JP6335626B2

JP6335626B2 - 触感伝達装置

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Publication number: JP6335626B2
Application number: JP2014099247A
Authority: JP
Inventors: 明洋三谷; 大場　佳成; 佳成大場; 哲山中; 亮介小林
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: JP2015215820A

Description

この発明は振動を用いて利用者に触感を与える触感伝達装置に関する。より詳しくは、圧電素子を用いた触感伝達装置の振動特性を向上させるための技術に関する。

例えば、利用者がタッチパネルに表示されているボタンを模した図案に触れたとき、ボタンの堅さや、ボタンを押し込んだときの感覚などの触感を出力情報として利用者に与える装置（触感伝達装置、触感フィードバック装置とも言う）がある。周知のごとく、触感伝達装置は、タッチパネルを構成するガラス基板などを振動板として、その振動板を圧電素子や偏心モータを用いて振動させる。そして、その振動の周波数や振幅を変えることでさまざまな触感を発生させている。なお、以下の特許文献１には、触感伝達装置の原理などについて記載されている。また、特許文献２には、振動板の振幅を増幅させるための技術について記載されている。

特開２００７−１２２５０１号公報特開２００７−３００４２６号公報

触感伝達装置では、現実感を伴った触感を出力することが要求される。例えば、利用者がタッチパネルに表示されているボタンなどの「ある物」の図案に触れた瞬間にその物の立体感や手触りなどの触感を出力することが要求される。すなわち、入力信号に対して速い応答速度が必要となる。触感をより明瞭に伝えるために、大きな振幅で振動させることも必要となる。

また触感伝達装置は、多機能携帯電話機（スマートフォン）やタブレット端末など、ユーザインタフェースの主体が実質的にタッチパネルのみの薄い平板状の情報処理端末に組み込まれる場合が多いため、触感伝達装置には、より薄くより小型であることも求められている。

まず、上記の高速応答性については振動の発生源（以下、振動源）を適切に選ぶ必要がある。振動源としては圧電素子や偏心モータがあるが、偏心モータは応答速度が遅いため、触感に大きな違和感が生じる。したがって、振動源としては、圧電素子を用いることが現実的である。しかしながら、圧電素子は、偏心モータと比較するとそれ単体では大きな振幅が得られず、共振を利用して振幅を大きくする構造が必要となる。しかしながら、共振構造を採用すると触感伝達装置の小型薄型化が困難となる。例えば、特許文献２に記載されている圧電振動発生装置では、タッチパネルなどの振動対象の裏側に振動錘とそれに伴う複雑な共振構造を設けている。

共振構造を設けず、多数の圧電体を積層することで圧電素子自体の振幅を大きくすることも可能であるが、圧電素子に係るコストが嵩む。したがって、単体の板状の圧電素子、あるいはその圧電素子に金属板を積層したユニモルフ、あるいはバイモルフ構造を採用しつつ、より大きな振動を発生させる工夫が必要となる。

そこで本発明は、圧電素子を用いた触感伝達装置において、軽量小型化、コストダウンを達成しつつ、大きな振動を発生させてより明瞭で違和感のない触感が得られるようにすることを主な目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、平板状の振動板に利用者の触覚を刺激する振動を発生させる触感伝達装置であって、
前記振動板の厚さ方向を上下方向として、
前記振動板を所定の位置に設置するための筐体と、前記振動の発生源となる矩形平板状の圧電素子と、矩形平板状の弾性板とを備え、
前記圧電素子と前記弾性板は、上下方向に積層されて圧電弾性板を構成し、
前記上下方向と直交する一方向を左右方向として、前記圧電弾性板は、前記振動板の一主面の左右二カ所に、左外方および右外方に突出した状態で接着され、
前記圧電弾性板において前記振動板の外方に突出する領域が前記筐体に固定されることで前記振動板が前記所定の位置に設置され、
前記圧電素子は、平面領域の一部が前記振動板の前記一主面に対面し、その他の領域が当該振動板の外方に突出している、
ことを特徴とする触感伝達装置としている。

前記圧電弾性板は、前記振動板の外方に突出する領域の前後両端の二カ所で前記筐体に固定されている触感伝達装置としてもよい。さらに前記圧電弾性板は、前記振動板の外方に突出する領域が、前記圧電素子と積層される矩形領域の外方に当該矩形領域よりも前後に長い矩形の帯状領域が連続するＴ字型の平面形状であるとともに、当該帯状領域の前後両端の二カ所が前記筐体に固定されていることとしてもよい。

上記いずれかに記載の触感伝達装置において、前記圧電弾性板が前記弾性板の両面に前記圧電素子を積層してなるバイモルフ構造あってもよい。また、前記圧電素子に平板状の補強板が積層された状態で接着されている触感伝達装置とすることもできる。

本発明の触感伝達装置によれば、大きな振動を発生させてより明瞭で違和感のない触感が得られる。

本発明の比較例に係る触感伝達装置の概略構造を示す図である。触感伝達装置を構成する圧電素子の構造の一例を示す図である。本発明の第１の実施例に係る触感伝達装置の概略構造を示す図である。比較例および第１の実施例に係る触感伝達装置の動作を説明するための図である。比較例および第１の実施例に係る触感伝達装置における振動時の振幅の差を説明するための図である。本発明の第２の実施例に係る触感伝達装置の概略構造を示す図である。本発明の第３の実施例に係る触感伝達装置の概略構造を示す図である。本発明の第４の実施例に係る触感伝達装置の概略構造を示す図である。本発明の第５の実施例に係る触感伝達装置の概略構造を示す図である。第５の実施例に対する破壊試験の方法を示す図である。本発明の第６の実施例に係る触感伝達装置の概略構造を示す図である。

本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。

＝＝＝本発明に想到する過程＝＝＝
本発明の実施例に係る触感伝達装置では、まず、軽量小型化への要求に対し、圧電素子を振動板に接着した構造を採用することした。しかしこの構造の触感伝達装置では、振動板に接着された圧電素子が面内方向で伸縮するように振動し、圧電素子に対して硬くて大きな振動板はその圧電素子の伸縮に伴って撓むことで上下方向に振動する、という原理で動作する。そのため原理的に大きな振動が得られにくいという問題があった。また、振動板自体を筐体に固定すると振動板と筐体が共振して不要な振動音が発生するという問題もあった。そこで、振幅を増幅させつつ振動音を抑制するために、圧電素子に板バネと同様な作用を奏する板状の弾性体（以下、便宜的に弾性板と称する）を積層し、その弾性体と圧電素子との積層体（以下、便宜的に圧電弾性板と称する）を振動板に接着するとともに、振動板を筐体に直接固定せず、圧電弾性板を介して固定するとういう基本構成について検討した。このような構成では、弾性板が板バネとして作用し大きな振幅が得られ、振動板が直接筐体に接触していないので振動音も抑制できると考えた。

しかし、この基本構成のみでは十分に大きな振幅が得られなかった。そこで、圧電弾性板と振動板との配置関係および振動板の筐体への固定方法が異なる各種触感伝達装置をサンプルとして作製し、適切な配置関係や固定方法について検討した。本発明はこのような過程を経て得られたものである。

＝＝＝サンプル＝＝＝
本発明の実施例に係る触感伝達装置の特性を評価するために、同一の振動板を備えながら圧電弾性板と振動板との配置関係および振動板の筐体への固定方法などが異なる各種触感伝達装置をサンプルとして作製し、適切な配置関係や固定方法について検討した。

＜比較例＞
図１は、多種多様なサンプルの振動特性を評価する際の基準となる触感伝達装置（比較例１とも言う）の概略構造を示す図である。図１（Ａ）は比較例１を振動板１０の一方の面側から見たときの平面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。図１（Ｃ）は圧電弾性板４０が接着された状態の振動板１０を他方の面側から見たときの平面図である。図１（Ｂ）（Ｃ）では必要に応じて異なる部位を異なる種類のハッチングによって示している。

この図１に示したように、比較例１は、矩形平面形状を有する振動板１０の短辺１４に沿って圧電弾性板４０をエポキシ樹脂などで前後対称となるように接着した構造となっている。ここで、振動板１０において圧電弾性板４０が接着されている面を下面（あるいは、裏面）１２として上下方向を規定することとする。また以下では、振動板１０の短辺１４に平行となる方向を前後方向、長辺１３に平行となる方向を左右方向とし、さらに図中に示したように前後左右の方向を規定する。したがって、図１（Ａ）は比較例１を上面から見た平面図となる。

比較例１を含む各サンプルは、振動板１０の上面１１がタッチパネルの操作面、すなわち表示面であるものとし、圧電弾性板４０はタッチパネルの表示を妨げないように振動板１０の下面１２側に配置されている。またタッチパネルは表示面で利用者による押圧操作を受け付けることから、過度に押圧されたときに圧電弾性板４０が振動板１０から脱落しないようするためにも圧電弾性板４０は振動板１０の下面２２に接着されていることが望ましい。もちろん、タッチパネルの表示領域を妨げず、操作時に加わる圧力も小さければ、圧電弾性板４０は振動板１０の上面２１側に接着されていてもよい。

振動板１０は、各サンプルで共通の構成であり、左右の幅Ｗ１＝２５０ｍｍ、前後の長さＬ１＝７０ｍｍ、上下の厚さｔ１＝０．５ｍｍのガラス板からなる。圧電素子２０は矩形平板状の圧電体の上下両面に電極を形成したものであり、比較例１に用いた圧電素子２０は、幅Ｗ２＝４０ｍｍ、長さＬ２＝６０ｍｍ、厚さｔ２＝０．２ｍｍのサイズを有している。また比較例１を含め作製したサンプルに用いた圧電素子２０は、上下方向の電界に対して直交する方向に振動するように分極されている。それによって上下方向の電界と直交するように振動板１０の面内方向に伸縮する。

弾性板３０は、圧電素子２０と同様に矩形平板状であり、幅Ｗ３＝４０ｍｍ（＝Ｗ２）、長さＬ２＝７０ｍｍ、厚さｔ２＝０．２ｍｍのサイズを有している。そして比較例１では、ヤング率が異なるステンレス板、真鍮板、およびガラスエポキシ樹脂からなる平板のいずれかを弾性板３０として用いた。周知のごとく、ステンレレス、真鍮、およびガラスエポキシ樹脂のヤング率は、それぞれ約２００ＧＰａ、約１００ＧＰａ、および２０〜３０ＧＰａである。

弾性板３０と圧電素子２０は、一方の短辺同士（２４ｉ、３４ｉ）を揃えて積層された状態で接着されて圧電弾性板４０が構成されている。圧電弾性板４０は弾性板３０側を上方にして振動板１０の下面２２に接着されている。圧電素子２０の外側短辺２４ｏと振動板１０の短辺１４は揃っており、圧電弾性板４０において、弾性板３０の下面３２が露出する領域が振動板１０の平面領域の外方に突出している。そして左右二つの圧電弾性板４０において、振動板１０の平面領域から左右にタブ状に突出するそれぞれの部位（以下、凸辺部４１とも言う）の上下のそれぞれの方向からアクリル樹脂製のブロック（５０ｕ、５０ｄ）によって狭持されている。そしてこのブロック（５０ｕ、５０ｄ）がタッチパネルの筐体に相当する台座６０に固定されることで、振動板１０が台座６０上に設置される。比較例１では、上下一組のブロック（５０ｕ、５０ｄ）が凸辺部４１を狭持しつつ上下方向に貫通する複数本の雄ねじ（図示せず）が台座６０上面に形成された雌ねじ（図示せず）にねじ込まれている。
ところで、圧電素子２０は矩形平板状の圧電体の上下両面に電極を形成した構造であるが、上面２１の全体が弾性板３０に接着されているため、この接着面側にある電極には外部の駆動回路と接続するためのリード線などを取り付けることができない。そこで、比較例１を含めたサンプルにおいて、弾性板３０が金属である場合には、図２に示した電極構造を採用している。図２は圧電素子２０を前後方向から見たときの見たときの側面図であり、ここでは圧電素子２０を構成する各部位（２５〜２７）を異なるハッチングで示している。この図に示したように、圧電素子２０は圧電体２５の表裏両面（２１、２２）に電極（２６ｕ、２６ｄ）が形成された構造を有している。下方の電極２６ｄは例えばスパッタリングなどの方法によって形成された金属薄膜である。上方の電極２６ｕは金属製の弾性板３０と兼用させている。そして上方の電極と凸辺部４１にて下方に露出する弾性板３０の下面３２のそれぞれにリード線２７を半田付けによって取り付けている。弾性板３０が絶縁体である場合は、その絶縁体の下面に圧電体２５の平面領域を包含しつつ凸辺部４１まで延長する電極パッドを周知の印刷配線技術によって形成しておけばよい。あるいは圧電体２５の上面に形成した電極薄膜を圧電素子２０の外側短辺２４ｏ側まで形成回り込ませるように形成してもよい。以下では、この比較例１に対応するサンプルの振動特性、および本発明の実施例に係る各種サンプルについての具体的な構造と振動特性について説明する。

＝＝＝第１の実施例＝＝＝
図３に本発明の第１の実施例に係る触感伝達装置１ａの概略図を示した。図３（Ａ）は第１の実施例に係る触感伝達装置（第１の実施例１ａとも言う）を上方から見たときの平面図であり、図３（Ｂ）は後方から見たときの側面図であり、ここでは、異なる部位を異なる種類のハッチングによって示した。この図３に示した第１の実施例１ａは、比較例１と同じ形状の振動板１０に同じ構成の圧電弾性板４０を接着した構造であるが、左右の圧電弾性板４０を比較例１に対してそれぞれ左外側方向と右外側方向にさらに突出させてずらして接着している点が異なっている。すなわち圧電素子２０の平面領域において振動板１０の平面領域から外方に突出する領域（以下、突出領域２８とも言う）が形成されて、外側短辺２４ｏが振動板１０の短辺１４よりも外方に位置する。

そして、比較例１における圧電弾性板４０の左右の短辺１４の位置をＸ＝０として、突出領域２８における上記Ｘの値が異なる各種サンプルを作製し、各サンプルの振動特性を評価した。具体的には、上記のステンレス、真鍮、およびガラスエポキシ樹脂のそれぞれからなる平板のいずれかを弾性板３０として用いつつＸの値が異なる各種サンプルを作製した。そして、触感伝達に適した２００Ｈｚの周波数で１００Ｖｐｐの駆動電圧で各サンプルの圧電素子２０を駆動した。

表１に比較例１および第１の実施例１ａを含む各種サンプルの振動特性を示した。

表１に示したサンプル１〜１２は、それぞれＸの値や弾性板３０の素材が異なっている。Ｘの値は０、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの４種類であり、Ｘ＝０ｍｍのサンプル１、５、９が比較例１に対応する。使用した弾性板３０は、上述したヤング率が異なるステンレス、真鍮、及びガラスエポキシ樹脂のそれぞれからなる平板である。そして圧電素子２０とともに弾性板３０の形状やサイズ、圧電素子２０と弾性板３０の相対的な位置は全て同じである。すなわち、サンプル１〜１２は同じ圧電弾性板４０を備えている。

表１において、比較例１の構造で弾性板３０がステンレス板からなるサンプル１の振幅が最も小さかった。しかし振幅自体は２μｍであり決して小さくはない。これは振動板１０を直接台座６０に固定しているのではなく、薄い板バネ状の圧電弾性板の凸辺部４１を固定しているため、図４に示したように、振動板１０自体の振幅ｚ１に加え、振動板１０全体が上下動する振幅ｚ２が加わっているためと思われる。

そして、比較例１に対応するサンプル１に対し、突出領域２８を有する第１の実施例１ａに対応するサンプル２〜４では、サンプル１に対して５倍〜１０倍程の振幅が得られた。またＸの値が大きいほど振幅が大きいことも確認できた。図５に第１の実施例１ａの動作を説明するための概念図を示した。図５（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ比較例１と第１の実施例１ａを後方から見たときの振動板１０の振動状態を模式的に示している。まず比較例１では、図５（Ａ）に示したように、圧電素子２０に電圧を加えると、圧電素子２０が面内方向に伸縮運動する（図中、矢印７０）。振動板１０は圧電素子２０が配置されている側の面１２がその圧電素子２０の伸縮にともなって伸縮する（図中、矢印７１）。その結果、振動板１０が撓み、その撓が上下方向の振動として観測される。しかし比較例１では、圧電素子２０の下面２２の全領域が硬くて大きな振動板１０の領域内に配置されているため、圧電素子２０の伸縮運動自体が規制されてしまい、大きな振幅の振動を発生させることができない。

一方、図５（Ｂ）に示した第１の実施例１ａでは、以下のメカニズムで振幅が増大しているものと考えられる。まず、圧電素子２０に突出領域２８が設けられているため、その突出領域２８は振動板１０に拘束されず比較的自由に伸縮することができる。その自由な伸縮運動が圧電弾性板４０の凸辺部４１に伝わると、図中白抜き矢印で示したように、凸辺部４１が上下方向に振動する振り子として機能する。その結果振動板１０がより大きく撓み、大きな振幅の上下振動が振動板１０に発生する。

なお、弾性板３０の素材を変えたサンプル５〜８、およびサンプル９〜１２では、サンプル１〜４に対し、ヤング率が小さい素材を用いた弾性板３０の方が振幅が大きくなった。これは、ヤング率が小さな素材では圧電素子２０の振動に速やかに追従することができるため、より大きな振幅が得られたものと考えることができる。いずれにしても、圧電素子２０に突出領域２８を設けつつ、よりヤング率の低い弾性板３０を用いて圧電弾性板４０の凸辺部４１を筐体（台座６０）に固定することでより大きな振幅の振動を得ることができる。

＝＝＝第２の実施例＝＝＝
第１の実施例１ａでは圧電弾性板４０の凸辺部４１をブロック（５０ｕ、５０ｄ）で挟持し、そのブロック（５０ｕ、５０ｄ）を台座６０に固定していた。すなわち、凸辺部４１が面で固定されていた。そのため凸辺部４１では、圧電素子２０が発生する面内方向の振動がブロック（５０ｕ、５０ｄ）により規制されている可能性が高い。そこで本発明の第２の実施例として、圧電素子２０の振動を圧電弾性板４０全体の振動に効率よく変換できる触感伝達装置を挙げる。

図６は、第２の実施に係る触感伝達装置（以下、第２の実施例１ｂとも言う）の構造を示す図である。図６（Ａ）は第２の実施例１ｂの要部を上方から見たときの平面図であり、図６（Ｂ）は第２の実施例１ｂの側面図である。図６（Ｃ）は（Ｂ）における円１００内を拡大した図である。なお図６（Ｂ）、（Ｃ）は異なる部位を異なるハッチングで示している。この図６に示したように、第２の実施例１ｂでは、振動板１０と圧電弾性板４０およびこれらの配置関係については第１の実施例１ａと同様である。しかし第２の実施例では、圧電弾性板４０を台座６０に固定するための構造が異なっており、圧電弾性板４０は、凸辺部４１の前後両端のみが支持された状態で台座６０に固定されている。

図６に示した例では、凸辺部４１を上方から覆いつつ振動板１０の上面１１を露出させる枠６２が台座６０と一体的に形成されており、台座６０の上面６１には凸辺部４１を支持する位置に対応してピン５１が立設されている。一方、枠６２において凸辺部４１の上方を覆う縁部６３には当該ピン５１の立設位置に対応して雌ねじ６４が形成され、その雌ねじ６４の上方から雄ねじ５２がねじ込まれている。それによって、雄ねじ５２の下端とピン５１の上端とで凸辺部４１が狭持され、振動板１０が台座６０に設置される。

なお振動に伴って、凸辺部４１において雄ねじ５２の下端とピン５１の上端とで挟持した当初の位置がずれたり、凸辺部４１とピン５１や雄ねじ５２の先端とが接触と離間を繰り返して不要な振動音が発生したりするのを防止するために、図６（Ｃ）に拡大して示したように、雄ねじ５２の下端とピン５１の上端にゴム製のキャップ５３が装着されている。それによって、凸辺部４１とピン５１および雄ねじ５２の先端とが密着しつつ振動による上下動にも柔軟に追従して面内方向のずれや不要な振動音を防止している。なお第２の実施例１ｂに対応するサンプルでは、ピン５１および雄ねじ５２の先端に装着されているゴム製キャップ５３は直径φ＝３ｍｍの円筒状で、凸辺部４１と接触する面が平坦面となっている。

以下の表２に第２の実施例１ｂに対応する各種サンプルの振動特性を示した。

表２に示したように、サンプル１３、１４、１５は、ステンレス板を弾性板３０とした圧電弾性板４０を備え、圧電素子２０における突出領域２８の突出量Ｘはそれぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍである。ここで、先に表１に示したサンプル２、３とサンプル１３、１４を比較すると、サンプル１３とサンプル２、およびサンプル１４とサンプル３は、圧電弾性板４０の支持構造以外は全て同じ構成と構造を備えているものの、サンプル１３と１４はサンプル２と３よりも振幅が増加している。またサンプル１５は、突出量Ｘ＝２５ｍｍで、表１におけるサンプル４のＸ＝３０ｍｍよりも突出領域２８の突出量Ｘが少ないものの、振幅は５μｍ以上も大きくなっていた。以上より、圧電弾性板４０の凸辺部４１を面ではなく、前後の隅の位置のみで支持することで、より大きな振幅の振動を発生させることが確認できた。

＝＝＝第３の実施例＝＝＝
第２の実施例に係る触感伝達装置１ｂでは、圧電弾性板４０の凸辺部４１を前後の隅の二カ所のみで支持することでより大きな振幅が得られた。そして圧電弾性板４０の振幅をさらに大きくするために、圧電弾性板４０の平面形状を変更した触感伝達装置を本発明の第３の実施例として挙げる。

図７に、第３の実施例に係る触感伝達装置（以下、第３の実施例１ｃとも言う）の概略構造を示した。この図７は、第３の実施例１ｃを下方から見たときの平面図であり、台座６０を省略して示している。すなわち、圧電弾性板１４０が取り付けられた状態の振動板１０を下方から見たときの平面が示されている。なおこの図では圧電弾性板１４０を構成する圧電素子２０と弾性板１３０を異なるハッチングで示している。第３の実施例１ｃでは、凸辺部４１の平面形状が単純な矩形ではなく、圧電素子２０と弾性板１３０が積層されている矩形の領域４２の外側にその領域４２の前後幅Ｗ２よりも前後幅Ｗ４が大きな帯状の領域４３が連続したＴ字型に突出している。この例では、弾性板１３０の平面形状自体がＴ字型に形成されて、Ｔ字の縦棒に相当する領域４２に圧電素子２０が積層されている。また、Ｔ字の横棒に相当する領域（以下、帯状領域４３とも言う）の前後両端の二カ所が、図６に示した第２の実施例１ｂで用いたものと同じピン５１とネジ５２によって狭持されて、振動板１０が台座６０に対して所定の位置に設置される。なお圧電素子２０の形状やサイズは第１および第２の実施例（１ａ、１ｂ）と同様（Ｗ２＝４０、Ｌ２＝６０ｍｍ）であり、帯状領域４３は左右の長さＬ４＝１０ｍｍ、前後幅Ｗ４＝７０ｍｍ（＝Ｗ１）である。

以下の表に第３の実施例１ｃに対応する各種サンプルの振動特性を示した。

表３に示したサンプル１６、１７、１８は、弾性板１３０の平面形状以外は第２の実施例１ｂと同様であり、弾性板１３０としてステンレス板を用い、圧電素子２０の振動板１０からの突出量Ｘはそれぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍとなっている。そして第２の実施例１ｂに対応するサンプル１３〜１５と第３の実施例１ｃに対応するサンプル１６〜１８において、同じ突出量Ｘのサンプル同士(サンプル１３−１６、サンプル１４−１７、サンプル１５−１８）を比較すると、第３の実施例１ｃでは第２の実施例１ｂよりもさらに振幅が増加している。これは、圧電素子２０の形状やサイズが同じでも、圧電弾性板１４０において、弾性板１３０と圧電素子２０との積層領域４２の前後幅Ｗ２よりも大きな幅Ｗ４の帯状領域４３が形成されているため、伸縮可能な領域が増加し、その結果振幅も増加したものと考えられる。

＝＝＝第４の実施例＝＝＝
本発明の第４の実施例に係る触感伝達装置は、振動源である圧電素子自体の構造を改良することで振動特性を向上させている。概略的には、弾性板の上下両面に圧電素子を接着して、所謂「バイモルフ型」の圧電素子を構成している。図８に第４の実施例に係る触感伝達装置（以下、第４の実施例１ｄとも言う）の概略構造を示した。この図では第４の実施例１ｄの側面図を示している。第４の実施例１ｄは、先に図３（Ｂ）に示した第１の実施例１ａに対し、圧電弾性板２４０における弾性板３０の上下両面（３１、３２）に圧電素子２０が積層されてバイモルフ型の圧電素子１２０が構成されている点が異なっている。すなわち、凸辺部４１を備えた圧電弾性板２４０の一部にバイモルフ型の圧電素子１２０が形成されている。

表４に第４の実施例１ｄを含む各種サンプルの振動特性を示した。

表４に示したように、バイモルフ型の圧電素子１２０を採用したサンプル１９〜２２はステンレス板を弾性板３０としている。サンプル１９は比較例１（表１、サンプル１）と同様に圧電素子２０に突出領域２８がない。しかし、圧電素子１２０の構造以外が同じサンプル１に対してほぼ２倍の振幅が得られており、バイモルフ型の圧電素子１２０による効果が確認できた。そして、圧電素子２０に突出領域２８を設けたサンプル２０〜２２では、表１に示したサンプル２〜４に対してやはり２倍程度の振幅増加が認められた。さらに、圧電弾性板４０の固定構造が異なる第２の実施例１ｂと第４の実施例１ｄを比較してみると、表２におけるサンプル１３、１４に対し、突出量Ｘが同じ表４のサンプル２０、２１の方が大きな振幅が得られている。また、第３の実施例１ｃに対応する表３におけるサンプル１６および１７と第４の実施例１ｄに対応する表４のサンプル２０および２１では、ほぼ同じ振幅となった。すなわち、第３の実施例１ｃの圧電素子２０をバイモルフ型の圧電素子１２０に置換すれば、さらに大きな振幅が得られることになる。

＝＝＝第５の実施例＝＝＝
上述したように、本発明の第１〜第４の実施例に係る触感伝達装置１ａ〜１ｄでは比較例１に対してきわめて大きな振幅が得られる。しかしながら、振幅が大きくなりすぎると固いセラミックからなる圧電素子２０が割れるなどして破損する可能性もある。そこで本発明の第５の実施例として圧電素子２０の補強構造を備えた触感伝達装置を挙げる。

図９は本発明の第５の実施例に係る触感伝達装置１ｅの概略構造を示す図である。当該図９では第５の実施例１ｅの側面図を示している。第５の実施例１ｅは、上記の補強構造が採用された圧電弾性板３４０を備えている以外は第１の実施例１ａと同様の構成である。具体的には、圧電素子２０の下面に当該圧電素子２０と平面形状が同じ平板状の部材（以下、補強板８０とも言う）が積層されている。この例では、ガラスエポキシ樹脂からなる補強板８０を積層している。そして当該圧電素子２０と補強板８０をエポキシ系接着剤を用いて接着している。

ここで、第５の実施例１ｅにおける補強板８０の効果を確認するために、第１の実施例１ａに用いた圧電弾性板４０と第５の実施例に用いた圧電弾性板３４０とを作製した。なお弾性板３０にはステンレス板を用いた。そして、圧電弾性板（４０、３４０）の左右の一方の端部をブロック（５０ｕ、５０ｄ）などで保持し、他端側を下方に押し込む破壊試験を行った。図１０に当該試験方法の概略を示した。圧電弾性板（４０、２４０）の面が水平となるように一方の端部４４を保持し、他端４５を上方から下方に向かって指などで押し込んでいく。そして、圧電素子２０に割れや欠けなどの破壊が生じたときの押し込み量（以下、破壊変位量Ｄとも言う）を測定した。

表５に上記破壊試験の結果を示した。

表５に示したように、第１の実施例１ａに対応する補強板８０のない圧電弾性板４０では破壊変位量Ｄ＝１６ｍｍであり、一方、補強板８０を備えた圧電弾性板３４０では破壊変位量Ｄ＝２４ｍｍであった。すなわち、補強板８０を圧電素子２０に積層することによる補強効果が確認できた。

＝＝＝第６の実施例＝＝＝
上記第１〜第５の実施例に係る触感伝達装置１ａ〜１ｅは、振幅を増大させたり、圧電素子の破損を防止したりする効果を確認するための機能モデルであり、各部位の構造は適宜に変更することができる。そこで本発明の第６の実施例に係る触感伝達装置としてタッチパネルを備えた電子機器（タブレット端末など）を挙げる。図１１にその電子機器（以下、第６の実施例１ｆとも言う）の概略構造を示した。この図１１では第６の実施例１ｆ内部構造を後方から見たときの側面図として示している。

第６の実施例１ｆでは、振動板を兼ねるタッチパネル１１０の下面１１２の左右両端に第１の実施例１ａと同様に圧電弾性板４０が接着されているが、タッチパネル１１０は台座の上方に設置されているのではなく、筐体２００内に収納されている。筐体２００は、下方の裏蓋１６０と上方のカバー１７０を相互に組み付ける構造となっている。カバー１７０は枠状で、タッチパネル１１０の上面１１１を上方に露出させるように開口しつつ、圧電弾性板４０の凸辺部４１の上方を覆っている。このカバー１７０において、凸辺部４１の上方を覆う縁部１７１の下面１７２と裏蓋１６０の上面１６１には互いに対向するリブやピンなどの突起（１５０ｕ、１５０ｄ）が形成されており、裏蓋１６０にカバー１７０を組み付けると圧電弾性板４０の凸辺部４１がこの突起（１５０ｕ、１５０ｄ）で狭持される。それによってタッチパネル１１０が筐体２００内に設置される。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記各実施例における圧電弾性板は、圧電素子が積層されていない弾性板のみの領域を台座や筐体に固定していたが、弾性板の全面に圧電素子が接着されていてもよい。そして圧電素子と弾性板が積層されている領域を台座や筐体で固定してもよい。振動板や圧電弾性板の平面形状は矩形でなくてもよい。例えば円形の振動板の左右に同様に円形の圧電弾性板が接着されていてもよい。いずれにしても、圧電伝弾性板が凸辺部を形成するように振動板の左右外方に突出した状態で接着されているとともに、圧電素子の平面領域において振動板と対面する領域と左右外方に突出する領域とがあればよい。そして圧電弾性板の凸辺部が台座や筐体などに固定されていればよい。

本発明は、例えば、タッチパネルを備えた各種情報処理端末（多機能携帯電話機、タブレット端末など）に適用することできる。

１，１ａ〜１ｆ触感伝達装置、１０振動板、２０圧電素子、２８突出領域、
３０、１３０弾性板、４０，１４０，２４０，３４０圧電弾性板、４１凸辺部、
５０ｕ，５０ｄブロック、５１ピン、５２雄ねじ、６０台座、８０補強板、
２００筐体

Claims

平板状の振動板に利用者の触覚を刺激する振動を発生させる触感伝達装置であって、
前記振動板の厚さ方向を上下方向として、
前記振動板を所定の位置に設置するための筐体と、前記振動の発生源となる平板状の圧電素子と、平板状の弾性板とを備え、
前記圧電素子と前記弾性板は、上下方向に積層されて圧電弾性板を構成し、
前記上下方向と直交する一方向を左右方向として、前記圧電弾性板は、前記振動板の一主面の左右二カ所に、左外方および右外方に突出した状態で接着され、
前記圧電弾性板において前記振動板の外方に突出する領域が前記筐体に固定されることで前記振動板が前記所定の位置に設置され、
前記圧電素子は、平面領域の一部が前記振動板の前記一主面に対面し、その他の領域が当該振動板の外方に突出している、
ことを特徴とする触感伝達装置。
請求項１において、前記圧電弾性板は、前記振動板の外方に突出する領域の前後両端の二カ所で前記筐体に固定されていることを特徴とする触感伝達装置。
請求項２において、前記圧電弾性板は、前記振動板の外方に突出する領域が、前記圧電素子と積層される矩形領域の外方に当該矩形領域よりも前後に長い矩形の帯状領域が連続するＴ字型の平面形状であるとともに、当該帯状領域の前後両端の二カ所が前記筐体に固定されていることを特徴とする触感伝達装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記圧電弾性板は、前記弾性板の両面に前記圧電素子を積層してなるバイモルフ構造であることを特徴とする触感伝達装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記圧電素子に平板状の補強板が積層された状態で接着されていることを特徴とする触感伝達装置。