CN114902165A - 操作装置 - Google Patents

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佐藤邦生
涌田宏
寒川井伸一
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Abstract

提供一种可在触觉与听觉上获得自然的操作感的操作装置。操作装置包含：可动部，具有由生物体进行接触操作的操作面；施振器，安装于所述可动部的所述操作面以外的位置，能够在沿着所述操作面的第一方向和与所述操作面交叉的第二方向上对所述可动部施振；基座部；以及弹性支承部，设于所述可动部与所述基座部之间，将所述可动部弹性地支承于所述基座部，所述可动部被所述施振器在所述第一方向上施振而对进行所述接触操作的生物体呈现触感，并被所述施振器在所述第二方向上施振而从所述操作面产生声音。

Description

操作装置
技术领域
本发明涉及操作装置。
背景技术
以往以来，存在一种如下的触觉和听觉呈现装置，具备：促动器，对进行操作的操作面附加振动；输出声音的声音输出部；以及控制部，以对所述操作面赋予振动的方式控制所述促动器，并且以在振动被呈现的定时将声音输出的方式控制所述声音输出部而呈现交叉模态的反馈(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018－097706号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，以往的触觉和听觉呈现装置是促动器和声音输出部为不同的器件，所述促动器产生用于向操作者呈现通过触觉的感觉(触感)的振动，所述声音输出部输出用于呈现通过听觉的感觉的声音。因此，若从声音输出部输出表示促动器中的振动那样的声音，则由于促动器与声音输出部的位置不同，因此对于操作，通过触觉与听觉获得的感觉之差较大。
因此，目的在于提供可在触觉与听觉上获得自然的操作感的操作装置。
用于解决技术问题的手段
本发明的实施方式的操作装置包含：可动部，具有由生物体进行接触操作的操作面；施振器，安装于所述可动部的所述操作面以外的位置，能够在沿着所述操作面的第一方向和与所述操作面交叉的第二方向上对所述可动部施振；基座部；以及弹性支承部，设于所述可动部与所述基座部之间，将所述可动部弹性地支承于所述基座部，所述可动部被所述施振器在所述第一方向上施振而对进行所述接触操作的生物体呈现触感，并被所述施振器在所述第二方向上施振而从所述操作面产生声音。
发明效果
能够提供可在触觉与听觉上获得自然的操作感的操作装置。
附图说明
图1是表示实施方式的操作装置100的立体图。
图2是图1的A－A向视剖面图。
图3是表示去除了触摸板130以及框部150的状态的俯视图。
图4是表示促动器140的构成的俯视图。
图5是从图4中除去可动磁轭以及永磁体的俯视图。
图6是表示促动器140的构成的剖面图。
图7A是表示第一组合中的电流的朝向与运动的朝向的关系的图。
图7B是表示第二组合中的电流的朝向与运动的朝向的关系的图。
图7C是表示第三组合中的电流的朝向与运动的朝向的关系的图。
图7D是表示第四组合中的电流的朝向与运动的朝向的关系的图。
图8是表示控制装置180的构成的图。
图9是表示振动的输出与声音的输出的定时的图。
图10是表示促动器140的施振力的频率特性的一个例子的图。
具体实施方式
以下，对应用了本发明的操作装置的实施方式进行说明。
＜实施方式＞
图1是表示实施方式的操作装置100的立体图。图2是图1的A－A向视剖面图。以下，定义XYZ坐标系进行说明。另外，以下，为了方便说明，将俯视称作从XY面观察，将Z轴负方向侧称作下侧或者下，将Z轴正方向侧称作上侧或者上，但并非表示普遍的上下关系。
操作装置100包含基座110、保持件120、触摸板130、促动器140、框部150、间隙传感器160、减振器170A、170B以及控制装置180。以下，在图1以及图2的基础上，使用图3进行说明。图3是表示去除了触摸板130以及框部150的状态的俯视图。
这里，若由间隙传感器160感测到对触摸板130的操作面130A的按压操作，则操作装置100驱动促动器140，沿X方向以及Z方向对保持件120以及触摸板130施振。
操作装置100在向对操作面130A进行接触操作的生物体呈现触感时，驱动促动器140沿X方向对保持件120以及触摸板130施振，在为了对生物体呈现声音等而产生声音时，驱动促动器140沿Z方向对保持件120以及触摸板130施振。生物体一边使操作体与操作面130A接触一边进行接触操作。操作装置100通过与操作面130A接触的操作体，对生物体呈现触感。操作体是与操作面130A接触来进行操作的生物体的手、手指、佩戴在生物体的手上的手套、或者生物体的手所保持的触控笔那样的道具等，触摸板130能够检测向操作面130A的接触。接触操作是指操作体在接触触摸板130的操作面130A的状态下进行的操作。生物体典型来说是人。触感是生物体通过触觉而获得的感觉。
操作装置100例如对操作使用了将金属板加工成圆顶型而得的金属圆顶的按钮开关时的触感与声音进行模拟，在对触摸板130进行了按压操作时，驱动促动器140而对保持件120以及触摸板130施振，从而呈现操作了真正的按钮开关时那样的触感与声音。另外，操作装置100模拟的触感与声音并不局限于这种按钮开关，也可以是各种各样的。操作装置100呈现的触感与声音并不限定于模拟按钮开关等。以下，对各部的构成进行说明。
基座110是基座部的一个例子，与框部150一起构成操作装置100的壳体。基座110在本例中在俯视时为矩形状，具有上表面110A的中央部朝向下方凹陷的收纳部111。收纳部111在本例中在俯视时为矩形状。基座110在面向收纳部111的部分具有底面111A与四个内侧面111B。收纳部111是由底面111A与四个内侧面111B划分的凹部。
在收纳部111中收纳保持件120、促动器140、间隙传感器160、减振器170A、170B以及控制装置180。它们中的间隙传感器160以及控制装置180固定于底面111A。基座110例如是树脂制。
保持件120以及触摸板130是可动部的一个例子。保持件120虽然也可以与触摸板130一体地构成，但这里对独立的方式进行说明。
保持件120具有基部121与壁部122。基部121是板状部件，壁部122是从基部121的下表面向下方延伸的矩形环状的部分。基部121与壁部122的俯视时的外部尺寸相等。保持件120例如为树脂制。
基部121具有上表面121A以及下表面121B。在上表面121A固定触摸板130，在下表面121B固定促动器140。壁部122具有下表面122A、外侧面122B以及内侧面122C。另外，壁部122也可以不是矩形环状。壁部122例如也可以是在基部121的+X方向侧与－X方向侧的端部沿Y方向延伸的两个壁部。
保持件120设于基座110的收纳部111的内部，经由减振器170A、170B弹性地支承于基座110。在壁部122的下表面122A与基座110的底面111A之间设有减振器170A，在壁部122的外侧面122B与基座110的内侧面111B之间设有减振器170B。
由基部121的下表面121B、壁部122的内侧面122C包围的长方体状的空间是收纳部123。促动器140以安装于基部121的下表面121B的状态收纳在收纳部123中。
触摸板130作为一个例子是静电电容式的触摸板。触摸板130也可以是静电电容式以外的触摸板。触摸板130是俯视时为矩形状的板状部件，俯视时的外部尺寸与保持件120相等。触摸板130通过使下表面粘合于保持件120的上表面(即，基部121的上表面121A)而固定。触摸板130的上表面是由生物体进行接触操作的操作面130A。具有操作面130A的面板是玻璃制或者丙烯酸树脂制。
优选的是，触摸板130具有如下程度的高刚性：在触摸板130因促动器140沿X方向施振而振动时，沿Z方向施振的加速度成为X方向的1/4以下。由此，在使X方向振动而呈现触感时，能够抑制产生Z方向的不必要的振动成分，因此能够抑制不必要的声音的产生，并且，能够提供更好的触感。
促动器140是施振器的一个例子，通过粘合或者螺钉固定等固定于保持件120的基部121的下表面121B来固定。促动器140的Z方向的厚度比保持件120的壁部122的Z方向的厚度与减振器170A的Z方向的厚度的合计厚度薄。减振器170A是具有弹性的部件，因此在促动器140对保持件120施振时，减振器170A在厚度方向(Z方向)上伸缩。但是，即使在减振器170A最大程度缩小的状态下，也可维持促动器140的Z方向的厚度比保持件120的壁部122的Z方向的厚度与减振器170A的Z方向的厚度的合计厚度薄的关系。因此，促动器140的下表面在Z方向上与基座110的底面111A分离。这是为了使促动器140的振动难以传递到基座110。另外，在可以使振动传输到基座110的情况下或者希望传输到基座110的情况下，促动器140也可以是接触基座110的底面111A与保持件120的下表面121B这两者的构成。
促动器140能够将保持件120以及触摸板130沿X方向与Z方向施振。促动器140只要能够将保持件120以及触摸板130沿X方向与Z方向施振，就可以安装于作为可动部的保持件120以及触摸板130的外表面中的操作面130A以外的任何位置。
促动器140对保持件120以及触摸板130进行施振的X方向是沿着操作面130A的第一方向的一个例子，Z方向是与操作面130A交叉的第二方向的一个例子。
这里，说明如下方式，即：促动器140将保持件120以及触摸板130沿X方向与Z方向施振，从而保持件120以及触摸板130在X方向与Z方向上振动。然而，促动器140为了对生物体呈现触感而对保持件120以及触摸板130进行施振的方向(第一方向)并不限定于X方向，只要沿操作面130A即可。即，促动器140为了对生物体呈现触感而对保持件120以及触摸板130进行施振的方向(第一方向)只要沿着包含操作面130A在内的XY平面所含的方向即可，沿着上述方向即可的意思是，可能有由于制造误差等而相对于X方向稍微具有角度的情况。
另外，促动器140为了对生物体呈现声音而对保持件120以及触摸板130进行施振的方向(第二方向)并不限定于Z方向，只要是相对于包含操作面130A在内的XY平面而言例如具有45度以上的角度地交叉的方向即可。但是，越使第二方向接近Z方向，越容易产生较大的声音。
框部150通过粘合等固定于基座110的上表面110A。框部150具有在俯视时在内部划分开口的开口边缘部150A。框部150在本例中是俯视时呈矩形环状的框状的部件，俯视时的外尺寸与基座110相等。框部150例如为树脂制。另外，在俯视时，框部150的开口边缘部150A的内尺寸也可以比基座110的内侧面111B的内尺寸小。即，框部150的开口边缘部150A与触摸板130之间的间隙也可以比基座110的内侧面111B与保持件120的外侧面122B之间的间隙小。由此，在俯视时难以目视确认减振器170B，能够提高美观性。
间隙传感器160是检测对操作面130A的按压操作的检测部的一个例子，固定于基座110的底面111A。间隙传感器160的俯视时的位置，作为一个例子是比保持件120的壁部122的内侧面122C靠内侧的位置，并且是不与促动器140重叠的位置。
间隙传感器160作为一个例子，是内置有光源与受光元件的光学类型的传感器，接收照射到保持件120的基部121的下表面121B的光的反射光，基于反射光在受光元件上成像的位置的变化，检测保持件120的基部121向－Z方向的位移。在保持件120的基部121向－Z方向位移时，触摸板130也向－Z方向位移，因此通过检测基部121的－Z方向的位移，能够检测触摸板130的－Z方向的按压。若触摸板130被向－Z方向按压，则保持件120的基部121以及触摸板130向－Z方向位移几十μm。
检测对操作面130A的按压操作的检测部不限定于间隙传感器160。检测部也可以是静电传感器等非接触的位置检测传感器。检测部也可以是检测施加于操作面130A的压力的压敏传感器。
减振器170A以及170B是弹性支承部的一个例子，是具有弹性的部件。减振器170A以及170B作为一个例子为橡胶制，是橡胶的块。另外，减振器170A以及170B并不局限于由橡胶的块构成的部件，例如也可以是包含弹簧的构成。但是，由于并不优选通过减振器170A或者减振器170B产生声音，因此相比于设为包含金属制的弹簧等的构成，优选的是由橡胶构成。
减振器170A是沿Z方向弹性地支承保持件120的第二弹性体的一个例子。减振器170A设于保持件120的壁部122的下表面122A与基座110的底面111A之间，通过粘合或者螺钉固定等固定。在图3所示的例子中，减振器170A以在俯视时位于保持件120的四角的方式设有四个。
减振器170A将保持件120弹性地支承于基座110的底面111A。减振器170A为了能够与减振器170B协作地将保持件120以及触摸板130沿X方向以及Z方向适当地振动而设置。
减振器170B是沿X方向弹性地支承保持件120的第一弹性体的一个例子。减振器170B设于保持件120的壁部122的外侧面122B与基座110的内侧面111B之间，通过粘合或者螺钉固定等固定。在图3所示的例子中，减振器170B在比保持件120靠+X方向侧，在外侧面122B与内侧面111B之间在Y方向上分离地设有两个，在比保持件120靠－X方向侧，在外侧面122B与内侧面111B之间在Y方向上分离地设有两个。另外，减振器170B也可以在比保持件120靠+X方向侧或者－X方向侧分别设有一个，也可以分别设有三个以上，各自的个数也可以不同。
减振器170B如上述那样设于基座110与保持件120之间，从而将保持件120弹性地支承于基座110。减振器170B为了能够与减振器170A协作地将保持件120以及触摸板130沿X方向以及Z方向适当地振动而设置。
第一固有频率以及第二固有频率分别根据减振器170A以及减振器170B相对于保持件120的位置、减振器170A与减振器170B的Z方向的合成弹簧常数、以及保持件120、触摸板130以及促动器140的重量以及杨氏模量等决定。
保持件120以及触摸板130的Z方向的固有频率被设定为比X方向的固有频率高。换言之，作为弹性支承部的减振器170A以及减振器170B将保持件120弹性地支承为，相比于作为可动部的保持件120以及触摸板130的X方向上的固有频率(以下，适当记载为“第一固有频率”。)，使Y方向上的固有频率(以下，适当记载为“第二固有频率”。)更大。另外，在设想保持件120以及触摸板130是刚体的情况下，保持件120以及触摸板130的固有频率与作为弹性支承部的减振器170A以及减振器170B的合成弹簧常数的1/2次方(日语：1/2乗)成比例。因此，只要将减振器170A以及减振器170B的Z方向上的合成弹簧常数设定为比减振器170A以及减振器170B的X方向上的合成弹簧常数大，就容易将第二固有频率设定为比第一固有频率高。
另外，减振器170A以及减振器170B的Z方向的合成弹簧常数受减振器170A的影响较大。另一方面，减振器170A以及减振器170B的X方向的合成弹簧常数受减振器170B的影响较大。因此，只要将减振器170A的Z方向上的弹簧常数设定为比减振器170B的X方向上的弹簧常数大，就容易将第二固有频率设定为比第一固有频率高。为了使减振器170A与减振器170B的弹簧常数为不同的值，能够通过如下(1)～(3)等来实现：(1)用相互不同的材质制作减振器170A与减振器170B来具有相互不同的硬度、(2)设为相互不同的形状(例如由于与对保持件120进行支承的方向正交的面积越小弹簧常数越小，因此设为正交的面积不同的形状，或者将保持件120设为沿着支承方向的厚度不同的形状)、(3)使减振器170A与减振器170B的设置数量不同。
另外，减振器170B在保持件120的壁部122的外侧面122B与基座110的内侧面111B之间以沿X方向弹性变形的状态配置。换言之，减振器170B在保持件120的壁部122的外侧面122B与基座110的内侧面111B之间以比自然长度相比在X方向上被压缩了的状态配置。另外，减振器170B的自然长度是未施加应力的状态下的X方向的长度。
将减振器170B以在X方向上弹性变形了的状态配置于外侧面122B与内侧面111B之间的理由如下。由于保持件120以及触摸板130在X方向上振动，因此为了使其不接触基座110以及框部150，使减振器170B发挥与振动的方向相反方向的恢复力。另外，是为了在促动器140对保持件120以及触摸板130的施振结束时，在俯视时保持件120以及触摸板130能够返回到施振之前的初始位置。另外，减振器170A也同样在保持件120的底面111A与保持件120的壁部122的下表面122A之间以在Y方向上弹性变形了的状态配置。
另外，这里，对操作装置100包含减振器170A以及170B的形态进行说明，但在能够仅通过减振器170A在俯视时使保持件120以及触摸板130返回到施振前的初始位置的情况下，也可以不包含减振器170B。同样，在能够仅通过减振器170B在沿A－A箭头方向观察时使保持件120以及触摸板130返回到施振前的初始位置的情况下，也可以不包含减振器170A。
控制装置180进行促动器140的驱动控制。关于控制装置180的详细情况，使用图8在后面叙述。
接下来，详细地说明促动器140。
接下来，对促动器140的一个例子的构成进行说明。图4是表示促动器140的一个例子的构成的俯视图。图5是从图4所示的促动器140除去了可动磁轭以及永磁体的俯视图。图6是表示促动器140的构成的剖面图。图6相当于沿着图4以及图5中的I－I线的剖面图。
如图4～图6所示，促动器140具有固定磁轭10、可动磁轭20、第一励磁线圈30A、第二励磁线圈30B、第一橡胶40A、第二橡胶40B以及永磁体60。固定磁轭10是构成固定体的一部分的构成要素的一个例子，可动磁轭20是构成振动体的一部分的构成要素的一个例子，第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B是线圈的一个例子，第一橡胶40A以及第二橡胶40B是弹性体的一个例子，永磁体60是磁体的一个例子。固定磁轭10具有平面形状为大致矩形的板状的基部11。将基部11的长边方向设为X方向，将短边方向设为Y方向，将厚度方向设为Z方向。第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B的轴心方向与Z方向平行。可动磁轭20是第一磁轭的一个例子，固定磁轭10是第二磁轭的一个例子，第一橡胶40A以及第二橡胶40B是弹性支承部的一个例子。X方向相当于第二方向，Z方向相当于第一方向。
固定磁轭10还具有从基部11的中央向下方(－Z方向)突出竖立的中央突出部12、从基部11的长边方向的+X方向侧的端部向下方突出竖立的第一侧方突出部14A、及从基部11的长边方向的－X方向侧的端部向下方突出竖立的第二侧方突出部14B。第一侧方突出部14A以及第二侧方突出部14B设于在X方向上将中央突出部12夹在之间的位置。固定磁轭10还具有从中央突出部12与第一侧方突出部14A之间向基部11的下方突出竖立的第一铁芯13A、及从中央突出部12与第二侧方突出部14B之间向基部11的下方突出竖立的第二铁芯13B。第一励磁线圈30A卷绕于第一铁芯13A，第二励磁线圈30B卷绕于第二铁芯13B。在第一侧方突出部14A上设有第一橡胶40A，在第二侧方突出部14B上设有第二橡胶40B。中央突出部12是第一突出部的一个例子，第一侧方突出部14A以及第二侧方突出部14B是第二突出部的一个例子。
可动磁轭20为板状，具有大致矩形的平面形状。可动磁轭20在其长边方向的端部与第一橡胶40A以及第二橡胶40B接触。在可动磁轭20的固定磁轭10侧的面安装有永磁体60。永磁体60具有第一区域61、位于第一区域61的+X方向侧的第二区域62、及位于第一区域61的－X方向侧的第三区域63。例如第一区域61被磁化成S极，第二区域62以及第三区域63被磁化成N极。而且，永磁体60以第一区域61与中央突出部12对置、第一区域61和第二区域62的边界612与第一励磁线圈30A对置、第一区域61和第三区域63的边界613与第二励磁线圈30B对置的方式安装于俯视时可动磁轭20的大致中央。另外，边界612位于比第一励磁线圈30A的轴心靠－X方向侧的位置，边界613位于比第二励磁线圈30B的轴心靠+X方向侧的位置。即，边界612位于比第一铁芯13A的中心靠－X方向侧的位置，边界613位于比第二铁芯13B的中心靠+X方向侧的位置。永磁体60使固定磁轭10以及可动磁轭20磁化，通过磁吸引力，可动磁轭20以在Z方向上接近固定磁轭10的朝向被施力。另外，通过磁吸引力，可动磁轭20的两端以在X方向上分别接近第一侧方突出部14A、第二侧方突出部14B的朝向被施力。另外，也可以是如下构成，即：在固定磁轭10设置永磁体60，在可动磁轭20设置第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B。
控制装置180在进行对用户的触觉反馈时，驱动促动器140以使流经第一励磁线圈30A、第二励磁线圈30B各自的电流的朝向交替地反转。即，控制装置180使流经第一励磁线圈30A、第二励磁线圈30B各自的电流的朝向交替地反转，使第一铁芯13A的可动磁轭20侧的面的磁极、第二铁芯13B的可动磁轭20侧的面的磁极相互独立地交替反转。其结果，根据流经第一励磁线圈30A的电流的朝向与流经第二励磁线圈30B的电流的朝向，永磁体60以及可动磁轭20在X方向或者Z方向上往复运动。关于电流的朝向与运动的朝向的关系，在后面叙述。
例如第一橡胶40A以及第二橡胶40B具有以Y方向为长边方向的矩形的平面形状。第一橡胶40A夹持在第一侧方突出部14A与可动磁轭20之间，第二橡胶40B夹持在第二侧方突出部14B与可动磁轭20之间。即，第一橡胶40A以及第二橡胶40B夹在固定磁轭10与可动磁轭20之间。因此，若不有意地分解，则第一橡胶40A以及第二橡胶40B保持于固定磁轭10与可动磁轭20之间。另外，第一橡胶40A也可以固接于第一侧方突出部14A的上表面或者可动磁轭20的下表面或者这两方，第二橡胶40B也可以固接于第二侧方突出部14B的上表面或者可动磁轭20的下表面或者这两方。
固定磁轭10安装于包含保持件120(参照图2)以及触摸板130(参照图2)的可动部，更具体而言，安装于保持件120的基部121的下表面121B(参照图2)，可动磁轭20未安装于保持件120(参照图2)以及触摸板130(参照图2)。优选的是在与Z方向垂直的面内，可动磁轭20安装于与可动部的重心重叠的位置。这是为了更均匀地产生振动。
这里，对电流的朝向与运动的朝向的关系进行说明。流经第一励磁线圈30A的电流的朝向与流经第二励磁线圈30B的电流的朝向的组合合计为4种。
在第一组合中，在从－Z方向观察时，电流逆时针(CCW)地流过第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B。图7A是表示第一组合中的电流的朝向与运动的朝向的关系的图。在第一组合中，如图7A所示，第一铁芯13A的可动磁轭20侧的面的磁极成为N极，第二铁芯13B的可动磁轭20侧的面的磁极也成为N极。另一方面，中央突出部12、第一侧方突出部14A以及第二侧方突出部14B的可动磁轭20侧的面的磁极成为S极。其结果，中央突出部12与第一区域61之间作用斥力，第一铁芯13A与第二区域62之间作用斥力，第二铁芯13B与第三区域63之间作用斥力。因而，－Z方向的力90D作用于可动磁轭20。
在第二组合中，在从－Z方向观察时，电流顺时针(CW)地流过第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B。图7B是表示第二组合中的电流的朝向与运动的朝向的关系的图。在第二组合中，如图7B所示，第一铁芯13A的可动磁轭20侧的面的磁极成为S极，第二铁芯13B的可动磁轭20侧的面的磁极也成为S极。另一方面，中央突出部12、第一侧方突出部14A以及第二侧方突出部14B的可动磁轭20侧的面的磁极成为N极。其结果，中央突出部12与第一区域61之间作用引力，第一铁芯13A与第二区域62之间作用引力，第二铁芯13B与第三区域63之间作用引力。因而，+Z方向的力90U作用于可动磁轭20。
因而，以使相同方向的电流流过第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B的方式将第一组合与第二组合反复，从而可动磁轭20在Z方向上往复运动。即，通过向第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B的通电，可动磁轭20以初始状态下的位置作为中立位置沿Z方向振动。因此，促动器140能够在Z方向上对保持件120以及触摸板130施振。
在第三组合中，在从－Z方向观察时，电流逆时针(CCW)地流过第一励磁线圈30A，电流顺时针(CW)地流过第二励磁线圈30B。图7C是表示第三组合中的电流的朝向与运动的朝向的关系的图。在第三组合中，如图7C所示，第一铁芯13A的可动磁轭20侧的面的磁极成为N极，第二铁芯13B的可动磁轭20侧的面的磁极成为S极。另外，第一侧方突出部14A的可动磁轭20侧的面的磁极成为S极，第二侧方突出部14B的可动磁轭20侧的面的磁极成为N极。其结果，第一侧方突出部14A与第二区域62之间作用引力，第一铁芯13A与第一区域61之间作用引力，第二铁芯13B与第一区域61之间作用斥力，第二侧方突出部14B与第三区域63之间作用斥力。因而，+X方向的力90R作用于可动磁轭20。
在第四组合中，在从－Z方向观察时，电流顺时针(CW)地流过第一励磁线圈30A，电流逆时针(CCW)地流过第二励磁线圈30B。图7D是表示第四组合中的电流的朝向与运动的朝向的关系的图。在第四组合中，如图7D所示，第一铁芯13A的可动磁轭20侧的面的磁极成为S极，第二铁芯13B的可动磁轭20侧的面的磁极成为N极。另外，第一侧方突出部14A的可动磁轭20侧的面的磁极成为N极，第二侧方突出部14B的可动磁轭20侧的面的磁极成为S极。其结果，第一侧方突出部14A与第二区域62之间作用斥力，第一铁芯13A与第一区域61之间作用斥力，第二铁芯13B与第一区域61之间作用引力，第二侧方突出部14B与第三区域63之间作用引力。因而，－X方向的力90L作用于可动磁轭20。
因而，以使在第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B中流过相反方向的电流的方式将第三组合与第四组合反复，从而可动磁轭20在X方向上往复运动。即，通过向第一励磁线圈30A以及第二励磁线圈30B的通电，可动磁轭20以初始状态下的位置作为中立位置沿X方向振动。因此，促动器140能够在X方向上对保持件120以及触摸板130施振。
接下来，说明控制装置180对促动器140的驱动。控制装置180是控制部的一个例子，判断施加于触摸板130的操作位置的载荷是否达到产生触觉反馈的基准值，并根据其结果驱动促动器140而产生触觉反馈。控制装置180在本实施方式中设于底面111A上(参照图2)，但控制装置180所设置的场所不被限定，例如也可以设于触摸板130与保持件120之间等。图8是表示控制装置180的构成的图。
控制装置180具备CPU(Central Processing Unit)181、ROM(Read Only Memory)182、RAM(Random Access Memory)183以及辅助存储部184。CPU181、ROM182、RAM183以及辅助存储部184构成所谓的计算机。控制装置180的各部经由总线185相互连接。
CPU181执行储存于辅助存储部184的各种程序(例如载荷判定程序)。
ROM182是非易失性的主存储器件。ROM182储存CPU181为了执行储存于辅助存储部184的各种程序所需的各种程序、数据等。具体而言，ROM182储存BIOS(Basic Input/OutputSystem)、EFI(Extensible Firmware Interface)等引导程序等。
RAM183是DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random AccessMemory)等易失性的主存储器件。RAM183作为在由CPU181执行储存于辅助存储部184的各种程序时展开的作业区域发挥功能。
辅助存储部184是储存由CPU181执行的各种程序与通过由CPU181执行各种程序而生成的各种数据的辅助存储器件。
这里，若由间隙传感器160感测到对操作面130A的按压操作，则操作装置100驱动促动器140，对保持件120以及触摸板130沿X方向以及Z方向施振。
另外，促动器140在沿X方向对保持件120以及触摸板130施振时，例如以小于400Hz的容易使生物体感知触感的振动频率施振。这是因为，通过使操作面130A上产生X方向的振动，由此通过接触操作面130A的操作体对生物体呈现触感。
另外，促动器140在沿Z方向对保持件120以及触摸板130施振时，例如以400Hz以上的振动频率施振。这是因为，通过使操作面130A沿Z方向振动而使操作面130A振动，从而使操作面130A的周围的空气振动而产生声音，对生物体呈现声音。本实施方式的操作装置产生对人来说处于的可听域的频带(约20kHz以下)的声音中的规定频率(这里作为一个例子是400Hz)以上的声音。
用于对生物体呈现触感的振动的频率的频带可以低于用于呈现声音的振动的频率的频带。由此，例如在通过操作装置100再现操作机械式的开关时的触感与声音时，能够对操作者赋予自然的操作感。另外，能够减少两者的振动的定时接近的情况下产生的干扰。
然而，在用于呈现声音的振动的频率的频带与用于对生物体呈现触感的振动的频率的频带重叠的情况下，通过用于呈现声音的振动也可以对生物体呈现触感，因此可赋予例如点击了两次机械式的开关那样的触感。通过使得用于呈现声音的振动的频率的频带高于用于对生物体呈现触感的振动的频率的频带，也能够减少通过用于呈现声音的振动引起的对生物体的触感呈现。
即使使保持件120以及触摸板130在任意方向上振动，只要保持件120以及触摸板130不是完全刚体，就会随着由振动引起的挠曲的产生而产生声音。然而，保持件120以及触摸板130的振动包含为了对生物体呈现触感而优化的频率下的振动，因此伴随着该振动产生的声音不一定是希望向生物体呈现的声音。
这里，在操作面130A上进行接触操作的生物体的耳朵的位置至少在Z方向上远离操作面130A，并且难以认为生物体的耳朵的位置仅在X方向上远离操作面130A。
因此，如果将保持件120以及触摸板130的X方向的振动用于向生物体呈现触感，则能够对生物体仅提供触感，能够抑制从操作面130A沿X方向输出的声音伴随着X方向的振动被呈现给生物体。这是因为，沿X方向输出的声音难以到达存在于操作面130A的Z方向的生物体的耳朵，另外，X方向的振动与Z方向的振动相比，使空气波动的量更少且音量非常低，因此能够抑制从操作面130A沿X方向输出的声音呈现给生物体。
另外，保持件120以及触摸板130的Z方向的振动适合用于对生物体呈现声音。通过使操作面130A沿Z方向振动而如扬声器那样发挥作用，从而能够从操作面130A沿Z方向输出声音。由于对操作面130A进行接触操作的生物体的耳朵的位置至少在Z方向上远离操作面130A，因此能够对生物体呈现从操作面130A沿Z方向输出的声音。
因此，本实施方式的操作装置100通过使操作面130A上产生X方向的振动，从而通过与操作面130A接触的操作体对生物体呈现触感，并且通过使操作面130A沿Z方向振动，对生物体呈现声音。
另外，操作装置100虽然也可以使操作面130A同时产生X方向的振动与Z方向的振动，但也可以在产生X方向的振动之后，在经过规定时间后产生Z方向的振动。由此，能够抑制因X方向的振动与Z方向的振动相互干扰而产生噪声。具体而言，操作装置100优选的是在产生X方向的振动而X方向的振动几乎收敛之后，产生Z方向的振动。
图9是表示振动的输出与声音的输出的定时的图。在图9中，横轴是时间轴，纵轴表示振动以及声音的等级。如图9所示，在时刻为0秒的时间点产生X方向的振动，在约0.009秒X方向的振动收束之后，在0.01秒的时间点使Z方向的振动开始而输出声音。用于输出声音的Z方向的振动约为0.0015秒左右。
如此，Z方向的振动优选的是在相对于X方向的振动在延迟几毫秒至几十毫秒左右的定时开始。这是因为，在平均体格的人的情况下，指尖所接受的触觉的刺激通过体内的神经传递到脑的时间与声音进入耳朵并传递到脑的时间之差例如在将从指尖到脑的神经的长度设为85cm的情况下为约5毫秒至30毫秒，因此通过设为上述那样的定时，能够同时对生物体进行触感呈现与声音呈现。
图10是表示促动器140的施振力的频率特性的一个例子的图。在图10中，横轴表示频率(Hz)，纵轴表示施振力(m/s2)。另外，实线的特性表示在X方向上施振的情况下的施振力的频率特性，虚线的特性表示在Z方向上施振的情况下的施振力的频率特性。
X方向的施振力在约130Hz处具有峰值(共振频率)，Z方向的施振力在约450Hz处具有峰值(共振频率)。
因此，关于本例的促动器140，由于沿着X方向的振动中的共振频率小于400Hz，因此在将保持件120以及触摸板130沿X方向施振时，容易以小于400Hz的振动频率施振。另外，本例的促动器140由于沿着Z方向的振动中的共振频率为400Hz以上，因此在对保持件120以及触摸板130沿Z方向施振时，容易以400Hz以上的振动频率施振。
如以上那样，通过使用能够沿X方向与Z方向施振的促动器140，能够通过沿X方向对保持件120以及触摸板130施振来呈现触感并且抑制由振动引发的声音的产生，并通过沿Z方向对保持件120以及触摸板130施振来呈现声音。
触感与声音都从触摸板130的操作面130A直接地呈现。另外，促动器140为了呈现触感而对保持件120以及触摸板130施振时的频率与促动器140为了呈现声音而对保持件120以及触摸板130施振时的频率可以分别调整，且可以配合于希望模拟的触感与声音而最优化。因此，能够协调相对于按压操作呈现的触感与声音。
因而，能够提供在触觉与听觉上获得自然的操作感的操作装置100。
另外，由于操作装置100包含控制装置180，因此能够使促动器140进行向X方向的施振与向Z方向的施振。
另外，相比于使促动器140沿X方向施振时的频率，控制装置180提高使促动器140沿Z方向施振时的频率，因此能够呈现更接近真正的装置的操作音的声音。
另外，作为弹性支承部的减振器170A以及减振器170B以使作为可动部的保持件120以及触摸板130的Z方向的固有频率高于X方向的固有频率的方式弹性地支承保持件120，因此能够以适合X方向的触感呈现与Z方向的声音呈现的频带高效地使保持件120以及触摸板130振动。
另外，由于减振器170A的Z方向上的弹簧常数比减振器170B的X方向上的弹簧常数大，因此能够将保持件120以及触摸板130的X方向以及Z方向的固有频率设定为适合X方向的触感呈现与Z方向的声音呈现的频带。
另外，在由间隙传感器160检测出对操作面130A进行了按压操作时，使促动器140进行向X方向的施振与向Z方向的施振，因此能够可靠地检测按压操作，能够根据按压操作呈现触感与声音。
另外，在检测出进行了按压操作时，使促动器140沿X方向施振之后沿Z方向施振，因此能够抑制触感的呈现与声音的呈现的混合存在及噪声的产生，能够呈现良好的触感与声音。
另外，减振器170A设于保持件120的壁部122的下表面122A与基座110的底面111A之间，并且减振器170B设于保持件120的壁部122的外侧面122B与基座110的内侧面111B之间。因此，通过设定减振器170A、170B的弹簧常数、位置，能够自如地调整保持件120以及触摸板130的X方向以及Z方向的固有频率。
另外，由于减振器170B在外侧面122B与内侧面111B之间以沿X方向弹性变形了的状态配置，因此在促动器140对保持件120以及触摸板130的施振结束时，能够使保持件120以及触摸板130返回到施振之前的初始位置。
另外，由于促动器140与基座110的收纳部111的底面111A分离，因此能够减少振动从促动器140向基座110传递。
另外，促动器140具有固定于保持件120的固定磁轭10、连接于固定磁轭10的第一橡胶40A以及第二橡胶40B、连接于第一橡胶40A以及第二橡胶40B且能够相对于固定磁轭10分别在X方向以及Z方向上选择性地振动的可动磁轭20，固定磁轭10以及可动磁轭20分别具有第一励磁线圈30A、第二励磁线圈30B以及永磁体60，利用通过向第一励磁线圈30A、第二励磁线圈30B的通电而产生的第一励磁线圈30A、第二励磁线圈30B与永磁体60之间的磁力，使可动磁轭20相对于固定磁轭10振动，因此能够利用一个促动器140实现X方向以及Z方向的2轴方向的施振。
另外，以上，虽然说明了使用触摸板130的方式，但也可以取代触摸板130而使用能够透过光的触摸面板，并且在触摸面板上重叠地设置显示器面板，对显示于显示器面板的GUI(Graphical User Interface)进行按压操作。
另外，以上虽然说明了在对操作面130A进行了按压操作的情况下呈现触感与声音的方式，但不限定于这种方式。例如也可以在对操作面130A进行了接触的操作的情况下呈现触感与声音，也可以在操作面130A上进行了滑动操作等规定的操作的情况下呈现触感与声音。
以上，虽然说明了本发明的例示的实施方式的操作装置，但本发明并不限定于具体公开的实施方式，能够不脱离权利要求书地进行各种变形、变更。
另外，本国际申请主张基于2019年12月27日提出申请的日本专利申请2019－239842号的优先权，其全部内容通过这里的参照引用到本国际申请中。
附图标记说明
100 操作装置
110 基座
120 保持件
130 触摸板
130A 操作面
140 促动器
160 间隙传感器
170A、170B 减振器
180 控制装置

Claims (12)

1.一种操作装置，包含：
可动部，具有由生物体进行接触操作的操作面；
施振器，安装于所述可动部的所述操作面以外的位置，能够在沿着所述操作面的第一方向和与所述操作面交叉的第二方向上对所述可动部施振；
基座部；以及
弹性支承部，设于所述可动部与所述基座部之间，将所述可动部弹性地支承于所述基座部，
所述可动部被所述施振器在所述第一方向上施振而对进行所述接触操作的生物体呈现触感，被所述施振器在所述第二方向上施振而从所述操作面产生声音。
2.根据权利要求1所述的操作装置，
还包含控制部，该控制部能够以使所述施振器沿所述第一方向对所述可动部施振而对进行所述接触操作的生物体呈现触感的方式驱动所述施振器，并且能够以使所述施振器沿所述第二方向对所述可动部施振而从所述操作面产生声音的方式驱动所述施振器。
3.根据权利要求2所述的操作装置，
所述控制部能够以如下方式驱动所述施振器：
沿所述第一方向以第一频率对所述可动部施振，并沿所述第二方向以比所述第一频率大的第二频率对所述可动部施振。
4.根据权利要求3所述的操作装置，
所述弹性支承部以使所述可动部的所述第二方向上的第二固有频率大于所述第一方向上的第一固有频率的方式弹性地支承所述可动部。
5.根据权利要求4所述的操作装置，
所述弹性支承部的所述第二方向的弹簧常数比所述第一方向的弹簧常数大。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的操作装置，
还包含检测对所述操作面的按压操作的检测部，
所述控制部在所述检测部检测出所述按压操作的情况下驱动所述施振器。
7.根据权利要求6所述的操作装置，
在由所述检测部检测出所述按压操作的情况下，所述控制部以在沿所述第一方向对所述可动部施振之后、在经过规定时间后沿所述第二方向对所述可动部施振的方式，驱动所述施振器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的操作装置，
在所述可动部的沿着所述第一方向的两侧，所述基座部位于与所述可动部分离的位置，
所述弹性支承部具有沿所述第一方向弹性地支承所述可动部的第一弹性体以及沿所述第二方向弹性地支承所述可动部的第二弹性体，
在所述可动部的沿着所述第一方向的两侧，所述第一弹性体以弹性变形了的状态配置在所述可动部与所述基座部之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的操作装置，
所述施振器与所述基座部分离。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的操作装置，
所述施振器具有：固定于所述可动部的固定体；连接于所述固定体的弹性体；以及振动体，连接于所述弹性体，且相对于所述固定体而言能够在所述第一方向以及所述第二方向上分别选择性地振动，
所述固定体以及所述振动体中的一方具有线圈，另一方具有磁体，利用通过向所述线圈的通电而产生的所述线圈与所述磁体之间的磁力，使所述振动体相对于所述固定体振动。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的操作装置，
所述施振器具有：
第一磁轭；
第二磁轭，在第一方向上与所述第一磁轭对置配置；
永磁体，安装于所述第一磁轭的所述第二磁轭侧的面；以及
第一励磁线圈及第二励磁线圈，安装于所述第二磁轭，通过通电产生磁通，
所述第二磁轭具有：
基部；以及
第一突出部，在所述第一励磁线圈与所述第二励磁线圈之间从所述基部朝向所述第一磁轭突出，
所述第一励磁线圈以及所述第二励磁线圈在与所述第一方向垂直的第二方向上将所述第一突出部夹在之间地配置，
所述第一励磁线圈以及所述第二励磁线圈的轴心方向与所述第一方向平行，
所述永磁体具有：
第一区域；
第二区域，在所述第二方向上位于所述第一区域的一侧；以及
第三区域，在所述第二方向上位于所述第一区域的另一侧，
所述第一区域被磁化成第一磁极，
所述第二区域以及所述第三区域被磁化成第二磁极，
所述第一区域与所述第一突出部对置，
所述第一区域与所述第二区域的边界与所述第一励磁线圈对置，
所述第一区域与所述第三区域的边界与所述第二励磁线圈对置。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的操作装置，
所述施振器的沿着所述第一方向的振动中的共振频率小于400Hz，并且沿着所述第二方向的振动中的共振频率为400Hz以上。
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