JP2016162060A - Piezoelectric actuator and tactile sense presentation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエータ及び触覚呈示装置に係り、特に、超音波振動を生成する圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータを備えた触覚呈示装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator and a tactile presentation device, and more particularly to a piezoelectric actuator that generates ultrasonic vibration and a tactile presentation device including the piezoelectric actuator.
触覚フィードバックを付与する圧電アクチュエータを備えた携帯型電子デバイスが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 A portable electronic device including a piezoelectric actuator that provides tactile feedback has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1記載の携帯型電子デバイスは、操作者に振動の触覚フィードバックを付与するタッチ感知ディスプレイを備えている。タッチ感知ディスプレイは、ハウジングの基部に向けて押下げ可能に支持されている。ハウジングの基部には、湾曲変形可能な基板を有する圧電アクチュエータが両持ち支持されている。
The portable electronic device described in
圧電アクチュエータの基板の角隅部には、円形状の圧電素子が接着されている。圧電素子がタッチ感知ディスプレイの押下げにより生成される作動信号によって直径方向に収縮することで、基板が湾曲するようになっている。圧電素子の表面には、圧縮可能なシリコーン材料からなる停止部が設けられており、停止部は、圧電素子の緩衝用として機能している。 Circular piezoelectric elements are bonded to the corners of the substrate of the piezoelectric actuator. The piezoelectric element is contracted in the diameter direction by an operation signal generated by pressing the touch-sensitive display, so that the substrate is curved. A stop portion made of a compressible silicone material is provided on the surface of the piezoelectric element, and the stop portion functions as a buffer for the piezoelectric element.
上記特許文献1記載の携帯型電子デバイスに用いられる圧電アクチュエータは、超音波領域の周波数で振動させるために高い駆動電圧を必要とすることから、圧電アクチュエータの発熱量が大きい。特に、高温雰囲気下において圧電アクチュエータを長時間駆動した場合は、圧電アクチュエータからの放熱が得られないと、振動刺激操作感が低下してしまうという問題があった。しかしながら、上記特許文献1記載の携帯型電子デバイスには、圧電アクチュエータからの放熱については講じられていない。
Since the piezoelectric actuator used in the portable electronic device described in
従って、本発明の目的は、放熱性を高めた圧電アクチュエータと、安定した振動刺激操作感を呈示する触覚呈示装置とを提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric actuator with improved heat dissipation and a tactile sensation presentation device that presents a stable vibration stimulation operation feeling.
[1]本発明は、圧電素子と、前記圧電素子に取り付けられ、前記圧電素子の熱を放熱する放熱部材とを備え、前記放熱部材の表面には、切欠溝部が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータにある。 [1] The present invention includes a piezoelectric element and a heat radiating member attached to the piezoelectric element and radiating heat of the piezoelectric element, and a notch groove portion is formed on a surface of the heat radiating member. It is in the piezoelectric actuator.
[2]上記[1]記載の前記切欠溝部は、凹部又はスリットからなることを特徴とする。 [2] The notch groove described in [1] is characterized in that it includes a recess or a slit.
[3]上記[1]又は[2]記載の前記圧電素子は、振動板に取り付けられていることを特徴とする。 [3] The piezoelectric element according to [1] or [2] is attached to a diaphragm.
[4]本発明は更に、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の圧電アクチュエータを駆動源として備えたことを特徴とする触覚呈示装置を提供する。 [4] The present invention further provides a tactile sensation presentation apparatus comprising the piezoelectric actuator according to any one of [1] to [3] as a drive source.
[5]上記[4]記載の前記触覚呈示装置は、前記圧電素子の振動が伝達される操作部材を入力操作する操作者に対して、刺激操作感覚を呈示する振動フィードバック力を付与することを特徴とする。 [5] The tactile sense presentation device according to [4] provides a vibration feedback force that presents a sense of stimulation operation to an operator who inputs an operation member to which vibration of the piezoelectric element is transmitted. Features.
[6]上記[5]記載の前記操作部材は、タッチパネル又はスイッチボタンであることを特徴とする。 [6] The operation member according to [5] is a touch panel or a switch button.
本発明によると、圧電アクチュエータの放熱性を高めることができるとともに、触覚呈示装置の振動損失が少なくなり、良好な振動刺激操作感を得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve heat dissipation of the piezoelectric actuator, reduce vibration loss of the tactile sense presentation device, and obtain a good vibration stimulation operation feeling.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施の形態]
(圧電アクチュエータの構成)
図1及び図2において、符号1は、触覚呈示装置に適用される圧電アクチュエータを模式的に図示している。
[First Embodiment]
(Configuration of piezoelectric actuator)
1 and 2,
この圧電アクチュエータ1は、例えばタッチパネル又はスイッチボタン等の操作部材の操作面を入力操作する操作者の指に対して、刺激操作感覚を呈示する振動フィードバック力を付与する触覚呈示装置の駆動源として用いられる。
The
圧電アクチュエータ1は、電極に印加される駆動電圧により超音波振動を発生させる平面視四角形状の圧電素子2を備えている。圧電素子2には、例えばスパッタ法や蒸着法などによって図示しない電極が形成されている。
The
圧電アクチュエータ1としては、例えば1枚の圧電素子2によって構成されるモノモルフ型圧電アクチュエータ、複数枚の圧電素子2を積層することによって構成される積層モノモルフ型圧電アクチュエータが用いられる。モノモルフ型は、駆動電圧が圧電素子2に印加されることで伸張及び収縮する。
As the
圧電アクチュエータ1としては、例えば弾性板の両面に圧電素子2を貼り合わせることによって構成されるバイモルフ型圧電アクチュエータが用いられてもよい。バイモルフ型は、駆動電圧が圧電素子2に印加されることでアーチ状に湾曲する。
As the
圧電素子2としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)あるいはチタン酸バリウムなどのセラミックス材料が用いられる。電極としては、例えば金、銀、銅などの金属材料が用いられる。
As the
図示例による圧電素子2には、例えば熱硬化性を有する両面テープあるいは接着剤等の固定用部材を介して平面視四角形状の振動板3が取り付けられている。圧電素子2は、振動板3の4か所の角隅部に並んで配置されている。振動板3としては、例えば樹脂又は金属等の材料が用いられる。なお、成膜技術を用いて、振動板3の表面に圧電材料層を成膜することで圧電素子2を形成することができる。
The
振動板3は、例えば金属あるいは樹脂等からなる筐体の一部に形成された支持部4に支持される。この支持部4は、電極に印加される駆動電圧に応じて圧電素子2が伸縮するときに振動板3の変形を許容する。
The
なお、振動板3は、操作者により操作入力を受けるタッチパネル又はスイッチボタンなどにより形成される操作部材における操作面の背面に取り付けられる。また、支持部4としては、筐体の一部として形成することに限定されるものではなく、例えば筐体とは別の操作部材に形成することも可能である。
The
(放熱部材の構成)
ところで、圧電アクチュエータ1で発生した熱は蓄積され易いことから、圧電アクチュエータ1の温度が高くなる。このため、圧電アクチュエータ1を高電圧、高周波数、高温雰囲気下で長時間駆動すると、圧電アクチュエータ1の温度特性により出力が低下してしまう。
(Configuration of heat dissipation member)
By the way, since the heat generated in the
圧電アクチュエータ1の放熱手段として、例えば筐体の内部にヒートパイプ等の放熱部材を設けることで、圧電アクチュエータ1からの熱を筐体の外部に放出する構成を採用すると、製品のコストアップや重量の増加につながるので好ましくない。
As a heat dissipation means of the
この第1の実施の形態に係る圧電アクチュエータ1の主要なところは、圧電アクチュエータ1の圧電素子2に熱伝導率(熱放射率)が高い弾性材料からなる放熱部材5を取り付けることで、圧電アクチュエータ1による放熱効果を向上させることにある。
The main part of the
この放熱部材5の材質としては、例えばシリコーンやウレタン等の熱硬化性樹脂系エラストマーが好適であり、この熱硬化性樹脂系エラストマーに熱伝導性を有するフィラーを配合分散させて形成された構成であってもよい。圧電素子2に放熱部材5を取り付けるための固着用部材としては、熱伝導率の高い柔軟な接着剤が好適であり、例えばシリコーン系やウレタン系等の各種の熱硬化性接着剤が用いられる。
As a material of the
なお、放熱部材5としては、振動板3の振動の阻害を最小限に留めることが好ましく、厚さを薄く形成することで曲げ変形に対する抵抗を小さくすることが好適である。また、放熱部材5は、圧電アクチュエータ1における放熱効果を向上させる機能を有するとともに、外力が圧電素子2に伝達されることを緩和する部材としての機能を兼ね備えてもよく、圧電素子2の過剰な変形を低減する部材としての機能を兼ね備えてもよい。
In addition, as the
(放熱部材の表面の構成)
この圧電アクチュエータ1としては、圧電素子2の伸縮に伴う放熱部材5の変形を許容させるとともに、放熱部材5の放熱効果を更に向上させるための構造を設けることが好適である。
(Configuration of the surface of the heat dissipation member)
The
図3(a)及び図3(b)において、放熱部材5の表面には、四角形状をなす複数の放熱フィン5aが所定の間隔をもって一体成形されている。放熱部材5の表面にマトリックス状に点在する放熱フィン5aを形成することで、切欠溝部である凹陥部5a−1が格子状に形成されている。この凹陥部5a−1の内部には、一平面上に連続的に凹陥面5a−2を有している。
3 (a) and 3 (b), a plurality of rectangular
(第1の実施の形態の効果)
この第1の実施の形態に係る圧電アクチュエータ1によると、上記効果に加えて、以下の効果が得られる。
(Effects of the first embodiment)
According to the
放熱部材5の表面に凹陥部5a−1を形成することで、圧電素子2の伸縮に伴う放熱部材5の変形を阻害することがない。それに加えて、放熱部材5の放熱面積を拡大することができるようになり、放熱を促進することが可能となる。
By forming the recessed
[第2の実施の形態]
図4を参照すると、同図には、第2の実施の形態に係る圧電アクチュエータが示されている。なお、図4において、上記第1の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を用いることで、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows a piezoelectric actuator according to the second embodiment. In FIG. 4, the same member names and symbols are used for members that are substantially the same as those in the first embodiment, and a detailed description of these members is omitted.
上記第1の実施の形態では、圧電アクチュエータ1の圧電素子2の表面に放熱部材5を取り付けた構成であったものを、この第2の実施の形態は、圧電素子2の表面及び側面を含む露出部の全面に放熱部材5を取り付けた構成とした点で異なっている。
In the first embodiment, the
図4において、圧電アクチュエータ1の圧電素子2の全面には、シリコーン系等の接着剤を介して凹状の放熱部材5が固着されている。この放熱部材5は、圧電素子2の全面に被覆されており、放熱部材5の放熱面積を拡大させている。図3(a)及び図3(b)に示す凹陥部5a−1を放熱部材5の表面に形成することで、放熱を更に促進することが可能となる。
In FIG. 4, a concave
(第2の実施の形態の効果)
この第2の実施の形態に係る圧電アクチュエータ1によると、上記第1の実施の形態における効果に加えて、以下の効果が得られる。
(Effect of the second embodiment)
According to the
熱放射率が高いエラストマーからなる放熱部材5を用いて圧電素子2の全面を覆って取り付けることで、放熱部材5の放熱面積を拡大させることができるようになり、放熱効果を更に向上させることが可能となる。
By covering and attaching the entire surface of the
放熱部材5で圧電素子2の全面を覆っているため、振動音の低減効果が得られる。
Since the entire surface of the
この放熱部材5の他の一例としては、図5(a)及び図5(b)に示すように、台形形状の複数の放熱フィン5bが一体成形された放熱部材5がある。この放熱フィン5bは、三角形溝を有する複数の凹陥部5b−1が所定の間隔をもって放熱部材5の対向する一辺に沿って直線状に配列されている。この凹陥部5b−1は、一平面上に形成されている。
As another example of the
図6(a)及び図6(b)には、図5(b)に示す圧電アクチュエータ1の駆動時の変位が示されている。
6 (a) and 6 (b) show the displacement during driving of the
圧電アクチュエータ1の冷却は、図6(a)及び図6(b)に示すように、圧電素子2の伸張及び収縮を利用している。圧電素子2に駆動電圧が印加されると、圧電素子2の伸縮に伴って放熱部材5がアーチ状に湾曲変形する。圧電素子2の伸縮時における放熱部材5の変形に伴い、放熱部材5の凹陥部5b−1内の空気Aが入れ替わる。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
放熱部材5の表面に三角形溝を有する複数の切欠溝部である凹陥部5b−1を加工することで、圧電素子2の伸縮を阻害し難くし、圧電アクチュエータ1の冷却を促進することができる。
By processing the recessed
図7(a)〜図7(c)には、放熱部材5の更に他の変形例が示されている。圧電アクチュエータ1の振動を利用することによって放熱部材5内の空気Aが入れ替わる構成を有する各種の放熱部材5を採用することができる。
FIG. 7A to FIG. 7C show still another modified example of the
図7(a)において、複数の放熱フィン5cが放熱部材5の対向する一辺に沿って配列されている。この放熱フィン5cは、複数のスリット状の切欠溝部5c−1が四角形枠状に切欠して形成されている。この切欠溝部5c−1は、一平面上に連続的に形成されている。
In FIG. 7A, a plurality of
図7(b)において、複数の放熱フィン5dが放熱部材5の4か所に並列されている。この放熱フィン5dは、複数のスリット状の切欠溝部5d−1が格子状に形成されている。この切欠溝部5d−1は、一平面上に連続的に形成されている。
In FIG. 7B, a plurality of
図7(c)において、圧電素子2には、円形状の放熱部材5が取り付けられている。この放熱部材5には、半径方向を8等分して等間隔に放射状に延びるスリット状の切欠溝部5e−1が切欠して形成されており、扇形状をなす放熱フィン5eが配列されている。この切欠溝部5e−1は、一平面上に連続的に形成されている。
In FIG. 7 (c), a circular
なお、上記変形例では、放熱フィン5a〜5eが放熱部材5の表面と同一平面上にあって全て同一の高さを有しているが、これに限定されるものではなく、例えば放熱部材5の表面と異なる高さを有する放熱フィン5a〜5eであっても構わない。凹陥部5a−1,5b−1、及び切欠溝部5c−1,5d−1,5e−1にあっても、異なる深さに設定されても構わない。
In the above modification, the radiating
また、上記実施の形態、変形例、及び図示例に係る圧電アクチュエータ1は、例えば使用対称物の形状や大きさ等に応じて圧電素子2及び放熱部材5の形状、大きさ、配置個数、配置位置や配置形状などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができる。
In addition, the
[第3の実施の形態]
(触覚呈示装置の構成)
以上のように構成された圧電アクチュエータ1は、触覚呈示装置の駆動源を構成する。ここで、図8を参照すると、同図には、第3の実施の形態に係る触覚呈示装置100の機能ブロック図の一例が示されている。
[Third Embodiment]
(Configuration of tactile presentation device)
The
上記第1の実施の形態では、圧電素子2に振動板3を固着した構成が例示されているが、これに限定されるものではない。圧電アクチュエータ1は、操作者により操作入力を受けるタッチパネル又はスイッチボタンなどにより形成される操作部材101を振動板とし、操作部材101の操作面の背面に対して直接に配置されてもよい。圧電アクチュエータ1が操作部材101の操作面の背面に配置される場合は、操作面の背面に所定の距離をもって離間した状態で配置されていてもよい。
In the first embodiment, the configuration in which the
この触覚呈示装置100は、圧電アクチュエータ1、検出部102及び制御部103を備えている。検出部102は、静電容量方式センサ又は力センサ等からなり、操作部材101の操作面が操作者の操作入力を受け付けた際に操作入力を検出する。制御部103は、圧電アクチュエータ1を制御するマイクロコンピュータである。
The tactile
制御部103は、CPU、ROM及びRAM等の各種の構成要素を実現する制御プログラム、制御プログラムを格納する記憶ユニット、外部接続用インターフェースを中心にハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せにより実現される。その方法や装置としては、従来周知の各種の方法や装置を用いることができることは勿論である。
The
制御部103は、検出部102からの検出信号を入力することで、圧電アクチュエータ1に所定の駆動電圧を印加する。制御部103が圧電アクチュエータ1に駆動電圧を印加することで、圧電アクチュエータ1が伸縮する。
The
圧電アクチュエータ1が取り付けられた操作部材101は、圧電アクチュエータ1の伸縮に合わせて変形し、操作者により操作入力を受ける操作面が振動する。この振動は、操作部材101に接触する操作者に伝達されることになる。
The
(第3の実施の形態の効果)
以上のように構成された触覚呈示装置100によると、以下の効果が得られる。
(Effect of the third embodiment)
According to the tactile
(1)圧電アクチュエータ1の放熱特性を向上させることができるため、良好な操作感及び振動刺激操作感触を得ることが可能となる。
(2)筐体の内部にヒートパイプ等の特別な放熱機構を設ける必要がないため、構造を簡素化することができる。その結果、構成部品点数の削減による原価低減効果と軽量化とが得られる。
(1) Since the heat dissipation characteristics of the
(2) Since it is not necessary to provide a special heat dissipation mechanism such as a heat pipe inside the housing, the structure can be simplified. As a result, the cost reduction effect and weight reduction by reducing the number of components can be obtained.
なお、触覚呈示装置100は、車両のインストルメントパネル、ステアリングホイールやセンターコンソールなどの各種内装品に装着することができる。
In addition, the tactile
また、触覚呈示装置100は、車載機器を遠隔操作するための入力装置、携帯電話機やカメラなどの各種の携帯情報端末装置の入力デバイスとして用いることができることは勿論である。
In addition, the tactile
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例、及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例、及び図示例は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 As is apparent from the above description, typical embodiments, modifications, and illustrations according to the present invention have been illustrated. However, the above-described embodiments, modifications, and illustrations are within the scope of the claims. It does not limit the invention concerned. Therefore, it should be noted that not all the combinations of features described in the above embodiments, modifications, and illustrated examples are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention.
1…圧電アクチュエータ、2…圧電素子、3…振動板、4…支持部、5…放熱部材、5a〜5e…放熱フィン、5a−1,5b−1…凹陥部(切欠溝部)、5a−2…凹陥面、5c−1,5d−1,5e−1…切欠溝部、100…触覚呈示装置、101…操作部材、102…検出部、103…制御部、A…空気
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧電素子に取り付けられ、前記圧電素子の熱を放熱する放熱部材とを備え、
前記放熱部材の表面には、切欠溝部が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 A piezoelectric element;
A heat dissipating member attached to the piezoelectric element and dissipating heat of the piezoelectric element;
A piezoelectric actuator characterized in that a notch groove is formed on a surface of the heat radiating member.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015038334A JP2016162060A (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Piezoelectric actuator and tactile sense presentation device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108845710A (en) * | 2018-07-27 | 2018-11-20 | 上海天马微电子有限公司 | Touch panel and its driving method, touch device |
WO2020146226A1 (en) * | 2019-01-11 | 2020-07-16 | Embr Labs Inc. | Thermal and vibrotactile haptic actuators |
-
2015
- 2015-02-27 JP JP2015038334A patent/JP2016162060A/en active Pending
Cited By (2)
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