JP2017194886A - フィードバック機構を有する操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 共通の弾性部材を使用して、装置本体を押圧方向へ移動可能で且つフィードバック力が作用する方向へ移動させることができるフィードバック機構を有する操作装置を提供する。【解決手段】 装置本体１０が、複数の複数の支持金属板２０によって基台１３に支持されている。支持金属板２０は、第１の取付片２１と第２の取付片２３および中間板部２２を有している。装置本体１０の操作面４ａが指で押された押圧力Ｐが作用すると、中間板部２２がα方向へ変形して装置本体１０を押し込んで検知部材を動作させることができる。フィードバック機構から装置本体１０にフィードバック力Ｆが作用すると、第２の取付片２３がβ方向へ曲げ変形し、装置本体１０が力Ｆに沿って動くことができる。【選択図】図４

Description

本発明は、押圧操作されたときに操作本体に対してフィードバック力を与えるフィードバック機構を有する操作装置に関する。

特許文献１に、フィードバック機構を有する入力装置に関する発明が記載されている。

この入力装置は、支持基台上に板ばねである第１の弾性部材が固定され、第１の弾性部材によって可動基台が水平方向へ移動自在に支持されている。可動部の上にはゴム材料である第２の弾性部材が設置され、第２の弾性部材の上にパネル組立体が設置されている。第２の弾性部材が収縮することで、可動基台上でパネル組立体を垂直方向へ押し込めるようになっている。パネル組立体には、表示部材と静電容量型の第１の検知部材とが搭載されている。

可動基台には、力センサである第２の検知部材が設けられて、可動基台上でパネル組立体が垂直方向へ押されたことを、第２の検知部材で検知できるようになっている。また、可動基台上にゴム材料である第３の弾性部材が設置され、その上に振動発生部材が設置されている。

この入力装置では、パネル組立体が垂直方向に押されると、これが可動基台上に設けられた第２の検知部材で検知され、このときの検知出力に基づいて振動発生部材が動作し、可動基台に水平方向への振動力（フィードバック力）が与えられる。

特開２０１３−１６１３８４号公報

特許文献１に記載された入力装置は、支持基台上に、可動基台とパネル組立体が２段構造で配置され、可動基台を振動力の作用方向へ移動させるための第１の弾性部材（板ばね）と、パネル組立体を押し込み方向へ移動させるための第２の弾性部材（ゴム材料）とが別部材として設けられている。そのため、弾性部材の数が多く必要になり、部品点数が多くなっている。

また、パネル組立体の押圧動作を検知するための第２の検知部材（力センサ）と振動発生部材とが、可動基台とパネル組立体との間に配置されている。このように、支持基台上に、可動基台とパネル組立体とが２段構造で重ねられ、可動基台とパネル組立体との間に、第２の検知部材と振動発生部材とが介在する構造であるため、入力装置の全体構造を薄型化することが難しい。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、弾性部材の数を減らすことができ、また薄型に構成でき、しかも操作面が押されたときに装置本体を押圧方向へ移動させることができ、さらにフィードバック機構によって、装置本体を水平方向へ駆動することが可能なフィードバック機構を有する操作装置を提供することを目的としている。

本発明は、表面が操作面とされた装置本体と、前記操作面が押されたことを検知する検知部材と、前記装置本体に設けられたフィードバック機構と、基台に前記装置本体を固定する複数の支持金属板とが設けられた操作装置において、
それぞれの前記支持金属板は、前記装置本体と前記基台の一方に固定される第１の取付片と、他方に固定される第２の取付片と、前記第１の取付片と前記第２の取付片との間に位置する中間板部とが一体に形成されており、
前記第１の取付片の板面は、前記操作面とほぼ平行に設置され、前記第２の取付片の板面の少なくとも一部は前記操作面とほぼ垂直に設置されており、
前記フィードバック機構によって、前記装置本体に対して、前記第２の取付片の板面と交差する向きのフィードバック力が与えられ、前記操作面が押されたときに、前記中間板部が押圧方向へ弾性変形可能であることを特徴とするものである。

本発明の操作装置は、複数の前記支持金属板が、前記第２の取付片が同じ向きで互いに平行に配置されているものである。

本発明の操作装置は、前記支持金属板が、前記第１の取付片と前記中間板部との境界部および前記中間板部と前記第２の取付片との境界部の、それぞれの境界部で折られており、前記中間板部の板面が、前記第１の取付片の板面と前記第２の取付片の板面の双方に対して傾斜しているものとして構成できる。

あるいは、前記支持金属板は、前記第１の取付片と前記第２の取付片との間が所定の曲率を有する湾曲面を介して連続しており、前記湾曲面が前記中間板部とされているものとして構成できる。

または、前記支持金属板は、前記第１の取付片と前記第２の取付片との境界部で折られて、前記第１の取付片の板面と前記第２の取付片の板面とがほぼ直角に対向しており、前記第１の取付片の途中から前記境界部までが前記中間板部とされ、この中間板部が、前記装置本体または前記基台から浮いているものとして構成できる。

本発明の操作装置における前記支持金属板は、前記第２の取付片を前記操作面と平行な向きに曲げるときの曲げ剛性よりも、前記第２の取付片を前記操作面と垂直な向きに押し込んだときの前記中間板部の曲げ剛性の方が高いことが好ましい。

本発明の入力装置は、基台上で装置本体を支持している複数の支持金属板が設けられ、この支持金属板の弾性変形よって、装置本体を、フィードバック力が作用する方向へ移動させることができるとともに、操作面を押し込む方向へも移動させることができる。よって、従来のように、装置本体をフィードバック力の方向へ移動させる弾性部材と、装置本体を押し込む方向へ移動させる弾性部材を別々に設ける必要がなく、部品点数を少なくできる。さらに、従来のように前方へ複数段に重ねる構造を採用する必要がないため、装置を薄型に構成することが可能である。

本発明の実施の形態のフィードバック機構を有する操作装置が、車両のインストルメントパネルに取付けられた状態を示す外観斜視図、 図１に示すフィードバック機構を有する操作装置をＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図、 支持金属板の斜視図、 （Ａ）は、図３に示す支持金属板が取り付けられている部分を拡大して示す拡大説明図、（Ｂ）は比較例として従来の支持金属板を示す説明図、 図３に示す支持金属板の他の使用例を示す拡大説明図、 他の実施の形態の支持金属板が取り付けられている部分を拡大して示す拡大説明図、 他の実施の形態の支持金属板が取り付けられている部分を拡大して示す拡大説明図、 他の実施の形態の支持金属板が取り付けられている部分を拡大して示す拡大説明図、 他の実施の形態の支持金属板が取り付けられている部分を拡大して示す拡大説明図、

図１と図２に本発明の実施の形態としてフィードバック機構を有する操作装置１が示されている。操作装置１は車載用である。

操作装置１は装置本体１０を有している。装置本体１０は、前方のパネル部２と後方の筐体部３とを有している。パネル部２は前方の表面が化粧面２ａとなっている。図１に示すように、化粧面２ａの中央の広い領域が表示・操作領域４であり、表示・操作領域４を囲む枠状の領域が加飾領域５である。

表示・操作領域４では、表面に透光性の表面パネルが設けられ、その内方に透光性のタッチセンサと、カラー液晶表示パネルなどの表示装置が順に配置されている。表面パネルはガラス板やアクリルなどの合成樹脂板で構成されている。タッチセンサは、透明基板に複数の透明電極が設けられ、表面パネルの表面に人の指が触れたときに電極で検知される静電容量の変化を検出し、これにより指が触れた位置を検知することができる。したがって、パネル部２における表示・操作領域４の表面が、指で押圧する操作面４ａである。

なお、表示装置で生成される表示画面は、タッチセンサと表面パネルを透過して、前方から目視可能となる。

加飾領域５には、パネル部２を構成する合成樹脂材料が現れており、所定の色相を有している。図１に示すように、加飾領域５には、回転式の操作部材６やプッシュ式の操作部材６が設けられている。

筐体部３は、圧延鋼板やアルミニウムなどで形成された金属ケースであり、パネル部２は筐体部３の前方にねじ止めなどで固定されている。前記表示装置や、操作部材６，７で操作される操作型電子部品などは筐体部３の内部に収納されている。

図２に示すように、装置本体１０の内部、すなわち筐体部３の内部にフィードバック機構８が収納されている。フィードバック機構８が動作することによって、装置本体１０にフィードバック力Ｆが与えられる。フィードバック機構８には、磁気吸引力を発揮するソレノイドが設けられ、ソレノイドの磁気駆動部と、磁気駆動部によって進退駆動されるプランジャの一方が、筐体部３に直接に固定され、他方がゴムなどの弾性部材を介して筐体部３に連結されている。このソレノイドにおけるプランジャの磁気吸引力によって、装置本体１０に水平方向のフィードバック力Ｆが作用する。フィードバック力Ｆは、単発に発生される磁気吸引力に基づく衝撃力であり、またはフィードバック力Ｆは所定の周波数の振動力である。

あるいは、フィードバック機構８は、ばね部材でＦ方向に移動自在に支持された錘である磁石と、磁石を力Ｆの発生方向へ往復移動させるコイルとで構成された振動発生機構であってもよい。または、力Ｆの方向と直交する回転軸を有するモータと、回転軸に固定されて質量が偏った錘とが設けられ、回転軸の回転力でＦ方向の振動力が発生するものであってもよい。

各図には、フィードバック機構８によって装置本体１０に与えられるフィードバック力Ｆの向きと、パネル部２の表面である操作面４ａが指で押されるときの押圧力Ｐの向きが矢印で示されている。ここでは、押圧力Ｐが、操作面４ａに垂直に作用するものとする。

操作装置１は、車両のインストルメントパネル１１に設置される。図１と図２に示すように、インストルメントパネル１１に矩形状の開口部１２が形成されており、装置本体１０は、開口部１２の内部に位置し、装置本体１０の周縁部と、開口部１２の内縁部との間には、フィードバック力Ｆの作用方向である水平方向と、これと直交する重力方向である垂直方向にわずかな隙間が形成されている。

図２に示すように、インストルメントパネル１１の開口部１２の内部に基台１３が設けられている。基台１３は車体構造部の一部あるいはインストルメントパネル１１の内部構造部である。基台１３の前方で操作装置１が、複数の支持金属板２０によって支持されている。支持金属板２０は、ある程度の弾性を有する金属板で形成されており、例えば冷間圧延鋼板で形成されている。

図３と図４（Ａ）に示すように、支持金属板２０は、板厚寸法と幅寸法とがほぼ均一な帯状の金属板を折り曲げて形成されている。支持金属板２０は、第１の取付片２１と中間板部２２および第２の取付片２３が連続して形成されている。第１の取付片２１の板面２１ａと、第２の取付片２３の板面２３ａは、設計上は互いに直角である。第１の取付片２１の板面２１ａは、装置本体１０に与えられるフィードバック力Ｆの作用方向に延びており、板面２１ａは操作面４ａと平行である。第２の取付片２３の板面２３ａは、操作面４ａに与えられる押圧力Ｐの作用する方向に延びており、板面２３ａは操作面４ａと垂直である。

第１の取付片２１と中間板部２２は、境界部２４で折られ、中間板部２２と第２の取付片２３は境界部２５で折られている。中間板部２２の板面２２ａは平面であり、板面２２ａは、第１の取付片２１の板面２１ａと第２の取付片２３の板面２３ａの双方に対して傾斜している。

第１の取付片２１には取付け穴２６が形成され、第２の取付片２３には取付け穴２７が形成されている。

図２と図４（Ａ）に示す実施の形態では、支持金属板２０の第１の取付片２１が、装置本体１０の筐体部３の背面３ａに設置され、固定ねじ２８が取付け穴２６に挿通されて、筐体部３に螺着されて固定されている。また、第２の取付片２３が、基台１３において操作面４ａと垂直に形成された支持面１３ａに設置され、取付け穴２７に挿入された固定ねじ２９が支持台１３に螺着されて、第２の取付片２３が固定される。

図２に示すように、第２の取付片２３は、操作面４ａと垂直であり、全ての支持金属板２０の第２の取付片２３の板面２３ａは互いに平行である。また、第２の取付片２３は、板厚方向がフィードバック力Ｆの作用方向（操作面４ａと平行な方向）に向けられている。なお、第２の取付片２３は、一部が平板でその板厚方向がフィードバック力Ｆの作用方向に向けられ、第２の取付片２３の一部がコの字形状などに形成されていてもよい。

図４（Ａ）に示すように、支持金属板２０の中間板部２２は、筐体部３の背面３ａに対して角度θを有して後方へ斜めに延びている。角度θは、３０〜６０度の範囲が好ましく、実施の形態では、θが４５度である。

図２に示すように、基台１３には検知支持部１４が固定されており、検知支持部１４に複数の検知部材１５が取り付けられている。検知部材１５は、力センサあるいは近接センサである。力センサは、装置本体１０から押圧力Ｐを受けたときにその荷重で変形する弾性変形部と、この弾性変形部の変形を検知する歪みゲージとで構成されている。近接センサは、筐体部３の背面に設けられた磁石と、検知支持部１４に設けられて前記磁石との距離の変化を検出する磁気センサとから構成される。

あるいは、装置本体１０のパネル部２に設けられた静電容量型の前記タッチセンサで、指の接触面積を検知し、この接触面積から押圧力Ｐを推測してもよい。この場合には、押圧力の大きさと指の接触面積の大きさとが比例するとは限らず、誤動作が生じる可能性があるので、本実施の形態のように、力センサや近接センサを用いて、装置本体１０の変位を検出した方が確実に押圧操作を検出することができる。

次に、前記操作装置１の動作について説明する。
この操作装置１は、装置本体１０の内部に設けられた表示装置で表示される画像が、パネル部２に設けられたタッチセンサと表面パネルを透過して表示・操作領域４で前方から目視可能になる。操作装置１は、加飾領域５に設けられた操作部材６，７によって操作することができるが、さらに表示・操作領域４の表示画像を見ながら、表示・操作領域４の表面の操作面４ａに指を触れることによっても入力操作を行うことができる。

この入力操作では、表示・操作領域４に表示された操作釦の画像に指を触れると、タッチセンサの座標検知出力によって、指がどの操作釦の画像に触れたかが判別される。その指で、操作面４ａを押し込むと、支持金属板２０の中間板部２２が境界部２４を支点としてα方向（図４（Ａ）参照）へ倒れるように弾性変形し、装置本体１０が押し込み方向へ移動でき、検知部材１５でそのときの押圧力Ｐが検知される。制御部では、タッチセンサの検知出力から、表示・操作領域４に表示された画像のうちのどの操作釦の画像が操作されているのかを識別し、さらに検知部材１５で押圧力が検知されたときに、押された操作釦の表示内容に基づく処理動作を開始する。

検知部材１５が押圧力Ｐを検知すると、制御部からフィードバック機構８に動作指令が出され、装置本体１０に水平方向のフィードバック力Ｆが単発の力としてあるいは振動として与えられる。図４（Ａ）に示すように、支持金属板２０の第２の取付片２３は、板厚方向がフィードバック力Ｆの作用方向に向けられているため、フィードバック力Ｆによって、第２の取付片２３が板厚方向（β方向）へ曲げ変形できる。これにより、操作面４ａがフィードバック力Ｆの付与方向へ動き、あるいは振動して、操作面４ａに指を触れている操作者にフィードバック力Ｆが伝達される。

図４（Ａ）に示すように、支持金属板２０は、フィードバック力Ｆの作用方向に対しては、主に第２の取付片２３が板厚方向であるα方向へ曲げ変形する。一方で、装置本体１０から押圧力Ｐが与えられたときは、中間板部２２が境界部２４を支点としてα方向へ倒れるように変形する。このとき、境界部２４では、第１の取付片２１と中間板部２２との対向角度（ｉ）が広がるように変形し、境界部２５では、中間板部２２と第２の取付片との対向角度（ｉｉ）が狭まるように変形する。したがって、装置本体１０がフィードバック力Ｆに沿う方向へ動くときの支持金属板２０の曲げ剛性（弾性係数）に対して、装置本体１０が押圧力Ｐで押し込まれるときの支持金属板２０の曲げ剛性（弾性係数）の方が十分に高くなる。

よって、装置本体１０の操作面４ａを指で押すときの抵抗力が十分に大きくなり、指に作用する反力で、操作者は指で十分強く押した操作感触を得ることができる。このとき、力センサなどの検知部材１５によって、装置本体１０の押圧力Ｐの作用方向へのわずかな動きを検知できるようにしている。一方で、フィードバック機構８が動作して、装置本体１０に水平方向へのフィードバック力Ｆが作用したときは、装置本体１０がその力の方向へ比較的動きやすくなっており、操作面４ａに触れている指で、フィードバック力を十分に感じることができるようになる。

ただし、支持金属板２０の力Ｆの方向への剛性は十分に高い値に維持することができる。図４（Ｂ）には比較例の支持金属板１２０が示されている。この支持金属板１２０は、第１の取付片１２１と第２の取付片１２３とが境界部１２２で直角に折り曲げられており、中間板部が設けられていない。比較例の支持金属板１２０を実施の形態の支持金属板２０の代わりに使用することを想定したときに、実施の形態の支持金属板２０と比較例の支持金属板１２０とで、フィードバック力Ｆが作用する方向での曲げ剛性（弾性係数）をほぼ同等にすることができる。

すなわち、実施の形態の支持金属板２０は、互いに垂直な第１の取付片２１と第２の取付片２３との間に、中間板部２２を形成し、第１の取付片２１と中間板部２２との対向角度（ｉ）および中間板部２２と第２の取付片２２との対向角度（ｉｉ）を鈍角にすることで、力Ｆの方向の曲げ剛性が、支持金属板１２０と同等となっている。よって、図４（Ａ）に示す支持金属板２０を用いて装置本体１０を支持した構造では、車体振動などに対しては、比較例の支持金属板１２０を使用したのと同等の支持強度を発揮することができる。

図５は、図３に示す支持金属板２０の他の使用例を示している。
この使用例では、支持金属板２０の第１の取付片２１が、基台１３の操作面４ａと平行な表面１３ｂに固定ねじ２８で固定されている。装置本体１０の筐体部３では、背面３ａから後方に向けて固定突起３ｂが突出形成されており、第２の取付片２３が固定突起３ｂの側面に設置されて固定ねじ２９で固定されている。図５に示す使用例では、装置本体１０に押圧力Ｐが与えられたときと、装置本体１０にフィードバック力Ｆが作用したときとで、支持金属板２０が図４（Ａ）に示す使用例と同様に弾性変形し、図４（Ａ）と図５で支持金属板２０のＦ方向とＰ方向への曲げ剛性が同じである。

図６ないし図９は本発明の他の実施の形態における支持金属板の取付け構造を示している。

図６に示す実施の形態では、支持金属板２０Ａの第１の取付片２１と中間板部２２との対向角度（ｉｉｉ）が鋭角となっている。図７に示す実施の形態では、支持金属板２０Ｂの第１の取付片２１と第２の取付片２３との間が所定の曲率を有する湾曲面を介して連続しており、この湾曲面が中間板部２２とされている。

図６と図７に示す実施の形態では、装置本体１０にフィードバック力Ｆが作用したときと押圧力Ｐが作用したときとで、支持金属板２０Ａ，２０Ｂの曲げ剛性が図４（Ａ）に示す実施の形態とほぼ同じである。

図８に示す実施の形態では、図４（Ｂ）に示したのと同じＬ字形状の支持金属板１２０が使用されている。筐体部３の背面３ａに段差部３ｃが形成されている。第１の取付片１２１はその一部が背面３ａに固定されているが、第１の取付片１２１のうちの中間部から境界部１２２までの一部が、段差部３ｃから突出して筐体部３から浮き上がっている。この浮き上がっている部分が、押圧力Ｐが作用したときに弾性変形可能な中間板部１２４になっている。

図９に示す実施の形態では、支持金属板２０Ｃの第１の取付片２１と第２の取付片２３との間のＵ字形状に曲げられた中間板部２２が形成されており、装置本体１０に押圧力Ｐが作用したときに、Ｕ字形状の中間板部２２が弾性変形可能となっている。この実施の形態は、図４（Ａ）に示す実施の形態に比較して、押圧力Ｐの作用方向の曲げ剛性がやや低くなっている。

１ 操作装置
２ パネル部
３ 筐体部
４ 表示・操作領域
４ａ 操作面
５ 加飾領域
８ フィードバック機構
１０ 装置本体
１１ インストルメントパネル
１２ 開口部
１５ 検知部材
２０ 支持金属板
２１ 第１の取付片
２２ 中間板部
２３ 第２の取付片
２４，２５ 境界部
Ｆ フィードバック力
Ｐ 押圧力

Claims (6)

1. 表面が操作面とされた装置本体と、前記操作面が押されたことを検知する検知部材と、前記装置本体に設けられたフィードバック機構と、基台に前記装置本体を固定する複数の支持金属板とが設けられた操作装置において、
   それぞれの前記支持金属板は、前記装置本体と前記基台の一方に固定される第１の取付片と、他方に固定される第２の取付片と、前記第１の取付片と前記第２の取付片との間に位置する中間板部とが一体に形成されており、
   前記第１の取付片の板面は、前記操作面とほぼ平行に設置され、前記第２の取付片の板面の少なくとも一部は前記操作面とほぼ垂直に設置されており、
   前記フィードバック機構によって、前記装置本体に対して、前記第２の取付片の板面と交差する向きのフィードバック力が与えられ、前記操作面が押されたときに、前記中間板部が押圧方向へ弾性変形可能であることを特徴とする操作装置。
2. 複数の前記支持金属板は、前記第２の取付片が同じ向きで互いに平行に配置されている請求項１記載の操作装置。
3. 前記支持金属板は、前記第１の取付片と前記中間板部との境界部および前記中間板部と前記第２の取付片との境界部の、それぞれの境界部で折られており、前記中間板部の板面が、前記第１の取付片の板面と前記第２の取付片の板面の双方に対して傾斜している請求項１または２記載の操作装置。
4. 前記支持金属板は、前記第１の取付片と前記第２の取付片との間が所定の曲率を有する湾曲面を介して連続しており、前記湾曲面が前記中間板部とされている請求項１または２記載の操作装置。
5. 前記支持金属板は、前記第１の取付片と前記第２の取付片との境界部で折られて、前記第１の取付片の板面と前記第２の取付片の板面とがほぼ直角に対向しており、前記第１の取付片の途中から前記境界部までが前記中間板部とされ、この中間板部が、前記装置本体または前記基台から浮いている請求項１または２記載の操作装置。
6. 前記支持金属板は、前記第２の取付片を前記操作面と平行な向きに曲げるときの曲げ剛性よりも、前記第２の取付片を前記操作面と垂直な向きに押し込んだときの前記中間板部の曲げ剛性の方が高い請求項１ないし５のいずれかに記載の操作装置。

Images