WO2015075873A1 - 操作入力装置 - Google Patents

Abstract

　操作入力装置において、支持部（２０）は、ベース部（１０）に対し操作部（３０）を変位可能に支持し、反力発生部は、操作部の変位に対応して、変位方向と同軸方向の反力を発生する。支持部は、一端がベース部に連結され、他端がベース部から突出された支持部材（２２）と、支持部材の他端に、板面が支持部材の突出方向中心軸に直交し、且つ、突出方向中心軸周りに放射状に設けられ、放射方向先端が操作部に接続される複数の板ばね（２４）を備える。反力発生手段部は、ベース部又は操作部に設けられて、支持部材の中心軸に平行な軸方向に磁力を発生する電磁石（４２、４４）と、操作部又はベース部の電磁石との対向位置に設けられ、電磁石が発生する磁力を受けて操作部に反力を与える磁性部材（４６、４８）を備える。

Description

操作入力装置 関連出願の相互参照

　本開示は、２０１３年１１月２２日に出願された日本出願番号２０１３－２４２０１５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、支持部により変位可能に支持された操作部を備え、操作部が操作された際に、その操作に対する反力を発生することで、使用者に対し操作感を与えることのできる操作入力装置に関する。

　従来、操作部を弾性変形可能な支持部にて支持することで、操作部が操作された際には、支持部が変形して、操作部が操作方向に変位するように構成された操作入力装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

　この種の操作入力装置は、例えば、ジョイスティック、タッチパッド等の操作入力デバイスとして利用され、操作部の変位をスイッチやセンサにて検出することで、使用者による操作部の操作方向・操作量を検知し、その検知結果を操作指令値として各種情報処理装置に入力する。

　また、この種の操作入力装置には、操作部の操作時に使用者に対し使用感を与えるために、操作部が操作された際に、その操作に対する反力を操作部に付加する反力発生部（復元力発生部）を設けたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００－２８５７６７号公報 特開２０１０－１７０５７６号公報 特開２０１１－１２３７３９号公報

　上記従来の操作入力装置は、何れも、支持部が、樹脂部品及びゴムやエラストマー等からなる弾性及びダンパー部材にて構成されており、操作部は使用者の操作に応じて任意の方向に変位する。このため、使用者が操作部に触れた際に、操作部が操作入力方向と異なる方向に容易に動いてしまい、操作性が悪くなることがある。また反力発生部を備える場合は、ゴムやエラストマー部で反力が減衰してしまう場合がある。

　これに対し、特許文献３に記載のように、反力発生部を備えた操作入力装置においては、反力発生部が発生する反力によって操作部が不用意に動くのを防止することができる。

　しかし、特許文献３に記載の操作入力装置では、反力発生部が操作部の操作の邪魔になるのを防止するため、反力発生部として電磁石を利用することで、操作部に対し非接触で反力を与えるようにしている。

　このため、この装置では、反力発生部が操作部の操作の邪魔になるのを防止できるものの、反力発生部から操作部に加わる反力とは異なる方向に操作部が操作された際には、操作部の変位を抑制する方向に反力を発生することができず、使用者に対し、操作部のグラグラ感を感じさせてしまう。

　本開示は、操作部の操作時に、操作部とは非接触に反力を与えることができ、しかも、その特定の入力操作方向への変形しやすさを任意に調整、また反力方向とは異なる方向への操作部の変位を抑制して、操作部の操作性が低下するのを防止できる操作入力装置を提供することを目的とする。

　本開示のある態様にかかる操作入力装置は、操作部、支持部、及び反力発生部を備える。支持部は、操作部を変位可能に支持する。支持部は、一端がベース部に連結され、他端がベース部から突出された支持部材と、支持部材の他端に設けられた複数の板ばねと、を備える。

　複数の板ばねは、支持部材に対し、板面が支持部材の突出方向中心軸に直交し、且つ、支持部材の中心軸周りに放射状に突出するように設けられており、その放射方向先端は、操作部に接続される。

　反力発生部は、操作部の操作入力方向（Ｘ，Ｙ，θ）に対応して、その方向と直交する方向（Ｚ）の反力を発生する。反力発生部は、ベース部又は操作部に設けられて、支持部材の突出方向中心軸に平行な軸方向に磁力を発生する電磁石と、操作部又はベース部の電磁石との対向位置に設けられ、電磁石が発生する磁力を受けて操作部に反力を与える磁性部材とを備える。

　このため、支持部を構成する複数の板ばねは、それぞれ、使用者が操作部を操作した際、反力発生部の電磁石が発生する磁力（延いては引力又は反力）と同方向に変形し易く（換言すれば撓み易く）なる。また、それ以外の方向に対しては、板厚方向にねじり・引っ張り・圧縮が加わって高いばね定数となり、また、断面二次モーメントが大きく、剛性を発生して、変形し難くなる。

　よって、本開示の操作入力装置によれば、板ばねと支持部材の形状組み合わせにより、操作部が操作（Ｘ，Ｙ，θ）された際に特定の入力操作方向への変形しやすさを任意に調整し、反力発生部が発生する反力の伝達効率を低下させることなく、操作部が反力の発生方向（Ｚ）とは異なる方向に変位するのを抑制して、使用者が操作部のグラグラ感を感じるのを防止することができる。従って、本開示の操作入力装置によれば、操作部の操作性を確保することができる。

　また、反力発生部は、電磁石と磁性部材との間の磁力によって、操作部に対しベース部側から非接触にて反力を伝達することができる。このため、操作部とベース部との間の反力伝達経路にて、摩擦・粘性等によるエネルギーロスが発生するのを防止し、これによっても、操作部の操作性を向上できる。

　また、外部から操作部に加わった負荷が、反力発生部を介して、直接ベース部側に伝達されることがないので、その負荷によって、反力発生部の機能が低下したり、反力発生部が損傷したりするのを、防止できる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
実施形態の操作入力装置全体の構成を表す説明図である。 操作入力装置の操作部を操作方向（上方）から見た状態を表す平面図である。 操作入力装置の板ばねを表す斜視図である。 板ばねを含む操作入力装置の支持部と操作部の操作方向を説明する説明図である。

　以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。

　なお、本開示は、下記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、下記の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た態様も本開示の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される開示の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本開示の実施形態である。また、下記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、これは本開示の理解を容易にする目的で使用しており、本開示の技術的範囲を限定する意図ではない。

　本実施形態の操作入力装置２は、例えば、自動車の運転席近傍に設けられて、使用者が操作することにより、車両に搭載されたナビゲーション装置等の情報処理装置に各種指令を入力するためのものである。

　図１に示すように、操作入力装置２は、車体側に固定されるベース部１０と、支持部２０を介してベース部１０に対し変位可能に設けられる操作部３０と、を備える。

　ベース部１０は、一端が開口された矩形のケース１２内に固定されており、このケース１２を介して、車室内の所定位置に固定される。なお、ケース１２は、非導電性の合成樹脂にて形成されている。

　また、ベース部１０は、板状で、ケース１２の底部に固定されている。そして、ベース部１０の板面中央には、操作部３０の操作方向及び操作量を検出する検出素子１４を介して、支持部２０を構成する棒状の支持部材２２の一端が連結されており、支持部材２２の他端は、ケース１２の開口に向けて突出されている。

　次に、操作部３０は、ケース１２の開口と略同形状の開口を有し、開口同士が重なることでケース１２の開口を閉塞可能な合成樹脂性の蓋状体である。そして、操作部３０の上方（詳しくは、ケース１２との対向面とは反対側）には、使用者が手を載せて、操作部３０を操作するための操作用凸部３４が形成されている。

　この操作用凸部３４は、使用者が、操作部３０を、支持部材２２のベース部１０からの突出方向（換言すれば支持部材２２の長手方向）の中心軸Ｚ周りに回動させたり、中心軸Ｚに直交するＸ－Ｙ平面（図２参照）に沿って移動させたりするためのものである。

　そして、ベース部１０に設けられる検出素子１４は、支持部材２２を介して操作部３０から加わるＸ軸方向、Ｙ軸方向の力、及びＺ軸周りの力を検出可能な歪みゲージにて構成されている。

　このため、本実施形態の操作入力装置２によれば、検出素子１４を介して、操作部３０のＸ軸・Ｙ軸方向への操作量、及び、Ｚ軸周りの回転操作量θを検知することができる。

　次に、支持部２０は、図１、図２に示すように、上述した棒状の支持部材２２に加えて、支持部材２２のベース部１０とは反対側端部に、支持部材２２の中心軸Ｚ周りに略９０度間隔で放射状に設けられた４つの板ばね２４とを備える。

　そして、支持部２０は、板ばね２４の放射方向先端を、操作部３０のベース部１０との対向面側に突設された円筒形状の連結用突起３６に固定することで、操作部３０を、支持部材２２の中心軸Ｚ方向に変位可能に支持する。

　つまり、板ばね２４は、板面が支持部材２２の中心軸Ｚに対し直交するように配置されており、例えば、使用者が操作部３０を手で押さえ、支持部材２２の中心軸Ｚに平行な軸方向の力が、連結用突起３６から板ばね２４に加わると、板ばね２４が撓んで、操作部３０がベース部１０に接近する。

　また、この状態で使用者が操作部３０から手を離すと、板ばね２４の復元力により、板ばね２４が元の基準位置に戻り、操作部３０がベース部１０から離れる。

　なお、図３に示すように、４つの板ばね２４は、それぞれ、支持部材２２の端部に固定される固定部２６から外方向に延設されている。そして、各板ばね２４において、固定部２６から先端部に至る放射方向中央には、その放射方向の中心軸に交差する線に沿って屈曲されることにより、段差部２４ａが形成されている。

　これは、固定部２６を介して４つの板ばね２４を支持部材２２に固定し、各板ばね２４の先端を、操作部３０の連結用突起３６に固定した状態で、外部操作によって操作部３０が支持部材２２の中心軸Ｚ方向に変位した際、板ばね２４が撓み易くするためである。

　また、板ばね２４が取り付けられる支持部材２２は、操作部３０の入力操作方向に対し所定量変形するよう、樹脂もしくは金属材料の構造体にて構成されている。

　次に、ケース１２において、支持部材２２及び板ばね２４にて構成される支持部２０を挟んで互いに対向する一対の側壁には、電磁石４２、４４が取り付けられている。

　電磁石４２、４４は、鉄心の中心軸が支持部材２２の中心軸と平行になるように、各側壁に取り付けられており、その周囲には、電磁石４２、４４の磁極（鉄心の両端）を挟むように、鉄等の磁性部材にて環状に形成されたヨーク４６、４８が配置されている。

　ヨーク４６、４８は、操作部３０のベース部１０との対向面側で、連結用突起３６の周囲に設けられた固定部材３８を介して、操作部３０に固定されている。

　また、ヨーク４６、４８において、電磁石４２、４４の磁極との対向位置には、電磁石４２、４４が発生する磁力を受けて、操作部３０にその操作方向（Ｘ，Ｙ，θ）と直交方向（Ｚ）の反力（詳しくは引力又は斥力）を発生させる磁石が設けられている。

　このように、電磁石４２、４４とヨーク４６、４８とにより反力発生部が構成される。このような反力発生部の構成及び動作については、特許文献３として挙げた特開２０１１－１２３７３９号公報（米国特許公開公報ＵＳ２０１１／０１４０８１８）に詳しく説明されているので、ここでは、特開２０１１－１２３７３９号公報（米国特許公開公報ＵＳ２０１１／０１４０８１８）の開示内容全体を参照により引用することで、本明細書の一部とし、反力発生部の詳細な説明は省略する。

　次に、ベース部１０が固定されたケース１２内には、図１に示す制御回路５０を構成する回路基板（図示せず）が収納されている。

　この制御回路５０は、検出素子１４から検出信号を取り込むための入力部５２、電磁石４２、４４の巻線に電流を流して磁力を発生させる駆動部５４、５６、及び、入力部５２からの検出信号に基づき、操作部３０の操作方向及び操作量を演算する演算部６０を備える。

　演算部６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心とするマイクロコンピュータにて構成されており、演算結果である操作部３０の操作方向及び操作量を、使用者からの操作指令値として、出力部５８からナビゲーション装置等の外部装置へ出力させる。

　また、演算部４０は、演算結果である操作部３０の操作量に応じて、駆動部５４、５６が電磁石４２、４４に流す電流を制御することで、電磁石４２、４４及びヨーク４６、４８にて構成される反力発生部が操作部３０に付与する反力を制御する。

　以上説明したように、本実施形態の操作入力装置２によれば、ベース部１０に対し操作部３０を変位可能に支持する支持部２０が、ベース部１０に突設された支持部材２２と、その支持部材２２の突出方向先端に固定された４つの板ばね２４とを備える。

　そして、各板ばね２４は、板面が支持部材２２の中心軸Ｚに対し直交し、支持部材２２の中心軸周りに放射状に突出するように設けられ、その先端が、操作部３０の連結用突起３６に固定される。

　このため、本実施形態の操作部３０は、支持部２０を構成する４つの板ばね２４だけで支持されることになり、各板ばね２４は、支持部材２２の中心軸Ｚ方向に変形し易い（換言すれば撓み易い）。

　よって、本実施形態の操作入力装置２によれば、操作部３０に対し、電磁石４２、４４への通電により発生する反力を効率よく伝達することができる。

　一方、各板ばね２４は、図４に示すように、操作部３０に他の方向の力（Ｘ軸・Ｙ軸方向の力、Ｚ軸周りの力θ）が加わった際には、板厚方向にねじり・引っ張り・圧縮が加わって高いばね定数となり、また、断面二次モーメントが大きく、剛性を発生して、変形し難くなる。

　よって、本実施形態の操作入力装置２によれば、電磁石４２、４４への通電により発生する反力の伝達効率を低下させることなく、操作部３０が反力の発生方向とは異なる方向に変位するのを抑制して、使用者が操作部３０のグラグラ感を感じるのを防止することができる。

　従って、本実施形態の操作入力装置２によれば、操作部の操作性を確保することができる。

　また、本実施形態において、反力発生部を構成する電磁石４２、４４とヨーク４６、４８は、非接触にて反力を伝達するため、操作部３０とベース部１０との間の反力伝達経路にて、摩擦・粘性等によるエネルギーロスが発生することがなく、これによっても、操作部３０の操作性を向上できる。

　また、外部から操作部３０に加わった負荷が、反力発生部を介して、直接ベース部１０側に伝達されることがないので、その負荷によって、電磁石４２、４４及びヨーク４６、４８による反力発生部としての機能が低下したり、これら各部が損傷したりするのを防止できる。
（変形例）
　以上本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。

　例えば、上記実施形態では、支持部２０を構成する板ばね２４は４つであるものとして説明したが、板ばね２４は、支持部材２２の周囲に放射状に複数突出されていればよく、２つ以上であればよい。また、上記実施形態では、板ばね２４に段差部２４ａを設けるものとして説明したが、段差部２４ａは必ずしも設ける必要はない。

　また、支持部材２２は、ベース部１０から突出されて、その先端に板ばね２４を固定できるように構成されていればよく、必ずしも、上記実施形態のように棒状のものを使用する必要はない。

　次に、上記実施形態では、反力発生部として、ベース部１０側のケース１２に電磁石４２、４４を設け、操作部３０側にヨーク４６、４８を設けることで、ベース部１０側から操作部３０側に、反力を非接触にて加えるものとして説明した。これに対し、ベース部１０側にヨークを設け、操作部３０側に電磁石を設けるようにしてもよい。

　また、ヨークに代えて、磁石単体を用いるようにしてもよく、或いは、電磁石を用いるようにしてもよい。つまり、反力発生部としては、上記実施形態のような電磁石とヨークとの組み合わせ以外に、電磁石と磁石、又は、電磁石と電磁石、の組み合わせにて構成してもよい。

　また、上記実施形態では、操作部３０の操作方向及び操作量を検出するための検出素子１４として、歪みゲージを用いるものとして説明したが、例えば、ベース部１０に対し支持部材２２を移動可能に固定し、その移動位置をセンサ若しくはスイッチを用いて検出するようにしてもよい。つまり、検出素子１４としては、操作部３０の操作方向や操作量を検出可能なセンサ若しくはスイッチであればよい。

Claims (2)

1. 　使用者により操作される操作部（３０）と、
   　ベース部（１０）に対し前記操作部を変位可能に支持する支持部（２０）と、
   　前記操作部の変位に対応して、該変位方向と同軸方向の反力を発生する反力発生部と、
   　を備え、
   　前記支持部は、
   　一端が前記ベース部に連結され、他端が前記ベース部から突出された支持部材（２２）と、
   　前記支持部材の他端に、板面が前記支持部材の突出方向中心軸に直交し、且つ、該突出方向中心軸周りに放射状に設けられ、放射方向先端が前記操作部に接続される複数の板ばね（２４）と、
   　を備え、
   　前記反力発生部は、
   　前記ベース部又は前記操作部に設けられて、前記支持部材の中心軸に平行な軸方向に磁力を発生する電磁石（４２、４４）と、
   　前記操作部又は前記ベース部の前記電磁石との対向位置に設けられ、前記電磁石が発生する磁力を受けて前記操作部に反力を与える磁性部材（４６、４８）と、
   　を備える操作入力装置。
2. 　前記板ばねにおいて、前記支持部材から前記放射方向先端に至る中央部分には、段差部（２４ａ）が形成されている請求項１に記載の操作入力装置。

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