JP2023161626A - Vibration generator system and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動による触覚提示に係る振動発生装置及び電子機器及に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration generator and electronic equipment related to tactile sensation presentation using vibration.
スマートフォンやカーナビゲーション等のタッチパネルでは、入力がなされたことを振動により通知する技術(フォースフィードバック)が用いられている。また、近年では通知だけではなく、パネルの振動にさまざまなバリエーションをもたせることで表示物の感触を表現したり、操作位置を認識させたりするような触覚技術が検討されている。 Touch panels such as smartphones and car navigation systems use a technology (force feedback) that notifies users of input via vibration. In addition to notifications, in recent years haptic technology has been studied that uses various variations in the vibration of the panel to express the feel of displayed objects and to recognize the operating position.
触覚技術として、圧電アクチュエータをパネルへ貼り付け、超音波帯域の振動を生じさせることによりパネル表面に定在波を発生させることができる。その表面を指などで触れるとユーザは触感を感じることができる。そして信号パターンを変えることで、様々なバリエーションの触感を表現することができる。 As a haptic technology, it is possible to generate standing waves on the panel surface by attaching piezoelectric actuators to the panel and generating vibrations in the ultrasonic band. When the user touches the surface with a finger or the like, the user can feel the tactile sensation. By changing the signal pattern, it is possible to express a variety of tactile sensations.
しかしながら、このような触感を発生させているパネル表面に指を触れる際、指とパネルの接触による異音(以下、接触音)が発生する場合がある。これに対し、特許文献1には、パネル表面の表面粗さを粗くすることで指の接触音を低減する技術が開示されている。また、特許文献2には、パネル表面に幅1mm~10mm、深さ0.01mm~0.1mmの凹凸を設けることによって指接触音を抑える方法を提示している。 However, when a finger touches the panel surface that generates such a tactile sensation, an abnormal sound (hereinafter referred to as contact sound) may be generated due to the contact between the finger and the panel. On the other hand, Patent Document 1 discloses a technique for reducing the finger contact sound by increasing the surface roughness of the panel surface. Further, Patent Document 2 proposes a method of suppressing finger contact noise by providing unevenness with a width of 1 mm to 10 mm and a depth of 0.01 mm to 0.1 mm on the panel surface.
上記のように、特許文献1及び2にはパネル表面の性状によって指接触音を抑制する技術について開示されている。一方、パネル表面の性状によっては、触感を発生させていないパネル表面に指を触れる際、指とパネル表面の摩擦による異音(以下、指摩擦音)が発生する。また、パネル表面の性状によってはパネル表面にザラザラとした好ましくない触感が生じる場合がある。 As mentioned above, Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for suppressing finger contact noise by changing the properties of the panel surface. On the other hand, depending on the properties of the panel surface, when a finger touches a panel surface that does not generate a tactile sensation, an abnormal sound (hereinafter referred to as finger friction sound) may be generated due to the friction between the finger and the panel surface. Further, depending on the properties of the panel surface, the panel surface may have an undesirable rough texture.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、指接触音及び指摩擦音を抑制しながら、良好な触感を提示することが可能な振動発生装置及び電子機器を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a vibration generator and an electronic device that can provide a good tactile sensation while suppressing finger contact sounds and finger friction sounds.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る振動発生装置は、振動体と、圧電アクチュエータとを備える。
上記振動体は、基材と、上記基材の表面上に形成された粒子含有層を含み、上記粒子含有層の表面である第1の主面と、上記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する振動体であって、上記粒子含有層は、無機材料からなり、メディアン径が8μm以上30μm以下である複数の粒子と、上記基材の表面を被覆し、上記複数の粒子を上記基材の表面に固定する樹脂材料とを含み、上記第1の主面に上記複数の粒子が露出し、上記第1の主面に垂直な方向から見て上記複数の粒子の面積比率が2%以上45%以下である。
上記圧電アクチュエータは、上記第2の主面に接合されている。
In order to achieve the above object, a vibration generator according to one embodiment of the present invention includes a vibrating body and a piezoelectric actuator.
The vibrating body includes a base material and a particle-containing layer formed on a surface of the base material, and a first main surface that is a surface of the particle-containing layer, and a side opposite to the first main surface. The particle-containing layer is made of an inorganic material and coats the surface of the base material with a plurality of particles having a median diameter of 8 μm or more and 30 μm or less. a resin material for fixing the particles to the surface of the base material, the plurality of particles are exposed on the first main surface, and the plurality of particles are exposed in the direction perpendicular to the first main surface. The area ratio is 2% or more and 45% or less.
The piezoelectric actuator is joined to the second main surface.
上記振動体は、パネルと上記パネルの表面に貼付されたフィルムを含み、上記基材と上記粒子含有層は上記フィルムを構成し、上記第1の主面は上記フィルムの表面であってもよい。 The vibrating body may include a panel and a film attached to the surface of the panel, the base material and the particle-containing layer may constitute the film, and the first main surface may be a surface of the film. .
上記フィルムは、30μm以上200μm以下の厚みを有してもよい。 The above film may have a thickness of 30 μm or more and 200 μm or less.
上記振動体は、上記基材であるパネルと、上記パネルの表面上に形成された上記粒子含有層を含んでもよい。 The vibrating body may include the panel as the base material and the particle-containing layer formed on the surface of the panel.
上記パネルは樹脂又はガラスからなるものであってもよい。 The panel may be made of resin or glass.
上記振動体は光透過性を有するものであってもよい。 The vibrating body may have optical transparency.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器は、振動発生装置を備える。
上記振動発生装置は、基材と、上記基材の表面上に形成された粒子含有層を含み、上記粒子含有層の表面である第1の主面と、上記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する振動体であって、上記粒子含有層は、無機材料からなり、メディアン径が8μm以上30μm以下である複数の粒子と、上記基材の表面を被覆し、上記複数の粒子を上記基材の表面に固定する樹脂材料とを含み、上記第1の主面に上記複数の粒子が露出し、上記第1の主面に垂直な方向から見て上記複数の粒子の面積比率が2%以上45%以下である振動体と、上記第2の主面に接合された圧電アクチュエータとを備える。
In order to achieve the above object, an electronic device according to one embodiment of the present invention includes a vibration generator.
The vibration generator includes a base material and a particle-containing layer formed on a surface of the base material, and has a first main surface that is a surface of the particle-containing layer, and a first main surface opposite to the first main surface. The vibrating body has a second main surface on the side, and the particle-containing layer is made of an inorganic material and coats the surface of the base material with a plurality of particles having a median diameter of 8 μm or more and 30 μm or less, a resin material for fixing a plurality of particles to the surface of the base material, the plurality of particles are exposed on the first main surface, and the plurality of particles are viewed from a direction perpendicular to the first main surface. The vibrating body has an area ratio of 2% or more and 45% or less, and a piezoelectric actuator joined to the second main surface.
以上のように本発明によれば、指接触音及び指摩擦音を抑制しながら、良好な触感を提示することが可能な振動発生装置及び電子機器を提供することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a vibration generator and an electronic device that can provide a good tactile sensation while suppressing finger contact sounds and finger friction sounds.
本発明の実施形態に係る振動発生装置について説明する。なお、以下の各図においてX方向、Y方向及びZ方向を相互に直交する3方向とする。 A vibration generator according to an embodiment of the present invention will be described. Note that in each of the following figures, the X direction, Y direction, and Z direction are three directions that are orthogonal to each other.
[振動発生装置の構成]
図1は、本実施形態に係る振動発生装置100の模式図である。同図に示すように、振動発生装置100は、振動体101、圧電アクチュエータ102及び駆動装置103を備える。図2は振動発生装置100の斜視図であり、図3は振動発生装置100の側面図である。なお、図2及び図3では駆動装置103の図示は省略する。
[Configuration of vibration generator]
FIG. 1 is a schematic diagram of a
振動体101は、振動体101に触れるユーザに触覚を提示する。振動体101はパネル状の部材であり、例えば、液晶パネルや電子機器の筐体等である。振動体101の形状やサイズは特に限定されない。図2及び図3に示すように、振動体101の一方の主面を第1の主面101aとし、第1の主面101aの反対側の主面を第2の主面とする。振動体101の詳細な構成については後述する。
The vibrating
圧電アクチュエータ102は、振動体101の第2の主面101bに接合され、振動を生じる。圧電アクチュエータ102は、正極、負極及び圧電材料層を備え、正極と負極の間に電圧を印加すると、逆圧電効果により圧電材料層に変形が生じ、振動が発生する。図1において、正極に接続された正極端子102aと、負極に接続された負極端子102bを示す。
The
正極端子102aには正極配線104が接続され、負極端子102bには負極配線105が接続されている。図1に示すように正極配線104及び負極配線105は、駆動装置103に接続され、駆動装置103から駆動信号が供給されると圧電アクチュエータ102に振動が生じる。
A
圧電アクチュエータ102は正極と負極を、圧電材料層を介して交互に積層した積層構造を有するものであってもよく、他の構造を有するものであってもよい。圧電アクチュエータ102はエポキシ樹脂等によって第2の主面101bに接合されたものとすることができる。また、図15乃至図17に示すように、圧電アクチュエータ102は対や並列などの配置で2つ以上が第2の主面101bに接合されてもよい。
The
図3に示すように、振動発生装置100では、ユーザの指Fが第1の主面101aに接触して用いられる。この際、第2の主面101bに接合された圧電アクチュエータ102が超音波振動を発生させることにより、振動体101に定在波が生じ、ユーザは指Fに触感を感知することができる。また、圧電アクチュエータ102に印加する駆動信号の信号パターンを変えることで、振動体101に様々なバリエーションの触感を発生させることができる。
As shown in FIG. 3, the
駆動装置103は、例えばアンプであり、正極配線104及び負極配線105を介して圧電アクチュエータ102と接続され、圧電アクチュエータ102に駆動信号を供給する。駆動信号の周波数は特に限定されないが、60kHz以上が好適である。
The
[振動体について]
振動体101の詳細な構成について説明する。図4は振動体101の断面図であり、図5は、振動体101を分解して示す断面図である。これらの図に示すように振動体101は、パネル111、フィルム112及び接着層113を備える。
[About the vibrating body]
The detailed configuration of the vibrating
パネル111はガラス又は樹脂材料からなる板状部材である。パネル111が樹脂材料からなる場合、曲げ弾性率が3.0GPa以上の樹脂材料が好適である。図5に示すようにパネル111は表面111a及び裏面111bを有する。裏面111bは振動体101の第2の主面101bを構成し、圧電アクチュエータ102が接合される面である。
パネル111の厚みは0.3mm~数mm程度とすることができる。
The
The thickness of the
フィルム112は、接着層113によってパネル111の表面111aに貼付される。フィルム112は図5に示すように基材114及び粒子含有層115を含む。フィルム112の厚みは30μm以上200μm以下が好適である。
基材114はPET(Polyethylene Terephthalate)等の樹脂材からなるフィルム状の部材である。図5に示すように基材114は表面114a及び裏面114bを有する。裏面114bは接着層113側の面であり、表面114aはその反対側の面である。
The
粒子含有層115は複数の粒子116と樹脂材料117とを含む。粒子116は無機材料からなる粒子であり、具体的にはシリカ、ガラスビーズ、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、タルク又は酸化マグネシウム等からなる。粒子116はメディアン径が8μm以上30μm以下であり、粒径の範囲はメディアン径±20%である。メディアン径は「D50」とも呼ばれ、粒子を特定の粒径で分けたときに、同粒径より大きい粒子と小さい粒子が等量となる粒径を意味する。樹脂材料117は基材114の表面114aを被覆し、粒子116を表面114aに固定する。樹脂材料117はシリコン系樹脂やアクリル系樹脂等の樹脂材料である。
Particle-containing
図5に示すように、粒子含有層115は表面115aを有する。表面115aは基材114とは反対側の反対側の面である。粒子含有層115は振動体の最表面に位置し、第1の主面101aを構成する。
As shown in FIG. 5, particle-containing
図4に示すように、粒子含有層115では粒子116が樹脂材料117から突出し、第1の主面101aに露出する。図6は粒子含有層115を第1の主面101aに垂直な方向(Z方向)から見た平面図である。同図に示すように、同方向から見ると第1の主面101aは樹脂材料117中に粒子116が分散して露出している。粒子含有層115の表面115aにおいて一辺227μmの正方形範囲を測定範囲とすると、測定範囲において表面115aに占める粒子116の面積比率は2%以上45%以下である。
As shown in FIG. 4, in the particle-containing
粒子含有層115の形成方法は特に限定されないが、基材114の表面114aに流動性を有する状態の樹脂材料117を塗布し、その上に粒子116を散布し、樹脂材料117を硬化させることにより粒子含有層115を形成可能である。
Although the method of forming the particle-containing
接着層113はパネル111とフィルム112の間に配置され、これらを接着する。接着層113の材料はパネル111とフィルム112を接着できるものであればよい。接着層113の厚みは10μm以上50μm以下が好適である。
振動体101は以上のような構成を有する。振動体101は液晶パネル等の表示装置に装着され、または表示装置の一部を構成する場合、光透過性を有するものが好適である。
The vibrating
[粒子含有層について]
振動発生装置100ではユーザの指Fが触れる第1の主面101aに粒子含有層115を形成することにより、指接触音と指摩擦音を共に低減することができる。指接触音は圧電アクチュエータ102に超音波振動を発生させ、振動体101に定在波が生じているときに指Fを第1の主面101a上で動かすと発生する音である。指摩擦音は圧電アクチュエータ102を駆動していないときに指Fを第1の主面101a上で動かすと発生する音
である。
[About particle-containing layer]
In the
図7は、比較として、フィルム112が貼付されず、表面が平坦な振動体を超音波帯域で振動させたときの音圧特性を示すグラフである。図中「指なし」は振動体へ指を触れていないときの音圧特性を示し、「指接触」は振動体へ指を触れているときの音圧特性を示す。同図に示すように、振動体への指の接触時に、圧電アクチュエータへの入力周波数とその1/4の周波数にピークがあり、1/4周波数のピークが可聴域であるため、指接触音として聞こえる。
For comparison, FIG. 7 is a graph showing the sound pressure characteristics when a vibrating body with a flat surface without the
一方、図8は、本実施形態に係る、フィルム112を備える振動体101を超音波帯域で振動させたときの音圧特性を示すグラフである。図中「指なし」は振動体へ指を触れていないときの音圧特性を示し、「指接触」は振動体へ指を触れているときの音圧特性を示す。同図に示すように、振動体への指の接触時に、圧電アクチュエータへの入力周波数の1/4の周波数にはピークがほとんど生じず、指接触音が抑制されている。
On the other hand, FIG. 8 is a graph showing sound pressure characteristics when the vibrating
図9は粒子含有層115を第1の主面101aに垂直な方向(Z方向)から見たとき(図6参照)の、表面115aの測定範囲に占める粒子116の面積比率と音圧の関係を示すグラフである。同図に示すように面積比率0%(粒子なし)では指接触音が大きく、2%以上で指接触音が小さくなり、45%以上になると0%と同等レベルになる。よって上記の面積比率は2%以上45%以下が好適である。
FIG. 9 shows the relationship between the area ratio of the
図10は粒子116の粒径(D50)と指接触音の関係を示すグラフであり、図11は粒子116の粒径(D50)と指摩擦音の関係を示すグラフである。図10に示すように、粒子116の粒径(D50)が大きいほど指接触音が低減し、8μm以上から指接触音が閾値未満となり、15μm以上だと指接触音が発生しない。一方、図11に示すように粒子116の粒径(D50)が大きいほど指摩擦音が増大し、30μm以上から指摩擦音が閾値を超える。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the particle size (D50) of the
図12は、粒子116の粒径(D50)と第1の主面101aの触感の関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、第1の主面101aがツルツルとした状態を「良」とし、ザラザラとした状態を「悪」としている。同図に示すように、粒子116の粒径(D50)が30μm以上だと第1の主面101aの触感が低下する。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the particle size (D50) of the
以上から、表面115aの測定範囲に占める粒子116の面積比率を2%以上45%以下、かつ粒子116の粒径(D50)を8μm以上30μm以下とすることにより、指接触音及び指摩擦音を抑制し、第1の主面101aの触感を良好とすることができる。
From the above, by setting the area ratio of the
[フィルムの厚みについて]
フィルム112の厚みについて説明する。図13は、フィルム112の厚みと第1の主面101aの変位量の関係を示すグラフである。同図に示すようにフィルム112が薄いほど第1の主面101aの変位量は大きいが、フィルム112の厚みが30μm以下では第1の主面101aを所望の粗面にするのが難しく、フィルム112の厚みが200μm以上では超音波振動による第1の主面101aの変位量が小さくなってしまう。したがってフィルム112の厚みは30μm以上200μm以下が好適である。
[About film thickness]
The thickness of the
[振動体の他の構成について]
上述のように振動体101は、パネル111上に粒子含有層115を含むフィルム112が接着されたものとして説明したが、粒子含有層115はパネル111上に直接、積層されたものであってもよい。図14はこの構成を有する振動体101の断面図である。同図に示すように振動体101はパネル111及びパネル111上に積層された粒子含有層115を備える。
[About other configurations of the vibrating body]
As described above, the vibrating
パネル111は上記のようにガラス又は樹脂材料からなる板状部材であり、表面111a及び裏面111bを有する。裏面111bは振動体101の第2の主面101bを構成し、圧電アクチュエータ102が接合される面である。この構成においてはパネル111が粒子含有層115の基材である。
The
粒子含有層115は上述した構成を有し、複数の粒子116と樹脂材料117とを含む。樹脂材料117は基材であるパネル111の表面111aを被覆し、粒子116を表面111aに固定する。粒子116の粒径及び面積比率はフィルム112における粒子含有層115と同様である。この構成においても、表面115aの測定範囲に占める粒子116の面積比率を2%以上45%以下、かつ粒子116の粒径(D50)を8μm以上30μm以下とすることにより、指接触音及び指摩擦音を抑制し、第1の主面101aの触感を良好とすることができる。
Particle-containing
振動発生装置100は以上のような構成を有する。振動発生装置100は、スマートフォンや触覚機能デバイス等の各種電子機器に搭載することが可能である。
The
100…振動発生装置
101…振動体
102…圧電アクチュエータ
103…駆動装置
111…パネル
112…フィルム
113…接着層
114…基材
115…粒子含有層
116…粒子
117…樹脂材料
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第2の主面に接合された圧電アクチュエータと
を具備する振動発生装置。 a base material, a particle-containing layer formed on the surface of the base material, a first main surface that is the surface of the particle-containing layer, and a second main surface opposite to the first main surface. The particle-containing layer is made of an inorganic material and coats the surface of the base material with a plurality of particles having a median diameter of 8 μm or more and 30 μm or less, and the particle-containing layer is made of an inorganic material and covers the surface of the base material, and the particle-containing layer is made of an inorganic material and coats the surface of the base material. a resin material fixed to the surface of the material, the plurality of particles are exposed on the first main surface, and the area ratio of the plurality of particles is 2% when viewed from a direction perpendicular to the first main surface. a vibrating body with a vibration rate of at least 45%;
and a piezoelectric actuator joined to the second main surface.
前記振動体は、パネルと前記パネルの表面に貼付されたフィルムを含み、前記基材と前記粒子含有層は前記フィルムを構成し、前記第1の主面は前記フィルムの表面である
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 1,
The vibrating body includes a panel and a film attached to the surface of the panel, the base material and the particle-containing layer constitute the film, and the first main surface is the surface of the film. Vibration generator .
前記フィルムは、30μm以上200μm以下の厚みを有する
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 2,
The film has a thickness of 30 μm or more and 200 μm or less. Vibration generator.
前記振動体は、前記基材であるパネルと、前記パネルの表面上に形成された前記粒子含有層を含む
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 1,
The vibrating body includes a panel as the base material and the particle-containing layer formed on the surface of the panel. The vibration generator.
前記パネルは樹脂又はガラスからなる
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 2 or 4,
The panel is made of resin or glass. The vibration generator.
前記振動体は光透過性を有する
振動発生装置。 The vibration generator according to any one of claims 1 to 4,
The vibration generating device wherein the vibrating body has optical transparency.
を具備する電子機器。 a base material, a particle-containing layer formed on the surface of the base material, a first main surface that is the surface of the particle-containing layer, and a second main surface opposite to the first main surface. The particle-containing layer is made of an inorganic material and coats the surface of the base material with a plurality of particles having a median diameter of 8 μm or more and 30 μm or less, and the particle-containing layer is made of an inorganic material and covers the surface of the base material, and the particle-containing layer is made of an inorganic material and coats the surface of the base material. a resin material fixed to the surface of the material, the plurality of particles are exposed on the first main surface, and the area ratio of the plurality of particles is 2% when viewed from a direction perpendicular to the first main surface. An electronic device comprising: a vibration generating device comprising a vibrating body having a vibration rate of 45% or less, and a piezoelectric actuator joined to the second main surface.
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2023
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