JP7114310B2 - タッチパネル装置および操作パネルの固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル装置および操作パネルの固定方法に関する。

従来、操作パネルを振動させることで、操作パネルを介してユーザへ触覚を提示するタッチパネル装置がある。かかるタッチパネル装置では、操作パネルの固有振動数にあわせて操作パネルを振動させる振動周波数を調整している(例えば、特許文献１参照)。

国際公開第２０１３／１１４７９３号

しかしながら、従来技術では、操作パネルを振動させたい振動周波数と操作パネルの固有振動数とが異なる場合がある。このため、従来技術では、ユーザへ触覚を適切に提示することができない場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適切な触覚をユーザへ提示することができるタッチパネル装置および操作パネルの固定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係るタッチパネル装置は、操作パネルと、振動素子とを備える。前記操作パネルは、複数の固定部材によって固定され、前記複数の固定部材の固定間隔で固有振動数が変化する。前記振動素子は、前記操作パネルに取り付けられ、前記操作パネルを振動させる。また、前記操作パネルは、前記操作パネルを振動させる振動周波数にあわせて前記固有振動数が調整された前記固定間隔で固定される。

本発明によれば、適切な触覚をユーザへ提示することができる。

図１は、タッチパネル装置の全体図である。 図２は、固定部材の配置例を示す図である。 図３は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った操作パネルの断面模式図である。 図４は、操作パネルの側面図である。 図５は、操作パネルの固定方法を示すフローチャートである。 図６は、変形例に係る操作パネルの固定態様を示す図である。

以下、添付図面を参照してタッチパネル装置および操作パネルの固定方法について説明する。なお、本実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１を用いて実施形態に係るタッチパネル装置の概要について説明する。図１は、タッチパネル装置１の全体図である。なお、図１では、説明を簡単にするために、鉛直方向上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。また、以下では、タッチパネル装置１が、車載用のオーディオ機器の操作部である場合について説明する。

図１に示すように、タッチパネル装置１は、操作パネル１０と、振動素子２０とを備える。また、図１には、タッチパネル装置１が、音量調節ダイアル４１および再生位置調整ダイアル４２を備える場合について示している。

音量調節ダイアル４１は、オーディオ機器の音量を調整するダイアルであり、音量を調整するためのユーザ操作を受け付ける。再生位置調整ダイアル４２は、オーディ機器で再生中のコンテンツの再生位置を調整するダイアルであり、再生位置を調整するためのユーザ操作を受け付ける。

操作パネル１０は、主面である操作面１１を有し、操作面１１の裏面に図示しない感圧センサが設けられ、ユーザの接触操作を受け付ける。また、操作パネル１０には、振動素子２０が取り付けられており、振動素子２０が振動することで操作パネル１０が振動する。

振動素子２０は、例えば、圧電素子であり、図示しない制御部から出力された電圧信号に応じて振動する。図１に示す例では、タッチパネル装置１が、操作パネル１０の対向する端部にそれぞれ１つずつ計２つの振動素子２０を備える場合について示しているが、振動素子２０は、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。

例えば、振動素子２０は、ユーザが操作パネル１０に対して接触操作を行った場合に、操作パネル１０を振動させる。かかる場合に、振動素子２０は、所定の周波数および振動量で操作パネル１０を振動させることで、操作パネル１０を介して所定の触覚を与えることができる。

このように、実施形態に係るタッチパネル装置１は、操作パネル１０でユーザによる接触操作を受け付けたことを触覚によってユーザへフィードバックを行う。

ところで、タッチパネル装置１は、所定の触覚を効果的にユーザに提示するためには、操作パネル１０の固有振動数、すなわち、操作パネル１０の共振周波数で操作パネル１０を振動させることが好ましい。

このため、従来技術では、操作パネルの固有振動数にあわせて振動パネルを振動させる振動周波数を調整していた。しかしながら、従来技術では、かかる振動周波数が、操作パネルの固有振動数に依存するため、所望する振動周波数で操作パネルを振動させることができなかった。

そこで、実施形態に係るタッチパネル装置１は、操作パネル１０の振動周波数にあわせて操作パネル１０の固有振動数を調整することとした。つまり、実施形態に係るタッチパネル装置１では、操作パネル１０を振動させる面積を調整することで、操作パネル１０の固有振動数を調整することとした。

具体的には、実施形態に係るタッチパネル装置１では、操作パネル１０を固定する複数の固定部材の固定間隔を調整することで、操作パネル１０の固有振動数を所望の振動周波数にあわせこむこととした。

図２は、固定部材の配置例を示す図である。図２に示すように、操作パネル１０は、操作面１１に加え、リブ１２をさらに備える。リブ１２は、操作面１１を挟んで両側に設けられ、図示しない制御回路等を収容する本体部を側面から覆う。

操作パネル１０は、リブ１２に固定部材であるネジ３０が振動素子２０を挟んだ両側を貫通することで固定される。

ここで、上述の固有振動数は、固定部材であるネジ３０の固定間隔Ｌや、操作面１１とネジ３０との距離Ｈによって調整することができる。このため、実施形態に係るタッチパネル装置１は、ネジ３０の固定間隔Ｌや距離Ｈを操作パネル１０の振動周波数にあわせて決定する。

固定間隔Ｌおよび距離Ｈは、操作パネル１０の断面２次モーメントにより決定することが可能である。なお、断面２次モーメントとは、操作パネル１０のたわみやすさの指標である。図３は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った断面模式図であり、操作パネル１０の断面２次モーメントを説明する図である。

なお、図３では、説明を簡単にするために、ネジ３０より下方側のリブ１２の記載を省略し、操作パネル１０が振動する部分のみの断面を示す。

図３に示すように、操作面１１においてリブ１２の外周面間の長さをＢ、かかるリブ１２の内周面間の長さをｂ、リブ１２の厚みをａとそれぞれ定義すると、操作パネル１０の断面２次モーメントＩは、下記式（１）となる。

式（１）に示すｅ_１およびｅ_２は、それぞれ下記式（２）、（３）によって求まる。

式（２）においてＨは、操作面１１からネジ３０までの長さであり、ｔは、操作面１１の厚みである。

そして、断面２次モーメントＩを用いて下記式（４）により、操作パネル１０の固有振動数ｆが求まる。

なお、式(４)において、λは係数であり、Ｌは上述した固定間隔である。また、Ｅはヤング率であり、ρは密度である。また、Ａは、操作パネル１０の断面積であり、下記式（５）により求まる。

ここで、図３に示す断面形状や、操作パネル１０の素材は、意匠性を考慮して操作パネル１０の設計段階で任意に変更することができる。そして、固有振動数ｆの値を操作パネル１０を振動させる振動周波数とし、固定間隔Ｌを逆算して求める。

実施形態に係るタッチパネル装置１は、固有振動数ｆが所望の振動周波数を満たす範囲で固定間隔Ｌを決定する。したがって、操作パネル１０を所望の振動周波数で振動させた場合に、所望の触覚をユーザに適切に提示することが可能となる。

言い換えれば、所望する触覚を操作パネル１０から適切にユーザへ提示することが可能となる。

ところで、例えば、タッチパネル装置１を異なる機器に接続する場合、かかる機器ごとに所望の振動周波数が異なる場合や、使用用途によって振動周波数の変更を要求される場合が想定される。かかる場合に、振動周波数毎に操作パネル１０を製造すると、製造コストの増大を招くおそれがある。

このため、実施形態に係るタッチパネル装置１では、操作パネル１０のリブ１２にスリット状の挿入孔１４を有する。図４は、操作パネル１０の側面図である。なお、図４では、操作パネル１０を簡略化して示し、図１に示した音量調節ダイアル４１、再生位置調整ダイアル４２の記載を省略する。

図４に示す挿入孔１４は、リブ１２を厚み方向に貫通した貫通孔であり、ネジ３０が挿入する。また、挿入孔１４は、上記の固定間隔Ｌに沿う向きにスリット状に設けられる。

より詳細には、例えば、挿入孔１４は、円形状である複数の貫通孔１３の一部が互いに重なって形成される。貫通孔１３を形成する位置は、上述の振動周波数によって決定される。すなわち、各貫通孔１３は、操作パネル１０を固定する際に、固定間隔Ｌを規定するガイドとして機能する。

このように、操作パネル１０に、複数の振動周波数に対応するようにスリット状の挿入孔１４を予め形成しておくことで、操作パネル１０の汎用性を向上させることができるとともに、複数の振動周波数にあわせて容易に固定間隔Ｌを調整することが可能となる。

また、リブ１２は、タッチパネル装置１を車両に取り付ける際に、カバー等で覆われる部分である。すなわち、実施形態に係るタッチパネル装置１では、取り付け後に隠れる部分で操作パネル１０を固定することで、意匠性を向上させることが可能となる。

ところで、図４に示す例では、リブ１２に２つの挿入孔１４を形成する場合について示したが、これに限定されるものではない。すなわち、２つの挿入孔１４のうち、一方を１つの貫通孔１３で形成することにしてもよい。

また、図４に示す例では、挿入孔１４が、隣り合う貫通孔１３の一部が互いに重なった形状である場合について示したが、貫通孔１３は、互いに重なっていなくてもよい。すなわち、貫通孔１３をそれぞれ独立に設けることにしてもよい。

また、ここでは、挿入孔１４が図中水平方向に形成される場合について説明したが、挿入孔１４は、図中垂直方向に形成されることとしてもよい。かかる場合に、図３に示した「Ｈ」を変更することで、固有振動数ｆを調整することが可能となる。

次に、図５を用いて実施形態に係る操作パネル１０の固定方法について説明する。図５は、操作パネル１０の固定方法を示すフローチャートである。

図５に示すように、まず、振動周波数に基づき、固定間隔Ｌを決定する(ステップＳ１０１)。続いて、決定した固定間距離で操作パネル１０を固定する(ステップＳ１０２)。これにより、操作パネル１０を所望の振動周波数で振動させることが可能となる。

上述したように、実施形態に係るタッチパネル装置１は、操作パネル１０と、振動素子２０とを備える。操作パネル１０は、複数のネジ３０（固定部材の一例）によって固定され、複数のネジ３０の固定間隔Ｌで固有振動数ｆが変化する。振動素子２０は、操作パネル１０に取り付けられ、操作パネル１０を振動させる。

また、操作パネル１０は、操作パネル１０を振動させる振動周波数にあわせて固有振動数ｆが調整された固定間隔Ｌで固定される。したがって、実施形態に係るタッチパネル装置１によれば、ユーザへ触覚を適切に提示することができる。

ところで、上述した実施形態では、固定部材がネジ３０である場合について説明したが、これに限定されるものではない。続いて、図６を用いて固定部材の変形例について説明する。図６は、変形例に係る操作パネル１０の固定態様を示す図である。

図６に示す変形例に係る固定部材は、例えば、両面テープ等の接着部材３０ｂである。接着部材３０ｂは、リブ１２の内周面(操作パネル１０の内側)に張り付けられ、操作パネル１０を固定する。

このとき、接着部材３０ｂによる操作パネル１０の固定位置(図２に示した固定間隔Ｌおよび操作面１１と接着部材との距離Ｈ)は、上記の断面２次モーメントに加え、接着部材３０ｂの弾性力に基づいて決定される。

かかる場合であっても、操作パネル１０の固有振動数ｆを振動周波数にあわせることができるので、ユーザへ触覚を適切に提示することが可能となる。

なお、接着部材３０ｂは、両面テープに限られず、樹脂であってもよく、固定することができるものであれば、その他の接着部材を適用することが可能である。また、上述したネジ３０および接着部材３０ｂは、いずれも操作パネル１０をリブ１２で固定する場合について説明したが、操作面１１で操作パネル１０を固定することにしてもよい。

また、上述の実施形態では、操作パネル１０がリブ１２を有する場合について説明したが、操作パネル１０は、平板状であってもよい。また、上述した実施形態では、タッチパネル装置１が、車載用のオーディオ機器の操作部である場合について説明したが、オーディオ機器に限られず、種々の電子機器の操作部として活用することも可能である。

また、上述した実施形態では、断面２次モーメントに基づき、固定間隔Ｌを決定する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、実験やシミュレーションを用いて固定間隔Ｌを決定することにしてもよい。

また、上述した実施形態では、タッチパネル装置１が、操作パネル１０を振動させてユーザへ触覚を与える場合について説明したが、操作パネル１０を振動させて音を発生するようにしてもよい。かかる場合に、音を発生させる周波数にあわせて操作パネル１０の固有振動数ｆを調整する。

また、上述した実施形態では、固定間隔Ｌを調整して固有振動数ｆを調整する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、リブ１２の形状を調整して固有振動数ｆを調整することにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ タッチパネル装置
１０ 操作パネル
１２ リブ
１３ 貫通孔
１４ 挿入孔
２０ 振動素子
３０ ネジ(固定部材の一例)
３０ｂ 接着部材(固定部材の一例)
Ｌ 固定間隔
ｆ 固有振動数

Claims (5)

1. 複数の固定部材によって固定され、前記複数の固定部材の固定間隔で固有振動数が変化する操作パネルと、
   前記操作パネルを振動させる振動素子と
   を備え、
   前記操作パネルは、
   前記操作パネルを振動させる振動周波数にあわせて前記固有振動数が調整された前記固定間隔で固定されること
   を特徴とするタッチパネル装置。
2. 前記操作パネルは、
   前記操作パネルの断面２次モーメントに基づいて前記固定間隔が決定されること
   を特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 前記操作パネルは、
   前記固定部材がネジである場合に、前記ネジが挿入される挿入孔が前記固定間隔に沿う向きにスリット状に設けられること
   を特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル装置。
4. 前記操作パネルは、
   主面である操作面と、前記操作面の両側面に設けられたリブと
   を備え、
   前記操作パネルは、
   前記リブに前記挿入孔が設けられること
   を特徴とする請求項３に記載のタッチパネル装置。
5. 振動素子によって振動し、複数の固定部材の固定間隔で固有振動数が変化する操作パネルの固定方法であって、
   前記操作パネルを振動させる振動周波数にあわせて前記固有振動数が調整された前記固定間隔で固定する固定工程
   を含むことを特徴とする操作パネルの固定方法。

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