JP5868821B2

JP5868821B2 - 触感呈示装置

Info

Publication number: JP5868821B2
Application number: JP2012218454A
Authority: JP
Inventors: 文章中尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: US20150227201A1; US9665176B2; JP2014052993A; WO2014024486A1

Description

本発明は、振動により触感を呈示する触感呈示装置に関するものである。

近年、スマートフォン、タブレット型ＰＣ等の携帯情報機器や、電子レンジ、テレビ、照明器具等の家電製品等の各種の民生用機器、さらには、ＡＴＭ（現金自動預け払い機）、自動券売機、自動販売機等の各種の産業用機器（ＦＡ機器）等には、操作者の操作に対して、振動により触感を呈示する触感呈示装置が搭載されつつある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−３４１５０号公報

上述したような触感呈示装置は、例えば低消費電力の観点等から、振動により触感を呈示する触感呈示部を効率よく振動させることが望まれる。

本発明は、かかる観点に鑑みてなされたもので、触感呈示部を効率よく振動させることができる触感呈示装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する触感呈示装置の発明は、振動により触感を呈示する触感呈示部と、前記触感呈示部の振動に応じて容積変化する前記触感呈示部の触感呈示面とは反対側の空間と、前記触感呈示部の振動に応じて容積変化する前記空間を密閉する伸縮可能な密閉部材と、を備えることを特徴とするものである。

前記密閉部材は弾性を有してもよい。

前記密閉部材は蛇腹構造を有してもよい。

前記密閉部材は、前記触感呈示部の振動に応じて伸縮してもよい。

前記密閉部材は、前記触感呈示部の振動に応じて、前記触感呈示面とは反対側の前記空間の気圧と、当該触感呈示装置の外部の空間の気圧とが均衡する状態に近づくように伸縮してもよい。

前記触感呈示部の前記触感呈示面とは反対側に、前記触感呈示面とは反対側の前記空間と、当該触感呈示装置の外部の空間とを通ずる開口部を有し、前記密閉部材は、前記開口部を覆うように配設されることにより、前記触感呈示部の前記触感呈示面とは反対側の前記空間を密閉してもよい。

前記触感呈示部の前記触感呈示面とは反対側に開口部を有し、前記密閉部材は、前記開口部を覆うように、一方の面が前記触感呈示部の前記触感呈示面とは反対側の前記空間に接し、他方の面が当該触感呈示装置の外部の空間に接してもよい。

前記密閉部材は、防塵機能又は防水機能を有してもよい。

前記触感呈示部の振動による前記触感呈示面とは反対側の前記空間の気圧変化を制御して、該触感呈示部の振動周波数を調整する調整部をさらに備えてもよい。

前記密閉部材は、弾性部材からなり、
前記調整部は、前記弾性部材の弾性を調整してもよい。

本発明によれば、触感呈示部を効率よく振動させることができる触感呈示装置を提供することができる。

第１実施の形態に係る触感呈示装置の要部の概略構成を示す外観斜視図である。図１の分解斜視図である。図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。図１の触感呈示装置の動作を説明するための図である。第２実施の形態に係る触感呈示装置の要部の概略構成を示す拡大断面図である。第３実施の形態に係る触感呈示装置の要部の概略構成を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１乃至図３は、本発明の第１実施の形態に係る触感呈示装置の要部の概略構成を示すものであり、図１は外観斜視図、図２は分解斜視図、図３は図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。本実施の形態に係る触感呈示装置は、外観上、筐体１０と、パネル２０と、遮蔽部材３０とを備える。

筐体１０は、例えば金属製、プラスチック製、樹脂製で、平面視で矩形状に構成される。なお、本明細書において、矩形状とは、角部が円弧状に形成されたものも含むものである。また、図示の例では、筐体１０を一つの筐体として示しているが、上部筐体と下部筐体とが一体に組み合わされて構成される場合もある。この場合、上部筐体と下部筐体との間は、例えばゴム製のパッキンを介した密閉構造にする等して、適当な防塵又は防水対策が施される。

パネル２０は、操作者の指やスタイラスペンにより操作されるもので、微小の湾曲変位（例えば、数十μｍ）が可能な厚さを有する、例えばプラスチックやガラス等で構成される。なお、パネル２０は、例えば、抵抗膜方式、静電容量方式、光学方式等の公知の接触検知機能を有するタッチパネルで構成されてもよい。また、パネル２０は、図示の例では平面視で長方形状となっているが、正方形状であってもよい。

パネル２０には、操作者の指やスタイラスペンにより操作される面である触感呈示面（操作面）２０ａとは反対側であるパネル背面２０ｂに、パネル２０を湾曲振動させるための二枚の圧電素子２１、２２が配設されている。圧電素子２１、２２は、モノモルフ、バイモルフ、ユニモルフ等の同一構造の長尺な長方形状の矩形状からなり、電圧の印加により長尺方向に湾曲又は伸縮するものである。一方の圧電素子２１は、パネル背面２０ｂの対向する短辺の一方の短辺側において、長尺方向が当該短辺に沿って延在するように、パネル背面２０ｂに接着固定される。同様に、他方の圧電素子２２は、パネル背面２０ｂの他方の短辺側において、長尺方向が当該短辺に沿って延在するように、パネル背面２０ｂに接着固定される。パネル２０及び圧電素子２１，２２は、触感呈示部を構成する。

遮蔽部材３０は、例えば防塵機能又は防水機能を有するシート状のもので、枠状に形成される。遮蔽部材３０は、内周部がパネル２０のパネル背面２０ｂの周縁部に両面テープや接着剤等により接着され、外周部が筐体１０の外周部１０ａの上面１０ｂに両面テープや接着剤により接着される。また、遮蔽部材３０の内周部側の背面と、筐体１０の底部１０ｃとの間には、パネル２０の四隅とパネル２０の各長辺の中央部とに対応する合計６ヶ所において、それぞれ弾性変形可能な支持部材４０が両面テープや接着剤により接着されて配置される。

支持部材４０は、例えば「ＰＯＲＯＮ」（商標名）等が使用可能である。これにより、パネル２０は、６個の支持部材４０により筐体１０の底部１０ｃに支持される。したがって、図示の例では、６個の支持部材４０により、筐体１０内で、パネル２０及び遮蔽部材３０のそれぞれの背面側と筐体１０の底部１０ｃとの間に空間（空隙）５０が形成される。なお、パネル２０は、触感呈示面２０ａの周縁部に遮蔽部材３０が接着され、パネル背面２０ｂに支持部材４０が接着されてもよい。また、支持部材４０は、円柱形状のものを例示しているが、角柱形状等の任意の形状とすることができる。

空間５０には、圧電素子２１，２２の駆動回路等が搭載された回路基板５１が、筐体１０と一体又は別体の支持部１０ｄを介して筐体１０の底部１０ｃから離間して、筐体１０に支持されて配置される。なお、空間５０には、必要に応じて、パネル２０と一体又は別体に液晶パネル等の表示パネル等が搭載されてもよいし、触感呈示装置が携帯型の場合にはバッテリが搭載されてもよい。

筐体１０の底部１０ｃには、円形状の開口部１１が形成される。後述する弾性部材５２が開口部１１を覆っていない状態において、空間５０と触感呈示装置の外部の空間（外気）とは、開口部１１により連通される。開口部１１は、空間５０と触感呈示装置の外部の空間とが連通すれば、底部１０ｃに限らず、外周部１０ａを含め、任意の個数を任意の位置に形成することができる。また、開口部１１の開口面積は、空間５０の容量、パネル２０の振動による空間５０内の気圧変化、開口部１１の形成位置や個数等に応じて、適宜設定される。本実施の形態では、パネル２０と対向する底部１０ｃの領域で、パネル２０の中央部に対応する位置に、１つの円形状の開口部１１を形成した場合を例示している。なお、図は、開口部１１を誇張して示してある。また、開口部１１の形状は、円形に限られず、任意の形状とすることができる。

弾性部材５２は、密閉部材を構成するもので、防塵機能又は防水機能を有し、両面テープや接着剤等により開口部１１を覆う（閉塞する）ように筐体１０の底部１０ｃに配設される（取り付けられる）。このような弾性部材５２には、例えば、シリコンゴムシートを用いることができる。弾性部材５２は、例えば矩形状であり、厚さは０．２ｍｍである。なお、弾性部材５２は、全体が弾性を有する素材から構成されてもよいし、２色成形等により少なくとも開口部１１に対応する部分が弾性を有する素材で形成されてもよい。弾性部材５２が、開口部１１を覆うように配設されることにより、空間５０が密閉され、空間５０に対して塵や水が浸入することを防ぐことができる。なお、図２、図３では、弾性部材５２を底部１０ｃの筐体内側に取り付けた場合を例示したが、底部１０ｃの筐体外側又は筐体内側と筐体外側との双方側に取り付けてもよい。

本実施の形態に係る触感呈示装置は、パネル２０に対する操作を検出して、圧電素子２１，２２を駆動する。これにより、パネル２０を、図４に両矢印で示す方向に湾曲振動させて、パネル２０の操作者に対して触感を呈示する。なお、図４は、パネル２０が湾曲して、触感呈示面２０ａが上方に突出した状態を示している。ここで、パネル２０に対する操作は、パネル２０が接触検知機能を有する場合は、その接触検知機能により検出してもよい。また、パネル２０に対する接触による押圧を検出して、パネル２０に対する操作を検出してもよい。この場合、パネル２０に対する押圧は、圧電素子２１，２２を利用して検出してもよいし、別途、押圧検出用の圧電素子や歪みセンサを設けて検出してもよい。

本実施の形態によれば、パネル２０が振動すると、振動による空間５０の容積変化に応じて、空間５０内の気圧が変化することになる。弾性部材５２は、空間５０内の気圧の変化に応じて伸縮し、空間５０内の気圧と、外気圧（触感呈示装置の外部の空間の気圧）とが均衡する状態に近づくように変形する。本実施の形態において、パネル２０が図４に二点鎖線による両矢印で示す方向に湾曲振動すると、弾性部材５２は、パネル２０の湾曲振動に連動して、図４に破線による両矢印で示す方向に伸縮を伴って湾曲振動することになる。これにより、パネル２０の振動に基づく空間５０内の気圧変化が低減されるので、圧電素子２１，２２によりパネル２０を効率よく振動させることが可能となる。

なお、図４において、開口部１１が形成されておらず、空間５０が密閉状態にあると、圧電素子２１，２２を駆動してパネル２０を振動させる場合、振動に応じて空間５０内の気体（空気）を膨張／圧縮させることになる。そのため、所望の振幅でパネル２０を振動させようとすると、本実施の形態の場合と比較して、より多くの駆動電力を圧電素子２１，２２に供給する必要があり、消費電力が増加することになる。また、図４において、弾性部材５２が配設されていない状態にあると、空間５０の密閉性が損なわれ、空間５０に塵や水が浸入するおそれが生じる場合がある。

（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る触感呈示装置の要部の概略構成を示す拡大断面図である。本実施の形態に係る触感呈示装置は、第１実施の形態の構成において、密閉部材として、弾性部材５２に代えて蛇腹状部材５３を用い、該蛇腹状部材５３により開口部１１を密閉したものである。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、第１実施の形態と同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

蛇腹状部材５３は、少なくとも開口部１１に対応する部分が蛇腹構造となっており、開口部１１を閉塞するように、両面テープや接着剤等により筐体１０の底部１０ｃに取り付けられる。なお、蛇腹状部材５３は、全体が弾性を有しない素材で形成されてもよいし、少なくとも蛇腹構造部分が弾性を有する素材で形成されてもよい。

このように、開口部１１を蛇腹状部材５３により密閉すれば、蛇腹状部材５３は、パネル２０の湾曲振動に連動して伸縮振動する。これにより、パネル２０の振動に基づく空間５０内の気圧変化が低減されるので、第１実施の形態の場合と同様に、圧電素子２１，２２によりパネル２０を効率よく振動させることが可能となる。

（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る触感呈示装置の要部の概略構成を示す拡大断面図である。本実施の形態に係る触感呈示装置は、第１実施の形態の構成において、弾性部材５２の弾性を調整する調整部５４を有するものである。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、第１実施の形態と同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

調整部５４は、開口部１１を密閉する弾性部材５２の張力を調整する。これにより、パネル２０が振動した際の空間５０の気圧変化に対する弾性部材５２の弾性を調整して、パネル２０の振動周波数を調整する。つまり、調整部５４は、弾性部材５２の弾性を調整することで、パネル２０の振動による空間５０の気圧変化を制御して、パネル２０の振動周波数を調整する。なお、調整部５４による弾性部材５２の張力の調整方向は、一方向であってもよいし、多方向であってもよい。多方向の場合は、好ましくは、直交する方向を含むとよい。また、調整部５４は、一方向に対して１個でも複数個でもよい。

このように構成すれば、パネル２０の振動周波数を触感呈示に最適な周波数範囲（例えば、２００Ｈｚ〜３００Ｈｚ）に調整することができる。すなわち、パネル２０の振動周波数は、圧電素子２１，２２の駆動信号周波数に依存するが、パネル２０や筐体１０の構造、空間５０の気密度合い等により、駆動信号周波数から変動する。そのため、圧電素子２１，２２を触感呈示に最適な周波数範囲の駆動信号で駆動しても、パネル２０の振動周波数が当該周波数範囲から外れる場合がある。このような場合、例えば圧電素子２１，２２の駆動信号周波数を維持したまま、調整部５４により弾性部材５２の弾性を調整することで、パネル２０の振動周波数を触感呈示に最適な周波数範囲に収めることができる。これにより、消費電力の増加等を招くことなく、操作者に触感を確実に呈示することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、パネル２０は、２個の圧電素子２１，２２に限らず、１個または３個以上の圧電素子で振動させるように構成してもよい。また、パネル２０は、湾曲振動に限らず、表面が法線方向に平行に振動してもよい。さらに、パネル２０の振動源は、圧電素子に限らず、偏芯モータ、アクチュエータであってもよい。また、弾性部材５２は、開口部１１の開口面積と同程度の面積のものを用いたが、これに限定されず、筐体１０の底部１０ｃ全面を覆う程度のものであってもよい。このような弾性部材であれば、弾性部材がより伸縮し易くなり、空間５０内の気圧変化がさらに低減されることになる。また、第３実施の形態において、調整部５４は、弾性部材５２の弾性を調整する構成に限らず、例えば空間５０への挿入量を調整可能な部材を有し、空間５０の容積を変化させてパネル２０の振動周波数を調整するように構成してもよい。

１０筐体
１０ａ外周部
１０ｂ上面
１０ｃ底部
１０ｄ支持部
１１開口部
２０パネル
２０ａ触感呈示面
２０ｂパネル背面
２１，２２圧電素子
３０遮蔽部材
４０支持部材
５０空間
５１回路基板
５２弾性部材（密閉部材）
５３蛇腹状部材（密閉部材）
５４調整部

Claims

振動により触感を呈示する触感呈示部と、
前記触感呈示部の振動に応じて容積変化する前記触感呈示部の触感呈示面とは反対側の空間と、
前記触感呈示部の振動に応じて容積変化する前記空間を密閉する伸縮可能な密閉部材と、
を備えることを特徴とする触感呈示装置。
前記密閉部材は弾性を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の触感呈示装置。
前記密閉部材は蛇腹構造を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の触感呈示装置。
前記密閉部材は、前記触感呈示部の振動に応じて伸縮する、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
前記密閉部材は、前記触感呈示部の振動に応じて、前記触感呈示面とは反対側の前記空間の気圧と、当該触感呈示装置の外部の空間の気圧とが均衡する状態に近づくように伸縮する、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
前記触感呈示部の前記触感呈示面とは反対側に、前記触感呈示面とは反対側の前記空間と、当該触感呈示装置の外部の空間とを通ずる開口部を有し、
前記密閉部材は、前記開口部を覆うように配設されることにより、前記触感呈示部の前記触感呈示面とは反対側の前記空間を密閉する、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
前記触感呈示部の前記触感呈示面とは反対側に開口部を有し、
前記密閉部材は、前記開口部を覆うように、一方の面が前記触感呈示部の前記触感呈示面とは反対側の前記空間に接し、他方の面が当該触感呈示装置の外部の空間に接する、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
前記密閉部材は、防塵機能又は防水機能を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
前記触感呈示部の振動による前記触感呈示面とは反対側の前記空間の気圧変化を制御して、該触感呈示部の振動周波数を調整する調整部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
前記密閉部材は、弾性部材からなり、
前記調整部は、前記弾性部材の弾性を調整する、
ことを特徴とする請求項９に記載の触感呈示装置。