JP6034318B2 - 操作位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作面に作用する力の位置を検出する操作位置検出装置に関する。

この種の操作位置検出装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１の操作位置検出装置では、操作面に対する押圧により発生する操作力に応じて変形する変位伝達面を有した起歪体を備え、その起歪体の変位伝達面に歪検出部を設けると共に、その変位伝達面を、操作面と同一面上に配置している。そして、この構成により、操作面に垂直な方向以外の力に対して歪検出部が感度を持たないようにして、操作面に作用する力の中心位置（即ち操作位置）を正確に検出できるようにしている。

特開２０１２−５８９６７号公報

上記従来の操作位置検出装置では、操作面の外周に、変位伝達面（歪検出部）を有する起歪体を配置する必要があるため、装置が大型化してしまう。
また、下記のような意匠性の制約も生じる。

装置の上面全体を操作面とすることができない。つまり、起歪体を配置する領域は、必ず、操作位置の検出が不可能な領域となる。起歪体を筐体で覆う構造とする場合には、操作面が筐体よりも窪んだ配置になる。

そこで、本発明は、操作面に垂直方向とは異なる方向の力が作用した場合でも操作位置を正確に検出できるようにすることと、装置の小形化及び意匠性の制約解消とを、両立させることを目的としている。

第１発明の操作位置検出装置は、平板状の操作面を有する操作体と、当該操作位置検出装置の基部としての部材である基部部材と、４以上で偶数個の平板状の検出体と、操作位置算出部とを備える。

検出体は、一端に前記操作体に接続される接続部を有し、他の一端に前記基部部材に固定される固定部を有し、前記接続部と前記固定部との間に、前記操作面に対する押圧により発生する操作力に応じて変形する検出面を有する。各検出体の前記検出面には、当該検出体の変形に伴う当該検出面の歪を検出する歪検出部が設けられている。そして、操作位置算出部は、前記各歪検出部の検出結果に基づいて、前記操作面において前記操作力が作用した位置を操作位置として算出する。

そして、この操作位置検出装置において、検出体の２つずつは、当該両検出体の検出面の延長平面同士が、前記操作面の面内方向における当該両検出体の間の位置で交差すると共に、その延長平面同士が交差する交差線が前記操作面と平行で、且つ、前記交差線と前記操作面との距離が所定値以下となるように、前記操作面に対し所定の角度を有して配置されている。

ここで、このような２つずつの検出体の組の何れかに着目すると共に、前記交差線の方向をｙ軸方向とし、そのｙ軸方向に垂直で且つ操作面に平行な方向をｘ軸方向とする。
操作面にｘ軸方向の力Ｆｘが加えられた場合、検出体における検出面の位置では、力Ｆｘによりｘ軸方向に作用する力と、力Ｆｘによりｙ軸周りに作用するモーメント力（力のモーメント）とが作用する。その作用する各力は、検出面に垂直な成分と、検出面の面内方向の成分とに分解できるが、検出体は面内方向に剛性が高いため、検出面の歪検出部は、後者の面内方向の成分に対して感度を持たない。また、前者の垂直な成分については、前記交差線と操作面との距離が所定値以下であることから、ｘ軸方向に作用する力によるものと、前記モーメント力によるものとが、おおよそ釣り合うこととなる。このため、歪検出部は、前者の垂直な成分についても感度がほとんどなくなる。よって、操作面に対して、それの面内方向であるＸ軸方向の力を加えても、歪検出部は感度を有しない。一方、操作面にｙ軸方向の力が加えられた場合には、そのｙ軸方向の力が検出体の面内方向つまり剛性が高い方向の力となるため、やはり歪検出部は感度を有しない。

従って、この操作位置検出装置では、歪検出部が、操作面に垂直でない方向の操作力に対して感度をほとんど持たなくなる。よって、操作面が該操作面に対して垂直でない所定の角度で押されて、操作面に垂直方向とは異なる方向の力が作用した場合でも、操作位置算出部により正確に操作位置を算出（換言すれば検出）することができるようになる。

更に、この操作位置検出装置によれば、検出体を操作面の背面側（押される側とは反対側）内に収めることが可能となる。このため、操作面の外周に検出体を配置する必要がなくなり、装置の小型化を実現することができる。また、前述した意匠性の制約をなくすことができ、例えば、装置の一つの面全体を操作面にすることが可能になる。

第１実施形態の操作位置検出装置の外観を表す斜視図である。 第１実施形態の操作位置検出装置の分解斜視図である。 第１実施形態の操作位置検出装置について、操作体の操作部材を除いた状態を表す斜視図である。 第１実施形態の操作位置検出装置について、操作体を除いた状態を表す斜視図である。 第１実施形態の操作位置検出装置について、操作体及び押さえ部材を除いた状態を表す斜視図である。 第１実施形態の操作位置検出装置の構成を表す模式的な平面図（操作面の上方からみた図）である。 第１実施形態の操作位置検出装置の構成を表す模式的な正面図（図６の矢印VII方向からみた図）である。 歪検出素子をなす４つのエレメントの配置状態を説明する説明図である。 歪検出素子をなす４つのエレメントの電気的接続状態を説明する説明図である。 操作面に垂直な方向（ｚ軸方向）の力が加えられた場合の作用を説明する説明図である。 歪検出素子のエレメントに加わる力の一例を説明する説明図である。 図１１の例におけるエレメントの抵抗値変化を説明する説明図である。 歪検出素子のエレメントに加わる力の他の例を説明する説明図である。 操作面にｘ軸方向の力が加えられた場合の作用を説明する説明図である。 第２変形例の操作位置検出装置を説明する説明図である。 第３変形例の操作位置検出装置を説明する説明図である。 第４変形例の操作位置検出装置を説明する説明図である。 第５変形例の操作位置検出装置を説明する説明図である。 第２実施形態の操作位置検出装置の外観を表す斜視図である。 第２実施形態の操作位置検出装置の分解斜視図である。 第２実施形態の操作位置検出装置について、操作体を除いた状態を表す斜視図である。 第２実施形態の操作位置検出装置の効果を説明する説明図である。 第６変形例の操作位置検出装置を説明する説明図である。 第７変形例の操作位置検出装置を説明する説明図である。

以下に、本発明が適用された実施形態の操作位置検出装置について説明する。尚、本実施形態の操作位置検出装置は、荷重検出式であり、例えば、タッチパッドやタッチパネル（タッチスクリーン）として使用される。

［第１実施形態］
図１〜図７に示すように、第１実施形態の操作位置検出装置１は、操作体３と、当該装置１の基部である基部部材５と、平板状の２つの検出体６，７を形成する平板部材１０と、平板状の２つの検出体８，９を形成する平板部材１１と、平板部材１０，１１を操作体３に接続させるための押さえ部材１２，１３とを備える。

操作体３は、板状（この例では円盤状）の操作部材３ａと、略円筒状の枠部材３ｂとによって構成される。尚、以下の説明において、操作位置検出装置１の上下の方向は、操作部材３ａ側が上で、基部部材５側が下である。

操作部材３ａは、例えば枠部材３ｂに設けられたビス穴１４を介して、枠部材３ｂの上側端面に取り付けられる。操作部材３ａの円形の上面（枠部材３ｂに取り付けられる側とは反対側の面）が、使用者によって任意の位置が押圧される平板状の操作面３ｃになっている。尚、操作部材３ａと枠部材３ｂとを接続する手段は、例えば接着剤等でも良い。また、操作部材３ａと枠部材３ｂは一体で形成されていても良い。

枠部材３ｂの下側端面（操作部材３ａが取り付けられる側とは反対側の面）には、平板部材１０の端部１０ａ，１０ｂを操作体３に接続させるための傾斜面部１５ａ、１５ｂと、平板部材１１端部１１ａ，１１ｂを操作体３に接続させるための傾斜面部１６ａ、１６ｂとが形成されている。

傾斜面部１５ａ，１５ｂの各面は、同じ仮想平面に含まれると共に、操作面３ｃに対して所定の角度を持つ。同様に、傾斜面部１６ａ，１６ｂの各面も、同じ仮想平面に含まれると共に、操作面３ｃに対して所定の角度を持つ。そして、傾斜面部１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、傾斜面部１５ａ，１５ｂの面を含む仮想平面Ｓ１と、傾斜面部１６ａ，１６ｂの面を含む仮想平面Ｓ２とが交差する交差線Ｌ１が、操作面３ｃと平行で、且つ、その交差線Ｌ１と操作面３ｃとの距離が０となるように、形成されている（特に図７参照）。実施形態において、その交差線Ｌ１は、操作面３ｃの面内方向において該操作面３ｃの中心を通る線である（特に図６参照）。

平板部材１０では、一方の端部１０ａが、検出体６の一方の端部６ａになっており、他方の端部１０ｂが、検出体７の一方の端部７ａになっている。そして、検出体６の端部６ａと検出体７の端部７ａは、操作体３に接続される接続部１８でもある。また、平板部材１０では、中央部１０ｃが、検出体６の他方の端部６ｂと、検出体７の他方の端部７ｂとの、両方を兼ねる共通部分（２つの検出体６，７に共通の部分）であると共に、基部部材５に固定される固定部１９でもある。更に、平板部材１０においては、端部１０ａと中央部１０ｃとの間の表面（本実施形態では上側の表面）が、検出体６の検出面２０になっており、端部１０ｂと中央部１０ｃとの間の表面（本実施形態では上側の表面）が、検出体７の検出面２０になっている。

同様に、平板部材１１では、一方の端部１１ａが、検出体８の一方の端部８ａになっており、他方の端部１１ｂが、検出体９の一方の端部９ａになっている。そして、検出体８の端部８ａと検出体９の端部９ａは、操作体３に接続される接続部１８でもある。また、平板部材１１では、中央部１１ｃが、検出体８の他方の端部８ｂと、検出体９の他方の端部９ｂとの、両方を兼ねる共通部分（２つの検出体８，９に共通の部分）であると共に、基部部材５に固定される固定部１９でもある。更に、平板部材１１においては、端部１１ａと中央部１１ｃとの間の表面（本実施形態では上側の表面）が、検出体８の検出面２０になっており、端部１１ｂと中央部１１ｃとの間の表面（本実施形態では上側の表面）が、検出体９の検出面２０になっている。

検出体６〜９の検出面２０は、操作面３ｃに対する押圧によって発生する操作力に応じて、曲げ変形を生じさせるよう弾性変形する弾性変形体である。各検出面２０上には、検出体６〜９の変形に伴う該検出面２０の歪を検出する歪検出部としての歪検出素子２１が設けられている。検出面２０上の歪検出素子２１は、防湿及び防塵のために、樹脂等からなるポッティング剤２３によって封止されている。尚、歪検出素子２１については後で説明する。

基部部材５は、枠部材３ｂにおける傾斜面部１５ａ，１５ｂの面と同じ傾斜の上面を有した突部２４と、枠部材３ｂにおける傾斜面部１６ａ，１６ｂの面と同じ傾斜の上面を有した突部２５とを備える。

平板部材１０は、中央部１０ｃの下面が、基部部材５における突部２４の上面に載せられると共に、中央部１０ｃの上面に略直方体の固定用部材２６が載せられる。そして、その状態で、固定用部材２６が当該平板部材１０の中央部１０ｃを貫通するビス（図示省略）によって基部部材５の突部２４に固定されることにより、平板部材１０は、中央部１０ｃにおいて、基部部材５の突部２４に固定される（特に図５参照）。尚、図２における２４ａは、突部２４のビス穴であり、図５における２６ａは、固定用部材２６のビス穴である。この例では、ビス穴２４ａ，２６ａは、３つずつ設けられている。また、平板部材１０の中央部１０ｃにも、ビス穴２４ａ，２６ａと対応する位置にビス穴が設けられている。

同様に、平板部材１１は、中央部１１ｃの下面が、基部部材５における突部２５の上面に載せられると共に、中央部１１ｃの上面に略直方体の固定用部材２７が載せられる。そして、その状態で、固定用部材２７が当該平板部材１１の中央部１１ｃを貫通するビス（図示省略）によって基部部材５の突部２５に固定されることにより、平板部材１１は、中央部１１ｃにおいて、基部部材５の突部２５に固定される（特に図５参照）。尚、図２における２５ａは、突部２５のビス穴であり、図２，図５における２７ａは、固定用部材２７のビス穴である。この例では、ビス穴２５ａ，２７ａは、３つずつ設けられている。また、平板部材１１の中央部１１ｃにも、ビス穴２５ａ，２７ａと対応する位置にビス穴が設けられている。

平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃを基部部材５の突部２４，２５に固定すると、図５の状態になる。図５の状態において、基部部材５は、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃにだけ接している。

一方、押さえ部材１２には、平板部材１０の端部１０ａ，１０ｂの下面と接する溝部１２ａ，１２ｂが形成されている。同様に、押さえ部材１３には、平板部材１１の端部１１ａ，１１ｂの下面と接する溝部１３ａ，１３ｂが形成されている。

そして、図５の状態から、平板部材１０の端部１０ａ，１０ｂに押さえ部材１２の溝部１２ａ，１２ｂを当接させると共に、平板部材１１の端部１１ａ，１１ｂに押さえ部材１３の溝部１３ａ，１３ｂを当接させると、図４のようになる。図４の状態において、基部部材５は、押さえ部材１２，１３には接しない。

そして、図４の状態から、更に、平板部材１０の端部１０ａ，１０ｂの上面を、枠部材３ｂの傾斜面部１５ａ，１５ｂの面に当接させると共に、平板部材１１の端部１１ａ，１１ｂの上面を、枠部材３ｂの傾斜面部１６ａ，１６ｂの面に当接させると、図３のようになる。

そして、図３の状態で、押さえ部材１２，１３が枠部材３ｂに、例えばビス（図示省略）によって固定される。その結果、平板部材１０の端部１０ａ，１０ｂが、枠部材３ｂの傾斜面部１５ａ，１５ｂと押さえ部材１２の溝部１２ａ，１２ｂとで保持されると共に、平板部材１１の端部１１ａ，１１ｂが、枠部材３ｂの傾斜面部１６ａ，１６ｂと押さえ部材１３の溝部１３ａ，１３ｂとで保持される。この状態においても、基部部材５は、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃにだけ接し、押さえ部材１２，１３や枠部材３ｂには接しない。尚、図２における１２ｃ，１２ｄは、押さえ部材１２のビス穴であり、図２における１３ｃ，１３ｄは、押さえ部材１３のビス穴である。また、図２に示すように、枠部材３ｂには、その各ビス穴１２ｃ，１２ｄ，１３ｃ，１３ｄに対応する４つのビス穴２９が設けられている。

そして、枠部材３ｂに操作部材３ａを取り付ければ、操作位置検出装置１は、図１のような完成状態となる。尚、操作位置検出装置１の組み立て手順は任意であり、例えば、枠部材３ｂへの操作部材３ａの取り付けを、先に実施しても良い。

以上の構成により、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃが基部部材５の突部２４，２５に固定され、平板部材１０，１１の端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂが操作体３（枠部材３ｂ）に接続した状態となる。

そして、図６に示すように、平板部材１０の一方の端部１０ａから中央部１０ｃまでの部分と、中央部１０ｃから他方の端部１０ｂまでの部分とが、検出体６，７の各々であり、その各部分の上面が、検出体６，７における検出面２０である。同様に、平板部材１１の一方の端部１１ａから中央部１１ｃまでの部分と、中央部１１ｃから他方の端部１１ｂまでの部分とが、検出体８，９の各々であり、その各部分の上面が、検出体８，９における検出面２０である。

また、図７に示すように、前述した傾斜面部１５ａ，１５ｂの面を含む仮想平面Ｓ１は、平板部材１０によって形成される各検出体６，７の検出面２０の延長平面でもある（以下、この延長平面の符号としても「Ｓ１」を用いる）。同様に、前述した傾斜面部１６ａ，１６ｂの面を含む仮想平面Ｓ２は、平板部材１１によって形成される各検出体８，９の検出面２０の延長平面でもある（以下、この延長平面の符号としても「Ｓ２」を用いる）。

このため、検出体６の検出面２０の延長平面Ｓ１と、検出体８の検出面２０の延長平面Ｓ２は、操作面３ｃの面内方向における当該両検出体６，８の間の位置（この例では中央位置）で交差すると共に、その延長平面Ｓ１，Ｓ２同士が交差する交差線（以下、この交差線の符号としても「Ｌ１」を用いる）は操作面３ｃと平行で、且つ、その交差線Ｌ１と操作面３ｃとの距離は０となる。同様に、検出体７の検出面２０の延長平面Ｓ１と、検出体９の検出面２０の延長平面Ｓ２は、操作面３ｃの面内方向における当該両検出体７，９の間の位置（この例では中央位置）で交差すると共に、その延長平面Ｓ１，Ｓ２同士が交差する交差線Ｌ１は操作面３ｃと平行で、且つ、その交差線Ｌ１と操作面３ｃとの距離は０となる。本実施形態において、交差線Ｌ１は、前述したように、操作面３ｃの面内方向において該操作面３ｃの中心を通ることとなる。

尚、以下の説明においては、図６，図７に示すように、交差線Ｌ１の方向をｙ軸方向とし、交差線Ｌ１に垂直で且つ操作面３ｃに平行な方向をｘ軸方向とし、操作面３ｃに垂直な方向をｚ軸方向とする。

操作位置検出装置１においては、操作体３の操作面３ｃに対して押す操作（押圧操作）が行われると、その押された位置である操作位置及び力の大きさに応じて、検出体６〜９が微小に弾性変形し、その変形に伴う検出面２０の歪みが、検出面２０に設けられている歪検出素子２１によって検出される。

また、図７に示すように、例えば基部部材５の所定位置には、操作位置算出部３１が設けられている。操作位置算出部３１は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，およびＡ／Ｄ変換回路等を含むコンピュータハードウェアとして構成されている。そして、操作位置算出部３１は、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することで、操作位置検出装置１としての機能を実現する。例えば、操作位置算出部３１は、歪検出素子２１が検出した歪（弾性変形量）に基づいて、押圧操作力が行われた位置（すなわち、操作位置）および操作力を算出する。

歪検出素子２１は、例えば歪みゲージであり、弾性変形量によって抵抗値が変化する４つのエレメント２１ａ〜２１ｄを、図８のように配置すると共に、図９のように、ホイートストンブリッジ回路（以下単に、ブリッジ回路という）となるように接続することで形成されている。そして、操作位置算出部３１は、そのブリッジ回路に電源電圧Ｖｅｘを与えると共に、該ブリッジ回路の出力電圧である（歪検出素子２１の出力電圧でもある）ブリッジ電圧Ｖｏｕｔを検出し処理することで、操作位置や操作力を算出する。

次に、操作面３ｃに対する操作位置の検出について説明する。
まず、操作面３ｃに垂直な方向（ｚ軸方向）の力が加えられた場合について説明する。
図１０に示すように、操作体３の操作面３ｃにｚ軸方向の押圧操作力Ｆｚが作用すると、基部部材５に対して固定されている検出体６〜９には、押圧操作力Ｆｚの分力ｆｚ１〜ｆｚ４やモーメント力ｍｚ１，ｍｚ２が作用する。尚、図１０において、ｆｚ１〜ｆｚ４は、図示の便宜上、操作面３ｃの面内方向の力のように示されているが、実際には、ｚ軸方向の力である。そして、ｆｚ１は、検出体７に加わる力であり、ｆｚ２は、検出体９に加わる力であり、ｆｚ３は、検出体８に加わる力であり、ｆｚ４は、検出体６に加わる力である。また、ｍｚ１，ｍｚ２は、図示の便宜上、ｚ軸周りのモーメント力のように示されているが、実際は、ｘ軸周りのモーメント力である。そして、ｍｚ１は、検出体６，７に作用するモーメント力であり、ｍｚ２は、検出体８，９に作用するモーメント力である。

検出体６〜９は、操作体３に接続される側の端部６ａ，７ａ，８ａ，９ａとは反対側の端部６ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂ（平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃ）が基部部材５に固定されているため、曲げ変形を強いられる。このため、検出体６〜９の検出面２０には、面内方向において引張り応力、あるいは圧縮応力が作用する。検出面２０上には歪検出素子２１が設けられているため、それら引張り応力あるいは圧縮応力に応じた検出面２０内の伸び量または縮み量を、歪検出素子２１が検出する。

例えば、検出体６〜９の何れかに、図１１のような力ｆｚが作用したとすると、歪検出素子２１のエレメント２１ａ〜２１ｄのうち、エレメント２１ａ，２１ｂには引張り応力が発生し、エレメント２１ｃ，２１ｄには圧縮応力が発生する。そして、図１２に示すように、引張り応力の発生するエレメント２１ａ，２１ｂでは抵抗値が減少し、圧縮応力の発生するエレメント２１ｃ，２１ｄでは抵抗値が増加する。

このため、操作位置算出部３１は、各検出体６〜９の歪検出素子２１（エレメント２１ａ〜２１ｄ）の出力電圧である前述のブリッジ電圧Ｖｏｕｔを検出し、その各ブリッジ電圧Ｖｏｕｔに基づいて、各検出体６〜９に作用する力ｆｚ（ｆｚ１，ｆｚ２，ｆｘ３，ｆｘ４）及びモーメント力ｍｚ（ｍｚ１，ｍｚ２）を算出する。例えば、各歪検出素子２１のブリッジ電圧Ｖｏｕｔから力ｆｚ１，ｆｚ２，ｆｘ３，ｆｘ４及びモーメント力ｍｚ１，ｍｚ２を算出するためのマップを、ＲＯＭ内に用意しておき、操作位置算出部３１は、そのマップに、各ブリッジ電圧Ｖｏｕｔの検出値を当てはめることによって、力ｆｚ１，ｆｚ２，ｆｘ３，ｆｘ４及びモーメント力ｍｚ１，ｍｚ２を算出するように構成することができる。また、マップは、理論計算と実験との両方または一方によって作成することができる。

そして、操作位置算出部３１は、算出したｆｚ１，ｆｚ２，ｆｘ３，ｆｘ４，ｍｚ１，ｍｚ２を、下記の式４と式５に代入することで、操作面３ｃに加えられた押圧操作力Ｆｚの中心位置すなわち操作位置（ｘ１，ｙ１）を算出する。

尚、この例において、操作位置の座標は、操作面３ｃの中心を原点とするｘ−ｙ座標系の座標位置として算出される（図１０参照）。そして、式４，式５は、力の釣り合いの式である式１と、ｙ軸周りのモーメントの釣り合いの式である式２と、ｘ軸周りのモーメントの釣り合いの式である式３とから、それぞれ導き出せる。また、式２，式４における「ｗ」は、図１０に示すように、ｘ軸方向における検出体６，７と検出体８，９との中間位置（ｘ軸方向の原点位置）から、ｘ軸方向における各検出体６〜９の中心位置（検出面２０の中心位置）までの距離である。

一方、操作面３ｃにｙ軸方向の力が加えられた場合には、図１３に示すように、各検出体６〜９にｙ軸方向の力ｆｙが加わる。そして、その力ｆｙは、歪検出素子２１の各エレメント２１ａ〜２１ｄに対する圧縮応力となる。しかし、ｙ軸方向の力ｆｙは、検出体６〜９の面内方向の力であり、検出体６〜９の剛性が高い方向の力であるため、各検出体６〜９において、検出面２０は歪まず、よって歪検出素子２１は感度を有しない。

また、図１４に示すように、操作面３ｃにｘ軸方向の力Ｆｘが加えられた場合には、各検出体６〜９における検出面２０の位置では、力Ｆｘによりｘ軸方向に作用する力と、力Ｆｘによりｙ軸周りに作用するモーメント力Ｍとが作用する。そして、その作用する各力は、検出面２０に垂直な成分と、検出面２０の面内方向の成分とに分解できる。

ここで、前述したように検出体６〜９は面内方向に剛性が高いため、検出面２０の歪検出素子２１は、後者の成分（検出面２０の面内方向の成分）に対して感度を持たない。
また、前者の成分（検出面２０に垂直な成分）については、前述の交差線Ｌ１と操作面３ｃとの距離が０であることから、ｘ軸方向に作用する力による力Ｆ１と、上記モーメント力Ｍによる力Ｆ２とが、釣り合うこととなる。このことは、下記の式６〜式１０によって示される。つまり、式６〜式９から、式１０が成立する。尚、図１４に示すように、式６，式８，式９における「ｈ」は、ｚ軸方向における各検出体６〜９の検出面２０の中心位置と操作面３ｃとの距離であり、式７〜式９における「θ」は、操作面３ｃと検出面２０とのなす角である。また、式８，式９における「ｗ」は、式２，式４における「ｗ」と同じである。そして、式９が成立する条件（延いては、式１０が成立する条件）が、「交差線Ｌ１と操作面３ｃとの距離＝０」である。

このため、歪検出素子２１は、前者の成分（検出面２０に垂直な成分）についても感度がなくなる。よって、操作面３ｃにＸ軸方向の力Ｆｘを加えても、歪検出素子２１は感度を有しない。

従って、本実施形態の操作位置検出装置１では、操作面３ｃに垂直でないｙ軸方向とｘ軸方向の操作力に対して、検出体６〜９の歪検出素子２１が感度を持たなくなる。よって、操作面３ｃが該操作面３ｃに対して垂直でない所定の角度で押されて、操作面３ｃに垂直方向とは異なる方向の力が作用した場合でも、操作位置算出部３１により正確に操作位置を算出（換言すれば検出）することができるようになる。

更に、この操作位置検出装置１によれば、検出体６〜９を操作面３ｃの背面側（押される側とは反対側）内に収めることが可能となる。このため、操作面３ｃの外周に検出体６〜９を配置する必要がなくなり、装置１の小型化を実現することができる。また、前述した意匠性の制約をなくすことができる。このため、本実施形態の操作位置検出装置１では、一つの面全体を操作面３ｃにしている。

尚、抵抗膜式や静電容量式の一般的なパッチパッドやタッチパネルであっても、配線の取り回しの都合上、操作面の周囲には検出できない領域が必ず存在してしまう。これに対し、本実施形態の操作位置検出装置１によれば、操作面３ｃの周囲に検出できない領域が全く存在しない装置を提供できる。

また、本実施形態の操作位置検出装置１では、１つの平板部材（１１または１２）によって２つの検出体（６，７または８，９）を形成しているため、当該装置１の構成部品数及び組み立て工数を少なくすることができる。

一方、前述の交差線Ｌ１と操作面３ｃとの距離は、０であることが最も好ましいが、０以外にすることも可能である。例えば、交差線Ｌ１と操作面３ｃとの距離が、操作面３ｃの最大長さの２０分の１以下（つまり５パーセント以下）であれば、操作位置の検出精度に大きな影響は生じないと考えられる。尚、本第１実施形態では、操作面３ｃが円形であるため、操作面３ｃの最大長さは、操作面３ｃの直径となるが、例えば、操作面３ｃが長方形であれば、その操作面３ｃの長い方の辺の長さが、操作面３ｃの最大長さとなる。また、交差線Ｌ１と操作面３ｃとの距離は、操作面３ｃの長さに拘わらす、所定値以下（例えば２ｍｍ以下）に設定しても良い。

［第１実施形態に対する変形例］
以下に、他の実施形態として、第１実施形態に対する変形例を説明する。尚、第１実施形態と同様の構成要素については、第１実施形態と同じ符号を用いる。

〈第１変形例〉
第１実施形態では、平板部材１０，１１の端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂが、操作体３に接続される接続部１８であり、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃが、基部部材５に固定される固定部１９であった。

その構成とは逆に、平板部材１０，１１の端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂを、基部部材５に固定される固定部１９とし、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃを、操作体３に接続される接続部１８とするように構成しても良い。

例えば、枠部材３ｂには、４つの傾斜面部１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂを設けず、その代わり、操作体３（操作部材３ａまたは枠部材３ｂ）には、操作面３ｃの中央位置あるいは該中央位置を挟む２つの各位置からｘ軸方向の左右それぞれへ向けて、傾斜面部１５ａ，１６ａと同様の傾斜面を有する一対の操作体側接続部を設ける。また、基部部材５には、２つの突部２４，２５を設けず、その代わりに、基部部材５において、平板部材１０，１１の端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂに対応する４つの各位置に、突部２４，２５と同様の突部を設ける。そして、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃのそれぞれを、操作体３における上記一対の操作体側接続部のそれぞれに接続させると共に、平板部材１０，１１の端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂのそれぞれを、基部部材５における上記４つの突部のそれぞれに固定すれば良い。

〈第２変形例〉
図１５は、第２変形例の操作位置検出装置を操作面３ｃの側から模式的に表している。図１５に示すように、４つの検出体６〜９を、別々の平板部材によって構成し、その各検出体６〜９を、個別に操作体３に接続しても良い。図１５の例では、各検出体６〜９の一方の端部６ａ〜９ａが、操作体３に接続される接続部１８となっており、各検出体６〜９の他方の端部６ｂ〜９ｂが、基部部材５（図示省略）に固定される固定部１９になっている。また、操作面３ｃの平面形状は四角形である。その他は、第１実施形態と同様である。

尚、図１５では、操作面３ｃの外周に検出体６〜９を配置したように図示しているが、検出体６〜９は、実際には、検出体６と検出体８との関係、及び、検出体７と検出体９との関係が、第１実施形態と同じになるように、操作体３に取り付けられている。このため、第１実施形態と同様に、検出体６〜９を操作面３ｃの背面側（押される側とは反対側）内に収めることができる。そして、このことは、後述する第３変形例（図１６）及び第４変形例（図１７）についても同様である。

〈第３変形例〉
図１６は、第３変形例の操作位置検出装置を操作面３ｃの側から模式的に表している。図１６に示すように、操作面３ｃに、溝部（換言すれば凹部）４１を設けても良い。その溝部４１は、操作面３ｃを複数の操作領域に分割する役割を果たす。溝部４１の数や方向については、特に制約はない。

溝部４１を設けることにより、当該操作位置検出装置の使用者は、操作面３ｃを操作する際の指の触覚から操作領域を認識することができる。使用者は、操作面３ｃを凝視することなく所望の操作を行うことができるので、操作性が向上し、特に車両に搭載する装置に適用する場合に好ましい。また、溝部４１の代わりに、帯状の凸部を設けても、同様の効果が得られる。

尚、図１６の例では、第１変形例で述べた構成を採っている。即ち、平板部材１０，１１の端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂを、基部部材５（図示省略）に固定される固定部１９とし、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃを、操作体３に接続される接続部１８としている。このため、操作体３には、第１変形例で説明した一対の操作体側接続部４３が設けられており、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃのそれぞれを、その操作体側接続部４３のそれぞれに接続させている。そして、このことは、後述する第４変形例（図１７）についても同様である。

〈第４変形例〉
図１７は、第４変形例の操作位置検出装置を操作面３ｃの側から模式的に表している。図１７に示すように、操作面３ｃを凸形状としても良い。図１７の例では、操作面３ｃの中心位置（交差した線の交差位置）４５が最も高くなるようにしている。操作面３ｃにおける凸部の位置および高さは、位置検出の精度に影響を与えない範囲で設定すれば良い。

この構成によっても、使用者は、操作面３ｃを操作する際の指の触覚から操作領域を認識することができる。
〈第５変形例〉
図１８に示すように、検出体６と検出体８、及び、検出体７と検出体９は、ｘ軸方向において左右対称でなくても良い。第１実施形態で述べた条件が成立していれば良い。つまり、検出体６，８の検出面２０の延長平面同士の交差線と操作面３ｃとの距離が所定値以下（好ましくは０）であり、検出体７，９の検出面２０の延長平面同士の交差線と操作面３ｃとの距離も所定値以下（好ましくは０）であれば良い。

尚、図１８の例では、第３，第４変形例（図１６，図１７）と同様に、操作体３に設けられた一対の操作体側接続部４３のそれぞれに、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃのそれぞれを接続させている。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の操作位置検出装置について説明する。尚、第１実施形態と同様の構成要素については、第１実施形態と同じ符号を用いることで説明を省略する。そして、第１実施形態との相違点について説明する。

図１９〜図２１に示すように、第２実施形態の操作位置検出装置５１は、第１実施形態の操作位置検出装置１と比較して、下記《１》〜《４》の点が異なっている。
《１》操作体３は、前述の枠部材３ｂを備えず、板状（この例でも円盤状）の操作部材３ａが操作体３になっている。

《２》前述の第１変形例と同様に（つまり、第１実施形態とは逆に）、平板部材１０，１１の中央部１０ｃ，１１ｃが、操作体３に接続される接続部１８になっており、平板部材１０，１１の両端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂのそれぞれが、基部部材５に固定される固定部１９になっている。

《３》平板部材１０，１１の接続部１８としての中央部１０ｃ，１１ｃは、弾性を有する連結部材５０を介して操作体３に接続される。
連結部材５０は、弾性を有する単一の板材を曲げ加工することで構成されており、板バネの性質を持つ。連結部材５０は、操作体３（操作部材３ａ）の下面（操作面３ｃとは反対側の面）における中心位置に固定される取り付け部５０ｃと、取り付け部５０ｃが操作体３に固定された状態において、取り付け部５０ｃから前述のｘ軸方向の左右それぞれへ所定の傾斜角度で伸びる一対の傾斜部５０ａ，５０ｂとを備える。

そして、本実施形態では、傾斜部５０ａの下面に、平板部材１０の中央部１０ｃが取り付けられ、傾斜部５０ｂの下面に、平板部材１１の中央部１１ｃが取り付けられる。
傾斜部５０ａの下面を含む仮想平面は、図７に示した仮想平面Ｓ１と同じであり、その仮想平面Ｓ１は、平板部材１０によって形成される各検出体６，７の検出面２０の延長平面でもある。同様に、傾斜部５０ｂの下面を含む仮想平面は、図７に示した仮想平面Ｓ２と同じであり、その仮想平面Ｓ２は、平板部材１１によって形成される各検出体８，９の検出面２０の延長平面でもある。

尚、連結部材５０の取り付け部５０ｃは、例えばビスによって操作体３に固定されるが、固定の手段は例えば接着剤等でも良い。
また、平板部材１０の中央部１０ｃと連結部材５０の傾斜部５０ａは、中央部１０ｃの上面と傾斜部５０ａの下面とが合わされた状態で、中央部１０ｃの下面と傾斜部５０ａの上面とが、一対の固定用部材７１，７２によって挟まれる（特に図２１参照）。そして、その状態で、一対の固定用部材７１，７２が、傾斜部５０ａと中央部１０ｃとを貫通するビス（図示省略）によって相互に固定されることにより、平板部材１０の中央部１０ｃが連結部材５０の傾斜部５０ａに固定される。

同様に、平板部材１１の中央部１１ｃと連結部材５０の傾斜部５０ｂは、中央部１１ｃの上面と傾斜部５０ｂの下面とが合わされた状態で、中央部１１ｃの下面と傾斜部５０ｂの上面とが、一対の固定用部材７３，７４によって挟まれる（特に図２１参照）。そして、その状態で、一対の固定用部材７３，７４が、傾斜部５０ｂと中央部１１ｃとを貫通するビス（図示省略）によって相互に固定されることにより、平板部材１１の中央部１１ｃが連結部材５０の傾斜部５０ｂに固定される。

《４》基部部材５は、平板部材１０，１１の端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂが固定される一対の支柱部５ａ，５ｂを備える。支柱部５ａと支柱部５ｂは、図示しない部材によって相対位置が変わらないように固定されている。

支柱部５ａには、第１実施形態の基部部材５における突部２４の上面と同じ傾斜の面を有する溝部５６と、第１実施形態の基部部材５における突部２５の上面と同じ傾斜の面を有する溝部５７とが、設けられている。

支柱部５ｂにも、第１実施形態の基部部材５における突部２４の上面と同じ傾斜の面を有する溝部５８と、第１実施形態の基部部材５における突部２５の上面と同じ傾斜の面を有する溝部５９とが、設けられている。

そして、図２０における一点鎖線で示すように、平板部材１０の端部１０ａが、支柱部５ａの溝部５６に載せられ、平板部材１１の端部１１ａが、支柱部５ａの溝部５７に載せられ、平板部材１０の端部１０ｂが、支柱部５ｂの溝部５８に載せられ、平板部材１１の端部１１ｂが、支柱部５ｂの溝部５９に載せられる。

更にその状態で、図２０における二点鎖線で示すように、上記溝部５６，５７の面と同じ傾斜の板状部５２ａ，５２ｂを有した押さえ部材５２が、支柱部５ａの上部に固定され、上記溝部５８，５９の面と同じ傾斜の板状部５３ａ，５３ｂを有した押さえ部材５３が、支柱部５ｂの上部に固定される。

押さえ部材５２が支柱部５ａの上部に固定されることで、平板部材１０の端部１０ａが押さえ部材５２の一方の板状部５２ａによって押さえられ、平板部材１１の端部１１ａが押さえ部材５２の他方の板状部５２ｂによって押さえられる。その結果、平板部材１０の端部１０ａは、支柱部５ａの溝部５６と押さえ部材５２の板状部５２ａとで挟まれて保持され、平板部材１１の端部１１ａは、支柱部５ａの溝部５７と押さえ部材５２の板状部５２ｂとで挟まれて保持される。

同様に、押さえ部材５３が支柱部５ｂの上部に固定されることで、平板部材１０の端部１０ｂが押さえ部材５３の一方の板状部５３ａによって押さえられ、平板部材１１の端部１１ｂが押さえ部材５３の他方の板状部５３ｂによって押さえられる。その結果、平板部材１０の端部１０ｂは、支柱部５ｂの溝部５８と押さえ部材５３の板状部５３ａとで挟まれて保持され、平板部材１１の端部１１ｂは、支柱部５ｂの溝部５９と押さえ部材５３の板状部５３ｂとで挟まれて保持される。

尚、押さえ部材５２，５３は、例えばビスによって支柱部５ａ，５ｂに固定される。図２０における６１は、押さえ部材５２，５３におけるビス穴であり、図２０における６３は、支柱部５ａ，５ｂにおけるビス穴である。また、押さえ部材５２，５３を支柱部５ａ，５ｂに固定するための手段は、例えば接着剤等でも良い。

以上のような操作位置検出装置５１によっても、第１実施形態の操作位置検出装置１と同様の効果が得られるが、以下に説明する点において、第１実施形態の操作位置検出装置１よりも有利である。

図２２に示すように、操作体３の操作面３ｃにｚ軸方向の押圧操作力Ｆｚが作用した場合、その押圧操作力Ｆｚにより、平板部材１０，１１は変形しようとする。図２２における点線の矢印は、平板部材１０，１１が変形しようとする方向である。

そして、平板部材１０，１１が変形しようとする力により、操作体３及び基部部材５（支柱部５ａ，５ｂ）には、図２２における水平方向（即ち、操作面３ｃの面内方向）に圧縮されようとする力が作用する。

但し、操作体３及び基部部材５の剛性は高いため、操作体３及び基部部材５は、ほとんど圧縮されない。このため、平板部材１０，１１の端部１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂと中央部１０ｃ，１１ｃとの各々を、操作体３と基部部材５とに直接固定した場合には、平板部材１０、１１の変形（詳しくは、検出体６〜９の変形）が阻害される。例えば平板部材１０，１１同士が内側に寄りたくても寄ることができない、という状態になる。その結果、操作位置を検出することにおいて、平板部材１０，１１が十分に変形せず、延いては、大きな感度が得られなくなる可能性がある。

これに対して、第２実施形態の操作位置検出装置５１では、板バネの性質を持つ連結部材５０が操作体３と平板部材１０，１１と間に設けられており、操作体３に対する平板部材１０，１１の相対位置が変わりやすくなっている。このため、操作面３ｃへの押圧操作力Ｆｚによって平板部材１０，１１が自由に変形できるようになり、要するに、平板部材１０，１１の変形が阻害されない。換言すると、連結部材５０は、操作面３ｃへの押圧操作力Ｆｚに応じて弾性変形しつつ、その押圧操作力Ｆｚを、平板部材１０，１１によって形成される検出体６〜９に伝達することとなる。

よって、このような第２実施形態の操作位置検出装置５１によれば、操作位置の検出において大きな感度が得られるようになる。また、連結部材５０は、曲げ加工された単一の板材によって構成されているため、装置５１の部品点数が抑えられると共に、連結部材５０自体の製造も簡単であるという利点がある。

［第２実施形態に対する変形例］
以下に、第６〜第８変形例を説明する。尚、第１及び第２実施形態と同様の構成要素については、第１及び第２実施形態と同じ符号を用いる。

〈第６変形例〉
第２実施形態の操作位置検出装置５１において、連結部材５０の代わりに、その連結部材５０と同形状で弾性変形しない部材を用いたならば、その部材は、第１変形例で説明した一対の操作体側接続部と同じ役割を果たす部材となる。

そして、その場合には、図２３に例示するように、基部部材５の支柱部５ａ，５ｂと平板部材１０，１１との間に、連結部材５０と同様の連結部材６５ａ，６５ｂを設ければ良い。尚、図２３において、｛｝を付けた符号と｛｝を付けていない符号とのうち、｛｝を付けていない方の符号は、支柱部５ａを、支柱部５ｂ側とは反対側からみた場合の符号であり、｛｝を付けた方の符号は、支柱部５ｂを、支柱部５ａ側とは反対側からみた場合の符号である。つまり、図２３に例示するように、平板部材１０，１１の固定部１９としての端部１０ａ，１１ａを、連結部材６５ａを介して基部部材５の支柱部５ａに接続すると共に、平板部材１０，１１の固定部１９としての他方の端部１０ｂ，１１ｂを、連結部材６５ｂを介して基部部材５の支柱部５ｂに接続すれば良い。

そして、このように構成しても、第２実施形態の操作位置検出装置５１と同様の効果が得られる。
〈第７変形例〉
第１実施形態の操作位置検出装置１において、図２４に例示するように、平板部材１０，１１の固定部１９としての中央部１０ｃ，１１ｃと基部部材５とを、連結部材５０と同様の連結部材６７を介して接続するように構成しても良い。そして、このように構成しても、第２実施形態の操作位置検出装置５１と同様の効果が得られる。

〈第８変形例〉
第１実施形態の操作位置検出装置１において、例えば操作体３から枠部材３ｂを除き、その操作体３（つまり、操作部材３ａ）と、平板部材１０，１１の接続部１８としての端部１０ａ，１１ａとを、連結部材５０と同様の連結部材を介して接続すると共に、その操作体３と、平板部材１０，１１の接続部１８としての他方の端部１０ｂ，１１ｂも、連結部材５０と同様の連結部材を介して接続するように構成しても良い。そして、このように構成しても、第２実施形態の操作位置検出装置５１と同様の効果が得られる。

〈他の変形例〉
例えば、第２実施形態や第６変形例において、連結部材５０，６５ａ，６５ｂを配置する代わりに、基部部材５の一部が操作面３ｃへの作用力（押圧操作力Ｆｚ）に応じて弾性変形して、平板部材１０，１１の変形が阻害されないような構成であってもよい。このことは他の実施形態及び変形例についても同様である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、前述した各実施形態（尚、実施形態とは前述した変形例も含む）に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしても良い。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えても良い。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略しても良い。また、何れかの実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加または置換しても良い。また、前述した数値も一例である。

また具体例として、例えば、上記各実施形態において、操作面３ｃの背面側にＬＣＤ等の表示器を配置して、操作位置検出装置をタッチパネル（タッチスクリーン）としても良い。

また、上記各実施形態において、検出体６，８の検出面２０の延長平面同士の交差線と、検出体７，９の検出面２０の延長平面同士の交差線とが、操作面３ｃとは平行であるが、互いには所定の角度を有するように（例えば直交するように）構成しても良い。

また、検出体は、４つより多い複数個（６個や８個等）でも良い。

３…操作体、３ｃ…操作面、５…基部部材、６〜９…検出体、１８…接続部、１９…固定部、２０…検出面、２１…歪検出素子（歪検出部）、３１…操作位置算出部、Ｌ１…交差線、Ｓ１，Ｓ２…延長平面

Claims (7)

1. 平板状の操作面（３ｃ）を有する操作体（３）と、
   基部としての部材である基部部材（５）と、
   一端に前記操作体に接続される接続部（１８）を有し、他の一端に前記基部部材に固定される固定部（１９）を有し、前記接続部と前記固定部との間に、前記操作面に対する押圧により発生する操作力に応じて変形する検出面（２０）を有する、４以上で偶数個の平板状の検出体（６〜９）と、
   前記各検出体の前記検出面に設けられ、前記検出体の変形に伴う前記検出面の歪を検出する歪検出部（２１）と、
   前記各歪検出部の検出結果に基づいて、前記操作面において前記操作力が作用した位置を操作位置として算出する操作位置算出部（３１）と、
   を備える操作位置検出装置において、
   前記検出体の２つずつは、当該両検出体の前記検出面の延長平面（Ｓ１，Ｓ２）同士が、前記操作面の面内方向における当該両検出体の間の位置で交差すると共に、その延長平面同士が交差する交差線（Ｌ１）が前記操作面と平行で、且つ、前記交差線と前記操作面との距離が所定値以下となるように、前記操作面に対し所定の角度を有して配置されていること、
   を特徴とする操作位置検出装置。
2. 請求項１に記載の操作位置検出装置において、
   前記２つずつの検出体の組として、少なくとも第１組（６，８）と第２組（７，９）があり、
   前記第１組の一方の前記検出体（６）と前記第２組の一方の前記検出体（７）との２つの検出体と、前記第１組の他方の前記検出体（８）と前記第２組の他方の前記検出体（９）との２つの検出体とが、それぞれ１つの平板部材（１０，１１）により形成され、
   前記平板部材の両端部（１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ）のそれぞれが、当該平板部材により形成される前記２つの検出体のそれぞれの部分であって、前記接続部と前記固定部とのうちの一方であり、前記平板部材の中央部（１０ｃ，１１ｃ）が、当該平板部材により形成される前記２つの検出体に共通の部分であって、前記接続部と前記固定部とのうちの他方であり、前記平板部材における両端部のそれぞれと中央部との間の各面が、当該平板部材により形成される前記２つの検出体のそれぞれの前記検出面になっていること、
   を特徴とする操作位置検出装置。
3. 請求項２に記載の操作位置検出装置において、
   前記平板部材の前記接続部は、弾性を有する連結部材（５０）を介して前記操作体に接続されていること、
   を特徴とする操作位置検出装置。
4. 請求項２に記載の操作位置検出装置において、
   前記平板部材の前記固定部は、弾性を有する連結部材（６５ａ，６５ｂ，６７）を介して前記基部部材に接続されていること、
   を特徴とする操作位置検出装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の操作位置検出装置において、
   前記連結部材は、前記操作力に応じて弾性変形しつつ、該操作力を前記検出体に伝達すること、
   を特徴とする操作位置検出装置。
6. 請求項３ないし請求項５の何れか１項に記載の操作位置検出装置において、
   前記連結部材は、曲げ加工された単一の板材によって構成されていること、
   を特徴とする操作位置検出装置。
7. 請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の操作位置検出装置において、
   前記所定値は、前記操作面の最大長さの２０分の１であること、
   を特徴とする操作位置検出装置。

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