JP6775111B2

JP6775111B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP6775111B2
Application number: JP2017536200A
Authority: JP
Inventors: 徹荒川; 小野　貴敏; 貴敏小野; 雅博水上
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2036-08-02
Also published as: JPWO2017033403A1; US10276320B2; DE112016003865B4; WO2017033403A1; DE112016003865T5; US20180233302A1

Description

本開示は、例えば電気機器や車の操作などに使用される入力装置に関し、特に、人の手によってつまみを回転させることにより電気機器や車などを操作することができる入力装置に関する。

従来から、手動で回転操作されるつまみと、このつまみの回転角を検出するロータリーエンコーダとを備えた入力装置が存在している。さらに、例えば特許文献１には、つまみの回転を阻止するロック機構を備えた入力装置であって、ロック機構とつまみを保持する軸体との間に弾性部材を介在配置させ、つまみの回転をロック機構でロックしつつ、弾性部材の撓みによりつまみを僅かに回転させることができる入力装置が記載されている。これにより、つまみの僅かな回転を検出し、検出結果に基づきロックを解除することが可能になると特許文献１には記載されている。

特開２００５−１９１１３号公報

本開示は、回転軸方向における厚みを比較的薄くすることができる入力装置の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本開示にかかる入力装置は、つまみと、回転軸体と、フランジ部材と、弾性部材と、回転制御部と、検出器とを有する。

つまみは、人の手により回転操作される。回転軸体は、つまみと接続され、つまみと共に回転する。フランジ部材は、回転軸体の外周面側方に配置される。フランジ部材は、回転軸体と共に回転する。弾性部材は、可撓性を有し、回転軸体の外周面側方においてフランジ部材に固定される。回転制御部は、弾性部材の回転軸体周りの回転を許可し、また、禁止することができる。検出器は、回転軸体の回転状態を検出する。

本開示によれば、つまみの回転を検出して電気機器や車を操作することができる入力装置の回転軸方向の厚みを比較的薄くすることが可能となる。

図１は、本開示の実施の形態における入力装置を示す斜視図である。図２は、本開示の実施の形態における入力装置を分解した状態で示す斜視図である。図３は、本開示の実施の形態における入力装置を筐体に組み込んだ状態で示す断面図である。図４は、フランジ部材、弾性部材、および、アーマチュアを示す斜視図である。図５は、本開示の実施の形態における入力装置を車に取り付けた状態で示す平面図である。図６は、アーマチュアに対するフランジ部材の回転状態を示す平面図である。図７は、アーマチュアに対するフランジ部材の他の回転状態を示す平面図である。

本開示の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。特許文献１に記載の入力装置においては、つまみ、つまみを保持する軸体、弾性部材、および、ロック機構が回転軸に沿って一直線に並んで配置されているため、回転軸方向における入力装置の厚みを薄くすることが困難である。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示の実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

また、図面は、本願開示を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、本開示の実施の形態における入力装置を示す斜視図である。

図２は、本開示の実施の形態における入力装置を分解した状態で示す斜視図である。

図３は、本開示の実施の形態における入力装置を筐体に組み込んだ状態で示す断面図である。

これらの図に示すように、入力装置１００は、人の手による回転操作に対応した信号を電気機器や車などの他の装置に入力することができる装置であって、つまみ１０１と、回転軸体１０２と、フランジ部材１０３と、弾性部材１０４と、回転制御部１０５と、検出器１０６とを有している。また本実施の形態の場合、入力装置１００は、ディテント装置１０７と、スイッチ１０８（図２、３参照）と、固定軸体１０９（図３参照）と、筐体２００（図３参照）とを有している。

つまみ１０１は、人の手により摘まんで回転操作される部材である。本実施の形態の場合、つまみ１０１は、円柱形状をしており、直径と長さが同等、または、直径よりも長さが短いものとなっている。また、つまみ１０１の外周面にはローレット模様が刻まれており（図示せず）、回転操作をする際に指が滑ることを防止している。なお、つまみ１０１を中実のように図示しているが、つまみ１０１は中空であってもかまわない。また、つまみ１０１の材質は、金属や樹脂など任意の材質を選択しうる。また、つまみ１０１の外観形状は円柱形状に制限されるものではなく、星形など任意の形状を採用しうる。

回転軸体１０２は、つまみ１０１と接続され、人の手により回転操作されるつまみ１０１と共に回転する棒状の部材である。本実施の形態の場合、回転軸体１０２は、つまみ１０１と同軸上に配置されており、つまみ１０１を着脱可能に保持している。また、回転軸体１０２は、図３に示すように、筐体２００に立設される固定軸体１０９に同軸上に嵌まり合う筒状となっており、固定軸体１０９の周りを回転することができるものとなっている。また、回転軸体１０２の外周面には、回転軸体１０２の軸方向に延び、放射方向に突出する第一突部１２１が円周上均等に４箇所設けられている。

なお、回転軸体１０２を構成する材料は特に限定されるものではないが、後述の回転制御部１０５、検出器１０６、ディテント装置１０７が磁力を用いて機能する場合は非磁性体の材料が好ましい。例えば回転軸体１０２は、樹脂により形成されるものでもよい。

図４は、フランジ部材、弾性部材、および、アーマチュアを示す斜視図である。

フランジ部材１０３は、回転軸体１０２の外周面側方に配置され、回転軸体１０２と共に回転し、回転軸体１０２の回転を規制することができる部材である。

本実施の形態の場合、同図に示すように、フランジ部材１０３は、板状、かつ、円環状であり、内周面には回転軸体１０２に設けられた第一突部１２１に嵌まり合う第一溝１３１が円周上均等に４箇所設けられている。第一溝１３１は、第一突部１２１と回転軸体１０２の周方向においてきっちりと嵌まり合っており、回転軸体１０２がいずれの方向に回転する場合においてもフランジ部材１０３は回転軸体１０２と共に回転する。フランジ部材１０３の回転が筐体２００に対して規制されると回転軸体１０２の回転も筐体２００に対して規制されるものとなっている。

また、第一溝１３１は、第一突部１２１と回転軸体１０２の軸方向においては滑らかに滑るものとなっており、軸方向に回転軸体１０２が移動した場合でも、フランジ部材１０３の軸方向における位置は変動しない。

また、フランジ部材１０３を構成する材料は特に限定されるものではないが、後述の弾性部材１０４との接続を加硫接着により行う場合は、鉄などの金属でフランジ部材１０３を構成することが好ましい。

なお、回転軸体１０２に、その放射方向に窪み、軸方向に延びる第一溝を設け、フランジ部材１０３に第一溝と嵌まり合い第一溝に沿って摺動可能な第一突部を設けてもかまわない。

弾性部材１０４は、回転軸体１０２の外周面側方においてフランジ部材１０３に固定され、フランジ部材１０３の回転軸体１０２周りの所定角度の回転を許容する可撓性を有する部材である。

本実施の形態の場合、弾性部材１０４は、フランジ部材１０３よりも厚みのある板状、かつ、円環状であり、内周面には回転軸体１０２に設けられた第一突部１２１に嵌まり合う位置に第一溝１３１に並んで第二溝１４２が円周上均等に４箇所設けられている。回転軸体１０２の周方向において、第二溝１４２は、第一溝１３１よりも幅が広く、第一突部１２１とは所定範囲の遊びが存在した状態で嵌まり合うものとなっている。また、第二溝１４２は、第一突部１２１と回転軸体１０２の軸方向においては滑らかに滑るものとなっており、軸方向に回転軸体１０２が移動した場合でも、フランジ部材１０３と同様に弾性部材１０４の軸方向における位置は変動しない。

また、弾性部材１０４を構成する材料は、自らの可撓性により固定的に接続されたフランジ部材１０３を回転軸体１０２の周方向の僅かな回転を許容する材料であり、復元力によりフランジ部材１０３を元の位置に戻すことができる材料である。具体的には、弾性部材１０４を構成する材料としては可撓性エラストマー、硬質ゴムなどを例示することができる。

なお、回転軸体１０２に、その放射方向に窪み、軸方向に延びる第一溝が設けられる場合、フランジ部材１０３と同様に、第一溝と嵌まり合い第一溝に沿って摺動可能な第二突部を弾性部材１０４に設けてもかまわない。この場合、回転軸体１０２の周方向において第一溝と第二突部とは所定の範囲の遊びが存在する。

回転制御部１０５は、弾性部材１０４の回転軸体１０２周りの回転を許可し、また、禁止することができる装置である。本実施の形態の場合、回転制御部１０５は電磁ブレーキであり、図２、図３に示すように、アーマチュア１５１と、電磁石１５２と、ヨーク１５３とを有している。

アーマチュア１５１は、回転軸体１０２の外周面側方において弾性部材１０４のフランジ部材１０３とは反対側に固定される部材であり、電機子と称される部材である。

本実施の形態の場合、アーマチュア１５１は、フランジ部材１０３と同等の厚みの板状、かつ、円環状であり、内周面には回転軸体１０２に設けられた第一突部１２１に嵌まり合う位置に第一溝１３１に並んで第三溝１５４が円周上均等に４箇所設けられている。回転軸体１０２の周方向において、第三溝１５４は、第一溝１３１よりも幅が広く第二溝１４２と同等であり、第一突部１２１とは所定範囲の遊びが存在した状態で嵌まり合うものとなっている。また、第三溝１５４は、第一突部１２１と回転軸体１０２の軸方向においては滑らかに滑るものとなっており、軸方向に回転軸体１０２が移動した場合でも、フランジ部材１０３と同様に、アーマチュア１５１の軸方向における位置は変動しない。

また、アーマチュア１５１を構成する材料は、電磁石１５２をオン（ＯＮ）することにより固定され、電磁石１５２をオフ（ＯＦＦ）することにより固定が解除される磁性材料である。具体的には、アーマチュア１５１を構成する材料としては鉄を例示することができる。

なお、回転軸体１０２に、その放射方向に窪み、軸方向に延びる第一溝が設けられる場合、フランジ部材１０３と同様に、第一溝と嵌まり合い第一溝に沿って摺動可能な第三突部をアーマチュア１５１に設けてもかまわない。この場合、回転軸体１０２の周方向において第一溝と第三突部とは所定の範囲の遊びが存在する。

ここで、フランジ部材１０３とアーマチュア１５１は弾性部材１０４を挟んだ状態で固着されている。このようなフランジ部材１０３と弾性部材１０４とアーマチュア１５１との固着方法は特に限定されるものではなく、接着剤による接合等でもかまわない。なお、弾性部材１０４がゴムで形成される場合、所定の間隔で対向状態に配置されるフランジ部材１０３とアーマチュア１５１の間に弾性部材１０４を形成しつつこれらを一体に接合する加硫接着によりフランジ部材１０３と弾性部材１０４とアーマチュア１５１とを接続してもかまわない。

電磁石１５２は、回転軸体１０２の外周面側方に配置される導線からなるコイルである。電磁石１５２は、外部から電力が供給されることより磁力を発生させることができ、電力の供給が遮断されることにより磁力を発生しない状態に変更することができるものである。本実施の形態の場合、電磁石１５２は、回転軸体１０２の周囲に巻き付く円環状に形成されており、ヨーク１５３内に収容された状態で配置されている。

ヨーク１５３は、回転軸体１０２の外周面側方に配置され、電磁石１５２に基づき発生する磁束を制御し、アーマチュア１５１を磁気的に強く引きつけてアーマチュア１５１との間で摩擦を発生させることでアーマチュア１５１の回転軸体１０２周りの回転を禁止することができる部材である。また、電磁石１５２からの磁束がなくなると、ヨーク１５３は、アーマチュア１５１を引きつける力がなくなり、アーマチュア１５１との間の摩擦が減少することで、アーマチュア１５１の回転軸体１０２周りの回転を許可する。

ヨーク１５３の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、電磁石１５２を収容することのできる環状かつ器状の形状となっている。また、ヨーク１５３を構成する材料は、電磁石１５２が発生させる磁束を制御することができる磁性材料である。具体的には、ヨーク１５３を構成する材料としては鉄を例示することができる。

検出器１０６は、回転軸体１０２の回転状態を検出する装置である。本実施の形態の場合、検出器１０６は、主歯車１６０と、第一歯車１６１と、第二歯車１６２と、検出素子１６３とを有している。

主歯車１６０は、回転軸体１０２に同軸で取り付けられる平歯車であり、回転軸体１０２と共に回転する歯車である。

第一歯車１６１、および、第二歯車１６２は、主歯車１６０にかみ合って回転する相互に径の異なる平歯車である。なお、第一歯車１６１、および、第二歯車１６２には、それぞれ検出素子１６３で回転を検出させるための磁石が取り付けられている。

検出素子１６３は、第一歯車１６１、および、第二歯車１６２の回転を検出する素子である。本実施の形態の場合、検出素子１６３は、第一歯車１６１、および、第二歯車１６２にそれぞれ設けられた磁石の動きを個別に検出する磁気抵抗素子を有している。

ここで、検出器１０６は、主歯車１６０とそれぞれかみ合い、相互に径の異なる第一歯車１６１、および、第二歯車１６２の回転を二つの検出素子１６３でそれぞれ検出する。それにより、主歯車１６０を介した回転軸体１０２の相対的な回転状態ばかりでなく、絶対的な回転状態、つまり、筐体２００に対する回転軸体１０２の回転状態を検出できるものとなっている。

なお、検出器１０６は、上記に限定されるものではなく、ロータリーエンコーダーなど任意のものでもよい。

ディテント装置１０７は、回転軸体１０２を介してつまみ１０１が所定の回転角度にあることを力覚として人の手に伝えることができる節度装置である。ディテント装置１０７は、例えばノッチに向かって付勢されたピンがノッチにはまり込んだ状態、および、ノッチから外れた状態のような感覚である節度感覚（クリック感）をつまみ１０１を回転させる人の手に伝えることができるものである。本実施の形態の場合、ディテント装置１０７は、節度感覚を磁気を用いて発生させることができるものであり、磁気の状態を制御することで節度感覚の変更や節度感覚の消失などを制御することができる。

スイッチ１０８は、回転軸体１０２の軸方向の動きを検出することができる装置である。本実施の形態の場合、スイッチ１０８は、プッシュスイッチであり、人がつまみ１０１を押す動作を回転軸体１０２を介して検出し、信号を送信することができる装置である。

筐体２００は、電気機器や車などの他の機器に固定されて、つまみ１０１の回転や、つまみ１０１の押し引きの位置的基準となる部材である。また、筐体２００は、回転制御部１０５の一部であるヨーク１５３を固定状態で保持し、ディテント装置１０７の一部を固定状態で保持している。また筐体２００は、スイッチ１０８、検出素子１６３が取り付けられ、第一歯車１６１、および、第二歯車１６２が回転可能に取り付けられている。

本実施の形態の場合、入力装置１００は筐体２００に組み込まれる。具体的には、筐体２００は、入力装置１００における、つまみ１０１、および、回転軸体１０２の先端部以外を収容している。

以上説明した入力装置１００は、回転軸体１０２の外周面の側方に、フランジ部材１０３、弾性部材１０４、回転制御部１０５、検出器１０６、および、ディテント装置１０７が配置されており、回転軸体１０２の軸線上にはこれらの部品が配置されていない。従って、回転軸体１０２の軸方向において、入力装置１００の厚みを薄くすることが可能となる。

また、回転軸体１０２の周方向において、回転軸体１０２とアーマチュア１５１との間に所定の遊びのある係合状態を形成しておく。それにより、アーマチュア１５１が固定された状態でつまみ１０１を回転させると、回転軸体１０２と、弾性部材１０４、および、アーマチュア１５１の少なくとも一方との間の遊びの分だけ弾性部材１０４を撓ませてつまみ１０１を回転させることができる。しかしながら、遊びの分に相当する所定の角度まで、つまみ１０１を回転させたところで、回転軸体１０２と、固定状態のアーマチュア１５１、または、弾性部材１０４とが係合し、それ以上つまみ１０１が回転しなくなる。つまり、人がつまみ１０１を強い力で回転させたとしても、弾性部材１０４が無理に撓まされることなく、回転軸体１０２は、遊びの分だけしか回転しないため、弾性部材１０４への負担が軽減し、入力装置１００の寿命を向上させることが可能となる。

次に、人の手により操作した際の入力装置１００の動作を入力装置１００が車に取り付けられた場合を例に説明する。

図５は、本開示の実施の形態における入力装置を車に取り付けた状態で示す平面図である。

同図に示すように、入力装置１００は、車（図示せず）の動作状態を変更するために車に取り付けられている。図中のＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、Ｌは、以下の意味で記載されている。Ｐ：パーキング（タイヤをロックした状態）。Ｎ：ニュートラル（タイヤをロックしない状態）。Ｄ：ドライブ（通常走行状態）。Ｌ：ロー（エンジンブレーキなどが必要な状態）。Ｒ：リバース（後退させる状態）。

通常、入力装置１００を用いて車の運転を行う場合、運転者はつまみ１０１を回転させて運転状態を選択する。つまみ１０１には、選択位置を示す目印１１１が刻印されており、ディテント装置は、目印１１１がＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、Ｌの各位置を示す際に強い力覚が発生するように回転軸体のトルクを制御している。また、検出器は、目印１１１がＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、Ｌのどの位置をあるかを示す情報を車に送信する。

また、目印１１１がＤの位置にある場合、回転制御部はアーマチュアを固定して、つまみ１０１の回転を禁止している。これは、車を前進中などに不本意に目印１１１の位置がＬに変わり、エンジンブレーキが急にかかることを防止するためである。

目印１１１の位置をＤからＬに変更するには、運転者はつまみ１０１を押しながら右に回転させる。つまみ１０１が押されることにより回転軸体を介してスイッチが押され、回転制御部を解除する信号が出力されることにより、目印１１１の位置をＬに変更することができる。

次に、運転モードにおいては、目印１１１はＬの位置よりも右に回転させる必要はないため、回転制御部はアーマチュアを固定している。この状態で図６に示す様に、フランジ部材１０３の第一溝１３１は、弾性部材１０４の第二溝１４２、および、アーマチュア１５１の第三溝１５４の中央に位置した状態となっている。

次に、運転者が目印１１１をＬの位置からＤの位置に戻そうとしてつまみ１０１を左に回転させる。この場合、回転制御部のアーマチュア１５１は固定されているため、つまみ１０１の回転に連動して回転するフランジ部材１０３は、図７に示す様に、弾性部材１０４の撓み、および、第一突部１２１と第三溝１５４との遊びによって僅かに左に回転する。検出器は回転軸体１０２を介してつまみ１０１の僅かな左回転を検出する。検出結果に基づく信号を受信した回転制御部１０５は、アーマチュア１５１の固定を解除する。以上によって、運転者は、特に意識することなく目印１１１をＤの位置にすることができる。

一方、運転者が間違えて目印１１１をＬの位置からさらに右方向につまみ１０１を回転させる。この場合も上記と同様、回転制御部のアーマチュア１５１は固定されているため、つまみ１０１は、弾性部材１０４の撓み、および、第一突部１２１と第三溝１５４との遊びによって僅かに右に回転する。検出器は回転軸体１０２を介してつまみ１０１の僅かな右回転を検出する。検出結果に基づく信号を受信した車は警告音などにより運転者の間違った操作を報知する。このとき、回転制御部のアーマチュア１５１は、固定された状態を維持する。以上によって、運転者は、間違った操作を意識することができる。

なお、車が運転モードにない場合などにおいては、回転制御部やディテント装置を機能させず、つまみ１０１を自由に回転させることができるようにしても良い。これにより、例えば、つまみ１０１を自由に回転させることができる際には、エアコンなどの風量を調節したり、オーディオの音量を調整したりするなどの機能を入力装置１００に持たせることができる。

上記した本開示の実施の形態によれば、回転制御部１０５によりアーマチュア１５１の回転が禁止された状態においては、弾性部材１０４の撓み、および、第一突部１２１と第三溝１５４との遊びによりつまみ１０１を所定の角度範囲でのみ回転させることができる。従って、検出器１０６が回転軸体１０２を介して僅かな回転を検出することで、回転制御部１０５の解除などを容易に行うことができ、操作性の優れた入力装置１００を提供することができる。

また、アーマチュア１５１が固定された状態においてフランジ部材１０３の回転は第三溝１５４の幅に制限されているため、弾性部材１０４がむやみに撓むことがない。従って、弾性部材１０４への負担やフランジ部材１０３、弾性部材１０４、アーマチュア１５１の接合部分への負担を軽減することができ、高耐久で高寿命の入力装置１００を提供することができる。

なお、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本開示の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本開示の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本開示に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、入力装置１００は、ディテント装置１０７やスイッチ１０８を有するものとして説明したが、これらは特に有さなくてもかまわない。

また、入力装置１００の適用例として車を例示したが、テレビやエアコンなどの電気機器を操作するための入力装置１００など任意の機器に適用することができる。

本開示は、車や電気機器など回転操作によって制御される装置などに利用可能である。

１００入力装置
１０１つまみ
１０２回転軸体
１０３フランジ部材
１０４弾性部材
１０５回転制御部
１０６検出器
１０７ディテント装置
１０８スイッチ
１０９固定軸体
１１１目印
１２１第一突部
１３１第一溝
１４２第二溝
１５１アーマチュア
１５２電磁石
１５３ヨーク
１５４第三溝
１６０主歯車
１６１第一歯車
１６２第二歯車
１６３検出素子
２００筐体

Claims

人の手により回転操作されるつまみと、
前記つまみと接続され、前記つまみと共に回転する回転軸体と、
前記回転軸体の外周面側方に配置され、前記回転軸体と共に回転するフランジ部材と、
前記回転軸体の外周面側方において前記フランジ部材に固定される可撓性を有する弾性部材と、
前記弾性部材の前記回転軸体周りの回転を許可し、また、禁止することができる回転制御部と、
前記回転軸体の回転状態を検出する検出器と
を備え、
前記回転軸体、および、前記フランジ部材の一方には、前記回転軸体の軸方向に延びる第一溝が設けられ、他方に前記第一溝と嵌まり合い前記第一溝に沿って摺動可能な第一突部が設けられ、
前記弾性部材は、前記回転軸体に設けられた前記第一突部と嵌まり合う位置に第二溝、または、前記回転軸体に設けられた前記第一溝と嵌まり合う位置に第二突部が設けられ、前記第二溝は前記第一突部との間で、または、前記第二突部は前記第一溝との間で、前記回転軸体の周方向において所定範囲の遊びが存在する大きさである入力装置。
前記フランジ部材、および、前記弾性部材は環形状である、
請求項１に記載の入力装置。
前記回転制御部は、
前記回転軸体の外周面側方において前記弾性部材の前記フランジ部材とは反対側に固定されるアーマチュアと、
前記回転軸体の外周面側方に配置される電磁石と、
前記回転軸体の外周面側方に配置され、前記電磁石の磁力に基づき前記アーマチュアの前記回転軸体周りの回転を許可し、また、禁止するヨークとを備える
請求項１に記載の入力装置。