(57)【要約】 【課題】  光を透過する光透過部材に振動を再現性良く伝達できるようにすると共に、薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等に応用できるようにする。【解決手段】  光を透過するアクリルパネル６０に振動を伝達する構造であって、光を入射する側の面に凹部状の部品収納部６１ａ，６１ｂを有したアクリルパネル６０と、このアクリルパネル６０の部品収納部６１ａ，６１ｂ内に組み入れられた圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂとを備え、この圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂに所定の振動制御電圧が印加されるものである。この構成によって、アクリルパネル６０に対して振動制御電圧に基づく振動を再現性良く伝達することができる。薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と当該振動伝達構造とを組み合わせることができ、情報入力操作時に操作者の指に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置に十分応用することができる。【選択図】    図１
2006215738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する光透過部材に振動を伝達する構造であって、
前記光を入射する側の面に凹部状の部品収納部を有した板状の光透過部材と、
前記光透過部材の部品収納部内に組み入れられた圧電体とを備え、
前記圧電体に所定の振動制御電圧が印加されることを特徴とする振動伝達構造。
【請求項２】
前記圧電体が組み入れられた部品収納部を覆うマスク部材を備え、
前記マスク部材は、
前記光透過部材で光を透過する領域以外を覆うようになされたことを特徴とする請求項１に記載の振動伝達構造。
【請求項３】
前記光透過部材には、
平坦状又はレンズ状を有したアクリル樹脂成形品が使用されることを特徴とする請求項１に記載の振動伝達構造。
【請求項４】
前記圧電体には、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用されることを特徴とする請求項１に記載の振動伝達構造。
【請求項５】
情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置であって、
表示面を有して情報を表示する表示手段と、
前記表示面の上方に配置され、当該表示面からの光を透過すると共に、操作体の接触を検出して前記情報を入力するように操作される入力手段と、
前記入力手段の上方又は下方に配置された振動伝達構造を備え、
前記振動伝達構造は、
前記光を入射する側の面に凹部状の部品収納部を有した板状の光透過部材と、
前記光透過部材の部品収納部に組み込まれた圧電体とを有することを特徴とする触覚機能付きの入出力装置。
【請求項６】
前記圧電体が組み入れられた部品収納部を覆うマスク部材を備え、
前記マスク部材は、
前記光透過部材で光を透過する領域以外を覆うようになされたことを特徴とする請求項５に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項７】
前記光透過部材には、
平坦状又はレンズ状を有したアクリル樹脂成形品が使用されることを特徴とする請求項５に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項８】
前記圧電体には、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用されることを特徴とする請求項５に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項９】
情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚入力機能付きの電子機器であって、
入力検出手段と、
前記入力検出手段の入力操作に基づいて前記操作体に触覚を提示する振動伝達構造とを有する触覚機能付きの入力装置を備え、
前記振動伝達構造は、
前記光を入射する側の面に凹部状の部品収納部を有した板状の光透過部材と、
前記光透過部材の部品収納部に組み込まれた圧電体とを有することを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
前記圧電体が組み入れられた部品収納部を覆うマスク部材を備え、
前記マスク部材は、
前記光透過部材で光を透過する領域以外を覆うようになされたことを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【請求項１１】
前記光透過部材には、
平坦状又はレンズ状を有したアクリル樹脂成形品が使用されることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【請求項１２】
前記圧電体には、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用されることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め準備された入力項目選択用の表示画面の中からアイコンを選択して情報を入力する情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して好適な振動伝達構造、触覚機能付きの入力装置及び電子機器に関する。詳しくは、光透過部材の光を入射する側の面に、凹部状の部品収納部を設け、この部品収納部の凹部内に圧電体を組み入れ、この圧電体に所定の振動制御電圧を印加することによって、振動制御電圧に基づく振動を再現性良く光透過部材に伝達できるようにすると共に、薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等に当該振動伝達構造を応用できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ユーザ（操作者）は、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯端末装置に様々なコンテンツを取り込み、それを利用するようになってきた。これらの携帯端末装置には入力装置が具備される。入力装置にはキーボードや、ＪＯＧダイヤル等の入力手段、表示部を合わせたタッチパネルなどが使用される場合が多い。
【０００３】
また、アクチュエータを組み合わせた入出力装置も開発されている。アクチュエータは、２層以上のひずみ量の異なる圧電素子、又は、圧電素子と非圧電素子とを貼り合わせ、この貼合体の圧電素子に振動制御電圧を印加したとき、双方のひずみ量の差によって生じる貼合体の曲げ変形を力学的に利用するものである（振動体機能）。反対に、圧電素子に力を加えると電圧を発生することが知られている（力検出センサ機能）。アクチュエータには、いわゆるバイモルフアクチュエータや、ユニモルフアクチュエータ、円盤アクチュエータ（これらを総括して、以下、単に圧電アクチュエータという）等が使用される場合が多い。
【０００４】
この種の圧電アクチュエータを備えた電子機器に関して、特許文献１には、入力出力装置及び電子機器が開示されている。この電子機器によれば、多層バイモルフ型圧電アクチュエータ及びタッチパネルを有する入出力装置を備え、多層バイモルフ型圧電アクチュエータは、情報の種類に応じてタッチパネルを通じて異なる触覚を使用者にフィードバックする。入出力装置は、支持フレーム上に支持部を介して圧電アクチュエータを取り付けた圧電体支持構造を有している。圧電アクチュエータの中央上部には、支持部が貼り付けられ、この支持部がタッチパネルに当接される。この構造で、圧電アクチュエータに振動制御電圧を供給すると、タッチパネルに振動を伝達するようになされる。
【０００５】
このように電子機器を構成すると、使用者に対して、情報の種類に応じた入力操作に対する触覚フィードバックを確実に提供できるというものである。これらの圧電アクチュエータを用いた触覚フィードバック制御では、タッチパネルが外部からの入力（位置および、加圧力）を検出し、制御系がタッチパネルからの入力情報をトリガーにして、当該タッチパネルまたは筺体を振動させるようになされる。
【０００６】
また、特許文献２にはタッチパネル入力装置が開示されている。このタッチパネル入力装置によれば、固定フレームの二辺に入力位置検出機構及び圧電素子が設けられ、他の二辺に回転機構部を有した入力動作検出機構とが設けられる共に、これを覆うように操作部シートが設けられる。操作者が操作部シートを指等で押下すると、一方で、操作部シートが引っ張られて入力動作検出機構の回転機構部が回転してクリックが発生する。他方で、操作部シートの各部に生ずる張力が入力位置検出機構の圧電素子によって検出するようになされる。このように装置を構成すると、最大の張力が加えられた位置を押下位置として検出でき、誤操作の少ないタッチパネル装置が提供できるというものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９４３８９号公報（第４頁  図４）
【特許文献２】特開２００３−１５８１４号公報（第２頁  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来例に係る触覚入力機能付きの情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等の電子機器によれば、以下のような問題がある。
【０００９】
ｉ．特許文献１に見られるような入出力装置によれば、タッチパネルを構成するガラス板に、圧電アクチュエータを用いて振動的変位を与え、ユーザへ触覚を提示している。この振動伝達構造では、圧電アクチュエータに対する支点となる２つの支持部が支持フレーム上において、当該圧電アクチュエータに接着部材（粘着材）を使用して貼り付けられる。
【００１０】
また、圧電アクチュエータの作用点を成す支持部は、その圧電アクチュエータの中央上部において、当該圧電アクチュエータに接着部材を使用して貼り付けられる。このような接合処理が圧電体取り付け時の作業性を低下させ、その圧電アクチュエータの取り付けに手間がかかる事態を招いている。
【００１１】
ii．近頃、ガラス板のような硬質の材料に代わって、タッチパネル等の入力手段には、フィルム状の軟質素材が使用され、また、透明の強化プラスティック部材が表示部に使用され始めている。これらの入力手段や表示手段を使用して触覚提示機構を構成しようとした場合に、いわゆるフィルム−樹脂方式のタッチパネルにおいて、振動を効率良く入力操作面に伝達することができず、操作者の指等に満足な触覚提示ができなくなるおそれがある。
【００１２】
iii．因みにガラス基板に凹部を形成して圧電アクチュエータを実装する方法が考えられるが、流体状の溶融ガラスの温度上昇及び降下温度調整が難しく、コストアップにつながって実用的ではない。また、ガラスは、被加振体としての重量が多く、かつ、これに対して圧電アクチュエータの支持部の剛性及び重量が少なすぎて、満足な触覚が得られない。
【００１３】
iv．また、特許文献２に見られるようなタッチパネル入力装置によれば、フィルム状の操作面にクリック感を発生させる場合に、固定フレームの二辺に入力位置検出機構及び圧電素子を設け、更に、他の二辺に回転機構部を有した入力動作検出機構を設け、これらを覆うように操作部シートを設けている。
【００１４】
従って、特許文献２は、入力位置検出機構及び圧電素子により押下位置を検出することができても、クリック感発生のために圧電アクチュエータを使用していないばかりか、入力動作検出機構の回転機構部が回転するまで、操作部シートを引っ張らなくてはならい。これらの機構部品は、部品点数が多く、しかも、タッチパネルの薄型化の妨げとなるおそれがある。
【００１５】
そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、光を透過する光透過部材に振動を再現性良く伝達できるようにすると共に、薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等に応用できるようにした振動伝達構造、触覚機能付き入出力装置及び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】
【００１６】
上述した課題は、光を透過する光透過部材に振動を伝達する構造であって、光を入射する側の面に凹部状の部品収納部を有した板状の光透過部材と、この光透過部材の部品収納部内に組み入れられた圧電体とを備え、この圧電体に所定の振動制御電圧が印加されることを特徴とする振動伝達構造によって解決される。
【００１７】
本発明に係る振動伝達構造によれば、光を透過する光透過部材に振動を伝達する場合に、光透過部材は、光を入射する側の面に凹部状の部品収納部を有している。この光透過部材の部品収納部内には圧電体が組み入れられる。圧電体には、例えば、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用され、当該圧電体には、所定の振動制御電圧が印加される。
【００１８】
従って、光を透過する光透過部材に対して振動制御電圧に基づく振動を再現性良く伝達することができる。これにより、薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と当該振動伝達構造とを組み合わせることができ、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置に十分応用することができる。
【００１９】
本発明に係る触覚機能付きの入出力装置は、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置であって、表示面を有して情報を表示する表示手段と、表示面の上方に配置され、当該表示面からの光を透過すると共に、操作体の接触を検出して情報を入力するように操作される入力手段と、入力手段の上方又は下方に配置された振動伝達構造を備え、振動伝達構造は、光を入射する側の面に凹部状の部品収納部を有した板状の光透過部材と、この光透過部材の部品収納部に組み込まれた圧電体とを有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明に係る触覚機能付きの入出力装置によれば、本発明に係る振動伝達構造が応用され、当該振動伝達構造は、入力手段の上方又は下方に配置される。光透過部材は、例えば、平坦状又はレンズ状を有しており、その光を入射側する面の凹部状の部品収納部内には、圧電体が組み入れられる。圧電体には、例えば、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用される。
【００２１】
これを前提にして、触覚提示時に、表示手段からの光を透過する光透過部材に振動を伝達する場合に、表示手段は表示面を有して情報を表示する。入力手段は、表示面の上方に配置され、当該表示面からの光を透過すると共に、操作体の接触を検出して情報を入力するように操作される。触覚提示時、この圧電体には所定の振動制御電圧が印加される。
【００２２】
従って、光透過部材に対して振動制御電圧に基づく振動を再現性良く伝達することができる。これにより、薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と当該振動伝達構造とを組み合わせた触覚機能付きの入出力装置を提供できるようになる。
【００２３】
本発明に係る電子機器は、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚入力機能付きの電子機器であって、入力検出手段と、この入力検出手段の入力操作に基づいて操作体に触覚を提示する振動伝達構造とを有する触覚機能付きの入力装置を備え、振動伝達構造は、光を入射する側の面に凹部状の部品収納部を有した板状の光透過部材と、この光透過部材の部品収納部に組み込まれた圧電体とを有することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明に係る電子機器によれば、本発明に係る触覚機能付きの入出力装置が応用されるので、表示手段からの光を透過する光透過部材に対して振動制御電圧に基づく振動を再現性良く伝達することができる。これにより、薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と当該振動伝達構造とを組み合わせた触覚入力機能付きの携帯電話機等を提供できるようになる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る振動伝達構造によれば、光透過部材の光を入射する側の面に設けられた凹部状の部品収納部内に圧電体が組み入れられ、この圧電体に所定の振動制御電圧が印加されるものである。
【００２６】
この構成によって、光を透過する光透過部材に対して振動制御電圧に基づく振動を再現性良く伝達することができる。従って、当該振動伝達構造を薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と組み合わせることができ、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置に十分応用することができる。
【００２７】
本発明に係る触覚機能付きの入出力装置によれば、本発明に係る振動伝達構造が応用されるので、表示手段からの光を透過する光透過部材に対して振動制御電圧に基づく振動を再現性良く伝達することができる。
【００２８】
従って、当該振動伝達構造を薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と組み合わせた触覚機能付きの入出力装置を提供できるようになる。
【００２９】
本発明に係る電子機器によれば、本発明に係る触覚機能付きの入出力装置が応用されるので、表示手段からの光を透過する光透過部材に対して振動制御電圧に基づく振動を再現性良く伝達することができる。
【００３０】
従って、当該振動伝達構造を薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と組み合わせた触覚入力機能付きの電子機器を提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
続いて、この発明に係る振動伝達構造、触覚機能付きの入出力装置及び電子機器の一実施例について、図面を参照しながら説明をする。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明に係る第１の実施例としての振動伝達構造例（組立前）を示す斜視図、図２Ａ〜Ｃは、その振動伝達構造例（組立後）を示す平面図、Ｘ１−Ｘ１矢視断面図及び正面図である。
【００３３】
図１に示す振動伝達構造１００は、光を透過する光透過部材６０に振動を伝達する構造であって、携帯電話機や情報携帯端末装置等に使用可能な光透過部材（以下アクリルパネルという）６０に圧電体（以下圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂという）を組み入れ、この圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂによる振動を利用して、操作体（操作者の指等）に触覚を提示できるようにした構造である。
【００３４】
アクリルパネル６０は光透過部材の一例であり、光を透過する板状の物体であって、例えば、長方形状を成している。アクリルパネル６０は、例えば、プラスティック（ＰＣ）に比べて透過率が高く、硬度が高く、曲げ弾性率が高い。この例で、アクリルパネル６０の大きさは、一辺の長さがＬ［ｍｍ］で、幅がＷ［ｍｍ］で、厚みがｔ［ｍｍ］程度である。アクリルパネル６０の長さＬ、幅Ｗ及び厚みｔは、用途にもよるが、例えば、携帯電話機に使用する場合に、長さＬは５０乃至６０［ｍｍ］で、Ｗは４０乃至５０［ｍｍ］で、の厚みｔは、２．０乃至３．０ｍｍ程度である。アクリルパネル６０において、光を入射する側の面には、例えば、凹部状の部品収納部６１ａ，６１ｂが設けられる。この例では、アクリルパネル６０の右端に部品収納部６１ａが設けられ、その左端には、部品収納部６１ｂが設けられる（図２Ａ参照）。
【００３５】
各々の部品収納部６１ａ，６１ｂの一辺の長さは、ｌ［ｍｍ］で、幅がｗ［ｍｍ］で、深さがｄ［ｍｍ］程度である。アクリルパネル６０にはアクリル樹脂を射出成形した平坦状又はレンズ状を有した透明性の基板が使用される。アクリルパネル６０にレンズ状のアクリル樹脂成形品を使用すると、出射光が拡散され、例えば、アクリルパネル６０の下方に設けられた表示面の映像を拡大して見ることができる。
【００３６】
圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂは、当該部品収納部６１ａ，６１ｂに収納可能な大きさを有している。この例で、部品収納部６１ａ内には圧電アクチュエータ２５ａが組み入れられる。部品収納部６１ｂ内には圧電アクチュエータ２５ｂが各々組み入れられる。圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂには、圧電素子を積層したバイモルフ型又はユニモルフ型の圧電アクチュエータが使用される。
【００３７】
この例では、圧電本体の一方の両側には、引出し電極３ａ，３ｂが設けられる。また、部品収納部６１ａ、６１ｂの内側壁面には、図示しない受け側電極が設けられ、当該受け側電極に圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂの引出し電極３ａ，３ｂが接続される。この引出し電極３ａ，３ｂを介して、圧電本体に所定の振動制御電圧が印加される。このような構造を採るようにしたのは、受け側電極と引出し電極３ａ，３ｂの電気的な接続と、アクリルパネル６０と圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂとの機械的な係合とを同時、かつ、簡単にできるようにしたためである。
【００３８】
図２Ａに示す部品収納部６１ａ，６１ｂの他にアクリルパネル６０の光を入射する側の面には、ＦＰＣケーブル１９が配置され、上述の部品収納部６１ａ，６１ｂに至って、図示しない各々の受け側電極に配線され、振動制御電圧を供給する際に使用される。
【００３９】
この例で、図２Ｂに示すアクリルパネル６０のＸ１−Ｘ２矢視断面図において、部品収納部６１ａ内に組み入れられた圧電アクチュエータ２５ａと、部品収納部６１ｂ内に組み入れられた圧電アクチュエータ２５ｂは、フィルム状のプリント配線（以下ＦＰＣケーブルという）１９から供給される振動制御電圧に基づいて振動する。この振動は、例えば、図２Ｃの二点鎖線に示すアクリルパネル６０上に取り付けられるタッチパネル等の入力手段２４に伝播するようになされる。この結果、入力手段２４に触れている操作者の指等に触覚を提示できるようになる。入力手段２４には静電容量方式や抵抗膜方式等のタッチパネルが使用される。
【００４０】
図３Ａ及びＢは、圧電アクチュエータ２５ａ等の構成例を示す上面図及びそのＹ１−Ｙ１矢視断面図である。  
図３Ａに示す圧電アクチュエータ２５ａは、図１に示した部品収納部６１ａに収納されるものである。圧電本体の一方の両側には、引出し電極３ａ，３ｂが設けられ、振動制御電圧を印加するように使用される。図３Ｂに示す圧電アクチュエータ２５ａは、積層型の圧電素子４ａ，４ｂを接合した基板（以下で支持板又はシムともいう）３を有している。基板３は、銅、ステンレス（ＳＵＳ）、リン青銅、黄銅等から構成される。基板３の一端が引出し電極３ａ，３ｂを成している。
【００４１】
この例で、基板３の弾性を利用することで、圧電本体が上下方向（垂直方向）に振動できるようになる。圧電本体は、バネ構造を得るために、中央部に凸部を有し、両側下方が脚部（基台：枕）８ｂ，８ｃを有している。脚部８ｂ，８ｃは、圧電本体を支持するものであり、樹脂部材や硬質ゴム部材から構成される。脚部８ｂ，８ｃは、例えば、当該振動伝達構造１００が適用される触覚機能付きの入出力装置において、その表示手段上に配置される。
【００４２】
この圧電アクチュエータ２５ａにおいて、圧電素子４ａは、その中央部に突起状の振動作用部８ａを有している。圧電アクチュエータ２５ａは、部品収納部６１ａの片側壁面の凹部６３ａと圧電アクチュエータ２５ａの片側の凸部状の引出し電極３ａ，３ｂとが係合されることで、図２に示した部品収納部６１ａにおいて、圧電素子４ａの振動作用部８ａがアクリルパネル６０の天板部を当接する状態で組み立てられる。もちろん、圧電アクチュエータ２５ａは、部品収納部６１ａにおいて、圧電素子４ａ，４ｂが振動可能な状態で取り付けられる。
【００４３】
振動作用部８ａは、圧電素子４ａの中央部上に突起状を有して構成される。振動作用部８ａは、当該圧電素子４ａの最上層と同一の絶縁部材（例えば、ＳｉＯ２膜）により一体成形されて成る。振動作用部８ａは、被振動体となるアクリルパネル６０に当接され、当該アクリルパネル６０を下方向から押し上げるように振動を伝播する。振動作用部８ａと部品収納部６１ａの天板部とは、接着剤により貼付するようにしてもよい。
【００４４】
ここで、引出し電極３ａ，３ｂを有するシム３を形成方法について簡単に説明する。上述のシム３は、例えば、予め所定の長さ、幅及び厚さを有した金属板をパターニングして当該圧電素子４ａ，４ｂの引出し電極３ａ，３ｂを形成するように処理する。金属板には、銅板、燐青銅板や、白銅板、黄銅板等が使用される。金属板は、例えば、切断処理して引出し電極３ａと引出し電極３ｂとに分離する。この電極分離は、プラス側の引出し電極３ａとマイナス側の引出し電極３ｂとを絶縁して使用するためである。この２つの引出し電極３ａ，３ｂはシム３を構成する。引出し電極３ａ，３ｂは、圧電素子４ａ，４ｂに振動制御電圧を供給するために設けられる。
【００４５】
また、シム３をエッチング方法による作成する場合は、所定の厚さのステンレス板（ＳＵＳ３０４等）を準備する。そのステンレス板上に感光フィルム（レジスト）を載置し、更に、所定形状の引出し電極を象ったこの原版（ステッパ）を被せる。その上から所定波長の光源より光を照射する。この光照射によって、感光フィルムは、版の空いているところ、つまり、引出し電極を象った部位が除去される。その後、版を取り外した後、引出し電極を象った部位上に耐食性皮膜を形成する。そして、耐食性皮膜をマスクにして、余分なステンレス板を金属溶解液（エッチング液）によって除去する。このとき、引出し電極を象った部位以外の感光フィルムも一緒に除去される。この除去によって、所定形状の引出し電極を形成することができる。もちろん、形状が画定された引出し電極上の耐食性皮膜を除去する。これにより、引出し電極３ａ，３ｂを有するシム３を形成することができる。
【００４６】
図４は、フィルム状圧電体の積層例及びその内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６の内部結線例を示す断面図である。  
図４に示すフィルム状圧電体は、バイモルフ型の圧電アクチュエータ２５ａ等を構成し、その内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６は、バイアホールや、アクチュエータ側面部を使用するなどの方法により、一層おきに接続され、それぞれの圧電素子＃１〜＃１８が電気的に並列に接続される。例えば、引出し電極３ａ，３ｂの引出し位置を基準にして、その上方の内部電極層ＩＥ１，ＩＥ３，ＩＥ５，ＩＥ７は、その内部で接続されて当該引出し電極３ａに接続される。内部電極層ＩＥ２，ＩＥ４，ＩＥ６，ＩＥ８は、その内部で接続されて上部電極１に接続され、更に、他の引出し電極３ｂに接続される。
【００４７】
また、引出し電極３ａ，３ｂの引出し位置を基準にして、その下方の内部電極層ＩＥ１０，ＩＥ１２，ＩＥ１４，ＩＥ１６は、その内部で接続されて当該引出し電極３ａに接続される。内部電極層ＩＥ９，ＩＥ１１，ＩＥ１３，ＩＥ１５は、その内部で接続されて下部電極２に接続され、更に、他の引出し電極３ｂに接続される。
【００４８】
この引出し電極３ａ，３ｂの引出し位置を基準にして、その上方に積層された圧電素子＃１〜＃８や、その下方に積層された圧電素子＃９〜＃１６等は、振動制御電圧Ｖａが印加されると、同一方向に変形し、上方に積層された圧電素子＃１〜＃８とその下方に積層された圧電素子＃９〜＃１６は、逆方向に変形することにより、圧電アクチュエータ２５ａ等が曲げ変形するようになされる。このような積層構造によると、圧電アクチュエータ２５ａ等に印加する電圧を低くすることができ、制御回路や電源回路の簡素化及び小型化が可能になる。また、積層型の圧電アクチュエータ２５ａ等は、単層型圧電アクチュエータに比べて低電圧駆動できるという特徴がある。
【００４９】
ここで、引出し電極３ａ，３ｂを有する圧電アクチュエータ２５ａを形成方法について簡単に説明する。まず、粉末状のセラミック等の圧電材料と溶媒とバインダーと分散材等とを所定の混合機に投入して混合し、混合スラリーを形成する。次に、ドクターブレードを使用して、混合スラリーを一様な厚さに流し出す。その後、溶媒を蒸発乾燥させてグリーンシートを生成する。更に、所定の大きさにフィルム状圧電体をカットし、そのフィルム状圧電体を所定のフレームに装着する。
【００５０】
このフレームに装着されたフィルム状圧電体の所定の位置を開口して、スルーホールを形成する。このスルーホールは、各層にある主電極を中央部に設けられる引出し電極（ランド）３ａと、引出し電極３ｂとに、電気的に接合するために開口される。更に、先にスルーホールが開口されたフィルム状圧電体の所定の位置に電極材料を印刷する。電極印刷はスクリーン印刷によって施される。電極材料には、Ａｇ−Ｐｄ合金ペーストが使用される。
【００５１】
各スクリーンには、基本的に１枚の主電極と、例えば、プラス側の引出し電極用のランド及びマイナス側の引出し電極用のランドとが配置される。ランドは、層間の接続用の開口部（スルーホール）に位置合わせするようになされる。主電極は、各層でそれぞれ異なる位置にあるマイナス側の引出し電極用のランドとプラス側の引出し電極用のランドとを接続するようになる。
【００５２】
その後、先に電極材料が印刷されたフィルム状圧電体を所定の枚数だけ貼合面と平行に層状に積層する。図４に示した例では、電極材料が印刷された９枚のフィルム状圧電体によって積層圧電体（圧電素子）４ａを形成し、同様にして、９枚のフィルム状圧電体によって圧電素子４ｂを形成する。
【００５３】
次に、電極材料が印刷された９枚のフィルム状圧電体を熱圧着して積層状のグリーンシート（積層素材）を形成する。なお、圧電素子４ａの中央部上に突起部を形成する。この突起部は振動作用部８ａを構成するものである。振動作用部８ａを形成する際に、圧電素子４ａの最上層と同一の絶縁部材により一体成形する。例えば、圧電素子４ａの最上層に絶縁性の膜を形成した後に、レジストを塗布し、その後、振動作用部形成領域のレジストを感光して除去する。ここに残留したレジスト膜をマスクにして振動作用部形成領域に絶縁性の部材を堆積する。その後、熱処理する。
【００５４】
振動作用部８ａは、絶縁性部材の堆積又はレジスト自体を堆積する方法に限られることはなく、何らかの硬度を有する物質を印刷により高く形成して振動作用部８ａとしてもよい。振動作用部８ａは、アクリルパネル６０の部品収納部６１ａに当接される。その後、先に熱圧着された積層状のグリーンシートを所定の大きさに切断する。切断後の積層状のグリーンシートは、乾燥室に搬入される。その乾燥室でグリーンシートの中からバインダーを除去するようになされる。そして、バインダーが除去された振動作用部付きの積層状のグリーンシートを焼成装置に搬入して焼成する。
【００５５】
その後、振動作用部付きの積層状のグリーンシートを砥石で切断して個々の圧電素子４ａ、４ｂを形成する。これにより、図４に示したような圧電素子４ａや４ｂ等が得られる。圧電素子４ｂには、脚部８ｂ，８ｃが設けられる。脚部８ｂ，８ｃは例えば、最下層と同一の絶縁部材により一体成形する。形成方法は、振動作用部８ａと同様にして行うようにする。各層のランドは、スルーホール内に充填される電極材料によって接続される。このようにすると、各層の主電極の給電点を中央部のプラス側の引出し電極３ａとマイナス側の引出し電極３ｂとに引き出すことができる。
【００５６】
次に、圧電素子４ａ，４ｂとシム３を接合する。例えば、振動作用部付きの積層状の圧電素子４ａと、脚部８ｂ，８ｃ付きの積層状の圧電素子４ｂとが引出し電極３ａ，３ｂを挟んで接合するように処理される。この接合処理では、引出し電極３ａ，３ｂの表裏面側に圧電素子４ａ，４ｂを図示しない接着剤を介して接着する。このとき、引出し電極３ａ，３ｂの一方の面に圧電素子４ａを接着し、引出し電極３ａ，３ｂの他方の面に圧電素子４ｂを接着する。これにより、図４に示したようなフィルム状圧電体を形成することができる。
【００５７】
図５Ａ〜Ｄは、アクリルパネル６０の射出成形例を示す工程図である。  
この例では、携帯電話機や情報携帯端末装置等において、タッチパネル等の入力手段や液晶表示装置等の表示手段と組み合わせるための、部品収納部６１ａ，６１ｂ付きの光透過部材（アクリルパネル）６０を準備する。
【００５８】
図５Ａにおいて、例えば、その内側がアクリルパネル６０の本体外形（光出射側面）を象ったキャビティ１０１を作成する。キャビティ１０１の内側の寸法は、アクリルパネル６０の長さＬ及び幅Ｗ（図示せず）に設計される。その深さｄ１はアクリルパネル６０の仕上げ厚みｔとなされる。キャビティ１０１には、例えば、樹脂部材を導入する部材挿入口（ゲート）１０４が設けられる。キャビティ１０１の長さＬ、幅Ｗ及び厚みｔは、用途にもよるが、例えば、携帯電話機に使用する場合に、長さＬは５０乃至６０［ｍｍ］で、Ｗは４０乃至５０［ｍｍ］で、深さｄは、２．０乃至３．０ｍｍ程度である。
【００５９】
次にキャビティ１０１と組み合わせるためのコア１０２を作成する。コア１０２には、光入射面側に部品収納部６１ａ，６１ｂを象った所定の凸状の突起部１０２ａと、受け側電極へのコンタクトホールとなる例えば、円柱凸状の突起部１０２ｂ、１０２ｃ（図示せず）を設けた金型を作成する。凸状の突起部１０２ａの高さｈは、部品収納部６１ａの仕上げ深さｄとなされる。図示しない反対側の突起部１０２ｂの高さｈも、部品収納部６１ｂの仕上げ深さｄとなされる。金型は放電加工して形成する。
【００６０】
１組の受け側電極挿入用の凹部は、断面が扁平長方形状を有した１組のスライドコア１０３ａ，１０３ｂを組み合わせた金型を作成する。スライドコア１０３ａは受け側電極６４ａ用であり、スライドコア１０３ｂは受け側電極６４ｂ用である。スライドコア１０３ａ及び１０３ｂは、例えば、凸状の突起部１０２ａの側壁から水平方向に引出し引き込み可能な状態に形成される。樹脂封入時には、突起部１０２ａの側壁から庇のように水平方向に引き出され、片開き時には、突起部１０２ａの側壁へ引き込むように収納される。
【００６１】
次に、図５Ｂに示すように、キャビティ１０１とコア１０２とを組み合わせて射出金型装置の型締めを行う。このとき、スライドコア１０３ａ，１０３ｂをスライドさせて凸状の突起部１０２ｂ，１０２ｂに当接する。その後、射出金型装置を所定の温度に加熱して成型温度を調整し、更に、部材挿入口１０４からアクリル合成樹脂を導入する。
【００６２】
そして、当該金型装置を徐々に冷却し、図５Ｃに示すように、キャビティ１０１とコア１０２とを分割して射出金型装置の型開きを行う。その後、スライドコア１０３ａ，１０３ｂを成形品から引き抜くと、受け側電極用の凹部が成型される。更に、キャビティ１０１から樹脂成形品を引き抜き、その後、樹脂成形品から凸状の突起部１０２ａ及び１０２ｂ，１０２ｃを有するコア１０２を引く抜く。これにより、図５Ｄに示すような部品収納部６１ａ、コンタクトホール６２ａ及び受け側電極挿入用の凹部６３ａを有するアクリルパネル６０を射出金型成形できるようになる。図示せずも、部品収納部６１ｂ、コンタクトホール６２ｂ及び受け側電極挿入用の凹部６３ｂも同時に成形される。
【００６３】
図６は、アクリルパネル６０の部品収納部６１ａへの圧電アクチュエータ２５ａの組立例を示す正面図である。この例では、部品収納部６１ａへの圧電アクチュエータ２５ａの組立例について説明するが、図示せずも、他方の側の部品収納部６１ｂへの圧電アクチュエータ２５ｂも同様になされるので、その説明を省略する。
【００６４】
図６に示す部品収納部６１ａへの圧電アクチュエータ２５ａの組立例によれば、図５で示したアクリルパネル６０が射出成形された後、次の電極形成工程を行う。この電極形成工程によれば、部品収納部６１ａの片側壁面の凹部６３ａへ受け側電極６４ａを設け、その凹部６３ｂへ受け側電極６４ｂを各々設けるための組み立て加工がなされる。例えば、凹部６３ａ内の下面で露出するように受け側電極６４ａが挿入される。コンタクトホール６２ａ内には、例えば、銅メッキが施される。コンタクトホール６２ａ内の銅メッキの一端は、例えば、一方が引出し電極接触面となされる受け側電極６４ａに接続され、他方がＦＰＣケーブル１９に接続される。
【００６５】
同様にして、凹部６３ｂ内の下面で露出するように受け側電極６４ｂが挿入される。コンタクトホール６２ｂ内にも、銅メッキが施される。コンタクトホール６２ｂ内の銅メッキの一端は、引出し電極接触面となされる受け側電極６４ｂに接続され、他方がＦＰＣケーブル１９に接続される。ＦＰＣケーブル１９から受け側電極６４ａ，６４ｂには、振動制御電圧が印加される。振動制御電圧は、図示しないアクチュエータ駆動回路等からＦＰＣケーブル１９を通じて供給するようになされる。このように構成すると、ある程度高さを必要とするコネクタが省略できるので、従来方式に比べて電子機器の小型及び薄型化を実現できるようになる。
【００６６】
このような電極形成工程を経た後に、圧電アクチュエータ２５ａを部品収納部６１ａに埋め込む（組み入れる）。このとき、部品収納部６１ａの凹部６３ａ内には圧電アクチュエータ２５ａの引出し電極３ａが挿入され、その凹部６３ｂ内には引出し電極３ｂが挿入される。凹部６３ａ内では引出し電極３ａと受け側電極６４ａとが電気的に接続され、凹部６３ｂ内では引出し電極３ｂと受け側電極６４ｂとが電気的に各々接続される。
【００６７】
また、圧電アクチュエータ２５ａの振動作用部８ａがアクリルパネル６０の天板部に当接され、その両側下方の脚部８ｂ，８ｃは、光を入射する面側と面位置となされる。振動作用部８ａとアクリルパネル６０の天板部とを図示しない接着剤で接合するようにしてもよい。これにより、一体部品化することができる。もちろん、圧電アクチュエータ２５ａは、部品収納部６１ａにおいて、基板３上部の圧電素子４ａ及び基板３下部の圧電素子４ｂが振動可能な状態で取り付けることができる。
【００６８】
このように、第１の実施例としての振動伝達構造１００によれば、光を透過するアクリルパネル６０に振動を伝達する場合に、アクリルパネル６０は、光を入射する側の面に凹部状の部品収納部６１ａ，６１ｂを有している。このアクリルパネル６０の部品収納部６１ａ，６１ｂ内には圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂがそれぞれ組み入れられる。圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂには、例えば、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用され、当該圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂには、所定の振動制御電圧が印加される。
【００６９】
従って、光を透過するアクリルパネル６０に対して振動制御電圧に基づく振動を再現性良く伝達することができる。これにより、薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と当該振動伝達構造１００とを組み合わせることができ、情報入力操作時に操作者の指等に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置に十分応用することができる。
【００７０】
この他に、従来方式の振動伝達構造に比べて、被振動体であるアクリルパネル６０の重量が著しく小さくなること、圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂの脚部（基台）８ｂ，８ｃが剛性を有することにより、大幅な触覚の強さの向上を実現できるようになる。また、従来方式の振動伝達構造に比べて振動伝達ユニット自体の剛性が向上したことにより、組み立てが容易になる。
【実施例２】
【００７１】
図７は、第２の実施例としての触覚機能付きの入出力装置２００の構造例を示す斜視図である。図８Ａ及びＢは、振動伝達ユニット６０１の構成例を補足する上面図、Ｘ２−Ｘ２矢視断面図及び正面図である。
【００７２】
図７に示す入出力装置２００は、携帯電話機や情報携帯端末装置等に装備可能となされるものであり、フィルム−樹脂タッチパネル等の軟質部材の入力操作面上で、操作者が指をなぞる、又は、指で押下する等の接触操作により情報を入力するようになされる。
【００７３】
例えば、入出力装置２００は、入力項目選択用の表示画面に表示された複数のアイコンの１つに接触して当該表示画面上で入力操作され、このような情報入力操作時に操作者の指（操作体）に触覚を提示するものである。この例では、第１の実施例に係る振動伝達構造１００が応用され、圧電アクチュエータ２５ａ、２５ｂにより、アクリルパネル６０’に振動を伝達して、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報をユーザに提示するようになされる。
【００７４】
図７において、入出力装置２００は、上部筐体２０、蓋体２０ｂ、表示手段２９及び第１の振動伝達ユニット６０１を備えて構成される。上部筐体２０は、四角形状を有しており、その一辺はアクリルパネル６０’の長さＬよりやや大きめのＬ’［ｍｍ］で、幅はＷよりも、やや大きめのＷ’［ｍｍ］で、高さはＨ［ｍｍ］程度を有している。上部筐体２０の上面部位には、所定の大きさの表示窓部２０ａが開口されている。
【００７５】
振動伝達ユニット６０１は、フィルム状の入力手段２４と、圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂと、４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄと、アクリルパネル６０’と、マスク部材６６を有して構成される。アクリルパネル６０’は、図中、クロスハッチ内に示す光透過領域Ｉを有している。光透過領域Ｉはマスク部材６６により画定された内側の領域をいう（図８Ａ参照）。マスク部材６６は、光透過領域Ｉを囲むように設けられる。これは、アクリルパネル６０’がガラスのように透明性を有していることから、図８Ｂに示すアクリルパネル６０’の左右下方の部品収納部６１ａ，６１ｂに埋め込まれた圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂや、図８Ｃに示すＦＰＣケーブル１９を上部から見えないようにするためである。
【００７６】
マスク部材６６には、光を遮断するブラック色の塗料や、表示窓部２０ａを象ったシート状のフィルムを使用するとよい。シート状のフィルムは、光を入射する側に貼る。このようにすると、アクリルパネル６０’において、光を透過する領域以外を覆うことができる。この他に、２種類の樹脂（透明、有色）を用いて、マスク部材６６で覆う部分と光を透過する部分とを射出成形装置により２色成型するようにしてもよい。なお、上述の表示窓部２０ａの大きさは、アクリルパネル６０’の光透過領域Ｉとほぼ等しい。
【００７７】
この例では、図７に示す振動伝達ユニット６０１の下方、すなわち、入力手段２４の下方には、表示手段２９が設けられ、入力項目選択用の操作画面を表示するようになされる。表示手段２９は、例えば、裏蓋２０ｂに設けられた４個のクッション部材６７ａ，６７ｂ，６７ｃ（図示せず），６７ｄ上に載置される。表示手段２９は、上部筐体２０に収納可能な大きさ、例えば、長さがほぼＬ’で、幅がほぼＷ’で高さがほぼＨ’の大きさを有している。表示手段２９には液晶表示装置が使用される。液晶表示装置には図示しないバックライトが備えられる。
【００７８】
表示手段２９には、液晶表示装置の他に有機ＥＬが使用される。有機ＥＬを表示手段２９に使用する場合には、アクリルパネル６０’の上方に、フィルム状の入力手段２４を配置するとよい。これは、有機ＥＬが発熱量大となっても、静電潜像容量方式のタッチパネル等において、その透明導電（ＩＴＯ）膜の温度特性による性能変化が抑えられ、その入力手段２４の軟化を原因とする入力操作時のＩＴＯ膜の曲率変化を抑制できることによる。表示手段２９は、フィルム状の入力手段２４から得られる位置検出信号及び制御系から供給される表示信号に基づいて入力項目選択用のアイコン等を表示するように動作する。
【００７９】
上述の表示手段２９及び振動伝達ユニット６０１は、上部筐体２０に収納されて保護される。上部筐体２０には蓋体２０ｂが取り付けられる。上部筐体２０は、厚さ０．３ｍｍ程度のステンレスのフレームから構成され、アクリルパネル６０’の光透過領域Ｉを露出する表示窓部２０ａを有しており、上部筐体２０内に設けられた表示手段２９及び振動伝達ユニット６０１と組み合わされて使用される。この例で圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂの脚部（土台：基台）８ｂ及び８ｃは、表示手段２９上のいわゆる“額縁“に着地（設置）され、２点支持構造を採る。表示手段２９上の“額縁“は、板金加工により形成されている。この例では、上部筐体２０と蓋体２０ｂとで、表示手段２９及び振動伝達ユニット６０１を挟み込む構造を採るようになされる。
【００８０】
図９は、入出力装置２００における振動伝達ユニット６０１の組立例を示す斜視図である。  
図９に示す振動伝達ユニット６０１は、フィルム状の入力手段２４と、圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂと、４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄと、アクリルパネル６０’とを有して構成される。アクリルパネル６０’には、平坦状又はレンズ状を有したアクリル樹脂成形品が使用される。
【００８１】
この例で、フィルム状の入力手段２４及び力検出手段５５ａ〜５５ｄは、入力検出手段４５を構成する。ここで、入力検出手段４５の入力操作面の一方をＸ方向とし、当該Ｘ方向と直交する他方をＹ方向とし、Ｘ及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。アクリルパネル６０’の四隅には、切り欠き部６５ａ〜６５ｄが設けられ、この切り欠き部６５ａ〜６５ｄには、Ｚ方向の押下力を検出するための力検出手段５５ａ〜５５ｄが設けられる。
【００８２】
例えば、切り欠き部６５ａには力検出センサ５５ａが組み入れられ、切り欠き部６５ｂには力検出センサ５５ｂが組み入れられ、切り欠き部６５ｃには力検出センサ５５ｃが組み入れられ、切り欠き部６５ｄには力検出センサ５５ｄが各々組み入れられる。フィルム状の入力手段２４に対する操作者の指の押圧力（Ｚ方向への加圧力Ｆ）を検出して力検出情報を出力すると共に、当該押下位置に表示された入力情報を確定する。
【００８３】
力検出手段５５ａは、右下隅の入力量（Ｚ方向の押圧力）として、例えば、当該アイコン選択時の力検出信号Ｓｆａを検出する。同様にして、力検出手段５５ｂは、右上隅の入力量（力）として、当該アイコン選択時の力検出信号Ｓｆｂを検出する。力検出手段５５ｃは、左上隅の入力量（力）として、当該アイコン選択時の力検出信号Ｓｆｃを検出する。力検出手段５５ｄは、左下隅の入力量（力）として、当該アイコン選択時の力検出信号Ｓｆｄを各々検出する。これら４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄは、並列に接続され、これら４つの力検出信号Ｓｆａ＋Ｓｆｂ＋Ｓｆｃ＋Ｓｆｄを制御系に出力する。以下、この合算した信号を入力検出信号Ｓ２とする。入力検出信号Ｓ２は制御系に出力される。
【００８４】
この例では、アクリルパネル６０’で光が入射する面側には、フィルム状の入力手段２４が配置される。入力手段２４は、例えば、アクリルパネル６０’の光入射面側に全面接着（粘着）される。これは表示手段２９に接着する場合に比べて、アクリルパネル６０’の光入射面側に全面接着した方が熱伝導量を少なくできるためである。入力手段２４には、静電容量方式のタッチパネルが使用される。タッチパネルは、透明電極をマトリクス状に配置したフィルム状の静電容量シートを有している。入力手段２４は、ボタンアイコンの選択位置を検出するようになされる。この入力手段２４から得られる入力情報には位置検出情報が含まれる。位置検出情報はボタンアイコン押下時の位置検出信号Ｓ１により得られ、制御系に出力される。
【００８５】
この例では、アクリルパネル６０’で光が入射する面側には、部品収納部６１ａ及び６１ｂが設けられ、この例で、部品収納部６１ａには圧電アクチュエータ２５ａが埋め込まれ、部品収納部６１ｂには圧電アクチュエータ２５ｂが各々埋め込まれる。圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂには、多数の圧電素子を積層したバイモルフ型の圧電アクチュエータが使用される（図３Ｂ及び図４参照）。
【００８６】
圧電アクチュエータ２５ａの引出し電極３ａには、図示しない受け側電極６４ａを通じて、また、その引出し電極３ｂには同様にして受け側電極６４ｂを通じてＦＰＣケーブル１９が接続される。ＦＰＣケーブル１９は、振動制御電圧Ｖａを供給する配線に加えて、位置検出信号Ｓ１を伝送する信号線、入力検出信号Ｓ２を伝送する信号線がフレキシブルプリント配線としてまとめられる。
【００８７】
上述の圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂは振動制御電圧Ｖａに基づいて振動する。振動制御電圧Ｖａは、制御系から圧電アクチュエータ２５ａ、２５ｂに供給される。振動制御電圧Ｖａは、複数の振動波形パターンを合成して発生される。例えば、表示手段２９に表示されたアイコンの１つに操作者が接触（タッチ）すると、圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂに供給される。圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂに振動制御電圧Ｖａが印加されると、アクリルパネル６０’の入力操作面に振動を供給するようになされる。この振動は、例えば、アクリルパネル６０’上を触れている操作者の指等に触覚を提示できるようになる。
【００８８】
このように、第２の実施例としての触覚機能付きの入出力装置２００によれば、本発明に係る振動伝達構造１００が応用され、振動伝ユニット６０１において、アクリルパネル６０’の下方に入力手段２４が配置される。アクリルパネル６０’は、平坦状又はレンズ状を有しており、その光を入射側する面の凹部状の部品収納部６１ａ内には、圧電アクチュエータ２５ａが埋め込まれ、部品収納部６１ｂ内には、圧電アクチュエータ２５ｂが各々埋め込まれる。圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂには、多数の圧電素子を積層したバイモルフ型の圧電アクチュエータが使用される。
【００８９】
これを前提にして、触覚提示時に、アクリルパネル６０’に振動を伝達する場合に、表示手段２９は、入力項目選択用のアイコン等を表示する。アイコン等の表示光は、入力手段２４及びアクリルパネル６０’を透過して、操作者により視認される。入力手段２４は、操作者の指の接触を検出して情報を入力するように操作される。触覚提示時、この圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂには所定の振動制御電圧が印加される。
【００９０】
従って、アクリルパネル６０’に対して振動制御電圧Ｖａに基づく振動を再現性良く伝達することができる。この例では、アクリルパネル６０’の下方から上方に向かって振動を伝播することができるので、従来方式に比べて筐体の薄型化が図れる他に、部品点数の削減化、寸法精度の向上及び信頼性の向上を図ることができる。しかも、組み立て工程の簡素化が図られ、従来方式に比べて振動伝播機構の設計制約を軽減できるようになる。
【００９１】
更に、第２の実施例では、入力検出手段４５が表示手段２９ではなく、アクリルパネル６０’の光入射面側に全面接着（粘着）する構造を採ったので、表示手段２９から受ける熱量を減少させることができ、入力検出手段４５の信頼性を向上させることができる。
【００９２】
なお、第２の実施例において、入力手段２４の大きさは、表示手段２９の大きさよりも、一回り小さい場合について説明したが、これに限られることはなく、入力手段２４の大きさを表示手段２９と同じ大きさ、例えば、入力手段２４の左右端部を圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂの下部まで延長して、表示手段２９の額縁と、脚部８ｂ，８ｃとにより、入力手段２４を挟み込んで押さえ込む構造を採ってもよい。
【００９３】
これにより、当該振動伝達構造１００を薄型化するフィルム状のタッチパネルや液晶表示装置等と組み合わせた触覚機能付きの入出力装置２００を応用した携帯電話機を提供できるようになる。
【実施例３】
【００９４】
図１０は、第３の実施例としての触覚機能付きの入出力装置３００の構造例を示す斜視図である。図１１Ａ及びＢは、振動伝達ユニット６０２の構成例を補足する上面図、Ｘ３−Ｘ３矢視断面図及び正面図である。
【００９５】
図１０に示す入出力装置３００は、携帯電話機や情報携帯端末装置等に装備可能となされるものであり、フィルム−樹脂タッチパネル等の入力手段２４’がアクリルパネル６０’の上方に配置されるものである。第２の実施例と同様にして、軟質部材の入力操作面上で、操作者が指をなぞる、又は、指で押下する等の接触操作により情報を入力するようになされる。
【００９６】
例えば、入出力装置３００は、第２の実施例と同様にして、入力項目選択用の表示画面に表示された複数のアイコンの１つに接触して当該表示画面上で入力操作され、このような情報入力操作時に操作者の指（操作体）に触覚を提示するものである。この例でも、第１の実施例に係る振動伝達構造１００が応用され、圧電アクチュエータ２５ａ、２５ｂにより、アクリルパネル６０’に振動を伝達して、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報をユーザに提示するようになされる。
【００９７】
図１０において、入出力装置３００は、上部筐体２０、蓋体２０ｂ、表示手段２９及び第２の振動伝達ユニット６０２を備えて構成される。なお、上部筐体２０、蓋体２０ｂ及び表示手段２９については、第２の実施例と同様であるため、その説明を省略する。
【００９８】
振動伝達ユニット６０２は、マスク枠２４ａ付きのフィルム状の入力手段２４’と、圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂと、４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄと、アクリルパネル６０’とを有して構成される。入力手段２４’は、図中、クロスハッチ内に示す光透過領域Ｉを有している。光透過領域Ｉはマスク枠２４ａにより画定された内側の領域をいう（図１１Ａ参照）。
【００９９】
マスク枠２４ａは、光透過領域Ｉを囲むように設けられる。これは、第２の実施例で説明した通りである。この例でも、アクリルパネル６０’がガラスのように透明性を有していることから、図１１Ｂに示すアクリルパネル６０’の左右下方の部品収納部６１ａ，６１ｂに埋め込まれた圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂや、図１１Ｃに示すＦＰＣケーブル１９をマスク枠２４ａで上部から見えないように覆われる。
【０１００】
マスク枠２４ａには、表示窓部２０ａを象った、光を遮断するブラック色の樹脂成形品を使用するとよい。このようにすると、アクリルパネル６０’において、光を透過する領域以外をマスク枠２４ａで覆うことができる。なお、上述の表示窓部２０ａの大きさは、マスク枠２４ａの光透過領域Ｉとほぼ等しい。
【０１０１】
この例では、図１０に示す振動伝達ユニット６０２の下方、すなわち、アクリルパネル６０’の下方には、表示手段２９が設けられ、入力項目選択用の操作画面を表示するようになされる。表示手段２９については、第２の実施例と同様であるのでその説明を省略する。上述の表示手段２９及び振動伝達ユニット６０２も、上部筐体２０に収納されて保護される。この例でも、上部筐体２０と蓋体２０ｂとで、表示手段２９及び振動伝達ユニット６０２を挟み込む構造を採るようになされる。
【０１０２】
図１２は、入出力装置３００における振動伝達ユニット６０２の組立例を示す斜視図である。  
図１２に示す振動伝達ユニット６０２は、マスク枠付きのフィルム状の入力手段２４’と、圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂと、４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄと、アクリルパネル６０’とを有して構成される。アクリルパネル６０’には、平坦状を有したアクリル樹脂成形品が使用される。レンズ状のアクリルパネル６０’を使用してもよい。
【０１０３】
この例で、フィルム状の入力手段２４’及び力検出手段５５ａ〜５５ｄは、入力検出手段４５を構成する。力検出手段５５ａ〜５５ｄの組立例及びその機能例については、第２の実施例と同様であるため、その説明を省略する。更に、アクリルパネル６０’への圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂの組立例及び、圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂの機能例についても、第２の実施例と同様であるので、その説明を省略する。また、ＦＰＣケーブル１９の構成及び機能も第２の実施例と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０４】
この例で、アクリルパネル６０’から光が出射する面側には、フィルム状の入力手段２４’が配置される。入力手段２４’の大きさは、アクリルパネル６０’と同じ大きさを有している。入力手段２４’には、抵抗膜方式のタッチパネルが使用される。タッチパネルは、透明電極をマトリクス状に配置したフィルム状の抵抗膜シートを有している。入力手段２４’は、ボタンアイコンの選択位置を検出するようになされる。この入力手段２４’から得られる入力情報には位置検出情報が含まれる。位置検出情報はボタンアイコン押下時の位置検出信号Ｓ１により得られ、制御系に出力される。
【０１０５】
上述の圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂは振動制御電圧Ｖａに基づいて振動する。振動制御電圧Ｖａは、制御系から圧電アクチュエータ２５ａ、２５ｂに供給される。振動制御電圧Ｖａは、複数の振動波形パターンを合成して発生される。例えば、表示手段２９に表示されたアイコンの１つに操作者が接触（タッチ）すると、圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂに供給される。圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂに振動制御電圧Ｖａが印加されると、アクリルパネル６０’の入力操作面に振動を供給するようになされる。この振動は、例えば、アクリルパネル６０’上の入力手段２４’を触れている操作者の指等に触覚を提示できるようになる。
【０１０６】
このように、第３の実施例としての触覚機能付きの入出力装置３００によれば、本発明に係る振動伝達構造１００が応用され、振動伝ユニット６０２において、アクリルパネル６０’の上方に入力手段２４’が配置される。アクリルパネル６０’は、平坦状を有しており、その光入射面側の凹部状の部品収納部６１ａ内には、圧電アクチュエータ２５ａが埋め込まれ、部品収納部６１ｂ内には、圧電アクチュエータ２５ｂが各々埋め込まれる。圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂには、多数の圧電素子を積層したバイモルフ型の圧電アクチュエータが使用される。
【０１０７】
これを前提にして、触覚提示時に、アクリルパネル６０’に振動を伝達する場合に、表示手段２９は、入力項目選択用のアイコン等を表示する。アイコン等の表示光は、アクリルパネル６０’及び入力手段２４’を透過して、操作者により視認される。入力手段２４’は、操作者の指の接触を検出して情報を入力するように操作される。触覚提示時、この圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂには所定の振動制御電圧Ｖａが印加される。
【０１０８】
従って、アクリルパネル６０’に対して第２の実施例と同様にして、振動制御電圧Ｖａに基づく振動を再現性良く伝達することができる。これにより、当該振動伝達構造１００を薄型化するフィルム状の抵抗膜方式のタッチパネルや液晶表示装置等と組み合わせた触覚機能付きの入出力装置３００を応用した携帯電話機を提供できるようになる。これにより、アクリルパネル６０’の下方から上方に向かって振動を伝播することができるので、従来方式に比べて筐体の薄型化が図れる他に、部品点数の削減化、寸法精度の向上及び信頼性の向上を図ることができる。しかも、組み立て工程の簡素化が図られ、従来方式に比べて振動伝播機構の設計制約を軽減できるようになる。
【０１０９】
なお、第２及び第３の実施例によれば、アクリルパネル６０’をベースにして、力検出手段５５ａ〜５５ｄと圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂを一まとまりに構成されている。このようにすると、そのどちらかの機能を削除することも、容易に対応できる。これは、電子機器がその価格別にグループ分けされた場合に、低コスト向けに、本発明における入出力装置３００において、触覚発生の機能が不要な場合と、それが必要な場合とで、オプショナルにシリーズ要求がなされた際に、共通のアクリルパネル６０’で対応することが可能となり、部品選択性に優れている。
【０１１０】
更にまた、第２及び第３の実施例では、入力検出手段４５の信号線と圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂへの給電線とを共通のＦＰＣケーブル１９にまとめているので、別々にＦＰＣケーブル１９を設置する場合に比べて、その設置本数を１つに削減することができる。これにより、入出力装置２００や入出力装置３００等の部品点数の削減化、薄型化、その組み立て簡素化を図ることができる。
【実施例４】
【０１１１】
図１３は、第４の実施例としての触覚入力機能付きの携帯電話機４００の構成例を示す斜視図である。  
この実施例では、第１の実施例に係る振動伝達構造１００及び第２の実施例に係る入出力装置２００又は３００を備えると共に、表示手段２９上の入力検出面において、操作者が押下した位置の加圧力Ｆに対応した振動パターンに基づいて当該入力検出面を振動する振動伝達ユニット６０１又は６０２を備え、その入力検出面における操作者の押下操作に対して触覚を付与できるようにすると共に、表示手段２９に表示されたボタンアイコン等の入力を確定できるようにしたものである。
【０１１２】
図１３に示す携帯電話機４００は電子機器の一例であり、表示画面上の入力検出面を摺動接触操作される触覚機能付きの入出力装置２００又は３００を有している。携帯電話機４００は下部筐体１０及び上部筐体２０を備え、これらの筐体１０及び２０間は、回転レンジ機構１１によって可動自在に係合されている。この回転レンジ機構によれば、下部筐体１０の操作面の一端に設けられた図示しない軸部と、下部筐体１０の裏面の一端に設けられた図示しない軸受け部とが回転自在に係合され、上部筐体２０は下部筐体１０に対して角度±１８０°の回転自由度を有して面結合されている。
【０１１３】
下部筐体１０には、複数の押しボタンスイッチ１２から成る操作パネル１８が設けられる。押しボタンスイッチ１２は、「０」〜「９」数字キー、「＊」や「＃」等の記号キー、「オン」や「オフ」等のフックボタン、メニューキー等から構成される。下部筐体１０において、操作パネル面の下方には、通話用のマイクロフォン１３が取り付けられ、送話器として機能するようになされる。
【０１１４】
また、下部筐体１０の下端部には、モジュール型のアンテナ１６が取り付けられ、その上端内部側面には、大音響用のスピーカー３６ａが設けられ、着信メロディ等を放音するようになされる。下部筐体１０には、バッテリー１４や回路基板１７等が設けられ、下部筐体１０の裏面にはカメラ３４が取り付けられている。
【０１１５】
上述の下部筐体１０に対して、回転レンジ機構１１によって可動自在に係合された上部筐体２０には、その表面の上方に通話用のスピーカー３６ｂが取り付けられ、受話器として機能するようになされる。上部筐体２０のスピーカー取り付け面の下方には、例えば、触覚機能付き入出力装置２００が設けられる。入出力装置２００は、入力検出手段４５及び表示手段２９を有しており、表示画面上の入力検出面における操作体の押下操作に対して触覚を与えるものである。表示手段２９には、複数のボタンアイコン等の入力情報が表示される。
【０１１６】
次に、触覚入力機能付きの携帯電話機４００の内部構成例及び感触フィードバック入力方法について説明をする。図１４は、触覚入力機能付き携帯電話機４００の内部構成例を示すブロック図である。
【０１１７】
図１４に示す携帯電話機４００は、下部筐体１０の回路基板１７に各機能のブロックを実装して構成される。なお、図１〜図１３に示した各部及び手段と対応する部分は、同一符号で示している。携帯電話機４００は、制御手段１５、操作パネル１８、受信部２１、送信部２２、アンテナ共用器２３、入力検出手段４５、表示手段２９、電源ユニット３３、カメラ３４、記憶手段３５、圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂを有している。
【０１１８】
図１４に示す入力検出手段４５には、第１の実施例で説明した振動伝達構造１００を有するアクリルパネル６０’が備えられる。入力検出手段４５は、図９では静電容量方式の入力デバイスを説明したが、カーソリングと選択の機能を区別できるものであれば何でも良く、例えば、抵抗膜方式、表面波弾性方式（ＳＡＷ）、光方式、複数段方式タクトスイッチ等の入力デバイスであっても良く、好ましくは位置検出情報と力検出情報を制御手段１５に与えられる構成の入力デバイスであれば良い。上述の入力検出手段４５は操作者３０の指３０ａを介して少なくとも位置検出信号Ｓ１および入力量（押圧力；加圧力Ｆ）となる入力検出信号Ｓ２が入力される。
【０１１９】
制御手段１５は制御系を構成し、画像処理部２６、Ａ／Ｄドライバ３１、ＣＰＵ３２及びアクチュエータ駆動回路３７を有している。Ａ／Ｄドライバ３１には、入力検出手段４５からの位置検出信号Ｓ１および入力検出信号Ｓ２が供給される。Ａ／Ｄドライバ３１ではカーソリングとアイコン選択の機能を区別するために位置検出信号Ｓ１および入力検出信号Ｓ２よりなるアナログ信号をデジタルデータに変換する。この他にＡ／Ｄドライバ３１は、このデジタルデータを演算処理して、カーソリング入力かアイコン選択情報かを検出し、カーソリング入力かアイコン選択かを区別するフラグデータＤ３あるいは位置検出情報Ｄ１または入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に供給するようになされる。これらの演算はＣＰＵ３２内で実行してもよい。
【０１２０】
Ａ／Ｄドライバ３１にはＣＰＵ３２が接続される。ＣＰＵ３２はシステムプログラムに基づいて当該電話機全体を制御するようになされる。記憶手段３５には当該電話器全体を制御するためのシステムプログラムデータが格納される。図示しないＲＡＭはワークメモリとして使用される。ＣＰＵ３２は電源オンと共に、記憶手段３５からシステムプログラムデータを読み出してＲＡＭに展開し、当該システムを立ち上げて携帯電話機全体を制御するようになされる。例えば、ＣＰＵ３２は、Ａ／Ｄドライバ３１からの位置検出情報Ｄ１、入力検出情報Ｄ２及びフラグデータＤ３（以下単に入力データともいう）を受けて所定の指令データＤを電源ユニット３３や、カメラ３４、記憶手段３５、アクチュエータ駆動回路３７、映像＆音声処理部４４等のデバイスに供給したり、受信部２１からの受信データを取り込んだり、送信部２へ送信データを転送するように制御する。
【０１２１】
この例で、ＣＰＵ３２は、入力検出手段４５から得られる入力検出情報Ｄ２と予め設定された押下判定閾値Ｆthとを比較し、当該比較結果に基づいて圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂ等を振動制御するようにアクチュエータ駆動回路３７を制御する。例えば、入力検出手段４５の押下位置における入力検出面から伝播される触覚をＡ及びＢとすると、触覚Ａは、その押下位置における操作者の指３０ａの加圧力Ｆに応じた入力検出面を低周波数かつ小振幅の振動パターンから、高周波数かつ大振幅の振動パターンに変化させることによって得られる。また、触覚Ｂは、その押下位置における操作者の指３０ａの加圧力Ｆに応じた入力検出面を高周波数かつ大振幅の振動パターンから、低周波数かつ小振幅の振動パターンに変化させることよって得られる。
【０１２２】
上述のＣＰＵ３２には記憶手段３５が接続され、入力項目選択用の表示画面を、例えば、３次元的に表示するための表示情報Ｄ４や、当該表示情報Ｄ４に対応したアイコンの選択位置及び振動モードに関する制御情報Ｄｃ等が表示画面毎に記憶される。制御情報Ｄｃには、表示手段２９におけるアプリケーション（３次元的な表示や、各種表示内容）に同期した複数の異なった触覚を発生でき、その触覚を発生せしめる複数の具体的な振動波形、及び、アプリケーション毎の具体的な触覚発生モードを設定するアルゴリズムが含まれる。記憶手段３５には、ＥＥＰＲＯＭや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が使用される。
【０１２３】
この例でＣＰＵ３２は、Ａ／Ｄドライバ３１から出力される位置検出情報Ｄ１、入力検出情報Ｄ２及びフラグデータＤ３に基づいて表示手段２９の表示制御及び圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂの出力制御をする。例えば、制御手段１５は、入力手段２４から得られる位置検出信号Ｓ１及び力検出手段５５ａ〜５５ｄから得られる入力検出信号Ｓ２に基づいて記憶手段３５から制御情報Ｄｃを読み出して圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂに振動制御電圧Ｖａを供給する。
【０１２４】
ＣＰＵ３２は、例えば、入力検出手段４５が押下判定閾値Ｆthを越える入力検出情報Ｄ２を検出したとき、触覚Ａを起動し、その後、押下判定閾値Ｆthを下回る入力検出情報Ｄ２を検出したとき、触覚Ｂを起動するようにアクチュエータ駆動回路３７を制御する。このようにすると、操作者の指３０ａ等の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる。
【０１２５】
ＣＰＵ３２には、アクチュエータ駆動回路３７が接続され、ＣＰＵ３２からの制御情報Ｄｃに基づいて振動制御電圧Ｖａを発生する。振動制御電圧Ｖａは、正弦波形からなる出力波形を有している。アクチュエータ駆動回路３７には２個の圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂが接続され、各々が振動制御電圧Ｖａに基づいて振動するようになされる。
【０１２６】
この例で、アクチュエータ駆動回路３７は、各アプリケーションに対応する押下判定閾値Ｆthを記憶する。例えば、押下判定閾値Ｆthはトリガーパラメータとしてアクチュエータ駆動回路３７に設けられたＲＯＭ等に予め格納される。アクチュエータ駆動回路３７は、ＣＰＵ３２の制御を受けて、入力検出情報Ｄ２を入力し、予め設定された押下判定閾値Ｆthと、入力検出情報Ｄ２から得られる加圧力Ｆとを比較し、Ｆth＞Ｆの判定処理や、Ｆth≦Ｆ等の判定処理を実行する。
【０１２７】
この例で、押下判定閾値Ｆth＝１００［ｇｆ］を設定すると、クラシックスイッチの触覚を得るための振動パターンに基づいて入力検出面を振動するようになされる。また、押下判定閾値Ｆth＝２０［ｇｆ］を設定すると、サイバースイッチの触覚を得るための振動パターンに基づいて入力検出面を振動するようになされる。
【０１２８】
ＣＰＵ３２にはアクチュエータ駆動回路３７の他に画像処理部２６が接続され、ボタンアイコン２９ａ等を３次元的に表示するための表示情報Ｄ４を画像処理するようになされる。画像処理後の表示情報Ｄ４を表示手段２９に供給するようになされる。この例で、ＣＰＵ３２は、表示画面中のボタンアイコンを奥行方向に遠近感を有して３次元的に表示するように表示手段２９を表示制御する。
【０１２９】
このように構成された入出力装置２００は、例えば、入力項目選択用の表示画面に表示された複数のボタンアイコンの１つを押下（接触）して当該表示画面上で入力手段２４をＺ方向に押下すると触覚を伴って画面入力操作されるものである。操作者３０は、指３０ａに振動を受けて触感として、ボタンアイコン毎の振動を感じる。
【０１３０】
表示手段２９の表示内容は操作者の目による視覚により、スピーカー３６ａ、３６ｂ等からの放音は、操作者の耳による聴覚により各機能を判断するようになされる。上述のＣＰＵ３２には操作パネル１８が接続され、例えば、相手方の電話番号を手動入力する際に使用される。表示手段２９には上述のアイコン選択画面の他に映像信号Ｓｖに基づいて着信映像を表示するようにしてもよい。
【０１３１】
また、図１４に示すアンテナ１６は、アンテナ共用器２３に接続され、着呼時、相手方からの無線電波を基地局等から受信する。アンテナ共用器２３には受信部２１が接続され、アンテナ１６から導かれる受信データを受信して映像や音声等を復調処理し、復調後の映像及び音声データＤinをＣＰＵ３２等に出力するようになされる。受信部２１には、ＣＰＵ３２を通じて映像＆音声処理部４４が接続され、デジタルの音声データをデジタル／アナログ変換して音声信号Ｓoutを出力したり、デジタルの映像データをデジタル／アナログ変換して映像信号Ｓｖを出力するようになされる。
【０１３２】
映像＆音声処理部４４には大音響用及び受話器を構成するスピーカー３６ａ、３６ｂが接続される。スピーカー３６ａは、着呼時、着信音や着信メロディ等を鳴動するようになされる。スピーカー３６ｂは、音声信号Ｓinを入力して相手方の話声３０ｄ等を拡大するようになされる。この映像＆音声処理部４４にはスピーカー３６ａ、３６ｂの他に、送話器を構成するマイクロフォン１３が接続され、操作者の声を集音して音声信号Ｓoutを出力するようになされる。映像＆音声処理部４４は、発呼時、相手方へ送るためのアナログの音声信号Ｓinをアナログ／デジタル変換してデジタルの音声データを出力したり、アナログの映像信号Ｓｖをアナログ／デジタル変換してデジタルの映像データを出力するようになされる。
【０１３３】
ＣＰＵ３２には受信部２１の他に、送信部２２が接続され、相手方へ送るための映像及び音声データＤout等を変調処理し、変調後の送信データをアンテナ共用器２３を通じアンテナ１６に供給するようになされる。アンテナ１６は、アンテナ共用器２３から供給される無線電波を基地局等に向けて輻射するようになされる。
【０１３４】
上述のＣＰＵ３２には送信部２２の他に、カメラ３４が接続され、被写体を撮影して、例えば、静止画情報や動作情報を送信部２２を通じて相手方に送信するようになされる。電源ユニット３３は、バッテリー１４を有しており、ＣＰＵ３２、操作パネル１８、受信部２１、送信部２２、入力検出手段４５、圧電アクチュエータ２５ａ、２５ｂ、表示手段２９、カメラ３４及び記憶手段３５にＤＣ電源を供給するようになされる。
【０１３５】
図１５Ａ及びＢは、触覚Ａ及びＢに係る振動パターン例を示す波形図である。図１５Ａ及びＢにおいて、いずれも横軸は、時間ｔである。縦軸は振動制御信号Ｓａ等の電圧（振幅Ａｘ）［Ｖ］である。振動制御信号Ｓａは、図示しないアンプにより振動制御電圧Ｖａに増幅して使用される。この例では、ボタンアイコン２９ａ等において、それを押し込む時は触覚Ａを与え、それを離す時は触覚Ｂを与える場合を前提とする。
【０１３６】
図１５Ａに示す第１の振動パターンＰａは触覚Ａを与える波形である。その触覚Ａの駆動条件ａは、ボタンアイコン２９ａ等が押し込まれたとき、押下判定閾値Ｆthと加圧力Ｆとの関係がＦth＜Ｆとなる場合であって、第１段階ｉで約０．１秒間、周波数ｆｘ＝５０Ｈｚ、振幅Ａｘ＝５μｍ、回数Ｎｘ＝２回の振動パターンで振動する。以下［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［５０  ５  ２］と表記する。同様にして、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［１００  １０  ２］の振動パターンで振動するようになされる。
【０１３７】
図１５Ｂに示す第２の振動パターンＰｂは触覚Ｂを与える波形である。その触覚Ｂの駆動条件ｂは、ボタンアイコン２９ａ等が押し込まれた後に、そのボタンアイコン２９ａが放されたとき、押下判定閾値Ｆthと加圧力Ｆとの関係がＦth＞Ｆとなる場合であって、第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［８０  ８  ２］で振動し、同様にして、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［４０  ８  ２］の振動パターンで振動する。このような振動パターンに基づいて入力検出面を振動すると、サイバースイッチ等の触覚を得ることができる。
【０１３８】
図１６Ａ及びＢは、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その１）を示す図である。図１６Ａにおいて、縦軸は加圧力Ｆであり、入力検出信号Ｓ２（二値化後は入力検出情報Ｄ２）から得られる。図１６Ｂにおいて、縦軸は振動制御信号Ｓａ等の電圧（振幅）である。振動制御信号Ｓａは、図示しないアンプにより振動制御電圧Ｖａに増幅して使用される。図１６Ａ及びＢにおいて、横軸はいずれも時間ｔである。
【０１３９】
一般に、ボタンスイッチ操作等において、入力モーションピークが存在する。設計通りの押下速度（操作入力速度）である場合、その加圧力Ｆは３０［ｇｆ］乃至２４０［ｇｆ］程度であることが知られている。図１６Ａに示す加圧力分布波形Ｉは、入力装置設計時に基準とした、Ｚ方向への押下速度による加圧力Ｆを反映したものである。
【０１４０】
この例で入力検出手段４５から得られる入力検出信号Ｓ２に対して予め押下判定閾値Ｆthが設定され、ＣＰＵ３２は、入力検出信号Ｓ２の立ち上がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ１１に第１の振動パターンＰａを発生し、入力検出信号Ｓ２の立ち下がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ２１に第２の振動パターンＰｂを発生するようにアクチュエータ振動回路３７を制御する。
【０１４１】
このようにすると、入力検出手段４５が入力装置設計時に基準とした加圧力Ｆを検出し、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＜加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ａを起動することができ、押下判定閾値Ｆth＞加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ｂを起動することができる。なお、振動パターンＰａと振動パターンＰｂとの間には、無振動の空白期間Ｔｘ＝Ｔ１が設けられる。この空白期間Ｔｘは、Ｚ方向への押圧速度に応じて可変するようになされる。
【０１４２】
図１７Ａ及びＢは、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その２）を示す図である。図１７Ａにおいて、縦軸は加圧力Ｆであり、入力検出信号Ｓ２（二値化後は入力検出情報Ｄ２）から得られる。図１７Ｂにおいて、縦軸は振動制御信号Ｓａ等の電圧（振幅）である。振動制御信号Ｓａは、図示しないアンプにより振動制御電圧Ｖａに増幅して使用される。図１７Ａ及びＢにおいて、横軸はいずれも時間ｔである。
【０１４３】
図１７Ａに示す加圧力分布波形IIは、図１６Ａに示した基準押下速度よりも早くボタンアイコン等を押下した場合の加圧力Ｆを反映したものである。この例でも、図１６Ａと同様にして、入力検出手段４５から得られる入力検出信号Ｓ２に対して予め押下判定閾値Ｆthが設定され、ＣＰＵ３２は、入力検出信号Ｓ２の立ち上がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ１２に振動パターンＰａを発生し、入力検出信号Ｓ２の立ち下がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ２２に振動パターンＰｂを発生するようにアクチュエータ振動回路３７を制御する。
【０１４４】
このようにすると、入力検出手段４５が基準押下速度よりも早くボタンアイコン等が押下された場合の加圧力Ｆを検出し、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＜加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ａを起動することができる。また、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＞加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ｂを起動することができる。なお、振動パターンＰａと振動パターンＰｂとの間には、無振動の空白期間Ｔｘ＝Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）が設けられる。
【０１４５】
このように、設計時の押下速度よりも早い押下速度である場合であっても、前半で触覚Ａが伝わり、クリック感のある荷重に到達させることができ、その後半で、触覚Ｂが伝わり、クリック感のあるストロークに到達させることができる。この例で押下判定閾値Ｆth＝１００［ｇｆ］を設定すると、クラシックスイッチの触覚を得ることができる。
【０１４６】
続いて、携帯電話機４００における情報処理例について説明をする。図１８は、第４の実施例に係る携帯電話機４００における情報処理例を示すフローチャートである。
【０１４７】
この例では、携帯電話機４００において、第１の実施例に係る振動伝達構造１００及び第２の実施例に係る入出力装置２００又は３００のいずれかを備えると共に、操作者の指３０ａで当該携帯電話機４００の表示画面上の入力検出面を押下操作して情報を入力する場合を前提とする。携帯電話機４００には、例えば、同一振動モード内において、操作者の指３０ａ等による加圧力Ｆをパラメータにして波形を加工する機能（アルゴリズム）が備えられる。ＣＰＵ３２は、入力検出情報Ｄ２から加圧力Ｆを算出し、図１６Ａに示したような駆動条件ａ，ｂに対応して判別を行い、その判別結果で、同一の振動モード内において、いかなる種類の入力に対しても、入力動作中の動きに対応した触覚を発生できるようにした。
【０１４８】
これらを情報処理条件にして、ＣＰＵ３２は、図１８に示すフローチャートのステップＧ１で電源オンを待機する。例えば、ＣＰＵ３２は電源オン情報を検出してシステムを起動する。電源オン情報は通常、時計機能等が稼働し、スリーピング状態にある携帯電話機等の電源スイッチをオンされたときに発生する。
【０１４９】
そして、ステップＧ２に移行してＣＰＵ３２は、アイコン画面を表示するように表示手段２９を制御する。例えば、ＣＰＵ３２は、表示手段２９に表示情報Ｄ４を供給して表示画面に入力情報を表示する。表示画面に表示された入力情報は、入力検出面を有した入力検出手段４５を通じて目視可能になされる。そして、ステップＧ３に移行してＣＰＵ３２は、ボタンアイコン入力モード又はその他の処理モードに基づいて制御を分岐する。ボタンアイコン入力モードとは、ボタンアイコン選択時に入力検出面上のアイコンボタン２９ａ等を押下する入力操作をいう。
【０１５０】
ボタンアイコン入力モードが設定された場合、ボタンアイコン２９ａ等が押し込まれるので、ステップＧ４に移行してＣＰＵ３２は入力検出情報Ｄ２に基づいて加圧力Ｆを算出する。このとき、力検出手段５５ａ〜５５ｄは、入力検出面における操作者の指３０ａの押下位置の加圧力Ｆを検出し、入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄドライバ３１に出力する。Ａ／Ｄドライバ３１は入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換後の入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に転送する。
【０１５１】
そして、ステップＧ５に移行して、ＣＰＵ３２は加圧力Ｆと押下判定閾値Ｆthとを比較し、これらの関係がＦ＞Ｆthとなるか否かを判別する。これらの関係がＦ＞Ｆthとなる場合は、ステップＧ６に移行して触覚Ａを起動する。触覚Ａは、圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂによって、操作者の指３０ａの加圧力Ｆに対応した振動パターンＰａに基づいて入力検出面を振動することで得られる。
【０１５２】
例えば、触覚Ａは、図１５Ａに示した周波数ｆｘ、振幅Ａｘ及び回数Ｎｘに関して、第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［５０  ５  ２］の振動パターンで振動し、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［１００  １０  ２］の振動パターンで振動する。このようにすると、操作者の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる（駆動条件ａ）。
【０１５３】
その後、ステップＧ７に移行してＣＰＵ３２は更に加圧力Ｆを検出する。加圧力Ｆは、力検出手段５５ａ〜５５ｄによってボタンアイコン２９ａの押し込みに続いてボタンアイコン２９ａから離れる状態が検出される。このとき、力検出手段５５ａ〜５５ｄは、入力検出面における操作者の指３０ａの押下位置から離れるときの加圧力Ｆを検出し、入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄドライバ３１に出力する。Ａ／Ｄドライバ３１は入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換後の入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に転送する。
【０１５４】
そして、ステップＧ８に移行してＣＰＵ３２は、加圧力Ｆと押下判定閾値Ｆthとを比較し、これらの関係がＦ＜Ｆthか否かを判別する。これらの関係がＦ＜Ｆthとなる場合は、触覚Ｂを起動する。触覚Ｂは、圧電アクチュエータ２５ａ及び２５ｂによって、操作者の指３０ａの加圧力Ｆに対応した振動パターンＰｂに基づいて入力検出面を振動することで得られる。そのボタンアイコン２９ａが放された触覚Ｂは、例えば、図１５Ｂに示した第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［８０  ８  ２］の振動パターンで振動し、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［４０  ８  ２］の振動パターンで振動する。このようにすると、操作者の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる（駆動条件ｂ）。
【０１５５】
その後、ステップＧ１０に移行して入力を確定する。このとき、ＣＰＵ３２は、入力操作面で当該押下位置に表示された入力情報を確定する。これにより、表示手段２９上の入力検出面における操作者の指３０ａの押下操作に対応した、アナログスイッチや、サイバースイッチ等の触覚を取得できるようになる。そして、ステップＧ１２に移行する。なお、ステップＧ３で他の処理モードが選択された場合は、ステップＧ１１に移行して他の処理モードを実行する。他の処理モードには、電話モードやメール作成、送信表示モード等が含まれる。電話モードには、相手方に電話を発信する操作が含まれる。ボタンアイコン２９ａ等は、電話モード選択時の文字入力項目が含まれる。他の処理モードを実行した後は、ステップＧ１２に移行する。ステップＧ１２でＣＰＵ３２は終了判断をする。例えば、電源オフ情報を検出して情報処理を終了する。電源オフ情報が検出されない場合は、ステップＧ２に戻って、メニュー等のアイコン画面を表示し、上述した処理を繰り返すようになされる。
【０１５６】
このように、第４の実施例としての触覚入力機能付きの携帯電話機４００によれば、第１の実施例に係る振動伝達構造１００及び、当該構造を応用した第２の実施例に係る入出力装置２００又は３００のいずれかが備えられる。触覚提示時、アクリルパネル６０’に振動を伝達する場合、表示手段２９には、入力項目選択用のアイコン等が表示される。アイコン等の表示光は、入力手段２４及びアクリルパネル６０’を透過して、操作者により視認される。入力検出手段４５は、操作者の指３０ａの接触を検出して位置検出情報Ｄ１及び力検出情報Ｄ２を入力するように操作される。
【０１５７】
ＣＰＵ３２は、位置検出情報Ｄ１及び力検出情報Ｄ２に基づいて圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂに、所定の振動制御電圧Ｖａを印加するようになされる。従って、振動制御電圧Ｖａに基づいて圧電アクチュエータ２５ａ，２５ｂが振動し、アクリルパネル６０’に振動を再現性良く伝達することができる。例えば、操作者の指３０ａ等による押下操作に対応した振動パターン（振幅と周波数と振動回数）により複数種類の振動を発生すると、操作者の指３０ａ等に精度良い触覚を提示することができる。
【０１５８】
この例では、アクリルパネル６０’の下方から上方に向かって振動を伝播することができるので、従来方式に比べて筐体の薄型化が図れる他に、部品点数の削減化、寸法精度の向上及び信頼性の向上を図ることができる。しかも、組み立て工程の簡素化が図られ、従来方式に比べて振動伝播機構の設計制約を軽減できる他に、触覚入力機能付きの電子機器のコストダウンに寄与するところが大きい。
【０１５９】
これにより、当該振動伝達構造１００を薄型化するフィルム状の静電容量方式のタッチパネルや、抵抗膜方式のタッチパネル、液晶表示装置等と組み合わせた、超薄型の触覚入力機能付きの携帯電話機を提供できるようになる。電子機器に関して、携帯電話機の場合について説明したが、これに限られることはなく、表示手段やタッチパネルを有する情報処理装置や、これらを有する情報携帯端末装置等にも本発明を応用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
この発明は予め準備された入力項目選択用の表示画面の中からアイコンを選択して情報を入力する触覚入力機能付きの情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明に係る第１の実施例としての振動伝達構造例（組立前）を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、その振動伝達構造例（組立後）を示す平面図、Ｘ１−Ｘ１矢視断面図及び正面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、圧電アクチュエータ２５ａ等の構成例を示す上面図及びそのＹ１−Ｙ１矢視断面図である。
【図４】フィルム状圧電体の積層例及びその内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６の内部結線例を示す断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、アクリルパネル６０の射出成形例を示す工程図である。
【図６】アクリルパネル６０の部品収納部６１ａへの圧電アクチュエータ２５ａの組立例を示す正面図である。
【図７】第２の実施例としての触覚機能付きの入出力装置２００の構造例を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、振動伝達ユニット６０１の構成例（補足）を示す上面図、Ｘ２−Ｘ２矢視断面図及び正面図である。
【図９】入出力装置２００における振動伝達ユニット６０１の組立例を示す斜視図である。
【図１０】第３の実施例としての触覚機能付きの入出力装置３００の構造例を示す斜視図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は、振動伝達ユニット６０２の構成例（補足）を示す上面図、Ｘ３−Ｘ３矢視断面図及び正面図である。
【図１２】入出力装置３００における振動伝達ユニット６０２の組立例を示す斜視図である。
【図１３】第４の実施例としての触覚入力機能付きの携帯電話機４００の構成例を示す斜視図である。
【図１４】触覚入力機能付き携帯電話機４００の内部構成例を示すブロック図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、触覚Ａ及びＢに係る振動パターン例を示す波形図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その１）を示す図である。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）は、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その２）を示す図である。
【図１８】第４の実施例に係る携帯電話機４００における情報処理例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１６２】
３，３ａ，３ｂ・・・引出し電極（基板，シム）、８ａ・・・振動作用部、１０・・・下部筐体、１１・・・回転レンジ機構、１５・・・制御手段、２０・・・上部筐体、２１・・・受信部、２２・・・送信部、２４・・・入力手段、２５ａ，２５ｂ・・・圧電アクチュエータ（圧電体）、２９・・・表示手段、３２・・・ＣＰＵ（制御手段）、３５・・・記憶手段、４５・・・入力検出手段、６０，６０’・・・アクリルパネル（光透過部材）、６１ａ，６１ｂ・・・部品収納部、１００・・・振動伝達構造、２００，３００・・・触覚機能付きの入出力装置、４００・・・携帯電話機（電子機器），６０１，６０２・・・振動伝達ユニット
【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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