(57)【要約】【課題】回転操作を含む複数種類の操作が同じ磁気センサで検出できる複合操作型入力装置を提供すること。【解決手段】複合操作型入力装置１は、回転軸４が一体化されている操作体２と、操作体２にその周方向に沿って等間隔な配置で設けられた複数の永久磁石３と、回転軸４を軸支している枠体５と、枠体５の揺動軸５ａを軸支しているスライダ６と、スライダ６を上下動可能に支持しているホルダ７と、回転軸４に固定されたカム部材９と、回転操作時にカム部材９に係脱すると共に非操作時の操作体２を間欠的な回転位置に保持する鋼球１０と、永久磁石３の磁界強度を検出する磁気抵抗素子１３と、磁気抵抗素子１３の出力信号に基づいて操作体２の操作状態を判定する判定部１８等を備えている。操作体２は回転操作と押圧操作と揺動操作とを任意に行うことができ、各操作に応じた信号が磁気抵抗素子１３で検出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも回転操作可能であり、かつ回転軸線と直交する向きに押圧操作可能および／または回転軸線を傾ける向きに揺動操作可能に支持された操作体と、この操作体にその周方向に沿って等間隔に設けられた複数の永久磁石と、前記操作体と一体的に回転してクリック感を生起すると共に非操作時の該操作体を間欠的な回転位置に保持する節度手段と、前記操作体の近傍に設置されて前記永久磁石の磁界強度を検出する磁気センサと、この磁気センサの出力する信号に基づいて前記操作体の操作状態を判定する判定手段とを備えていることを特徴とする複合操作型入力装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記操作体が間欠的な回転位置に保持されているとき、この操作体を回転操作すると前記磁気センサの出力が低下するように該磁気センサと前記永久磁石との相対位置関係を設定したことを特徴とする複合操作型入力装置。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記磁気センサが同一の前記永久磁石の磁界強度を互いに異なる位置で検出可能な複数のセンシング部を有することを特徴とする複合操作型入力装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記操作体の前記押圧操作時に前記永久磁石が前記磁気センサに最も近接するようにしたことを特徴とする複合操作型入力装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記永久磁石が前記操作体の前記揺動操作時の揺動中心に対していずれか一方の揺動方向へ偏った位置に配設されていることを特徴とする複合操作型入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界強度の変化を検出することによって操作体の回転操作情報等が入力可能な無接点方式の入力装置に係り、特に、回転操作だけでなく押圧操作や揺動操作も行えるようにした複合操作型入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサを用いた無接点方式の入力装置は、接点部の摩耗がないため長期に亘って高信頼性を維持できるという利点があり、また、光センサを用いた無接点方式の入力装置と比べた場合にも、コスト面で有利であるという利点を有している。
【０００３】
このような磁気センサを用いた入力装置の従来技術としては、回転円板の外周部にＮ極とＳ極を周方向に沿って交互に配列しておき、この回転円板の近傍で該外周部と対向する位置に磁気抵抗素子を設置することによって、回転円板の回転量や回転方向が検出できるようにした回転操作型スイッチが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、他の従来技術として、操作ユニットの揺動を永久磁石とホール素子の相対位置変化によって検出できるようにした揺動計量装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１０８６８９号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】登実−３１０９１６３号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年は入力装置の多機能化が一般化しつつあるが、磁気センサを用いた無接点方式の入力装置においては、複数種類の操作を同じ磁気センサによって検出するという装置は提案されていなかった。すなわち、回転操作だけでなく揺動操作等の他の操作も同じ磁気センサで検出できるようになっていると、簡素かつ安価な構成で多機能な無接点方式の入力装置が得られるため、その実用的価値は極めて高くなる。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転操作を含む複数種類の操作を同じ磁気センサで検出できる複合操作型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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の複合操作型入力装置では、少なくとも回転操作可能であり、かつ回転軸線と直交する向きに押圧操作可能および／または回転軸線を傾ける向きに揺動操作可能に支持された操作体と、この操作体にその周方向に沿って等間隔に設けられた複数の永久磁石と、前記操作体と一体的に回転してクリック感を生起すると共に非操作時の該操作体を間欠的な回転位置に保持する節度手段と、前記操作体の近傍に設置されて前記永久磁石の磁界強度を検出する磁気センサと、この磁気センサの出力する信号に基づいて前記操作体の操作状態を判定する判定手段とを備えている構成とした。
【０００７】
このような構成の複合操作型入力装置において、操作体が回転操作されると、複数の永久磁石が順次磁気センサに近接してから離反していくため、回転角度に応じて磁気センサから正弦波形状の信号を出力させることができる。また、操作体がその回転軸線と直交する向きに押圧操作された場合には、永久磁石を磁気センサに極めて近接させて大きな磁界強度を検出させることができる。また、操作体がその回転軸線を傾ける向きに揺動操作された場合には、揺動角度や揺動方向に応じて回転操作時とは異なる波形の信号が磁気センサから出力される。したがって、同じ磁気センサを用いて、操作体の回転操作だけでなく押圧操作や揺動操作も検出可能となる。
【０００８】
上記の構成において、節度手段によって操作体が間欠的な回転位置に保持されているとき、この操作体を回転操作すると磁気センサの出力が低下するように該磁気センサと永久磁石との相対位置関係が設定されていると、つまり回転操作時に磁気センサの出力が最大となる状態が非操作状態と同じになるように設定されていると、回転操作を押圧操作や揺動操作と区別する判定が容易になると共に、押圧操作時や揺動操作時に磁気センサから大きな出力が得やすくなるため好ましい。
【０００９】
また、上記の構成において、磁気センサが同一の永久磁石の磁界強度を互いに異なる位置で検出可能な複数のセンシング部を有していると、回転操作時における回転方向の判定や揺動操作時における揺動方向の判定が容易になるため好ましい。
【００１０】
また、上記の構成において、操作体の押圧操作時に永久磁石が磁気センサに最も近接するようにしてあると、押圧操作の判定が容易になるため好ましい。
【００１１】
また、上記の構成において、永久磁石が操作体の揺動操作時の揺動中心に対していずれか一方の揺動方向へ偏った位置に配設されていると、揺動操作時における揺動方向の判定が容易になるため好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の複合操作型入力装置は、操作体が回転操作されたとき、回転角度に応じて磁気センサから正弦波形状の信号を出力させることができる。また、操作体がその回転軸線と直交する向きに押圧操作された場合には、永久磁石を磁気センサに極めて近接させて大きな磁界強度を検出させることができ、操作体がその回転軸線を傾ける向きに揺動操作された場合には、揺動角度や揺動方向に応じて回転操作時とは異なる波形の信号が磁気センサから出力される。したがって、同じ磁気センサを用いて、操作体の回転操作だけでなく押圧操作や揺動操作も検出可能となり、簡素かつ安価な構成で多機能な無接点方式の入力装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る複合操作型入力装置の側面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は図２のIV−IV線に沿う断面図、図５は該入力装置が装着されたステアリングホイールの一部を示す正面図、図６は該入力装置の信号処理回路を示すブロック図、図７は該入力装置に用いられた磁気センサのセンシング部を示す平面図、図８は該入力装置の押圧操作時の動作説明図、図９は該入力装置の揺動操作時の動作説明図である。
【００１４】
本実施形態例に係る複合操作型入力装置１は、例えばエアコンの風量風向調整やオーディオ機器の音量音質調整等の入力手段として用いらるものであり、図５に示すように、自動車のステアリングホイール２０のスポーク部２１の内部に収納されている。スポーク部２１には開口２２ａを有するベゼル２２が取り付けられており、複合操作型入力装置１の操作体２が開口２２ａから露出して操作者（運転者）の親指等で操作できるようになっている。
【００１５】
図１〜図４に示すように、複合操作型入力装置１は、略円板状で中央部に円筒部２ａが形成された操作体２と、円筒部２ａの外周面に分散して配設された複数の永久磁石３と、円筒部２ａ内に圧入・固定された回転軸４と、操作体２を所定幅に亘って包囲して一対の揺動軸５ａを有すると共に回転軸４の両端部を軸支している枠体５と、各揺動軸５ａを軸支して枠体５を揺動可能に支持している一対のスライダ６と、各スライダ６を上下動可能に支持している一対のホルダ７と、各ホルダ７内に設置されて各スライダ６を搭載している一対のラバードーム８と、回転軸４の一端に外嵌されたカム部材９と、カム部材９と枠体５の受け部５ｂとの間に介設された鋼球１０およびコイルばね１１と、コネクタ１２ａ，１２ｂを介して回路基板１４上に実装された磁気抵抗素子（磁気センサ）１３と、磁気抵抗素子１３から出力された信号を処理して外部機器２３へ出力する制御回路１５（図６参照）とによって主に構成されている。
【００１６】
操作体２は回転軸４を介して枠体５に回転可能に支持されており、回転軸４は円筒部２ａを貫通している。また、操作体２の径方向両端部と対向する枠体５の２箇所から一対の揺動軸５ａを外方へ突出させ、各揺動軸５ａの突出方向を回転軸４の軸線方向と直交させてあるため、操作体２は枠体５を介して一対のスライダ６に揺動可能に支持されている。つまり、操作体２は図２の紙面と平行な面内で回転軸４を傾ける向きに揺動可能となっており、図中の符号Ｐはその揺動中心を示している。また、ラバードーム８に搭載されたスライダ６が回路基板１４上で上下動可能なため、操作体２は枠体５およびスライダ６を介してホルダ７やラバードーム８に上下動可能に支持されている。
【００１７】
複数の永久磁石３は操作体２の円筒部２ａの外周面に固定されている。これらの永久磁石３は操作体２の周方向に沿って等間隔に配置されており、隣接する永久磁石３どうしの間は磁石不在部１６となっている。各永久磁石３は、円筒部２ａの長さ方向（回転軸４の軸線方向）に沿って一端側がＮ極で他端側がＳ極となるように着磁されている。また、図２や図９に示すように、各永久磁石３は操作体２の揺動中心Ｐに対して一方の揺動方向へ偏った位置に配設されている。
【００１８】
磁気センサとして用いられた磁気抵抗素子１３は、永久磁石３の磁界強度を検出するためのものである。この磁気抵抗素子１３は操作体２の円筒部２ａの近傍に設置されて、永久磁石３と至近距離で対向できるようになっている。また、図７に示すように、磁気抵抗素子１３には第１のセンシング部１３ａと第２のセンシング部１３ｂとが設けられており、各センシング部１３ａ，１３ｂが同一の永久磁石３の磁界強度を互いに異なる位置で検出するようになっている。つまり、両センシング部１３ａ，１３ｂの取付位置は、図２の左右方向（回転軸４の軸線方向）と図３の左右方向（揺動軸５ａの突出方向）にそれぞれ若干量ずらしてあり、第１のセンシング部１３ａの方が第２のセンシング部１３ｂよりも揺動中心Ｐに近く、かつ操作体２の回転時には各センシング部１３ａ，１３ｂの検出信号に位相差が生じるようになっている。
【００１９】
カム部材９の外周面には等間隔に凹溝９ａが形成されている。このカム部材９は回転軸４と一体的に回転し、鋼球１０はコイルばね１１によってカム部材９に常時弾接している。そのため回転軸４が回転駆動されると、鋼球１０がカム部材９の凹溝９ａに係脱してクリック感が生起される。これらのカム部材９と鋼球１０およびコイルばね１１は、この入力装置１の節度手段を構成している。凹溝９ａの総数と永久磁石３の総数は等しく、鋼球１０が凹溝９ａに係合しているときには必ず、図７に示すように永久磁石３が磁気抵抗素子１３の第１のセンシング部１３ａと正対するように設定されている。また、カム部材９の外周面は滑らかな波形に形成されているため、非操作時には必ず鋼球１０が凹溝９ａに係合して回転軸４の回転動作が規制された状態になっている。つまり、非操作時の操作体２は該節度手段によって間欠的な回転位置に保持されている。
【００２０】
図６に示すように、制御回路１５は、磁気抵抗素子１３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１７と、Ａ／Ｄ変換部１７から出力されたデジタル信号に基づいて操作体２の操作状態を判定する判定部１８と、判定部１８から出力された判定結果を外部機器２３へ出力する出力部１９とを備えている。
【００２１】
このように構成された複合操作型入力装置１は、ベゼル２２の開口２２ａから露出する操作体２に操作者が親指等を押し当てて回転操作と押圧操作と揺動操作とが任意に行えるようになっている。そして、各操作に応じた信号が磁気抵抗素子１３から出力されるため、操作体２の操作状態が判定部１８で判定されて外部機器２３を操作内容に応じて制御することができる。例えば、操作体２が回転操作されると、複数の永久磁石３が磁気抵抗素子１３に順次近接してから離反していくため、磁気抵抗素子１３の検出する磁界強度が回転角度に応じて変化し、各センシング部１３ａ，１３ｂから位相のずれた正弦波形状の信号を取り出すことができる。それゆえ、磁気抵抗素子１３の出力信号に基づいて、操作体２の回転量と回転方向を検出することができる。また、かかる回転操作時に鋼球１０がカム部材９の凹溝９ａに係脱してクリック感が生起されるため、このクリック感によって操作者は回転量を概略把握することができる。なお、非操作時には永久磁石３が磁気抵抗素子１３の第１のセンシング部１３ａと正対しているため、回転操作が開始された直後は、第１のセンシング部１３ａが検出する磁界強度は正逆いずれの回転であっても徐々に低下し、第２のセンシング部１３ｂが検出する磁界強度は回転方向に応じて増加または低下する。
【００２２】
また、非操作状態にある操作体２が回転軸４の軸線方向と直交する下向きに所定ストローク押圧操作されると、図８に示すように、磁気抵抗素子１３上の永久磁石３が第１および第２のセンシング部１３ａ，１３ｂに極めて近接するため、両センシング部１３ａ，１３ｂは非操作時に比してはるかに大きな磁界強度を検出することになる。それゆえ、磁気抵抗素子１３の出力信号に基づいて、操作体２が押圧操作されたことを検出することができる。
【００２３】
また、図９（ａ），（ｂ）に示すように、非操作状態にある操作体２が揺動操作されると、磁気抵抗素子１３上の永久磁石３と各センシング部１３ａ，１３ｂとの相対位置が揺動角度や揺動方向に応じて変化する。例えば、操作体２が図９（ａ）に示すように揺動操作されると、磁気抵抗素子１３上の永久磁石３と各センシング部１３ａ，１３ｂとの間隔が狭まるが、揺動中心Ｐまでの距離が異なるため、第１のセンシング部１３ａよりも第２のセンシング部１３ｂの方が磁界強度の増加は顕著となる。これとは逆に、操作体２が図９（ｂ）に示すように揺動操作された場合には、第１のセンシング部１３ａよりも第２のセンシング部１３ｂの方が磁界強度の低減は顕著となる。それゆえ、磁気抵抗素子１３の出力信号に基づいて、操作体２が揺動操作されたことを揺動方向と共に検出することができる。
【００２４】
なお、磁気抵抗素子１３から制御回路１５へ出力される信号は、回転操作時と押圧操作時と揺動操作時とで全て異なるため、判定部１８において各操作を明確に区別することができる。また、磁気抵抗素子１３の出力値が非操作時における基準値から所定範囲内にあるときには、操作体２に対する操作量が不十分であると判定することによって、各操作が中断されたり確実に行われなかった場合の誤検出を防止することができる。
【００２５】
このように本実施形態例によれば、操作体２の回転操作と押圧操作と揺動操作とを同じ磁気抵抗素子１３によって検出することができるので、簡素かつ安価な構成で多機能な無接点方式の複合操作型入力装置１が実現されている。また、この複合操作型入力装置１は、操作体２に一体化されたカム部材９の凹溝９ａに鋼球１０を係脱させるという節度手段を備えており、回転操作時に磁気抵抗素子１３の出力が最大となる状態が非操作状態と同じになるように設定されているため、回転操作を押圧操作や揺動操作と区別する判定が容易であると共に、押圧操作時や揺動操作時に磁気抵抗素子１３から大きな出力が得やすくなっている。
【００２６】
また、本実施形態例にあっては、磁気センサである磁気抵抗素子１３が同一の永久磁石３の磁界強度を互いに異なる位置で検出可能な第１および第２のセンシング部１３ａ，１３ｂを有しているため、回転操作時における回転方向の判定や揺動操作時における揺動方向の判定が容易になっている。しかも、操作体３の揺動中心Ｐに対して各永久磁石３が一方の揺動方向へ偏った位置に配設されているため、この点でも揺動操作時における揺動方向の判定が容易になっている。
【００２７】
なお、上記実施形態例では、回転操作に加えて押圧操作と揺動操作とが行える複合操作型入力装置について説明したが、回転操作と押圧操作のみか可能な入力装置や、回転操作と揺動操作のみが可能な入力装置であってもよく、揺動方向が一方向だけであってもよい。また、操作体２の円周方向に沿って各永久磁石３の両端が着磁されている構成にしたり、操作体２の下端部と対向する位置に磁気抵抗素子１３を設置する構成にしてもよく、磁気抵抗素子以外の磁気センサを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態例に係る複合操作型入力装置の側面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】該入力装置が装着されたステアリングホイールの一部を示す正面図である。
【図６】該入力装置の信号処理回路を示すブロック図である。
【図７】該入力装置に用いられた磁気センサのセンシング部を示す平面図である。
【図８】該入力装置の押圧操作時の動作説明図である。
【図９】該入力装置の揺動操作時の動作説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  複合操作型入力装置
２  操作体
３  永久磁石
４  回転軸
５  枠体
５ａ  揺動軸
６  スライダ
７  ホルダ
８  ラバードーム
９  カム部材（節度手段）
１０  鋼球（節度手段）
１１  コイルばね（節度手段）
１３  磁気抵抗素子（磁気センサ）
１３ａ，１３ｂ  センシング部
１５  制御回路
１８  判定部（判定手段）
Ｐ  揺動中心
【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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