JP2018170449A - Manufacturing method of tactile sense presentation device and tactile sense presentation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触感提示装置の製造方法及び触感提示装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a tactile sensation presentation apparatus and a tactile sensation presentation apparatus.
従来より、ユーザに触覚を提示するために、振動部材を接着したタッチパネルが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、圧電素子をガラスパネル上に搭載した触感提示装置が知られている。この触感提示装置は、間隙を介して静電式タッチパネル上に配置されている。例えば、スマートフォンやタブレット端末などに搭載されているタッチパネルを使用する場合には、触感提示装置は表示された画像に応じた触感をユーザに提示する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a touch panel in which a vibration member is bonded to present a tactile sensation to a user is known (for example, see Patent Document 1). In addition, a tactile sensation presentation device in which a piezoelectric element is mounted on a glass panel is known. This tactile sensation presentation apparatus is disposed on an electrostatic touch panel via a gap. For example, when using a touch panel mounted on a smartphone, a tablet terminal, or the like, the tactile sensation presentation apparatus presents a tactile sensation according to the displayed image to the user.
触感提示装置では、圧電素子の振動をガラスパネルに効率的に伝えるために、圧電素子とガラスパネルとの接着には高硬度の接着剤が使用される。特に、機械的強度、耐熱性及び接着性に優れた熱硬化性樹脂が使用される。 In the tactile sensation presentation apparatus, in order to efficiently transmit the vibration of the piezoelectric element to the glass panel, a high-hardness adhesive is used for bonding the piezoelectric element and the glass panel. In particular, a thermosetting resin excellent in mechanical strength, heat resistance and adhesiveness is used.
熱硬化性樹脂で圧電素子をガラスパネルに接着するときには、ガラスパネルが加熱され、熱硬化性樹脂は硬化する。その後、ガラスパネルは冷却中に縮む一方、圧電素子は冷却中に伸びる。このため、触感提示装置に反りが発生する。 When the piezoelectric element is bonded to the glass panel with the thermosetting resin, the glass panel is heated and the thermosetting resin is cured. Thereafter, the glass panel shrinks during cooling, while the piezoelectric element extends during cooling. For this reason, a warp occurs in the tactile sensation presentation apparatus.
本発明の目的は、反りの発生を抑制することができる触感提示装置の製造方法及び触感提示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a tactile sensation presentation apparatus and a tactile sensation presentation apparatus that can suppress the occurrence of warping.
上記目的を達成するため、明細書に開示された触感提示装置の製造方法は、圧電素子の第1の電極と第2の電極とを短絡し、熱硬化性樹脂を使って前記圧電素子をパネル上に貼り付け、前記パネルを加熱し、前記熱硬化性樹脂を硬化させ、前記パネルの加熱の完了後に、前記第1の電極及び前記第2の電極の短絡を開放することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a tactile sensation presentation device disclosed in the specification includes short-circuiting a first electrode and a second electrode of a piezoelectric element, and using a thermosetting resin to panel the piezoelectric element. The panel is heated, the panel is heated, the thermosetting resin is cured, and after the heating of the panel is completed, a short circuit between the first electrode and the second electrode is opened.
本発明によれば、反りの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the occurrence of warpage can be suppressed.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(A)は、本実施の形態に係る触感提示装置を含むシステムの分解斜視図である。図1(B)は、図1(A)のシステムのA方向の側面図である。 FIG. 1A is an exploded perspective view of a system including a tactile sensation presentation apparatus according to the present embodiment. FIG. 1B is a side view in the A direction of the system of FIG.
図1(A),(B)に示すように、システム1は、タッチパネル2と、ベース3(3a,3b)と、触感提示装置4とを備えている。触感提示装置4は、ガラスパネル5と、ガラスパネル5の左右の両端に設けられた一対の圧電素子6と、スクリーン印刷によって圧電素子6から引き延ばされるように形成された銀ペーストなどによる配線7とを備えている。各配線7の一端は不図示のFPC(Flexible printed circuits)に接続され、他端は圧電素子6に接続されている。FPCから圧電素子6に交流電圧が印加されると、圧電素子6は超音波帯域で振動する。圧電素子6及び配線7上には、不図示のカバー又は加飾フイルムなどが配置され、圧電素子6及び配線7は操作者から見えないように隠される。圧電素子6及び配線7は上面視でタッチパネル2の外側に配置されており、タッチパネル2と重ならないように配置されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
例えば、圧電素子6の幅は5mmであり、長さは40mmであり、厚みは0.5mmである。ガラスパネル5の幅は50mmであり、長さは100mmであり、厚みは0.5mmである。尚、圧電素子6及びガラスパネル5のサイズはこれらの例に限定されるものではない。
For example, the
触感提示装置4はベース3a上に固定される。圧電素子6は、ベース3bと間隙8を介して対向する。タッチパネル2は、静電式タッチパネルであり、間隙8を介してガラスパネル5と対向する。
The tactile
圧電素子6は、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂でガラスパネル5に固定される。例えば、熱硬化性樹脂の硬化温度は120度であり、硬化時間は30分である。熱硬化性樹脂は機械的強度、耐熱性及び接着性に優れているので、圧電素子6の発熱の影響を受けにくい特性を有する。
The
ガラスパネル5は加熱中に伸びて、冷却中に縮む特性を有する。一方、圧電素子6は加熱中に縮んで、冷却中に伸びる特性を有する。このため、熱硬化性樹脂を硬化させるために圧電素子6が取り付けられたガラスパネル5を加熱して圧電素子6を接着した後に冷却すると、ガラスパネル5は縮もうとし、圧電素子6は伸びようとするため、矢印B方向の反りが発生する。
The
特に、圧電素子6の圧電効果及び焦電効果(温度変化によって誘電体の分極が変化する特性)が反りの発生に影響している。通常、圧電素子6を加熱すると、焦電効果によって発生する電荷により圧電素子6の電極間に電圧が生じ、この電圧による圧電効果で圧電素子6にはさらなる変形が生じる。結果として、ガラスパネル5及び圧電素子6の複合体に反りが発生する。
In particular, the piezoelectric effect and pyroelectric effect of the piezoelectric element 6 (the characteristic that the polarization of the dielectric changes with temperature change) affects the occurrence of warpage. Normally, when the
このため、本実施の形態では、ガラスパネル5の加熱中は、図2(A)に示すように圧電素子6の電極10a,10bを短絡させ、圧電素子6に発生する電荷を逃がして、圧電効果による圧電素子6の変形を低減する。一方、加熱以外の工程では、図2(B)に示すように、圧電素子6の電極10a,10b間を電気的に開放する。例えば触感提示装置4の使用時に、電極10a,10b間の圧電素子6を通らない経路を電気的に切断する必要があるためである。電極10a,10bは第1の電極及び第2の電極としてそれぞれ機能する。尚、図2(A)は、ガラスパネル5の加熱工程中の圧電素子6の電極10a,10b間の導通状態を示す図であり、図2(B)は、加熱以外の工程における圧電素子6の電極10a,10bの開放状態を示す図である。以下、ガラスパネル5の加熱時に電極10a、10b間を導通させ、それ以外のときに両者を開放させる例を説明する。
For this reason, in the present embodiment, while the
図3(A)は、触感提示装置4の側面図である。図3(B)は、触感提示装置4の製造方法を示すフローチャートである。尚、図3(A)は、図1の触感提示装置4が裏返された状態を示している。
FIG. 3A is a side view of the tactile
初期状態では、圧電素子6の電極10a,10bは離間されており、電気的に絶縁されている。まず、圧電素子6の電極10a,10bに金によりボンディングワイヤ11を取り付ける(S1)。次に、ガラスパネル5上に熱硬化性樹脂を塗布し、圧電素子6をガラスパネル5上に貼り付ける(S2)。ガラスパネル5を加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させる(S3)。S3のときの触感提示装置4の状態が図3である。その後、カッタ、レーザ又は超音波などの物理的手段によって、ボンディングワイヤ11を切断する(S4)。
In the initial state, the
図4(A)は、FPC12が接続される配線7の端部を示す図である。図4(B)は、図4(A)の領域Xの拡大図である。図4(C)は、触感提示装置4の製造方法を示すフローチャートである。
FIG. 4A shows an end portion of the
図4(A),(B)に示すように、FPC12が接続される配線7の端部は、電流を流すことにより溶断する最細部13を有する。最細部13の幅は、例えば0.05mmである。ガラスパネル5の加熱中は最細部13は切断されないが、圧電素子6が熱硬化性樹脂でガラスパネル5上に固定された後に、FPC12から最細部13を溶断するレベルの電流(例えば1A)を流すことで最細部13は溶断される。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the end portion of the
図4(C)に示すように、まず、ガラスパネル5上に最細部13を有する配線7を形成する(S11)。次に、ガラスパネル5上に熱硬化性樹脂を塗布し、圧電素子6をガラスパネル5上に貼り付け(S12)、ガラスパネル5を加熱し熱硬化性樹脂を硬化させる(S13)。次いで、配線7を圧電素子6の電極10a,10bに半田付けし、結線する(S14)。最後に、FPC12から最細部13を溶断するレベルの電流(例えば1A)を流す電気的手段によって最細部13を溶断する(S15)。
As shown in FIG. 4C, first, the
図5(A)は、圧電素子6の電極10a,10b間が導電性塗料によって形成される導電体7aで接続された状態を示す図である。図5(B)は、触感提示装置4の製造方法を示すフローチャートである。
FIG. 5A is a diagram showing a state in which the
図5(A)に示すように、導電性塗料により圧電素子6の電極10a,10b間を接続する導電体7aを形成する。なお、導電体7aは、図4(B)と同様に電流を流すことなどにより溶断する最細部13を有してもよく、この場合最細部13の幅は、0.05mmであることが好ましい。ガラスパネル5の加熱中は導電体7a又は最細部13は切断されないが、圧電素子6が熱硬化性樹脂でガラスパネル5上に固定された後に、導電体7a又は最細部13を溶断するレベルの電流(例えば1A)やレーザなどで導電体7a又は最細部13は溶断又は切断される。
As shown in FIG. 5A, a
図5(B)に示すように、まず、電極10a,10b間を接続する導電体7aを形成する(S11a)。次に、ガラスパネル5上に熱硬化性樹脂を塗布し、圧電素子6をガラスパネル5上に貼り付ける(S12a)。ガラスパネル5を加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させる(S13a)。最後に、電極10aおよび電極10b間に形成された導電体7aを溶断するレベルの電流(例えば1A)を流す(S15a)、あるいはレーザの照射などの物理的手段で切断する、またはケミカルエッチングなどの化学的手段で除去しても良い。なお、切断する方法はこれらの手段に限定されるものではない。
As shown in FIG. 5B, first, a
図6(A)は、触感提示装置4の側面図である。図6(B)は、触感提示装置4の製造方法を示すフローチャートである。尚、図6(A)は、図1の触感提示装置4が裏返された状態を示している。
FIG. 6A is a side view of the tactile
初期状態では、圧電素子6の電極10a,10bは離間されており、電気的に絶縁されている。まず、電極10a,10b間を銅箔テープのような導電性テープ30で結線する(S21)。次に、ガラスパネル5上に熱硬化性樹脂を塗布し、圧電素子6をガラスパネル5上に貼り付ける(S22)。ガラスパネル5を加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させる(S23)。最後に、導電性テープ30を剥がす(S24)。
In the initial state, the
図7(A)は、触感提示装置4の側面図である。図7(B)は、触感提示装置4の製造方法を示すフローチャートである。尚、図7(A)は、図1の触感提示装置4が裏返された状態を示している。
FIG. 7A is a side view of the tactile
図7(A)に示すように、圧電素子6の一方の電極10aに銅合金系のバイメタル15を半田により固定する。バイメタル15は、例えば、幅が3mm、長さが5mm及び厚みが2mmである。バイメタル15は、例えば80度以上で変形し、熱膨張率が大きい第1層15aと、第1層15aよりも熱膨張率が小さい第2層15bとを備えている。常温では、図7(A)の上図に示すようにバイメタル15の一端が電極10aに固定された状態を維持する。加熱工程では、第1層15aが第2層15bよりも膨張するため、図7(A)の下図に示すようにバイメタル15は第2層15b側に湾曲し電極10bに接触する。これにより、電極10a,10bを短絡させ、圧電素子6に発生する電荷を逃がして圧電素子6の変形を低減する。
As shown in FIG. 7A, a
図7(B)では、まず、電極10aにバイメタル15を半田により固定する(S31)。次に、ガラスパネル5上に熱硬化性樹脂を塗布し、圧電素子6をガラスパネル5上に貼り付ける(S32)。このとき、バイメタル15は図7(A)の上図の状態である。次に、ガラスパネル5を加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させる(S33)。このとき、バイメタル15は図7(A)の下図の状態になる。加熱完了後、バイメタル15が自然放熱又は冷却装置により冷却されると、図7(A)の上図の状態に戻る。
In FIG. 7B, first, the bimetal 15 is fixed to the
図8(A)は、触感提示装置4の側面図である。図8(B)は、触感提示装置4の製造方法を示すフローチャートである。尚、図8(A)は、図1の触感提示装置4が裏返された状態を示している。
FIG. 8A is a side view of the tactile
図8(A)に示すように、半導体16は、圧電素子6の電極10a,10bを結線するようにシリコン系の接着剤で電極10a,10b上に接着されている。半導体16は、例えば、シリコン、ニッケル、マンガン、コバルト又は鉄などを材料とする酸化物半導体である。半導体16は温度が上がると抵抗値が下がる特性であるため、常温では絶縁状態であるが加熱工程では低抵抗状態になる。従って、半導体16は、加熱工程で電極10a,10bを短絡させ、圧電素子6に発生する電荷を逃がして圧電素子6の変形を低減し、常温では各電極10a,10bを絶縁する。
As shown in FIG. 8A, the
尚、半導体16に代えて、温度が上がると抵抗値が下がる特性を有するNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタが電極10a,10b上に接着されてもよい。
Instead of the
図8(B)では、まず、半導体16をシリコン系の接着剤で電極10a,10b上に接着する(S41)。次に、ガラスパネル5上に熱硬化性樹脂を塗布し、圧電素子6をガラスパネル5上に貼り付ける(S42)。このとき、半導体16は、絶縁状態である。次に、ガラスパネル5を加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させる(S43)。このとき、半導体16は低抵抗状態になる。加熱工程の完了後、半導体16が自然放熱又は冷却装置により冷却されると、絶縁状態に戻る。
In FIG. 8B, first, the
図9(A)は、触感提示装置4の側面図である。図9(B)は、触感提示装置4の製造方法を示すフローチャートである。尚、図9(A)は、図1の触感提示装置4が裏返された状態を示している。
FIG. 9A is a side view of the tactile
図9(A)に示すように、光半導体17は、圧電素子6の電極10a,10bを結線するように、即ち、電極10a,10bの間をまたぐようにシリコン系の接着剤で電極10a,10b上に接着されている。光半導体17は、例えば、フォトトランジスタ、フォトダイオード又はCdSなどである。光半導体17は光が当たると抵抗値が下がる特性であるため、外部光を遮断した場所で触感提示装置4は製造される。加熱工程では、外部光を遮断した状態で光源20が点灯し、光半導体17に光源20からの光を照射する。これにより、光半導体17は加熱工程では低抵抗状態になる。
As shown in FIG. 9A, the
光半導体17を高抵抗状態又は絶縁状態で維持する場合には、光半導体17を不図示の保護カバーなどで覆う。例えば、触感提示装置4がベース3上に取り付けられた状態では、不図示のカバー又は加飾フイルムなどを圧電素子6上に配置して外部光を遮断する。これにより、光半導体17は加熱以外の工程では高抵抗状態になる。尚、光半導体17を高抵抗状態又は絶縁状態で維持する必要がなければ、光半導体17を保護カバーなどで覆う必要はない。
When maintaining the
図9(B)では、光半導体17を圧電素子6の電極10a,10bを結線するようにシリコン系の接着剤で電極10a,10b上に接着する(S51)。次に、ガラスパネル5上に熱硬化性樹脂を塗布し、圧電素子6をガラスパネル5上に貼り付ける(S52)。次いで、外部光を遮断した状態で光半導体17に光源20からの光を照射したまま(S53)、ガラスパネル5を加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させる(S54)。このように、光半導体17を低抵抗状態にして加熱工程で圧電素子6の電極10a,10bを短絡させ、圧電素子6に発生する電荷を逃がして、圧電素子6の変形を低減する。
In FIG. 9B, the
図10(A)は、ガラスパネル5の反りを示す図である。図10(B)は、電極10a,10bの短絡に利用した部材と、反りの高さと、効果との関係を示す図である。図10(B)の効果の欄は、反りの高さが20μm未満であるときに「○」が記載されており、反りの高さが20μm以上であるときに「×」が記載されている。
FIG. 10A is a diagram showing the warp of the
本発明者は、実際に、ボンディングワイヤ11、最細部13を有する配線7、導電体7a、導電性テープ30、バイメタル15、半導体16、及び光半導体17を使って、触感提示装置4をそれぞれ製造し、反りの高さを計測した。
The inventor actually manufactured the tactile
ボンディングワイヤ11を利用した場合には、反りの高さは15μmであった。最細部13を有する配線7を利用した場合には、反りの高さは17μmであった。導電体7aを利用した場合には、反りの高さは17μmであった。導電性テープ30を利用した場合には、反りの高さは17μmであった。バイメタル15を利用した場合には、反りの高さは18μmであった。半導体16を利用した場合には、反りの高さは17μmであった。光半導体17を利用した場合には、反りの高さは17μmであった。また、圧電素子6の電極10a,10bを短絡しない場合には、反りの高さは100μmであった。
When the bonding wire 11 was used, the warp height was 15 μm. When the
以上説明したように、本実施の形態によれば、圧電素子6の電極10a,10bを短絡し、熱硬化性樹脂を硬化させた後に電極10a,10bの短絡を開放する。従って、加熱工程で圧電素子6に発生する電荷を逃がして、圧電素子6の変形を低減することができ、圧電素子6及びガラスパネル5の反りの発生を抑制することができる。また、加熱後に電極10a,10bの短絡が開放されるので、触感提示装置4の使用に影響を与えることがない。
As described above, according to the present embodiment, the
尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications within a range not departing from the gist thereof.
2 タッチパネル
3 ベース
4 触感提示装置
5 ガラスパネル
6 圧電素子
7 配線
10a,10b 電極
11 ボンディングワイヤ
13 最細部
15 バイメタル
16 半導体
17 光半導体
2 Touch Panel 3
Claims (6)
熱硬化性樹脂を使って前記圧電素子をパネル上に貼り付け、
前記パネルを加熱し、前記熱硬化性樹脂を硬化させ、
前記パネルの加熱の完了後に、前記第1の電極及び前記第2の電極の短絡を開放する
ことを特徴とする触感提示装置の製造方法。 Short-circuiting the first electrode and the second electrode of the piezoelectric element;
Paste the piezoelectric element on the panel using a thermosetting resin,
Heating the panel, curing the thermosetting resin,
A method of manufacturing a tactile sensation presentation apparatus, comprising: opening a short circuit between the first electrode and the second electrode after heating of the panel is completed.
前記導体を切断することによって、前記第1の電極及び前記第2の電極の短絡が開放される
ことを特徴とする請求項1に記載の触感提示装置の製造方法。 By connecting a conductor to the first electrode and the second electrode, the first electrode and the second electrode are short-circuited,
The method of manufacturing a tactile sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein a short circuit between the first electrode and the second electrode is opened by cutting the conductor.
前記配線に電流を流して溶断することにより、前記第1の電極と前記第2の出極との短絡を開放する
ことを特徴とする請求項1に記載の触感提示装置の製造方法。 Forming a wiring for short-circuiting the first electrode and the second electrode;
The method for manufacturing a tactile sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein a short circuit between the first electrode and the second output electrode is opened by flowing a current through the wiring and fusing.
前記パネルの加熱後に前記バイメタルを冷却し、前記バイメタルの変形を元に戻すことによって、前記第1の電極と前記第2の電極との短絡が開放される
ことを特徴とする請求項1に記載の触感提示装置の製造方法。 One end of the bimetal is fixed to the first electrode, and the other end of the bimetal is brought into contact with the second electrode due to the deformation of the bimetal in the heating process of the panel. The two electrodes are short-circuited,
The short circuit between the first electrode and the second electrode is opened by cooling the bimetal after heating the panel and returning the deformation of the bimetal to the original. Method for producing a tactile sensation presentation apparatus.
ことを特徴とする請求項1に記載の触感提示装置の製造方法。 The method for manufacturing a tactile sensation presentation device according to claim 1, wherein the thermosetting resin is cured in a state where the first electrode and the second electrode are connected by a semiconductor.
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