JP6237959B2 - 振動装置および触覚提示装置 - Google Patents

Description

本発明は、伸縮フィルムの伸縮により振動板を振動させる振動装置と、この振動装置を備える触覚提示装置と、に関する。

従来、圧電フィルム等の伸縮フィルムの伸縮により振動板を振動させる振動装置が広く用いられている。振動装置は、例えば平面型スピーカやハプティクスデバイス（触覚提示装置）に利用される。例えば特許文献１には、圧電フィルムの伸縮により振動板を振動させる振動装置を備える平面型スピーカが開示されている。

図１１（Ａ）は、特許文献１に係る振動装置１０１の側面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す振動装置１０１の正面図である。振動装置１０１は、エキサイタフィルム１０２と、振動板１０３と、フレーム部材１０４，１０５と、圧電フィルム１０６、１０７とを備える。

圧電フィルム１０６、１０７は、振動板１０３に対向するエキサイタフィルム１０２の表面に貼付されている。フレーム部材１０４，１０５は、エキサイタフィルム１０２の両端と振動板１０３の両端とに設けられている。振動板１０３の中央は、圧電フィルム１０６、１０７から離れるように撓んでいる。これにより、振動板１０３は、フレーム部材１０４，１０５を介して圧電フィルム１０６、１０７を長さ方向の外側に引っ張る。

以上の構成において、振動装置１０１が圧電フィルム１０６、１０７に駆動電圧を印加すると、圧電フィルム１０６、１０７が面方向に伸縮する。圧電フィルム１０６、１０７の伸縮に伴い、エキサイタフィルム１０２が面方向に伸縮する。そして、エキサイタフィルム１０２の伸縮に伴い、振動板１０３が振動する。

国際公開２０１２／１５７６９１号パンフレット

図１１に示した振動装置１０１は、ユーザによる押圧操作を検出するタッチセンサ（不図示）を振動板１０３に設けることで、ハプティクスデバイス（触覚提示装置）を構成することも可能である。

例えば、ユーザが、図１１（Ａ）の矢印Ｕの方向へ振動板１０３を押圧し、タッチセンサが押圧操作を検出したとき、振動装置１０１は圧電フィルム１０６、１０７に駆動電圧を印加する。圧電フィルム１０６、１０７が面方向に伸縮し、エキサイタフィルム１０２の伸縮に伴い、振動板１０３が振動する。これにより、振動装置１０１は、ユーザに触覚フィードバックを与えることができる。

ここで、振動装置１０１では、図１１（Ａ）の矢印Ｕの方向の押圧力が振動板１０３に伝わることになる。すると、押圧力により振動板１０３が押し込まれて振動板１０３が平坦化することがある。振動板１０３が平坦な状態になると、振動板１０３と圧電フィルム１０６、１０７とが平行になる。そのため、圧電フィルム１０６、１０７が面方向に伸縮しても、振動板１０３が撓み難くなる。このため、振動装置１０１は、ユーザに触覚フィードバックを与えることが難しくなってしまう。

そこで本発明の目的は、振動特性が悪化することを抑制できる、振動装置および触覚提示装置を提供することにある。

本発明の振動装置は、伸縮フィルムと、振動板と、スペーサと、接触部材と、を備える。伸縮フィルムは面方向に伸縮する。振動板は伸縮フィルムに接続されている。スペーサは伸縮フィルムと振動板との間に設けられる。接触部材はスペーサに接触する。

スペーサは、接触部材に接触する第１接触部と、伸縮フィルムに接触する第２接触部と、第１接触部及び第２接触部を連結する連結部とを有する。連結部の剛性は、第１接触部および第２接触部の少なくともいずれか一方の剛性より低い。

この構成において、スペーサの第１接触部は、接触部材の上に載置または固定されている。この構成では、伸縮フィルムが伸縮する時、伸縮フィルムに対して第２接触部が滑らず、第２接触部にも振動が伝わってしまう。

しかし、連結部の剛性が低いため、連結部が振動によって変形し易い。そのため、振動が第２接触部から連結部を介して第１接触部へ伝わり難い。よって、第１接触部が接触部材（例えば触覚提示装置の筐体）の上に載置または固定されていても、振動特性が悪化することを抑制できる。

したがって、この構成の振動装置は、振動特性が悪化することを抑制できる。

また、本発明において連結部は、第２接触部の長尺方向と交差する方向へ屈曲していることが好ましい。

この構成において、第１接触部の長尺方向と第２接触部の長尺方向とが異なる直線上にある。又は、第１接触部の長尺方向と第２接触部の長尺方向とが同じ直線上にある。

また、本発明において連結部は、波形状を有し、第１接触部の長尺方向と第２接触部の長尺方向とが同じ直線上にある、ことが好ましい。

また、本発明において連結部は、第１接触部および第２接触部の少なくともいずれか一方より細いことが好ましい。

また、本発明においてスペーサは、基部と、基部から振動板側に突出する複数の突起部とを備えることが好ましい。

この構成では、振動板とスペーサとの接触面積を低減できる。これにより、スペーサの真上に位置する振動板の領域が指等に押された場合でも、振動が減衰することを抑制できる。

また、本発明の触覚提示装置は、前記振動装置と、前記振動板に装着した、タッチ操作を検出する検出部と、前記検出部がタッチ操作を検出したときに、前記伸縮フィルムに駆動電圧を印加する駆動部と、を備えている。

このような構成の触覚提示装置は、タッチ操作に伴う押圧力によって振動板が平坦化しても、振動板を厚み方向に撓むように振動させて、ユーザに触覚フィードバックを与えることができる。

本発明に係る振動装置および触覚提示装置は、振動特性が悪化することを抑制できる。

第１の実施形態に係る触覚提示装置１０及び振動装置２０の斜視図である。 図１に示す振動装置２０の平面図である。 図２に示すＳ−Ｓ線で切断し、矢印の方向から観察した側面図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、図２に示すＴ−Ｔ線における断面図である。図４（Ａ）は、押圧力が印加されていない状態での振動態様を示す断面図である。図４（Ｂ）は、押圧力が印加されている状態での振動態様を示す断面図である。 図１に示す振動装置２０の比較例に係る振動装置１２０の平面図である。 第２の実施形態に係る振動装置２２０の平面図である。 図６に示す振動装置２２０の振動板２１の変位量と、図５に示す振動装置１２０の振動板２１の変位量とを比較した図である。 第３の実施形態に係る振動装置３２０の平面図である。 第４の実施形態に係る振動装置４２０の平面図である。 第５の実施形態に係る振動装置５２０の平面図である。 図１１（Ａ）は、特許文献１に係る振動装置１０１の側面図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す振動装置１０１の正面図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置及び振動装置を説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０及び振動装置２０の斜視図である。図２は、図１に示す振動装置２０の平面図である。図２は、振動板２１を透視した図である。

触覚提示装置１０は、タッチセンサ式のキーボードを構成している。触覚提示装置１０は、制御部１１、駆動部１２、振動装置２０、およびタッチパネル３０を備えている。

振動装置２０とタッチパネル３０とは、厚み方向に積層されている。タッチパネル３０は、振動装置２０に対して厚み方向の天面側に配置されている。タッチパネル３０は、触覚提示装置１０の天面に露出する複数のタッチセンサ３１を備えている。複数のタッチセンサ３１は、キーボードのキー配列に対応する位置に配している。

各タッチセンサ３１は、ユーザによるタッチ操作を検出すると、検出信号を制御部１１に出力する。制御部１１は、いずれかのタッチセンサ３１から検出信号が入力されると、駆動部１２に制御信号を出力する。駆動部１２は、制御部１１から制御信号が入力されると、振動装置２０の圧電フィルム２２に駆動電圧を印加する。

振動装置２０は、振動板２１と圧電フィルム２２とスペーサ７０とスペーサ７５と固定板４０とを備えている。

なお、圧電フィルム２２は本発明の伸縮フィルムの一例に相当する。固定板４０は本発明の接触部材の一例に相当する。

振動板２１は、弾性変形可能な材料で構成される。本実施形態において振動板２１の材料は例えばＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）である。

なお、振動板２１は、金属板、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ガラスエポキシ基板、ガラス等の他の材料を用いてもよい。

振動板２１は、圧電フィルム２２に対して厚み方向の天面側に配置されている。振動板２１は、厚み方向から視て矩形状であり、長さ方向に沿う短辺と幅方向に沿う長辺とを有している。また、振動板２１は、幅方向から視て、厚み方向の天面側に凸、厚み方向の底面側に凹に湾曲している。

振動板２１の天面には、接着剤等を介してタッチパネル３０が接合されている。振動板２１が幅方向から視て湾曲する平板状であるので、タッチパネル３０も振動板２１と同様に幅方向から視て湾曲する形状となっている。

なお、振動装置２０は、振動板２１を備えず、タッチパネル３０を振動板として備えても良い。この構成により振動装置２０は、振動板２１の厚み分、薄型化を図ることができる。また、この構成により振動装置２０は、薄型化できるため、低い電圧で駆動することができる。また、この構成により振動装置２０では、タッチパネル３０と振動板２１とが振動を繰り返すことによって、タッチパネル３０と振動板２１とを接合する粘着剤又は接着剤が剥がれることを防止できる。また、この構成により振動装置２０は、粘着剤又は接着剤によるダンピング（振動減衰）を低減できる。そのため、この構成における振動装置２０は、変位量の減少も抑えることができる。

圧電フィルム２２は、逆圧電効果を有している。圧電フィルム２２は例えば、ここでは圧電材料からなるフィルムの両主面それぞれの全面に図示しない電極を設けて構成している。圧電フィルム２２の圧電材料は、例えばキラル高分子であるＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）であることが望ましい。

なお、ＰＬＬＡで構成される場合には、図２に白抜きの矢印で示す主延伸方向に延伸処理が施されたフィルムから、主延伸方向に対して略４５°の方向を長さ方向として圧電フィルム２２を切り出すことで、圧電フィルム２２に長さ方向に伸び縮みするような圧電性を持たせることができる。

圧電フィルム２２は、振動板２１の長さ方向の両端に連結している。圧電フィルム２２は、固定端２４にて振動板２１の底面に張られている。圧電フィルム２２と振動板２１とにおける長さ方向の両端が、固定端２４となっている。すなわち、圧電フィルム２２は、２つの固定端２４の間に張り渡されている。

このため、振動板２１には圧電フィルム２２から張力が伝わり、厚み方向に撓むように弾性変形している。これにより、振動板２１と圧電フィルム２２は、幅方向から視て弓状に構成された振動装置２０を構成している。

そして、スペーサ７０の一部とスペーサ７５の一部とは、接着剤等により固定板４０の上に固定されている。固定板４０は、触覚提示装置１０の筐体（具体的には底板）に相当する。スペーサ７０及びスペーサ７５は、振動板２１と圧電フィルム２２との間に設けられている。これにより、スペーサ７０及びスペーサ７５は、振動板２１と圧電フィルム２２との間に所定の間隔の隙間を確保している。

次に、図２及び図３を用いてスペーサ７０の構成について説明する。

図３は、図２に示すＳ−Ｓ線で切断し、矢印の方向から観察した側面図である。なお、スペーサ７０とスペーサ７５との構成は同じであるため、スペーサ７５の説明は省略する。

スペーサ７０は、例えば、金属、ＰＥＴ、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ＡＢＳ樹脂などからなる。

スペーサ７０は、図３に示すように、基部２５と複数の突起部７６とを備えている。基部２５は、圧電フィルム２２側に設けられた幅方向に長尺な部位である。複数の突起部７６は、基部２５の天面から振動板２１側へ突出する。スペーサ７０の天面側に突起部７６を設けることにより、振動板２１とスペーサ７０との接触面積を低減することができる。

なお、本実施形態では、スペーサ７０において、第１接触部７１Ａの厚みと第１接触部７１Ｂの厚みと第２接触部７２の厚みと連結部７３Ａの厚みと連結部７３Ｂの厚みとが異なるが、これに限るものではない。実施の際、スペーサ７０において、第１接触部７１Ａの厚みと第１接触部７１Ｂの厚みと第２接触部７２の厚みと連結部７３Ａの厚みと連結部７３Ｂの厚みとは同じでもよい。

ただし、第１接触部７１Ａの厚みと第１接触部７１Ｂの厚みと第２接触部７２の厚みと連結部７３Ａの厚みと連結部７３Ｂの厚みとが異なる場合、第１接触部７１Ａの剛性と第１接触部７１Ｂの剛性と第２接触部７２の剛性と連結部７３Ａの剛性と連結部７３Ｂの剛性との差が生じる。そのため、スペーサ７０及びスペーサ７５では、連結部７３Ａ及び連結部７３Ｂが屈曲していなくても良い。

これにより、スペーサ７０及びスペーサ７５の真上に位置する振動板２１の領域が指等に押された場合でも、振動装置２０は、振動が大きく減衰することを防ぐことができる。なお、突起部７６は、より好ましくは、タッチパネル３０における、各タッチセンサ３１の間のフレーム部分に対向する位置に設けるとよい。

なお、振動板２１には、スペーサ７０及びスペーサ７５との接触位置がノードとなるような共振モードが生じやすい。該共振モードの周波数は、振動板２１を支持するスペーサ７０、７５の位置によって適宜の周波数に設定することができる。一般に、指への触覚フィードバックとして優れる（高感度である）振動の周波数は１００Ｈｚ〜３００Ｈｚである。そのため、共振周波数が１００Ｈｚよりも低い振動装置２０では、スペーサ７０及びスペーサ７５の長さ方向の位置を調整することによって、振動板２１に生じる振動を１００Ｈｚ〜３００Ｈｚの周波数とすることができる。

スペーサ７０は、図２、図３に示すように、固定板４０に接触する第１接触部７１Ａと、固定板４０に接触する第１接触部７１Ｂと、圧電フィルム２２に接触する第２接触部７２と、第１接触部７１Ａ及び第２接触部７２を連結する連結部７３Ａと、第１接触部７１Ｂ及び第２接触部７２を連結する連結部７３Ｂと、を有する。スペーサ７０は、第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂで、接着剤等により固定板４０の上に固定されている。

第２接触部７２の下面は、圧電フィルム２２の上面に接触する。第２接触部７２の厚みは、圧電フィルム２２が固定板４０に接触しないよう、第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂの厚みより薄くなっている。

次に、連結部７３Ａは、第２接触部７２の長尺方向と直交する長さ方向へ屈曲している。また、連結部７３Ｂは、第２接触部７２の長尺方向と直交する長さ方向へ屈曲している。第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂの長尺方向と第２接触部７２の長尺方向とは異なる直線上にある。

なお、この実施形態では、連結部７３Ａ及び連結部７３Ｂは、第２接触部７２の長尺方向と直交する長さ方向へ屈曲しているが、これに限るものではない。実施の際、連結部７３Ａ及び連結部７３Ｂは、９０°以外の角度、すなわち第２接触部７２の長尺方向と交差する方向へ屈曲していてもよい。

そのため、連結部７３Ａの剛性は、第１接触部７１Ａの剛性より低い。また、連結部７３Ａの剛性は、第２接触部７２の剛性より低い。同様に、連結部７３Ｂの剛性は、第１接触部７１Ｂの剛性より低い。また、連結部７３Ｂの剛性は、第２接触部７２の剛性より低い。

図４（Ａ）（Ｂ）は、図２に示すＴ−Ｔ線における断面図である。図４（Ａ）は、押圧力が印加されていない状態での振動態様を示す断面図である。図４（Ａ）の点線は、圧電フィルム２２が収縮している時の振動装置２０を示している。図４（Ｂ）は、押圧力が印加されている状態での振動態様を示す断面図である。

スペーサ７０は、振動板２１の下面と圧電フィルム２２の上面とのそれぞれに接触している。スペーサ７０の厚みは、スペーサ７０を設けない場合の振動板２１と圧電フィルム２２との長さ方向の中央での間隔よりも、若干大きい。このため、圧電フィルム２２が駆動していない時、スペーサ７０が圧電フィルム２２を厚み方向の下側に押し込み、圧電フィルム２２はスペーサ７０との接触位置で下側に凸に折れ曲がっている。

圧電フィルム２２に交流電圧が印加されて駆動すると、圧電フィルム２２には長さ方向の伸縮が繰り返し生じる。すると、圧電フィルム２２から振動板２１に伝わる張力Ｔ１が周期的に変化する。これにより、張力Ｔ１における、固定端２４の表面に垂直な方向の分力Ｔ２も周期的に変化する。すると、図４（Ａ）中に点線で示すように、振動板２１の撓み量が周期的に変化する。

すなわち、圧電フィルム２２の収縮時には振動板２１の長さ方向中央が上方に変位し、圧電フィルム２２の伸長時には振動板２１の長さ方向中央が下方に変位する。これにより、スペーサ７０及びスペーサ７５が振動板２１と接触する状態を維持するように周期的に上下に変位し、圧電フィルム２２が長さ方向中央で屈曲する角度が周期的に変化する。

図４（Ｂ）は、タッチ操作等による押圧力が印加されている状態での振動装置２０の振動態様を説明する側面図である。

タッチ操作する指等からの押圧力Ｔ３が振動板２１に印加されて振動板２１が略平坦な形状まで押込まれる状態では、振動装置２０の弾性力によって、押圧力Ｔ３に対する反力Ｔ４が指等に作用する。この状態では、振動板２１とともにスペーサ７０が下方に押込まれ、押圧力Ｔ３が印加されていない時よりも圧電フィルム２２が大きく屈曲するようになる。

すなわち、押圧力Ｔ３が振動板２１に印加されて振動板２１が略平坦な形状まで押込まれても、スペーサ７０が振動板２１と圧電フィルム２２との間の隙間が潰れることを防ぎ、圧電フィルム２２が両固定端２４によって張られる状態が維持される。したがって、振動板２１が平坦な状態であっても、張力Ｔ１の分力Ｔ２が、固定端２４の表面に垂直な方向に作用する。

このため、この状態で圧電フィルム２２に交流電圧が印加されて駆動しても、圧電フィルム２２から振動板２１に伝わる張力Ｔ１およびその分力Ｔ２が周期的に大きくなり、振動板２１が周期的に大きく撓もうとする。このことによって、振動板２１を押込む指等に振動板２１から伝わる反力Ｔ４に周期的な変動が生じる。したがって、触覚提示装置１０および振動装置２０は、タッチ操作を行うユーザに対して、触覚フィードバックを与えることができる。

また、触覚提示装置１０および振動装置２０では、スペーサ７０及びスペーサ７５によって振動板２１と圧電フィルム２２との隙間が潰れることが無い。そのため、振動板２１を薄く構成して振動板２１の剛性を抑制することができ、振動板２１に生じる撓み量を従来よりも大きくすることが可能である。

また、以上の構成において、スペーサ７０の第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂは、固定板４０の上に固定されている。スペーサ７５の第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂも、固定板４０の上に固定されている。この構成では、圧電フィルム２２が伸縮する時、圧電フィルム２２に対して第２接触部７２が滑らず、第２接触部７２にも振動が伝わってしまう。

しかし、連結部７３Ａの剛性が低いため、連結部７３Ａが振動によって変形し易い。そのため、振動が第２接触部７２から連結部７３Ａを介して第１接触部７１Ａへ伝わり難い。同様に、連結部７３Ｂの剛性が低いため、連結部７３Ｂが振動によって変形し易い。そのため、振動が第２接触部７２から連結部７３Ｂを介して第１接触部７１Ｂへ伝わり難い。

よって、触覚提示装置１０および振動装置２０は、第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂが固定板４０の上に固定されていても、振動特性が悪化することを抑制できる。したがって、触覚提示装置１０および振動装置２０は、スペーサ７０及びスペーサ７５を備えていても、振動特性が悪化することを抑制できる。

次に、振動装置２０の比較例に係る振動装置１２０の振動特性について説明する。

図５は、図１に示す振動装置２０の比較例に係る振動装置１２０の平面図である。振動装置１２０が振動装置２０と相違する点は、スペーサ１７０が連結部１７３Ａ及び連結部１７３Ｂを有する点である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。スペーサ１７５の構成は、スペーサ１７０の構成と同じであるため、説明を省略する。

連結部１７３Ａが連結部７３Ａと相違する点は、屈曲しておらず、太さも細くなっていない点である。連結部１７３Ｂが連結部７３Ｂと相違する点は、屈曲しておらず、太さも細くなっていない点である。スペーサ１７０は、直線形状を有している。

そのため、連結部１７３Ａの剛性は、第１接触部７１Ａの剛性と同じである。また、連結部１７３Ａの剛性は、第２接触部７２の剛性と同じである。同様に、連結部１７３Ｂの剛性は、第１接触部７１Ｂの剛性と同じである。また、連結部１７３Ｂの剛性は、第２接触部７２の剛性と同じである。

振動装置１２０では、圧電フィルム２２が伸縮する時に圧電フィルム２２に接触する第２接触部７２が滑らず、第２接触部７２に振動が伝わってしまう。そして、連結部１７３Ａ、１７３Ｂの剛性が高いため、その振動が第２接触部７２から連結部１７３Ａ、１７３Ｂを介して第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂへ伝わり安い。一方、第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂが固定板４０に固定されている。

したがって、振動装置１２０では、スペーサ１７０及びスペーサ１７５によって、振動特性が大幅に悪化する。

次に、本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置及び振動装置について説明する。

図６は、第２の実施形態に係る振動装置２２０の平面図である。振動装置２２０が振動装置２０と相違する点は、スペーサ２７０が連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂを有する点である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。スペーサ２７５の構成は、スペーサ２７０の構成と同じであるため、説明を省略する。

なお、スペーサ２７０自体が対照になるように、スペーサ２７５自体が対照になるように、且つスペーサ２７０及びスペーサ２７５が互いに対照になるように、連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂは配置されることが好ましい。連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂがこのように配置されることによって、振動装置２２０は、振動の偏りが発生することを抑制することができる。

連結部２７３Ａは、ジグザグ波形状を有し、第２接触部７２の長尺方向と直交する長さ方向へ屈曲している。第１接触部７１Ａの長尺方向と第２接触部７２の長尺方向とは同じ直線上にある。

また、連結部２７３Ｂは、ジグザグ波形状を有し、第２接触部７２の長尺方向と直交する長さ方向へ屈曲している。第１接触部７１Ｂの長尺方向と第２接触部７２の長尺方向とは同じ直線上にある。

なお、ジグザグ波形状とは、複数の屈曲箇所がある形状を指す。ジグザグ波形状は、屈曲箇所が角になっている形状、又はミアンダ形状でもよい。

そのため、連結部２７３Ａの剛性は、第１接触部７１Ａの剛性より低い。また、連結部２７３Ａの剛性は、第２接触部７２の剛性より低い。同様に、連結部２７３Ｂの剛性は、第１接触部７１Ｂの剛性より低い。また、連結部２７３Ｂの剛性は、第２接触部７２の剛性より低い。

この構成においても、圧電フィルム２２が伸縮する時、圧電フィルム２２に対して第２接触部７２が滑らず、第２接触部７２にも振動が伝わってしまう。しかし、この構成においても、連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂの剛性が低く、連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂが振動によって変形し易い。振動が第２接触部７２から連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂを介して第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂへ伝わり難い。

したがって、振動装置２２０と振動装置２２０を備える触覚提示装置とは、固定板４０の上に固定されたスペーサ２７０及びスペーサ２７５を備えていても、振動特性が悪化することを抑制できる。

また、第１接触部７１Ａの長尺方向と第１接触部７１Ｂの長尺方向と第２接触部７２の長尺方向とが同じ直線上にあるため、触覚提示装置１０および振動装置２２０は、スペーサ２７０及びスペーサ２７５の配置位置を調整し易い。すなわち、触覚提示装置１０および振動装置２２０は、振動板２１に生じる振動の周波数を目的の周波数に調整し易い。

なお、この実施形態では、連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂは、第２接触部７２の長尺方向と直交する長さ方向へ屈曲しているが、これに限るものではない。実施の際、連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂは、９０°以外の角度、すなわち第２接触部７２の長尺方向と交差する方向へ屈曲していてもよい。

次に、本実施形態に係る振動装置２２０の振動特性と比較例に係る振動装置１２０の振動特性とを比較する。

図７は、図６に示す振動装置２２０の振動板２１の変位量と、図５に示す振動装置１２０の振動板２１の変位量とを比較した図である。図７は、正弦波２００Ｖｐ−ｐ（振幅１００Ｖ）を振動装置２２０の圧電フィルム２２と振動装置１２０の圧電フィルム２２とに印加し、各振動板２１の中心の変位をレーザー変位計（キーエンス製）で測定した結果を示している。

実験より、振動装置１２０では、スペーサ１７０及びスペーサ１７５を固定板４０上に固定することによって振動板２１の中心の変位が１４６．５μｍｐ−ｐから９９．９μｍｐ−ｐへ３０％以上減少することが明らかとなった。すなわち、スペーサ１７０及びスペーサ１７５を固定板４０上に固定することによって、振動装置１２０の振動特性が大幅に悪化することが明らかとなった。

これに対して、振動装置２２０では、スペーサ２７０及びスペーサ２７５を固定板４０上に固定することによって振動板２１の中心の変位が１４６．５μｍｐ−ｐから１４４．２μｍｐ−ｐへと変わり、ほとんど低下しないことが明らかとなった。すなわち、振動装置２２０では、スペーサ２７０及びスペーサ２７５を固定板４０上に固定しても、振動板２１の中心の変位がほとんど低下せず、振動特性の悪化が抑制されることが明らかとなった。

以上のような結果となった理由は、連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂの剛性が低く、振動が第２接触部７２から連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｂを介して第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂへ伝わり難いためであると考えられる。

したがって、振動装置２２０と振動装置２２０を備える触覚提示装置とは、スペーサ２７０及びスペーサ２７５を備えていても、振動特性が悪化することを抑制できる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る触覚提示装置及び振動装置について説明する。

図８は、第３の実施形態に係る振動装置３２０の平面図である。振動装置３２０が振動装置２０と相違する点は、スペーサ３７０が連結部３７３Ａ及び連結部３７３Ｂを有する点である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。スペーサ３７５の構成は、スペーサ３７０の構成と同じであるため、説明を省略する。

連結部３７３Ａは、第１接触部７１Ａ及び第２接触部７２より細い形状を有する。また、連結部３７３Ｂは、第１接触部７１Ｂ及び第２接触部７２より細い形状を有する。

そのため、連結部３７３Ａの剛性は、第１接触部７１Ａの剛性より低い。また、連結部３７３Ａの剛性は、第２接触部７２の剛性より低い。同様に、連結部３７３Ｂの剛性は、第１接触部７１Ｂの剛性より低い。また、連結部３７３Ｂの剛性は、第２接触部７２の剛性より低い。

この構成においても、圧電フィルム２２が伸縮する時、圧電フィルム２２に対して第２接触部７２が滑らず、第２接触部７２にも振動が伝わってしまう。しかし、この構成においても、連結部３７３Ａ及び連結部３７３Ｂの剛性が低く、連結部３７３Ａ及び連結部３７３Ｂが振動によって変形し易い。振動が第２接触部７２から連結部３７３Ａ、３７３Ｂを介して第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂへ伝わり難い。その結果、振動装置３２０は、振動の大きさを維持しながら固定板４０と第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂとの接合箇所にかかる負荷を軽減することができる。

したがって、振動装置３２０と振動装置３２０を備える触覚提示装置とは、固定板４０の上に固定されたスペーサ３７０及びスペーサ３７５を備えていても、振動特性が悪化することを抑制できる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る触覚提示装置及び振動装置について説明する。

図９は、第４の実施形態に係る振動装置４２０の平面図である。振動装置４２０が図６に示す振動装置２２０と相違する点は、圧電フィルム４２１及び圧電フィルム４２２を備える点、スペーサ４７０及びスペーサ４７５を備える点である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。

圧電フィルム４２１の幅は、図９に示すように、圧電フィルム２２の幅より短い。圧電フィルム４２１のその他の構成は圧電フィルム２２の構成と同じである。圧電フィルム４２２の構成は、圧電フィルム４２１の構成と同じであるため、説明を省略する。

スペーサ４７０は、図９に示すように、固定板４０に接触する第１接触部７１Ａと、固定板４０に接触する第１接触部７１Ｂと、固定板４０に接触する第１接触部７１Ｃと、圧電フィルム４２１に接触する第２接触部４７２Ａと、圧電フィルム４２２に接触する第２接触部４７２Ｂと、第１接触部７１Ａ及び第２接触部４７２Ａを連結する連結部２７３Ａと、第１接触部７１Ｂ及び第２接触部４７２Ｂを連結する連結部２７３Ｂと、第１接触部７１Ｃ及び第２接触部４７２Ａを連結する連結部２７３Ｃと、第１接触部７１Ｃ及び第２接触部４７２Ｂを連結する連結部２７３Ｄと、を有する。

スペーサ４７０は、第１接触部７１Ａ、第１接触部７１Ｂ及び第１接触部７１Ｃで、接着剤等により固定板４０の上に固定されている。

第２接触部４７２Ａの下面は、圧電フィルム４２１の上面に接触する。第２接触部４７２Ｂの下面は、圧電フィルム４２２の上面に接触する。第２接触部４７２Ａ及び第２接触部４７２Ｂの厚みは、圧電フィルム４２１及び圧電フィルム４２２が固定板４０に接触しないよう、第１接触部７１Ａ、第１接触部７１Ｂ、及び第１接触部７１Ｃの厚みより薄くなっている。

連結部２７３Ｄの構成は、連結部２７３Ａの構成と同じである。即ち、連結部２７３Ｄは、前述のジグザグ波形状を有する。連結部２７３Ｃの構成は、連結部２７３Ｂの構成と同じである。即ち、連結部２７３Ｃは、前述のジグザグ波形状を有する。ここで、ジグザグ波形状とは、複数の屈曲箇所がある形状を指す。ジグザグ波形状は、屈曲箇所が角になっている形状、又はミアンダ形状でもよい。

そのため、連結部２７３Ａの剛性は、第１接触部７１Ａの剛性より低い。また、連結部２７３Ａの剛性は、第２接触部４７２Ａの剛性より低い。同様に、連結部２７３Ｂの剛性は、第１接触部７１Ｂの剛性より低い。また、連結部２７３Ｂの剛性は、第２接触部４７２Ｂの剛性より低い。同様に、連結部２７３Ｃの剛性は、第１接触部７１Ｃの剛性より低い。また、連結部２７３Ｃの剛性は、第２接触部４７２Ａの剛性より低い。同様に、連結部２７３Ｄの剛性は、第１接触部７１Ｃの剛性より低い。また、連結部２７３Ｄの剛性は、第２接触部４７２Ｂの剛性より低い。

なお、スペーサ４７５の構成は、スペーサ４７０の構成と同じであるため、説明を省略する。

この構成においても、圧電フィルム４２１及び圧電フィルム４２２が伸縮する時、圧電フィルム４２１及び圧電フィルム４２２に対して第２接触部４７２Ａ及び第２接触部４７２Ｂが滑らず、第２接触部４７２Ａ及び第２接触部４７２Ｂにも振動が伝わってしまう。

しかし、この構成においても、連結部２７３Ａ、連結部２７３Ｂ、連結部２７３Ｃ及び連結部２７３Ｄの剛性が低く、連結部２７３Ａ、連結部２７３Ｂ、連結部２７３Ｃ及び連結部２７３Ｄが振動によって変形し易い。そのため、振動が第２接触部４７２Ａから、連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｃを介して、第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｃへ伝わり難い。同様に、振動が第２接触部４７２Ｂから、連結部２７３Ｂ及び連結部２７３Ｄを介して、第１接触部７１Ｂ及び第１接触部７１Ｃへ伝わり難い。

したがって、振動装置４２０と振動装置４２０を備える触覚提示装置とは、固定板４０の上に固定されたスペーサ４７０及びスペーサ４７５を備えていても、振動特性が悪化することを抑制できる。

また、第１接触部７１Ａの長尺方向と第１接触部７１Ｂの長尺方向と第１接触部７１Ｃの長尺方向と第２接触部４７２Ａの長尺方向と第２接触部４７２Ｂの長尺方向とが同じ直線上にあるため、振動装置４２０は、スペーサ２７０及びスペーサ２７５の配置位置を調整し易い。すなわち、振動装置４２０と振動装置４２０を備える触覚提示装置とは、振動板２１に生じる振動の周波数を目的の周波数に調整し易い。

また、スペーサ４７０自体が対照になるように、スペーサ４７５自体が対照になるように、且つスペーサ４７０及びスペーサ４７５が互いに対照になるように、連結部２７３Ａ、連結部２７３Ｂ、連結部２７３Ｃ及び連結部２７３Ｄは配置されることが好ましい。連結部２７３Ａ、連結部２７３Ｂ、連結部２７３Ｃ及び連結部２７３Ｄがこのように配置されることによって、振動装置４２０は、振動の偏りが発生することを抑制することができる。

なお、この実施形態では、連結部２７３Ａ、連結部２７３Ｂ、連結部２７３Ｃ及び連結部２７３Ｄは、第２接触部４７２Ａの長尺方向と直交する長さ方向へ屈曲しているが、これに限るものではない。実施の際、連結部２７３Ａ、連結部２７３Ｂ、連結部２７３Ｃ及び連結部２７３Ｄは、９０°以外の角度、すなわち第２接触部４７２Ａの長尺方向と交差する方向へ屈曲していてもよい。

次に、本発明の第５の実施形態に係る触覚提示装置及び振動装置について説明する。

図１０は、第５の実施形態に係る振動装置５２０の平面図である。振動装置５２０が図９に示す振動装置４２０と相違する点は、第１接触部７１Ｃが２つの第１接触部７１Ｄ及び第１接触部７１Ｅに分離した点である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。

この構成において、連結部２７３Ｃの剛性は、第１接触部７１Ｄの剛性より低い。また、連結部２７３Ｄの剛性は、第１接触部７１Ｅの剛性より低い。

この構成においても、圧電フィルム４２１及び圧電フィルム４２２が伸縮する時、圧電フィルム４２１及び圧電フィルム４２２に対して第２接触部４７２Ａ及び第２接触部４７２Ｂが滑らず、第２接触部４７２Ａ及び第２接触部４７２Ｂにも振動が伝わってしまう。

しかし、この構成においても、連結部２７３Ａ、連結部２７３Ｂ、連結部２７３Ｃ及び連結部２７３Ｄの剛性が低く、連結部２７３Ａ、連結部２７３Ｂ、連結部２７３Ｃ及び連結部２７３Ｄが振動によって変形し易い。そのため、振動が第２接触部４７２Ａから、連結部２７３Ａ及び連結部２７３Ｃを介して、第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｄへ伝わり難い。同様に、振動が第２接触部４７２Ｂから、連結部２７３Ｂ及び連結部２７３Ｄを介して、第１接触部７１Ｂ及び第１接触部７１Ｅへ伝わり難い。

したがって、振動装置５２０と振動装置５２０を備える触覚提示装置とは、振動装置４２０と同様の効果を奏する。すなわち、振動装置５２０と振動装置５２０を備える触覚提示装置とは、固定板４０の上に固定されたスペーサ５７０及びスペーサ５７５を備えていても、振動特性が悪化することを抑制できる。

なお、前記実施形態において、振動装置２０，振動装置２２０，振動装置３２０、振動装置４２０及び振動装置５２０は、触覚提示装置１０に利用されているが、これに限るものではない。実施の際、振動装置２０，振動装置２２０，振動装置３２０、振動装置４２０及び振動装置５２０は、例えば平面型スピーカなどに利用されてもよい。

また、前記実施形態では、スペーサ７０、スペーサ７５、スペーサ２７０、スペーサ２７５、スペーサ３７０、スペーサ３７５、スペーサ４７０、スペーサ４７５、スペーサ５７０及びスペーサ５７５が、第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂで、接着剤等により固定板４０の上に固定されているが、これに限るものではない。実施の際、例えばスペーサ７０、スペーサ７５、スペーサ２７０、スペーサ２７５、スペーサ３７０、スペーサ３７５、スペーサ４７０、スペーサ４７５、スペーサ５７０及びスペーサ５７５は、第１接触部７１Ａ及び第１接触部７１Ｂで、固定板４０の上に載置されているだけでもよい。

また、前記実施形態では、連結部７３Ａ及び連結部７３Ｂが屈曲することで剛性を低下させているが、これに限るものではない。実施の際、連結部を剛性の低い材料で形成することで、連結部の剛性が第１接触部および第２接触部の少なくともいずれか一方の剛性より低くてもよい。

また、前記実施形態では、振動板２１の両端と圧電フィルム２２の両端とを固定端２４として連結しているが、これに限るものではない。同様に、振動板２１の両端と圧電フィルム４２１の両端と圧電フィルム４２２の両端とを固定端２４として連結しているが、これに限るものではない。実施の際、例えば、振動板と圧電フィルムとを長さ方向の一端側でのみ直接連結させ、長さ方向の他端側は支持部材等を介して連結させてもよい。

また、前記実施形態では、単層の圧電フィルム２２を振動板２１に張り渡すように構成しているが、これに限るものではない。同様に、単層の圧電フィルム４２１と単層の圧電フィルム４２２とを振動板２１に張り渡すように構成しているが、これに限るものではない。実施の際、圧電フィルム２２、圧電フィルム４２１、及び圧電フィルム４２２のそれぞれを別のフィルムに貼り付け、その別のフィルムを振動板２１に張り渡すように構成してもよい。

また、前記実施形態では、スペーサ７０、スペーサ７５、スペーサ２７０、スペーサ２７５、スペーサ３７０、スペーサ３７５、スペーサ４７０、スペーサ４７５、スペーサ５７０及びスペーサ５７５が基部２５と突起部７６とを有しているが、これに限るものではない。実施の際、例えば、スペーサ７０を突起部７６の無い形状としてもよい。また、スペーサ７０の基部２５は直方体状とは異なる形状であってもよい。

また、前記実施形態において、伸縮フィルムの一例として圧電フィルム２２、圧電フィルム４２１、及び圧電フィルム４２２を用いているが、これに限るものではない。実施の際、伸縮フィルムは例えば、電歪フィルム、エレクトレットフィルム、圧電セラミック、圧電粒子を高分子に分散させたコンポジットフィルム、または電気活性高分子フィルム等で構成することもできる。

ここで、電気活性高分子フィルムとは、電気的駆動によって応力を発生するフィルム、または電気的駆動によって変形して変位を発生するフィルムである。具体的には、電歪フィルム、コンポジット材料（圧電セラミックスを樹脂モールドした材料）、電気駆動型エラストマー、または液晶エラストマー等がある。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であり、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲とを含む。

１０…触覚提示装置
１１…制御部
１２…駆動部
２０，２２０，３２０、４２０、５２０…振動装置
２１…振動板
２２…圧電フィルム
２４…固定端
２５…基部
３０…タッチパネル
３１…タッチセンサ
４０…固定板
７０…スペーサ
７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｅ…第１接触部
７２…第２接触部
７３Ａ、７３Ｂ…連結部
７５…スペーサ
７６…突起部
９０…スペーサ
１０１…振動装置
１０２…圧電フィルム
１０３…振動板
１０４，１０５…フレーム部材
１７０…スペーサ
１７３Ａ、１７３Ｂ…連結部
１７５…スペーサ
２７０…スペーサ
２７３Ａ、２７３Ｂ…連結部
２７５…スペーサ
３７０…スペーサ
３７３Ａ、３７３Ｂ…連結部
３７５…スペーサ
４２１、４２２…圧電フィルム
４７０、４７５…スペーサ
４７２Ａ、４７２Ｂ…第２接触部
５７０、５７５…スペーサ

Claims (6)

1. 面方向に伸縮する伸縮フィルムと、
   前記伸縮フィルムに接続されている振動板と、
   前記伸縮フィルムと前記振動板との間に設けられるスペーサと、
   前記スペーサに接触する接触部材と、を備え、
   前記スペーサは、前記接触部材に接触する第１接触部と、前記伸縮フィルムに接触する第２接触部と、前記第１接触部及び前記第２接触部を連結する連結部とを有し、
   前記連結部の剛性は、前記第１接触部および前記第２接触部の少なくともいずれか一方の剛性より低い振動装置。
2. 前記連結部は、前記第２接触部の長尺方向と交差する方向へ屈曲している、請求項１に記載の振動装置。
3. 前記連結部は、波形状を有し、前記第１接触部の長尺方向と前記第２接触部の長尺方向とが同じ直線上にある、請求項２に記載の振動装置。
4. 前記連結部は、前記第１接触部および前記第２接触部の少なくともいずれか一方より細い、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の振動装置。
5. 前記スペーサは、基部と、前記基部から前記振動板側に突出する複数の突起部とを備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の振動装置と、
   前記振動板に装着した、タッチ操作を検出する検出部と、
   前記検出部がタッチ操作を検出したときに、前記伸縮フィルムに駆動電圧を印加する駆動部と、を備える、触覚提示装置。

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