JP5816130B2

JP5816130B2 - パネル装置

Info

Publication number: JP5816130B2
Application number: JP2012116922A
Authority: JP
Inventors: 河野　健治; 健治河野; 成人服部
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: JP2013242809A

Description

この発明は、パネル装置に関する。

近年のタッチパネルを備えた携帯電話等のパネル装置は、ユーザがタッチパネルに触れた場合に、パネル装置に備えられたバイブレータや圧電素子等の振動部を振動させることにより触感を呈示し、ユーザ操作が携帯電話に入力されたことをユーザに知らせる機能（以下、触感呈示機能という。）を有している（例えば特許文献１）。図３は従来のパネル装置を示す概要図であり、従来のパネル装置においては、パネル１００に配設された圧電素子１３２により、パネル１００を振動させていた。

特開２０１１−３４１５０号公報

ところで、発明者は、圧電素子に所定の電気信号（音声信号）を印加することでパネルを振動させ、当該パネルの振動を人体に伝達させることにより気導音と振動音とを利用者に伝える機能（以下、気導音等伝導機能という。）を備える新規なパネル装置について検討を行った。

そして、発明者は、触感呈示機能及び気導音等伝導機能の２つの機能を、１つのパネル装置で実現するために、触感呈示機能のための圧電素子と、気導音等伝導機能のための圧電素子とをそれぞれパネル装置に配設することを想定した。

しかし、例えば触感呈示機能のための圧電素子と、気導音等伝導機能のための圧電素子とをそれぞれパネル１００に配設した場合、それぞれの圧電素子が配設される位置によっては、効果的にユーザに触感呈示及び音を伝えることができないことが考えられる。

そこで本発明の目的は、２つの圧電素子を配設する場合において、触感及び音を効果的にユーザに呈示又は伝えることができるパネル装置を提供することにある。

本発明によるパネル装置は、パネルと、音を伝えるための矩形状の第１圧電素子と、前記パネルに接触している接触物に触感を呈示するための矩形状の第２圧電素子と、を備えるパネル装置において、前記第２圧電素子は、前記第２圧電素子の長辺が前記パネルの一辺に沿うように配設され、前記第１圧電素子は、前記第１圧電素子の長辺が前記一辺に沿うように、かつ、前記パネルの中央部を基準として前記第２圧電素子より外側に配設されることを特徴とする。

前記パネル装置は、更に、マイクを備え、前記マイクは、前記パネルの中央部を基準として前記第１圧電素子が配設されている側の辺に対向する辺側に配設されてもよい。

前記パネル装置は、前記パネルが入力検出領域を有し、前記入力検出領域は、前記第２圧電素子より、前記パネルの中央部を基準として内部側であってもよい。

前記パネル装置は、更に制御部を備え、前記パネルは接触を検出し、前記制御部は前記第１圧電素子を駆動することにより音出力を制御し、前記制御部は、前記パネルが接触を検出すると、前記第２圧電素子を駆動してもよい。

前記パネル装置は、更に制御部と、前記パネルに対する押圧を検出する押圧検出部とを備え、前記制御部は、前記第１圧電素子を駆動することにより音出力を制御し、前記パネルに対する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記第２圧電素子を駆動してもよい。

前記パネル装置において、前記制御部は、前記第２圧電素子により、前記パネルに接触している接触物に対して、気導音と、人体の一部を介して伝達される振動音とを伝えてもよい。

また本発明によるパネル装置は、パネルと、音を伝えるための第１圧電素子と、前記パネルに接触している接触物に触感を呈示するための第２圧電素子と、を備えるパネル装置において、前記第２圧電素子は、前記第２圧電素子の伸縮方向が前記パネルの一辺に沿うように配設され、前記第１圧電素子は、前記第１圧電素子の伸縮方向が前記一辺に沿うように、かつ、前記パネルの中央部を基準として前記第２圧電素子より外側に配設されることを特徴とする。

本発明に係るパネル装置によれば、２つの圧電素子を配設する場合において、触感及び音を効果的にユーザに呈示又は伝えることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るパネル装置の機能ブロックを示す図である。本発明の一実施形態に係るパネル装置の実装構造を示す図である。従来のパネル装置を示す図である。

（実施の形態）
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパネル装置１の機能ブロックを示す図である。パネル装置１は、例えば携帯電話（スマートフォン）であって、パネル１０と、表示部２０と、第１圧電素子３１と、第２圧電素子３２と、入力部４０と、制御部５０と、マイク７０と、通信部８０とを備える。

パネル１０は、接触を検出するタッチパネル、または表示部２０を保護するカバーパネル等である。パネル１０は、例えばガラス、またはアクリル等の合成樹脂により形成される。パネル１０の形状は板状であるとよい。パネル１０は、平板であってもよいし、表面が滑らかに傾斜する曲面パネルであってもよい。パネル１０は、タッチパネルである場合、利用者の指、ペン、又はスタイラスペン等の接触を検出する。タッチパネルの検出方式は、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式（又は超音波方式）、赤外線方式、電磁誘導方式、及び荷重検出方式等の任意の方式を用いることができる。パネル１０は好ましくは矩形状である。

表示部２０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。表示部２０は、パネル１０の背面に設けられる。表示部２０は、接合部材（例えば接着剤）によりパネル１０の背面に配設される。表示部２０は、パネル１０と離間して配設され、パネル装置１の筐体により支持されてもよい。

第１圧電素子３１は、電気信号（電圧）を印加することで、構成材料の電気機械結合係数に従い伸縮または屈曲する素子である。これらの素子は、例えばセラミック製や水晶からなるものが用いられる。第１圧電素子３１は、ユニモルフ、バイモルフまたは積層型圧電素子であってよい。積層型圧電素子には、バイモルフを積層した（例えば１６層または２４層積層した）積層型バイモルフ素子が含まれる。積層型の圧電素子は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる複数の誘電体層と、該複数の誘電体層間に配置された電極層との積層構造体から構成される。ユニモルフは、電気信号（電圧）が印加されると伸縮し、バイモルフは、電気信号（電圧）が印加されると屈曲する。第１圧電素子３１は、音を伝えるための圧電素子である。第１圧電素子３１は、好ましくは矩形状であり、長辺の方向に伸縮する。なお好ましくは第１圧電素子３１は、接合部材（例えば接着剤）によりパネル１０の背面に配設される。

第２圧電素子３２は、電気信号（電圧）を印加することで、構成材料の電気機械結合係数に従い伸縮または屈曲する素子である。これらの素子は、例えばセラミック製や水晶からなるものが用いられる。第２圧電素子３２は、ユニモルフ、バイモルフまたは積層型圧電素子であってよい。積層型圧電素子には、バイモルフを積層した（例えば１６層または２４層積層した）積層型バイモルフ素子が含まれる。積層型の圧電素子は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる複数の誘電体層と、該複数の誘電体層間に配置された電極層との積層構造体から構成される。ユニモルフは、電気信号（電圧）が印加されると伸縮し、バイモルフは、電気信号（電圧）が印加されると屈曲する。第２圧電素子３２は、パネル１０に接触している接触物に触感を呈示するための圧電素子である。第２圧電素子３２は、好ましくは矩形状であり、長辺の方向に伸縮する。なお好ましくは第２圧電素子３２は、接合部材（例えば接着剤）によりパネル１０の背面に配設される。

入力部４０は、利用者による操作入力を検出するものであり、例えば、操作ボタン（操作キー）から構成される。なお、パネル１０がタッチパネルである場合には、パネル１０も利用者による接触を検出することにより、利用者による操作を検出することができる。

制御部５０は、パネル装置１を制御するプロセッサである。制御部５０は、第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２に所定の電気信号を印加する。どの程度の印加電圧を用いるかは、パネル１０の筐体または支持部材に対する固定強度もしくは第１圧電素子３１又は第２圧電素子３２の性能に応じて適宜調整可能である。

制御部５０は、第１圧電素子３１に電気信号を印加し、第１圧電素子３１を駆動し音出力を制御する。なお制御部５０が第１圧電素子３１に対して印加する電圧は、例えば、振動音ではなく気導音による音の伝導を目的とした所謂パネルスピーカの印加電圧である±５Ｖよりも高い、±１５Ｖであってよい。これにより、利用者が例えば３Ｎ以上の力（５Ｎ〜１０Ｎの力）で自身の体にパネル１０を押し付けた場合であっても、パネル１０に十分な振動を発生させ、利用者の体の一部を介して伝達される振動音を発生させることができる。なお制御部５０は、所定のアプリケーション等からの音出力のトリガーに基づき（音声信号（音信号）等に基づき）、第１圧電素子３１を駆動する。

また制御部５０は、パネル１０が接触を検出すると、第２圧電素子３２に電気信号を印加し、第２圧電素子３２を駆動する。なお、パネル１０が接触を検出し、制御部５０が第２圧電素子３２に電気信号を印加する替わりに、パネル装置１がパネル１０に対する押圧を検出する押圧検出部（不図示）を備えてもよい。そしてパネル１０に対する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、第２圧電素子３２を駆動してもよい。

そして押圧検出部は、パネル１０に対する押圧を検出するもので、例えば、押圧に応じて物理的または電気的な特性（歪み、抵抗、電圧等）が変化する歪みゲージセンサや圧電素子等の素子等を用いて構成する。押圧検出部が、例えば、圧電素子等を用いて構成された場合、押圧検出部の圧電素子は、パネル１０のタッチ面に対する押圧に係る荷重（力）の大きさ（または、荷重（力）の大きさが変化する速さ（加速度））に応じて、電気的な特性である電圧の大きさ（電圧値（以下、単にデータと称する））が変化する。制御部５０は、押圧検出部がデータを制御部５０に通知することにより、または、制御部５０が、押圧検出部の圧電素子に係るデータを検出することにより、当該データを取得する。つまり、制御部５０は、パネル１０のタッチ面に対する押圧に基づくデータを押圧検出部から取得する。なお、押圧検出部を圧電素子で構成する場合、第２圧電素子３２が当該押圧検出部を兼ねてもよい。

制御部５０が第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２に電気信号を印加すると、電気信号が印加された第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２は、長辺方向に伸縮する。このとき、第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２が取り付けられたパネル１０は、第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２の伸縮にあわせて変形し、パネル１０が振動する。

第１圧電素子３１が伸縮し、パネル１０が振動した場合、パネル１０は、気導音を発生させるとともに、利用者が体の一部（例えば外耳の軟骨）を接触させた場合、体の一部を介して伝達される振動音を発生させる。そして制御部５０は、パネル１０に接触している接触物に対して気導音と振動音とを伝える。例えば、制御部５０は、例えば通話相手の音声に係る音声信号に応じた電気信号を第１圧電素子３１に印加させ、その音声信号に対応する気導音及び振動音を発生させることができる。音声信号は、着信メロディ、または音楽を含む楽曲等に係るものであってもよい。なお、電気信号にかかる音声信号は、パネル装置１の内部メモリに記憶された音楽データに基づくものでもよいし、外部サーバ等に記憶されている音楽データがネットワークを介して再生されるものであってもよい。

パネル１０は、第１圧電素子３１が取り付けられた取付領域だけでなく、取付領域から離れた領域も振動する。パネル１０は、振動する領域において、当該パネル１０の主面と交差する方向に振動する箇所を複数有し、当該複数の箇所の各々において、振動の振幅の値が、時間とともにプラスからマイナスに、あるいはその逆に変化する。パネル１０は、ある瞬間において、振動の振幅が相対的に大きい部分と振動の振幅が相対的に小さい部分とが一見パネル１０の略全体にランダムにあるいは周期的に分布した振動をする。即ちパネル１０全域にわたって、複数の波の振動が検出される。利用者が例えば５Ｎ〜１０Ｎの力で自身の体にパネル１０を押し付けた場合であっても、パネル１０の上述したような振動が減衰しないためには、制御部５０が第１圧電素子３１に対して印加する電圧は、±１５Ｖであってよい。そのため、利用者は、上述したパネル１０の取付領域から離れた領域に耳を接触させて音を聞くことができる。

マイク７０は、ユーザの発話等の周囲の音を集音する。そしてマイク７０は、集音した音に基づく電気信号を、制御部５０に出力する。

通信部８０は、他の電子機器等と通信をするために用いられる。通信部８０により、パネル装置１のユーザは他の電子機器等のユーザと通話を行うことができる。通話をする場合、マイク７０がパネル装置１のユーザが話す音声を集音する。またパネル１０が振動し、他の電子機器等のユーザが話す音声を出力する。

図２は、本実施の形態に係るパネル装置１の実装構造を表す図である。図２に示すパネル装置１はパネル１０としてガラス板であるタッチパネルが筐体６０（例えば金属や樹脂のケース）の前面に配されたスマートフォンである。パネル１０及び入力部４０は筐体６０に支持され、表示部２０、第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２は、それぞれ接合部材によりパネル１０に接着されている。接合部材は、熱硬化性あるいは紫外線硬化性等を有する接着剤や両面テープ等であり、例えば無色透明のアクリル系紫外線硬化型接着剤である光学弾性樹脂でもよい。図２に示す例では、パネル１０、表示部２０および第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２は、それぞれ矩形状である。また、図２においてパネル１０の略中央部分を中央部１１として示している。また図２において、パネル１０における入力（接触）を検出する領域を入力検出領域１２として示している。

表示部２０は、パネル１０の短手方向におけるほぼ中央に配置される。第１圧電素子３１は、パネル１０の長手方向の端部から所定の距離だけ離間して、当該端部の近傍に、第１圧電素子３１の長辺方向がパネル１０の短辺に沿うように配置される。表示部２０と第１圧電素子３１とは、パネル１０の内部側の面に平行な方向において並んで配置される。

一方第２圧電素子３２は、パネル１０の長手方向の端部から所定の距離だけ離間して、当該端部の近傍に、第２圧電素子３２の長辺方向がパネル１０の短辺に沿うように配置される。また第２圧電素子３２は、パネル１０の中央部１１を基準として第１圧電素子３１より内側に配設される。

すなわち、第１圧電素子３１は、第１圧電素子３１の長辺がパネル１０の短辺に沿うように、かつ、パネル１０の中央部１１を基準として第２圧電素子３２より外側に配設される。なおパネル装置１の構成上、パネル１０の長辺に沿うように圧電素子を配設できない場合がある。このような場合でも、上記のような構成は実現可能である。

そしてマイク７０は、パネル１０の中央部１１を基準として第１圧電素子３１が配設されている側の辺に対向する辺側に配設される。当該位置に配設することで、マイク７０は、ユーザの声を効果的に集音することができる。また入力検出領域１２は、第２圧電素子３２より、パネル１０の中央部１１を基準として内部側である。

なお、第１圧電素子３１及び第２圧電素子３２は矩形状でなくてもよい。この場合、第１圧電素子３１は、パネル１０の長手方向の端部から所定の距離だけ離間して、当該端部の近傍に、第１圧電素子３１の伸縮方向がパネル１０の短辺に沿うように配置される。第２圧電素子３２は、パネル１０の長手方向の端部から所定の距離だけ離間して、当該端部の近傍に、第２圧電素子３２の伸縮方向がパネル１０の短辺に沿うように配置される。また第２圧電素子３２は、パネル１０の中央部１１を基準として第１圧電素子３１より内側に配設される。すなわち、第１圧電素子３１は、第１圧電素子３１の伸縮方向がパネル１０の短辺に沿うように、かつ、パネル１０の中央部１１を基準として第２圧電素子３２より外側に配設される。

また、ここではパネル１０が矩形状であるとしたがこれに限られず、如何なる多角形等の形状であってもよい。そして第２圧電素子３２は、第２圧電素子３２の長辺又は伸縮方向がパネル１０の一辺に沿うように配設され、第１圧電素子３１は、第１圧電素子３１の長辺又は伸縮方向が前記一辺に沿うように、かつ、パネル１０の中央部１１を基準として第２圧電素子３２より外側に配設される。

このように、本実施形態に係るパネル装置１によれば、第２圧電素子３２は、第２圧電素子３２の長辺がパネル１０の一辺に沿うように配設され、第１圧電素子３１は、第１圧電素子３１の長辺が前記一辺に沿うように、かつ、パネル１０の中央部１１を基準として第２圧電素子３２より外側に配設される。換言すると、第２圧電素子３２は、第２圧電素子３２の伸縮方向がパネル１０の一辺に沿うように配設され、第１圧電素子３１は、第１圧電素子３１の伸縮方向が前記一辺に沿うように、かつ、パネル１０の中央部１１を基準として第２圧電素子３２より外側に配設される。そのため２つの圧電素子を配設する場合において、触感呈示をする第２圧電素子３２がパネル１０の中央部１１に第１圧電素子３１より近接するため、触感をユーザに効果的に呈示することができる。特に第１圧電素子３１と第２圧電素子３２との配置が、本実施例の場合と逆である場合と比較して、入力検出領域１２に接触しているユーザに触感を効果的に呈示することができる。また、音を伝える第１圧電素子３１がパネル１０の中央部１１を基準に第２圧電素子３２より外側に配設されるため、例えばパネル装置１をユーザが把持して耳に近づけた場合に、音を効果的に伝えることができる。特に第１圧電素子３１と第２圧電素子３２との配置が、本実施例の場合と逆である場合と比較して、音をユーザに効果的に伝えることができる。通話時においては、ユーザはマイク７０に向かって発音するとともに、通話相手の音声を聴くためにタッチパネルに耳を近づけるまたは接するので、ユーザの耳は自ずとマイク７０が配設されている側の辺に対向する辺の近くに位置することになる。したがって、特に通話時において、ユーザの耳が近づく辺に対して、触感呈示をする第２圧電素子３２よりも音を伝える第１圧電素子３１が近接して配置されるので、音をユーザに効果的に伝えることができる。

また上記のパネル装置１は、パネル１０の振動により、気導音と、利用者の体の一部（例えば外耳の軟骨）を介して伝達される振動音とを利用者に伝えることができる。そのため、従来のダイナミックレシーバと同等の音量の音を出力する場合、パネル１０が振動することで空気の振動によりパネル装置１の周囲へ伝わる音は、ダイナミックレシーバと比較して少ない。したがって、例えば録音されたメッセージを電車内等で聞く場合等に適している。

また、上記のパネル装置１は、パネル１０の振動によって振動音を伝えるため、例えば利用者がイヤホンまたはヘッドホンを身につけていても、それらにパネル装置１を接触させることで、利用者はイヤホンまたはヘッドホンおよび体の一部を介して音を聞くことができる。

また上記のパネル装置１は、パネル１０の振動により利用者に音を伝える。そのため、パネル装置１が別途ダイナミックレシーバを備えない場合、音声伝達のための開口部（放音口）を筐体６０に形成する必要がなく、パネル装置１の防水構造が簡略化できる。尚、パネル装置１がダイナミックレシーバを備える場合、放音口は、気体は通すが液体は通さない部材によって閉塞されるとよい。気体は通すが液体は通さない部材は、例えばゴアテックス（登録商標）である。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

なお、上記において、バイモルフは、電気信号（電圧）が印加されると屈曲すると記載した。ここで、バイモルフを更に詳述すると、バイモルフは、厚み方向に分極された２つ（２枚）の素子（圧電素子）から構成されていて、内部に電極が埋め込まれ貼り合わされているものであり、このような構造を持つバイモルフに電圧を印加すると一方の素子（圧電素子）は圧電横効果によって縮み、もう一方の素子（圧電素子）は伸びることになる。その結果、バイモルフ全体としては屈曲することとなる。このように、バイモルフも伸縮するものであり、伸縮方向を有するものである。また、積層型圧電素子も、伸縮する圧電素子を含むものであるので、伸縮するものであり、伸縮方向を有するものである。

１パネル装置
１０パネル
１１中央部
１２入力検出領域
２０表示部
３１第１圧電素子
３２第２圧電素子
４０入力部
５０制御部
６０筐体
７０マイク
８０通信部
１００パネル
１３１圧電素子
１３２圧電素子

Claims

パネルと、
音を伝えるための矩形状の第１圧電素子と、
前記パネルに接触している接触物に触感を呈示するための矩形状の第２圧電素子と、を備えるパネル装置において、
前記第２圧電素子は、前記第２圧電素子の長辺が前記パネルの一辺に沿うように配設され、前記第１圧電素子は、前記第１圧電素子の長辺が前記一辺に沿うように、かつ、前記パネルの中央部を基準として前記第２圧電素子より外側に配設されることを特徴とするパネル装置。
請求項１に記載のパネル装置は、
更に、マイクを備え、
前記マイクは、前記パネルの中央部を基準として前記第１圧電素子が配設されている側の辺に対向する辺側に配設されることを特徴とするパネル装置。
請求項１に記載のパネル装置において
前記パネルは入力検出領域を有し、
前記入力検出領域は、前記第２圧電素子より、前記パネルの中央部を基準として内部側であることを特徴とするパネル装置。
請求項１に記載のパネル装置において、
前記パネル装置は、更に制御部を備え、
前記パネルは接触を検出し、
前記制御部は前記第１圧電素子を駆動することにより音出力を制御し、
前記制御部は、前記パネルが接触を検出すると、前記第２圧電素子を駆動することを特徴とするパネル装置。
請求項１に記載のパネル装置において、
前記パネル装置は、更に制御部と、
前記パネルに対する押圧を検出する押圧検出部とを備え、
前記制御部は、前記第１圧電素子を駆動することにより音出力を制御し、
前記パネルに対する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記第２圧電素子を駆動することを特徴とするパネル装置。
請求項４又は５に記載のパネル装置において、
前記制御部は、前記第２圧電素子により、前記パネルに接触している接触物に対して、気導音と、人体の一部を介して伝達される振動音とを伝えることを特徴とするパネル装置。
パネルと、
音を伝えるための第１圧電素子と、
前記パネルに接触している接触物に触感を呈示するための第２圧電素子と、を備えるパネル装置において、
前記第２圧電素子は、前記第２圧電素子の伸縮方向が前記パネルの一辺に沿うように配設され、前記第１圧電素子は、前記第１圧電素子の伸縮方向が前記一辺に沿うように、かつ、前記パネルの中央部を基準として前記第２圧電素子より外側に配設されることを特徴とするパネル装置。
請求項７に記載のパネル装置は、
更に、マイクを備え、
前記マイクは、前記パネルの中央部を基準として前記第１圧電素子が配設されている側の辺に対向する辺側に配設されることを特徴とするパネル装置。
請求項７に記載のパネル装置において
前記パネルは入力検出領域を有し、
前記入力検出領域は、前記第２圧電素子より、前記パネルの中央部を基準として内部側であることを特徴とするパネル装置。
請求項７に記載のパネル装置において、
前記パネル装置は、更に制御部を備え、
前記パネルは接触を検出し、
前記制御部は前記第１圧電素子を駆動することにより音出力を制御し、
前記制御部は、前記パネルが接触を検出すると、前記第２圧電素子を駆動することを特徴とするパネル装置。
請求項７に記載のパネル装置において、
前記パネル装置は、更に制御部と、
前記パネルに対する押圧を検出する押圧検出部とを備え、
前記制御部は、前記第１圧電素子を駆動することにより音出力を制御し、
前記パネルに対する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記第２圧電素子を駆動することを特徴とするパネル装置。
請求項１０又は１１に記載のパネル装置において、
前記制御部は、前記第２圧電素子により、前記パネルに接触している接触物に対して気導音と振動音とを伝えることを特徴とするパネル装置。