JP2017091109A - 振動体の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して支持することができる振動体の支持構造を提供する。【解決手段】振動体の支持構造は、操作を受ける操作面１１が振動する振動体１０と、振動体１０に対向して配置されたベース部材３０と、ベース部材３０に振動体１０を支持する支持板部材４０とを備えている。支持板部材４０は、ベース部材３０から立ち上がる第１脚部４１を有し、第１脚部４１に振動体１０の振動に追従して伸縮可能にする複数の湾曲形状を形成した板バネ部材からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、振動体の支持構造に係り、特に、操作者に触覚刺激操作感触を与える振動体の支持構造に関する。

操作者に触覚刺激操作感触を与える振動体を備えた電子機器の一例としては、例えば振動機能付きのタッチパネルを備えた電子機器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された電子機器におけるタッチパネルの支持構造は、圧電素子の作動により振動する矩形のタッチパネルをベースに支持するフレーム形状の支持部を備えている。支持部は、樹脂又はゴムからなり、タッチパネルの周縁の全周に設けられている。

この種のタッチパネルの支持構造の他の一例としては、例えばディスプレイモニタの表示面上にタッチパネルを保持するためのパネル固定用フレームが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

上記特許文献２に記載されたパネル固定用フレームは、ディスプレイモニタに固定されるフレーム本体と、フレーム本体に矩形のタッチパネルの四隅を固定するためのホルダとを備えている。ホルダは、シリコン系の樹脂又はゴムからなり、タッチパネルの四隅を差し込んで支持するように構成されている。

特開２０１４−９９２１０号公報 特開２０１０−４４４９７号公報

上記特許文献１に記載のタッチパネルの支持構造は、タッチパネルの周縁の全周を支持する構造となっている。その構造上、タッチパネルの振動に合わせて変形し易い柔軟な素材で支持する場合は、タッチパネルの振動に伴い、素材の内部で振動エネルギーを吸収してタッチパネルの振動を減衰させてしまうという問題点があった。

一方、上記特許文献２に記載のタッチパネルの支持構造は、タッチパネルの四隅を差し込んで支持する構造となっている。その構造上、タッチパネルを掴む領域が小さくなり、タッチパネルの取付強度が不足してしまうという問題点があった。

従って、本発明の目的は、安定して支持することができる振動体の支持構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、操作を受ける操作面が振動する振動体と、前記振動体に対向して配置されたベース部材と、前記ベース部材に前記振動体を支持する支持板部材と、を備え、前記支持板部材は、前記ベース部材から立ち上がる第１脚部を有し、前記第１脚部に前記振動体の振動に追従して伸縮可能にする複数の湾曲形状を形成した板バネ部材からなることを特徴とする振動体の支持構造を構成している。

本発明に係る振動体の支持構造において、前記支持板部材は、前記第１脚部に湾曲された第１湾曲部と、前記第１湾曲部から前記振動体に沿って延びる第２脚部と、前記第２脚部から前記振動体側に折り返して湾曲された第２湾曲部と、前記第２湾曲部から前記振動体に沿って延びるとともに、前記振動体の裏面に固定される延出部とを有していることが好適である。

更に、本発明に係る振動体の支持構造において、前記支持板部材は、前記第１脚部に曲線状に延びる曲線部を有していることが好ましい。

更に、本発明に係る振動体の支持構造では、前記支持板部材は、前記第１脚部の基端から前記ベース部材に沿って延びる固定部を有し、前記固定部が前記ベース部材に固定されていることが好ましい。

更にまた、本発明に係る振動体の支持構造では、前記支持板部材における前記振動体を支持する支持位置は、前記振動体の振動の節部であることが好ましい。

本発明によれば、振動体を確実に安定して支持することができる支持構造が得られる。

本発明に好適な第１の実施の形態に係る振動体の支持構造を備えた操作装置を説明する説明図である。 振動体に発生する振動の概念を説明する説明図である。 振動体の支持構造を構成する部品を説明する説明図である。 振動体の支持構造を構成する部品の取付部位を説明するための図である。 振動体が振動したときの振動体の支持構造を構成する部品の動きを説明する説明図（ａ）及び（ｂ）である。 振動体の支持構造を構成する部品の第２の実施の形態を示す説明図である。

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。

［第１の実施の形態］
（操作装置の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、第１の実施の形態に係る典型的な振動体の支持構造を備えた操作装置を模式的に例示している。この操作装置１は、例えば操作指等の検出対象物により、タッチ操作、押圧操作やなぞり操作等の操作を行った際の静電容量の変化を検出するタッチパネルを備えた静電容量式のタッチパネル装置として構成されている。

なお、静電容量式のタッチパネルに代えて、例えば抵抗膜方式、赤外線方式やＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）方式等のタッチパネルが用いられることもある。

操作装置１は、図１及び図２に示すように、操作を受ける操作面１１を有する操作部である操作パネル１０と、操作パネル１０を支持するベース部材である筐体３０とを備えている。操作パネル１０の裏面１２には、操作パネル１０に触覚呈示のための振動を付与する加振部であるアクチュエータ２０が固定されており、操作パネル１０は、操作者に触覚刺激操作感触を与える振動体を構成している。

操作パネル１０及び筐体３０の間には、操作パネル１０の両側を支持する支持板部材４０，４０が配置されており、操作パネル１０が筐体３０に対向して支持されている。筐体３０は、操作パネル１０を支持することができる剛性を有する材質であればよく、例えば金属材料又は樹脂材料からなる。

操作パネル１０の操作面１１の裏側には、例えばガラス板等の透明基板上に図示しない複数本の駆動電極と、各駆動電極と交差する部分である検出点の静電容量を読み出す図示を省略した複数本の読出電極とが行列状に配置されており、直交座標系であるＸＹ座標が設定されている。これらの電極は、ＩＴＯ等の透明材料からなる。

操作パネル１０は、各駆動電極の駆動毎に読出電極から順次読み出される容量値を数値化し、この数値化された容量値に基づいて算出された検出点の座標を含む情報が操作検出信号として図示しない制御部に周期的に出力するように構成されている。ＸＹ座標の算出には、例えば加重平均法が用いられる。

制御部は、操作検出信号と閾値との比較結果に基づいて検出対象物の操作の有無を判別する。操作検出信号が制御部に入力することで、アクチュエータ２０を駆動する駆動信号が制御部からアクチュエータ２０へ出力される。

図示例のアクチュエータ２０は、固定板２１と１枚の圧電素子２２とによって構成されており、例えばスパッタ法や蒸着法等で形成された図示しない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モノモルフ型の圧電アクチュエータである。

アクチュエータ２０としては、例えば２枚の圧電素子を固定板の両面に設けたバイモルフ型アクチュエータ、又は複数枚の圧電素子を積層することによって構成される積層モノモルフ型アクチュエータが用いられてもよい。モノモルフ型は、駆動電圧が圧電素子に印加されることで伸張及び収縮する。

アクチュエータ２０の他の一例としては、例えば弾性板の両面に圧電素子を貼り合わせることによって構成されるバイモルフ型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に印加されることでアーチ状に湾曲する。なお、圧電アクチュエータに代えて、例えば電磁アクチュエータ等であっても構わない。

固定板２１は、例えば導電性を有するアルミニウム、ニッケル、銅、鉄等の金属材料、それらを含有する合金材料、ステンレス等の合金材料、あるいは合成樹脂等の非導電性材料を用いて形成される。

圧電素子２２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。なお、成膜技術を用いて、固定板２１の表面又は操作パネル１０の裏面１２に圧電材料層を成膜することで圧電素子２２を形成することができる。

圧電素子２２は、検出対象物の操作を検出する操作検出信号に基づいて制御部から出力される駆動信号で駆動することにより伸縮する。この伸縮に合わせて固定板２１が変形し、固定板２１が取り付けられた操作パネル１０の操作面１１が振動する。

アクチュエータ２０は、操作パネル１０を所定の共振周波数で振動させる。この共振周波数は、操作パネル１０の共振周波数に一致するように設定されている。アクチュエータ２０を共振周波数で駆動することで、操作パネル１０は、アクチュエータ２０の加振により操作パネル１０の共振周波数で振動する。

共振周波数は、超音波帯の周波数に設定された超音波振動である。超音波は、人間の耳には聞こえない高い振動数をもつ可聴域以上の弾性振動波（音波）であり、例えば約２０ｋＨｚから４０ｋＨｚ程度の周波数帯域である。

（操作パネルの支持構造）
操作パネル１０により構成される振動体の両側は、支持板部材４０，４０を介して筐体３０の底面に支持されている。その構造上、図２に示すように、アクチュエータ２０の加振によって共振周波数の定常波（定在波）の振動が操作パネル１０の操作面１１に発生する。定常波は、振幅が最大になる複数の腹と振幅が最小になる複数の節とを有するｎ次の振動モードの振動波形Ｗであり、操作パネル１０に腹の位置と節の位置とが交互に生成される。

ところで、定常波の振動が励起される振動体の支持構造において、矩形の振動体の四隅を差し込んで支持する上記特許文献２記載のようなホルダを振動の減衰が少ない硬い材質により構成する場合は、振動エネルギーの損失を少なくすべく振動体を掴む領域を小さく設定するので、振動体の取付強度が不足するばかりでなく、ホルダの製造が困難になる。

一方、バネ要素を単に略Ｌ字状に折り曲げた板バネ部材を使用する場合は、振動体の円弧運動に起因する縦方向の運動に対し、板バネ部材が縦方向には動けないため、縦方向に移動する必要が発生した振動体により振動エネルギーが奪われてしまう。

そこで、第１の実施の形態は、操作パネル１０の振動に追従する複数の湾曲形状を有する一対の支持板部材４０，４０で、筐体３０に操作パネル１０を支持することに主要な構成を有している。この支持板部材４０は、縦方向（Ｚ方向）及び横方向（Ｘ方向）の伸縮を可能にする複数の湾曲形状を有する板バネ部材からなり、操作パネル１０の対向する端縁辺に沿って面対称に配置されている。

図示例による一対の支持板部材４０は、実質的に同一の形状、構成及び機能を有している。従って、以下の説明においてアクチュエータ２０側の支持板部材４０に関する詳細な説明は省略する。

この支持板部材４０は、図１〜４に示すように、プレス加工することで、横方向に開口した略Ｕ字状に折り曲げられる形態と、その途中で略Ｌ字状に折り曲げられる形態とを有するように形成された１枚の長尺の板材から構成されており、尖った角状の部位を有しない。板材の素材としては、特に限定されるものではないが、例えば強度、加工性、疲労特性が優れた材料であるベリリウム銅を利用することができる。

図示例による支持板部材４０は、筐体３０の底面から縦方向に立ち上がる第１脚部４１と、第１脚部４１から交差する横方向に略Ｌ字状に湾曲された第１湾曲部４２と、第１湾曲部４２から操作パネル１０に沿って延びる第２脚部４３と、第２脚部４３から操作パネル１０側に折り返して略横Ｕ字状に湾曲された第２湾曲部４４とを有しており、第２湾曲部４４から操作パネル１０に沿って延びる延出部４５を更に有している。

支持板部材４０において、延出部４５は、操作パネル１０の裏面１２に接着又は両面テープ等の手段によって固定する固定部として構成されている。一方、第１脚部４１の基端は、延出部４５と略平行に折曲成形して操作パネル１０に沿って延びる固定部４６を有しており、この固定部４６を筐体３０の底面に接着又はビス等の手段により固定している。

支持板部材４０において、第１湾曲部４２と第２湾曲部４４とは、互いに逆方向に湾曲して形成されており、第１湾曲部４２及び第２湾曲部４４を介して第１脚部４１と第２脚部４３とが延出部（固定部）４５と固定部４６とを連結する連結部として構成されている。この構成により、縦方向に移動する必要が発生した操作パネル１０の振動に追従して支持板部材４０が動けるようになり、振動エネルギーの損失が防止される。

操作パネル１０の振動を阻害しにくく、振動の吸収を抑制する観点から、支持板部材４０としては、操作パネル１０の振動の節部１３となる一辺部に配置することが好適である。操作パネル１０は、振動の節部１３を中心Ｏとして往復円弧運動する形態になっており、支持板部材４０の支持位置は、操作パネル１０の節部１３を中心Ｏとする円軌道上に配置されている。

この支持板部材４０は、第１脚部４１、第１湾曲部４２、第２脚部４３、及び第２湾曲部４４からなる連結部を介して延出部４５及び固定部４６を互いに連結する構造を備えていることから、操作パネル１０の回転による縦方向の運動だけでなく、操作パネル１０の回転による横方向の運動を可能としている。このような構成により、操作面１１の振動に追従して振動の節部１３を中心Ｏとする回転角度θの範囲内で、支持板部材４０を伸縮変形させることが可能になる。

ここで、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照すると、これらの図には、操作パネル１０が振動したときの支持板部材４０の動きの一例が模式的に示されている。

図２、図５（ａ）、及び図５（ｂ）に示すように、アクチュエータ２０の加振によって定常波の振動が操作パネル１０の操作面１１に発生すると、操作パネル１０は、振動の節部１３を中心Ｏとする縦方向に振動することになる。支持板部材４０における操作パネル１０に固定された延出部４５は、操作パネル１０の節部１３を中心Ｏとする円軌道を描いて操作パネル１０の傾きに追従する。

支持板部材４０は、伸縮を可能にする第１及び第２湾曲部４２，４４を介して筐体３０に対して湾曲変位可能に形成されており、操作パネル１０の節部１３を中心Ｏとする回転による縦方向の運動に追従するとともに、操作パネル１０の節部１３を中心Ｏとする回転による横方向の運動に追従する。

第１脚部４１、第１湾曲部４２、第２脚部４３、及び第２湾曲部４４からなる連結部を備えた支持板部材４０により、操作パネル１０の節部１３を中心Ｏとする回転角度θに対する板バネ部材の伸縮量が変化することで、振動エネルギーを損失することなく、操作パネル１０の振動が許容されることになる。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された第１の実施の形態に係る操作パネル１０の支持構造によれば、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

操作パネル１０の節部１３を減衰の少ないバネ要素で支持するとともに、バネ要素を伸縮可能に湾曲させた構成を備えていることから、操作パネル１０の振動を阻害しにくく、振動の吸収が少なくなり、壊れにくく、しかも簡単に製造することができる。

支持板部材４０は、操作パネル１０の回転による縦方向の運動だけでなく、操作パネル１０の回転による横方向の運動が可能であるため、操作パネル１０の回転角度θに対する支持板部材４０の伸縮量を自由に変化させることができるようになる。

支持板部材４０を板バネ部材とする簡単な構造でありながら、支持板部材４０に必要とされる弾性や伸縮性等を確保することができる。

尖った角状の部位を有しない支持板部材４０を形成しているので、支持板部材４０の変形による応力は、一点において集中して作用することがない。支持板部材４０の第１湾曲部４２と第２湾曲部４４とのそれぞれの曲面において緩和させることができるとともに、支持板部材４０の耐久性をも向上させることが可能になる。

［第２の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、第１脚部４１から交差する横方向に略Ｌ字状に湾曲された第１湾曲部４２と、第１湾曲部４２から操作パネル１０に沿って延びる第２脚部４３と、第２脚部４３から操作パネル１０側に折り返して略Ｕ字状に湾曲された第２湾曲部４４とを備えた板バネ部材からなる支持板部材４０を例示したが、これに限定されるものではない。板バネ部材の板厚、幅、長さ、湾曲度、形状、材料、ばね定数、変形量等は、振動体である操作パネル１０の共振周波数を考慮して設計することができる。

第２の実施の形態に係る支持板部材４０は、図６に示すように、プレス加工することにより、横方向に開口した略Ｕ字状に折り曲げられる形態と、その途中で略Ｌ字状に折り曲げられる形態と、その途中で曲線状に折り曲げられる形態とを有するように形成された１枚の板材から構成されている。

第２の実施の形態においては、支持板部材４０の第１脚部４１の途中で曲線状に折り曲げられた形態を有する点で上記第１の実施の形態と異なるが、その他の構造は、上記第１の実施の形態と実質的に変わるところはない。従って、図６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。

第２の実施の形態に係る支持板部材４０にあっては、第２脚部４３から交差する略Ｌ字状に湾曲された第１湾曲部４２と、第１湾曲部４２から第１脚部４１に向けて曲線状に延びる曲線部４７とを備えている。この曲線部４７には、湾曲面４７ａが形成されている。この支持板部材４０は、第１湾曲部４２と曲線部４７とが互いに反対側に膨出した形態で略Ｓ字状に形成されており、伸縮性を高める構成となっている。

（第２の実施の形態の効果）
以上のように構成された第２の実施の形態に係る操作パネル１０の支持構造によれば、上記第１の実施の形態における効果に加えて、支持板部材４０の変形に対する追従性を高めることができる。

［変形例］
本発明における操作パネル１０の支持構造の代表的な構成例を実施の形態、変形例、及び図示例を挙げて説明したが、次に示すような他の変形例も可能である。

操作パネル１０を支持する支持板部材４０は、図２に示すように、操作パネル１０の対向する端縁辺に沿って面対称に配置されていたが、これに限定されるものではない。支持板部材４０は、例えば操作パネル１０の対向する端縁辺の中間部の複数の位置に分散して配置してもよく、あるいは操作パネル１０の四隅に配置しても構わない。対向する一対の支持板部材４０は、互いに同方向に配置してもよい。

また、支持板部材４０は、筐体３０の底面から立ち上がる第１脚部４１の基端に折曲成形された固定部４６を筐体３０の底面に固定したが、これに限定されるものではなく、例えば第１脚部４１の基端を筐体３０の側面等に固定することができる。

更に、操作パネル１０は、例えば使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態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。

更にまた、操作者に触覚刺激操作感触を呈示する振動体の支持構造としては、例えばマウス、キーボードや押圧操作ノブなどに適用することができる。

なお、操作装置１は、例えば車載機器、パーソナルコンピュータ、携帯電話機やゲーム機などの各種の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。

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。

１…操作装置、１０…操作パネル、１１…操作面、１２…裏面、１３…節部、２０…アクチュエータ、２１…固定板、２２…圧電素子、３０…筐体、４０…支持板部材、４１…第１脚部、４２…第１湾曲部、４３…第２脚部、４４…第２湾曲部、４５…延出部、４６…固定部、４７…曲線部、４７ａ…湾曲面、Ｏ…中心、Ｗ…振動波形、θ…回転角度

Claims (5)

1. 操作を受ける操作面が振動する振動体と、
   前記振動体に対向して配置されたベース部材と、
   前記ベース部材に前記振動体を支持する支持板部材と、
   を備え、
   前記支持板部材は、前記ベース部材から立ち上がる第１脚部を有し、前記第１脚部に前記振動体の振動に追従して伸縮可能にする複数の湾曲形状を形成した板バネ部材からなることを特徴とする振動体の支持構造。
2. 前記支持板部材は、前記第１脚部に湾曲された第１湾曲部と、前記第１湾曲部から前記振動体に沿って延びる第２脚部と、前記第２脚部から前記振動体側に折り返して湾曲された第２湾曲部と、前記第２湾曲部から前記振動体に沿って延びるとともに、前記振動体の裏面に固定される延出部とを有してなる請求項１に記載の振動体の支持構造。
3. 前記支持板部材は、前記第１脚部に曲線状に延びる曲線部を有してなる請求項１又は２に記載の振動体の支持構造。
4. 前記支持板部材は、前記第１脚部の基端から前記ベース部材に沿って延びる固定部を有し、前記固定部が前記ベース部材に固定されてなる請求項１から３のいずれか１項に記載の振動体の支持構造。
5. 前記支持板部材における前記振動体を支持する支持位置は、前記振動体の振動の節部である請求項１から４のいずれか１項に記載の振動体の支持構造。

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