JP6105104B1 - フラットケーブルの配線構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】テンションの影響を受けることなく、安定して振動フィードバック制御を行うことができるフラットケーブルの配線構造を提供する。【解決手段】フラットケーブルの配線構造は、操作面に対する物理的な操作を検出して検出信号を出力するタッチパネル機構２０と、タッチパネル機構２０と対向して配置され、検出信号に基づいてタッチパネル機構２０に振動を与えるための駆動信号を出力する制御基板６と、タッチパネル機構２０と制御基板６とを電気的に接続するフラットケーブル７とを備えている。フラットケーブル７は、タッチパネル機構２０から制御基板６にかけてタッチパネル機構２０の移動方向へ延びる引き回し部を有し、引き回し部は、制御基板６に沿って引き回すための曲げ角で屈曲した屈曲部７ａを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、フラットケーブルの配線構造に係り、特に、操作面に振動を付与する振動付与機構を備えた操作装置に適用されるフラットケーブルの配線構造に関する。
操作面に振動を付与する振動付与機構を備えた操作装置の一例としては、プッシュ操作可能なタッチパネル装置と、タッチパネル装置が操作入力を受け付けた際に、操作者の手指に対して振動刺激操作感を呈示する触覚呈示装置とを備えた操作装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
上記特許文献１に記載された操作装置は、下方に向けて開口した樹脂製のボディにタッチパネル装置及び触覚呈示装置を組み込んでおり、ボディの下方開口に樹脂製のカバー体を締付固定することで、カバー体及びボディの間には、所要の空間が確保されている。
カバー体の上面には、コネクタを搭載した制御基板が設置されており、カバー体及びボディの間の空間内には、フレキシブルなフラットケーブルがＳ字状に引き回し配線されており、フラットケーブルを介して制御基板とタッチパネル装置のタッチセンサ基板とが電気的に接続されている。
特開２０１４−８１８０９号公報
この種の操作装置は、フラットケーブルをタッチセンサ基板から制御基板にかけてボディの内部にＳ字状に引き回して配線しており、フラットケーブルの上下方向にテンションが掛けられている。
その構造上、触覚呈示装置の作動によりタッチパネル装置を上下方向に振動フィードバックさせると、フラットケーブルのテンションの影響を受けながら、タッチパネル装置が上下方向に振動することになり、フラットケーブルのテンションによってタッチパネル装置の振動高さが不安定になる場合がある。そのため、タッチパネル装置の振動高さの制御が阻害されることを防止する対策が望まれる。
従って、本発明の目的は、テンションの影響を受けることなく、安定して振動フィードバック制御を行うことができるフラットケーブルの配線構造を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、操操作面に対する物理的な操作を検出して検出信号を出力する操作機構と、前記操作機構と対向して配置され、前記検出信号に基づいて前記操作機構に振動を与える駆動信号を出力する制御基板と、前記操作機構と前記制御基板とを電気的に接続するフラットケーブルと、を備え、前記フラットケーブルは、前記操作機構から前記制御基板にかけて前記操作機構の移動方向へ延びる引き回し部を有し、前記引き回し部は、前記制御基板に沿って引き回すための曲げ角で屈曲した屈曲部を有し、前記屈曲部は、前記操作機構に振動を与えたとき、前記制御基板に沿って延びる引き回し部の移動軌跡に沿って移動するように配置されてなることを特徴とするフラットケーブルの配線構造を構成している。
本発明に係るフラットケーブルの配線構造としては、前記引き回し部は、前記操作機構の裏面から前記制御基板に向けて垂れ下がる第１の引き回し部と、前記制御基板の裏面に沿って延びる第２の引き回し部とからなり、前記屈曲部は、前記第１の引き回し部と前記第２の引き回し部とが交差する部位を折り曲げて形成されてなることが好適である。
本発明によれば、フラットケーブルのテンションの影響を受けずに、安定して振動フィードバック制御を行うことができる。
本発明の実施の形態に係る典型的な触覚呈示機構を備えた操作装置を模式的に示す分解斜視図である。 実施の形態に係る操作装置に適用されるフラットケーブルを装置内部に組み付けた状態を説明する説明図である。 触覚呈示機構を作動させたときのフラットケーブルの動きを説明する説明図である。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
（操作装置の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、本実施の形態における代表的な操作装置の構成部品を模式的に例示している。
図示例による操作装置１は、特に限定されるものではないが、例えば空調装置、オーディオ装置やナビゲーション装置等の車載機器の作動を制御するための操作信号を出力する車両用のタッチパネルに好適に用いられる。操作装置１は、例えば車室内の図示しないセンターコンソール等の運転席周辺部に配置されており、同じく図示を省略したディスプレイに配線を介して接続される。
操作装置１は、プッシュ操作可能なタッチパネル機構２０と、タッチパネル機構２０が操作入力を受け付けた際に、操作者の手指に対して振動刺激操作感を呈示する触覚呈示機構４０とを備えており、操作者の手指でタッチパネルをタッチ操作すると、例えばタッチパネルの表面上の位置がタッチセンサにより検出され、この位置に対応した位置検出信号がディスプレイ上の項目ボタンを選択決定する遠隔操作式の入力装置として構成される。
下方に向けて開口したケース状に形成された樹脂製のボディ２には、タッチパネル機構２０及び触覚呈示機構４０のそれぞれの構成部品が組み込まれる。ボディ２の下方開口を覆う樹脂製のカバー体３を図示しないビスにより締付固定することで、タッチパネル機構２０及び触覚呈示機構４０を一体化した操作装置１が構成される。
ボディ２の一側部には、第１〜第３の３個の操作ノブ４，４，４が一列に設けられる。ボディ２の他側部には、第４の操作ノブ５が設けられる。第１〜第４の操作ノブ４，５のそれぞれは、図示しないプッシャを介して制御基板６に搭載されたプッシュスイッチ４ａ，５ａをオンオフ操作可能に配置される。
（タッチパネル機構の構成）
タッチパネル機構２０は、操作面に対する物理的な操作を検出して検出信号を出力する機能を有する操作機構として構成されており、タッチセンサ基板２３とシート状のタッチパネル２４とを導電性テープ２５により接合した状態で、樹脂製の平面矩形状のベース２１と樹脂製の矩形枠状のフレーム２２との間に組み付けられる。なお、物理的な操作としては、例えば操作面に対するプッシュ操作が挙げられる。
タッチセンサ基板２３は、例えば静電容量を検出する静電容量方式のタッチセンサであり、タッチセンサ基板２３に搭載されたコネクタ２３ａがフレキシブルなフラットケーブル７を介して制御基板６に搭載されたコネクタ６ａと電気的に接続される。制御基板６は、タッチパネル機構２０及び触覚呈示機構４０を制御する制御回路等を構成しており、タッチセンサ基板２３からの検出信号に基づいてタッチパネル２４に振動を与えるための駆動信号を出力する駆動回路を有している。
一方のタッチパネル２４は、シール性を有する両面テープ２６を介してフレーム２２の枠部２２ａの裏面に接合され、その枠部２２ａの開口に操作面を露出させた状態でプッシュ操作可能に配置される。
タッチパネル機構２０の外周部分には、矩形枠状のシールド部材２７が覆うように配置される。このシールド部材２７は、制御基板６の接地回路に電気的に接続される。
ベース２１の上面には、クリック部材２８を介してタッチセンサ基板２３が弾性的に支持される。クリック部材２８は、ベース２１に貫通して形成された孔部を通してボディ２のベース対向面に突出して形成された柱状部２ａに接触して支持される。クリック部材２８の配置位置は、タッチパネル機構２０の初期の停止位置を基準とした位置であり、タッチパネル２４の基準位置Ｚ０として設定される。
ベース２１の下面には、ボディ２に形成された貫通孔に係合する複数の弾性係合片２１ａと、ボディ２に形成された案内孔に沿って案内移動する一対の案内片２１ｂ，２１ｂと、操作者の手指に触覚刺激操作感を呈示する触覚呈示機構４０に連動する連結片２１ｃとが延在している。
一対の案内片２１ｂには、プッシュ操作時におけるタッチパネル機構２０の傾き動作を抑制するスタビライザ２９の両端が取り付けられる。連結片２１ｃは、タッチパネル機構２０の位置を検出する図示しない位置センサに対応して配置される。
（触覚呈示機構の構成）
触覚呈示機構４０は、スタビライザ２９と交差してボディ２に回転可能に固定される支持軸４１の一端に固定されるリンク部材４２と、正逆回転可能なモータ４３の出力軸に固定される回転カム部材４４とを備えている。
リンク部材４２には、トーションバネ４５が取り付けられる。トーションバネ４５は、リンク部材４２を一方向に向けて常に付勢するように構成される。リンク部材４２と一体回転する支持軸４１の他端には、リンク部材４２の位置を検出するエンコーダ４６と、タッチパネル２４のプッシュ操作のオンオフを検出するエンタースイッチ４７とが取り付けられる。
エンコーダ４６は、エンコーダスリット板４６ａとフォトインタラプタ４６ｂとからなるロータリエンコーダである。エンコーダスリット板４６ａは、ベース２１の上下移動に伴い回転するので、ベース２１に固定されているタッチパネル２４の動きを高分解能で検出する。
一方のエンタースイッチ４７は、エンタースイッチ板４７ａとフォトインタラプタ４７ｂとからなる。エンタースイッチ板４７ａは、支持軸４１に取り付けられているので、ベース２１に固定されているタッチパネル２４のエンター動作を検出する。
正逆回転可能なモータ４３は、ハウジング４８に保持されており、ハウジング４８が図示しないビスを介してボディ２に締付固定される。モータ４３は、制御基板６に電気的に接続されるコードを有するターミナル４９と、モータ４３に帯電した静電気を制御基板６の接地回路に逃がすグランドクリップ５０とを介して電気的に接続される。
回転カム部材４４は、モータ４３の往復回転運動をタッチパネル機構２０の往復直線運動に変換する運動変換部材であり、リンク部材４２のカムフォロア面に当接しつつ所定の角度をもって回転するように構成されている。回転カム部材４４のカム面がリンク部材４２のカムフォロア面に当接した状態で、所定の移動量をもってタッチパネル２４を押し上げる振動フィードバック力を付与する動作が行われる。
（フラットケーブルの配線構造）
触覚呈示機構４０の作動によってタッチパネル２４に振動フィードバック力を付与するとき、フラットケーブル７のテンションに左右されることなく、タッチパネル２４の振動高さを制御することが肝要である。
そこで、本実施の形態に係る操作装置１において主要な基本の構成は、触覚呈示機構４０の作動によってタッチパネル２４に振動フィードバック力を付与するとき、タッチパネル２４に作用するテンションの反力（抵抗力）を低減するためのフラットケーブル７の配線構造にある。従って、上記のように構成された操作装置１は、本実施の形態に係る一構成例を示しており、その構成部品の形状や構造などは、図示例に限定されるものではない。
フラットケーブル７としては、例えば導体を平行に並べた配線材であるフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）、あるいは銅箔からなる配線パターンが形成されたフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等が用いられる。フラットケーブル７の一端部には、タッチセンサ基板２３のコネクタ２３ａに電気的に接続される固定接点部が形成されるとともに、フラットケーブル７の他端部には、制御基板６のコネクタ６ａに電気的に接続される固定接点部が形成されている。
フラットケーブル７は、図２に示すように、第１の引き回し部７ｂと第２の引き回し部７ｃとを所要の曲げ角θに屈曲したＬ字状の屈曲部７ａを有している。この屈曲部７ａは、第１の引き回し部７ｂと第２の引き回し部７ｃとが交差する交差線上に配置されている。第１の引き回し部７ｂは、タッチセンサ基板２３の裏面から制御基板６の裏面側に向けて互いに反対方向に僅かに湾曲して垂れ下がる構成とされている。一方の第２の引き回し部７ｃは、制御基板６の裏面に沿って僅かに湾曲して延びる構成とされており、屈曲部７ａが制御基板６の裏面側に凸状に配置されている。
図示例に限定されるものではないが、屈曲部７ａは、約９０°程度の曲げ角θに折り曲げて賦形されている。フラットケーブル７の制御基板６側の固定接点部から屈曲部７ａまでの引き回し距離Ｄ１は、屈曲部７ａからタッチセンサ基板２３側の固定接点部までの引き回し距離Ｄ２よりも短く設定されている。タッチパネル２４を基準位置Ｚ０に位置決めすることで、フラットケーブル７の曲げ角θ及び引き回し距離Ｄ１，Ｄ２が一義的に決定される。
図２及び図３に示すように、触覚呈示機構４０の作動によってタッチパネル２４を振動させたとき、フラットケーブル７の第１の引き回し部７ｂは、タッチパネル２４の上下方向の振動に追従して移動する。
第１の引き回し部７ｂの移動により、フラットケーブル７の屈曲部７ａは、制御基板６側の固定接点部を支点とする移動方向に向かう応力を受けて、制御基板６の裏面に沿って延びる第２の引き回し部７ｃの移動軌跡に沿って移動することになり、第２の引き回し部７ｃを撓み変形させる。この撓み変形によりタッチパネル２４に作用する反力が吸収される。
このようなフラットケーブル７の配線構造は、第２の引き回し部７ｃと、第２の引き回し部７ｃの撓み変形の起点となる屈曲部７ａとによって反力受部を構成している。この反力受部は、タッチパネル２４の上下方向の振動によって制御基板６側の固定接点部を支点として動く。
タッチパネル２４から第１の引き回し部７ｂを経て第２の引き回し部７ｃへ伝達される応力に対する反力（抵抗力）が低減することで、フラットケーブル７の屈曲部７ａの位置変位が安定化する。タッチパネル２４に作用するフラットケーブル７のテンションの反力を緩和させることになり、振動するタッチパネル２４がフラットケーブル７の反力に左右されない。
なお、図示例では、第２の引き回し部７ｃを制御基板６の裏面に沿って引き回し配線することで、第１の引き回し部７ｂの垂れ下がりによる制御基板６との干渉やタッチパネル２４の振動時における制御基板６との干渉が防止されているが、これに限定されるものではない。制御基板６と第２の引き回し部７ｃとが干渉しないならば、第２の引き回し部７ｃを制御基板６の表面に沿って引き回し配線しても構わない。
また、フラットケーブル７については、余裕をもって僅かに湾曲して引き回された使用例を示したが、フラットケーブル７の引き回しに余裕がある場合に限られるものではない。
フラットケーブル７の引き回しに余裕がなく、フラットケーブル７が制御基板６側の固定接点部から屈曲部７ａにかけて直線状に引き回されるとともに、屈曲部７ａからタッチセンサ基板２３側の固定接点部にかけて直線状に引き回される場合であっても、タッチパネル２４の振動時において、フラットケーブル７による反力の影響を抑えることができる。
（実施の形態の効果）
以上のように構成されたフラットケーブル７の配線構造によれば、上記効果に加えて、次の効果が得られる。
フラットケーブル７の屈曲部７ａだけに反力を受けるだけでなく、第２の引き回し部７ｃによって反力を受けることが可能になる。その結果、タッチパネル機構２０の振動時において、タッチパネル２４がフラットケーブル７から受ける反力（抵抗力）を低減させるとともに、フラットケーブル７の反力（抵抗力）に左右されることなく、タッチパネル２４を安定した振動高さに維持することが可能になる。
タッチパネル２４に作用するフラットケーブル７の反力（抵抗力）の経時変化が起こり難くなり、フラットケーブル７の形状を長期間にわたり安定化させることができる。
タッチパネル２４を基準位置Ｚ０に位置決めすることで、フラットケーブル７の曲げ角θ及び引き回し距離Ｄ１，Ｄ２を一義的に決定することができるため、タッチパネル２４に作用するフラットケーブル７の反力（抵抗力）が安定する。従って、タッチパネル２４の振動高さを安定させることができる。
［適用例］
本発明における操作装置１の代表的な構成例を実施の形態及び図示例を挙げて説明したが、次に示すような適用例も可能である。
上記実施の形態及び図示例では、自動車に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば建設機械や農業機械などの各種の車両に効果的に適用できることは勿論である。
車載機器に限らず、例えばゲーム機、パーソナルコンピュータや携帯電話機などの各種の端末装置に適用することができることは勿論である。
タッチパネル機構２０以外の操作機構を備えた各種の操作入力装置であっても、上記触覚呈示機構４０によって操作感触を与えることは可能であり、例えばマウス、キーボードや押釦スイッチなどにも適用することができる。
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態及び図示例を例示したが、上記実施の形態及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本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点に留意すべきである。
１…操作装置、２…ボディ、２ａ…柱状部、３…カバー体、４，５…操作ノブ、４ａ，５ａ…プッシュスイッチ、６…制御基板、６ａ，２３ａ…コネクタ、７…フラットケーブル、７ａ…屈曲部、７ｂ，７ｃ…引き回し部、２０…タッチパネル機構、２１…ベース、２１ａ…弾性係合片、２１ｂ…案内片、２１ｃ…連結片、２２…フレーム、２２ａ…枠部、２３…タッチセンサ基板、２４…タッチパネル、２５…導電性テープ、２６…両面テープ、２７…シールド部材、２８…クリック部材、２９…スタビライザ、４０…触覚呈示機構、４１…支持軸、４２…リンク部材、４３…モータ、４４…回転カム部材、４５…トーションバネ、４６…エンコーダ、４６ａ…エンコーダスリット板、４６ｂ…フォトインタラプタ、４７…エンタースイッチ、４７ａ…エンタースイッチ板、４７ｂ…フォトインタラプタ、４８…ハウジング、４９…ターミナル、５０…グランドクリップ、Ｄ１，Ｄ２…引き回し距離、Ｚ０…基準位置、θ…曲げ角

Claims (2)

  1. 操作面に対する物理的な操作を検出して検出信号を出力する操作機構と、
    前記操作機構と対向して配置され、前記検出信号に基づいて前記操作機構に振動を与える駆動信号を出力する制御基板と、
    前記操作機構と前記制御基板とを電気的に接続するフラットケーブルと、
    を備え、
    前記フラットケーブルは、前記操作機構から前記制御基板にかけて前記操作機構の移動方向へ延びる引き回し部を有し、
    前記引き回し部は、前記制御基板に沿って引き回すための曲げ角で屈曲した屈曲部を有し、
    前記屈曲部は、前記操作機構に振動を与えたとき、前記制御基板に沿って延びる引き回し部の移動軌跡に沿って移動するように配置されてなることを特徴とするフラットケーブルの配線構造。
  2. 前記引き回し部は、前記操作機構の裏面から前記制御基板に向けて垂れ下がる第１の引き回し部と、前記制御基板の裏面に沿って延びる第２の引き回し部とからなり、
    前記屈曲部は、前記第１の引き回し部と前記第２の引き回し部とが交差する部位を折り曲げて形成されてなる請求項１に記載のフラットケーブルの配線構造。
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