JP6817165B2 - 応答力発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作対象部材に設けられた操作部が指などで操作されたときに、応答力付与機構から前記操作対象部材に対して応答力を効率よく与えることができる応答力発生装置に関する。

応答力発生装置を備えた車載用表示装置は、操作対象部材が基台に弾性支持部を介して支持されており、操作対象部材に、表示パネルと、その表示パネルの表示画面に位置するタッチセンサとが設けられている。操作対象部材には、応答力付与機構が設けられており、タッチセンサによって表示画面を操作したことが検知されると、応答力付与機構から操作対象部材に単発の応答力あるいは振動による応答力が与えられ、操作者の指に応答力を感じさせることができるようになっている。

しかし、従来の応答力発生装置では、応答力付与機構から操作対象部材に応答力を与えたときに、弾性支持部材で支持されている操作対象部材が、応答力の付与方向以外の方向へ動いてしまい、その結果、操作者の指に応答力を効果的に伝達できない課題がある。

そこで、特許文献１に記載された二重剛性サスペンションシステムでは、タッチスクリーンにアクチュエータが固定されているとともに、タッチスクリーンの下面側にポストが固定されており、ポストがハウジング構成部材の内腔に挿通され、タッチスクリーンがその表面（Ｘ−Ｙ平面）と直交するＺ方向にのみ移動可能に支持されている。そして、タッチスクリーンとハウジング構成部材との間にエラストマー材料で形成された第１の部材が介在し、ポストの先端部とハウジング構成部材との間にエラストマー材料で形成された第２の部材が介在している。

この二重剛性サスペンションシステムは、タッチスクリーンがＺ方向へのみ動くことで、操作者に対してアクチュエータにより生成される触感フィードバックを感じさせやすくなり、また、タッチスクリーンがＺ方向へのみ動くため、操作者に、タッチスクリーンがハウジングに対して堅固に取り付けられているかのように感じさせることが可能となるというものである。

特開２０１５−１０３２５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された二重剛性サスペンションシステムは、タッチスクリーンをＺ方向へ移動自在に案内するポストおよび内腔がタッチスクリーンの両側に位置し、アクチュエータがタッチスクリーンの中央部の下面に設けられており、ポストおよび内腔とアクチュエータとが離れている。そのため、アクチュエータからタッチスクリーンに力が与えられると、タッチスクリーンに、ポストを支点とするモーメントが作用し、ポストと内腔との間にいわゆるスティックスリップが発生しやすく、ポストと内腔との摺動摩擦が増大する課題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、応答力付与機構から操作対象部材に対して、応答力を効率よく伝達でき、しかも操作対象部材に強い応答力を与えることができる応答力発生装置を提供することを目的としている。

本発明は、基台と、少なくとも一部が操作部とされた操作対象部材と、前記基台上で前記操作対象部材を支持する弾性支持部と、前記操作部が操作されたことを検知する操作検知部と、前記操作対象部材に応答力を与える応答力付与機構と、を有する応答力発生装置において、
前記基台に対する前記操作対象部材の移動方向を一方向に規制する移動方向規制部が設けられ、前記移動方向規制部は、軸部材と、前記軸部材が挿通される軸受け部材と、を有し、前記軸部材と前記軸受け部のいずれか一方が前記基台に支持され、他方が前記操作対象部材に支持されており、
前記応答力付与機構には、前記軸部材と前記軸受け部材に対して、前記軸部材の軸方向に沿う相反する向きの力を与える圧電素子が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の応答力発生装置は、前記応答力付与機構が、前記軸部材に設けられた軸固定部と、前記軸受け部材との間に介在しているものとして構成できる。

この場合に、前記圧電素子を貫通する貫通穴が形成されており、前記貫通穴内に前記軸部材が摺動自在に挿通されているものが好ましい。

本発明の応答力発生装置は、前記軸部材の軸方向が、前記基台と前記操作対象部材との対向方向と交差する面に沿う一方向に向けられているものとして構成できる。

本発明の応答力発生装置は、前記軸部材に、前記軸固定部としての固定ブラケットが設けられており、前記固定ブラケットと前記軸受け部材のいずれか一方が、前記操作対象部材に固定され、他方と前記基台との間に前記弾性支持部が設けられているものとして構成できる。

例えば、前記弾性支持部には、前記固定ブラケットまたは前記軸受け部材と、前記基台との間に挟まれる弾性介装部材が設けられている。

本発明の応答力発生装置は、弾性変形可能な板材で形成された規制支持部材が設けられ、前記規制支持部材に、前記固定ブラケットまたは前記軸受け部材が固定される固定部と、前記固定部から前記面に沿う２方向に延びて前記対向方向へ撓む弾性腕部とが一体に形成されており、それぞれの前記弾性腕部が、前記基台に固定されているものが好ましい。

この場合に、前記弾性腕部が前記面に沿う方向への位置を調節して、前記基台に固定可能とされていることが好ましい。

本発明の応答力発生装置は、前記固定ブラケットまたは前記軸受け部材に調節部が設けられて、前記調節部が、前記基台における前記操作対象部材との対向側とは逆側の背部に現れており、前記調節部を動かすことで、前記規制支持部材と前記基台との固定位置を、前記面に沿う方向へ調節可能である。

本発明の応答力発生装置は、操作対象部材の移動方向が、移動方向規制部に設けられた軸部材によって一方向に決められており、応答力付与機構では、圧電素子から、軸部材とこの軸部材を支持する軸受け部材に対して直接に、相反する向きの力が与えられる。そのため、圧電素子から操作対象部材に応答力が与えられるときに、軸部材と軸受け部材との間にいわゆるスティックスリップが発生しにくく、軸部材と軸受け部材との間の摩擦の増大を抑制することができるようになって、応答力付与機構から操作対象部材に対して大きな加速度の応答力を効率よく与えることが可能になる。

また、応答力付与機構では、軸部材と軸受け部材に対し、圧電素子から応答力を与えているため、操作対象部材に対して大きな力で応答性のよい応答力を与えることが可能になる。

本発明の実施形態の応答力発生装置を、操作対象部材の前方から見た斜視図、 本発明の実施形態の応答力発生装置を、基台の後方から見た斜視図、 図２に示す応答力発生装置において、操作対象部材を基台から外した状態を示す分解斜視図、 図３に示す応答力発生装置において、Ｘ２側の連結機構に設けられた移動方向規制部および弾性支持部の構造を示す拡大分解斜視図、 図３に示す応答力発生装置において、Ｘ１側の連結機構に設けられた移動方向規制部および弾性支持部の構造を示す拡大斜視図、 図２に示す応答力発生装置をＶＩ−ＶＩ線で切断した部分拡大断面図、 図３に示す応答力発生装置をＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した部分拡大断面図、 図２に示す応答力発生装置の一部をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した部分拡大断面図、

図１ないし図３に、本発明の実施形態の応答力発生装置１の全体構造が示されている。実施形態の応答力発生装置１は、車載用表示装置として使用される。応答力発生装置１は、Ｚ１方向が前方でＺ２方向が後方である。車載用表示装置として使用される場合には、Ｚ１方向が車室内に向けられ、Ｚ２方向が車両の進行方向の前方に向けられる。Ｘ１方向が左方向でＸ２方向が右方向、Ｙ方向が上下方向である。

応答力発生装置１は、基台２を有している。基台２は合成樹脂材料や軽金属材料で形成されている。基台２は、車室内の前方のダッシュボードまたはインストルメントパネルの内部または表面に固定される。基台２の上部および左右側部には、前方（Ｚ１方向）へ突出する鍔部３が形成されている。図８の部分拡大断面図に示すように、基台２の前方側（Ｚ１側）には、前記鍔部３で囲まれた支持空間４が形成されている。

基台２の前方には操作対象部材５が配置される。図３に示すように、操作対象部材５は、矩形状の枠体形状である表示基板６を有し、表示基板６の枠開口部６ａの内部に表示パネル７が収められている。表示パネル７は、カラー液晶表示パネルやエレクトロルミネッセンス表示パネルである。

操作対象部材５の前側（Ｚ１側）に透光性パネル８が設けられている。透光性パネル８は、基台２の前方のほぼ全領域を覆っている。図１に示すように、透光性パネル８は中央表示面８ａと、左右の湾曲面８ｂとが一体に形成されている。前記表示基板６と表示パネル７は、前記中央表示面８ａの裏側（Ｚ２側）に接着などの手段で固定されている。透光性パネル８は黒色や濃緑色などに着色されており、表示パネル７が動作したときに、その表示画像が中央表示面８ａを透過して前方から目視できるようになっている。

透光性パネル８の中央表示面８ａが操作部となっており、中央表示面８ａにタッチセンサが設けられている。タッチセンサは、中央表示面８ａにおいて透光性パネル８のＺ１側に向く前面またはＺ２側に向く背面に設けられた透明な静電センサである。静電センサは、透明基板に複数の透明電極が設けられて構成されており、中央表示面８ａに操作者の指が触れると、電極で検知される静電容量が変化し、このときの静電容量の分布の変化により、指が触れた座標位置が検知される。

または、タッチセンサが、透光性パネル８のＺ１側に向く前面に設けられた透明な抵抗式センサであってもよい。抵抗式センサは、全面に透明電極が形成された透明基板に、同じく全面に透明電極が形成された透明フィルムが重ねられている。抵抗式センサは、透明フィルムのいずれかの箇所が押されると、透明フィルムに形成された透明電極と、透明基板に形成された透明電極とが短絡し、透明電極の縁部に設けられた電極部から短絡部までの抵抗値の変化が検知されて、指が触れた座標位置が判定される。

図１と図２に示すように、応答力発生装置１は、Ｚ１−Ｚ２方向が、操作対象部材５と基台２とが前後に対向する対向方向であり、Ｘ−Ｙ平面と平行な平面が、前記対向方向と交差する（直交する）平面である。

図３に示すように、操作対象部材５の後面側では、その下方に連結支持板９が設けられている。連結支持板９は、表示パネル７の背部の下部を覆っており、Ｘ１側とＸ２側の端部が、固定ねじ９ａによって表示基板６に固定されている。基台２と、操作対象部材５に設けられた連結支持板９との間に、連結機構１０ａ，１０ｂが設けられている。連結機構１０ａはＸ１側に設けられ、連結機構１０ｂはＸ２側に設けられている。連結機構１０ａには、移動方向規制部２０ａ、ならびに移動方向規制部２０ａと基台２との間に位置する弾性支持部３０ａが設けられている。連結機構１０ｂには、移動方向規制部２０ｂ、ならびに移動方向規制部２０ｂと基台２との間に位置する弾性支持部３０ｂが設けられている。

図４と図７に示すように、Ｘ２側の移動方向規制部２０ｂに、軸部材２１ｂが設けられている。図５に示すように、Ｘ１側の移動方向規制部２０ａに軸部材２１ａが向けられている。軸部材２１ａと軸部材２１ｂのそれぞれの軸中心は、Ｘ１−Ｘ２方向と平行な同一直線上に位置している。

図４に示すように、Ｘ２側に設けられた移動方向規制部２０ｂでは、軸部材２１ｂが、軸受け部材２２ｂに、Ｘ方向へ摺動自在に挿通されている。軸部材２１ｂのＸ２側の端部は軸固定部である固定ブラケット２３ｂに保持されて固定されている。なお、軸固定部として、軸部材２１ｂのＸ２側の端部に、固定ブラケット２３ｂと同じ形状の軸固定部が一体に形成されていてもよい。図７の断面図に示すように、軸部材２１ｂのＸ１側の端部にワッシャ２５ａが固定されており、ワッシャ２５ａと軸受け部材２２ｂとの弾性挿通部材２４が介在し、軸部材２１ｂが弾性挿通部材２４の中心穴に挿通されている。弾性挿通部材２４は、やや剛性の高いゴム材料で形成されている。弾性挿通部材２４はＸ方向にやや圧縮された状態で、ワッシャ２５ａと軸受け部材２２ｂとの間に介在している。

軸受け部材２２ｂの中間部では、軸部材２１ｂにワッシャ２５ｂが嵌着されており、ワッシャ２５ｂと軸受け部材２２ｂとの間では、軸部材２１ｂの外周側に、圧縮コイルばね２６が圧縮された状態で介在している。

図４と図７に示すように、軸受け部材２２ｂと固定ブラケット２３ｂとの間に、応答力付与機構６０が設けられている。図７では応答力付与機構６０を簡略化して示しているが、応答力付与機構６０は、複数の圧電素子６３がＸ１−Ｘ２方向へ積層されて構成されている。圧電素子６３には貫通穴６４が形成されており、軸部材２１ｂが貫通穴６４に挿通されている。図４に示すように、応答力付与機構６０には、圧電素子６３を挟む一対の電極部６１と、それぞれの電極部６１に接続された給電コード６２が設けられている。

移動方向規制部２０ｂでは、圧縮コイルばね２６の弾性力によって、軸部材２１ｂとこれに固定された固定ブラケット２３ｂがＸ１方向へ付勢されており、軸受け部材２２ｂと固定ブラケット２３ｂとの間に、応答力付与機構６０が挟みこまれている。応答力付与機構６０の電極部６１に通電されると、圧電素子６３にＸ方向への歪が発生し、軸部材２１ｂと固定ブラケット２３ｂに対して、Ｘ２方向への相反する向きの力が直接に作用し、この力が応答力となる。軸受け部材２２ｂに対して軸部材２１ｂと固定ブラケット２３ｂをＸ２方向へ相対的に移動させるときの弾性抵抗は、弾性挿通部材２４の弾性係数と圧縮コイルばね２６のばね定数とで決められる。この弾性抵抗およびばね定数を大きく設定しておくことで、応答力付与機構６０から、軸受け部材２２ｂと固定ブラケット２３ｂに対して、大きな力で且つ衝撃力の高い応答力を与えることが可能となる。

図５に示すように、Ｘ１側の移動方向規制部２０ａには、軸部材２１ａのＸ１側の端部に固定された固定ブラケット２３ａと、軸部材２１ａが挿通される軸受け部材２２ａとが設けられている。

図３と図４に示すように、Ｘ２側では、軸受け部材２２ｂが固定ねじ２７ｂによって連結支持板９に固定されている。図５に示すように、Ｘ１側では、軸受け部材２２ａが固定ねじ２７ａによって連結支持板９に固定されている。また、Ｘ２側では、固定ブラケット２３ｂと連結支持板９との間に、Ｙ方向に延びる引っ張りコイルばね２８ｂが、初期伸びを与えられて掛けられている。Ｘ１では、固定ブラケット２３ａと連結支持板９との間に、引っ張りコイルばね２８ａが、初期伸びを与えられて掛けられている。引っ張りコイルばね２８ａ，２８ｂの弾性力によって、軸部材２１ａ，２１ｂと軸受け部材２２ａ，２２ｂとの間でのＹ方向のがたつきの発生が解消されている。

図３と図４および図６に示すように、Ｘ２側に設けられた弾性支持部３０ｂは、固定ブラケット２３ｂと基台２との間に設けられた弾性介装部材３１と、基台２に開口する挿通穴３２と、調節ビス３３とを有している。図６に示すように、調節ビス３３は、Ｚ２側に位置する調節部３３ａと、調節部３３ａからＺ１方向に延びる軸部の中間に形成された段差部３３ｂと、段差部３３ｂよりもＺ１方向に延びる小径軸部３３ｃと、小径軸部３３ｃのＺ１側の先部に形成された雄ねじ部３３ｄを有している。また、調節部３３ａには、Ｚ２方向に向けて解放された形状の治具操作部３３ｅが形成されている。

図６に示すように、弾性介装部材３１は、その一部が基台２と固定ブラケット２３ｂとの間に挟まれ、他の部分が挿通穴３２の内部に嵌着されている。調節ビス３３は、Ｚ２側から、挿通穴３２の内部に位置する弾性介装部材３１の中心穴に挿入されるが、弾性介装部材３１の中心穴と調節ビス３３の軸部との間に、調節隙間Ｇ１が形成されている。

図３と図５に示すように、Ｘ１側に設けられた弾性支持部３０ａも同様に、弾性介装部材３１と、基台２に形成された挿通穴３２、および調節ビス３３を有しており、その構造は、Ｘ２側に設けられた前記弾性支持部３０ｂと同じである。

図３と図４および図６に示すように、Ｘ２側の連結機構１０ｂに規制支持部材４０ｂが設けられ、図３と図５に示すように、Ｘ１側の連結機構１０ａに規制支持部材４０ａが設けられている。Ｘ２側の規制支持部材４０ｂとＸ１側の規制支持部材４０ａは、対向方向（Ｚ１−Ｚ２方向）と交差する（直交する）Ｘ−Ｙ平面に沿う一方向であるＸ１−Ｘ２方向に、間隔を空けて配置されている。

規制支持部材４０ａ，４０ｂのそれぞれは、弾性変形可能な金属板（板ばね材料）で形成されている。Ｘ２側の規制支持部材４０ｂには固定部４１ｂが、Ｘ１側の規制支持部材４０ａには固定部４１ａが設けられている。規制支持部材４０ａ，４０ｂのそれぞれには、固定部４１ａ，４１ｂから２方向に延び出る弾性腕部４２ｘ，４２ｙが一体に形成されている。弾性腕部４２ｘと弾性腕部４２ｙは、互いに直交する方向に延びている。弾性腕部４２ｘはＸ方向に延び、弾性腕部４２ｙはＹ方向に延びている。

図３と図４に示すように、Ｘ２側の規制支持部材４０ｂの固定部４１ｂに固定ブラケット２３ｂが、固定ねじ３６によって固定されており、図５に示すように、Ｘ１側の規制支持部材４０ａの固定部４１ａにも固定ブラケット２３ａが、固定ねじ３６によって固定されている。図４と図６に示すように、Ｘ２側の規制支持部材４０ｂの固定部４１ｂの中央部分に雌ねじ穴４３が形成されている。同様に、Ｘ１側の規制支持部材４０ａの固定部４１ａの中央部分にも雌ねじ穴４３が形成されている。

図６に示すように、Ｘ２側の弾性支持部３０ｂと規制支持部材４０ｂとの関係では、調節ビス３３がＺ２側から挿通穴３２内に位置する弾性介装部材３１の中心穴に挿入され、調節ビス３３の段差部３３ｂが、固定ブラケット２３ｂに突き当てられる。この状態で、調節ビス３３の小径軸部３３ｃが固定ブラケット２３ｂに形成された挿通穴２３ｃに挿入され、小径軸部３３ｃの先部の雄ねじ部３３ｄが、規制支持部材４０ｂの固定部４１ｂに形成された雌ねじ穴４３に螺着される。調節ビス３３を強く締め付けることで、固定ブラケット２３ｂと調節ビス３３および規制支持部材４０ｂの固定部４１ｂとが一体に固定される。

同様に、図５に示すＸ１側の弾性支持部３０ａと規制支持部材４０ａとの関係においても、調節ビス３３がＺ２側から挿通穴３２内に位置する弾性介装部材３１の中心穴に挿入され、調節ビス３３を強く締め付けることで、固定ブラケット２３ａと調節ビス３３および規制支持部材４０ａの固定部４１ａとが一体に固定される。

Ｘ１側に設けられた規制支持部材４０ａとＸ２側に設けられた規制支持部材４０ｂは、それぞれの弾性腕部４２ｘの先端部が基台２に固定され、それぞれの弾性腕部４２ｙの先端部が基台２に固定される。図６に示すように、Ｘ２側の弾性腕部４２ｙを固定する固定構造では、固定ねじ５３が、基台２に形成された取付け穴５４にＺ２側から挿入され、固定ねじ５３の先部の雄ねじ部５３ａが、弾性腕部４２ｙの先部に形成された雌ねじ穴４６に螺着される。このとき、固定ねじ５３の軸部と取付け穴５４の内面との間に、調節隙間Ｇ２が形成される。

図３と図４に示すように、規制支持部材４０ｂの弾性腕部４２ｘを基台２に固定する固定構造でも、固定ねじ５１が、基台２に形成された取付け穴５２にＺ２側から挿入され、固定ねじ５１の先部の雄ねじ部が、弾性腕部４２ｘの先部の雌ねじ穴４５に螺着される。そして、固定ねじ５１の軸部と取付け穴５２の内面との間に、同様に調節隙間Ｇ２が形成される。図５に示すＸ１側の規制支持部材４０ｂにおいても、基台２の取付け穴５４に挿入された固定ねじ５３が弾性腕部４２ｙの先部の雌ねじ穴４６に螺着され、基台２の取付け穴５２に挿入された固定ねじ５１が弾性腕部４２ｘの先部の雌ねじ穴４５に螺着される。ここでも、固定ねじ５３の軸部と取付け穴５４との間、および固定ねじ５１の軸部と取付け穴５２との間に、調節隙間Ｇ２が形成される。

図２と図３に示すように、基台２と操作対象部材５との間では、図示上方においてＸ１側に補助弾性支持部７０ａが設けられ、Ｘ２側に補助弾性支持部７０ｂが設けられている。図８には、Ｘ２側の補助弾性支持部７０ｂの構造が断面図で示されている。

図８に示すように、補助弾性支持部７０ｂでは、操作対象部材５の表示基板６の背面にボス７１が固定されている。ボス７１にはねじ部材７２が埋設されており、ねじ部材７２に雌ねじ穴７３が形成されている。補助弾性支持部７０ｂは、前記ボス７１と基台２との間に設けられた弾性介装部材７４と、基台２に開口する挿通穴７６と、支持ビス７５とを有している。支持ビス７５は、Ｚ２側に位置する調節部７５ａと、調節部７５ａからＺ１方向に延びる軸部の中間に形成された段差部７５ｂと、段差部７５ｂよりもＺ１方向に延びる雄ねじ部７５ｃを有している。また、調節部７５ａには、Ｚ２方向に向けて解放された形状の治具操作部７５ｅが形成されている。

図８に示すように、補助弾性支持部７０ｂでは、支持ビス７５がＺ２側から挿通穴７６内に位置する弾性介装部材７４の中心穴に挿入され、支持ビス７５の段差部７５ｂが、ボス７１に設けられたねじ部材７２に突き当てられる。この状態で、支持ビス７５の段差部７５ｂからＺ１側に延びる雄ねじ部７５ｃが、ねじ部材７２に形成された雌ねじ穴７３に螺着される。支持ビス７５を強く締め付けることで、操作対象部材５の表示基板６と支持ビス７５とが一体に固定される。弾性介装部材７４の中心穴と、支持ビス７５の軸部との間に、調節隙間Ｇ３が形成される。Ｘ１側に設けられた補助弾性支持部７０ａにおいても、同様に、支持ビス７５が基台２の挿通穴７６に挿通され、同じように操作対象部材５の表示基板６に螺着されている。補助弾性支持部７０ａにおいても、調節隙間Ｇ３が設けられている。

図６に示すように、固定ブラケット２３ａ，２３ｂを基台２に支持している弾性支持部３０ａ，３０ｂに調節隙間Ｇ１が形成され、基台２に調節支持部材４０ａ，４０ｂの弾性腕２２ｘと弾性腕２２ｙを固定するための固定構造にも、調節隙間Ｇ２が形成されている。さらに、補助弾性支持部７０ａ，７０ｂに調節隙間Ｇ３が形成されている。これらの調節隙間Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３によって、基台２に対する、操作対象部材５の相対位置を、Ｘ−Ｙ平面と平行な面に沿って調節することが可能である。

図３と図４および図５に示すように、連結機構１０ａ，１０ｂでは、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと軸部材２１ａ，２１ｂとが、軸受け部材２２ａ，２２ｂを介して操作対象部材５に支持されている。図６に示すように、弾性支持部３０ａ，３０ｂでは、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと基台２との間に弾性介装部材３１が介在している。また、固定ブラケット２３ａ，２３ｂは規制支持部材４０ａ，４０ｂによっても基台２に支持されている。さらに、図８に示すように、補助弾性支持部７０ａ，７０ｂでは、操作対象部材５と基台２との間に弾性介装部材７４が介在している。

この弾性支持構造により、操作対象部材５がＺ２方向へ押されると、弾性介装部材３１と弾性介装部材７４が圧縮変形し、規制支持部材４０ａ，４０ｂの弾性腕部４２ｘ，４２ｙが撓み変形して、操作対象部材５が、基台２に接近するようにＺ２方向へ移動できる。このとき、弾性介装部材３１，７４の収縮変形による弾性反発力と弾性腕部４２ｘ，４２ｙの撓み変形による弾性反力によって、操作対象部材５に対してＺ１方向への操作反力が作用する。操作対象部材５を基台２に接近させるのに必要な力は、弾性介装部材３１，７４の弾性係数と、弾性腕部４２ｘ，４２ｙのばね定数とで決められる。

一方で、操作対象部材５を基台２に対してＸ１−Ｘ２方向へ移動させるのに必要な力は、図７に示すように、移動方向規制部２０ｂにおいて、軸部材２１ｂを付勢している弾性挿通部材２４の弾性係数および圧縮コイルばね２６のばね定数で決められる。操作対象部材５をＺ２方向へ押して移動させるのに要する力は、基台２に対して操作対象部材５をＸ１−Ｘ２方向へ相対的に動かすのに要する力よりも小さいことが好ましい。

図３に示すように、操作対象部材５の背部に設けられた表示基板６と、基台２の前面との間に操作検知部８１，８１が設けられており、操作検知部８１は基台２の前面に固定されている。操作検知部８１，８１はフォースセンサであり、操作対象部材５がＺ２方向に押されて動いたときに、フォースセンサが動作させられ、検知出力が得られる。なお、操作検知部として、フォースセンサなどを使用せず、中央表示面８ａに設けられたタッチセンサで、接触している指の面積を検知し、その検知面積がしきい値よりも大きくなったときに、操作対象部材５がＺ２方向へ向けて押圧操作されたことを検知してもよい。

次に、基台２に操作対象部材５を位置決めして取り付ける作業を説明する。
応答力発生装置１の組立方法の概略を説明すると、図４と図７に示すように、Ｘ２側の連結機構１０ｂでは、固定ブラケット２３ｂに固定された軸部材２１ｂを応答力付与機構６０の貫通穴６４に挿通し、さらに軸部材２１ｂを軸受け部材２２ｂと圧縮コイルばね２６および弾性挿通部材２４に挿通し、軸部材２１ｂにワッシャ２５ａ，２５ｂを嵌着させる。そして、固定ブラケット２３ｂと規制支持部材４０ｂとを固定ねじ３６で固定する。同様にして、Ｘ１側の連結機構１０ａでは、図５に示すように、固定ブラケット２３ａに固定された軸部材２１ａを軸受け部材２２ａに挿通させ、固定ブラケット２３ａと規制支持部材４０ａとを固定ねじ３６で固定する。

そして、軸受け部材２２ａを固定ねじ２７ａで操作対象部材５の背部に設けられた連結板部９に固定し、軸受け部材２２ｂを固定ねじ２７ｂで連結板部９に固定する。さらに、固定ブラケット２３ａと連結支持板９との間に引っ張りコイルばね２８ａを装着し、固定ブラケット２３ｂと連結支持板９との間に引っ張りコイルばね２８ｂを装着する。

操作対象部材５の背部に連結機構１０ａ，１０ｂが取り付けられた状態で、基台２の前方に操作対象部材５を設置する。このとき、図６に示すように、弾性支持部３０ａ，３０ｂでは、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと基台２との間に弾性介装部材３１を介在させる。調節ビス３３を、Ｚ２側から基台２に装着された弾性介装部材３１の中心穴に挿入し、調節ビス３３の段差部３３ｂを固定ブラケット２３ａ，２３ｂに突き当て、小径軸部３３ｃを、固定ブラケット２３ａ，２３ｂの挿通穴２３ｃに挿入し、小径軸部３３ｃの先部の雄ねじ部３３ｄを、規制支持部材４０ａ，４０ｂの固定部４１ａ，４１ｂに形成された雌ねじ穴４３に螺着させ、強く締め付ける。このとき、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと基台２との間で、弾性介装部材３１を少しだけ圧縮させた状態としておく。

図８に示すように、補助弾性支持部７０ａ，７０ｂでは、操作対象部材５の表示基板６に設けられたボス７１と基台２との間に弾性介装部材７４を介装させ、Ｚ２側から、支持ビス７５を基台２に装着された弾性介装部材７４の中心穴に挿入する。支持ビス７５の段差部７５ｂをボス７１の先端面に突き当て、段差部７５ｂよりも先部の雄ねじ部７５ｃをねじ部材７２に形成された雌ねじ穴７３に螺着させ、強く締め付ける。このときも、ボス７１と基台２との間で、弾性介装部材７４を少しだけ圧縮させた状態としておく。

次に、図６に示すように、基台２に形成された取付け穴５４に、固定ねじ５３をＺ２側から挿入し、固定ねじ５３の雄ねじ部５３ａを、規制支持部材４０ｂの弾性腕部４２ｙの先部に形成された雌ねじ穴４６に螺着する。同様にして、固定ねじ５１を取付け穴５２に挿入し、先部の雄ねじ部を規制支持部材４０ｂの弾性腕部４２ｘの先部に形成された雌ねじ穴４５に螺着する。Ｘ１側に設けられた規制支持部材４０ａにおいても同様に、弾性腕部４２ｙの先部の雌ねじ穴４６に固定ねじ５３を螺着し、弾性腕部４２ｘの先部の雄ねじ穴４５に固定ねじ５１を螺着する。

Ｘ１側の固定ねじ５１，５３とＸ２側の固定ねじ５１，５３を完全に締め付けない状態とし、図２に示すように、弾性支持部３０ａ，３０ｂにおいて基台２の背部に現れている調節ビス３３の調節部３３ａに形成されている治具操作部３３ｅと、補助弾性支持部７０ａ，７０ｂにおいて、支持ビス７５の調節部７５ａに形成された治具操作部７５ｅに治具を挿入する。そして、図６に示す調節隙間Ｇ１，Ｇ２と、図７に示す調節隙間Ｇ３の範囲内で、調節ビス３３と支持ビス７５の少なくとも一方を、Ｘ−Ｙ平面と平行な平面内で移動させる。

この調節で、基台２と操作対象部材５をＸ−Ｙ平面内で互いに位置合わせすることができる。調節が完了したのちに、Ｘ１側とＸ２側のそれぞれに設けられた固定ねじ５１，５３を締め付けて、規制支持部材４０ａ，４０ｂのそれぞれの弾性腕部４２ｙの先部および弾性腕部４２ｘの先部を基台２に固定する。

次に、応答力発生装置１の動作を説明する。
車載用表示装置として使用される応答力発生装置１では、操作対象部材５の操作部である中央表示面８ａに表示された画像を参照しながら、中央表示面８ａのいずれかの箇所に操作者の指を触れさせると、タッチセンサからの座標検知出力によって、指が画像のどの部分に触れたかが判別される。

その指で、中央表示面８ａを後方（Ｚ２方向）に押すと、その押圧操作力が、軸受け部材２２ａ，２２ｂから軸部材２１ａ，２１ｂを経て固定ブラケット２３ａ，２３ｂに作用し、図６の断面図に示すように、弾性支持部３０ａ，３０ｂにおいて、弾性介装部材３１が圧縮変形させられる。図８に示すように、補助弾性支持部７０ａ，７０ｂにおいても、表示基板６に設けられたボス７１によって弾性介装部材７４が圧縮変形させられ、操作対象部材５がＺ２方向へ移動させられる。

操作対象部材５がＺ２方向へ移動する力で、図３に示す操作検知部（フォースセンサ）８１が押され、操作検知部８１が動作すると、中央表示面８ａが押圧操作されたことが検知される。このとき、図示しない本体制御部では、タッチセンサの検知出力と操作検知部８１の検知出力から、さらに中央表示面８ａに表示されている画像の画像信号から、どのような操作が行われたかを判別し、意図した操作に基づく処理動作が開始される。

操作者の指で中央表示面８ａが押されたときに指に感じる操作反力は、弾性支持部３０ａ，３０ｂに設けられた弾性介装部材３１の圧縮変形時の弾性係数、および補助弾性支持部７０ａ，７０ｂに設けられた弾性介装部材７４の圧縮時の弾性係数、さらには規制支持部材４０ａ，４０ｂの弾性腕部４２ｘ，４２ｙの撓み変形のばね定数で決められる。

操作検知部８１によって操作対象部材５がＺ２方向へ押されたことが検知されると、本体制御部から応答力を発生するための動作指令が出され、応答力付与機構６０の給電コード６２から電極部６１に駆動電圧が与えられ、圧電素子６３がＸ方向への歪を発生する。応答力付与機構６０は、移動方向規制部２０ｂの固定ブラケット２３ｂと軸受け部材２２ｂとの間に挟まれているため、圧電素子６３の歪によって、固定ブラケット２３ｂと軸受け部材２２ｂに対し、Ｘ方向への相反する向きの力が与えられる。この力が、応答力として操作対象部材５に与えられる。このときの応答力は、操作対象部材５をＸ１−Ｘ２方向へ一周期で往復動作させる単発の力であり、あるいはＸ１−Ｘ２方向へ複数周期で往復動作させる振動力である。

移動方向規制部２０ａ，２０ｂでは、操作対象部材５に固定された軸受け部材２２ａ，２２ｂが、Ｘ１−Ｘ２方向に延びる軸部材２１ａ，２１ｂに摺動自在に支持されているため、操作対象部材５の基台２に対する相対動作がＸ１−Ｘ２方向に規制される。また、移動方向規制部２０ａ，２０ｂでは、固定ブラケット２３ａ，２３ｂが規制支持部材４０ａ，４０ｂに固定されており、規制支持部材４０ａ，４０ｂにおいて交差する方向（直交する方向）に延びる弾性腕部４２ｘ，４２ｙが基台２に固定されている。弾性腕部４２ｘ，４２ｙは、その板面が、応答力の作用方向であるＸ１−Ｘ２方向とほぼ平行に向けられて、弾性腕部４２ｘ，４２ｙのＸ１−Ｘ２方向への剛性が高くなっている。そのため、固定ブラケット２３ａ，２３ｂは、押圧操作方向であるＺ１−Ｚ２方向へ動きやすいが、Ｘ−Ｙ平面の面方向には動きにくくなっている。したがって、応答力付与機構６０から応答力が作用したときに、操作対象部材５はＸ１−Ｘ２方向にのみ動作できるようになる。

操作者の指で操作対象部材５の中央表示面８ａがＺ２方向へ押されたときに、中央表示面８ａから指に作用する応答力が、押圧操作方向と交差する（直交する）Ｘ１−Ｘ２方向であるため、表示画面から指で応答力を感じやすくなる。特に、応答力発生装置１が車載用表示装置として使用される場合には、車体振動によって表示画面が前後方向（Ｚ１−Ｚ２方向）へ常に揺れているために、Ｘ−Ｙ平面と平行な面内の一方向へ応答力を作用させることで、操作者の指に応答力を効果的に感じさせることが可能になる。

また、応答力付与機構６０は圧電素子６３を有し、圧電素子６３のＸ方向の歪によって応答力を発生しているため、振幅は小さくても大きな力の応答力を発生させることができる。また、圧電素子６３は、駆動電圧の変化に対する応答性が速いため、大きな加速度の応答力を発生することができ、操作対象部材５の中央表示面８ａから操作者の指に対して、衝撃的な応答力を感じさせることができる。

応答力付与機構６０は、軸部材２１ｂに固定された軸固定部である固定ブラケット２３ｂと軸受け部材２２ｂとの間に挟まれているため、応答力付与機構６０に設けられた圧電素子６３の歪により、軸部材２１ｂと軸受け部材２２ｂに対して直接に力を与えることができる。そのため、圧電素子６３の歪で発生する力の作用線と軸部材２１ｂの軸中心とを接近させることができ、操作対象部材５をＸ１−Ｘ２方向へ動作させるときに、軸部材２１ｂと軸受け部材２２ｂとの間に、いわゆるスティックスリップが生じるのを抑制でき、軸部材２１ｂと軸受け部材２２ｂとの摩擦を低減でき、前記歪により、操作対象部材５を大きな加速度で一方向へ動作させることが可能になる。

特に、実施形態の応答力発生装置１では、応答力付与機構６０の圧電素子６３に貫通穴６４が形成され、軸部材２１ｂが貫通穴６４に挿通されているため、圧電素子６３による力の作用線と軸部材２１ｂの軸中心とをほぼ一致させることができる。そのため、応答力付与機構６０により、操作対象部材５を、低摩擦にて、動作させることが可能である。

中央表示面８ａを指で押したときの反力は、弾性支持部３０ａ，３０ｂに設けられた弾性介装部材３１の弾性係数と、補助弾性支持部７０ａ，７０ｂに設けられた弾性介装部材７４の弾性係数と、さらに規制支持部材４０ａ，４０ｂの弾性腕部４２ｘ，４２ｙのばね定数で決められる。また、応答力付与機構６０で操作対象部材５をＸ１−Ｘ２方向へ動かすときの抵抗力は、移動方向規制部２０ａに設けられた弾性挿通部材２４と圧縮コイルばね２６の弾性係数で決められる。

操作者が指で中央表示面８ａを押したときは比較的弱い力でも操作対象部材５がＺ２方向へ移動できることが好ましい。一方で、応答力付与機構６０から操作対象部材５に切れの良い衝撃的な強い力を与えるためには、操作対象部材５をＸ１−Ｘ２方向へ動かすときの弾性抵抗が大きい方がよい。よって、操作対象部材５をＺ２方向へ動かすのに要する力よりも、操作対象部材５をＸ１−Ｘ２方向へ動かすのに要する力の方が大きいことが好ましい。

この応答力発生装置１は、操作者が指で中央表示面８ａを押したときの操作反力と、操作対象部材５をＸ１−Ｘ２方向へ動かすときの弾性抵抗を個別に最適となるように設定することが可能である。

以下、本発明の変形例を説明する。
実施形態の応答力発生装置１は、応答力付与機構６０において圧電素子６３に貫通穴６４が形成され、貫通穴６４の内部に軸部材２１ｂが挿入されている。ただし、この構造に代えて、圧電素子６３に貫通穴６４を設けず、圧電素子６３を軸部材２１ｂと並べるように配置し、圧電素子６３を固定ブラケット２３ｂと軸受け部材２２ｂとの間に挟まれるように配置してもよい。この構造でも、圧電素子６３の力の作用線と、軸部材２１ｂの軸中心を接近させることができ、圧電素子の歪によって、軸部材２１ｂと軸受け部材２２ｂに対して低摩擦で強い力を直接に与えることができる。

また、移動方向規制部２０ａ，２０ｂの構造として、実施形態とは逆に、固定ブラケット２３ａ，２３ｂが操作対象部材５の連結支持板９に固定されて、軸受け部材２２ａ，２２ｂが弾性介装部材３１を介して基台２に支持され、規制支持部材４０ａ，４０ｂの固定部４１ａ，４１ｂに軸受け部材２２ａ，２２ｂが固定されてもよい。この場合に、調節ビス３３は軸受け部材２２ａ，２２ｂに固定される。

また、移動方向規制部２０ａ，２０ｂの軸部材２１ａ，２１ｂの延びる方向は、Ｘ−Ｙ平面と平行な面内であればどの向きでもよく、例えばＹ方向であってもよい。

実施形態では、２か所の移動方向規制部２０ａ，２０ｂのそれぞれに軸部材２１ａ，２１ｂが別々に設けられているが、１本の軸部材を使用し、この軸部材の両側部に固定ブラケットと軸受け部材を設けてもよい。この場合には、少なくとも一方の軸受け部材と固定ブラケット（軸固定部）との間に応答力付与機構６０の圧電素子６３が挟まれた構造となる。

なお、前記実施形態は、操作対象部材５が車載用表示装置であるが、操作対象部材はこれに限られるものではなく、例えば自動車の車室内に設けられたインストルメントパネルの一部が、静電容量式センサを備えた操作対象部材であってもよい。

１ 応答力発生装置
２ 基台
５ 操作対象部材
６ 表示基板
８ 透光パネル
８ａ 中央表示面
１０ａ，１０ｂ 連結機構
２０ａ，２０ｂ 移動方向規制部
２１ａ，２１ｂ 軸部材
２２ａ，２２ｂ 軸受け部材
２３ａ，２３ｂ 固定ブラケット（軸固定部）
２４ 弾性挿通部材
２６ 圧縮コイルばね
３０ａ，３０ｂ 弾性支持部
３１ 弾性介装部材
３３ 調節ビス
３３ａ 調節部
４０ａ，４０ｂ 規制支持部材
４１ａ，４１ｂ 固定部
４２ｘ，４２ｙ 弾性腕部
４５，４６ 雌ねじ穴
５１，５３ 固定ねじ
６０ 応力付与機構
６３ 圧電素子
６４ 貫通穴
７０ａ，７０ｂ 補助弾性支持部
７４ 弾性介装部材
８１ 操作検知部
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ 調節隙間

Claims (9)

1. 基台と、少なくとも一部が操作部とされた操作対象部材と、前記基台上で前記操作対象部材を支持する弾性支持部と、前記操作部が操作されたことを検知する操作検知部と、前記操作対象部材に応答力を与える応答力付与機構と、を有する応答力発生装置において、
   前記基台に対する前記操作対象部材の移動方向を一方向に規制する移動方向規制部が設けられ、前記移動方向規制部は、軸部材と、前記軸部材が挿通される軸受け部材と、を有し、前記軸部材と前記軸受け部のいずれか一方が前記基台に支持され、他方が前記操作対象部材に支持されており、
   前記応答力付与機構には、前記軸部材と前記軸受け部材に対して、前記軸部材の軸方向に沿う相反する向きの力を与える圧電素子が設けられていることを特徴とする応答力発生装置。
2. 前記応答力付与機構は、前記軸部材に設けられた軸固定部と、前記軸受け部材との間に介在している請求項１記載の応答力発生装置。
3. 前記圧電素子を貫通する貫通穴が形成されており、前記貫通穴内に前記軸部材が摺動自在に挿通されている請求項２記載の応答力発生装置。
4. 前記軸部材の軸方向が、前記基台と前記操作対象部材との対向方向と交差する面に沿う一方向に向けられている請求項２または３記載の応答力発生装置。
5. 前記軸部材に、前記軸固定部としての固定ブラケットが設けられており、前記固定ブラケットと前記軸受け部材のいずれか一方が、前記操作対象部材に固定され、他方と前記基台との間に前記弾性支持部が設けられている請求項４記載の応答力発生装置。
6. 前記弾性支持部には、前記固定ブラケットまたは前記軸受け部材と、前記基台との間に挟まれる弾性介装部材が設けられている請求項５記載の応答力発生装置
7. 弾性変形可能な板材で形成された規制支持部材が設けられ、前記規制支持部材に、前記固定ブラケットまたは前記軸受け部材が固定される固定部と、前記固定部から前記面に沿う２方向に延びて前記対向方向へ撓む弾性腕部とが一体に形成されており、それぞれの前記弾性腕部が、前記基台に固定されている請求項５または６記載の応答力発生装置。
8. 前記弾性腕部が前記面に沿う方向への位置を調節して、前記基台に固定可能とされている請求項７記載の応答力発生装置。
9. 前記固定ブラケットまたは前記軸受け部材に調節部が設けられて、前記調節部が、前記基台における前記操作対象部材との対向側とは逆側の背部に現れており、前記調節部を動かすことで、前記規制支持部材と前記基台との固定位置を、前記面に沿う方向へ調節可能である請求項８記載の応答力発生装置。

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