JP6278355B2 - 振動発生装置及び入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動発生装置及びこれを用いた入力装置に関し、特に、押圧操作に対応することができる振動発生装置及びこれを用いた入力装置に関する。

従来から、振動発生装置は、スマートフォン等の薄型携帯機器に備えられ、着信等を振動で知らせたり、タッチパネルに触れて操作指示を行う電子機器に備えられ、操作に応じた触覚を生成させたりする用途に広く用いられている。

特許文献１（従来例）に記載のアクチュエータ９５４を備えたタッチ式入力装置９００では、図９に示すように、タッチパッド９１６が１つ以上のバネ９５２上に配されている。バネ９５２は、タッチパッド９１６を硬質なハウジングに接続し、タッチパッド９１６がＺ軸に沿って動くことができるようにしている。

アクチュエータ９５４も、タッチパッド９１６とハウジングに接続されており、タッチパッド９１６上に力を与えてタッチパッド９１６がＺ軸に沿って運動するようにする。アクチュエータ９５４はリニアボイスコイルアクチュエータであり、アクチュエータ９５４の可動部分（ボビン）はタッチパッド９１６に直接接続されている。

バネ９５２と、アクチュエータ９５４によって振動発生装置が構成され、アクチュエータ９５４は、タッチパッド９１６に線形的な力を出力してタッチパッド９１６をＺ軸に沿って駆動することで、衝撃または振動を与えることができる技術が開示されている。

特表２００８‐５１６３４８号公報

しかしながら、上述した従来例では、アクチュエータ９５４とタッチパッド９１６が直接接続されているだけであり、操作者がどの程度の強さでタッチパッドに接触したかを判定する手段がなかった。そのため接触操作にしか対応することができないという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、押圧操作に対応することができる振動発生装置及びこれを用いた入力装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の振動発生装置は、本体部と可動部とを有する振動体と、前記可動部と接続される振動伝達部材と、前記振動体の前記本体部を保持する筺体と、を有し、前記可動部が、第１の方向に沿って往復自在に移動する振動発生装置において、前記可動部の、前記第１の方向の一方側に前記振動伝達部材が配設され、他方側に圧力センサが配設されており、前記圧力センサは、前記振動伝達部材に加えられた前記第１の方向の力を検出し、前記振動体は、前記本体部に設けられ、前記圧力センサとの距離を調整するセンサ位置調整部を有することを特徴とする。

これによれば、圧力センサは、振動伝達部材に加えられた第１の方向の力を検出することができるので、検出した圧力に応じて振動の発生や振動のパターンを対応させることができる。従って、押圧操作に対応することができる振動発生装置を提供することができる。また、これによれば、振動体と圧力センサとの距離を調整することによって、部品の寸法がばらついた場合でも、適切に圧力を検出できるように調整することができるので、一層安定して圧力を検出する振動発生装置を提供することができる。

また、本発明の振動発生装置は、前記圧力センサが配置されるセンサ保持部を有し、前記センサ保持部は前記センサ位置調整部にネジ止めされていることを特徴とする。

これによれば、前記センサ位置調整部とセンサ保持部とを回転させて締めたり緩めたりすることによって振動体と圧力センサとの距離を調整することができる。

また、本発明の振動発生装置は、前記可動部と前記圧力センサとの間に、弾性体が配設されていることを特徴とする。

これによれば、可動部と圧力センサと、の間に弾性体が配設されているので、弾性体が弾性変形する範囲で圧力センサに加わる力を減衰することができ、圧力センサが検出できる圧力の範囲を広げることができる。このため、可動部の可動範囲で安定して圧力を検出することができる。

また、本発明の入力装置は、タッチパネルを備え、上記の振動発生装置が、前記タッチパネルに振動を発生させるように設けられていることを特徴とする。

これによれば、押圧操作に対応することができる振動発生装置を用いた入力装置を提供することができる。

本発明によれば、押圧操作に対応することができる振動発生装置及びこれを用いた入力装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る振動発生装置の外観形状を示す斜視図である。 振動発生装置の構成を示す分解斜視図である。 天板部を示す図である。 振動体を示す図である。 弾性部材と、第１保持部材及び第２保持部材を示す図である。 図１に示す振動発生装置のＡ‐Ａ断面を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る入力装置の外観形状を示す斜視図である。 図７に示す入力装置のＢ‐Ｂ断面を示す断面図である。 従来技術の振動発生装置を備えたタッチ式入力装置９００を示す図である。

［第１実施形態］
以下に第１実施形態における振動発生装置１００について説明する。

まず始めに第１実施形態における振動発生装置１００の構成について図１ないし図５を用いて説明する。図１は、振動発生装置１００の外観形状を示す斜視図である。図２は、振動発生装置１００の構成を示す分解斜視図である。図３は、天板部２２を示す図で、天板部２２を下（Ｚ２）側から見た斜視図である。図４は振動体３０を示す図で、図４（ａ）は振動体３０を上（Ｚ１）側から見た斜視図であり、図４（ｂ）は、振動体３０を下（Ｚ２）側から見た斜視図である。図５は、弾性部材３３，第１保持板３４及び第２保持板３５を示す図で、図５（ａ）は、弾性部材３３の斜視図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＹ２側から見た弾性部材３３の側面図であり、図５（ｃ）は、第１保持板３４及び第２保持板３５の斜視図である。

振動発生装置１００は図１に示すように、振動伝達部材１０と、筺体２０と、が組み合わされて略直方体状の外観が形成されている。

また、振動発生装置１００は図２に示すように、振動伝達部材１０と、筺体２０を構成する基部２１と天板部２２と、振動体３０と、弾性部材３３と、第１保持板３４と、第２保持板３５と、がナット部材３６と、圧力センサ４０と、弾性体５０と、センサ保持部６０と、を備え、他にネジ部材７０を用いている。

振動伝達部材１０は合成樹脂からなり、図２に示すように直方体状の外形を有し、矩形状の上面部１０ａと、その外周から下（図２に示すＺ２）側に延設された側壁部１０ｂと、上面部１０ａの外周に沿って上（Ｚ１）側に突出した載置部１０ｃが形成されている。上面部１０ａと側壁部１０ｂとで囲まれた領域には空間が設けられており、筺体２０を構成する基部２１と組み合わせ可能に形成されている。載置部１０ｃの内側には、中心部に第１の貫通孔１０ｄと、その周囲に複数の第２の貫通孔１０ｅと、が設けられている。尚、本実施形態では、複数の第２の貫通孔１０ｅが３つの場合として説明を進める。

基部２１は合成樹脂材からなり、図２に示すように、直方体状の外形を有し、矩形状の基底部２１ａと、その外周から下（Ｚ２）側に延設された内壁部２１ｂと、内壁部２１ｂを囲む外壁部２１ｃと、が一体的に形成されている。内壁部２１ｂと外壁部２１ｃとの間には、外溝部２１ｄが形成されている。基底部２１ａと内壁部２１ｂとで囲まれた領域には空間が設けられており、振動体３０等が収納可能に形成されている。基底部２１ａの中心部には第３の貫通孔２１ｅが設けられ、その周囲には、振動体３０を固定するためのネジ孔２１ｇと、振動伝達部材１０に設けられた第２の貫通孔１０ｅと対応する位置に、３つの円柱状の突起部２１ｆが設けられている。

天板部２２は合成樹脂からなり、図２に示すように、矩形板状で中心部に円形状の第４の貫通孔２２ａを有しており、下（Ｚ２）側の面には図３に示すように、第４の貫通孔２２ａを囲むように突出した規制部２２ｂが設けられている。

振動体３０はソレノイドアクチュエータで図２に示すように、本体部３１と、可動部３２と、を有しており、振動体３０に加えられる駆動信号によって、可動部３２が第１の方向（図２に示すＺ１‐Ｚ２方向）に沿って往復自在に移動する。

本体部３１は、円筒状の外形を有しており、上（Ｚ１）側の底面には、ネジ止め穴３１ｂが設けられるとともに、円柱状の可動部３２が突出しており、側面の下（Ｚ２）側には、ネジ山が設けられたセンサ位置調整部３１ａが設けられている。

可動部３２は図４（ａ）に示すように、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）の一方（Ｚ１）側に突出する先端部３２ａを有している。先端部３２ａには、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２）に沿って互いに向かい合うように回転規制部３２ｂと段差部３２ｃと、が形成されるとともに、回転規制部３２ｂが形成されていない外周部分には、ネジ山が形成されたネジ部３２ｄが設けられている。また、可動部３２の他方（Ｚ２）側には図４（ｂ）に示すように、圧力センサ４０を押厚する押圧部３２ｅが設けられている。

弾性部材３３は鋼等の弾性を有する金属薄板からなり、図２及び図５（ａ）に示すように外周が円形状の皿ばねで、その中心部に可動部３２の先端部３２ａが挿通可能な長円状の孔３３ａが設けられている。弾性部材３３は、図５（ｂ）に示すように、下（Ｚ２）側の面を一端部３３ｂとし、外周部に沿った上側の面が他端部３３ｃとなっている。

第１保持板３４は鉄等の金属からなり、図２に示すように外周が弾性部材３３より径の大きい円形状で、その中心部には図５（ｃ）に示すように、可動部３２の先端部３２ａが挿通可能な長円状の孔３４ａが設けられている。

第２保持板３５は鉄等の金属からなり、図２に示すように第１保持板３４と略等しい円形状で、その中心部には図５（ｃ）に示すように、可動部３２の先端部３２ａが挿通可能な長円状の孔３５ａが設けられている。

ナット部材３６は鉄等の金属からなり、図２に示すように外周が六角形状で内周が円筒状に形成されており、内周には、ネジ溝が形成されている。本実施形態では、ナット部材３６を２つ用いてダブルナットを構成している。

圧力センサ４０は、図２に示すように（Ｚ１‐Ｚ２方向）の一方（Ｚ１）側に押圧操作可能な押圧操作部４０ａを備え、押圧操作部４０ａを下（Ｚ２）側へ押圧操作することができる。圧力センサ４０は押圧操作部４０ａが押圧操作された際の圧力に応じた電気信号を発生して出力することで、加えられた圧力を検出する。

弾性体５０は硬質ゴムなどの弾性材料からなり、図２に示すように円盤状の鍔部５０ａの中央部に振動体３０の押圧部３２ｅに押圧される被押圧部５０ｂが円柱状に形成されており、その上面（Ｚ１）側の被押圧面には、可動部３２の移動距離よりも大きな凹凸が形成されている。このように凹凸を設けることで弾性体５０が振動体３０の押圧部３２ｅに張り付いてしまうことを防ぐことができる。

センサ保持部６０は図２に示すように、内底部６１と、外環部６２と、が組み合わされて構成されている。内底部６１は合成樹脂からなり、有底の円筒形状を有している。外環部６２は鉄等の金属材料からなり、円筒形状を有しており、内周には、ネジ溝が形成されている。

次に振動発生装置１００の構造について図６を用いて説明する。図６は、図１に示す振動発生装置１００のＡ‐Ａ断面を示す断面図である。

図６に示すように、筺体２０を構成する基部２１には、第３の貫通孔２１ｅから、可動部３２の先端部３２ａを上（Ｚ１）側に突出させた状態で、基底部２１ａの下（Ｚ２）側に振動体３０の本体部３１がネジ部材７０によって保持されている。

可動部３２の先端部３２ａには、弾性部材３３と、第１保持板３４と、第２保持板３５と、ナット部材３６と、によって、調整部３７が構成されている。

弾性部材３３は、中心部に設けられた長円状の孔３３ａに先端部３２ａが挿通され、他端部３３ｃを上（Ｚ１）側に向けた状態で、一端部３３ｂが下（Ｚ２）側で可動部３２の段差部３２ｃに規制されている。

第１保持板３４は、中心部に設けられた長円状の孔３４ａに先端部３２ａが挿通され、弾性部材３３の上（Ｚ１）側に配置されており、弾性部材３３の他端部３３ｃによって第１保持板３４が、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２）の一方（Ｚ１）側に付勢されている。第１保持板３４は、長円状の孔３４ａに先端部３２ａが挿通されることで、先端部３２ａに設けられた回転規制部３２ｂによって周方向への回転が規制されている。

振動伝達部材１０は、上面部１０ａの中心部に設けられた第１の貫通孔１０ｄの直径が、先端部３２ａの直径よりも余裕をもって大きく設定されており、先端部３２ａが挿通されている。また、第２の貫通孔１０ｅに基部２１の基底部２１ａに設けられた突起部２１ｆが挿通されて第１保持板３４の上側に配置されている。この状態では、側壁部１０ｂが、基部２１の内壁部２１ｂと外壁部２１ｃとにガイドされてこれらの間に設けられた外溝部２１ｄに負荷なく挿入された状態となる。

第２保持板３５は、中心部に設けられた長円状の孔３５ａに先端部３２ａが挿通され、振動伝達部材１０の上面部１０ａの上（Ｚ１）側に配置されている。第２保持板３５は、長円状の孔３５ａに先端部３２ａが挿通されることで、先端部３２ａに設けられた回転規制部３２ｂによって周方向への回転が規制されている。

ナット部材３６を、先端部３２ａに設けられたネジ部３２ｄに締め付けることで、第１保持板３４と第２保持板３５と、の間に振動伝達部材１０の上面部１０ａが挟持され、振動伝達部材１０と、可動部３２とが接続される。この状態では、可動部３２の、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）の一方（Ｚ１）側に振動伝達部材１０が配設されている。

筺体２０を構成する天板部２２は、基部２１の基底部２１ａに設けられた突起部２１ｆに、接着もしくは溶着等によって基部２１と一体に固定される。

センサ保持部６０は、内底部６１の上（Ｚ１）側に圧力センサ４０が配置され、圧力センサ４０の上側に弾性体５０が配置された状態で、外環部６２が振動体３０の本体部３１に設けられたセンサ位置調整部３１ａに、ネジ止めされて固定されている。この状態では、可動部３２の、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）の他方（Ｚ２）側に圧力センサ４０が配設されており、可動部３２の他方に設けられた押圧部３２ｅと圧力センサ４０との間に、弾性体５０が配設された状態となる。

筺体２０の基部２１に振動体３０の本体部３１が保持され、センサ保持部６０の外環部６２が本体部３１に設けられたセンサ位置調整部３１ａに、ネジ止めされている。このため、外環部６２を回転させて締めたり緩めたりすることで、内底部６１が外環部６２と共に上下方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）に移動する。このため、センサ保持部６０の内底部６１に保持された圧力センサ４０と、振動体３０の押圧部３２ｅとの距離Ｄ２を可変することができる。尚、内底部６１は図示しない規制部材により回転を規制されているため外環部６２が回転させても内底部６１が回転することなく、圧力センサ４０と共に上下方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）に移動可能となっている。

次に、振動発生装置１００の動作について、図６を用いて説明する。

初期状態では振動発生装置１００は、図６に示す状態で、筺体２０の天板部２２に設けられた規制部２２ｂと振動伝達部材１０の上面部１０ａとの間が、距離Ｄ１だけ離れた状態で静止している。

振動体３０に駆動信号が入力されると、可動部３２が上（Ｚ１）側に移動するが、振動伝達部材１０の上面部１０ａが規制部２２ｂと当接する所定の位置で振動伝達部材１０の移動が規制される。

可動部３２に設けられた調整部３７のナット部材３６を締めることで、弾性部材３３が撓み、第１保持板３４と第２保持板３５を下（Ｚ２）側に移動させることができるので、規制部２２ｂと上面部１０ａとの間の距離Ｄ１を広げるように調整することができる。このため、振動伝達部材１０の移動量を大きくすることができる。

また、ナット部材３６を緩めることで、弾性部材３３の弾性力によって、第１保持板３４と第２保持板３５を上（Ｚ１）側に移動させることができるので、規制部２２ｂと上面部１０ａとの間の距離Ｄ１を狭めるように調整することができる。このため、振動伝達部材１０の移動量を小さくすることができる。

以上のように、ナット部材３６の締め方を加減することで振動伝達部材１０の上面部１０ａと筺体２０の天板部２２に設けられた規制部２２ｂとの距離Ｄ１を調整することができ、振動伝達部材１０の移動量を調整することができる。

振動伝達部材１０に、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）に下（Ｚ２）側の力Ｆが加えられた場合には、第１保持板３４と弾性部材３３を介して可動部３２の段差部３２ｃが押し下げられて、可動部３２が下（Ｚ２）側に移動する。このため、可動部３２の他方に設けられた押圧部３２ｅが下（Ｚ２）側に移動し、弾性体５０を介して圧力センサ４０を押圧する。圧力センサ４０は、受けた圧力に応じた電気信号を出力するので、振動伝達部材１０に、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）に下（Ｚ２）側の力Ｆが加えられたことを検出することができる。

以下、第１実施形態としたことによる効果について説明する。

第１実施形態の振動発生装置１００では、可動部３２を有する振動体３０と、可動部３２と接続される振動伝達部材１０と、振動体３０を保持する筺体２０と、を有し、可動部３２が、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）に沿って往復自在に移動し、可動部３２の、第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）の一方（Ｚ１）側に振動伝達部材１０が配設され、他方（Ｚ２）側に圧力センサ４０が配設されており、圧力センサ４０は、振動伝達部材１０に加えられた第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）の力Ｆを検出するよう構成した。

これにより、圧力センサ４０は、振動伝達部材１０に加えられた第１の方向（Ｚ１‐Ｚ２方向）の力Ｆを検出することができるので、検出した圧力に応じて振動の発生や振動のパターンを対応させることができる。従って、押圧操作に対応することができる振動発生装置を提供することができる。また、可動部３２の、他方側に圧力センサ４０が配設されているので、圧力センサ４０を配置するスペースを新たに確保する必要がないので、大型化することなく省スペースで押圧操作に対応することができる振動発生装置を提供することができる。

また、第１実施形態の振動発生装置１００では、可動部３２と圧力センサ４０との間に、弾性体５０が配設されている構成とした。

これにより、可動部３２と圧力センサ４０と、の間に弾性体５０が配設されているので、弾性体５０が弾性変形する範囲で圧力センサ４０に加わる力を減衰することができ、圧力センサ４０が検出できる圧力の範囲を広げることができる。このため、可動部３２の可動範囲で安定して圧力を検出することができる。

また、第１実施形態の振動発生装置１００では、振動体３０は、圧力センサ４０との距離Ｄ２が可変となるように筺体２０に保持されている構成とした。

これにより、振動体３０が、圧力センサ４０との距離Ｄ２が可変となるように筺体２０に保持されているので、振動体３０と圧力センサ４０との距離Ｄ２を調整することができる。このため、部品の寸法がばらついた場合でも、適切に圧力を検出できるように調整することができるので、一層安定して圧力を検出することができる。

以上説明したように、第１実施形態の振動発生装置１００によれば、押圧操作に対応することができる振動発生装置を提供することができる。

［第２実施形態］
以下に第２実施形態における入力装置２００について説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る入力装置２００の外観形状を示す斜視図である。図８は、図７に示す入力装置２００のＢ‐Ｂ断面を示す断面図である。尚、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態の入力装置２００は、図７に示すように、第１実施形態で説明した振動発生装置１００と、タッチパネル２１０と、を備えている。

タッチパネル２１０は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の平面型表示装置と、操作者がタッチパネル２１０の表面に接触して操作することによって変化する静電容量や電気抵抗等の電気信号を検出することができる操作入力部２１１が一体に構成されている。

タッチパネル２１０は図８に示すように、操作入力部２１１を上（Ｚ１）側として、振動発生装置１００の振動伝達部材１０に設けられた載置部１０ｃの上（Ｚ１）側に固定されている。このため、振動発生装置１００が発生する振動がタッチパネル２１０に伝わり、タッチパネル２１０を振動させることができる。

操作入力部２１１は、操作者がその表面を接触することによって接触操作されるとともに、上（Ｚ１）側から下（Ｚ２）側に向かって押圧することによって押圧操作される。押圧した圧力はタッチパネル２１０を介して振動伝達部材１０に伝えられる。

以下、第２実施形態としたことによる効果について説明する。

第２実施形態の入力装置２００では、タッチパネル２１０を備え、第１実施形態の振動発生装置１００が、タッチパネル２１０に振動を発生させるように設けられている構成とした。

これにより、押圧操作に対応することができる振動発生装置を用いた入力装置を提供することができる。

以上のように、本発明の実施形態に係る振動発生装置及び入力装置を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

（１）本実施形態において、弾性体５０が硬質ゴムなどの弾性材料からなる例を示して説明を行ったが、適用される用途や使用条件等に合わせて適宜変更して実施しても良い。また、材料の特性に応じて形状も適宜変更して実施することができる。

１０ 振動伝達部材
１０ａ 上面部
１０ｂ 側壁部
１０ｃ 載置部
１０ｄ 第１の貫通孔
１０ｅ 第２の貫通孔
２０ 筺体
２１ 基部
２１ａ 基底部
２１ｂ 内壁部
２１ｃ 外壁部
２１ｄ 外溝部
２１ｅ 第３の貫通孔
２１ｆ 突起部
２２ 天板部
２２ａ 第４の貫通孔
２２ｂ 規制部
３０ 振動体
３１ 本体部
３１ａ センサ位置調整部
３２ 可動部
３２ａ 先端部
３２ｂ 回転規制部
３２ｃ 段差部
３２ｄ ネジ部
３２ｅ 押圧部
３３ 弾性部材
３３ｂ 一端部
３３ｃ 他端部
３４ 第１保持板
３５ 第２保持板
３６ ナット部材
３７ 調整部
４０ 圧力センサ
４０ａ 押圧操作部
５０ 弾性体
５０ａ 鍔部
５０ｂ 被押圧部
６０ センサ保持部
６１ 内底部
６２ 外環部
１００ 振動発生装置
２００ 入力装置
２１０ タッチパネル
２１１ 操作入力部
Ｄ１ 距離
Ｄ２ 距離

Claims (4)

1. 本体部と可動部とを有する振動体と、
   前記可動部と接続される振動伝達部材と、
   前記振動体の前記本体部を保持する筺体と、を有し、
   前記可動部が、第１の方向に沿って往復自在に移動する振動発生装置において、
   前記可動部の、前記第１の方向の一方側に前記振動伝達部材が配設され、他方側に圧力センサが配設されており、
   前記圧力センサは、前記振動伝達部材に加えられた前記第１の方向の力を検出し、
   前記振動体は、前記本体部に設けられ、前記圧力センサとの距離を調整するセンサ位置調整部を有する
   ことを特徴とする振動発生装置。
2. 前記圧力センサが配置されるセンサ保持部を有し、
   前記センサ保持部は前記センサ位置調整部にネジ止めされている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動発生装置。
3. 前記可動部と前記圧力センサとの間に、弾性体が配設されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動発生装置。
4. タッチパネルを備えた入力装置であって、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動発生装置が、前記タッチパネルに振動を発生させるように設けられている
   ことを特徴とする入力装置。