JP5236832B1 - 操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作機能及び触覚呈示機能の両立を実現可能とした操作装置を提供する。
【解決手段】操作装置１は、プッシュ操作可能なプッシュ操作機構３０と、プッシュ操作機構３０を介して触覚刺激操作感触を呈示する触覚呈示手段４０とを備えている。触覚呈示手段４０は、プッシュ操作機構３０に駆動を伝達する伝達位置とプッシュ操作機構３０に駆動を伝達しない非伝達位置とに移動可能な駆動伝達機構４１を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作装置に係り、特に、操作者に触覚刺激操作感触を呈示する機能を有する操作装置に関する。

操作者に情報を伝達する従来の情報呈示装置の一例としては、例えば操作者の指の傾きを利用して方向を呈示する方向呈示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１記載の従来の方向呈示装置は、独立して上下動可能な複数の可動パネルの上面に指載置板を配置しており、その指載置板をカーナビゲーション装置が表示する画面上の進路方向に対応して傾斜させるように構成されている。この可動パネルを駆動するための可動部の一例としては、可動パネルの下方に突出して形成されたラックと、ステッピングモータの出力軸に固定されたピニオンとが用いられている。

特開２０１０−２０４７４１号公報

ところで、この種の情報呈示装置においては、タッチパネルを入力操作した際に、クリック感が得られる入力装置と同様の操作感が得られる構造を用いたい場合もある。しかしながら、上記特許文献１記載の従来の方向呈示装置は、可動パネルのラックにステッピングモータのピニオンを常に噛み合わせて連結したままの状態で配置される。そのため、この可動パネルのラックとステッピングモータのピニオンとの噛み合いが、可動パネルによる入力操作の抵抗力となり、可動パネルの操作感を損ねるという問題点を有している。

従って、本発明の目的は、操作機能及び触覚呈示機能の両立を実現可能とした操作装置を提供することにある。

［１］本発明は、プッシュ操作可能なプッシュ操作機構と、前記プッシュ操作機構を介して触覚刺激操作感触を呈示する触覚呈示手段とを備えており、前記プッシュ操作機構は、プッシュ操作に連動して回転するリンク部材を有し、前記触覚呈示手段は、正逆回転可能なモータの駆動により回転する回転カム部材を有し、前記回転カム部材は、前記プッシュ操作機構に前記リンク部材を介して連結することで、前記プッシュ操作機構に前記モータの駆動を伝達して振動を付与することを特徴とする操作装置にある。

［２］上記［１］記載の発明にあって、前記回転カム部材は、振動刺激操作感を必要とするとき、前記リンク部材に対して前記モータの駆動を伝達する伝達状態となる位置に回転し、振動刺激操作感を必要としないとき、前記リンク部材に対して前記モータの駆動を伝達しない非伝達状態となり、前記リンク部材から退避する位置に停止することを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記リンク部材は、回転する基部の外周面に突出して形成されたアーム部を有し、前記アーム部は、前記回転カム部材の回転に伴い当該回転カム部材のカム面に接触するカムフォロア面を備えたことを特徴とする。

［４］上記［１］〜［３］のいずれかに記載の発明にあって、タッチパネル装置を保持するベースをプッシュ操作可能に備えており、前記リンク部材は、前記ベースに設けられた連結部材に連結される連結ピンを備えており、前記連結部材と前記連結ピンとにより前記タッチパネル装置に前記モータの駆動を伝達することを特徴とする。

［５］上記［１］〜［４］のいずれかに記載の発明にあって、前記モータの回転を停止させて前記回転カム部材の停止位置を規定するストッパを備えたことを特徴とする。

［６］上記［５］記載の発明にあって、前記ストッパは、前記リンク部材により構成されており、前記回転カム部材は、前記リンク部材のアーム部に当接して前記モータの回転を停止させるストッパ面を有することを特徴とする。

本発明によれば、操作感とハプティック感とを兼ね備えた操作装置が効果的に得られる。

本発明の実施の形態に係る典型的な触覚呈示装置を備えた操作装置を概略的に示す分解斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、プッシュ操作時における触覚呈示装置の動作を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、触覚呈示装置の構成部品の動作を示す図２に対応した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、振動フィードバック時における触覚呈示装置の動作を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、触覚呈示装置の構成部品の動作を示す図４に対応した図である。 （ａ）及び（ｂ）は、触覚呈示装置の変形例を説明するための図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

（操作装置の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、この実施の形態における典型的な触覚呈示装置を備えた操作装置の構成部品を概略的に例示している。この操作装置１は、特に限定されるものではないが、例えば空調装置、オーディオ装置やナビゲーション装置等の車載機器の作動を制御するための操作信号を出力する車両用のタッチパネルに好適に用いられる。

図示例による操作装置１は、例えば車室内の図示しないセンターコンソールなどの運転席周辺部に配置されており、同じく図示を省略したディスプレイに配線を介して接続される。

この操作装置１は、操作者の手指でタッチパネルをタッチ操作すると、例えばタッチパネルの表面上の位置がタッチセンサにより検出され、この位置に対応した位置検出信号がディスプレイ上の項目ボタンを選択決定する遠隔操作式の入力装置として構成される。

この操作装置１は、図１に示すように、プッシュ操作可能なタッチパネル装置２０と、タッチパネル装置２０が操作入力を受け付けた際に、操作者の手指に対して振動刺激操作感（ハプティック感）を呈示する触覚呈示装置４０とを備えている。

下方に向けて開口したケース状に形成された樹脂製のボディ２には、図１に示すように、タッチパネル装置２０及び触覚呈示装置４０のそれぞれの構成部品が組み込まれる。ボディ２の下方開口を覆う樹脂製のカバー体３を図示しないビスにより締付固定することで、タッチパネル装置２０と触覚呈示装置４０とを一体化した操作装置１が構成される。

このボディ２の一側部には、図１に示すように、第１〜第３の３個の操作ノブ５，５，５が一列に設けられる。隣り合う操作ノブ５の間には、絶縁体である樹脂製のセパレータ４，４が介在されるようになっている。このボディ２の他側部には、第４の操作ノブ６が設けられる。この第１〜第４の操作ノブ５，６のそれぞれは、プッシャ５ａ，６ａを介して制御基板７に搭載されたプッシュスイッチ５ｂ，６ｂをオンオフ操作可能に配置される。

（タッチパネル装置の構成）
このタッチパネル装置２０は、図１に示すように、平面矩形状のベース２１と枠状のフレーム２２との間に矩形状のタッチセンサ基板２３とシート状のタッチパネル２４とを図示しない両面テープを介して接合した状態で組み付けられる。このベース２１及びフレーム２２は、樹脂材料により形成されている。タッチパネル装置２０の外周部分には、矩形枠状のシールド部材２５が覆うように配置される。このシールド部材２５は、制御基板７の接地回路に電気的に接続される。

このベース２１の上面に凹状に形成された凹部の底面には、図１に示すように、クリック部材２６を介してタッチセンサ基板２３が弾性的に保持される。このクリック部材２６は、弾性変形によりタッチパネル２４に対して変位可能な筒状のラバー材からなり、タッチパネル２４側の内径がベース２１側の内径よりも大きく形成されている。

このフレーム２２は、図１に示すように、上面を開口した枠部２２ａからなる。その枠部２２ａは、額縁状の枠板体と、枠板体の内周縁部から収容部側に向けて延びる筒状の壁部とを有している。

このタッチセンサ基板２３とタッチパネル２４とは、図１に示すように、導電材である導電性テープ２７を介して接続される。

このタッチセンサ基板２３は、図１に示すように、例えば静電容量を検出する静電容量タッチセンサであり、フレキシブルフラットケーブル２８を介して制御基板７に搭載された図示しないコネクタに接続される。一方のタッチパネル２４は、シール性を有する両面テープ２９を介してフレーム２２の枠板体の裏面に接合され、フレーム２２の枠部２２ａの開口に操作面を露出させた状態で操作可能に配置される。

このベース２１には更に、図１に示すように、ボディ２に形成された貫通孔に係合する複数の弾性係合片２１ａ，…，２１ａと、ボディ２に形成された案内孔に沿って案内移動する一対の案内片２１ｂ，２１ｂと、タッチパネル２４の往復運動に連動する連結部材である連結片２１ｃとのそれぞれがプッシュ操作機構３０側に向けて延在されている。

（プッシュ操作機構の構成）
このプッシュ操作機構３０は、図１に示すように、ボディ２に回転可能に固定される支持軸３１と、支持軸３１の一端とは一体になって回転するリンク部材３２とを備える。支持軸３１の他端には、プッシュ操作機構３０の位置を検出する位置センサであるディスクエンコーダ３３と、ディスクエンコーダ３３を保持するホルダ３４とが固定される。

このプッシュ操作機構３０は更に、図１に示すように、プッシュ操作時におけるタッチパネル２４の傾き動作を抑制するスタビライザ３５を備える。このスタビライザ３５の両端は、支持軸３１とは交差して、タッチパネル装置２０の一対の案内片２１ｂのそれぞれに取り付けられることで、支持軸３１の軸回りの傾き動作を抑制するようになっている。

このリンク部材３２には、図１に示すように、トーションバネ３６が取り付けられる。このトーションバネ３６は、リンク部材３２を一方向に向けて常に付勢するように構成される。支持軸３１及びトーションバネ３６は、金属材料からなり、リンク部材３２は、樹脂材料により形成されている。

このリンク部材３２は、図２（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、支持軸挿入用孔３２ｂを有するドーナツ状の基部３２ａと、基部３２ａの外周面両側に突出して形成された一対のアーム部３２ｃ，３２ｃとを有する。この基部３２ａの偏心位置には、連結ピン３２ｄが突出している。

このリンク部材３２の連結ピン３２ｄは、図２（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、タッチパネル装置２０のベース２１の連結片２１ｃに形成されたピン係止孔２１ｄ内を往復動（往復微動）可能に連結される。この連結ピン３２ｄと連結片２１ｃとの連結により、リンク部材３２は、タッチパネル装置２０のプッシュ操作に連動してプッシュ操作機構３０の支持軸３１を回転中心として正逆回転する。この連結片２１ｃのピン係止孔２１ｄとは反対側の部位は、触覚呈示装置４０とは干渉しないように切欠して形成されている。

（触覚呈示装置の構成）
この実施の形態に係る操作装置１において主要な基本の構成は、操作感とハプティック感とを兼ね備えた触覚呈示装置４０にある。従って、上記のように構成された操作装置１は、この実施の形態に係る一構成例を示しており、その構成部品の形状や構造などは、図示例に限定されるものではない。

この触覚呈示装置４０は、プッシュ操作機構３０を介して操作者の手指に触覚刺激操作感触を呈示する触覚呈示手段を備える。この触覚呈示手段は、図１に示すように、プッシュ操作機構３０のリンク部材３２と駆動伝達機構４１とにより主に構成される。この駆動伝達機構４１は、回転駆動手段とカム機構とを備える。

この回転駆動手段である正逆回転可能なモータ４２は、図１に示すように、ハウジング４４に保持されており、このハウジング４４が図示しないビスを介してタッチパネル装置２０のボディ２に締付固定される。このモータ４２は、制御基板７に電気的に接続されるコードを有するターミナル４５と、モータ４２に帯電した静電気を制御基板７の接地回路に逃がすグランドクリップ４６とを介して電気的に接続される。

一方のカム機構は、図１に示すように、モータ４２の出力軸に固定された回転カム部材であるカムプレート４３を備えている。

プッシュ操作機構３０と触覚呈示装置４０とが常に連結したままの状態にあるときはプッシュ操作機構３０のリンク部材３２と触覚呈示装置４０のカムプレート４３とがプッシュ操作機構３０のプッシュ操作の抵抗力となり、操作感を損なうことになるので、好ましくない。

図示例にあっては、リンク部材３２とカムプレート４３との連結を解除する構成が設けられている。このカムプレート４３は、図４（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、リンク部材３２に駆動を伝達する伝達位置とリンク部材３２に駆動を伝達しない非伝達位置とに回転可能に構成されている。ハプティック感の発生を必要としないときは、触覚呈示装置４０をプッシュ操作機構３０から退避する位置に停止させている。

このカムプレート４３は、図４（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、モータ４２の往復回転運動をタッチパネル装置２０の往復微動運動に変換する運動変換部材である。カムプレート４３の外面には、第１カム面４３ａ及び第２カム面４３ｂがモータ４２の出力軸を対称に形成されている。図示例では、第１カム面４３ａ及び第２カム面４３ｂのそれぞれは、インボリュート曲線形状に形成されている。

この第１カム面４３ａは、図２（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、リンク部材３２のカムプレート対向側のアーム部３２ｃに当接してモータ４２の回転を停止させるストッパ面となっている。このアーム部３２ｃは、カムプレート４３の停止位置を規定するストッパとして構成される。一方の第２カム面４３ｂは、図４（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、リンク部材３２のカムプレート対向側のアーム部３２ｃからなるカムフォロア面３２ｅに当接しつつ所定の角度をもって回転するように構成されている。

（触覚呈示の動作）
次に、上記のように構成された触覚呈示装置４０について、その動作を説明する。

このプッシュ操作機構３０のリンク部材３２のアーム部３２ｃが駆動伝達機構４１のカムプレート４３の第１カム面４３ａに当接しているときは、プッシュ操作機構３０に駆動を伝達しない非伝達位置にあり、タッチパネル装置２０のプッシュ操作を許容する状態となる。

このタッチパネル装置２０をプッシュ操作すると、リンク部材３２の連結ピン３２ｄは、タッチパネル装置２０における連結片２１ｃのピン係止孔２１ｄを介して押される。これにより、リンク部材３２は、支持軸３１を回転中心として図２（ａ）〜図３（ｂ）に矢印で示す方向に回転する。タッチパネル装置２０は作動ストロークＬ１で移動するが、リンク部材３２はカムプレート４３に対して空振りするため、カムプレート４３は回転しない。

従って、このリンク部材３２のアーム部３２ｃとカムプレート４３の第１カム面４３ａとは連結されていても、アーム部３２ｃ及び第１カム面４３ａのそれぞれが曲面とされているため、アーム部３２ｃが第１カム面４３ａに当接しているかぎり、リンク部材３２を回転させても、プッシュ操作状態が維持される。

一方、このカムプレート４３の第２カム面４３ｂをリンク部材３２のアーム部３２ｃのカムフォロア面３２ｅに当接しつつ所定の角度をもって回転させることで、リンク部材３２は、支持軸３１を回転中心として、図４（ａ）〜図５（ｃ）に矢印で示す方向に回転する。これにより、タッチパネル装置２０の連結片２１ｃは、リンク部材３２の連結ピン３２ｄを介して押されることから、タッチパネル装置２０は作動ストロークＬ２で移動することとなる。

このリンク部材３２のカムフォロア面３２ｅがカムプレート４３の第２カム面４３ｂに当接して乗り上げたときは、プッシュ操作機構３０に駆動を伝達する伝達位置にあり、タッチパネル装置２０に触覚を呈示する触覚呈示状態となる。

従って、カムプレート４３の第２カム面４３ｂの形状に対応する変化パターンで、リンク部材３２の連結ピン３２ｄを介してタッチパネル装置２０の連結片２１ｃを往復微動させることが可能となる。モータ４２の正逆回転力は、触覚呈示装置４０のカムプレート４３がプッシュ操作機構３０のアーム部３２ｃに当接しつつ回転することで、プッシュ操作機構３０のリンク部材３２に伝達される。

このリンク部材３２の正逆回転力により、タッチパネル装置２０の連結片２１ｃが往復微動することで、タッチパネル２４が振動する。このタッチパネル２４の振動により、操作者の手指に対して垂直な方向の触覚情報としてフィードバックが与えられる。

この触覚情報は、タッチパネル装置２０からの操作者の手指による操作を示すタッチ信号に応じて、モータ４２に時計回りの回転、及び反時計回りの回転を繰り返す制御信号を出力し、所定の回転角度、及び所定の繰り返し回数をもって、モータ４２が正逆回転方向に回転駆動されることで得られる。

（実施の形態の効果）
以上のように構成された操作装置１を採用することで、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）触覚フィードバックが必要なときは必要な方向のみにハプティック感を発生することを可能とした構成が効果的に得られる。
（２）プッシュ操作機構３０によるプッシュ操作の抵抗力を軽減することができるようになり、良好な操作感が得られる。
（３）モータ４２のコギングトルクを軽減することが可能となり、コギングトルクに伴う衝撃音や振動などが少ない駆動を実現することが可能となる。
（４）プッシュ操作機構３０のリンク部材３２と駆動伝達機構４１のカムプレート４３との連結を解除する特別な機構を設ける必要がない。そのため、操作装置全体の大型化や複雑化などを回避することが可能となる。
（５）第１カム面４３ａ及び第２カム面４３ｂが対象に形成されており、カムプレート４３の取付方向が特定されないので、組み付け性を向上させることが可能となる。

［変形例］
以上より、本発明における操作装置１の代表的な構成例を実施の形態、及び図示例を挙げて説明したが、次に示すような変形例も可能である。

図６（ａ）及び（ｂ）を参照すると、これらの図には、触覚呈示装置４１の変形例が例示されている。上記各実施の形態では、両側一対の両カム型のカムプレート４３であったものを、この変形例にあっては、片側だけに形成された片カム型のカムプレート４３を備えた点で、上記各実施の形態とは異なっている。なお、図６（ａ）及び（ｂ）において、上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

図６（ａ）及び（ｂ）において、片カム型のカムプレート４３の外面には、第１カム面４３ａを排除して第２カム面４３ｂが形成されている。この第２カム面４３ｂは、リンク部材３２のカムフォロア面３２ｅに当接しつつ所定の角度をもって回転するように構成されている。この第２カム面４３ｂとは反対側の面は、駆動伝達機構４１の停止位置を規定するストッパ８に当接してモータ４２の回転を停止させるストッパ面となっている。

このストッパ８は、上記実施の形態におけるリンク部材３２の代わりに備えられる部材であり、例えばボディ２、制御基板７、モータ４２あるいはハウジング４４などの部材に固定されている。ストッパ８の形状等は、配置位置に応じて適宜設定することができるものである。ストッパ８の材質としては、例えばシリコンゴム等のゴム材などが好適である。

以上のように構成された変形例に係る触覚呈示装置４１によれば、簡単な構成をもって、カムプレート４３が回転するときにリンク部材３２のアーム部３２ｃに対する干渉を効果的に防止することができるようになる。

［他の変形例］
本発明における操作装置１においては、次に示すような他の変形例も可能である。

（１）上記触覚呈示手段は、車載機器に限らず、例えばゲーム機、パーソナルコンピュータや携帯電話機などの各種の端末装置に適用することができることは勿論である。
（２）タッチパネルを備えていない各種のスイッチ装置であっても、操作者の手指に触覚刺激操作感触を呈示することは可能であり、上記触覚呈示手段は、例えばマウス装置、キーボードや操作ノブなどにも適用することができる。
（３）上記触覚呈示手段は、例えば使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…操作装置、２…ボディ、３…カバー体、４…セパレータ、５，６…操作ノブ、５ａ，６ａ…プッシャ、５ｂ，６ｂ…プッシュスイッチ、７…制御基板、８…ストッパ、２０…タッチパネル装置、２１…ベース、２１ａ…弾性係合片、２１ｂ…案内片、２１ｃ…連結片、２１ｄ…ピン係止孔、２２…フレーム、２２ａ…枠部、２３…タッチセンサ基板、２４…タッチパネル、２５…シールド部材、２６…クリック部材、２７…導電性テープ、２８…フレキシブルフラットケーブル、２９…両面テープ、３０…プッシュ操作機構、３１…支持軸、３２…リンク部材、３２ａ…基部、３２ｂ…支持軸挿入用孔、３２ｃ…アーム部、３２ｄ…連結ピン、３２ｅ…カムフォロア面、３３…ディスクエンコーダ、３４…ホルダ、３５…スタビライザ、３６…トーションバネ、４０…触覚呈示装置、４１…駆動伝達機構、４２…モータ、４３…カムプレート、４３ａ…第１カム面、４３ｂ…第２カム面、４４…ハウジング、４５…ターミナル、４６…グランドクリップ

Claims (6)

1. プッシュ操作可能なプッシュ操作機構と、前記プッシュ操作機構を介して触覚刺激操作感触を呈示する触覚呈示手段とを備えており、
   前記プッシュ操作機構は、プッシュ操作に連動して回転するリンク部材を有し、
   前記触覚呈示手段は、正逆回転可能なモータの駆動により回転する回転カム部材を有し、
   前記回転カム部材は、前記プッシュ操作機構に前記リンク部材を介して連結することで、前記プッシュ操作機構に前記モータの駆動を伝達して振動を付与することを特徴とする操作装置。
2. 前記回転カム部材は、振動刺激操作感を必要とするとき、前記リンク部材に対して前記モータの駆動を伝達する伝達状態となる位置に回転し、振動刺激操作感を必要としないとき、前記リンク部材に対して前記モータの駆動を伝達しない非伝達状態となり、前記リンク部材から退避する位置に停止することを特徴とする請求項１記載の操作装置。
3. 前記リンク部材は、回転する基部の外周面に突出して形成されたアーム部を有し、
   前記アーム部は、前記回転カム部材の回転に伴い当該回転カム部材のカム面に接触するカムフォロア面を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の操作装置。
4. タッチパネル装置を保持するベースをプッシュ操作可能に備えており、
   前記リンク部材は、前記ベースに設けられた連結部材に連結される連結ピンを備えており、前記連結部材と前記連結ピンとにより前記タッチパネル装置に前記モータの駆動を伝達することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の操作装置。
5. 前記モータの回転を停止させて前記回転カム部材の停止位置を規定するストッパを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の操作装置。
6. 前記ストッパは、前記リンク部材により構成されており、
   前記回転カム部材は、前記リンク部材のアーム部に当接して前記モータの回転を停止させるストッパ面を有することを特徴とする請求項５記載の操作装置。

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