特開 2024-35787 振動呈示装置および入力装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024035787

(43)【公開日】2024-03-14

(54)【発明の名称】振動呈示装置および入力装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20240307BHJP

   G06F 3/01 20060101ALI20240307BHJP

   B06B 1/04 20060101ALI20240307BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 480

G06F3/01 560

B06B1/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077728

(22)【出願日】2023-05-10

(31)【優先権主張番号】P 2022139601

(32)【優先日】2022-09-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000220125

【氏名又は名称】東京パーツ工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】澤口 貴見

【テーマコード（参考）】

5D107

5E555

【Ｆターム（参考）】

5D107AA16

5D107CC09

5D107DD12

5E555AA08

5E555BA02

5E555BB02

5E555BC30

5E555CA13

5E555CB12

5E555DA24

5E555FA00

(57)【要約】

【課題】異音の発生や過振動による破損を防止することが可能な振動呈示装置および入力装置を提供する。
【解決手段】入力装置１は、振動呈示装置２を有する。振動呈示装置２は、ベース１０とベース１０と対向するキャリア２０との間に、振動源であるアクチュエータ５０と、主振動規制部材（板バネ３０等）と、副振動規制部材６０と、を有する。副振動規制部材６０に弾性支持部６２を設けてキャリア２０に常時押圧力Ｆを加えることで、不要振動や異音の発生を防止することができる。また、副振動規制部材６０に、過振動規制部を設けることで、過振動による破損を防止することができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作者に対して振動を呈示する振動呈示装置であって、
前記振動呈示装置は、
ベースと、
少なくとも一部が前記ベースと対向するように設けられるキャリアと、
前記キャリアを前記ベースに対して振動可能かつ脱着不可能に固定する主振動規制部材と、
副振動規制部材と、
前記キャリアを振動させる振動源と、を有し、
前記副振動規制部材は、
取付部と、
弾性支持部と、
過振動規制部と、を一体に備え、
前記副振動規制部材は、前記取付部で前記ベースもしくは前記キャリアの一方に取付けられ、
前記弾性支持部は、前記ベースもしくは前記キャリアの他方に弾性的に係合しており、
前記過振動規制部は、前記ベースもしくは前記キャリアの前記他方と非接触である、
ことを特徴とする振動呈示装置。

【請求項2】

前記弾性支持部は、
前記取付部の前記他方側に前記取付部と一体に設けられたバネであり、
前記他方における前記一方との対向面に対し、押圧力を加える、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動呈示装置。

【請求項3】

前記弾性支持部は、前記他方と摺接している、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動呈示装置。

【請求項4】

前記バネは、前記他方における前記一方との対向面と摺接している、
ことを特徴とする請求項２に記載の振動呈示装置。

【請求項5】

前記過振動規制部は、
上下方向（Ｚ方向）の過振動を防止する上下方向過振動規制部と、
左右方向（Ｘ方向）の過振動を防止する左右方向過振動規制部と、を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動呈示装置。

【請求項6】

前記過振動規制部および前記他方のいずれとも異なる他の部材が、前記過振動規制部と前記他方との間に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動呈示装置。

【請求項7】

前記主振動規制部材は、振動容易方向を一方向のみに限定する板バネである、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動呈示装置。

【請求項8】

前記振動源は、一方向のみに振動するソレノイドである、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動呈示装置。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の振動呈示装置と、
前記キャリアに設けられたスイッチと、を有する、
ことを特徴とする入力装置。

【請求項10】

請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の振動呈示装置と、
前記キャリアに設けられたタッチパネルと、を有する、
ことを特徴とする入力装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、タッチ式入力装置に使用され、操作者に触覚フィードバックを与える振動呈示装置および入力装置に関する。

【背景技術】

【0002】

触覚フィードバックを与える振動呈示装置として、例えば、特許文献１には、タッチセンサ２０３と、操作パネル２０４と、タッチセンサ２０３と操作パネル２０４とを載置するパネル固定金具２０８と、固定部２０５と、パネル固定金具２０８を固定部２０５に支持する支持部材（板バネ２０６）と、操作パネル２０４を振動させるアクチュエータ２０７と、を備えたタッチパネル２０１が記載されている（図６参照）。
このタッチパネル２０１において、支持部材（板バネ２０６）は一軸方向（Ｘ方向）にのみバネ性を有するため、操作パネル２０４の振動方向のバラツキを低減できるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－２０６２７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されているようなタッチパネル２０１を、例えば、車載用途（カーナビ 等）に用いた場合、操作パネル２０４が板バネ２０６のみによって支持されているため、走行に伴って生じる微小な不要振動による振動音（いわゆる、ビビリ音）が発生する可能性がある。また、操作パネルに強い衝撃が加わった場合、板バネ２０６が弾性限度を超えて変形してしまい、操作パネル２０４が静止位置（通常位置）に復帰しなくなる可能性がある。

【0005】

そこで本発明は、従来技術が抱える上記課題を解決し得る振動呈示装置および入力装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下、上記の課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意な組み合わせで採用することができる。また、本発明の態様あるいは技術的特徴は以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載されたもの、あるいはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものである。

【0007】

本発明の実施態様は、
操作者に対して振動を呈示する振動呈示装置であって、
前記振動呈示装置は、
ベースと、
少なくとも一部が前記ベースと対向するように設けられるキャリアと、
前記キャリアを前記ベースに対して振動可能かつ脱着不可能に固定する主振動規制部材と、
副振動規制部材と、
前記キャリアを振動させる振動源と、を有し、
前記副振動規制部材は、
取付部と、
弾性支持部と、
過振動規制部と、を一体に備え、
前記副振動規制部材は、前記取付部で前記ベースもしくは前記キャリアの一方に取付けられ、
前記弾性支持部は、前記ベースもしくは前記キャリアの他方に弾性的に係合しており、
前記過振動規制部は、前記ベースもしくは前記キャリアの前記他方と非接触である、
ことを特徴とするものである。

【0008】

本発明の他の実施態様では、さらなる特徴として、
「前記弾性支持部は、
前記取付部の前記他方側に前記取付部と一体に設けられたバネであり、
前記他方における前記一方との対向面に対し、押圧力を加えること」、
「前記弾性支持部は、前記他方と摺接していること」、
「前記バネは、前記他方における前記一方との対向面と摺接していること」、
「前記過振動規制部は、
上下方向（Ｚ方向）の過振動を防止する上下方向過振動規制部と、
左右方向（Ｘ方向）の過振動を防止する左右方向過振動規制部と、を備えること」、
「前記過振動規制部および前記他方のいずれとも異なる他の部材が、前記過振動規制部と前記他方との間に設けられていること」、
「前記主振動規制部材は、振動容易方向を一方向のみに限定する板バネであること」、
「前記振動源は、一方向のみに振動するソレノイドであること」、
「上記に記載の振動呈示装置と、
前記キャリアに設けられたスイッチと、を有する、入力装置であること」
「上記に記載の振動呈示装置と、
前記キャリアに設けられたタッチパネルと、を有する、入力装置であること」、
を含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、不要振動による異音の発生や過振動による破損を防止することが可能な振動呈示装置および入力装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態例に係る入力装置の斜視図である。

【図2】本発明の実施形態例に係る振動呈示装置の斜視図である。

【図3】本発明の実施形態例に係る振動呈示装置からキャリアを除いた斜視図である。

【図4】本発明の実施形態例に係る振動呈示装置における副振動規制部材の（ａ）斜視図、（ｂ）正面図である。

【図5】本発明の実施形態例に係る振動呈示装置における副振動規制部材の（ａ）正面図、（ｂ）正面図である。

【図6】従来の実施例に係る振動呈示装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本明細書では、図１等において、入力装置の長手方向に対して平行な方向を「左右方向（Ｘ方向）」と呼び、振動呈示装置の短手方向に対して平行な方向を「前後方向（Ｙ方向）」と呼び、振動呈示装置の高さ方向を「上下方向（Ｚ方向）」と呼ぶ。図４（ｂ）において、上方向を単に「上方向」、下方向を単に「下方向」、左方向を単に「左方向」、右方向を単に「右方向」と呼ぶ。
なお、上下左右方向は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向とは必ずしも一致しない。

【0012】

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に説明する。

【0013】

本発明の実施形態例に係る振動呈示装置および入力装置を図１から図５を用いて説明する。なお、図４（ａ）において、説明を容易とするために、キャリア２０の一部を切り欠いている。

【0014】

入力装置１は、振動呈示装置２と、振動呈示装置２に載置されたタッチパネル４０より構成される。

【0015】

振動呈示装置２は、ベース１０と、ベース１０と対向するキャリア２０と、ベース１０とキャリア２０とを振動可能に接続する板バネ３０と、キャリア２０を振動させる振動源であるアクチュエータ５０と、ベース１０上に固定されてキャリア２０と係合する副振動規制部材６０と、を有する。

【0016】

ベース１０は、薄い金属板をプレス加工することによって形成され、左右方向（Ｘ方向）に長く、前後方向（Ｙ方向）に短い略直方体形状となっている。ベース１０の左右方向（Ｘ方向）両端には、上方向に立ち上げられた板バネ固定部１１が設けられており、後述の板バネ３０がねじ止め等の方法によって固定される。また、前後方向（Ｙ方向）の略両端には、上方向に立ち上げられた副振動規制部材固定部１２がそれぞれ２つずつ設けられており、後述の副振動規制部材６０がねじ止め等の方法によって固定される。また、ベース１０の前後方向（Ｙ方向）の略両端には、複数の貫通孔１３が設けられており、車両のダッシュボード内の筐体（不図示）等に、ねじ止め等の方法によって固定される。

【0017】

キャリア２０は、ベース１０と同じく薄い金属板をプレス加工することによって形成され、ベース１０と略同形の外形を有し、ベース１０の上面１０ａと対向するようにベース１０上に設けられている。キャリア２０の左右方向（Ｘ方向）両端には、下方向に立ち下げられた板バネ固定部２１が設けられており、後述の板バネ３０がねじ止め等の方法によって固定される。キャリア２０の略四隅には、貫通孔２２が設けられており、後述のタッチパネル４０等がねじ止め等の方法により、キャリア２０の上面に固定される。なお、本実施形態例では、ベース１０およびキャリア２０は、薄い金属板としているが、これに限られない。ベース１０およびキャリア２０は、樹脂でもよく、剛性を有するものであるならば適用可能である。

【0018】

キャリア２０の四隅には、キャリア２０の下方に舌片部２３が形成されている。舌片部２３は、キャリア２０から下方に伸びる垂下部２３ａと、垂下部２３ａの下端から前後方向（Ｙ方向）外方に延びる水平部２３ｂと、から構成される。舌片部２３は、後述の副振動規制部材６０と協働することで、キャリア２０の過振動を防止する。

【0019】

板バネ３０は薄い樹脂板等からなり、特定の方向に弾性を有する。本実施形態例においては、左右方向（Ｘ方向）が振動容易方向となり、前後方向（Ｙ方向）および上下方向（Ｚ方向）が振動困難方向となる。板バネ３０の上下方向（Ｚ方向）略両端には、係止部３１が設けられている。本実施形態例においては、係止部３１はねじ止め用の孔である。板バネ３０の一端の係止部３１がベース１０の板バネ固定部１１にねじ止め等の方法で固定され、板バネ３０の他端の係止部３１がキャリア２０の板バネ固定部２１にねじ止め等の方法で固定される。それに伴い、ベース１０およびキャリア２０が脱着不可能に連結される。この時、板バネ３０が有する弾性により、キャリア２０がベース１０上において、左右方向（Ｘ方向）にのみ振動可能に保持される。本実施形態例においては、板バネ３０が、本発明における主振動規制部材に相当する。なお、本実施形態例では、主振動規制部材は、板バネ３０としているが、これに限られない。主振動規制部材は、コイルバネやゴム 等、キャリア２０をベース１０に対して振動可能かつ脱着不可能に固定するものであれば、適用可能である。

【0020】

タッチパネル４０は、液晶ディスプレイ４１のような表示装置と、タッチパッドのような入力位置検知の機能を有するタッチセンサと、を組み合わせた入力装置であり、地図情報等の画像情報を液晶ディスプレイに表示すると共に、操作者がタッチする領域を検出することで、操作者の操作意思を検出する。

【0021】

アクチュエータ５０は、略矩形状である樹脂枠５１と、樹脂枠５１の一方の長辺に固定された固定片５２と、樹脂枠５１の他方の長辺に固定された可動片５３と、固定片５２側に装着されたソレノイド５４と、を備える。可動片５３は、剛性のある磁性材料からなり、一部がソレノイド５４の先端と所定の間隔を開けて対向している。また、固定片５２はベース１０の上面１０ａにねじ止め等の方法によって固定され、可動片５３はキャリア２０の下面２０ａにねじ止め等の方法によって固定されている。

【0022】

アクチュエータ５０は、ソレノイド５４に電流がオンおよびオフされると、可動片５３がソレノイド５４に吸引および離されることによって、左右方向（Ｘ方向）に振動する。それに伴い、可動片５３に固定されたキャリア２０上のタッチパネル４０も左右方向（Ｘ方向）に振動し、操作者に対して、操作に対応した触覚を呈示する。なお、アクチュエータは、ソレノイドに限定されず、例えば、偏心分銅を設けたモータや、圧電素子、他の直動アクチュエータ等でもよい。

【0023】

ベース１０の略四隅には、それぞれ副振動規制部材６０が固定されている。副振動規制部材６０は、剛性を有する樹脂等から形成され、取付部６１と、弾性支持部６２と、拡張部６３と、を備える。

【0024】

取付部６１は、副振動規制部材６０をベース１０に固定するための部位である。取付部６１には、取付孔６１ａが設けられており、ベース１０に設けられた副振動規制部材固定部１２にねじ止め等の方法で固定される。

【0025】

取付部６１の左右方向（Ｘ方向）の一端（図４（ａ）では左側端）には、上方に立設した連結部６２ａが設けられている。また、連結部６２ａから、片持ち梁形状のバネ部６２ｂが、取付部６１の上面と対向するように伸びている。バネ部６２ｂの自由端６２ｂａ付近には、突出部６２ｂｂが設けられている。本実施形態例では、連結部６２ａと、自由端６２ｂａを有するバネ部６２ｂと、突出部６２ｂｂが、本発明における弾性支持部６２に相当する。弾性支持部６２は、バネ部６２ｂが片持ち梁形状であることによって、上下方向に強い弾性を有する。

【0026】

バネ部６２ｂ上に設けられた突出部６２ｂｂが、キャリア２０の下面２０ａに当接することにより、キャリア２０に対し上下方向（Ｚ方向）上方に向かう押圧力Ｆを加えている。押圧力Ｆが常時加えられることにより、キャリア２０に生じる不要振動や振動音（ビビリ音）の発生を効果的に防止することができる。また、突出部６２ｂｂは、キャリア２０の下面２０ａに摺接しているため、キャリア２０に押圧力Ｆを加えつつも、キャリア２０の左右方向（Ｘ方向）振動を妨げることが無い。

【0027】

取付部６１の左右方向（Ｘ方向）の他端（図４（ａ）では右側端）には、取付部６１の一部を左右方向（Ｘ方向）に拡張した拡張部６３が設けられている。拡張部６３を設けることによって、取付部６１および拡張部６３に垂直面６３ａおよび水平面６３ｂが形成される。

【0028】

垂直面６３ａは、キャリア２０の舌片部２３の水平部２３ｂの側面と対向している。キャリア２０が左右方向（Ｘ方向）の過振動を生じた場合、舌片部２３の水平部２３ｂが垂直面６３ａと接触することで、キャリア２０がそれ以上の振動変位を生じることを防止する。垂直面６３ａが、本発明における左右方向過振動規制部に相当する。本実施形態例では、一つの副振動規制部材６０では、左右方向（Ｘ方向）のいずれか一方向の過振動しか防止できないが（図４（ａ）では左方向の過振動しか防止できない）、図１－３に示すように、左右方向（Ｘ方向）において逆向きである他の副振動規制部材６０と組合わせることで、左右いずれの方向の過振動も防止することが可能となる。

【0029】

水平面６３ｂは、キャリア２０の舌片部２３の水平部２３ｂの上面と対向している。キャリア２０が上下方向（Ｚ方向）の過振動を生じた場合、舌片部２３の水平部２３ｂが水平面６３ｂと接触することで、キャリア２０がそれ以上の振動変位を生じることを防止する。本実施形態例では、水平面６３ｂでは、上方への過振動しか防止できないが、連結部６２ａの上端６２ａａおよび取付部６１の上面に設けられた凸部６１ｂが、それぞれ、キャリア２０の下面２０ａおよびバネ部６２ｂの下面に接触することで、キャリア２０がそれ以上の下方への振動変位を生じることを防止する。水平面６３ｂと、連結部の上端６２ａａと、凸部６１ｂが、本発明における上下方向過振動規制部に相当する。前述の左右方向過振動規制部と併せて本発明における過振動規制部となる。

【0030】

副振動規制部材６０は、キャリア２０に発生する不要振動や振動音の発生を防止する弾性支持部６２と、キャリア２０の上下方向および左右方向の過振動を防止する過振動規制部と、を一体に有している。したがって、想定される使用環境に応じて、不要振動防止、過振動防止の程度を容易に変更可能である。

【0031】

例えば、舗装された路面上を走行する通常の乗用車に、本実施形態例の振動呈示装置を適用する場合、大きな振動が頻繁に加わることを想定する必要が無いが、振動呈示時には、比較的大きな振動振幅を得られることが望ましい。したがって、弾性支持部の厚みＴｓを比較的薄くし、また、垂直面６３ａと舌片部２３の水平部２３ｂとの間隔Ｄｘを長くとるように設計された副振動規制部材６０を用いるとよい。図示すると図５（ａ）のようになる。

【0032】

また、未舗装の地面上で用いられる工事車両等に本実施形態例の振動呈示装置を適用する場合、比較的大きな振動が常時加わっていることを想定する必要がある。したがって、まずは弾性支持部の厚みＴｓを厚くするとよい。また、垂直面６３ａと舌片部２３の水平部２３ｂとの間隔Ｄｘを狭くすることで、振動呈示時に副振動規制部材６０の垂直面６３ａとキャリア２０の水平部２３ｂをあえて衝突させ、大きな衝撃力を得ることができるようにするとよい。図示すると図５（ｂ）のようになる。

【0033】

前述のように、不要振動防止、過振動防止の程度を適切に選択する場合でも、単に副振動規制部材６０のみを変更すればよく、他の部材に変更を加える必要が無い。したがって、想定される使用環境に応じた仕様変更を容易に実施することができる。

【0034】

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は、上述に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において、上述以外にも種々変形して実施することが可能である。

【0035】

本発明の実施形態例では、副振動規制部材６０をベース１０に取付け、弾性支持部６２をキャリア２０の下面２０ａに摺接する構成としていたが、逆でもよい。すなわち、副振動規制部材６０の取付部６１をキャリア２０の下面２０ａに取付け、弾性支持部６２をベース１０の上面１０ａに摺接させてもよい。

【0036】

本発明の実施形態例では、弾性支持部６２は片持ち梁形状のバネとしていたが、これに限られない。弾性支持部６２は、例えば、コイルばね形状や両持ち梁形状の板バネ等、上下方向（Ｚ方向）の弾性を有するものならなんでもよい。また、弾性支持部６２は、キャリア２０に摺接ではなく、キャリア２０に固定されていてもよい。この場合、キャリア２０の振動振幅に制限がかかることになるが、不要振動に対する防止効果はより高まる。

【0037】

本発明の実施形態例では、過振動規制部（垂直面６３ａ、水平面６３ｂ）と舌片部２３は空間を介して非接触であるが、過振動規制部（垂直面６３ａ、水平面６３ｂ）と舌片部２３の間に他の部材を有していてもよい。例えば、スプリング、ゴム、スポンジ等、弾性を有する部材を設けた場合、過振動規制時の衝撃が緩和される。また、剛性や耐衝撃性のある部材を設けた場合、過振動規制時に生じる過振動規制部および舌片部２３の摩耗を防止することができる。

【0038】

本発明の実施形態例では、タッチパネル４０を用いた入力装置としていたが、これに限られない。キャリア２０上にタッチセンサやプッシュスイッチといった他のスイッチ等を載置し、振動呈示機能を有するスイッチとしてもよい。また、タッチパネルやスイッチ等をベース１０の上面１０ａと平行するように設け、主振動規制部材３０でベース１０に固定し、副振動規制部材６０を係合する構成としてもよい。この場合、タッチパネルやスイッチ等を収容する筐体が本願発明におけるキャリアとして機能する。

【符号の説明】

【0039】

１ 入力装置
２ 振動呈示装置
１０ ベース
１０ａ 上面
１１ 板バネ固定部
１２ 副振動規制部材固定部
１３ 貫通孔
２０ キャリア
２０ａ 下面
２１ 板バネ固定部
２２ 貫通孔
２３ 舌片部
２３ａ 垂下部
２３ｂ 水平部
３０ 板バネ（主振動規制部材）
３１ 係止部
４０ タッチパネル
４１ 液晶ディスプレイ
５０ アクチュエータ
５１ 樹脂枠
５２ 固定片
５３ 可動片
５４ ソレノイド
６０ 副振動規制部材
６１ 取付部
６１ａ 取付孔
６１ｂ 凸部
６２ 弾性支持部
６２ａ 連結部
６２ａａ 連結部の上端
６２ｂ バネ部
６２ｂａ 自由端
６２ｂｂ 突出部
６３ 拡張部
６３ａ 垂直面
６３ｂ 水平面

２０１ タッチパネル
２０３ タッチセンサ
２０４ 操作パネル
２０５ 固定部
２０６ 支持部材
２０７ アクチュエータ
２０８ パネル固定金具

Ｆ 押圧力
Ｔｓ 弾性支持部の厚み
Ｄｘ 間隔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】