(57)【要約】      （修正有）【課題】操作の快適さを向上することができる触感提供装置、タッチ入力装置、及び触感提供装置の製造方法を提供する。【解決手段】タッチ入力装置は、パネル１０と、パネルを振動させる振動素子と、パネルに対するタッチ入力を検出する検出部及びタッチ入力に応じて振動素子の振動を制御する制御部を有する制御装置と、パネルの操作面となる板面に凹凸を有する。触感提供装置の製造方法は、パネルの操作面１００となる板面に、微粒子９１を含むコーティング剤を塗布する工程と、板面に塗布されたコーティング剤を硬化させる工程と、パネルの操作面となる板面に、サンドブラスト処理またはエッチング処理により凹凸を形成する工程を含む。【選択図】図３
2020140666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルと、
前記パネルを振動させる振動素子とを有し、
前記パネルの操作面となる板面に凹凸を有することを特徴とする触感提供装置。
【請求項２】
前記凹凸は、前記パネルの板面上に設けられた粒子により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の触感提供装置。
【請求項３】
前記凹凸の高さは、１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の触感提供装置。
【請求項４】
前記凹凸の間隔は、０．１〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の触感提供装置。
【請求項５】
パネルと、
前記パネルを振動させる振動素子と、
前記パネルに対するタッチ入力を検出する検出部と、
前記タッチ入力に応じて前記振動素子の振動を制御する制御部とを有し、
前記パネルの操作面となる板面に凹凸を有することを特徴とするタッチ入力装置。
【請求項６】
パネルの操作面となる板面に、粒子を含むコーティング剤を塗布する工程と、
前記板面に塗布された前記コーティング剤を硬化させる工程とを含むことを特徴とする触感提供装置の製造方法。
【請求項７】
パネルの操作面となる板面に、サンドブラスト処理、またはエッチング処理により凹凸を形成する工程を含むことを特徴とする触感提供装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、触感提供装置、タッチ入力装置、及び触感提供装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザが例えばタッチパネルにタッチ入力したとき、タッチパネルに表示されたボタンの手触りや押下の手応えなどの触感をユーザに提供する技術がある（例えば特許文献１を参照）。この技術によると、タッチパネル下部の振動素子がユーザの操作に応じて超音波帯域の周波数（例えば数十ｋＨｚ）で振動することにより、ユーザの指とパネル表面の間にスクイーズ効果による空気層が発生する。このため、ユーザは、指先の摩擦の低下を感知して、パネル表面の滑りやすさを知覚することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４５０５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ユーザが振動中のタッチパネルを触り続けると、振動しているパネルに指がたたかれることで指先が発熱し、例えば３８〜４０℃程度にまで上昇することがある。また、タッチパネルは超音波帯域で振動しているため、ユーザの指先とタッチパネルが擦れたときに独特な異音が生ずることがある。また、タッチパネルの材質によっては、タッチパネルが振動しても振動前からの触感の変化が不十分であることがある。
【０００５】
このように、ユーザの指先がタッチパネルに触れたときに熱や異音が発生したり、触感の変化が不十分であると、操作の快適さが損なわれるおそれがある。
【０００６】
そこで本件は上記の課題に鑑みてなされたものであり、操作の快適さを向上することができる触感提供装置、タッチ入力装置、及び触感提供装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に記載の触感提供装置は、パネルと、前記パネルを振動させる振動素子とを有し、前記パネルの操作面となる板面に凹凸を有する。
【０００８】
本明細書に記載のタッチ入力装置は、パネルと、前記パネルを振動させる振動素子と、前記パネルに対するタッチ入力を検出する検出部と、前記タッチ入力に応じて前記振動素子の振動を制御する制御部とを有し、前記パネルの操作面となる板面に凹凸を有する。
【０００９】
本明細書に記載の触感提供装置の製造方法は、パネルの操作面となる板面に、粒子を含むコーティング剤を塗布する工程と、前記板面に塗布された前記コーティング剤を硬化させる工程とを含む。
【００１０】
本明細書に記載の触感提供装置の製造方法は、パネルの操作面となる板面に、サンドブラスト処理、またはエッチング処理により凹凸を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、操作の快適さを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】タッチ入力装置の一例を示す斜視図である。
【図２】振動パネル装置の機能の一例を示す構成図である。
【図３】パネルの一例を示す図である。
【図４】パネルとユーザの指先の接触の様子を示す図である。
【図５】他のパネルの例を示す図である。
【図６】第１実施例の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】コーティング剤の塗布方法の一例を示す図である。
【図８】第２実施例の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】サンドブラスト処理の一例を示す図である。
【図１０】第３実施例の製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】エッチング処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、タッチ入力装置の一例を示す斜視図である。タッチ入力装置は、平面視で矩形形状を有し、振動パネル装置１、制御装置２、カバー３、トレイ４、及びフレキシブルプリント基板（FPC: Flexible Printed Circuits）５を有する。
【００１４】
振動パネル装置１と制御装置２はＦＰＣ５を介して電気的に接続されている。振動パネル装置１と制御装置２はトレイ４に収容された状態でカバー３により覆われる。トレイ４及びカバー３は、樹脂や金属などで形成され、互いに嵌合されることで略直方体形状の筐体を構成する。トレイ４は、互いに重ね合わされた振動パネル装置１及び制御装置２を収容する収容部４０を有する。また、カバー３には、振動パネル装置１の操作面を露出させるための矩形状の開口３０を有する。
【００１５】
振動パネル装置１は、触感提供装置の一例であり、矩形の板状のパネル１０、一組の固定部材１１，１２、一組の圧電素子１４，１５、配線パタン１６ａ〜１６ｄ、及び端子部１７を有する。パネル１０は、一例としてガラスにより形成されるが、樹脂系の材料により形成されてもよい。パネル１０の一方の板面は、タッチ入力を受け付ける操作面として機能し、ユーザの指先と接触する。
【００１６】
制御装置２に対向するパネル１０の他方の板面には、圧電素子１４，１５が接着され、配線パタン１６ａ〜１６ｄ及び端子部１７が例えばスクリーン印刷により形成されている。配線パタン１６ａ〜１６ｄ及び端子部１７の素材としては例えば銀ペーストが挙げられるが、これに限定されない。
【００１７】
圧電素子１４，１５は、パネル１０の一組の短辺の近傍にそれぞれ配置されている。圧電素子１４，１５は例えば熱硬化性の接着剤によりパネル１０の板面に接着されている。圧電素子１４，１５は、パネル１０の外周に沿って延びる配線パタン１６ａ〜１６ｄに接続され、配線パタン１６ａ〜１６ｄは矩形状の端子部１７に接続されている。端子部１７は導電性の接着剤によりＦＰＣ５の一端と接着されている。
【００１８】
圧電素子１４，１５はＦＰＣ５を介して制御装置２と電気的に接続されている。制御装置２は電源供給機能を持ち、例えばリチウムイオン電池などが実装されており、ＦＰＣ５を介して圧電素子１４，１５に給電する。
【００１９】
ＦＰＣ５には、圧電素子１４，１５を駆動する駆動回路５０が設けられている。駆動回路５０は、制御装置２からの指示に応じて圧電素子１４，１５に制御信号を出力する。圧電素子１４，１５は例えば制御信号の電圧に応じた周波数でパネル１０を振動させる。振動の周波数は超音波帯域であって、例えば数十ｋＨｚである。
【００２０】
ユーザが、振動するパネル１０の操作面に触れると、ユーザの指とパネル表面の間にスクイーズ効果による空気層が発生する。このため、ユーザは、指先の摩擦の低下を感知して、パネル表面の滑りやすさを知覚することができる。
【００２１】
パネル１０の一組の長辺には、固定部材１１，１２が例えば熱硬化性の接着剤により接着されている。固定部材１１，１２はパネル１０をトレイ４に固定し、振動支点を構成する部材であり、例えば樹脂系の材料により角柱状に形成されている。パネル１０は、その両端の固定部材１１，１２を支点として振動することができるため、十分なスクイーズ効果が得られる。
【００２２】
制御装置２は、スマートフォンなどと同様にパネル１０に対するタッチ入力を検出するものであり、いわゆるタッチパネル装置を構成する。制御装置２は、駆動回路５０を介し、タッチ入力に応じて圧電素子１４，１５の振動を制御する。
【００２３】
図２は、振動パネル装置１の機能の一例を示す構成図である。制御装置２は制御回路２０及び検出回路２１を有する。
【００２４】
検出回路２１は、例えば縦横にパターニングされた電極膜であり、ユーザの指先Ｆがパネル１０の操作面１００に触れたときの指先Ｆと操作面１００の間の静電容量の変化を判別し、これに基づいて操作面１００上の指先Ｆの位置を検出する。これにより、検出回路２１はタッチ入力を検出する。タッチ入力の検出結果は電気信号として制御回路２０に出力される。なお、本例では、タッチ入力が静電容量方式に基づき検出されるが、これに限定されず、抵抗膜方式、赤外線方式、及び電磁誘導方式などの一般的な位置検出方式を用いてもよい。
【００２５】
制御回路２０は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びＣＰＵ（Central Processing Unit）の何れか、または、これらの組み合わせなどから構成される。制御回路２０は、検出回路２１が検出したタッチ入力に応じて圧電素子１４，１５の振動を制御する。なお、制御回路２０は制御部の一例であり、検出回路２１は検出部の一例である。
【００２６】
制御回路２０は、検出回路２１の検出結果から、ユーザの指先Ｆの動き（点線の矢印参照）を判定し、判定結果に応じた指示信号を駆動回路５０に出力する。例えば、制御回路２０は、指先Ｆが触れた操作面１００上の位置、指先Ｆの移動方向、及び移動の速さなどに応じて、圧電素子１４，１５の振動のオンオフ、強弱、及び振動のパタンを決定し、その決定に従った指示信号を出力する。
【００２７】
駆動回路５０は、例えばＡＳＩＣにより構成される。駆動回路５０は、制御回路２０から入力する指示信号に応じて圧電素子１４，１５を駆動する。駆動回路５０は、例えば圧電素子１４，１５に出力する駆動信号の電圧や周波数を調整することにより圧電素子１４，１５を駆動する。なお、図１では駆動回路５０は、ＦＰＣ５上に実装されるが、これに限定されず、制御装置２に実装されてもよい。
【００２８】
圧電素子１４，１５は、パネル１０の操作面１００の背面１０１に設けられている。圧電素子１４，１５は、その厚さが例えば数百μｍであるため、パネル１０が制御装置２に重ねられても邪魔にならず、振動パネル装置１の厚みが低減される。なお、圧電素子１４，１５は振動素子の一例であるが、圧電素子１４，１５に限定されず、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えばリニアアクチュエータなども使用することができる。もっとも、パネル１０上に設ける振動素子としては、圧電素子１４，１５のように薄板形状のものが好ましい。
【００２９】
振動パネル装置１は、車両、ＦＡ（Factory Automation）機器、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）などの操作パネルとして用いることができる。振動パネル装置１は、ユーザにタッチ入力に応じた触感を提供するため、ユーザの操作ミスや操作に伴うストレスが低減される。
【００３０】
図３は、パネル１０の一例を示す図である。符号Ｇａは操作面１００を示し、符号ＧｂはＡ−Ａ線に沿った断面の一部を示す。
【００３１】
操作面１００は凹凸９を有する。凹凸９は、操作面１００上に設けられた複数の微粒子９１により形成されている。微粒子９１は粒子の一例である。操作面１００はオーバーコート膜９０により覆われており、微粒子９１はオーバーコート膜９０に覆われた状態で操作面１００に付着している。微粒子９１としては例えばシリカ系微粒子が挙げられるが、これに限定されない。また、オーバーコート膜９０は例えばシリコン系のハードコーティング剤により形成されるが、これに限定されない。
【００３２】
図４は、パネル１０，１０’とユーザの指先Ｆの接触の様子を示す図である。符号Ｇｃは比較例のパネル１０’と指先Ｆの接触を示し、符号Ｇｄは実施例のパネル１０と指先Ｆの接触を示す。比較例のパネル１０’の操作面１００’には凹凸９がなく、実施例のパネル１０より平坦である。つまり、実施例の操作面１００は、比較例の操作面１００’より粗い。なお、符号Ｄｗは指先Ｆの動く方向の例を示す。
【００３３】
実施例の操作面１００は凹凸９を有するため、指先Ｆとの接触部分Ｃの面積が比較例の操作面１００’より小さい。このため、実施例のパネル１０によると、振動しているパネル１０に指が叩かれることによる指先Ｆの温度の上昇、及び異音の発生が比較例のパネル１０’より抑制される。
【００３４】
従来、タッチにより独特の異音が生ずる原因の１つは、数十ｋＨｚ帯で高速振動しているパネルに指が接触することであると推定される。これに対し、実施例のパネル１０では操作面１００を粗面化することで指先Ｆとパネル１０の接触の頻度が低下するため、例えば３〜５ｄＢ（約１．４〜１．８倍）の音圧の低減が期待できる。
【００３５】
また、従来、ユーザが振動中のタッチパネルを触り続けると、振動しているパネルに指がたたかれることで指先が発熱し、例えば３８〜４０℃程度にまで上昇することがある。これに対し、実施例のパネル１０では操作面１００を粗面化することで指先Ｆとパネル１０の接触面積が減少するため、発熱が抑制される。
【００３６】
また、実施例のパネル１０によると、ユーザは、パネル１０が振動していないときに凹凸９からザラザラとした触感を得るため、パネル１０が振動しているときのスクイーズ効果により得られるツルツルとした触感とのギャップをはっきりと感じることができる。このため、ユーザは、ザラザラの触感とツルツルの触感の間の変化により心地よい操作感が得られる。これに対し、比較例の操作面１００’には凹凸９がないため、触感の変化、つまりメリハリが少なく、実施例のパネル１０ほどの心地よい操作感は得られない。
【００３７】
このように、実施例によると操作面１００が凹凸９を有するため、操作の快適さを向上することができる。
【００３８】
また、本例において凹凸９は、操作面１００上に設けられた微粒子９１により形成されている。このため、微粒子９１の径に応じて凹凸９の高さを高精度に制御することが可能である。
【００３９】
また、凹凸９は、例えばサンドブラスト処理やエッチング処理などの操作面１００自体の粗面化処理により形成されてもよい。
【００４０】
図５は、他のパネル１０ａの例を示す図である。パネル１０ａの操作面１００は、粗面化処理により形成された凹凸９ａを有する。また、操作面１００は、上記の例と同様のオーバーコート膜９０ａにより覆われている。パネル１０ａをパネル１０に代えて振動パネル装置１に用いた場合も、操作の快適さを向上することができる。
【００４１】
図３及び図５を参照すると、凹凸９，９ａの高さＨが高過ぎるとザラザラとした触感が強くなり過ぎるため、スクイーズ効果による摩擦の低下の効力が実質的に得られず、ツルツルとした感じを得にくくなる。また、凹凸９，９ａの高さＨが低過ぎると、圧電素子１４，１５の振動の前後の触感の変化が少なくなるため、心地よい操作感が得られにくい。このため、凹凸９，９ａの高さＨを適切な範囲に設定するのが望ましい。
【００４２】
人間の指紋の深さがおよそ１００μｍであることを考慮すると、凹凸９，９ａの高さＨは１００μｍ以下であることが望ましいと考えられる。その一方、凹凸９，９ａが低すぎると人間が凹凸９，９ａとして認識できない可能性もある。高さＨが例えば１〜１００μｍであれば、ユーザは、圧電素子１４，１５が振動していない場合に凹凸９，９ａをより明確に感じることができる。さらに実験結果によると、高さＨが例えば２〜１０（μｍ）であると、パネル１０，１０ａの触感を圧電素子１４，１５の振動前後でより適切に変化させることができる。
【００４３】
また、０．１（μｍ）の距離をおいた凹凸９，９ａを指先で触った場合、人間は面の粗さを感じる。一方、凹凸９，９ａの距離が大きすぎると粗さを感じにくくなる。このため、凹凸９，９ａの凸部の間隔Ｄが０．１〜１０００μｍであれば、ユーザは、圧電素子１４，１５が振動していない場合に凹凸９，９ａをより明確に感じることができる。さらに実験結果によると、間隔Ｄが例えば１０〜４００μｍであると、パネル１０，１０ａの触感を圧電素子１４，１５の振動前後でより適切に変化させることができる。
【００４４】
なお、間隔Ｄは、パネル１０，１０ａに接触する指先Ｆの面積に相当する１ｃｍ２を単位面積として、単位面積当たりの凹凸９，９ａの平均距離として定義してもよい。
【００４５】
次に、振動パネル装置１の製造方法を述べる。
【００４６】
（第１実施例の製造方法）
図６は、第１実施例の製造方法を示すフローチャートである。本例では、パネル１０の操作面１００上に複数の微粒子９１が設けられる場合の製造方法である。
【００４７】
まず、パネル１０の背面１０１に配線パタン１６ａ〜１６ｄ及び端子部１７をスクリーン印刷する（Ｓｔ１）。次にコーティング剤に微粒子９１を混入し（Ｓｔ２）、微粒子９１が混入したコーティング剤をパネル１０の操作面１００に塗布する（Ｓｔ３）。
【００４８】
図７は、コーティング剤の塗布方法の一例を示す図である。例えば、バーコーター８のロッド８０には、微粒子９１が混入したコーティング剤が充填されている。コーティング剤としてはシリコン系のハードコーティング剤が挙げられ、微粒子９１としてはシリカ系の微粒子が挙げられる。
【００４９】
コーティング剤には、微粒子９１が例えば５ｗｔ％の濃度で分散している。分散処理には、例えば撹拌機が用いられ、その後脱泡処理を行う。
【００５０】
バーコーター８は、回転自在なロッド８０を操作面１００に当てた状態で、矢印Ｄ１で示す方向に移動する。このとき、ロッド８０の不図示の開口からコーティング剤及び微粒子９１が操作面１００に吐出されるとともに、ロッド８０の回転により操作面１００上で引き延ばされる。これにより、コーティング剤が操作面１００に塗布される。
【００５１】
再び図６を参照すると、コーティング剤の塗布後、パネル１０を例えば乾燥炉に入れることよりコーティング剤を硬化させる（Ｓｔ４）。コーティング剤は硬化することによりオーバーコート膜９０となる。
【００５２】
次に、背面１０１の長手方向の両端部に圧電素子１４，１５をそれぞれ接着し（Ｓｔ５）、パネル１０の短手方向の両端部に固定部材１１，１２をそれぞれ接着する（Ｓｔ６）。このようにして振動パネル装置１は製造される。
【００５３】
本例では、操作面１００に凹凸９が形成されるように微粒子９１を含むコーティング剤が操作面１００に塗布される。このため、微粒子９１の径に応じて凹凸９の高さＨを高精度に制御することが可能である。また、微粒子９１はコーティング剤に混入されて操作面１００に塗布されるため、パネル１０の素材の選択幅が広い。
【００５４】
（第２実施例の製造方法）
図８は、第２実施例の製造方法を示すフローチャートである。本例では、パネル１０ａの操作面１００がサンドブラスト処理により粗面化される。なお、図８において、図７と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５５】
本例では、スクリーン印刷の後、パネル１０ａの操作面１００をサンドブラスト処理する（Ｓｔ２ａ）。これにより、操作面１００上に凹凸９ａが形成される。
【００５６】
図９は、サンドブラスト処理の一例を示す図である。サンドブラスト処理は、矢印Ｄ２で示されるように、ブラストガン８１の射出孔８１０から例えば粉体のアルミナなどの研磨剤を、圧縮空気とともに操作面１００に射出することにより行われる。
【００５７】
操作面１００は、ブラストガン８１から吹き付けられた研磨剤により研磨・切削され、凹凸９ａが形成される。
【００５８】
再び図８を参照すると、操作面１００にコーティング剤を塗布する（Ｓｔ３ａ）。コーティング剤には、第１実施例とは異なり、微粒子９１は混入していない。コーティング剤としては、シリコン系のハードコーティング剤が挙げられるが、これに限定されない。コーティング剤は硬化することによりオーバーコート膜９０ａとなる。
【００５９】
本例では、操作面１００に凹凸９ａが形成されるように操作面１００がサンドブラスト処理される。サンドブラスト処理では研磨剤の射出により操作面１００が切削されるため、パネル１０ａの素材の選択幅が広い。
【００６０】
（第３実施例の製造方法）
図１０は、第３実施例の製造方法を示すフローチャートである。本例では、パネル１０ａの操作面１００がエッチング処理により粗面化される。なお、図１０において、図８と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６１】
本例では、スクリーン印刷の後、パネル１０ａの操作面１００をエッチング処理する（Ｓｔ２ｂ）。これにより、操作面１００上に凹凸９ａが形成される。
【００６２】
図１１は、エッチング処理の一例を示す図である。エッチング処理は、矢印Ｄ３で示されるように、操作面１００を、凹凸９ａの配置に応じた孔８２０を有するマスク８２で覆い、矢印Ｄ４で示されるように、容器８３中のエッチング溶液８３０をマスク８２上から操作面１００に注ぐことにより行われる。
【００６３】
これにより、操作面１００の孔８２０に一致する部分はエッチング溶液８３０に晒されて溶解し、凹凸９ａの凹部が形成される。また、操作面１００の他の部分は、マスク８２によりエッチング溶液８３０には晒されないため、溶解せずに凹凸９ａの凸部となる。
【００６４】
本例では、操作面１００に凹凸９ａが形成されるように操作面１００がエッチング処理される。エッチング処理ではマスク８２の形状に従って凹凸９ａが形成されるため、凹凸９ａの高さＨ及び間隔Ｄを他の製造方法より高精度に制御することが可能である。
【００６５】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１       振動パネル装置
９，９ａ      凹凸
１０，１０ａ      パネル
１４，１５      圧電素子
２０       制御回路
２１       検出回路
９１       微粒子
１００      操作面
１０１      背面
【図１】
2020140666.tif 000003
【図２】
2020140666.tif 000004
【図３】
2020140666.tif 000005
【図４】
2020140666.tif 000006
【図５】
2020140666.tif 000007
【図６】
2020140666.tif 000008
【図７】
2020140666.tif 000009
【図８】
2020140666.tif 000010
【図９】
2020140666.tif 000011
【図１０】
2020140666.tif 000012
【図１１】
2020140666.tif 000013