JP2013254522A - 電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】タッチ位置による触覚の違いを低減する。
【解決手段】電子機器１０は、ユーザのタッチ操作を受け付けるタッチパッド１１と、タッチパッド１１を支持する支持部１２と、タッチパッド１１に取り付けられており、タッチパッド１１をたわみ変形させる振動部１３とを備える。タッチパッド１１のたわみ振動が支持部１２に伝わることにより支持部１２は変形して変位振動を発生する。支持部１２の変位振動の振幅は、タッチパッド１１のたわみ振動の振幅よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本開示は、種々の電子機器の操作部等に設けられ、入力装置として用いられるタッチパッドに関する。
特許文献１は、タッチパネルを備えた電子機器を開示する。この電子機器では、振動用素子が取付けられたタッチパネルの４角に固定クッションを配置する。固定用クッションは、固定用フレームに固定され、固定フレーム上にタッチパネルを支持する。振動用素子を駆動すると、タッチパネルを湾曲振動し、固定用クッションがその支点となる。固定用クッションは、振動を可能にする柔らかさと振動の支点となる硬さとを有する。これにより、タッチパネル等の平板状振動体を安定支持するとともに、その振動量を大きくする。
特開２００６−２２７７１２号公報
本開示は、タッチ位置による触覚の違いを低減することができる電子機器を提供する。
本開示のある実施の形態に係る装置は、ユーザのタッチ操作を受け付けるタッチパッド１１と、タッチパッド１１を支持する支持部１２と、タッチパッド１１に取り付けられており、タッチパッド１１をたわみ変形させる振動部１３とを備える。タッチパッド１１のたわみ振動が支持部１２に伝わることにより支持部１２は変形して変位振動を発生する。支持部１２の変位振動の振幅は、タッチパッド１１のたわみ振動の振幅よりも大きい。
本開示のある実施の形態に係る装置によれば、タッチ位置による触覚の違いを低減することができる。
実施の形態に係る電子機器の外観斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は実施の形態に係る電子機器の部分拡大図である。 （ａ）は実施の形態に係る振動の様子を示す図であり、（ｂ）は実施の形態に係るタッチパッドの変形によるたわみ振動の様子を示す図であり、（ｃ）は実施の形態に係る支持部の変形による変位振動の様子を示す図である。 （ａ）は実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す上面図であり、（ｂ）は実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す断面図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 実施の形態に係るタッチパッドと支持部の一例を示す図である。 （ａ）は支持部が片持ちとなる構成の上面図であり、（ｂ）は支持部が片持ちとなる構成の断面図である。 実施の形態に係る化粧リングの一例を示す図である。 （ａ）から（ｃ）は実施の形態に係る支持部の一例を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は実施の形態に係るタッチパッドの一例を示す図である。 実施の形態に係る電子機器の外観斜視図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る電子機器１０の外観斜視図である。電子機器１０は、例えばノートパソコンである。電子機器１０は、筐体１と、ディスプレイ２と、タッチパッド１１と、キーボード４と、振動を制御する制御回路１６（図２）とを備える。ユーザは、電子機器１０のタッチパッド１１にタッチ操作を行うことにより、ディスプレイ２に表示されたカーソルを移動させたり、所望のコマンドを実行させたりすることができる。さらにユーザは、特定の動きでタッチ操作を行うことにより、ジェスチャ入力を行うことができる。例えば、円を描くようなタッチ操作を行うことにより、ディスプレイ２に表示された
ドキュメントのスクロールを行うことができる。ユーザのタッチ操作に応じて、制御回路１６はタッチ操作面を振動させることで、ユーザに触覚的なフィードバックを与えることができる。例えば、カーソルの移動に応じて触覚を提示することで、ユーザはカーソルの移動量を触覚的に把握することができる。またユーザが、ディスプレイ２に表示されたアイコン、ボタン、ソフトウェアキーボードなどを選択した際に、クリック感を提示することで、所望のコマンドが受け付けられたかどうかを触覚的に把握することができる。また、ジェスチャ入力時に触覚を提示することで、所望のジェスチャ入力が受け付けられたかを触覚的に把握することができる。
図２は、実施の形態に係る電子機器１０の部分拡大図である。図２（ａ）はタッチパッド１１の上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ｂで切断した時の断面図である。ここで、説明のためＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向について定義する。図２（ａ）において、紙面左右方向をＸ方向、紙面上下方向をＹ方向とする。また、図２（ｂ）において、紙面上下方向をＺ方向とする。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、タッチパッド１１と筐体１は、支持部１２により機械的に接続されている。タッチパッド１１はユーザのタッチ操作を受け付け、ユーザがタッチするタッチ操作部１１ａと、ユーザのタッチ操作を検出するタッチセンサ１１ｂとを備える。また、タッチパッド１１のユーザがタッチするタッチ操作面の反対側に圧電素子１３が取り付けられている。タッチパッド１１および圧電素子１３は、制御回路１６に接続されている。制御回路１６は、圧電素子１３の振動を制御する。筐体１とタッチパッド１１との間には、化粧リング１４の少なくとも一部が配置されている。タッチパッド１１と制御回路１６との間には、クッションシート１５が配置されている。
タッチ操作部１１ａは、ユーザがタッチ可能な場所に配置されており、樹脂、ガラス、金属、またはそれらの複合材など、一定の剛性を備えた材料で構成される。タッチセンサ１１ｂとしては、感圧方式や静電容量方式、光学式、表面弾性波方式など、公知のタッチセンサを用いることができる。
支持部１２は、筐体１とタッチパッド１１とを機械的に接続し、筐体１に対してタッチパッド１１を片持ちでない方法で支持する。例えば、２つ以上の支持部１２により、タッチパッド１１は少なくとも２箇所で支持され、タッチパッド１１は２つ以上の支持部の間に配置されている。例えば、支持部１２は、タッチパッド１１を両持ちで支持する。支持部１２は、タッチパッド１１のタッチ操作部１１ａに対し略平行に伸び、筐体１に接続されている。筐体１と支持部１２との接続部分はタッチパッド１１の外周部よりも外側に位置している。支持部１２は、樹脂、金属、ゴム、ゲル、またはそれらの複合材など、一定の強度と弾性力を備えた材料で構成される。筐体１は、金属、樹脂、またはそれらの複合材などで構成されており、タッチパッド１１を支えることができる剛性を備えている。また、筐体１と、タッチ操作部１１ａと、支持部１２とは一体に成型されていてもよい。
圧電素子１３は、タッチパッド１１をたわみ変形させることで、タッチパッド１１を加振する振動部の一例である。圧電素子１３は、電圧を印加することで伸縮する、薄型の電気機械変換素子である。
化粧リング１４は、加飾部の一例である。化粧リング１４は、左化粧リング１４ａと右化粧リング１４ｂとを有している。化粧リング１４は、樹脂、金属、ガラス、またはそれらの複合材などで構成されている。化粧リング１４は、筐体１とタッチパッド１１との隙間から埃や水滴などが内部へ侵入するのを防ぐことで、防塵・防滴性能を向上させる。また、化粧リング１４は、筐体１とタッチパッド１１との隙間から電子機器１０の内部が見えることを防ぎ、外観上の違和感を低減する。さらに、化粧リング１４は、タッチパッド
１１のタッチ操作面より表側に凸となっており、Ｚ方向の高さはタッチパッド１１よりも高い。このため、ユーザはタッチパッド１１の周縁部を触覚的に把握することができる。化粧リング１４は、メカニカルスイッチやタッチセンサ式スイッチなどを兼ねていてもよい。例えば、左化粧リング１４ａが左クリック用スイッチ、右化粧リング１４ｂが右クリック用スイッチとなっていてもよい。
クッションシート１５は、タッチパッド１１が振動する際、制御回路１６と衝突し、騒音や故障が発生するのを防ぐ緩衝材である。また、クッションシート１５は、タッチセンサ１１ｂおよび圧電素子１３と、制御回路１６との間でショートが発生するのを防ぐ。また、クッションシート１５は、筐体内部に埃や水滴などが侵入するのを防ぐことで、防塵・防滴性能を向上させる。さらに、化粧リング１４がメカニカルスイッチを兼ねている場合、クッションシート１５はメカニカルスイッチの感触を向上させる。クッションシート１５は、ゴム、ゲル、スポンジ、樹脂、またはそれらの複合材など、一定の弾性と絶縁性とを備えた材料で構成される。
図３に、タッチパッド１１の振動の様子を示す。なお、図をわかりやすくするため、振動の大きさを実際より大きく描いている場合がある。また、化粧リング１４、クッションシート１５、制御回路１６など、振動に直接関係ない部材は図中で省略する場合がある。
図３（ａ）のタッチパッド１１の振動は、図３（ｂ）に示すようなタッチパッド１１のたわみ変形によるたわみ振動と、図３（ｃ）に示すような支持部１２の変形による変位振動とに分けて考えることができる。圧電素子１３がタッチパッド１１をたわみ変形させることでタッチパッド１１はたわみ振動を発生し、タッチパッド１１のたわみ振動が支持部１２に伝わることにより支持部１２は変形して変位振動を発生する。
ここで、タッチパッド１１のたわみ変形によるたわみ振動の振幅をａ、支持部１２の変形による変位振動の振幅をｂとする。たわみ振動の振幅ａは、変位振動は考慮せずにタッチパッド１１のたわみ変形のみに着目したときの振幅である。また、変位振動の振幅ｂは、たわみ振動は考慮せずに支持部１２の変形のみに着目したときの振幅である。また、タッチパッド１１のたわみ変形によるたわみ振動の腹の位置をｘ１、節の位置をｘ２とする。この時、位置ｘ１における振動振幅ｚ１＝ａ＋ｂ、位置ｘ２における振動振幅ｚ２＝ｂとなる。従って、位置ｘ１、位置ｘ２における振動振幅の比ｚ１／ｚ２＝（ａ＋ｂ）／ｂ＝１＋ａ／ｂとなる。従って、たわみ振動の振幅ａに比べ、変位振動の振幅ｂが大きい程、タッチ位置による振動振幅の比は１に近づく。このように、タッチパッド１１のたわみ振動の振幅ａに比べ、支持部１２の変位振動の振幅ｂの方が大きくなるように振動させることで、タッチパッド１１のたわみ振動の腹の位置における振幅とタッチパッド１１のたわみ振動の節の位置における振幅との差を小さくすることができ、タッチ操作面上のタッチ位置の違いによる触覚の違いを低減することができる。
たわみ振動の振幅ａに比べ、変位振動の振幅ｂが大きくなるように振動させるために、支持部１２のばね定数ｋは、変位振動の共振周波数ｆｋが、たわみ振動の共振周波数ｆｂより低くなるようにする。また、制御回路１６は、変位振動の共振周波数ｆｋの近傍の周波数ｆｄでタッチパッド１１を加振するように圧電素子１３を制御する。例えば加振周波数ｆｄを、共振周波数ｆｋ±１００Ｈｚの値に設定する。また、例えば加振周波数ｆｄを、共振周波数ｆｋ±３０Ｈｚの値に設定してもよい。このように、たわみ振動の共振周波数ｆｂよりも変位振動の共振周波数ｆｋに近い周波数ｆｄでタッチパッド１１を加振する。これにより、圧電素子１３で加振した時、変位振動の共振は発生するが、たわみ振動の共振は発生しなくなる。このため、変位振動の振幅ｂはたわみ振動の振幅ａより大きくなる。
人間の触覚の周波数特性は、２００〜３００Ｈｚで最も敏感になり、周波数が高くなると徐々に鈍感になっていくことが知られている。従って、ユーザに強い触覚を与え、タッチ位置における触覚の違いを低減するために、加振周波数ｆｄは、例えば６００Ｈｚ未満に設定される。さらにユーザに強い触覚を与え、タッチ位置における触覚の違いを低減するためには、加振周波数ｆｄは例えば２００〜３００Ｈｚに設定される。このように、加振周波数ｆｄは例えば２００Ｈｚ以上６００Ｈｚ未満に設定されるが、２００Ｈｚ未満であってもよい。例えば１Ｈｚであってもよい。
また、ユーザに強い触覚を与え、タッチ位置における触覚の違いを低減するために、支持部１２のバネ定数ｋは、変位振動の共振周波数ｆｋが例えば６００Ｈｚ未満になるように設定される。さらにユーザに強い触覚を与え、タッチ位置における触覚の違いを低減するために、変位振動の共振周波数ｆｋは２００〜３００Ｈｚに設定される。このように、共振周波数ｆｋは例えば２００Ｈｚ以上６００Ｈｚ未満に設定されるが、２００Ｈｚ未満であってもよい。
また、タッチ位置における触覚の違いを低減するために、タッチパッド１１のたわみ振動の共振周波数ｆｂは、例えば６００Ｈｚ以上に設定される。さらにタッチ位置における触覚の違いを低減するために、タッチパッド１１のたわみ振動の共振周波数ｆｂは、１ｋＨｚ以上に設定されてもよく、例えば５〜６ｋＨｚであってもよい。このように、共振周波数ｆｂは例えば６００Ｈｚ以上に設定され、上限は特に無いが、例えば６００Ｈｚ以上６ｋＨｚ以下に設定される。共振周波数ｆｂは、例えば、人の指では感じにくいまたは感じられない周波数に設定される。
ここで、タッチパッド１１の質量をｍｔ、圧電素子１３の質量をｍｐとする。変位振動の共振周波数ｆｋは、支持部１２をばね、タッチパッド１１と圧電素子１３とを質量とした時のばね質量系の共振周波数となるため、以下の式が成り立つ。
Figure 2013254522
従って、タッチパッド１１の質量ｍｔ＝６［ｇ］、圧電素子１３の質量ｍｐ＝２［ｇ］、２００［Ｈｚ］＜ｆｋ＜３００［Ｈｚ］とすれば、１２．６［ｋＮ／ｍ］＜ｋ＜２８．４［ｋＮ／ｍ］となる。従って、変位振動の共振周波数ｆｋを２００〜３００Ｈｚにするためには、支持部１２のばね定数ｋが１２．６〜２８．４ｋＮ／ｍとなるようにすればよい。ただし、実際はタッチセンサ１１ｂや圧電素子１３と制御回路１６とを接続するフレキシブル基板などの配線が機械抵抗として働くことや、支持部１２自体の質量も考慮する必要があるので、それらを考慮してばね定数ｋを設定する。
図４（ａ）にタッチパッド１１と支持部１２の一例の上面図を、図４（ｂ）に図４（ａ）のＣ−Ｄで切断した時の断面図を示す。支持部１２のばね定数ｋを小さくする方法としては、例えば以下の６つのことが考えられる。
（１）支持部材１２の幅Ｗを小さくする。
（２）支持部材１２の厚さＴを小さくする。
（３）支持部材１２の長さＬを大きくする。
（４）支持部材１２の数を減らす。（ただし、片持ち支持とならないようにする。）
（５）支持部材１２の材料の剛性を低くする。
（６）支持部材１２の形状を変更する。（例えば、後述する図５Ｌに示すように、蛇腹状にする）
次に、タッチパッド１１の変形によるたわみ振動の共振周波数ｆｂを計算する。例えば、タッチパッド１１の形状を半径Ｒ＝２０ｍｍ、板厚ｈ＝２ｍｍの円板形状とする。また、タッチパッド１１の材料を、ヤング率Ｅ＝２．６５［ＧＰａ］、密度ρ＝１．０５、ポアソン比ν＝０．３３のＡＢＳとする。ここで、タッチパッド１１の固定条件を自由支持とすれば、たわみ振動の共振周波数ｆｂは、以下の式で与えられる。
Figure 2013254522
一般に、タッチパッド１１は複数のたわみ振動の共振周波数を持つ。共振周波数が最も低くなる０次モードの共振では、λ2＝５．２５なので、共振周波数ｆｂ＝１２．８［ｋ
Ｈｚ］となる。
実際のタッチパッドは、ヤング率２０〜３０ＧＰａのガラスエポキシ基板と樹脂との複合材であることが多い。また、実際のタッチパッドは自由支持ではなく、何らかの形で支持されている。このため、たわみ振動の共振周波数ｆｂは、ここで計算された値より高くなると考えられる。従って、加振周波数ｆｄを２００〜３００Ｈｚとすれば、たわみ振動の共振は発生しないと考えられる。
タッチパッド１１のたわみ振動の共振周波数ｆｂを高くする方法としては、例えば以下の６つのことが考えられる。
（１）タッチパッド１１の半径Ｒを小さくする。
（２）タッチパッド１１の板厚ｈを大きくする。
（３）タッチパッド１１の材料の剛性を高くする。
（４）タッチパッド１１の材料の密度を低くする。
（５）タッチパッド１１の材料のポアソン比を大きくする。
（６）タッチパッド１１の形状を変更する。（例えば、後述する図５Ｍに示すようにリブ１７を設ける）
なお、タッチパッド１１の振幅が約５〜５０μｍとなるように各構成要素を設定すると、人間の指に心地良い触覚（振動）を提示することができる。
本実施の形態において、電子機器１０は、少なくとも筐体１と、ユーザのタッチ操作を受け付けるタッチパッド１１と、筐体１とタッチパッド１１を接続する支持部１２と、タッチパッド１１に取り付けられており、タッチパッド１１をたわみ変形させる圧電素子１３と、圧電素子１３の振動を制御する制御回路１６とを備える。支持部１２の変形による振動の振幅は、タッチパッド１１の変形による振動の振幅より大きい。これにより、ユーザのタッチ位置による振動振幅の差が小さくなる。そのため、タッチ位置による触覚の違いを低減することができる。
また、本実施の形態において、タッチパッド１１は、支持部１２の変形による変位振動の共振周波数ｆｋと、タッチパッド１１の変形によるたわみ振動の共振周波数ｆｂとを有する。制御回路１６は、圧電素子１３が共振周波数ｆｋの近傍の加振周波数ｆｄでタッチパッド１１を加振するように制御する。共振周波数ｆｂは、共振周波数ｆｋより高い。こ
れにより、単純な構成でタッチ位置による触覚の違いを低減することができるとともに、変位振動の共振を発生させることで、大きな振動振幅を得ることができる。
また、本実施の形態において、筐体１、タッチ操作部１１ａ、支持部１２が一体に成型されていてもよい。これにより、少ない部品点数で所望の効果を得ることができる。そのため、組み立て工数も削減され、電子機器のコストダウンにも寄与する。
また、本実施の形態において、タッチパッド１１のユーザがタッチするタッチ操作面の反対側に直接圧電素子１３を取り付けていてもよい。これにより、筐体１に伝播する振動が低減される。そのため、タッチパッド１１を効率良く振動させることができる。
また、本実施の形態において、支持部１２はタッチ操作面に略平行に伸びていてもよい。これにより、タッチパッド１１を厚さ方向に大型化することなく、タッチ位置による触覚の違いを低減することができる。
また、本実施の形態において、化粧リング１４をタッチパッド１１と筐体１との間の隙間に配置している。これにより、タッチパッド１１と筐体１との間のデッドスペースを有効活用することができる。また、タッチパッド１１と筐体１との隙間から筐体内部が見えることを化粧リング１４が防ぐことで、防塵効果を高めると共に、外観上の違和感を低減している。
また、本実施の形態において、化粧リング１４がタッチ操作面より表側に凸となっている。これにより、ユーザがタッチパッド１１の周縁部を触覚的に把握することが可能である。
（他の実施の形態）
図５Ａ〜図５Ｍに、他の実施の形態に係るタッチパッド１１と支持部１２の例を示す。上記の実施の形態では支持部１２は２本としていたが、これに限定されない。支持部１２は、図５Ａに示すように３本であってもよいし、それ以上であってもよい。また、上記の実施の形態では、支持部１２はタッチパッド１１の周囲に略均等に配置されていたが、これに限定されない。例えば図５Ｂのように、支持部１２はタッチパッド１１の周囲に均等に配置されていなくてもよい。また、上記の実施の形態では、支持部１２はタッチパッド１１の中心から放射状に伸びていたが、これに限定されない。支持部１２は、図５Ｃに示すように、タッチパッド１１の中心から放射状に伸びていなくてもよい。また、上記の実施の形態では、１本の支持部１２は、タッチパッド１１との接続部を１つ備えていたが、これに限定されない。図５Ｄに示すように、１本の支持部１２がタッチパッド１１との接続部を複数備えていてもよい。また、図５Ｅに示すように、支持部１２には、貫通穴１２ａや切り欠き部１２ｂが形成されていてもよい。このような構成により、支持部１２のばね定数ｋを小さくすることができる。また、上記の実施の形態では支持部１２は複数となっていたが、これに限定されない。例えば、図５Ｆに示すように、支持部１２はタッチパッド１１の周囲を全周に亘って取り囲むような形状であってもよい。
また例えば、図５Ｇに示すように、タッチパッド１１の形状は、長方形でもよい。また、図５Ｇでは、タッチパッド１１の対向する辺に接続された支持部１２の形状や本数が等しくなっているが、これに限定されない。図５Ｈに示すように、対向する辺に接続された支持部１２の形状や本数が異なっていてもよい。また、図５Ｇおよび図５Ｈでは支持部１２はタッチパッド１１の短辺に接続されていたが、これに限定されない。支持部１２はタッチパッド１１の長辺に接続されていてもよいし、図５Ｉに示すように、タッチパッド１１の短辺、長辺の両方に接続されていてもよい。また、図５Ｇ〜図５Ｉでは、支持部１２は、タッチパッド１１の各辺の中点付近に配置されていたが、これに限定されない。図５
Ｊに示すように、支持部１２は、タッチパッド１１の各辺の中点付近に配置されていなくてもよい。また、タッチパッド１１の形状は円形あるいは長方形には限定されない。例えば、図５Ｋに示すように、多角形でもよい。タッチパッド１１の形状は、ユーザのタッチ操作を検出することができる形状であればよい。
また支持部１２の形状は、図５Ｌに示すように、蛇腹状にしてもよい。これにより、支持部１２のばね定数ｋを小さくすることができる。また、図５Ｍに示すように、タッチパッド１１にリブ１７を設けてもよい。これにより、タッチパッド１１のたわみ振動の共振周波数ｆｂを高くすることができる。
また、図６（ａ）に支持部１２が片持ちとなる構成の上面図を、図６（ｂ）に図６（ａ）のＥ−Ｆで切断した断面図を示す。支持部１２の支持方法が片持ちとなる場合、図６（ｂ）に示すように、位置ｘ１における振動振幅と、位置ｘ２における振動振幅が異なる。従って、支持部１２の支持方法が片持ちとなる場合、タッチ位置によって触覚が異なり、ユーザが違和感を覚えることになる。このことより、支持部１２は、タッチパッド１１を片持ちでない方法で支持することが望ましい。タッチパッド１１を片持ちでない方法で支持することにより、ユーザのタッチ位置による振動振幅の差が小さくなる。そのため、タッチ位置による触覚の違いを低減することができる。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術はこれらに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態も可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
本実施の形態では、タッチ操作部１１ａとタッチセンサ１１ｂは別部材として説明したが、これに限定されない。例えば、タッチセンサ１１ｂがタッチ操作部１１ａを兼用してもよい。また、タッチパッド１１は、不透明であってもよいし、透明であってもよい。また、タッチパッド１１の下に表示パネルが配置されていてもよい。タッチパッド１１として、表示パネルに接着されたオンセル型や、表示パネル自身がタッチ操作を検出するインセル型を用いることもできる。タッチパッド１１は、ユーザがタッチ可能であり、ユーザのタッチ操作を検出する機能を有していればよい。
本実施の形態では、筐体１をベース部としていたが、これに限定されない。ベース部は、例えばタッチパッド１１の下に配置された表示パネルでもよいし、制御回路１６の基板であってもよい。ベース部材は、タッチパッド１１を支えることができる剛性を備えている部材であればよい。また、筐体１は電子機器１０の筐体に限定されず、タッチパッドモジュールして形成される場合は、そのモジュールの筐体であってもよい。タッチパッドモジュールは、電子機器１０に搭載または接続されたときに、ユーザのタッチ操作を受け付けるインターフェースとして機能する。
本実施の形態では、圧電素子１３はタッチパッド１１のタッチセンサ１１ｂの下面側に取り付けられていたが、これに限定されない。例えば、タッチ操作部１１ａと、タッチセンサ１１ｂとの間に配置されていてもよい。圧電素子１３は、タッチパッド１１をたわみ変形させることで、タッチパッド１１を加振することができればよい。
また、スパッタリング等の方法により、タッチ操作部１１ａまたはタッチセンサ１１ｂに薄膜の圧電部材を形成して、圧電素子１３として用いてもよい。
また、本実施の形態では振動部として圧電素子１３を用いていたが、これに限定されない。振動部は、例えば人工筋肉や電磁アクチュエータなどであってもよい。
本実施の形態の化粧リング１４は一例であり、構成、形状、材質などはこれに限定されない。例えば、図７に示すように、化粧リング１４は、タッチパッド１１および筐体１の上にオーバーハング部１４ｃを備えていてもよい。このような構成にすることで、防塵・防滴性能がさらに向上する。また、外観上の違和感もさらに軽減される。
本実施の形態では、筐体１と、タッチ操作部１１ａと、支持部１２とは一体的に成型されていたが、これに限定されない。筐体１と、タッチ操作部１１ａと、支持部１２とは、それぞれ別体として設けられていてもよい。また、筐体１と支持部１２とが一体的に成型されていて、タッチ操作部１１ａが別体として設けられていてもよいし、タッチ操作部１１ａと支持部１２とが一体的に成型されていて、筐体１が別体として設けられていてもよい。
本実施の形態では、支持部１２はタッチパッド１１のタッチ操作面の面方向に沿って略平行に伸びていたが、これに限定されない。図８（ａ）に示すように、支持部１２はタッチパッド１１のタッチ操作面に対し略垂直に伸びていてもよい。このような構成にすることで、図８（ｂ）に示すように、筐体１とタッチパッド１１との隙間を小さくすることができる。このため、化粧リング１４を備えていなくても、支持部１２がタッチパッド１１のタッチ操作面に対し略平行に伸びている構成に比べ、防塵・防滴性能が向上し、外観上の違和感も低減される。また、図８（ｃ）に示すように、支持部１２がタッチパッド１１のタッチ操作面に対し斜めに伸びている構成でも、同様の効果が得られる。
上述した支持部１２のばね定数ｋを小さくする方法は一例であり、これに限定されない。また、図４に示すタッチパッド１１と支持部材１２の形状は一例であり、これに限定されない。例えば変位振動の共振周波数ｆｋが６００Ｈｚ未満になるように、また例えば２００〜３００Ｈｚになるようにばね定数ｋが設定されていればよい。支持部１２のばね定数ｋを大きくしたい場合は、上述の（１）〜（５）の方法の逆を行えばよい。あるいは、上記（６）の方法で、ばね定数ｋが大きくなるように支持部１２の形状を変更すればよい。
実際には、ばね定数ｋを小さくし過ぎると、タッチパッド１１の信頼性が低下してしまう恐れがある。そこで、変位振動の共振周波数ｆｋを低くするために、ばね定数ｋを小さくするのではなく、質量を大きくしてもよい。例えば、タッチパッド１１に錘を取り付けてもよい。タッチパッド１１の下に表示パネルが配置されている場合は、表示パネルをタッチパッド１１に取り付けることで、質量を大きくしてもよい。また、タッチパッド１１の板厚ｈを大きくしてもよい。タッチパッド１１の板厚ｈを大きくすると、タッチパッド１１のたわみ振動の共振周波数ｆｂが高くなるため、タッチ位置における触覚の違いをより低減しやすくなる。
なお、上述のたわみ振動の共振周波数ｆｂを高くする方法は一例であり、これに限定されない。また、図５Ａから図５Ｍに示すタッチパッド１１の形状は一例であり、これに限定されない。例えばタッチパッド１１のたわみ振動の共振周波数ｆｂが６００Ｈｚ以上となるように、また例えば１ｋＨｚ以上になるようにタッチパッド１１が形成されていればよい。
なお、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、タッチパッド１１と支持部１２とが幾何的に明確な境界がなく一体的に成型されている場合、タッチパッド１１と支持部材１２との境界が、外観からはわかりにくい場合がある。このような場合は、タッチ操作が有効となるタッチ有効領域１１ｃをタッチパッド１１、それ以外の領域を支持部１２と定義してもよい。
なお、本実施の形態では、電子機器１０の一例としてノートＰＣを開示したが、これに限定されない。例えば、電子機器１０は、図１０に示すようなタッチパッド付きリモコンであってもよい。また、例えば、電子機器１０は、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、カーナビゲーション、ＡＴＭなど、ユーザのタッチ操作を受け付ける電子機器であってもよい。電子機器１０は、ユーザのタッチ操作を受け付ける入力装置を備えていればよい。
また、上述の実施の形態では、振動を発生することで触覚を提示したが、本開示の技術はこれに限られない。例えば、静電気による摩擦の変化や、電流による皮膚の刺激、液体によるタッチ操作面形状の変化など、他の方法と振動とを組み合わせて触覚を呈示してもよい。また、触覚の呈示だけでなく、画面表示、音、光、熱などを適宜組み合わせてもよい。
なお、上述した電子機器１０の制御動作は、ハードウエアによって実現されてもよいしソフトウエアによって実現されてもよい。そのような制御動作を実行させるコンピュータプログラムは、例えば制御回路１６に搭載されるメモリーやＲＯＭに記憶される。また、そのようなコンピュータプログラムは、それが記録された記録媒体（光ディスク、半導体メモリー等）から電子機器１０へインストールしてもよいし、インターネット等の電気通信回線を介してダウンロードしてもよい。
（まとめ）
実施の形態に係る装置は、例えば、ユーザのタッチ操作を受け付けるタッチパッド１１と、タッチパッド１１を支持する支持部１２と、タッチパッド１１に取り付けられており、タッチパッド１１をたわみ変形させる振動部１３とを備える。タッチパッド１１のたわみ振動が支持部１２に伝わることにより支持部１２は変形して変位振動を発生する。支持部１２の変位振動の振幅は、タッチパッド１１のたわみ振動の振幅よりも大きい。
実施の形態に係る装置は、例えば、振動部１３の振動を制御する制御部をさらに備え、制御部は、支持部１２の変位振動の共振周波数の近傍の加振周波数で振動部１３がタッチパッド１１を加振するように制御し、タッチパッド１１のたわみ振動の共振周波数は、支持部１２の変位振動の共振周波数よりも高い。
タッチパッド１１は、例えば、ユーザがタッチするタッチ操作部１１ａと、タッチ操作を検出するタッチセンサ１１ｂとを備え、タッチ操作部１１ａと支持部１２を支持するベース部１との少なくとも一方は、支持部１２と一体に成型されている。
支持部１２の変位振動の共振周波数は例えば６００Ｈｚ未満である。
タッチパッド１１のたわみ振動の共振周波数は例えば６００Ｈｚ以上である。
振動部１３は、例えば圧電素子である。
振動部１３は、例えば、タッチパッド１１のユーザがタッチするタッチ操作面の反対側に配置されている。
支持部１２は、例えば、タッチパッド１１のタッチ操作面の面方向に沿って伸びている。
実施の形態に係る装置は、例えば、加飾部をさらに備え、加飾部の少なくとも一部は、支持部１２を支持するベース部とタッチパッド１１との間に配置されている。
加飾部の少なくとも一部は、例えば、タッチパッド１１のタッチ操作面に対し、表側に凸になっている。
タッチセンサ１１ｂは、例えば、タッチ操作部１１ａと振動部１３との間に配置されている。
支持部１２を支持するベース部と支持部１２とは、例えば、タッチパッド１１の外周部よりも外側で接続されている。
実施の形態に係る装置は、例えば、支持部１２を２つ以上備えている。
支持部１２は、例えば、タッチパッド１１の周囲に略均等に配置されている。
支持部１２は、例えば、タッチパッド１１の中心から略放射状に伸びている。
支持部１２は、例えば、タッチパッド１１の両側から略平行に伸びている。
支持部１２は、例えば、タッチパッド１１の周囲を全周に亘って取り囲んでいる。
タッチパッド１１は、例えば、略円板形状である。
実施の形態に係る装置は、例えば、支持部１２を２つ以上備えており、タッチパッド１１は少なくとも２箇所で支持部１２により支持されており、タッチパッド１１は２つ以上の支持部１２の間に配置されている。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示の電子機器は、ノートＰＣ、リモコン、携帯型情報端末装置、コンピュータ用ディスプレイ、カーナビゲーション装置、ＡＴＭ、券売機等の入力装置として好適に用いられる。
１ 筐体
２ ディスプレイ
４ キーボード
１０ 電子機器
１１ タッチパッド
１１ａ タッチ操作部
１１ｂ タッチセンサ
１１ｃ タッチ有効領域
１２ 支持部材
１２ａ 貫通穴
１２ｂ 切り欠き部
１３ 圧電素子
１４ 化粧リング
１４ａ 左化粧リング
１４ｂ 右化粧リング
１４ｃ オーバーハング部
１５ クッションシート
１６ 制御回路
１７ リブ

Claims (22)

  1. ユーザがタッチするタッチパッドと、
    前記タッチパッドを支持する支持部と、
    前記タッチパッドをたわみ変形させる振動部と、
    を備え、
    前記タッチパッドのたわみ振動が前記支持部に伝わることにより前記支持部は変形して変位振動を発生し、
    前記支持部の変位振動の振幅は、前記タッチパッドのたわみ振動の振幅よりも大きい、装置。
  2. 前記振動部は、前記タッチパッドに取り付けられている、請求項１に記載の装置。
  3. 前記タッチパッドの背面にさらに表示部を備える、請求項１に記載の装置。
  4. 前記振動部は、前記表示部に取り付けられている、請求項３に記載の装置。
  5. 前記振動部の振動を制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記支持部の変位振動の共振周波数の近傍の加振周波数で前記振動部が前記タッチパッドを加振するように制御し、
    前記タッチパッドのたわみ振動の共振周波数は、前記支持部の変位振動の共振周波数よりも高い、請求項１に記載の装置。
  6. 前記タッチパッドは、
    前記ユーザがタッチするタッチ操作部と、
    前記ユーザのタッチ操作を検出するタッチセンサと、
    を備え、
    前記タッチ操作部と前記支持部を支持するベース部との少なくとも一方は、前記支持部と一体に成型されている、請求項１に記載の装置。
  7. 前記支持部の変位振動の共振周波数は６００Ｈｚ未満である、請求項１に記載の装置。
  8. 前記タッチパッドのたわみ振動の共振周波数は６００Ｈｚ以上である、請求項１に記載の装置。
  9. 前記振動部は、圧電素子である、請求項１に記載の装置。
  10. 前記振動部は、前記タッチパッドのユーザがタッチするタッチ操作面の反対側に配置されている、請求項１に記載の装置。
  11. 前記支持部は、前記タッチパッドのタッチ操作面の面方向に沿って伸びている、請求項１に記載の装置。
  12. 加飾部をさらに備え、
    前記加飾部の少なくとも一部は、前記支持部を支持するベース部と前記タッチパッドとの間に配置されている、請求項１に記載の装置。
  13. 前記加飾部の少なくとも一部は、前記タッチパッドのタッチ操作面に対し、表側に凸になっている、請求項９に記載の装置。
  14. 前記タッチセンサは、前記タッチ操作部と前記振動部との間に配置されている、請求項３に記載の装置。
  15. 前記支持部を支持するベース部と前記支持部とは、前記タッチパッドの外周部よりも外側で接続されている、請求項１に記載の装置。
  16. 前記支持部を２つ以上備えている、請求項１に記載の装置。
  17. 前記支持部は、前記タッチパッドの周囲に略均等に配置されている、請求項１に記載の装置。
  18. 前記支持部は、前記タッチパッドの中心から略放射状に伸びている、請求項１に記載の装置。
  19. 前記支持部は、前記タッチパッドの両側から略平行に伸びている、請求項１に記載の装置。
  20. 前記支持部は、前記タッチパッドの周囲を全周に亘って取り囲んでいる、請求項１に記載の装置。
  21. 前記タッチパッドは、略円板形状である、請求項１に記載の装置。
  22. 前記支持部を２つ以上備えており、
    前記タッチパッドは少なくとも２箇所で前記支持部により支持されており、
    前記タッチパッドは前記２つ以上の支持部の間に配置されている、請求項１に記載の装置。
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