JP2018538594A - タクト・インターフェースモジュールのアクチュエータ、タクト・インターフェースモジュール、及び触覚フィードバックを生成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、触覚フィードバックをタクト面に伝達するためにに、接触壁（１３）を介してタクト・インターフェースに接触することが意図されたフレーム（１１）と、前記フレーム（１１）に連結されるステータ（１５）と、少なくとも１つの弾性要素（２１）を介して前記シャーシ（１１）に連結されるとともに、触覚フィードバックを生成するために前記ステータ（１５）によって移動されることが意図された可動コア（１９）と、‐電磁石（１７）及び少なくとも１つの永久磁石（２０）であって、一方が前記ステータによって支承され、他方が前記可動コア（１９）によって支承される、電磁石（１７）及び少なくとも１つの永久磁石（２０）と、を備えるアクチュエータ（７）に関する。前記アクチュエータ（７）は、また、前記可動コア（１９）と前記接触壁（１３）との間に配設されるショックアブソーバ（２３）を有し、前記弾性要素（２１）は、前記電磁石が給電されていない状態において、前記可動コア（１９）が支持力を前記接触壁（１３）に向かって及ぼし、前記電磁石が所定の分極に応じて給電される状態において、前記可動コア（１９）が前記接触壁（１３）から離間するような寸法とされる。

Description

本発明は、触覚フェードバックを提供するタッチ・インターフェースモジュール用のアクチュエータ、タッチ・インターフェースモジュール、及び触覚フィードバックをユーザに伝達することを目的として触覚フィードバックを生成する方法に関する。

自動車用業界において、例えば、ジョイスティックや回転ボタンの形状を取る多機能制御モジュールが、空調システムやオーディオシステム、更にはナビゲーションシステム等の電子又は電気システムを制御するために、ますます使用されるようになっている。

このようなモジュールは、表示スクリーンと関連付けられてもよく、制御されるべきシステムに関する種々のコマンドを含むドロップダウンメニューによるナビゲーションを可能としている。

しかしながら、非常に複雑な多くの機能が存在することにより、このようなモジュールが倍増している。したがって、統合された機能の個数を増加させ、且つ人間‐装置間のインターフェースの人間工学性を改良するために、制御面又はタッチ面を有するタッチスクリーンを備えるインターフェースモジュールの使用が有利なことであると考えられる。

ユーザがこのようなセンサのタッチ面に圧力を加えたとき、負荷された圧力又は力を計測し、及び／又はこの圧力又は力が加えられた場所の位置を特定することができる。この場合、ユーザの押圧は、例えばコマンドの選択に関連する。

更に、通常の運転又は停止状態にあっても、悪状態（操作が見えない、又は実質的な認知的負担時）にあっても、ユーザにそのコマンドが実際に登録されたことを合図するために、ユーザが触覚フィードバックを受けることが重要である。これにより、ユーザは道路に集中し続けることができるとともに、タッチ面に対するユーザの行為が登録されたかの確認に関する認知的努力を削減することができる。

この目的を達成するために、振動を伝達して、これにより、ユーザにそのコマンドが実際に登録されたという触覚フィードバックを受信できるようにインターフェースモジュールに連結された、電磁アクチュエータ等のアクチュエータを有する触覚フィードバックを提供する制御モジュールが既に知られている。

このような電磁アクチュエータは、電磁石を有するステータと、単数又は複数の永久磁石を有する可動コアとを含む。コアは、ステータに対して並進移動し得る。ステータの電磁石に給電することにより、可動コアが移動させられ、この移動がタッチスクリーンに伝達される。

これに対し、拡声器の技術原理に関連付けられていることを理由として「音声コイル」と称される第２のタイプのアクチュエータは、電磁石を単数又は複数の固定永久磁石に対して移動可能であるように装着することにより得られる。

本件出願人のバージョンであるこのような触覚フィードバックを提供するタッチ・インターフェースモジュール用のアクチュエータが特に公知である。インターフェースモジュールは、ユーザの押圧を検出可能なタッチ面を備え、タッチ面に固着されたアクチュエータは、
‐シャーシと、
‐シャーシと相互作用する可動コアであって、触覚フィードバックを生成するために端位置同士の間で移動するように駆動されることが意図される可動コアと、
‐前後に並進移動するように可動コアを駆動することが可能であるように構成された、電磁石を備えるステータと、を備える。

慣性効果によって、ステータから可動コアに付与された移動はシャーシに伝達され、シャーシは、次いで振動をアクチュエータが固着されたタッチ面に伝達する。

静止した状態において、バネ装着された可動コアは、遊離静止位置を取る。

電磁石にＡＣ電力が供給されると、前後並進移動の動作の振幅が増大し、最大値に達する。

次に、電磁石へのＡＣ電力の供給が停止し、振動が徐々に消えていく。

しかしながら、本件出願人による研究によれば、コアの最初の振動はユーザによって知覚され得ず、ユーザの感じ方によれば、コマンドの適用と触覚フィードバックとの対応を遅らせるものであるということがわかっている。また、供給された電力とユーザが感じる力学的エネルギーとの比率は、最適でない。

特に、明瞭な衝撃による触覚フィードバックはユーザが知覚しやすいということが実証されている。したがって、本発明は、改良された、具体的にはより明瞭な触覚感覚を生成するアクチュエータを特に提供することにより、上述の欠点を少なくとも部分的に解消することを目的とする。

この目的のために、本発明の１つの主題は、触覚フィードバックを提供するインターフェースモジュール用のアクチュエータであって、前記インターフェースモジュールは、ユーザの押圧の少なくとも１つの特徴を検出可能なタッチ面を備え、
前記アクチュエータは、
‐触覚フィードバックを前記タッチ面に伝達するために、前記タッチ面に接触壁を介して接触することが意図されたシャーシと、
‐前記シャーシに連結されるステータと、
‐少なくとも１つの弾性要素を介して前記シャーシに連結されるとともに、触覚フィードバックを生成するために前記ステータによって移動するように駆動されることが意図された可動コアと、
‐電磁石及び少なくとも１つの永久磁石であって、一方が前記ステータによって支承され、他方が前記可動コアによって支承される、電磁石及び少なくとも１つの永久磁石と、
を有し、
前記アクチュエータは、また、前記可動コアと前記接触壁との間に配置されるダンパを有し、
前記弾性要素は、前記電磁石の非給電状態において、前記可動コアが支持力を前記接触壁の方向に及ぼし、前記電磁石が所定のバイアスを以て給電される給電状態において、前記可動コアが前記接触壁から離間するような寸法とされる、
ことを特徴とするアクチュエータである。

前記アクチュエータは、以下の単数又は複数の特徴を単独で又は組み合わせて更に有し得る。

一態様によれば、前記ダンパのバネ定数は、前記弾性要素のバネ定数より、７．５乃至１２．５倍、具体的には１０倍大きい。

前記ダンパは、例えば、エラストマーからなる層、具体的にはシリコーン層の形状を取る。

前記エラストマー層は、前記可動コアにオーバーモールドされ得る、及び／又は前記可動コアに形状係合により接合され得る。

特に、前記ダンパは、２５乃至３５に含まれる、具体的には３０ショアＡの硬度を有する。

更に他の態様によれば、前記アクチュエータは、前記可動コアの２つの対向する側面にそれぞれ配置される２つの弾性要素を備える。

前記単数又は複数の弾性要素は、バネ、具体的には螺旋圧縮バネであり得る。

本発明は、更に、触覚フィードバックを提供するタッチ・インターフェースモジュールであって、ユーザの押圧を検出可能なタッチ面と、上述のアクチュエータと、を備えるインターフェースモジュールに関する。

また、本発明は、ユーザの押圧を検出可能なタッチ面と、上述の少なくとも１つのアクチュエータと、を備える触覚フィードバックを提供するタッチ・インターフェースモジュールにおいて触覚フィードバックを生成するための方法において、
前記方法は、
‐前記可動コアを前記シャーシの前記接触壁から前記弾性要素の力に抗して離間させるように、前記電磁石に第１の所定バイアス方向において電流が供給されるステップと、
‐前記可動コアを前記シャーシの前記接触壁の方向に進ませて前記可動コアを前記接触壁に対して当接した状態に維持するために、電流の方向ひいては磁界を逆にするように、前記電磁石に前記第１バイアス方向と反対の第２の所定バイアス方向において電流が供給されるステップと、を有することを特徴とする方法、に関する。

一態様によれば、前記可動コアを離間させる前記ステップは、４ミリ秒乃至６ミリ秒、具体的には５ミリ秒持続する。

他の態様によれば、前記可動コアを進ませてこれを前記接触壁に接触した状態に維持する前記ステップは、４ミリ秒乃至６ミリ秒、具体的には５ミリ秒持続する。

他の利点及び特徴が、非制限的な例として挙げられる以下の図面の説明を読むことで明らかになるであろう。

アクチュエータを有するタッチ・インターフェースモジュールの一実施形態の概略側面図。 図１のアクチュエータの概略斜視図。 図２のアクチュエータの分解概略斜視図。 図２のアクチュエータの概略長手方向断面図。 アクチュエータに印加される制御信号のグラフ。 触覚フィードバックを生成するための方法の一実施形態のフローチャート。

全ての図面において、同一の要素は同一の参照符号にて示される。

いくつかの図面において、要素の互いに対する配向をより良く把握できるようにデカルト座標系Ｘ、Ｙ、Ｘが表示される。本明細書において、タッチ面が平面的であり、Ｘ‐Ｙ平面がこのタッチ面の平面に平行である場合、Ｚ方向はタッチ面に略垂直である。

記載される実施形態は例である。本明細書は１つ以上の実施形態について参照するが、このことは、それぞれの参照が同一の実施形態に関する、又は特徴が単独の実施形態にのみ適用されるということをかならずしも意味しない。種々の実施形態の単独の特徴が組み合わされて他の実施形態が作成され得る。

図１は、ユーザの例えば指５による押圧を検出可能なタッチ面３と、少なくとも１つの触覚フィードバックアクチュエータ７と、を備える、触覚フィードバックを提供するタッチ・インターフェースモジュール１の一実施形態を概略的に示す。アクチュエータ７の個数は、２、３、４、又はそれ以上であってもよく、具体的にはタッチ面３のサイズに応じる。

例えば自動車両のダッシュボード用、又は自動車両の中央コンソール用の触覚フェードバックを提供するタッチ・インターフェースモジュール１により、車両の電子又は電気システムが制御され得るとともに、例えばコマンドを変更又は選択したユーザに、コマンドの選択又は変更が登録されたことをユーザに再確認させるべく、触覚フィードバックが伝達され得る。

タッチ面３は平面的であり得るが、変形例によれば、外方に湾曲した又は上方に反った形状、更には凹んだ形状であることが想定され得る。少なくともタッチ面３上の指５の位置や、選択的に指５の移動に沿った経路、及び／又は指５がタッチ面３に加える圧力を検出するように、タッチ面３は、例えば抵抗又は容量センサを設けられる。

指５の位置の検出は、例えば、絵文字を含むディスプレイメニューに関連付けられるとともに、例えば、車両の装備の種々の部品、特に、空調システム、オーディオシステム、電話システム等を制御するための制御信号を生成する。

図１の実施形態は、いわゆる「吊り下げアクチュエータ」タイプと言うことができる。吊り下げとは、アクチュエータ７はタッチ・インターフェースモジュール１のケースに連結されておらず、タッチ面３に取り付けられているだけである、ということを意味する。

このように、アクチュエータ７は、インターフェースモジュール１に容易に取り付けられ且つ取り外される、特定の機能ユニットを形成している。具体的には、この機能ユニットは、タッチ面３に単にネジ留め又はクリップ固定され、したがって迅速に交換され得る。アクチュエータ７は、選択的に、交換性を犠牲にして、接着結合によってより低いコストで固着され得る。

インターフェースモジュール１は、一方でタッチ面３に、他方でアクチュエータ７に連結される制御処理ユニット８を更に備える。

例えば、制御処理ユニット８は、プロセッサと、ランダムアクセスメモリと、記憶メモリとを備えるプログラミング可能な部品であり、記憶したソフトウエアパッケージのインストラクションの実行を可能とする。それは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は更にはミニＰＣタイプの装備のうちのプログラミング可能な部品であり得る。

制御処理ユニット８は、車両の装備の種々の部品の制御メニューの表示を可能とするように、ディスプレイ（図示せず）、例えばＬＥＤ又はＬＣＤパネル等のディスプレイスクリーンにも連結され得る。

目前の道路から注意を逸らしてはならないユーザに触覚フィードバックを与えるように、アクチュエータ７を起動することによりコマンドの登録が合図され、その移動がタッチ面３に伝達される。

図２乃至４において、アクチュエータ７は、触覚フィードバックを伝達するように、タッチ面３に対して固着された接触壁１３を有するシャーシ１１を備えている。

また、アクチュエータ７は、シャーシ１１に連結されるとともに、電線、特に銅からなる電線を捲回することにより形成された電磁石１７を有するステータ１５を備える。

触覚フィードバックを生成することを目的として、可動コア１９が、Ｚ方向に沿って、接触壁１３に対して垂直な２つの対向方向において並進的に移動可能であるように、ステータ１５は可動コア１９を取り囲む。特に、可動コア１９は、シートの形状にある複数の永久磁石２０を備える。これらの永久磁石２０は、例えばプラスチックからなり、断面において「Ｅ」形状を有するホルダ２２内に示される。

ホルダ２２のアームは、可動コア１９の運動エネルギーを増加させることを目的として可動コア１９の重量を増加させるように、且つ永久磁石２０によって生成される磁力線を集結させるように、強磁性金属プレート２４をも支承する。

可動コア１９は、接触壁１３とステータ１５との間に閉じ込められ、少なくとも１つの、本例において２つの弾性要素２１の力を受ける。

例えば、本実施形態において、これらの弾性要素２１は、可動コア１９の２つの対向する側面にそれぞれ配置されたバネ、具体的には螺旋圧縮バネである。より正確には、各バネの一端がホルダ２２に当接するとともに、他端がステータ１５に当接する。

ウレタンタイプの発泡ポリエチレン、イオノマー（イオン架橋ポリマー）、又はゴム等の弾性材料を使用することも可能である。

電磁石１７の巻線を支承するステータ１５の中央長円形部は、「Ｅ」形状のホルダ２２のアームと相互作用し、可動コア１９の並進移動をＺに沿ってガイドする。

アクチュエータ７は、また、可動コア１９と接触壁１３との間に配置されたダンパ２３を有する。

ダンパ２３は、例えば、エラストマー、具体的にはシリコーンからなる層又はシートの形状を取る。ダンパ２３は、第１変形例によれば、可動コア１９にオーバーモールドされ得るか、第２変形例によれば、図３に示すように可動コア１９に形状係合により接合され得る。ダンパは、例えば、１．５ｍｍ乃至２．５ｍｍに含まれる、具体的には２ｍｍの厚さを有する。図２乃至４に示すように、ダンパ２３は、「Ｅ」形状ホルダ２２の後部に固着される。

一変形例（図示せず）によれば、ダンパー２３は接触壁１３に固着される。しかしながら、ダンパ２３を可動コア１９に固着することが好ましい。この目的は、移動部品であるこのグループの重量を、ひいてはこれが接触壁１３に衝突する際に伝達される運動エネルギーを増加させることである。

特に、ダンパ２３は、２５乃至３５に含まれる、具体的には３０ショアＡの硬度を有する。

単数又は複数の弾性要素２１は、電磁石１７の非給電状態において、ダンパ２３が接触壁１３に圧接するように、可動コア１９が接触壁１３の方向に支持力を印加するような寸法とされる。電磁石が所定のバイアスを以て給電される給電状態において、可動コア１９は接触壁１３から離間する。

ダンパ２３のバネ定数は、前記弾性要素２１のバネ定数より７．５乃至１２．５倍、具体的には１０倍大きい。

図５は、時間を関数とするアクチュエータ７に印加される制御信号のグラフであり、図６は、一実施形態による触覚フィードバックを生成するための方法のフローチャートを示す。

指５の押圧により生じた信号をタッチ面３から受信すると、制御処理ユニット８は、例えば、ステップ１００において、第１信号２００を送信する。第１信号２００は、第１の所定のバイアスを有し、例えば、電磁石１７にＺ方向に沿う第１方向において電流を供給し、これにより、弾性要素２１の力に抗して（圧縮バネは圧縮する）可動コア１９をフレーム１１の接触壁１３から離間させる方形波の形状を取る。

したがって、弾性要素２１は、このフェーズにおいて、可動コア１９に伝達された運動エネルギーのうちの一部を保存する。

当然ながら、ユニット８は、電磁石１７に直接給電するように構成され得る。しかしながら、一変形例によれば、例えば、制御信号をリレーに送信してもよい。リレーを介して電力が電磁石１７に供給される。

この第１信号２００の持続時間は、可動コア１９の離間が最大となるように十分に長い。例えば、持続時間は、４ミリ秒乃至６ミリ秒に含まれ、具体的には５ミリ秒である。

次に、ステップ１０２において、制御処理ユニット８は、第１バイアスと反対の第２の所定のバイアスを有する第２信号２０２を送信する。この信号も、例えば方形波である。この第２信号２００は、磁界を逆にするために電流の方向を逆にし、これにより、可動コア１９をシャーシ１１の接触壁１３の方向に進ませ、可動コア１９をこの接触壁１３に対して当接した状態に維持する。弾性要素２１は、このフェーズにおいて、可動コア１９の移動を支援する（圧縮バネは弛緩する）。

ここで、可動コア１９は一往復するだけであるため、ユーザの指５によって容易に感じられ得る衝突等の「衝撃的な」触覚フィードバックがこうして得られる。

第２信号２００の持続時間は、４ミリ秒乃至６ミリ秒に含まれ、具体的には５ミリ秒である。

当然ながら、制御信号２００及び２０２の持続時間は異なってもよい。本発明の範囲を逸脱せずに、異なる信号の形状や異なる振幅も想定され得る。

アクチュエータ７により、より迅速であるだけでなく、より明瞭であるためユーザが知覚しやすい触覚フィードバックをも得られることが理解されるであろう。

当然ながら、本発明の範囲を逸脱せずに他の変形例も想定されされ得る。したがって、電磁石１７を可動コア１９によって支承してもよいし、永久磁石２０を「音声コイル」構成用のステータによって支承してもよい。

Claims (12)

1. 触覚フィードバックを提供するインターフェースモジュール用のアクチュエータ（７）であって、前記インターフェースモジュール（１）は、ユーザの押圧の少なくとも１つの特徴を検出可能なタッチ面（３）を備え、
   前記アクチュエータ（７）は、
   ‐触覚フィードバックを前記タッチ面（３）に伝達するために、前記タッチ面（３）に接触壁（１３）を介して接触することが意図されたシャーシ（１１）と、
   ‐前記シャーシ（１１）に連結されるステータ（１５）と、
   ‐少なくとも１つの弾性要素（２１）を介して前記シャーシ（１１）に連結されるとともに、触覚フィードバックを生成するために前記ステータ（１５）によって移動するように駆動されることが意図された可動コア（１９）と、
   ‐電磁石（１７）及び少なくとも１つの永久磁石（２０）であって、一方が前記ステータによって支承され、他方が前記可動コア（１９）によって支承される、電磁石（１７）及び少なくとも１つの永久磁石（２０）と、
   を有し、
   前記アクチュエータ（７）は、また、前記可動コア（１９）と前記接触壁（１３）との間に配置されるダンパ（２３）を有し、
   前記弾性要素（２１）は、前記電磁石の非給電状態において、前記可動コア（１９）が支持力を前記接触壁（１３）の方向に印加し、前記電磁石が所定のバイアスを以て給電される給電状態において、前記可動コア（１９）が前記接触壁（１３）から離間するような寸法とされる、
   ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記ダンパ（２３）のバネ定数は、前記弾性要素（２１）のバネ定数より、７．５乃至１２．５倍、具体的には１０倍大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記ダンパ（２３）は、エラストマーからなる層、具体的にはシリコーン層の形状を取る、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記エラストマー層は、前記可動コア（１９）にオーバーモールドされる、
   ことを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記エラストマー層は、前記可動コア（１９）に形状係合により接合される、
   請求項３又は４に記載のアクチュエータ。
6. 前記ダンパ（２３）は、２５乃至３５に含まれる、具体的には３０ショアＡの硬度を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
7. 前記可動コア（１９）の２つの対向する側面にそれぞれ配置される２つの弾性要素（２１）を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
8. 前記単数又は複数の弾性要素（２１）は、バネ、具体的には螺旋圧縮バネである、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
9. 触覚フィードバックを提供するタッチ・インターフェースモジュール（１）であって、ユーザの押圧を検出可能なタッチ面（３）と、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアクチュエータ（７）と、を備えるインターフェースモジュール。
10. ユーザの押圧を検出可能なタッチ面（３）と、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の少なくとも１つのアクチュエータ（７）と、を備える触覚フィードバックを提供するタッチ・インターフェースモジュール（１）において触覚フィードバックを生成するための方法において、
    前記方法は、
    ‐前記可動コア（１９）を前記シャーシ（１１）の前記接触壁（１３）から前記弾性要素（２１）の力に抗して離間させるように、前記電磁石（１７）に第１の所定バイアス方向において電流が供給されるステップ（１００）と、
    ‐前記可動コア（１９）を前記シャーシ（１１）の前記接触壁（１３）の方向に進ませて前記可動コア（１９）を前記接触壁（１３）に対して当接した状態に維持するために、電流の方向ひいては磁界を逆にするように、前記電磁石（１７）に前記第１バイアス方向と反対の第２の所定バイアス方向において電流が供給されるステップ（１０２）と、を有する、
    ことを特徴とする方法。
11. 前記可動コア（１９）を離間させる前記ステップは、４ミリ秒乃至６ミリ秒、具体的には５ミリ秒持続する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記可動コア（１９）を進ませてこれを前記接触壁（１３）に接触した状態に維持する前記ステップは、４ミリ秒乃至６ミリ秒、具体的には５ミリ秒持続する、
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。

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