(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板に接続されていて、振動の節と前記振動の節以外の振動領域とを生じさせながら前記振動板を振動させる振動部と、
前記振動板に設けられ、タッチ操作を受け付ける検出部と、を備え、
前記検出部は、前記タッチ操作により押圧される押圧部と、前記押圧部に連結する押し子と、前記押し子によって押下され、前記タッチ操作が行われたことを検出するスイッチ部と、を有し、
前記押圧部は、前記押圧部を正面視して前記振動の節と重なり、前記押し子は、前記押圧部を正面視して前記振動領域と重なる触覚提示装置。
【請求項２】
前記押し子は、前記押圧部を正面視して前記振動の節から最も遠い位置で、前記押圧部に連結する請求項１に記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記押し子の数は複数であり、
複数の押し子は、前記押圧部を正面視して前記振動の節および前記振動領域と重なる請求項１又は２に記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記押し子は、前記スイッチ部に固定されていない請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記振動部は、面方向に伸縮する伸縮フィルムで構成される、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項６】
前記検出部が前記タッチ操作を検出したときに、前記振動部を駆動する駆動部を備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の触覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者に振動を伝えることで触覚フィードバックを与える触覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、キーボード等において、利用者がキーをタッチした時に振動を利用者に伝えることで触覚フィードバックを与え、キーを「押した」と感じさせる触覚提示装置が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１は、圧電フィルムと駆動部と振動板とタッチパネルとを備える触覚提示装置を開示している。圧電フィルムは、面方向に伸縮する。駆動部は、圧電フィルムを駆動する。振動板は、厚み方向に撓んだ状態で圧電フィルムに固定されている。タッチパネルは振動板の主面に設けられている。タッチパネル上には、キーボードのキー配列に対応した位置に複数のタッチセンサ（複数のキー）が設けられている。複数のタッチセンサは、利用者のタッチ操作を検出する。
【０００４】
特許文献１の触覚提示装置では、利用者が複数のタッチセンサの内の少なくとも１つに対してタッチ操作を行うと、駆動部が圧電フィルムに駆動信号を印加し、圧電フィルムが伸縮する。圧電フィルムが伸縮すると、振動板が振動し、その振動が利用者の指に伝わる。これにより、利用者は触覚フィードバックを得て、キーを「押した」と感じることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０５３２４７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の触覚提示装置において振動板は、振動の節を生じさせながら振動する。振動の節における振動板の変位は、極めて小さい又はゼロである。そのため、利用者が振動の節上に配置されたキーを指で触っても、十分な振動が利用者の指に伝わらない。すなわち、振動の節上に配置されたキーは、利用者にキーを「押した」と感じさせることが難しい。
【０００７】
したがって、特許文献１の触覚提示装置では、利用者が振動の節上に配置されたキーを指で触っても、十分な触覚フィードバックを得ることができないという問題がある。
【０００８】
そこで、振動の節上にキーを配置せず、振動の節を除く振動板の領域上にキーを配置する方法も考えられるが、この方法では、キーボードのキー配列の一部に隙間ができるため、操作性が悪くなったり触覚提示装置が大型化したりするという別の問題が生じる。
【０００９】
そこで本発明の目的は、利用者が振動の節上に配置されたキーを指で触ったときでも、十分な触覚フィードバックを得ることができる触覚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】
【００１０】
本発明の触覚提示装置は、振動板と振動部と検出部とを備える。振動部は例えば、面方向に伸縮する伸縮フィルムで構成される。振動部は、振動板に接続されている。振動部は、振動の節と振動の節以外の振動領域とを生じさせながら振動板を振動させる。触覚提示装置は、検出部がタッチ操作を検出したときに、振動部を駆動する駆動部を備えることが好ましい。
【００１１】
検出部は、振動板に設けられている。検出部は、前述のキーに対応し、タッチ操作を受け付ける。検出部は、押圧部と押し子とスイッチ部とを有する。押圧部は、タッチ操作により押圧される。押し子は、押圧部に連結する。スイッチ部は、押し子によって押下され、タッチ操作が行われたことを検出する。
【００１２】
押圧部は、押圧部を正面視して振動の節と重なる。押し子は、押圧部を正面視して振動領域と重なる。例えば押し子は、押圧部を正面視して振動の節から最も遠い位置で押圧部に連結することが好ましい。
【００１３】
この構成において、振動の節における振動板の変位は、極めて小さい又はゼロである。しかし、振動の節から遠ざかるにつれて、振動板の変位は大きくなっていく。すなわち、押し子が振動の節から遠ざかるにつれて、押し子の変位も大きくなっていく。
【００１４】
そのため、この構成では、利用者が押圧部の上面のどこを指で押下しても、最低限必要な振動が振動板の振動領域から押し子及び押圧部を介して利用者の指に伝わる。すなわち、タッチセンサは、押圧部が振動の節上に配置されているが、利用者にキーを「押した」と感じさせることができる。
【００１５】
したがって、この構成では、利用者が振動の節上に配置されたキー（検出部）を指で触ったときでも、十分な触覚フィードバックを得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、利用者が振動の節上に配置されたキーを指で触ったときでも、十分な触覚フィードバックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る触覚提示装置１００の斜視図である。
【図２】図１に示す振動装置２０の分解斜視図である。
【図３】図１に示す振動装置２０において振動板２１を除いた平面図である。
【図４】図１に示すＳ−Ｓ線の断面図である。
【図５】図４に示すタッチセンサ３１の断面図である。
【図６】図４に示すタッチセンサ１３１の断面図である。
【図７】図１に示す触覚提示装置１００において振動板２１が振動している様子を示すＳ−Ｓ線の断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る触覚提示装置２００の断面図である。
【図９】図８に示す触覚提示装置２００において振動板２１が振動している様子を示す断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る触覚提示装置３００の断面図である。
【図１１】図１０に示すタッチセンサ３３１の断面図である。
【図１２】図１０に示す触覚提示装置３００において振動板２１が振動している様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１００について図面を用いて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る触覚提示装置１００の斜視図である。図２は、図１に示す振動装置２０の分解斜視図である。図３は、図１に示す振動装置２０において振動板２１を除いた平面図である。図４は、図１に示すＳ−Ｓ線の断面図である。
【００１９】
本実施形態において、触覚提示装置１００はタッチセンサ式のキーボードを構成している。触覚提示装置１００は、制御部１１、駆動部１２、及び振動装置２０を備えている。振動装置２０は、タッチパネル３０、振動板２１、圧電フィルム２２、及び２つのスペーサ７０を備えている。
【００２０】
振動板２１は、振動装置２０の厚み方向から視て矩形状であり、振動装置２０の厚み方向に直交する第１の面方向（以下、フィルム張架方向とも言う。）に沿う短辺と、振動装置２０の厚み方向および第１の面方向に直交する第２の面方向（以下、フィルム幅方向とも言う。）に沿う長辺を有している。すなわち、振動板２１は、互いに直交する第１の面方向および第２の面方向に伸びる形状である。
【００２１】
また、振動板２１は、第２の面方向（フィルム幅方向）から視て、天面側に凸、底面側に凹に湾曲している。また、振動板２１は、厚み方向に弾性変形可能な材料、例えばＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）で構成されている。なお、振動板２１は、金属板、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ＰＬＬＡ、ガラスエポキシ基板、ガラス等の他の材料で構成されていてもよい。
【００２２】
タッチパネル３０は、振動板２１の一方の主面（正面）に装着されている。タッチパネル３０には、キーボードのキー配列に対応した位置に複数のタッチセンサ３１及び複数のタッチセンサ１３１が設けられている。複数のタッチセンサ３１及び複数のタッチセンサ１３１は、キーボードの複数のキーを構成し、利用者のタッチ操作を受け付ける。複数のタッチセンサ３１及び複数のタッチセンサ１３１の違いについては後述する。
【００２３】
なお、タッチセンサ１３１が本発明の検出部の一例に相当する。振動板２１が本発明の振動部の一例に相当する。圧電フィルム２２が本発明の伸縮フィルムの一例に相当する。
【００２４】
各タッチセンサ３１は、利用者によるタッチ操作を検出すると、検出信号を制御部１１に出力する。各タッチセンサ１３１も同様に、利用者によるタッチ操作を検出すると、検出信号を制御部１１に出力する。
【００２５】
制御部１１は、複数のタッチセンサ３１及び複数のタッチセンサ１３１の内の１つから検出信号を受信すると、駆動部１２に制御信号を出力する。駆動部１２は、制御部１１から制御信号を受信すると、振動装置２０の圧電フィルム２２に駆動電圧を印加する。
【００２６】
なお、タッチセンサ３１は、利用者のタッチ操作を検出する機能であればどの様な方式であってもよく、メンブレン式、静電容量式、圧電フィルム式、等の様々な方式を用いることができる。タッチセンサ１３１も同様に、利用者のタッチ操作を検出する機能であればどの様な方式であってもよく、メンブレン式、静電容量式、圧電フィルム式、等の様々な方式を用いることができる。
【００２７】
圧電フィルム２２は、振動板２１の底面側に配置されている。圧電フィルム２２の第１の面方向（フィルム張架方向）の両端は、固定端２４として振動板２１に貼付されている。すなわち、圧電フィルム２２は、振動板２１の底面側で、第１の面方向（フィルム張架方向）に並ぶ複数の箇所で振動板２１に接続されている。圧電フィルム２２は、駆動電圧が印加されると、少なくとも第１の面方向（フィルム張架方向）に伸縮する。
【００２８】
より具体的には、圧電フィルム２２は、ここでは圧電材料からなるフィルムの両主面それぞれの全面に図示しない電極を設けて構成している。圧電フィルム２２の圧電材料は、例えばキラル高分子であるＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。
【００２９】
圧電フィルム２２がＰＬＬＡで構成される場合、図３中に白抜きの矢印で示す方向に延伸処理が施されたフィルムから、主延伸方向に対して略４５°の方向を第１の面方向（フィルム張架方向）として圧電フィルム２２を切り出すことで、圧電フィルム２２に第１の面方向（フィルム張架方向）に伸び縮みするような圧電性を持たせることができる。なお、延伸方向は、４５°であることが最も効果的であるが、例えば４５±１０°の範囲であっても略同等の効果が得られる。
【００３０】
圧電フィルム２２は、第１の面方向（フィルム張架方向）に張力を架けた状態で振動板２１の底面側に張られており、これにより、振動板２１は厚み方向に撓むように弾性変形している。このようにして、振動板２１と圧電フィルム２２は、第２の面方向（フィルム幅方向）から視て弓状に構成された振動装置２０を構成している。この振動装置２０では、圧電フィルム２２が第１の面方向（フィルム張架方向）に伸縮することにより、撓み量が変化するように振動板２１は振動する。
【００３１】
２つのスペーサ７０は、例えば、金属、ＰＥＴ、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ＡＢＳ樹脂、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）などからなる。各スペーサ７０は、振動板２１の下面と圧電フィルム２２の上面との間に挟まれている。各スペーサ７０は、振動板２１と圧電フィルム２２とが対向する隙間部分で、第１の面方向（フィルム張架方向）に互いに並べられ、第２の面方向（フィルム幅方向）にそれぞれ伸びている。
【００３２】
各スペーサ７０の第２の面方向（フィルム幅方向）の両端は、圧電フィルム２２と重ならない位置で振動装置２０の取付面（例えば地面）上に載置されている。このため、２つのスペーサ７０は、振動板２１と圧電フィルム２２との隙間部分の最小間隔を規定するとともに、振動装置２０の取付面に対向するように振動板２１および圧電フィルム２２を支持する。
【００３３】
次に、スペーサ７０について具体的な構造を説明する。
【００３４】
上記した２つのスペーサ７０のそれぞれは、図２、図３に示すように、複数の脚部７１と、基部７３と、複数の突起７５と、を備えている。基部７３は、角柱状の部位であり、スペーサ７０の第２の面方向における両端間に延びている。すなわち、基部７３は、圧電フィルム２２と振動板２１とに挟まれる隙間部分を通って第２の面方向（フィルム幅方向）に伸びている。
【００３５】
複数の脚部７１は、基部７３の第２の面方向（フィルム幅方向）の両端から厚み方向の底面側に突出するように設けられている。第２の面方向（フィルム幅方向）での複数の脚部７１の間隔は、圧電フィルム２２の第２の面方向（フィルム幅方向）の寸法よりも大きく設定されている。
【００３６】
圧電フィルム２２は、第２の面方向（フィルム幅方向）での複数の脚部７１の間を通過するように設けられている。より具体的には、ここでの圧電フィルム２２は、第２の面方向（フィルム幅方向）での複数の脚部７１の間で、基部７３の底面に当接している。すなわち、複数の脚部７１は、第２の面方向（フィルム幅方向）に沿って並び、圧電フィルム２２に重ならない位置で基部７３から突出している。
【００３７】
そして、突起７５は、基部７３から厚み方向の天面側に突出し、それぞれの頂面で振動板２１に接触可能に設けられている。
【００３８】
次に、タッチセンサ３１及びタッチセンサ１３１の構成について説明する。
図５は、図４に示すタッチセンサ３１の断面図である。図６は、図４に示すタッチセンサ１３１の断面図である。タッチセンサ３１及びタッチセンサ１３１が相違する点は、押し子６１、６２、６３である。
【００３９】
タッチセンサ３１は、図５に示すように、押圧部５０と押し子６１とスイッチ部４０とを有する。押圧部５０は、平板状であり、タッチ操作により押圧される部分である。
【００４０】
スイッチ部４０は、導電性の第１接点シート４４と絶縁性のスペーサ４３と導電性の第２接点シート４２と絶縁性の表面シート４１とを有する。押し子６１は、押圧部５０の中央部に連結している。また、押し子６１の下面は、表面シート４１の上面に接着剤等によって貼付されている。
【００４１】
第１接点シート４４と第２接点シート４２とは、スペーサ４３を挟んでいる。これにより、第１接点シート４４と第２接点シート４２との間には空間４９が形成され、第１接点シート４４と第２接点シート４２とが絶縁している。
【００４２】
タッチセンサ３１において押圧部５０の上面がタッチ操作により押圧されたとき、押し子６１によって第２接点シート４２が押下されて第１接点シート４４に接触する。これにより、タッチセンサ３１は、利用者によるタッチ操作を検出し、検出信号を制御部１１に出力する。
【００４３】
一方、タッチセンサ１３１は、図６に示すように、押圧部５０と押し子６２、６３とスイッチ部４０とを有する。押し子６２、６３は、押圧部５０の両端部に連結している。また、押し子６２、６３の下面は、表面シート４１の上面に接着剤等によって貼付されている。
【００４４】
タッチセンサ１３１において押圧部５０の上面がタッチ操作により押圧されたとき、押し子６２、６３によって第２接点シート４２が押下されて第１接点シート４４に接触する。これにより、タッチセンサ１３１は、利用者によるタッチ操作を検出し、検出信号を制御部１１に出力する。
【００４５】
図７は、図１に示す触覚提示装置１００において振動板２１が振動している様子を示すＳ−Ｓ線の断面図である。なお、図７は、説明の便宜上、振動板２１の振動を強調して示している。
【００４６】
圧電フィルム２２に交流電圧が印加されて駆動すると、圧電フィルム２２には第１の面方向（フィルム張架方向）の伸縮が繰り返し生じる。すると、圧電フィルム２２から振動板２１に伝わる張力が周期的に変化する。これにより、図７中に点線で示すように、振動板２１の撓み量が周期的に変化する。
【００４７】
これにより、圧電フィルム２２の収縮時には振動板２１の第１の面方向（フィルム張架方向）における中央部分が上方に変位する。そして、圧電フィルム２２の伸長時には振動板２１の第１の面方向（フィルム張架方向）における中央部分が下方に変位する。すなわち、圧電フィルム２２は、振動の節Ｎと振動の節Ｎ以外の振動領域とを生じさせながら振動板２１を振動させる。スペーサ７０の上面に対向する振動板２１の領域が、振動の節Ｎとなっている。
【００４８】
ここで、複数のタッチセンサ１３１は全て、振動の節Ｎ上に設けられている。そして、各タッチセンサ１３１に関して図７に示すように、押圧部５０は、押圧部５０を正面視して振動の節Ｎと重なり、押し子６２、６３は、押圧部５０を正面視して振動領域と重なる。特に、押し子６３は、押圧部５０を正面視して振動の節Ｎから最も遠い位置で押圧部５０に連結している。
【００４９】
振動の節Ｎにおける振動板２１の変位は、極めて小さい又はゼロである。しかし、振動の節Ｎから遠ざかるにつれて、振動板２１の変位は大きくなっていく。すなわち、押し子６２、６３が振動の節Ｎから遠ざかるにつれて、押し子６２、６３の変位も大きくなっていく。
【００５０】
そのため、利用者が押圧部５０の上面のどこを指で押下しても、最低限必要な振動が振動板２１の振動領域から押し子６２、６３及び押圧部５０を介して利用者の指に伝わる。すなわち、タッチセンサ１３１は、押圧部５０が振動の節Ｎ上に配置されているが、利用者にキーを「押した」と感じさせることができる。
【００５１】
したがって、触覚提示装置１００では、利用者が振動の節Ｎ上に配置されたキーを指で触っても、十分な触覚フィードバックを得ることができる。
【００５２】
以下、本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置２００について図面を用いて説明する。
図８は、第２の実施形態に係る触覚提示装置２００の断面図である。図９は、図８に示す触覚提示装置２００において振動板２１が振動している様子を示す断面図である。
【００５３】
触覚提示装置２００が第１の実施形態の触覚提示装置１００と相違する点は、タッチパネル３０上の全てのキーがタッチセンサ１３１で構成されている点である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。
【００５４】
触覚提示装置２００のタッチセンサ１３１においても押圧部５０は、押圧部５０を正面視して振動の節Ｎと重なり、押し子６２、６３は、押圧部５０を正面視して振動領域と重なる。
【００５５】
したがって、触覚提示装置２００でも触覚提示装置１００と同様に、利用者が振動の節Ｎ上に配置されたキーを指で触っても、十分な触覚フィードバックを得ることができる。
【００５６】
以下、本発明の第３の実施形態に係る触覚提示装置３００について図面を用いて説明する。
図１０は、第３の実施形態に係る触覚提示装置３００の断面図である。図１１は、図１０に示すタッチセンサ３３１の断面図である。図１２は、図１０に示す触覚提示装置３００において振動板２１が振動している様子を示す断面図である。
【００５７】
触覚提示装置３００が第１の実施形態の触覚提示装置１００と相違する点は、タッチセンサ３３１である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。
【００５８】
触覚提示装置３００のタッチセンサ３３１においても押圧部５０は、押圧部５０を正面視して振動の節Ｎと重なる。そして、押圧部５０を正面視して、押し子６２は振動の節Ｎと重なり、押し子６３は振動領域と重なる。
【００５９】
したがって、触覚提示装置３００でも触覚提示装置１００と同様に、利用者が振動の節Ｎ上に配置されたキーを指で触っても、十分な触覚フィードバックを得ることができる。
【００６０】
なお、前述した各実施形態において、振動部として圧電フィルム２２を用いる例を示したが、本発明の振動部はこれに限られるものではない。同様に、伸縮フィルムとして圧電フィルム２２を用いる例を示したが、本発明の伸縮フィルムはこれに限られるものではない。
【００６１】
実施の際、例えば、電歪フィルム、エレクトレットフィルム、圧電セラミック、圧電粒子を高分子に分散させたコンポジットフィルム、電気活性高分子フィルム等で構成することもできる。電気活性高分子フィルムとは、電気的駆動によって応力を発生するフィルム、または電気的駆動によって変形して変位を発生するフィルムである。具体的には、電歪フィルム、コンポジット材料（圧電セラミックスを樹脂モールドした材料）、電気駆動型エラストマー、または液晶エラストマー等がある。
【００６２】
また、前述した各実施形態では、振動装置２０がタッチパネル３０を備え、複数のタッチセンサ３１及び複数のタッチセンサ１３１がタッチパネル３０上に設けられているが、これに限るものではない。実施の際、振動装置２０がタッチパネル３０を備えず、複数のタッチセンサ３１及び複数のタッチセンサ１３１が振動板２１上に直接設けられていてもよい。
【００６３】
また、前述した各実施形態において、押し子６１、６２、６３の下面は、スイッチ部４０の上面に接着剤等によって固定されているが、これに限るものではない。実施の際、押し子６１、６２、６３の下面は、スイッチ部４０の上面に接着剤等によって固定されていなくてもよい。
【００６４】
また、前述した各実施形態において、触覚提示装置１００、２００、３００が２つのスペーサ７０を備えているが、これに限るものではない。実施の際、触覚提示装置１００、２００、３００がスペーサ７０を備えていなくてもよい。この場合、振動板２１の両端が取付面（例えば地面）に接触する。
【００６５】
最後に、上述の各実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６６】
Ｎ…節
１１…制御部
１２…駆動部
２０…振動装置
２１…振動板
２２…圧電フィルム
２４…固定端
３０…タッチパネル
３１…タッチセンサ
４０…スイッチ部
４１…表面シート
４２…第２接点シート
４３…スペーサ
４４…第１接点シート
４９…空間
５０…押圧部
６１…押し子
６２…押し子
６３…押し子
７０…スペーサ
７１…脚部
７３…基部
７５…突起
１００…触覚提示装置
１３１…タッチセンサ
２００…触覚提示装置
３００…触覚提示装置
３３１…タッチセンサ
【図１】
0006504011.tif 000002
【図２】
0006504011.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006504011.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006504011.tif 000007
【図７】
0006504011.tif 000008
【図８】
0006504011.tif 000009
【図９】
0006504011.tif 000010
【図１０】
0006504011.tif 000011
【図１１】
0006504011.tif 000012
【図１２】
0006504011.tif 000013