WO2021177211A1 - 振動発生装置及び電子機器 - Google Patents

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vibration generator
vibrating body
piezoelectric actuator
irregularities
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文久 伊藤
幸弘 松井
浜田　浩
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太陽誘電株式会社
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    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/073—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives

Definitions

  • the present invention relates to a vibration generator and an electronic device related to tactile presentation by vibration.
  • Touch panels such as smartphones and car navigation systems use a technology (force feedback) that vibrates to notify that input has been made. Further, in recent years, not only notification but also tactile technology for expressing the feel of a displayed object and recognizing an operation position by giving various variations to the vibration of the panel has been studied.
  • a standing wave can be generated on the panel surface by attaching a piezoelectric actuator to the panel and generating vibration in the ultrasonic band.
  • the surface is touched with a finger or the like, the user can feel the tactile sensation.
  • the signal pattern it is possible to express various variations of tactile sensation.
  • Patent Document 1 proposes a method of generating a suppressed sound having a frequency higher than the generated sound to make the contact sound of the upper finger audibly felt smaller by the two-sound suppressing effect.
  • Patent Document 2 presents a method of reducing finger contact noise by roughening the surface roughness of the panel surface.
  • Patent Document 1 does not suppress the generation of contact sound itself. Further, in the technique described in Patent Document 2, the continuity of surface irregularities is not mentioned.
  • an object of the present invention is to provide a vibration generator and an electronic device capable of presenting a tactile sensation while preventing the generation of contact sound.
  • the vibration generator includes a vibrating body and a piezoelectric actuator.
  • the vibrating body has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface.
  • the piezoelectric actuator is joined to the second main surface.
  • a plurality of irregularities are formed at equal intervals on the first main surface.
  • the plurality of irregularities may have a depth of 0.01 mm or more and 0.1 mm or less and a width of 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the plurality of irregularities are formed by alternately forming a plurality of concave portions extending along a first direction parallel to the first main surface and a plurality of convex portions extending along the first direction. May be good.
  • the plurality of irregularities are further parallel to the first main surface and extend along a second direction different from the first direction, and extend along the second direction.
  • a plurality of convex portions may be formed alternately.
  • the plurality of irregularities may have a sinusoidal cross-sectional shape on a plane perpendicular to the first direction.
  • the vibrating body may be made of glass or a resin material having a flexural modulus of 3.0 GPa or more.
  • the vibrating body is composed of a base material and a film attached to the surface of the base material.
  • the unevenness may be formed on the surface of the film.
  • the vibrating body may have light transmission.
  • the electronic device includes a vibration generator.
  • the vibration generator includes a vibrating body having one main surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a piezoelectric actuator joined to the second main surface. On the first main surface, a plurality of irregularities are formed at equal intervals.
  • the vibration generator includes a vibrating body, a piezoelectric actuator, and a driving device.
  • the vibrating body has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface.
  • the piezoelectric actuator is joined to the second main surface.
  • the drive device supplies the piezoelectric actuator with a drive signal having a frequency of 60 kHz or higher.
  • the vibration of 1/4 frequency which causes the contact sound between the finger and the vibrating body, becomes the vibration of 15 kHz or more and exceeds the human audible band, so that it is possible to prevent the generation of the contact sound.
  • the vibrating body may be made of glass or a resin material having a flexural modulus of 3.0 GPa or less.
  • the electronic device includes a vibration generator.
  • the vibration generator includes a vibrating body having a first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, a piezoelectric actuator joined to the second main surface, and the above.
  • the piezoelectric actuator is provided with a drive device that supplies a drive signal having a frequency of 60 kHz or higher.
  • the vibration generator may further include a drive device that supplies a drive signal having a frequency of 60 kHz or more to the piezoelectric actuator.
  • the vibration generator according to the embodiment of the present invention will be described.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are three directions orthogonal to each other.
  • FIG. 1 is a schematic view of the vibration generator 100 according to the present embodiment.
  • the vibration generator 100 includes a vibrating body 101, a piezoelectric actuator 102, and a driving device 103.
  • FIG. 2 is a perspective view of the vibration generator 100
  • FIG. 3 is a side view of the vibration generator 100. Note that the drive device 103 is not shown in FIGS. 2 and 3.
  • the vibrating body 101 presents a tactile sensation to the user who touches the vibrating body 101.
  • the vibrating body 101 can be a plate-shaped member made of glass or a resin material, for example, a liquid crystal panel, a housing of an electronic device, or the like.
  • a resin material having a flexural modulus of 3.0 GPa or more is suitable.
  • the shape and size of the vibrating body 101 are not particularly limited. As shown in FIGS. 2 and 3, one main surface of the vibrating body 101 is designated as the first main surface 101a, and the main surface opposite to the first main surface 101a is designated as the second main surface.
  • the first main surface 101a is formed with irregularities, which will be described later.
  • the piezoelectric actuator 102 is joined to the second main surface 101b of the vibrating body 101 to generate vibration.
  • the piezoelectric actuator 102 includes a positive electrode, a negative electrode, and a piezoelectric material layer, and when a voltage is applied between the positive electrode and the negative electrode, the piezoelectric material layer is deformed by the inverse piezoelectric effect, and vibration is generated.
  • FIG. 1 shows a positive electrode terminal 102a connected to a positive electrode and a negative electrode terminal 102b connected to a negative electrode.
  • the positive electrode wiring 104 is connected to the positive electrode terminal 102a, and the negative electrode wiring 105 is connected to the negative electrode terminal 102b. As shown in FIG. 1, the positive electrode wiring 104 and the negative electrode wiring 105 are connected to the drive device 103, and when a drive signal is supplied from the drive device 103, the piezoelectric actuator 102 vibrates.
  • the piezoelectric actuator 102 may have a laminated structure in which positive electrodes and negative electrodes are alternately laminated via a piezoelectric material layer, or may have another structure.
  • the piezoelectric actuator 102 can be joined to the second main surface 101b with an epoxy resin or the like. Further, two or more piezoelectric actuators 102 may be joined to the second main surface.
  • the vibration generator 100 the user's finger F is used in contact with the first main surface 101a.
  • the piezoelectric actuator 102 joined to the second main surface 101b generates vibration, so that the user can sense the tactile sensation of the finger F.
  • the drive device 103 is, for example, an amplifier, which is connected to the piezoelectric actuator 102 via the positive electrode wiring 104 and the negative electrode wiring 105, and supplies a drive signal to the piezoelectric actuator 102.
  • the frequency of the drive signal is not particularly limited, but 60 kHz or higher is preferable.
  • FIG. 4 is a perspective view of the vibrating body 101, showing the unevenness 101c formed on the first main surface 101a. In addition, in FIGS. 1 to 3, the unevenness 101c is not shown.
  • FIG. 5 is a plan view showing the first main surface 101a.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the vibrating body 101, and is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIGS. 4 and 5.
  • the first main surface 101a is provided with a plurality of concave portions 101d and a plurality of convex portions 101e.
  • Each recess 101d extends along one direction (X direction) parallel to the first main surface 101a when viewed from a direction perpendicular to the first main surface 101a (Z direction), and each convex portion 101e extends along a direction (X direction) parallel to the first main surface 101a. Stretches along the stretching direction (X direction).
  • the unevenness 101c can have a sinusoidal cross-sectional shape on a plane (YZ plane) perpendicular to the stretching direction of the concave portion 101d and the convex portion 101e.
  • the distance between the concave portion 101d and the convex portion 101e is equal over the entire unevenness, and as shown in FIG. 6, the convex portion 101e in the direction (Y direction) perpendicular to the extending direction (X direction) of the concave portion 101d and the convex portion 101e.
  • the width W is preferably 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the depth D is preferably 0.01 mm or more and 0.1 mm or less.
  • the depth direction (Z direction) of the unevenness 101c is magnified 10 times.
  • FIG. 7 is a graph showing the sound pressure characteristics of a vibrating body having no unevenness
  • FIG. 8 is a graph showing the amount of vibration displacement of the vibrating body when a finger comes into contact with the vibrating body.
  • FIG. 9 is a graph showing the sound pressure characteristics of the vibrating body 100 provided with the unevenness 101c according to the present embodiment
  • FIG. 10 shows the vibration displacement of the vibrating body when the finger F comes into contact with the vibrating body. It is a graph which shows the quantity.
  • the peak of the 1/4 frequency can be eliminated, and the contact sound can be reduced. This is because the contact between the finger F touching the first main surface 101a and the first main surface 101a does not continue due to the provision of the unevenness 101c.
  • the concave portions 101d and the convex portions 101e are provided at regular intervals, and when the vibrating body 101 has light transmissivity, the light transmissiveness of the vibrating body 101 is not impaired. It is possible to form unevenness 101c. For example, when the surface of the vibrating body is roughened, the vibrating body becomes frosted glass and it is difficult to maintain the light transmission, but the vibrating body 101 can maintain the light transmission.
  • the width W is preferably 1 mm or more and 10 mm or less, but if the width W is less than 1 mm, the visibility via the vibrating body 101 is lowered, and if it exceeds 10 mm, the finger F has unevenness 101c. This is because there is a risk that they will not come into contact with each other.
  • the depth D is preferably 0.01 mm or more and 0.1 mm or less, but if the depth D is less than 0.01 mm, the effect of providing the unevenness 101c cannot be obtained, and if it exceeds 0.1 mm. This is because the unevenness 101c affects the tactile sensation even when there is no vibration.
  • the concave portion 101d and the convex portion 101e are parallel to the lateral direction (X direction) of the vibrating body 101, but the present invention is not limited to this.
  • 11 and 12 are plan views showing other configurations of the unevenness 101c.
  • the concave portion 101d and the convex portion 101e may be parallel to the longitudinal direction (Y direction) of the vibrating body 101.
  • the concave portion 101d and the convex portion 101e are not parallel to both the lateral direction (X direction) and the longitudinal direction (Y direction) of the vibrating body 101, but extend in the oblique direction. You may.
  • the unevenness 101c is not limited to the one having a sinusoidal cross-sectional shape.
  • 13 to 15 are cross-sectional views showing another configuration of the unevenness 101c.
  • the unevenness 101c can have a rectangular wave shape in the cross-sectional shape of the concave portion 101d and the convex portion 101e on a plane (YZ plane) perpendicular to the stretching direction.
  • the unevenness 101c can have a triangular wave shape in the cross-sectional shape of the concave portion 101d and the convex portion 101e on the plane perpendicular to the stretching direction (YZ plane).
  • the unevenness 101c may be formed by a groove extending in one direction.
  • the cross-sectional shape of the groove is not limited to a triangular shape as shown in FIG. 15, and may be a quadrangular shape, a semicircular shape, or the like.
  • FIG. 16 is a perspective view of the vibrating body 101 in which the concave portion 101d and the convex portion 101e extend in two directions
  • FIG. 17 is a plan view showing the first main surface 101a.
  • the cross-sectional views taken along the line BB shown in FIGS. 16 and 17 are the same as those in FIG.
  • the first main surface 101a is provided with a plurality of concave portions 101d and a plurality of convex portions 101e.
  • Each concave portion 101d extends along two directions (X direction and Y direction) parallel to the first main surface 101a when viewed from a direction perpendicular to the first main surface 101a (Z direction), and each convex portion 101e Stretches along the direction in which the recess 101d stretches (X direction and Y direction).
  • the unevenness 101c can have a sinusoidal cross-sectional shape on the planes (YZ plane and XX plane) perpendicular to the stretching direction of the concave portion 101d and the convex portion 101e. ..
  • the width W which is the distance between the peaks of the convex portion 101e in the Y direction, is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. Further, also in the X direction, the width W, which is the inter-peak distance of the convex portion 101e, is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. This is because if the width W is less than 1 mm, the visibility via the vibrating body 101 is lowered, and if it exceeds 10 mm, the finger F may not come into contact with the unevenness 101c.
  • the depth D which is the height difference between the concave portion 101d and the convex portion 101e in the thickness direction (Z direction) of the vibrating body 101, is preferably 0.01 mm or more and 0.1 mm or less. This is because if the depth D is less than 0.01 mm, the effect of providing the unevenness 101c cannot be obtained, and if it exceeds 0.1 mm, the unevenness 101c affects the tactile sensation even when there is no vibration. In FIG. 16, for convenience of illustration, the depth direction (Z direction) of the unevenness 101c is enlarged 10 times.
  • the concave portion 101d and the convex portion 101e form the unevenness 101c extending along the two directions (X direction and Y direction) parallel to the first main surface 101a, thereby forming the finger F and the first main surface. It is possible to further suppress the abnormal noise (contact sound) generated between 101a.
  • the peak of the 1/4 frequency can be eliminated as in the case where the unevenness 101c in one direction is provided (see FIGS. 9 and 10), and the contact sound. Can be reduced. Further, in the vibrating body 101, as described above, the concave portions 101d and the convex portions 101e are provided at regular intervals, and when the vibrating body 101 has light transmissivity, the light transmissiveness of the vibrating body 101 is not impaired. It is possible to form unevenness 101c.
  • the concave portion 101d and the convex portion 101e are parallel to the lateral direction (X direction) and the longitudinal direction (Y direction) of the vibrating body 101, but the present invention is not limited to this.
  • 18 and 19 are plan views showing other configurations of the unevenness 101c.
  • the concave portion 101d and the convex portion 101e may extend in an oblique direction rather than parallel to the lateral direction (X direction) and the longitudinal direction (Y direction) of the vibrating body 101.
  • the two directions in which the concave portion 101d and the convex portion 101e extend do not have to be orthogonal to each other.
  • the cross-sectional shape of the unevenness 101c is not limited to the sinusoidal shape, and may be a rectangular wave shape or a triangular wave shape as shown in FIGS. 13 and 14, and is formed by grooves as shown in FIG. It is also possible.
  • the cross-sectional shape of the groove is not limited to a triangular shape as shown in FIG. 15, and may be a quadrangular shape, a semicircular shape, or the like.
  • the vibrating body 101 is made of glass or a resin material and is provided with unevenness 101c, but the present invention is not limited to this.
  • a film made of glass or a resin material having a flexural modulus of 3.0 GPa or more and having a smooth surface and provided with unevenness 101c may be attached.
  • the vibration generator 100 it is also possible to prevent the generation of contact noise by the drive signal supplied to the piezoelectric actuator 102.
  • the first main surface 101a of the vibrating body 101 may be flat, or a plurality of irregularities may be formed at equal intervals as described above.
  • FIG. 20 is a graph showing the sound pressure characteristics of the vibrating body 101 when the finger F does not come into contact with the vibrating body 101 and when the finger F comes into contact with the vibrating body 101. As shown in the figure, when the finger F comes into contact with the vibrating body 101, peaks exist at 1/2 and 1/4 of the frequency of the drive signal, and the peak at the 1/4 frequency is heard as a contact sound.
  • FIG. 21 is a graph showing the amount of vibration displacement of the vibrating body 101 when the finger F comes into contact with the vibrating body 101. Similar to the sound pressure characteristic, in the vibration of the vibrating body 101, peaks exist at 1/2 and 1/4 of the frequency of the drive signal, and the vibrating body 101 vibrates at that frequency at the time of finger contact.
  • the drive device 103 when the drive device 103 generates a drive signal of 60 kHz or more as described above, the vibration of the 1/4 frequency generated in the vibrating body 101 becomes 15 kHz or more. Since vibrations of 15 kHz or higher are outside the human audible band, the contact sound cannot be heard.
  • the vibration generator 100 by supplying the drive vibration of 60 kHz or more to the piezoelectric actuator by the drive device 103, it is possible to present the tactile sensation to the user while preventing the generation of the contact sound.
  • the vibration generator 100 has the above configuration.
  • the vibration generator 100 can be mounted on various electronic devices such as smartphones and tactile function devices.
  • Vibration generator 101 Vibrating body 101a ... First main surface 101b ... Second main surface 101c ... Concavo-convex 101d ... Concave 101e ... Convex 102 ... Piezoelectric actuator 103 ... Drive device

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Abstract

【課題】接触音の発生を防止しながら、触覚を提示することが可能な振動発生装置及び電子機器を提供すること。 【解決手段】本発明に係る振動発生装置は、振動体と、圧電アクチュエータとを具備する。上記振動体は、第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する。上記圧電アクチュエータは、上記第２の主面に接合されている。上記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されている。

Description

振動発生装置及び電子機器
　本発明は、振動による触覚提示に係る振動発生装置及び電子機器及に関する。
　スマートフォンやカーナビゲーション等のタッチパネルでは、入力がなされたことを振動により通知する技術（フォースフィードバック）が用いられている。また、近年では通知だけではなく、パネルの振動にさまざまなバリエーションをもたせることで表示物の感触を表現したり、操作位置を認識させたりするような触覚技術が検討されている。
　触覚技術として、圧電アクチュエータをパネルへ貼り付け、超音波帯域の振動を生じさせることによりパネル表面に定在波を発生させることができる。その表面を指などで触れるとユーザは触感を感じることができる。そして信号パターンを変えることで、様々なバリエーションの触感を表現することができる。
　しかしながら、このような触感を発生させているパネル表面に指を触れる際、指とパネルの接触による異音（以下、接触音）が派生する場合がある。これに対し、特許文献１には、発生音に対し、その周波数より高い周波数の抑圧音を発生させることで、二音抑圧効果により聴感上指の接触音を小さく感じさせる方法が提案されている。また、特許文献２には、パネル表面の表面粗さを粗くすることで指の接触音を低減する方法が提示されている。
特開２０１８－１９４９６７号公報 特開２０１９－１６１１１号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術では、接触音の発生自体は抑制されていない。また、特許文献２に記載の技術では、表面の凹凸の連続性については言及されていない。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、接触音の発生を防止しながら、触覚を提示することが可能な振動発生装置及び電子機器を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る振動発生装置は、振動体と、圧電アクチュエータとを具備する。
　上記振動体は、第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する。
　上記圧電アクチュエータは、上記第２の主面に接合されている。
　上記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されている。
　この構成によれば、振動体の第１の主面に凹凸が等間隔で形成されていることにより、第１の主面に触れるユーザの指と第１の主面の接触が継続せず、ユーザの指に触覚を提示しながら接触音の発生を防止することが可能である。
　上記複数の凹凸は、深さが０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。
　上記複数の凹凸は、上記第１の主面に平行な第１の方向に沿って延伸する複数の凹部と、上記第１の方向に沿って延伸する複数の凸部が交互に形成されていてもよい。
　上記複数の凹凸はさらに、上記第１の主面に平行であって、上記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って延伸する複数の凹部と、上記第２の方向に沿って延伸する複数の凸部が交互に形成されていてもよい。
　上記複数の凹凸は、上記第１の方向に垂直な面での断面形状が正弦波形状を有するものであってもよい。
　上記振動体は、ガラス又は曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以上の樹脂材料からなるものであってもよい。
　上記振動体は、基材と、上記基材の表面に貼付されたフィルムからなり、
　上記凹凸は前記フィルムの表面に形成されていてもよい。
　上記振動体は光透過性を有するものであってもよい。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器は、振動発生装置を具備する。
　上記振動発生装置は、１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体と、上記第２の主面に接合された圧電アクチュエータとを具備し、上記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されている。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る振動発生装置は、振動体と、圧電アクチュエータと、駆動装置とを具備する。
　上記振動体は、第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する。
　上記圧電アクチュエータは、上記第２の主面に接合されている。
　上記駆動装置は上記圧電アクチュエータに、周波数が６０ｋＨｚ以上の駆動信号を供給する。
　この構成によれば、指と振動体の接触音の原因となる１／４周波数の振動が、１５ｋＨｚ以上の振動となり、人間の可聴帯域を超えるため、接触音の発生を防止することが可能である。
　上記振動体は、ガラス又は曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以下の樹脂材料からなるものであってもよい。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器は、振動発生装置を具備する。
　上記振動発生装置は、第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体と、上記第２の主面に接合された圧電アクチュエータと、上記圧電アクチュエータに、周波数が６０ｋＨｚ以上の駆動信号を供給する駆動装置とを備える。
　上記振動発生装置は、上記圧電アクチュエータに、周波数が６０ｋＨｚ以上の駆動信号を供給する駆動装置をさらに具備してもよい。
　以上のように本発明によれば、接触音の発生を防止しながら、触覚を提示することが可能な振動発生装置及び電子機器を提供することが可能である。
本発明の実施形態に係る振動発生装置の模式図である。 上記振動発生装置の斜視図である。 上記振動発生装置の側面図である。 上記振動発生装置が備える振動体の斜視図である。 上記振動体の平面図である。 上記振動体の側面図である。 比較例に係る振動体の音圧特性を示すグラフである。 比較例に係る振動体の振動変位量を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る振動発生装置が備える振動体の音圧特性を示すグラフである。 上記振動体の振動変位量を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の平面図である。 本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の平面図である。 本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の側面図である。 本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の側面図である。 本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の側面図である。 本発明の実施形態に係る、２方向に沿って凹凸が設けられた振動体の斜視図である。 上記振動体の平面図である。 本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の平面図である。 本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の平面図である。 本発明の実施形態に係る振動発生装置が備える振動体の音圧特性を示すグラフである。 上記振動体の振動変位量を示すグラフである。
　本発明の実施形態に係る振動発生装置について説明する。なお、以下の各図においてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を相互に直交する３方向とする。
　［振動発生装置の構成］
　図１は、本実施形態に係る振動発生装置１００の模式図である。同図に示すように、振動発生装置１００は、振動体１０１、圧電アクチュエータ１０２及び駆動装置１０３を備える。図２は振動発生装置１００の斜視図であり、図３は振動発生装置１００の側面図である。なお、図２及び図３では駆動装置１０３の図示は省略する。
　振動体１０１は、振動体１０１に触れるユーザに触覚を提示する。振動体１０１はガラス又は樹脂材料からなる板状の部材とすることができ、例えば、液晶パネルや電子機器の筐体等である。振動体１０１が樹脂材料からなる場合、曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以上の樹脂材料が好適である。振動体１０１の形状やサイズは特に限定されない。図２及び図３に示すように、振動体１０１の一方の主面を第１の主面１０１ａとし、第１の主面１０１ａの反対側の主面を第２の主面とする。第１の主面１０１ａには後述する凹凸が形成されている。
　圧電アクチュエータ１０２は、振動体１０１の第２の主面１０１ｂに接合され、振動を生じる。圧電アクチュエータ１０２は、正極、負極及び圧電材料層を備え、正極と負極の間に電圧を印加すると、逆圧電効果により圧電材料層に変形が生じ、振動が発生する。図１において、正極に接続された正極端子１０２ａと、負極に接続された負極端子１０２ｂを示す。
　正極端子１０２ａには正極配線１０４が接続され、負極端子１０２ｂには負極配線１０５が接続されている。図１に示すように正極配線１０４及び負極配線１０５は、駆動装置１０３に接続され、駆動装置１０３から駆動信号が供給されると圧電アクチュエータ１０２に振動が生じる。
　圧電アクチュエータ１０２は正極と負極を圧電材料層を介して交互に積層した積層構造を有するものであってもよく、他の構造を有するものであってもよい。圧電アクチュエータ１０２はエポキシ樹脂等によって第２の主面１０１ｂに接合されたものとすることができる。また、圧電アクチュエータ１０２は２つ以上が第２の主面に接合されてもよい。
　図３に示すように、振動発生装置１００では、ユーザの指Ｆが第１の主面１０１ａに接触して用いられる。この際、第２の主面１０１ｂに接合された圧電アクチュエータ１０２が振動を発生させることにより、ユーザは指Ｆに触感を感知することができる。
　駆動装置１０３は、例えばアンプであり、正極配線１０４及び負極配線１０５を介して圧電アクチュエータ１０２と接続され、圧電アクチュエータ１０２に駆動信号を供給する。駆動信号の周波数は特に限定されないが、６０ｋＨｚ以上が好適である。
　［振動体について］
　振動体１０１の第１の主面１０１ａには規則的な凹凸が形成されている。図４は、振動体１０１の斜視図であり、第１の主面１０１ａに形成された凹凸１０１ｃを示す図である。なお、図１乃至図３では凹凸１０１ｃは図示を省略している。図５は、第１の主面１０１ａを示す平面図である。図６は、振動体１０１の断面図であり、図４及び図５に示すＡ－Ａ線での断面図である。
　これらの図に示すように、第１の主面１０１ａには、複数の凹部１０１ｄと複数の凸部１０１ｅが設けられている。各凹部１０１ｄは、第１の主面１０１ａに垂直な方向（Ｚ方向）から見て第１の主面１０１ａに平行な一方向（Ｘ方向）に沿って延伸し、各凸部１０１ｅは凹部１０１ｄが延伸する方向（Ｘ方向）に沿って延伸する。
　第１の主面１０１ａにおいては複数の凹部１０１ｄと複数の凸部１０１ｅが交互に設けられ、凹凸１０１ｃが形成されている。図６に示すように凹凸１０１ｃは、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向に垂直な面（Ｙ－Ｚ平面）での断面形状が正弦波形状となるものとすることができる。
　凹部１０１ｄと凸部１０１ｅの間隔は凹凸の全体にわたって等間隔であり、図６に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）における凸部１０１ｅのピーク間の距離を幅Ｗとすると、幅Ｗは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。また、振動体１０１の厚み方向（Ｚ方向）における凹部１０１ｄと凸部１０１ｅの高低差を深さＤとすると、深さＤは０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好適である。なお、図４及び図６では、図示の便宜上、凹凸１０１ｃの深さ方向（Ｚ方向）を１０倍に拡大して図示している。
　このように、ユーザの指Ｆが触れる第1の主面１０１ａに凹凸１０１ｃを形成することにより、指Ｆと第１の主面１０１ａの間で発生する異音（接触音）を抑制することが可能となる。図７は、比較として、凹凸が設けられていない振動体の音圧特性を示すグラフであり、図８はこの振動体に指が接触した場合の振動体の振動変位量を示すグラフである。
　図７及び図８に示すように、振動体への指の接触時に、圧電アクチュエータへの入力周波数の１／２と１／４の周波数に振動のピークがあり、１／４周波数のピークが可聴域であるため、接触音として聞こえる。
　一方、図９は、本実施形態に係る、凹凸１０１ｃが設けられた振動体１００の音圧特性を示すグラフであり、図１０はこの振動体に指Ｆが接触した場合の振動体の振動変位量を示すグラフである。図９及び図１０に示すように、振動体１００では、１／４周波数のピークを消失させることができ、接触音を低減させることが可能である。これは、凹凸１０１ｃを設けることにより、第１の主面１０１ａに触れる指Ｆと第１の主面１０１ａの接触が継続しないことによるものである。
　さらに、振動体１０１では、上記のように、一定間隔で凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅを設けるものであり、振動体１０１が光透過性を有する場合、振動体１０１の光透過性を損なうことなく、凹凸１０１ｃを形成することが可能である。例えば、振動体表面を粗面化等する場合には、振動体は磨りガラス状となり、光透過性を維持することは困難であるが、振動体１０１では光透過性を維持することができる。
　ここで、上記のように幅Ｗは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適であるが、幅Ｗが１ｍｍ未満であると、振動体１０１を介した視認性が低下し、１０ｍｍを超えると指Ｆに凹凸１０１ｃが接触しないおそれがあるためである。また、深さＤは０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好適であるが、深さＤが０．０１ｍｍ未満であると凹凸１０１ｃを設けたことによる効果が得られず、０．１ｍｍを超えると、非振動時であっても凹凸１０１ｃにより触覚に影響が生じるためである。
　なお、上記説明では、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の短手方向（Ｘ方向）に平行としたが、これに限られない。図１１及び図１２は、凹凸１０１ｃの他の構成を示す平面図である。図１１に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の長手方向（Ｙ方向）に平行であってもよい。また、図１２に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の短手方向（Ｘ方項）及び長手方向（Ｙ方向）のどちらとも平行ではなく、斜め方向に延伸するものであってもよい。
　また、凹凸１０１ｃは断面形状が正弦波形状となるものに限られない。図１３乃至図１５は、凹凸１０１ｃの他の構成を示す断面図である。図１３に示すように、凹凸１０１ｃは、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向に垂直な面（Ｙ－Ｚ平面）での断面形状が矩形波形状となるものとすることができる。
　また、図１４に示すように、凹凸１０１ｃは凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向に垂直な面（Ｙ－Ｚ平面）での断面形状が三角波形状となるものとすることができる。さらに、図１５に示すように、凹凸１０１ｃは１方向に延伸する溝によって形成されるものとすることもできる。なお、溝の断面形状は図１５に示すように三角形状に限られず、四角形状あるいは半円形状等であってもよい。
　さらに、凹凸１０１ｃは、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅが２方向に延伸するものであってもよい。図１６は、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅが２方向に延伸する振動体１０１の斜視図であり、図１７は、第１の主面１０１ａを示す平面図である。図１６及び図１７に示すＢ－Ｂ線での断面図は、図６と同一となる。
　図１６及び図１７に示すように、第１の主面１０１ａには、複数の凹部１０１ｄと複数の凸部１０１ｅが設けられている。各凹部１０１ｄは、第１の主面１０１ａに垂直な方向（Ｚ方向）から見て第１の主面１０１ａに平行な２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って延伸し、各凸部１０１ｅは凹部１０１ｄが延伸する方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って延伸する。
　第１の主面１０１ａにおいては複数の凹部１０１ｄと複数の凸部１０１ｅが交互に設けられ、凹凸１０１ｃが形成されている。図６に示すように凹凸１０１ｃは、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向に垂直な面（Ｙ－Ｚ平面及びＸ－Ｚ平面）での断面形状が正弦波形状となるものとすることができる。
　凹部１０１ｄと凸部１０１ｅの間隔は凹凸の全体にわたって等間隔であり、図６に示すように、Ｙ方向における凸部１０１ｅのピーク間の距離である幅Ｗは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。また、Ｘ方向においても凸部１０１ｅのピーク間距離である幅Ｗは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。幅Ｗが１ｍｍ未満であると、振動体１０１を介した視認性が低下し、１０ｍｍを超えると指Ｆが凹凸１０１ｃに接触しないおそれがあるためである。
　さらに、振動体１０１の厚み方向（Ｚ方向）における凹部１０１ｄと凸部１０１ｅの高低差である深さＤは０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好適である。深さＤが０．０１ｍｍ未満であると凹凸１０１ｃを設けたことによる効果が得られず、０．１ｍｍを超えると、非振動時であっても凹凸１０１ｃにより触覚に影響が生じるためである。なお、図１６では、図示の便宜上、凹凸１０１ｃの深さ方向（Ｚ方向）を１０倍に拡大して図示している。
　このように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅが第１の主面１０１ａに平行な２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って延伸した凹凸１０１ｃを形成することにより、指Ｆと第１の主面１０１ａの間で発生する異音（接触音）をさらに抑制することが可能となる。
　振動体１０１において２方向の凹凸１０１ｃを設けることにより、１方向の凹凸１０１ｃを設けた場合と同様に、１／４周波数のピークを消失させることができ（図９及び図１０参照）、接触音を低減させることが可能である。さらに、振動体１０１では、上記のように、一定間隔で凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅを設けるものであり、振動体１０１が光透過性を有する場合、振動体１０１の光透過性を損なうことなく、凹凸１０１ｃを形成することが可能である。
　なお、上記説明では、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の短手方向（Ｘ方向）及び長手方向（Ｙ方向）に平行としたが、これに限られない。図１８及び図１９は、凹凸１０１ｃの他の構成を示す平面図である。図１８に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の短手方向（Ｘ方向）及び長手方向（Ｙ方向）に平行ではなく、斜め方向に延伸するものであってもよい。また、図１９に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅが延伸する２方向は直交するものでなくてもよい。
　さらに、凹凸１０１ｃの断面形状も正弦波形状に限られず、図１３及び図１４に示すように矩形波形状や三角波形状であってもよく、図１５に示すように溝によって形成されるものとすることも可能である。溝の断面形状も図１５に示すように三角形状に限られず、四角形状あるいは半円形状等であってもよい。
　また振動体１０１は、ガラスや樹脂材料からなり、凹凸１０１ｃが設けられたものとしたがこれに限られない。例えば、ガラスや曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以上の樹脂材料からなり、平滑な表面を有する基材に凹凸１０１ｃが設けられたフィルムを貼付したものであってもよい。
　［駆動信号について］
　振動発生装置１００では、圧電アクチュエータ１０２に供給する駆動信号により、接触音の発生を防止することも可能である。以下の構成では、振動体１０１の第１の主面１０１ａは平坦であってもよく、上記のように複数の凹凸が等間隔で形成されているものであってもよい。
　図２０は、振動体１０１に指Fが接触しない場合と接触した場合のそれぞれの振動体１０１の音圧特性を示すグラフである。同図に示すように、振動体１０１に指Fが接触すると、駆動信号の周波数の１／２と１／４にピークが存在し、１／４周波数のピークが接触音として聞こえる。
　図２１は、振動体１０１に指Fが接触した場合の振動体１０１の振動変位量を示すグラフである。音圧特性と同様に、振動体１０１の振動では、駆動信号の周波数の１／２と１／４にピークが存在し、指接触時にその周波数で振動体１０１が振動している。
　ここで、上記のように駆動装置１０３が６０ｋＨｚ以上の駆動信号を生成すると、振動体１０１において生じる１／４周波数の振動は１５ｋＨｚ以上となる。１５ｋＨｚ以上の振動は人間の可聴帯域外であるため、接触音は聞こえなくなる。
　このように、振動発生装置１００では、駆動装置１０３が６０ｋＨｚ以上の駆動振動を圧電アクチュエータに供給することにより、接触音の発生を防止しながら、ユーザに触覚を提示することが可能である。
　振動発生装置１００は以上のような構成を有する。振動発生装置１００は、スマートフォンや触覚機能デバイス等の各種電子機器に搭載することが可能である。
　１００…振動発生装置
　１０１…振動体
　１０１ａ…第１の主面
　１０１ｂ…第２の主面
　１０１ｃ…凹凸
　１０１ｄ…凹部
　１０１ｅ…凸部
　１０２…圧電アクチュエータ
　１０３…駆動装置

Claims (13)

  1. 　第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体と、
    　前記第２の主面に接合された圧電アクチュエータと
    　を具備し、
    　前記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されている
    　振動発生装置。
  2. 　請求項１に記載の振動発生装置であって、
    　前記複数の凹凸は、深さが０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
    　振動発生装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の振動発生装置であって、
    　前記複数の凹凸は、前記第１の主面に平行な第１の方向に沿って延伸する複数の凹部と、前記第１の方向に沿って延伸する複数の凸部が交互に形成されている
    　振動発生装置。
  4. 　請求項３に記載の振動発生装置であって、
    　前記複数の凹凸はさらに、前記第１の主面に平行であって、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って延伸する複数の凹部と、前記第２の方向に沿って延伸する複数の凸部が交互に形成されている
    　振動発生装置。
  5. 　請求項３又は４に記載の振動発生装置であって、
    　前記複数の凹凸は、前記第１の方向に垂直な面での断面形状が正弦波形状を有する
    　振動発生装置。
  6. 　請求項１から５のうちいずれか１項に記載の振動発生装置であって、
    　前記振動体は、ガラス又は曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以上の樹脂材料からなる
    　振動発生装置。
  7. 　請求項１から５のうちいずれか１項に記載の振動発生装置であって、
    　前記振動体は、基材と、前記基材の表面に貼付されたフィルムからなり、
    　前記凹凸は前記フィルムの表面に形成されている
    　振動発生装置。
  8. 　請求項６又は７に記載の振動発生装置であって、
    　前記振動体は光透過性を有する
    　振動発生装置。
  9. 　第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体と、前記第２の主面に接合された圧電アクチュエータとを具備し、前記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されている振動発生装置
    　を具備する電子機器。
  10. 　第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体と、
    　前記第２の主面に接合された圧電アクチュエータと、
    　前記圧電アクチュエータに、周波数が６０ｋＨｚ以上の駆動信号を供給する駆動装置と
    　を具備する振動発生装置。
  11. 　請求項１０に記載の振動発生装置であって、
    　前記振動体は、ガラス又は曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以下の樹脂材料からなる
    　振動発生装置。
  12. 　第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体と、前記第２の主面に接合された圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに、周波数が６０ｋＨｚ以上の駆動信号を供給する駆動装置とを備える振動発生装置
    　を具備する電子機器。
  13. 　請求項１に記載の振動発生装置であって、
    　前記圧電アクチュエータに、周波数が６０ｋＨｚ以上の駆動信号を供給する駆動装置
    　をさらに具備する振動発生装置。
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