(57)【要約】操作検出装置としてのタッチパッド１は、操作がなされる操作面７ａを有する操作部７と、操作部７が取り付けられるベース４と、操作部７とベース４との間に配置され、操作面７ａに付加された荷重を検出する複数の荷重センサ６と、ベース４と操作部７とに取り付けられ、弾性力によって複数の荷重センサ６と操作部７とを接触させる複数の弾性体５と、を有する。
2019031200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作がなされる操作面を有する操作部と、
前記操作部が取り付けられる基部と、
前記操作部と前記基部との間に配置され、前記操作面に付加された荷重を検出する複数の荷重センサと、
前記基部と前記操作部とに取り付けられ、弾性力によって前記複数の荷重センサと前記操作部とを接触させる複数の弾性体と、
を備えた操作検出装置。
【請求項２】
前記複数の弾性体は、前記複数の荷重センサが配置される場所の近傍にそれぞれ配置される、
請求項１に記載の操作検出装置。
【請求項３】
前記複数の荷重センサは、前記操作面の形状に合わせた配置とする、
請求項１又は２に記載の操作検出装置。
【請求項４】
前記操作面は、矩形であり、
前記複数の荷重センサは、前記操作面の四隅側の下方に配置される、
請求項３に記載の操作検出装置。
【請求項５】
前記複数の弾性体は、前記操作面の形状に合わせた配置とする、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の操作検出装置。
【請求項６】
前記操作面は、矩形であり、
前記複数の弾性体は、前記操作面の対向する一対の辺側の下方に配置される、
請求項５に記載の操作検出装置。
【請求項７】
前記操作部は、上面側が前記操作面となり、下面側が開放された箱形状を有すると共に、対向する一対の側面部に凹部が設けられ、
前記弾性体は、前記基部に取り付けられる取付部と、前記取付部の端部から突出して折り返された折返部と、前記折返部の先端に設けられ、前記操作部の前記凹部に嵌り込む凸部と、を有する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の操作検出装置。
【請求項８】
前記荷重センサは、ゲージによって組まれたブリッジ回路を内部に有する本体と、当該本体から突出したロードボタンを有し、当該ロードボタンに付加される荷重に応じて変化する前記ゲージの抵抗値により、前記ブリッジ回路の出力が変化する構成を有する、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の操作検出装置。
【請求項９】
前記荷重センサからの荷重信号に基づく荷重と荷重しきい値とを比較し、前記荷重しきい値以上の荷重を検出した場合、前記操作部のプッシュ操作がなされたと判定して、操作情報を被制御装置に出力する制御部を備えた、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の操作検出装置。
【請求項１０】
操作がなされる操作面を有する操作部と、
前記操作部の下方に配置され、前記操作面に付加された荷重を検出する複数の荷重センサと、
前記荷重センサの下方に配置された基部と、
前記操作部と一体にされて前記操作部との間に形成される収容空間に前記荷重センサ及び前記基部を収容する筐体と、
前記筐体と前記基部の間で弾性力を発生する複数の弾性体と、
を備えた操作検出装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１７年８月８日に出願された日本国特許出願２０１７−１５３１８０号の優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１７−１５３１８０号の全内容を本出願に参照により援用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、操作検出装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ベースの上に配置されたタッチパッドと、タッチパッドとベースの間におけるタッチパッドの四隅に配置された４つの荷重センサと、荷重センサの出力電圧に基づいてタッチ位置を検出するマイクロコンピュータと、を備えたタッチパネル表示器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたタッチパネル表示器は、４つの荷重センサの全てをタッチパッドに接触させることが難しく、高さの調整など行わない場合、３点支持となって１点が浮いてしまい、操作時の異音やガタの原因となる問題がある。【０００６】
本発明の目的は、操作時の異音やガタを抑制することができる操作検出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】
本発明の一実施形態による操作検出装置は、操作がなされる操作面を有する操作部と、操作部が取り付けられる基部と、操作部と基部との間に配置され、操作面に付加された荷重を検出する複数の荷重センサと、基部と操作部とに取り付けられ、弾性力によって複数の荷重センサと操作部とを接触させる複数の弾性体と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、操作時の異音やガタを抑制する操作検出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は、実施の形態に係るタッチパッドを示す分解斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態に係るタッチパッドを示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態に係るタッチパッドのブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態に係るタッチパッドの主要な構成を示す模式的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２ＡのIII（ｂ）-III（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た模式的な断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施の形態に係る弾性体の弾性力についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る操作検出装置は、操作がなされる操作面を有する操作部と、操作部が取り付けられる基部と、操作部と基部との間に配置され、操作面に付加された荷重を検出する複数の荷重センサと、基部と操作部とに取り付けられ、弾性力によって複数の荷重センサと操作部とを接触させる複数の弾性体と、を有する。
【００１１】
この操作検出装置は、弾性体によって操作部と複数の荷重センサとの接触を確実なものとするので、この構成を採用しない場合と比べて、荷重センサの浮きを抑制し、操作時の異音やガタを抑制することができる。
【００１２】
[実施の形態]
（タッチパッド１の概要）
本実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図３Ａ〜図３Ｃは、説明のため、実際の形状を模式的にした模式図としている。さらに図２Ｂでは、主な信号や情報の流れを矢印で示している。
【００１３】
操作検出装置としてのタッチパッド１は、一例として、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ている。このタッチパッド１は、一例として、図１の紙面左側（操作面７ａの辺７４２ａ側）が車両の後方側であり、右側（辺７４３ａ側）が前方側に位置するように配置される。そしてタッチパッド１は、一例として、車両に搭載された電子機器を操作するように構成されている。このタッチパッド１は、例えば、操作面７ａになされたなぞり操作、タップ操作、ピンチ操作及びプッシュ操作などを検出するように構成されている。
【００１４】
タッチパッド１は、例えば、図１〜図２Ｂに示すように、操作がなされる操作面７ａを有する操作部７と、操作部７が取り付けられる基部としてのベース４と、操作部７とベース４との間に配置され、操作面７ａに付加された荷重を検出する複数の荷重センサ６と、ベース４と操作部７とに取り付けられ、弾性力によって複数の荷重センサ６と操作部７とを接触させる複数の弾性体５と、を有する。
【００１５】
またタッチパッド１は、例えば、図２Ｂ及び図３Ａに示すように、アクチュエータ８と、タッチセンサ７０、発光素子７１、荷重センサ６及びアクチュエータ８を制御する制御部１００と、を備えている。
【００１６】
複数の荷重センサ６は、操作面７ａの形状に合わせた配置とされる。この操作面７ａの形状に合わせた配置とは、一例として、操作面７ａの形状に合わせたバランスの良い配置であり、より具体的には、複数の荷重センサ６によって定まる重心が操作面７ａの重心と一致するような配置である。本実施の形態の複数の荷重センサ６は、一例として、図１及び図３Ｂに示すように、操作面７ａの形状に合わせたバランスの良い配置として矩形を有する操作面７ａの四隅側の下方、言い換えるなら操作面７ａの背面や裏側に配置される。つまりタッチパッド１は、４つの荷重センサ６を備えている。なお操作面７ａの外形は、矩形に限定されず、円形、三角形、台形などやこれらを組み合わせた形状であっても良い。また操作面７ａは、平面、凹面及び凸面などやこれらを組み合わせた形状であっても良い。
【００１７】
操作部７と一体とされたベース４は、例えば、図１に示すように、筐体２に取り付けられている。この筐体２は、一例として、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの樹脂材料を用いて形成されている。この筐体２とベース４との間には、例えば、図１及び図２Ａに示すように、樹脂材料によって形成された４つのクッション３が配置されている。このクッション３は、筐体２の嵌込部２０に取り付けられている。
【００１８】
（ベース４の構成）
ベース４は、一例として、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）などの樹脂材料を用いて形成されている。このベース４の上面４０ａ側には、操作部７が配置される。またベース４の下面４０ｂ側には、アクチュエータ８が配置される。
【００１９】
ベース４は、例えば、図１に示すように、操作面７ａの一対の辺７４０ａ及び辺７４１ａの下方に、２つずつ挿入部４２が設けられている。この挿入部４２は、上から弾性体５の取付部５０が挿入できるように構成されている。また挿入部４２は、荷重センサ６が配置される場所の近くに設けられている。
【００２０】
（弾性体５の構成）
複数の弾性体５は、操作面７ａの形状に合わせた配置とされる。この操作面７ａの形状に合わせた配置とは、一例として、複数の弾性体５によって定まる重心が操作面７ａの重心と一致するような配置である。本実施の形態の複数の弾性体５は、一例として、矩形を有する操作面７ａの対向する一対の辺７４０ａ及び辺７４１ａ側の下方に配置される。この弾性体５は、例えば、図３Ｂに示すように、ベース４に取り付けられる取付部５０と、取付部５０の端部から突出して折り返された折返部５４と、折返部５４の先端に設けられ、後述する操作部７の凹部７４５に嵌り込む凸部５６と、を有する。
【００２１】
この弾性体５は、例えば、ステンレス鋼などの金属材料を用いて形成されている。取付部５０は、例えば、図１に示すように、板形状を有している。この取付部５０は、例えば、図１に示すように、ベース４に設けられた挿入部４２に挿入され、ベース４と一体となる。
【００２２】
折返部５４は、取付部５０よりも細長い形状を有している。この折返部５４は、取付部５０の上部から突出した状態から取付部５０に向かって折り曲げて形成されているので、取付部５０との間に湾曲部５２が形成されている。
【００２３】
凸部５６は、折返部５４の先端近くを外側（取付部５０と反対側）に曲げて形成されている。この凸部５６は、パネル７４が取り付けられる際、例えば、図３Ｂの二点鎖線の状態からベース４方向に押されて湾曲部５２が撓んだ状態で凹部７４５に嵌る。
【００２４】
この湾曲部５２の撓みやパネル７４の取り付けに伴う折返部５４及び凸部５６の変形によって二点鎖線の状態に戻ろうとする弾性力が弾性体５に発生し、凸部５６の先端側の斜面５６ａは、例えば、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、凹部７４５の下面７４５ａに対して斜面５６ａの法線方向の力Ｆを付加する。
【００２５】
この力Ｆは、例えば、図３Ｃに示すように、水平方向の力Ｆａと垂直方向の力Ｆｂに分解することができる。この垂直方向の力Ｆｂは、図３Ｂにおいて矢印で示す下向きの力であり、図３Ａに示すように、操作部７を荷重センサ６と接触させる力である。
【００２６】
なお弾性体５は、操作部７の一対の辺７４０ａ及び辺７４１ａ側に２つずつ配置されているので、側面部７４２又は側面部７４３側には配置されていないが、操作部７と荷重センサ６とを接触させることができる。
【００２７】
なお変形例として、弾性体５は、例えば、図３Ａに示すように、コイルばねなどの弾性体５が一対の辺の下方に配置され、筐体２と操作部７のパネル７４とに弾性力を付加することで操作部７のパネル７４と４つの荷重センサ６とを接触させる構成であっても良い。具体的には、変形例のタッチパッド１は、筐体２と操作部７のパネル７４とが一体とされ、その内部にタッチセンサ７０、荷重センサ６、ベース４及び弾性体５が配置されている。この弾性体５は、例えば、図３Ａの紙面下方向の弾性力Ｆ１を筐体２に付加すると共に、ベース４、荷重センサ６及びタッチセンサ７０を介して上方向に弾性力Ｆ２をパネル７４に付加するので、操作部７のパネル７４と荷重センサ６とを確実に接触させることができる。
【００２８】
（荷重センサ６の構成）
荷重センサ６は、例えば、ピエゾ抵抗方式や静電容量方式のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）である。本実施の形態の荷重センサ６は、一例として、静電容量方式のセンサであり、４つのゲージによってブリッジ回路が組まれている。
【００２９】
この荷重センサ６は、例えば、本体６０からロードボタン６１が突出している。荷重センサ６は、ロードボタン６１に荷重が付加されることにより、内部のゲージの抵抗値が変わってブリッジ回路の出力が変化するように構成されている。そして荷重センサ６は、操作部７の下面７ｂに配置されている。この下面７ｂとは、一例として、タッチセンサ７０の基板の下面である。
【００３０】
４つの荷重センサ６は、例えば、図２Ｂに示すように、荷重信号Ｓ２〜荷重信号Ｓ５を制御部１００に出力する。制御部１００は、例えば、この荷重信号Ｓ２〜荷重信号Ｓ５を荷重に変換し、プッシュ操作の有無を判定する。
【００３１】
（操作部７の構成）
操作部７は、一例として、図１に示すように、タッチセンサ７０と、ライトガイド７２と、パネル７４と、を有する。
【００３２】
タッチセンサ７０は、例えば、静電容量方式のタッチセンサであり、マルチタッチを検出するように構成されている。具体的にはタッチセンサ７０は、複数の駆動電極及び検出電極が絶縁性を保ちながら交差して基板上に設けられている。
【００３３】
この基板は、一例として、図１に示すように、プリント配線基板であり、対向する端部に複数の発光素子７１が配置されている。この発光素子７１は、例えば、制御部１００から出力される照明信号Ｓ７に基づいて発光する。
【００３４】
タッチセンサ７０は、複数の駆動電極と複数の検出電極の全ての組み合わせの静電容量を読み出し、１周期分の静電容量を静電容量Ｓ１として制御部１００に出力する。
【００３５】
ライトガイド７２は、例えば、アクリルなどの透明度が高い樹脂材料を用いてシート状に形成されている。このライトガイド７２は、例えば、接着剤によってパネル７４に取り付けられている。
【００３６】
またライトガイド７２は、上述の発光素子７１の光を操作面７ａ方向に案内して操作面７ａを照明する。よってライトガイド７２には、発光素子７１の光を拡散する拡散粒子などが含まれていても良い。
【００３７】
パネル７４は、例えば、ＰＣなどの透明な樹脂材料を用いて形成されている。そしてパネル７４は、例えば、光が透過する透光領域と、光を遮光する遮光領域と、を印刷などによって形成することによって操作面７ａに意匠が形成されている。
【００３８】
このパネル７４は、例えば、図１及び図３Ｂに示すように、上面側が操作面７ａとなり、下面側が開放された箱形状を有すると共に、対向する一対の側面部７４０及び側面部７４１に２つずつ凹部７４５が設けられている。
【００３９】
この凹部７４５には、上述のように、弾性体５の凸部５６が嵌り込み、ベース４、タッチセンサ７０、ライトガイド７２及びパネル７４を一体にすると共に、操作部７と４つの荷重センサ６との接触を確実なものとしている。
【００４０】
（アクチュエータ８の構成）
アクチュエータ８は、ベース４を介して操作面７ａを振動させるものである。このアクチュエータ８は、一例として、ユニモルフ型の圧電アクチュエータである。
【００４１】
アクチュエータ８は、例えば、図２Ｂに示すように、制御部１００から出力される駆動信号Ｓ６に基づいて振動する。
【００４２】
（制御部１００の構成）
制御部１００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１００が動作するためのプログラムと、静電しきい値１０１と、荷重しきい値１０２と、駆動情報１０３と、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。
【００４３】
制御部１００は、例えば、操作部７が操作を検出すると共に荷重センサ６が当該操作に伴う荷重を検出した場合、プッシュ操作がなされたとして被制御装置を制御すると共にアクチュエータ８を制御して操作面７ａを振動させ、プッシュ操作を受け付けたことを示す触覚フィードバックを呈示するように構成されている。そして制御部１００は、操作が検出された点の座標値、プッシュ操作の有無などの情報を含む操作情報Ｓ８を生成して被制御装置に出力する。
【００４４】
この被制御装置とは、例えば、ナビゲーション装置、音楽及び映像再生装置、空調装置などである。
【００４５】
具体的には、制御部１００は、タッチセンサ７０から周期的に静電容量Ｓ１を取得して静電しきい値１０１と比較する。制御部１００は、例えば、静電しきい値１０１以上の静電容量が存在した場合、当該静電容量の分布に基づいて操作がなされた操作面７ａ上の検出点を算出する。この算出は、一例として、加重平均などによって行われる。
【００４６】
また制御部１００は、荷重センサ６からの荷重信号Ｓ２〜荷重信号Ｓ５に基づく荷重と荷重しきい値１０２とを比較する。制御部１００は、荷重しきい値１０２以上の荷重が検出された場合、プッシュ操作がなされたと判定する。
【００４７】
駆動情報１０３は、例えば、駆動信号Ｓ６の駆動パターンに関する情報である。制御部１００は、プッシュ操作が検出された場合、プッシュ操作を受け付けたことを示す駆動パターンを有する駆動信号Ｓ６を生成してアクチュエータ８に出力して触覚フィードバックを呈示する。なお変形例として、触覚フィードバックは、例えば、機械式の押しボタンの触覚を模した触覚フィードバックなどであっても良い。
【００４８】
また変形例として制御部１００は、なぞり操作やタッチ操作などにおいて、静電しきい値１０１以上の静電容量の検出と、予め定められた荷重以上の荷重の検出と、を組み合わせて操作の判定を行うように構成されても良い。制御部１００は、この組み合わせの判定により、操作面７ａから離れて、つまりフローティング状態にある操作指などの誤検出を抑制することができる。また制御部１００は、この組み合わせの判定により、車両の振動に伴って意図せず操作指が触れて検出された荷重に基づく誤検出を抑制することができる。
【００４９】
以下にタッチパッド１の動作について説明する。
【００５０】
（動作）
タッチパッド１の制御部１００は、例えば、車両の電源が投入されると、照明信号Ｓ７を発光素子７１に出力して操作面７ａを照明する。そして制御部１００は、静電容量Ｓ１、荷重信号Ｓ２〜荷重信号Ｓ５を取得し、静電しきい値１０１及び荷重しきい値１０２と比較しながら監視する。
【００５１】
制御部１００は、操作が検出され、プッシュ操作が検出されない場合、操作が検出された点の座標値とプッシュ操作がなされなかったことを含む操作情報Ｓ８を生成して被制御装置に出力する。また制御部１００は、プッシュ操作が検出された場合、操作が検出された点の座標値とプッシュ操作がなされたことを含む操作情報Ｓ８を生成して被制御装置に出力する。
【００５２】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るタッチパッド１は、操作時の異音やガタを抑制することができる。具体的には、タッチパッド１は、弾性体５によって操作部７と４つの荷重センサ６との接触を確実なものとするので、この構成を採用しない場合と比べて、荷重センサ６の浮きを抑制し、操作時の異音やガタを抑制することができる。
【００５３】
タッチパッド１は、操作部７と４つの荷重センサ６とが確実に接触するので、いずれかの荷重センサが接触していない場合と比べて、ガタが抑制され、操作面７ａのどの位置でタップ操作やダブルタップ操作を行っても異音を抑制することができる。またタッチパッド１は、操作部７と４つの荷重センサ６とが確実に接触するので、荷重の検出精度が高く、操作面７ａのどの位置で操作を行っても精度良く操作を検出することができる。
【００５４】
タッチパッド１は、４つの荷重センサ６が操作部７に接触するように荷重センサ６の高さなどの調整を行う必要がないので、調整が必要な場合と比べて、低コストで製造することができる。
【００５５】
タッチパッド１は、弾性体５がベース４とパネル７４の側面部７４０及び側面部７４１の間の狭いスペースに配置可能に薄く構成されているので、この構成を採用しない場合と比べて、小型化することができる。そしてタッチパッド１は、弾性体５が荷重センサ６の配置される場所の近くに配置されるので、この構成を採用しない場合と比べて、より確実に操作部７と荷重センサ６とを接触させることができる。
【００５６】
タッチパッド１は、弾性体５をベース４に取り付け、さらにベース４にライトガイド７２及びタッチセンサ７０を取り付けたパネル７４を嵌めるだけで、弾性体５を介してベース４とパネル７４などが一体となるので、この構成を採用しない場合と比べて、組み立てが容易となる。
【００５７】
タッチパッド１は、操作部７と荷重センサ６とが確実に接触するので、この構成を採用しない場合と比べて、複数の荷重センサ６を操作面７ａの形状に合わせたバランスの良い配置とすることができる。
【００５８】
なお変形例としてタッチパッド１は、タッチセンサ７０を備えない構成としても良い。このタッチパッド１は、操作部７と４つの荷重センサ６とが確実に接触しているので、各荷重センサ６の出力に応じて操作がなされた位置を精度良く検出することが可能である。
【００５９】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、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、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例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、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、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】
【００６０】
１ タッチパッド
２ 筐体
４ ベース
５ 弾性体
６ 荷重センサ
７ 操作部
７ａ 操作面
７ｂ 下面
２０ 嵌込部
５０ 取付部
５４ 折返部
５６ 凸部
６０ 本体
６１ ロードボタン
１００ 制御部
７４０ａ〜７４３ａ 辺
７４５ 凹部
【図１】
2019031200.tif 000003
【図２Ａ】
2019031200.tif 000004
【図２Ｂ】
2019031200.tif 000005
【図３Ａ】
2019031200.tif 000006
【図３Ｂ】
2019031200.tif 000007
【図３Ｃ】
2019031200.tif 000008
【国際調査報告】
2019031200.tif 000009
2019031200.tif 000010
2019031200.tif 000011
2019031200.tif 000012
2019031200.tif 000013
2019031200.tif 000014