WO2012161061A1

WO2012161061A1 - 触覚提示装置

Info

Publication number: WO2012161061A1
Application number: PCT/JP2012/062579
Authority: WO
Inventors: 森田亘; 宇波俊彦; 加賀山健司
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2012-11-29

Abstract

圧電アクチュエータ（２０Ｂ２）の長手方向の一方端には貫通孔（２０２）が形成され、貫通孔（２０２）とワッシャ（２２１Ａ）とに挿入されているネジ（２２０Ａ）によって支持板（１０２Ｂ）に固定されている。支持板（１０２Ｂ）は背面側筐体（１０１）に固定されている。圧電アクチュエータ（２０Ｂ２）の長手方向の他方端には貫通孔（２０３）が形成され、貫通孔（２０３）とワッシャ（２２１Ｂ）とに挿入されているネジ（２２０Ｂ）によってタッチパネル固定体（３０Ｂ２）に固定されている。タッチパネル固定体（３０Ｂ２）はタッチパネル（１００）に固定されている。ネジ（２２０Ａ，２２０Ｂ）の締め具合を調節することで、圧電アクチュエータ（２０Ｂ２）の支持板（１０２Ｂ）に対する固定状態とタッチパネル固定体（３０Ｂ２）に対する固定状態が調節できる。

Description

触覚提示装置

　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。

　現在、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の電子機器において、操作者がタッチパネルに指を接触させて操作する電子機器が、実用化されている。このようなタッチパネル式の電子機器の中には、特許文献１に示すような触覚提示装置を備えるものがある。

　触覚提示装置とは、操作者がタッチパネルに指を接触させて操作した際に、例えばタッチパネルを振動させることにより、操作者に何らかの触覚、力学的な感覚（力覚）等を提供する装置である。

　このような触覚提示装置を実現するため、特許文献１では、振動発生部材として圧電アクチュエータを用いている。図１は、特許文献１に示す触覚提示装置における圧電アクチュエータの支持構造を示す分解斜視図である。

　図１に示す触覚提示装置は、圧電アクチュエータと、枠体からなる筐体部材とを備える。筐体部材の内壁面側には、凹部からなる部品収納部が形成されている。部品収納部は、圧電アクチュエータが嵌合する形状に形成されている。この部品収納部内に挿し込まれて嵌め込まれることで、圧電アクチュエータは、筐体部材に取り付けられている。

　具体的には、圧電アクチュエータに凸部が形成されており、部品収納部の内側両面に凹部が形成されており、凸部を凹部と係合させることによって、圧電アクチュエータは筐体部材に取り付けられている。そして、筐体部材を振動伝達手段であるタッチパネルに接触させ、この状態で圧電アクチュエータを駆動することで、圧電アクチュエータの振動が筐体部材を介してタッチパネルに伝わって、タッチパネルが振動する。

特開２００６－１６５３１８号公報

　しかしながら、特許文献１の構造では、圧電アクチュエータが筐体部材の部品収納部内に挿し込まれて嵌め込まれることで固定されるため、圧電アクチュエータと筐体部材との寸法の製造ばらつきや、圧電アクチュエータを筐体部材に組み付ける組み立て精度によって、圧電アクチュエータの組み付け強度が安定しなかったり、不十分になることがある。これにより、タッチパネルの振動振幅にばらつきが生じてしまう。さらには、圧電アクチュエータを筐体部材に取り付けた後には、タッチパネルに与える振動振幅の大きさを調整することもできない。

　したがって、本発明の目的は、振動発生部材を筐体に十分な強度で安定して固定することで振動伝達手段の振動振幅のばらつきを抑制することができるとともに、振動伝達手段の振動振幅を容易に調整可能な触覚提示装置を提供することにある。

　この発明は、平板面を有する筐体と、筐体の平板面に対して略平行に配置され、操作者が触れる平板面を備える振動伝達手段と、筐体と振動伝達手段とに接続され、振動伝達手段に対して所定方向の振動を与える振動発生部材と、を備えた触覚提示装置に関する。振動発生部材は、平板状の弾性板と、該弾性板の少なくとも一つの面に設けられた圧電素子とを備える。弾性板は固定用貫通孔が設けられている。振動伝達手段または筐体と弾性板とは、固定用貫通孔に挿入されている固定部材によって固定されている。

　この構成では、固定部材の固定仕様により、振動伝達手段または筐体と、振動発生部材との間の固定状態を所望の状態にすることができる。すなわち、固定部材により強く固定すること（後述の剛接合）、や弱く固定すること（後述のピン接合）等、適宜調整が可能になる。これにより、振動伝達手段の振動態様を変化させることができる。

　また、弾性板は固定用貫通孔を有し、固定用貫通孔に挿入されている固定部材によって振動伝達手段または筐体と弾性板とが固定されていることで、外的な力に対して強い固定状態となる。したがって、安定した振動の供給が実現できるとともに、耐落下性能が向上する。

　また、この発明の触覚提示装置では、振動伝達手段または筐体と弾性板との間には、緩衝部材を設けることができる。

　この構成では、緩衝部材の種類を変化させれば、さらに多様な固定状態を容易に実現することができる。

　また、この発明の触覚提示装置では、固定部材は、振動伝達手段または筐体と弾性板とを剛接合で固定することが可能である。

　この構成では、上述の強く固定した場合を示しており、振動発生部材の振動領域を狭くすることができる。

　また、この発明の触覚提示装置では、固定部材は、振動伝達手段または筐体と弾性板とをピン接合で固定することが可能である。

　この構成では、上述の弱く固定した場合を示しており、振動発生部材の振動領域を広くすることができる。

　また、この発明の触覚提示装置では、固定部材はネジであることが好ましい。

　この構成では、固定部材の一態様を示しており、固定部材をネジにすることで、上述の各種固定状態を、ネジの締め具合により、容易に実現することができる。

　また、この発明の触覚提示装置は、次に示す一態様を実現することができる。振動発生部材は、弾性板が平板面を有し、かつ平面視で矩形状からなり、弾性板の平板面に直交する方向に向かって湾曲して振動し、弾性板の平板面が振動伝達手段の側面と平行になるように取り付けられている。振動発生部材は、弾性板における矩形状の長手方向の第１端部に設けられた第１固定用貫通孔に挿入されている第１固定部材によって筐体に固定されている。振動発生部材は、弾性板の第１端部に対して長手方向の反対側に位置する第２端部に設けられた第２固定用貫通孔に挿入されている第２固定部材によって振動伝達手段に固定されている。

　この構成では、振動発生部材の振動伝達手段および筐体に対する具体的な固定態様の一例を示している。この構成では、平板面を有し、かつ平面視で矩形状の弾性板の長手方向の一方端（第１端部）が筐体に接続され、他方端（第２端部）が振動伝達手段に接続される。この状態で、振動発生部材に駆動電圧が印加されると、一方端（第１端部）が筐体に固定されていることから、振動発生部材の振動が他方端（第２端部）を介して振動伝達手段に伝達され、振動伝達手段が自身の平板面に平行で、振動発生部材の長手方向に直交する方向に振動する。

　また、この発明の触覚提示装置は、次に示す一態様を実現することができる。振動発生部材は、弾性板が平板面を有し、かつ平面視で矩形状からなり、弾性板の平板面に直交する方向に向かって湾曲して振動し、弾性板の平板面が振動伝達手段の側面と平行になるように、取り付けられている。振動発生部材は、弾性板における矩形状の長手方向の両端にそれぞれ設けられた固定用貫通孔に挿入されている固定部材によって筐体に固定されている。振動発生部材は、弾性板における矩形状の長手方向の両端の間に設けられた第３固定用貫通孔に挿入されている第３固定部材によって振動伝達手段に固定されている。

　この構成では、振動発生部材の振動伝達手段および筐体に対する具体的な固定態様の一例を示している。この構成では、矩形状の振動発生部材の長手方向の両端が筐体に接続され、長手方向の両端の間の部分が振動伝達手段に接続される。この状態で、振動発生部材に駆動電圧が印加されると、両端が筐体に固定されていることから、振動発生部材の振動が両端の間の部分を介して振動伝達手段に伝達され、振動伝達手段が自身の平板面に平行で、振動発生部材の長手方向に直交する方向に振動する。

　また、この発明の触覚提示装置は、次に示す一態様を実現することができる。振動発生部材は、弾性板が平板面を有し、弾性板の平板面に直交する方向に向かって湾曲して振動し、弾性板の平板面が振動伝達手段の平板面と所定間隔をおいて略平行で、且つ少なくとも一部が当接部材を介して振動伝達手段の裏面に接触するように設けられている。振動発生部材は、弾性板に設けられた複数の固定用貫通孔に挿入されている固定部材によって筐体に固定されている。

　この構成では、振動発生部材の振動伝達手段および筐体に対する具体的な固定態様の一例を示している。この構成では、振動発生部材の平板面と振動伝達手段の平板面とが略平行になるように、振動発生部材が筐体に対して複数箇所で固定されている。振動発生部材と振動伝達手段は、当接部材を介して接触している。この状態で、振動発生部材に駆動電圧が印加されると、複数箇所が筐体に固定されていることから、振動発生部材の振動が当接部材を介して振動伝達手段に伝達され、振動伝達手段が自身の平板面の法線方向に振動する。

　この発明によれば、振動発生部材を筐体に十分な強度で安定して固定することで振動伝達手段の振動振幅のばらつきを抑制することができるとともに、振動伝達手段の振動振幅を容易に調整することができる。

特許文献１に示す触覚提示装置における圧電アクチュエータの支持構造を示す分解斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の構成を示す平面図である。本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０における圧電アクチュエータ２０の三面図である。本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０における圧電アクチュエータ２０Ｂ２の設置部の拡大図である。本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０における圧電アクチュエータ２０Ｂ２の固定状態を調整した場合における振動態様を概略的に示した図である。本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置１０Ａの構成を示す平面図である。本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置１０Ａにおける圧電アクチュエータ２１Ａ２の設置部の拡大図である。本発明の第３の実施形態に係る触覚提示装置１０Ｂの構成を示す平面図および触覚提示装置１０Ｂを側面視した構成図である。

　本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の構成について、図を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る触覚提示装置１０の構成を示す平面図である。触覚提示装置１０は、タッチパネル１００と、表面側筐体と、背面側筐体１０１と、液晶パネルと、バックライトモジュールの主制御回路基板とを備えている。なお、図２では、表面側筐体および、液晶パネル、バックライトモジュールの主制御回路基板の記載は省略されている。また、図２では、本発明の「振動伝達手段」に相当するタッチパネル１００の外形形状のみが点線で記載されている。

　触覚提示装置１０は、筐体の一部として、平面視した形状が略長方形の背面側筐体１０１を備える。背面側筐体１０１は、平板状の背面板と、該背面板の側辺に沿って形成された側面板とからなる。背面板は、背面側筐体１０１の平板面を構成する。側面板は、背面側筐体１０１の平板面の法線方向に背面板から所定高さで延びるように形成されている。この構造により、背面側筐体１０１内には、側面板に囲まれた所定深さの凹部が形成される。

　背面側筐体１０１の凹部内であって、背面側筐体１０１の長手方向（図２における横方向）の一方端には支持部材として支持板１０２Ａが設置されており、他方端には支持部材として支持板１０２Ｂが設置されている。これら支持板１０２Ａ，１０２Ｂは、背面側筐体１０１に固定されている。支持板１０２Ａ，１０２Ｂは、背面側筐体１０１の側面板に対して所定の間隔を有するように、固定されている。また、支持板１０２Ａ，１０２Ｂは、背面側筐体１０１の短手方向（図２における縦方向）が自身の長手方向となるように固定されている。

　そして、支持板１０２Ａ，１０２Ｂは、自身の長手方向においては、背面側筐体１０１の側面板との間に、次に示す圧電アクチュエータとタッチパネル固定体とが設置可能な程度の間隔を空けて配置されている。この際、当該間隔は、圧電アクチュエータへの機械的な干渉が発生しないように、圧電アクチュエータの振動を阻害せず、且つできる限り狭く設定されている。圧電アクチュエータは、本発明の「振動発生部材」に相当する。なお、この発明の触覚提示装置では、振動発生部材として、圧電原理を利用したアクチュエータ、電磁力を利用したアクチュエータ、形状記憶素子を利用したアクチュエータ及び人工筋肉型のアクチュエータ等を適宜用いることができる。

　背面側筐体１０１の短手方向に沿った支持板１０２Ａと側面板との間の一方側には圧電アクチュエータ２０Ａ１およびタッチパネル固定体３０Ａ１の組が設置されており、他方側には圧電アクチュエータ２０Ａ２およびタッチパネル固定体３０Ａ２の組が設置されている。この際、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２が支持板１０２Ａ側となり、タッチパネル固定体３０Ａ１，３０Ａ２が側面板側となるように設置されている。

　背面側筐体１０１の短手方向に沿った支持板１０２Ｂと側面板との間の一方側には圧電アクチュエータ２０Ｂ１およびタッチパネル固定体３０Ｂ１の組が設置されており、他方側には圧電アクチュエータ２０Ｂ２およびタッチパネル固定体３０Ｂ２の組が設置されている。この際、圧電アクチュエータ２０Ｂ１，２０Ｂ２が支持板１０２Ｂ側となり、タッチパネル固定体３０Ｂ１，３０Ｂ２が側面板側となるように設置されている。

　このような構成により、圧電アクチュエータ２０Ａ１およびタッチパネル固定体３０Ａ１の組、圧電アクチュエータ２０Ａ２およびタッチパネル固定体３０Ａ２の組、圧電アクチュエータ２０Ｂ１およびタッチパネル固定体３０Ｂ１の組、圧電アクチュエータ２０Ｂ２およびタッチパネル固定体３０Ｂ２の組が、背面側筐体１０１の四つの角部に配置される。なお、圧電アクチュエータは４つでなくともよい。圧電アクチュエータ２０Ａ１およびタッチパネル固定体３０Ａ１の組と、圧電アクチュエータ２０Ｂ１およびタッチパネル固定体３０Ｂ１の組とが、背面側筐体１０１の角部に配置される構成であってもよい。

　また、タッチパネル固定体３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２は、その上面（背面側筐体１０１の背面板と対向する面と反対側の面）がタッチパネル１００の裏面の四つの角部にそれぞれ接着されている。これにより、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２が、タッチパネル１００の四つの角部に配置される。タッチパネル１００は、背面側筐体１０１の背面板に対して略平行に配置され、操作者が触れる平板面を備える。

　次に、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２の具体的な構造について説明する。圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２は全て同じ構造であるので、以下、代表して説明する場合には、圧電アクチュエータ２０と称する。図３は、圧電アクチュエータ２０の三面図である。

　図３に示すように、圧電アクチュエータ２０は、長尺状で平板状の弾性板２００と、長尺状で平板状の２つの圧電素子２０１とを備える。弾性板２００は、例えば平面視で矩形形状であって、長さ（長尺方向の長さ）を１５ｍｍとし、幅（平板面の長尺方向に直交する方向の長さ）を３ｍｍとし、厚みを０．４ｍｍの寸法とされている。弾性板２００は金属、樹脂、合金及び金属を含む複合樹脂などの材料によって形成されていればよく、本実施形態では、４２Ｎｉまたはステンレス鋼で形成されている。弾性板２００の両主面には、それぞれ圧電素子２０１が設けられている。圧電素子２０１は、例えば平面視で矩形形状であって、長さ（長尺方向の長さ）を１１ｍｍとし、幅（平板面の長尺方向に直交する方向の長さ）を３ｍｍとし、厚みを０．２ｍｍの寸法とされている。圧電素子２０１は、長尺状で平板状であり、圧電セラミックスからなる圧電体層を有する。圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるものであってもよく、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からなるものであってもよい。圧電素子２０１は、圧電体層の厚み方向の両端すなわち対向する平板面に形成されている、電圧印加用の駆動電極を有する。圧電素子２０１は、駆動電極に電圧が印加されることにより変位し、長尺方向に伸縮する。

　これらの寸法および材料は一例であり、発生させたい振動の駆動力及び振幅や、圧電アクチュエータ２０を設置する位置の形状（支持板と側面板との間隔および背面側筐体１０１の深さ）等により、適宜設定すればよい。

　このような構成を有する圧電アクチュエータ２０は、ｄ３１モードで振動するバイモルフ型圧電アクチュエータである。よって、圧電アクチュエータ２０は、主面（平板面）に直交する方向に向かって湾曲して振動する。

　弾性板２００の長手方向（長さ方向）の両端付近で、圧電素子２０１が設けられていない領域には、弾性板２００の互いに対向する主面間を貫通する貫通孔２０２，２０３がそれぞれ形成されている。貫通孔２０２，２０３は、本発明の「固定用貫通孔」に相当する。

　次に、圧電アクチュエータ２０の具体的な設置構造について説明する。図４は、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の設置部の拡大図である。ここでは、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２を代表して、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の設置構造について説明する。

　圧電アクチュエータ２０Ｂ２は、弾性板２００と、弾性板２００の両主面に設けられた圧電素子２０１とを備える。図４に示すように、圧電アクチュエータ２０Ｂ２は、短手方向（幅方向）が背面側筐体１０１の凹部の深さ方向となるように、言い換えれば、主面が背面側筐体１０１の長手方向に沿い、主面と支持板１０２Ｂの側面とが対向するように、設置されている。

　圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の一方端（第１端部）は、ネジ２２０Ａによって支持板１０２Ｂに固定されている。具体的には、ネジ２２０Ａは弾性板２００の長手方向の一方端付近で、圧電素子２０１が設けられていない領域に形成されている貫通孔２０２に挿入されており、当該ネジ２２０Ａにより圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の一方端が支持板１０２Ｂに固定されている。ネジ２２０Ａは、本発明の「固定部材」に相当する。支持板１０２Ｂと圧電アクチュエータ２０Ｂ２の弾性板２００との間に、所定の高さを有するワッシャ２２１Ａが設けられている。ワッシャ２２１Ａにより、圧電アクチュエータ２０Ｂ２と支持板１０２Ｂとの間隔が制御されている。例えば、本実施形態では、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の支持板１０２Ｂ側の圧電素子２０１の表面と支持板１０２Ｂとの間隔を０．２ｍｍ程度に設定している。ワッシャ２２１Ａは、本発明の「緩衝部材」に相当する。また、ネジ２２０Ａの頭部と圧電アクチュエータ２０Ｂ２の弾性板２００との間に、所定の高さを有するワッシャ２２２Ａが設けられている。

　圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の他方端（第２端部）は、ネジ２２０Ｂによってタッチパネル固定体３０Ｂ２に固定されている。具体的には、ネジ２２０Ｂは弾性板２００の長手方向の他方端付近で、圧電素子２０１が設けられていない領域に形成されている貫通孔２０３に挿入されており、当該ネジ２２０Ｂにより圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の他方端が支持板１０２Ｂに固定されている。ネジ２２０Ｂは、本発明の「固定部材」に相当する。この際、タッチパネル固定体３０Ｂ２は、圧電アクチュエータ２０Ｂ２に対して、支持板１０２Ｂと反対側に設置されている。さらに、タッチパネル固定体３０Ｂ２は、長さ方向が圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向と一致し、且つ圧電アクチュエータ２０Ｂ２に平行に設置されるように、固定されている。また、タッチパネル固定体３０Ｂ２と圧電アクチュエータ２０Ｂ２の弾性板２００との間に、所定の高さを有するワッシャ２２１Ｂが設けられている。ワッシャ２２１Ｂにより、圧電アクチュエータ２０Ｂ２とタッチパネル固定体３０Ｂ２との間隔が制御されている。例えば、本実施形態では、圧電アクチュエータ２０Ｂ２のタッチパネル固定体３０Ｂ２側の圧電素子２０１の表面とタッチパネル固定体３０Ｂ２との間隔を０．２ｍｍ程度に設定している。ワッシャ２２１Ｂは、本発明の「緩衝部材」に相当する。また、ネジ２２０Ｂの頭部と圧電アクチュエータ２０Ｂ２の弾性板２００との間に、所定の高さを有するワッシャ２２２Ｂが設けられている。

　なお、ここで、圧電アクチュエータ２０Ｂ２は、支持板１０２Ｂとの固定端が背面側筐体１０１の長手方向の端部から離間し、タッチパネル固定体３０Ｂ２との固定端が背面側筐体１０１の長手方向の端部に近くなるように、設置されている。圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１も同様に、支持板との固定端がタッチパネル固定体との固定端よりも、背面側筐体１０１の長手方向の端部から離間するように設置されている。背面側筐体１０１の長手方向に沿った設置構造は逆であってもよいが、当該構造である方が好ましい。

　このような圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２の構成および設置構造とすることで、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２を駆動すると、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２における支持板１０２Ａ，１０２Ｂを介して背面側筐体１０１に固定されていない側の端部、すなわち、タッチパネル固定体３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２と固定されている側の端部が背面側筐体１０１の短手方向に沿って振動する。これにより、タッチパネル固定体３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２が背面側筐体１０１の短手方向に沿って振動し、タッチパネル固定体３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２が四つの角部に接着されているタッチパネル１００を、タッチパネル１００の平板面に沿った、短手方向に略平行な方向に振動させることができる。

　そして、このような構成では、ネジ２２０Ａ，２２０Ｂの締め具合を調整することで、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２の支持板１０２Ａ，１０２Ｂに対する固定状態と、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２のタッチパネル固定体３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２に対する固定状態とを調整することができる。

　図５は、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の固定状態を調整した場合における振動態様を概略的に示した図である。図５（Ａ）は圧電アクチュエータ２０Ｂ２を支持板１０２Ｂに弱く固定した場合を示し、図５（Ｂ）は圧電アクチュエータ２０Ｂ２を支持板１０２Ｂに強く固定した場合を示す。

　なお、以下の説明では、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の他方端（第２端部）は、タッチパネル固定体３０Ｂ２に強く固定されている状態、すなわち剛接合されている状態として、説明する。

　図５（Ａ）に示すように、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の一方端（第１端部）が緩く締められたネジ２２０Ａによって支持板１０２Ｂに弱く固定されている場合、所謂ピン接合状態となる。これにより、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の一方端（第１端部）は、ネジ２２０Ａによる一点留め状態となる。したがって、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向に沿った振動可能範囲は、剛接合された他方端（第２端部）の所定範囲の一方端側端部から、ネジ２２０Ａにより一点留めされる位置までの範囲となり、後述する圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の他方端（第２端部）と一方端（第１端部）との両方が剛接合されている場合よりも広くなる。

　一方、図５（Ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の一方端（第１端部）がきつく締められたネジ２２０Ａによって支持板１０２Ｂに強く固定され、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の弾性板２００がワッシャ２２１Ａに対して大きな圧力が加わった状態で面接触している場合、所謂剛接合状態となる。これにより、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の一方端（第１端部）は、ネジ２２０Ａによって所定範囲に亘り面で固定された状態となる。したがって、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向に沿った振動可能範囲は、剛接合された他方端（第２端部）の所定範囲の一方端側端部から、同じく剛接合された一方端（第１端部）の所定範囲の他方端側端部までの範囲だけとなり、前述した圧電アクチュエータ２０Ｂ２の長手方向の一方端（第１端部）がピン接合されている場合よりも狭くなる。

　このように、ネジ２２０Ａ，２２０Ｂの締め具合、すなわち圧電アクチュエータ２０Ｂ２の支持体１０２Ｂに対する固定状態を調整することで、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の振動可能範囲を調整することができる。

　例えば、ピン接合の場合、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の振動可能範囲が広いため、図５（Ａ）に示すように、駆動されていない状態での圧電アクチュエータ２０Ｂ２（ｓ）におけるタッチパネル固定体３０Ｂ２（ｓ）側の端部の位置に対する、駆動されて振幅が最大となっている状態での圧電アクチュエータ２０Ｂ２（ｖ１）におけるタッチパネル固定体３０Ｂ２（ｖ１）側の端部の位置の変位量は大きくなる。これにより、背面側筐体１０１に対して、圧電アクチュエータ２０Ｂ２が駆動されていない状態でのタッチパネル１００（ｓ）の位置と、圧電アクチュエータ２０Ｂ２が駆動されて振幅が最大となっている状態でのタッチパネル１００（ｖ１）の位置との間の相対的な距離が長くなる。なお、図５（Ａ）において、（ｓ）は圧電アクチュエータ２０Ｂ２が駆動されていない状態での各部材を示し、（ｖ１）は圧電アクチュエータ２０Ｂ２が駆動されて振幅が最大となっている状態での各部材を示す。

　一方、剛接合の場合、圧電アクチュエータ２０Ｂ２の振動可能範囲が狭いため、図５（Ｂ）に示すように、駆動されていない状態での圧電アクチュエータ２０Ｂ２（ｓ）におけるタッチパネル固定体３０Ｂ２（ｓ）側の端部の位置に対する、駆動されて振幅が最大となっている状態での圧電アクチュエータ２０Ｂ２（ｖ２）におけるタッチパネル固定体３０Ｂ２（ｖ２）側の端部の位置の変位量は小さくなる。これにより、背面側筐体１０１に対して、圧電アクチュエータ２０Ｂ２が駆動されていない状態でのタッチパネル１００（ｓ）の位置と、圧電アクチュエータ２０Ｂ２が駆動されて振幅が最大となっている状態でのタッチパネル１００（ｖ２）の位置との間の相対的な距離が短くなる。なお、図５（Ｂ）において、（ｓ）は圧電アクチュエータ２０Ｂ２が駆動されていない状態での各部材を示し、（ｖ２）は圧電アクチュエータ２０Ｂ２が駆動されて振幅が最大となっている状態での各部材を示す。

　このような調整は、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１に対しても可能である。そして、このように、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２の支持板１０２Ａ，１０２Ｂに対する固定状態を変化させるだけで、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２の駆動電極に同じ駆動電圧を印加した場合に対するタッチパネル１００の振動量（振幅）を調整することができる。

　なお、上述の説明では、本発明の「緩衝部材」に相当するワッシャ２２１Ａ，２２１Ｂの構造を特に説明していなかったが、これらワッシャ２２１Ａ，２２１Ｂは、平ワッシャであってもよく、バネ性を有するバネワッシャであってもよい。さらには、これらワッシャの代わりに、ウレタンゴムやマイクロセルポリマーシート等の弾性材料を用いてもよい。このように緩衝部材の形状、材質、弾性率を変化させることでも、圧電アクチュエータの固定状態を調整でき、より多様な固定仕様を実現でき、これに応じてタッチパネル１００をより多様に振動させることができる。

　また、本実施形態に示すように、ネジを貫通孔に貫通させて固定するネジ留め機構を用いることで、単に圧電アクチュエータを筐体に嵌め込む構造よりも、各部品間の寸法の製造ばらつきによる影響を受けにくく、タッチパネルを安定して振動させることができる。さらに、ネジ留め機構を用いることで、外的な力に対して高強度な固定を実現することができ、触覚提示装置の落下等による振動機構の破損を抑制することができる。

　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６は、本実施形態に係る触覚提示装置１０Ａの構成を示す平面図である。図６に示すように、触覚提示装置１０Ａは、タッチパネル１００を保持するフレーム１００ＨＤを有する。タッチパネル１００は、フレーム１００ＨＤに固定されている。

　上述の第１の実施形態の触覚提示装置１０では、圧電アクチュエータ２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２の長手方向の一方端（第１端部）が支持板１０２Ａ，１０２Ｂを介して背面側筐体１０１に固定されており、他方端（第２端部）がタッチパネル固定体３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２を介してタッチパネル１００に固定されている片持ち梁機構の例を示したが、本実施形態の触覚提示装置１０Ａでは、両持ち梁機構の例を示す。なお、背面側筐体１０１の形状は同じであるので、説明は省略する。

　本実施形態の触覚提示装置１０Ａでは、背面側筐体１０１の凹部内であって、背面側筐体１０１の長手方向の略中央に、圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２が設置されている。圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２は、背面側筐体１０１の側面板における、背面側筐体１０１の長手方向に沿って形成されており、互いに対向する部分の長手方向の略中央に、それぞれ設置されている。

　次に、圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２の具体的な設置構造について説明する。図７は、圧電アクチュエータ２１Ａ２の設置部の拡大図である。なお、圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２の構造および設置構造は同じであるので、図７では代表して圧電アクチュエータ２１Ａ２の設置構造について説明する。

　圧電アクチュエータ２１Ａ２は、長尺状で平板状の弾性板２１０と、長尺状で平板状の圧電素子２１１とを備える。弾性板２１０は、例えば平面視で矩形形状であって、長さ（長尺方向の長さ）を３５ｍｍとし、幅（平板面の長尺方向に直交する方向の長さ）を３ｍｍとし、厚みを０．４ｍｍの寸法とされている。弾性板２００は金属、樹脂、合金及び金属を含む複合樹脂などの材料によって形成されていればよく、本実施形態では、ガラスエポキシで形成されている。弾性板２１０の長手方向の略中央には、弾性板２１０の短手方向に突出する固定用突起部４０が形成されている。固定用突起部４０の突出方向の長さは、例えば、タッチパネル１００を保持するフレーム１００ＨＤの厚み程度に設定されている。

　弾性板２１０の一方の主面には、圧電素子２１１が設けられている。なお、図７では、弾性板２１０における背面側筐体１０１の側面板と対向している側の面に圧電素子２１１が設けられているが、逆の面であってもよい。圧電素子２１１は、例えば平面視で矩形形状であって、長さ（長尺方向の長さ）を３０ｍｍとし、幅（平板面の長尺方向に直交する方向の長さ）を３ｍｍとし、厚みを０．２ｍｍの寸法とされている。圧電素子２１１は、長尺状で平板状であり、圧電セラミックスからなる圧電体層を有する。圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるものであってもよく、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からなるものであってもよい。圧電素子２１１は、圧電体層の厚み方向の両端すなわち対向する平板面に形成されている、電圧印加用の駆動電極を有する。圧電素子２１１は、駆動電極に電圧が印加されることにより変位し、長尺方向に伸縮する。これらの寸法および材料は一例であり、発生させたい振動の駆動力及び振幅や、圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２を設置する位置の形状（側面板とフレーム１００ＨＤの端面との間隔および背面側筐体１０１の深さ）等により、適宜設定すればよい。

　このような構成を有する圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２は、ｄ３１モードで振動するユニモルフ型圧電アクチュエータである。これにより、圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２は、主面（平板面）に直交する方向に向かって湾曲して振動する。

　圧電アクチュエータ２１Ａ２は、短手方向（幅方向）が背面側筐体１０１の凹部の深さ方向となるように、言い換えれば、主面が背面側筐体１０１の長手方向に沿い、主面と側面板とが対向するように、設置されている。

　圧電アクチュエータ２１Ａ２における弾性板２１０の長手方向（長さ方向）の両端付近で、圧電素子２１１が設けられていない領域には、弾性板２１０の互いに対向する主面間を貫通する貫通孔２０２Ｃ，２０３Ｃがそれぞれ形成されている。

　圧電アクチュエータ２１Ａ２の長手方向の一方端（第１端部）は、ネジ２２０によって背面側筐体１０１に固定されている。具体的には、ネジ２２０は弾性板２１０の長手方向の一方端付近で、圧電素子２１１が設けられていない領域に形成されている貫通孔２０２Ｃに挿入されており、当該ネジ２２０により圧電アクチュエータ２１Ａ２の長手方向の一方端が背面側筐体１０１に固定されている。ネジ２２０は、本発明の「固定部材」に相当する。背面側筐体１０１と圧電アクチュエータ２１Ａ２の弾性板２１０との間に、所定の高さを有するワッシャ２２１Ｃ２が設けられている。ワッシャ２２１Ｃ２により、圧電アクチュエータ２１Ａ２と背面側筐体１０１との間隔が制御されている。ワッシャ２２１Ｃ２は、本発明の「緩衝部材」に相当する。また、ネジ２２０の頭部と圧電アクチュエータ２１Ａ２の弾性板２１０との間に、所定の高さを有するワッシャ２２２が設けられている。

　圧電アクチュエータ２１Ａ２の長手方向の他方端（第２端部）は、ネジ２２０によって背面側筐体１０１に固定されている。具体的には、ネジ２２０は弾性板２１０の長手方向の他方端付近で、圧電素子２１１が設けられていない領域に形成されている貫通孔２０２Ｃに挿入されており、当該ネジ２２０により圧電アクチュエータ２１Ａ２の長手方向の他方端が背面側筐体１０１に固定されている。背面側筐体１０１と圧電アクチュエータ２１Ａ２の弾性板２１０との間に、所定の高さを有するワッシャ２２１Ｄ２が設けられている。ワッシャ２２１Ｄ２により、圧電アクチュエータ２１Ａ２と背面側筐体１０１との間隔が制御されている。ワッシャ２２１Ｄ２は、本発明の「緩衝部材」に相当する。ここで、ワッシャ２２１Ｃ２，２２１Ｄ２の高さを同じにすることで、圧電アクチュエータ２１Ａ２の平板面と、背面側筐体１０１の側面板の平板面とが平行になるように、圧電アクチュエータ２１Ａ２が背面側筐体１０１に固定される。また、ネジ２２０の頭部と圧電アクチュエータ２１Ａ２の弾性板２１０との間に、所定の高さを有するワッシャ２２２が設けられている。

　圧電アクチュエータ２１Ａ２の固定用突起部４０には、貫通孔２０４が形成されている。圧電アクチュエータ２１Ａ２の固定用突起部４０は、ネジ２２０によってフレーム１００ＨＤに固定されている。具体的には、ネジ２２０は弾性板２１０の固定用突起部４０に形成されている貫通孔２０４に挿入されており、当該ネジ２２０により圧電アクチュエータ２１Ａ２の長手方向の略中央がフレーム１００ＨＤに固定されている。

　この際、固定用突起部４０は、ネジ２２０によってフレーム１００ＨＤの側面へ直接固定されるが、固定用突起部４０におけるフレーム１００ＨＤに固定されている位置と、弾性板２１０の両端における背面側筐体１０１に固定されている位置は、背面側筐体１０１の高さ方向（タッチパネル１００およびフレーム１００ＨＤの厚み方向）に沿って異なるので、弾性板２１０の両端を背面側筐体１０１に固定するためのネジ２２０を背面側筐体１０１の内側から設置しても、タッチパネル１００およびフレーム１００ＨＤに接触しない。

　このような構成において、圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２を駆動すると、圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２における背面側筐体１０１に固定された長手方向の両端の間に位置する長手方向の中央の領域が、固定された長手方向の両端間の中心を振動の腹として、背面側筐体１０１の短手方向に沿って振動する。この長手方向の中央の領域には固定用突起部４０が形成されており、固定用突起部４０はフレーム１００ＨＤに固定されている。これにより、フレーム１００ＨＤおよびフレーム１００ＨＤに固定されたタッチパネル１００を、タッチパネル１００の平板面に沿った、短手方向に略平行な方向に振動させることができる。

　この際、上述の第１の実施形態に示したように、ネジ２２０の締め具合によって圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２の固定状態を調整すれば、圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２の駆動電極に印加される駆動電圧が同じであっても、タッチパネル１００において多様な振動を実現することができる。また、本実施形態においても、ワッシャ等の緩衝部材の形状、材質、弾性率を変化させることで、タッチパネル１００においてさらに多様な振動を実現することができる。なお、圧電アクチュエータは２つでなくともよい。圧電アクチュエータ２１Ａ１，２１Ａ２のいずれか一方のみが背面側筐体１０１の長手方向の略中央設置されている構成であってもよい。

　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８（Ａ）は本実施形態に係る触覚提示装置１０Ｂの構成を示す平面図であり、図８（Ｂ）は触覚提示装置１０Ｂを側面視した構成図である。

　上述の第１の実施形態の触覚提示装置１０および第２の実施形態の触覚提示装置１０Ａは、タッチパネル１００に対してタッチパネル１００の側面から振動を与える構成であったが、本実施形態の触覚提示装置１０Ｂは、タッチパネル１００の背面から振動を与える構成からなる。なお、背面側筐体１０１の形状は同じであるので、説明は省略する。

　背面側筐体１０１の開口面には、弾性体１０３を介してフレーム１００ＨＤ’が設置されている。フレーム１００ＨＤ’には、タッチパネル１００が固定されており、タッチパネル１００およびフレーム１００ＨＤ’からなる複合体により、背面側筐体１０１の開口面全体が覆われている。

　本実施形態の触覚提示装置１０Ｂでは、背面側筐体１０１の開口面の略中央に、圧電アクチュエータ２２が設置されている。圧電アクチュエータ２２は、平面視で矩形形状であって、平板状の弾性板２００Ｃと、平面視で円形であって、平板状の圧電素子２０１Ｃとを備える。弾性板２００Ｃにおける背面側筐体１０１の背面板側の面には、圧電素子２０１Ｃが設けられている。圧電素子２０１Ｃを平面視した中心と弾性板２００Ｃの平板面の中心とが略一致するように、圧電素子２０１Ｃが設けられている。圧電素子２０１Ｃは、圧電セラミックスからなる圧電体層を有する。圧電素子２０１Ｃは、圧電体層の厚み方向の両端すなわち対向する平板面に形成されている、電圧印加用の駆動電極を有する。圧電素子２０１Ｃは、駆動電極に電圧が印加されることにより変位し、長尺方向に伸縮する。このような構成を有する圧電アクチュエータ２２は、ｄ３１モードで振動するユニモルフ型圧電アクチュエータである。これにより、圧電アクチュエータ２２は、主面（平板面）に直交する方向に向かって湾曲して振動する。

　圧電アクチュエータ２２における弾性板２００Ｃの平板面の四つの隅部付近で、圧電素子２０１Ｃが設けられていない領域には、それぞれ、弾性板２００Ｃの互いに対向する主面間を貫通する貫通孔２０５が形成されている。

　圧電アクチュエータ２２における弾性板２００Ｃの平板面の四つの隅部は、ネジ２２０によって背面側筐体１０１に固定されている。具体的には、ネジ２２０は弾性板２００Ｃの平板面の四つの隅部付近で、圧電素子２０１Ｃが設けられていない領域に形成されている貫通孔２０５に挿入されており、ネジ２２０により圧電アクチュエータ２２における弾性板２００Ｃの平板面の四つの隅部が背面側筐体１０１に固定されている。背面側筐体１０１と圧電アクチュエータ２２の弾性板２００Ｃとの間に、所定の高さを有するワッシャ２２１Ｅが設けられている。ワッシャ２２１Ｅにより、圧電アクチュエータ２２と背面側筐体１０１との間隔が制御されている。圧電アクチュエータ２２の平板面（弾性板２００Ｃの平板面）と、背面側筐体１０１の背面板とが平行になるように、圧電アクチュエータ２２は背面側筐体１０１に固定されている。

　弾性板２００Ｃの圧電素子２０１Ｃが設けられている面と反対側の面には、平面視した略中心に位置するように、弾性体からなる当接部材５０が設けられている。当接部材５０は所定の厚みを有し、弾性板２００Ｃへの当接面と反対側の面が、フレーム１００ＨＤ’の裏面に接触している。

　このような構成において、圧電アクチュエータ２２を駆動すると、圧電アクチュエータ２２における中央の領域が、圧電アクチュエータ２２の平面視した中心を振動の腹として、背面側筐体１０１の厚み（高さ）方向に沿って振動する。圧電アクチュエータ２２の中央の領域には当接部材５０が設けられており、当接部材５０はフレーム１００ＨＤ’に接触している。これにより、フレーム１００ＨＤ’およびフレーム１００ＨＤ’に固定されたタッチパネル１００を、タッチパネル１００の平板面に直交する方向（法線方向）に振動させることができる。

　この際、上述の第１、第２の実施形態に示したように、ネジ２２０の締め具合によって圧電アクチュエータ２２の固定状態を調整すれば、圧電アクチュエータ２２の駆動電極に印加される駆動電圧が同じであっても、タッチパネル１００において多様な振動を実現することができる。また、本実施形態においても、ワッシャ等の緩衝部材の形状、材質、弾性率を変化させることで、タッチパネル１００においてさらに多様な振動を実現することができる。なお、圧電アクチュエータは複数であってもよい。背面側筐体１０１に、複数の圧電アクチュエータが配置された構成であってもよい。

　さらに、本実施形態の構成では、タッチパネル１００を、タッチパネル１００の平板面に直交する方向に振動させることができるので、必要に応じて意図的にタッチパネル１００から放音させることも可能である。

　なお、上述の各実施形態では、ネジが貫通孔に直接挿入されている例を示したが、ネジ緩み止め用接着剤を用いるとより好ましい。

　また、上述の各実施形態では、タッチパネル１００を例に説明したが、平板状の部材であれば、本願発明の振動伝達手段として用いることができる。例えば、振動伝達手段として保護用のガラス板を用いてもよい。

　また、上述の構成からなる触覚提示装置は、使用用途として、携帯電子機器、例えば携帯電話、携帯型ゲーム機、入力デバイス等のパーソナルコンピュータの周辺機器などに用いることが好ましい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ：触覚提示装置、
１０１：背面側筐体、
１０２Ａ，１０２Ｂ：支持板、
１０３：弾性体、
２０，２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ｂ１，２０Ｂ２，２１，２１Ａ１，２１Ａ２，２２：圧電アクチュエータ、
３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２：タッチパネル固定体、
４０：固定用突起部、
５０：当接部材、
２００，２００Ｃ，２１０：弾性板、
２０１，２０１Ｃ，２１１：圧電素子、
２０２，２０２Ｃ，２０３，２０３Ｃ，２０５：貫通孔、
２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ：ネジ、
２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ２，２２１Ｄ２，２２１Ｅ，２２２：ワッシャ

Claims

　平板面を有する筐体と、
　前記筐体の平板面に対して略平行に配置され、操作者が触れる平板面を備える振動伝達手段と、
　前記筐体と前記振動伝達手段とに接続され、前記振動伝達手段に対して所定方向の振動を与える振動発生部材と、を備えた触覚提示装置であって、
　前記振動発生部材は、平板状の弾性板と、該弾性板の少なくとも一つの面に設けられた圧電素子とを備え、
　前記弾性板は固定用貫通孔が設けられており、
　前記振動伝達手段または前記筐体と前記弾性板とは、前記固定用貫通孔に挿入されている固定部材によって固定されている、触覚提示装置。
　前記振動伝達手段または前記筐体と前記弾性板との間には、緩衝部材が設けられている、請求項１に記載の触覚提示装置。
　前記固定部材は、前記振動伝達手段または前記筐体と前記弾性板とを剛接合で固定している、請求項１または請求項２に記載の触覚提示装置。
　前記固定部材は、前記振動伝達手段または前記筐体と前記弾性板とをピン接合で固定している、請求項１または請求項２に記載の触覚提示装置。
　前記固定部材はネジである、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の触覚提示装置。
　前記振動発生部材は、
　前記弾性板が平板面を有し、かつ平面視で矩形状からなり、
　前記弾性板の平板面に直交する方向に向かって湾曲して振動し、前記弾性板の平板面が前記振動伝達手段の側面と平行になるように、取り付けられ、
　前記弾性板における前記矩形状の長手方向の第１端部に設けられた第１固定用貫通孔に挿入されている第１固定部材によって前記筐体に固定され、
　前記弾性板の前記第１端部に対して前記長手方向の反対側に位置する第２端部に設けられた第２固定用貫通孔に挿入されている第２固定部材によって前記振動伝達手段に固定されている、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。
　前記振動発生部材は、
　前記弾性板が平板面を有し、かつ平面視で矩形状からなり、
　前記弾性板の平板面に直交する方向に向かって湾曲して振動し、前記弾性板の平板面が前記振動伝達手段の側面と平行になるように、取り付けられ、
　前記弾性板における前記矩形状の長手方向の両端にそれぞれ設けられた固定用貫通孔に挿入されている固定部材によって前記筐体に固定され、
　前記弾性板における前記矩形状の長手方向の前記両端の間に設けられた第３固定用貫通孔に挿入されている第３固定部材によって前記振動伝達手段に固定されている、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。
　前記振動発生部材は、
　前記弾性板が平板面を有し、前記弾性板の平板面に直交する方向に向かって湾曲して振動し、前記弾性板の平板面が前記振動伝達手段の平板面と所定間隔をおいて略平行で、且つ少なくとも一部が当接部材を介して前記振動伝達手段の裏面に接触するように設けられており、
　前記弾性板に設けられた複数の固定用貫通孔に挿入されている固定部材によって前記筐体に固定されている、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。