電気機器用操作ユニット

本特許出願は2014年7月22日出願の独国特許出願第102014214262.8号の優先権を主張する。独国特許出願第102014214262.8号の内容は本出願において参照することにより本特許出願の主題に援用される。

本発明は電気機器用操作ユニット、特に暖房システム、換気システム、及び/又は空調システム等の車両部品用操作ユニットに関する。

車両部品用操作ユニットの技術分野において特に、操作要素が操作時に比較的短い経路に沿って単に押下げられるような操作の構想がますます重要になってきている。操作ユニットを作動させる人に対してその操作ユニットが特定の仕方で正確に作動していることを知らせるために、触覚フィードバックが与えられる。これは操作要素が強制振動の動きをする形態を取る。この種の操作要素は力覚システム/力覚フィードバックシステムとも呼ばれる。というのも一方でそれらはその作動力又は最小限の作動力の超過を検出し、他方でそれらは力を操作要素に加えたときに対応するフィードバックを生成するからである。

かようなシステムは独国特許出願公開第10 2011 106 051(A)号、独国特許出願公開第10 2008 058 568(A)号、及び独国特許出願公開第10 2011 082 143(A)号に開示される。

かようなシステムを実現するにあたり困難な事柄は、操作要素の支持が比較的複雑なことである。なぜならば、一方で操作要素において働く作動力をその操作要素の作動を検出できるように捉える必要があり、他方で操作要素を触覚フィードバックを行うために可動な仕方で支持する必要があるからである。

独国特許出願公開第10 2011 106 051(A)号

独国特許出願公開第10 2008 058 568(A)号

独国特許出願公開第10 2011 082 143(A)号

本発明は、電気機器用操作ユニット、特に暖房、換気、及び/又は空調システム等の車両部品用操作ユニットを、単純化された機械的設計で提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は電気機器用操作ユニット、特に暖房システム、換気システム、及び/又は空調システム等の車両部品用操作ユニットであって、当該操作ユニットは、作動方向に押下げ可能な操作要素と、上記操作要素に機械的に結合された支持要素であって、上記操作要素が上記支持要素上で上記操作方向に移動可能なように弾性に支持される、支持要素と、上記操作要素が押下げられるときに上記操作要素の動きを検出し、及び/又は上記操作要素に加えられた力を検出するセンサと、上記操作要素を動かすアクチュエータと、上記センサ及び上記アクチュエータに接続された評価/駆動ユニットであって、上記センサによって検出される上記操作要素の押下げ移動の際及び/又は上記操作要素へ力を加える際に、上記アクチュエータを駆動する、評価/駆動ユニットと、を備え、上記支持要素は上記操作要素の作動方向に対して横断方向に延びる1以上の移動方向に上記アクチュエータによって移動されるように構成される。

本発明では、操作要素が所定の仕方で正確に作動しているとき、アクチュエータは操作要素を横方向、すなわち操作要素が移動する方向に対して略直交する方向に移動させる。この移動は振動であってよい。操作要素自体は操作要素の作動方向に押下げされるように構成され、支持要素の上で弾性に支持される。センサは、位置検出又は力検出のいずれかによって上記操作要素の作動を検出する。センサは評価/駆動ユニットに出力信号を送る。評価/駆動ユニットにおいては、例えば所定値の計測信号が届いているので、操作要素が特定の仕方で正確に作動していることが検出される。このとき、アクチュエータは横方向、すなわち作動方向に対して横断方向に操作要素を動かすことができる。この状況において、アクチュエータは操作要素に直接作用するか、又は支持要素に作用することが可能である。支持要素は操作要素と機械的に結合していることで、横移動の間、結果として操作要素と協働するからである。

本発明の構想は、操作要素表面に対して垂直に、すなわち操作要素の操作区域に対して(最小限の)作動力(力覚)を与えることで操作要素を作動させ、その結果として横方向、すなわち作動力が働く方向に対して直交する方向、換言すれば操作要素の操作面に略延在する方向において、操作要素の動きが加速されることによって作動するフィードバック(力フィードバック)を得て、そうすることで操作要素の作動がハプティック及び触覚という仕方で操作者に通知されるというところに本質がある。

操作要素の支持は支持要素に比して作動方向及びその反対方向に弾性的である。ここでこの支持は、アクチュエータが操作要素を横移動させるまでは、操作要素の横方向への動きに対して剛直であるべきである。さらに本発明の操作ユニットは操作要素について遊びのない弾性支持を用いて、操作要素の押下げ方向において力/位置を検出し、かつ操作要素の移動方向に対して横断方向の操作要素の横移動によって生じる作動の触覚フィードバックを得る。

本発明のさらなる有利な実施形態によれば、上記支持要素は少なくとも2つの支持アーム上で支持され、上記少なくとも2つの支持アームは当接要素から上方に突出しかつ上記操作要素の作動方向に延在して配置され、上記アクチュエータによる上記支持要素の移動のために、上記支持アームは各々それら端部の両方のところで、特に弾性に可動な仕方で、上記支持要素及び上記当接要素に接続されていることが提供可能である。支持アームを介して支持要素が当接要素に載置され、この支持アームは操作要素の作動方向に延在するので、支持要素は寸法に対して固定された仕方で支持される。

各支持アームはZ字形又はU字形の設計でありかつ中間部及び2つの締結部を備え、上記中間部は上記操作要素作動方向に延在して配置され、上記2つの締結部は各々上記中間部の異なる端部から上記中間部に対して直角に、かつ互いに対して同一方向又は反対方向に突出し、上記締結部の1つは上記支持要素に接続され、上記締結部のもう1つは上記当接要素に接続され、上記中間部と上記締結部の各々との間にあるコーナー領域における各支持アームは可撓性を有した設計となっており、上記支持アームの中間部及び締結部の隣接領域に対して厚み及び/又は幅が低減される場合、特に有利であり得る。上述したように、支持要素の繋がりは横方向に可動であるべきであるが作動方向においては所定位置で固定されるべきである。すなわち端部は一方で支持要素に接続され他方で当接要素に接続される。換言すれば、端部は作動方向に対して横方向に所定の可撓性を有する。このことは操作要素の作動方向に延在する中間部を含む各支持アームの設計によって特に簡素な構築方法において達成される。その構築方法は中間部の両端部が中間部に対して特に直角に両端部から延びる締結部を有するというものである。

締結部は中間部から共通の側に向かって延びてよく、この場合支持アームは略U字形を有する。他方で締結部は中間部から互いに反対側に向かって突出してよく、この場合支持アームはZ字形を有する。いずれの場合にも、中間部と締結部との間の遷移領域は可撓性を有した設計であって支持アームのせん断の動き、換言すれば両側に向かって中間部分が少なくともわずかに傾斜する動きを許容することが重要である。本発明の好適な実施形態によれば、中間部と2つの締結部の各々との間のコーナー領域における一体成形状ヒンジ状の設計によって達成される。かような可撓性設計によりコーナー領域又はその隣接領域における支持アームの厚み及び/又は幅の低減を実現できる。

さらに、支持アームの各コーナー領域は内側表面及び外側表面を備え、上記内側表面及び外側表面の各々は各々2つの相互に直角の表面部を備え、上記内側表面並びに/又は外側表面は溝状凹部を備え、及び/又は上記内側表面の2つの表面部並びに/又は上記外側表面の2つの表面部が互いに境を接している接続領域は溝状凹部を備え、上記溝状凹部は上記内側表面上又は上記外側表面上、或いは上記外側表面にかつ上記内側表面の上記接続領域に対向して配置されることは有利であり得る。

Z字形又はU字形の支持要素以外に、作動方向に対して高い剛性を有しかつ作動方向に対する横断方向に対して可撓性を有する、操作要素及び当接要素に接合される要素から構成されてもよい。

支持アームが可塑性材料を含むことは有利である。しかしながら中間部と締結部との間のコーナー領域において支持アームが弾性移動可能であることを許容する限りにおいて他の材料もまた支持アームに用いられてよい。かような弾性により、支持アームの中間部が横へゆがんだ(操作要素が作動したときの触覚フィードバックとしての操作要素の横移動)後、初期位置に自動的に戻り、ここで中間部は操作要素の作動方向に再び延在することとなり、支持要素を固定して支持することを保証する。このことはさらに操作要素を作動する(作動方向へ力を加える)時の操作についてのハプティック挙動にとって有利である。これに関連して、ダンピング要素を提供し、アクチュエータが停止した後に操作要素の動きが弱まりつつあるときに当該アクチュエータによって生じた動きを減衰することは有利であり得る。

このダンピング要素又は対応するダンピング性能を有する支持要素は、アクチュエータが停止したときに行き過ぎることなく操作要素の横移動、特に振動の動きを減衰するように動作することが理想的である。

操作要素の押下げを検出、又は操作要素に力が加えられたことを検出するためのセンサとして、容量的、誘導的、オーム的、又は光学的に動作するセンサが用いられてよい。操作要素の支持要素と容量的、誘導的、又は機械的に動作接続されているアクチュエータについても同様の選択肢が存在し得る。

本発明の更なる有利な実施形態によれば、上記センサは上記操作要素が作動されたこと及び/又は上記操作要素へ力が加えられたことを検出するための少なくとも2つのセンサ要素を備え、上記評価/駆動ユニットにおいて、上記操作要素を押下げるために上記操作要素の操作面上へ力を加える場所が、上記2つのセンサ要素によって伝えられた信号に基づいて検出可能であり、又は上記操作要素は上記操作要素上のタッチ位置並びに/又は上記操作要素を押下げるための力が加えられたことを検出するためのタッチ式操作面を備えることが可能である。このように、これら2つの代替解決法のいずれかを用いることで、操作要素の操作面上のタッチ/作動の位置を検出できる。ここで操作面は複数の操作シンボルを通常含み、操作シンボル(例えば操作要素が作動された際の手指等)が操作面上に置かれていることを自動的に検出可能である。

本発明に係る操作ユニットの利点は以下のように要約可能である。操作要素が懸架される際のばね定数は作動方向(すなわち操作要素の表面及び操作要素の操作面に対して垂直の方向)に規定され、とりわけ作動方向に対して横方向において当該システムの弾性とは分離される。当該ばね定数は作動方向において遊びがない。ばね定数を距離測定と共に用いることで、作動力を決定可能である(これに関連して、独国特許出願公開第10 2013 225 436.9号及び独国特許出願公開第10 2013 225 463.6号を参照。両出願ともに出願日は2013年12月10日であり、それらの内容は本出願において参照することにより本特許出願の主題に援用される。)アクチュエータは1以上の横方向に操作要素を動かし、加速する。アクチュエータの作動方向におけるばね定数は操作要素の支持アームを介して支持要素のせん断力に従った支持によって規定される。 このばね定数は特にアクチュエータが作動する方向において遊びがない。操作要素の支持アームはアクチュエータが作動する方向に操作要素がほぼ並行に動くことを許容する。懸架はアクチュエータが作動する方向において弾性に弾力的である一方、操作要素が作動したときに力が加えられた方向(作動方向)に対しては比較的剛直であり、その結果、力検出としての役割もさらに果たし得る操作要素の押下げの間の距離測定は影響を全く被らないか、被ったとしてもほんの僅かである。上述の2つのばね定数は互いに独立して調整可能である。両方のばねは安静位置にて負荷をかけられていないように設計可能である。アクチュエータによる操作要素の動きはダンピング要素によって減衰可能である。アクチュエータによって作動する動きは懸架のためのダンピング材料を用いることでその動き方向において減衰可能である。

以下では本発明をいくつかの例示的実施形態を用いかつ図面を参照してより詳細に説明する。個々の図は以下の通り示される。

押下げられ、所定の仕方で支持され、特に押下げの動きに対して横断方向に振動して可動するように構成された操作要素を備える操作ユニットの構成の断面図であり、当該操作要素が非作動状態で示された図。

図1の操作要素を示し、作動状態で示された図。

作動方向に力を加えた場合に高い剛性を有し、かつ作動方向に対して横断方向にせん断力を加えた場合に可撓性/弾性を有する特殊な支持アーム(本実施形態ではZ字形)の拡大図。

作動方向に力を加えた場合に高い剛性を有し、かつ作動方向に対して横断方向にせん断力を加えた場合に可撓性/弾性を有する特殊な支持アームの拡大図(本実施形態ではZ字形)。

略U字形設計の支持アームのさらなる例示的実施形態の拡大図。

略U字形設計の支持アームのさらなる例示的実施形態の拡大図。

図1〜図6に係る例示実施形態を記載するに先立ち、本出願の操作ユニットの機能的及び構造的原理についていくつか手短な概略的説明を述べたい。

本出願の操作ユニットは作動方向において支持要素の上又は当該支持要素のところで弾性に支持される1以上の操作要素を備えている。ここで作動力が当該操作要素に加えられたとき、当該操作要素はその懸架(支持要素上/内の弾性支持部、すなわちばね)のばね定数に対応して生じる。仮にこのばね定数、及び力が加えられた位置が分かれば、当該操作要素の結果としての位置のずれを元にして加えられた作動力を検出可能である。

必要十分に大きい最小限の作動力又は必要十分に大きいストロークを検出した後、上記操作要素を作動方向に対して横断方向、すなわち横方向に移動させるアクチュエータが起動可能である。支持アーム又は同様のガイド要素を用い、上記アクチュエータは上記操作要素がわずかにゆがみを被りつつ略並行に動くような仕方でその動きを導く。ユーザはこの最小限の動きを上記作動要素の作動のハプティック/触覚フィードバックとして知覚する。

図1に示すように、操作ユニット10は筐体12を備え、この筐体12の上面14に複数のシンボルを有する操作区域を有する操作要素16が配置される。上記操作要素16は例えばタッチ式のセンサシステム(図示せず)を備え、このタッチ式センサシステムにより操作区域18上でタッチされた位置を検出することができる。こうした目的のために必要な電子装置を参照番号20のところで概略的に示し、これは本実施形態では操作要素筐体22内に配置されている。操作要素16は支持要素24に接続され、この支持要素24は本実施形態においてばね鋼でできたプレート要素26として設計されている。従って作動方向(矢印28を参照)に作動力を加えたとき、操作要素16は弾力的に弾性支持される。センサ30は本例示的実施形態において2つのセンサ要素32を備え、上記センサ30を介して操作要素16が作動時に作動方向28へ動かされるストロークを検出可能である。これらのセンサは評価/駆動ユニット34に接続される。

この評価/駆動ユニットは、とりわけ両矢印38で示す横移動、特には振動、をするようアクチュエータ36を駆動可能である。センサ30と評価/駆動ユニット34とが操作要素16の正確な作動を検出すると、アクチュエータ36(本例示的実施形態では操作要素16の筐体22に機械的に結合されている)が作動し、これにより操作要素16及びその支持要素26の両方が横移動、すなわち横振動する。

一方で作動方向28における支持要素24の剛直な支持と他方で横方向(両矢印38)におけるこの支持の可撓性といったさらなる相反した要件は、本例示的実施形態において、特別に設計された支持アーム40により、これを介して支持要素24が当接要素42に載置されることで実現される。本例示的実施形態においては、当接要素は操作ユニット10の筐体12の底壁44である。

図1〜図4から明らかなように、各支持アーム40は略Z字形であり、作動方向28に延在する中間部46と2つの締結部48、50とを備える。これらの締結部48、50は互いに反対側に向かって、上記中間部の上端部及び下端部から直角に突出している。上記中間部46が作動方向28に延在しているので、支持要素24は作動方向28に力が加えられたときの支持については高い剛性が与えられる。

ここで、これらの支持アーム40によって支持要素24と操作要素16とが横移動することを可能にするために、各締結部48、50と中間部46との間にあるコーナー領域52、54において支持アームは可撓かつ弾性である。締結部48、50は一方で支持要素24(すなわちばね鋼でできた上記プレート要素26)に、他方で当接要素42(すなわち底壁44)にしっかりと接続されている。アクチュエータ36によって生じるせん断力を加えたときの支持アーム40の弾性は、これらの支持アーム40がコーナー領域52、54において一体成形ヒンジの形で設計されることで実現される。図1〜図4に示すように溝(すなわち溝状の凹部)56、58によりコーナー領域52、54において支持アーム40の厚み低減が実現される。このようにして形成された一体成形ヒンジは、アクチュエータ36が停止した後に支持アーム40が図1に示す初期位置に自動的に戻る(すなわち中間部46が作動方向28に延在する)復元能力を有する。

特に図3及び図4から理解できるように、支持アーム40は作動のフィードバック時に、操作要素16の(例えば振動の)動きの方向38に所定の可撓性及び弾性を許容する。溝状凹部58は締結部50から中間部46にかけての、内側コーナー表面64の2つの表面部60、62の間に配置される仕方で配置され、溝状凹部56はコーナー領域52の外側上の中間部46の表面部66に、締結部48に向かって位置し、とりわけ内側コーナー領域70とは実質的に反対側に配置される。この内側コーナー領域70は2つの内側表面部72、74によって規定される。

材料の厚み低減に代えて、また必要に応じて厚み低減に加えて、コーナー領域52、54における支持アーム40の幅を短くすることによって可撓性を有するコーナー領域52、54を実現可能である。

支持アーム40は好適にはプラスチック製である。アクチュエータ36によって生じる操作要素16の横移動の範囲程度は、その可塑性材料がコーナー領域52、54においてその弾性を保持し、作動方向28における自動調整に対して中間部46の復元能力を維持する程度に小さい。

図5及び図6に示すように、支持アームは略U字形の支持アーム40’、40’’として設計されてもよい。この構成では、凹部56、58は内側コーナー領域に複数或いは外側コーナー領域に複数形成され、又は両方の領域に形成され、或いは内側コーナー領域に1つ及び外側コーナー領域に1つ形成される。

10 操作ユニット 12 操作ユニットの筐体 14 筐体の上面 16 操作要素 18 操作要素の操作区域 22 操作要素の筐体 24 支持要素 26 ばね鋼でできたプレート要素 28 操作要素の作動方向 30 操作要素の作動検出用センサ 32 センサのセンサ要素 34 評価/駆動ユニット 36 アクチュエータ 38 操作要素の(振動の)動きの方向 40 支持要素用支持アーム 40’ 支持要素用支持アーム 40’’ 支持要素用支持アーム 42 支持アーム用当接要素 44 底壁 46 中間部 48 支持アームの締結部 50 支持アームの締結部 52 支持アームのコーナー領域 54 支持アームのコーナー領域 56 支持アームのコーナー領域における溝又は溝状凹部 58 支持アームのコーナー領域における溝又は溝状凹部 60 コーナー領域の表面部 62 コーナー領域の表面部 64 内側コーナー表面 66 コーナー領域の表面部 70 内側コーナー領域 72 内側コーナー領域 72 コーナー領域の内側表面部 74 コーナー領域の内側表面部