撓み振動型アクチュエータ
【課題】音響振動用と触覚振動用とを兼用し、小型で、振動特性も優れており、しかも簡単な構造の撓み振動型アクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明の撓み振動型アクチュエータは、細長くて薄い形状の音響用圧電素子を保持するシムからなる音響用振動子と、細長くて薄い形状の触覚用圧電素子を保持するベースプレートからなる触覚用振動子とを備え、前記ベースプレートの一端側は、撓み振動子保持部を保持するとともに、該撓み振動子保持部は、前記音響用振動子のシムの一端側を保持する構成としたこと、を特徴とする。
【解決手段】本発明の撓み振動型アクチュエータは、細長くて薄い形状の音響用圧電素子を保持するシムからなる音響用振動子と、細長くて薄い形状の触覚用圧電素子を保持するベースプレートからなる触覚用振動子とを備え、前記ベースプレートの一端側は、撓み振動子保持部を保持するとともに、該撓み振動子保持部は、前記音響用振動子のシムの一端側を保持する構成としたこと、を特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機、携帯端末機などの小型電子機器のパネル型スピーカに利用されるアクチュエータに関するものであり、特に、表示パネル部前面のタッチパネルなどを振動板とする分布振動（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｍｏｄｅ）方式の撓み振動型アクチュエータにおいて、音響振動だけでなく触覚振動も発生することができる撓み振動型アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルを入力インタフェースとする携帯電話機や携帯端末機などの小型電子機器で、使用者が入力操作を行った時の出力方法として画面表示や音による警告の他に、触覚振動（フォースフィードバック）を与える方法が提案されている。触覚振動とは、小型電子機器などの入力装置についている機能の一つで、入力に反応して振動や力を、入力機器から使用者の手などの身体に加えることをいう。
【０００３】
特許文献１は、スイッチがＯＮされたときに、音声振動と共に触覚振動を伝えるパターンをＣＰＵで生成する方法が開示されている。また、特許文献２は、音響用と触覚振動をそれぞれ別の振動板で行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２２５０１号公報
【特許文献２】特開２００８−５９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のものは、音響振動は効果音程度の音質が限界であり、音響特性が優れた音とは言えない。また、特許文献２に記載のものは、電子装置において振動板が２個必要となり、装置が複雑な構造になっている。また、従来の撓み振動型アクチュエータの最低周波数としては、３００Ｈｚを超えており、触覚振動としては十分なものとは言えなかった。すなわち、触覚振動としては、特に指先で振動を感じやすい１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ付近の振動が得られることが望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、音響振動用と触覚振動用とを兼用し、小型で、振動特性も優れており、しかも簡単な構造の撓み振動型アクチュエータ（ＤＭＡ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｍｏｄｅ Ａｃｔｕａｔｏｒ）を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の撓み振動型アクチュエータは、細長くて薄い形状の音響用圧電素子を保持するシムからなる音響用振動子と、細長くて薄い形状の触覚用圧電素子を保持するベースプレートからなる触覚用振動子とを備え、前記ベースプレートの一端側は、撓み振動子保持部を保持するとともに、該撓み振動子保持部は、前記音響用振動子のシムの一端側を保持する構成としたこと、を特徴とする。
【０００８】
前記ベースプレートの他端側は折曲部を有し、該折曲部に形成された開口に、前記ベースプレートの一端側の撓み振動子保持部に保持された前記音響用振動子のシムの先端が、前記開口の空間内で揺動できるように挿入されて構成したこと、を特徴とする。
【０００９】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記シムの一方の側に設けられた前記音響用圧電素子と、前記ベースプレートで保持された触覚用圧電素子との間に板状弾性体を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記触覚用圧電素子は、接着剤を介して弾性板状体が設けられたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記ベースプレートは、振動板に取り付けられてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記音響用振動子のシムには、おもりが設けられてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記音響用圧電素子、前記触覚用圧電素子、前記撓み振動子保持部、前記板状弾性体、前記弾性板状体の各々の幅は、前記ベースプレートの幅内で形成されてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記触覚用振動子の出力による振動周波数は、３００Ｈｚ以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記触覚用振動子は、ＡＭ変調及び／又はＦＭ変調した電気信号を印可することによって振動を発生するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記触覚用振動子は、印可する直流電圧の制御によって振動を発生するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、音響用振動子に加え、触覚用振動子を備え、その振動子である圧電素子をベースプレートに設けることで、触覚振動も簡単な構成で、かつ振動特性も優れた撓み振動型アクチュエータを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの側面図である。
【図２】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの斜視図である。
【図３】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの分解斜視図である。
【図４】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの音響振動子に電圧を加えたときの図である。
【図５】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの触覚用振動子に電圧を加えたときの図である。
【図６】本発明に係る撓み振動型アクチュエータを携帯端末機に組み込んだ図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータの音響用振動子は、金属片からなるシム１１の一方の側におもりを設け、他方の側に音響用圧電素子を設けたユニモルフ型振動子で、ベースプレート３０上の撓み振動子保持部２０で保持される。ユニモルフ型とは、アクチュエータの構造であり、薄手の圧電素子１枚と金属板を貼り合わせた構造のものをいう。圧電素子に電圧をかけることにより、圧電素子が伸縮すると貼り合わせた金属板の寸法は変わらないため、反りが生ずる。この反りにより発生する振動や変位を利用する。この音響用振動子に電圧を供給すると、シム１１の撓み振動が撓み振動子保持部２０とベースプレート３０を介して振動板４０に伝播される。また、圧電素子に加える電圧よって振動の強度や変位が変化する。このとき振動を効率よく広域に渡り伝達するために、音響用圧電素子１２の撓み振動子保持部２０側に弾性板状体３４を挿入することによって慣性振動となり音響特性が優れる。
【００２０】
また、本発明に係る撓み振動型アクチュエータの触覚用振動子１３は、触覚用圧電素子１３をベースプレート３０と弾性板状体３５との間に設け、この触覚用圧電素子１３をベースプレート３０に直接接着する構成としている。こうすることによって、低い周波数の撓みを直接振動板４０に伝達することができ、触覚振動を効率よく伝播することができる。
【００２１】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータを実施するための形態について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明に係る撓み振動型アクチュエータの側面図、図２は、撓み振動型アクチュエータの斜視図、図３は、撓み振動型アクチュエータの分解斜視図である。
【００２２】
図１乃至図３に示すように、本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１は、シム１１と音響用圧電素子１２でなる音響用振動子１４と、触覚用圧電素子１３とベースプレート３０でなる触覚用振動子１５と、撓み振動子保持部２０と、おもり２３と、給電用端子１６及び１７と、弾性板状体３４と、板状弾性体３５を有している。
【００２３】
音響用振動子１４のシム１１は、全体が細長くて薄い矩形形状の金属板からなり、音響用圧電素子１２は、図３などに示すように、シム１１の裏面に接着される。音響用振動子１４のシム１１は、図１及び図３に示すように、長手方向の一方の端部に凸状に切り欠きが形成された凸部１９と、凸部１９の他方の端部の先端近傍には円形孔を有する凸状の入力端子１８が形成されている。この入力端子１８は、撓み振動子保持部２０側に嵌挿される。このシム１１の材質は、ステンレス鋼やアルミ合金などの硬めの材質が好適であり、摩擦損失が少なく、高Ｑ値の素材を使用することが望ましい。これらの材質を用いることによって、音響特性、励振効率が良好となる。
【００２４】
また、音響用振動子１４の音響用圧電素子１２は、図１乃至図３に示すように、シム１１の裏面側に長手方向に沿って接着される。この音響用圧電素子１２は、薄く細長い矩形形状で形成されており、上面、すなわちシム１１の裏面側の接着面には接着剤（図示せず）が塗布されて接着される。
【００２５】
次に、触覚用振動子１５の触覚用圧電素子１３は、細長くて薄い矩形形状をしており、触覚用圧電素子１３の上面には、長手方向に沿って板状に形成された板状弾性体３５が両面接着テープ（図示せず）で接着され、また、略コ字状に形成された弾性板状体３４が図１及び図２に示す接着剤３８により長手方向に沿って接着配置される。この接着剤３８は、硬化時には弾性板状体３４と触覚用圧電素子１３との間の高さ調整を行う機能を有するので、組み立て時に使用量を調整する。
【００２６】
また、触覚用振動子１５のベースプレート３０は、細長くて薄い矩形形状で真鍮などの金属からなる金属板で構成されており、長手方向の一端側には、図１乃至図３に示すように、幅方向の両側部から直立して上端が内側に折り曲げられた係止爪３１及び係止爪３２が形成され、また他端側は、前記係止爪３１及び係止爪３２と直交する方向、すなわちベースプレート３０の長手方向側に起立する折曲部３９に幅広の開口３３が形成されている。
【００２７】
この開口３３には、音響用振動子１４のシム１１の凸部１９が挿入され、シム１１とベースプレート３０とが開口３３の開口以上にずれないように規制する作用を有している。この開口３３は、音響用圧電素子１２の過大な振幅を抑制するためのものである。
【００２８】
また、触覚用振動子１５のベースプレート３０の上面には、触覚用圧電素子１３が接着されており、裏面は、離間配置された２枚の両面接着テープ３６及び３７を用いて振動板４０に接着される。このように、両面接着テープ３６及び３７が離間配置される理由は、両面接着テープ３６及び３７がベースプレート３０の底面の全面にわたって配置されると、撓み振動に対する剛性が強くなり過ぎ、振動板４０への撓み振動の励振能率が低下するおそれがある。そのため、両面接着テープ３６及び３７を離間配置することによって撓み易い構成としている。
【００２９】
上記のような音響用圧電素子１２及び触覚用圧電素子１３は、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックの薄板で、電極層で挟みながら複数枚積層した構造などが好適であり、また、チタン酸バリウムなどは比較的脆い圧電材料であるため、過大な撓み振動が発生すると、破損するおそれがある。この過大な振動は、信号よりも、むしろ、このアクチュエータが装着された携帯電話機などの小型電子機器が、コンクリートなどの硬い床に落下した時の衝撃によって発生する場合が多い。この過大な振動を抑制するため、板状弾性体３５で衝撃を吸収すると共に、開口３３によってシム１１の凸部１９の動きを規制することで保護する構成としている。
【００３０】
次に、撓み振動子保持部２０について説明する。
図１乃至図３に示すように、撓み振動子保持部２０は、樹脂を主成分とする略柱状体で１つ形成されており、音響用振動子１４のシム１１の一方の端部である入力端子１８が挿入されてこの入力端子１８を保持するシム孔２８が形成されている。この撓み振動子保持部２０は、１つに限らず、２以上で構成してもよい。また、図２に示すように、入力端子１８は、撓み振動子保持部２０のシム孔２８内に挿入されて図１及び図３に示す撓み振動子保持部２０のシム孔２８の反対面に露出する。
【００３１】
また、図３に示すように、撓み振動子保持部２０の底面側には、長手方向に沿って凹状に給電用端子溝２６及び給電用端子溝２７が形成されており、給電用端子溝２６には、給電用端子１６が組み込まれ、給電用端子溝２７には、給電用端子１７が組み込まれるようになっている。
【００３２】
給電用端子溝２６に組み込まれた給電用端子１６は、触角用圧電素子１３と接続されて給電できるようになっており、また、給電用端子溝２７に組み込まれた給電用端子１７は、音響用圧電素子１２と接続されて給電できるようになっている。
【００３３】
また、撓み振動子保持部２０の側面には、図２から明らかなように、係止爪３１、３２と係合する凸部が形成されている。
【００３４】
次に、図１乃至図３に示すように、おもり２３は、音響用振動子１４のシム１１の凸部１９側近傍の上面に設けられている。このおもり２３は、両面接着テープ２４によってシム１１に接着される。このおもり２３は、重量があるものであればよく、例えばタングステン粉末入りの樹脂や鉛等の材質が好適である。このおもり２３は、音響用振動子の撓みを慣性振動に変える役目をする。また、シム１１と音響振用圧電素子１２が撓む時に撓み過ぎたり、シム１１が上方に反り返る癖を防止する作用を有する。
【００３５】
次に、弾性板状体３４は、図３に示すように、略コ字状に形成されており、触覚用圧電素子１３と接着剤３８（図１及び図２に図示）で接着される。この接着剤３８は、硬化時には弾性板状体３４と触覚用圧電素子１３との間の高さ調整を行う機能を有するので、組み立て時に使用量を調整する。この弾性板状体３４の素材としては、ポリウレタン、発泡樹脂、軟質ゴムなどの弾性体を使用することができる。
【００３６】
また、板状弾性体３５は、触覚用圧電素子１３の長手方向に沿って薄くかつ長手板状に形成されており、触覚用圧電素子１３の上面に両面接着テープ（図示せず）を用いて接着される。この板状弾性体３５の素材としては、弾性板状体３４よりも柔らかい素材を使用している。つまり、この板状弾性体３５は、落下などの衝撃で音響用圧電素子１２と触覚用圧電素子１３とが衝突すると、圧電素子が破壊されやすいので、音響用圧電素子１２と触覚用圧電素子１３とが接触して衝突しないように衝撃を緩和するためのものである。
【００３７】
図１及び図３に示す振動板４０は、主に、携帯電話機や携帯端末機の表示パネルの保護板を使用することができ、撓み振動子保持部２０から音響用振動子１４を振動させて音を出力する。また、触覚用振動子１５を振動させて振動板４０に伝播して振動させる。また、振動板４０はタッチパネル形式でも良く、透明な素材など種々の素材を用いることができる。
【００３８】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータのシム１１、音響用振動子１４、触覚用振動子１５、撓み振動子保持部２０、おもり２３、弾性板状体３４、板状弾性体３５などは、全体として長手状に形成されているが、それらの幅方向は、図２及び図３に示すように、ベースプレート３０の幅内でほぼ形成されているので、全体として小型に構成されている。また、各々の厚みも薄く形成されているので、全体として高さ方向も薄く構成されている。また、弾性板状体３４が挿入されることによって慣性振動となり音響特性が優れるものとなっている。
【００３９】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータの組立方法について説明する。
図１乃至図３に示すように、まず、おもり２３が両面粘着テープ２４によって接着された音響用振動子１４のシム１１の入力端子１８を撓み振動子保持部２０のシム孔２８に挿入する。
【００４０】
次に、撓み振動子保持部２０の底面に形成された給電用端子溝２６に給電用端子１６を組み込み、その先端を触覚用圧電素子１３の表面に形成された電極（図示せず）に接続する。これにより給電用端子１６と触覚用圧電素子１３との間に電気的接続が形成される。同様に、給電用端子溝２７に給電用端子１７を組み込んで、その先端を音響用圧電素子１２の表面に形成された電極（図示せず）に接続する。これにより給電用端子１７と音響用圧電素子１２との間に電気的接続が形成される。
【００４１】
また、撓み振動子保持部２０の側面をベースプレート３０の係止爪３１及び３２と係合させて折り曲げ固定させる。ここで、ベースプレート３０の上面には触覚用圧電素子１３が接着され、触覚用圧電素子１３の上面には弾性板状体３４が接着剤３８で、板状弾性体３５が両面接着テープ（図示せず）で接着される。
【００４２】
シム１１の凸部１９は、開口３３の内側に挿入され、この開口３３の空間内をシム１１の凸部１９が揺動できるようになっている。
【００４３】
このように各構成物を階層状に組み合わせることで、撓み振動型アクチュエータ１が構成される。
【００４４】
なお、本発明に係る撓み振動型アクチュエータの組立の順番については、適宜変えてよいことは勿論である。
【００４５】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１は、音響用振動子１４と触覚用振動子１５の両方の振動子を有するが、ベースプレート３０にシム１１の作用を持たせることで、シム２枚を使用せずに、シム１１の１枚とベースプレート３０とで音響用振動子１４と触覚用振動子１５の２つの振動子を構成している。これにより、構成部品を減少することが可能となり、小型化、軽量化及び廉価化することができる。
【００４６】
次に、本発明に係る撓み振動型アクチュエータの動作について説明する。
本発明に係る撓み振動型アクチュエータのベースプレート３０の開口３３の空間内に揺動可能に挿入される音響用振動子１４は、先端が自由端となっており、音響振動用として作用する。これに対して、両面接着テープ３６及び３７よって振動板４０に固定される触覚用振動子１５は、触覚振動用として作用する。
【００４７】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１の給電用端子１７と入力端子１８を交流電源（図示せず）に接続してシム１１と音響用圧電素子１２の間に交流電圧を印加する。シム１１の裏面に接着された音響用圧電素子１２は、両面に電圧が加えられると、両面間に電界が生じて音響用圧電素子１２の厚み方向に伸縮が生じる。電圧は交流なので、交互に反対方向への伸縮を行う。ここで、シム１１は伸縮しないため、シム１１には音響用圧電素子１２の伸縮に合わせて撓みが生ずる。
【００４８】
音響用振動子１４のシム１１が撓むと、その先端と撓み振動子保持部２０とが上下方向に互いに逆向きに変位する。音響用振動子１４の先端の自由端が下方に変位すると、その反作用（慣性力）によって、その撓み振動子保持部２０が上方に変位し、その結果、ベースプレート３０を介して振動板４０が上方に変位する。この音響用振動子１４の作用を慣性（または反作用）型撓み振動子と称することもできる。
【００４９】
また、本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１の給電用端子１６とベースプレート３０を交流電源（図示せず）に接続してベースプレート３０と振動用圧電素子１３との間に交流電圧を印加すると、振動用圧電素子１３に伸縮が生じる。ここで、ベースプレート３０は伸縮しないため、ベースプレート３０には触覚用圧電素子１３の伸縮に合わせて撓みが生ずる。
【００５０】
この触覚用振動子１５は、シムの機能を有するベースプレート３０が両面接着テープ３６及び３７によって振動板４０に固定されているため、ベースプレート３０が撓むことで触覚用振動子１５が撓み変位しようとすると、撓みを直接振動板４０に伝播する。この触覚用振動子１５を制動（または作用）型撓み振動子ということもできる。
【００５１】
このように、本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１は、アクチュエータを２段重ねの慣性型と制動型とで構成することにより、先端を自由端にした慣性型音響用振動子１４から高品位の音声信号を発生させると同時に、ベースプレート３０を振動板４０に固定した制動型触覚用振動子１５から触覚振動を発生させることができる。
【００５２】
図４及び図５は、本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１の振動子の駆動特性を示す図である。図４及び図５に示す横軸は、振動の周波数、縦軸は１ｖｏｌｔの入力信号で発生する駆動力（ニュートン）であり、縦軸の０ｄＢＮが１ニュートンである。
【００５３】
図４は、音響用振動子１４に電圧を供給したときに撓み振動子保持部２０に発生する慣性振動時の駆動力特性を示す図である。この駆動力は、振動板４０に慣性振動として伝達されて音声として出力される。また、図５は、触覚用振動子１５に電圧が供給された時の撓み振動子保持部２０に発生する直接振動の時の駆動特性を示す図である。シム１１としてのベースプレート３０が直接触覚用振動子１５に設けられているため振動板４０を直接振動して触覚振動が出力される。
【００５４】
図４と図５を参照して、１００Ｈｚ付近を比較すると、図５の触覚振動として必要な駆動力が約２０ｄＢ（１０倍）大きいことがわかる。図４及び図５から分かるように、本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、３００Ｈｚ以下の触覚振動をさせることができ、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲での振動をさせる場合も好適である。
【００５５】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１の音響用振動子１４の寸法としては、長さ２０ｍｍ〜５０ｍｍ、幅３ｍｍ〜１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好適である。上記最小の寸法以下では、寸法が小さすぎて製造が困難となり、また、上記最大寸法以上では、携帯電話機など小型の携帯用機器への応用が困難となる。
【００５６】
［実施例１］
図６は、本発明に係る撓み振動型アクチュエータに適用した実施例であり、図７は、図６のＡ−Ａ線断面図である。携帯端末機５０は、フィルム５４とガラス５５でなる振動板を兼ねるタッチパネル部５１と、表示部５２と、操作部５３と、撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂと、クッション５６ａ及び５６ｂと、クッション５７ａ及び５７ｂとを有する。
【００５７】
タッチパネル部５１のガラス５５は、図６及び図７に示すように薄く透明な板状であり、上面にフィルム５４を接着している。ガラス５５とフィルム５４の間には透明導電膜（図示せず）及びドットスペーサ（図示せず）を有する。ガラス５５の下面には表示部５２がクッション５７ａ及び５７ｂが接着されおり、クッション５７ａ及び５７ｂの他端は表示部５２に接着されている。また、表示部５２の外側にアクチュエータ２ａ及び２ｂが、ガラス５５に接着剤で直接接着されている。また、ガラス５５の下面外縁部はクッション５６ａ及び５６ｂが接着されており、クッション５６ａ及び５６ｂの他端は、筐体５０に接着されている。
【００５８】
タッチパネル部５１のフィルム５４はガラス５５と同じ大きさに成形された薄く透明な板状であり、下面をガラス５５に接着されている。フィルム５４の表面を使用者が触覚入力すると、フィルム５４が撓み、ガラス５５とフィルム５４の間に設置された透明導電膜とドットスペーサが接触することで電流が流れ、タッチパネル部に入力があったことを検出する。
【００５９】
使用者は、携帯端末機５０への入力を操作部５３又はタッチパネル部５１を操作して行い、携帯端末機５０は入力に対して、表示・音声・振動等によって応答する。ここで音声は撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂが振動することにより、タッチパネル部５１に伝達し、タッチパネル部５１を振動させて音声を出力する。
【００６０】
また、撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂが振動することにより、タッチパネル部５１に伝達されて触覚振動がタッチパネル部５１を介して使用者に伝播される。
【００６１】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂが左右に設けられているので、タッチパネル部５１への触覚振動の伝達は均等に行われ、より明瞭な触覚振動を出力することが可能である。また、音声と触覚振動の同時出力が可能であるので、音声と触覚振動を同時体験することもできる。また、タッチパネル部５１を指などで固定しても音声振動と触覚振動とに影響することが少ないため、タッチパネルと共存して使用することが可能である。
【００６２】
このようにタッチパネル部５１と撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂによって音声と触覚振動を出力することができるので、別途スピーカや振動装置を携帯端末機に組み込む必要が無くなるため、携帯端末機を小型化・低廉化することができると共に、使用者はより明瞭な音声と触覚振動を体感することができる。
【００６３】
図６は、携帯端末機として説明したが、携帯電話機、電子辞書、携帯用ゲーム機、カーナビゲーション等の電子機器に於いて、操作部・表示部・音声発生部、好ましくはタッチパネルを備える小型の電子機器に使用することができる。
【００６４】
［実施例２］
触覚用振動子への印加電圧が一定な場合、触覚用振動子の撓みによる触覚振動も一定となり、使用者へ伝達される触覚振動も一定の単調な振動となる。その結果、単調な振動に対して慣れを生じて触覚振動に対する使用者の反応が鈍くなる。
【００６５】
そこで、本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、触覚用振動子にＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調及び／又はＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調した電気信号を印加し、不規則な振幅変調をさせることにより、触覚用振動子が不規則で、かつ強弱のある振動を発生させる。使用者に伝播される触覚振動が規則的な単調なものから、強弱があり、不規則な触覚振動となるので、特に指先で敏感に触覚振動を関知させることができる。
【００６６】
また、触覚用振動子は直流電圧の制御によって触覚振動を発生する。直流電圧を印加すると触覚用振動子は撓みを生じ、印加を停止すると触覚用振動子は撓みが停止する。このように、制御によって印加する直流電圧の有無を繰り返すことで、振動が発生する。印加の有無の繰り返しは矩形波を制御するものであっても良い。また、触覚用振動子に印加する直流電圧の強弱、印加時間、印加間隔を不規則にすることで、触覚用振動子は不規則な振動を発生する。
【００６７】
このような交流電圧及び直流電圧による印加電圧は、予めランダムとなる制御に設定しても良いし、複数の不規則な印可のパターンを設定しておき、設定の中から使用者が任意に選択できるようにしてもよい。
【００６８】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、上記実施形態や実施例に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の趣旨の範囲内において適宜改良または変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 撓み振動型アクチュエータ
２ａ、２ｂ、 撓み振動型アクチュエータ
１１ シム
１２ 音響用圧電素子
１３ 触覚用圧電素子
１４ 音響用振動子
１５ 触覚用振動子
１６ 給電用端子
１７ 給電用端子
１８ 入力端子
１９ 凸部
２０ 撓み振動子保持部
２３ おもり
２４ 両面接着テープ
２６ 給電用端子溝
２７ 給電用端子溝
２８ シム孔
３０ ベースプレート
３１ 係止爪
３２ 係止爪
３３ 開口
３４ 弾性板状体
３５ 板状弾性体
３６ 両面接着テープ
３７ 両面接着テープ
３８ 接着剤
３９ 折曲部
４０ 振動板
５０ 携帯端末機
５１ タッチパネル部
５２ 表示部
５３ 操作部
５４ フィルム
５５ ガラス
５６ａ、５６ｂ クッション
５７ａ、５７ｂ クッション
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機、携帯端末機などの小型電子機器のパネル型スピーカに利用されるアクチュエータに関するものであり、特に、表示パネル部前面のタッチパネルなどを振動板とする分布振動（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｍｏｄｅ）方式の撓み振動型アクチュエータにおいて、音響振動だけでなく触覚振動も発生することができる撓み振動型アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルを入力インタフェースとする携帯電話機や携帯端末機などの小型電子機器で、使用者が入力操作を行った時の出力方法として画面表示や音による警告の他に、触覚振動（フォースフィードバック）を与える方法が提案されている。触覚振動とは、小型電子機器などの入力装置についている機能の一つで、入力に反応して振動や力を、入力機器から使用者の手などの身体に加えることをいう。
【０００３】
特許文献１は、スイッチがＯＮされたときに、音声振動と共に触覚振動を伝えるパターンをＣＰＵで生成する方法が開示されている。また、特許文献２は、音響用と触覚振動をそれぞれ別の振動板で行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２２５０１号公報
【特許文献２】特開２００８−５９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のものは、音響振動は効果音程度の音質が限界であり、音響特性が優れた音とは言えない。また、特許文献２に記載のものは、電子装置において振動板が２個必要となり、装置が複雑な構造になっている。また、従来の撓み振動型アクチュエータの最低周波数としては、３００Ｈｚを超えており、触覚振動としては十分なものとは言えなかった。すなわち、触覚振動としては、特に指先で振動を感じやすい１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ付近の振動が得られることが望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、音響振動用と触覚振動用とを兼用し、小型で、振動特性も優れており、しかも簡単な構造の撓み振動型アクチュエータ（ＤＭＡ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｍｏｄｅ Ａｃｔｕａｔｏｒ）を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の撓み振動型アクチュエータは、細長くて薄い形状の音響用圧電素子を保持するシムからなる音響用振動子と、細長くて薄い形状の触覚用圧電素子を保持するベースプレートからなる触覚用振動子とを備え、前記ベースプレートの一端側は、撓み振動子保持部を保持するとともに、該撓み振動子保持部は、前記音響用振動子のシムの一端側を保持する構成としたこと、を特徴とする。
【０００８】
前記ベースプレートの他端側は折曲部を有し、該折曲部に形成された開口に、前記ベースプレートの一端側の撓み振動子保持部に保持された前記音響用振動子のシムの先端が、前記開口の空間内で揺動できるように挿入されて構成したこと、を特徴とする。
【０００９】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記シムの一方の側に設けられた前記音響用圧電素子と、前記ベースプレートで保持された触覚用圧電素子との間に板状弾性体を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記触覚用圧電素子は、接着剤を介して弾性板状体が設けられたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記ベースプレートは、振動板に取り付けられてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記音響用振動子のシムには、おもりが設けられてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記音響用圧電素子、前記触覚用圧電素子、前記撓み振動子保持部、前記板状弾性体、前記弾性板状体の各々の幅は、前記ベースプレートの幅内で形成されてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記触覚用振動子の出力による振動周波数は、３００Ｈｚ以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記触覚用振動子は、ＡＭ変調及び／又はＦＭ変調した電気信号を印可することによって振動を発生するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の撓み振動型アクチュエータにおいて、前記触覚用振動子は、印可する直流電圧の制御によって振動を発生するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、音響用振動子に加え、触覚用振動子を備え、その振動子である圧電素子をベースプレートに設けることで、触覚振動も簡単な構成で、かつ振動特性も優れた撓み振動型アクチュエータを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの側面図である。
【図２】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの斜視図である。
【図３】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの分解斜視図である。
【図４】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの音響振動子に電圧を加えたときの図である。
【図５】本発明に係る撓み振動型アクチュエータの触覚用振動子に電圧を加えたときの図である。
【図６】本発明に係る撓み振動型アクチュエータを携帯端末機に組み込んだ図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータの音響用振動子は、金属片からなるシム１１の一方の側におもりを設け、他方の側に音響用圧電素子を設けたユニモルフ型振動子で、ベースプレート３０上の撓み振動子保持部２０で保持される。ユニモルフ型とは、アクチュエータの構造であり、薄手の圧電素子１枚と金属板を貼り合わせた構造のものをいう。圧電素子に電圧をかけることにより、圧電素子が伸縮すると貼り合わせた金属板の寸法は変わらないため、反りが生ずる。この反りにより発生する振動や変位を利用する。この音響用振動子に電圧を供給すると、シム１１の撓み振動が撓み振動子保持部２０とベースプレート３０を介して振動板４０に伝播される。また、圧電素子に加える電圧よって振動の強度や変位が変化する。このとき振動を効率よく広域に渡り伝達するために、音響用圧電素子１２の撓み振動子保持部２０側に弾性板状体３４を挿入することによって慣性振動となり音響特性が優れる。
【００２０】
また、本発明に係る撓み振動型アクチュエータの触覚用振動子１３は、触覚用圧電素子１３をベースプレート３０と弾性板状体３５との間に設け、この触覚用圧電素子１３をベースプレート３０に直接接着する構成としている。こうすることによって、低い周波数の撓みを直接振動板４０に伝達することができ、触覚振動を効率よく伝播することができる。
【００２１】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータを実施するための形態について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明に係る撓み振動型アクチュエータの側面図、図２は、撓み振動型アクチュエータの斜視図、図３は、撓み振動型アクチュエータの分解斜視図である。
【００２２】
図１乃至図３に示すように、本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１は、シム１１と音響用圧電素子１２でなる音響用振動子１４と、触覚用圧電素子１３とベースプレート３０でなる触覚用振動子１５と、撓み振動子保持部２０と、おもり２３と、給電用端子１６及び１７と、弾性板状体３４と、板状弾性体３５を有している。
【００２３】
音響用振動子１４のシム１１は、全体が細長くて薄い矩形形状の金属板からなり、音響用圧電素子１２は、図３などに示すように、シム１１の裏面に接着される。音響用振動子１４のシム１１は、図１及び図３に示すように、長手方向の一方の端部に凸状に切り欠きが形成された凸部１９と、凸部１９の他方の端部の先端近傍には円形孔を有する凸状の入力端子１８が形成されている。この入力端子１８は、撓み振動子保持部２０側に嵌挿される。このシム１１の材質は、ステンレス鋼やアルミ合金などの硬めの材質が好適であり、摩擦損失が少なく、高Ｑ値の素材を使用することが望ましい。これらの材質を用いることによって、音響特性、励振効率が良好となる。
【００２４】
また、音響用振動子１４の音響用圧電素子１２は、図１乃至図３に示すように、シム１１の裏面側に長手方向に沿って接着される。この音響用圧電素子１２は、薄く細長い矩形形状で形成されており、上面、すなわちシム１１の裏面側の接着面には接着剤（図示せず）が塗布されて接着される。
【００２５】
次に、触覚用振動子１５の触覚用圧電素子１３は、細長くて薄い矩形形状をしており、触覚用圧電素子１３の上面には、長手方向に沿って板状に形成された板状弾性体３５が両面接着テープ（図示せず）で接着され、また、略コ字状に形成された弾性板状体３４が図１及び図２に示す接着剤３８により長手方向に沿って接着配置される。この接着剤３８は、硬化時には弾性板状体３４と触覚用圧電素子１３との間の高さ調整を行う機能を有するので、組み立て時に使用量を調整する。
【００２６】
また、触覚用振動子１５のベースプレート３０は、細長くて薄い矩形形状で真鍮などの金属からなる金属板で構成されており、長手方向の一端側には、図１乃至図３に示すように、幅方向の両側部から直立して上端が内側に折り曲げられた係止爪３１及び係止爪３２が形成され、また他端側は、前記係止爪３１及び係止爪３２と直交する方向、すなわちベースプレート３０の長手方向側に起立する折曲部３９に幅広の開口３３が形成されている。
【００２７】
この開口３３には、音響用振動子１４のシム１１の凸部１９が挿入され、シム１１とベースプレート３０とが開口３３の開口以上にずれないように規制する作用を有している。この開口３３は、音響用圧電素子１２の過大な振幅を抑制するためのものである。
【００２８】
また、触覚用振動子１５のベースプレート３０の上面には、触覚用圧電素子１３が接着されており、裏面は、離間配置された２枚の両面接着テープ３６及び３７を用いて振動板４０に接着される。このように、両面接着テープ３６及び３７が離間配置される理由は、両面接着テープ３６及び３７がベースプレート３０の底面の全面にわたって配置されると、撓み振動に対する剛性が強くなり過ぎ、振動板４０への撓み振動の励振能率が低下するおそれがある。そのため、両面接着テープ３６及び３７を離間配置することによって撓み易い構成としている。
【００２９】
上記のような音響用圧電素子１２及び触覚用圧電素子１３は、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックの薄板で、電極層で挟みながら複数枚積層した構造などが好適であり、また、チタン酸バリウムなどは比較的脆い圧電材料であるため、過大な撓み振動が発生すると、破損するおそれがある。この過大な振動は、信号よりも、むしろ、このアクチュエータが装着された携帯電話機などの小型電子機器が、コンクリートなどの硬い床に落下した時の衝撃によって発生する場合が多い。この過大な振動を抑制するため、板状弾性体３５で衝撃を吸収すると共に、開口３３によってシム１１の凸部１９の動きを規制することで保護する構成としている。
【００３０】
次に、撓み振動子保持部２０について説明する。
図１乃至図３に示すように、撓み振動子保持部２０は、樹脂を主成分とする略柱状体で１つ形成されており、音響用振動子１４のシム１１の一方の端部である入力端子１８が挿入されてこの入力端子１８を保持するシム孔２８が形成されている。この撓み振動子保持部２０は、１つに限らず、２以上で構成してもよい。また、図２に示すように、入力端子１８は、撓み振動子保持部２０のシム孔２８内に挿入されて図１及び図３に示す撓み振動子保持部２０のシム孔２８の反対面に露出する。
【００３１】
また、図３に示すように、撓み振動子保持部２０の底面側には、長手方向に沿って凹状に給電用端子溝２６及び給電用端子溝２７が形成されており、給電用端子溝２６には、給電用端子１６が組み込まれ、給電用端子溝２７には、給電用端子１７が組み込まれるようになっている。
【００３２】
給電用端子溝２６に組み込まれた給電用端子１６は、触角用圧電素子１３と接続されて給電できるようになっており、また、給電用端子溝２７に組み込まれた給電用端子１７は、音響用圧電素子１２と接続されて給電できるようになっている。
【００３３】
また、撓み振動子保持部２０の側面には、図２から明らかなように、係止爪３１、３２と係合する凸部が形成されている。
【００３４】
次に、図１乃至図３に示すように、おもり２３は、音響用振動子１４のシム１１の凸部１９側近傍の上面に設けられている。このおもり２３は、両面接着テープ２４によってシム１１に接着される。このおもり２３は、重量があるものであればよく、例えばタングステン粉末入りの樹脂や鉛等の材質が好適である。このおもり２３は、音響用振動子の撓みを慣性振動に変える役目をする。また、シム１１と音響振用圧電素子１２が撓む時に撓み過ぎたり、シム１１が上方に反り返る癖を防止する作用を有する。
【００３５】
次に、弾性板状体３４は、図３に示すように、略コ字状に形成されており、触覚用圧電素子１３と接着剤３８（図１及び図２に図示）で接着される。この接着剤３８は、硬化時には弾性板状体３４と触覚用圧電素子１３との間の高さ調整を行う機能を有するので、組み立て時に使用量を調整する。この弾性板状体３４の素材としては、ポリウレタン、発泡樹脂、軟質ゴムなどの弾性体を使用することができる。
【００３６】
また、板状弾性体３５は、触覚用圧電素子１３の長手方向に沿って薄くかつ長手板状に形成されており、触覚用圧電素子１３の上面に両面接着テープ（図示せず）を用いて接着される。この板状弾性体３５の素材としては、弾性板状体３４よりも柔らかい素材を使用している。つまり、この板状弾性体３５は、落下などの衝撃で音響用圧電素子１２と触覚用圧電素子１３とが衝突すると、圧電素子が破壊されやすいので、音響用圧電素子１２と触覚用圧電素子１３とが接触して衝突しないように衝撃を緩和するためのものである。
【００３７】
図１及び図３に示す振動板４０は、主に、携帯電話機や携帯端末機の表示パネルの保護板を使用することができ、撓み振動子保持部２０から音響用振動子１４を振動させて音を出力する。また、触覚用振動子１５を振動させて振動板４０に伝播して振動させる。また、振動板４０はタッチパネル形式でも良く、透明な素材など種々の素材を用いることができる。
【００３８】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータのシム１１、音響用振動子１４、触覚用振動子１５、撓み振動子保持部２０、おもり２３、弾性板状体３４、板状弾性体３５などは、全体として長手状に形成されているが、それらの幅方向は、図２及び図３に示すように、ベースプレート３０の幅内でほぼ形成されているので、全体として小型に構成されている。また、各々の厚みも薄く形成されているので、全体として高さ方向も薄く構成されている。また、弾性板状体３４が挿入されることによって慣性振動となり音響特性が優れるものとなっている。
【００３９】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータの組立方法について説明する。
図１乃至図３に示すように、まず、おもり２３が両面粘着テープ２４によって接着された音響用振動子１４のシム１１の入力端子１８を撓み振動子保持部２０のシム孔２８に挿入する。
【００４０】
次に、撓み振動子保持部２０の底面に形成された給電用端子溝２６に給電用端子１６を組み込み、その先端を触覚用圧電素子１３の表面に形成された電極（図示せず）に接続する。これにより給電用端子１６と触覚用圧電素子１３との間に電気的接続が形成される。同様に、給電用端子溝２７に給電用端子１７を組み込んで、その先端を音響用圧電素子１２の表面に形成された電極（図示せず）に接続する。これにより給電用端子１７と音響用圧電素子１２との間に電気的接続が形成される。
【００４１】
また、撓み振動子保持部２０の側面をベースプレート３０の係止爪３１及び３２と係合させて折り曲げ固定させる。ここで、ベースプレート３０の上面には触覚用圧電素子１３が接着され、触覚用圧電素子１３の上面には弾性板状体３４が接着剤３８で、板状弾性体３５が両面接着テープ（図示せず）で接着される。
【００４２】
シム１１の凸部１９は、開口３３の内側に挿入され、この開口３３の空間内をシム１１の凸部１９が揺動できるようになっている。
【００４３】
このように各構成物を階層状に組み合わせることで、撓み振動型アクチュエータ１が構成される。
【００４４】
なお、本発明に係る撓み振動型アクチュエータの組立の順番については、適宜変えてよいことは勿論である。
【００４５】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１は、音響用振動子１４と触覚用振動子１５の両方の振動子を有するが、ベースプレート３０にシム１１の作用を持たせることで、シム２枚を使用せずに、シム１１の１枚とベースプレート３０とで音響用振動子１４と触覚用振動子１５の２つの振動子を構成している。これにより、構成部品を減少することが可能となり、小型化、軽量化及び廉価化することができる。
【００４６】
次に、本発明に係る撓み振動型アクチュエータの動作について説明する。
本発明に係る撓み振動型アクチュエータのベースプレート３０の開口３３の空間内に揺動可能に挿入される音響用振動子１４は、先端が自由端となっており、音響振動用として作用する。これに対して、両面接着テープ３６及び３７よって振動板４０に固定される触覚用振動子１５は、触覚振動用として作用する。
【００４７】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１の給電用端子１７と入力端子１８を交流電源（図示せず）に接続してシム１１と音響用圧電素子１２の間に交流電圧を印加する。シム１１の裏面に接着された音響用圧電素子１２は、両面に電圧が加えられると、両面間に電界が生じて音響用圧電素子１２の厚み方向に伸縮が生じる。電圧は交流なので、交互に反対方向への伸縮を行う。ここで、シム１１は伸縮しないため、シム１１には音響用圧電素子１２の伸縮に合わせて撓みが生ずる。
【００４８】
音響用振動子１４のシム１１が撓むと、その先端と撓み振動子保持部２０とが上下方向に互いに逆向きに変位する。音響用振動子１４の先端の自由端が下方に変位すると、その反作用（慣性力）によって、その撓み振動子保持部２０が上方に変位し、その結果、ベースプレート３０を介して振動板４０が上方に変位する。この音響用振動子１４の作用を慣性（または反作用）型撓み振動子と称することもできる。
【００４９】
また、本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１の給電用端子１６とベースプレート３０を交流電源（図示せず）に接続してベースプレート３０と振動用圧電素子１３との間に交流電圧を印加すると、振動用圧電素子１３に伸縮が生じる。ここで、ベースプレート３０は伸縮しないため、ベースプレート３０には触覚用圧電素子１３の伸縮に合わせて撓みが生ずる。
【００５０】
この触覚用振動子１５は、シムの機能を有するベースプレート３０が両面接着テープ３６及び３７によって振動板４０に固定されているため、ベースプレート３０が撓むことで触覚用振動子１５が撓み変位しようとすると、撓みを直接振動板４０に伝播する。この触覚用振動子１５を制動（または作用）型撓み振動子ということもできる。
【００５１】
このように、本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１は、アクチュエータを２段重ねの慣性型と制動型とで構成することにより、先端を自由端にした慣性型音響用振動子１４から高品位の音声信号を発生させると同時に、ベースプレート３０を振動板４０に固定した制動型触覚用振動子１５から触覚振動を発生させることができる。
【００５２】
図４及び図５は、本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１の振動子の駆動特性を示す図である。図４及び図５に示す横軸は、振動の周波数、縦軸は１ｖｏｌｔの入力信号で発生する駆動力（ニュートン）であり、縦軸の０ｄＢＮが１ニュートンである。
【００５３】
図４は、音響用振動子１４に電圧を供給したときに撓み振動子保持部２０に発生する慣性振動時の駆動力特性を示す図である。この駆動力は、振動板４０に慣性振動として伝達されて音声として出力される。また、図５は、触覚用振動子１５に電圧が供給された時の撓み振動子保持部２０に発生する直接振動の時の駆動特性を示す図である。シム１１としてのベースプレート３０が直接触覚用振動子１５に設けられているため振動板４０を直接振動して触覚振動が出力される。
【００５４】
図４と図５を参照して、１００Ｈｚ付近を比較すると、図５の触覚振動として必要な駆動力が約２０ｄＢ（１０倍）大きいことがわかる。図４及び図５から分かるように、本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、３００Ｈｚ以下の触覚振動をさせることができ、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲での振動をさせる場合も好適である。
【００５５】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータ１の音響用振動子１４の寸法としては、長さ２０ｍｍ〜５０ｍｍ、幅３ｍｍ〜１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好適である。上記最小の寸法以下では、寸法が小さすぎて製造が困難となり、また、上記最大寸法以上では、携帯電話機など小型の携帯用機器への応用が困難となる。
【００５６】
［実施例１］
図６は、本発明に係る撓み振動型アクチュエータに適用した実施例であり、図７は、図６のＡ−Ａ線断面図である。携帯端末機５０は、フィルム５４とガラス５５でなる振動板を兼ねるタッチパネル部５１と、表示部５２と、操作部５３と、撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂと、クッション５６ａ及び５６ｂと、クッション５７ａ及び５７ｂとを有する。
【００５７】
タッチパネル部５１のガラス５５は、図６及び図７に示すように薄く透明な板状であり、上面にフィルム５４を接着している。ガラス５５とフィルム５４の間には透明導電膜（図示せず）及びドットスペーサ（図示せず）を有する。ガラス５５の下面には表示部５２がクッション５７ａ及び５７ｂが接着されおり、クッション５７ａ及び５７ｂの他端は表示部５２に接着されている。また、表示部５２の外側にアクチュエータ２ａ及び２ｂが、ガラス５５に接着剤で直接接着されている。また、ガラス５５の下面外縁部はクッション５６ａ及び５６ｂが接着されており、クッション５６ａ及び５６ｂの他端は、筐体５０に接着されている。
【００５８】
タッチパネル部５１のフィルム５４はガラス５５と同じ大きさに成形された薄く透明な板状であり、下面をガラス５５に接着されている。フィルム５４の表面を使用者が触覚入力すると、フィルム５４が撓み、ガラス５５とフィルム５４の間に設置された透明導電膜とドットスペーサが接触することで電流が流れ、タッチパネル部に入力があったことを検出する。
【００５９】
使用者は、携帯端末機５０への入力を操作部５３又はタッチパネル部５１を操作して行い、携帯端末機５０は入力に対して、表示・音声・振動等によって応答する。ここで音声は撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂが振動することにより、タッチパネル部５１に伝達し、タッチパネル部５１を振動させて音声を出力する。
【００６０】
また、撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂが振動することにより、タッチパネル部５１に伝達されて触覚振動がタッチパネル部５１を介して使用者に伝播される。
【００６１】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂが左右に設けられているので、タッチパネル部５１への触覚振動の伝達は均等に行われ、より明瞭な触覚振動を出力することが可能である。また、音声と触覚振動の同時出力が可能であるので、音声と触覚振動を同時体験することもできる。また、タッチパネル部５１を指などで固定しても音声振動と触覚振動とに影響することが少ないため、タッチパネルと共存して使用することが可能である。
【００６２】
このようにタッチパネル部５１と撓み振動型アクチュエータ２ａ及び２ｂによって音声と触覚振動を出力することができるので、別途スピーカや振動装置を携帯端末機に組み込む必要が無くなるため、携帯端末機を小型化・低廉化することができると共に、使用者はより明瞭な音声と触覚振動を体感することができる。
【００６３】
図６は、携帯端末機として説明したが、携帯電話機、電子辞書、携帯用ゲーム機、カーナビゲーション等の電子機器に於いて、操作部・表示部・音声発生部、好ましくはタッチパネルを備える小型の電子機器に使用することができる。
【００６４】
［実施例２］
触覚用振動子への印加電圧が一定な場合、触覚用振動子の撓みによる触覚振動も一定となり、使用者へ伝達される触覚振動も一定の単調な振動となる。その結果、単調な振動に対して慣れを生じて触覚振動に対する使用者の反応が鈍くなる。
【００６５】
そこで、本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、触覚用振動子にＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調及び／又はＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調した電気信号を印加し、不規則な振幅変調をさせることにより、触覚用振動子が不規則で、かつ強弱のある振動を発生させる。使用者に伝播される触覚振動が規則的な単調なものから、強弱があり、不規則な触覚振動となるので、特に指先で敏感に触覚振動を関知させることができる。
【００６６】
また、触覚用振動子は直流電圧の制御によって触覚振動を発生する。直流電圧を印加すると触覚用振動子は撓みを生じ、印加を停止すると触覚用振動子は撓みが停止する。このように、制御によって印加する直流電圧の有無を繰り返すことで、振動が発生する。印加の有無の繰り返しは矩形波を制御するものであっても良い。また、触覚用振動子に印加する直流電圧の強弱、印加時間、印加間隔を不規則にすることで、触覚用振動子は不規則な振動を発生する。
【００６７】
このような交流電圧及び直流電圧による印加電圧は、予めランダムとなる制御に設定しても良いし、複数の不規則な印可のパターンを設定しておき、設定の中から使用者が任意に選択できるようにしてもよい。
【００６８】
本発明に係る撓み振動型アクチュエータは、上記実施形態や実施例に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の趣旨の範囲内において適宜改良または変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 撓み振動型アクチュエータ
２ａ、２ｂ、 撓み振動型アクチュエータ
１１ シム
１２ 音響用圧電素子
１３ 触覚用圧電素子
１４ 音響用振動子
１５ 触覚用振動子
１６ 給電用端子
１７ 給電用端子
１８ 入力端子
１９ 凸部
２０ 撓み振動子保持部
２３ おもり
２４ 両面接着テープ
２６ 給電用端子溝
２７ 給電用端子溝
２８ シム孔
３０ ベースプレート
３１ 係止爪
３２ 係止爪
３３ 開口
３４ 弾性板状体
３５ 板状弾性体
３６ 両面接着テープ
３７ 両面接着テープ
３８ 接着剤
３９ 折曲部
４０ 振動板
５０ 携帯端末機
５１ タッチパネル部
５２ 表示部
５３ 操作部
５４ フィルム
５５ ガラス
５６ａ、５６ｂ クッション
５７ａ、５７ｂ クッション
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長くて薄い形状の音響用圧電素子を保持するシムからなる音響用振動子と、
細長くて薄い形状の触覚用圧電素子を保持するベースプレートからなる触覚用振動子とを備え、
前記ベースプレートの一端側は、撓み振動子保持部を保持するとともに、
該撓み振動子保持部は、前記音響用振動子のシムの一端側を保持する構成としたこと、
を特徴とする撓み振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記ベースプレートの他端側は折曲部を有し、該折曲部に形成された開口に、前記ベースプレートの一端側の撓み振動子保持部に保持された前記音響用振動子のシムの先端が、前記開口の空間内で揺動できるように挿入されて構成したこと、
を特徴とする請求項１記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項３】
前記シムの一方の側に設けられた前記音響用圧電素子と、前記ベースプレートで保持された触覚用圧電素子との間に板状弾性体を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記触覚用圧電素子は、接着剤を介して弾性板状体が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項５】
前記ベースプレートは、振動板に取り付けられてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記音響用振動子のシムには、おもりが設けられてなることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項７】
前記音響用圧電素子、前記触覚用圧電素子、前記撓み振動子保持部、前記板状弾性体、前記弾性板状体の各々の幅は、前記ベースプレートの幅内で形成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項８】
前記触覚用振動子の出力による振動周波数は、３００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７記載の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項９】
前記触覚用振動子は、ＡＭ変調及び／又はＦＭ変調した電気信号を印可することによって振動を発生するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８記載の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項１０】
前記触覚用振動子は、直流電圧の制御によって振動を発生するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８記載の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項１】
細長くて薄い形状の音響用圧電素子を保持するシムからなる音響用振動子と、
細長くて薄い形状の触覚用圧電素子を保持するベースプレートからなる触覚用振動子とを備え、
前記ベースプレートの一端側は、撓み振動子保持部を保持するとともに、
該撓み振動子保持部は、前記音響用振動子のシムの一端側を保持する構成としたこと、
を特徴とする撓み振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記ベースプレートの他端側は折曲部を有し、該折曲部に形成された開口に、前記ベースプレートの一端側の撓み振動子保持部に保持された前記音響用振動子のシムの先端が、前記開口の空間内で揺動できるように挿入されて構成したこと、
を特徴とする請求項１記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項３】
前記シムの一方の側に設けられた前記音響用圧電素子と、前記ベースプレートで保持された触覚用圧電素子との間に板状弾性体を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記触覚用圧電素子は、接着剤を介して弾性板状体が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項５】
前記ベースプレートは、振動板に取り付けられてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記音響用振動子のシムには、おもりが設けられてなることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項７】
前記音響用圧電素子、前記触覚用圧電素子、前記撓み振動子保持部、前記板状弾性体、前記弾性板状体の各々の幅は、前記ベースプレートの幅内で形成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項８】
前記触覚用振動子の出力による振動周波数は、３００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７記載の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項９】
前記触覚用振動子は、ＡＭ変調及び／又はＦＭ変調した電気信号を印可することによって振動を発生するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８記載の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【請求項１０】
前記触覚用振動子は、直流電圧の制御によって振動を発生するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８記載の何れか１に記載の撓み振動型アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２４５８４２（Ｐ２０１０−２４５８４２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９２３５７（Ｐ２００９−９２３５７）
【出願日】平成２１年４月６日（２００９．４．６）
【出願人】（５９５０７７４１８）株式会社オーセンティック (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月６日（２００９．４．６）
【出願人】（５９５０７７４１８）株式会社オーセンティック (25)
【Ｆターム（参考）】
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