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技術 バネ構造、及びそれを用いた振動呈示装置

出願人 株式会社東海理化電機製作所
発明者 中根啓太
出願日 2019年4月18日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-079310
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-177450
状態 未査定
技術分野 機械的振動の発生装置 位置入力装置 デジタル計算機のユーザインターフェイス
主要キーワード 慣性駆動 リニア振動アクチュエータ 振動制御信号 たわみ角 バネ部分 振動パネル 両端固定 可動部質量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月29日)のものです。
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図面 (9)

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。

概要

背景

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)。

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、この各々が導電層物質を支持する。基板の間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。

概要

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。振動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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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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。

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、この各々が導電層物質を支持する。基板の間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

0004

特表2012−514816号公報

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(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は、支持部の立体斜視図である。
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は、図7のC方向から見た支持部の平面図である。

実施例

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記号入力操作ができる。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、ピエゾ素子電圧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。

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

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