JP2014089550A

JP2014089550A - 操作装置

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Publication number: JP2014089550A
Application number: JP2012238617A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tanaka; 賢次田中; Seiji Ishigaki; 誠司石垣
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: JP5788375B2

Abstract

【課題】モータ等の駆動部を駆動する場合に、耳障りな音の発生を低減可能とする操作装置を提供する。
【解決手段】プッシュ操作可能なプッシュ操作機構３０と、プッシュ操作機構３０を駆動部により駆動して操作感覚を呈示する触覚呈示手段である触覚呈示装置４０と、不等間隔の間欠信号及び所定の変調周波数に設定されるＰＷＭ信号に基づいて生成される駆動制御信号Ｖｃにより駆動部を間欠駆動する駆動制御部１００と、を有して操作装置を構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、操作装置に係り、特に、操作者に操作感覚を呈示する機能を有する操作装置に関する。

操作者に情報を伝達する従来の情報呈示装置の一例としては、例えば操作者の指の傾きを利用して方向を呈示する方向呈示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載の従来の方向呈示装置は、独立して上下動可能な複数の可動パネルの上面に指載置板を配置しており、その指載置板をカーナビゲーション装置が表示する画面上の進路方向に対応して傾斜させるように構成されている。この可動パネルを駆動するための駆動部の一例としては、可動パネルの下方に突出して形成されたラックと、モータの出力軸に固定されたピニオンとが用いられている。

特開２０１０−２０４７４１号公報

ところで、この種の情報呈示装置において、可動パネルを駆動するため駆動部に一定周期の駆動パルスを入力し、これに基づいた駆動電流によりモータ等を駆動すると、一定周期の駆動電流により可聴域周波数の聴感異音が発生し、耳障りな音を感じるという問題があった。

従って、本発明の目的は、モータ等の駆動部を駆動する場合に、耳障りな音の発生を低減可能とする操作装置を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するため、プッシュ操作可能なプッシュ操作機構と、前記プッシュ操作機構を駆動部により駆動して操作感覚を呈示する触覚呈示手段と、不等間隔の間欠信号及び所定の変調周波数に設定されるＰＷＭ信号に基づいて生成される駆動制御信号により前記駆動部を間欠駆動する駆動制御部と、を有することを特徴とする操作装置を提供する。

［２］前記間欠信号は、前記駆動部を駆動する電流量に応じて設定される不等間隔の周期のパルスが時系列に出力されるパルス列であることを特徴とする上記［１］に記載の操作装置であってもよい。

［３］また、前記ＰＷＭ信号は、前記変調周波数が可聴域周波数を超えた周波数に設定されることを特徴とする上記［１］に記載の操作装置であってもよい。

本発明によれば、モータ等の駆動部を駆動する場合に、耳障りな音の発生を低減可能とする操作装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る典型的な触覚呈示装置を備えた操作装置を概略的に示す分解斜視図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、プッシュ操作時における触覚呈示装置の動作を説明するための図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、触覚呈示装置の構成部品の動作を示す図２に対応した図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、振動フィードバック時における触覚呈示装置の動作を説明するための図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、触覚呈示装置の構成部品の動作を示す図４に対応した図である。図６は、本発明の実施の形態に係る操作装置の駆動制御部を中心とした電気系のブロック図である。図７（ａ）〜（ｄ）は、駆動制御部における各部の信号波形である。図８（ａ）、（ｂ）は、所定電流の場合に設定されるＴicnt値の表である。図９Ａは、図８（ａ）、（ｂ）のようにＴicnt値が設定された場合の、それぞれの駆動電流Ｉｄを示す波形図である。図９Ｂは、図８（ａ）、（ｂ）のようにＴicnt値が設定された場合の、それぞれの駆動電流Ｉｄを示す波形図である。図１０は、モータを回転させてタッチパネルを上、下方向に駆動して触覚呈示する場合の一連の電流駆動図を示す。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

（操作装置１の全体構成）
本発明の実施の形態に係る操作装置１は、プッシュ操作可能なプッシュ操作機構３０と、プッシュ操作機構３０を駆動部により駆動して操作感覚を呈示する触覚呈示手段である触覚呈示装置４０と、不等間隔の間欠信号及び所定の変調周波数に設定されるＰＷＭ信号に基づいて生成される駆動制御信号Ｖｃにより駆動部を間欠駆動する駆動制御部１００と、を有して概略構成されている。

図１において、全体を示す符号１は、この実施の形態における典型的な触覚呈示装置を備えた操作装置の構成部品を概略的に例示している。この操作装置１は、特に限定されるものではないが、例えば空調装置、オーディオ装置やナビゲーション装置等の車載機器の作動を制御するための操作信号を出力する車両用のタッチパネルに好適に用いられる。

図示例による操作装置１は、例えば車室内の図示しないセンターコンソールなどの運転席周辺部に配置されており、同じく図示を省略したディスプレイに配線を介して接続される。

この操作装置１は、操作者の手指でタッチパネルをタッチ操作すると、例えばタッチパネルの表面上の位置がタッチセンサにより検出され、この位置に対応した位置検出信号がディスプレイ上の項目ボタンを選択決定する遠隔操作式の入力装置として構成される。

この操作装置１は、図１に示すように、プッシュ操作可能なタッチパネル装置２０と、タッチパネル装置２０が操作入力を受け付けた際に、タッチ操作する手指に対して振動を与えることにより操作感覚を操作者に呈示する触覚呈示装置４０とを備えている。

下方に向けて開口したケース状に形成された樹脂製のボディ２には、図１に示すように、タッチパネル装置２０及び触覚呈示装置４０のそれぞれの構成部品が組み込まれる。ボディ２の下方開口を覆う樹脂製のカバー体３を図示しないビスにより締付固定することで、タッチパネル装置２０と触覚呈示装置４０とを一体化した操作装置１が構成される。

このボディ２の一側部には、図１に示すように、第１〜第３の３個の操作ノブ５，５，５が一列に設けられる。隣り合う操作ノブ５の間には、絶縁体である樹脂製のセパレータ４，４が介在されるようになっている。このボディ２の他側部には、第４の操作ノブ６が設けられる。この第１〜第４の操作ノブ５，６のそれぞれは、プッシャ５ａ，６ａを介して制御基板７に搭載されたプッシュスイッチ５ｂ，６ｂをオンオフ操作可能に配置される。

（タッチパネル装置２０の構成）
このタッチパネル装置２０は、図１に示すように、平面矩形状のベース２１と枠状のフレーム２２との間に矩形状のタッチセンサ基板２３とシート状のタッチパネル２４とを図示しない両面テープを介して接合した状態で組み付けられる。このベース２１及びフレーム２２は、樹脂材料により形成されている。タッチパネル装置２０の外周部分には、矩形枠状のシールド部材２５が覆うように配置される。このシールド部材２５は、制御基板７の接地回路に電気的に接続される。

このベース２１の上面に凹状に形成された凹部の底面には、図１に示すように、クリック部材２６を介してタッチセンサ基板２３が弾性的に保持される。このクリック部材２６は、弾性変形によりタッチパネル２４に対して変位可能な筒状のラバー材からなり、タッチパネル２４側の内径がベース２１側の内径よりも大きく形成されている。

このフレーム２２は、図１に示すように、上面を開口した枠部２２ａからなる。その枠部２２ａは、額縁状の枠板体と、枠板体の内周縁部から収容部側に向けて延びる筒状の壁部とを有している。

このタッチセンサ基板２３とタッチパネル２４とは、図１に示すように、導電材である導電性テープ２７を介して接続される。

このタッチセンサ基板２３は、図１に示すように、例えば静電容量を検出する静電容量タッチセンサであり、フレキシブルフラットケーブル２８を介して制御基板７に搭載された図示しないコネクタに接続される。一方のタッチパネル２４は、シール性を有する両面テープ２９を介してフレーム２２の枠板体の裏面に接合され、フレーム２２の枠部２２ａの開口に操作面を露出させた状態で操作可能に配置される。

このベース２１には更に、図１に示すように、ボディ２に形成された貫通孔に係合する複数の弾性係合片２１ａ，…，２１ａと、ボディ２に形成された案内孔に沿って案内移動する一対の案内片２１ｂ，２１ｂと、タッチパネル２４の往復運動に連動する連結部材である連結片２１ｃとのそれぞれがプッシュ操作機構３０側に向けて延在されている。

（プッシュ操作機構３０の構成）
このプッシュ操作機構３０は、図１に示すように、ボディ２に回転可能に固定される支持軸３１と、支持軸３１の一端とは一体になって回転するリンク部材３２とを備える。支持軸３１の他端には、プッシュ操作機構３０の位置を検出する位置センサであるエンコーダ３３を保持するホルダ３４とが固定される。

このプッシュ操作機構３０は更に、図１に示すように、プッシュ操作時におけるタッチパネル２４の傾き動作を抑制するスタビライザ３５を備える。このスタビライザ３５の両端は、支持軸３１とは交差して、タッチパネル装置２０の一対の案内片２１ｂのそれぞれに取り付けられることで、支持軸３１の軸回りの傾き動作を抑制するようになっている。

このリンク部材３２には、図１に示すように、トーションバネ３６が取り付けられる。このトーションバネ３６は、リンク部材３２を一方向に向けて常に付勢するように構成される。支持軸３１及びトーションバネ３６は、金属材料からなり、リンク部材３２は、樹脂材料により形成されている。

このリンク部材３２は、図２（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、支持軸挿入用孔３２ｂを有するドーナツ状の基部３２ａと、基部３２ａの外周面両側に突出して形成された一対のアーム部３２ｃ，３２ｃとを有する。この基部３２ａの偏心位置には、連結ピン３２ｄが突出している。

このリンク部材３２の連結ピン３２ｄは、図２（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、タッチパネル装置２０のベース２１の連結片２１ｃに形成されたピン係止孔２１ｄ内を往復動（往復微動）可能に連結される。この連結ピン３２ｄと連結片２１ｃとの連結により、リンク部材３２は、タッチパネル装置２０のプッシュ操作に連動してプッシュ操作機構３０の支持軸３１を回転中心として正逆回転する。この連結片２１ｃのピン係止孔２１ｄとは反対側の部位は、触覚呈示装置４０とは干渉しないように切欠して形成されている。

（触覚呈示装置４０の構成）
この実施の形態に係る操作装置１において主要な基本の構成は、モータ４２によりタッチパネル２４を上方へ押し上げて振動させることで操作感覚を呈示する触覚呈示手段を備えた触覚呈示装置４０にある。従って、上記のように構成された操作装置１は、この実施の形態に係る一構成例を示しており、その構成部品の形状や構造などは、図示例に限定されるものではない。

この触覚呈示装置４０は、プッシュ操作機構３０を介して操作者の手指に操作感覚を呈示する触覚呈示手段を備える。この触覚呈示手段は、図１に示すように、プッシュ操作機構３０をリンク部材３２を介して駆動する駆動伝達機構４１により主に構成される。この駆動伝達機構４１は、回転駆動手段とカム機構とを備える。

この回転駆動手段である正逆回転可能なモータ４２は、図１に示すように、ハウジング４４に保持されており、このハウジング４４が図示しないビスを介してタッチパネル装置２０のボディ２に締付固定される。このモータ４２は、制御基板７に電気的に接続されるコードを有するターミナル４５と、モータ４２に帯電した静電気を制御基板７の接地回路に逃がすグランドクリップ４６とを介して電気的に接続される。

一方のカム機構は、図１に示すように、モータ４２の出力軸に固定された回転カム部材であるカムプレート４３を備えている。

プッシュ操作機構３０と触覚呈示装置４０とが常に連結したままの状態にあるときはプッシュ操作機構３０のリンク部材３２と触覚呈示装置４０のカムプレート４３とがプッシュ操作機構３０のプッシュ操作の抵抗力となり、操作感を損なうことになるので、好ましくない。

図示例にあっては、リンク部材３２とカムプレート４３との連結を解除する構成が設けられている。このカムプレート４３は、図４（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、リンク部材３２に駆動を伝達する伝達位置とリンク部材３２に駆動を伝達しない非伝達位置のどちらかに位置変更が可能となるように回転可能に構成されている。触覚呈示のための振動発生を必要としないときは、触覚呈示装置４０をプッシュ操作機構３０から退避する位置に停止させている。

このカムプレート４３は、図４（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、モータ４２の往復回転運動をタッチパネル装置２０の往復微動運動に変換する運動変換部材である。カムプレート４３の外面には、第１カム面４３ａ及び第２カム面４３ｂがモータ４２の出力軸を対称に形成されている。図示例では、第１カム面４３ａ及び第２カム面４３ｂのそれぞれは、インボリュート曲線形状に形成されている。

この第１カム面４３ａは、図２（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、リンク部材３２のアーム部３２ｃに当接してモータ４２の回転を停止させるストッパ面となっている。一方の第２カム面４３ｂは、図４（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、リンク部材３２のアーム部３２ｃからなるカムフォロア面３２ｅに当接しつつ所定の角度をもって回転するように構成されている。

（駆動制御部１００の構成）
図６は、本発明の実施の形態に係る操作装置の駆動制御部を中心とした電気系のブロック図である。駆動制御部１００は、制御部１１０、駆動信号生成部１２０、駆動回路１３０等から構成されている。この駆動制御部１００は、不等間隔の間欠信号及び所定の変調周波数に設定されるＰＷＭ信号に基づいて生成される駆動制御信号Ｖ_Ｃにより駆動部としてのモータ４２を間欠駆動する。

図６に示すように、制御部１１０は、タッチパネル２４、プッシュスイッチ５ｂ、６ｂ、エンコーダ３３からそれぞれ座標情報、プッシュ情報、角度情報を入力され、これらの情報と予め記憶された情報に基づいて、駆動信号生成部１２０を介して駆動回路１３０からモータ４２を通電制御する。また、タッチパネル２４、プッシュスイッチ５ｂ、６ｂから操作情報を電子機器へ出力して当該電子機器を遠隔操作する。

また、制御部１１０は、モータ４２を回転させてタッチパネル２４を上、下方向に駆動して振動呈示するための、不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒを発生させて駆動信号生成部１２０に出力する。

制御部１１０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。

駆動信号生成部１２０は、制御部１１０から出力される不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒと、ＰＷＭ信号発生部１２５から出力される所定の変調周波数及び所定のデューティに設定されたＰＷＭ信号Ｖ_Ｐから、モータ４２を駆動するための駆動制御信号Ｖ_Ｃを生成する回路である。

ＰＷＭ信号発生部は、所定の変調周波数及び所定のデューティのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を発生させるものである。例えば、三角波をコンパレータに入力し、基準電圧と比較することにより、任意のデューティのパルス信号を生成することができる。本実施の形態では、例えば、周波数２０ｋＨｚの矩形パルスであり、デューティ２０％〜９３％に設定する。

駆動信号生成部１２０において、制御部１１０から出力される不等間隔の間欠信号Ｖ_ＲとＰＷＭ信号発生部１２５から出力されるＰＷＭ信号Ｖ_Ｐは、ＡＮＤ回路１２６により、間欠信号Ｖ_ＲのＯＮ期間（Ｈiレベルの区間）だけＰＷＭ信号Ｖ_Ｐが駆動制御信号Ｖ_Ｃとして出力される。

駆動回路１３０は、駆動制御信号Ｖ_Ｃを増幅してモータ４２に駆動電流を供給する回路である。駆動制御信号Ｖ_Ｃに基づいて、バッテリ等の電源＋Ｂから増幅された電流をモータ４２に供給して、モータ４２を回転駆動する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、駆動制御部における各部の信号波形である。図７（ａ）で示すＰＷＭ信号Ｖ_Ｐは、所定の変調周波数及び所定のデューティに設定されたＰＷＭ信号である。本実施の形態では、例えば、変調周波数が周波数２０ｋＨｚの矩形パルスであり、デューティ２０％〜９３％に設定される。変調周波数は任意に設定可能であるが、２０ｋＨｚ以上の非可聴域周波数の領域に設定するのが好ましい。この周波数２０ｋＨｚは通常の場合、人が音として感じることがない非可聴域周波数の領域である。したがって、この周波数に基づいてモータ４２を回転駆動すれば、駆動音として感じることはない。

図７（ｂ）は、制御部１１０から出力される不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒである。この間欠信号Ｖ_Ｒは、駆動部としてのモータ４２を駆動する電流量に応じて設定される不等間隔の周期のパルスが時系列に出力されるパルス列である。本実施の形態では、例えば、間欠信号Ｖ_Ｒは、制御部１１０からデューティ２０％〜９３％の矩形パルスがランダムに出力されて形成されている。図７（ｂ）で示すように、１期間の周期は、Ｔ１，Ｔ２、Ｔ３、・・・・・のようにランダムに変化して出力される。なお、各周期Ｔ１，Ｔ２、Ｔ３、・・・・・において、ＯＮ期間Ｔ０は一定であり、例えば、１００μｓである。なお、ＯＮ期間Ｔ０を１００μｓとする設定は、制御部１１０の割り込み処理時間によって決定される。また、上記示したランダムとは、一定周期を繰り返すことなく、モータの駆動電流が所定の目標電流値となるように設定された不等間隔の間欠信号によるものであればよい。

図７（ｃ）は、制御部１１０から出力される不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒと、ＰＷＭ信号発生部１２５から出力される所定の変調周波数及び所定のデューティに設定されたＰＷＭ信号Ｖ_Ｐから生成された駆動制御信号Ｖ_Ｃである。この駆動制御信号Ｖ_Ｃは、不等間隔の間欠信号Ｖ_ＲとＰＷＭ信号発生部から出力されるＰＷＭ信号Ｖ_Ｐに基づいて、ＡＮＤ回路１２６により、間欠信号Ｖ_ＲのＨiレベルの区間だけ周波数２０ｋＨｚの矩形パルスとして出力される。

図７（ｄ）は、駆動制御信号Ｖ_Ｃに基づいて駆動回路１３０からモータ４２に供給される駆動電流Ｉｄである。なお、電流波形の最大値をＩ_Ｍとしている。

（目標電流値による駆動制御信号Ｖ_Ｃの設定）
モータ４２を駆動してタッチパネル２４を振動させる場合の目標電流値に基づいて、前述のように制御部１１０の割り込み処理時間が１００μｓとして、１００μｓ毎に駆動指令の制御を行なう。

（目標電流値が５００ｍＡ〜１００ｍＡの場合）
目標電流値が５００ｍＡ〜１００ｍＡの場合は、ＰＷＭ信号Ｖ_Ｐのデューティを９３〜２０％に設定することにより、不等間隔の間欠信号Ｖ_ＲはＯＮ継続とすることができる。すなわち、駆動制御信号Ｖ_Ｃは、デューティ９３〜２０％の連続信号とすることができる。図７（ｄ）で示した駆動電流Ｉｄの最大値Ｉ_Ｍを５００ｍＡとすると、上記の設定により、目標電流値を略５００ｍＡ〜１００ｍＡとすることができる。

この場合の駆動電流Ｉｄは、駆動制御信号Ｖ_Ｃに基づいて生成されるので、モータ４２の駆動はＰＷＭ信号Ｖ_Ｐの周波数を２０ｋＨｚとすると、２０ｋＨｚの連続信号となる。したがって、この条件でモータ４２を駆動する場合に、可聴域周波数の聴感異音が発生することはない。

（目標電流値が５０ｍＡの場合）
目標電流値が５０ｍＡの場合は、ＰＷＭ信号Ｖ_Ｐのデューティを２０％に設定し、不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒを、ＯＮ期間を１００μｓ、ＯＦＦ期間を１００〜１１００μｓに設定する。図７（ｄ）で示した駆動電流Ｉｄの最大値Ｉ_Ｍを５００ｍＡとすると、上記の設定により、目標電流値を略５０〜８．３ｍＡとすることができる。

この場合、駆動電流Ｉｄは、ＯＮ期間に変調周波数２０ｋＨｚのＰＷＭ信号Ｖ_Ｐに基づくものとなるが、不等間隔の間欠駆動となるので、一定周期の聴感異音は発生しない。

（目標電流値が２０ｍＡの場合）
目標電流値が２０ｍＡの場合は、ＰＷＭ信号Ｖ_Ｐのデューティを２０％に設定し、不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒを、ＯＮ期間を１００μｓ、ＯＦＦ期間を５００〜２１００μｓに設定する。図７（ｄ）で示した駆動電流Ｉｄの最大値Ｉ_Ｍを５００ｍＡとすると、上記の設定により、目標電流値を略１６．７〜４．５ｍＡとすることができる。

以上から、目標電流値が１００ｍＡ以下の場合は、制御部１１０からＯＮ/ＯＦＦ期間を適宜設定して不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒを出力することにより、モータの駆動制御を行なう。これにより、一定周期の聴感異音の発生を防止して、耳障りな音の発生を低減可能とすることができる。

（不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒの例）
図８（ａ）は、目標電流値が５０ｍＡの場合に設定されるＴicnt値の表である。このＴicnt値は、図７で示した不等間隔の周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・・・の周期の各値である。図８（ｂ）は、目標電流値が２０ｍＡの場合に設定されるＴicnt値の表である。このＴicnt値は、図７で示した不等間隔の周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・・・の周期の各値である。また、図９Ａ、図９Ｂは、図８（ａ）、（ｂ）のようにＴicnt値が設定された場合の、それぞれの駆動電流Ｉｄを示す波形図である。

（目標電流値が５０ｍＡの場合の不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒの例）
図８（ａ）に示すように、不等間隔の間欠信号を９周期の各Ｔicnt値で形成する。例えば、１周目のＴicnt値を７として、これを初期値とする。Ｔicnt値＝７は、図７で示したＯＮ期間Ｔ０の７倍を１周期の期間とすることである。２周目のＴicnt値を４とする。初期値７から３を引いてＡとする計算式とし、このＡは、６周期のＴicnt値の計算に用いる。同様な計算により、３周期〜９周期のＴicnt値を決定する。

このようなＴicnt値により生成された不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒを図示したのが、図９Ａである。図９Ａによれば、Ｔ０＝１００μｓとすると、７００μｓ、４００μｓ、１０００μｓ、３００μｓ、１１００μｓ、５００μｓ、９００μｓ、２００μｓ、１２００μｓの不等間隔の周期により間欠信号Ｖ_Ｒが生成される。ＯＮ期間（Ｔ０＝１００μｓ）は、変調周波数２０ｋＨｚ、デューティ２０％のＰＷＭ信号である。

同様に、目標電流値が２０ｍＡの場合の不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒの例として、図８（ｂ）に示すＴicnt値、及び、このＴicnt値により生成された不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒを図９Ｂを示す。上記示した目標電流値が５０ｍＡの場合、２０ｍＡの場合に限らず、モータ４２を間欠駆動する場合には、Ｔicnt値を適宜設定して不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒを生成する。これにより、モータ駆動は不等間隔の間欠駆動となるので、一定周期の聴感異音は発生せず、耳障りな音の発生を低減可能とすることができる。

（触覚呈示の動作）
次に、上記のように構成された触覚呈示装置４０について、その動作を説明する。

このプッシュ操作機構３０のリンク部材３２のアーム部３２ｃが駆動伝達機構４１のカムプレート４３の第１カム面４３ａに当接しているときは、プッシュ操作機構３０に駆動を伝達しない非伝達位置にあり、タッチパネル装置２０のプッシュ操作を許容する状態となる。

このタッチパネル装置２０をプッシュ操作すると、リンク部材３２の連結ピン３２ｄは、タッチパネル装置２０における連結片２１ｃのピン係止孔２１ｄを介して押される。これにより、リンク部材３２は、支持軸３１を回転中心として図２（ａ）〜図３（ｂ）に矢印で示す方向に回転する。タッチパネル装置２０は作動ストロークＬ１で移動するが、リンク部材３２はカムプレート４３に対して空振りするため、カムプレート４３は回転しない。

従って、このリンク部材３２のアーム部３２ｃとカムプレート４３の第１カム面４３ａとは連結されていても、アーム部３２ｃ及び第１カム面４３ａのそれぞれが曲面とされているため、アーム部３２ｃが第１カム面４３ａに当接しているかぎり、リンク部材３２を回転させても、プッシュ操作状態が維持される。

一方、このカムプレート４３の第２カム面４３ｂをリンク部材３２のアーム部３２ｃのカムフォロア面３２ｅに当接しつつ所定の角度をもって回転させることで、リンク部材３２は、支持軸３１を回転中心として、図４（ａ）〜図５（ｃ）に矢印で示す方向に回転する。これにより、タッチパネル装置２０の連結片２１ｃは、リンク部材３２の連結ピン３２ｄを介して押されることから、タッチパネル装置２０は作動ストロークＬ２で移動することとなる。

このリンク部材３２のカムフォロア面３２ｅがカムプレート４３の第２カム面４３ｂに当接して乗り上げたときは、プッシュ操作機構３０に駆動を伝達する伝達位置にあり、タッチパネル装置２０に操作感覚を呈示する触覚呈示状態となる。

従って、カムプレート４３の第２カム面４３ｂの形状に対応する変化パターンで、リンク部材３２の連結ピン３２ｄを介してタッチパネル装置２０の連結片２１ｃを往復微動させることが可能となる。モータ４２の正逆回転力は、触覚呈示装置４０のカムプレート４３がプッシュ操作機構３０のアーム部３２ｃに当接しつつ回転することで、プッシュ操作機構３０のリンク部材３２に伝達される。

このリンク部材３２の正逆回転力により、タッチパネル装置２０の連結片２１ｃが往復微動することで、タッチパネル２４が振動する。このタッチパネル２４の振動により、操作者の手指に対して垂直な方向の触覚情報としてフィードバックが与えられる。

この触覚情報は、タッチパネル装置２０からの操作者の手指による操作を示すタッチ信号に応じて、モータ４２に時計回りの回転、及び反時計回りの回転を繰り返す制御信号を出力し、所定の回転角度、及び所定の繰り返し回数をもって、モータ４２が正逆回転方向に回転駆動されることで得られる。

（モータ駆動による触覚呈示の動作例）
図１０は、モータを回転させてタッチパネルを上、下方向に駆動して触覚呈示する場合の一連の電流駆動図を示す。次に示す（１）〜（７）までの各期間において、前述の駆動電流Ｉｄ等によりモータ４２を駆動して、タッチパネルを上下に振動させて触覚呈示を行なう。

（１）まず、モータの起動を行なう。これは、停止しているモータ４２に起動をかけ、静止摩擦力から動摩擦力が支配するように移行するためのものである。例えば、モータ４２に目標電流値２００ｍＡを通電して、ＣＷ（時計回り）の回転でモータ駆動する。目標電流値２００ｍＡであるから、ＰＷＭ信号Ｖ_Ｐに基づいて連続駆動が可能である。この駆動により可聴域周波数の聴感異音が発生することはない。

（２）次に、モータのＣＷ回転駆動を行なう。図４（ａ）、図５（ａ）に示す非伝達位置から図４（ｃ）、図５（ｃ）に示す伝達位置にするためである。すなわち、このＣＷ回転駆動により、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示すように、カムプレート４３がリンク部材３２に当接するようにする。このモータのＣＷ回転駆動は、目標電流値２５ｍＡであるから、前述のＴicnt値の表に基づいて、不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒに基づく駆動電流Ｉｄによりモータ４２を駆動する。この駆動により一定周期の聴感異音の発生はなく、耳障りな音の発生は低減されている。

（３）次に、ブレーキをかける。（２）のモータのＣＷ回転駆動後にモータ回転を停止させるため、回生ブレーキをかける。

（４）次に、タッチパネル２４を押し上げる。この動作により、タッチパネル２４を介して操作者に操作感覚を呈示する触覚呈示を行なう。例えば、モータ４２に目標電流値５００ｍＡを通電して、ＣＷ（時計回り）の回転でモータ駆動する。目標電流値５００ｍＡであるから、ＰＷＭ信号Ｖ_Ｐに基づいて連続駆動が可能である。この駆動により可聴域周波数の聴感異音が発生することはない。

（５）ＳＴＯＰ期間の後、モータの逆回転駆動を行なう。上昇したタッチパネル２４を下方向に移動させて元の位置に戻すためである。（１）と同様に、モータの起動を行なう。例えば、モータ４２に目標電流値２００ｍＡを通電して、ＣＣＷ（反時計回り）の回転でモータ駆動する。目標電流値２００ｍＡであるから、ＰＷＭ信号Ｖ_Ｐに基づいて連続駆動が可能である。この駆動により可聴域周波数の聴感異音が発生することはない。

（６）次に、モータのＣＣＷ（反時計回り）の回転駆動を行なう。図４（ｃ）、図５（ｃ）に示す伝達位置から図４（ａ）、図５（ａ）に示す非伝達位置に戻すためである。これにより、上昇したタッチパネル２４は下方向に移動して元の位置に戻る。このモータのＣＣＷ回転駆動は、目標電流値２５ｍＡであるから、前述のＴicnt値の表に基づいて、不等間隔の間欠信号Ｖ_Ｒに基づく駆動電流Ｉｄによりモータ４２を駆動する。この駆動により一定周期の聴感異音の発生はなく、耳障りな音の発生は低減されている。

（７）最後に、ブレーキをかける。（６）のモータのＣＣＷ回転駆動後にモータ回転を停止させるため、回生ブレーキをかける。これにより、一連のモータ駆動による触覚呈示を終了する。

（実施の形態の効果）
以上のように構成された操作装置１を採用することで、以下の効果が得られる。

（１）低電流でモータを駆動する場合に、制御部１１０、すなわち、マイコンの割込み時間の制約により間欠駆動としなければならない場合がある。この場合に、ＰＷＭ信号のデューティ、及び、変調周波数を適宜設定してＯＮ/ＯＦＦ期間が不等間隔の間欠信号に基づいてモータ４２を駆動する。これにより、一定周期の聴感異音が発生せず、耳障りな音の発生を低減可能とする操作装置を提供することができる。
（２）上記のようにモータ４２を間欠駆動する場合に、変調周波数を２０ｋＨｚ以上とすることにより、ＰＷＭ信号に基づく可聴域周波数の聴感異音が発生することはない。
（３）モータ駆動の目標電流値によっては、間欠信号ではなく、所定の変調周波数のＰＷＭ信号により連続駆動が可能である。この場合は、聴域周波数の聴感異音が発生することはない。
（４）以上説明したように、不等間隔の間欠信号としてランダムに周期を設定して音の周波数を分散することにより、耳障りな音の改善が出来る。

［変形例］
本発明における操作装置１においては、次に示すような他の変形例も可能である。

（１）上記触覚呈示手段は、車載機器に限らず、例えばゲーム機、パーソナルコンピュータや携帯電話機などの各種の端末装置に適用することができることは勿論である。
（２）タッチパネルを備えていない各種のスイッチ装置であっても、操作者の手指に触覚刺激操作感触を呈示することは可能であり、上記触覚呈示手段は、例えばマウス装置、キーボードや操作ノブなどにも適用することができる。
（３）上記触覚呈示手段は、例えば使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…操作装置、２…ボディ、３…カバー体、４…セパレータ、５，６…操作ノブ、５ａ，６ａ…プッシャ、５ｂ，６ｂ…プッシュスイッチ、７…制御基板、８…ストッパ、２０…タッチパネル装置、２１…ベース、２１ａ…弾性係合片、２１ｂ…案内片、２１ｃ…連結片、２１ｄ…ピン係止孔、２２…フレーム、２２ａ…枠部、２３…タッチセンサ基板、２４…タッチパネル、２５…シールド部材、２６…クリック部材、２７…導電性テープ、２８…フレキシブルフラットケーブル、２９…両面テープ、３０…プッシュ操作機構、３１…支持軸、３２…リンク部材、３２ａ…基部、３２ｂ…支持軸挿入用孔、３２ｃ…アーム部、３２ｄ…連結ピン、３２ｅ…カムフォロア面、３３…エンコーダ、３４…ホルダ、３５…スタビライザ、３６…トーションバネ、４０…触覚呈示装置、４１…駆動伝達機構、４２…モータ、４３…カムプレート、４３ａ…第１カム面、４３ｂ…第２カム面、４４…ハウジング、４５…ターミナル、４６…グランドクリップ、１００…駆動制御部、１１０…制御部、１２０…駆動信号生成部、１２５…ＰＷＭ信号発生部、１２６…ＡＮＤ回路、１３０…駆動回路

Claims

プッシュ操作可能なプッシュ操作機構と、
前記プッシュ操作機構を駆動部により駆動して操作感覚を呈示する触覚呈示手段と、
不等間隔の間欠信号及び所定の変調周波数に設定されるＰＷＭ信号に基づいて生成される駆動制御信号により前記駆動部を間欠駆動する駆動制御部と、
を有することを特徴とする操作装置。
前記間欠信号は、前記駆動部を駆動する電流量に応じて設定される不等間隔の周期のパルスが時系列に出力されるパルス列であることを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
前記ＰＷＭ信号は、前記変調周波数が可聴域周波数を超えた周波数に設定されることを特徴とする請求項１記載の操作装置。