JP5921811B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルを備える電子機器に関するものである。

現在、電子機器の入力装置として、タッチパネルやタッチパッドなど（以下、これらを総称してタッチパネルと言う）が広く採用されている。そのような入力装置において、操作者がタッチパネルを操作した際に、タッチパネルを振動させることにより、操作者の指先などに操作感をフィードバックするものが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載の電子機器の分解斜視図である。図６に示すように、特許文献１に記載の電子機器（ディスプレイ装置）は、ディスプレイモニタ１００、パネル固定用フレーム２１０、タッチパネル４００、およびカバー５００を備えている。この電子機器は、タッチパネル４００等の各部品が、上記ディスプレイモニタ１００に対して組付けられることにより構成されている。

特許文献１に記載の電子機器において、ディスプレイモニタ１００は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）からなり、全体が矩形かつ扁平な形状を有している。ディスプレイモニタ１００は、図示しない回路基板に搭載されて、当該回路基板に実装された表示制御回路による制御に従って、例えばキーやボタン等のオブジェクトまたは各種の情報などを、その表示面に表示する。このディスプレイモニタ１００の表示面上には、当該モニタ１００とほぼ同じ大きさのタッチパネル４００が位置するように組付けられる。

タッチパネル４００は、例えば透明な樹脂板にマトリクス状のスイッチ回路が形成され、パネル表面が操作者の指先などにより接触されると、その接触位置に応じた検出信号を、図示しない回路基板に実装されたタッチパネル制御回路に出力するように構成されている。つまり、操作者は、タッチパネル４００を通して映し出されるディスプレイモニタ１００の表示に従って当該パネル４００に対して操作を行うことにより、電子機器に対して当該表示に応じた各種情報を入力することができる。

この電子機器においては、図６に示すように、タッチパネル４００の裏面側の対向する２辺に沿って、それぞれ圧電素子（ピエゾ素子）４２０が貼り付けられている。タッチパネル４００が操作者による接触を検出すると、この電子機器は、図示しない回路基板に実装された圧電素子駆動回路から圧電素子４２０に駆動信号（電圧）を付与する。この駆動信号を受信すると、圧電素子４２０は伸縮するため、この電子機器は、タッチパネル４００の操作面に対して振動を発生させることができる。すなわち、上記操作に伴って、タッチパネル４００が振動することにより、操作者は操作感を得ることができるようになっている。

なお、上述した表示制御回路、タッチパネル制御回路、および、圧電素子駆動回路は、それぞれ独立した回路基板に実装されたり、共通の回路基板に実装されたり、一つの回路が独立の回路基板に実装され、他の二つの回路が共通の回路基板に実装されたり、種々の態様で実装される。

タッチパネル４００は、パネル固定用フレーム２１０を介してディスプレイモニタ１００に組付けられている。パネル固定用フレーム２１０は、ＡＢＳ等の硬質の樹脂材料から形成されることにより全体が剛性を有した構成となっている。

図６に示すように、パネル固定用フレーム２１０には、タッチパネル４００をその四隅において保持するホルダ２２０が組付けられる。図７は、４つのホルダ２２０のうち１つが、タッチパネル４００の隅に取り付けられる様子を示す拡大図である。各ホルダ２２０には、タッチパネル４００の角部を差込み可能なスリット状の差込み部３６０がそれぞれ形成されている。また、図６に示すように、パネル固定用フレーム２１０の周囲側面には、各側面それぞれの端部付近に、ホルダ２２０を固定するための固定孔３２０が設けられている。そして、図７に示すホルダ２２０に形成されたフック３４０ａが、図６に示す各固定孔３２０に差し込まれることにより、各ホルダ２２０は、タッチパネル４００をパネル固定用フレーム２１０に固定される。

このように、各ホルダ２２０にタッチパネル４００の四隅がそれぞれ差込まれると、各ホルダ２２０は、タッチパネル４００を四隅で外側から拘束するとともに、厚み方向の両側からも拘束した状態で保持する。したがって、特許文献１に記載の電子機器は、タッチパネル４００が固定されるように配置することができる。

また、ホルダ２２０は、それぞれ、パネル固定用フレーム２１０よりも弾性係数の小さい材料から形成されており、例えばシリコン系の樹脂またはゴムにより一体成型されている。このように、ホルダ２２０は、タッチパネル４００を安定的に保持する一方で、タッチパネル４００が振動できるように弾性変形可能に構成されている。なお、タッチパネル４００とディスプレイモニタ１００との間には、タッチパネル４００の厚み方向の変位を可能とする隙間が確保される。このため、圧電素子４２０が振動する際に、当該振動に伴うタッチパネル４００の厚み方向の変位が可能となっている。

特開２０１０−４４４９７号公報

ところで、特許文献１に記載の電子機器においては、タッチパネル４００および圧電素子４２０が一体に変位する。そのため、タッチパネル４００および圧電素子４２０は、それぞれフレキシブル配線基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）等の可撓性を有する配線基板を介して、筐体に固定して配置された回路基板に接続するようにしている。

しかしながら、このようにタッチパネル４００および圧電素子４２０の双方を、ＦＰＣを介して回路基板に接続すると、部品点数が多くなってコストアップを招くことが懸念される。また、ＦＰＣが多くなる分、タッチパネル４００の振動によるＦＰＣの撓みの反力によって、タッチパネル４００の振動が抑制されることが懸念される。また、それぞれのＦＰＣは、タッチパネル４００の振動によって、互いに干渉しないように、かつ、隣接の他の部材に干渉しないように配設する必要がある。そのため、ＦＰＣの周辺に十分なスペースを確保する必要があることから、装置の大型化を招くことが懸念される。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、部品点数を削減できてコストダウンが図れ、しかも、タッチパネルの振動の抑制を可能な限り軽減できると共に、装置の小型・薄型化が図れる電子機器を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る電子機器の発明は、
タッチパネルと、
該タッチパネルに装着されて、該タッチパネルを振動させる振動部材と、
前記タッチパネルの裏面と離間対向して配置された回路基板と、
前記タッチパネルと接するように構成され、前記回路基板に前記タッチパネルを振動可能に支持し、前記タッチパネルおよび前記振動部材の少なくとも一方と電気的に接続される複数の導電性弾性支持部材と、
を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、部品点数を削減できてコストダウンが図れ、しかも、タッチパネルの振動の抑制を可能な限り軽減できると共に、装置の小型・薄型化が図れる電子機器を実現することが可能となる。

本発明の第１実施の形態に係る電子機器の外観を示す斜視図である。 図１のII−II線に沿った概略拡大断面図である。 図１のタッチパネルの裏面図である。 図１の弾性支持部材の動作を説明するための部分概略断面図である。 本発明の第２実施の形態に係る電子機器の概略断面図である。 従来の電子機器の構成を示す分解斜視図である。 図６の部分拡大斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１乃至図４は、本発明の第１実施の形態に係る電子機器を説明するための図である。図１は、電子機器の外観を示す斜視図である。図２は、図１のII−II線に沿った概略拡大断面図である。図３は、図１のタッチパネルの裏面図である。図４（ａ）および（ｂ）は、図１の弾性支持部材の動作を説明するための部分概略断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る電子機器１は、外観上、筐体１０と、タッチパネル２０と、ベゼル３０と、を備える。筐体１０は、図示の例では一つの筐体として示しているが、上部筐体と下部筐体とが一体に組み合わされて構成される場合もある。この場合、上部筐体と下部筐体との間は、これらが一体に組み合わされた状態において、例えばゴム製のパッキンを介した公知の密閉構造にする等して、適当な防塵および防水の措置がなされているものとする。筐体１０は、ある程度の衝撃に耐えうる例えば樹脂により構成するのが好適である。

タッチパネル２０は、後述するように矩形状を成しており、表示部の表示面側に配置されて、表示部に表示されたオブジェクトに対する操作者の指やスタイラスペン等（以下、単に「接触物」と総称する）による接触を、対応するタッチパネル２０のタッチ面２０ａにおいて検出する。したがって、本実施の形態において、「タッチパネル」とは、表示部の表示面側に配置される、すなわち当該表示部とは別に設けられる部材を想定して説明する。また、タッチパネル２０は、タッチ面２０ａに対する接触物の接触の位置を検出し、当該検出した接触の位置を制御部（図示せず）に通知する。

このタッチパネル２０は、例えば抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の公知の方式のものを用いることができる。なお、タッチパネル２０が接触物による接触を検出する上で、接触物がタッチパネル２０に物理的に触れることは必須ではない。例えば、タッチパネル２０が光学式である場合は、タッチパネル２０は当該タッチパネル２０上の赤外線が接触物で遮られた位置を検出するため、接触物がタッチパネル２０に触れることは不要である。

ベゼル３０は、タッチパネル２０の上面の周縁部を覆うように、筐体１０の上部に嵌め込まれるように装着されている。つまり、本実施の形態において、ベゼル３０は、筐体１０を支持部材として、筐体１０とタッチパネル２０との間に跨るように筐体１０に装着されている。ベゼル３０は、例えば金属製、プラスチック製、樹脂製などとすることができ、薄型ながらもある程度の強度を有する素材で構成するのが好適である。

図２に示すように、筐体１０には、回路基板４０および表示部５０が内蔵されている。表示部５０は、例えば操作者が入力の操作に用いる押しボタンスイッチ等の各種のオブジェクトを画像で表示する。このオブジェクトは、タッチパネル２０のタッチ面上において接触すべき領域を操作者に示唆する画像である。表示部５０は、例えば、液晶表示パネル（ＬＣＤ）や有機ＥＬ表示パネル等を用いて構成され、回路基板４０に搭載される。

回路基板４０には、表示部５０が搭載される他、タッチパネル２０の制御回路やタッチパネル２０に装着された後述する圧電素子の駆動回路等の電子機器１の動作に必要な回路が適宜実装される。

タッチパネル２０は、タッチ面２０ａとは反対側の裏面２０ｂの四隅において、それぞれ導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄ（６０ｃ，６０ｄは、図示せず）を介して回路基板４０に支持される。本実施の形態では、導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄとして、それぞれポゴピンと称されている片端可動型のプローブピンを用い、その固定端６１ａ−６１ｄ（６１ｃ，６１ｄは、図示せず）を回路基板４０に接続し、可動端６２ａ−６２ｄ（６２ｃ，６２ｄは、図示せず）をタッチパネル２０の裏面２０ｂに接触させる。また、タッチパネル２０とベゼル３０との間には、タッチ面２０ａ側の周縁に亘ってシリコンゴムやゲル等の弾性部材７０が配置される。これにより、タッチパネル２０は、導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄの弾性力と弾性部材７０の弾性力とによって、導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄと弾性部材７０との間に挟持されて、表示部５０の表示面側に変位可能に配置される。

図３に示すように、タッチパネル２０の裏面２０ｂには、その四隅に、図２に示した導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄの可動端６２ａ−６２ｄがそれぞれ接する接触端子部２１ａ−２１ｄが形成されている。また、裏面２０ｂには、タッチパネル２０の対向する二辺２２ａ，２２ｂ（図３では、短辺）において、接触端子部２１ａ−２１ｄにそれぞれ接続されて、接触端子部２１ａ−２１ｄから対応する辺の中央部まで延在する配線パターン２３ａ−２３ｄが形成されている。

すなわち、辺２２ａにおいては、接触端子部２１ａから辺２２ａの中央部近傍まで延在して配線パターン２３ａが形成されており、接触端子部２１ｂから辺２２ａの中央部近傍まで延在して配線パターン２３ｂが形成されている。同様に、辺２２ｂにおいては、接触端子部２１ｃから辺２２ｂの中央部近傍まで延在して配線パターン２３ｃが形成されており、接触端子部２１ｄから辺２２ｂの中央部近傍まで延在して配線パターン２３ｄが形成されている。

また、タッチパネル２０の裏面２０ｂには、辺２２ａ，２２ｂの近傍に、辺２２ａ，２２ｂに沿って長さ方向に伸縮する圧電素子２４，２５が装着されている。圧電素子２４は、一方の電極２４ａが配線パターン２３ａに接触し、他方の電極２４ｂが配線パターン２３ｂに接触して、接着等により装着される。同様に、圧電素子２５は、一方の電極２５ａが配線パターン２３ｃに接触し、他方の電極２５ｂが配線パターン２３ｄに接触して、接着等により装着される。

これにより、圧電素子２４の電極２４ａ，２４ｂは、タッチパネル２０の対応する配線パターン２３ａ，２３ｂおよび接触端子部２１ａ，２１ｂを経て、導電性弾性支持部材６０ａ，６０ｂに電気的に接続される。同様に、圧電素子２５の電極２５ａ，２５ｂは、タッチパネル２０の対応する配線パターン２３ｃ，２３ｄおよび接触端子部２１ｃ，２１ｄを経て、図示しない導電性弾性支持部材６０ｃ，６０ｄに電気的に接続される。

そして、図示しない圧電素子駆動回路から、回路基板４０、導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄ、接触端子部２１ａ−２１ｄおよび配線パターン２３ａ−２３ｄを経て圧電素子２４，２５に駆動信号が印加される。これにより、圧電素子２４，２５は、長さ方向に振動して、タッチパネル２０を湾曲振動させる。なお、タッチパネル２０の信号線は、図示しないＦＰＣを介して回路基板２０に接続される。

本実施の形態に係る電子機器１は、タッチパネル２０が接触物によって押圧されていない状態で、片端可動型のプローブピンからなる導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄの可動端６２ａ−６２ｄが、対応する固定端６１ａ−６１ｄから充分突出して、タッチパネル２０の対応する接触端子部２１ａ−２１ｄに接するように構成される。図４（ａ）は、この状態の導電性弾性支持部材６０ａを示している。したがって、この状態から、タッチパネル２０が接触物によって押圧されると、導電性弾性支持部材６１ａ−６１ｄは、その可動端６２ａ−６２ｄが押圧力に応じて、固定端６１ａ−６１ｄ側に変位する。図４（ｂ）は、この状態の導電性弾性支持部材６０ａを示している。

そして、押圧荷重が触感を呈示する所定の基準を満たした際に、タッチパネル２０に対するタッチ操作がなされたものと判定して、圧電素子２４，２５に導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄを介して駆動信号を印加する。これにより、圧電素子２４，２５を、その長手方向に伸縮させてタッチパネル２０を湾曲振動させ、タッチ面２０ａにタッチしている接触物に対して、圧電素子２４，２５を駆動する駆動信号に応じた触感を呈示する。

ここで、押圧荷重は、例えば、圧電素子２４，２５を共用して検出するように構成することもできるし、駆動用とは別個の荷重検出用の圧電素子あるいは歪みゲージセンサにより検出するように構成することもできる。また、押圧荷重が触感を呈示する所定の基準を満たした際とは、検出される押圧荷重が触感を呈示する基準値に達した際であってもよいし、検出される押圧荷重が触感を呈示する基準値を超えた際でもよいし、触感を呈示する基準値が検出された際でもよい。

このように、本実施の形態においては、タッチパネル２０を、片端可動型のプローブピンからなる導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄにより回路基板４０に支持するとともに、導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄを介して圧電素子２４，２５に駆動信号を印加するようにしている。したがって、圧電素子２４，２５のＦＰＣが不要になるので、その分、部品点数を削減できてコストダウンが図れる。また、ＦＰＣを削減できることから、ＦＰＣの撓みの反力等によるタッチパネル２０の振動の抑制を軽減できる。特に、導電性弾性支持部材６０ａ−６０ｄは、片端可動型のプローブピンからなり、その可動端６２ａ−６２ｄがタッチパネル２０の変位に応じて容易に伸縮するので、タッチパネル２０の振動の抑制が可能な限り軽減することができる。また、ＦＰＣを削減できることから、タッチパネル２０と基板４０との間のスペースも小さくでき、これにより電子機器１の小型・薄型化が可能となる。

さらに、本実施の形態においては、タッチパネル２０とベゼル３０との間に、タッチ面２０ａ側の周縁に亘って弾性部材７０が配置されている。したがって、防塵および防水効果も得られる。

（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る電子機器の概略拡大断面図であり、図２に相当するものである。本実施の形態に係る電子機器２は、第１実施の形態に係る電子機器１において、シリコンゴムやゲル等からなる弾性部材７０を、タッチパネル２０の周縁全周に亘って、タッチパネル２０とベゼル３０との間、および、タッチパネル２０の側面と筐体１０との間に充填するように設けたものである。その他の構成は、第１実施の形態と同様である。

このように、タッチパネル２０の周縁全周に亘って、タッチパネル２０の上面周縁および側面を包むように、タッチパネル２０とベゼル３０および筐体１０との間に、弾性部材７０を設ければ、第１実施の形態の効果に加えて、防塵および防水効果を更に高めることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、タッチパネル２０を４個の導電性弾性支持部材を用いて４点支持するようにしたが、さらに多くの導電性弾性支持部材を用いてタッチパネル２０を支持することもできる。これにより、圧電素子２４，２５に代えて、あるいは圧電素子２４，２５およびタッチパネル２０の双方と、回路基板４０とを導電性弾性支持部材を介して接続することもできる。さらに、タッチパネル２０に、荷重検出用の圧電素子や歪みゲージセンサを設ける場合も、これらと回路基板とを導電性弾性支持部材を介して接続することができる。

また、導電性弾性支持部材は、片端可動型のプローブピンに限らず、両端可動型のプローブピンを用いることができる。また、このように可動型のプローブピンを用いる場合は、可動端の変位に基づいてタッチパネル２０への押圧荷重を検出するように構成することも可能である。また、導電性弾性支持部材は、可動型のプローブピンに限らず、導電性を有する種々の弾性部材、例えば、導電性ゴム、板バネ、ワイヤバネ、コイルバネ等を用いて構成することができる。

また、第１実施の形態のように、タッチパネル２０とベゼル３０との間に弾性部材７０を配設する構成においては、弾性部材７０に代えて、シート状部材を配設して防塵効果を得ることもできる。

また、上述した実施の形態においては、タッチパネル２０の裏側に配置した表示部５０にオブジェクトを表示してタッチパネル２０が操作者の接触を検出する態様について説明した。しかしながら、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、例えば表示部５０を有さずに、タッチパネル２０のタッチ面上にオブジェクトがインクなどにより直接印刷されているような態様を想定することもできる。

また、上記実施の形態では、タッチパネル２０を用いて、当該タッチパネル２０のタッチ面に対する接触を検出した。すなわち、上記実施の形態において、「タッチパネル２０」は、いわゆるタッチセンサのような部材を想定して説明した。しかしながら、本発明による電子機器に用いるタッチパネルは、操作者の指やスタイラスペンなどの接触物により接触されるものであれば任意のものとすることができる。

例えば、本発明による電子機器に用いるタッチパネルは、タッチ面に対する接触物の接触の位置を検出しない（つまりセンシング機能を有さない）、単なる「パネル」のような部材とすることもできる。また、接触位置のセンシング機能の有無に関わらず、例えば、押圧の荷重を検出する荷重検出部をさらに設け、該荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する所定の基準を満たした際に、タッチパネルに対する接触がなされたものと判定して、振動部を駆動してタッチパネルを振動させることができる。

このような荷重検出部は、上述したように任意の個数の歪みゲージセンサや圧電素子等をタッチパネルに設けたものとして構成することができる。また、歪みゲージセンサや圧電素子等を用いることなく、タッチパネルにおける接触検出方式に応じて構成することができる。例えば、抵抗膜方式の場合には、接触面積による抵抗変化に基づく出力信号の変化から荷重を検出するように構成することができる。また、静電容量方式の場合には、静電容量の変化に基づく出力信号の変化から荷重が検出するように構成することができる。

また、タッチパネルを振動させる圧電素子は、２個に限らず、任意の個数とすることができる。例えば、タッチパネルの全面に透明圧電素子を設けて、タッチパネルを振動させるように構成することもできる。

また、上記実施の形態において、表示部５０およびタッチパネル２０は、表示部と接触検出部との両機能を共通の基板に持たせる等により、一体化した装置によって構成されるようにしてもよい。このように表示部と接触検出部との両機能を一体化した装置の一例としては、液晶パネルが有するマトリクス状配列の画素電極群に、フォトダイオード等の複数の光電変換素子を規則的に混在させたものを挙げることができる。この装置は、液晶パネル構造によって画像を表示する一方で、パネル表面の所望位置をタッチ入力するペンの先端で液晶表示用のバックライトの光を反射させ、その反射光を周辺の光電変換素子で受光することによって、タッチ位置を検出することができる。

さらに、上記実施の形態において、圧電素子をタッチパネル２０の裏面（底面）に配設した場合について説明したが、圧電素子にてタッチパネル２０を湾曲振動させるのみで、荷重検出を兼用しない場合は、図２において弾性部材７０を中央寄りとし、タッチパネル２０の上面部に圧電素子を形成するようにしてもよい。
さらに、上記実施の形態において、振動部材として圧電素子を用いた場合について説明したが、振動部材は、外部から電気供給を受けて駆動することによりタッチパネル２０を直接的にあるいは間接的に振動させたり変形させるような部材であればよく、例えば振動モータ（偏心モータ）等に基づいて電子機器を振動させることにより、タッチパネル２０を間接的に振動させるように構成してもよい。

１，２ 電子機器
１０ 筐体
２０ タッチパネル
２０ａ タッチ面
２０ｂ 裏面
２１ａ−２１ｄ 接触端子部
２２ａ，２２ｂ 辺
２３ａ−２３ｄ 配線パターン
２４，２５ 圧電素子
２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ 電極
３０ ベゼル
４０ 回路基板
５０ 表示部
６０ａ，６０ｂ 導電性弾性支持部材
６１ａ，６１ｂ 固定端
６２ａ，６２ｂ 可動端
７０ 弾性部材

Claims (1)

1. タッチパネルと、
   該タッチパネルに装着されて、該タッチパネルを振動させる振動部材と、
   前記タッチパネルの裏面と離間対向して配置された回路基板と、
   前記タッチパネルと接するように構成され、前記回路基板に前記タッチパネルを振動可能に支持し、前記タッチパネルおよび前記振動部材の少なくとも一方と電気的に接続される複数の導電性弾性支持部材と、
   を備えることを特徴とする電子機器。

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