(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベースに対して昇降可能に設けられた操作体と、前記操作体に力を与える操作反力発生部と、を有する押圧操作装置において、
前記操作反力発生部は、前記ベースに固定された固定子と、前記操作体と共に昇降する可動子と、前記固定子と前記可動子との間に配置された薄膜体と、前記薄膜体に前記昇降方向と直交する力を与えるアクチュエータと、が設けられ、
前記固定子の前記可動子と対向する第１対向面と、前記可動子の前記固定子と対向する第２対向面に、前記アクチュエータから前記薄膜体に与えられる力の方向に対して傾斜する交差面部が形成されており、
前記操作体が押され、前記薄膜体が前記第１対向面と前記第２対向面との間に位置するときに、前記アクチュエータから前記薄膜体に力が与えられ、前記操作体に操作反力が与えられることを特徴とする押圧操作装置。
【請求項２】
前記薄膜体を、前記アクチュエータによる力の方向と逆向きに付勢するバネ部材が設けられている請求項１記載の押圧操作装置。
【請求項３】
前記薄膜体は、前記交差面部と同じ方向に傾斜する傾斜部を有している請求項１または２記載の押圧操作装置。
【請求項４】
前記薄膜体は、平板形状で変形可能であり、前記第１対向面と前記第２対向面に挟まれたときに、前記交差面部に倣って変形する請求項１または２記載の押圧操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者に押圧される操作部を有する押圧操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
押圧操作装置は、例えば、自動車のハンドルやインストルメントパネルなどに組み込まれて、乗員による操作が入力される。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている押圧操作装置は、タッチパッドとハウジングとの間にバネが配されており、タッチパッドがハウジングに対して昇降方向に移動可能に設けられている。タッチパッドの背面には、上記昇降方向の振動力を与えるための圧電アクチュエータが接続されている。この押圧操作装置では、圧電アクチュエータによりタッチパッドに操作反力を与えて振動させ、タッチパッドへの操作入力に対する応答を操作者に伝えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５１６３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記押圧操作装置では、タッチパッドの背面に直接圧電アクチュエータが接続されているので、タッチパッドへの押圧力が直接圧電アクチュエータに加えられて、故障等の不具合が生じるおそれがあった。このような不具合を回避する構成として、タッチパッドの側方に圧電アクチュエータを配置する構成が考えられるが、タッチパッドの平面方向に沿う振動は操作者に知覚されにくいという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、アクチュエータの不具合を抑制しつつ、押圧操作に対する応答を効果的に伝えることができる押圧操作装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ベースと、前記ベースに対して昇降可能に設けられた操作体と、前記操作体に力を与える操作反力発生部と、を有する押圧操作装置において、
前記操作反力発生部は、前記ベースに固定された固定子と、前記操作体と共に昇降する可動子と、前記固定子と前記可動子との間に配置された薄膜体と、前記薄膜体に前記昇降方向と直交する力を与えるアクチュエータと、が設けられ、
前記固定子の前記可動子と対向する第１対向面と、前記可動子の前記固定子と対向する第２対向面に、前記アクチュエータから前記薄膜体に与えられる力の方向に対して傾斜する交差面部が形成されており、
前記操作体が押され、前記薄膜体が前記第１対向面と前記第２対向面との間に位置するときに、前記アクチュエータから前記薄膜体に力が与えられ、前記操作体に操作反力が与えられることを特徴とする押圧操作装置である。
【０００８】
本発明によれば、操作体が押され、薄膜体が固定子の第１対向面と可動子の第２対向面との間に位置するときに、アクチュエータから薄膜体に力が与えられ、操作体に操作反力が与えられる。そのため、アクチュエータを、操作体の押圧方向に配置することなく、操作体に操作反力を与えることができる。
【０００９】
上記押圧操作装置は、前記薄膜体を、前記アクチュエータによる力の方向と逆向きに付勢するバネ部材が設けられていることが好ましい。このようにすることで、操作体が押圧される力が過剰に薄膜体に加えられたとき、バネ部材で受け流して、アクチュエータに直接加わることを避けることができる。
【００１０】
上記押圧操作装置は、前記薄膜体は、前記交差面部と同じ方向に傾斜する傾斜部を有していることが好ましい。このようにすることで、薄膜体を、交差面部に密着させることができ、操作反力を効果的に与えられる。
【００１１】
上記押圧操作装置は、前記薄膜体は、平板形状で変形可能であり、前記第１対向面と前記第２対向面に挟まれたときに、前記交差面部に倣って変形することが好ましい。このようにすることで、薄膜体を、あらかじめ交差面部に応じた形状に形成しなくとも、交差面部に密着させることができ、操作反力を効果的に与えられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アクチュエータの不具合を抑制しつつ、押圧操作に対する応答を効果的に伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る押圧操作装置の図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１の押圧操作装置が有する固定子、可動子およびこれら周辺の拡大断面図である。
【図４】本発明に第２実施形態に係る押圧操作装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下に、本発明の第１実施形態に係る押圧操作装置について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態に係る押圧操作装置の図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であって、（ａ）は操作体が押されていない状態を示し、（ｂ）は操作体が押し込まれている状態を示し、（ｃ）は操作体が押し込まれている状態で圧電アクチュエータにより薄膜体に力を与えている状態を示す。図３は、図１の押圧操作装置が有する固定子および可動子ならびにこれら周辺の拡大断面図である。
【００１６】
各図に示すＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向は一平面内にて直交する２方向を示し、Ｚ１−Ｚ２方向は、前記一平面に対して直交する方向を示している。各方向は、押圧操作装置の構成要素の相対的な位置関係を説明するために便宜上示しており、以下の説明では、一例として、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向を含む平面を水平面とし、Ｚ１−Ｚ２方向を鉛直方向（昇降方向）としている。後述する、第２実施形態でも同様である。
【００１７】
本実施形態における押圧操作装置１は、例えば、自動車のハンドルやインストルメントパネルなどに組み込まれて、乗員による操作が入力される。
【００１８】
図１〜図３に示すように、押圧操作装置１は、ベース１０と、操作体２０と、図１（ｂ）に示す複数のコイルバネ２８と、操作反力発生部３０と、を有している。
【００１９】
ベース１０は、金属製または合成樹脂製であり、図２に示すように、矩形板状の底壁１１と、底壁１１の周縁から立設された周壁１２とを有して、上方（Ｚ１向き）に開口した箱状に形成されている。
【００２０】
操作体２０は、ベース１０に対して昇降方向（すなわち、近づく方向及び離れる方向）に移動可能に設けられている。操作体２０は、図２に示すように、操作基材２１と、操作板２２と、を有している。
【００２１】
操作基材２１は合成樹脂製であり、矩形平板形状に形成されている。操作板２２は、合成樹脂製であり、操作基材２１と平面視形状が同一となる矩形平板形状に形成されている。あるいは、操作板２２の表面が突湾曲面となっている。操作板２２は操作基材２１の上面に重ねて固定されている。操作板２２は、その表面または裏面に静電センサなどの座標入力装置が搭載されており、操作者の指が操作板２２のどの位置に触れたのかを検知できるようになっている。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、複数のコイルバネ２８は、ベース１０の底壁１１の上面１１ａと操作体２０の操作基材２１の下面２１ａとの間に配置されている。本実施形態では、４つのコイルバネ２８が、ベース１０の四隅に配置されて、操作体２０の四隅を支持するとともに、操作体２０が押し下げられたときに上方に向けて均等に押し上げる力を加える。なお、複数のコイルバネ２８は、図１（ｂ）にのみ示し、それ以外の図では、省略している。
【００２３】
図２に示すように、操作反力発生部３０は、固定子３１と、可動子３２と、薄膜体３３と、圧電アクチュエータ３４と、バネ部材３５と、を有している。
【００２４】
固定子３１は、金属製または合成樹脂製であり、ベース１０の底壁１１の上面１１ａの中央部に固定されている。固定子３１は、概ね直方体形状であり、固定子３１の上方を向く第１対向面３１ａが、Ｙ１−Ｙ２方向から見たときにほぼ正弦波形状となるように形成されている。
【００２５】
可動子３２は、固定子３１と同様に金属製または合成樹脂製であり、連結部材３６を介して操作体２０の操作基材２１の下面２１ａの中央部に固定されている。可動子３２は、概ね直方体形状であり、可動子３２の下方を向く第２対向面３２ａが、Ｙ１−Ｙ２方向から見たときにほぼ正弦波形状である。固定子３１の第１対向面３１ａの波形状と、可動子３２の第２対向面３２ａの波形状は、凹部と凸部が互いに対向しており、可動子３２が下降したときに、第２対向面３２ａと固定子３１の第１対向面３１ａとが、隙間なく重なることが可能である。
【００２６】
第１対向面３１ａは、ほぼ正弦波形状に形成されていることから、図３において、破線で区切って示すことができるように、複数の第１交差面部３１ａ１〜３１ａ４を有している。これら複数の第１交差面部３１ａ１〜３１ａ４のそれぞれは、Ｘ１−Ｘ２方向に交差するとともにＸ１−Ｘ２方向に順に並んでいる。本実施形態において、複数の第１交差面部３１ａ１〜３１ａ４は、曲面状に形成されているが、Ｘ１−Ｘ２方向と交差していれば平面状に形成されていてもよい。
【００２７】
第２対向面３２ａは、第１対向面３１ａと同じくほぼ正弦波形状に形成されていることから、図３において破線で区切って示すことができるように、複数の第２交差面部３２ａ１〜３２ａ４を有している。これら複数の第２交差面部３２ａ１〜３２ａ４のそれぞれは、Ｘ１−Ｘ２方向に交差するとともにＸ１−Ｘ２方向に順に並んでいる。複数の第２交差面部３２ａ１〜３２ａ４は、それぞれ複数の第１交差面部３１ａ１〜３１ａ４と昇降方向に対向配置されている。本実施形態において、複数の第２交差面部３２ａ１〜３２ａ４は、曲面状に形成されているが、Ｘ１−Ｘ２方向と交差していれば平面状に形成されていてもよい。
【００２８】
可動子３２と操作基材２１とをつなぐ連結部材３６は、金属製または合成樹脂製であるが、例えば、硬質ゴムなど、後述する操作反力発生部３０による力を伝達可能な程度の若干の柔軟性を有する弾性材料で構成されていてもよい。
【００２９】
薄膜体３３は、バネ性を有する金属製の薄膜であり、帯形状に形成されている。図３に示すように、薄膜体３３の長手方向の中央部３３ａは、可動子３２の第２対向面３２ａに沿う形状（本実施形態においては、ほぼ正弦波形状）に形成されている。これに限らず、薄膜体３３は、平らに形成されていてもよい。薄膜体３３は、固定子３１の第１対向面３１ａと可動子３２の第２対向面３２ａとの間に配置されている。
【００３０】
薄膜体の中央部３３ａは、第２対向面３２ａと同じくほぼ正弦波形状に形成されていることから、図３において破線で区切って示すことができるように、複数の傾斜部３３ａ１〜３３ａ４を有している。これら複数の傾斜部３３ａ１〜３３ａ４のそれぞれは、Ｘ１−Ｘ２方向に交差するとともにＸ１−Ｘ２方向に順に並んでいる。
【００３１】
傾斜部３３ａ１は、固定子３１の第１交差面部３１ａ１と可動子３２の第２交差面部３２ａ１とに昇降方向に密着して挟まれるように形成されている。つまり、傾斜部３３ａ１は、第１交差面部３１ａ１及び第２交差面部３２ａ１と同じ方向に傾斜している。傾斜部３３ａ２〜３３ａ４についても同様である。
【００３２】
薄膜体３３は、バネ性を有する金属製の薄膜に限定されるものではなく、例えば、薄膜体３３を、伸縮性が低くかつ柔軟性を有する合成樹脂製の薄膜で構成してもよい。
【００３３】
圧電アクチュエータ３４は、電圧の印加により出力部３４ａを変位させる圧電素子により構成されている。圧電アクチュエータ３４は、図２に示すように、出力部３４ａをＸ２側に向けて、ベース１０の周壁１２に固定されている。圧電アクチュエータ３４の出力部３４ａには、薄膜体３３の長手方向の一端部３３ｂが接続されている。圧電アクチュエータ３４は、電圧が印加されると出力部３４ａを初期位置からＸ２向きに変位（Ｘ２側に移動）させ、電圧が印加されなくなると出力部３４ａを初期位置に戻す。
【００３４】
バネ部材３５は、例えば、コイルバネなどで構成されている。バネ部材３５は、伸張状態でベース１０の周壁１２（具体的には、周壁１２における圧電アクチュエータ３４とＸ１−Ｘ２方向に対向する箇所）と薄膜体３３の長手方向の他端部３３ｃとの間に接続されている。バネ部材３５は、薄膜体３３の他端部３３ｃに、Ｘ２向き（すなわち、一端部３３ｂから離れる向き）に引っ張る力を与えている。
【００３５】
押圧操作装置１は、操作体２０が押されたことを検知する押圧検知部材を有している。例えば、操作体２０が下降し薄膜体３３が押されて圧電アクチュエータ３４に力が作用すると、この力に対応した電圧が生成され、これが押圧検知部材の検知信号となる。
【００３６】
または、操作体２０とベース１０との間に押圧検知部材が設けられる。この押圧検知部材は、周壁１２の上面と、操作基材２１の下面２１ａに、互いに対向する電極が設けられて、電極間の電荷の変化を検知するものである。また、周壁１２の上面に、前記下面２１ａで押されて動作する機械式のスイッチ素子が押圧検知部材として設けられてもよい。
【００３７】
押圧操作装置１には制御部が付随して設けられている。操作体２０が押し下げられ前記押圧検知部材から検知信号が得られると、制御部から圧電アクチュエータ３４に駆動信号が与えられ、圧電アクチュエータ３４が出力部３４ａをＸ１−Ｘ２方向に動作させ、好ましくは複数回動作する振動が発せられる。
【００３８】
次に、上述した押圧操作装置１の動作の一例について、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００３９】
押圧操作装置１は、操作体２０が図２（ａ）の状態から図２（ｂ）に示すように押し下げられると、可動子３２のほぼ正弦波形状の第２対向面３２ａで同じくほぼ正弦波形状の薄膜体３３が押されるため、第２対向面３２ａの正弦波形状に薄膜体３３の正弦波形状が倣うようになり、第２対向面３２ａに薄膜体３３が密着できるようになる。  図２（ｂ）に示すように操作体２０が押し下げられると、前記押圧検知部材が動作して切り替え検知信号が制御部に与えられ、制御部から圧電アクチュエータ３４に所定パターンの駆動信号が与えられる。
【００４０】
この駆動信号に応じて圧電アクチュエータ３４の出力部３４ａが、一旦Ｘ２向きに変位したのち、Ｘ１向きに変位する。これにより、図２（ｃ）に示すように、一旦薄膜体３３が緩められたのち薄膜体３３がＸ１方向へ引かれ、あるいはこの一連の動作が複数回繰り返される。薄膜体３３がＸ１方向へ引かれる際、薄膜体３３はバネ部材３５によりＸ２方向へ常に戻されているため、第２交差面部３２ａ１〜３２ａ４から操作体２０にＺ方向の力が作用し、操作者に操作反力を感じさせることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
以下に、本発明の第２実施形態に係る押圧操作装置について、図４を参照して説明する。
【００４２】
図４は、本発明に第２実施形態に係る押圧操作装置の断面図であって、（ａ）は圧電アクチュエータが薄膜体に力を与えていない状態を示し、（ｂ）は圧電アクチュエータが薄膜体に力を与えている状態を示す。
【００４３】
図４に示す第２の実施形態では、薄膜体３３があらかじめ波状に変形されておらず平面を維持できる形状である。そして、薄膜体３３は板ばね性を有する金属材料や樹脂フィルムなどで形成されている。
【００４４】
本実施形態における押圧操作装置２は、操作体２０が押圧されると、図４（ａ）に示すように、固定子３１の第１対向面３１ａと可動子３２の第２対向面３２ａとで薄膜体３３が挟み込まれて、薄膜体３３が第１対向面３１ａと第２対向面３２ａに倣うようにほぼ正弦波形状に変形する。
【００４５】
上記圧電アクチュエータ３４が動作すると、図４（ｂ）に示すように、薄膜体３３がＸ１方向へ引かれ、さらにバネ部材３５でＸ２方向へ戻されるため、操作体２０にＺ方向の操作反力が与えられる。
【符号の説明】
【００４６】
１、２      押圧操作装置
１０        ベース
２０        操作体
３０        操作反力発生部
３１        固定子
３１ａ      第１対向面
３１ａ１〜３２ａ４  第１交差面部
３２        可動子
３２ａ      第２対向面
３２ａ１〜３２ａ４  第２交差面部
３３        薄膜体
３３ａ      薄膜体の中央部
３３ａ１〜３３ａ４  傾斜部
３４        圧電アクチュエータ
３５        バネ部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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