JP5155725B2 - 多方向入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動軸部を有する操作部材を傾動操作することにより傾動方向や傾動角度に応じた電気信号が取り出せるようになっている多方向入力装置に係り、特に、連動部材の長孔に挿通された駆動軸部の傾動によって該連動部材が回転駆動される多方向入力装置に関するものである。

この種の多方向入力装置では、多方向へ傾動可能に支持された操作部材を傾動操作すると、その傾動方向や傾動角度に応じて異なる電気信号が取り出せるため、例えば、エアコンやオーディオあるいはナビゲーション等の複数の車載用制御機器の機能調整を１つの操作部材に集約させて行うようにした入力装置などに好適である。

従来より、このような多方向入力装置として、基台に回動可能に軸支された連動部材の長孔に操作部材の駆動軸部を挿通し、操作部材が連動部材の軸線方向と交差する向きに傾動操作されたときに、駆動軸部に回転駆動される連動部材の回転角度に応じた電気信号が可変抵抗器等の検出手段から出力されるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１に開示されている従来例のように、軸線方向を直交させた一対の連動部材の各長孔に操作部材の駆動軸部が挿通されていると、各連動部材に対応する一対の検出手段の出力値によって、任意方向へ傾動操作された操作部材の傾動方向および傾動角度が検出可能となる。また、この従来例では、操作部材の駆動軸部にベアリング等の転動体を取り付け、操作部材の傾動操作に伴って転動体が連動部材の長孔の内壁を転動するようにしてある。この転動体は、傾動操作が繰り返されて操作部材の駆動軸部と長孔の内壁との接触面が摩耗した場合に懸念されるガタの発生を防止するための対策である。

また、他の従来例として、連動部材の軸線方向と直交する平面に沿って回動できるように支持された連動保持部材を備え、この連動保持部材が操作部材の駆動軸部を回動可能に軸支して、駆動軸部の軸線方向が連動部材の軸線方向と略平行に設定されているという構成の多方向入力装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。かかる構成においても、連動部材と連動保持部材に対応する一対の検出手段の出力値によって、任意方向へ傾動操作された操作部材の傾動方向および傾動角度が検出可能となる。
特開平６−１２１３７号公報 特開２００５−３３２１５６号公報

ところで、特許文献１に開示されている前者の従来例では、操作部材の駆動軸部にベアリング等の転動体を取り付けて摩耗を防止しているため、傾動操作が繰り返されても操作部材の駆動軸部と連動部材の長孔の内壁との間に摩耗に起因するガタを生じる可能性は低い。しかしながら、駆動軸部に外装された転動体を長孔に挿通させるためには、転動体と長孔の内壁との間に僅かなクリアランスを確保しておかねばならないので、例えば車載用の多方向入力装置の場合、走行中の振動で転動体が長孔の内壁にぶつかってラットルノイズと呼ばれる異音を発生する虞があった。また、この従来例のように操作部材の駆動軸部にベアリング等の転動体を外装させるという複雑な構成を採用すると、部品コストや組立コストが上昇してしまうため、多方向入力装置が高コスト化してしまうという問題もあった。

一方、特許文献２に開示されている後者の従来例では、ベアリング等の転動体が追加されていないためコスト面で不利になることはないが、操作部材の駆動軸部を連動部材の長孔に挿通させるためには、駆動軸部と長孔の内壁との間にクリアランスが必要であり、このクリアランスは傾動操作が繰り返されると摩耗によって拡大しやすい。そのため、この従来例の場合は、長期間使用すると振動環境下で操作部材がラットルノイズ等の騒音を発生しやすいという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、高コスト化を回避しつつ、長孔に挿通された操作部材が振動環境下でも騒音の発生源とならないようにした多方向入力装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、駆動軸部を有する操作部材と、この操作部材を多方向へ傾動可能に支持する基台と、前記駆動軸部が挿通される長孔を有すると共に、前記基台に回動可能に軸支されてその軸線方向が前記長孔の長手方向と略平行に設定された連動部材とを備え、前記操作部材を前記連動部材の軸線方向と交差する向きに傾動操作したときに前記連動部材が前記駆動軸部によって回転駆動される多方向入力装置において、前記連動部材方に前記駆動軸部を前記長孔の内壁の一側面に向けて弾性付勢する板ばねが取り付けられおり、この板ばねが、前記連動部材のうち前記長孔を囲繞する枠状部に外嵌される取付部と、この取付部から延出して先端側に折り曲げ部が形成された舌状部とを有し、前記取付部に前記長孔を完全に露出させる逃げ孔が形成されていると共に、前記折り曲げ部が前記軸線方向と略平行に延在して前記駆動軸部に弾接されている構成とした。

このように構成された多方向入力装置では、連動部材の長孔に挿通された操作部材の駆動軸部を板ばねの弾性付勢力によって該長孔の内壁に押し付けておけるため、駆動軸部と長孔の内壁との間のガタをなくすことができる。また、傾動操作が繰り返されて操作部材の駆動軸部と長孔の内壁との接触面が摩耗した場合にも、駆動軸部は板ばねに弾性付勢されているためガタの発生には至らない。それゆえ、この多方向入力装置は、振動環境下でも操作部材がラットルノイズ等の騒音の発生源とはならず、しかも、かかる騒音対策が安価な板ばねを１つ追加するだけで実現できるため、高コスト化も容易に回避できる。

また、板ばねに連動部材の軸線方向と略平行に延在して駆動軸部に弾接する折り曲げ部が形成されているため、駆動軸部が折り曲げ部に対して摺動する傾動操作が行われたときに、操作部材の傾動角度に応じて駆動軸部の異なる部分が折り曲げ部と当接するようになる。そのため、傾動操作が繰り返されても駆動軸部は板ばねとの当接部が摩耗しにくくなり、摩耗の増大に起因する検出誤差を抑制しやすくなる。しかも、この板ばねが、連動部材のうち長孔を囲繞する枠状部に外嵌される取付部と、この取付部から延出して先端側に前記折り曲げ部が形成された舌状部とを有し、取付部に長孔を完全に露出させる逃げ孔が形成されていると、板ばねを連動部材に簡単に取り付けることができると共に、長孔の周囲に配置される板ばねの取付部が駆動軸部と干渉する虞がなくなる。

本発明の多方向入力装置は、連動部材の長孔に挿通された操作部材の駆動軸部を板ばねの弾性付勢力によって該長孔の内壁に押し付けておくことができるため、駆動軸部と長孔の内壁との間にガタを生じる虞がなく、それゆえ振動環境下でも操作部材がラットルノイズ等の騒音を発生する虞がない。また、この多方向入力装置は、安価な板ばねを１つ追加するだけで騒音対策が実現できるため、高コスト化を容易に回避することができる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る多方向入力装置の斜視図、図２は該多方向入力装置の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図５は該多方向入力装置に用いられた操作レバーや駆動レバーを示す分解斜視図である。ただし、図２において回転モータは図示省略されている。

これらの図に示す多方向入力装置は、電気制御された力覚が操作レバー（操作部材）に付与されるという車載用の力覚付与型入力装置の本体部分である。かかる力覚付与型入力装置は、エアコンやオーディオ、ナビゲーション等の車載用制御機器の機能調整を１つの操作レバーに集約し、この操作レバーの手動操作によって機器の選択や機能調整等を行う際に、操作レバーの操作量や操作方向に応じた抵抗感や推力等の外力を付与することにより、操作フィーリングを良好にして所望の操作が確実に行えるようにしたフォースフィードバック機能付きの入力装置である。

本実施形態例に係る多方向入力装置は、上面に透孔を有する図示せぬ筐体の内部に収納されて自動車のセンターコンソール等に設置され、該透孔から上方へ突出する操作レバー１を傾倒させることによって入力操作が行えるようになっている。この多方向入力装置は、回路基板２上に立設された基台（フレーム）３と、基台３に回動可能に軸支されて互いの軸線方向を直交させている第１および第２の駆動レバー４，５と、回路基板２上に搭載されて互いの回転軸６ａ，７ａを直交させている第１および第２の回転モータ６，７と、回路基板２上に実装されたロータリエンコーダ８，９およびフォトインタラプタ１０，１１と、図示せぬ制御部とを備えて概略構成されている。そして、操作レバー１が任意方向へ傾動操作可能であり、この操作レバー１を介して付与される操作力によって各駆動レバー４，５が回転駆動されるようになっている。

操作レバー１は下方へ延びる駆動軸部１ａを有し、この駆動軸部１ａが第１の駆動レバー４の長孔４ａに挿通されている。操作レバー１の幅広中央部１ｂ（図３参照）には回転軸となるレバー軸１２が挿通されており、このレバー軸１２を介して操作レバー１が第２の駆動レバー５に回動可能に軸支されている。操作レバー１の幅広中央部１ｂと規制部材３６との間には摺動部材１３が外装されている。この摺動部材１３は、基台３に一体化された規制部材３６の球面状の内壁面（受け面）に接しており、操作レバー１の傾動に伴って摺動部材１３が該内壁面に対して摺動するようになっている。なお、操作レバー１の上端部には図示せぬ操作ノブが取り付けられる。

基台３は、２枚の支持板３１，３２を連結板３３やスペーサ３４を介して一体化したものである。一方の支持板３１は平面視Ｌ字形状の金属板で、他方の支持板３２は平面視Ｗ字形状の金属板である。これら両支持板３１，３２は、互いに対向するように配置して両端に連結板３３をかしめ固定することにより強固に連結されている。また、両支持板３１，３２の対向間隔は、ねじ部材３５を用いて固定されたスペーサ３４によって精度良く規定されている。

第１の駆動レバー４には、相対向する一対の軸部４１と、長孔４ａを有する枠状部４２と、枠状部４２から起立する一側壁に突設されて先端に歯部４ｂを有するギヤ部４３とが設けられている（図５参照）。また、枠状部４２から起立する他側壁にはＬ字状の検出板４４が固着されている。各軸部４１は軸受部材４５を介して基台３の上端部に回動可能に取り付けられており、これら軸部４１を貫通する回転中心線Ｃ（第１の駆動レバー４の軸線）は、レバー軸１２の軸線や長孔４ａの長手方向と平行に設定されている。なお、検出板４４は、第１の駆動レバー４が回転駆動されるのに伴いフォトインタラプタ１０の凹部１０ａ内を通過するようになっている。この第１の駆動レバー４は、操作レバー１の傾動操作に連動して回動可能な連動部材である。

また、第１の駆動レバー４には、操作レバー１の駆動軸部１ａを長孔４ａの内壁に軽く弾接させるための板ばね１５が装着されている（図３，５参照）。この板ばね１５は、逃げ孔１６ａを有して枠状部４２に外嵌される取付部１６と、取付部１６から延出して先端側に折り曲げ部１７ａが形成された舌状部１７とからなる。逃げ孔１６ａは長孔４ａよりも一回り大きな長孔状に開設されており、板ばね１５を枠状部４２に装着しても長孔４ａは逃げ孔１６ａ内に完全に露出するようになっている。舌状部１７の折り曲げ部１７ａは第１の駆動レバー４の軸線方向（長孔４ａの長手方向）に沿って直線状に延在しており、この折り曲げ部１７ａが駆動軸部１ａの下端部に弾接するように設定されているため、駆動軸部１ａは長孔４ａの内壁の一側面に向けて弾性付勢された状態となる。

第２の駆動レバー５には、相対向する一対の軸部５１と、レバー軸１２を挿着させることによって操作レバー１を軸支する保持部５２と、保持部５２の一側部に突設されて先端に歯部５ａを有するギヤ部５３とが設けられている（図５参照）。また、保持部５２の他側部にはＬ字状の検出板５４が固着されている。各軸部５１は軸受部材５５を介して基台３の上端部に回動可能に取り付けられており、これら軸部５１を貫通する回転中心線（第２の駆動レバー５の軸線）は、第１の駆動レバー４の軸線やレバー軸１２の軸線と直交する向きに設定されている。つまり、第１および第２の駆動レバー４，５は互いの軸線方向を直交させた配置で基台３に軸支されており、両駆動レバー４，５が交差する部分を操作レバー１が貫通している。これにより、操作レバー１を多方向へ傾動可能となるように基台３にて支持することができる。なお、検出板５４は、第２の駆動レバー５が回転駆動されるのに伴いフォトインタラプタ１１の凹部１１ａ内を通過するようになっている。この第２の駆動レバー５は、操作レバー１を保持すると共にその傾動操作に連動して回動可能な連動保持部材である。

回転モータ６，７は互いの回転軸６ａ，７ａを直交させた配置で回路基板２上に搭載されている。第１の回転モータ６の回転軸６ａは、ロータリエンコーダ８のコード板８１の中心部に連結されて、このコード板８１と一体的に回転する。また、第１の駆動レバー４を回転させる操作力が付与されると、ギヤ部４３を介して回転軸６ａが回転駆動されるようになっている。同様に、第２の回転モータ７の回転軸７ａは、ロータリエンコーダ９のコード板９１の中心部に連結されて、このコード板９１と一体的に回転すると共に、第２の駆動レバー５を回転させる操作力が付与されると、ギヤ部５３を介して回転軸７ａが回転駆動されるようになっている。

ロータリエンコーダ８は、上記のコード板８１と、回路基板２上に実装されたフォトインタラプタ８２とで構成され、コード板８１の一部がフォトインタラプタ８２の凹部８２ａ内に配置されている。フォトインタラプタ８２には凹部８２ａを介して対向する図示せぬＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）が備えられており、このフォトインタラプタ８２によってコード板８１の回転情報を検知できるようになっている。同様に、ロータリエンコーダ９は、上記のコード板９１と、回路基板２上に実装されたフォトインタラプタ９２とで構成され、コード板９１の一部がフォトインタラプタ９２の凹部９２ａ内に配置されているため、このフォトインタラプタ９２によってコード板９１の回転情報を検知できるようになっている。

フォトインタラプタ１０には凹部１０ａを介して対向する図示せぬＬＥＤとフォトトランジスタが備えられている。このフォトインタラプタ１０は、第１の駆動レバー４の検出板４４が凹部１０ａ内から外れた位置にあるときにはオン信号を出力するが、第１の駆動レバー４の傾動に伴い検出板４４が凹部１０ａ内へ入り込むと、ＬＥＤの光が遮蔽されるためオフ信号を出力する。同様に、フォトインタラプタ１１は、第２の駆動レバー５の検出板５４が凹部１１ａ内から外れた位置にあるときにはオン信号を出力し、検出板５４が凹部１１ａ内へ入り込むとオフ信号を出力する。各フォトインタラプタ１０，１１から出力された信号は図示せぬ制御部に取り込まれて、駆動レバー４，５の基準位置が演算されるようになっている。さらに、この制御部にはロータリエンコーダ８，９のフォトインタラプタ８２，９２で検知された信号が取り込まれて、駆動レバー４，５の基準位置からの回転方向と回転量が演算されるようになっている。

上記の制御部はメモリに記憶されたデータやプログラムに基づいて決定した制御信号を回転モータ６，７に出力する。この制御信号は操作レバー１に付与される操作フィーリングに対応する信号であり、信号の種類としては振動の発生や作動力（抵抗力または推力）の変更等がある。なお、この制御部の回路構成部品は回路基板２の底面や図示せぬ他の回路基板に実装されている。

次に、このように構成された多方向入力装置の動作について説明する。まず、この多方向入力装置のシステムを起動（電源オン）させると、前記制御部がフォトインタラプタ１０，１１の検知信号を取り込んで回転モータ６，７に制御信号を出力し、これら回転モータ６，７は駆動レバー４，５を回転駆動して操作レバー１を中立位置に自動復帰させる。この場合、回転モータ６，７はフォトインタラプタ１０，１１の出力がオフからオンに切り替わるように駆動レバー４，５を回転駆動すればよく、操作レバー１は両フォトインタラプタ１０，１１の出力が共にオフからオンに切り替わった時点で中立位置となる。

こうして操作レバー１を中立位置に自動復帰させた状態で、操作者が操作レバー１を任意方向へ傾動操作すると、その傾動方向に応じて第１の駆動レバー４や第２の駆動レバー５が操作レバー１の駆動軸部１ａに駆動されて回転する。そして、軸部４１を中心に回転する第１の駆動レバー４に連動してコード板８１が回転し、軸部５１を中心に回転する第２の駆動レバー５に連動してコード板９１が回転するため、ロータリエンコーダ８，９のフォトインタラプタ８２，９２によってコード板８１，９１の回転情報が検知され、その信号が前記制御部に取り込まれる。

この制御部は、フォトインタラプタ１０，１１の検知信号やフォトインタラプタ８２，９２の検知信号に基づいて、駆動レバー４，５の回転方向と回転量を演算すると共に、回転モータ６，７に所定の制御信号を出力する。一例を挙げると、操作レバー１が所定方向に所定量だけ傾動操作されたとき、上記の制御信号に基づく回転駆動力が回転モータ６，７から駆動レバー４，５に伝達されて、これら駆動レバー４，５を介して操作レバー１に傾動操作に抗する作動力が付与されると、この作動力が操作レバー１を手動操作する操作者にクリック感として認識されるようになっている。

このように本実施形態例に係る多方向入力装置は、第１の駆動レバー４に操作レバー１の駆動軸部１ａが挿通される長孔４ａが設けられ、操作レバー１が第１の駆動レバー４の軸線方向と交差する向きに傾動操作されると、第１の駆動レバー４が駆動軸部１ａに回転駆動されるという構成のものであるが、第１の駆動レバー４に板ばね１５が取り付けてあるため、長孔４ａ内で駆動軸部１ａがガタを生じないようになっている。すなわち、この多方向入力装置では、図３に示すように、板ばね１５の舌状部１７（折り曲げ部１７ａ）を駆動軸部１ａの下端部に弾接させることによって、駆動軸部１ａが長孔４ａの内壁の一側面に軽く押し付けられているため、駆動軸部１ａと長孔４ａの内壁との間のガタをなくすことができる。また、傾動操作が繰り返されて駆動軸部１ａと長孔４ａの内壁との接触面が摩耗した場合にも、駆動軸部１ａは板ばね１５の舌状部１７に弾性付勢されているためガタの発生には至らない。それゆえ、この多方向入力装置は、振動環境下でも操作レバー１がラットルノイズ等の騒音の発生源とはならない。また、かかる騒音対策が安価な板ばね１５を１つ追加するだけで実現でき、かつ長孔４ａを囲繞する枠状部４２に取付部１６を外嵌させるだけで板ばね１５を簡単に第１の駆動レバー４に取り付けることができるため、装置が高コスト化することもない。

また、本実施形態例では、板ばね１５のうち第１の駆動レバー４の軸線方向と略平行に延在する折り曲げ部１７ａを駆動軸部１ａに弾接させているため、駆動軸部１ａが折り曲げ部１７ａに対して摺動する傾動操作が行われたときに、操作レバー１の傾動角度に応じて駆動軸部１ａの異なる部分が折り曲げ部１７ａと当接するようになっている。したがって、傾動操作が繰り返されても駆動軸部１ａは板ばね１５との当接部が摩耗しにくく、それゆえ摩耗の増大に起因する検出誤差を抑制しやすくなっている。さらに、この板ばね１５の取付部１６には長孔４ａを完全に露出させる逃げ孔１６ａが形成されているため、長孔４ａの周囲に配置される取付部１６が駆動軸部１ａと干渉する虞もない。

なお、上記実施形態例では、本発明の多方向入力装置を車載用の力覚付与型入力装置に適用した場合について説明したが、力覚付与型入力装置以外の多方向入力装置における同様の騒音対策に本発明を適用することも可能である。

本発明の実施形態例に係る多方向入力装置の斜視図である。 該多方向入力装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 該多方向入力装置に用いられた操作レバーや駆動レバーを示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 操作レバー（操作部材）
１ａ 駆動軸部
２ 回路基板
３ 基台
４ 第１の駆動レバー（連動部材）
４ａ 長孔
５ 第２の駆動レバー
８，９ ロータリエンコーダ
１５ 板ばね
１６ 取付部
１６ａ 逃げ孔
１７ 舌状部
１７ａ 折り曲げ部
４１，５１ 軸部
４２ 枠状部
４５，５５ 軸受部材

Claims (1)

1. 駆動軸部を有する操作部材と、この操作部材を多方向へ傾動可能に支持する基台と、前記駆動軸部が挿通される長孔を有すると共に、前記基台に回動可能に軸支されてその軸線方向が前記長孔の長手方向と略平行に設定された連動部材とを備え、前記操作部材を前記連動部材の軸線方向と交差する向きに傾動操作したときに前記連動部材が前記駆動軸部によって回転駆動される多方向入力装置であって、
   前記連動部材方に前記駆動軸部を前記長孔の内壁の一側面に向けて弾性付勢する板ばねが取り付けられおり、この板ばねが、前記連動部材のうち前記長孔を囲繞する枠状部に外嵌される取付部と、この取付部から延出して先端側に折り曲げ部が形成された舌状部とを有し、前記取付部に前記長孔を完全に露出させる逃げ孔が形成されていると共に、前記折り曲げ部が前記軸線方向と略平行に延在して前記駆動軸部に弾接されていることを特徴とする多方向入力装置。

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