JP6128281B2 - 振動装置および触覚提示装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電フィルムの駆動により振動板を振動させる振動装置と、該振動装置の振動をタッチ操作に対する触覚フィードバックとして利用者に伝える触覚提示装置と、に関する。

圧電フィルムの駆動により振動板を振動させる振動装置が、平面型スピーカやハプティクスデバイス（触覚提示装置）で利用されている（例えば特許文献１参照。）。

図９（Ａ）は、従来構成の振動装置１０１の側面図であり、図９（Ｂ）は、振動装置１０１の背面図である。振動装置１０１は、圧電フィルム１０２と、振動板１０３と、フレーム部材１０４，１０５とを備える。振動板１０３および圧電フィルム１０２は、それぞれ厚み方向から視て、長さ方向および幅方向に延びる矩形状である。圧電フィルム１０２は、延伸処理が施されたＰＬＬＡ（Ｌ型ポリ乳酸）フィルムから、図９（Ｂ）中に矢印で示す延伸方向に対する４５°方向を長さ方向として切り出されたものである。圧電フィルム１０２は、このように切り出されることで、電圧の印加に伴い長さ方向の伸びや縮みが生じる。フレーム部材１０４，１０５は、圧電フィルム１０２の長さ方向の両端に設けられている。振動板１０３は、長さ方向の両端付近がフレーム部材１０４，１０５を介して圧電フィルム１０２に連結されている。そして、振動板１０３は、長さ方向の中央付近が圧電フィルム１０２から離れるように撓んでおり、フレーム部材１０４，１０５を介して圧電フィルム１０２を長さ方向の外側に引っ張っている。このような振動装置１０１において、圧電フィルム１０２に交番電界を印加すると、圧電フィルム１０２が長さ方向に振動し、これに伴い、振動板１０３に撓み量の変動が引き起こされる。

国際公開２０１２／１５７６９１号パンフレット

図９に示した振動装置を用いてハプティクスデバイス（触覚提示装置）を構成する場合、タッチ操作に伴って振動板に厚み方向の押圧力が伝わることになる。すると、押圧力により振動板が押し込まれて振動板が平坦化することがあった。振動板が平坦な状態になると、振動板と圧電フィルムとが平行になり、圧電フィルムを長さ方向に振動させても、振動板が撓み難くなる。このため、利用者に触覚フィードバックを与えることが難しくなってしまう。振動板が押し込まれて平坦化することを防ぐためには、振動板を厚くして振動板の剛性を向上させることが考えられるが、その場合には、振動板の撓み量が小さくなってしまい、やはり、利用者に触覚フィードバックを与えることが難しくなってしまう。

そこで本発明の目的は、平坦な状態からでも振動板を厚み方向に撓ませることができ、振動板の撓み量を大きくすることが容易な、振動装置および触覚提示装置を提供することにある。

この発明の振動装置は、厚み方向に撓んだ振動板と、少なくとも一部に逆圧電効果を有し、振動板に連結され、振動板との連結位置から振動板に交差する方向に張られたフィルムと、前記連結位置から離れた位置で振動板とフィルムとの間に隙間を確保するスペーサと、を備える。

この構成では、スペーサが設けられているので、振動板の状態によらずに、振動板に対して交差する方向にフィルムが張られ、振動板とフィルムとの間の隙間が維持される。したがって、振動板が平坦な状態からでも、フィルムを駆動することにより、確実に振動板を厚み方向に撓ませることができる。そして、振動板を薄く剛性の低いものにしても振動板とフィルムとの間の隙間が潰れることが無いので、振動板を薄く剛性の低いものにして振動板の撓み量を大きくすることができる。

前記スペーサは、振動板とフィルムとの間に設けられ、振動板とフィルムとのそれぞれに常に接触する状態にあることが好ましい。この構成では、スペーサを振動板とフィルムとで挟み込んで担持することができる。

前記スペーサは、フィルム側に設けられた基部と、振動板側に設けられ、基部から厚み方向に突出する複数の突起部とを備えることが好ましい。この構成では、振動板とスペーサとの接触面積を低減できる。このことにより、スペーサの真上で振動板が指等に押された場合に、振動が減衰することを抑制できる。

複数の前記スペーサを厚み方向に直交する長さ方向に並べて設けることが好ましい。振動板にはスペーサとの接触位置がノードとなるような高調波が生じ、該高調波は、スペーサの数や位置によって適宜の周波数に設定することができる。一般に、指への触覚フィードバックとして優れる（高感度である）振動の周波数は１００Ｈｚ〜３００Ｈｚであるため、共振周波数が１００Ｈｚよりも低い振動装置では、スペーサの数や位置を調整することによって、振動板に生じる振動の高調波を１００Ｈｚ〜３００Ｈｚの周波数とすることができる。

前記振動板は、前記フィルムに逆圧電効果が生じていない状態で平坦状であってもよい。これにより、該振動装置を広い用途で用いることができる。

前記フィルムは、キラル高分子フィルムやポリフッ化ビニリデンフィルムを含んでもよい。

また、この発明の触覚提示装置は、前記振動装置と、前記振動板に装着した、タッチ操作を検出する検出部と、前記検出部がタッチ操作を検出したときに、前記圧電フィルムに駆動電圧を印加する制御部と、を備えている。

このような構成の触覚提示装置は、タッチ操作に伴う押圧力によって振動板が平坦化しても、振動板を確実に厚み方向に撓むように振動させて、操作者に触覚フィードバックを提示することができる。

本発明によれば、振動装置や触覚提示装置において、振動板が平坦な状態からでも、振動板を確実に厚み方向に撓ませられる。

第１の実施形態に係る触覚提示装置の斜視図および底面側の平面図である。 第１の実施形態に係るスペーサの斜視図である。 第１の実施形態に係る振動装置の振動態様を示す側面図である。 第２の実施形態に係る振動装置の側面図である。 第３の実施形態に係る振動装置の斜視図および側面図である。 第４の実施形態に係る振動装置の斜視図および側面図である。 第３および第４の実施形態に係る振動装置に生じる高調波の振動態様を示す側面図である。 第５の実施形態に係る振動装置の斜視図および側面図である。 振動装置の従来構造を説明する図である。

以下、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置１０の斜視図である。図１（Ｂ）は、触覚提示装置１０を底面側から視た平面図である。触覚提示装置１０は、ここではタッチセンサ式のキーボードを構成している。該触覚提示装置１０は、制御部１１、駆動部１２、振動装置２０、およびタッチパネル３０を備えている。なお、タッチパネル３０に替えて、メンブレンスイッチなどのシート状のスイッチを備えていてもよいが、タッチパネル３０を用いることにより、表示するキーの位置や表示を任意に変更することができる。

振動装置２０とタッチパネル３０とは、それぞれ厚み方向に薄手であり、互いに厚み方向に積層されている。タッチパネル３０は、振動装置２０に対して厚み方向の天面側に配置されている。タッチパネル３０は、触覚提示装置１０の天面に露出する複数のタッチセンサ３１を備えている。複数のタッチセンサ３１は、キーボードのキー配列に対応する位置に配している。各タッチセンサ３１は、ユーザ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。タッチセンサ３１は、特許請求の範囲に記載のタッチ検出部に相当している。

制御部１１は、いずれかのタッチセンサ３１から検出信号が入力されると、駆動部１２に制御信号を出力する。駆動部１２は、制御部１１から制御信号が入力されると、振動装置２０に駆動電圧を出力する。

振動装置２０は、振動板２１と圧電フィルム２２とスペーサ２３とを備えている。

振動板２１は、弾性変形可能な材料、例えばアクリル樹脂ＰＭＭＡで構成している。なお、振動板２１は、金属板、ＰＥＴ、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ＰＬＬＡ、ガラス等の他の材料を用いてもよい。振動板２１は、圧電フィルム２２に対して厚み方向の天面側に配置されている。振動板２１は、厚み方向から視て矩形状であり、長さ方向に沿う短辺と幅方向に沿う長辺とを有している。また、振動板２１は、幅方向から視て、厚み方向の天面側に凸、厚み方向の底面側に凹に湾曲している。振動板２１の天面には、接着剤等を介してタッチパネル３０が接合されている。振動板２１が幅方向から視て湾曲する平板状であるので、タッチパネル３０も振動板２１と同様に幅方向から視て湾曲する形状となっている。

圧電フィルム２２は、電気的駆動により面方向に振動が生じる性質を有しており、特許請求の範囲に記載の「フィルム」に相当している。圧電フィルム２２は、ここでは圧電性を有する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）であることが望ましい。ＰＬＬＡで構成される場合には、図２（Ｂ）に白抜きの矢印で示す主延伸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°の方向を長さ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に長さ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、「フィルム」は、圧電フィルムの他にも、電気的駆動により面方向に振動が生じる性質を有するものであれば、適宜のものを採用することができる。例えば、「フィルム」は、コンポジットフィルムや、電気活性フィルムとして構成することができる。電気活性フィルムは、電気的駆動によって面方向に応力や変位を発生するフィルムである。コンポジットフィルムは、樹脂フィルム等の基材に対して、圧電フィルムや電気活性フィルム、圧電セラミックスなどを付設したフィルムである。コンポジットフィルムや電気活性フィルムは、圧電フィルム、圧電セラミックス、電歪フィルム、エレクトレットフィルム、電気駆動型エラストマー、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ジエン系ゴム、液晶エラストマー、等から構成することができる。

該圧電フィルム２２は、振動板２１に対して厚み方向の底面側に配置されている。圧電フィルム２２は、振動板２１の凹状に湾曲する底面側で、振動板２１の長さ方向の両端付近に連結している。圧電フィルム２２と振動板２１とは、長さ方向の両端が固定端２４となっている。すなわち、圧電フィルム２２は、２つの固定端２４の間に張り渡されている。振動装置２０および触覚提示装置１０は、２つの固定端２４付近でテーブル等の設置面に支持される。

圧電フィルム２２は、固定端２４にて振動板２１の底面に対して交差する方向に張られている。このため、振動板２１には圧電フィルム２２から張力が伝わり、厚み方向に撓むように弾性変形している。これにより、振動板２１と圧電フィルム２２は、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。そして、スペーサ２３は、振動板２１と圧電フィルム２２との長さ方向の中央付近で、振動板２１と圧電フィルム２２と間の隙間に設けられており、振動板２１と圧電フィルム２２との間に所定の間隔の隙間を確保している。

図２は、スペーサ２３の斜視図である。

スペーサ２３は、例えば、金属、ＰＥＴ、ポリカーボネイト（ＰＣ）などからなる。スペーサ２３は、振動板２１や圧電フィルム２２の振動を減衰させることを防ぐために、高い剛性を有することが好ましく、振動板２１や圧電フィルム２２よりも弾性率の高い材料で構成するとよい。スペーサ２３は、振動板２１と圧電フィルム２２とに挟み込まれて担持されるが、好ましくは、振動板２１と圧電フィルム２２とのうちの少なくとも一方に接着剤等を介して固定されるとよい。また、スペーサ２３は、基部２５と複数の突起部２６とを備えている。基部２５は、圧電フィルム２２側に設けられた幅方向に長尺な部位である。複数の突起部２６は、振動板２１側に設けられた部位であり、基部２５の天面から厚み方向に突出するように設けられている。スペーサ２３の天面側に突起部２６を設けることにより、振動板２１とスペーサ２３との接触面積を低減することができる。これにより、振動板２１の長さ方向の中央付近、すなわちスペーサ２３の真上が指等に押された場合でも、振動が大きく減衰することを防ぐことができる。なお、突起部２６は、より好ましくは、タッチパネル３０にてタッチセンサ３１同士の間のフレーム部分に対向するような位置に設けるとよい。

図３（Ａ）は、押圧力が印加されていない状態での振動装置２０の振動態様を示す側面図である。

スペーサ２３は、圧電フィルム２２と振動板２１との長さ方向の中央付近に配置されており、振動板２１の下面と圧電フィルム２２の上面とのそれぞれに接触している。スペーサ２３の厚み方向の寸法は、スペーサ２３を設けない場合の振動板２１と圧電フィルム２２との長さ方向の中央付近での間隔よりも、若干大きい寸法に設定されている。このため、圧電フィルム２２の非駆動時に、スペーサ２３が圧電フィルム２２を厚み方向の下側に押し込み、圧電フィルム２２はスペーサ２３との接触位置で下側に凸に湾曲している。

圧電フィルム２２に交番電界が印加されて駆動すると、圧電フィルム２２には長さ方向の縮みが繰り返し生じる。すると、圧電フィルム２２から振動板２１に伝わる張力Ｔ１が周期的に大きくなる。これにより、張力Ｔ１における、固定端２４の表面に垂直な方向の分力Ｔ２も周期的に大きくなる。すると、図３（Ａ）中に点線で示すように、振動板２１の撓み量が周期的に大きくなる。すなわち、振動板２１の長さ方向中央付近が周期的に上方に変位する。これにより、スペーサ２３が振動板２１と接触する状態を維持するように周期的に上方に変位し、圧電フィルム２２が長さ方向中央付近で湾曲する角度が周期的に低減するようになる。

図３（Ｂ）は、タッチ操作等による押圧力が印加されている状態での振動装置２０の振動態様を説明する側面図である。

タッチ操作する指等からの押圧力Ｔ３が振動板２１に印加されて振動板２１が略平坦な形状まで押込まれる状態では、振動装置２０の弾性力によって、押圧力Ｔ３に対する反力Ｔ４が指等に作用する。この状態では、振動板２１とともにスペーサ２３が下方に押込まれ、圧電フィルム２２が押圧力Ｔ３の非印加時よりも大きく屈曲するようになる。すなわち、押圧力Ｔ３が振動板２１に印加されて振動板２１が略平坦な形状まで押込まれても、スペーサ２３が振動板２１と圧電フィルム２２との間の隙間が潰れることを防ぎ、圧電フィルム２２が固定端２４の表面に対して交差する方向に張られる状態が維持される。したがって、振動板２１が平坦な状態であっても、張力Ｔ１の分力Ｔ２が、固定端２４の表面に垂直な方向に作用する。

このため、この状態で圧電フィルム２２に交番電界が印加されて駆動しても、圧電フィルム２２から振動板２１に伝わる張力Ｔ１およびその分力Ｔ２が周期的に大きくなり、振動板２１が周期的に大きく撓もうとする。このことによって、振動板２１を押込む指等に振動板２１から伝わる反力Ｔ４に周期的な変動が生じ、タッチ操作を行うユーザに対して、触覚フィードバックを提示することができる。したがって、仮に、タッチパネル３０に表示するキーの位置が任意に変更されたとして、そのキーの位置をタッチ操作するとユーザはクリック感を得ることができ、タッチ式キーボードとしての操作性、操作感を向上させることができる。

このように、触覚提示装置１および振動装置２０では、スペーサ２３によって振動板２１と圧電フィルム２２との隙間が潰れることが無いため、振動板２１を薄く構成して振動板２１の剛性を抑制することができ、振動板２１に生じる撓み量を従来よりも大きくすることが可能である。

なお、この実施形態では、振動板２１と圧電フィルム２２とを、長さ方向の両端それぞれを固定端２４として連結しているので、振動装置を構成する部材数を抑制することができる。ただし、本発明の触覚提示装置および振動装置は、上記構成とは異なる構成であってもよく、例えば、振動板と圧電フィルムとを長さ方向の一端側でのみ直接連結させ、長さ方向の他端側は支持部材等を介して連結させてもよい。

また、この実施形態では、単層の圧電フィルム２２を振動板２１に張り渡すように構成しているが、圧電フィルム２２を樹脂フィルム等の基材となるフィルム（エキサイタフィルム）に貼り付け、エキサイタフィルムを振動板２１に張り渡すことにより、本発明の触覚提示装置および振動装置を構成してもよい。また、圧電セラミックスをエキサイタフィルムに付設し、エキサイタフィルムを振動板２１に張り渡すことにより、本発明の触覚提示装置および振動装置を構成してもよい。この場合には、一対のエキサイタフィルムを用意し、各エキサイタフィルムの一端を圧電セラミックスに接続し、各エキサイタフィルムの他端を振動板２１に接続するようにしてもよい。また、複数対のエキサイタフィルムを用意し、それらを一つの圧電セラミックスに接続するように構成してもよい。

また、この実施形態では、スペーサ２３に基部２５と突起部２６とを設けているが、例えば、スペーサ２３を突起部２６の無い形状としてもよい。ただし、突起部２６を設けることで、スペーサ２３と振動板２１との接触面積を減らすことができる。スペーサ２３と振動板２１との接触面積が小さいほうが、振動板２１の振動がスペーサ２３に拘束されることを抑制でき、振動板２１をより良好に振動させることができる。また、突起部２６は、図２に示す円柱形状に限らず、半球形状や円錐形状など他の形状であってもよい。また、他にも、突起部２６は、厚み方向において振動板２１側に突出し、面内方向に伸びる峰状（刃状）であってもよい。また、突起部２６は、四角柱状などの多角形の断面を有していてもよい。また、スペーサ２３の基部２５は直方体状とは異なる形状であってもよい。

また、この実施形態では、圧電フィルム２２の非駆動時にも、スペーサ２３が振動板２１と圧電フィルム２２に接し、圧電フィルム２２にスペーサ２３からテンションがかかる構成例を示しているが、本発明はこの例に限るものではない。例えば、圧電フィルム２２の非駆動時の振動板２１と圧電フィルム２２との間隔に対して、スペーサ２３の高さを同程度に設定してもよい。この場合には、圧電フィルム２２の非駆動時にスペーサ２３が圧電フィルム２２と圧電フィルム２２に接した状態であっても、圧電フィルム２２にスペーサ２３からテンションがかからないため、圧電フィルム２２にスペーサ２３からのテンションが常にかかる場合と比べて、圧電フィルム２２かかる負荷を軽減して圧電フィルム２２に形状劣化や特性劣化を生じにくくすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る振動装置について説明する。

図４（Ａ）は、第２の実施形態に係る振動装置２０Ａの押圧力が印加されていない状態での側面図である。該振動装置２０Ａは、振動板２１と圧電フィルム２２とスペーサ２３Ａとを備えている。スペーサ２３Ａは、スペーサ２３Ａを設けない場合の振動板２１と圧電フィルム２２との間隔よりも小さい寸法に設定されており、圧電フィルム２２（または振動板２１）に接着剤等を介して固定されている。このため、振動装置２０Ａに押圧力が印加されていない状態では、スペーサ２３Ａは、振動板２１と接触しておらず、圧電フィルム２２は平坦状になっている。

図４（Ｂ）は、第２の実施形態に係る振動装置２０Ａの押圧力が印加されている状態での側面図である。タッチ操作する指等から比較的大きな押圧力Ｔ３が振動板２１に印加されて振動板２１が略平坦な形状まで押込まれる状態では、スペーサ２３Ａが振動板２１と圧電フィルム２２との双方に接触し、圧電フィルム２２を下方に押込む。これにより、圧電フィルム２２は、スペーサ２３Ａとの接触位置で下側に凸に湾曲する。このため、スペーサ２３が振動板２１と圧電フィルム２２との間の隙間が潰れることを防ぎ、押圧力Ｔ３の印加によって振動板２１が平坦状になっても、圧電フィルム２２が固定端２４の表面に対して交差する方向に張られる状態が維持される。

したがって、該振動装置２０Ａにおいても、タッチ操作する指等から押圧力Ｔ３が印加されて振動板２１が略平坦な形状まで押込まれる状態からでも、圧電フィルム２２を駆動することにより、振動板２１を繰り返し撓むように振動させることができる。したがって該振動装置２０Ａを用いて触覚提示装置を構成しても、タッチ操作を行うユーザに対して、触覚フィードバックを提示することができる。

そして、本実施形態のように、通常時にスペーサが振動板に接触していない構成では、タッチ操作する指等が振動板やタッチパネルに接触した時に、振動板の振動がスペーサに拘束されないため、振動板の振動がゼロから所望の振幅に立ち上がる時間が短い。このため、タッチ操作する操作者に、より確実な触覚フィードバックを与えることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る振動装置について説明する。

図５（Ａ）は、第３の実施形態に係る振動装置２０Ｂの斜視図であり、図５（Ｂ）は、第３の実施形態に係る振動装置２０Ｂの側面図である。

振動装置２０Ｂは、振動板２１Ｂと圧電フィルム２２Ｂとスペーサ２３Ｂと固定部２４Ｂとを備えている。振動板２１Ｂと圧電フィルム２２Ｂとは、互いに長さ方向の両端付近で連結されており、連結した状態で振動板２１Ｂが湾曲せずに平坦状を維持するように、振動板２１Ｂの初期形状や圧電フィルム２２Ｂの張力が設定されている。より具体的には、振動板２１Ｂは、圧電フィルム２２Ｂと連結されていない状態での初期形状が、下側に凸になるように予め湾曲した形状で形成されている。そして、圧電フィルム２２Ｂから作用する張力とスペーサ２３Ｂから作用する外力とによって振動板２１Ｂが平坦状に変形するように、圧電フィルム２２Ｂの張力が設定されている。固定部２４Ｂは、振動板２１Ｂと圧電フィルム２２Ｂとが連結される両端付近で、振動装置２０Ｂの厚み方向下側に突出するように設けられている。固定部２４Ｂは、テーブル等の設置面上に支持され、振動板２１Ｂおよび圧電フィルム２２Ｂが設置面に直接接触することを防いでいる。

このような構成の振動装置２０Ｂにおいても、スペーサ２３Ｂは、圧電フィルム２２Ｂと振動板２１Ｂとの長さ方向の中央付近に配置されており、振動板２１Ｂの下面と圧電フィルム２２Ｂの上面とのそれぞれに接触して振動板２１Ｂと圧電フィルム２２Ｂとの間に所定の間隔の隙間を確保している。このため、スペーサ２３Ｂは圧電フィルム２２Ｂを厚み方向の下側に押し込み、圧電フィルム２２Ｂはスペーサ２３Ｂとの接触位置で下側に凸に湾曲している。

これにより、振動板２１Ｂが平坦状であっても、圧電フィルム２２Ｂが振動板２１Ｂの表面に対して交差する方向に張られる状態となる。したがって、圧電フィルム２２Ｂの駆動によって、振動板２１Ｂが周期的に撓み、タッチ操作を行うユーザに対して、触覚フィードバックを提示することができる。このように、振動装置２０Ｂでは、スペーサ２３Ｂを設けることにより、湾曲する形状でなくても振動板２１Ｂを撓ませることが可能になる。したがって、振動板２１Ｂの形状自由度を増すことができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る振動装置について説明する。

図６（Ａ）は、第４の実施形態に係る振動装置２０Ｃの斜視図であり、図６（Ｂ）は、第４の実施形態に係る振動装置２０Ｃの側面図である。

振動装置２０Ｃは、振動板２１Ｃと圧電フィルム２２Ｃとスペーサ２３Ｃ，２４Ｃと固定部２５Ｃを備えている。振動板２１Ｃと圧電フィルム２２Ｃとは、互いに長さ方向の両端付近で連結されており、連結した状態で振動板２１Ｃが湾曲せずに平坦状を維持するように、振動板２１Ｃの初期形状や圧電フィルム２２Ｃの張力が設定されている。固定部２５Ｃは、振動板２１Ｃと圧電フィルム２２Ｃとが連結される両端付近で、振動装置２０Ｃの厚み方向下側に突出するように構成されている。スペーサ２３Ｃ，２４Ｃは、互いに振動装置２０Ｃの長さ方向に所定の間隔を空けて並べられており、それぞれ振動板２１Ｃの下面と圧電フィルム２２Ｃの上面とのそれぞれに接触して振動板２１Ｃと圧電フィルム２２Ｃとの間に所定の間隔を確保している。このため、圧電フィルム２２Ｃは、スペーサ２３Ｃ，２４Ｃによって厚み方向の下側に押し込まれており湾曲している。

このような振動装置２０Ｃにおいても振動板２１Ｃは平坦状であり、圧電フィルム２２Ｃが振動板２１Ｃの表面に対して交差する方向に張られる状態となる。したがって、圧電フィルム２２Ｃの駆動によって、振動板２１Ｃが周期的に撓み、タッチ操作を行うユーザに対して、触覚フィードバックを提示することができる。

図７は、第３の実施形態に係る振動装置２０Ｂと第４の実施形態に係る振動装置２０Ｃとに生じる振動について説明する図である。

振動装置２０Ｂと振動装置２０Ｃは、振動板２１Ｂ，２１Ｃの長さ方向の寸法により定まる共振周波数を有している。このため、振動装置２０Ｂと振動装置２０Ｃは、上記の共振周波数と一致する周波数の駆動信号が印加されることで、長さ方向の中央付近が振動の腹となり長さ方向の両端付近が固定端となる振動が生じる。そして、このような振動板２１Ｂ，２１Ｃの振動には、振動板２１Ｂ，２１Ｃにおけるスペーサ２３Ｂ，２３Ｃ，２４Ｃとの接触位置が振動の節（ノード）となるような高調波が重畳される。

図７（Ａ）に示すように、振動装置２０Ｂでは、スペーサ２３Ｂが振動板２１Ｂの長さ方向の中央付近に接することにより、この接触位置が振動の節となるような高調波の振動が生じる。すなわち、振動装置２０Ｂの振動には、振動板２１Ｂの長さ方向の寸法を１波長とする２次高調波の振動が重畳される。

一方、図７（Ｂ）に示すように、振動装置２０Ｃでは、スペーサ２３Ｃ，２４Ｃが振動板２１Ｃの長さ方向に適切な間隔を空けて並べられることにより、これらとの接触位置がそれぞれ振動の節（ノード）となるような高調波の振動が生じる。すなわち、振動装置２０Ｃの振動には、振動板２１Ｃの長さ方向の寸法を１．５波長とするような３次高調波の振動が重畳される。

したがって、第３の実施形態に係る振動装置２０Ｂと、第４の実施形態に係る振動装置２０Ｃとでは、振動板２１Ｂ，２１Ｃの長さ方向の寸法が等しい場合でも、振動板２１Ｂ，２１Ｃに生じる高調波の周波数が異なるものになる。一般に、指への触覚フィードバックとして優れる（高感度である）振動の周波数は１００Ｈｚ〜３００Ｈｚであるため、振動板２１Ｂ，２１Ｃの共振周波数が１００Ｈｚよりも低い周波数になる場合には、スペーサの数や位置を適切に調整することによって、振動板２１Ｂ，２１Ｃに生じる振動の高調波を１００Ｈｚ〜３００Ｈｚの周波数に設定することができる。したがって、振動板２１Ｂ，２１Ｃの共振周波数が１００Ｈｚよりも低い周波数になる場合でも、指等に対する良好な触覚フィードバックを得ることができる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る振動装置について説明する。

図８（Ａ）は、第５の実施形態に係る振動装置２０Ｄの斜視面図であり、図８（Ｂ）は、第４の実施形態に係る振動装置２０Ｄの背面図である。

振動装置２０Ｄは、振動板２１Ｄと複数の圧電フィルム２２Ｄとスペーサ２３Ｄとを備えている。複数の圧電フィルム２２Ｄは、幅方向の寸法が短く長さ方向の寸法が長い短冊状であり、互いに並行するように幅方向に並べられている。複数の圧電フィルム２２Ｄは、長さ方向の寸法が振動板２１Ｄと同程度であり、振動板２１Ｄに連結される固定端２４Ｄが長さ方向の両端付近に設けられている。スペーサ２３Ｄは、振動板２１Ｄの下面と複数の圧電フィルム２２Ｄの上面とに接し、複数の圧電フィルム２２Ｄにわたるように、幅方向に延び、振動板２１Ｄと複数の圧電フィルム２２Ｄとの間に所定の間隔を確保している。このため、複数の圧電フィルム２２Ｄは、スペーサ２３Ｄによって厚み方向の下側に押し込まれており湾曲している。

該振動装置２０Ｄにおいては、各圧電フィルム２２Ｄの形状が、長さ方向に長い短冊状であるため、各圧電フィルム２２Ｄの駆動によって、長さ方向に最も大きく伸びや縮みが生じる。したがって、このような圧電フィルム２２Ｄを複数用いて振動板２１Ｄを振動させることにより、振動板２１Ｄを効果的に振動させることができる。また、該振動装置２０Ｄにおいても、前述の各実施形態と同様にスペーサ２３Ｄを設けているので、振動板２１Ｄが押込まれた状態からでも、振動板２１Ｄを振動させることができる。したがって該振動装置２０Ｄを用いて触覚提示装置を構成しても、タッチ操作を行うユーザに対して、触覚フィードバックを提示することができる。

なお、本実施形態のように複数の圧電フィルムを設ける場合、上記したように複数の圧電フィルムを渡るように単一のスペーサを配置する他、複数のより短いスペーサを各圧電フィルムに対して個別に配置するようにしてもよい。複数のスペーサを複数の圧電フィルムに対して個別に配置すれば、各圧電フィルムにかかるテンションを調整することができ、振動板を更に効果的に振動させることもできる。

また、本実施形態の構成においても、図６で示した構成と同様に、各圧電フィルムの長さ方向に複数のスペーサを並べて配置するにしてもよい。

以上に説明したように本発明は実施することができるが、本発明は、特許請求の範囲に記載に該当する構成であれば、上記の他の構成であっても実施することができる。例えば、本発明の振動装置は、触覚提示装置ではない他の装置、例えば平面型スピーカなどに利用してもよい。

１０…触覚提示装置
１１…制御部
１２…駆動部
２０，２０Ｂ，２０Ｃ…振動装置
２１，２１Ｂ，２１Ｃ…振動板
２２，２２Ｂ，２２Ｃ…圧電フィルム
２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２４Ｃ…スペーサ
２４…固定端
２４Ｂ，２５Ｃ…固定部
２５…基部
２６…突起部
３０…タッチパネル
３１…タッチセンサ

Claims (7)

1. 厚み方向に撓んだ振動板と、
   少なくとも一部に電気的駆動により面方向に振動が生じる性質を有し、前記振動板に連結され、前記振動板との連結位置から前記振動板に交差する方向に張られたフィルムと、
   前記連結位置から離れた位置で前記振動板と前記フィルムとの間に隙間を確保するスペーサと、
   を備える振動装置。
2. 前記スペーサは、前記振動板と前記フィルムとの間に設けられ、前記振動板と前記フィルムとのそれぞれに常に接触する状態にある、請求項１に記載の振動装置。
3. 前記スペーサは、前記フィルム側に設けられた基部と、前記振動板側に設けられ、前記基部から前記厚み方向に突出する複数の突起部とを備える、請求項１または請求項２に記載の振動装置。
4. 複数の前記スペーサを、前記厚み方向に直交する長さ方向に並べて設けた、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の振動装置。
5. 前記振動板は、前記フィルムに逆圧電効果が生じていない状態では平坦状である、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の振動装置。
6. 前記フィルムは、キラル高分子フィルムまたはポリフッ化ビニリデンフィルムを含む、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の振動装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の振動装置と、
   前記振動板に装着した、タッチ操作を検出するタッチ検出部と、
   前記タッチ検出部がタッチ操作を検出したときに、前記フィルムに駆動電圧を印加する制御部と、を備える、触覚提示装置。

Images