JP6811297B2 - Tactile presentation device - Google Patents
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Description
本発明は、アクチュエータ及び触感呈示装置に関する。 The present invention relates to an actuator and a tactile presentation device.
従来、振動を発生させるアクチュエータがタッチセンサ等に配設されている。アクチュエータは、例えばユニモルフ等である。アクチュエータが、タッチセンサ等の振動対象（以下、単に振動対象ともいう）を振動させることにより、振動対象にタッチするユーザに対して触感が呈示される（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, an actuator that generates vibration is arranged in a touch sensor or the like. The actuator is, for example, Unimorph. When the actuator vibrates a vibration target such as a touch sensor (hereinafter, also simply referred to as a vibration target), a tactile sensation is presented to a user who touches the vibration target (see, for example, Patent Document 1).
ユーザに対して十分な触感を呈示するためには、振動対象を大きく振動させる必要がある。そのためには、アクチュエータが発生する振動を大きくすることが求められる。 In order to present a sufficient tactile sensation to the user, it is necessary to vibrate the vibrating object greatly. For that purpose, it is required to increase the vibration generated by the actuator.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、発生する振動を大きくできるアクチュエータ及び触感呈示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an actuator and a tactile sensation presenting device capable of increasing the generated vibration.
上記目的を達成する本発明の一実施形態に係るアクチュエータは、圧電素子と、前記圧電素子が接合され、前記圧電素子の変位に応じて振動する振動板と、前記振動板の長手方向の両端それぞれを固定部に支持する支持部とを備える。前記支持部は、前記振動板に接続される側の端部が前記固定部に接続される側の端部よりも外側になるように設けられている。 In the actuator according to the embodiment of the present invention that achieves the above object, the piezoelectric element, the vibrating plate in which the piezoelectric element is joined and vibrates according to the displacement of the piezoelectric element, and both ends of the vibrating plate in the longitudinal direction, respectively. Is provided with a support portion that supports the fixed portion. The support portion is provided so that the end portion on the side connected to the diaphragm is outside the end portion on the side connected to the fixed portion.
また、上記目的を達成する本発明の一実施形態に係る触感呈示装置は、圧電素子と、前記圧電素子が接合され、前記圧電素子の変位に応じて振動する振動板と、前記振動板の長手方向の両端それぞれを固定部に支持する支持部とを有するアクチュエータを備える。前記触感呈示装置は、前記振動板の振動が伝達され、ユーザに対して触感を呈示する振動対象を備える。前記支持部は、前記振動板に接続される側の端部が前記固定部に接続される側の端部よりも外側になるように設けられている。 Further, in the tactile presentation device according to the embodiment of the present invention that achieves the above object, the piezoelectric element, the vibrating plate in which the piezoelectric element is joined and vibrates according to the displacement of the piezoelectric element, and the length of the vibrating plate. The actuator is provided with a support portion that supports both ends of the direction to the fixed portion. The tactile sensation presenting device includes a vibration target to which the vibration of the diaphragm is transmitted to present a tactile sensation to the user. The support portion is provided so that the end portion on the side connected to the diaphragm is outside the end portion on the side connected to the fixed portion.
本発明の一実施形態に係るアクチュエータ及び触感呈示装置によれば、発生する振動を大きくできる。 According to the actuator and the tactile presentation device according to the embodiment of the present invention, the generated vibration can be increased.
（実施形態１）
以下、一実施形態に係るアクチュエータ及び触感呈示装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係るアクチュエータは、種々の機器に用いられうる。本実施形態に係る触感呈示装置は、カーナビゲーションシステム、又は、ステアリング若しくはパワーウィンドウのスイッチ等の車載機器とすることができる。触感呈示装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレット型ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ノートＰＣ等とすることができる。触感呈示装置はこれらに限定されるものではなく、デスクトップＰＣ、家電製品、産業用機器（ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ機器）、専用端末等、種々の電子機器とすることもできる。以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the actuator and the tactile sensation presenting device according to the embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The actuator according to this embodiment can be used in various devices. The tactile presentation device according to the present embodiment can be a car navigation system or an in-vehicle device such as a steering wheel or a switch of a power window. The tactile sensation presenting device can be a mobile phone, a smartphone, a tablet PC (Personal Computer), a notebook PC, or the like. The tactile sensation presenting device is not limited to these, and may be various electronic devices such as desktop PCs, home appliances, industrial devices (FA (Factory Automation devices)), dedicated terminals, and the like. The figure is a schematic one, and the dimensional ratios and the like on the drawing do not always match the actual ones.
［触感呈示装置の構成例］
図１は、実施形態１に係る触感呈示装置１の構成例を示す要部断面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る触感呈示装置１は、アクチュエータ１０と、筐体２０と、振動対象３０とを備える。
[Configuration example of tactile presentation device]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration example of the tactile
アクチュエータ１０は、圧電素子１１と、振動板１２と、支持部１３と、固定部１４と、保持部１５とを備える。アクチュエータ１０は、固定部１４を介して筐体２０に接合される。アクチュエータ１０には、保持部１５を介して振動対象３０が接合される。
The
図２は、アクチュエータ１０の構成例を示す斜視図である。図２（ａ）は、筐体２０に接合される側から見た斜視図である。図２（ｂ）は、振動対象３０が接合される側から見た斜視図である。以下、図１及び図２を参照して、アクチュエータ１０の各部について説明していく。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of the
圧電素子１１は、例えば長方形状である。圧電素子１１は、印加される電圧信号に応じて長手方向に種々のパターンで伸縮変位する。圧電素子１１は、圧電フィルムであってもよいし、圧電セラミックであってもよい。圧電セラミックは、圧電フィルムよりも、より大きい振動エネルギーを有する振動を発生させることができる。
The
圧電素子１１は、磁歪素子に置換されてもよい。磁歪素子は、印加される磁界に応じて伸縮する。磁歪素子が用いられる場合、印加される電圧信号を磁界に変換するコイル等があわせて用いられる。
The
振動板１２は、所定の厚みを有する長方形の板状の部材である。振動板１２は、例えば、弾性を有する薄板である。振動板１２は、金属、樹脂、又は、金属及び樹脂等の複合材料等からなる。振動板１２は、金属薄板（シム板ともいう）であってもよい。以下、筐体２０の側に対向する面を第１主面１２ａという。振動対象３０の側に対向する面を第２主面１２ｂという。
The
振動板１２の第１主面１２ａには、圧電素子１１が設けられる。圧電素子１１は、圧電素子１１の長手方向が振動板１２の長手方向と一致するように設けられる。振動板１２の第２主面１２ｂには、保持部１５が設けられる。圧電素子１１及び保持部１５はそれぞれ、接着等の方法で振動板１２に接合される。
A
振動板１２の第１主面１２ａに圧電素子１１が設けられた構造は、いわゆるモノモルフである。モノモルフにおいては、圧電素子１１の伸縮変位が、振動板１２の屈曲振動を引き起こす。振動板１２の一方の端部のみが筐体２０に支持されている場合には、振動板１２の他方の端部における第１主面１２ａの法線方向の振幅が最大になるように振動する。振動板１２の両端が筐体２０に支持されている場合には、振動板１２の中央付近における第１主面１２ａの法線方向の振幅が最大になるように振動する。
The structure in which the
振動板１２の長手方向の両端にはそれぞれ、支持部１３が設けられる。支持部１３は、圧電素子１１の変位に応じて振動板１２が振動しても筐体２０に衝突しないように圧電素子１１と筐体２０との間のクリアランスを保つ。支持部１３は、振動板１２と同様に、例えば弾性を有する薄板である。支持部１３は、振動板１２と同一の材料からなってもよいし、異なる材料からなってもよい。上述の通り、振動板１２の両端が支持されている場合、圧電素子１１の変位に応じて、振動板１２の中央付近における振幅が最大になるように振動する。
支持部１３の一方の端部は、振動板１２に接続される。支持部１３の他方の端部は、固定部１４に接続される。固定部１４は、例えば、ねじ止め又は接着等により筐体２０に固定される。固定部１４は、例えば振動板１２と同様に、弾性を有する薄板である。固定部１４は、振動板１２と同一の材料からなってもよいし、異なる材料からなってもよい。
One end of the
本実施形態に係るアクチュエータ１０において、振動板１２と支持部１３と固定部１４とは、一体成型されている。以下、振動板１２と支持部１３と固定部１４とが一体成型された部材を、アクチュエータ１０のフレーム１０ａともいう。本実施形態に係るフレーム１０ａは、同一の材料からなる。フレーム１０ａは、例えば、一枚の金属の薄板を板金加工により折り曲げることにより一体成型されてもよい。フレーム１０ａは、振動板１２と支持部１３と固定部１４とがそれぞれ溶接されて一体に成型されてもよい。フレーム１０ａは、樹脂の一体成型によって作られてもよい。
In the
保持部１５は、例えばゴム材料等からなる。保持部１５は、ゴム材料等に限られず、金属等の他の材料からなってもよい。保持部１５は、振動板１２の第２主面１２ｂの側に設けられる。保持部１５は、例えば接着等の方法を用いて振動板１２に接合される。保持部１５は、第２主面１２ｂの側の中央付近に設けられる。保持部１５が設けられる位置は中央付近に限られない。保持部１５は、振動板１２の最大の振幅となる部分に設けられることが好ましい。保持部１５には、例えば接着等の方法を用いて振動対象３０が接合される。
The holding
保持部１５は、振動板１２の振動が振動対象３０に効率よく伝達されるように、振動板１２の振動方向、つまり第１主面１２ａの法線方向に大きい弾性係数を有することが好ましい。一方で保持部１５は、振動板１２の第１主面１２ａに平行な方向に小さい弾性係数を有することが好ましい。このようにすることで、外力による触感呈示装置１の破損の可能性を低減できる。弾性係数は、部材にかかる外力と部材の変位量との関係を示す定数であり、変位量と弾性係数との積が外力となる。つまり同じ外力に対する変位量は、弾性係数が小さいほど大きくなる。
The holding
筐体２０には、固定部１４によってアクチュエータ１０が接合される。筐体２０は、アクチュエータ１０と比較して質量が大きく、剛性も高い。よって本実施形態において、筐体２０は剛体とみなされる。振動対象３０は、例えば機器に備えられるタッチセンサ５０（図３参照）又はスイッチ等であってよい。振動対象３０には、保持部１５によってアクチュエータ１０が接合される。上述のように、筐体２０が剛体とみなされる場合、アクチュエータ１０が発生する振動は、主に振動対象３０に伝達される。よって振動対象３０は、タッチしたユーザに触感を呈示することができる。
The
［触感呈示装置の動作例］
図３は、本実施形態に係る触感呈示装置１の機能ブロックの一例である。図３に示されるように、触感呈示装置１は、コントローラ４０をさらに備える。コントローラ４０は、アプリケーションソフトウェアを実行可能なプロセッサまたはマイクロコンピュータ等により構成することができる。コントローラ４０は、必要に応じて各種情報を記憶することができるメモリ等によって構成される記憶部等も適宜含みうる。
[Operation example of tactile presentation device]
FIG. 3 is an example of the functional block of the tactile
図３に示されるように、コントローラ４０は、アクチュエータ１０に接続される。コントローラ４０は、アクチュエータ１０に駆動信号を出力する。駆動信号は、アクチュエータ１０の圧電素子１１に対して印加される電圧信号である。
As shown in FIG. 3, the
圧電素子１１は、コントローラ４０から取得した駆動信号に応じて、長手方向に伸縮変位する。図１及び図２に例示されるアクチュエータ１０の振動板１２は、圧電素子１１の変位に応じて屈曲する。つまり、圧電素子１１が振動板１２の長手方向に縮む方向に変位した場合、振動板１２は第２主面１２ｂの側が凸になるように屈曲する。また、圧電素子１１が振動板１２の長手方向に伸びる方向に変位した場合、振動板１２は第１主面１２ａの側が凸になるように屈曲する。このように、圧電素子１１の変位が、振動板１２の第１主面１２ａの法線方向の振動に変換される。
The
本実施形態においては、圧電素子１１は、電圧信号の印加に応じて縮む方向にのみ変位する。この場合、振動板１２は、第２主面１２ｂの側が凸になるように屈曲した状態と、通常のまっすぐな状態との間で振動する。圧電素子１１の変位は、電圧信号の印加に応じて縮む方向に限られるものではない。圧電素子１１は、電圧信号の印加に応じて伸びる方向に変位するように構成されてもよいし、伸びる方向及び縮む方向のいずれにも変位するように構成されてもよい。
In the present embodiment, the
以上のようにして、コントローラ４０は、アクチュエータ１０を駆動し、振動板１２を振動させる。振動板１２の振動は、保持部１５を介して振動対象３０に伝達される。そして、振動対象３０にタッチしたユーザに対して触感が呈示される。
As described above, the
コントローラ４０は、例えば図３に示されるように、タッチセンサ５０に接続されてもよい。この場合、コントローラ４０は、タッチセンサ５０から取得した信号に応じて、アクチュエータ１０に駆動信号を出力してもよい。タッチセンサ５０は、触感呈示装置１の振動対象３０であってもよい。この場合、ユーザが振動対象３０にタッチしていることがタッチセンサ５０により検出される。コントローラ４０は、ユーザが振動対象３０にタッチしているときに振動対象３０を振動させる。このようにすることで、触感呈示装置１は、振動対象３０にタッチしたユーザに対して触感を呈示することができる。タッチセンサ５０は、触感呈示装置１の振動対象３０とは別個の構成として設けられてもよい。
The
［フレームの形状］
図４は、本実施形態に係るアクチュエータ１０のフレーム１０ａの断面形状の例である。アクチュエータ１０のフレーム１０ａは、アクチュエータ１０の駆動に応じて弾性変形する。図４（ａ）には、アクチュエータ１０が駆動されていない場合のフレーム１０ａの形状が示されている。また図４（ｂ）には、アクチュエータ１０が駆動されている場合のフレーム１０ａの形状が示されている。図４（ｂ）において振動板１２は、アクチュエータ１０の駆動に応じて第２主面１２ｂの側に凸となるように屈曲している。
[Frame shape]
FIG. 4 is an example of the cross-sectional shape of the
図４（ａ）に示されるように、アクチュエータ１０が駆動されていない場合、支持部１３は、振動板１２に接続される側の端部が固定部１４に接続される側の端部よりも外側になるように設けられている。このように設けられた支持部１３の状態のことを、支持部１３が外側に傾いている状態ともいう。この場合、振動板１２と支持部１３とがなす角度は鋭角になっている。
As shown in FIG. 4A, when the
支持部１３は、振動板１２の法線方向と支持部１３とがなす角度がαとなるように設けられている。以下、角度（α）のことを与角（α）ともいう。与角（α）は、振動板１２の法線方向に対して支持部１３が外側に傾いている状態の場合に正の値をとるものと定義される。与角（α）の単位はラジアンである。以降の説明に用いられる角度の単位も、特に言及がない限りラジアンである。支持部１３が設けられる方向を一意に表すために、与角（α）は、−π≦α＜πであるものとする。
The
支持部１３の長さはＨである。この場合、振動板１２の端部と固定部１４との距離は、Ｈｃｏｓαである。振動板１２の端部と固定部１４との距離は、振動板１２の端部から固定部１４を含む面に下ろした垂線の長さとして定義される。
The length of the
図４（ｂ）に示されるように、アクチュエータ１０が駆動されている場合、振動板１２は屈曲している。振動板１２の両端部に対する中央部の変位は、第１主面１２ａ側から第２主面１２ｂ側へ向かう変位が正の値になるものとして、Δｘ（＞０）となっている。振動板１２の屈曲に応じて、支持部１３の上端（振動板１２に接続される側の端部）は、振動板１２により引っ張られる。振動板１２により引っ張られた支持部１３は、振動板１２の法線方向と支持部１３とがなす角度がβとなっている。以下、角度（β）のことを変位角（β）ともいう。変位角（β）は、支持部１３が外側に傾いている状態の場合に正の値をとるものと定義される。与角（α）の範囲と同様に、変位角（β）は、−π≦β＜πであるものとする。支持部１３の長さは、図４（ａ）と同様にＨである。この場合、振動板１２の端部と固定部１４との距離は、Ｈｃｏｓβである。
As shown in FIG. 4B, when the
図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較して、アクチュエータ１０の駆動による振動板１２の端部と固定部１４との距離の変化（Δｙ）は、以下の式（１）により算出される。
Δｙ＝Ｈ（ｃｏｓβ−ｃｏｓα） （１）
ここで、α＞β＞０、Ｈ＞０であるから、Δｙ＞０である。
Comparing FIG. 4A and FIG. 4B, the change (Δy) in the distance between the end portion of the
Δy = H (cosβ-cosα) (1)
Here, since α>β> 0 and H> 0, Δy> 0.
振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位は、振動板１２の中央部の変位（Δｘ）と、振動板１２の端部と固定部１４との距離の変化（Δｙ）との和である。Δｙ＞０であるから、支持部１３と振動板１２の法線方向とがなす角度が変化しない場合（Δｙ＝０）と比較して、振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位を大きくすることができる。
The displacement of the
＜比較例＞
図５は、比較例に係るアクチュエータ１０のフレーム１０ｂの断面形状である。フレーム１０ｂは、図１等に示されるフレーム１０ａと同様に、振動板１２と支持部１３と固定部１４とが一体成型された部材である。フレーム１０ｂは、フレーム１０ａとは異なる断面形状を有する。図５（ａ）には、アクチュエータ１０が駆動されていない場合のフレーム１０ｂの形状が示されている。図５（ｂ）には、アクチュエータ１０が駆動されている場合のフレームの形状が示されている。図５（ｂ）において振動板１２は、アクチュエータ１０の駆動に応じて第２主面１２ｂの側に凸となるように屈曲している。
<Comparison example>
FIG. 5 is a cross-sectional shape of the
図５（ａ）に示されるように、アクチュエータ１０が駆動されていない場合、フレームの支持部１３は、振動板１２の法線方向に沿うように設けられている。つまり図５（ａ）において、支持部１３は振動板１２に直交している。支持部１３の長さはＨである。この場合、振動板１２の端部と固定部１４との距離は、支持部１３の長さと同じ（Ｈ）である。
As shown in FIG. 5A, when the
図５（ｂ）に示されるように、アクチュエータ１０が駆動されている場合、振動板１２は、両端部に対して中央部が第２主面１２ｂ側にΔｘだけ変位するように屈曲している。図４の場合と同様に、第１主面１２ａ側から第２主面１２ｂ側へ向かう変位を正の値として、Δｘ＞０とする。振動板１２の屈曲に応じて、支持部１３の上端（振動板１２に接続される側の端部）は、振動板１２により引っ張られる。そして支持部１３は、変位角がβ（上述の定義によればβ＜０）となっている。支持部１３の長さは、図４（ａ）と同様にＨである。この場合、振動板１２の端部と固定部１４との距離は、Ｈｃｏｓβである。
As shown in FIG. 5B, when the
図５（ａ）と図５（ｂ）とを比較して、アクチュエータ１０の駆動による振動板１２の端部と固定部１４との距離の変化（Δｙ）は、以下の式（２）により算出される。
Δｙ＝Ｈ（ｃｏｓβ−１） （２）
ここで、ｃｏｓβ＜１、Ｈ＞０であるから、Δｙ＜０である。
Comparing FIGS. 5 (a) and 5 (b), the change (Δy) in the distance between the end of the
Δy = H (cosβ-1) (2)
Here, since cosβ <1, H> 0, Δy <0.
振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位は、振動板１２の中央部の変位（Δｘ）と、振動板１２の端部と固定部１４との距離の変化（Δｙ）との和である。Δｙ＜０であるから、上述の本実施形態に係るフレーム１０ａの断面形状の例（Δｙ＞０）と比較して、振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位は小さくなっている。また、支持部１３と振動板１２の法線方向とがなす角度が変化しない場合（Δｙ＝０）と比較しても、振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位は小さくなっている。
The displacement of the
以上説明してきたように、本実施形態に係るフレーム１０ａの断面形状は、支持部１３が与角（α）を有している。言い換えると、振動板１２と支持部１３とがなす角度が鋭角である。比較例に係るフレーム１０ｂの断面形状のように、振動板１２と支持部１３とがなす角度が直角である場合、振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位が大きくならない。また説明は省略するが、振動板１２と支持部１３とがなす角度が鈍角である場合も、振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位が大きくならないことは明らかである。つまり本実施形態に係るフレーム１０ａによれば、振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位をより大きくできる。
As described above, in the cross-sectional shape of the
（実施形態２）
実施形態１では、アクチュエータ１０のフレームが同一の材料で構成されていた。実施形態２では、振動板１２の材料と支持部１３の材料とが異なる構成について説明する。図６は、実施形態２に係る触感呈示装置１の構成例を示す要部断面図である。以下、図１との相違点について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the frame of the
本実施形態において、振動板１２及び固定部１４は、実施形態１と同様に、例えば弾性を有する薄板等である。振動板１２の材料と固定部１４の材料とは同一であってもよいし、異なってもよい。一方で、支持部１３は、例えば硬化型樹脂等からなるピラーであり、振動板１２の法線方向の弾性係数が大きい部材である。支持部１３は、金属等の他の材料からなってもよい。支持部１３は、振動板１２との接合部及び固定部１４との接合部において、弾性変形するように構成される。よって支持部１３は、傾斜するように動くことができる。
In the present embodiment, the
本実施形態において、振動板１２と支持部１３とは異なる材料間で一体成型される。例えば、振動板１２と支持部１３とは溶接して一体に成型されてもよい。あるいは、金属の振動板１２の周りに支持部１３となる樹脂を成型することにより、振動板１２と支持部１３とは一体成型されてもよい。あるいは、金属の振動板１２に嵌合部を設け、樹脂からなる支持部１３と嵌合することにより、振動板１２と支持部１３とは一体成型されてもよい。あるいは、金属の振動板１２の表面にプライマーを塗布した接合面を設け、当該接合面に樹脂を成型することにより、振動板１２と支持部１３とは一体成型されてもよい。あるいは、金属の振動板１２の表面に微細加工を施した接合面を設け、当該接合面に樹脂を成型することにより、振動板１２と支持部１３とは一体成型されてもよい。
In the present embodiment, the
実施形態２に係るアクチュエータ１０によれば、材料が互いに異なる振動板１２と支持部１３とが一体成型される。振動板１２と支持部１３とが別個の部品として構成される場合と比較して、圧電素子１１の変位に応じて発生する振動板１２の振動の減衰が支持部１３によって低減されつつ、部品点数及び組み立て工数が削減される。振動板１２と支持部１３との間に接着剤を用いないことにより、平均故障間隔(MTBF)が延びたり、組み立て時の歩留まりが向上したりする。
According to the
実施形態２に係るアクチュエータ１０は、実施形態１と同様に、振動板１２と支持部１３とがなす角度が鋭角である。振動板１２と支持部１３とがなす角度が鋭角でない場合と比較して、振動対象３０に対して伝達されるアクチュエータ１０の変位をより大きくできる。
In the
（他の実施形態）
図７は、振動板１２と支持部１３との接合部の断面形状の例である。図７（ａ）は、接合部の内側（振動板１２の第１主面１２ａにつながる側）において切れ込み１６が設けられている断面形状の例である。図７（ｂ）は、接合部の外側（振動板１２の第２主面１２ｂにつながる側）において切れ込み１６が設けられている断面形状の例である。図７（ｃ）は、内側にも外側にも切れ込み１６が設けられていない比較例である。
(Other embodiments)
FIG. 7 is an example of the cross-sectional shape of the joint portion between the
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示される振動板１２と支持部１３との接合部においては、図７（ｃ）に示される例と比較して、切れ込み１６が設けられているために屈曲しやすい。よって、支持部１３の上部が振動板１２の側に引っ張られやすくなり、アクチュエータ１０の駆動時の振動板１２の屈曲が妨げられにくくなる。
Since the joint portion between the
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示される切れ込み１６は、支持部１３と固定部１４との接合部に設けられてもよい。このようにすることで、支持部１３の与角（α）と変位角（β）との差がより大きくされうる。
The
図８は、支持部１３にリブ１３ａを設けた例である。図８（ａ）は、アクチュエータ１０のフレームの断面形状の例である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。支持部１３が図８（ｂ）に示されるようなリブ１３ａを有することにより、振動板１２の法線方向に対する支持部１３の剛性が高められる。つまり、アクチュエータ１０が振動対象３０に加える力の反力として支持部１３に加わる力による支持部１３の変形量が小さくなる。このようにすることで、アクチュエータ１０が発生する振動は、支持部１３の側に吸収されにくくなる。よってアクチュエータ１０が発生する振動は、振動対象３０に対してより効率よく伝達される。
FIG. 8 shows an example in which the
図７及び図８に示されるように、振動板１２の端部が圧電素子１１の伸縮変位に応じて振動板１２の法線方向よりも長手方向に大きく変位するように、支持部１３が構成されてもよい。このように、振動板１２の端部の振動板１２の法線方向への変位が小さくなるように支持部１３が構成される場合、振動板１２の振動が振動対象３０に効率よく伝達される。振動板１２の端部の振動板１２の長手方向への変位が大きくなるように支持部１３が構成される場合、振動板１２の振動の減衰が低減される。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
図９は、固定部１４を内側に曲げて両側の固定部１４を接続したフレームの例である。図９（ａ）は、フレームの断面形状を示している。図９（ｂ）は、フレームの平面図である。図９（ａ）によれば、固定部１４が接続されることにより、フレームの断面形状が台形の枠の形状となる。このようにすることで、フレームの強度が増している。また図９（ｂ）によれば、固定部１４の横にねじ止め用の穴１４ａが設けられており、固定部１４の筐体２０へのねじ止めが容易になっている。
FIG. 9 is an example of a frame in which the fixing
（変位の算出例）
図１０は、アクチュエータ１０の駆動時の各部の寸法の一例を示す図である。以下図１０を用いて、アクチュエータ１０の駆動時における振動板１２の中央部の変位を算出する例について説明する。
(Displacement calculation example)
FIG. 10 is a diagram showing an example of the dimensions of each part when the
図１０（ａ）は、アクチュエータ１０が駆動されていない場合の各部の寸法の一例である。圧電素子１１の長手方向の寸法はＬである。圧電素子１１は、振動板１２の両端からそれぞれ寸法（Ｍ）をあけて設けられている。振動板１２の長手方向の寸法は、Ｌ＋２Ｍである。支持部１３の長さはＨである。支持部１３と振動板１２の法線方向とがなす角（与角）はαである。支持部１３の、固定部１４につながる側の端部は、固定部１４により固定される。支持部１３は、当該端部を中心とした揺動方向に可動である。
FIG. 10A is an example of the dimensions of each part when the
図１０（ｂ）は、アクチュエータ１０の駆動時の各部の寸法の一例である。圧電素子１１が縮むことにより、振動板１２は、第２主面１２ｂ（図１参照）の側に凸になるように屈曲している。図１０（ｂ）において、アクチュエータ１０が駆動されていない場合の振動板１２及び支持部１３の形状は、二点鎖線で示されている。振動板１２の端部（支持部１３との接合部）に対する中央部の変位（Δｘ）は、以下の式（３）により算出される。
Δｘ＝Ｍｓｉｎθ＋ρ（１−ｃｏｓθ） （３）
ここでρは、振動板１２が屈曲する際の曲率半径である。θは、振動板１２の端部において、屈曲していない状態と屈曲した状態との間の角度の差である。振動板１２の屈曲部分の内角、つまり、屈曲部分を円弧とする扇形の内角は、２θと表される。曲率半径（ρ）及び内角（２θ）は、圧電素子１１の変位量、又は、圧電素子１１と振動板１２との厚みの比等によって定められる値である。
FIG. 10B is an example of the dimensions of each part when the
Δx = Msinθ + ρ (1-cosθ) (3)
Here, ρ is the radius of curvature when the
曲率半径（ρ）又は屈曲部分の内角（２θ）が既知である場合、支持部１３の変位角（β）は、以下の式（４）を用いて算出されうる。
β＝α−Ｍ（１−ｃｏｓθ）／Ｈ （４）
ここでα、β、θが微小量であるとみなして、三角関数のテイラー展開に基づく近似を用いている。つまり、ｓｉｎα≒α、ｓｉｎβ≒β、及びｓｉｎθ≒θとしている。また、ｓｉｎθ≒Ｌ／２ρとしている。
When the radius of curvature (ρ) or the internal angle (2θ) of the bent portion is known, the displacement angle (β) of the
β = α-M (1-cosθ) / H (4)
Here, α, β, and θ are regarded as minute quantities, and an approximation based on the Taylor expansion of trigonometric functions is used. That is, sin α≈α, sinβ≈β, and sinθ≈θ. Further, sinθ≈L / 2ρ.
支持部１３が振動板１２の法線方向に平行になる場合、曲率半径（ρ）及び内角（２θ）に応じた支持部１３の変位角（β）が０となる。式（４）においてβ＝０の場合、与角（α）は、以下の式（５）の関係を満たす。
α＝Ｍ（１−ｃｏｓθ）／Ｈ （５）
When the
α = M (1-cosθ) / H (5)
図１０（ｂ）において、支持部１３は、振動板１２の屈曲に応じて、アクチュエータ１０が駆動されていない場合の振動板１２の法線方向に平行になっている。この場合、振動板１２の端部と固定部１４との距離の変化（Δｙ）は、以下の式（６）により算出される。
Δｙ＝Ｈ（１−ｃｏｓθ） （６）
In FIG. 10B, the
Δy = H (1-cosθ) (6)
振動板１２の中央部の変位（Δｚ）は、ΔｘとΔｙとの和である。よって図１０（ｂ）に示される振動板１２の中央部の変位（Δｚ）は、式（３）及び式（６）に基づく以下の式（７）を用いて算出される。
Δｚ＝Ｍｓｉｎθ＋ρ（１−ｃｏｓθ）＋Ｈ（１−ｃｏｓθ） （７）
The displacement (Δz) of the central portion of the
Δz = Msinθ + ρ (1-cosθ) + H (1-cosθ) (7)
上述の式（１）によれば、与角（α）と変位角（β）とがｃｏｓα＜ｃｏｓβを満たす場合、Δｙ＞０となる。ここで、実施形態１等に係るアクチュエータ１０においては、α＞βとなる。よって、β≧０であれば、Δｙ＞０である。以上のことから、Δｙ＞０となるための与角（α）に係る十分条件は、以下の式（８）により表される。
α≧Ｍ（１−ｃｏｓθ）／Ｈ （８）
According to the above equation (1), when the dative angle (α) and the displacement angle (β) satisfy cosα <cosβ, Δy> 0. Here, in the
α ≧ M (1-cosθ) / H (8)
したがって式（８）を満たすように、支持部１３の与角（α）を適宜設定すれば、振動板１２の中央部の振幅を大きくすることができる。
Therefore, if the given angle (α) of the
本発明に係る実施形態について諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。 Although the embodiments according to the present invention have been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these modifications and modifications are included in the scope of the present invention.
１ 触感呈示装置
１０ アクチュエータ
１０ａ、１０ｂ フレーム
１１ 圧電素子
１２ 振動板
１２ａ 第１主面
１２ｂ 第２主面
１３ 支持部
１３ａ リブ
１４ 固定部
１４ ねじ穴
１５ 保持部
１６ 切れ込み
２０ 筐体
３０ 振動対象
４０ コントローラ
５０ タッチセンサ
1
Claims (3)
前記圧電素子が接合され、前記圧電素子の変位に応じて振動する振動板と、 A diaphragm to which the piezoelectric element is joined and vibrates according to the displacement of the piezoelectric element,
前記振動板の長手方向の両端それぞれを固定部に支持する支持部と With a support portion that supports both ends of the diaphragm in the longitudinal direction to the fixed portion
を有するアクチュエータと、With an actuator that has
前記振動板の振動が伝達され、ユーザに対して触感を呈示する振動対象と The vibration of the diaphragm is transmitted to the vibration target that presents a tactile sensation to the user.
を備え、With
前記支持部は、前記振動板に接続される側の端部が前記固定部に接続される側の端部よりも外側になるように設けられている、触感呈示装置。 The support portion is a tactile presentation device provided so that an end portion on the side connected to the diaphragm is outside the end portion on the side connected to the fixed portion.
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