JP2018156532A - 振動呈示装置及び操作入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化に対応可能な振動呈示装置を提供する。
【解決手段】第１の方向に移動可能に支持され、第１の方向に分力を発生させるカム部１３を備えた可動部であるタッチパッド１０と、タッチパッド１０を第１の方向と直交する方向への移動を規制するガイド部であるガイドリブ２２を備えた筐体部２０と、磁性体３５を備え、第１の方向と直交する第２の方向に移動可能に支持されたスライドホルダ３０と、スライドホルダ３０と連結し、カム部と当接するリンクバー４０と、筐体部に固定され、通電制御により磁界を発生させて磁性体３５を吸着可能なソレノイド５０と、第１の方向においてカム部１３とリンクバー４０を当接させる付勢力を付与する付勢手段であるバネ６０と、ソレノイド５０を通電制御してスライドホルダ３０を第２の方向に移動させ、リンクバー４０を第２の方向に移動させることにより、カム部１３を介してタッチパッド１０を第１の方向に駆動する制御部１００と、を有して振動呈示装置を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動呈示装置及び操作入力装置に関する。

従来の技術として、振動モータを用いてタッチパネル全域を均一に振動させることができる振動呈示装置が知られている。例えば、この振動呈示装置は、情報入力を行う入力操作面を有するタッチパネルと、回転軸周りに偏芯した錘を回転することにより振動を発生し、それぞれがタッチパネルもしくはタッチパネルに結合された構造体に取り付けられる複数の振動モータと、入力操作面で情報入力が行われたことを検出する情報入力検出手段と、情報入力検出手段にて情報入力が行われたことが検出されたときに、複数の振動モータの回転速度、回転方向および回転タイミングがそれぞれ揃うように、複数の振動モータを同期させて振動させる振動制御手段と、を備えて構成されている（特許文献１参照）。

振動呈示装置は、複数の振動モータを同期させて駆動することで、タッチパネル全域を均一に振動させることができる、とされている。

特開２０１３−５０９２０号公報

特許文献１の振動呈示装置は、上記したように、複数の振動モータを同期させて振動させる振動制御手段によりタッチパネル全域を振動させる構成である。振動モータとしてステッピングモータが例示されているが、このような回転モータは径方向にある程度の大きさを必要とするので薄型の振動呈示装置には適用がむつかしいという問題がある。また、近年は、振動呈示装置を車両に搭載する場合があり、見栄え向上の観点から薄型化のニーズが高まっているという問題もある。

従って、本発明の目的は、薄型化に対応可能な振動呈示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に、第１の方向に移動可能に支持され、前記第１の方向に分力を発生させるカム部を備えた可動部と、前記可動部を前記第１の方向と直交する方向への移動を規制するガイド部を備えた筐体部と、磁性体を備え、前記第１の方向と直交する第２の方向に移動可能に支持されたスライドホルダと、前記スライドホルダと連結し、前記カム部と当接するリンクバーと、前記筐体部に固定され、通電制御により磁界を発生させて前記磁性体を吸着可能なソレノイドと、前記第１の方向において前記カム部と前記リンクバーを当接させる付勢力を付与する付勢手段と、前記ソレノイドを通電制御して前記スライドホルダを前記第２の方向に移動させ、前記リンクバーを前記第２の方向に移動させることにより、前記カム部を介して前記可動部を前記第１の方向に駆動する制御部と、を有する振動呈示装置振動呈示装置を提供する。

［２］前記リンクバーは、長尺状であり、中央部において前記スライドホルダと連結し、両側部において前記カム部と当接する上記［１］に記載の振動呈示装置であってもよい。

［３］また、前記第１の方向は、上又は下の垂直方向である上記［１］又は［２］に記載の振動呈示装置であってもよい。

［４］また、上記［１］から［３］のいずれかに記載の振動呈示装置と、前記可動部における前記第１の方向にタッチ面を備えたタッチパネルと、を有する操作入力装置であってもよい。

本発明によれば、薄型化に対応可能な振動呈示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振動呈示装置の全体構成を説明するための分解斜視図である。 図２（ａ）は、図１で示した振動呈示装置を組み立てた状態における図１で示すＡ―Ａ断面図であって、タッチパッド（可動部）が上方向に移動（振動）していない状態の図であり、図２（ｂ）は、タッチパッド（可動部）が上方向に移動（振動）した状態の図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る振動呈示装置の概略回路構成図である。 図４は、図２（ａ）で示すＢ部の詳細図であり、リンクバーとカム部との当接により−Ｘ方向への分力Ｆｓ１が発生することを示す図である。 図５は、図２（ｂ）で示すＣ部の詳細図であり、リンクバーとカム部との当接により上方向への分力Ｆ３が発生することを示す図である。 図６（ａ）は、ソレノイドに印加される駆動信号の一例を示す波形図であり、図６（ｂ）は、タッチパッド（可動部）のＺ方向（上方向）の変位の一例を示す変位図である。

本発明の実施の形態に係る振動呈示装置１は、第１の方向に移動可能に支持され、第１の方向に分力を発生させるカム部１３を備えた可動部であるタッチパッド１０と、タッチパッド１０を第１の方向と直交する方向への移動を規制するガイド部であるガイドリブ２２を備えた筐体部２０と、磁性体３５を備え、第１の方向と直交する第２の方向に移動可能に支持されたスライドホルダ３０と、スライドホルダ３０と連結し、カム部と当接するリンクバー４０と、筐体部に固定され、通電制御により磁界を発生させて磁性体３５を吸着可能なソレノイド５０と、第１の方向においてカム部１３とリンクバー４０を当接させる付勢力を付与する付勢手段であるバネ６０と、ソレノイド５０を通電制御してスライドホルダ３０を第２の方向に移動させ、リンクバー４０を第２の方向に移動させることにより、カム部１３を介してタッチパッド１０を第１の方向に駆動する制御部１００と、を有して構成されている。

ここで、第１の方向は、図１に示す上又は下の垂直方向であって、Ｚ方向である。また、第２の方向は、図１に示す左右方向であって、Ｘ方向である。

また、可動部は、タッチパッド１０として説明する。したがって、本発明の実施の形態に係る振動呈示装置１は、振動呈示装置として機能すると共に、タッチパネル１２への操作者に対する振動呈示機能を備えた操作入力装置にも適用が可能である。

（タッチパッド１０）
タッチパッド１０は、後述するソレノイド５０により第１の方向（上下方向）である図１に示すＺ方向に駆動される可動部である。タッチパッド１０は、ベースプレート１１、タッチパネル１２、保護パネル１５が一体に構成されたものである。なお、保護パネル１５は必須のものではなく、また、上記以外のものでタッチパッド１０に含まれて可動部を構成するものがあってもよい。

ベースプレート１１は、タッチパッド１０を支持する基板として機能すると共に、筐体部２０と弾性部材（バネ６０）を介して連結されて可動部の基板として機能する。ベースプレート１１は、例えば、剛性を有する金属板、樹脂板、セラミック板等である。なお、金属を使用する場合は、アルミ等の非磁性材料が好ましい。図１に示すように、ベースプレート１１は、四隅にバネ６０の一端部を係止するための係止穴部１１ａが設けられている。また、ベースプレート１１には、後述するリンクバー４０が当接することにより後述するソレノイド５０から駆動力が伝達され、Ｚ方向に駆動力の分力を発生させるカム部１３が４か所に固定されている。

タッチパネル１２は、操作入力装置であって、例えば、上方向（Ｚ方向）にタッチ面を備えた静電容量式のタッチパネルである。タッチパネル１２は、例えば、Ｘ、Ｙの２方向にそれぞれ配列された検出電極に、順次電圧を印加しながら静電容量の検出を行なうものである。このような相互容量値は、パネル表面への指等のタッチ操作により値が変化する。例えば、指のタッチにより、相互容量値が増加する。このような相互容量値の変化を検出することにより、タッチ操作されたＸＹ座標を検出することができる。後述する振動呈示は、例えば上記示したようなタッチ操作時に、操作者に対して行なわれるものである。

（筐体部２０）
筐体部２０は、図１に示すように、底部２０ａを有し、四方に側部２０ｂを有するケースである。筐体部２０は、剛性を有する金属、樹脂等により形成されている。なお、金属を使用する場合は、アルミ等の非磁性材料が好ましい。筐体部２０は、後述するソレノイド５０を固定すると共に、ベースプレート１１を下方向（図１の−Ｚ方向）に付勢するためのバネ６０の他端部を係止する。底部２０ａには、ベースプレート１１の係止穴部１１ａに対応した位置に、バネ６０の他端部を係止するための係止穴部２０ｃが４か所設けられている。また、ベースプレート１１に対して、第１の方向及び第２の方向と直交する図１に示すＹ方向の位置を規制するガイドリブ２２を備えている。

（スライドホルダ３０）
スライドホルダ３０は、図１に示すように、ソレノイド５０を取り囲む枠部３１と、枠部３１の両側からＸ方向に張り出して形成された係合部３２、３３から概略形成されている。スライドホルダ３０は、剛性を有する非磁性の金属、樹脂等により形成されている。本実施例では、樹脂を使用する。枠部３１の内部の取付部３１ａには、磁性体３５が固定されている。この磁性体３５は、ソレノイド５０に吸着されて、磁性体３５と共にスライドホルダ３０がＸ方向に駆動されるための部材である。磁性体３５は、軟鉄材、電磁鋼材等の強磁性材料が使用できる。

枠部３１は、筐体部２０に固定されたソレノイド５０に対してＸ方向に移動可能である。

係合部３２、３３には、後述する長尺円柱状のリンクバー４０と連結して、Ｚ方向に駆動力を伝達可能な溝部３２ａ、３３ａがそれぞれ形成されている。

（リンクバー４０）
リンクバー４０は、図１に示すように、長尺状の円柱形状であり、中央部４０ａにおいてスライドホルダ３０の係合部３２、３３と連結し、両側部４０ｂにおいてカム部１３と当接する。すなわち、図１のＸ方向側、−Ｘ方向側のリンクバー４０において、それぞれ、中央部４０ａ、両側部４０ｂの３点で支持された状態で動作する。この３点支持により、それぞれのリンクバー４０において、片当たり等の不安定な状態での動作を抑制でき、ソレノイド５０からの駆動力を安定に伝達することができる。

リンクバー４０とスライドホルダ３０の係合部３２、３３と連結は、回転可能なリンク結合である。また、リンクバー４０とカム部１３との当接は、円柱表面４０ｃとカム面１３ａとの当接であり、バネ６０により発生する付勢力により、この当接状態は常に維持された状態で振動呈示の動作が行われる。

リンクバー４０は、剛性の高い金属材料により形成され、例えば、オーステナイト系の非磁性ステンレス鋼等の非磁性材料が好ましい。

（ソレノイド５０）
ソレノイド５０は、図１及び図２に示すように、センターコア５１とその周囲に巻回された電磁コイル５２から概略構成され、センターコア５１と電磁コイル５２は一体として筐体２０の底部２０ａに固定されている。センターコア５１は、電磁鋼材等の高透磁率を有する磁性材料である。電磁コイル５２は、このセンターコア５１の周囲に所定回数だけ巻回された電磁ワイヤにより形成されている。ソレノイド５０は、電磁コイル５２に通電することによりセンターコア５１が磁化されて電磁石として機能する。一方、電磁コイル５２への通電をオフにすることにより、センターコア５１の磁化はゼロとなり、電磁石として機能しない。

センターコア５１の端面５１ａは、磁性体３５と対向して所定の間隙ｄを有して配置されている。電磁コイル５２に通電した場合に、ソレノイド５０が磁性体３５及びスライドホルダ３０を吸引して、磁性体３５がセンターコア５１の端面５１ａに吸着するように構成されている。

（バネ６０）
バネ６０は、第１の方向であるＺ方向においてカム部１３とリンクバー４０を当接させる付勢力を付与する付勢手段の一例である。付勢手段としては、弾性力を発生させるゴム等も使用可能である。バネ６０は、コイルバネを使用し、一端部６０ａがベースプレート１１の係止穴部１１ａに係止され、他端部６０ｂが筐体部２０の係止穴部２０ｃに係止され、伸張状態で使用される。

（制御部１００）
制御部１００は、図３に示すように、ソレノイド５０を電流駆動するために、電磁コイル５２にスイッチング部１１０を介して電源部Ｖｃｃに接続されている。スイッチング部１１０は、制御部１００で生成したスイッチング信号Ｖｓによる電流のスイッチング動作を行なうために、例えば、リレー等が使用される。また、電磁コイル５２は、高いインダクタンスを持った誘導負荷である。このため、接点動作時におけるアーク発生から接点を保護するために、抵抗Ｒ及びコンデンサＣで構成する保護回路１２０を挿入した回路構成としている。

制御部１００は、内部で振動呈示のためのパルス信号を生成し、電流増幅されたスイッチング信号Ｖｓをスイッチング部１１０に出力する。これにより、必要な振動呈示の回数だけ、必要な周期の振動呈示を行なうことができる。

（振動呈示装置の機構説明）
図２（ａ）において、制御部１００はスイッチング信号Ｖｓオフの状態であり、ソレノイド５０（電磁コイル５２）には通電されない。この状態では、図２（ａ）、図４に示すように、バネ６０によるバネ力Ｆｓのみが−Ｚ方向に作用している。カム部１３のカム面１３ａとリンクバー４０の円柱表面４０ｃは中央部４０ａにおいて当接し、カム面１３ａにおいて−Ｘ方向の分力Ｆｓ１が発生する。この分力Ｆｓ１により、リンクバー４０は、両側部４０ｂにおいて、スライドホルダ３０を−Ｘ方向に駆動する。

図２（ａ）に示すように、センターコア５１の端面５１ａと磁性体３５との間は間隙ｄとなる位置で停止している。タッチパッド１０のタッチ面１０ａのＺ位置は、Ｚ_０である。なお、この間隙ｄとなる位置で停止させるために、スライドホルダ３０に対する−Ｘ方向のストッパ２５が筐体部２０に設けられている。

図２（ｂ）において、制御部１００はスイッチング信号Ｖｓオンの状態であり、ソレノイド５０（電磁コイル５２）は通電されている。この状態では、ソレノイド５０が電磁石として機能する。すなわち、センターコア５１が磁性体３５を吸引し、磁性体３５がセンターコア５１の端面５１ａに吸着する。この吸引力を、図２（ｂ）、図５に示すように、Ｘ方向の力としてＦ１とする。この吸引力Ｆ１により、リンクバー４０は、−Ｘ方向に駆動される。

リンクバー４０の−Ｘ方向への駆動に伴って、図５に示すように、カム面１３ａ（当接面）において、分力としてＺ方向へＦ３の駆動力が発生する。この駆動力Ｆ３は、バネ６０によるバネ力Ｆｓに抗して、タッチパッド１０を上方向（Ｚ方向）へ駆動する。このタッチパッド１０を上方向（Ｚ方向）へ駆動することにより、タッチパッド１０のタッチ面１０ａをタッチ操作等する操作者へ振動呈示、触覚呈示する。

（振動呈示装置の動作説明）
図６（ａ）は、ソレノイドに印加される駆動信号の一例を示す波形図であり、図６（ｂ）は、タッチパッド（可動部）のＺ方向（上方向）の変位の一例を示す変位図である。以下、振動呈示装置１において、図６（ａ）に示すような３つのパルス信号に基づいて振動呈示する場合について説明する。なお、振動呈示の回数は任意であって、１回の振動呈示から複数回の振動呈示まで任意に設定することができる。

図６（ａ）において、時間ｔ＝０からｔ１の期間は、ソレノイド５０（電磁コイル５２）に通電がされないオフ期間である。したがって、図２（ａ）に示すように、タッチパッド１０のタッチ面１０ａのＺ位置は、Ｚ_０である。

（吸引期間）
図６（ａ）において、時間ｔ＝ｔ１からｔ２までの期間は、ソレノイド５０（電磁コイル５２）に通電がされるオン期間である。時間ｔ＝ｔ１からソレノイド５０（電磁コイル５２）に通電が開始されると、磁性体３５がセンターコア５１の端面５１ａに向かって吸引され、図６（ｂ）に示すように、時間ｔ＝ｔ１からｔ１１までの吸引期間において、タッチパッド１０のタッチ面１０ａのＺ位置はＺ_０からＺ_１まで上方向に駆動される。図２（ｂ）に示したように、磁性体３５がセンターコア５１の端面５１ａに吸着するまでＺ位置は増加し、磁性体３５がセンターコア５１の端面５１ａに吸着した状態が、Ｚ＝Ｚ_１の位置となる。

（保持期間）
吸着後は、オン期間であってもＺ＝Ｚ_１の位置が保持される保持期間となる。

（解除期間）
図６（ａ）において、時間ｔ＝ｔ２で、ソレノイド５０（電磁コイル５２）への通電がオフされる。時間ｔ＝ｔ２からｔ３までの期間は、ソレノイド５０（電磁コイル５２）に通電されないオフ期間となる。ソレノイド５０（電磁コイル５２）への通電がオフされると、磁性体３５とセンターコア５１の端面５１ａとの吸着状態が解除される。これにより、バネ６０によるバネ力Ｆｓにより、図４に示した−Ｘ方向の分力Ｆｓ１がリンクバー４０に作用する。

−Ｘ方向の分力Ｆｓ１によってリンクバー４０及びスライドホルダ３０は、−Ｘ方向へ移動する。これにより、図６（ｂ）に示すように、ソレノイド５０（電磁コイル５２）への通電がオフされた時間ｔ＝ｔ２からｔ２１までの解除期間において、タッチパネル１２のタッチ面１０ａは、カム面１３ａとリンクバー４０が当接しながら、下方に移動してＺ＝Ｚ_０の位置まで下降する。

（停止期間）
このＺ＝Ｚ_０の位置は、スライドホルダ３０が−Ｘ方向のストッパ２５に当たった位置であり、オフ期間であってもＺ＝Ｚ_０の位置が保持される停止期間となる。

上記示したように、ソレノイド５０（電磁コイル５２）への通電のオンオフ期間の制御、これに伴う振動呈示装置の機構における吸引期間、保持期間、解除期間、停止期間の動作により、１サイクルの振動呈示が行われる。本実施の形態では、３サイクルの振動呈示が、図６（ａ）、（ｂ）に示すように繰り返し行われる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る振動呈示装置１によれば、次のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係る振動呈示装置１は、第１の方向（Ｚ方向）に移動可能に支持され、第１の方向（Ｚ方向）に分力を発生させるカム部１３を備えた可動部であるタッチパッド１０と、タッチパッド１０を第１の方向（Ｚ方向）と直交する方向への移動を規制するガイド部であるガイドリブ２２を備えた筐体部２０と、磁性体３５を備え、第１の方向（Ｚ方向）と直交する第２の方向（Ｘ方向）に移動可能に支持されたスライドホルダ３０と、スライドホルダ３０と連結し、カム部と当接するリンクバー４０と、筐体部に固定され、通電制御により磁界を発生させて磁性体３５を吸着可能なソレノイド５０と、第１の方向においてカム部１３とリンクバー４０を当接させる付勢力を付与する付勢手段であるバネ６０と、ソレノイド５０を通電制御してスライドホルダ３０を第２の方向（Ｘ方向）に移動させ、リンクバー４０を第２の方向に移動させることにより、カム部１３を介してタッチパッド１０を第１の方向に駆動する制御部と、を有して構成されている。上記の構成により、扁平な構成が可能なソレノイド５０の第２の方向（Ｘ方向）の駆動力を、スライドホルダ３０、リンクバー４０、カム部１３を介してタッチパッド１０の第１の方向（Ｚ方向）に伝達することが可能となる。したがって、薄型化に対応可能な振動呈示装置を提供することができる。
（２）振動呈示装置の薄型化に対応可能となることから、車両搭載性が向上し、また、薄く（スリムに）なることで見栄えの向上が可能となる。
（３）本実施の形態では、可動部はタッチパッド１０であって、第１の方向であるＺ方向にタッチ面を備えているので、薄型化に対応可能な操作入力装置を提供することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態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。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…振動呈示装置、１０…タッチパッド、１０ａ…タッチ面、１１…ベースプレート、１１ａ…係止穴部、１２…タッチパネル、１３…カム部、１３ａ…カム面、１５…保護パネル、２０…筐体部、２０ａ…底部、２０ｂ…側部、２０ｃ…係止穴部、２２…ガイドリブ、２５…ストッパ、３０…スライドホルダ、３１…枠部、３１ａ…取付部、３２、３３…係合部、３２ａ…溝部、３５…磁性体、４０…リンクバー、４０ａ…中央部、４０ｂ…両側部、４０ｃ…円柱表面、５０…ソレノイド、５１…センターコア、５１ａ…端面、５２…電磁コイル、６０…バネ、６０ａ…一端部、６０ｂ…他端部、１００…制御部、１１０…スイッチング部、１２０…保護回路

Claims (4)

1. 第１の方向に移動可能に支持され、前記第１の方向に分力を発生させるカム部を備えた可動部と、
   前記可動部を前記第１の方向と直交する方向への移動を規制するガイド部を備えた筐体部と、
   磁性体を備え、前記第１の方向と直交する第２の方向に移動可能に支持されたスライドホルダと、
   前記スライドホルダと連結し、前記カム部と当接するリンクバーと、
   前記筐体部に固定され、通電制御により磁界を発生させて前記磁性体を吸着可能なソレノイドと、
   前記第１の方向において前記カム部と前記リンクバーを当接させる付勢力を付与する付勢手段と、
   前記ソレノイドを通電制御して前記スライドホルダを前記第２の方向に移動させ、前記リンクバーを前記第２の方向に移動させることにより、前記カム部を介して前記可動部を前記第１の方向に駆動する制御部と、
   を有する振動呈示装置。
2. 前記リンクバーは、長尺状であり、中央部において前記スライドホルダと連結し、両側部において前記カム部と当接する請求項１に記載の振動呈示装置。
3. 前記第１の方向は、上又は下の垂直方向である請求項１又は２に記載の振動呈示装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動呈示装置と、
   前記可動部における前記第１の方向にタッチ面を備えたタッチパネルと、
   を有する操作入力装置。

Images