WO2023127256A1 - 触覚発生装置、入力装置、入力システム及び触覚発生装置の駆動方法 - Google Patents

触覚発生装置、入力装置、入力システム及び触覚発生装置の駆動方法 Download PDF

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WO2023127256A1
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internal electrode
electrode
pen
piezoelectric actuator
positive
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PCT/JP2022/039732
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石井茂雄
福島岳行
佐藤由香里
岸本純明
濤川雄一
清水寛之
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太陽誘電株式会社
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means

Definitions

  • the present invention relates to a tactile sense generation device, an input device, an input system, and a method of driving a tactile sense generation device that generates a tactile sense by vibration.
  • actuators are used in tactile functional devices that present tactile sensations to users.
  • electromagnetic actuators such as eccentric motors and linear resonant actuators are used for notification functions.
  • piezoelectric actuators are also used for the force feedback function.
  • a tactile sensation generation device includes a housing and a piezoelectric actuator.
  • the housing is attachable to and detachable from a pen-shaped member, which is a writing instrument or a stylus pen.
  • the piezoelectric actuator is mounted on the casing and includes a piezoelectric layer made of a piezoelectric material, a positive electrode internal electrode provided in the piezoelectric layer, and a positive electrode provided in the piezoelectric layer through the piezoelectric layer. and a negative electrode internal electrode facing the positive electrode internal electrode, and when a voltage is applied between the positive electrode internal electrode and the negative electrode internal electrode, the electrode surface of the positive electrode internal electrode and the negative electrode internal electrode is perpendicular to the electrode surface. stretch in any direction.
  • the pen-shaped member has a shape with a first direction as a longitudinal direction
  • the piezoelectric actuator may be mounted on the housing such that a direction perpendicular to the electrode surface is perpendicular to the first direction.
  • the housing may be configured by joining a first member attached to the pen shaft portion of the pen-shaped member and a second member attached to the pen tip portion of the pen-shaped member.
  • the second member has a first end joined to the first member and a second end opposite to the first end, the second end extending from the pen tip portion. may protrude.
  • the first member has an annular portion surrounding the pen shaft portion and a pedestal portion provided with a recess
  • the tactile sensation generating device further comprises a support made of metal and arranged in the recess,
  • the piezoelectric actuator may be accommodated in the recess and arranged on the support.
  • the piezoelectric actuator may be composed of a plurality of piezoelectric actuator chips, and the plurality of actuator chips may be stacked with a stacking direction perpendicular to the first direction.
  • the tactile sensation generating device generates a drive signal having a waveform obtained by using a signal wave having a frequency of 2 Hz or more and 50 Hz or less as a modulation wave, and amplitude-modulating a sine wave having a frequency of 150 Hz or more and 250 Hz or less by the modulation wave.
  • a driving unit for supplying power to the electrodes and the negative internal electrodes may be further provided.
  • the housing has a predetermined resonance frequency
  • the tactile sensation generating device uses a signal wave having a frequency of 110 Hz or more and 250 Hz or less as a modulation wave, and generates a driving signal having a waveform obtained by amplitude-modulating a sine wave whose frequency is the resonance frequency by the modulation wave. and a driving unit for supplying to the negative internal electrode.
  • the resonance frequency may be 20 kHz or more and 60 kHz or less.
  • the piezoelectric actuator comprises a plurality of piezoelectric actuator chips,
  • the piezoelectric actuator chip has a predetermined resonance frequency
  • the tactile sensation generating device uses a signal wave having a frequency of 110 Hz or more and 250 Hz or less as a modulation wave, and generates a driving signal having a waveform obtained by amplitude-modulating a sine wave whose frequency is the resonance frequency by the modulation wave. and a driving unit for supplying to the negative internal electrode.
  • the resonance frequency may be 30 kHz or more and 110 kHz or less.
  • the tactile sensation generating device has a waveform obtained by amplitude-modulating a first low frequency having a frequency of 1 Hz or more and less than 60 Hz as a first modulated wave and a second low frequency having a frequency of 50 Hz or more and 300 Hz or less by the first modulated wave. is a second modulated wave, and a driving section for supplying a drive signal having a waveform obtained by modulating a high frequency wave having a frequency of 20 kHz or more and 110 kHz or less by the second modulated wave to the positive internal electrode and the negative internal electrode.
  • an input device includes a pen-shaped member, a housing, and a piezoelectric actuator.
  • the pen-shaped member is a writing implement or a stylus pen.
  • the housing is attachable to and detachable from the pen-shaped member.
  • the piezoelectric actuator is mounted on the casing and includes a piezoelectric layer made of a piezoelectric material, a positive electrode internal electrode provided in the piezoelectric layer, and a positive electrode provided in the piezoelectric layer through the piezoelectric layer.
  • the electrode surface of the positive electrode internal electrode and the negative electrode internal electrode is perpendicular to the electrode surface. stretch in any direction.
  • an input system includes an input device and a driving section.
  • the input device includes a pen-shaped member that is a writing instrument or a stylus pen, a housing detachable from the pen-shaped member, a piezoelectric layer mounted on the housing and made of a piezoelectric material, and a piezoelectric layer in the piezoelectric layer. and a negative internal electrode provided in the piezoelectric layer and opposed to the positive internal electrode via the piezoelectric layer, wherein the positive internal electrode and the negative internal electrode are provided.
  • a piezoelectric actuator that expands and contracts along a direction perpendicular to electrode surfaces of the positive electrode internal electrode and the negative electrode internal electrode when a voltage is applied therebetween.
  • the drive unit supplies a drive signal to the positive internal electrode and the negative internal electrode.
  • a method for driving a tactile sense generating device is provided in a housing that is detachable from a pen-shaped member, which is a writing instrument or a stylus pen, and is mounted on a housing, and is made of a piezoelectric material.
  • a positive electrode internal electrode provided in the piezoelectric layer; and a negative electrode internal electrode provided in the piezoelectric layer and facing the positive electrode internal electrode via the piezoelectric layer.
  • a tactile sense generation device As described above, according to the present invention, it is possible to provide a tactile sense generation device, an input device, an input system, and a method of driving a tactile sense generation device that improve the operational feeling of a pen-shaped member using tactile technology.
  • FIG. 1 is a plan view of an input device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 is an exploded plan view of the input device
  • FIG. It is a perspective view of the said input device. It is an exploded perspective view of the said input device.
  • FIG. 4 is a plan view of a first member that constitutes a housing of the tactile sense generating device included in the input device; It is a top view of a said 1st member. It is sectional drawing of a said 1st member.
  • FIG. 4 is a plan view of a second member that constitutes the housing;
  • FIG. 4 is a plan view of a second member that constitutes the housing; It is sectional drawing of a said 2nd member. It is a sectional view of the above-mentioned case.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a piezoelectric actuator chip that constitutes a piezoelectric actuator included in the tactile sensation generating device;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the thickness of a piezoelectric layer in the piezoelectric actuator chip;
  • FIG. 4 It is a schematic diagram which shows the vibration of the said piezoelectric actuator chip.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing vibration of the piezoelectric actuator chip accommodated in the housing;
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a piezoelectric actuator chip accommodated in the recess; It is a schematic diagram which shows operation
  • FIG. 22 is an enlarged waveform of the amplitude-modulated wave in FIG. 21.
  • FIG. It is an amplitude-modulated waveform (only a voltage waveform) generated by a driving section included in the input device. It is a waveform which expanded the amplitude modulation wave of FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the amplitude of an amplitude-modulated wave; It is an amplitude-modulated wave waveform generated by a driving section included in the input device.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an input device according to a modified example of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of an input device 100 according to this embodiment
  • FIG. 2 is an exploded plan view of the input device 100.
  • the input device 100 is a stylus pen-type input device and includes a pen-shaped member 110 and a tactile sensation generator 120 .
  • the longitudinal direction of the pen-shaped member 110 is defined as the X direction
  • one direction perpendicular to the X direction is defined as the Y direction
  • a direction perpendicular to the X and Z directions is defined as the Z direction.
  • the pen-shaped member 110 is a pen-shaped member, such as a stylus pen. As shown in FIG. 2, the pen-shaped member 110 has a pen shaft portion 110a and a pen tip portion 110b.
  • the pen shaft portion 110a has a rod-like shape and extends along the X direction.
  • the pen tip portion 110b continues to one end of the pen shaft portion 110a and has a conical shape with a diameter gradually decreasing from the pen shaft portion 110a.
  • the tip of the pen tip portion 110b is referred to as a pen tip 110c.
  • the material of the pen-shaped member 110 is not particularly limited, and may be a material such as resin or rubber.
  • the tactile sensation generator 120 is attached to the pen-shaped member 110 and generates a tactile sensation by vibration.
  • the haptic device 120 includes a housing 130 and a piezoelectric actuator 140 .
  • housing 130 is attached to the pen-shaped member 110 and supports the piezoelectric actuator 140 .
  • 3 is a perspective view of the input device 100 showing the housing 130
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the input device 100 showing the housing 130.
  • housing 130 has first member 131 and second member 132 .
  • the first member 131 and the second member 132 are made of resin such as PMMA (polymenthyl methacrylate).
  • the first member 131 is attached to the pen shaft portion 110a as shown in FIG. 5 and 6 are plan views of the first member 131.
  • FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the first member 131, taken along line AA in FIG.
  • the first member 131 has an annular portion 151 and a pedestal portion 152 .
  • An annular portion 151 surrounds the pen shaft portion 110 a and secures the housing 130 to the pen-shaped member 110 .
  • a through hole 153 , a connecting hole 154 and a fixing hole 155 are provided in the annular portion 151 .
  • the through-hole 153 extends along the longitudinal direction (X direction) of the pen-shaped member 110, and the pen-shaped member 110 is inserted therethrough.
  • the connection hole 154 is provided at one end of the through hole 153 , has a larger diameter than the through hole 153 , and is used for connection with the second member 132 .
  • the fixing hole 155 extends along the direction (Z direction) orthogonal to the longitudinal direction of the pen-shaped member 110 and communicates with the through hole 153 .
  • the pedestal portion 152 is provided so as to protrude from the annular portion 151 and constitutes a pedestal for the piezoelectric actuator 140 . As shown in FIGS. 6 and 7, the pedestal portion 152 is provided with a recess 156 .
  • the second member 132 is attached to the pen tip portion 110b as shown in FIG. 8 and 9 are plan views of the second member 132.
  • FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of the second member 132, taken along line BB of FIG.
  • second member 132 has an annular portion 157 and a connecting portion 158 .
  • a through hole 159 is provided in the annular portion 157 and the connecting portion 158 .
  • one end of the second member 132 is defined as a first end 132a, and the end opposite to the first end 132a is defined as a second end 132b.
  • the opening of the through-hole 159 on the side of the first end portion 132a is referred to as a first opening 159a
  • the opening on the side of the second end portion 132b is referred to as a second opening 159b.
  • the annular portion 157 is provided around the through hole 159 and has an annular shape.
  • the annular portion 157 has a conical shape whose outer diameter gradually decreases from the first end portion 132a side toward the second end portion 132b side.
  • the connecting portion 158 is provided on the first end portion 132 a side and joined to the connecting hole 154 of the first member 131 .
  • a screw thread is provided on the outer periphery of the connection portion 158 and is screwed with a thread groove provided in the hole of the connection hole 154 .
  • the connection portion 158 may be joined to the connection hole 154 by another joining method such as adhesion.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the housing 130 configured by joining the first member 131 and the second member 132 together.
  • the connecting portion 158 of the second member 132 is joined to the connecting hole 154 of the first member 131 to secure the first member 131 and the second member 132 together.
  • the through hole 153 of the first member 131 communicates with the through hole 159 of the second member 132 to form one through hole.
  • 12 is a cross-sectional view of the input device 100.
  • FIG. 12 As shown in FIG. 12, the pen-shaped member 110 is inserted through the through holes 153 and 159, and the pen tip 110c protrudes from the second opening 159b.
  • the housing 130 is not limited to being composed of two members, the first member 131 and the second member 132, and may be composed of one or three or more members.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the pen tip 110c protruding from the second member 132.
  • the second member 132 is formed between the tip of the pen tip 110c and the second end 132b in a plane P perpendicular to the extending direction (X direction) of the pen tip 110c at the tip of the pen tip 110c.
  • the angle formed is an angle S. That is, in the input device 100, the second end 132b does not contact the surface P when the inclination with respect to the plane P is the angle S or more, and the second end 132b contacts the surface P when the inclination with respect to the surface P is less than the angle S. do.
  • the angle S is not particularly limited, it is, for example, 48°.
  • the protruding amount of the pen tip 110c protruding from the second member 132 is also not particularly limited, but can be, for example, 0.5 mm or more and 1 mm.
  • Piezoelectric actuators 140 produce vibrations and haptic sensations in input device 100 .
  • piezoelectric actuator 140 is placed on support 145 and accommodated in recess 156 .
  • the support 145 is arranged in the recess 156 and is made of metal such as stainless steel (Young's modulus: 1.93 ⁇ 10 5 N/m).
  • the thickness of the support 145 is, for example, 2 mm.
  • the piezoelectric actuator 140 is constructed by stacking two piezoelectric actuator chips, a first piezoelectric actuator chip 141 and a second piezoelectric actuator chip 142, as shown in FIG.
  • the first piezoelectric actuator chip 141 and the second piezoelectric actuator chip 142 may be piezoelectric actuator chips having the same structure.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a piezoelectric actuator chip 170 that can form the first piezoelectric actuator chip 141 and the second piezoelectric actuator chip 142. As shown in FIG.
  • the piezoelectric actuator chip 170 includes a piezoelectric layer 171, a positive internal electrode 172 and a negative internal electrode 173.
  • One main surface of the piezoelectric actuator chip 170 is a main surface 170a, a main surface opposite to the main surface 170a is a main surface 170b, a side surface is a side surface 170c, and a side surface opposite to the side surface 170c is a side surface 170d.
  • the piezoelectric layer 171 is made of a piezoelectric material such as PZT (lead zirconate titanate).
  • the positive electrode internal electrode 172 is made of a conductive material, is provided in the piezoelectric layer 171 , and faces the negative electrode internal electrode 173 with the piezoelectric layer 171 interposed therebetween.
  • the positive electrode internal electrode 172 has a flat plate shape, and when the main surface of the positive electrode internal electrode 172 is defined as an electrode surface, the electrode surface is parallel to the main surface 170a and the main surface 170b.
  • the positive electrode internal electrode 172 is exposed on the side surface 170c and separated from the side surface 170d as shown in FIG.
  • the positive internal electrode 172 is in contact with and electrically connected to a positive external electrode (not shown) formed on the side surface 170c.
  • the negative internal electrode 173 is made of a conductive material, is provided in the piezoelectric layer 171 , and faces the positive internal electrode 172 via the piezoelectric layer 171 .
  • the negative electrode internal electrode 173 has a flat plate shape, and when the main surface of the negative electrode internal electrode 173 is defined as an electrode surface, the electrode surface is parallel to the main surface 170a and the main surface 170b.
  • the negative electrode internal electrode 173 is exposed on the side surface 170d and separated from the side surface 170c as shown in FIG.
  • the negative internal electrode 173 is in contact with and electrically connected to a negative external electrode (not shown) formed on the side surface 170d.
  • the piezoelectric actuator chip 170 has blocks 181 and relaxation layers 182 .
  • the block 181 includes a plurality of positive internal electrodes 172 and a plurality of negative internal electrodes 173 , and the piezoelectric actuator chip 170 is provided with three blocks 181 .
  • the number of positive electrode internal electrodes 172 and negative electrode internal electrodes 173 included in each block 181 is not particularly limited, but a total of 50 layers can be provided. Therefore, the piezoelectric actuator chip 170 can be provided with a total of 150 layers of positive internal electrodes 172 and negative internal electrodes 173 in three blocks 181 .
  • each block 181 is shown to include three layers of positive electrode internal electrodes 172 and negative electrode internal electrodes 173 .
  • the relaxation layers 182 are provided between the blocks 181 and on the main surface 170 a side and the main surface 170 b side of the piezoelectric actuator chip 170 .
  • the relaxation layer 182 is composed of the thick piezoelectric layer 171 .
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing the thickness of the relaxing layer 182. As shown in FIG. As shown in FIG. 15, the thickness of the piezoelectric layer 171 between the positive internal electrode 172 and the negative internal electrode 173 in each block 181 is defined as a thickness T1, and the thickness of the piezoelectric layer 171 in the relaxing layer 182 is defined as a thickness T2. .
  • the thickness T2 is thicker than the thickness T1, and is preferably twice as thick as the thickness T1. For example, the thickness T1 can be 18 ⁇ m and the thickness T2 can be 36 ⁇ m.
  • the piezoelectric actuator chip 170 can be formed by forming a positive electrode internal electrode 172 or a negative electrode internal electrode 173 with a conductive paste on a piezoelectric plate serving as a piezoelectric layer 171, stacking and sintering the piezoelectric plates. is.
  • the piezoelectric actuator chip 170 can be formed by forming a sintered body for each block 181 and stacking the blocks 181 and pressing them together.
  • the relaxation layer 182 strengthens the adhesion between the blocks 181 and relieves the internal stress during pressure bonding, thereby forming the piezoelectric actuator chip 170 with excellent characteristics.
  • the number of blocks 181 is not limited to three, and may be two or less or four or more.
  • the piezoelectric actuator chip 170 has such a configuration.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing vibration of the piezoelectric actuator chip 170.
  • FIG. When a voltage is applied between the positive internal electrode 172 and the negative internal electrode 173 , the piezoelectric actuator chip 170 moves along the direction perpendicular to the electrode surfaces of the positive internal electrode 172 and the negative internal electrode 173 due to the inverse piezoelectric effect in the piezoelectric layer 171 . It expands and contracts (arrows in the figure) and vibrates with the same direction as the amplitude direction. Such oscillations are called d33 modes. Since the piezoelectric actuator chip 170 that operates in the d33 mode can also be driven unipolarly by adding a DC component, it is possible to take measures against polarization deterioration and suppress the generation of noise.
  • the piezoelectric actuator 140 includes the first piezoelectric actuator chip 141 and the second piezoelectric actuator chip 142 as described above, and the first piezoelectric actuator chip 141 and the second piezoelectric actuator chip 142 each have the configuration of the piezoelectric actuator chip 170 .
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing the orientation of the piezoelectric actuator chip 170 that constitutes the piezoelectric actuator 140. As shown in FIG.
  • the two piezoelectric actuator chips 170 are oriented so that their vibration directions (arrows in the drawing) are perpendicular to the longitudinal direction (X direction) of the pen-shaped member 110 (Z direction). They are stacked with the (Z direction) as the stacking direction and housed in the concave portion 156 . Therefore, the piezoelectric actuator 140 is a piezoelectric actuator that vibrates in the d33 mode (hereinafter referred to as a d33 piezoelectric actuator). Since the displacement amount of the d33 piezoelectric actuator is expressed by the following (Equation 1), the piezoelectric actuator 140 can be multi-staged by stacking two piezoelectric actuator chips 170 to increase the displacement amount. .
  • ⁇ z d33 ⁇ v ⁇ n (Formula 1) ⁇ z is the amount of displacement, d33 is the material constant of the piezoelectric layer 171, v is the applied voltage, and n is the number of stacked piezoelectric layers.
  • FIG. 18 is a plan view showing the recess 156 and the piezoelectric actuator chip 170.
  • the piezoelectric actuator chip 170 is smaller than the recess 156 and that the size of the piezoelectric actuator chip 170 and the recess 156 form a gap.
  • the length (X direction) of the recess 156 is L1
  • the width (Y direction) is width D1
  • the length (X direction) of the piezoelectric actuator chip 170 is L2
  • the width (Y direction) is L2.
  • ) is the width D2, as an example, both the length L1 and the width D1 can be 4 mm, and the length L2 and the width D2 can both be 3.5 mm.
  • the piezoelectric actuator 140 has the configuration as described above. Although the piezoelectric actuator 140 is made up of two piezoelectric actuator chips 170 , it may be made up of one or more than three piezoelectric actuator chips 170 . Also, the piezoelectric actuator 140 may have other configurations as long as it is a d33 piezoelectric actuator whose vibration direction is a direction (Z direction) perpendicular to the longitudinal direction (X direction) of the pen-shaped member 110. good.
  • the first piezoelectric actuator chip 141 and the second piezoelectric actuator chip 142 can be fixed with an adhesive, and the first piezoelectric actuator chip 141 and the support 145 can also be fixed with an adhesive.
  • the first piezoelectric actuator chip 141 and the second piezoelectric actuator chip 142 may be fixed with a sealing material that fills the recess 156 after being housed in the recess 156 .
  • the adhesive and sealing material is, for example, epoxy resin.
  • FIG. 19A and 19B are schematic diagrams showing the operation of the input device 100.
  • FIG. 19 the user can hold the tactile sensation generator 120 with the hand H.
  • the user can touch the pen tip 110c to the object and move it.
  • the target object is, for example, a display panel of a tablet terminal or a smartphone, and receives an operation input according to the contact or movement of the tip 110c of the pen, and executes processing such as drawing a figure.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the directions of vibrations generated in the tactile sensation generating device 120 by arrows.
  • the piezoelectric actuator 140 expands and contracts along the direction (Z direction) perpendicular to the longitudinal direction (X direction) of the housing 130. , vibrate in the d33 mode with the same direction (Z direction) as the amplitude direction.
  • the input device 100 can present a realistic tactile representation to the user.
  • the input device 100 can express the types of pens such as pencils, crayons, and brushes by vibration, or express the types of objects such as Japanese paper, Western paper, and wood grain materials by vibration.
  • the tactile sensation generator 120 is configured to be detachable from the pen-shaped member 110 . Therefore, by attaching the housing 130 to the pen-shaped member 110 that does not have a vibration function, it is possible to cause any pen-shaped member to have a tactile sense presentation function.
  • the piezoelectric actuator 140 does not have a mechanical driving part such as a motor, and is composed of the piezoelectric actuator chip 170 that is small, lightweight, and consumes low power. It is possible.
  • the piezoelectric actuator 140 since the piezoelectric actuator 140 has high responsiveness, the input device 100 is capable of tactile expression that takes advantage of this high responsiveness.
  • the input device 100 by supplying a drive signal to the piezoelectric actuator 140 as will be described later, it is possible to control the presence or absence of the tactile sensation sensed by the user depending on the contact state of the input device 100 with respect to the object. Specifically, when the piezoelectric actuator 140 is driven and the tilt angle of the input device 100 with respect to the object is the angle S (see FIG. 13) or more, only the pen tip 110c contacts the object, and the input device 100 no tactile sensation.
  • the pen tip 110c and the second end 132b come into contact with the object.
  • the haptic sensation is generated in the input device 100 only when the fulcrum, which is the position where the user grips the housing 130, and the fixing point generated by the contact of the second end 132b with the object are moved in a plane.
  • the presence or absence of this tactile sensation is determined by the presence or absence of contact of the second end 132b with the object. Therefore, it is not necessary to detect the contact of the input device 100 with the object by a pressure sensor, impact sensor, image recognition, or the like, and the tactile sense can be automatically switched according to the contact state of the input device 100 with the object. is.
  • a drive signal output to the piezoelectric actuator 140 will be described.
  • This drive signal is a voltage waveform applied between the positive internal electrode 172 and the negative internal electrode 173 of the piezoelectric actuator chip 170 as described above.
  • this drive signal may be supplied to the piezoelectric actuator 140 via wireless communication or the like from a drive unit 192 (see FIG. 3) mounted in a device other than the tactile sense generating device 120. It may be supplied to the piezoelectric actuator 140 from the drive unit 192 mounted on the generator 120 .
  • the input device 100 and the drive unit 192 are collectively referred to as an "input system".
  • the drive signal output from the drive unit 192 to the piezoelectric actuator 140 has a waveform obtained by using a signal wave with a frequency of 2 Hz or more and 50 Hz or less as a modulated wave, and amplitude-modulating a sine wave with a frequency of 150 Hz or more and 250 Hz or less by the modulated wave.
  • the vibration of 150 Hz or more and 250 Hz or less is a vibration that can be sensitively sensed by Pacinian corpuscles, which are receptors of human skin.
  • FIG. 21 shows a voltage waveform and a current waveform having amplitude-modulated waveforms obtained by using a sine wave having a first frequency as a modulated wave and amplitude-modulating a sine wave having a second frequency with this modulated wave. 22 is an enlarged view of FIG. 21.
  • FIG. 21 When the voltage waveform shown in FIG. 21 is applied to the piezoelectric actuator 140 from the drive unit 192 as a drive signal, a current having the current waveform shown in FIG. 21 flows.
  • FIG. 23 shows only the voltage waveforms of FIG. 21, and FIG. 24 shows only the voltage waveforms of FIG.
  • a wave with a large wavelength indicated by W1 is a sine wave having a first frequency
  • a wave with a small wavelength indicated by W2 is a sine wave with a second frequency.
  • a sine wave having a first frequency is referred to as a first sine wave W1
  • a sine wave having a second frequency is referred to as a second sine wave W2.
  • the first sine wave W1 is formed by changes in the amplitude of the second sine wave W2, i.e. the waveforms shown in FIGS. It is an amplitude-modulated wave using the first sine wave W1 as a modulating wave.
  • the drive unit 192 generates a drive signal having an amplitude-modulated wave waveform with a second sine wave W2 having a frequency of 150 Hz or more and 250 Hz or less as a carrier wave and a first sine wave W1 having a frequency of 2 Hz or more and 50 Hz or less as a modulation wave, It can be applied to the piezoelectric actuator 140 .
  • FIG. 25 is a schematic diagram showing the relationship between the waveform of the amplitude modulated wave and the voltage gain.
  • the degree of modulation m is expressed by the following (equation 2).
  • Equation 2 the smaller the amplitude b with respect to the amplitude a, the larger the degree of modulation m.
  • the degree of modulation m is adjusted in the range of 50% or more and 100% or less, and the amplitude modulation drop can be used for tactile expression.
  • the current consumption is reduced in the portion where the voltage is reduced, it is possible to reduce the power consumption.
  • the amplitude-modulated waves are described using the first sine wave W1 and the second sine wave W2, but the amplitude-modulated waves may be formed by waves other than sine waves.
  • the drive unit 192 supplies the piezoelectric actuator 140 with a drive signal having a waveform obtained by amplitude-modulating a sine wave with a frequency of 150 Hz to 250 Hz using a signal wave having a frequency of 2 Hz to 50 Hz as a modulation wave. do. Then, when the pen tip 110c (see FIG. 13) of the input device 100 is moved while being in contact with the object, the user can feel various tactile sensations from the input device 100 due to vibration. Furthermore, it is possible to adjust this tactile sensation by the frequency of the modulated wave, and the input device 100 can reproduce the types of writing instruments such as pencils, crayons, and writing brushes, and the materials of objects such as Western paper, Japanese paper, and wood grain materials. Become.
  • the drive signal output from the drive unit 192 to the piezoelectric actuator 140 has a signal wave with a frequency of 110 Hz or more and 250 Hz or less as a modulated wave, and a sine wave whose frequency is the resonance frequency of the housing 130 or the piezoelectric actuator chip 170 is modulated by the modulated wave. It may have a modulated waveform.
  • the vibration of 110 Hz or more and 250 Hz or less is a vibration that can be sensitively sensed by Pacinian corpuscles, which are receptors of human skin.
  • the resonance frequency of the housing 130 is 20 kHz or more and 60 kHz or less
  • the resonance frequency of the piezoelectric actuator chip 170 is 30 kHz or more and 110 kHz or less.
  • the first sine wave W1 is formed by changing the amplitude of the second sine wave W2, that is, the waveforms shown in FIGS. It is an amplitude-modulated wave with the carrier wave, the first sine wave W1, as a modulating wave.
  • the driving unit 192 generates an amplitude-modulated wave having a second sine wave W2 having a resonance frequency of the housing 130 or the piezoelectric actuator chip 170 as a carrier wave and a first sine wave W1 having a frequency of 110 Hz or more and 250 Hz or less as a modulation wave. can be generated and applied to the piezoelectric actuator 140 .
  • the modulation degree m (see (Formula 2) above) is adjusted in the range of 50% to 100%, and the amplitude modulation drop can be used for tactile expression.
  • the current consumption is reduced in the portion where the voltage is reduced, it is possible to reduce the power consumption.
  • the amplitude-modulated waves are described using the first sine wave W1 and the second sine wave W2, but the amplitude-modulated waves may be formed by waves other than sine waves.
  • the drive unit 192 uses a signal wave with a frequency of 110 Hz or more and 250 Hz or less as a modulated wave, and drives a waveform obtained by amplitude-modulating a sine wave whose frequency is the resonance frequency of the housing 130 or the piezoelectric actuator chip 170 with the modulated wave.
  • a signal is provided to the piezoelectric actuator 140 .
  • the drive signal output from the drive unit 192 to the piezoelectric actuator 140 has a first low frequency with a frequency of 1 Hz or more and less than 60 Hz as the first modulated wave, and a second low frequency with a frequency of 50 Hz or more and 300 Hz or less as the first modulated wave.
  • a waveform obtained by amplitude modulation may be used as the second modulated wave, and a high frequency wave having a frequency of 20 kHz or more and 110 kHz or less may be modulated by the second modulated wave.
  • vibrations of 1 Hz to 60 Hz are vibrations that can be sensitively sensed by Meissner's corpuscles, which are receptors on human skin.
  • the first sine wave W1 is formed by the amplitude variation of the second sine wave W2, i.e. the waveforms shown in FIGS. is the carrier wave, the first sine wave W1 is the modulated wave, and the second sine wave W2 is amplitude-modulated by the first sine wave W1.
  • the first sine wave W1 will be referred to as a first modulated wave
  • this amplitude modulated wave will be referred to as a second modulated wave.
  • the modulation degree m of amplitude modulation (see (Equation 2) above) is adjusted in the range of 50% or more and 100% or less, and the amplitude modulation drop can be used for tactile expression.
  • the current consumption is reduced in the portion where the voltage is reduced, it is possible to reduce the power consumption.
  • the drive unit 192 generates an amplitude modulated wave from the high frequency wave and the second modulated wave.
  • a high frequency is a sine wave with a frequency of 20 kHz or more and 110 kHz or less.
  • FIG. 26 shows an example of a drive signal wave by amplitude modulation, which is a waveform obtained by amplitude-modulating a high frequency with a second modulated wave.
  • a wave with a small wavelength indicated by W4 is an amplitude-modulated high frequency wave
  • a wave with a large wavelength indicated by W3 is a second modulated wave formed by changing the amplitude of the high frequency wave W4. That is, the waveform shown in FIG. 26 is an amplitude modulated wave in which the high frequency wave W4 is the carrier wave and the second modulated wave W3 is the modulated wave.
  • the driving unit 192 uses a first low-frequency wave having a frequency of 1 Hz or more and less than 60 Hz as a first modulated wave, and a second low-frequency wave having a frequency of 50 Hz or more and 300 Hz or less to amplitude-modulate with the first modulated wave.
  • a drive signal having a waveform obtained by modulating a high frequency wave having a frequency of 20 kHz or more and 110 kHz or less by the second modulated wave is supplied to the piezoelectric actuator 140 . Then, delicate micro-vibration expression is added to the squeeze effect by modulation drive, and a more realistic tactile sensation becomes possible.
  • the input device 100 may further include a pressing member.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view of the input device 100 having the pressing member 91.
  • the pressing member 191 is a screw, is screwed into the recess 156, sandwiches the piezoelectric actuator 140 together with the support 145, and presses the piezoelectric actuator 140 along the vibration direction (Z direction).
  • the pressing member 191 is not limited to a screw, and may be any member that can press the piezoelectric actuator 140 .
  • the pen-shaped member 110 is a stylus pen, but the pen-shaped member 110 may be a pencil, a crayon, or an actual writing instrument such as a brush.
  • the tactile sensation generator 120 By attaching the tactile sensation generator 120 to such a writing instrument, it is possible to present various tactile sensations to the user holding the writing unit.
  • SYMBOLS 100 Input device 110... Pen-shaped member 120... Tactile sense generator 130... Case 131... First member 132... Second member 140... Piezoelectric actuator 141... First piezoelectric actuator chip 142... Second piezoelectric actuator chip 145... Support body DESCRIPTION OF SYMBOLS 151... Annular part 152... Base part 153... Through hole 154... Connection hole 155... Fixing hole 156... Recessed part 157... Annular part 158... Connection part 159... Through hole 171... Piezoelectric layer 172... Positive electrode internal electrode 173... Negative electrode internal electrode DESCRIPTION OF SYMBOLS 181... Block 182... Relief layer 191... Pressing member 192... Driving part

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Abstract

触覚発生装置は、筐体と、圧電アクチュエータと、を具備する。上記筐体は、筆記具又はスタイラスペンであるペン型部材に着脱可能である。上記圧電ア クチュエータは、上記筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、上記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、上記圧電体層中に設けられ、上記圧電体層を介して上記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、上記正極内部電極と上記負極内部電極との間に電圧が印加されると、上記正極内部電極及び上記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する。　

Description

触覚発生装置、入力装置、入力システム及び触覚発生装置の駆動方法
　本発明は、振動により触覚を発生させる触覚発生装置、入力装置、入力システム及び触覚発生装置の駆動方法に関する。
　ユーザに触覚を提示する触覚機能デバイスには様々なアクチュエータが用いられている。例えば、通知機能には偏心モータやリニア共振アクチュータ等の電磁式アクチュエータが用いられている。また、フォースフィードバック機能にはこれらの電磁式アクチュエータに加え、圧電式アクチュエータも用いられている。
　近年、触感技術は高度化が進んでおり、通知機能に加えてザラザラ感やツルツル感等の触感表現も再現できる技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、モバイル機器の液晶パネル等では領域毎に異なる触感表面も求められている。
特開平８－３１４３６９号公報
　従来、タブレット型端末やクレジットカード処理端末等の入力には樹脂製のスタイラスペンが多く用いられている。しかしながらスタイラスペン等のペン型部材を用いた入力では力の入れ具合等が判らず、不便を感じることも多い。そこで本発明者らは、触覚技術を利用してペン型部材の操作感を向上させることを検討した。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、触覚技術によりペン型部材の操作感を向上させた触覚発生装置、入力装置、入力システム及び触覚発生装置の駆動方法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触覚発生装置は、筐体と、圧電アクチュエータと、を具備する。
　上記筐体は、筆記具又はスタイラスペンであるペン型部材に着脱可能である。
　上記圧電アクチュエータは、上記筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、上記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、上記圧電体層中に設けられ、上記圧電体層を介して上記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、上記正極内部電極と上記負極内部電極との間に電圧が印加されると、上記正極内部電極及び上記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する。
　上記ペン型部材は第１の方向を長手方向とする形状を有し、
　上記圧電アクチュエータは、上記電極面に垂直な方向が上記第１の方向に対して垂直となる向きで上記筐体に搭載されていてもよい。
　上記筐体は、上記ペン型部材のペン軸部分に装着される第１部材と、上記ペン型部材のペン先部分に装着される第２部材と、が接合されて構成されていてもよい。
　上記第２部材は、上記第１部材と接合される第１端部と、上記第１端部とは反対側の第２端部と、を有し、上記第２端部から上記ペン先部分の先端が突出してもよい。
　上記第１部材は、上記ペン軸部分の周囲を囲む環状部分と、凹部が設けられた台座部分と、を有し、
　上記触覚発生装置は、金属からなり、上記凹部内に配置された支持体をさらに具備し、
　上記圧電アクチュエータは、上記凹部に収容され、上記支持体上に配置されていてもよい。
　上記圧電アクチュエータは、複数の圧電アクチュエータチップからなり、上記複数のアクチュエータチップは上記第１の方向に対して垂直となる方向を積層方向として積層されていてもよい。
　上記触覚発生装置は、周波数が２Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が１５０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である正弦波を上記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を上記正極内部電極と上記負極内部電極に供給する駆動部をさらに具備してもよい。
　上記筐体は所定の共振周波数を有し、
　上記触覚発生装置は、周波数が１１０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が上記共振周波数である正弦波を上記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を上記正極内部電極と上記負極内部電極に供給する駆動部をさらに具備してもよい。
　上記共振周波数は２０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下であってもよい。
　上記圧電アクチュエータは、複数の圧電アクチュエータチップからなり、
　上記圧電アクチュエータチップは所定の共振周波数を有し、
　上記触覚発生装置は、周波数が１１０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が上記共振周波数である正弦波を上記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を上記正極内部電極と上記負極内部電極に供給する駆動部をさらに具備してもよい。
　上記共振周波数は３０ｋＨｚ以上１１０ｋＨｚ以下であってもよい。
　上記触覚発生装置は、周波数が１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満である第１低周波を第１変調波とし、周波数が５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下である第２低周波を上記第１変調波によって振幅変調してなる波形を第２変調波とし、周波数が２０ｋＨｚ以上１１０ｋＨｚ以下である高周波を上記第２変調波によって変調してなる波形を有する駆動信号を上記正極内部電極と上記負極内部電極に供給する駆動部をさらに具備してもよい。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る入力装置は、ペン型部材と、筐体と、圧電アクチュエータと、を具備する。
　上記ペン型部材は、筆記具又はスタイラスペンである。
　上記筐体は、上記ペン型部材に着脱可能である。
　上記圧電アクチュエータは、上記筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、上記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、上記圧電体層中に設けられ、上記圧電体層を介して上記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、上記正極内部電極と上記負極内部電極との間に電圧が印加されると、上記正極内部電極及び上記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る入力システムは、入力装置と、駆動部と、を具備する。
　上記入力装置は、筆記具又はスタイラスペンであるペン型部材と、上記ペン型部材に着脱可能な筐体と、上記筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、上記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、上記圧電体層中に設けられ、上記圧電体層を介して上記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、上記正極内部電極と上記負極内部電極との間に電圧が印加されると、上記正極内部電極及び上記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータとを備える。
　上記駆動部は、駆動信号を上記正極内部電極と上記負極内部電極に供給する。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る触覚発生装置の駆動方法は、筆記具又はスタイラスペンであるペン型部材に着脱可能な筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、上記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、上記圧電体層中に設けられ、上記圧電体層を介して上記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、上記正極内部電極と上記負極内部電極との間に電圧が印加されると、上記正極内部電極及び上記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータの上記正極内部電極と上記負極内部電極に駆動信号を供給する。
　以上のように本発明によれば、触触覚技術によりペン型部材の操作感を向上させた触覚発生装置、入力装置、入力システム及び触覚発生装置の駆動方法を提供することが可能である。
本発明の実施形態に係る入力装置の平面図である。 上記入力装置を分解平面図である。 上記入力装置の斜視図である。 上記入力装置の分解斜視図である。 上記入力装置が備える触覚発生装置の筐体を構成する第１部材の平面図である。 上記第１部材の平面図である。 上記第１部材の断面図である。 上記筐体を構成する第２部材の平面図である。 上記筐体を構成する第２部材の平面図である。 上記第２部材の断面図である。 上記筐体の断面図である。 上記入力装置の断面図である。 上記筐体から突出するペン型部材の先端を示す模式図である。 上記触覚発生装置が備える圧電アクチュエータを構成する圧電アクチュエータチップの断面図である。 上記圧電アクチュエータチップにおける圧電体層の厚みを示す模式図である。 上記圧電アクチュエータチップの振動を示す模式図である。 上記筐体に収容された圧電アクチュエータチップの振動を示す模式図である。 上記凹部に収容された圧電アクチュエータチップの模式図である。 上記入力装置の動作を示す模式図である。 上記入力装置において生じる振動を示す模式図である。 上記入力装置が備える駆動部が発生させる振幅変調波波形である。 図２１の振幅変調波を拡大した波形である。 上記入力装置が備える駆動部が発生させる振幅変調波波形（電圧波形のみ）である。 図２３の振幅変調波を拡大した波形である。 振幅変調波の振幅を示す模式図である。 上記入力装置が備える駆動部が発生させる振幅変調波波形である。 本発明の変形例に係る入力装置の断面図である。
　本発明の実施形態に係る入力装置について説明する。
［入力装置の構成］
　図１は本実施形態に係る入力装置１００の平面図であり、図２は入力装置１００を分解して示す平面図である。図１および図２に示すように、入力装置１００はスタイラスペン型の入力装置であり、ペン型部材１１０及び触覚発生装置１２０を備える。以下、ペン型部材１１０の長手方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する一方向をＹ方向、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向をＺ方向とする。
　ペン型部材１１０は、ペン型の部材であり、例えばスタイラスペンである。図２に示すようにペン型部材１１０は、ペン軸部分１１０ａ及びペン先部分１１０ｂを有する。ペン軸部分１１０ａは棒状の形状を有し、Ｘ方向に沿って延伸する。ペン先部分１１０ｂはペン軸部分１１０ａの一端に連続し、ペン軸部分１１０ａから次第に直径が減少する円錐形状を有する。以下、ペン先部分１１０ｂの先端をペン先端１１０ｃとする。ペン型部材１１０の材料は特に限定されず、樹脂又はゴム等の材料とすることができる。
　触覚発生装置１２０はペン型部材１１０に装着され、振動による触覚を発生させる。図２に示すように触覚発生装置１２０は筐体１３０及び圧電アクチュエータ１４０を備える。
　筐体１３０は、ペン型部材１１０に装着され、圧電アクチュエータ１４０を支持する。図３は筐体１３０を示す入力装置１００の斜視図であり、図４は筐体１３０を示す入力装置１００の分解斜視図である。図４に示すように、筐体１３０は第１部材１３１と第２部材１３２を有する。第１部材１３１及び第２部材１３２は例えば、ＰＭＭＡ（polymenthyl methacrylate）等の樹脂からなる。
　第１部材１３１は、図４に示すようにペン軸部分１１０ａに装着される。図５及び図６は第１部材１３１の平面図である。図７は第１部材１３１の断面図であり、図５のＡ－Ａ線での断面図である。図５から図７に示すように、第１部材１３１は環状部分１５１及び台座部分１５２を有する。環状部分１５１はペン軸部分１１０ａの周囲を囲み、筐体１３０をペン型部材１１０に対して固定する。環状部分１５１には貫通孔１５３、接続孔１５４及び固定孔１５５が設けられている。
　貫通孔１５３は、ペン型部材１１０の長手方向（Ｘ方向）に沿って延伸し、ペン型部材１１０が挿通される。接続孔１５４は貫通孔１５３の一端に設けられ、貫通孔１５３より直径が大きい孔あり、第２部材１３２との接続に用いられる。固定孔１５５は、ペン型部材１１０の長手方向に直交する方向（Ｚ方向）に沿って延伸し、貫通孔１５３に連通する。
　貫通孔１５３にペン型部材１１０が挿通されると、環状部分１５１はペン軸部分１１０ａに当接し、固定孔１５５に挿通されるネジにより第１部材１３１がペン型部材１１０に対して固定される。台座部分１５２は、環状部分１５１から突出して設けられ、圧電アクチュエータ１４０の台座を構成する。図６及び図７に示すように、台座部分１５２は、凹部１５６が設けられている。
　第２部材１３２は、図３に示すようにペン先部分１１０ｂに装着される。図８及び図９は第２部材１３２の平面図である。図１０は第２部材１３２の断面図であり、図８のＢ－Ｂ線での断面図である。図８から図１０に示すように、第２部材１３２は環状部分１５７及び接続部分１５８を有する。環状部分１５７及び接続部分１５８には貫通孔１５９が設けられている。図１０に示すように、第２部材１３２の一端を第１端部１３２ａとし、第１端部１３２ａとは反対側の端部を第２端部１３２ｂとする。また、貫通孔１５９のうち第１端部１３２ａ側の開口を第１開口１５９ａとし、第２端部１３２ｂ側の開口を第２開口１５９ｂとする。
　環状部分１５７は貫通孔１５９の周囲に設けられ、環状形状を有する。環状部分１５７は、第１端部１３２ａ側から第２端部１３２ｂ側に向かって次第に外径が減少する円錐形状を有する。接続部分１５８は第１端部１３２ａ側に設けられ、第１部材１３１の接続孔１５４に接合される。具体的には接続部分１５８の外周にはネジ山が設けられ、接続孔１５４の孔内に設けられたネジ溝と螺合する。また、接続部分１５８は接着等の他の接合方法により接続孔１５４と接合されてもよい。
　図１１は、第１部材１３１と第２部材１３２が接合されて構成された筐体１３０の断面図である。図１１に示すように、第２部材１３２の接続部分１５８は第１部材１３１の接続孔１５４に接合され、第１部材１３１と第２部材１３２を互いに固定する。これにより、第１部材１３１の貫通孔１５３は第２部材１３２の貫通孔１５９と連通し、一つの貫通孔を形成する。図１２は入力装置１００の断面図である。図１２に示すようにペン型部材１１０は貫通孔１５３及び貫通孔１５９に挿通され、ペン先端１１０ｃは第２開口１５９ｂから突出する。なお、筐体１３０は第１部材１３１と第２部材１３２の２つの部材から構成されるものに限られず、１つ又は３つ以上の部材から構成されるものであってもよい。
　図１３は、第２部材１３２から突出するペン先端１１０ｃを示す模式図である。図１３に示すように、第２部材１３２は、ペン先端１１０ｃの先端でのペン型部材１１０の延伸方向（Ｘ方向）に垂直な面Ｐにおけるペン先端１１０ｃの先端と第２端部１３２ｂとのなす角が角度Ｓとなっている。即ち、入力装置１００は、面Ｐに対する傾きを角度Ｓ以上とすると第２端部１３２ｂが面Ｐに接触せず、面Ｐに対する傾きを角度Ｓ未満とすると第２端部１３２ｂが面Ｐに接触する。角度Ｓは特に限定されないが、例えば４８°である。第２部材１３２から突出するペン先端１１０ｃの突出量も特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍとすることができる。
　圧電アクチュエータ１４０は、振動を生じ、入力装置１００に触覚を生じさせる。図１２に示すように圧電アクチュエータ１４０は、支持体１４５上に配置され、凹部１５６に収容されている。支持体１４５は凹部１５６内に配置され、ステンレス（ヤング率；１．９３×１０５Ｎ/ｍ）等の金属からなる。支持体１４５の厚みは例えば２ｍｍである。
　圧電アクチュエータ１４０は、図１２に示すように第１圧電アクチュエータチップ１４１と第２圧電アクチュエータチップ１４２の２つの圧電アクチュエータチップが積層されて構成されている。第１圧電アクチュエータチップ１４１と第２圧電アクチュエータチップ１４２は同一構造を有する圧電アクチュエータチップとすることができる。図１４は、第１圧電アクチュエータチップ１４１及び第２圧電アクチュエータチップ１４２を構成することが可能な圧電アクチュエータチップ１７０の模式図である。
　図１２に示すように、圧電アクチュエータチップ１７０は圧電体層１７１、正極内部電極１７２及び負極内部電極１７３を備える。また、圧電アクチュエータチップ１７０の一主面を主面１７０ａ、主面１７０ａの反対側の主面を主面１７０ｂ、一側面を側面１７０ｃ、側面１７０ｃの反対側の側面を側面１７０ｄとする。圧電体層１７１はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料からなる。
　正極内部電極１７２は、導電性材料からなり、圧電体層１７１中に設けられ、圧電体層１７１を介して負極内部電極１７３と対向する。正極内部電極１７２は平板状であり、正極内部電極１７２の主面を電極面とすると、電極面は主面１７０ａ及び主面１７０ｂに平行である。正極内部電極１７２は、図１４に示すように側面１７０ｃに露出し、側面１７０ｄから離間する。正極内部電極１７２は、側面１７０ｃに形成された図示しない正極外部電極と当接し、電気的に接続されている。
　負極内部電極１７３は、導電性材料からなり、圧電体層１７１中に設けられ、圧電体層１７１を介して正極内部電極１７２と対向する。負極内部電極１７３は平板状であり、負極内部電極１７３の主面を電極面とすると、電極面は主面１７０ａ及び主面１７０ｂに平行である。負極内部電極１７３は、図１４に示すように側面１７０ｄに露出し、側面１７０ｃから離間する。負極内部電極１７３は、側面１７０ｄに形成された図示しない負極外部電極と当接し、電気的に接続されている。
　図１４に示すように、圧電アクチュエータチップ１７０は、ブロック１８１と緩和層１８２を有する。ブロック１８１は、複数の正極内部電極１７２及び複数の負極内部電極１７３を含み、圧電アクチュエータチップ１７０には３つのブロック１８１が設けられている。各ブロック１８１に含まれる正極内部電極１７２及び負極内部電極１７３の数は特に限定されないが、合わせて５０層とすることができる。このため、圧電アクチュエータチップ１７０は３つのブロック１８１で計１５０層の正極内部電極１７２及び負極内部電極１７３を備えるものとすることができる。なお、図１４では便宜上、各ブロック１８１に３層ずつの正極内部電極１７２及び負極内部電極１７３が含まれるように図示している。
　緩和層１８２は、ブロック１８１の間と、圧電アクチュエータチップ１７０の主面１７０ａ側及び主面１７０ｂ側に設けられている。緩和層１８２は厚みの大きい圧電体層１７１からなる。図１５は緩和層１８２の厚みを示す模式図である。図１５に示すように、各ブロック１８１内における正極内部電極１７２と負極内部電極１７３の間の圧電体層１７１の厚みを厚みＴ１とし、緩和層１８２における圧電体層１７１の厚みを厚みＴ２とする。厚みＴ２は厚みＴ１より厚く、厚みＴ１の２倍以上の厚みが好適であり、例えば、厚みＴ１は１８μｍ、厚みＴ２は３６μｍとすることができる。
　圧電アクチュエータチップ１７０は、圧電体層１７１となる圧電体板上に導電ペーストにより正極内部電極１７２又は負極内部電極１７３を形成し、圧電体板を積層して焼結することにより形成することが可能である。ここで、圧電体板の積層数が多い場合、ブロック１８１毎に焼結体を形成し、ブロック１８１を重ねて圧着することにより、圧電アクチュエータチップ１７０を形成することができる。この際、緩和層１８２によりブロック１８１間の密着性を強化すると共に、圧着時の内部応力を緩和することで特性に優れる圧電アクチュエータチップ１７０を形成することが可能である。なおブロック１８１の数は３つに限られず、２つ以下、又は４つ以上であってもよい。
　圧電アクチュエータチップ１７０はこのような構成を有する。図１６は圧電アクチュエータチップ１７０の振動を示す模式図である。正極内部電極１７２と負極内部電極１７３の間に電圧を印加すると、圧電体層１７１における逆圧電効果により圧電アクチュエータチップ１７０は正極内部電極１７２及び負極内部電極１７３の電極面に垂直な方向に沿って伸縮（図中、矢印）し、同方向を振幅方向として振動する。このような振動はｄ３３モードと呼ばれる。ｄ３３モードで動作する圧電アクチュエータチップ１７０はＤＣ成分を加算することでユニポーラ駆動も可能であるため、分極劣化の対策もでき、異音の発生も抑制されている。
　圧電アクチュエータ１４０は上述のように第１圧電アクチュエータチップ１４１及び第２圧電アクチュエータチップ１４２を備え、第１圧電アクチュエータチップ１４１及び第２圧電アクチュエータチップ１４２はそれぞれ圧電アクチュエータチップ１７０の構成を有する。図１７は、圧電アクチュエータ１４０を構成する圧電アクチュエータチップ１７０の向きを示す模式図である。
　図１７に示すように２つの圧電アクチュエータチップ１７０はその振動方向（図中矢印）がペン型部材１１０の長手方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｚ方向）となる向きで、同方向（Ｚ方向）を積層方向として積層され、凹部１５６に収容されている。したがって、圧電アクチュエータ１４０はｄ３３モードで振動する圧電アクチュエータ（以下、ｄ３３圧電アクチュエータ）である。ｄ３３圧電アクチュエータの変位量は下記の（式１）で表されるため、圧電アクチュエータ１４０を２つの圧電アクチュエータチップ１７０を積層して構成することにより多段化し、変位量を大きくすることが可能である。
　Δｚ＝ｄ３３・ｖ・ｎ　　　（式１）
　なお、Δｚは変位量、ｄ３３は圧電体層１７１の材料定数、ｖは印加電圧、ｎは圧電体層の積層数を示す。
　図１８は凹部１５６と圧電アクチュエータチップ１７０を示す平面図である。図１８に示すように、圧電アクチュエータチップ１７０は凹部１５６より小さく、圧電アクチュエータチップ１７０は凹部１５６との間に隙間が形成される大きさが好適である。図１８に示すように、凹部１５６の長さ（Ｘ方向）を長さＬ１、幅（Ｙ方向）を幅Ｄ１、圧電アクチュエータチップ１７０の長さ（Ｘ方向）を長さＬ２、幅（Ｙ方向）を幅Ｄ２とすると、一例として長さＬ１及び幅Ｄ１は共に４ｍｍ、長さＬ２及び幅Ｄ２は共に３．５ｍｍとすることができる。
　圧電アクチュエータ１４０は以上のような構成を有する。なお、圧電アクチュエータ１４０は２つの圧電アクチュエータチップ１７０からなるものとしたが、１つ又は３つ以上の圧電アクチュエータチップ１７０からなるものであってもよい。また、圧電アクチュエータ１４０は、振動方向がペン型部材１１０の長手方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｚ方向）となるｄ３３圧電アクチュエータであれば、他の構成を有するものであってもよい。
　第１圧電アクチュエータチップ１４１と第２圧電アクチュエータチップ１４２は接着材により固定され、第１圧電アクチュエータチップ１４１と支持体１４５も接着材により固定されるものとすることができる。また、第１圧電アクチュエータチップ１４１と第２圧電アクチュエータチップ１４２は凹部１５６に収容された後、凹部１５６に充填される封止材によって固定されてもよい。上記接着及び封止材は例えばエポキシ樹脂である。
［入力装置の動作及び効果］
　図１９は、入力装置１００の動作を示す模式図である。図１９に示すようにユーザは手Ｈにより触覚発生装置１２０を把持することができる。ユーザはこの状態でペン先端１１０ｃを対象物に接触させ、移動させることができる。対象物は例えばタブレット型端末やスマートフォンのディスプレイパネル等であり、ペン先端１１０ｃの接触や移動に応じて操作入力を受け付け、図形の描画処理等を実行する。
　上述のように入力装置１００では、圧電アクチュエータ１４０を駆動することにより触覚発生装置１２０において振動が発生する。図２０は、触覚発生装置１２０において発生する振動の方向を矢印で示す模式図である。図２０に示すように触覚発生装置１２０では、圧電アクチュエータ１４０を駆動することにより、圧電アクチュエータ１４０を筐体１３０の長手方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｚ方向）に沿って伸縮させ、同方向（Ｚ方向）を振幅方向としてｄ３３モードで振動させる。
　触覚発生装置１２０に圧電アクチュエータ１４０が設けられているため、入力装置１００はユーザにリアルな触覚表現を提示することができる。具体的には入力装置１００は、鉛筆、クレヨン、筆といったペンの種別を振動により表現し、あるいは和紙、洋紙、木目材質といった対象物の種別を振動により表現することが可能である。ここで触覚発生装置１２０はペン型部材１１０に対して着脱可能に構成されている。したがって、振動機能を有しないペン型部材１１０に筐体１３０を装着することにより、任意のペン型部材に触覚提示機能を生じさせることが可能である。
　また、圧電アクチュエータ１４０はモータ等の機械的駆動部分を有さず、小型、軽量かつ低消費電力の圧電アクチュエータチップ１７０から構成されているため、圧電アクチュエータ１４０の省スペース化及び低消費電力化が可能である。加えて、圧電アクチュエータ１４０は応答性が高いため、入力装置１００はこの高い応答性を生かした触覚表現が可能である。
　さらに、入力装置１００では、圧電アクチュエータ１４０に後述するような駆動信号を供給することにより、対象物に対する入力装置１００の接触態様によって、ユーザが感知する触覚の有無を制御することができる。具体的には、圧電アクチュエータ１４０を駆動させた状態で、入力装置１００の対象物に対する傾斜角度を角度Ｓ（図１３参照）以上とすると、ペン先端１１０ｃのみが対象物に接触し、入力装置１００に触覚が生じない。
　一方、圧電アクチュエータ１４０を駆動させた状態で、入力装置１００の対象物に対する傾斜角度を角度Ｓ未満とすると、ペン先端１１０ｃと第２端部１３２ｂが対象物に接触する。この場合、ユーザが筐体１３０を把持する位置である支点と第２端部１３２ｂが対象物に接触して生じる固定点を平面状に動かした場合のみ、入力装置１００に触覚が生じる。この触覚の有無は、対象物に対する第２端部１３２ｂの接触の有無によって決まる。したがって、感圧センサ、衝撃センサ又は画像認識等によって入力装置１００の対象物への接触を検知する必要がなく、対象物に対する入力装置１００の接触態様に応じて自動的に触覚を切り替えることが可能である。
［駆動信号について］
　圧電アクチュエータ１４０へ出力される駆動信号について説明する。この駆動信号は上記のように、圧電アクチュエータチップ１７０の正極内部電極１７２と負極内部電極１７３の間に印加される電圧波形である。なお、この駆動信号は触覚発生装置１２０とは別の装置に搭載された駆動部１９２（図３参照）から、無線通信等を介して圧電アクチュエータ１４０に供給されるものであってもよく、触覚発生装置１２０に搭載された駆動部１９２から圧電アクチュエータ１４０に供給されるものであってもよい。以下、入力装置１００と駆動部１９２をあわせて「入力システム」とする。
（駆動信号１）
　駆動部１９２が圧電アクチュエータ１４０へ出力する駆動信号は周波数が２Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が１５０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である正弦波を変調波によって振幅変調してなる波形を有するものとすることができる。ここで、１５０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下の振動は、人の皮膚の受容器であるパチニ小体等が敏感に感じることが可能な振動である。
　図２１は、第１の周波数を有する正弦波を変調波とし、この変調波によって第２の周波数を有する正弦波を振幅変調した振幅変調波の波形を有する電圧波形と電流波形を示す。図２２は図２１の拡大図である。駆動部１９２から圧電アクチュエータ１４０に図２１に示す電圧波形を駆動信号として印加すると、図２１に示す電流波形を有する電流が流れる。
　図２３は図２１の電圧波形のみを示し、図２４は図２２の電圧波形のみを示す。図２３及び図２４においてＷ１で示す波長の大きい波が第１の周波数を有する正弦波であり、Ｗ２で示す波長の小さい波が第２の周波数を有する正弦波である。以下、第１の周波数を有する正弦波を第１正弦波Ｗ１とし、第２の周波数を有する正弦波を第２正弦波Ｗ２とする。
　図２３及び図２４に示す波形では、第１正弦波Ｗ１は、第２正弦波Ｗ２の振幅の変化によって形成されており、即ち図２３及び図２４に示す波形は第２正弦波Ｗ２を搬送波、第１正弦波Ｗ１を変調波とする振幅変調波である。駆動部１９２は、周波数が１５０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である第２正弦波Ｗ２を搬送波、２Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下である第１正弦波Ｗ１を変調波とする振幅変調波の波形を有する駆動信号を生成し、圧電アクチュエータ１４０に印加することができる。
　図２５は、振幅変調波の波形と電圧ゲインの関係を示す模式図である。図２５に示すように、振幅変調波の「ピーク」の振幅を振幅ａとし、「谷底」の振幅を振幅ｂとすると、変調度ｍは以下の（式２）で表される。下記（式２）で示すように、振幅ａに対して振幅ｂが小さいほど変調度ｍが大きくなる。
　ｍ＝（ａ－ｂ）／（ａ＋ｂ）　　　（式２）
　図２３においても、第１正弦波Ｗ１の電圧ゲインを高くすると、図中に白矢印で示すように、第１正弦波Ｗ１の「谷底」が深くなり、第１正弦波Ｗ１の電圧ゲインを０ｄＢとすると、「谷底」の振幅は最小となる。また、第１正弦波Ｗ１の電圧ゲインを低くすると、第１正弦波Ｗ１の「谷底」は浅くなり、振幅は大きくなる。さらに、第１正弦波Ｗ１の電圧ゲインを低くすると、第１正弦波Ｗ１の「谷底」の振幅ｂは「ピーク」の振幅と同等となり、「谷」が形成されなくなる。本実施形態において、変調度ｍは５０％以上１００％以下の範囲で調整され、振幅の変調落差を触覚表現に利用することができる。また、電圧が絞られる部分は消費電流が低減されるため、低消費電力化を図ることも可能である。なお、上記説明において、振幅変調波を第１正弦波Ｗ１及び第２正弦波Ｗ２を用いて説明しているが、振幅変調波は正弦波以外の波によって形成されるものであってもよい。
　駆動部１９２は、周波数が２Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が１５０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である正弦波を変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を圧電アクチュエータ１４０に供給する。すると、入力装置１００のペン先端１１０ｃ（図１３参照）を対象物に接触ながら移動させたときに、ユーザは入力装置１００から振動による各種の触覚を感じることができる。さらに、変調波の周波数によってこの触覚を調整することが可能であり、入力装置１００によって鉛筆、クレヨン、筆といった筆記具の種別や洋紙、和紙、木目材質といった対象物の材質を再現することが可能となる。
（駆動信号２）
　駆動部１９２が圧電アクチュエータ１４０へ出力する駆動信号は周波数が１１０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が筐体１３０又は圧電アクチュエータチップ１７０の共振周波数である正弦波を変調波によって振幅変調してなる波形を有するものとすることができる。ここで、１１０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下の振動は、人の皮膚の受容器であるパチニ小体等が敏感に感じることが可能な振動である。筐体１３０の共振周波数は２０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下であり、圧電アクチュエータチップ１７０の共振周波数は３０ｋＨ以上１１０ｋＨｚ以下である。
　上述した図２３及び図２４に示す波形では、第１正弦波Ｗ１は、第２正弦波Ｗ２の振幅の変化によって形成されており、即ち図２３及び図２４に示す波形は第２正弦波Ｗ２を搬送波、第１正弦波Ｗ１を変調波とする振幅変調波である。駆動部１９２は、筐体１３０又は圧電アクチュエータチップ１７０の共振周波数を有する第２正弦波Ｗ２を搬送波、周波数が１１０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である第１正弦波Ｗ１を変調波とする振幅変調波の波形を有する駆動信号を生成し、圧電アクチュエータ１４０に印加することができる。
　変調度ｍ（上記（式２）参照）は５０％以上１００％以下の範囲で調整され、振幅の変調落差を触覚表現に利用することができる。また、電圧が絞られる部分は消費電流が低減されるため、低消費電力化を図ることも可能である。なお、上記説明において、振幅変調波を第１正弦波Ｗ１及び第２正弦波Ｗ２を用いて説明しているが、振幅変調波は正弦波以外の波によって形成されるものであってもよい。
　駆動部１９２は、周波数が１１０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が筐体１３０又は圧電アクチュエータチップ１７０の共振周波数である正弦波を変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を圧電アクチュエータ１４０に供給する。すると、入力装置１００のペン先端１１０ｃ及び第２端部１３２ｂ（図１３参照）を対象物に接触ながら移動させたときに、ユーザは入力装置１００においてスクイーズ効果（振動による浮揚感）を感知することができる。また、第２端部１３２ｂ（図１３参照）が対象物から離間すると、ユーザは入力装置１００においてスクイーズ効果を感知しなくなる。したがって、入力装置１００は第２端部１３２ｂの対象物への接触の有無により、ユーザに提示する触覚を切り替えることが可能であり、この切り替えには入力装置１００の対象物への接触検知が必要ない。
（駆動信号３）
　駆動部１９２が圧電アクチュエータ１４０へ出力する駆動信号は周波数が１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満である第１低周波を第１変調波とし、周波数が５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下である第２低周波を第１変調波によって振幅変調してなる波形を第２変調波とし、周波数が２０ｋＨｚ以上１１０ｋＨｚ以下である高周波を第２変調波によって変調してなる波形を有するものとすることができる。ここで、１Ｈｚ以上６０Ｈｚ以下の振動は、人の皮膚の受容器であるマイスナー小体等が敏感に感じることが可能な振動である。
　上述した、図２３及び図２４に示す波形では、第１正弦波Ｗ１は、第２正弦波Ｗ２の振幅の変化によって形成されており、即ち図２３及び図２４に示す波形は第２正弦波Ｗ２を搬送波、第１正弦波Ｗ１を変調波とし、第２正弦波Ｗ２を第１正弦波Ｗ１によって振幅変調した振幅変調波である。以下、第１正弦波Ｗ１を第１変調波とし、この振幅変調波を第２変調波とする。振幅変調の変調度ｍ（上記（式２）参照）は５０％以上１００％以下の範囲で調整され、振幅の変調落差を触覚表現に利用することができる。また、電圧が絞られる部分は消費電流が低減されるため、低消費電力化を図ることも可能である。
　さらに駆動部１９２は高周波と第２変調波から振幅変調波を生成する。高周波は、周波数が２０ｋＨｚ以上１１０ｋＨｚ以下の正弦波である。図２６は、振幅変調による駆動信号波の例であり、高周波を第２変調波で振幅変調した波形である。図２６において、Ｗ４で示す波長の小さい波は振幅変調された高周波であり、Ｗ３で示す波長の大きい波は高周波Ｗ４の振幅の変化によって形成された第２変調波である。即ち、図２６に示す波形は、高周波Ｗ４を搬送波、第２変調波Ｗ３を変調波とする振幅変調波である。
　駆動部１９２は、周波数が１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満である第１低周波を第１変調波とし、周波数が５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下である第２低周波を第１変調波によって振幅変調してなる波形を第２変調波とし、周波数が２０ｋＨｚ以上１１０ｋＨｚ以下である高周波を第２変調波によって変調してなる波形を有する駆動信号を圧電アクチュエータ１４０に供給する。すると、変調駆動によるスクイーズ効果に繊細な微小振動表現がプラスされよりリアルな触覚が可能となる。
［変形例］
　入力装置１００はさらに、押圧部材を備えるものであってもよい。図２７は押圧部材９１を備える入力装置１００の断面図である。図２７に示すように押圧部材１９１はネジであり、凹部１５６に螺合し、支持体１４５と共に圧電アクチュエータ１４０を挟み、圧電アクチュエータ１４０の振動方向（Ｚ方向）に沿って押圧する。押圧部材１９１によって圧電アクチュエータ１４０を押圧することにより、触覚を大きくすることが可能であり、特に上記駆動信号１を利用する場合に好適である。なお、押圧部材１９１はネジに限られず、圧電アクチュエータ１４０の押圧できるものであればよい。
　また、上記説明においてペン型部材１１０はスタイラスペンであるものとしたが、ペン型部材１１０は鉛筆、クレヨン、筆とった実際の筆記具であってもよい。このような筆記具に触覚発生装置１２０を装着することにより、筆記部を把持するユーザに各種触覚を提示することが可能である。
　１００…入力装置
　１１０…ペン型部材
　１２０…触覚発生装置
　１３０…筐体
　１３１…第１部材
　１３２…第２部材
　１４０…圧電アクチュエータ
　１４１…第１圧電アクチュエータチップ
　１４２…第２圧電アクチュエータチップ
　１４５…支持体
　１５１…環状部分
　１５２…台座部分
　１５３…貫通孔
　１５４…接続孔
　１５５…固定孔
　１５６…凹部
　１５７…環状部分
　１５８…接続部分
　１５９…貫通孔
　１７１…圧電体層
　１７２…正極内部電極
　１７３…負極内部電極
　１８１…ブロック
　１８２…緩和層
　１９１…押圧部材
　１９２…駆動部
　

Claims (15)

  1. 　筆記具又はスタイラスペンであるペン型部材に着脱可能な筐体と、
    　前記筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、前記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、前記圧電体層中に設けられ、前記圧電体層を介して前記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、前記正極内部電極と前記負極内部電極との間に電圧が印加されると、前記正極内部電極及び前記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータと
    　を具備する触覚発生装置。
  2. 　前記ペン型部材は第１の方向を長手方向とする形状を有し、
    　前記圧電アクチュエータは、前記電極面に垂直な方向が前記第１の方向に対して垂直となる向きで前記筐体に搭載されている、請求項１に記載の触覚発生装置。
  3. 　前記筐体は、前記ペン型部材のペン軸部分に装着される第１部材と、前記ペン型部材のペン先部分に装着される第２部材と、が接合されて構成されている、請求項２に記載の触覚発生装置。
  4. 　前記第２部材は、前記第１部材と接合される第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部と、を有し、前記第２端部から前記ペン先部分の先端が突出する、請求項３に記載の触覚発生装置。
  5. 　前記第１部材は、前記ペン軸部分の周囲を囲む環状部分と、凹部が設けられた台座部分と、を有し、
    　前記触覚発生装置は、金属からなり、前記凹部内に配置された支持体をさらに具備し、
    　前記圧電アクチュエータは、前記凹部に収容され、前記支持体上に配置されている、請求項４に記載の触覚発生装置。
  6. 　前記圧電アクチュエータは、複数の圧電アクチュエータチップからなり、前記複数のアクチュエータチップは前記第１の方向に対して垂直となる方向を積層方向として積層されている、請求項２に記載の触覚発生装置。
  7. 　周波数が２Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が１５０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である正弦波を前記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を前記正極内部電極と前記負極内部電極に供給する駆動部をさらに具備する、請求項１または２に記載の触覚発生装置。
  8. 　前記筐体は所定の共振周波数を有し、周波数が１１０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が前記共振周波数である正弦波を前記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を前記正極内部電極と前記負極内部電極に供給する駆動部をさらに具備する、請求項１または２に記載の触覚発生装置。
  9. 　前記共振周波数は２０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下である、請求項８に記載の触覚発生装置。
  10. 　前記圧電アクチュエータは、複数の圧電アクチュエータチップからなり、
    　前記圧電アクチュエータチップは所定の共振周波数を有し、
    　周波数が１１０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下である信号波を変調波とし、周波数が前記共振周波数である正弦波を前記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を前記正極内部電極と前記負極内部電極に供給する駆動部をさらに具備する、請求項１または２に記載の触覚発生装置。
  11. 　前記共振周波数は３０ｋＨｚ以上１１０ｋＨｚ以下である、請求項１０に記載の触覚発生装置。
  12. 　周波数が１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満である第１低周波を第１変調波とし、周波数が５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下である第２低周波を前記第１変調波によって振幅変調してなる波形を第２変調波とし、周波数が２０ｋＨｚ以上１１０ｋＨｚ以下である高周波を前記第２変調波によって変調してなる波形を有する駆動信号を前記正極内部電極と前記負極内部電極に供給する駆動部をさらに具備する、請求項１または２に記載の触覚発生装置。
  13. 　筆記具又はスタイラスペンであるペン型部材と、
    　前記ペン型部材に着脱可能な筐体と、
    　前記筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、前記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、前記圧電体層中に設けられ、前記圧電体層を介して前記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、前記正極内部電極と前記負極内部電極との間に電圧が印加されると、前記正極内部電極及び前記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータと、
    　を具備する入力装置。
  14. 　筆記具又はスタイラスペンであるペン型部材と、前記ペン型部材に着脱可能な筐体と、前記筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、前記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、前記圧電体層中に設けられ、前記圧電体層を介して前記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、前記正極内部電極と前記負極内部電極との間に電圧が印加されると、前記正極内部電極及び前記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータと、を備える入力装置と、
    　駆動信号を前記正極内部電極と前記負極内部電極に供給する駆動部と、
    　を具備する入力システム。
  15. 　筆記具又はスタイラスペンであるペン型部材に着脱可能な筐体に搭載され、圧電材料からなる圧電体層と、前記圧電体層中に設けられた正極内部電極と、前記圧電体層中に設けられ、前記圧電体層を介して前記正極内部電極と対向する負極内部電極と、を備え、前記正極内部電極と前記負極内部電極との間に電圧が印加されると、前記正極内部電極及び前記負極内部電極の電極面に垂直な方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータの前記正極内部電極と前記負極内部電極に駆動信号を供給する、
    　触覚発生装置の駆動方法。
    　
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