WO2018139217A1 - Tactile sensation presentation device - Google Patents

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健太朗 臼井
秀幸 白木
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株式会社村田製作所
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Abstract

The purpose of the present invention is to provide a tactile sensation presentation device with which it is possible to adjust the frequency of an oscillation plate. Provided is a tactile sensation presentation device comprising a film, an oscillation plate, a touch detection unit, and a drive unit. The film deforms in the planar direction by a voltage being applied thereto. The oscillation plate is connected to the film and bends in the normal direction due to the deformation of the film in the planar direction. The touch detection unit detects a touch operation performed on the oscillation plate. When a touch operation has been detected with the touch detection unit, the drive unit imparts a drive signal to the film. Either depression parts that are depressed in the normal direction or protrusion parts that protrude in the normal direction are formed upon the oscillation plate.

Description

触覚提示装置Tactile presentation device
 本発明は、利用者に振動を伝えることで触覚フィードバックを与える触覚提示装置に関する。 The present invention relates to a haptic presentation device that provides haptic feedback by transmitting vibration to a user.
 近年、タッチパネル式のキーボード等において、利用者がキーをタッチした時に振動を伝えることで触覚フィードバックを与え、キーを「押した」と感じさせる触覚提示装置が提案されている。 In recent years, there has been proposed a tactile presentation device that gives a tactile feedback by transmitting vibrations when a user touches a key on a touch panel type keyboard or the like, and feels the key “pressed”.
 例えば、特許文献1には、薄い板状の振動板の端部を圧電フィルムに接続し、当該振動板に応力をかけた状態とする構造が開示されている。この場合、振動板は、圧電フィルムの伸縮により、主面に直交する方向(法線方向)に振動する。振動板には、応力がかかっているため、圧電フィルムの伸縮に対して効率的に振動させることができる。 For example, Patent Document 1 discloses a structure in which an end portion of a thin plate-like diaphragm is connected to a piezoelectric film and stress is applied to the diaphragm. In this case, the diaphragm vibrates in a direction (normal direction) perpendicular to the main surface due to expansion and contraction of the piezoelectric film. Since stress is applied to the diaphragm, it can be vibrated efficiently with respect to expansion and contraction of the piezoelectric film.
国際公開第2015/53247号International Publication No. 2015/53247
 利用者にキーを「押した」と感じさせるには、振動板を所定の周波数付近(例えば約200Hz程度)で振動させる必要がある。 In order to make the user feel that the key has been pressed, it is necessary to vibrate the diaphragm near a predetermined frequency (for example, about 200 Hz).
 しかし、振動板は、長さ、幅、厚み、または硬さ等により決まる固有の振動周波数を有するため、周波数の調整は困難である。 However, since the diaphragm has a specific vibration frequency determined by length, width, thickness, hardness, or the like, it is difficult to adjust the frequency.
 そこで、本発明の目的は、振動板の周波数を調整することができる触覚提示装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tactile presentation device that can adjust the frequency of a diaphragm.
 本発明の触覚提示装置は、フィルムと、振動板と、タッチ検出部と、駆動部と、を備えている。フィルムは、電圧を加えることで面方向に変形する。振動板は、前記フィルムに接続され、前記フィルムが前記面方向に変形することにより、法線方向に撓む。タッチ検出部は、前記振動板に対するタッチ操作を検出する。駆動部は、前記第タッチ検出部で前記タッチ操作を検出した場合に、前記フィルムに駆動信号を印加する。 The tactile sense presentation device of the present invention includes a film, a diaphragm, a touch detection unit, and a drive unit. The film is deformed in the surface direction by applying a voltage. The diaphragm is connected to the film and is bent in the normal direction when the film is deformed in the surface direction. The touch detection unit detects a touch operation on the diaphragm. The drive unit applies a drive signal to the film when the touch operation is detected by the first touch detection unit.
 上記課題を解決するため、触覚提示装置は、以下の(1)または(2)の構成を備えている。 In order to solve the above problems, the tactile sense presentation device has the following configuration (1) or (2).
 (1)振動板は、法線方向に凹んだ凹部、または法線方向に突出した凸部が形成されている。 (1) The diaphragm is formed with a concave portion recessed in the normal direction or a convex portion protruding in the normal direction.
 凹部は、振動板の剛性を低下させるため、振動板の固有振動周波数を低下させる。凸部は、振動板の剛性を高めるため、振動板の固有振動周波数を高める。したがって、本発明の触覚提示装置は、振動板の長さ、幅、厚み、または材質による硬さ等が変更できず、固有振動周波数の調整が困難な場合でも、凹部または凸部を設けることにより、周波数の調整を行なうことができる。 The recess reduces the natural vibration frequency of the diaphragm in order to reduce the rigidity of the diaphragm. The convex portion increases the natural vibration frequency of the diaphragm in order to increase the rigidity of the diaphragm. Therefore, the tactile sensation presentation device of the present invention provides a concave or convex portion even when the length, width, thickness, or hardness of the vibration plate cannot be changed and adjustment of the natural vibration frequency is difficult. The frequency can be adjusted.
 (2)振動板は、法線方向に凹んだ凹部もしくは法線方向に貫通した孔部が形成され、該凹部もしくは孔部には、所定の充填剤が充填されている、または、前記振動板は、第1振動板および第2振動板からなり、前記第1振動板は、法線方向に凹んだ凹部もしくは法線方向に貫通した孔部が形成されている。 (2) The diaphragm is formed with a recess recessed in the normal direction or a hole penetrating in the normal direction, and the recess or hole is filled with a predetermined filler, or the diaphragm Is composed of a first diaphragm and a second diaphragm, and the first diaphragm is formed with a recess recessed in the normal direction or a hole penetrating in the normal direction.
 凹部または孔部は、振動板の剛性を低下させるため、振動板の固有振動周波数を低下させる。しかし、当該凹部または孔部には、充填剤が充填されているため、全体としての剛性を低下させず、固有振動周波数の低下を抑えることができる。あるいは、充填剤の剛性が振動板の剛性よりも高い場合には、固有振動周波数を向上させることができる。よって、本発明の触覚提示装置は、振動板の長さ、幅、厚み、または材質による硬さ等が変更できず、固有振動周波数の調整が困難な場合でも、振動周波数の調整を行なうことができる。 The recess or hole reduces the natural vibration frequency of the diaphragm in order to reduce the rigidity of the diaphragm. However, since the concave portion or the hole portion is filled with the filler, it is possible to suppress a decrease in the natural vibration frequency without reducing the overall rigidity. Or when the rigidity of a filler is higher than the rigidity of a diaphragm, a natural vibration frequency can be improved. Therefore, the tactile sense presentation device of the present invention can adjust the vibration frequency even when the length, width, thickness, or hardness of the material cannot be changed and it is difficult to adjust the natural vibration frequency. it can.
 この発明によれば、利用者の押圧操作を適切に検出し、振動板を適切に振動させることができる。 According to the present invention, it is possible to appropriately detect the user's pressing operation and to vibrate the diaphragm appropriately.
図1(A)は、触覚提示装置10の外観斜視図であり、図1(B)は、平面図である。FIG. 1A is an external perspective view of the tactile sense presentation device 10, and FIG. 1B is a plan view. 触覚提示装置10の断面図である。2 is a cross-sectional view of the tactile presentation device 10. FIG. 図3(A)および図3(B)は、触覚提示装置10の側面図である。FIG. 3A and FIG. 3B are side views of the tactile sense presentation device 10. 触覚提示装置10の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a tactile sense presentation device 10. 変形例1に係る触覚提示装置10Aの断面図である。It is sectional drawing of 10 A of tactile sense presentation apparatuses which concern on the modification 1. FIG. 図6(A)は、変形例2に係る触覚提示装置10Bの平面図であり、図6(B)は、断面図(図6(A)に示すB-B面の断面図)である。6A is a plan view of a tactile sense presentation device 10B according to Modification 2, and FIG. 6B is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 6A). 図7は、変形例3に係る触覚提示装置10Cの断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a tactile sense presentation device 10C according to Modification 3. 図8は、変形例4に係る触覚提示装置10Dの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a tactile presentation device 10D according to Modification 4. 図9(A)は、変形例5に係る触覚提示装置10Eの断面図であり、図9(B)は、変形例6に係る触覚提示装置10Fの断面図である。FIG. 9A is a cross-sectional view of a tactile presentation device 10E according to Modification Example 5, and FIG. 9B is a cross-sectional view of a tactile presentation device 10F according to Modification Example 6. 変形例7に係る触覚提示装置10Gの断面図である。It is sectional drawing of the tactile sense presentation apparatus 10G which concerns on the modification 7. 図11は、変形例8に係る触覚提示装置10Hの平面図である。FIG. 11 is a plan view of a tactile sense presentation device 10H according to Modification 8. 図12(A)は、断面図(図11に示すB-B面の断面図)である。図12(B)は、断面図(図11に示すA-A面の断面図)である。12A is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 11). FIG. 12B is a cross-sectional view (a cross-sectional view of the AA plane shown in FIG. 11). 図13(A)は、凹凸部270の数と剛性の関係を示す図であり、図13(B)は、凹凸部270の深さと振動板40の剛性の関係を示す図である。FIG. 13A is a diagram illustrating the relationship between the number of the uneven portions 270 and the rigidity, and FIG. 13B is a diagram illustrating the relationship between the depth of the uneven portions 270 and the rigidity of the diaphragm 40. 図14(A)は、変形例9に係る触覚提示装置10Iの平面図である。図14(B)は、断面図(図14(A)に示すA-A面の断面図)である。FIG. 14A is a plan view of a tactile sense presentation device 10I according to Modification 9. FIG. 14B is a cross-sectional view (a cross-sectional view along the AA plane shown in FIG. 14A).
 図1(A)は、触覚提示装置10の外観斜視図である。図1(B)は、触覚提示装置の平面図である。図2は、図1(B)に示すA-A面の断面図である。図3(A)および図3(B)は、側面図である。 FIG. 1A is an external perspective view of the tactile presentation device 10. FIG. 1B is a plan view of the tactile sense presentation device. FIG. 2 is a cross-sectional view of the AA plane shown in FIG. 3 (A) and 3 (B) are side views.
 触覚提示装置10は、圧電フィルム20、振動板40、およびスペーサ70を備えている。触覚提示装置10は、いわゆるキーボードである。振動板40の表面には、キー配列に対応した位置に複数のキー画像80が表示されている。キー画像80は、振動板40の第1主面に印刷されている。または、キー画像80は、フィルムに印刷され、該フィルムが振動板40の第1主面に貼り付けられる態様であってもよい。 The tactile sense presentation device 10 includes a piezoelectric film 20, a diaphragm 40, and a spacer 70. The tactile sense presentation device 10 is a so-called keyboard. A plurality of key images 80 are displayed on the surface of the diaphragm 40 at positions corresponding to the key arrangement. The key image 80 is printed on the first main surface of the diaphragm 40. Alternatively, the key image 80 may be printed on a film and the film may be attached to the first main surface of the diaphragm 40.
 振動板40は、アクリル樹脂、PET、ポリカーボネイト、ガラスエポキシ、FRP(GFRP、CFRP、AFRP、DFRP、またはXFRP等)、金属またはガラス等の材料からなる。振動板40には、タッチセンサ50が内蔵されている。 The diaphragm 40 is made of a material such as acrylic resin, PET, polycarbonate, glass epoxy, FRP (GFRP, CFRP, AFRP, DFRP, or XFRP), metal, or glass. A touch sensor 50 is built in the diaphragm 40.
 タッチセンサ50は、例えば各キー配列に対応した位置に設けられ、利用者のタッチ操作を検出する。なお、タッチセンサ50は、ユーザのタッチ操作を検出する機能であればどの様な方式であってもよく、メンブレン式、静電容量式、または圧電フィルム式等の様々な方式を用いることができる。 The touch sensor 50 is provided at a position corresponding to each key arrangement, for example, and detects a user's touch operation. The touch sensor 50 may be of any type as long as it has a function of detecting a user's touch operation, and various types such as a membrane type, a capacitance type, or a piezoelectric film type may be used. .
 振動板40は、第2主面において長さ方向の両端が圧電フィルム20に固定されている。振動板40は、法線方向に凹んだ凹部もしくは法線方向に貫通した孔部が形成されている。この例では、振動板40には、孔部が設けられていて、該孔部にLED90が嵌めこまれている。また、孔部は、樹脂等からなる充填剤95で埋められている。 The diaphragm 40 has both ends in the length direction fixed to the piezoelectric film 20 on the second main surface. The diaphragm 40 is formed with a concave portion recessed in the normal direction or a hole portion penetrating in the normal direction. In this example, the diaphragm 40 is provided with a hole, and the LED 90 is fitted in the hole. The hole is filled with a filler 95 made of resin or the like.
 圧電フィルム20は、振動板40と同様に平面視して矩形状である。圧電フィルム20は、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる。他にも、圧電フィルム20は、キラル高分子からなる態様であってもよい。キラル高分子は、例えば、L型ポリ乳酸(PLLA)等を用いる。 The piezoelectric film 20 has a rectangular shape in plan view like the diaphragm 40. The piezoelectric film 20 is made of, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF). In addition, the piezoelectric film 20 may be formed of a chiral polymer. For example, L-type polylactic acid (PLLA) is used as the chiral polymer.
 圧電フィルム20にPVDFを用いた場合、PVDFは耐水性があるため、例えば触覚提示装置を含む電子機器をどのような湿度環境下においても同じようなクリック感を得ることができる。 When PVDF is used for the piezoelectric film 20, since PVDF is water resistant, for example, an electronic device including a tactile sensation presentation device can have the same click feeling in any humidity environment.
 また、圧電フィルム20にPLLAを用いた場合、PLLAは透過性の高い材料であるため、PLLAに付加する電極および振動板が透明な材料であれば、振動する機能部品等を製造する際に、当該機能部品の内部状況を視認出来るため、製造し易くなる。 In addition, when PLLA is used for the piezoelectric film 20, PLLA is a highly permeable material. Therefore, if the electrode and diaphragm added to PLLA are transparent materials, when manufacturing functional parts that vibrate, etc. Since the internal state of the functional component can be visually confirmed, it is easy to manufacture.
 圧電フィルム20は、仮にPLLAで構成される場合、延伸方向に対して各外周辺が略45°となるように裁断することで、矩形状を形成して、長さ方向に伸縮させるようにする。 If the piezoelectric film 20 is made of PLLA, it is cut so that each outer periphery is approximately 45 ° with respect to the stretching direction, thereby forming a rectangular shape and extending and contracting in the length direction. .
 振動板40は、長さ方向の端部において、圧電フィルム20に接続される。圧電フィルム20は、電圧を加えると面方向に変形するフィルムの一例である。 The diaphragm 40 is connected to the piezoelectric film 20 at the end in the length direction. The piezoelectric film 20 is an example of a film that deforms in the plane direction when a voltage is applied.
 図2に示すように、振動板40は、圧電フィルム20の存在する側の第2主面に対して反対側(第1主面側)に湾曲して突出する形状となるように、圧電フィルム20へ固定されている。 As shown in FIG. 2, the diaphragm 40 has a shape that curves and protrudes on the opposite side (first main surface side) to the second main surface on the side where the piezoelectric film 20 exists. It is fixed to 20.
 この構成により、振動板40と圧電フィルム20との間には、中空領域100が形成される。そして、この振動板40のある側が触覚提示装置10の正面側(タッチ面側)となり、圧電フィルム20が配置されている側が触覚提示装置10の背面側となる。 With this configuration, a hollow region 100 is formed between the diaphragm 40 and the piezoelectric film 20. The side on which the diaphragm 40 is located is the front side (touch surface side) of the tactile presentation device 10, and the side on which the piezoelectric film 20 is disposed is the back side of the tactile sense presentation device 10.
 ただし、本実施形態において、振動板40の湾曲状態は、説明のために誇張して記載しており、実際には、振動板40の主面と圧電フィルム20の主面は、外観上ほぼ平行である。 However, in the present embodiment, the curved state of the vibration plate 40 is exaggerated for the sake of explanation, and actually, the main surface of the vibration plate 40 and the main surface of the piezoelectric film 20 are substantially parallel in appearance. It is.
 2つのスペーサ70は、振動板40と圧電フィルム20とが対向する中空領域100に配置されている。スペーサ70は、触覚提示装置10の幅方向に長い角柱形状となっている。スペーサ70は、例えば、金属、PET、ポリカーボネイト(PC)、またはABS樹脂などからなる。 The two spacers 70 are disposed in the hollow region 100 where the diaphragm 40 and the piezoelectric film 20 face each other. The spacer 70 has a prismatic shape that is long in the width direction of the tactile sense presentation device 10. The spacer 70 is made of, for example, metal, PET, polycarbonate (PC), or ABS resin.
 スペーサ70は、振動板40の下面と圧電フィルム20の上面との間に挟まれている。圧電フィルム20が駆動していない時、スペーサ70が圧電フィルム20を下側に押し込んで、張力をかけている。ただしスペーサ70は必須の構成ではない。 The spacer 70 is sandwiched between the lower surface of the diaphragm 40 and the upper surface of the piezoelectric film 20. When the piezoelectric film 20 is not driven, the spacer 70 pushes the piezoelectric film 20 downward to apply tension. However, the spacer 70 is not an essential configuration.
 図3(A)に示すように、圧電フィルム20の収縮時には、振動板40の長さ方向中央は、上方に変位する。図3(B)も図3(A)と同様に、圧電フィルム20の収縮時には、振動板40の長さ方向中央が上方に変位する。 As shown in FIG. 3A, when the piezoelectric film 20 is contracted, the center in the length direction of the diaphragm 40 is displaced upward. 3B, as in FIG. 3A, when the piezoelectric film 20 contracts, the center in the length direction of the diaphragm 40 is displaced upward.
 なお、振動板40は、圧電フィルム20に駆動信号を印加しない(定常状態)で、図2および図3(A)に示すように、法線方向に突出していてもよいし、図3(B)に示すように、平坦な状態になっていてもよい。振動板40には、曲げ応力が加わった状態で、圧電フィルム20に固定されている。 The diaphragm 40 may protrude in the normal direction as shown in FIG. 2 and FIG. 3A without applying a drive signal to the piezoelectric film 20 (steady state). ) As shown in FIG. The diaphragm 40 is fixed to the piezoelectric film 20 with bending stress applied.
 図4は、触覚提示装置10の構成を示すブロック図である。タッチセンサ50は、振動板40に内蔵されていて、利用者のタッチ操作を検出する。タッチセンサ50は、キー画像80の各キーの位置に対応して配置されている。利用者が振動板40の各キーの位置に触れると、タッチセンサ50がタッチ操作を検出する。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the tactile sense presentation device 10. The touch sensor 50 is built in the diaphragm 40 and detects a user's touch operation. The touch sensor 50 is arranged corresponding to the position of each key in the key image 80. When the user touches the position of each key on the diaphragm 40, the touch sensor 50 detects a touch operation.
 駆動部83は、タッチセンサ50がタッチ操作を検出した場合に、圧電フィルム20に駆動振動を印加して、振動板40を振動させる。利用者にキーを「押した」と感じさせるには、振動板を所定の周波数付近(例えば約200Hz程度)で振動させることが好ましい。 When the touch sensor 50 detects a touch operation, the drive unit 83 applies drive vibration to the piezoelectric film 20 to vibrate the diaphragm 40. In order to make the user feel that the key has been pressed, it is preferable to vibrate the diaphragm near a predetermined frequency (for example, about 200 Hz).
 振動板40には、非動作状態で定常的な曲げ応力が与えられているため、圧電フィルム20の収縮時に振動板40に与えられる力は、当該曲げ応力と同じ方向となる。したがって、触覚提示装置10は、振動板40を効率的に振動させることができ、圧電フィルムを用いた場合であってもある程度強い振動を伝えることができる。また、モータ等による振動に比べると、触覚提示装置10を薄くすることができる。 Since the diaphragm 40 is given a steady bending stress in a non-operating state, the force applied to the diaphragm 40 when the piezoelectric film 20 contracts is in the same direction as the bending stress. Therefore, the tactile sense presentation device 10 can vibrate the diaphragm 40 efficiently and can transmit a strong vibration to some extent even when a piezoelectric film is used. In addition, the tactile sense presentation device 10 can be made thinner than vibration caused by a motor or the like.
 また、振動板40は、長さ、幅、厚み、または硬さ等により決まる固有の振動周波数を有する。振動板40の固有振動周波数を200Hz程度にすることで、より効果的に利用者に振動を伝えることができる。 Further, the diaphragm 40 has a specific vibration frequency determined by length, width, thickness, hardness, or the like. By setting the natural vibration frequency of the diaphragm 40 to about 200 Hz, vibration can be transmitted to the user more effectively.
 上述したように、振動板40は、法線方向に凹んだ凹部もしくは法線方向に貫通した孔部が形成されている。凹部または孔部(この例では、孔部)は、振動板40の剛性を低下させるため、振動板40の固有振動周波数を低下させる。仮に、振動板40の固有振動周波数が高過ぎる場合には、当該凹部または孔部により固有振動周波数を調整する。 As described above, the diaphragm 40 is formed with a recess recessed in the normal direction or a hole penetrating in the normal direction. The concave portion or the hole (in this example, the hole) reduces the rigidity of the diaphragm 40, and thus reduces the natural vibration frequency of the diaphragm 40. If the natural vibration frequency of the diaphragm 40 is too high, the natural vibration frequency is adjusted by the recess or the hole.
 また、この例では、孔部は、樹脂等からなる充填剤95で埋められている。充填剤95が充填されることで、全体としての剛性を低下させず、固有振動周波数の低下を抑えることができる。あるいは、充填剤95の剛性が振動板の剛性よりも高い場合には、固有振動周波数を向上させることができる。 In this example, the hole is filled with a filler 95 made of resin or the like. By filling the filler 95, it is possible to suppress a decrease in the natural vibration frequency without reducing the rigidity as a whole. Alternatively, when the rigidity of the filler 95 is higher than the rigidity of the diaphragm, the natural vibration frequency can be improved.
 よって、触覚提示装置10は、振動板40の長さ、幅、厚み、または材質による硬さ等が変更できず、固有振動周波数の調整が困難な場合でも、孔部の数、大きさ、充填剤95の有無、および充填剤95の剛性により、振動周波数の調整を行なうことができる。 Therefore, the tactile sense presentation device 10 cannot change the length, width, thickness, or hardness of the vibration plate 40, and even if it is difficult to adjust the natural vibration frequency, the number, size, and filling of the holes are difficult. The vibration frequency can be adjusted by the presence or absence of the agent 95 and the rigidity of the filler 95.
 また、孔部には、LED90等の電子部品を嵌めこむことができる。この様に、凹部または孔部に電子部品が嵌めこまれていることで、振動板40の表面に電子部品が飛び出すことがない。この様な電子部品を嵌めこむために凹部または孔部を設けた場合であっても、当該凹部または孔部の数、大きさ、充填剤95の有無、および充填剤95の剛性により、振動周波数の調整を行なうことができる。 Also, electronic parts such as LEDs 90 can be fitted in the holes. In this way, the electronic component does not jump out on the surface of the diaphragm 40 because the electronic component is fitted in the recess or the hole. Even when a recess or hole is provided to fit such an electronic component, the vibration frequency depends on the number and size of the recess or hole, the presence or absence of the filler 95, and the rigidity of the filler 95. Adjustments can be made.
 また、充填剤95に熱伝導率の高い材料を用いることで、電子部品の排熱性を高めることもできる。 Further, by using a material having high thermal conductivity for the filler 95, the exhaust heat property of the electronic component can be improved.
 なお、中空領域100には、断熱性を有するシリコーンゲル等の柔らかい樹脂を充填し、圧電フィルム20および振動板40が振動することにより生じる音を抑制してもよい。 It should be noted that the hollow region 100 may be filled with a soft resin such as a silicone gel having heat insulation properties to suppress the sound generated when the piezoelectric film 20 and the diaphragm 40 vibrate.
 次に、図5は、変形例1に係る触覚提示装置10Aの構成を示す断面図である。 Next, FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the tactile sense presentation device 10A according to the first modification.
 触覚提示装置10Aでは、振動板40の裏面に、第2振動板210が貼り付けられている。この例では、LED90は、第2振動板210に実装されている。すなわち、第2振動板210は、電子部品の実装用基板として機能する。第2振動板210には、LEDに接続される不図示の配線が設けられている。なお、LED90は複数箇所に実装されていてもよく、例えば各キーそれぞれに配置してもよい。 In the tactile sense presentation device 10 </ b> A, the second diaphragm 210 is attached to the back surface of the diaphragm 40. In this example, the LED 90 is mounted on the second diaphragm 210. That is, the second diaphragm 210 functions as a mounting board for electronic components. The second diaphragm 210 is provided with a wiring (not shown) connected to the LED. Note that the LEDs 90 may be mounted at a plurality of locations, and may be disposed, for example, in each key.
 なお、この例では、凹部または孔部は、露出しているが、充填剤95でさらに埋められていてもよい。また、第2振動板210の主面が白色であれば、LED90の光の反射率を向上させることができる。 In this example, the recess or hole is exposed, but may be further filled with a filler 95. Moreover, if the main surface of the 2nd diaphragm 210 is white, the reflectance of the light of LED90 can be improved.
 触覚提示装置10Aは、第2振動板210により、全体としての剛性を高めることができる。この場合も、全体としての剛性が高すぎる場合には、振動板40または第2振動板210に凹部または孔部を設けることにより固有振動周波数を調整することができる。また、振動板40と第2振動板210は同じ材質のものであっても良いし、異なる材質のものであっても良い。同じ材質のものを使用した場合は、振動板40と第2振動板210との熱膨張係数が同じとなるため貼り付け面での剥がれが生じにくいメリットがある。また、異なる材質のものを使用した場合は、固有振動周波数の調整範囲が広がるメリットがある。 The tactile sense presentation device 10 </ b> A can increase the overall rigidity by the second diaphragm 210. Also in this case, when the rigidity as a whole is too high, the natural vibration frequency can be adjusted by providing the diaphragm 40 or the second diaphragm 210 with a recess or a hole. Further, the diaphragm 40 and the second diaphragm 210 may be made of the same material or different materials. When the same material is used, the diaphragm 40 and the second diaphragm 210 have the same thermal expansion coefficient, so that there is an advantage that peeling on the pasting surface hardly occurs. In addition, when different materials are used, there is an advantage that the adjustment range of the natural vibration frequency is expanded.
 図6(A)は、変形例2に係る触覚提示装置10Bの平面図であり、図6(B)は、断面図(図6(A)に示すB-B面の断面図)である。 6A is a plan view of a tactile sense presentation device 10B according to Modification 2, and FIG. 6B is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 6A).
 触覚提示装置10Bでは、変形例1の触覚提示装置10Aに比較して、凹部250が設けられている。その他の構成は、変形例1の触覚提示装置10Aと同様である。 The tactile sense presentation device 10B is provided with a recess 250 as compared to the tactile sense presentation device 10A of the first modification. Other configurations are the same as those of the tactile presentation device 10A of the first modification.
 凹部250は、平面視して圧電フィルム20が伸縮する方向である長さ方向に沿って長い矩形状に形成されている。振動板40は、当該凹部250により剛性が低下する。無論、孔部を設けた場合、振動板40の剛性が低下する。 The recess 250 is formed in a long rectangular shape along the length direction, which is the direction in which the piezoelectric film 20 expands and contracts in plan view. The rigidity of the diaphragm 40 is reduced by the concave portion 250. Of course, when the hole is provided, the rigidity of the diaphragm 40 is lowered.
 よって、触覚提示装置10Bは、全体としての剛性が高すぎる場合に、当該凹部250により固有振動周波数を調整することができる。 Therefore, the tactile sense presentation device 10B can adjust the natural vibration frequency by the concave portion 250 when the rigidity as a whole is too high.
 なお、凹部250は、キー画像80およびタッチセンサ50の位置とは異なる位置に配置されている。したがって、利用者が振動板40をタッチした場合に、比較的大きな凹部を設けたとしても指で押下する箇所の剛性が下がったり、利用者が凹凸を意識することもないので固有振動周波数の調整範囲を広げることができる。 Note that the recess 250 is arranged at a position different from the positions of the key image 80 and the touch sensor 50. Therefore, when the user touches the diaphragm 40, even if a relatively large concave portion is provided, the rigidity of the portion pressed by the finger is not lowered, and the user is not aware of the unevenness, so that the natural vibration frequency is adjusted. The range can be expanded.
 また、第2振動板210に凹部または孔部を設けた場合には、振動板40の表面側に凹凸がないため、仮に平面視で指で押下する箇所と重なる位置に凹部または孔部を設けた場合であっても、利用者が振動板40をタッチした場合に、指で押下する箇所の剛性が下がったり、凹凸を意識することもないので固有振動周波数の調整が容易となる。 In addition, when the second diaphragm 210 is provided with a recess or hole, since there is no unevenness on the surface side of the diaphragm 40, a recess or hole is provided at a position that overlaps with the position where the finger is pressed in plan view. Even when the user touches the diaphragm 40, the rigidity of the portion to be pressed with the finger is not lowered, and the adjustment of the natural vibration frequency is facilitated because there is no awareness of the unevenness.
 次に、図7は、変形例3に係る触覚提示装置10Cの断面図である。この例では、LED90は、第2振動板210に設けられた孔部に配置され、振動板40の裏面に実装されている。振動板40には、LED90に接続される不図示の配線が設けられている。 Next, FIG. 7 is a cross-sectional view of the tactile sense presentation device 10C according to Modification 3. In this example, the LED 90 is disposed in a hole provided in the second diaphragm 210 and mounted on the back surface of the diaphragm 40. The diaphragm 40 is provided with a wiring (not shown) connected to the LED 90.
 振動板40は、透光性を有する材料(例えばFRP)を用いる。LED90の光は、透光性を有する振動板40を介して、タッチ面側に導かれる。この場合、LED90は、実装面側から光が出力される背面実装タイプである。 The diaphragm 40 is made of a translucent material (for example, FRP). The light of the LED 90 is guided to the touch surface side via the diaphragm 40 having translucency. In this case, the LED 90 is a back mounting type in which light is output from the mounting surface side.
 この場合、振動板40の主面のうちタッチ面側は、どの位置でも平坦となる。なお、この例でも、孔部は、充填剤95でさらに埋められていてもよい。 In this case, the touch surface side of the main surface of the diaphragm 40 is flat at any position. In this example as well, the hole portion may be further filled with a filler 95.
 次に、図8は、変形例4に係る触覚提示装置10Dの断面図である。変形例3の触覚提示装置10Cと異なる点は、振動板40に孔部251が設けられていることである。LED90は、孔部251に配置され、該孔部251から光が取り出される。この場合も、LED90は、背面実装タイプが用いられる。この場合、振動板40に透光性がなくとも、LED90の光を取り出すことができる。 Next, FIG. 8 is a cross-sectional view of a tactile sense presentation device 10D according to Modification 4. A difference from the tactile sense presentation device 10 </ b> C of the third modification is that a hole 251 is provided in the diaphragm 40. The LED 90 is disposed in the hole 251, and light is extracted from the hole 251. Also in this case, the LED 90 is a back-mounted type. In this case, the light of the LED 90 can be extracted even if the diaphragm 40 is not translucent.
 振動板40の厚みは、LEDが正面側に突出しない程度に設定されていることが好ましい。なお、この例でも、孔部251は、充填剤95でさらに埋められていてもよい。 The thickness of the diaphragm 40 is preferably set to such an extent that the LEDs do not protrude to the front side. In this example as well, the hole 251 may be further filled with the filler 95.
 次に、図9(A)は、変形例5に係る触覚提示装置10Eの断面図である。触覚提示装置10Eは、図5に示した触覚提示装置10Aに対して、さらに透明基板220を備えている。透明基板220は、振動板40の表面側に貼り付けられている。 Next, FIG. 9A is a cross-sectional view of a tactile sense presentation device 10E according to Modification 5. The tactile sense presentation device 10E further includes a transparent substrate 220 with respect to the tactile sense presentation device 10A shown in FIG. The transparent substrate 220 is attached to the surface side of the diaphragm 40.
 LED90の光は、透明基板220を介して出力される。この場合、触覚提示装置10Eのタッチ面を完全に平坦とすることができる。また、透明基板220に静電容量型スイッチ等のタッチセンサを設けることもできる。静電容量型スイッチの配線は、振動板40に設けることも可能であるし、第2振動板210に設けることも可能である。 The light from the LED 90 is output through the transparent substrate 220. In this case, the touch surface of the tactile sense presentation device 10E can be made completely flat. In addition, a touch sensor such as a capacitive switch can be provided on the transparent substrate 220. The wiring of the capacitive switch can be provided on the vibration plate 40 or can be provided on the second vibration plate 210.
 図9(B)は、変形例6に係る触覚提示装置10Fの断面図である。触覚提示装置10Fは、図8に示した触覚提示装置10Dに対して、さらに透明基板220を備えている。透明基板220は、振動板40の表面側に貼り付けられている。この場合も、触覚提示装置10Fのタッチ面を完全に平坦とすることができる。 FIG. 9B is a cross-sectional view of the tactile presentation device 10F according to Modification 6. The tactile presentation device 10F further includes a transparent substrate 220 with respect to the tactile presentation device 10D shown in FIG. The transparent substrate 220 is attached to the surface side of the diaphragm 40. Also in this case, the touch surface of the haptic presentation device 10F can be made completely flat.
 図10は、変形例7に係る触覚提示装置10Gの断面図である。触覚提示装置10Eは、図5に示した触覚提示装置10Aに対して、さらに透明樹脂901を備えている。 FIG. 10 is a cross-sectional view of a tactile presentation device 10G according to Modification 7. The tactile sense presentation device 10E further includes a transparent resin 901 with respect to the tactile sense presentation device 10A shown in FIG.
 透明樹脂901は、LED90の周囲に配置されている。透明樹脂901は、LED90を保護する。また、透明樹脂901に光を拡散するための微粒子を混合させることで、LED90の光を拡散させることができる。 The transparent resin 901 is disposed around the LED 90. The transparent resin 901 protects the LED 90. Further, the light of the LED 90 can be diffused by mixing the transparent resin 901 with fine particles for diffusing light.
 さらに、透明樹脂901の形状をレンズ状とすることで、LED90の光の進行方向を制御することも可能である。 Furthermore, by making the shape of the transparent resin 901 into a lens shape, the traveling direction of the light of the LED 90 can be controlled.
 図11は、変形例8に係る触覚提示装置10Hの平面図である。図12(A)は、断面図(図11に示すB-B面の断面図)である。図12(B)は、断面図(図11に示すA-A面の断面図)である。 FIG. 11 is a plan view of a tactile sense presentation device 10H according to Modification 8. 12A is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 11). FIG. 12B is a cross-sectional view (a cross-sectional view of the AA plane shown in FIG. 11).
 触覚提示装置10Hは、振動板40に、複数の凹凸部270が設けられている。凹凸部270は、平面視して圧電フィルム20が伸縮する方向である長さ方向に沿って長い矩形状に形成されている。図12(A)のB-B断面図に示すように、凹凸部270の断面形状は半円形であり、例えば該振動板40が法線方向に押し出されるプレス成型により形成される。この例では、凹凸部270は、振動板40の背面側に突出しているが、振動板40の正面側に突出していてもよい。 The tactile sense presentation device 10 </ b> H is provided with a plurality of uneven portions 270 on the diaphragm 40. The concavo-convex portion 270 is formed in a long rectangular shape along a length direction that is a direction in which the piezoelectric film 20 expands and contracts in plan view. As shown in the BB cross-sectional view of FIG. 12A, the concavo-convex portion 270 has a semicircular cross-sectional shape, and is formed, for example, by press molding in which the diaphragm 40 is extruded in the normal direction. In this example, the concavo-convex portion 270 protrudes on the back side of the diaphragm 40, but may protrude on the front side of the diaphragm 40.
 凹凸部270は、平面視して圧電フィルム20が伸縮する方向である長さ方向に沿って長い矩形状に形成されているため、該長さ方向に沿った曲げ変形に対して、振動板40を補強する機能を有する。したがって、振動板40の剛性を上昇させて固有振動周波数を高くする調整ができる。 Since the concavo-convex portion 270 is formed in a long rectangular shape along the length direction, which is a direction in which the piezoelectric film 20 expands and contracts in plan view, the vibration plate 40 is resistant to bending deformation along the length direction. It has a function to reinforce. Therefore, it is possible to adjust to increase the natural vibration frequency by increasing the rigidity of the diaphragm 40.
 図13(A)は、凹凸部270の数と剛性の関係を示す図である。この例では、振動板40の材料にはSUSを用いている。増加割合は、凹凸部270の数が0である場合の割合を100%として、振動板40の中心位置を押下した場合の反力の変化を示している。図13(A)に示すように、凹凸部270の数が増えるにつれて振動板40の剛性は向上している。 FIG. 13A is a diagram showing the relationship between the number of uneven portions 270 and rigidity. In this example, SUS is used as the material of the diaphragm 40. The increase rate indicates a change in reaction force when the center position of the diaphragm 40 is pressed with the rate when the number of the uneven portions 270 is 0 being 100%. As shown in FIG. 13A, the rigidity of the diaphragm 40 is improved as the number of the uneven portions 270 increases.
 図13(B)は、凹凸部270の深さと振動板40の剛性の関係を示す図である。増加割合は、凹凸部270の深さが0である場合(すなわち、凹凸部270がない場合)の割合を100%として、振動板40の中心位置を押下した場合の反力の変化を示している。図13(B)に示すように、凹凸部270の深さが深くなるにつれて振動板40の剛性は向上している。 FIG. 13B is a diagram illustrating the relationship between the depth of the uneven portion 270 and the rigidity of the diaphragm 40. The increase rate indicates a change in the reaction force when the center position of the diaphragm 40 is pressed with the ratio when the depth of the uneven portion 270 is 0 (that is, when there is no uneven portion 270) being 100%. Yes. As shown in FIG. 13B, the rigidity of the diaphragm 40 is improved as the depth of the uneven portion 270 increases.
 また、振動板40の剛性は、凹凸部270の数よりも凹凸部270の深さが影響する。したがって、振動板の剛性をより高くしたい場合には、凹凸部270の深さを深くすればよい。また、振動板の剛性を微調整したい場合には、凹凸部270の数を調整すればよい。 Further, the depth of the uneven portion 270 affects the rigidity of the diaphragm 40 rather than the number of the uneven portions 270. Therefore, in order to increase the rigidity of the diaphragm, the depth of the uneven portion 270 may be increased. Further, when it is desired to finely adjust the rigidity of the diaphragm, the number of the uneven portions 270 may be adjusted.
 図14(A)は、変形例9に係る触覚提示装置10Iの平面図である。図14(B)は、断面図(図14(A)に示すA-A面の断面図)である。 FIG. 14A is a plan view of a tactile sense presentation device 10I according to Modification 9. FIG. 14B is a cross-sectional view (a cross-sectional view along the AA plane shown in FIG. 14A).
 触覚提示装置10Iは、触覚提示装置10Hに比べて、さらに凹凸部290を備えている。凹凸部290は、幅方向に沿って長い矩形状に形成されている。図14(A)のA-A断面図に示すように、凹凸部290の断面形状は半円形であり、例えばプレス成型により形成される。 The tactile sense presentation device 10I further includes a concavo-convex portion 290 as compared with the tactile sense presentation device 10H. The concavo-convex portion 290 is formed in a long rectangular shape along the width direction. As shown in the AA cross-sectional view of FIG. 14A, the cross-sectional shape of the concavo-convex portion 290 is semicircular, and is formed, for example, by press molding.
 凹凸部290は、圧電フィルム20を下側に押し込んで張力をかけている。そのため、凹凸部290は、スペーサ70を設置する必要が無い。これにより、触覚提示装置10Iは、スペーサ70を別途用意する必要が無く、製造時の手間を省くことができる。また、スペーサ70が破損するおそれもなく、耐久性も向上する。 The concavo-convex portion 290 applies tension by pushing the piezoelectric film 20 downward. Therefore, the uneven portion 290 does not require the spacer 70 to be installed. Thereby, the tactile sense presentation device 10I does not need to prepare the spacer 70 separately, and can save time and effort at the time of manufacture. Further, there is no fear that the spacer 70 is damaged, and durability is improved.
 なお、本実施形態では、「電圧を加えることで面方向に変形するフィルム」の一例として圧電フィルムを示したが、「電圧を加えることで面方向に変形するフィルム」は、圧電フィルムに限るものではない。「電圧を加えることで面方向に変形するフィルム」は、他にも、例えば電歪フィルム、エレクトレットフィルム、コンポジットフィルム、または電気活性高分子フィルム等がある。なお、電気活性フィルムとは、電気的駆動によって応力を発生するフィルムまたは変形して変位を発生するフィルムである。具体的には、電歪フィルム、コンポジット材料(圧電セラミックスを樹脂モールドした材料)、電気駆動型エラストマー、または液晶エラストマー等がある。 In this embodiment, a piezoelectric film is shown as an example of a “film that deforms in a plane direction when a voltage is applied”, but a “film that deforms in a plane direction when a voltage is applied” is limited to a piezoelectric film. is not. Other examples of the “film that deforms in the plane direction when a voltage is applied” include an electrostrictive film, an electret film, a composite film, and an electroactive polymer film. The electroactive film is a film that generates stress by electrical driving or a film that generates displacement by deformation. Specifically, there are an electrostrictive film, a composite material (a material obtained by resin-molding piezoelectric ceramics), an electrically driven elastomer, or a liquid crystal elastomer.
 また、本実施形態では、圧電フィルム20が振動板40に直接接続される例を示したが、圧電フィルム20は、圧電性を有しない他の樹脂フィルムを介して間接的に振動板40に接続される態様としてもよい。例えば、圧電フィルム20が樹脂フィルムの主面に貼り付けられ、当該樹脂フィルムの端部が振動板40に接続される態様とすることも可能である。無論、他にも、電歪フィルム、エレクトレットフィルム、コンポジットフィルム、または電気活性高分子フィルム等のフィルムが樹脂フィルムの主面に貼り付けられ、該樹脂フィルムの端部が振動板40に接続される態様とすることも可能である。 In this embodiment, the example in which the piezoelectric film 20 is directly connected to the vibration plate 40 has been shown. However, the piezoelectric film 20 is indirectly connected to the vibration plate 40 via another resin film that does not have piezoelectricity. It is good also as an aspect made. For example, the piezoelectric film 20 may be attached to the main surface of the resin film, and the end of the resin film may be connected to the vibration plate 40. Of course, in addition, a film such as an electrostrictive film, an electret film, a composite film, or an electroactive polymer film is attached to the main surface of the resin film, and the end of the resin film is connected to the diaphragm 40. It is also possible to adopt an aspect.
 また、「電圧を加えることで面方向に変形するフィルム」は、例えば圧電セラミックスおよび樹脂フィルムを用いることでも実現することができる。例えば、複数の樹脂フィルムを圧電セラミックスを介して接続し、これら複数の樹脂フィルムをそれぞれ振動板40に接続することで実現することができる。 Also, the “film that deforms in the plane direction when a voltage is applied” can be realized by using, for example, piezoelectric ceramics and a resin film. For example, it can be realized by connecting a plurality of resin films via piezoelectric ceramics and connecting each of the plurality of resin films to the diaphragm 40.
 さらに、「電圧を加えることで面方向に変形するフィルム」は、単層でも良いし、積層しても良い。特に積層する枚数を増やすことによってより強い振動を得ることが出来る。 Furthermore, the “film that deforms in the plane direction when a voltage is applied” may be a single layer or may be laminated. In particular, stronger vibration can be obtained by increasing the number of stacked layers.
10…触覚提示装置
20…圧電フィルム
40…振動板
50…タッチセンサ
70…スペーサ
80…キー画像
83…駆動部
90…LED
95…充填剤
100…中空領域
210…第2振動板
220…透明基板
250…凹部
251…孔部
270…凹凸部
290…凹凸部
901…透明樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Tactile sense presentation apparatus 20 ... Piezoelectric film 40 ... Diaphragm 50 ... Touch sensor 70 ... Spacer 80 ... Key image 83 ... Drive part 90 ... LED
95 ... Filler 100 ... Hollow region 210 ... Second diaphragm 220 ... Transparent substrate 250 ... Concave portion 251 ... Hole portion 270 ... Concavity / convexity portion 290 ... Concavity / convexity portion 901 ... Transparent resin

Claims (5)

  1.  電圧を加えることで面方向に変形するフィルムと、
     前記フィルムに接続され、前記フィルムが前記面方向に変形することにより、法線方向に撓む振動板と、
     前記振動板に対するタッチ操作を検出するタッチ検出部と、
     前記タッチ検出部で前記タッチ操作を検出した場合に、前記フィルムに駆動信号を印加する駆動部と、
     を備え、
     前記振動板は、法線方向に凹んだ凹部、または法線方向に突出した凸部が形成されている、
    た触覚提示装置。
    A film that deforms in the surface direction by applying voltage;
    A diaphragm that is connected to the film and is deformed in the normal direction when the film is deformed in the surface direction; and
    A touch detection unit for detecting a touch operation on the diaphragm;
    A drive unit that applies a drive signal to the film when the touch operation is detected by the touch detection unit;
    With
    The diaphragm is formed with a concave portion recessed in the normal direction, or a convex portion protruding in the normal direction.
    Tactile presentation device.
  2.  前記凹部または前記凸部は、前記フィルムが伸縮する方向に沿って形成されている、
     請求項1に記載の触覚提示装置。
    The concave portion or the convex portion is formed along the direction in which the film expands and contracts,
    The tactile sense presentation device according to claim 1.
  3.  前記凹部または前記凸部は、前記振動板が、前記法線方向に押し出されることにより形成された溝からなる、
     請求項1または請求項2に記載の触覚提示装置。
    The concave portion or the convex portion includes a groove formed by the diaphragm being pushed out in the normal direction.
    The tactile sense presentation device according to claim 1 or 2.
  4.  電圧を加えることで面方向に変形するフィルムと、
     前記フィルムに接続され、前記フィルムが前記面方向に変形することにより、法線方向に撓む振動板と、
     前記振動板に対するタッチ操作を検出するタッチ検出部と、
     前記タッチ検出部で前記タッチ操作を検出した場合に、前記フィルムに駆動信号を印加する駆動部と、
     を備え、
     前記振動板は、法線方向に凹んだ凹部もしくは法線方向に貫通した孔部が形成され、該凹部もしくは孔部には、所定の充填剤が充填されている、
     または、前記振動板は、第1振動板および第2振動板からなり、前記第1振動板は、法線方向に凹んだ凹部もしくは法線方向に貫通した孔部が形成されている、
     触覚提示装置。
    A film that deforms in the surface direction by applying voltage;
    A diaphragm that is connected to the film and is deformed in the normal direction when the film is deformed in the surface direction; and
    A touch detection unit for detecting a touch operation on the diaphragm;
    A drive unit that applies a drive signal to the film when the touch operation is detected by the touch detection unit;
    With
    The diaphragm is formed with a recess recessed in the normal direction or a hole penetrating in the normal direction, and the recess or hole is filled with a predetermined filler,
    Alternatively, the diaphragm includes a first diaphragm and a second diaphragm, and the first diaphragm is formed with a recess recessed in the normal direction or a hole penetrating in the normal direction.
    Tactile presentation device.
  5.  前記凹部または孔部には、電子部品が配置されている、
     請求項4に記載の触覚提示装置。
    An electronic component is disposed in the recess or the hole,
    The tactile sense presentation device according to claim 4.
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