JP6587960B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力装置に関し、詳しくは、操作体の倒れ動作などを検知することができる入力装置に関する。

ジョイスティックのようなスティック型の入力装置は、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれを中心としたスティックの倒れ動作を検知するデバイスである。特許文献１には、ディスプレイ中の操作対象（カーソル等）が他の表示物との間で起こる力の作用力をジョイスティック側にフィードバックさせて操作臨場感を現すことができるジョイスティックコントロール装置が開示される。

特許文献２には、回転ノブ、磁気回路、及び少なくとも１つのコイルを有する制御素子が開示される。この制御素子において、回転ノブは、磁気回路の少なくとも一部について回転可能であるよう支持され、回転ノブと磁気回路との間の隙間は、磁気流動学的流体で充填され、コイルは、回転ノブに可変制動動作を与えるよう配置される。これにより、ユーザに触覚的なフィードバック応答を与えることができる。

特開平４−３８５０７号公報 特開２００２−１０８４７０号公報

入力装置において、スティック等の操作体に傾倒操作だけでなく回転やプッシュ操作機能を持たせ、さらには操作時に触覚フィードバックを与える機構を設けようとした場合、特許文献１に記載の握り柄に代えて、特許文献２に記載の触覚フィードバック機構を内蔵した回転ノブを配置する構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、握り柄（回転ノブ）自体が大径となり、ジョイスティックとしての傾倒操作性を悪化させることになる。また、操作体に触覚フィードバック機構を内蔵すると、操作体まで配線を引き回す必要があるため構造が複雑になるという課題が生じる。

本発明は、触覚フィードバック機構を備えた入力装置の操作体を小型化することができるとともに、操作体からの配線を不要にすることができる入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、倒れ動作部と、倒れ動作部の倒れ動作を検知する第１検知部と、倒れ動作部の上側に設けられ、倒れ動作部を動作させる操作体と、操作体から倒れ動作部の下側まで延びる連結体と、倒れ動作部の下側に設けられ、連結体に伝えられる操作体の押圧方向および回転方向の少なくとも一方の動作を検知する第２検知部と、倒れ動作部の下側に設けられ、操作体の動作に抵抗を与える抵抗付与部と、を備え、前記連結体は、前記操作体を倒す方向へ力が加えられると屈曲し、前記力が加えられなくなると自らのばね性によって真っ直ぐに戻って前記操作体を中立位置に復帰させるものであり、前記操作体が倒されて前記連結体が屈曲させられたときに、前記連結体によって前記倒れ動作部が動作させられることを特徴とする。

このような構成によれば、操作体の動作に抵抗を与える抵抗付与部が倒れ動作部の下側、すなわち操作体とは反対側に設けられることから、操作体に抵抗付与部を内蔵する場合に比べて操作体の小型化を達成することができる。さらに、操作体から配線を引き回す必要がなくなる。
また、操作体に倒す力を加えた際には連結体が屈曲して操作体を倒すことができ、操作体に力を加えない場合には連結体のばね性によって自動的に中立位置へ復帰させることができる。

本発明の入力装置において、連結体は、操作体の回転方向の中心軸に沿って設けられ、倒れ動作部を通過して抵抗付与部と連結されることが好ましい。これにより、倒れ動作部の上側に設けられた操作体と、下側に設けられた抵抗付与部とが連結部によって連結され、下側に配置された抵抗付与部で発生した抵抗力を上側の操作体に伝えることができる。

本発明の入力装置において、連結体はワイヤばねで形成されていることが好ましい。これにより、中立位置へ復帰させるばね等を別途設けることなく、連結体自身のばね性を利用して操作体の傾倒位置から中立位置への復帰を行うことができる。

本発明によれば、触覚フィードバック機構を備えた操作体を小型化することができるとともに、操作体からの配線を不要にすることができる入力装置を提供することが可能になる。

本実施形態に係る入力装置を例示する斜視図である。 本実施形態に係る入力装置を例示する断面図である。 本実施形態に係る入力装置を例示する分解斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、入力装置の動作を例示する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、連結体の他の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（入力装置の構成）
図１は、本実施形態に係る入力装置を例示する斜視図である。
図２は、本実施形態に係る入力装置を例示する断面図である。図２には、図１に示す入力装置１を中央位置でＹＺ平面に沿って切断した場合の断面図が示される。
図３は、本実施形態に係る入力装置を例示する分解斜視図である。

本実施形態に係る入力装置１は、例えば小径円筒形状のスティック型の操作体３０を所定方向に倒して、その倒れ動作（倒れ量または倒れ角度）を検知するデバイスである。本実施形態の入力装置１では、操作体３０の倒れ動作のほか、押圧方向および回転方向の少なくともの一方の動作を検知できるようになっている。本実施形態では、操作体３０の倒れ量、押圧方向および回転方向のそれぞれの量を検知できる構成になっている。

入力装置１は、倒れ動作部１０と、第１検知部２０と、操作体３０と、連結体４０と、第２検知部５０と、抵抗付与部６０とを主に備える。ユーザなどから操作力を付与されていない通常の状態において、操作体３０は図１と図２に示す中立位置になっている。本実施形態では、中立位置において操作体３０の延びる方向をＺ方向、Ｚ方向と直交する方向の一つをＸ方向、Ｚ方向およびＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。

図２と図３に示すように、倒れ動作部１０は、ベースプレート１５と、Ｘ軸回転部１１と、Ｙ軸回転部１２と、レバー１６、およびカバー部材１７を有する。ベースプレート１５の上部にはカバー部材１７が重ねられ、固定ねじ１８によって、ベースプレート１５とカバー部材１７とが固定されている。ベースプレート１５とカバー部材１７とでベース部材が構成されている。Ｙ軸回転部１２は、両端の軸部１２ｂが、ベースプレート１５とカバー部材１７との間でＹ方向の軸（Ｙ軸）を中心として回転可能に支持されている。Ｘ軸回転部１１も、両端の軸部１１ｂがベースプレート１５とカバー部材１７との間でＸ方向の軸（Ｘ軸）を中心として回転可能に支持されている。

図３に示すように、レバー１６の下端１６ａには凹溝が形成され、この凹溝がＹ軸回転部１２の長手方向（Ｙ方向）中央部の連結部１２ａに回動可能に嵌合しており、レバー１６は、Ｙ軸回転部１２と共にＹ軸を中心として回動できる。また、レバー１６はＸ軸回転部１１の長手方向（Ｘ方向）中央部に設けられたＸ方向に延びる長穴１１ａに摺動自在に挿入され、長穴１１ａを貫通して上方に延びている。よって、レバー１６は連結部１２ａを支点としてＸ軸を中心に回動可能であり、レバー１６に長穴１１ａの内周縁が押されることによりＸ軸回転部１１もレバー１６と共にＸ軸を中心として回動できるようになっている。レバー１６の上部には後述するスライダ３５を介して操作体３０が被せられて固定されている。

このような構成により、レバー１６はＹ軸回転部１２の連結部１２ａを支点としてＸ軸回りに回転動作可能となる。このレバー１６の動作をＹ方向の倒れ動作と言う。また、レバー１６はＹ軸回転部１２と共にＹ軸回りに回転動作可能となる。このレバー１６の動作をＸ方向の倒れ動作と言う。

図１と図２に示すように、第１検知部２０は、Ｘ方向角度センサ２１と、Ｙ方向角度センサ２２とで構成されている。レバー１６をＸ方向に倒すとＹ軸回転部１２がＹ軸回りに回転する。このＹ軸回転部１２の回転量（回転角度）をＸ方向角度センサ２１によって検知する。一方。レバー１６をＹ方向に倒すとＸ軸回転部１１がＸ軸回りに回転する。このＸ軸回転部１１の回転量（回転角度）をＹ方向角度センサ２２によって検知する。

入力装置１では、Ｙ軸回転部１２の一方の支軸側にＸ方向角度センサ２１が取り付けられ、他方の支軸側にＸ方向抵抗付与部７１が取り付けられる。また、Ｘ軸回転部１１の一方の支軸側にＹ方向角度センサ２２が取り付けられ、他方の支軸側にＹ方向抵抗付与部７２が取り付けられる。Ｘ方向抵抗付与部７１およびＹ方向抵抗付与部７２には、例えば公知の磁気粘性流体を用いた触覚発生装置が用いられる。

Ｘ方向抵抗付与部７１は、操作体３０をＸ方向に倒す際の動作に抵抗（触覚）を与える。また、Ｙ方向抵抗付与部７２は、操作体３０をＹ方向に倒す際の動作に抵抗（触覚）を与える。これらにより、操作体３０を倒す動作に合わせて所望の抵抗感を得ることができる。

連結体４０は、操作体３０から倒れ動作部１０の下側（他方側）に延びるよう設けられる。連結体４０は、例えば操作体３０の回転方向の中心軸Ｏに沿って設けられ、倒れ動作部１０を貫通して下方まで延びる。連結体４０の少なくとも一部は曲げ変形可能に形成されている。本実施形態では、連結体４０の全体が金属製あるいは合成樹脂製のワイヤばねによって構成されている。

倒れ動作部１０の下側には第２検知部５０および抵抗付与部６０が設けられる。図２に示すように、連結体４０の上部に円筒形状のスライダ３５が固定されており、操作体３０はスライダ３５の外周に固定されている。図２の断面図に示すように、連結体４０は、レバー１６の軸穴１６ｂに挿入されて下方に延びており、スライダ３５の内周面がレバー１６の外周に摺動自在に支持されている。操作体３０を中心軸Ｏを中心に回転操作すると、レバー１６に対してスライダ３５が相対的に回転でき、操作体３０をＺ方向（図２の下方）に押し込むと、スライダ３５がレバー１６に対して相対的に軸方向（Ｚ方向）へ摺動する。

連結体４０は、レバー１６の軸穴１６ｂ内を下向きに貫通することで、Ｘ軸回転部１１に形成された長穴１１ａを通過し、Ｙ軸回転部１２を上下に貫通する貫通穴１２ｃを通過して、第２検知部５０および抵抗付与部６０まで延びている。図２に示すように、Ｙ軸回転部１２に形成された貫通穴１２ｃは、上部が連結体４０がほぼ隙間なく挿通できる細径穴であり、下部は、下に向かうにしたがって径が徐々に広くなるテーパ―穴となっている。図４（ｂ）に示すように、操作体３０がＸ方向に向けて倒されると、Ｙ軸回転部１２がＹ軸を中心として回転するが、このとき、連結体４０が、貫通穴１２ｃの前記テーパ―穴の内部で曲げ変形できるようになっている。

図２に示すように、ベースプレート１５の下に抵抗付与部６０のケース６１が設けられている。ここで、ベースプレート１５とケース６１は、Ｚ方向に一定の間隔を空けて、電子機器の筐体などに固定されている。

ケース６１の内部にアクチュエータ６４が収納され、アクチュエータ６４の上部軸部６４ａがケース６１の上壁６１ａから上方に突出しており、アクチュエータ６４は、ケース６１において中心軸Ｏを中心に回転自在で且つＺ方向へ進退自在に支持されている。ベースプレート１５よりも下側に延びた連結体４０の下端部はアクチュエータ６４の上部軸部６４ａ内に挿入されて固定されている。ケース６１の内部に復帰ばね３６が設けられており、復帰ばね３６によってアクチュエータ６４が上方に付勢されている。したがって、連結体４０とスライダ３５および操作体３０も上向きに付勢されている。

第２検知部５０は、回転センサ５１と、押圧センサ５２およびエンコーダ板５１５を有している。図２に示すように、エンコーダ板５１５は、ベースプレート１５とケース６１との間に位置し、アクチュエータ６４の上部軸部６４ａに固定されている。回転センサ５１と押圧センサ５２はケース６１の上壁６１ａに固定されている。

回転センサ５１は、エンコーダ板５１５の回転量を光または磁気によって検知する。操作体３０を中心軸Ｏ回りに回転させると、連結体４０が中心軸Ｏ回りに回転してアクチュエータ６４と共にエンコーダ板５１５を回転させる。このエンコーダ板５１５の回転量を回転センサ５１によって検知することで、操作体３０の中心軸Ｏ回りの回転量を検知することができる。

押圧センサ５２は、金属製のエンコーダ板５１５との距離に応じて抵抗値や容量値などが変化する素子を備える。操作体３０を下方に押圧すると、復帰ばね３６の付勢力に打ち勝ってアクチュエータ６４が下方に押し込まれ、アクチュエータ６４に固定されたエンコーダ板５１５が押圧センサ５２に近づき、エンコーダ板５１５と押圧センサ５２とのギャップの変化によって、操作体３０の押圧動作（押圧の有無や押し下げ量）を検知することができる。

抵抗付与部６０では、ケース６１の内部に磁性ヨーク６２が保持されている。図３に示すようにケース６１は有底円筒体であり、磁性ヨーク６２は円筒状の内周壁と外周壁とを有する環状体である。磁性ヨーク６２は上下に一対設けられており、両磁性ヨーク６２，６２を組み合わせることで内部中空の環状体となる。磁性ヨーク６２，６２の内部にコイル６３が収納されている。コイル６３は、連結体４０およびアクチュエータ６４の軸芯に一致する中心軸Ｏを周回するように巻かれている。ケース６１の上部開口は上壁６１ａによって塞がれている。

図３に示すようにアクチュエータ６４の外周面も円筒面であり、アクチュエータ６４が磁性ヨーク６２，６２の中心穴内に挿入され、アクチュエータ６４の外周面と磁性ヨーク６２，６２の内周面との間に微小隙間であるギャップＧが形成されている。このギャップＧ内に磁気粘性流体が介在している。磁気粘性流体はシリコーンオイルなどの粘性流体内に磁性粉末が混入しているものである。コイル６３で励起される磁界で磁気粘性流体内の磁性粉末が凝集し、アクチュエータ６４の外周面に抵抗が与えられる。コイル６３に与える電流値を調整することで、操作体３０とアクチュエータ６４に対して回転方向の抵抗力やブレーキ力を与えることができる。また、操作体３０が押されてアクチュエータ６４が押し込まれたときも、抵抗力やブレーキ力を与えることができる。

入力装置１では、倒れ動作部１０の下側に抵抗付与部６０が設けられるため、操作体３０の内部などに抵抗付与部６０を内蔵する必要がない。したがって、操作体３０を小型化することができる。また、操作体３０に抵抗付与部６０が内蔵されないため、操作体３０から配線を引き出す必要もない。

（入力装置の動作）
図４（ａ）〜（ｄ）は、入力装置の動作を例示する模式図である。
図４（ａ）は、操作体３０が中立位置にある状態を示す。操作体３０に力を加えない場合、操作体３０はＺ方向に立ち上がって中立位置に配置される。

図４（ｂ）には、操作体３０を倒した状態が示される。操作体３０に倒す方向へ力を加えると、操作体３０およびレバー１６がＺ軸に対して傾斜する。レバー１６が傾斜すると、レバー１６の中心を貫通する連結体４０も傾斜することになる。連結体４０は倒れ動作部１０の下側まで貫通していることから、倒れ動作部１０よりも上側では傾き、途中から下方は中心軸Ｏに沿って真っ直ぐの状態のまま維持される。つまり、連結体４０は、倒れ動作部１０における倒れ動作の回転軸であるＸ軸とＹ軸との交差位置付近で屈曲することになる。

操作体３０に倒す方向の力が加えられなくなった場合、連結体４０は自身のばねの復元力によって真っ直ぐになろうとする。これにより、連結体４０が真っ直ぐに戻り、操作体３０およびレバー１６は図４（ａ）に示す中立位置に復帰することになる。

操作体３０を傾斜させる際、Ｘ方向抵抗付与部７１およびＹ方向抵抗付与部７２によって操作体３０の傾斜動作に抵抗を与える。これにより、操作体３０を傾斜させる際に所望の抵抗感を与えることができる。

図４（ｃ）には、操作体３０を押圧した状態が示される。操作体３０をＺ方向（下方）に押圧すると、スライダ３５によって操作体３０はレバー１６に沿って押し下げられる。これにより、操作体３０に接続された連結体４０も押し下げられる。連結体４０の下端側にはエンコーダ板５１５が取り付けられているため、エンコーダ板５１５が押圧センサ５２に近づくことになる。これにより、押圧センサ５２で操作体３０の押圧動作を検知することができる。エンコーダ板５１５と押圧センサ５２とのギャップを検出できる場合には、操作体３０の押し下げ量を得ることができる。操作体３０を押圧していた力が加わらなくなると、復帰ばね３６の付勢力によって操作体３０は上に押し戻され図４（ａ）に示す初期状態となる。

図４（ｄ）には、操作体３０を中心軸Ｏ回りに回転させた状態が示される。操作体３０を回転させると、連結体４０も中心軸Ｏ回りに回転する。連結体４０の下端側にはエンコーダ板５１５が取り付けられているため、エンコーダ板５１５も中心軸Ｏ回りに回転することになる。このエンコーダ板５１５の回転量（回転角度）を回転センサ５１によって検知する。なお、図４（ｂ）に示すように操作体３０を倒した状態のまま、操作体３０を回転操作することも可能であり、図４（ｃ）に示すように操作体３０を押圧した状態のまま、操作体３０を回転操作することもできる。

操作体３０の操作に先立ち抵抗付与部６０のコイル６３に通電しておくと、コイル６３で励起される磁界によりギャップＧ内で磁気粘性流体内の磁性粉末が凝集する。操作体３０の押圧動作や回転動作をさせる際、操作体３０と共に動作するアクチュエータ６４が、凝集した磁性粉末をせん断する方向に移動する。これにより操作体３０の押圧動作や回転動作に抵抗を与えることができる。コイル６３に与える電流値を調整し、または操作体３０の操作中に電流値を変化させることにより、操作体３０を押圧したり回転させたりする際に種々の抵抗感（触覚）を与えることができる。

本実施形態の入力装置１では、抵抗付与部６０が倒れ動作部１０の下側、すなわち倒れ動作部１０を挟んで操作体３０とは反対側に設けられているため、操作体３０を小型化することができる。これにより、操作体３０の傾斜、押圧および回転のそれぞれの動作を軽快に行うことができる。また、操作体３０から配線を引き出す必要もない。さらに、連結体４０の復元力を利用して操作体３０の中立位置への復帰を行うことができ、復帰用のばねを別途設ける必要がない。これらのことから、構成の簡素化、および部品点数の削減を図ることができる。

（他の連結体の例）
図５（ａ）〜（ｃ）は、連結体の他の例を示す模式図である。
図５（ａ）に示す連結体４０Ｂは、一対の金属製または合成樹脂製の棒材の途中に可撓性部材４５を備える。可撓性部材４５としては、例えばゴム管が用いられる。可撓性部材４５の位置は、倒れ動作部１０における倒れ動作の回転軸であるＸ軸とＹ軸との交差位置に合わせられる。

図５（ｂ）に示す連結体４０Ｃは、一対の棒材の途中にばね４６を備える。ばね４６の回りにゴム管を被せて両棒材の結合力を補うようにしてもよい。また、図５（ｃ）に示す連結体４０Ｄは、一対の棒材の途中にボールジョイント４７を備える。ボールジョイント４７の回りにゴム管を被せて両棒材の結合力を補うようにしてもよい。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すいずれの連結体４０Ｂ、４０Ｃおよび４０Ｄであっても、操作体３０の押圧動作、回転動作を下側のエンコーダ板５１５に伝達できるとともに、操作体３０を傾斜させた際に屈曲することが可能である。

以上説明したように、実施形態によれば、触覚フィードバック機構を備えた操作体を小型化することができるとともに、操作体３０からの配線を不要にすることができる入力装置１を提供することが可能になる。

なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、本実施形態では操作体３０として円筒形状のスティック型を例としたが、円板型や角柱型など他の形状であってもよい。また、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の構成例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

１…入力装置
１０…動作部
１１…Ｘ軸回転部
１２…Ｙ軸回転部
１５…ベースプレート
１６…レバー
２０…第１検知部
２１…Ｘ方向角度センサ
２２…Ｙ方向角度センサ
３０…操作体
３５…スライダ
３６…復帰ばね
４０，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…連結体
４５…可撓性部材
４６…ばね
４７…ボールジョイント
５０…第２検知部
５１…回転センサ
５２…押圧センサ
６０…抵抗付与部
６１…ケース
６２…磁性ヨーク
６３…コイル
６４…アクチュエータ
７１…Ｘ方向抵抗付与部
７２…Ｙ方向抵抗付与部
５１５…エンコーダ板

Claims (5)

1. 倒れ動作部と、
   前記倒れ動作部の倒れ動作を検知する第１検知部と、
   前記倒れ動作部の上側に設けられ、前記倒れ動作部を動作させる操作体と、
   前記操作体から前記倒れ動作部の下側まで延びる連結体と、
   前記倒れ動作部の下側に設けられ、前記連結体に伝えられる前記操作体の押圧方向および回転方向の少なくとも一方の動作を検知する第２検知部と、
   前記倒れ動作部の下側に設けられ、前記操作体の動作に抵抗を与える抵抗付与部と、
   を備え、
   前記連結体は、前記操作体を倒す方向へ力が加えられると屈曲し、前記力が加えられなくなると自らのばね性によって真っ直ぐに戻って前記操作体を中立位置に復帰させるものであり、
   前記操作体が倒されて前記連結体が屈曲させられたときに、前記連結体によって前記倒れ動作部が動作させられることを特徴とする入力装置。
2. 前記連結体は、前記操作体の中心軸に沿って設けられ、前記倒れ動作部を通過して前記抵抗付与部と連結されている請求項１記載の入力装置。
3. 前記倒れ動作部に倒れ動作するレバーが設けられて、ワイヤばねで形成された前記連結体が前記レバー内を貫通しており、前記レバーの下側で、前記連結体が屈曲する請求項１または請求項２に記載の入力装置。
4. 前記抵抗付与部では、前記操作体の押圧方向と回転方向の両方の動作に対して磁気粘性流体により抵抗が付与される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の入力装置。
5. 前記倒れ動作部の倒れ動作に対して抵抗を付与可能なＸ方向抵抗付与部およびＹ方向抵抗付与部が設けられており、前記Ｘ方向抵抗付与部とＹ方向抵抗付与部は、磁気粘性流体により抵抗力が付与される請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の入力装置。

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