(57)【要約】【課題】十分な摩擦制動力が適時得られるとともに制動時でも操作部材が安定し、操作性及び操作感に優れる入力装置を提供する。【解決手段】磁性体からなる操作部材(14)に制動力を与える摩擦部材は、電磁石(22)と一体に移動可能である。操作部材(14)を支持する支持部材(20)は、電磁石(22)が磁力を発生させたときに、操作部材(14)が電磁石(22)に向かって移動することを規制する。ホルダ(26)は、操作部材(14)に向かう方向にて進退自在に電磁石(22)を支持し、電磁石(22)が磁力を発生させたときに、電磁石(22)が操作部材(14)に引き寄せられるのに伴い摩擦部材と操作部材(14)との接触圧が上昇することを許容するとともに、電磁石(22)が操作部材(14)に引き寄せられているときに、操作部材(14)の動作方向への電磁石(22)の移動を規制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者の操作により動作する操作部材と、
前記操作部材を動作可能に支持する支持手段と、
電磁石及び摩擦部材を含み、前記操作部材に制動力を与える制動手段と、
前記電磁石を支持するホルダと、
前記電磁石の駆動制御を行う制御手段とを備える入力装置であって、
前記操作部材は磁性体からなり、
前記摩擦部材は前記電磁石と一体に移動可能に設けられ、
前記支持手段は、前記電磁石が磁力を発生させたときに、前記操作部材が前記電磁石に向かって移動することを規制し、
前記ホルダは、前記操作部材に向かう方向にて進退自在に前記電磁石を支持し、前記電磁石が磁力を発生させたときに、前記電磁石が前記操作部材に引き寄せられるのに伴い前記摩擦部材と前記操作部材との接触圧が上昇することを許容するとともに、前記電磁石が前記操作部材に引き寄せられているときに、前記操作部材の動作方向への前記電磁石の移動を規制する
ことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記電磁石は、前記進退方向に延びる筒形状の外周面を有し、
前記ホルダは、前記操作部材に向かう開口を規定するとともに前記電磁石の外周面に摺接する内周面を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記操作部材は球形状を有し、
前記支持手段は、前記操作部材を回転可能に支持する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記制動手段は、複数組の前記電磁石及び前記摩擦部材を含むことを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置に係わり、より詳しくは、操作部材に制動力を与えることにより、操作する者に操作感を与える入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、カーナビゲーションシステムやカーエアコンシステム等に適用される入力装置は、スライド、回転、又は、傾動させる操作部材を有し、操作部材の位置又は姿勢等に応じて、入力する命令が選択される。そして、入力装置には、操作部材に摩擦力による制動力を与え、操作する者に操作感を与えるものがある。
【０００３】
具体的には、特許文献１が開示するトラックボール装置は、操作部材としてトラックボールを有し、トラックボールは、支持部材の三点によって回転可能に支持されている。トラックボールの近傍には電磁石が配置され、トラックボールが電磁石に吸引される。この吸引力により、トラックボールと支持部材との間の摩擦力が変化し、トラックボールの回転操作力が変化する。
【０００４】
一方、特許文献２が開示する操作感触付与型トラックボール装置では、支持部材によって支持されたトラックボールに、アクチュエータによって、摩擦部材が押し当てられる。アクチュエータの駆動は制御部によって制御され、アクチュエータと摩擦部材との間の接触圧が変化させられる。この接触圧の変化により、トラックボールには制動力が与えられ、操作者は操作感触を得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７２３００号公報
【特許文献２】特開２００９−１２８９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１が開示するトラックボール装置では、トラックボールと支持部材の三点との間の摩擦力によって、操作部材に制動力が与えられるが、支持部材は、本来、トラックボールを円滑に回転可能に支持するものである。
このため、このトラックボール装置では、摩擦制動力が小さく、操作者の操作力によっては、操作部材を所望の位置又は姿勢に的確に案内することができない虞がある。また、操作者にメリハリの効いた操作感を与えるという観点からみたときにも、十分な摩擦制動力を得られない。
【０００７】
一方、特許文献２が開示する操作感触付与型トラックボール入力装置では、支持部材及び摩擦部材が別体にて設けられ、トラックボールに摩擦部材を押し当てることにより、十分な摩擦制動力が得られる。
【０００８】
しかしながら、この操作感触付与型トラックボールでは、アクチュエータが固定されており、摩擦部材を押し当てたとき、押し当てた方向にて、トラックボールが僅かではあるものの変位する。このトラックボールの変位が操作者に伝わると、操作者が違和感を覚えることがあるため、抑制することが望まれている。
また、このトラックボールの変位は、摩擦力の発生に僅かに遅れをもたらしており、制動力をより適時に与えて操作者の操作性を高めるという観点からも、抑制することが望まれている。
【０００９】
本発明は上記した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、十分な摩擦制動力が適時得られるとともに制動時でも操作部材が安定し、操作性及び操作感に優れる入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
【００１１】
解決手段１：本発明の一態様によれば、操作者の操作により動作する操作部材と、前記操作部材を動作可能に支持する支持手段と、電磁石及び摩擦部材を含み、前記操作部材に制動力を与える制動手段と、前記電磁石を支持するホルダと、前記電磁石の駆動制御を行う制御手段とを備える入力装置であって、前記操作部材は磁性体からなり、前記摩擦部材は前記電磁石と一体に移動可能に設けられ、前記支持手段は、前記電磁石が磁力を発生させたときに、前記操作部材が前記電磁石に向かって移動することを規制し、前記ホルダは、前記操作部材に向かう方向にて進退自在に前記電磁石を支持し、前記電磁石が磁力を発生させたときに、前記電磁石が前記操作部材に引き寄せられるのに伴い前記摩擦部材と前記操作部材との接触圧が上昇することを許容するとともに、前記電磁石が前記操作部材に引き寄せられているときに、前記操作部材の動作方向への前記電磁石の移動を規制することを特徴とする入力装置が提供される。
【００１２】
第１の解決手段の入力装置によれば、支持部材とは別体の摩擦部材が操作部材に接触することによって、大きな摩擦力が得られる。
一方、この入力装置では、摩擦部材が電磁石と一体に移動可能に設けられ、電磁石と操作部材との間に作用する磁力によって、電磁石が操作部材に引き寄せられる。磁力は、電磁石と操作部材との間の引力であり、斥力ではない。
【００１３】
このため、電磁石が操作部材に引き寄せられたときに、電磁石から離れる方向に操作部材を変位させる力は発生しない。従って、この入力装置によれば、十分な制動力が適時得られるとともに、制動時の操作部材の安定化が図られ、優れた操作性及び操作感が実現される。
【００１４】
解決手段２：好ましくは、前記電磁石は、前記進退方向に延びる筒形状の外周面を有し、前記ホルダは、前記操作部材に向かう開口を規定するとともに前記電磁石の外周面に摺接する内周面を有する。
第２の解決手段の入力装置では、電磁石の筒形状の外周面に対し、ホルダの内周面が摺接することによって、簡単な構成にて、電磁石が円滑に進退自在に支持される。
また、この入力装置では、電磁石の外周面とホルダの内周面とが当接することによって、操作部材の動作方向での電磁石の変位が規制される。このため、操作部材に対し、常に一定の位置で摩擦部材が当接し、安定した制動力が適時与えられる。この結果として、この入力装置は、更に優れた操作性を有する。
【００１５】
解決手段３：好ましくは、前記操作部材は球形状を有し、前記支持手段は、前記操作部材を回転可能に支持する。
第３の解決手段の入力装置によれば、操作部材が球形状を有し、非制動時には操作部材に円滑な回転動作が要求されていても、十分な制動力が適時得られるとともに、制動時の操作部材の安定化が図られ、優れた操作性及び操作感が実現される。
【００１６】
解決手段４：好ましくは、前記制動手段は、複数組の前記電磁石及び前記摩擦部材を含む。
第４の解決手段の入力装置によれば、複数の摩擦部材によって摩擦力を発生させることで、あらゆる方向での操作部材の回転に対し、的確に制動力が与えられる。このため、この入力装置によれば、不所望の操作部材の回転が制動時に確実に抑制される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、十分な摩擦制動力が適時得られるとともに制動時でも操作部材が安定し、操作性及び操作感に優れる入力装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態及び第２実施形態の入力装置を概略的に示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略的な断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う、電磁石近傍の概略的な部分断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略的な断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う、一方の電磁石近傍の概略的な部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の入力装置１０を概略的に示す平面図である。入力装置１０は、例えば略箱形状のハウジング１２、及び、ハウジング１２の一部に設けられた開口にて部分的に露出させられたトラックボール１４を有する。
【００２０】
トラックボール１４は、球形状の操作部材であり、例えば鉄等の磁性体からなる。操作者は、トラックボール１４を指先等で回転させることにより、回転方向及び回転量（回転速度）に応じた命令を外部装置に入力することができる。例えば、入力装置１０は、カーナビゲーションシステムに適用される。この場合、入力装置１０は車室内のセンターコンソールやインストルメントパネルに設置され、カーナビゲーションシステムの液晶パネル等からなる表示部における地図のスクロールや、カーソルの移動等に使用される。
【００２１】
図２は、図１のＩＩ―ＩＩ線に沿う概略的な断面図である。
ハウジング１２内には、種々の部材を適当に配置するために、マウント部材１６が配置されている。マウント部材１６は、トラックボール１４を受け容れる凹所を規定する略半球形状の凹面１８を有し、凹面１８には、トラックボール１４を支持する支持部材として、金属製又は樹脂製の例えば３つの球形部材２０が取り付けられている。球形部材２０は、平面でみて、正三角形の頂点に位置するように配置され、トラックボール１４の斜め下側に当接している。
【００２２】
また、マウント部材１６には、凹面１８に開口する凹部が設けられ、凹部内には、トラックボール１４の回転を検知するための検知手段として、例えば光学式のセンサ２１が配置されている。センサ２１は、トラックボール１４に向けて光を照射して反射光を検出し、検出結果に対応する検出信号を出力する。
【００２３】
更に、マウント部材１６には、電磁石２２を支持すべく、有底孔２４が設けられている。有底孔２４はトラックボール１４の中心に向かって開口し、この開口は、円筒形状の内周面２６の一端によって規定されている。内周面２６の軸線方向は、トラックボール１４の中心を通る径方向に一致している。
なお、有底孔２４の底には、マウント部材１６を貫通する貫通孔が開口しており、電磁石２２に電力を供給するための給電線２８が伸縮自在に貫通孔内を延びている。
【００２４】
電磁石２２は、図２とともに図３も参照すると、磁性体からなるコア３０を有し、コア３０は、有底円筒形状の外壁部３２と、外壁部３２の中心を同軸に延びる円柱部３４とを有する。外壁部３２の外周面は、有底孔２４の内周面２６に摺接しており、電磁石２２は、有底孔２４の内周面２６によって、トラックボール１４に向けて進退自在に支持されている。つまり有底孔２４の内周面２６及び底面は、電磁石２２を進退自在に支持するホルダとして機能している。
コア３０の円柱部３４の周りには管状に電線が巻回され、電線がソレノイド３６を構成している。なお、ソレノイド３６の電線の両端は、コア３０の底の中央から外部に引き出され、給電線２８に接続されている。
【００２５】
ここで、電磁石２２の外壁部３２及び円柱部３４の端面は、トラックボール１４の外周面の曲率に合致する凹面を規定している。従って、電磁石２２の外壁部３２及び円柱部３４の端面は、電磁石２２がトラックボール１４に引き寄せられたときに、トラックボール１４の外周面にそれぞれ密接に面接触可能である。つまり、本実施形態では、電磁石２２の外壁部３２及び円柱部３４の端面は、トラックボール１４に摺接させられる摩擦部材を構成している。
【００２６】
また、入力装置１０は、例えば、ＭＣＵ（マイクロプロセッサーユニット）によって構成される制御部３８を有している。
制御部３８には、センサ２１が出力した検出信号が入力され、制御部３８は、検出信号に基づいて、トラックボール１４の回転方向及び回転量を検知する。そして、検知したトラックボール１４の回転方向及び回転量を、カーナビゲーションシステムのメインコントローラに向けて出力する。
【００２７】
一方、制御部３８は、給電線２８を通じてソレノイド３６に電力を供給することによって、電磁石２２を励磁可能である。具体的には、円柱部３４の周りに電線が巻回されているので、円柱部３４の長手方向両端がＳ極及びＮ極になるよう励磁される。そして、制御部３８は、例えばデューティ比制御によって電力を調整することによって、電磁石２２の磁力を調整可能である。
また、制御部３８には、カーナビゲーションシステムのメインコントローラから、表示部の表示内容に関する情報が提供されている。これにより、制御部３８は、表示部の表示内容に合わせて、電磁石２２の磁力を調整可能である。
【００２８】
以下、上述した入力装置１０の動作について説明する。
操作者が指先等でトラックボール１４を操作して回転させると、トラックボール１４の回転に応じた検出信号をセンサ２１が出力する。そして、制御部３８は、検出信号に基づいてトラックボール１４の回転方向及び回転量を演算し、演算結果に対応する命令をカーナビゲーションシステムのメインコントローラに向けて出力する。メインコントローラは、入力された命令に基づいて所定の処理を実行し、実行した結果を表示部に表示する。
【００２９】
例えば、表示部に地図が表示されているときに、トラックボール１４が回転させられると、メインコントローラは、表示部の地図を回転方向及び回転量に応じてスクロールさせる。
また、表示部に命令入力ボタン及びカーソルが表示されているときに、トラックボール１４が回転させられると、メインコントローラは、カーソルを回転方向及び回転量に応じて移動させる。
【００３０】
そして、本実施形態では、制御部３８が、カーナビゲーションシステムの表示部の表示内容に応じて、電磁石２２の駆動制御、即ち、電力供給の開始・停止及び供給される電力の調整を行う。
例えば、制御部３８は、表示部の地図をスクロールさせているときには、電磁石２２に電力を供給しない。このため、トラックボール１４には球形部材２０との間の摺動抵抗以外、抵抗が作用せず、操作者は、トラックボール１４を自分の希望する回転方向及び回転量だけ自由に回転させることができる。
【００３１】
一方、制御部３８は、表示部に複数の命令入力ボタンが表示されているときには、カーソルを命令入力ボタン上に導くように、電磁石２２への電力供給を行う。具体的には、トラックボール１４の回転に伴い、カーソルが命令入力ボタン上を通過しようとすると、通過する直前に電磁石２２への電力供給を開始し、カーソルが命令入力ボタン上に来たときに最大の電力を供給する。
【００３２】
電磁石２２に電力が供給されると、電磁石２２が励磁されて磁力が発生する。電磁石２２の磁力は、磁性体からなるトラックボール１４と電磁石２２との間の引力として働く。トラックボール１４は、球形部材２０によって支持されているので、電磁石２２に向かって移動することは出来ず、電磁石２２が、有底孔２４の内周面２６に案内されながら、トラックボール１４に引き寄せられる。
【００３３】
電磁石２２が引き寄せられると、電磁石２２の端面を規定するコア２２の外壁部３２及び円柱部３４の端面が、トラックボール１４に当接し、トラックボール１４に摩擦抵抗による制動力が与えられる。摩擦抵抗は、トラックボール１４に対する電磁石２２の端面の接触圧に依存することから、制御部３８が供給電力を調整することで、制動力を調整することが可能である。なお、トラックボール１４に当接した電磁石２２は、電力供給を停止することによって、自重によってトラックボール１４から離れる。
【００３４】
このように本実施形態では、制動力が、表示部においてカーソルが命令入力ボタンを通過しようとすると発生させられ、カーソルが命令入力ボタン上に来たときに最大になる。
このため、操作者は、トラックボール１４を的確に回転させることができないような状況下でも、トラックボール１４に与えられる制動力に補助されて、カーソルを命令入力ボタン上に的確に移動させることができる。
【００３５】
かくして、上述した第１実施形態の入力装置１０では、球形部材２０とは別体に設けられた摩擦部材としての電磁石２２の端面がトラックボール１４に接触することによって、大きな摩擦力が得られる。
一方、この入力装置１０では、摩擦部材が電磁石２２と一体に移動可能に設けられ、電磁石２２とトラックボール１４との間に作用する磁力によって、電磁石２２がトラックボール１４に引き寄せられる。磁力は、電磁石２２とトラックボール１４との間の引力であり、斥力ではない。
【００３６】
このため、電磁石２２がトラックボール１４に引き寄せられたときに、電磁石２２から離れる方向にトラックボール１４を変位させる力は発生しない。従って、この入力装置１０によれば、十分な制動力が適時得られるとともに、制動時のトラックボール１４の安定化が図られ、優れた操作性及び操作感が実現される。
【００３７】
そして、上述した第１実施形態の入力装置１０では、電磁石２２の筒形状の外周面に対し、電磁石２２を支持するホルダとしての有底孔２４の内周面２６が摺接することによって、簡単な構成にて、電磁石２２が円滑に進退自在に支持される。
また、この入力装置１０では、電磁石２２の外周面と有底孔２４の内周面２６とが当接することによって、トラックボール１４の回転方向での電磁石２２の変位が規制される。このため、トラックボール１４に対し、常に一定の位置で電磁石２２の端面が当接し、安定した制動力が適時与えられる。この結果として、この入力装置１０は、更に優れた操作性を有する。
【００３８】
更に、上述した第１実施形態の入力装置１０によれば、操作部材が球形状のトラックボール１４であり、非制動時にはトラックボール１４に円滑な回転動作が要求されていても、十分な制動力が適時得られるとともに、制動時のトラックボール１４の安定化が図られ、優れた操作性及び操作感が実現される。
【００３９】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の入力装置５０について説明する。なお、第１実施形態の入力装置１０と同一又は類似の構成については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
入力装置５０は、トラックボール１４に対して、異なる位置にて当接可能な２つの電磁石２２を有する。従って、マウント部材１６には、２つのホルダが設けられている。
【００４０】
電磁石２２のコア３０は、外壁部３２の端部に一体に形成されたフランジ部５２を有する。平面でみたとき、フランジ部５２の外形形状は円形状ではなく、１８０度の回転対称性を有する略トラック形状又は略オーバル形状である。
フランジ部５２に対応して、電磁石２２の収納部としての孔５４は、有底孔である必要はない。孔５４の内周面には、フランジ部５２を進退自在に受け入れ、且つ、フランジ部５２の回転を規制する凹みが形成され、内周面５６は段付きの円筒形状を有している。従って、入力装置５０では、有底孔２４の底面の代わりに、内周面５６の段差面が、非励磁時の電磁石２２の位置を規定している。
【００４１】
その上、電磁石２２のトラックボール１４側の端面は、外壁部３２及び円柱部３４の平坦な端面によって規定されている。
上述した第２実施形態の入力装置５０では、電磁石２２の端面によって規定される複数の摩擦部材によって摩擦力を発生させることで、あらゆる方向でのトラックボール１４の回転に対し、的確に制動力が与えられる。このため、この入力装置５０によれば、不所望のトラックボール１４の回転が制動時に確実に抑制される。
また、上述した第２実施形態の入力装置５０では、フランジ部５２が孔５４の内周面５６に当接することによって、孔５４内での電磁石２２の回転が防止される。
【００４２】
本発明は、上述した第１実施形態及び第２実施形態に限定されることはなく、第１実施形態及び第２実施形態を適宜組み合わせた形態や、第１実施形態及び第２実施形態に適宜変更を加えた形態も含む。
例えば、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、操作部材は球形状を有し、回転動作可能に支持されていたが、操作部材は、スライド又は傾動する棒形状を有していてもよく、或いは、一軸周りに回転させられる円柱形状を有していてもよい。
【００４３】
つまり、入力装置は、トラックボール装置に限定されることはなく、そして、操作部材の種類に応じて、操作部材の支持部材や、操作部材の動作を検知するセンサも適宜選択される。
また、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、電磁石２２のコア３０の端面が摩擦部材としての機能を有していたが、コア３０の端面に別体の摩擦部材を固定してもよい。
【００４４】
その他、図示とともに説明した各部材の形状や配置はいずれも好ましい例であり、本発明の実施に際してこれらを適宜変更可能である。
最後に、本発明はカーナビゲーションシステムの入力装置に好適であるが、これ以外のカーオーディオ、カーエアコンシステム、及び、パーソナルコンピュータ等の外部機器にも適用可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，５０              入力装置
１２                    ハウジング
１４                    トラックボール（操作部材）
１６                    マウント部材
１８                    凹所
２０                    球形部材（支持部材）
２２                    電磁石
２４                    有底孔
２６                    内周面（ホルダ）
２８                    給電線
３０                    コア
３２                    外壁部
３４                    円柱部
３６                    ソレノイド
３８                    制御部
【図１】
2011192099.tif 000003
【図２】
2011192099.tif 000004
【図３】
2011192099.tif 000005
【図４】
2011192099.tif 000006
【図５】
2011192099.tif 000007