JP4935875B2 - 操作装置 - Google Patents

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Description

本発明は操作装置に関する。
操作装置として、X軸及びこれに直交するY軸方向により規定される二次元操作面上を操作可能な、例えばポインティングデバイスのようなものがある。
特願2008−246263号公報 特開2008−173757号公報
ところが、このような操作装置においては、操作ノブが二次元操作面内を移動する場合に、X軸及びY軸に直交するZ軸周りにおいて回転を生じるという問題がある。操作ノブが単一色で円形となるような単純なデザインのものであれば、操作ノブが回転してもユーザーはこれを視認できないため問題にはならないが、矩形状の操作ノブや操作ノブの表面に模様等が描かれたデザイン性の高い操作ノブが採用されるほど、操作に伴う操作ノブの回転によって外観やデザインの向きのずれが際立ち、デザイン性を損ねてしまう。
こうした操作ノブのZ軸周りの回転を抑制する技術として、特許文献1のように、操作ノブをX軸方向に平行摺動させるXスライダと、該Xスライダごと操作ノブをY軸方向に平行摺動させるYスライダとを備えたXYスライド機構を設けて、それらXY双方のスライダによるX軸方向とY軸方向とへのガイド移動により、操作ノブのZ軸周りの回転を抑制する操作装置について開示がある。ところが、この場合、操作フィーリングが悪くなるという問題がある。これは、操作ノブへなされる移動操作が、X軸方向とY軸方向という異なる2方向への直線ガイド摺動により生ずる摺動摩擦に抗してなされるために生ずる問題であり、特に、操作ノブをX軸方向とY軸方向との間となる斜め方向への操作において顕著に現れる。また、こうした斜め方向への操作の場合、X軸方向への摺動とY軸方向への摺動が交互に繰り返されるようなガタツキを生じるという問題もある。
また、操作装置には、2以上のアームがリンク結合されたリンクアームを有し、その先端に操作ノブを取り付けるリンク機構を設けたものがある。この場合、可動部が回転軸となるので、上記のような2方向の直線ガイド摺動に伴う摺動摩擦やガタツキの影響を受け難く、操作フィーリングを改善することができる。ところが、この場合の操作ノブは、Z軸周りに容易に回転してしまう。特許文献2には、こうしたリンク機構を備える操作装置において、操作ノブのZ軸周りの回転を防止する技術について開示されているが、この場合、操作ノブを二次元移動させるためのリンク機構(五節リンク機構)とは別に、操作ノブのZ軸周りの回転を防止する専用のリンク機構(平行リンク機構)を設ける構成となるので、部品点数が多く、コスト面が課題となる。
本発明の課題は、操作ノブの姿勢を変えることなく、二次元操作面上を滑らかに操作可能となる操作装置を低コストにて提供することにある。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記課題を解決するために、本発明の操作装置は、
X軸方向に延びる回転軸線周りを回転可能な形で装置本体に支持されるとともに、その全体または一部が、回転軸線周りの回転に伴いY軸方向に変位するY軸方向変位体であって、そのY軸方向に変位するY軸方向変位部に、X軸方向に直線的に延びる摺動レール部が設けられているY軸方向変位体を備え、
可動操作部は、摺動レール部に沿ってX軸方向に摺動変位可能な形で、該摺動レール部に取り付けられており、
さらに、摺動レール部に沿った直線摺動による可動操作部のX軸方向の変位と、Y軸方向変位部の回転軸線周りの回転に伴う、摺動レール部に取り付けられた可動操作部のY軸方向の変位とを許容しつつ、可動操作部を、X軸及びY軸に直交するZ軸方向の一定位置に保持するZ軸方向位置保持機構と、
を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の操作装置において、可動操作部は、摺動レール部に対するY軸方向への変位と、Z軸方向に延びる軸線周りの回転とが規制される形で、摺動レール部に取り付けられ、なおかつZ軸方向位置保持機構により摺動レールのX軸方向に延びる軸線周りの回転と、Y軸方向に延びる軸線周りの回転とが規制されており、該可動操作部に対しユーザーによる移動操作がなれたときに、該可動操作部は、その姿勢を一定に保持した形で二次元操作面上を平行移動するよう構成できる。
具体的には、本発明のY軸方向変位体は、装置本体に対しX軸方向に延びる揺動軸線周りを回動可能に支持される揺動体であり、該揺動体においてY軸方向に揺動変位する部位がY軸方向変位部とされており、可動操作部は、X軸方向への摺動変位とY軸方向への揺動変位とにより、可動操作部の二次元方向の移動操作を可能とすることができる。つまり、装置本体に対しX軸方向に延びる揺動軸線周りを回動可能に支持される揺動体であって、Y軸方向に揺動変位する揺動する先端側(以下、揺動先端側ともいう)において、可動操作部がX軸方向にガイドされる形で摺動可能となるよう取り付けられる摺動レール部を有した揺動体を備え、X軸方向への摺動変位とY軸方向への揺動変位とにより可動操作部の二次元操作が可能とされるように構成できる。
上記本発明の構成によると、可動操作部に対するY軸方向の移動操作は、揺動軸線周りの回転によりY軸方向にガイドされる一方、X軸方向の移動操作は、摺動レール部によりガイドされる。これにより、可動操作部は、X軸及びY軸の双方に対し姿勢を変えることなく平行移動することができるので、X軸及びY軸に対し直交するZ軸周りに回転することがない。例えば、可動操作部の形状が、Z軸線周りに回転した場合に外観の回転変化を視認可能な形状であると、可動操作部の操作に伴い外観の回転変化が目立ってデザイン性を損ねる可能性があるが、上記本発明の構成を採用すれば、このようなデザイン性の低下を招くことはない。また、Y軸方向の移動操作が回転を伴う形で生ずるため、上記特許文献1のように、XYスライド機構を用いた2方向の直線摺動を要する構成よりも操作フィーリングを改善することができる。さらに、揺動支持機構と摺動支持機構という単純な2つの機構の組み合わせにより可動操作部の回転防止が可能とされており、上記特許文献2のような平行リンク機構を追加するほどの複雑な部品追加は必要なく、コストを抑制できる。
本発明においては、揺動体の揺動軸線周りの揺動動作に伴い生ずる揺動先端側のZ軸方向変位を吸収する形で、該揺動先端側に取り付けられる可動操作部の装置本体に対するZ軸方向位置を一定位置に保持するZ軸方向位置保持機構を備えて構成できる。例えば操作装置が、表示画面上に表示される位置指示画像を移動させるようなポインティングデバイスであった場合、可動操作部も、表示画面と同様の二次元の平面を平行移動操作できるよう構成されていた方が、可動操作部の操作方向と位置指示画像の移動方向との対応関係が分かり易く、操作性がよい。上記構成とすることにより、Y軸方向も、X軸方向の直線摺動と同様、直線移動とすることが可能となり、可動操作部は二次元の平面上を平行移動操作される構成となる。
例えば、Z軸方向位置保持機構は、可動操作部に対する摺動レール部のZ軸方向への相対移動を許容するZ軸方向変位吸収機構と、該可動操作部を予め定められたZ軸方向位置に保持するZ軸方向位置決め機構とを有して構成できる。この構成によると、揺動体の揺動動作に伴い生ずる可動操作部のZ軸方向変位を、可動操作部と、該可動操作部が取り付けられる摺動レール部との間で調整可能となるので、可動操作部の装置本体に対するZ軸方向位置を一定位置に保持できる。この場合、可動操作部に、揺動体の摺動レール部をX軸方向に摺動可能となる形で保持するとともに、当該保持状態において、該摺動レール部に対するY軸方向への相対移動が規制され、かつ該摺動レール部に対するZ軸方向位置の相対移動が許容される摺動保持部を形成することによりZ軸方向位置保持機構を実現できる。具体的にいえば、揺動体の摺動レール部を、X軸方向に延びる直線軸部として形成し、可動操作部の摺動保持部を、該直線軸部をX軸方向に挿通可能となるようX軸方向に貫通するとともに、挿通された該直線軸部のZ軸方向への相対移動が許容されるようZ軸方向のうちの一方が開放された開口部とし、挿通された該直線軸部をY軸方向両側から挟む形で対向配置されるY軸方向対向壁部を有する形で形成して実現することができる。この場合、Z軸方向変位吸収機構は、揺動体の摺動レール部(直線軸部)と、可動操作部の摺動保持部(開口部)とを有して構成できる。この構成によると、摺動レール部を直線状の軸部とし、摺動保持部を上記のような開口形状を有した開口部として形成するだけで、Z軸方向変位吸収機構を容易に実現できる。
また、Z軸方向位置保持機構は、装置本体に対する揺動体のZ軸方向への相対移動を許容するZ軸方向変位吸収機構と、揺動体の揺動端先側に取り付けられる可動操作部を予め定められたZ軸方向位置に保持するZ軸方向位置決め機構とを有して構成することもできる。この構成によると、揺動体の揺動動作に伴い生ずる可動操作部のZ軸方向変位を、装置本体と、可動操作部が取り付けられる揺動体との間で調整可能となるので、可動操作部の装置本体に対するZ軸方向位置を一定位置に保持できる。この場合、装置本体に、揺動体の揺動軸部を揺動軸線周りに回動可能に支持するとともに、当該支持状態において、該揺動軸部のY軸方向への相対移動を規制し、かつ該揺動軸部のZ軸方向への相対移動を許容する揺動支持部を形成することによりZ軸方向位置保持機構を実現できる。具体的にいえば、揺動体の揺動軸部を、X軸方向に延びる直線軸部として形成し、装置本体の揺動支持部を、該直線軸部を揺動軸線周りに回動可能に支持する開口部であって、支持する該直線軸部のX軸方向への相対移動を規制するX軸方向対向壁部と、支持する該直線軸部をY軸方向両側から挟む形で対向配置されるY軸方向対向壁部とを有し、支持する該直線軸部のZ軸方向への相対移動が許容されるようZ軸方向の一方が開放された開口部として形成することができる。この構成によると、揺動軸部を直線状の軸部とし、揺動保持部を上記のような開口形状を有した開口部として形成するだけで、Z軸方向変位吸収機構を容易に実現できる。
本発明において、可動操作部は、装置本体側に設けられたベース面に対しZ軸方向において当接し、該ベース面上を摺動可能となるよう配置することができる。この場合、可動操作部の軸方向位置は、ベース面との当接位置に一定保持することができ、Z軸方向位置決め機構を、可動操作部と、ベース面とにより容易に構成することができる。このとき、可動操作部がベース面に対し面接触する形で該ベース面上を摺動可能に配置されていれば、可動操作部の姿勢が、軸周りに回転することのないよう一定に保つことが可能となり、操作ノブのガタツキを防止できる。また直線軸部は、X軸方向に延びる円筒状に形成することができ、開口部は、X軸方向に挿通された該直線軸部をX軸周りに回転摺動可能に保持するように構成できる。摺動レール部は、X軸方向に直線的に延びる円筒状に形成され、摺動保持部において回転摺動可能に保持されることにより、可動操作部のX軸周りの姿勢保持を摩擦抵抗の少ない形で実現できる。
本発明においては、2以上のアームがリンク結合されてなり、第一端側が装置本体側に設けられた固定軸部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられ、第二端側が可動操作部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられるリンクアームを有し、少なくとも当該可動操作部を二次元操作面上にて移動可能とするリンク機構を備えて構成できる。この構成を採用することにより、リンク機構における各アームの回転動作を妨げる形で操作反力を付与する操作反力付与手段を備えることが可能となるし、さらに、リンク機構における可動操作部の二次元操作面上における位置を、2以上のアームの回転角度に基づいて算出する指示位置検出手段を備えることも可能となる。
本発明においては、リンク機構は、装置本体に設けられた第一固定軸部と、第一固定軸部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられた第一アームと、第一アームに設けられた第一中間可動軸部と、第一中間可動軸部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられた第二アームと、を有した第一リンクアームを備え、さらに、装置本体に設けられた第二固定軸部又は第一アームに対しZ軸周りに回転可能に取り付けられた第三アームと、第三アームに設けられた第二中間可動軸部と、該第二中間可動軸部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられた第四アームと、を有した第二リンクアームを備え、それら第一及び第二のリンクアームは、第二アームと第四アームとがZ軸周りに回転可能にリンク結合されるとともに、それら第二アームと第四アームのいずれか又はそれらのリンク結合部に、可動操作部がZ軸周りに回転可能に取り付けられる形で構成できる。
本発明の一実施形態である操作装置の外観斜視図。 図1の操作装置の分解斜視図。 図1の操作装置の平面図。 図1の操作装置から上カバーとしたカバーを取り外して、その内部機構を示した斜視図。 図4の側面図及び正面図。 図1の操作装置における揺動体と摺動体の組み付け状態を示す斜視図。 図6の平面図。 図6の側面図。 図1の操作装置のY軸方向操作を説明する側面図。 図1の二次元方向の移動操作を説明する平面図。 本発明の一実施形態である操作装置の構成を示すブロック図。 図1の操作装置のリンク機構を簡略的に示した模式図。 本発明の二次元方向の移動操作を説明するための模式図。 図12に示す操作装置のY方向操作を説明する模式図。 図13及び図14の変形例を説明するための模式図。 図13〜図15の変形例を説明するための模式図。 本発明の別の実施形態を説明する模式図。 図17の分解斜視図。
以下、本発明の操作装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態である操作装置の外観斜視図である。図2は、図1の操作装置の分解斜視図である。図3は、図1の操作装置の平面図である。図4は、図1の操作装置から上カバーとしたカバーを取り外して、その内部機構を示した斜視図である。図5(a)は図4の側面図であり、図5(b)は図4の正面図である。図6は、図1の操作装置における揺動体と摺動体の組み付け状態を示す斜視図である。図7は、図6の平面図であり、図8は図6の側面図である。図9は、図1の操作装置のY軸方向操作を説明する側面図であり、図10は、図1の二次元方向の移動操作を説明する平面図である。図11は、本発明の一実施形態である操作装置の構成を示すブロック図である。
図1に示す操作装置1は、装置本体100上に、所定方向を規定するX軸とこれに直交するY軸とにより規定される予め定められた二次元操作面上を移動操作可能な可動操作部10を備える。ここでの操作装置1は、自動車等の車両に搭載される車載操作装置であり、重力方向(ここではZ軸及びY軸に直交するZ軸方向と同方向)の上側に位置する可動操作部10が車両の前後方向(Y軸方向)及び左右方向(X軸方向)に操作可能とされるとともに、図11に示すように、当該操作の操作方向に応じて、別途設けられた表示装置60の画面60a上に表示される位置指示画像(ポインタ)Pを移動させる。
装置本体100は、図2〜図8に示すように、装置筐体101と、該装置筐体101に対しX軸周りに揺動可能に支持される揺動体20とを備える。揺動体20は、揺動する先端側(以下、揺動先端側ともいう)において、操作ノブ13を有した可動操作部10がX軸方向に摺動可能に取り付けられる。
装置筐体101は、下ケース102と上ケース103とにより構成されており、その内部には、揺動体20と、可動操作部10における後述する摺動体11が配置される。下ケース102と上ケース103とは、ベース板材104を挟んだ状態で固定(ここでは締結部材109による締結固定)されている。また、下ケースのZ軸方向上端側の開口縁部には、複数箇所にZ軸方向上方に突出する係合部(係合突起部)102eが設けられる一方、ベース板材104と上ケース103とには、これら係合突起102eと係合する係合受け部(係合溝)103e,104eが設けられており、これらが組み付け時における位置決め手段として機能する。
可動操作部10は、揺動体20に対しX軸方向に摺動可能に取り付けられる摺動体11と、該摺動体11に対しZ軸周りに非回転となるよう一体に取り付けられた操作軸部12と、該操作軸部12のZ軸方向上端側に同じくZ軸周りに非回転となるよう取り付けられる操作ノブ13とを備える。摺動体11は、上ケース103内において、後述するようにベース板材104の主表面104aを摺動する形で配置され、操作軸部12は、上ケース103のZ軸方向上端に形成された上端開口部103aから突出する形で配置される。なお、上端開口部103aは、操作ノブ13のZ軸方向下側にて操作軸部12に固定される開口保護用の被覆部材14により覆われる。被覆部材14は、操作軸部12に対しZ軸周りに非回転となるよう一体に取り付けられ、可動操作部10の一部をなす。
なお、ここでの摺動体11は、Z軸方向上端側においてY軸方向正面側に突出した突出部11Aを有し、該突出部に形成された取付開口部11aに対しZ軸方向に挿通する形で、操作軸部12を一体に固定している。また、ここでの操作軸部12は,図6〜図8に示すように、円筒形状を有する一方で、Z軸方向における上下端部12a、12bが断面非円形形状を有する。操作軸部12が取り付けられる操作ノブ13及び摺動体11の突出部11Aには、取り付け対象となる操作軸部12の上下端部12a、12bの断面形状に対応した開口形状を有した取付開口部13a,11aに挿通される形で取り付けられ、Z軸周りに非回転となる形で固定されている。
また、ユーザーにより操作される操作ノブ13は、図3に示すように、Z軸周りに回転した場合に外観の回転変化を視認可能な形状とされており、ここでは角部にアール部が形成された平面視略四角形状に形成されている。本発明は、このような操作ノブ13を有した操作装置に対し適用されるべきものであり、該操作ノブ13をX軸及びY軸に規定される二次元方向(X軸方向、Y軸方向、並びに斜め方向)に移動する操作を行った場合であっても、該操作ノブ13をZ軸周りに非回転となる。
揺動体20は、操作装置本体100に対しX軸方向に延びる揺動軸線周りを回動可能に支持される揺動軸部22と、該揺動軸部22よりも外側の揺動先端側において摺動体11(可動操作部10)がX軸方向に摺動往復可能な形で取り付けられる摺動レール部21を備える。これにより、揺動体20に取り付けられる可動操作部10はY軸方向に往復揺動可能となる。ここでの揺動体(Y軸方向変位体)20は、X軸方向に直線的に延びる円筒状の摺動レール部(Y軸方向変位部の一部)21と、その両端からZ軸方向下方に向けて互いが対向する形で延びる中間軸部(Y軸方向変位部の一部)23と、それら双方の中間軸部23の下端から互いに接近するようX軸方向に直線的に延びる円筒状の揺動軸部22とを有し、全体が略コの字状に屈曲した断面円形状の線材からなる。
装置筐体101をなす下ケース102内には、揺動体20の揺動軸部22をX軸周りに回動可能に支持する揺動支持部102aが形成される。ここでの揺動支持部102aは、図7及び図8に示すように、揺動体20の揺動軸部22をX軸周りに回転摺動可能に支持する開口部であり、支持する直線状の揺動軸部22のX軸方向への相対移動を規制するX軸方向対向壁部102a1と、支持する揺動軸部22をY軸方向両側から挟む形で対向配置されるY軸方向対向壁部102a2と、支持する揺動軸部22をZ軸方向下側に配置されるZ軸方向下側壁部102a3を有し、さらに、支持する揺動軸部22のZ軸方向への相対移動を許容するようZ軸方向上方側が開放された開口部として形成される(Z軸方向変位吸収機構)。これにより、揺動支持部102aに支持された揺動軸部22は、該揺動支持部102aに対するX軸方向両側とY軸方向両側への変位が規制され、さらにZ軸方向への変位が許容され、さらに該揺動支持部102aに対するX軸周りの回転が許容されるよう、該揺動支持部102aにより拘束される。
即ち、ここでの揺動支持部102aは、下ケース102内においてX軸方向に対向する対をなす嵌合溝部として形成されており、互いの対向方向のうちの一方(ここでは対向方向とは逆側)からZ軸方向上方にかけてが開放され、残余の方向に溝内壁面を有した溝形状を有し、支持する揺動軸部22は、それら溝内壁面に対しわずかな隙間を介して近接した形で配置される。さらにいえば、ここでの揺動支持部102aは、Y軸方向の溝幅(溝内壁面間距離)が揺動軸部22のY軸方向幅(ここでは円筒状の揺動軸部22の直径)に略一致する矩形状の溝形状を有する。揺動体20の揺動軸部22は、それら対をなす嵌合溝部102aに対しZ軸方向上方から嵌め込まれ、それら双方の嵌合溝部102aをまたがって配置されている。
下ケース102は、Z軸方向上方を開口した筐体であり、該開口は、ベース板材104により被われる。対をなす嵌合溝部102aは、ベース板材104よりもZ軸方向下側の下ケース102の内部にX軸方向において対向形成されており、それら嵌合溝部102aに揺動体20の各揺動軸部22が嵌め込まれる。さらに、揺動体20のそれら両揺動軸部22からそれぞれ続く中間軸部23はZ軸方向上側に延び、ベース板材104に設けられた開口部104cから突出する形で配置され、それら中間軸部23から続く摺動レール部21がベース板材104の上側に位置する。揺動軸部22は、ベース板材104における開口部104cの周辺部の主裏面104bに対しZ軸方向において所定隙間を介して対向しており、ベース板材104が揺動軸部22のZ軸方向上方への抜けを防止する抜け防止手段として機能している。また、開口部104cは、揺動体20の揺動動作に伴う中間軸部23のY軸方向における揺動変位を妨げることがないよう、Y軸方向に一定の開口幅を有するとともに、X軸方向においても、中間軸部23に接触しないよう、中間軸部23のX軸方向幅(ここでは円筒状の揺動軸部23の直径)よりも広い開口幅を有する。
摺動体11には、揺動体20の摺動レール部21上をX軸方向に摺動可能となるよう、該摺動レール部21を保持する摺動保持部11bが形成される。ただし、摺動保持部11bにより保持された摺動レール部21は、該摺動保持部11bに対するX軸周りの回転とZ軸方向への相対変位が許容される一方で、該摺動保持部11bに対するY軸方向への相対変位が規制されるよう該摺動保持部11bにより拘束される。ただし、摺動レール部21は、揺動軸部22の揺動軸線周りを揺動動作が可能であり、これを保持する摺動体11は、該揺動動作に伴い、装置本体100に対しY軸方向に相対変位を生ずる。即ち、摺動レール部21は、摺動体11の摺動保持部11bに対するY軸方向への変位が規制されることにより、上記揺動動作が生ずると、自らと共に摺動保持部11bを含む摺動体11全体をY軸方向に一体に移動させる。
なお、ここでの摺動保持部11bは、摺動体11をX軸方向に貫通し、直線軸部をなす摺動レール部21を挿通させ、挿通された摺動レール部21をX軸周りに回転摺動可能に保持するとともに、挿通された摺動レール部21に沿ってX軸方向に摺動可能に保持する挿通溝部(挿通開口部)として形成される。具体的にいえば、図6に示すように、挿通溝部11bは、直線的に延びる円筒状の摺動レール部21がX軸方向に挿通可能となるようX軸方向に貫通するとともに、挿通された摺動レール部21のZ軸方向の相対移動が許容されるようZ軸方向上側を開放した開口部であり、挿通された摺動レール部21をY軸方向両側から挟む形で対向配置されるY軸方向対向壁部11b1と、挿通された摺動レール部21のZ軸方向下側に配置されるZ軸方向下側壁部11b2とを有して形成されている。さらにここでは、摺動体11のX軸方向おける両端に対向壁部11Eが形成されており、それら対向壁11Eのそれぞれに、Y軸方向対向壁部11b1を有してZ軸方向上方を開放した挿通溝部11bが形成されており、摺動レール部21は、それら双方の挿通溝部11bに対しZ軸方向上方から嵌め込まれる形で配置される。
ただし、摺動体11には、挿通溝部11bにZ軸方向上方から嵌め込まれてX軸方向に挿通された状態となった摺動レール部21がZ軸方向上方に抜けないよう、そのZ軸方向上方にオーバーラップする形で抜け防止部材11Cが配置され、摺動体本体11Bに対し固定(ここでは締結部材11cによる締結固定)される。ここでの抜け防止部材が11Cは、摺動体本体11Bにおいて対向する対向壁部11Eに対し、それら双方の対向間隙間をY軸方向背面側及びZ軸方向上方側から被うよう配置され、摺動レール部21のZ軸方向への変位を規制している。抜け防止部材11CのY軸方向背面側被覆部11eは、対向壁部11Eの間に嵌め込まれた状態で摺動体本体11Bに対し固定される一方、抜け防止部材11CのZ軸方向上方被覆部11dは、上記突出部11AのY軸方向背面側端部上面に形成されたY軸方向に延びる嵌合溝11に対しY軸方向背面側から挿入される形で嵌め込まれている。
一方で、摺動体11(可動操作部10)は、装置筐体101に固定(ここでは締結部材109による締結固定)されたベース板材104の主表面をなすベース面104aに対しZ軸方向において底面が当接(面接触)し、該ベース面104a上を摺動可能に配置されている(Z軸方向位置決め機構)。このため、揺動体20が揺動軸線周りに揺動動作するに伴い揺動体20がZ軸方向に変位したとしても、揺動軸部22が揺動支持部102aに対しZ軸方向に相対変位自在に取り付けられているから(Z軸方向変位吸収機構)、可動操作部10のZ軸方向位置を、ベース面104aと当接する一定位置に保ち続けることが可能である(Z軸方向位置保持機構)。特に、本実施形態においてはZ軸方向が重力方向に一致するため、ユーザーが意識的に当接位置(摺動可能位置)を保とうとせずとも、可動操作部10自らの自重により当接位置に保ち続けることが可能であるから、ユーザーの操作負担を軽減できる。また、摺動体11とベース面104aとが面接触の形で当接していることで、摺動体11のX軸周り及びY軸周りの回転が規制される。
つまり、可動操作部10は、操作ノブ13がY軸方向に移動操作された場合には、図9に示すように、揺動体20に揺動動作を強いる形でY軸方向に移動するが、当該揺動動作に伴い揺動体20に生じるZ軸方向の相対変位の影響を受けることなく、一定のZ軸方向位置(ベース面104aとの当接位置)を保ちながら平行移動する。他方、操作ノブ13がX軸方向に移動操作された場合には、図10に示すように、揺動体20の揺動先端側に設けられた摺動レール部21上を摺動し、揺動軸周りの揺動動作とは無関係に、一定のZ軸方向位置(ベース面104aとの当接位置)を保ちながら平行移動する。このように、可動操作部10は、Y軸方向移動とX軸方向移動とを互いに独立に行うことができるため、双方の移動を同時に生じさせることも可能であり、X軸及びY軸に規定される二次元平面上を移動する平面移動操作が可能となる。さらに、このとき可動操作部10は、互いに独立に可能なY軸方向とX軸方向との双方それぞれの移動が、自身の姿勢を変えることのない平行移動の形で実施されるので、上記二次元平面上を移動する際に、Z軸線周りに回転を生じない。X軸周り及びY軸周りの回転も規制されているので、可動操作部10は、その姿勢が変わることが無い。
ところで、本実施形態の操作装置1は、既に述べたような形で可動操作部10が二次元方向の移動操作が可能となる構成されるとともに、該二次元方向の移動操作に対し操作反力を付与する操作反力付与手段30と、該操作反力付与手段30が付与する操作反力を可動操作部10に伝達する操作反力伝達手段200を備える。さらに、可動操作部10への二次元方向の移動操作の移動方向及び移動量といった操作ノブ13(可動操作部10)への操作量を検出する操作量検出手段40を備える。これら操作反力付与手段30、操作反力伝達手段200、移動検出手段40は、装置筐体101の内部に配置される。
操作反力伝達手段200は、ここでは、可動操作部10の操作軸部12に対し連結されたパンタグラフ式のリンク機構である。このリンク機構200はリンク機構であり、2以上のアーム201〜204がリンク結合されたリンクアーム210,220を2以上有し、該リンクアーム210,220の第一端側が装置本体100側に設けられた固定軸部205に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられ、第二端側が可動操作部10に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられる。そして、少なくとも第二端側の可動操作部10をX軸及びY軸に規定される二次元方向に移動可能とする。
具体的にいえば、図4及び図5に示すように、リンク機構200は、装置本体100側(ここではベース板104)に設けられた固定軸部205と、固定軸部205に対し一方の端部側がZ軸周りに回転可能に取り付けられた第一アーム201と、第一アーム201の長手方向における中間位置に設けられた第一中間可動軸部206と、第一中間可動軸部206に対し一方の端部側がZ軸周りに回転可能に取り付けられた第二アーム202と、を有した第一リンクアーム210を備え、さらに、装置本体100側(ここではベース板104)に設けられた固定軸部205(第一アーム201や、固定軸部(第一固定軸部)205とは別で装置本体100側に設けられた固定軸部(第二固定軸部)でもよい)に対し一方の端部側がZ軸周りに回転可能に取り付けられた第三アーム203と、第三アーム203の長手方向における中間位置に設けられた第二中間可動軸部208と、該第二中間可動軸部207に対し一方の端部側がZ軸周りに回転可能に取り付けられた第四アーム204と、を有した第二リンクアーム220を備え、それら第一及び第二のリンクアーム210,220は、第二アーム202と第四アーム204とがZ軸周りに回転可能にリンク結合されている。そのリンク結合部(リンク結合部ではなく、第二アーム202や第四アーム204のいずれかでもよい)には、可動操作部10の操作軸部12がZ軸周りに回転可能に取り付けられており、図10に示すように、可動操作部10が二次元方向に移動操作されると、固定軸部205を中心にしてリンク機構200が伸縮する。
また、装置本体100側の固定軸部205に回転可能に連結される一対の第一アーム201,203には、各々の自由端側にラック部材211,221が設けられており、各ラック部材211,221は、対応するアーム201,203の回転軌跡に沿って歯部212,222が形成されている。一方、操作反力付与手段30をなすアクチュエータ(モータ)31,32の回転出力軸部33,34には、これら歯部212,222に噛合する歯車412,422が一体回転可能に取り付けられる。ラック部材211,221は、可動操作部10の二次元方向の移動操作に伴い固定軸部205のZ軸方向を向く軸線周りに揺動し、その揺動運動が歯車412,422を介して回転出力軸部33,34の回転運動に変換される。アクチュエータ31,32は、これら回転出力軸部33,34に対し回転駆動力を与えるものであり、可動操作部10の二次元方向の移動操作に伴うこれら回転出力軸部33,34の回転動作を妨げる、あるいは促すような操作反力を付与する。アクチュエータ31,32は、制御部2により駆動制御され、位置指示画像の画面指示状況に応じた操作反力を回転出力軸部33,34に付与される。アクチュエータ31,32の上端部は、ベース板材104の主裏面104b側にて、該ベース板材104に対し固定(ここでは締結部材108による締結固定)される一方、アクチュエータ31,32の下端部は、下ケース102の底面上に設置される底板材105上に載置される。
また、回転出力軸部33,34には、各々の回転量を示す検出信号を出力するポテンショメータ41,42が取り付けられている。可動操作部の二次元方向の移動操作に伴いラック部材211,221は固定軸部205の軸線周りを揺動し、その揺動運動は歯車412,422を介して回転出力軸部33,34の回転運動に変換されるから、各回転出力軸部33,34の回転量には、ラック部材211,221の揺動方向及び揺動量、ひいては可動操作部の移動位置情報が反映されており、移動検出手段40をなすポテンショメータ41,42は、この回転量を示す検出信号を制御部2に入力し、制御部2は、入力された検出信号から可動操作部10の変位量を算出し、これに応じて表示装置の画面上に表示される位置指示画像(ポインタ)を移動する。即ち、制御部2は、可動操作部13の二次元操作面上における指示位置を、リンク機構200におけるアーム201,203の回転角度に基づいて算出する指示位置検出手段として機能する。なお、ここでのポテンショメータ41,42は、アクチュエータ31,32の回転出力軸部33,34と一体回転する磁石41b、42bと、磁石41b、42bの回転に伴い生ずる磁気変化を検出する検出部41a,41bとを有した磁気式の回転検出部として構成されている。なお、ポテンショメータ41,42は、ポテンショメータギアとして歯車412,422と共に一体に設けてもよい。
図11に示すように、制御部2は、CPU,ROM,RAM等を備えて構成され、外部記憶装置70と、決定スイッチ29から出力されるスイッチ信号を制御部100に取り込む信号入力部44と、ポテンショメータ41,42から出力される各検出信号を制御部100に取り込む信号入力部45と、制御部100から出力されるアクチュエータ駆動信号に応じて第一及び第二のアクチュエータ31,32を駆動させる第一及び第二のモータドライバ43,44と、制御部100から出力される表示装置駆動信号に応じて表示装置60を駆動させるディスプレイドライバ61と接続する。
外部記憶装置70には、表示装置60の画面50a上にボタンBを表示するためのプログラムや、操作ノブ13の二次元方向の移動操作に応じて入力されるポテンショメータ41,42からの検出信号に基づいて、ポインタPの表示位置を算出するプログラム、算出されるポインタPの表示位置に基づいて、ポインタPを画面60a上において移動させるプログラム、画面表示されたボタンB上にポインタPが進入するに伴い節度感が付与されるようアクチュエータ31,32を駆動制御するプログラム、画面表示されたボタンB上に位置するポインタPに対し該ボタンBからの脱出移動を妨げる引込力が付与されるようアクチュエータ31,32を駆動制御するプログラム、画面表示されたボタンB上で、決定スイッチ29の操作入力があった場合に、操作入力がされたボタンBに対応する制御を実施させるプログラム等といった、ポインティングデバイスにおける周知の各種動作プログラムが含まれており、これらは制御部2により実行される。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。以下、上記実施形態とは異なる実施形態について説明する。
上記実施形態においては、揺動体20の揺動軸線周りの揺動動作に伴い生ずる揺動先端側のZ軸方向変位を吸収するZ軸方向変位吸収機構として、揺動体20の揺動軸部22と、装置本体100の揺動支持部102aとにより構成されるZ軸方向変位吸収機構を有する。即ち、図13及び図14は上記実施形態の模式図であり、揺動体20の摺動軸部22が装置本体100に対してZ軸方向に移動可能となるよう、揺動軸部22を揺動可能に支持する嵌合溝部102aもZ軸方向に長い開口幅を有して形成されている。これにより、揺動体20が、揺動軸線周りの揺動動作に伴いZ軸方向に変位しても、揺動体20の装置本体100に対するZ方向における相対位置を任意に調整することができる。その上で(Z軸方向変位吸収機構が存在する上で)、可動操作部10の摺動体11が装置本体100のベース面104a上に当接するため(Z軸方向位置決め機構が存在しているため)可動操作部10をこの当接位置に一定に保持することができる(Z軸方向位置保持機構)。
ところが、Z軸方向変位吸収機構は、図16に示すように、上記実施形態におけるZ軸方向変位吸収機構を第一のZ軸方向変位吸収機構として有し、さらに、揺動体20の摺動レール部21と、可動操作部10の摺動保持部11bとにより構成される第二のZ軸方向変位吸収機構を有して構成することもできる。また、Z軸方向変位吸収機構は、図15に示すように、上記の第二のZ軸方向変位吸収機構のみを有して構成することもできる。第二のZ軸方向変位吸収機構も、揺動体20の摺動レール部21が可動操作部10の摺動体11に対してZ軸方向に移動可能となるよう、摺動レール部21が挿通される摺動体11の挿通開口部11bがZ軸方向に長い開口幅を有して形成される。これにより、揺動体20が、揺動軸線周りの揺動動作に伴いZ軸方向に変位しても、揺動体20の可動操作部10に対するZ軸方向の相対位置を任意に調整することができる。その上で、可動操作部10の摺動体11が装置本体100のベース面104a上に当接するため、この当接位置に一定に保持することができる(Z軸方向位置保持機構)。即ち、本発明においては、Z軸方向変位吸収機構は、揺動体20(揺動軸部22)と装置本体100(揺動支持部102a)とにより構成される第一のZ軸方向変位吸収機構と、揺動体20(摺動レール部21)と可動操作部10(摺動保持部11b)とを有して構成される第二のZ軸方向変位吸収機構とのいずれか一方のみであっても、双方であってもどちらでもよい。
また、上記実施形態においては、操作反力の付与や操作量の検出を行うための機構としてリンク機構を設けているが、ジンバル機構式のジョイスティックのような周知のポインティングデバイス90で、反力アクチュエータやポテンショメータを内蔵するものを用いてもよい。
また、本発明は、X軸とこれに直交するY軸とにより定められる二次元操作面上を移動操作可能な可動操作部を装置本体上に備える操作装置であって、装置本体100に対しX軸方向に延びる軸線周りを回転可能に支持されるY軸方向変位体を備え、該Y軸方向変位体は、該軸線周りの回転に伴いY軸方向に変位するY軸方向変位部を有し、該Y軸方向変位部に、可動操作部をX軸方向に摺動可能となる形で取り付けるための摺動レール部が形成され、X軸方向への摺動変位とY軸方向への回転を伴う変位とにより可動操作部10の二次元方向の移動操作が可能とされていればよい。Y軸方向変位体は、既に述べた実施形態の揺動体20に限られるものではなく、例えば、Y軸方向変位体は、図17及び図18に示すような転動移動体20’とすることができる。
図17及び図18に示す操作装置1’は、両端に歯車22’が固定されたシャフト(摺動レール部)21’を備える。シャフト21’には、摺動体11’がX軸方向に摺動可能で、なおかつZ軸方向への相対変位が許容される形で取り付けられる(Z軸方向変位吸収機構)。具体的には、摺動体11’には、シャフト21’を挿通するよう貫通した開口部(回転支持部)11b’が形成され、これにシャフト21’を挿通し、回転可能に支持する。また、開口部(回転支持部)11b’は、Z方向の開口長さがシャフト21’のZ軸方向幅よりも長くなるよう形成され、シャフト21’のZ軸方向変位を許容する。その上で、摺動体11’は、ベース部材104’のベース面104a’に対し当接(面接触)する形で、シャフト21’に沿って摺動可能に配置され、常に当接位置に保持される(Z軸方向位置決め機構)。一方、シャフト(Y軸方向変位部の一部)21’の両端の歯車(Y軸方向変位部の一部)22’は、それぞれがY軸方向に直線状に延びる形でX軸方向に対向して設けられた対をなすラック102a’の一方と噛合する形でY軸方向に転動可能に配置されている。これにより、摺動体11’は、Z軸方向への移動を伴うことなく(Z軸方向位置保持機構)、Y軸方向に平行移動可能となる。
また、摺動部11’は、ジンバル機構式のジョイスティックのような周知のポインティングデバイス90において、二次元方向に揺動可能とされる揺動レバー91の先端に取り付けられ、ポインティングデバイス90に内蔵されたポジションセンサにより操作位置が検出され、反力アクチュエータにより操作反力が付与される。揺動レバー91は、ベース部材104’の中央の開口104c’を貫通する形で配置され、摺動体11’の下端部に形成された下方に開放された開口部910内に、球面接触する形で摺動可能に保持されている。揺動レバー91の揺動に伴い摺動部11’はZ軸方向に変位を生ずるが、これは開口部(回転支持部)11bにより吸収され、摺動部11’はベース面104a’との当接位置に保持される。
なお、摺動体11’には、操作軸部12’が、操作軸部12’上には操作ノブ13’が一体固定されて、可動操作部10’を構成する。可動操作部10’は、カバー部材103’によりZ軸方向上方が覆われる一方で、Z軸方向上方から操作軸部12’が突出しており、その突出先端に操作ノブ13’が位置する。また、カバー部材103’のY軸方向側方には、シャフト21’をY軸方向に貫通配置させるための開口部103y’が形成されている。操作ノブ13’は、Z軸周りに回転した場合に外観の回転変化を視認可能な形状とされている。ここでは角部にアール部が形成された平面視略四角形状に形成されている。
この構成も、X軸方向の1方向にのみ直線摺動による移動が生じ、Y軸方向には回転(転動)を伴う形での移動が生じる構成となるので、それぞれの移動を操作ノブ13平行移動の形で互いに独立に可能となり、Z軸方向に直線摺動は1方向に限られるから、操作フィーリングを増すことができる。
1 操作装置
100 装置本体
10 可動操作部
11 摺動体
11b 摺動保持部
12 操作軸部
13 操作ノブ
20 揺動体
21 摺動レール部
22 揺動軸部
23 中間軸部
60 表示装置
101 装置筐体
102 下ケース
102a 揺動支持部
103 上ケース
104 ベース板材
104a ベース面
30(31,32) 操作反力付与手段(アクチュエータ)
40(41,42) 移動検出手段(ポテンショメータ)
200 リンク機構(操作反力伝達手段、操作量伝達手段)
201〜204 アーム

Claims (17)

  1. X軸とこれに直交するY軸とにより定められる二次元操作面上を移動操作可能な可動操作部を装置本体上に備える操作装置であって、
    X軸方向に延びる回転軸線周りを回転可能な形で前記装置本体に支持されるとともに、その全体または一部が、前記回転軸線周りの回転に伴いY軸方向に変位するY軸方向変位体であって、そのY軸方向に変位するY軸方向変位部に、X軸方向に直線的に延びる摺動レール部が設けられているY軸方向変位体を備え、
    前記可動操作部は、前記摺動レール部に沿ってX軸方向に摺動変位可能な形で、該摺動レール部に取り付けられており、
    さらに、前記摺動レール部に沿った直線摺動による前記可動操作部の前記X軸方向の変位と、前記Y軸方向変位部の前記回転軸線周りの回転に伴う、前記摺動レール部に取り付けられた前記可動操作部のY軸方向の変位とを許容しつつ、前記可動操作部を、前記X軸及び前記Y軸に直交するZ軸方向の一定位置に保持するZ軸方向位置保持機構と、
    を備えることを特徴とする操作装置。
  2. 前記可動操作部は、前記摺動レール部に対するY軸方向への変位と、前記Z軸方向に延びる軸線周りの回転とが規制される形で、前記摺動レール部に取り付けられ、なおかつ前記Z軸方向位置保持機構により、前記摺動レールのX軸方向に延びる軸線周りの回転と、Y軸方向に延びる軸線周りの回転とが規制されており、該可動操作部に対しユーザーによる前記移動操作がなれたときに該可動操作部は、その姿勢を一定に保持した形で前記二次元操作面上を平行移動する請求項1に記載の操作装置。
  3. 前記Y軸方向変位体は、前記装置本体に対しX軸方向に延びる揺動軸線周りを回動可能に支持される揺動体であり、該揺動体においてY軸方向に揺動変位する部位が前記Y軸方向変位部とされており、前記可動操作部は、X軸方向への摺動変位とY軸方向への揺動変位とにより二次元方向の移動操作が可能とされている請求項1又は請求項2に記載の操作装置。
  4. 前記Z軸方向位置保持機構は、前記可動操作部に対する前記摺動レール部のZ軸方向への相対移動を許容するZ軸方向変位吸収機構と、該可動操作部を予め定められたZ軸方向位置に保持するZ軸方向位置決め機構とを有して構成される請求項3記載の操作装置。
  5. 前記可動操作部には、前記揺動体の摺動レール部をX軸方向に摺動可能となる形で保持するとともに、当該保持状態において、該摺動レール部に対するY軸方向への相対移動が規制され、かつ該摺動レール部に対するZ軸方向位置の相対移動が許容される摺動保持部が形成され、
    前記Z軸方向変位吸収機構は、前記揺動体の摺動レール部と、前記可動操作部の摺動保持部とにより構成されている請求項4記載の操作装置。
  6. 前記揺動体の摺動レール部は、X軸方向に延びる直線軸部として形成され、
    前記可動操作部の摺動保持部は、該直線軸部をX軸方向に挿通可能となるようX軸方向に貫通するとともに、挿通された該直線軸部のZ軸方向への相対移動が許容されるようZ軸方向のうちの一方が開放された開口部であり、挿通された該直線軸部をY軸方向両側から挟む形で対向配置されるY軸方向対向壁部を有して形成されており、
    前記Z軸方向変位吸収機構は、前記揺動体の直線軸部と前記可動操作部の開口部とにより構成されている請求項5記載の操作装置。
  7. 前記Z軸方向位置保持機構は、前記装置本体に対する前記揺動体のZ軸方向への相対移動を許容するZ軸方向変位吸収機構と、前記揺動体の揺動端先側に取り付けられる前記可動操作部を予め定められたZ軸方向位置に保持するZ軸方向位置決め機構とを有して構成される請求項3記載の操作装置。
  8. 前記装置本体には、前記揺動体の揺動軸部を前記揺動軸線周りに回動可能に支持するとともに、当該支持状態において、該揺動軸部のY軸方向への相対移動を規制し、かつ該揺動軸部のZ軸方向への相対移動を許容する揺動支持部が形成され、
    前記Z軸方向変位吸収機構は、前記揺動体の揺動軸部と、前記装置本体の揺動支持部とにより構成されている請求項7記載の操作装置。
  9. 前記揺動体の揺動軸部は、X軸方向に延びる直線軸部として形成され、
    前記装置本体の揺動支持部には、該直線軸部を前記揺動軸線周りに回動可能に支持する開口部であって、支持する該直線軸部のX軸方向への相対移動を規制するX軸方向対向壁部と、支持する該直線軸部をY軸方向両側から挟む形で対向配置されるY軸方向対向壁部とを有し、支持する該直線軸部のZ軸方向への相対移動が許容されるようZ軸方向の一方が開放された開口部が形成されており、
    前記Z軸方向変位吸収機構は、前記揺動体の直線軸部と、前記装置本体の開口部とにより構成されている請求項8記載の操作装置。
  10. 前記可動操作部は、前記装置本体側に設けられたベース面に対しZ軸方向において当接し、該ベース面上を摺動可能に配置されており、
    前記Z軸方向位置決め機構は、前記可動操作部と、前記ベース面とにより構成されている請求項4ないし請求項9のいずれか1項に記載の操作装置。
  11. 前記可動操作部は、前記ベース面に対し面接触する形で該ベース面上を摺動可能に配置される請求項10記載の操作装置。
  12. 請求項6に記載の要件を備え、
    前記摺動レール部は、X軸方向に直線的に延びる円筒状に形成され、前記開口部は、X軸方向に挿通された該摺動レール部をX軸方向に延びる軸線周りに回転摺動可能に保持する請求項11に記載の操作装置。
  13. 2以上のアームがリンク結合されてなり、第一端側が前記装置本体側に設けられた固定軸部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられ、第二端側が前記可動操作部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられるリンクアームを有し、少なくとも当該可動操作部を前記二次元操作面上にて移動可能とするリンク機構を備える請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の操作装置。
  14. 前記リンク機構における各アームの回転動作を妨げる形で操作反力を付与する操作反力付与手段を備える請求項13記載の操作装置。
  15. 前記可動操作部の前記二次元操作面上における位置を、前記リンク機構における2以上のアームの回転角度に基づいて算出する指示位置検出手段を備える請求項13又は請求項14に記載の操作装置。
  16. 前記リンク機構は、前記装置本体に設けられた第一固定軸部と、前記第一固定軸部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられた第一アームと、前記第一アームに設けられた第一中間可動軸部と、前記第一中間可動軸部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられた第二アームと、を有した第一リンクアームを備え、さらに、前記装置本体に設けられた第二固定軸部又は前記第一アームに対しZ軸周りに回転可能に取り付けられた第三アームと、前記第三アームに設けられた第二中間可動軸部と、該第二中間可動軸部に対しZ軸周りに回転可能に取り付けられた第四アームと、を有した第二リンクアームを備え、それら第一及び第二のリンクアームは、前記第二アームと前記第四アームとがZ軸周りに回転可能にリンク結合されるとともに、それら第二アームと第四アームのいずれか又はそれらのリンク結合部に、前記可動操作部がZ軸周りに回転可能に取り付けられている請求項13ないし請求項15のいずれか1項に記載の操作装置。
  17. 前記可動操作部の形状は、Z軸線周りに回転した場合に外観の回転変化を視認可能な形状とされている請求項1ないし請求項16のいずれか1項に記載の操作装置。
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