JP6613153B2 - 触感呈示装置 - Google Patents

Description

本発明は、パネル上などにおいて触感を呈示する装置に関する。

近年、例えばユーザの指先などに触覚のフィードバックを与えることにより触感を呈示する装置が知られている。典型的な例として、タッチパネルに対するユーザの操作に応じて、当該タッチパネルを介してユーザの指先などに触感を呈示する装置がある（例えば特許文献１参照）。このような装置では、例えばタッチパネルに対してユーザの操作が行われると、ユーザの指先などが触れているタッチパネルを振動させて触感を呈示し、当該操作による入力が装置に認識されたことをユーザに知らせることができる。

特許第４９７５７８９号

上述したような装置において、ユーザに良好な操作感を提供するため、例えば機械式のキーまたはボタンなどを押下した際に得られるクリック感のような、良好な触感を呈示する技術が望まれている。特許文献１に開示の装置においては、ユーザに良好な操作感を提供するため、ユーザの操作による押圧を検出し、押圧が所定の基準を満たした際に触感を呈示している。これにより、メタルドームスイッチを操作した場合に得られるような、良好な触感を呈示することができる。

このような装置の構成について、特に、触感を呈示するアクチュエータの設置箇所および設置個数などについては、装置の仕様および各種の制約などに応じて、種々の要請があり得る。よって、このような装置において、多数のアクチュエータを設置しなくても良好な触感を呈示することができれば、極めて有利である。

本発明の目的は、良好な触感を効率的に呈示する触感呈示装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る触感呈示装置は、
パネルと、
前記パネルを振動させるアクチュエータと、
前記パネルに接続される弾性部材と、
を備え、
前記弾性部材は、前記アクチュエータが前記パネルを振動させる際に、前記パネルが押圧される位置における振動の阻害を抑制することを特徴とする。

本発明の実施形態に係る触感呈示装置によれば、良好な触感を効率的に呈示することができる。

本発明の実施形態の原理を説明するための触感呈示装置の外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態の原理を説明するための触感呈示装置の外観を示す正面図および断面図である。 本発明の実施形態の原理を説明するための触感呈示装置の外観を示す正面図および断面図である。 本発明の実施形態の原理を説明するための触感呈示装置の外観を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る触感呈示装置の動作を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る触感呈示装置の動作を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る触感呈示装置の動作を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

以下説明する実施形態においては、触感呈示装置の一例として、パネルにおいて触感を呈示することで、ユーザに操作感を提供する装置について説明する。この装置は、例えばパネルに対して行われたユーザによる操作に応じて、当該パネルに触れているユーザの指先など（またはスタイラスなどのようなデバイス）に触感を呈示することができる。ユーザは、指先などに触感による操作感が得られることで、当該操作による入力が装置に認識されたことを知ることができる。

このような触感呈示装置を含む電子機器としては、例として、携帯電話端末、スマートフォン、ファブレット、またはタブレットＰＣなどを想定することができる。また、触感呈示装置を含む電子機器は、前述のものに限定されず、例えば、ＰＤＡ、リモコン端末、携帯音楽プレイヤー、ゲーム機など、触感を呈示する部位であるパネルを有する任意の電子機器などに適用できる。また、触感呈示装置を含む電子機器は、前述のような携帯型の電子機器に限定されるものでもなく、例えばデスクトップＰＣ、銀行のＡＴＭ、駅の券売機など、パネルを有する任意の機器にも適用することができる。

また、パネルを備えた電子機器は、自動車のステアリング、カーナビゲーション、およびダッシュボードに内装された車載コントロールパネルなど、その他、自動車に限らない各種の乗り物にも採用することができる。さらに、パネルを備えた電子機器は、乗り物に限らず、家電製品など、多種多様な電子機器とすることもできる。

本発明に係る触感呈示装置は、タッチセンサを備えた電子機器に適用することができるが、タッチセンサを有する機器に限定されるものでもない。以下、触感の呈示について重点的に説明するため、本実施形態に係る触感呈示装置は、パネルを備える装置として説明し、タッチセンサのような接触位置を検出する機能については説明を省略する。

まず、本発明の実施形態の原理について説明する。本発明の実施形態の原理を説明するため、以下、従来想定される触感呈示装置について説明する。図１〜図４は、本発明の実施形態の原理を説明するための触感呈示装置を説明する図である。

図１は、本発明の実施形態の原理を説明するための触感呈示装置の外観を示す斜視図である。図１に示すように、触感呈示装置１００は、パネル１０と、筐体２０と、を備えている。触感呈示装置１００は、パネル１０を振動させることにより、パネル１０に触れている（またはパネル１０を押圧している）ユーザの指などに触感を呈示する。パネル１０上においては、ユーザは必ずしも自らの指を接触または押圧させる必要はなく、例えばスタイラスペンのようなデバイスを使用してパネル１０を接触または押圧してもよい。以下、ユーザが指でパネル１０を接触または押圧することを想定して説明する。

パネル１０は、タッチセンサを用いて構成すれば、パネル１０上でユーザが接触した位置を検出することができる。また、パネル１０を透光性のタッチセンサを用いて構成し、さらにパネル１０の背面側にＬＣＤ等のディスプレイを配置してもよい。このように構成すれば、ディスプレイにアイコン等の画像を表示することにより、ユーザが接触すべき位置を示唆することもできる。一方、パネル１０は、接触位置を検出する機能を持たない、例えば金属、ガラス、プラスチック等で構成される単なる板状部材としてもよい。以下、触感の呈示について重点的に説明するため、位置検出および画像表示の機能については、説明を省略する。

筐体２０は、触感呈示装置１００の全体を保護する機能を有する。このため、筐体２０は、金属またはプラスチック等のような、適度な強度を有する素材で構成するのが好適である。また、筐体２０は、触感呈示装置１００を他の電子機器に取り付けるための部材として構成してもよい。さらに、筐体２０は、パネル１０の周辺部分を覆うベゼルのような役割を持たせて、パネル１０が筐体２０から外れてしまうことを防止するようにしてもよい。筐体２０は、図１に示す形状に限定されず、触感呈示装置１００の仕様および各種の要求などに応じて、種々の構成とすることができる。

図１に示すように、触感呈示装置１００において、パネル１０は矩形状である。パネル１０の表面は、ＸＹ平面とほぼ平行になっている。触感呈示装置１００を操作するユーザは、パネル１０の表面に対し、Ｚ軸の負方向に向かって指を接触または押圧させる動作を行う。

図２は、図１に示した触感呈示装置１００において、パネル１０を振動させるアクチュエータを４つ設置した例（触感呈示装置１１０）を示す図である。

図２（Ａ）は、触感呈示装置１１０の上面図である。すなわち、図２（Ａ）は、触感呈示装置１１０を、Ｚ軸負方向を向いて見た図である。図２（Ａ）に示すように、触感呈示装置１１０においては、パネル１０の四隅に、それぞれパネル１０を振動させるアクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの４つを設置してある。アクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、触感呈示装置１１０の美観を損ねないように、パネル１０の裏面（背面すなわちパネル１０のＺ軸負方向側の面）に配置するのが好適である。このため、図２（Ａ）においては、アクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、破線により示してある。

アクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、パネル１０に力を作用させることにより、パネル１０を振動させる任意の部材とすることができる。以下、アクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの例として、圧電素子を用いたアクチュエータについて説明する。

圧電素子は、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。圧電素子は、例えばセラミック製または水晶から構成されるものを用いることができる。アクチュエータとして用いる圧電素子には、例えば、ユニモルフ型またはバイモルフ型等のタイプがあるが、多数の圧電素子を重ねて棒状にした積層型を用いることもできる。積層型圧電素子には、バイモルフを積層した積層型バイモルフ素子が含まれる。積層型圧電素子は、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。積層型圧電素子は、電気信号を印加すると厚さ方向に変位するため、印加する電気信号の極性および大きさを適宜調整することにより、厚さ方向に伸び縮みするように構成することができる。この厚さ方向の伸び縮みを利用することにより、圧電素子を用いたアクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、パネル１０を振動させることができる。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した触感呈示装置１１０のＡ−Ａ’における断面図である。図２（Ｂ）に示すように、パネル１０の裏面には、アクチュエータ３０ａ，３０ｂが配置される。アクチュエータ３０ａ，３０ｂをパネル１０に配置する際には、例えば適当な接着剤または両面テープなどを用いて接着することにより固定するのが好適である。筐体２０がパネル１０の周辺部分を覆うベゼルのような役割を有する場合は、アクチュエータ３０ａ，３０ｂとパネル１０とを接着することは必須ではない。

アクチュエータ３０ａ，３０ｂは、筐体２０にも固定させるのが好適である。この場合、アクチュエータ３０ａ，３０ｂは、筐体２０の内壁に直接取り付けても良い。一方、アクチュエータ３０ａ，３０ｂを筐体２０の内壁に直接取り付けるとパネル１０のＺ軸方向の高さが不足する場合も想定される。このような場合には、図２（Ｂ）に示すように、筐体２０の内壁に支持部２２ａ，２２ｂを設け、支持部２２ａ，２２ｂそれぞれの上にアクチュエータ３０ａ，３０ｂを配置してもよい。アクチュエータ３０ａ，３０ｂを筐体２０または支持部２２ａ，２２ｂに固定する際には、例えば適当な接着剤または両面テープなどを用いて接着することができる。

図２（Ｂ）において、アクチュエータ３０ａ，３０ｂに付した矢印は、アクチュエータ３０ａ，３０ｂそれぞれが振動する方向を表す。すなわち、触感呈示装置１１０において、アクチュエータ３０ａ，３０ｂは、Ｚ軸方向に伸縮することにより、パネル１０を振動させる。

図２に示すように、触感呈示装置１１０においては、パネル１０を振動させるアクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの４つを、パネル１０の四隅に設置してある。このため、触感呈示装置１１０は、ユーザがパネル１０上のどの位置を接触または押圧したとしても、アクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄはパネル１０を良好に振動させることができる。したがって、触感呈示装置１１０は、ユーザの指などに対して良好な触感を呈示することができる。

ところで、触感呈示装置の構成によっては、図２に示した触感呈示装置１１０のように、パネル１０の四隅にそれぞれアクチュエータを設置することが困難な状況も想定される。また、パネル１０の四隅にそれぞれアクチュエータを設置することが可能な状態であっても、消費電力の低減または生産コストの低減などの観点から、より少数のアクチュエータが望まれる事情も想定される。そこで、次に、アクチュエータの個数を低減させた触感呈示装置について検討する。

図３は、図１に示した触感呈示装置１００において、パネル１０を振動させるアクチュエータを２つ設置した例（触感呈示装置１２０）を示す図である。

図３（Ａ）は、触感呈示装置１２０の上面図である。すなわち、図３（Ａ）は、触感呈示装置１２０を、Ｚ軸負方向を向いて見た図である。図３（Ａ）に示すように、触感呈示装置１２０においては、パネル１０の２つの短辺のそれぞれの中央付近に、パネル１０を振動させるアクチュエータ３０ａ，３０ｂの２つを設置してある。アクチュエータ３０ａ，３０ｂは、触感呈示装置１２０の美観を損ねないように、パネル１０の裏面（背面すなわちパネル１０のＺ軸負方向側の面）に配置するのが好適である。このため、図３（Ａ）においては、アクチュエータ３０ａ，３０ｂは、破線により示してある。アクチュエータ３０ａ，３０ｂは、図２において説明した触感呈示装置１１０に使用したアクチュエータと同様のものを採用することができる。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した触感呈示装置１２０のＡ−Ａ’における断面図である。図３（Ｂ）に示すように、パネル１０の裏面には、アクチュエータ３０ａが配置される。アクチュエータ３０ａをパネル１０に配置する際の措置は、図２において説明した触感呈示装置１１０の場合と同様とすることができる。

アクチュエータ３０ａを筐体２０に固定させる際の措置も、図２において説明した触感呈示装置１１０の場合と同様とすることができる。アクチュエータ３０ａを筐体２０の内壁に直接取り付けるとパネル１０のＺ軸方向の高さが不足する場合、図３（Ｂ）に示すように、筐体２０の内壁に支持部２２ａを設け、支持部２２ａの上にアクチュエータ３０ａを配置してもよい。

図３（Ｂ）においても、アクチュエータ３０ａに付した矢印は、アクチュエータ３０ａが振動する方向を表す。すなわち、触感呈示装置１２０において、アクチュエータ３０ａは、Ｚ軸方向に伸縮することにより、パネル１０を振動させる。

図３に示すように、触感呈示装置１２０においては、パネル１０を振動させるアクチュエータ３０ａ，３０ｂの２つを、パネル１０の２つの短辺のそれぞれの中央付近に設置してある。このため、触感呈示装置１２０は、パネル１０上でアクチュエータ３０ａ，３０ｂを結んだ線上のどの位置をユーザが接触または押圧したとしても、アクチュエータ３０ａ，３０ｂはパネル１０を比較的良好に振動させることができる。したがって、触感呈示装置１２０は、例えば、図３（Ｂ）に示す位置Ｐ１においてユーザの接触または押圧が行われると、ユーザの指などに対して良好な触感を呈示することができる。

ところが、触感呈示装置１２０においては、ユーザがパネル１０上で接触または押圧する位置によっては、アクチュエータ３０ａ，３０ｂは、パネル１０を良好に振動させることができない。例えば、パネル１０上でアクチュエータ３０ａ，３０ｂを結んだ線上以外の位置をユーザが接触または押圧すると、アクチュエータ３０ａ，３０ｂは、ユーザが接触または押圧する位置を直接振動させることができない。例えば、図３（Ｃ）に示す位置Ｐ２においてユーザの接触または押圧が行われると、位置Ｐ２においては、アクチュエータ３０ａの振動が阻害されてしまう。この場合、ユーザの指などに対して良好な触感が呈示されない。これは、パネル１０が凹みすぎないように、筐体２０において支持部を設けたり、パネル１０が筐体２０から飛び出さないようにベゼルを設けたりしても、根本的な解決にはならない。

以上説明したように、触感呈示装置１２０のようにアクチュエータの設置数を低減させると、ユーザがパネル１０上で接触または押圧する位置によっては、ユーザの指などに対して良好な触感を呈示することができない場合が生じ得る。次に、アクチュエータの個数をさらに低減させた触感呈示装置について検討する。

図４は、図１に示した触感呈示装置１００において、パネル１０を振動させるアクチュエータを１つのみ設置した例（触感呈示装置１３０）を示す図である。

図４（Ａ）は、触感呈示装置１３０の上面図である。すなわち、図４（Ａ）は、触感呈示装置１３０を、Ｚ軸負方向を向いて見た図である。図４（Ａ）に示すように、触感呈示装置１３０においては、パネル１０の長辺の１つ（左の長辺）の中央付近に、パネル１０を振動させるアクチュエータ３０を１つのみ設置してある。アクチュエータ３０は、触感呈示装置１３０の美観を損ねないように、筐体２０の内側（内壁）に配置するのが好適である。このため、図４（Ａ）においては、アクチュエータ３０は、破線により示してある。

アクチュエータ３０は、図２において説明した触感呈示装置１１０に使用したアクチュエータと同様のものを採用することができるが、今までの例とは、配置する方向が異なる。図４（Ａ）において、アクチュエータ３０に付した矢印は、アクチュエータ３０が振動する方向を表す。すなわち、触感呈示装置１３０において、アクチュエータ３０は、Ｘ軸方向に伸縮することにより、パネル１０をＸ軸方向に振動させる。このため、アクチュエータ３０は、例えばパネル１０を正面視した側方から、パネル１０に固定するのが好適である。図４（Ａ）においては、アクチュエータ３０の右側（Ｘ軸正方向）の端部と、パネル１０の左側（Ｘ軸負方向）の長辺の中央部とを接着した例を示している。アクチュエータ３０ａ，３０ｂをパネル１０に配置する際には、例えば適当な接着剤または両面テープなどを用いて接着することにより固定するのが好適である。

また、アクチュエータ３０は、筐体２０にも固定させるのが好適である。この場合、アクチュエータ３０は、筐体２０の内壁に直接取り付けても良いし、筐体２０の内壁に設けた支持部に配置してもよい。図４（Ａ）においては、アクチュエータ３０の左側（Ｘ軸負方向）の端部と、筐体２０の内壁とを接着した例を示している。

図２および図３において説明した触感呈示装置１１０および触感呈示装置１２０は、アクチュエータ３０がＺ軸方向に伸縮することに起因して、パネル１０をＺ軸方向に振動させた。このように、パネル１０のＺ軸方向の振動を、以下、適宜「縦振動」と称する。一方、図４において説明した触感呈示装置１３０は、アクチュエータ３０がＺ軸方向に直交する方向に伸縮することに起因して、パネル１０をＺ軸方向に直交する方向に振動させる。このように、パネル１０のＺ軸方向に直交する方向の振動を、以下、適宜「横振動」と称する。

このように、図４に示す触感呈示装置１３０は、ユーザの指などがパネル１０を接触または押圧していない状態においては、１つのアクチュエータ３０によりパネル１０の全体を横振動させることができる。

ここで、ユーザがパネル１０の表面に指などを接触または押圧させる動作は、パネル１０の表面に対して縦方向（Ｚ軸方向）の成分を含む動きになる。一方、アクチュエータ３０が伸縮することによりパネル１０を振動させる動作は、パネル１０を表面に対して横方向（Ｘ軸方向）に移動させる動きになる。すなわち、触感呈示装置１３０においては、ユーザが接触または押圧の操作を行う方向と、パネル１０が振動する方向とは異なっている。

しかしながら、パネル１０の表面に対して横方向（Ｘ軸方向）に振動を発生させて触感を呈示しても、ほとんどの人は操作を行う方向（Ｚ軸方向）に呈示される触感であると錯覚することを、出願人は実験を行うことにより確かめた。すなわち、ユーザが押圧する方向（Ｚ軸方向）と垂直な方向（Ｘ軸方向）にパネル１０を振動させて触感を呈示しても、ユーザが押圧した方向（Ｚ軸方向）にパネル１０がクリック感を伴って沈むように感じさせることができる。また、ユーザが押圧を弱める際も、同様である。すなわち、ユーザが押圧する方向（Ｚ軸方向）と垂直な方向（Ｘ軸方向）にパネル１０を振動させて触感を呈示しても、ユーザが押圧を解除する方向（Ｚ軸方向）にパネル１０がリリースされる感覚を伴って復元するように感じさせることができる。

このように、触感呈示装置１３０は、アクチュエータ３０を駆動する電圧、変位量（湾曲の振幅）、および周波数などを適宜調整することにより、パネル１０の表面においてユーザが押圧する方向に感じられる操作感を提供することができる。本明細書においては、アクチュエータを駆動するための電源の供給、およびアクチュエータの駆動を制御するための制御部などの詳細な説明は省略する。アクチュエータを駆動するための電源の供給は、例えばバッテリを内蔵したり、外部電源を用意したりするなどして行うことができる。また、駆動を制御するための制御部は、例えばＣＰＵなどの各種のプロセッサを用いて構成することができる。

ところが、触感呈示装置１３０においても、ユーザがパネル１０上で接触または押圧する位置によっては、アクチュエータ３０は、パネル１０を良好に振動させることができない。以下、触感呈示装置１３０において、ユーザがパネル１０上で接触または押圧している場合に、呈示される触感について説明する。

図４に示すように、触感呈示装置１３０においては、パネル１０を振動させるアクチュエータ３０を１つのみ、パネル１０の長辺の１つの中央付近に設置してある。このため、触感呈示装置１３０は、パネル１０上でアクチュエータ３０による力の作用点から当該力の作用方向の延長線上のどの位置をユーザが接触または押圧したとしても、アクチュエータ３０はパネル１０を比較的良好に横振動させることができる。したがって、触感呈示装置１３０は、例えば、図４（Ａ）に示す位置Ｐ１においてユーザの接触または押圧が行われると、ユーザの指などに対して良好な触感を呈示することができる。図４（Ａ）においては、アクチュエータ３０による力の作用点を含む当該力の作用方向の延長線を、一点鎖線により示してある。

しかしながら、例えば、パネル１０上でアクチュエータ３０による力の作用点から当該力の作用方向の延長線上以外の位置をユーザが接触または押圧すると、アクチュエータ３０は、ユーザが接触または押圧する位置に振動を直接伝達させることができない。すなわち、図４（Ａ）において、パネル１０上で一点鎖線を付した位置以外の位置が接触または押圧されると、アクチュエータ３０は、良好な触感を呈示できない場合がある。

例えば、図４（Ａ）に示す位置Ｐ２においてユーザの接触または押圧が行われると、図４（Ｂ）に示すように、ユーザの接触または押圧に起因してパネル１０が回転運動の成分を含んで動くようになる。このため、位置Ｐ２においては、パネル１０が回転運動の成分によって、アクチュエータ３０の横振動が阻害されてしまう。この場合、ユーザの指などに対して良好な触感が呈示されない。図４（Ｂ）においては、パネル１０が回転運動の成分を含んで動いたため、パネル１０の一部が筐体２０の内部に隠れている様子を示してある。図４（Ｂ）においては、パネル１０の筐体２０内部に隠れている部分を、破線により示してある。

以上説明した検討を踏まえ、本発明の各実施形態においては、パネル１０が押圧される位置における振動の阻害を抑制する弾性部材を設けることにより、良好な触感を効率的に呈示する。以下、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図５は、本発明の第１実施形態に係る触感呈示装置の動作を説明する図である。

図５（Ａ）は、触感呈示装置１の上面図である。すなわち、図５（Ａ）は、触感呈示装置１を、Ｚ軸負方向を向いて見た図である。図５（Ａ）に示すように、本発明の第１実施形態に係る触感呈示装置１は、パネル１０と、パネル１０を振動させるアクチュエータ３０とを備えるのは、図４で説明した触感呈示装置１３０と同様である。また、筐体２０も、図４で説明した触感呈示装置１３０の筐体２０とほぼ同様に構成することができる。以下、図４で説明した触感呈示装置１３０と同様になる説明は適宜簡略化または省略し、第１実施形態に係る触感呈示装置１に顕著な部分を重点的に説明する。

図５（Ａ）に示すように、本発明の第１実施形態に係る触感呈示装置１は、図４に示した触感呈示装置１３０において、さらに弾性部材４０を設けるものである。図５（Ａ）に示すように、弾性部材４０は、その一端をパネル１０に接続する。弾性部材４０は、例えば小型のバネなどを用いて構成することができるが、適度な弾性力を有する部材であれば、任意の素材を用いて構成することができる。例えば、弾性部材４０は、シリコンゴム等のゴムまたはウレタン等の素材で構成してもよい。また、弾性部材４０は、図５（Ａ）に示すようなスプリング形状のものには限定されず、板バネなど、適度な弾性力を有する部材であれば、任意の形状とすることができる。ここで、弾性部材４０は、伸ばすと縮もうとする力を生じ、縮ませると伸びようとする力を生じるものとする。また、弾性部材４０は、弾性変形する方向すなわち伸縮可能な方向に力を加えて伸縮させると復元力を生じるが、弾性変形する方向と直交する方向に力を加えると、この力に応じて容易に変位するように構成するのが好適である。

弾性部材４０とパネル１０との接続は、パネル１０の一部またはパネル１０の延長部に孔を開けることで、その孔に弾性部材４０のスプリングの一端を通して接続するなど、パネル１０および弾性部材４０の形状により、種々の構成とすることができる。他の構成としては、例えば弾性部材４０とパネル１０とを接着することで接続してもよい。また、図５（Ａ）に示すように、弾性部材４０は、その他端を筐体２０に接続する。アクチュエータ３０を筐体２０の内側（内側）に配置したのと同様に、弾性部材４０も、筐体２０の内側（内側）に接続するのが好適である。弾性部材４０と筐体２０との接続も、弾性部材４０とパネル１０との接続と同様に、種々の構成とすることができる。

本実施形態において、弾性部材４０は、アクチュエータ３０がパネル１０を振動させる際に、パネル１０が押圧される位置における振動の阻害を抑制する。前述したように、触感呈示装置１において、パネル１０がユーザの指などで押圧されていない時は、実質的に、パネル１０の振動を阻害する要素がない。このため、触感呈示装置１において、パネル１０が押圧されていない時、アクチュエータ３０は、パネル１０を並進運動させることにより振動させることができる。ここで、パネル１０の並進運動とは、パネル１０の全体が、方向を変更することなく、Ｘ軸に平行に変位することを意味する。一方、パネル１０がユーザによって接触または押圧されると、パネル１０が回転運動の成分を含んで動こうとするため、パネル１０が押圧される位置における振動が阻害されることがある。そこで、本実施形態に係る触感呈示装置１においては、弾性部材４０を配置して、パネル１０の回転運動の成分を低減させることにより、パネル１０の振動の阻害を抑制する。特に、触感呈示装置１のように、パネル１０が横振動する構成においては、弾性部材４０は、パネル１０の法線を軸とする回転運動の成分を低減させることにより振動の阻害を抑制する。

図５（Ａ）に示すように、触感呈示装置１においては、図４において説明した触感呈示装置１３０と同様に、パネル１０の長辺の１つ（左の長辺）の中央付近に、パネル１０を振動させるアクチュエータ３０を１つのみ設置してある。このような構成においては、ユーザが図５（Ａ）に示す位置Ｐ２を押圧すると、図５（Ｂ）に示すように、パネル１０は、Ｘ軸方向の並進運動のみならず、パネル１０の法線すなわちＺ軸を軸とする回転運動の成分を含んで動こうとする。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）においてパネル１０が回転運動の成分を含んで動いた様子を示す図である。図５（Ｂ）は、説明のために、パネル１０の動きをやや誇張して示すものであり、パネル１０の動きの度合いは実際の動きの大きさを反映したものではない。

図５（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３０が駆動されてＸ軸正方向に伸張すると、パネル１０に対して力Ｆを与える。この力Ｆの作用により、パネル１０はＸ軸正方向に並進運動する。また、パネル１０が位置Ｐ２において押圧された状態でアクチュエータ３０がＸ軸正方向に伸張すると、図５（Ｂ）に示すように、パネル１０は、時計回りの回転運動の成分を含んで動こうとする。この時計回りの回転運動の成分により、弾性部材４０の位置においては、パネル１０が弾性部材４０をＹ軸負方向に押圧しようとする力が作用する。そこで、本実施形態では、弾性部材４０の弾性力により、パネル１０をＹ軸正方向に押圧する力を作用させる。このように、本実施形態において、弾性部材４０は、パネル１０の並進運動の阻害を抑制することにより振動の阻害を抑制する。このため、弾性部材４０を設置する位置は、パネル１０の回転運動の成分を低減させることが可能な位置とし、典型的には図５に示す弾性部材４０のような位置とするのが好適である。

次に、本実施形態において、アクチュエータ３０および弾性部材４０を配置する好適な位置について、さらに説明する。

図５（Ａ）に示すように、パネル１０においてアクチュエータ３０を設置する位置と、パネル１０において押圧される位置Ｐ２との間の距離をａとする。また、図５（Ａ）に示すように、パネル１０において弾性部材４０が接続される位置と、パネル１０において押圧される位置Ｐ２との間の距離をｂとする。また、図５（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３０がパネル１０に加えるＸ軸正方向の力の大きさをＦとし、この力Ｆの作用によりパネル１０が弾性部材４０に加えるＹ軸負方向の力の大きさをＦ’とする。すると、これらの関係は、力のモーメントとして、次の式（１）のように表すことができる。

また、図５（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３０がパネル１０に加える力Ｆによって、パネル１０が回転変位するとした場合の角度をθとすると、この回転によってパネル１０が弾性部材４０の位置からＹ軸方向に変位する量はｂ・ｓｉｎθとなる。パネル１０によって弾性部材４０がＹ軸方向にｂ・ｓｉｎθ変位するとした場合、弾性部材４０の弾性力による反作用の力Ｆ’の大きさは、弾性部材４０のバネ定数をＫとすると、フックの法則から、次の式（２）のように表すことができる。

さらに、図５（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３０が駆動されてＸ軸正方向に伸張する変位量をＵとする。上述したように、アクチュエータ３０が駆動されてＸ軸正方向に伸張すると、パネル１０は、Ｘ軸正方向の並進運動と、Ｚ軸を軸とする回転運動の成分を含んで動こうとする。そこで、図５（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３０の伸張により、パネル１０上の位置Ｐ２がＸ軸正方向に変位する変位量をＵｆとする。また、図５（Ｂ）に示すように、パネル１０が回転変位するとした場合の角度をθとすると、この回転によってパネル１０がアクチュエータ３０の位置からＸ軸方向に変位する量はａ・ｓｉｎθとなる。したがって、ＵｆとＵとの関係は、次の式（３）のように表すことができる。

ここで、上記式（１）および式（２）を用いて、上記式（３）からθおよびＦ’を消去すると、次の式（４）が得られる。

上記式において、Ｕはアクチュエータ３０が伸張する変位量であり、Ｕｆはパネル１０上の位置Ｐ２が変位する量である。したがって、Ｕｆの値がＵに近くなるにつれて、Ｘ軸正方向の変位が減衰せずに、効率良く触感が呈示できることになる。

上記式（４）から、ＵｆをＵに近づけるためには、Ｕから差し引く値が少なくなれば良い。したがって、ＵｆをＵに近づけるためには、ａ／ｂがゼロに近い値になるようにすればよいことが分かる。図５（Ａ）に示すように、ａとは、アクチュエータ３０による力の作用点と、パネル１０の回転運動の中心との間の距離である。また、ｂとは、弾性部材４０がパネル１０に接続される位置と、パネル１０の回転運動の中心との間の距離である。ａ／ｂがゼロに近い値になるためには、図５（Ａ）において、ａの長さに対してｂの長さが大きくなるようにするか、または、ｂの長さに対してａの長さが小さくなるようにすればよい。例えば、ｂの長さがａの長さの２倍以上となるように構成すれば、パネル１０が振動した際に、位置Ｐ２においてＸ軸方向の振動が減衰する量を１／４以下にすることができる。このように、本実施形態に係る触感呈示装置１は、距離ｂに対して距離ａが小さくなるように、または、距離ａに対して距離ｂが大きくなるように構成するのが好適である。このように、本実施形態に係る触感呈示装置１は、少ない個数のアクチュエータを用いた場合でも、良好な触感を効率的に呈示することができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る触感呈示装置の動作を説明する図である。図６は、第２実施形態に係る触感呈示装置の断面を示す図である（図３（Ｂ）および（Ｃ）参照）。

上述した第１実施形態に係る触感呈示装置１は、パネル１０を横振動させる形態として説明した。第２実施形態に係る触感呈示装置２は、パネル１０を縦振動させるものである。第２実施形態に係る触感呈示装置２のように、パネル１０を縦振動させる場合であっても、第１実施形態において説明したパネル１０を横振動させる形態と同様の原理が成り立つ。

仮に、図６に示す弾性部材４０が設置されていないとした場合、図３（Ｃ）で説明したように、パネル１０上でユーザの接触または押圧が行われる位置によっては、アクチュエータ３０の振動が阻害されてしまう。この場合、ユーザの指などに対して良好な触感が呈示されない。例えば、図６に示す位置Ｐ３においてユーザの接触または押圧が行われれば、アクチュエータ３０は、ユーザが接触または押圧する位置を直接振動させることができるため、良好な触感を呈示することができる。一方、図６に示す位置Ｐ４においてユーザの接触または押圧が行われると、アクチュエータ３０は、ユーザが接触または押圧する位置を直接振動させることができず、良好な触感を呈示することができなくなる。

図６に示すような構成においては、位置Ｐ４が押圧されている状態で、アクチュエータ３０がＺ軸正方向に伸張すると、パネル１０は、Ｚ軸正方向に並進運動するだけでなく、Ｙ軸を軸とする回転運動の成分を含んで動こうとする。そこで、本実施形態に係る触感呈示装置２においては、図６に示すように、弾性部材４０を配置して、パネル１０の回転運動の成分を低減させることにより、パネル１０の振動の阻害を抑制する。

触感呈示装置２においては、アクチュエータ３０が駆動されてＺ軸正方向に伸張すると、パネル１０に対して力Ｆを与える。この力Ｆの作用により、パネル１０はＺ軸正方向に並進運動する。また、パネル１０が位置Ｐ４において押圧された状態でアクチュエータ３０がＺ軸正方向に伸張すると、パネル１０は、Ｙ軸を中心とした時計回りの回転運動の成分を含んで動こうとする。この時計回りの回転運動の成分により、弾性部材４０の位置においては、パネル１０が弾性部材４０をＸ軸正方向に押圧しようとする力が作用する。そこで、本実施形態では、弾性部材４０の弾性力により、パネル１０をＸ軸負方向に押圧する力Ｆ’を作用させる。このように、本実施形態においても、弾性部材４０は、パネル１０の並進運動の阻害を抑制することにより振動の阻害を抑制する。このため、弾性部材４０を設置する位置は、パネル１０の回転運動の成分を低減させることが可能な位置とし、典型的には図６に示す弾性部材４０のような位置とするのが好適である。このように、本実施形態において、弾性部材４０は、パネル１０の法線に直交する線（例えばＹ軸）を軸とする回転運動の成分を低減させることにより振動の阻害を抑制する。

上述したように、触感呈示装置２において、位置Ｐ４が押圧されている状態で、アクチュエータ３０がＺ軸正方向に伸張すると、パネル１０は、Ｙ軸を軸とする時計回りの回転運動の成分を含んで動こうとする。この時計回りの回転運動の成分により、弾性部材４０の位置においては、パネル１０が弾性部材４０をＸ軸正方向に押圧しようとする力が作用する。したがって、弾性部材４０は、パネル１０をＸ軸負方向に押圧する力Ｆ’を作用させて、パネル１０の回転運動の成分を低減させた。一方、触感呈示装置２において、位置Ｐ４’が押圧されている状態で、アクチュエータ３０がＺ軸正方向に伸張すると、パネル１０は、Ｙ軸を軸とする反時計回りの回転運動の成分を含んで動こうとする。この反時計回りの回転運動の成分により、弾性部材４０の位置においては、パネル１０が弾性部材４０をＸ軸負方向に引っ張ろうとする力が作用する。したがって、弾性部材４０は、パネル１０をＸ軸正方向に復元する力を作用させて、パネル１０の回転運動の成分を低減させることができる。

また、触感呈示装置２においても、図６に示すように、距離ｂに対して距離ａが小さくなるように、または、距離ａに対して距離ｂが大きくなるように構成するのが好適である。このように、本実施形態に係る触感呈示装置２は、少ない個数のアクチュエータを用いた場合でも、良好な触感を効率的に呈示することができる。

（他の実施形態）
図７は、本発明の第３〜第５実施形態に係る触感呈示装置の動作を説明する図である。図７（Ａ）は第３実施形態に係る触感呈示装置３を示し、図７（Ｂ）は第４実施形態に係る触感呈示装置４を示し、図７（Ｃ）は第５実施形態に係る触感呈示装置５を示す。

図７に示す第３〜第５実施形態に係る触感呈示装置３〜５においても、図６において説明した第２実施形態に係る触感呈示装置２と同様の原理が成り立つ。以下、図６で説明した触感呈示装置２と同様になる説明は適宜簡略化または省略する。まず、図７に示す触感呈示装置３〜５において、パネル１０が縦振動すると想定した場合について説明する。

図７に示すような構成においては、位置Ｐ６が押圧されている状態で、アクチュエータ３０が伸張すると、パネル１０は、アクチュエータ３０の伸張方向に並進運動するだけでなく、回転運動の成分を含んで動こうとする。そこで、触感呈示装置３〜５においては、図７に示すように、弾性部材４０を配置して、パネル１０の回転運動の成分を低減させることにより、パネル１０の振動の阻害を抑制する。

また、図６に示した触感呈示装置２と同様に、図７に示す触感呈示装置３〜５において、位置Ｐ６’が押圧されている状態でも、弾性部材４０は、パネル１０の回転運動の成分を低減させることにより、パネル１０の振動の阻害を抑制する。図７に示す触感呈示装置３〜５においては、パネル１０に対して２つの弾性部材４０Ａおよび４０Ｂを接続している。しかしながら、触感呈示装置３〜５は、図６に示した触感呈示装置２のように、２つの弾性部材４０Ａおよび４０Ｂのいずれか一方のみを接続しても、パネル１０の回転運動の成分を低減させることにより、パネル１０の振動の阻害を抑制することができる。

以上、触感呈示装置３〜５について、パネル１０が縦振動する場合を想定して説明した。しかしながら、触感呈示装置３〜５は、第１実施形態に係る触感呈示装置１と同様に、パネル１０が横振動する場合も、同様に動作させることができる。例えば、図７に示すような構成において、位置Ｐ５が押圧されている状態で、アクチュエータ３０が伸張すると、パネル１０は、アクチュエータ３０の伸張方向に並進運動するだけでなく、回転運動の成分を含んで動こうとする。したがって、触感呈示装置３〜５においては、弾性部材４０を配置して、パネル１０の回転運動の成分を低減させることにより、パネル１０の振動の阻害を抑制することができる。また、図７に示す位置Ｐ５’が押圧されている状態でも、弾性部材４０は、パネル１０の回転運動の成分を低減させることにより、パネル１０の振動の阻害を抑制することができる。

また、触感呈示装置３〜５においても、距離ｂに対して距離ａが小さくなるように、または、距離ａに対して距離ｂが大きくなるように構成するのが好適である。このように、本実施形態に係る触感呈示装置３〜５は、少ない個数のアクチュエータを用いた場合でも、良好な触感を効率的に呈示することができる。

本発明を諸図面および実施形態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および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および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、各機能部、各手段、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、複数の機能部およびステップなどを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。また、上述した本発明の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

１，２，３，４，５ 触感呈示装置
１０ パネル
２０ 筐体
２２，２２ａ，２２ｂ 支持部
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ アクチュエータ
４０，４０Ａ，４０Ｂ 弾性部材

Claims (7)

1. パネルと、
   前記パネルを振動させるアクチュエータと、
   前記パネルと前記パネルを支持する筐体とに接続される弾性部材と、
   を備え、
   前記弾性部材は、前記アクチュエータが前記パネルを振動させる際に、前記パネルの回転運動の成分を低減させることにより、前記パネルが押圧される位置における振動の阻害を抑制することを特徴とする、触感呈示装置。
2. 前記アクチュエータは、前記パネルが押圧されていない時、前記パネルを並進運動させることにより振動させる、請求項１に記載の触感呈示装置。
3. 前記弾性部材は、前記パネルの法線を軸とする回転運動の成分を低減させることにより振動の阻害を抑制する、請求項１または２に記載の触感呈示装置。
4. 前記弾性部材は、前記パネルの法線に直交する線を軸とする回転運動の成分を低減させることにより振動の阻害を抑制する、請求項１または２に記載の触感呈示装置。
5. 前記弾性部材は、前記パネルの並進運動の阻害を抑制することにより振動の阻害を抑制する、請求項１〜４のいずれかに記載の触感呈示装置。
6. 前記弾性部材が前記パネルに接続される位置と前記パネルの回転運動の中心との間の距離に対して、前記アクチュエータによる力の作用点と前記パネルの回転運動の中心との間の距離を小さくした、請求項１〜５のいずれかに記載の触感呈示装置。
7. 前記アクチュエータによる力の作用点と前記パネルの回転運動の中心との間の距離に対して、前記弾性部材が前記パネルに接続される位置と前記パネルの回転運動の中心との間の距離を大きくした、請求項１〜５のいずれかに記載の触感呈示装置。
   

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