(57)【要約】【課題】押し込み時と戻り時との操作感覚を独立して呈示できる操作感覚呈示装置を提供する。【解決手段】コントローラ３は、変位信号Ｓｄとメモリ３ｂに記憶されたデータとに基づいて、第１のソレノイド６及び第２のソレノイド７の駆動を制御する。これにより、操作ノブ１０には、ストローク量に応じて第１のソレノイド６による反力が加えられる。また、検出軸１１には、ストローク量にかかわらず第２のソレノイド７による一定のブレーキ力が加えられる。このブレーキ力は、押し込み時には検出軸１１に連結された操作ノブ１０の押し込みを妨げるように作用し、戻り時には操作ノブ１０の戻りを妨げるように作用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に往復移動可能に設けられ、押圧操作に伴い押し込み方向へ移動される移動部材と、
前記移動部材を前記押し込み方向とは反対方向に移動させる力を発生させる反力発生手段と、
前記移動部材に対して、これの移動方向と交差する方向からブレーキ力を作用させるブレーキ力発生手段と、
前記移動部材の変位を検出する変位検出手段と、
前記反力発生手段が前記移動部材の変位に応じて発生させる力を示すデータ、及び前記ブレーキ力発生手段が前記移動部材の変位に応じて発生させるブレーキ力を示すデータを予め記憶させる記憶手段と、
前記操作部材の変位と前記記憶手段に記憶されているデータとに基づいて、前記反力発生手段及び前記ブレーキ力発生手段を制御する制御手段とを有して構成されることを特徴とする操作感覚呈示装置。
【請求項２】
前記反力発生手段及び前記ブレーキ力発生手段は、それぞれソレノイドにより構成されることを特徴とする請求項１記載の操作感覚呈示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者に対してスイッチなどの操作感覚を呈示する操作感覚呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、使用者に対して触覚や力覚などを呈示する装置が開発されている。このような装置によれば、様々なスイッチの操作感やクリック感などについてシミュレーションを行うことができる。これにより、実際にスイッチを設計する場合、試作品などを製作することなく微妙な操作感やクリック感を容易に設計することが可能となる。
【０００３】
特許文献１には、スイッチの操作感及びクリック感を示す特性データ（Ｆ−Ｓ曲線データ）を予めデータベースに記憶させておき、このデータに基づいてリニアアクチュエータを駆動させて操作面を上下方向に移動させるように構成された触力覚呈示装置が開示されている。
この触力覚呈示装置は、使用者によって操作面が押し込まれると、このときの操作面の位置（ストローク量）に応じて操作面を押し込み方向とは反対方向に移動させる力、いわゆる反力を発生させる。これにより、特性データに基づいたスイッチの操作感覚を使用者に対して呈示することができる。
【特許文献１】特開平１１−２０３０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の触力覚呈示装置は、ストローク量に応じて操作面に対して単独の力を作用させることによって反力を発生させている。このため、押し込み時、戻り時にかかわらずストローク量が同じ場合には、操作面に作用する反力の大きさは同じとなる。
しかしながら、実際に使用されているスイッチの中には、例えば、図４に示す特性を有するプッシュスイッチのように、押し込み時と戻り時とで操作面に作用する操作荷重（反力）が異なるものもある。このようなプッシュスイッチの操作感覚は、上記したような触力覚呈示装置では再現することができない。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、押し込み時と戻り時との操作感覚を独立して呈示できる操作感覚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】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明の操作感覚呈示装置は、軸方向に往復移動可能に設けられ、押圧操作に伴い押し込み方向へ移動される移動部材と、前記移動部材を前記押し込み方向とは反対方向に移動させる力を発生させる反力発生手段と、前記移動部材に対して、これの移動方向と交差する方向からブレーキ力を作用させるブレーキ力発生手段と、前記移動部材の変位を検出する変位検出手段と、前記反力発生手段が前記移動部材の変位に応じて発生させる力を示すデータ、及び前記ブレーキ力発生手段が前記移動部材の変位に応じて発生させるブレーキ力を示すデータを予め記憶させる記憶手段と、前記操作部材の変位と前記記憶手段に記憶されているデータとに基づいて、前記反力発生手段及び前記ブレーキ力発生手段を制御する制御手段とを有して構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、制御手段は、移動部材の変位及び記憶手段のデータに基づいて、反力発生手段及びブレーキ力発生手段を制御して移動部材を押し込み方向とは反対方向に移動させる反力を発生させる。このとき、ブレーキ力は、移動部材の移動する方向に応じて反力を増加又は減少させるように作用する。これにより、押し込み時と戻り時とで別々の反力を発生させることが可能となる。従って、押し込み時と戻り時とで操作面に作用する反力が異なるプッシュスイッチを含めた様々なスイッチの操作感やクリック感を使用者に対して呈示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施例について図１ないし図３を参照して説明する。
図１は、使用者に対してスイッチの操作感覚などを呈示する操作感覚呈示装置１の構成を示す図である。操作感覚呈示装置１は、操作感覚を呈示する本体２と、呈示する操作感覚を制御するコントローラ３（制御手段に相当）と、本体２及びコントローラ３の間に接続されるドライバ４、５とから構成されている。
【０００９】
本体２は、その内部に第１のソレノイド６（反力発生手段に相当）、第２のソレノイド７（ブレーキ力発生手段に相当）、変位計８（変位検出手段に相当）などを有する箱状のケース９と、ケース９の図１中、上面左側に配設された操作ノブ１０（移動部材に相当）とから構成されている。このケース９の内部には、左上部に第１のソレノイド６、中央右部に第２のソレノイド７が配置されている。そして、第１のソレノイド６はその可動部６ａが上下方向に移動し、第２のソレノイド７はその可動部７ａが左右方向に移動するようになっている。また、可動部６ａの下端には、可動部６ａよりも若干径大な検出軸１１が連結されている。
【００１０】
検出軸１１の左右両側には、ブレーキパッド１２、１３が、検出軸１１を挟んでそれぞれが対向するようにして配設されている。ブレーキパッド１２の右端は検出軸１１に接触し、その左端は固定部材１４を介して本体２に固定されている。ブレーキパッド１３の左端は検出軸１１に接触し、その右端は連結部材１５を介して第２のソレノイド７の可動部７ａの左側の端部に固定されている。従って、第２のソレノイド７が駆動されて可動部７ａが矢印Ｂ方向に移動すると、ブレーキパッド１３が検出軸１１に押し付けられ、検出軸１１に対してブレーキパッド１２、１３による摩擦力（ブレーキ力）が軸方向と交差する方向である左右方向から作用するようになっている。
【００１１】
ケース９内の左下部には、レーザ式の変位計８が検出軸１１の下面と対向するように配置されている。この変位計８は、検出軸１１に向けてレーザを照射し、検出軸１１からの反射光を受光して検出軸１１の変位量を検出するようになっている。また、変位計８は、検出した検出軸１１の変位量を示す変位信号Ｓｄをコントローラ３に出力するように構成されている。
【００１２】
一方、操作ノブ１０は、操作部１０ａ及び軸部１０ｂからなり、操作部１０ａは、例えば円板状をなして形成されている。操作部１０ａは押圧操作されると、その下面がケース９の上面と接触するまで押し込みが可能となっている。また、操作部１０ａの下面中央付近には棒状の軸部１０ｂの上端が固着されている。この軸部１０ｂは、ケース９の上面に設けられた挿通穴１６を通して下方に延設されており、その下端は第１のソレノイド６の可動部６ａの上端に連結されている。これにより、第１のソレノイド６が駆動されて可動部６ａが矢印Ａ方向に移動すると、操作ノブ１０に対して押圧操作力に抗する力（反力）が作用するようになっている。
【００１３】
なお、本実施例では、操作ノブ１０、可動部６ａ及び検出軸１１によって移動部材が構成されている。すなわち、操作ノブ１０、可動部６ａ、及び検出軸１１は連動して軸方向に移動するようになっている。
【００１４】
コントローラ３は、例えば、ＣＰＵ３ａを主体としたコンピュータによって構成されており、メモリ３ｂ（記憶手段に相当）、ＡＤ／ＤＡ部３ｃ、Ｉ／Ｏ部３ｄなどを有している。コントローラ３には、例えばキーボードなどの入力装置（図示せず）から、所望のスイッチの操作感覚を呈示するために必要な第１のソレノイド６及び第２のソレノイド７によって発生させる反力及びブレーキ力を示すデータが、Ｉ／Ｏ部３ｄを介して入力される。そして、これらのデータは、メモリ３ｂに記憶されるようになっている。
【００１５】
図２は、プッシュスイッチの操作感覚を呈示するための上記データの一例を示すものであり、（ａ）は第１のソレノイド６により発生させる反力、（ｂ）は第２のソレノイド７により発生させるブレーキ力を示す図である。図２に示すように、プッシュスイッチの操作感覚を呈示する場合、第１のソレノイド６はストローク量（検出軸１１の変位量）に応じて反力を発生させるように駆動され、第２のソレノイド７はストローク量にかかわらず一定のブレーキ力を発生させるように駆動される。
【００１６】
前述したように、コントローラ３には変位計８からの変位信号Ｓｄが、ＡＤ／ＤＡ部３ｃを介して入力されている。コントローラ３は、この変位信号Ｓｄとメモリ３ｂに記憶されたデータとに基づいて、第１のソレノイド６の駆動を制御するための反力制御信号Ｓs1、及び第２のソレノイド７の駆動を制御するためのブレーキ力制御信号Ｓs2を、ＡＤ／ＤＡ部３ｃを介してドライバ４、５に出力するように構成されている。
【００１７】
ドライバ４、５は、コントローラ３からの反力制御信号Ｓs1及びブレーキ力制御信号Ｓs2に基づいて、第１のソレノイド６及び第２のソレノイド７に駆動電流を供給するように構成されている。この駆動電流に応じて可動部６ａ、７ａが移動することにより、可動部６ａ及び可動部７ａにそれぞれ連結されている操作ノブ１０及びブレーキパッド１３に所定の力が作用するようになっている。
【００１８】
次に、本実施例の作用について図３も参照して説明する。
図３は、操作感覚呈示装置１を用いてプッシュスイッチの操作感覚を呈示する場合における操作荷重とストローク量との関係（Ｆ−Ｓ曲線）を示す図である。なお、本実施例では、操作ノブ１０に対して全く押圧力が加えられていないときの操作ノブ１０の位置（ストローク量＝０ｍｍ）を原位置と称する。また、操作ノブ１０に対して押圧力が加えられ、操作ノブ１０の下面がケース９の上面と接触したときの操作ノブ１０の位置（ストローク量＝１．６ｍｍ）を動作限度位置と称する。さらに、メモリ３ｂには、図２に示したプッシュスイッチの操作感覚を呈示するためのデータが予め書き込まれていることとする。
【００１９】
最初に、操作ノブ１０が動作限度位置に向けて移動する（ストローク量が増加する）場合、いわゆる押し込み時の操作ノブ１０に作用する反力について説明する。
使用者によって操作部１０ａに押圧力が加えられて操作ノブ１０が動作限度位置に向けて押し込まれると、可動部６ａ及び検出軸１１が下方に移動する。これに伴い、変位計８は、この検出軸１１の変位を示す変位検出信号Ｓｄをコントローラ３に出力する。
【００２０】
コントローラ３は、変位検出信号Ｓｄが入力されると、この変位検出信号Ｓｄとメモリ３ｂに記憶されたデータとに基づいて、第１のソレノイド６及び第２のソレノイド７の駆動を制御する。すなわち、コントローラ３は、第１のソレノイド６を、これの可動部６ａがストローク量に応じて矢印Ａ方向に移動する力を発揮させるように制御する。これにより、操作ノブ１０の操作部１０ａに対して、押圧力に抗する反力Ｆs1がストローク量に応じて加えられる。なお、この反力Ｆs1は、プッシュスイッチにおけるクリック感を再現するために、図３に示すように原位置と動作限度位置との中間位置から一度減少させ、その後再び増加させるようになっている。
【００２１】
また、コントローラ３は、上記した第１のソレノイド６の制御を行うと同時に、第２のソレノイド７の可動部７ａをストローク量にかかわらず一定の距離だけ矢印Ｂ方向に移動させる。これにより、ブレーキパッド１３が検出軸１１に押し付けられ、検出軸１１にはブレーキパッド１２、１３による一定のブレーキ力Ｆs2がストローク量にかかわらず加えられる。
【００２２】
このブレーキ力Ｆs2は、検出軸１１に連結された操作ノブ１０の押し込み（動作限度位置への移動）を妨げるように作用する。従って、操作ノブ１０には、図３に示すように、第１のソレノイド６により発生させる反力Ｆs1に、第２のソレノイド７により発生させるブレーキ力Ｆs2によって操作ノブ１０の移動を妨げる力Ｆbfを加えた反力Ｆrf1が作用する。これにより、操作ノブ１０の操作部１０ａに接触している使用者の手指には、この反力Ｆrf1に応じた操作感が呈示される。
【００２３】
続いて、操作ノブ１０が原位置に向けて移動する（ストローク量が減少する）場合、いわゆる戻り時の操作ノブ１０に作用する反力について説明する。
操作部１０ａに対する押圧力が減少すると、第１のソレノイド６の駆動力により可動部６ａ及び検出軸１１が上方に移動すると共に、操作ノブ１０が原位置に向けて移動する。これに伴い、変位計８は、この検出軸１１の変位を示す変位検出信号Ｓｄをコントローラ３に出力する。
【００２４】
コントローラ３は、前述した押し込み時の場合と同様にして、第１のソレノイド６及び第２のソレノイド７の駆動を制御する。従って、ストローク力に応じて第１のソレノイド６により発生させる反力Ｆs1の大きさ、及びストローク量にかかわらず第２のソレノイド７により発生させるブレーキ力Ｆs2の大きさは、押し込み時と全く同じとなる。
しかし、ブレーキ力Ｆs2は、検出軸１１に連結された操作ノブ１０の戻り（自由位置への移動）を妨げるように、押し込み時とは逆に作用する。従って、図３に示すように、反力Ｆs1から、ブレーキ力Ｆs2によって操作ノブ１０の移動を妨げる力Ｆbfを減じた反力Ｆrf2が操作ノブ１０に対して作用する。これにより、操作ノブ１０の操作部１０ａに接触している使用者の手指には、この反力Ｆrf2に応じた操作感が呈示される。
【００２５】
以上説明したように、本実施例の操作感覚呈示装置１は、押し込み時と戻り時において、操作部１０ａに作用させる反力を別々に設定することが可能である。このため、押し込み時と戻り時との操作感が異なるプッシュスイッチを含む様々なスイッチの操作感覚を使用者に対して呈示することができる。
コントローラ３は、変位信号Ｓｄとメモリ３ｂに記憶されたデータとに基づいて操作感覚を呈示するので、メモリ３ｂに記憶されているデータを変更するだけで、簡単に様々なスイッチの操作感やクリック感を呈示することができる。
また、反力発生手段及びブレーキ力発生手段として第１のソレノイド６及び第２のソレノイド７を用いたので、コントローラ３による制御を簡単にできると共に、装置全体のコストを低減することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施例に限定されるものではなく、次のような変形又は拡張が可能である。
上記実施例では、反力発生手段及びブレーキ力発生手段を第１のソレノイド６及び第２のソレノイド７で構成したが、リニアモータなどで構成してもよい。
変位検出手段をレーザ式の変位計８で構成したが、静電容量式や超音波式など、その他の方式の変位計で構成してもよい。
【００２７】
検出軸１１の左右両側に位置するようにブレーキパッド１２、１３を配設し、第２のソレノイド７によってブレーキパッド１３を押圧してブレーキ力を発生させるように構成したが、検出軸１１を取り囲むようにブレーキパッドを配置して、ブレーキパッド全体を締め付けるようにしてブレーキ力を発生させるように構成してもよい。このようにすれば、検出軸１１に対して、より正確に且つ効率よくブレーキ力を作用させることができ、一層正確にスイッチの特性データに基づいた操作感覚の呈示が可能となる。
また、図２（ｂ）に示したように、第２のソレノイド７は、ストローク量にかかわらず一定のブレーキ力Ｆs2を発生させたが、所望のスイッチの操作感覚を呈示するために必要であれば、発生させるブレーキ力Ｆs2をストローク量に応じて増減させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例を示す操作感覚呈示装置の構成図
【図２】各ソレノイドによって発生させる力を示すもので、（ａ）は反力、（ｂ）はブレーキ力を示す図
【図３】呈示するプッシュスイッチの操作感覚の一例を示す図
【図４】プッシュスイッチの特性の一例を示す図
【符号の説明】
【００２９】
図面中、１は操作感覚呈示装置、３はコントローラ（制御手段）、３ｂはメモリ（記憶手段）、６は第１のソレノイド（反力発生手段、ソレノイド）、６ａは可動部（移動部材）、７は第２のソレノイド（ブレーキ力発生手段、ソレノイド）、８は変位計（変位検出手段）、１０は操作ノブ（移動部材）、１１は検出軸（移動部材）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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