JP2015212977A - 触感提示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パネル状表示操作部において、人の指による接触によって操作を行うとき、形状記憶合金の収縮・伸長作用を利用して、瞬時に操作者に対して明瞭なクリック感を与え、コンパクトな構造で構成する触感提示装置を提供する。
【解決手段】付勢手段で一方向に付勢されかつ変位可能に取り付けられると共に表示情報を選択するため指で操作される接触パネル１８と、指の操作に関連した通電加熱により収縮させて付勢手段に抗して変位を生じさせるワイヤー状形状記憶合金２３と、通電加熱が原因でワイヤー状形状記憶合金２３に生じた熱をワイヤー状形状記憶合金２３との接触によって放熱し、ワイヤー状形状記憶合金２３の伸長を可能にする絶縁性熱伝導体２４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は触感提示装置に関し、特に、携帯電話やスマートフォン等の指操作接触パネルを有する電子機器において人為的な指による接触操作でその操作部を操作するときに操作者の触感に対して明瞭なクリック感を与えるコンパクトな構造を有した触感提示装置に関する。

タッチパネルの操作面を動かすアクチュエータについては、従来、電磁方式のアクチュエータと圧電体方式のアクチュエータが存在した。電磁方式のアクチュエータには特許文献１に開示される装置があり、圧電体方式のアクチュエータには特許文献２〜４に開示される装置がある。その他に、従来技術として特許文献５，６に開示される装置等が提案されている。
特許文献１〜６に関してより詳しく説明する。特許文献１に記載されるハプティックパネル装置では、タッチパネルを指で操作した時にタッチパネルとベース部材の間に設けた電磁駆動機構によってタッチパネルを沈み込ませるようにしている。特許文献２に記載される入力装置等では、タッチパネルの数カ所に振動発生用のアクチュエータを配置し、操作時に指先に振動による感触を与えるようにしている。特許文献３に記載される操作入力装置では、操作パネルを圧電素子で支持するように構成し、操作パネルの操作面を指で押圧すると、圧電素子を駆動し、振動を発生するようにしている。特許文献４に記載されるタッチパッド等では、タッチパッドの裏面に振動を生じるアクチュエータを取り付けている。特許文献５に記載される触知感覚を与える方法等では、圧電作動装置等からなる作動装置を備え、これにより振動を生じさせて触知感覚を発生させている。特許文献６に記載されるタッチ式入力装置におけるボタン等では、１つ以上の圧電アクチュエータを有し、圧電アクチュエータによりタッチ式入力装置のタッチ面を介してユーザに触感を与える構成を有している。

特開２００６−１４６６１１号公報 特開２００５−２５８６６６号公報 特開平１１−２１２７２５号公報 実用新案登録第３０８５４８１号公報 特許第４１４９９２６号公報 特開２００８−５１６３４８号公報

前述の特許文献１〜６に記載される従来技術では次の問題点を有している。
特許文献１に記載されるハプティックパネル装置は、タッチパネルは上下の動きしかできず、移動の動作が制約されるという欠点を有し、さらにタッチパネルに電磁駆動機構を備えるため、移動部の重量が大きくなり、大きな加速度を得ることができないという欠点を有する。さらに、固定子側には永久磁石が必要となり、全体として重量が増し、大きくなるという問題も有している。
特許文献２に記載される入力装置等は、振動発生用のアクチュエータを利用するため、振動の振幅が小さく、大きな触感を与えることができないという欠点を有する。また振動はバースト状の連続波形であるため、スイッチのクリック感のように「切れ」の触感を作ることが難しい。さらに振動発生用のアクチュエータの駆動は一般的に数百ボルトの電圧が必要となり、そのため駆動回路が大きくなるという欠点も有している。
特許文献３に記載される操作入力装置は、圧電素子でスイッチの押し込みに相当する触感を発生させているが、圧電素子を利用しているので明瞭な触感を発生することが容易ではなかった。
特許文献４に記載されるタッチパッド等は、タッチパッドの裏面に取り付けたアクチュエータで振動を生じさせて上下動の動きを発生させ触感を作るようにしているため、圧電素子と同様に明瞭な触感を発生することが難しかった。
特許文献５に記載される触知感覚を与える方法等は、圧電作動装置等からなる作動装置により振動を生じさせて触知感覚を発生させるため、圧電素子と同様に明瞭な触感を発生することが難しかった。
特許文献６に記載されるタッチ式入力装置におけるボタン等は、１つ以上の圧電アクチュエータで触感による感覚を発生させるため、圧電素子と同様に明瞭な触感を発生することが難しかった。
以上の通り、従来のタッチパネル等に適用された触感提示装置では、触感を作り出すためのアクチュエータは、電磁方式を利用した仕組み、または圧電体方式を利用した仕組みを有していた。しかしながら、電磁方式を利用したアクチュエータは、磁気回路の部分が体積を取りかつ重量を重くするという問題があった。とくに接触パネルに電磁コイルを配置するため、可動部の重量が大きくなり大きな加速度を得にくかった。
また圧電体方式を利用したアクチュエータは、圧電体自体は小さいが、発生するのが振動現象であり、かつ振幅がせいぜい数μｍ程度までであり、大きな触感を与えることができなかった。振動はバースト状の連続波形であるために、スイッチのクリック感のような単発的な「切れ」の触感を出すことは難しい。さらに圧電体の駆動は一般的に数百ボルトの電圧が必要であるために、その駆動回路が大きくなるという欠点があった。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、携帯電話やスマートフォン等の表示操作部において人の指による接触によって操作を行うとき、形状記憶合金の収縮・伸長作用を利用して操作者に対して明瞭なクリック感を与えると共にコンパクトな構造で構成することができる触感提示装置を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、アクチュエータ部が小形で、応答速度が良く、駆動回路も小形で、低コスト、低消費電力で構成できる触感提示装置を提供することにある。

本発明に係る触感提示装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。

第１の触感提示装置は、付勢手段で一方向に付勢されかつ変位可能に取り付けられると共に表示情報を選択するため指で操作される情報選択触感パネルと、指の操作に関連した通電加熱により収縮させて付勢手段に抗して変位を生じさせるワイヤー状形状記憶合金と、通電加熱が原因でワイヤー状形状記憶合金に生じた熱をワイヤー状形状記憶合金との接触によって放熱しワイヤー状形状記憶合金の伸長を可能にする絶縁性熱伝導体と、を備え、付勢手段とワイヤー状形状記憶合金と絶縁性熱伝導体とによって情報選択触感パネルを瞬時に動作させ、指に対してクリック感を与える、ことで特徴づけられる。

上記の触感提示装置では、触感機能を有する情報選択触感パネルを水平方向（情報選択触感パネルの面方向）または押し込み方向（押し込み型）に瞬時に動かす構成を有してクリック感を発生させるようにし、かつ当該情報選択触感パネルの動きをワイヤー状の形状記憶合金の収縮・伸長の機能を利用して実現している。形状記憶合金に良好な放熱特性を持たせることにより形状記憶合金のへ変形動作の応答性を高め、これによりクリック感、操作感覚を高めている。また形状記憶合金、当該形状記憶合金への通電機構、および放熱機構（ヒートシンク）をコンパクトな構成でスマートフォン等の小形の電子機器に組み込むことができる。

上記の構成において、好ましくは、指に対して情報選択触感パネルの面方向にクリック感を与えるように情報選択触感パネルに変位を生じさせることを特徴とする。

上記の構成において、好ましくは、指に対して押し込み型のクリック感を与えるように情報選択触感パネルに変位を生じさせることを特徴とする。

本発明に係る触感提示装置によれば、携帯電話やスマートフォン等の正面部に、付勢手段で一方向に付勢されかつ変位可能に取り付けられると共に表示情報を選択するため指で操作される情報選択触感パネルを、通電加熱に基づくワイヤー状の形状記憶合金の収縮作用および効果的な放熱を行う熱伝導体によって迅速に衝撃的に移動させるようにしたため、操作者の触感に対して明瞭なクリック感を与えることができ、さらにコンパクトな構造で携帯電話等に組込んで構成することができる。
放熱部を備えた形状記憶合金の収縮・伸長作用を用いるようにしたため、情報選択触感パネルを移動させるアクチュエータ部を、小形で、応答速度が良く、駆動回路も小形で、低コスト、低消費電力で構成することができる。
本発明に係る触感提示装置によれば、情報選択触感パネルに明瞭なクリック感を生じさせるクリック感発生機構において、形状記憶合金の放熱作用を高めるため、各種の構造および形状を有する絶縁性熱伝導体を用いることができ、適用製品に応じて高い設計自由度を有している。

本発明の第１実施形態に係る触感提示装置が適用されたスマートフォンの縦断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 第１実施形態の構成で、スマートフォンでのプリント基板に対する接触パネルの動作の関係を背面側から見た図で、ワイヤー状形状記憶合金に関して伸長した状態（Ａ）と収縮した状態（Ｂ）を対比して示す図である。 図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 ワイヤー状形状記憶合金への給電回路を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る触感提示装置の構成について、スマートフォンでのプリント基板に対する接触パネルの動作の関係を背面側から見た図で、ワイヤー状形状記憶合金に関して伸長した状態（Ａ）と収縮した状態（Ｂ）を対比して示す図である。 図６（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。 ワイヤー状形状記憶合金が収縮したときのリンケージワイヤーの変化状態を説明する図である。 本発明の第３実施形態に係る触感提示装置の構成について、プリント基板と接触パネルを正面側から見た斜視図である。 第３実施形態の構成でワイヤー状形状記憶合金の収縮に伴う接触パネルの動作例（Ａ），（Ｂ）を説明する図である。 本発明の第４実施形態に係る触感提示装置の構成について、接触パネルと絶縁性熱伝導体の部分を正面側から見た斜視図である。 第４実施形態の構成でワイヤー状形状記憶合金の収縮に伴う絶縁性熱伝導体および接触パネルの動作例（Ａ），（Ｂ）を説明する図である。 本発明の第５実施形態に係る触感提示装置の構成について、プリント基板と接触パネルと絶縁性熱伝導体とを正面側から見た斜視図である。 第５実施形態の構成で、スマートフォン内における固定側および移動側の絶縁性熱伝導体とワイヤー状形状記憶合金との配置関係を示す水平断面図である。 本発明の第６実施形態に係る触感提示装置の構成について、プリント基板と接触パネルを正面側から見た斜視図である。 第６実施形態の構成で、２つの絶縁性熱伝導体とワイヤー状形状記憶合金の関係を示す部分断面図である。 第６実施形態の構成でワイヤー状形状記憶合金の収縮に伴う接触パネルの動作例（Ａ），（Ｂ）を説明する図である。 第６実施形態の構成で、ワイヤー状形状記憶合金の巻き方の異なる方法を示す図である。 本発明の第７実施形態に係る触感提示装置の構成について、プリント基板と接触パネルとクリック感を発生させる機構部分を正面側から見た図である。 図１９に示した構造を側方から見た側面図である。 本発明の第８実施形態に係る触感提示装置の構成（押し込み型）について、プリント基板と接触パネルを正面側から見た斜視図である。 第８実施形態の構成でワイヤー状形状記憶合金の収縮に伴う接触パネルの動作例（Ａ），（Ｂ）を説明する図である。 第８実施形態の構成で、クリック感発生機構について別の構造を示す部分斜視図である。 本発明の第９実施形態に係る触感提示装置の構成（押し込み型）について、プリント基板と接触パネルとクリック感発生機構の関係を示す部分縦断面図である。 図２４に示した構造で、指先が電極にタッチすべく接触パネルに接触し接触パネルを押し込む初期動作状態を示す部分縦断面図である。 図２４に示した構造で、指先による電極のタッチ行為がさらに進み、クリック感発生機構が動作した状態を示す部分縦断面図である。 情報選択触感パネルの第１の構成例と変位駆動の仕方を説明するための要部の斜視図である。 情報選択触感パネルの第２の構成例と変位駆動の仕方を説明するための要部の斜視図である。 情報選択触感パネルの第３の構成例と変位駆動の仕方を説明するための要部の斜視図である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を図面に基づいて説明する。

本発明に係る触感提示装置は、一般的には、携帯電話、スマートフォン、電子書籍等の電子機器であって、その正面部に液晶表示器や有機ＥＬ表示器などのパネル型表示装置およびタッチパネル等で形成された表示操作部を有し、当該表示操作部において人為的な指による接触操作で操作部を操作するように構成された当該携帯電子機器に適用される。この実施形態の説明では、特に、本発明に係る触感提示装置をスマートフォンに応用した例を説明する。この触感提示装置によれば、操作者の指先に対して明瞭なクリック感（物理的な操作感覚）を与える。当該クリック感を生じさせる構造部として、スマートフォンの正面部に所定方向に瞬時動作を行う情報選択触感パネルを備えている。
当該「情報選択触感パネル」は擬似的なクリック感を生じさせる機能（触感機能）を有するパネル部材である。情報選択触感パネルは、代表的に、接触パネルで形成される。また情報選択触感パネルを接触パネルと上記のタッチパネルとを重ね合わせたパネルとして形成することもできる。さらに、タッチパネルのみを情報選択触感パネルとして用いることもできる。以下の実施形態の説明では「情報選択触感パネル」として主に接触パネルの例で説明する。

［第１の実施形態］
図１〜図５を参照して本発明に係る触感提示装置の第１の実施形態を説明する。この第１実施形態では水平型のクリック感を発生させる構造を有している。ここで「水平型」とは接触パネルがその面方向（スマートフォンの正面部の面方向と平行な方向）に動くということを意味する。図１はスマートフォンの内部における触感提示装置に関係する要部の構造を示す長辺方向に切った縦断面図を示し、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図を示す。また図３〜図５には本実施形態に係る触感提示装置の要部の機構であって、ワイヤーリンク方式の機構を示している。なお図３は、スマートフォン内でのプリント基板に対する接触パネルの動作の関係を背面側から見た図で、ワイヤー状形状記憶合金に関して伸長した状態（Ａ）と、収縮した状態（Ｂ）とを対比して示している。

スマートフォン１０の相対的に薄い厚みを有する箱形容器１１の内部にプリント基板１２が配置される。このプリント基板１２の正面側には、その上部に小型のスピーカ１３が設けられ、その下部に小型のマイクロフォン１４が設けられ、さらに、ほぼ中央部の全領域にパネル型表示装置１５が設けられている。スピーカ１３とマイクロフォン１４は、箱形容器１１の正面壁１１Ａに形成された孔１１Ａ−１，１１Ａ−２を通してからスマートフォン１０の前面領域に臨んでいる。パネル型表示装置１５の前面には透明なタッチパネル（touch panel）１６が設けられている。パネル型表示装置１５の前面の表示画面はタッチパネル１６を通してスマートフォン１０の前面領域に臨んでいる。パネル型表示装置１５およびタッチパネル１６は、箱形容器１１の正面壁１１Ａに形成された開口部１１Ａ−３を通してスマートフォン１０の前面に形成される。タッチパネル１６の表面の２次元区画領域では座標系が設定されており、図１に示すように、パネル型表示装置１５に表示されたオブジェクトに対応して人が指先１７でタッチすることにより、当該タッチ場所に対応する操作内容に応じて必要が指示信号（指令信号）の入力がなされる。タッチパネル１６は操作部として機能する。タッチパネル１６の前面側には、さらに透明な接触パネル(contact-feeling panel）１８が配置されている。接触パネル１８は、接触パネル１８が所定の方向に動作することにより、操作した人の指先１７に対して力学的な操作感覚（クリック感）を擬似的に与える作用を生じさせるものである。接触パネル１８は、図１の構成では、その上縁と下縁をヒンジ１９Ａ，１９Ｂで支持されて取り付けられている。また接触パネル１８の左右の縁部は、図２に示されるように、内方へ折り曲げられ、折曲部１８ａ，１８ｂが形成されている。接触パネル１８はタッチパネル１６を覆うように取り付けられている。スマートフォン１０において、箱形容器１１の内部に設けられたプリント基板１２は移動せず固定した状態で取り付けられている。従って、プリント基板１２に固定されたパネル型表示装置１５およびタッチパネル１６も固定状態で配置されている。これらに対して、接触パネル１８は、図１中において上下方向（矢印ＡＬ１の方向）に移動し得るように取り付けられている。可動部である接触パネル１８は、動きやすいように軽量化されている。

上記のプリント基板１２の背面には、演算処理部とメモリを内蔵するＩＣチップ２１と、カメラ２２と、ワイヤー状形状記憶合金２３と、絶縁性熱伝導体（ヒートシンク）２４と、リンケージワイヤー２５ａ，２５ｂと、バッテリ２６を備えている。なお、この実施形態ではワイヤー形状の形状記憶合金２３の例で説明する。形状記憶合金はワイヤー形状に限定されない。

ＩＣチップ２１の演算処理部は、メモリに保存された各種のプログラムおよびデータに基づいてスマートフォン１０上の機能として設計された各種の機能を実行する。カメラ２２はスマートフォン１０での組込みを想定したものである。

絶縁性熱伝導体２４は、図３および図４に示されるように、その正面側の平面部はプリント基板１２の背面のほぼ中央部に固定され、さらに背面側から見ると長方形の形状を有しかつ背面側の面（背面）がその長手方向（プリント基板１２の幅方向）について湾曲している。絶縁性熱伝導体２４の背面には、ワイヤー状形状記憶合金２３が当該湾曲部の湾曲形状に沿うように配置されている。ワイヤー状形状記憶合金２３の両端は、プリント基板１２の長手方向に向かってかつ２つの側辺に配置されたリンケージワイヤー２５ａ，２５ｂの中央部に結合されている。

図３に示されるように、２つのリンケージワイヤー２５ａ，２５ｂは、それぞれ、その上端部２７が接触パネル１８の折曲部１８ａ，１８ｂの内面に固定され、かつその下端部２８がプリント基板１２の下側角部の近傍箇所に固定されている。プリント基板１２の背面側において、左右の側辺に沿ってリンケージワイヤー２５ａ，２５ｂを配置し、かつ当該２つのリンケージワイヤー２５ａ，２５ｂのほぼ中央部をワイヤー状形状記憶合金２３で結合し、全体としてＨ型の配置となっている。リンケージワイヤー２５ａ，２５ｂの下端部２８の間には電源３１とスイッチ３２が接続される。スイッチ３２は半導体スイッチング素子で構成され、外部より信号を与えられてオンする。スイッチ３２がオンすると、図５に示されるように、リンケージワイヤー２５ａ，２５ｂを介してワイヤー状形状記憶合金２３に電流が供給される。ワイヤー状形状記憶合金２３が通電されると、ワイヤー状形状記憶合金２３は収縮する。元の全体の長さに対して例えば約４％収縮する。スイッチ３２がオフしてワイヤー状形状記憶合金２３への通電がなくなると、ワイヤー状形状記憶合金２３で生じた熱は絶縁性熱伝導体２４を介して放熱され、ワイヤー状形状記憶合金２３は伸長して元の状態に戻る。

図３に示すように、スマートフォン１０の箱形容器１１内の取付け構造において、プリント基板１２の上辺部と接触パネル１８の上辺部との間には押しバネ３３が設けられている。この押しバネ３３によって、プリント基板１２を基準にして接触パネル１８は上方に付勢されている。通電によってワイヤー状形状記憶合金２３が収縮すると、左右のリンケージワイヤー２５ａ，２５ｂが引かれ、その結果、接触パネル１８が押しバネ３３に抗して距離ｄだけ下方に移動する。通電が解除されてワイヤー状形状記憶合金２３が伸長し元の長さに戻ると、押しバネ３３で押されて接触パネル１８は元の位置に戻る。ワイヤー状形状記憶合金２３への通電が瞬時に行われると、接触パネル１８の動きも瞬時に行われる。

接触パネル１８に瞬時動作を生じさせるワイヤー状形状記憶合金２３の通電発熱のためのスイッチ３２のオン動作は、スマートフォン１０の操作者が指先１７で接触するたびに行われる。すなわち、タッチパネル１６が指先１７でタッチされることを検出してスイッチ３２をオンし、ワイヤー状形状記憶合金２３に通電を行い、接触パネル１８を瞬時動作させる。これによって、接触パネル１８の瞬時動作に基づく触感提示によって、物理的な操作感覚を指先１７に与えることができる。
形状記憶合金２３の収縮する速さは、大きな電流を瞬間的に流すことにより数ミリ秒以内に終了し、そしてその後絶縁性熱伝導体で放熱が効率よく行われるので、すぐに伸張して元の長さにもどる。この長さの変化が接触パネルの動きの変化になり、急激の動くことでスイッチの「クリック」感に似た動作となる。
また、絶縁性熱伝導体２４が形状記憶合金２３と接している面がゆるやかな曲面になっているため、形状記憶合金２３の収縮後においてもしっかりとその曲面に接して確実な放熱が行われる。

［第２の実施形態］
図６〜図８を参照して本発明に係る触感提示装置の第２の実施形態を説明する。図６は図３と同様な図であり、図７は図４と同様な図である。また図８はリンケージワイヤーに基づく作用を説明する図である。図６〜図８において、第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。

第２実施形態の構成は、第１の実施形態の構成に比較して、絶縁性熱伝導体の形状が異なりかつ絶縁性熱伝導体とワイヤー状形状記憶合金の配置関係が異なり、さらに、接触パネルをバネで引っ張ることが異なっている。第２実施形態におけるその他の構成は、第１実施形態の場合と同じである。

絶縁性熱伝導体４１は、図６および図８に示されるように、平板状の形状を有し、かつその下辺に湾曲部４１ａが形成されている。ワイヤー状形状記憶合金２３は、絶縁性熱伝導体４１の湾曲部４１ａの湾曲に沿って接触配置されている。またプリント基板１２と接触パネル１８は、左右の２つの引張バネ４２を介して連結されている。従って、図６の（Ａ）に示すように、通常状態では、接触パネル１８は上方に引かれた位置にある。その際に、図６の（Ａ）に示すようにワイヤー状形状記憶合金２３は、絶縁性熱伝導体４１の湾曲した下面（湾曲部４１ａ）に接触した状態にある。

上記の状態で、スイッチ３２をオンにすると、図６の（Ｂ）に示すように、ワイヤー状形状記憶合金２３が収縮し、リンケージワイヤー２５ａ，２５ｂが引かれ、その結果引張バネ４２に抗して接触パネル１８が距離ｄだけ下方に移動する。スイッチ３２のオンが解除されると、ワイヤー状形状記憶合金２３の熱が絶縁性熱伝導体４１を通して逃がされ、直ぐに図６（Ａ）に示した元の状態に戻る。

第２の実施形態の構成によれば、絶縁性熱伝導体４１の背面側の出っ張りが少なくなるという利点を有している。なお上記では下面を湾曲面としたが、上面を湾曲面とすることもできる。
第１の実施形態と同様に、形状記憶合金２３の収縮後においてもしっかりとその曲面に接して確実な放熱が行われる。

図８では、上記の第１および第２の実施形態の構成におけるワイヤー状形状記憶合金２３とリンケージワイヤー２５ａ，２５ｂの変位を示す。ワイヤー状形状記憶合金２３に通電する前ではＳＴ１の状態であり、通電時ではＳＴ２の状態である。状態ＳＴ１では長さＬ１のワイヤー状形状記憶合金２３に対して、状態ＳＴ２では長さＬ２のワイヤー状形状記憶合金２３となる。その差ΔＬが生じることにより、角度θが大きくなり、距離ｄの変位を生じさせる。例えばΔＬが１．５ｍｍとすると、距離ｄは０．３ｍｍほどとなる。
これはテコの原理と同じで、作動距離が小さくなると発生する力はその距離に反比例して大きくなる。クリック感を発生するには作動距離として０．３ｍｍもあれば十分であり、この力増大のメカニズムにより形状記憶合金２３の収縮力を増大させて、操作者がパネル面を強く押してもそれに打ち勝ってパネルをスライドさせることができる。これは一種の変位縮小力増大機構といえる。

［第３の実施形態］
図９と図１０を参照して本発明に係る触感提示装置の第３の実施形態を説明する。図９はプリント基板１２と接触パネル１８を正面側から見た斜視図であり、図１０は接触パネル１８の動作を説明する図である。図９と図１０において、第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。

この実施形態では、プリント基板１２の前面側に絶縁性熱伝導体を配置している。プリント基板１２の前面側に配置される接触パネル１８は２つの押しバネ５１で上方に付勢されるように取り付けられている。押しバネ５１の一端はプリント基板１２に固定され、他端は接触パネル１８の下辺部に固定されている。また接触パネル１８の上辺に沿って、上辺部に円弧部５２ａを有した絶縁性熱伝導体５２が固定されている。当該絶縁性熱伝導体５２の上辺の円弧部５２ａにはワイヤー状形状記憶合２３が接触するように配置されている。ワイヤー状形状記憶合金２３の両端部は、プリント基板１２に固定されている。５３は固定端子である。押しバネ５１で接触パネル１８と絶縁性熱伝導体５２は付勢され、絶縁性熱伝導体５２の円弧部５２ａがワイヤー状形状記憶合金２３を押圧する。接触パネル１８は、箱形容器１１における取付け関係に基づき、プリント基板１２に対して上下方向には移動自在ではあるが、左右横方向および前後方向には移動が規制されている。

上記の構成において、ワイヤー状形状記憶合金２３に通電が行われていない図１０（Ａ）に示す状態において、スイッチ３２がオンしてワイヤー状形状記憶合金２３が通電加熱されると、図１０の（Ｂ）に示すように、ワイヤー状形状記憶合金２３が収縮し、絶縁性熱伝導体２４を押し下げ、距離ｄだけ接触パネル１８および絶縁性熱伝導体２４は下方に変位する。スイッチ３２がオフになると、即座に図１０の（Ａ）に示す状態に戻る。

この実施形態によれば、リンケージワイヤーの機構を用いなくてもよいので構造を簡素化でき、絶縁性熱伝導体５２の円弧部５２ａに接触したワイヤー状形状記憶合金の収縮作用で直接に接触パネル１８を押し下げることができるので、小さい力で大きな距離を移動させることができる。

［第４の実施形態］
図１１と図１２を参照して本発明に係る触感提示装置の第４の実施形態を説明する。この第４実施形態は、上記の第３実施形態の変形例である。図１１に示すように、この実施形態の絶縁性熱伝導体６１は、２つの部材６１Ａ，６１Ｂから構成されている。部材６１Ｂはプリント基板１２に固定されている。部材６１Ａは、接触パネル１８の上辺部に固定されている。絶縁性熱伝導体６１において、部材６１Ａと部材６１Ｂの対向する辺部には、凹凸形状が形成されており、かつ凸部の先端部は円弧状に形成されている。そして部材６１Ａ，６１Ｂの各々の対向辺部でワイヤー状形状記憶合金２３を挟み込むようにしている。その他の構成については第３実施形態で説明した構成と同じである。

図１２は、図１０と同様に接触パネル１８の動作を示し、（Ａ）はワイヤー状形状記憶合金２３に通電が行われず、接触パネル１８が前述の押しバネ５１によって図１２中上方に付勢されている状態を示し、（Ｂ）はスイッチ３２がオンしてワイヤー状形状記憶合金２３が通電加熱され、接触パネル１８および絶縁性熱伝導体６１の部材６１Ａを距離ｄだけ押し下げた状態を示している。
これは、第３の実施形態に比べて、形状記憶合金２３を同じ大きさ、長さとすると、触感パネル１８の移動する距離が少なくなり、発生する力が大きくなり、操作者の触感パネルを押し付ける力に打ち勝って当該触感パネル１８を移動させることができる。
図１１および図１２を用いた説明では、接触パネル１８はパネル面と平行に移動するが、図示しないが、２つの絶縁性熱伝導体６１Ａおよび６１Ｂとの位置関係を接触パネル１８のパネル面に対して垂直となるように取り付けることで、上下方向（厚み方向）の動きにすることができる。
なお、絶縁性熱伝導体６１Ａ，６１Ｂは凸部の先端部が円弧状に形成されて、その凸部が複数存在するが、一個一個の凸部を独立した金属（導電性材料）で構成し、それを絶縁性樹脂などで連結して構成することもできる。この場合、ワイヤー状形状記憶合金２３が絶縁性熱伝導体の凸部に接する部分は電気的に導通するが、全体にわたっては凸部が分断されているために絶縁性熱伝導体として機能する。

［第５の実施形態］
図１３と図１４を参照して本発明に係る触感提示装置の第５の実施形態を説明する。図１３は、プリント基板１２と接触パネル１８と駆動機構とを示す正面側から見た斜視図である。図１３では、接触パネル１８は透明であるので、その下側が透けて見えている。図１４は第５実施形態に係るスマートフォン１０の横断面図であり、図２と同様な図である。この実施形態では摺動式の駆動機構によって接触パネル１８を移動させる。

図１４に示すように、プリント基板１２と接触パネル１８の間にはパネル型表示装置１５とタッチパネル１６が重ねた状態で配置されている。さらにプリント基板１２と接触パネル１８の間であって、かつ左右の側辺の部分に、プリント基板１２に固定された絶縁性熱伝導体７１Ｂと接触パネル１８に固定された絶縁性熱伝導体７１Ａが配置される。絶縁性熱伝導体７１Ｂは固定側の部材であり（以下「固定側絶縁性熱伝導体７１Ｂ」と記す）、絶縁性熱伝導体７１Ａは移動側の部材である（以下「移動側絶縁性熱伝導体７１Ａ」と記す）。固定側絶縁性熱伝導体７１Ｂと移動側絶縁性熱伝導体７１Ａは、プリント基板１２等の左右の側辺に沿って所定の長さを有しかつ、重ね合わせて配置される。固定側絶縁性熱伝導体７１Ｂと移動側絶縁性熱伝導体７１Ａの間にはワイヤー状形状記憶合金２３が挟み込まれた状態で配置され、かつワイヤー状形状記憶合金２３の下端は固定側絶縁性熱伝導体７１Ｂの下端部に結合され、ワイヤー状形状記憶合金２３の上端は移動側絶縁性熱伝導体７１Ａの上端部に結合されている。さらに、両側のワイヤー状形状記憶合金２３の上端は、それぞれ、引張バネ（コイルスプリング）７２に接続され、当該引張バネ７２によって引っ張られている。その結果、接触パネル１８自体が引張バネ７２によって引っ張られた状態にある。２本のワイヤー状形状記憶合金２３には、ワイヤー状形状記憶合金２３の下端に接続された電気コード７３および引張バネ７２の上端に接続された電気コード７４によって通電が行い得るようになっている。

この実施形態では、ワイヤー状形状記憶合金２３に通電が行われない状態では、接触パネル１８は引張バネ７２で上方に引っ張られた状態にある。ワイヤー状形状記憶合金２３に通電がなされると、熱が生じ、ワイヤー状形状記憶合金２３が収縮し、接触パネル１８は下方に押し下げられる。

［第６の実施形態］
次に、図１５〜図１８を参照して、本発明に係る触感提示装置の第６の実施形態を説明する。この実施形態でも水平型のクリック感を発生させる構造を有している。図１５に示されるように、スマートフォン１０の箱形容器１１内に固定されたプリント基板１２に対して、接触パネル１８を図１５中上下方向（表示操作面に対して水平な方向）に移動自在に配置している。接触パネル１８は、２つの引張バネ８１によって上方に引っ張られている。またプリント基板１２の下辺の近傍部には両端がプリント基板１２に固定された例えば丸棒状の絶縁性熱伝導体８２Ａ（固定側）が設けられ、他方、接触パネル１８の下辺部には折曲部１８ａ，１８ｂの間に固定された丸棒状の絶縁性熱伝導体８２Ｂ（移動側）が設けられ、さらに２つの絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂの周りにはワイヤー状形状記憶合金２３が螺旋状に巻回されている。２つの丸棒状の絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂは、ワイヤー状形状記憶合金２３に通電がなされない通常の状態では、引張バネ８１で引っ張られており、図１６および図１７（Ａ）に示されるように離れた位置に配置される。スイッチ３２がオンしてワイヤー状形状記憶合金２３に通電がなされると、ワイヤー状形状記憶合金２３が収縮し、２つの丸棒状の絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂが接近するようにその位置関係が変化する。その結果、接触パネル１８は下方へ引かれて距離ｄだけ移動する。こうして、スマートフォン１０の前面部で接触パネル１８を前面部に平行な水平方向（上下方向）に瞬時に移動させることができ、水平型のクリック感を生じさせることができる。

なお上記の説明では、ワイヤー状形状記憶合金２３は螺旋状に巻回されたが、図１８に示すように、「８の字」状に巻回することも可能である。ワイヤー状形状記憶合金２３を巻回する場合の実施形態ではすべて螺旋状の巻回または８の字状の巻回を用いることができる。

［第７の実施形態］
次に、図１９と図２０を参照して、本発明に係る触感提示装置の第７の実施形態を説明する。この実施形態では斜め上下動型のクリック感を発生させる構造を有している。第７実施形態は第６実施形態の変形例である。図１９は、プリント基板１２と接触パネル１８と駆動機構とを示す正面側から見た図であり、接触パネル１８は透明であるので、その下側が透けて見える状態で描かれている。

図１９および図２０において、固定されたプリント基板１２に対して前面側に配置された接触パネル１８は引張バネ９１で連結されている。さらにプリント基板１２にはその縁部に連結部材９２によって上記の丸棒状絶縁性熱伝導体８２Ａが固定され、接触パネル１８には上記の丸棒状絶縁性熱伝導体８２Ｂが連結部材９３によって固定されており、２つの絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂに周りにワイヤー状形状記憶合金２３が螺旋状に巻回されている。絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂは、それぞれの配置位置と連結部材９１，９２等によって決まる位置関係に基づき、図２０に示すような矢印ＡＬ２で示した斜め上方向に向いて配置される。
すなわち、２本の絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂは、接触パネル１８とプリント基板１２の辺部の間に平行に配置し、さらに２本の絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂが作る面が正面部の面方向に対して斜め上方向になるように配置されている。
なおワイヤー状形状記憶合金２３の巻き方については、螺旋状であっても、８の字状であっても良い。

ワイヤー状形状記憶合金２３に通電がされていないときには、プリント基板１２に対して接触パネル１８は引張バネ９１で引張されており、２つの絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂは離れた状態にある。ワイヤー状形状記憶合金２３に通電がなされるときにはワイヤー状形状記憶合金２３が収縮し、固定側の絶縁性熱伝導体８２Ａに対して移動側の絶縁性熱伝導体８２Ｂが接近するように移動し、その結果、接触パネル１８は矢印ＡＬ２で示した斜め上方向に移動する。ワイヤー状形状記憶合金２３の通電がなくなると、元の状態に戻る。こうして、２本の丸棒状絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂの取付け方を工夫することにより接触パネル１８を斜め方向であって上方向に瞬時に動かすことができ、これによりクリック感を生成する。

［第８の実施形態］
次に、図２１〜図２３を参照して、本発明に係る触感提示装置の第８の実施形態を説明する。この実施形態では、押し込み操作時にクリック感を発生させる構造を有している。本実施形態のスマートフォン１０では、箱形容器１１内に設けられた接触パネル１８は箱形容器１１の厚み方向のみに移動可能に設けられている。箱形容器１１内に固定されたプリント基板１２に対して接触パネル１８は接近するように移動することが可能である。プリント基板１２の上にはパネル型表示装置１５とタッチパネル１６が設けられている。

図２１に示すように、プリント基板１２と接触パネル１８の間には、それらの上辺部と下辺部との間に押し込み型のクリック感発生機構１０１が設けられる。クリック感発生機構１０１は、プリント基板１２と接触パネル１８の間に設けられた押しバネ（コイルスプリング）１０２と、プリント基板１２に固定された固定側絶縁性熱伝導体１０３Ａと、接触パネル１８に固定された移動側絶縁性熱伝導体１０３Ｂと、固定側絶縁性熱伝導体１０３Ａと移動側絶縁性熱伝導体１０３Ｂの周りに螺旋状に巻回されたワイヤー状形状記憶合金２３とによって構成されている。上辺側と下辺側の押し込み型のクリック感発生機構１０１の各々で、そのワイヤー状形状記憶合金２３に対しては適時タイミングで電気コード１０４を介して通電が行われる。

ワイヤー状形状記憶合金２３に通電が行われていない時には、図２２の（Ａ）に示すように、押しバネ１０２の付勢作用でプリント基板１２と接触パネル１８を離れた位置にある。スイッチ３２がオンしてワイヤー状形状記憶合金２３に通電が行われて、ワイヤー状形状記憶合金２３が収縮し、接触パネル１８が距離ｄだけプリント基板１２側へ変位する。こうして、押し込み型のクリック感発生機構１０１の構成に基づき、瞬時にワイヤー状形状記憶合金２３に通電することにより押し込み型のクリック感を生じさせることができる。

なお押し込み型のクリック感発生機構１０１については、図２３に示すように、押しバネ１０２を、その形状を小形にするこによって、固定側絶縁性熱伝導体１０３Ａと移動側絶縁性熱伝導体１０３Ｂの間のスペースに配置するように構成することもできる。これによって、クリック感発生機構１０１を小形にかつ一体化して作製することができる。

［第９の実施形態］
次に、図２４〜図２６を参照して、本発明に係る触感提示装置の第９の実施形態を説明する。この実施形態でも押し込み操作時にクリック感を発生させる構造を有している。本実施形態のスマートフォン１０では、箱形容器１１内に設けられた接触パネル１８はその厚み方向のみに移動可能に設けられている。図２４に示された縦断面構造において、接触パネル１８は、箱形容器１１内に固定されたプリント基板１２に対して接近するように移動することが可能である。プリント基板１２の上にはパネル型表示装置１５とタッチパネル１６が設けられている。また図２４〜図２６では、タッチパネル１６の表面に形成された電極１１１が一例として図示されている。タッチ操作されない通常の状態では、接触パネル１８はタッチパネル１６から所定の距離離れた状態に配置されている。

プリント基板１２と接触パネル１８の間には、それらの上辺部と下辺部（図示を省略する）との間に押し込み型のクリック感発生機構１０１が設けられる。クリック感発生機構１０１は、図２３に示された構造を有し、プリント基板１２に固定部材１１２で固定された固定側絶縁性熱伝導体１０３Ａと、接触パネル１８に固定部材１１３で固定された移動側絶縁性熱伝導体１０３Ｂと、２つの絶縁性熱伝導体１０３Ａ，１０３Ｂの間に配置されたコイルスプリング状の押しバネ１０２と、２つの絶縁性熱伝導体１０３Ａ，１０３Ｂの周りに巻回されたワイヤー状形状記憶合金２３とから構成されている。

図２４〜図２６はクリック感発生機構１０１の動作の流れを示している。
図２４では、指先１７で、タッチパネル１６の電極１１１をタッチしようとしている。指先１７がタッチパネル１６から離れた状態では、クリック感発生機構１０１の押しバネ１０２の作用で、接触パネル１８はタッチパネル１６から所定の距離離れた状態に配置されている。
図２５では、指先１７が接触パネル１８に接触して当該接触パネル１８を距離ｄｃだけ押し込んでいる。このとき、接触パネル１８が押し下げられ、電極８１と指先１７との間の静電容量が大きくなってタッチパネル１６が操作されつつあることを検知する。
上記の検知がなされると、図２６に示すように、スイッチ３２がオンされ、ワイヤー状形状記憶合金２３が収縮して接触パネル１８を距離ｄｈでさらに押し下げられる。このようにして上記のクリック感発生機構１０１によって、接触パネル１８では押し込み型のクリック感を生じさせることができる。
ここでは、クリック感発生機構１０１によって、接触パネル１８を押し下げるように説明した。しかしながら、他方で、図示しないが、クリック感発生機構１０１の取付け方を変えるなどして力発生の方向を変えた機構を用いることで、押し上げ型のクリック感を発生するように構成することもできる。

上記の各実施形態では、パネル型表示装置１５の上に、タッチパネル１６、接触パネル１８が配置され、クリック感を生じさせるための移動部材（情報選択触感パネル）としては接触パネル１８を用いる例を説明したが、接触パネルをなくしてタッチパネルそのものを移動させるように構成することもできるし、またタッチパネル１６と接触パネル１８を重ね合わせて構成される情報選択触感パネルを移動させるように構成することもできる。
さらには、パネル状表示装置１５と情報選択触感パネルを合わせた全体を移動させる構造とすることにより、明瞭なクリック感を発生させるようにすることもできる。

図２７〜図２９を参照して、上記の「情報選択触感パネル」の構成例と変位駆動の仕方を説明する。

図２７は、背面にバッテリ２６が取り付けられたプリント基板１２の正面側に、固定具１２１を介してパネル型表示装置１５とタッチパネル１６が固定され、当該タッチパネル１６の正面側に水平方向にスライド移動可能に設けられた接触パネル１８が配置された構造を示す。接触パネル１８のみが変位駆動され、情報選択触感パネルとして機能する。この構成は図１５に示した構成と同じである。１２２はアクチュエータであり、１２３はプリント基板１２の正面に固定されかつ駆動回路を内蔵する支持機構部である。アクチュエータ１２２は、前述した絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂとワイヤー状形状記憶合金２３とから構成される。接触パネル１８は引張バネ８１で引っ張られており、支持機構部１２３内の駆動回路からの通電に基づきアクチュエータ１２２によって変位駆動される。
図２７に示した構成によれば、接触パネル１８のみを移動させ、当該接触パネル１８上には電気回路要素がなく軽量であるため、大きな加速度を得ることができるという利点を有する。

図２８は、同じく背面にバッテリ２６が取り付けられたプリント基板１２の正面側に、固定具１２１を介してパネル型表示装置１５が固定され、このパネル型表示装置１５の正面側に水平方向にスライド移動可能に設けられたタッチパネル１６が配置された構造を示す。この構成では、タッチパネル１６のみが変位駆動され、情報選択触感パネルとして機能する。１２２はアクチュエータであり、１２３は支持機構部である。タッチパネル１６は引張バネ１２４で引っ張られており、支持機構部１２３内の駆動回路からの通電に基づきアクチュエータ１２２によって変位駆動される。なお、タッチパネル１６の接続回路部分はフレキシブルプリント基板で作製される。タッチパネル１６の変位駆動のための距離は、せいぜい０．５ｍｍ以内であるために、上記フレキシブルプリント基板が大きく変形することはなく、アクチュエータの大きな負荷になることはない。
図２８に示した構成によれば、前述した接触パネル１８が不要となるので、情報選択触感パネルの部分の薄型化を達成することができるという利点を有する。
以上で説明したパネル型表示装置１５は、一般的には液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などであるが、ＬＥＤの発光などを利用した単純な表示装置であってもよい。
さらに、タッチパネル１６は、一般的には透明電極を用いた情報入力デバイスであるが、静電容量の変化の作用を応用した操作者の指の接近を検出する情報入力デバイスであってもよい。この場合にはその透明性はこだわらなくて、単なる電極の集合体であってもよい。

図２９は、同じく背面にバッテリ２６が取り付けられたプリント基板１２の正面側に、パネル型表示装置１５とタッチパネル１６が重ね合わせられて一体化されており、その全体が水平方向にスライド移動可能に設けられた構造を示す。この構成では、パネル型表示装置１５とタッチパネル１６の全体が、変位駆動され、情報選択触感パネルとして機能する。１２２はアクチュエータであり、１２３は支持機構部である。パネル型表示装置１５とタッチパネル１６は、共に引張バネ１２４で引っ張られており、支持機構部１２３内の駆動回路からの通電に基づきアクチュエータ１２２によって変位駆動される。なお、パネル型表示装置１５とタッチパネル１６の各々の接続回路部分はフレキシブルプリント基板で作製される。変位駆動のための距離は、せいぜい０．５ｍｍ以内であるために、当該フレキシブルプリント基板が大きく変形することはなく、アクチュエータの大きな負荷になることはない。
図２９に示した構成によれば、図２８の構成と同様に、前述した接触パネル１８が不要となり、かつ固定具１２１が不要となるので、情報選択触感パネルの部分の薄型化を達成することができるという利点を有する。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
特に、以上の実施形態では、パネル操作時に物理的な操作感覚（クリック感）を提示することを説明したが、この機能を従来の携帯電話などに用いられている振動モータの代わりに代用させることもできる。

本発明に係る触感提示装置は、静電容量式等のタッチ操作部を有する携帯電話、スマートフォン、その他の類似する電子機器に対してタッチ時に指先に対して物理的な操作触感を擬似的に与えるクリック感を発生させるのに利用することができる。

１０ スマートフォン
１１ 箱形容器
１２ プリント基板
１５ パネル型表示装置
１６ タッチパネル
１８ 接触パネル
２１ ＩＣチップ
２２ カメラ
２３ ワイヤー状形状記憶合金
２４ 絶縁性熱伝導体（ヒートシンク）
２５ａ リンケージワイヤー
２５ｂ リンケージワイヤー
２６ バッテリ
３１ 電源
３２ スイッチ
３３ 押しバネ
４１ 絶縁性熱伝導体
４１ａ 湾曲部
４２ 引張バネ
５１ 押しバネ
５２ 絶縁性熱伝導体
５２ａ 湾曲部
６１ 絶縁性熱伝導体
６１Ａ 部材
６１Ｂ 部材
７１Ａ 移動側絶縁性熱伝導体
７１Ｂ 固定側絶縁性熱伝導体
７２ 引張バネ（コイルスプリング）
８１ 引張バネ
８２Ａ 絶縁性熱伝導体（固定側）
８２Ｂ 絶縁性熱伝導体（移動側）
９１ 引張バネ
１０１ 押し込み型クリック感発生機構
１０２ 押しバネ（コイルスプリング）
１０３Ａ 固定側絶縁性熱伝導体
１０３Ｂ 移動側絶縁性熱伝導体
１１１ 電極
１２１ 固定具
１２２ アクチュエータ
１２３ 支持機構部
１２４ 引張バネ

Claims (3)

1. 付勢手段で一方向に付勢されかつ変位可能に取り付けられると共に表示情報を選択するため指で操作される情報選択触感パネルと、
   前記指の操作に関連した通電加熱により収縮させて前記付勢手段に抗して変位を生じさせるワイヤー状形状記憶合金と、
   前記通電加熱が原因で前記ワイヤー状形状記憶合金に生じた熱を前記前記ワイヤー状形状記憶合金との接触によって放熱し前記ワイヤー状形状記憶合金の伸長を可能にする絶縁性熱伝導体と、を備え、
   前記付勢手段と前記ワイヤー状形状記憶合金と前記絶縁性熱伝導体とによって前記情報選択触感パネルを瞬時に動作させ、前記指に対してクリック感を与えることを特徴とする触感提示装置。
2. 前記指に対して前記情報選択触感パネルの面方向に前記クリック感を与えるように前記情報選択触感パネルに前記変位を生じさせることを特徴とする請求項１記載の触感提示装置。
3. 前記指に対して押し込み型の前記クリック感を与えるように前記情報選択触感パネルに前記変位を生じさせることを特徴とする請求項１記載の触感提示装置。

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