WO2015198590A1 - 触感呈示装置 - Google Patents

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WO2015198590A1
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panel
displacement
actuator
piezoelectric element
tactile sensation
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English (en)
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Inventor
文章 中尾
隼 武田
Original Assignee
京セラ株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
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    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to a tactile sensation presentation apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a technique for presenting a realistic tactile sensation to a contact object such as a finger on a panel such as a touch panel.
  • the tactile sensation providing device disclosed in Patent Document 1 presents a pressing feeling of “pressed” to the operator by utilizing a squeeze film effect generated between the panel and the contact object by vibrating the panel in the thickness direction. Yes.
  • the conventionally known tactile sensation presentation apparatus vibrates the panel in the thickness direction, so there is room for improvement in terms of the apparatus configuration.
  • An object of the present invention is to provide an improved tactile display device.
  • a tactile sensation providing apparatus that achieves the above object is as follows.
  • the conversion unit may include a rotation member that rotates by the displacement of the actuator to slide the panel.
  • the conversion unit has a slope extending in a direction intersecting with a displacement direction of the actuator, a linearly moving member that linearly moves in the displacement direction of the actuator by the displacement of the actuator, and the slope according to the displacement of the linearly moving member. And a sliding member that slides the panel.
  • the tactile sensation providing apparatus may further include a pressurizing unit that applies the pressurization to the conversion unit and applies the pressurization to the actuator. .
  • the actuator includes a laminated piezoelectric element,
  • the laminated piezoelectric element may be arranged such that the displacement direction intersects the sliding direction of the panel in a plan view of the panel.
  • an improved tactile sensation providing apparatus can be provided.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a schematic configuration of a tactile sensation providing apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a top view which expands and shows schematic structure of the principal part of the tactile sense presentation apparatus of FIG. It is a figure for demonstrating the effect
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a schematic configuration of the tactile sensation providing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the tactile sensation providing device 10 may be realized as a dedicated device, for example, as an electronic device having other functions such as a mobile phone such as a smartphone, a portable music player, a notebook computer, a wristwatch, a tablet terminal, and a game machine. May be.
  • the tactile sensation providing apparatus 10 includes a housing 20 whose external shape is a substantially rectangular shape.
  • the housing 20 is made of metal, hard plastic, or the like.
  • a panel 30 is disposed inside the housing 20 on the surface plate 21 side, and a display unit 40 is held on the lower side of the panel 30 as shown in FIG. Yes.
  • the panel 30 includes a touch panel that detects contact, a cover panel that protects the display unit 40, and the like.
  • the panel 30 is formed, for example, in a rectangular shape from a synthetic resin such as glass or acrylic.
  • a contact object such as an operator's finger, pen, or stylus pen.
  • any known method such as a capacitance method, a resistance film method, a surface acoustic wave method (or an ultrasonic method), an infrared method, an electromagnetic induction method, or a load detection method can be used.
  • panel 30 is a touch panel.
  • the panel 30 may be configured integrally with the display unit 40.
  • the panel 30 is supported by the housing 20 so as to be slidable in the longitudinal direction.
  • the region excluding the peripheral portion of the surface 30 a is exposed from the opening 21 a formed in the surface plate 21 of the housing 20 over the slide range.
  • the display unit 40 is configured using, for example, a liquid crystal display, an organic EL display, an inorganic EL display, electronic paper, or the like.
  • the display unit 40 displays images (pages), input objects such as icons and push buttons in application software (hereinafter simply referred to as “applications”) such as browsers and electronic books.
  • applications application software
  • FIG. 2 is a plan view showing an enlarged schematic configuration of the main part shown by removing the surface plate 21 of the housing 20.
  • the casing 20 is provided with a guide member 22 that positions the long sides 30b and 30c of the panel 30 and guides the slide of the panel 30.
  • FIG. 2 shows an example in which a total of four guide members 22 are arranged at both ends of the long sides 30b and 30c of the panel 30, but the number of guide members 22 is not limited to four, but three or more on each long side or The structure which provides one elongate guide member may be sufficient.
  • the housing 20 is provided with an actuator 50 and a conversion unit 60 on one short side 30d side of the panel 30.
  • the actuator 50 constitutes a drive source for sliding the panel 30 and is constituted by using, for example, a piezoelectric element 51.
  • the piezoelectric element 51 is an element that expands or contracts or bends according to an electromechanical coupling coefficient of a constituent material by applying an electric signal (voltage). These elements are made of, for example, ceramic or quartz.
  • the piezoelectric element 51 may be a unimorph, bimorph, or multilayer piezoelectric element.
  • the laminated piezoelectric element includes a laminated bimorph element in which bimorphs are laminated, or a laminate of a plurality of dielectric layers made of PZT (lead zirconate titanate), for example, and an electrode layer disposed between the plurality of dielectric layers.
  • the piezoelectric element 51 is formed of a stack type stacked piezoelectric element.
  • the piezoelectric element 51 is disposed so that one end thereof is fixed to the inner wall of the housing 20 and extends substantially parallel to the short side 30 d of the panel 30. Therefore, the displacement direction of the piezoelectric element 51 and the sliding direction of the panel 30 intersect each other in plan view of the panel 30.
  • a pair of guide members 23 are arranged in the housing 20 so as to sandwich the piezoelectric element 51.
  • the conversion unit 60 is arranged to engage with the short side 30d of the panel 30 and the end surface of the other end of the piezoelectric element 51.
  • the conversion unit 60 slides the panel 30 by converting the displacement direction and the displacement amount into different displacement directions and different displacement amounts according to the displacement of the piezoelectric element 51.
  • the conversion unit 60 has a rotating member 61.
  • the rotating member 61 includes an engaging portion 61a that is rotatably engaged with the fixed shaft 62, an abutting portion 61b with which the piezoelectric element 51 abuts, and an abutting portion 61c with which the short side 30d of the panel 30 abuts.
  • the locking portion 61a is formed in a hook shape, and the contact portions 61b and 61c are formed in a protruding shape.
  • the pressurizing portion 70 is disposed on the other short side 30e side of the panel 30.
  • the pressurizing unit 70 urges the panel 30 in the right direction so that the short side 30 d of the panel 30 is abutted by applying pressure to the abutting part 61 c of the rotating member 61 and rotates.
  • the contact portion 61b of the member 61 is brought into contact with the piezoelectric element 51 by applying a pressure.
  • the pressurizing unit 70 is made of an elastic body such as a buffer material, a spring, or rubber.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the conversion unit 60.
  • the fulcrum indicates the fixed shaft 62 with which the locking portion 61 a of the rotating member 61 is engaged
  • the force point indicates the abutting portion 61 b of the rotating member 61 with which the piezoelectric element 51 abuts
  • the operating point is the panel 30.
  • the abutting part 61c with which the short side 30d abuts is shown.
  • the input displacement amount input to the force point by the displacement of the piezoelectric element 51 is S
  • the throwing input is T
  • the displacement amount acting on the action point is D
  • the generated force is F
  • the distance from the fulcrum to the action point is L2
  • the displacement amount D and the generated force F can be approximated by the following equations (1) and (2).
  • L1 and L2 are sufficiently larger than S and D, respectively.
  • D S ⁇ L2 / L1
  • F T ⁇ L1 / L2
  • the laminated piezoelectric element 51 has a large throwing input T but a small throwing displacement amount S.
  • the sliding amount of the panel 30 that can present a tactile sensation, that is, the displacement amount D is larger than the closing displacement amount S, and the sliding force, that is, the generated force F is smaller than the throwing input T. Therefore, it is possible to use a readily available stacked piezoelectric element 51.
  • the angle formed between the displacement direction of the piezoelectric element 51 and the sliding direction of the panel 30, that is, the conversion angle of the displacement direction of the piezoelectric element 51 is not limited to 90 degrees and can be arbitrarily set. Therefore, it can be configured easily.
  • the rotating member 61 shown in FIG. 4A has a locking portion 61a formed in a hook shape and contact portions 61b and 61c formed on both fan-shaped side surfaces.
  • the rotating member 61 shown in FIG. 4B has a fan-shaped polygonal shape as a whole, and a locking portion 61a having an opening larger in diameter than the fixed shaft 62 is formed at the fan-shaped apex portion.
  • the contact parts 61b and 61c are formed.
  • the rotating member 61 shown in FIG. 4C has an L shape as a whole, an L-shaped inner corner portion forms a locking portion 61a, and contact portions 61b and 61c are formed on the outer surface.
  • L1: L2 that is, D: S and T: F are set. It can be kept almost constant. Therefore, the panel 30 can be stably slid over a long period of time under the initial conditions without being affected by wear.
  • the tactile sensation providing apparatus 10 detects contact or pressing of the panel 30 with a contact object such as an operator's finger, pen or stylus pen, and displaces the piezoelectric element 51. As a result, the panel 30 is slid to feed back the tactile sensation to the operator.
  • a contact object such as an operator's finger, pen or stylus pen
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing a circuit configuration of a main part of the tactile sensation providing apparatus 10 of FIG.
  • the tactile sensation providing apparatus 10 includes a control unit 70, a storage unit 71, a piezoelectric element driving unit 72, the panel 30, the display unit 40, and the piezoelectric element 51 described above.
  • the control unit 70 is a processor that controls and manages the entire apparatus including the functional blocks of the tactile sensation providing apparatus 10.
  • the control unit 70 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that executes a program that defines a control procedure.
  • a program is stored, for example, in the storage unit 71 or an external storage medium.
  • the storage unit 71 is composed of a semiconductor memory or the like, and stores various information and programs for operating the tactile sensation providing apparatus 10 and also functions as a work memory.
  • the piezoelectric element driving unit 72 generates an electrical signal to be applied to the piezoelectric element 51 based on a control signal from the control unit 70 and applies the electrical signal to the piezoelectric element 51.
  • the display unit 40 displays an image (page) in the application, an input object such as an icon or a push button, and the like under the control of the control unit 70.
  • the panel 30 detects contact by an object with respect to the object displayed on the display unit 40.
  • the output of the panel 30 is supplied to the control unit 70, and the position of contact of the contact object with the panel 30 is detected.
  • the piezoelectric element driving unit 72 drives the piezoelectric element 51 with a predetermined driving pattern.
  • the control unit 70 may drive the piezoelectric element 51 by detecting contact with the panel 30 and further detecting that the pressing load on the panel 30 by the contact object has reached a predetermined value.
  • the pressing load on the panel 30 can be detected based on, for example, the output of the panel 30, or can be detected by attaching a load sensor such as a piezoelectric element or a strain sensor to the panel 30.
  • a load sensor such as a piezoelectric element or a strain sensor
  • the drive pattern of the piezoelectric element 51 can be stored in the storage unit 71 in accordance with, for example, an input object in which contact with a contact object is detected. For example, when presenting a tactile sensation when a push button is pressed, a driving pattern in which a panel 30 is slid back and forth by applying a pulse-like driving voltage of a half cycle of a predetermined frequency to the piezoelectric element 51 can be obtained. In addition, a driving pattern in which a plurality of cycles of a predetermined frequency of driving voltage is applied to the piezoelectric element 51 in accordance with the input object, and the panel 30 is slid back and forth a plurality of times.
  • the panel 30 is slid to present a tactile sensation. Therefore, compared with the case where the panel 30 is displaced in the thickness direction, for example, the dimensional constraint in the thickness direction of the apparatus Is improved. Moreover, since the conversion part 60 has the rotation member 61, as demonstrated in FIG. 3, it becomes possible to comprise simply using the laminated piezoelectric element 51 which can be obtained easily. In addition, since it is not necessary to hold the rotating member 61 tightly on the fixed shaft 62, the degree of freedom of the shape of the rotating member 61 can be improved, the assemblability of the conversion unit 60 can be improved, and the rotating member 61 and the fixed shaft 62 can be improved. The panel 30 can be stably slid over a long period of time under the initial conditions without being affected by the wear of the engaging portion.
  • the pressurizing unit 70 causes the panel 30 to abut on the abutting part 61 c of the rotating member 61 and the abutting part 61 b of the rotating member 61 abuts on the piezoelectric element 51, the panel 30 Can be smoothly slid by the piezoelectric element 51.
  • the piezoelectric element 51 is arranged along the short side of the panel 30, that is, in a plan view of the panel 30, so that the displacement direction of the piezoelectric element 51 intersects the sliding direction of the panel 30. The size of the device in the side direction can be reduced, and the size can be reduced.
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of the main part of the tactile sensation providing apparatus according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG.
  • the tactile sensation providing apparatus 11 according to the present embodiment is different from the tactile sensation providing apparatus 10 according to the first embodiment in the configuration of the conversion unit 60.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different portions will be described.
  • the conversion unit 60 includes a linear moving member 63 and a sliding member 64.
  • the linear moving member 63 has a wedge shape having a slope 63 a extending in a direction intersecting the displacement direction of the piezoelectric element 51, a side 63 b coupled to the piezoelectric element 51, and a side 63 c sliding on the inner wall of the housing 20. Consists of.
  • the sliding member 64 is provided in the housing 20 by extending on the sliding surface 64 a that slides on the slope 63 a of the linearly moving member 63, the side 64 b that is coupled to the short side 30 d of the panel 30, and the long side direction of the panel 30.
  • the guide member 24 has a triangular shape having a side 64c that slides.
  • the linear moving member 63 is also guided by the housing 20 and displaced upward integrally with the piezoelectric element 51.
  • the sliding member 64 slides on the slope 63a of the linear movement member 63 along with the displacement, and linearly moves along the guide member 24 in the left direction in FIG.
  • the displacement direction by the piezoelectric element 51 is converted to approximately 90 degrees by the conversion member 60 and transmitted to the panel 30, and the panel 30 slides leftward against the pressurization of the pressurization unit 70.
  • FIG. 7A is an enlarged view of the conversion unit 60
  • FIG. 7B is an enlarged view of the linearly moving member 63
  • FIG. 7C is an enlarged view of the sliding member 64.
  • the displacement applied to the force point of the linear moving member 63 due to the displacement of the piezoelectric element 51 is S
  • the throwing input is T
  • the amount is D
  • the generated force is F
  • the angle formed by the inclined surface 63a with respect to the displacement direction of the linear moving member 63 is ⁇ .
  • the displacement amount D is expressed by the following expression (3).
  • D S ⁇ tan ⁇ (3)
  • the frictional force between the linear movement member 63 and the casing 20 serving as a guide is P1
  • the friction coefficient is ⁇ 1
  • the frictional force between the linear movement member 63 and the sliding member 64 is P2
  • the friction coefficient is ⁇ 2, and sliding.
  • the frictional force between the member 64 and the guide member 24 is P3
  • the friction coefficient is ⁇ 3
  • the throwing force and the generated force considering the friction are T ′ and F ′, respectively.
  • the frictional forces P1 and P2 act on the linear moving member 63 as shown in FIG. 7B.
  • N ′ is a combined force of the throwing force T ′ acting in the normal direction of the slope 63a and the generated force F ′.
  • P1 ⁇ 1 ⁇ F ′
  • frictional forces P2 and P3 act on the sliding member 64 as shown in FIG. 7C. These frictional forces P2 and P3 are expressed by the following equations.
  • the conversion angle of the displacement direction by the linear moving member 63 and the sliding member 64 is not limited to 90 °, and can be an arbitrary angle.
  • the actuator is not limited to a piezoelectric element, and may be configured using a magnetostrictive element, a shape memory alloy, or the like.
  • the conversion part 60 may be comprised as shown in FIG. 8 or FIG.
  • the slope 63a of the linear moving member 63 is formed into a curved surface
  • the sliding surface 64a of the sliding member 64 is formed into a curved surface according to the shape of the slope 63a. In this way, if the slope 63a of the linear moving member 63 is formed into a curved surface, the angle of the tangent line at the point of contact with the sliding member 64 changes with the displacement of the linear moving member 63, so the displacement amount D and the generated force F Can be made non-linear with respect to the input displacement.
  • the displacement of the sliding member 64 is small at the beginning of the throwing-in input T, but the frictional force P2 It is possible to reduce the load caused by the static friction and to increase the displacement of the sliding member 64 after the dynamic friction. Thereby, the panel 30 can be slid more smoothly.
  • the conversion unit 60 shown in FIG. 9 is between the linear movement member 63 and the casing 20 serving as a guide, between the linear movement member 63 and the sliding member 64, and between the sliding member 64 and the guide member 24.
  • Each includes a plurality of bearings 65.
  • the bearing 65 may be spherical or cylindrical. Thus, if the bearing 65 is loaded in each of the portions where the frictional forces P1, P2 and P3 are generated in the second embodiment, the frictional force can be reduced to almost zero. It becomes possible to slide 30 more smoothly.

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Abstract

　パネル３０と、アクチュエータ５０と、パネル３０及びアクチュエータ５０に係合し、アクチュエータ５０の変位によりアクチュエータ５０の変位方向及び変位量を異なる変位方向及び異なる変位量に変換して、パネル３０をスライドさせる変換部６０と、を備える。

Description

触感呈示装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１４年６月２６日に日本国に特許出願された特願２０１４－１３１４７３の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本発明は、触感呈示装置に関するものである。
　例えば特許文献１には、タッチパネル等のパネル上で、指等の接触物に対してリアルな触感を呈示する技術が開示されている。特許文献１に開示の触感呈示装置は、パネルを厚さ方向に振動させることにより接触物との間に生じるスクイーズ膜効果を利用して、操作者に「押した」という押下感を呈示している。
特許第４８７５０５０号公報
　従来知られている触感提示装置は、パネルを厚さ方向に振動させることから、装置構成上、改善の余地がある。
　本発明の目的は、改善された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、
　アクチュエータと、
　前記パネル及び前記アクチュエータに係合し、前記アクチュエータの変位により当該アクチュエータの変位方向及び変位量を異なる変位方向及び異なる変位量に変換して、前記パネルをスライドさせる変換部と、
　を備えるものである。
　前記変換部は、前記アクチュエータの変位により回動して前記パネルをスライドさせる回動部材を備えるとよい。
　前記変換部は、前記アクチュエータの変位方向と交差して延在する斜面を有し、前記アクチュエータの変位により当該アクチュエータの変位方向に直線移動する直線移動部材と、該直線移動部材の変位により前記斜面を滑動して前記パネルをスライドさせる滑動部材と、を備えてもよい。
　本発明に係る触感呈示装置においては、前記パネルを前記変換部に与圧を加えて係合させるとともに、前記変換部を前記アクチュエータに与圧を加えて係合させる与圧部をさらに備えるとよい。
　前記アクチュエータは、積層型圧電素子を備え、
　前記積層型圧電素子は、変位方向が前記パネルの平面視において当該パネルのスライド方向と交差して配置されるとよい。
　本発明によれば、改善された触感呈示装置を提供することができる。
本発明の第１実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す外観斜視図である。 図１の触感呈示装置の要部の概略構成を拡大して示す平面図である。 図２の変換部の作用を説明するための図である。 図２の変換部の変形例を示す図である。 図２の変換部の変形例を示す図である。 図２の変換部の変形例を示す図である。 図１の触感呈示装置の要部の回路構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第２実施の形態に係る触感呈示装置の要部の概略構成を示す平面図である。 図６の変換部の作用を説明するための図である。 図６の変換部の作用を説明するための図である。 図６の変換部の作用を説明するための図である。 図６の変換部の変形例を示す図である。 図６の変換部の他の変形例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
（第１実施の形態）
　図１は、本発明の第１実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す外観斜視図である。触感呈示装置１０は、専用装置として実現されてもよく、例えば、スマートフォン等の携帯電話機、携帯型ミュージックプレイヤ、ノートパソコン、腕時計、タブレット端末、ゲーム機などの他の機能を有する電子機器として実現されてもよい。
　本実施の形態に係る触感呈示装置１０は、外観形状が概略長方形状を成す筐体２０を備える。筐体２０は、金属や硬質プラスチック等で形成される。筐体２０の内部には、表面板２１側にパネル３０が配置されており、パネル３０の下側に図１にパネル３０の一部を切り欠いて示すように、表示部４０が保持されている。
　パネル３０は、接触を検出するタッチパネル又は表示部４０を保護するカバーパネル等からなる。パネル３０は、例えばガラス又はアクリル等の合成樹脂により、例えば長方形状に形成される。パネル３０は、タッチパネルである場合、操作者の指、ペン又はスタイラスペン等の接触物による接触を検出する。タッチパネルの検出方式は、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式（又は超音波方式）、赤外線方式、電磁誘導方式又は荷重検出方式等の公知の任意の方式を用いることができる。本実施の形態では、説明の便宜上、パネル３０は、タッチパネルとする。この場合、パネル３０は表示部４０と一体的に構成される場合もある。
　パネル３０は、長手方向にスライド可能に筐体２０に支持される。パネル３０は、スライド範囲に亘って、表面３０ａの周辺部を除く領域が、筐体２０の表面板２１に形成された開口２１ａから露出する。パネル３０及び表示部４０が一体的に構成されている場合は、両者が一体的にスライド可能に支持される。
　表示部４０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、電子ペーパ等を用いて構成される。表示部４０は、ブラウザや電子ブック等のアプリケーションソフトウェア（以下、単に「アプリケーション」と記す）における画像（ページ）、アイコンや押しボタン等の入力用オブジェクト等を表示する。
　図２は、筐体２０の表面板２１を取り除いて示す要部の概略構成を拡大して示す平面図である。筐体２０には、パネル３０の長辺３０ｂ、３０ｃをそれぞれ位置決めして、パネル３０のスライドをガイドするガイド部材２２が配置されている。図２では、合計４つのガイド部材２２をパネル３０の長辺３０ｂ、３０ｃの両端部に配置した例を示しているが、ガイド部材２２は４つに限らず、各長辺に３つ以上又は一つの長尺のガイド部材を設ける構成であってもよい。
　筐体２０には、パネル３０の一方の短辺３０ｄ側に、アクチュエータ５０及び変換部６０が設けられる。アクチュエータ５０は、パネル３０をスライドさせるための駆動源を構成するもので、例えば圧電素子５１を用いて構成される。圧電素子５１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又は屈曲変位する素子である。これらの素子は、例えばセラミックや水晶からなるものが用いられる。圧電素子５１は、ユニモルフ、バイモルフ又は積層型圧電素子であってよい。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や、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スタックタイプのものがある。ユニモルフは電気信号が印加されると伸縮変位し、バイモルフは電気信号が印加されると屈曲変位し、スタックタイプの積層型圧電素子は電気信号が印加されると積層方向に沿って伸縮変位する。本実施の形態では、圧電素子５１がスタックタイプの積層型圧電素子からなる。
　圧電素子５１は、一端部が筐体２０の内壁に固定されて、パネル３０の短辺３０ｄとほぼ平行に延在して配置される。したがって、圧電素子５１の変位方向とパネル３０のスライド方向とは、パネル３０の平面視において交差している。圧電素子５１の変位をガイドするため、筐体２０には、圧電素子５１を挟むように一対のガイド部材２３が配置されている。
　変換部６０は、パネル３０の短辺３０ｄ及び圧電素子５１の他端部の端面に係合して配置される。変換部６０は、圧電素子５１の変位により、その変位方向及び変位量を異なる変位方向及び異なる変位量に変換してパネル３０をスライドさせる。本実施の形態において、変換部６０は回動部材６１を有する。回動部材６１は、固定軸６２に回動可能に係止される係止部６１ａと、圧電素子５１が当接する当接部６１ｂと、パネル３０の短辺３０ｄが当接する当接部６１ｃとを有し、係止部６１ａがフック状に形成され、当接部６１ｂ及び６１ｃが突状に形成されている。
　一方、パネル３０の他方の短辺３０ｅ側には、与圧部７０が配置されている。与圧部７０は、図２において、パネル３０を右方向に附勢して、パネル３０の短辺３０ｄを回動部材６１の当接部６１ｃに与圧を加えて当接させるとともに、回動部材６１の当接部６１ｂを圧電素子５１に与圧を加えて当接させる。与圧部７０は、例えば緩衝材、バネ、ゴム等の弾性体で構成される。
　図２において、圧電素子５１が上方に変位すると、回動部材６１は固定軸６２を支点として左回りに回動する。これにより、圧電素子５１による変位方向が、変換部材６０によりほぼ９０度変換されてパネル３０に伝達されて、パネル３０が与圧部７０の与圧に抗して左方向にスライドする。
　ここで、変換部６０の作用について、図３を参照して説明する。図３は、変換部６０の拡大図である。図３において、支点は回動部材６１の係止部６１ａが係合する固定軸６２を示し、力点は圧電素子５１が当接する回動部材６１の当接部６１ｂを示し、作用点はパネル３０の短辺３０ｄが当接する当接部６１ｃを示す。圧電素子５１の変位によって力点に投入される投入変位量をＳ、投入力をＴとし、作用点に作用する変位量をＤ、発生力をＦとし、支点となる固定軸６２から力点までの距離をＬ１、支点から作用点までの距離をＬ２とするとき、変位量Ｄ及び発生力Ｆは、下式（１）及び（２）のように近似できる。ただし、Ｌ１、Ｌ２は、それぞれＳ、Ｄよりも十分大きいものとする。
　Ｄ＝Ｓ×Ｌ２／Ｌ１　　　・・・（１）
　Ｆ＝Ｔ×Ｌ１／Ｌ２　　　・・・（２）
　上式（１）及び（２）から、力点や作用点の位置すなわち距離Ｌ１やＬ２を適切に設定することにより、触感を呈示できる十分な変位量Ｄ及び発生力Ｆを得ることが可能となる。一般に、積層型の圧電素子５１は、投入力Ｔは大きいが、投入変位量Ｓは小さい。これに対し、触感を呈示できるパネル３０のスライド量すなわち変位量Ｄは投入変位量Ｓに比べて大きく、スライドさせる力すなわち発生力Ｆは投入力Ｔに比べて小さい。したがって、容易に入手可能な積層型の圧電素子５１を用いることが可能となる。
　また、圧電素子５１の変位方向とパネル３０のスライド方向とのなす角度、すなわち圧電素子５１の変位方向の変換角度は、９０度に限らず任意に設定することができる。したがって、簡単に構成することが可能となる。
　一方、図３に示すように、回転部材６１には、力の発生体である圧電素子５１による抗力Ａ（＝Ｔ）と、移動対象物であるパネル３０による抗力Ｂ（＝Ｆ）と、抗力Ａ及び抗力Ｂをバランスさせるための抗力Ｃ（＝（Ｔ2＋Ｆ2）1/2）とが発生する。つまり、抗力Ａ及び抗力Ｂが常に発生するように、固定軸６２の位置を定めれば、３つの効力Ａ、Ｂ、Ｃのバランスにより回転部材６１の位置が定まる。したがって、回転部材６１を固定軸６２に緊密に保持させる必要がないので、回転部材６１を図３の形状に代えて、例えば図４Ａ～図４Ｃに示すような形状とするなど、回転部材６１の形状の自由度を向上できるとともに、変換部６０の組み立て性を向上できる。
　図４Ａに示す回転部材６１は、係止部６１ａがフック状に形成され、扇形状の両側面に当接部６１ｂ及び６１ｃが形成されるものである。図４Ｂに示す回転部材６１は、全体が扇形の多角形状からなり、扇形状の頂角部に固定軸６２よりも大径の開口からなる係止部６１ａが形成され、扇形状の両側面に当接部６１ｂ及び６１ｃが形成されるものである。図４Ｃに示す回転部材６１は、全体がＬ字形状からなり、Ｌ字形状の内角部が係止部６１ａを構成し、外側面に当接部６１ｂ及び６１ｃが形成されるものである。
　また、回転部材６１に抗力Ａ及び抗力Ｂが常に作用することにより、回転部材６１と固定軸６２との係合部に摩擦が発生しても、Ｌ１：Ｌ２すなわちＤ：Ｓ及びＴ：Ｆをほぼ一定に維持することができる。したがって、磨耗に影響されることなく、パネル３０を初期の条件で長期間に亘って安定してスライドさせることが可能となる。
　本実施の形態に係る触感呈示装置１０は、パネル３０への操作者の指、ペン又はスタイラスペン等の接触物による接触又は押下を検出して、圧電素子５１を変位させる。これにより、パネル３０をスライドさせて、操作者に触感をフィードバックする。
　図５は、図１の触感呈示装置１０の要部の回路構成を示す機能ブロック図である。触感呈示装置１０は、制御部７０と、記憶部７１と、圧電素子駆動部７２と、上述したパネル３０、表示部４０及び圧電素子５１とを有する。
　制御部７０は、触感呈示装置１０の各機能ブロックを含む装置全体を制御及び管理するプロセッサである。制御部７０は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成される。かかるプログラムは、例えば記憶部７１又は外部の記憶媒体等に格納される。
　記憶部７１は、半導体メモリ等で構成され、各種情報や触感呈示装置１０を動作させるためのプログラム等を記憶するとともに、ワークメモリとしても機能する。
　圧電素子駆動部７２は、制御部７０からの制御信号に基づいて圧電素子５１に印加する電気信号を生成して圧電素子５１に印加する。
　表示部４０は、制御部７０による制御のもとに、アプリケーションにおける画像（ページ）、アイコンや押しボタン等の入力用オブジェクト等を表示する。パネル３０は、表示部４０に表示されたオブジェクトに対する接触物による接触を検出する。パネル３０の出力は、制御部７０に供給されてパネル３０に対する接触物の接触の位置が検出される。
　制御部７０は、パネル３０の出力に基づいて表示部４０に表示された入力用オブジェクトに対する接触物による接触を検出すると、圧電素子駆動部７２により圧電素子５１を所定の駆動パターンで駆動する。制御部７０は、パネル３０への接触を検出し、さらに接触物によるパネル３０への押下荷重が所定値に達したのを検出して圧電素子５１を駆動してもよい。この場合、パネル３０への押下荷重は、例えばパネル３０の出力に基づいて検出することもできるし、パネル３０に圧電素子や歪みセンサ等の荷重センサを取り付けて検出することもできる。圧電素子５１の駆動により、パネル３０がスライドされて、操作者に入力用オブジェクトを操作した触感が呈示される。
　圧電素子５１の駆動パターンは、例えば接触物の接触が検出された入力用オブジェクトに応じて記憶部７１に記憶しておくことができる。例えば、押しボタンを押した触感を呈示する場合は、所定周波数の半サイクルのパルス状の駆動電圧を圧電素子５１に印加して、パネル３０を一往復スライドさせる駆動パターンとすることができる。その他、入力用オブジェクトに応じて、所定周波数の複数サイクルの駆動電圧を圧電素子５１に印加して、パネル３０を複数往復スライドさせる駆動パターンとすることもできる。
　本実施の形態に係る触感呈示装置１０によると、パネル３０をスライドさせて触感を呈示するので、パネル３０を厚さ方向に変位させる場合と比較して、例えば装置の厚さ方向の寸法の制約が改善される。また、変換部６０が回動部材６１を有するので、図３において説明したように、容易に入手可能な積層型の圧電素子５１を用いて簡単に構成することが可能となる。また、回転部材６１を固定軸６２に緊密に保持させる必要がないので、回転部材６１の形状の自由度を向上でき、変換部６０の組み立て性を向上できるとともに、回転部材６１と固定軸６２との係合部の磨耗に影響されることなく、パネル３０を初期の条件で長期間に亘って安定してスライドさせることが可能となる。
　また、与圧部７０により、パネル３０を回動部材６１の当接部６１ｃに当接させるとともに、回動部材６１の当接部６１ｂを圧電素子５１に当接させる構成としたので、パネル３０を圧電素子５１によってスムーズにスライドさせることが可能となる。また、圧電素子５１は、パネル３０の短辺に沿って、つまりパネル３０の平面視において、圧電素子５１の変位方向がパネル３０のスライド方向と交差して配置されているので、パネル３０の長辺方向の装置の寸法を小さくでき、小型化が可能となる。
（第２実施の形態）
　図６は、本発明の第２実施の形態に係る触感呈示装置の要部の概略構成を示す平面図であり、図２に対応する図である。本実施の形態に係る触感呈示装置１１は、第１実施の形態に係る触感呈示装置１０と変換部６０の構成が異なるものである。以下、第１実施の形態と同一構成要素には同一参照符号を付し、異なる部分について説明する。
　図６において、変換部６０は、直線移動部材６３と滑動部材６４とを備える。直線移動部材６３は、圧電素子５１の変位方向と交差する方向に延在する斜面６３ａと、圧電素子５１に結合される辺６３ｂと、筐体２０の内壁を滑動する辺６３ｃとを有するくさび形状からなる。滑動部材６４は、直線移動部材６３の斜面６３ａを滑動する滑動面６４ａと、パネル３０の短辺３０ｄに結合される辺６４ｂと、パネル３０の長辺方向に延在して筐体２０に設けられたガイド部材２４を滑動する辺６４ｃとを有する三角形状からなる。
　図６において、圧電素子５１が上方に変位すると、直線移動部材６３も筐体２０にガイドされて圧電素子５１と一体に上方に変位する。直線移動部材６３が上方に変位すると、その変位に伴って滑動部材６４が直線移動部材６３の斜面６３ａを滑動して、ガイド部材２４に沿って図６の左方向に直線移動する。これにより、圧電素子５１による変位方向が、変換部材６０によりほぼ９０度変換されてパネル３０に伝達されて、パネル３０が与圧部７０の与圧に抗して左方向にスライドする。
　ここで、変換部６０の作用について、図７Ａ～図７Ｃを参照して説明する。図７Ａは変換部６０の拡大図であり、図７Ｂは直線移動部材６３の拡大図であり、図７Ｃは滑動部材６４の拡大図である。図７Ａにおいて、圧電素子５１の変位によって直線移動部材６３の力点に投入される投入変位量をＳ、投入力をＴとし、直線移動部材６３の作用点から滑動部材６４（パネル３０）が受ける変位量をＤ、発生力をＦとし、直線移動部材６３の変位方向に対する斜面６３ａのなす角度をθとする。この場合、変位量Ｄは、下式（３）で表される。
　Ｄ＝Ｓ×tanθ　　　・・・（３）
　一方、直線移動部材６３とガイドとなる筐体２０との間の摩擦力をＰ１、摩擦係数をμ１、直線移動部材６３と滑動部材６４との間の摩擦力をＰ２、摩擦係数をμ２、滑動部材６４とガイド部材２４との間の摩擦力をＰ３、摩擦係数をμ３とし、摩擦を考慮した投入力及び発生力をそれぞれＴ´及びＦ´とする。この場合、直線移動部材６３には、図７Ｂに示すように摩擦力Ｐ１及びＰ２が作用する。これら摩擦力Ｐ１及びＰ２は、下式によって表される。なお、Ｎ´は、斜面６３ａの法線方向に作用する投入力Ｔ´と発生力Ｆ´との合成力である。
　Ｐ１＝μ１×Ｆ´
　Ｐ２＝μ２×Ｎ´＝μ２×Ｔ´／sinθ
　したがって、この場合の投入力Ｔは、下式（４）のようになる。
　Ｔ＝Ｔ´＋Ｐ１＋Ｐ２×cosθ
　　＝Ｔ´＋μ１×Ｆ´＋μ２×Ｔ´／sinθ×cosθ
　　＝Ｔ´＋μ１×Ｔ´×cotθ＋μ２×Ｔ´cotθ
　　＝Ｔ´×（１＋μ１cotθ＋μ２cotθ）　　　・・・（４）
　また、滑動部材６４には、図７Ｃに示すように摩擦力Ｐ２及びＰ３が作用する。これら摩擦力Ｐ２及びＰ３は、下式によって表される。
　Ｐ２＝μ２×Ｎ´＝μ２×Ｔ´／sinθ
　Ｐ３＝μ３×Ｔ´
　したがって、この場合の発生力Ｆは、下式（５）のようになる。
　Ｆ＝Ｆ´－Ｐ３－Ｐ２×sinθ
　　＝Ｔ´／tanθ－μ３×Ｔ´－μ２×Ｔ´
　　＝Ｔ´×（cotθ－μ２－μ３）　　　・・・（５）
　上式（４）及び（５）から、圧電素子５１による投入力Ｔによって、パネル３０に作用する発生力Ｆは、下式（６）で表される。
　Ｆ＝Ｔ×（cotθ－μ２－μ３）／（１＋μ１cotθ＋μ２cotθ）　　　・・・（６）
　なお、摩擦がない場合、Ｆ＝Ｔ×cotθとなる。また、摩擦係数が全て同一（μ）とすると、Ｆ＝Ｔ×（cotθ－２μ）／（１＋２μcotθ）となる。
　本実施の形態によると、上式（３）及び（６）から、直線移動部材６３の変位方向に対する斜面６３ａのなす角度θを適切に設定することにより、触感を呈示できる十分な変位量Ｄ及び発生力Ｆを得ることが可能となる。したがって、第１実施の形態の場合と同様に、容易に入手可能な積層型の圧電素子５１を用いることが可能となる。また、直線移動部材６３及び滑動部材６４がともに直線的に移動するので、より簡易に構成できる。その他の作用効果については、第１実施の形態と同様である。なお、直線移動部材６３及び滑動部材６４による変位方向の変換角度は、９０°の限らず、任意の角度とすることが可能である。
　なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、アクチュエータは、圧電素子に限らず、磁歪素子や形状記憶合金等を用いて構成されてもよい。また、第２実施の形態において、変換部６０は図８又は図９に示すように構成されてもよい。
　図８に示す変換部６０は、直線移動部材６３の斜面６３ａが曲面に形成され、斜面６３ａの形状に応じて滑動部材６４の滑動面６４ａが曲面に形成されたものである。このように、直線移動部材６３の斜面６３ａを曲面に形成すれば、直線移動部材６３の変位に伴って滑動部材６４と接する作用点における接線の角度が変化するので、変位量Ｄ及び発生力Ｆの変化を投入変位に対して非線形にできる。
　したがって、例えば、図８において直線移動部材６３の上部の角度θ´を図７Ａに示した角度θよりも小さくすることで、投入力Ｔの投入当初は滑動部材６４の変位は小さいが摩擦力Ｐ２の静止摩擦による負荷を低減させ、動摩擦以降後は滑動部材６４の変位を大きくすることができる。これにより、パネル３０をよりスムーズにスライドさせることが可能となる。
　図９に示す変換部６０は、直線移動部材６３とガイドとなる筐体２０との間、直線移動部材６３と滑動部材６４との間、及び、滑動部材６４とガイド部材２４との間に、それぞれ複数のベアリング６５を備える。ベアリング６５は、球状であってもよいし、円柱状であってもよい。このように、第２実施の形態において摩擦力Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が発生する部分にそれぞれベアリング６５を装填すれば、摩擦力をほぼゼロにすることができるので、より小さい投入力Ｔで、パネル３０をよりスムーズにスライドさせることが可能となる。
　１０，１１　触感呈示装置
　２０　筐体
　３０　パネル
　５０　アクチュエータ
　５１　（積層型）圧電素子
　６０　変換部
　６１　回動部材
　６２　固定軸
　６３　直線移動部材
　６３ａ　斜面
　６４　滑動部材
　６５　ベアリング
　７０　与圧部

Claims (5)

  1. 　パネルと、
    　アクチュエータと、
    　前記パネル及び前記アクチュエータに係合し、前記アクチュエータの変位により当該アクチュエータの変位方向及び変位量を異なる変位方向及び異なる変位量に変換して、前記パネルをスライドさせる変換部と、
    　を備える触感呈示装置。
  2. 　前記変換部は、前記アクチュエータの変位により回動して前記パネルをスライドさせる回動部材を備える、
    　請求項１に記載の触感呈示装置。
  3. 　前記変換部は、前記アクチュエータの変位方向と交差して延在する斜面を有し、前記アクチュエータの変位により当該アクチュエータの変位方向に直線移動する直線移動部材と、該直線移動部材の変位により前記斜面を滑動して前記パネルをスライドさせる滑動部材と、を備える、
    　請求項１に記載の触感呈示装置。
  4. 　前記パネルを前記変換部に与圧を加えて係合させるとともに、前記変換部を前記アクチュエータに与圧を加えて係合させる与圧部をさらに備える、
    　請求項１乃至３のいずれかに記載の触感呈示装置。
  5. 　前記アクチュエータは、積層型圧電素子を備え、
    　前記積層型圧電素子は、変位方向が前記パネルの平面視において当該パネルのスライド方向と交差して配置されている、
    　請求項１乃至４のいずれかに記載の触感呈示装置。
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