JP6318970B2 - Vibrating body and tactile presentation device - Google Patents

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Description

本発明は、電圧を加えることで面方向に変形するフィルムを備えた振動体および当該振動体を用いた触覚提示装置に関する。   The present invention relates to a vibrator provided with a film that is deformed in a plane direction by applying a voltage, and a tactile sense presentation device using the vibrator.

電圧を加えることで面方向に変形するフィルムとして、例えば圧電フィルムがある。圧電フィルムを備えた振動体の例としては、例えば特許文献1の様な平面型スピーカが知られている。   An example of a film that deforms in a plane direction when a voltage is applied is a piezoelectric film. As an example of a vibrating body provided with a piezoelectric film, for example, a flat speaker as disclosed in Patent Document 1 is known.

特許文献1の平面型スピーカは、金属等の振動板の両端をフィルム(圧電フィルムを装着したエキサイタフィルム)に固定する構造である。振動板は、湾曲した状態でフィルムに固定されることにより、曲げ応力が発生した状態で固定される。圧電フィルムに駆動信号が印加されると、圧電フィルムが伸縮し、エキサイタフィルムが伸縮する。振動板は、エキサイタフィルムの伸縮により、主面に直交する方向(法線方向)に振動する。このような平面型スピーカは、振動板に曲げ応力が発生しているため、圧電フィルムの伸縮に対して効率的に振動させることができる。   The flat speaker of Patent Document 1 has a structure in which both ends of a diaphragm made of metal or the like are fixed to a film (an exciter film on which a piezoelectric film is attached). The diaphragm is fixed in a state where bending stress is generated by being fixed to the film in a curved state. When a drive signal is applied to the piezoelectric film, the piezoelectric film expands and contracts and the exciter film expands and contracts. The diaphragm vibrates in a direction (normal direction) perpendicular to the main surface by expansion and contraction of the exciter film. Such a flat speaker can be vibrated efficiently with respect to expansion and contraction of the piezoelectric film because bending stress is generated in the diaphragm.

また、特許文献1には、平面型スピーカの振動板が平坦な状態でフィルムに固定される例も示されている。例えば、特許文献1の図6では、予め湾曲した形状の振動板を用意し、振動板に力を加えながらフィルムに固定することで、曲げ応力が発生した状態で振動板を平坦にする構造が記載されている。   Patent Document 1 also shows an example in which a diaphragm of a flat speaker is fixed to a film in a flat state. For example, in FIG. 6 of Patent Document 1, a structure in which a diaphragm having a curved shape is prepared in advance and fixed to a film while applying a force to the diaphragm so that the diaphragm is flattened in a state where bending stress is generated. Have been described.

国際公開第2012/157691号公報International Publication No. 2012/157691

しかし、特許文献1の図6に示した形状では、圧電フィルムが伸縮するとき、振動板が圧電フィルム側に撓む状態(凹状態)となるか、圧電フィルムとは反対側に撓む状態(凸状態)となるか、安定しない。また、圧電フィルムの収縮により振動板の端部を引っ張って振動板を平坦な状態から凸状態に変化させるためには、大きな引張力が必要であり、非常に大きな圧電定数を持つ圧電フィルムが必要になる。   However, in the shape shown in FIG. 6 of Patent Document 1, when the piezoelectric film expands and contracts, the diaphragm is bent to the piezoelectric film side (recessed state) or is bent to the opposite side of the piezoelectric film ( Convex state) or unstable. Also, in order to change the diaphragm from a flat state to a convex state by pulling the end of the diaphragm due to the contraction of the piezoelectric film, a large tensile force is required, and a piezoelectric film having a very large piezoelectric constant is necessary. become.

そこで、本発明の目的は、変位の小さなフィルムであっても振動板の撓み方向を安定的に変化させることができる振動体および当該振動体を用いた触覚提示装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a vibrating body capable of stably changing the bending direction of the diaphragm even with a film having a small displacement, and a tactile sense presentation device using the vibrating body.

本発明の振動体は、振動板と、前記振動板と主面が離れて接続され、電圧を加えることで面方向に変形するフィルムと、前記フィルムに駆動信号を印加する駆動部と、前記振動板の主面に、当該振動板を法線方向に変位させる変位手段と、を備えている。そして、本発明の振動体は、前記駆動部が前記駆動信号を印加するよりも前に、前記変位手段が前記振動板を法線方向に変位させることを特徴とする。   The vibrating body according to the present invention includes a diaphragm, a film whose main surface is connected to the diaphragm and is deformed in a plane direction by applying a voltage, a driving unit that applies a driving signal to the film, and the vibration Displacement means for displacing the diaphragm in the normal direction is provided on the main surface of the plate. And the vibrating body of this invention is characterized by the said displacement means displacing the said diaphragm in a normal line direction before the said drive part applies the said drive signal.

このように、本発明の振動体は、電圧を加えることで面方向に変形するフィルムを伸縮させるよりも前に、変位手段が振動板を法線方向に変位させることで、振動板を意図する状態(凸状態)に撓ませることができる。特に、変位手段により振動板が既に凸状態に撓んでいる状態とすれば、フィルムの収縮により振動板の端部を引っ張る場合に、大きな引張力を加えることなく撓みの量を変化させることができるため、電圧に対する変位が小さいフィルムであっても振動板の撓み方向を安定的に変化させることができる。   Thus, the vibrating body of the present invention intends the diaphragm by the displacement means displacing the diaphragm in the normal direction before expanding and contracting the film that deforms in the plane direction by applying a voltage. It can be bent to a state (convex state). In particular, if the diaphragm is already bent into a convex state by the displacing means, the amount of bending can be changed without applying a large tensile force when the end of the diaphragm is pulled by contraction of the film. Therefore, even if the film has a small displacement with respect to the voltage, the bending direction of the diaphragm can be changed stably.

電圧を加えることで面方向に変形するフィルムは、例えば圧電フィルム、電歪フィルム、エレクトレットフィルム、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がある。また、圧電性を有しない樹脂フィルムの主面に圧電性を有する材料(例えば圧電フィルム)を貼り付けて、当該樹脂フィルムを振動板に接続する態様としてもよい。   Examples of the film that deforms in the plane direction when a voltage is applied include a piezoelectric film, an electrostrictive film, an electret film, a composite film, and an electroactive polymer film. Moreover, it is good also as an aspect which affixes the material (for example, piezoelectric film) which has piezoelectricity on the main surface of the resin film which does not have piezoelectricity, and connects the said resin film to a diaphragm.

なお、変位手段は、振動板を法線方向に変位させるものであればどのようなものであってもよいが、例えば圧電定数の大きい圧電セラミックスを用いることが好ましい。特に、変位手段は、振動板に対してわずかに凸状態に撓ませる力を付与するだけでよく、その後の撓み量はフィルムによる引張力で変化させることができるため、圧電セラミックス自体を大きなものにする必要はない。したがって、圧電セラミックスを用いた場合でも、圧電セラミックス自体の大きさを小さくすることができるため、セラミックスが割れる可能性は低い。   The displacement means may be any means as long as it can displace the diaphragm in the normal direction. For example, it is preferable to use a piezoelectric ceramic having a large piezoelectric constant. In particular, the displacement means only needs to apply a force that slightly deflects the diaphragm in a convex state, and the amount of subsequent bending can be changed by the tensile force of the film, so that the piezoelectric ceramic itself is made large. do not have to. Therefore, even when piezoelectric ceramics are used, the size of the piezoelectric ceramics itself can be reduced, so that the possibility of cracking of the ceramics is low.

また、変位手段は、振動板とフィルムと間に取り付けられていることが好ましい。振動板とフィルムとの間に取り付けることで、振動板のフィルムとは反対の面は完全に平坦とすることができる。   Moreover, it is preferable that the displacement means is attached between the diaphragm and the film. By attaching between the diaphragm and the film, the surface of the diaphragm opposite to the film can be made completely flat.

なお、振動板は、曲げ応力が発生する状態でフィルムに固定されることが好ましい。この場合、フィルムは、振動板が平坦な状態では、振動板との接続箇所に向かって引っ張られる状態となる。したがって、フィルムの伸張に対して効率的に振動板を変位させることができる。   The diaphragm is preferably fixed to the film in a state where bending stress is generated. In this case, the film is pulled toward the connection point with the diaphragm when the diaphragm is flat. Therefore, the diaphragm can be efficiently displaced with respect to the stretching of the film.

なお、フィルムおよび変位手段は、複数を配置することで、面方向において均一に撓ませることができる。   In addition, a film and a displacement means can be bent uniformly in a surface direction by arranging a plurality.

なお、本発明の振動体は、例えば平面型スピーカとして用いることも可能であるが、さらにタッチ操作を検出するタッチ検出部と、を備え、駆動部は、タッチ検出部がタッチ操作を検出したときに、駆動信号を印加することで、ユーザに振動を伝える触覚提示装置として用いることも可能である。   The vibrating body of the present invention can be used as a flat speaker, for example, but further includes a touch detection unit that detects a touch operation, and the drive unit detects when the touch detection unit detects the touch operation. In addition, it can be used as a tactile sense presentation device that transmits vibration to the user by applying a drive signal.

この発明によれば、変位の小さなフィルムであっても振動板の撓み方向を安定的に変化させることができる。   According to this invention, even if it is a film with a small displacement, the bending direction of a diaphragm can be changed stably.

触覚提示装置10の外観斜視図である。1 is an external perspective view of a tactile presentation device 10. FIG. 触覚提示装置10の正面図である。2 is a front view of the tactile sense presentation device 10. FIG. 触覚提示装置10の側面図である。1 is a side view of a tactile sense presentation device 10. 触覚提示装置10の部分拡大側面図である。2 is a partially enlarged side view of the tactile sense presentation device 10. FIG. 触覚提示装置10の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a tactile sense presentation device 10. 触覚提示装置10の動作説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram of the tactile presentation device 10. 触覚提示装置10Aの背面図である。It is a rear view of 10 A of tactile sense presentation apparatuses. 触覚提示装置10Bの背面図である。It is a rear view of the tactile sense presentation device 10B. 変形例に係る圧電フィルムの断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric film which concerns on a modification.

本発明の振動体は、例えば図1に示すような触覚提示装置を構成する。図1は、第1の実施形態に係る触覚提示装置10の外観斜視図である。図2は、触覚提示装置10の正面図であり、図3(A)は、側面図である。   The vibrating body of the present invention constitutes a tactile sense presentation device as shown in FIG. FIG. 1 is an external perspective view of a tactile presentation device 10 according to the first embodiment. FIG. 2 is a front view of the tactile sense presentation device 10, and FIG. 3A is a side view.

触覚提示装置10は、圧電セラミックス20、圧電フィルム21、振動板40、タッチパネル50、およびフレーム70を備えている。触覚提示装置10は、いわゆるキーボードであり、平板状のタッチパネル50には、キー配列に対応した位置に複数のタッチセンサ(タッチ検出部)80が設けられている。タッチセンサ80は、ユーザのタッチ操作を検出する機能であればどの様な方式であってもよく、メンブレン式、静電容量式、圧電フィルム式、等の様々な方式を用いることができる。   The tactile sense presentation device 10 includes a piezoelectric ceramic 20, a piezoelectric film 21, a diaphragm 40, a touch panel 50, and a frame 70. The tactile sense presentation device 10 is a so-called keyboard, and a flat touch panel 50 is provided with a plurality of touch sensors (touch detection units) 80 at positions corresponding to the key arrangement. The touch sensor 80 may be of any type as long as it has a function of detecting a user's touch operation, and various types such as a membrane type, a capacitance type, and a piezoelectric film type may be used.

タッチパネル50は、平板状の振動板40の一方の主面(正面)に装着されている。振動板40は、平面視して矩形状である。なお、タッチパネル50は、必須ではない。例えば、振動板40の正面において、キー配列に対応した位置に複数のタッチセンサ80を設ける態様とすることも可能である。   The touch panel 50 is attached to one main surface (front surface) of the flat diaphragm 40. The diaphragm 40 has a rectangular shape in plan view. Note that the touch panel 50 is not essential. For example, a plurality of touch sensors 80 may be provided on the front surface of the diaphragm 40 at positions corresponding to the key arrangement.

振動板40は、他方の主面(背面)において短手方向の両端においてフレーム70を介して圧電フィルム21に固定されている。振動板40の主面は、圧電フィルム21の主面と平行になるように固定され、平坦な状態となっている。振動板40の背面は、圧電フィルム21と離れて固定されている。すなわち、振動板40と圧電フィルム21との間には、中空領域100が形成される。圧電セラミックス20は、この中空領域100のうち振動板40の背面のほぼ中央の位置に装着されている。振動板40は、例えばアクリル樹脂(PMMA)で構成されている。なお、振動板40は、金属板、PET、ポリカーボネイト(PC)、ポリ乳酸(PLA)、ガラス等の他の材料を用いてもよい。   The diaphragm 40 is fixed to the piezoelectric film 21 via frames 70 at both ends in the short direction on the other main surface (back surface). The main surface of the diaphragm 40 is fixed so as to be parallel to the main surface of the piezoelectric film 21 and is in a flat state. The back surface of the diaphragm 40 is fixed apart from the piezoelectric film 21. That is, a hollow region 100 is formed between the diaphragm 40 and the piezoelectric film 21. Piezoelectric ceramics 20 is mounted at a substantially central position on the back surface of diaphragm 40 in hollow region 100. The diaphragm 40 is made of, for example, acrylic resin (PMMA). The diaphragm 40 may be made of other materials such as a metal plate, PET, polycarbonate (PC), polylactic acid (PLA), and glass.

図3(B)に示すように、振動板40は、圧電フィルム21に固定されていない状態では、平板面が湾曲した形状となっている。このような形状は、例えば、平坦な主面を有する振動板を熱処理等により屈曲させることで実現できる。   As shown in FIG. 3B, the vibration plate 40 has a curved plate surface when not fixed to the piezoelectric film 21. Such a shape can be realized, for example, by bending a diaphragm having a flat main surface by heat treatment or the like.

振動板40は、図3(B)の白抜き矢印St902に示すように、両端に曲げ力を加えながら、図3(A)に示すように、湾曲した平板面が平坦となるようにフレーム70を介して圧電フィルム21に固定する。振動板40は、このような状態で圧電フィルム21に固定されることにより、曲げ応力が発生した状態で固定されることになる。これにより、圧電フィルム21は、フレーム70の位置における弾性力F901により、フレーム70側に向かって引張力S902によって引っ張られる。ただし振動板に曲げ応力が発生する状態で固定されることは、本発明において必須の要素ではない。曲げ応力が小さいほど振動板40、圧電フィルム21、および振動板40と圧電フィルム21との固定箇所における機械的な負荷が小さくて済む。   As shown in a white arrow St902 in FIG. 3B, the diaphragm 40 is applied with a bending force to both ends, and a frame 70 is formed so that a curved flat plate surface is flat as shown in FIG. 3A. It fixes to the piezoelectric film 21 via. The diaphragm 40 is fixed in a state where bending stress is generated by being fixed to the piezoelectric film 21 in such a state. Thereby, the piezoelectric film 21 is pulled by the tensile force S902 toward the frame 70 side by the elastic force F901 at the position of the frame 70. However, it is not an essential element in the present invention that the diaphragm is fixed in a state where bending stress is generated. The smaller the bending stress, the smaller the mechanical load at the vibration plate 40, the piezoelectric film 21, and the fixed position between the vibration plate 40 and the piezoelectric film 21.

圧電フィルム21は、圧電性樹脂を含むフィルムである。図4は、触覚提示装置10の部分拡大側面図である。図4に示すように、圧電フィルム21は、平面視して矩形状のベースフィルム200と、該ベースフィルム200の対向する両主面に形成された電極201Aおよび電極201Bを備える。   The piezoelectric film 21 is a film containing a piezoelectric resin. FIG. 4 is a partially enlarged side view of the tactile sense presentation device 10. As shown in FIG. 4, the piezoelectric film 21 includes a rectangular base film 200 in plan view, and electrodes 201 </ b> A and 201 </ b> B formed on both opposing main surfaces of the base film 200.

ベースフィルム200は、圧電性樹脂であり、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、キラル高分子、等の材料を用いる。より好ましくは、透光性の高いポリ乳酸(PLA)を用いる。特にPLLAで構成されていることが望ましい。PLAを用いる場合、他の構成も透光性の高い材料を用いることにより、正面視した略全面が高い透光性を有する触覚提示装置10を実現することができる。   The base film 200 is a piezoelectric resin, and for example, a material such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or a chiral polymer is used. More preferably, polylactic acid (PLA) having high translucency is used. In particular, it is desirable to be made of PLLA. In the case of using PLA, the tactile sensation presentation device 10 having a high translucency in almost the entire front view can be realized by using a material having a high translucency in other configurations.

ベースフィルム200は、PLLAで構成される場合、図2の破線矢印に示すように、延伸方向に対して各外周辺が略45°となるように裁断することで、矩形状を形成して、圧電性を持たせる。   When the base film 200 is composed of PLLA, as shown by the broken line arrows in FIG. 2, the outer periphery is cut so that the outer periphery is approximately 45 °, thereby forming a rectangular shape. Give piezoelectricity.

電極201Aおよび電極201Bは、ベースフィルム200の両主面の略全面に形成されている。電極201Aおよび電極201Bは、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、ポリチオフェンを主成分とすることが好ましい。なお、電極201Aおよび電極201Bには、銀ナノワイヤ電極を用いることも可能であるし、透光性が低くてよい使用態様であれば、アルミ蒸着電極を用いることが好ましい。電極201Aおよび電極201Bには、図示しない引き出し用の配線導体が接続されており、駆動信号が当該配線導体を介して電極201Aおよび電極201Bへ印加されるようになっている。フレーム70側に配置される電極201Aは、接着層60を介してフレーム70に装着される。   The electrode 201 </ b> A and the electrode 201 </ b> B are formed on substantially the entire main surfaces of the base film 200. The electrode 201A and the electrode 201B are preferably composed mainly of indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), and polythiophene. In addition, it is also possible to use a silver nanowire electrode for the electrode 201A and the electrode 201B, and it is preferable to use an aluminum vapor-deposited electrode as long as the light transmitting property may be low. A lead wiring conductor (not shown) is connected to the electrode 201A and the electrode 201B, and a drive signal is applied to the electrode 201A and the electrode 201B through the wiring conductor. The electrode 201 </ b> A disposed on the frame 70 side is attached to the frame 70 through the adhesive layer 60.

なお、この例では、圧電フィルム21がフレーム70を介して振動板40に接続されているが、圧電フィルムを他のフィルムに装着し、当該他のフィルムがフレーム70を介して振動板40に接続される態様であってもよい。他のフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナノフタレート(PEN)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)等が用いられる。   In this example, the piezoelectric film 21 is connected to the diaphragm 40 via the frame 70, but the piezoelectric film is attached to another film and the other film is connected to the diaphragm 40 via the frame 70. It may be an embodiment. Examples of other films include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene nanophthalate (PEN), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyvinyl chloride (PVC).

図5に示すように、タッチパネル50に設けられたタッチセンサ80をユーザがタッチすると、まずタッチセンサ80の検出信号が駆動部81に入力される。駆動部81は、圧電セラミックス20に駆動信号を印加する。圧電セラミックス20は、入力された駆動信号に応じて伸縮する。図6は、触覚提示装置10の動作説明図であり、図6(A)は、タッチセンサ80の検出信号が入力されていない初期状態を示す。   As shown in FIG. 5, when the user touches the touch sensor 80 provided on the touch panel 50, first, a detection signal of the touch sensor 80 is input to the drive unit 81. The drive unit 81 applies a drive signal to the piezoelectric ceramic 20. The piezoelectric ceramic 20 expands and contracts according to the input drive signal. FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the tactile sense presentation device 10, and FIG. 6A shows an initial state where the detection signal of the touch sensor 80 is not input.

駆動部81は、タッチセンサ80の検出信号が入力されると、圧電セラミックス20に第一方向の電界を印加する。すなわち、駆動部81は、図6(B)の矢印S911に示すように、圧電セラミックス20が平面方向に沿って収縮するように電界を印加する。圧電セラミックス20は、振動板40の背面に装着されているため、振動板40は、圧電セラミックス20の収縮にともなって背面側が収縮する。したがって、振動板40は、法線方向に変位し、正面側にわずかに撓んだ状態(凸状態)となる。   When the detection signal of the touch sensor 80 is input, the drive unit 81 applies an electric field in the first direction to the piezoelectric ceramic 20. That is, the drive unit 81 applies an electric field so that the piezoelectric ceramic 20 contracts along the plane direction as indicated by an arrow S911 in FIG. Since the piezoelectric ceramic 20 is mounted on the back surface of the diaphragm 40, the diaphragm 40 contracts on the back side as the piezoelectric ceramic 20 contracts. Therefore, the diaphragm 40 is displaced in the normal direction and is in a slightly bent state (convex state) on the front side.

そして、図5に示すように、駆動部82は、駆動部81が圧電セラミックス20に駆動信号を印加した後に圧電フィルム21に駆動信号を印加し、圧電フィルム21の第一方向の電界を印加する。すなわち、駆動部82は、図6(C)の矢印S912に示すように、圧電フィルム21が平面方向に沿って収縮するように電界を印加する。すると、振動板40は、フレーム70側(短手方向の端部)から中央方向に引っ張られる。これにより、振動板40は、図6(C)の矢印F911に示すように、前方へより突出するように湾曲する。   Then, as shown in FIG. 5, the drive unit 82 applies a drive signal to the piezoelectric film 21 after the drive unit 81 applies a drive signal to the piezoelectric ceramic 20, and applies an electric field in the first direction of the piezoelectric film 21. . That is, the drive unit 82 applies an electric field so that the piezoelectric film 21 contracts along the plane direction as indicated by an arrow S912 in FIG. Then, the diaphragm 40 is pulled in the center direction from the frame 70 side (end portion in the short side direction). Thereby, the diaphragm 40 is curved so as to protrude further forward as indicated by an arrow F911 in FIG.

このように、触覚提示装置10は、圧電フィルム21を収縮させるよりも前に、圧電セラミックス20が収縮して振動板40を凸状態に撓ませることで、圧電フィルム21の収縮時には背面側に撓んだ状態(凹状態)となることがなく、安定して凸状態に撓ませることができる。特に、圧電セラミックス20により振動板40が既に凸状態に撓んでいれば、圧電フィルム21の収縮により振動板40の端部を引っ張っる場合に、大きな引張力を加えることなく撓みの量を変化させることができるため、圧電定数の小さい圧電フィルムであっても振動板40の撓み方向を安定的に変化させることができる。   As described above, the tactile sense presentation device 10 is bent toward the back side when the piezoelectric film 21 is contracted by contracting the piezoelectric ceramic 20 to bend the diaphragm 40 in a convex state before the piezoelectric film 21 is contracted. It can be bent to a convex state stably without becoming a stagnation state (concave state). In particular, if the diaphragm 40 is already bent into a convex state by the piezoelectric ceramic 20, when the end of the diaphragm 40 is pulled by contraction of the piezoelectric film 21, the amount of bending is changed without applying a large tensile force. Therefore, even the piezoelectric film having a small piezoelectric constant can stably change the bending direction of the diaphragm 40.

一方、駆動部82が、上記第一方向とは逆の第二方向の電界を印加すると、図5(D)の矢印S913に示すように、圧電フィルム21は、平面方向に沿って伸張する。上述したように、振動板40には、非動作状態で定常的な曲げ応力が与えられ、フレーム70の位置において弾性力F901が働いている。この弾性力F901は、圧電フィルム21の伸張により振動板40に与えられる力と同じ方向となる。したがって、振動板40は、図6(D)の矢印F912に示すように、背面側に湾曲した状態(凹状態)となる。なお、駆動部82が圧電フィルム21に第二方向の電界を印加するよりも前に駆動部81が圧電セラミックス20に第二方向の電界を印加して振動板40を凹状態に撓ませるようにしてもよい。   On the other hand, when the drive unit 82 applies an electric field in a second direction opposite to the first direction, the piezoelectric film 21 extends along the planar direction as indicated by an arrow S913 in FIG. As described above, a stationary bending stress is applied to the diaphragm 40 in a non-operating state, and the elastic force F901 is applied at the position of the frame 70. This elastic force F901 is in the same direction as the force applied to the diaphragm 40 by the extension of the piezoelectric film 21. Therefore, as shown by arrow F912 in FIG. 6D, diaphragm 40 is in a curved state (concave state) on the back side. Before the drive unit 82 applies the electric field in the second direction to the piezoelectric film 21, the drive unit 81 applies the electric field in the second direction to the piezoelectric ceramic 20 to bend the diaphragm 40 in the concave state. May be.

以上のようにして、振動板40は、図6(A)の状態を基準に、圧電フィルム21の収縮時には図6(B)の状態を経て図6(C)の状態に遷移し、圧電フィルム21の伸張時には、図6(D)の状態に遷移する。これにより発生する振動は、タッチパネル50に伝達され、タッチパネル50をタッチしたユーザに伝達される。したがって、ユーザは、タッチパネル50のタッチセンサ80をタッチすると、振動がフィードバックされるため、キーを「押した」と感じることができる。   As described above, the diaphragm 40 transitions to the state shown in FIG. 6C through the state shown in FIG. 6B when the piezoelectric film 21 contracts based on the state shown in FIG. When 21 is expanded, the state transitions to the state of FIG. The vibration generated thereby is transmitted to the touch panel 50 and transmitted to the user who touched the touch panel 50. Therefore, when the user touches the touch sensor 80 of the touch panel 50, the vibration is fed back, so that the user can feel that the key is “pressed”.

また、振動板40に非動作状態で定常的な曲げ応力が与えられている場合、圧電フィルム21の伸張時には、弾性力F901により効率的に凹状態に遷移する。また、圧電フィルム21の収縮時には、まず圧電セラミックス20が振動板40を凸状態に撓ませることで、圧電フィルム21が大きな引張力を加えることなく撓みの量を変化させることができる。したがって、触覚提示装置10は、振動板40の撓み方向を安定的にかつ効率的に変化させることができ、圧電フィルムを用いた場合であってもある程度強い振動を伝えることができる。また、モータ等による振動に比べると、触覚提示装置10を薄くすることができる。   Further, when a stationary bending stress is applied to the diaphragm 40 in a non-operating state, when the piezoelectric film 21 is stretched, the diaphragm 40 is efficiently transitioned to a concave state by the elastic force F901. Further, when the piezoelectric film 21 contracts, first, the piezoelectric ceramic 20 bends the diaphragm 40 in a convex state, so that the amount of bending of the piezoelectric film 21 can be changed without applying a large tensile force. Therefore, the tactile sense presentation device 10 can stably and efficiently change the bending direction of the vibration plate 40 and can transmit a strong vibration to some extent even when the piezoelectric film is used. In addition, the tactile sense presentation device 10 can be made thinner than vibration caused by a motor or the like.

ただし、図6(D)の凹状態に遷移することは本発明において必須ではない。例えば、図6(B)のように振動板40がわずかに凸状に撓んだ状態と、図6(C)のように振動板40が大きく凸状に撓んだ状態とを繰り返すことでも振動を伝えることができる。   However, transition to the concave state of FIG. 6D is not essential in the present invention. For example, the state in which the diaphragm 40 is slightly bent into a convex shape as shown in FIG. 6B and the state in which the diaphragm 40 is greatly bent into a convex shape as shown in FIG. Can transmit vibration.

なお、中空領域100には、シリコーンゲル等の柔らかい樹脂を充填し、圧電フィルム21および振動板40が振動することにより生じる音を抑制することが望ましい。   In addition, it is desirable to fill the hollow region 100 with a soft resin such as silicone gel to suppress sound generated by vibration of the piezoelectric film 21 and the diaphragm 40.

なお、本実施形態では、本発明の変位手段として圧電セラミックス20を示したが、振動板40を法線方向に変位させるものであればどのようなものであってもよい。例えば振動板40に別の圧電フィルムを貼り付ける態様であってもよい。ただし、変位手段としては、振動板40に対してわずかに凸状態に撓ませる力を付与するだけでよく、その後の撓み量は圧電フィルム21による引張力で変化させることができるため、変位手段自体を大きなものにする必要はない。したがって、変位手段として圧電セラミックスを用いた場合でも、圧電セラミックス自体の大きさを小さくすることができるため、セラミックスが割れる可能性は低い。   In the present embodiment, the piezoelectric ceramic 20 is shown as the displacing means of the present invention. However, any piezoelectric ceramic 20 may be used as long as the diaphragm 40 is displaced in the normal direction. For example, another piezoelectric film may be attached to the vibration plate 40. However, as the displacement means, it is only necessary to apply a force that slightly deflects the diaphragm 40 in a convex state, and the amount of subsequent deflection can be changed by the tensile force of the piezoelectric film 21, so that the displacement means itself There is no need to make it bigger. Therefore, even when piezoelectric ceramics are used as the displacing means, the size of the piezoelectric ceramics itself can be reduced, so that the possibility of cracking of the ceramics is low.

また、圧電セラミックス20は、振動板40の背面側(振動板40と圧電フィルム21と間)に取り付けられている例を示したが、正面側に取り付けられてもよいし、両面に取り付けられてもよい。ただし、振動板40と圧電フィルム21との間に取り付けることで、振動板40の正面側は完全に平坦とすることができる。   Moreover, although the piezoelectric ceramic 20 showed the example attached to the back side (between the diaphragm 40 and the piezoelectric film 21) of the diaphragm 40, it may be attached to the front side and attached to both surfaces. Also good. However, by attaching between the diaphragm 40 and the piezoelectric film 21, the front side of the diaphragm 40 can be made completely flat.

なお、上述の例では、ユーザがタッチ操作を行うと駆動部81が圧電セラミックス20に電界を印加して振動板40を凸状態に変化させる例を示したが、例えば電源が供給された時点で圧電セラミック21が振動板40を凸状態に変化させ、ユーザがタッチ操作を行ったときには駆動部82が圧電フィルム21に電界を印加して圧電フィルム21を伸縮させるようにしてもよい。すなわち、圧電フィルム21が伸縮するよりも先に圧電セラミックス20が振動板40を法線方向に変位させる態様であれば、どの様な態様であっても本発明の技術的範囲に属する。   In the above example, when the user performs a touch operation, the driving unit 81 applies an electric field to the piezoelectric ceramic 20 to change the vibration plate 40 into a convex state. However, for example, when power is supplied The piezoelectric ceramic 21 may change the vibration plate 40 into a convex state, and when the user performs a touch operation, the driving unit 82 may apply an electric field to the piezoelectric film 21 to expand and contract the piezoelectric film 21. In other words, any aspect that falls within the normal direction of the piezoelectric ceramic 20 before the piezoelectric film 21 expands and contracts belongs to the technical scope of the present invention.

また、上述の例では、圧電セラミックス20が平面方向に沿って収縮する例を示したが、法線方向に伸張することで振動板40を凸状態に変位させてもよい。   In the above example, the example in which the piezoelectric ceramic 20 contracts along the plane direction is shown. However, the diaphragm 40 may be displaced in a convex state by extending in the normal direction.

次に、第2の実施形態に係る触覚提示装置について説明する。図7は、第2の実施形態に係る触覚提示装置10Aを背面側から見た図である。触覚提示装置10Aは、第1の実施形態に係る触覚提示装置10に対して、圧電フィルム21が複数(この例では2つ)の圧電フィルム21Rおよび圧電フィルム21Lに分割されている点で触覚提示装置10と異なる。その他の構成は、触覚提示装置10と同様である。   Next, a tactile sense presentation device according to a second embodiment will be described. FIG. 7 is a view of the tactile sense presentation device 10A according to the second embodiment as viewed from the back side. The tactile presentation device 10A is different from the tactile presentation device 10 according to the first embodiment in that the piezoelectric film 21 is divided into a plurality (two in this example) of piezoelectric films 21R and 21L. Different from the device 10. Other configurations are the same as those of the tactile sense presentation device 10.

この場合、圧電フィルム21Rおよび圧電フィルム21Lを、それぞれ個別に駆動させることができる。なお、圧電フィルムの数は、さらに多数(例えば3つ)であってもよい。   In this case, the piezoelectric film 21R and the piezoelectric film 21L can be individually driven. The number of piezoelectric films may be larger (for example, three).

図8は、第3の実施形態に係る触覚提示装置10Bを背面側から見た図である。触覚提示装置10Bは、圧電フィルム21が3つの圧電フィルム21R、圧電フィルム21Lおよび圧電フィルム21Cに分割されている点で触覚提示装置10と異なる。また、複数(この例では2つ)の圧電セラミックス20Rおよび圧電セラミックス20Lが設けられている点でも触覚提示装置10と異なる。その他の構成は、触覚提示装置10と同様である。   FIG. 8 is a view of the tactile sense presentation device 10B according to the third embodiment as viewed from the back side. The tactile presentation device 10B is different from the tactile presentation device 10 in that the piezoelectric film 21 is divided into three piezoelectric films 21R, a piezoelectric film 21L, and a piezoelectric film 21C. Moreover, it differs from the tactile sense presentation device 10 in that a plurality (two in this example) of the piezoelectric ceramics 20R and the piezoelectric ceramics 20L are provided. Other configurations are the same as those of the tactile sense presentation device 10.

この場合、圧電セラミックス20Rが取り付けられた位置と圧電セラミックス20Lが取り付けられた位置とで振動板40を凸状態に遷移させることができるため、振動板40を平面方向で均一に撓ませることができる。   In this case, since the diaphragm 40 can be shifted to a convex state between the position where the piezoelectric ceramic 20R is attached and the position where the piezoelectric ceramic 20L is attached, the diaphragm 40 can be uniformly bent in the plane direction. .

次に、図9(A)は、圧電フィルム21の変形例に係る圧電フィルム21Aの側面図である。図4に示した圧電フィルム21は、1つのベースフィルム200を電極201Aおよび電極201Bで挟む構造であったが、図9(A)に示す圧電フィルム21Aは、ベースフィルム200、電極201Aおよび電極201Bが複数積層されてなる。この例では、各ベースフィルム200を挟んで、交互に電極201Aと電極201Bとが配置されている。このように複数のベースフィルム200、電極201Aおよび電極201Bを積層することで、より伸縮性が向上することになり、強い振動を発生させることができる。   Next, FIG. 9A is a side view of a piezoelectric film 21 </ b> A according to a modification of the piezoelectric film 21. The piezoelectric film 21 illustrated in FIG. 4 has a structure in which one base film 200 is sandwiched between the electrode 201A and the electrode 201B. However, the piezoelectric film 21A illustrated in FIG. 9A has the base film 200, the electrode 201A, and the electrode 201B. A plurality of layers are stacked. In this example, electrodes 201 </ b> A and electrodes 201 </ b> B are alternately arranged with each base film 200 interposed therebetween. Thus, by laminating the plurality of base films 200, the electrodes 201A, and the electrodes 201B, the stretchability is further improved, and strong vibration can be generated.

一方、図9(B)は、変形例2に係る圧電フィルム21Bの側面図である。図10(B)に示す圧電フィルム21Bは、1つのベースフィルム200を電極201Aおよび電極201Bで挟み、かつこれらベースフィルム200、電極201Aおよび電極201Bを折り曲げて重ねることにより、積層構造を実現するものである。この場合も、より伸縮性が向上することになり、強い振動を発生させることができる。ただし、この場合、電極を折り曲げる箇所においては、導電性ペースト等を塗布して、電気的接続を補強することが好ましい。   On the other hand, FIG. 9B is a side view of the piezoelectric film 21B according to the second modification. The piezoelectric film 21B shown in FIG. 10B realizes a laminated structure by sandwiching one base film 200 between the electrode 201A and the electrode 201B, and bending and stacking the base film 200, the electrode 201A, and the electrode 201B. It is. Also in this case, the stretchability is further improved, and a strong vibration can be generated. However, in this case, it is preferable to reinforce the electrical connection by applying a conductive paste or the like at a portion where the electrode is bent.

なお、本実施形態においては、本発明の振動体の一例として触覚提示装置を示したが、例えば入力されたオーディオ信号に応じて振動板を振動させる平面型スピーカとして用いることも可能である。   In the present embodiment, a tactile sensation presentation device is shown as an example of the vibrator of the present invention. However, for example, it can be used as a flat speaker that vibrates a diaphragm according to an input audio signal.

また、本実施形態では、一例として圧電フィルムを示したが、本発明の「電圧を加えることで面方向に変形するフィルム」は、圧電フィルムに限るものではない。電圧を加えることで面方向に変形するフィルムは、他にも、例えば電歪フィルム、エレクトレットフィルム、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がある。   Moreover, in this embodiment, although the piezoelectric film was shown as an example, the "film which deform | transforms into a surface direction by applying a voltage" of this invention is not restricted to a piezoelectric film. Other examples of the film that deforms in the plane direction when a voltage is applied include an electrostrictive film, an electret film, a composite film, and an electroactive polymer film.

本発明の振動体は、電気−力学変換定数または電気−変位変換定数の小さな電気活性フィルムを用いた場合であっても、振動板40を法線方向に変位させる変位手段(例えば圧電セラミックス20)が存在するため、振動板を意図する状態(凸状態)に撓ませることができる。なお、電気活性フィルムとは、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。   The vibrating body of the present invention is a displacement means (for example, piezoelectric ceramic 20) that displaces the diaphragm 40 in the normal direction even when an electroactive film having a small electro-mechanical conversion constant or electro-displacement conversion constant is used. Therefore, the diaphragm can be bent to the intended state (convex state). The electroactive film is a film that generates stress by electrical driving or a film that generates displacement by deformation. Specifically, there are an electrostrictive film, a composite material (a material obtained by resin-molding piezoelectric ceramics), an electrically driven elastomer, or a liquid crystal elastomer.

また、本実施形態では、圧電フィルム21が振動板40に直接接続される例を示したが、圧電フィルム21は、圧電性を有しない他の樹脂フィルムを介して間接的に振動板40に接続される態様としてもよい。例えば、圧電フィルム21が樹脂フィルムの主面に貼り付けられ、当該樹脂フィルムの端部が振動板40に接続される態様とすることも可能である。無論、他にも、電歪フィルム、エレクトレットフィルム、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のフィルムが樹脂フィルムの主面に貼り付けられ、該樹脂フィルムの端部が振動板40に接続される態様とすることも可能である。   In the present embodiment, an example in which the piezoelectric film 21 is directly connected to the vibration plate 40 is shown. However, the piezoelectric film 21 is indirectly connected to the vibration plate 40 through another resin film that does not have piezoelectricity. It is good also as an aspect made. For example, the piezoelectric film 21 may be attached to the main surface of the resin film, and the end portion of the resin film may be connected to the diaphragm 40. Of course, in addition, a film such as an electrostrictive film, an electret film, a composite film, or an electroactive polymer film is attached to the main surface of the resin film, and the end of the resin film is connected to the diaphragm 40. It is also possible to adopt an aspect.

また、「電圧を加えることで面方向に変形するフィルム」は、例えば圧電セラミックスおよび樹脂フィルムを用いることでも実現することができる。例えば、複数の樹脂フィルムを圧電セラミックスを介して接続し、これら複数の樹脂フィルムをそれぞれ振動板40に接続することで実現することができる。   The “film that deforms in the plane direction when a voltage is applied” can also be realized by using, for example, piezoelectric ceramics and a resin film. For example, it can be realized by connecting a plurality of resin films via piezoelectric ceramics and connecting each of the plurality of resin films to the diaphragm 40.

10…触覚提示装置
20…圧電セラミックス
21…圧電フィルム
40…振動板
50…タッチパネル
60…接着層
70…フレーム
80…タッチセンサ
81,82…駆動部
100…中空領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Tactile sense presentation apparatus 20 ... Piezoelectric ceramics 21 ... Piezoelectric film 40 ... Diaphragm 50 ... Touch panel 60 ... Adhesive layer 70 ... Frame 80 ... Touch sensor 81, 82 ... Drive part 100 ... Hollow area

Claims (6)

振動板と、
前記振動板と主面が離れて接続され、電圧を加えることで面方向に変形するフィルムと、
前記フィルムに駆動信号を印加する駆動部と、
前記振動板の主面に、当該振動板を法線方向に変位させる変位手段と、
を備えた振動体であって、
前記駆動部が前記駆動信号を印加するよりも前に、前記変位手段が前記振動板を法線方向に変位させることを特徴とする振動体。
A diaphragm,
The diaphragm and the main surface are connected apart from each other, and a film that deforms in the surface direction by applying voltage;
A drive unit for applying a drive signal to the film;
Displacement means for displacing the diaphragm in a normal direction on the main surface of the diaphragm;
A vibrating body comprising
The vibrating body, wherein the displacing means displaces the diaphragm in a normal direction before the driving unit applies the driving signal.
前記変位手段は、圧電セラミックスからなる請求項1に記載の振動体。   The vibrating body according to claim 1, wherein the displacement unit is made of piezoelectric ceramics. 前記変位手段は、前記振動板と前記フィルムとの間に取り付けられている請求項1または請求項2に記載の振動体。   The vibrating body according to claim 1, wherein the displacement unit is attached between the diaphragm and the film. 前記振動板は、曲げ応力が発生する状態で前記フィルムに固定される請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の振動体。   The vibrating body according to claim 1, wherein the diaphragm is fixed to the film in a state where bending stress is generated. 前記フィルムおよび前記変位手段は、複数であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の振動体。   The vibrating body according to claim 1, wherein the film and the displacement means are plural. 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の振動体と、
タッチ操作を検出するタッチ検出部と、を備え、
前記駆動部は、前記タッチ検出部がタッチ操作を検出したときに、前記駆動信号を印加する触覚提示装置。
A vibrating body according to any one of claims 1 to 5,
A touch detection unit for detecting a touch operation,
The drive unit is a haptic presentation device that applies the drive signal when the touch detection unit detects a touch operation.
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