JP2018536240A - タッチスクリーン装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、フレームと、フレームの内側に設けられたタッチスクリーンパネルと、フレームとタッチスクリーンパネルとの間に設けられた圧電振動部材と、を備え、圧電振動部材は、タッチスクリーンパネルの水平方向に振動するタッチスクリーン装置を開示する。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチスクリーン装置に係り、特に、触覚フィードバック（ｈａｐｔｉｃｆｅｅｄｂａｃｋ）可能なタッチスクリーン装置に関する。

自動車内の各種の情報の伝達及びオーディオビデオ（ＡＶ：Ａｕｄｉｏ Ｖｉｄｅｏ）システムのために液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）の普及が一般化している。なお、運転者との便利なインタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）のために、液晶表示装置（ＬＣＤ）にタッチスクリーン（ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ）を適用している。タッチスクリーンは、指やタッチペンを用いてスクリーンに直接触れると、触れた部分を認知して指令が起動されたり、カーソルの位置を移動したりするように設計されている。

また、発振装置がタッチスクリーンに適用されてユーザーのタッチ入力に対するフィードバック振動をユーザーが即座で認知できるようにする。すなわち、タッチスクリーン装置に配備される発振装置は、ユーザーのタッチに振動として反応する触覚フィードバック（ｈａｐｔｉｃ ｆｅｅｄｂａｃｋ）手段として利用可能である。触覚フィードバックとは、物体に触れるとき、ユーザーのフィンガーティップ（指先又はスタイラスペン）で感じられる触覚のことをいう。触覚フィードバック手段は、仮想の物体（例えば、タッチスクリーンのボタン表示）にユーザーが触れたとき、まるで実際の物体（実際のボタン）に触れたかのような応答性で動的特性（ボタンを押すときに指に伝わる振動、触感及び動作音など）を再生できるものが最も理想的であるといえる。したがって、発振装置は、ユーザーが触覚を通じて振動を認知可能な十分な振動力を与える必要がある。

このようなタッチスクリーン装置に適用される発振装置としては、振動モーター、リニアモーターなどを用いることができる。したがって、触覚フィードバックのためのタッチスクリーン装置は、透明性を有するタッチスクリーンパネルが画像を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）などの画像表示装置に密着されるように配置され、ユーザーがタッチスクリーンパネルを介して画像表示装置に表示される画像を見ながらタッチスクリーンパネルを押し付け操作する場合、振動モーター又はリニアモーターによってタッチスクリーンパネルに振動を発生させてユーザーに伝える。ここで、発振装置はタッチスクリーンパネルの内側に設けられたボードに装着されてタッチスクリーンパネルによって覆われることになる。したがって、発振装置による振動力がタッチスクリーンパネルに対して上下方向に伝わるため、ユーザーの指に伝わる振動力が弱いという問題がある。なお、タッチスクリーンパネルの振動が上下方向に発生するため、タッチスクリーンパネルの上に振動力の弱いデッドゾーン（ｄｅａｄ ｚｏｎｅ）が生じて位置別の振動バラツキが生じてしまうという問題がある。すなわち、発振装置から遠ざかるにつれて振動力が弱くなって、位置別の振動バラツキが生じる。

一方、発振装置として圧電振動装置を用いてもよい。圧電振動装置は、ボードの上面の係合溝に振動板を係合し、タッチスクリーンパネルに直接的に取り付けてタッチスクリーンパネルの上下方向に振動することになる。ところが、このような従来の方式は、タッチスクリーンパネルの全体に亘っての振動力が均一ではないという問題がある。また、タッチスクリーンパネルの面積が狭まり、これに対して、ボードの上に集積されるモジュールの数が増える傾向とあいまって、圧電振動装置の実装空間が狭まるため、圧電振動装置のサイズ及び数が減少され、これに伴い、振動力が小さくなる場合がある。なお、圧電振動装置がタッチスクリーンパネルに直接的に取り付けられて垂直に振動するため、触感の不快感を増加させる虞がある。

大韓民国特許公開第２０１４−０１３３６５８号公報

本発明は、ユーザーに伝わる振動力を大きくし、タッチスクリーンパネルの全体に亘って均一な振動力を与えることのできる圧電振動装置を備えたタッチスクリーン装置を提供する。

本発明は、タッチスクリーンパネルの水平方向に振動力を与えて振動力を大きくでき、しかも、均一な振動力を与えることのできる圧電振動装置を備えたタッチスクリーン装置を提供する。

本発明の一態様に係るタッチスクリーン装置は、フレームと、前記フレームの内側に設けられたタッチスクリーンパネルと、前記フレームと前記タッチスクリーンパネルとの間に設けられた圧電振動部材と、を備え、前記圧電振動部材は、前記タッチスクリーンパネルの水平方向に振動する。

前記フレームは、少なくとも上部が開放され、側面が閉鎖された形状を呈し、内側面に段付き部が形成される。

前記フレームは、前記段付き部の上側の内側面に前記圧電振動部材を収容するために形成された溝をさらに備える。

前記タッチスクリーンパネルは、周縁が他の領域よりも厚く設けられ、前記周縁が前記段付き部から所定の間隔だけ離間する。

前記タッチスクリーン装置は、前記段付き部と前記タッチスクリーンパネルの周縁の下側との間の少なくとも一部の領域に設けられた接着剤をさらに含む。

前記タッチスクリーン装置は、前記段付き部の外側から上側に向かって延びた延在部をさらに備え、前記延在部の側面に前記圧電振動部材が設けられる。

前記タッチスクリーン装置は、前記フレームと前記タッチスクリーンパネルとの間に設けられたバネをはじめとするクッション材をさらに備える。

前記圧電振動部材は、少なくとも一領域に孔が形成された振動板、圧電素子及びダンパーを備え、前記振動板が前記フレームに固定され、前記ダンパーが前記タッチスクリーンパネルに接触される。

前記タッチスクリーン装置は、前記圧電振動部材の少なくとも一部に形成された防水層をさらに備える。

前記振動板は、ねじ、接着剤、係合ピンの少なくとも一つによって前記フレームに固定される。

前記タッチスクリーン装置は、前記圧電振動部材を収容するケースをさらに備える。

前記タッチスクリーン装置は、前記ケースの一面に設けられたフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）をさらに備える。

前記タッチスクリーン装置は、前記ケースの内側において前記圧電振動部材と接触されるウェイト部材をさらに備える。

本発明の実施形態に係るタッチスクリーン装置は、フレームの内側面に圧電振動部材が設けられ、タッチスクリーンパネルの側面が圧電振動部材と接触されるように設ける。圧電振動部材がタッチスクリーンパネルの平面に対して水平方向に振動し、これに伴い、タッチスクリーンパネルの水平方向に振動力が与えられる。したがって、タッチスクリーンパネルに対して垂直方向に振動する従来に比べて振動力を大きくでき、タッチスクリーンパネルの全領域に亘って均一な振動力を与えることができる。

また、圧電振動部材をフレームの内側面に設けることによって、ボードの上に実装する従来に比べて空間の活用が制限されない。なお、タッチスクリーンパネルの側面から水平方向に振動が発生するため、不快感を与える触感の発生が少なく、タッチスクリーンパネルの周縁を厚く形成して圧電振動部材がタッチスクリーンパネルの側面の全体に接触可能であるので、振動力を大きくできる。

本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン装置の分解斜視図。 本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン装置の組立て状態の斜視図。 図２のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切り取った状態の断面図。 本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン装置に適用される圧電振動部材の概略図。 本発明の他の実施形態に係るタッチスクリーン装置の断面図。 本発明の他の実施形態に係るタッチスクリーン装置の断面図。 本発明の他の実施形態に係るタッチスクリーン装置の断面図。 本発明の他の実施形態に係るタッチスクリーン装置に適用される圧電振動モジュールの分解斜視図。 本発明の他の実施形態に係るタッチスクリーン装置に適用される圧電振動モジュールの平面図。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。

図１は、本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン装置の分解斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン装置の組立て状態の斜視図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切り取った状態の断面図であり、図４は、タッチスクリーン装置に用いられる圧電振動部材の斜視図である。ここで、図３の（ａ）及び図３の（ｂ）は、それぞれ図２のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切り取った状態の断面図である。

図１から図３を参照すると、本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン装置は、所定の空間を設けるフレーム１００と、フレーム１００内の上側に設けられるタッチスクリーンパネル２００と、フレーム１００の内側面の所定の領域に設けられ、タッチスクリーンパネル２００と接触されてタッチスクリーンパネル２００を介して振動力を与える圧電振動部材３００と、を備えていてもよい。ここで、圧電振動部材３００は、一面がフレーム１００の内側面の所定の領域に固定され、一面と向かい合う他面はタッチスクリーンパネル２００の側面と接触され、タッチスクリーンパネル２００に水平方向、すなわち、タッチスクリーンパネル２００の平面方向に振動を与える。すなわち、圧電振動部材３００は、フレーム１００の内側面とタッチスクリーンパネル２００の外側面との間に設けられ、タッチスクリーンパネル２００の平面方向に振動を発生させる。このようなタッチスクリーン装置は、タブレット、スマートフォンなどの可動型電子機器に適用されてもよく、自動車の内部に装着されてもよい。例えば、タッチスクリーン装置は、自動車の内部のデザインに応じてセンターフェイシアに装着されてもよいが、本発明の実施形態においては、タッチスクリーン装置が自動車に適用される場合を例にとって説明する。

フレーム１００は、内部に所定の空間が設けられ、内側の上部にはタッチスクリーンパネル２００が設けられる。このようなフレーム１００は、上部及び下部が開放され、側面が閉鎖された形状に設けられてもよい。また、フレーム１００は、上部が開放され、下部及び側面が閉鎖された形状に設けられてもよい。このようなフレーム１００は、自動車内のセンターフェイシアの所定の領域に装着されてもよい。すなわち、フレーム１００は、側面が自動車のセンターフェイシアに接触され、オーディオ、ナビゲーションなどの作動のための所定の部品が内部に収容又は装着され、上部にはタッチスクリーンパネル２００が設けられる形状を有してもよい。いうまでもなく、タブレット、スマートフォンなどの電子機器に適用される場合、フレーム１００は、このような電子機器の形状に設けられてもよく、内側に所定の部品が収容されてもよい。このようなフレーム１００は、概ね四角形の枠状を呈し、適用される製品に応じて種々に変形可能である。例えば、図１に示すように、上下方向に相対向する第１の側面１１１及び第２の側面１１２と、第１及び第２の側面１１１、１１２の両周縁の間に相対向するように設けられた第３及び第４の側面１１３、１１４と、を備えていてもよい。ここで、第２の側面１１２の長さは、第１の側面１１１の長さよりも小さく、これにより、第３及び第４の側面１１３、１１４が第１の側面１１１とは鋭角をなし、第２の側面１１２とは鈍角をなすように設けられてもよい。いうまでもなく、このような形状は、フレーム１００が適用される製品の形状に応じて種々に変形可能である。例えば、自動車内のセンターフェイシアの構造、センターフェイシアに装着しようとする形状などに応じてフレーム１００の形状を種々に変形することができる。一方、少なくとも一つの圧電振動部材３００がフレーム１００の少なくとも一領域、例えば、第１及び第２の側面１１１、１１２の内側に固定されてもよいが、圧電振動部材３００が固定される領域は、残りの領域に比べて薄肉に形成されてもよい。すなわち、圧電振動部材３００は、第１及び第２の側面１１１、１１２の所定の領域に設けられた固定溝内に収容されてもよい。さらに、フレーム１００の内側面の所定の領域には側面から内側に向かって延びた段付き部１１０が設けられてもよい。すなわち、フレーム１００の内側面から内側に向かって所定の幅に段付き部１１０が突設されてもよい。段付き部１１０は、タッチスクリーンパネル２００の厚さに応じて形成位置が決定されてもよい。すなわち、タッチスクリーンパネル２００が段付き部１１０から所定の間隔だけ離間してその上に位置するとき、タッチスクリーンパネル２００の上部の表面がフレーム１００の上部面と面一であってもよい。段付き部１１０は、例えば、フレーム１００の高さの約１／１０〜１／５の位置に形成されてもよい。このような段付き部１１０は、タッチスクリーンパネル２００の周縁を接着剤（図示せず）などを用いて支持するために設けられてもよい。すなわち、タッチスクリーンパネル２００は、段付き部１１０と直接的に接触せず、接着剤などによって貼着されて段付き部１１０に支持されてもよい。接着剤は、段付き部１１０とタッチスクリーンパネル２００との間の少なくとも一部の領域に設けられてもよい。すなわち、接着剤は、段付き部１１０とタッチスクリーンパネル２００との間の全領域に設けられてもよく、所定の間隔を隔てて少なくとも２以上設けられてもよい。いうまでもなく、段付き部１１０及びタッチスクリーンパネル２００は、これらの間に接着剤が設けられずに所定の間隔だけ離間してもよい。すなわち、段付き部１１０の上にタッチスクリーンパネル２００が所定の間隔を保って浮上していてもよい。このように、段付き部１１０及びタッチスクリーンパネル２００が所定の間隔を保つ場合、圧電振動部材３００からの振動力がさらに大きく伝わる。さらにまた、圧電振動部材３００が設けられる領域の段付き部１１０は、少なくとも一部が除去されてもよい。例えば、圧電振動部材３００のサイズがタッチスクリーンパネル２００の厚さよりも大きい場合、圧電振動部材３００が設けられる領域には段差１１０が除去されてもよい。なお、圧電振動部材３００のサイズがタッチスクリーンパネル２００の厚さに等しいか又はそれよりも小さい場合にも段差１１０の一部が除去されてもよい。段付き部１１０の除去された領域を介して圧電振動部材３００を駆動するための信号線が接続されてもよい。

タッチスクリーンパネル２００は、フレーム１００の内側に設けられてユーザーが表面をタッチできるようにする。このとき、タッチスクリーンパネル２００は、フレーム１００に直接的に接触されなくてもよい。すなわち、タッチスクリーンパネル２００は、フレーム１００から離間して設けられてもよく、フレーム１００との間に接着剤などが設けられて直接的に接触されなくてもよい。このようなタッチスクリーンパネル２００は、透明性及び可溶性の材質から製作されてもよい。したがって、画像を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）などのディスプレイ（図示せず）に密着されるように配置されてユーザーがこれを介してディスプレイに表示される画像を見ながら当該電子機器の操作が行えるようにする。すなわち、タッチスクリーンパネル２００は、電子機器の圧力を受ける部分であり、一般に、ユーザーの指又は専用ペンを介して外部から入力される信号を受信する外部面である。また、タッチスクリーンパネル２００の下側のフレーム１００の内側には、ディスプレイ、ディスプレイに表示されるナビゲーション又はオーディオ用操作メニューの押下を感知するセンサー（図示せず）、センサーをカバーする保護フィルム（図示せず）及びディスプレイにナビゲーション又はオーディオ用作動メニューが表示されるように制御し、センサーによって感知される信号に基づいてナビゲーション又はオーディオを作動させるコントローラー（図示せず）が設けられてもよい。すなわち、コントローラーによってナビゲーション又はオーディオ用操作メニューがディスプレイに表示され、ディスプレイに表示された操作メニューをタッチすれば、センサーがこれを感知してコントローラーに信号を転送し、コントローラーは、これに基づいてナビゲーション又はオーディオの作動を制御することができる。ここで、センサーがタッチを感知すれば、コントローラーは、これと同時に圧電振動部材３００を駆動してタッチスクリーンパネル２００を振動させてユーザーが振動を感知することができる。一方、タッチスクリーンパネル２００の下側のフレーム１００の内側に収容される前記装置は、各種の分野において汎用されている公知の技術による装置であり、これらについての詳細な説明は省略する。また、タッチスクリーンパネル２００は、フレーム１００の内側の形状に設けられ、これらの間の間隔が全領域に亘って等しくてもよい。このとき、圧電振動部材３００の厚さは、フレーム１００とタッチスクリーンパネル２００との間の間隔に等しくてもよい。すなわち、圧電振動部材３００がフレーム１００とタッチスクリーンパネル２００との間の間隔に等しい厚さを有する場合、フレーム１００の内側面と全領域に亘って等幅を有するように、タッチスクリーンパネル２００がフレーム１００の内側の面積よりも小さい面積を有してもよい。しかしながら、フレーム１００とタッチスクリーンパネル２００との間の圧電振動部材３００が設けられる領域は、他の領域に比べてフレーム１００との間の間隔がさらに大きくてもよい。すなわち、圧電振動部材３００がフレーム１００とタッチスクリーンパネル２００との間の間隔よりも大きい厚さを有する場合、タッチスクリーンパネル２００の圧電振動部材３００と接触される領域には所定の溝が形成され、溝内に圧電振動部材３００が収容されてもよい。なお、タッチスクリーンパネル２００は、周縁が他の領域に比べて厚くてもよい。すなわち、タッチスクリーンパネル２００には、フレーム１００の段付き部１１０に対応する領域が下側に張り出した張出部２１０が設けられる。張出部２１０は、タッチスクリーンパネル２００の周縁から下側に張り出して段付き部１１０に面してもよく、張出部２１０の幅は、段付き部１１０の幅に等しくてもよい。いうまでもなく、張出部２１０の幅は、段付き部１１０の幅よりも大きいか又は小さくてもよいが、張出部２１０の幅が段付き部１１０の幅よりも大きければ、タッチ領域が狭まるため、張出部２１０の幅は、段付き部１１０の幅に等しいか又はそれよりも小さいことが好ましい。このような張出部２１０及び段付き部１１０は所定の間隔を保って浮上していてもよく、これらの間の少なくとも一部の領域に両面テープなどの接着剤が設けられてタッチスクリーンパネル２００をフレーム１００の上に固定してもよい。

圧電振動部材３００は、フレーム１００の内側面に固定され、タッチスクリーンパネル２００の外側面に接触される。圧電振動部材３００は複数設けられてもよいが、例えば、フレーム１００の第１の側面１１１に互いに離間して２つ設けられ、これと向かい合う第２の側面１１２に互いに離間して２つ設けられてもよい。このような圧電振動部材３００は、図４に示すように、圧電素子３１０、振動板３２０及びダンパー３２０を備えていてもよい。すなわち、フレーム１００の内側面から振動板３２０、圧電素子３１０及びダンパー３２０が設けられて振動板３２０がフレーム１００の内側面に接触固定され、ダンパー３３０を介してタッチスクリーンパネル２００と接触されてもよい。このとき、振動板３２０は、フレーム１００の内側面にねじを用いて締め付けてもよく、接着剤を用いて貼り付けてもよい。ところが、振動板３２０は、締付孔３２１が形成されてねじによって締め付けられることによって、大きい振動や衝突による衝撃又は高温による熱衝撃にも拘わらず強固に固定可能である。また、振動板３２０は、係合ピンによってフレーム１００の内側面に取設されてもよい。例えば、フレーム１００の所定の領域に溝が形成され、これに対応する振動板３２０の所定の領域に突出部が設けられて振動板３２０の突出部がフレーム１００の溝に嵌着されてもよい。このとき、振動板３２０の突出部の末端には広幅の領域が形成されて、突出部が溝に嵌入した後に振動板３２０が抜き外さないようにできる。一方、振動板３２０がタッチスクリーンパネル２００側に設けられ、タッチスクリーンパネル２００と振動板３２０との間にダンパー３３０が設けられてもよい。この場合、圧電素子３１０は、フレーム１００の内側面に接着剤を用いて貼り付けてもよく、少なくとも一領域がねじによって螺着されてもよい。このような圧電振動部材３００は、フレーム１００の内側面から水平方向、すなわち、タッチスクリーンパネル２００の平面方向に振動を加えることができ、これにより、大きい振動力を与えることができる。すなわち、圧電振動部材３００がタッチスクリーンパネル２００の平面と垂直方向に接触、例えば、段付き部１１０の上に接触されれば、タッチスクリーンパネル２００の平面に垂直方向に振動力を与えるが、この場合、局部的に振動力が加えられるため、圧電振動部材３００から遠ざかるにつれて伝わる振動力が小さくなり、タッチスクリーンパネル２００の中央部には最も小さい振動力が伝わる。しかしながら、本発明においては、圧電振動部材３００がタッチスクリーンパネル２００の平面と水平方向に振動力を加えるため、タッチスクリーンパネル２００の全領域、特に、圧電振動部材３００から最も遠い個所からも大きい振動力が与えられる。

圧電振動部材３００は、圧電素子３１０及び振動板３２０を備えて、電圧の印加に伴い曲げ応力が発生する逆圧電効果によって振動を発生させる。すなわち、圧電素子３１０は、印加される電圧に応じてタッチスクリーンパネル２００の平面方向に伸縮運動をし、振動板３２０は、これを曲げ変形に変形して振動を発生させる。圧電素子３１０は、基板と、基板が少なくとも一面に形成された圧電層と、を備える。例えば、圧電素子３１０は、基板の両面に圧電層が形成されたバイモルフタイプに形成されてもよく、基板の一面に圧電層が形成されたユニモルフタイプに形成されてもよい。圧電層は、少なくとも一層が積層されて形成されてもよく、好ましくは、複数の圧電層が積層されて形成されてもよい。また、圧電層の上部及び下部にはそれぞれ電極層が形成されてもよい。ところが、変位及び振動力を増加させ、且つ、低電圧駆動を可能にするために、圧電層を複数積層し、ユニモルフタイプに形成してもよい。ここで、圧電層は、例えば、ＰＺＴ（Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）、ＮＫＮ（Ｎａ，Ｋ，Ｎｂ）、ＢＮＴ（Ｂｉ，Ｎａ，Ｔｉ）系の圧電物質を用いて形成してもよい。また、基板は、圧電層が積層された構造を保ちながら振動が発生可能な特性を有する物質を用いて製作してもよいが、例えば、金属、プラスチックなどを用いて製作してもよい。一方、基板の少なくとも一端部には駆動電圧が印加される電極端子が設けられてもよい。このような圧電素子３１０は、接着剤などを用いて振動板３２０の一面に貼着する。このとき、振動板３２０の両側が同じ長さで残るように、圧電素子３１０は振動板３２０の中央部に貼着されてもよい。さらに、圧電素子３１０は、振動板３２０の一面に貼着されてもよく、これと向かい合う振動板３２０の他面に貼着されてもよく、振動板３２０の上下の両面に貼着されてもよい。すなわち、本実施形態の説明の欄においては、圧電素子３１０が振動板３２０の一面に貼着される場合を例にとって説明したが、圧電素子３１０は振動板３２０の他面に貼着されてもよく、振動板３２０の一面及び他面に貼着されてもよい。ここで、圧電素子３１０及び振動板３２０は、貼着に加えて、様々な方法によって固定されてもよい。例えば、振動板３２０及び圧電素子３１０を粘着剤を用いて粘着し、振動板３２０及び圧電素子３１０の側面を接着剤などを用いて貼り合わせてもよい。一方、振動板３２０は、金属、プラスチックなどを用いて製作してもよく、異なる異種の素材を積層して少なくとも２重構造に製作してもよい。例えば、振動板３２０は、ステンレス鋼、鉄及びニッケルの合金（６３．５Ｆｅ、３６Ｎｉ、０．５Ｍｎ）の合金などによって製作されてもよい。さらにまた、振動板３２０は、１．９７×１０^４〜０．７２×１０^６ｋｇ／ｃｍ^２の弾性係数を有してもよい。このような圧電素子３１０及び振動板３２０は、略長方形の板状に製作される。すなわち、圧電素子３１０及び振動板３２０は、それぞれ所定の長さ、幅及び厚さを有し、向かい合う一面及び他面を有する形状に製作される。例えば、振動板３２０は、１０ｍｍ〜８０ｍｍの長さ及び０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さに設けられてもよい。加えて、圧電素子３１０は、振動板３２０よりも小さい長さに製作されてもよい。このような圧電振動部材３００は、振動板３２０の一面が圧電素子３１０の一面と貼り合わせられ、振動板３２０の他面がフレーム１００の内側面と結合される。さらにまた、圧電素子３１０が振動板３２０の他面に貼着される場合、圧電素子３１０及びフレーム１００が結合されてもよい。加えて、振動板３２０は、圧電素子３１０と貼り合わせられた領域を除く所定の領域が折れ曲がった形状に形成されてもよい。すなわち、圧電素子３１０と貼り合わせられた領域の外側の振動板３２０は、所定の折れ曲がった形状、例えば、下側に折れ曲がった後に再び上側に折れ曲がった形状を呈してもよい。なお、折れ曲がった領域の外側に再び平らに形成され、この領域がフレーム１００の内側面に接触されてもよい。換言すれば、振動板３２０は、圧電素子３１０と接触される第１の領域及びフレーム１００と接触される第２の領域は平板状に設けられ、第１及び第２の領域の間には折れ曲がった第３の領域が設けられて製作されてもよい。いうまでもなく、振動板３２０は、全領域が同じ形状、すなわち、板状に製作されてもよい。すなわち、振動板３２０は、平板状に製作され、周縁がフレーム１００に接触されてもよい。ダンパー（ｄａｍｐｅｒ）３３０は、圧電振動部材３００とタッチスクリーンパネル２００との間に設けられる。ダンパー３３０は、圧電振動部材３００に固定され、タッチスクリーンパネル２００に貼着されなくてもよい。しかしながら、タッチスクリーンパネル２００の安定的な支持のために、ダンパー３３０は、タッチスクリーンパネル２００にも貼着されてもよい。ダンパー３３０を圧電振動部材３００及びタッチスクリーンパネル３００に貼着するために両面テープなどの接着剤を用いてもよく、このとき、両面テープなどの接着剤は、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さに設けられてもよい。いうまでもなく、ダンパー３３０をゴム、シリコンなどの接着物質から形成することによって、それ自体が圧電振動部材３００及びタッチスクリーンパネル２００と貼り合わせられてもよい。このようなダンパー３３０は、ポリウレタン、ポリカーボネート、ゴム、シリコン、ポロン（ＰＯＲＯＮ）などによって製作されてもよい。このように、ダンパー３３０を設けることによって、製品の落下又は衝撃に際しての製品の損傷を防ぐことができる。そして、圧電振動部材３００の振動を集中させて損失なしに振動力を伝えることができる。

一方、圧電振動部材３００は、少なくとも一部に防水層（図示せず）がさらに形成されてもよい。防水層は、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）などの防水材料を用いてコーティングしてもよい。パリレンは、圧電板３１０が振動板３２０の上に貼着された状態で、圧電板３１０の上面及び側面と、圧電板３１０によって露出された振動板３２０の上面及び側面に形成されてもよい。すなわち、パリレンは、圧電板３１０及び振動板３２０の上面及び側面に形成されてもよい。また、パリレンは、圧電板３１０が振動板３２０の上に貼着された状態で、圧電板３１０の上面及び側面と、振動板３２０の上面、側面及び下面に形成されてもよい。すなわち、パリレンは、圧電板３１０及び振動板３２０の上面、側面及び下面に形成されてもよい。このように、パリレンが圧電板３１０及び振動板３２０の少なくとも一面に形成されることによって、圧電振動部材３００への湿気の浸透を防ぐことができ、酸化を防ぐことができる。さらに、振動板の硬さの増加による応答速度を向上させることもできる。さらにまた、パリレンのコーティング厚さに応じて共振周波数を調節することができる。いうまでもなく、パリレンは、圧電板３１０にのみコーティングされてもよいが、圧電板３１０の上面、側面及び下面にコーティングされてもよく、圧電板３１０と接続されて圧電板３１０に電源を供給するためのフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）などの電源線にコーティングされてもよい。パリレンが圧電板３１０に形成されることによって、圧電板への水分の浸透を防ぐことができ、酸化を防ぐことができる。加えて、形成厚さを調節することによって、共振周波数を調節することができる。このようなパリレンは、圧電板３１０又は振動板３２０の材質及び特性に応じて厚さを異ならせてコーティングしてもよいが、圧電板３１０又は振動板３２０の厚さよりも小さく形成されてもよく、例えば、０．１μｍ〜１０μｍの厚さに形成されてもよい。このように、パリレンをコーティングするために、例えば、パリレンを気化器（Ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）において１次的に加熱して気化させてダイマー（ｄｉｍｅｒ）状態にした後、２次的に加熱してモノマー（Ｍｏｎｏｍｅｒ）状態で熱分解させ、パリレンを冷却させれば、パリレンはモノマー状態からポリマー状態へと切り換わって圧電振動部材３００の少なくとも一面の上にコーティングされてもよい。一方、パリレンなどの防水層は、圧電振動部材３００のダンパー３３０の上にも形成されてもよい。

また、図示はしないが、圧電振動部材３００が所定のケース内に収容されてもよい。例えば、「コ」字状のケースが設けられ、ケースの内側に圧電素子３１０が収容され、振動板３２０がケースの開放された領域に固定されてもよい。すなわち、圧電素子３１０が「コ」字状のケース内に収容され、振動板３２０がケースの開放された領域を覆ってもよい。このとき、ダンパー３３０は、振動板３２０の圧電素子３１０が取り付けられていない他面に設けられてもよい。このようなケースは、アルミニウムなどの金属材質又はプラスチックから製作されてもよく、一面にフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）が取り付けられてもよい。すなわち、振動板３２０が覆われた一面と向かい合う面にフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）が取り付けられてもよい。このように、ケースが圧電振動部材３００の少なくとも一部を収容するように設けられることによって、圧電振動部材３００を保護することができ、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）端子を保護することができる。

上述したように、本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン装置は、フレーム１００の内側面に圧電振動部材３００が設けられ、タッチスクリーンパネル２００の側面が圧電振動部材３００と接触されるように設ける。したがって、圧電振動部材３００がタッチスクリーンパネル２００の平面に対して水平方向に振動し、これにより、タッチスクリーンパネル２００の水平方向に振動力が与えられる。要するに、タッチスクリーンパネルに対して垂直方向に振動する従来に比べて振動力を大きくでき、タッチスクリーンパネルの全領域に亘って均一な振動力が与えられる。

さらに、圧電振動部材３００をフレーム１００の内側面に設けることによって、ボードの上に実装する従来に比べて空間活用が制限されない。また、タッチスクリーンパネル２００の側面から水平方向に振動が発生するため、不快感を与える触感の発生が少ない。なお、タッチスクリーンパネル２００の周縁を厚く形成して圧電振動部材３００がタッチスクリーンパネル２００の側面の全体に接触可能であるため、振動力を大きくできる。

図５から図７は、本発明の様々な実施形態に係るタッチスクリーン装置の断面図である。

図５を参照すると、本発明の第２の実施形態に係るタッチスクリーン装置は、フレーム１００の内側に設けられた段付き部１１０の内側から上側に向かって延びる延在部１２０が設けられ、延在部１２０の内側面に圧電振動部材３００が固定されてもよい。延在部１２０は、タッチスクリーンパネル２００の周縁の厚さよりも小さい高さに設けられて延在部１２０の上面及びタッチスクリーンパネル２００は所定の間隔を保つことができる。このとき、タッチスクリーンパネル２００の周縁はフレーム１００と延在部１２０との間の領域に設けられてもよく、フレーム１００とタッチスクリーンパネル２００との間にはバネ４００などのクッション材が設けられてもよい。すなわち、タッチスクリーンパネル２００とフレーム１００との間にバネ４００などのクッション材が設けられ、タッチスクリーンパネル２００と延在部１２０との間に圧電振動部材３００が設けられてもよい。バネ４００などのクッション材がフレーム１００とタッチスクリーンパネル２００との間において膨らんでフレーム１００及びタッチスクリーンパネル２００を固定してもよい。また、タッチスクリーンパネル２００及び段付き部１１０は所定の間隔だけ離間し、これらの間の少なくとも一領域に接着剤（図示せず）が設けられてもよい。このような本発明の第２の実施形態に係るタッチスクリーン装置は、圧電振動部材３００がタッチスクリーンパネル２００の平面方向に振動力を与え、これに伴い、タッチスクリーンパネル２００は、平面方向に振動することになる。

図６を参照すると、本発明の第３の実施形態に係るタッチスクリーン装置は、タッチスクリーンパネル２００の周縁の所定の幅が他の領域に比べて上側及び下側に向かって進むにつれて厚くなるように形成される。すなわち、周縁が他の領域よりも上側及び下側に向かって進むにつれて厚くなるように所定の厚さに形成される。したがって、タッチスクリーンパネル２００がタッチ領域は周縁に比べて低く形成される。このとき、周縁の幅は、フレーム１００の段付き部１１０の幅に等しく形成されてもよく、周縁の上部面は、フレーム１００の上部面と面一であってもよい。

図７を参照すると、本発明の第４の実施形態に係るタッチスクリーン装置は、圧電振動モジュール５００を備える。すなわち、フレーム１００とタッチスクリーンパネル２００との間に圧電振動モジュール５００が設けられる。このような圧電振動モジュール５００は、図８に示すように、内部に所定の空間が設けられるように組み合わせられる下部及び上部ケース５１０、５２０と、下部及び上部ケース５１０、５２０の間の内部空間に設けられて振動を発生させる圧電振動部材３００と、下部及び上部ケース５１０、５２０の間の内部空間に設けられ、圧電振動部材３００の一部に取設されて圧電振動部材３００の振動を増幅させるウェイト（ｗｅｉｇｈｔ）部材５３０と、を備えていてもよい。このような圧電振動モジュール５００の構成の詳細については、図８及び図９に基づいて説明する。また、タッチスクリーンパネル２００は、全領域が同じ厚さに設けられてもよい。すなわち、本発明の第１乃至第３の実施形態においては、周縁が他の領域に比べて厚く設けられるが、本発明の第４の実施形態においては、タッチスクリーンパネル２００が全領域に亘って同じ厚さに設けられてもよい。いうまでもなく、本発明の第４の実施形態もまた、タッチスクリーンパネル２００の周縁が他の領域に比べて厚くてもよい。

以下、図８及び図９に基づいて、圧電振動モジュール５００について説明する。圧電振動モジュール５００は、下部及び上部ケース５１０、５２０と、下部及び上部ケース５１０、５２０の間の内部空間に設けられた圧電振動部材３００と、下部及び上部ケース５１０、５２０の間の内部空間に設けられ、圧電振動部材３００の一部に取設されたウェイト（ｗｅｉｇｈｔ）部材５３０と、を備えていてもよい。

下部ケース５１０は、圧電振動モジュール５００の下側に設けられて上部ケース５２０と組み合わせられて内部に所定の空間を設け、圧電振動モジュール５００の外形をなす。このような下部ケース５１０は、圧電振動部材３００及びウェイト部材５３０の形状に倣って内部空間が設けられるように、例えば、長手方向に向かい合う両辺が長く、これと直交する幅方向に向かい合う両辺が短い形状に設けられてもよい。このような下部ケース５１０は、圧電振動部材３００から所定の間隔だけ離間して圧電振動部材３００の下側をカバー可能な平面部５１１と、平面部５１１の周縁から上側に向かって延びた４つの側面部５１２と、を備えていてもよい。一方、平面部５１１の短辺の周縁から上側に向かって延設された側面部５１２の上側には平面部５１１と向かい合う外側に向かって延びた水平部５１３がさらに形成されてもよい。すなわち、下部ケース５１０の平面部５１１は、ウェイト部材５３０の長さよりも小さく設けられ、平面部５１１の短辺の周縁から上側に向かって延設された側面部５１２から外側にウェイト部材５３０の長さに等しいか又はこれよりも大きく水平部５１３が形成されてもよい。また、下部ケース５１０の所定の領域、すなわち、平面部５１１の外側には振動板３２０が嵌入する孔５１４が形成される。孔５１４は、振動板３２０の一領域と接触できるように振動板３２０の一領域の太さに等しい直径に形成されてもよい。

上部ケース５２０は、下部ケース５１０と組み合わせられて内部に所定の空間が設けられる。上部ケース５２０は、ウェイト部材５３０の上側に設けられて内部にウェイト部材５３０が収容され、圧電振動部材３００の少なくとも一部が収容される。すなわち、ウェイト部材５３０は、上部ケース５２０の内部に設けられてもよく、圧電振動部材３００は、下部及び上部ケース５１０、５２０の間の空間に設けられてもよい。このような上部ケース５２０は、圧電振動部材３００及びウェイト部材５３０の形状に倣って内部空間が設けられるように向かい合う両辺が長く、これと直交する方向に向かい合う両辺が短い形状に設けられてもよい。すなわち、上部ケース５２０は、平面部と、平面部の周縁から下部ケース５１０に向かって延びた４つの側面部と、を備えていてもよいが、平面部は、ウェイト部材５３０の長手方向に沿って両辺が長く、ウェイト部材５４０の幅方向に沿って両辺が短く設けられてもよい。また、上部ケース５２０の側面部は、平面部の周縁の全領域から下側に向かって延設されてもよく、周縁の少なくとも一部から下側に向かって延設されてもよい。すなわち、側面部は、平面部の周縁から部分的に延設されてもよい。ここで、上部ケース５２０の側面部は、下部ケース５１０の側面部５１２をその外側から取り囲むように設けられてもよい。すなわち、内部に圧電振動部材３００及びウェイト部材５４０を収容し、上部ケース５２０の側面部及び下部フレーム５１０の側面部５１２が結合されて圧電振動モジュール５００が実現されてもよい。さらに、上部ケース５２０は、その内部にウェイト部材５３０を収容できるように側面部の長さ、高さ及び幅がウェイト部材５３０の長さ、高さ及び幅よりも大きく製作されてもよい。すなわち、ウェイト部材５３０が上部ケース５２０の内部空間において上部ケース５２０の平面部及び側面部から所定の間隔だけ離間するように上部ケース５２０が設けられてもよい。

圧電振動部材３００は、圧電素子３１０及び振動板３２０を備え、振動板３２０の一面に圧電素子３１０が取り付けられ、振動板３２０の他面がウェイト部材５３０と接触される。また、振動板３２０は、圧電素子３１０よりも長く設けられ、振動板３２０の周縁は、下部ケース５１０の孔５１４に嵌入する。このような圧電振動部材３００の圧電素子３１０及び振動板３２０は、本発明の一実施形態において説明されたものと同様であるため、その詳細な説明は省略する。

ウェイト部材５３０は、所定の長さ及び幅並びに厚さを有する略六面体の形状を有する。このとき、幅方向の向かい合う両面は、厚さ方向の向かい合う両面よりも広くてもよい。また、ウェイト部材５３０は、圧電振動部材３００側に接触部５３１が形成され、接触部５３１は、圧電振動部材３００と接触される。すなわち、接触部５３１は、圧電振動部材３００の一面に面するウェイト部材５３０の厚さ方向の一面の中央部に設けられてもよく、これにより、圧電振動部材３００の中央部に接触されてもよい。ここで、接触部５３１が設けられるウェイト部材５３０の一面は水平に設けられ、その中央部に接触部５３１が突設されてもよく、ウェイト部材５３０の一面が周縁から中央部に向かって所定の角度で折れ曲がるように形成され、中央部の最も高い部分が接触部５３１となって圧電振動部材３００と接触されてもよい。このとき、接触部５３１及び圧電振動部材３００は、接着剤などによって貼り合わせられてもよい。したがって、接触部５３１が圧電振動部材３００と接触され、ウェイト部材５３０の残りの領域は圧電振動部材３００から離間してもよい。ところが、接着剤の種類及びそれによる特性に応じて接着剤を厚く塗布することを余儀なくされる場合もあるが、接着剤の塗布厚さに応じて圧電振動部材３００とウェイト部材５３０との間の間隔が大きくなり、これにより、圧電振動モジュール５００の厚さが増加する虞がある。したがって、接着剤が塗布される領域、すなわち、接触部５３１には、接着剤の塗布厚さに応じて内部に凹んだ凹部が形成されてもよい。一方、接触部５３１は、ウェイト部材５３０の中央部に位置しなくてもよく、中央部から１０％以内で可動である。これにより、振動周波数及び変位を調節することができる。このように、圧電振動部材３００に取設されるウェイト部材４３０は、圧電振動部材３００の振動によってそれとともに振動しながら自重をその振動に載せる。このように、圧電振動部材３００にウェイト部材５３０が取設されてウェイト部材５３０の重さが載せられれば、振動体の重さが増え、その結果、圧電振動部材３００が単独で振動するときに比べて共振周波数は下がるのに対し、振動力は強くなる。特に、交流駆動電圧の特定の周波数においては、振動力が最大限に増幅される。なお、ウェイト部材５３０を用いる場合、圧電振動部材３００に流れる電流が少ないため、電力の消耗量を大幅に低減させることができる。一方、ウェイト部材５３０の長手方向の両端部には延在部５３２が形成される。延在部５３２は、本体よりも薄肉に形成されるが、例えば、本体の厚さの１／２の厚さに形成される。このような延在部５３２は、下部ケース５１０の水平部５１３と接触されないようにその上に設けられてもよい。

本発明の実施形態及び比較例の周波数及び振動加速度の特性を［表１］に比較して示す。ここで、振動加速度は、タッチスクリーンパネルに接触されるときに伝わる振動力の強さである。本発明の実施形態においては、圧電振動部材がタッチスクリーンパネルに水平方向に振動し、比較例においては、圧電振動部材がタッチスクリーンパネルに垂直方向に振動する。すなわち、本発明の実施形態においては、フレームの内側面とタッチスクリーンパネルの外側面との間に圧電振動部材が設けられ、比較例においては、タッチスクリーンパネルの下部面に圧電振動部材が設けられる。本発明の実施形態及び比較例の特性を比較するために、タッチスクリーンパネルの同じ位置の５ヶ所を測定した。このとき、入力電圧は１５０Ｖにし、正弦波（ｓｉｎｅｗａｖｅ）を１０秒間印加し、周波数を１００Ｈｚ〜３００Ｈｚに変化させた。

［表１］に示すように、本発明の実施形態に係る振動加速度の方が比較例に比べて増加することが分かる。すなわち、比較例に比べて実施形態の方の振動加速度が約２７％〜約４０９％ほど増加する。また、振動加速度の散布値、すなわち、領域別の誤差もまた比較例に比べて実施形態の方が低いことが分かる。したがって、本発明の実施形態は、比較例に比べて大きい振動力が伝わり、タッチスクリーンパネルの全領域に亘って略均一な振動力が伝わる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態によって実現可能である。すなわち、上記の実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に本発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明の範囲は本願の特許請求の範囲によって理解されるべきである。

Claims (13)

1. フレームと、
   前記フレームの内側に設けられたタッチスクリーンパネルと、
   前記フレームと前記タッチスクリーンパネルとの間に設けられた圧電振動部材と、
   を備え、
   前記圧電振動部材は、前記タッチスクリーンパネルの水平方向に振動するタッチスクリーン装置。
2. 前記フレームは、少なくとも上部が開放され、側面が閉鎖された形状を呈し、内側面に段付き部が形成された請求項１に記載のタッチスクリーン装置。
3. 前記フレームは、前記段付き部の上側の内側面に前記圧電振動部材を収容するために形成された溝をさらに備える請求項２に記載のタッチスクリーン装置。
4. 前記タッチスクリーンパネルは、周縁が他の領域よりも厚く設けられ、前記周縁が前記段付き部から所定の間隔だけ離間する請求項２に記載のタッチスクリーン装置。
5. 前記段付き部と前記タッチスクリーンパネルの周縁の下側との間の少なくとも一部の領域に設けられた接着剤をさらに含む請求項４に記載のタッチスクリーン装置。
6. 前記段付き部の外側から上側に向かって延びた延在部をさらに備え、前記延在部の側面に前記圧電振動部材が設けられた請求項２に記載のタッチスクリーン装置。
7. 前記フレームと前記タッチスクリーンパネルとの間に設けられたバネをはじめとするクッション材をさらに備える請求項１に記載のタッチスクリーン装置。
8. 前記圧電振動部材は少なくとも一領域に孔が形成された振動板、圧電素子及びダンパーを備え、前記振動板が前記フレームに固定され、前記ダンパーが前記タッチスクリーンパネルに接触される請求項１乃至請求項７のうちのいずれか一項に記載のタッチスクリーン装置。
9. 前記圧電振動部材の少なくとも一部に形成された防水層をさらに備える請求項８に記載のタッチスクリーン装置。
10. 前記振動板は、ねじ、接着剤、係合ピンの少なくとも一つによって前記フレームに固定される請求項８に記載のタッチスクリーン装置。
11. 前記圧電振動部材を収容するケースをさらに備える請求項１に記載のタッチスクリーン装置。
12. 前記ケースの一面に設けられたフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）をさらに備える請求項１１に記載のタッチスクリーン装置。
13. 前記ケースの内側において前記圧電振動部材と接触されるウェイト部材をさらに備える請求項１１に記載のタッチスクリーン装置。

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