必要印加電圧は、充分な時間コイル２８に印加したときに、コイル電流が目標値にて飽和する電圧である。
【００４３】
〔第１マップデータ及び第２マップデータ〕
第１マップデータ６２は、コイル電流の目標値が増大方向に変化するときに参照され、第２マップデータ６４は、コイル電流の目標値が減少方向に変化するときに参照される。
【００４４】
図４及び図５は、第１マップデータ６２及び第２マップデータ６４の内容をそれぞれ例示する表である。第１マップデータ６２及び第２マップデータ６４では、現在のコイル電流の目標値Ｉｎと、前回のコイル電流の目標値Ｉｎ−１と、過剰電圧印加時間ｔｎとの関係が規定されている。
なお、図４及び図５中の現在及び前回の目標値Ｉｎ，Ｉｎ−１の単位はＡ（アンペア）であり、過剰電圧印加時間ｔｎの単位はｍｓ（ミリ秒）である。
【００４５】
過剰電圧印加時間ｔｎは、回転位置θの変化に伴い目標値を変化させる時点を始期として、コイル２８に過剰電圧が印加される時間の長さである。過剰電圧印加時間ｔｎは、現在のコイル電流の目標値Ｉｎ、前回のコイル電流の目標値Ｉｎ−１、及び、過剰電圧に基づいて設定される。
【００４６】
過剰電圧は、コイル電流の目標値が増大方向に変化するとき（Ｉｎ＞Ｉｎ−１）、即ち、第１マップデータ６２が参照されるときには、現在の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧よりも充分に高い電圧（過励磁電圧Ｅｏｖ）である。
この場合の電圧が高いとは、電圧の極性が同じであって、電圧の絶対値が大きいことをいう。
【００４７】
一方、過剰電圧は、コイル電流の目標値が減少方向に変化するとき（Ｉｎ＜Ｉｎ−１）、即ち、第２マップデータ６４が参照されるときには、必要印加電圧よりも充分に低い電圧（逆励磁電圧Ｅｒｅ）である。なおこの場合の電圧が低いとは、電圧の極性が逆である場合も含む。
【００４８】
過励磁電圧Ｅｏｖ及び逆励磁電圧Ｅｒｅは、本実施形態では毎回一定であるが、これに限られるものではない。
そして、本実施形態では、好ましい態様として、過剰電圧印加時間ｔｎは、現在のコイル電流の目標値Ｉｎと前回のコイル電流の目標値Ｉｎ−１の差に基づいて設定される。つまり、好ましい態様では、過励磁電圧Ｅｏｖ及び逆励磁電圧Ｅｒｅは、過剰電圧印加時間と目標値の差が比例するようにそれぞれ設定される。
【００４９】
以下、上述した回転入力装置１０の動作について説明する。
車の乗員が、操作ノブ１４を回転させた場合、制御部５４は、操作ノブ１４の回転位置θに応じた命令を、カーエアコンメインコントローラ５８に入力する。これにより、乗員の希望に応じてカーエアコンが作動する。
【００５０】
一方、制御部５４は、乗員が操作ノブ１４を回転させるときに命令を選択し易いよう、適当な制動力を発生させる。例えば、制御部５４は、図３のフォースカーブに示される吸引力Ｆを発生させるようにコイル２８に電流を流し、制動力を発生させる。この場合、極小位置θｍｉｎ０，θｍｉｎ１，θｍｉｎ２，θｍｉｎ３，θｍｉｎ４のうち何れかに操作ノブ１４の回転位置θを合わせると、例えば、エアコンの風量が所定の値に設定される。
【００５１】
より詳しくは、制御部５４は、フォトインタラプタ検出器４８の出力に基づいて、操作ノブ１４の回転位置θの変化を検出する。制御部５４は、操作ノブ１４の回転位置θの変化を検出すると、目標値データ６０に基づいて、変化後（現在）のコイル電流の目標値Ｉｎ、変化前（前回）のコイル電流の目標値Ｉｎ−１、及び、変化後の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧を読み込む。
【００５２】
そして、制御部５４は、変化後の目標値Ｉｎが変化前の目標値Ｉｎ−１よりも増大している場合には、第１マップデータ６２を参照して過剰電圧印加時間ｔｎを読み込む。なお、本実施形態では、変化後の目標値Ｉｎと変化前の目標値Ｉｎ−１の差から、過剰電圧印加時間ｔｎを読み込むことができる。
一方、制御部５４は、変化後の目標値Ｉｎが変化前の目標値Ｉｎ−１よりも減少している場合には、第２マップデータ６４を参照して過剰電圧印加時間ｔｎを読み込む。なおこの場合も、本実施形態では、変化後の目標値Ｉｎと変化前の目標値Ｉｎ−１の差から、過剰電圧印加時間ｔｎを読み込むことができる。
【００５３】
その上で、制御部５４は、電源部５６を介してコイル２８に、回転位置θの変化を検出して目標値を変化させる時点を始期として過剰電圧印加時間ｔｎだけ過剰電圧を印加し、過剰電圧印加時間ｔｎの経過後に、変化後の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧を印加する。
なお、過剰電圧は、変化後の目標値Ｉｎが変化前の目標値Ｉｎ−１よりも増大している場合には過励磁電圧Ｅｏｖであり、変化後の目標値Ｉｎが変化前の目標値Ｉｎ−１よりも減少している場合には逆励磁電圧Ｅｒｅである。
【００５４】
図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、コイル電流の目標値が増大する方向にて回転位置θが極小位置θｍｉｎから隣の極大位置θｍａｘまで変化したときの、コイル電流の目標値、コイル２８に印加された電圧、及び、吸引力Ｆのそれぞれの経時変化を概略的に示している。
図６に示したように、コイル電流の目標値が変化するたびに、過励磁電圧Ｅｏｖが、過剰電圧印加時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７だけ印加され、その後、必要印加電圧が印加されている。
【００５５】
図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、コイル電流の目標値が減少する方向にて、回転位置θが極大位置θｍａｘから隣の極小位置θｍｉｎまで変化したときの、コイル電流の目標値、コイル２８に印加された電圧、及び、吸引力Ｆのそれぞれの経時変化を概略的に示している。
図７に示したように、コイル電流の目標値が変化するたびに、逆励磁電圧Ｅｒｅが、過剰電圧印加時間ｔ１，ｔ２，ｔ３だけ印加され、その後、必要印加電圧が印加されている。
【００５６】
一方、図８は、比較例として、コイル電流の目標値が増大する方向にて、回転位置θが極小位置θｍｉｎから隣の極大位置θｍａｘまで変化した場合に、過剰電圧を印加せずに、必要印加電圧を単にコイル２８に印加したときの、吸引力Ｆの目標、その実際及び、コイル２８に印加された電圧のそれぞれの経時変化を概略的に示している。
【００５７】
上述した一実施形態の回転入力装置１０によれば、コイル電流の目標値が変化するたびに、現在の目標値Ｉｎ、前回の目標値Ｉｎ−１及び過剰電圧に基づいて設定される過剰電圧印加時間ｔｎだけ、過剰電圧が印加される。
図６と図８を比較すると明らかなように、過剰電圧を印加することによって、コイル電流が速く変化するとともにコア２６が迅速に磁化される。この結果として、この回転入力装置１０によれば、操作ノブ１４の回転位置θに応じて所望の制動力が的確に発生させられ、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００５８】
具体的には、回転入力装置１０では、コイル電流の目標値が増大するときに、過剰電圧として、変化後の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧よりも高い過励磁電圧Ｅｏｖをコイル２８に印加することによって、コイル電流が速く増大するとともにコア２６が迅速に磁化される。これにより、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００５９】
また、回転入力装置１０では、コイル電流の目標値が減少するときに、過剰電圧として、変化後の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧とは極性が異なる逆励磁電圧をコイル２８に印加することによって、コイル電流が速く減少するとともにコア２６の磁力が迅速に小さくなる。これにより、吸引力Ｆが迅速に目標に近くなり、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００６０】
また、回転入力装置１０では、過励磁電圧Ｅｏｖ及び逆励磁電圧Ｅｒｅがそれぞれ毎回一定であり、且つ、コイル電流の差と過剰電圧印加時間が比例するように設定されている。このようにシンプルにしてもよいが、それに限られるものではない。
【００６１】
そして、上述した回転入力装置１０を備えるカーエアコンシステムによれば、乗員は、操作ノブ１４の操作感触によって、カーエアコンシステムに対して命令を的確、迅速且つ容易に入力することができる。
【００６２】
本発明は上述した一実施形態に限定されることはなく、種々の変更を加えた実施形態も含む。
上述した一実施形態では、図４及び図５に示されるように、現在のコイル電流の目標値Ｉｎと前回のコイル電流の目標値Ｉｎ−１の組に対応して、過剰電圧印加時間ｔｎが規定されていたが、コイル電流の目標値の差に限らず、印加電圧の目標値の差等に応じて、過剰電圧印加時間ｔｎを規定するようにしてもよい。
【００６３】
上述した一実施形態では、図６によれば、回転位置θの検出間隔Ｔｓが６ｍｓであり、６ｍｓ毎に目標値を変化させていたが、検出間隔Ｔｓは適宜変更可能であり、例えば１ｍｓに設定してもよい。そして、検出間隔Ｔｓに応じて、過剰電圧や過剰電圧印加時間ｔｎを変更してもよい。目標値を変化させる間隔が短いほど、操作者に対し、より滑らかな操作感触が与えられる。
【００６４】
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。
【００６５】
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等の車載機器、及び、他の電子機器にも好適であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置
１４ 操作ノブ（回転操作部）
２４ ソレノイドユニット（電磁ブレーキ）
２６ コア（電磁ブレーキ）
２８ コイル（電磁ブレーキ）
３４ アーマチュアロータ（回転駆動体）
４２ 支持ディスク（回転駆動体）
４８ フォトインタラプタ検出器（回転位置検出器）
５４ 制御部
ｔｎ 過剰電圧印加時間
Ｅｏｖ 過励磁電圧（過剰電圧）
Ｅｒｅ 逆励磁電圧（過剰電圧）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ブレーキ式の操作感触付与型回転入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、カーステレオシステム、カーナビゲーションシステム、カーエアコンシステム等の車載機器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を有する回転入力装置がある。操作者は、回転操作部を回転させることによって、車載機器に対する命令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が開示する操作感触付与型回転入力装置では、制御部が、回転操作部の回転位置に応じて、電磁ブレーキの制動力を変化させることによって、操作者にクリック感が与えられる。
具体的には、特許文献１が開示する操作感触付与型回転入力装置では、目標のフォースカーブに一致するように摩擦板に摩擦力が作用させられる。そのために、制御部は、電磁ブレーキのコイルに印加する電圧を調整する。
【０００５】
一方、特許文献２は、電磁クラッチ・ブレーキ用電源盤を開示しており、この電磁クラッチ用電源盤によれば、クラッチ及びブレーキの各々のコイルに対し、電圧の印加を開始及び終了するときに、過励磁電圧及び逆励磁電圧がそれぞれ印加される。過励磁電圧及び逆励磁電圧を印加することによって、クラッチ及びブレーキが迅速にオン及びオフされるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２８７６３号公報
【特許文献２】特開平１０−２８１１８２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が開示する操作感触付与型回転入力装置では、コイルへの印加電圧の変化に対し、電流の変化やコアの磁化等が遅れなければ、摩擦力がフォースカーブに一致する。しかしながら、実際には、印加電圧の変化に対し電流の変化やコアの磁化等は遅れるため、摩擦力は、目標のフォースカーブからずれてしまう。
【０００８】
具体的には、摩擦力を増大させるべきときに、フォースカーブに摩擦力の増大が追い付かず、摩擦力を減少させるべきときに、フォースカーブに摩擦力の減少が追い付かない。
このような目標のフォースカーブからの現実の摩擦力のずれは、操作感触に影響を与えるため、小さいことが望ましい。
【０００９】
一方、特許文献２には、クラッチ及びブレーキをオン及びオフすることが記載されているものの、摩擦力を連続的若しくは段階的に変化させることは記載されていない。
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、操作者に良好な操作感を与える、電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置及び該回転入力装置を備える車載機器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、回転操作部と、前記回転操作部の回転位置を検出する回転位置検出器と、前記回転操作部とともに回転する回転駆動体と、コイル及びコアを含み、前記コイルを流れる電流に応じて発生する制動力を前記駆動体に与える電磁ブレーキと、前記回転操作部の回転位置に応じて設定される、前記コイルを流れる電流と相関を有する量の目標値に基づいて、前記コイルに印加される電圧を調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が増大方向及び減少方向のうち一方向に複数回に渡って変化するときに、各回における変化前の目標値を前回目標値とし、各回における変化後の目標値を現在目標値とすると、前記現在目標値に対応する電流を前記コイルに定常的に流すために前記コイルに印加することが必要な必要印加電圧に比べて、前記コイルを流れる電流の変化率が大きくなるように設定される過剰電圧を、前記前回目標値及び前記現在目標値に応じて設定される過剰電圧印加時間だけ、前記目標値が変化するたびに前記コイルに印加することを特徴とする電磁ブレーキ式操作感触付与入力装置が提供される。
【００１２】
第１の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置によれば、目標値が変化するたびに、前回目標値、現在目標値及び過剰電圧に基づいて設定される過剰電圧印加時間だけ、過剰電圧が印加される。
過剰電圧を印加することによって、コイルを流れる電流が速く変化するとともにコアが迅速に磁化される。この結果として、この電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置によれば、回転操作部の回転位置に応じて所望の制動力が的確に発生させられ、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００１３】
解決手段２：好ましくは、前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が増大方向に変化するときに、前記過剰電圧として、前記必要印加電圧よりも高い過励磁電圧を前記コイルに印加する。
【００１４】
第２の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置では、目標値が増大するときに、目標値に対応する必要印加電圧よりも高い過剰電圧をコイルに印加することによって、コイルを流れる電流が速く増大する。これにより、コイルを流れる電流が速く変化するとともにコアが迅速に磁化され、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００１５】
解決手段３：好ましくは、前記過励磁電圧が印加される前記過剰電圧印加時間は、前記前回目標値と前記現在目標値との差が大きければ長く、前記差が小さければ短く設定される。
【００１６】
第３の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置では、回転操作部の回転位置に応じて所望の制動力が的確に発生させられる。
【００１７】
解決手段４：好ましくは、前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が減少方向に変化するときに、前記過剰電圧として、前記必要印加電圧とは極性が異なる逆励磁電圧を前記コイルに印加する。
【００１８】
第４の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置では、目標値が減少するときに、必要印加電圧とは極性が異なる過剰電圧をコイルに印加することによって、コイルを流れる電流が速く減少する。これにより、コイルを流れる電流が速く変化するとともにコアの磁力が迅速に変化し、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００１９】
解決手段５：好ましくは、前記逆励磁電圧が印加される過剰電圧印加時間は、前記前回目標値と前記現在目標値の差が大きければ長く、前記差が小さければ短く設定される。
【００２０】
第５の解決手段の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置では、回転操作部の回転位置に応じて所望の制動力が的確に発生させられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、良好な操作感を有する、電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における回路構成を説明するための概略的なブロック図である。
【図３】図１の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における、操作ノブの回転位置と、吸引力の目標値との関係を概略的に示すグラフである。
【図４】図２中の第１マップデータの内容を示す表である。
【図５】図２中の第２マップデータの内容を示す表である。
【図６】図１の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における、（Ａ）コイルを流れる電流の目標値、（Ｂ）コイルに印加される電圧、及び、（Ｃ）吸引力のそれぞれの経時変化を示す概略的なタイムチャートである。
【図７】図１の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における、（Ａ）コイルを流れる電流の目標値、（Ｂ）コイルに印加される電圧、及び、（Ｃ）吸引力のそれぞれの経時変化を示す概略的なタイムチャートである。
【図８】比較例の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置における、吸引力の目標、その実際、及び、コイルに印加される電圧のそれぞれの経時変化を示す概略的なタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、一実施形態の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置１０の概略的な縦断面図である。電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置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ールに設置される。
なお、以下では、電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置１０のことを単に回転入力装置１０ともいう。
【００２４】
〔回転操作部〕
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の回転位置（回転角度）は従動軸部２０の回転位置に一致する。
つまり、駆動軸部１８の回転位置は、従動軸部２０の回転位置と異なることがある。そこで本実施形態において、操作ノブ１４及び回転軸１６の回転位置θとは、特に断らない限り、駆動軸部１８の回転位置をさすものとする。
【００２７】
〔回転駆動体及び電磁ブレーキ〕
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（電磁ブレーキ）２４を相対回転可能にて貫通している。ソレノイドユニット２４は、鉄等の磁性材料からなる、例えば２重の円筒形状のコア２６を有し、コア２６の内部には、管状に巻回された電線からなる円筒状のコイル（ソレノイド）２８が同軸にて収容されている。
【００２８】
コア２６は、ブラケット３０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２６の内周面との間には、例えば樹脂製のすべり軸受３２が設置されている。従って、従動軸部２０は、すべり軸受３２を介して、コア２６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。
【００２９】
コア２６の一方の端面は、アーマチュアロータ３４と対向している。アーマチュアロータ３４は鉄等の磁性材料からなり、円盤形状の本体部３６を有する。本体部３６の中央には中央孔３８が形成され、従動軸部２０は、遊びをもって中央孔３８を貫通している。なお、従動軸部２０の外周面と中央孔３８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３４の移動を許容するすべり軸受が設けられていてもよい。
【００３０】
アーマチュアロータ３４は、従動軸部２０と一体に回転可能であるとともに、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３６はコア２６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３４は、例えば２つのロッド部４０を有する。ロッド部４０は、コア２６とは反対側の本体部３６の面から軸線方向に突出し、本体部３６の直径方向にて相互に離間している。そして、本体部３６からみてコア２６とは反対側には、円盤形状の支持ディスク４２が配置され、ロッド部４０は、支持ディスク４２に形成された挿通孔４４に滑動自在に挿通されている。
【００３１】
支持ディスク４２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３４は、支持ディスク４２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４２とコア２６との間隔は、アーマチュアロータ３４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４０が挿通孔４４内を滑動することによって、アーマチュアロータ３４は、従動軸部２０の軸線方向にて移動可能であり、コア２６の端面に当接可能である。
【００３２】
コイル２８に電流を流すと、コイル２８は磁力を発生させ、アーマチュアロータ３４は、コア２６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３４がコア２６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３４及び従動軸部２０に制動力として作用する。
【００３３】
〔回転位置の検出手段〕
回転軸１６の駆動軸部１８には、操作ノブ１４の回転位置θを検出するための被検出体として、コード板４６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４６は、薄い円盤形状の外形を有し、コード板４６の外周部には、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。
【００３４】
コード板４６の外周部近傍には、２つのフォトインタラプタ検出器４８がコード板４６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４８のみが示されている。
各フォトインタラプタ検出器４８は、１組の発光素子５０及び受光素子５２を有し、発光素子５０及び受光素子５２は、コード板４６の外周部を厚さ方向にて挟むように配置されている。
【００３５】
各受光素子５２は、コード板４６の回転に伴い、発光素子５０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５２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４８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４８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。
【００３６】
〔制御部〕
また、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５４を有し、ＭＣＵは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ（記憶装置）等によって構成される。
図２に示したように、制御部５４には、フォトインタラプタ検出器４８，４８、及び、コイル２８を含む電気回路に電圧を印加するための電源部５６が電気的に接続されている。そして、制御部５４には、カーエアコンのメインコントローラ５８も電気的に接続されている。
【００３７】
制御部５４は、フォトインタラプタ検出器４８，４８の出力に基づいて、操作ノブ１４の回転位置θを演算により求める。そして、制御部５４は、演算された回転位置θに応じて、電源部５６がコイル２８を含む電気回路、例えばＬＲ回路に印加する出力電圧を調整する。なお以下では、コイル２８を含む電気回路に印加される電圧のことを、単に、コイル２８に印加される電圧ともいう。
【００３８】
具体的には、制御部５４は、操作ノブ１４の回転位置θに応じて設定される目標値に対応する電流が流れるように、コイル２８に印加する電圧を調整する。
目標値として採用される量は、コイル２８を流れる電流と相関を有する量であればよく、本実施形態では、コア２６がアーマチュアロータ３４を吸引する力（吸引力Ｆ）が目標値として採用される。吸引力Ｆの目標値は、例えば図３のフォースカーブに示されるように、回転位置θの変化に伴い周期的に適当な変化率にて増減するように設定される。
【００３９】
吸引力Ｆは、コイル電流に略比例して変化する。具体的には、図３のフォースカーブの場合、所定の回転位置（極小位置）θｍｉｎ０，θｍｉｎ１，θｍｉｎ２，θｍｉｎ３，θｍｉｎ４にてコイル電流が極小値になるのに合わせて、吸引力Ｆは極小値になり、所定の回転位置（極大位置）θｍａｘ０，θｍａｘ１，θｍａｘ２，θｍａｘ３，θｍａｘ４にてコイル電流が極大値になるのに合わせて、吸引力Ｆは極大値になる。
【００４０】
そして、吸引力Ｆは、操作ノブ１４の回転位置θが例えば極小位置θｍｉｎ１から極大位置θｍａｘ１に向けて変化するとき、所定の傾きにて増大し、極大位置θｍａｘ１から隣の極小位置θｍｉｎ２に向けて変化するとき、所定の傾きにて減少する。
図３のフォースカーブによれば、操作者には、操作ノブ１４を回転させたときに、極小位置θｍｉｎ０，θｍｉｎ１，θｍｉｎ２，θｍｉｎ３，θｍｉｎ４に引き込まれるような操作感、いわゆるクリック感が吸引力Ｆによって与えられる。
【００４１】
再び図２を参照すると、制御部５４は、図３のフォースカーブに示される吸引力Ｆを発生させるためのコイル電流をコイル２８に流すために、メモリに読み出し可能に予め格納された、目標値データ６０、第１マップデータ６２及び第２マップデータ６４を有する。
【００４２】
目標値データ６０では、操作ノブ１４の回転位置θ毎に、図３のフォースカーブに示される吸引力Ｆを発生させるためにコイル２８に流す必要があるコイル電流の目標値、及び、目標値にてコイル電流を定常的に流すためにコイル２８に印加することが必要な電圧（必要印加電圧）が規定されている。
なお、必要印加電圧は、充分な時間コイル２８に印加したときに、コイル電流が目標値にて飽和する電圧である。
【００４３】
〔第１マップデータ及び第２マップデータ〕
第１マップデータ６２は、コイル電流の目標値が増大方向に変化するときに参照され、第２マップデータ６４は、コイル電流の目標値が減少方向に変化するときに参照される。
【００４４】
図４及び図５は、第１マップデータ６２及び第２マップデータ６４の内容をそれぞれ例示する表である。第１マップデータ６２及び第２マップデータ６４では、現在のコイル電流の目標値Ｉｎと、前回のコイル電流の目標値Ｉｎ−１と、過剰電圧印加時間ｔｎとの関係が規定されている。
なお、図４及び図５中の現在及び前回の目標値Ｉｎ，Ｉｎ−１の単位はＡ（アンペア）であり、過剰電圧印加時間ｔｎの単位はｍｓ（ミリ秒）である。
【００４５】
過剰電圧印加時間ｔｎは、回転位置θの変化に伴い目標値を変化させる時点を始期として、コイル２８に過剰電圧が印加される時間の長さである。過剰電圧印加時間ｔｎは、現在のコイル電流の目標値Ｉｎ、前回のコイル電流の目標値Ｉｎ−１、及び、過剰電圧に基づいて設定される。
【００４６】
過剰電圧は、コイル電流の目標値が増大方向に変化するとき（Ｉｎ＞Ｉｎ−１）、即ち、第１マップデータ６２が参照されるときには、現在の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧よりも充分に高い電圧（過励磁電圧Ｅｏｖ）である。
この場合の電圧が高いとは、電圧の極性が同じであって、電圧の絶対値が大きいことをいう。
【００４７】
一方、過剰電圧は、コイル電流の目標値が減少方向に変化するとき（Ｉｎ＜Ｉｎ−１）、即ち、第２マップデータ６４が参照されるときには、必要印加電圧よりも充分に低い電圧（逆励磁電圧Ｅｒｅ）である。なおこの場合の電圧が低いとは、電圧の極性が逆である場合も含む。
【００４８】
過励磁電圧Ｅｏｖ及び逆励磁電圧Ｅｒｅは、本実施形態では毎回一定であるが、これに限られるものではない。
そして、本実施形態では、好ましい態様として、過剰電圧印加時間ｔｎは、現在のコイル電流の目標値Ｉｎと前回のコイル電流の目標値Ｉｎ−１の差に基づいて設定される。つまり、好ましい態様では、過励磁電圧Ｅｏｖ及び逆励磁電圧Ｅｒｅは、過剰電圧印加時間と目標値の差が比例するようにそれぞれ設定される。
【００４９】
以下、上述した回転入力装置１０の動作について説明する。
車の乗員が、操作ノブ１４を回転させた場合、制御部５４は、操作ノブ１４の回転位置θに応じた命令を、カーエアコンメインコントローラ５８に入力する。これにより、乗員の希望に応じてカーエアコンが作動する。
【００５０】
一方、制御部５４は、乗員が操作ノブ１４を回転させるときに命令を選択し易いよう、適当な制動力を発生させる。例えば、制御部５４は、図３のフォースカーブに示される吸引力Ｆを発生させるようにコイル２８に電流を流し、制動力を発生させる。この場合、極小位置θｍｉｎ０，θｍｉｎ１，θｍｉｎ２，θｍｉｎ３，θｍｉｎ４のうち何れかに操作ノブ１４の回転位置θを合わせると、例えば、エアコンの風量が所定の値に設定される。
【００５１】
より詳しくは、制御部５４は、フォトインタラプタ検出器４８の出力に基づいて、操作ノブ１４の回転位置θの変化を検出する。制御部５４は、操作ノブ１４の回転位置θの変化を検出すると、目標値データ６０に基づいて、変化後（現在）のコイル電流の目標値Ｉｎ、変化前（前回）のコイル電流の目標値Ｉｎ−１、及び、変化後の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧を読み込む。
【００５２】
そして、制御部５４は、変化後の目標値Ｉｎが変化前の目標値Ｉｎ−１よりも増大している場合には、第１マップデータ６２を参照して過剰電圧印加時間ｔｎを読み込む。なお、本実施形態では、変化後の目標値Ｉｎと変化前の目標値Ｉｎ−１の差から、過剰電圧印加時間ｔｎを読み込むことができる。
一方、制御部５４は、変化後の目標値Ｉｎが変化前の目標値Ｉｎ−１よりも減少している場合には、第２マップデータ６４を参照して過剰電圧印加時間ｔｎを読み込む。なおこの場合も、本実施形態では、変化後の目標値Ｉｎと変化前の目標値Ｉｎ−１の差から、過剰電圧印加時間ｔｎを読み込むことができる。
【００５３】
その上で、制御部５４は、電源部５６を介してコイル２８に、回転位置θの変化を検出して目標値を変化させる時点を始期として過剰電圧印加時間ｔｎだけ過剰電圧を印加し、過剰電圧印加時間ｔｎの経過後に、変化後の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧を印加する。
なお、過剰電圧は、変化後の目標値Ｉｎが変化前の目標値Ｉｎ−１よりも増大している場合には過励磁電圧Ｅｏｖであり、変化後の目標値Ｉｎが変化前の目標値Ｉｎ−１よりも減少している場合には逆励磁電圧Ｅｒｅである。
【００５４】
図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、コイル電流の目標値が増大する方向にて回転位置θが極小位置θｍｉｎから隣の極大位置θｍａｘまで変化したときの、コイル電流の目標値、コイル２８に印加された電圧、及び、吸引力Ｆのそれぞれの経時変化を概略的に示している。
図６に示したように、コイル電流の目標値が変化するたびに、過励磁電圧Ｅｏｖが、過剰電圧印加時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７だけ印加され、その後、必要印加電圧が印加されている。
【００５５】
図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、コイル電流の目標値が減少する方向にて、回転位置θが極大位置θｍａｘから隣の極小位置θｍｉｎまで変化したときの、コイル電流の目標値、コイル２８に印加された電圧、及び、吸引力Ｆのそれぞれの経時変化を概略的に示している。
図７に示したように、コイル電流の目標値が変化するたびに、逆励磁電圧Ｅｒｅが、過剰電圧印加時間ｔ１，ｔ２，ｔ３だけ印加され、その後、必要印加電圧が印加されている。
【００５６】
一方、図８は、比較例として、コイル電流の目標値が増大する方向にて、回転位置θが極小位置θｍｉｎから隣の極大位置θｍａｘまで変化した場合に、過剰電圧を印加せずに、必要印加電圧を単にコイル２８に印加したときの、吸引力Ｆの目標、その実際及び、コイル２８に印加された電圧のそれぞれの経時変化を概略的に示している。
【００５７】
上述した一実施形態の回転入力装置１０によれば、コイル電流の目標値が変化するたびに、現在の目標値Ｉｎ、前回の目標値Ｉｎ−１及び過剰電圧に基づいて設定される過剰電圧印加時間ｔｎだけ、過剰電圧が印加される。
図６と図８を比較すると明らかなように、過剰電圧を印加することによって、コイル電流が速く変化するとともにコア２６が迅速に磁化される。この結果として、この回転入力装置１０によれば、操作ノブ１４の回転位置θに応じて所望の制動力が的確に発生させられ、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００５８】
具体的には、回転入力装置１０では、コイル電流の目標値が増大するときに、過剰電圧として、変化後の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧よりも高い過励磁電圧Ｅｏｖをコイル２８に印加することによって、コイル電流が速く増大するとともにコア２６が迅速に磁化される。これにより、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００５９】
また、回転入力装置１０では、コイル電流の目標値が減少するときに、過剰電圧として、変化後の目標値Ｉｎに対応する必要印加電圧とは極性が異なる逆励磁電圧をコイル２８に印加することによって、コイル電流が速く減少するとともにコア２６の磁力が迅速に小さくなる。これにより、吸引力Ｆが迅速に目標に近くなり、操作者に良好な操作感が与えられる。
【００６０】
また、回転入力装置１０では、過励磁電圧Ｅｏｖ及び逆励磁電圧Ｅｒｅがそれぞれ毎回一定であり、且つ、コイル電流の差と過剰電圧印加時間が比例するように設定されている。このようにシンプルにしてもよいが、それに限られるものではない。
【００６１】
そして、上述した回転入力装置１０を備えるカーエアコンシステムによれば、乗員は、操作ノブ１４の操作感触によって、カーエアコンシステムに対して命令を的確、迅速且つ容易に入力することができる。
【００６２】
本発明は上述した一実施形態に限定されることはなく、種々の変更を加えた実施形態も含む。
上述した一実施形態では、図４及び図５に示されるように、現在のコイル電流の目標値Ｉｎと前回のコイル電流の目標値Ｉｎ−１の組に対応して、過剰電圧印加時間ｔｎが規定されていたが、コイル電流の目標値の差に限らず、印加電圧の目標値の差等に応じて、過剰電圧印加時間ｔｎを規定するようにしてもよい。
【００６３】
上述した一実施形態では、図６によれば、回転位置θの検出間隔Ｔｓが６ｍｓであり、６ｍｓ毎に目標値を変化させていたが、検出間隔Ｔｓは適宜変更可能であり、例えば１ｍｓに設定してもよい。そして、検出間隔Ｔｓに応じて、過剰電圧や過剰電圧印加時間ｔｎを変更してもよい。目標値を変化させる間隔が短いほど、操作者に対し、より滑らかな操作感触が与えられる。
【００６４】
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。
【００６５】
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等の車載機器、及び、他の電子機器にも好適であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置
１４ 操作ノブ（回転操作部）
２４ ソレノイドユニット（電磁ブレーキ）
２６ コア（電磁ブレーキ）
２８ コイル（電磁ブレーキ）
３４ アーマチュアロータ（回転駆動体）
４２ 支持ディスク（回転駆動体）
４８ フォトインタラプタ検出器（回転位置検出器）
５４ 制御部
ｔｎ 過剰電圧印加時間
Ｅｏｖ 過励磁電圧（過剰電圧）
Ｅｒｅ 逆励磁電圧（過剰電圧）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転操作部と、
前記回転操作部の回転位置を検出する回転位置検出器と、
前記回転操作部とともに回転する回転駆動体と、
コイル及びコアを含み、前記コイルを流れる電流に応じて発生する制動力を前記駆動体に与える電磁ブレーキと、
前記回転操作部の回転位置に応じて設定される、前記コイルを流れる電流と相関を有する量の目標値に基づいて、前記コイルに印加される電圧を調整する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記回転位置の変化に伴い前記目標値が増大方向及び減少方向のうち一方向に複数回に渡って変化するときに、
各回における変化前の目標値を前回目標値とし、
各回における変化後の目標値を現在目標値とすると、
前記現在目標値に対応する電流を前記コイルに定常的に流すために前記コイルに印加することが必要な必要印加電圧に比べて、前記コイルを流れる電流の変化率が大きくなるように設定される過剰電圧を、前記前回目標値及び前記現在目標値に応じて設定される過剰電圧印加時間だけ、前記目標値が変化するたびに前記コイルに印加する
ことを特徴とする電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が増大方向に変化するときに、前記過剰電圧として、前記必要印加電圧よりも高い過励磁電圧を前記コイルに印加する
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項３】
前記過励磁電圧が印加される前記過剰電圧印加時間は、前記前回目標値と前記現在目標値との差が大きければ長く、前記差が小さければ短く設定される
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が減少方向に変化するときに、前記過剰電圧として、前記必要印加電圧とは極性が異なる逆励磁電圧を前記コイルに印加する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項５】
前記逆励磁電圧が印加される過剰電圧印加時間は、前記前回目標値と前記現在目標値の差が大きければ長く、前記差が小さければ短く設定される
ことを特徴とする請求項４に記載の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項１】
回転操作部と、
前記回転操作部の回転位置を検出する回転位置検出器と、
前記回転操作部とともに回転する回転駆動体と、
コイル及びコアを含み、前記コイルを流れる電流に応じて発生する制動力を前記駆動体に与える電磁ブレーキと、
前記回転操作部の回転位置に応じて設定される、前記コイルを流れる電流と相関を有する量の目標値に基づいて、前記コイルに印加される電圧を調整する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記回転位置の変化に伴い前記目標値が増大方向及び減少方向のうち一方向に複数回に渡って変化するときに、
各回における変化前の目標値を前回目標値とし、
各回における変化後の目標値を現在目標値とすると、
前記現在目標値に対応する電流を前記コイルに定常的に流すために前記コイルに印加することが必要な必要印加電圧に比べて、前記コイルを流れる電流の変化率が大きくなるように設定される過剰電圧を、前記前回目標値及び前記現在目標値に応じて設定される過剰電圧印加時間だけ、前記目標値が変化するたびに前記コイルに印加する
ことを特徴とする電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が増大方向に変化するときに、前記過剰電圧として、前記必要印加電圧よりも高い過励磁電圧を前記コイルに印加する
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項３】
前記過励磁電圧が印加される前記過剰電圧印加時間は、前記前回目標値と前記現在目標値との差が大きければ長く、前記差が小さければ短く設定される
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記回転位置の変化に伴い前記目標値が減少方向に変化するときに、前記過剰電圧として、前記必要印加電圧とは極性が異なる逆励磁電圧を前記コイルに印加する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【請求項５】
前記逆励磁電圧が印加される過剰電圧印加時間は、前記前回目標値と前記現在目標値の差が大きければ長く、前記差が小さければ短く設定される
ことを特徴とする請求項４に記載の電磁ブレーキ式操作感触付与型回転入力装置。
【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２０１２−４３３２１（Ｐ２０１２−４３３２１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５７９５（Ｐ２０１０−１８５７９５）
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【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２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【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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