JP2013205952A - パネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の消費電力を増加させることなく、パネルの振動振幅を増加できるパネル装置を提供する。
【解決手段】矩形状のパネル１１と、パネル１１に配設されてパネル１１を振動させるための矩形状の圧電素子１２、１３と、を備えるパネル装置１０において、圧電素子１２、１３は、一辺がパネル１１の一辺に対して傾いて配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、矩形状のパネルを湾曲振動させる振動機能を有するパネル装置に関するものである。

例えば、携帯電話機、スマートフォン、タブレット端末、ゲーム機、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＡＴＭ（現金自動預け払い機）、自動券売機、自動販売機、プリンタ、コピー機、ＦＡＸ（ファクシミリ）、家電製品等の電子機器においては、近年、タッチパネルやタッチスイッチ等のパネルを用いて、操作者による入力操作を検出するものが増えている。

また、このような電子機器において、パネルに操作者の指やスタイラスペン等の接触物が接触する入力操作が行われると、パネルを振動させて操作者に触感を呈示する振動機能を有するパネル装置が搭載されつつある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４６３３１６７号公報

特許文献１に開示のパネル装置は、矩形状のパネルの裏面側の辺の近傍で、該辺の中央部に、辺に沿って平行に延在させて長尺の圧電素子を配置している。そして、操作者がパネルを接触物により操作した際に、圧電素子を駆動してパネルを湾曲振動させることにより、操作者に触感を呈示するようにしている。

このような振動機能を有するパネル装置では、操作者に確実に触感を呈示できるように、パネルを十分な振幅で湾曲振動させることが望まれる。その方法として、圧電素子の駆動電圧を高くすることが想定される。しかし、駆動電圧を高くすると、消費電力が多くなる。そのため、特にバッテリを電源とする携帯電子機器に搭載する場合は、バッテリの使用時間が短くなることが懸念される。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、圧電素子の消費電力を増加させることなく、パネルの振動振幅を増加できるパネル装置を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係るパネル装置の発明は、矩形状のパネルと、該パネルに配設されて当該パネルを振動させるための矩形状の圧電素子と、を備えるパネル装置において、
前記圧電素子は、一辺が前記パネルの一辺に対して傾いて配設されている、
ことを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係るパネル装置において、
前記パネルの一辺に対する前記圧電素子の一辺の傾き角度は、所定の角度以上である、
ことを特徴とするものである。

第３の観点に係る発明は、第１又は２の観点に係るパネル装置において、
前記パネル及び前記圧電素子は、それぞれ長方形状であり、
前記圧電素子は、前記パネルの短辺側に配設されている、
ことを特徴とするものである。

第４の観点に係る発明は、第３の観点に係るパネル装置において、
前記圧電素子は、長辺方向が前記パネルの短辺方向に対して所定の角度以上傾いて配設されている、
ことを特徴とするものである。

第５の観点に係る発明は、第４の観点に係るパネル装置において、
前記圧電素子は、前記パネルの対向する短辺側にそれぞれ配設され、
一方の前記圧電素子の長辺の延長線と、他方の前記圧電素子の長辺の延長線とが交差する、
ことを特徴とするものである。

第６の観点に係る発明は、第５の観点に係るパネル装置において、
一方の前記圧電素子は、長辺が対応する前記パネルの短辺に対して第１の方向に第１角度傾斜して配設され、
他方の前記圧電素子は、長辺が対応する前記パネルの短辺に対して前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に第２角度傾斜して配設されている、
ことを特徴とするものである。

第７の観点に係る発明は、第６の観点に係るパネル装置において、
前記第１角度と前記第２角度とが等しい、
ことを特徴とするものである。

第８の観点に係る発明は、第１〜７のいずれかの観点に係るパネル装置において、
前記圧電素子は、前記パネルの対応する辺の中央部からシフトして配置されている、
ことを特徴とするものである。

本発明によれば、圧電素子の消費電力を増加させることなく、パネルの振動振幅を増加させることができる。

本発明の一実施の形態に係るパネル装置の概略構成を示す平面図である。 図１のパネル装置の斜視図である。 図１のパネルに対する圧電素子の配置例を説明するための図である。 図１に示したパネル装置の３つの変形例を示す図である。

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。

図１および図２は、本発明の一実施の形態に係るパネル装置の概略構成を示す平面図および斜視図である。本実施の形態に係るパネル装置１０は、長方形状の矩形状をなすパネル１１を有している。パネル１１は、例えば、抵抗膜方式、静電容量方式などの公知の方式のもので構成される。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。

パネル１１には、操作面（表面）１１ａとは反対側であるパネル裏面１１ｂに、二枚の圧電素子１２、１３が配設されている。圧電素子１２、１３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伸縮するものである。一方の圧電素子１２は、パネル裏面１１ｂの対向する一方の短辺側において、長尺方向が当該一方の短辺に沿って傾斜して延在するように、一面が接着固定される。同様に、他方の圧電素子１３は、パネル裏面１１ｂの他方の短辺側において、長尺方向が当該他方の短辺に沿って傾斜して延在するように、一面が接着固定される。圧電素子１２，１３の詳細な配置については、後述する。

パネル１１は、パネル裏面１１ｂ側において、四隅と各長辺の中央部との合計６ヶ所で、それぞれ弾性変形可能な支持部材１４を介して固定部１５に支持されている。つまり、パネル１１は、６個の支持部材１４により固定部１５上に６点支持されている。ここで、パネル１１の短辺側の２点の支持部材１４の間隔は、長辺側の２点の支持部材１４の間隔よりも長くなっている。支持部材１４は、円柱状のものを例示しているが、角柱状等の任意の形状とすることができる。

固定部１５は、例えば、液晶、有機ＥＬ、電子ペーパ等の表示パネルからなり、その表示領域から外れた領域において、支持部材１４を介してパネル１１を支持する。

ここで、パネル１１に対する圧電素子１２、１３の配置例について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して更に詳細に説明する。

図３（ａ）及び（ｂ）は、パネル１１に対する圧電素子１２、１３の配置例を説明するための図で、パネル１１の操作面１１ａ側から見た図ある。図３（ａ）は、比較のための配置例を示すものである。図３（ａ）において、圧電素子１２、１３は、パネル１１の対向する短辺側において、それぞれ長尺方向が短辺に沿って平行に延在するように、短辺の中央部に配置されている。以下、図３（ａ）に示した配置例のパネル装置を、便宜上、標準モデルと称する。

図３（ｂ）は、本実施の形態に係るパネル装置１０における配置例を示すものである。図３（ｂ）において、一方の圧電素子１２は、その長尺方向が、標準モデルに対して、パネル１１の操作面１１ａ側から見て反時計方向（第１の方向）に第１角度α１回転して配置される。さらに、圧電素子１２は、必要に応じて、パネル１１の短辺の中央部から、短辺方向（ｘ）及び／又は長辺方向（ｙ）にシフトして配置される。また、他方の圧電素子１３は、その長尺方向が、標準モデルに対して、パネル１１の操作面１１ａ側から見て時計方向（第２の方向）に第２角度α２回転して配置される。さらに、圧電素子１３は、必要に応じて、パネル１１の短辺の中央部から、短辺方向（ｘ）及び／又は長辺方向（ｙ）にシフトして配置される。以下、図３（ｂ）に示した配置例のパネル装置を、便宜上、実施モデルと称する。

表１は、図３（ａ）に示した標準モデルと、図３（ｂ）に示した実施モデルとにおける振動実験結果を示すものである。

表１の振動実験結果は、標準モデルを基準とした場合の実施モデルの振動振幅の増加分を百分率（％）を示している。圧電素子１２、１３の駆動電圧は、標準モデル及び実施モデルで同じである。なお、標準モデル及び実施モデルでは、パネル１１が、短辺６２．７ｍｍ、長辺１１９．３５ｍｍの長方形状からなり、圧電素子１２、１３が、それぞれ短辺２．６ｍｍ、長辺４０ｍｍの長方形状からなる。また、実施モデルでは、一方の圧電素子１２の第１角度α１及び他方の圧電素子１３の第２角度α２がともに６度と等しくなっている。さらに、実施モデルでは、一方の圧電素子１２が、標準モデルに対して、右（ｘ＋）方向に５ｍｍ、上（ｙ＋）方向に３ｍｍそれぞれシフトされて配置されている。また、他方の圧電素子１３は、標準モデルに対して、ｘ＋方向に５ｍｍ、下（ｙ−）方向に３ｍｍそれぞれシフトされて配置されている。

また、振動振幅の測定点は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、パネル１１のｘ方向の位置ｘ１、ｘ２、ｘ３と、ｙ方向の位置ｙ１、ｙ２、ｙ３とのそれぞれの交点としている。ここで、位置ｘ２は、パネル１１の短辺の中心を通る位置であり、位置ｘ１及びｘ３は、位置ｘ２からそれぞれ等しい長さ離れた長辺側の位置である。同様に、位置ｙ２は、パネル１１の長辺の中心を通る位置であり、位置ｙ１及びｙ３は、位置ｙ２からそれぞれ等しい長さ離れた短辺側の位置である。

表１から明らかなように、実施モデルによると、圧電素子１２、１３が、それらの長尺方向が、パネル１１の対応する短辺側において、短辺に沿って傾斜して延在するように配置されていることから、圧電素子１２、１３の湾曲により、パネル１１の短辺側だけでなく、長辺側も撓ませることができる。さらに、圧電素子１２、１３が、パネル１１の短辺中央部から、パネル１１の上下左右方向にシフトして配置されていることから、パネル１１の面内での湾曲による振動振幅の分布を調整することができる。なお、表１の場合のパネル１１の振動振幅の平均増加割合は、１０３．７％である。したがって、圧電素子１２、１３の消費電力を増加させることなく、パネル１１の振動振幅を増加させることができるので、パネル１１の操作者に対して確実に触感を呈示することができる。

図４（ａ）〜（ｃ）は、図１に示したパネル装置の３つの変形例を示す図である。図４（ａ）は、一枚の圧電素子１２を、パネル１１の裏面の一方の短辺側に、長尺方向が当該短辺に沿って傾斜して延在するように配置するとともに、必要に応じて、当該短辺の中央部から上下左右方向にシフトさせて配置する構成を示すものである。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す構成において、更に、圧電素子１３を追加した構成を示すものである。圧電素子１３は、パネル１１の裏面の他方の短辺側に、長尺方向が短辺に沿って平行に延在するように配置されるとともに、必要に応じて、当該短辺の中央部から上下左右方向にシフトして配置される。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す構成において、圧電素子１３を、圧電素子１２と同じ方向に回転させて、長尺方向がパネル１１の短辺に沿って傾斜して延在するように配置した構成を示すものである。ここで、圧電素子１３は、その回転角度を、圧電素子１２の回転角度と異ならせて配置してもよいし、圧電素子１２の回転角度と同じにして、圧電素子１２と平行に配置してもよい。

図４（ａ）〜（ｃ）に示した構成においても、図３において説明したと同様に、消費電力を増加させることなく、パネル１１の振動振幅を増加させることができる。したがって、パネル１１の操作者に対して確実に触感を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、幾多の変形または変更が可能である。例えば、パネルは、上述したサイズに限らず、任意のサイズとすることができ、そのサイズに応じて、四隅の４点、四隅を含む８点あるいは１０点で支持するように構成することもできる。また、圧電素子は、パネルサイズや所望の振動振幅等に応じて、パネルの一辺、二辺、三辺、あるいは各辺に対応して配設したり、パネルの一の辺に対して複数枚配設したり、パネルの短辺に配設したりすることも可能である。

また、本発明に係るパネル装置は、圧電素子をパネルに対する押圧検出素子としても機能させ、圧電素子によるパネルに対する押圧に基づくデータが、所定の基準を満たすと圧電素子を振動素子として機能させてパネルを振動させる電子機器にも適用することができる。かかる電子機器によると、圧電素子を振動素子として機能させた場合、上述したようにパネルの振動振幅を効率的に増加させることができるので、圧電素子を押圧検出素子として機能させた場合は、パネルに対する押圧の検出感度を高めることができる。したがって、押圧に関する高精度のデータを取得することができるので、触感呈示を高精度で制御することが可能となる。

また、本発明に係るパネル装置は、パネルの振動振幅を効率的に増加できることから、操作者に触感を呈示（伝達）する触感伝達技術に限らず、パネルを振動させて音を出力するスピーカ技術、あるいは、パネルを振動させて骨伝導により音を聴くことができる骨伝導技術にも適用することが可能である。また、本発明に係るパネル装置は、圧電素子に所定の電気信号（音声信号）を印加することでパネルを振動させ、当該パネルの振動を人体に伝達させることにより気導音と人体振動音とを利用者に伝える技術にも適用することが可能である。

１０ パネル装置
１１ パネル
１１ａ 操作面（表面）
１１ｂ パネル裏面
１２、１３ 圧電素子
１４ 支持部材
１５ 固定部

Claims (8)

1. 矩形状のパネルと、該パネルに配設されて当該パネルを振動させるための矩形状の圧電素子と、を備えるパネル装置において、
   前記圧電素子は、一辺が前記パネルの一辺に対して傾いて配設されている、
   ことを特徴とするパネル装置。
2. 前記パネルの一辺に対する前記圧電素子の一辺の傾き角度は、所定の角度以上である、 ことを特徴とする請求項１に記載のパネル装置。
3. 前記パネル及び前記圧電素子は、それぞれ長方形状であり、
   前記圧電素子は、前記パネルの短辺側に配設されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパネル装置。
4. 前記圧電素子は、長辺方向が前記パネルの短辺方向に対して所定の角度以上傾いて配設されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のパネル装置。
5. 前記圧電素子は、前記パネルの対向する短辺側にそれぞれ配設され、
   一方の前記圧電素子の長辺の延長線と、他方の前記圧電素子の長辺の延長線とが交差する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のパネル装置。
6. 一方の前記圧電素子は、長辺が対応する前記パネルの短辺に対して第１の方向に第１角度傾斜して配設され、
   他方の前記圧電素子は、長辺が対応する前記パネルの短辺に対して前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に第２角度傾斜して配設されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のパネル装置。
7. 前記第１角度と前記第２角度とが等しい、
   ことを特徴とする請求項６に記載のパネル装置。
8. 前記圧電素子は、前記パネルの対応する辺の中央部からシフトして配置されている、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のパネル装置。
   

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