JP7275522B2 - 振動デバイス - Google Patents

Description

本発明の一つの態様は、振動デバイスに関する。

特許文献１には、タッチセンサと、荷重検出部と、触感呈示部と、制御部と、を備える入力装置が記載されている。荷重検出部は、タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する。制御部は、押圧荷重が基準を満たした際に触感呈示部を駆動する。触感呈示部は、タッチ面を振動させる。この入力装置では、制御部は、所定の周波数及び周期を有する１つの駆動信号で触感呈示部を駆動する。これにより、押しボタンスイッチを操作した場合と同様なリアルなクリック触感を使用者に呈示することができる。

特許第４６３３１８３号公報

本発明の一つの態様は、新しいクリック触感を与えることが可能な振動デバイスを提供する。

本発明の一つの態様に係る振動デバイスは、対象物が接触する接触部を振動させる圧電素子と、対象物が接触部に接触すると、少なくとも２つの駆動信号を与えて圧電素子を駆動する制御部と、を備える。駆動信号の周波数は、８０Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下である。駆動信号の間隔は、２０ｍｓ以上１５０ｍｓ以下である。

上記一つの態様では、制御部は少なくとも２つの駆動信号を出力して圧電素子を駆動するので、１つの駆動信号で圧電素子を駆動する場合に比べて、新しいクリック触感を与えることができる。また、駆動信号の間隔は、２０ｍｓ以上である。このため、各駆動信号に対応する圧電素子の振動が互いに連続してひとまとまりになってしまうことを抑制できる。また、駆動信号の間隔は、１５０ｍｓ以下である。したがって、各駆動信号に対応する圧電素子の振動が、互いに独立したクリック触感を与えることを抑制できる。加えて、駆動信号の周波数は、８０Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であるため、使用者が容易に振動を感じることができる。

上記一つの態様では、駆動信号の間隔は、４０ｍｓ以上１００ｍｓ以下であってもよい。この場合、駆動信号の間隔が４０ｍｓ以上であるため、各駆動信号に対応する圧電素子の振動が互いに連続してひとまとまりになってしまうことを更に抑制できる。また、駆動信号の間隔が１００ｍｓ以下であるため、各駆動信号に対応する圧電素子の振動が、互いに独立したクリック触感を与えることを更に抑制できる。

上記一つの態様では、圧電素子は、接触部の変位に伴い変位するように配置されており、接触部が対象物の接触により変位したことを検出して検出信号を制御部に与えてもよい。この場合、圧電素子が対象物の接触を検出するので、検出部を別途設ける必要がない。

本発明の一つの態様によれば、新しいクリック触感を与えることが可能な振動デバイスを提供することができる。

実施形態に係る振動デバイスのブロック図である。 図１の振動デバイスの平面図である。 図１の振動デバイスの分解斜視図である。 図１の振動デバイスの断面構成を示す図である。 振動部の平面図である。 振動部の分解斜視図である。 振動部の断面構成を示す図である。 圧電素子の構成を示す分解斜視図である。 図１の振動デバイスの動作について説明するための図である。 駆動信号の例を示す波形図である。 振動波形の測定装置の構成を示す図である。 駆動信号及び圧電素子の振動を示すグラフである。 従来のクリック触感との違いを認識した人の数と、駆動信号の間隔との関係を示すグラフである。 独立したクリック触感を与えると感じた人の数と、駆動信号の間隔との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る振動デバイスのブロック図である。図１に示されるように、実施形態に係る振動デバイス１００は、圧電素子１０を有する振動部１と、制御部Ｃと、を備えている。制御部Ｃは、後述する配線部材５０（図２参照）によって圧電素子１０と電気的に接続され、圧電素子１０を統括的に制御している。制御部Ｃは、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えている。この場合、制御部Ｃは、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することによって各種の処理を行う。

図２は、図１の振動デバイスの平面図である。図３は、図１の振動デバイスの分解斜視図である。図４は、図１の振動デバイスの断面構成を示す図である。図２～図４では、制御部Ｃの図示が省略されている。図２～図４に示されるように、振動デバイス１００は、振動部１を収容する筐体２を備えている。筐体２は、対象物が接触する接触部３と、振動部１を介して接触部３と対向する対向部４と、を有している。

振動デバイス１００では、対象物が接触部３に接触すると、圧電素子１０がそれを検出して検出信号Ｓ１を制御部Ｃに与える。対象物は、たとえば振動デバイス１００を使用する使用者の指先である。制御部Ｃは、検出信号Ｓ１を受け取ると、駆動信号Ｓ２を圧電素子１０に与えて、圧電素子１０を駆動する。圧電素子１０は、駆動信号Ｓ２に基づき、自らが振動することによって接触部３を振動させる。これにより、使用者にクリック触感を与えることができる。クリック触感とは、たとえば、押しボタンスイッチを押圧したときに得られるような押圧触感又はタッチ触感である。振動デバイス１００の動作の詳細については、後述する。

図５は、振動部の平面図である。図６は、振動部の分解斜視図である。図５及び図６に示されるように、振動部１は、圧電素子１０に加えて、配線部材５０と、振動板６０とを備えている。圧電素子１０は、圧電素体１１と、複数の外部電極１３，１５とを有している。本実施形態では、圧電素子１０は、一対の外部電極１３，１５を有している。

圧電素体１１は、直方体形状を呈している。圧電素体１１は、互いに対向している一対の主面１１ａ，１１ｂ、互いに対向している一対の側面１１ｃ、互いに対向している一対の側面１１ｅを有している。直方体形状には、たとえば、角部及び稜線部が面取りされている直方体の形状、及び、角部及び稜線部が丸められている直方体の形状が含まれる。一対の主面１１ａ，１１ｂが対向している方向が第一方向Ｄ１である。第一方向Ｄ１は、各主面１１ａ，１１ｂに直交する方向でもある。一対の側面１１ｃが対向している方向が、第二方向Ｄ２である。第二方向Ｄ２は、各側面１１ｃに直交する方向でもある。一対の側面１１ｅが対向している方向が、第三方向Ｄ３である。第三方向Ｄ３は、各側面１１ｅに直交する方向でもある。

各主面１１ａ，１１ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有している。各主面１１ａ，１１ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。すなわち、圧電素子１０（圧電素体１１）は、平面視で、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角部が面取りされている形状、及び、各角部が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、主面１１ａ，１１ｂの長辺方向は、第三方向Ｄ３と一致する。主面１１ａ，１１ｂの短辺方向は、第二方向Ｄ２方向と一致する。

一対の側面１１ｃは、一対の主面１１ａ，１１ｂを連結するように第一方向Ｄ１に延在している。一対の側面３ｃは、第三方向Ｄ３にも延在している。一対の側面１１ｅは、一対の主面１１ａ，１１ｂを連結するように第一方向Ｄ１に延在している。一対の側面１１ｅは、第二方向Ｄ２にも延在している。圧電素体１１の第二方向Ｄ２での長さは、たとえば、１０ｍｍである。圧電素体１１の第三方向Ｄ３での長さは、たとえば、２０ｍｍである。圧電素体１１の第一方向Ｄ１での長さは、たとえば、２００μｍである。各主面１１ａ，１１ｂと各側面１１ｃ，１１ｅとは、間接的に隣り合っていてもよい。この場合、各主面１１ａ，１１ｂと各側面１１ｃ，１１ｅとの間には、稜線部が位置する。

図７は、振動部の断面構成を示す図である。図８は、圧電素子の構成を示す分解斜視図である。図７及び図８に示されるように、圧電素体１１は、複数の圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが第一方向Ｄ１に積層されて構成されている。圧電素体１１は、積層されている複数の圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを有している。本実施形態では、圧電素体１１は、四つの圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを有している。圧電素体１１では、複数の圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが積層されている方向が第一方向Ｄ１と一致する。圧電体層１７ａは、主面１１ａを有している。圧電体層１７ｄは、主面１１ｂを有している。圧電体層１７ｂ，１７ｃは、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｄとの間に位置している。

各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、圧電セラミック材料からなる。すなわち、圧電素体１１は、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料には、たとえば、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）が用いられる。各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、たとえば、上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の圧電素体１１では、各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの間の境界が認識できない程度に一体化されている。

圧電素子１０は、圧電素体１１内に配置されている複数の内部電極１９，２１，２３を備えている。本実施形態では、圧電素子１０は、三つの内部電極１９，２１，２３を備えている。各内部電極１９，２１，２３は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。各内部電極１９，２１，２３は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。本実施形態では、各内部電極１９，２１，２３の外形形状は、長方形状である。

各内部電極１９，２１，２３は、第一方向Ｄ１において異なる位置（層）に配置されている。内部電極１９と内部電極２１とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して対向している。内部電極２１と内部電極２３とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して対向している。内部電極１９は、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｂとの間に位置している。内部電極２１は、圧電体層１７ｂと圧電体層１７ｃとの間に位置している。内部電極２３は、圧電体層１７ｃと圧電体層１７ｄとの間に位置している。各内部電極１９，２１，２３は、圧電素体１１の表面には露出していない。すなわち、各内部電極１９，２１，２３は、側面１１ｃ（図３参照）及び側面１１ｅには露出していない。各内部電極１９，２１，２３は、第一方向Ｄ１から見て、主面１１ａ，１１ｂの全ての縁（四辺）から離間している。

各外部電極１３，１５は、主面１１ａ上に配置されている。外部電極１３と外部電極１５とは、第三方向Ｄ３に並んでいる。外部電極１３と外部電極１５とは、第三方向Ｄ３で隣り合っている。各外部電極１３，１５は、第一方向Ｄ１から見て、主面１１ａの全ての縁（四辺）から離間している。各外部電極１３，１５は、第一方向Ｄ１から見て、矩形状を呈している。矩形状も、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状が含まれる。各外部電極１３，１５は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。各外部電極１３，１５は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。

外部電極１３は、ビア導体３１を通して接続導体２５と電気的に接続されている。接続導体２５は、内部電極１９と同じ層に位置している。接続導体２５は、内部電極１９の内側に位置している。内部電極１９には、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１３に対応する位置に、開口が形成されている。接続導体２５は、内部電極１９に形成されている開口内に位置している。第一方向Ｄ１から見て、接続導体２５の全縁が、内部電極１９で囲まれている。

接続導体２５は、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｂとの間に位置している。内部電極１９と接続導体２５とは、離間している。接続導体２５は、第一方向Ｄ１で、外部電極１３と対向している。ビア導体３１は、外部電極１３と接続されていると共に、接続導体２５と接続されている。接続導体２５は、ビア導体３３を通して内部電極２１と電気的に接続されている。接続導体２５は、第一方向Ｄ１で、内部電極２１と対向している。ビア導体３３は、接続導体２５と接続されていると共に、内部電極２１と接続されている。

内部電極２１は、ビア導体３５を通して接続導体２７と電気的に接続されている。接続導体２７は、内部電極２３と同じ層に位置している。接続導体２７は、内部電極２３の内側に位置している。内部電極２３には、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１３（接続導体２５）に対応する位置に、開口が形成されている。接続導体２７は、内部電極２３に形成されている開口内に位置している。第一方向Ｄ１から見て、接続導体２７の全縁が、内部電極２３で囲まれている。

外部電極１５は、ビア導体３７を通して内部電極１９と電気的に接続されている。内部電極１９は、第一方向Ｄ１で、外部電極１５と対向している。ビア導体３７は、外部電極１５と接続されていると共に、内部電極１９と接続されている。

内部電極１９は、ビア導体３９を通して接続導体２９と電気的に接続されている。接続導体２９は、内部電極２１と同じ層に位置している。接続導体２９は、内部電極２１の内側に位置している。内部電極２１には、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１５に対応する位置に、開口が形成されている。接続導体２９は、内部電極２１に形成されている開口内に位置している。第一方向Ｄ１から見て、接続導体２９の全縁が、内部電極２１で囲まれている。

接続導体２９は、圧電体層１７ｂと圧電体層１７ｃとの間に位置している。内部電極２１と接続導体２９とは、離間している。接続導体２９は、第一方向Ｄ１で、内部電極１９と対向している。ビア導体３９は、内部電極１９と接続されていると共に、接続導体２９と接続されている。接続導体２９は、ビア導体４１を通して内部電極２３と電気的に接続されている。接続導体２９は、第一方向Ｄ１で、内部電極２３と対向している。ビア導体４１は、接続導体２９と接続されていると共に、内部電極２３と接続されている。

外部電極１３は、ビア導体３１、接続導体２５、及び、ビア導体３３を通して、内部電極２１と電気的に接続されている。外部電極１５は、ビア導体３７を通して、内部電極１９と電気的に接続されている。外部電極１５は、ビア導体３７、内部電極１９、ビア導体３９、接続導体２９、及び、ビア導体４１を通して、内部電極２３と電気的に接続されている。

接続導体２５，２７，２９及びビア導体３１，３３，３５，３７，３９，４１は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。接続導体２５，２７，２９及びビア導体３１，３３，３５，３７，３９，４１は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。接続導体２５，２７，２９は、矩形状を呈している。ビア導体３１，３３，３５，３７，３９，４１は、対応する圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃを形成するためのセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に充填された導電性ペーストが焼結することにより形成される。

圧電素体１１の主面１１ｂには、内部電極１９，２３と電気的に接続されている導体と、内部電極２１と電気的に接続されている導体とは配置されていない。本実施形態では、主面１１ｂを第一方向Ｄ１から見たとき、主面１１ｂの全体が露出している。主面１１ａ，１１ｂは、自然面である。自然面とは、焼成により成長した結晶粒の表面により構成される面である。

圧電素体１１の各側面１１ｃ，１１ｅにも、内部電極１９，２３と電気的に接続されている導体と、内部電極２１と電気的に接続されている導体とは配置されていない。本実施形態では、各側面１１ｃを第二方向Ｄ２から見たとき、各側面１１ｃの全体が露出している。各側面１１ｅを第三方向Ｄ３から見たとき、各側面１１ｅの全体が露出している。本実施形態では、各側面１１ｃ，１１ｅも、自然面である。

圧電体層１７ｂにおける内部電極１９と内部電極２１とで挟まれた領域と、圧電体層１７ｃにおける内部電極２１と内部電極２３とで挟まれた領域とは、圧電的に活性な領域を構成する。本実施形態では、圧電的に活性な領域は、第一方向Ｄ１から見て、複数の外部電極１３，１５を囲むように位置している。第一方向Ｄ１から見て、圧電素体１１は、外部電極１３と外部電極１５との間に位置している領域に、圧電的に活性な領域を含んでいる。第一方向Ｄ１から見て、圧電素体１１は、外部電極１３と外部電極１５とが位置している領域の外側にも、圧電的に活性な領域を含んでいる。

配線部材５０は、図５及び図６に示されるように、ベース５１、複数の導体５３，５５、カバー５７、及び補強部材５９を有している。本実施形態では、配線部材５０は、一対の導体５３，５５を備えている。配線部材５０は、たとえば、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。配線部材５０は、主面１１ａ，１１ｂの長辺と交差するように配置されている。配線部材５０が延在している方向は、第三方向Ｄ３と交差している。本実施形態では、配線部材５０は、主面１１ａ，１１ｂの長辺と直交するように配置されている。配線部材５０が延在している方向は、第三方向Ｄ３と直交している。配線部材５０は、第二方向Ｄ２に延在している。配線部材５０は、圧電素子１０と電気的かつ物理的に接続されている一端部と、制御部Ｃ（図１参照）と電気的かつ物理的に接続される他端部とを有している。

ベース５１は、互いに対向している一対の主面を有している。ベース５１は、電気絶縁性を有している。ベース５１は、樹脂からなる。ベース５１は、たとえばポリイミド樹脂からなる。一対の導体５３，５５は、ベース５１（一方の主面）上に配置されている。一対の導体５３，５５は、接着層（不図示）によって、ベース５１に接合されている。この接着層は、各導体５３，５５とベース５１との間に位置している。導体５３と導体５５とは、配線部材５０が延在している方向に延在している。導体５３と導体５５とは、導体５３，５５が延在している方向と交差する方向で離間している。各導体５３，５５は、たとえば、銅からなる。

カバー５７は、各導体５３，５５の一部を覆うように、各導体５３，５５上に配置されている。各導体５３，５５は、配線部材５０の一端部及び他端部で、カバー５７から露出している。カバー５７は、ベース５１における各導体５３，５５から露出している領域を覆うように、主面５１ａ上にも配置されている。カバー５７は、接着層（不図示）によって、各導体５３，５５に接合されている。

ベース５１は、配線部材５０の一端部及び他端部で、カバー５７から露出している。ベース５１とカバー５７とは、各導体５３，５５から露出している領域で互いに接合されている。カバー５７は、樹脂からなる。カバー５７は、たとえば、ポリイミド樹脂からなる。各導体５３，５５の、カバー５７から露出している領域には、たとえば、ニッケルめっき及び金フラッシュめっきが施されている。

補強部材５９は、配線部材５０の他端部に配置されている。補強部材５９は、ベース５１（他方の主面）上に配置されている。補強部材５９は、接着層（不図示）によって、ベース５１に接合されている。接着層５８は、補強部材５９とベース５１との間に位置している。補強部材５９は、電気絶縁性を有する板状の部材である。補強部材５９は、たとえば、ポリイミド樹脂からなる。

振動板６０は、図７に示されるように、互いに対向している主面６０ａ，６０ｂを有している。振動板６０は、たとえば、金属からなる。振動板６０は、たとえば、Ｎｉ－Ｆｅ合金、Ｎｉ、黄銅、又はステンレス鋼からなる。各主面６０ａ，６０ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有している。各主面６０ａ，６０ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。すなわち、振動板６０は、平面視で、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。本実施形態では、主面６０ａ，６０ｂの長辺方向は、第三方向Ｄ３と一致する。主面６０ａ，６０ｂの短辺方向は、第二方向Ｄ２方向と一致する。振動板６０の第二方向Ｄ２での長さは、たとえば、１５ｍｍである。振動板６０の第三方向Ｄ３での長さは、たとえば、３０ｍｍである。振動板６０の第一方向Ｄ１での長さは、たとえば、１００μｍである。

図５及び図６に示されるように、配線部材５０は、振動板６０の主面６０ａ，６０ｂの長辺と交差するようにも配置されている。本実施形態では、配線部材５０は、主面６０ａ，６０ｂの長辺と直交するように配置されている。

図５～図７に示されるように、圧電素子１０は、樹脂層６１によって振動板６０に接合されている。圧電素体１１の主面１１ｂと振動板６０の主面６０ａとが互いに対向している。樹脂層６１は、主面１１ｂと主面６０ａとの間に位置している。主面１１ｂと主面６０ａとが、樹脂層６１によって接合されている。樹脂層６１は、樹脂（たとえば、エポキシ樹脂又はアクリル系樹脂）からなる。樹脂層６１は、導電性のフィラーを含んでおらず、電気絶縁性を有している。圧電素子１０が振動板６０に接合された状態では、第一方向Ｄ１と、主面６０ａと主面６０ｂとが対向している方向とは略同じである。第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０は、振動板６０（主面６０ａ）の略中央に配置されている。

配線部材５０の一端部は、接続部材７０によって、圧電素子１０と接合されている。配線部材５０の一端部は、接続部材７０によって、外部電極１３，１５と接合されている。接続部材７０は、第一方向Ｄ１から見て外部電極１３と外部電極１５とを一体的に覆うように、配線部材５０の一端部と圧電素子１０との間に設けられている。接続部材７０は、樹脂層７１と、複数の金属粒子（不図示）とを有している。本実施形態では、樹脂層７１は、配線部材５０の一端部と、外部電極１３，１５及び主面１１ａとの間に存在している。互いに対応する外部電極１３，１５と導体５３，５５との間には、樹脂層７１が存在している。複数の金属粒子は、樹脂層７１内に配置されている。樹脂層７１は、たとえば、熱硬化性エラストマーからなる。金属粒子は、たとえば、金めっき粒子からなる。接続部材７０は、たとえば、異方性導電ペースト又は異方性導電膜が硬化することにより形成される。

互いに対応する外部電極１３，１５と導体５３，５５とは、金属粒子によって接続されている。互いに対応する外部電極１３，１５と導体５３，５５とは、金属粒子を通して電気的に接続されている。図５～図７に示されるように、導体５３は、金属粒子及び外部電極１３を通して、内部電極２１と電気的に接続されている。導体５５は、金属粒子及び外部電極１５を通して、内部電極１９，２３と電気的に接続されている。

配線部材５０における、振動板６０の主面６０ａ上に位置している領域は、主面６０ａと接合されている。本実施形態では、配線部材５０は、樹脂層６３によって主面６０ａと接合されている。配線部材５０に含まれるカバー５７は、樹脂層６３によって主面６０ａと接合されている。樹脂層６３は、樹脂層６１と接している。樹脂層６３は、樹脂層６１と離間していてもよい。樹脂層６３は、振動板６０の側面と接していてもよい。樹脂層６３は、振動板６０の主面６０ｂとは接していない。すなわち、樹脂層６３は、主面６０ｂ上には設けられていない。樹脂層６３は、たとえば、ニトリルゴムからなる。樹脂層６３は、樹脂層６１と同じ材料であってもよい。樹脂層６３は、樹脂層６１と異なる材料であってもよい。

筐体２は、接触部３と対向部４とが組み合わされてなる箱部材である。筐体２の外形は、直方体形状を呈している。本実施形態では、接触部３及び対向部４が対向している方向が第一方向Ｄ１と一致する。筐体２は、たとえば、樹脂からなる。筐体２は、たとえば、アクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、成型樹脂からなる。

接触部３は、直方体形状を呈している。接触部３は、一対の主面３ａ，３ｂと、側面３ｃと、を有している。一対の主面３ａ，３ｂは、互いに対向している。側面３ｃは、一対の主面３ａ，３ｂを連結するように、一対の主面３ａ，３ｂの対向している方向に延在している。一対の主面３ａ，３ｂの対向している方向は、たとえば、第一方向Ｄ１と一致している。一対の主面３ａ，３ｂは、たとえば、長方形状を呈している。一対の主面３ａ，３ｂは、たとえば、正方形状を呈していてもよい。

主面３ａは、筐体２の外面の一部を構成している。主面３ｂは、筐体２の内面の一部を構成している。主面３ｂは、振動部１と対向している。側面３ｃは、筐体２の外面の一部を構成している。主面３ａは、対象物が接触する接触領域Ｒを有している。接触領域Ｒは、使用者による操作を受け付ける操作領域を構成する。接触部３は、接触領域Ｒが外部から押圧されることにより、主面３ｂが湾曲外側となるように湾曲変形する。接触領域Ｒは、第一方向Ｄ１から見て、後述する凹部７と重なる領域である。

一対の主面３ａ，３ｂの長辺方向は、たとえば、第三方向Ｄ３と一致している。一対の主面３ａ，３ｂの短辺方向は、たとえば、第二方向Ｄ２と一致している。一対の主面３ａ，３ｂの長辺の長さ（すなわち、接触部３の第三方向Ｄ３での長さ）は、たとえば、３６ｍｍである。一対の主面３ａ，３ｂの短辺の長さ（すなわち、接触部３の第二方向Ｄ２での長さ）は、たとえば、３６ｍｍである。接触部３の第一方向Ｄ１での長さは、たとえば、０．５ｍｍである。

対向部４は、直方体形状を呈している。対向部４は、一対の主面４ａ，４ｂと、側面４ｃと、を有している。一対の主面４ａ，４ｂは、互いに対向している。側面４ｃは、一対の主面４ａ，４ｂを連結するように、一対の主面４ａ，４ｂの対向している方向に延在している。一対の主面４ａ，４ｂの対向している方向は、たとえば、第一方向Ｄ１と一致している。一対の主面４ａ，４ｂは、たとえば、長方形状を呈している。一対の主面４ａ，４ｂは、たとえば、正方形状を呈していてもよい。主面４ａは、筐体２の外面の一部を構成している。側面４ｃは、筐体２の外面の一部を構成している。

一対の主面４ａ，４ｂの長辺方向は、たとえば、第三方向Ｄ３と一致している。一対の主面４ａ，４ｂの短辺方向は、たとえば、第二方向Ｄ２と一致している。一対の主面４ａ，４ｂの長辺の長さ（すなわち、対向部４の第三方向Ｄ３での長さ）は、たとえば、３６ｍｍである。一対の主面４ａ，４ｂの短辺の長さ（すなわち、対向部４の第二方向Ｄ２での長さ）は、たとえば、３６ｍｍである。対向部４の第一方向Ｄ１での長さ（最大長さ）は、たとえば、２ｍｍである。一対の主面４ａ，４ｂ及び一対の主面３ａ，３ｂは、互いに同形状を呈している。

主面４ｂには、主面４ａに向かって窪んでいる凹部５及び溝部６が設けられている。凹部５には、振動部１が配置されている。凹部５は、第一方向Ｄ１から見て、主面４ｂの第二方向Ｄ２及び第三方向Ｄ３での略中央に設けられている。凹部５は、第一方向Ｄ１から見て、主面４ｂの全ての外縁（四辺）から離間している。溝部６は、第二方向Ｄ２に延在し、主面４ｂの外縁（一辺）から凹部５に至っている。溝部６は、主面４ｂの第三方向Ｄ３での略中央に設けられている。溝部６は、主面４ｂ、凹部５の内面及び側面４ｃに開口している。溝部６は、配線部材５０の第二方向Ｄ２の一部を収容している。配線部材５０は、溝部６を通って、筐体２の外部に引き出されている。筐体２の内部は、溝部６により筐体２の外部と連通している。

凹部５の底面５ａは、主面３ｂと第一方向Ｄ１で対向している。底面５ａは、たとえば、長方形状を呈している。底面５ａの長辺方向は、たとえば、第三方向Ｄ３と一致している。底面５ａの短辺方向は、たとえば、第二方向Ｄ２と一致している。底面５ａの長辺の長さは、主面４ａの長辺の長さよりも短く、たとえば、３１ｍｍである。底面５ａの短辺の長さは、主面４ｂの短辺の長さよりも短く、たとえば、１８ｍｍである。主面４ｂと底面５ａとの間に形成された段差面は、第一方向Ｄ１に延在している。主面４ｂと底面５ａとの間に形成された段差面の第一方向Ｄ１での長さは、たとえば、０．２ｍｍである。

主面４ｂ上には、凹部５及び溝部６を覆うように接触部３が設けられている。接触部３は、主面３ｂが主面４ｂと対向するように設けられている。接触部３は、主面４ｂにより支持されている。主面４ｂには、樹脂層６５が設けられている。樹脂層６５は、主面４ｂにおいて凹部５及び溝部６以外の領域全体に設けられている。樹脂層６５は、主面３ｂ及び主面４ｂを互いに接合（接着）している。接触部３は、樹脂層６５により対向部４に固定されている。樹脂層６５は、樹脂（たとえば、エポキシ樹脂又はアクリル系樹脂）からなる。樹脂層６５は、導電性のフィラーを含んでおらず、電気絶縁性を有している。接触部３は、樹脂層６５によらず主面４ｂに溶着されていてもよい。

底面５ａには、主面４ａに向かって窪んでいる凹部７が設けられている。凹部７の底面７ａは、たとえば、長方形状を呈している。底面７ａの長辺方向は、たとえば、第三方向Ｄ３と一致している。底面７ａの短辺方向は、たとえば、第二方向Ｄ２と一致している。底面７ａの長辺の長さは、たとえば、底面５ａの長辺の長さよりも短く、たとえば、２２ｍｍである。底面７ａの短辺の長さは、たとえば、底面５ａの短辺の長さと一致し、たとえば、１８ｍｍである。つまり、第一方向Ｄ１から見て、底面７ａの長辺は、底面５ａの長辺と重なっている。底面７ａと底面５ａとの間に形成された段差面は、第一方向Ｄ１に延在している。底面７ａと底面５ａとの間に形成された段差面の第一方向Ｄ１での長さは、たとえば、０．５ｍｍである。

凹部７は、第一方向Ｄ１から見て、底面５ａの第三方向Ｄ３での略中央に設けられている。凹部７は、第一方向Ｄ１から見て、底面５ａの外縁の一部（一対の短辺）から離間している。底面５ａは、第一方向Ｄ１から見て、凹部７の第三方向Ｄ３の両側に配置されている。底面５ａ上には、凹部７を覆うように振動部１が設けられている。底面５ａは、振動部１の振動板６０の外縁部６０ｃを支持する支持部である。振動部１は、配線部材５０が接触部３の主面３ｂと対向すると共に、振動板６０が底面５ａ及び底面７ａと対向するように凹部５に配置されている。

凹部７は、振動部１が変形可能（振動可能）な空間を画定している。凹部７は、振動板６０の変形量が振動板６０の弾性限界に対応する変形量を超えない大きさに設定されている。すなわち、凹部７の寸法は、振動板６０を底面７ａに達するまで湾曲変形させても、振動板６０が塑性変形しないように設定されている。換言すると、対向部４の底面７ａは、振動板６０の塑性変形を阻止している。凹部７は、圧電素子１０に割れ等の破損が生じない大きさに設定されている。すなわち、凹部７の寸法は、振動板６０が底面７ａに達するまで圧電素子１０を湾曲変形させても、圧電素子１０が破損しないように設定されている。換言すると、対向部４の底面７ａは、圧電素子１０の破損を阻止している。

圧電素子１０は、振動板６０と接触部３の主面３ｂとの間に配置されている。第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０は、底面５ａと重ならないように、凹部７上に配置されている。すなわち、第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０は、底面５ａから離間している。配線部材５０は、圧電素子１０と主面３ｂとの間に配置されている。

振動部１は、第一方向Ｄ１から見て、底面５ａの第二方向Ｄ２及び第三方向Ｄ３での略中央に設けられている。振動部１の外縁、すなわち、振動板６０の外縁（四辺）は、底面５ａの外縁（四辺）から離間している。振動板６０の外縁部６０ｃ（具体的には、振動板６０の第三方向Ｄ３の両端部）は、底面５ａに支持されている。振動部１は、凹部７の第三方向Ｄ３の両側に配置された底面５ａに架け渡されている。第一方向Ｄ１から見て、底面５ａの第二方向Ｄ２の両端部は、振動部１から露出している。

底面５ａ上には、樹脂層６６が設けられている。樹脂層６６は、振動板６０の外縁部６０ｃ（具体的には、振動板６０の第三方向Ｄ３の両端部）を底面５ａに接合（接着）している。振動部１は、樹脂層６６により対向部４に固定されている。樹脂層６６は、樹脂（たとえば、エポキシ樹脂又はアクリル系樹脂）からなる。樹脂層６６は、導電性のフィラーを含んでおらず、電気絶縁性を有している。樹脂層６６は、樹脂層６１，６３，６５と同じ材料であってもよい。振動板６０の外縁部６０ｃは、樹脂層６６によらず底面５ａに溶着されていてもよい。

底面５ａ及び接触部３の主面３ｂの第一方向Ｄ１での間隔は、振動部１及び樹脂層６６の第一方向Ｄ１での長さ（最大長さ）の総和よりも短い。これにより、振動板６０が板バネとして機能し、圧電素子１０及び配線部材５０を主面３ｂに向けて付勢している。この結果、振動部１（具体的には、配線部材５０のベース５１）は主面３ｂに押し付けられている。

図９は、図１の振動デバイスの動作について説明するための図である。図９に示されるように、振動デバイス１００では、接触部３のうち、第一方向Ｄ１から見て接触領域Ｒと重なる部分は、主面４ｂに支持されていない。したがって、たとえば、対象物が接触領域Ｒに接触し、接触領域Ｒを対向部４に向かって押圧すると、接触部３が容易に湾曲変形する。接触部３の対向部４側には、振動部１が配置されている。このため、振動部１のうち、第一方向Ｄ１から見て接触領域Ｒと重なる部分が、接触部３により対向部４に向かって押圧される。上述のように、接触領域Ｒは、第一方向Ｄ１から見て凹部７と重なる領域である。このため、振動部１のうち、第一方向Ｄ１から見て接触領域Ｒと重なる部分は、底面５ａに支持されていない。したがって、接触部３の湾曲変形に伴って、振動部１が湾曲変形する。

振動部１では、振動板６０の外縁部６０ｃが底面５ａに支持されている。このため、接触部３の湾曲変形に伴って、振動板６０が湾曲変形する。圧電素子１０は、振動板６０に接合されている。このため、振動板６０の湾曲変形に伴って、圧電素子１０が湾曲変形する。これにより、圧電体層１７ｂ，１７ｃに変位が発生する。その結果、内部電極２１と内部電極１９，２３との間に電界が発生し、外部電極１３，１５、接続部材７０、及び配線部材５０の導体５３，５５を通して、制御部Ｃ（図１参照）に電流が流れる。このように、圧電素子１０は、接触部３の変位に伴い自らも変位するように配置されているので、圧電素子１０は、接触部３が対象物の接触により変位したことを検出して検出信号Ｓ１（図１参照）を制御部Ｃに与える。

制御部Ｃは、検出信号Ｓ１を受け取ると、たとえば、極性が異なる電圧を、導体５３，５５を通して、外部電極１３と外部電極１５とに印加する。これにより、内部電極２１と内部電極１９，２３との間で電界が発生する。圧電体層１７ｂにおける内部電極１９と内部電極２１とで挟まれた領域と、圧電体層１７ｃにおける内部電極２１と内部電極２３とで挟まれた領域とが、圧電的に活性な領域となり、これらの圧電的に活性な領域に変位が発生する。圧電素子１０は、外部電極１３，１５に交流電圧が印加されると、印加された交流電圧の周波数に応じて伸縮を繰り返す。圧電素子１０と振動板６０とは接合されている。したがって、振動板６０は、圧電素子１０における伸縮の繰り返しに応じて、圧電素子１０と一体に撓み振動を繰り返す。これにより接触部３が振動する。制御部Ｃは、このように、駆動信号Ｓ２（図１参照）を圧電素子１０に与えることにより、圧電素子１０を駆動させる。その結果、圧電素子１０が接触部３を振動させる。圧電素子１０の振動は接触部３を通じて、対象物に伝達される。これにより、使用者にクリック触感を与えることができる。

制御部Ｃは、少なくとも２つの駆動信号Ｓ２を与えて圧電素子１０を駆動するように構成されている。このため、従来の「カッチッ」という単純な１つのクリック触感ではなく、新しいクリック触感を使用者に与えることができる。駆動信号Ｓ２の周波数は、８０Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下である。駆動信号Ｓ２の間隔は、２０ｍｓ以上１５０ｍｓ以下であり、好ましくは、４０ｍｓ以上１００ｍｓ以下である。ここで、駆動信号Ｓ２の間隔とは、時間的に隣り合う２つの駆動信号Ｓ２の間隔であり、１つ目の駆動信号Ｓ２の出力終了時と２つ目の駆動信号Ｓ２の出力開始時との間において、出力がない期間の長さである。

駆動信号Ｓ２は、単一パルスからなってもよく、連続パルスからなってもよい。連続パルスには、パルスの間隔が１５ｍｓ以下の複数の単一パルスも含まれることとする。ここで、パルスの間隔とは、時間的に隣り合う２つの単一パルスの間隔であり、１つ目の単一パルスの出力終了時と２つ目の単一パルスの出力開始時との間において、出力がない期間の長さである。駆動信号Ｓ２は、互いに同一の信号波形を有していてもよいし、互いに異なる信号波形を有していてもよい。駆動信号Ｓ２の間隔は、一定値であってもよいし、一定値でなく変化してもよい。このように、駆動信号Ｓ２の数だけでなく、駆動信号Ｓ２の周波数、駆動信号Ｓ２の間隔、並びに、パルスの数、パルスの間隔、及びパルスの振幅等で規定される駆動信号Ｓ２の信号波形等を様々に変化させることで、複雑なクリック触感を使用者に与えることができる。

図１０（ａ）～図１０（ｂ）は、駆動信号の例を示す波形図である。各図における縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。各図における縦の一目盛は５Ｖである。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）における横の一目盛は２０ｍｓである。図１０（ｃ）、図１０（ｄ）及び図１０（ｅ）における横の一目盛は５０ｍｓである。

図１０（ａ）は、駆動信号の数が２つの例である。２つの駆動信号は互いに同一の信号波形を有している。各駆動信号は、周波数が２００Ｈｚの単一パルスからなっている。駆動信号の間隔は５０ｍｓである。この例では、「コツコツ」というクリック触感を使用者に与えることができる。

図１０（ｂ）は、駆動信号の数が３つの例である。３つの駆動信号は互いに同一の信号波形を有している。各駆動信号は、周波数が２００Ｈｚの単一パルスからなっている。駆動信号の間隔は、一定値であり、５０ｍｓである。この例では、「コツコツコツ」というクリック触感を使用者に与えることができる。

図１０（ｃ）は、駆動信号の数が２つの例である。２つの駆動信号は互いに同一の信号波形を有している。各駆動信号は、周波数が２００Ｈｚの５つの連続パルスからなっている。各パルスの振幅は一定値である。駆動信号の間隔は５０ｍｓである。この例では、「ジリジリ」というクリック触感を使用者に与えることができる。

図１０（ｄ）は、駆動信号の数が２つの例である。２つの駆動信号は互いに異なる信号波形を有している。１つ目の駆動信号は、周波数が２００Ｈｚの８つの連続パルスからなっている。パルスの振幅は、一定値ではなく、時間の経過に伴って徐々に減少して０に収束するように、変化している。２つ目の駆動信号は、周波数が１００Ｈｚの１２の連続パルスからなっている。パルスの振幅は、一定値ではなく、時間の経過に伴って徐々に減少して０に収束するように、変化している。各駆動信号の１つ目のパルスの振幅は互いに同一である。駆動信号の間隔は５０ｍｓである。この例では、「ボヨン」というクリック触感を使用者に与えることができる。

図１０（ｅ）は、駆動信号の数が４つの例である。４つの駆動信号は互いに同一の信号波形を有している。各駆動信号は、周波数が２００Ｈｚの５つの連続パルスからなっている。各パルスの振幅は一定値である。駆動信号の間隔は、一定値であり、５０ｍｓである。この例では、「ジリジリジリジリ」というクリック触感を使用者に与えることができる。

駆動信号Ｓ２と圧電素子１０の振動との関係を調べるために実施した実験について、以下に説明する。

図１１は、圧電素子の変位を測定する測定装置の構成を示す図である。図１１に示される測定装置２００は、レーザ変位計２０１を備える。レーザ変位計２０１は、制御部２０２と電気的に接続された圧電素子２０３の変位を測定する。圧電素子２０３は、図１に示される実施形態に係る圧電素子１０に対応する構成を有している。圧電素子２０３は、矩形状の振動板２０４の上面の略中央に配置されている。振動板２０４は、互いに対向する一対の辺部２０４ａ，２０４ｂで一対の金属棒２０５により支持されている。一対の金属棒２０５は、両面テープ２０６で振動板２０４の下面に固定されている。辺部２０４ａの上面には、コネクタ２０７が配置されている。圧電素子２０３は、ＦＰＣ２０８によってコネクタ２０７と接続されている。制御部２０２は、一対のケーブル２０９によってコネクタ２０７と接続されている。

測定装置２００を用い、制御部２０２により、互いに同一の信号波形を有する２つの駆動信号を出力させて、圧電素子２０３を駆動させ、圧電素子２０３の変位をレーザ変位計によって測定した。各駆動信号は、周波数２００Ｈｚの単一パルスからなるものとし、駆動信号の間隔は、５０ｍｓとした。

図１２は、駆動信号と圧電素子の振動との関係を示すグラフである。図１２の上図は、制御部２０２が出力した駆動信号を示すグラフである。縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。縦の一目盛は５Ｖであり、横の一目盛は２０ｍｓである。図１２の下図は、レーザ変位計２０１により測定した圧電素子２０３の振動を示すグラフである。縦軸は変位を示し、横軸は時間を示している。縦の一目盛は５０μｍであり、横の一目盛は２０ｍｓである。

図１２に示されるように、１つ目の駆動信号の出力終了時から、圧電素子２０３の振動が収束するまでに（すなわち、圧電素子２０３の変位が略０となるまでに）、約２０ｍｓかかることが分かった。つまり、駆動信号の間隔が２０ｍｓ未満の場合、各駆動信号に対応する圧電素子の振動が互いに連続してひとまとまりになってしまい、従来の単純なクリック触感との違いが認識できなくなるおそれがある。

続いて、振動デバイスを作成し、クリック触感の官能評価を実施した結果について、以下に説明する。振動デバイスは、制御部が実施形態に係る駆動信号Ｓ２（図１参照）以外の駆動信号も出力可能である以外は、実施形態に係る振動デバイス１００と同様の構成となるように作成した。官能評価は、３０人に対して実施した。

まず、制御部が１つの駆動信号で圧電素子を振動させた場合の従来のクリック触感と、制御部が２つの駆動信号で圧電素子を振動させた場合のクリック触感との違いを認識した人の数を、駆動信号の間隔を変化させながらカウントした。２つの駆動信号は、互いに同一の信号波形を有し、周波数２００Ｈｚの単一パルスからなるものとした。図１３は、従来のクリック触感との違いを認識した人の数と、駆動信号の間隔との関係を示すグラフである。図１３の関係を表１にも示す。図１３及び表１に示されるように、駆動信号の間隔が２０ｍｓ以上であれば、認識率は８割以上となることが分かった。認識率は、駆動信号の間隔が３０ｍｓ以上であれば９割以上となり、４０ｍｓ以上であれば１０割となることが分かった。

次に、制御部が互いに同一の信号波形を有する２つの駆動信号で圧電素子を振動させた場合に、各駆動信号に対応する圧電素子の振動が互いに独立したクリック触感を与えると感じた人の数を、駆動信号の間隔を変化させながらカウントした。図１４は、独立したクリック触感を与えると感じた人の数と、駆動信号の間隔との関係を示すグラフである。図１４の関係を表２にも示す。図１４及び表２に示されるように、駆動信号の間隔が１５０ｍｓ以下であれば、独立したクリック触感を与えると感じた人の割合を１／３以下に抑えられることが分かった。駆動信号の間隔が１００ｍｓ以下であれば、その割合は１／１０以下となり、５０ｍｓ以下であれば０となることが分かった。

振動デバイス１００では、上述のように、駆動信号Ｓ２の間隔が２０ｍｓ以上であることから、各駆動信号Ｓ２に対応する圧電素子１０の振動が互いに連続してひとまとまりになってしまうことを抑制し、従来のクリック触感との違いを使用者に認識させ易い。また、駆動信号Ｓ２の間隔が１５０ｍｓ以下であることから、各駆動信号Ｓ２に対応する圧電素子１０の振動が互いに独立したクリック触感を与えるだけになってしまうことを抑制できる。駆動信号Ｓ２の周波数は、８０Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下である。これにより、使用者は容易に振動を感じることができる。

振動デバイス１００では、圧電素子１０は、接触部３の変位に伴い変位するように設けられており、接触部３が対象物の接触により変位したことを検出して検出信号Ｓ１を制御部Ｃに与える。このように、圧電素子１０が対象物の接触を検出するので、検出部を別途設ける必要がない。

本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

振動デバイス１００は、接触部３に対象物が接触したことを検出して検出信号Ｓ１を制御部Ｃに与える検出部を、圧電素子１０の他に備えていてもよい。検出部は、たとえば、タッチセンサである。タッチセンサは、接触部３の主面３ａ上に配置されてもよい。タッチセンサは、たとえば、静電容量方式、抵抗膜方式、光学式である。この場合、制御部Ｃは、タッチセンサを含めた振動デバイス１００の全体を統括的に制御する構成であってもよい。

３…接触部、１０…圧電素子、Ｃ…制御部、１００…振動デバイス、Ｓ１…検出信号、Ｓ２…駆動信号。

Claims (5)

1. 対象物が接触する接触領域が押しボタンスイッチとして機能する接触部を振動させる圧電素子と、
   前記対象物が前記接触部に接触すると、少なくとも２つの駆動信号を与えて前記圧電素子を駆動する制御部と、を備え、
   前記駆動信号の周波数は、１００Ｈｚより高く４００Ｈｚ以下であり、
   前記駆動信号の間隔は、２０ｍｓ以上１５０ｍｓ以下であり、
   各前記駆動信号は、振幅が同一である単一パルスからなる、振動デバイス。
2. 対象物が接触する接触領域が押しボタンスイッチとして機能する接触部を振動させる圧電素子と、
   前記対象物が前記接触部に接触すると、少なくとも２つの駆動信号を与えて前記圧電素子を駆動する制御部と、を備え、
   前記駆動信号の周波数は、１００Ｈｚより高く４００Ｈｚ以下であり、
   前記駆動信号の間隔は、２０ｍｓ以上１５０ｍｓ以下であり、
   各前記駆動信号は、少なくとも１つ目のパルスの振幅が同一である連続パルスからなる、振動デバイス。
3. 前記駆動信号の間隔は、４０ｍｓ以上１００ｍｓ以下である、請求項１又は２に記載の振動デバイス。
4. 前記圧電素子は、前記接触部の変位に伴い変位するように配置されており、前記接触部が前記対象物の接触により変位したことを検出して検出信号を前記制御部に与える、請求項１～３のいずれか一項に記載の振動デバイス。
5. 前記駆動信号の周波数は、２００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の振動デバイス。

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