(57)【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、
前記トップパネルの前記操作面とは反対の面における、前記固有振動によって生じる定在波の節に対応する位置であるとともに、前記固有振動によって生じる定在波の分数周波数の定在波の節と節の間に位置する位置に当接する減衰部材と
を含む、電子機器。
【請求項２】
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、
前記トップパネルの前記操作面とは反対の面における、前記固有振動によって生じる定在波の節に対応する位置に当接する減衰部材と
を含み、
前記定在波の節は、前記トップパネルの端から２番目の節である、電子機器。
【請求項３】
前記減衰部材の前記トップパネルに接する面とは反対の面に接する部材をさらに含む、請求項１又は２記載の電子機器。
【請求項４】
前記減衰部材は、前記部材に固定される、請求項３記載の電子機器。
【請求項５】
前記部材は、表示部、又は、前記電子機器の筐体である、請求項３又は４記載の電子機器。
【請求項６】
前記減衰部材は、前記反対の面に固定される、請求項１乃至５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、コンプライアントサスペンションシステムを有するハプティック装置がある。該ハプティック装置は、ハウジング部品と、タッチスクリーン部品と、前記タッチスクリーン部品が前記ハウジング部品に対して可動であるように前記タッチスクリーン部品と前記ハウジング部品とをともに連結する少なくとも１つのコンプライアントサスペンション部材とを備える。【０００３】
該ハプティック装置は、前記ハウジング部品に対して前記タッチスクリーン部品を動かす力を生成するとともに、ハプティック効果を前記タッチスクリーン部品の利用者に提供する、前記少なくとも１つのサスペンション部材の少なくとも一方の面に結合される圧電材料セグメントを備える。【０００４】
前記圧電材料セグメントによって生成された前記力に応じて、前記少なくとも１つのサスペンション部材は、第１の方向への前記ハウジング部品に対する前記タッチスクリーン部品の動きを可能にするように構成されているとともに、少なくとも第２の方向への前記タッチスクリーン部品と前記ハウジング部品との間の動きを抑制するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１５−５２２８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のハプティック装置は、コンプライアントサスペンション部材でハウジング部品に対してタッチスクリーン部品を可動にしているが、タッチスクリーン部品は、様々な周波数の振動が生じうるため、可聴域のノイズが生じるおそれがある。【０００７】
そこで、可聴域のノイズを抑制した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、前記トップパネルの前記操作面とは反対の面における、前記固有振動によって生じる定在波の節に対応する位置であるとともに、前記固有振動によって生じる定在波の分数周波数の定在波の節と節の間に位置する位置に当接する減衰部材とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
可聴域のノイズを抑制した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】トップパネルの両端が支持端である場合における基本定在波と分数周波数の定在波の波形を示す図である。
【図９】トップパネルの両端が支持端である場合におけるトップパネルに生じる基本定在波の波形と減衰部材の位置との関係を示す図である。
【図１０】トップパネルに生じる基本定在波の波形と減衰部材の位置との関係を示す図である。
【図１１】トップパネルの両端が自由端である場合における基本定在波と分数周波数の定在波の波形を示す図である。
【図１２】トップパネルの両端が自由端である場合における基本定在波の波形と減衰部材の位置との関係を示す図である。
【図１３】振動素子を駆動した場合のタッチパネルの振動の解析結果を示す図である。
【図１４】減衰部材が存在しない条件下で振動素子を駆動した場合のタッチパネルの振動の解析結果を示す比較用の図である。
【図１５】振動素子を駆動した場合のタッチパネルの振動の解析結果を示す図である。
【図１６】減衰部材が存在しない条件下で振動素子を駆動した場合のタッチパネルの振動の解析結果を示す比較用の図である。
【図１７】シミュレーションモデルを示す図である。
【図１８】タッチパネルの中央に分数周波数の力を加えた場合のタッチパネルの振動の解析結果を示す図である。
【図１９】減衰部材が存在しない条件下でタッチパネルの中央に分数周波数の力を加えた場合のタッチパネルの振動の解析結果を示す図である。
【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１４０Ａ、１４０Ｂ、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、基板１７０、及び減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを含む。
【００１９】
筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、凹部１１０Ａに基板１７０、ディスプレイパネル１６０、タッチパネル１５０、及び減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂ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２つの振動素子１４０Ａ、１４０Ｂが接着され、平面視における二辺が両面テープ１３０によって筐体１１０に接着されている。また、トップパネル１２０は、２つの減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂによって筐体１１０に対して接続されている。
【００２２】
なお、両面テープ１３０は、トップパネル１２０を筐体１１０に接着できればよく、トップパネル１２０の四辺に沿ってタッチパネル１５０及びディスプレイパネル１６０を囲む矩形環状の形状を有していてもよい。
【００２３】
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。
【００２４】
トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０Ａ、１４０Ｂが接着された状態で、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ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１４０Ａ、１４０Ｂが接着されているため、実際には、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ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。
【００２５】
振動素子１４０Ａ、１４０Ｂは、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側と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されている。２つの振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ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。振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ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振動素子１４０Ａ、１４０Ｂを含むものを用いることができる。
【００２６】
振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ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１４０Ａ、１４０Ｂ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１４０Ａ、１４０Ｂのオン／オフは駆動信号によって制御される。
【００２７】
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、非対称なモードであるので、逆位相で駆動すればよい。
【００２８】
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１４０Ａ、１４０Ｂ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１４０Ａ、１４０Ｂ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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂは、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸負方向側と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当接するように設けられている。減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂは、超音波帯の定在波をトップパネル１２０に発生させる際に、可聴域のノイズの発生を抑制するために設けられている。
【００３９】
減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂは、例えば、シリコンゴム、天然ゴム、又はクロロプレンゴム等のゴム製である。減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂは、変形可能な弾性体及び／又は粘性を有する材質製であればよい。
【００４０】
減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂは、Ｚ軸負方向側の端部（下端）が筐体１１０の凹部１１０Ａの表面に接着され、Ｚ軸正方向側の端部（上端）がトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面に当接するように配設される。
【００４１】
２つの減衰部材１８０Ａ、１８０ＢのＹ軸方向における位置は、次のように設定する。トップパネル１２０に生じる定在波の複数の節と複数の腹は、Ｙ軸方向に沿って生じる。
【００４２】
Ｙ軸負方向側に位置する減衰部材１８０ＡのＹ軸方向における位置は、トップパネル１２０に生じる定在波の複数の節のうち、トップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部側から２番目の節に対応する位置である。
【００４３】
また、Ｙ軸正方向側に位置する減衰部材１８０ＢのＹ軸方向における位置は、トップパネル１２０に生じる定在波の複数の節のうち、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部側から２番目の節に対応する位置である。このような位置に２つの減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置することによって可聴域のノイズの発生を抑制できる理由については後述する。
【００４４】
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１４０Ａ、１４０Ｂ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１４０Ａ、１４０Ｂ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。
【００４５】
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。そして、このような超音波帯の定在波をトップパネル１２０に発生させる際に、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂによって可聴域のノイズが発生することを抑制する。
【００４６】
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。
【００４７】
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、定在波の変位を誇張して示す。また、図４の（Ａ）、（Ｂ）では振動素子１４０Ａ、１４０Ｂを省略する。
【００４８】
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。
【００４９】
【数１】
0006784297.tif 000002
【００５０】
【数２】
0006784297.tif 000003
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。
【００５１】
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。
【００５２】
トップパネル１２０は、平板状の部材であるが、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ（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。
【００５３】
なお、ここでは、２つの振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ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１４０Ａ、１４０Ｂのうちのいずれか１つを含む構成であってもよい。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
トップパネル１２０には、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂが設けられている。ここでは、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
図７は、実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。
【００７３】
電子機器１００は、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ、アンプ１４１Ａ、１４１Ｂ、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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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１４１Ａ、１４１Ｂ、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。
【００７７】
アンプ１４１Ａ、１４１Ｂは、それぞれ、駆動制御装置３００と振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ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１４０Ａ、１４０Ｂを駆動する。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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１４０Ａ、１４０Ｂ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。
【００８３】
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１４０Ａ、１４０Ｂ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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
次に、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置する位置について説明する。減衰部材１８０Ａ及び１８０Ｂは、それぞれ、トップパネル１２０に生じる定在波の複数の節のうち、トップパネル１２０のＹ軸負方向側及びＹ軸正方向側の端部側から２番目の節に対応する位置に配設される。
【０１１０】
電子機器１００から減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを取り除いた装置において、トップパネル１２０に利用者の指先が接触している状態で発生する可聴域の音をマイクロフォンで測定したところ、駆動制御部２４０から振動素子１４０Ａ、１４０Ｂに印加されている駆動信号の周波数（駆動周波数）の２分の１、又は、４分の１の周波数の成分が多く出ていることが分かった。駆動周波数をｆｃ、２以上の整数をＮとすると、ｆｃ／Ｎという分数周波数の音が発生し、聞こえていると考えられる。このように人間が聞き取れる音は、可聴域の音であり、場合によってはノイズになりうる。
【０１１１】
駆動周波数ｆｃの振動がトップパネル１２０に生じており、指先とトップパネル１２０が１秒にｆｃ回衝突しているときに、ｆｃ／２の周波数の振動がトップパネル１２０に加わったと仮定すると、周波数ｆｃと周波数ｆｃ／２の振動とが合成されることにより、１秒感にｆｃ／２回だけ指先とトップパネル１２０とが衝突することになる。周波数ｆｃ／２は、可聴域の周波数である。
【０１１２】
これによりトップパネル１２０は、周波数ｆｃ／２の力の成分で加振されることになり、周波数ｆｃ／２の振動が大きくなり、可聴域の音がマイクロフォンで測定されたものと考えられる。同様に、Ｎが２以上のすべての整数で、ｆｃ／Ｎの周波数の振動が発生する可能性があると考えられる。
【０１１３】
様々な寸法及びヤング率を有する複数のトップパネル１２０を振動させたときに、実際に測定されることが多いのは、ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の周波数の成分であった。このため、これらの周波数の振動を低減すれば、可聴域の音を低減することができると考えられる。トップパネル１２０に定在波を発生させるような曲げ振動では、周波数ｆと波長Ｐの関係は、次式（３）で表される。すなわち、波長Ｐは、周波数ｆの平方根に反比例する。
【０１１４】
【数３】
0006784297.tif 000004
ここで、駆動制御部２４０で駆動している周波数ｆｃの定在波を基本定在波と称することとすると、基本定在波の波長を基準として、ｆｃ／２の周波数の曲げ振動の波長は、基本定在波の波長Ｐの√２倍である。また、ｆｃ／３の周波数の曲げ振動の波長は、基本定在波の波長Ｐの√３倍であり、ｆｃ／４の周波数の曲げ振動の波長は、基本定在波の波長Ｐの２倍である。
【０１１５】
トップパネル１２０のＹ軸方向の端における変位が零で、曲げ振動による傾きが有るという条件（トップパネル１２０のＹ軸方向の端が支持端であるという条件）で、波長√２Ｐ（周波数ｆｃ／２）、波長√３Ｐ（周波数ｆｃ／３）、波長２Ｐ（周波数ｆｃ／４）の波長の定在波は、図８に示す通りである。このような境界条件では、梁の振動の理論から、定在波の形は三角関数となるので、ここでは波長Ｐを√２倍、√３倍、２倍にした三角関数で定在波の形状を表した。
【０１１６】
図８は、トップパネル１２０の両端が支持端である場合に、波長Ｐ（周波数ｆｃ）の基本定在波、波長√２Ｐ（周波数ｆｃ／２）の定在波、波長√３Ｐ（周波数ｆｃ／３）の定在波、及び波長２Ｐ（周波数ｆｃ／４）の定在波の波形を示す図である。図８には、トップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部側のみを示す。
【０１１７】
また、図９は、トップパネル１２０の両端が支持端である場合に、トップパネル１２０に生じる基本定在波の波形と、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの位置との関係を示す図である。
【０１１８】
図８において、横軸はＹ軸であり、Ｙ＝０はトップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部を表す。また、縦軸は定在波の変位（Ｚ軸方向の変位）を表す。縦軸の値が零（０）であることは、トップパネル１２０がＺ軸方向に変位していないことを表す。このため、縦軸の値が零（０）である点は、定在波の節である。また、縦軸の値が正又は負の最大である点は、定在波の腹である。なお、図８に示す４つの定在波の波形は、腹における変位が最大になっている瞬間のものである。
【０１１９】
基本定在波の節の位置と、周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の定在波の節の位置とは、波長が異なるので一致しない。しかしながら、基本定在波の端（Ｙ＝０の位置）の節を１番目の節とすると、例えば、基本定在波のＹ軸負方向側から２番目の節では、周波数ｆｃ／２の定在波の変位は最大値の約７０％であり、周波数ｆｃ／３の定在波の変位は、最大値の約８５％であり、周波数ｆｃ／４の定在波の変位は、最大値である。
【０１２０】
そこで、図９に示すように、基本定在波の端から２番目の節の位置において、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂをトップパネル１２０と筐体１１０との間に配置すると、基本定在波の駆動効率にあまり影響を与えずに、周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の振動を減衰させることができると考えられる。
【０１２１】
減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂは変形することにより、周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の振動にエネルギ損失を生じさせ、振動を減衰させることになる。しかしながら、基本定在波については、節ではトップパネル１２０の変位がないので、振動を妨げない。減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの位置が腹に近いモードの定在波ほど、減衰され易いと考えられる。
【０１２２】
従って、基本定在波の端から２番目の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置することが、分数周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の振動を低減し、可聴域の音の発生を抑制することに効果的である。
【０１２３】
以上のような理由から、トップパネル１２０に生じる定在波の複数の節のうち、トップパネル１２０のＹ軸負方向側及びＹ軸正方向側の端部側から２番目の節に対応する位置に、それぞれ、減衰部材１８０Ａ及び１８０Ｂを配設する。
【０１２４】
なお、節に対応する位置とは、定在波の節と腹が配列される方向（Ｙ軸方向）において節が存在する厳密な位置に限らず、定在波の節と腹が配列される方向（Ｙ軸方向）において節の前後（Ｙ軸方向における前後）の所定の範囲を含む意味である。換言すれば、節に対応する位置とは、節が存在する厳密な位置に加えて、節の近傍を含む意味である。節の近傍とは、例えば、定在波の波長ＷＬに対して、±ＷＬ／１０の範囲である。
【０１２５】
図１０は、トップパネル１２０に生じる基本定在波の波形と、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの位置との関係を示す図である。図９に比べて、図１０では、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂは、基本定在波の端から４番目の節の位置に存在する。
【０１２６】
図８において、基本定在波の端から４番目の節においては、周波数ｆｃ／２の定在波の変位は最大値の約２０％であり、周波数ｆｃ／３の定在波の変位は、最大値の約７０％であり、周波数ｆｃ／４の定在波の変位は、最大値である。
【０１２７】
このため、図１０に示すように、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを基本定在波の端から４番目の節の位置に配置すれば、基本定在波の端から２番目の節ほどではないが、分数周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の振動を低減し、可聴域の音の発生を抑制することができると考えられる。
【０１２８】
また、これは、基本定在波の端から２番目及び４番目の節に限らず、基本定在波の端から３番目又は５番目以降の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置すれば、同様の効果が得られると考えられる。
【０１２９】
次に、トップパネル１２０の両端が自由端である場合について説明する。トップパネル１２０の両端が自由端で、波長√２Ｐ（周波数ｆｃ／２）、波長√３Ｐ（周波数ｆｃ／３）、波長２Ｐ（周波数ｆｃ／４）の波長の定在波は、図１１に示す通りである。
【０１３０】
図１１は、トップパネル１２０の両端が自由端である場合に、波長Ｐ（周波数ｆｃ）の基本定在波、波長√２Ｐ（周波数ｆｃ／２）の定在波、波長√３Ｐ（周波数ｆｃ／３）の定在波、及び波長２Ｐ（周波数ｆｃ／４）の定在波の波形を示す図である。図１１には、トップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部側のみを示す。トップパネル１２０の端部が自由端である場合の基本定在波は、端部が節ではなく腹になる。
【０１３１】
また、図１２は、トップパネル１２０の両端が自由端である場合に、トップパネル１２０に生じる基本定在波の波形と、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの位置との関係を示す図である。
【０１３２】
図１１において、横軸はＹ軸であり、Ｙ＝０はトップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部を表す。また、縦軸は定在波の変位（Ｚ軸方向の変位）を表す。
【０１３３】
図１１に示す波長Ｐ（周波数ｆｃ）の基本定在波、波長√２Ｐ（周波数ｆｃ／２）の定在波、波長√３Ｐ（周波数ｆｃ／３）の定在波、及び波長２Ｐ（周波数ｆｃ／４）の定在波の波形は、梁の曲げ振動の理論から、すべての定在波は、三角関数と双曲線関数との和で次式（４）のように表されることから求めたものである。
【０１３４】
【数４】
0006784297.tif 000005
式（４）において、ＹはＹ座標、Ｕ（Ｙ）は定在波のＺ軸方向の変位、Ｌはトップパネル１２０のＹ軸方向の長さ、λ／Ｌは波のＹ軸方向の波数、λは境界条件から決まる固有値、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は係数である。
【０１３５】
自由端という境界条件を用いて、固有値λと、各項の係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を決めることができる。定在波の周波数と波長は、固有値λによって決まるが、固有値は離散的な値であるので、正確に１／２の周波数の定在波というのは殆ど存在しない。図１１には、周波数ｆｃの１／２の周波数に近い定在波モード、周波数ｆｃの１／３の周波数に近い定在波モード、周波数ｆｃの１／４の周波数に近い定在波モードを示す。
【０１３６】
図１１から、基本定在波の複数の節のうち、トップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部から見て２番目の節の位置では、他の３つの定在波は腹に近いので、この位置に減衰部材１８０Ａを配置すれば、基本定在波以外を効果的に減衰できることが分かる。なお、減衰部材１８０Ｂは、同様な考え方から、トップパネル１２０のＹ軸正方向側の端部から２番目の節の位置に配置すればよい。
【０１３７】
すなわち、図１２に示すように、トップパネル１２０の端部の条件が自由端の場合においても、トップパネル１２０のＹ軸負方向及びＹ軸正方向における端部から２番目の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置することが、可聴域の音を減衰させるために効果的であると言える。
【０１３８】
また、図１１において、基本定在波の端から３番目、４番目、又は５番目以降の節の位置においても、基本定在波の端から２番目の節ほどではないが、周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の定在波には変位が生じる。これは、トップパネル１２０の端部の条件が支持端の場合と同様である。
【０１３９】
従って、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを基本定在波の端から３番目、４番目、又は５番目以降の節の位置に配置しても、基本定在波の端から２番目の節ほどではないが、分数周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の振動を低減し、可聴域の音の発生を抑制することができると考えられる。
【０１４０】
以上、図９及び図１２に示したように、トップパネル１２０の端部が支持端及び自由端のいずれのであっても、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを基本定在波の端から２番目以降の節の位置に配置すれば、分数周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４等の振動を低減し、可聴域の音の発生を抑制することができる。
【０１４１】
なお、トップパネル１２０の端部における定在波の変位が零で、傾きも零という条件も考えられる。この場合は、式（４）の曲げ振動の理論から、定在波の一番端以外の節の位置は自由端の場合と同じであることが分かっているので、自由端の場合と同様に２番目の節が効果的であると言える。
【０１４２】
トップパネル１２０のＹ軸方向の長さＬ、厚さｔ、及び材質を決定すれば、それに応じて基本定在波の周波数ｆｃが決まることになる。曲げ振動の周波数ｆｃと式（４）の固有値λとの関係は、長さＬ、厚さｔ、密度ρ、ヤング率Ｅを用いて次の式（５）となる。密度ρとヤング率Ｅは、材質によって決まる。
【０１４３】
【数５】
0006784297.tif 000006
固有値λは、トップパネル１２０の端部が支持端の条件では、λｍ＝ｍπ（ｍは１以上の整数）で与えられる値をとる。トップパネル１２０の端部が自由端の場合は、ｃｏｓλｃｏｓｈλ＝１の解が固有値であり、数値計算で解を求めると、λ１＝４．７３、λ２＝７．８５、λ３＝１０．９９６等が求まり、λｍ＝（ｍ＋０．５）πという近似式で非常に高い精度で近似できる。
【０１４４】
固有値λは離散値であるので、定在波になる共振周波数もそれに応じて離散的であり、基本周波数ｆｃの定在波、及び、分数周波数ｆｃ／２、ｆｃ／３、ｆｃ／４の定在波は、いずれもトップパネル１２０の長さＬに含まれる波の数が異なる定在波のモードである。
【０１４５】
共振周波数の中の１つを触感を提供するために用いる周波数として選ぶと、固有値λつまり定在波のモードが決まったことになり、その節の位置も計算することができる。端から２番目の節の位置を計算し、そこに減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置する構造とすれば、上述のように可聴域の音の発生を抑制することができる。
【０１４６】
実際には、定在波モードを特定しても、トップパネル１２０及び／又は振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ等の個体差によって共振周波数にばらつきが生じるが、ばらつきは離散的な共振周波数の周波数間隔よりも小さいので、駆動周波数の微調整で共振周波数のばらつき分に対応することにすれば、常に同じ定在波モードを使うことになり、節の位置は変化しない。従って、最適な減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの位置に、トップパネル１２０及び／又は振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ等の個体差の影響は生じない。
【０１４７】
トップパネル１２０の端部が支持端の場合には、固有値λはλ＝ｍπで表され、式（４）の各項の係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を境界条件から求めると、次式（６）で表される定在波モードの変位が得られる。
【０１４８】
【数６】
0006784297.tif 000007
式（６）は、トップパネル１２０の端部が節になっている場合の変位Ｕ（Ｙ）を表す三角関数であり、式（６）から２番目の節の位置は、次式（７）のように簡単に求められる。
【０１４９】
【数７】
0006784297.tif 000008
トップパネル１２０の端部が自由端の場合は、固有値λはλ＝（ｍ＋０．５）πであって、定在波の変位Ｕ（Ｙ）は、近似的に以下の式（８）で求めることができる。
【０１５０】
【数８】
0006784297.tif 000009
端から２番目の節よりもさらに端に近い部分以外では、双曲線関数の寄与は小さいので、三角関数の項だけにして、１つにまとめると次式（９）が得られる。
【０１５１】
【数９】
0006784297.tif 000010
例えば、端から２番目の節は、定在波の位相の３π／２の位置に相当するので、式（９）から次式（１０）の関係を求めることができる。
【０１５２】
【数１０】
0006784297.tif 000011
以上より、自由端の場合の２番目の節の位置は以下の式（１１）で求められる。
【０１５３】
【数１１】
0006784297.tif 000012
このように定在波モードを表すｍの値が決まれば、節の位置を計算することができる。上述のように共振周波数からｍの値はほぼ間違いなく判断できるが、より慎重に確認するならば、レーザードップラ振動計などを用いて振動分布を測定し、振動強度の節や腹の数を調べれば、どの定在波モードであるかが分かる。
【０１５４】
これまで説明した定在波モードの形状や節の位置は、梁の曲げ振動の理論を使ったものであり、トップパネル１２０単体の場合に対応している。実際には、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂを貼り付けることで、若干、モード形状が影響を受ける。特にトップパネル１２０に対して振動素子１４０Ａ、１４０Ｂが厚い場合には影響が大きくなるので、上述の式（７）又は式（１１）で節の位置を決めてもよいが、有限要素解析のシミュレーションを行うことで、より正確な節の位置を求めることができる。
【０１５５】
ここで、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを基本定在波の節の位置に配置することで、基本定在波を減衰させずに、分数周波数の定在波を減衰できることを確かめるために、有限要素解析のシミュレーションを行った。
【０１５６】
図１３は、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂを駆動した場合のトップパネル１２０の振動の解析結果を示す図である。図１３では、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置する位置は、トップパネル１２０の基本定在波のＹ軸負方向側及びＹ軸正方向側の端部から２番目の節の位置である。
【０１５７】
図１４は、比較用に、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂが存在しない条件下で振動素子１４０Ａ、１４０Ｂを駆動した場合のトップパネル１２０の振動の解析結果を示す図である。
【０１５８】
ここで、図１３及び図１４の解析結果を得るためのシミュレーション条件の振動周波数は、基本定在波の共振周波数ｆｃである。  図１３及び図１４を比べて分かるように、端部から２番目の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂがあるかないかによって定在波の振幅にはほとんど変化がなかった。このことより、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂをトップパネル１２０に取り付けても、基本定在波の振幅は殆ど減衰されないことが分かった。
【０１５９】
図１５は、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂを駆動した場合のトップパネル１２０の振動の解析結果を示す図である。図１５では、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置する位置は、図１３と同一である。
【０１６０】
図１６は、比較用に、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂが存在しない条件下で振動素子１４０Ａ、１４０Ｂを駆動した場合のトップパネル１２０の振動の解析結果を示す図である。
【０１６１】
ここで、図１５及び図１６の解析結果を得るためのシミュレーション条件の共振周波数は、基本定在波の共振周波数ｆｃの約１／２である。
【０１６２】
図１６に比べて、図１５では振幅が１／７程度に減衰された。このように、トップパネル１２０の基本定在波のＹ軸負方向側及びＹ軸正方向側の端部から２番目の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置することにより、共振周波数ｆｃの約１／２の周波数の定在波の振幅が大幅に減衰されることが分かった。
【０１６３】
ここで、図１５及び図１６のシミュレーションは、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂを共振周波数ｆｃの約１／２の周波数で駆動しているので、実際の電子機器１００における分数周波数ｆｃ／２の振動の発生要因とは状況が異なる。
【０１６４】
実際には、指先とトップパネル１２０の表面との間で、分数周波数ｆｃ／２の力が発生していると考えると、力はトップパネル１２０の中央付近などに与えられている。次に、このような状況をシミュレーションで解析する。
【０１６５】
図１７は、シミュレーションモデルを示す図である。図１７において、トップパネル１２０、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂ、及び減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの配置は、図１２と同様である。図１７に示すように、トップパネル１２０の中央に分数周波数ｆｃ／２の周期的な力Ｆを加えた場合のトップパネル１２０の振動について解析した。
【０１６６】
図１８は、トップパネル１２０の中央に分数周波数ｆｃ／２の周期的な力Ｆを加えた場合のトップパネル１２０の振動の解析結果を示す図である。図１８では、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置する位置は、図１３と同一である。
【０１６７】
図１９は、比較用に、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂが存在しない条件下でトップパネル１２０の中央に分数周波数ｆｃ／２の周期的な力Ｆを加えた場合のトップパネル１２０の振動の解析結果を示す図である。なお、図１８及び図１９の解析結果を得るためのシミュレーションでは、振動素子１４０Ａ、１４０Ｂは駆動していない。
【０１６８】
図１８及び図１９に示す振動の分布は、互いに異なる分布になったが、図１８に示す振動の振幅は、図１９に示す振動の振幅の０．４倍であった。図１８では、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂが境界部として働き、図１９とは異なるモードが発生することにより、図１５に示す振動ほどの大きな減衰効果は得られなかった。しかしながら、指先とトップパネル１２０の接触で発生する分数周波数ｆｃ／２の振動に対して、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂは一定の減衰効果を発揮することが分かった。
【０１６９】
図１８及び図１９には、分数周波数ｆｃ／２の振動を発生させた場合の解析結果を示したが、他の分数周波数の場合にも同様の傾向が得られるものと考えられる。
【０１７０】
また、図１５及び図１８には、トップパネル１２０の端部から２番目の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置した場合の解析結果を示した。端部から２番目の節の位置は、図８及び図１１に示すように、端部から３番目以降の節よりも分数周波数の定在波の振幅が大きいため、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを取り付ける効果が最も大きいと考えられるが、３番目以降の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置した場合も同様の傾向があると考えられる。
【０１７１】
また、基本定在波の振動を減衰させないように、節の位置からＹ軸方向におけるある程度の範囲内に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂが位置する必要がある。図１３の解析結果を得るために行ったシミュレーションでは、減衰部材１８０Ａ、１８０ＢのＹ軸方向の幅は、基本周波数の波長の１０％弱としている。すなわち、減衰部材１８０Ａ、１８０ＢのＹ軸方向の幅は、Ｙ軸方向において、節の位置に対して波長の±５％程度の範囲にわたっている。このような減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの配置で、基本定在波に減衰は生じなかった。
【０１７２】
例えば、トップパネル１２０としてガラス板を用いて、３０ｋＨｚから４０ｋＨｚ程度の超音波帯の周波数の基本定在波を発生させる場合には、曲げ振動の波長は１０ｍｍ以上である。減衰部材１８０Ａ、１８０ＢのＹ軸方向の幅は、基本定在波の波長に比べて小さくなければならず、波長の１／１０程度の１ｍｍ以下とする。また、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの取付位置は、計算した節の位置からずれると基本定在波が発生し難くなるので、Ｙ軸方向における位置の誤差を抑える必要がある。減衰部材１８０Ａ、１８０ＢのＹ軸方向の幅が０．８ｍｍである場合に、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの位置の誤差を±０．２ｍｍ以内に収めれば、節からの位置のずれは、基本定在波の波長の±０．２５％以内である。この場合には、上述した±５％以内の半分になる。
【０１７３】
また、別のシミュレーションにおいて、減衰部材１８０Ａ、１８０ＢのＹ軸方向における位置が、節の位置に対して波長の±８％以内にあれば、基本定在波に大きな減衰が生じないことが分かった。
【０１７４】
以上より、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの幅と取付誤差を含めて、Ｙ軸方向において、節の位置に対して、波長の±８％の範囲内に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置すれば、基本定在波の振幅の確保と、分数周波数の定在波の減衰との両立を図ることができる。
【０１７５】
以上のように、トップパネル１２０の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置することにより、基本定在波の振幅を確保しつつ、分数周波数の定在波を減衰させることができる。
【０１７６】
例えば、基本定在波の周波数が超音波帯の３０ｋＨｚ又は４０ｋＨｚである場合には、基本定在波の１／２又は１／３以下の分数周波数は、２０ｋＨｚ未満の可聴域の周波数になる。このため、可聴域の音を減衰させることができる。このような可聴域の音が減衰されない場合には、ノイズとなって聞こえ得る。
【０１７７】
従って、実施の形態によれば、可聴域のノイズを抑制した電子機器１００を提供することができる。特に、トップパネル１２０の端部から２番目の節の位置に減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを配置することにより、可聴域のノイズをより一層効果的に抑制することができる。
【０１７８】
なお、以上では、減衰部材１８０Ａ及び１８０Ｂが筐体１１０の凹部１１０Ａとトップパネル１２０との間に設けられる形態について説明したが、減衰部材１８０Ａ及び１８０Ｂは、タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に設けられていてもよい。また、タッチパネル１５０がディスプレイパネル１６０のＺ軸負方向側に配置される場合には、減衰部材１８０Ａ及び１８０Ｂは、ディスプレイパネル１６０とトップパネル１２０との間に設けられていてもよい。これらの場合に、減衰部材１８０Ａ及び１８０ＢがＸＹ平面視でディスプレイパネル１６０の表示領域内に位置する場合には、減衰部材１８０Ａ及び１８０Ｂは透明な樹脂等で作製されていてもよい。なお、減衰部材１８０Ａ及び１８０Ｂは、ディスプレイパネル１６０とトップパネル１２０との間に設けられる場合には、タッチパネル１５０とトップパネル１２０とが一体になっていてもよい。
【０１７９】
また、以上では、減衰部材１８０Ａ、１８０ＢのＺ軸負方向側の端部（下端）が筐体１１０の凹部１１０Ａの表面に接着され、Ｚ軸正方向側の端部（上端）がトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面に当接するように配設される形態について説明した。
【０１８０】
しかしながら、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの位置が固定されるのであれば、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの下端は接着されていなくてもよく、例えば、トップパネル１２０と筐体１１０との間に挟まれて押圧された状態で固定されていてもよい。また、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂの上端をトップパネル１２０に接着等によって固定してもよい。また、減衰部材１８０Ａ、１８０Ｂを固定する固定部材を用いてもよい。
【０１８１】
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】
【０１８２】
１００  電子機器
１１０  筐体
１２０  トップパネル
１３０  両面テープ
１４０Ａ、１４０Ｂ  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、１８０Ｂ  減衰部材
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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