特許 6896068 回転型操作装置とその制御方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6896068

(24)【登録日】2021年6月10日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】回転型操作装置とその制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20210621BHJP

   G06F 3/0362 20130101ALI20210621BHJP

   G05G 5/03 20080401ALI20210621BHJP

   G05G 25/00 20060101ALI20210621BHJP

   H01H 19/00 20060101ALN20210621BHJP

   H01H 19/02 20060101ALN20210621BHJP

   H01H 9/16 20060101ALN20210621BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/01 560

   G06F3/0362 461

   G05G5/03 B

   G05G25/00 C

   !H01H19/00 Y

   !H01H19/02 A

   !H01H9/16 G

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2019-513569(P2019-513569)

(86)(22)【出願日】2018年4月10日

(86)【国際出願番号】JP2018015101

(87)【国際公開番号】WO2018193917

(87)【国際公開日】20181025

【審査請求日】2019年9月11日

(31)【優先権主張番号】特願2017-84369(P2017-84369)

(32)【優先日】2017年4月21日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】涌田 宏

【審査官】 菅原 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１７７３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０８００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１１２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０９６８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０７５５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１７５７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２１４６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１３３８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２３４６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２５４４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２１０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１８２１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９６８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１４２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１４７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１９１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１５６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１９０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８１０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４１５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２９４３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０１

Ｇ０５Ｇ ５／０３

Ｇ０５Ｇ ２５／００

Ｇ０６Ｆ ３／０３６２

Ｈ０１Ｈ ９／１６

Ｈ０１Ｈ １９／００

Ｈ０１Ｈ １９／０２

Ｆ１６Ｄ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転操作に応じて回転可能な操作部材と、
入力される制御信号に応じて、前記操作部材を回転駆動又は制動するための制御トルクを発生するトルク発生部と、
前記操作部材の回転角を検出する回転角センサと、
前記回転角センサにおける前記回転角の検出値に応じた前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記回転角の検出値の時間変化に基づいて、前記回転操作に対する前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントを本来の慣性モーメントと相違させるための補正トルクが前記制御トルクに追加されるように前記制御信号を補正する第１補正部と
を有し、
前記操作部材は、樹脂の表面に金属的な質感を与える処理が施されており、
前記トルク発生部は、
入力される第１制御信号に応じて、前記操作部材を回転駆動する駆動トルクを発生する駆動機と、
入力される第２制御信号に応じて、前記操作部材の回転を制動する制動トルクを発生する制動機とを含み、
前記第２制御信号を一定の値に保持する、回転型操作装置。

【請求項2】

前記第１補正部は、前記回転角の検出値に基づいて前記操作部材の角加速度を算出し、前記操作部材の慣性モーメントと前記角加速度とに基づいて推定される第１慣性トルクに応じた前記補正トルクが前記制御トルクに追加されるように前記第１制御信号を補正し、
前記操作部材において前記回転操作の操作トルクが印加される部分と前記制御トルクが印加される部分との間に作用するねじれトルクを検出するトルクセンサと、
前記ねじれトルクの検出値及び前記回転角の検出値に基づいて推定される前記制御トルクと、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に対応する前記制御トルクとの差である誤差トルクが小さくなるように前記制御信号を補正する第２補正部と
をさらに有し、
前記第２補正部は、前記回転角の検出値に基づいて前記操作部材の角加速度を算出し、前記トルクセンサからみて前記トルク発生部側の回転する部材の慣性モーメントと前記角加速度とに基づいて第２慣性トルクを算出し、前記ねじれトルクの検出値と前記第２慣性トルクとに基づいて推定される前記制御トルクと、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に対応する前記制御トルクとの差である前記誤差トルクが小さくなるように前記第１制御信号を補正する、
請求項１に記載の回転型操作装置。

【請求項3】

前記回転角センサによって検出される回転角の角度範囲は、
前記第１制御信号が負のピーク値から正のピーク値に連続的に変化する区間と、
前記第１制御信号が正のピーク値から負のピーク値に連続的に変化する区間とからなる、
請求項１又は２に記載の回転型操作装置。

【請求項4】

前記制動機は、
前記操作部材に接触した磁気粘性流体と、
前記第２制御信号に応じた磁界を発生し、当該磁界により前記磁気粘性流体の粘性を変化させる磁界制御部とを含む、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の回転型操作装置。

【請求項5】

前記制御信号生成部は、前記操作部材の回転角と前記第１制御信号の信号値との予め設定された対応関係、及び、前記操作部材の回転角と前記第２制御信号の信号値との予め設定された対応関係に基づいて、前記回転角の検出値に対応した信号値を持つ前記第１制御信号及び前記第２制御信号を生成する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の回転型操作装置。

【請求項6】

前記操作部材を回転可能に支持する筐体を有し、
前記操作部材は、前記筐体によって回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに固定された回転操作用のノブとを含み、
前記駆動機は、前記シャフトを回転駆動する前記駆動トルクを発生し、
前記制動機は、前記シャフトの回転を制動する前記制動トルクを発生し、
前記トルクセンサは、前記シャフトにおいて前記駆動トルク及び前記制動トルクが印加される部分と前記ノブが固定される部分との間に作用する前記ねじれトルクを検出する、
請求項２に記載の回転型操作装置。

【請求項7】

回転型操作装置の制御方法であって、
前記回転型操作装置は、
回転操作により印加される操作トルクに応じて回転可能な操作部材と、
入力される制御信号に応じて、前記操作部材を回転駆動又は制動するための制御トルクを発生するトルク発生部と、
前記操作部材の回転角を検出する回転角センサと
を有し、
前記回転角センサにおける前記回転角の検出値に応じた前記制御信号を生成することと、
前記回転角の検出値の時間変化に基づいて、前記回転操作に対する前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントを本来の慣性モーメントと相違させるための補正トルクが前記制御トルクに追加されるように前記制御信号を補正することとを有し、
前記操作部材は、樹脂の表面に金属的な質感を与える処理が施されており、
前記トルク発生部は、
入力される第１制御信号に応じて、前記操作部材を回転駆動する駆動トルクを発生する駆動機と、
入力される第２制御信号に応じて、前記操作部材の回転を制動する制動トルクを発生する制動機とを含み、
前記第２制御信号を一定の値に保持する、回転型操作装置の制御方法。

【請求項8】

前記回転型操作装置は、前記操作部材において前記操作トルクが印加される部分と前記制御トルクが印加される部分との間に作用するねじれトルクを検出するトルクセンサを有しており、
前記ねじれトルクの検出値及び前記回転角の検出値に基づいて推定される前記制御トルクと、前記制御信号に対応する前記制御トルクとの差である誤差トルクが小さくなるように前記制御信号を補正することを有する、
請求項７に記載の回転型操作装置の制御方法。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の回転型操作装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転操作に伴う操作感触を制御することが可能な回転型操作装置とその制御方法及びプログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

操作部材を回転させることにより、車両のトランスミッションの切り換えやオーディオ装置の音量の調節などの入力を受け付ける回転型操作装置が知られている。例えば、下記の特許文献１に記載される力覚付与入力装置は、操作者により回転操作される操作部材と、操作部材にトルクを与える電動アクチュエータと、操作部材の回転角を検知する回転角度検知手段と、操作部材の角速度を検知する回転速度検知手段と、操作部材の回転角及び角速度に応じて電動アクチュエータを制御する制御手段とを備える。この力覚付与入力装置は、回転操作に伴う操作部材の回転角及び回転速度に応じて、電動アクチュエータから操作部材に与えるトルクを制御することにより、クリック機構に似た操作感触を発生させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−１１４２０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、回転型操作装置の操作感触は、回転操作に伴う負荷の感覚や指に伝わる衝撃の感覚など、実際の操作によって得られる感覚に基づくものであるが、その実際の感覚と操作者が予想する感覚との違いが大きくなると、操作者に違和感を与える場合がある。

【0005】

例えば車載の機器では、軽量化を図りつつ見た目の高級感を演出するために、樹脂などの軽量な材料の表面に金属的な質感を与える処理を施す場合がある。操作部材の見た目の質感が金属に近い場合、操作者は金属に相応しい重たい負荷を無意識のうちに予想する。そのため、実際の操作で感じる負荷が予想した負荷に比べて軽いと、その感覚の違いが操作者に違和感を与えてしまう。

【0006】

操作部材の質量が異なると、操作部材の慣性トルクが異なるため、この慣性トルクの違いが回転操作の負荷の感覚に影響を与える。操作部材の慣性トルクは、操作部材の慣性モーメントと角加速度に応じて変化する。仮に、電動アクチュエータなどを用いて操作部材に一定のトルクを与えても、角加速度に応じて変化しない一定のトルクは慣性トルクとは異なるため、上述した操作者の違和感を解消することはできない。

【0007】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、操作部材の見た目の質感と実際の操作で感じる負荷との食い違いに起因する操作感触の違和感を低減できる回転型操作装置とその制御方法及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の観点に係る回転型操作装置は、回転操作に応じて回転可能な操作部材と、入力される制御信号に応じて、前記操作部材を回転駆動又は制動するための制御トルクを発生するトルク発生部と、前記操作部材の回転角を検出する回転角センサと、前記回転角センサにおける前記回転角の検出値に応じた前記制御信号を生成する制御信号生成部と、前記回転角の検出値の時間変化に基づいて、前記回転操作に対する前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントを本来の慣性モーメントと相違させるための補正トルクが前記制御トルクに追加されるように前記制御信号を補正する第１補正部とを有し、前記操作部材は、樹脂の表面に金属的な質感を与える処理が施されており、前記トルク発生部は、入力される第１制御信号に応じて、前記操作部材を回転駆動する駆動トルクを発生する駆動機と、入力される第２制御信号に応じて、前記操作部材の回転を制動する制動トルクを発生する制動機とを含み、前記第２制御信号を一定の値に保持する。

【0009】

この構成によれば、前記回転操作に対する前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントを本来の慣性モーメントと相違させるための前記補正トルクが前記制御トルクに追加されることにより、前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントを前記操作部材の見た目の質感に適合させることが可能になる。そのため、前記操作部材の見た目の質感と実際の操作で感じる負荷との食い違いに起因する操作感触の違和感が低減される。また、前記第１制御信号に応じた前記駆動トルクが前記駆動機において発生し、前記第２制御信号に応じた前記制動トルクが前記制動機において発生する。そのため、前記駆動トルクと前記制動トルクとの組み合わせにより、様々な操作感触を生み出す前記制御トルクを生成することが可能になる。また、前記第１補正部及び前記第２補正部において、前記第１制御信号及び前記第２制御信号の少なくとも一方がそれぞれ補正されることにより、前記補正トルクが前記制御トルクに追加されるとともに、誤差トルクの低減が図られる。

【0010】

好適に、前記第１補正部は、前記回転角の検出値に基づいて前記操作部材の角加速度を算出し、前記操作部材の慣性モーメントと前記角加速度とに基づいて推定される第１慣性トルクに応じた前記補正トルクが前記制御トルクに追加されるように前記第１制御信号を補正し、前記操作部材において前記回転操作の操作トルクが印加される部分と前記制御トルクが印加される部分との間に作用するねじれトルクを検出するトルクセンサと、前記ねじれトルクの検出値及び前記回転角の検出値に基づいて推定される前記制御トルクと、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に対応する前記制御トルクとの差である誤差トルクが小さくなるように前記制御信号を補正する第２補正部とをさらに有し、前記第２補正部は、前記回転角の検出値に基づいて前記操作部材の角加速度を算出し、前記トルクセンサからみて前記トルク発生部側の回転する部材の慣性モーメントと前記角加速度とに基づいて第２慣性トルクを算出し、前記ねじれトルクの検出値と前記第２慣性トルクとに基づいて推定される前記制御トルクと、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に対応する前記制御トルクとの差である前記誤差トルクが小さくなるように前記第１制御信号を補正してよい。

【0011】

この構成によれば、前記操作部材の慣性モーメントと前記角加速度とに基づいて推定される第１慣性トルクに応じた前記補正トルクが前記制御トルクに追加されることにより、前記回転操作に対する前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントが本来の仮想モーメントに対して変化する。また、前記ねじれトルクの検出値及び前記回転角の検出値に基づいて推定される前記制御トルクと、前記制御信号に対応する前記制御トルクとの差である前記誤差トルクが小さくなる。これにより、前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントが精度良く設定される。また、前記トルクセンサからみて前記トルク発生部側の回転する部材の慣性モーメントと、前記角加速度とに基づいて、前記第２慣性トルクが算出される。前記誤差トルクは、前記ねじれトルクの検出値と前記第２慣性トルクとに基づいて推定される前記制御トルクと、前記制御信号に対応する前記制御トルクとの差である。前記誤差トルクが小さくなることにより、前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントが精度良く設定される。

【0012】

好適に、前記回転角センサによって検出される回転角の角度範囲は、前記第１制御信号が負のピーク値から正のピーク値に連続的に変化する区間と、前記第１制御信号が正のピーク値から負のピーク値に連続的に変化する区間とからなる構成であってよい。

【0018】

好適に、前記制動機は、前記操作部材に接触した磁気粘性流体と、前記第２制御信号に応じた磁界を発生し、当該磁界により前記磁気粘性流体の粘性を変化させる磁界制御部とを含んでよい。

【0019】

この構成によれば、前記磁気粘性流体の粘性を変化させることにより、前記操作部材に印加される前記制動トルクが変化する。従って、前記操作部材に機械的な摩擦力を加える方法に比べて前記制動トルクの精密な制御が可能になる。

【0020】

好適に、前記制御信号生成部は、前記操作部材の回転角と前記第１制御信号の信号値との予め設定された対応関係、及び、前記操作部材の回転角と前記第２制御信号の信号値との予め設定された対応関係に基づいて、前記回転角の検出値に対応した信号値を持つ前記第１制御信号及び前記第２制御信号を生成してよい。

【0021】

この構成によれば、前記第１制御信号及び前記第２制御信号の各々について予め設定された前記対応関係に基づいて、前記回転角の検出値に対応した信号値を持つ前記第１制御信号及び前記第２制御信号がそれぞれ生成される。

【0022】

好適に、上記回転型操作装置は、前記操作部材を回転可能に支持する筐体を有してよい。前記操作部材は、前記筐体によって回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに固定された回転操作用のノブとを含んでよい。前記駆動機は、前記シャフトを回転駆動する前記駆動トルクを発生してよい。前記制動機は、前記シャフトの回転を制動する前記制動トルクを発生してよい。前記トルクセンサは、前記シャフトにおいて前記駆動トルク及び前記制動トルクが印加される部分と前記ノブが固定される部分との間に作用する前記ねじれトルクを検出してよい。

【0023】

この構成によれば、前記ノブの見た目の質感と、前記ノブに対する実際の回転操作で感じる負荷との食い違いに起因する操作感触の違和感を低減することが可能になる。

【0024】

本発明の第２の観点は、回転型操作装置の制御方法であって、前記回転型操作装置は、
回転操作により印加される操作トルクに応じて回転可能な操作部材と、入力される制御信号に応じて、前記操作部材を回転駆動又は制動するための制御トルクを発生するトルク発生部と、前記操作部材の回転角を検出する回転角センサとを有し、前記操作部材は、樹脂の表面に金属的な質感を与える処理が施されており、前記トルク発生部は、入力される第１制御信号に応じて、前記操作部材を回転駆動する駆動トルクを発生する駆動機と、入力される第２制御信号に応じて、前記操作部材の回転を制動する制動トルクを発生する制動機とを含み、前記第２制御信号を一定の値に保持し、前記回転角センサにおける前記回転角の検出値に応じた前記制御信号を生成することと、前記回転角の検出値の時間変化に基づいて、前記回転操作に対する前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントを本来の慣性モーメントと相違させるための補正トルクが前記制御トルクに追加されるように前記制御信号を補正することとを有する。

【0025】

前記回転型操作装置は、前記操作部材において前記操作トルクが印加される部分と前記制御トルクが印加される部分との間に作用するねじれトルクを検出するトルクセンサを有してよい。前記回転型操作装置の制御方法は、前記ねじれトルクの検出値及び前記回転角の検出値に基づいて推定される前記制御トルクと、前記制御信号に対応する前記制御トルクとの差である誤差トルクが小さくなるように前記制御信号を補正することを有してよい。また、前記ねじれトルクの検出値及び前記回転角の検出値に基づいて推定される前記制御トルクと、前記制御信号に対応する前記制御トルクとの差である前記誤差トルクが小さくなる。これにより、前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントが精度良く設定される。また、前記トルクセンサからみて前記トルク発生部側の回転する部材の慣性モーメントと、前記角加速度とに基づいて、前記第２慣性トルクが算出される。前記誤差トルクは、前記ねじれトルクの検出値と前記第２慣性トルクとに基づいて推定される前記制御トルクと、前記制御信号に対応する前記制御トルクとの差である。前記誤差トルクが小さくなることにより、前記操作部材の見かけ上の慣性モーメントが精度良く設定される。

【0026】

本発明の第３の観点は、上記第２の観点に係る回転型操作装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、操作部材の見た目の質感と実際の操作で感じる負荷との食い違いに起因する操作感触の違和感を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の実施形態に係る回転型操作装置の外観の一例を示す斜視図である。

【図2】図１に示す２−２線を通る断面における回転型操作装置の部分切断面図である。

【図3】図１に示す回転型操作装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図4】制御トルクの制御信号の生成と補正に関わる構成の一例を示すブロック図である。

【図5】回転角に応じて変化する第１制御信号及び第２制御信号と、これに対応する駆動トルク及び制御トルクの例を示す図である。

【図6】図１に示す回転型操作装置の各部に作用するトルクを説明するための図である。

【図7】制御信号の生成及び補正に関わる処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施形態に係る回転型操作装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る回転型操作装置１００の外観の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す２−２線を通る断面における回転型操作装置１００の部分切断面図である。図３は、図１に示す回転型操作装置１００の構成の一例を示すブロック図である。

【0030】

図１に示すように、回転型操作装置１００は、操作者の回転操作に応じて回転可能な操作部材１０２と、操作部材１０２を回転可能に支持する筐体１０１とを有する。回転型操作装置１００は、操作部材１０２の回転角や、回転位置、回転速度等の回転操作に関わる操作情報を生成する。回転型操作装置１００は、例えばオーディオ装置における音量の調整や、車両におけるトランスミッションの切り換えなどに用いられる。

【0031】

図２の切断面は、操作部材１０２の回転軸ＡＸを通る。図２に示すように、操作部材１０２は、筐体１０１によって回転可能に支持されたシャフト１１２と、シャフト１１２に固定されたノブ１１１とを含む。シャフト１１２は、筐体１０１の内部に収容される。ノブ１１１は、筐体１０１の外側に露出しており、操作者の回転操作を受ける。図１及び図２の例において、ノブ１１１とシャフト１１２は回転軸ＡＸを中心軸とする円柱状の形状を持っており、回転軸ＡＸの回りで一体的に回転する。

【0032】

図２に示すように、回転型操作装置１００は、機械系の構成として、トルク発生部１０３と、トルクセンサ１０４と、回転角センサ１０５とを有する。トルク発生部１０３、トルクセンサ１０４及び回転角センサ１０５は、それぞれ筐体１０１の内部に収容されており、操作部材１０２のシャフト１１２に沿って設けられている。

【0033】

また図３に示すように、回転型操作装置１００は、制御系の構成として、処理部１０８と、記憶部１０９と、インターフェース部１１０とを更に含む。

【0034】

（トルク発生部１０３）
トルク発生部１０３は、後述する処理部１０８（図３）から入力される制御信号（Ｄ１，Ｄ２）に応じて、操作部材１０２を回転駆動又は制動するための制御トルクＴ１を発生する。図２の例において、トルク発生部１０３は、駆動機１０６と制動機１０７を含む。

【0035】

駆動機１０６は、処理部１０８から入力される第１制御信号Ｄ１に応じて、操作部材１０２を回転駆動する駆動トルクＴｄを発生する。駆動機１０６は、例えば図２に示すように、ＤＣモータなどの電動機１２０を含む。電動機１２０は、図２の例において、シャフト１１２と一体的に回転する複数の回転子１２１と、回転子１２１に対向して配置された複数の固定子１２２とを含む。回転子１２１は例えば永久磁石であり、固定子１２２は例えばコイルである。複数の固定子１２２のコイルにそれぞれ所定の波形の駆動電流を供給することにより、複数の回転子１２１に作用する磁界が発生し、複数の回転子１２１をシャフト１１２とともに回転駆動する駆動トルクＴｄが発生する。駆動トルクＴｄの大きさは、固定子１２２のコイルに供給する駆動電流の大きさに応じて変化する。

【0036】

駆動機１０６は、図３に示すように、駆動回路１２３と駆動信号生成部１２４を更に含む。駆動回路１２３は、入力される駆動信号に応じた駆動電流を発生し、電動機１２０の複数の固定子１２２にそれぞれ供給する。駆動信号生成部１２４は、処理部１０８から入力される第１制御信号Ｄ１に応じた駆動信号を生成し、駆動回路１２３に入力する。第１制御信号Ｄ１は、固定子１２２のコイルに供給する駆動電流の大きさを設定する信号である。駆動信号生成部１２４は、この第１制御信号Ｄ１の設定に応じた駆動電流が供給されるように駆動信号を生成する。

【0037】

例えば駆動信号生成部１２４は、第１制御信号Ｄ１の信号値（デジタル値）に応じた振幅を持つアナログの駆動信号を出力するＤ／Ａコンバータを含む。あるいは、駆動信号生成部１２４は、第１制御信号Ｄ１の信号値（デジタル値）に応じてパルス幅変調されたＰＷＭ信号を平滑化し、駆動信号として出力する平滑回路を含んでもよい。

【0038】

なお、駆動機１０６は、上述した電動機１２０に限定されず、他の動力源に基づいてトルクを発生する種々のタイプの原動機を含んでもよい。

【0039】

制動機１０７は、処理部１０８から入力される第２制御信号Ｄ２に応じて、操作部材１０２の回転を制動する制動トルクＴｂを発生する。例えば制動機１０７は、操作部材１０２に接触した磁気粘性流体１３４と、磁気粘性流体１３４に作用する磁界を制御する磁界制御部１３２とを含む。

【0040】

磁界制御部１３２は、第２制御信号Ｄ２に応じた磁界を発生し、当該磁界により磁気粘性流体１３４の粘性を変化させる。例えば磁界制御部１３２は、シャフト１１２の周りに環状に巻かれたコイルである。図２に示すように、磁界制御部１３２は、操作部材１０２のシャフト１１２に固定された環状のコイルケース１３１の中に配置される。コイルケース１３１は、回転軸ＡＸに略垂直な対向面１３３を持つ。シャフト１１２には、回転軸ＡＸに略垂直な面を持つ円盤状の抵抗盤１３５が固定されており、この抵抗盤１３５の一方の面とコイルケース１３１の対向面１３３とが近接して配置される。磁気粘性流体１３４は、コイルケース１３１の対向面１３３と抵抗盤１３５との間隙に充填されており、図示しないシール部材によってこの間隙の中に閉じ込められている。

【0041】

磁界制御部１３２に流れる駆動電流が変化すると、磁気粘性流体１３４を通る磁界が変化し、磁界の変化によって磁気粘性流体１３４を構成する粒子の結合力が変化し、粒子の結合力の変化によって磁気粘性流体１３４の粘性が変化する。磁気粘性流体１３４の粘性が変化すると、コイルケース１３１と抵抗盤１３５との相対的な回転を妨げる力、すなわち摩擦力が変化する。この摩擦力が大きくなるほど、操作部材１０２の回転を制動する制動トルクＴｂが大きくなる。制動トルクＴｂの大きさは、磁界制御部１３２に流れる駆動電流の大きさに応じて変化する。

【0042】

制動機１０７は、図３に示すように、駆動回路１３６と駆動信号生成部１３７を更に含む。駆動回路１３６は、入力される駆動信号に応じた駆動電流を発生し、磁界制御部１３２に供給する。駆動信号生成部１３７は、処理部１０８から入力される第２制御信号Ｄ２に応じた駆動信号を生成し、駆動回路１３６に入力する。第２制御信号Ｄ２は、磁界制御部１３２に供給する駆動電流の大きさを設定する信号である。駆動信号生成部１３７は、この第２制御信号Ｄ２の設定に応じた駆動電流が供給されるように駆動信号を生成する。

【0043】

例えば駆動信号生成部１３７は、第２制御信号Ｄ２の信号値（デジタル値）に応じた振幅を持つアナログの駆動信号を出力するＤ／Ａコンバータを含む。あるいは、駆動信号生成部１３７は、第２制御信号Ｄ２の信号値（デジタル値）に応じてパルス幅変調されたＰＷＭ信号を平滑化し、駆動信号として出力する平滑回路を含んでもよい。

【0044】

なお、制動機１０７は、上述したように磁気粘性流体１３４の粘性を利用するものに限定されず、他の種々の方法で制動トルクＴｂを発生してもよい。例えば、制動機１０７は、操作部材１０２へ機械的に部材を接触させる方法や、電磁力を用いる方法により制動トルクＴｂを発生してもよい。

【0045】

（回転角センサ１０５）
回転角センサ１０５は、操作部材１０２の回転角を検出するセンサであり、例えばロータリーエンコーダ１４０を含む。ロータリーエンコーダ１４０は、例えば図２に示すように、操作部材１０２のシャフト１１２に固定された円盤状の検出盤１４１と、検出盤１４１の外周縁付近に近接して配置された光学検知部１４２を含む。検出盤１４１には、外周縁付近に複数の穴が形成されている。光学検知部１４２は、この穴の有無を光学的に検知する。光学検知部１４２の検知結果により、操作部材１０２の回転角が検出される。

【0046】

なお、回転角センサ１０５は、上述したロータリーエンコーダ１４０に限定されず、他の種々の方法により回転角を検出してもよい。例えば、回転角センサ１０５は、シャフト１１２に固定された永久磁石による磁界の変化に基づいて回転角を検出してもよいし、シャフト１１２の回転に応じて抵抗値や他の物理量が変化するセンサにより回転角を検出してもよい。

【0047】

（トルクセンサ１０４）
トルクセンサ１０４は、操作部材１０２において回転操作の操作トルクＴ２が印加される部分と、トルク発生部１０３の制御トルクＴ１が印加される部分との間に作用するねじれトルクＴｓを検出する。すなわち、トルクセンサ１０４は、シャフト１１２において駆動トルクＴｄ及び制動トルクＴｂが印加される部分とノブ１１１が固定される部分との間に作用するねじれトルクＴｓを検出する。

【0048】

トルクセンサ１０４は、例えば強磁性体の磁歪効果を利用してねじれトルクＴｓを検出する。図２の例において、トルクセンサ１０４は、シャフト１１２に形成された磁歪膜１１５Ａ及び１１５Ｂと、磁歪膜１１５Ａの周囲に巻かれた検出コイル１１６Ａと、磁歪膜１１５Ｂの周囲に巻かれた検出コイル１１６Ｂとを有する。図３では、検出コイル１１６Ａ及び１１６Ｂを合わせて「検出コイル１１６」と表している。トルクセンサ１０４は、検出コイル１１６Ａ及び１１６Ｂの出力信号の差を増幅するアンプ回路１１７を含む。

【0049】

磁歪膜１１５Ａ及び１１５Ｂは、互いに逆方向の磁気異方性を有しており、シャフト１１２に作用するねじれトルクＴｓに応じて、一方の透磁率が増大すると他方の透磁率が減少する。検出コイル１１６Ａ及び１１６Ｂは、図示しない励磁コイルと磁気結合しており、励磁コイルに印加される信号に応じて電磁誘導された信号をそれぞれ出力する。検出コイル１１６Ａ及び１１６Ｂの出力信号の差は、磁歪膜１１５Ａ及び１１５Ｂの透磁率の差に応じて変化し、ねじれトルクＴｓの大きさを表す。トルクセンサ１０４は、検出コイル１１６Ａ及び１１６Ｂの出力信号の差に相当する信号をねじれトルクＴｓの検出結果として出力する。

【0050】

なお、トルクセンサ１０４は、上述した磁歪効果を利用する方法に限定されず、他の種々の方法によりねじれトルクを検出してもよい。例えば、トルクセンサ１０４は、シャフト１１２に取り付けられたトルクゲージの信号をスリップリングなどを介して出力する方法によりねじれトルクＴｓを検出してもよい。

【0051】

図２に示すように、トルクセンサ１０４を挟んだシャフト１１２の一方側にノブ１１１が固定され、シャフト１１２の他方側に回転角センサ１０５とトルク発生部１０３が設けられている。また図２の例において、回転角センサ１０５はトルク発生部１０３よりトルクセンサ１０４の近くに位置し、トルク発生部１０３の中では、駆動機１０６が制動機１０７よりトルクセンサ１０４の近くに位置する。

【0052】

（処理部１０８）
処理部１０８は、回転型操作装置１００の動作に関わる制御やデータの入出力などの処理を実行する装置であり、例えば記憶部１０９に格納されるプログラム１５５に基づいて種々の処理を実行するコンピュータを含む。処理部１０８は、全ての処理をコンピュータによって実行しても良いし、少なくとも一部の処理を専用のハードウェア（ロジック回路）で実行してもよい。

【0053】

処理部１０８は、トルク発生部１０３において発生するトルク（制御トルクＴ１）の制御に関わる処理を行う構成要素として、制御信号生成部１５１と、第１補正部１５２と、第２補正部１５３を含む。

【0054】

（制御信号生成部１５１）
制御信号生成部１５１は、回転角センサ１０５における回転角の検出値に応じた制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を生成する。すなわち、制御信号生成部１５１は、操作部材１０２の回転角と第１制御信号Ｄ１の信号値との予め設定された対応関係、及び、操作部材１０２の回転角と第２制御信号Ｄ２の信号値との予め設定された対応関係に基づいて、回転角の検出値に対応した信号値を持つ第１制御信号Ｄ１及び第２制御信号Ｄ２を生成する。操作部材１０２の回転角と第１制御信号Ｄ１の信号値との対応関係、及び、操作部材１０２の回転角と第２制御信号Ｄ２の信号値との対応関係は、パターンデータ１５６として記憶部１０９に格納される。制御信号生成部１５１は、このパターンデータ１５６を参照して、回転角の検出値に応じた第１制御信号Ｄ１及び第２制御信号Ｄ２を生成する。

【0055】

図４は、制御トルクＴ１の制御信号（Ｄ１，Ｄ２）の生成と補正に関わる構成の一例を示すブロック図である。図４の例において、制御信号生成部１５１は、角度データ生成部１６１と、第１制御信号生成部１６２と、第２制御信号生成部１６３を含む。

【0056】

角度データ生成部１６１は、回転角センサ１０５における回転角の検出値に応じた角度データＡを生成する。例えば角度データ生成部１６１は、操作部材１０２を回転することが可能な範囲における回転角の検出値を、この範囲に含まれる複数の角度範囲の各々における相対的な回転角を表す角度データＡに変換する。具体例として、回転可能な範囲に制限がなく、１回転（３６０°）の範囲が１２個の角度範囲に分かれており、各角度範囲が３０°の幅を持つものとする。この場合、角度データ生成部１６１は、回転角の検出値が０°から３６０°まで変化する間に、角度データＡを０°から３０°まで１２回変化させる。

【0057】

第１制御信号生成部１６２は、パターンデータ１５６に含まれる第１制御信号Ｄ１の信号値と角度データＡとの対応関係に基づいて、角度データＡに対応した信号値を持つ第１制御信号Ｄ１を生成する。
第２制御信号生成部１６３は、パターンデータ１５６に含まれる第２制御信号Ｄ２の信号値と角度データＡとの対応関係に基づいて、角度データＡに対応した信号値を持つ第２制御信号Ｄ２を生成する。

【0058】

図５は、回転角に応じて変化する第１制御信号Ｄ１及び第２制御信号Ｄ２と、これに対応する駆動トルクＴｄ及び制御トルクＴ１の例を示す図である。図５における横軸は、操作部材１０２の回転方向を正とする一方向への回転角の変化を示す。図５における正の第１制御信号Ｄ１は、操作部材１０２の回転を抑制する方向に駆動トルクＴｄを発生させることを示し、負の第１制御信号Ｄ１は、操作部材１０２の回転を促進する方向に駆動トルクＴｄを発生させることを示す。図５における正の駆動トルクＴｄは、操作部材１０２の回転を抑制するトルクを示し、負の駆動トルクＴｄは、操作部材１０２の回転を促進するトルクを示す。図５における第２制御信号Ｄ２は、制動トルクＴｂの大きさを指定する。図５における制御トルクＴ１は、駆動トルクＴｄと制動トルクＴｂとの和を示しており、正負の符号の意味は駆動トルクＴｄと同じである。なお、図５に例示する制御トルクＴ１は、操作部材１０２を一定の速度で回転させた場合のものであり、後述する第１補正部１５２による補正を受けていない。

【0059】

操作部材１０２の回転方向を右回りと左回りとで反転させる場合、例えば制御信号生成部１５１は、それぞれの回転方向において図５と同様な第１制御信号Ｄ１及び第２制御信号Ｄ２を生成してよい。この場合、それぞれの回転方向において、図５における正の第１制御信号Ｄ１は、操作部材１０２の回転を抑制する方向に駆動トルクＴｄを発生させることを示し、負の第１制御信号Ｄ１は、操作部材１０２の回転を促進する方向に駆動トルクＴｄを発生させることを示す。

【0060】

図５に示すように、連続する２つの角度範囲Ｒ０−１及びＲ０−２において、回転角の変化に対する第１制御信号Ｄ１の変化のパターンが同一となっている。１回転の範囲（３６０°）には、角度範囲Ｒ０−１、Ｒ０−２と同様な複数の角度範囲が含まれる。これらの複数の角度範囲を区別せずに「Ｒ０」と呼ぶ。角度データ生成部１６１は、それぞれの角度範囲Ｒ０において、始点から終点に向かって同様に変化する角度データＡを生成する。これにより、第１制御信号生成部１６２及び第２制御信号生成部１６３は、それぞれの角度範囲Ｒ０において同様に変化する第１制御信号Ｄ１及び第２制御信号Ｄ２を生成する。

【0061】

図５の例において、１つの角度範囲Ｒ０には、第１区間Ｒ１と第２区間Ｒ２が含まれる。角度データが「Ａ１」から「Ａ３」までの第１区間Ｒ１において、第１制御信号Ｄ１は負のピーク値ＤＬ１から正のピーク値ＤＨ１へ連続的に変化し、駆動トルクＴｄは負のピーク値ＴＬ１から正のピーク値ＴＨ１へ連続的に変化する。第１区間Ｒ１の角度データＡ２において、第１制御信号Ｄ１がゼロになり、これに対応して駆動トルクＴｄもゼロになる。

【0062】

角度データが「Ａ３」から「Ａ１」までの第２区間Ｒ２において、第１制御信号Ｄ１は正のピーク値ＤＨ１から負のピーク値ＤＬ１へ連続的に変化し、駆動トルクＴｄは正のピーク値ＴＨ１から負のピーク値ＴＬ１へ連続的に変化する。第２区間Ｒ２の角度データＡ４において、第１制御信号Ｄ１がゼロになり、これに対応して駆動トルクＴｄもゼロになる。

【0063】

角度データが「Ａ１」から「Ａ２」までの第１サブ区間Ｓ１と、角度データが「Ａ４」から「Ａ１」までの第４サブ区間Ｓ４では、駆動トルクＴｄが負であるため、駆動トルクＴｄが操作部材１０２の回転を促進する方向（以下、「促進方向」と記す場合がある。）に働く。角度データが「Ａ２」から「Ａ３」までの第２サブ区間Ｓ２と、角度データが「Ａ３」から「Ａ４」までの第３サブ区間Ｓ３では、駆動トルクＴｄが正であるため、駆動トルクＴｄが操作部材１０２の回転を抑制する方向（以下、「抑制方向」と記す場合がある。）に働く。

【0064】

図５の例において、第２制御信号Ｄ２は一定の値ＤＬ２に保持される。そのため、制動機１０７の制動トルクＴｂも一定の値ＴＭ３に保持される。

【0065】

制御トルクＴ１は、駆動トルクＴｄと制動トルクＴｂとの和であるため、図５に示す制御トルクＴ１のグラフは、図５に示す駆動トルクＴｄのグラフを制動トルクＴｂの値ＴＭ３だけ正方向にシフトさせたものになる。

【0066】

制御トルクＴ１は、第１区間Ｒ１の角度データＡ５においてゼロになる。角度データＡ５からＡ３にかけて操作部材１０２を回転させると、制御トルクＴ１が正方向に増大し、抑制方向の制御トルクＴ１が増大するため、操作者は徐々に大きくなる抵抗力を感じる。角度データが「Ａ３」を超えるとき、制御トルクＴ１が増大から減少に転じるため、操作者は抵抗力の変化を感じる。更に角度データＡ３からＡ１にかけて操作部材１０２を回転させると、正方向の制御トルクＴ１が徐々に減少するため、操作者は抵抗力が軽くなる感じを受ける。この回転の途中で制御トルクＴ１がゼロになり、更に負方向へ増大すると、促進方向の制御トルクＴ１が増大するため、操作者は操作部材１０２によって回転方向に引き込まれる感じを受ける。角度データＡ１を超えて操作部材１０２を回転させると、促進方向への引き込み力が弱くなり、制御トルクＴ１がゼロとなる角度データＡ５において引き込み力がゼロになる。そのため、操作者は、角度データＡ５の位置で操作部材１０２の回転を安定的に停止させることができる。

【0067】

（第１補正部１５２）
第１補正部１５２は、回転角センサ１０５における回転角の検出値の時間変化に基づいて、回転操作に対する操作部材１０２の見かけ上の慣性モーメントを本来の仮想モーメントと相違させるための補正トルクが制御トルクＴ１に追加されるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を補正する。

【0068】

図６は、図１に示す回転型操作装置１００の各部に作用するトルクを説明するための図である。図６において、「Ｔ１」はトルク発生部１０３が発生する制御トルクを示し、「Ｔ２」は操作者の回転操作によってノブ１１１に印加される操作トルクを示し、「Ｔｓ」はトルクセンサ１０４で検出されるねじれトルクを示す。「Ｔｆ」は、後述の第２補正部１５３によって補正される誤差トルクを示す。

【0069】

図６において、「α２」はノブ１１１の角加速度を示し、「α１」はトルク発生部１０３の回転の加速度を示す。本実施形態において、シャフト１１２のねじれは殆ど生じないため、角加速度「α１」と「α２」は角加速度「α」に等しいものとする。

【0070】

図６において、「Ｊ１」は、トルクセンサ１０４からみてトルク発生部１０３側の回転する部材（回転子１２１、抵抗盤１３５、検出盤１４１、シャフト１１２の一部など）の慣性モーメントを示す。また、「Ｊ２」は、トルクセンサ１０４からみてノブ１１１側の回転する部材（ノブ１１１、シャフト１１２の一部）の本来の慣性モーメントを示す。

【0071】

誤差トルクＴｆをゼロとすると、図６においてトルクセンサ１０４よりノブ１１１側の部材では次の式が成立する。

【0072】

Ｊ２・α＝Ｔｓ−Ｔ２ … （１）

【0073】

ここで、「ｋ」を一定の係数とした場合、式（１）は次の式のように変形できる。

【0074】

（ｋ＋１）・Ｊ２・α＝（ｋ＋１）・（Ｔｓ−Ｔ２） … （２）

【0075】

式（２）は更に、次式のように変形できる。

【0076】

（ｋ＋１）・Ｊ２・α＝（Ｔｓ−Ｔ２）＋ｋ・Ｊ２・α … （３）

【0077】

ここで、制御トルクＴ１に補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」を加算することを考える。制御トルクＴ１に補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」を加算すると、トルクセンサ１０４で検出されるねじれトルクの検出値は「Ｔｓ」から「Ｔｓ＋ｋ・Ｊ２・α」に変化する。この変化後の検出値を「Ｔｓ’」とすると、式（３）は次のように表される。

【0078】

（ｋ＋１）・Ｊ２・α＝（Ｔｓ’−Ｔ２） … （４）

【0079】

式（４）を式（１）と比較して分かるように、制御トルクＴ１に補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」を加算することで、回転操作に対する操作部材１０２の見かけ上の慣性トルクは、本来の慣性モーメントＪ２に対して（ｋ＋１）倍となる。

【0080】

そこで、第１補正部１５２は、制御トルクＴ１に補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」を加算する補正を行う。すなわち、第１補正部１５２は、回転角センサ１０５の回転角の検出値に基づいて操作部材１０２の角加速度αを算出し、慣性モーメントＪ２と角加速度αとに基づいて推定される第１慣性トルクＴｉ１に応じた補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」が制御トルクＴ１に追加されるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を補正する。ここで、第１慣性トルクＴｉ１は、式（１）で表される「Ｊ２・α」である。

【0081】

第１補正部１５２は、例えば図４に示すように、角加速度算出部１６４と、慣性トルク算出部１６５と、補正信号生成部１６６と、加算部１６７とを含む。

【0082】

角加速度算出部１６４は、回転角センサ１０５における回転角の検出値θの２階微分を行うことにより角加速度αを算出する。

【0083】

慣性トルク算出部１６５は、角加速度算出部１６４で算出された角加速度αに慣性モーメントＪ２を乗ずることにより、第１慣性トルクＴｉ１を算出する。

【0084】

補正信号生成部１６６は、制御トルクＴ１に補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」が加算されるように第１制御信号Ｄ１を補正するための補正信号を生成する。

【0085】

加算部１６７は、補正信号生成部１６６において生成された補正信号を、第１制御信号生成部１６２で生成された第１制御信号Ｄ１に加算する。

【0086】

なお、図４の例において、第１補正部１５２は第１制御信号Ｄ１のみを補正しているが、本実施形態の他の例では、第１制御信号Ｄ１と第２制御信号Ｄ２の両方若しくは第２制御信号Ｄ２のみを補正して、制御トルクＴ１に補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」が加算されるようにしてもよい。

【0087】

（第２補正部１５３）
第２補正部１５３は、トルクセンサ１０４におけるねじれトルクＴｓの検出値及び回転角センサ１０５における回転角の検出値に基づいて推定される制御トルクＴ１と、制御信号（Ｄ１，Ｄ２）に対応する制御トルクＴ１との差である誤差トルクＴｆが小さくなるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を補正する。

【0088】

誤差トルクＴｆは、例えば駆動機１０６における電動機１２０の摺動摩擦や、制動機１０７における磁気粘性流体１３４の粘性の温度変化などに起因して発生する。

【0089】

図６においてトルクセンサ１０４より駆動機１０６側の部材では、次の式が成立する。

【0090】

Ｔ１＝Ｊ１・α＋Ｔｓ＋Ｔｆ … （５）

【0091】

誤差トルクＴｆをゼロとした場合の制御トルクＴ１Ａは、次の式で表される。

【0092】

Ｔ１Ａ＝Ｊ１・α＋Ｔｓ … （６）

【0093】

式（５）と式（６）により、誤差トルクＴｆは次の式で表される。

【0094】

Ｔｆ＝Ｔ１−Ｔ１Ａ
＝Ｔ１−（Ｊ１・α＋Ｔｓ） … （７）

【0095】

ここで、第１制御信号Ｄ１の信号値を「Ｄ１」、信号値Ｄ１を駆動トルクＴｄに換算するための係数を「Ｋｄ」、第２制御信号Ｄ２の信号値を「Ｄ２」、信号値Ｄ２を制動トルクＴｂに換算するための係数を「Ｋｂ」とすると、式（７）は次の式のように変形することができる。

【0096】

Ｔｆ＝（Ｔｄ−Ｔｂ）−（Ｊ１・α＋Ｔｓ）
＝（Ｋｄ・Ｄ１−Ｋｂ・Ｄ２）−（Ｊ１・α＋Ｔｓ） … （８）

【0097】

そこで、第２補正部１５３は、式（８）の関係に基づいて誤差トルクＴｆを算出する。すなわち、第２補正部１５３は、回転角センサ１０５における回転角の検出値に基づいて操作部材１０２の角加速度αを算出し、慣性モーメントＪ１と角加速度αとに基づいて第２慣性トルクＴｉ２を算出し、ねじれトルクＴｓの検出値と第２慣性トルクＴｉ２とに基づいて推定される制御トルクＴ１Ａと、制御信号（Ｄ１，Ｄ２）に対応する制御トルクＴ１との差である誤差トルクＴｆが小さくなるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を補正する。ここで、第２慣性トルクＴｉ２は「Ｊ１・α」である。

【0098】

第２補正部１５３は、例えば図４に示すように、角加速度算出部１６８と、慣性トルク算出部１６９と、駆動トルク算出部１７０と、制動トルク算出部１７１と、補正信号生成部１７２と、加算部１７３，１７４とを含む。

【0099】

角加速度算出部１６８は、回転角センサ１０５における回転角の検出値θの２階微分を行うことにより角加速度αを算出する。

【0100】

慣性トルク算出部１６９は、角加速度算出部１６８で算出された角加速度αに慣性モーメントＪ１を乗ずることにより、第２慣性トルクＴｉ２を算出する。

【0101】

駆動トルク算出部１７０は、第１制御信号Ｄ１の信号値に係数Ｋｄを乗ずることにより、駆動トルクＴｄの推定値を算出する。

【0102】

制動トルク算出部１７１は、第２制御信号Ｄ２の信号値に係数Ｋｂを乗ずることにより、制動トルクＴｂの推定値を算出する。

【0103】

加算部１７３は、駆動トルク算出部１７０で算出された駆動トルクＴｄの推定値から、制動トルク算出部１７１で算出された制動トルクＴｂの推定値と、慣性トルク算出部１６９で算出された第２慣性トルクＴｉ２と、トルクセンサ１０４におけるねじれトルクＴｓの検出値とを減算することにより、誤差トルクＴｆを算出する。

【0104】

補正信号生成部１７２は、誤差トルクＴｆを相殺するトルクが制御トルクＴ１に追加されるように第１制御信号Ｄ１を補正するための補正信号を生成する。

【0105】

加算部１７４は、補正信号生成部１６６において生成された補正信号を、第１制御信号生成部１６２で生成された第１制御信号Ｄ１に加算する。

【0106】

なお、図４の例において、第２補正部１５３は第１制御信号Ｄ１のみを補正しているが、本実施形態の他の例では、第１制御信号Ｄ１と第２制御信号Ｄ２の両方若しくは第２制御信号Ｄ２のみを補正して、誤差トルクＴｆを相殺するトルクが制御トルクＴ１に追加されるようにしてもよい。

【0107】

また、図４の例では、第１補正部１５２と第２補正部１５３のそれぞれに角加速度αの算出部（１６４、１６８）が設けられているが、本実施形態の他の例では、第１補正部１５２と第２補正部１５３における角加速度αの算出部を共通化してもよい。

【0108】

（記憶部１０９）
記憶部１０９は、処理部１０８において処理に使用される定数データや変数データ、処理の結果として得られたデータなどを記憶する。処理部１０８がコンピュータを含む場合、記憶部１０９は、コンピュータにおいて実行されるプログラム１５５を記憶してもよい。記憶部１０９は、例えば、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ハードディスクなどを含んで構成される。

【0109】

（インターフェース部１１０）
インターフェース部１１０は、回転型操作装置１００と他の装置（回転型操作装置１００から操作情報を入力して処理に使用するホストコンピュータ等）との間でデータをやり取りするための回路である。処理部１０８は、記憶部１０９に記憶される情報（操作部材１０２の回転操作に関わる操作情報など）をインターフェース部１１０から図示しない装置へ出力する。

【0110】

また、インターフェース部１１０は、処理部１０８のコンピュータにおいて実行されるプログラム１５５をネットワーク上のサーバなどから取得して、記憶部１０９にロードしてもよい。他の例において、インターフェース部１１０は、非一時的な有形の媒体（光ディスク、ＵＳＢメモリ等）からプログラム１５５を読み出して記憶部１０９に保存する読み取り装置を含んでいてもよい。

【0111】

ここで、上述した構成を有する回転型操作装置１００において実行される制御信号（Ｄ１，Ｄ２）の生成と補正に関わる処理について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。図７のフローチャートの処理は、例えば、回転角センサ１０５及びトルクセンサ１０４の各検出結果を所定の周期で取得する度に実行される。

【0112】

ＳＴ１００：
処理部１０８は、回転角センサ１０５における操作部材１０２の回転角の検出値と、トルクセンサ１０４におけるねじれトルクＴｓの検出値をそれぞれ取得する。

【0113】

ＳＴ１０５：
制御信号生成部１５１は、ステップＳＴ１００において取得された回転角の検出値に応じた第１制御信号Ｄ１及び第２制御信号Ｄ２をそれぞれ生成する。

【0114】

ＳＴ１１０：
第１補正部１５２は、ステップＳＴ１００において取得された回転角の検出値の時間変化に基づいて、操作部材１０２の見かけ上の慣性モーメントを本来の慣性モーメントＪ２と相違させる補正トルクが制御トルクＴ１に追加されるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を補正する。例えば、第１補正部１５２は、回転角センサ１０５の回転角の検出値に基づいて操作部材１０２の角加速度αを算出し、慣性モーメントＪ２と角加速度αとに基づいて推定される第１慣性トルクＴｉ１に応じた補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」を算出する。第１補正部１５２は、算出した補正トルク「ｋ・Ｊ２・α」が制御トルクＴ１に追加されるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を補正する。

【0115】

ＳＴ１１５：
また第２補正部１５３は、ステップＳＴ１００において取得された回転角の検出値とねじれトルクＴｓの検出値に基づいて、誤差トルクＴｆが小さくなるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を補正する。例えば、第１補正部１５２は、回転角センサ１０５における回転角の検出値に基づいて操作部材１０２の角加速度αを算出し、慣性モーメントＪ１と角加速度αとに基づいて第２慣性トルクＴｉ２を算出し、ねじれトルクＴｓの検出値と第２慣性トルクＴｉ２とに基づいて推定される制御トルクＴ１Ａと、制御信号（Ｄ１，Ｄ２）に対応する制御トルクＴ１との差を誤差トルクＴｆとして算出する。第２補正部１５３は、算出した誤差トルクＴｆを相殺するトルクが制御トルクＴ１に追加されるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）を補正する。

【0116】

ＳＴ１２０：
処理部１０８は、ステップＳＴ１１０及びＳＴ１１５において補正した制御信号（Ｄ１，Ｄ２）をトルク発生部１０３に出力し、制御信号（Ｄ１，Ｄ２）に応じた制御トルクＴ１を発生させる。

【0117】

以上説明したように、本実施形態によれば、回転角センサ１０５における操作部材１０２の回転角の検出値の時間変化に基づいて、回転操作に対する操作部材１０２の見かけ上の慣性モーメントを本来の慣性モーメントＪ２と相違させる補正トルクが制御トルクＴ１に追加されるように制御信号（Ｄ１，Ｄ２）が補正される。操作部材１０２の見かけ上の慣性モーメントを本来の慣性モーメントＪ２と相違させることにより、この見かけ上の慣性モーメントを操作部材１０２の見た目の質感に適合させることができる。従って、操作部材１０２の見た目の質感と実際の操作で感じる負荷との食い違いに起因する操作感触の違和感を、効果的に低減できる。例えば、操作部材１０２の見た目の質感が金属に近く、実際の慣性モーメントが金属に比べて小さい場合でも、操作部材１０２の見かけ上の慣性モーメントを大きくすることができるため、金属のように大きな慣性トルクを模擬することができる。

【0118】

本実施形態によれば、ねじれトルクＴｓの検出値及び回転角の検出値に基づいて推定される制御トルクＴ１Ａと、制御信号（Ｄ１，Ｄ２）に対応する制御トルクＴ１との差である誤差トルクＴｆが小さくなるように、制御信号（Ｄ１，Ｄ２）が補正される。この補正によって誤差トルクＴｆが小さくなることにより、操作部材１０２の見かけ上の慣性モーメントを精度良く設定できる。そのため、操作部材１０２の見かけ上の慣性モーメントを操作部材１０２の見た目の質感に一致させ易くなり、操作感触の違和感を更に効果的に低減できる。

【0119】

本実施形態によれば、第１制御信号Ｄ１に応じた駆動トルクＴｄが駆動機１０６において発生し、第２制御信号Ｄ２に応じた制動トルクＴｂが制動機１０７において発生する。そのため、駆動トルクＴｄと制動トルクＴｂとの組み合わせにより、様々な操作感触を生み出す制御トルクＴ１を生成できる。

【0120】

本実施形態によれば、磁気粘性流体１３４の粘性を磁界制御部１３２の磁界で変化させることにより、操作部材１０２に印加される制動トルクＴｂが変化する。従って、操作部材１０２に機械的な摩擦力を加える方法に比べて、制動トルクＴｂの精密な制御が可能になる。

【0121】

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
例えば、上述した実施形態において挙げられている操作部材１０２の形状や構造、トルク発生部１０３における制御トルクＴ１の発生手段、回転角センサ１０５における回転角の検出手段、トルクセンサ１０４におけるねじれトルクＴｓの検出手段などは一例であり、それぞれ実施態様に合わせた他の形状、構造、機構、手段等に置き換え可能である。

【符号の説明】

【0122】

１００…回転型操作装置、１０１…筐体、１０２…操作部材、１０３…トルク発生部、１０４…トルクセンサ、１０５…回転角センサ、１０６…駆動機、１０７…制動機、１０８…処理部、１０９…記憶部、１１０…インターフェース部、１１１…ノブ、１１２…シャフト、１１５Ａ，１１５Ｂ…磁歪膜、１１６…検出コイル、１１７…アンプ回路、１２０…電動機、１２１…回転子、１２２…固定子、１２３…駆動回路、１２４…駆動信号生成部、１３１…コイルケース、１３２…磁界制御部、１３３…対向面、１３４…磁気粘性流体、１３５…抵抗盤、１３６…駆動回路、１３７…駆動信号生成部、１４０…ロータリーエンコーダ、１４１…検出盤、１４２…光学検知部、１５１…制御信号生成部、１５２…第１補正部、１５３…第２補正部、１５５…プログラム、１５６…パターンデータ、１６１…角度データ生成部、１６２…第１制御信号生成部、１６３…第２制御信号生成部、１６４…角加速度算出部、１６５…慣性トルク算出部、１６６…補正信号生成部、１６７…加算部、１６８…角加速度算出部、１６９…慣性トルク算出部、１７０…駆動トルク算出部、１７１…制動トルク算出部、１７２…補正信号生成部、１７３…加算部、１７４…加算部、Ｄ１…第１制御信号、Ｄ２…第２制御信号、α…角加速度、Ｔ１…制御トルク、Ｔｄ…駆動トルク、Ｔｂ…制動トルク、Ｔｆ…誤差トルク、Ｔｉ１…第１慣性トルク、Ｔｉ２…第２慣性トルク、Ｔ２…操作トルク、Ｔｓ…ねじれトルク、Ｊ１，Ｊ２…慣性モーメント、ＡＸ…回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】