(57)【要約】  良好な触感を提供できる電子機器を提供することを課題とする。  電子機器は、操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、前記トップパネルに取り付けられ、前記操作面に振動を発生させる振動素子と、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、前記操作面への操作入力の位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記固有振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する駆動制御部とを含み、前記固有振動の振幅が変化する方向における前記振動素子の幅は、前記トップパネルの曲げ剛性と、前記トップパネルに前記振動素子が取り付けられている部分における前記トップパネル及び前記振動素子の曲げ剛性との比に基づいて設定される。
2017098592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面を有するトップパネルと、
前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、
前記トップパネルに取り付けられ、前記操作面に振動を発生させる振動素子と、
前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、前記操作面への操作入力の位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記固有振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する駆動制御部と
を含み、
前記固有振動の振幅が変化する方向における前記振動素子の幅は、前記トップパネルに前記振動素子が取り付けられている部分における前記トップパネル及び前記振動素子の曲げ剛性に対する前記トップパネルの曲げ剛性の比に基づいて設定される、電子機器。
【請求項２】
前記振動素子は、前記固有振動の振幅が変化する方向において前記トップパネルの端部よりも内側で前記固有振動の腹に対応する位置に取り付けられており、
前記トップパネルと前記振動素子が重ね合わされている区間における前記固有振動の波長をλc、前記比をαとすると、前記振動素子の幅Ｗは、０．５λｃ≦Ｗ≦（０．８５−０．３５α）λｃを満たす、請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記振動素子は、前記固有振動の振幅が変化する方向において前記トップパネルの端部に取り付けられており、
前記トップパネルと前記振動素子が重ね合わされている区間における前記固有振動の波長をλc、前記比をαとすると、前記振動素子の幅Ｗは、０．６２５λｃ≦Ｗ≦（０．８１−０．１８５α）λｃを満たす、請求項１記載の電子機器。
【請求項４】
前記比は、０．３５以下である、請求項１乃至３のいずれか一項記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、座標入力面と、前記座標入力面の下側に位置する表示部に画像として表示させる操作部品を生成する操作部品生成部と、前記座標入力面を振動させるための振動を生成する振動生成部と、前記振動生成部の駆動制御を行う駆動制御部とを含むタッチパネル装置がある。前記駆動制御部は、前記操作部品の位置に応じた波形の定在波を発生させる駆動パターンで前記振動生成部の駆動制御を行う（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３８２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のタッチパネル装置では、振動生成部は表面基板に取り付けられる。表面基板のうち、振動生成部が取り付けられる部分と、振動生成部が取り付けられない部分とでは、剛性が異なるため、振動特性が異なる。【０００５】
しかしながら、従来のタッチパネル装置は、このような剛性の違いを考慮していない。【０００６】
このため、従来のタッチパネル装置では、良好な触感を提供できないおそれがある。【０００７】
そこで、良好な触感を提供できる電子機器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】
【０００８】
本発明の実施の形態の電子機器は、操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、前記トップパネルに取り付けられ、前記操作面に振動を発生させる振動素子と、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、前記操作面への操作入力の位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記固有振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する駆動制御部とを含み、前記固有振動の振幅が変化する方向における前記振動素子の幅は、前記トップパネルの曲げ剛性と、前記トップパネルに前記振動素子が取り付けられている部分における前記トップパネル及び前記振動素子の曲げ剛性との比に基づいて設定される。
【発明の効果】
【０００９】
良好な触感を提供できる電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態の電子機器を示す斜視図である。
【図２】実施の形態の電子機器を示す平面図である。
【図３】図２に示す電子機器のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。
【図４】超音波帯の固有振動によってトップパネルに生じる定在波のうち、トップパネルの短辺に平行に形成される波頭を示す図である。
【図５】電子機器のトップパネルに生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。
【図６】トップパネルに発生する定在波を説明する図である。
【図７】実施の形態の電子機器の構成を示す図である。
【図８】メモリに格納されるデータを示す図である。
【図９】実施の形態の電子機器の駆動制御装置の駆動制御部が実行する処理を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態の電子機器の動作例を示す図である。
【図１１】実施の形態の電子機器の動作例を示す図である。
【図１２】トップパネルにおける振動素子の位置とトップパネルの変位及び曲率を示す図である。
【図１３】トップパネルにおける振動素子の位置とトップパネルの変位及び曲率を示す図である。
【図１４】トップパネルと振動素子が曲がる様子を説明する図である。
【図１５】トップパネルと振動素子が曲がる様子を説明する図である。
【図１６】トップパネルと振動素子が曲がている状態を示す図である。
【図１７】剛性比に対する振動素子の幅／波長との関係を示す図である。
【図１８】両端に自由端を有する梁の１次共振モードを示す図である。
【図１９】トップパネルに振動素子を重ねて取り付けた区間を示す図である。
【図２０】有限要素解析により振動素子の幅の値を変えて得られるトップパネルの固有振動の振幅の値をプロットした図である。
【図２１】解析結果の振動形状の一例を示す図である。
【図２２】トップパネルの端部から２つ目の腹の位置に振動素子を配置した場合の振動素子の幅に対する固有振動の振幅を示す図である。
【図２３】トップパネルの端部に振動素子を配置した場合の解析結果を示す図である。
【図２４】振動素子の幅に対する固有振動の振幅を示す図である。
【図２５】最大の振幅が得られる振動素子の幅を剛性比に対してプロットした結果を示す図である。
【図２６】剛性比に対する振動素子の幅／波長の関係をプロットした特性を示す図である。
【図２７】剛性比に対する振動素子の幅／波長の関係をプロットした特性を示す図である。
【図２８】実施の形態の変形例の電子機器の断面を示す図である。
【図２９】実施の形態の変形例の電子機器を示す図である。
【図３０】実施の形態の変形例の電子機器のタッチパッドの断面を示す図である。
【図３１】実施の形態の変形例の電子機器の動作状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の電子機器を適用した実施の形態について説明する。
【００１２】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の電子機器１００を示す斜視図である。
【００１３】
電子機器１００は、一例として、タッチパネルを入力操作部とする、スマートフォン端末機、タブレット型コンピュータ、又は、ゲーム機等である。電子機器１００は、タッチパネルを入力操作部とする機器であればよいため、例えば、携帯情報端末機、又は、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）のように特定の場所に設置されて利用される機器であってもよい。また、電子機器１００は、車載用の入力装置であってもよい。
【００１４】
電子機器１００の入力操作部１０１は、タッチパネルの下にディスプレイパネルが配設されており、ディスプレイパネルにＧＵＩ(Graphic User Interface)による様々なボタン１０２Ａ、又は、スライダー１０２Ｂ等（以下、ＧＵＩ操作部１０２と称す）が表示される。
【００１５】
電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部１０２を操作するために、指先で入力操作部１０１に触れる。
【００１６】
次に、図２を用いて、電子機器１００の具体的な構成について説明する。
【００１７】
図２は、実施の形態の電子機器１００を示す平面図であり、図３は、図２に示す電子機器１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２及び図３では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
【００１８】
電子機器１００は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。
【００１９】
筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、図３に示すように凹部１１０Ａに基板１７０、ディスプレイパネル１６０、及びタッチパネル１５０が配設されるとともに、両面テープ１３０によってトップパネル１２０が接着されている。
【００２０】
トップパネル１２０は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、又は、ポリカーボネートのようなプラスティックで作製される。トップパネル１２０の表面（Ｚ軸正方向側の面）は、電子機器１００の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。
【００２１】
トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着され、平面視における四辺が両面テープ１３０によって筐体１１０に接着されている。なお、両面テープ１３０は、トップパネル１２０の四辺を筐体１１０に接着できればよく、図３に示すように矩形環状である必要はない。
【００２２】
トップパネル１２０のＺ軸負方向側にはタッチパネル１５０が配設される。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護するために設けられている。なお、トップパネル１２０の表面に、さらに別なパネル又は保護膜等が設けられていてもよい。
【００２３】
トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着された状態で、振動素子１４０が駆動されることによって振動する。実施の形態では、トップパネル１２０の固有振動周波数でトップパネル１２０を振動させて、トップパネル１２０に定在波を生じさせる。ただし、トップパネル１２０には振動素子１４０が接着されているため、実際には、振動素子１４０の重さ等を考慮した上で、固有振動周波数を決めることが好ましい。
【００２４】
振動素子１４０は、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着されている。振動素子１４０は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子を含むものを用いることができる。
【００２５】
振動素子１４０は、後述する駆動制御部から出力される駆動信号によって駆動される。振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は駆動信号によって設定される。また、振動素子１４０のオン／オフは駆動信号によって制御される。
【００２６】
なお、超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。実施の形態の電子機器１００では、振動素子１４０が振動する周波数は、トップパネル１２０の振動数と等しくなるため、振動素子１４０は、トップパネル１２０の固有振動数で振動するように駆動信号によって駆動される。
【００２７】
タッチパネル１５０は、ディスプレイパネル１６０の上（Ｚ軸正方向側）で、トップパネル１２０の下（Ｚ軸負方向側）に配設されている。タッチパネル１５０は、電子機器１００の利用者がトップパネル１２０に触れる位置（以下、操作入力の位置と称す）を検出する座標検出部の一例である。
【００２８】
タッチパネル１５０の下にあるディスプレイパネル１６０には、ＧＵＩによる様々なボタン等（以下、ＧＵＩ操作部と称す）が表示される。このため、電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部を操作するために、指先でトップパネル１２０に触れる。
【００２９】
タッチパネル１５０は、利用者のトップパネル１２０への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出部であればよい。ここでは、タッチパネル１５０が静電容量型の座標検出部である形態について説明する。タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル１５０は、トップパネル１２０への操作入力を検出できる。
【００３０】
また、ここでは、タッチパネル１５０の入力面側にトップパネル１２０が配設される形態について説明するが、トップパネル１２０はタッチパネル１５０と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル１５０の表面が図２及び図３に示すトップパネル１２０の表面になり、操作面を構築する。また、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
【００３１】
また、タッチパネル１５０が抵抗膜型の場合は、トップパネル１２０の上にタッチパネル１５０が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
【００３２】
ディスプレイパネル１６０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル１６０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部で、図示を省略するホルダ等によって基板１７０の上（Ｚ軸正方向側）に設置される。
【００３３】
ディスプレイパネル１６０は、後述するドライバＩＣ(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、電子機器１００の動作状況に応じて、ＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。
【００３４】
基板１７０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部に配設される。基板１７０の上には、ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０が配設される。ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０は、図示を省略するホルダ等によって基板１７０及び筐体１１０に固定されている。
【００３５】
基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、電子機器１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
【００３６】
以上のような構成の電子機器１００は、トップパネル１２０に利用者の指が接触し、指先の移動を検出すると、基板１７０に実装される駆動制御部が振動素子１４０を駆動し、トップパネル１２０を超音波帯の周波数で振動させる。この超音波帯の周波数は、トップパネル１２０と振動素子１４０とを含む共振系の共振周波数であり、トップパネル１２０に定在波を発生させる。
【００３７】
電子機器１００は、超音波帯の定在波を発生させることにより、トップパネル１２０を通じて利用者に触感を提供する。
【００３８】
次に、図４を用いて、トップパネル１２０に発生させる定在波について説明する。
【００３９】
図４は、超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図であり、図４の（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図４の（Ａ）、（Ｂ）では、図２及び図３と同様のＸＹＺ座標を定義する。なお、図４の（Ａ）、（Ｂ）では、理解しやすさのために、定在波の振幅を誇張して示す。また、図４の（Ａ）、（Ｂ）では振動素子１４０を省略する。
【００４０】
トップパネル１２０のヤング率Ｅ、密度ρ、ポアソン比δ、長辺寸法ｌ、厚さｔと、長辺方向に存在する定在波の周期数ｋとを用いると、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆは次式（１）、（２）で表される。定在波は１／２周期単位で同じ波形を有するため、周期数ｋは、０．５刻みの値を取り、０．５、１、１．５、２・・・となる。
【００４１】
【数１】
2017098592.tif 000003
【００４２】
【数２】
2017098592.tif 000004
なお、式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ２以外の係数をまとめて表したものである。
【００４３】
図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す定在波は、一例として、周期数ｋが１０の場合の波形である。例えば、トップパネル１２０として、長辺の長さＬが１４０ｍｍ、短辺の長さが８０ｍｍ、厚さｔが０．７ｍｍのGorilla（登録商標）ガラスを用いる場合には、周期数ｋが１０の場合に、固有振動数ｆは３３．５［ｋＨｚ］となる。この場合は、周波数が３３．５［ｋＨｚ］の駆動信号を用いればよい。
【００４４】
トップパネル１２０は、平板状の部材であるが、振動素子１４０（図２及び図３参照）を駆動して超音波帯の固有振動を発生させると、図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように撓むことにより、曲げ振動の定在波が生じる。
【００４５】
なお、ここでは、１つの振動素子１４０がトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着される形態について説明するが、振動素子１４０を２つ用いてもよい。２つの振動素子１４０を用いる場合は、もう１つの振動素子１４０をトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸負方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着すればよい。この場合に、２つの振動素子１４０は、トップパネル１２０の２つの短辺に平行な中心線を対称軸として、軸対称になるように配設すればよい。
【００４６】
また、２つの振動素子１４０を駆動する場合は、周期数ｋが整数の場合は、対称なモードであるので、同一位相で駆動すればよく、周期数ｋが小数（整数部と小数部０．５を含む数）の場合は、反対称なモードであるので、逆位相で駆動すればよい。
【００４７】
図５は、電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）では、利用者が指先でトップパネル１２０に触れながら、指をトップパネル１２０の奥側から手前側に矢印に沿って移動する操作入力を行っている。なお、振動のオン／オフは、振動素子１４０（図２及び図３参照）をオン／オフすることによって行われる。
【００４８】
また、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。
【００４９】
超音波帯の固有振動は、図４に示すようにトップパネル１２０の全体に生じるが、図５の（Ａ）、（Ｂ）には、利用者の指がトップパネル１２０の奥側から手前側に移動する間に振動のオン／オフを切り替える動作パターンを示す。
【００５０】
このため、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。
【００５１】
図５の（Ａ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオフであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオンになっている。
【００５２】
一方、図５の（Ｂ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオンであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオフになっている。
【００５３】
ここで、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を生じさせると、トップパネル１２０の表面と指との間にスクイーズ効果による空気層が介在し、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数が低下する。
【００５４】
従って、図５の（Ａ）では、トップパネル１２０の奥側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きく、トップパネル１２０の手前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さくなる。
【００５５】
このため、図５の（Ａ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオンになると、指先に掛かる動摩擦力の低下を感知し、指先の滑り易さを知覚することになる。このとき、利用者はトップパネル１２０の表面がより滑らかになることにより、動摩擦力が低下するときに、トップパネル１２０の表面に凹部が存在するように感じる。
【００５６】
一方、図５の（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さく、トップパネル１２０の手前側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きくなる。
【００５７】
このため、図５の（Ｂ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオフになると、指先に掛かる動摩擦力の増大を感知し、指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
【００５８】
以上より、図５の（Ａ）と（Ｂ）の場合は、利用者は指先で凹凸を感じ取ることができる。このように人間が凹凸の知覚することは、例えば、"触感デザインのための印刷物転写法とSticky-band Illusion"(第11回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集 (SI2010, 仙台)____174-177, 2010-12)に記載されている。また、"Fishbone Tactile Illusion"(日本バーチャルリアリティ学会第10 回大会論文集(2005 年9 月))にも記載されている。
【００５９】
なお、ここでは、振動のオン／オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、これは、振動素子１４０の振幅（強度）を変化させた場合も同様である。
【００６０】
次に、図６を用いて、トップパネル１２０に発生させる定在波について説明する。
【００６１】
図６は、トップパネル１２０に発生させる定在波を説明する図である。図６では、図２乃至図４と同様のＸＹＺ座標を定義する。
【００６２】
トップパネル１２０には、振動素子１４０−１と１４０−２とが設けられていることとする。振動素子１４０−１は、図２及び図３に示す振動素子１４０と同様であり、振動素子１４０−２は、トップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部において、Ｘ軸に沿って配設されている。すなわち、振動素子１４０−２は、振動素子１４０−１が配設されるトップパネル１２０の辺の対辺に沿って配設されている。
【００６３】
ここでは、振動素子１４０−１と１４０−２は、同位相で駆動されるものとし、あるタイミングにおいて、トップパネル１２０には、濃いグレーで示す凸の腹と、薄いグレーで示す凹の腹とが生じているものとする。濃いグレーで示す凸の腹と、薄いグレーで示す凹の腹とは、最大振幅のときのものとする。
【００６４】
なお、図６に示すタイミングとは定在波の固有振動の半周期異なるタイミングにおいては、図６に濃いグレーで示す凸の腹の部分に最大振幅の凹の腹が生じ、薄いグレーで示す凹の腹の部分に最大振幅の凸の腹が生じる。
【００６５】
次に、図７を用いて、実施の形態の電子機器１００の構成について説明する。
【００６６】
図７は、実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。
【００６７】
電子機器１００は、振動素子１４０、アンプ１４１、タッチパネル１５０、ドライバＩＣ(Integrated Circuit)１５１、ディスプレイパネル１６０、ドライバＩＣ１６１、制御部２００、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０を含む。
【００６８】
制御部２００は、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０を有する。制御部２００は、例えば、ＩＣチップで実現される。
【００６９】
また、駆動制御部２４０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０は、駆動制御装置３００を構築する。なお、ここでは、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０が１つの制御部２００によって実現される形態について説明するが、駆動制御部２４０は、制御部２００の外部に別のＩＣチップ又はプロセッサとして設けられていてもよい。この場合には、メモリ２５０に格納されているデータのうち、駆動制御部２４０の駆動制御に必要なデータは、メモリ２５０とは別のメモリに格納して、駆動制御装置３００の内部に設ければよい。
【００７０】
図７では、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、及び基板１７０（図２参照）は省略する。また、ここでは、アンプ１４１、ドライバＩＣ１５１、ドライバＩＣ１６１、駆動制御部２４０、メモリ２５０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０について説明する。
【００７１】
アンプ１４１は、駆動制御装置３００と振動素子１４０との間に配設されており、駆動制御装置３００から出力される駆動信号を増幅して振動素子１４０を駆動する。
【００７２】
ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０に接続されており、タッチパネル１５０への操作入力があった位置を表す位置データを検出し、位置データを制御部２００に出力する。この結果、位置データは、アプリケーションプロセッサ２２０と駆動制御部２４０に入力される。なお、位置データが駆動制御部２４０に入力されることは、位置データが駆動制御装置３００に入力されることと等価である。
【００７３】
ドライバＩＣ１６１は、ディスプレイパネル１６０に接続されており、駆動制御装置３００から出力される描画データをディスプレイパネル１６０に入力し、描画データに基づく画像をディスプレイパネル１６０に表示させる。これにより、ディスプレイパネル１６０には、描画データに基づくＧＵＩ操作部又は画像等が表示される。
【００７４】
アプリケーションプロセッサ２２０は、電子機器１００の種々のアプリケーションを実行する処理を行う。
【００７５】
通信プロセッサ２３０は、電子機器１００が３Ｇ(Generation)、４Ｇ(Generation)、LTE(Long Term Evolution)、WiFi等の通信を行うために必要な処理を実行する。
【００７６】
駆動制御部２４０は、２つの所定の条件が揃った場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。振幅データは、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータである。振幅値は、位置データの時間的変化度合に応じて設定される。ここで、位置データの時間的変化度合としては、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動する速度を用いる。利用者の指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データの時間的な変化度合に基づいて、駆動制御部２４０が算出する。
【００７７】
また、実施の形態の駆動制御装置３００は、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動したときに、指先に掛かる動摩擦力を変化させるためにトップパネル１２０を振動させる。動摩擦力は、指先が移動しているときに発生するため、駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上になったときに、振動素子１４０を振動させる。移動速度が所定の閾値速度以上になることは、１つ目の所定の条件である。
【００７８】
従って、駆動制御部２４０が出力する振幅データが表す振幅値は、移動速度が所定の閾値速度未満のときはゼロであり、移動速度が所定の閾値速度以上になると、移動速度に応じて所定の振幅値に設定される。移動速度が所定の閾値速度以上のときには、移動速度が高いほど振幅値は小さく設定され、移動速度が低いほど振幅値を大きく設定される。
【００７９】
また、実施の形態の駆動制御装置３００は、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にある場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあることは、２つ目の所定条件である。
【００８０】
操作入力を行う指先の位置が振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかは、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かに基づいて判定される。
【００８１】
ここで、ディスプレイパネル１６０に表示するＧＵＩ操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域等のディスプレイパネル１６０上における位置は、当該領域を表す領域データによって特定される。領域データは、すべてのアプリケーションにおいて、ディスプレイパネル１６０に表示されるすべてのＧＵＩ操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域について存在する。
【００８２】
このため、２つ目の所定条件として、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器１００が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。アプリケーションの種類により、ディスプレイパネル１６０の表示が異なるからである。
【００８３】
また、アプリケーションの種類により、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類が異なるからである。トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類としては、例えば、ＧＵＩ操作部を操作する際には、所謂フリック操作がある。フリック操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って、はじく（スナップする）ように比較的短い距離移動させる操作である。
【００８４】
また、ページを捲る場合には、例えば、スワイプ操作を行う。スワイプ操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って掃くように比較的長い距離移動させる操作である。スワイプ操作は、ページを捲る場合の他に、例えば、写真を捲る場合に行われる。また、ＧＵＩ操作部によるスライダー（図１のスライダー１０２Ｂ参照）をスライドさせる場合には、スライダーをドラッグするドラッグ操作が行われる。
【００８５】
ここで一例として挙げるフリック操作、スワイプ操作、及びドラッグ操作のように、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力は、アプリケーションによる表示の種類によって使い分けられる。このため、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器１００が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。
【００８６】
駆動制御部２４０は、領域データを用いて、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データが表す位置が、振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かを判定する。
【００８７】
アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータは、メモリ２５０に格納されている。
【００８８】
また、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間の間における指先の位置の変化分を補間するために、次の処理を行う。
【００８９】
駆動制御装置３００は、所定の制御周期毎に演算を行う。これは駆動制御部２４０も同様である。このため、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動制御部２４０が駆動信号を算出するまでの所要時間をΔｔとすると、所要時間Δｔは、制御周期に等しい。
【００９０】
ここで、指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に入力される位置データが表す点（ｘ１、ｙ１）を始点とし、所要時間Δｔが経過した後の指先の位置を終点（ｘ２、ｙ２）とするベクトルの速度として求めることができる。
【００９１】
駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に入力される位置データが表す点（ｘ２、ｙ２）を始点とし、所要時間Δｔが経過した後の指先の位置を終点（ｘ３、ｙ３）とするベクトルを求めることにより、所要時間Δｔ経過後の座標（ｘ３、ｙ３）を推定する。
【００９２】
実施の形態の電子機器１００では、上述のようにして所要時間Δｔ経過後の座標を推定することにより、所要時間Δｔの間における指先の位置の変化分を補間する。
【００９３】
このような所要時間Δｔ経過後の座標を推定する演算は、駆動制御部２４０が行う。駆動制御部２４０は、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かを判定し、振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に振動を発生させる。従って、２つ目の所定の条件は、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあることである。
【００９４】
以上より、駆動制御部２４０が振幅データを振幅変調器３２０に出力するために必要な２つの所定の条件は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であることと、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあることである。
【００９５】
駆動制御部２４０は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であり、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に、移動速度に応じた振幅値を表す振幅データをメモリ２５０から読み出して、振幅変調器３２０に出力する。
【００９６】
メモリ２５０は、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータを格納する。
【００９７】
また、メモリ２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０がアプリケーションの実行に必要とするデータ及びプログラム、及び、通信プロセッサ２３０が通信処理に必要とするデータ及びプログラム等を格納する。
【００９８】
正弦波発生器３１０は、トップパネル１２０を固有振動数で振動させるための駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、トップパネル１２０を３３．５［ｋＨｚ］の固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３３．５［ｋＨｚ］となる。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。
【００９９】
正弦波発生器３１０が発生する正弦波信号は、超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号の元になる交流の基準信号であり、一定の周波数と一定の位相を有する。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。
【０１００】
なお、ここでは、正弦波信号を発生する正弦波発生器３１０を用いる形態について説明するが、正弦波信号ではなくてもよい。例えば、クロックの立ち上がりと立ち下がりの波形を鈍らせたような波形の信号を用いてもよい。このため、超音波帯の交流信号を発生する信号発生器を正弦波発生器３１０の代わりに用いてもよい。
【０１０１】
振幅変調器３２０は、駆動制御部２４０から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器３１０から入力される正弦波信号の振幅を変調して駆動信号を生成する。振幅変調器３２０は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調し、周波数及び位相は変調せずに、駆動信号を生成する。
【０１０２】
このため、振幅変調器３２０が出力する駆動信号は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調した超音波帯の正弦波信号である。なお、振幅データがゼロの場合は、駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器３２０が駆動信号を出力しないことと等しい。
【０１０３】
次に、図８を用いて、メモリ２５０に格納されるデータについて説明する。
【０１０４】
図８は、メモリ２５０に格納されるデータを示す図である。
【０１０５】
図８に示すように、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等が表示される領域の座標値を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータがメモリ２５０に格納される。
【０１０６】
アプリケーションの種類を表すデータとして、アプリケーションＩＤ(Identification)を示す。また、領域データとして、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等が表示される領域の座標値を表す式f1~f4を示す。また、振動パターンを表すパターンデータとして、Ｐ１〜Ｐ４を示す。パターンデータＰ１〜Ｐ４は、振幅値を表す振幅データを時系列的に並べたデータである。
【０１０７】
なお、アプリケーションＩＤで表されるアプリケーションは、スマートフォン端末機、又は、タブレット型コンピュータで利用可能なあらゆるアプリケーションを含み、電子メールの編集モードも含む。
【０１０８】
次に、図９を用いて、実施の形態の電子機器１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理について説明する。
【０１０９】
図９は、実施の形態の電子機器１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートである。
【０１１０】
電子機器１００のＯＳ（Operating System）は、所定の制御周期毎に電子機器１００を駆動するための制御を実行する。このため、駆動制御装置３００は、所定の制御周期毎に演算を行う。これは駆動制御部２４０も同様であり、駆動制御部２４０は、図９に示すフローを所定の制御周期毎に繰り返し実行する。
【０１１１】
ここで、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動制御部２４０が駆動信号を算出するまでの所要時間をΔｔとすると、所要時間Δｔは、制御周期に略等しい。
【０１１２】
制御周期の１周期の時間は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間Δｔに相当するものとして取り扱うことができる。
【０１１３】
駆動制御部２４０は、電子機器１００の電源がオンにされることにより、処理をスタートさせる。
【０１１４】
駆動制御部２４０は、現在の位置データが表す座標と、現在のアプリケーションの種類とに応じて、現在操作入力が行われているＧＵＩ操作部について、振動パターンと関連付けられた領域データを取得する（ステップＳ１）。
【０１１５】
駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。移動速度は、ベクトル演算によって算出すればよい。なお、閾値速度は、所謂フリック操作、スワイプ操作、又はドラッグ操作等のように指先を移動させながら操作入力を行う際における指先の移動速度の最低速度として設定すればよい。このような最低速度は、実験結果に基づいて設定してもよく、タッチパネル１５０の分解能等に応じて設定してもよい。
【０１１６】
駆動制御部２４０は、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上であると判定した場合は、現在の位置データが表す座標と、移動速度とに基づき、Δｔ時間後の推定座標を演算する（ステップＳ３）。
【０１１７】
駆動制御部２４０は、Δｔ時間後の推定座標が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中になるか否かを判定する（ステップＳ４）。
【０１１８】
駆動制御部２４０は、Δｔ時間後の推定座標が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にあると判定する場合は、ステップＳ２で求めた移動速度に対応する振幅値を表す振幅データをパターンデータから読み出す（ステップＳ５）。
【０１１９】
駆動制御部２４０は、振幅データ出力する（ステップＳ６）。これにより、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅が変調されることによって駆動信号が生成され、振動素子１４０が駆動される。
【０１２０】
一方、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上ではないと判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）と、ステップＳ４でΔｔ時間後の推定座標が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にないと判定した場合は、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する（ステップＳ７）。
【０１２１】
この結果、駆動制御部２４０は、振幅値がゼロの振幅データが出力され、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅がゼロに変調された駆動信号が生成される。このため、この場合は、振動素子１４０は駆動されない。
【０１２２】
次に、図１０及び図１１を用いて、実施の形態の電子機器１００の動作例について説明する。
【０１２３】
図１０及び図１１は、実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。図１０及び図１１では、図２乃至図４と同様のＸＹＺ座標を定義する。
【０１２４】
図１０は、トップパネル１２０、タッチパネル１５０、及びディスプレイパネル１６０を平面的に示す図であり、電子機器１００の利用者は、グレーで示すページ１に指先で触れて、左方向にスワイプ操作を行うことにより、白く示すページ２を開こうとしている。すなわち、電子機器１００の表示は、ページ１からページ２に遷移しようとしている。
【０１２５】
このように、ページを捲る動作が行われる動作モードでは、駆動制御部２４０は、操作入力がスワイプ操作であるかどうかを判定する。例えば、駆動制御部２４０は、利用者の指先が最初にトップパネル１２０に触れた位置からＸ軸方向に±ｄｍｍ以上動いたらスワイプ操作が行われていると判定し、斜線で示す領域の内部に指先が入ったときにトップパネル１２０に振動が発生する。斜線で示す領域は、領域Ｓｔである。
【０１２６】
ここで、図１１を用いて、図１０に示すように操作入力が行われた場合に、駆動制御部２４０が出力する振幅データに基づいて振幅変調器３２０から出力される駆動信号によってトップパネル１２０に生じる振動について説明する。図１１において、横軸は時間軸を表し、縦軸は振幅データの振幅値を表す。また、ここでは、利用者がスワイプ操作を行う際の指先の移動速度は略一定であることとする。
【０１２７】
トップパネル１２０の位置Ｃ１に触れた指先を、時刻ｔ１において利用者が左方向に移動し始めたとする。そして、位置Ｃ１から距離ｄｍｍだけ移動させた時刻ｔ２において、駆動制御部２４０は、利用者の入力操作がスワイプ操作であると判定し、スワイプ用の振動パターンによる駆動を行う。スワイプ操作の判定に用いる操作距離ｄｍｍは、時刻ｔ１〜ｔ２の間の指先の移動距離に相当する。また、時刻ｔ２では、ページの遷移が開始する。
【０１２８】
スワイプ用の振動パターンは、振幅がＡ１１であり、スワイプ操作が行われている間は、振動が連続する駆動パターンである。
【０１２９】
時刻ｔ３で利用者が指先をトップパネル１２０から離してスワイプ操作を終えると、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する。このため、時刻ｔ３の直後に振幅がゼロになる。また、時刻ｔ３の後の時刻ｔ４においてページの遷移が完了する。
【０１３０】
このように、利用者がページを捲るためにスワイプ操作を行った場合には、駆動制御部２４０は、一例として、振幅が一定値（Ａ１１）の振幅データを出力する。このため、利用者がスワイプ操作を行っている間は、利用者の指先に掛かる動摩擦力は低下し、利用者に指先が滑る感覚を提供することができ、利用者はスワイプ操作が電子機器１００に受け付けられていることを指先で感知することができる。
【０１３１】
なお、図１０及び図１１では、利用者がページを捲るためにスワイプ操作を行う場合の振動パターンについて説明した。しかしながら、所謂フリック操作、又は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って移動させるような操作が行われた場合も、振動素子１４０を駆動することにより、様々な触感を利用者に提供することができる。
【０１３２】
より具体的には、操作入力の位置が、ディスプレイパネル１６０に表示されるボタン１０２Ａ(図１参照)のようなＧＵＩ操作部の境界を跨いで移動するときに、又は、ＧＵＩ操作部を操作しながら移動するときに、固有振動の強度を変化させてもよい。また、操作入力の位置が、ディスプレイパネル１６０に表示されるスライダー１０２Ｂ(図１参照)のＧＵＩ操作部の領域内を移動するときに、スライダー１０２Ｂの操作量に応じて、又は、スライダー１０２Ｂの目盛りに達したときに、固有振動の強度を変化させてもよい。
【０１３３】
ここで、トップパネル１２０における振動素子１４０の位置と、トップパネル１２０の変位及び曲率とについて説明する。ここでは、トップパネル１２０が振動する際に、トップパネル１２０の端部は、自由端であることとする。
【０１３４】
図１２及び図１３は、トップパネル１２０における振動素子１４０の位置とトップパネル１２０の変位及び曲率を示す図である。図１２では、トップパネル１２０の変位及び曲率が分かり易くなるように、変位及び曲率のレベルを誇張して示す。
【０１３５】
なお、図１２及び図１３において、変位が０の点は、固有振動の節を示し、変位が最大の点は、固有振動の腹を示す。また、曲率は、変位を二回微分して得られる物理量である。なお、変位を正弦波（sin波）で表すと、曲率は-sinで表されるため、逆相となるが、ここでは分かり易さを優先して、曲率を変位と同相で示す。
【０１３６】
図１２では、振動素子１４０は、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から、２つ目の腹の位置（端部から２つ目の節から３つ目の節に至るまで位置）に配設されており、振動素子１４０のＹ軸方向の幅は、トップパネル１２０の変位を表す正弦波（sin波）の波長λの半分（０．５λ）である。波長λは、トップパネル１２０に生じる変位を表す正弦波の波長であり、振動素子１４０を考慮せずに求めた値である。
【０１３７】
振動素子１４０のＹ軸方向の幅を０．５λに設定したのは、振動素子１４０がＹ軸方向において、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の節と３つ目の節との間に位置するようにしたためである。このように節と節の間に０．５λの振動素子１４０を位置させると、トップパネル１２０に効率良く振動を発生させることができると考えられるからである。
【０１３８】
図１２では、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部が自由端であるため、変位は最大となる。一方、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部では、自由端であることから曲率は０になる。このため、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部では、形状及び曲率ともに三角関数で与えられる値から外れた値を示す。なお、図１２に示す変位のＹ軸方向における分布が表す形状を変位の形状と称す。
【０１３９】
トップパネル１２０の振動は理論的には梁の曲げ振動であり、梁の曲げ振動の定在波の一般解は次式（３）で表される。式（３）は、例えば「機械振動学通論  第２版、  入江敏博」に記載されている。
【０１４０】
【数３】
2017098592.tif 000005
ここで、Ｌは、トップパネル１２０の長さであり、梁の長さとして取り扱うことができる。Ｙの範囲は０からＬとする。
【０１４１】
両端自由端の条件で例として１０周期に相当する固有値を求めると、ａ≒９．７５×２π×Ｌである。つまり、トップパネル１２０の長さＬに対して、実際には９．７５周期となる。波長λ＝Ｌ／９．７５である。
【０１４２】
各係数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４について解くと、近似的には次式（４）で表される振動形状が得られる。
【０１４３】
【数４】
2017098592.tif 000006
式（４）を用いて、端から２つ目の節までの距離を求めると、約０．６２３×波長λとなる。周期の数などによって微妙に変わるが、おおむね２つ目の節点までの距離は、５／８×λ＝０．６２５λで近似できる。
【０１４４】
図１３では、振動素子１４０Ａは、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に配設されている。振動素子１４０Ａは、図１２に示す振動素子１４０と基本的に同様であるが、Ｙ軸方向の幅が振動素子１４０と異なる。このため、ここでは、振動素子１４０Ａとして区別する。振動素子１４０Ａは、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に配設する振動素子である。
【０１４５】
振動素子１４０Ａは、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部と、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の節との間に配置してあるため、振動素子１４０ＡのＹ軸方向の幅は、０．６２５λである。
【０１４６】
振動素子１４０のＹ軸方向の幅を０．６２５λに設定したのは、振動素子１４０がＹ軸方向において、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部と、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の節との間に位置するようにしたためである。２つ目の節より外側は端に特有の状態になると考えるられるので、振動素子１４０のＹ軸方向の幅を０．６２５λに設定する。
【０１４７】
上述したように、端から２つ目の節までの距離は、約０．６２５λである。また、上のU(x)の2階微分から、パネル端およびパネル端から２つ目の節で曲率が０であり、その間の部分においては曲率は同一符号のままとなる。トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部と、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の節との間に幅が０．６２５λの振動素子１４０を位置させると、トップパネル１２０に効率良く振動を発生させることができると考えられる。
【０１４８】
図１４及び図１５は、トップパネル１２０と振動素子１４０が曲がる様子を説明する図である。
【０１４９】
図１４に示すように、トップパネル１２０と振動素子１４０とが曲がっていない状態、から図１５に示すように、振動素子１４０が伸びることによって、トップパネル１２０との長さの差が生じて曲がる力となることで、トップパネルに振動が生じる。逆に振動素子１２０が縮むと、反対側に曲がる力が生じる。このように振動素子の変形によって、曲げを発生し、定在波を発生するためには、振動素子１４０は定在波の曲率が０でない部分に貼り付けなければならない。また、曲率が逆になる部分にまたがって振動素子１４０を貼り付けると、曲率が逆の部分では、逆の位相の振動を起こそうとしていることになり、振動を起こす効果は打ち消しあう。このことから、最も効率が良いのは、曲率が０になる点の間の同じ符号の範囲に振動素子１４０の幅を合わせた場合であると考えられている。それが図１２と図１３で示した振動素子の幅である。
【０１５０】
図１６は、トップパネル１２０と振動素子１４０が曲がっている状態を示す図である。
【０１５１】
トップパネル１２０のうち、振動素子１４０が取り付けられていない区間Ｐと、振動素子１４０が取り付けられている区間Ｃとでは、曲げ剛性が異なる。すなわち、トップパネル１２０及び振動素子１４０を重ね合わせて固定してある区間Ｃにおけるトップパネル１２０及び振動素子１４０の曲げ剛性と、トップパネル１２０のみの区間Ｐにおけるトップパネル１２０の曲げ剛性とは異なる。
【０１５２】
振動素子１４０が取り付けられていない区間とは、トップパネル１２０のみの区間であり、トップパネル１２０が単独で存在する区間である。
【０１５３】
ここで、トップパネル１２０及び振動素子１４０を重ね合わせて固定してある区間Ｃにおけるトップパネル１２０及び振動素子１４０の曲げ剛性をＭｃとし、トップパネル１２０のみの区間Ｐにおけるトップパネル１２０の曲げ剛性をＭｐとする。曲げ剛性Ｍｃは、曲げ剛性Ｍｐよりも大きい。なお、トップパネル１２０のみの区間Ｐについては、区間Ｃに隣接する一部の区間のみを示す。
【０１５４】
今回、電子機器１００のトップパネル１２０に超音波帯の固有振動を生じさせて良好な触感を提供するためには、曲げ剛性Ｍｃと曲げ剛性Ｍｐとの比（剛性比）α（＝Ｍｐ／Ｍｃ）を考慮して振動素子１４０のＹ軸方向の幅を設定することが有用であることを見出した。
【０１５５】
ここで、振動素子１４０のＹ軸方向の幅とは、超音波帯の固有振動の変位が変動する方向における振動素子１４０の幅である。本実施の形態では、Ｙ軸方向において超音波帯の固有振動の変位が変動するため、振動素子１４０のＹ軸方向の幅について説明する。
【０１５６】
なお、以下では、振動素子１４０のＹ軸方向の幅をＷとする。また、トップパネル１２０に振動素子１４０を取り付けた状態で、トップパネル１２０に生じる変位を表す正弦波の波長をλｃとする。これは、上述した波長λとは異なる。上述した波長λは、トップパネル１２０に生じる変位を表す正弦波の波長であり、振動素子１４０を考慮せずに求めた値である。
【０１５７】
図１７は、剛性比αに対する最適な素子幅  Ｗ／λｃとの関係を示す図である。Ｗ／λｃは、振動素子１４０のＹ軸方向の幅Ｗと、波長λｃとの比である。
【０１５８】
図１７において、破線で示す特性は、図１２に示すように、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配設した場合の剛性比αに対する最適な素子幅Ｗ／λｃの特性を表す。
【０１５９】
また、実線で示す特性は、図１３に示すように、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に振動素子１４０Ａを配設した場合の剛性比αに対する最適な素子幅Ｗ／λｃの特性を表す。
【０１６０】
剛性比αが非常に小さい場合には、振動素子１４０のＹ軸方向の幅の最適値を波長λｃで割って得る比は、約０．７５であった。ここで、ガラス等で作製されるトップパネル１２０に比べて、セラミック等で作製される振動素子１４０は、ヤング率が高い。このため、ここでは極端な場合を想定して、曲げ剛性Ｍｃが曲げ剛性Ｍｐに比べて極端に大きい場合の剛性比αを０に設定し、剛性比αが０のときのＷ／λｃを０．７５に設定した。
【０１６１】
なお、これは、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配設する場合と、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に振動素子１４０Ａを配設する場合とで等しくなると考えた。
【０１６２】
また、振動素子の影響を無視して、剛性比αを考慮せずに、図１２に示すようにトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配設する場合の振動素子１４０のＹ軸方向の幅Ｗは、０．５λである。
【０１６３】
剛性比αが１の場合は、振動素子を貼り付けた部分でも振動素子の影響で曲げ剛性が変わっていないという状況であるので、図１２に示したトップパネルだけで考えた場合と一致すると考えられる。また、振動素子の影響で曲げ剛性が変わらないため、λ＝λｃである。このため、剛性比αが１の場合において、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配設する場合のＷ／λｃを０．５に設定した。
【０１６４】
また、、同様に図１３に示す振動素子１４０Ａをトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に配設する場合も、剛性比αが１の場合と図１３の配置でトップパネルだけで考えた場合が一致すると考えられる。図１３のように振動素子１４０を無視した場合、振動素子１４０ＡのＹ軸方向の最適な幅は０．６２５λである。剛性比αが１の場合は、これと同じ素子幅が最適であり、また、λ＝λｃであるので、Ｗ／λｃが約０．６２５である。
【０１６５】
このため、剛性比αが１の場合において、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に振動素子１４０Ａを配設する場合のＷ／λｃを０．６２５に設定した。
【０１６６】
図１７に示す実線の特性は、次式（５）で表され、破線の特性は、次式（６）で表される。
【０１６７】
【数５】
2017098592.tif 000007
【０１６８】
【数６】
2017098592.tif 000008
なお、図１２に示す振動素子１４０を貼り付けた腹よりもトップパネルの中央よりの腹に振動素子１４０を貼り付ける場合は、すべて図１２の腹の場合と同じ条件であり、式（５）の特性が適用される。また、トップパネル１２０の端部が固定端の場合には、一番端の腹は、固定により振動形状が特殊だが、それ以外の腹では振動形状はほぼ三角関数であり、図１２に示すトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４を配置する場合と等しい。このため、トップパネル１２０の端部が固定端の場合には、式（５）の特性が適用される。端において変位０で回転が可能な支持端と呼ばれる条件になっている場合には、一番端の腹も含めて振動形状は三角関数であり、すべての腹で式（５）の特性が適用される。
【０１６９】
以下では、図１７において、剛性比αが０の場合に、Ｗ／λｃが０．７５である場合が最適である理由について説明する。
【０１７０】
剛性比αが０の場合とは、近似的に言えば、曲げ剛性Ｍｃに対して、曲げ剛性Ｍｐが非常に小さい場合である。剛性比αが０の場合には、トップパネル１２０の全体の固有振動のモードで振動させた場合であっても、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の変位は、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の両端を自由端にした場合の振動に近いと考えられる。トップパネル１２０の単独での曲げ剛性Ｍｐが曲げ剛性Ｍｃに比べて非常に小さいからである。
【０１７１】
図１８は、両端に自由端を有する梁の１次共振モードを示す図である。両端に自由端を有する梁は、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間をモデル化したものである。図１８には、梁の幅を横方向に示す。図１８の上側には、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間をモデルの変位（変位のＹ軸方向における分布が表す形状）を表し、下側には、モデルの曲率の分布を示す。曲率は、変位を２回微分することで得られる。なお、モデルの変位（変位のＹ軸方向における分布が表す形状）は、振動のＹ軸方向における形状を表す。
【０１７２】
梁の曲げ振動の理論から、両端が自由端では１次共振が得られるのは、梁の幅（通常、振動が伝搬する方向という意味では長さ）が０．７５λｃの時である。これは境界条件によって決まるものであり、トップパネル１２０単独であっても、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた積層構造であっても変わらない。
【０１７３】
本実施の形態では、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の剛性Ｍｃが大きい場合の振動素子１４０の幅Ｗを、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の両端を自由端にした場合の１次共振の条件に合わせる。
【０１７４】
ここで、λｃは固有振動の周波数等によって決まり、梁が一層の場合と二層の場合で同様であるが、次式（７）には二層の場合の式を示す。式（７）において、曲げ剛性Ｍｃは、二層の梁での曲げ剛性であり、ρ１、ρ２は、二層の梁のそれぞれの密度、ｔ１，ｔ２は二層の梁のそれぞれの厚さである。
【０１７５】
【数７】
2017098592.tif 000009
電子機器１００では、トップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動の周波数の目安を予め決めて、目安となる周波数に近い周波数で得られる固有振動のモードを使うので、目安となる周波数は決まっている。ここでは、目安にする周波数で振動素子１４０を駆動した場合に、振動素子１４０の幅Ｗをどのような値に設定するかについて考察する。
【０１７６】
幅Ｗが０．７５λｃの場合には、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間で得られる振動の形状（変位のＹ軸方向における分布が表す形状）が、図１８に示す梁の自由端での１次共振における振動の形状と同じであると見なすと、自由端の境界条件から、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の両端における曲率は０になる。
【０１７７】
振動素子１４０のＹ軸方向における両端の間では、曲率が同一符号になる。曲率の符号は、図１８の下側に示す曲率が縦軸方向において０よりも上側（正側）であるか、下側（負側）であるかを表す。曲率が同一符号になるとは、曲率の分布が、Ｙ軸方向において、正側又は負側のいずれかになることをいう。
【０１７８】
図１８の上側に示すトップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の両端の間では、曲率が同一符号になるので、振動素子１４０の伸縮によりトップパネル１２０を曲げるには適している。
【０１７９】
振動素子１４０の幅Ｗが０．７５λｃより大きいと、振動の形状は、図１８に示す１次共振が生じるトップパネル１２０の幅の場合よりも外側に広がり、広がった部分は曲率が反転した形状になる。すなわち、曲げ振動を打ち消す効果を生じることになるので、効率は低下する。
【０１８０】
振動素子１４０の幅Ｗが０．７５λｃより小さいと、振動形状は１次共振の幅が狭まって端の部分の振幅が無くなったような形状になるので、曲率は同一符号ではあるが、幅Ｗが小さいために、幅Ｗが０．７５λｃの場合よりも振動を起こす力は小さくなる。これらの考察から、剛性比α（＝Ｍｐ／Ｍｃ）が小さい場合の最適な幅Ｗは、０．７５λｃになると推測される。
【０１８１】
一層の梁の曲げ剛性は、２次モーメントＩ（＝ｄｔ３／１２）を用いて、次式（８）のように計算できる。
【０１８２】
【数８】
2017098592.tif 000010
ここで、Ｅはヤング率、ｄはトップパネル１２０のＹ軸方向の長さ、ｔはトップパネル１２０の厚さである。
【０１８３】
以下では、トップパネル１２０のＹ軸方向の長さｄの値を１（単位長さ）として、Ｙ軸方向には単位長さを有するものとして説明する。
【０１８４】
一層の梁の曲げ剛性の求め方は、次の通りである。梁の厚さ方向をＺ軸方向にとると、ベルヌーイ・オイラー梁の仮定では中立点をＺ０として、梁の変形の曲率半径をｒとすると、歪みεはε＝（Ｚ−Ｚ０）／ｒであり、微小部分ΔＺに発生する力は次式（９）で表される。
【０１８５】
【数９】
2017098592.tif 000011
この力による中立点Ｚ０へのモーメントΔＭは次式（１０）で表される。
【０１８６】
【数１０】
2017098592.tif 000012
以下のように積分することで、曲率（１／ｒ）当りのモーメントとして次式（１１）から曲げ剛性Ｍｐが求められる。厚さ方向の中央にＺの原点を取り、積分範囲は−ｔ／２からｔ／２となる。
【０１８７】
【数１１】
2017098592.tif 000013
一層の梁では、中立点Ｚ０は梁の中央であり、Ｚ０＝０を代入すると、次式（１２）が求まる。
【０１８８】
【数１２】
2017098592.tif 000014
このように、式（８）と同じ曲げ剛性の結果が得られる。なお、式（１２）では、トップパネル１２０のＹ軸方向の長さｄの値を１（単位長さ）に設定されている。
【０１８９】
これと同じ手順で、二層の場合の曲げ剛性を求めるには、まず、曲げの中立点位置Ｚ０を求める。
【０１９０】
図１９は、二層の梁として、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間を示す。１番目の層（トップパネル１２０）の厚さをａ、ヤング率をＥａとし、２番目の層（振動素子１４０）の厚さをｂ、ヤング率をＥｂとする。Ｚの原点は図のように１番目の層（トップパネル１２０）の下面の位置とする。
【０１９１】
ベルヌーイ・オイラー梁の仮定では、曲率半径をｒとすると、微小部分ΔＺの歪みは（Ｚ-Ｚ０）／ｒであり、力Δｆはそれぞれの層のヤング率Ｅｉを掛けて、次式（１３）で表される。
【０１９２】
【数１３】
2017098592.tif 000015
また、Δｆを積分したＦは、次式（１４）で表される。
【０１９３】
【数１４】
2017098592.tif 000016
ここで、図１９に示す二層の梁では、全体として力がつり合うはずなので、Ｆ＝０とすると、中立点Ｚ０は次式（１５）のように求まる。
【０１９４】
【数１５】
2017098592.tif 000017
また、モーメントは、式（１０）を用いて求めた一層の梁のモーメントと同様に、微小部ΔＺの寄与を１番目の層と２番目の層について合計することで求めることができる。具体的には、二層の梁の曲げ剛性Ｍｃは、式（１５）のＺ０を使用すれば、次式（１６）のように求めることができる。
【０１９５】
【数１６】
2017098592.tif 000018
式（１６）を用いれば、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の曲げ剛性Ｍｃと、トップパネル１２０単独の曲げ剛性とトップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の曲げ剛性の比αとを、ヤング率及び厚さ等により計算することができる。また、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の波長λｃを式（７）から求めることができる。
【０１９６】
なお、ここでは、トップパネル１２０と振動素子１４０の二層構造の場合について説明したが、例えば、振動素子１４０をトップパネル１２０の両面に配置する三層構造であっても、同様に曲げ剛性Ｍｃは求めることができ、本実施の形態を適用することができる。
【０１９７】
図２０は、トップパネル１２０として用いるガラスの厚さｔが０．３ｍｍで、振動素子１４０及び１４０Ａが厚さ０．３ｍｍのセラミック製であり、剛性比αが０．１３である場合に、有限要素解析により幅Ｗの値を変えて解析し、トップパネル１２０の固有振動の振幅の値をプロットした結果を示す。
【０１９８】
図２０は、振動素子１４０をトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に配置した場合と、振動素子１４０Ａをトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に配置した場合のグラフを示している。
【０１９９】
図２０に示すように、振動素子１４０をトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に配置した場合と、振動素子１４０Ａをトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に配置した場合との両方の場合に、Ｗ／λｃが約０．７５のときに、トップパネル１２０に生じる振動の振幅が最大になることが分かった。なお、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の波長λｃは、トップパネル１２０単独の波長λｐよりも２割程度大きいことが分かった。
【０２００】
図２０の結果から、剛性比αが比較的小さい場合には、幅Ｗが０．７５λｃで振動の効率が良好になるという推測が妥当であるといえる。
【０２０１】
なお、振動素子１４０をトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に配置する場合には、振動素子１４０の位置も重要である。図２０は、トップパネル１２０単独の固有振動の腹の位置に振動素子１４０の中心を合わせる配置で解析した結果であるが、トップパネル１２０に振動素子１４０を取り付けた場合においては、トップパネル１２０単独の場合の固有振動の腹の位置で固有振動の振幅が大きくなっていた。
【０２０２】
従って、振動素子１４０の剛性の影響で、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の振動形状はトップパネル１２０単独とは変わっているが、振動素子１４０の取り付け位置に関しては、トップパネル１２０単独で計算した腹の位置でよい。
【０２０３】
また、図２１は、解析結果の振動形状の一例を示す図である。図２１では、トップパネル１２０に振動素子１４０を取り付けて振動させた場合の振動形状を符号１２０α、１４０αで示す。
【０２０４】
図２１のトップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の振動形状は、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間だけとり出して自由端とした場合の振動形状に近いことが確かめられた。
【０２０５】
ここで、図１７のグラフの右端は、トップパネル１２０単独の曲げ剛性Ｍｐと、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の曲げ剛性Ｍｃとの比（剛性比）αが１であり、曲げ剛性Ｍｐと曲げ剛性Ｍｃとは等しい。すなわち、振動素子１４０によるトップパネル１２０の剛性の変動がなく、振動は図１２及び図１３で考えたトップパネル１２０の単独の固有振動と同じとなる。
【０２０６】
従って、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間における波長λｃは、トップパネル１２０の単独の場合の波長λｐと同じであり、また、振動素子１４０の幅Ｗの最適値は、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置する場合は０．５λｃ、トップパネル１２０の端に振動素子１４０を配置する場合は０．６２５λｃである。
【０２０７】
以上のように、図１７の左端（α＝０）と右端（α＝１）における条件について、振動素子１４０の最適な幅Ｗを推測することができた。
【０２０８】
図１７の左端（α＝０）と右端（α＝１）の中間における条件については、図１７に示すように、剛性比αに対して式（５）、式（６）に示すように線形に最適幅が変化すると推測している。以下では、４種類の剛性比αの値において有限要素解析を行った結果を用いて、上述の推測の妥当性について検証する。
【０２０９】
４種類の剛性比αの値を用いた４つのケースの条件は、次の通りである。
・ケース１：α＝０．１３、トップパネル１２０の厚さｔ＝０．３ｍｍ、振動素子１４０の厚さｔ＝０．３ｍｍ
・ケース２：α＝０．２、トップパネル１２０の厚さｔ＝０．４２ｍｍ、振動素子１４０の厚さｔ＝０．３ｍｍ
・ケース３：α＝０．３５、トップパネル１２０の厚さｔ＝０．７ｍｍ、振動素子１４０の厚さｔ＝０．３ｍｍ
・ケース４：α＝０．６８、トップパネル１２０の厚さｔ＝０．７ｍｍ、振動素子１４０の厚さｔ＝０．１ｍｍ
ケース１の結果は、図２０に示した通りである。また、ケース３については、図２２及び図２３を用いて説明する。また、ケース２については、図２４を用いて説明する。
【０２１０】
図２２は、ケース３でトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置した場合の幅Ｗに対する固有振動の振幅を示す図である。図２３は、トップパネル１２０の端部に振動素子１４０Ａを配置した場合の解析結果を示す図である。図２４は、ケース２でトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置した場合と、トップパネル１２０の端部に振動素子１４０Ａを配置した場合とにおける幅Ｗに対する固有振動の振幅を示す図である。
【０２１１】
図２２では、幅Ｗが０．６３λｃのときに振幅が最大となっている。また、図２３では、幅Ｗが０．７１λｃのときに振幅が最大となっている。図２４では、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置した場合には、幅Ｗが０．６５λｃのときに振幅が最大となっており、トップパネル１２０の端部に振動素子１４０Ａを配置した場合場合には、幅Ｗが０．７０λｃのときに振幅が最大となっている。
【０２１２】
図２５は、ケース１〜４において、最大の振幅が得られる幅Ｗを曲げ剛性の比αに対してプロットした結果を示す図である。図２５には、式（５）と式（６）に対応する直線も表示している。
【０２１３】
図２５に示す結果から、有限要素解析で求めた最大の振幅をもたらす幅Ｗは、式（５）と式（６）の幅Ｗとほぼ一致しており、曲げ剛性の比αに対して、最適な幅Ｗが線形に変化するという推測が妥当であることを示している。
【０２１４】
従って、以上の結果から、トップパネル１２０のヤング率と厚さ、および、振動素子１４０のヤング率と厚さが与えられ、トップパネル１２０の振動の周波数を選択すれば、トップパネル１２０単独の曲げ剛性Ｍｐと、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の曲げ剛性Ｍｃとの比（剛性比）αを計算できる。また、トップパネル１２０に振動素子１４０を重ねて取り付けた区間の波長λｃを計算することができる。
【０２１５】
そして、式（５）または式（６）により、最適な幅Ｗを求めれば、トップパネル１２０に固有振動を効率よく発生することができる電子機器１００を実現することができる。
【０２１６】
次に、以上の考察を踏まえて、トップパネル１２０に良好な超音波帯の固有振動が得られる振動素子１４０の幅Ｗの範囲について検討する。
【０２１７】
トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を取り付ける場合では、図２０と図２２において大きな振幅が得られているような幅Ｗに設定することにより、固有振動の振幅を増大することができる。
【０２１８】
幅Ｗが０．５λｃである場合に得られる振幅を基準とし、この振幅以上の振幅が得られるのは、例えば図２０では、０．５λｃ≦Ｗ≦０．８８λｃの範囲である。幅Ｗが０．５λｃである場合に得られる振幅を基準にするのは、振動素子による剛性への影響などを無視して考えた場合に、振動素子１４０の幅Ｗの最適値は、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置する場合は０．５λｃだからである。
【０２１９】
図２６は、幅Ｗが０．５λｃでの振幅以上の振幅が得られる幅Ｗの範囲の上限の値をケース１〜３についてプロットした特性を示す。なお、ケース４の剛性比α＝０．６８の場合は、振幅の最大値は、幅Ｗが０．５５λｃのときに得られるが、幅Ｗが０．５λｃの場合に比べて僅かしか振幅が増えていないので、図２６では省略した。
【０２２０】
また、図２６に示す上限線は、α＝１でＷ＝０．５λｃを通るという条件の下で、ケース１〜３の幅Ｗの範囲の上限の値に当て嵌めた特性であり、次式（１７）で表される。
【０２２１】
【数１７】
2017098592.tif 000019
式（１７）から振動素子１４０をトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から１つ目の腹の位置に配置する電子機器１００において、次式（１８）で与えられる範囲であれば、大きな振幅が得られると期待できる。
【０２２２】
【数１８】
2017098592.tif 000020
同様に、自由端のトップパネル１２０の端に振動素子１４０を配置する場合には、図２０と図２３において大きな振幅が得られているような幅Ｗに設定することにより、固有振動の振幅を増大することができる。
【０２２３】
幅Ｗが０．６２５λｃである場合に得られる振幅を基準とし、この振幅以上の振幅が得られるのは、例えば図２３では、０．５λｃ≦Ｗ≦０．８１λｃの範囲である。幅Ｗが０．６２５λｃである場合に得られる振幅を基準にするのは、振動素子による剛性への影響などを無視して考えた場合に、振動素子１４０の幅Ｗの最適値は、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に振動素子１４０を配置する場合は０．６２５λｃだからである。
【０２２４】
図２７は、幅Ｗが０．６２５λｃでの振幅以上の振幅が得られる幅Ｗの範囲の上限の値をケース１〜３についてプロットした特性を示す。なお、ケース４の剛性比α＝０．６８の場合は、最大値は０．６６λｃで得られるが、０．６２５λｃの場合から僅かしか振幅が増えていないので省略した。
【０２２５】
図２７に描いている上限線は、α＝１でＷ＝０．６２５λｃを通るという条件の下で、ケース１〜３の幅Ｗの範囲の上限の値に当て嵌めた特性であり、次式（１９）で表される。
【０２２６】
【数１９】
2017098592.tif 000021
すなわち、振動素子１４０をトップパネル１２０の端に配置する電子機器１００において、次式（１８）で与えられる範囲であれば、大きな振幅が得られると期待できる。
【０２２７】
【数２０】
2017098592.tif 000022
剛性比αが１に近い構成では、図１２に示す振動素子１４０のＹ軸方向の幅０．５λに設定する構成、及び、図１３に示す振動素子１４０のＹ軸方向の幅０．６２５λに設定する構成と、本実施の形態で最適と考える幅Ｗとにはほとんど差がなく、振幅増大効果も僅かである。
【０２２８】
このため、本実施の形態は、剛性比αが小さい構成、特に剛性比αが０．３５以下の構成で適用することで効果を発揮する。剛性比αを小さくするには、トップパネル１２０の厚さを小さくする構成、又は、振動素子１４０の厚さを大きくする構成を採用すればよい。いずれの構成もトップパネル１２０で振動を発生させるには不利ではなく、有利に作用すると考えられる。
【０２２９】
このため、剛性比αを小さくして幅Ｗを式（１９）又は式（２０）で表される範囲に設定した電子機器１００は、良好な触感を提供することができる。
【０２３０】
なお、振動素子１４０をトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に配置する場合は、式（１８）で表される範囲の幅Ｗに設定して得られるトップパネル１２０の振幅は、幅Ｗを０．５λｃ以上に設定した場合の振幅になるが、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に幅Ｗ０．６２５λｃ以上の振動素子１４０を設置した場合に得られる振幅以上になるとは限らない。
【０２３１】
特にケース４では、図２２と図２３を比べると、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置する場合は、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に振動素子１４０を配置する場合よりも振幅が小さい。
【０２３２】
しかしながら、トップパネル１２０を筐体１１０に固定する場合には、振動素子１４０をトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に配置できない場合もある。このような場合には、振動素子１４０をトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に配置することになる。
【０２３３】
従って、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置する場合に得られる振幅が、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部に振動素子１４０を配置する場合よりも振幅が小さくても、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置して良好な振動を得るのに十分な振幅が得られる幅Ｗを検討することは非常に意味がある。
【０２３４】
例えば、トップパネル１２０の端を両面テープ１３０等で筐体１１０にしっかりと固定する場合には、トップパネル１２０の端部が固定端になる。このような場合には、トップパネル１２０の端部は図１３のトップパネルの端部とは条件が違い、式（２０）を適用することはできない。しかしながら、トップパネル１２０の振動の腹に振動素子１４０を配置すれば、自由端のトップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２つ目の腹の位置に振動素子１４０を配置する場合と同様であり、式（１８）で得られる幅Ｗに設定することにより、良好な振動を得るのに十分な振幅を得ることができる。
【０２３５】
以上、実施の形態の電子機器１００によれば、トップパネル１２０及び振動素子１４０を重ね合わせた区間の曲げ剛性をＭｃと、トップパネル１２０のみの区間の曲げ剛性をＭｐとの剛性比α（＝Ｍｐ／Ｍｃ）を用いて、振動素子１４０のＹ軸方向の幅Ｗを設定する。これにより、良好な触感を提供できる電子機器１００を提供できる。
【０２３６】
また、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させて利用者の指先に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。
【０２３７】
また、実施の形態の電子機器１００は、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の振幅のみを振幅変調器３２０で変調することによって駆動信号を生成している。正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数は、トップパネル１２０の固有振動数に等しく、また、この固有振動数は振動素子１４０を加味して設定している。
【０２３８】
すなわち、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数又は位相を変調することなく、振幅のみを振幅変調器３２０で変調することによって駆動信号を生成している。
【０２３９】
従って、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動をトップパネル１２０に発生させることができ、スクイーズ効果による空気層の介在を利用して、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数を確実に低下させることができる。また、Sticky-band Illusion効果、又は、Fishbone Tactile Illusion効果により、トップパネル１２０の表面に凹凸が存在するような良好な触感を利用者に提供することができる。
【０２４０】
また、以上では、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感を利用者に提供するために、振動素子１４０のオン／オフを切り替える形態について説明した。振動素子１４０をオフにするとは、振動素子１４０を駆動する駆動信号が表す振幅値をゼロにすることである。
【０２４１】
しかしながら、このような触感を提供するために、必ずしも振動素子１４０をオンからオフにする必要はない。例えば、振動素子１４０のオフの状態の代わりに、振幅を小さくして振動素子１４０を駆動する状態を用いてもよい。例えば、振幅を１／５程度に小さくすることにより、振動素子１４０をオンからオフにする場合と同様に、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感を利用者に提供してもよい。
【０２４２】
この場合は、振動素子１４０の振動の強弱を切り替えるような駆動信号で振動素子１４０を駆動することになる。この結果、トップパネル１２０に発生する固有振動の強弱が切り替えられ、利用者の指先に凹凸が存在するような触感を提供することができる。
【０２４３】
振動素子１４０の振動の強弱を切り替えるために、振動を弱くする際に振動素子１４０をオフにすると、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることになる。振動素子１４０のオン／オフを切り替えることは、振動素子１４０を断続的に駆動することである。
【０２４４】
ここで、図２８乃至図３１を用いて、実施の形態の電子機器１００（図３参照）の変形例について説明する。
【０２４５】
図２８は、実施の形態の変形例の電子機器１００Ｃの断面を示す図である。図２８に示す断面は、図３に示すＡ−Ａ矢視断面に対応する断面である。図２８では図３と同様に直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
【０２４６】
電子機器１００Ｃは、筐体１１０Ｂ、トップパネル１２０、パネル１２１、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０Ａ、及び基板１７０を含む。
【０２４７】
電子機器１００Ｃは、図３に示す電子機器１００のタッチパネル１５０を裏面側（Ｚ軸負方向側）に設けた構成を有する。このため、図３に示す電子機器１００と比べると、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、及び基板１７０が裏面側に配設されている。
【０２４８】
筐体１１０Ｂには、Ｚ軸正方向側の凹部１１０Ａと、Ｚ軸負方向側の凹部１１０Ｃとが形成されている。凹部１１０Ａの内部には、ディスプレイパネル１６０Ａが配設され、トップパネル１２０で覆われている。また、凹部１１０Ｃの内部には、基板１７０とタッチパネル１５０が重ねて設けられ、パネル１２１は両面テープ１３０で筐体１１０Ｂに固定され、パネル１２１のＺ軸正方向側の面には、振動素子１４０が設けられている。
【０２４９】
図２８に示す電子機器１００Ｃにおいて、パネル１２１への操作入力に応じて、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることによってパネル１２１に超音波帯の固有振動を発生させれば、図３に示す電子機器１００と同様に、利用者が指先の感覚でディスプレイパネル１６０に表示される画像に対応した触感を知覚できる電子機器１００Ｃを提供することができる。
【０２５０】
なお、図２８には、裏面側にタッチパネル１５０を設けた電子機器１００Ｃを示すが、図３に示す構造と図２８に示す構造とを合わせて、表面側と裏面側とにそれぞれタッチパネル１５０を設けてもよい。
【０２５１】
図２９は、実施の形態の変形例の電子機器１００Ｄを示す図である。電子機器１００Ｄは、ノートブック型のＰＣ（Personal Computer:パーソナルコンピュータ）である。
【０２５２】
ＰＣ１００Ｄは、ディスプレイパネル１６０Ｂ１とタッチパッド１６０Ｂ２を含む。
【０２５３】
図３０は、実施の形態の変形例の電子機器１００Ｄのタッチパッド１６０Ｂ２の断面を示す図である。図３０に示す断面は、図３に示すＡ−Ａ矢視断面に対応する断面である。図３０では図３と同様に直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
【０２５４】
タッチパッド１６０Ｂ２は、図３に示す電子機器１００から、ディスプレイパネル１６０を取り除いた構成を有する。
【０２５５】
図２９に示すようなＰＣとしての電子機器１００Ｄにおいて、タッチパッド１６０Ｂ２への操作入力に応じて、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることによってトップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生させれば、図３に示す電子機器１００と同様に、タッチパッド１６０Ｂ２への操作入力の移動量に応じて、利用者の指先に触感を通じて操作感を提供することができる。
【０２５６】
また、ディスプレイパネル１６０Ｂ１の裏面に振動素子１４０を設けておけば、図３に示す電子機器１００と同様に、ディスプレイパネル１６０Ｂ１への操作入力の移動量に応じて、利用者の指先に触感を通じて操作感を提供することができる。この場合は、ディスプレイパネル１６０Ｂ１の代わりに、図３に示す電子機器１００を設ければよい。
【０２５７】
図３１は、実施の形態の変形例の電子機器１００Ｅの動作状態を示す平面図である。
【０２５８】
電子機器１００Ｅは、筐体１１０、トップパネル１２０Ｃ、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。
【０２５９】
図３１に示す電子機器１００Ｅは、トップパネル１２０Ｃが曲面ガラスであること以外は、図３に示す実施の形態の電子機器１００の構成と同様である。
【０２６０】
トップパネル１２０Ｃは、平面視における中央部がＺ軸正方向側に突出するように湾曲している。図３１には、トップパネル１２０ＣのＹＺ平面における断面形状を示すが、ＸＺ平面における断面形状も同様である。
【０２６１】
このように、曲面ガラスのトップパネル１２０Ｃを用いることにより、良好な触感を提供できる。特に、画像として表示する物体の実物の形状が湾曲している場合に有効的である。
【０２６２】
以上、本発明の例示的な実施の形態の電子機器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０２６３】
１００  電子機器
１１０  筐体
１２０  トップパネル
１３０  両面テープ
１４０、１４０Ａ  振動素子
１５０  タッチパネル
１６０  ディスプレイパネル
１７０  基板
１８０Ａ、１８０Ａ１、１８０Ｂ  遮蔽壁
２００  制御部
２２０  アプリケーションプロセッサ
２３０  通信プロセッサ
２４０  駆動制御部
２５０  メモリ
３００  駆動制御装置
３１０  正弦波発生器
３２０  振幅変調器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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