特開 2024-35857 圧電ユニット及び入出力装置

(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】P2024035857

(43)【公開日】2024-03-15

(54)【発明の名称】圧電ユニット及び入出力装置

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/04 20060101AFI20240308BHJP

   B06B 1/06 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

B06B1/04 S

B06B1/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140445

(22)【出願日】2022-09-05

(71)【出願人】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】弁理士法人あーく事務所

(72)【発明者】

【氏名】長坂 昭吾

(72)【発明者】

【氏名】清水 良典

【テーマコード（参考）】

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D107BB08

5D107CC01

5D107CD03

5D107DE02

(57)【要約】

【課題】素子の数を削減することが可能な圧電ユニット及び入出力装置を提供する。
【解決手段】圧電ユニットＰＵは、圧電素子２１と、圧電素子２１を振動させる出力を行う出力部３１と、圧電素子２１にて発生する電圧の入力を受ける入力部３２と、出力部３１による出力及び入力部３２による入力が交互になるように切り替える制御部３０とを備える。入出力装置は、圧電ユニットＰＵを収容する筐体と、筐体の外面に配置された接触部とを備え、接触部は、圧電素子２１に起因する振動を出力し、外部からの接触に起因する入力を圧電素子２１に伝達する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電素子と、
前記圧電素子を振動させる出力を行う出力部と、
前記圧電素子にて発生する電圧の入力を受ける入力部と、
前記出力部による出力及び前記入力部による入力が交互になるように切り替える制御部と
を備えることを特徴とする圧電ユニット。

【請求項2】

請求項１に記載の圧電ユニットであって、
周期信号を発信する発振回路を備え、
前記発振回路が発振する周期信号に基づいて、前記出力部による出力及び前記入力部による入力を切り替える
ことを特徴とする圧電ユニット。

【請求項3】

請求項１に記載の圧電ユニットであって、
前記出力部は、
第１周波数の第１信号を発振する第１発振回路と、
第１周波数と異なる第２周波数の第２信号を発振する第２発振回路と、
前記第１発振回路が発振した第１信号の波形及び前記第２発振回路が発振した第２信号の波形を合成する加算回路と
を備え、
前記圧電素子を振動させる出力は、前記加算回路により合成された波形に基づいて前記圧電素子を振動させる出力である
ことを特徴とする圧電ユニット。

【請求項4】

請求項３に記載の圧電ユニットであって、
前記第１周波数及び第２周波数の差は、１～５０Ｈｚである
ことを特徴とする圧電ユニット。

【請求項5】

請求項３又は請求項４に記載の圧電ユニットであって、
前記第１周波数及び第２周波数は、５０～５００Ｈｚである
ことを特徴とする圧電ユニット。

【請求項6】

請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電ユニットと、
前記圧電ユニットを収容する筐体と、
前記筐体の外面に配置された接触部と
を備え、
前記接触部は、前記圧電素子に起因する振動を出力し、外部からの接触に起因する入力を前記圧電素子に伝達する
ことを特徴とする入出力装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電素子を備える圧電ユニット及びそのような圧電ユニットを備える入出力装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォン、タブレット型コンピュータ等の電子機器は、使用者の指の接触による入力を検出し、使用者の指に対して振動を伝える出力を行う入出力装置として機能する。このような入出力装置として、例えば、特許文献１では、指の接触を検出する静電容量式センサーと、圧電材料を用いて振動を与えるアクチュエータとを備える電子機器が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－３３９２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示された電子機器は、静電容量式センサー及び圧電材料という複数の素子を用いるため、例えば、大型化し易い等の問題が生じる。

【0005】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、素子の数を削減することが可能であり、これにより、例えば、小型化することが可能な圧電ユニットの提供を主たる目的とする。

【0006】

また、本発明は、本発明に係る圧電ユニットを備える入出力装置の提供を他の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本願開示の圧電ユニットは、圧電素子と、前記圧電素子を振動させる出力を行う出力部と、前記圧電素子にて発生する電圧の入力を受ける入力部と、前記出力部による出力及び前記入力部による入力が交互になるように切り替える制御部とを備えることを特徴とする。

【0008】

また、前記圧電ユニットにおいて、周期信号を発信する発振回路を備え、前記発振回路が発振する周期信号に基づいて、前記出力部による出力及び前記入力部による入力を切り替えることを特徴とする。

【0009】

また、前記圧電ユニットにおいて、前記出力部は、第１周波数の第１信号を発振する第１発振回路と、第１周波数と異なる第２周波数の第２信号を発振する第２発振回路と、前記第１発振回路が発振した第１信号の波形及び前記第２発振回路が発振した第２信号の波形を合成する加算回路とを備え、前記圧電素子を振動させる出力は、前記加算回路により合成された波形に基づいて前記圧電素子を振動させる出力であることを特徴とする。

【0010】

また、前記圧電ユニットにおいて、前記第１周波数及び第２周波数の差は、１～５０Ｈｚであることを特徴とする。

【0011】

また、前記圧電ユニットにおいて、前記第１周波数及び第２周波数は、５０～５００Ｈ
ｚであることを特徴とする。

【0012】

更に、本願開示の入出力装置は、前記圧電ユニットと、前記圧電ユニットを収容する筐体と、前記筐体の外面に配置された接触部とを備え、前記接触部は、前記圧電素子に起因する振動を出力し、外部からの接触に起因する入力を前記圧電素子に伝達することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本願開示の圧電ユニット等は、圧電素子に対する電圧の印加及び電圧の測定を交互に行うことにより、素子の数を削減することが可能である等、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本願開示の入出力装置の外観の一例を示す概略外観図である。

【図2】本願開示の入出力装置の外観の一例を示す概略外観図である。

【図3】本願開示の入出力装置の内部の一例を示す概略斜視図である。

【図4】本願開示の入出力装置が備える圧電デバイスの一例を示す概略外観図である。

【図5】本願開示の圧電ユニットが備える制御デバイスの機能構成の一例を模式的に示す回路ブロック図である。

【図6】人体の皮膚感覚に対する周波数の影響の一例を示すグラフである。

【図7】本願開示の圧電ユニットが備える制御デバイスの出力部に係る信号波形の一例を示すタイムチャートである。

【図8】本願開示の圧電ユニットが備える制御デバイスの機能構成の一例を模式的に示す回路ブロック図である。

【図9】本願開示の圧電ユニットが備える制御デバイスの第１制御方法に係る信号波形の概形の一例を示すタイムチャートである。

【図10】本願開示の圧電ユニットが備える制御デバイスの第２制御方法に係る信号波形の概形の一例を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜適用例＞
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。本願開示の入出力装置は、例えば、使用者の指の接触を検知し、かつ接触した指に振動を伝えるゲーム装置、ゲーム装置用コントローラ、スマートフォン、タブレット型コンピュータ等の装置に適用される。以下では、図面を参照しながらゲーム装置に適用した入出力装置ＩＯを例示して説明する。

【0016】

＜入出力装置ＩＯの外観＞
図１及び図２は、本願開示の入出力装置ＩＯの外観の一例を示す概略外観図である。図１は、入出力装置ＩＯの正面側を中心に示す概略斜視図であり、図２は、入出力装置ＩＯの背面側を中心に示す概略斜視図である。入出力装置ＩＯは、略長方形の板状をなす筐体１を備え、筐体１の正面中央には、長方形状の液晶パネル等の表示部１０が配置されており、表示部１０の左右に使用者が把持する把持部１１が配置されている。把持部１１には、使用者が、親指で操作する操作ボタン等の操作部１２が配置されている。筐体１の背面（外面）には、使用者の親指以外の指が触れる位置に、接触部１３が４箇所に配置されている。

【0017】

＜入出力装置ＩＯの内部構造＞
図３は、本願開示の入出力装置ＩＯの内部の一例を示す概略斜視図である。図３は、入出力装置ＩＯの筐体１の正面に配置された表示部１０を取り外し、内部の構造が視認できるように示している。なお、入出力装置ＩＯの内部を視認し易いように、図３は、筐体１
及び筐体１内に配置された圧電デバイス２のみを示している。図３に例示するように、筐体１内には、４個の圧電デバイス２が配置されており、各圧電デバイス２の配置位置は、筐体１の背面の接触部１３の位置に対応している。このような配置により、筐体１に配置された接触部１３を介して、使用者の接触に起因する入力を圧電デバイス２が検知し、圧電デバイス２に起因する振動を出力として使用者に伝達する。

【0018】

＜圧電デバイス２の構造＞
図４は、本願開示の入出力装置ＩＯが備える圧電デバイス２の一例を示す概略外観図である。圧電デバイス２は、基板２０と、基板２０上に配置された圧電素子２１と、基板２０上に形成されたプリント配線２２とを備えている。

【0019】

基板２０は、略長方形の薄膜状に形成された可撓性を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板）である。基板２０は、ベースフィルムに、ベースフィルム上の圧電素子２１及びプリント配線２２を保護する保護フィルムを積層して形成されている。

【0020】

基板２０上に配置された圧電素子２１は、略長方形の薄膜状に形成されている。圧電素子２１は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電性を有するピエゾ素子を用いて形成されており、電圧の印加で変形し、押圧を受けて電圧を発生する。従って、サイン波等の周期的な電圧を印加することにより、圧電素子２１は振動し、使用者の指等の人体の接触に基づく押圧により、圧電素子２１は電圧を発生する。圧電素子２１には、電圧の入出力部となる一対の素子電極部２１ａが形成されている。

【0021】

圧電素子２１には、一対のプリント配線２２が接続されている。プリント配線２２の一端側は、圧電素子２１の素子電極部２１ａに接続する配線電極部２２ａとなっており、他端側は、端子部２２ｂとなっている。配線電極部２２ａと、圧電素子２１とは、銀ペースト等の導電性の接着材を用いた導電ペースト２３にて電気的に接続されている。端子部２２ｂは、制御デバイス３（図５等参照）に電気的に接続されている。

【0022】

＜圧電ユニットＰＵの第１の機能構成例＞
入出力装置ＩＯが備える筐体１内には、圧電デバイス２と共に、圧電デバイス２が備える圧電素子２１を制御する制御デバイス３が収容されており、圧電デバイス２と制御デバイス３とにより、圧電素子２１を制御する圧電ユニットＰＵを構成している。圧電ユニットＰＵは、制御方法に応じた様々な構成で設計することが可能である。以降では、機能構成の一例として第１の機能構成例について説明する。図５は、本願開示の圧電ユニットＰＵが備える制御デバイス３の機能構成の一例を模式的に示す回路ブロック図である。圧電ユニットＰＵが備える制御デバイス３は、制御部３０、出力部３１、入力部３２、入出力切替部３３等の各種構成を備えている。

【0023】

制御部３０は、制御デバイス３全体を制御するプロセッサである。出力部３１は、制御部３０の制御に基づいて、圧電デバイス２が備える圧電素子２１を振動させる出力信号の出力を行う回路である。入力部３２は、圧電素子２１にて発生する電圧に基づく入力信号の入力を受け付け、入力信号を制御部３０へ渡す回路である。入出力切替部３３は、制御部３０の制御に基づいて、出力部３１による出力及び入力部３２による入力を切り替える回路である。

【0024】

各種回路について更に説明する。制御部３０は、出力部３１を制御して圧電素子２１の振動を制御し、また圧電素子２１から入力された電圧に基づく信号を入力部３２から受け付ける。入力を受け付けた制御部３０は、入力された信号に基づく各種制御及び信号処理を行う。また、制御部３０は、入出力切替部３３及び入力部３２へ切替信号を出力する。切替信号は、圧電素子２１を駆動すべく圧電デバイス２へ電圧を印加する出力モードと、
使用者の接触に起因して圧電素子２１が出力する電圧の入力を受ける入力モードとを切り替える信号である。制御部３０は、出力モードと入力モードとを予め設定されている所定の時間比率に基づくタイミングで切り替えるタイムシェアリング制御を行う。

【0025】

出力部３１は、第１発振回路３１１、第２発振回路３１２、加算回路３１３、出力増幅回路３１４等の各種回路を備えている。

【0026】

第１発振回路３１１及び第２発振回路３１２は、制御部３０の制御に基づいて信号を発振する回路である。第１発振回路３１１は、第１周波数の第１信号を発振し、加算回路３１３へ出力する。第２発振回路３１２は、第２周波数の第２信号を発信し、加算回路３１３へ出力する。第１信号は、例えば、２００Ｈｚ等のサイン波の波形の周期信号として出力される。第２信号は、第１信号と１～５０Ｈｚ異なる周波数、例えば、２０３Ｈｚ等のサイン波の波形の周期信号として出力される。

【0027】

加算回路３１３は、第１発振回路３１１から出力された第１信号及び第２発振回路３１２から出力された第２信号の入力を受けて、第１信号の波形及び第２信号の波形を合成する。加算回路３１３は、合成した波形の信号を出力増幅回路３１４へ出力する。出力増幅回路３１４は、加算回路３１３から入力された合成した波形の信号を増幅し、増幅した波形の信号を出力信号として入出力切替部３３へ出力する。

【0028】

入出力切替部３３は、制御部３０から出力される切替信号に基づいて、圧電デバイス２及び制御デバイス３間の入出力を切り替えるスイッチ回路である。入出力切替部３３が出力側に位置する出力モードの場合、加算回路３１３で合成され、出力増幅回路３１４で増幅された合成した波形の出力信号が出力され、出力信号に基づく電圧が、圧電デバイス２が備える圧電素子２１に印加される。即ち、出力信号は、圧電デバイス２を駆動する駆動信号として出力される。入出力切替部３３が入力側に位置する入力モードの場合、圧電素子２１が発生させる電圧に基づく入力信号の入力を圧電デバイス２から受け付けて、入力部３２へ出力する。

【0029】

入力部３２は、入力増幅回路３２０、Ｓ／Ｈ回路３２１（サンプルホールド回路）、ＬＰＦ回路３２２（ローパスフィルタ回路）等の各種回路を備えている。

【0030】

入力増幅回路３２０は、圧電デバイス２から入力された入力信号の波形を増幅し、Ｓ／Ｈ回路３２１へ出力する回路である。Ｓ／Ｈ回路３２１は、増幅された入力信号の波形を所定の周期でサンプリングし、保持する回路である。ＬＰＦ回路３２２は、Ｓ／Ｈ回路３２１にてサンプリング及び保持された値を滑らかな波形として制御部３０へ出力する回路である。なお、Ｓ／Ｈ回路３２１は、制御部３０から出力される切替信号に基づいて、入力モードの期間のみサンプリング及び保持等の処理を行う。

【0031】

以上のように構成された圧電ユニットＰＵにより、制御デバイス３は、圧電デバイス２の出力モード及び入力モードが交互になるように切り替えるタイムシェアリング制御を行う。

【0032】

次に、圧電ユニットＰＵによる制御の例について説明する。出力部３１が備える第１発振回路３１１が発振する第１信号及び第２発振回路３１２が発振する第２信号は、サイン波、矩形波、ノコギリ波等の周期性を有する波形の周期信号である。なお、第１の機能構成例としては、周期信号としてサイン波を用いる形態を例示して説明する。第１信号及び第２信号の周波数は、５０～５００Ｈｚの間で制御されるが、２００Ｈｚ近傍が好ましい。また、第１信号及び第２信号の周波数は異なっており、周波数の差は１～５０Ｈｚの間で制御されるが、２～３Ｈｚの範囲での制御が好ましい。例えば、前述のように、第１信
号の周波数を２００Ｈｚとし、第２信号の周波数を２０３Ｈｚとなるように、制御部３０は、第１発振回路３１１及び第２発振回路３１２を制御する。

【0033】

図６は、人体の皮膚感覚に対する周波数の影響の一例を示すグラフである。図６では、横軸に周波数をとり、縦軸にパチニ小体が振動振幅を知覚する弁別閾値をとって、その関係を示している。パチニ小体とは、人体の皮膚に見られる機械受容体の一つである。図６のグラフに示すように、パチニ小体は、２００Ｈｚ近傍の周波数の振動に対して最も敏感であり、１μｍ程度の振幅でも知覚することができる。従って、第１発振回路３１１が発振する第１信号及び第２発振回路３１２が発振する第２信号に係る周波数は、５０～５００Ｈｚで制御することが好ましく、特に、２００Ｈｚ近傍に制御することが好ましい。

【0034】

図７は、本願開示の圧電ユニットＰＵが備える制御デバイス３の出力部３１に係る信号波形の一例を示すタイムチャートある。図７は、上段から、第１発振回路３１１が発振する第１信号の波形、第２発振回路３１２が発振する第２信号の波形、そして加算回路３１３にて合成された合成信号の波形を示すタイムチャートである。各グラフは、いずれも、横軸に時間をとり、縦軸に信号値となる電圧をとって、信号値の経時変化を示している。上段に示す第１信号は、周波数が２００Ｈｚの波形であり、中段に示す第２信号は、周波数が２０３Ｈｚの波形である。下段に示す合成信号の波形は、周波数の差である３Ｈｚのうなりが生じる周期信号となっている。人体の皮膚感覚は、周波数が一定の振動より、変化のある振動に対して、より敏感となる。本願発明者らは、実験により、うなりが１～５０Ｈｚの場合に、一定の周波数より敏感に振動を知覚することができ、特に、うなりが２～３Ｈｚの場合に、最も敏感に振動を知覚することができるとの知見を得た。従って、第１発振回路３１１及び第２発振回路３１２にて異なる周波数の信号を発信することが好ましく、信号間の周波数の差は、１～５０Ｈｚが好ましく、特に、２～３Ｈｚとすることが好ましい。

【0035】

圧電ユニットＰＵにおけるタイムシェアリング制御の例について説明する。第１の機能構成例において、制御部３０は、入力モードの期間を、うなりにより出力信号の振幅が所定値より小さくなる期間に同期させるように、切替信号を出力する。即ち、本願開示の圧電ユニットＰＵは、振幅に応じて制御部３０から入力切替部３３へ切替信号を出力することにより、出力信号の振幅が所定値より小さくなる期間に入力モードとなり、所定値以上となる期間に出力モードとなる。このようにして、圧電ユニットＰＵは、周期信号に基づいて入力モードの期間での入力部３２よる入力と出力モードの期間での出力部３１による出力が交互になるように切り替えるタイムシェアリング制御を行う。従って、本願開示の圧電ユニットＰＵは、一の圧電素子２１を入力用及び出力用の素子として用い、使用者の指の接触による入力を検出し、かつ使用者の指に対して振動を伝える出力を行うことが可能となる。なお、本願開示の圧電ユニットＰＵは、制御部３０による切替の制御を、うなりが発生する出力信号と同期させるため、例えば、出力信号を出力部３１から制御部３０へ出力する等、適宜設計することが可能である。

【0036】

＜圧電ユニットＰＵの第２の機能構成例＞
圧電ユニットＰＵの第２の機能構成例は、第１の機能構成例において、一の発振回路３１０にて周期信号を発信する形態である。図８は、本願開示の圧電ユニットＰＵが備える制御デバイス３の機能構成の一例を模式的に示す回路ブロック図である。第２の機能構成例に係る圧電ユニットＰＵが備える制御デバイス３は、制御部３０、出力部３１、入力部３２、入出力切替部３３等の各種構成を備えている。出力部３１は、発振回路３１０及び出力増幅回路３１４を備えている。制御部３０、入力部３２及び入力切替部３３の構成は、第１の機能構成例と略同様であるので、第１の機能構成例の説明を参照するものとし、詳細な説明を省略する。

【0037】

出力部３１が備える発振回路３１０は、サイン波、矩形波、ノコギリ波等の周期性を有する波形の周期信号を発信し、出力増幅回路３１４へ出力する。なお、第２の機能構成例としては、周期信号として矩形波を用いる形態を例示して説明する。出力増幅回路３１４は、発振回路３１０から入力された信号を増幅し、増幅した波形の信号を出力信号として入出力切替部３３へ出力する。

【0038】

第２の機能構成例に係る圧電ユニットＰＵによるタイムシェアリング制御の例について説明する。第２の機能構成例に係る圧電ユニットＰＵにおけるタイムシェアリングの制御方法は、圧電素子２１の応答性能に応じて様々な仕様で設計される。圧電素子２１を振動させる応答性能が比較的高い場合、例えば、圧電素子２１を振動させる際の応答時間が２ｍｓ以下の場合の第１制御方法について説明する。

【0039】

図９は、本願開示の圧電ユニットＰＵが備える制御デバイス３の第１制御方法に係る信号波形の概形の一例を示すタイムチャートである。図９は、上段から、出力部３１から入出力切替部３３を介して出力する駆動信号の波形、入力部３２が処理する各種信号の波形、そして、制御部３０から出力する切替信号の波形を示すグラフである。各グラフは、いずれも、横軸に時間をとり、縦軸に信号値をとって、信号値の経時変化を示している。なお、下段に示す切替信号は、出力モードの期間をローレベルで示し、入力モードの期間をハイレベルで示している。

【0040】

上段に示す駆動信号は、入出力切替部３３が、出力部３１から入力された出力信号のうちで、下段に示す切替信号がローレベルの出力モードの期間に入出力切替部３３から出力される信号である。なお、出力信号と切替信号とは、周期が同一でハイレベル及びローレベルの期間が逆転するように制御されているため、出力信号は、ハイレベル（切替信号はローレベル）となった期間に、駆動信号として、入力切替部３３から出力される。

【0041】

中段に示す入力部３２が処理する各種信号の波形は、実線で示す入力信号の波形、一点鎖線で示すＳ／Ｈ回路３２１で処理された波形、及び点線で示すＬＰＦ回路３２２で処理された波形を重畳して示している。波形を実線で示す入力信号は、下段に示す切替信号がハイレベルの入力モードの期間に入出力切替部３３から入力される信号であり、入力モードの期間に、接触部１３を介して圧電素子２１が検出した人の接触に基づく電圧を示している。一点鎖線で示すＳ／Ｈ回路３２１で処理された信号は、サンプリングした時期の信号値を次のサンプリングまでの期間保持した波形となっている。破線で示すＬＰＦ回路３２２で処理された信号は、Ｓ／Ｈ回路３２１で処理された信号の波形を滑らかにした形状の波形となっている。

【0042】

図９に例示するように、第１制御方法は、出力信号及び切替信号として用いられる矩形波の周期に基づいて、出力モード及び入力モードを同じ時間間隔で切り替える制御方法である。即ち、圧電ユニットＰＵは、発振回路３１０が発振する矩形波等の周期信号に基づいて、出力部３１による出力及び入力部３２による入力を切り替える。圧電素子２１の応答期間が２ｍｓ以下の場合、圧電デバイス２は、例えば、切替周期を５ｍｓとし、２．５ｍｓ毎に出力モード及び入力モードを切り替える。このようにして、本願開示の圧電ユニットＰＵは、一の圧電素子２１を入力用及び出力用の素子として用い、使用者の指の接触による入力を検出し、使用者の指に対して振動を伝える出力を行うことが可能となる。

【0043】

次に、圧電素子２１を振動させる応答性能が比較的低い場合、例えば、圧電素子２１を振動させる際の応答時間が２ｍｓ以上の場合の第２制御方法について説明する。

【0044】

図１０は、本願開示の圧電ユニットＰＵが備える制御デバイス３の第２制御方法に係る信号波形の概形の一例を示すグラフである。図１０は、上段から、出力部３１から入出力
切替部３３を介して出力する駆動信号の波形、入力部３２が処理する信号の波形、そして、制御部３０から出力する切替信号の波形を示すグラフである。各グラフは、いずれも、横軸に時間をとり、縦軸に信号値をとって、信号値の経時変化を示している。なお、下段に示す切替信号は、出力モードの期間をローレベルで示し、入力モードの期間をハイレベルで示している。

【0045】

上段に示す駆動信号は、入出力切替部３３が、出力部３１から入力された出力信号のうちで、下段に示す切替信号がローレベルの出力モードの期間に入出力切替部３３から出力される信号である。なお、本来の出力信号は、例えば、図９上段に例示したように、ハイレベル及びローレベルが同時間で切り替わる矩形信号であるため、図１０に例示したハイレベルの期間中も、複数回の切替が行われている。ただし、図１０上段では、図示の便宜上、概形として一定の信号値に簡略化して示している。

【0046】

中段に示す入力部３２が処理する信号の波形は、Ｓ／Ｈ回路３２１で処理された波形を代表して示している。

【0047】

図１０に例示するように、第２制御方法は、出力モード及び入力モードを異なる時間間隔で切り替える制御方法である。第２制御方法は、出力モードの期間を長くとることにより、応答性能が低い圧電素子２１を用いた場合でも十分に機能を発揮させることが可能となる。

【0048】

以上のように本願開示の圧電ユニットＰＵ等は、一の圧電素子２１を、出力用の素子及び入力用の素子として使い分け、タイムシェアリングで制御する。これにより、本願開示の圧電ユニットＰＵ等は、出力用の素子及び入力用の素子をそれぞれ備える構成と比べて、素子に必要な配線、制御等の構成を簡素化することが可能となる。従って、本願開示の圧電ユニットＰＵ等は、コストダウン、小型化、設計の容易化、故障率の低減等の様々な効果を奏する。

【0049】

また、本願開示の圧電ユニットＰＵ等は、切替信号により、出力モードと入力モードとを切り替えるので、出力部３１側の回路と入力部３２側の回路とを切り離し、クロストークの発生を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

【0050】

更に、本願開示の圧電ユニットＰＵ等は、駆動信号により圧電素子２１を振動させる時間を、出力モードの期間だけに限定できる。従って、本願開示の圧電ユニットＰＵ等は、圧電素子２１の応力回数を削減し、長寿命化を見込むことが可能である等、優れた効果を奏する。

【0051】

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【0052】

例えば、前記実施形態では、図５に例示する第１の機能構成例として、第１発振回路３１１及び第２発振回路３１２並びに加算回路３１３を用いて、振幅変調によるうなりを利用してタイムシェアリング制御を行う形態を例示した。本願開示の圧電ユニットＰＵによるうなりを利用したタイムシェアリング制御は、様々な形態で実施することが可能である。例えば、本願開示の圧電ユニットＰＵは、位相制御により、デューティー比を制御し、うなりを利用したタイムシェアリング制御行うことも可能である。位相制御にて、うなりを利用する場合、図８に例示する第２の機能構成例として示すように、一の発振回路３１
０を用いて、圧電ユニットＰＵを実現することが可能である。

【0053】

また、例えば、本願開示の圧電ユニットＰＵは、第２の機能構成例において、出力信号がローレベルからハイレベルに切り替わる時間及びハイレベルからローレベルに切り替わる時間に、出力モードとして制御する等、周期信号に基づいて入力及び出力を切り替える様々な形態に展開することが可能である。

【0054】

更に、例えば、前記実施形態では、デジタル回路でタイムシェアリング制御を行う形態を示したが、本願開示の圧電ユニットＰＵはこれに限らず、例示した回路以外のデジタル回路、更には、アナログ回路で制御する等、様々な形態に展開することが可能である。例えば、アナログ回路としては、三角波等の周期性を有する信号を発振する発振回路３１０を用い、発振回路３１０が発振する信号の値を、比較器に入力された閾値信号と比較して、出力モードと入力モードとを切り替えるフリップフロップ回路を例示することができる。

【0055】

また、例えば、前記実施形態では、本願開示の入出力装置ＩＯをゲーム装置に適用する形態について説明したが、本願開示の入出力装置ＩＯは、これに限らず、使用者に対して、振動により状況又は情報を伝えるスマートフォン、タブレット型コンピュータ等の様々な装置に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0056】

ＩＯ 入出力装置
ＰＵ 圧電ユニット
１ 筐体
１３ 接触部
２ 圧電デバイス
２１ 圧電素子
３ 制御デバイス
３０ 制御部
３１ 出力部
３１０ 発振回路
３１１ 第１発振回路
３１２ 第２発振回路
３１３ 加算回路
３１４ 出力増幅回路
３２ 入力部
３２０ 入力増幅回路
３２１ Ｓ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）
３２２ ＬＰＦ回路（ローパスフィルタ回路）
３３ 入出力切替部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】