JP6477522B2 - タッチセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルに対し、タッチセンサの操作面を通じて操作者が操作を行なった場合に、そのことを検出するタッチセンサ装置に関する。

車両のステアリングホイールに組込まれるタッチセンサ装置に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このタッチセンサ装置の一形態として、操作面を有するタッチセンサが複数箇所に設けられたタッチパネルを備えるものが知られている。各タッチセンサは、操作面に対する操作者の指等の接触をそれぞれ検出し、検出した旨の信号を出力する。そして、タッチセンサ装置から出力された信号に基づき、各種車載機器が作動されたり、停止されたり、作動状態を変更されたりする。

そのため、車両の運転者は、ステアリングホイールの操作中に、タッチパネルにおいて、所望のタッチセンサの操作面に指等を触れることで、そのタッチセンサに関連付けられた車載機器を遠隔操作することができる。

特開２０１３−２５６２０号公報

ところが、ステアリングホイールの操作中に、運転者がタッチセンサの操作面に誤って指を触れることも起こり得る。この場合、従来のタッチセンサ装置では、触れられたタッチセンサが機能し、そのタッチセンサに対する操作が行なわれたと誤検出するおそれがある。

こうした問題は、上述したステアリングホイールに組込まれるタッチセンサ装置に限らず、上記構成を有するタッチセンサ装置であれば共通して起こり得る。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、タッチパネルにおけるタッチセンサの操作面に操作者が誤って触れても、タッチパネルに対する操作が行なわれたと誤検出されるのを抑制することのできるタッチセンサ装置を提供することにある。

上記課題を解決するタッチセンサ装置は、基部と、前記基部から遠い側の面に操作面を有するタッチセンサが複数箇所に設けられたタッチパネルと、前記タッチパネルを前記基部に対し昇降可能に支持する支持機構と、前記タッチパネルの前記基部側への変位量を圧電素子により検出する変位センサとを備え、前記操作面に対する接触が前記タッチセンサにより検出され、かつ前記タッチパネルのしきい値を越える変位量での変位が前記変位センサにより検出されることをもって、前記タッチパネルに対する操作が行なわれたことを検出する。

上記の構成を有するタッチセンサ装置によれば、同装置の操作者の操作面に対する接触がタッチセンサによって検出されることと、しきい値を越える変位量でのタッチパネルの変位が変位センサによって検出されることとの両方が満たされると、タッチパネルに対し操作が行なわれたことが検出される。

従って、操作者が操作面に触れても、押圧することで、しきい値を越える変位量以上タッチパネルを変位させない限り、タッチパネルに対する操作が行なわれたことは検出されない。その結果、操作者がタッチパネルにおけるタッチセンサの操作面に誤って触れても、タッチパネルが操作されたと誤検出されることが起こりにくい。

上記タッチセンサ装置において、前記タッチパネルは、前記基部から離間する側へ付勢されており、前記支持機構は、前記タッチパネルの昇降方向に対し傾斜した状態で前記基部と前記タッチパネルとの間に配置された第１リンク部材と、前記第１リンク部材に交差し、かつ前記昇降方向に対し、同第１リンク部材とは反対側へ傾斜した状態で前記基部と前記タッチパネルとの間に配置された第２リンク部材とを備え、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材のそれぞれは、前記昇降方向における両端部において、端軸部により、前記基部及び前記タッチパネルに対し回動可能に連結され、さらに、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は、それらの交差部分に設けられた中間軸部により回動可能に相互に連結されていることが好ましい。

上記の構成によれば、タッチパネルは、互いに交差し、かつ交差部分で回動可能に相互に連結された第１リンク部材及び第２リンク部材を介して基部に支持されている。そのため、操作者が付勢力に抗してタッチパネルを押圧すると、第２リンク部材の第１リンク部材に対しなす角度が変化することで、タッチパネルが、一定の姿勢、例えば基部に対し略平行となった姿勢を維持しながらその基部に接近する。こうした一対のリンク部材の角度変化や、タッチパネルの姿勢を維持した接近は、タッチパネルのどの箇所が押圧されても同様に行なわれる。また、操作者がタッチパネルを付勢力に抗して押圧するときの荷重（操作荷重）は、押圧箇所に拘わらず、すなわち、どのタッチセンサの操作面が押圧されても同程度となる。

上記タッチセンサ装置において、前記タッチパネルに対する操作が行なわれたことの検出に応じ伸縮させられる圧電素子を備え、その伸縮により同タッチパネルを加振する加振部がさらに設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、タッチパネルに対する操作が行なわれたことが検出されると、加振部における圧電素子が伸縮させられ、その伸縮によってタッチパネルが加振される。タッチパネルの振動は、タッチセンサの操作面に触れている操作者に伝えられる。従って、タッチセンサ装置の操作者は、タッチパネルに対する操作が検出されたことを、目視によらず、振動を通じて知ることが可能となる。

上記タッチセンサ装置において、前記加振部は、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の一方を対象リンク部材とし、同対象リンク部材に設けられた振動伝達部に振動を伝達することで前記タッチパネルを加振するものであり、前記振動伝達部は、前記中間軸部と前記基部側の端軸部との間に設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、加振部における圧電素子が伸縮させられると、その伸縮に伴う振動が振動伝達部を介して対象リンク部材に伝達される。この伝達により、中間軸部が、基部に接近及び離間する方向へ微小の振幅で振動する。また、第２リンク部材の第１リンク部材に対しなす角度が、微小量の拡大と微小量の縮小とからなるサイクルで変化する。その結果、タッチパネルが基部に対し接近及び離間する側へ微小な振幅で振動する。

ここで、加振部の圧電素子による振動の振幅が同一であるとすると、対象リンク部材における振動伝達部の位置により、中間軸部の振幅や、第２リンク部材の第１リンク部材に対しなす角度の変化量、ひいてはタッチパネルの振幅が異なってくる。これらの振幅、角度変化量等は、振動伝達部が、対象リンク部材の基部側の端軸部に近づくほど大きく（多く）なる。

この点、上記の構成によれば、振動伝達部が、中間軸部と基部側の端軸部との間に設けられている。従って、タッチパネルは、振動伝達部が、中間軸部の軸線上に設けられた場合や、中間軸部とタッチパネル側の端軸部との間に設けられた場合よりも大きな振幅で効率よく振動させられる。

上記タッチセンサ装置において、前記変位センサ及び前記加振部の各圧電素子として共通の圧電素子が用いられていることが好ましい。
上記の構成によれば、共通の圧電素子が変位センサの圧電素子として機能するとともに、加振部の圧電素子として機能する。従って、少ない数の圧電素子で、タッチパネルの変位量検出と加振とを行なうことが可能である。

上記タッチセンサ装置において、前記基部は、乗物のステアリングホイールに固定されるものであり、前記タッチパネルは、前記ステアリングホイールを操作する操作者により接触及び押圧されるものであることが好ましい。

上記の構成によれば、ステアリングホイールの操作を行なう操作者が所望のタッチセンサの操作面に触れて押圧し、しきい値を越える変位量以上タッチパネルを変位させると、タッチパネルに対する操作が行なわれたことが検知される。

従って、乗物の運転者がステアリングホイールの操作中に、タッチセンサ装置の操作者としてタッチセンサの操作面に誤って触れても、タッチパネルが操作されたと誤検出されることが起こりにくい。

上記タッチセンサ装置によれば、タッチパネルにおけるタッチセンサの操作面に操作者が誤って触れても、タッチパネルに対する操作が行なわれたと誤検出されるのを抑制することができる。

第１実施形態におけるタッチセンサ装置が組込まれたステアリングホイールを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は図１（ａ）のＸ方向から見た正面図。 第１実施形態におけるタッチセンサ装置の概略構成を示すブロック図。 第１実施形態におけるタッチセンサ装置の分解斜視図。 第１実施形態におけるタッチセンサ装置からタッチパネルが取り外された状態を示す正面図。 （ａ）は図４の５ａ−５ａ線断面図、（ｂ）は図４の５ｂ−５ｂ線断面図。 第２実施形態におけるタッチセンサ装置を示す図であり、図５（ａ）に対応する部分断面図。 タッチセンサ装置の変形例を示す図であり、図５（ａ）に対応する部分断面図。 同じく、タッチセンサ装置の変形例を示す図であり、図５（ａ）に対応する部分断面図。 同じく、タッチセンサ装置の変形例を示す図であり、図５（ａ）に対応する部分断面図。 タッチセンサ装置の変形例を示す部分断面図。

（第１実施形態）
以下、タッチセンサ装置の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、車両の運転席よりも前方には、回転軸線Ｌ１を中心として回転するステアリングシャフト（操舵軸）１１が、運転席側（図１（ａ）の左側）ほど高くなるように傾斜した状態で配設されている。ステアリングシャフト１１の後端部には、ステアリングホイール１２が一体回転可能に取付けられている。

なお、本実施形態では、ステアリングホイール１２の各部（タッチセンサ装置２０を含む）について説明する際には、ステアリングシャフト１１の回転軸線Ｌ１を基準とする。この回転軸線Ｌ１に沿う方向をステアリングホイール１２の「前後方向」といい、回転軸線Ｌ１に直交する面に沿う方向のうち、ステアリングホイール１２の起立する方向を「上下方向」というものとする。従って、ステアリングホイール１２の前後方向及び上下方向は、車両の前後方向（水平方向）及び上下方向（鉛直方向）に対し若干傾いていることとなる。

ステアリングホイール１２は、リム部（ハンドル部、リング部と呼ばれることもある）１３、パッド部１４及びスポーク部１５を備えている。リム部１３は、運転者によって把持されて回転操作（操舵）される部分であり、上記回転軸線Ｌ１を中心とした略円環状をなしている。パッド部１４は、リム部１３によって囲まれた空間に配置されている。スポーク部１５は、リム部１３及びパッド部１４間の複数箇所に設けられている。

所定のスポーク部１５にはタッチセンサ装置２０が組込まれている。図３及び図４に示すように、タッチセンサ装置２０の外殻部分は、基部２１及びタッチパネル３１によって構成されている。なお、図４では、その上下方向がステアリングホイール１２の略上下方向となる。

基部２１は、板状の底部２２と、その底部２２を取り囲む周壁部２３とを備えており、スポーク部１５に固定されている。周壁部２３の複数箇所には、それぞれ前後方向に延びるガイド溝２５を有するガイド壁部２４が形成されている。底部２２には、一対で組をなす軸受部が二組形成されている。ここで、組毎に軸受部を区別するため、一方の組を構成するものを軸受部２６といい、他方の組を構成するものを軸受部２７というものとする。各軸受部２６，２７は、底部２２から後方へ突出している。

タッチパネル３１は、ステアリングホイール１２を回転操作する運転者により接触及び押圧されるものであり、略板状をなしている。第１実施形態では、運転者が、タッチセンサ装置２０を操作する操作者になる。図３及び図５（ａ）に示すように、タッチパネル３１において、上記ガイド壁部２４に対応する箇所には、前方へ突出する突片３２が形成されており、各突片３２がガイド溝２５に対し前後方向へスライド可能に係合されている。図４及び図５（ａ）に示すように、タッチパネル３１には、一対で組をなす軸受部が二組形成されている。ここで、組毎に軸受部を区別するため、一方の組を構成するものを軸受部３３といい、他方の組を構成するものを軸受部３４というものとする。各組の軸受部３３，３４は、タッチパネル３１から前方へ突出している。

図３及び図５（ｂ）に示すように、タッチパネル３１の複数箇所には、静電容量式のタッチセンサ３５がそれぞれ設けられている。各タッチセンサ３５は、高さの低い突部３６を備えており、その突部３６の後面は、運転者の指によって接触及び押圧される操作面３７となっている。各タッチセンサ３５では、運転者の指と、図示しない検出部とによってコンデンサが構成される。そして、各タッチセンサ３５では、指が操作面３７に触れることに伴うコンデンサの静電容量の変化が検出されることで、操作面３７に対する指の接触状態が検出される。

図４及び図５（ａ），（ｂ）に示すように、上記タッチパネル３１は、これと基部２１との間に設けられたパンタグラフ方式の支持機構４０により、同基部２１に対し昇降可能に支持されている。支持機構４０は、第１リンク部材４１と、これに対し交差した状態で配置された第２リンク部材５１とを備えている。

第１リンク部材４１は、略上下方向に互いに離間した状態で配置された一対のアーム部４２と、略左右方向に互いに離間した状態で配置されて、両アーム部４２の端部同士を接続する一対の接続部４３とを備えており、略四角枠状をなしている。各アーム部４２の上記昇降方向における両端部（左右両端部）には端軸部４４，４５が設けられている。

各アーム部４２は、その一方（第１実施形態では左方）の端部の端軸部４４において、上記軸受部２６により基部２１に対し回動可能に連結されている。各アーム部４２は、その他方（第１実施形態では右方）の端部の端軸部４５において、上記軸受部３４によりタッチパネル３１に対し回動可能に連結されている。このようにして、第１リンク部材４１は、基部２１とタッチパネル３１との間に、昇降方向に対し傾斜した状態で架け渡されている。

なお、上記連結は、端軸部４４，４５が軸受部２６，３４に係合されることによりなされているが、端軸部４５の軸受部３４に対する係合は、端軸部４４の軸受部２６に対する係合よりも若干大きな隙間をもって行なわれている（図５（ａ）参照）。この隙間は、支持機構４０の伸縮に伴い、タッチパネル３１の面に沿う方向のうち略左右方向における両端軸部４４，４５の間隔が変化するところ、その変化を吸収するために設けられている。

さらに、各アーム部４２の長さ方向における略中央部には、連結孔４６があけられている。
第２リンク部材５１は、略上下方向に互いに離間した状態で配置された一対のアーム部５２と、略左右方向に互いに離間した状態で配置されて、両アーム部５２の端部同士を接続する一対の接続部５３とを備えている。両アーム部５２及び両接続部５３により、第２リンク部材５１は、第１リンク部材４１よりも小さな略四角枠状をなし、その第１リンク部材４１によって囲まれた空間に配置されている。第２リンク部材５１は、タッチパネル３１の昇降方向に対し、第１リンク部材４１とは反対側へ傾斜した状態で配置されている。

第１リンク部材４１及び第２リンク部材５１は、それらの両アーム部４２，５２の長さ方向の略中央部において互いに交差している。
一方（図４の左方）の接続部５３において、略上下方向に互いに離間した２箇所には突片５４が形成されており、各突片５４に端軸部５５が設けられている。この接続部５３は、両端軸部５５において、上記軸受部３３によりタッチパネル３１に対し回動可能に連結されている。

他方（図４の右方）の接続部５３において、略上下方向に互いに離間した２箇所には突片５４が形成されており、各突片５４に端軸部５６が設けられている。この接続部５３は、両端軸部５６において、上記軸受部２７により基部２１に対し回動可能に連結されている。このようにして、第２リンク部材５１は、基部２１とタッチパネル３１との間に、昇降方向に対し傾斜した状態で架け渡されている。

なお、上記連結は、端軸部５５，５６が軸受部３３，２７に係合されることによりなされているが、端軸部５６の軸受部２７に対する係合は、端軸部５５の軸受部３３に対する係合よりも若干大きな隙間をもって行なわれている（図５（ａ）参照）。この隙間は、支持機構４０の伸縮に伴い、タッチパネル３１の面に沿う方向のうち略左右方向における両端軸部５５，５６の間隔が変化するところ、その変化を吸収するために設けられている。

各アーム部５２の長さ方向における略中央部、すなわち、同アーム部５２と第１リンク部材４１のアーム部４２との交差部分には、中間軸部５７が設けられている。第２リンク部材５１におけるアーム部５２毎の中間軸部５７は、第１リンク部材４１におけるアーム部４２毎の連結孔４６に係合されている。この係合により、第１リンク部材４１及び第２リンク部材５１は、それらの交差部分において相互に回動可能に連結されている。

上記支持機構４０は、第１リンク部材４１及び第２リンク部材５１が中間軸部５７を支点として回動することにより、伸縮する。両リンク部材４１，５１のなす角度θ（図５（ｂ）参照）が減少することにより支持機構４０が前後方向へ収縮し、タッチパネル３１が基部２１に接近する。また、上記角度θが増大することにより支持機構４０が前後方向へ伸張し、タッチパネル３１が基部２１から離間する。

アーム部５２毎の中間軸部５７上には捻りコイルばね５８が装着されている。各捻りコイルばね５８の一端は、第２リンク部材５１におけるアーム部５２に係止され、他端は、第１リンク部材４１におけるアーム部４２に係止されている。これらの捻りコイルばね５８は、第１リンク部材４１及び第２リンク部材５１を、上記角度θを増大させる方向へ弾性付勢し、もってタッチパネル３１を基部２１から遠ざける側である後側へ弾性付勢している。

基部２１には、タッチパネル３１の同基部２１側（前側）への変位量を検出する変位センサ６０が設けられている。変位センサ６０は、略左右方向へ延びる板状体からなるシム６１を備えている。シム６１は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、ニッケル合金等によって形成された金属板からなる。シム６１は、その長さ方向の両端部に設けられた一対の脚部６２を介して基部２１に固定されている。両脚部６２は、シリコーンゴム等の弾性を有する材料によって形成されている。シム６１は、両脚部６２により、基部２１の底部２２に対し略平行な姿勢でその基部２１に弾性的に支持されている。

両脚部６２間において、シム６１の前面には、圧電素子６３が貼り付け等の方法によって取付けられている（図３参照）。圧電素子６３としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックからなる薄板を電極層で挟みながら複数枚積層したものが用いられている。圧電素子６３は、力が加えられるとその力を電圧に変換する性質と、電圧が加えられるとその電圧を力に変換する性質とを有する素子である。

ここでは、圧電素子６３の前者の性質を利用し、シム６１が前方へ撓ませられることに伴い圧電素子６３を伸張させて電圧を変化させることで、タッチパネル３１の基部２１側への変位量を検出するようにしている。これに加え、圧電素子６３の後者の性質を利用して、圧電素子６３に対する通電と通電停止とからなるサイクルを繰り返すことで、同圧電素子６３を伸縮させてタッチパネル３１を振動させるようにしている。すなわち、タッチパネル３１の変位量検出のための圧電素子６３を、タッチパネル３１を振動させるアクチュエータとしても機能させるようにしている。

シム６１の後面であって、長さ方向の中央部分には、上記脚部６２と同様、シリコーンゴム等のゴムによって形成された弾性部材６４が固定されている。
第１実施形態では、第１リンク部材４１及び第２リンク部材５１のうち、第２リンク部材５１が、後述する振動伝達部の設けられる対象となる対象リンク部材とされている。対象リンク部材としての第２リンク部材５１における一方（図４の上方）のアーム部５２であって、その長さ方向における中間部分、より詳しくは、中間軸部５７の軸線上には、他方（図４の下方）のアーム部５２に向けて延びる板状のタブ６５が形成されている。タブ６５は、上記弾性部材６４に対し後側から接触している。この接触は、圧電素子６３の伸縮に伴うシム６１の振動の振幅が小さいところ、このシム６１の振動をタブ６５に的確に伝達するために必要である。

タブ６５は、支持機構４０の収縮動作に伴い前方へ移動し、弾性部材６４を押圧して、シム６１を前方へ撓ませる機能を有している。また、タブ６５は、通電及び通電停止からなるサイクルの繰り返しにより圧電素子６３が伸縮されてシム６１が振動された場合に、その振動の第２リンク部材５１への伝達箇所である振動伝達部も兼ねている。

このように、変位センサ６０は、タッチパネル３１の基部２１側への変位量を圧電素子６３により検出するセンサとしての機能を有するほか、圧電素子６３を伸縮させることでタッチパネル３１を加振する加振部としての機能も有している。これは、変位センサ６０及び加振部の各圧電素子として共通の圧電素子６３を用いることにより実現されている。

さらに、図３及び図４に示すように、基部２１には制御部７０が設けられている。図２に示すように、制御部７０には、タッチパネル３１における各タッチセンサ３５、変位センサ６０及び各種車載機器７１がそれぞれ電気的に接続されている。なお、図２では、タッチセンサ３５が１つのみ図示されている。車載機器７１についても同様である。各種車載機器７１としては、例えば、オーディオ、ナビゲーション装置、エアコン等が挙げられる。制御部７０は、各タッチセンサ３５及び変位センサ６０からの信号に基づき各種の制御を行なうものであり、各種の制御に係る演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種の制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリ等を備えて構成されている。そして、制御部７０は、各タッチセンサ３５及び変位センサ６０からの各検出信号に基づき、タッチパネル３１に対する操作（接触及び押圧）が行なわれたかどうかの検出を行ない、その検出結果を検出信号として、タッチパネル３１に関連付けられた車載機器７１に出力する。また、制御部７０は、タッチパネル３１に対する操作が行なわれたことを検出した場合、圧電素子６３に対する通電と通電停止とからなるサイクルを繰り返すことで、同圧電素子６３を伸縮させる。

次に、上記のように構成された第１実施形態のタッチセンサ装置２０の作用及び効果について説明する。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、タッチパネル３１は、第１リンク部材４１及び第２リンク部材５１を備えたパンタグラフ方式の支持機構４０によって基部２１に支持されている。基部２１が、ステアリングホイール１２のスポーク部１５に固定されているのに対し、タッチパネル３１は同スポーク部１５に固定されておらず、基部２１に対し接近及び離間可能である。タッチパネル３１には、一対の捻りコイルばね５８の付勢力が両リンク部材４１，５１を介して伝達されている。また、変位センサ６０における脚部６２や弾性部材６４の弾性力が、タブ６５、両リンク部材４１，５１等を介してタッチパネル３１に伝達されている。従って、タッチパネル３１に対し運転者による操作が行なわれないとき（いずれのタッチセンサ３５の操作面３７にも指が触れられないとき）には、そのタッチパネル３１は、基部２１に対し略平行な状態に保持される。

車両の運転者によるステアリングホイール１２の操作中に、指が、タッチパネル３１における所望のタッチセンサ３５（突部３６）の操作面３７に触れられると、同タッチセンサ３５のコンデンサの静電容量が変化する。この静電容量の変化がタッチセンサ３５によって検出されることで、操作面３７に対する指の接触状態が検出される。

また、両捻りコイルばね５８の付勢力等に抗して、運転者の指によりタッチセンサ３５の操作面３７を通じてタッチパネル３１が前方へ押圧されると、第２リンク部材５１の第１リンク部材４１に対しなす角度θが減少する。この減少に伴いタッチパネル３１が、基部２１に対し略平行となった姿勢を維持しながらその基部２１に接近する。この際、基部２１の各ガイド壁部２４におけるガイド溝２５は、タッチパネル３１の対応する突片３２が前方へスライド移動するのをガイドする。

こうした両リンク部材４１，５１の角度θの変化や、タッチパネル３１の基部２１に対し略平行な姿勢を維持した移動は、白抜きの矢印で示すように、タッチパネル３１のどの箇所のタッチセンサ３５が押圧されても同様に行なわれる。これは、タッチパネル３１を基部２１に昇降可能に支持するために、上述したように、パンタグラフ方式の支持機構４０が用いられたことによる。

ここで、仮に、タッチパネル３１が基部２１に対し略平行な姿勢で移動しない場合には、運転者がタッチセンサ３５を、捻りコイルばね５８等の付勢力に抗して押圧するときの荷重（操作荷重）は、タッチパネル３１の押圧される部位（タッチセンサ３５の操作面３７）によってばらつく。しかし、第１実施形態では、上記のように、タッチパネル３１のどの箇所のタッチセンサ３５が押圧されても、タッチパネル３１を基部２１に対し略平行な姿勢で移動させることができる。そのため、操作荷重を、押圧されるタッチセンサ３５に拘わらず同程度（略均一）にし、操作フィーリング（操作感度）を良好なものにすることができる。

上記のようにして、タッチパネル３１が押圧されて、第２リンク部材５１の第１リンク部材４１に対しなす角度θが小さくなると、それに伴い、タブ６５が基部２１に接近する。タブ６５の押圧力が、弾性部材６４を介してシム６１に伝達され、同シム６１が前方へ撓む。圧電素子６３がシム６１に追従して撓むことにより、同圧電素子６３に対し、これを長さ方向へ伸張させようとする圧力が加わる。この伸張に伴う電圧変化により、変位センサ６０でタッチパネル３１の変位量が検出される。

なお、圧電素子６３をそれぞれ用いた多くの変位センサ６０をタッチパネル３１に均等に配置すれば、同タッチパネル３１が基部２１に対し傾斜した姿勢で移動したとしても、同タッチパネル３１の変位量を検出することが可能である。しかし、この場合には、タッチセンサ装置２０の部品点数が増加し、それに伴い変位センサ６０の設置スペースが増大し、スペース効率が低下する。この点、第１実施形態では、１つの変位センサ６０でもタッチパネル３１の変位量検出できることから、部品点数が増えるのを抑制することができる。変位センサ６０の設置スペースを小さくし、スペース効率の向上を図ることができる。

図２に示すように、各タッチセンサ３５から出力される信号と、変位センサ６０から出力される信号とは制御部７０に入力される。制御部７０では、タッチセンサ３５を通じてタッチパネル３１が押圧されたことを検出するために、予め設定されたしきい値がメモリに記憶されている。このしきい値は、タッチパネル３１の変位量に関し、変位センサ６０の検出ばらつき等を考慮し、タッチセンサ３５に触れたときの変位量と、押圧したときの変位量とを区別するのに適切な値に設定されている。

そして、制御部７０は、操作面３７に対する接触がタッチセンサ３５によって検出されることと、しきい値を越える変位量でのタッチパネル３１の変位が変位センサ６０によって検出されることとの両方が満たされると、タッチパネル３１に対し操作が行なわれたことを検出する。この検出は、操作面３７に対する接触がタッチセンサ３５によって検出されただけでは行なわれない。制御部７０は、検出した旨を示す信号を、接触を検出したタッチセンサ３５に関連付けられた車載機器７１に出力する。そして、この信号に基づき、車載機器７１が作動されたり、停止されたり、作動状態を変更されたりする。

従って、車両の運転者がタッチセンサ３５の操作面３７に触れても、押圧することで、しきい値を越える変位量以上タッチパネル３１を変位させない限り、タッチパネル３１に対する操作が行なわれたことは検出されない。その結果、運転者がタッチセンサ３５の操作面３７に誤って接触しても、タッチパネル３１が操作されたと誤検出されるのを抑制することができる。

さらに、制御部７０は、上記のようにタッチパネル３１に対し操作が行なわれたことを検出すると、変位センサ６０を加振部として機能させる。そのために、制御部７０は、変位センサ６０における圧電素子６３に対する通電と通電停止とからなるサイクルを、一定時間にわたり繰り返すことにより、同圧電素子６３を伸縮させてシム６１を振動させる。図５（ａ）に示すように、この振動は、弾性部材６４を介して第２リンク部材５１のタブ６５に伝達される。この伝達により、中間軸部５７が、基部２１に接近及び離間する方向へ微小な振幅で振動する。これに伴い、第２リンク部材５１の第１リンク部材４１に対しなす角度θが、微小量の拡大と微小量の縮小とからなるサイクルで変化する。その結果、タッチパネル３１が基部２１に対し接近及び離間する側へ微小な振幅で振動する。

タッチパネル３１の振動は、操作面３７に触れている運転者の指に伝えられる。従って、タッチセンサ３５を通じてタッチパネル３１を押圧した運転者は、同タッチパネル３１に対する操作が検出されたことを、目視によらず、振動を通じて知ることができる。

また、共通の圧電素子６３が変位センサ６０の圧電素子として機能するとともに、加振部の圧電素子として機能する。従って、最小数（１つ）の圧電素子６３でありながら、タッチパネル３１の変位量検出と加振とを行なうことができる。

なお、運転者が、操作面３７から指を離すと、タッチパネル３１を押圧する力が消失する。両捻りコイルばね５８によって付勢された第１リンク部材４１及び第２リンク部材５１は、中間軸部５７を支点として、上記押圧時とは反対方向へ回動する。この回動により、両リンク部材４１，５１のなす角度θが増大して支持機構４０が伸張し、タッチパネル３１が押圧前の位置へ復帰する。この際、基部２１の各ガイド壁部２４におけるガイド溝２５は、タッチパネル３１の対応する突片３２が後方へスライド移動するのをガイドする。

（第２実施形態）
次に、タッチセンサ装置２０の第２実施形態について、図６を参照して説明する。
第２実施形態では、第２リンク部材５１のアーム部５２に設けられて振動伝達部として機能するタブ６５の位置が、第１実施形態と異なっている。より詳しくは、タブ６５は、アーム部５２における中間軸部５７と基部２１側の端軸部５６との間に設けられている。これに伴い、変位センサ６０として、シム６１及び圧電素子６３が第１実施形態よりも短いものが用いられている。

上記以外の構成は、第１実施形態と同様である。そのため、第１実施形態で説明したものと同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
従って、第２実施形態によると、第１実施形態と同様の作用及び効果に加え、次の作用及び効果が奏される。

タッチパネル３１に対し操作（操作面３７に対する接触及び押圧）が行なわれたことを検出すると、制御部７０が変位センサ６０を加振部として機能させ、タッチパネル３１を振動させることについては、前述した通りである。

ここで、圧電素子６３の伸縮に伴うシム６１の振動の振幅が同一であるとすると、タブ６５（振動伝達部）の位置により、中間軸部５７の振幅や、第２リンク部材５１の第１リンク部材４１に対しなす角度θの変化量、ひいてはタッチパネル３１の振幅が異なってくる。これらの振幅、角度変化量等は、タブ６５が、第２リンク部材５１の基部２１側の端軸部５６に近づくほど大きく（多く）なる。

この点、第２実施形態では、タブ６５が、中間軸部５７と端軸部５６との間に設けられている。従って、タッチパネル３１は、タブ６５が、中間軸部５７の軸線上に設けられた第１実施形態はもちろんのこと、中間軸部５７とタッチパネル３１側の端軸部５５との間に設けられた場合よりも大きな振幅で効率よく振動する。このように、第２実施形態では、タッチパネル３１の振幅を第１実施形態よりも増大（増幅）させることができる。

なお、圧電素子６３における圧電セラミックの薄板及び電極層の積層数を増すことによって、圧電素子６３の伸縮に伴うシム６１の振幅を増大させて、タッチパネル３１の振幅を増大させることも可能である。しかし、その場合には、圧電セラミックの薄板が多く必要となる。

この点、第２実施形態では、タブ６５の位置を変更するといった構造的な変更を行なっているにすぎない。そのため、圧電素子６３の伸縮に伴うシム６１の振幅を増大させることなく、タッチパネル３１の振幅を効率よく増大することができる。

そして、上記のように振幅を増大させることで、タッチパネル３１の振動を、操作面３７に触れている指を通じて運転者に対し、より明確に伝えることができる。タッチセンサ３５を通じてタッチパネル３１を押圧した運転者は、タッチパネル３１に対する操作が検出されたことを、振動を通じてより的確に知ることができる。

なお、上記第１及び第２実施形態は、これを以下のように変更した変形例として実施することもできる。
＜変位センサ６０及び加振部について＞
・変位センサ６０における弾性部材６４として、第１実施形態のゴムに代えてばねが用いられてもよい。図７は、弾性部材６４がコイルばねによって構成された変形例を示し、図８は、弾性部材６４が板ばねによって構成された変形例を示している。

いずれの変形例の場合にも、タッチパネル３１が操作されない（タッチセンサ３５を通じて押圧されない）状態で、弾性部材６４を若干弾性変形させてタブ６５（振動伝達部）に接触させることが望ましい。

なお、図７及び図８において、第１実施形態で説明したものと同様の要素には、同一の符号が付されている。
このようにすると、弾性部材６４としてゴムが用いられた第１実施形態に比べ、ばねからなる弾性部材６４をタブ６５（振動伝達部）に接触させる作業が容易となる。第１実施形態では、ゴムからなる弾性部材６４を、タブ６５（振動伝達部）に接触する大きさや形状に正確に形成する必要がある。しかし、上記変形例では、弾性部材６４を弾性変形させた状態でタブ６５に接触させるといった簡単な作業を行なうことで、弾性部材６４をタブ６５に接触させることができる。

なお、このように接触させることは、上述したように、圧電素子６３の伸縮に伴い生ずる、シム６１の振幅の小さな振動をタブ６５に的確に伝達するうえで重要である。
また、上記図７及び図８の変形例によると、変位センサ６０を加振部として機能させる場合、シム６１及び圧電素子６３の振動に加え、ばねからなる弾性部材６４の反力がタブ６５に伝達されるため、タッチパネル３１の振幅を増大させる効果が期待できる。

・加振部によりタッチパネル３１を振動させる場合、その振幅を増大させるために、第２実施形態とは異なる構成が採用されてもよい。図９はその一例を示している。この変形例では、振動させられる対象であるタッチパネル３１に保持部７２が固定されている。細長い板状体７３がタッチパネル３１から前方へ離間した箇所に配置され、その板状体７３の一端が上記保持部７２に固定されている。板状体７３としては、例えば、上記シム６１と同様の材料からなる金属板が用いられてもよい。板状体７３には圧電素子７５が貼り付けられている。なお、図９では、変位センサ６０の図示が省略されている。このように、板状体７３が保持部７２によりタッチパネル３１に片持ち支持されている。そして、板状体７３の保持部７２とは反対側の端部に錘７４が取付けられている。

なお、図９において、第１実施形態で説明したものと同様の要素には、同一の符号が付されている。
この構成によれば、圧電素子７５の伸縮に伴う板状体７３の振動により錘７４を、前後方向へ交互に振らせることで、タッチパネル３１の振動の振幅を増大させることが可能である。

・タッチパネル３１に大きな振幅での振動が要求されない場合には、タブ６５は、アーム部５２における中間軸部５７とタッチパネル３１側の端軸部５５との間に設けられてもよい。

・上記第１実施形態では、変位センサ６０におけるシム６１及び圧電素子６３が基部２１の底部２２に対し略平行に配置され、タッチセンサ３５を通じてタッチパネル３１が基部２１側へ押圧されると、タブ６５及び弾性部材６４を介してシム６１に対し略直交する力が加えられる。また、圧電素子６３に対する通電と通電停止とからなるサイクルが繰り返されて同圧電素子６３が伸縮されて、シム６１が振動されると、弾性部材６４を介してタブ６５に対し略直交する力が加えられる（図５（ａ）参照）。

これに代えて、図１０に示すように、変位センサ６０におけるシム６１及び圧電素子６３が基部２１の底部２２に対し、所定の角度、例えば４５°で傾斜した状態で配置されてもよい。この場合、例えば、底部２２において、紙面に直交する方向に互いに離間した２箇所に、同底部２２に対し、４５°の角度で傾斜する脚部７６が形成される。両脚部７６間にシム６１が架け渡され、このシム６１に圧電素子６３が貼り付けられる。

一方、タッチパネル３１には、基部２１側へ突出してシム６１に接触するタブ７７（振動伝達部）が設けられてもよい。
なお、基部２１とタッチパネル３１との間には、そのタッチパネル３１を基部２１に対し昇降可能に支持する支持機構（図示略）が設けられる。

この変形例では、図１０において白抜きの矢印で示すように、タッチパネル３１に対し前方へ向かう力が加えられて、同タッチパネル３１が基部２１側へ移動した場合、そのタッチパネル３１と一体でタブ７７が同方向へ移動し、シム６１に対し斜めに力が加わる。変位センサ６０ではシム６１が撓み、圧電素子６３がシム６１に追従して撓んで伸張することでタッチパネル３１の変位量が検出される。

また、圧電素子６３に対する通電と通電停止とからなるサイクルが繰り返されることで、同圧電素子６３が伸縮させられてシム６１が振動すると、そのシム６１からタブ７７に対し斜めに力が加えられて、タッチパネル３１が振動する。

従って、この変形例でも、上記第１及び第２実施形態と同様の作用及び効果が奏される。
・上記第１及び第２実施形態は、変位センサ６０における圧電素子６３が、加振部における圧電素子を兼ねたが、圧電素子を有する加振部が変位センサ６０とは別に設けられてもよい。

この場合、加振部は、第１リンク部材４１及び第２リンク部材５１の一方を対象リンク部材とし、同対象リンク部材に対し、タブ６５とは別に設けられた振動伝達部に振動を伝達することで、タッチパネル３１を加振する。

上記振動伝達部は、タッチパネル３１の振動を増幅する観点からは、対象リンク部材の中間軸部５７と基部２１側の端軸部４４，５６との間に設けられることが望ましい。
・変位センサ６０として、第１及び第２実施形態とは異なる構成を有するものが用いられてもよい。

例えば、シム６１は一方の端部に設けられた脚部６２のみによって基部２１に支持されてもよい。
また、圧電素子６３は、シム６１の厚み方向の両面に貼り付けられてもよい。

・加振部における圧電素子を伸縮させてシムを振動させるために、上記第１実施形態とは異なる方法が採用されてもよい。例えば、圧電素子に交流の電力が供給されてもよい。
・変位センサ６０が加振部を兼ねる上記第１及び第２実施形態において、振動伝達部としても機能するタブ６５は、第２リンク部材５１のアーム部５２に代えて、第１リンク部材４１のアーム部４２に設けられてもよい。

＜支持機構について＞
・第１リンク部材４１と第２リンク部材５１とを回動可能に連結する中間軸部５７は、第２リンク部材５１に代えて第１リンク部材４１に設けられてもよい。この場合、連結孔４６は第２リンク部材５１に設けられる。

・タッチパネル３１を基部２１に対し昇降可能に支持するものであることを条件に、支持機構４０が、パンタグラフ方式を採用した上記各実施形態とは異なる構造を有するものに変更されてもよい。

＜タッチセンサ装置２０が組込まれる箇所について＞
・タッチセンサ装置２０は、ステアリングホイール１２においてスポーク部１５とは異なる箇所、例えばパッド部１４に組込まれてもよい。

・タッチセンサ装置２０は、車両以外の乗物のステアリングホイールに組込まれて使用されてもよい。
・タッチセンサ装置２０は、タッチパネル３１に対し、タッチセンサ３５の操作面３７を通じて操作者が操作を行なった場合に、そのことを検出することのできるものであれば、ステアリングホイールに限らず、広く組込み可能である。

１２…ステアリングホイール、２０…タッチセンサ装置、２１…基部、３１…タッチパネル、３５…タッチセンサ、３７…操作面、４０…支持機構、４１…第１リンク部材、４４，４５，５５，５６…端軸部、５１…第２リンク部材（対象リンク部材）、５７…中間軸部、６０…変位センサ（加振部を兼ねる）、６３，７５…圧電素子、６５，７７…タブ（振動伝達部を兼ねる）。

Claims (3)

1. 基部と、
   前記基部から遠い側の面に操作面を有するタッチセンサが複数箇所に設けられたタッチパネルと、
   前記タッチパネルを前記基部に対し昇降可能に支持する支持機構と、
   前記タッチパネルの前記基部側への変位量を圧電素子により検出する変位センサと
   を備え、前記操作面に対する接触が前記タッチセンサにより検出され、かつ前記タッチパネルのしきい値を越える変位量での変位が前記変位センサにより検出されることをもって、前記タッチパネルに対する操作が行なわれたことを検出し、
   前記タッチパネルは、前記基部から離間する側へ付勢されており、
   前記支持機構は、
   前記タッチパネルの昇降方向に対し傾斜した状態で前記基部と前記タッチパネルとの間に配置された第１リンク部材と、
   前記第１リンク部材に交差し、かつ前記昇降方向に対し、同第１リンク部材とは反対側へ傾斜した状態で前記基部と前記タッチパネルとの間に配置された第２リンク部材とを備え、
   前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材のそれぞれは、前記昇降方向における両端部において、端軸部により、前記基部及び前記タッチパネルに対し回動可能に連結され、
   さらに、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は、それらの交差部分に設けられた中間軸部により回動可能に相互に連結され、
   前記タッチパネルに対する操作が行なわれたことの検出に応じ伸縮させられる圧電素子を備え、その伸縮により同タッチパネルを加振する加振部がさらに設けられ、
   前記加振部は、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の一方を対象リンク部材とし、同対象リンク部材に設けられた振動伝達部に振動を伝達することで前記タッチパネルを加振するものであり、
   前記振動伝達部は、前記中間軸部と前記基部側の端軸部との間に設けられているタッチセンサ装置。
2. 前記変位センサ及び前記加振部の各圧電素子として共通の圧電素子が用いられている請求項１に記載のタッチセンサ装置。
3. 前記基部は、乗物のステアリングホイールに固定されるものであり、
   前記タッチパネルは、前記ステアリングホイールを操作する操作者により接触及び押圧されるものである請求項１又は２に記載のタッチセンサ装置。

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