专利名称：力觉反馈型输入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用于例如装载在汽车中的空调装置等的电气设备的操作的输入装置，特别是涉及按照手动操作的旋钮的旋转方向和旋转量，给予操作该旋钮的操作者规定的力学触感(力觉)的力觉反馈型输入装置。
背景技术：
现有技术中，在力觉反馈(给与)型输入装置中具有用手动进行旋转操作和移动操作的旋钮；检测该旋钮的旋转角的编码器(ェンコ一ダ)和检测移动的按钮开关；给予旋钮旋转力的电动机；在按照由上述编码器检测到的旋转角控制电动机的同时，向旋钮的操作对象物、即另外的装置输出与旋钮的旋转角相应的操作信号的控制器。
这样构成的力觉反馈型输入装置通过用手动旋转操作旋钮来输出例如操作车载用电气设备的操作信号，车载用空调装置的风量的调节和吹出口的转换、收音机的音量和调谐器的调整、音频再现装置(オ一ディオ)的音量和音质的调整等就成为操作对象。
该情况下，首先，使旋钮旋转，选择操作对象即车载用空调装置，之后按压旋钮来确定操作对象设备。接着，在调整车载用空调装置的风量的情况下，例如，设定若向着使风量增加的方向旋转旋钮，就从电动机给予旋钮与旋钮的旋转方向相反的旋转力，随着在使风量增加的方向中旋钮的旋转角的增大，给予旋钮的与旋转方向相反的旋转力就增大。即，操作者根据伴随着从旋钮给予的阻力而增加的阻力触感(力觉)，就能够把握在使风量增加的方向上已使旋钮旋转到了哪种程度。
再有，在力觉反馈型输入装置中，除了如上所述得到阻力触感作为力觉以外，有时也通过给予旋钮与旋转方向相同的方向的旋转力来得到加速触感作为力觉，或在旋钮的旋转角超过规定的旋转角时，通过使给予旋钮的旋转力反转来得到“卡搭”(クリック)触感作为力觉等。
在这样的现有的力觉反馈型输入装置中，已知有将旋钮直接和电动机连接，使旋钮和电动机同时移动的类型的输入装置，但在直接连接类型中，由于电动机与旋钮的变速比成为1，因此，有作为力觉的转矩不足的缺点。
因此，近来，为了弥补转矩不足，开发出了一种固定电动机、仅可移动地支承旋钮的，设置了用于减速电动机的旋转轴的旋转并向旋钮传递已增大的旋转力的带轮和带，通过该带轮和带连接电动机和旋钮的结构的输入装置(例如，参照专利文献1)。
基于图7说明该现有的输入装置，输入装置具有壳体126、支承在该壳体126上的驱动器(电动机)112、传感器(编码器)110、通过带轮132和带138可旋转且可摆动地与驱动器112的旋转轴140连接的旋钮66、检测该旋钮66摆动时的移动的按钮开关150。
以下说明该输入装置，若旋转操作旋钮66，则通过固定在轴134上的带轮132和带138旋转驱动器112的旋转轴140，由与该驱动器112连结的传感器110检测该旋转角。然后，按照由该传感器110检测到的旋转角，用未图示的控制器控制驱动器112，并且，向旋钮66的操作对象物即特定的设备输出与旋钮66的旋转角相应的操作信号。
这时，用来自控制器的信号控制驱动器112，但驱动器112和旋钮66通过带轮136和132用带138相连结着，通过改变带轮136、132的直径，可改变驱动器112和旋钮66的变速比，因此，通过减速驱动器112的旋转轴140的旋转，向旋钮传递已增大的旋转力，就能够从驱动器112向旋钮66传递充分的转矩。
此外，在旋转旋钮66，从各种各样的设备中选择了作为操作对象的设备后，通过按压旋钮66，旋钮66和轴134摆动，轴134就通过配置在下侧的驱动部件148按压按钮开关150，向控制器发送由按钮开关150的按压而检测到的信号，以确定操作对象设备。
专利文献1美国专利第6128006号说明书但是，在上述现有的力觉反馈型输入装置的结构中，若按压旋钮66，使轴134移动，驱动器(电动机)112的旋转轴140与旋钮66的轴134的相对位置关系就改变，因此，不得不将驱动器(电动机)112的旋转力通过带138等挠性传动部件传递给旋钮66，与直接连接时相比，具有不能给予直接的力觉的问题。
发明内容
本发明其目的在于解决上述问题，提供一种具有使电动机的旋转轴的旋转减速，向旋钮传递已增大的旋转力的减速机构，并且，能够不通过带等挠性传动部件将电动机的旋转力传递给旋钮，给予直接的力觉的力觉反馈型输入装置。
为了解决上述课题，在本发明中，作为第一解决装置，其结构在于，具有操作部件，具有圆环状的周侧面，可在周向上旋转且在径向上移动；电动机，给予该操作部件旋转力；检测机构，检测上述操作部件的径向移动；壳体，收纳上述操作部件和电动机，并具有使上述操作部件的周侧面的一部分露出开口部，上述操作部件和电动机通过使上述电动机的旋转轴的旋转减速，向上述操作部件传递已增大的旋转力的啮合齿轮进行连接，并且，在规定的位置上设置可向上述操作部件的径向移动地分别支承上述操作部件和电动机的共用的托架，通过该共用的托架，将上述操作部件和电动机共同可移动地支承在上述壳体上。
此外，作为第二解决装置，其结构在于，在上述壳体和托架上，沿着上述托架的移动方向设置了导引机构。
此外，作为第三解决装置，其结构在于，上述操作部件的被上述托架支承的位置是夹着上述操作部件而位于上述电动机的支承位置的相反侧。
此外，作为第四解决装置，其结构在于，上述托架的被上述壳体支承的位置设置在上述电动机侧，并且，在上述操作部件的被上述托架支承的位置侧配置了检测上述操作部件的移动的检测机构。
此外，作为第五解决装置，其结构在于，上述电动机其被上述托架支承的位置设置在上述壳体的内底部侧，并且，通过上述啮合齿轮在从上述壳体的开口部露出的上述操作部件的周侧面的相反侧，与上述操作部件连接。
发明的效果如上所述，本发明的力觉反馈型输入装置具有操作部件，具有圆环状的周侧面，在周向上可旋转且在径向上可移动；电动机，给予操作部件旋转力；检测机构，检测操作部件的径向移动；壳体，收纳操作部件和电动机，且具有使操作部件的周侧面的一部分露出的开口部，操作部件和电动机通过使电动机的旋转轴的旋转减速，向操作部件传递已增大的旋转力的啮合齿轮进行连接，并且，在规定的位置上设置可向操作部件的径向移动地分别支承操作部件和电动机的共用的托架，通过共用的托架，将操作部件和电动机共同可移动地支承在壳体上，因此，即使将操作部件向径向移动，电动机也共同地移动，电动机的旋转轴与操作部件的轴部的相对位置关系不变，所以，能够旋转力不通过带等挠性传动部件将电动机的旋转力传递给旋钮，能够给予直接的力觉。
此外，在壳体和托架上，沿着托架的移动方向设置了导引机构，由于利用这些导引机构来导引托架的移动，因此，能够防止操作部件在径向上移动时发生横向振摆等。
此外，操作部件的被托架支承的位置是夹着操作部件、位于电动机的支承位置的相反侧，由于将操作部件配置在托架的支承位置和电动机的中间，因此，能够不受旋钮的形状限制而自由地设计，并且能够坚固地形成托架。
此外，托架的被壳体支承的位置设置在电动机侧，并且，在操作部件的被托架支承的位置侧配置了检测操作部件移动的检测机构，由于能够将检测机构配置在远离托架的摆动支点的位置上，因此，能够很短地设定操作部件按压检测机构的行程，并且，能够在操作部件附近按压检测机构，因此，操作感良好。
此外，电动机其被托架支承的位置设置在壳体的内底部侧，并且，在从壳体的开口部露出的操作部件的周侧面的相反侧，通过啮合齿轮与操作部件连接，由于能使电动机不从壳体飞出而很小地形成电动机的啮合齿轮，因此，能够容易地减速电动机的旋转，并且实现装置的小型化。
附图的简要说明
图1是示出本发明的力觉反馈型输入装置的结构的正视图。
图2是示出本发明的力觉反馈型输入装置的结构的俯视图。
图3是示出本发明的力觉反馈型输入装置的结构的左视图。
图4是示出本发明的力觉反馈型输入装置的结构的右视图。
图5是示出本发明的力觉反馈型输入装置的结构的剖面图。
图6是示出本发明的力觉反馈型输入装置的其他实施例的结构的剖面图。
图7是示出现有的力觉反馈型输入装置的结构的主要部分的斜视图。
具体实施例方式
以下，图1至图6中示出本发明的实施方式。图1是示出本发明涉及的力觉反馈型输入装置的结构的正视图，图2是示出力觉反馈型输入装置的结构的俯视图，图3是示出力觉反馈型输入装置的结构的左视图，图4是示出力觉反馈型输入装置的结构的右视图，图5是示出力觉反馈型输入装置的结构的剖面图，图6是示出力觉反馈型输入装置的其他实施例的结构的剖面图。再有，在图1至图4中，为了容易了解内部的结构，用去掉了机壳的一部分的状态来示出。
在图中，壳体由合成树脂等绝缘材料形成，并由被形成为内部具有空洞部的穹顶状的罩1和封住空洞部的平板状的底板2形成，该底板2与罩1的下面侧结合。此外，在罩1的上面设置了方形的开口部1a，在该开口部1a中露出后述的操作部件12的周侧部的一部分。此外，在罩1的开口部1a侧的一个内侧面上设置了沿着上下方向延伸设置的具有突出部3a的导引部件3。
托架4用合成树脂材料或金属材料等形成为截面形状是大致F字形，具有稍厚壁状的底座4a、在垂直方向上直立设置在该底座4a的大致中央的第一安装板4b、平行于该第一安装板4b直立设置在底座4a的一端侧的第二安装板4c。该托架4用支轴部2a将底座4a的另一端侧轴支承在上述底板2上，其一端侧就能转动，此外，在位于底座4a的一端侧的下方的上述底板2上配置了按钮开关5，该按钮开关5是用随着托架4转动的一端侧进行按压的检测机构。
在上述托架4的第一安装板4b上，安装了给予后述操作部件12旋转力的电动机6，该电动机6的旋转轴6a的一端向第二安装板4c侧突出。此外，在该电动机6的旋转轴6a的一端，固定着第一啮合齿轮7，该啮合齿轮7与后述的操作部件12的第二啮合齿轮14啮合，减速电动机6的旋转轴6a的旋转。此外，电动机6的本体支承在上述托架的底座4a附近，支承在上述底板2的内底面侧。
此外，在上述电动机6的旋转轴6a的另一端，固定着编码盘8，该编码盘(コ一ド板)8检测旋转轴6a的旋转角即操作部件12的旋转角，且沿着输出相当于该旋转角的旋转角信号的圆周方向排列了许多编码(コ一ド)，例如切口8a。此外，在上述托架4的底座4a上，通过L字形的支承板9安装着电路基板10，在该电路基板10上安装着光电传感器11。夹着上述编码盘8的切口8a，相对设置着该光电传感器11的发光部和受光部。用该编码盘8和光电传感器11构成了作为旋转检测机构的编码器。
操作部件12由合成树脂等绝缘材料构成，具有圆环状的周侧面12a，形成为单侧开口的具有中空部12b的圆筒状。该操作部件12轴支承在旋转支承部件13的支承轴13a上，在上述第一安装板4b与第二安装板4c之间可旋转地被安装，所述支承轴13a设置在上述托架4的第二安装板4c上，且向上述第一安装板4b突出。
这样，上述操作部件12的被上述托架4支承的位置是，在夹着上述操作部件12，而与上述电动机6的被上述托架4支承的位置(第一安装板4b)的相反侧支承的位置，由于能够将上述操作部件12配置在被上述托架4支承的位置(第二安装板4c)和上述电动机6之间，因此，能够不受上述操作部件12的形状限制而自由地设计，并且，也能够不受上述托架4的形状限制，因能有充分的壁厚而坚固地形成。
此外，在上述操作部件12的中空部12b中，固定着沿着该内周面圆环状连续的第二啮合齿轮14。然后，在上述操作部件12的中空部12b的中间配置第一啮合齿轮7，该第一啮合齿轮7固定在安装在上述第一安装板4b上的电动机6的旋转轴6a的一端上，该第一啮合齿轮7与上述第二啮合齿轮14啮合。此外，由于上述电动机6的被托架4支承的位置设置在上述底板2的内底面侧，因此，第一啮合齿轮7与上述第二啮合齿轮14在上述操作部件12从罩1的开口部1a露出的周侧面12a的相反侧啮合。
这样，上述电动机6其被托架4支承的位置是夹着上述操作部件12的支承轴13a，而设置在上述底板2的内底面侧(支承轴13a的下侧)，并且，在从上述罩1的开口部1a露出的上述操作部件12的周侧面12a的相反侧，通过上述第一和第二啮合齿轮7、14与上述操作部件12连接，由于能使上述电动机6不从构成壳体的上述罩1中飞出而很小地形成上述电动机6的第一啮合齿轮7，因此，能够容易地减速上述电动机6的旋转，并且能使罩1的开口部1a的周围没有障碍物。
此外，该情况下，与上述第一啮合齿轮7的齿轮(齿)数相比，充分多地形成上述第二啮合齿轮14的齿轮(齿)数，因此，用该第一啮合齿轮7和第二啮合齿轮14减速上述电动机6的旋转轴6a的旋转，在上述电动机6旋转时，就在上述操作部件12中得到充分的转矩。
此外，将上述操作部件12和电动机6安装在共用的上述托架4上，操作部件12被按压向下移动时，电动机6一起移动，电动机6的旋转的减速机构即上述第一啮合齿轮7和第二啮合齿轮14的啮合状态不变，就向操作部件12传递直接的旋转力。
此外，将上述托架4的被上述底板2支承的位置设置在上述电动机6侧，并且，在上述操作部件12与上述托架4的支承位置侧配置了按钮开关5，该按钮开关5是检测上述操作部件12的移动的检测机构，由于能够将按钮开关5配置在远离上述托架4的摆动支点的位置上，因此，能够很短地设定上述操作部件12按压按钮开关5的行程，并且，能够在上述操作部件12附近按压按钮开关5，因此，操作感良好。
此外，在设置在上述托架4的第二安装板4c上的上述旋转支承部件13上，向支承轴13a的突出方向的相反侧突出，并且在中央沿着上述托架4的移动方向形成了导引槽13b。该导引槽13b通过与设置在上述罩1的开口部1a侧的一个内侧面上的导引部件3的突出部3a结合，构成了托架4在上下方向上移动时的导引机构。
这样，由于设置了构成壳体的一部分的上述罩1、在上述托架4上沿着上述托架4的移动方向具有突出部3a的上述导引部件3、及导引槽13b，利用这些导引机构来导引上述托架4的移动，因此，在按压了上述操作部件12时，能够防止在径向上移动时发生横向振摆等。
此外，在上述托架4的底座4a上，在上述第一安装板4b与第二安装板4c之间，上述操作部件12的下面侧，设置了支承上述第二齿轮14的外周部(下面侧)的齿轮导轨(ギヤガイド)15。通过设置该齿轮导轨15，防止操作部件12的倾斜等的变位，在按压操作上述操作部件12时，使第一啮合齿轮7和第二啮合齿轮14的啮合状态一定，能够传递稳定的旋转力。
再有，虽然未图示，但力觉反馈型输入装置与外部的控制器连接，该控制器具有输入部、运算部、存储部和输出部。输入部输入从编码器输出的旋转角信号和旋转方向信号。运算部按照输入到输入部中的旋转角信号和旋转方向信号，运算控制电动机6的控制信号的值(电压值)。输出部根据运算部的运算结果，向电动机6输出控制信号。然后，在存储部中预先存储着用于使控制器工作的控制程序、运算部运算控制信号的值所用的函数和运算式。
下面，关于上述结构的力觉反馈型输入装置的工作进行说明。
首先，若旋转操作操作部件12，则通过第二啮合齿轮14和第一啮合齿轮7，使固定在旋转电动机6的旋转轴6a上的编码盘8旋转，从而向未图示的控制器的输入部输入光电传感器11读取的编码信号。然后，从输出部输出预先已存储的控制信号，进行表示装置(未图示)的切换。在此，在选择了操作对象即设备(例如空调装置)后，通过按压操作部件12，就以支轴部2a为支点向下方转动(摆动)托架4，配置在对置的一端侧的下方的按钮开关5就被按压。然后，向控制器输入该检测信号，确定操作对象设备(空调装置)。
接着，用相同的方法选择并确定各种模式(吹出口转换/温度设定/风量设定)。然后，在操作对象模式(例如风量)时，若旋转操作操作部件12，则由编码器(编码盘8和光电传感器11)检测旋转角，向控制器的输入部输入该旋转角所相当的旋转角信号。然后，利用运算部，从操作部件12的旋转角和预先存储在存储部中的函数，运算出与操作部件12的旋转角相应的操作信号的值。然后，从输出部输出由运算部计算出的值的操作信号。这样，例如，空调装置等的风量就增加。
这时，在运算部中也进行与操作部件12的旋转角相应的电动机6的控制信号的值的运算。然后，从输出部向电动机6输出由运算部计算出的值的控制信号。这样，从电动机6向操作部件12施加旋转操作的阻力，该力随着操作部件12的旋转角的增大，该旋转操作方向的阻力就增大。即，操作者能够根据伴随着从操作部件12给予的阻力的增大的阻力触感(力觉)，把握在使风量增加的方向上已使操作部件12旋转到了哪种程度。
此外，若操作部件12的旋转角达到规定的旋转角(例如MAX位置)，则由编码器检测规定的旋转角，向控制器的输入部输入与该规定的旋转角相当的旋转角信号。然后，利用运算部，基于预先存储在存储部中的运算式，决定阻止操作部件12旋转的意图，从输出部向电动机6输出对于该决定的制动控制信号。这样，阻止操作部件12超过规定的旋转角进行旋转。
这样，上述结构的力觉反馈型输入装置通过用手动旋转操作上述操作部件12，输出例如操作车载用电气设备的操作信号，车载用空调装置的风量的调节和吹出口的转换、收音机的音量和调谐器的调整、录音机的音量和音质的调整等就成为操作对象。
根据上述的本发明的实施例，上述操作部件12和电动机6通过使上述电动机6的旋转轴6a的旋转减速，向上述操作部件12传递已增大的旋转力的上述第一和第二啮合齿轮7、14进行连接，并且，在规定的位置上设置可向上述操作部件12的径向移动地分别支承上述操作部件12和电动机6的共用的上述托架4，通过该共用的托架4，将上述操作部件12和电动机6共同可移动地支承在构成壳体的上述罩1和底板2上，由于使上述操作部件12在径向上移动时上述电动机6也共同移动，上述电动机6的旋转轴6a与上述操作部件12的轴部的相对位置关系不变，因此，能够不通过带等挠性传动部件而传递上述电动机6的旋转力，能够给予直接的力觉。
图6是表示本发明的力觉反馈型输入装置的其他实施例的图。
再有，关于与上述图1至图5中所示实施例相同的部件标记了相同符号，而省略了其说明。
该情况下，与图1至图5中所示实施例的不同点在于，托架4上支承的电动机6和操作部件12的安装结构有一部分不同。
即，在图6所示实施例中，电动机6和操作部件12被支承在共用的托架4上，可共同移动地支承在壳体上在这一点上是结构相同的，但该电动机6通过托架4配置在位于壳体的上方，此外，在托架4的安装部4d的外侧，夹着安装部4d，在与电动机6的支承位置相对的相反侧上支承(轴支承)着操作部件12。
在该情况下，操作部件12和电动机6也是通过使电动机6的旋转轴6a的旋转减速后向上述操作部件12传递已增大的旋转力的第一和第二啮合齿轮7、14进行连接，电动机6的旋转轴6a与操作部件12的轴部的相对位置关系也不变。然后，由于能够不通过带等挠性传递部件而向操作部件12传递电动机6的旋转力，因此，能够给予直接的力觉。
根据上述实施例的结构，电动机6被配置成位于壳体的上方，由于构成编码器的编码盘8和光电传感器11中的光电传感器11不通过L字形的支承板9而直接安装在托架4的底座4a上，因此，能够削减零部件的数量，能实现节省空间化。
再有，在上述的本发明的实施例中，例举了得到阻力触感作为力觉的力觉反馈型输入装置，但本发明不限于此，也可以是得到加速的触感和“卡搭”触感作为力觉的力觉反馈型输入装置。
此外，编码器检测通过切口的光的透过，但也可以使用具有光的反射编码的编码盘。
附图标记的说明1罩(壳体)1a开口部2底板(壳体)2a支轴部3导引部件(导引机构)3a突出部4托架4a底座4b第一安装板4c第二安装板4d安装部5按钮开关(检测机构)6电动机6a旋转轴7第一啮合齿轮8编码盘(编码器)8a切口9支承板10电路基板11光电传感器(编码器)12操作部件12a周侧面
12b中空部13旋转支承部件13a支承轴13b导引槽(导引机构)14第二啮合齿轮15齿轮导轨
权利要求
1.一种力觉反馈型输入装置，其特征在于，具有操作部件，具有圆环状的周侧面，在周向上可旋转且在径向上可移动；电动机，对该操作部件给予旋转力；检测机构，检测上述操作部件的径向移动；及壳体，收纳上述操作部件和电动机，并具有使上述操作部件的周侧面的一部分露出的开口部，上述操作部件和电动机通过使上述电动机的旋转轴的旋转减速而向上述操作部件传递已增大的旋转力的啮合齿轮进行连接，并且，在规定的位置上设置可向上述操作部件的径向移动地分别支承上述操作部件和电动机的共用的托架，通过该共用的托架，将上述操作部件和电动机共同可移动地支承在上述壳体上。
2.如权利要求1所述的力觉反馈型输入装置，其特征在于，在上述壳体和托架上沿着上述托架的移动方向设置了导引机构。
3.如权利要求1所述的力觉反馈型输入装置，其特征在于，上述操作部件的被上述托架支承的位置是夹着上述操作部件而位于上述电动机的支承位置的相反侧。
4.如权利要求3所述的力觉反馈型输入装置，其特征在于，上述托架其被上述壳体支承的位置设置在上述电动机侧，并且，在上述操作部件的被上述托架支承的位置侧配置了检测上述操作部件的移动的检测机构。
5.如权利要求3所述的力觉反馈型输入转置，其特征在于，上述电动机其被上述托架支承的位置设置在上述壳体的内底部侧，并且，在从上述壳体的开口部露出的上述操作部件的周侧面的相反侧，通过上述啮合齿轮与上述操作部件连接。
全文摘要
本发明提供一种能够不通过带等挠性传动部件，将电动机的旋转力传递给旋钮并给予直接的力觉的力觉反馈型输入装置。具有操作部件(12)，具有圆环状的周侧面(12a)，在周向上可旋转且在径向上可移动；电动机(6)，对操作部件(12)给予旋转力；检测机构(5)，检测操作部件(12)的径向移动；壳体(1、2)，收纳操作部件(12)和电动机(6)，且具有使操作部件(12)的周侧面的一部分露出的开口部(1a)，操作部件(12)和电动机(6)通过使电动机(6)的旋转轴(6a)的旋转减速后向操作部件(12)传递已增大的旋转力的啮合齿轮(7、14)进行连接，并且，在规定的位置上设置可向操作部件(12)的径向移动地分别支承操作部件(12)和电动机(6)的共用的托架(4)，通过共用的托架(4)，将操作部件(12)和电动机(6)共同可移动地支承在壳体(1、2)上。
文档编号G05G9/04GK1700132SQ20051007288
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年5月17日
发明者小野寺干夫 申请人:阿尔卑斯电气株式会社