JP6241851B2 - フォースフィードバック付き入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォースフィードバック付き入力装置に関し、特に、アクチュエータを用いて振動を与えるフォースフィードバック付き入力装置に関するものである。

昨今、タッチパッドのように操作面に触れることで入力操作が行える入力装置が増えてきている。このような入力装置を操作したとき、操作者はスイッチ装置や可変抵抗器などを操作したときのような操作感触が得られない。そのため、操作されたときに操作面に振動を加えることで擬似的な操作感触が感じられるフォースフィードバック付き入力装置が求められている。このようなフォースフィードバック付き入力装置としては、下記の特許文献１に記載のフォースフィードバック付き入力装置が知られている。

以下、図１７を用いて、特許文献１に記載のフォースフィードバック付き入力装置について説明する。図１７は特許文献１に記載のフォースフィードバック付き入力装置９００の構成を示す模式図である。

特許文献１に記載のフォースフィードバック付き入力装置９００は、図１７に示すように、タッチパッド９１６が１つ以上のバネ９５２上に配されている。また、タッチパッド９１６の下方にはアクチュエータ９５４が配置されており、アクチュエータ９５４はタッチパッド９１６に対して振動を加えることができる。このようにタッチパッド９１６に振動を加えるとともに、タッチパッド９１６を介してフォースフィードバック付き入力装置９００を操作している操作者に対しても振動を与えることで、操作者の操作に対するフィードバックとしている。

特表２００８−５１６３４８号公報

しかしながら、フォースフィードバック付き入力装置９００は、バネ９５２により弾性保持されたタッチパッド９１６の下面に、上下動するアクチュエータ９５４が接触し振動を加える構造となっている。そのため、アクチュエータの駆動が終了したあとも、バネ９５２の振動がすぐには収束せず、操作者には間延びしたキレのない操作感触と受け取られてしまうものであった。

本発明は、上述した課題を解決して、キレのある操作感触のフォースフィードバック付き入力装置を提供するものである。

本発明のフォースフィードバック付き入力装置は、上面に操作体を接触または近接させることで操作を行うことができる操作面を備えた操作部と、操作体による前記操作面に対する操作を検知する検知部と、前記操作部の下方に設けられ、前記操作部を上下方向に駆動する駆動部材と、前記操作部の下方に位置し、前記操作部を上方へ弾性付勢して支持する弾性部材と、前記駆動部材を保持する基台と、を有する入力装置であって、前記駆動部材は、前記操作部に連結したアクチュエータと、前記アクチュエータを上下方向に駆動させるソレノイドと、前記ソレノイドおよび前記アクチュエータを保持するケース部材と、を備えてなり、前記アクチュエータは、前記ケース部材を上下方向に貫通して配置され、前記アクチュエータは、前記ケース部材を上下方向に貫通する柱状部と、前記柱状部の下方側の端部に前記ケース部材の下面に沿うように突出した平板部を有し、弾性を有するとともに前記操作部の下面に接触可能な位置に配置された第１のダンパ部材と、弾性を有するとともに前記ケース部材の下面と前記アクチュエータの平板部との間に配置された第２のダンパ部材と、を有し、前記アクチュエータの駆動に伴い、前記第２のダンパ部材は前記アクチュエータまたは前記ケース部材の少なくともいずれかに接触し、前記アクチュエータの平板部は前記第２のダンパ部材を介して前記ケース部材の下面に接触可能である、ことを特徴とする。

これにより、弾性部材により上方へ弾性支持された操作部は、駆動部材により上下動可能である。操作部を下方へ駆動した場合、駆動方向が上方に切り替わるタイミングで、操作部は第１のダンパ部材に接触し、圧縮する。このとき、第１のダンパ部材は操作部が下方へ移動しようとする慣性力を吸収し、圧縮された弾性部材が元の形状に戻ろうとする復帰力によって操作部を上方へ付勢する。したがって、駆動部材は、操作部の駆動方向を下方から上方へスムーズに切り替えることができる。また、操作部を上方へ駆動した場合、駆動方向が下方に切り替わるタイミングで、アクチュエータまたはケース部材の少なくともいずれかは第２のダンパ部材に接触し、圧縮する。このとき、第２のダンパ部材は操作部が上方へ移動しようとする慣性力を吸収し、引き伸ばされた弾性部材が元の形状に戻ろうとする復帰力によって操作部を下方へ付勢する。したがって、駆動部材は、操作部の駆動方向を上方から下方へスムーズに切り替えることができる。このように操作部の駆動方向がスムーズに切り替わることで、操作部を間延びすることなく駆動させることができる。したがって、キレのある操作感触のフォースフィードバック付き入力装置を提供することができる。また、アクチュエータに平板部を設け、平板部とケース部材との間に第２のダンパ部材を設ける構成とすることで、アクチュエータが駆動し上方へ移動した際に、第２のダンパ部材を介して平板部はケース部材の下面に接触する。そのため、アクチュエータを上方へ移動させる慣性力を第２のダンパ部材で吸収することができ、アクチュエータの駆動方向が下方へ切り替える際にスムーズに反転動作を行うことができる。

また、本発明のフォースフィードバック付き入力装置は、前記第２のダンパ部材は、上下方向に貫通する挿通孔を有し、前記挿通孔に前記柱状部を挿通した状態で、前記平板部と前記ケース部材の下面との間に配置されている、ことを特徴とする。

これにより、第２のダンパ部材を、挿通孔に柱状部を挿通した状態で、平板部とケース部材の下面との間に配置することで、第２のダンパ部材の脱落を容易に防止することができる。

また、本発明のフォースフィードバック付き入力装置は、前記第２のダンパ部材は、円盤状に形成されるとともに中央部に前記挿通孔が形成されたベース部と、前記ベース部の外周端部から連続して上下方向のうち一方側へ延設されたスカート部と、前記ベース部と前記スカート部とに覆われ略ドーム形状に形成された中空部を有し、前記ベース部は、上下方向のうち他方側が前記平板部または前記ケース部材のいずれか一方と接触し、前記スカート部は、前記ベース部から離れる側の端部に、前記平板部または前記ケース部材のいずれか他方に接触可能であるとともに、平面視で環状に形成された第１接触部を有し、前記中空部には、内壁部と外壁部とが前記ベース部から垂設されており、前記内壁部は、平面視で前記挿通孔を取り囲む環状に形成され、前記外壁部は、前記スカート部と前記内壁部との間に、平面視で前記内壁部を取り囲む環状に形成され、前記内壁部および前記外壁部の前記ベース部から離れる側の端部の位置には、前記平板部または前記ケース部材のいずれか他方に接触可能な第２接触部が、前記第１接触部よりも前記ベース部に近い位置に形成され、前記内壁部と前記外壁部とに挟まれた領域の前記ベース部には貫通孔が形成され、前記アクチュエータの駆動に伴い、前記第１接触部が前記平板部または前記ケース部材の他方に接触して押圧され撓むことで、前記第２接触部が前記平板部または前記ケース部材の他方に接触して押圧される、ことを特徴とする。

これにより、第１接触部と第２接触部とを、段階的に第２接触部が平板部またはケース部材の他方に接触させることで、第２のダンパ部材が発生する反発力が段階的に変化させることができる。このように反発力を段階的に変化させることで、効率良く振動を収束させることができる。また、内壁部、外壁部および貫通孔を設けることで、第２接触部が平板部またはケース部材の他方に接触するとエアダンパのような機能を発揮する。したがって、より効率良く振動を収束させることができる。

本発明によれば、キレのある操作感触のフォースフィードバック付き入力装置を提供することができる。

第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の構成を示す分解斜視図である。 第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の外観を示す斜視図である。 第１実施形態における弾性部材４の外観を示す斜視図である。 第１実施形態における第１のダンパ部材６の外観を示す斜視図である。 第１実施形態における駆動部材３の構成を示す分解斜視図である。 第１実施形態における駆動部材３を示す図であり、図６（ａ）は駆動部材３の外観を示す斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に記載のＹ２方向側から見た状態の駆動部材３を示す側面図である。 第１実施形態における第２のダンパ部材７を示す図であり、図７（ａ）は第２のダンパ部材７の外観を示す斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に記載のＺ１方向側から見た状態の第２のダンパ部材７を示す平面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）に記載の断面線Ａ−Ａで切断した断面を示す断面図である。 第１実施形態における駆動部材３と第２のダンパ部材７とが一体に形成された状態を示す側面図である。 第１実施形態における操作部１を示す図であり、図９（ａ）は操作部１の外観を示す斜視図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に記載のＺ２方向側から見た状態の操作部１を示す斜視図である。 第１実施形態における基台５を示す図であり、図１０（ａ）は基台５の外観を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は基台５を下ケース５ａと上ケース５ｂとに分解した状態を示す分解斜視図である。 第１実施形態における基台５を示す図であり、図１１（ａ）は図１０（ａ）に記載のＺ１方向側から見た状態の基台５を示す平面図であり、図１１（ｂ）は図１０（ａ）に記載のＸ１方向側から見た状態の基台５を示す側面図である。 第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の初期状態における構造を示す模式断面図である。 第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の操作部１が下方へ移動した状態における構造を示す模式断面図である。 第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の操作部１が上方へ移動した状態における構造を示す模式断面図である。 第１実施形態におけるアクチュエータ３ａが駆動した場合の第２のダンパ部材７の動きを示す模式図であり、図１５（ａ）は初期状態における第２のダンパ部材７を示す模式図であり、図１５（ｂ）は平板部３ｅが初期状態よりも上方へ移動した状態における第２のダンパ部材７を示す模式図であり、図１５（ｃ）は平板部３ｅが初期状態よりも下方へ移動した状態における第２のダンパ部材７を示す模式図である。 第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００を押圧操作した場合に行われる操作者へのフィードバックの手順を示すフローチャートである。 特許文献１に記載のフォースフィードバック付き入力装置９００の構成を示す模式図である。

［第１実施形態］
以下に第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００について説明する。

まず始めに第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の構成について図１ないし図１１を用いて説明する。図１は第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の構成を示す分解斜視図である。図２は第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の外観を示す斜視図である。図３は第１実施形態における弾性部材４の外観を示す斜視図である。図４は第１実施形態における第１のダンパ部材６の外観を示す斜視図である。図５は第１実施形態における駆動部材３の構成を示す分解斜視図である。図６は第１実施形態における駆動部材３を示す図であり、図６（ａ）は駆動部材３の外観を示す斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に記載のＹ２方向側から見た状態の駆動部材３を示す側面図である。図７は第１実施形態における第２のダンパ部材７を示す図であり、図７（ａ）は第２のダンパ部材７の外観を示す斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に記載のＺ１方向側から見た状態の第２のダンパ部材７を示す平面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）に記載の断面線Ａ−Ａで切断した断面を示す断面図である。図８は第１実施形態における駆動部材３と第２のダンパ部材７とが一体に形成された状態を示す側面図である。図９は第１実施形態における操作部１を示す図であり、図９（ａ）は操作部１の外観を示す斜視図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に記載のＺ２方向側から見た状態の操作部１を示す斜視図である。図１０は第１実施形態における基台５を示す図であり、図１０（ａ）は基台５の外観を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は基台５を下ケース５ａと上ケース５ｂとに分解した状態を示す分解斜視図である。図１１は第１実施形態における基台５を示す図であり、図１１（ａ）は図１０（ａ）に記載のＺ１方向側から見た状態の基台５を示す平面図であり、図１１（ｂ）は図１０（ａ）に記載のＸ１方向側から見た状態の基台５を示す側面図である。

フォースフィードバック付き入力装置１００は、図１に示すように、操作部１と、検知部２と、駆動部材３と、弾性部材４と、基台５と、第１のダンパ部材６と、第２のダンパ部材７と、を有して構成されいる。また、フォースフィードバック付き入力装置１００は図２に示すように形成され、上部に設けられた操作部１に、図示しない操作体（指など）を接触または近接させることで入力操作を行うことができる。

弾性部材４は弾性を備えた部品であり、第１実施形態においては、図３に示すような引張りコイルばねを４つ用いて構成されている。

第１のダンパ部材６は合成ゴム材からなり、弾性を有する。第１のダンパ部材６は、図４に示すように、平板状に形成された板状部６ａと、板状部６ａの上面（Ｚ１方向側の面）の中心部から上方へ突出して設けられた接触部６ｂと、を有する。なお、接触部６ｂの内部には図示しない圧力センサが内蔵されており、外部から接触部６ｂに加えられた圧力値を検出することができる。

駆動部材３は、図５に示すように、アクチュエータ３ａと、ソレノイド３ｂと、ケース部材３ｃと、を備えてなる。アクチュエータ３ａは強磁性体の金属材料からなり、円柱状に形成された柱状部３ｄと、柱状部３ｄの下方側（Ｚ２方向側）の端部に、柱状部３ｄを中心として周囲に円形の平板状に突出して形成された平板部３ｅを有している。ソレノイド３ｂは金属線材からなり、アクチュエータ３ａの柱状部３ｄを挿通可能な円筒状に形成されたコイルである。ケース部材３ｃは金属板からなり、内部にソレノイド３ｂおよび柱状部３ｄの一部を収納可能な空間を備えた円筒状に形成されている。なお、ケース部材３ｃの上方側（Ｚ１方向側）の端部に開口を塞ぐように天板部３ｆが設けられており、天板部３ｆの中心には柱状部３ｄを挿通可能な大きさに形成された貫通孔３ｇを有している。ソレノイド３ｂはアクチュエータ３ａの柱状部３ｄが挿通された状態で、柱状部３ｄの一部とともにケース部材３ｃの内部に収納される。また、アクチュエータ３ａは、柱状部３ｄがケース部材３ｃを上下方向に貫通し、柱状部３ｄの両端がケース部材３ｃから露出するように配置される。このように配されたソレノイド３ｂおよびアクチュエータ３ａをケース部材３ｃが保持し、図６に示すような駆動部材３が形成される。なお、アクチュエータ３ａの平板部３ｅはケース部材３ｃの下面から離間するとともに、ケース部材３ｃの下面に沿うように配置されており、ソレノイド３ｂに電流を流すことで、ソレノイド３ｂはアクチュエータ３ａを上下方向に駆動させることができる。

第２のダンパ部材７は合成ゴム材からなり、弾性を有し、図１に示すように、中央に上下方向に貫通する挿通孔７ａを有して円環状に形成されている。第２のダンパ部材７は、図７に示すように、ベース部７ｂと、スカート部７ｃと、を有している。ベース部７ｂは、円盤状に形成されるとともに、中央部に挿通孔７ａが形成されている。また、スカート部７ｃは、ベース部７ｂの外周端部から連続して上下方向のうち一方側（第１実施形態においては上方であるＺ１方向）へ延設されている。また、第２のダンパ部材７は、ベース部７ｂとスカート部７ｃとに覆われ略ドーム形状に形成された中空部７ｄを有している。なお、第１実施形態においては、スカート部７ｃがベース部７ｂの外周端部から連続して上方へ延設されているため、中空部７ｄは略ドーム形状を逆さにしたような形状となっている。スカート部７ｃは、ベース部７ｂから離れる側の端部に、Ｚ１方向側からの平面視で環状に形成された第１接触部７ｅを有している。また、中空部７ｄには、内壁部（第１内壁部７ｆ）と外壁部（第１外壁部７ｇ）とがベース部７ｂから垂設されている。第１内壁部７ｆは、Ｚ１方向側からの平面視で挿通孔７ａを取り囲む環状に形成され、第１外壁部７ｇは、スカート部７ｃと第１内壁部７ｆとの間に、平面視で第１内壁部７ｆを取り囲む環状に形成されている。第１内壁部７ｆおよび第１外壁部７ｇのベース部７ｂから離れる側（Ｚ１方向側）の端部の位置には、第２接触部７ｈが、第１接触部７ｅよりもベース部７ｂに近い位置に形成されている。なお、第１内壁部７ｆに設けられた第２接触部７ｈと第１外壁部７ｇに設けられた第２接触部７ｈとは、ベース部７ｂに対して同じ高さに形成されている。また、ベース部７ｂには、中空部７ｄの反対側の、第１内壁部７ｆに対応した位置に、Ｚ２方向側からの平面視で環状に形成された第２内壁部７ｍが垂設され、第１外壁部７ｇに対応した位置に、Ｚ２方向側からの平面視で環状に形成された第２外壁部７ｎが垂設されている。なお、第２内壁部７ｍおよび第２外壁部７ｎのベース部７ｂから離れる側（Ｚ２方向側）の端部の位置には、第３接触部７ｐが形成され、第２内壁部７ｍに設けられた第３接触部７ｐと第２外壁部７ｎに設けられた第３接触部７ｐとは、ベース部７ｂに対して同じ高さに形成されている。また、第１内壁部７ｆと第１外壁部７ｇとに挟まれた領域のベース部７ｂには貫通孔７ｋが、同一の円周に沿って等間隔に４個形成されている。また、第２のダンパ部材７は、駆動部材３の、ケース部材３ｃの下面と平板部３ｅとの間に配置可能な厚さに形成されている。また、第１実施形態においては、第２のダンパ部材７は円環状に形成されているが、円環状に限定するものではなく、例えば、平面視で外形が正八角形の環状や、楕円形の環状などであってもよい。

なお、第１実施形態においては、第２のダンパ部材７は駆動部材３と一体に形成されており、図８に示すように、ケース部材３ｃの下面とアクチュエータ３ａの一部である平板部３ｅとの間に、柱状部３ｄを挿通孔７ａに挿通した状態で配置されている。ただし、第２のダンパ部材７は弾性を有しているため、アクチュエータ３ａは第２のダンパ部材７の弾性力に抗して駆動可能である。

検知部２は静電容量の変化を検知可能な静電容量センサである。検知部２は、図１に示すように、シート状に形成されている。

操作部１は合成樹脂材からなり、図９に示すように、長方形の平板状に形成されている。操作部１は長方形の平板状に形成されたベース部１ｂを有し、ベース部１ｂの上面（Ｚ１方向側の面）には、平滑な面に形成され、上面に操作体ＯＢを接触または近接させることで操作を行うことができる操作面１ａを備えている。操作面１ａの裏面側には連結面１ｃが形成されている。連結面１ｃは、駆動部材３の柱状部３ｄに連結可能に形成された連結部１ｄを、中心部に備えている。また、連結面１ｃには、連結面１ｃから下方へ突出して形成されたガイドピン１ｅが形成されている。ガイドピン１ｅは連結面１ｃの外周に寄った位置に４本設けられている。ガイドピン１ｅは、連結部１ｄを挟んで対向するとともに、連結面１ｃの長辺の中点に対応する位置にそれぞれ１本ずつと、連結部１ｄを挟んで対向するとともに、連結面１ｃの短辺の中点に対応する位置にそれぞれ１本ずつ配置されている。また、連結面１ｃには、連結面１ｃから下方へ突出して形成された保持ピン１ｆが形成されている。保持ピン１ｆは弾性部材４に挿入可能な大きさの円柱状に形成されており、連結面１ｃを下方から平面視したときに、連結部１ｄを中心とした長方形の四隅となる位置に、それぞれ１つずつ設けられている。なお、４つの保持ピン１ｆにより形成される長方形の長辺は、連結面１ｃの長辺に対して平行となるように設けられている。また、ベース部１ｂは内部が検知部２を配置可能に中空に形成されており、第１実施形態においては、検知部２は操作面１ａに沿うとともに、操作面１ａの全域に跨るように、ベース部１ｂの内部に配置されている。なお、検知部２は操作面１ａを間に挟んだ状態で、操作体ＯＢを操作面１ａに接触または近接させることによる静電容量の変化を検知することができる。

基台５は合成樹脂材からなり、図１０に示すように、直方体状に形成されている。基台５は、下ケース５ａと、下ケース５ａの上部に重ねて配置される上ケース５ｂと、を有している。下ケース５ａは、上面に平板を為した凹形状に形成され、駆動部材３のケース部材３ｃを配置可能な駆動部材配置部５ｃを有する。上ケース５ｂは上下方向側（Ｚ１方向側およびＺ２方向側）が開放された中空状に形成された中空部５ｄが形成されており、中空部５ｄの内部には、中空部５ｄを上下に仕切る仕切板５ｅが設けられている。図１１に示すように、仕切板５ｅは中心部に駆動部材３のアクチュエータ３ａを挿通可能な大きさに貫通して形成された挿通孔５ｆを有する。また、仕切板５ｅには、操作部１のガイドピン１ｅを挿通可能な大きさに貫通して形成されたガイド孔５ｇを有する。ガイド孔５ｇは、挿通孔５ｆを挟んで対向するとともに、仕切板５ｅの長辺の中点に対応する位置にそれぞれ１つずつと、挿通孔５ｆを挟んで対向するとともに、仕切板５ｅの短辺の中点に対応する位置にそれぞれ１つずつ設けられている。なお、挿通孔５ｆを基準とした場合の４つのガイド孔５ｇが設けられた位置は、操作部１において、連結部１ｄを基準とした場合の４つのガイドピン１ｅの配置位置に対応する位置に設けられている。また、仕切板５ｅは、上方へ突出して形成された弾性部材保持部５ｈを有する。弾性部材保持部５ｈは弾性部材４に挿入可能な大きさの円柱状に形成されており、仕切板５ｅを上方から平面視したときに、挿通孔５ｆを中心とした長方形の四隅となる位置に、それぞれ１つずつ設けられている。なお、４つの弾性部材保持部５ｈにより形成される長方形の長辺は、仕切板５ｅの長辺に対して平行となるように設けられている。このように形成された下ケース５ａおよび上ケース５ｂを、下ケース５ａに重ねて上ケース５ｂを配置し、係止することで基台５が形成される。なお、中空部５ｄの、仕切板５ｅの下方側に形成された領域には駆動部材３のケース部材３ｃを配置可能なスペースが確保されている。

次にフォースフィードバック付き入力装置１００の構造について図１２を用いて説明する。図１２は第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の初期状態における構造を示す模式断面図である。図１２においては説明を容易にするために、各構成部品の形状、位置関係などにおいて実際の構造と異なる部分もある。また、第２のダンパ部材７の詳細な部位については、図７を参照願う。

図１２に示すように、駆動部材３と第２のダンパ部材７とは、前述のとおり、一体に形成されており、第２のダンパ部材７のベース部７ｂは、上下方向のうち他方側が平板部３ｅまたはケース部材３ｃのいずれか一方と接触し、スカート部７ｃは、平板部３ｅまたはケース部材３ｃのいずれか他方に接触可能に配置される。なお、第１実施形態においては、ベース部７ｂは第３接触部７ｐが平板部３ｅに接触し、スカート部７ｃ（第１接触部７ｅ）がケース部材３ｃに接触して配置されている。なお、第２接触部７ｈもケース部材３ｃに接触可能に配置されている。上ケース５ｂは、上ケース５ｂの下方側（Ｚ２方向側）から、アクチュエータ３ａの柱状部３ｄを挿通孔５ｆに挿通させた状態で、駆動部材３を螺子留めにより保持している。また、下ケース５ａは駆動部材配置部５ｃに、駆動部材３のケース部材３ｃ側を挿入するようにして、上ケース５ｂの下方に係合され、基台５が構成される。次に、第１のダンパ部材６は仕切板５ｅの上面に固定される。次に、円環状に形成されている弾性部材４は、それぞれ一端側に弾性部材保持部５ｈ（図１１参照）を挿入した状態で、仕切板５ｅ上に配置される。次に、操作部１は中空部５ｄの開口を覆うように、操作面１ａを上方（Ｚ１方向）に向けて配置される。このように配置された操作部１は、ガイドピン１ｅ（図９参照）を仕切板５ｅに設けられたガイド孔５ｇ（図１１参照）に、それぞれ動作可能に挿入するとともに、保持ピン１ｆ（図９参照）を弾性部材４の他端側にそれぞれ挿入し、弾性部材４を介して基台５に連結されている。また、操作部１は、下方に設けられた駆動部材３のアクチュエータ３ａが連結部１ｄ（図９参照）に連結されている。操作面１ａへの押圧操作がされていない初期状態においては、駆動部材３には電力が供給されておらず、アクチュエータ３ａは上下方向へ移動可能に保持されている。したがって、初期状態においては、操作部１は、下方に位置する弾性部材４により、上方へ弾性支持されている。このように弾性支持された操作部１は、駆動部材３に電力が供給されると、アクチュエータ３ａの駆動に連動して、弾性部材４の弾性力に抗して上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）へ移動（振動）可能である。なお、操作部１の下方に配置された第１のダンパ部材６は、操作部１が上下動する際に、操作部１の下面に接触可能な位置に配置されている。具体的には、アクチュエータ３ａの上下動作時のストロークにおいて、アクチュエータ３ａがストロークの最下端近傍に位置する際に、操作部１の下面に接触および圧縮される位置に第１のダンパ部材６が配置されている。このようにしてフォースフィードバック付き入力装置１００が形成される。なお、実際に機器に搭載された場合には、フォースフィードバック付き入力装置１００はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置）などからなる制御部ＣＴに接続され、制御部ＣＴから各所へフォースフィードバック付き入力装置１００になされた入力操作に則した指示が行われる。

次にフォースフィードバック付き入力装置１００の動作および操作方法について図１２ないし図１６を用いて説明する。図１３は第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の操作部１が下方へ移動した状態における構造を示す模式断面図である。図１４は第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００の操作部１が上方へ移動した状態における構造を示す模式断面図である。図１５は第１実施形態におけるアクチュエータ３ａが駆動した場合の第２のダンパ部材７の動きを示す模式図であり、図１５（ａ）は初期状態における第２のダンパ部材７を示す模式図であり、図１５（ｂ）は平板部３ｅが初期状態よりも上方へ移動した状態における第２のダンパ部材７を示す模式図であり、図１５（ｃ）は平板部３ｅが初期状態よりも下方へ移動した状態における第２のダンパ部材７を示す模式図である。図１６は第１実施形態におけるフォースフィードバック付き入力装置１００を押圧操作した場合に行われる操作者へのフィードバックの手順を示すフローチャートである。

操作面１ａへの押圧操作がされていない初期状態においては、図１２に示すように、例えば、操作者の指である操作体ＯＢを操作面１ａに接触または近接させる（以後は接触させると記載する）ことで操作を行うことができる。操作体ＯＢを操作面１ａに接触させることで、操作面１ａの操作体ＯＢを接触させた箇所における静電容量が変化し、この静電容量の変化を静電容量センサである検知部２が検知することで、操作体ＯＢによる操作面１ａに対する操作を検知し、制御部ＣＴは入力操作が行われたと判断する。操作体ＯＢを図１２に示す矢印Ｂ方向へ移動させた場合には、検知部２は矢印Ｂ方向に沿って静電容量が変化していることを検知し、制御部ＣＴに検知した内容を信号として出力する。制御部ＣＴは、矢印Ｂ方向へ操作体ＯＢを移動させた入力操作が行われたと判断し、入力操作に則した指示が行われる。例えば、フォースフィードバック付き入力装置１００が、図示しない表示画面に表示されたカーソルの移動操作を行う用途に用いられた場合には、制御部ＣＴから表示画面へ、矢印Ｂ方向に対応した表示画面上のある方向へカーソルを移動させるように指示が行われ、カーソルが移動する。

また、フォースフィードバック付き入力装置１００は、図１３に示すように、弾性部材４の弾性力に抗して操作部１を下方（Ｚ２方向）へ押し込む押圧操作を行うことができる。操作部１に対して下方への押圧操作を行うと、操作部１は連結された駆動部材３のアクチュエータ３ａとともに、下方へ移動する。下方へ移動した操作部１は第１のダンパ部材６の接触部６ｂ（図４参照）に接触し、合成ゴム材からなる第１のダンパ部材６を押圧し、変形させる。第１のダンパ部材６に内蔵された圧力センサは、操作部１による押圧により加わった圧力値を検出し、制御部ＣＴに検出した圧力値を出力する。第１のダンパ部材６から圧力値を受信した制御部ＣＴは、押圧操作が行われたと判断し、駆動部材３を駆動させる電力が供給される。電力が供給された駆動部材３はアクチュエータ３ａが上下方向に往復運動を行い、それにともなって操作部１を上下方向に駆動することで、操作者（操作体ＯＢ）に振動を与える。このように操作者に振動を与えることで、操作者に押圧操作が行われたことを認識したことをフィードバックしている。例えば、フォースフィードバック付き入力装置１００が、図示しない表示画面に表示されたカーソルの移動操作し、表示画面に表示された表示された複数のアイコンからある１つのアイコンの選択を行う用途に用いられた場合には以下のような処理が行われる。カーソルを操作し、あるアイコンの上にカーソルを移動させた後に、操作部１を押圧操作することで、あるアイコンの選択を行える。第１のダンパ部材６から検出した圧力値が出力されると、制御部ＣＴは駆動部材３を駆動させる指示が行われ、操作部１を介して操作者に振動を与えることで、あるアイコンを選択したことを認識したことを操作者にフィードバックしている。また、同時に、制御部ＣＴはあるアイコンを選択する操作に則った指示（別の画像を表示するなど）を行う。

また、駆動部材３が駆動することにより、操作部１が下方へ移動した場合、押圧操作をされた場合と同様に、図１３に示すように、弾性部材４は初期状態よりも圧縮された（押し潰された）状態となっており、操作部１には上方へ引き戻す力が働いている。また、第１のダンパ部材６は操作部１との接触により下方へ圧縮されており、操作部１には上方へ引き戻す力が働いている。また、駆動部材３が駆動することにより、操作部１が上方へ移動した場合、図１４に示すように、弾性部材４は初期状態よりも引き伸ばされた状態となっており、操作部１には下方へ引き戻す力が働いている。また、アクチュエータ３ａの上方への駆動に伴い、第２のダンパ部材７は、平板部３ｅが第２のダンパ部材７を介してケース部材３ｃの下面に接触し、且つ圧縮するように、アクチュエータ３ａの平板部３ｅおよびケース部材３ｃに接触している。なお、第２のダンパ部材７は平板部３ｅおよびケース部材３ｃにより上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）から圧縮されているため、平板部３ｅには下方へ引き戻す力が働いている。また、第２のダンパ部材７はアクチュエータ３ａの平板部３ｅおよびケース部材３ｃの一方に接触して配置され、アクチュエータ３ａの上方への駆動に伴って次第にアクチュエータ３ａの平板部３ｅおよびケース部材３ｃの他方に接触、および圧縮されるように配置してもよい。

また、アクチュエータ３ａの駆動に伴う第２のダンパ部材７の動きについて説明する。アクチュエータ３ａの駆動に伴い、第２のダンパ部材７は、第１接触部７ｅが平板部３ｅまたはケース部材３ｃの他方に接触して押圧され撓むことで、第２接触部７ｈが平板部３ｅまたはケース部材３ｃの他方に接触して押圧される。なお、第１実施形態においては、第２のダンパ部材７は、初期状態において、図１５（ａ）に示すように、第１接触部７ｅがケース部材３ｃに接触し、第３接触部７ｐが平板部３ｅに接触した状態で保持されている。次に、初期状態からアクチュエータ３ａの駆動に伴い、平板部３ｅが上方（Ｚ１方向）へ移動した場合、図１５（ｂ）に示すように、第２のダンパ部材７は、ケース部材３ｃに接触した第１接触部７ｅが押圧されてスカート部７ｃが撓む。スカート部７ｃが撓むことで、第２接触部７ｈを備えたベース部７ｂが上方へ移動し、第２接触部７ｈがケース部材３ｃに接触して押圧される。また、スカート部７ｃが撓むことに伴って、中空部７ｄ内部の空気の一部は、貫通孔７ｋを介して第２内壁部７ｍおよび第２外壁部７ｎが設けられた側へ移動するため、貫通孔７ｋの系の大きさに応じて空気の移動を制御することができ、これをもってエアダンパとしての役割を果たすことができる。また、アクチュエータ３ａの駆動に伴い、平板部３ｅが初期状態よりも下方へ移動した場合、図１５（ｃ）に示すように、第２のダンパ部材７は第１接触部７ｅがケース部材３ｃから離間して、平板部３ｅとともに下方へ移動する。第２のダンパ部材７は、アクチュエータ３ａの駆動に伴って、このような動きをする。そのため、第２のダンパ部材７が発生する反発力が段階的に変化する。すなわち、反発力が段階的に大きくなる。

なお、第１実施形態においては、操作者へのフィードバックのために制御部ＣＴから出される駆動部材３を駆動させる指示の詳細は以下の通りである。図１６に示すように、第１のダンパ部材６から検出した圧力値Ｐが出力されると、制御部ＣＴは圧力値Ｐが第１規定値Ｐ１より大きいか小さいかを判別する（ステップＳ１）。圧力値Ｐが第１規定値Ｐ１より小さい場合には、再度、ステップＳ１に戻り、圧力値Ｐが第１規定値Ｐ１より大きいか小さいかを判別する。圧力値Ｐが第１規定値Ｐ１より大きい場合には、制御部ＣＴは駆動部材３を駆動させる信号ＳＧ１を出力し（ステップＳ２）、駆動部材３が駆動する（ステップＳ３）。その後、規定の時間経過後、制御部ＣＴは駆動部材３の駆動を止めさせる信号ＳＧ２を出力し（ステップＳ４）、駆動部材３が駆動を停止する（ステップＳ５）。その後、制御部ＣＴは圧力値Ｐが第２規定値Ｐ２より大きいか小さいかを判別する（ステップＳ６）。圧力値Ｐが第２規定値Ｐ２より大きい場合には、再度、ステップＳ６に戻り、圧力値Ｐが第２規定値Ｐ２より大きいか小さいかを判別する。圧力値Ｐが第２規定値Ｐ２より小さい場合には、制御部ＣＴは駆動部材３を駆動させる信号ＳＧ１を出力し（ステップＳ７）、駆動部材３が駆動する（ステップＳ８）。その後、規定の時間経過後、制御部ＣＴは駆動部材３の駆動を止めさせる信号ＳＧ２を出力し（ステップＳ９）、駆動部材３が駆動を停止し（ステップＳ１０）、操作者へのフィードバックが終了する。このように、第１規定値Ｐ１を用いて操作者による押圧操作を判断し、第２規定値Ｐ２を用いて操作者による押圧操作後の操作体ＯＢの離間動作を判断し、２回に分けて操作者へのフィードバックを行うことで、ドーム状に形成された板ばねを押圧操作した場合に得られるクリック感触を、操作者に擬似的に与えている。

以下、第１実施形態としたことによる効果について説明する。

第１実施形態のフォースフィードバック付き入力装置１００は、上面に操作体ＯＢを接触または近接させることで操作を行うことができる操作面１ａを備えた操作部１と、操作体ＯＢによる操作面１ａに対する操作を検知する検知部２と、操作部１の下方に設けられ、操作部１を上下方向に駆動する駆動部材３と、操作部１の下方に位置し、操作部１を上方へ弾性付勢して支持する弾性部材４と、駆動部材３を保持する基台５と、を有する入力装置であって、駆動部材３は、操作部１に連結したアクチュエータ３ａと、アクチュエータ３ａを上下方向に駆動させるソレノイド３ｂと、ソレノイド３ｂおよびアクチュエータ３ａを保持するケース部材３ｃと、を備えてなり、アクチュエータ３ａはケース部材３ｃを上下方向に貫通して配置され、弾性を有するとともに操作部１の下面に接触可能な位置に配置された第１のダンパ部材６と、弾性を有するとともにケース部材３ｃの上面または下面とアクチュエータ３ａの一部との間に配置された第２のダンパ部材７と、を有し、アクチュエータ３ａの駆動に伴い、第２のダンパ部材７はアクチュエータ３ａまたはケース部材３ｃの少なくともいずれかに接触する、構成とした。

これにより、弾性部材４により上方へ弾性支持された操作部１は、駆動部材３により上下動可能である。操作部１を下方へ駆動した場合、図１３に示すように、駆動方向が上方に切り替わるタイミングで、操作部１は第１のダンパ部材６に接触する。このとき、第１のダンパ部材６は操作部１が下方へ移動しようとする慣性力を吸収し、圧縮された弾性部材４が元の形状に戻ろうとする復帰力によって操作部１を上方へ付勢する。したがって、駆動部材３は、操作部１の駆動方向を下方から上方へスムーズに切り替えることができる。また、操作部１を上方へ駆動した場合、図１４に示すように、駆動方向が下方に切り替わるタイミングで、アクチュエータ３ａまたはケース部材３ｃの少なくともいずれかは第２のダンパ部材７に接触する。なお、第１実施形態においては、第２のダンパ部材７は、アクチュエータ３ａの平板部３ｅとケース部材３ｃとに挟み込まれるようにして、アクチュエータ３ａおよびケース部材３ｃの両方に接触している。このとき、第２のダンパ部材７は、アクチュエータ３ａの平板部３ｅとケース部材３ｃとに挟み込まれることで、操作部１が上方へ移動しようとする慣性力を吸収し、引き伸ばされた弾性部材４が元の形状に戻ろうとする復帰力によって操作部１を下方へ付勢する。したがって、駆動部材３は、操作部１の駆動方向を上方から下方へスムーズに切り替えることができる。このように操作部１の駆動方向がスムーズに切り替わることで、操作部１を間延びすることなく駆動させることができる。したがって、キレのある操作感触のフォースフィードバック付き入力装置を提供することができる。

また、第１実施形態のフォースフィードバック付き入力装置１００は、アクチュエータ３ａは、ケース部材３ｃを上下方向に貫通する柱状部３ｄと、柱状部３ｄの下方側の端部にケース部材３ｃの下面に沿うように突出した平板部３ｅを有し、平板部３ｅとケース部材３ｃの下面との間に第２のダンパ部材７が配置され、平板部３ｅは第２のダンパ部材７を介してケース部材３ｃの下面に接触可能である、構成とした。

これにより、アクチュエータ３ａに平板部３ｅを設け、平板部３ｅとケース部材３ｃとの間に第２のダンパ部材７を設ける構成とすることで、アクチュエータ３ａが駆動し上方へ移動した際に、第２のダンパ部材７を介して平板部３ｅはケース部材３ｃの下面に接触する。そのため、アクチュエータ３ａを上方へ移動させる慣性力を第２のダンパ部材７で吸収することができ、アクチュエータ３ａの駆動方向が下方へ切り替える際にスムーズに反転動作を行うことができる。

また、第１実施形態のフォースフィードバック付き入力装置１００は、第２のダンパ部材７は、上下方向に貫通する挿通孔７ａを有し、挿通孔７ａに柱状部３ｄを挿通した状態で、平板部３ｅとケース部材３ｃの下面との間に配置されている、構成とした。

これにより、第２のダンパ部材７を、挿通孔７ａに柱状部３ｄを挿通した状態で、平板部３ｅとケース部材３ｃの下面との間に配置することで、第２のダンパ部材７の脱落を容易に防止することができる。

また、第１実施形態のフォースフィードバック付き入力装置１００は、押圧操作されたことに対する操作者へのフィードバックを、２回に分けて操作部１を振動させ、擬似的なクリック感を与える方法で行っている。

これにより、操作者はより明確な操作感触を得ることができ、行った入力操作が認識されたかを体感により確認することができる。

また、第１実施形態のフォースフィードバック付き入力装置１００は、操作部１の振動方向を、操作面１ａに対して交差する方向（直交する方向）とした。

これにより、操作部１の振動方向を、操作面１ａに沿った方向とした場合に比べて、走者者は振動をより明確に感じることができる。

また、第１実施形態のフォースフィードバック付き入力装置１００は、第２のダンパ部材７は、円盤状に形成されるとともに中央部に挿通孔７ａが形成されたベース部７ｂと、ベース部７ｂの外周端部から連続して上下方向のうち一方側へ延設されたスカート部７ｃと、ベース部７ｂとスカート部７ｃとに覆われ略ドーム形状に形成された中空部７ｄを有し、ベース部７ｂは、上下方向のうち他方側が平板部３ｅまたはケース部材３ｃのいずれか一方と接触し、スカート部７ｃは、ベース部７ｂから離れる側の端部に、平板部３ｅまたはケース部材３ｃのいずれか他方に接触可能であるとともに、平面視で環状に形成された第１接触部７ｅを有し、中空部７ｄには、内壁部（第１内壁部７ｆ）と外壁部（第１外壁部７ｇ）とがベース部７ｂから垂設されており、第１内壁部７ｆは、平面視で挿通孔７ａを取り囲む環状に形成され、第１外壁部７ｇは、スカート部７ｃと第１内壁部７ｆとの間に、平面視で第１内壁部７ｆを取り囲む環状に形成され、第１内壁部７ｆおよび第１外壁部７ｇのベース部７ｂから離れる側の端部の位置には、平板部３ｅまたはケース部材３ｃのいずれか他方に接触可能な第２接触部７ｈが、第１接触部７ｅよりもベース部７ｂに近い位置に形成され、第１内壁部７ｆと第１外壁部７ｇとに挟まれた領域のベース部７ｂには貫通孔７ｋが形成され、アクチュエータ３ａの駆動に伴い、第１接触部７ｅが平板部３ｅまたはケース部材３ｃの他方に接触して押圧され撓むことで、第２接触部７ｈが平板部３ｅまたはケース部材３ｃの他方に接触して押圧される、構成とした。

これにより、第１接触部７ｅと第２接触部７ｈとを、段階的に第２接触部７ｈが平板部３ｅまたはケース部材３ｃの他方に接触させることで、第２のダンパ部材７が発生する反発力が段階的に変化させることができる。すなわち、段階的に反発力を大きくすることができる。このように反発力を段階的に変化させることで、効率良く振動を収束させることができる。また、第１内壁部７ｆ、第１外壁部７ｇおよび貫通孔７ｋ（エア抜き）を設けることで、第２接触部７ｈが平板部３ｅまたはケース部材３ｃの他方に接触すると、中空部７ｄ内の空気が貫通孔７ｋを介して移動し、エアダンパのような機能を発揮する。したがって、より効率良く振動を収束させることができる。

以上のように、本発明の実施形態に係るフォースフィードバック付き入力装置を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。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。

第１実施形態において、第２のダンパ部材７はケース部材３ｃの下面とアクチュエータの一部である平板部３ｅとの間に配置されているが、平板部３ｅをケース部材３ｃの上面の上方となる位置に設け、ケース部材３ｃの上面とアクチュエータ３ａとの間に第２のダンパ部材７を配置する構成であっても良い。

第１実施形態において、アクチュエータ３ａの駆動に伴い、第２のダンパ部材７は、アクチュエータ３ａの平板部３ｅとケース部材３ｃの下面とに挟まれるようにして、アクチュエータ３ａおよびケース部材３ｃの両方に接触する構成としたが、アクチュエータ３ａまたはケース部材３ｃの少なくともいずれかに接触する構成であれば良い。

第１実施形態において、押圧操作されたことに対する操作者へのフィードバックを、２回に分けて操作部１を振動させ、擬似的なクリック感を与える方法で行っているが、１回の振動であっても良く、２回より多い回数に分けて振動させても良い。また、第１規定値Ｐ１および第２規定値Ｐ２を変更しても良い。このように、第１規定値Ｐ１および第２規定値Ｐ２を変更することで、用途に応じて操作感触を変更、調整することができる。

１ 操作部
１ａ 操作面
１ｂ ベース部
１ｃ 連結面
１ｄ 連結部
１ｅ ガイドピン
１ｆ 保持ピン
２ 検知部
３ 駆動部材
３ａ アクチュエータ
３ｂ ソレノイド
３ｃ ケース部材
３ｄ 柱状部
３ｅ 平板部
３ｆ 天板部
３ｇ 貫通孔
４ 弾性部材
５ 基台
５ａ 下ケース
５ｂ 上ケース
５ｃ 駆動部材配置部
５ｄ 中空部
５ｅ 仕切板
５ｆ 挿通孔
５ｇ ガイド孔
５ｈ 弾性部材保持部
６ 第１のダンパ部材
６ａ 板状部
６ｂ 接触部
７ 第２のダンパ部材
７ａ 挿通孔
７ｂ ベース部
７ｃ スカート部
７ｄ 中空部
７ｅ 第１接触部
７ｆ 内壁部（第１内壁部）
７ｇ 外壁部（第１外壁部）
７ｈ 第２接触部
７ｋ 貫通孔
７ｍ 第２内壁部
７ｎ 第２外壁部
７ｐ 第３接触部
１００ 入力装置
ＣＴ 制御部
ＯＢ 操作体

Claims (3)

1. 上面に操作体を接触または近接させることで操作を行うことができる操作面を備えた操作部と、
   前記操作体による前記操作面に対する操作を検知する検知部と、
   前記操作部の下方に設けられ、前記操作部を上下方向に駆動する駆動部材と、
   前記操作部の下方に位置し、前記操作部を上方へ弾性付勢して支持する弾性部材と、
   前記駆動部材を保持する基台と、を有する入力装置であって、
   前記駆動部材は、前記操作部に連結したアクチュエータと、前記アクチュエータを上下方向に駆動させるソレノイドと、前記ソレノイドおよび前記アクチュエータを保持するケース部材と、を備えてなり、
   前記アクチュエータは、前記ケース部材を上下方向に貫通して配置され、
   前記アクチュエータは、前記ケース部材を上下方向に貫通する柱状部と、前記柱状部の下方側の端部に前記ケース部材の下面に沿うように突出した平板部を有し、
   弾性を有するとともに前記操作部の下面に接触可能な位置に配置された第１のダンパ部材と、
   弾性を有するとともに前記ケース部材の下面と前記アクチュエータの平板部との間に配置された第２のダンパ部材と、を有し、
   前記アクチュエータの駆動に伴い、前記第２のダンパ部材は前記アクチュエータまたは前記ケース部材の少なくともいずれかに接触し、
   前記アクチュエータの平板部は前記第２のダンパ部材を介して前記ケース部材の下面に接触可能であることを特徴とするフォースフィードバック付き入力装置。
2. 前記第２のダンパ部材は、上下方向に貫通する挿通孔を有し、前記挿通孔に前記柱状部を挿通した状態で、前記平板部と前記ケース部材の下面との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のフォースフィードバック付き入力装置。
3. 前記第２のダンパ部材は、円盤状に形成されるとともに中央部に前記挿通孔が形成されたベース部と、前記ベース部の外周端部から連続して上下方向のうち一方側へ延設されたスカート部と、前記ベース部と前記スカート部とに覆われ略ドーム形状に形成された中空部を有し、
   前記ベース部は、上下方向のうち他方側が前記平板部または前記ケース部材のいずれか一方と接触し、
   前記スカート部は、前記ベース部から離れる側の端部に、前記平板部または前記ケース部材のいずれか他方に接触可能であるとともに、平面視で環状に形成された第１接触部を有し、
   前記中空部には、内壁部と外壁部とが前記ベース部から垂設されており、
   前記内壁部は、平面視で前記挿通孔を取り囲む環状に形成され、
   前記外壁部は、前記スカート部と前記内壁部との間に、平面視で前記内壁部を取り囲む環状に形成され、
   前記内壁部および前記外壁部の前記ベース部から離れる側の端部の位置には、前記平板部または前記ケース部材のいずれか他方に接触可能な第２接触部が、前記第１接触部よりも前記ベース部に近い位置に形成され、
   前記内壁部と前記外壁部とに挟まれた領域の前記ベース部には貫通孔が形成され、
   前記アクチュエータの駆動に伴い、前記第１接触部が前記平板部または前記ケース部材の他方に接触して押圧され撓むことで、前記第２接触部が前記平板部または前記ケース部材の他方に接触して押圧される、
   ことを特徴とする請求項２に記載のフォースフィードバック付き入力装置。