特許 7594862 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-27

(45)【発行日】2024-12-05

(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 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

B06B1/06 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020037755

(22)【出願日】2020-03-05

(65)【公開番号】P2021137735

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-02-02

(73)【特許権者】

【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】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(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

【審査官】上野 力

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１３９２１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１９４９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１６１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１４８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３３９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１２７６５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－２０７４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５２５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０２７９０９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０６Ｂ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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と、
前記第２の主面に接合された圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータに超音波帯域の周波数の駆動信号を供給する駆動装置と
を具備し、
前記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されて、
前記複数の凹凸の凹部間または凸部間の幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である
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、
前記複数の凹凸は、深さが０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下である
振動発生装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の振動発生装置であって、
前記複数の凹凸は、前記第１の主面に平行な第１の方向に沿って延伸する複数の凹部と、前記第１の方向に沿って延伸する複数の凸部が交互に形成されている
振動発生装置。

【請求項4】

請求項３に記載の振動発生装置であって、
前記複数の凹凸はさらに、前記第１の主面に平行であって、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って延伸する複数の凹部と、前記第２の方向に沿って延伸する複数の凸部が交互に形成されている
振動発生装置。

【請求項5】

請求項３又は４に記載の振動発生装置であって、
前記複数の凹凸は、前記第１の方向に垂直な面での断面形状が正弦波形状を有する
振動発生装置。

【請求項6】

請求項１から５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、ガラス又は曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以上の樹脂材料からなる
振動発生装置。

【請求項7】

請求項１から５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、基材と、前記基材の表面に貼付されたフィルムからなり、
前記凹凸は前記フィルムの表面に形成されている
振動発生装置。

【請求項8】

請求項６又は７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9】

請求項１から８のうちいずれか１項に記載の振動発生装置であって、
前記超音波帯域の周波数は６０ｋＨｚ以上である
振動発生装置。

【請求項10】

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と、前記第２の主面に接合された圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに超音波帯域の周波数の駆動信号を供給する駆動装置とを具備し、前記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されて、前記複数の凹凸の凹部間または凸部間の幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である振動発生装置
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）が派生する場合がある。これに対し、特許文献１には、発生音に対し、その周波数より高い周波数の抑圧音を発生させることで、二音抑圧効果により聴感上指の接触音を小さく感じさせる方法が提案されている。また、特許文献２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方法が提示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１９４９６７号公報

【文献】特開２０１９－１６１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、接触音の発生自体は抑制されていない。また、特許文献２に記載の技術では、表面の凹凸の連続性については言及されていない。

【0007】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、接触音の発生を防止しながら、触覚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、駆動装置とを具備する。
上記振動体は、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。
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。
上記駆動装置は、上記圧電アクチュエータに超音波帯域の周波数の駆動信号を供給する。
上記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されている。
上記複数の凹凸の凹部間または凸部間の幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

【0009】

この構成によれば、振動体の第１の主面に凹凸が等間隔で形成されていることにより、第１の主面に触れるユーザの指と第１の主面の接触が継続せず、ユーザの指に触覚を提示しながら接触音の発生を防止することが可能である。

【0010】

上記複数の凹凸は、深さが０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であってもよい。

【0011】

上記複数の凹凸は、上記第１の主面に平行な第１の方向に沿って延伸する複数の凹部と、上記第１の方向に沿って延伸する複数の凸部が交互に形成されていてもよい。

【0012】

上記複数の凹凸はさらに、上記第１の主面に平行であって、上記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って延伸する複数の凹部と、上記第２の方向に沿って延伸する複数の凸部が交互に形成されていてもよい。

【0013】

上記複数の凹凸は、上記第１の方向に垂直な面での断面形状が正弦波形状を有するものであってもよい。

【0014】

上記振動体は、ガラス又は曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以上の樹脂材料からなるものであってもよい。

【0015】

上記振動体は、基材と、上記基材の表面に貼付されたフィルムからなり、
上記凹凸は前記フィルムの表面に形成されていてもよい。

【0016】

上記振動体は光透過性を有するものであってもよい。
上記超音波帯域の周波数は６０ｋＨｚ以上であってもよい。

【0017】

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、振動発生装置を具備する。
上記振動発生装置は、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と、上記第２の主面に接合された圧電アクチュエータと、上記圧電アクチュエータに超音波帯域の周波数の駆動信号を供給する駆動装置とを具備し、上記第１の主面には、複数の凹凸が等間隔で形成されて、上記複数の凹凸の凹部間または凸部間の幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

【発明の効果】

【0018】

以上のように本発明によれば、接触音の発生を防止しながら、触覚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】

【0019】

【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斜視図である。

【図5】上記振動体の平面図である。

【図6】上記振動体の側面図である。

【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】比較例に係る振動体の振動変位量を示すグラフである。

【図9】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10】上記振動体の振動変位量を示すグラフである。

【図11】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の平面図である。

【図12】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の平面図である。

【図13】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の側面図である。

【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側面図である。

【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側面図である。

【図16】本発明の実施形態に係る、２方向に沿って凹凸が設けられた振動体の斜視図である。

【図17】上記振動体の平面図である。

【図18】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の平面図である。

【図19】本発明の実施形態に係る、他の構成を有する振動体の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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。

【0021】

［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。

【0022】

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はガラス又は樹脂材料からなる板状の部材とすることができ、例えば、液晶パネルや電子機器の筐体等である。振動体１０１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。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。第１の主面１０１ａには後述する凹凸が形成されている。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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、圧電アクチュエータ１０２は２つ以上が第２の主面に接合されてもよい。

【0026】

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が振動を発生させることにより、ユーザは指Ｆに触感を感知することができる。

【0027】

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。

【0028】

［振動体について］
振動体１０１の第１の主面１０１ａには規則的な凹凸が形成されている。図４は、振動体１０１の斜視図であり、第１の主面１０１ａに形成された凹凸１０１ｃを示す図である。なお、図１乃至図３では凹凸１０１ｃは図示を省略している。図５は、第１の主面１０１ａを示す平面図である。図６は、振動体１０１の断面図であり、図４及び図５に示すＡ－Ａ線での断面図である。

【0029】

これらの図に示すように、第１の主面１０１ａには、複数の凹部１０１ｄと複数の凸部１０１ｅが設けられている。各凹部１０１ｄは、第１の主面１０１ａに垂直な方向（Ｚ方向）から見て第１の主面１０１ａに平行な一方向（Ｘ方向）に沿って延伸し、各凸部１０１ｅは凹部１０１ｄが延伸する方向（Ｘ方向）に沿って延伸する。

【0030】

第１の主面１０１ａにおいては複数の凹部１０１ｄと複数の凸部１０１ｅが交互に設けられ、凹凸１０１ｃが形成されている。図６に示すように凹凸１０１ｃは、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向に垂直な面（Ｙ－Ｚ平面）での断面形状が正弦波形状となるものとすることができる。

【0031】

凹部１０１ｄと凸部１０１ｅの間隔は凹凸の全体にわたって等間隔であり、図６に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）における凸部１０１ｅのピーク間の距離を幅Ｗとすると、幅Ｗは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。また、振動体１０１の厚み方向（Ｚ方向）における凹部１０１ｄと凸部１０１ｅの高低差を深さＤとすると、深さＤは０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好適である。なお、図４及び図６では、図示の便宜上、凹凸１０１ｃの深さ方向（Ｚ方向）を１０倍に拡大して図示している。

【0032】

このように、ユーザの指Ｆが触れる第1の主面１０１ａに凹凸１０１ｃを形成することにより、指Ｆと第１の主面１０１ａの間で発生する異音（接触音）を抑制することが可能となる。図７は、比較として、凹凸が設けられていない振動体の音圧特性を示すグラフであり、図８はこの振動体に指が接触した場合の振動体の振動変位量を示すグラフである。

【0033】

図７及び図８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１／２と１／４の周波数に振動のピークがあり、１／４周波数のピークが可聴域であるため、接触音として聞こえる。

【0034】

一方、図９は、本実施形態に係る、凹凸１０１ｃが設けられた振動体１００の音圧特性を示すグラフであり、図１０はこの振動体に指Ｆが接触した場合の振動体の振動変位量を示すグラフである。図９及び図１０に示すように、振動体１００では、１／４周波数のピークを消失させることができ、接触音を低減させることが可能である。これは、凹凸１０１ｃを設けることにより、第１の主面１０１ａに触れる指Ｆと第１の主面１０１ａの接触が継続しないことによるものである。

【0035】

さらに、振動体１０１では、上記のように、一定間隔で凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅを設けるものであり、振動体１０１が光透過性を有する場合、振動体１０１の光透過性を損なうことなく、凹凸１０１ｃを形成することが可能である。例えば、振動体表面を粗面化等する場合には、振動体は磨りガラス状となり、光透過性を維持することは困難であるが、振動体１０１では光透過性を維持することができる。

【0036】

ここで、上記のように幅Ｗは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適であるが、幅Ｗが１ｍｍ未満であると、振動体１０１を介した視認性が低下し、１０ｍｍを超えると指Ｆに凹凸１０１ｃが接触しないおそれがあるためである。また、深さＤは０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好適であるが、深さＤが０．０１ｍｍ未満であると凹凸１０１ｃを設けたことによる効果が得られず、０．１ｍｍを超えると、非振動時であっても凹凸１０１ｃにより触覚に影響が生じるためである。

【0037】

なお、上記説明では、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の短手方向（Ｘ方向）に平行としたが、これに限られない。図１１及び図１２は、凹凸１０１ｃの他の構成を示す平面図である。図１１に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の長手方向（Ｙ方向）に平行であってもよい。また、図１２に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の短手方向（Ｘ方項）及び長手方向（Ｙ方向）のどちらとも平行ではなく、斜め方向に延伸するものであってもよい。

【0038】

また、凹凸１０１ｃは断面形状が正弦波形状となるものに限られない。図１３乃至図１５は、凹凸１０１ｃの他の構成を示す断面図である。図１３に示すように、凹凸１０１ｃは、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向に垂直な面（Ｙ－Ｚ平面）での断面形状が矩形波形状となるものとすることができる。

【0039】

また、図１４に示すように、凹凸１０１ｃは凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向に垂直な面（Ｙ－Ｚ平面）での断面形状が三角波形状となるものとすることができる。さらに、図１５に示すように、凹凸１０１ｃは１方向に延伸する溝によって形成されるものとすることもできる。なお、溝の断面形状は図１５に示すように三角形状に限られず、四角形状あるいは半円形状等であってもよい。

【0040】

さらに、凹凸１０１ｃは、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅが２方向に延伸するものであってもよい。図１６は、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅが２方向に延伸する振動体１０１の斜視図であり、図１７は、第１の主面１０１ａを示す平面図である。図１６及び図１７に示すＢ－Ｂ線での断面図は、図６と同一となる。

【0041】

図１６及び図１７に示すように、第１の主面１０１ａには、複数の凹部１０１ｄと複数の凸部１０１ｅが設けられている。各凹部１０１ｄは、第１の主面１０１ａに垂直な方向（Ｚ方向）から見て第１の主面１０１ａに平行な２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って延伸し、各凸部１０１ｅは凹部１０１ｄが延伸する方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って延伸する。

【0042】

第１の主面１０１ａにおいては複数の凹部１０１ｄと複数の凸部１０１ｅが交互に設けられ、凹凸１０１ｃが形成されている。図６に示すように凹凸１０１ｃは、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅの延伸方向に垂直な面（Ｙ－Ｚ平面及びＸ－Ｚ平面）での断面形状が正弦波形状となるものとすることができる。

【0043】

凹部１０１ｄと凸部１０１ｅの間隔は凹凸の全体にわたって等間隔であり、図６に示すように、Ｙ方向における凸部１０１ｅのピーク間の距離である幅Ｗは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。また、Ｘ方向においても凸部１０１ｅのピーク間距離である幅Ｗは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。幅Ｗが１ｍｍ未満であると、振動体１０１を介した視認性が低下し、１０ｍｍを超えると指Ｆが凹凸１０１ｃに接触しないおそれがあるためである。

【0044】

さらに、振動体１０１の厚み方向（Ｚ方向）における凹部１０１ｄと凸部１０１ｅの高低差である深さＤは０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好適である。深さＤが０．０１ｍｍ未満であると凹凸１０１ｃを設けたことによる効果が得られず、０．１ｍｍを超えると、非振動時であっても凹凸１０１ｃにより触覚に影響が生じるためである。なお、図１６では、図示の便宜上、凹凸１０１ｃの深さ方向（Ｚ方向）を１０倍に拡大して図示している。

【0045】

このように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅが第１の主面１０１ａに平行な２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って延伸した凹凸１０１ｃを形成することにより、指Ｆと第１の主面１０１ａの間で発生する異音（接触音）をさらに抑制することが可能となる。

【0046】

振動体１０１において２方向の凹凸１０１ｃを設けることにより、１方向の凹凸１０１ｃを設けた場合と同様に、１／４周波数のピークを消失させることができ（図９及び図１０参照）、接触音を低減させることが可能である。さらに、振動体１０１では、上記のように、一定間隔で凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅを設けるものであり、振動体１０１が光透過性を有する場合、振動体１０１の光透過性を損なうことなく、凹凸１０１ｃを形成することが可能である。

【0047】

なお、上記説明では、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の短手方向（Ｘ方向）及び長手方向（Ｙ方向）に平行としたが、これに限られない。図１８及び図１９は、凹凸１０１ｃの他の構成を示す平面図である。図１８に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅは振動体１０１の短手方向（Ｘ方向）及び長手方向（Ｙ方向）に平行ではなく、斜め方向に延伸するものであってもよい。また、図１９に示すように、凹部１０１ｄ及び凸部１０１ｅが延伸する２方向は直交するものでなくてもよい。

【0048】

さらに、凹凸１０１ｃの断面形状も正弦波形状に限られず、図１３及び図１４に示すように矩形波形状や三角波形状であってもよく、図１５に示すように溝によって形成されるものとすることも可能である。溝の断面形状も図１５に示すように三角形状に限られず、四角形状あるいは半円形状等であってもよい。

【0049】

また振動体１０１は、ガラスや樹脂材料からなり、凹凸１０１ｃが設けられたものとしたがこれに限られない。例えば、ガラスや曲げ弾性率が３．０ＧＰａ以上の樹脂材料からなり、平滑な表面を有する基材に凹凸１０１ｃが設けられたフィルムを貼付したものであってもよい。

【0050】

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】

【0051】

１００…振動発生装置
１０１…振動体
１０１ａ…第１の主面
１０１ｂ…第２の主面
１０１ｃ…凹凸
１０１ｄ…凹部
１０１ｅ…凸部
１０２…圧電アクチュエータ
１０３…駆動装置

【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】

【図18】

【図19】