JP2017138836A - タッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルを備える携帯情報端末において、触覚式のタッチパネルよりも、ハードキーの操作感に近い操作感を与えることができるタッチパネル装置を提供する。【解決手段】携帯情報端末Ｓの表示器１０に重なるタッチパネル１と、表示器１０が表示する情報の位置とタッチパネル１のタッチ位置を検出可能な制御装置１６と、表示器１０の裏面側で筐体２内に設けられた支持ベースに取り付けられた錘１５を備えて制御装置１６に駆動されるピエゾアクチュエータ１４から形成されるピエゾアクチュエータモジュールＰ１−Ｐ３とを備えるタッチパネル装置において、表示器１０が表示する情報の位置とタッチパネル１のタッチ位置とが一致しない場合に、制御装置１６にピエゾアクチュエータ１４を駆動させて錘１５をタッチパネル１から離れる方向に移動させ、使用者が空振り感を感じるようにしたものである。【選択図】図８

Description

本出願はタッチパネル装置に関する。

近年、２つ折りの形状で小型の画面とキーボードを備える携帯型電話機（フィーチャーフォン）は、大きな表示画面を備える一体型のスマートフォンへと急速に切り替わってきている。フィーチャーフォンでは操作する対象がハードキー（ボタン）であったが、スマートフォンでは操作する対象が表示画面の上に設けられたタッチパネルである。ハードキーの場合、操作する際に反発（クリック感）が存在するため、使用者が操作していることを容易に認識できる。しかし、タッチパネルでは、画面に指でタッチしたり、指をスライドさせる操作（特許文献１参照）であるために、使用者にとってハードキーとの操作感の乖離が大きく、使用者が違和感を感じてしまう。

タッチパネルでも、ハードキーを押しているかのような操作感が求められており、タッチパネルの中には、画面にタッチした時に既存のバイブレータや振動板を使用して、タッチ時にこれらを振動させてタッチしたことを認識させるようにしたものがある。

図１は、比較技術の触覚式のタッチパネル１を備えるスマートフォン９の概略構造を、断面で示すものである。スマートフォン９の筐体（外装ケースと称することがある）２は一面が開口したバスタブ形状をしており、タッチパネル１は外装ケース２の開口部３に設けられた段差部４に固定材５を用いて取り付けられた表示器１０の上に配置されている。外装ケース２の底面２Ｂに突設されたボス２Ｔの上には、取付部材６を用いてプリント回路基板７が取り付けられている。そして、プリント回路基板７の上には、図示を省略した電子部品の他に、モータ８Ｍの回転軸８Ａに偏心錘８Ｗを取り付けたバイブレータ８が実装されている。

以上のような構造を備えるスマートフォン９では、タッチパネル１がタッチされると、図示を省略した電子部品により、バイブレータ８のモータ８Ｍが短い時間だけ回転し、回転軸８Ａに取り付けられた偏心錘８Ｗによりバイブレータ８が振動する。バイブレータ８の振動は、外装ケース２を通じてスマートフォン９の全体に伝わり、タッチパネル１を微小連続振動させることにより、使用者がタッチパネル１にタッチしたことを認識できるようになっている。

特表２００８−５３２１１５号公報 特開２０１３−９３００６号公報

しかし、ハードキーの操作感はクリック感であり、図１に示されるような触覚式のタッチパネル１における操作感は微小連続振動であるので、使用者のタッチパネル１の操作感とハードキーの操作感との間には、依然として大きな乖離が存在するという課題がある。

１つの側面では、本出願は、タッチパネルを備えるスマートフォン等の携帯情報端末において、操作感が振動である触覚式のタッチパネルよりも、ハードキーの操作感に近い操作感を与えることができるタッチパネル装置を提供することを目的とする。

１つの形態によれば、携帯情報端末の表示器に重ねて配置されるタッチパネルと、表示器及びタッチパネルに接続し、表示器が表示する情報の位置と、タッチパネルのタッチ位置を検出可能な制御装置と、表示器の裏面側で携帯情報端末の筐体内に設けられた支持ベースに取り付けられて制御装置に駆動されるピエゾアクチュエータと、ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量とを備える少なくとも１個のピエゾアクチュエータモジュールとを備え、制御装置は、表示器が表示する情報の位置とタッチパネルのタッチ位置とが一致しない場合に、ピエゾアクチュエータを駆動して、慣性質量をタッチパネルから離れる方向に移動させるタッチパネル装置が提供される。

開示のタッチパネル装置には、ピエゾアクチュエータの配置と慣性質量である錘の配置により生じる単波長の大きな振動により、タッチパネルの操作時に、ハードキーと同様の操作感が得られるという効果がある。

比較技術におけるバイブレータを用いた触覚式のタッチパネルを備えたスマートフォンの概略構造を示す断面図である。 （ａ）は、開示のタッチパネルを備える携帯端末の一例であるスマートフォンの正面図、（ｂ）は、開示のタッチパネルを備える携帯端末の別の例であるタブレットの正面図である。 （ａ）は、第１の実施例のタッチパネルを備えたスマートフォンの、タッチパネルの下部にある部材をタッチパネル側から透視して示す透視平面図、（ｂ）は、（ａ）に示したスマートフォンの内部を側面側から透視して内部の部品の配置を示す透視側面図である。 （ａ）は、図３（ａ）に示したスマートフォンのタッチパネルのタッチ位置を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）に示した第１のピエゾアクチュエータモジュールの駆動波形を示す波形図、（ｃ）は、（ａ）に示した第２のピエゾアクチュエータモジュールの駆動波形を示す波形図、（ｄ）は、（ａ）に示した第３のピエゾアクチュエータモジュールの駆動波形を示す波形図である。 （ａ）は、図３（ａ）に示したスマートフォンのタッチパネルがタッチされた時の、ピエゾアクチュエータモジュールの制御装置の処理の一例を示すフローチャート、（ｂ）は（ａ）に示した制御装置の処理の変形例を示す部分フローチャートである。 （ａ）は、第１の実施例のスマートフォンにおけるタッチパネルを座表面とした時のピエゾアクチュエータモジュール、スマートフォンの重心及びタッチ位置の座標を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）に示したタッチパネルのＸ方向の力のモーメント関係図、（ｃ）は、（ａ）に示したタッチパネルのＹ方向の力のモーメント関係図である。 （ａ）は、開示のタッチパネルの１つのピエゾアクチュエータモジュールの伸長運動時の錘の運動方向を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）に示したピエゾアクチュエータの駆動電圧、ピエゾアクチュエータモジュールの発生振幅、及びスマートフォンの筐体が受ける力を示す波形図である。 （ａ）は、開示のタッチパネルの１つのピエゾアクチュエータモジュールの収縮運動時の錘の運動方向を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）に示したピエゾアクチュエータの駆動電圧、ピエゾアクチュエータモジュールの発生振幅、及びスマートフォンの筐体が受ける力を示す波形図である。 開示のタッチパネルをユーザーがタッチした時の操作荷重の変化に対して、１つのピエゾアクチュエータモジュールに伸長させた後に直ちに収縮させる駆動荷重を与えた時のユーザーの体感荷重を示す波形図である。 （ａ）は、第２の実施例のタッチパネルを備えたスマートフォンの、タッチパネルの下部にある部材をタッチパネル側から透視して示す透視平面図、（ｂ）は、（ａ）に示したスマートフォンの内部を側面側から透視して内部の部品の配置を示す透視側面図である。 （ａ）は、第３の実施例のタッチパネルを備えたスマートフォンの、タッチパネルの下部にある部材をタッチパネル側から透視して示す透視平面図、（ｂ）は、（ａ）に示したスマートフォンの内部を側面側から透視して内部の部品の配置を示す透視側面図である。

以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図１で説明したタッチパネル１、スマートフォンの筐体２、表示器１０、及び制御装置１６については、以後も同じ符号を付して説明する。

図２（ａ）は、タッチパネル１が重ね合わされた表示器１０を備えた携帯情報端末の一例であるスマートフォンＳの正面図である。スマートフォンＳの筐体２には、ランプＳ１，センサＳ２，受話口Ｓ３，カメラＳ４等が設けられている。図２（ｂ）は、開示のタッチパネル１が重ね合わされた表示器１０を備えた携帯情報端末の別の例であるタブレットＴの正面図である。タブレットＴの筐体２には、ＬＥＤＴ１，センサＴ２，スピーカＴ３，カメラＴ４、マイクロフォンＴ５等が設けられている。本出願が対象とするタッチパネル装置は、このようなタッチパネル１が重ね合わされた表示器１０を備えた携帯情報端末に適用が可能であるが、スマートフォンＳやタブレットＴに限定されるものではない。以後の実施例では、携帯情報端末として、スマートフォンを代表例として説明する。

図３（ａ）は、第１の実施例のタッチパネル１を備えたスマートフォンＳの、筐体２に設けられたタッチパネル１が重ね合わされた表示器１０の下部にある部材を、タッチパネル１側から透視して示す透視平面図である。タッチパネル１が重ね合わされた表示器１０の下の筐体２の内部には、メイン回路基板１１、サブ回路基板１２及び電池１３がある。メイン回路基板１１の上には、制御装置１６と第１のピエゾアクチュエータモジュールＰ１、サブ回路基板１２の上には、第２のピエゾアクチュエータモジュールＰ２と第３のピエゾアクチュエータモジュールＰ３が設けられている。ここでは、筐体２の内部において、支持ベース（回路基板）を備え、支持ベースの上にピエゾ素子（ピエゾアクチュエータ）を備え、更にその上部に慣性質量（錘）を備えるものをピエゾアクチュエータモジュールと定義する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したスマートフォンＳの内部を側面側から透視して内部の部品の配置を示す透視側面図である。図３（a）において説明したように、タッチパネル１が重ね合わされた表示器１０の下の筐体２の内部には、メイン回路基板１１、サブ回路基板１２及び電池１３があり、メイン回路基板１１は電池１３の上部にあり、サブ回路基板１２は電池１３の下部にある。第１の実施例では、第１のピエゾアクチュエータモジュールＰ１は、支持ベースとなるメイン回路基板１１の上に、ピエゾアクチュエータ１４と錘１５がこの順に積み重ねられて形成される。同様に、第２と第３のピエゾアクチュエータモジュールＰ２、Ｐ３は、支持ベースとなるサブ回路基板１２の上に、ピエゾアクチュエータ１４と錘１５がこの順に積み重ねられて形成される。

メイン回路基板１１の上に配置された制御装置１６は、表示器１０への情報の表示制御、タッチパネル１のタッチされた場所の検出、複数のピエゾアクチュエータ１４への駆動電圧の制御等を行うことができる。すなわち、制御装置１６は、タッチパネル１がタッチされた場所に応じて、複数のピエゾアクチュエータ１４に対して、異なる駆動電圧を出力することができる。なお、本実施例では、制御装置１６はメイン回路基板１１の上に配置されているが、筐体２内の制御装置１６の位置は特に限定されるものではない。

図４（ａ）は、図３（ａ）に示したスマートフォンＳのタッチパネル１を指Ｆでタッチした時のタッチ位置を示す平面図である。本図には、３つのピエゾアクチュエータモジュールＰ１、Ｐ２、Ｐ３の位置が実線で示してある。指Ｆによるタッチパネル１のタッチ位置Ｕ、すなわちユーザーの操作点Ｕ、がスマートフォンＳの表示器１０の操作対象ポイントに一致した場合は、３つのピエゾアクチュエータモジュールＰ１、Ｐ２、Ｐ３が図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように駆動される。図４（ｂ）、図４（ｃ）及び図４（ｄ）はそれぞれ、第１のピエゾアクチュエータモジュールＰ１の駆動電圧波形、第２のピエゾアクチュエータモジュールＰ２の駆動電圧波形及び第３のピエゾアクチュエータモジュールＰ３の駆動電圧波形を示す波形図である。これらの駆動電圧波形は本願の概念を示す一例であり、図４（ａ）に示したタッチ位置Ｕにおける駆動電圧波形に正確に一致しているものではない。

ここで、図３（ａ）に示したスマートフォンＳのタッチパネル１がタッチされた時の、第１の実施例における制御装置１６の制御処理の概要を、まず、図５（ａ）に示すフローチャートを用いて説明する。すなわち、図５（ａ）は、図３（ｂ）に示したピエゾアクチュエータモジュールＰ１〜Ｐ３を、制御装置１６が制御する制御処理の一例を示すフローチャートである。また、図５（ｂ）に示すフローチャートは、図５（ａ）に示した制御装置１６の制御処理の変形例である。制御装置１６の制御処理の説明の後に、スマートフォンＳの各部位の動作を図６から図９を用いて説明する。

図３（ｂ）で説明したように、第１の実施例では、メイン回路基板１１とサブ回路基板１２の上に配置されたピエゾアクチュエータ１４は、タッチパネル１側から見て、メイン回路基板１１とサブ回路基板１２の裏面側に実装されている。従って、ピエゾアクチュエータ１４が収縮すると錘１５がタッチパネル１に近づく方向に移動し、ピエゾアクチュエータ１４が伸長すると錘１５がタッチパネル１から遠ざかる方向に移動する。そして、錘１５がタッチパネル１に近づく方向に移動すると、単波長の大きな振動が発生する。この振動は筐体２を通じてタッチパネル１に伝わり、タッチパネル１が反発する力となる。逆に、錘１５がタッチパネル１から遠ざかる方向に移動すると、単波長の大きな振動が筐体２を通じてタッチパネル１に逃げる力として加わる。以後の説明において、タッチパネル１に逃げる力が加わった時に、タッチパネル１に触れた指には空振り感が感じられると記載することがある。

図５（ａ）に戻って、制御装置１６の制御処理について説明する。ステップ５０１では、タッチパネルがタッチ操作されたか否かが判定される。そして、タッチパネルが操作されていない時（ＮＯ）は、このルーチンを終了する。一方、タッチパネルが操作されたことが検出された場合（ＹＥＳ）はステップ５０２に進む。ステップ５０２では、制御装置がユーザーのタッチパネル操作時の操作力と操作点のタッチパネルの重心からの位置を検出し、続くステップ５０３では、操作点からの各々のピエゾアクチュエータモジュールの振幅量を計算する。ピエゾアクチュエータモジュールの振幅量は、ピエゾアクチュエータに印加する電圧（振幅電圧）で計算される。タッチパネルの操作点に応じた各ピエゾアクチュエータモジュールの振幅量の計算については本出願の対象ではないので、これ以上の説明を省略する。

ピエゾアクチュエータモジュールの振幅量が計算されるとステップ５０４に進む。ステップ５０４では、ユーザーの表示器の上の操作点が、操作対象のポイントか、すなわち、操作点が表示器上のタッチすべき点と一致しているか否かを制御装置が判定する。そして、操作点が表示器上のタッチすべき点と一致している場合（ＹＥＳ）は、制御装置はステップ５０５の処理を行い、一致していない場合（ＮＯ）は、制御装置はステップ５０８の処理を行う。

操作点が表示器上のタッチすべき点と一致している場合（ＹＥＳ）に行われるステップ５０５では、制御装置は各々のピエゾアクチュエータモジュールを、錘がタッチパネルに近づく方向に駆動する。すなわち、制御装置はピエゾアクチュエータに、錘をタッチパネルに近づける方向に駆動する電圧を印加する。ステップ５０６は、錘がタッチパネルに近づく方向に駆動された場合のピエゾアクチュエータの動作を説明するものである。図３（ｂ）に示した構造のピエゾアクチュエータモジュールＰ１、Ｐ２，Ｐ３では、ピエゾアクチュエータ１４が収縮し、錘１５の移動により筐体２を通じてタッチパネル１にユーザーに対して反発する力が加わる。ピエゾアクチュエータ１４が収縮し、錘１５の移動により筐体２を通じてタッチパネル１にユーザーに対して反発する力が加わると、ステップ５０７に示すように、ユーザーがタッチパネル１にタッチした時にクリック感を感じる。制御装置の処理はステップ５０７で終了する。

一方、操作点が表示器上のタッチすべき点と一致していない場合（ＹＥＳ）に進むステップ５０８では、制御装置は各々のピエゾアクチュエータモジュールを、錘がタッチパネルから離れる方向に駆動する。すなわち、制御装置はピエゾアクチュエータに、錘をタッチパネルから遠ざける方向に駆動する電圧を印加する。ステップ５０９は、錘がタッチパネルから遠ざかる方向に駆動された場合のピエゾアクチュエータの動作を説明するものである。図３（ｂ）に示した構造のピエゾアクチュエータモジュールＰ１、Ｐ２，Ｐ３では、ピエゾアクチュエータ１４が伸長し、錘１５の移動により筐体２を通じてタッチパネル１にユーザーに対して逃げる力が加わる。ピエゾアクチュエータ１４が伸長し、錘１５の移動により筐体２を通じてタッチパネル１にユーザーに対して逃げる力が加わると、ステップ５１０に示すように、ユーザーがタッチパネル１にタッチした時に空振り感を感じる。制御装置の処理はステップ５１０で終了する。

以上説明した制御装置の動作では、操作点が表示器上のタッチすべき点と一致していない場合に、ピエゾアクチュエータが伸長するだけであった。一方、操作点が表示器上のタッチすべき点と一致していない場合に、ピエゾアクチュエータの収縮動作と組み合わせることにより、ユーザーに更に大きな空振り感を与ることができる。これを図５（ｂ）に示した変形例の部分フローチャートにより説明する。図５（ｂ）に示した部分フローチャートのステップ５０８Ａからステップ５１０Ａは、図５（ａ）に示したフローチャートのステップ５０８からステップ５１０に対応する。

操作点が表示器上のタッチすべき点と一致していない場合（ＹＥＳ）は、制御装置はステップ５０８Ａにおいて、各々のピエゾアクチュエータモジュールに駆動電圧を与えて、まず、錘がタッチパネルに近づく方向に移動するように駆動する。制御装置は続いて、各々のピエゾアクチュエータモジュールに駆動電圧を与えて、錘をタッチパネルから離れる方向に移動するように駆動する。すなわち、操作点が表示器上のタッチすべき点と一致していない場合（ＹＥＳ）は、制御装置はまず錘をタッチパネルに近づける方向に移動させ、続いて直ちに、錘をタッチパネルから遠ざける方向に移動させる。

すると、ステップ５０９Ａに示すように、図３（ｂ）に示した構造のピエゾアクチュエータモジュールＰ１、Ｐ２，Ｐ３では、ピエゾアクチュエータ１４が収縮した後に、直ちに伸長する。錘１５のこのような往復移動により、筐体２を通じてタッチパネル１にユーザーに対して一旦反発する力が加わった後に、ストロークの長い逃げる力が加わる。この結果、ステップ５１０Ａに示すように、ユーザーがタッチパネル１にタッチした時に、より強い空振り感を感じる。制御装置の処理はステップ５１０Ａで終了する。

図６（ａ）は、第１の実施例のスマートフォンＳにおけるタッチパネル１を座表面とした時のピエゾアクチュエータモジュールＰ１，Ｐ２、Ｐ３、スマートフォンＳの重心Ｇ及びタッチ位置Ｕの座標を示す説明図である。ここでは、スマートフォンＳの短辺をＸ軸方向、長辺をＹ軸方向とし、この時のピエゾアクチュエータモジュールＰ１，Ｐ２、Ｐ３の座標をそれぞれＰ１（Ｘ_P1，Ｙ_P１）、Ｐ２（Ｘ_P2，Ｙ_P2）、Ｐ３（Ｘ_P3,Ｙ_P3）とする。また、重心Ｇの座標をＧ（Ｘ_G，Ｙ_G）、タッチ位置Ｕの座標をＵ（Ｘ_U、Ｙ_U）とする。

ここで、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したタッチパネル１のＸ方向の力のモーメント関係図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）に示したタッチパネル１のＹ方向の力のモーメント関係図である。制御装置は、操作点Ｕ（Ｘ_U、Ｙ_U）の重心Ｇ（Ｘ_G，Ｙ_G）からの距離から、Ｘ，Ｙ方向それぞれにおいて，モーメントがつり合うようにピエゾアクチュエータモジュールの振動数を調整する。図６（ｂ）、（ｃ）は、Ｘ、Ｙ方向のモーメントのつり合い状態を示している。モーメントがつり合うということは、図６（ａ）に示した筐体２が傾くことなく、平行に上下に動くことである。これにより、スマートフォンＳを手のひらで保持した場合は、タッチパネルがタッチされた時に、指や手のひらはあたかも実際のキーが押されたかのような力を受けることになる。スマートフォンＳを台の上に置いた場合でも、タッチパネルがタッチされた時に、指はあたかも実際のキーを押したかのような力を受けることになる。

これを数式を用いて説明する。力のモーメントＭは、Ｆを力、Ｌを重心Ｇからの距離として、Ｍ＝Ｆ×Ｌで表すことができる。すると、Ｘ方向のそれぞれのポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３及び操作点ＵにおけるモーメントＭ_P1，Ｍ_P2，Ｍ_P3，Ｍ_Uの関係は、以下のように表すことができる。
Ｍ_P1＝Ｆ_P1×Ｌ_P1，Ｍ_P2＝Ｆ_P2×Ｌ_P2，Ｍ_P3＝Ｆ_P3×Ｌ_P3，Ｍ_U＝Ｆ_U×Ｌ_U,
また、全体のモーメントの関係は下記の式１で表すことができる。
Ｍ_P1−Ｍ_U＝Ｍ_P2＋Ｍ_P3
Ｆ_P1×Ｌ_P1−Ｆ_U×Ｌ_U＝Ｆ_P2×Ｌ_P2＋Ｆ_P3×Ｌ_P3・・・（１）

式１を元に、ユーザーの操作点Ｕより、それぞれのピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ２，Ｐ３の振幅量を変化させて筐体２の全体を上方向へ並進運動するように制御する。
また、Ｆ_Gを、筐体２の全体を上方向へ並進運動する力（＝ユーザーに与える力）を示すものとすると、以下のように表すことができる。
Ｍ_P1＋Ｍ_P2＋Ｍ_P3＝Ｆ_G＋Ｍ_U
このことから、ユーザーに与える力Ｆ_Gは以下のように表すことができる。
Ｆ_G＝Ｆ_P1×Ｌ_P1＋Ｆ_P2×Ｌ_P2＋Ｆ_P3×Ｌ_P3−Ｆ_U×Ｌ_U・・・（２）
式２からユーザーの操作力から任意の並進運動する力を制御することができる。
Ｙ方向も同様に制御することができる。

次にユーザーへの力の伝わり方を示す。ピエゾモジュールは、電圧を印加すると、圧電効果によって伸縮する。このときのピエゾモジュールの伸縮の加速度α、ピエゾモジュールに取り付ける錘をｍ₁、筐体２の重量をｍ₀とすると、発生する振幅力Ｆは、以下の式３のように表すことができる。この振幅力Ｆがユーザーの体感する力になる。
Ｆ＝（ｍ₁／ｍ₂）×α・・・（３）

ここで、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すピエゾアクチュエータモジュールＰの構造において、ピエゾアクチュエータ１４が伸縮する時の、ピエゾアクチュエータ１４の駆動電圧、発生振幅、及びスマートフォンＳの筐体２が受ける力を説明する。スマートフォンＳは、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、手や台などの保持物２０の上に載置されているものとする。重量ｍ₀のスマートフォンＳの筐体２の底面２Ｂに設けられたボス２Ｔの上にはメイン回路基板１１が取付部材６で取り付けられており、メイン回路基板１１の上には重量ｍ₁の錘１５が取り付けられている。そして、筐体２の開口部３にタッチパネル１が重ね合わされた表示器１０が設けられている。

図７（ａ）及び図８（ａ）に示す構造では、ピエゾアクチュエータ１４が伸長すると錘１５がタッチパネル１に近づき、ピエゾアクチュエータが収縮すると錘１５がタッチパネル１から遠ざかる。図７（ａ）はピエゾアクチュエータ１４が伸長し、発生する振幅力Ｆがタッチパネル１に向かう場合を示しており、図８（ａ）はピエゾアクチュエータ１４が収縮し、発生する振幅力Ｆがタッチパネル１から離れる場合を示している。

このため、図７（ｂ）は、ピエゾアクチュエータ１４を伸長させる場合の駆動電圧、ピエゾアクチュエータ１４の発生振幅、及びスマートフォンＳの筐体２が受ける力Ｆを示している。この場合は、式３に示したように、慣性質量の関係から、筐体２が表示器１０を押し上げる方向に変異し、この筐体２の変異がタッチパネル１に伝わり、ユーザーがタッチパネル１から反発の力Ｆを感じる。

同様に、図８（ｂ）は、ピエゾアクチュエータ１４を収縮させる場合の駆動電圧、ピエゾアクチュエータ１４の発生振幅、及びスマートフォンＳの筐体２が受ける力Ｆを示している。この場合は、式３に示したように、慣性質量の関係から、筐体２が表示器１０から離れる方向に変異し、この筐体２の変異がタッチパネル１に伝わり、ユーザーがタッチパネル１から反発とは逆の空振り感を得ることができる。このような空振り感は、ユーザーがタッチパネル１の操作不可部分を操作した場合に、ユーザーがタッチパネル１から得られるようにすれば、ユーザーは押し間違いに気づくことができる。

なお、図５（ｂ）で説明したように、ピエゾアクチュエータ１４は一旦伸長させた後に連続して収縮させることができる。すなわち、反発と空振りの振幅を複合して連動して制御することができる。図９は、タッチパネル１をユーザーがタッチした時の操作荷重の変化に対して、１つのピエゾアクチュエータ１４を、伸長させた後に直ちに収縮させるように駆動した場合の、ユーザーの体感荷重を示す波形図である。この場合はタッチパネル１を操作するユーザーは、本来のハードスイッチのような操作感をリアルに再現することが出来る。

図１０（ａ）は、第２の実施例のタッチパネル１を備えたスマートフォンＳＦの、タッチパネル１の下部にある部材をタッチパネル１側から透視して示す透視平面図である。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示したスマートフォンＳＦの内部を側面側から透視して内部の部品の配置を示す透視側面図である。第２の実施例のタッチパネル装置は、本出願のタッチパネル装置がフル基板タイプのスマートフォンＳＦに適用された場合の実施例を示すものである。フル基板タイプのスマートフォンＳＦでは、電池１３とメイン回路基板１１が重なって実装されている。制御装置の図示は省略してある。

フル基板タイプのスマートフォンＳＦでは、メイン回路基板１１の電池１３との対向面にピエゾアクチュエータ１４を実装し、電池１３を接続してピエゾアクチュエータモジュールＰ１〜Ｐ４を形成することができる。すなわち、メイン回路基板１１に電池１３が重なり合っている構造の場合、電池１３をピエゾアクチュエータモジュールＰ１〜Ｐ４の錘として使用することができる。第２の実施例では、メイン回路基板１１と電池１３との間に第１から第４の４つのピエゾアクチュエータモジュールＰ１〜Ｐ４が形成されている。電池１３を錘として活用することにより、装置重量やサイズの増大の影響を少なくすることが出来る。なお、電池１３はスマートフォンＳＦの装置重量に対して１／３程度（約５０g）の重さがあり、錘として活用するには適している。

図１１（ａ）は、第３の実施例のタッチパネルを備えたスマートフォンＳＨの、タッチパネル１の下部にある部材をタッチパネル１側から透視して示す透視平面図である。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示したスマートフォンＳＨの内部を側面側から透視して内部の部品の配置を示す透視側面図である。第３の実施例のタッチパネル装置は、本出願のタッチパネル装置がハーフ＋フル基板タイプのスマートフォンＳＨに適用された場合の実施例を示すものである。ハーフ＋フル基板タイプのスマートフォンＳＨでは、表示器１０に重なるメイン回路基板１１と、メイン回路基板１１とは別に設けられたサブ回路基板１２とがある。

そこで、第３の実施例では、メイン回路基板１１に重なる部分のサブ回路基板１２の上に、錘１５を取り付けたピエゾアクチュエータ１４を設置して、ピエゾアクチュエータモジュールＰ１を形成している。これに加えて、メイン回路基板１１の電池１３との対向面にピエゾアクチュエータ１４を実装し、電池１３を接続してピエゾアクチュエータモジュールＰ２〜Ｐ５を形成している。第３の実施例では、サブ回路基板１２の上に形成された第１のピエゾアクチュエータモジュールＰ１と、メイン回路基板１１と電池１３との間に形成された第２から第５のピエゾアクチュエータモジュールＰ２〜Ｐ５の５つのピエゾアクチュエータモジュールがある。

第３の実施例では、電池１３が表示器１０の裏面全体に渡って設けられておらず、装置の重心が装置の中心に対して偏るため、重心が装置中心に来るようにピエゾアクチュエータ１４と錘１５を実装した構造とする。例えば、第３の実施例では、スマートフォンＳＨのトップ側にピエゾアクチュエータモジュールＰ１を実装している。第３の実施例でも、電池１３を重りとして活用することで装置重量やサイズの増大の影響を少なくすることが出来た。

なお、以上説明した第１から第３の実施例において、ピエゾアクチュエータ１４の厚みは様々な条件により変動するが、目安として１ｍｍ程度は必要である。また、ピエゾアクチュエータ１４の厚みに応じたピエゾアクチュエータ１４の伸縮の加速度、スマートフォンの装置重量に対する錘１５の重量により調整が必要である。

以上説明したように、本出願は、慣性質量と筐体質量間にピエゾアクチュエータを配置し、タッチパネルのタッチ時に慣性質量の移動による反発力により筐体側に力を与えるものであるが、以下の構造によりハードキーと同じような操作感を得ることができる。
（ａ）アクチュエータモジュールを筐体面内方向に複数配置し、筐体にかかるトータルのモーメントを制御することにより、タッチパネルの押し圧にあわせたクリック感が得られるようにした。
（ｂ）従来のクリック感（反発感）とは反対の感覚である新たな感覚としての空振り感を制御的に筐体上のどこの位置においても安定して実現できるようにしし、タッチパネルの操作時に、ハードキーと同じような操作感を得ることが出来るようにした。

以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本出願の容易な理解のために、本出願の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） 携帯情報端末の表示器に重ねて配置されるタッチパネルと、
前記表示器及び前記タッチパネルに接続し、前記表示器が表示する情報の位置と、前記タッチパネルのタッチ位置を検出可能な制御装置と、
前記表示器の裏面側で前記携帯情報端末の筐体内に設けられた支持ベースに取り付けられ、前記制御装置に駆動されるピエゾアクチュエータと、前記ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量とを備える少なくとも１個のピエゾアクチュエータモジュールとを備え、
前記制御装置は、前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致しない場合に、前記ピエゾアクチュエータを駆動して、前記慣性質量を前記タッチパネルから離れる方向に移動させるタッチパネル装置。
（付記２） 前記制御装置は、前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致した場合には、前記ピエゾアクチュエータを駆動して、前記慣性質量を前記タッチパネルに近づける方向に移動させる付記１に記載のタッチパネル装置。
（付記３） 前記制御装置は、前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致しない場合に、前記ピエゾアクチュエータを駆動して、前記慣性質量を前記タッチパネルから離れる方向に移動させる前に、前記慣性質量を前記タッチパネルに近づける方向に移動させ、連続して前記慣性質量を前記タッチパネルから離れる方向に移動させる付記１に記載のタッチパネル装置。
（付記４） 前記ピエゾアクチュエータモジュールは、前記タッチパネルの重心を中心にして、前記重心の周囲に複数個配置されている付記１から３の何れかに記載のタッチパネル装置。
（付記５） 前記ピエゾアクチュエータモジュールは、前記タッチパネルの重心を中心にして、前記携帯情報端末の上部側に第１のピエゾアクチュエータモジュールが設けられ、下部側に第２と第３のピエゾアクチュエータモジュールが配置されている付記４に記載のタッチパネル装置。

（付記６） 前記第１のピエゾアクチュエータモジュールの支持ベースが、前記筐体の底面に突設されたボスに固定されたメイン回路基板であり、前記第２と第３のピエゾアクチュエータモジュールに共通の支持ベースが、前記筐体の底面に突設されたボスに固定されたサブ回路基板である付記５に記載のタッチパネル装置。
（付記７） 前記第１から第３のピエゾアクチュエータモジュールの各個の前記ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量が、所定の重量を備える錘である付記６に記載のタッチパネル装置。
（付記８） 前記ピエゾアクチュエータモジュールは、前記タッチパネルの重心を中心にして、前記携帯情報端末の上部側に第１と第２のピエゾアクチュエータモジュールが設けられ、下部側に第３と第４のピエゾアクチュエータモジュールが配置されている付記４に記載のタッチパネル装置。
（付記９） 前記ピエゾアクチュエータモジュールの支持ベースが、全て前記筐体の底面に突設されたボスに固定されたメイン回路基板である付記８に記載のタッチパネル装置。
（付記１０） 前記ピエゾアクチュエータモジュールの各個の前記ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量が、前記メイン回路基板に平行に前記筐体の中に配置された電池を含む付記４に記載のタッチパネル装置。

（付記１１） 前記ピエゾアクチュエータモジュールは、前記タッチパネルの重心を中心にして、前記携帯情報端末の上部側に第１から第３のピエゾアクチュエータモジュールが設けられ、下部側に第４と第５のピエゾアクチュエータモジュールが配置されている付記４に記載のタッチパネル装置。
（付記１２） 前記第１のピエゾアクチュエータモジュールの支持ベースが、全て前記筐体の底面に突設されたボスに固定された第１のメイン回路基板であり、前記第２から第５のピエゾアクチュエータモジュールの支持ベースが、前記筐体の底面側に配置された電池と前記表示器の間に配置された第２のメイン回路基板である付記１１に記載のタッチパネル装置。
（付記１３） 前記第１のピエゾアクチュエータモジュールの前記ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量が、所定の重量を備える錘であり、
前記第２から第５のピエゾアクチュエータモジュールの各個の前記ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量が、前記電池である付記９に記載のタッチパネル装置。
（付記１４） 前記制御装置は、前記タッチパネルのタッチ位置が、前記タッチパネルの前記重心の位置からどれだけ離れているかに応じて、複数の前記ピエゾアクチュエータの各個を駆動する付記４から１３の何れかに記載のタッチパネル装置。
（付記１５） 携帯情報端末の表示器に重ねて配置されるタッチパネルと、前記表示器及び前記タッチパネルに接続し、前記表示器が表示する情報の位置と、前記タッチパネルのタッチ位置を検出可能な制御装置と、前記表示器の裏面側で前記携帯情報端末の筐体内に設けられた支持ベースに取り付けられ、前記制御装置に駆動されるピエゾアクチュエータと、前記ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量とを備える少なくとも１個のピエゾアクチュエータモジュールとを備えるタッチパネル装置における、前記ピエゾアクチュエータモジュールの前記制御装置による駆動方法であって、
前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致するかしないかを判定し、
前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致した場合には、前記慣性質量が前記タッチパネルに近づく方向に移動するように前記ピエゾアクチュエータを駆動し、
前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致しない場合には、前記慣性質量が前記タッチパネルから離れる方向に移動するように前記ピエゾアクチュエータを駆動するタッチパネル装置の駆動方法。

（付記１６） 前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致しない場合に、前記ピエゾアクチュエータを駆動して、前記慣性質量を前記タッチパネルから離れる方向に移動させる前に、前記慣性質量を前記タッチパネルに近づける方向に移動させ、連続して前記慣性質量を前記タッチパネルから離れる方向に移動させる付記１５に記載のタッチパネル装置の駆動方法。

１ タッチパネル
２ 筐体
１０ 表示器
１１ メイン回路基板
１２ サブ回路基板
１３ 電池
１４ ピエゾアクチュエータ
１５ 錘
１６ 制御装置
Ｓ スマートフォン

Claims (7)

1. 携帯情報端末の表示器に重ねて配置されるタッチパネルと、
   前記表示器及び前記タッチパネルに接続し、前記表示器が表示する情報の位置と、前記タッチパネルのタッチ位置を検出可能な制御装置と、
   前記表示器の裏面側で前記携帯情報端末の筐体内に設けられた支持ベースに取り付けられて前記制御装置に駆動されるピエゾアクチュエータと、前記ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量とを備える少なくとも１個のピエゾアクチュエータモジュールとを備え、
   前記制御装置は、前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致しない場合に、前記ピエゾアクチュエータを駆動して、前記慣性質量を前記タッチパネルから離れる方向に移動させるタッチパネル装置。
2. 前記制御装置は、前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致した場合には、前記ピエゾアクチュエータを駆動して、前記慣性質量を前記タッチパネルに近づける方向に移動させる請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 前記制御装置は、前記表示器が表示する情報の位置と前記タッチパネルのタッチ位置とが一致しない場合に、前記ピエゾアクチュエータを駆動して、前記慣性質量を前記タッチパネルから離れる方向に移動させる前に、前記慣性質量を前記タッチパネルに近づける方向に移動させ、連続して前記慣性質量を前記タッチパネルから離れる方向に移動させる請求項１に記載のタッチパネル装置。
4. 前記ピエゾアクチュエータモジュールは、前記タッチパネルの重心を中心にして、前記重心の周囲に複数個配置されている請求項１から３の何れか１項に記載のタッチパネル装置。
5. 前記ピエゾアクチュエータモジュールは、前記タッチパネルの重心を中心にして、前記携帯情報端末の上部側に第１のピエゾアクチュエータモジュールが設けられ、下部側に第２と第３のピエゾアクチュエータモジュールが配置されている請求項４に記載のタッチパネル装置。
6. 前記第１のピエゾアクチュエータモジュールの支持ベースが、前記筐体の底面に突設されたボスに固定されたメイン回路基板であり、前記第２と第３のピエゾアクチュエータモジュールに共通の支持ベースが、前記筐体の底面に突設されたボスに固定されたサブ回路基板である請求項５に記載のタッチパネル装置。
7. 前記ピエゾアクチュエータモジュールの各個の前記ピエゾアクチュエータの上に配置された慣性質量が、前記メイン回路基板に平行に前記筐体の中に配置された電池を含む請求項４に記載のタッチパネル装置。

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