特開 2023-161626 振動発生装置及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023161626

(43)【公開日】2023-11-08

(54)【発明の名称】振動発生装置及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/06 20060101AFI20231031BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20231031BHJP

【ＦＩ】

B06B1/06 Z

G06F3/041 480

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022072070

(22)【出願日】2022-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 文久

(72)【発明者】

【氏名】松井 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】浜田 浩

【テーマコード（参考）】

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D107AA16

5D107BB08

5D107CC02

(57)【要約】

【課題】指接触音及び指摩擦音を抑制しながら、良好な触感を提示することが可能な振動発生装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】本発明に係る振動発生装置は、振動体と、圧電アクチュエータとを具備する。上記振動体は、基材と、上記基材の表面上に形成された粒子含有層を含み、上記粒子含有層の表面である第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体であって、上記粒子含有層は、無機材料からなり、メディアン径が８μｍ以上３０μｍ以下である複数の粒子と、上記基材の表面を被覆し、上記複数の粒子を上記基材の表面に固定する樹脂材料とを含み、上記第１の主面に上記複数の粒子が露出し、上記第１の主面に垂直な方向から見て上記複数の粒子の面積比率が２％以上４５％以下である。上記圧電アクチュエータは、上記第２の主面に接合されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、前記基材の表面上に形成された粒子含有層を含み、前記粒子含有層の表面である第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体であって、前記粒子含有層は、無機材料からなり、メディアン径が８μｍ以上３０μｍ以下である複数の粒子と、前記基材の表面を被覆し、前記複数の粒子を前記基材の表面に固定する樹脂材料とを含み、前記第１の主面に前記複数の粒子が露出し、前記第１の主面に垂直な方向から見て前記複数の粒子の面積比率が２％以上４５％以下である振動体と、
前記第２の主面に接合された圧電アクチュエータと
を具備する振動発生装置。

【請求項2】

請求項１に記載の振動発生装置であって、
前記振動体は、パネルと前記パネルの表面に貼付されたフィルムを含み、前記基材と前記粒子含有層は前記フィルムを構成し、前記第１の主面は前記フィルムの表面である
振動発生装置。

【請求項3】

請求項２に記載の振動発生装置であって、
前記フィルムは、３０μｍ以上２００μｍ以下の厚みを有する
振動発生装置。

【請求項4】

請求項１に記載の振動発生装置であって、
前記振動体は、前記基材であるパネルと、前記パネルの表面上に形成された前記粒子含有層を含む
振動発生装置。

【請求項5】

請求項２又は４に記載の振動発生装置であって、
前記パネルは樹脂又はガラスからなる
振動発生装置。

【請求項6】

請求項１から４のうちいずれか１項に記載の振動発生装置であって、
前記振動体は光透過性を有する
振動発生装置。

【請求項7】

基材と、前記基材の表面上に形成された粒子含有層を含み、前記粒子含有層の表面である第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体であって、前記粒子含有層は、無機材料からなり、メディアン径が８μｍ以上３０μｍ以下である複数の粒子と、前記基材の表面を被覆し、前記複数の粒子を前記基材の表面に固定する樹脂材料とを含み、前記第１の主面に前記複数の粒子が露出し、前記第１の主面に垂直な方向から見て前記複数の粒子の面積比率が２％以上４５％以下である振動体と、前記第２の主面に接合された圧電アクチュエータとを備える振動発生装置
を具備する電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動による触覚提示に係る振動発生装置及び電子機器及に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォンやカーナビゲーション等のタッチパネルでは、入力がなされたことを振動により通知する技術（フォースフィードバック）が用いられている。また、近年では通知だけではなく、パネルの振動にさまざまなバリエーションをもたせることで表示物の感触を表現したり、操作位置を認識させたりするような触覚技術が検討されている。

【0003】

触覚技術として、圧電アクチュエータをパネルへ貼り付け、超音波帯域の振動を生じさせることによりパネル表面に定在波を発生させることができる。その表面を指などで触れるとユーザは触感を感じることができる。そして信号パターンを変えることで、様々なバリエーションの触感を表現することができる。

【0004】

しかしながら、このような触感を発生させているパネル表面に指を触れる際、指とパネルの接触による異音（以下、接触音）が発生する場合がある。これに対し、特許文献１には、パネル表面の表面粗さを粗くすることで指の接触音を低減する技術が開示されている。また、特許文献２には、パネル表面に幅１ｍｍ～１０ｍｍ、深さ０．０１ｍｍ～０．１ｍｍの凹凸を設けることによって指接触音を抑える方法を提示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１６１１１号公報

【特許文献2】特開２０２１－１３７７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のように、特許文献１及び２にはパネル表面の性状によって指接触音を抑制する技術について開示されている。一方、パネル表面の性状によっては、触感を発生させていないパネル表面に指を触れる際、指とパネル表面の摩擦による異音（以下、指摩擦音）が発生する。また、パネル表面の性状によってはパネル表面にザラザラとした好ましくない触感が生じる場合がある。

【0007】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、指接触音及び指摩擦音を抑制しながら、良好な触感を提示することが可能な振動発生装置及び電子機器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る振動発生装置は、振動体と、圧電アクチュエータとを備える。
上記振動体は、基材と、上記基材の表面上に形成された粒子含有層を含み、上記粒子含有層の表面である第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体であって、上記粒子含有層は、無機材料からなり、メディアン径が８μｍ以上３０μｍ以下である複数の粒子と、上記基材の表面を被覆し、上記複数の粒子を上記基材の表面に固定する樹脂材料とを含み、上記第１の主面に上記複数の粒子が露出し、上記第１の主面に垂直な方向から見て上記複数の粒子の面積比率が２％以上４５％以下である。
上記圧電アクチュエータは、上記第２の主面に接合されている。

【0009】

上記振動体は、パネルと上記パネルの表面に貼付されたフィルムを含み、上記基材と上記粒子含有層は上記フィルムを構成し、上記第１の主面は上記フィルムの表面であってもよい。

【0010】

上記フィルムは、３０μｍ以上２００μｍ以下の厚みを有してもよい。

【0011】

上記振動体は、上記基材であるパネルと、上記パネルの表面上に形成された上記粒子含有層を含んでもよい。

【0012】

上記パネルは樹脂又はガラスからなるものであってもよい。

【0013】

上記振動体は光透過性を有するものであってもよい。

【0014】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器は、振動発生装置を備える。
上記振動発生装置は、基材と、上記基材の表面上に形成された粒子含有層を含み、上記粒子含有層の表面である第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面を有する振動体であって、上記粒子含有層は、無機材料からなり、メディアン径が８μｍ以上３０μｍ以下である複数の粒子と、上記基材の表面を被覆し、上記複数の粒子を上記基材の表面に固定する樹脂材料とを含み、上記第１の主面に上記複数の粒子が露出し、上記第１の主面に垂直な方向から見て上記複数の粒子の面積比率が２％以上４５％以下である振動体と、上記第２の主面に接合された圧電アクチュエータとを備える。

【発明の効果】

【0015】

以上のように本発明によれば、指接触音及び指摩擦音を抑制しながら、良好な触感を提示することが可能な振動発生装置及び電子機器を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る振動発生装置の模式図である。

【図2】上記振動発生装置の斜視図である。

【図3】上記振動発生装置の側面図である。

【図4】上記振動発生装置が備える振動体の断面図である。

【図5】上記振動発生装置が備える振動体を分解して示す断面図である。

【図6】上記振動体が備える粒子含有層の平面図である。

【図7】比較例に係る振動体の音圧特性を示すグラフである。

【図8】本発明の実施形態に係る振動発生装置が備える振動体の音圧特性を示すグラフである。

【図9】上記振動発生装置が備える粒子含有層の、粒子の面積比率と音圧の関係を示すグラフである。

【図10】上記粒子含有層の、粒子の粒径と指接触音の関係を示すグラフである。

【図11】上記粒子含有層の、粒子の粒径と指摩擦音の関係を示すグラフである。

【図12】上記粒子含有層の、粒子の粒径と触感の関係を示すグラフである。

【図13】上記振動発生装置が備えるフィルムの厚みと変位量の関係を示すグラフである。

【図14】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の断面図である。

【図15】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の断面図である。

【図16】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の断面図である。

【図17】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施形態に係る振動発生装置について説明する。なお、以下の各図においてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を相互に直交する３方向とする。

【0018】

［振動発生装置の構成］
図１は、本実施形態に係る振動発生装置１００の模式図である。同図に示すように、振動発生装置１００は、振動体１０１、圧電アクチュエータ１０２及び駆動装置１０３を備える。図２は振動発生装置１００の斜視図であり、図３は振動発生装置１００の側面図である。なお、図２及び図３では駆動装置１０３の図示は省略する。

【0019】

振動体１０１は、振動体１０１に触れるユーザに触覚を提示する。振動体１０１はパネル状の部材であり、例えば、液晶パネルや電子機器の筐体等である。振動体１０１の形状やサイズは特に限定されない。図２及び図３に示すように、振動体１０１の一方の主面を第１の主面１０１ａとし、第１の主面１０１ａの反対側の主面を第２の主面とする。振動体１０１の詳細な構成については後述する。

【0020】

圧電アクチュエータ１０２は、振動体１０１の第２の主面１０１ｂに接合され、振動を生じる。圧電アクチュエータ１０２は、正極、負極及び圧電材料層を備え、正極と負極の間に電圧を印加すると、逆圧電効果により圧電材料層に変形が生じ、振動が発生する。図１において、正極に接続された正極端子１０２ａと、負極に接続された負極端子１０２ｂを示す。

【0021】

正極端子１０２ａには正極配線１０４が接続され、負極端子１０２ｂには負極配線１０５が接続されている。図１に示すように正極配線１０４及び負極配線１０５は、駆動装置１０３に接続され、駆動装置１０３から駆動信号が供給されると圧電アクチュエータ１０２に振動が生じる。

【0022】

圧電アクチュエータ１０２は正極と負極を、圧電材料層を介して交互に積層した積層構造を有するものであってもよく、他の構造を有するものであってもよい。圧電アクチュエータ１０２はエポキシ樹脂等によって第２の主面１０１ｂに接合されたものとすることができる。また、図１５乃至図１７に示すように、圧電アクチュエータ１０２は対や並列などの配置で２つ以上が第２の主面１０１ｂに接合されてもよい。

【0023】

図３に示すように、振動発生装置１００では、ユーザの指Ｆが第１の主面１０１ａに接触して用いられる。この際、第２の主面１０１ｂに接合された圧電アクチュエータ１０２が超音波振動を発生させることにより、振動体１０１に定在波が生じ、ユーザは指Ｆに触感を感知することができる。また、圧電アクチュエータ１０２に印加する駆動信号の信号パターンを変えることで、振動体１０１に様々なバリエーションの触感を発生させることができる。

【0024】

駆動装置１０３は、例えばアンプであり、正極配線１０４及び負極配線１０５を介して圧電アクチュエータ１０２と接続され、圧電アクチュエータ１０２に駆動信号を供給する。駆動信号の周波数は特に限定されないが、６０ｋＨｚ以上が好適である。

【0025】

［振動体について］
振動体１０１の詳細な構成について説明する。図４は振動体１０１の断面図であり、図５は、振動体１０１を分解して示す断面図である。これらの図に示すように振動体１０１は、パネル１１１、フィルム１１２及び接着層１１３を備える。

【0026】

パネル１１１はガラス又は樹脂材料からなる板状部材である。パネル１１１が樹脂材料からなる場合、曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以上の樹脂材料が好適である。図５に示すようにパネル１１１は表面１１１ａ及び裏面１１１ｂを有する。裏面１１１ｂは振動体１０１の第２の主面１０１ｂを構成し、圧電アクチュエータ１０２が接合される面である。
パネル１１１の厚みは０．３ｍｍ～数ｍｍ程度とすることができる。

【0027】

フィルム１１２は、接着層１１３によってパネル１１１の表面１１１ａに貼付される。フィルム１１２は図５に示すように基材１１４及び粒子含有層１１５を含む。フィルム１１２の厚みは３０μｍ以上２００μｍ以下が好適である。

【0028】

基材１１４はＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂材からなるフィルム状の部材である。図５に示すように基材１１４は表面１１４ａ及び裏面１１４ｂを有する。裏面１１４ｂは接着層１１３側の面であり、表面１１４ａはその反対側の面である。

【0029】

粒子含有層１１５は複数の粒子１１６と樹脂材料１１７とを含む。粒子１１６は無機材料からなる粒子であり、具体的にはシリカ、ガラスビーズ、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、タルク又は酸化マグネシウム等からなる。粒子１１６はメディアン径が８μｍ以上３０μｍ以下であり、粒径の範囲はメディアン径±２０％である。メディアン径は「Ｄ５０」とも呼ばれ、粒子を特定の粒径で分けたときに、同粒径より大きい粒子と小さい粒子が等量となる粒径を意味する。樹脂材料１１７は基材１１４の表面１１４ａを被覆し、粒子１１６を表面１１４ａに固定する。樹脂材料１１７はシリコン系樹脂やアクリル系樹脂等の樹脂材料である。

【0030】

図５に示すように、粒子含有層１１５は表面１１５ａを有する。表面１１５ａは基材１１４とは反対側の反対側の面である。粒子含有層１１５は振動体の最表面に位置し、第１の主面１０１ａを構成する。

【0031】

図４に示すように、粒子含有層１１５では粒子１１６が樹脂材料１１７から突出し、第１の主面１０１ａに露出する。図６は粒子含有層１１５を第１の主面１０１ａに垂直な方向（Ｚ方向）から見た平面図である。同図に示すように、同方向から見ると第１の主面１０１ａは樹脂材料１１７中に粒子１１６が分散して露出している。粒子含有層１１５の表面１１５ａにおいて一辺２２７μｍの正方形範囲を測定範囲とすると、測定範囲において表面１１５ａに占める粒子１１６の面積比率は２％以上４５％以下である。

【0032】

粒子含有層１１５の形成方法は特に限定されないが、基材１１４の表面１１４ａに流動性を有する状態の樹脂材料１１７を塗布し、その上に粒子１１６を散布し、樹脂材料１１７を硬化させることにより粒子含有層１１５を形成可能である。

【0033】

接着層１１３はパネル１１１とフィルム１１２の間に配置され、これらを接着する。接着層１１３の材料はパネル１１１とフィルム１１２を接着できるものであればよい。接着層１１３の厚みは１０μｍ以上５０μｍ以下が好適である。

【0034】

振動体１０１は以上のような構成を有する。振動体１０１は液晶パネル等の表示装置に装着され、または表示装置の一部を構成する場合、光透過性を有するものが好適である。

【0035】

［粒子含有層について］
振動発生装置１００ではユーザの指Ｆが触れる第1の主面１０１ａに粒子含有層１１５を形成することにより、指接触音と指摩擦音を共に低減することができる。指接触音は圧電アクチュエータ１０２に超音波振動を発生させ、振動体１０１に定在波が生じているときに指Ｆを第１の主面１０１ａ上で動かすと発生する音である。指摩擦音は圧電アクチュエータ１０２を駆動していないときに指Ｆを第1の主面１０１ａ上で動かすと発生する音
である。

【0036】

図７は、比較として、フィルム１１２が貼付されず、表面が平坦な振動体を超音波帯域で振動させたときの音圧特性を示すグラフである。図中「指なし」は振動体へ指を触れていないときの音圧特性を示し、「指接触」は振動体へ指を触れているときの音圧特性を示す。同図に示すように、振動体への指の接触時に、圧電アクチュエータへの入力周波数とその１／４の周波数にピークがあり、１／４周波数のピークが可聴域であるため、指接触音として聞こえる。

【0037】

一方、図８は、本実施形態に係る、フィルム１１２を備える振動体１０１を超音波帯域で振動させたときの音圧特性を示すグラフである。図中「指なし」は振動体へ指を触れていないときの音圧特性を示し、「指接触」は振動体へ指を触れているときの音圧特性を示す。同図に示すように、振動体への指の接触時に、圧電アクチュエータへの入力周波数の１／４の周波数にはピークがほとんど生じず、指接触音が抑制されている。

【0038】

図９は粒子含有層１１５を第１の主面１０１ａに垂直な方向（Ｚ方向）から見たとき（図６参照）の、表面１１５ａの測定範囲に占める粒子１１６の面積比率と音圧の関係を示すグラフである。同図に示すように面積比率０％（粒子なし）では指接触音が大きく、２％以上で指接触音が小さくなり、４５％以上になると０％と同等レベルになる。よって上記の面積比率は２％以上４５％以下が好適である。

【0039】

図１０は粒子１１６の粒径（Ｄ５０）と指接触音の関係を示すグラフであり、図１１は粒子１１６の粒径（Ｄ５０）と指摩擦音の関係を示すグラフである。図１０に示すように、粒子１１６の粒径（Ｄ５０）が大きいほど指接触音が低減し、８μｍ以上から指接触音が閾値未満となり、１５μｍ以上だと指接触音が発生しない。一方、図１１に示すように粒子１１６の粒径（Ｄ５０）が大きいほど指摩擦音が増大し、３０μｍ以上から指摩擦音が閾値を超える。

【0040】

図１２は、粒子１１６の粒径（Ｄ５０）と第1の主面１０１ａの触感の関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、第１の主面１０１ａがツルツルとした状態を「良」とし、ザラザラとした状態を「悪」としている。同図に示すように、粒子１１６の粒径（Ｄ５０）が３０μｍ以上だと第１の主面１０１ａの触感が低下する。

【0041】

以上から、表面１１５ａの測定範囲に占める粒子１１６の面積比率を２％以上４５％以下、かつ粒子１１６の粒径（Ｄ５０）を８μｍ以上３０μｍ以下とすることにより、指接触音及び指摩擦音を抑制し、第１の主面１０１ａの触感を良好とすることができる。

【0042】

［フィルムの厚みについて］
フィルム１１２の厚みについて説明する。図１３は、フィルム１１２の厚みと第１の主面１０１ａの変位量の関係を示すグラフである。同図に示すようにフィルム１１２が薄いほど第１の主面１０１ａの変位量は大きいが、フィルム１１２の厚みが３０μｍ以下では第１の主面１０１ａを所望の粗面にするのが難しく、フィルム１１２の厚みが２００μｍ以上では超音波振動による第１の主面１０１ａの変位量が小さくなってしまう。したがってフィルム１１２の厚みは３０μｍ以上２００μｍ以下が好適である。

【0043】

［振動体の他の構成について］
上述のように振動体１０１は、パネル１１１上に粒子含有層１１５を含むフィルム１１２が接着されたものとして説明したが、粒子含有層１１５はパネル１１１上に直接、積層されたものであってもよい。図１４はこの構成を有する振動体１０１の断面図である。同図に示すように振動体１０１はパネル１１１及びパネル１１１上に積層された粒子含有層１１５を備える。

【0044】

パネル１１１は上記のようにガラス又は樹脂材料からなる板状部材であり、表面１１１ａ及び裏面１１１ｂを有する。裏面１１１ｂは振動体１０１の第２の主面１０１ｂを構成し、圧電アクチュエータ１０２が接合される面である。この構成においてはパネル１１１が粒子含有層１１５の基材である。

【0045】

粒子含有層１１５は上述した構成を有し、複数の粒子１１６と樹脂材料１１７とを含む。樹脂材料１１７は基材であるパネル１１１の表面１１１ａを被覆し、粒子１１６を表面１１１ａに固定する。粒子１１６の粒径及び面積比率はフィルム１１２における粒子含有層１１５と同様である。この構成においても、表面１１５ａの測定範囲に占める粒子１１６の面積比率を２％以上４５％以下、かつ粒子１１６の粒径（Ｄ５０）を８μｍ以上３０μｍ以下とすることにより、指接触音及び指摩擦音を抑制し、第１の主面１０１ａの触感を良好とすることができる。

【0046】

振動発生装置１００は以上のような構成を有する。振動発生装置１００は、スマートフォンや触覚機能デバイス等の各種電子機器に搭載することが可能である。

【符号の説明】

【0047】

１００…振動発生装置
１０１…振動体
１０２…圧電アクチュエータ
１０３…駆動装置
１１１…パネル
１１２…フィルム
１１３…接着層
１１４…基材
１１５…粒子含有層
１１６…粒子
１１７…樹脂材料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】