(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作入力の作用により変位する操作部と、
前記操作入力の作用により前記操作部と同一方向に変位するアクチュエータ出力軸と、
前記操作部を前記アクチュエータ出力軸によって可動させるアクチュエータと、
前記操作部の変位量に応じた信号を出力する検出素子とを備え、
前記操作部は、確定キーと、該確定キーを囲む方向キーとを有し、
前記アクチュエータは、前記確定キーと前記方向キーを前記アクチュエータ出力軸によって可動させるものであり、
操作入力が前記方向キーに作用すると、前記方向キーと共に前記確定キーが傾動し、操作入力が前記方向キーには作用せずに前記確定キーに作用すると、前記確定キーのみが押し下がる構造を有し、
前記アクチュエータ出力軸は、前記アクチュエータの前記操作部側とは反対側を貫通する突出部を有し、
前記突出部に対向する位置に設けられた電極が前記突出部によって通電することにより、前記アクチュエータ出力軸の変位を検出可能にする、操作入力装置。
【請求項２】
前記電極が前記突出部によって変形するドームバネによって通電することにより、前記確定キーの変位を検出可能にする、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記突出部と前記ドームバネとの間にギャップを生じさせる弾性体を備える、請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、
第１のヨークと、コイルと、前記アクチュエータ出力軸と一体となって変位する第２のヨークとを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ出力軸によって前記操作部に予め力が加わるように、前記第２のヨークに弾性力を付与する弾性体を備える、請求項４に記載の操作入力装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、
第１のヨークと、コイルと、前記アクチュエータ出力軸と一体となって変位する第２のヨークとを有し、
前記アクチュエータ出力軸によって前記確定キーに予め力が加わるように、前記第２のヨークに弾性力を付与する弾性体を備える、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項７】
前記第１のヨークの位置は固定され、
前記コイルは前記第１のヨークに装着された、請求項４から６のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項８】
前記第２のヨークが、前記コイルのコアであり、
前記コイルと前記第１のヨークと前記第２のヨークは、前記第１のヨークと前記第２のヨークの間のギャップに発生する磁束が前記コイルの軸方向に対して直交するように配置された、請求項４から６のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項９】
前記検出素子は、
コイルと、前記操作部の変位により前記コイルとの位置関係が変化するヨークとを有し、
前記コイルは、前記操作部の変位量に応じた信号を出力する、請求項１から８のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１０】
車両に搭載され、前記車両のディスプレイ上の表示物を移動させる、請求項１から９のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１１】
ステアリングホイールに設置された、請求項１０に記載の操作入力装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の操作入力装置と、
前記アクチュエータを制御する制御回路とを備える、操作装置。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の操作入力装置と、
前記検出素子から出力された信号に基づいて、前記操作部の変位量に応じた信号を出力する検出回路とを備える、操作装置。
【請求項１４】
請求項６に記載の操作入力装置と、
前記アクチュエータのコイルのインダクタンスの変化を検出することによって、前記確定キーの変位量に応じた信号を出力する検出回路とを備える、操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作入力の作用により変位する操作部を備える操作入力装置及び操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３６０度方向に傾倒可能な操作部と、複数のコイルを備え、操作入力の作用により傾倒する操作部とコイルとの距離に応じて変化するインダクタンスを評価することによって、操作部の傾倒量を検出可能な操作入力装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術では、操作部を操作する操作者に対して、触覚に作用する刺激を装置側から強制的に付与することができない。
【０００５】
そこで、本発明は、操作部を操作する操作者に対して、触覚に作用する刺激を装置側から強制的に付与できる、操作入力装置及び操作装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
操作入力の作用により変位する操作部と、
前記操作入力の作用により前記操作部と同一方向に変位するアクチュエータ出力軸と、
前記操作部を前記アクチュエータ出力軸によって可動させるアクチュエータと、
前記操作部の変位量に応じた信号を出力する検出素子とを備え、
前記操作部は、確定キーと、該確定キーを囲む方向キーとを有し、
前記アクチュエータは、前記確定キーと前記方向キーを前記アクチュエータ出力軸によって可動させるものであり、
操作入力が前記方向キーに作用すると、前記方向キーと共に前記確定キーが傾動し、操作入力が前記方向キーには作用せずに前記確定キーに作用すると、前記確定キーのみが押し下がる構造を有し、
前記アクチュエータ出力軸は、前記アクチュエータの前記操作部側とは反対側を貫通する突出部を有し、
前記突出部に対向する位置に設けられた電極が前記突出部によって通電することにより、前記アクチュエータ出力軸の変位を検出可能にする、ことを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る操作装置は、
本発明に係る操作入力装置と、
前記アクチュエータを制御する制御回路とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作部を操作する操作者に対して、触覚に作用する刺激を装置側から強制的に付与できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】操作入力装置１０１の斜視分解図である。
【図２】操作部１１が初期位置状態での操作入力装置１０１の正面視断面図である。
【図３】操作部１１が傾動状態での操作入力装置１０１の正面視断面図である。
【図４】操作入力装置１０２の斜視分解図である。
【図５】操作入力装置１０２の正面視断面図である。
【図６】操作入力装置１０３の正面視断面図である。
【図７】操作入力装置１０４の正面視断面図である。
【図８】操作入力装置１０５の正面視断面図である。
【図９】操作入力装置１０６の正面視断面図である。
【図１０】操作入力装置１０７の正面視断面図である。
【図１１Ａ】非駆動時のソレノイド型アクチュエータ４０の正面視断面図である。
【図１１Ｂ】駆動時のソレノイド型アクチュエータ４０の正面視断面図である。
【図１２】操作入力装置１０８の正面視断面図である。
【図１３】操作入力装置１０９の正面視断面図である。
【図１４】操作入力装置１１０の正面視断面図である。
【図１５Ａ】非駆動時のアクチュエータ５０の正面視断面図である。
【図１５Ｂ】駆動時のアクチュエータ５０の正面視断面図である。
【図１６】操作入力装置１１１の正面視断面図である。
【図１７】操作入力装置１１２の正面視断面図である。
【図１８】操作入力装置１１３の正面視断面図である。
【図１９】操作入力装置１１４の正面視断面図である。
【図２０】操作入力装置１１５の正面視断面図である。
【図２１】操作入力装置１１６の正面視断面図である。
【図２２】操作入力装置１１７の正面視断面図である。
【図２３】操作入力装置１１８の正面視断面図である。
【図２４】操作入力装置１１９の正面視断面図である。
【図２５】操作入力装置１２０の正面視断面図である。
【図２６】操作部１１が初期位置状態での操作入力装置１２１の正面視断面図である。
【図２７】操作部１１が傾動状態での操作入力装置１２１の正面視断面図である。
【図２８】操作部１１が初期位置状態での操作入力装置１２２の正面視断面図である。
【図２９】操作部１１が傾動状態での操作入力装置１２２の正面視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。本発明の一実施形態である操作入力装置及び操作装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系において、正のＺ座標の方向から入力される操作者の手指等による力を操作部で受ける操作インターフェイスである。操作入力装置及び操作装置は、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。
【００１１】
操作入力装置及び操作装置は、例えば、ゲーム機、テレビ等の操作用リモートコントローラ、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、車両制御用コンピュータ、電化製品などの電子機器に搭載又は接続される。そのような電子機器に搭載又は接続されるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。
【００１２】
また、操作入力装置及び操作装置は、車両に搭載されてもよく、具体的には、ステアリングホイール、インストルメントパネル、ダッシュボード、センターコンソールなどの車室内の部位に設置されてもよい。この場合、操作入力装置又は操作装置によれば、その車両に搭載されたディスプレイの画面上の表示物を移動させることができる。操作入力装置又は操作装置がステアリングホイールに設置されていると、運転者は、ステアリングホイールを握ったまま、車両前方への視線をできるだけそらさずに、操作部を操作できる。
【００１３】
また、操作入力装置及び操作装置は、操作部を操作する操作者に触感的な刺激が強制的に付与されるように、操作部を装置側から動かすための振動発生源を備えている。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態である操作入力装置１０１の斜視分解図である。図２は、操作入力が操作部１１に作用していない非操作状態での操作入力装置１０１の正面視断面図である。図３は、操作部１１をＸＹ平面に対して検出素子１４Ｃ側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置１０１の正面視断面図である。操作入力装置１０１の構造は、図示の断面に対して略対称であるため、全体図については省略する。後述の他の操作入力装置についても同様である。
【００１５】
操作入力装置１０１は、操作部１１と、アクチュエータ出力軸（以下、単に「出力軸」ともいう）１２と、アクチュエータ１３と、検出素子１４Ａ〜１４Ｈとを備える。操作部１１は、操作面に直接又は間接的に作用する操作入力によって下方に傾倒可能に変位する操作部材である。出力軸１２は、操作部１１の操作面に作用する操作入力により、操作部１１と同一方向に変位するアクチュエータシャフトである。アクチュエータ１３は、出力軸１２を駆動することによって操作部１１を可動させる振動発生源である。検出素子１４Ａ〜１４Ｈは、操作部１１の変位によって互いの位置関係が変化するように配置され、その位置関係の変化に応じて、操作部１１の変位量に応じた信号波形を出力するための素子である。したがって、その信号波形を検出することによって、操作部１１の変位量（操作量）と傾倒方向を算出できる。
【００１６】
このような構成を有する操作入力装置１０１によれば、操作部１１に一又は二往復以上の振動を出力軸１２によって与えることができるので、操作部１１を操作する操作者に対して、触覚に作用する刺激を操作入力装置１０１側から強制的に付与できる。
【００１７】
また、操作入力装置１０１を備える操作装置は、制御回路９８（図１参照）を備えている。制御回路９８は、操作部１１を可動させる出力軸１２を駆動するアクチュエータ１３を制御する信号を出力する。また、操作入力装置１０１を備える操作装置は、検出回路９７（図１参照）を備えている。検出回路９７は、検出素子１４Ａ〜１４Ｈの一部又は全部から出力された信号波形に基づいて、操作部１１の変位量に応じた信号を出力する。
【００１８】
例えば、検出素子１４Ａ〜１４Ｄがコイルであり検出素子１４Ｅ〜１４Ｈがヨーク材である場合、検出回路９７は、検出素子１４Ａ〜１４Ｄのインダクタンスの変化を電気的に検出することで、操作部１１の連続的に変化するアナログ変位量に応じた検出信号を出力する。または、検出素子１４Ａ〜１４Ｄがヨーク材であり検出素子１４Ｅ〜１４Ｈがコイルである場合、検出回路９７は、検出素子１４Ｅ〜１４Ｈのインダクタンスの変化を電気的に検出することで、操作部１１の連続的に変化するアナログ変位量に応じた検出信号を出力する。
【００１９】
例えば、検出回路９７は、コイルのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量を検出し、その物理量の検出値を操作部１１の変位量に等価な値として出力する。また、検出回路９７は、コイルのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量を検出することによりコイルのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を操作部１１の変位量に等価な値として出力するものでもよい。また、検出回路９７は、その物理量の検出値又はそのインダクタンスの算出値から操作部１１の変位量を演算し、その変位量の演算値を出力するものでもよい。
【００２０】
具体的には、検出部は、パルス信号をコイルに供給することによって、コイルのインダクタンスの大きさに対応して変化する信号波形をコイルに発生させ、その信号波形に基づいてコイルのインダクタンスの変化を電気的に検出するとよい。
【００２１】
例えば、コイルの軸方向においてコイルと操作部１１との距離が近づくにつれて、コイル周辺の透磁率が増加し、コイルのインダクタンスが増加する。コイルのインダクタンスが増加するにつれて、パルス信号の供給によりコイルの両端に発生するパルス電圧波形の振幅も大きくなる。そこで、その振幅をコイルのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量とすることで、検出回路９７は、その振幅を検出することによって、その振幅の検出値を操作部１１の変位量に等価な値として出力することができる。また、検出回路９７は、その振幅の検出値からコイルのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を操作部１１の変位量に等価な値として出力することもできる。
【００２２】
また、コイルのインダクタンスが増加するにつれて、パルス信号の供給によりコイルに流れるパルス電流波形の傾きが緩やかになる。そこで、その傾きをコイルのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量とすることで、検出回路９７は、その傾きを検出することによって、その傾きの検出値を操作部１１の変位量に等価な値として出力することができる。また、検出回路９７は、その傾きの検出値からコイルのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を操作部１１の変位量に等価な値として出力することもできる。
【００２３】
検出回路９７は、例えば、コイルにパルス信号を供給することによってコイルのインダクタンスの変化を検出する検出手段である。検出回路９７は、コイルにパルス信号に対応するパルス電流を供給することによってコイルの両端に発生するパルス電圧に基づいて、コイルのインダクタンスの変化を検出する。コイルのインダクタンスの変化の検出結果に応じて、操作部１１の変位量を算出することができる。
【００２４】
次に、操作入力装置の詳細な具体的な構成例について説明する。
【００２５】
操作入力装置１０１は、操作部１１を方向キーとして備える多方向入力装置である。操作部１１は、操作面に作用する操作入力の入力量に応じて、筐体１６の蓋部１６Ａの開口部から筐体１６の内方への変位量が連続的に変化するものである。筐体１６は、蓋部１６Ａと、底部１６Ｂと、側壁部１６Ｃと、底部１６Ｄから構成された円筒状の形態を有している。筐体１６は、底部１６Ｂで区画された二つの内室を有している。上側の内室には、操作部１１と、検出素子１４Ａ〜１４Ｈと、リターンバネ１５が配置され、下側の内室には、アクチュエータ１３が配置される。アクチュエータ１３の出力軸１２は、底部１６Ｂの中央部に形成された孔１９を貫通する。
【００２６】
操作部１１の下面中央には、出力軸１２の先端と対向するように、突起形状の押し子１７が操作部１１と一体的に形成されている。アクチュエータ１３は、図３に示されるように、上下方向のフィードバック力Ｆを発生させ、出力軸１２を押し子１７に接触させることによって、操作部１１にフィードバック力Ｆを伝える。フィードバック力Ｆは、伝達経路Ｒを通じて、操作部１１上の手指に振動として伝わる。出力軸１２は、操作部１１の押し子１７に直接接触して振動を伝えてもよいが、緩衝材等の何らかの部材を介して間接的に振動を伝えてもよい。緩衝材によって、接触時の衝撃や磨耗を和らげることができる。
【００２７】
操作入力装置１０１は、操作部１１の任意方向の押し下げに伴って、操作部１１が傾動する構造を有する。操作部１１は、図３に示されるように、操作部１１のフランジ部１８と筐体１６の蓋部１６Ａの天井面との接触点を支点として傾動動作する。
【００２８】
操作入力装置１０１は、例えば、操作部１１を上方に付勢して操作部１１のフランジ部１８を上方部材に当接させる弾性部材として、リターンバネ１５を備える。図示の形態では、その上方部材として、筐体１６が例示されている。筐体１６は、例えば、操作入力装置１０１又は操作入力装置１０１が搭載された装置の筐体である。このような弾性部材によって、操作入力が作用していない初期状態位置に戻す力を操作部１１に与えることができる。リターンバネ１５は、コイルバネでもよいし、板バネでもよいし、他の形状のバネでもよい。また、バネ以外の他の弾性体でもよく、例えば、ゴム部材でもよいし、スポンジ部材でもよいし、空気又は油などが充填されたシリンダーでもよい。
【００２９】
また、操作部１１を任意の方向に押し下げると、押し子１７は、操作部１１の押し下げ方向と同一方向に出力軸１２を変位させる。また、アクチュエータ１３は、押し子１７の変位と逆方向又は同方向の力を出力軸１２に発生させることにより、操作部１１を通して、操作者に振動を伝えることができる。
【００３０】
また、検出素子１４Ａ〜１４Ｈは、操作部１１の任意の方向の押し下げに伴って互いの距離が変化し、この距離の変化から押し下げた方向や押し下げ量を検出するための手段である。操作入力装置１０１は、このような検出素子を複数備え、検出素子１４Ａ〜１４Ｄは筐体１６の底部１６Ｂに固定され、検出素子１４Ｅ〜１４Ｈは操作部１１に固定されている。
【００３１】
図４は、本発明の第２の実施形態である操作入力装置１０２の斜視分解図である。図５は、操作入力が操作部１１に作用していない非操作状態での操作入力装置１０２の正面視断面図である。なお、上述の操作入力装置と同様の構成と効果については、その説明を省略する。後述の他の操作入力装置についても同様である。
【００３２】
操作部１１は、操作部１１のセンターボタンとして配置された確定キー２０と、確定キー２０を囲む方向キー２６とを有する。操作入力装置１０２は、方向キー２６を任意の方向に押し下げる操作入力が方向キー２６に作用すると、方向キー２６と共に確定キー２０が傾動する構造を有する。また、操作入力装置１０２は、操作者の操作入力が方向キー２６には作用せずに確定キー２０に作用すると、確定キー２０のみが押し下がる構造を有する。確定キー２０の下部中央には、出力軸１２を受ける押し子２３が形成されている。操作入力装置１０２は、方向キー２６から独立して確定キー２０をボタン操作できるような構造を備え、方向キー２６だけでなく確定キー２０にもフィードバック力を伝えることを可能な構造を備える。
【００３３】
確定キー２０は、方向キー２６の上面（操作面）に露出する操作面が形成された胴部２１を有する押部である。確定キー２０は、胴部２１が方向キー２６の中央部に上下方向に貫通して形成された孔２５と嵌合することにより、左右方向に位置決めでき、単独で上下方向に変位可能である。
【００３４】
確定キー２０は、方向キー２６の下方に位置するフランジ部２２を有する。フランジ部２２は、柱状の胴部２１の側面に形成されている。フランジ部２２は、確定キー２０の胴部２１の周縁部に鍔状に張り出した段差部である。
【００３５】
アクチュエータ１３は、確定キー２０を出力軸１２によって可動させると、確定キー２０のフランジ部２２が方向キー２６の天井面に当接することにより、方向キー２６も可動させることができる。
【００３６】
図６の操作入力装置１０３は、出力軸１２が、アクチュエータ１３の操作部１１側とは反対側の下側部位を貫通する突出部３１を有するものである。突出部３１の下側の先端に対向する底部１６Ｄには、少なくとも２極以上の電極３０が設けられている。図６の場合、突出部３１が押し下げられると、２つの電極３０Ａと３０Ｂとの間が突出部３１の導体部を介して短絡することにより、確定キー２０の動きに連動する出力軸１２の変位が検出可能となる。すなわち、確定キー２０が押されたことを検出可能となる。
【００３７】
図７の操作入力装置１０４は、突出部３１の下端に対向する底部１６Ｄに、導体のドームバネ３２を備えている。ドームバネ３２は、その頭頂部に突出部３１の下端が接するクリックバネである。ドームバネ３２の変形により確定キー２０を操作する操作者にクリック感を与えることができる。また、ドームバネ３２の下方中心部に電極３０Ｄが設けられ、ドームバネ３２の外周縁部に電極３０Ｃが設けられている。ドームバネ３２の変形によりドームバネ３２の頭頂部が電極３０Ｄに接すると、電極３０Ｄと電極３０Ｃがドームバネ３２によって短絡するため、突出部３１の変位を検出できる。すなわち、確定キー２０が押し下げられたことを検出できる。
【００３８】
また、図７において、確定キー２０は、方向キー２６の任意の方向への押し下げにより、方向キー２６と共に傾倒する。方向キー２６が確定キー２０のフランジ部２２を押し下げることにより、確定キー２０が下方に変位する。確定キー２０の下方への変位に連動して出力部１２も下方に変位することにより、ドームバネ３２が出力部１２の下端の突出部３１によって変形する。ドームバネ３２の変形量が増えてドームバネ３２の反力が増加から減少に転じると、クリック感が発生する。そこで、リターンバネ１５は、ドームバネ３２の変形量が増えてドームバネ３２の反力が増加から減少に転じる前に、方向キー２６の下方への変位量が構造上取り得る最大値に到達するように、方向キー２６を下方に変位可能に支持する。これにより、方向キー２６を押し下げても操作者にクリック感を与えないようにできる一方で、確定キー２０のみを押し下げると操作者にクリック感を与えるようにできる。また、方向キー２６の下方への変位量が最大値に到達するまでの全ストローク区間において、方向キー２６を操作する操作者にクリック感を与えないため、操作者が力加減を微妙に変えて方向キー２６の操作量を細かく調整することを容易に実現できる。
【００３９】
図８の操作入力装置１０５は、確定キー２０のフランジ部２２と方向キー２６の天井面との間において、押し下げ方向にギャップＤ２を設ける構造を有する。これにより、方向キー２６、確定キー２０、ドームバネ３２の各変位と変形量に因らず、方向キー２６を押し下げても操作者にクリック感を与えないようにできる一方で、確定キー２０のみを押し下げると操作者にクリック感を与えるようにできる。また、ギャップＤ２を設けているので、方向キー２６がフランジ部２２に接するまでは、方向キー２６はリターンバネ１５のみによる反力を受け、方向キー２６がフランジ部２２に接してからのストローク区間では、方向キー２６はリターンバネ１５とドームバネ３２の両方による反力を受ける。そのため、方向キー２６の操作感をストローク途中で変えることができ、方向キー２６によるアナログ入力の操作感を向上させることができる。つまり、反力の増加の仕方がストローク途中で変わることで、ストローク量が最大値に近づいていることが、操作者に感覚的に知らせることができる。また、方向キー２６のみを押しても、ドームバネ３２をクリック動作位置まで押圧することはないため、ドームバネ３２の応力を軽減でき、耐久力が向上する。また、ギャップＤ２の長さを調整することにより、方向キー２６を傾動したときのドームバネ３２の変形量を調整できるため、クリック位置及びクリック感を容易に変更することができる。
【００４０】
図９の操作入力装置１０６は、与圧バネ３３により確定キー２０に上向きの弾性力を加え、操作入力が操作部１１に付与されていない状態で、確定キー２０の下部とアクチュエータ１３の出力軸１２の上端との間にギャップＤ３が発生する構造を有する。これにより、与圧バネ３３の弾性力により確定キー２０が方向キー２６に安定的に保持される。その結果、確定キー２０のがたつきを抑制し、操作感を向上できる。
【００４１】
図１０の操作入力装置１０７は、与圧バネ３４により出力軸１２の突出部３１に設けられたフランジ部３５に上向きの弾性力を加え、操作入力が操作部１１に付与されていない状態で、突出部３１とドームバネ３２との間にギャップＤ４が発生する構造を有する。これにより、出力軸１２及び確定キー２０を方向キー２６により固定される位置に保持し、確定キー２０のがたつきを抑制できる。そして、出力軸１２と確定キー２０との間のギャップをなくすことにより、操作者に振動を与える時に出力軸１２と確定キー２０が衝突して起きる衝撃振動や騒音を抑制できる。
【００４２】
ここで、上述のアクチュエータ１３の具体例として、図１１Ａ，１１Ｂ，１２に示されるように、ソレノイド型アクチュエータ４０が挙げられる。アクチュエータ４０は、位置固定されたヨーク４１と、ヨーク４１に巻き回されて装着されたコイル４２と、出力軸１２と一体となって変位するヨーク４３とを有する。
【００４３】
図１２の操作入力装置１０８は、操作部１１の中央下部に設けられた押し子１７にアクチュエータ４０の出力軸１２が可動して接触する構造を有する。アクチュエータ４０に電流を印加すると、操作部１１の押し下げ方向とは逆方向にフィードバック力が発生し、振動、又は力を指先に出力する。これにより、操作者の指先に振動や衝撃、キーの操作力の重さ（反力）を可変的に伝えることができる。また、アクチュエータをソレノイド型とすることで、永久磁石を使用しなくても、フィードバック力を発生させて伝達できる。また、永久磁石の温度（低温減磁、高温での保持力低下）による特性劣化を排除できる。
【００４４】
図１３の操作入力装置１０９は、ヨーク４３と底部１６Ｄとの間に、予め弾性力が発生するように与圧バネ４４を配設し、与圧バネ４４がヨーク４３を押す復帰力によって、出力軸１２が操作部１１の中心下面に設けられた押し子１７に接触する構成を有する。これにより、出力軸１２の高さ（変位）が保持され、出力軸１２が、操作部１１の傾倒に伴う押し子１７の変位に追従して可動する。操作入力が操作部１１に付与されていない状態において、出力軸１２と操作部１１との間にギャップが存在していないため、アクチュエータ４０で発生したフィードバック力を、方向キー１１の初期位置からフルストローク位置まで操作者へ与えることができる。また、押し上げられた出力軸１２が押し子１７に接触する時に発生する衝撃振動や衝撃音を排除できる。
【００４５】
図１４の操作入力装置１１０は、方向キー２６の押し下げと共に下方へ変位する確定キー２０を有し、ソレノイド型アクチュエータ４０の出力軸１２が、確定キー２０の下部の押し子２３に与圧バネ４４のバネ復帰力により予め接触する構成を有する。そして、方向キー２６の押し下げ傾倒操作と確定キー２０単独での押し下げ操作の双方で、出力軸１２が押し下げ方向に変位する構造を有する。出力軸１２の下方への変位に伴ってヨーク４３が下方に変位するので、アクチュエータ４０内部の磁気吸引力が発生するギャップが広がる。このギャップが広がることで、アクチュエータ４０の内部のコイル４２のインダクタンスは減少する。制御回路９８（図４参照）がフィードバック力を発生させるためにコイル４２に印加する第１のパルスとは異なる第２のパルスを検出用パルスとして適時加えることにより、制御回路９８又は検出回路９７は、出力軸１２の変位量を検出できる。すなわち、確定キー２０の操作量（変位量）をアナログで非接触に検出できる。制御回路９８又は検出回路９７は、コイル４２のインダクタンスの変化を検出することによって、確定キー２０の変位量に応じた信号を出力する。
【００４６】
また、上述のアクチュエータ１３の第２の具体例として、図１５Ａ，１５Ｂ，１６に示されるように、永久磁石５５とボイスコイル５１を使用したアクチュエータ５０が挙げられる。コア５３は、出力軸１２の変位により、コイル５１との位置関係が変化する。ヨーク５４は、コイル５１の外側に配置されている。出力軸１２は、コイル５１に流れる電流と永久磁石５５の磁束によって可動する。コイル５１とコア５３とヨーク５４は、コア５３とヨーク５４の間のギャップに発生する磁束がコイル５１の軸方向に対して直交するように配置されている。
【００４７】
図１６の操作入力装置１１１は、アクチュエータ５０の出力軸１２が、操作部１１の中心下部に設けられた押し子１７に、アクチュエータ５０に内蔵のリターンバネ５６により接触し保持される構造を有する。制御回路９８（図１参照）がアクチュエータ５０のコイル５１に印加する電流の方向を切り替えることにより、操作部１１の押し下げ方向又はその押し下げ方向とは逆方向にフィードバック力が発生し、振動又は力を指先に出力する。これにより、操作者の指先に振動やキーの操作力の重さ（反力）を可変的に伝えることができる。
【００４８】
図１７の操作入力装置１１２は、確定キー２０の単独押し込みを可能とする。確定キー２０の押し込み検出のため、出力軸１２の変位と同一の変位をする突出部３１が、アクチュエータ５０のケースを下方に貫通している。また、導体の突出部３１、または導通のための表面処理をした突出部３１を設け、その下方に少なくとも２極の電極を配設する。これにより、確定キー２０の押し込みを検出できる。
【００４９】
図１８の操作入力装置１１３は、突出部３１の下方にドームバネ３２を配設し、確定キー２０単独にクリック機能を付加する。確定キー２０のみにクリック感を与える方法は、上述のどの方法でもよい。
【００５０】
図１９の操作入力装置１１４は、出力軸１２が確定キー２０の押し下げに伴って下方へ変位することにより、コイル５１とコア５３との位置関係が変化すると、コイル５１周辺の透磁率が変化するため、コイル５１の自己インダクタンスが変化する。コイル５１は、パルス信号を印加することにより、そのインダクタンスの変化に応じて、出力軸１２の変位量（すなわち、確定キー２０の変位量）に応じた信号波形を出力する。したがって、その信号波形を検出することによって、確定キー２０の変位量を算出できる。操作入力装置１１４は、コイル５１とコア５３との距離が近づくにつれて、コイル５１の自己インダクタンスが増加する構成である。制御回路９８又は検出回路９７（図４参照）は、コイル５１のインダクタンスの変化を検出することによって、確定キー２０の変位量に応じた信号を出力する。
【００５１】
次に、検出素子の具体例について説明する。
【００５２】
図２０の操作入力装置１１５は、方向キー１１の下面に固定され、方向キー１１の傾倒と同一の動きを伴う可動ヨーク６４Ｅ〜６４Ｈを備える。可動ヨーク６４Ｅ〜６４Ｈと対向する面に複数個のコイル６４Ａ〜６４Ｄを固定し、可動ヨーク６４Ｅ〜６４Ｈとコイル６４Ａ〜６４Ｄの距離が近づくことにより、コイル６４Ａ〜６４Ｄの自己インダクタンスが増加することを検出する。これにより、方向キー１１の任意の方向への押し下げ量と方向を検出する。コイル６４Ａ〜６４Ｄの自己インダクタンスを検出することにより、温度特性の変化抑制や電磁ノイズによる誤検出の抑制を可能とする。
【００５３】
図２１の操作入力装置１１６は、コイル周辺の透磁率を向上させるため、コイル下面に固定ヨーク６５を配設する。これにより、コイルの自己インダクタンス絶対値を増加させ、検出を容易且つ検出精度を向上できる。
【００５４】
図２２の操作入力装置１１７は、固定ヨーク６５において、コイルの中心に位置する部位を半抜き加工することにより、コア形状の段差部６６が形成されている。これにより、コイル周辺の透磁率を上げることができる。その結果、操作部１１の傾倒量に対してコイルのインダクタンスの変化量を増加させ、操作部１１の傾倒量の検出感度を向上できる。
【００５５】
図２３の操作入力装置１１８は、操作部１１と共に傾倒する可動ヨーク６４Ｅ〜６４Ｈにおいて、コイルの中心に位置する部位にコア形状が形成されている。これにより、コイル周辺の透磁率を上げることができる。その結果、操作部１１の傾倒量に対してコイルのインダクタンスの変化量を増加させ、操作部１１の傾倒量の検出感度を向上できる。
【００５６】
図２４の操作入力装置１１９は、操作部１１の下面に押し子６８Ｅ〜６８Ｈが配設されている。また、複数個のコイル６４Ａ〜６４Ｄがその略中心位置に押し子６８Ｅ〜６８Ｈと対向するように配設されている。また、コイル６４Ａ〜６４Ｄの各中心には、リターンバネ６９Ａ〜６９Ｄによって押し子６８Ｅ〜６８Ｈに接触し保持されているコア６７Ａ〜６７Ｄが配設される。
【００５７】
コア６７Ａ〜６７Ｄは、操作部１１の押し込み傾倒操作により押し子６８Ｅ〜６８Ｈにより下方に変位する。コア６７Ａ〜６７Ｄがコイル６４Ａ〜６４Ｄの外部へ変位することで、コイル６４Ａ〜６４Ｄの自己インダクタンスが減少する。そのインダクタンスの減少を検出することにより、操作部１１の任意の方向への押し下げ量とその押し下げ方向を検出できる。コイルの自己インダクタンスを検出することにより、温度特性の変化抑制や電磁ノイズによる誤検出の抑制を可能とすると共に、操作部１１に可動ヨークなどの重量物が取り付けられていないため、フィードバック力の操作者指先への伝達が鋭敏にできる。
【００５８】
図２５の操作入力装置１２０は、操作部１１の下面に電極が配設され、この電極と対向する下面に固定電極が少なくとも３個以上配設されている。操作部１１に配設された電極と各固定電極間に発生する静電容量を検出することで、操作部１１の任意の方向への押し下げ量とその押し下げ方向を検出できる。静電容量の絶対値を増加させるため、上下電極間に誘電率が空気より高い弾性体、例えばシリコンゴムなどを配設してもよい。この弾性体が操作部１１の押し下げ動作により変形すると、上下電極間の距離が近くなる。上下電極間の距離が近くなることで静電容量が増加する。電極は、基板上で形成できる所謂銅パターンなどで容易に構成できるため、構造が簡素にでき、コストの低減が可能である。
【００５９】
図２６の操作入力装置１２１は、操作部１１の下面の可動変形電極９５Ｅ〜９５Ｈが、操作部１１の中心側で固定されている。可動変形電極９５Ｅ〜９５Ｈの外周側は、固定電極９４Ａ〜９４Ｄに近接、又は接触させる。固定電極又は可動変形電極には、両電極の間隙側に、誘電率を高める高誘電材による膜９６Ａ〜９６Ｄ（例えばチタン酸バリウムなど）をコーティングしても良い。可動変形電極９５Ｅ〜９５Ｈの外周部は、図２７に示すように、操作部１１の押し込み傾倒量が増えるにつれて、固定電極９４Ａ〜９４Ｄと密着する面積が増加する。静電容量は電極間距離に反比例するため、電極間距離のみが変化すると傾倒量に対して検出感度の直線性が低い傾向となる。しかし、静電容量は電極の面積に比例するため、高誘電率膜を挟んで密着状態になる部位の面積が増大すると静電容量も増加する。本案では、密着状態の面積の増加に伴い、操作部１１の傾倒動作に対して検出感度の直線性が改善される。
【００６０】
図２８の操作入力装置１２２は、操作部１１の下面に導電性の弾性体９１Ｅ〜９１Ｈ（例えばカーボンなどを混合した導電性ゴム）が配設されている。弾性体９１Ｅ〜９１Ｈは、押し子の形状とし、固定部に接触すると変形して接触部位面積が増加する。導電性弾性体９１Ｅ〜９１Ｈと対向する下面に、抵抗膜により形成される固定電極９０Ａ〜９０Ｄが、導電性弾性体９１Ｅ〜９１Ｈと共に少なくとも３個以上配設される。図２９に示されるように、導電性弾性体９１Ｅ〜９１Ｈが操作部１１の押し下げ動作により変形し、固定電極９０Ａ〜９０Ｄとの接触面積や距離、接触箇所数が増加することで、抵抗膜による抵抗値の変化が検出可能となる。固定電極９０Ａ〜９０Ｄの抵抗値の変化を検出することで、操作部１１の任意の方向への押し下げ量とその押し下げ方向を検出できる。抵抗値の変化による検出であるため、静電容量やインダクタンスなどの物理量変化に比べ抵抗分圧により容易に電圧で変位を変換することが可能であり、Ａ／Ｄコンバータのみで容易に数値化できる。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。上述の実施例それぞれの各部の構成を組み合わせてもよい。
【００６２】
また、本発明の操作入力装置は、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、操作者が触れる面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１１  操作部
１２  シャフト（アクチュエータ出力軸）
１３  アクチュエータ
１４Ａ〜１４Ｈ  検出素子
１５  リターンバネ
１６  筐体
１６Ａ  蓋部
１６Ｂ，１６Ｄ  底部
１６Ｃ  側壁部
１７  押し子
１８  フランジ部
１９  孔
２０  確定キー
２１  胴部
２２  フランジ部
２３  押し子
２５  孔
２６  方向キー
３０（３０Ａ〜３０Ｄ）  電極
３１  突出部
３２  ドームバネ
３３，３４  与圧バネ
３５  フランジ部
４０  アクチュエータ
４１  固定ヨーク（ハウジング）
４２  コイル
４３  可動ヨーク
４４  与圧バネ
５０  アクチュエータ
５１  コイル
５３  コア
５４  ヨーク
５５  マグネット
５６  リターンバネ
６４Ａ〜６４Ｄ  コイル
６４Ｅ〜６４Ｈ  可動ヨーク
６５  固定ヨーク
６６  段差部
６７Ａ〜６７Ｄ  可動コア
６８Ｅ〜６８Ｈ  押し子
６９Ａ〜６９Ｄ  リターンバネ
９０Ａ〜９０Ｄ  抵抗膜
９１Ｅ〜９１Ｈ  導電性弾性体
９４Ａ〜９４Ｄ  固定電極
９４Ｅ〜９４Ｈ  可動電極
９５Ｅ〜９５Ｈ  可動変形電極
９６Ａ〜９６Ｄ  高誘電膜
９７  検出回路
９８  制御回路
１０１〜１２２  操作入力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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