JP6926029B2 - 構造体及び触感呈示装置 - Google Patents

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Description

本開示は、構造体及び触感呈示装置に関する。
従来、タッチセンサ等の振動対象を圧電素子により振動させることで、当該振動対象にタッチするユーザに対して触感を呈示する装置が知られている。このような装置において、圧電素子の破損を防ぐ装置が知られている(特許文献1)。
特開2017−175874号公報
従来の装置には、圧電素子の破損を防ぐことに関し、改善の余地がある。
本開示は、改善された構造体及び触感呈示装置を提供することを目的とする。
一態様の構造体は、触感を呈示する構造体である。前記構造体は、圧電素子の伸縮変位に応じて前記構造体を振動させるアクチュエータに当接可能な当接部を有する。前記当接部は、前記アクチュエータに対して非接着である。前記当接部は、前記アクチュエータに対して着脱可能である。
他の態様の構造体は、触感を呈示する構造体である。前記構造体は、圧電素子の伸縮変位に応じて前記構造体を振動させるアクチュエータに当接可能な当接部を有する。前記当接部は、前記アクチュエータに対して非接着である。前記構造体は、前記アクチュエータを前記当接部に誘導するガイド部をさらに有する。
一態様の触感呈示装置は、触感を呈示する構造体と、圧電素子の伸縮変位に応じて前記構造体を振動させるアクチュエータとを備える。前記構造体は、前記アクチュエータに当接可能な当接部を有する。前記当接部は、前記アクチュエータに対して非接着である。前記当接部は、前記アクチュエータに対して着脱可能である。
他の態様の触感呈示装置は、触感を呈示する構造体と、圧電素子の伸縮変位に応じて前記構造体を振動させるアクチュエータとを備える。前記構造体は、前記アクチュエータに当接可能な当接部を有する。前記当接部は、前記アクチュエータに対して非接着である。前記構造体は、前記アクチュエータを前記当接部に誘導するガイド部をさらに有する。
本開示によれば、改善された構造体及び触感呈示装置が提供され得る。
本開示の一実施形態に係る触感呈示装置の外観図である。 図1に示すL−L線に沿った触感呈示装置のXY平面断面図である。 図2に示す構造の分解斜視図である。 図2に示す構造において、振動対象にX軸の負方向の外力が働くときの状態を示す図である。 比較例に係る触感呈示装置を示す図である。 本開示の他の実施形態に係る触感呈示装置を示す図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る触感呈示装置を示す図である。 図7に示す構造において、振動対象にX軸の正方向の外力が過度に働くときの状態を示す図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る触感呈示装置を示す図である。
図1は、本開示の一実施形態に係る触感呈示装置1の外観図である。図2は、図1に示すL−L線に沿った触感呈示装置1のXY平面断面図である。図3は、図2に示す構造の分解斜視図である。図1に示すように、触感呈示装置1は、外観視において直方体形状である。以下、図1乃至図3において、触感呈示装置1の厚さ方向はX軸方向とする。触感呈示装置1の長手方向はY軸方向とする。触感呈示装置1の短手方向はZ軸方向とする。
触感呈示装置1は、図2に示すように、筐体10と、振動対象20(構造体)と、アクチュエータ30とを備える。触感呈示装置1は、振動対象20を振動させることにより、振動対象20の主面21にタッチするユーザに対して触感を呈示する。触感呈示装置1の例として、カーナビゲーションシステム、又は、ステアリング若しくはパワーウィンドウのスイッチ等の車載機器が挙げられる。また、触感呈示装置1の例として、携帯電話、スマートフォン、タブレット型PC(Personal Computer)及びノートPCが挙げられる。ただし、触感呈示装置1は、これらに限定されない。触感呈示装置1は、デスクトップPC、家電製品、産業用機器(FA(Factory Automation)機器)、専用端末又は種々の電子機器等であってよい。
筐体10は、金属又は合成樹脂等で形成されてよい。筐体10は、触感呈示装置1の内部構造物を保護する。筐体10には、アクチュエータ30、コントローラ及びメモリ等が収容されてよい。コントローラは、アプリケーションソフトウェアを実行可能なプロセッサ又はマイクロコンピュータ等により構成されてよい。コントローラは、アクチュエータ30に接続される。コントローラは、アクチュエータ30に、アクチュエータ30を振動させるための駆動信号を出力する。駆動信号は、電圧信号であってよいし、電流信号であってよい。メモリは、半導体メモリ又は磁気メモリ等で構成されてよい。メモリは、各種情報及びコントローラを動作させるためのプログラム等を記憶する。なお、コントローラ及びメモリは、筐体10の外部に設けられてもよい。
振動対象20は、アクチュエータ30の振動が伝達されることにより、振動する。振動対象20は、表示パネル内に配置されたタッチセンサであってよい。ただし、振動対象20は、タッチセンサに限定されない。例えば、振動対象20は、スイッチであってよい。
振動対象20の振動方向として、例えば、面内方向及び面外方向がある。面内方向とは、振動対象20の主面21と略平行な方向である。例えば、図1では、面内方向は、ZY平面に平行な方向となる。そのため、図1では、面内方向の振動は、例えばZ軸方向の振動となる。また、面外方向とは、振動対象20の主面21に対して直交する方向である。そのため、図1では、面外方向の振動は、X軸方向の振動となる。以下、面内方向の振動は、「横振動」ともいう。また、面外方向の振動は、「縦振動」ともいう。
振動対象20の振動方向は、触感呈示装置1の用途等に応じて、適宜設定されてよい。例えば触感呈示装置1が車載機器である場合、振動対象20は、カーナビゲーションシステムの表示部となり得る。また、触感呈示装置1を搭載する車両の進行方向は、ほぼX軸方向となり得る。この場合、振動対象20の振動方向は、面外方向に決定されてよい。振動対象20の振動方向を面外方向に設定する場合、図2に示すように、アクチュエータ30が、触感呈示装置1に組込まれ得る。
振動対象20は、主面21と、主面22と、当接部23とを有する。振動対象20は、ガイド部24をさらに有してよい。ガイド部24は、振動対象20と一体として形成されてよい。又は、ガイド部24は、振動対象20とは別体として形成されてよい。ガイド部24は、振動対象20とは別体として形成される場合、接着剤等により、主面22に設けられてよい。
主面21は、図1に示すように、触感呈示装置1の外側を向く。主面21は、ユーザにタッチされる。主面22は、図2に示すように、触感呈示装置1の内側を向く。主面22は、筐体3の底部に対向する。
当接部23は、図2に示すように、アクチュエータの保持部35に当接可能である。当接部23は、図3に示すように、主面22の一部の領域であってよい。当接部23の形状は、アクチュエータ30の保持部35の、振動対象20に対向する面の形状と同様であってよい。当接部23がアクチュエータ30の保持部35に当接されることで、アクチュエータ30の振動を振動対象20に伝達させることができる。
当接部23は、アクチュエータ30の保持部35に非接着である。当接部23は、アクチュエータ30の保持部35に対して、着脱可能であってよい。このような構成によって、詳細は図4を参照して後述するが、振動対象20にX軸の負方向の外力が働くとき、当接部23から保持部35が脱することができ、圧電素子11が破損してしまうことを防ぐことができる。
ガイド部24は、アクチュエータ30の保持部35を、振動対象20の当接部23に誘導する。ガイド部24は、図2及び図3に示すように、主面22に設けられてよい。ガイド部24は、図3に示すように、アクチュエータ30の保持部35の外周全体に沿って形成されてよい。又は、ガイド部24は、アクチュエータ30の保持部35の外周の一部に沿って形成されてもよい。ガイド部24は、金属、樹脂、又は、金属及び樹脂等の複合材料で形成されてよい。
ガイド部24の内壁は、アクチュエータ30の保持部35と接し得る。ガイド部24の内壁は、ガイド部24の内壁と保持部35との間に摩擦が生じるよう、加工されてよい。ガイド部24の内壁とアクチュエータ30の保持部35との間に摩擦が生じることで、アクチュエータ30の振動を振動対象20に効率良く伝達させることができる。
アクチュエータ30は、触感呈示装置1のコントローラが出力する電圧信号を、振動に変換する。アクチュエータ30は、図1に示す直方体形状の触感呈示装置1の四隅に、配置されてよい。アクチュエータ30は、図2に示すように、筐体10の底面と振動対象20との間に、配置されてよい。
アクチュエータ30は、図2に示すように、圧電素子31と、振動板32と、支持部33A,33Bと、固定部34A,34Bとを有する。振動板32と支持部33A,33Bと固定部34A,34Bとは、例えば一枚の薄板を折り曲げることにより、一体として形成されてよい。又は、振動板32と支持部33A,33Bと固定部34A,34Bとは、別体として形成されてよい。振動板32と支持部33A,33Bと固定部34A,34Bとが別体として形成される場合、振動板32と支持部33A,33Bと固定部34A,34Bとは、溶接等により、一体化されてよい。
圧電素子31は、図3に示すように、例えば長方形状である。圧電素子31には、図1に示す触感呈示装置1のコントローラが出力する電圧信号が、印加される。圧電素子31は、印加される電圧信号に応じて長手方向に伸縮変位する。圧電素子31は、圧電フィルムであってよいし、圧電セラミックであってよい。圧電セラミックは、圧電フィルムよりも、大きい振動エネルギーを有する振動を発生し得る。
圧電素子11は、磁歪素子に置換されてよい。磁歪素子は、印加される磁界に応じて伸縮する。圧電素子11が磁歪素子に置換される場合、アクチュエータ30は、上述のコントローラが出力する駆動信号を磁界に変換するコイル等をさらに有してよい。
振動板32は、図3に示すように、例えばシム板のような、弾性を有する薄板である。振動板32は、所定厚さの板状部材であってよい。振動板32は、金属、樹脂、又は、金属及び樹脂等の複合材料で形成されてよい。以下、図2に示すように、振動板32に含まれる2つの面のうち、筐体10に対向する面を、「主面32a」という。また、振動板32に含まれる2つの面のうち、振動対象20に対向する面を、「主面32b」という。
主面32aには、図2に示すように、圧電素子31が設けられる。圧電素子11は、圧電素子11の長手方向が振動板32の長手方向と一致するように、主面32aに設けられる。圧電素子31は、接着剤等により、主面32aに接合されてよい。
主面32aに圧電素子31が設けられた構造、すなわち、振動板32の片面に圧電素子31が設けられた構造は、いわゆるユニモルフである。ユニモルフにおいては、圧電素子31の伸縮変位が、振動板32の屈曲振動を引き起こす。図2に示すように、振動板32の両方の端部は、それぞれ、支持部33A,33Bによって支持される。このように振動板32の両方の端部が支持される場合、振動板32は、振動板32の中央付近における主面32aの法線方向の振幅が最大になるように振動する。振動板32が主面32aの法線方向、すなわちX軸方向の振幅が最大になるように振動することで、振動対象20は、面外方向に振動し得る。
支持部33Aは、図2に示すように、振動板32の長手方向の一方の端部に設けられる。支持部33Aの一方の端部は、振動板32に接続される。支持部33Aの他方の端部は、固定部34Aに接続される。支持部33Bは、図2に示すように、振動板32の長手方向の他方の端部に設けられる。支持部33Bの一方の端部は、振動板32に接続される。支持部33Bの他方の端部は、固定部34Bに接続される。
支持部33A,33Bは、圧電素子31と筐体10との間に隙間が生じるように、振動板32を支持する。圧電素子31と筐体10との間に隙間が生じることで、圧電素子31の変位に応じて振動板32が振動するときに、圧電素子31が筐体10に衝突することを防ぐことができる。支持部33A,33Bは、振動板32と同一材料で形成されてよいし、振動板32とは異なる材料で形成されてよい。
固定部34A,34Bは、図2に示すように、筐体10に固定される。固定部34A,34Bは、例えばネジ等の締結部材又は接着剤等により、筐体10に固定されてよい。固定部34A,34Bは、振動板32と同一材料で形成されてよいし、振動板32と異なる材料で形成されてよい。
保持部35は、振動対象20の当接部23に当接することにより、振動対象20を保持する。保持部35は、金属、樹脂、又は、金属及び樹脂等の複合素材で形成されてよい。保持部35は、振動板32の主面32bの中央付近に設けられる。保持部35は、接着剤等により、振動板32に接続されてよい。
保持部35は、例えば図2に示すようにユーザの指等によって振動対象20の主面21がX軸の正方向に押されるとき、振動対象20の当接部23に当接する。保持部35が振動対象20の当接部23に当接することで、振動板32の振動が保持部35を介して振動対象20に伝達される。このような構成によって、触感呈示装置1は、振動対象20の主面21にタッチするユーザに、振動対象20を振動させることにより、触感を呈示することができる。
ここで、保持部35は、振動対象20の当接部23に対して、非接着である。保持部35は、振動対象20の当接部23に対して、着脱可能であってよい。保持部35は、振動対象20に対してX軸の負方向の外力が働くとき、振動対象20の当接部23から脱する。図4に、図2に示す構造において、振動対象20にX軸の負方向の外力が働くときの状態を示す。例えば、図1に示す触感呈示装置1が車両に搭載される車載機器である場合、触感呈示装置1が搭載される車両の進行方向は、ほぼX軸の正方向となり得る。この場合、当該車両が急発進すると、振動対象20に対してX軸の負方向の外力が働き得る。本実施形態では、振動対象20に対してX軸の負方向の外力が働くとき、保持部35が振動対象20の当接部23から脱することで、振動対象20とともにアクチュエータ30の振動板32がX軸の負方向に引っ張られることを防ぐことができる。アクチュエータ30の振動板32がX軸の負方向に引っ張られることを防ぐことで、圧電素子11が破損することを防ぐことができる。
<比較例>
図5は、比較例に係る触感呈示装置1Xを示す図である。図5は、上述の図4に相当する。比較例に係る触感呈示装置1Xは、筐体10と、振動対象20Xと、アクチュエータ30とを備える。
比較例では、振動対象20Xは、主面22Xを有する。主面22Xは、アクチュエータ30の保持部35に、接着剤等により、接着される。
比較例に係る触感呈示装置1Xでは、振動対象20XにX軸の負方向の外力が働くと、主面22Xが保持部35に接着されているため、アクチュエータ30の振動板32がX軸の負方向に引っ張られ場合がある。比較例に係る触感呈示装置1Xでは、アクチュエータ30の振動板32がX軸の負方向に引っ張られるために、振動板32に接合される圧電素子31が破損する場合がある。
これに対し、本実施形態に係る触感呈示装置1では、振動対象20に対してX軸の負方向の外力が働くとき、保持部35が振動対象20の当接部23から脱する。このような構成により、本実施形態では、アクチュエータ30の振動板32がX軸の負方向に引っ張られることを防ぐことができる。アクチュエータ30の振動板32がX軸の負方向に引っ張られることを防ぐことで、圧電素子11が破損することを防ぐことができる。
[他の触感呈示装置の構成例]
図6は、本開示の他の実施形態に係る触感呈示装置101を示す図である。触感呈示装置101は、筐体10と、振動対象120と、アクチュエータ30とを備える。振動対象120は、主面21及び主面22と、当接部23と、ガイド部124とを有する。
ガイド部124は、アクチュエータ30の保持部35を、振動対象120の当接部23に誘導する。ガイド部124は、アクチュエータ30の保持部35の外周全体に沿って形成されてよい。又は、ガイド部124は、アクチュエータ30の保持部35の外周の一部に沿って形成されてもよい。ガイド部124は、金属、樹脂、又は、金属及び樹脂等の複合材料で形成されてよい。
ガイド部124は、断面視において、L型である。ガイド部124は、部分124aと、部分124bとを含む。
部分124aは、アクチュエータ30の保持部35の外面に沿って延在する。部分124bは、振動対象120の主面22に沿って延在する。部分124bが主面22に沿って延在することで、ガイド部124が振動対象120により安定して固定され得る。
触感呈示装置101のその他の構成及び効果は、図2に示す触感呈示装置1と同様である。
[さらに他の触感呈示装置の構成例]
図7は、本開示のさらに他の実施形態に係る触感呈示装置201を示す図である。触感呈示装置201は、筐体10と、振動対象220と、アクチュエータ30とを備える。振動対象220は、主面21及び主面22と、当接部23と、ガイド部224とを有する。
ガイド部224は、アクチュエータ30の保持部35を、振動対象220の当接部23に誘導する。ガイド部224は、アクチュエータ30の保持部35の外周全体に沿って形成されてよい。又は、ガイド部224は、アクチュエータ30の保持部35の外周の一部に沿って形成されてもよい。ガイド部224は、金属、樹脂、又は、金属及び樹脂等の複合材料で形成されてよい。
ガイド部224のY軸の負方向側の部分は、アクチュエータ30の保持部35から、アクチュエータ30の支持部33Aまで延在する。ガイド部224のY軸の正方向側の部分は、アクチュエータ30の保持部35から、アクチュエータ30の支持部33Bまで延在する。
ガイド部224のX軸に沿った長さは、アクチュエータ30の保持部35のX軸に沿った長さよりも、短い。このような構成とすることで、図7に示すように保持部35が振動対象220の当接部23に当接するとき、ガイド部224とアクチュエータ30の振動板32の主面32bとの間に隙間が生じ得る。ガイド部224と振動板32の主面32bとの間に隙間が生じることで、圧電素子31の伸縮変位に応じて振動板32は効率良く振動することができる。
触感呈示装置201は、振動対象220にX軸の正方向の力が過度に働いても、圧電素子11が破損することを防ぐことができる。図8に、図7に示す構造において、振動対象220にX軸の正方向の外力が過度に働くときの状態を示す。振動対象220にX軸の正方向の外力が過度に働くときは、例えば、ユーザが振動対象220を過度に押すとき、及び、図1に示す触感呈示装置1が車両に搭載される車載機器である場合に、触感呈示装置1が搭載される車両が急停止するときである。振動対象220にX軸の正方向の外力が働くことにより、振動対象220がX軸の正方向側に変位すると、支持部33Aがガイド部224の一方の端部と当接し、支持部33Bがガイド部224の他方の端部と当接する。このような構成によって、振動対象220にX軸の正方向の力が過度に働いても、振動板32がX軸の正方向へ過度に変位することを防ぐことができる。振動板32がX軸の正方向へ過度に変位することを防ぐことで、圧電素子11が破損してしまうことを防ぐことができる。
触感呈示装置201のその他の構成及び効果は、図2に示す触感呈示装置1と同様である。
[さらに他の触感呈示装置の構成例]
図9は、本開示のさらに他の実施形態に係る触感呈示装置301を示す図である。触感呈示装置301は、筐体10と、振動対象320と、アクチュエータ30とを備える。振動対象320は、主面21及び主面22と、当接部23と、ガイド部324とを有する。
ガイド部324は、アクチュエータ30の保持部35を、振動対象320の当接部23に誘導する。ガイド部324は、アクチュエータ30の保持部35の外周全体に沿って形成されてよい。又は、ガイド部324は、アクチュエータ30の保持部35の外周の一部に沿って形成されてもよい。ガイド部224は、金属、樹脂、又は、金属及び樹脂等の複合材料で形成されてよい。
ガイド部324は、断面視において、クサビ型である。ガイド部324の中央部分に、保持部35が位置する。ガイド部324の中央部分は、筐体10に向けて徐々に拡径する。このような構成によって、振動対象320にX軸の負方向の外力が働いて保持部35がガイド部324の中央部分から外れた場合に、振動対象320への外力が解除されたとき、保持部35は、ガイド部324の中央部分に誘導され易くなる。保持部35がガイド部324の中央部分に誘導され易くなることで、保持部35は、振動対象320の当接部23に誘導され易くなる。さらに、ガイド部324は、可撓性を有してよい。ガイド部324が可撓性を有することで、保持部35は、ガイド部324の中央部分にさらに誘導され易くなる。
触感呈示装置301のその他の構成及び効果は、図2に示す触感呈示装置1と同様である。
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能である。複数の機能部等は、1つに組み合わせられたり、分割されたりしてよい。上述した本開示に係る各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施され得る。
例えば、上述の実施形態では、アクチュエータ30の固定部34A,34Bが触感呈示装置1の筐体10に固定されるものとして説明した。ただし、アクチュエータ30の固定部34A,34Bは、筐体10以外に固定されてよい。例えば、車両に触感呈示装置1を実現する場合、アクチュエータ30の固定部34A,34Bは、車両のフレームに固定されてよい。
例えば、上述の実施形態では、アクチュエータ30によって振動対象20を縦振動させるものとして説明した。ただし、アクチュエータ30によって振動対象20を横振動させてもよい。この場合、アクチュエータ30は、図2に示す振動板32の主面32aが振動対象20の主面21に対して垂直になるように、筐体10と振動対象20との間に配置されてよい。振動対象120,220,320についても同様である。
1,1X,101,201,301 触感呈示装置
20,120,220,320 振動対象(構造体)
20X 振動対象
21,22,22X 主面
23 当接部
24,124,224,324 ガイド部
324a,324b 部分
30 アクチュエータ
31 圧電素子
32 振動板
32a,32b 主面
33A,33B 支持部
34A,34B 固定部
35 保持部

Claims (4)

  1. 触感を呈示する構造体であって、
    圧電素子の伸縮変位に応じて前記構造体を振動させるアクチュエータに当接可能な当接部を有し、
    前記当接部は、前記アクチュエータに対して非接着であり、
    前記当接部は、前記アクチュエータに対して着脱可能である構造体。
  2. 触感を呈示する構造体であって、
    圧電素子の伸縮変位に応じて前記構造体を振動させるアクチュエータに当接可能な当接部を有し、
    前記当接部は、前記アクチュエータに対して非接着であり、
    前記アクチュエータを前記当接部に誘導するガイド部をさらに有する構造体。
  3. 触感を呈示する構造体と、
    圧電素子の伸縮変位に応じて前記構造体を振動させるアクチュエータと、を備え、
    前記構造体は、前記アクチュエータに当接可能な当接部を有し、
    前記当接部は、前記アクチュエータに対して非接着であり、
    前記当接部は、前記アクチュエータに対して着脱可能である、触感呈示装置。
  4. 触感を呈示する構造体と、
    圧電素子の伸縮変位に応じて前記構造体を振動させるアクチュエータと、を備え、
    前記構造体は、前記アクチュエータに当接可能な当接部を有し、
    前記当接部は、前記アクチュエータに対して非接着であり、
    前記構造体は、前記アクチュエータを前記当接部に誘導するガイド部をさらに有する、触感呈示装置。
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