JP2014179046A - 操作支援装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の形状記憶合金を用いた操作支援装置は、常時入出力キーが突出しているものにすぎず、ユーザの操作時において、ユーザに対し能動的に突出させたり、更には凹ませたりするものはなかった。
【解決手段】操作者に接触される領域を有する接触部と、基盤部と、基盤部から領域を支持する弾性体の支持柱と、支持柱の中心軸に対して直交する成分を含むように支持柱を押圧して領域の状態を変化させる伸縮部とを備える操作支援装置を提供する。また、上記の操作支援装置と、伸縮部の支持柱に対する押圧を制御する制御部とを備える電子機器を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作支援装置及び電子機器に関する。

触覚子の一端が取り付けられた形状記憶合金に対するパルス電圧のオンオフを制御し、制御に応じた形状記憶合金の伸縮によって触覚子を振動させることにより、触覚子の他端に接触している操作者に触覚を与える装置が知られている（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００８−２６２４７８号公報

従来の形状記憶合金を用いた装置は、ユーザの操作時において、ユーザに対し能動的に触覚子を突出させたり凹ませたりすることができなかった。

本発明の第１の態様における操作支援装置は、操作者に接触される領域を有する接触部と、基盤部と、前記基盤部から前記領域を支持する弾性体の支持柱と、前記支持柱の中心軸に対して直交する成分を含むように前記支持柱を押圧して前記領域の状態を変化させる伸縮部とを備える。

本発明の第２の態様における電子機器は、上記の操作支援装置と、前記伸縮部の前記支持柱に対する押圧を制御する制御部とを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

第１実施例に係る操作支援装置を模式的に表す断面斜視図である。 第１実施例に係る操作支援装置を説明する説明図である。 第２実施例に係る操作支援装置を説明する説明図である。 第３実施例に係る操作支援装置を説明する説明図である。 第４実施例に係る操作支援装置を説明する説明図である。 第５実施例に係る操作支援装置を説明する説明図である。 電子機器に操作支援装置を組み込んだ例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は第１実施例に係る操作支援装置１００を模式的に表す断面斜視図である。また、図１は、後述するＳＭＡ線１４０が最大収縮状態となり、支持柱１２０が変形した状態を示す図である。本実施例に係る操作支援装置１００は、操作者の指が接触する接触部１１０と、接触部１１０を支持する支持柱１２０と、接触部１１０および支持柱１２０を支持、固定する基盤部１３０と、支持柱１２０の中心軸周りに複数回巻き付けられたＳＭＡ（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ）線１４０と、操作者の接触を検出する圧力センサ１６０とを備える。

接触部１１０は、操作者が接触する表面と、支持柱１２０によって支えられる裏面とを有するシート状の弾性体からなり、例えば絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。接触部１１０は、支持柱との接触面で接着固定された上、弛みが生じない程度に面方向に引張された状態で、側壁１３１にビスで固定されている。

支持柱１２０は、略円柱形状の弾性体からなり、例えば、接触部１１０と同様に、絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。支持柱１２０の一端は、接触部１１０に接着により固定されている。支持柱１２０の他端は、圧力センサ１６０を挟み込むようにして、基盤部１３０に接着により固定されている。支持柱１２０の中心には、基盤部１３０から突出するように設けられた円錐状の放熱部１３２が挿入されている。支持柱１２０が変形していない状態において、接触部１１０との接触箇所における支持柱１２０の断面積は、ＳＭＡ線１４０が巻き付けられた箇所における支持柱１２０の断面積より小さい。これによって、支持柱の変形の前後を通じて、支持柱と接触部の裏面との接触面積を一定に保つことができる。なお、支持柱１２０は、接触部１１０と一体的に形成されていても良い。または、支持柱１２０は、接触部１１０と、リベット等により相互に固定されていても良い。

基盤部１３０は、導電性のベース部材としての機能を担い、剛性の高い例えばステンレス鋼により形成されている。接触部１１０は、基盤部１３０と対向するように引張されて配置されている。基盤部１３０は、操作支援装置１００の側面を囲んでいる側壁１３１と、放熱部１３２とを含めて、一体的に成形されている。基盤部１３０、側壁１３１および放熱部１３２は、接地電位に保たれている。なお、基盤部１３０と、側壁１３１と、放熱部１３２とを別部材としても良い。かかる場合、基盤部１３０は、側壁１３１および放熱部１３２を固定する固定部材としても機能する。なお、放熱部１３２は、基盤部１３０と同一部材であっても、別部材であっても、導電体として形成される。

ここで、ＳＭＡ線１４０が収縮すると、支持柱１２０はくびれた状態になり、ＳＭＡ線１４０と放熱部１３２との相対的な位置関係が支持柱の中心軸方向に変位する。すなわち、ＳＭＡ線１４０は、収縮すると放熱部１３２の先端側に接近する。したがって、放熱部１３２のうち、収縮時のＳＭＡ線１４０と接近する付近の径が、基盤部１３０側の径より大きいことが好ましい。ＳＭＡ線１４０と接近する付近の径を大きくすると、ＳＭＡ線１４０と放熱部１３２との相対的な距離が小さくなるので、ＳＭＡ線１４０で生じた熱が放熱部１３２へ伝わりやすくなる。熱の伝達が効率よく行われると、収縮したＳＭＡ線１４０が元の長さに戻る時間が短縮される。結果として、支持柱１２０が変形前の状態に戻る時間を短縮できる。つまり、操作者が触れる動作領域１９０の応答性を高めることができる。

ＳＭＡ線１４０は、例えばチタンとニッケルの合金を線状に加工した形状記憶合金である。ＳＭＡ線１４０は、支持柱１２０の側面に螺旋状に複数回巻き付けられ、支持柱１２０の側面に接着して固定されている。ＳＭＡ線１４０の一端は、支持柱１２０の側面にある穴を通して、基盤部１３０から突出する放熱部１３２の先端に設けられた接地電極１７０に電気的に接続されている。ＳＭＡ線１４０の他端は、基盤部１３０に設けられた電源電極１８０に電気的に接続されている。

接地電極１７０は、放熱部１３２および基盤部１３０を介して、接地電位に保たれている。電源電極１８０は、スイッチ２１０を介して電源線２２０に接続されている。電源線２２０は、操作支援装置１００のＯＮ状態において電源電位に保たれる。スイッチ２１０は、ＳＭＡ線１４０と電源線２２０の間に組み込まれており、選択回路２９１に接続されたアドレス線２４０の指令により開閉するスイッチング素子である。

接触部１１０において、制御部２９０の制御により凸凹が形成される領域が動作領域１９０である。動作領域１９０は、図示するように操作者の指に対応する大きさであり、例えば、φ２ｍｍ以上φ１０ｍｍ未満程度が好ましい。複数の動作領域１９０が隣接するように支持柱１２０を複数設ける場合には、操作者の指の接触領域に複数の動作領域１９０が存在するように、例えばφ２ｍｍ以上φ５ｍｍ未満程度が好ましい。

スイッチ２１０が閉じられると、ＳＭＡ線１４０に電流が流れる。すると、ＳＭＡ線１４０は収縮し、支持柱１２０を締め付けるように押圧する。支持柱１２０は、周方向に押圧されると、中心軸方向に押し出されるように変形し、接触部１１０を裏面から押し出す。すなわち、図示するように、動作領域１９０の中心部が、緩やかな山状に突出する。このとき、動作領域１９０の中心部は、ＳＭＡ線１４０が後述する中間収縮状態となって平坦となった接触部１１０の平面に対し、Δｄの高さを成す。高さΔｄは、ＳＭＡ線１４０の収縮量、支持柱１２０の弾性力、接触部１１０の弾性力等により変化するので、これらを調整することにより適宜定めることができる。

スイッチ２１０が開いた状態のおいては、ＳＭＡ線１４０には電流が流れず、ＳＭＡ線１４０は収縮していない。すなわち、非通電時においては、支持柱１２０が接触部１１０を内部方向へ引き込んでいるので、動作領域１９０はへこんだ状態となる。本実施例においては、ＳＭＡ線１４０の収縮によって支持柱１２０を変形させることにより、動作領域１９０をへこんだ状態から突出した状態まで変化させる。

操作支援装置１００全体の制御を実行する制御部２９０は、選択回路２９１を介してＳＭＡ線１４０の収縮量を制御することにより、接触部１１０のへこみ量および突出量を制御することができる。なお、支持柱１２０の高さを調整することにより、動作領域１９０の初期状態を凸状としたり、凹状としたりすることもできる。動作領域１９０を積極的に操作者に示したい場合は、初期状態を凹凸状にして操作者に視認できるようにすれば良い。初期状態において動作領域１９０を視認させるには、これに限らず、例えば接触部１１０に印刷を施しても良い。

圧力センサ１６０は、突出した放熱部１３２が中心を貫通するように、円環状に形成されている。圧力センサ１６０は、互いに接着される基盤部１３０の表面と支持柱１２０の底面との間に挟み込まれて固定されている。圧力センサ１６０は、例えばひずみゲージが用いられる。操作者が動作領域１９０に触れると、圧力センサ１６０が当該接触に応じた出力信号を、検出回路線２５０を介して検出回路２９２に出力する。複数の動作領域１９０が隣接するように支持柱１２０を複数設ける場合には、圧力センサ１６０も対応して複数設ける。この場合、検出回路２９２は、いずれの動作領域１９０で圧力を検出したかを同定して、検出結果を制御部２９０に引き渡す。

制御部２９０は、圧力センサ１６０からの検出結果を受け取ると、操作者が触れたタイミングなどの他の条件と併せて、スイッチ２１０の開閉動作を決定する。例えば、制御部２９０がスイッチ２１０を閉状態とする決定をすると、当該決定に対する指令がアドレス線２４０を介してスイッチ２１０へ送られ、スイッチ２１０は閉じられる。すると、ＳＭＡ線１４０に電流が流れ、操作者が触れた動作領域１９０の表面が緩やかな山状に突出する。これにより、操作者は、動作領域１９０の表面を軽く触れただけで、大きな突出感を感じ得る。

制御部２９０は、例えば１秒程度の予め定められた時間が経過したらスイッチ２１０を開く。すると、ＳＭＡ線１４０は放熱して元の長さにまで戻る。これにより、押圧されていた支持柱１２０と押し出されていた接触部１１０は元の形状に戻る。このとき、操作者がまだ接触部１１０の表面を触れていれば、操作者は、へこんだ動作領域に指先が引き込まれるように感じ得る。

本実施例の場合、制御部２９０は、スイッチ２１０を開状態、または閉状態とするに限らず、スイッチ２１０の開閉を繰り返す状態を決定する。図２を用いて、これらのスイッチ２１０の開閉状態における動作領域１９０の変形について説明する。

図２は第１実施例に係る操作支援装置１００を説明する説明図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて、操作支援装置１００の状態変化を３パターンに分けて説明する。なお、以後の説明に用いる各図において、図１と同一の符番を付した要素については、特に言及する場合を除き、同一の機能を発揮する要素としてその説明を省略する。また、本説明においては、圧力センサ、電極、配線等の記載を適宜省略している。以降の図においても、特に言及しない限りにおいて同様とする。

図２（ａ）は、スイッチ２１０が継続的に開状態である場合、すなわち、ＳＭＡ線１４０が非収縮状態である場合を示す図である。この状態において、動作領域１９０はへこんでいる。

本実施例において、変形前の支持柱１２０の高さは、側壁１３１の高さより低い。すなわち、ＳＭＡ線１４０の非収縮状態において、接触部の弾性力が支持柱の引き込み力より弱いので、動作領域１９０はへこんだ状態となる。

図２（ｂ）は、ＳＭＡ線１４０が中間収縮状態の図である。すなわち、制御部２９０がスイッチ２１０の開閉を微小時間で繰り返し、ＳＭＡ線１４０が、上記の非収縮と、後述する最大収縮の間の中間収縮状態となっている図である。例えばＰＷＭ制御におけるデューティー比を調整することにより、中間収縮状態を実現している。この状態において、動作領域１９０は平坦である。

ＳＭＡ線１４０の一端は、電源電極１８０を介して基盤部１３０に固定されており、他端は接地電極１７０を介して放熱部１３２の先端に固定されている。基盤部１３０および放熱部１３２は剛性の高い部材であるので、ＳＭＡ線１４０が収縮しても変形することはない。すると、弾性体である支持柱１２０が、側面に螺旋状に巻き付けられたＳＭＡ線１４０から押圧されることとなり、支持柱１２０はＳＭＡ線１４０の巻き付け部分を中心にややくびれる。同時に、支持柱１２０は中心軸方向へ一定量押し出される。当該押し出し量は、後述する最大量より小さい。支持柱１２０の両端のうち、一端は剛性の高い基盤部１３０に接着固定されているので、支持柱１２０は他端の方向に押し出される。すなわち、支持柱１２０の他端に接着固定され、支持柱から裏面を引張されている接触部１１０が、当該引張力を受けなくなり、平坦な状態となる。

図２（ｃ）は、スイッチ２１０が継続的に閉状態である場合、すなわち、ＳＭＡ線１４０が最大収縮状態である場合を示す図である。この状態において、動作領域１９０は、突出している。

支持柱１２０が、上記中間収縮状態に比べて、ＳＭＡ線１４０から更に押圧されると、支持柱１２０は、ＳＭＡ線１４０の巻き付け部分を中心に最大限くびれる。同時に、支持柱１２０は中心軸方向へ最大量押し出される。すなわち、接触部１１０は、支持柱１２０との接触面の形状に合わせて表面に突出するように変形され、接触部１１０の表面は緩やかな山状になる。

以上のように、制御部２９０は、支持柱１２０の中心軸周りに巻き付けられたＳＭＡ線１４０の収縮量を制御することにより、支持柱１２０を周方向に押圧する力を制御し、支持柱１２０の中心軸方向の変形量を制御する。すなわち、制御部２９０は、ＳＭＡ線１４０の収縮量を制御することによって、接触部１１０の凹凸量を制御する。これによって、操作者に強調した突出感又はへこみ感を与えることができる。

次に、第２実施例について説明する。上記の第１実施例においては、操作支援装置１００は、１本のＳＭＡ線１４０を支持柱１２０の中心周辺において巻き付ける構成とした。第２実施例の操作支援装置は、２本のＳＭＡ線を支持柱の上下に分けて巻き付ける構成である。

図３は第２実施例に係る操作支援装置２００を説明する説明図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）を用いて、操作支援装置２００の状態変化を３パターンに分けて説明する。

操作支援装置２００は、２本のＳＭＡ線１４１、１４２が支持柱１２０に配線され、対応するスイッチ等が独立となっている点で、１本のＳＭＡ線１４０を配線する操作支援装置１００と構成が異なる。操作支援装置２００の他の構成は、操作支援装置１００と同じ構成である。

ＳＭＡ線１４１は、支持柱１２０の側面において、略中心付近に螺旋状に複数回巻き付けられ、接着固定されている。ＳＭＡ線１４２は、支持柱１２０の側面において、接触部１１０側の端部に螺旋状に複数回巻き付けられ、接着固定されている。

ＳＭＡ線１４１は、一端が接地電極１７０に固定され、他端が電源電極１８１に固定されている。ＳＭＡ線１４２は、一端が接地電極１７０に固定され、他端が電源電極１８２に固定されている。電源電極１８１、１８２は、基盤部１３０に固定されている。電源電極１８１、１８２は、各々スイッチ２１１、２１２に接続されている。

図３（ａ）は、スイッチ２１１、２１２を共に継続的な開状態として、ＳＭＡ線１４１、１４２へ通電していない非収縮状態を示す図である。この状態において、動作領域１９０は、平坦である。

本実施例において、変形前の支持柱１２０の高さは、側壁１３１の高さと同じである。すなわち、ＳＭＡ線１４１、１４２の非収縮状態において、接触部１１０の裏面は支持柱１２０からの力を受けていない。かかる状態において、接触部１１０は、弛みが生じない程度に面方向に引張されている。したがって、接触部１１０の表面は平坦となる。

図３（ｂ）は、スイッチ２１１を継続的な開状態とし、スイッチ２１２を継続的な閉状態としている図である。すなわち、ＳＭＡ線１４１は非収縮状態であり、ＳＭＡ線１４２は最大収縮状態である。この状態において、動作領域１９０は、急峻な山状に突出している。

ＳＭＡ線１４２は、通電されることによって収縮すると、支持柱１２０を側面から押圧する。ＳＭＡ線１４２は、支持柱１２０に対して接触部１１０側の端部に配線されているので、支持柱１２０に対して中心付近にＳＭＡ線１４２を配線した場合に比べ、接触部１１０側への押し出し量が少ない。すなわち、接触部１１０の裏面は、相対的に小さな面積で、変形した支持柱１２０から押圧される。したがって、ＳＭＡ線１４２が収縮すると、接触部１１０は急峻な山状に突出する。

図３（ｃ）は、スイッチ２１１を継続的な閉状態とし、スイッチ２１２を継続的な開状態としている図である。すなわち、ＳＭＡ線１４１は通電されている最大収縮状態であり、ＳＭＡ線１４２は通電されていない非収縮状態である。この状態において、動作領域１９０は、緩やかな山状に突出している。

ＳＭＡ線１４１は、通電されることによって収縮すると、支持柱１２０を側面から押圧する。ＳＭＡ線１４１は、支持柱１２０の中心付近に配線されているので、接触部１１０側と基盤部１３０側との支持柱１２０の押し出し量は略同一である。すなわち、支持柱１２０はＳＭＡ線１４１の巻き付け部分を中心にくびれる。ここで、ＳＭＡ線１４２は、非収縮状態であり、かかる状態から伸長しない。ＳＭＡ線１４２は、支持柱１２０の接触部１１０側の端部に配線されている。したがって、ＳＭＡ線１４１が収縮することによって支持柱１２０を接触部１１０側に押し出すと、支持柱１２０の接触部１１０側の端部は周方向に変形せずに軸方向に押し動かされる。すなわち、ＳＭＡ線１４１が収縮すると、接触部１１０は緩やかな山状に突出する。

以上のように、支持柱１２０の接触部１１０側の端部にＳＭＡ線１４２を配線することによって、接触部１１０を急峻な山状とすることも、緩やかな山状とすることもできる。また、2本のＳＭＡ線１４１、１４２を、各々最大収縮状態、中間収縮状態、非収縮状態と制御することによって、９通りの支持柱１２０の形状変化を作ることができる。また、スイッチ２１１、２１２の開閉動作のタイミングを調整することにより、更に多くの状態変化を作ることができる。１本の支持柱１２０に対して、複数のＳＭＡ線を独立に制御することによって、動作領域１９０の様々な凹凸形状を呈示することができる。なお、通電制御としては、継続的な閉状態とするばかりでなくＰＷＭ制御を行うこともできる。ＰＷＭ制御により、中途の収縮状態を形成しても良い。

次に、第３実施例について説明する。以上の実施例においては、ＳＭＡ線を支持柱の周方向にだけ巻き付ける構成とした。第３実施例においては、ＳＭＡ線をさらに支持柱の端面を跨ぐように巻き付ける構成とする。

図４は第３実施例に係る操作支援装置３００を説明する説明図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）を用いて、操作支援装置３００の状態変化を３パターンに分けて説明する。

操作支援装置３００は、操作支援装置１００の構成に加えて、ＳＭＡ線１４３が支持柱１２０の端面を跨ぐように配線される点で、操作支援装置１００と構成が異なる。当該構成は、ＳＭＡ線１４３に対応するスイッチ等を含む。操作支援装置３００の他の構成は、操作支援装置１００と同じ構成である。

ＳＭＡ線１４３は、支持柱１２０の外周面に沿って配線されている。支持柱の端面を跨ぐＳＭＡ線１４３は、当該端面を直線状に２分割する。ＳＭＡ線１４３は、非収縮状態において若干弛んだ状態である。ＳＭＡ線１４３は、支持柱１２０の、接触部１１０との接触面に形成された溝に嵌め込まれている。当該溝は、ＳＭＡ線１４３の厚さ以上の深さを有する。したがって、ＳＭＡ線１４３は、接触部１１０と接触することなく収縮する。また、ＳＭＡ線１４３は、収縮の前後を通して、上記の仮想平面上に位置する。ＳＭＡ線１４０は、支持柱１２０の側面においてＳＭＡ線１４３ごと螺旋状に複数回巻き付けられ、支持柱１２０に接着固定されている。

ＳＭＡ線１４０は、一端が接地電極１７０に固定され、他端が電源電極１８０に固定されている。ＳＭＡ線１４３は、一端が接地電極１７３に固定され、他端が電源電極１８３に固定されている。電源電極１８０、１８３は、基盤部１３０に固定されている。電源電極１８０、１８３は、各々スイッチ２１０、２１３に接続されている。

図４（ａ）は、スイッチ２１０、２１３を共に継続的な開状態として、ＳＭＡ線１４０、１４３へ通電していない非収縮状態を示す図である。この状態において、動作領域１９０は、平坦である。

変形前の支持柱１２０の高さは、側壁１３１の高さと同じである。すなわち、ＳＭＡ線１４０、１４３の非収縮状態において、接触部１１０の裏面は支持柱１２０からの力を受けていない。かかる状態において、接触部１１０は、弛みが生じない程度に面方向に引張されている。したがって、接触部１１０の表面は平坦となる。

図４（ｂ）は、スイッチ２１３を継続的な開状態とし、スイッチ２１０を継続的な閉状態としている図である。すなわち、ＳＭＡ線１４３は通電されていない非収縮状態であり、ＳＭＡ線１４０は通電されている最大収縮状態である。この状態において、動作領域１９０は、突出している。

ＳＭＡ線１４０は、通電されることによって収縮すると、支持柱１２０をＳＭＡ線１４３ごと側面から押圧する。支持柱１２０は、ＳＭＡ線１４０の巻き付け部分を中心にくびれ、同時に、中心軸方向へ押し出される。ここで、ＳＭＡ線１４３は、非収縮状態において若干弛んだ状態である。したがって、ＳＭＡ線１４０が収縮し、支持柱１２０を中心軸方向に押し出す当該状態において、ＳＭＡ線１４３は当該変形の妨げとならない。接触部１１０は、支持柱１２０との接触面の形状に合わせて表面に突出するように変形され、接触部１１０の表面は緩やかな山状になる。

図４（ｃ）は、スイッチ２１３を継続的な閉状態とし、スイッチ２１０を継続的な開状態としている図である。すなわち、ＳＭＡ線１４３は通電されている最大収縮状態であり、ＳＭＡ線１４０は通電されていない非収縮状態である。この状態において、動作領域１９０は、へこんでいる。

ＳＭＡ線１４３は、通電されることにより上記弛みを無くして更に収縮すると、支持柱１２０を上記溝から基盤部１３０方向に押圧する。ここで、ＳＭＡ線１４０は、非収縮状態であり、かかる状態から伸長しない。ＳＭＡ線１４０は、支持柱１２０の中心付近に配線されている。したがって、ＳＭＡ線１４３が収縮することによって支持柱１２０を基盤部１３０方向に押圧すると、支持柱１２０は周方向に変形せずに軸方向に押し潰される。すなわち、ＳＭＡ線１４３が収縮すると、動作領域１９０はへこんだ状態となる。

以上より、支持柱１２０に対して周方向にＳＭＡ線１４０を配線し、さらに、支持柱１２０の端面を跨ぐように、初期状態が弛んだ状態でＳＭＡ線１４３を配線すれば、各スイッチの単純な開閉操作で、接触部の突出又はへこみを呈示することができる。すなわち、上記の中間収縮状態のように、スイッチの開閉動作を微小時間で繰り返す制御を必要としないので、制御を簡単にすることができる。

なお、本実施例において、ＳＭＡ線１４３を支持柱１２０の端面を跨ぐように配線したが、ＳＭＡ線１４３が収縮することにより、支持柱１２０を中心軸方向に圧縮するように変形できれば、他の配線方法であっても良い。本実施例において、支持柱１２０の端面を跨ぐＳＭＡ線１４３は１本としたが、複数本のＳＭＡ線を支持柱１２０の端面を跨いで配線しても良い。当該複数本のＳＭＡ線は、互いに同じ方向または異なる方向に延びるように配線しても良い。また、本実施例において、操作者が接触部１１０を押圧することにより圧力センサが圧力を検出すると、ＳＭＡ線１４３が収縮するように制御する。すなわち、操作者が接触部１１０に接触することによって、支持柱１２０がＳＭＡ線１４３により中心軸方向に押し潰される。そして、支持柱１２０の当該変形に追従して、操作者に押圧されている動作領域１９０がへこむ。すなわち、動作領域１９０のへこみは、操作者の押圧力によって形成されるので、支持柱１２０と接触部１１０の裏面は接着されていなくとも良い。操作者は、動作領域１９０がへこむ当該動作を、引き込まれ感として感じることができる。

次に、第４実施例について説明する。以上の実施例においては、ＳＭＡ線を支持柱の側面または端面に沿わせて配線した。第４実施例においては、ＳＭＡ線を、支持柱と支持柱周りに配置された係止部との間に跨いで配線する。

図５は第４実施例に係る操作支援装置４００を説明する説明図である。図５（ａ）は操作支援装置４００の斜視概念図であり、図５（ｂ）は操作支援装置４００の動作の様子を示す図である。図５（ｂ）は、接触部１１０側から操作支援装置４００を見た図である。

本実施例においては、３本のＳＭＡ線４４０を、それぞれの係止部４８１、４８２、４８３と支持柱１２０とを跨ぐように配置している。具体的には、図５（ｂ）に示すように、３本の係止部４８１、４８２、４８３が、支持柱１２０を中心にして互いに１２０度間隔で対称に配置されている。係止部４８１、４８２、４８３は、基盤部１３０に対して固定された柱であり、剛性の高い例えば黄銅により形成されている。また、係止部４８１、４８２、４８３は、電源電極としての機能も担う。

本実施例においては、ＳＭＡ線４４１、４４２、４４３に印加する電圧値をそれぞれ変更できるように構成されており、スイッチのオン状態において電圧値を変更することにより、ＳＭＡ線４４１、４４２、４４３のそれぞれの収縮量を段階的に変更できる。このように構成することにより、動作領域１９０を斜めに窪ませることができる。

具体的には、例えばＳＭＡ線４４１には電流を流さず、ＳＭＡ線４４２には、ＳＭＡ線４４３の半分の電流を流すようにすれば、それぞれの収縮量を０：１：２とすることができる。この場合、支持柱１２０の弾性力も考慮して、図５（ｂ）に示すように、初期状態に対する３方向の力ベクトル（点線矢印）の和としての合成ベクトル（実線矢印）が得られる。すると、動作領域１９０のうち支持柱と接着されている領域である動作領域１９０ａは、この合成ベクトルの方向に従って傾斜する。すなわち、制御部２９０は、ＳＭＡ線４４１、４４２、４４３に流す電流を変化させることにより、動作領域１９０ａの傾き角を制御することができる。

なお、通電制御としては、継続的な閉状態とするばかりでなくＰＷＭ制御を行うこともできる。ＰＷＭ制御により、中途の収縮状態を形成しても良い。

なお、支持柱と係止部を跨ぐＳＭＡ線は３本に限らず、さらに増やしても良い。例えば、個々のＳＭＡ線の収縮量が少ない場合には、１２０度間隔よりも小さな角度間隔で多くのＳＭＡ線を配置すると良い。また、隣接する２本のＳＭＡ線の間隔を１８０度以上にならないように配置すれば、動作領域１９０ａをいずれの方向にも傾けることができる。

以上の各実施例においては支持柱を円柱として説明したが、支持柱の形状は円柱に限らない。四角柱、円錐台など様々な形状を採用し得る。特に、動作領域の傾斜方向に異方性を持たせたい場合には、特定の向きに倒れやすい形状を採用すると良い。

図６は第５実施例に係る操作支援装置５００を説明する説明図である。これまでの実施例においては、支持柱を絶縁性の弾性体として説明をした。本実施例における支持柱は、例えば二色成形によって成形される、絶縁性の弾性体と導電性の弾性体とが中心軸方向に積み重ねられた２層構造を有する。特に、本実施例は、操作者の接触に対して触覚を呈示する目的として動作領域を変形させるのではなく、メニューを選択するなど操作者が電子機器に対して指示を与える入力装置として利用できるように動作領域を変形させる。

図６（ａ）は、スイッチを継続的に閉状態とし、ＳＭＡ線１４０へ通電している最大収縮状態を示す図である。操作支援装置５００は、使用開始と共に動作領域１９０が突出されたこの状態に変形される。

操作支援装置５００において、支持柱５２０は、略円柱形状の弾性体からなり、中心軸方向に絶縁性部分５２１と導電性部分５２２とを有する。絶縁性部分５２１は、例えば絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。導電性部分５２２は、微細な金属粉体が練り込まれたシリコンゴムにより形成されている。支持柱５２０において、絶縁性部分５２１は、接触部１１０側に配置され、導電性部分５２２は、基盤部１３０側に配置されている。ＳＭＡ線１４０は、絶縁性部分５２１の側面を複数回巻き付けられており、支持柱５２０の変形の前後を通じて導電性部分５２２とは接触しない。放熱部１３２は、支持柱５２０の一端側から中心軸方向に挿入され、支持柱５２０を揺動可能に固定している。すなわち、支持柱５２０は、放熱部１３２に対して接着固定されており、支持柱５２０の一端側は、基盤部１３０には接着されていない。したがって、支持柱５２０の一端側は基盤部１３０に対して変形可能であり、その一部が基盤部１３０と密着したり離れたりする。支持柱５２０の他端側は、接触部１１０の裏面に接着固定されている。

図６（ａ）に示すように、ＳＭＡ線１４０の収縮状態においては、他端側が持ち上げられることにより動作領域１９０が突出し、一端側も放熱部１３２の周囲が持ち上げられて、同心状に基盤部１３０から離れる。ＳＭＡ線１４０の非収縮状態においては、他端側に接着された動作領域は平面状態を保ち、一端側も基盤部１３０と密着する。

４つの電極５８０は、基盤部１３０に対して固定されている電極である。４つの電極５８０は、操作者が動作領域１９０に接触していない場合に、ＳＭＡ線１４０の収縮状態においてはいずれも支持柱５２０と離れており、ＳＭＡ線１４０の非収縮状態においてはいずれも支持柱５２０と接触する。接触している場合は、支持柱５２０の一端側は導電性部分５２２として形成されているので、いずれの電極５８０も接地電位となる。

図６（ｂ）は、４つの電極５８０の配置を説明する図である。４つの電極５８０は、支持柱の中心軸を中心に、９０度間隔で配置されている。４つの電極５８０のそれぞれの中心を繋いで形成される円の径は、支持柱５２０の径より小さい。

図６（ｃ）は、凸状に盛り上がった動作領域１９０が操作者により斜め方向に押された状態を示す図である。動作領域１９０が斜め方向に押されると、支持柱５２０も共に傾斜する。すると、支持柱５２０の導電性部分５２２は、基盤部１３０と鋭角を成す側において押し潰され、押し潰された箇所に存在する電極５８０と接触する。このとき、他の電極５８０とは離れた状態のままである。すなわち、押し潰された箇所の電極が接地電位となり、他の電極は電源電位が維持される。制御部２９０は、このような電位の変化を監視することにより、操作者が押圧した方向を判断することができる。

このような操作支援装置５００を電子機器に組み込めば、十字キーなどの入力装置として機能させることができる。電極の数を増減させることにより、シーソーキー、八方向キーなどにも応用できる。さらには、例えば表示装置に表示させるメニューダイヤルに連動させて、あるときはシーソーキーとして機能させ、あるときは十字キーとして機能させるような、動的に変化する入力装置として機能させることもできる。

図７は、電子機器に上述の操作支援装置１００を２次元的に配列した状態で組み込んだ例を示す図である。本図の説明において、電子機器はデジタルカメラ７００とする。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、表示部７０１側からデジタルカメラ７００を見た図を示している。表示部の隣には、接触部７１０が平面状に配置されている。接触部７１０は、複数の動作領域１９０を有する。以下の説明においては、図示するように、表示部７０１に撮影モードの項目が表示されている場合を想定する。図７（ａ）では、表示部７０１の映像に連動して操作支援装置が触覚を呈示する場合について説明する。図７（ｂ）では、操作支援装置を操作することにより撮影モードの項目を選択する場合について説明する。

図７（ａ）の例においては、表示部７０１は、撮影モードの項目として１１個の項目を表示している。当該１１個の項目のそれぞれは、接触部７１０の各動作領域１９０のアドレスと対応付けられている。対応付けられた動作領域１９０は、図示するように、１１個の項目の表示に対応させて円形状に配置されていることが好ましい。

本実施例において、他の外部入力によって１１個の項目のいずれかに対応する動作領域１９０のＳＭＡ線が通電されれば、当該動作領域上の接触部７１０が突出する。ユーザは、図中の矢印に示すように、表示部７０１の映像に連動した接触部７１０の連続する突出により、接触部７１０から呈示される触覚を感じることができる。さらに、項目Ｍ、項目Ａ、項目Ｓ、および項目Ｐの４個の項目からなる項目群１と、それ以外の７個の項目からなる項目群２とで、対応する動作領域１９０に対する電圧の制御を異ならせてもよい。この場合には、項目群１に対応する動作領域１９０のＳＭＡ線と、項目群２に対応する動作領域１９０のＳＭＡ線とで収縮量が異なることになる。したがって、ユーザは、項目群１に含まれる項目と、項目群２に含まれる項目とで異なる触感を得ることができる。

図７（ｂ）の例においては、表示部７０１は、撮影モードの項目として４個の項目を表示している。当該４個の項目のそれぞれと接触部７１０の一部の動作領域１９０のアドレスとが対応付けられている。対応付けられた動作領域１９０は、図示するように、４個の項目の表示に対応させて上下左右に配置されていることが好ましい。対応付けられた動作領域１９０は、ＳＭＡ線が収縮することによって突出している。かかる状態において、対応付けられていない、接触部７１０の他の動作領域は、平坦な状態となっている。

本実施例において、ユーザによる押圧動作によって４個の項目のいずれかに対応する動作領域１９０の圧力検出がなされれば、表示部７０１では当該動作領域１９０に対応する項目が強調表示される。ユーザは、図中の矢印に示すように、接触部７１０を操作することにより、強調表示される項目を順次変更することができる。なお、圧力検出をしなくとも、第５実施例で説明したように、複数の電極に対する通電の有無を制御部が判断し、操作者の入力を判断しても良い。

なお、操作支援装置の制御部は、図７（ａ）に示すように、撮影モードの項目として１１個の項目が表示部７０１に表示されている場合と、図７（ｂ）に示すように、４個の項目が表示部７０１に表示されている場合とで、電圧の制御を異ならせてもよい。１１個の項目が表示部７０１に表示されている場合には、制御対象となる動作領域１９０の密度がより高くなる。したがって、１１個の項目のそれぞれに対応する接触部７１０の突出部分のうち、どの突出部分の収縮による触覚かを区別し辛くなる場合がある。そこで、１１個の項目が表示部７０１に表示されている場合には、４個の項目が表示部７０１に表示されている場合に比べて、電圧の印加時間を長くするとよい。これにより、ＳＭＡ線の収縮量がより大きくなるので、ユーザは触覚を知覚し易くなる。

以上の実施例においては、電子機器としてデジタルカメラを例に挙げて説明したが、上述の態様は、デジタルカメラに限らず様々な電子機器に適用し得る。例えば、携帯電話、ゲーム端末、タブレット端末、産業機械の操作パネル等にも適用できる。

以上の実施形態において、ＳＭＡ線は支持柱の側面に接着により固定するものとしたが、ＳＭＡ線の厚さに合う溝を支持柱側面に設けて、ＳＭＡ線を溝に嵌め込む構成としても良い。これにより、ＳＭＡ線を支持柱１２０の側面に接着して固定する工程を省略することができる。また、支持柱の変形時において、ＳＭＡ線が支持柱側面を摺動することを防止できる。

以上の説明では、支持柱の中心軸に対して直交する成分を含むように、ＳＭＡ線を支持柱の周方向に巻き付けたが、板状のＳＭＡにより支持注を両側から挟み込んでもよい。

以上説明したように、操作支援装置は、図１〜５に示したように、動作領域１９０に様々な凹凸形状を呈示する触覚呈示装置として機能することができる。この場合には、図７（ａ）で説明したように、入力装置を別に設け、入力操作に応じた触覚を呈示するとよい。また、操作支援装置は、図５、６に示したように、入力装置としても機能することができる。この場合には、図７（ｂ）で説明したように、操作支援装置それ自体を入力装置として利用できるので、別途入力装置を設けなくてもよい。触覚呈示装置としての機能と入力装置としての機能とは、ユーザによる設定等により適宜切り替えて利用されてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 操作支援装置、１１０ 接触部、１２０ 支持柱、１３０ 基盤部、１３１ 側壁、１３２ 放熱部、１４０、１４１、１４２、１４３ ＳＭＡ線、１６０ 圧力センサ、１７０、１７３ 接地電極、１８０、１８１、１８２、１８３ 電源電極、１９０ 動作領域、２００ 操作支援装置、２１０、２１１、２１２、２１３ スイッチ、２２０ 電源線、２４０ アドレス線、２５０ 検出回路線、２９０ 制御部、２９１ 選択回路、２９２ 検出回路、３００ 操作支援装置、４００ 操作支援装置、４４０、４４１、４４２、４４３ ＳＭＡ線、４８１、４８２、４８３ 係止部、５００ 操作支援装置、５２０ 支持柱、５２１ 絶縁性部分、５２２ 導電性部分、５８０ 電極、７００ デジタルカメラ、７０１ 表示部、７１０ 接触部

Claims (12)

1. 操作者に接触される領域を有する接触部と、
   基盤部と、
   前記基盤部から前記領域を支持する弾性体の支持柱と、
   前記支持柱の中心軸に対して直交する成分を含むように前記支持柱を押圧して前記領域の状態を変化させる伸縮部と
   を備える操作支援装置。
2. 前記伸縮部は、前記支持柱の中心軸回りに巻き付けられた、通電により収縮する線状の形状記憶合金を含む請求項１に記載の操作支援装置。
3. 前記形状記憶合金は、前記中心軸方向に沿う複数箇所に巻き付けられている請求項２に記載の操作支援装置。
4. 前記支持柱は、前記形状記憶合金が巻き付けられた箇所における断面積よりも、前記領域との接触箇所における断面積の方が小さい請求項２または３に記載の操作支援装置。
5. 前記基盤部から突出するように設けられて前記支持柱の内部に挿入された、前記支持柱よりも熱伝導率の高い放熱部とを備える請求項２から４のいずれか１項に記載の操作支援装置。
6. 前記形状記憶合金の一端は、前記放熱部に接続されている請求項５に記載の操作支援装置。
7. 前記伸縮部は、前記支持柱よりも剛性の高い係止部と前記支持柱との間に跨いで設置されている請求項１から６のいずれか１項に記載の操作支援装置。
8. 前記中心軸に沿う成分を含むように前記支持柱を伸縮して前記領域の状態を変化させる第２の伸縮部とを備える請求項１から７のいずれか１項に記載の操作支援装置。
9. 前記操作者の接触を検出する検出部とを備える請求項１から８のいずれか１項に記載の操作支援装置。
10. 前記検出部は、前記操作者の前記領域に対する接触方向を検出する請求項９に記載の操作支援装置。
11. 前記検出部は、前記基盤部と前記支持柱の間に設けられ、
    前記支持柱は、前記伸縮部に押圧されて変形することにより、前記接触部を突出させると共に前記検出部から離れ、
    前記検出部は、突出された前記接触部が前記操作者に操作されて前記支持柱が傾斜されて再び前記支持柱と接触することにより、前記接触方向を検出する請求項１０に記載の操作支援装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の操作支援装置と、
    前記伸縮部の前記支持柱に対する押圧を制御する制御部と
    を備える電子機器。

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