JP5303574B2 - 傾倒操作感を改善された操作要素 - Google Patents

Description

本発明は、操作ボタンと、操作要素の筐体内にある操作ボタン用の軸受部と、操作ボタンと固着された延長部と、延長部と固定された第１の永久磁石と、筐体内に固定された第２の永久磁石とを有する自動車用の操作要素であって、永久磁石が永久磁石対を成し、操作ボタンが中央位置にあるときに磁石の異極同士が間隔を空けて対置する自動車用の操作要素、特に多方向に傾倒可能なジョイスティックに関する。

自動車において、傾倒可能な操作要素は、操作要素を用いて複数の機能を実施することができる場所で採用される。その例としては、電動式のウィンドウレギュレータまたは電気的に調整可能な外部ミラー用のロッカースイッチや、ボードコンピュータを制御するためのジョイスティック形態の操作要素である。本明細書において、ジョイスティック形態の操作要素とは、操作要素に対応付けられた表示システムでのメニューをジョイスティック形態の操作要素を用いて選ぶことができるように、少なくとも４方向で傾倒可能である操作要素を意味する。快適な操作を行うことができ、かつ作動の触覚的な応答を得られるように、操作要素を操作する際に、変位中に変化する力が必要であり、この力から、使用者は、スイッチングが行われたことを知ることができる。既知の操作要素では、この力−距離グラフ推移は通常、１つまたは複数のばね、または協働する永久磁石によって生み出され、これらのばねまたは永久磁石はさらに、使用者が手を離したときに操作要素を中央位置に戻す。

特許文献１から、傾倒操作感（Ｋｉｐｐｈａｐｔｉｋ）を付与した自動車用の操作要素、特にジョイスティックが知られている。この操作要素は、１つの主レバーアームおよび少なくとも１つの副レバーアームを有する傾倒可能に軸受されたレバーと、少なくとも１つの永久磁石対とを有し、永久磁石対の１つの磁石が副レバーアームに配置され、１つの磁石が位置固定して操作要素内に配置される。このとき、操作要素が中央位置に保持されるように磁石の異極同士が対置される。この場合、操作要素の変位中の力の推移は、以下のパラメータ、すなわち副レバーアームの長さ、永久磁石の強さ、永久磁石の物理的な大きさ、および永久磁石対の磁石間の間隙の大きさに依存する。磁石間の力により、副レバーアームが中央位置に保持され、したがってレバー全体が中央位置に保持される。主レバーアームを傾倒させるために、使用者は、ある力を克服しなければならない。使用者が主レバーアームを傾倒させるために克服しなければならない反力は、グラフで表すことができ、最大の力を克服した後、レバーを変位させるための力は再び減少し、その後、エンドストップに達すると再び増加する。操作要素の使用者が感じることができる力の増加、力の減少、および再度の力の増加の推移を、本明細書では、操作要素の操作感（Ｈａｐｔｉｋ）と呼ぶ。

独国特許出願公開１０ ２００６ ００２ ６３４ Ａ１号明細書

本発明の課題は、力−距離グラフ推移、すなわち操作要素の操作感を意図的に調整することができるように操作要素の操作感を変化させることであり、構造的な浪費を最小にして低コストでこれを実現することができるようにすることである。

本発明の課題は、操作要素内に配置された永久磁石対に、少なくともある範囲にわたって、かつ／または周辺にわたって磁気伝導性材料が固定されることによって解決される。ここで、本発明による操作要素の構成により、構成的な浪費を最小にして、したがって低コストで、操作感推移に関して既存の操作要素に決定的な影響を及ぼす可能性が得られる。すなわち、特に、既存の磁石を変えることなく、最大の力、および最大の力の値に達するまでの距離に関して、操作感推移に意図的に影響を及ぼすことができる。特に、永久磁石の強さまたはその物理的な大きさを変えることなく最大の力の大きさを変えることができ、したがって操作要素でのモーメントを変えることができる。さらに、構成的な浪費を最小にして、既存の永久磁石対の幾何学的寸法を変えずに、操作感の力−距離グラフ推移に本質的な影響を及ぼす可能性が得られる。

永久磁石対は、円形の構成では円周にわたって導電材料で取り囲まれ、または平坦、矩形、または正方形の永久磁石の実施形態の場合には周辺にわたって導電材料で取り囲まれる。永久磁石を覆うまたは側面で補完する際、外装の厚さおよび磁気伝導性に応じて、外部の磁力線が多かれ少なかれ強く束ねられる。

本発明による形態では、外装は、導電性材料または希土類、例えばＳｍ_２Ｃｏ_１７、ＳｍＣｏ_２、またはＮｄＦｅＷからなる。

以下、本発明を、例示的実施形態のグラフおよび概略図に基づいて説明する。

従来技術から知られているジョイスティック形態での操作要素を示す図である。 図１による操作要素の力−距離線の触覚推移としての力−距離グラフである。 従来技術による永久磁石対の配置を示す図である。 操作要素内での本発明による永久磁石対の構成を示す図である。 力および距離の関数として操作要素の触覚推移を示す図である。 本発明による操作要素の例示的実施形態を示す図である。

図１ａ、図１ｂ、および図１ｃは、従来技術による３つの異なる操作位置での操作要素１の側断面図である。操作要素１の筐体９が内部空間を有し、内部空間内に、レバー用の軸受部として球体が配置される。レバーは、主レバーアーム２と副レバーアーム９からなる。レバーアーム２の一端は球体４と固着され、他端は、操作用の取っ手の形態でのハンドル３を担持する。副レバーアーム５は、一端で球体４と固着され、他端は永久磁石６を担持する。第２の永久磁石７は、主レバーアーム２が中央位置にあるときに磁石６と磁石７の間に間隙があり、磁石の異極同士が対置するように筐体９内に配置される。エンドストップ８が、副レバーアーム５の運動の遊びを制限し、したがって主レバーアーム２の運動の遊びを制限する。

磁石６と磁石７の間の力により、副レバーアーム５が中央位置に保持され、したがってレバー全体が中央位置に保持される。主レバーアームを傾倒させるためには、使用者はこの力を克服しなければならない。図２に、使用者が主レバーアームをさらに傾倒させるために克服しなければならない力Ｆまたは反力が、主レバーアーム２の変位量ｓに対して描かれている。図１ｂの断面図は、主レバーアーム２が少し変位された状態での操作要素１を示し、図１ｂに示される位置は、図２の力−距離グラフにおける破線ｂに対応する。球体４を介して、主レバーアーム２の傾倒運動が副レバーアーム５に伝達される。レバーアーム５のこの運動により、磁石６と磁石７が相対的に移動する。図１ｂに示されるレバーの位置では、レバーをさらに傾倒させるのに必要な力が、図１ａに示される位置からレバーを傾倒させるのに必要な力よりも大きい。しかし、図１ｂに示されるレバーの変位では、磁石６と磁石７のＮ極間の斥力が、磁石６と磁石７の異極同士の引力に反するように向けられている。これは、レバーをさらに傾倒させるために使用者が加えなければならない力が減少することを意味する。復元力のこの減少により、使用者は、スイッチングが行われたことに関する触覚的な応答を得られ、図２の位置Ｂから位置Ｃへの力の減少はスナップ（Ｓｎａｐ）と呼ばれる。理想的な場合には、力またはスナップの減少量は、使用者が加えなければならない最大の力の約３分の１に相当する。

図１ｃに示されるレバーの位置では、副レバーアーム５がエンドストップに当接する。エンドストップ８は、副レバーアーム５および球体４を介して、主レバーアーム２の傾倒距離を制限する。反力が急激に増加するのを防止するために、エンドストップ８が弾性をもって構成されることが好ましい。エンドストップの材料のコンプライアンスが小さいことにより、図２の曲線の終端部に示されるように、急速であるが連続的な反力の増加が生じる。

図３ａに、永久磁石対６および７が、操作要素１から切り離して示されている。永久磁石対は、Ｎ極（濃灰色）とＳ極（淡灰色）からなる。したがって、対置する磁石の極が異なる極性を有し、それによりハンドル３または操作ボタン３がその中央位置に保持される。この例示的実施形態では、磁石は平坦であり、対置する磁石の端部１０、１１で例えば正方形または長方形に形成される。

図３ｂは、磁石１２、１３の両側面に配置された磁力線伝導材料からなるプレート１４、１５、１６、１７を有する永久磁石対１２、１３を示す。プレート１４、１５、１６、１７または伝導カバー１４、１５、１６、１７は、磁石１２、１３を取り巻く磁力線１８を揃えて束ねる。本発明によれば、磁力線１８を揃えて束ねることで、高価で大きい永久磁石を使用しなくても最大の力Ｆを高めることができるようになる。したがって、永久磁石１２、１３の周囲のプレート１４、１５、１６、１７の構成、材料、厚さ、および数によって、力−距離グラフ推移の意図的な制御が可能であり、その結果、操作要素の操作感の意図的な制御が可能である。すなわち、最大の力を変えずに永久磁石１２、１３間の間隙１９を広げることができることがさらに本発明の利点であり、これにより組立ても容易になる。さらに、小さな幾何学的寸法の永久磁石を採用することも想定でき、これはまた操作要素のコスト面で有利である。

図３ｂに示される実施形態では、永久磁石１２、１３が平坦に構成され、したがって磁気伝導性プレートを永久磁石１２、１３の側端部に平坦に固定することができる。円形の永久磁石１２、１３として永久磁石１２、１３を構成する場合、本発明によれば、永久磁石１２、１３を完全に、円周にわたって磁気伝導性材料で取り囲むことを想定できる。当然、平坦に構成された永久磁石１２、１３の場合にも、永久磁石１２、１３を完全に覆うことができる。

図４に、力−距離グラフが示されている。中央位置から始めて操作要素に力が加えられ、この力が、ある点Ｆ１、Ｓ１まで増加し、この点Ｆ１、Ｓ１は、力Ｆ１および距離Ｓ１に対応し、対置する永久磁石１２、１３間での克服すべき最大の引力に相当する。ここで、永久磁石間の相対移動Ｓ１＝０．８ｍｍを例として挙げることができる。最大の力Ｆ１を克服した後、力は、点Ｓ２での力Ｆ２まで減少し、ここでは永久磁石１２、１３の同極同士が対置し、したがって、使用者が力を加えなくても作業ボタンがこの位置からその中央位置に再び移動して戻る。図４のグラフにおける力は、点Ｆ２、Ｓ２に達した後に再び増加し、距離Ｓ３での力Ｆ３まで達し、この点Ｆ３、Ｓ３は、操作要素のエンドストップへの到達に対応する。Ｆ１からＦ２への力の減少量は、理想的な場合にはＦ１の約３分の１であり、３５％＋１０％〜−５％と表すことができる。ここで、Ｆ１および距離Ｓ３は、用途に応じて、かつ調整すべき操作感または所定の操作感に応じて変わる。例えば、距離Ｓ３に関して、距離Ｓ３＝１．５ｍｍにすることができる。永久磁石１２、１３同士が反発する点までは達せず、したがって操作ボタンは、作動後に常に再びその中央位置に自動的に移動して戻る。距離Ｓ１は、Ｓ３の４５パーセント（公差＋５％〜−１０％）にすることができる。距離Ｓ２は、Ｓ２＝１．７×Ｓ１にすることができ、±１０％の公差が可能である。

図５に、本発明に従って構成された操作要素が、側断面図で、その本質的な構成要素について示されている。操作要素２０は、操作ボタン（図示せず）を受けるための主レバーアーム２１と、球形の軸受２２の形態での軸受部２２と、副レバーアーム２３とを有し、主レバーアームおよび副レバーアーム２１、２３が、中心線または中心軸線２４上で同軸に上下に配置される。副レバーアーム２３に、カンチレバー（片持ち状レバー）２５、２６が固定される。カンチレバー２６に永久磁石２７が固定され、永久磁石２７は永久磁石２８と相互作用し、永久磁石２８は、操作要素２０の底部２９内に固定され、底部２９は、操作要素２０の筐体と固着される、または筐体の一部を構成する。永久磁石２７、２８は永久磁石対２７、２８を成し、対置する永久磁石２７、２８の極は異なり、したがってレバーアーム２１、２３が中央位置に保持される。操作要素２０内の各永久磁石対２７、２８につき２つのカンチレバー２６が、９０度ずらして操作要素２０内に組み付けられることが好ましい。カンチレバー２５は、１８０度ずらして副レバーアーム２３に固定される。カンチレバー２５は、位置を認識するためおよびレバー２３の変位の距離Ｆを検出するための手段と相互作用する。これに関して、例えば、光感知センサまたは誘導式センサの使用を想定できる。この例示的実施形態では、同様に２つのカンチレバー２５が、それぞれ９０度ずらして副レバーアーム２３に配置される。

副レバーアーム２３から棒体３０が突出し、棒体３０は弾性エンドストップ３１と相互作用し、それによりレバー２１、２３の傾倒運動を制限する。エンドストップ３１の方向での棒体３０の移動は、約１．５ｍｍの距離Ｓ３に対応する。図５およびその図に示される例示的実施形態から明確に分かるように、永久磁石２７、２８は、対置する永久磁石２７、２８の極の反発が生じるほどまでは変位されない。

本発明による磁気伝導性材料、例えばプレートを組み込むことにより、一方では最大の力Ｆ１を高めることができ、同時に距離Ｓ１を減少させることができる。厚いプレートは、最大の力Ｆ１を減少させ、したがって距離Ｓ１を延ばすことができる。したがって、操作感推移、すなわち力−距離グラフからの触覚曲線の推移を変化させて正確に調整することができる。本発明による磁気伝導性材料、例えば軟磁性材料、導電プレート、または希土類を永久磁石２７、２８に付けて使用することにより、磁力線が束ねられ、したがって最大の力を５０％〜１００％増加させることができる。

操作要素２０の底部２９にある弾性エンドストップ３１の構成は、ガイド溝３１としても使用可能である。これに関して、弾性要素３１は、例えば十次溝３２を有し、十次溝３２内で棒体３０が案内される。しかし、永久磁石２７、２８の周りでの磁気伝導性材料の使用によって十分な案内が保証されるので、ガイド溝は、常に必要というわけではない。

先行技術の特許文献１に記載されているように、永久磁石対の使用は、押しボタンの用途にも適している。これに関して、一部片として、または少なくとも連動式に、操作ボタンに延長部が取り付けられ、延長部に第１の永久磁石が固定される。筐体内に第２の永久磁石が固定され、永久磁石が永久磁石対を成し、押しボタンの操作ボタンが初期位置にあるときには磁石の異極同士が間隔を空けて対置し、永久磁石対にはさらに磁力線伝導材料が固定される。押しボタンの力−距離グラフ推移は、本質的には、ジョイスティック形態の操作要素（２０）の力−距離グラフ推移に対応し、この場合、操作ボタンおよび延長部は、単に操作要素の方向で直線運動を行う。

Claims (4)

1. 操作ボタンと、操作要素（２０）の筐体（２９）内にある前記操作ボタン用の軸受部（２２）と、前記操作ボタンに固着された延長部（２３）と、前記延長部（２３）に固定された第１の永久磁石（２７）と、前記筐体（２９）内に固定された第２の永久磁石（２８）とを備える操作要素であって、前記永久磁石（２７、２８）が永久磁石対を成し、前記操作ボタンが中央位置にあるときには前記磁石の異極同士が間隔を空けて対置する操作要素において、
   操作ボタンの運動は、前記永久磁石（２７、２８）の相対運動に影響して中央位置に向かう復元力を発生させ、対応する力−距離グラフは、当初最大の引力まで増加し、次に減少し、その後さらなる増加に転じることを示し、前記操作ボタンは、主レバーアーム（２１）に固定され、
   前記永久磁石は平坦に構成され、磁気伝導性材料（１４、１５、１６、１７）が、前記永久磁石対（２７、２８）の永久磁石の極の少なくとも各側面に、かつ、少なくともある範囲の周辺にわたって、固定されるとともに、
   延長部は副レバーアーム（２３）を成し、それぞれ９０度互いにずらして配置された２つのカンチレバー（２６）が前記副レバーアーム（２３）に固定されるとともに、それぞれのカンチレバーに第一の永久磁石（２７）が固定されることを特徴とする自動車用の操作要素。
2. 前記主レバーアームおよび副レバーアーム（２１、２３）が、前記軸受部（２２）を通る軸線（２４）上に位置し、前記主レバーアーム（２１）が、前記操作ボタンを受けるために筐体から突出し、前記軸線が中心軸線（２４）を成すことを特徴とする請求項１に記載の操作要素。
3. 少なくとも１つのカンチレバー（２５）が、前記カンチレバー（２５）の位置を認識するための手段を設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の操作要素。
4. 前記軸受部が玉継手（２２）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の操作要素。

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