(57)【要約】【課題】振動源として圧電体を用いた圧電式振動タッチペンであって、圧電体の振動をより確実に指先に伝達することができる具体的な構造を得る。【解決手段】タッチペンの枠体内部に、金属製のシムの表裏の少なくとも一面に圧電体を積層した圧電振動子を配置して、該圧電振動子の両端部をタッチペン枠体に固定し、この圧電振動子の圧電体に、駆動パルス電圧を印加する圧電式振動タッチペン。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルのタッチスイッチに入力するためのタッチペンにおいて、
上記タッチペンの枠体内部に、金属製のシムの表裏の少なくとも一面に圧電体を積層した圧電振動子を配置して、該圧電振動子の両端部をタッチペン枠体に固定し、
この圧電振動子の圧電体に、駆動パルス電圧を印加することを特徴とする圧電式振動タッチペン。
【請求項２】
請求項１記載の圧電式振動タッチペンにおいて、上記圧電振動子は平面矩形をなしていて、その長手方向をペン本体の延長方向にむけてタッチペン枠体内に配置されており、該圧電振動子のシムの長手方向両端部がタッチペン枠体に固定されている圧電式振動タッチペン。
【請求項３】
請求項２記載の圧電式振動タッチペンにおいて、上記圧電振動子には、その長手方向の中央部に重錘が固定されている圧電式振動タッチペン。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の圧電式振動タッチペンにおいて、上記タッチペン枠体は、ペン先を有するペン本体と、このペン本体とは別部材として形成され、後に該ペン本体に支持される指先接触部材とを備えており、この指先接触部材に上記圧電振動子が固定されている圧電式振動タッチペン。
【請求項５】
請求項４記載の圧電式振動タッチペンにおいて、上記指先接触部材は、ペン本体を囲んで全体として筒状をなす複数の分割筒部材からなっており、この分割筒部材とペン本体との間には、該分割筒部材のペン本体に対する相対移動を許容するクッション部材が介在している圧電式振動タッチペン。
【請求項６】
請求項５記載の圧電式振動タッチペンにおいて、上記クッション材は、フェルトからなる圧電式振動タッチペン。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の圧電式振動タッチペンにおいて、該タッチペンを介して上記タッチスイッチに対する所定の入力がなされたときに、圧電体に駆動パルス電圧を印加する触覚反力付与回路は、タッチペン枠体内に備えられている圧電式振動タッチペン。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の圧電式振動タッチペンにおいて、該タッチペンを介して上記タッチスイッチに対する所定の入力がなされたときに、圧電体に駆動パルス電圧を印加する触覚反力付与回路は、タッチパネル側に備えられている圧電式振動タッチペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネルのタッチスイッチに入力する際に使用するタッチペンに関し、特にスイッチ入力が検知されたことを操作者に振動によって伝達する圧電体（圧電セラミック）を用いた圧電式振動タッチペンに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のタッチペンは、各種が提案され実用化されており（特許文献１〜８）、圧電体（圧電セラミック）を振動源としたタッチペンも提案されている（特許文献１〜７）。
【特許文献１】特開平9-91080号公報
【特許文献２】特開平7-261929号公報
【特許文献３】特開平7-266779号公報
【特許文献４】特開平7-311650号公報
【特許文献５】特開2000-200140号公報
【特許文献６】特開2002-236550号公報
【特許文献７】特開2002-259044号公報
【特許文献８】特開2006-031410号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの従来の提案は、タッチペン内に圧電体を内蔵させると概念的にいうのみで、具体的な構造についての提案はされていない。
【０００４】
本発明は、振動源として圧電体を用いた圧電式振動タッチペンであって、圧電体の振動をより確実に指先に伝達することができる具体的な構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、圧電体に駆動パルス電圧を与えたとき、タッチペン操作者に最も効率的に振動反力を与えることができる構造について研究の結果、金属製のシムの表裏の少なくとも一面に圧電体を積層した圧電振動子を用い、この圧電振動子の両端部をタッチペン枠体に固定すると、タッチペン保持者に効率的に振動反力を与えることができるとの結論に達してなされたものである。
【０００６】
すなわち、本発明は、タッチパネルのタッチスイッチに入力するためのタッチペンにおいて、タッチペンの枠体内部に、金属製のシムの表裏の少なくとも一面に圧電体を積層した圧電振動子を配置して、該圧電振動子の両端部をタッチペン枠体に固定し、この圧電振動子の圧電体に、駆動パルス電圧を印加することを特徴としている。
【０００７】
圧電振動子の形状には自由度があるが、好ましくは平面矩形として、その長手方向をペン本体の延長方向にむけてタッチペン枠体内に配置し、該圧電振動子のシムの長手方向両端部をタッチペン枠体に固定するのがよい。
【０００８】
また、圧電振動子には、その長手方向の中央部に適当な重さの重錘を固定すると、振動反力を増大させることができる。
【０００９】
タッチペン枠体は、ペン先を有するペン本体と、このペン本体とは別部材として形成され後に該ペン本体に支持される指先接触部材とを有することが好ましい。この指先接触部材に圧電振動子を固定することにより、タッチペン保持者により直接的に振動反力を与えることができる。
【００１０】
指先接触部材は、好ましくは、ペン本体を囲んで全体として筒状をなす複数の分割筒部材から構成するのがよい。そして、この分割筒部材とペン本体との間に、該分割筒部材のペン本体に対する相対移動を許容するクッション部材を介在させることで、指先接触部材の振動を大きくすることができる。
【００１１】
クッション材は、例えば、ペン本体と指先接触部材との間に環状に介在するフェルトから構成することができる。
【００１２】
タッチペンを介してタッチスイッチに対する所定の入力がなされたときに、圧電体に駆動パルス電圧を印加する触覚反力付与回路は、タッチペン枠体内に備えることも、タッチパネル側に備えることもできる。駆動パルスは、できるだけ急峻な矩形波であることが好ましい。
【００１３】
また、「タッチスイッチに対する所定の入力」には、単純なスイッチ入力（オンオフ入力）の他、例えば書き順を間違えたとき等の誤入力が含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧電式振動タッチペンは、タッチペンの枠体内部に、金属製のシムの表裏の少なくとも一面に圧電体を積層した圧電振動子を配置して、該圧電振動子の両端部をタッチペン枠体に固定したので、この圧電振動子の圧電体に駆動パルス電圧を印加すると、シムが振動し、その振動がタッチペン枠体に伝わる。このため、タッチペンの保持者に確実に振動反力を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明による圧電式振動タッチペン１００の一実施形態の外観を示している。この圧電式振動タッチペン１００は、ペン先１１及び後部ペン軸１２を有するペン本体１０と、このペン本体１０の長手方向の前方外周に設けた指先接触環（指先接触部材）２０とからなるタッチペン枠体を有している。
【００１６】
指先接触環２０は、図２、図３に示すように、ペン本体１０とは別部材として形成された一対の半円筒体（分割筒部材）２１からなっている。この一対の半円筒体２１は、組み合わせて結合（接着）することにより、筒状の指先接触環２０となる。一方、ペン本体１０には、一対の半円筒体２１の長さ方向の両端部に対応させて一対の小径環状段部１４が形成されており、この前後の小径環状段部１４の間に、凹部（空間）１５が形成されている。別言すると、前後の小径環状段部１４（ペン先１１と後部ペン軸１２）は、軸部接続部１５ａによって接続されていて、この接続部１５ａと指先接触環２０（半円筒体２１）との間に、一対の凹部１５が形成されている。
【００１７】
一対の半円筒体２１（指先接触環２０）は、前後の小径環状段部１４との間に環状のフェルト（クッション部材）１６を介在させた状態で、該小径環状段部１４に嵌められて互いに接着されている。すなわち、ペン本体１０と指先接触環２０とは相対移動が不能なリジッド結合ではなく、フェルト１６の柔軟性の範囲で、指先接触環２０がペン本体１０に対して相対移動可能である。
【００１８】
指先接触環２０の一対の半円筒体２１の一方には、その内面に、前後方向に位置を異ならせて振動子固定台２２が突出形成されており、この前後の振動子固定台２２の間に、圧電振動子３０の両端部が固定されている。圧電振動子３０は、ペン本体１０の一対の凹部１５内に収まっている。つまり、一対の凹部１５の一方は、圧電振動子収納凹部である。
【００１９】
圧電振動子３０は、長手方向を圧電式振動タッチペン１００の前後方向に向けた平面矩形をなしており、図２ないし図４に示すように、金属薄板からなるシム３１と、このシム３１の表裏に積層接着した圧電体層３２と、圧電体層３２（圧電振動子３０）の長さ方向の中心部表面に接着した重錘３３とを有している。半円筒体２１の前後の振動子固定台２２に固定されているのは、シム３１の長手方向の両端部である。固定位置を符号２２ａで示した。シム３１は、例えば厚さ３０〜５００μｍ程度のステンレスや４２アロイ等の金属板から構成され、圧電体層３２は、例えば厚さ５０〜５００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）等の圧電材料から構成され、重錘３３は例えば適当な重さの金属材料から構成されている。
【００２０】
圧電体層３２は、表裏方向に分極処理を施したもので、表裏の圧電体層３２の分極方向は同一方向である。図５に表裏の圧電体層３２の分極方向の例を示した。また図５では、圧電体層３２の表面に付す電極層３２ａを図示している。各圧電体層３２の表裏間（金属製のシム３１と電極層３２ａ）に同一の正又は負の駆動パルス電圧が与えられると、瞬間的に、表裏の圧電体層３２の一方が伸びて他方が縮むことから、シム３１（圧電振動子３０）が凹または凸に変形する（図５（ａ）、（ｂ））。すなわち、駆動パルス電圧の正負が反転する度に圧電振動子３０が振動する。このような構成の圧電振動子３０であれば、積層型圧電振動子と比較して、薄くても大きな加速度の振動を得ることが可能であり、コストも低く抑えることが可能となる。
【００２１】
図６は、以上の圧電式振動タッチペン１００によって操作されるタッチセンサ４１を含む制御ブロックである。タッチセンサ４１は、図７に示すように、タッチパネル４０に設けられており、タッチパネル４０と圧電式振動タッチペン１００は、信号ライン１７によって接続されている。
【００２２】
圧電式振動タッチペン１００のペン先１１によって、タッチパネル４０のタッチセンサ４１が押されると、対応するスイッチ入力が制御回路４５に与えられ、制御回路４５は、スイッチ入力に応じた動作を実行すると共に、触覚反力（駆動パルス電圧）付与回路４６を動作させて、表裏の圧電体圧電体層３２に駆動パルス電圧を与える。すると、固定点２２ａを介して前後の振動子固定台２２から指先接触環２０（半円筒体２１）に振動が伝達され、タッチペン１００を把持している操作者の指に振動が伝わる。その結果、圧電式振動タッチペン１００のペン先１１によってタッチパネル４０のタッチセンサ４１を押した操作者に、その操作が行われたことを、触覚として伝達することができる。タッチセンサ４１自体は各種知られており、その構成は問わない。
【００２３】
振動の強さは、圧電振動子３０の質量と加速度の大きさによって定まることが知られている。駆動パルス電圧が急峻な矩形波であればあるほど、加速度を大きくすることができ、また圧電振動子３０の長さ方向の中央部に適当な重さの重錘３３を設けることで、質量を大きくすることができる。また、入力信号の電圧、周波数の変更で振幅、感触を変えることが可能である。
【００２４】
圧電振動子３０の振動は、固定点２２ａを介して指先接触環２０に伝達する他、該圧電振動子３０の中央部（重錘３３）を半円筒体２１の内面に当接させることによっても、該指先接触環２０に伝達することができる。
【００２５】
制御回路４５は、タッチパネル４０側に設けられるが、触覚反力（駆動パルス電圧）付与回路４６は、タッチパネル４０側に設けても圧電式振動タッチペン１００側に設けてもよい。信号ライン１７は、タッチパネル４０側の制御回路４５、触覚反力付与回路４６及び圧電体層３２（圧電振動子３０）を接続している。
【００２６】
以上の実施形態では、圧電振動子３０をペン本体１０に対して可動の指先接触環２０に固定しており、指先に振動が伝わり易いという利点がある。しかし、圧電振動子３０を固定した指先接触環（部材）をペン本体１０に固着する態様でも、タッチペン１００の保持者に振動を伝えることは可能である。
【００２７】
また、以上の実施形態では、一対の半円筒体２１の一方のみに圧電振動子３０を固定したが、両方に同様の圧電振動子３０を固定してもよい。また圧電振動子３０は、シム３１の表裏の両面に圧電体層３２を設けるタイプ（バイモルフタイプ）に代えて、一面のみに圧電体層３２を設けるタイプ（ユニモルフタイプ）を用いてもよい。指先接触環２０は、３つ以上の分割筒部材によって構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による圧電式振動タッチペンの一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】同圧電式振動タッチペンの分解斜視図である。
【図４】圧電振動子の模式断面図である。
【図５】（ａ）は圧電振動子の圧電分極方向の例を示す模式断面図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の圧電振動子に電圧を印加した場合の変位方向を示す図である。
【図６】圧電式振動タッチペンの制御ブロック図である。
【図７】圧電式振動タッチペンとタッチパネルの外観例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００  圧電式振動タッチペン
１０  ペン本体（タッチペン枠体）
１１  ペン先
１２  ペン軸
１４  小径環状段部
１５  圧電振動子収納凹部
１６  フェルト（クッション部材）
１７  信号ライン
２０  指先接触環（指先接触部材、タッチペン枠体）
２１  半円筒体（分割筒部材）
２２  振動子固定台
２２ａ  固定点
３０  圧電振動子
３１  シム
３２  圧電体層
４０  タッチパネル
４１  タッチセンサ
４５  制御回路
４６  触覚反力（駆動パルス電圧）付与回路
【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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