JP2018200533A

JP2018200533A - 触覚伝達装置

Info

Publication number: JP2018200533A
Application number: JP2017104511A
Authority: JP
Inventors: 秀郎北沢; Hideo Kitazawa; 翔吾宇野; Shogo Uno
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-05-26
Also published as: JP6840623B2

Abstract

【課題】タッチ入力に対する振動による触覚フィードバックの振動を効果的に感知できる触覚伝達装置を提供する。【解決手段】触覚伝達装置１は、表面にタッチ操作面２Ａを有するタッチ入力モジュール２と、タッチ入力モジュール２に固定され、タッチ操作面２Ａへのタッチ入力によって駆動し、タッチ操作面２Ａに沿った横振動を行う振動アクチュエータ１０と、タッチ操作面２Ａに交差する弾性厚さを有し、タッチ入力モジュール２の背面側を電子機器の筐体２０に支持する弾性ゴム材３とを備える。弾性ゴム材３は、高反発ゴム３Ａと低反発ゴム３Ｂが積層されている。【選択図】図１

Description

本発明は、触覚伝達装置に関するものである。

電子機器において、タッチパネルやタッチパッドといったタッチ入力部を備えたものが一般に普及している。タッチ入力部は、操作入力面に操作者が触れたことを検知して入力信号を発生するインターフェースである。タッチパネルのように表示画面に重ねて操作入力面を備えるものでは、入力信号の発生を画面の表示変化によって視認することができるが、タッチ入力部は、キーボードのボタン操作のような確実な操作感が得られないことが一つの難点になっている。

これに対して、インターフェースの入力確認を振動などで操作者にフィードバックする皮膚感覚フィードバック技術（触覚技術：haptic technology）が近年研究されており、タッチ入力部においても、操作入力面に触れた操作者の指などに振動をフィードバックするものが提案されている。例えば、下記特許文献１に記載される従来技術では、振動アクチュエータを有する振動板（タッチ入力部）を、弾性ダンパーを介して電子機器のフレームに弾性固定することなどが示されている。

特開２０１３−５９７５６号公報

前述した従来技術によると、弾性ダンパを設けることで、振動板（タッチ入力部）の振動が抑制されるのを防いでいる。しかしながら、この従来技術では、振動板を指などで押し込むことで弾性ダンパが変位する方向と、振動板が振動する方向が一致するため、操作者は触覚フィードバックの振動を効果的に感知できない問題がある。

これに対して、弾性ダンパーの弾性強度を高めることで、触覚フィードバックの振動は操作者の指に伝わり易くなるが、その際には、電子機器のフレーム側にも振動が伝達してしまい、電子機器の動作に悪影響を及ぼすことが懸念される。また、携帯電子機器の場合には、操作する指と反対側の手で電子機器全体を保持することになるので、電子機器に伝わった振動が操作者の操作する指とは反対側の手に伝わり、これによって、操作者の脳神経が指に伝わる触覚フィードバックの振動感触に集中できなくなり、触覚フィードバックを効果的に感知できなくなる問題が生じる。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、タッチ入力に対して振動による触覚フィードバックを行う触覚伝達装置において、触覚フィードバックの振動を操作者が効果的に感知できるようにすること、電子機器への振動の伝達を効果的に抑止すること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
表面にタッチ操作面を有するタッチ入力モジュールと、該タッチ入力モジュールに固定され、前記タッチ操作面へのタッチ入力によって駆動し、前記タッチ操作面に沿った横振動を行う振動アクチュエータと、前記タッチ操作面に交差する弾性厚さを有し、前記タッチ入力モジュールの背面側を電子機器の筐体に支持する弾性ゴム材とを備え、前記弾性ゴム材は、高反発ゴムと低反発ゴムが積層されていることを特徴とする触覚伝達装置。

本発明の触覚伝達装置を備える電子機器を示した説明図である。触覚伝達装置の操作状態を示した説明図である。本発明の他の実施形態を示した説明図である。振動アクチュエータの構成例を示した説明図である。本発明の実施形態に係る触覚伝達装置を備えた電子機器（携帯情報端末）を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１において、触覚伝達装置１は、タッチ入力モジュール２と、タッチ入力モジュール２に固定される振動アクチュエータ１０と、弾性ゴム材３とを備え、電子機器の筐体２０に外付けで取り付けられている。

タッチ入力モジュール２は、表面にタッチ操作面２Ａを有している。振動アクチュエータ１０は、タッチ操作面２Ａへのタッチ入力によって駆動し、タッチ操作面に沿った横振動を行う。すなわち、図示の例では、タッチ操作面２ＡがＸ−Ｙ方向の平面になっており、振動アクチュエータ１０の振動方向は、Ｘ方向又はＹ方向に往復振動（リニア振動）するように設定されている。

弾性ゴム材３は、タッチ操作面２Ａに交差する弾性厚さを有しており、タッチ入力モジュール２の背面側を筐体２０に支持している。図示の例では、弾性ゴム材３は、ｚ方向に沿った弾性厚さを有しており、筐体２０に設けた凹部２１の底面２１Ａでタッチ入力モジュール２の背面側を支持している。

そして、弾性ゴム材３は、高反発ゴム３Ａと低反発ゴム３Ｂが積層されている。そして、タッチ入力モジュール２側を高反発ゴム３Ａとし、筐体２０側を低反発ゴム３Ｂとしている。図示の例では、高反発ゴム３Ａと低反発ゴム３Ｂの２層で弾性ゴム材３を構成しているが、これに限らず、高反発ゴム３Ａと低反発ゴム３Ｂの間に中間的な反発力を有する他の層を設けても良い。高反発ゴム３Ａとしては、密度の高い天然ゴムなどを用いることができ、低反発ゴム３Ｂとしては、低密度のスポンジ材などを用いることができる。

このような触覚伝達装置１によると、図２に示すように、タッチ操作面２Ａを指Ｍなどで操作すると、そのタッチ入力によって振動アクチュエータ１０が駆動して、図示のような横振動ｆを発生する。この際、指Ｍは、高反発ゴム３Ａの高い反発力Ｐを受けるので、タッチ操作面２Ａに押し付けられた指Ｍには横振動ｆが伝わり易い状態になり、高反発ゴム３Ａの高い反発力Ｐで横振動ｆが増幅されて伝達されることになる。

この際、タッチ操作面２Ａを指Ｍで操作することで、指Ｍに反発力Ｐが加えられると同時に、タッチ操作面２Ａに反発力Ｐと交差する方向の横振動ｆが加えられる。これにより、指Ｍの皮膚表面近くに存在するマイスナー小体と呼ばれる触覚感覚受容器が皮膚表面のずれに似た感覚を受けることになり、指Ｍの皮下組織に存在するパチニ小体と呼ばれる触覚感覚受容器が指の沈み込みに似た感覚を受けることになる。このような感覚が脳に伝えられると、脳では恰もタッチ操作面２Ａが押されたところだけ部分的に沈み込むような錯覚を起こし、クリック感のような心地よい操作感が得られるようになる。特に、反発力Ｐの方向と横振動ｆの方向が交差することで、指Ｍの前述した触覚感覚受容器は感度良く横振動ｆを感知することができる。

このような感覚を確実に起こさせるためには、電子機器の筐体２０を手で保持する際に、振動アクチュエータ１０の横振動ｆが筐体２０を保持する手に伝わらないようにすることが必要である。このために、弾性ゴム材３の筐体２０側には低反発ゴム３Ｂを配置している。このように低反発ゴム３Ｂを筐体２０側に配置することで、筐体２０に伝わろうとする横振動ｆを減衰させることができる。これにより、筐体２０を保持する手には、横振動ｆが伝わり難くなり、また、筐体２０自体に伝わる振動を減らすことで、振動によって電子機器が受ける不具合を解消することができる。

図３に示した例は、筐体２０の凹部２１に収容したタッチ入力モジュール２に対して、凹部２１の側壁面２１Ｂとタッチ入力モジュール２の外側面との間に、クッション材４を配置している。このようなクッション材４を設けることで、タッチ入力モジュール２に横振動ｆが加えられた際に、タッチ入力モジュール２の外側面が凹部２１の側壁面２１Ｂに直接当たって異音を発生するなどの不具合が生じるのを抑止することができる。

図４は、振動アクチュエータの構成例を示している。この振動アクチュエータ１０は、固定子となる枠体４０内に可動子５０が一軸方向（図示ｘ方向）に沿って振動自在に軸支されている。可動子５０は、一対の錘部５１とその間に配置されるマグネット部５２を備えており、錘部５１には振動方向に延びるガイドシャフト５３が固定されている。マグネット部５２は、振動方向に沿って着磁されて互いに同極が向き合うように配置されたマグネット片５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃを備え、マグネット片５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの間にはスペーサ５２Ｄ，５２Ｅが配置されている。錘部５１とマグネット部５２は、連結部材５４及び補強部材５５によって一体に結合されている。

固定子となる枠体４０には、コイル４１が固定されている。コイル４１は、振動方向（図示ｘ方向）の周りに巻回されており、コイル４１内に可動子５０が摺動自在に配置される。図示の例では、直列に接続された一対のコイル４１が巻方向を逆にして配置されており、各コイル４１は、スペーサ５２Ｄ，５２Ｅの周囲にそれぞれ配置されている。また、枠体４０には、可動子５０のガイドシャフト５３を軸支する軸受４２が取り付けられ、可動子５０（錘部５１）と枠体４０との間には複数の弾性部材４３が配備されている。

このような振動アクチュエータ１０は、枠体４０に設けた入力端子４０Ａからコイル４１に振動発生信号（例えば、可動子５０の質量と弾性部材４３の弾性係数によって決まる共振周波数の交流電流）を入力することで、マグネット部５２に一軸方向（図示ｘ方向）に沿ったローレンツ力（駆動力）が作用して、一軸方向に沿ったリニア振動（横振動）を発生する。

図５は、触覚伝達装置１を備える電子機器として、携帯情報端末（例えば、スマートホン）１００を示している。携帯情報端末１００は、通常、筐体２０を一方の手で持って、他方の手の指Ｍで、タッチパネルなどのタッチ入力モジュール２のタッチ操作面２Ａを操作する。この際、指Ｍには効果的に触覚フィードバックの横振動が伝達され、筐体２０を持つ手には振動が伝わりにくくなっている。これによって、触覚フィードバックの振動を効果的に感知できる携帯情報端末１００を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：触覚伝達装置，２：タッチ入力モジュール，２Ａ：タッチ操作面，
３：弾性ゴム材，３Ａ：高反発ゴム，３Ｂ：低反発ゴム，４：クッション材，
１０：振動アクチュエータ，２０：筐体，２１：凹部，１００：携帯情報端末

Claims

表面にタッチ操作面を有するタッチ入力モジュールと、
該タッチ入力モジュールに固定され、前記タッチ操作面へのタッチ入力によって駆動し、前記タッチ操作面に沿った横振動を行う振動アクチュエータと、
前記タッチ操作面に交差する弾性厚さを有し、前記タッチ入力モジュールの背面側を電子機器の筐体に支持する弾性ゴム材とを備え、
前記弾性ゴム材は、高反発ゴムと低反発ゴムが積層されていることを特徴とする触覚伝達装置。
前記弾性ゴム材は、前記タッチ入力モジュール側を高反発ゴムとし、前記筐体側を低反発ゴムとすることを特徴とする請求項１記載の触覚伝達装置。
前記電子機器の筐体は、前記タッチ入力モジュールを収容する凹部を備え、該凹部の側壁面と前記タッチ入力モジュールの外側面との間にクッション材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の触覚伝達装置。
請求項１〜３のいずれか1項に記載の触覚伝達装置を備える電子機器。