(57)【要約】【課題】割れにくく、耐摩耗性に優れ、振動効率の低下を抑制できる触感提示装置を提供する。【解決手段】触感インターフェース（ＩＦ）パネル３は、強化用繊維及び熱硬化性樹脂を組み合わせた高弾性の複合材料で構成されている振動パネル２１と、振動パネル２１の下面に固定されたアクチュエータ６と、振動パネル２１の上面を被覆する被覆膜３１とを備える。振動パネル２１は、ガラスよりも高い破壊強度を備えるので割れにくく、その内部では振動の減衰が少ないので、プラスチックよりも振動効率の低下を抑制できる。また、振動パネル２１の上面に被覆膜３１を成膜するので、耐摩耗性を確保することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化用繊維及び熱硬化性樹脂を組み合わせた高弾性の複合材料で構成されている第１基板と、
前記第１基板の下面に固定された振動生成素子と、
前記第１基板の上面を被覆する被覆膜と
を備えることを特徴とする触感提示装置。
【請求項２】
前記第１基板は前記振動生成素子を駆動するための信号を供給する配線を備えることを特徴とする請求項１に記載の触感提示装置。
【請求項３】
前記第１基板は前記振動生成素子を駆動する駆動回路を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の触感提示装置。
【請求項４】
第２基板と、
前記第１基板の下面に形成された第１導電膜と、
前記第２基板の上面に形成され、前記第１導電膜に対向する第２導電膜と、
前記第１導電膜と前記第２導電膜との間に配置され、前記第１導電膜と前記第２導電膜とを固定する接着剤と、
を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触感提示装置。
【請求項５】
前記第１基板の下方に設置される光源と、
前記第１基板の下面又は上面に形成され、前記光源からの光を遮断する遮断層と
前記遮断層の一部に形成され、前記光源からの光を通過させる空隙と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触感提示装置。
【請求項６】
前記第１基板の下方に設置される光源と、
前記第１基板と前記光源との間に配置され、磁性流体を含む部材と、
前記光源の下方に設置され、前記磁性流体を駆動する磁場発生部材と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触感提示装置。
【請求項７】
前記第１基板と前記被覆膜との間に表示装置を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触感提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触感提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、触覚フィードバックを行うインターフェースデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、可動板を押圧した際に、押圧されている可動板又は可動板を支持する支持基板を振動し、操作者に入力操作感を発生させるタッチパネル入力装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、薄板ガラスに貼り付けたアクチュエータを超音波帯で振動し、薄板ガラス上に定在波を発生させ、スクイーズ膜効果により様々な触感を提供する触感提示装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。スクイーズ膜効果は振動している面に指を近づけた際に、空気の膜が指と振動面との間に生じそれにより摩擦力が減少する現象である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５１９０８２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２２５０７号公報
【特許文献３】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】
【０００５】
触感提示装置に用いる薄板ガラスは数百ミクロンの厚みであるため、脆くて割れやすいという問題がある。特に、薄板ガラスには超音波帯の振動の負荷や指による押圧の負荷がかかるため、薄板ガラスに発生したマイクロクラックを起点として薄板ガラスが破壊されるおそれがある。薄板ガラスに代えてプラスチックを利用する場合には、表面硬度が小さく摩耗しやすいという問題がある。さらに、プラスチック内部では振動の減衰が大きいため、振動効率が悪いという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、割れにくく、耐摩耗性に優れ、振動効率の低下を抑制できる触感提示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、明細書に開示された触感提示装置は、強化用繊維及び熱硬化性樹脂を組み合わせた高弾性の複合材料で構成されている第１基板と、前記第１基板の下面に固定された振動生成素子と、前記第１基板の上面を被覆する被覆膜とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の触感提示装置によれば、割れにくく、耐摩耗性に優れ、振動効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）は本実施の形態に係る触感提示装置の一例の構成図である。（Ｂ）は触感提示装置に搭載される駆動回路の構成図である。
【図２】触感ＩＦパネルの一例の構成図である。
【図３】実施例１に係る触感ＩＦパネルの断面図である。
【図４】（Ａ）は実施例２に係る触感ＩＦパネルの断面図である。（Ｂ）は実施例２に係る触感ＩＦパネルの斜視図である。
【図５】（Ａ）は実施例３に係る触感ＩＦパネルの断面図である。（Ｂ）は実施例３に係る触感ＩＦパネルの斜視図である。
【図６】実施例４に係る触感ＩＦパネルの断面図である。
【図７】（Ａ）は実施例５に係る触感ＩＦパネルの断面図である。（Ｂ）は実施例５に係る触感ＩＦパネルの変形例の断面図である。
【図８】実施例６に係る触感ＩＦパネルの断面図である。
【図９】実施例７に係る触感ＩＦパネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１（Ａ）は、本実施の形態に係る触感提示装置の一例の構成図である。図１（Ｂ）は、触感提示装置に搭載される駆動回路の構成図である。
【００１２】
図１の触感提示装置１は、スマートホン又はタブレット端末のような情報処理装置２と、情報処理装置２上に配置される触感インターフェース（ＩＦ）パネル３と、情報処理装置２及び触感ＩＦパネル３を収容する筐体４と、触感ＩＦパネル３の上面の外周部を覆うカバー５とを備えている。触感ＩＦパネル３は、超音波帯域（約３０ｋＨｚ）の振動を生成する振動生成素子としてのアクチュエータ６を備えている。情報処理装置２は、タッチパネル付きのディスプレイ７と、コントローラ８と、アクチュエータ６を振動させる駆動回路９とを備えている。コントローラ８は、ディスプレイ７及び駆動回路９に接続されている。触感ＩＦパネル３は透明あるいは透過率５０％程度以上の光線透過性を持つものであり、ユーザはディスプレイ７に表示されるデータを閲覧することができる。ディスプレイ７は静電容量式のタッチパネル７ａ及び表示装置としてのディスプレイ７ｂを備えている。
【００１３】
操作者の指が触感ＩＦパネル３に触れると、コントローラ８は、タッチパネル７ａを介してタッチ位置を検出する。また、コントローラ８は、指が触感ＩＦパネル３から離れたことを検出する。さらに、コントローラ８は、操作者の指がスライドした場合に、指の移動距離及び移動方向などを算出する。
【００１４】
駆動回路９は、触感の生成に直結する数〜数十Ｈｚ（即ち人間の感覚に沿った周波数）の変調用波形を生成するＤＡ回路１３と、触感ＩＦパネル３の共振周波数近傍の約３０ｋＨｚの励起信号を発振する発振回路１４と、ＤＡ回路１３からの信号を数Ｖ〜数十Ｖの電圧に増幅するとともに、十分な電力を触感ＩＦパネル３に供給するための電力増幅を行う増幅回路１５とを備えている。発振回路１４からの励起信号の振幅は、変調用波形の包絡線に従って制御される。駆動回路９は、コントローラ８からの指示信号に応じて、様々な波形の駆動電圧をアクチュエータ６に供給する。
【００１５】
コントローラ８が指を滑らかにスライドさせるための第１指示信号を駆動回路９に出力すると、一定の振幅の波形を有する電圧が駆動回路９から連続的にアクチュエータ６に供給され、アクチュエータ６が連続的に超音波帯域の振動を発生する。これにより、操作者は触感ＩＦパネル３の表面上で指を滑らかにスライドさせることができる。
【００１６】
コントローラ８が指に凹凸感（ザラザラ感）を提示するための第２指示信号を駆動回路９に出力すると、例えば矩形波状の電圧が駆動回路９から周期的にアクチュエータ６に供給され、アクチュエータ６が周期的に超音波帯域の振動を発生する。これにより、触感ＩＦパネル３の表面上で指に凹凸感が提示される。
【００１７】
コントローラ８が振動を停止する第３指示信号を駆動回路９に出力すると、駆動回路９からアクチュエータ６への電圧供給が停止され、アクチュエータ６が超音波帯域の振動を停止する。これにより、触感ＩＦパネル３の表面上で指が滑らなくなる摩擦感が指に提示される。
【００１８】
尚、タッチパネル付きのディスプレイ７に代えて、ディスプレイの無いタッチパネル７ａが使用されてもよい。また、触感提示装置１は、最小構成として触感ＩＦパネル３及びアクチュエータ６を備えていればよく、必ずしも情報処理装置２、筐体４及びカバー５を備えている必要はない。
【００１９】
図２は、触感ＩＦパネル３の一例の構成図である。触感ＩＦパネル３は、透明あるいは光線透過性のある矩形の第１基板としての振動パネル２１と、振動パネル２１のＸ方向の両端に設けられたアクチュエータ６と、各アクチュエータ６のＹ方向の両端を挟み込むように振動パネル２１上に形成された配線パターン２２と、配線パターン２２の一端に接続されるＦＰＣ（Flexible printed circuits）２３と、振動パネル２１を筐体４に固定するためのベース２４とを備えている。ＦＰＣ２３は図１の駆動回路９に接続されている。
【００２０】
（実施例１）
図３は、実施例１に係る触感ＩＦパネル３の断面図である。図３の触感ＩＦパネル３は、振動パネル２１と、アクチュエータ６と、振動パネル２１の上面を被覆する被覆膜３１とを備えている。
【００２１】
振動パネル２１は、高弾性の複合材料で構成されている。高弾性の複合材料としては、強化用繊維に熱硬化性樹脂を組み合わせて機械的性質及び熱的性質を強化した材料が好ましい。
【００２２】
強化用繊維は、弾性係数が５０ＧＰａ以上の高弾性の繊維が好ましく、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾビソオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、炭素繊維、超高分子ポリエチレン繊維又はボロン繊維などである。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、不飽和性ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂又はフェノール樹脂などである。
【００２３】
アクチュエータ６は薄板状であり、例えば圧電素子が挙げられる。被覆膜３１は、耐摩耗性のハードコート材で構成されている。ハードコート材としては、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、メラミン系樹脂又はウレタン系樹脂などを使用することができる。ハードコート材の成膜法としては、熱硬化法、ＵＶ硬化法又は電子線硬化法などが適用可能である。
【００２４】
例えば、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させ加圧積層成形したガラスエポキシ基板の上面に熱硬化法によりシリコン系樹脂の被覆膜３１を成膜し、ガラスエポキシ基板の下面にアクチュエータ６を接着剤で固定することにより、図３の触感ＩＦパネル３を形成することができる。
【００２５】
高弾性の複合材料で構成された振動パネル２１は、ガラスよりも高い破壊強度を備えるので割れにくく、その内部では振動の減衰が少ないので、プラスチックよりも振動効率の低下を抑制できる。また、耐摩耗性のハードコート材を使って指で触れる振動パネル２１の上面に被覆膜３１を成膜するので、耐摩耗性を確保することができる。さらに、ガラス製の振動パネルは割れやすいので、孔を開けたり削る加工が難しいが、本実施例の振動パネル２１は割れにくいので、孔を開けたり削る加工が容易である。
【００２６】
尚、図１のように、触感ＩＦパネル３を静電容量式のタッチパネル上に配置する場合には、振動パネル２１の材料として炭素繊維以外の強化用繊維を使用するのが好ましい。炭素繊維は導電性が高いので、静電容量式のタッチパネル上に配置すると、静電容量式のタッチパネルが正常に動作しなくなるおそれがあるためである。
【００２７】
（実施例２）
図４（Ａ）は、実施例２に係る触感ＩＦパネル３の断面図である。図４（Ｂ）は、実施例２に係る触感ＩＦパネル３の斜視図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の触感ＩＦパネル３では、アクチュエータ６が振動パネル２１の下面に形成され、さらにアクチュエータ６を駆動するための信号供給線である配線パターン２２が、銀ペーストの印刷焼成によって振動パネル２１の下面に形成されている。ここでは、配線パターン２２の振動パネル２１中央側の端部と外部の駆動回路９との間をＦＰＣ２３で接続する（図２参照）。第１実施例と同様に、振動パネル２１の上面に被覆膜３１が形成されている。
【００２８】
ガラスに対する銀ペーストの印刷焼成では特殊な方法が用いられるため、振動パネル２１がガラスである場合には、振動パネル２１の上下両面に銀ペーストによる配線パターン２２を形成することが困難であった。しかしながら、実施例１と同様に高弾性の複合材料で構成されている振動パネル２１を用いる場合には、タッチパネルの製造で既に使用されている配線パターンの製造技術を流用できるので、振動パネル２１の上下両面に配線パターン２２を容易に形成することができる。
【００２９】
このように、高弾性の複合材料で構成された振動パネル２１は、ガラスの振動パネルよりも配線パターンを形成しやすいというメリットがある。尚、振動パネル２１に貫通孔を形成し、振動パネル２１の上下両面に形成された配線パターン２２を振動パネル２１内部で導通させてもよい。
【００３０】
（実施例３）
図５（Ａ）は、実施例３に係る触感ＩＦパネル３の断面図である。図５（Ｂ）は、実施例３に係る触感ＩＦパネル３の斜視図である。実施例３では、振動パネル２１の上面に被覆膜３１が形成され、アクチュエータ６及び配線パターン２２が振動パネル２１の下面に形成され、さらに駆動回路９が振動パネル２１の下面に搭載されている。駆動回路９は、配線パターン２２の振動パネル２１中央側の端部に接続されている。
【００３１】
このように、駆動回路９が振動パネル２１に搭載されているので、触感ＩＦパネル３の全体の厚みを薄型化することができる。尚、配線パターン２２及び／又は駆動回路９を振動パネル２１に搭載する構成は、後述する他の実施例にも適用可能である。
【００３２】
（実施例４）
図６は、実施例４に係る触感ＩＦパネル３の断面図である。実施例４では、触感ＩＦパネル３が静電容量式タッチパネルを備えており、振動パネル２１が静電容量式タッチパネルの上部基板に対応する。従って、振動パネル２１は静電容量式タッチパネルの一部を構成する。
【００３３】
振動パネル２１は高弾性の複合材料で構成されており、振動パネル２１の上面に被覆膜３１が形成され、アクチュエータ６及び配線パターン２２が振動パネル２１の下面に形成されている。さらに、上部導電膜３２が振動パネル２１の下面に形成されている。第２基板としての下部基板３５は例えばガラス板であり、下部基板３５の上面に例えば下部導電膜３４が形成されている。上部導電膜３２と下部導電膜３４とは互いに対向するように配置され、上部導電膜３２と下部導電膜３４とは接着剤３３で固定されている。振動パネル２１、上部導電膜３２、接着剤３３、下部導電膜３４及び下部基板３５は静電容量式タッチパネルを構成する。上部導電膜３２及び下部導電膜３４はそれぞれ第１導電膜及び第２導電膜として機能する。
【００３４】
このように、本実施例によれば振動パネル２１を振動板としてだけでなく、静電容量式タッチパネルの上部基板として利用できるので、静電容量式タッチパネル付きの触感ＩＦパネル３を薄型化することができる。
【００３５】
（実施例５）
図７（Ａ）は、実施例５に係る触感ＩＦパネル３の断面図である。図７（Ｂ）は、実施例５に係る触感ＩＦパネル３の変形例の断面図である。図７（Ａ）では、振動パネル２１は高弾性の複合材料で構成されており、振動パネル２１の上面に被覆膜３１が形成され、アクチュエータ６が振動パネル２１の下面に形成されている。さらに、振動パネル２１の下面に塗装又は印刷などによりマスク３７が形成され、マスク３７及びアクチュエータ６の下方に光源としてバックライト３８が配置されている。バックライト３８は導光板でもよい。マスク３７の一部には、文字や数字、記号などの形状の空隙３９が形成されている。バックライト３８から上方へ向かう光はマスク３７で遮断されるが、空隙３９を通過する。
【００３６】
図７（Ｂ）では、振動パネル２１の上面にマスク３７が形成され、マスク３７の上面に被覆膜３１が形成されている。図７（Ａ）と同様に、マスク３７の一部には文字や数字、記号などの形状の空隙３９が形成されている。バックライト３８から上方へ向かう光はマスク３７で遮断されるが、空隙３９を通過する。
【００３７】
このように、光を遮断するマスク３７及び光を通過させる空隙３９を振動パネル２１の下面又は上面に形成し、振動パネル２１の下方からバックライト３８で照らすことで、触感ＩＦパネル３を空隙３９に形成された文字、数字又は記号などの形状で光らせることができる。
【００３８】
（実施例６）
図８は、実施例６に係る触感ＩＦパネル３の断面図である。図８では、振動パネル２１は高弾性の複合材料で構成されており、振動パネル２１の上面に被覆膜３１が形成され、アクチュエータ６が振動パネル２１の下面に形成されている。さらに、振動パネル２１の下面に磁性流体を含む部材（以下、磁性流体含有部材という）４１が貼り付けられている。磁性流体含有部材４１及びアクチュエータ６の下方にバックライト３８が配置され、バックライト３８の下方に磁場発生部材として電磁コイルアレイ４２が配置されている。コントローラ８（図１（Ａ）参照）が電磁コイルアレイ４２から発生する磁場を制御することで、磁性流体含有部材４１に含まれる磁性流体の動きを制御する。この場合、磁性流体の動きによりバックライト３８から照らされる光に濃淡ができて、文字、数字、記号又は模様などを作成することができる。
【００３９】
尚、バックライト３８は導光板でもよい。磁性流体含有部材４１は、バックライト３８と振動パネル２１との間に配置されていればよく、例えば、バックライト３８の上面に貼り付けられてもよい。
【００４０】
このように、バックライト３８と振動パネル２１との間に磁性流体含有部材４１を配置し、バックライト３８の下方に電磁コイルアレイ４２が配置して、磁場により磁性流体含有部材４１に含まれる磁性流体の動きを制御することで、文字、数字、記号又は模様などを光らせることができる。
【００４１】
（実施例７）
図９は、実施例７に係る触感ＩＦパネル３の断面図である。図９では、振動パネル２１は高弾性の複合材料で構成されており、振動パネル２１の上面にフィルム状の有機ＥＬディスプレイ４３が配置され、有機ＥＬディスプレイ４３の上面に被覆膜３１が形成され、アクチュエータ６が振動パネル２１の下面に形成されている。図９の構造により、表示機能付きの触感ＩＦパネル３を薄型化することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、触感インターフェース（ＩＦ）パネル３は、強化用繊維及び熱硬化性樹脂を組み合わせた高弾性の複合材料で構成されている振動パネル２１と、振動パネル２１の下面に固定されたアクチュエータ６と、振動パネル２１の上面を被覆する被覆膜３１とを備える。振動パネル２１は、ガラスよりも高い破壊強度を備えるので割れにくく、その内部では振動の減衰が少ないので、プラスチックよりも振動効率の低下を抑制できる。また、振動パネル２１の上面に被覆膜３１を成膜するので、耐摩耗性を確保することができる。
【００４３】
尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  触感提示装置
３  触感インターフェース（ＩＦ）パネル
６  アクチュエータ
９  駆動回路
２１  振動パネル
２２  配線パターン
３７  マスク
３８  バックライト
４１  磁性流体含有部材
４２  電磁コイルアレイ
【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】
2019061373.tif 000009
【図８】
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【図９】
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