JPWO2017010171A1 - 操作感触付与型入力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】振動による操作感触が付与された平面型の入力器における振動音が抑制された操作感触付与型入力装置を提供することを目的とする。【解決手段】操作感触付与型入力装置101は、ユーザの指先等の身体特定部により操作される操作面TPpを有し操作による入力情報を出力する平面型の入力器TP1と、入力器TP1への押圧操作により入力器TP1の押圧方向PDへの往復動作を可能に支持する支持部材2と、入力器TP1に接続されて振動を付与する振動発生器VB3と、を備え、振動発生器VB3が、振動方向VDに動作可能な可動部13Jを有する振動発生部材3と、可動部13Jと接続される振動伝達部材5と、振動発生部材3を保持する基体4と、を有し、入力器TP1への操作がされた際に、入力器TP1に振動が付与され、押圧操作の押圧方向PDと付与される振動の振動方向VDとが交差していることを特徴とする。【選択図】図7

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる入力装置に関し、特に、平面型の入力装置に操作感触を付与した操作感触付与型入力装置に関する。
近年、電子機器の分野において、タッチパッドやタッチパネル等の平面型の入力デバイス(入力器)が良く用いられるようになってきた。この平面型の入力デバイスは、操作者(ユーザ)が指先を操作面に接触させたときに、静電容量値等の変化によって操作面上における指先の座標位置を検出し、その座標位置に応じた入力操作を可能にするというものである。
この種の平面型の入力デバイスが用いられた入力装置の従来例として、特許文献1では、図10に示すような入力装置800が提案されている。図10は、従来例1のパーソナルコンピュータに用いられる入力装置800を説明する図であって、図10(a)は、入力装置800の平面図であり、図10(b)は、図10(a)に示すII−II線における断面図である。
図10に示す入力装置800は、多数の入力キー811が規則的に配列して構成されたキーボード入力装置810と、矩形状の大型キー821の表面に静電容量式の入力パッド824(所謂、タッチパッド)が設けられた複合入力部820と、から構成されている。そして、入力装置800は、図10(a)に示すいずれかの入力キー811を押圧して、基板802に配列されたキースイッチ812(図10(b)を参照)のON/OFFを行えるとともに、入力パッド824の表面を操作して座標位置の入力も行えるように構成されている。
また、入力装置800の複合入力部820には、図10(b)に示すように、大型キー821を回動動作可能に支持している支持軸823(ヒンジ)と、大型キー821と基板802の間に配設され大型キー821を付勢している補強ばね825と、大型キー821と基板802の間に配設され機械動作式の押圧スイッチである検出スイッチ822と、が備えられている。そして、入力装置800の複合入力部820は、座標位置の入力の他に、大型キー821を押圧して検出スイッチ822動作させることによって、ON/OFFの入力も行えるように構成されている。
ところで、この種の平面型の入力デバイス(従来例1では複合入力部820に相当する)では、ユーザが自身の指先を操作面に接触させて操作した際に、指先に伝わる感覚には操作(入力)前後で差異が生じないので、ユーザにとっての操作感(操作感触)が得られなかった。そこで、従来より、ユーザの指先に触覚刺激(触覚フィードバック)を与える触覚刺激発生装置が提案されており、この触覚刺激発生装置と組み合わされて平面型の入力デバイスが用いられる場合があった。この触覚刺激発生装置の代表的な例として、振動を与えて触覚刺激を付与するタイプが最も利用されている。
この振動タイプの触覚刺激発生装置として、特許文献2では、図11に示すような電磁アクチュエータ900(振動発生装置)が提案されている。図11は、従来例2の電磁アクチュエータ900を説明する図であって、図11(a)は、その概略を示す縦断面図であり、図11(b)は、図11(a)に示すP部分の主要構成部品を抜き出した構成図である。
図11に示す電磁アクチュエータ900は、軸線Oの方向に所定のギャップを介して対向配置された第1の固定鉄心912及び第2の固定鉄心914と、このギャップの近傍において軸線Oに沿って移動自在に配置された可動鉄心916と、2つの固定鉄心(第1の固定鉄心912、第2の固定鉄心914)及び可動鉄心916に磁界を及ぼしてこれらに磁路を形成し、可動鉄心916を軸線Oに沿って移動させるコイル918と、を備えている。これらの各部材は基本的に回転対称に、すなわち円形状に形成され、円筒形のハウジング920の中に収容されている。
そして、電磁アクチュエータ900は、コイル918に通電されると、2つの固定鉄心(第1の固定鉄心912、第2の固定鉄心914)から可動鉄心916に対してそれぞれ磁気吸引力が発生し、第2の固定鉄心914側より第1の固定鉄心912側の磁気吸引力が大きいので、可動鉄心916が第1の固定鉄心912に向けて移動するようになる。この際の可動鉄心916の移動により、軸線Oの方向(縦方向)の振動が発生するようになる。
特開2007−304757号公報 WO2012/067178
しかしながら、このような縦方向に振動する振動発生装置(電磁アクチュエータ900)と押下方向(縦方向)へ往復動作可能な平面型の入力デバイス(入力装置800の複合入力部820)を組み合わせた場合、平面型の入力デバイスが縦方向に往復運動を行うと、スピーカの原理と同じように操作面が空気の抵抗を受け、振動音が大きくなるという課題があった。特に、平面型の入力デバイスの面積が大きくなればなる程、その課題は顕著になってきた。
本発明は、上述した課題を解決するもので、振動による操作感触が付与された平面型の入力器における振動音が抑制された操作感触付与型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、本発明の操作感触付与型入力装置は、ユーザの指先等の身体特定部位により操作される操作面を有し前記操作による入力情報を出力する平面型の入力器と、該入力器への押圧操作により前記入力器の押圧方向への往復動作を可能に支持する支持部材と、前記入力器に接続されて振動を付与する振動発生器と、を備え、前記振動発生器が、振動方向に動作可能な可動部を有する振動発生部材と、前記可動部と接続される振動伝達部材と、前記振動発生部材を保持する基体と、を有し、前記操作がされた際に、前記入力器に振動が付与される操作感触付与型入力装置において、前記押圧方向と前記振動方向とが交差していることを特徴としている。
これによれば、本発明の操作感触付与型入力装置は、入力器への操作がされて振動が付与される際に、振動によって受ける入力器への空気の抵抗が入力器の側面で受けることとなる。このことにより、入力器が平面の全面で空気の抵抗を受けることがないので、従来例の縦方向に振動する振動発生装置(電磁アクチュエータ900)と比較して、振動音を抑えることができる。従って、振動による操作感触が付与された平面型の入力器における振動音が抑制された操作感触付与型入力装置を提供することができる。
また、本発明の操作感触付与型入力装置は、前記振動発生部材が、前記押圧方向で離間して配設された第1ヨーク及び第2ヨークと、該第1ヨークと該第2ヨークの少なくとも一方の近傍に配設され磁気を発生するコイルと、前記第1ヨークを前記振動方向へ移動可能に支持する支持体と、を有し、前記第1ヨークと前記第2ヨークが前記押圧方向で対向し、前記押圧方向で互いに対向する前記第1ヨークの第1押圧側対向面と前記第2ヨークの第2押圧側対向面との間に第1隙間を有し、前記第1ヨークと前記第2ヨークが前記押圧方向と直交する直交方向で対向し、該直交方向で互いに対向する前記第1ヨークの第1直交側対向面と前記第2ヨークの第2直交側対向面との間に第2隙間を有し、前記第2隙間が前記第1隙間より狭いことを特徴としている。
これによれば、コイルに通電された際に、第2隙間の方の第1ヨークと第2ヨークとの磁気吸引力が強くなる。このため、第2隙間の方の直交方向で第1ヨークが第2ヨーク側により速く移動し、直交方向に振動することとなる。このことにより、振動方向に動作可能な可動部を介して振動伝達部材により直交方向である振動方向への振動を入力器に確実に与えることができる。
また、本発明の操作感触付与型入力装置は、前記直交方向において、前記第2隙間が複数設けられていることを特徴としている。
これによれば、直交方向における第1ヨークと第2ヨークとの磁気吸引力をより強くすることができる。このことにより、直交方向である振動方向により強く振動させることができ、振動方向へのより強い振動を入力器に与えることができる。
また、本発明の操作感触付与型入力装置は、磁気吸引力が発生していない初期状態において、前記第1直交側対向面と前記第2直交側対向面との対向面積が、前記第1押圧側対向面と前記第2押圧側対向面との対向面積よりも大きいことを特徴としている。
これによれば、コイルに通電された際に、直交方向(第2隙間の方)の第1ヨークと第2ヨークとの磁気吸引力がより強くなる。このため、直交方向で第1ヨークが第2ヨーク側により一層速く移動し、直交方向により強く振動することとなる。このことにより、振動方向(直交方向)に動作可能な可動部を介して振動伝達部材により、直交方向である振動方向への振動を入力器に対して一層強い振動を与えることができる。
また、本発明の操作感触付与型入力装置は、磁気吸引力が発生した際でも、前記第1押圧側対向面と前記第2押圧側対向面との対向面積が、磁気吸引力が発生していない初期状態と同じことを特徴としている。
これによれば、主に磁束を誘導する作用を有する部分の面積が変わらず、減ることがない。このため、この部分の磁気抵抗が下がることがないので、第2隙間の方の第1ヨークと第2ヨークとの磁気吸引力が安定する。
また、本発明の操作感触付与型入力装置は、前記第1ヨーク及び前記第2ヨークの外形形状が、平面視して、円形であることを特徴としている。
これによれば、第1ヨークと第2ヨークとを対向させて組み立てた際に、部品作製の際の公差等でお互いの位置関係が所望する位置関係より多少ずれたとしても、特定方向への偏りが少なくなり、偏心の少い振動を得ることができる。
また、本発明の操作感触付与型入力装置は、前記入力器が前記振動伝達部材に一体的に接続されていることを特徴としている。
これによれば、振動発生器で発生させた振動が効率良くダイレクトに入力器に伝わることとなる。このことにより、より一層強い操作感触が入力器に付与される。
本発明の操作感触付与型入力装置は、入力器への操作がされて振動が付与される際に、振動によって受ける入力器への空気の抵抗が入力器の側面で受けることとなる。このことにより、入力器が平面の全面で空気の抵抗を受けることがないので、従来例の縦方向に振動する振動発生装置と比較して、振動音を抑えることができる。
本発明の第1実施形態の操作感触付与型入力装置を説明する側面構成図である。 本発明の第1実施形態に係わる操作感触付与型入力装置の入力器を説明する構成図であって、図2(a)は、入力器の斜視図であり、図2(b)は、図2(a)に示すZ1側から見た上面図である。 本発明の第1実施形態に係わる入力器の分解斜視図である。 本発明の第1実施形態に係わる入力器を説明する構成図であって、図2(b)に示すIV−IV線における断面図である。 本発明の第1実施形態に係わる操作感触付与型入力装置の振動発生器の斜視図である。 本発明の第1実施形態の振動発生器の分解斜視図である。 本発明の第1実施形態の振動発生器を説明する図であって、図5に示すVII−VII線における縦断面図である。 本発明の第1実施形態に係わる振動発生器の振動発生部材を説明する模式図であって、図8(a)は、図7に示す振動発生部材の振動体の縦断面図であり、図8(b)は、図8(a)に示すR部分の拡大断面図である。 本発明の第1実施形態に係わる振動発生器の振動発生部材を説明する模式図であって、図9(a)は、振動発生部材の振動体における第1ヨーク及び第2ヨークを示す上面図であり、図9(b)は、図9(a)に示すY2側から見た第1ヨーク及び第2ヨークの側面図である。 従来例1のパーソナルコンピュータに用いられる入力装置を説明する図であって、図10(a)は、入力装置の平面図であり、図10(b)は、図10(a)に示すII−II線における断面図である。 従来例2の電磁アクチュエータを説明する図であって、図11(a)は、その概略を示す縦断面図であり、図11(b)は、図11(a)に示すP部分の主要構成部品を抜き出した構成図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態の操作感触付与型入力装置101を説明する側面構成図である。
本発明の第1実施形態の操作感触付与型入力装置101は、図1に示すように、ユーザの指先等の身体特定部位F99により操作される操作面TPpを有した平面型の入力器TP1と、入力器TP1への押圧操作により入力器TP1の押圧方向PD(図1に示すZ方向)への往復動作を可能に支持する支持部材2と、入力器TP1に接続されて振動を付与する振動発生器VB3と、から構成されている。他に、第1実施形態の操作感触付与型入力装置101では、入力器TP1への押圧操作によりON/OFFされるスイッチ部材SW6(図6を参照)と、スイッチ部材SW6が搭載された配線基板90と、を有している。
先ず、操作感触付与型入力装置101の入力器TP1について説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係わる入力器TP1を説明する構成図であって、図2(a)は、入力器TP1の斜視図であり、図2(b)は、図2(a)に示すZ1側から見た上面図である。図3は、本発明の第1実施形態に係わる入力器TP1の分解斜視図である。図4は、本発明の第1実施形態に係わる入力器TP1を説明する構成図であって、図2(b)に示すIV−IV線における断面図である。
入力器TP1は、ユーザの指先である身体特定部位F99(以下、指先として述べる)の座標位置を検出可能な、所謂タッチパッドを用いている。この入力器TP1(タッチパッド)は、静電容量式と呼ばれる検出方式であり、ユーザが自身の指先を操作面TPpに近接または接触させたときに、静電容量値の変化によって操作面TPp上における指先の座標位置を検出し、指先の座標位置に応じた入力情報を出力するようになっている。
また、入力器TP1は、振動発生器VB3に接続、具体的には後述する振動発生器VB3の振動伝達部材5に載置されており(図1を参照)、ユーザによる入力操作が行われた際に、振動発生器VB3から振動が付与されるようになっている。
次に、入力器TP1の詳細な構成について説明する。入力器TP1は、図2に示すように、全体としてシート状をなしており、図3及び図4に示すように、ガラスフィラーが含有されたエポキシ樹脂製の絶縁基板51と、この絶縁基板51の一方面側(図3に示すZ1方向側)に積層されたX座標検出層11と、絶縁基板51の他方面側(図3に示すZ2方向側)に積層されたY座標検出層21と、X座標検出層11を覆うトップカバー71と、図3及び図4では図示していない、X座標検出層11及びY座標検出層21の静電容量を検出する静電容量検出部91(図6を参照)と、を備えて構成されている。
先ず、入力器TP1の絶縁基板51とX座標検出層11とY座標検出層21は、所謂両面のプリント配線板(PWB、printed wiring board)を用いて作製されている。つまり、両面のプリント配線板(PWB)の一方側面の銅箔をパターニングしてX座標検出層11とし、他方側面の銅箔をパターニングしてY座標検出層21としている。そして、X座標検出層11とY座標検出層21とが協働して、指先が位置する座標検出を行っている。
入力器TP1のX座標検出層11は、詳細な図示はしないが、短冊状の第1電極が多数配設されており、これら第1電極が均等な分布で配置されて第1検出電極群を構成している。そして、第1検出電極群のうち複数の第1電極がY方向に一列に並んで連結されており、この第1電極の列がX方向に等間隔に分散配置されている。このため、どの列の第1電極がユーザの指先と相互作用しているのかを示す検出データに基づいて、操作面TPp上における指先のX座標を検出することができる。
また、入力器TP1のY座標検出層21は、X座標検出層11と同様に、短冊状の第2電極が多数配設されており、これら第2電極が均等な分布で配置されて第2検出電極群を構成している。そして、第2検出電極群のうち複数の第2電極がX方向に一列に並んで連結されており、この第2電極の列がY方向に等間隔に分散配置されている。このため、どの列の第2電極がユーザの指先と相互作用しているのかを示す検出データに基づいて、操作面TPp上における指先のY座標を検出することができる。なお、タッチパッドの検出原理は公知であるため詳細な説明を省略するが、ユーザが指先を近接または接触させると、この指先の近傍で第1電極と第2電極との間の静電容量値が変化することにより、この容量値変化に基づいて指先の座標位置を検出できるようになっている。
次に、入力器TP1のトップカバー71は、図3に示すように、ユーザの指先が近接または接触される操作面TPpを有したカバーシート71Cと、カバーシート71Cの外周端部を覆う細長い枠状のカバー枠71Wと、から構成されている。また、カバーシート71Cは、一般的なフィルム基材であるポリエチレンテレフタレート(PET、Polyethylene terephthalate)のシートから作製されているとともに、カバー枠71Wは、ABS樹脂(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)を射出成形して作製されている。そして、カバーシート71Cとカバー枠71Wとが両面テープ等の粘着剤で貼り付けられているとともに、トップカバー71がX座標検出層11を覆うようにして貼り付けられている。
次に、入力器TP1の静電容量検出部91は、配線基板90(図6を参照)に搭載されており、容量検出回路を有した集積回路を備え、X座標検出層11及びY座標検出層21と指(身体特定部位F99)との静電容量を検出している。また、静電容量検出部91は、集積回路に制御回路を有したコントロール部を備えており、検出した静電容量の検出結果を外部機器に出力している。なお、X座標検出層11及びY座標検出層21と静電容量検出部91との接続は、図示しないフレキシブルプリント基板(FPC、Flexible printed circuits)により行っている。
次に、操作感触付与型入力装置101の支持部材2について説明する。支持部材2は、入力器TP1に押圧操作されて、入力器TP1の押圧方向PDへの往復動が行えるように入力器TP1を支持している各種部材である。この支持部材2の各種部材及び機構は、次に説明する振動発生器VB3に組み込まれて共用されているので、振動発生器VB3の記述の中で明記することとする。
次に、操作感触付与型入力装置101の振動発生器VB3について説明する。図5は、本発明の第1実施形態に係わる操作感触付与型入力装置101の振動発生器VB3の斜視図である。図6は、振動発生器VB3の分解斜視図である。図7は、図5に示すVII−VII線における振動発生器VB3の縦断面図である。なお、図7に示す振動発生部材3の振動体13の断面は簡略して示しており、詳細な振動体13の断面は、後述する図8に示している。
振動発生器VB3は、図5に示すような箱形状の外観を呈し、図6及び図7に示すように、振動方向VD(図5に示すX方向)に動作可能な可動部13Jを有する振動発生部材3と、振動発生部材3を保持する基体4と、可動部13Jと接続される振動伝達部材5と、から構成されている。また、本発明の第1実施形態では、振動発生器VB3は、図6に示すように、振動発生部材3と振動伝達部材5とを互いに離反する方向に付勢する付勢部材7(図7を参照)と、基体4に固定されている天板部材40と、を備えている。そして、振動発生器VB3は、入力器TP1が振動伝達部材5に載置されて(接続されて)、ユーザの入力器TP1のタッチ操作に応じて振動発生部材3を駆動し、ユーザに対して、振動を伝える(付与する)ことができる。これにより、振動発生器VB3は、操作感覚が得られ難い装置に対して、ユーザに操作感、すなわち振動フィードバック感触を与えることができる。
先ず、振動発生器VB3の振動発生部材3について説明する。図8は、振動発生部材3を説明する模式図であって、図8(a)は、図7に示す振動体13の断面図であり、図8(b)は、図8(a)に示すR部分の拡大断面図である。図9は、振動発生部材3の振動体13を説明する模式図であって、図9(a)は、振動体13の第1ヨーク13A及び第2ヨーク13Bを示す上面図であり、図9(b)は、図9(a)に示すY2側から見た第1ヨーク13A及び第2ヨーク13Bの側面図である。
振動発生部材3は、図6に示すように、振動方向VDに動作可能な可動部13Jを有する振動体13と、振動体13を制御する制御部33と、振動体13と制御部33とを電気的に接続するフレキシブルプリント基板(FPC、Flexible printed circuits)(図示していない)と、を備えて構成されている。
先ず、振動発生部材3の振動体13は、図8に示すように、振動方向VD(図5に示すX方向)に動作可能な可動部13Jと、押圧方向PDで離間して配設された第1ヨーク13A及び第2ヨーク13Bと、第1ヨーク13Aの近傍に配設されたコイル13Cと、第1ヨーク13Aを振動方向VDへ移動可能に支持する支持体13S(図8では、ばね部材13f及び支持板13g)と、を備えて構成されている。他に、本発明の第1実施形態では、振動体13は、図6に示すように、円筒状で第1ヨーク13A、第2ヨーク13B及びコイル13C等を収容した本体ケース13Kと、図8(a)に示すように、本体ケース13Kの下方側(図8に示すZ2方向側)を覆う本体カバー13Lと、を有している。そして、コイル13Cに通電されると、第1ヨーク13A及び第2ヨーク13Bに磁路が形成され、第1ヨーク13A及び第2ヨーク13B間に磁気吸引力が発生するようになる。
先ず、振動体13の可動部13Jは、鉄等の金属材料から作製されており、図6に示すように、本体ケース13Kの中央部分を貫いて配設され、振動体13に加えられる駆動信号によって、可動部13Jが振動方向VDに沿って往復自在に移動するようになっている。また、ユーザによる押圧操作によっても、可動部13Jが振動方向VDと交差する押圧方向PDへの往復動作が可能となっている。
また、可動部13Jは、図7に示すように、後述する第1保持板16及び第2保持板26により振動伝達部材5の天面15tに上端側(図7に示すZ1側)が固定され、振動伝達部材5に接続されるようになる。これにより、可動部13Jの振動方向VDへの動作が振動伝達部材5に伝わることとなる。また、可動部13Jの押圧方向PDへの往復動作に伴って、振動伝達部材5の押圧方向PDへの往復動作が行われる。ここで、可動部13Jや振動伝達部材5は、入力器TP1の押圧方向PDへの往復動作を可能に支持する支持部材2として機能している。
次に、振動体13の第1ヨーク13Aは、鉄等の軟磁性体材料から作製されており、図9(a)に示すように、その外形形状が平面視して円形で、中央部分が円形に開口したリング状の平板部13aを有している。また、第1ヨーク13Aは、図8に示すように、平板部13aの内側端部から垂直に延設された(図8ではZ1方向に延設)内壁部13wを有するとともに、平板部13aの外側端部から垂直に延設された外壁部13xを有している。そして、第1ヨーク13Aは、図8に示すように、平板部13aと内壁部13wと外壁部13xとで、U字形状の断面を形成している。
また、第1ヨーク13Aは、図8に示すように、支持体13Sの支持板13gに固定されており、この支持板13gが支持体13Sのばね部材13fによって本体ケース13Kに移動可能に支持されている。このため、第1ヨーク13Aの振動方向VDへの移動が可能になるとともに、押圧方向PDへの移動も可能になる。
また、詳細な図示はしていないが、支持板13gが可動部13Jと係合されているので、第1ヨーク13Aの振動方向VD及び押圧方向PDへの移動が支持板13gを介して可動部13Jに伝達することとなる。なお、本発明の第1実施形態では、第1ヨーク13Aを振動方向VDへ移動可能に支持する支持体13Sとして、詳細な部品を省略しているが、ばね部材13f、支持板13g及び本体ケース13Kが挙げられる。ここで、支持体13Sは、入力器TP1の押圧方向PDへの往復動作を可能に支持する支持部材2としても機能している。
次に、振動体13の第2ヨーク13Bは、第1ヨーク13Aと同様に、鉄等の軟磁性体材料から作製されており、図8に示すように、その外形形状が平面視して円形で、中央部分が円形に開口したリング状の平板部13bを有している。また、第2ヨーク13Bは、図8に示すように、平板部13bの内側端部から垂直に延設された(図8ではZ1方向に延設)内壁部13yを有するとともに、平板部13bの外側端部から垂直に延設された外壁部13zを有している。そして、第2ヨーク13Bも同様にして、図8に示すように、平板部13bと内壁部13yと外壁部13zとで、U字形状の断面を形成している。また、第2ヨーク13Bは、図8に示すように、本体カバー13Lに固定されている。
そして、振動体13が組み立てられた際には、第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとは、図8及び図9(b)に示すように、押圧方向PDで対向するように離間して配設されて、第1ヨーク13Aの平板部13aと第2ヨーク13Bの平板部13bとがとが向かい合わせになるようになっている。また、第1ヨーク13Aの外形サイズより第2ヨーク13Bの外形サイズの方が大きく形成されており、第2ヨーク13BのU字形状の凹部に第1ヨーク13Aの内壁部13w及び外壁部13xが収容されるようになっている。これにより、第1ヨーク13Aの内壁部13wと第2ヨーク13Bの内壁部13yとが向かい合わせになるとともに、第1ヨーク13Aの外壁部13xと第2ヨーク13Bの外壁部13zとが向かい合わせになる。この際には、図9(a)に示すように、第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bの中心位置が不一致となるように少しずらして(オフセットして)、第1ヨーク13AがX2方向側で第2ヨーク13Bに近づくように配設されている。これにより、コイル13Cに通電された際に、X2方向への磁気吸引力がより強くなりる。
また、前述したように、第1ヨーク13A及び第2ヨーク13Bの外形形状が平面視して円形であるので、部品作製の際の公差等でお互いの位置関係が所望する位置関係より多少ずれたとしても、特定方向への偏りが少なくなり、偏心の少い振動を得ることができる。
以上のように構成されて組み立てられた第1ヨーク13A及び第2ヨーク13Bは、第1ヨーク13Aの内壁部13w及び外壁部13xには、第2ヨーク13Bの平板部13bと押圧方向PDで対向する第1押圧側対向面13pを有するとともに、第2ヨーク13Bの平板部13bには、第1押圧側対向面13pと対向する第2押圧側対向面13qを有するようになる。
一方、押圧方向PDと直交する直交方向、つまり本発明の第1実施形態では振動方向VDでは、第1ヨーク13Aの内壁部13wには、第2ヨーク13Bの内壁部13yと直交方向(振動方向VD)で対向する第1直交側対向面13rを有するとともに、第1ヨーク13Aの外壁部13xには、第2ヨーク13Bの外壁部13zと直交方向(振動方向VD)で対向する第1直交側対向面13rを有している。そして、第2ヨーク13Bの内壁部13w及び外壁部13zには、第1直交側対向面13rと対向する第2直交側対向面13sを有することとなる。
そして、図8(b)に示すように、第1ヨーク13Aの第1押圧側対向面13pと第2ヨーク13Bの第2押圧側対向面13qとの間に第1隙間GP1が生じ、第1ヨーク13Aの第1直交側対向面13rと第2ヨーク13Bの第2直交側対向面13sとの間に第2隙間GP2が生じる。この第2隙間GP2は、第1隙間GP1より狭くなるように構成されている。これにより、コイル13Cに通電された際に、第2隙間GP2の方の第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの磁気吸引力が強くなる。このため、第2隙間GP2の方の直交方向で第1ヨーク13Aが第2ヨーク13B側により速く移動し、直交方向に振動することとなる。この際に、第1ヨーク13Aが図9(a)に示すX2方向側で第2ヨーク13Bに近づくように配設されているので、X方向で振動することとなる。
しかも、磁気吸引力が発生していない初期状態において、直交方向の第1直交側対向面13rと第2直交側対向面13sとの対向面積が、押圧方向PDの第1押圧側対向面13pと第2押圧側対向面13qとの対向面積よりも大きく構成されている。これにより、コイル13Cに通電された際に、直交方向(第2隙間GP2の方)の第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの磁気吸引力がより強くなり、直交方向により強く振動することとなる。
また、本発明の第1実施形態では、磁気吸引力が発生した際に第1ヨーク13Aが直交方向に移動したとしても、第1ヨーク13Aの稼働する範囲において、第1押圧側対向面13pと第2押圧側対向面13qのいずれか一方が他方を包含する面積で形成されているので、第1押圧側対向面13pと第2押圧側対向面13qとが必ず重なることとなる。
これにより、第1押圧側対向面13pと第2押圧側対向面13qとの対向面積が磁気吸引力が発生していない初期状態と同じなので、主に磁束を誘導する作用を有する部分の面積が変わらず、減ることがない。このため、この部分の磁気抵抗が下がることがないので、第2隙間GP2の方の第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの磁気吸引力が安定する。
更に、本発明の第1実施形態では、直交方向において、第2隙間GP2が複数、具体的には片側2箇所で両側合わせて4箇所設けられているので、直交方向における第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの磁気吸引力をより強くすることができる。このことにより、直交方向である振動方向VDにより一層強く振動させることができる。
次に、振動発生部材3の制御部33は、集積回路(IC、integrated circuit)を用いており、図6に示すように、配線基板90に搭載されている。そして、制御部33は、振動発生器VB3に接続された入力器TP1の入力操作に応じた命令信号に基づいて、振動体13に駆動信号を送信している。
次に、振動発生部材3のフレキシブルプリント基板(FPC)は、一般に広く用いられているポリイミド(PI、Polyimide)樹脂ベースのフィルム基材を用いており、一方が振動体13に接続されて、他方が図6に示すコネクタCNを介して制御部33に接続されている。
次に、振動発生器VB3の基体4について説明する。基体4は、ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)樹脂等の合成樹脂を射出成形して作製されており、図6に示すように、下方側(図6に示すZ2方向側)が開放された(図7を参照)箱形形状の基部14と、基部14と下端側で接続され(図7を参照)外周を囲む外周壁部24と、から構成されている。
基体4の基部14は、略正方形状の上壁部14tと、上壁部14tの四方端から下方に延設した側壁部14wと、基部14と外周壁部24とを接続する連結部14r(図7を参照)と、から構成されている。そして、基部14の側壁部14wと外周壁部24とで、溝部4mが形成されている。
基部14の上壁部14tには、中央部に円形の貫通孔14hと、上壁部14tから上方に延出した3つの円柱状の突起部14sと、が設けられている。そして、振動発生器VB3が組み立てられた際には、図7に示すように、振動発生部材3の可動部13Jがこの貫通孔14hに挿通されるとともに、詳細な図示はしていないが、基部14の内側の収容部14cに振動体13の本体ケース13Kが収納される。また、ネジ等により上壁部14tの内側に振動体13の本体ケース13Kが固定されて、振動発生部材3が基体4に保持される。また、上壁部14tには、付勢部材7が載置される。
次に、振動発生器VB3の天板部材40について説明する。天板部材40は、ABS樹脂等の合成樹脂を射出成形して矩形板状に作製されており、図6に示すように、中央部に円形形状の貫通穴40hを有しているとともに、図7に示すように、貫通穴40hを囲む位置に下面側からの下方に突出した規制部40tを有している。そして、天板部材40は、天板部材40の下面と基体4の突起部14sとが接着若しくは溶着され、基体4に一体にして固定される。
次に、振動発生器VB3の振動伝達部材5について説明する。振動伝達部材5は、ABS樹脂等の合成樹脂を射出成形して作製されており、図6に示すように、下方側が開放された(図7を参照)箱形形状のベース部15と、ベース部15の上面側の外周に沿って形成され上方側に突出した載置部25と、から構成されている。
振動伝達部材5のベース部15は、図6に示すように、略正方形状の天面15tと、天面15tの四方端から下方に延設した側壁15wと、から構成されている。そして、振動発生器VB3が組み立てられた際には、図7に示すように、ベース部15の側壁15wが基体4の溝部4mに挿入されて、振動伝達部材5が押圧方向PD及び振動方向VDに対して移動可能な空間を有して配設されている。
ベース部15の天面15tには、図6に示すように、中央部に円形の第1穴部15hと、基体4の突起部14sに対応した位置に3つの第2穴部15kと、が形成されている。そして、振動発生器VB3が組み立てられた際には、図7に示すように、振動発生部材3の可動部13Jが第1穴部15hに挿通されるとともに、基体4の基部14の突起部14sが第2穴部15kに挿通される。
また、前述したように、第1保持板16及び第2保持板26により天面15tが挟持されて、ナットNTで締め付けられることで、振動伝達部材5と可動部13Jとが接続されて固定される。これにより、可動部13Jの振動方向VDへの動作が振動伝達部材5に伝わることとなる。
振動伝達部材5の載置部25は、図6に示すように、ベース部15の上面側から上方に延設されて、ベース部15の外周に沿って枠状に形成されている。そして、この載置部25には、図1に示すように、詳細な図示はしていないが、入力器TP1が載置されて固定されている。その際に、この載置部25に入力器TP1が一体的に接続されているので、振動発生器VB3で発生させた振動が効率良くダイレクトに入力器TP1に伝わることとなる。従って、第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bの体積を小さくするか、あるいはコイル13Cを小さくしても振動発生器VB3で発生させた振動が効率よく入力器TP1に伝達されるため、操作感触を損なうことなく振動発生器VB3を小型化することができる。
また、図1に示すように、平面型の入力器TP1が押圧操作されて往復動作する押圧方向PDと振動発生器VB3により入力器TP1に付与される振動の振動方向VDとが交差している(本発明の第1実施形態では直交している)ので、入力器TP1への操作がされて振動が付与される際に、振動によって受ける入力器TP1への空気の抵抗が入力器TP1の側面で受けることとなる。このことにより、入力器TP1が平面の全面で空気の抵抗を受けることがないので、従来例の縦方向に振動する振動発生装置(電磁アクチュエータ900)と比較して、振動音を抑えることができる。従って、振動による操作感触が付与された平面型の入力器TP1における振動音が抑制された操作感触付与型入力装置101を提供することができる。
次に、振動発生器VB3の付勢部材7について説明する。付勢部材7は、図6に示すように、一般的なコイルばねを4つ用いて構成されている。そして、図7に示すように、付勢部材7は、基体4の上壁部14tと振動伝達部材5の天面15tとの間に配設され、振動発生部材3と振動伝達部材5とを互いに離反する方向に付勢している。
また、付勢部材7としてコイルばねを用いているので、付勢部材7は、振動方向VD(図6に示すX方向)へ変形と押圧方向PD(図6に示すZ方向)への変形とが可能となっている。これにより、振動伝達部材5の振動方向VD及び押圧方向PDへの移動が許容される。ここで、付勢部材7や基体4は、入力器TP1の押圧方向PDへの往復動作を可能に支持する支持部材2として機能している。なお、付勢部材7はコイルばねに限らず、例えば磁石を用いてもよい。磁石を用いる場合、図7において付勢部材7がある位置に、複数の磁石をZ方向に空隙を介して互いに同極が対向するように配置することで、磁石の反発力によって入力器TP1の押圧方向PDへの往復動作を可能に支持することが可能となる。
次に、操作感触付与型入力装置101のスイッチ部材SW6について説明する。スイッチ部材SW6は、一般的に用いられるプッシュスイッチを用いており、図7に示すように、配線基板90に搭載され、可動部13Jの下端側(図7に示すZ2側)の面と対向するように配設されている。そして、ユーザによる入力器TP1への押圧方向PDの押圧操作を受けて可動部13Jの往復動作が行われるようになり、可動部13Jによって、プッシュスイッチのON/OFFが行われるようになる。
最後に、操作感触付与型入力装置101の配線基板90について説明する。配線基板90は、一般に用いられている両面配線タイプのプリント配線板(PWB、printed wiring board)を用いており、図7に示すように、基部14の内側の収容部14cに収納され、詳細な図示はしていないが、ネジ等により基体4に固定されている。また、図6に示すように、配線基板90には、振動発生部材3の制御部33、入力器TP1の静電容量検出部91、コネクタCN及びスイッチ部材SW6等が搭載されている。
以上のように構成された本発明の第1実施形態の操作感触付与型入力装置101における、効果について、以下に纏めて説明する。
本発明の第1実施形態の操作感触付与型入力装置101は、平面型の入力器TP1が押圧操作されて往復動作する押圧方向PDと、振動発生器VB3により入力器TP1に付与される振動の振動方向VDと、が交差しているので、入力器TP1への操作がされて振動が付与される際に、振動によって受ける入力器TP1への空気の抵抗が入力器TP1の側面で受けることとなる。このことにより、入力器TP1が平面の全面で空気の抵抗を受けることがないので、従来例の縦方向に振動する振動発生装置(電磁アクチュエータ900)と比較して、振動音を抑えることができる。従って、振動による操作感触が付与された平面型の入力器TP1における振動音が抑制された操作感触付与型入力装置101を提供することができる。
また、振動発生部材3の第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの間で直交方向(押圧方向PDと直交する方向)に形成された第2隙間GP2が、第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの間で押圧方向PDに形成された第1隙間GP1より狭いので、コイル13Cに通電された際に、第2隙間GP2の方の第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの磁気吸引力が強くなる。このため、第2隙間GP2の方の直交方向で第1ヨーク13Aが第2ヨーク13B側により速く移動し、直交方向に振動することとなる。このことにより、振動方向VDに動作可能な可動部13Jを介して振動伝達部材5により、直交方向である振動方向VDへの振動を入力器TP1に確実に与えることができる。
また、直交方向において、第2隙間GP2が複数設けられているので、直交方向における第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの磁気吸引力をより強くすることができる。このことにより、直交方向である振動方向VDへのより強い振動を入力器TP1に与えることができる。
また、直交方向の第1直交側対向面13rと第2直交側対向面13sとの対向面積が押圧方向PDの第1押圧側対向面13pと第2押圧側対向面13qとの対向面積よりも大きいので、コイル13Cに通電された際に、直交方向(第2隙間GP2の方)の第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの磁気吸引力がより強くなる。このため、直交方向で第1ヨーク13Aが第2ヨーク13B側により一層速く移動し、直交方向により強く振動することとなる。このことにより、振動方向VD(直交方向)に動作可能な可動部13Jを介して振動伝達部材5により、直交方向である振動方向VDへの振動を入力器TP1に対して一層強い振動を与えることができる。
また、磁気吸引力が発生した際に第1ヨーク13Aが直交方向に移動したとしても、第1押圧側対向面13pと第2押圧側対向面13qとの対向面積が磁気吸引力が発生していない初期状態と同じなので、主に磁束を誘導する作用を有する部分の面積が変わらず、減ることがない。このため、この部分の磁気抵抗が下がることがないので、第2隙間GP2の方の第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの磁気吸引力が安定する。
また、第1ヨーク13A及び第2ヨーク13Bの外形形状が平面視して円形であるので、第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとを対向させて組み立てた際に、部品作製の際の公差等でお互いの位置関係が所望する位置関係より多少ずれたとしても、特定方向への偏りが少なくなり、偏心の少い振動を得ることができる。
また、入力器TP1が振動伝達部材5に一体的に接続されているので、振動発生器VB3で発生させた振動が効率良くダイレクトに入力器TP1に伝わることとなる。このことにより、より一層強い操作感触が入力器TP1に付与される。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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。
<変形例1>
上記第1実施形態では、入力器TP1として、静電容量式のタッチパッドを好適に用いて構成したが、これに限るものではない。例えば透光性の基材や透光性の電極を用いた、所謂タッチパネルでも良い。例えば電極として導電フィラーを含有した導電性パターンを用いたタイプのパネルでも良い。
<変形例2>
上記第1実施形態では、第1ヨーク13Aを振動方向VDへ移動可能に支持する支持体13Sとして、ばね部材13fを用いる構成としたが、このばね部材13fを用いない構成でも良い。その際には、振動伝達部材5を介して可動部13Jの振動方向VD及び押圧方向PDへの移動を許容している付勢部材7が、可動部13Jと係合している第1ヨーク13Aの振動方向VDへの移動を支持する支持体としての機能を担うこととなる。
<変形例3>
上記第1実施形態では、第1ヨーク13AをX2方向側で第2ヨーク13Bに近づけて配設しX方向で振動する(振動方向VD)ように構成したが、これに限るものではない。第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bとの配設位置や形状を設計することで、押圧方向PDと直交する直交方向の任意の方向、つまりZ方向(押圧方向PD)と直交するX−Y平面方向(直交方向)に振動させることができる。
<変形例4>
上記第1実施形態では、コイル13Cが第1ヨーク13Aの近傍に配設される構成としたが、これに限らず、第1ヨーク13Aと第2ヨーク13Bの少なくとも一方の近傍に配設されいれば良い。
<変形例5>
上記第1実施形態では、第1ヨーク13A及び第2ヨーク13Bの外形形状が平面視して円形で好適に構成したが、これに限るものではない。例えば外形形状が平面視して矩形状に構成しても良い。例えば振動方向VDにそれぞれ独立して設けた構成でも良い。
<変形例6>
上記第1実施形態では、X座標検出層11、Y座標検出層21及び絶縁基板51として好適に両面のプリント配線板(PWB)を用いて作製したが、これに限るものではない。例えばフィルム基材の両面に導電性ペーストを印刷、硬化して作製しても良いし、例えば、ガラス基材の両面に透明導電成膜(例えばITO、tin-doped indium oxide)を成膜して作製しても良い。
<変形例7>
上記第1実施形態では、入力器TP1への押圧操作を検出する部材としてスイッチ部材SW6を用いたがこれに限るものではなく、例えば、可動部13Jの先端部と対向する位置に、圧力センサやフォースセンサ等のセンサ部材を用いて配設しても良い。
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
TP1 入力器
TPp 操作面
2 支持部材
VB3 振動発生器
3 振動発生部材
13A 第1ヨーク
13B 第2ヨーク
13C コイル
13J 可動部
13S 支持体
13p 第1押圧側対向面
13q 第2押圧側対向面
13r 第1直交側対向面
13s 第2直交側対向面
4 基体
5 振動伝達部材
F99 身体特定部位
GP1 第1隙間
GP2 第2隙間
PD 押圧方向
VD 振動方向
101 操作感触付与型入力装置

Claims (7)

  1. ユーザの指先等の身体特定部により操作される操作面を有し前記操作による入力情報を出力する平面型の入力器と、
    該入力器への押圧操作により前記入力器の押圧方向への往復動作を可能に支持する支持部材と、
    前記入力器に接続されて振動を付与する振動発生器と、を備え、
    前記振動発生器は、振動方向に動作可能な可動部を有する振動発生部材と、前記可動部と接続される振動伝達部材と、前記振動発生部材を保持する基体と、を有し、
    前記操作がされた際に、前記入力器に振動が付与される操作感触付与型入力装置において、
    前記押圧方向と前記振動方向とが交差していることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
  2. 前記振動発生部材は、前記押圧方向で離間して配設された第1ヨーク及び第2ヨークと、該第1ヨークと該第2ヨークの少なくとも一方の近傍に配設され磁気を発生するコイルと、前記第1ヨークを前記振動方向へ移動可能に支持する支持体と、を有し、
    前記第1ヨークと前記第2ヨークは、前記押圧方向で対向し、
    前記押圧方向で互いに対向する前記第1ヨークの第1押圧側対向面と前記第2ヨークの第2押圧側対向面との間に第1隙間を有し、
    前記第1ヨークと前記第2ヨークは、前記押圧方向と直交する直交方向で対向し、
    該直交方向で互いに対向する前記第1ヨークの第1直交側対向面と前記第2ヨークの第2直交側対向面との間に第2隙間を有し、
    前記第2隙間が前記第1隙間より狭いことを特徴とする請求項1に記載の操作感触付与型入力装置。
  3. 前記直交方向において、前記第2隙間が複数設けられていることを特徴とする請求項2に記載の操作感触付与型入力装置。
  4. 磁気吸引力が発生していない初期状態において、
    前記第1直交側対向面と前記第2直交側対向面との対向面積が、前記第1押圧側対向面と前記第2押圧側対向面との対向面積よりも大きいことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の操作感触付与型入力装置。
  5. 磁気吸引力が発生した際でも、前記第1押圧側対向面と前記第2押圧側対向面との対向面積が、磁気吸引力が発生していない初期状態と同じことを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の操作感触付与型入力装置。
  6. 前記第1ヨーク及び前記第2ヨークの外形形状は、平面視して、円形であることを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の操作感触付与型入力装置。
  7. 前記入力器は、前記振動伝達部材に一体的に接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の操作感触付与型入力装置。
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