JP6741339B2 - 衝撃フィードバック操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作者によって操作されたときに操作者に疑似的な操作感を提供する衝撃フィードバック操作装置に関する。

従来、操作者が指で触れて操作する操作部にタッチセンサを設け、操作者が操作したときに操作者に疑似的な操作感（クリック感）を提供する操作装置において、形状記憶合金をアクチュエータとして用いる構成のものは公知である（例えば、下記特許文献１参照）。このような操作装置では、形状記憶合金を短時間だけ通電加熱することで形状記憶合金を収縮動作及び伸長動作させ、これにより瞬間的に振動（衝撃）を発生させる。この振動が、操作者が指で触れる操作部に伝達されることで、操作者は、操作部を押したことに対する反応（フィードバック）、つまり操作感を感じることができる。以下、形状記憶合金をアクチュエータとして用いた操作装置を「衝撃フィードバック操作装置」という。

特許第５８３６２７６号公報

ところで、衝撃フィードバック操作装置が使用される環境は様々である。例えば、使用環境下において、周囲温度や入力電圧が大きく変動したり、装置が設置される対象が振動したりする可能性がある。上述したように衝撃フィードバック操作装置は、形状記憶合金を通電加熱して所望の振動を発生させることで、操作者に対して疑似的な操作感を提供するものである。このため、周囲温度や入力電圧が変動すると、所望の振動加速度で形状記憶合金を動作させることができず、操作者に一定の操作感を提供することができない可能性がある。

また、振動が発生する環境に衝撃フィードバック操作装置を設置した場合、アクチュエータである形状記憶合金とその周辺部品との間にガタツキがあると、振動による異音が発生したり、操作時にガタついたりする。加えて、ガタツキがあると、アクチュエータで発生させた振動を操作部に効率良く伝達することができず、操作者に明瞭な操作感を提供することができない。一方、ガタツキをなくすために部品同士の固定を強くし過ぎると、アクチュエータで発生させた振動が減衰してしまうため、操作部に振動を効率良く伝達することができず、操作者に明瞭な操作感を提供することができない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、周囲温度や入力電圧が変動したり、設置される対象が振動したりする場合でも、操作者に一定の操作感を提供することができる衝撃フィードバック操作装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の衝撃フィードバック操作装置は、対象構造体に固定されるように構成され又は前記対象構造体に一体的に形成されたベース部材と、前記ベース部材に固定され、タッチセンサが設けられた操作部を有し、少なくとも前記操作部が前記ベース部材に対して変位可能である、操作部材と、形状記憶合金を有し、通電加熱時の前記形状記憶合金の変形により前記ベース部材に対して前記操作部を移動させるアクチュエータと、周囲温度を検出する温度検出部と、前記対象構造体側から供給される入力電圧を検出する電圧検出部と、前記アクチュエータを制御する処理部と、を備え、前記処理部は、前記温度検出部により検出された温度及び前記電圧検出部により検出された電圧に応じて、通電加熱時における前記形状記憶合金に対する通電条件を設定し、前記操作部は、弾性変形可能な弾性部を介して前記ベース部材に固定されており、前記弾性部の弾性復元力により、前記操作部材は前記アクチュエータを前記ベース部材に押し付けていることを特徴とする。

上記の構成を採用した本発明の衝撃フィードバック操作装置によれば、検出した周囲温度及び入力電圧に応じて通電条件を設定し、形状記憶合金に通電することで、環境（温度変化や電圧変動）に左右されることなく、形状記憶合金に所望の振動加速度（衝撃）を発生させることができる。また、操作部材の操作部が弾性部を介してベース部材に固定されていることで、衝撃フィードバック操作装置を構成する積層された部材同士が常に密着する。これにより、操作部材の高剛性化及びベース部材に対する操作部材のガタツキの抑制化を図りつつ、アクチュエータで発生させた振動を効率良く操作部に伝達することができる。従って、本発明によれば、温度変化、電圧変動及び振動発生がある環境下においても、操作部を所望の加速度で振動させることが可能であり、これにより操作部の操作者に一定の操作感（クリック感）を与えることができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記処理部は、前記温度検出部により検出された前記温度に基づいて前記形状記憶合金の作動に必要な熱量を算出し又は第１マップから選択し、算出された前記熱量と、前記電圧検出部により検出された前記電圧とに基づいて、前記形状記憶合金の制御に係る通電パルス幅を算出し又は第２マップから選択するとよい。

この構成により、形状記憶合金を所望の振動加速度で確実に作動させることができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記ベース部材には第１係合部が設けられ、前記操作部材には第２係合部が設けられ、前記第１係合部と前記第２係合部は、前記弾性部を介して係合しているとよい。

この構成により、第１係合部と第２係合部との間に挟持される弾性部によって部品寸法のバラツキを吸収できるとともに、操作部の可動域を確実に確保することができる。これにより、操作者に操作感を明瞭に伝えることができる。また、弾性部は第１係合部と第２係合部との係合箇所に設けられるため、部品点数の抑制、構造簡略化による製造性向上、コスト削減、製品小型化を図ることができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記弾性部は、弾性材料により構成されているとよい。

この構成により、弾性部を簡易構造で構築することができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記弾性部は、バネ性を有する形状に形成され、前記第１係合部又は前記第２係合部に設けられていてもよい。

この構成によっても、積層する部材同士を常に密着させ且つ操作部材の可動域を確保する弾性部を好適に構築することができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記ベース部材には第１係合部が設けられ、前記操作部材には第２係合部が設けられ、前記弾性部は、バネ性を有する形状に形成され、前記第１係合部又は前記第２係合部は、前記弾性部を介して前記ベース部材又は前記操作部材に設けられていてもよい。

この構成によっても、積層する部材同士を常に密着させ且つ操作部材の可動域を確保する弾性部を構築することができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記操作部材は、前記第２係合部が設けられた側壁部を有し、前記操作部と前記側壁部との間には、前記操作部よりも薄肉であり且つ前記操作部を囲むように形成された薄肉部が設けられているとよい。

この構成により、薄肉部の箇所で剛性を下げ、アクチュエータで発生した振動（衝撃）を側壁部に伝えにくくすることで、当該振動の減衰を効果的に抑制することができる。このため、アクチュエータからの振動を操作部に効率良く伝達し、操作者に一層良好な操作感を提供することができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記操作部材は、側壁部を有し、前記操作部と前記側壁部との間には、前記操作部よりも薄肉であり且つ前記操作部を囲むように形成された薄肉部が設けられ、前記薄肉部が、前記弾性部を構成していてもよい。

この構成によれば、薄肉部で剛性を下げることで、薄肉部を弾性部として容易に機能させることができる。従って、簡易構造で、部品寸法のバラツキを吸収できるとともに、操作部の可動域を確保することができる。これにより、アクチュエータで発生した振動（衝撃）を側壁部に伝えにくくすることができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記薄肉部の内側に固定座が設けられ、前記アクチュエータから発生する振動を、前記固定座を介して前記操作部へと伝達するとよい。

この構成により、アクチュエータから発生する振動を操作部へ効果的に伝達することができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、前記ベース部材に対して前記操作部材が傾くことを防止し且つ前記ベース部材に対して前記操作部材が変位することを許容するガイド機構を備え、前記ガイド機構は、前記ベース部材に設けられたガイドレールと、前記操作部材に設けられ前記ガイドレールに対して摺動可能なガイド突起とからなるとよい。

この構成により、アクチュエータからの振動を操作部に一層効率良く伝達することができる。

上記の衝撃フィードバック操作装置において、衝撃フィードバック操作装置は、車載用操作装置であるとよい。

車両室内は大きな温度変化が生じやすく、車両走行状況（例えば、エンジンの稼働・停止、電気自動車における充電中等）による電圧変動も生じやすいうえ、走行中には振動が生じる。衝撃フィードバック操作装置が車載用操作装置として用いられることで、上記のような車載環境下でも操作者に一定の操作感を提供することができるとともに、振動に伴う異音の発生や操作時のガタツキを防止できるため、車載用部品に求められる品位を良好に確保できる。

本発明の衝撃フィードバック操作装置によれば、周囲温度や入力電圧が変動したり、設置される対象が振動したりする場合でも、操作者に一定の操作感を提供することができる。

本発明の実施形態に係る衝撃フィードバック操作装置の断面図である。 図１に示した衝撃フィードバック操作装置の分解斜視図である。 図１に示した衝撃フィードバック操作装置の操作部材を裏側から見た斜視図である。 図４Ａは、図１に示した衝撃フィードバック操作装置のアクチュエータの非通電加熱時の模式図であり、図４Ｂは、図１に示した衝撃フィードバック操作装置のアクチュエータの通電加熱時の模式図である。 図１に示した衝撃フィードバック操作装置の回路構成図である。 図６Ａは、ベース部材と操作部材との間に設けられる弾性部の第１変形例及びその周辺部分を示す外観図であり、図６Ｂは、図６ＡにおけるＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った断面図である。 図７Ａは、ベース部材と操作部材との間に設けられる弾性部の第２変形例及びその周辺部分を示す外観図であり、図７Ｂは、図７ＡにおけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った断面図である。

以下、本発明に係る衝撃フィードバック操作装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示す衝撃フィードバック操作装置１０（以下、単に「操作装置１０」という）は、操作者の指で触れる操作に伴って、操作装置１０が設置される対象構造体１２側に操作内容に応じた信号を出力するとともに、操作者の指に疑似的な操作感を提供するように構成されている。

具体的に、この操作装置１０は、対象構造体１２に固定（設置）されるベース部材１４と、ベース部材１４に固定された操作部材１６と、操作部材１６の少なくとも操作部３４を移動させるアクチュエータ１８と、電子部品が実装された基板２０とを備える。

本実施形態において、ベース部材１４が固定される対象構造体１２、すなわち操作装置１０が設置される対象構造体１２（高剛性体）は、車両１３（特に、自動車）である。操作装置１０は、例えば、車室内に設けられるステアリングホイール、インストルメントパネル、センターコンソール等に設置され得る。車両１３の車室内の温度は、車両１３の使用場所、空調装置の使用の有無等によって大きく変動し得る。また、車両１３からの供給電圧は、エンジンの運転状態（稼働・停止）や、電気自動車における充電中等の状況によって、大きく変動し得る。また、車両走行中には振動が生じる。

なお、操作装置１０が設置される対象構造体１２は、鉄道等の自動車以外の車両１３であってもよく、車両１３以外の輸送機関、例えば、航空機、船舶等であってもよい。また、操作装置１０が設置される対象構造体１２は、建築物等の移動しない構造物であってもよい。

ベース部材１４は、対象構造体１２に強固に固定されるブロック状の部材である。図示例のベース部材１４の底面には複数の位置決め突起２２が設けられている。複数の位置決め突起２２が、車両１３に設けられた複数の位置決め穴１３ａにそれぞれ挿入された状態で、適宜の締結手段（ネジ等）によりベース部材１４が対象構造体１２にガタツキなく強固に固定されている。なお、車両１３の一部によって、ベース部材１４が構成されていてもよい。すなわち、ベース部材１４は、車両１３に一体的に形成されていてもよい。

ベース部材１４の上面には、上方に突出する台座２４が設けられている。図示例では、互いに間隔を置いて３つの台座２４が設けられており、１つの台座２４上にアクチュエータ１８が配置されている。なお、台座２４は１つだけ設けられてもよい。あるいは、台座２４は無くてもよい。

ベース部材１４は、操作部材１６の後述する係合孔４０と係合する第１係合部の一形態としての爪部２６を有する。爪部２６は、ベース部材１４の側面１５に設けられている。図１に示すように、爪部２６は、ベース部材１４の厚さ方向（Ａ方向）に沿う側面１５に対して傾斜したテーパ面２６ａと、側面１５に対して略垂直な下面２６ｂとを有する。爪部２６は、ベース部材１４の周方向に間隔を置いて複数（図示例では４つ）設けられている。図示例のようにベース部材１４が平面視で略四角形である場合、互いに反対側の辺に相当する側面１５に少なくとも１つずつ爪部２６が設けられているとよい。なお、ベース部材１４は、平面視で、円形状、楕円形状、四角形以外の多角形状等であってもよい。

本実施形態において、爪部２６には、弾性変形可能な弾性部の一形態として、例えばエラストマー等の弾性材料からなる弾性部２８Ａが設けられている。具体的に、弾性部２８Ａは、爪部２６の下面２６ｂに固定されている。複数の爪部２６の各々に、弾性部２８Ａが固定されている。従って、爪部２６と係合孔４０は、弾性部２８Ａを介して係合している。弾性部２８Ａは、爪部２６と係合孔４０（の内面）との間に挟まれることで、厚さ方向に弾性的に圧縮されている。

図２に示すように、ベース部材１４は、ベース部材１４の厚さ方向（Ａ方向）に延在するガイドレール３０を有する。後述するように、ガイドレール３０は、ベース部材１４に対して操作部材１６がベース部材１４の厚さ方向に変位することを許容しつつ、ベース部材１４に対して操作部材１６が傾くことを防止する機能を有する。

ガイドレール３０はベース部材１４の周方向に間隔を置いて複数設けられるのがよい。図示例では、平面視で略四角形のベース部材１４の３辺にガイドレール３０が設けられている。ベース部材１４の上面縁部からは、複数の柱部２９が上方に延出している。各ガイドレール３０は、ベース部材１４の側面１５から柱部２９に亘って互いに平行に形成されたガイド溝３１を有する。なお各ガイドレール３０において、ガイド溝３１は１つだけ形成されていてもよい。

高い剛性を確保できるように、ベース部材１４は、硬質材料（例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の硬質樹脂）により構成されている。ベース部材１４は、金属材料により構成されてもよい。

操作部材１６は、タッチセンサシート３８（タッチセンサ）が設けられた操作部３４と、操作部３４の周縁部から操作部３４の厚さ方向（Ａ方向）の一方（下方）に延出した側壁部３６とを有する箱型に形成されている。操作部材１６は、ベース部材１４と同様に、硬質材料により構成されている。図示例の操作部材１６は、ベース部材１４と同様に平面視で略四角形に形成されているが、円形状、楕円形状、四角形以外の多角形状等に形成されていてもよい。

図示例の操作部材１６は、平面視で略四角形のベース部材１４に対応して、平面視で略四角形に形成されている。図示例の操作部３４は、平坦な表面３４ａ及び裏面を有する略四角形の板状に形成されている。操作部３４の表面３４ａには、操作可能な操作内容を操作者に提示するための文字、図形、記号等の表示が設けられている。

操作部材１６は、ベース部材１４に設けられた上述した爪部２６（第１係合部）に係合する第２係合部の一形態としての係合孔４０を有する。具体的に、側壁部３６には、側壁部３６の厚さ方向に弾性変形可能な板状の弾性片４２が設けられており、当該弾性片４２の自由端側に係合孔４０が設けられている。弾性片４２は、側壁部３６の弾性片４２以外の部分よりも厚さが薄い。係合孔４０は、弾性片４２の板厚方向に貫通している。

係合孔４０を有する弾性片４２は、ベース部材１４に設けられた複数の爪部２６に対応して複数（４つ）設けられている。具体的には、平面視で略四角形に形成された操作部材１６の互いに反対側の辺に相当する側壁部３６に弾性片４２が２つずつ設けられている。なお、弾性片４２は、操作部材１６の互いに反対側の辺に相当する側壁部３６に１つずつ設けられてもよい。あるいは、弾性片４２は、操作部材１６の４辺に相当する側壁部３６に１つずつ設けられてもよい。

上述したように、爪部２６と係合孔４０は、弾性材料からなる弾性部２８Ａを介して係合している。このため、操作部材１６は、ベース部材１４に対して弾性支持されつつ固定されている。

図３に示すように、側壁部３６の内面には、上述したベース部材１４に設けられた複数のガイドレール３０（図２参照）に対して摺動可能な複数（図示例では３つ）のガイド突起４４が設けられている。各ガイド突起４４は、操作部３４の厚さ方向（Ａ方向）に沿って延在している。各ガイド突起４４は、互いに平行に延在する２つのリブ４５を有する。２つのリブ４５が、ガイドレール３０の２つのガイド溝３１に摺動可能に挿入されている。

上述したガイドレール３０とガイド突起４４により、ベース部材１４に対して操作部材１６が傾くことを防止し且つベース部材１４に対して変位することを許容するガイド機構が構成されている。

操作部３４と側壁部３６との間には、操作部３４よりも薄肉であり且つ操作部３４を囲むように形成された薄肉部４６が設けられている。操作部３４の裏面側の周縁部に溝４７が設けられることによって、薄肉部４６が形成されている。薄肉部４６は、操作部３４よりも薄肉であることによって、操作部３４よりも剛性が下げられており、弾性変形しやすくなっている。なお、図３では、理解の容易ため、薄肉部４６（溝４７）の部分にクロスハッチングを施している。

図２に示すタッチセンサシート３８は、操作部３４の裏面に取り付けられている。タッチセンサシート３８は、操作部３４の表面３４ａに操作者の指が接触したときに、接触した位置を検出する。図示例のタッチセンサシート３８は、略四角形の操作部３４に対応した略四角形に形成されている。タッチセンサシート３８の一辺からは、後述するＩＣチップ５２に接続された信号伝送用の配線シート４８が延出している。

基板２０は、ベース部材１４と操作部材１６との間に配置され、ハーネス２１を介して車両配線と接続されている。本実施形態において、基板２０は、例えばネジ等の適宜の固定手段によって操作部材１６に密着して固定されている。図１に示すように、操作部３４の裏面周縁部からは下方（ベース部材１４側）に向かって突出する、基板２０を固定するための固定座５０が設けられている（図３も参照）。固定座５０は、操作部材１６の側壁部３６に対向して、側壁部３６の内側を周回するように形成されている。固定座５０は薄肉部４６の内側に設けられている。固定座５０の操作部３４からの突出端（下端）は、基板２０に密着している。

図２に示すように、基板２０には、操作装置１０の動作に必要な演算・制御を行うマイクロコンピュータを構成するＩＣチップ５２と、周囲温度を検出する温度センサ５４（温度検出部）が実装されている。ＩＣチップ５２は、配線シート４８を介してタッチセンサシート３８と電気的に接続されている。また、ＩＣチップ５２は、対象構造体１２側と電気的に接続されており、対象構造体１２である車両１３との間で信号の送受信が可能となっている。

アクチュエータ１８は、形状記憶合金ワイヤ５６と絶縁性熱伝導体５８とを有し、基板２０に固定されている。形状記憶合金ワイヤ５６は、対象構造体１２側の電源に、後述するスイッチ７２を介して接続されている。形状記憶合金ワイヤ５６を構成する形状記憶合金（ＳＭＡ）としては、例えば、ニッケル・チタン合金が挙げられる。

操作者の指が操作部３４の表面３４ａに接触すると、タッチセンサシート３８によって接触が検知され、形状記憶合金ワイヤ５６が通電される。形状記憶合金ワイヤ５６が通電されると、形状記憶合金ワイヤ５６の内部抵抗によるジュール熱で形状記憶合金ワイヤ５６自体が発熱し、この熱によって例えば元の全長の数％程度の収縮が瞬時に起きる。形状記憶合金ワイヤ５６への通電がなくなって温度が低下すると、形状記憶合金ワイヤ５６は伸長して元の状態に戻る。

絶縁性熱伝導体５８は、第１部材５８Ａと第２部材５８Ｂとにより構成されている。第１部材５８Ａは、ベース部材１４の台座２４上に密着して配置されている。第２部材５８Ｂは、基板２０に密着して固定されている。形状記憶合金ワイヤ５６は、その両端部で固定部６２により第２部材５８Ｂに固定されている。なお、形状記憶合金ワイヤ５６は、第１部材５８Ａに固定されていてもよい。

図４Ａに示すように、第１部材５８Ａと第２部材５８Ｂの互いに対向する側にはそれぞれ波形の凹凸形状５９、６０が形成されている。凹凸形状５９、６０の凸部の先端部は円弧状に形成されている。第１部材５８Ａと第２部材５８Ｂのそれぞれの凹凸形状５９、６０で形状記憶合金ワイヤ５６が挟み込まれている。これにより、形状記憶合金ワイヤ５６も波形状を呈している。図４Ａは、形状記憶合金ワイヤ５６に通電が行われていない状態を示している。

上述したように、爪部２６と係合孔４０が弾性部２８Ａを介して係合していることで、ベース部材１４に対して操作部材１６は弾性支持されている。これにより、操作部材１６は、アクチュエータ１８をベース部材１４に押し付けている。すなわち、弾性部２８Ａの弾性復元力が、アクチュエータ１８を押し付ける押圧力となることで、アクチュエータ１８の第１部材５８Ａとベース部材１４とが常に密着している。

形状記憶合金ワイヤ５６が通電され、形状記憶合金ワイヤ５６が収縮すると、図４Ｂのように、第１部材５８Ａと第２部材５８Ｂとが離れる方向に、第１部材５８Ａに対して第２部材５８Ｂが変位する。そして、形状記憶合金ワイヤ５６への通電がなくなると、形状記憶合金ワイヤ５６で生じた熱は絶縁性熱伝導体５８（第１部材５８Ａ及び第２部材５８Ｂ）を介して瞬時に放熱され、形状記憶合金ワイヤ５６は伸長して元の状態（図４Ａ）に戻る。

このように、アクチュエータ１８は、形状記憶合金ワイヤ５６が通電加熱による収縮動作と通電加熱後の伸長動作を行い、これによって第１部材５８Ａと第２部材５８Ｂとの距離を変化させることで、瞬間的な振動（衝撃）を発生させる。この瞬間的な振動は、ベース部材１４に対して弾性支持された操作部材１６へと伝達され、操作部３４の厚さ方向に操作部３４を瞬間的に振動させる。このような操作部３４の瞬間動作によって、操作部３４に接触した操作者の指に、機械的スイッチを押した際の触感と近似した操作感（クリック感）を与えることができる。

次に、操作装置１０の電気的構成（回路）について説明する。図５に示すように、操作装置１０の回路は、ＣＰＵとして機能するＭＰＵにより構成された処理部６４と、電源回路６６と、通信ドライバ６８と、タッチセンサシート３８と、タッチセンサインターフェース７０と、スイッチ７２と、ＳＭＡ制御インターフェース７４と、形状記憶合金ワイヤ５６とを備える。処理部６４はＩＣチップ５２（図２参照）に内蔵されている。

電源回路６６は、対象構造体１２である車両１３側の電源（バッテリ）から供給される電圧（例えば１２Ｖ）を処理部６４の動作電圧（例えば５Ｖ）に調整して処理部６４に供給する。通信ドライバ６８は、車両１３側の通信バスと処理部６４との間の通信を中継する。タッチセンサインターフェース７０は、タッチセンサシート３８からの入力に応じた信号を処理部６４へと出力する。操作部３４に対して操作者の指が接触したことがタッチセンサシート３８によって検出されると、処理部６４は、操作信号を生成し、生成した操作信号をＳＭＡ制御インターフェース７４に対して出力する。

スイッチ７２は、例えばＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子からなる。スイッチ７２がオンになると、対象構造体１２側から供給された電圧が形状記憶合金ワイヤ５６に印加される。ＳＭＡ制御インターフェース７４は、処理部６４からの操作信号に応じてパルス信号（単一パルス信号）を生成し、生成したパルス信号をスイッチ７２に対して出力する。スイッチ７２は、ＳＭＡ制御インターフェース７４からのパルス信号の幅（通電パルス幅）に対応した時間だけオンになる。

図５に示すように、操作装置１０の回路は、さらに、上述した温度センサ５４と、対象構造体１２側から供給される入力電圧を検出する電圧センサ７６（電圧検出部）とを備える。温度センサ５４は、周囲温度を検出（モニタ）し、検出した温度を温度信号として処理部６４へと出力する。電圧センサ７６は、対象構造体１２である車両１３（図１参照）側の電源に、上述したスイッチ７２と電気的に並列接続されている。電圧センサ７６は、電源からの入力電圧を検出（モニタ）し、検出した入力電圧に対応する電圧信号を処理部６４へと出力する。

次に、上記のように構成された操作装置１０の作用及び効果を説明する。

操作部材１６の操作部３４の表面３４ａに操作者の指が接触すると、操作部３４に設けられたタッチセンサシート３８が反応し、タッチセンサインターフェース７０を介して、処理部６４が、操作部３４における所定の操作部位が操作されたことを検出する。そして、処理部６４は、通信ドライバ６８を介して、対象構造体１２である車両１３側に対して操作情報を出力する。車両１３側の機器は、操作装置１０からの操作情報に基づいて所定の動作を行う。

また、操作装置１０は、上記動作（処理）と並行して、温度センサ５４及び電圧センサ７６によりそれぞれ周囲温度及び入力電圧を検出し、検出した周囲温度及び入力電圧に応じて、形状記憶合金ワイヤ５６の所望の作動に必要な通電条件を設定し、形状記憶合金ワイヤ５６に通電する。これにより、環境（周囲温度及び入力電圧）に左右されない振動（衝撃）を形状記憶合金ワイヤ５６で発生させることができる。

具体的には、処理部６４は、温度センサ５４によって検出された周囲温度に基づいて、形状記憶合金ワイヤ５６の作動に必要な熱量を計算しあるいは予め作成された第１マップから選択する。この場合、第１マップは、周囲温度と上記必要な熱量との相関関係を記述したマップである。

次に、処理部６４は、算出又は選択された上記必要な熱量と、電圧センサ７６により検出された入力電圧とに基づいて、通電パルス幅を算出しあるいは予め作成された第２マップから選択する。この場合、通電パルス幅をｔ、必要な熱量をＱ、形状記憶合金ワイヤ５６の抵抗値をＲ、入力電圧をＶとした場合、通電パルス幅ｔは、下記の式（１）により算出することができる。
t＝Ｑ／（Ｖ²／Ｒ）・・・（１）

なお、第２マップは、上記必要な熱量ごとに入力電圧と通電パルス幅との関係を記述したマップである。第２マップは、入力電圧ごとに上記必要な熱量と通電パルス幅との関係を記述したマップであってもよい。

そして、処理部６４は、算出又は選択した通電パルス幅に応じた操作信号を生成し、生成した操作信号をＳＭＡ制御インターフェース７４に対して出力する。ＳＭＡ制御インターフェース７４は、処理部６４からの操作信号に応じてパルス信号（単一パルス信号）を生成し、生成したパルス信号をスイッチ７２に対して出力する。スイッチ７２は、ＳＭＡ制御インターフェース７４からのパルス信号の幅（通電パルス幅）に対応した時間だけオンになる。スイッチ７２がオンになることにより、形状記憶合金ワイヤ５６に入力電圧が印加され、形状記憶合金ワイヤ５６が通電される。

このように、操作装置１０では、検出した周囲温度及び入力電圧に応じた通電時間で形状記憶合金ワイヤ５６に通電することで、環境（温度変化や電圧変動）に左右されることなく、アクチュエータ１８により所望の振動加速度（衝撃）を発生させることができる。

すなわち、従来技術のように、周囲温度を加味せずに常に一定のパルス幅で形状記憶合金ワイヤ５６を通電加熱した場合、低温時には振動の加速度が低下し、あるいは形状記憶合金ワイヤ５６が作動せず、逆に高温時には必要以上に作動してしまう。また、従来技術のように、入力電圧を加味せずに常に一定のパルス幅で形状記憶合金ワイヤ５６を通電加熱した場合、低電圧時には振動の加速度が低下し、あるいは形状記憶合金ワイヤ５６が作動せず、逆に高電圧時には必要以上に作動してしまう。

これに対し、本発明の操作装置１０によれば、周囲温度及び入力電圧の両方を加味し、低温時又は低電圧時には通電パルス幅を長くし、逆に高温時又は高電圧時には通電パルス幅を短くすることで、所望の振動加速度で形状記憶合金ワイヤ５６を作動させることができる。

また、操作装置１０では、ベース部材１４と操作部材１６とは弾性材料からなる弾性部２８Ａを介して係合（固定）されており、弾性部２８Ａはベース部材１４（爪部２６）と操作部材１６（係合孔４０）との間に挟まれて弾性圧縮状態とされている。これにより、弾性部２８Ａは、操作部材１６をアクチュエータ１８に向けて弾性的に付勢している。このため、操作部材１６は、弾性部２８Ａの弾性力によって、基板２０を介してアクチュエータ１８をベース部材１４に弾性的に常に押圧している。これにより、操作装置１０を構成する部品寸法のバラツキを吸収できる。

上記のように構成されているため、操作装置１０の厚さ方向（Ａ方向）に積層されたベース部材１４、アクチュエータ１８（第１部材５８Ａ、第２部材５８Ｂ及び形状記憶合金ワイヤ５６）、基板２０及び操作部材１６において、積層方向に互いに隣接する部材同士は、弾性部２８Ａの弾性力によって常に密着している。また、アクチュエータ１８の作動時には、弾性部２８Ａがさらに圧縮されることによって、操作部材１６がベース部材１４に対して操作部３４の厚さ方向に変位することが許容される。すなわち、操作部材１６（操作部３４）の可動域を確実に確保することができる。

このように、積層方向に互いに隣接する部材同士が常に密着し、且つ操作部材１６の可動域が確保されていることにより、アクチュエータ１８で発生させた振動は効率良く操作部３４へと伝達され、操作者の指に明瞭な操作感を与えることができる。また、弾性部２８Ａは爪部２６と係合孔４０との係合箇所に設けられるため、部品点数の抑制、構造簡略化による製造性向上、コスト削減、製品小型化を図ることができる。

加えて、本実施形態に係る操作装置１０では、操作部材１６における操作部３４と側壁部３６との間に操作部３４を囲む薄肉部４６（図１及び図３参照）が設けられ、薄肉部４６の内側に固定座５０が設けられ、アクチュエータ１８で発生した振動は固定座５０を介して操作部３４へと伝達される。この構成によれば、薄肉部４６の箇所で剛性が下がるため、薄肉部４６は弾性変形可能な弾性部（弾性部２８Ａとは別の弾性部）として機能することになり、アクチュエータ１８で発生した振動の少なくとも一部は薄肉部４６で吸収される。これにより、アクチュエータ１８で発生した振動が側壁部３６に伝わりにくくなる。逆に、操作部３４は振動しやすくなる。よって、アクチュエータ１８からの振動を操作部３４に効率良く伝達し、操作者に一層良好な操作感を提供することができる。

さらに、本実施形態に係る操作装置１０では、ガイドレール３０（図２参照）とガイド突起４４（図３参照）からなるガイド機構により、ベース部材１４に対して操作部材１６が傾くことが防止され、且つベース部材１４に対して操作部材１６が変位することが許容されている。この構成により、アクチュエータ１８からの振動を操作部３４に一層効率良く伝達することができる。

特に、本実施形態に係る操作装置１０は、車載用操作装置として構成されている。車両１３の室内は大きな温度変化が生じやすく、車両走行状況（例えば、エンジンの稼働・停止、電気自動車における充電中等）による電圧変動も生じやすいうえ、走行中には振動が生じる。操作装置１０が車載用操作装置として用いられることで、上記のような車載環境下でも操作者に一定の操作感を提供することができるとともに、振動に伴う異音の発生や操作時のガタツキを防止できるため、車載用部品に求められる品位を良好に確保できる。

ベース部材１４と操作部材１６との間に介在する弾性部の構成は、上述した弾性材料からなる弾性部２８Ａに限定されず、以下のように、種々の形態を採り得る。

図６Ａ及び図６Ｂに示す弾性部２８Ｂは、爪部２６に設けられており、バネ性を有する形状に形成されている。より具体的には、弾性部２８Ｂは、弧状に曲がった板状要素であり、下方に突出するように爪部２６の下面２６ｂに一体的に設けられている。

ベース部材１４に操作部材１６が固定された状態で、弾性部２８Ｂは、爪部２６と係合孔４０（係合孔４０を形成する内面）との間に挟まれて弾性圧縮変形している。これにより、弾性部２８Ｂは、操作部材１６をアクチュエータ１８（図１参照）に向けて弾性的に付勢している。従って、このような弾性部２８Ｂを設けた場合でも、上述した弾性材料からなる弾性部２８Ａを設けた場合と同様の作用効果が得られる。なお、弾性部２８Ｂは、爪部２６の下面２６ｂと対向する、係合孔４０を形成する内面に設けられてもよい。

図７Ａ及び図７Ｂに示す弾性部２８Ｃは、ベース部材１４と、爪部２６との間に設けられている。すなわち、爪部２６は、弾性部２８Ｃを介してベース部材１４に設けられている。弾性部２８Ｃは、バネ性を有する形状に形成され、操作部３４の厚さ方向（Ａ方向）に変位可能に爪部２６を支持している。図示例の弾性部２８Ｃの場合、互いに平行な複数（２つ）の平板部８０、８２と、複数（２つ）の湾曲部８４、８６とを有する構成によって、爪部２６がベース部材１４に弾性支持されている。なお、弾性部２８Ｃは１つの平板部と１つの湾曲部により構成されてもよい。

ベース部材１４に操作部材１６が固定された状態で、爪部２６と係合孔４０とは係合しており、弾性部２８Ｃは弾性変形しつつ爪部２６を支持している。爪部２６は、弾性部２８Ｃの弾性復元力の作用下に、操作部材１６の弾性片４２を下方（弾性片４２の突出方向）に引っ張っている。これにより、弾性部２８Ｃは、操作部材１６をアクチュエータ１８（図１参照）に向けて弾性的に付勢している。従って、このような弾性部２８Ｃを設けた場合でも、上述した弾性材料からなる弾性部２８Ａを設けた場合と同様の作用効果が得られる。なお、弾性部２８Ｃは、弾性片４２に設けられてもよい。

なお、上記のように構成された操作装置１０において、ベース部材１４と操作部材１６との間の弾性部２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃを省略し、爪部２６と係合孔４０とが直接係合していてもよい。この場合でも、操作部３４と側壁部３６との間に設けられた薄肉部４６が、アクチュエータ１８の作動時に操作部３４のベース部材１４に対する変位（Ａ方向の変位）を許容する弾性変形可能な弾性部として機能する。従って、弾性部２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃを省略した構成でも、薄肉部４６が存在することで、アクチュエータ１８で発生させた振動を効率良く操作部３４に伝達できる。あるいは、ベース部材１４と操作部材１６との間の弾性部２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃを残し、薄肉部４６を省略してもよい。

操作装置１０において、アクチュエータ１８と基板２０の位置関係は、図１に示す配置と逆であってもよい。すなわち、操作部材１６と基板２０との間にアクチュエータ１８が配置されていてもよい。この場合、操作部材１６がアクチュエータ１８を基板２０に向けて押圧することになる。

操作装置１０において、爪部２６が操作部材１６に設けられ、係合孔４０を有する弾性片４２がベース部材１４に設けられてもよい。

操作装置１０において、爪部２６と係合する係合孔４０に代えて、爪部２６と係合する別の爪部が弾性片４２に設けられてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１０…衝撃フィードバック操作装置 １２…対象構造体
１３…車両 １４…ベース部材
１６…操作部材 １８…アクチュエータ
２６…爪部 ２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ…弾性部
３４…操作部 ３８…タッチセンサシート
４０…係合孔 ４６…薄肉部
５４…温度センサ ５６…形状記憶合金ワイヤ
６４…処理部 ７６…電圧センサ

Claims (9)

1. 対象構造体に固定されるように構成され又は前記対象構造体に一体的に形成されたベース部材と、
   前記ベース部材に固定され、タッチセンサが設けられた操作部を有し、少なくとも前記操作部が前記ベース部材に対して変位可能である、操作部材と、
   形状記憶合金を有し、通電加熱時の前記形状記憶合金の変形により前記ベース部材に対して前記操作部を移動させるアクチュエータと、
   周囲温度を検出する温度検出部と、
   前記対象構造体側から供給される入力電圧を検出する電圧検出部と、
   前記アクチュエータを制御する処理部と、を備え、
   前記処理部は、前記温度検出部により検出された温度及び前記電圧検出部により検出された電圧に応じて、通電加熱時における前記形状記憶合金に対する通電条件を設定し、
   前記操作部は、弾性変形可能な弾性部を介して前記ベース部材に固定されており、
   前記弾性部の弾性復元力により、前記操作部材は前記アクチュエータを前記ベース部材に押し付けており、
   前記ベース部材には第１係合部が設けられ、
   前記操作部材には第２係合部が設けられ、
   前記第１係合部と前記第２係合部は、前記弾性部を介して係合し、
   前記操作部材は、前記第２係合部が設けられた側壁部を有し、
   前記操作部と前記側壁部との間には、前記操作部よりも薄肉であり且つ前記操作部を囲むように形成された薄肉部が設けられている、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。
2. 請求項１記載の衝撃フィードバック操作装置において、
   前記処理部は、
   前記温度検出部により検出された前記温度に基づいて前記形状記憶合金の作動に必要な熱量を算出し又は第１マップから選択し、
   算出された前記熱量と、前記電圧検出部により検出された前記電圧とに基づいて、前記形状記憶合金の制御に係る通電パルス幅を算出し又は第２マップから選択する、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。
3. 請求項１記載の衝撃フィードバック操作装置において、
   前記弾性部は、弾性材料により構成されている、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。
4. 請求項１記載の衝撃フィードバック操作装置において、
   前記弾性部は、バネ性を有する形状に形成され、前記第１係合部又は前記第２係合部に設けられている、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。
5. 対象構造体に固定されるように構成され又は前記対象構造体に一体的に形成されたベース部材と、
   前記ベース部材に固定され、タッチセンサが設けられた操作部を有し、少なくとも前記操作部が前記ベース部材に対して変位可能である、操作部材と、
   形状記憶合金を有し、通電加熱時の前記形状記憶合金の変形により前記ベース部材に対して前記操作部を移動させるアクチュエータと、
   周囲温度を検出する温度検出部と、
   前記対象構造体側から供給される入力電圧を検出する電圧検出部と、
   前記アクチュエータを制御する処理部と、を備え、
   前記処理部は、前記温度検出部により検出された温度及び前記電圧検出部により検出された電圧に応じて、通電加熱時における前記形状記憶合金に対する通電条件を設定し、
   前記操作部は、弾性変形可能な弾性部を介して前記ベース部材に固定されており、
   前記弾性部の弾性復元力により、前記操作部材は前記アクチュエータを前記ベース部材に押し付けており、
   前記ベース部材には第１係合部が設けられ、
   前記操作部材には第２係合部が設けられ、
   前記弾性部は、バネ性を有する形状に形成され、
   前記第１係合部又は前記第２係合部は、前記弾性部を介して前記ベース部材又は前記操作部材に設けられており、
   前記操作部材は、前記第２係合部が設けられた側壁部を有し、
   前記操作部と前記側壁部との間には、前記操作部よりも薄肉であり且つ前記操作部を囲むように形成された薄肉部が設けられている、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。
6. 対象構造体に固定されるように構成され又は前記対象構造体に一体的に形成されたベース部材と、
   前記ベース部材に固定され、タッチセンサが設けられた操作部を有し、少なくとも前記操作部が前記ベース部材に対して変位可能である、操作部材と、
   形状記憶合金を有し、通電加熱時の前記形状記憶合金の変形により前記ベース部材に対して前記操作部を移動させるアクチュエータと、
   周囲温度を検出する温度検出部と、
   前記対象構造体側から供給される入力電圧を検出する電圧検出部と、
   前記アクチュエータを制御する処理部と、を備え、
   前記処理部は、前記温度検出部により検出された温度及び前記電圧検出部により検出された電圧に応じて、通電加熱時における前記形状記憶合金に対する通電条件を設定し、
   前記操作部は、弾性変形可能な弾性部を介して前記ベース部材に固定されており、
   前記弾性部の弾性復元力により、前記操作部材は前記アクチュエータを前記ベース部材に押し付けており、
   前記操作部材は、側壁部を有し、
   前記操作部と前記側壁部との間には、前記操作部よりも薄肉であり且つ前記操作部を囲むように形成された薄肉部が設けられ、
   前記薄肉部が、前記弾性部を構成している、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。
7. 請求項１、５又は６記載の衝撃フィードバック操作装置において、
   前記薄肉部の内側に固定座が設けられ、
   前記アクチュエータから発生する振動を、前記固定座を介して前記操作部へと伝達する、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の衝撃フィードバック操作装置において、
   前記ベース部材に対して前記操作部材が傾くことを防止し且つ前記ベース部材に対して前記操作部材が変位することを許容するガイド機構を備え、
   前記ガイド機構は、前記ベース部材に設けられたガイドレールと、前記操作部材に設けられ前記ガイドレールに対して摺動可能なガイド突起とからなる、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の衝撃フィードバック操作装置において、
   衝撃フィードバック操作装置は、車載用操作装置である、
   ことを特徴とする衝撃フィードバック操作装置。

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