JP2019128657A - 触覚付与装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルが操作された場合に、タッチパネルを介してユーザの指等を振動させて、触覚を与える触覚付与装置等を提供すること。【解決手段】触覚付与装置は、機器のタッチパネルを覆う透明板１１０と、前記透明板１１０に固定されたアクチュエータと、タッチパネルの操作に基づいて送信される信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した信号に基づいて前記アクチュエータを動作させる制御部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、触覚付与装置およびプログラムに関する。

画面に表示されたボタン等を、指で触れて操作するタッチパネルが、電子機器の入力デバイスに使用されている。タッチパネルを操作する場合には、画面の表示の変化に基づいて、操作が受け付けられたかどうかを判定できる。

タッチパネルを有する電子機器の外装を保持し、電子機器全体に適宜振動を加えることにより、使用者に振動で操作感等を知覚させる振動発生装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０１６／１６２３２８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された振動発生装置では、振動を加えるタイミングを適切に定めることができない。

一つの側面では、タッチパネルが操作された場合に、タッチパネルを介してユーザの指等を振動させて、触覚を与える触覚付与装置等を提供することを目的とする。

触覚付与装置は、機器のタッチパネルを覆う透明板と、前記透明板に固定されたアクチュエータと、タッチパネルの操作に基づいて送信される信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した信号に基づいて前記アクチュエータを動作させる制御部とを備える。

一つの側面では、タッチパネルが操作された場合に、タッチパネルを介してユーザの指等を振動させて、触覚を与える触覚付与装置等を提供できる。

触覚付与装置の概要を説明する説明図である。 触覚付与装置の分解斜視図である。 Ａ部の拡大斜視図である。 ケース部の分解斜視図である。 触覚付与システムのブロック図である。 アクチュエータの斜視図である。 アクチュエータの分解斜視図である。 内部アクチュエータの斜視図である。 内部アクチュエータの分解斜視図である。 第１固定子の斜視図である。 第１移動子の斜視図である。 留具の斜視図である。 内部アクチュエータの断面図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの断面図である。 内部アクチュエータの動作状態を説明する説明図である。 アクチュエータの使用状態を説明する断面図である。 プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２の触覚付与装置の取付方法を説明する説明図である。 実施の形態３の触覚付与装置の使用状態を説明する説明図である。 実施の形態３の触覚付与装置の斜視図である。 実施の形態３の触覚付与装置の分解斜視図である。

［実施の形態１］
図１は、触覚付与装置の概要を説明する説明図である。触覚付与装置１００は一面に透明板１１０（図２参照）を有し、内部に汎用のタブレットまたはスマートフォン等の、タッチパネル３７６（図５参照）を有する板状の情報処理装置３００を収容可能である。情報処理装置３００は、本実施の形態の機器の一例である。図１は、触覚付与装置１００に、情報処理装置３００を収容した状態を示す。情報処理装置３００のタッチパネル３７６が、透明板１１０越しに見える状態である。

ユーザは、透明板１１０を介してタッチパネル３７６を見ながら、指等により触れることにより操作できる。図１に示すように、タッチパネル３７６に表示された画面上のボタンに触れて、操作が受け付けられた場合、透明板１１０が振動する。これによりユーザはタッチパネル３７６の操作が受け付けられたことを、触覚により感知できる。操作が受け付けられたことが、触覚を通じてフィードバックされることにより、ユーザは機械式のキーボード等を操作しているような感覚を得ることができる。

すなわち、触覚付与装置１００を用いることにより、汎用の情報処理装置３００に、触覚フィードバック機能を付与できる。

図２は、触覚付与装置１００の分解斜視図である。触覚付与装置１００は、情報処理装置３００を収容できる箱型のケース部１３０、情報処理装置３００のタッチパネル３７６を覆う透明板１１０および、透明板１１０の縁を覆う前枠１２０を備える。

ケース部１３０に情報処理装置３００を入れた状態で、透明板１１０はタッチパネル３７６に密着する。前枠１２０は図示を省略する爪またはネジにより、ケース部１３０に固定される。これにより、ユーザは、情報処理装置３００を内蔵した触覚付与装置１００を容易に持ち運んで、使用できる。

なお、ケース部１３０は、情報処理装置３００の電源ケーブル接続用コネクタに対応する位置に孔を有し、内蔵する情報処理装置３００を商用電源に接続できるようにされている。

図３は、Ａ部の拡大斜視図である。図４は、ケース部１３０の分解斜視図である。ケース部１３０は、底板１３１を有する。ケース部１３０の一方の長辺に沿って、底板１３１に垂直な分割壁１３５により、ケース部１３０は情報処理装置３００を収容する情報処理装置収容部と、その他の部品を収容する部品収容部とに分割されている。

部品収容部の中央にアクチュエータ室１３４が設けられ、アクチュエータ室１３４の両側に保持バネ室１３２が設けられている。アクチュエータ室１３４の両端に、略直方体形状のアクチュエータ１５が、一面を覆う第２移動子８０を透明板１１０側に向けて配置されて、それぞれ２本のネジにより固定されている。アクチュエータ１５の構成の詳細については、後述する。

保持バネ室１３２は、分割壁１３５に設けられた四角形の保持バネ孔１３３を介して、情報処理装置収容部と連通している。保持バネ室１３２に台形断面環状の保持バネ１４０が挿入されている。保持バネ１４０の上底から突出する保持バネ突起１４１が、保持バネ孔１３３を貫通して、情報処理装置収容部に突出している。

保持バネ１４０は、樹脂製である。保持バネ１４０は、情報処理装置収容部に収容された情報処理装置３００の側面を、ケース部１３０の反対側に縁に向けて押し付けることにより、ケース部１３０内で情報処理装置３００を固定する機能を果たす。

アクチュエータ室１３４の中央部に、長方形板状の回路基板１６０が２本のネジにより固定されている。回路基板１６０にはアクチュエータ１５を制御する制御回路が搭載され、回路基板１６０の両端に、アクチュエータ１５を接続するＦＰＣコネクタ１６１が取り付けられている。

触覚付与装置１００は、情報処理装置３００から電源の供給を受けて動作しても良い。触覚付与装置１００は、図示を省略する内蔵電池により動作しても良い。触覚付与装置１００は、図示を省略する電源ケーブルにより、商用電源から電源の供給を受けて動作しても良い。

なお、ケース部１３０に情報処理装置３００を収容する際、底板１３１と、情報処理装置３００との間を、発泡タイプの両面テープで固定しても良い。発泡タイプの両面テープは、押し潰すことにより厚さが変化するため、情報処理装置３００および触覚付与装置１００の寸法ばらつきの影響を吸収できる。

図５は、触覚付与システム９００のブロック図である。触覚付与システム９００は、触覚付与装置１００と、情報処理装置３００とを含む。触覚付与装置１００は、前述のアクチュエータ１５および透明板１１０に加えて、回路基板１６０に搭載された振動制御部１７０を含む。

振動制御部１７０は、第１ＣＰＵ（Central Processing Unit）１７１、主記憶装置１７２、補助記憶装置１７３、第１通信部１７４、制御Ｉ／Ｆ（Interface）１７５およびバスを備える。

第１ＣＰＵ１７１は、本実施の形態にかかるプログラムを実行する演算制御装置である。第１ＣＰＵ１７１には、一または複数のＣＰＵまたはマルチコアＣＰＵ等が使用される。第１ＣＰＵ１７１は、バスを介して振動制御部１７０を構成するハードウェア各部と接続されている。

主記憶装置１７２は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の記憶装置である。主記憶装置１７２には、第１ＣＰＵ１７１が行なう処理の途中で必要な情報および第１ＣＰＵ１７１で実行中のプログラムが一時的に保存される。

補助記憶装置１７３は、ＳＲＡＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置である。補助記憶装置１７３には、第１ＣＰＵ１７１に実行させるプログラムおよびプログラムの実行に必要な各種情報が保存される。

第１通信部１７４は、情報処理装置３００との通信を行なう通信Ｉ／Ｆである。第１通信部１７４は、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の、任意の方式により、情報処理装置３００との通信を行なう。第１通信部１７４は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル等を用いた有線接続により、情報処理装置３００との通信を行っても良い。

制御Ｉ／Ｆ１７５は、アクチュエータ１５と振動制御部１７０とを接続するＩ／Ｆである。第１ＣＰＵ１７１の制御に基づき、制御Ｉ／Ｆ１７５はアクチュエータ１５にパルス電圧を印加する。

振動制御部１７０は、アナログデバイス制御用のＩＣ（Integrated Circuit）と、通信用のＩＣとを組み合わせて構成されても良い。

情報処理装置３００は、第２ＣＰＵ３７１、主記憶装置３７２、補助記憶装置３７３、第２通信部３７４、タッチパネル３７６およびバスを備える。

第２ＣＰＵ３７１は、本実施の形態にかかるプログラムを実行する演算制御装置である。第２ＣＰＵ３７１には、一または複数のＣＰＵまたはマルチコアＣＰＵ等が使用される。第２ＣＰＵ３７１は、バスを介して情報処理装置３００を構成するハードウェア各部と接続されている。

主記憶装置３７２は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置である。主記憶装置３７２には、第２ＣＰＵ３７１が行なう処理の途中で必要な情報および第２ＣＰＵ３７１で実行中のプログラムが一時的に保存される。

補助記憶装置３７３は、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリまたはハードディスク等の記憶装置である。補助記憶装置３７３には、第２ＣＰＵ３７１に実行させるプログラムおよびプログラムの実行に必要な各種情報が保存される。

第２通信部３７４は、振動制御部１７０との通信を行なう通信Ｉ／Ｆである。タッチパネル３７６は、情報処理装置３００の入力装置と表示装置とを兼ねる。

図６は、アクチュエータの斜視図である。アクチュエータ１５は、略長方形箱型の第２固定子７０と、第２固定子７０の開口部を覆う第２移動子８０とを有し、全体が略直方体形状である。

アクチュエータ１５には、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）１２が接続されている。ＦＰＣ１２を介してアクチュエータ１５にパルス電圧を印加することにより、図６に太い矢印で示すように第２移動子８０が瞬間的に面内方向に移動し、すぐに元の状態に戻る。アクチュエータ１５は、第２移動子８０の瞬間的な動作により、透明板１１０を平面方向と平行な向きに瞬間的に動作させる。透明板１１０の瞬間的な動作により、図１を使用して説明したようにタッチパネル３７６を操作中のユーザは、クリック感等の触感を感じる。

図７は、アクチュエータ１５の分解斜視図である。アクチュエータ１５は、前述の第２移動子８０および第２固定子７０に加えて、板バネ９０と内部アクチュエータ１０とを有する。内部アクチュエータ１０の構成については、後述する。

第２固定子７０は、一面が開口した箱型の収容箱７１および２個の縁枠部７９を有する。収容箱７１は、略長方形型の底面を有する。図７における手前側の側壁である固定壁７３は、底面の長辺から立ち上がり、先端部の中央に略長方形の切込部７３２を有する。固定壁７３は、切込部７３２の図７における左側の縁から右向きに突出する抜止受部７３１を有する。

収容箱７１は、底面の短辺から外向きに延びる２個の取付部７２を有する。取付部７２は、取付孔７２１を有する。アクチュエータ１５は、取付孔７２１に挿入されたネジ等により、ケース部１３０に固定される。収容箱７１は、たとえばアルミニウム等の金属を金型に圧入する、ダイキャスト製法により作成されている。収容箱７１は、樹脂を射出成形して作成されても良い。

縁枠部７９は、略長方形のガイド板部７９１と、ガイド板部７９１の一方の長辺から突出する側面板部７９２と、ガイド板部７９１の他方の長辺の中央部から側面板部７９２と同じ向きに突出する留板部７９３とを有する。ガイド板部７９１の長辺は、収容箱７１の底面の短辺と略同一の長さである。側面板部７９２は、ガイド板部７９１と同じ側に突出する抜け止めを、先端に有する。側面板部７９２と留板部７９３との間の間隔は、収容箱７１の側壁の厚さと略同一である。

ガイド板部７９１は、側面板部７９２および留板部７９３が突出する側とは反対側の面に、長辺に平行に延びる略半円柱型の畝状突起７９４を有する。なお、畝状突起７９４は、略三角柱柱状等、任意の先細り型の畝状であっても良い。縁枠部７９は、たとえばポリテトラフルオロエチレン等の、摺動性の良い樹脂製である。

図６に示すように、縁枠部７９は、収容箱７１の短辺側の縁に側面板部７９２を外側に、留板部７９３を内側にして嵌めこまれ、第２固定子７０を構成する。第２固定子７０の短辺側の縁に沿って、畝状突起７９４が突出する。

図７に戻って説明を続ける。第２移動子８０は、収容箱７１の底面と略同一寸法の長方形板状の蓋部８３と、蓋部８３の長辺に沿う周縁部から略垂直に突出する２枚の板状の押圧壁８１を有する。二枚の押圧壁８１同士は、根元で接続されて、Ｕ字板状をなしている。図７における左側の押圧壁８１の根元近傍から、角柱型の抜止突起８２が突出している。

板バネ９０は、固定壁７３より一回り小さい長方形板状であり、長手方向に沿って同じ向きに並ぶ２個のＵ字型の孔を有する。それぞれの孔の内側の部分は、図７における奥向きに折り曲げられて、板バネ状の付勢部９１を形成している。板バネ９０は、短辺の縁に設けられた略Ｌ字型の切欠により形成され、付勢部９１と同じ向きに曲げられた長方形の板バネ係止部９２を有する。

板バネ９０は、所定の形状に切断したステンレスバネ鋼板、または、ベリリウム銅板等の板バネ用の金属板を折り曲げて製作されている。板バネ９０は、樹脂により製作されても良い。

図８は、内部アクチュエータ１０の斜視図である。図８においては、図７に示す内部アクチュエータ１０を図７の左右方向を軸にして９０度回転した状態を示す。内部アクチュエータ１０は、略直方体形状を有する。

図９は、内部アクチュエータ１０の分解斜視図である。内部アクチュエータ１０は、第１固定子２０、第１移動子４０および留具５０を有する。留具５０は、第１移動子４０を第１固定子２０に押し付ける４個の付勢バネ５１を有する。第１固定子２０、第１移動子４０および留具５０の構成の詳細については、後述する。

図１０は、第１固定子２０の斜視図である。図９および図１０を使用して、第１固定子２０の構成を説明する。第１固定子２０は、固定子枠２１、固定端子２２、および５個の固定子ローラ２３を有する。

固定子ローラ２３は、円柱形である。固定子ローラ２３は、両端面から同軸的に突出する円柱形の固定子軸部２３１を有する。すなわち、固定子ローラ２３は、中央部に比べて細い固定子軸部２３１を両端に有する、段付き円柱形状である。

固定子ローラ２３は、熱伝導率の高い材料製である。固定子ローラ２３の材質は、たとえば、アルミニウムもしくは銅等の金属、または、窒化アルミニウムもしくは窒化ケイ素等のセラミックスである。固定子ローラ２３は、樹脂製であってもよい。

固定子枠２１は、略長方形の枠であり、長辺側の面の内面に五組のローラ支持部２５を有する。ローラ支持部２５は、固定子枠２１の一方の開口と同じ向きに開口する略Ｕ字型の溝であり、一組ずつ互いに対向している。ローラ支持部２５の開口部の幅は、固定子軸部２３１の直径より若干広い。対向する一組のローラ支持部２５により、１個の固定子ローラ２３が回動可能に支持される。

固定子枠２１の四隅から、固定子枠２１の開口と同じ向きに略直方体の留具支持部２６が突出している。４個の留具支持部２６の突出高さは同一である。固定子枠２１の長辺側の両方の壁の中央部の外面に、略直方体の留具固定突起２４が設けられている。さらに、固定子枠２１の長辺側の一方の壁の両端に、留具固定突起２４と同じ向きに突出する円柱状のボス２１３が設けられている。固定子枠２１は、たとえば樹脂またはセラミックス等の、絶縁性を有する材料製である。

固定端子２２は、固定子枠２１の長手方向の両端に設けられている。固定端子２２は、二つの留具支持部２６の間に配置されて、固定子枠２１の端部から外向きに延びる長方形の端子板部２２３を有する。端子板部２２３の縁から、固定子枠２１の長辺側の面に沿って端子脚部２２２が延びている。端子板部２２３の中央部に浅い窪み状の端子凹部２２１が設けられている。

固定端子２２は、黄銅またはリン青銅等の導電率の高い金属板を屈曲させて形成されている。固定端子２２の表面は、錫メッキ層または金メッキ層等の、半田付けが容易な層により被覆されている。２つの固定端子２２は、互いに絶縁されている。２個の固定端子２２は、インサート成形により、固定子枠２１と一体化されている。

左右の端子板部２２３の表面は、５個の固定子ローラ２３の共通接線と近接していることが望ましい。理由については、後述する。

図１１は、第１移動子４０の斜視図である。図１１においては、図９の第１移動子４０の上下を反転させて示す。図９および図１１を使用して、第１移動子４０の構成を説明する。第１移動子４０は、移動子枠４１、および、４個の移動子ローラ４２を有する。

移動子ローラ４２は、円柱形である。移動子ローラ４２は、両端面から同軸的に突出する円柱形の移動子軸部４２１を有する。移動子ローラ４２は、熱伝導率の高い材料製である。

移動子枠４１は、天板部４７と、４個の矩形箱状のローラ保持部４４とを有する。天板部４７は、短手方向が固定子枠２１と略同一寸法で、長手方向が固定子枠２１よりも短い、略長方形板状である。ローラ保持部４４は、天板部４７の一面に、天板部４７の長手方向に添って一列に並んでいる。ローラ保持部４４の、配列方向に対して交差する壁の中央には、第１ワイヤ通過溝４６が設けられている。

ローラ保持部４４の配列方向に沿う壁には、ローラ保持溝４５が設けられている。ローラ保持溝４５は略Ｕ字型であり、開口部を狭くして抜け止めを形成してある。ローラ保持溝４５の幅は、移動子軸部４２１の直径より若干広い。移動子枠４１は、たとえば樹脂またはセラミックス等の、絶縁性を有する材料製である。

対向する一組のローラ保持溝４５により、１個の移動子ローラ４２がローラ保持部４４の内側に回動可能に保持される。ローラ保持溝４５の入口部分に設けられた抜け止めの作用により、天板部４７を上側にして第１移動子４０を保持した場合であっても、移動子ローラ４２は落下しない。

図８および図９に示すように、天板部４７のローラ保持部４４と反対側の面に、略直方体形状の押圧部４３が２個、長手方向に並んで設けられている。２個の押圧部４３の天板部４７からの突出高さは同一である。

図１２は、留具５０の斜視図である。図１２を使用して、留具５０の構成の詳細を説明する。留具５０は、対向する２枚の側板部５２を有する。側板部５２は、左右方向に長い略長方形である。２枚の側板部５２は、中央部に掛け渡された連結部５４、および、両端に掛け渡された支持板部５５により連結している。

連結部５４は側板部５２と同じ向きに長手方向を有する略長方形である。連結部５４の短辺の縁から２本ずつ先細り形状の付勢バネ５１が延びている。付勢バネ５１は、側板部５２と同じ向きにゆるやかに曲がり、先端近傍で反対向きに曲がっている。以上により、連結部５４の両脇に合計４本の付勢バネ５１が構成されている。付勢バネ５１の機能については後述する。

支持板部５５は略長方形である。２枚の支持板部５５と、連結部５４とは、同一平面上である。側板部５２の中央部に、側板部５２の長手方向と平行な長孔状の取付孔５３が設けられている。取付孔５３の中央部は、太くなっている。取付孔５３の機能については後述する。

２枚の側板部５２の間隔は、第１固定子２０の固定子ローラ２３の軸方向の外寸と略同一である。側板部５２の長手方向に沿った、２枚の支持板部５５の両端の間の長さは、第１固定子２０の長手方向の寸法と略同一である。

留具５０は、所定の形状に切断したステンレスバネ鋼板、または、ベリリウム銅板等の板バネ用の金属板を折り曲げて製作されている。留具５０は、樹脂により製作されても良い。

図１３は、内部アクチュエータ１０の断面図である。図８から図１３を使用して、内部アクチュエータ１０の組立方法の概略を説明する。

図１０を使用して説明した通り、固定子枠２１のローラ支持部２５に固定子ローラ２３の固定子軸部２３１を挿入して、第１固定子２０を組み立てる。図１１を使用して説明したように、移動子枠４１のローラ保持溝４５に移動子ローラ４２の移動子軸部４２１を挿入して、第１移動子４０を組み立てる。

固定子ローラ２３の配列方向に沿って、ワイヤ３１を配置する。ワイヤ３１の直径は０．１ミリメートル弱である。ワイヤ３１は、第１ワイヤ通過溝４６に挿通可能である。ワイヤ３１は、形状記憶合金製である。ワイヤ３１は、温度が変態点を超えた場合に、瞬時に約４パーセントから５パーセント程度短くなり、冷えると元の長さに戻る。本実施の形態で使用するワイヤ３１の変態点は、７０℃から１００℃程度である。

固定子ローラ２３同士の隙間に、移動子ローラ４２が対向するように、第１固定子２０と第１移動子４０とを位置合わせする。この際、第１ワイヤ通過溝４６の位置とワイヤ３１の位置とが対応するように、ワイヤ３１の位置を調整する。

第１固定子２０と第１移動子４０とを近づけ、移動子ローラ４２および移動子枠４１を固定子枠２１の中に挿入する。図１０に示すように、固定子枠２１の前壁および後壁の内面はローラ支持部２５同士の間で凹んでおり、ローラ保持部４４を入れることができる。

ワイヤ３１は、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２が回動することにより、固定子枠２１の内部に引き込まれ、図１３に示すように固定子ローラ２３の第１移動子４０側と移動子ローラ４２の第１固定子２０側とを通る波型になる。固定子ローラ２３と移動子ローラ４２との間においては、ワイヤ３１は第１ワイヤ通過溝４６を通過する。

固定子ローラ２３の、第１移動子４０側の側面は第１固定子２０側でワイヤ３１を支持する固定子凸部の機能を果たす。移動子ローラ４２の、第１固定子２０側の側面は、第１移動子４０側でワイヤ３１を支持する移動子凸部の機能を果たす。

固定子ローラ２３および移動子ローラ４２の作用により、ワイヤ３１の一部分に過度な引張り応力が発生して、ワイヤ３１が組立途中で破断する等のトラブルの発生を防止できる。これにより、第１固定子２０と第１移動子４０との組み付けを高速に、かつ、高歩留まりで行なうことができる。

図９に戻り、ワイヤ３１の端部の固定について説明する。図７に示すように、内部アクチュエータ１０は略Ｔ字板型の第２端子板３２を２枚有する。第２端子板３２は、破線で示すようにＴ字の縦棒に相当する部分の一面に、ワイヤ保持溝３３を有する。ワイヤ保持溝３３は、ワイヤ３１の外形と略同一の幅および深さを有するＵ字型の溝である。第２端子板３２は黄銅またはリン青銅等の導電率の高い金属製である。

第２端子板３２は、ワイヤ保持溝３３にワイヤ３１が入るようにして、端子板部２２３と積層される。端子板部２２３をダイにより支え、端子凹部２２１に対応する位置に第２端子板３２の側からポンチを押し込むことにより、端子板部２２３とワイヤ３１と第２端子板３２とをカシメ固定して、ワイヤ３１をカシメ固定する。

カシメ固定により、ワイヤ３１と、固定端子２２と、第２端子板３２とが電気的および機械的に接合される。以上により、ワイヤ３１と固定端子２２とを良好に導通させることができる。その後、固定端子２２の外側で余剰のワイヤ３１を切断して除去する。ワイヤ３１の両端が、それぞれ固定端子２２に接続された状態になる。

次に、第１移動子４０の側から留具５０を被せ、取付孔５３と留具固定突起２４とを係合させる。さらに詳細に説明する。図８および図１０に示す通り、留具固定突起２４の第１移動子４０側の面は外向きに傾斜している。側板部５２の端部は、留具固定突起２４の傾斜面に沿って拡がる。前述の通り、取付孔５３は長孔状であるため、弾性変形により留具固定突起２４が通過可能になる。留具固定突起２４が通過した後、留具５０は弾性復帰する。以上により、図８に示すように留具固定突起２４と取付孔５３とが係合する。

付勢バネ５１により、第１移動子４０が第１固定子２０に押し付けられる。前述のように、連結部５４の短辺から２本づつ、合計４本の付勢バネ５１が設けられているため、第１移動子４０の長手方向および短手方向がそれぞれ均等に第１固定子２０に向けて押圧される。図８に示すように、左右それぞれの付勢バネ５１の間から、押圧部４３が突出した状態になる。以上により、図８に示す内部アクチュエータ１０が完成する。

図８および図１３に示すように、留具支持部２６と、支持板部５５とが当接して、留具５０を固定子枠２１に固定する。図８に示すように、付勢バネ５１は、天板部４７を第１固定子２０に向けて付勢する。

図１３に示すように、連結部５４と天板部４７との間には空間が空いている。この空間の機能については、後述する。

５個の固定子ローラ２３と、４個の移動子ローラ４２とは、平行に、かつ、交互に配置されている。ワイヤ３１は、固定子ローラ２３の第１移動子４０側と、移動子ローラ４２の第１固定子２０側との間を縫うように屈曲している。ワイヤ３１の両端に接続された、固定端子２２の端部は、固定子枠２１の底面よりも突出している。

図７に戻って説明を続ける。内部アクチュエータ１０の固定端子２２は、基板１１に設けられた孔に挿入され、半田付け等により電気的および機械的に接続される。基板１１に設けられた図示を省略する配線パターンを介して、２個の固定端子２２はそれぞれＦＰＣ１２に設けられた配線パターンに接続される。これにより、内部アクチュエータ１０の二つの接続端子間には、ＦＰＣ１２および基板１１を介してパルス電圧が印加される。

図１４から図１９は、アクチュエータ１５の組立工程を説明する説明図である。図１４は、収容箱７１に、縁枠部７９および板バネ９０を取り付け、図７とは反対側から見た斜視図を示す。図１５は、図１４と同様に収容箱７１に、縁枠部７９および板バネ９０を取り付けた上面図を示す。

収容箱７１は、底面から固定壁７３に沿って突出する２個の角柱状の板バネ固定突起７４３を有する。固定壁７３と、板バネ固定突起７４３との間の間隔は、板バネ９０の厚さと略同一である。図１５に示すように、固定壁７３と板バネ固定突起７４３との間に、板バネ９０が付勢部９１を固定壁７３とは反対側に向けて挿入されている。図７を使用して説明した板バネ係止部９２が、図６に示すように収容箱７１に設けられた窪みに引っ掛かり、抜け止めの作用を果たす。

収容箱７１の底面には、長円断面の孔である第１ボス孔７４１と、第２ボス孔７４２とが、それぞれ長軸方向を収容箱７１の短手方向に向けて配置されている。第１ボス孔７４１の長軸と第２ボス孔７４２の長軸との間の間隔は、図８を使用して説明した内部アクチュエータ１０に設けられた２個のボス２１３同士の間隔と略同一である。

第１ボス孔７４１の短径は、図８を使用して説明したボス２１３の直径と略同一である。第２ボス孔７４２の短径は、ボス２１３の直径よりも０．２ミリメートルから０．５ミリメートル程度大きい。

図１６は、収容箱７１に内部アクチュエータ１０を、付勢部９１と押圧部４３とが対向する向きに挿入した状態を示す。内部アクチュエータ１０の二つのボス２１３が、第１ボス孔７４１および第２ボス孔７４２に挿入されている。第１ボス孔７４１が、収容箱７１の長手方向における内部アクチュエータ１０の位置を所定の位置に固定する機能を果たす。第２ボス孔７４２は、ガタを有し、収容箱７１および内部アクチュエータ１０の製作誤差の影響を吸収する。

図１４に示すように、収容箱７１は固定壁７３と対向する側面にＦＰＣ孔７５１を有する。図７に示すように内部アクチュエータ１０に取り付けられたＦＰＣ１２は、ＦＰＣ孔７５１から収容箱７１の外に引き出され、図４を使用して説明した回路基板１６０に設けられたＦＰＣコネクタ１６１に接続される。

図１７は、第２移動子８０を第２固定子７０に取り付ける途中の状態を示す側面図である。第２移動子８０は、収容箱７１の開口に押圧壁８１を向けて、切込部７３２の抜止受部７３１から遠い部分に抜止突起８２が入るように位置決めされる。

図１８は、蓋部８３と畝状突起７９４とが突き当たるまで、押圧壁８１を収容箱７１に挿入した後の、図１７におけるXVIII-XVIII線による断面図を示す。押圧壁８１は、付勢部９１が突出していない部分に位置している。そのため、押圧壁８１は板バネ９０と内部アクチュエータ１０との間に、容易に挿入される。

図１９は、図１８に示す状態から第２移動子８０を第２固定子７０に対して図１８における左方向にスライドさせた状態を示す。図１８および図１９に示すように、押圧壁８１の左側の端面はテーパ状になっており、付勢部９１と押圧部４３との間を押し拡げながら移動できる。

図６に示すように、抜止突起８２が抜止受部７３１と係合する。以上により、図６に示すアクチュエータ１５が完成する。なお、抜止突起８２と抜止受部７３１との間には、隙間が設けられていることが望ましい。この隙間の機能については、後述する。

図２０は、アクチュエータ１５の断面図である。図２０は、押圧壁８１および押圧部４３を通る断面でアクチュエータ１５を切断した断面を示す。アクチュエータ１５は、図２０に仮想線で示す底板１３１と透明板１１０とにより、上下から挟んだ状態で使用される。蓋部８３と透明板１１０とは、図２に示す両面テープ１１１により固定される。

なお、蓋部８３と透明板１１０は、蓋部８３に設けられた突起と、透明板１１０に設けられた孔とが係合することにより固定されても良い。蓋部８３と透明板１１０とは、突起と孔との係合と、両面テープとを併用して固定されても良い。蓋部８３と透明板１１０とは、接着剤により固定されても良い。

図１９および図２０に示す状態においては、付勢部９１により、押圧壁８１は内部アクチュエータ１０に向けて付勢されている。

アクチュエータ１５の動作について説明する。図２１は、内部アクチュエータ１０の動作状態を説明する説明図である。図１３および図２１を使用して、内部アクチュエータ１０の動作を説明する。

図１３は、内部アクチュエータ１０の初期状態を示す。ＦＰＣ１２を介して固定端子２２の間にパルス電圧を印加することにより、ワイヤ３１はジュール熱により瞬時に発熱する。ワイヤ３１は、温度が変態点を超えた場合に、瞬時に短くなる。ワイヤ３１が短くなることにより、移動子ローラ４２が第１固定子２０から離れる向きに移動する。移動子ローラ４２の動きに伴い、第１移動子４０が付勢バネ５１を押して、第１固定子２０から離れる向きに移動する。

前述の、連結部５４と天板部４７との間の空間は、第１移動子４０を動作させた場合に天板部４７が移動可能な空間である。この空間は、２つの固定端子２２の間に所定のパルス電圧が印加された場合に、連結部５４と天板部４７とが衝突しない程度の高さを有する。

パルス電圧の終了に伴い、ジュール熱の発生は停止する。ワイヤ３１に発生した熱は、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２を介して外部に放散されて、ワイヤ３１の温度は変態点以下に下がる。付勢バネ５１の作用により第１移動子４０は第１固定子２０に向けて押され、内部アクチュエータ１０は図１３を使用して説明した状態に戻る。

ワイヤ３１の熱容量は、内部アクチュエータ１０全体の熱容量に比べて非常に小さいため、パルス電圧を繰り返し印加して動作させた場合であっても内部アクチュエータ１０全体の温度は殆ど上昇しない。なお、内部アクチュエータ１０を頻繁に動作させる場合には、ペルチェ素子または放熱板等の冷却機構を内部アクチュエータ１０に取り付けても良い。

以上に説明したように、パルス電圧を印加することにより、第１固定子２０と第１移動子４０との間の距離が瞬間的に大きくなり、その後元の状態に戻る。

図１９を使用して説明を続ける。第１移動子４０は、押圧壁８１を固定壁７３に向けて瞬間的に押す。その後、付勢部９１の作用により、押圧壁８１は元の状態に戻る。すなわち、第１移動子４０と連動して、第２移動子８０が動作する。この際、第１固定子２０および第２固定子７０は、静止している。

以上により、ＦＰＣ１２を介してパルス電圧を印加することにより、図６に太い矢印で示すように第２移動子８０が瞬間的に動き、すぐに元に状態に戻る。収容箱７１の短辺側の端面に沿って、畝状突起７９４が設けられているため、第２移動子８０と第２固定子７０との間の摩擦が少ない。そのため、パルス電圧が印加された場合に、第２移動子８０が速やかに動作するアクチュエータ１５が実現できる。

図２２は、アクチュエータ１５の使用状態を説明する断面図である。図２２は、底板１３１と透明板１１０との間隔が、図２０よりも広い場合の例を示す。前述の通り、第２固定子７０は底板１３１に、第２移動子８０は透明板１１０に固定されている。

図２２においては、押圧壁８１は、収容箱７１から若干引き出された状態になっている。ここで、押圧壁８１は、前述の抜止突起８２と抜止受部７３１との間に設けられた隙間に対応する長さだけ、引き出されることが可能である。押圧壁８１は、図２０と同様に付勢部９１により押圧部４３に向けて付勢されている。したがって、底板１３１と透明板１１０との間の距離にばらつきがあっても、取付可能な触覚付与装置１００を提供できる。

図２３は、プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。第２ＣＰＵ３７１は、タッチパネル３７６へのタッチを検出する（ステップＳ５０１）。第２ＣＰＵ３７１は、タッチに対する触覚フィードバックを行なうか否かを判定する（ステップＳ５０２）。

第２ＣＰＵ３７１は、たとえば図１に例示するように画面上に表示されたボタンの入力を受け付けた場合に、触覚フィードバックを行なうと判定する。タッチパネル３７６上にキーボードを表示する場合には、第２ＣＰＵ３７１は、キー入力を受け付けた場合に触覚フィードバックを行なうと判定しても良い。第２ＣＰＵ３７１は、ユーザの操作に対してエラーを表示する場合に、触覚フィードバックを行なうと判定しても良い。

触覚フィードバックを行なうと判定した場合（ステップＳ５０２でＹＥＳ）、第２ＣＰＵ３７１は、第２通信部３７４を介して信号を送信する（ステップＳ５０３）。第１ＣＰＵ１７１は、第１通信部１７４を介して信号を受信する（ステップＳ６０１）。第１ＣＰＵ１７１は、制御Ｉ／Ｆ１７５を介してパルス電圧を印加することにより、アクチュエータ１５を駆動する（ステップＳ６０２）。ステップＳ６０１により、第１通信部１７４は本実施の形態の受信部の機能を果たす。

触覚フィードバックを行なわないと判定した場合（ステップＳ５０２でＮＯ）、または、ステップＳ５０３の終了後、第２ＣＰＵ３７１は処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ５０４）。第２ＣＰＵ３７１は、たとえばユーザから触覚フィードバック機能を停止する旨の指示を受け付けた場合、または、触覚フィードバック機能を使用するアプリケーションプログラムが終了した場合等に、処理を終了すると判定する。

処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ５０４でＮＯ）、第２ＣＰＵ３７１はステップＳ５０１に戻る。処理を終了すると判定した場合（ステップＳ５０４でＹＥＳ）、第２ＣＰＵ３７１は処理を終了する。

ステップＳ５０２において、第２ＣＰＵ３７１は触覚フィードバックを行なう回数、感覚等を定めて、それに基づいてステップＳ５０３で信号を送信しても良い。たとえば、画面上の「はい」のボタンが選択された場合には１回、「いいえ」のボタンが選択された場合には２回等、ユーザの操作内容に応じて異なる触覚をフィードバックできる。

本実施の形態によると、汎用のタブレットまたはスマートフォン等の情報処理装置３００のタッチパネル３７６に、触覚フィードバック機能を付与する触覚付与装置１００を提供できる。

透明板１１０は、面内方向に振動するため、振動に伴う音も透明板１１０の面内方向に向けて放射される。そのため、タッチパネル３７６を見ながら情報処理装置３００を操作するユーザに、アクチュエータ１５の動作音が聞こえにくく、情報処理装置３００の操作に集中しやすい触覚付与装置１００を提供できる。

内部アクチュエータ１０は、図８から図１３を使用して説明した構成に限定しない。第１固定子２０に対して、第１移動子４０が瞬間的に動作する任意の構成の内部アクチュエータ１０を使用できる。

触覚付与装置１００は、１個または３個以上のアクチュエータ１５を有しても良い。たとえば、スマートフォンのような比較的小型の情報処理装置３００用の触覚付与装置１００である場合には、１個のアクチュエータ１５により、透明板１１０を振動させることができる。

触覚付与装置１００は、複数のアクチュエータ１５に対して異なるタイミングでパルス電圧を印加しても良い。タイミングを制御することにより、透明板１１０の場所ごとに振動の振幅を異ならせることができる。これにより、たとえばマルチタッチ型の情報処理装置３００と組み合わせる場合に、指ごとに異なる触覚フィードバックを発生させることができる。

［実施の形態２］
本実施の形態は、情報処理装置３００への着脱が容易な触覚付与装置１００に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。

図２４は、実施の形態２の触覚付与装置１００の取付方法を説明する説明図である。本実施の形態の触覚付与装置１００のケース部１３０は、情報処理装置収容部に底板１３１を有さない。そのため、図２４に示すように、情報処理装置３００の上に被せるだけで使用できる。

本実施の形態によると、情報処理装置３００に対して簡単に着脱できる触覚付与装置１００を提供できる。本実施の形態の触覚付与装置１００は、たとえば、情報処理装置３００を接客用のロボットに持たせて使用する場合、または、情報処理装置３００を壁に掛けて使用する場合等、ユーザが情報処理装置３００を持ち運ばない用途に適している。

［実施の形態３］
本実施の形態は、固定式の情報処理装置３００に取り付ける触覚付与装置１００に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。

図２５は、実施の形態３の触覚付与装置１００の使用状態を説明する説明図である。本実施の形態の情報処理装置３００は、銀行のＡＴＭ（Automatic Teller Machine）、コンビニエンスストアのマルチメディア端末、または、駅の切符自動販売機等、不特定多数のユーザが使用する固定型の装置である。

図２６は、実施の形態３の触覚付与装置１００の斜視図である。図２７は、実施の形態３の触覚付与装置１００の分解斜視図である。図２５から図２７を使用して、本実施の形態の触覚付与装置１００の構成を説明する。

触覚付与装置１００は、透明板１１０およびケース部１３０を有する。ケース部１３０に、アクチュエータ１５および回路基板１６０が収容されている。アクチュエータ１５と透明板１１０とは、両面テープ１１１により固定されている。

触覚付与装置１００は、透明板１１０の図２６における上側の面を情報処理装置３００のタッチパネル３７６に向けて、接着剤等により固定される。図２５に示すように、ケース部１３０は、タッチパネル３７６の縁に配置される。

本実施の形態によると、既存のＡＴＭ等の大型の情報処理装置３００に、触覚フィードバック機能を付与する触覚付与装置１００を提供できる。なお、触覚付与装置１００は、家庭用のテレビ、ゲーム機、またはパソコンのディスプレイ等に取り付けられても良い。

各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 内部アクチュエータ
１１ 基板
１２ ＦＰＣ
１５ アクチュエータ
２０ 第１固定子
２１ 固定子枠
２１３ ボス
２２ 固定端子
２２１ 端子凹部
２２２ 端子脚部
２２３ 端子板部
２３ 固定子ローラ
２３１ 固定子軸部
２４ 留具固定突起
２５ ローラ支持部
２６ 留具支持部
３１ ワイヤ
３２ 第２端子板
３３ ワイヤ保持溝
４０ 第１移動子
４１ 移動子枠
４２ 移動子ローラ
４２１ 移動子軸部
４３ 押圧部
４４ ローラ保持部
４５ ローラ保持溝
４６ 第１ワイヤ通過溝
４７ 天板部
５０ 留具
５１ 付勢バネ
５２ 側板部
５３ 取付孔
５４ 連結部
５５ 支持板部
７０ 第２固定子
７１ 収容箱
７２ 取付部
７２１ 取付孔
７３ 固定壁
７３１ 抜止受部
７３２ 切込部
７４１ 第１ボス孔
７４２ 第２ボス孔
７４３ 板バネ固定突起
７５１ ＦＰＣ孔
７９ 縁枠部
７９１ ガイド板部
７９２ 側面板部
７９３ 留板部
７９４ 畝状突起
８０ 第２移動子
８１ 押圧壁
８２ 抜止突起
８３ 蓋部
９０ 板バネ
９１ 付勢部
９２ 板バネ係止部
１００ 触覚付与装置
１１１ 両面テープ
１１０ 透明板
１１１ 両面テープ
１２０ 前枠
１３０ ケース部
１３１ 底板
１３２ 保持バネ室
１３３ 保持バネ孔
１３４ アクチュエータ室
１３５ 分割壁
１４０ 保持バネ
１４１ 保持バネ突起
１６０ 回路基板
１６１ ＦＰＣコネクタ
１７０ 振動制御部
１７１ 第１ＣＰＵ
１７２ 主記憶装置
１７３ 補助記憶装置
１７４ 第１通信部
１７５ 制御Ｉ／Ｆ
３００ 情報処理装置
３７１ 第２ＣＰＵ
３７２ 主記憶装置
３７３ 補助記憶装置
３７４ 第２通信部
３７６ タッチパネル
９００ 触覚付与システム

触覚付与装置は、機器のタッチパネルを覆う透明板と、前記透明板に固定されており、前記透明板を面内方向に動作させるアクチュエータと、前記タッチパネルの操作に基づいて前記機器から外部に送信される無線信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した無線信号に基づいて前記アクチュエータを動作させる制御部とを備える。

Claims (4)

1. 機器のタッチパネルを覆う透明板と、
   前記透明板に固定されたアクチュエータと、
   タッチパネルの操作に基づいて送信される信号を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した信号に基づいて前記アクチュエータを動作させる制御部と
   を備える触覚付与装置。
2. 前記アクチュエータは、
   第１固定子と、前記第１固定子に対向する第１移動子とを備え、前記第１移動子が前記第１固定子から離れる向きに動作する内部アクチュエータと、
   前記第１固定子と前記第１移動子とが対向する方向に沿って、前記第１移動子側に前記第１移動子から離れて配置された固定壁を有し、前記第１固定子に固定された第２固定子と、
   前記第１移動子と前記固定壁との間に挿入された押圧壁を有し、前記透明板に固定された第２移動子とを備える
   請求項１に記載の触覚付与装置。
3. 前記アクチュエータは、
   複数の固定子凸部を備える固定子と、
   前記固定子凸部の間に配置される移動子凸部を備え、前記透明板に固定された移動子と、
   前記固定子凸部の配列方向に沿って、前記固定子と前記移動子との間に配置される形状記憶合金製のワイヤを備える
   請求項１に記載の触覚付与装置。
4. 受け付けたタッチパネルの操作に基づいて振動の要否を判定し、
   振動が必要であると判定した場合、前記タッチパネルを覆う透明板に固定されたアクチュエータを動作させる信号を送信する
   処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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