JP7033747B2 - 変位検出装置及びこれを備える操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤル及びレバー等の操作体の変位を検出するための変位検出装置及び該変位検出装置を備える操作装置に関する。

例えば、自動車の内装のエアコンパネルやステアリングホイールには、回転式のダイヤル等の操作体が設けられている。このような操作体のユーザによる操作を検出するため、従来は変位検出装置としてポテンショメータが用いられている。ポテンショメータは、操作体の変位に伴って回転する摺動子が、一続きの抵抗体に接触しながら移動する。従って、操作体の位置に応じた抵抗値が定まり、抵抗値に応じた検出値が得られる。

また、操作検出装置として、プリント基板上にパターン化された複数の接点に、操作体と共に変位する導電性の可動ブラシを接触させた構成のものも用いられている（例えば、特許文献１参照）。このタイプの場合、操作体の位置に応じて可動ブラシが接触するプリント基板上の接点が定まるため、当該接点に応じた検出値が得られる。

特開２０００－１９５３７４号公報

しかしながら、上記ポテンショメータを用いる場合、内蔵されている抵抗体の抵抗値は必ずしも個体ごとに均一ではない。つまり、抵抗体の任意の２点間の抵抗値は、個体ごとに多少のバラつきが生じ得る。そのため、操作体の変位検出にポテンショメータを用いるには、各操作体にポテンショメータを組み込んだ状態で、各操作位置と検出値とをマッチングさせるための補正が必要となる。

また、特許文献１に記載された構成の場合、可動ブラシとプリント基板とが接触するため、両者に経年使用による接触面の摩耗や腐食が生じ易い。その場合、接触が不安定になり検出値が変化して操作位置の正確な検出が実現できなくなってしまう可能性がある。

そこで本発明は、個体のバラつきに起因する補正の手間を省くことができ、経年使用による接触箇所の不安定性を回避することのできる変位検出装置及び操作装置を提供することを目的とする。

本発明に係る変位検出装置は、操作体の変位を検出する変位検出装置であって、操作体の変位に伴って移動する導電性の可動被検知体と、可動被検知体に対して非接触に近接配置された導電性の固定検知体と、を備え、固定検知体は、端子間の静電容量を取得する静電容量検出素子のグランド端子に接続されるグランド検知体と、静電容量検出素子の第１入力端子に接続される第１検知体と、静電容量検出素子の第２入力端子に接続される第２検知体と、を少なくとも有し、可動被検知体は、グランド検知体に対向配置されるグランド被検知体と、第１検知体に対向配置される第１被検知体と、第２検知体に対向配置される第２被検知体と、を少なくとも有し、かつ、グランド被検知体と第１被検知体と第２被検知体とは互いに電気的に接続されており、更に、固定検知体において、グランド検知体は、可動被検知体の移動範囲内においてグランド被検知体との対向距離が一定に維持される形状を成し、第１検知体において第１被検知体に所定の距離で対向する部分は、可動被検知体の移動方向に沿って所定の第１パターンで変化する形状を有し、第２検知体において第２被検知体に所定の距離で対向する部分は、可動被検知体の移動方向に沿って、第１パターンとは異なる所定の第２パターンで変化する形状を有し、静電容量検出素子にて取得される可動被検知体と固定検知体との間の静電容量に基づき操作体の変位を検出する。

このような構成とした場合、可動被検知体と固定検知体とが非接触であるため、接触箇所の摩耗や腐食という問題が生じるのを回避することができる。また、操作体の位置に応じて検出される静電容量の検出パターンによって操作体の変位を検出する構成であるため、個体のバラつきに起因する補正が不要となる。

また、操作体は回転変位が可能であり、可動被検知体は、操作体の回転変位に伴って所定の軸心回りに回転可能に支持されており、グランド被検知体と第１被検知体と第２被検知体とは、操作体の回転時に、軸心からの距離が異なる同心円の円周に沿って変位し、固定検知体は、可動被検知体に対して軸心方向に対向して配置されており、グランド検知体と第１検知体と第２検知体とは、軸心からの距離が異なる同心円の円周上に形成されていてもよい。

これにより、シンプルな構成によって、本発明に係る変位検出装置を実現することができる。

更に、本発明に係る操作装置は、上述した何れかに記載の変位検出装置と、操作体と、を備える操作装置であって、操作体への操作に対して、所定の変位量ごとに節度感を付与する節度機構を備え、前記静電容量検出素子による可動被検知体と固定検知体との間の静電容量の検出パターンが、操作体に対する所定の変位量の整数分の一の変位量ごとに変化するよう、対向距離に関する第１パターン及び第２パターンは設定されている。

このような構成とすることにより、節度感が付与されるタイミングに連動して、変位検出装置での静電容量の検出パターンが変化する構成の操作装置を実現することができる。

本発明によれば、個体のバラつきに起因する補正の手間を省くことができ、経年使用による接触箇所の摩耗や腐食を回避することのできる変位検出装置及び操作装置を提供することができる。

図１は、実施の形態に係る変位検出装置を備える操作装置の外観を示す斜視図である。 図２は、図１の操作装置の断面図である。 図３は、操作装置の分解斜視図である。 図４は、可動被検知体の形状を示す斜視図である。 図５は、固定検知体の形状パターンを示す平面図である。 図６は、静電ＩＣによる信号の検出パターンを示す模式図である。 図７は、固定検知体の形状パターンの他の例を示す平面図である。

以下、実施の形態に係る変位検出装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、ここでは回転操作が可能なダイヤル式の操作体の変位を検出する構成を例として説明し、参照図面では、回転の軸心方向を上下方向として図示する。

［操作装置］
図１は、操作装置の外観を示す斜視図であり、図２は、操作装置の断面図であり、図３は、操作装置の分解斜視図である。図１～図３に示すように、操作装置１は、キャップ１０、軸心Ａ回りに回転するダイヤル２０、ケース３０、及び底カバー４０を備えている。このケース３０内には、節度機構５０、基板６０、及び変位検出装置７０が収容されており、基板６０には静電ＩＣ（静電容量検出素子）８０が設けられている。

キャップ１０は、上面が平坦な円板形状を成す円板部１１を有しており、円板部１１の下面外周部分からは、概略円筒状を成す垂下壁１２が下方へ延設されている。また、円板部１１の下面中央部分からは、軸心Ａと同軸状を成す円柱状のボス部１３が下方へ延設されており、ボス部１３の軸心位置には下方に開口するネジ穴１３ａが形成されている。

ケース３０は円筒状を成し、その内部空間を上側空間３０ａと下側空間３０ｂとに仕切る隔壁３１を有する。隔壁３１の上面中央部分からは、軸心Ａと同軸状を成す円柱状のボス部３２が上方へ延設されている。このボス部３２は、隔壁３１の下面を介して下側空間３０ｂに通じる中空部を有し、かつ、上部にはこの中空部と上側空間３０ａとを連通する貫通孔３２ａが形成されている。

上述したキャップ１０は、このようなケース３０に対して上方から組み付けられる。このとき、キャップ１０が有するボス部１３と、ケース３０が有するボス部３２とは、互いに上下方向から同軸的に突き合わされて当接する。そして、この状態でケース３０のボス部３２の中空部をから、貫通孔３２ａを通じてキャップ１０のボス部１３のネジ穴１３ａに締結手段としてのネジ（図示せず）が螺挿される。

これにより、キャップ１０はケース３０に対して固定的に組み付けられる。また、キャップ１０がケース３０の固定された状態で、キャップ１０とケース３０との間には、上側空間３０ａを含む所定のスペースが形成される。そして、このスペースにダイヤル２０が介装される。

ダイヤル２０は、有底筒状の回転体２１と、ユーザにより把持され操作される操作部２２とを有している。回転体２１は、その上部２１ａの外径がケース３０の外径とほぼ同一であるのに対し、下部２１ｂの外径はケース３０の内径よりも小さくなっている。そして、この小径の下部２１ｂは、ケース３０の上側空間３０ａに内嵌して収容される。また、 回転体２１の底部２３の中央部分には貫通孔２３ａが形成されており、回転体２１の下部２１ｂがケース３０に収容されたとき、ケース３０のボス部３２はこの貫通孔２３ａに遊嵌する。

回転体２１の上部２１ａは、キャップ１０の円板部１１の外周部分とケース３０の上端部分との間のスペースに位置する。この回転体２１の上部２１ａは二重壁構造を成しており、その内側の壁部と外側の壁部との間には軸心Ａを中心とする周方向に延びる周状溝２４が形成されている。この周状溝２４に、上述したキャップ１０の垂下壁１２が内嵌している。従って、回転体２１が回転するとき、回転体１２と共に変位する周状溝２４が垂下壁１２によって案内されるため、回転体２１の軸心Ａに対する位置ズレが抑制される。

また、回転体２１の上部２１ａには操作部２２が外嵌して固定的に設けられている。操作部２２は軸方向寸法の小さい円筒状を成し、外面には適宜エンボス加工等が施されている。操作部２２の外径はケース３０の外径よりも大きく、ユーザは、この操作部２２を把持して回転操作することで、ダイヤル２０を軸心Ａ回りに回転させることができる。

ダイヤル２０とケース３０との間には節度機構５０が設けられている。具体的には、ダイヤル２０の回転体２１の下部２１ｂには、下方へ開口する一又は複数の収容孔（図示せず）が形成されており、この収容孔には圧縮状態のコイルばね５１とボール５２とが奥から順に収容されている。従って、ボール５２はコイルばね５１によって下方へ付勢された状態となっている。なお、本実施の形態では、これらコイルばね５１及びボール５２は、回転体２１の下部２１ｂにおいて軸心Ａを挟む対象的な２か所にそれぞれ設けられている。

一方、ケース３０には、節度機構５０を構成する節度カム５３が設けられている。節度カム５３は、ケース３０の上側空間３０ａを画定する内周面に沿って設けられており、そのカム面５３ａは上方に面している。また、カム面５３ａは、ケース３０の内周面に沿って周方向へ向かうに従い、上り傾斜を有する面と下り傾斜を有する面とを交互に複数有している。

このような節度機構５０は、ケース３０にダイヤル２０が収容されると、コイルばね５１により下向きに付勢されたボール５２が、節度カム５３のカム面５３ａに上方から当接する。そして、ダイヤル２０を回転させると、ボール５２は回転体２１と共に回転して、カム面５３ａに沿って周方向へ移動し、かつ、カム面５３ａの傾斜に合わせてコイルばね５１の弾性力に抗いつつ上下にも変位する。

従って、ボール５２がカム面５３ａの傾斜面に沿って移動する過程で、ボール５２は傾斜の変化位置（上り傾斜から下り傾斜への変化位置、及び、下り傾斜から上り傾斜への変化位置）を通る。ボール５２がこれらの傾斜の変化位置に到達したとき、ダイヤル２０を操作するユーザに節度感（クリック感）が付与される。なお、本実施の形態に係る節度機構５０は、例えばπ／８［ｒａｄ］ごとに山と谷とが交互に形成されている。

また、ダイヤル２０を回転させて、ボール５２がカム面５３ａにおけるπ／４［ｒａｄ］ごとの谷の部分に到達するときには、節度感が付与される。そして、この谷の部分は、ダイヤル２０から手を離した状態で、ダイヤル２０がその位置で静止する保持位置となる。

ケース３０の下側空間３０ｂには、円板形状の基板６０が、その上面をケース３０の隔壁３１の下面に対向するようにして収容されている。この基板６０の上面所定位置には、静電容量を検出する静電ＩＣ８０が搭載されている。静電ＩＣ８０は、複数の入力端子及び出力端子を有し（図示せず）、そのうち１の入力端子は、グランドに接続されるグランド端子となっている。そして、グランド端子と他のいずれかの入力端子の夫々に導体が接続されると、これらの導体間の静電容量が静電ＩＣ８０によって検出される。

なお、本実施の形態に係る静電ＩＣ８０は、グランド端子（ｇｎｄ）の他に少なくとも４つの入力端子（チャンネル１～４）を有している。本実施の形態では、このうちチャンネル１（ｃｈ１）が「第１入力端子」を成し、チャンネル２（ｃｈ２）が「第２入力端子」を成している。但し、「第１入力端子」及び「第２入力端子」として他のチャンネルを割り当ててもよい。

ケース３０の下端開口は底カバー４０によって閉塞されている。底カバー４０には、外部コネクタと接続されるソケット４１を有し、このソケット４１は、基板６０上の静電ＩＣ８０が有する各出力端子と、基板６０に設けられた接続端子６１を介して電気的に接続されている。従って、静電ＩＣ８０にて検出された信号は、ソケット４１を通じて外部に取り出すことができる。

［変位検出装置］
次に、操作装置１に備えられた変位検出装置７０について説明する。図２及び図３に示すように、変位検出装置７０は、ダイヤル２０の回転に伴って変位する導電性の可動被検知体７１と、可動被検知体７１に対して非接触に近接配置された導電性の固定検知体９０とを備えている。

可動被検知体７１は、ダイヤル２０の回転体２１の底部２３の下面において、軸心Ａから径方向へ偏心した位置に、下方へ突出するようにして取り付けられている。可動被検知体７１は概略直方体形状を成し、その長手方向が軸心Ａを中心とする径方向に沿うようにして設けられている。

一方、ケース３０の隔壁３１には、上側空間３０ａと下側空間３０ｂとを連通し、軸心Ａを中心とする円弧状を成す開口３３（中心角が約π［ｒａｄ］）が形成されている。そして、ダイヤル２０に取り付けられた可動被検知体７１は、この開口３３を通じて隔壁３１の下方へ突出し、かつ、開口３３の周方向寸法の範囲内で、ダイヤル２０の回転に伴って軸心Ａの回りに回動する。

図４は、可動被検知体７１を拡大して示す斜視図である。可動被検知体７１の形状をより詳しく説明すると、軸心Ａを中心とする周方向の寸法（厚み寸法）Ｄ１が小さい平坦な略直方体形状を成し、かつ、高さ寸法Ｄ２よりも径方向の寸法（長さ寸法）Ｄ３の方が大きい形状を有している。

また、可動被検知体７１の厚みは、長手方向において軸心Ａに最も近い箇所７２で最小寸法Ｄ１１を有し、軸心Ａから最も離れた箇所７３で最大寸法Ｄ１２を有している。そして、箇所７２，７３の間の寸法は、軸心Ａからの距離が大きくなるに従って単調に増加している。つまり、可動被検知体７１は、上面視するとおよそ等脚台形状のようになっている。

可動被検知体７１の下部には、静電ＩＣ８０の入力端子の数に合わせて計５つの突起７４ａ～７４ｅが下方へ突出するようにして設けられており、かつ、これらの突起７４ａ～７４ｅは、可動被検知体７１の長手方向に沿って外側からこの順で配設されている。従って、ダイヤル２０と共に可動被検知体７１が変位するとき、突起７４ａ～７４ｅは、軸心Ａからの距離が異なる同心円の円周に沿って変位する。なお、上述したように可動被検知体７１は導電性部材で形成されているため、各突起７４ａ～７４ｅは互いに電気的につながっている。

なお、可動検知体は上記の説明では略直方体形状のものとして説明したが、上下寸法の小さい板状の基材に突起を設けることで構成してもよい。例えば、上面視が略等脚台形状の導電性の金属板材に、その下面に突起７４ａ～７４ｅと同様の突起を形成して、可動検知体としてもよい。

図５は、固定検知体９０の形状パターンを示す平面図である。固定検知体９０は、５列のパターン導体９１ａ～９１ｅを有している。これらのパターン導体９１ａ～９１ｅは、軸心Ａを中心として互いに異なる径を有する同心円上に設けられ、かつ、外側からこの順に配設されている。従って、パターン導体９１ａには突起７４ａが対向し、パターン導体９１ｂには突起７４ｂが対向し、パターン導体９１ｃには突起７４ｃが対向し、パターン導体９１ｄには突起７４ｄが対向し、パターン導体９１ｅには突起７４ｅが対向する。

これらのパターン導体９１ａ～９１ｅは、基板６０上において軸心Ａを中心とする略半円形（中心角が約π［ｒａｄ］）の領域内に全てが位置している。そして、各パターン導体９１ａ～９１ｅは、可動被検知体７１の各突起７４ａ～７４ｅを検出する帯状の導体部分９２ａ～９２ｅを有し、各導体部分９２ａ～９２ｅは互いに異なるパターン形状となっている。

なお、上述したパターン導体９１ａ～９１ｅの配置領域は一例であり、これに限られない。例えば、中心角がπ［ｒａｄ］未満の領域であってもよいし、中心角がπ［ｒａｄ］より大きい領域であってもよい。

図５に示す例の場合、最も外側のパターン導体９１ａは、中心角がπ［ｒａｄ］の円弧形状を成す一連の導体部分９２ａを有している。そして、導体部分９２ａの一端部（時計回り方向の端部）からは、静電ＩＣ８０のグランド端子（ｇｎｄ）に信号線（破線で図示）が延設されている。つまり、図５の例では、パターン導体９１ａがグランド検知体を成している。また、可動被検知体７１において、このパターン導体９１ａに対向する突起７４ａはグランド被検知体を成している。

パターン導体９１ｂは、中心角π［ｒａｄ］を１６等分したときの１６の区間において１つおきの区間に導体部分９２ｂを有している。従って、この導体部分９２ｂは計８つあり、１つの導体部分９２ｂは中心角がπ／１６［ｒａｄ］となっている。なお、図示しないが隣り合う導体部分９２ｂは信号線によって接続されており、また、時計回りで端に位置する導体部分９２ｂからは、静電ＩＣ８０の一の入力端子（ｃｈ１）に信号線が延設されている。

すなわち、本実施の形態では、このパターン導体９１ｂが、チャンネル１（第１入力端子）に接続される「第１検知体」に該当し、パターン導体９１ｂに対向する突起７４ｂが「第１被検知体」に該当する。また、パターン導体９１ｂにおいて突起７４ｂに所定の距離で対向する導体部分９２ｂは、上述したように、可動被検知体７１の回転方向に沿って中心角がπ／１６［ｒａｄ］ごとに設けられている。つまり、導体部分９２ｂは、可動被検知体７１の回転方向に沿って、所定のパターン（第１パターン）で変化する形状を有している。

パターン導体９１ｃは、中心角π［ｒａｄ］を８等分したときの８つの区間において１つおきの区間に導体部分９２ｃを有している。従って、この導体部分９２ｃは計４つあり、１つの導体部分９２ｃは中心角がπ／８［ｒａｄ］となっている。なお、隣り合う導体部分９２ｃは信号線（図示せず）によって接続されており、また、時計回りで端に位置する導体部分９２ｃからは、静電ＩＣ８０の他の一の入力端子（ｃｈ２）に信号線が延設されている。

すなわち、本実施の形態では、このパターン導体９１ｃが、チャンネル２（第２入力端子）に接続される「第２検知体」に該当し、パターン導体９１ｃに対向する突起７４ｃが「第２被検知体」に該当する。また、パターン導体９１ｃにおいて突起７４ｃに所定の距離で対向する導体部分９２ｃは、上述したように、可動被検知体７１の回転方向に沿って中心角がπ／８［ｒａｄ］ごとに設けられている。つまり、導体部分９２ｃは、可動被検知体７１の回転方向に沿って、所定のパターン（第１パターンとは異なる第２パターン）で変化する形状を有している。

パターン導体９１ｄは、中心角π［ｒａｄ］を４等分したときの４つの区間において１つおきの区間に導体部分９２ｄを有している。従って、この導体部分９２ｄは計２つあり、１つの導体部分９２ｄは中心角がπ／４［ｒａｄ］となっている。なお、隣り合う導体部分９２ｄは信号線（図示せず）によって接続されており、また、時計回りで端に位置する導体部分９２ｄからは、静電ＩＣ８０の更に他の一の入力端子（ｃｈ３）に信号線が延設されている。

パターン導体９１ｅは、中心角π［ｒａｄ］を２等分したときの２つの区間のうち一方の区間に導体部分９２ｅを有している。従って、この導体部分９２ｅは計１つあり、その中心角はπ／２［ｒａｄ］となっている。なお、導体部分９２ｅにおける時計回りの端部からは、静電ＩＣ８０の更に他の一の入力端子（ｃｈ４）に信号線が延設されている。

なお、上記の説明では、パターン導体９１ｂにおいて１つの同心円上に隣り合う複数の導体部分９２ｂの間を信号線によって接続した構成を例示したが、これに限られない。例えば、パターン導体９１ｂを帯状で長尺の導電体により形成し、各導体部分９２ｂに対応する部分を基板６０の表面に露出させる。そして、導体部分９２ｂ以外の部分は、基板６０に形成した貫通孔を介して基板６０の裏面側を通すことにより、隣り合う導体部分９２ｂの間を各々接続させるように構成してもよい。他のパターン導体９１ｃ～９１ｅについても同様である。

また、上記の説明では、第１検知体及び第１被検知体として、それぞれパターン導体９１ｂ及び突起７４ｂを設定し、第２検知体及び第２被検知体として、それぞれパターン導体９１ｃ及び突起７４ｃを設定したが、これに限られない。第１検知体及び第１被検知体、並びに、第２検知体及び第２被検知体として、互いに異なる組み合わせであれば、それぞれ他のパターン導体及び突起の組み合わせを設定してもよい。

このようなパターン導体９１ａ～９１ｅを有する固定検知体９１に、可動被検知体７１が上方から対向する。具体的には、図５に示すように、可動被検知体７１はパターン導体９１ａ～９１ｅの全てと重複するように位置し、パターン導体９１ａ～９１ｅの夫々に可動被検知体７１の突起７４ａ～７４ｅの夫々が対向する。

静電ＩＣ８０は、可動被検知体７１の突起７４ａ～７４ｅが固定検知体９１の導体部分９２ａ～９２ｅに対向する場合と対向しない場合とで異なる静電容量を検出し、その検出パターンを出力する。そして、その検出パターンに基づき、可動被検知体７１の位置、すなわち、ダイヤル２０の回転位置が検出される。なお、例示する変位検出装置７０は、上記の通り４つのチャンネルを有するので、最大１６の絶対位置を検出することができる。

なお、本実施の形態に係る変位検出装置７０では、静電ＩＣ８０により絶対位置を検出する構成を説明しているが、これに限られない。例えば、変位検出装置７０の外部の電子機器に制御部を設けて、変位検出装置７０の静電ＩＣ８０は静電容量を検出して外部の制御部へ検出値を出力するように構成し、外部の制御部がこの入力値に基づいて絶対位置を検出することとしてもよい。

［静電容量の検出パターン］
次に、以上のような変位検出装置７０により、ダイヤル２０が操作されたときの変位を検出する態様について説明する。図６は、静電ＩＣ８０による信号の検出パターンを説明するための模式図である。図６中上側には、ダイヤル２０を半周（約π［ｒａｄ］）だけ回転操作したときの各位置（絶対位置１～１６）での信号の検出パターンを示している。また、図６中下側には、可動被検知体７１と、絶対位置１～１６に合わせて模式的に直線状に表したパターン導体９１ａ～９１ｅの導体部分９２ａ～９２ｅとを示している。

本実施の形態に係る変位検出装置７０は、上述したように少なくとも固定検知体９１の導体部分９２ｂが第１パターンの形状を有し、導体部分９２ｃが第２パターンの形状を有するように設定されている。そのため、静電ＩＣ８０による信号の検出パターンは、ダイヤル２０の操作時に保持位置となる回転変位量の整数分の一ごとに変化するようになっている。以下、より詳しく説明する。

ダイヤル２０が回転操作された場合、可動被検知体７１の突起７４ａと、固定検知体９１において静電ＩＣ８０のグランド端子に接続されるパターン導体９１ａとは常に対向し、その対向距離は不変であって常時一定の距離だけ離れた状態を維持している。一方、その他の突起７４ｂ～７４ｅとパターン導体９１ｂ～９１ｅとの対向状態は、ダイヤル２０の軸心Ａ回りの位置（回転角度）によって異なる。

例えば、ダイヤル２０が反時計回り方向の端である絶対位置１にあるとき、突起７４ｂ～７４ｅは何れもパターン導体９１ｂ～９１ｅの導体部分９２ｂ～９２ｅと対向する。従って、このとき静電ＩＣ８０は、全てのチャンネル１～４においてＯＮを検出する。よって、各チャンネルでの検出結果についてＯＮを１、ＯＦＦを０とした場合、絶対位置１での検出パターンは（１１１１）となる。なお、図６の上の表では、チャンネル１～４と絶対位置１～１６とが対応する計６４箇所のマス目を、検出結果がＯＮの場合には白抜きで、検出結果がＯＦＦの場合には黒塗りで示している。

ダイヤル２０が隣の絶対位置２にあるとき、突起７４ｂは導体部分９２ｂと対向せず、突起７４ｃ～７４ｅは導体部分９２ｃ～９２ｅと対向する。従って、このとき静電ＩＣ８０は、チャンネル１にてＯＦＦを検出し、チャンネル２～４ではＯＮを検出する。よって、絶対位置２での検出パターンは（０１１１）となる。

図５に示す可動被検知体７１は、絶対位置５にダイヤル２０がある状態である。この場合、可動被検知体７１の突起７４ｂ，７４ｃ，７４ｅは固定検知体９１の導体部分９２ｂ，９２ｃ，９２ｅと対向し、突起７４ｄは導体部分９２ｄと対向していない。従って、このとき静電ＩＣ８０は、チャンネル１，２，４にてＯＮを検出し、チャンネル３ではＯＦＦを検出する。よって、絶対位置５での検出パターンは（１１０１）となる。

このように、変位検出装置７０は、全ての絶対位置１～１６において互いに異なる検出パターンを取得する。従って、ダイヤル２０の可動範囲を１６等分したときの各位置を検出することができる。また、変位検出装置７０を上記のような可動被検知体７１と静電ＩＣ８０に接続される固定検知体９１とで構成することにより、個体のバラつきに起因する補正の手間を省くことができ、経年使用による接触面の摩耗や腐食を回避することができるという作用効果を奏する。

ところで、本実施の形態に係る操作装置１は、節度機構５０が、上述したようにπ／４［ｒａｄ］ごとに節度感が付与された保持位置となる構成となっている。一方、変位検出装置７０は、π／１６［ｒａｄ］ごとの絶対位置を検出可能になっている。つまり、変位検出装置７０による静電容量の検出パターンは、節度機構５０により節度感が付与され保持位置となる回転変位量（π／４［ｒａｄ］）の整数分の一（４分の１）ごとに変化する。よって、ユーザがダイヤル２０を回転操作すると、節度感を感じる保持位置では必ずその絶対位置を検出できるようになっている。なお、節度機構５０によって節度感が付与され保持位置となるπ／４［ｒａｄ］の回転変位量に対し、変位検出装置７０も同じくπ／４［ｒａｄ］（整数分の一には「１分の１」を含む）ごとの絶対位置を検出可能な構成としてもよい。

［変形例］
図７は、固定検知体の形状パターンの他の例を示す平面図である。図７に示す固定検知体１００は、図５に示した固定検知体９０において、最も外側に位置するグランド検知体であるパターン導体９１ａを、最も内側に配置したような構成となっている。

つまり、固定検知体１００は、５列のパターン導体１０１ａ～１０１ｅを有している。これらのパターン導体１０１ａ～１０１ｅは、軸心Ａを中心として互いに異なる径を有する同心円上に設けられ、かつ、外側からこの順に配設されている。従って、パターン導体１０１ａ～１０１ｅの夫々には可動被検知体７１の突起７４ａ～７４ｅの夫々が対向する。

パターン導体１０１ａは、中心角π［ｒａｄ］を１６等分したときの１６の区間において１つおきの区間に導体部分１０２ａ（計８つ）を有している。この導体部分１０２ａからは、静電ＩＣ８０の一の入力端子（ｃｈ１）に信号線が延設されている。

パターン導体１０１ｂは、中心角π［ｒａｄ］を８等分したときの８つの区間において１つおきの区間に導体部分１０２ｂ（計４つ）を有している。この導体部分１０２ｂからは、静電ＩＣ８０の他の一の入力端子（ｃｈ２）に信号線が延設されている。

パターン導体１０１ｃは、中心角π［ｒａｄ］を４等分したときの４つの区間において１つおきの区間に導体部分１０２ｃ（計２つ）を有している。この導体部分１０２ｃからは、静電ＩＣ８０の更に他の一の入力端子（ｃｈ３）に信号線が延設されている。

パターン導体１０１ｄは、中心角π［ｒａｄ］を２等分したときの２つの区間のうち一方の区間に導体部分１０２ｄを有している。この導体部分１０２ｄからは、静電ＩＣ８０の更に他の一の入力端子（ｃｈ４）に信号線が延設されている。

最も内側のパターン導体１０１ｅは、中心角がπ［ｒａｄ］の円弧形状を成す一連の導体部分１０２ｅを有している。この導体部分１０２ｅからは、静電ＩＣ８０のグランド端子（ｇｎｄ）に信号線が延設されている。つまり、図７の例では、パターン導体１０１ｅがグランド検知体を成している。また、図７に示す固定検知体１００を採用する場合は、可動被検知体７１においてこのパターン導体１０１ｅに対向する突起７４ｅがグランド被検知体を成す。

なお、この変形例の場合、例えば、パターン導体１０１ａが、チャンネル１（第１入力端子）に接続される「第１検知体」に該当し、これに対向する突起７４ａが「第１被検知体」に該当する。また、パターン導体１０１ｂが、チャンネル２（第２入力端子）に接続される「第２検知体」に該当し、これに対向する突起７４ｂが「第２被検知体」に該当する。但し、各検知体及び被検知体に対応する構成として、他のパターン導体及び突起を選択することも可能である。

このような図７に示す形状パターンの固定検知体１００であっても、操作装置１が備える変位検出装置７０の構成として採用することができる。また、図５において８つの導体部分９２ｂを有するパターン導体９１ｂと、図７において８つの導体部分１０２ａを有するパターン導体１０１ａとを比較すると、１つの導体部分の中心角は同じくπ／１６［ｒａｄ］である。しかし、図７の導体部分１０２ａの方が軸心Ａから離れて配置できるため、１つの導体部分１０２ａの円周方向の長さ寸法を、図５の導体部分９２ａよりも大きく確保できる。その結果、図７に示す固定検知体１００を採用すると、図５の固定検知体９０を採用した場合よりも、高い検出精度を期待することができる。

［その他］
なお、本実施の形態では操作装置１として回転操作を入力するものを例示したが、本発明に係る変位検出装置の適用対象はこれに限られない。例えば、固定検知体９１を円弧状ではなく直線状とし、これに沿って可動被検知体７１も直線状に前後方向などに変位するように構成すれば、直線的に変位する、例えばレバー操作を入力する操作装置に対しても適用可能である。

また、可動被検知体７１の突起数、及び、固定検知体９１のパターン導体数は、適宜変更することができる。例えば、より小さい変位量を検出する必要がある場合は、突起数及びパターン導体数をより多く設定すればよく、より大きな変位量を検出できれば足りる場合には、突起数及びパターン導体数はより少なく設定してもよい。

本発明は、ダイヤル及びレバー等の操作体の変位を検出するための変位検出装置及び該変位検出装置を備える操作装置に適用することができる。

１ 操作装置
２０ ダイヤル（操作体）
５０ 節度機構
７０ 変位検出装置
７１ 可動被検知体
７４ａ～７４ｅ 突起
８０ 静電ＩＣ（静電容量検出素子）
９０ 固定検知体
９１ａ～９１ｅ パターン導体
９２ａ～９２ｅ 導体部分

Claims (3)

1. 操作体の変位を検出する変位検出装置であって、
   前記操作体の変位に伴って移動する導電性の可動被検知体と、前記可動被検知体に対して非接触に近接配置された導電性の固定検知体と、を備え、
   前記固定検知体は、
   端子間の静電容量を取得する静電容量検出素子のグランド端子に接続されるグランド検知体と、前記静電容量検出素子の第１入力端子に接続される第１検知体と、前記静電容量検出素子の第２入力端子に接続される第２検知体と、前記静電容量検出素子の第３入力端子に接続される第３検知体と、前記静電容量検出素子の第４入力端子に接続される第４検知体と、を少なくとも有し、
   前記可動被検知体は、
   前記グランド検知体に対向配置されるグランド被検知体と、前記第１検知体に対向配置される第１被検知体と、前記第２検知体に対向配置される第２被検知体と、前記第３検知体に対向配置される第３被検知体と、前記第４検知体に対向配置される第４被検知体と、を少なくとも有し、かつ、前記グランド被検知体と前記第１被検知体と前記第２被検知体と前記第３被検知体と前記第４被検知体とは互いに電気的に接続されており、
   前記可動被検知体は、本体部を有し、前記第１被検知体は、前記本体部から前記第１検知体へ突出するように設けられた第１突起部であり、前記第２被検知体は、前記本体部から前記第２検知体へ突出するように設けられた第２突起部であり、前記第３被検知体は、前記本体部から前記第３検知体へ突出するように設けられた第３突起部であり、前記第４被検知体は、前記本体部から前記第４検知体へ突出するように設けられた第４突起部であり、前記グランド被検知体は、前記本体部から前記グランド検知体へ突出するように設けられた第５突起部であり、
   更に、前記固定検知体において、
   前記グランド検知体は、前記可動被検知体の移動範囲内において前記グランド被検知体との対向距離が一定に維持される形状を成し、
   前記第１検知体において前記第１被検知体に所定の距離で対向する部分は、前記可動被検知体の移動方向に沿って所定の第１パターンで変化する形状を有し、
   前記第２検知体において前記第２被検知体に所定の距離で対向する部分は、前記可動被検知体の移動方向に沿って、前記第１パターンとは異なる所定の第２パターンで変化する形状を有し、
   前記第３検知体において前記第３被検知体に所定の距離で対向する部分は、前記可動被検知体の移動方向に沿って、前記第１パターンおよび前記第２パターンとは異なる所定の第３パターンで変化する形状を有し、
   前記第４検知体において前記第４被検知体に所定の距離で対向する部分は、前記可動被検知体の移動方向に沿って、前記第１パターン、前記第２パターンおよび前記第３パターンとは異なる所定の第４パターンで変化する形状を有し、
   前記静電容量検出素子にて取得される前記可動被検知体と前記固定検知体との間の静電容量に基づき前記操作体の変位を検出する、変位検出装置。
2. 前記操作体は回転変位が可能であり、
   前記可動被検知体は、前記操作体の回転変位に伴って所定の軸心回りに回転可能に支持されており、前記グランド被検知体と前記第１被検知体と前記第２被検知体とは、前記操作体の回転時に、前記軸心からの距離が異なる同心円の円周に沿って変位し、
   前記固定検知体は、前記可動被検知体に対して前記軸心方向に対向して配置されており、前記グランド検知体と前記第１検知体と前記第２検知体とは、前記軸心からの距離が異なる同心円の円周上に形成されている、
   請求項１に記載の変位検出装置。
3. 請求項１または２に記載の変位検出装置と、前記操作体と、を備える操作装置であって、
   前記操作体への操作に対して、所定の変位量ごとに前記操作体を保持位置に保持すると共に節度感を付与する節度機構を備え、
   前記静電容量検出素子による前記可動被検知体と前記固定検知体との間の静電容量の検出パターンが、前記操作体に対する前記所定の変位量の整数分の一の変位量ごとに変化するよう、前記対向距離に関する前記第１パターン、前記第２パターン、前記第３パターン及び前記第４パターンは設定されている、操作装置。
   
   

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