JP5570640B2 - 圧電素子および電子機器 - Google Patents
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Description
本開示は、タッチパネルを備える電子機器に関する。
近年、ディスプレイの表面に、入力手段としてタッチパネルを備えた電子機器が広く利用されている。このタッチパネルの動作原理の一つとして、静電容量方式が挙げられる。この方式では、操作者の指先と、タッチパネルの導電膜との間の静電容量の変化を捉えることで、操作者の指先のタッチパネル上のタッチ位置を検出する。
一般に、タッチパネルを備えた電子機器は、操作者がタッチパネル表面に直接触れることで入力操作を行う。操作者は、タッチパネル表面への接触時に静電容量の変化が起こっても、触覚的に静電容量の変化を認識することはできない。このため操作者は、入力操作が正しく行われたかを、指先の触覚によって判断することができない。このことは、操作者にとって大きなストレスとなっていた。
特許文献1は、タッチパネルへの入力操作を検知して、タッチパネルを振動させ、操作者に触覚的な操作感を与える、触覚提示機能付きタッチパネルを開示している。
本開示は、より改善された触覚を提示するタッチパネルを備えた電子機器を提供する。
本開示における電子機器は、ベースと、パネルと、前記ベースに対して前記パネルを支
持する支持部と、前記パネルを所定の周波数で振動させる振動部とを備え、前記支持部は、前記パネルの振動の節の部分に位置する第1領域と、前記パネルの節の以外の部分に位置する第2領域とを含み、前記支持部の前記第1領域における剛性は、前記第2領域における剛性よりも小さい。
持する支持部と、前記パネルを所定の周波数で振動させる振動部とを備え、前記支持部は、前記パネルの振動の節の部分に位置する第1領域と、前記パネルの節の以外の部分に位置する第2領域とを含み、前記支持部の前記第1領域における剛性は、前記第2領域における剛性よりも小さい。
本発明によれば、タッチ位置による触感の違いを低減することができる電子機器を提供することができる。
本願発明者は、特許文献1に開示された触覚提示機能付きタッチパネルの実装構造を詳細に検討した。その結果、操作者が、触れる指の位置によって、タッチパネルの振動が十分な大きさで感知できない場合があることが分かった。本願発明者は、このような課題に鑑み、タッチ位置による触感の違いが抑制された電子機器を提供する。
以下、図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
以下、図面を参照しながら実施形態に係る電子機器100について説明する。説明の便宜上、電子機器100の長辺方向をX方向、短辺方向をY方向、厚さ方向をZ方向とする。
[1.電子機器の構成]
図1は、電子機器100の表示面102a側の外観を示す斜視図である。電子機器100は、表示部101と、表示部101を覆って配置されたタッチパネル102と、筐体103とを備える。表示部101は、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置、電子ペーパー型の表示装置等であってよい。
図1は、電子機器100の表示面102a側の外観を示す斜視図である。電子機器100は、表示部101と、表示部101を覆って配置されたタッチパネル102と、筐体103とを備える。表示部101は、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置、電子ペーパー型の表示装置等であってよい。
図2は、電子機器100の構成を示す分解斜視図である。図2に示すように、電子機器100は、ベース201と、タッチパネル102と、支持部202と、振動部210a、
210bとを備える。ベース201は、タッチパネル102を支える。ベース201は、金属や樹脂など、タッチパネル102などを支えることができる剛性を備えた部材によって構成されている。本実施形態ではベース201と支持部202とは別体として設けられているが、ベース201と支持部202とは一体的に形成されていてもよい。また、ベース201は、表示部101であってもよい。
210bとを備える。ベース201は、タッチパネル102を支える。ベース201は、金属や樹脂など、タッチパネル102などを支えることができる剛性を備えた部材によって構成されている。本実施形態ではベース201と支持部202とは別体として設けられているが、ベース201と支持部202とは一体的に形成されていてもよい。また、ベース201は、表示部101であってもよい。
電子機器100は、例えば、駆動部301、画像処理部302、制御部303が設けられた基板305を更に備える。基板305は例えばベース201のタッチパネル102と反対側に取り付けられていてもよい。駆動部301は、振動部210a、210bに駆動電圧を供給し、振動部210a、210bを振動させる。画像処理部302は、表示部101に表示するコンテンツである画像信号を処理する。制御部303は、マイクロコンピュータなどの情報処理回路とプログラムや表示部に表示する動画などのコンテンツのデータを記憶する記憶部を含む。また、表示部101、タッチパネル102、駆動部301、画像処理部302の制御を行う。
タッチパネル102は、例えば、矩形形状を有し、そのサイズは、例えば、X方向に280mm、Y方向に180mm、Z方向に0.9mmである。タッチパネル102の材質は、例えば、ガラスおよびセンサ電極を形成したフィルムの積層体である。タッチパネル102のヤング率は、例えば、70GPaであり比重は2500kg/m3である。
タッチパネル102は、操作者のタッチ操作を検出する。より具体的には、タッチパネル102は、主面102aを有し、タッチパネル102の主面102a上において、操作者が指やスタイラスなどで接触したこと、および/あるいは、主面102a上における接触位置を検出する。接触位置の検出は1つであってもよいし、同時に複数の位置を検出してもよい。タッチパネル102としては、感圧方式や静電容量方式、光学式、表面弾性波方式などの公知の方式を用いることができる。タッチパネル102は、パネルの一例である。タッチパネル102は、その周縁部分が支持部202により支持されている。
タッチパネル102は、表示装置101に接着されたオンセル型タッチパネルであっても良いし、表示部101自体がタッチ操作を検出する機能を持ったインセル型タッチパネルであっても良い。また、タッチパネル102は透明であっても不透明であっても良い。要するに、タッチパネル102は、操作者のタッチ操作を検出する機能を持っていれば良い。
支持部202は、タッチパネル102の周縁と接触し、タッチパネル102をベース201に対して支持する。本実施形態では、支持部202はタッチパネル102の周縁の全周に設けられている。支持部202は、樹脂、ゴム、ゲルやバネ要素など一定の強度と弾性力を備えた材料で構成される。
支持部202は、4つの辺で構成されている。具体的には、支持部202は、タッチパネル102の形状に対応した対向する一対の長辺202Lと、対向する1対の短辺202Sとで構成されるフレーム形状を有する。これによって、タッチパネル102とベース201との間に、支持部202に囲まれた空間202Cが形成される。空間202Cによって、タッチパネル102はベース201と接触せずに、振動することができる。
支持部202は、第1領域202aと第2領域202bを含む。以下において詳細に説明するように、第1領域202aは、タッチパネル102が振動した場合の振動の節となる部分に位置し、第2領域202bは振動の節以外の部分に位置する。本実施形態では、支持部202は、2N個(Nは1以上の自然数)の第1領域202aを含む。一対の長辺202Lのそれぞれに、N個の第1領域202aが位置している。一対の長辺202Lの
一方に位置するN個の第1領域202aおよび他方に位置するN個の第1領域202aは、短辺202Sの伸びる方向と平行(Y方向)なN本の直線上にそれぞれ1個づつ位置している。
一方に位置するN個の第1領域202aおよび他方に位置するN個の第1領域202aは、短辺202Sの伸びる方向と平行(Y方向)なN本の直線上にそれぞれ1個づつ位置している。
上述したように本実施形態では、ベース201と支持部202とは別体として設けられているが、ベース201と支持部202とは一体に形成されてもよい。この場合、支持部202が一体的に形成されたベース201のうち、空間202Cを形成するようにベース201から突出した部分が支持部202に対応する。
本実施形態では、電子機器100は、2つの振動部210a、210bを備えている。振動部210a、210bは、タッチパネル102の裏面102bの周縁部に取り付けられている。より具体的には、振動部210a、210bは、タッチパネル102の短辺近傍であって短辺の略中点付近に、振動部210a、210bの長手方向と短辺とが平行となるように、1つずつ配置され、支持部202の短辺近傍においてタッチパネル102を振動させる。
振動部210a、210bとしては、たとえば圧電素子や振動モータ、リニアアクチュエータ、ボイスコイルモータ、人工筋肉などが用いられる。要するに振動部210a、210bは、電気エネルギーなどを振動エネルギーに変換することができるものであればよい。
図3は本実施形態において、振動部が圧電素子である場合の振動部210a、210bの一例を示している。圧電素子210a、210bは、圧電体212と、第1端子Pと、第2端子Nと基準電極216と、第3端子Gとを含む。図3に示すように、圧電体210a、210bは、例えば、直方体形状を有しており、実装面212bと、面212a、212c、212d、212e、212fを有する。実装面212bと面212aとは、直方体の互いに平行な1対の主面を構成している。基準電極216は、実装面212bの全体を覆って設けられている。また、第1端子P、第2端子Nおよび第3端子Gは、外部との接続のため、面212a、212c、212d、212e、212fのうちの少なくとも1つの面に設けられている。本実施形態では、第1端子Pは面212aに設けられている。以下において説明するように、面212c、212d、212eには、第1外部電極215a、第2外部電極215b、第3外部電極215cがそれぞれ設けられている。
図4は、図2における電子機器100をA−A’で切断したときのタッチパネル102と振動部210aの断面図である。振動部210bも同じ構造を有している。図4に示すように、振動部210aは、実装面212bがタッチパネル102の裏面102bと対向するように、エポキシ系接着剤、UV硬化樹脂、両面テープなどの接着材料250により接着されている。タッチパネル102の裏面102bに配線等があり、振動部210aの基準電極216とタッチパネル102とが電気的に導通する可能性がある場合には、接着材料250には絶縁性を有したものを用いる。
振動部210aの振動をタッチパネル102に効率よく伝える必要があるため、接着材料250は、一般に高い剛性を有している。ただし、剛性が高すぎると、高温時や低音時に、振動部210とタッチパネル102との熱膨張係数の差によりひずみが生じやすくなる。このため、接着部材250は、振動部210aおよびタッチパネル102よりも小さい剛性を有する。
図4に示すように、振動部210aは圧電体212の内部に所定の間隔を隔てた交互に配置された複数の第1内部電極214aおよび複数の第2内部電極214bを更に含む。これにより、圧電体212は、第1内部電極214aと複数の第2内部電極214bに挟
まれた複数の層に分けられる。複数の第1内部電極214aは第1外部電極215aを介して第1端子Pに電気的に接続されている。同様に、複数の第2内部電極214bは第2外部電極215bを介して第2端子Nに電気的に接続されている。基準電極216は、第3外部電極215cを介して第3端子Gに電気的に接続されている。圧電体212は、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料によって構成されている。
まれた複数の層に分けられる。複数の第1内部電極214aは第1外部電極215aを介して第1端子Pに電気的に接続されている。同様に、複数の第2内部電極214bは第2外部電極215bを介して第2端子Nに電気的に接続されている。基準電極216は、第3外部電極215cを介して第3端子Gに電気的に接続されている。圧電体212は、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料によって構成されている。
第1外部電極215aおよび第2外部電極215bは、印刷、スパッタリング、溶着、メタリコンなどの方法によって、銀、パラジウム、銅、ニッケルなどの金属あるいはこれらの金属を含む複合体を用いて形成されている。その形成方法上、第1外部電極215aおよび第2外部電極215bは、一部が、実装面212b側にも形成されてもよい。実装面212b側に形成された第1外部電極215aおよび第2外部電極215bがタッチパネル102aと接触しないように、振動部210aには、基準電極216を覆うように予め絶縁体層251が形成されていてもよい。絶縁体層251は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの樹脂かまたは、ガラスなどの前縁材料によって構成することができる。絶縁体層251が形成された振動部210aを、タッチパネルに接着材料250により接着する。タッチパネル102aの表面が絶縁されている場合、タッチパネル102aのセンシング方式により電磁ノイズの影響が少ないときなどは、絶縁層251は必ずしも必要ない。振動部210aの第1端子P、第2端子Nおよび第3端子Gは、それぞれ駆動部301に電気的に接続されている。
第1端子Pおよび第2端子Nを介して圧電212に電圧をかけることによって、振動部210aは、電圧による電界に応じて伸縮する。一般に圧電体を伸縮させるためには高い電圧を印加する必要がある。しかし、タッチパネル102は操作者が手指等で触れることを想定しており、あまり高い電圧を印加することはできない。そのため、振動部210aは、低電圧でも十分な強度の電界が圧電体に印加できるよう、圧電体の内部に複数の第1内部電極214aおよび複数の第2内部電極214bが圧電体を隔てて交互に配置された積層構造を有している。これにより、電極の間隔を狭くし、低い電圧でも、高い電界を発生させることができる。
また、タッチパネル102への、振動部210a、210bの駆動電圧による電磁ノイズを防ぐために、振動部210aとタッチパネル102との間に、基準電極216が位置している。基準電極216は、振動部210a、210bのタッチパネル102側の表面または、最もタッチパネル102側の内部電極に形成されている。
図3および図4では、基準電極216は振動部210aの表面に形成されているが、振動部210aとは別体であってもよく、例えば、金属箔などによって形成してもよい。不要な共振を起こさないために、圧電体の厚さは、第1内部電極214aと第2内部電極214bとにはさまれた圧電体の層の厚さtiよりも最も外側に位置する圧電体の層の厚さ
toのほうが大きくてもよい。
toのほうが大きくてもよい。
図5(a)、(b)は、駆動部301が出力する電圧の波形の一例を示す。第1端子Pには、図5(a)に示す波形の電圧が印加され、第2端子Nには、図5(b)に示す波形の電圧が印加される。これら2つの電圧の位相は、互いに反転している。振動部210aの圧電体212の各層には、2つの電圧の差分の電圧が印加されるため、図5(c)に示すように、各々の電圧の2倍の電圧が圧電体212の各層に印加される。第3端子Gには、基準電位、例えば、グランド電位の電圧が印加される。これにより、基準電極216がグランド電位の電圧に維持され、タッチパネル102へのノイズの発生を抑制することができる。
図6(a)は支持部202によってベース201に支持されたタッチパネル102の平面図であり、(b)は、図6(a)におけるB−B’断面を示している。
支持部202において、ベース201と平行な面上の長手方向と垂直な方向(Y方向)における第1領域202aの幅Waが、第2領域202bの幅Wbよりも小さい。本実施形態では、第1領域202aおよび第2領域202bは同一部材で構成されている。このため、幅が小さい第1領域202aの方が、第2領域202bよりも剛性が小さくなっている。剛性とは、タッチパネル102の主面102aおよび裏面102bと垂直な方向への圧縮/伸長のし易さをいう。
タッチパネル102は、振動部210a、210bにより振動する。パネル102の形
状やサイズ、材料、固定方法および振動部210a、210bの振動周波数、振動振幅、振動位相などを適切に選定すれば、タッチパネル102は所定の定在波で振動する。タッチパネル102全体をできるだけ均一に振動させるためには、定在波を2次以上の高次の振動モードで振動させる。高次の振動モードでは、タッチパネル102の端部以外において、2つ以上の特定の場所で振幅が大きい振動の腹が生成し、1つ以上の特定の場所で振動の振幅が小さい節が生成する。支持部202の中でも、振動の節に近い領域部分は第1領域202aにより、それ以外の領域は第2領域202bにより形成されている。複数の定在波を、操作者のタッチ位置によって切り替える場合は、少なくともひとつの定在波の節の位置に第1領域202aを配置する。
状やサイズ、材料、固定方法および振動部210a、210bの振動周波数、振動振幅、振動位相などを適切に選定すれば、タッチパネル102は所定の定在波で振動する。タッチパネル102全体をできるだけ均一に振動させるためには、定在波を2次以上の高次の振動モードで振動させる。高次の振動モードでは、タッチパネル102の端部以外において、2つ以上の特定の場所で振幅が大きい振動の腹が生成し、1つ以上の特定の場所で振動の振幅が小さい節が生成する。支持部202の中でも、振動の節に近い領域部分は第1領域202aにより、それ以外の領域は第2領域202bにより形成されている。複数の定在波を、操作者のタッチ位置によって切り替える場合は、少なくともひとつの定在波の節の位置に第1領域202aを配置する。
[2.電子機器の動作およびタッチパネルの振動]
本実施形態の電子機器は、例えば、操作者からの指令に基づき制御部303の記憶部に記憶された動画コンテンツのデータが、制御部303の信号処理回路の指令によって記憶部から読みだされ、画像処理部302によって処理され、表示部101に表示される。
本実施形態の電子機器は、例えば、操作者からの指令に基づき制御部303の記憶部に記憶された動画コンテンツのデータが、制御部303の信号処理回路の指令によって記憶部から読みだされ、画像処理部302によって処理され、表示部101に表示される。
また、タッチパネル102は操作者からの入力を受け付ける。例えば操作者が手指でタッチパネル102の表面102aに触れると、タッチパネルは、手指の接触および表面102a上での接触の位置に関する情報を制御部303に出力する。
制御部303は、タッチパネル102からの出力を受け取り、振動部210a、210bを振動させる指令を駆動部301へ出力する。これにより、駆動部301が振動部210a、210bを振動させ、タッチパネル102が振動する。タッチパネル102の振動により操作者は、操作者のタッチパネル102への入力が受け付けられたことを手指が感じる触覚によって認識する。
接触の位置に関する情報に基づき制御部303は、接触の位置に応じて振動部210a、210bの振動の振幅の大きさや振動パターン、振動モードなどの振動条件が異なるように駆動部301に指令を出力してもよい。これにより、操作者は、手指が接触した位置の違いを認識することができる。
制御部303は、また、例えば電子機器100において所定の処理を行う。例えば、手指が接触した位置に応じて、表示部に表示している動画を一時停止する処理、動画を早送りする処理、動画の音声の大きさを変更する処理などを行う。
次にタッチパネル102の振動について詳細に説明する。
図7(a)は、振動部210a、210bに、駆動部301から電圧150Vpp、周波数370Hzの正弦波を逆位相で印加した場合のタッチパネル102の定在波の振動振幅の例を表している。ここで逆位相とは、たとえば、振動部210aが伸びているときに
、振動部210bが縮むような位相をいう。具体的には、振動部210aと振動部210bとにかかる電圧の位相が反転している。X方向には、振幅の大きな場所である振動の腹501と、振幅の小さな場所である振動の節502が存在する。Y方向には、両端部を除き振動の節502はない。図7(b)は、Y方向の中央位置における振動の波形を示しており、横軸はx方向の距離を示し、縦軸は振幅の大きさを示している。図7(a)および(b)に示すように、タッチパネル102に生じる定在波はX方向に4つの振動の腹501および3つの振動の節502を有している。このような振動モードをf30モードと呼ぶ。ここで、fの添え字の一桁目はX方向の節の数、二桁目はY方向の節の数を示す。
、振動部210bが縮むような位相をいう。具体的には、振動部210aと振動部210bとにかかる電圧の位相が反転している。X方向には、振幅の大きな場所である振動の腹501と、振幅の小さな場所である振動の節502が存在する。Y方向には、両端部を除き振動の節502はない。図7(b)は、Y方向の中央位置における振動の波形を示しており、横軸はx方向の距離を示し、縦軸は振幅の大きさを示している。図7(a)および(b)に示すように、タッチパネル102に生じる定在波はX方向に4つの振動の腹501および3つの振動の節502を有している。このような振動モードをf30モードと呼ぶ。ここで、fの添え字の一桁目はX方向の節の数、二桁目はY方向の節の数を示す。
タッチパネル102に生じ得る定在波は1つではなく、種々のモードの定在波が生成し得る。使用する振動モードの選定には、振動の均一性だけでなく、人が感じやすい、音が聞こえにくい周波数であるという観点で振動モードを決定してもよい。
人の触覚の感じやすい周波数は100〜500Hzであり、200〜400Hzの周波数であれば、より触覚として感じやすい。一方、振動の周波数が500Hzを超えると、パネルの振動により騒音が発生する。このため、振動が聞こえにくいという観点では、500Hz以下、あるは400Hz以下の周波数を選択してもよい。また複数の振動モードを使い分ける場合に、あまり駆動周波数が違うと触覚に違和感が生じる。このため、複数の振動モードを使用する場合、選択する振動モードの周波数が互いに近接していれば、そのような違和感が生じにくい。
振動部210a、210bは、タッチパネル102上において、使用する振動モードの振動振幅の大きな場所に配置すれば、効率よく大きな振幅の定在波を励起できる。図7(a)に示す振動モードを用いる場合、4か所の振動の腹501に振動部を配置すれば、最も効率よく大きな振幅の定在波を励起できる。しかし、通常、振動部は透明ではないため、タッチパネルの中央部に配置するとその裏側の表示部101の表示が見えなくなる。このため、振動部210a、210bをタッチパネル102の端部に配置する。具体的には、表示部101の表示エリアよりも外側で、タッチパネル102の範囲に配置する。端部とは支持部202の短辺に近接した位置に限られず、支持部の短辺から少し内側であっても表示エリアより外側であればよい。その場合も、より振動の腹に近い端部に設置するのが好ましい。図7(a)に示す振動モードの場合、タッチパネル102のX方向端部であってY方向の中央部に配置するか、タッチパネル102のY方向端部のX方向の振動の腹に近い場所の4箇所に配置するのが望ましい。
上述したように、振動部は2か所に設けてもよいし、1か所、または、3か所以上に設けてもよい。また、本実施形態では、振動部210a、210bをX方向に配列しているが、Y方向に配列してもよく、Y方向とX方向を含む方向に配列させてもよい。また、タッチパネル102に対して対称に配置してもよいし、非対称な位置に配置してもよい。いずれの場合も生じる定在波のできるだけ腹に近い部分に配置すればよい。
振動部を2か所以上に設ける場合、励起する定在波の振動モードおよび振動部の位置に応じて、設ける振動部を同相で駆動するか逆相で駆動するかを決定することができる。例えば、X方向の振動の腹に複数の振動部を配置する場合、1番目の腹に配置する振動部に対して、3、5番目の腹に配置する振動部は、1番目の腹に配置する振動部と同相で駆動すればよく、2、4番目の腹に配置する振動部は、1番目の腹に配置する振動部と逆相で駆動すればよい。
上述したように、タッチパネル102は高次モードで振動している。高次モードで振動しているため、振動の節502が存在し、振動の節502近傍の振動の振幅は小さくなっている。そこで本実施形態では、振動の節502の位置近傍の第1領域202aの剛性を
、振動の節502以外の位置で支持する第2領域202bの剛性よりも小さくしている。このため、節近傍つまり、第1領域202a近傍においてもタッチパネル102が振動しやすくなり、タッチパネル102が第1領域202a近傍において比較的大きく振動し得る。よって、タッチパネル102上での位置による振動の大きさのばらつきを従来よりも低減することができる。
、振動の節502以外の位置で支持する第2領域202bの剛性よりも小さくしている。このため、節近傍つまり、第1領域202a近傍においてもタッチパネル102が振動しやすくなり、タッチパネル102が第1領域202a近傍において比較的大きく振動し得る。よって、タッチパネル102上での位置による振動の大きさのばらつきを従来よりも低減することができる。
また、支持部202は、タッチパネル102の周縁部を全周に亘って連続的に支持している。このため、水や埃などがベース201とタッチパネル102の間に侵入しない。これにより、防水性・防塵性に優れた電子機器100を提供することが可能となる。
また、支持部202は、単体の部材で構成され、タッチパネル102を支持している。これにより、少ない部品点数で所望の効果を得ることができ、組み立て工数も削減され、電子機器100のコストダウンにも寄与する。
また、振動部210a、210bは、実装面212bに基準電極216を有しており、基準電極はグランドレベルに接地される。このため、振動部210a、210bを駆動する際に生じ得るノイズがタッチパネル102へ伝わるのを基準電極によって抑制することができ、タッチパネル102における検出を安定して行うことができる。
[3.効果等]
以上のように、本実施形態において、電子機器100は、ベース201とタッチパネル102とベース201に対してタッチパネル102を支持する支持部202と、タッチパネル102を所定の周波数で振動させる振動部210a、210bとを備える。支持部202は、タッチパネル102の振動の節の部分に位置する第1領域202aと、タッチパネル102の節以外の部分に位置する第2領域202bとを含む。支持部202の第1領域202aにおける剛性は、第2領域202bにおける剛性よりも小さい。このため、振動の節近傍においてもタッチパネル102が振動しやすくなり、タッチパネル102上での位置による振動の大きさのばらつきを従来よりも低減することができる。
以上のように、本実施形態において、電子機器100は、ベース201とタッチパネル102とベース201に対してタッチパネル102を支持する支持部202と、タッチパネル102を所定の周波数で振動させる振動部210a、210bとを備える。支持部202は、タッチパネル102の振動の節の部分に位置する第1領域202aと、タッチパネル102の節以外の部分に位置する第2領域202bとを含む。支持部202の第1領域202aにおける剛性は、第2領域202bにおける剛性よりも小さい。このため、振動の節近傍においてもタッチパネル102が振動しやすくなり、タッチパネル102上での位置による振動の大きさのばらつきを従来よりも低減することができる。
また、本実施形態において、タッチパネル102は矩形形状を有し、支持部202は、タッチパネル102の周縁と接触し、ベース201に対してタッチパネ102を支持する。支持部202は、対向する一対の長辺と対向する一対の短辺によって構成されるフレーム形状を有し、タッチパネル102とベース201との間において、支持部202に囲まれた空間が形成されている。このため、タッチパネル102はベース201に安定に支持され、かつ、振動することができる。
振動部210a、210bは、空間内の一対の短辺の近傍において、タッチパネル102を振動させる。
支持部202は2N個(Nは1以上の自然数)の第1領域202aを含み、一対の長辺のそれぞれに、N個の第1領域が位置している。一対の長辺の一方に位置するN個の第1領域202a、および、一対の長辺の他方に位置するN個の第1領域202aは、一対の短辺の伸びる方向と平行なN本の直線上において、それぞれ1個づつ位置している。これにより、高次モードでタッチパネル102が振動する場合に振動の節に第1領域202aを配置することができる。
支持部202の第1領域202aおよび第2領域202bは、それぞれ第1材料および第2材料によって構成されており、第1材料の剛性は第2材料の剛性よりも小さい。あるは、支持部202の長辺または短辺の伸びる方向に垂直な第1領域202aの断面は第2領域202bの断面よりも小さい。また、あるいは、ベース201と平行な面上であって
、長辺または短辺の伸びる方向と垂直な方向における第1領域202aの幅は第2領域202bの幅よりも小さい。これにより、第1領域202aの剛性を第2領域202bよりも小さくすることができる。
、長辺または短辺の伸びる方向と垂直な方向における第1領域202aの幅は第2領域202bの幅よりも小さい。これにより、第1領域202aの剛性を第2領域202bよりも小さくすることができる。
振動部210a、210bは圧電素子である。また、タッチパネル102に張り付けられている。さらにタッチパネル102に張り付けられる面に基準電位と接続される電極216を有する。これにより、圧電素子の駆動によって生じ得るノイズがタッチパネル102へ拡散するのを抑制することができ、タッチパネル102は安定して操作者の操作を検出することができる。
また、振動部210a、210bは、タッチパネル102の振動の腹の部分近傍を振動させる。これにより、効率的にタッチパネル102を振動させることができる。また、高次の振動モードで振動させることにより、タッチパネル102内での振動の大きさのばらつき抑制することができる。
パネルは、タッチパネルであり、電子機器が表示部をさらに備えることにより、スマートフォンや電子書籍、タブレットなどの携帯情報端末に好適に本実施形態の電子機器を適用できる。
電子機器100は、振動部210a、210bを駆動する駆動部301と、タッチパネル102の入力面における任意の位置を接触により操作者が指定することにより、タッチパネル102から入力を示す信号を受け取り、信号に基づき、振動部210a、210bを駆動するための制御信号を駆動部301へ出力する制御部303とを更に備える。また、制御部303は、操作者が指定した位置に応じて異なる振動条件でタッチパネル102が振動するように、駆動部301に制御信号を出力する。これにより、操作者は、タッチパネル102が操作者の入力を受け付けたことを触覚によってしることができ、優れた操作性をえることができる。
また、本実施形態によれば、圧電素子は、実装面および少なくとも1つの他の面を有する圧電体212と、圧電体212の内部に所定の間隔を隔てた交互に配置された複数の第1内部電極214aおよび複数の第2内部電極214bと、複数の第1内部電極214aに電気的に接続され、少なくとも1つの他の面に設けられた第1端子Pと、複数の第2内部電極214bに電気的に接続され、少なくとも1つの他の面に設けられた第2端子Nと、圧電体212の実装面に設けられた基準電極216と、基準電極216に電気的に接続され、少なくとも他の面に設けられた第3端子Gとを備える。
基準電極を有することにより、圧電素子の駆動によるノイズが実装面から圧電素子の外部へ伝搬するのを抑制することができる。圧電体のうち、複数の第1内部電極および複数の第2内部電極が配置された部分は複数の第1内部電極および複数の第2内部電極によって複数の層に分けられ、複数の層のうち最も外側に位置する層の厚さは内部に位置する層より厚い。これにより、不要な共振を抑制することができる。
[4.他の実施形態]
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。以下、他の実施形態を例示する。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。以下、他の実施形態を例示する。
上記実施形態では、電子機器の一例としてタブレット型の情報端末機器を用いて説明し
たが、電子機器はこれには限らない。例えば、携帯電話、PDA、ゲーム機、カーナビゲーション、ATMなど、タッチパネルを備える電子機器であってもよい。
たが、電子機器はこれには限らない。例えば、携帯電話、PDA、ゲーム機、カーナビゲーション、ATMなど、タッチパネルを備える電子機器であってもよい。
また、タッチパネル102をパネルとして例示し説明したが、パネルはこれに限られない。タッチパッドなど平面を有し平面上において操作者の入力を受けるパッドであればよく、表示部を備えない電子機器であってもよい。
まず、支持部202は、上記実施形態で説明した構造に限られず、第1領域の剛性が第2領域の剛性より小さければ、上記実施形態で説明した構造以外の構造を備えていてよい。例えば、支持部202の第1領域202aおよび第2領域202bは、それぞれ第1材料および第2材料によって構成されており、第1材料の剛性は第2材料の剛性よりも小さくてもよい。
また、支持部202には防水機能および防塵機能を持たせる必要がない場合には、支持部202の第1領域202aには、支持部202を構成する部材を設けないことによって第1領域202aの剛性を第2領域202bの剛性よりも小さくしてよい。この場合、第1領域202aの伸びる方向の長さ、つまり第1領域202aを挟む第2領域202bの間隔を変えることによって第1領域202aの剛性を調整し得る。この他、支持部202の第1領域202aの厚さ(z方向の幅)を第2領域202bの厚さより小さくしてもよい。
また、同じ材料によって支持部202を形成する場合、支持部202が伸びる方向に垂直な第1領域202aの断面を第2領域202bの断面より小さくすることによって第1領域202aにおける剛性を小さくしてもよい。具体的には、図8(a)および(b)に示すように、タッチパネル102およびベース201と接しない1つまたは2つの面に切り欠き220を備えていてもよい。また、図8(C)に示すように、内部に中空部分221を設けてもよい。
また、図8(d)に示すように、支持部202の第1領域202aの断面は、タッチパネル102と接する辺に面取り部223を有していてもよい。また、図8(e)に示すように、支持部202の第1領域202aの断面は、タッチパネル102およびベース201と接する辺に面取り部223を有していてもよい。また、図8(f)に示すように、第2支持部3bの断面は円形であってもよい。
また、本実施形態では支持部202を全周にわたって形成したが、一部のみに形成してもよい。その場合に、支持部202を形成する間隔により剛性を変更しても同様の効果が得られる。
また、図6(a)では、f30モードの振動の節502に適した位置に第1領域202を配置したが、その他のモードを使用する場合は、そのモードに適した位置に第1領域202を配置すればよい。
複数の振動部210は、タッチパネル102の4辺に均等に配置してもよいし、短辺のみまたは長辺のみに複数組配置してもかまわない。また、短辺の1つおよび長辺のひとつにそれぞれ第1領域202aを1個ずつ配置してもよい。
また、本実施形態では単一の振動モードで説明したが、複数の振動モードを使い分ける場合には、そのいずれかの振動モードの節に対応する部分に、第1領域202を形成すれば同様の効果が得られる。また、複数の振動モードの節の位置が近い場合には、その双方の節を覆うように第1領域202を形成してもよい。
また、本実施形態では、振動部210a、210bをタッチパネル102に貼り付けているが、また、スパッタリング等の方法によりタッチパネル102に薄膜の透明圧電部材を形成して振動部として用いてもよい。
なお、ここでは振動部210a、210bがタッチパネル102に物理的に接続されている例を示したが、振動部210a、210bはタッチパネル102に直接接続されている必要はなく、タッチパネル102を振動させることができるならばタッチパネル102以外の部材に接続されていてもよい。
また、振動部が複数個ある場合、それらのうちのいくつかの振動部を休止させてもよい。これにより、消費電力を低減することができる。
また、駆動位相に関して、同位相(位相差0度)および逆位相(位相差180度)の例を示したが、タッチパネル102の特定の箇所の振動振幅を最大化したり最小化したりするなど、最適な量に調整するために、0度および180度以外の任意の位相差を設定してもよい。
また、駆動部301は正弦波のみならず、正弦波の包絡線に任意の波形により変調をかけた波形で振動部210a、210bを振動させてもよい。これにより、ユーザは固い、柔らかい、ざらざら等の様々な触覚を感じることができる。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示は、種々の用途の接触式の入力面を有する電子機器に適用可能である。具体的には、タブレットや電子書籍、スマートフォン、などの携帯型情報端末装置、コンピュータ用ディスプレイ、カーナビゲーション装置、ATM、券売機などに、本開示は適用可能である。
100 電子機器
101 表示部
101a 表面
101b 裏面
102 タッチパネル
103 筐体
201 ベース
202 支持部
202L 長辺
202S 短辺
202a 第1領域
202b 第2領域
202C 空間
212a、212c、212d、212e、212f 面
212b 実装面
210a、210b 振動部
212 圧電体
214a 第1内部電極
214b 第2内部電極
215a 第1外部電極
215b 第2外部電極
215c 第3外部電極
216 基準電極
250 接着材料
251 絶縁体層
301 駆動部
302 画像処理部
303 制御部
501 腹
502 節
P 第1端子
N 第2端子
G 第3端子
101 表示部
101a 表面
101b 裏面
102 タッチパネル
103 筐体
201 ベース
202 支持部
202L 長辺
202S 短辺
202a 第1領域
202b 第2領域
202C 空間
212a、212c、212d、212e、212f 面
212b 実装面
210a、210b 振動部
212 圧電体
214a 第1内部電極
214b 第2内部電極
215a 第1外部電極
215b 第2外部電極
215c 第3外部電極
216 基準電極
250 接着材料
251 絶縁体層
301 駆動部
302 画像処理部
303 制御部
501 腹
502 節
P 第1端子
N 第2端子
G 第3端子
Claims (7)
- 実装面および少なくとも1つの他の面を有する圧電体と、
前記圧電体の内部に所定の間隔を隔てた交互に配置された複数の第1内部電極および複数の第2内部電極と、
前記複数の第1内部電極に電気的に接続され、前記少なくとも1つの他の面に設けられた第1端子と、
前記複数の第2内部電極に電気的に接続され、前記少なくとも1つの他の面に設けられた第2端子と、
前記圧電体の前記実装面に設けられた基準電極と、
前記基準電極に電気的に接続され、前記少なくとも他の面に設けられた第3端子とを備え、
前記基準電極は前記圧電体の前記実装面の略全体に形成されている、圧電素子。 - 前記圧電体のうち、前記複数の第1内部電極および前記複数の第2内部電極が配置された部分は前記複数の第1内部電極および前記複数の第2内部電極によって複数の層に分けられ、
前記複数の層のうち最も外側に位置する層の厚さは内部に位置する層よりも厚い、
請求項1に記載の圧電素子。 - 前記第1端子と前記第2端子は前記実装面とは反対の主面に形成されている、
請求項1に記載の圧電素子。 - 前記第3端子は前記第1端子と前記第2端子の間に形成されている、
請求項1に記載の圧電素子。 - 前記圧電体の実装面に設けられている前記基準電極の更に外側には絶縁体層が形成されている、
請求項1に記載の圧電素子。 - 請求項1に記載の圧電素子を実装した電子機器。
- 前記第3端子は、前記電子機器のグランドと接続された、
請求項6に記載の電子機器。
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