本発明は、操作面に対する荷重検出式のタッチパッドやタッチスクリーン、重心動揺計等のように、操作面に作用する力の中心位置を特定する操作検出装置に関する。

操作面に対する荷重検出式のタッチパッドやタッチスクリーン、重心動揺計等のように、操作面に作用する力の中心位置を特定する操作検出装置においては、操作面に対する操作がなされた場合に、操作面に対する垂直な方向の力のみを検出し、その力の大きさを用いて操作位置を算出することにで、操作位置をより正確に特定することができる。

これに対し、特許文献１には、操作面と検出部との間に鋼球を配置することによって、操作面に垂直な方向以外の方向から加わる力を逃がし、垂直方向の力のみを検出する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１の構成では、鋼球を利用する構成とするために多くの追加部品を要するため、コスト高となるとともに、装置全体も大型化してしまうという問題がある。

さらに、荷重検出式の操作検出装置においては、操作面への操作として、タッチ操作や摺動操作しか存在せず、操作態様が限られてしまうという問題がある。

これに対し、特許文献２では、操作パネル１１の操作面１１ａから突出した凸状部材１２を設けた構成することによって、該操作面１１ａに対し垂直な方向の操作（ここでは上へ引き上げる操作）を可能とし、操作態様を拡大しているが、この構成の場合、凸状部材１２に、操作面１１ａに対する垂直方向や水平方向とは異なる方向（例えば操作面１１ａに対する斜め方向）に力が作用すると、操作面１１ａを操作したのか、凸状部材１１ａを操作したのかを判別することができない。

本発明の課題は、上記問題点を背景として、操作面に垂直方向とは異なる方向の力が作用した場合でも、操作面に作用した力の中心位置を正確に求めることができるとともに、操作面以外の操作ができるよう操作態様が拡大され、なおかつその操作と操作面に対する操作とを正確に判別することが可能な操作検出装置を、部品点数の少ない形で実現することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するための操作検出装置は、
略平板状の操作面と前記操作面から突出する凸状部とを有する操作体と、
前記操作体を収納する筐体と、
一端に前記操作体の周縁に接続するための接続部を形成し、他の一端に前記筐体に固定するための固定部を形成し、前記接続部と前記固定部との間に、前記操作面及び前記凸状部に対する押圧により発生する操作力に応じて変位する変位伝達面を有する少なくとも３以上の平板状の起歪体と、
前記起歪体の前記変位伝達面に固着され、前記起歪体の変位に伴う前記変位伝達面の歪を検出する歪検出部と、
前記歪検出部のそれぞれの歪検出結果に基づいて、前記操作体において前記操作力が作用した位置と力をそれぞれ操作位置と操作力として算出する演算部と、
を備え、前記操作面と全ての前記変位伝達面とが略同一平面上に位置するように前記操作体と前記起歪体が配置されていることを特徴とする。

図２４，図２５に、従来技術（重心動揺計：特許第２７６０４７２号公報，特許第２７６０４７３号公報など）の構成を示す。 図２４のように、操作面１０２−１と起歪体１０３とが略同一平面内にないため、図２５のように、操作面１０２−１の垂直方向に対し角度θの方向に力Ｆを加えた場合は、式（２−１）〜（２−３）で表される周知の重心算出方法から算出される重心位置から角度θに相当する分（ｘ _ｄ ）だけずれる。 したがって、正確な重心位置を算出する場合、別の検出手段により角度θを算出してずれ（ｘ _ｄ ）を補正するか、特表平１０−５１１１９８号公報のように、操作面に作用する力の垂直成分のみを起歪体に伝達させていたため、コスト増の要因となっていた。

一方、本発明は、歪検出部を配置した平板状の変位伝達面を操作面と略同一面に配置することで、歪検出部が操作面に垂直な方向以外には感度をほとんど持たず、操作面に垂直な方向の力のみを検出するため、操作面に垂直でない方向に力が作用する場合でも、特に部品の追加を必要としないで、操作面に作用する力の重心位置（すなわち、操作位置）を正確に検出することが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における変位伝達面は、操作面に操作力が作用するのに伴い、曲げ変形を生じさせるよう弾性変形する弾性変形体であり、歪検出部は、各変位伝達面に生じる変位伝達面の面内方向の弾性変形量を検出する。

上記構成によって、操作面に対して垂直な方向の力のみを検出することが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における歪検出部は、各起歪体の表面上に配置された歪検出素子を含む。

歪検出素子は、荷重検出等で広く用いられており、小型化・低コスト化が進んでいる。 上記構成によって、歪検出素子以外の部品を用いることなく、操作位置を正確に検出することが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における操作位置算出部は、操作体の操作面を二次元直交座標系のＸ−Ｙ平面とし、操作力に応じて歪検出素子に発生する歪に基づいて、Ｘ−Ｙ平面のＸ方向およびＹ方向周りに発生するモーメント、および、Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ方向の力を算出し、モーメント、および、力に基づいて算出した重心位置を操作位置として算出する。

上記構成によって、図２４，図２５のような、従来技術と同様の方法で操作位置を算出することができ、新たな算出方法の開発は不要となるので、低コストかつ短期間で本発明の操作検出装置を作製できる。

また、本発明では、操作体における操作可能な部位として、操作面だけでなく、操作面から突出する凸状部を有する。 このため、操作態様が拡大されている。

本発明の操作検出装置における凸状部は、その表面に対する押圧により発生する操作力に、前記操作面の同一平面に垂直な方向の成分が含まれるような表面形状を有している。

上記構成によれば、凸状部に、操作面に対する水平方向の力を作用させようとしても実際には水平方向のみに作用させることはできず、必ず操作面に対する垂直方向の成分が生まれるため、垂直方向の成分を含んだ斜めの方向にしか力を作用させることはできない（図１１参照）。 起歪体は、操作面に作用する水平方向の力に対して感度をもたないが、当該凸状部に作用する力に対しては、その作用点との間に、垂直方向において一定の距離ｈが存在するとみなせる構造となるため、凸状部に加えられた力の水平方向成分によって、モーメントによる弾性変形を生じる。 例えば図１１の場合、凸状部に作用する力のｙ方向成分によって、起歪体には、ｍ _ｙ ＝ｆ _ｙ・ｈに相当するモーメントによる弾性変形が生じる。 ｍ _ｚはｆ _ｚに比例するので、ｆ _ｚを正確に算出することができる。 同様に、凸状部に作用する力のｘ方向成分によって、起歪体には、ｍ _ｘ ＝ｆ _ｘ・ｈに相当するモーメントによる弾性変形が生じる。 ｍ _ｘもｆ _ｚに比例するので、ｆ _ｚも正確に算出することができる。 このように、上記構成とすれば、凸状部になされた水平方向の操作力について正確に算出することができるから、凸状部を、水平方向への操作入力を受け付ける、例えばポインティングスティックのような方向入力用操作部として機能させることが可能となる。

本発明の操作検出装置における凸状部は、その表面の法線と、前記操作面の同一平面との交点が、該操作面とは異なる、凸状部側に位置する。 この構成によれば、凸状部表面の法線の、操作面の同一平面との交点位置により、操作体になされた操作が操作面へのものか、凸状部へのものかを判断可能となる。

本発明の操作検出装置における凸状部は、直線状の頂上部を有した山型をなし、前記起歪体の接続部は、該頂上部の直線延出方向の両側に該直線延出方向に延びる形で形成される。 この構成によれば、凸状部が山型をなすので、当該凸状部は、その頂上部を引っ掛ける形で水平方向に操作しやすい。

本発明の操作検出装置における演算部は、前記操作面と前記凸状部とのいずれが操作されたかを判定する判定手段を備える。 この構成によれば、操作面をタッチ入力用操作部、前記凸状部を前記操作面に対する水平方向の方向入力用操作部として機能するよう構成できる。

本発明の操作検出装置における凸状部は、その表面に、前記操作面に対する水平方向の方向入力操作を示唆するデザインを有する。 この構成によれば、凸状部による操作内容を表面のデザインから直感的に把握できる。

本発明の操作検出装置においては、凸状部の表面の法線と、前記操作面の同一平面との交点が、該操作面とは異なる前記凸状部側に位置する構成を有する場合に、演算部が、前記操作体において前記操作力が作用した位置として、前記操作面の同一平面上における位置を算出し、前記判定手段は、算出された当該位置が前記操作面上にある場合を前記操作面への操作として判定する。

本発明においては、凸状部に操作がなされた場合も、その力の垂直方向成分であるｚ方向成分ｆ _ｚによって各起歪体に弾性変形が生じる。 このため、このｚ方向成分の力ｆ _ｚに基づいて、操作面を垂直方向に押圧した場合と同様、その操作位置を算出することができる。 ただし、この時算出される操作位置は、操作面と同一の平面上における位置であって、正確に言えば、操作面と同一の平面と、押圧された凸状部の表面に対する法線との交点の位置が操作位置として算出される。 したがって、上記構成によれば、このようにして算出される操作位置が、操作面の位置であるか否かで、操作面が操作されたか凸状部が操作されたかを容易かつ正確に判断できる。

本発明の操作検出装置における操作体は、前記操作面と前記凸状部との間に、それら操作面及び凸状部よりも操作難易度が高い、もしくは操作を受け付けない所定幅の境界領域が形成される。 この構成によれば、操作面が操作されたか凸状部が操作されたかをより容易に、かつより正確に判断できるようになる。 また、双方への誤操作も生じにくくなる。 この境界領域については、例えば操作面と前記凸状部の間の凹部として、容易に形成できる。

本発明の操作検出装置における操作体は、前記操作面上に押圧操作ノブが配置され、当該ノブに対する押圧により直下の前記操作面に前記操作力が作用することにより押圧操作入力用操作部として機能するよう構成されるとともに、前記演算部は、算出された前記操作位置が前記押圧操作ノブの配置された前記操作面上の領域であった場合に、当該操作面上の押圧操作ノブに対する操作入力を受け付ける。 この構成により、押圧操作を検出する専用の押圧操作検出スイッチを配置することなく、単に操作面上に押圧操作ノブを配置するだけで、押圧操作部を形成できる。 また、押圧操作ノブは、操作面上の任意の位置に配置できるため、配置位置の自由度も高い。

本発明の操作検出装置における操作体は、前記操作面として、前記凸状部を挟んで第一側に位置する第一操作面と、第二側に位置する第二操作面とを有して構成される。 この構成によれば、凸状部を境に、２つの操作面を区別して利用することが可能となる。 その一例として、例えば、第一の操作面がタッチ入力用操作部として機能し、第二の操作面が前記押圧操作入力用操作部として機能するように構成することができる。 この構成によれば、異なる２種の操作部を容易に設けることができる。

本発明の操作検出装置における凸状部は、頂上部が前記筐体の最上位置よりも上方に突出している。 この構成により、凸状部と操作面との区別がより明確につくため、双方への誤操作を防止できる。

また、本発明の操作検出装置における操作体は、操作面及び凸状部を有する操作本体部と、操作本体部から操作面を中心とする外周側に、操作体と同一面上に突出する複数の操作体接続部とを有するとともに、操作体接続部には、操作面を間に挟む形で対向して位置する操作体接続部の対が少なくとも１以上設けられるとともに、その先端部に起歪体の接続部が接続されている。

上記構成によって、歪検出部（すなわち、起歪体）に効率よく操作変位を伝達することが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における起歪体は、接続部から延出する延出部を有し、その延出部の先端が固定部を形成するとともに、延出部が変位伝達面とされ、その変位伝達面上に歪検出部が設けられている。

上記構成によって、接続部、起歪体、および変位伝達面を一体的に構成することが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における筐体は、操作体と起歪体に対し、固定部を除く残余の部分に対し非接触となるよう隙間を介在する形で配置されている。

上記構成によって、操作面に対する押圧操作を妨げないように、操作体と起歪体を筐体に固定することが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における起歪体は、１つの操作体接続部に対し１つが接続されている。

上記構成によって、少なくとも３箇所の操作体接続部が形成され、そのそれぞれに起歪体が接続されることになる。 歪検出素子は、最低３個あれば重心位置（操作位置）を算出できる。 よって、歪検出素子の数を減らせるため、装置を低コストに実現することが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における起歪体は、１つの操作体接続部に対し、当該操作体接続部を挟む位置関係をなす形で２つが接続されている。

上記構成によって、従来技術と同様の方法で操作位置を算出することができ、新たな算出方法の開発は不要となるので、低コストかつ短期間で本発明の操作検出装置を作成できる。

また、本発明の操作検出装置は、２つの起歪体が、操作体接続部と直交するように、操作体接続部の同じ位置に接続され、延出部は、操作体接続部との接続部から変位伝達面に向かうに従い挟幅となっていく先端側テーパー部と、変位伝達面から筐体との固定位置に向かうに従い挟幅となっていく基端側テーパー部と、を有する。

上記構成によって、接続部および固定部の強度を十分確保することができるとともに、より微小な変位をも検出することができ、変位伝達面の歪の検出を精度よく行うことが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における基端側テーパー部は、延出部の延出方向の軸線に対しなす角度のうち操作体接続部との固定位置側の角度が、３０度以上６０度以下であり、先端側テーパー部は、延出部の延出方向の軸線に対しなす角度のうち筐体との固定位置側の角度が、３０度以上６０度以下である。

上記構成によっても、接続部および固定部の強度を十分確保することができるとともに、変位伝達面において歪の検出を精度よく行うことが可能となる。

また、本発明の操作検出装置における操作体の操作面は、その表面に、該操作面を複数の操作領域に分割するための溝部が設けられる。

上記構成によって、操作面を擬似的に分割した状態となり、操作する際の指の触覚から操作領域を認識することができ、画面を凝視することなく所望の操作を行うことができるので、操作性が向上し、特に車両に搭載する表示器に適している。

また、本発明の操作検出装置における操作体の操作面は、その表面方向に略凸形状となる。

上記構成によっても、操作する際の指の触覚から操作領域を認識することができ、画面を凝視することなく所望の操作を行うことができる。

本発明の操作検出装置の実施形態を簡略的に示す斜視図。

図１の操作検出装置の分解斜視図。

操作体および起歪体の構成の詳細を示す図。

図３の側面図。

図３の正面図。

（ａ）操作面に作用する垂直方向の押圧操作力によって起歪体に作用する力を説明する模式図、（ｂ）操作面２ａの面内方向の操作力によって起歪体に作用する力を説明する模式図。

（ａ）起歪体と歪検出素子を上方から見たときの模式図、（ｂ）操作面に垂直な方向に押圧操作力を加えたときの、（ａ）の起歪体の変位伝達面に作用する応力を示した起歪体を、側面側から見たときの模式図。

（ａ）操作面に垂直な方向に押圧操作力を加えたときの歪検出素子の検出結果を示す表、（ｂ）歪検出素子の等価回路を示す回路図。

（ａ）起歪体と歪検出素子を上方から見たときの模式図、（ｂ）操作面の面内方向に操作力を加えたときの、（ａ）の起歪体の変位伝達面に作用する応力を示した起歪体を、側面側から見た図。

（ａ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を左側面側から見た模式図により、操作面に加えられた垂直な方向の操作力によって左側の起歪体に加えられた分力とモーメントを示した説明図、（ｂ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図により、操作面に加えられた垂直な方向の操作力の操作位置を示した説明図、（ｃ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を右側面側から見た模式図により、操作面に加えられた垂直な方向の操作力によって右側の起歪体に加えられた分力とモーメントを示した説明図、（ｄ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を正面から見た模式図により、操作面に加えられた垂直な方向の操作力の操作位置を示した説明図。

（ａ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図、（ｂ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を側面側から見た模式図により、凸状部に加えられた操作力の分力を示した説明図、（ｃ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を側面側から見た模式図により、凸状部に加えられた操作力の分力によるモーメントを示した説明図。

操作体の中央断面図。

（ａ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図、（ｂ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を正面側から見た模式図により、凸状部に加えられた操作力の分力を示した説明図、（ｃ）操作体、起歪体、及び歪検出素子を正面側から見た模式図により、凸状部に加えられた操作力の分力によるモーメントを示した説明図。

起歪体の構成の一例を示す図。

（ａ）操作検出装置の第２の実施形態における操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図、（ｂ）当該第２の実施形態における操作体、起歪体、及び歪検出素子を側面側から見た模式図。

操作検出装置の第３の実施形態における操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図。

操作検出装置の第４の実施形態の第一例における操作体、起歪体、及び歪検出素子を正面から見た模式図。

操作検出装置の第４の実施形態の第二例における操作体、起歪体、及び歪検出素子を正面から見た模式図。

（ａ）操作検出装置の第５の実施形態の第一例における操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図、（ｂ）当該第５の実施形態の第一例における操作体、起歪体、及び歪検出素子を正面側から見た模式図。

（ａ）操作検出装置の第５の実施形態の第二例における操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図、（ｂ）当該第５の実施形態の第二例における操作体、起歪体、及び歪検出素子を正面側から見た模式図。

操作検出装置の第６の実施形態の第一例における操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図。

操作検出装置の第６の実施形態の第二例における操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図。

操作検出装置の第７の実施形態における操作体、起歪体、及び歪検出素子を上方から見た模式図。

（ａ）従来の操作検出装置を上方から見た模式図、（ｂ）従来の操作検出装置を正面から見た模式図。

図２４において、従来の操作検出装置による操作位置の算出方法を説明する図。

以下、本発明の操作検出装置の実施形態を、図面を用いて説明する。

図１に、本発明の操作検出装置の実施形態を簡略的に示す斜視図を示す。 また、図２に、図１の分解斜視図を示す。 図１及び図２に示す操作検出装置１は、上部カバー９１，押さえ部材９３，支持部材９４，底部カバー９５，および操作体２等を含んで構成される。 なお、本発明における筐体９０は、上部カバー９１，支持部材９４，及び底部カバー９５を有し、操作体２を収納する形で構成されている。

上部カバー９１は、操作検出装置１の強度維持、防塵、あるいは意匠性の維持を目的とするもので、ビス穴９１ａを介して、底部カバー９５（ビス穴は９５ａ）とともに、例えば、図示しない表示装置の表示画面上（あるいは表示画面の枠上）に取り付けられる。 また、支持部材９４は、ビス穴９４ｄを介して、底部カバー９５（ビス穴は９５ｂ）上に一体に取り付けられる。 また、上部カバー９１には、開口部９１ｂが形成され、開口部９１ｂの開口内には、操作体２が配置される。

なお、表示装置は、車両において、運転席と助手席に座した双方のユーザから操作可能な位置、例えば運転席と助手席の間に挟まれる領域や、運転席と助手席から視認しやすいそれらの座席の前方位置等に配置することができる。 ここでは車両のセンターコンソール上に設けられているものとする。 なお、表示装置の表示画面上には、動的なデザイン変化を生じる画面を表示してもよいし、操作内容を直感的に把握できるような操作内容指示画面を表示してもよい。 また、ここでは表示装置を用いているが、これを用いず、センターコンソール上に筐体９０を固定する形で設けてもよい。

操作体２は、図２に示す操作板２１と操作板支持部２２とを有して構成される。 操作板２１の表面２ａ，２ｂは、操作検出装置１において開口部９１ｂの開口から露出してユーザによる操作が可能な操作面をなし、平坦面をなす操作面（平坦操作面）２ａ及び凸状部（凸状操作面）２ｂを有する。 ここでの操作面２ａは、略平板状で略矩形状をなす操作板（操作本体部）２１の正面側表面であって、操作検出装置１の装飾性を高める役割も有しており、図示しない表示器の表示の視認性を維持可能な範囲で装飾を施してもよい。 ここでの操作体２は、上記の表示装置の表示画面が視認できるよう透明な部材により構成され、操作面２ａ，２ｂから表示画面を視認可能に構成されている。 他方、凸状部２ｂは、操作面２ａから突出する形で形成された操作板２１の背面側部分である。 このようにして、操作面２ａと凸状部２ｂとを有して構成されることにより、操作面２ａを、タッチパネルやタッチパッドのように、タッチ操作を受け付けるタッチ操作面として利用できる一方で、凸状部２ｂを例えばポインティングスティックのように水平方向側への押圧操作を受け付ける方向入力用操作部として利用することができる。

例えば、表示装置の表示画面に、ポインタやカーソル等の位置指示画像が表示されている場合には、凸状部２ｂを操作して、凸状部２ｂの水平方向への操作に応じて位置指示画像を画面上で移動させるようにする。 また、表示装置の表示画面に、１以上のタッチ入力領域（操作アイコンなど）が表示されているタッチ入力画面が表示されている場合には、操作面２ａをタッチ操作して、画面上のタッチ入力領域に対する入力操作を行うようにする。

操作板２１は、その裏面のビス穴（図示なし）を介して、操作板支持部２２（ビス穴２２ｄ）上に一体に取り付けられており、これら操作板２１と操作板支持部２２とにより操作体２が構成されている。 操作板支持部２２は、中央支持部２２ｂと、複数の操作体接続部２２ｃとを有して構成される。 中央支持部２２ｂは、正面側を開放する形で切り欠かれた略Ｕ字型の形状をなし、操作板２１の下側に固定され、操作板２１を下側から支持する。 他方、操作体接続部２２ｃは、操作板２１の略矩形状をなす表面（すなわち、操作面２ａ）を中心として中央支持部２２ｂから外周側に突出する、略四角柱状の部位として形成されている。 操作板支持部２２は、操作面２ａを間に挟む形で対向して位置する操作体接続部２２ｃの対を少なくとも１以上有する。 本実施例では、それら操作体接続部２２ｃは、矩形状の操作面２ａの中心を原点とするｘ−ｙ座標系のｘ軸方向に沿って形成されている。 具体的に言えば、図３に示すように、２つの操作体接続部２２ｃは、直線状の頂上部２ｂａ（図４参照）を有した山型をなす凸状部２ｂの、該頂上部２ｂの直線延出方向の両側に該直線延出方向に延び、なおかつ操作板２１を下方で直接支持する中央支持部２２ｂから上方に厚みを増す形で延出形成されている。

図３は、操作体２および起歪体３を上方から見た上面図を示したものであり、図４は、操作体２および起歪体３を側方（ここでは右側側方）から見た側面図を示したものであり、図５は、図３のＸ'−Ｘ'における断面を示したものである。 また、図１４は、起歪体３の構成の一例を示す模式図であり、操作体接続部２２ｃと起歪体３との固定状態を示している。

起歪体３は、図３及び図１４に示すように、一端に操作体２の周縁に接続するための接続部３ｄを形成し、他の一端に前記筐体に固定するための固定部３ｃを形成し、それら接続部３ｄと固定部３ｃとの間に、操作面２ａ及び凸状部２ｂに対する押圧により発生する操作力に応じて変位する変位伝達面３ｆを有する平板状の部材である。 なお、変位伝達面３ｆを操作体２の周辺に少なくとも３以上有することで、操作面２ａに対し垂直に加えられた操作力の中心位置（すなわち操作位置（ｘ _１ ，ｙ _１ ）や、凸状部２ｂに加えられた操作力Ｆの水平方向成分（すなわち水平方向の力ｆ _ｘ ，ｆ _ｙ ）を、後述する式（１−１）〜（１−７）を用いて算出可能となる。本実施例では、２つの起歪体３は、１つの操作体接続部２２ｃを挟む位置関係を有する形で、この１つの操作体接続部２２ｃに対しそれぞれ接続されている。そして、それら２つの起歪体３はそれぞれ、操作体接続部２２ｃの先端部２２ａと接続する接続部３ｄを有する。ここでは、それら２つの起歪体３の接続部３ｄが、操作体接続部２２ｃの先端部２２ａ上にて、ビスあるいは接着剤等で接続される。さらに、起歪体３の接続部３ｄとは逆側の端部３ｃは、支持部材９４の所定の係合面（ここでは上段面９４ｃと下段面９４ｈとの中間に設けられた中段面）９４ｃに係合する形で固定される固定部３ｃをなす。そして、図２に示す押さえ部材９３の凸部９３ｂが、起歪体３を上方から覆うようにして、支持部材９４の上段面９４ｃと係合し、ビス留め（ビス穴はそれぞれ９３ａ，９４ａ）されている。これにより、起歪体３（すなわち、固定部３ｃ）の支持部材９４（筐体）への固定（挟圧保持）を確実なものとしている。

図３に示すように、各起歪体３は、操作体接続部２２ｃに対する接続位置（すなわち、接続部３ｄ）から、操作面２ａに平行をなす形で延出する延出部３ｇを有し、その先端部が、支持部材９４に固定される固定部３ｃをなす。 そして、延出部３ｇは、操作面２ａに操作力が作用するのに伴い曲げ変形が生じるよう弾性変形する弾性変形体であり、その表面（上面）が変位伝達面３ｆとされている。

これにより、本実施形態の各起歪体３の変位伝達面３ｆには、操作面２ａに押圧による操作力Ｆ _ｚ （図１０参照：図６のＦ _ｚ１ ＋Ｆ _ｚ２に相当）が作用するに伴い操作体２に生ずる、操作面２ａに対し垂直な垂直方向ｚの操作変位のうち、自身（３ｆ）が位置する側に生ずる操作変位を反映した変位が、垂直方向ｚに生じる。 そして、この垂直方向ｚの変位による弾性変形量を、変位伝達面３ｆ上に設けられた歪検出素子４が歪として検出する。

また、図５のように、操作面２ａと全ての変位伝達面３ｆとが略同一平面上に位置している。

また、筐体９０は、操作体２と非接触となるよう隙間を介在する形で配置してもよい。 ここでは、図５に示すように、筐体９０をなす底部カバー９５の上面のうち、操作体２の裏面２２ｈに対向する面領域９５ｈが、操作体２の下方への変位を規制する第一の変位規制面となり、筐体９０をなす支持部材９４の上面のうち、起歪体３の変位伝達面３ｆの裏面３ｈに対向する面のうちの領域９４ｈが、操作体２と共に変位する起歪体３の下方への変位を規制する第二の変位規制面となっている。 このように、操作体２は筐体９０には接続も接触もされておらず、起歪体３は固定部３ｃ以外の部分では筐体９０には接触していない。

また、支持部材９４には信号処理部６（本発明の演算部：操作位置算出手段および操作力算出手段）が収納されている。 信号処理部６は、例えば周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，およびＡ／Ｄ変換回路等の信号処理回路等を含むコンピュータハードウェアとして構成されている。 そして、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することで、操作検出装置１としての機能を実現する。 例えば、歪検出部４が検出した弾性変形量に基づいて、押圧操作が行われた位置（すなわち、操作位置）および操作力を予め定められた演算方法に従い算出する。

具体的には、操作体２の操作面２ａに押圧操作力Ｆ _ｚが作用すると、支持部材９４に対し固定された起歪体３には、操作体２を介して、押圧操作力Ｆ _ｚの分力ｆ _ｚ１やｆ _ｚ２ 、さらにはモーメント力ｍ _ｚ１やｍ _ｚ２が作用する（図６（ａ）参照）。 ただし、起歪体３は、支持部材９４を介して筐体９０に固定されているため、曲げ変形を強いられる。 このため、起歪体３の主表面をなす変位伝達面３ｆには、その面内方向において引張り応力、あるいは圧縮応力が作用する。 本実施形態においては、変位伝達面３ｆ上に歪検出素子４が設けられているため、それら引張り応力あるいは圧縮応力に応じた変位伝達面３ｆ内の伸び量ないし縮み量を、歪検出素子４が検出する。

図６及び図７を用いて、操作面２ａに作用する押圧操作力によって起歪体３に作用する力を説明する。

まず、図６（ａ）のように、矩形状の操作面２ａの中心を原点とするｘ−ｙ座標系のｘ軸上で、操作面２ａに垂直なｚ軸方向に押圧操作力Ｆ _ｚを加えた場合は、起歪体３（３１〜３４）には力ｆ _ｚのみ発生する。 また、図７のように、ｙ軸方向に沿って、操作面２ａに垂直なｚ軸方向に押圧操作力Ｆ _ｚを加えた場合は、起歪体３（３１〜３４）には力ｆ _ｚとモーメント力ｍ _ｚとが発生する。

上述の場合、各歪検出素子４（４１〜４４）のエレメント４ａ〜４ｄは、図７（ａ）のように配置されているので、図７（ｂ）のように、起歪体３の変位伝達面３ｆに作用する応力は、歪検出素子４のエレメント４ａ〜４ｄの各位置で引張り応力、あるいは圧縮応力となる。 歪検出素子４の等価回路は、図８（ｂ）のブリッジ回路として表され、図８（ａ）のように、引張り応力の発生するエレメント４ａおよび４ｂでは抵抗値は減少し、圧縮応力の発生するエレメント４ｃおよび４ｄでは抵抗値は増加する。 そこで、図８（ｂ）のブリッジ回路のブリッジ電圧Ｖｏｕｔの変化を検出して、信号処理部６において、起歪体３に作用する力ｆ _ｚ 、モーメント力ｍ _ｚを算出できる。

また、図６（ｂ）のように、操作面２ａの面内方向に力Ｆ _ｙを加えた場合は、図９（ａ）のように配置された歪検出素子４のエレメント４ａ〜４ｄに作用する応力は、図９（ｂ）のように、４個全て圧縮応力、あるいは、４個全て引張り応力となるため、図８（ｂ）のブリッジ回路のブリッジ電圧Ｖｏｕｔに変化はなく、面内方向の力に対して感度を持たない。 よって、起歪体３に作用する力ｆ _ｚ 、モーメント力ｍ _ｚを算出する際に、面内方向の力を考慮する必要がなくなる。

図１０のように、信号処理部（演算部）６は、各歪検出素子４（４１〜４４）が形成するブリッジ回路のブリッジ電圧Ｖｏｕｔに基づいて、各起歪体３に加えられた力ｆ _ｚ （ｆ _ｚ１ ，ｆ _ｚ２ ）、モーメント力ｍ _ｚ （ｍ _ｚ１ ，ｍ _ｚ２ ）を算出し、算出された値ｆ _ｚ ，ｍ _ｚと、式（１−４）および（１−５）に基づいて、操作面２ａに加えられた操作力Ｆ _ｚの中心位置、すなわち操作位置（ｘ _１ ，ｙ _１ ）を算出できる。 式（１−４）および（１−５）は、力の釣り合いの式（１−１）、ｙ軸周りのモーメントの釣り合いの式（１−２）、およびｘ軸周りのモーメントの釣り合いの式（１−３）からそれぞれ導き出せる。 なお、ｗは、各起歪体３のｙ軸に平行な中心線間（３１，３２と３３，３４との間）の距離である。

また、操作体２における操作可能な部位として、操作面（平坦操作面）２ａだけでなく、操作面２ａから突出する凸状部（凸状操作面）２ｂを有することにより、操作態様が拡大されている。 即ち、操作面２ａに垂直なタッチ方向操作のみならず、操作面２ａに水平な方向への操作も可能とされている。 そして、それらの操作の検出は、双方ともが、上述した歪検出素子４（４１〜４４）の検出結果に基づいて可能となっている。

本実施例での凸状部２ｂは、図１１に示すように、その表面２ｂ（２ｂａ，２ｂｂ，２ｂｃ等：図１２参照）に対する押圧により発生する操作力Ｆに、操作面２ａの同一平面に垂直な方向の成分が含まれるような表面形状を有する。 具体的に言えば、ここでの凸状部２ｂは、図１２に示すように、その表面２ｂ（２ｂａ，２ｂｂ，２ｂｃ等）の法線と、操作面２ａの同一平面との交点２ｄが、該操作面２ａとは異なる、凸状部２ｂ側に位置するような表面形状を有する。

これにより、凸状部２ｂに、操作面２ａに対する水平方向の力を作用させようとしても、図１１に示すように、実際には水平方向のみに力を作用させることはできず、必ず操作面２ａに対し垂直な方向の力ｆ _ｚが生まれる。 つまり、操作面２ａに対し水平方向な方向に向けた力Ｆを作用させた場合、その力Ｆは必ず、操作面２ａに対する垂直方向の成分ｆ _ｚを含んだ斜めの下方向の力Ｆとして凸状部２ｂに作用する。 起歪体３は、操作面２ａに作用する水平方向（面内方向）の力に対して感度をもたないが、当該凸状部２ｂに作用する斜め下方向の力Ｆに対しては、その作用点との間に、垂直方向において一定の距離ｈが存在するとみなせる構造となるため、凸状部２ｂに加えられた力Ｆの水平方向成分ｆ _ｙに基づいて、モーメントｍ _ｙによる弾性変形を生じる。 例えば図１１の場合、凸状部２ｂに作用する力Ｆのｙ方向成分によって、起歪体３には、式（１−６）に相当するモーメントｍ _ｙによる弾性変形が生じる。 ｍ _ｚはｆ _ｚに比例するので、信号処理部（演算部）６は、図８（ｂ）のブリッジ回路のブリッジ電圧Ｖｏｕｔに基づいて得られるモーメントｍ _ｙと式（１−６）に基づいてｆ _ｙを正確に算出することができる。

同様に、凸状部２ｂに作用する力のｘ方向成分によって、起歪体３には、式（１−７）に相当するモーメントｍ _ｘによる弾性変形が生じる。 ｍ _ｘもｆ _ｚに比例するので、信号処理部（演算部）６は、図８（ｂ）のブリッジ回路のブリッジ電圧Ｖｏｕｔに基づいて得られるモーメントｍ _ｘと式（１−７）に基づいてｆ _ｘも正確に算出することができる。

このような構成を有するため、凸状部２ｂになされた水平方向の操作力ｆ _ｙ ，ｆ _ｘについて正確に算出することができるから、凸状部２ｂを、水平方向への操作入力を受け付ける、例えばポインティングスティックのような、操作面２ａに対し水平な方向への入力操作が可能となる方向入力用操作部として機能させることが可能となる。 凸状部２ｂの形状も、ここでは山型をなして形成されており、その頂上部２ｂａを引っ掛ける形で水平方向への操作が容易となっている。 なお、ここでの凸状部２ｂは、頂上部２ｂａを、操作面２ａをなすｘ−ｙ平面の一方の軸線方向（ここではｘ軸方向）の一定位置において、他方の軸線方向（ここではｙ軸方向：操作体接続部２２ｃの延出方向）に直線状に延びる、高さｈが一定の山型をなして形成されている。

また、このとき、凸状部２ｂになされた垂直方向の操作力ｆ _ｚについても正確に算出できるから、凸状部２ｂに操作がなされた場合も、その垂直方向の力ｆ _ｚによって各起歪体３に弾性変形が生じる。 このため、このｚ方向成分の力ｆ _ｚに基づいて、操作面２ａへのタッチ操作と同様、その操作位置を算出することができる。

ただし、この時算出される操作位置は、操作面２ａと同一の平面上における位置であって、正確に言えば、操作面２ａと同一の平面と、押圧された凸状部２ｂの表面に対する法線との交点２ｄの位置である。

本実施例の信号処理部６は、操作体２に対し操作がなされた場合には、操作面２ａと凸状部２ｂとのいずれに操作がなされたか否かにかかわらず、算出される垂直方向の力ｆ _ｚに基づいて操作位置を算出し、算出された操作位置（操作面２ａとの同一平面状の位置）が、操作面２ａ内の位置であるか否かにより、操作面２ａが操作されたか、凸状部２ｂが操作されたかを判定する（判定手段）。 そして、算出された操作位置が操作面２ａ内の位置と判定された場合には、算出された操作位置と、その位置における垂直方向の操作力ｆ _ｚを入力情報として取得する一方、算出された操作位置が操作面２ａ外（ここでは操作面２ａよりも凸状部２ｂ側の位置）の位置と判定された場合には、操作面２ａに対する水平方向の操作力ｆ _ｙ 、ｆ _ｘをそれぞれ入力情報として取得する。 これにより、操作面２ａをタッチ入力用操作部、凸状部２ｂを操作面２ａに対する水平方向の方向入力用操作部として機能させることができ、２種の操作入力を受け付けることが可能となる。

図１２に、図１１に示す操作体２のｙ方向断面を示す。 図１２の操作体２は、操作面２ａと凸状部２ｂとの間に、それら操作面２ａ及び凸状部２ｂよりも操作難易度が高い、もしくは操作を受け付けない所定幅の境界領域２ｃが形成される。 これにより、操作面２ａが操作されたか凸状部２ｂが操作されたかをより容易に、かつより正確に判断できるようになる。 また、双方への誤操作も生じにくくなる。 この境界領域２ｃについては、ここでは、操作面２ａと凸状部２ｂの間の凹部（溝部）として形成されている（図１１では凹部２ｃは省略して描かれている）。

本実施例の上部カバー９１は、図１及び図２に示すように、上部カバー正面部９１ｃと、段差部９１ｃｅと、上部カバー最上段部９１ｅと、上部カバー背面部９１ｄとを有して構成される。 上部カバー正面部９１ｃは、操作体２が配置される開口部９１ｂの正面側を覆う正面壁部９１ｇを有し、その両端が該開口部９１ｂを挟む形で背面側に向けて延出形成されている。 上部カバー正面部９１ｃの上面は、操作面２ａと略同一平面をなしているため、操作面２ａへの操作がしやすい。 段差部９１ｃｅは、上部カバー正面部９１ｃの背面側から上方に立ち上がる形で形成されている。 上部カバー最上段部９１ｅは、段差部９１ｃｅの上部から背面側に延出するとともに、凸状部２ｂの頂上部２ｂａよりも低い位置に上面を有する。 凸状部２ｂの頂上部２ｂａよりも上部カバー最上段部９１ｅの上面が低いことにより、さらにいえば、凸状部２ｂの頂上部２ｂａが筐体をなす構造体９１，９４，９５よりも高い位置に突出していることにより、凸状部２ｂへの操作がし易くなっている。 また、上部カバー最上段部９１ｅの下側には、押さえ部材９３及び支持部材９４を収容するための凹部が形成されている。 上部カバー背面部９１ｄは、上部カバー最上段部９１ｅの背面側にて下方に延出し、底面に底部カバー９５に取り付るためのビス穴９１ａが形成される。 開口部９１ｂは、正面側に操作体２が配置される一方で、背面側には、プッシュスイッチユニット５が配置される。

プッシュスイッチユニット５は、１以上の押圧操作ノブ５ａ，５ｂと、該押圧操作ノブ５ａ，５ｂの下方への押圧を支持する押圧支持部５Ａ，５Ｂと、それら押圧支持部５Ａ，５Ｂが形成されたユニット本体５Ｃと、を有して構成される。 ユニット本体５Ｃには、図示しないビス穴を介して、底部カバー９５（ビス穴は９５ｃ）に取り付けられる。 また、本実施例においては、各押圧操作ノブ５ａ，５ｂの下方に、それぞれタクトスイッチ（図示なし）が配置されており、それら押圧操作ノブ５ａ，５ｂへの押圧操作が検出可能とされている。 上部カバー９１には、このプッシュスイッチユニット５が配置される開口部９１ｂの背面側を覆う背面壁部の両端から、上部カバー最上段部９１ｅの内側にて、開口部９１ｂを挟む形で正面側に向けて延出する背面内側部９１ｆを有する。 この背面内側部９１ｆの上面は、操作面２ａよりも高い位置で、上部カバー最上段部９１ｅの上面よりも低い位置、さらに押圧操作ノブ５ａ，５ｂの上面よりもやや低い位置とされている。 このように、本実施形態の操作検出装置１は、タッチ操作面をなす操作面２ａと、水平方向の方向指示操作が可能な凸状部２ｂの他に、プッシュ操作が可能な押圧操作ノブ５ａ，５ｂが設けられていることで、３種の操作が可能に構成されている。

図１４に、図３等における起歪体３の構成の具体例を示す。 図１４の起歪体３は、操作体接続部２２ｃとの接続位置から操作体接続部２２ｃの延出方向に対し垂直な方向に延出し、操作体接続部２２ｃとの接続部３ｄから延出先端部（すなわち、固定部３ｃ）に向かうに従い挟幅となっていく基端側テーパー部３ｈと、支持部材９４との固定部３ｃから操作体接続部２２ｃとの接続部３ｄ側に向かうに従い挟幅となっていく先端側テーパー部３ｉと、それら基端側テーパー部３ｈと先端側テーパー部３ｉとを連結する延出部３ｇとが形成されるとともに、延出部３ｇの上面に、変位伝達面３ｆを有する。

また、基端側テーパー部３ｈは、その外縁が、延出部３ｇの延出方向の軸線Ｌに対しなす角度のうち操作体接続部２２ｃとの接続部３ｄ側の角度θ１が、３０度以上６０度以下であり、先端側テーパー部３ｉは、延出部３ｇの延出方向の軸線Ｌに対しなす角度のうち支持部材９４との固定部３ｃ側の角度θ２が、３０度以上６０度以下であることが望ましい。

図１５に、本発明の操作検出装置の第２の実施形態を示す。 図１５は、本実施形態における上面図と、そのＡ−Ａ断面図である。 本実施例では、起歪体３が、矩形状をなす操作体２の４つの角部から突出した操作体接続部２２ｃに取り付けられている。 つまり、１つの操作体接続部２２ｃに対し１つの起歪体３が接続されている。 起歪体３および歪検出部４の構成については、第１の実施形態と同様である。 第１の実施形態では、操作体２と２つの起歪体３との結合部に大きな応力が加わり易い構成になっているが、本実施形態では、応力が４か所に分散され、装置の信頼性および耐久性が向上する。 無論、本実施形態でも、操作面２ａと全ての変位伝達面３ｆとが同一平面上に位置している（以降の実施形態についても同様）。

図１６に、本発明の操作検出装置の第３の実施形態を示す。 図１６は、本実施例における上面図である。 図１６は、図１５において、起歪体３（歪検出部４）を４個から３個にして操作体２の周縁部に配置したものである。 歪検出部４は、最低３個あれば、重心位置を算出できる。 本実施例では、歪検出素子の数を減らせるため、装置を低コストに実現可能である。

図１７，図１８に、本発明の操作検出装置の第４の実施形態を示す。 第１〜第３の実施形態では、図１７のように、操作面背部に表示器を持たない構成であるが、図１８のように、操作部背面にＬＣＤ等の表示器２７を配置し、タッチパネル（タッチスクリーン）としてもよい。 表示器２７を配置することで、より直接的な操作が可能である。 操作体２と表示器２７との間にシール部材２８を配してもよい。 これにより、防振、防塵、防水等の効果が期待できる。

図１９，図２０に、本発明の操作検出装置の第５の実施形態を示す。 図１９は、第１実施例の構成において、操作体２の操作板２１あるいは操作面２ａの表面に溝部２１ｂ，２１ｃを設けたものを示している。 図１９（ａ）は上面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 溝部の数や方向については、特に制約はない。

また、図２０は、第１実施例の構成において、操作体２の操作面２ａを略凸形状としたものを示している。 図２０（ａ）は上面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 図２０の例では、矩形状の操作面２ａの中心部が最も高くなっているが、凸部の位置およびの高さは、図２５の式（２−３）から求まるずれ重心（ｘ _ｄ ）の位置検出精度に影響を与えない程度に低くする必要がある。

図２１，図２２に、本発明の操作検出装置の第６の実施形態を示す。 図２１は、第１実施例の構成において、操作体２の操作面２ａとして、凸状部２ｂを挟んで第一側に位置する第一操作面２ａ１と、第二側に位置する第二操作面２ａ２とを有して構成される。 この構成によれば、凸状部２ｂを境に、２つの操作面２ａ１，２ａ２を区別して利用することが可能となる。 この場合、境界領域２ｃも、第一操作面２ａ１と凸状部２ｂの間の領域２ｃ１と、第二操作面２ａ２と凸状部２ｂとの間の領域２ｃ２との２つがある。 図２１は上面図である。

図２２は、第１実施例の構成において、操作体２の操作面２ａとして、中央が突出する山型の凸状部２ｂ（２ｂ０）を取り囲む形で、操作面２ａ（２ａ０）を有して構成される。 この構成によれば、より広い操作面２ａを設けることができる。 この場合、境界領域２ｃ（２ｃ０）は、凸状部２ｂ（２ｂ０）を取り囲む形で、凸状部２ｂ（２ｂ０）と操作面２ａ（２ａ０）との境界に設けられる。 図２２は上面図である。

図２３に、本発明の操作検出装置の第７の実施形態を示す。 図２３は、操作体２は、操作面２ａ上に１以上の押圧操作ノブ５０ａが配置され、当該ノブ５０ａに対する押圧により直下の操作面２ａに操作力が作用することにより押圧操作入力用操作部として機能するよう構成される。 信号処理部６は、算出された操作位置が押圧操作ノブ５０ａの配置された配置領域（５０ａ）であった場合に、当該操作面２ａ上の押圧操作ノブ５０ａに対する押圧操作入力としての入力情報を取得する。 図２３の場合は、図２１の実施例の構成において、２つ存在する操作面２ａ１，２ａ２のうちの一方の上に押圧操作ノブ５０ａが配置されている。 図２３は上面図と、その中央断面図を示している。 これにより、図２３では、第一の操作面２ａ１がタッチ入力用操作部として機能し、第二の操作面２ａ２が押圧操作入力用操作部として機能するように構成されている。

また、図２３においては、凸状部２ｂは、その表面に、操作面２ａに対する水平方向の方向入力操作を示唆するデザイン２Ｂを有する。 この構成によれば、凸状部２ｂによる操作内容を、表面のデザイン２Ｂから直感的に把握できる。 これは他の実施例に適用しても当然よい。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

１ 操作検出装置 ２ 操作体 ２ａ 操作面 ２ｂ 凸状部 ３ 起歪体 ３ｃ 固定部 ３ｄ 接続部 ３ｇ 延出部 ３ｆ 変位伝達面 ３ｈ 基端側テーパー部 ３ｉ 先端側テーパー部 ４ 歪検出素子（歪検出部）
６ 信号処理部（演算部）
２１ 操作板（操作本体部）
２２ 操作体接続部 ９０ 筐体