JP6664079B2

JP6664079B2 - 入力装置

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Publication number: JP6664079B2
Application number: JP2017241837A
Authority: JP
Inventors: 浩之外川; 祥園田; 佳正本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: US11016570B2; US20190391656A1; JP2019109673A; WO2019123773A1

Description

本開示は、入力装置に関するものである。

入力装置が従来技術として知られている。

特許文献１の図２に示す入力装置は、外部物体がタッチパッド部材にタッチした所定の場所を示すタッチセンサアレイ信号を収集するタッチパッドセンサアレイを有するタッチパッド部材と、各々が異なる場所でタッチパッド部材に接続され、外部物体がタッチパッド部材を押下している力の強さを示す力出力信号を生成する４つの力センサと、タッチパッド部材を側方へ作動するアクチュエータとを備える。タッチパッド部材は、矩形の平坦な構造をなす。力センサは、タッチパッド部材の４つの隅部の下方にそれぞれ配置される。アクチュエータは、側方へ延出するアームによりタッチパッド部材に結合される。

特表２０１３−５１３８６５号公報

しかしながら、前記特許文献１の入力装置では、力センサが４つ配置されるが、力センサの数を削減したいという課題がある。また、前記特許文献１の入力装置では、アクチュエータが側方へ延出するアームによりタッチパッド部材に結合されるので、ユーザがタッチパッド部材の面を押下する場所によって押圧量が変わり、アクチュエータによるタッチパッド部材への触覚フィードバック（押圧操作時における操作フィーリング）が相違するという課題がある。

本開示の課題は、感圧センサの数を削減することと、押圧操作時における操作フィーリングを均一化することを両立することにある。

本開示は、タッチセンサと、前記タッチセンサに機械的に固定され、所定方向に振動するアクチュエータとを有する可動部と、弾性体を介して前記可動部を保持する保持部と、前記保持部に対して前記可動部の保持側とは反対側に設けられ、前記タッチセンサの押圧操作を検出する感圧センサと、を備える入力装置である。前記弾性体は、前記可動部における前記アクチュエータの振動方向に対向する２つの部分と前記保持部における前記アクチュエータの振動方向に対向する２つの部分との間にそれぞれ設けられた板ばねである。そして、前記押圧操作がなされる時に前記可動部及び前記保持部が一体で前記押圧操作の方向に全体的に移動することにより、前記可動部及び前記保持部の少なくとも一方が前記感圧センサに前記押圧操作による力を伝達する。

本開示によれば、感圧センサを１つに削減することと、押圧操作時における操作フィーリングを均一化することを両立できる。

実施形態１に係る入力装置を示す分解斜視図である。入力装置を示す断面図である。入力装置の制御部を示すブロック図である。タッチセンサの押圧操作時における図２相当図である。アクチュエータの横方向の振動時における図２相当図である。実施形態２に係る入力装置を示す図２相当図である。その他の実施形態に係る入力装置を示す平面図である。その他の実施形態に係る弾性体を示す斜視図である。

以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、入力装置を示す分解斜視図、図２は、通常時における入力装置を示す断面図、図３は、入力装置の制御部を示すブロック図である。入力装置は、例えば、自動車に搭載され、車載機器を操作するために用いられる。図１〜図３に示すように、入力装置１は、可動部２と、保持部３と、ダンパ４と、感圧センサ５と、本体部６と、裏カバー７とを備えている。可動部２、保持部３、ダンパ４、感圧センサ５、本体部６及び裏カバー７は、この順に配設されている。

尚、本実施形態では、便宜上、可動部２、保持部３、ダンパ４、感圧センサ５、本体部６及び裏カバー７の配設方向を垂直方向といい、この垂直方向の可動部２側を表側と、裏カバー７側を裏側という。また、本実施形態では、便宜上、垂直方向と直交する方向を水平方向といい、この水平方向のうち図１の上下方向を縦方向と、この縦方向と直交する方向を横方向という。

可動部２は、装飾部材２０と、操作パネル２１と、タッチセンサ２２と、スペーサ２３と、導電板２４と、アクチュエータ２５と、保持部材２６とを有している。装飾部材２０は、入力装置１の表側を飾る樹脂製の部材である。装飾部材２０は、略矩形枠板状の枠部２０ａと、この枠部２０ａの外周縁部から裏側に延びる垂直方向視で略矩形状の周壁部２０ｂとを有している。この周壁部２０ｂの表側の端部の内周面には、段部２０ｃが形成されている。

操作パネル２１は、車載機器を操作するためのものである。操作パネル２１は、略矩形板状に形成されている。操作パネル２１は、装飾部材２０における枠部２０ａの開口周縁部の裏面に配設されている。操作パネル２１は、通常時にタッチセンサ２２との間に垂直方向に隙間が形成されるように配置されている。

タッチセンサ２２は、操作パネル２１を介してタッチセンサ２２に接触する操作者の手や指の位置及びその接触面積を検出する静電容量方式のものである。タッチセンサ２２は、略矩形板状に形成されている。タッチセンサ２２の中央部の裏面には、タッチコントローラ２７が配設されている。タッチコントローラ２７には、タッチセンサ２２が電気的に接続されている。タッチコントローラ２７は、タッチセンサ２２からの入力情報を信号として出力する。

スペーサ２３は、略矩形枠板状に形成された、タッチセンサ２２及び導電板２４を一定間隔に保持するための樹脂製の部材である。導電板２４は、略矩形状に形成された金属製の部材である。導電板２４の中央部には、裏側に凹む凹部２４ａが形成されている。アクチュエータ２５は、横方向（所定方向）に水平振動することによりタッチセンサ２２を含む可動部２を横方向に水平振動させる圧電体である。アクチュエータ２５は、略直方体状に形成されている。

保持部材２６は、装飾部材２０と共にタッチセンサ２２、スペーサ２３、導電板２４及びアクチュエータ２５を保持する樹脂製の部材である。保持部材２６は、略矩形板状の板部２６ａと、この板部２６ａの縦方向中央部から裏側に凹む収容凹部２６ｂと、板部２６ａにおける収容凹部２６ｂの横方向両側からそれぞれ裏側に延びる横方向に対向する２つの側壁部２６ｃとを有している。板部２６ａの中央部には、導電板２４の凹部２４ａに対応するように裏側に凹む凹部２６ｄが形成されている。この凹部２６ｄの底部に収容凹部２６ｂが形成されている。板部２６ａの外周縁部には、外側に延びる受け部２６ｅが形成されている。この受け部２６ｅは、装飾部材２０の周壁部２０ｂを受けている。

板部２６ａの表面には、タッチセンサ２２、スペーサ２３及び導電板２４がこの順に表側から裏側に向かって積層されている。この積層状態で、板部２６ａは、タッチセンサ２２、スペーサ２３及び導電板２４と共に装飾部材２０の周壁部２０ｂ内に嵌合されている。このとき、タッチセンサ２２の外周縁部は、装飾部材２０の段部２０ｃで受けられている。そして、装飾部材２０の周壁部２０ｂは、板部２６ａに固定されている。

収容凹部２６ｂは、板部２６ａの表面側（凹部２６ｄの底部）に開口している。収容凹部２６ｂの開口は、略矩形状に形成されている。収容凹部２６ｂ内には、アクチュエータ２５が嵌合されている。上述の如く、タッチセンサ２２が保持部材２６の板部２６ａに固定され、アクチュエータ２５が保持部材２６の収容凹部２６ｂ内に固定されることにより、アクチュエータ２５は、タッチセンサ２２に機械的に固定されている。

収容凹部２６ｂの開口は、導電板２４の凹部２４ａの底部で覆われている。収容凹部２６ｂの底部は、保持部３との間に垂直方向に隙間が形成されるように配置されている。収容凹部２６ｂの底部の中央部には、裏側に延びる円柱状の押圧部２６ｆが形成されている。この押圧部２６ｆは、ダンパ４を介して感圧センサ５を押圧する部分である。

保持部３は、４つの弾性体８を介して可動部２を保持する樹脂製の部材である。保持部３は、略直方体状に形成されている。保持部３の横方向に対向する２つの側面は、それぞれ保持部材２６の２つの側壁部２６ｃの外面と略面一である。保持部３の横方向に対向する２つの側面の縦方向両端部には、弾性体８を取り付ける取付部３０が形成されている。保持部３の４つの側面には、垂直方向に延びる案内部３１がそれぞれ形成されている。保持部３における可動部２の押圧部２６ｆに対応する部分には、押圧部２６ｆが挿通される挿通孔３２が形成されている。この挿通孔３２は、押圧部２６ｆとの間に隙間が形成されるように配置されている。

弾性体８は、略矩形平板状に形成された銅製の板ばねである（以下、板ばね８ともいう）。この板ばね８は、保持部材２６における２つの側壁部２６ｃの縦方向両端部の外面と、保持部３の取付部３０との間に垂直方向に延びるように架設されている。具体的に、板ばね８の長手方向両端部には、取付孔８０がそれぞれ形成され、この取付孔８０に挿通した締結部材８１で、板ばね８は、保持部材２６及び保持部３に固定されている。

ダンパ４は、可動部２及び保持部３の水平振動を吸収するゴム製の部材である。ダンパ４は、可動部２の押圧部２６ｆと感圧センサ５との間に介設されている。ダンパ４は、円盤部４０と、この円盤部４０の裏側の端部から径方向外側に延びる鍔部４１とを有している。

感圧センサ５は、タッチセンサ２２に加わる操作荷重を検知することによりタッチセンサ２２の押圧操作を検出する静電容量センサである。感圧センサ５は、ダンパ４で覆われた状態で、本体部６における後述する中間板部６０の中央部の表面に１つだけ配設されている。つまり、感圧センサ５は、保持部３に対して可動部２の保持側とは反対側に配設されている。感圧センサ５の検出方向（タッチセンサ２２の押圧操作方向）は、垂直方向である。つまり、感圧センサ５の検出方向は、アクチュエータ２５の振動方向（横方向）と直交している。感圧センサ５は、検出情報を信号として出力する。

本体部６は、保持部３を保持する樹脂製の部材である。本体部６は、略矩形板状の中間板部６０と、この中間板部６０の外周縁部から表側に延びる垂直方向視で略矩形状の表側周壁部６１と、中間板部６０の外周縁部から裏側に延びる垂直方向視で略矩形状の裏側周壁部６２とを有している。

中間板部６０の中央部には、裏側に突出する突出部６０ａが形成されている。表側周壁部６１は、垂直方向視で裏側周壁部６２の内側に配置されている。表側周壁部６１は、通常時に保持部材２６の板部２６ａとの間に垂直方向に隙間が形成されるように配置されている。表側周壁部６１内には、保持部３が嵌合されている。具体的に、表側周壁部６１の内周面には、保持部３の各案内部３１に対応する部分に垂直方向に延びる案内受け部６１ａが形成されている。この案内受け部６１ａは、案内部３１を垂直方向に移動可能に係合支持している。これにより、保持部３は、本体部６に対して垂直方向に移動可能になっている。また、本体部６と保持部３とは、保持部３の本体部６からの抜けを防止するためのスナップフィット６３，３３で結合されている。

裏側周壁部６２内には、プリント基板９が配設されている。このプリント基板９は、略矩形状に形成されている。プリント基板９は、本体部６の突出部６０ａと裏カバー７の後述する突出部７２との間に挟持されている。プリント基板９には、制御部９０が配設されている。制御部９０には、タッチコントローラ２７を介してタッチセンサ２２が電気的に接続されている。制御部９０にはまた、アクチュエータ２５及び感圧センサ５が電気的に接続されている。そして、制御部９０は、タッチセンサ２２及び感圧センサ５からの入力信号に基づいて、アクチュエータ２５を制御する。具体的に、制御部９０は、タッチセンサ２２によりタッチセンサ２２に操作者の手や指が接触したことが検出され且つ感圧センサ５により検出された押圧操作力が所定値以上であるときに、アクチュエータ２５を横方向に水平振動するように駆動する。

裏カバー７は、本体部６の裏側の開口を覆う樹脂製の部材である。裏カバー７は、略矩形板状の板部７０と、この板部７０の外周縁部から表側に延びる垂直方向視で略矩形状の周壁部７１とを有している。板部７０の中央部には、表側に突出する突出部７２が形成されている。裏カバー７は、本体部６の裏側周壁部６２内に嵌合されている。

上述の如く構成された入力装置１では、図４に示すように、タッチセンサ２２の押圧操作がなされる時（以下、押圧操作時という。）に可動部２及び保持部３が一体で本体部６に対して押圧操作の方向（以下、押圧操作方向という。）に全体的に垂直移動することにより、可動部２の押圧部２６ｆがダンパ４を介して感圧センサ５に押圧操作による力（以下、押圧操作力という。）を伝達する。このとき、保持部材２６の板部２６ａと本体部６の表側周壁部６１とは当接する。

また、入力装置１では、図５に示すように、アクチュエータ２５の横方向の水平振動時に板ばね８が横方向に撓むことにより、アクチュエータ２５を含む可動部２が保持部３に対して横方向に全体的に水平振動する。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、タッチセンサ２２の押圧操作時に可動部２及び保持部３が一体で本体部６に対して押圧操作方向に全体的に垂直移動することにより、可動部２の押圧部２６ｆが感圧センサ５に押圧操作力を伝達するので、感圧センサ５を１つに削減することが可能になる。

また、感圧センサ５が垂直方向視でタッチセンサ２２の略中央に１つだけ配設されるとともに、押圧操作時に可動部２及び保持部３が一体で垂直移動するので、唯一の感圧センサ５の反発力が操作者の手や指に伝達される。そのため、タッチセンサ２２の押圧操作位置に拘わらず、押圧操作時における操作フィーリングを均一化できる。

また、感圧センサ５が静電容量センサで構成されているので、タッチセンサ２２に加わる操作荷重を随時、検知できる。

また、アクチュエータ２５の振動方向が感圧センサ５の検出方向と直交しているので、アクチュエータ２５の振動方向が感圧センサ５の検出方向と一致する場合と違って、タッチセンサ２２の押圧操作とアクチュエータ２５の振動とが互いに影響することを抑制でき、タッチセンサ２２の誤操作を抑制できる。

また、弾性体８が、可動部２における保持部材２６の横方向に対向する２つの側壁部２６ｃの外面と保持部３の横方向に対向する２つの側面との間にそれぞれ架設された板ばねであるので、弾性体８の構成を簡単にできる。

また、可動部２の押圧部２６ｆと感圧センサ５との間にダンパ４が介設されているので、アクチュエータ２５を含む可動部２の振動が共振点で発散することを抑制できる。

また、ダンパ４がゴムからなるので、ダンパ４の構成を簡単にできる。

また、タッチセンサ２２とアクチュエータ２５との間に導電板２４が介設されているので、アクチュエータ２５からタッチセンサ２２への電界ノイズを低減できる。

（実施形態２）
本実施形態は、感圧センサ５に押圧操作力を伝達する部材が実施形態１と異なっているが、その他の点については、実施形態１と同様の構成である。そこで、以下の説明では、実施形態１の構成要素と同様の構成要素については、重複説明を省略する場合がある。

図６は、本実施形態に係る入力装置１を示す図２相当図である。図６に示すように、可動部２には、実施形態１と違って、押圧部２６ｆが形成されてない。保持部３には、実施形態１とは違って、挿通孔３２が形成されていない。そして、保持部３の裏面の中央部には、裏側に突出する円盤状の押圧部３４が形成されている。この押圧部３４は、ダンパ４を介して感圧センサ５を押圧する部分である。

上述の如く構成された入力装置１では、タッチセンサ２２の押圧操作時に可動部２及び保持部３が一体で本体部６に対して押圧操作方向に全体的に垂直移動することにより、保持部３の押圧部３４がダンパ４を介して感圧センサ５に押圧操作力を伝達する。

本実施形態では、実施形態１と同様の作用効果が得られる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、感圧センサ５に押圧操作力を伝達するものを可動部２又は保持部３で構成したが、可動部２及び保持部３の両方で構成してもよい。

また、上記各実施形態では、感圧センサ５を静電容量センサで構成したが、光学センサ、圧電センサ又は導電ゴムセンサで構成してもよい。この場合も、タッチセンサ２２に加わる操作荷重を随時、検知できる。

また、上記各実施形態では、感圧センサ５を静電容量センサで構成したが、押圧スイッチで構成してもよい。これにより、感圧センサ５を安価にできる。さらに、感圧センサ５を押圧スイッチで構成した場合、感圧センサ５にメタルドームを内蔵してもよい。これにより、感圧センサ５の操作感を得ることできる。

また、上記各実施形態では、タッチセンサ２２を静電容量方式のもので構成したが、光学方式又は抵抗膜方式のもので構成してもよい。

また、上記各実施形態では、図７に示すように、タッチセンサ２２の操作面（表面）に表示部１０を配設してもよい。図７の例では、この表示部１０を画面部で構成している。あるいは、表示部１０をタッチセンサ２２の操作面とは反対側の面（裏面）に配設してもよい。

また、上記各実施形態では、アクチュエータ２５を圧電体で構成したが、モータやソレノイド等の電磁式のもので構成してもよい。

また、上記各実施形態では、弾性体８を板ばねで構成したが、軸方向が押圧操作方向に一致するように設けられた複数の円柱状のもので構成してもよい。具体的に、図８に示すように、円柱状の弾性体８は、円柱部８２と、この円柱部８２の軸方向両端部にそれぞれ設けられた板状の取付部８３とを有している。円柱部８２は、例えば、可動部２を保持できる直径を有する銅製又はステンレス製の金属ワイヤを適切な長さに切断したものである。取付部８３は、金属ワイヤからなる円柱部８２の軸方向両端部を切削加工で形成したものでもよいし、プレス加工で形成したものでもよい。取付部８３には、取付孔８４が形成され、この取付孔８４に挿通した締結部材（図示せず）で、円柱状の弾性体８は、可動部２の保持部材２６及び保持部３に固定される。このように弾性体８を円柱状のもので構成した場合、アクチュエータ２５を、２つ以上の方向に水平振動するものにすることができる。また、板ばねからなる弾性体８と比較して、座屈が発生することを抑制できる。さらに、弾性体８を、軸方向が押圧操作方向に一致するように設けられた複数の円筒状のもので構成してもよい。これにより、弾性体８を円柱状のもので構成した場合と同様の作用効果が得られる。

また、上記各実施形態では、ダンパ４を可動部２及び保持部３のうち感圧センサ５に押圧操作力を伝達するものと、感圧センサ５との間に配設したが、ダンパ４の配設位置はこれに限らず、例えば、保持部３と本体部６との間に配設してもよい。但し、この場合、感圧センサ５の位置を中心に対称な位置に複数のダンパ４を配設する必要があり、入力装置１の構成が複雑になる。そのため、構造の簡単化の点で、ダンパ４を可動部２及び保持部３のうち感圧センサ５に押圧操作力を伝達するものと、感圧センサ５との間に配設することが望ましい。

また、本開示の趣旨を逸脱しない限り、上記各実施形態の構成要素を任意に組み合わせてもよい。

以上説明したように、本開示は、入力装置等に適用することができる。

１入力装置
２可動部
２０装飾部材
２１操作パネル
２２タッチセンサ
２２感圧センサ
２３スペーサ
２４導電板
２５アクチュエータ
２６保持部材
２７タッチコントローラ
３保持部
４ダンパ
５感圧センサ
６本体部
７裏カバー
８弾性体
９プリント基板
９０制御部
１０表示部

Claims

タッチセンサと、前記タッチセンサに機械的に固定され、所定方向に振動するアクチュエータとを有する可動部と、
弾性体を介して前記可動部を保持する保持部と、
前記保持部に対して前記可動部の保持側とは反対側に設けられ、前記タッチセンサの押圧操作を検出する感圧センサと、を備え、
前記弾性体は、前記可動部における前記アクチュエータの振動方向に対向する２つの部分と前記保持部における前記アクチュエータの振動方向に対向する２つの部分との間にそれぞれ設けられた板ばねであり、
前記押圧操作がなされる時に前記可動部及び前記保持部が一体で前記押圧操作の方向に全体的に移動することにより、前記可動部及び前記保持部の少なくとも一方が前記感圧センサに前記押圧操作による力を伝達する入力装置。
請求項１において、
前記感圧センサは、静電容量センサ、光学センサ、圧電センサ又は導電ゴムセンサを有している入力装置。
請求項１において、
前記感圧センサは、押圧スイッチを有している入力装置。
請求項３において、
前記押圧スイッチには、メタルドームが内蔵されている入力装置。
請求項１において、
前記タッチセンサは、静電容量方式、光学方式又は抵抗膜方式のものである入力装置。
請求項１において、
前記タッチセンサの操作面又は前記操作面とは反対側の面には、表示部が設けられている入力装置。
請求項６において、
前記表示部は、画面部である入力装置。
請求項１において、
前記アクチュエータは、圧電体又は電磁式のものである入力装置。
請求項１において、
前記アクチュエータの振動方向は、前記感圧センサの検出方向とは異なる入力装置。
請求項１において、
前記弾性体は、軸方向が前記押圧操作方向に一致するように設けられた複数の円柱状又は円筒状のものである入力装置。
請求項１において、
前記可動部及び前記保持部のうち前記感圧センサに前記押圧操作力を伝達するものと、前記感圧センサとの間には、ダンパが設けられている入力装置。
請求項１１において、
前記ダンパは、ゴムからなる入力装置。
請求項１において、
前記タッチセンサと前記アクチュエータとの間には、導電板が設けられている入力装置。