JP5371832B2 - Touch panel device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dust-proof touch panel device that gives a satisfactory click feeling to an operator. <P>SOLUTION: The touch panel device includes a touch panel 2 with a rectangular main surface, a case 3 having an operation window 3a1 to be used for touching the touch panel 2, and band-shaped piezoelectric elements 1 to be adhered on the main surface on the side of an image display apparatus 5 of the touch panel 2. An operation area 2a of the touch panel 2 is exposed in the operation window 3a1 of the case 3. The periphery of the touch panel 2 is fixed to the case 3. The piezoelectric elements 1 are arranged in parallel to the short sides 2a1 on the main surface of the touch panel 2, at predetermined distances L1 and L2 from a part to be fixed to the case 3, on the side closer to the operation area 2a, which is along the short sides 2a1 on the main surface of the touch panel 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、タッチパネル装置に関する。
The present invention relates to a motor touch panel device.

近年、駅の券売機やカーナビゲーションシステム、さらには携帯電話の入力デバイスとして、タッチパネル装置が普及しつつある。タッチパネルの代表的な方式として、抵抗膜式、静電容量式、光センサー式などがあるが、いずれの方式においても、タッチパネルは、画像表示装置の上方に配置されており、透明なタッチパネルを介して画像表示装置の情報を操作者に視覚的に供給する。操作者は、画像表示装置の上方に配置されたタッチパネルの操作面をタッチすることで、あたかも実際のボタンを押して情報をコンピュータに入力したのと同様の効果を得ることができる。   In recent years, touch panel devices have become widespread as station ticket machines, car navigation systems, and input devices for mobile phones. Typical methods for touch panels include resistive film type, capacitance type, and optical sensor type. In any type, the touch panel is located above the image display device and passes through a transparent touch panel. Thus, the information of the image display device is visually supplied to the operator. By touching the operation surface of the touch panel disposed above the image display device, the operator can obtain the same effect as if the user had pressed an actual button to input information to the computer.

しかしながら、このようなタッチパネル装置では、操作者がタッチパネルをタッチした際に、ボタンを押すような強い反発感(クリック感)はフィードバックされないため、ボタンを押したことを触覚にて認識できないという問題があった。   However, in such a touch panel device, when an operator touches the touch panel, a strong repulsion feeling (click feeling) such as pressing a button is not fed back, and thus there is a problem that the button cannot be recognized by touch. there were.

この問題に対して、近年、ボタンを押した感覚を操作者へ触覚でフィードバックするフォースフィードバックと呼ばれる技術を搭載したタッチパネル装置の検討が進んでいる。フォースフィードバック技術の一例として、タッチパネル表面に圧電素子を貼り付け、操作者がタッチパネルの操作面をタッチした際に、圧電素子に電圧印加することで圧電素子を伸縮変形させて、その変形によりタッチパネルを振動させる方式が提案されている。   In recent years, a touch panel device equipped with a technique called force feedback that feeds back a feeling of pressing a button to an operator by tactile sensation has been advanced. As an example of force feedback technology, a piezoelectric element is attached to the surface of the touch panel, and when the operator touches the operation surface of the touch panel, the piezoelectric element is stretched and deformed by applying a voltage to the piezoelectric element, and the touch panel is deformed by the deformation. A method of vibrating is proposed.

例えば、このようなタッチパネル装置として、特許文献1に示されるように、タッチパネルと、このタッチパネルに貼り付けられた圧電素子とを備え、タッチパネルへの入力操作を検出した際に、圧電素子に駆動電圧を加えて圧電素子を伸縮させることでタッチパネルを振動させて、入力操作感を与える構造において、長方形状のタッチパネルの長さ方向の一辺の長さより短い細長帯状の圧電素子を一対固着し、一対の圧電素子は、それぞれ長方形の対角位置近傍から長さ方向の一辺に沿って固着させたものが知られている。   For example, as shown in Patent Document 1, as such a touch panel device, a touch panel and a piezoelectric element attached to the touch panel are provided, and when an input operation to the touch panel is detected, a driving voltage is applied to the piezoelectric element. In the structure that vibrates the touch panel by expanding and contracting the piezoelectric element to give a feeling of input operation, a pair of strip-like piezoelectric elements shorter than the length of one side in the length direction of the rectangular touch panel are fixed, Piezoelectric elements are known which are fixed along one side in the length direction from the vicinity of a diagonal position of a rectangle.

特開2005−222326号公報JP 2005-222326 A

このようなタッチパネル装置では、タッチパネルをほぼ全面で大きく振動させる必要がある。そのためには、タッチパネルに取り付けられる圧電素子の配置位置や、圧電素子の駆動電圧が重要となる。
In such a touch panel device, it is necessary to vibrate greatly motor touch panel at almost the entire surface. For that purpose, the arrangement position of the piezoelectric element attached to the touch panel and the driving voltage of the piezoelectric element are important.

上記特許文献1では、タッチパネルの4隅のみが画像表示装置に固定され、振動し易いタッチパネルの支持構造とした上で、タッチパネルの長さより短い長さの一対の圧電素子をタッチパネルの長さ方向にそれぞれ対角となるように配置している。このような場合、タッチパネルの固有振動数近傍の信号を印加すると、タッチパネルが共振振動することから容易に大きな振動を得ることができる
In Patent Document 1, only the four corners of the touch panel are fixed to the image display device, and a touch panel support structure that is easy to vibrate is used. They are arranged to be diagonal. In this case, upon application of a signal of the natural frequency near the touch panel, the touch panel as possible out to obtain easily large vibration because the resonance.

しかしながら、上記特許文献1のタッチパネル装置では、タッチパネルの4隅のみを画像表示装置に固定していたため、タッチパネルと画面表示装置との間の固定されていない部分から埃が入ってしまうという問題があった。これに対して、タッチパネルの周囲を固定すれば防塵構造となるが、これでは、圧電素子による振動が妨げられるという問題があった。
However, in the touch panel device disclosed in Patent Document 1, since only the four corners of the touch panel are fixed to the image display device, there is a problem that dust enters from an unfixed portion between the touch panel and the screen display device. It was. In contrast, although the dustproof be fixed around the touch panel, which in has a problem that the vibration by the piezoelectric elements interfere et be.

本発明は、防塵性が低下する可能性を低減しつつ、タッチパネルの振動が小さくなる可能性を低減す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。
An object of this invention is to provide the touch panel apparatus which can reduce possibility that the vibration of a touch panel will become small, reducing the possibility that dustproofness will fall .

本発明のタッチパネル装置は、ッチパネルと、処理装置と、該タッチパネルが保持固定されるとともに前記処理装置が収容されており、前記タッチパネルにタッチするための操作窓を有するケースと、前記タッチパネルの面に接着されるとともに前記タッチパネルを振動させる帯状の圧電素子とを具備し、前記ケースの前記操作窓には前記タッチパネルの操作領域が露出しているタッチパネル装置であって、前記タッチパネルは、前記操作領域および前記圧電素子を全周囲に亘って取り囲んで前記ケースに固定された固定部を有しており平面視して、前記固定部のうち前記タッチパネルの短辺に沿った部位を第1固定部とするとき、前記圧電素子は、前記第1固定部と前記操作領域との間に位置するとともに、前記第1固定部とは離間して設けられていることを特徴とする。
The touch panel device of the present invention includes a motor touch panel, a processing unit, the processing device is housed together with the touch panel is retained stationary, the case having an operation window for touch the touch panel, the touch panel anda strip of pressure-electronic device for vibrating the touch panel while being adhered to the lower surface, the said operation window of the case a touch panel device operation area of the touch panel is exposed, wherein the touch panel A fixed portion that surrounds the entire circumference of the operation region and the piezoelectric element and is fixed to the case, and a portion of the fixed portion along the short side of the touch panel in a plan view. When the first fixing portion is used, the piezoelectric element is located between the first fixing portion and the operation area, and is separated from the first fixing portion. And characterized in that provided.

このようなタッチパネル装置では、タッチパネルの画像表示装置側の主面における短辺側の固定部から広い間隔をおいて圧電素子を設けることが可能となり、タッチパネルの振動を大きくすることができる
In such a touch panel device, it is possible to provide a piezoelectric element at a wide spacing from the fixed portion of the short side on the main surface of the image display device side of the touch panel, as possible out to increase the vibration of the touch panel.

また、本発明のタッチパネル装置は、一対の前記圧電素子の一方が、前記タッチパネルの一方の前記短辺近傍に設けられ、他方が前記タッチパネルの長さ方向中央部に設けられており、前記タッチパネルの前記操作領域が、一方の前記圧電素子と他方の前記圧電素子との間に設けられていることを特徴とする。
The touch panel device of the present invention, one of the pair of the piezoelectric element is provided on the short side near the hand of the touch panel, the other is provided in the central longitudinal portion of the touch panel, the touch panel the operation area, characterized in that provided between one of the piezoelectric element and the other of said piezoelectric element.

このようなタッチパネル装置では、振動発生源である圧電素子をタッチパネルの固定部から最も遠ざけることができ、タッチパネルの操作領域を大きく振動させることができる
In such a touch panel device can be moved away most a piezoelectric element which is a vibration generating source from the fixed portion of the touch panel, as possible out to be largely vibrate the operation area of the touch panel.

さらに、本発明のタッチパネル装置は、複数の前記圧電素子は、前記タッチパネルの一対の前記短辺近傍にそれぞれ設けられているとともに、前記タッチパネルの長さ方向中央
部にも設けられており、前記タッチパネルの前記操作領域が、前記タッチパネルの長さ方向中央部に設けられた前記圧電素子の両側に設けられていることを特徴とする。
Further, the touch panel device of the present invention, the plurality of the piezoelectric elements, together with respectively provided on the short sides near one pair of the touch panel, is also provided in the central longitudinal portion of the touch panel, the the operation area of the touch panel, characterized in that provided on both sides of the piezoelectric element provided in the central longitudinal portion of the touch panel.

このようなタッチパネル装置では、タッチパネルの操作領域が2画面となり、より多くの情報を表示することが可能なうえ、両画面とも大きく振動させることができる。   In such a touch panel device, the operation area of the touch panel has two screens, and more information can be displayed, and both screens can be vibrated greatly.

本発明のタッチパネル装置によると、防塵性が低下する可能性を低減しつつ、タッチパネルの振動が小さくなる可能性を低減することができる。 According to the touch panel device of the present invention, it is possible to reduce the possibility that the vibration of the touch panel is reduced while reducing the possibility that the dustproof property is lowered .

本形態のタッチパネル装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the touchscreen apparatus of this form. タッチパネルにおける圧電素子、操作領域およびガスケット材の位置関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the positional relationship of the piezoelectric element in a touch panel, an operation area | region, and a gasket material. 本形態のタッチパネル装置の長さ方向における断面図である。It is sectional drawing in the length direction of the touchscreen apparatus of this form. 圧電素子の断面図であり、(a)は電圧印加前の長さ方向における断面図、(b)は電圧印加後の長さ方向における断面図である。It is sectional drawing of a piezoelectric element, (a) is sectional drawing in the length direction before voltage application, (b) is sectional drawing in the length direction after voltage application. タッチパネルの長さ方向における中央部と、タッチパネルの一方の短辺との間に操作領域を形成した他の形態において、タッチパネルにおける圧電素子、操作領域およびガスケット材の位置関係を説明するための説明図である。Explanatory drawing for demonstrating the positional relationship of the piezoelectric element in a touch panel, an operation area | region, and a gasket material in the other form which formed the operation area | region between the center part in the length direction of a touch panel, and one short side of a touch panel. It is. タッチパネルの長さ方向における中央部と、タッチパネルの一対の短辺との間にそれぞれ操作領域を形成したさらに他の形態において、タッチパネルにおける圧電素子、操作領域およびガスケット材の位置関係を説明するための説明図である。In still another embodiment in which an operation area is formed between the central portion in the length direction of the touch panel and a pair of short sides of the touch panel, for explaining the positional relationship between the piezoelectric element, the operation area, and the gasket material in the touch panel It is explanatory drawing. 圧電素子とガスケット材との間隔と、タッチパネル中央部の変位量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the space | interval of a piezoelectric element and a gasket material, and the displacement amount of a touch-panel center part. タッチパネル装置の変位量を示すグラフである。It is a graph which shows the displacement amount of a touchscreen apparatus.

図1〜図3は、タッチパネル装置の構成を示している。タッチパネル装置は、帯状の圧電素子1と、圧電素子1が裏面に接着された主面が長方形状のタッチパネル2と、タッチパネル2が収容されたケース3と、タッチパネル2の上面とケース3の上蓋3aの内面との間に配置された環状のガスケット材4とで構成されている。ケース3内には、タッチパネル2の裏面側に、タッチパネル2と所定間隔をおいて配置された画像表示装置5と、タッチパネル2、画像表示装置5が接続される、図示しないコンピュータ等の処理装置とが収容され、例えば、携帯電話、携帯型音楽プレイヤー、パーソナルコンピュータ(PC)が構成される。   1 to 3 show the configuration of the touch panel device. The touch panel device includes a strip-shaped piezoelectric element 1, a touch panel 2 having a rectangular main surface with the piezoelectric element 1 bonded to the back surface, a case 3 in which the touch panel 2 is accommodated, an upper surface of the touch panel 2, and an upper lid 3a of the case 3. It is comprised with the annular gasket material 4 arrange | positioned between inner surfaces. In the case 3, an image display device 5 disposed on the back surface side of the touch panel 2 at a predetermined interval, and a processing device such as a computer (not shown) to which the touch panel 2 and the image display device 5 are connected. For example, a mobile phone, a portable music player, and a personal computer (PC) are configured.

2個の圧電素子1はタッチパネル2の画像表示装置5側の面に、接着層7を介して接着されている。接着層7は、接着剤、両面テープにより形成されている。接着剤としては、エポキシ系接着剤や、シアノ系接着剤など、硬化後の硬度が十分に高いものが用いられる。   The two piezoelectric elements 1 are bonded to the surface of the touch panel 2 on the image display device 5 side via an adhesive layer 7. The adhesive layer 7 is formed of an adhesive and a double-sided tape. As the adhesive, an epoxy adhesive, a cyano adhesive, or the like having a sufficiently high hardness after curing is used.

すなわち、上蓋3aと容器3bとから構成されるケース3内には、タッチパネル2と画像表示装置5と図示しない処理装置とが収容され、タッチパネル2はガスケット材4を介して上蓋3aの内面に接着され、画像表示装置5は、容器3bの内壁面に形成された段部に支持固定され、これにより、タッチパネル2と画像表示装置5とは所定間隔をおいて、ケース3内に収容されている。   That is, in the case 3 constituted by the upper lid 3a and the container 3b, the touch panel 2, the image display device 5, and a processing device (not shown) are accommodated, and the touch panel 2 is bonded to the inner surface of the upper lid 3a via the gasket material 4. Then, the image display device 5 is supported and fixed to a step portion formed on the inner wall surface of the container 3b, whereby the touch panel 2 and the image display device 5 are accommodated in the case 3 at a predetermined interval. .

タッチパネル2は主面が長方形状であり、タッチパネル2の上方より画像表示装置5を目視可能とするため、透明な材料を用いて形成されている。そのため、タッチパネル2の材質はアクリルやポリカーボネートなどのプラスチック基板や、ガラス基板が使用されている。また、ガスケット材4は、外部からの埃が内部に入らない防塵性を確保するため、全周囲がケース3の上蓋3aに固定されている。そのため、ガスケット材4には、タッチパネル2が変形し易い低密度高反発性の材料が望ましく、例えばウレタンフォームなどが用いられている。   The touch panel 2 has a rectangular main surface, and is formed using a transparent material so that the image display device 5 can be viewed from above the touch panel 2. Therefore, the touch panel 2 is made of a plastic substrate such as acrylic or polycarbonate, or a glass substrate. Further, the gasket material 4 is fixed to the upper lid 3a of the case 3 in order to ensure the dustproof property that dust from the outside does not enter the inside. Therefore, the gasket material 4 is desirably a low-density, high-repulsive material that easily deforms the touch panel 2, and for example, urethane foam or the like is used.

また、矩形状のタッチパネル2とケース3の上蓋3aとの間に矩形環状のガスケット材4が配置されており、ガスケット材4にてタッチパネル装置が密閉され、タッチパネル2と画像表示装置5との間、さらに他の機器も含めて収納されたケース3が、埃の入らない
防塵構造となっている。ガスケット材4は、タッチパネル2とケース3の上蓋3aの内面との間に、接着剤、両面テープ等で接着されている。
A rectangular annular gasket material 4 is disposed between the rectangular touch panel 2 and the upper lid 3 a of the case 3, and the touch panel device is hermetically sealed with the gasket material 4. In addition, the case 3 housed including other devices has a dust-proof structure that does not contain dust. The gasket material 4 is bonded between the touch panel 2 and the inner surface of the upper lid 3a of the case 3 with an adhesive, a double-sided tape, or the like.

また、上蓋3aには、タッチパネル2を指でタッチするための長方形状の操作窓3a1が形成されており、タッチパネル2はその外周部を除いて外部に露出しており、この操作窓3a1から外部に露出したタッチパネル2の長方形状の表面の一部が操作領域2aとされている。   In addition, a rectangular operation window 3a1 for touching the touch panel 2 with a finger is formed on the upper lid 3a, and the touch panel 2 is exposed to the outside except for its outer peripheral portion. A part of the rectangular surface of the touch panel 2 exposed to the operation area 2a.

操作窓3a1から外部に露出したタッチパネル2の操作領域2a以外の部分2b(非表示部2bということもある)は色を付けたり、不透明なフイルムを貼り付けたりしてデザインが施されており、上方からタッチパネル3の裏面側が見えないようになっている。   The part 2b (sometimes referred to as a non-display part 2b) other than the operation area 2a of the touch panel 2 exposed to the outside from the operation window 3a1 is designed by coloring or pasting an opaque film, The back side of the touch panel 3 cannot be seen from above.

操作領域2aは、環状のガスケット材4の内側に形成されている。操作者は、操作領域2aに映った画像表示装置5のボタン等に対応した位置のタッチパネル2を指で押す(タッチする)ことで、必要とする機能を実現できる。   The operation area 2 a is formed inside the annular gasket material 4. The operator can realize a necessary function by pressing (touching) the touch panel 2 at a position corresponding to the button or the like of the image display device 5 shown in the operation area 2a.

すなわち、タッチパネル装置は、タッチパネル2を指で押すことにより、抵抗膜式、静電容量式、光センサー式などの動作原理で得られた位置情報が、コンピュータ等の処理装置に入力されるように構成されている。そして、透明なタッチパネル2を介して画像表示装置5の情報が操作者に視覚的にフィードバックされる。操作者は、画像表示装置5の上方に配置されたタッチパネル2の操作領域2aをタッチすることで、あたかも実際のボタンを押して情報をコンピュータに入力したのと同様の効果を得ることができる。   That is, the touch panel device is configured such that the position information obtained by the operation principle such as the resistance film type, the capacitance type, and the optical sensor type is input to a processing device such as a computer by pressing the touch panel 2 with a finger. It is configured. Information on the image display device 5 is visually fed back to the operator via the transparent touch panel 2. By touching the operation area 2a of the touch panel 2 disposed above the image display device 5, the operator can obtain the same effect as if the user had pressed an actual button to input information to the computer.

圧電素子1は、タッチパネル2の操作領域2aの外側に接着されており、外部から見えないように構成されている。言い換えれば、圧電素子1は非表示部2bの領域に取り付けられており、前述のように非表示部2bの裏面側は上方から見えなくなっているため、圧電素子1は操作者からは見えず、外観を損なうこともない。   The piezoelectric element 1 is bonded to the outside of the operation area 2a of the touch panel 2 and is configured so as not to be seen from the outside. In other words, the piezoelectric element 1 is attached to the region of the non-display portion 2b, and the back side of the non-display portion 2b is not visible from above as described above, so the piezoelectric element 1 is not visible to the operator, Appearance is not impaired.

タッチパネル2は、短辺2a1と長辺2a2の長方形の主面を有している。2個の圧電素子1がタッチパネル2の主面における短辺2a1にそれぞれ平行に、かつタッチパネル2の主面における短辺2aに沿ったケース3への固定部から操作領域2a側に間隔L1、L2をおいてそれぞれ設けられている。タッチパネル2のケース3への固定部とは、ガスケット材4が接着されたタッチパネル2の外周部分である。なお、圧電素子1とガスケット材4による固定部との間隔L1、L2は等しい距離である必要はなく、非対称でもよい。   The touch panel 2 has a rectangular main surface with a short side 2a1 and a long side 2a2. The two piezoelectric elements 1 are parallel to the short side 2a1 on the main surface of the touch panel 2 and spaced from the fixing portion to the case 3 along the short side 2a on the main surface of the touch panel 2 to the operation region 2a side. Each is provided. The fixing portion of the touch panel 2 to the case 3 is an outer peripheral portion of the touch panel 2 to which the gasket material 4 is bonded. Note that the distances L1 and L2 between the piezoelectric element 1 and the fixed portion by the gasket material 4 do not have to be equal distances, and may be asymmetrical.

従来から、主面が長方形状のタッチパネル2の長辺2a2に沿って帯状の圧電素子1を設けると、圧電素子1を長くできるため発生力を大きくできることが知られている。しかしながら、タッチパネル2の全周囲をケース3に固定して防塵構造とすると、圧電素子1は、大きな変位を得るためには、タッチパネル2のケース3への固定部から離す必要がある。従って、幅方向に寸法上の制約があるタッチパネル2の主面における長辺では、大きな変位を得ようとすると、固定部からなるべく離すため操作領域2aが小さくなり、逆に操作領域2aを大きくしようとすると、タッチパネル装置の幅が大きくなる傾向があった。   Conventionally, it is known that when the band-shaped piezoelectric element 1 is provided along the long side 2a2 of the touch panel 2 having a rectangular main surface, the piezoelectric element 1 can be lengthened, so that the generated force can be increased. However, if the entire periphery of the touch panel 2 is fixed to the case 3 to form a dust-proof structure, the piezoelectric element 1 needs to be separated from the fixing part of the touch panel 2 to the case 3 in order to obtain a large displacement. Accordingly, if a large displacement is to be obtained on the long side of the main surface of the touch panel 2 that has dimensional restrictions in the width direction, the operation area 2a is reduced to be as far as possible from the fixed portion, and conversely, the operation area 2a is increased. Then, the width of the touch panel device tends to increase.

一方で、幅方向に寸法上の制約があるタッチパネル装置では、長さ方向では寸法上の制約が緩やかであり、タッチパネル2の主面における短辺2a1側の固定部から長い距離を置いて、かつ短辺2a1に平行に圧電素子1を設けることができ、圧電素子1の長さを短くせざるを得ないため圧電素子による発生力は小さくなる傾向はあるものの、タッチパネル2の主面における短辺2a1側の固定部から長い間隔L1、L2をおいて圧電素子1を
設けることが可能となり、タッチパネル2の振動を大きくすることができ、操作者に十分なクリック感を与えることができる。
On the other hand, in the touch panel device having a dimensional restriction in the width direction, the dimensional restriction is gentle in the length direction, and a long distance is placed from the fixed portion on the short side 2a1 side in the main surface of the touch panel 2, and Although the piezoelectric element 1 can be provided in parallel with the short side 2a1 and the length of the piezoelectric element 1 must be shortened, the force generated by the piezoelectric element tends to be small, but the short side on the main surface of the touch panel 2 The piezoelectric element 1 can be provided with a long distance L1, L2 from the fixed portion on the 2a1 side, the vibration of the touch panel 2 can be increased, and a sufficient click feeling can be given to the operator.

図4に帯状の圧電素子1の長さ方向における断面図を示す。図4において、帯状の圧電素子1は積層構造となっている。積層構造とすることで、圧電素子1に印加する駆動電圧を低下できるため、機器の低電圧化が実現される。また、図4において、符号10aは圧電体層であり、符号11、12は外部電極、符号13a、13bは内部電極、符号14a、14bは端面電極である。   FIG. 4 shows a cross-sectional view of the band-like piezoelectric element 1 in the length direction. In FIG. 4, the strip-shaped piezoelectric element 1 has a laminated structure. Since the driving voltage applied to the piezoelectric element 1 can be reduced by using the laminated structure, the voltage of the device can be reduced. In FIG. 4, reference numeral 10a is a piezoelectric layer, reference numerals 11 and 12 are external electrodes, reference numerals 13a and 13b are internal electrodes, and reference numerals 14a and 14b are end face electrodes.

圧電体層10aは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電セラミックスから形成され、外部電極11、12、端面電極14a、14bは厚膜印刷や蒸着などで形成されている。   The piezoelectric layer 10a is formed of, for example, piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT), and the external electrodes 11 and 12 and the end face electrodes 14a and 14b are formed by thick film printing or vapor deposition.

外部電極11と内部電極13aとは、端面電極14aを介して接続されている。一方、外部電極12と内部電極13bとは、端面電極14bを介して接続されている。また、圧電素子1の圧電体層10aは、全て分極がされ伸縮する活性層とされている。そして、図4(a)に示す電圧未印加の状態から、圧電体層10aに分極方向と同じ方向に電場を印加することで、帯状の圧電素子1は、図4(b)に示すように長さ方向に収縮する。   The external electrode 11 and the internal electrode 13a are connected via the end surface electrode 14a. On the other hand, the external electrode 12 and the internal electrode 13b are connected via the end face electrode 14b. The piezoelectric layer 10a of the piezoelectric element 1 is an active layer that is all polarized and expands and contracts. Then, by applying an electric field in the same direction as the polarization direction to the piezoelectric layer 10a from the state in which no voltage is applied as shown in FIG. 4A, the band-like piezoelectric element 1 is obtained as shown in FIG. 4B. Shrink in the length direction.

このような圧電素子1をタッチパネル2に接着し、帯状の圧電素子1を収縮させると、タッチパネル2が圧電素子1を拘束することから、タッチパネル2が上側(操作者側に凸)に変形し、振動する。   When such a piezoelectric element 1 is bonded to the touch panel 2 and the band-shaped piezoelectric element 1 is contracted, the touch panel 2 restrains the piezoelectric element 1 so that the touch panel 2 is deformed upward (convex to the operator side), Vibrate.

図5は、他の形態のタッチパネル装置の説明図であり、図2における圧電素子1とガスケット材4による固定部との間隔L1、L2が等距離ではなく、L1が大きくなっている。具体的には、2つの圧電素子1のうちの1つが、タッチパネル2の長さ方向中央部近傍に接着されている。この場合には、2つの圧電素子1の間のタッチパネル2に操作領域2aが形成されており、それ以外のタッチパネル2の操作窓3aから露出した部分は、非表示部2bとされている。   FIG. 5 is an explanatory diagram of another form of the touch panel device, in which the distances L1 and L2 between the piezoelectric element 1 and the fixing portion by the gasket material 4 in FIG. Specifically, one of the two piezoelectric elements 1 is bonded to the vicinity of the central portion in the length direction of the touch panel 2. In this case, an operation region 2a is formed on the touch panel 2 between the two piezoelectric elements 1, and the other portion exposed from the operation window 3a of the touch panel 2 is a non-display portion 2b.

このような構成とすることにより、タッチパネル2の中で最も振動自由度の高い長さ方向中央部に、圧電素子1が接着され振動することになり、その結果として、タッチパネル2、中でも操作領域2aをより大きく振動させることができる。   With such a configuration, the piezoelectric element 1 is bonded and vibrated at the center in the length direction having the highest degree of vibration freedom in the touch panel 2, and as a result, the touch panel 2, especially the operation area 2a. Can be vibrated more greatly.

なお、図5では、2つの圧電素子1間を操作領域2aとし、操作領域2a以外の部分を非表示部2bとしたが、圧電素子1とガスケット材4による固定部との間隔L1に位置する部分を、タッチして操作することはないが、画像表示装置5の画像を見ることができる表示部として使用することもできる。   In FIG. 5, the operation region 2 a is defined between the two piezoelectric elements 1, and the non-display portion 2 b is disposed at a portion other than the operation region 2 a, but is positioned at an interval L <b> 1 between the piezoelectric element 1 and the fixed portion by the gasket material 4. Although the portion is not touched and operated, it can also be used as a display unit that can view the image of the image display device 5.

図6は、さらに他の形態のタッチパネル装置の説明図であり、圧電素子1は、タッチパネル2の主面における一対の短辺2a1近傍にそれぞれ設けられており、タッチパネル2の長さ方向中央部にも設けられている。タッチパネル2の操作領域2aが、タッチパネルの長さ方向中央部に設けられた圧電素子1の両側に形成されている。   FIG. 6 is an explanatory diagram of a touch panel device according to still another embodiment. The piezoelectric element 1 is provided in the vicinity of the pair of short sides 2a1 on the main surface of the touch panel 2, and is located at the center in the length direction of the touch panel 2. Is also provided. The operation area 2a of the touch panel 2 is formed on both sides of the piezoelectric element 1 provided at the center in the length direction of the touch panel.

すなわち、タッチパネル2には、長さ方向に伸びた矩形状の操作領域2aが2つ設けられており、それらはタッチパネル2の長さ方向に配置されている。その結果、図6からわかるように、タッチパネル3には3箇所の非表示部2b1、2b2、2b3が存在する。それぞれの非表示部2b1、2b2、2b3には、3つの帯状の圧電素子1が、タッチパネル2の裏面側に取り付けられており、これらの取り付け位置はガスケット材6から、それぞれL1、L2、L3だけ間隔をおいて配置されている。   That is, the touch panel 2 is provided with two rectangular operation areas 2 a extending in the length direction, and these are arranged in the length direction of the touch panel 2. As a result, as can be seen from FIG. 6, the touch panel 3 has three non-display portions 2b1, 2b2, and 2b3. In each non-display portion 2b1, 2b2, 2b3, three band-like piezoelectric elements 1 are attached to the back side of the touch panel 2, and these attachment positions are only L1, L2, L3 from the gasket material 6, respectively. Arranged at intervals.

特に、圧電素子1は、タッチパネル2の長さ方向中央部近傍に配置されている。このような構成とすることにより、操作領域2aを2画面として、より多くの情報を表示することができると同時に、タッチパネル2の中で最も振動自由度の高い長さ方向中央部に、圧電素子1が接着され、振動することになるため、タッチパネル2を大きく振動させることができる。   In particular, the piezoelectric element 1 is disposed in the vicinity of the center in the length direction of the touch panel 2. By adopting such a configuration, it is possible to display more information with the operation area 2a as two screens, and at the same time, at the center of the touch panel 2 having the highest degree of vibration freedom, the piezoelectric element Since 1 is adhered and vibrates, the touch panel 2 can be vibrated greatly.

また、3つの圧電素子1は同時に駆動してもよい。この場合には、タッチパネル2の全面で大きな振動が得られる。また、操作者が一つの操作領域2aに対して入力操作を行うときには、操作領域2aを挟む位置の圧電素子1だけを駆動してもよい。この場合には、圧電素子1で挟まれた操作領域2aを選択的に大きく振動させることができる。   The three piezoelectric elements 1 may be driven simultaneously. In this case, a large vibration is obtained on the entire surface of the touch panel 2. When the operator performs an input operation on one operation area 2a, only the piezoelectric element 1 at a position sandwiching the operation area 2a may be driven. In this case, the operation region 2a sandwiched between the piezoelectric elements 1 can be selectively vibrated largely.

広く用いられている有限要素法解析ソフトのANSYSにより、圧電性を考慮したシミュレーションを行った。解析モデルは、タッチパネル2および圧電素子1、ガスケット材4からなり、タッチパネル2と圧電素子1、ガスケット材4を固着させる接着剤は省略した。ガスケット材4をタッチパネル2の全周囲に配置し、ガスケット材4の変位を拘束することで、タッチパネル2の全周囲がケース3に固定されている状況をモデル化した。圧電素子1は帯状の外形をしており、図4に示すように圧電セラミックス層10aと内部電極層13a、13bとが積層構造をなしているものとした。   A simulation considering piezoelectricity was performed by ANSYS, a widely used finite element method analysis software. The analysis model is composed of the touch panel 2, the piezoelectric element 1, and the gasket material 4, and the adhesive for fixing the touch panel 2, the piezoelectric element 1, and the gasket material 4 is omitted. The situation in which the entire periphery of the touch panel 2 is fixed to the case 3 by placing the gasket material 4 around the entire touch panel 2 and restraining the displacement of the gasket material 4 was modeled. The piezoelectric element 1 has a belt-like outer shape, and the piezoelectric ceramic layer 10a and the internal electrode layers 13a and 13b have a laminated structure as shown in FIG.

タッチパネル2の材質はアクリルとし、ガスケット材4はヤング率の低い弾性体とした。圧電材料には、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)の材料物性値を適用した。   The touch panel 2 was made of acrylic, and the gasket material 4 was made of an elastic body having a low Young's modulus. The material properties of PZT (lead zirconate titanate) were applied to the piezoelectric material.

以下の実施例においては、タッチパネル2および圧電素子1、ガスケット材4の寸法や材質は統一しており、圧電素子1の数と配置を変更した場合の検討結果を記載する。   In the following examples, the dimensions and materials of the touch panel 2, the piezoelectric element 1, and the gasket material 4 are unified, and the examination results when the number and arrangement of the piezoelectric elements 1 are changed are described.

はじめに、圧電素子1とガスケット材4との間隔について検討を行った。図2に示すように、タッチパネル2の操作領域2aが長さ方向の中央部にあり、その両側に圧電素子1を配置した場合をモデル化した。圧電素子1とガスケット材4との間隔L1、L2を変更させてシミュレーションを行い、タッチパネル2中央部の変位の大きさを求めた。なお、この検討においては、間隔L1、L2は等しいものとした。   First, the distance between the piezoelectric element 1 and the gasket material 4 was examined. As shown in FIG. 2, the case where the operation area 2a of the touch panel 2 is in the center in the length direction and the piezoelectric element 1 is arranged on both sides thereof is modeled. A simulation was performed by changing the distances L1 and L2 between the piezoelectric element 1 and the gasket material 4, and the magnitude of displacement at the center of the touch panel 2 was obtained. In this study, the intervals L1 and L2 are assumed to be equal.

結果を図7に示す。圧電素子1とガスケット材4との間隔L1、L2が広くなるほど、タッチパネル2の中央部の変位が大きくなり、圧電素子1がタッチパネル2の長さ方向の中央部に配置されたとき、変位が最大になっている。したがって、タッチパネル2の全周囲を固定した場合、長さ方向の中央部近傍に圧電素子1を配置することが、タッチパネル2を大きく振動させるために望ましいことがわかる。   The results are shown in FIG. As the distances L1 and L2 between the piezoelectric element 1 and the gasket material 4 become wider, the displacement of the center portion of the touch panel 2 increases, and when the piezoelectric element 1 is disposed at the center portion of the touch panel 2 in the length direction, the displacement is maximum. It has become. Therefore, when the entire periphery of the touch panel 2 is fixed, it can be seen that it is desirable to dispose the piezoelectric element 1 near the center in the length direction in order to vibrate the touch panel 2 greatly.

次に、図5に示すように、1つの圧電素子1がタッチパネル2の長さ方向の中央部に配置され、その片側に操作領域2aが設けられた場合をモデル化し、変位量の計算を行った。図5における断面B−B’におけるタッチパネルの変位量を図8に示す。図8の横軸は、図5の断面B−B’における長さ方向の位置を示しており、操作領域2aは長さ方向の中央部よりも右側に配置されている。その結果が、図8の実線22である。比較例として、圧電素子1が長さ方向の中央部に1個だけ配置された場合の結果を、破線23で示している。また、タッチパネル2の長さ方向の一辺の長さより短い細長帯状の圧電素子1を一対固着し、一対の圧電素子1は、それぞれ長方形の対角位置近傍から長さ方向の一辺に沿って固着させた場合(特許文献1)の結果を、一点鎖線24で示している。   Next, as shown in FIG. 5, the case where one piezoelectric element 1 is arranged at the center in the length direction of the touch panel 2 and the operation region 2a is provided on one side thereof is modeled, and the displacement amount is calculated. It was. FIG. 8 shows the amount of displacement of the touch panel along the section B-B ′ in FIG. 5. The horizontal axis in FIG. 8 indicates the position in the length direction in the cross section B-B ′ in FIG. 5, and the operation region 2 a is disposed on the right side of the central portion in the length direction. The result is a solid line 22 in FIG. As a comparative example, the result when only one piezoelectric element 1 is arranged at the center in the length direction is indicated by a broken line 23. Also, a pair of strip-like piezoelectric elements 1 shorter than the length of one side in the length direction of the touch panel 2 are fixed, and the pair of piezoelectric elements 1 is fixed along one side in the length direction from the vicinity of the diagonal position of the rectangle. The result in the case of (Patent Document 1) is indicated by a one-dot chain line 24.

実線22と一点鎖線24とを比較すると、長さ方向の辺に沿って対角位置近傍に圧電素
子を配置する従来技術に比べて、タッチパネル2の長さ方向の中央部近傍に、タッチパネル2の短辺に平行に圧電素子1を配置する方が、タッチパネル2中央部において2.7倍大きい変位が得られることがわかる。実線22で示すように、操作領域2aの両側に圧電素子1を配置した場合においては、破線23で示す圧電素子1が中央部に1つだけの場合に比べて、操作領域2aの領域において、特に大きな変位が得られていることがわかる。
When comparing the solid line 22 and the alternate long and short dash line 24, the touch panel 2 is located near the center in the length direction of the touch panel 2 as compared with the conventional technique in which the piezoelectric element is disposed near the diagonal position along the side in the length direction. It can be seen that when the piezoelectric element 1 is arranged parallel to the short side, a displacement that is 2.7 times larger at the center of the touch panel 2 is obtained. As shown by the solid line 22, in the case where the piezoelectric element 1 is arranged on both sides of the operation area 2a, in the area of the operation area 2a, compared to the case where the piezoelectric element 1 shown by the broken line 23 is only one in the central portion, It can be seen that a particularly large displacement is obtained.

最後に、図6のように、タッチパネル2の長さ方向の中央部に圧電素子1が1つ配置され、その両側に操作領域2aおよび圧電素子1が配置された場合をモデル化し、シミュレーションを行った。そのときの断面C−C’におけるタッチパネルの変位量を、図8の実線21として示した。実線22で示した、操作領域2aが片側の場合と比較して、長さ方向中央部の両側で大きな変位が得られていることがわかる。   Finally, as shown in FIG. 6, the case where one piezoelectric element 1 is arranged at the center in the length direction of the touch panel 2 and the operation region 2a and the piezoelectric element 1 are arranged on both sides thereof is modeled and a simulation is performed. It was. The displacement amount of the touch panel in the cross section C-C ′ at that time is shown as a solid line 21 in FIG. 8. It can be seen that a large displacement is obtained on both sides of the central portion in the length direction as compared with the case where the operation region 2a is shown on one side as indicated by the solid line 22.

以上の結果から、矩形状のタッチパネル2には長さ方向に伸びた矩形状の操作領域2aが設けられており、タッチパネル2の全周囲がケース3に固定されており、圧電素子1は操作領域2aの外側に、ケース3への固定部から所定間隔をおいて、タッチパネル2の一対の短辺に平行な方向に接着することによって、タッチパネル2とケース3との間の封止性を確保しながら、タッチパネル2の操作領域2aを大きく振動させることができ、その結果、操作者に強いクリック感を与えることが可能となることがわかる。   From the above results, the rectangular touch panel 2 is provided with a rectangular operation area 2a extending in the length direction, and the entire periphery of the touch panel 2 is fixed to the case 3, and the piezoelectric element 1 has the operation area. Adhering in a direction parallel to the pair of short sides of the touch panel 2 at a predetermined interval from the fixing portion to the case 3 on the outer side of the case 2a ensures a sealing property between the touch panel 2 and the case 3. However, it can be seen that the operation area 2a of the touch panel 2 can be vibrated greatly, and as a result, a strong click feeling can be given to the operator.

1:圧電素子
2:タッチパネル
2a:操作領域
2a1:短辺
2a2:長辺
3:ケース
3a:上蓋
3a1:操作窓
3b:容器
4:ガスケット材
5:画像表示装置
10a:圧電体層
11、12:外部電極
13a、13b:内部電極
14a、14b:端面電極
1: Piezoelectric element 2: Touch panel 2a: Operation area 2a1: Short side 2a2: Long side 3: Case 3a: Upper lid 3a1: Operation window 3b: Container 4: Gasket material 5: Image display device 10a: Piezoelectric layers 11, 12: External electrodes 13a and 13b: internal electrodes 14a and 14b: end face electrodes

Claims (3)

ッチパネルと、
処理装置と、
該タッチパネルが保持固定されるとともに前記処理装置が収容されており、前記タッチパネルにタッチするための操作窓を有するケースと、
前記タッチパネルの面に接着されるとともに前記タッチパネルを振動させる帯状の圧電素子とを具備し、
前記ケースの前記操作窓には前記タッチパネルの操作領域が露出しているタッチパネル装置であって、
前記タッチパネルは、前記操作領域および前記圧電素子を全周囲に亘って取り囲んで前記ケースに固定された固定部を有しており
平面視して、
前記固定部のうち前記タッチパネルの短辺に沿った部位を第1固定部とするとき、
前記圧電素子は、前記第1固定部と前記操作領域との間に位置するとともに、前記第1固定部とは離間して設けられていることを特徴とするタッチパネル装置。
And other touch panel,
A processing device;
The touch panel is housed together with the processing device is retained stationary, the case having an operation window for touch the touch panel,
Anda strip of pressure-electronic device for vibrating the touch panel while being adhered to the lower surface of the touch panel,
The operation window of the case is a touch panel device in which an operation area of the touch panel is exposed,
The touch panel has a fixing portion that surrounds the operation area and the piezoelectric element over the entire periphery and is fixed to the case.
In plan view
When the portion along the short side of the touch panel among the fixed portions is a first fixed portion,
The touch panel device is characterized in that the piezoelectric element is located between the first fixing portion and the operation region, and is provided apart from the first fixing portion .
一対の前記圧電素子の一方が、前記タッチパネルの一方の前記短辺近傍に設けられ、他方が前記タッチパネルの長さ方向中央部に設けられており、
前記タッチパネルの前記操作領域が、一方の前記圧電素子と他方の前記圧電素子との間に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネル装置。
One of the pair of the piezoelectric element is provided on the short side near the hand of the touch panel, the other is provided in the central longitudinal portion of the touch panel,
The touch panel device according to claim 1, wherein the operation area of the touch panel is provided between one of the piezoelectric elements and the other of the piezoelectric elements.
複数の前記圧電素子は、前記タッチパネルの一対の前記短辺近傍にそれぞれ設けられているとともに、前記タッチパネルの長さ方向中央部にも設けられており、
前記タッチパネルの前記操作領域が、前記タッチパネルの長さ方向中央部に設けられた前記圧電素子の両側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネル装置。
A plurality of said piezoelectric element, together with the respectively provided on the short sides near one pair of the touch panel, is also provided in the central longitudinal portion of the touch panel,
The touch panel device of claim 1, wherein the operation area of the touch panel, characterized in that provided on both sides of the piezoelectric element provided in the central longitudinal portion of the touch panel.
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