JP5443603B2 - 押圧入力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、１つの押圧センサを用いて、異なる向きの操作を区別して検知することができる押圧入力装置に関する。
押圧力に比例した検知出力を得る押圧センサは、種々の入力装置に使用されている。
以下の特許文献１に記載された押圧入力装置は、押圧センサである圧力センサが、長方形のタッチパネルの中央部の背面に当接している。タッチパネルはその周囲全周に突条が設けられ、ばねの力によって突条が支持手段の背面に押し付けられている。タッチパネルの任意の位置から押されると、圧力センサを挟んで押圧点と逆側に位置する突条と支持手段との当接部が支点となりタッチパネルが傾いて、圧力センサが押圧操作される。
上記発明は、長方形のタッチパネルのどの位置が押されても、その押圧力を圧力センサで検知することができるというものである。
特開２００６−１０４５７号公報
特許文献１に記載されているように、押圧センサ（圧力センサ）を使用した従来の押圧入力装置は、１つの押圧センサで、一方向への押圧力の変化や一方向への押圧ストロークの変化を検知することができるが、１つの押圧センサで異なる向きの操作力を区別して検知することはできない。
そのため、異なる向きの操作を区別して検知するためには、２個以上の押圧センサが必要となり、装置が大型化し且つ装置のコストも高くなる。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、共通の押圧センサで、異なる向きの操作を区別して検知することが可能な押圧入力装置を提供することを目的としている。
本発明は、アクチュエータおよび前記アクチュエータが押されたときに出力が変化する検知部を有する押圧センサと、前記押圧センサを動作させる操作体とが設けられた押圧入力装置において、
弾性部材によって前記操作体が前記アクチュエータに押し付けられて、前記検知部がその検知動作範囲の始点と終点との間の中立点に設定されており、
前記操作体は、支点を介して揺動可能に支持されており、前記支点を挟む一方の側で操作体がアクチュエータに当接し、前記支点を挟む他方の側に、または同じ側に、前記操作体を前記アクチュエータに押し付ける前記弾性部材が設けられており、
前記支点を挟んで一方の側で前記操作体が押されたときと、前記支点を挟んで他方の側で前記操作体が押されたときとで、前記検知部から、前記中立点を挟んで異なる向きの変化を示す検知出力が得られることを特徴とするものである。
本発明の前記押圧センサは、前記アクチュエータが押されたときの力の変化に応じた検知出力が得られる力センサまたは圧力センサである。ただし、本発明は、押圧センサが、アクチュエータに作用する力の変化を検知するものに限られず、例えば、アクチュエータの押圧ストロークに比例した検知出力が得られるものであってもよい。
本発明の押圧入力装置は、押圧力の変化や押圧ストロークの変化に応じた検知出力を得る押圧センサを使用し、１個の押圧センサによって異なる向きの操作力または操作ストロークを区別して検知できるようになる。そのため、使用する押圧センサの数を減らすことが可能である。
本発明の第１の実施の形態の押圧入力装置を示す側面図、 本発明の第１の実施の形態の押圧入力装置の変形例を示す側面図、 押圧センサの断面図、 押圧センサの検知回路を示す回路図、 押圧センサの検知出力の特性を示す線図、 （Ａ）（Ｂ）は、操作体に異なる向きの操作力が与えられたときの押圧センサの検知出力を示す線図、 本発明の第２の実施の形態の押圧入力装置を示す側面図、 （Ａ）は本発明の第３の実施の形態の押圧入力装置を示す平面図、（Ｂ）はその側面図。
図１に示す押圧入力装置２０は、基台１の上方に操作体２が設けられている。操作体２は、中央部が支点部材３で支持されて、操作体２が支点部材３によって揺動自在に支持されている。支点部材３は、操作体２を回動自在に支持する支持軸、または操作体２の中央部に固定されて捩り変形できるトーションバー、または操作体２の中央部を支持する板ばねなどである。操作体２の支点部材３を挟む一方の側２ａと基台１との間に押圧センサ１０が設けられている。
図３に示すように、押圧センサ１０は、ハウジング１１の内部にアクチュエータ１２が設けられている。アクチュエータ１２はシリコンなどの撓み変形自在な材料で円板形状に形成されており、外周部１２ａがハウジング１１に固定されている。アクチュエータ１２の中心部に突起１３が一体に形成されており、突起１３がハウジング１１の開口部１１ａから突出している。
アクチュエータ１２の下面に検知部として歪みゲージ１４が固定されている。図４は、押圧センサ１０に付随する検知回路の一例を示している。図４は、アクチュエータ１２の歪みに対して同じ特性を発揮する歪みゲージ１４が２個設けられた例を示している。ただし、歪みゲージ１４は１個でも良いし、３個以上であってもよい。
図４に示す検知回路では、それぞれの歪みゲージ１４と固定抵抗Ｒとが直列に接続されて２つの直列部が形成されている。一方の直列部は、固定抵抗Ｒ側が接地されて、歪みゲージ１４側に電圧Ｖｃｃが与えられ、他方の直列部は、歪みゲージ１４側が接地されて、固定抵抗Ｒ側に電圧Ｖｃｃが印加されている。そして、それぞれの直列部の歪みゲージ１４と固定抵抗Ｒとの間の中点電位が差動増幅器１５に与えられて、差動増幅器１５から検知出力である出力電圧Ｖが得られる。
図３に示すように、押圧センサ１０の突起１３に、ハウジング１１に向く押圧力Ｆ０が与えられたときの、出力電圧Ｖの変化が、図５の線図に示されている。
突起１３が押圧力Ｆ０で押されると、円板形状のアクチュエータ１２は、その中心部が下向きに凸形状となるように変形し、それぞれの歪みゲージ１４が伸びて抵抗値が上昇する。そのため、押圧力Ｆ０が上昇するにしたがって出力電圧Ｖが大きくなる。
図５に示すように、押圧センサ１０に与えられる力Ｆ０の範囲をｆ０からｆｍ（ｆ０のときの力はゼロ）とすると、この検知動作範囲において、出力電圧Ｖがｖ１からｖｍまで連続して上昇する。力Ｆ０をｆｍから低下させると、アクチュエータ１２の自らの弾性力によって歪み解消され、出力電圧Ｖがｖｍからｖ１まで低下する。
なお、図５では、力Ｆ０の変化に対して出力電圧Ｖが一次関数で変化しているが、力Ｆ０の変化に対して出力電圧Ｖが曲線的に変化してもよい。
図１に示す押圧入力装置２０は、操作体２の支点部材３を挟んだ他方の側２ｂと基台１との間に与圧弾性部材として圧縮コイルばね４が介在しており、圧縮コイルばね４から、操作体２の他方の側２ｂに対して上向きの与圧ｆａが与えられている。この与圧ｆａにより、操作体２が支点部材３の支持点を支点として反時計方向へ付勢され、操作体２の一方の側２ａによって、押圧センサ１０の突起１３が押圧されている。
その結果、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、操作体２に外力が作用していないときに、前記与圧ｆａによって、押圧センサ１０の突起１３に与えられる押圧力Ｆ０が、始点ｆ０と終点ｆｍとの間の検知動作範囲の中立点ｆｎに設定され、出力電圧Ｖは、その検知動作範囲の始点ｖ１と終点ｖｍとの間の中立点ｖｎに設定されている。中立点ｖｎは、検知動作範囲の始点ｖ１と終点ｖｍとの１／２の点が理想であるが、中立点ｖｎは必ずしも１／２の点に限られない。
図１に示す押圧入力装置２０は、操作体２に外力が作用していないときの、押圧センサ１０の出力電圧Ｖが、中立点ｖｎである。
図１に示すように、操作体２の一方の側２ａが操作力Ｆａによって押されると、図６（Ａ）に示すように、突起１３に作用する押圧力Ｆ０が中立点ｆｎからｆｍに向けて上昇し、出力電圧Ｖは、中立点ｖｎから終点ｖｍに向かって徐々に高くなる。操作体２の一方の側２ａへの操作力Ｆａを徐々に小さくすると、出力電圧Ｖは、終点ｖｍから中立点ｖｎに向けて低下する。
操作体２の他方の側２ｂが操作力Ｆｂによって押されると、図６（Ｂ）に示すように、突起１３に作用する押圧力が中立点ｆｎからｆ０に向けて低下し、出力電圧Ｖが中立点ｖｎから始点ｖ１に向けて低下する。
図１に示す押圧入力装置２０は、操作体２の一方の側２ａに操作力Ｆａと他方の側２ｂに操作力Ｆｂを与えたときとで、１個の押圧センサ１０の出力電圧Ｖが、中立点ｖｎを挟んで互いに異なる向きの変化を示すようになる。よって、１つの押圧センサ１０を使用して操作力Ｆａと操作力Ｆｂの双方を区別して検知できる。しかも、操作力Ｆａの大小の変化と操作力Ｆｂの大小の変化を区別して検知できるようになる。
また、アクチュエータ１２の突起１３と操作体２とが単に当接しているだけであっても、操作体２の他方の側２ｂが操作力Ｆｂで押されたときに、突起１３がアクチュエータ１２の弾性復元力で初期状態に戻ることができる。よって、押圧センサ１０の突起１３と操作体２の下面を接着する必要がなく、突起１３と操作体２との接着剥がれなどを心配する必要もない。
図１に示す実施の形態では、押圧センサ１０のハウジング１１が基台１に固定されて、操作体２の一方の側２ａの下面で突起１３が押されている。一方、図２に示す変形例は、操作体２の一方の側２ａの下面に押圧センサ１０のハウジング１１が固定され、突起１３が基台１に押し付けられている。図２に示す変形例も、与圧弾性部材として圧縮コイルばね４が設けられており、出力変化は、図１に示す実施の形態と同じである。
図７に示す第２の実施の形態の押圧入力装置１２０は、操作体２の支点部材３による支持点を挟んで一方の側２ｃと基台１との間に押圧センサ１０が設けられている。押圧センサ１０はハウジング１１が基台１に固定され、突起１３が操作体２の一方の側２ｃに当接している。
操作体２の一方の側２ｃと基台１との間に、与圧弾性部材である引張りコイルばね５が取り付けられており、引張りコイルばね５によって、操作体２の一方の側２ｃを基台１に向けて引き付ける与圧ｆｂが与えられている。この与圧ｆｂによって、操作体２の一方の側２ｃが押圧センサ１０の突起１３に押し付けられ、操作体２に外力が作用していないときに、押圧センサ１０の出力電圧Ｖが図６（Ａ）（Ｂ）に示す中立点ｖｎに設定されている。
図７に示すように、操作体２の一方の側２ｃが操作力Ｆａで押されると、図６（Ａ）に示すように、押圧センサ１０の出力電圧Ｖは、中立点ｖｎから終点ｖｍに向けて上昇するように変化する。操作体２の他方の側２ｄが操作力Ｆｂで押されると、図６（Ｂ）に示すように、押圧センサ１０の出力電圧Ｖは、中立点ｖｎから始点ｖ１に向けて低下するように変化する。
図７に示す押圧入力装置１２０も、１つの押圧センサ１０を用いて、操作体２に作用する互いに異なる向きの操作力Ｆａ，Ｆｂを、中立点ｖｎを挟んで互いに異なる向きの変化となる出力電圧に基づいて区別して検知できる。しかも、操作力Ｆａの大小の変化と操作力Ｆｂの大小の変化を、区別して検知できるようになる。
図７に示す押圧入力装置１２０は、操作体２の一方の側２ｃに押圧センサ１０と引張りコイルばね５が設けられ、操作体２の他方の側２ｄに押圧センサ１０と引張りコイルばね５のいずれも設けられていないため、操作体２の他方の側２ｄを、携帯用機器の操作面の縁部に配置するなど、電子機器の操作面の設計の自由度を高めることができる。
また、図７に示す実施の形態においても、図２に示すように、操作体２に押圧センサ１０のハウジング１１が固定され、突起１３が基台１に当接している構造であってもよい。
図８に示す本発明の第３の実施の形態の押圧入力装置は、Ｘ方向の入力とＹ方向の入力が可能な円形の操作体２０２を有している。操作体２０２は、その中心（図心）が支点部材２０３で支持されている。
操作体２０２と基台２０１との間には、Ｘ１側とＹ１側にそれぞれ押圧センサ１０が設けられている。与圧弾性部材である圧縮コイルばね４は、Ｘ２側とＹ２側のそれぞれに設けられている。それぞれの圧縮コイルばね４，４から与えられる与圧ｆａによって、２つの押圧センサ１０の出力電圧Ｖが中立点ｖｎに設定されている。
操作体２０２のＸ１側が押圧されると、Ｘ１線上に位置する押圧センサ１０の出力電圧Ｖが図６（Ａ）のように変化し、操作体２０２のＸ２側が押圧されると、Ｘ２線上に位置する押圧センサ１０の出力電圧Ｖが図６（Ａ）のように変化する。操作体２０２のＹ１側が押圧されると、Ｙ１線上に位置する押圧センサ１０の出力電圧Ｖが図６（Ｂ）のように変化し、操作体２０２のＹ２側が押圧されると、Ｙ２線上に位置する押圧センサ１０の出力電圧Ｖが図６（Ｂ）のように変化する。
なお、Ｘ２線とＹ２線上に圧縮コイルばね４を設けることなく、Ｘ２線とＹ２線の角度を二分する分割中心線Ｌ上に圧縮コイルばね４を１個のみ配置し、１個の圧縮コイルばね４によって、２個の押圧センサ１０に与圧が与えられてもよい。
また、図８に示す４方向の操作が可能な押圧入力装置２２０を、図７に示す構造としてもよい。
前記実施の形態の押圧センサ１０は、図３に示すように、アクチュエータ１２の突起１３に与えられる操作力Ｆａの力の大きさの変化に応じて検知出力が変化するものであるが、前記押圧センサ１０が、アクチュエータのストロークの変化を検知するものであって、アクチュエータに弾性復帰力が与えられているものであってもよい。この場合は、アクチュエータに操作体から与圧が与えられることで、アクチュエータがストロークの始点と終点の中立点に設定され、中立点に対応した検知出力が設定される。操作体に異なる向きの操作力が作用したときに、前記中立点を挟んで異なる向きの検知出力が得られるようになる。
１ 基台
２ 操作体
３ 支点部材
４ 圧縮コイルばね
５ 引張りコイルばね
１０ 押圧センサ
１１ ハウジング
１２ アクチュエータ
１３ 突起
１４ 歪みゲージ（検知部）
２０，２０Ａ 押圧入力装置
１２０，２２０，３２０ 押圧入力装置
２０２ 操作体
３０２ 操作体
３０５ 板ばね
Ｆ０ 押圧力
Ｆａ，Ｆｂ 操作力
Ｖ 出力電圧
ｖ１ 始点
ｖｍ 終点
ｖｎ 中立点

Claims (4)

  1. アクチュエータおよび前記アクチュエータが押されたときに出力が変化する検知部を有する押圧センサと、前記押圧センサを動作させる操作体とが設けられた押圧入力装置において、
    弾性部材によって前記操作体が前記アクチュエータに押し付けられて、前記検知部がその検知動作範囲の始点と終点との間の中立点に設定されており、
    前記操作体は、支点を介して揺動可能に支持されており、前記支点を挟む一方の側で操作体がアクチュエータに当接し、前記支点を挟む他方の側に、前記操作体を前記アクチュエータに押し付ける前記弾性部材が設けられており、
    前記支点を挟んで一方の側で前記操作体が押されたときと、前記支点を挟んで他方の側で前記操作体が押されたときとで、前記検知部から、前記中立点を挟んで異なる向きの変化を示す検知出力が得られることを特徴とする押圧入力装置。
  2. 前記押圧センサは、前記アクチュエータが押されたときの力の変化に応じた検知出力が得られるものである請求項１記載の押圧入力装置。
  3. アクチュエータおよび前記アクチュエータが押されたときに出力が変化する検知部を有する押圧センサと、前記押圧センサを動作させる操作体とが設けられた押圧入力装置において、
    弾性部材によって前記操作体が前記アクチュエータに押し付けられて、前記検知部がその検知動作範囲の始点と終点との間の中立点に設定されており、
    前記操作体は、支点を介して揺動可能に支持されており、前記支点を挟む一方の側で操作体がアクチュエータに当接し、同じ側に、前記操作体を前記アクチュエータに押し付ける前記弾性部材が設けられており、
    前記支点を挟んで一方の側で前記操作体が押されたときと、前記支点を挟んで他方の側で前記操作体が押されたときとで、前記検知部から、前記中立点を挟んで異なる向きの変化を示す検知出力が得られることを特徴とする押圧入力装置。
  4. 前記押圧センサは、前記アクチュエータが押されたときの力の変化に応じた検知出力が得られるものである請求項３記載の押圧入力装置。
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