WO2019181407A1 - 圧電素子及び触覚呈示装置 - Google Patents

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conductive
upper electrode
piezoelectric
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柚樹 森
多佳朗 新家
治彦 橋本
隆浩 田中
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株式会社東海理化電機製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric element and a tactile sense presentation device.
  • a piezoelectric element including a sheet-like flexible pressure-sensitive body and first and second electrodes formed on both surfaces of the flexible pressure-sensitive body (for example, , See Patent Document 1).
  • This piezoelectric element is formed of a conductive paste in which a first electrode and a second electrode are applied to both surfaces of a flexible pressure sensitive body.
  • the first electrode and the second electrode formed of the conductive paste may break when the flexible pressure sensitive body breaks, and a high voltage is applied in the broken state. If this is done, a potential difference may occur in the fractured portion and spark discharge may occur.
  • An object of the present invention is to provide a piezoelectric element and a tactile presentation device that can suppress spark discharge.
  • a piezoelectric element includes: a lower electrode; a first conductive joint provided on the lower electrode; a piezoelectric body provided on the first conductive joint; A second conductive joint provided on the second conductive joint, and an upper electrode provided on the second conductive joint and having a lower surface that contacts at least the entire surface of the second conductive joint.
  • a tactile sense presentation device includes a lower electrode, a first conductive joint provided on the lower electrode, a piezoelectric body provided on the first conductive joint, and a piezoelectric body.
  • a second conductive joint provided, and a piezoelectric element comprising an upper electrode provided on the second conductive joint and having a lower surface in contact with at least the entire surface of the second conductive joint;
  • the piezoelectric element is driven to add vibration to the operation surface.
  • a control unit that presents a sense of touch.
  • FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating the piezoelectric element according to the first embodiment.
  • 1B is a cross-sectional view of the cross section taken along line I (b) -I (b) in FIG. 1A as viewed from the direction of the arrow.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of a principal part showing the piezoelectric element according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of a principal part showing a piezoelectric element according to a comparative example.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a main part showing a tactile sensation providing apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 3B is a block diagram illustrating a tactile sensation providing apparatus according to the second embodiment.
  • the piezoelectric element according to the embodiment includes a lower electrode, a first conductive joint provided on the lower electrode, a piezoelectric body provided on the first conductive joint, and a piezoelectric body. And a top electrode provided on the second conductive joint and having a lower surface that contacts at least the entire surface of the second conductive joint.
  • FIG. 1A is an explanatory view showing the piezoelectric element according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line I (b) -I (b) of FIG. It is. Note that, in each drawing according to the embodiment described below, the ratio between figures may be different from the actual ratio. In FIG. 3B, which will be described later, main signals and information flows are indicated by arrows. Furthermore, “A to B” indicating a numerical range is used in the meaning of A or more and B or less.
  • the piezoelectric element 1 includes a shim 10 as a lower electrode, a first conductive paste 12 as a first conductive joint provided on the shim 10, and A piezoelectric body 14 provided on the first conductive paste 12, a second conductive paste 16 as a second conductive joint provided on the piezoelectric body 14, and a second conductive paste 16 And an upper electrode 18 having a lower surface 18b provided on at least the entire surface 16a of the second conductive paste 16.
  • the piezoelectric element 1 of the present embodiment is a unimorph type piezoelectric element, but is not limited to this, and may be a bimorph type. Moreover, although the piezoelectric element 1 has circular shape as an example, it is not limited to this.
  • the piezoelectric element 1 detects a load applied to the operation surface in accordance with the operation, and adds a vibration to the operation surface by a voltage applied via the upper electrode 18 and the shim 10 (lower electrode) to sense the sense of touch. It is configured to present. Therefore, as an example, the piezoelectric element 1 generates a voltage of about 3 V between the shim 10 and the upper electrode 18 when detecting a load, and a voltage of about 300 to 400 V is generated between the shim 10 and the upper electrode when presenting vibration. 18 is applied.
  • the shim 10 has, for example, a disk shape as shown in FIG. 1A.
  • the shim 10 is formed using, for example, a conductive metal material such as aluminum, nickel, copper, or iron, an alloy material containing them, or an alloy material such as stainless steel.
  • the shim 10 may be formed using, for example, a conductive synthetic resin material.
  • the shim 10 has a thickness of 100 ⁇ m.
  • the shim 10 is electrically connected to the piezoelectric body 14 via the first conductive paste 12 and functions as a lower electrode.
  • an electric wire 24 is electrically connected to the shim 10 by solder 20.
  • the first conductive paste 12 and the second conductive paste 16 are formed by applying or printing a silver paste, a copper paste, a nickel paste, or the like, for example.
  • the first conductive paste 12 and the second conductive paste 16 have a thickness of 2 ⁇ m.
  • the first conductive paste 12 is formed so as not to protrude between the shim 10 and the piezoelectric body 14, that is, smaller than the lower surface 14 b of the piezoelectric body 14.
  • the second conductive paste 16 is formed smaller than the upper surface 14a of the piezoelectric body 14, for example, as shown in FIG. 1B.
  • the first conductive coupling portion and the second conductive coupling portion are not limited to the conductive paste.
  • the piezoelectric body 14 is configured, for example, so as to convert deformation due to an applied load into a voltage and to perform deformation with the supplied voltage.
  • the shim 10 has a function of amplifying vibration based on the deformation due to the voltage.
  • the piezoelectric body 14 has a disk shape having a radius smaller than that of the shim 10.
  • the piezoelectric body 14 has a thickness of 100 ⁇ m.
  • Examples of the material of the piezoelectric body 14 include lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate (PZT), lead metaniobate, and polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • the piezoelectric body 14 is, for example, a stacked piezoelectric body formed by stacking films formed using these materials.
  • the upper electrode 18 has a disk shape.
  • the upper electrode 18 is formed as a film of gold, platinum, copper, or the like, for example.
  • the upper electrode 18 of the present embodiment is formed as a copper foil.
  • an electric wire 22 is electrically connected to the upper surface 18 a of the upper electrode 18 via a solder 20.
  • the upper electrode 18 has a thickness of 12 ⁇ m.
  • the upper electrode 18 has a lower surface 18 b having the same shape as the surface 16 a of the second conductive paste 16. In other words, the upper electrode 18 has a shape that covers the surface 16 a of the second conductive paste 16. As a modification, the upper electrode 18 may have a shape in which the lower surface 18 b is larger than the surface 16 a of the second conductive paste 16.
  • FIG. 2A is a main part sectional view showing the piezoelectric element according to the first embodiment
  • FIG. 2B is a main part sectional view showing the piezoelectric element according to the comparative example.
  • the piezoelectric element 9 of the comparative example includes, for example, a shim 90, a first conductive paste 92, a piezoelectric body 94, and a second conductive paste 96 as shown in FIG. 2B. .
  • the piezoelectric element 9 has a second conductive paste 96 as an upper electrode. Note that the material and thickness of the shim 90 and the like of the piezoelectric element 9 of the comparative example are the same as those of the piezoelectric element 1 of the present embodiment.
  • the piezoelectric element 9 has a first conductive paste 92 and a second conductive paste 96 that are cracked by cracking of the piezoelectric body 94 due to impact or the like.
  • first region 97 and the second region 98 are separated from the crack 7a. It is assumed that the second region 98 side is connected to the electric wire.
  • the piezoelectric element 9 when a voltage of 300 V is applied to the piezoelectric element 9, the piezoelectric element 9 has a voltage of 0 V on the first region 97 side and a voltage of 300 V on the second region 98 side with the crack 7 a as a boundary. It becomes.
  • the piezoelectric element 9 of the comparative example since the potential difference between the first region 97 and the second region 98 is as large as 300 V, spark discharge is likely to occur in the crack 7a.
  • the piezoelectric body 14 is broken by an impact or the like, and the first conductive paste 12 and the second conductive paste 16 It is assumed that a crack 7 that reaches the point has occurred.
  • FIG. 2A it is assumed that the left side is the first region 30 and the right side is the second region 31 with the crack 7 as a boundary, and the second region 31 side is connected to the electric wire 22.
  • the upper electrode 18 is formed on the second conductive paste 16, even if the crack 7 occurs, the upper electrode 18 is not completely broken. If the first region 30 and the second region 31 are connected, the electrodes on the first region 30 side and the second region 31 side are both 300 V, and no potential difference occurs.
  • the piezoelectric element 1 according to the present embodiment can suppress spark discharge. Specifically, the piezoelectric element 1 has the first region with the crack 7 as a boundary if the piezoelectric body 14 is cracked and the crack 7 is generated in the second conductive paste 16 and the upper electrode 18 is partially connected. There is no potential difference between 30 and the second region 31. Therefore, the piezoelectric element 1 can suppress the potential difference in the crack 7 and suppress the spark discharge as compared with the case where this configuration is not adopted.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that a piezoelectric element is used in a haptic presentation device that performs load detection and haptic feedback by vibration.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a main part showing a tactile sensation presentation apparatus according to the second embodiment
  • FIG. 3B is a block diagram of the haptic presentation apparatus.
  • parts having the same functions and configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof is omitted.
  • the tactile sense presentation device 8 is connected to an electronic device, for example, and is configured to instruct the operation of a function assigned in advance of the electronic device based on the detected push operation. In addition, when the push operation is determined, the tactile presentation device 8 is configured to perform tactile feedback indicating that the push operation is accepted by the presentation of vibration.
  • the tactile sensation presentation device 8 is provided on the first conductive paste 12 and the first conductive paste 12 provided on the shim 10 and the shim 10, for example, as shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the tactile sensation presentation apparatus 8 acquires a load detected in accordance with an operation performed on the operation surface 82 from the piezoelectric element 1, and the acquired load is determined in advance.
  • the value is equal to or greater than the threshold value (load threshold value 850)
  • a control unit 85 that drives the piezoelectric element 1 to apply vibration to the operation surface 82 to present a tactile sense is provided.
  • the piezoelectric element 1 is disposed on a concave portion 800 of the base 80.
  • the recess 800 is provided so that the shim 10 of the piezoelectric element 1 is easily bent.
  • a pusher 84 is provided on the back surface 83 of the operation panel 81.
  • the pusher 84 is in contact with the upper electrode 18 of the piezoelectric element 1.
  • a load accompanying the push operation is applied via the pusher 84.
  • the piezoelectric element 1 outputs a detection voltage V corresponding to this load to the control unit 85.
  • the control unit 85 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs operations and processing on acquired data according to a stored program, a RAM (Random Access Memory) that is a semiconductor memory, a ROM (Read Only Memory), and the like. Microcomputer.
  • a program for operating the control unit 85 and a load threshold value 850 are stored.
  • the RAM is used as a storage area for temporarily storing calculation results and the like.
  • control unit 85 converts the detected voltage V acquired from the piezoelectric element 1 into a load, and determines that a push operation has been performed when the load is equal to or greater than the load threshold value 850.
  • the control unit 85 generates operation information S 2 indicating that the push operation has been performed and outputs the operation information S 2 to the electronic device, and also generates a drive signal S 1 for performing tactile feedback and outputs the drive signal S 1 to the piezoelectric element 1.
  • the tactile sensation presentation apparatus 8 presents vibration by driving the piezoelectric element 1 with a high voltage. For example, even when the piezoelectric body 14 is broken and a crack is generated in the second conductive paste 16 or the like, the tactile sense presenting device 8 suppresses the spark discharge by suppressing the potential difference near the crack by the upper electrode 18. Therefore, compared with the case where this configuration is not adopted, it is possible to stably perform the tactile feedback by detecting the load and presenting the vibration.

Abstract

圧電素子１は、シム１０と、シム１０上に設けられた第１の導電性ペースト１２と、第１の導電性ペースト１２上に設けられた圧電体１４と、圧電体１４上に設けられた第２の導電性ペースト１６と、第２の導電性ペースト１６上に設けられ、少なくとも第２の導電性ペースト１６の表面１６ａの全域と接触する下面１８ｂを有する上部電極１８と、を有する。

Description

圧電素子及び触覚呈示装置 関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年３月２２日に出願された日本国特許出願２０１８－０５４３９８号の優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１８－０５４３９８号の全内容を本出願に参照により援用する。
本発明は、圧電素子及び触覚呈示装置に関する。
従来の技術として、シート状の可撓性感圧体と、この可撓性感圧体の両面に形成された第１の電極及び第２の電極と、を備えた圧電素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この圧電素子は、第１の電極及び第２の電極が可撓性感圧体の両面に塗布された導電性ペーストによって形成されている。
特開２００８－１６００４５号公報
特許文献１に開示された圧電素子は、可撓性感圧体が割れると導電性ペーストで形成された第１の電極及び第２の電極が破断する場合があり、破断した状態で高電圧が印可されると、破断した部分に電位差が生じて火花放電が生じる可能性がある。
本発明の目的は、火花放電を抑制することができる圧電素子及び触覚呈示装置を提供することにある。
本発明の一実施形態による圧電素子は、下部電極と、下部電極上に設けられた第１の導電性接合部と、第１の導電性接合部上に設けられた圧電体と、圧電体上に設けられた第２の導電性接合部と、第２の導電性接合部上に設けられ、少なくとも第２の導電性接合部の表面の全域と接触する下面を有する上部電極と、を有する。
本発明の他の実施形態による触覚呈示装置は、下部電極、下部電極上に設けられた第１の導電性接合部、第１の導電性接合部上に設けられた圧電体、圧電体上に設けられた第２の導電性接合部、及び第２の導電性接合部上に設けられ、少なくとも第２の導電性接合部の表面の全域と接触する下面を有する上部電極を備えた圧電素子と、操作面になされた操作に伴って検出された荷重を圧電素子から取得する共に、取得した荷重が予め定められたしきい値以上である場合、圧電素子を駆動して操作面に振動を付加して触覚を呈示する制御部と、を有する。
本発明の一実施形態によれば、火花放電を抑制する圧電素子及び触覚呈示装置を提供することができる。
図１Ａは、第１の実施の形態に係る圧電素子を示す説明図である。 図１Ｂは、図１ＡのI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。 図２Ａは、第１の実施の形態に係る圧電素子を示す要部断面図である。 図２Ｂは、比較例に係る圧電素子を示す要部断面図である。 図３Ａは、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置を示す要部断面図である。 図３Ｂは、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図である。
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る圧電素子は、下部電極と、下部電極上に設けられた第１の導電性接合部と、第１の導電性接合部上に設けられた圧電体と、圧電体上に設けられた第２の導電性接合部と、第２の導電性接合部上に設けられ、少なくとも第２の導電性接合部の表面の全域と接触する下面を有する上部電極と、を有する。
この圧電素子は、圧電体が割れて第２の導電性接合部が破断しても上部電極が繋がっていれば破断した部分を境に電位差が生じないので、この構成を採用しない場合と比べて、破断した部分の電位差が抑制され、火花放電を抑制することができる。
[第１の実施の形態]
（圧電素子１の概要）
図１Ａは、第１の実施の形態に係る圧電素子を示す説明図であり、図１Ｂは、図１ＡのI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また後述する図３Ｂでは、主な信号や情報の流れを矢印で示している。さらに数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下の意味で用いるものとする。
圧電素子１は、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、下部電極としてのシム１０と、シム１０上に設けられた第１の導電性接合部としての第１の導電性ペースト１２と、第１の導電性ペースト１２上に設けられた圧電体１４と、圧電体１４上に設けられた第２の導電性接合部としての第２の導電性ペースト１６と、第２の導電性ペースト１６上に設けられ、少なくとも第２の導電性ペースト１６の表面１６ａの全域と接触する下面１８ｂを有する上部電極１８と、を有する。
なお本実施の形態の圧電素子１は、ユニモルフ型の圧電素子であるがこれに限定されず、バイモルフ型であっても良い。また圧電素子１は、一例として、円形状を有するがこれに限定されない。
圧電素子１は、操作に伴って操作面に付加された荷重を検出すると共に、上部電極１８とシム１０（下部電極）とを介して印加された電圧によって操作面に振動を付加して触覚を呈示するように構成されている。従って圧電素子１は、一例として、荷重の検出の際、３V程度の電圧がシム１０と上部電極１８との間に生じ、振動の呈示の際、３００～４００Ｖ程度の電圧がシム１０と上部電極１８との間に印加される。
（シム１０の構成）
シム１０は、例えば、図１Ａに示すように、円板形状を有している。このシム１０は、例えば、導電性を有するアルミニウム、ニッケル、銅、鉄などの金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレスなどの合金材料を用いて形成される。なおシム１０は、例えば、導電性を有する合成樹脂材料を用いて形成されても良い。このシム１０は、一例として、厚みが１００μｍである。
シム１０は、第１の導電性ペースト１２を介して圧電体１４と電気的に接続され、下部電極として機能している。このシム１０には、例えば、図１Ａに示すように、はんだ２０によって電線２４が電気的に接続されている。
（第１の導電性ペースト１２及び第２の導電性ペースト１６の構成）
第１の導電性ペースト１２及び第２の導電性ペースト１６は、例えば、銀ペースト、銅ペースト、ニッケルペーストなどを塗布や印刷することによって形成されている。この第１の導電性ペースト１２及び第２の導電性ペースト１６は、一例として、厚みが２μｍである。
第１の導電性ペースト１２は、例えば、図１Ｂに示すように、シム１０と圧電体１４との間からはみ出さないように、つまり圧電体１４の下面１４ｂより小さく形成される。同様に、第２の導電性ペースト１６は、例えば、図１Ｂに示すように、圧電体１４の上面１４ａより小さく形成される。
なお変形例として第１の導電性結合部及び第２の導電性結合部は、導電性ペーストに限定されず、例えば、シム１０と圧電体１４、圧電体１４と上部電極１８とを結合する導電性接着剤や導電性粘着剤などであっても良い。
（圧電体１４の構成）
圧電体１４は、例えば、付加された荷重による変形を電圧に変換すると共に、供給された電圧によって変形を行うように構成されている。シム１０は、この電圧による変形に基づく振動を増幅する機能を有する。この圧電体１４は、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、シム１０よりも半径が小さい円板形状を有している。この圧電体１４は、一例として、厚みが１００μｍである。
この圧電体１４の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが用いられる。圧電体１４は、例えば、これらの材料を用いて形成された膜を積層して形成された積層型の圧電体である。
（上部電極１８の構成）
上部電極１８は、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、円板形状を有している。この上部電極１８は、例えば、金、白金や銅などの膜として形成されている。本実施の形態の上部電極１８は、一例として、銅箔として形成されている。また上部電極１８の上面１８ａには、例えば、図１Ａに示すように、はんだ２０を介して電線２２が電気的に接続されている。この上部電極１８は、一例として、厚みが１２μｍである。
上部電極１８は、第２の導電性ペースト１６の表面１６ａと同形状となる下面１８ｂを有する。言い換えるなら上部電極１８は、第２の導電性ペースト１６の表面１６ａを覆う形状を有している。なお変形例として上部電極１８は、下面１８ｂが第２の導電性ペースト１６の表面１６ａより大きい形状を有していても良い。
（圧電体１４の破断について）
図２Ａは、第１の実施の形態に係る圧電素子を示す要部断面図であり、図２Ｂは、比較例に係る圧電素子を示す要部断面図である。
・比較例について
比較例の圧電素子９は、例えば、図２Ｂに示すように、シム９０と、第１の導電性ペースト９２と、圧電体９４と、第２の導電性ペースト９６と、を有する。圧電素子９は、第２の導電性ペースト９６が上部電極となっている。なお比較例の圧電素子９のシム９０などの材料や厚みは、本実施の形態の圧電素子１と同じであるものとする。
この圧電素子９は、例えば、図２Ｂに示すように、圧電体９４が衝撃などによって割れたことに伴って、第１の導電性ペースト９２及び第２の導電性ペースト９６が割れてクラック７ａが発生した場合、このクラック７ａを境に第１の領域９７及び第２の領域９８に分かれたとする。なお第２の領域９８側が電線と接続されているものとする。
例えば、圧電素子９に対して３００Ｖの電圧が印可された場合、圧電素子９は、クラック７ａを境に、第１の領域９７側の電圧が０Ｖとなり、第２の領域９８側の電圧が３００Ｖとなる。比較例の圧電素子９は、第１の領域９７と第２の領域９８の電位差が３００Ｖと非常に大きいので、クラック７ａにおいて火花放電が発生し易い。
・本実施の形態の圧電素子１について
比較例と同様に、例えば、図２Ａに示すように、圧電体１４が衝撃などによって割れて、第１の導電性ペースト１２及び第２の導電性ペースト１６に到達するクラック７が発生したとする。図２Ａでは、クラック７を境に左側を第１の領域３０、右側を第２の領域３１とし、第２の領域３１側が電線２２と接続されているものとする。
本実施の形態の圧電素子１は、第２の導電性ペースト１６の上に上部電極１８が形成されているので、クラック７が発生しても上部電極１８が完全に破断されない、つまり一部でも第１の領域３０と第２の領域３１が繋がっていれば、第１の領域３０側と第２の領域３１側の電極が共に３００Ｖとなって電位差が生じない。
従って本実施の形態の圧電素子１は、クラック７が生じても第１の領域３０及び第２の領域３１が繋がっていれば電位差が生じないので、火花放電が発生しない。
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る圧電素子１は、火花放電を抑制することができる。具体的には、圧電素子１は、圧電体１４が割れて第２の導電性ペースト１６にクラック７が生じても上部電極１８が一部でも繋がっていればクラック７を境に第１の領域３０と第２の領域３１に電位差が生じない。従って圧電素子１は、この構成を採用しない場合と比べて、クラック７における電位差が抑制され、火花放電を抑制することができる。
圧電素子１は、高電圧で駆動して振動の呈示を行う場合であっても、クラック７の発生による火花放電が抑制されるので、この構成を採用しない場合と比べて、荷重の検出と振動の呈示による触覚フィードバックとを安定して行うことができる。
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、荷重の検出と振動による触覚フィードバックとを行う触覚呈示装置に圧電素子を用いる点で第１の実施の形態と異なっている。
図３Ａは、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置を示す要部断面図であり、図３Ｂは、触覚呈示装置のブロック図である。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
この触覚呈示装置８は、例えば、電子機器に接続され、検出されたプッシュ操作に基づいて当該電子機器の予め割り当てられた機能の動作を指示するように構成されている。また触覚呈示装置８は、プッシュ操作が判定された場合、振動の呈示によってプッシュ操作が受け付けられたことを示す触覚フィードバックを行うように構成されている。
また触覚呈示装置８は、例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、シム１０、シム１０上に設けられた第１の導電性ペースト１２と、第１の導電性ペースト１２上に設けられた圧電体１４と、圧電体１４上に設けられた第２の導電性ペースト１６と、第２の導電性ペースト１６上に設けられ、少なくとも第２の導電性ペースト１６の表面１６ａの全域と接触する下面１８ｂを有する上部電極１８と、を有する圧電素子１を備えている。
また触覚呈示装置８は、例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、操作面８２になされた操作に伴って検出された荷重を圧電素子１から取得する共に、取得した荷重が予め定められたしきい値（荷重しきい値８５０）以上である場合、圧電素子１を駆動して操作面８２に振動を付加して触覚を呈示する制御部８５を備えている。
圧電素子１は、例えば、図３Ａに示すように、ベース８０の凹部８００上に配置されている。この凹部８００は、圧電素子１のシム１０が撓み易くなるように設けられている。
操作パネル８１の裏面８３には、例えば、図３Ａに示すように、押子８４が設けられている。この押子８４は、圧電素子１の上部電極１８と接触している。圧電素子１は、操作パネル８１にプッシュ操作が行われると、押子８４を介してプッシュ操作に伴う荷重が付加される。圧電素子１は、この荷重に応じた検出電圧Ｖを制御部８５に出力する。
制御部８５は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部８５が動作するためのプログラムと、荷重しきい値８５０と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。
制御部８５は、例えば、圧電素子１から取得した検出電圧Ｖを荷重に換算し、この荷重が荷重しきい値８５０以上であった場合、プッシュ操作がなされたと判定する。そして制御部８５は、プッシュ操作がなされたことを示す操作情報Ｓ２を生成して電子機器に出力すると共に、触覚フィードバックを行うための駆動信号Ｓ１を生成して圧電素子１に出力する。
（第２の実施の形態の効果）
この触覚呈示装置８は、圧電素子１を高電圧で駆動して振動の呈示を行う。触覚呈示装置８は、例えば、圧電体１４が破断して第２の導電性ペースト１６などにクラックが発生した場合であっても、上部電極１８によってクラック近傍の電位差が抑制されて火花放電が抑制されるので、この構成を採用しない場合と比べて、荷重の検出と振動の呈示による触覚フィードバックとを安定して行うことができる。
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 圧電素子
８ 触覚呈示装置
９ 圧電素子
１０ シム
１２ 第１の導電性ペースト
１４ 圧電体
１６ 第２の導電性ペースト
１８ 上部電極
１８ａ 上面
１８ｂ 下面
８０ ベース
８１ 操作パネル
８２ 操作面
８３ 裏面
８４ 押子
８５ 制御部
８００ 凹部
 

Claims (10)

  1. 下部電極と、
    前記下部電極上に設けられた第１の導電性接合部と、
    前記第１の導電性接合部上に設けられた圧電体と、
    前記圧電体上に設けられた第２の導電性接合部と、
    前記第２の導電性接合部上に設けられ、少なくとも前記第２の導電性接合部の表面の全域と接触する下面を有する上部電極と、
    を備えた圧電素子。
  2. 操作に伴って操作面に付加された荷重を検出すると共に、前記上部電極と前記下部電極とを介して印加された電圧によって前記操作面に振動を付加して触覚を呈示する、
    請求項１に記載の圧電素子。
  3. 前記圧電素子は、円形状を有し、
    前記下部電極及び前記上部電極は、円板形状を有する、
    請求項１又は２に記載の圧電素子。
  4. 前記上部電極は、前記下面が前記第２の導電性接合部の表面より大きい形状を有する、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電素子。
  5. 前記下部電極は、アルミニウム、ニッケル、銅、あるいは鉄を含む導電性を有する金属材料、当該金属材料を含有する合金材料、もしくはステンレスを含む合金材料、又は導電性を有する合成樹脂材料を用いて形成される、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電素子。
  6. 前記上部電極は、金、白金、あるいは銅を含む材料からなる、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電素子。
  7. 前記第１及び第２の導電性接合部は、塗布又は印刷によって形成された、銀ペースト、銅ペースト、あるいはニッケルペーストを含む導電性ペーストである、
    請求項１又は２に記載の圧電素子。
  8. 下部電極、前記下部電極上に設けられた第１の導電性接合部、前記第１の導電性接合部上に設けられた圧電体、前記圧電体上に設けられた第２の導電性接合部、及び前記第２の導電性接合部上に設けられ、少なくとも前記第２の導電性接合部の表面の全域と接触する下面を有する上部電極を備えた圧電素子と、
    操作面になされた操作に伴って検出された荷重を前記圧電素子から取得する共に、取得した荷重が予め定められたしきい値以上である場合、前記圧電素子を駆動して前記操作面に振動を付加して触覚を呈示する制御部と、
    を備えた触覚呈示装置。
  9. 前記圧電素子は、ベースの凹部上に配置され、
    前記凹部は、前記圧電素子の前記下部電極の撓みを許容する、
    請求項８に記載の触覚呈示装置。
  10. 前記圧電素子は、前記上部電極と操作面を含む操作パネルの裏面に設けられた押子が接触するように配置され、前記操作面に押圧操作がなされると、前記押子を介して押圧操作に伴う荷重を検出する、
    請求項８又は９に記載の触覚呈示装置。
     
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