WO2018230129A1 - 操作装置 - Google Patents

Abstract

操作装置（１１）は、複数個の操作ボタン（１４～１８）が仮想的に設けられた表面パネル部（１３）と、前記各操作ボタン（１４～１８）のタッチ操作を検出する静電容量検出部（２４）と、前記表面パネル部（１３）の裏面に、前記各操作ボタン（１４～１８）に対応して夫々設けられたマット状の小片部（２５）と、前記複数の小片部（２５）に跨って設けられそれら小片部（２５）に振動を伝達する振動プレート（２９）と、前記操作ボタン（１４～１８）がタッチ操作された際に前記振動プレート（２９）を振動させる振動発生装置（３１）とを備えている。

Description

操作装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１７年６月１５日に出願された日本出願番号２０１７－１１７６７８号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、例えば自動車等の車両に搭載される操作装置に関する。

　例えば、自動車などの車両に搭載されるタッチパネル式の操作装置として、パネルの表面にマーク等が表示された複数の操作部が設けられたものがある。この操作装置では、いずれかの操作部がユーザの手指でタッチ操作されたことを、静電容量式のタッチセンサで検出し、操作信号を出力する。このようなタッチパネル式の操作装置にあっては、近年、タッチ操作時に、押ボタンを押したような操作感をユーザに付与するために、いわゆる触覚フィードバックの機能を設けたものが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

　この触覚フィードバック機能は、パネルの裏面に、例えば圧電素子を用いたアクチュエータを備え、そのアクチュエータによりパネルに振動を与える構成となっている。この場合、この種のタッチパネル式の操作装置では、１枚のパネルに複数の操作部が並んで設けられることが一般的である。そして、個々の操作部に対して、圧電アクチュエータを設けて個別に振動を付与する構成とする構成や、或いは、１個の圧電アクチュエータで１枚のパネル全体に振動を付与する構成が採用されている。

特開２０１６－９５５５０号公報

　しかしながら、上記触覚フィードバック機能において、個々の操作部に対してその数だけ圧電アクチュエータを設ける構成では、圧電アクチュエータの数が多くなって、全体が大型になると共に、複雑で高価な構造になってしまう。一方、１個の圧電アクチュエータでパネル全体を振動させるものでは、パネルの各操作部における振動付与の力が弱くなってしまい、十分な操作感を付与することができなくなってしまう。

　本開示は、触覚フィードバックの機能を備えるタッチパネル式の操作装置にあって、比較的簡単な構成で済ませながら、各操作ボタン部分に十分な操作感を付与することが可能な操作装置を提供することを目的とする。

　本開示の第一の態様において、操作装置は、複数個の操作ボタンが仮想的に設けられた表面パネル部と、前記各操作ボタンのタッチ操作を検出する静電容量検出部と、前記表面パネル部の裏面に、前記各操作ボタンに対応して夫々設けられたマット状の小片部と、前記複数の小片部に跨って設けられそれら小片部に振動を伝達する振動プレートと、前記操作ボタンがタッチ操作された際に前記振動プレートを振動させる振動発生装置とを備えている。

　これによれば、振動発生装置によって振動プレートに振動が発生され、その振動プレートの振動が複数の小片部に伝達され、各小片部が振動されるようになる。これら小片部に付与された振動によって、操作ボタンをタッチ操作したユーザの指に操作感が与えられる。この場合、パネル全体でなく、複数個のマット状の小片部を振動させるものであるから、振動発生装置により発生した振動を、各小片部に対し十分に大きな力で伝達させることが可能となる。

　また、各操作ボタン毎に振動発生装置を設ける場合と異なり、複数の操作ボタンに関して共用させる形態で振動発生装置を設ければ良いので、振動発生装置の数が少なく済み、大型化、構成の複雑化を抑えることができる。従って、触覚フィードバックの機能を備えるタッチパネル式の操作装置にあって、比較的簡単な構成で済ませながら、各操作ボタン部分に十分な操作感を付与することが可能となるという優れた効果を得ることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１の実施形態を示すもので、車室内からインストルメントパネル部分を見た斜視図であり、 図２は、操作装置の正面図であり、 図３は、操作装置の電気的構成を示すブロック図であり、 図４は、操作装置の横断上面図であり、 図５は、表面パネル部およびパネル材の分解図であり、 図６は、操作装置の縦断右側面図であり、 図７は、第２の実施形態を示すもので、振動付与機構部分の概略的正面図であり、 図８は、振動付与機構部分の縦断側面図である。

　（１）第１の実施形態
　以下、自動車のエアコン操作用の操作パネルに適用した第１の実施形態について、図１から図６を参照しながら説明する。尚、以下の説明で前後左右といった方向をいう必要がある場合には、車室内の運転席からユーザ（運転者）が前方に向かって見た方向を基準とする。つまり、図１は、自動車の車室１内から前部のインストルメントパネル２部分を見た様子を示し、右側が運転席側、左側が助手席側となる。

　図１に示すように、前記インストルメントパネル２は、車室１内の前部に左右に延びて設けられ、その上部にはフロントガラス３が設けられている。インストルメントパネル２には、右側（運転席）の前部に位置して、ステアリングホイール４が設けられている。そして、インストルメントパネル２の中央部には、メータ部５やセンターディスプレイ部６等が設けられていると共に、本実施形態に係る操作装置１１（エアコンパネル）が設けられている。運転席と助手席との間のセンターコンソール部分には、シフトレバー７が設けられている。

　尚、詳しく図示はしないが、自動車には周知構成のエアコンが組込まれており、そのエアコンは、図３に示すように、コンピュータを含んで構成されるエアコン制御装置８により運転制御される。本実施形態に係る操作装置１１（エアコンパネル）は、ユーザ（運転者）がエアコンに対する入力指示を行うためのものである。操作装置１１の操作に応じたエアコン操作信号が、前記エアコン制御装置８に入力される。

　ここで、前記操作装置１１の構成について、図２～図６も参照して詳述する。操作装置１１は、全体として、前後方向に薄型の横長矩形状をなすケース状の取付ベース１２に、各機構を組込んでユニットとして構成される。取付ベース１２の前面（表面）は開口しており、この開口部に横長矩形状の表面パネル部１３が配設されている。図２に示すように、この表面パネル部１３には、ユーザが指でタッチ操作する複数個例えば５個の操作ボタン１４～１８が横一列に並んで仮想的に設けられている。

　具体的には、左から順に、「エコ運転」の操作ボタン１４、「風量切替え」の操作ボタン１５、「吹き出しモード切替え」の操作ボタン１６、「内外気切替え」の操作ボタン１７、「エアコンオン・オフ」の操作ボタン１８が設けられている。この場合、図２に破線で示すような、やや縦長の楕円形の領域が、各操作ボタン１４～１８のタッチ操作の領域とされる。図２にのみ図示するように、表面パネル部１３には、それら各操作ボタン１４～１８の楕円形の領域の中央部に位置して、夫々操作ボタン１４～１８の機能（種類）を示すマーク或いは文字が設けられている。

　前記表面パネル部１３は、図４～図６に示すように、表面（前面）に配置される加飾フィルム１９と、その加飾フィルム１９の裏面側に重ねられる静電フィルム２０とを接着して構成される。操作装置１１は、表面パネル部１３の裏面側つまり取付ベース１２内に、表面側から順に、１枚のパネル材２１、触覚フィードバックの機能を実現するための振動付与機構２２、回路基板２３を備えている。

　詳しく図示はしないが、前記加飾フィルム１９は、横長矩形状の透明フィルムの表面に、ほぼ全面に渡って遮光部が形成されていると共に、前記各操作ボタン１４～１８を示すマークや文字（図示省略）が、透明に抜いた状態で形成されている。また、図５に一部示すように、前記静電フィルム２０は、透明なベースフィルム２０ａの表面に、前記各操作ボタン１４～１８に対応した静電容量検出部２４及び図示しない配線等を有する。これと共に、静電フィルム２０は、ベースフィルム２０ａの表面を透明なカバーフィルムで覆った構成を備えている。

　周知のように、各静電容量検出部２４は、表面パネル部１３の表面の各操作ボタン１４～１８がユーザの指でタッチ操作（近接操作）されたことを静電容量の変化により検知する。各静電容量検出部２４は、ベースフィルム２０ａのこの場合５箇所に位置して、半透明の導電性ポリマーを例えば四角形に印刷塗布して形成されている。図示はしないが、静電フィルム２０の端部には、電気的接続を行うための接続部が設けられ、この接続部が前記回路基板２３に接続される。

　前記パネル材２１は、透明なアクリル樹脂等のリジッドなプラスチック板からなり、横長な矩形状に構成され、表面パネル部１３（静電フィルム２０）の裏面に接着される。そして、本実施形態では、図５に示すように、パネル材２１には、触覚フィードバックの機能を実現するための、この場合５個のマット状の小片部２５が一体に形成される。これら小片部２５は、前記各操作ボタン１４～１８に対応してやや縦長な楕円形状に設けられている。このとき、各小片部２５は、各操作ボタン１４～１８に対応した楕円形領域の外縁部に沿って、一部にパネル材２１との接続を確保するための連結部２５ａを残した状態で切込み溝２６を形成することにより設けられている。

　この場合、連結部２５ａは、小片部２５の下端部に位置して配置されている。これにて、各小片部２５は、パネル材２１に対し、連結部２５ａ部分を支点として、振動が可能に設けられている。また、図６に示すように、各小片部２５の裏面側には、前記連結部２５ａとは離間した反対側である上端部に位置して、振動付与機構２２（後述する振動プレート）に接続される突起部２５ｂが裏面側に向けて凸となるように一体に形成されている。尚、パネル材２１の外縁部は、前記取付ベース１２に対し固定的に設けられる。振動付与機構２２については後述する。

　前記回路基板２３は、図４に示すように、前記取付ベース１２内の背壁面部に沿うように配置されている。回路基板２３の表面即ち前面には、図６に示すように、前記各操作ボタン１４～１８に対応して、それらを表示するための光源となるＬＥＤ２７（１個のみ図示）が実装されている。また、詳しく図示はしないが、回路基板２３には、前記ＬＥＤ２７に対する通電回路、前記静電容量検出部２４の信号処理回路、後述する振動付与機構２２に通電するための駆動回路等を含んだ操作制御部２８（図３参照）が設けられている。

　さて、本実施形態における前記振動付与機構２２の構成について、以下述べる。即ち、図４～図６に示すように、振動付与機構２２は、前記パネル材２１（小片部２５）の裏面側に配置される振動プレート２９、この振動プレート２９を支持するブラケット３０、振動発生装置としての圧電アクチュエータ３１を備えている。前記振動プレート２９は、金属製の板ばね材からなり、前記５個の小片部２５全体に跨るように、図で左右方向に細長く構成されている。この振動プレート２９には、前記各小片部２５の突起部２５ｂの先端が接着により接続され、それら小片部２５に振動を伝達するように構成されている。

　前記振動プレート２９の両端部は、段付き形状（稲妻型）に折曲げられ、夫々ブラケット３０を介して取付ベース１２（パネル材２１）にねじ止めにより固定されている。そして、前記圧電アクチュエータ３１は、左右方向に細長く構成され、図６にも示すように、振動プレート２９の裏面側に添設されている。この圧電アクチュエータ３１は、圧電素子を用いた周知構成を備えており、通電により振動を発生し、振動プレート２９を前後に振動させるように構成されている。このとき、圧電アクチュエータ３１は、前記操作制御部２８により通電制御がなされる。

　図３に示すように、前記操作制御部２８は、コンピュータ（ＣＰＵ）を含んで構成され、前記静電容量検出部２４の検出信号に基づいて、各操作ボタン１４～１８のタッチ操作を監視する。そして、操作制御部２８は、前記各操作ボタン１４～１８のタッチ操作を認識したときに、前記圧電アクチュエータ３１を短時間駆動して、表面パネル部１３の各操作ボタン１４～１８部分を振動させる。これにて、ユーザの指に操作感を付与する触覚フィードバックの機能が実現される。また、操作制御部２８は、前記各操作ボタン１４～１８のタッチ操作に応じて、各ＬＥＤ２７の点灯、消灯を制御する。これと共に、操作制御部２８は、各操作ボタン１４～１８のタッチ操作に応じたエアコン操作信号を、前記エアコン制御装置８に出力する。

　次に、上記のように構成された操作装置１１の作用・効果について述べる。操作装置１１は、表面部に５つの操作ボタン１４～１８を並んで備えており、ユーザは、いずれかの操作ボタン１４～１８をタッチ操作することにより、エアコンに関する設定等の入力指示を行うことができる。この場合、操作ボタン１４～１８がタッチ操作されたことが、静電容量検出部２４における静電容量の変化として検出され、操作制御部２８は、タッチ検出に基づいて、エアコン操作信号を、エアコン制御装置８に出力する。

　ここで、いずれかの操作ボタン１４～１８に対するタッチ操作がなされると、操作制御部２８により、圧電アクチュエータ３１が通電（駆動）される。すると、圧電アクチュエータ３１により発生された振動は、振動プレート２９に伝達され、振動プレート２９に接続されている５つの各小片部２５に伝達され、各小片部２５が振動する。このように、振動付与機構２２によって各小片部２５に振動が付与され、その振動によって、操作ボタン１４～１８をタッチ操作したユーザの指に操作感が与えられる。

　このとき、本実施形態の振動付与機構２２の構成では、パネル材２１（表面パネル部１３）全体ではなく、複数個（５個）のマット状の小片部２５を振動させる。そのため、圧電アクチュエータ３１により発生した振動を、各小片部２５に対し十分に大きな力で伝達させることが可能となる。そして、各操作ボタン１４～１８毎に振動発生装置を設ける場合と異なり、複数の操作ボタン１４～１８に関して共用させる形態で１つの圧電アクチュエータ３１を設ければ良い。従って、振動発生装置（圧電アクチュエータ３１）の数が少なく済み、振動付与機構２２の大型化や構成の複雑化を抑えることができる。

　本実施形態では、触覚フィードバックの機能を備えるタッチパネル式の操作装置１１にあって、各操作ボタン１４～１８に対応した小片部２５と、複数の小片部２５に跨って設けられそれら小片部２５に振動を伝達する振動プレート２９と、振動プレート２９を振動させる圧電アクチュエータ３１とを備える。この結果、本実施形態によれば、比較的簡単な構成で済ませながら、各操作ボタン１４～１８部分に十分な操作感を付与することが可能となるという優れた効果を得ることができる。

　また、特に本実施形態では、表面パネル部１３の裏面に配置される１枚のパネル材２１に対し、複数の小片部２５を、前記各操作ボタン１４～１８に対応した領域の外縁部に沿って、一部に連結部２５ａを残した状態で切込み溝２６を形成することにより設ける構成とした。これにより、１枚のパネル材２１に複数の小片部２５が設けられるので、個々の小片部を別々に形成する場合と比べて、構成の簡単化を図ることができる。各小片部２５は、連結部２５ａでパネル材２１とつながっているので、個々の小片部２５がバラバラになることもなく、取扱いが容易で、組立ての作業等も簡単となる。

　この場合、各連結部２５ａを、各小片部２５の下端側に形成すると共に、各小片部２５の上端側に振動プレート２９が接続される突起部２５ｂを設けた。そして、複数の小片部２５に対し、連結部２５ａとは離間した位置で、振動プレート２９から振動が伝達される構成とした。これにより、パネル材２１に一部で連結されている連結部２５ａが存在していても、小片部２５に効果的に振動を伝達することができる。更に、本実施形態では、振動発生装置として、圧電素子を用いた圧電アクチュエータ３１を採用したので、コンパクトで比較的安価に済ませることができるといった利点も得ることができる。

　（２）第２の実施形態、その他の実施形態
　図７及び図８は、第２の実施形態を示すものである。この第２の実施形態に係る操作装置が、上記第１の実施形態の操作装置１１と異なる点は、以下の構成にある。即ち、詳しく図示はしないが、この第２の実施形態では、操作装置は、やはり、取付ベースの前面に、表面パネル部を有し、表面パネル部の裏面側（取付ベース内）に、振動付与機構４１や回路基板などを備えて構成されている。そして、図示しない表面パネル部の表面には、やや縦長の楕円形状の操作ボタンが、上下に２段、左右方向に３列の、合計６個が仮想的に設けられている。

　表面パネル部の裏面には、６個の操作ボタンに対応して６個の楕円形マット状の小片部４２が設けられている。前記振動付与機構４１は、６個の小片部４２に跨って設けられる金属製の板ばね材からなる振動プレート４３と、この振動プレート４３を振動させる振動発生装置としての圧電アクチュエータ４４とを備えている。そのうち振動プレート４３は、図７に示すように、横長な矩形板状をなし、その上辺部が、上段に位置する３個の小片部４２の各下端部に接続され、下辺部が、下段に位置する３個の小片部４２の各上端部に接続され、振動を伝達する。前記圧電アクチュエータ４４は、左右方向に細長い形状をなし、振動プレート４３の裏面側に添設され、通電により振動を発生して振動プレート４３を前後に振動させるように構成されている。

　そして、本実施形態では、振動プレート４３は、取付ベースに取付られた支持部材４５、４５により支持されている。支持部材４５、４５は、上下方向に延びる棒状をなし、取付ベース内の左右に位置して、その上下両端部が取付ベースに固定的に取付けられている。振動プレート４３は、支持部材４５、４５と共にＨ字型状をなすように、その左右両端部の裏面側が、支持部材４５、４５の上下方向中間部つまり取付ベースから浮上っている部分に接続されている。これにより、振動プレート４３の両端部は、取付ベースに対し弾性的に支持されている。

　この第２の実施形態においても、６個のうちいずれかの操作ボタンがタッチ操作された際には、圧電アクチュエータ４４により発生した振動が、振動プレート４３に伝達され、更に６個の各小片部４２に伝達されて振動する。各小片部４２に振動が付与されることよって、操作ボタンをタッチ操作したユーザの指に操作感が与えられる。この場合も、圧電アクチュエータ４４により発生した振動を、各小片部４２に対し十分に大きな力で伝達させることが可能となる。これと共に、６個の操作ボタンに関して共用させる形態で１つの圧電アクチュエータ４４を設ければ良い。

　従って、この第２の実施形態によれば、触覚フィードバックの機能を備えるタッチパネル式の操作装置にあって、やはり、比較的簡単な構成で済ませながら、各操作ボタン部分に十分な操作感を付与することが可能となるという優れた効果を得ることができる。振動発生装置として、圧電素子を用いた圧電アクチュエータ４４を採用したので、コンパクトで比較的安価に済ませることができるといった利点も得ることができる。

　そして、本実施形態では、振動プレート４３の両端部が、取付ベースに対し弾性的に支持されている構成とされている。ここで、仮に、振動プレート４３の両端部が、構造体（取付ベース）に強固に固定されている場合には、振動の波の減衰が起こり、振動プレート４３の中央部に比べて両端側での振動がどうしても弱くなる不具合を招く。ところが本実施形態では、振動プレート４３の両端部を弾性的に支持する構成とした。これにより、振動の波の減衰を抑えることができ、振動プレート４３の端部側においても比較的強い振動を得ることが可能となり、操作スイッチ全体に関して均質な操作感を得ることができる。

　尚、上記第２の実施形態では、振動プレート４３の両端部を、支持部材４５、４５の中間部に取付けるように構成したが、それらの間にばねを介在させるように構成することも可能である。これにより、振動の波の減衰をより一層抑制することができる。また、上記各実施形態では、１個の圧電アクチュエータを設ける構成としたが、操作ボタンの数がより多い場合などには、複数組の振動発生装置を設けて、夫々が複数個の操作ボタンに対応した小片部を振動させるように構成しても良い。更には、振動発生装置としては、圧電素子を用いた圧電アクチュエータに限らず、モータを用いたアクチュエータ等であっても良い。表面パネル部の構成などについても、種々の変更が可能である。

　その他、上記実施形態では、エアコンといった車載装置の操作パネルに適用したが、様々な用途、種類の操作装置に適用することが可能である。操作ボタンの種類や配置、個数などについても様々な変更が可能であることは勿論である。本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (5)

1. 　複数個の操作ボタン（１４～１８）が仮想的に設けられた表面パネル部（１３）と、
   　前記各操作ボタン（１４～１８）のタッチ操作を検出する静電容量検出部（２４）と、
   　前記表面パネル部（１３）の裏面に、前記各操作ボタン（１４～１８）に対応して夫々設けられたマット状の小片部（２５）と、
   　前記複数の小片部（２５）に跨って設けられそれら小片部（２５）に振動を伝達する振動プレート（２９）と、
   　前記操作ボタン（１４～１８）がタッチ操作された際に前記振動プレート（２９）を振動させる振動発生装置（３１）とを備えてなる操作装置。
2. 　前記複数の小片部（２５）は、前記表面パネル部（１３）の裏面に配置される１枚のパネル材（２１）に対し、前記各操作ボタン（１４～１８）に対応した領域の外縁部に沿って、一部に連結部（２５ａ）を残した状態で切込み溝（２６）を形成することにより設けられている請求項１に記載の操作装置。
3. 　前記複数の小片部（２５）は、前記連結部（２５ａ）とは離間した位置で、前記振動プレート（２９）からの振動が伝達される請求項２に記載の操作装置。
4. 　前記振動プレート（２９）の両端部は、取付ベース（１２）に対し弾性的に支持されている請求項１から３のいずれか一項に記載の操作装置。
5. 　前記振動発生装置（３１）は、圧電素子を用いて構成される請求項１から４のいずれか一項に記載の操作装置。

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