JP2014006672A

JP2014006672A - 触感呈示装置

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Publication number: JP2014006672A
Application number: JP2012141446A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kono; 健治河野; Makoto Kawasaki; 誠河嵜
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: JP5868794B2; US20150187189A1; WO2013190780A1; US9734677B2

Abstract

【課題】触感呈示部を効率よく振動できる触感呈示装置を提供する。
【解決手段】パネル２０の触感呈示面（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触感呈示部２１、２２が配設されており、触感呈示部２１，２２が振動した際に、触感呈示部２１，２２の触感呈示面２０ａとは反対側の空間の気圧を制御する気圧制御部１１と、を備える。
【選択図】図２

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、
前記触感呈示部が振動した際に、前記触感呈示部の触感呈示面とは反対側の空間の気圧を制御する気圧制御部と、
を備えることを特徴とするものである。

前記気圧制御部は、気圧制御部材を備えてもよい。

前記気圧制御部は、気圧制御用の通気孔を備えてもよい。

前記気圧制御部材は、多孔フィルタでもよい。

前記多孔フィルタは、通気性を有し、且つ防塵機能又は防水機能を有するフィルタでもよい。

前記気圧制御部材は、前記通気孔を閉塞するフィルタを更に備えてもよく、前記フィルタは、通気性を有し、且つ防塵機能又は防水機能を有してもよい。

前記気圧制御部材は、前記通気孔を開閉可能にする開閉部を更に備えてもよい。

前記気圧制御部は、気圧の変化を低減させてもよい。

前記気圧制御部は、気圧の変化を増加させてもよい。

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。第４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５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分解斜視図である。図８のパネルの振動振幅と、筐体に形成する通気孔の個数及び位置との関係を計測する実験装置の概略構成を示す図である。

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。

（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、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、空間５０を外気に連通させる通気孔１１が形成されている。通気孔１１は、空間５０の気圧を制御する気圧制御部を構成するもので、空間５０に連通すれば、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、通気孔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、通気孔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つの通気孔１１を形成した場合を例示している。なお、図は、通気孔１１を誇張して示してある。

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に対する接触を検出してもよい。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と外気との間で、通気孔１１を通して両矢印で示すように空気が流通することになる。つまり、パネル２０の一部が、図４に示すように上方に突出して空間５０の容積が増加すると、その増加に連動して、外気の空気が、通気孔１１から、回路基板５１の底部及び側部を回り込んで、パネル背面２０ｂ側の空間に流入する。また、パネル２０の一部が、図４に示す状態から下方に変位して、空間５０の容積が減少すると、その減少に連動して、パネル背面２０ｂ側の空間が、回路基板５１の側部及び底部を回り込んで、通気孔１１を通して外気に流出する。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、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、通気孔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。

（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、通気孔１１を閉塞するように、フィルタ５２を設けたものである。つまり、本実施の形態では、気圧制御部を、通気孔１１とフィルタ５２とを有して構成したものである。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。なお、図５は、図４と同様に、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。

フィルタ５２は、通気性を有し、且つ防塵機能又は防水機能を有するように構成して、両面テープや接着剤等により通気孔１１を閉塞するように筐体１０の底部１０ｃに取り付ける。このような機能を有するフィルタ５２は、例えば、多孔質材料であるスポンジ、ゴアテックス（商標名）等を用いることができる。また、フィルタ５２は、シート状部材に、通気性を有し、且つ防塵機能又は防水機能を有するように、複数の細孔を形成して構成してもよい。なお、図５では、フィルタ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によると、第１実施の形態の場合と同様の効果が得られる他、フィルタ５２により通気孔１１の防塵対策又は防水対策を施したので、遮蔽部材３０が防塵機能又は防水機能を有することにより、装置全体として防塵機能又は防水機能を持たせることができる。

（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、筐体１０の底部１０ｃに通気孔１１を形成することなく、遮蔽部材３０を気圧制御部材としての多孔フィルタ５３により構成したものである。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。

多孔フィルタ５３は、例えば、通気性を有し、且つ防塵機能又は防水機能を有するもので、例えば図５のフィルタ５２と同様の構成のものを用いることができる。なお、多孔フィルタ５３は、図１の遮蔽部材３０の全部としてもよいし、一部としてもよい。

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、多孔フィルタ５３を通して両矢印で示すように空気が流通することになる。なお、図６は、図４と同様に、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。したがって、第１実施の形態の場合と同様の効果が得られる。また、本実施の形態に係る触感呈示装置は、筐体１０に気圧制御用の通気孔を形成する必要がなく、気圧制御部材である多孔フィルタ５３が図１の遮蔽部材３０の機能を兼ねるので、簡単な構成で防塵効果又は防水効果が得られ、コストダウンが図れることが期待される。

（第４実施の形態）
図７は、本発明の第４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、通気孔１１を開閉可能にする開閉部５４を設けたものである。つまり、本実施の形態では、気圧制御部を、通気孔１１と開閉部５４とを有して構成したものである。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。

開閉部５４は、例えばスライド可能なシャッタ弁等の開閉弁を有し、通常は開閉弁により通気孔１１を閉塞し、圧電素子２１，２２の駆動に同期して、つまりパネル２０の振動に同期して、パネル２０の振動中は通気孔１１を開放するように、開閉弁を駆動制御するよう構成することができる。また、開閉部５４は、パネル２０の振動に基づく空間５０の内気圧の変動に応じて、通気孔１１を開閉可能に構成してもよい。さらに、複数個の通気孔１１を有する場合は、一部の通気孔１１の開閉部５４は、パネル２０の振動による空間５０の内気圧の減少に応じて、対応する通気孔１１を開放して外気を導入する一方弁として機能し、他の一部の通気孔１１の開閉部５４は、パネル２０の振動による空間５０の内気圧の増加に応じて、対応する通気孔１１を開放して空間５０の内気を外部に放出する一方弁として機能するように構成してもよい。

本実施の形態に係る触感呈示装置によると、パネル２０が振動した際に、開閉部５４により通気孔１１が開放されるので、第１実施の形態の場合と同様の効果が得られる。また、通気孔１１は、パネル２０が振動していない場合、開閉部５４により閉塞されるので、防塵又は防水の効果が期待される。

（第５実施の形態）
図８は、本発明の第５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分解斜視図である。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、パネル２０が振動した際に、空間５０内の気圧変化が増加するように、筐体１０の底部１０ｃに３個の通気孔１１を形成したものである。つまり、本実施の形態では、３個の通気孔１１により気圧制御部を構成したものである。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。

ここで、パネル２０が振動した際に、空間５０内の気圧変化が増加する場合について説明する。

本発明者らは、上記実施の形態で説明した圧電素子２１，２２が装着されたパネル２０について、圧電素子２１，２２を同一条件で駆動した場合のパネル２０の振動振幅と、筐体１０に形成する通気孔１１の個数及び位置との関係について、種々の実験を行った。図９は、実験装置の一例を示すもので、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図９の実験装置は、平面視でパネル２０よりも大きな長方形状の基板１００を備える。圧電素子２１，２２が装着されたパネル２０は、６個の支持部材４０を介して基板１００上に６点支持される。基板１００には、パネル２０と対向する領域で、パネル２０の長辺方向の一端部、中央部及び他端部に、それぞれ短辺方向に並んで同一径の通気孔１１が３個形成されている。したがって、合計で９個の通気孔１１が形成されている。ここでは、９個の通気孔１１を、便宜上、Ｐ１〜Ｐ９とも表記する。また、基板１００の短辺側の裏面には、支持部材１０１，１０２が取り付けられている。なお、パネル２０と基板１００との間の側面は、開放されている。

本発明者らは、図９の実験装置について、９個の通気孔Ｐ１〜Ｐ９を、通気性を有しない閉塞部材により適宜密閉し、圧電素子２１，２２を同一電圧で、所定の周波数範囲で駆動した場合のパネル２０の振動振幅の最大値を測定した。下表は、この場合の実験結果を示す。なお、下表において、測定点Ｍ１は、通気孔Ｐ１に対応するパネル２０の表面の位置を示し、測定点Ｍ２は、通気孔Ｐ４に対応するパネル２０の表面の位置を示し、測定点Ｍ３は、通気孔Ｐ２に対応するパネル２０の表面の位置を示し、測定点Ｍ４は、通気孔Ｐ５に対応するパネル２０の表面の位置を示す。また、測定点Ｍ１〜Ｍ４における測定値は、通気孔Ｐ１〜Ｐ９の全てを閉塞してパネル２０を振動させた場合の最大値を、それぞれ基準の「１００」として示している。

上記の実験結果から明らかなように、通気孔１１を形成することで、実験１の通気孔１１を形成しない場合と比較して、全ての場合で振動振幅が増加することがわかる。特に、実験３及び５においては、測定点Ｍ１及びＭ２において、実験２の全開放の場合よりも振動振幅が大きくなっている。この現象は、複数の通気孔１１を適宜の箇所に形成することで、パネル２０が振動した際に、パネル２０と基板１００との空間、上記実施の形態では空間５０内の気圧の変化を増加させ、パネル２０の振動を増幅させる作用が働くものと想定される。

図８に示した触感呈示装置は、上述した実験結果に基づいて、３個の通気孔１１を、実験５の場合と同様に、パネル２０と対向する底部１０ｃの領域で、パネル２０の短辺の中央部に長辺方向に沿って並んで形成した場合を例示したものである。したがって、本実施の形態によれば、パネル２０をより効率良く振動させることが可能となる。なお、パネル２０が振動した際に、空間５０内の気圧変化を増加させて、パネル２０の振動を増幅させる通気孔１１の形成位置や個数は、空間５０に搭載される回路基板５１等の搭載物の形状等にも左右されることが想定される。したがって、複数の通気孔１１の形成位置や個数は、触感呈示装置の実際の実装構造に応じて、実験やシミュレーション等により適宜設定される。

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、気圧制御部は、上記各実施の形態で説明した気圧制御部を適宜組み合わせて構成してもよい。また、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。

１０筐体
１０ａ外周部
１０ｂ上面
１０ｃ底部
１０ｄ支持部
１１通気孔
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フィルタ
５３多孔フィルタ
５４開閉部

Claims

振動により触感を呈示する触感呈示部と、
前記触感呈示部が振動した際に、前記触感呈示部の触感呈示面とは反対側の空間の気圧を制御する気圧制御部と、
を備えることを特徴とする触感呈示装置。
前記気圧制御部は、気圧制御部材を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の触感呈示装置。
前記気圧制御部は、気圧制御用の通気孔を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の触感呈示装置。
前記気圧制御部材は、多孔フィルタからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の触感呈示装置。
前記多孔フィルタは、通気性を有し、且つ防塵機能又は防水機能を有するフィルタからなる、ことを特徴とする請求項４に記載の触感呈示装置。
前記気圧制御部材は、前記通気孔を閉塞するフィルタを更に備え、
前記フィルタは、通気性を有し、且つ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２に記載の触感呈示装置。
前記気圧制御部材は、前記通気孔を開閉可能にする開閉部を更に備える、ことを特徴とする請求項２に記載の触感呈示装置。
前記気圧制御部は、気圧の変化を低減させる、ことを特徴とする請求項１に記載の触感呈示装置。
前記気圧制御部は、気圧の変化を増加させる、ことを特徴とする請求項１に記載の触感呈示装置。