JP6851696B2 - 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に記載されているように、アクチュエータで生成される触感フィードバックが、タッチスクリーンにＺ方向にのみ作用する構造は、触感フィードバックの付与手段として必ずしも適切ではない。例えば、車載用表示装置の場合は、車体の振動方向が、表示画面に直交するＺ方向に大きく影響する傾向がある。そのため、タッチスクリーンに対して触感フィードバックをＺ方向にのみ与えたときに、操作者に応答力を効率よく感じさせることができないことがある。

また、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、タッチスクリーンが押圧操作されたときにタッチスクリーンが動く方向と、触感フィードバックによってタッチスクリーンに与えられる応答力の作用方向が共にＺ方向である。そのため、例えば、操作者に触感フィードバックを強く感じさせるために、タッチスクリーンを弾性支持している第１の部材と第２の部材の剛性を高めると、操作者が押圧操作したときに、タッチスクリーンを適度な力でＺ方向へ動かすことができなくなる。すなわち、操作者がタッチスクリーンをＺ方向へ押したときに操作者の指に感じる操作反力と、タッチスクリーン与えられる触感フィードバックの強度を、それぞれ個別に最適となるように設定することができない。

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、応答力を効率よく与えることができ、さらに、操作対象部材を押圧操作したときの操作反力と、応答力の強度とを、個別に最適となるように設定することが可能な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、前記操作対象部材が前記基台に向けて押されたことを検知する操作検知部と、前記操作検知部の検知動作に基づいて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、
前記基台と前記操作対象部材との間に位置する固定部と、前記基台上で前記固定部を支持する連結機構と、前記連結機構に含まれる弾性支持部と、前記固定部と前記操作対象部材とを連結する移動方向規制部と、が設けられ、
前記連結機構によって、前記操作対象部材と前記移動方向規制部および前記固定部の移動方向が、前記基台と前記操作対象部材との対向方向へ規制され、前記移動方向規制部によって、前記基台に対する前記操作対象部材の移動方向が、前記対向方向と交差する面に沿う一方向に規制されており、
前記応答力付与機構から前記操作対象部材に対して、前記一方向への応答力が与えられ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、前記移動方向規制部が、軸部材と、前記軸部材が摺動自在に挿通される軸受け部材とを有し、
前記軸部材を固定する固定ブラケットと前記軸受け部材の一方が、前記操作対象部材に固定され、他方が前記固定部に固定さ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、例えば、前記弾性支持部に、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とするように構成できる。

本発明の応答力発生装置は、前記固定ブラケットと前記軸受け部材との間に、弾性挿通部材が設けられており、前記操作対象部材を前記基台に対して前記一方向へ動かすのに要する力が、前記弾性挿通部材の弾性係数で決め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、前記基台に対して前記操作対象部材を前記対向方向に移動させるのに要する力が、前記基台に対して前記操作対象部材を前記一方向へ移動させるのに要する力よりも小さいことが好ましい。

本発明の応答力発生装置は、前記固定ブラケットと前記軸受け部材が、前記一方向に間隔を空けて配置されており、前記軸部材の前記軸受け部材での支持スパンが、前記応答力付与機構と前記軸部材との前記面に沿う方向での距離よりも長いことが好ましい。

本発明の応答力発生装置は、操作対象部材が、基台に対して対向方向に交差する面に沿う一方向へのみ移動するように支持され、応答力付与機構から操作対象部材に対して前記一方向への応答力が与えられる。そのため、操作対象部材の操作部を操作する操作者に対して、前記面に双方向への応答力を確実に与えることができ、操作者が応答力を認識しやすくなる。

また、押圧操作のときに操作者が感じる操作反力と、操作者に与えられる前記一方向の応答力の強度とを、それぞれ個別に最適となるように設定することが可能になる。

本発明の実施の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、 図１に示す応答力発生装置において、支持基台の一部と操作対象部材を支持基台から外した状態を示す分解斜視図、 本発明の実施の形態の応答力発生装置を、基台の後方から見た斜視図、 図３に示す応答力発生装置において、支持基台の一部と操作対象部材を支持基台から外した状態を示す分解斜視図、 図４と同等の分解斜視図の一部を拡大して示す拡大部分分解斜視図、 支持基台の一部と操作対象部材および応答力付与機構を後方から見た斜視図、 図２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６に示す応答力発生装置をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ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の一部をＩＸ−ＩＸ線で切断した部分拡大断面図、

図１ないし図４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、支持基台３と固定基台４を有している。固定基台４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。支持基台３と固定基台４は、Ｘ１−Ｘ２方向と平行な回動軸（図示省略）を介して連結されており、支持基台３は、前記回動軸を支点として、固定基台４上で前後方向（Ｚ１−Ｚ２方向）へ回動自在である。

さらに、支持基台３は、前方枠体３ａと後方支持体３ｂとに分離可能である。図２と図４には、前方枠体３ａと後方支持体３ｂとが分離されて示されている。図１と図３に示すように、応答力発生装置１が組み立てられている状態では、後方支持体３ｂの前方で、前方枠体３ａが、Ｘ方向とＹ方向に位置決めされた状態で、ねじ止め手段または凹凸嵌合構造によって、互いに固定されている。

図２と図４に示すように、基台２の一部である前方枠体３ａは、周囲の枠体構造部を除く中央部が支持空間部３ｃとなっており、この支持空間部３ｃ内に操作対象部材５が配置される。操作対象部材５は、図４に示すように、支持空間部３ｃ内で後方（Ｚ２方向）に向けられた表示基板６と、その表示基板６の前方側（Ｚ１側）に固定された表示パネル７とを有している。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り、表示パネル７のＺ１側に向く前面が表示画面８となっている。図１と図２に示すように、前方枠体３ａの枠内縁と、操作対象部材５の前面の周縁部との間には、わずかな隙間δが形成されている。

表示画面８は、透明なタッチセンサを有する操作部となっている。タッチセンサは、透明基板に複数の透明電極が設けられて構成された静電容量式センサである。表示画面８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た抵抗式センサである。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３に示すように、支持基台３が組立てられた状態では、図２に示す後方支持体３ｂに形成された支持板部３ｄの前方（Ｚ１方向）に、操作対象部材５が対向している。したがって、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、対向方向と交差する（直交する）平面である。前記支持板部３ｄと、操作対象部材５に設けられた表示基板６は、前記平面と平行に配置されている。

図２と図４に示すように、基台２を構成している後方支持体３ｂの支持板部３ｄと、操作対象部材５の背部に設けられた表示基板６との間に、連結機構１０が設けられている。連結機構１０は、移動方向規制部２０と、Ｘ１側で移動方向規制部２０と支持板部３ｄとの間に位置する弾性支持部３０ａと、Ｘ２側で移動方向規制部２０と支持板部３ｄとの間に位置する弾性支持部３０ｂとを有している。

図４、図５、図６および図８にも示すように、移動方向規制部２０は、軸部材２１を有している。軸部材２１は、対向方向（Ｚ１−Ｚ２方向）と直交するＸ−Ｙ平面と平行な平面内での一方向であるＸ１−Ｘ２方向に延びている。軸部材２１は、Ｘ１側に位置する軸受け部材２２ａとＸ２側に位置する軸受け部材２２ｂに、Ｘ方向に摺動自在に挿通されている。軸部材２１のＸ１側の端部は、固定ブラケット２３ａに保持されて固定されており、軸部材２１のＸ２側の端部は、固定ブラケット２３ｂに保持されて固定されている。

図８の断面図に示すように、Ｘ２側の軸受け部材２２ｂと固定ブラケット２３ｂとの間に弾性挿通部材２４ｂが介在し、軸部材２１が弾性挿通部材２４ｂの中心穴に挿通されている。同様に、Ｘ１側の軸受け部材２２ａと固定ブラケット２３ａとの間に弾性挿通部材２４ａが介在し、軸部材２１が弾性挿通部材２４ａの中心穴に挿入されている。

軸部材２１にはＸ２側にワッシャ２５が嵌着されており、ワッシャ２５と、Ｘ２側の軸受け部材２２ｂとの間には、軸部材２１の外周側において、圧縮コイルばね２６が圧縮された状態で介在している。圧縮コイルばね２６によって、Ｘ２側の軸受け部材２２ｂと弾性挿通部材２４ｂが固定ブラケット２３ｂに押し付けられている。

図４と図５および図６に示すように、軸受け部材２２ａと２２ｂのそれぞれは、操作対象部材５の背部に設けられた表示基板６に固定ねじ２７によって固定される。Ｘ２側では、前記圧縮コイルばね２６によって、軸受け部材２２ｂと固定ブラケット２３ｂとが互いに圧接されているが、Ｘ１側の軸受け部材２２ａを、弾性挿通部材２４ａに対して軸方向（Ｘ１方向）へ押し付けた状態で、２つの軸受け部材２２ａ，２２ｂを、表示基板６に固定する。これにより、軸部材２１とその両端部の固定ブラケット２３ａ，２３ｂを、表示基板６との間で軸方向へのがたつきを生じることなく、表示基板６の背面に組み付けることができる。

図４と図６に示すように、軸部材２１と、表示基板６との間に、Ｙ方向に延びる引っ張りコイルばね２８が、初期伸びを与えられた状態で掛けられている。この引っ張りコイルばね２８の弾性力によって、軸部材２１と操作対象部材５との間でのＹ方向のがたつきの発生も解消されている。

操作対象部材５に対して、軸部材２１をＸ１−Ｘ２方向へ相対的に移動させるときの抵抗力は、弾性挿通部材２４ａ，２４ｂの圧縮変形時の弾性係数で決められる。弾性挿通部材２４ａ，２４ｂは、やや剛性の高いゴム材料で形成されており、表示基板６に対して軸部材２１をＸ１−Ｘ２方向へ移動させるためには、やや大きな力が必要である。

図５と図７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と後方支持体３ｂの支持板部３ｄとの間に設けられた弾性介装部材３１と、支持板部３ｄに開口する挿通穴３２と、調節ビス３３とを有している。図７に示すように、調節ビス３３は、Ｘ２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７に示すように、弾性介装部材３１は、その一部が後方支持体３ｂの支持板部３ｄ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の内部に挿入されるとともに、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。この調節隙間Ｇ１の範囲内で、後方支持体３ｂの支持板部３ｄに対して、調節ビス３３および固定ブラケット２３ｂをＸ−Ｙ平面と平行な平面内でわずかに移動させることができる。

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２と図４と図５および図６に示すように、連結機構１０には、Ｘ１側に規制支持部材４０ａが設けられ、Ｘ２側に規制支持部材４０ｂが設けられている。規制支持部材４０ａ，４０ｂ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２か所に設けられている。

規制支持部材４０ａ，４０ｂは、弾性変形可能な金属板（板ばね材料）で形成されている。Ｘ１側の規制支持部材４０ａには固定部４１ａが、Ｘ２側の規制支持部材４０ｂには固定部４１ｂ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。

規制支持部材４０ａの固定部４１ａに固定ブラケット２３ａが、固定ねじ３６によって固定されており、規制支持部材４０ｂの固定部４１ｂにも固定ブラケット２３ｂが固定されている。図２に示すように、固定部４１ａ，４１ｂの中央部分に雌ねじ穴４３が形成されている。

図７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および弾性介装部材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２９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。これは、Ｘ１側に設けられた固定ブラケット２３ａと規制支持部材４０ａおよび調節ビス３３との関係においても同じである。

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、固定機構４５によって、支持板部３ｄに固定され、それぞれの弾性腕部４２ｙの先端部が、固定機構４６によって、支持板部３ｄに固定されている。図５に固定機構４５と固定機構４６を構成する部材が分解されて示され、図７に、固定機構４６の構造が拡大断面図で示されている。図５に示すように、固定機構４５は、支持基台３の支持板部３ｄに開口する取付け穴４５ｂと、弾性腕部４２ｘの先端部に形成された雌ねじ穴４５ｃと、固定ねじ４５ａとで構成されている。固定機構４６は、支持基台３の支持板部３ｄに開口する取付け穴４６ｂと、弾性腕部４２ｙの先端部に形成された雌ねじ穴４６ｃと、固定ねじ４６ａとで構成されている。

図７に示すように、固定機構４６では、固定ねじ４６ａが、Ｚ２側から、取付け穴４６ｂに挿入され、固定ねじ４６ａの先部の雄ねじ部４６ｄが、弾性腕部４２ｙの雌ねじ穴４６ｃに螺着されている。また、固定ねじ４６ａの軸部と取付け穴４６ｂの内面との間に調節隙間Ｇ２が形成されている。固定機構４５においても、固定ねじ４５ａが、Ｚ２側から、取付け穴４５ｂに挿入され、固定ねじ４５ａの先部の雄ねじ部が、弾性腕部４２ｘの雌ねじ穴４５ｃに螺着されている。固定ねじ４５ａの軸部と取付け穴４５ｂの内面との間にも、固定機構４６と同等の調節隙間Ｇ２が形成されている。また、Ｘ１側の規制支持部材４０ｂにおいても、同様の構造の固定機構４５と固定機構４６が設けられている。

図７に示すように、固定ブラケット２３ａ，２３ｂを支持基台３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、支持基台３に調節支持部材４０ａ，４０ｂを固定するための固定機構４５，４６にも、調節隙間Ｇ２が形成されている。よって、支持基台３の支持板部３ｄに対する、固定ブラケット２３ａ，２３ｂおよび規制支持部材４０ａ，４０ｂ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２と図３に示すように、支持基台３と操作対象部材５との間では、図示上方においてＸ１側とＸ２側に離れた位置に補助弾性支持部５０が設けられている。図９には、補助弾性支持部５０の断面図が示されている。

図９に示すように、補助弾性支持部５０では、操作対象部材５の表示基板６の背面にボス５４が固定されている。ボス５４には雌ねじ穴５４ａが形成されている。補助弾性支持部５０は、前記ボス５４と支持板部３ｄとの間に設けられた弾性介装部材５１と、支持板部３ｄに開口する挿通穴５２と、支持ビス５３とを有している。支持ビス５３は、Ｘ２側に位置する調節部５３ａと、調節部５３ａからＺ１方向に延びる軸部の中間に形成された段差部５３ｂと、段差部５３ｂよりもＺ１方向に延びる雄ねじ部５３ｃを有している。また、調節部５３ａには、Ｚ２方向に向けて解放された形状の治具操作部５３ｅが形成されている。

補助弾性支持部５０では、支持ビス５３がＺ２側から挿通穴５２および弾性介装部材５１の中心穴に挿入され、支持ビス５３の段差部５３ｂが、ボス５４に突き当てられる。この状態で、支持ビス５３の段差部５３ｂからＺ１側に延びる雄ねじ部５３ｃが、ボス５４の雌ねじ穴５４ａに螺着される。支持ビス５３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５３とが一体に固定される。また、弾性介装部材５１の中心穴と、支持ビス５３の軸部との間に、調節隙間Ｇ３が形成される。

図２と図４と図５に示すように、連結機構１０では、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと軸部材２１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。そして、図７に示すように、弾性支持部３０ａ，３０ｂでは、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと支持板部３ｄ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によっても支持板部３ｄに支持されている。さらに、図９に示すように、補助弾性支持部５０では、ボス５４と支持板部３ｄとの間に弾性介装部材５１が介在している。

このような支持構造により、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５１の圧縮変形と、規制支持部材４０ａ，４０ｂの弾性腕部４２ｘ，４２ｙの撓み変形により、操作対象部材５が、支持板部３ｄに接近するようにＺ２方向へ移動することができる。このとき、弾性介装部材３１，５１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を支持板部３ｄに接近させるのに必要な力は、弾性介装部材３１，５１の弾性係数と、弾性腕部４２ｘ，４２ｙのばね定数とで決められる。

また、操作対象部材５を支持基台３に対してＸ１−Ｘ２方向へ移動させるのに必要な力は、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと軸受け部材２２ａ，２２ｂとの間に介在する弾性挿通部材２４ａ，２４ｂの弾性係数で決められる。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、支持基台３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４と図６に示すように、応答力発生装置１には応答力付与機構６０が設けられている。応答力付与機構６０は、機構本体部６１と、応答力伝達板６２とを有している。機構本体部６１は、固定基台４の内部に収納されて固定されている。応答力伝達板６２は、撓み変形可能であり、その上端部が固定ねじ６３によって表示基板６に固定されている。

応答力付与機構６０の機構本体部６１は、箱体の内部に、所定の質量を有する磁性材料製の可動部が設けられ、可動部が箱体内でばねによりＸ１−Ｘ２方向へ移動自在に支持されている。可動部にはコイルが巻かれ、箱体の内部に、可動部に対向する磁石が設けられている。コイルに通電されると可動部が磁化され、その磁化による極性と磁石の極性とによる吸引力および反発力で、可動部がＸ１−Ｘ２方向へ駆動される。可動部が駆動されるときの力、または前記力の反力が応答力伝達板６２に伝達されて、操作対象部材５にＸ１−Ｘ２方向の応答力が与えられる。

なお、応答力付与機構６０の機構本体部６１の構造としては、モータの出力軸に質量が偏った回転子が固定されており、モータの回転に寄り、Ｘ１−Ｘ２方向への振動が発生するものであってもよい。

図２に示すように、後方支持体３ｂの支持板部３ｄのＺ１側に向く表面に、操作検知部６５，６５が設けられている。操作検知部６５，６５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、表示画面８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、支持基台３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。
連結機構１０では、軸部材２１を一対の軸受け部材２２ａ，２２ｂに挿通し、このときにワッシャ２５と圧縮コイルばね２６を取付ける。軸部材２１の両端部に弾性挿通部材２４ａ，２４ｂを挿通させ、さらに軸部材２１の両端部に固定ブラケット２３ａ，２３ｂを固定する。そして、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと規制支持部材４０ａ，４０ｂとを固定ねじ３６で固定する。Ｘ１側の軸受け部材２２ａを弾性挿通部材２４ａに対してＸ１方向へ押し付けた状態で、軸受け部材２２ａ，２２ｂを、固定ねじ２７によって、操作対象部材５の表示基板６に固定する。また、軸部材２１と表示基板６との間に引っ張りコイルばね２８を装着する。

支持基台３では、前方枠体３ａを後方支持体３ｂから外した状態で、後方支持体３ｂの支持板部３ｄの前方に操作対象部材５を設置する。このとき、図７に示すように、弾性支持部３０ａ，３０ｂでは、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと支持板部３ｄとの間に弾性介装部材３１を介在させる。そして調節ビス３３を、後方支持体３ｂのＺ２側から弾性介装部材３１の中心穴および、固定ブラケット２３ａ，２３ｂに形成された挿通穴２９の内部に挿入し、調節ビス３３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に螺着させる。このとき、固定ブラケット２３ａ，２３ｂと支持板部３ｄ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９に示すように、補助弾性支持部５０では、操作対象部材５の表示基板６に固定されたボス５４と支持板部３ｄとの間に弾性介装部材５１を介装させ、Ｚ２側から支持ビス５３を弾性介装部材５１の中心穴に挿入し、支持ビス５３の段差部５３ｂよりも先部の雄ねじ部５３ｃをボス５４に形成された雌ねじ穴５４ａに螺着させる。このときも、ボス５４と支持板部３ｄとの間で、弾性介装部材５１を少しだけ圧縮させた状態としておく。

さらに、図７に示すように、固定機構４６において、支持板部３ｄに形成された取付け穴４６ｂに、固定ねじ４６ｂをＺ２側から挿入し、固定ねじ４６ｂの雄ねじ部を、規制支持部材４０ａ，４０ｂの弾性腕部４２ｙの先部に形成された雌ねじ穴４６ｃに螺着する。固定機構４５においても、支持板部３ｄに形成された取付け穴４５ｂに、固定ねじ４５ａをＺ２側から挿入し、固定ねじ４５ａの雄ねじ部を、弾性腕部４２ｘの先部に形成された雌ねじ穴４５ｃに螺着する。
その後に、支持基台３の前方枠体３ａを後方支持体３ｂの前方に組み合わせて固定する。

Ｘ１側の固定機構４５，４６およびＸ２側の固定機構４５，４６において、固定ねじ４５ａ，４６ａを完全に締め付けない状態にしておく。そして、図３に示すように、弾性支持部３０ａ，３０ｂにおいて、支持基台３の背部に現れている調節ビス３３の調節部３３ａに開口している治具操作部３３ｅと、補助弾性支持部５０において、支持ビス５３の調節部５３ａに形成された治具操作部５３ｅに治具を挿入し、図７に示す調節隙間Ｇ１，Ｇ２と図９に示す調節隙間Ｇ３の範囲内で、調節ビス３３と支持ビス５３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、図１と図２に示すように、前方枠体３ａの枠内縁と、操作対象部材５の前面の周縁部との間の隙間δがＸ１側とＸ２側およびＹ側の上下において均一となるように設定することが可能となる。調節が完了したのちに、Ｘ１側とＸ２側に設けられた固定機構４６の固定ねじ４６ａを締め付けて、図７に示す弾性腕部４２ｙの先部を支持板部３ｄの内面に固定する。同様にして、Ｘ１側とＸ２側に設けられた固定機構４５の固定ねじ４５ａを締め付けて、弾性腕部４２ｘの先部を支持板部３ｄの内面に固定する。

なお、応答力付与機構６０に設けられた応答力伝達板６２は、前方（Ｚ１方向）へ撓み変形可能であるため、操作対象部材５を支持基台３に取付けるときに、応答力伝達板６２を前方に撓ませて、応答力伝達板６２を固定ねじ６３により、表示基板６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の操作部である表示画面８に表示された画像を参照しながら、表示画面８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、表示画面８を後方（Ｚ２方向）に押すと、その押圧操作力は、軸受け部材２２ａ，２２ｂから軸部材２１を経て固定ブラケット２３ａ，２３ｂに作用し、図７の断面図に示す弾性支持部３０ａ，３０ｂにおいて、弾性介装部材３１が圧縮変形させられる。図９に示す補助弾性支持部５０においても、表示基板６に固定されたボス５４によって弾性介装部材３１が圧縮変形させられ、操作対象部材５が支持板部３ｄに向けてＺ２方向へ移動させられる。

そして、操作対象部材５によって、図２に示すように、支持基台３の支持板部３ｄに設けられた操作検知部（フォースセンサ）６５が押され、表示画面８が押圧操作されたことが検知される。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６５の検知出力から、さらに表示画面８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。

このときに、表示画面８から操作者の指に与えられる操作反力は、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５０に設けられた弾性介装部材５１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６５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の機構本体部６１が駆動される。機構本体部６１で発生するＸ１−Ｘ方向の応答力は、応答力伝達板６２から操作対象部材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２０では、操作対象部材５の表示基板６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２１に摺動自在に支持されているため、操作対象部材５の支持基台３に対する相対動作がＸ１−Ｘ２方向に規制される。そのため、応答力付与機構６０から力が与えられたときに、操作対象部材は、Ｘ１−Ｘ２方向にのみ動作するようになる。

また、移動方向規制部２０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が支持板部３ｄに固定されている。しかも、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おり、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の表示画面８がＺ２方向へ押されたときに、表示画面８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。

ここで、移動方向規制部２０が存在しておらず、操作対象部材５が、支持板部３ｄに対し、弾性支持部３０ａ，３０ｂの弾性介装部材３１と、補助弾性支持部５０の弾性介装部材５１のみで支持されていると仮定する。この場合には、弾性介装部材３１と弾性介装部材５１が、Ｘ−Ｙ平面のあらゆる方向へ変形できるため、応答力付与機構６０から操作対象部材５に対してＸ１−Ｘ２方向への応答力を与えたとしても、操作対象部材５がＸ１−Ｘ２方向以外の運動成分を有することになる。

すなわち、前記仮定の下で、応答力付与機構６０にＸ１−Ｘ２方向の力を発生させると、この力により、操作対象部材５には、支持基台３よりも図示上方に支点を有するモーメント（図６に示すモーメントα）が作用する。そのため、応答力付与機構６０から操作対象部材５にＸ１−Ｘ２方向への応答力を作用させようとしても、前記モーメントαにより操作対象部材５が回動動作しようとし、操作対象部材５に与えるべき応答力が、Ｘ方向成分のみならずＹ方向成分も有することになり、操作者の指に強く切れの良い応答力を感じさせるのが困難になる。

これに対し、実施形態の応答力発生装置１は、移動方向規制部２０で規制されている操作対象部材５の移動方向と、応答力付与機構６０から操作対象部材５に与えられる力の方向とが、共にＸ１−Ｘ２方向で一致しているため、応答力付与機構６０で発生する運動エネルギーを、操作対象部材５に対してＸ１−Ｘ２方向に向けて集中して与えることができる。そのため、操作対象部材５に大きな加速度を与えることが可能になる。

操作者の指で操作対象部材５の表示画面８を対向方向であるＺ２方向に押したときに、表示画面８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。しかも、表示画面８をＸ−Ｙ平面と平行な面内の一方向へのみ動作させることで、指に大きな加速度を感じさせることが可能になる。

また、図６に示すように、軸受け部材２２ａ，２２ｂの間の軸部材２１の支持スパンＬと、応答力付与機構６０での力発生部と軸部材２１との、Ｘ−Ｙ平面上での距離Ｈとでは、支持スパンＬが距離Ｈよりも十分に長くなっている。操作対象部材５をＸ１−Ｘ２方向へ案内している軸部材２１と、Ｘ１−Ｘ２方向への駆動力の発生部とが接近しているため、軸受け部材２２ａ，２２ｂと軸部材２１との間に、いわゆるスティックスリップ運動が生じにくくなり、軸受け部材２２ａ，２２ｂと軸部材２１との間の摩擦抵抗も小さくなる。そのため、操作対象部材５に対して、Ｘ１−Ｘ２方向の大きな加速度を効率よく与えることが可能になる。

表示画面８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５０に設けられた弾性介装部材５１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２０に設けられた弾性挿通部材２４ａ，２４ｂの弾性係数で決められる。

操作者が指で表示画面８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く、応答力付与機構６０から操作対象部材５に応答力が与えられたときに操作対象部材５から指に切れの良い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、操作者が指で表示画面８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。
本発明は、移動方向規制部２０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の表示基板６に固定されて、軸受け部材２２ａ，２２ｂが弾性介装部材３１を介して支持板部３ｄ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２０の軸部材２１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、移動方向規制部２０に設けられた軸部材２１が一本であるが、軸部材２１が二本に分割されて、それぞれの軸部材の軸中心が同一線上に位置していてもよい。この場合に、それぞれの軸部材に軸受け部材と固定ブラケットが個別に設けられる。

また、応答力付与機構６０は、機構本体部６１が、操作対象部材５に直接に固定されていてもよい。

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
３ 支持基台
４ 固定基台
５ 操作対象部材
６ 表示基板
８ 表示画面
１０ 連結機構
２０ 移動方向規制部
２１ 軸部材
２２ａ，２２ｂ 軸受け部材
２３ａ，２３ｂ 固定ブラケット
２４ａ，２４ｂ 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 固定機構
５０ 補助弾性支持部
５１ 弾性介装部材
６０ 応力付与機構
６５ 操作検知部
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ 調節隙間

Claims (9)

1. 基台（３）と、少なくとも一部が操作部とされた操作対象部材（５）と、前記操作対象部材が前記基台に向けて押されたことを検知する操作検知部（６５）と、前記操作検知部の検知動作に基づいて前記操作対象部材に応答力を与える応答力付与機構（６０）と、を有する応答力発生装置において、
   前記基台と前記操作対象部材との間に位置する固定部（４１ａ，４１ｂ）と、前記基台上で前記固定部を支持する連結機構（１０）と、前記連結機構に含まれる弾性支持部（３０ａ，３０ｂ）と、前記固定部と前記操作対象部材とを連結する移動方向規制部（２０）と、が設けられ、
   前記連結機構によって、前記操作対象部材と前記移動方向規制部および前記固定部の移動方向が、前記基台と前記操作対象部材との対向方向へ規制され、前記移動方向規制部によって、前記基台に対する前記操作対象部材の移動方向が、前記対向方向と交差する面に沿う一方向に規制されており、
   前記応答力付与機構から前記操作対象部材に対して、前記一方向への応答力が与えられることを特徴とする応答力発生装置。
2. 前記移動方向規制部は、軸部材と、前記軸部材が摺動自在に挿通される軸受け部材とを有し、
   前記軸部材を固定する固定ブラケットと前記軸受け部材の一方が、前記操作対象部材に固定され、他方が前記固定部に固定されている請求項１記載の応答力発生装置。
3. 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２記載の応答力発生装置
4. 弾性変形可能な板材で形成された規制支持部材（４０ａ，４０ｂ）が設けられ、前記規制支持部材に、前記固定部と、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（４２ｘ，４２ｙ）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２または３記載の応答力発生装置。
5. 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４記載の応答力発生装置。
6. 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５記載の応答力発生装置。
7. 前記固定ブラケットと前記軸受け部材との間に、弾性挿通部材が設けられており、前記操作対象部材を前記基台に対して前記一方向へ動かすのに要する力が、前記弾性挿通部材の弾性係数で決められている請求項２ないし６のいずれかに記載の応答力発生装置。
8. 前記基台に対して前記操作対象部材を前記対向方向に移動させるのに要する力が、前記基台に対して前記操作対象部材を前記一方向へ移動させるのに要する力よりも小さい請求項７記載の応答力発生装置。
9. 前記固定ブラケットと前記軸受け部材は、前記一方向に間隔を空けて配置されており、前記軸部材の前記軸受け部材での支持スパンが、前記応答力付与機構と前記軸部材との前記面に沿う方向での距離よりも長い請求項２ないし８のいずれかに記載の応答力発生装置。

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