JPWO2017022160A1 - 回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置 - Google Patents

Abstract

所定の回転角度において節度部により軸部に節度力が加えられると共に、第１の制御部（１２）が第２の制御部（２１）からの制御信号によって、アクチュエータ（５）を制御して軸部（２Ａ，３Ａ）に所望の外力を印加するように回転操作入力装置（２０）を構成し、この回転操作入力装置（２０）にシフト装置を制御する第２の制御部（２１）を接続してシフト装置を構成する。

Description

本開示は、主に自動車のシフト操作を行うために、車室内の運転席近傍に装着され、回転操作により所定の切換信号を車両のシフト装置に出力し、シフト操作を行なう回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置に関するものである。

近年、車室内の運転席近傍に装着され、回転操作によりシフト操作を行なう回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置が増えてきており、操作が確実で多様な操作が可能なものが求められている。

なお、従来のシフト操作装置としては、特許文献１に開示されるシフト操作装置が知られている。

このようなシフト操作装置の回転操作入力装置は、軸部に回転操作用の操作体を固着し、軸部の回転角度を検出する検出手段と、軸部に外力を加えるアクチュエータと、制御部が操作体の回転に対応してアクチュエータを介して軸部に加える外力を制御すると共に、車両のシフト装置を所定のシフト状態に切換えるように構成されているものであった。

特表２００９−５１９８５５号公報

上記目的を達成するために本開示は、軸部に固定され、軸部を中心に回転可能な操作体と、軸部の回転を検出し、検出信号を出力する検出部と、軸部に外力を印加するアクチュエータと、検出信号に応じて角度信号を出力すると共に、角度信号に応じて得られた制御信号によってアクチュエータを制御する第１の制御部と、軸部に固定され外側又は内側に凹凸部を形成した節度カムと、節度カムの凹凸部に弾接する弾接部からなる節度部を備え、軸部の所定の回転角度において節度部により軸部に節度力が加えられると共に、第１の制御部が制御信号によってアクチュエータを制御して軸部に所望の外力を印加するようにして回転操作入力装置を構成し、この回転操作入力装置にシフト装置を制御する第２の制御部を接続してシフト操作装置を構成する。

本開示によれば、軸部に固定され外側又は内側に凹凸部を形成した節度カムと、節度カムの凹凸部に弾接する弾接部からなる節度部を備え、所定の回転角度において節度部により軸部に節度力が加えられると共に、第１の制御部が制御信号によってアクチュエータを制御して軸部に所望の外力を印加することによって、アクチュエータが非起動状態においても節度部による節度力が常時、軸部に印加されため、操作体が安定して所定の位置で保持されると共に、回転操作時においても、アクチュエータによる外力に加え節度部による節度力が軸部に印加され、操作体を所望の回転位置に確実に停止させ易く、操作感触が良好で、多様な操作の回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置を得ることができるという有利な効果が得られる。

本発明の一実施の形態による回転操作入力装置及びシフト操作装置の構成図 同回転操作入力装置の分解斜視図 同アクチュエータの要部斜視図 同動作時の操作力の説明図 同使用例の装置の平面図

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。

上記従来の回転操作入力装置においては、イグニッションキーがＯＦＦの時などアクチュエータが起動していない状態では、軸部にはアクチュエータによる外力が印加されていないため、操作体が自由状態となって所定位置での保持が不安定になることや、回転操作時に操作体を所望の回転位置に確実に停止し難いという課題があった。

本開示は、このような従来の課題を解決するものであり、アクチュエータが起動していない状態でも操作体が所定の位置に安定して保持され、回転操作時に操作体が所望の回転位置に確実に停止し易い回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置を提供することを目的とする。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転操作入力装置及びシフト操作装置の構成図、図２は同回転操作入力装置の分解斜視図、図３は同アクチュエータの要部斜視図である。

操作体１は合成樹脂製で、上部に略円筒状の操作部１Ａが形成され、下部に連結部１Ｂが一体に形成されている。

回転体２は合成樹脂製で、操作体１側となる上部に略中空筒状の軸部２Ａと、下部の外周に回転ギヤ２Ｂが形成されている。

節度カム体３は合成樹脂製で、上部に略中空筒状の軸部３Ａと、軸部３Ａと一体に形成され下部の外周に山部と谷部が交互に環状に複数配置された節度カム３Ｂを有する。

ケース４は略箱状で底面から上方へ突出した略円筒状の固定軸４Ａを有する。

軸部３Ａの内周（図示せず）と操作体１の連結部１Ｂが回転方向において固定されて、操作体１が節度カム体３と回転できる状態にて固定されている。軸部３Ａの外周に所定間隔で突出し上下方向に延出した複数の係止部３Ｃが、回転体２の軸部２Ａの内周に設けられた溝状の係合部２Ｃに係合して、節度カム体３と回転体２が回転方向において固定されている。

そして、互いに回転できる状態にて固定された操作体１と回転体２と節度カム体３が、固定軸４Ａに回転可能に軸支されている。

アクチュエータ５は図３の要部斜視図に示すように、外側にコイル体７を有し、コイル体７の内側の中空部に回転可能に装着された略リング状の磁石体６を備える。

磁石体６は上下方向に延出したＮ極とＳ極の磁石が外周に交互に複数配置されて、リング状に一体に形成されている。

コイル体７は、軟鉄等の鉄製の上カバー７Ａと下カバー７Ｂを有し、上カバー７Ａと下カバー７Ｂに囲まれた略環状の空間内に銅線等のコイル線が巻回されたコイル部７Ｃを収納している。

上カバー７Ａの内周には下方へ略三角形状に突出した複数の上突片７Ｄが形成され、下カバー７Ｂの内周には上方へ略三角形状に突出した複数の下突片７Ｅが形成されて、上突片７Ｄと下突片７Ｅが所定の隙間を空けて同一内周面の全周に交互に配置されている。

コイル部７Ｃの両端部は上カバー７Ａの外周の一端に設けた電源入力部７Ｆに各々接続されている。

そして、電源入力部７Ｆを介してコイル部７Ｃに、後述する第１の制御部１２に制御された電力が外部から供給されると、コイル部７Ｃによって上突片と下突片にＮ極又はＳ極の所定の磁極が生じ、これらの磁極と磁石体６の交互に配置された磁極との間に吸引力又は反発力が発生して、これらの力が磁石体６に対し外力として作用する。

また、磁石体６の内周に設けた上下方向に延出した略溝状の複数の係合部６Ａに、回転体２の軸部２Ａの外周に所定間隔で突出し上下方向に延びた複数の係止部２Ｄが係合して、回転体２に磁石体６が回転できる状態にて固定されている。

このように、操作体１と節度カム体３が回転できる状態にて固定され、回転体２と節度カム体３が回転できる状態にて固定され、回転体２と磁石体６が回転できる状態にて固定されることによって、操作体１と回転体２と節度カム体３と磁石体６が合体し一体となって、軸部２Ａ、３Ａ内に固定軸４Ａが嵌挿することで、固定軸４Ａすなわち軸部２Ａ、３Ａの軸心を中心として、操作体１と回転体２と節度カム体３と磁石体６が一体となって回転可能となっている。

そして、回転体２の回転ギヤ２Ｂ外周に第１の検出ギヤ８Ａと第２の検出ギヤ８Ｂが各々噛合して、回転体２の回転に連動して回転可能に軸支（図示せず）されている。第１及び第２の検出ギヤ８Ａ、８Ｂの下面には第１の磁石８Ｃ及び第２の磁石８Ｄが各々固定されている。

なお、これらのギヤの直径及び歯数は回転ギヤ２Ｂが一番大きく、第１の検出ギヤ８Ａ、第２の検出ギヤ８Ｂの順に小さくなっている。

プリント配線基板等の配線基板９の上面には、上方の第１及び第２の磁石８Ｃ、８Ｄに対し所定の間隔を有して対向する第１の検出素子１０Ａと第２の検出素子１０Ｂが実装されている。第１の検出素子１０Ａと第２の検出素子１０ＢはＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の磁気検出素子である。

このように第１の検出ギヤ８Ａ下面の第１の磁石８Ｃと対向する第１の検出素子１０Ａによって第１の検出部１１Ａが形成され、第２の検出ギヤ８Ｂ下面の第２の磁石８Ｄと対向する第２の検出素子１０Ｂによって第２の検出部１１Ｂが形成される。

また、配線基板９の上面には、マイコン等の第１の制御部１２が実装されると共に、配線パターンに接続された複数の端子部からなる入出力部１３が設けられている。

そして、回転体２の回転に伴い、回転ギヤ２Ｂを介して第１の検出ギヤ８Ａ、第２の検出ギヤ８Ｂが回転することによって、第１及び第２の検出部１１Ａ、１１Ｂからの検出信号が第１の制御部１２に出力されて、第１の制御部１２はこれらの検出信号から回転体２すなわち操作体１の絶対的な回転角度を演算し、その角度信号を出力する。なお、絶対的な回転角度とは、所定の基準位置に対し、例えば時計回り方向に１回転で＋３６０度とし、複数回、回転した状態の場合、２回転では＋７２０度、２．５回転では９００度、３回転では１０８０度の回転角度であり、反時計周り方向には１回転で−３６０度となるように、所定の基準位置からの回転方向と総回転角度を示す。

さらに、節度カム体３外周の節度カム３Ｂには先端部が山形状又は球面状に外方に突出した山部と内方に凹んだ谷部が所定の間隔で交互に形成され、全体が略円柱状の節度ピン１４と、節度ピン１４の先端部を節度カム３Ｂ側に弾接させるコイルばね１５がケース４内に配設されている。

先端部がコイルばね１５の付勢力によって節度カム３Ｂに弾接された節度ピン１４からなる弾接部１６と、節度カム３Ｂとによって節度部が構成される。

そして、配線基板９がケース４の下面を覆って、回転操作入力装置２０が構成されている。

以上の構成の回転操作入力装置２０は、例えば車室内の前方でダッシュボードあるいはセンターコンソールに装着され、第１の制御部１２が入出力部１３を介して車両の第２の制御部２１に接続される。また、第２の制御部２１にシフトレンジを切換えるシフト装置２４に接続されてシフト操作装置が構成されている。また、第２の制御部２１には液晶表示装置などの表示部２２や車速やハンドルの舵角などの車両の各種状態を検出する車両検知部２３が接続されている。

次に、このような構成の回転操作入力装置２０及びシフト操作装置の動作について、図４の動作時の操作力説明図及び図５の回転操作入力装置２０の装着状態の平面図を用いて説明する。

先ず、図５に示すように、回転操作入力装置２０が装着されたパネルの操作体１の外周の近傍には時計回り方向に順にＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ及びＳの文字２５が所定の角度間隔で表示されている。また、回転操作入力装置２０の上方には同じく左から右方向に順にＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ及びＳの文字２６が表示されると共に、それらの上方には隣接するように内側から発光素子によって照光されるインジケータ２７が各々配置されている。

なお、例えば、「Ｐ」はＰ（パーキング）レンジ、「Ｒ」はＲ（リバース）レンジ、「Ｎ」はＮ（ニュートラル）レンジ、「Ｄ」はＤ（ドライブ）レンジ、「Ｓ」はＳ（スポーツ）レンジを示す。

また、図４において、図４（ａ）は操作体１を時計回りに回転操作して節度部によるＰレンジからＳレンジに回転した時の節度力の変化を示す。図４（ｂ）は同じくアクチュエータ５による外力の変化、図４（ｃ）は図４（ａ）の節度力と図４（ｂ）の外力が合成されて実質的な操作体１の操作力の変化を示している。

そして、イグニッションキーがＯＦＦ状態では、アクチュエータ５に電力は供給されず、節度ピン１４の先端部は節度カム３Ｂの谷部に弾接して回転保持されている。この時、図４（ａ）に示すように、Ｐレンジ位置における左右方向の回転に対しては抵抗力が生じるように節度力のみによって回転保持され、図４（ｂ）に示すアクチュエータ５による外力は印加されていない。

次に、Ｐレンジ位置から操作部１Ａを時計回りへ回転操作すると、節度カム３Ｂのカム山の形状に応じて節度部によって、操作体１に対し例えば最大抵抗力の＋Ｓｆと最大吸引力の−Ｓｆの振幅となった節度力が加わり、Ｎレンジ位置に回転して保持される。さらに引き続き時計回りへ回転操作すると、同様に最大抵抗力の＋Ｓｆと最大吸引力の−Ｓｆの１振幅となった節度力がＲレンジ、Ｄレンジ、Ｓレンジと各レンジ位置に回転する毎に発生すると共に、各レンジ位置で保持力が生じる。

なお、具体的には、節度カム３Ｂのカム山は外周に一定の角度で、節度カム３Ｂの軸心から一定の半径上に配設された形状を備え、節度カム３Ｂの一定の回転角度毎に一定の節度力が軸部３Ａに生じるように構成されることが望ましい。

そして、イグニッションキーをＯＦＦ状態からＯＮ状態に操作した場合には、操作体１が複数の節度カム３Ｂのいずれかの谷部に弾接して保持された第１の状態で、第１及び第２の検出部１１Ａ、１１Ｂからの検出信号から、第１の制御部１２が回転体２すなわち操作体１の回転角度を検出する。この時、第１の制御部１２が操作体１の絶対的な回転角度の角度信号を第２の制御部２１に出力すると共に、第２の制御部２１はこの第１の状態をＰレンジ状態と判断して、文字２６「Ｐ」の上方のＰレンジのインジケータ２７内側の発光素子を発光させて、シフトレンジがＰレンジであることが視認されると共に、所定の切換信号をシフト装置２４に出力し、シフト装置２４はＰレンジ状態となる。

さらに、この時、第２の制御部２１が第１の制御部１２に所定の制御信号を出力し、第１の制御部１２が制御信号に応じて、電源入力部７Ｆを介してコイル部７ＣにＰレンジに応じ予め設定された電力を供給し、図４（ｂ）に示すように、ＰレンジからＮレンジに回転させる方向への回転角度に応じて、最大Ａｆの所望の外力が磁石体６を介して軸部２Ａに印加される。

つまり、ＰレンジからＮレンジへの回転操作の際には、節度部の節度力Ｓｆに加え、アクチュエータ５による外力Ａｆ１が印加されて、図４（ｃ）に示すように、操作体１に操作力Ｏｆ１が生じるようにして、安易に操作され難いにように操作体１の操作力を大きく設定することができる。

同様に、操作体１を時計回りに回転操作すると、図４（ｃ）に示すように、ＰレンジとＮレンジの略中間からＮレンジ及びＲレンジにかけて、図４（ａ）に示す節度力Ｓｆのみが操作体１の操作力Ｏｆ２となる。さらに、ＲレンジからＤレンジ及びＳレンジへと操作していくと、第２の制御部２１は入力された角度信号に応じて所定の制御信号を出力し、第１の制御部１２はＲレンジ途中から例えば外力Ａｆ１よりやや小さい所定の外力Ａｆ２をアクチュエータ５によって軸部２Ａに印加させ、操作力Ｏｆ３となる。

このように、操作体１に所定の回転角度で節度部による所定の節度力を加えると共に、操作体１の回転操作の角度信号が入力された第２の制御部２１が、角度信号に応じて、アクチュエータ５により所望の多様な外力を操作体１に印加することができるため、基本構造は同一の回転操作入力装置２０において、ＲＶ車やファミリーカーまたは高級セダン車など車種に応じて、任意の操作角度すなわち操作しようとするレンジにおいて、外力の大きさや印加する角度範囲また外力の発生させる勾配など多様な操作力の設定が可能となる。

なお、回転操作入力装置２０の第１の制御部１２が操作体１の絶対的な回転角度の角度信号を第２の制御部２１に出力することによって、より精度の高い所望の外力を操作体１に印加するようにアクチュエータ５を制御することができる。加えて、車両の第２の制御部２１は、例えば、光検出センサや磁気検出センサから直接、検出信号が入力されて、検出信号から回転角度や位置を演算して検知する場合に比べ、複雑な演算などの制御を必要とせず、より簡易な制御構造のものにできる。

また、節度部を構成する節度カム３Ｂの凹凸部は、予めその数、幅の大きさ、中心位置などが形状に基づいて決まっているので、これらの数値を用いることで操作体１の回転角度を推定することができる。しかし、この方法では回転角度を直接測定していないので誤差を含むと共に、回転操作入力装置２０を使用するにつれて凹凸部および弾接部（節度ピン１４の先端）が磨耗し、経時的に誤差が大きくなる可能性がある。これに対し、本実施の形態では、第１の検出部１１Ａと第２の検出部１１Ｂにより、非接触で操作体１の絶対的な回転角度を検出できるので、原理的にも経時的にも高精度に回転角度の検出が可能になる。

また、車両が停止している時には、車両が停止した状態であることを車両検知部２３が検出し、車両検知部２３は所定の検知信号を第２の制御部２１に出力する。そして、回転操作入力装置２０によるレンジ操作をいずれかのレンジ状態でイグニッションキーをＯＦＦ状態に切換えた場合に、第２の制御部２１はイグニッションキーがＯＦＦであることを検出すると共に、車両検知部２３からの車両停止状態を示す所定の信号に応じて、シフトレンジをＰレンジに切換えるようにシフト装置２４に切換信号を出力して、シフト装置２４はＰレンジ状態となる。このことによって、イグニッションキーをＯＦＦ状態にした場合に、回転操作入力装置２０をＰレンジ位置に切換える必要がなく、利便性の高いものにできる。

このように本実施の形態によれば、軸部２Ａに固定され、軸部２Ａを中心に回転可能な操作体１と、軸部３Ａの回転角度を検出し、検出信号を出力する第１及び第２の検出部１１Ａ、１１Ｂと、軸部２Ａに外力を印加するアクチュエータ５と、検出信号に応じて角度信号を出力し、角度信号に応じて第２の制御部２１から得られ入力された制御信号によってアクチュエータ５を制御する第１の制御部１２と、軸部３Ａに固定され外側又は内側に凹凸部を形成した節度カム３Ｂと、節度カム３Ｂの凹凸部に弾接する弾接部１６からなる節度部を備え、所定の回転角度において節度部により軸部３Ａに節度力が加えられると共に、第１の制御部１２が第２の制御部２１からの制御信号によってアクチュエータ５を制御して、軸部に所望の外力を印加するようにして回転操作入力装置２０を構成し、この回転操作入力装置２０にシフト装置を制御する第２の制御部２１を接続してシフト操作装置を構成することによって、アクチュエータ５が起動していない状態でも操作体１が所定の位置に安定して保持され、回転操作時に操作体１が所望の回転位置に確実に停止し易い回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置にすることができる。

また、以上の説明では、回転操作入力装置２０内に第１の制御部１２を配設し、車両側に第２の制御部２１を設けた構成として説明したが、回転操作入力装置内に第１の制御部及び第２の制御部を備えて、これらを接続させると共に、第２の制御部に車両側の表示部や車両検知部及びシフト装置を接続した構成としてもよい。

さらに、第２の制御部２１に車両の車速やハンドルの舵角などの車両の各種状態を検出する車両検知部２３を接続し、車両検知部２３から出力された車両状態を示す所定の検知信号と、第１の制御部１２からの角度信号に応じて、第２の制御部２１がシフト装置２４を制御することによって、例えば、車両が停止している状態では、回転操作入力装置２０が操作体１の操作位置がＰレンジ以外のレンジ位置であっても、イグニッションキーがＯＦＦ状態になった時にはＰレンジにシフト装置を切換えるなど、利便性の高いものにすることができる。

さらに、第２の制御部２１を設けず、第１の制御部１２のみで回転操作入力装置２０を構成してもよい。この場合、第１の制御部１２は、検出信号に応じて角度信号を出力すると共に、角度信号に応じて所定の制御信号を生成し、これによってアクチュエータ５を制御する。このような構成とすることで、アクチュエータ５の制御まで含めた回転操作入力装置２０を実現することができるので、外部からのアクチュエータ５の制御が不要となる。

本発明による回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置は、アクチュエータが起動していない状態でも操作体が所定の位置に安定して保持され、回転操作時に操作体が所望の回転位置に確実に停止し易いものを実現することができるという有利な効果を有し、主に自動車のシフト操作用として有用である。

１ 操作体
１Ａ 操作部
１Ｂ 連結部
２ 回転体
２Ａ，３Ａ 軸部
２Ｂ 回転ギヤ
２Ｃ，６Ａ 係合部
２Ｄ 係止部
３ 節度カム体
３Ｂ 節度カム
３Ｃ 係止部
４ ケース
４Ａ 固定軸
５ アクチュエータ
６ 磁石体
７ コイル体
７Ａ 上カバー
７Ｂ 下カバー
７Ｃ コイル部
７Ｄ 上突片
７Ｅ 下突片
７Ｆ 電源入力部
８Ａ 第１の検出ギヤ
８Ｂ 第２の検出ギヤ
８Ｃ 第１の磁石
８Ｄ 第２の磁石
９ 配線基板
１０Ａ 第１の検出素子
１０Ｂ 第２の検出素子
１１Ａ 第１の検出部
１１Ｂ 第２の検出部
１２ 第１の制御部
１３ 入出力部
１４ 節度ピン
１５ コイルばね
１６ 弾接部
２０ 回転操作入力装置
２１ 第２の制御部
２２ 表示部
２３ 車両検知部
２４ シフト装置
２５，２６ 文字
２７ インジケータ

本開示は、主に自動車のシフト操作を行うために、車室内の運転席近傍に装着され、回転操作により所定の切換信号を車両のシフト装置に出力し、シフト操作を行なう回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置に関するものである。

近年、車室内の運転席近傍に装着され、回転操作によりシフト操作を行なう回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置が増えてきており、操作が確実で多様な操作が可能なものが求められている。

なお、従来のシフト操作装置としては、特許文献１に開示されるシフト操作装置が知られている。

このようなシフト操作装置の回転操作入力装置は、軸部に回転操作用の操作体を固着し、軸部の回転角度を検出する検出手段と、軸部に外力を加えるアクチュエータと、制御部が操作体の回転に対応してアクチュエータを介して軸部に加える外力を制御すると共に、車両のシフト装置を所定のシフト状態に切換えるように構成されているものであった。

特表２００９−５１９８５５号公報

上記従来の回転操作入力装置においては、イグニッションキーがＯＦＦの時などアクチュエータが起動していない状態では、軸部にはアクチュエータによる外力が印加されていないため、操作体が自由状態となって所定位置での保持が不安定になることや、回転操作時に操作体を所望の回転位置に確実に停止し難いという課題があった。

本開示は、このような従来の課題を解決するものであり、アクチュエータが起動していない状態でも操作体が所定の位置に安定して保持され、回転操作時に操作体が所望の回転位置に確実に停止し易い回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本開示による回転操作入力装置は、軸部と、操作体と、検出部と、アクチュエータと、第１の制御部と、節度部とを有する。操作体は、軸部に固定され、軸部を中心に回転可能である。検出部は、軸部の回転を検出し、検出信号を出力する。アクチュエータは、軸部に外力を印加する。第１の制御部は、検出信号に応じて角度信号を出力すると共に、角度信号に応じて得られた制御信号によってアクチュエータを制御する。節度部は、弾接部と、軸部に固定された節度カム体とを有する。節度カム体の外側又は内側には凹凸部が形成されている。弾接部は、節度カム体の凹凸部に弾接する。軸部の所定の回転角度において、節度部が軸部に節度力を加えると共に、第１の制御部が制御信号によってアクチュエータを制御して軸部に所望の外力を印加する。本開示によるシフト操作装置は、この回転操作入力装置と、これに接続された第２の制御部とを有する。操作体の回転操作に伴って第１の制御部は角度信号を第２の制御部に出力する。第２の制御部は、この角度信号に応じて第１の制御部に制御信号を出力するとともに、車両のシフト装置を制御する。

本開示の回転操作入力装置によれば、アクチュエータが非起動状態においても節度部による節度力が常時、軸部に印加される。そのため、操作体が安定して所定の位置で保持される。また、回転操作時においても、アクチュエータによる外力に加え節度部による節度力が軸部に印加され、操作体を所望の回転位置に確実に停止させ易い。このように、操作感触が良好で、多様な操作の回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置を得ることができる。

本開示の一実施の形態による回転操作入力装置及びシフト操作装置の構成図 図１に示す回転操作入力装置の分解斜視図 図２に示す回転操作入力装置のアクチュエータの分解斜視図 本開示の実施の形態による回転操作入力装置の動作時の操作力の説明図 図１に示す回転操作入力装置を使用した装置の例の平面図

本開示は、アクチュエータが起動していない状態でも操作体が所定の位置に安定して保持され、回転操作時に操作体が所望の回転位置に確実に停止し易い回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置を提供する。

以下、本開示の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本開示の一実施の形態による回転操作入力装置２０及びシフト操作装置の構成図、図２は回転操作入力装置２０における回転操作入力装置の分解斜視図、図３は回転操作入力装置２０におけるアクチュエータ５の分解斜視図である。回転操作入力装置２０は、操作体１と、第１の検出部１１Ａと、第２の検出部１１Ｂと、アクチュエータ５と、第１の制御部１２と、節度部としての節度カム体３と弾接部１６とを有する。

操作体１は合成樹脂製で、上部に略円筒状の操作部１Ａが形成され、下部に連結部１Ｂが一体に形成されている。

回転体２は合成樹脂製で、軸部２Ａと回転ギヤ２Ｂとを有する。軸部２Ａは略中空筒状で、操作体１に対向する上部に設けられている。回転ギヤ２Ｂは、下部の外周に設けられている。

節度カム体３は合成樹脂製で、軸部３Ａと、節度カム３Ｂを有する。軸部３Ａ略中空筒状で、上部に設けられている。節度カム３Ｂは下部の外周に設けられ、軸部３Ａと一体に形成されている。節度カム３Ｂは下部の外周に設けられ、軸部３Ａと一体に形成されている。節度カム３Ｂには、山部と谷部が交互に環状に複数配置されている。

ケース４は略箱状で、底面から上方へ突出した略円筒状の固定軸４Ａを有する。

軸部３Ａの内周（図示せず）と操作体１の連結部１Ｂとは、回転方向において固定されている。そのため、操作体１は、節度カム体３と回転できる状態にて固定されている。軸部３Ａの外周には、所定間隔で突出し上下方向に延出した複数の係止部３Ｃが設けられている。一方、回転体２の軸部２Ａの内周には、溝状の係合部２Ｃが設けられている。複数の係止部３Ｃが係合部２Ｃに係合することで、節度カム体３と回転体２が回転方向において固定されている。

そして、互いに回転できる状態にて固定された操作体１と回転体２と節度カム体３とが、固定軸４Ａに回転可能に支持されている。

アクチュエータ５は図３に示すように、コイル体７と略リング状の磁石体６とを有する。磁石体６は、コイル体７の内側の中空部に回転可能に装着されている。

磁石体６は、上下方向に延出した複数の磁石がリング状に一体に形成されて構成されている。これらの磁石は、環状に交互にＮ極とＳ極とが位置するように配置されている。

コイル体７は、軟鉄等の鉄製の上カバー７Ａと下カバー７Ｂと、銅線等のコイル線が巻回されたコイル部７Ｃとを有する。コイル部７Ｃは、上カバー７Ａと下カバー７Ｂに囲まれた略環状の空間内に収納されている。

上カバー７Ａの内周には下方へ略三角形状に突出した複数の上突片７Ｄが形成され、下カバー７Ｂの内周には上方へ略三角形状に突出した複数の下突片７Ｅが形成されて、上突片７Ｄと下突片７Ｅが所定の隙間を空けて同一内周面の全周に交互に配置されている。

コイル部７Ｃの両端部は、上カバー７Ａの外周の一端に設けられた電源入力部７Ｆに各々接続されている。

そして、電源入力部７Ｆを介してコイル部７Ｃに、後述する第１の制御部１２に制御された電力が外部から供給されると、コイル部７Ｃによって上突片７Ｄと下突片７Ｅとにそれぞれ、Ｎ極又はＳ極の所定の磁極が生じ、これらの磁極と磁石体６の交互に配置された磁極との間に吸引力又は反発力が発生して、これらの力が磁石体６に対し外力として作用する。

また、磁石体６の内周には、上下方向に延出した略溝状の複数の係合部６Ａが設けられている。一方、回転体２の軸部２Ａの外周には、所定間隔で突出し上下方向に延びた複数の係止部２Ｄが設けられている。複数の係合部６Ａに、複数の係止部２Ｄがそれぞれ係合して、回転体２に磁石体６が回転できる状態にて固定されている。

このように、操作体１と節度カム体３とが一体に回転できる状態にて固定され、回転体２と節度カム体３とが一体に回転できる状態にて固定され、回転体２と磁石体６とが一体に回転できる状態にて固定されることによって、操作体１と回転体２と節度カム体３と磁石体６が合体した複合体は、回転可能となっている。ここで、軸部２Ａ、３Ａ内には固定軸４Ａが嵌挿することで、上記複合体は、固定軸４Ａすなわち軸部２Ａ、３Ａの軸心を中心として、回転可能となっている。

そして、回転体２の回転ギヤ２Ｂ外周に第１の検出ギヤ８Ａと第２の検出ギヤ８Ｂが各々噛合して、回転体２の回転に連動して回転可能に支持（図示せず）されている。第１及び第２の検出ギヤ８Ａ、８Ｂの下面には第１の磁石８Ｃ及び第２の磁石８Ｄが各々固定されている。

なお、これらのギヤのうち、回転ギヤ２Ｂが最も大きい直径及び最も多い歯数を有し、第１の検出ギヤ８Ａ、第２の検出ギヤ８Ｂの順に直径が小さくなり、歯数が少なくなっている。

プリント配線基板等の配線基板９の上面には、第１の検出素子１０Ａと第２の検出素子１０Ｂが実装されている。第１の検出素子１０Ａは上方の第１の磁石８Ｃに対し所定の間隔を有して対向している。同様に、第２の検出素子１０Ｂは第２の磁石８Ｄに対向している。第１の検出素子１０Ａと第２の検出素子１０ＢはＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の磁気検出素子である。

このように第１の検出ギヤ８Ａ下面の第１の磁石８Ｃと、第１の磁石８Ｃに対向する第１の検出素子１０Ａによって第１の検出部１１Ａが形成され、第２の検出ギヤ８Ｂ下面の第２の磁石８Ｄと、第２の磁石８Ｄに対向する第２の検出素子１０Ｂによって第２の検出部１１Ｂが形成される。

また、配線基板９の上面には、マイコン等の第１の制御部１２が実装されると共に、配線パターンに接続された複数の端子部からなる入出力部１３が設けられている。

そして、回転体２の回転に伴い、回転ギヤ２Ｂを介して第１の検出ギヤ８Ａ、第２の検出ギヤ８Ｂが回転することによって、第１及び第２の検出部１１Ａ、１１Ｂからの検出信号が第１の制御部１２に出力されて、第１の制御部１２はこれらの検出信号から回転体２すなわち操作体１の絶対的な回転角度を演算し、その角度信号を出力する。なお、絶対的な回転角度とは、所定の基準位置からの回転方向と総回転角度である。例えば時計回り方向に１回転で＋３６０度とし、複数回、回転した状態の場合、２回転では＋７２０度、２．５回転では９００度、３回転では１０８０度の回転角度であり、反時計周り方向には１回転で−３６０度となる。

さらに、節度カム体３外周の節度カム３Ｂには、先端部が山形状又は球面状に外方に突出した山部と、内方に凹んだ谷部とが所定の間隔で交互に形成されている。またケース４内には、全体が略円柱状の節度ピン１４と、節度ピン１４の先端部を節度カム３Ｂに弾接させるコイルばね１５が配設されている。

節度ピン１４の先端部は、コイルばね１５の付勢力によって節度カム３Ｂに弾接されている。節度ピン１４とコイルばね１５とは弾接部１６を構成している。弾接部１６と、節度カム３Ｂとによって節度部が構成される。

そして、配線基板９がケース４の下面を覆って、回転操作入力装置２０が構成されている。

以上の構成の回転操作入力装置２０は、例えば車室内の前方でダッシュボードあるいはセンターコンソールに装着される。図１に示すように、第１の制御部１２が入出力部１３を介して車両の第２の制御部２１に接続される。また、第２の制御部２１にシフトレンジを切換えるシフト装置２４に接続されてシフト操作装置が構成されている。また、第２の制御部２１には液晶表示装置などの表示部２２や車速やハンドルの舵角などの車両の各種状態を検出する車両検知部２３が接続されている。

次に、このような構成の回転操作入力装置２０及びシフト操作装置の動作について図４、図５も参照しながら説明する。図４は、動作時の操作力説明図であり、図５は、回転操作入力装置２０を装着した機器の平面図である。

図５に示すように、回転操作入力装置２０が装着されたパネルの操作体１の外周の近傍には時計回り方向に順にＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ及びＳの文字２５が所定の角度間隔で表示されている。また、回転操作入力装置２０の上方には同じく左から右方向に順にＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄ及びＳの文字２６が表示されると共に、それらの上方には隣接するように内側から発光素子によって照光されるインジケータ２７が各々配置されている。

なお、例えば、「Ｐ」はＰ（パーキング）レンジ、「Ｒ」はＲ（リバース）レンジ、「Ｎ」はＮ（ニュートラル）レンジ、「Ｄ」はＤ（ドライブ）レンジ、「Ｓ」はＳ（スポーツ）レンジを示す。

また、図４において、図４（ａ）は操作体１を時計回りに回転操作して節度部によるＰレンジからＳレンジに回転した時の節度力の変化を示す。図４（ｂ）は同じくアクチュエータ５による外力の変化、図４（ｃ）は図４（ａ）の節度力と図４（ｂ）の外力が合成されて実質的な操作体１の操作力の変化を示している。

そして、イグニッションキーがＯＦＦ状態では、アクチュエータ５に電力は供給されず、節度ピン１４の先端部は節度カム３Ｂの谷部に弾接して回転保持されている。この時、図４（ａ）に示すように、Ｐレンジ位置における左右方向の回転に対しては抵抗力が生じるように節度ピン１４の先端部は節度力のみによって回転保持され、図４（ｂ）に示すアクチュエータ５による外力は節度ピン１４の先端部に印加されていない。

次に、Ｐレンジ位置から操作部１Ａを時計回りへ回転操作すると、節度カム３Ｂのカム山の形状に応じて節度部によって、操作体１に対し例えば最大抵抗力の＋Ｓｆと最大吸引力の−Ｓｆの振幅となった節度力が加わる。その後、節度カム３ＢがＮレンジ位置に回転して節度ピン１４の先端部が保持される。さらに引き続き時計回りへ回転操作すると、同様に最大抵抗力の＋Ｓｆと最大吸引力の−Ｓｆの１振幅となった節度力がＲレンジ、Ｄレンジ、Ｓレンジと各レンジ位置に回転する毎に発生すると共に、各レンジ位置で保持力が生じる。

なお、具体的には、節度カム３Ｂの複数のカム山は外周に一定の角度で、節度カム３Ｂの軸心から一定の半径上に配設されていることが望ましい。このように、節度カム３Ｂの一定の回転角度毎に一定の節度力が軸部３Ａに生じるように構成されることが望ましい。

第１の状態では、操作体１が複数の節度カム３Ｂのいずれかの谷部に弾接して保持されている。そして、イグニッションキーをＯＦＦ状態からＯＮ状態に操作した場合には、第１の制御部１２は、この第１の状態で、第１の検出部１１Ａ及び第２の検出部１１Ｂが出力する検出信号から、回転体２すなわち操作体１の回転角度を検出する。この時、第１の制御部１２が操作体１の絶対的な回転角度の角度信号を第２の制御部２１に出力する。また、第２の制御部２１は第１の状態をＰレンジ状態と判断して、文字２６「Ｐ」の上方のＰレンジのインジケータ２７内側の発光素子を発光させる。これにより、シフトレンジがＰレンジであることが視認される。同時に第２の制御部２１は、所定の切換信号をシフト装置２４に出力し、シフト装置２４はＰレンジ状態となる。

さらに、この時、第２の制御部２１が第１の制御部１２に所定の制御信号を出力し、第１の制御部１２が制御信号に応じて、電源入力部７Ｆを介してコイル部７ＣにＰレンジに応じ予め設定された電力を供給し、図４（ｂ）に示すように、ＰレンジからＮレンジに回転させる方向への回転角度に応じて、最大Ａｆの所望の外力が磁石体６を介して軸部２Ａに印加される。

つまり、ＰレンジからＮレンジへの回転操作の際には、節度部の節度力Ｓｆに加え、アクチュエータ５による外力Ａｆ１が印加されて、図４（ｃ）に示すように、操作体１に操作力Ｏｆ１が生じるようにして、安易に操作され難いにように操作体１の操作力を大きく設定することができる。

同様に、操作体１を時計回りに回転操作すると、図４（ｃ）に示すように、ＰレンジとＮレンジの略中間からＮレンジ及びＲレンジにかけて、図４（ａ）に示す節度力Ｓｆのみが操作体１の操作力Ｏｆ２となる。さらに、ＲレンジからＤレンジ及びＳレンジへと操作していくと、第２の制御部２１は入力された角度信号に応じて所定の制御信号を出力する。一方、第１の制御部１２はＲレンジとＤレンジとの間の位置から例えば外力Ａｆ１よりやや小さい所定の外力Ａｆ２をアクチュエータ５によって軸部２Ａに印加させ、操作力Ｏｆ３となる。

このように、所定の回転角度において、節度部が所定の節度力を操作体１に加える。また同じ回転角度において、第２の制御部２１に操作体１の回転操作の角度信号が入力され、第２の制御部２１は、角度信号に応じて、アクチュエータ５により所望の多様な外力を操作体１に印加する。そのため、回転操作入力装置２０において、外力の大きさや印加する角度範囲また外力を発生させる勾配など多様な操作力の設定が可能となる。したがって基本構造が同一の回転操作入力装置２０を用いても、ＲＶ車やファミリーカーまたは高級セダン車など車種に応じて、任意の操作角度すなわち操作しようとするレンジに対応することができる。

なお、回転操作入力装置２０の第１の制御部１２が操作体１の絶対的な回転角度の角度信号を第２の制御部２１に出力してもよい。これによって、より精度の高い所望の外力を操作体１に印加するようにアクチュエータ５を制御することができる。加えて、車両の第２の制御部２１は、例えば、光検出センサや磁気検出センサから直接、検出信号が入力されて、検出信号から回転角度や位置を演算して検知する場合に比べ、複雑な演算などの制御を必要としない。そのため第２の制御部２１の制御構造は、より簡易にできる。

また、節度部を構成する節度カム３Ｂの凹凸部は、予めその数、幅の大きさ、中心位置などが形状に基づいて決まっているので、これらの数値を用いることで操作体１の回転角度を推定することができる。しかし、この方法では回転角度を直接測定していないので誤差を含むと共に、回転操作入力装置２０を使用するにつれて凹凸部および弾接部（節度ピン１４の先端）が磨耗し、経時的に誤差が大きくなる可能性がある。これに対し、本実施の形態では、第１の検出部１１Ａと第２の検出部１１Ｂにより、非接触で操作体１の絶対的な回転角度を検出できるので、原理的にも経時的にも高精度に回転角度の検出が可能になる。

また、車両が停止している時には、車両が停止した状態であることを車両検知部２３が検出し、車両検知部２３は所定の検知信号を第２の制御部２１に出力する。そして、回転操作入力装置２０によるレンジ操作をいずれかのレンジ状態でイグニッションキーをＯＦＦ状態に切換えた場合に、第２の制御部２１はイグニッションキーがＯＦＦであることを検出すると共に、車両検知部２３からの車両停止状態を示す所定の信号に応じて、シフトレンジをＰレンジに切換えるようにシフト装置２４に切換信号を出力して、シフト装置２４はＰレンジ状態となる。このことによって、イグニッションキーをＯＦＦ状態にした場合に、回転操作入力装置２０をＰレンジ位置に切換える必要がなく、利便性が高まる。

このように本実施の形態による回転操作入力装置２０は、操作体１と、第１の検出部１１Ａ及び第２の検出部１１Ｂと、アクチュエータ５と、第１の制御部１２と、節度部とを有する。操作体１は、軸部２Ａに固定され、軸部２Ａを中心に回転可能である。第１の検出部１１Ａ及び第２の検出部１１Ｂは、軸部３Ａの回転角度を検出し、検出信号を出力する。アクチュエータ５は、軸部２Ａに外力を印加する。第１の制御部１２は、検出信号に応じて角度信号を出力し、角度信号に応じて第２の制御部２１から得られ入力された制御信号によってアクチュエータ５を制御する。節度部は、節度カム体３と、弾接部１６とを含む。節度カム体３は軸部３Ａに固定されている。節度カム体３の外側又は内側には凹凸部が設けられている。弾接部１６は、節度カム体３の凹凸部に弾接する。所定の回転角度において、節度部が軸部３Ａに節度力を加える。また同じ回転角度において、第１の制御部１２が第２の制御部２１からの制御信号によってアクチュエータ５を制御して、軸部に所望の外力を印加する。このように構成された回転操作入力装置２０にシフト装置２４を制御する第２の制御部２１を接続してシフト操作装置を構成することができる。このような回転操作入力装置２０及びシフト操作装置では、アクチュエータ５が起動していない状態でも操作体１が所定の位置に安定して保持される。また、回転操作時には操作体１が所望の回転位置に確実に停止し易い。

また、以上の説明では、回転操作入力装置２０内に第１の制御部１２を配設し、車両側に第２の制御部２１を設けた構成として説明したが、回転操作入力装置内に第１の制御部及び第２の制御部を備えて、これらを接続させると共に、第２の制御部に車両側の表示部や車両検知部及びシフト装置を接続した構成としてもよい。

さらに、第２の制御部２１に車両の車速やハンドルの舵角などの車両の各種状態を検出する車両検知部２３を接続し、車両検知部２３から出力された車両状態を示す所定の検知信号と、第１の制御部１２からの角度信号に応じて、第２の制御部２１がシフト装置２４を制御することによって、例えば、車両が停止している状態では、回転操作入力装置２０が操作体１の操作位置がＰレンジ以外のレンジ位置であっても、イグニッションキーがＯＦＦ状態になった時にはＰレンジにシフト装置を切換えるなど、利便性が高まる。

さらに、第２の制御部２１を設けず、第１の制御部１２のみで回転操作入力装置２０を構成してもよい。この場合、第１の制御部１２は、検出信号に応じて角度信号を出力すると共に、角度信号に応じて所定の制御信号を生成する。第１の制御部１２は、この制御信号によってアクチュエータ５を制御する。このような構成により、アクチュエータ５の制御まで含めた回転操作入力装置２０を実現することができる。この場合、外部からのアクチュエータ５の制御が不要となる。

本開示による回転操作入力装置及びこれを用いたシフト操作装置は、アクチュエータが起動していない状態でも操作体が所定の位置に安定して保持され、回転操作時に操作体が所望の回転位置に確実に停止し易い。そのため、主に自動車のシフト操作用として有用である。

１ 操作体
１Ａ 操作部
１Ｂ 連結部
２ 回転体
２Ａ，３Ａ 軸部
２Ｂ 回転ギヤ
２Ｃ，６Ａ 係合部
２Ｄ 係止部
３ 節度カム体
３Ｂ 節度カム
３Ｃ 係止部
４ ケース
４Ａ 固定軸
５ アクチュエータ
６ 磁石体
７ コイル体
７Ａ 上カバー
７Ｂ 下カバー
７Ｃ コイル部
７Ｄ 上突片
７Ｅ 下突片
７Ｆ 電源入力部
８Ａ 第１の検出ギヤ
８Ｂ 第２の検出ギヤ
８Ｃ 第１の磁石
８Ｄ 第２の磁石
９ 配線基板
１０Ａ 第１の検出素子
１０Ｂ 第２の検出素子
１１Ａ 第１の検出部
１１Ｂ 第２の検出部
１２ 第１の制御部
１３ 入出力部
１４ 節度ピン
１５ コイルばね
１６ 弾接部
２０ 回転操作入力装置
２１ 第２の制御部
２２ 表示部
２３ 車両検知部
２４ シフト装置
２５，２６ 文字
２７ インジケータ

Claims (4)

1. 軸部に固定され、前記軸部を中心に回転可能な操作体と、
   前記軸部の回転を検出し、検出信号を出力する検出部と、
   前記軸部に外力を印加するアクチュエータと、
   前記検出信号に応じて角度信号を出力すると共に、前記角度信号に応じて得られた制御信号によって前記アクチュエータを制御する第１の制御部と、
   前記軸部に固定され外側又は内側に凹凸部を形成した節度カムと、前記節度カムの前記凹凸部に弾接する弾接部からなる節度部を備え、
   前記軸部の所定の回転角度において前記節度部により前記軸部に節度力が加えられると共に、前記第１の制御部が前記制御信号によって前記アクチュエータを制御して前記軸部に所望の前記外力を印加する回転操作入力装置。
2. 請求項１に記載の回転操作入力装置と、
   これに接続された車両の第２の制御部を備え、
   前記操作体の回転操作に伴って、前記角度信号が前記第２の制御部に出力され、前記角度信号に応じて前記第２の制御部が前記第１の制御部に前記制御信号を出力すると共に、前記車両のシフト装置を制御するシフト操作装置。
3. 前記回転操作入力装置内に前記第１の制御部及び前記第２の制御部を備えた、
   請求項２に記載のシフト操作装置。
4. 前記第２の制御部に車両検知部を接続し、
   前記車両検知部からの検知信号と前記検出信号に応じて前記第２の制御部が前記シフト装置を制御する請求項２又は３に記載のシフト操作装置。

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