JP2023523311A - 輸送機器に取り付けるための操作装置 - Google Patents

Abstract

輸送機器に取り付けるための操作装置（１０，１０’）は、ハウジング（１２）と、ハウジング（１２）の中及び／又は上に運動可能に搭載され、手動で静止状態から機能作動状態に移行可能な操作要素（１４，１４’）と、を備える。さらに、操作装置（１０，１０’）は、操作要素（１４，１４’）が手動で機能作動状態に移行されると、操作要素（１４，１４’）によって作動可能なスイッチ（２２）と、操作要素（１４，１４’）を静止状態で保持する保持力を生成するための保持力生成ユニット（２６，２６’）と、保持力を設定するために、保持力生成ユニットを電気的に制御するための制御ユニット（３２）と、を備える。【選択図】図１

Description

本願は、２０２０年４月３０日に出願されたドイツ国特許出願第１０ ２０２０ １１１ ８３９．２号の優先権を主張し、その内容を引用することにより本願の対象に含める。

本発明は、輸送機器に取り付けるための操作装置に関する。

輸送機器に取り付けるための操作装置が、様々な構成において知られている。このような操作装置は、例えば、個別に押下可能なキー、スライドスイッチ、トグルスイッチ又はロッカースイッチ、及び／又は、プレスアクチュエーター／ロータリーアクチュエーターを含む。これら全ての操作要素にとって共通する点は、操作機能を作動させるため、又は、ロータリーアクチュエーターの場合はこれを手動でさらに回転させるために、予め設定された構造上一定の所定の作動力閾値を手動で上回らなければならない点である。

しかし、異なる機能を設定するため、又は、操作要素をいわゆる「パーソナル化する」ために、作動力閾値、したがって切替モーメントを変更可能であることが望ましい場合がある。こうすれば、例えば操作装置における操作要素構造を、様々な輸送機器製造会社の輸送機器用に改造することが可能になる。各輸送機器製造会社は、その「操作哲学」に従い、作動力閾値、したがって切替モーメントを様々に規定可能である。

例えばロータリーアクチュエーターの場合のように、ラッチしながら位置調節可能な操作要素では、ラッチゲート上のラッチ突起を、ラッチ位置からラッチ位置にスライドさせる力を、磁力で設定及び変更することが知られている。このような操作要素は、触覚を設定可能である点に関して、ドイツ国特許出願公報第１０ ２００８ ０６０ ２５６号から公知である。このような純粋に機械的なラッチ装置では、ラッチ位置を変えることは出来ない。このため、例えば国際出願第２００７／１３５１６９号からは、ラッチ位置を電磁式に変更可能に構成することが知られている。これは、ロータリーアクチュエーターを、電気モータのロータシャフトに結合させることにより行われる。電気モータに、設定可能な回転位置において電流が印加され、停止位置の場所や、この停止位置でロータを保持する力を選択的に設定可能となる。

ドイツ国特許出願公報第１０ ２０１８ ２１７ ８６５号からは、押下された操作要素をその作動後に初期位置に戻すことを支援するバランスマスを備える操作設備が開示されている。

ドイツ国特許出願公報第１０ ２０１１ ０８９ ４００号及びドイツ国特許第１０ ２０１９ ２０１ ９０１号からは、自動車用の様々な運動学的要素を有する、他の操作要素が公知である。

また、先に出願され、国際出願第２０２０／２３４０２５号として後に公開された特許出願に、輸送機器用の操作ユニットが開示されている。この操作ユニットでは、操作要素をその静止位置で維持する装置に電磁クランプが備えられている。

本発明の課題は、輸送機器に取り付けるための操作装置であって、１つ又は複数の操作要素を、その１つ又は複数の、手動で上回る対象となる力閾値に関して容易に変更可能な、操作装置のための単純な原理を実現することにある。

この課題を解決するために、本発明によれば、輸送機器に取り付けるための操作装置が提案される。この操作装置は、
ハウジングと、
ハウジングの中及び／又は上に運動可能に搭載され、手動で静止状態から機能作動状態に移行可能な操作要素と、
操作要素が手動で機能作動状態に移行されると、操作要素によって作動可能なスイッチと、
操作要素を静止状態で保持する保持力を生成するための保持力生成ユニットと、
最大保持力を設定するために、保持力生成ユニットを電気的に制御するための制御ユニットであって、最大保持力は、操作要素の作動にとって典型的な触覚を生じさせるために、操作要素が接触された場合に低下可能である、制御ユニットと、を備える。

本発明に係る操作装置は、ハウジングの中及び／又は上に運動可能に搭載され、手動で静止状態から機能作動状態に移行可能な、少なくとも１つの操作要素を有している。この操作要素には、操作要素が手動で機能作動状態に移行されると、操作要素によって作動可能なスイッチが割り当てられている。このスイッチは、純粋に機械的に動作可能であるが、光学的、容量的、誘導的に動作するスイッチとして実施されていてもよい。各操作要素には、操作要素を静止状態で保持する保持力を設定可能な保持力生成ユニットが割り当てられている。保持力生成ユニットは、つまり、操作要素を有効に作動させるために手動で上回る必要がある力閾値を決定する。すなわち、保持力生成ユニットは、基本的に操作要素をブロックするためのものではないので、操作要素は、手動で作動されることにより力閾値を上回った場合、さらに、例えば押下される。しかし、保持力生成ユニットは、基本的に、操作要素の操作のために設けられているものではない。１つ又は複数の保持力生成ユニットに、制御ユニットが割り当てられている。この制御ユニットは、各保持力生成ユニットのために、設定された保持力を規定する１つの電気制御信号を生成する。

本発明に係る原理によれば、複数の操作要素についてそれぞれ１つの異なる力閾値が規定される。力閾値は、該当する操作要素を有効に作動可能とするために、手動で上回らなければならない値である。これによって、輸送機器に取り付けるための操作装置を、いわゆる、パーソナル化することができる。しかし特に、操作要素の力閾値は、メニューに応じて異なって規定される。しかし最終的には、制御ユニット及び保持力生成ユニットによって、操作要素を作動させることが可能な動力も設定可能である。換言すると、つまり、操作要素の力－たわみ曲線は、統計的だけでなく動的にも変更可能である。

本発明の有効な一形態では、保持力生成ユニットが、電気コイルを有する固定子と接極子とを備える電磁石を備え、制御ユニットが、電磁石の電気コイルを制御するために、電気コイルと接続されていることも可能である。電磁石によって、力閾値を、特に有利にかつ容易に規定することができ、すなわち、例えばコイル電流の大きさ、及び／又は、固定子と接極子との間の空隙、及び／又は、固定子及び接極子の磁力が作用する面が重なり合った範囲によって規定することができる。力閾値の大きさ及び設定可能性にとって、設定された力閾値を上回った場合に固定子及び接極子が互いにどの方向に移動するかという点も１つの役割を果たし得る。したがって、固定子及び接極子は、この瞬間にさらに互いから離反し合うか、空隙が変化するか、又は、空隙は同じに維持されるが、固定子及び接極子がその離間距離に対して横方向に移動する可能性がある。

上述の電磁石の例では、操作要素の静止状態における保持力を規定するために、コイル電流、つまり電気エネルギーの印加が必要となる。保持力を設定可能とすることにより保持力を加えるために、電気エネルギーが必要ないことが都合がよい。ここで、本発明の一発展形態では、永久電磁クランプを保持力生成ユニットとして利用することが提案される。磁力による保持力は、このような電磁クランプでは、永久磁石によって生成される電磁流により提供される。ここでも、例えば、磁気回路における空隙の大きさにより、この保持力を設定することが可能である。永久磁石の選択により、保持力を設定することも可能である。永久磁石の電気コイルに電流を印加することにより、永久電磁クランプにより生成される電磁流が相殺され、これによって保持力を設定できる。最終的に、保持力生成ユニットとして、（純粋な）永久磁石を使用することも可能である。この場合、構造的により又は永久磁石の選択により、保持力を設定できる。

本発明のさらなる一形態では、操作装置は、操作要素の接触を検知するための接触センサを備えていてもよい。接触センサは、操作要素の接触を検知すると、制御ユニットに検知信号を与え、制御ユニットは、これに応じて、保持力生成ユニットを制御して、接触された操作要素の静止状態において作用する所望の保持力を設定する。したがってこのようにして、操作要素の静止位置における保持力を規定することができる。保持力は、操作要素の接触が検出された瞬間に初めて、所望の範囲だけ（典型的には低下）される。したがって、操作要素が「かたかた音を立てること」を妨げることが可能であるので、操作要素を手動で操作する場合に、過度に大きな力を上回る必要はない。

本発明の有効なさらなる一形態では、操作要素は、複数の操作フィールドを有する操作表面を備え、接触センサは、接触が検知された操作フィールドに応じて、異なる検知信号を制御ユニットに与え、制御ユニットは、異なる検知信号に応じて、異なる保持力を生成するために異なる制御信号で、保持力生成ユニットを制御するように構成されている。どの操作フィールドが接触されたかに応じて、操作要素が対応する操作フィールドにより作動可能な機能をアクティブにするために押下される必要がある力閾値は、異なった大きさであり得る。どの操作メニューが操作要素の操作表面上に表示されるかに応じて、この保持力は、各操作フィールドについて同じ大きさであり、かつ、操作メニュー毎に異なる大きさであってもよいし同じ大きさであってもよい。つまり、操作要素の接触時の（典型的な）保持力の低下は、同一の操作メニューの異なる操作フィールドについて異なる規模であってもよいし、又は、操作メニューの全操作フィールドについて同一の規模であり、各操作フィールドについて操作メニュー毎に異なった規模であってもよいし、又は、これらの組み合わせから構成されていてもよい。典型的には、接触されていない場合の操作要素の保持力は十分であるので、操作要素がかたかた音を立てたり、意図しないで操作要素に力一杯強く接触したりすることにより、すぐに操作機能が作動されることはない。

磁気作用する保持力生成ユニットを使用することに加えて、この保持力生成ユニットは、磁気粘性又は電気ポリマーの保持力要素を備えていてもよい（例えばドイツ国特許第１０ ２０１８ ２１２ ６１８号を参照）。この種の保持力要素はまた、本発明に係る操作ユニットの制御ユニットによって生成可能な電気制御信号によって制御可能である。このような保持力要素は、例えば、機械的ブロック要素として構成されていてもよく、「固定された」状態では、操作要素、又は、これと運動学的に結合された要素の運動を妨げることが可能であるが、その一方で、力閾値を上回ると屈しやすい。なぜなら、磁気粘性ポリマー又は流体は、外部から印加される磁界の影響でその剛性又は可動性を変更できるからであり、このことは、電気活性ポリマーの場合にも電圧を印加することにより提供される。代替的又は追加的に、このようなブロック要素は、空気圧又は水圧で動作するものであってもよい。その場合、例えば、粒子又は形状結合させることが可能な素子は、カバーや同様の容器において空気圧又は水圧により生成された陰圧により、その可動性が影響を受ける。

上述のように、本発明に係る操作装置の範囲において、その力閾値を電気的に設定可能な少なくとも１つの操作要素は、直線状に実施されていてもよく、したがって、平進して静止状態から機能作動状態に移動可能である。このような操作要素は、例えば、キーとして構成されており、すなわち垂直にスライド可能であるか、又は、スライドスイッチとして構成されており、操作要素は横方向にスライド可能である。

上述の少なくとも１つの操作要素の原理に対して代替的に、当該操作要素は、傾動可能又は枢動可能であり、傾動させること又は枢動させることにより、静止状態から機能作動状態に移動可能である。このような構成では、保持力は追加的に、選択されたてこ比によっても影響され得る。

上述のように、スイッチは、機械スイッチ、又は、非接触で動作するスイッチ、例えば光学的、容量的、誘導的に動作するスイッチであってもよい。機械スイッチを使用する場合には、その触覚が、本発明に従って設定される保持力によって生成される触覚と共に使用される。非機械スイッチの場合は、この触覚を、本発明にしたがって提供される保持力生成ユニットだけによって実現可能である。

作動された操作要素を静止状態に戻すことは、バネ支援されて、又は、バランスマスによって支援されて、又は、操作要素が例えば押下される又は同様に作動される際に作動するスイッチのリセット性によって、実現可能である。ここで、様々なアプローチが存在する。つまり、ここに記載される実施形態では、様々な原理を想定可能である。最終的には、保持力生成装置、及び、これによって典型的に投入される磁力を利用して、操作要素を再び元の静止位置に「動かす」ことも可能である。

以下に、本発明を、２つの実施形態に基づき、図面を参照しながらより詳細に説明する。
押下可能なタッチスクリーンとして形成された操作要素を備える操作装置の第１の実施形態を概略的に示す図である。 トグルスイッチを備える操作装置の第２の実施形態を示す図である。 永久電磁クランプを概略的に示す図である。

図１には、輸送機器に取り付けるための操作装置１０が断面図及び斜視図で示されている。操作装置１０は、操作要素１４を含むハウジング１２を備える。操作要素１４は、本実施形態では、複数の操作フィールド１８が表示される操作表面１６を形成するタッチスクリーンとして実施されている。ハウジング１２の例えば床２０には、例えば機械スイッチ２２が配置されている。機械スイッチ２２は、操作要素１４から床２０の方に向けて離間されたタペット２４によって作動される。図１に示される静止位置において、操作要素１４は、保持力生成ユニット２６によって保持されている。保持力生成ユニット２６は、本実施形態では２つの永久電磁クランプ２８を備える。しかしながら、そのような永久電磁クランプ２８は１つだけでも十分である。このような永久電磁クランプ２８（例えば図３を参照）は、永久磁石に加えて電気コイルも備えている。電気コイルは、制御ユニット３２によって生成される電気制御信号３０によって制御される。制御ユニット３２には、本実施形態では、タッチスクリーンの接触センサ３６の検知信号３４が供給される。

図１では、操作装置１０の構造が純粋に概略的に示されている。分かり易くするために、例えば、操作要素１４を押下するための操作要素１４の直線状のガイドは示されていない。

図１に示される操作要素１４の静止位置における保持力は、保持力生成ユニット２６の２つの永久電磁石２８によって生成される。ここで、空隙の寸法及び永久磁石の選択が１つの役割を果たす。操作表面１６が操作フィールド１８のうちの１つの領域において接触されると、制御ユニット３２によって制御信号３０が、永久電磁クランプ２８の電気コイルに与えられて、その力閾値が所望の値に設定される。この値は、操作要素１４を押下するために手動で上回らなければならない値である。そして、操作要素１４が押下されると、スイッチ２２が作動する。

図２には、変形例である、代替的に実施された操作要素１４’を備える操作装置１０’の原理が示されている。操作要素１４’は、トグルスイッチとして実施されており、トグル又はピボット軸受３７を有している。図２の操作装置１０’の発明にとって重要な要素が、構造的又は機能的に、図１の操作装置１０の同じ要素と比較可能である限り、これらの要素は、図２において同じ参照番号であるが単にダッシュ「’」を付して示されている。

図２の操作装置１０’の保持力生成ユニット２６’は、ここでも、永久電磁クランプ２８’を有している。ここで、てこ比を対応して選択した場合、図２に示される操作要素１４’の静止状態の保持力は、操作要素１４’のトグル構造又はピボット構造によって影響され得る。これによって、さらなる自由度が提供される。

図３に概略的に示される永久電磁クランプ２８を保持力生成ユニット２６として使用することは、保持位置において、電磁クランプの可動の接極子３８と静止した固定子４０とが接触せず、例えば最小限の空隙４２によって互いに分離された状態で維持される点で都合がよい。空隙４２は、機械的に緩衝する、例えば圧縮可能な材料で充填されてもよい。つまり、接極子３８と固定子４０とは接触しないので、場合によっては生じる操作表面１６への機械的な力の反作用も生じない。力の反作用が生じると、利便性が悪化することになる。静止した固定子４０又は可動の接極子３８が、永久磁石４４を備える。永久磁石４４から生じて接極子３８の位置を維持するように作用する磁界を、相殺する、変化させる、方向転換する、等のために、固定子４０は、電流が流れるコイル４６をさらに備えている。すなわち、従来のタッチセンサである接触センサ３６によって手の指が検知されると、永久電磁クランプ２８のコイル４６に電流が流れ、これによって保持力が変化するか、又は、完全に相殺される。これは、ほんの数ミリ秒内で行われ、つまり知覚可能な待ち時間外で行われる。

したがって、本発明に係る構成は、容易かつ利便的に、パッシブな触覚原理を実現することを可能にする。この原理は、押下可能な操作要素１４’が、操作要素１４’への触知覚可能な力の反作用を有する機械スイッチ２２に作用することを特徴とする。この操作要素１４’は、多数のシンボルフィールドを備える。操作表面１６全体が常にシンボルフィールドで覆われている訳ではない。例えば、操作表面１６上に、「分離されたキー表面」が表示されてもよい。これらの分離された表面の間には、何の機能も存在しない。機械式にロックされていない場合、操作表面１６は、指により力が作用すると動くことが可能であり、存在しない機能作動を示唆する場合がある。本発明に係る制御可能な機械式ロックはこれを妨げるものである。このロックは、表示されたタッチ表面に指が位置している場合にのみ解除される。また、表示されたタッチ表面におけるこのロックは、一時的にのみ解除され得る。したがって、事前に規定された例えば輸送機器の操作状態により、基本的にアクティブにされたタッチ表面が無効になることを回避可能である。

参照番号一覧

１０ 操作装置
１０’ 操作装置
１２ ハウジング
１２’ ハウジング
１４ 操作要素
１４’ 操作要素
１６ 操作表面
１８ 操作フィールド
２０ 床
２０’ 床
２２ スイッチ
２２’ スイッチ
２４ タペット
２４’ タペット
２６ 保持力生成ユニット
２６’ 保持力生成ユニット
２８ 永久電磁クランプ
２８’ 永久電磁クランプ
３０ 制御信号
３０’ 制御信号
３２ 制御ユニット
３２’ 制御ユニット
３４ 検知信号
３６ 接触センサ
３７ トグル／ピボット軸受
３８ 接極子
３８’ 接極子
４０ 固定子
４０’ 固定子
４２ 空隙
４２’ 空隙
４４ 永久磁石
４６ コイル
４６’ コイル

参考文献一覧

ドイツ国特許出願公報第１０ ２００８ ０６０ ２５６号
ドイツ国特許出願公報第１０ ２０１１ ０８９ ４００号
ドイツ国特許第１０ ２０１８ ２１２ ６１８号
ドイツ国特許出願公報第１０ ２０１８ ２１７ ８６５号
ドイツ国特許第１０ ２０１９ ２０１ ９０１号
国際出願公報第２００７／１３５１６９号
国際出願公報第２０２０／２３４０２５号

Claims (9)

1. ハウジング（１２）と、
   前記ハウジング（１２）の中及び／又は上に運動可能に搭載され、手動で静止状態から機能作動状態に移行可能な操作要素（１４，１４’）と、
   前記操作要素（１４，１４’）が手動で前記機能作動状態に移行されると、前記操作要素（１４，１４’）によって作動可能なスイッチ（２２）と、
   前記操作要素（１４，１４’）を静止状態で保持する保持力を生成するための保持力生成ユニット（２６，２６’）と、
   前記保持力を設定するために、前記保持力生成ユニット（２６，２６’）を電気的に制御するための制御ユニット（３２）と、を備える、輸送機器に取り付けるための操作装置。
2. 前記保持力生成ユニット（２６，２６’）は、電気コイルを有する固定子（４０）と接極子とを備える電磁石（２８）を備え、前記制御ユニット（３２）は、前記電磁石（２８）の前記電気コイルを制御するために、前記電気コイルと接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の操作装置。
3. 前記電磁石は、永久電磁クランプ（２８）として構成されており、前記電磁石の前記固定子（４０）は、永久磁石を備えることを特徴とする、請求項２に記載の操作装置。
4. 前記操作要素（１４，１４’）の接触を検知するための接触センサ（３６）であって、前記接触センサ（３６）は、前記操作要素（１４，１４’）の接触を検知すると、前記制御ユニット（３２）に検知信号（３４）を与え、前記制御ユニット（３２）は、これに応じて、前記保持力生成ユニット（２６，２６’）を制御して、接触時時の前記操作要素（１４，１４’）の静止状態において作用する所望の保持力を設定し、前記所望の保持力は、接触が無い場合の前記操作要素（１４，１４’）、すなわち例えば接触前の前記操作要素（１４，１４’）を保持する保持力よりも小さい、接触センサ（３６）を特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の操作装置。
5. 前記操作要素（１４，１４’）は、複数の操作フィールド（１８）を有する操作表面（１６）を備え、前記接触センサ（３６）は、接触が検知された前記操作フィールド（１８）に応じて、異なる検知信号（３４）を前記制御ユニット（３２）に与え、前記制御ユニット（３２）は、前記異なる検知信号（３４）に応じて、異なる保持力を生成するために異なる制御信号で、前記保持力生成ユニット（２６，２６’）を制御することを特徴とする、請求項４に記載の操作装置。
6. 前記保持力生成ユニット（２６，２６’）は、磁気粘性又は電気ポリマーの保持力要素を備え、前記保持力要素は、前記操作要素（１４，１４’）の静止状態において作用する機械的保持力を設定するために、前記制御ユニット（３２）の電気制御信号によって制御可能であることを特徴とする、請求項１、又は、請求項２若しくは３に従属しない請求項４若しくは５に記載の操作装置。
7. 前記操作要素（１４，１４’）は、直線状に実施されており、平進して前記静止状態から前記機能作動状態に移動可能であることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の操作装置。
8. 前記操作要素（１４，１４’）は、傾動可能又は枢動可能であり、傾動させること又は枢動させることにより、前記静止状態から前記機能作動状態に移動可能であることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の操作装置。
9. 前記スイッチ（２２）は、機械スイッチ（２２）、又は、非接触で動作するスイッチ（２２）、例えば光学的、容量的、誘導的に動作するスイッチ（２２）であることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の操作装置。

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