JPWO2013099743A1 - 触覚提示装置 - Google Patents

Abstract

触覚提示装置（１０）は、天面側シャーシ（１０１）と底面側シャーシ（１０２）とからなり、内部空間を有するシャーシ（１００）と、天面側シャーシ（１０１）に固定されており、操作面を有するタッチパネル（３０）と、内部空間に配置されているアクチュエータ（２０）と、アクチュエータ（２０）とタッチパネル（３０）との間に配置されている振動伝達部材（４０）と、を備える。天面側シャーシ（１０１）は、タッチパネル（３０）の操作面が外部へ露出するように形成されている天面側開口部（１１１）を有する天面部（１１０１）と、天面部（１１０１）の周縁部に形成されている側面部（１１０２）とを備える。アクチュエータ（２０）は、側面部（１１０２）に固定されている。

Description

本発明は、操作に応じた触覚を操作者へ与える触覚提示装置に関する。

従来、操作者がタッチパネル等の操作入力パネルに指を直接接触させて操作入力を行うと、この操作入力に応じて、操作者の指に振動等の触覚を与える触覚提示装置が、各種考案されている。例えば、特許文献１では、触覚提示装置として、携帯型電子デバイスが記載されているが、基本的な触覚提示装置の構造は、図１３に示すような構造からなる。図１３は、従来の触覚提示装置１０Ｐの構造を示す断面図である。図１３は、触覚提示装置１０Ｐの側面と平行な面における断面を示している。

触覚提示装置１０Ｐは、天面側シャーシ１０１Ｐと底面側シャーシ１０２Ｐとからなるシャーシ１００Ｐを備える。天面側シャーシ１０１Ｐは、操作面側となる天面部と、該天面部に直交する側面部とからなり、天面側内部空間１１０Ｐを有する。底面側シャーシ１０２Ｐは、天面側シャーシ１０１Ｐの天面部と対向する底面部と、該底面部に直交する側面部とからなり、底面側内部空間１２０Ｐを有する。天面側シャーシ１０１Ｐと底面側シャーシ１０２Ｐは、天面側内部空間１１０Ｐと底面側内部空間１２０Ｐとが連通するように、それぞれの側面部同士が接合されている。この構造により、所定の広さの内部空間を有するシャーシ１００Ｐが構成されている。

天面側シャーシ１０１Ｐの天面部には、開口部１１１Ｐが形成されている。天面側シャーシ１０１Ｐの天面側内部空間１１０Ｐには、操作パネル３０Ｐが配置されている。操作パネル３０Ｐは、操作入力面が開口部１１１Ｐから外部へ露出するように配置されている。操作パネル３０Ｐは、緩衝材５０によって、天面側シャーシ１０１Ｐに装着されている。

底面側シャーシ１０２Ｐの底面側内部空間１２０Ｐには、保持部材１２１Ｐが形成されている。保持部材１２１Ｐは、底面部から突出するように形成されている。この保持部材１２１Ｐによって、平板状のアクチュエータ２０Ｐが保持されている。アクチュエータ２０Ｐは、平板状のベース基板と、平板状の圧電素子とからなる。圧電素子には、駆動用の電極が形成されている。アクチュエータ２０Ｐは、ベース基板の平板面が操作パネル３０Ｐの操作入力面と平行になるように保持されている。アクチュエータ２０Ｐは、ベース基板が操作パネル３０Ｐと対向し、圧電素子が底面側シャーシ１０２Ｐの底面部と対向するように、ベース基板の端部において保持されている。

アクチュエータ２０Ｐの操作パネル３０Ｐ側の面と、操作パネル３０Ｐのアクチュエータ２０Ｐ側の面との間には、パッド４０が配置されている。パッド４０の高さＤは、予め設計時に、操作パネル３０Ｐとアクチュエータ２０Ｐとの間隔に一致するように設定されている。

アクチュエータ２０Ｐが駆動されると、ベース基板の平板面に対して直交する方向に沿った振動が生じる。この振動は、パッド４０を介して、操作パネル３０Ｐへ伝達される。操作パネル３０Ｐに伝達された振動は、操作パネル３０Ｐと接触している操作者の指から、操作者に伝達される。これにより、操作者へ所定の触覚が提示される。

特開２０１０−１５２８８９号公報

しかしながら、図１３に示すような従来の触覚提示装置１０Ｐでは、次に示すような問題が生じる。図１４は、従来の触覚提示装置１０Ｐの構造による問題点を説明するための断面図である。図１４（Ａ）はアクチュエータ２０Ｐのベース基板が所望の厚さよりも薄い場合を示し、図１４（Ｂ）はアクチュエータ２０Ｐのベース基板が所望の厚さよりも厚い場合を示す。なお、図１４は、図１３と同様に、触覚提示装置１０Ｐの側面と平行な面における断面を示している。

図１４（Ａ）に示すように、アクチュエータ２０Ｐのベース基板が所望の厚さよりも薄い場合、アクチュエータ２０Ｐと操作パネル３０Ｐとの間隔Ｄ’は、パッド４０の高さＤよりも長くなる（Ｄ’＞Ｄ）。このため、例えば、操作パネル３０Ｐとパッド４０とを接着していた場合、図１４（Ａ）に示すように、パッド４０とアクチュエータ２０Ｐとの間に隙間Ｇａｐが生じる。これにより、アクチュエータ２０Ｐが駆動されることで振動が発生しても、パッド４０がアクチュエータ２０Ｐのベース基板と接触していないため、操作パネル３０Ｐに振動を伝達することができない。

図１４（Ｂ）に示すように、アクチュエータ２０Ｐのベース基板が所望の厚さよりも厚い場合、アクチュエータ２０Ｐと操作パネル３０Ｐとの間隔Ｄ”は、パッド４０の高さＤよりも短くなる（Ｄ”＜Ｄ）。このため、図１４（Ｂ）に示すように、アクチュエータ２０Ｐが湾曲するように荷重Ｓｔｒｓが加わり、荷重Ｓｔｒｓの大きさによってはアクチュエータ２０Ｐが破壊されてしまうことがある。

上記のような問題は、天面側シャーシ１０１Ｐと底面側シャーシ１０２Ｐのそれぞれの側面部が所望の高さと異なる場合、パッド４０の高さＤが所望の高さと異なる場合、底面側シャーシ１０２Ｐの保持部材１２１Ｐが所望の高さと異なる場合においても同様に発生する。このように、従来の構成では、触覚提示装置を構成する各部品の製造寸法精度、特にシャーシ１００Ｐとアクチュエータ２０Ｐの製造寸法精度が高くなければ、アクチュエータ２０Ｐで発生した振動が操作パネル３０Ｐへ確実に伝達されないという問題やアクチュエータ２０Ｐが破壊されるという問題が発生する可能性があった。

本発明の目的は、操作者に対して確実に触覚を提供でき、且つ破損の可能性が非常に低い触覚提示装置を提供することにある。

本発明の触覚提示装置は、天面側シャーシと底面側シャーシとからなり、内部空間を有するシャーシと、天面側シャーシに固定されており、操作面を有するタッチパネルと、内部空間に配置されているアクチュエータと、アクチュエータとタッチパネルとの間に配置されている振動伝達部材と、を備えた触覚提示装置であって、天面側シャーシは、タッチパネルの操作面が外部へ露出するように形成されている天面側開口部を有する天面部と、天面部の周縁部に形成されている側面部とを備え、アクチュエータは、側面部に固定されている。

この構成では、従来の触覚提示装置のように、アクチュエータのベース基板の製造ばらつきによって、アクチュエータとパッドが接触せずにタッチパネルに振動を伝達することができないという問題やアクチュエータが湾曲するように荷重が加わることでアクチュエータが破壊されてしまうという問題は発生しない。この結果、確実に触覚提示ができ、信頼性の高い触覚提示装置を実現することができる。

本発明の触覚提示装置において、振動伝達部材は、一方端がタッチパネルにおけるアクチュエータと対向している側の面に当接し、他方端がアクチュエータに当接した状態で配置されていることが好ましい。特に、アクチュエータは圧電素子を有し、振動伝達部材は、タッチパネルにおけるアクチュエータと対向している側の面を含む平面と、アクチュエータにおける圧電素子が配置されていない側の面を含む平面との間の距離と等しい高さを有することが好ましい。

本発明の触覚提示装置において、アクチュエータは平板状であって平板面を有し、タッチパネルと対向している側の面の一部が天面側シャーシに当接していることが好ましい。

特に、タッチパネルは平板状であって平板面を有し、アクチュエータの平板面とタッチパネルの平板面とが略平行であり、アクチュエータは、これら平板面に直交する方向が振動方向である振動モードを有することが好ましい。

本発明の触覚提示装置において、振動伝達部材は、アクチュエータを平面視した際にアクチュエータの中心となる位置に当接した状態で配置されており、アクチュエータの周縁部が天面側シャーシに当接していることが好ましい。

特に、天面側シャーシの側面部は、天面部の周縁部側の部分と中央部側の部分とを有し、天面部の周縁部側の部分は中央部側の部分よりも厚く、天面部の中央部側の部分は天面部と平行な第１固定面を有し、アクチュエータの周縁部が第１固定面に当接していることが好ましい。

さらに、振動伝達部材は、タッチパネルにおけるアクチュエータと対向している側の面を含む平面と、第１固定面を含む平面との間の距離と等しい高さを有することが好ましい。

本発明の触覚提示装置において、振動伝達部材は、絶縁性を有することが好ましい。

この構成では、アクチュエータに印加される駆動電圧がタッチパネルに伝搬されることを、別途絶縁性シールドを行うことなく防止できる。これにより、絶縁処理のための大型化を防止できる。

本発明の触覚提示装置において、アクチュエータとタッチパネルとの間に、アクチュエータおよびタッチパネルに対して離間して配置され、振動伝達部材が挿通される貫通孔を有する補強部材を備えることが好ましい。

この構成では、補強部材により、タッチパネルの押し込みすぎや、触覚提示装置への急激な外部衝撃によるアクチュエータのたわみを制限でき、アクチュエータの破損を低減することができる。

特に、アクチュエータと補強部材との間隔、および、タッチパネルと補強部材との間隔は、アクチュエータの最大許容たわみ量以下であることが好ましい。

この構成では、アクチュエータのたわみによる破損を防止することができる。

さらに、補強部材は、天面側シャーシに一体形成されていることが好ましい。

この構成では、触覚提示装置の構成要素を少なくすることができる。

この発明によれば、操作者に対して確実に触覚を提供でき、且つ破損の可能性が非常に低い触覚提示装置を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０を天面側から見た平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０がアクチュエータの製造ばらつきに影響されないことを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０を構成するアクチュエータ２０の外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０において、固定点の数とタッチパネル３０における発生力の関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０において、パッド４０とアクチュエータ２０との接触面積と、タッチパネル３０に与える変位量との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の変形例であり、アクチュエータ２０と異なる構造であるアクチュエータ２０Ａの外観斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置１０Ａの構造を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置１０Ａに外力が加わってアクチュエータ２０が屈曲する状態を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る触覚提示装置１０Ｂの構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の変形例である触覚提示装置１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る触覚提示装置１０Ｆの構造を示す断面図である。 従来の触覚提示装置１０Ｐの構造を示す断面図である。 従来の触覚提示装置１０Ｐの構造による問題点を説明するための断面図である。

本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の構造を示す断面図である。図１は、触覚提示装置１０の側面と平行な面における断面を示している。図２は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０を天面側から見た平面図である。

触覚提示装置１０は、アクチュエータ２０と、タッチパネル３０と、シャーシ１００とを備える。シャーシ１００は、略直方体形状である。また、シャーシ１００は、天面側から見て略方形状であり、所定の厚さを有する。シャーシ１００は、天面側シャーシ１０１と底面側シャーシ１０２とから構成されている。天面側シャーシ１０１および底面側シャーシ１０２は、所定の剛性を有する金属や樹脂によって形成されている。

天面側シャーシ１０１は、天面部１１０１と、側面部１１０２とを備える。天面部１１０１は、天面側から見て略方形状の平板状であり、中央部に天面側開口部１１１が形成されている。すなわち、天面部１１０１は、平板面を有する。天面側開口部１１１は、天面部１１０１を厚さ方向に貫通する貫通孔である。天面側開口部１１１は、タッチパネル３０の操作面が外部へ露出するように形成されている。このため、天面部１１０１は、触覚提示装置１０における操作面側に位置することになる。側面部１１０２は、天面部１１０１の平板面と直交するように、天面部１１０１の周縁部に形成されている。これにより、天面側シャーシ１０１は、底面側シャーシ１０２と対向する側が開口するように形成されている。側面部１１０２の厚さ（天面部１１０１の平板面と直交する方向の寸法）は、シャーシ１００内に配置されている各構成要素等によって、適宜決定されている。側面部１１０２は、厚さの異なる部分を有する。具体的には、側面部１１０２において、天面部１１０１の周縁部側の部分は、天面部１１０１の中央部側の部分よりも厚い。そして、側面部１１０２において、天面部１１０１の中央部側の部分は、第１固定面１１０３を有する。第１固定面１１０３は、天面部１１０１の平板面に平行な面を有する。このような構造により、天面側シャーシ１０１は、天面部１１０１と側面部１１０２とによって形成されている天面側内部空間１１０を有する。

底面側シャーシ１０２は、底面部１２０１と側面部１２０２とを備える。底面部１２０１は、天面側から見て略方形状の平板状であり、天面側シャーシ１０１の天面部１１０１と対向するように形成されている。すなわち、底面部１２０１は、平板面を有する。側面部１２０２は、底面部１２０１の平板面と直交するように、底面部１２０１の周縁部に形成されている。これにより、底面側シャーシ１０２は、天面側シャーシ１０１と対向する側が開口するように形成されている。側面部１２０２の厚さ（底面部１２０１の平板面と直交する方向の寸法）も、シャーシ１００内に配置されている各構成要素等によって、適宜決定されている。このような構造により、底面側シャーシ１０２は、底面部１２０１と側面部１２０２とによって形成されている底面側内部空間１２０を有する。

このような構造からなる天面側シャーシ１０１と底面側シャーシ１０２は、それぞれの側面部１１０２，１２０２同士が接合されている。これにより、天面側内部空間１１０と底面側内部空間１２０とが連通することで形成されている内部空間を有するシャーシ１００が構成されている。ここで、側面部１１０２と側面部１２０２の厚さを可能な限り薄くすれば、低背なシャーシ１００を実現することができる。

シャーシ１００の内部空間、より具体的には、天面側シャーシ１０１の天面側内部空間１１０には、タッチパネル３０が配置されている。タッチパネル３０は平板状であり、一方の主面が操作面となっている。すなわち、タッチパネル３０は、平板面を有する。タッチパネル３０は、当該操作面が天面側シャーシ１０１の天面側開口部１１１から外部へ露出するように、天面側シャーシ１０１に取り付けられている。具体的には、タッチパネル３０の周縁部は、天面側開口部１１１から露出せず、当該周縁部に設けられた緩衝材５０によって、天面部１１０１に取り付けられている。緩衝材５０は、弾性の低い材料からなり、例えば接着剤等によって実現されている。このような弾性の低い材料からなる緩衝材５０を用いることで、アクチュエータ２０からタッチパネル３０に伝達した振動が、シャーシ１０１へ漏洩することを防止することができる。

アクチュエータ２０は、圧電アクチュエータであり、平板状のベース基板２１と平板状の圧電素子２２とを備える。すなわち、アクチュエータ２０並びにベース基板２１は、平板面を有する。ベース基板２１は、４２Ｎｉまたはステンレス鋼等の金属、ガラスエポキシ等の樹脂によって形成されている。ベース基板２１は、弾性が高い方がよい。弾性を高くすることで、振動損失を小さくすることができる。また、ベース基板２１を絶縁性樹脂によって形成した場合は、圧電素子２２に印加される駆動信号（電圧）が、シャーシ１００やタッチパネル３０等に漏洩することを防止することができる。

圧電素子２２は、圧電セラミックス等からなる平板状の圧電体と、該圧電体に駆動信号を印加する駆動電極とからなる。すなわち、圧電体は、平板面を有する。圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスを含む材料によって形成されればよく、ニオブ酸カリウムナトリウム等のアルカリニオブ酸系セラミックスなど非鉛系圧電体セラミックスなどを含む材料によって形成されていてもよい。駆動電極は、圧電体の対向する平板面にそれぞれ形成されている。圧電素子２２は、ｄ３１モードで駆動され、圧電体の平板面に沿って伸縮するように変位する。圧電素子２２は、ベース基板２１の一方主面に配置されている。

圧電素子２２の変位により、アクチュエータ２０は屈曲し、ベース基板２１の平板面に直交する方向に沿った振動を発生する。

アクチュエータ２０は、ベース基板２１の周縁部が天面側シャーシ１０１の第１固定面１１０３に当接するように配置されている。そして、ベース基板２１は、第１固定面１１０３に対して、ネジ等の固定部材６０によって堅固に固定されている。この際、ベース基板２１における圧電素子２２が配置されていない側の面が、第１固定面１１０３に当接するようにして、ベース基板２１は固定されている。なお、図１では、固定部材６０としてネジを用いた場合を示しているが、固定部材６０として接着剤、接着テープ等を用いてもよい。このようにして、アクチュエータ２０は、ベース基板２１の平板面がタッチパネル３０の操作面と略平行になるように保持されている。

アクチュエータ２０とタッチパネル３０との間には、パッド４０が配置されている。パッド４０は、例えば円柱状であり、弾性の高い材料からなる。パッド４０の高さは、タッチパネル３０におけるアクチュエータ２０と対向している側の面を含む平面と、天面側シャーシ１０１の第１固定面１１０３を含む平面との間の距離Ｄと等しくされている。これにより、パッド４０の高さは、タッチパネル３０におけるアクチュエータ２０と対向している側の面を含む平面と、アクチュエータ２０における圧電素子２２が配置されていない側の面を含む平面との間の距離Ｄと等しくされている。したがって、パッド４０は、高さ方向の一方端がタッチパネル３０におけるアクチュエータ２０と対向している側の面に当接し、高さ方向の他方端がベース基板２１に当接した状態で配置されている。この際、タッチパネル３０が操作者によって押し込まれていない状態やアクチュエータ２０が駆動していない状態であれば、タッチパネル３０、パッド４０、アクチュエータ２０間には、特に力は加わらない。

触覚提示装置１０はこのような構造を有するため、操作者が指でタッチパネルに直接触れて操作したことを検知して、アクチュエータ２０が駆動されると、アクチュエータ２０の振動がパッド４０を介してタッチパネル３０に伝達され、タッチパネル３０が振動する。すなわち、パッド４０は、アクチュエータ２０の振動をタッチパネル３０に伝達する振動伝達部材である。タッチパネル３０に伝達された振動は、タッチパネル３０と接触している操作者の指から操作者に伝達される。これにより、タッチパネル３０を操作している操作者へ所定の触覚が提示される。

そして、触覚提示装置１０では、アクチュエータ２０の平板面とタッチパネル３０の平板面とが略平行であり、これら平板面に直交する方向が振動方向となることで、アクチュエータ２０の振動を、タッチパネル３０へ効果的に与えることができる。また、アクチュエータ２０の平板面とタッチパネル３０の平板面とが略平行であることから、シャーシ１００の厚さを薄くすることができ、薄型でありながら、効果的な触覚提示を行うことができる。

なお、アクチュエータ２０を平面視した際にアクチュエータ２０の中心となる位置にパッド４０を配置するとよい。これにより、アクチュエータ２０における振動の振幅が最大となる位置にパッド４０が配置されているため、タッチパネル３０により効果的に振動を伝達することができる。さらに、タッチパネル３０を平面視した際のタッチパネル３０の中心と、アクチュエータ２０を平面視した際のアクチュエータ２０の中心とが、シャーシ１００を天面視した状態で、略一致するようにする。これにより、タッチパネル３０により効果的に振動を伝達することができる。したがって、より一層効果的な触覚提示を行うことができる。

ところで、触覚提示装置のような複数の部品からなる構造体では、各部品の製造ばらつきが特性や信頼性に影響を与えることがある。触覚提示装置の場合、上述の課題にも示したように、アクチュエータとタッチパネルとの位置関係が重要である。次に、本実施形態に係る触覚提示装置１０における、アクチュエータ２０の製造ばらつきによる影響について説明する。図３は、本実施形態の触覚提示装置１０がアクチュエータの製造ばらつきに影響されないことを説明するための図である。図３（Ａ）はアクチュエータ２０’のベース基板２１’が所望の厚さよりも薄い場合を示し、図３（Ｂ）はアクチュエータ２０”のベース基板２１”が所望の厚さよりも厚い場合を示す。なお、図３は、図１と同様に、触覚提示装置１０の側面と平行な面における断面を示している。

上述したように、触覚提示装置１０においては、タッチパネル３０が取り付けられている天面側シャーシ１０１にアクチュエータも取り付けられている。アクチュエータは、ベース基板の周縁部が天面側シャーシ１０１の第１固定面１１０３に当接するように取り付けられている。このため、図３（Ａ）に示すようにアクチュエータ２０’のベース基板２１’が所望の厚さよりも薄い場合であっても、図３（Ｂ）に示すようにアクチュエータ２０”のベース基板２１”が所望の厚さよりも厚い場合であっても、タッチパネル３０におけるアクチュエータと対向している側の面を含む平面と、アクチュエータにおける圧電素子２２が配置されていない側の面を含む平面との間の距離Ｄは変化しない。

したがって、距離Ｄは、パッド４０の高さと常に一致する。これにより、従来の触覚提示装置のように、アクチュエータのベース基板の製造ばらつきによって、アクチュエータとパッドが接触せずにタッチパネルに振動を伝達することができないという問題やアクチュエータが湾曲するように荷重が加わることでアクチュエータが破壊されてしまうという問題は発生しない。この結果、確実に触覚提示ができ、信頼性の高い触覚提示装置１０を実現することができる。

また、アクチュエータ２０の天面側シャーシ１０１への取り付けは、次に示す構造を用いるとよい。図４は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０を構成するアクチュエータ２０の外観斜視図である。

アクチュエータ２０のベース基板２１は、平面視して略正方形である。圧電素子２２は、平面視して円形である。圧電素子２２を平面視した際の圧電素子２２の中心とベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心とは一致している。言い換えれば、圧電素子２２を平面視した際の圧電素子２２の中心とベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心とは、アクチュエータ２０を平面視した際のアクチュエータ２０の中心と一致している。

ベース基板２１には、固定用貫通孔２１０が形成されている。固定用貫通孔２１０は、ベース基板２１を平面視した際の四つの角近傍に形成されている。ベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心から各固定用貫通孔２１０までの距離Ｒは、同じである。アクチュエータ２０は、これら固定用貫通孔２１０を挿通する固定部材（ネジ）６０によって、天面側シャーシ１０１に固定されている。

なお、図４では四つの固定用貫通孔２１０が形成されていたが、本発明はこれに限るものではない。図５は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０において、固定点の数とタッチパネル３０における発生力の関係を示すグラフである。ここで、固定点とは、アクチュエータ２０を天面側シャーシ１０１に固定する点であり、具体的には、固定用貫通孔２１０である。図５において、タッチパネル３０における発生力が大きいということは、アクチュエータ２０の振動がタッチパネル３０に少ない損失で伝達されていることを意味する。図５に示すように、固定点の数を多くするほど、タッチパネル３０における発生力は大きくなる。しかしながら、固定点の数が増加するほど、ベース基板２１の固定に要する面積が広くなり、小型化には不利となる。そこで、図５から分かるように、固定点数の増加に対するタッチパネル３０における発生力の増加量が徐々に少なくなるため、必要な発生力が得られる範囲で、固定点の数を、適宜最小値に設定するとよい。これにより、必要な発生力の確保と小型化とを両立することができる。

また、図５では、アクチュエータ２０を平面視した際のアクチュエータ２０の中心を基準にして各固定点を回転対称に配置した場合を示しており、このような回転対称に固定点を配置することで、上述の効果を確実に得ることができる。

さらに、図４に示すように、ベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心から各固定点（固定用貫通孔２１０）までの距離Ｒは、同じにすることが望ましい。これは、タッチパネル３０における発生力は、ベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心から最も近い距離に位置する固定点に影響されるため、当該距離に存在する固定点の数に発生力が影響を受けるからである。

また、図５の結果は、固定部材６０がネジである場合を示しているが、他の固定方法であっても同様の作用・効果を得ることができる。例えば、固定部材６０が接着テープである場合であれば、ベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心からの距離が一定である接着テープの数、固定部材６０が接着剤である場合であれば、ベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心からの距離が一定である接着剤の塗布箇所の数が、固定点の数に相当する。

なお、アクチュエータ２０の振動の振幅は、駆動信号の大きさ（電圧）が同じであれば、ベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心からの距離が長くなるほど大きくなる。一方で、発生力は、ベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の距離が長くなるほど小さくなる。これらの条件を考慮し、触覚提示装置１０として必要な振動をタッチパネル３０が与えられるように、ベース基板２１を平面視した際のベース基板２１の中心から各固定点（固定用貫通孔２１０）までの距離Ｒを設定するとよい。

さらに、パッド４０は、アクチュエータ２０への接触面積を適宜設定するとよい。図６は、パッド４０とアクチュエータ２０との接触面積と、タッチパネル３０に与える変位量との関係を示す図である。図６に示すように、パッド４０とアクチュエータ２０との接触面積が小さくなるほど、タッチパネル３０に与える変位量は大きくなる。この点では、パッド４０とアクチュエータ２０との接触面積は、できる限り小さい方がよい。しかしながら、パッド４０とアクチュエータ２０との接触面積が小さすぎると、パッド４０が非常に小型となるために取り扱いが困難になり、製造時の作業効率が低下してしまう可能性がある。したがって、現実的には、パッド４０とアクチュエータ２０との接触面積が１ｍｍ^２程度になるように、パッド４０の形状を決定するとよい。

このように、アクチュエータ２０の固定態様およびパッド４０の設置態様を、さらに厳密に設定することで、上述の信頼性等の作用効果とともに、より効率的に触覚を提示する触覚提示装置を実現することができる。

また、図４では平面視して略正方形のベース基板２１に平面視して円形の圧電素子２２を配置したアクチュエータ２０を例に示したが、図７に示すような形状のアクチュエータ２０Ａを用いてもよい。図７は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の変形例であり、アクチュエータ２０と異なる構造であるアクチュエータ２０Ａの外観斜視図である。アクチュエータ２０Ａは、ベース基板２１Ａと、圧電素子２２Ａとを備える。ベース基板２１Ａは、平面視して矩形状である。圧電素子２２Ａは、平面視して矩形状である。ベース基板２１Ａの一方主面には、圧電素子２２Ａが配置されている。圧電素子２２Ａの長さは、ベース基板２１Ａの長さよりも短い。圧電素子２２Ａの幅は、ベース基板２１Ａの幅と略同じである。圧電素子２２Ａを平面視した際の圧電素子２２Ａの中心とベース基板２１Ａを平面視した際のベース基板２１Ａの中心とは、略一致している。ベース基板２１Ａには、固定用貫通孔２１０Ａが形成されている。固定用貫通孔２１０Ａは、ベース基板２１Ａを平面視した際の四つの角近傍に形成されている。ベース基板２１Ａを平面視した際のベース基板２１Ａの中心から各固定用貫通孔２１０Ａまでの距離Ｒは、同じである。このような構成であっても、上述のアクチュエータ２０と同じ作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置について、図を参照して説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置１０Ａの構造を示す断面図である。図８は、触覚提示装置１０Ａの側面と平行な面における断面を示している。なお、本実施形態の触覚提示装置１０Ａは、第１の実施形態で示した触覚提示装置１０に対して、補強部材７０を追加したものであり、関連する箇所のみを詳細に説明する。

触覚提示装置１０Ａは、第１の実施形態の触覚提示装置１０と同様に、アクチュエータ２０と、タッチパネル３０とを有する。そして、触覚提示装置１０Ａは、第１の実施形態の触覚提示装置１０におけるシャーシ１００に代えて、シャーシ１００Ａを備える。シャーシ１００Ａは、天面側シャーシ１０１Ａと底面側シャーシ１０２とから構成されている。天面側シャーシ１０１Ａは、天面部１１０１と側面部１１０２Ａとを備える。天面部１１０１は、第１の実施形態と同じであり、天面開口部１１１を有する。側面部１１０２Ａは、第１の実施形態に示した側面部１１０２と同様に、側面部１１０２と同様に、天面部１１０１の平板面と直交するように、天面部１１０１の周縁部に形成されており、厚さの異なる部分を有する。具体的には、側面部１１０２Ａにおいて、天面部１１０１の周縁部側の部分は、天面部１１０１の中央部側の部分よりも厚い。そして、側面部１１０２Ａにおいて、天面部１１０１の中央部側の部分は、第１固定面１１０３Ａを有する。第１固定面１１０３Ａは、天面部１１０１の平板面に平行な面を有する。このような構造により、天面側シャーシ１０１Ａは、天面部１１０１と側面部１１０２Ａとによって形成されている天面側内部空間１１０Ａを有する。底面側シャーシ１０２は、第１実施形態と同じである。

このような構造からなる天面側シャーシ１０１Ａと底面側シャーシ１０２は、それぞれの側面部１１０２Ａ，１２０２同士が接合されている。これにより、天面側内部空間１１０Ａと底面側内部空間１２０とが連通することで形成されている内部空間を有するシャーシ１００Ａが構成されている。

シャーシ１００Ａの内部空間、より具体的には、天面側シャーシ１０１Ａの天面側内部空間１１０Ａには、タッチパネル３０と、補強部材７０とが取り付けられている。タッチパネル３０の緩衝材５０による天面側シャーシ１０１Ａへの取り付け構造は、第１の実施形態と同じである。

補強部材７０は、平板状であり、外周部７１と内周部７２とからなる。外周部７１と内周部７２とは厚さが異なり、外周部７１は内周部７２よりも厚く形成されている。この厚さの差により、補強部材７０の一方の面には、所定深さ（高さ）の凹部７４が形成されている。補強部材７０を平面視した際の中央部には、貫通孔７３が形成されている。言い換えれば、内周部７２の中央に貫通孔７３が形成されている。貫通孔７３の開口径は、少なくともパッド４０が挿通される程度である。補強部材７０は、シャーシ１００Ａと同様に、剛性の高い材質からなる。さらには、補強部材７０が絶縁性材料からなることが望ましい。補強部材７０を絶縁性材料とすることで、アクチュエータ２０に印加される駆動信号が、シャーシ１００Ａへ漏洩することを防止することができる。これにより、シャーシ１００Ａを金属等の導電性を有する材料で形成しても、操作者へ駆動信号が漏洩することを防止することができる。

補強部材７０は、凹部７４が形成されていない側の面が第１固定面１１０３Ａに当接するように、天面側シャーシ１０１Ａに固定されている。補強部材７０とタッチパネル３０との間には、緩衝材５１が配置されている。緩衝材５１は、緩衝材５０と略同じ形状であり、タッチパネル３０を挟んで、対向するように配置されている。

アクチュエータ２０は、第１の実施形態と同じ構造を有するが、補強部材７０に、固定部材６０によって固定されている。この際、アクチュエータ２０は、補強部材７０における凹部７４が形成されている側に配置されている。そして、アクチュエータ２０は、ベース基板２１が外周部７１に当接するようにして、補強部材７０に固定されている。

このような構造とすることで、アクチュエータ２０と補強部材７０の内周部７２との間に、凹部７４からなる空隙が形成されている。言い換えれば、アクチュエータ２０と補強部材７０の内周部７２とが所定間隔で離間されている。

アクチュエータ２０の中央部と、タッチパネル３０の中央部との間には、補強部材７０の貫通孔７３を挿通するようにして、パッド４０Ａが配置されている。パッド４０Ａの高さは、タッチパネル３０におけるアクチュエータ２０と対向している側の面を含む平面と、補強部材７０の外周部７１のアクチュエータ２０が固定されている側の面を含む平面との間の距離と等しくされている。これにより、パッド４０Ａの高さは、タッチパネル３０におけるアクチュエータ２０と対向している側の面を含む平面と、アクチュエータ２０における圧電素子２２が配置されていない側の面を含む平面との間の距離と等しくされている。したがって、パッド４０Ａは、第１の実施形態と同様に、高さ方向の一方端がタッチパネル３０におけるアクチュエータ２０と対向している側の面に当接し、高さ方向の他方端がベース基板２１に当接した状態で配置されている。この際、タッチパネル３０が操作者によって押し込まれていない状態やアクチュエータ２０が駆動していない状態であれば、タッチパネル３０、パッド４０Ａ、アクチュエータ２０間には、特に力は加わらない。

このような構造であっても、第１の実施形態と同様に、アクチュエータ２０で発生した振動を、タッチパネル３０へ与えることができ、操作者へ振動の触覚を与えることができる。また、アクチュエータのベース基板の製造ばらつきによって、アクチュエータとパッドが接触せずにタッチパネルに振動を伝達することができないという問題やアクチュエータが湾曲するように荷重が加わることでアクチュエータが破壊されてしまうという問題は発生しない。この結果、確実に触覚提示ができ、信頼性の高い触覚提示装置１０Ａを実現することができる。

さらに、本実施形態の構造では、次のような効果が得られる。タッチパネル３０と補強部材７０との間隔は、アクチュエータ２０の最大許容たわみ量以下になっている。また、補強部材７０の内周部７２とアクチュエータ２０との間隔（凹部７４の深さ）も、アクチュエータ２０の最大許容たわみ量以下になっている。最大許容たわみ量とは、アクチュエータ２０を構成する圧電素子２２が平板面に直交する方向へ屈曲した場合に、圧電素子２２を構成する圧電体が破壊する臨界の屈曲量（平板面に直交する方向の長さ）を意味している。すなわち、最大許容たわみ量よりも大きな屈曲が生じると、圧電体が破壊されてしまう。

図９は、本実施形態に係る触覚提示装置１０Ａに外力が加わってアクチュエータ２０が屈曲する状態を示す断面図である。図９（Ａ）は操作者の指が強い力でタッチパネル３０を押した場合を示し、図９（Ｂ）は触覚提示装置１０Ａに外部から衝撃が加わり、アクチュエータ２０がタッチパネル３０側に屈曲した場合を示している。

図９（Ａ）に示すように、タッチパネル３０が強く押し込まれると、タッチパネル３０は、シャーシ１００Ａ内に沈み込む。このシャーシ１００Ａの沈み込みに応じて、パッド４０も沈み込み、アクチュエータ２０の中央部に押圧力が作用する。アクチュエータ２０は、周縁部が固定されているので、この押圧力により屈曲してしまう。

しかしながら、タッチパネル３０と補強部材７０との間隔がアクチュエータ２０の最大許容たわみ量以下であれば、タッチパネル３０の沈み込み量は補強部材７０によって一定量とされるため、このタッチパネル３０の沈み込みにより発生する押圧力によるアクチュエータ２０の屈曲は、アクチュエータ２０の最大許容たわみ量以下となる。したがって、このような押圧力が加わっても、アクチュエータ２０の圧電体の破壊を防止することができる。この際、圧電素子２２と、底面側シャーシ１０２の内面との距離を、アクチュエータ２０の最大許容たわみ量よりも大きくすれば、タッチパネル３０の沈み込みにより発生する押圧力によるアクチュエータ２０の屈曲により、圧電素子２２が底面側シャーシ１０２へ接触することもない。したがって、アクチュエータ２０の屈曲による圧電体の破壊を、より確実に防止することができる。

図９（Ｂ）に示すように、外部から衝撃が加わると、アクチュエータ２０がタッチパネル３０側に屈曲することがある。しかしながら、アクチュエータ２０と補強部材７０の内周部７２との間隔がアクチュエータ２０の最大許容たわみ量以下であれば、アクチュエータ２０のたわみ量は補強部材７０の内周部７２によって一定量とされるため、この外力によるアクチュエータ２０の屈曲は、アクチュエータ２０の最大許容たわみ量以下となる。したがって、このような外力が加わっても、アクチュエータ２０の圧電体の破壊を防止することができる。この際、アクチュエータ２０が屈曲しても、圧電素子２２が補強部材７０に接触することはない。したがって、アクチュエータ２０の屈曲による圧電体の破壊を、より確実に防止することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る触覚提示装置について、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る触覚提示装置１０Ｂの構造を示す断面図である。図１０は、触覚提示装置１０Ｂの側面と平行な面における断面を示している。

図１０に示す触覚提示装置１０Ｂは、第２の実施形態の触覚提示装置１０Ａとほぼ同様の構成を有しているが、触覚提示装置１０Ａの天面側シャーシ１０１Ａと補強部材７０とを一体化した天面側シャーシ１０１Ｂを備える点でことなる。

触覚提示装置１０Ｂは、第２の実施形態の触覚提示装置１０Ａにおけるシャーシ１００Ａに代えて、天面側シャーシ１０１Ｂと底面側シャーシ１０２とから構成されているシャーシ１００Ｂを備える。天面側シャーシ１０１Ｂは、第２の実施形態の触覚提示装置１０Ａの天面側シャーシ１０１Ａと補強部材７０とを一体化したものであり、天面部１１０１と側面部１１０２Ｂとを備える。このため、天面側シャーシ１０１Ｂは、第２の実施形態と同様に、天面部１１０１と側面部１１０２Ｂとによって形成されている天面側内部空間１１０Ｂを有する。 このような構造とすることで、天面側シャーシと補強部材との取り付け精度の影響を鵜受けないため、タッチパネル３０とアクチュエータ２０との間隔を、より高精度に実現することができる。

なお、上述の各実施形態の構成に加えて、図１１に示すように、アクチュエータ２０における圧電素子２２が配置されている側にカバー部材を設けるとよい。

図１１は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の変形例である触覚提示装置１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの構造を示す断面図である。図１１は、触覚提示装置１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの側面と平行な面における断面を示している。

図１１（Ａ）に示す触覚提示装置１０Ｃでは、圧電素子２２と接触しておらず、周縁部がベース基板２１に接合されているカバー部材８０Ａを備えている。図１１（Ｂ）に示す触覚提示装置１０Ｄでは、圧電素子２２をコーティングするように形成されているカバー部材８０Ｂを備えている。これらのカバー部材８０Ａ，８０Ｂは、ベース基板２１よりも剛性が低い材質を用いている。図１１（Ｃ）に示す触覚提示装置１０Ｅでは、圧電素子２２と接触しておらず、ベース基板２１の全面を覆うように形成されているカバー部材８０Ｃを備えている。カバー部材８０Ｃは、アクチュエータ２０のベース基板２１と同様に、天面側シャーシ１０１に固定されている。

このようなカバー部材８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃを用いることで、圧電素子２２を構成している圧電素子から発生するパーティクルが、シャーシ１００の内部空間に飛散することを防止することができる。これにより、当該パーティクルによる他の構成要素への悪影響を防止することができる。また、カバー部材８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃを用いることで、圧電素子２２を外部環境から保護することができる。例えば、天面側シャーシ１０１と底面側シャーシ１０２とを接合する際に、作業者が圧電素子２２に触ってしまい破損すること等を防止することができる。

また、上述の各実施形態では、ベース基板２１の圧電素子２２が配置されていない側の面で、アクチュエータ２０を天面側シャーシ１０１に固定する例を示したが、図１２に示すような構造であってもよい。図１２は、本発明の第４の実施形態に係る触覚提示装置１０Ｆの構造を示す断面図である。図１２は、触覚提示装置１０Ｆの側面と平行な面における断面を示している。

図１２に示す触覚提示装置１０Ｆは、第１の実施形態の触覚提示装置１０に対して、
アクチュエータを天面側シャーシに固定する構造を変更したものであり、関連する箇所のみを詳細に説明する。触覚提示装置１０Ｆは、第１の実施形態の触覚提示装置１０におけるシャーシ１００に代えて、シャーシ１００Ｃを備える。シャーシ１００Ｃは、天面側シャーシ１０１Ｃと底面側シャーシ１０２とから構成されている。天面側シャーシ１０１Ｃは、天面部１１０１と側面部１１０２Ｃとを備えている。そして、ベース基板２１の側面が、天面側シャーシ１０１Ｃの側面部１１０２Ｃに当接している。ベース基板２１は、この当接面において固定部材６０によって天面側シャーシ１０１Ｃの側面部１１０２Ｃへ固定されている。

このような構成であっても、タッチパネル３０とアクチュエータ２０とがともに天面側シャーシ１０１Ｃに固定されている。したがって、天面側シャーシ１０１Ｃと底面側シャーシ１０２との組み付け精度によることなく、アクチュエータ２０とタッチパネル３０との所定の間隔で、高精度に組み付けることが可能になる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ：触覚提示装置、
２０，２０’，２０”，２０Ａ：アクチュエータ、
２１，２１’，２１”，２２Ａ：ベース基板、
２２，２２Ａ：圧電素子、
３０：タッチパネル、
４０，４０Ａ，４０Ｂ：パッド、
５０，５１：緩衝材、
６０：固定部材、
７０：補強部材、
７１：外周部、
７２：内周部、
７３：貫通孔、
７４：凹部、
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ：シャーシ、
１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ：天面側シャーシ、
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ：天面側内部空間、
１１１：開口部、
１０２：底面側シャーシ、
１２０：底面側内部空間、
１１０１：天面部、
１１０２，１１０２Ａ，１１０２Ｂ，１１０２Ｃ，１２０２：側面部、
１１０３，１１０３Ａ：第１固定面、
１２０１：底面部

本発明の触覚提示装置は、天面側シャーシと底面側シャーシとからなり、内部空間を有するシャーシと、天面側シャーシに固定されており、操作面を有するタッチパネルと、内部空間に配置されているアクチュエータと、アクチュエータとタッチパネルとの間に配置されている振動伝達部材と、を備えた触覚提示装置であって、天面側シャーシは、タッチパネルの操作面が外部へ露出するように形成されている天面側開口部を有する天面部と、天面部の周縁部に形成されている側面部とを備え、アクチュエータは、側面部に固定されている。振動伝達部材は、一方端がタッチパネルにおけるアクチュエータと対向している側の面に当接し、他方端がアクチュエータに当接した状態で配置されている。

本発明の触覚提示装置において、特に、アクチュエータは圧電素子を有し、振動伝達部材は、タッチパネルにおけるアクチュエータと対向している側の面を含む平面と、アクチュエータにおける圧電素子が配置されていない側の面を含む平面との間の距離と等しい高さを有することが好ましい。

Claims (12)

1. 天面側シャーシと底面側シャーシとからなり、内部空間を有するシャーシと、
   前記天面側シャーシに固定されており、操作面を有するタッチパネルと、
   前記内部空間に配置されているアクチュエータと、
   前記アクチュエータと前記タッチパネルとの間に配置されている振動伝達部材と、を備えた触覚提示装置であって、
   前記天面側シャーシは、前記タッチパネルの操作面が外部へ露出するように形成されている天面側開口部を有する天面部と、前記天面部の周縁部に形成されている側面部とを備え、
   前記アクチュエータは、前記側面部に固定されている、触覚提示装置。
2. 前記振動伝達部材は、一方端が前記タッチパネルにおける前記アクチュエータと対向している側の面に当接し、他方端が前記アクチュエータに当接した状態で配置されている、請求項１に記載の触覚提示装置。
3. 前記アクチュエータは圧電素子を有し、
   前記振動伝達部材は、前記タッチパネルにおける前記アクチュエータと対向している側の面を含む平面と、前記アクチュエータにおける前記圧電素子が配置されていない側の面を含む平面との間の距離と等しい高さを有する、請求項２に記載の触覚提示装置。
4. 前記アクチュエータは平板状であって平板面を有し、前記タッチパネルと対向している側の面の一部が前記天面側シャーシに当接している、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の触覚提示装置。
5. 前記タッチパネルは平板状であって平板面を有し、
   前記アクチュエータの平板面と前記タッチパネルの平板面とが略平行であり、
   前記アクチュエータは、これら平板面に直交する方向が振動方向である振動モードを有する、請求項４に記載の触覚提示装置。
6. 前記振動伝達部材は、前記アクチュエータを平面視した際に前記アクチュエータの中心となる位置に当接した状態で配置されており、
   前記アクチュエータの周縁部が前記天面側シャーシに当接している、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の触覚提示装置。
7. 前記天面側シャーシの側面部は、前記天面部の周縁部側の部分と中央部側の部分とを有し、前記天面部の周縁部側の部分は中央部側の部分よりも厚く、前記天面部の中央部側の部分は前記天面部と平行な第１固定面を有し、
   前記アクチュエータの周縁部が前記第１固定面に当接している、請求項６に記載の触覚提示装置。
8. 前記振動伝達部材は、前記タッチパネルにおける前記アクチュエータと対向している側の面を含む平面と、前記第１固定面を含む平面との間の距離と等しい高さを有する、請求項７に記載の触覚提示装置。
9. 前記振動伝達部材は、絶縁性を有する、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の触覚提示装置。
10. 前記アクチュエータと前記タッチパネルとの間に、前記アクチュエータおよび前記タッチパネルに対して離間して配置され、前記振動伝達部材が挿通される貫通孔を有する補強部材を備える、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の触覚提示装置。
11. 前記アクチュエータと前記補強部材との間隔、および、前記タッチパネルと前記補強部材との間隔は、前記アクチュエータの最大許容たわみ量以下である、請求項１０に記載の触覚提示装置。
12. 前記補強部材は、前記天面側シャーシに一体形成されている、請求項１０または請求項１１に記載の触覚提示装置。

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