JP2018206275A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作パネルの振動方向以外の方向の変位を規制し、操作パネルの振動方向の変位を許容する構造を設けることなく、操作パネルの振動方向のばらつきを低減し、操作パネルを効率よく振動させる入力装置を提供する。【解決手段】タッチセンサ３が配置され、操作者により接触操作されるタッチ面４ａを有する平板形状の操作パネル４と、タッチ面４ａに沿った一軸方向に変位可能にプリント回路基板５に支持する支持手段と、操作パネル４を一軸方向に振動させるアクチュエータ７とを備え、支持手段は、プリント回路基板５と操作パネル４に固定された固定金具８との間の４隅部に設けられた金属の板バネ６からなり、板バネ６は、一軸方向にのみバネ性を有することを特徴とする入力装置。【選択図】図１

Description

本発明は、入力装置に関する。

特許文献１には、入力装置に関し、タッチセンサが配置され、操作者により接触操作されるタッチ面を有する平板形状の操作パネルと、操作パネルをタッチ面に沿った一軸方向に変位可能に固定部に支持する支持手段と、操作パネルを一軸方向に振動させるアクチュエータとを備え、支持手段は、操作パネルと固定部との間の複数箇所に設けられた弾性体ブロックからなるものが記載されている。

この入力装置は、操作者により操作パネルのタッチ面が接触操作されると、操作パネルを、そのタッチ面に沿った一軸方向に振動させることで、そのタッチ面に接触している操作者の指先に触覚を発生させる。

特開２００７−３４９９１号公報

しかし、特許文献１記載の入力装置では、操作パネルを固定部に支持する支持手段が、操作パネルと固定部との間の複数箇所に設けられた弾性体ブロックである。このため、操作パネルが、そのタッチ面に沿った一軸方向、即ち振動方向には勿論のこと、それ以外の方向にも変位可能となっている。よって、操作パネルの振動方向以外の方向の変位を規制し、操作パネルの振動方向の変位を許容する構造を設けない限り、操作パネルの振動方向がばらついてしまい、操作パネルを効率よく振動させることが困難になるという問題があった。

本発明の目的は、操作パネルの振動方向以外の方向の変位を規制し、操作パネルの振動方向の変位を許容する構造を設けることなく、操作パネルの振動方向のばらつきを低減し、操作パネルを効率よく振動させる入力装置を提供することにある。

１．タッチセンサが配置され、操作者により接触操作されるタッチ面を有する平板形状の操作パネルと、前記操作パネルを前記タッチ面に沿った一軸方向に変位可能に固定部に支持する支持手段と、前記操作パネルを前記一軸方向に振動させるアクチュエータとを備え、前記支持手段は、前記固定部と前記操作パネル又は前記操作パネルに固定された固定金具との間の複数箇所に設けられた金属の板バネからなり、前記板バネは、前記一軸方向にのみバネ性を有することを特徴とする入力装置。
２．１に記載の入力装置であって、前記板バネは、前記一軸方向と垂直な一平面内に配置され、前記一軸方向にのみ撓み変形可能な中間部と、前記中間部の一端から直角に折り曲げた状態で連設された一端部と、前記中間部の他端から直角に折り曲げた状態で連設された他端部とを有し、前記一端部が前記固定部に固定され、前記他端部が前記操作パネル又は前記固定金具に固定されていることを特徴とする入力装置。
３．２に記載の入力装置であって、前記板バネは、側面視において、Ｚ形であり、前記一端部と前記他端部が前記中間部に対して互いに逆方向に折り曲げた状態で連設されていることを特徴とする入力装置。
４．１〜３のいずれか１に記載の入力装置であって、前記操作パネルは、平面視において、矩形であり、前記矩形の一組の対辺が前記一軸方向に沿った状態で配置され、前記板バネは、少なくとも４個設けられ、前記操作パネルの四隅部又は前記固定金具の四隅部を前記固定部に連結することを特徴とする入力装置。
５．１〜４のいずれか１に記載の入力装置であって、前記操作パネルの振動の振幅は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする入力装置。

本発明によれば、操作パネルを固定部に支持する支持手段が、固定部と操作パネル又は操作パネルに固定された固定金具との間の複数箇所に設けられた板バネであり、その板バネが、操作パネルのタッチ面に沿った一軸方向、即ち振動方向にのみバネ性を有することにより、その板バネ自体が、操作パネルの振動方向以外の方向の変位を規制し、操作パネルの振動方向の変位を許容する構造となる。よって、そのような構造を設けることなく、操作パネルの振動方向のばらつきを低減し、操作パネルを効率よく振動させる入力装置を提供することができる。

本発明の実施の形態によるタッチパネルを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 板バネの斜視図である。 本発明の他の実施の形態によるタッチパネルを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。

以下、本発明に係る入力装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態によるタッチパネル１を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。図２は、板バネ６の斜視図である。図には３次元直交座標系を示してある。この３次元直交座標系において、Ｚ（軸）方向は、操作パネル４のタッチ面４ａと垂直の方向である。また、＋Ｚ方向がタッチ入力を受け付ける表面側である。Ｘ（軸）方向及びＹ（軸）方向は、矩形の平板形状の操作パネル４の端辺に沿った方向である。より具体的には、Ｘ方向は操作パネル４の一組の対辺である長辺に沿った方向であり、Ｙ方向は操作パネル４の他の一組の対辺である短辺に沿った方向である。図１（Ａ）は、タッチパネル１のＸＹ平面図である。図２は、図１（Ａ）の右下の板バネ６の斜視図である。

而して、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示すタッチパネル１は、車両のセンターコンソールに設けられ、車幅方向を長手方向とした矩形のディスプレイ、例えば９．７インチ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）にカーナビゲーションやオーディオ、エアコンの操作機能を集約するもので、９．７インチ液晶ディスプレイである表示パネル２と、タッチセンサ３が配置され、車両の乗員である操作者により接触操作されるタッチ面４ａを有する平板形状の操作パネル４と、操作パネル４をそのタッチ面４ａに沿った一軸方向としてＸ方向に変位可能に固定部に支持する支持手段と、操作パネル４をＸ方向に振動させるアクチュエータ７と、操作パネル４に固定される固定金具８とを備えて構成されている。

操作パネル４は、例えばアクリル系又はポリカーボネート系の透明な樹脂材料により例えば板厚２〜３ｍｍの矩形の平板形状に形成されており、互いに対向して配置された表面（前面）と裏面（背面）とを有し、これら表面と裏面は互いに平行な平面となっている。表面は＋Ｚ側のＸＹ平面であり、裏面は−Ｚ側のＸＹ平面である。また、操作パネル４は、Ｘ方向に沿った１組の対辺（２端辺）と、Ｙ方向に沿った他の１組の対辺（２端辺）とを有し、Ｘ方向に沿った１組の対辺が長辺であり、Ｙ方向に沿った他の１組の対辺が短辺である。

操作パネル４の周縁部には、例えば黒色等の加飾印刷が施されている。この印刷された部分が枠状の加飾層４ｂである。この加飾層４ｂにより操作パネル４の中央部に矩形の透明窓部４ｃが区画されている。この透明窓部４ｃに対応する操作パネル４の表面の中央部がタッチ面４ａになっている。

タッチセンサ３は、矩形の透明なシート状の静電容量方式タッチセンサであって、透明窓部４ｃに対応する操作パネル４の裏面の中央部に透明粘着剤を介して貼り合わされてタッチ面４ａに対向して配置され、タッチ面４ａに接触する操作者の指等の座標位置（Ｘ座標とＹ座標）を検出可能である。

表示パネル２は、タッチセンサ３の裏面に透明粘着剤を介して貼り合わされ、表示パネル２の画面に表示される画像が、その前面側に配置されたタッチセンサ３と操作パネル４の透明窓部４ｃ及びタッチ面４ａを透して操作者に目視されるようになっている。

図１（Ｂ）において、符号５はプリント回路基板である。このプリント回路基板５は、車両のセンターコンソール内に固定されて、センターコンソールの開口部をそれとの間に自身が振動するための隙間を設けて覆っているカバーパネル（意匠パネル）としての操作パネル４の裏面側（背面側）に対向した状態で平行に配置されている。

プリント回路基板５には、タッチパネル１の制御部としてのマイクロコンピュータと、カーナビゲーションやオーディオ、エアコン等の操作対象の車載機器との車内ＬＡＮインターフェースと、アクチュエータ７の駆動回路等とともに、アクチュエータ７が設けられている。

そして、プリント回路基板５を固定部として、操作パネル４は、支持手段を介して、タッチ面４ａに沿った一軸方向としてのＸ方向に変位可能に固定部としてのプリント回路基板５に支持されている。

固定金具８は、金属板を所定形状に打ち抜き加工及び曲げ加工することにより形成されている。固定金具８の平面形状は、操作パネル４と同じ矩形に形成されている。また、Ｙ方向に対する垂直の一平面で切った固定金具８の断面形状は、ハット形状に形成されている。固定金具８は、Ｘ方向に沿った幅方向中央部に形成された矩形の底板部８ａと、底板部８ａの幅方向の両端縁から直角に立ち上げられた一対の側板部８ｂと、各側板部８ｂの上端縁から幅方向外側に直角に張り出しされた一対のつば部８ｃとを有している。

固定金具８は、一対のつば部８ｃの複数箇所を操作パネル４の裏面のＸ方向に沿った幅方向の両端部に熱かしめ等で固定することにより、底板部８ａを操作パネル４の裏面に対して平行に離した状態で、操作パネル４の裏面に固定されている。操作パネル４の裏面と固定金具８の底板部８ａとの隙間（スペース）にタッチセンサ３及び表示パネル２が収容配置されている。

支持手段は、固定部としてのプリント回路基板５と操作パネル４との間の複数個所に設けられた金属の板バネ６からなり、板バネ６は、操作パネル４のタッチ面４ａに沿った一軸方向としてのＸ方向にのみバネ性を有している。

ここで、操作パネル４の裏面には固定金具８が固定されているので、支持手段としての板バネ６は、固定部としてのプリント回路基板５と固定金具８との間の複数個所に設けられている。より具体的には、板バネ６は、操作パネル４の四隅部に対応する固定金具８の四隅部の裏面において、この固定金具８とプリント回路基板５との間に設けられて、固定金具８の四隅部をプリント回路基板５に連結することにより、操作パネル４をＸ方向に変位可能にプリント回路基板５上に支持しいている。即ち、支持手段は、操作パネル４の四隅部に対応する固定金具８の四隅部の裏面において、この固定金具８とプリント回路基板５との間に設けられ、Ｘ方向にのみバネ性を有する同一構造の４個の板バネ６により構成されている。

板バネ６は、例えばバネ用のリン青銅板又はステンレス鋼帯を所定形状に打ち抜き加工及び曲げ加工することにより形成されている。Ｘ方向にのみバネ性を有する板バネ６は、Ｘ方向と垂直な一平面内に配置され、Ｘ方向にのみ撓み変形可能な矩形の平板形状の中間部６ａと、中間部６ａの一端から直角に折り曲げた状態で連設された矩形の平板形状の一端部６ｂと、中間部６ａの他端から直角に折り曲げた状態で連設された矩形の平板形状の他端部６ｃとを有している。また、板バネ６は、Ｙ方向に沿った側面視において、Ｚ形であり、一端部６ｂと他端部６ｃが中間部６ａに対して逆方向に折り曲げた状態で連設されている。

４個の板バネ６の一端部６ｂがそれぞれ固定金具８の底板部８ａの四隅部にリベット等で接合固定され、４個の板バネ６の他端部６ｃがそれぞれプリント回路基板５にリベット等で接合固定されている。

４個の板バネ６のうち、図１（Ａ）の左上と右上の２個の板バネ６は操作パネル４の中心を通るＸ方向に沿った１本の直線を対象軸として左右対称に設けられ、これと同様に図１（Ａ）の左下と右下の２個の板バネ６も操作パネル４の中心を通るＸ方向に沿った１本の直線を対象軸として左右対称に設けられている。

図１（Ａ）の左上と左下の２個の板バネ６は操作パネル４の中心を通るＹ方向に沿った１本の直線を対象軸として上下対称に設けられ、これと同様に図１（Ａ）の右上と右下の２個の板バネ６も操作パネル４の中心を通るＹ方向に沿った１本の直線を対象軸として上下対称に設けられている。

図１（Ａ）の左上と左下の２個の板バネ６は一端部６ｂがそれぞれ右側（内側）に突出し、他端部６ｃがそれぞれ左側（外側）に突出する向きに設けられ、これと反対に、図１（Ａ）の右上と右下の２個の板バネ６は一端部６ｂがそれぞれ左側（内側）に突出し、他端部６ｃがそれぞれ左側（外側）に突出する向きに設けられている。４個の板バネ６の向きについては、図１（Ａ）の左上と左下の２個の板バネ６と図１（Ａ）の右上と右下の２個の板バネ６を同じ向きに設けてもよい。

アクチュエータ７は、ソレノイドからなる。ソレノイドは、固定極と、可動極と、ベース部材と、弾性部材とを備えて構成される。固定極は、長脚及び短脚を有するＬ字型に形成された板状コアの積層体である。固定極の長脚には、コイルが巻回される。可動極は、コイルへの給電時に固定極に磁気吸引されて−Ｘ方向（図１の紙面左側）に移動するものである。この可動極は、固定極と同一形状の長脚及び短脚を有するＬ字型に形成された板状コアの積層体であり、ベース部材上に移動可能に配される。固定極と可動極は、互いに一方の長脚が他方の短脚に間隙を介してＸ方向に対向して配置され、全体として矩形状に配置される。ベース部材は、樹脂製の平板からなり、その上面に固定極と可動極が配置される。弾性部材は、コイルへの無給電時に、可動極を固定極から離す方向に付勢するものである。そして、コイルへの給電時に、可動極は固定極に磁気吸引されて−Ｘ方向に移動し、コイルへの無給電時に、可動極はコイル給電時に生じる磁気吸引力よりも小さい弾性部材のバネ性により＋Ｘ方向（図１の紙面左側）に移動して初期状態の位置に戻る。

アクチュエータ７は、可動極のＸ方向の振動を操作パネル４に伝達することにより、操作パネル４をＸ方向に振動させるもので、可動極と一体的に移動する２本の連結ピン７ａをさらに備えている。これら連結ピン７ａは、可動極の長脚上部の両端部に固定されて上向きに突出している。

ここで、操作パネル４の裏面には固定金具８が固定されているので、アクチュエータ７は、操作パネル４の中央部の裏面側に配置可能となっている。このため、単一のアクチュエータ７で均一な触覚を提示可能になっている。アクチュエータ７は、操作パネル４の中央部に対応するプリント回路基板５の上面１箇所に設けられ、そのベース部材がねじ止め等でプリント回路基板５に固定され、その連結ピン７ａがそれぞれ固定金具８の底板部８ａに設けた孔に係合連結されている。

感触向上や操作パネル４の大型化のために、アクチュエータ７は複数設けてもよい。

アクチュエータ７は、操作パネル４の振動の振幅が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍになるように駆動制御されている。

以上のように構成されたタッチパネル１は、操作者により操作パネル４のタッチ面４ａが接触操作されると、アクチュエータ７がＸ方向に振動する。これにより、操作パネル４がＸ方向に振動する。このように操作パネル４がＸ方向に振動することで、そのタッチ面４ａに接触している操作者の指先に触覚フィードバックを付与することができる。

以上のように本実施の形態のタッチパネル１によれば、操作パネル４を固定部としてのプリント回路基板５に支持する支持手段が、プリント回路基板５と操作パネル４に固定された固定金具８との間の複数箇所（４箇所）に設けられた板バネ６であり、その板バネ６が、操作パネル４のタッチ面４ａに沿った一軸方向としてのＸ方向、即ち振動方向にのみバネ性を有することにより、その板バネ６自体が、操作パネル４の振動方向（Ｘ方向）以外の方向（Ｙ方向やＺ方向）の変位を規制し、操作パネル４の振動方向の変位を許容する構造となる。よって、そのような構造を設けることなく、操作パネル４の振動方向のばらつきを低減し、操作パネル４を効率よく振動させることができる。

また、操作パネル４の振動の振幅は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとしてあるが、振幅が小さすぎると、板バネ６のバネ性（弾性）による−Ｘ方向への復元力が得られなくなり、振幅が大きすぎると操作パネル４が動いているのが目視で分かってしまうため、製品として低品位となる。また、振幅が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであれば、例えば５０Ｈｚ以下の低い周波数の振動であっても明確な触覚フィードバックを得ることができる。

図３は、本発明の実施の形態によるタッチパネル１０を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。

図３（Ａ），図３（Ｂ）に示すタッチパネル１０は、操作パネル４に固定される固定金具８を備えていない点と、それに伴う以下の２点で、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示すタッチパネル１と異なり、それ以外は、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示すタッチパネル１と同一の構造を有し、そのタッチパネル１０と同じ作用効果を奏するものである。

タッチパネル１０では、操作パネル４の裏面に固定金具８が固定されていないので、板バネ６は、その一端部６ｂがそれぞれ操作パネル４の裏面の四隅部にリベット等で接合固定されている。また、アクチュエータ７は、操作パネル４の周縁部に対応するプリント回路基板５の上面に設けられ、そのベース部材がねじ止め等でプリント回路基板５に固定され、その連結ピン７ａがそれぞれ操作パネル４に設けた孔に係合連結されている。アクチュエータ７は、操作パネル４の周縁部に対応するプリント回路基板５の上面において、具体的には、図１（Ａ）の左上と右上の２個の板バネ６の間の１箇所と図１（Ａ）の左下と右下の２個の板バネ６の間の１箇所の合計２箇所にそれぞれ設けられているが、これらのいずれか１箇所のみに設けてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々、変更して実施可能である。例えば、車両のセンターコンソールやインストルメントパネルには、表示機能と入力機能を併せ持ったタッチパネルの他、表示機能を持たず入力機能だけのタッチスイッチやタッチパッドも設けられているが、これらタッチスイッチやタッチパッド等の入力装置にも本発明は適用することができる。また、操作パネルを、各種車載機器の筐体ないしフレームを固定部として、複数の板バネを介して、タッチ面に沿った一軸方向に変位可能に固定部に支持するものであってもよい。また、タッチセンサを、操作パネルの表面に配置するものであってもよい。タッチセンサとして、静電容量方式以外の例えば抵抗膜方式タッチセンサを備えたものであってもよい。

１ タッチパネル（静電容量方式タッチパネル）（入力装置）
３ タッチセンサ（静電容量方式タッチセンサ）
４ 操作パネル（樹脂成形パネル）
４ａ タッチ面
５ プリント回路基板（固定部）
６ 板バネ（支持手段）
７ アクチュエータ（ソレノイド）
８ 固定金具

Claims (5)

1. タッチセンサが配置され、操作者により接触操作されるタッチ面を有する平板形状の操作パネルと、前記操作パネルを前記タッチ面に沿った一軸方向に変位可能に固定部に支持する支持手段と、前記操作パネルを前記一軸方向に振動させるアクチュエータとを備え、前記支持手段は、前記固定部と前記操作パネル又は前記操作パネルに固定された固定金具との間の複数箇所に設けられた金属の板バネからなり、前記板バネは、前記一軸方向にのみバネ性を有することを特徴とする入力装置。
2. 請求項１に記載の入力装置であって、前記板バネは、前記一軸方向と垂直な一平面内に配置され、前記一軸方向にのみ撓み変形可能な中間部と、前記中間部の一端から直角に折り曲げた状態で連設された一端部と、前記中間部の他端から直角に折り曲げた状態で連設された他端部とを有し、前記一端部が前記固定部に固定され、前記他端部が前記操作パネル又は前記固定金具に固定されていることを特徴とする入力装置。
3. 請求項２に記載の入力装置であって、前記板バネは、側面視において、Ｚ形であり、前記一端部と前記他端部が前記中間部に対して互いに逆方向に折り曲げた状態で連設されていることを特徴とする入力装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１に記載の入力装置であって、前記操作パネルは、平面視において、矩形であり、前記矩形の一組の対辺が前記一軸方向に沿った状態で配置され、前記板バネは、少なくとも４個設けられ、前記操作パネルの四隅部又は前記固定金具の四隅部を前記固定部に連結することを特徴とする入力装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１に記載の入力装置であって、前記操作パネルの振動の振幅は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする入力装置。

Images