(57)【要約】【課題】一体的に形成された平行バネを備えたバネ構造、及びそれを用いた振動呈示装置を提供する。【解決手段】振動を呈示する振動パネル２０と、振動パネル２０に振動を付与する振動発生部７０と、振動パネル２０を支持する筐体３０と、第１方向（Ｚ方向）に弾性的に支持する平行バネを備え、振動パネル２０と筐体３０の間で振動パネルを支持する支持部４０と、を有して振動呈示装置１０を構成する。第１バネと第２バネとが、第１方向（Ｚ方向）に重なりなく配置されたバネ構造とすることにより、支持部を一体に成型する場合に、部品点数の低減が可能で、平行バネの接着工程が必要なく、コストダウンが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部を第１方向に弾性的に支持する平行バネを有し、
前記平行バネを構成する第１バネと第２バネとが、前記第１方向に重なりなく配置されている、バネ構造。
【請求項２】
前記第１バネ、及び前記第２バネは、樹脂により一体的に形成されている、請求項１に記載のバネ構造。
【請求項３】
振動を呈示するパネル面を備えた振動パネルと、
前記振動パネルに振動を付与する振動発生部と、
前記振動パネルを支持する筐体と、
前記パネル面を第１方向（Ｚ方向）に弾性的に支持する平行バネを備え、前記振動パネルと前記筐体の間で前記振動パネルを支持する支持部と、
を有する、振動呈示装置。
【請求項４】
前記平行バネは、前記第１方向（Ｚ方向）と互いに直交する第２方向（Ｘ方向）、及び第３方向（Ｙ方向）に沿って設けられている、請求項３に記載の振動呈示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バネ構造、及びそれを用いた振動呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、平行バネを備えて、駆動装置により駆動されて操作者に振動呈示、触覚呈示を行なう振動呈示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の振動呈示装置は、タッチパネルの表面と、当該表面に動作可能に連結するアクチュエータ機構とを含む。アクチュエータ機構は、電気信号に応じてユーザに触覚フィードバックを提供するよう構成されている。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構が一組の間隔を隔てた基板を具え、この各々が導電層の物質を支持する。基板の間に誘電体および隣接する空隙を配置することができる。駆動回路は、間隔を隔てた基板に動作可能に接続し、電気信号で導電層の物質を駆動するよう構成されている。この信号は、表面のタッチ入力または他の適切なイベントの検出に応答するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５１４８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術による振動呈示装置は、振動フィードバックされるタッチパネルのフローティング構造に平行バネを適用し、振動時や押下操作時に盤面を上下に平行できる。しかし、平行バネを樹脂により一体的に形成する場合は、平行バネ部分において、盤面の垂直方向に型が抜けないという問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、一体的に形成された平行バネを備えたバネ構造、及びそれを用いた振動呈示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は、上記目的を達成するために、可動部を第１方向に弾性的に支持する平行バネを有し、前記平行バネを構成する第１バネと第２バネとが、前記第１方向に重なりなく配置されている、バネ構造を提供する。
［２］前記第１バネ、及び前記第２バネは、樹脂により一体的に形成されている、上記［１］に記載のバネ構造であってもよい。
［３］また、振動を呈示するパネル面を備えた振動パネルと、前記振動パネルに振動を付与する振動発生部と、前記振動パネルを支持する筐体と、前記パネル面を第１方向（Ｚ方向）に弾性的に支持する平行バネを備え、前記振動パネルと前記筐体の間で前記振動パネルを支持する支持部と、を有する、振動呈示装置であってもよい。
［４］また、前記平行バネは、前記第１方向（Ｚ方向）と互いに直交する第２方向（Ｘ方向）、及び第３方向（Ｙ方向）に沿って設けられている、上記［３］に記載の振動呈示装置であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一体的に形成された平行バネを備えたバネ構造、及びそれを用いた振動呈示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る振動呈示装置の正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ方向から見た振動呈示装置の上平面図である。
【図２】図２は、支持部の立体斜視図である。
【図３】図３は、図１（ａ）のＡ方向から見た支持部の平面図である。
【図４】図４は、振動呈示装置の動作時の動きを示す図１（ａ）相当図である。
【図５】図５は、支持部を射出成型により一体で製造する場合の金型の、図２で示すＢ−Ｂ断面の金型図である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る振動呈示装置の制御ブロックを示すブロック図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態に係る支持部の立体斜視図である。
【図８】図８は、図７のＣ方向から見た支持部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る振動呈示装置１０は、振動を呈示する振動パネル２０と、振動パネル２０に振動を付与する振動発生部７０と、振動パネル２０を支持する筐体３０と、第１方向（Ｚ方向）に弾性的に支持する平行バネを備え、振動パネル２０と筐体３０の間で振動パネルを支持する支持部４０と、を有して構成されている。
【００１１】
支持部４０は、可動部４４を第１方向（Ｚ方向）に弾性的に支持する平行バネ４６を有し、平行バネ４６を構成する第１バネ４７と第２バネ４８とが、第１方向（Ｚ方向）に重なりなく配置されたバネ構造を有している。
【００１２】
本実施の形態では、振動パネル２０を支持する支持部４０の平行バネ４６を構成する第１バネ４７と第２バネ４８とが、第１方向（Ｚ方向）に重なりなく配置されているので、一体部品として成型する場合にアンダーカットがなく容易に成型でき、部品点数の低減、コスト低減が可能となる。
【００１３】
（本発明の第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、支持部４０として、Ｘ方向に平行バネ４６を備える構成の振動呈示装置とされている。
【００１４】
（振動パネル２０）
振動パネル２０は、図１（ａ）に示すように、板状体であり、取付部２１を介して、支持部４０の可動部４４に取り付けられている。
【００１５】
振動パネル２０の上面２０ａには例えばタッチセンサ２５が装着されて、タッチパネルとすることができる。この振動パネル２０は、振動発生部７０により駆動されることにより、振動を呈示することができる。例えば、タッチパネルとしての振動パネル２０にタッチした場合に、振動パネル２０を例えば図１（ａ）に示すＺ方向（上下方向）に振動させることにより、タッチしたことを操作者に報知する。その他、種々の操作に伴って振動パネル２０を振動させることにより、操作者に対して触覚呈示を行なうことができる。
【００１６】
タッチセンサ２５は、例えば、操作者の体の一部（例えば、指）で検出面に触れた場合、触れた検出面上の位置を検出するものである。操作者は、例えば、検出面にタッチやなぞり等の操作を行うことにより文字や記号の入力操作ができる。また、この入力操作により入力内容が判断されて接続された電子機器の操作を行うことが可能となる。
【００１７】
タッチセンサ２５としては、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線方式、ＳＡＷ方式等の公知のタッチ検出方式を用いることが可能である。本実施の形態に係るタッチセンサ２５は、例えば、検出面に指が近接する又はタッチ（接触）することにより静電容量値の変化を検出することにより、近接又はタッチ位置を検出する静電容量方式のタッチセンサが使用できる。
【００１８】
（筐体３０）
筐体３０は、図１等に示すように、板状体であり、例えば、アルミ等の金属材料、樹脂等の種々の材料が使用できる。筐体３０の上部３０ａは、支持部４０の固定部４２が接着等により固定される面とされている。
【００１９】
（支持部４０）
支持部４０は、図１（ａ）、（ｂ）、図２、図３に示すように、筐体３０に固定される固定部４２と、固定部４２から平行バネ４６（第１バネ４７と第２バネ４８）により可動部４４を弾性的に支持する。固定部４２、平行バネ４６は、Ｘ方向の両側から可動部４４を弾性的に支持する。したがって、可動部４４は、平行バネ４６（第１バネ４７と第２バネ４８）により、両端固定の支持のバネ構造を有している。
【００２０】
図２、図３に示すように、支持部４０のバネ構造は、可動部４４を第１方向（Ｚ方向）に弾性的に支持する平行バネ構造であって、平行バネ４６を構成する第１バネ４７と第２バネ４８とが、第１方向（Ｚ方向）に重なりなく配置されたバネ構造とされている。
【００２１】
第１の実施の形態では、図１（ｂ）、図２、図３に示すように、平行バネ４６は、可動部４４をＸ方向の両側から支持する。可動部４４は、図４に示すように、後述する振動発生部７０による慣性駆動により駆動されて、Ｚ方向（上下方向）に変位する。
【００２２】
図４に示すように、第１バネ４７の固定部４２への取付部４７ａにおける取り付け角度は、固定部４２の取付面４２ａに対して直角である。同様に、第２バネ４８の固定部４２への取付部４８ａにおける取り付け角度は、固定部４２の取付面４２ａに対して直角である。また、第１バネ４７の可動部４４への取付部４７ｂにおける取り付け角度は、可動部４４の取付面４４ａに対して直角である。同様に、第２バネ４８の可動部４４への取付部４８ｂにおける取り付け角度は、可動部４４の取付面４４ａに対して直角である。
【００２３】
したがって、平行バネ４６（第１バネ４７と第２バネ４８）は、図１（ｂ）、図４に示すように、Ｘ方向の両側から可動部４４を平行に支持する。
【００２４】
また、図４に示すように、第１バネ４７、及び第２バネ４８のそれぞれの取付部４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４８ｂにおけるたわみ角は、可動部４４のＺ方向の変位に関係なく、ゼロである。すなわち、取付部４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４８ｂにおける、それぞれのたわみ角ｄＺ/ｄＸは、弾性変形の範囲においては、ゼロである。
【００２５】
以上から、可動部４４は、Ｚ方向へ変位（駆動または押下操作移動）する場合において、図４に示すＹ軸まわりのねじり剛性が大となる。よって、可動部４４は、Ｚ方向へ変位（駆動または押下操作移動）する場合において、水平状態を保った状態で、Ｚ方向（上下方向）に変位することができる。
【００２６】
取付部２１を介して支持部４０の可動部４４に取り付けられている振動パネル２０、タッチセンサ２５も同様に水平状態を保った状態で、Ｚ方向（上下方向）に変位することができる。
【００２７】
本実施の形態では、以下において、支持部４０は、固定部４２、可動部４４、平行バネ４６（第１バネ４７と第２バネ４８）が、樹脂で一体成型により形成されているものとして説明する。
【００２８】
なお、支持部４０は、例えば、固定部４２、可動部４４が樹脂で形成され、平行バネ４６（第１バネ４７と第２バネ４８）が金属バネにより組み立てられた構成とすることも可能である。
【００２９】
（支持部４０の製造方法）
図５は、支持部を射出成型により一体で製造する場合の金型の、図２で示すＢ−Ｂ断面の金型図である。支持部４０は、熱可塑性樹脂で、射出成形機あるいは圧縮成形機を用いて成形可能である。熱可塑性樹脂として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂などの汎用樹脂、また、ナイロン（ポリアミド）、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどのエンジニアリング樹脂も利用できる。
【００３０】
図５に示すように、第１金型１００は、１枚のプレートから構成されている。第２金型２００は、第１プレート２１０、第２プレート２２０が積層されて構成されている。第２金型２００の第２プレート２２０は、図示しない射出成形機により溶融樹脂を射出するスプルー２０５ａが形成されたスプルーブッシュ２０５を有している。
【００３１】
第１プレート２１０は、ランナー２１０ａと、サブランナー２１０ｂと、ピンポイントゲート２１０ｃとを有している。第１金型１００と第２金型２００（第１プレート２１０）との間には、溶融樹脂を射出して充填するためのキャビティ２１１、２１２、２１３が形成される。キャビティ２１１は、第１バネ４７が形成される領域であり、キャビティ２１２、２１３は、第２バネ４８が形成される領域である。
【００３２】
図３、図５に示すように、キャビティ２１１（第１バネ４７が形成される領域）を幅Ｗ１、キャビティ２１２、２１３（第２バネ４８が形成される領域）を幅Ｗ２とすると、Ｗ１＝２Ｗ２に設定されている。これにより、上側の第１バネ４７と下側の第２バネ４８、４８の幅が同じになり、好適な平行バネが形成できる。
【００３３】
第１金型１００と第２金型２００（第１プレート２１０、第２プレート２２０）を型合わせした後、第１金型１００と第２金型２００とが閉じた状態で、スプルーブッシュ２０５に射出成形機の射出ノズルが密接することで、射出成形が行われる。射出ノズルから射出された溶融樹脂は、スプルー２０５ａ、ランナー２１０ａ、サブランナー２１０ｂ、及びピンポイントゲート２１０ｃを通ってキャビティ２１１、２１２、２１３に導入される。溶融樹脂を冷却することで固化させた後、第１金型１００と第２金型２００とを型開きする。
【００３４】
以上の一連の工程により、固定部４２、可動部４４、平行バネ４６（第１バネ４７と第２バネ４８）が一体化された支持部４０が完成する。
【００３５】
（振動発生部７０）
振動発生部７０は、支持部４０の可動部４４に取り付けられる。振動発生部７０は、振動を発生させ、発生した慣性力を利用して可動部４４、振動パネル２０を駆動する慣性駆動アクチュエータである。振動発生部７０は、種々のアクチュエータを使用することができる。本実施の形態では、例えば、リニア振動アクチュエータを使用する。
【００３６】
リニア振動アクチュエータは、ボイスコイルアクチュエータの一種であり、小型化・薄型化が容易であり、電力効率がよい。また、リニア振動アクチュエータの可動部質量、駆動（振動）周波数を調節することにより、平行バネ４６（第１バネ４７と第２バネ４８）の共振周波数で駆動（振動）することが可能であり、効率よく振動を発生させることができる。
【００３７】
他の方式として、偏心回転質量方式の振動アクチュエータが使用できる。偏心回転質量方式は、偏心のあるロータをモータで回転させ、ロータに作用する遠心力により振動させる方式である。簡単で安価に振動アクチュエータを構成することができる。
【００３８】
また、他の方式として、ピエゾ方式の振動アクチュエータが使用できる。ピエゾ方式は、ピエゾ素子に電圧を印加することにより、機械的に変形させることで振動させる。電圧、周波数を変化させて、高速な振動制御が可能である。また、小型化・薄型化が容易である。
【００３９】
（制御部８０）
図６は、本実施の形態に係る振動呈示装置の制御ブロックを示すブロック図である。制御部８０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部８０が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。
【００４０】
図６に示すように、振動制御信号ＶＳが制御部８０に入力され、駆動信号ＶＤ（例えば、パルス信号）が振動発生部７０に入力される。必要に応じて、制御部８０の出力をドライブ回路に入力し、その出力を駆動信号ＶＤとして振動発生部７０に入力することができる。例えば、リニア振動アクチュエータ（ボイスコイルアクチュエータ）を駆動する場合に、ドライブ回路として電流ドライバを介して振動発生部７０を駆動する。また、ピエゾ方式の振動アクチュエータを駆動する場合に、ドライブ回路として昇圧（電圧）ドライバを介して振動発生部７０を駆動する。
【００４１】
制御部８０は、振動制御信号ＶＳとして、種々の信号を使用することができる。例えば、振動制御信号ＶＳとして単パルスの信号を使用することにより、振動発生部７０を１回だけ振動させ、支持部４０、振動パネル２０を１回だけ振動させることができる。これにより、振動パネル２０を１回だけ振動呈示、触覚呈示することができる。
【００４２】
また、制御部８０は、例えば、振動制御信号ＶＳとして連続パルスの信号を使用することにより、振動発生部７０を連続して振動させ、支持部４０、振動パネル２０を連続して振動させることができる。これにより、振動パネル２０を連続して振動呈示、触覚呈示することができる。
【００４３】
また、制御部８０は、例えば、振動制御信号ＶＳの周波数を、平行バネ４６（第１バネ４７と第２バネ４８）のバネ定数と可動部質量（可動部４４と振動パネル２０の質量の合計）で決まる共振周波数に設定することにより、振動発生部７０を共振駆動することができる。これにより、振動発生部７０を低電力で駆動して、振動パネル２０を振動呈示、触覚呈示することができる。
【００４４】
（本発明の第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る支持部の立体斜視図である。また、図８は、図７のＣ方向から見た支持部の平面図である。
【００４５】
第２の実施の形態は、平行バネを、Ｘ方向、及びＹ方向に備える構成としたものである。すなわち、支持部１４０は、図７、図８に示すように、可動部１４４を第１方向（Ｚ方向）に弾性的に支持する平行バネ１４６をＸ方向、及びＹ方向に有する。また、支持部１４０は、平行バネ１４６を構成するＸ方向、及びＹ方向のそれぞれの第１バネ１４７、第２バネ１４８が、第１方向（Ｚ方向）に重なりなく配置されたバネ構造を有している。
【００４６】
また、可動部１４４は、平行バネ１４６（第１バネ１４７と第２バネ１４８）により、Ｘ方向、及び、Ｙ方向の両端固定の支持のバネ構造とされている。
【００４７】
これにより、第１の実施の形態と同様に、可動部１４４は、Ｚ方向へ変位（駆動または押下）する場合において、水平状態を保った状態で、Ｚ方向（上下方向）に変位することができる。
【００４８】
第２の実施の形態では、可動部１４４は、Ｚ方向へ変位（駆動または押下）する場合において、図７、８に示すＸ軸まわり、及び、Ｙ軸まわりのねじり剛性が大となる。これにより、Ｘ軸まわり、及び、Ｙ軸まわりの両軸のねじり剛性を確保することができる。
【００４９】
（本発明の実施の形態に係る振動呈示装置１０の適用例）
本実施の形態に係る振動呈示装置１０を、振動パネル２０の上面２０ａにタッチセンサ２５を装着した操作入力装置とする場合には、例えば、車両の運転席と助手席の間のフロアコンソールに配置され、インストルメントパネルに設けられた表示部を見ながらの入力操作に適用することができる。操作入力装置を操作して、所定の位置での押圧操作等により入力操作を実行し、これに基づいて車載機器、例えば、空調装置、カーナビゲーション装置、オーディオ装置等の遠隔制御が可能となる。
【００５０】
（本発明の実施の形態の効果）
上記のような構成により、次のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係る振動呈示装置１０は、振動を呈示する振動パネル２０と、振動パネル２０に振動を付与する振動発生部７０と、振動パネル２０を支持する筐体３０と、第１方向（Ｚ方向）に弾性的に支持する平行バネを備え、振動パネル２０と筐体３０の間で振動パネルを支持する支持部４０と、を有して構成されている。これにより、振動パネル２０は、水平状態を保った状態で、Ｚ方向（上下方向）に変位することができる。
（２）また、第１の実施の形態、第２の実施の形態において、平行バネを構成する第１バネと第２バネとが、第１方向（Ｚ方向）に重なりなく配置されたバネ構造とされている。これにより、例えば、固定部、可動部、平行バネ（第１バネと第２バネ）で構成される支持部を一体に成型する場合に、上下方向にアンダーカットの部分がないため、容易に成型することが可能になる。
（３）また、固定部、可動部、平行バネ（第１バネと第２バネ）で構成される支持部を一体に成型する場合には、部品点数の低減が可能で、平行バネの接着工程が必要なく、コストダウンが可能となる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…振動呈示装置
２０…振動パネル、２０ａ…上面、２１…取付部、２５…タッチセンサ
３０…筐体、３０ａ…上部
４０…支持部、４２…固定部、４２ａ…取付面、４４…可動部、４４ａ…取付面、４６…平行バネ、４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４８ｂ…取付部
７０…振動発生部
８０…制御部
１００…第１金型
１４０…支持部、１４４…可動部、１４６…平行バネ、１４７…第１バネ、１４８…第２バネ
２００…第２金型、２０５…スプルーブッシュ、２０５ａ…スプルー、２１０…第１プレート、２１０ａ…ランナー、２１０ｂ…サブランナー、２１０ｃ…ピンポイントゲート
２１１、２１２，２１３…キャビティ、２２０…第１プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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