JP7266046B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本開示は、入力装置に関する。

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うことができる入力装置が普及している。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。そこで、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振動フィードバックを行うことができる入力装置が提案されている。

例えば、特許文献１～３には、操作面を備えた操作パネル部材を当該操作面に平行な方向に振動させることができる装置が開示されている。

特開２０１３－９３００６号公報 特開平９－１６７５４１号公報 特開２００７－３４９９１号公報

操作パネル部材が振動すると、操作面の周囲の空気も振動し、音が発生する。操作パネル部材を操作面に平行な方向に振動させた場合、操作面に垂直な方向に振動させた場合よりも空気の振動が抑制されて音が小さくなるものの、静音環境下では無視できない程度の音が発生し得る。例えば、入力装置が電気自動車の車内で使用される場合、振動に伴って生じる音が騒音として認識され得る。

本開示は、操作パネル部材の振動に伴う音を抑制することができる入力装置を提供することを目的とする。

本開示によれば、操作面を備えた操作パネル部材と、前記操作パネル部材の前記操作面に垂直な側面のみに接触して、前記操作パネル部材を支持する支持部材と、前記支持部材を前記操作面に平行な第１の方向および前記第１の方向とは反対の第２の方向に振動させるアクチュエータと、を有し、前記操作パネル部材は、前記支持部材のみによって支持され、前記支持部材は、前記第１の方向に延びる第１の腕部と、前記第２の方向に延びる第２の腕部と、前記第１の腕部の先端に設けられ前記側面の前記第１の方向側の一部に接触する第１の接触部と、前記第２の腕部の先端に設けられ前記側面の前記第２の方向側の一部に接触する第２の接触部と、を有し、前記第１の接触部と前記第２の接触部が前記操作パネル部材を挟みながら支持し、前記支持部材の振動が前記操作パネル部材に前記側面の前記第１の方向側の一部および前記側面の前記第２の方向側の一部から伝達されることで、前記操作パネル部材が前記操作面に平行な方向に振動する入力装置が提供される。

本開示によれば、操作パネル部材の振動に伴う音を抑制することができる。

第１のモデルについてのシミュレーションの内容を示す模式図（その１）である。 第１のモデルについてのシミュレーションの内容を示す模式図（その２）である。 第１のモデルについてのシミュレーションの内容を示す模式図（その３）である。 第２のモデルについてのシミュレーションの内容を示す模式図（その１）である。 第２のモデルについてのシミュレーションの内容を示す模式図（その２）である。 第２のモデルについてのシミュレーションの内容を示す模式図（その３）である。 実施形態に係る入力装置を示す平面図である。 実施形態に係る入力装置を示す断面図である。 実施形態に係る入力装置の一部を示す分解斜視図である。

本発明者は、操作パネル部材を操作面に平行な方向に振動させた場合でも無視できない程度の音が発生する原因を究明すべく、シミュレーション等により鋭意検討を行った。この結果、下記のように、振動の際に操作パネル部材に撓みが生じ、少なからず、操作面に垂直な方向にも変位が生じていることが判明した。

ここで、本発明者が行ったシミュレーションの内容について説明する。図１～図３は、第１のモデルについてのシミュレーションの内容を示す模式図である。

図１に示すように、第１のモデルは、操作パネル部材１０と、操作パネル部材１０を支持する支持部材２０とを有する。

操作パネル部材１０は、短辺の長さが８０ｍｍ、長辺の長さが１６０ｍｍ、厚さが４ｍｍの平面形状が長方形の平板形状を有する。操作パネル部材１０は、センサ基板１１と、センサ基板１１の一方の面に設けられた第１のパネル１２と、センサ基板１１の他方の面に設けられた第２のパネル１３とを有する。センサ基板１１はガラスエポキシ（Flame Retardant Type 4：ＦＲ４）基板であり、第１のパネル１２及び第２のパネル１３の材料はアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂である。

以下、操作パネル部材１０の長手方向の一方をＸ１方向、他方をＸ２方向、短手方向の一方をＹ１方向、他方をＹ２方向、操作面に垂直でセンサ基板１１から見て第１のパネル１２が位置する方向をＺ１方向、Ｚ１方向とは反対の方向をＺ２方向という。

支持部材２０は、可動部２１と、可動部２１を第２のパネル１３に固定する固定部２２とを有する。固定部２２は、平面視で操作パネル部材１０の中心に固定され、可動部２１は、平面視で固定部２２の中心に繋がる。従って、可動部２１は、平面視で操作パネル部材１０の中心に固定されている。支持部材２０の材料は鋼である。

そして、Ｘ１方向及びＸ２方向、すなわち操作パネル部材１０の操作面に平行な方向に可動部２１を振動させる。このときの最大振幅は約０．１ｍｍ、最大加速度は約９８ｍ／ｓ^２とする。図２には、操作パネル部材１０をＸ１方向に移動させたときの第１のモデルの形状を示し、図３には、Ｘ２方向に移動させたときの第１のモデルの形状を示す。なお、図２及び図３では、操作面に垂直な方向（Ｚ１方向、Ｚ２方向）の変位量を、操作面内での変位量の２００倍に強調してある。

図２及び図３に示すように、操作パネル部材１０はその操作面に垂直な方向（Ｚ１方向及びＺ２方向）に大きく撓んでいる。そして、この撓みに伴う、操作面近傍での音量は９４ｄＢ程度となり、操作面からＺ１方向に１００ｍｍ離れた位置での音量は７０ｄＢ程度となる。７０ｄＢの音量は、例えば、騒々しい事務所の中の音量に相当する。

第１のモデルについて、このようなシミュレーション結果が得られた。この結果から、従来の入力装置においても、操作パネル部材がその操作面に垂直な方向に大きく撓み、これに伴って騒音が生じていると考えられる。

本発明者は、このような撓みを抑制すべく、シミュレーション等により更に鋭意検討を行った。この結果、下記のように、操作パネル部材をその内側から振動させるのではなく、外側から振動させることにより、操作パネル部材の撓みを抑制できることが判明した。

ここで、本発明者が行った更なるシミュレーションの内容について説明する。図４～図６は、第２のモデルについてのシミュレーションの内容を示す模式図である。

図４に示すように、第２のモデルは、操作パネル部材１０と、操作パネル部材１０を支持する支持部材３０とを有する。

支持部材３０は、可動部３１と、可動部３１が中央に繋がるハブ３２と、ハブ３２からＸ１方向に延びる２本の腕部３３と、ハブ３２からＸ２方向に延びる２本の腕部３３と、これら４本の腕部３３の先端にそれぞれ設けられた接触部３４とを有する。接触部３４は操作パネル部材１０の操作面に垂直な側面に接触する。可動部３１からＸ１方向側に位置する２個の接触部３４と、可動部３１からＸ２方向側に位置する２個の接触部３４とが操作パネル部材１０を挟みながら支持する。Ｚ２方向で、ハブ３２及び腕部３３は操作パネル部材１０から離間している。つまり、操作パネル部材１０とハブ３２及び腕部３３との間には空間が存在する。支持部材３０の材料は鋼である。

そして、Ｘ１方向及びＸ２方向、すなわち操作パネル部材１０の操作面に平行な方向に可動部３１を振動させる。このときの最大振幅は約０．１ｍｍ、最大加速度は約９８ｍ／ｓ^２とする。図５には、操作パネル部材１０をＸ１方向に移動させたときの第２のモデルの形状を示し、図６には、Ｘ２方向に移動させたときの第２のモデルの形状を示す。なお、図５及び図６では、図２及び図３と同様に、操作面に垂直な方向（Ｚ１方向、Ｚ２方向）の変位量を、操作面内での変位量の２００倍に強調してある。

図５及び図６に示すように、支持部材３０は撓んでいるが、第１のモデルと比較して、Ｚ１方向及びＺ２方向での操作パネル部材１０の撓みは著しく小さい。そして、この撓みに伴う、操作面近傍での音量は７７ｄＢ程度となる。操作面からＺ１方向に１００ｍｍ離れた位置での音量は、著しく小さいためにシミュレーションによっては計算できなかったが、第１のモデルと第２のモデルとの間の操作面近傍での音量差が１７ｄＢであることから、５２ｄＢ程度であると予測される。５０ｄＢの音量は、例えば、静かな事務所の中の音量に相当する。

第２のモデルについては、このようなシミュレーション結果が得られた。この結果から、操作パネル部材をその外側から振動させることにより、操作パネル部材の撓みを抑制し、騒音を抑制できるといえる。

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

図７は、実施形態に係る入力装置を示す平面図であり、図８は、実施形態に係る入力装置を示す断面図である。図９は、実施形態に係る入力装置の一部を示す分解斜視図である。図８は、図７中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。

図７及び図８に示すように、実施形態に係る入力装置１は、筐体２と、アクチュエータ３と、操作パネル部材４と、ガイド部材５と、支持部材４０と、を有する。

筐体２は、例えば、略正方形状の底板部２Ａと、底板部２Ａの四方端から上方に延びる側壁部２Ｂとを有し、上方側（Ｚ１方向側）が開放された箱形形状を有している。筐体２は、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂を射出成形して作製されている。

アクチュエータ３は、平面視で底板部２Ａの中心に配置されている。アクチュエータ３はその上面３Ａに可動部を含み、可動部に取り付けられた物体を上面３Ａに平行な方向、本実施形態ではＸ１方向及びＸ２方向に振動させる機能を有する。アクチュエータ３は、例えばソレノイドアクチュエータである。

支持部材４０は、ハブ４２と、ハブ４２からＸ１方向に延びる２本の腕部４３Ａと、ハブ４２からＸ２方向に延びる２本の腕部４３Ｂと、２本の腕部４３Ａの先端にそれぞれ設けられた鉤部４４Ａと、２本の腕部４３Ｂの先端にそれぞれ設けられた鉤部４４Ｂとを有する。支持部材４０の平面形状は、略Ｈの字型である。鉤部４４Ａは、腕部４３Ａの先端からＺ１方向に立ち上がり、Ｘ２方向に折り返された形状を有する。鉤部４４Ｂは、腕部４３Ｂの先端からＺ１方向に立ち上がり、Ｘ１方向に折り返された形状を有する。鉤部４４Ａは操作パネル部材４のＸ１方向側の側面４Ｃに接触し、鉤部４４Ｂは操作パネル部材４のＸ２方向側の側面４Ｄに接触する。ハブ４２は、アクチュエータ３の可動部に固定される。支持部材４０の材料は、例えば鋼等の金属である。腕部４３Ａは第１の腕部の一例であり、腕部４３Ｂは第２の腕部の一例であり、鉤部４４Ａは第１の接触部の一例であり、鉤部４４Ｂは第２の接触部の一例である。

操作パネル部材４は、例えば、タッチセンサ及び化粧パネルを含む。化粧パネルはタッチセンサのＺ１方向側に設けられ、ユーザは化粧パネルの表面を操作パネル部材４の操作面４Ｅとして操作することができる。操作面４Ｅが操作されると、その操作位置及び操作荷重がタッチセンサにより検知される。

操作パネル部材４は、例えば平面形状が長方形の平板形状を有する。操作パネル部材４の側面４Ｃに２つの凹部４Ａが形成され、側面４Ｄに２つの凹部４Ｂが形成されている。そして、凹部４Ａに鉤部４４Ａの先端が嵌まり、凹部４Ｂに鉤部４４Ｂの先端が嵌まっている。

操作パネル部材４の操作面４Ｅとは反対側の背面４Ｆは、ハブ４２、腕部４３Ａ及び腕部４３Ｂから離間している。つまり、支持部材４０のうちで操作パネル部材４と接触している部分は鉤部４４Ａ及び鉤部４４Ｂのみである。

ガイド部材５は、操作パネル部材４のＹ１方向側及びＹ２方向側で側壁部２Ｂとの間に配置されており、操作パネル部材４のＸ１方向及びＸ２方向での振動を案内する。

このように構成された入力装置１の動作の一例では、操作パネル部材４が操作されると、その操作位置及び操作荷重に応じて、矢印ＶＢで示すように、アクチュエータ３が支持部材４０をＸ１方向及びＸ２方向に振動させる。そして、支持部材４０の振動は操作パネル部材４に側面４Ｃ及び４Ｄから伝達され、操作パネル部材４がＸ１方向及びＸ２方向に振動する。ユーザは、操作面４Ｅに振動を感じることで、入力装置１に対して行った操作がどのように反映されたかを認識することができる。例えば、入力装置１が自動車の各種スイッチ用にセンターコンソールに設けられる場合、運転手は入力装置１に視線を移さずとも自身が行った操作がどのように反映されたかを操作パネル部材４の振動から認識することができる。

また、本実施形態では、支持部材４０の振動が操作パネル部材４に側面４Ｃ及び４Ｄから伝達されることで操作パネル部材４が振動するため、上記のシミュレーションの結果から明らかなように、操作パネル部材４は撓みにくい。つまり、操作面４Ｅの位置はＺ１方向及びＺ２方向に変動しにくい。従って、操作パネル部材４の振動に伴う音を抑制することができる。

なお、支持部材４０は、操作パネル部材４の質量中心を含み、操作面４Ｅに平行な面内で、側面４Ｃ、４Ｄに接触することが好ましい。このようにすることで、操作パネル部材４の質量中心を含み、操作面４Ｅに平行な面を直接的にＸ１方向及びＸ２方向に振動させることができ、操作パネル部材４の撓みをより効果的に抑制することができる。

また、背面４Ｆの一部が支持部材４０と接触していてもよいが、支持部材４０と背面４Ｆとの間の摩擦力によって振動のバランスが乱れ、操作パネル部材４に撓みが生じるおそれがある。このため、背面４Ｆが支持部材４０から離間し、支持部材４０は、操作パネル部材４に側面４Ｃ、４Ｄのみで接触していることが好ましい。

また、アクチュエータ３の位置及び数は特に限定されないが、側面４Ｃから伝達される振動と側面４Ｄから伝達される振動とを均等にするために、１個のアクチュエータ３を操作パネル部材４の背面４Ｆ側に配置することが好ましい。特に、アクチュエータ３は背面４Ｆ側で側面４Ｃと側面４Ｄとの中心に配置されることが好ましい。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

本国際出願は、２０１８年１２月１０日に出願した日本国特許出願第２０１８－２３１０４５号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。

１ 入力装置
２ 筐体
３ アクチュエータ
４ 操作パネル部材
４Ａ、４Ｂ 凹部
４Ｅ 操作面
４２ ハブ
４３Ａ、４３Ｂ 腕部
４４Ａ、４４Ｂ 鉤部

Claims (4)

1. 操作面を備えた操作パネル部材と、
   前記操作パネル部材の前記操作面に垂直な側面のみに接触して、前記操作パネル部材を支持する支持部材と、
   前記支持部材を前記操作面に平行な第１の方向および前記第１の方向とは反対の第２の方向に振動させるアクチュエータと、
   を有し、
   前記操作パネル部材は、前記支持部材のみによって支持され、
   前記支持部材は、
   前記第１の方向に延びる第１の腕部と、
   前記第２の方向に延びる第２の腕部と、
   前記第１の腕部の先端に設けられ前記側面の前記第１の方向側の一部に接触する第１の接触部と、
   前記第２の腕部の先端に設けられ前記側面の前記第２の方向側の一部に接触する第２の接触部と、
   を有し、
   前記第１の接触部と前記第２の接触部が前記操作パネル部材を挟みながら支持し、
   前記支持部材の振動が前記操作パネル部材に前記側面の前記第１の方向側の一部および前記側面の前記第２の方向側の一部から伝達されることで、前記操作パネル部材が前記操作面に平行な方向に振動することを特徴とする入力装置。
2. 前記アクチュエータは、前記操作パネル部材の前記操作面とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記支持部材は、前記操作パネル部材の質量中心を含み、かつ前記操作面に平行な面内で、前記側面に接触することを特徴とする請求項１又は２に記載の入力装置。
4. 前記側面に凹部が形成され、
   前記支持部材は前記凹部に先端が嵌まる鉤部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の入力装置。

Images