特許 7586132 触覚提示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(54)【発明の名称】触覚提示装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20241112BHJP

   B06B 1/06 20060101ALI20241112BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

G06F3/01 560

B06B1/06 Z

G06F3/041 480

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022078781

(22)【出願日】2022-05-12

(65)【公開番号】P2023167524

(43)【公開日】2023-11-24

【審査請求日】2023-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大寺 昭三

【審査官】渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０７４６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４５２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０２７６６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０４９６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１９３２１１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ３／０１

３／０３

３／０４１－ ３／０４８９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面に平行な方向に振動する振動パネルと、
前記振動パネルの前記主面に配置され、利用者の操作を受け付けるフィルム部材と、
前記フィルム部材の少なくとも一端を固定する固定部と、
を備え、
前記フィルム部材の前記一端が前記固定部に固定され、前記利用者から押し込み操作を受け付けていない状態における前記フィルム部材の剥離力は、３００ｍＮ以下である、
触覚提示装置。

【請求項2】

前記フィルム部材は、第１フィルム部材および第２フィルム部材を含み、
前記固定部は、前記第１フィルム部材を固定する第１固定部と、前記第２フィルム部材を固定する第２固定部と、を含む、
請求項１に記載の触覚提示装置。

【請求項3】

平面視して前記第１フィルム部材および前記第２フィルム部材の間に弾性体が配置され、
該弾性体の弾性力は、１００ＭＰａ以下である、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項4】

平面視して前記第１フィルム部材および前記第２フィルム部材は、重なる部分を有する、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項5】

前記フィルム部材は、スリットまたは開口部を有する、
請求項１に記載の触覚提示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動体を振動させて利用者に触覚フィードバックを提供する触覚提示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、駆動信号に基づいて振動する振動体と、前記振動体の主面と空隙を介して対抗され、前記振動体と反対側の主面が操作面となる弾性フィルムと、を備え、前記弾性フィルムは、押下されると下面側に突出するように変形し、その変形した突出部分が前記振動体の上面に接触する、触覚提示装置が開示されている。

【0003】

特許文献１の構造によれば、空隙により操作面と振動体が分離される。そのため、押し込んだ指には振動体の振動が伝わるが、操作面に触れているだけの指には振動体の振動が伝わらない。これにより、特許文献１の構造では、振動を局所的に伝えることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１６／０２７６６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の構造では、空隙の厚みを確保する必要がある。一方で近時、より薄型の触覚提示装置が望まれている。

【0006】

そこで本発明の一実施形態の目的は、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができる触覚提示装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態に係る触覚提示装置は、主面に平行な方向に振動する振動パネルと、前記振動パネルの前記主面に配置され、利用者の操作を受け付けるフィルム部材と、前記フィルム部材の少なくとも一端を固定する固定部と、を備える。前記フィルム部材の剥離力は、３００ｍＮ以下である。

【0008】

利用者がフィルム部材を押し込むと振動パネルが振動して、フィルム部材に振動が伝わる。押し込んでいる指は、フィルム部材との接触面積が大きく、反力も大きくなるため、振動を感じ易い。一方で、振動パネルが主面に平行な方向に振動しても、フィルム部材の少なくとも一端が固定部に固定されているため、振動パネルが主面に平行な方向に振動してもフィルム部材は動きにくい。また、フィルム部材の剥離力は３００ｍＮ以下であり、滑りやすくなっているため、振動パネルとフィルム部材の接触面が滑る。フィルム部材に触れているだけの指は、接触面積が小さく、反力も小さいため、振動パネルの振動が伝わり難い。よって、本発明の一実施形態に係る触覚提示装置は、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができる。なお、本実施形態で言う剥離力は、テープ幅５０ｍｍ、１８０度折り返し、３００ｍｍ／ｍｉｎで剥離した場合の値である。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一実施形態によれば、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】触覚提示装置１０の平面図である。

【図2】図１に示すＩ－Ｉ線の断面図である。

【図3】振動パネル３０の断面図である。

【図4】振動パネル３０の平面図である。

【図5】押し込み操作を行った場合に、押し込み操作を行っていない（フィルムに触れているだけの）指が振動を感じるか否かの官能試験の結果を示す表である。

【図6】変形例１に係る触覚提示装置１０Ａの断面図である。

【図7】変形例１に係る触覚提示装置１０Ｂの断面図である。

【図8】押し込み操作を行った場合に、押し込み操作を行っていない（フィルムに触れているだけの）指が振動を感じるか否かの官能試験の結果を示す表である。

【図9】変形例３に係る触覚提示装置１０Ｃの平面図である。

【図10】変形例４に係る触覚提示装置１０Ｄの平面図である。

【図11】変形例５に係る触覚提示装置１０Ｅの平面図である。

【図12】変形例６に係る触覚提示装置１０Ｆの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、触覚提示装置１０の平面図であり、図２は、図１に示すＩ－Ｉ線の断面図である。

【0012】

図１および図２に示す様に、触覚提示装置１０は、フィルム部材２０、固定部２１、および振動パネル３０を備えている。本実施形態の触覚提示装置１０は、タッチキーボード、タッチパッド、またはタッチパネルディスプレイ等を備えた電子機器に用いられる。

【0013】

フィルム部材２０は、利用者の操作を受け付ける。利用者の操作は、フィルム部材２０の表面に触れるタッチ操作またはフィルム部材２０を押し込む押し込み操作を含む。

【0014】

フィルム部材２０は、例えばＰＥＴ、アクリル、ポリカーボネート、あるいはガラス等の材料からなり、剥離力の低い材料からなる。本実施形態のフィルム部材２０は、ＰＥＴフィルムであり、表面にシリコン樹脂が塗布されている。剥離力の詳細については後述する。 固定部２１は、平面視してＹ方向に短くＸ方向に長い長方形状である。固定部２１は、フィルム部材２０のＹ方向の両端にそれぞれ配置されている。固定部２１は、例えば両面テープ等からなり、フィルム部材２０のＹ方向の両端をそれぞれ電子機器の筐体等に固定する。

【0015】

なお、本実施形態では、フィルム部材２０は、Ｙ方向の両端が固定部２１で固定されているが、少なくとも一端が固定されているだけでもよい。

【0016】

振動パネル３０は、主面に平行な方向に振動する。本実施形態では、振動パネル３０は、一例として図１および図２に示すＹ方向に沿って振動する。無論、振動パネル３０は、Ｘ方向に沿って振動してもよい。

【0017】

振動パネル３０は、フィルム部材２０に対するタッチ操作を検知するための不図示のタッチセンサ、押し込み操作を検知するための不図示の押圧センサ、あるいはディスプレイ等を備えている。振動パネル３０がディスプレイを備える場合、フィルム部材２０は透光性を有することが好ましい。

【0018】

不図示の制御部は、不図示のタッチセンサまたは押圧センサを介してフィルム部材２０に対する利用者の操作を受け付けると、振動パネル３０を振動させる。

【0019】

振動パネル３０は、圧電フィルムあるいはモータ等により主面に平行な方向に振動する。図３は、振動パネル３０の構造の一例を示す断面図である。図４は、振動パネル３０の平面図である。

【0020】

振動パネル３０は、表面パネル３００と、表面パネル３００に接続される振動部材３０１と、を有する。表面パネル３００は、不図示のタッチセンサ、押圧センサ、あるいはディスプレイ等を備えている。振動部材３０１は、表面パネル３００を主面に平行な方向に振動させる。

【0021】

振動部材３０１は、枠状部材３０２と、固定部材３０３と、圧電フィルム３０４と、接続部材５００と、を有する。固定部材３０３は、電子機器の筐体等に固定される。この例では、固定部材３０３は、ねじ１６により電子機器の筐体に固定される。なお、電子機器への固定はねじ１６の代わりに両面テープを用いてもよい。

【0022】

枠状部材３０２および固定部材３０３は、平板形状である。枠状部材３０２および固定部材３０３は、１枚の金属板により形成されている。また、金属板は、ポリイミド等の樹脂によりコーティングされていてもよい。ただし、１枚の金属板により形成されていることは必須ではない。また、枠状部材３０２および固定部材３０３は、金属以外の材料（例えば、アクリル樹脂、ＰＥＴ、ポリカーボネート、ガラスエポキシ、ＦＲＰまたはガラス等）により作製された部材であってもよい。

【0023】

枠状部材３０２は、両面テープ等の接続部材５００により表面パネル３００に接続される。接続部材５００は、Ｙ方向に長く、Ｘ方向に短い。

【0024】

枠状部材３０２は、Ｙ方向の端部に切り欠きを有している。固定部材３０３は、平面視して、切り欠きの部分に位置している。固定部材３０３と枠状部材３０２は、Ｘ方向に長細い梁３０２１により接続されている。梁３０２１は、Ｙ方向の力に対して弾性変形し易い。固定部材３０３は、平面視して、梁３０２１に接続されている部分よりも右側（Ｙ方向側）の枠状部材３０２の内側に圧電フィルム接続部３０３１を有する。

【0025】

圧電フィルム接続部３０３１は、圧電フィルム３０４を接続する。圧電フィルム３０４は、Ｙ方向に長い。圧電フィルム３０４のＹ方向の端部は、圧電フィルム接続部３０３１に接続される。また、圧電フィルム３０４のＹ方向側の端部は、枠状部材３０２の左辺に接続される。

【0026】

このとき、圧電フィルム接続部３０３１は、Ｙ方向側に、圧電フィルム３０４により引っ張られる。また、枠状部材３０２の左辺は、－Ｙ方向に、圧電フィルム３０４により引っ張られる。従って、圧電フィルム３０４には、Ｙ軸方向に沿って縮むような張力が発生している。

【0027】

圧電フィルム３０４は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはキラル高分子により作製されたフィルムである。キラル高分子は、ポリ乳酸を含む。ポリ乳酸は、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）又はＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）等を含む。ポリ乳酸は、電気信号の電圧に応じてずり変形する。従って、圧電フィルム３０４にポリ乳酸が用いられた場合、圧電フィルム３０４の延伸方向が左右方向に対して４５°±１０°程度傾くように、フィルムが裁断される。これにより、圧電フィルム３０４は、左右方向に伸縮することができる。

【0028】

圧電フィルム３０４の上主面および下主面のそれぞれには、不図示の電極が設けられている。不図示の制御部は、利用者の押し込み操作を検知した場合に、圧電フィルム３０４の電極に電圧を印加する。圧電フィルム３０４は、当該電気信号に応じて、左右方向に伸縮する。圧電フィルム３０４は、電気信号が加えられることにより枠状部材３０２を固定部材３０３に対して左右方向（Ｙ軸方向）に沿って振動させる。

【0029】

これにより、枠状部材３０２に接続されている表面パネル３００は、Ｙ軸方向に振沿って動する。つまり、図２に示す様に、利用者が押し込み操作を行うと、表面パネル３００がＹ軸方向に沿って振動し、振動パネル３０がＹ軸方向に沿って振動する。

【0030】

一方、振動パネル３０がＹ軸方向に沿って振動しても、フィルム部材２０のＹ軸方向の両端は固定部２１に固定されているため、フィルム部材２０は動きにくい。また、フィルム部材２０は、剥離力の小さい材料である。あるいは、フィルム部材２０は、シリコン樹脂を塗布する等して剥離力を小さくするための表面処理を施されていている。これにより、振動パネル３０とフィルム部材２０の接触面は滑る。

【0031】

押し込み操作を行った指は、フィルム部材２０との接触面積が大きく、反力が大きくなる。そのため、押し込み操作を行った指は、振動を感じやすい。その一方で、フィルム部材２０に触れているだけの指は、フィルム部材２０との接触面積が小さく、反力も小さいため、振動パネル３０の振動が伝わり難い。

【0032】

よって、本発明の一実施形態に係る触覚提示装置は、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができる。

【0033】

図５は、押し込み操作を行った場合に、押し込み操作を行っていない（フィルムに触れているだけの）指が振動を感じるか否かの官能試験の結果を示す表である。

【0034】

図５の試験は、振動パネル３０の上に、ある剥離力を有するＰＥＴフィルムを２つ配置し、それぞれのＰＥＴフィルムの上に左右の指をそれぞれ置き、振動パネル３０を周波数２００Ｈｚのバースト波で、加速度１０Ｇで振動させた場合の結果である。図５の剥離力は、テープ幅５０ｍｍ、１８０度折り返し、３００ｍｍ／ｍｉｎで剥離した場合の値である。２つのＰＥＴフィルムは、それぞれ独立し、互いに接続されてない。図５の「固定の有無」とは、２つのＰＥＴフィルムの一端をそれぞれ筐体に固定した場合に「有」と表記し、ＰＥＴフィルムを固定しない（振動パネル３０に乗せただけの）場合に「無」と表記する。また、「評価」とは、５段階の評価であり、それぞれ、「５」は全く振動を感じない、「４」はほとんど振動を感じない、「３」はやや振動を感じる、「２」は振動を感じる、「１」は非常に振動を感じることを意味する。各項目では、それぞれ１０回測定を行っている。評価が「５」または「４」である場合、利用者は振動を感じないと言える。

【0035】

図５に示す様に、ＰＥＴフィルムを固定しない場合、剥離力が２００ｍＮ以下の場合に、利用者は振動を感じる。一方、ＰＥＴフィルムの一端を固定する場合、剥離力が３００ｍＮ以下の場合、利用者は振動を感じない。また、剥離力が１００ｍＮの場合、ＰＥＴフィルムを固定しない場合の評価は「４」であるのに対して、ＰＥＴフィルムの一端を固定した場合の評価は「５」に改善する。

【0036】

なお、ＰＥＴフィルムの一端を固定する場合でも、剥離力は、好ましくは２００ｍＮ以下であり、最も好ましくは５０ｍＮ以下である。

【0037】

したがって、本発明の一実施形態に係る触覚提示装置は、ＰＥＴフィルムの少なくとも一端を固定し、フィルム部材の剥離力が３００ｍＮ以下である場合に、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができる。

【0038】

（変形例１）
図６は、変形例１に係る触覚提示装置１０Ａの断面図である。図２の断面図と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

【0039】

触覚提示装置１０Ａのフィルム部材は、第１フィルム部材２０Ａおよび第２フィルム部材２０Ｂを有する。また、固定部は、第１フィルム部材２０Ａを固定する第１固定部２１Ａと、第２フィルム部材２０Ｂを固定する第２固定部２１Ｂと、を有する。

【0040】

利用者は、例えば第１フィルム部材２０Ａに対して第１の指で押し込み操作を行い、第２フィルム部材２０Ｂには第２の指で触れる操作を行う（押し込み操作を行わない）。この場合、押し込み操作を行った第１の指は、第１フィルム部材２０Ａとの接触面積が大きく、反力が大きくなる。そのため、押し込み操作を行った第１の指は、振動を感じやすい。その一方で、第２フィルム部材２０Ｂに触れているだけの第２の指は、第２フィルム部材２０Ｂとの接触面積が小さく、反力も小さいため、振動パネル３０の振動が伝わり難い。さらに、第１フィルム部材２０Ａおよび第２フィルム部材２０Ｂは、互いに直接接触していないため、第２の指には、さらに振動が伝わり難い。

【0041】

（変形例２）
図７は、変形例２に係る触覚提示装置１０Ｂの断面図である。図６の断面図と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

【0042】

触覚提示装置１０Ｂは、第１フィルム部材２０Ａおよび第２フィルム部材２０Ｂの間に弾性体４０を備える。この様に、第１フィルム部材２０Ａおよび第２フィルム部材２０Ｂは、弾性体４０を介して接していることが好ましい。弾性体４０は、例えばウレタンあるいはスチレンゴム等の材料からなる。これにより、フィルム部材の上面は平坦となり、複数のフィルム部材が一体として１つのフィルム部材が配置されているように構成することができる。

【0043】

また、弾性体４０の弾性率は、１００ＭＰａ以下である。そのため、第１フィルム部材２０Ａまたは第２フィルム部材２０Ｂのいずれか一方が振動した場合に、他方のフィルム部材に対して、その振動を伝え難い。

【0044】

図８は、押し込み操作を行った場合に、押し込み操作を行っていない（フィルムに触れているだけの）指が振動を感じるか否かの官能試験の結果を示す表である。図８の試験の条件は、図５に示した試験の条件と同じである。

【0045】

図８に示す様に、弾性体４０の弾性率が１００ＭＰａ以下の場合に、利用者は振動を感じない。したがって、変形例２に係る触覚提示装置１０Ｂは、平面視して第１フィルム部材２０Ａおよび第２フィルム部材２０Ｂの間に弾性体が配置され、該弾性体の弾性力は、１００ＭＰａ以下である場合に、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができ、さらに外観上も平坦なフィルムを実現することができる。

【0046】

（変形例３）
図９は、変形例３に係る触覚提示装置１０Ｃの平面図である。触覚提示装置１０Ｃのフィルム部材は、第１フィルム部材２０Ａ、第２フィルム部材２０Ｂ、第３フィルム部材２０Ｃ、第４フィルム部材２０Ｄ、第５フィルム部材２０Ｅ、および第６フィルム部材２０Ｆを有する。また、固定部は、第１フィルム部材２０Ａを固定する第１固定部２１Ａと、第２フィルム部材２０Ｂを固定する第２固定部２１Ｂと、第３フィルム部材２０Ｃを固定する第３固定部２１Ｃと、第４フィルム部材２０Ｄを固定する第４固定部２１Ｄと、第５フィルム部材２０Ｅを固定する第５固定部２１Ｅと、第６フィルム部材２０Ｆを固定する第６固定部２１Ｆと、を有する。

【0047】

第１フィルム部材２０Ａ、第２フィルム部材２０Ｂ、第３フィルム部材２０Ｃ、第４フィルム部材２０Ｄ、第５フィルム部材２０Ｅ、および第６フィルム部材２０Ｆのそれぞれの間には、弾性体４０が配置されている。この場合も、フィルム部材の上面は平坦となり、複数のフィルム部材が一体として１つのフィルム部材が配置されているように構成することができる。

【0048】

なお、図９の例では、全てのフィルム部材は同じ面積であるが、全てのフィルム部材の面積は同じである必要はない。

【0049】

これにより、変形例１に係る触覚提示装置１０Ｃは、より広い面積の振動パネル３０に対して、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができ、さらに外観上も平坦なフィルムを実現することができる。

【0050】

（変形例４）
図１０は、変形例４に係る触覚提示装置１０Ｄの平面図である。図１の平面図と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

【0051】

触覚提示装置１０Ｄのフィルム部材は、第１フィルム部材２０Ａおよび第２フィルム部材２０Ｂを有する。また、固定部は、第１フィルム部材２０Ａを固定する第１固定部２１Ａと、第２フィルム部材２０Ｂを固定する第２固定部２１Ｂと、を有する。

【0052】

第１フィルム部材２０Ａおよび第２フィルム部材２０Ｂは、重なる部分２５を有する。重なる部分２５は、互いのフィルムが接触しているだけであり、接続されていない。そのため、第１フィルム部材２０Ａまたは第２フィルム部材２０Ｂのいずれか一方が振動した場合に、他方のフィルム部材に対して、その振動を伝え難い。

【0053】

したがって、変形例４に係る触覚提示装置１０Ｄは、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができる。

【0054】

（変形例５）
図１１は、変形例５に係る触覚提示装置１０Ｅの平面図である。図１の平面図と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

【0055】

触覚提示装置１０Ｅのフィルム部材２０は、スリット７０を有する。スリット７０は、フィルム部材２０の右側の部分および左側の部分を分離する。フィルム部材２０は、スリット７０を境にして右側の部分および左側の部分に分かれる。フィルム部材２０の右側部分または左側部分のいずれか一方を押し込んで振動パネル３０が振動した場合に、フィルム部材２０の他方の部分に対して、振動を伝え難い。したがって、変形例５に係る触覚提示装置１０Ｅは、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができる。

【0056】

（変形例６）
図１２は、変形例６に係る触覚提示装置１０Ｆの平面図である。図１１の平面図と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

【0057】

触覚提示装置１０Ｆのフィルム部材２０は、スリット７０に代えて、複数の開口部９０を有する。フィルム部材２０は、複数の開口部９０の右側の部分および左側の部分に分かれる。フィルム部材２０の右側部分または左側部分のいずれか一方を押し込んで、振動パネル３０が振動した場合に、フィルム部材２０の他方の部分に対して、振動を伝え難い。したがって、変形例６に係る触覚提示装置１０Ｆも、振動を局所的に伝えることと薄型化を同時に実現することができる。

【0058】

本実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲を含む。

【符号の説明】

【0059】

１０ ：触覚提示装置
１０Ａ ：触覚提示装置
１０Ｂ ：触覚提示装置
１０Ｃ ：触覚提示装置
１０Ｄ ：触覚提示装置
１０Ｅ ：触覚提示装置
１０Ｆ ：触覚提示装置
１６ ：ねじ
２０ ：フィルム部材
２０Ａ ：第１フィルム部材
２０Ｂ ：第２フィルム部材
２０Ｃ ：第３フィルム部材
２０Ｄ ：第４フィルム部材
２０Ｅ ：第５フィルム部材
２０Ｆ ：第６フィルム部材
２１ ：固定部
２１Ａ ：第１固定部
２１Ｂ ：第２固定部
２１Ｃ ：第３固定部
２１Ｄ ：第４固定部
２１Ｅ ：第５固定部
２１Ｆ ：第６固定部
２５ ：部分
３０ ：振動パネル
４０ ：弾性体
７０ ：スリット
９０ ：開口部
３００ ：表面パネル
３０１ ：振動部材
３０２ ：枠状部材
３０３ ：固定部材
３０４ ：圧電フィルム
５００ ：接続部材
３０２１ ：梁
３０３１ ：圧電フィルム接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】