JP5452729B2 - タッチパネル装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１０年１０月２１日に出願された日本国特許出願２０１０−２３６７７５号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

本発明は、タッチパネル装置に関するものである。

近年、タッチパネルに圧電素子を配設し、操作者の指やスタイラスペン等の押下対象によるタッチパネルの所定領域への押下入力を検出して圧電素子を駆動し、これによりタッチパネルを振動させて操作者に操作感を与えるようにした入力装置が種々提案されている。このようなタッチパネル装置として、例えば図８に示すように、長方形状のタッチパネル５１の両方の長辺の裏面側に、長辺に沿った方向に伸縮可能な圧電素子５２を配設し、該タッチパネル５１を、その４隅部において固定用クッション５３を介して固定用フレーム５４に湾曲振動可能に支持した４点支持のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図８に示したタッチパネル装置において、各長辺の圧電素子５２を長辺に沿った方向に同相で伸縮駆動すると、固定用クッション５３が弾性変形して、タッチパネル５１は、図９（ａ）に概略斜視図を示すように、両方の短辺側を節として湾曲振動する。なお、このような湾曲振動は、屈曲振動とも言われている。また、図９（ｂ）に示すように、タッチパネル５１を、例えば指５５により押下すると、タッチパネル５１は、短辺側よりも長辺側が大きく撓む、つまり湾曲する。

このように、図８に示したタッチパネル装置は、圧電素子５２によるタッチパネル５１の湾曲振動方向と、指５５の押下によるタッチパネル５１の撓み方向とが一致する。したがって、図９（ｂ）に示したタッチパネル５１の押下状態で、タッチパネル５１を圧電素子５２により効率よく湾曲振動させることが可能となる。また、タッチパネル５１は、固定用クッション５３の弾性変形により湾曲するので、圧電素子５２をタッチパネル５１の短辺に配設する場合よりも、同じ伸縮量で大きな振動振幅が得られ、圧電素子５２の小型化やコストダウンが図れる利点がある。

特開２００６−２２７７１２号公報

しかしながら、タッチパネルを振動させるタッチパネル装置においては、タッチパネルに対する圧電素子の配設位置が制約される場合がある。例えば、図８に示したような長方形状のタッチパネルを縦長として用いて携帯端末を構成するタッチパネル装置の場合は、小型化やデザイン性の観点から、一般に、タッチパネルを収容する筐体の横幅が、筐体の縦幅（高さ）と比較して、タッチパネルの有効操作領域に対し余裕のない設計となっている。

そのため、タッチパネルの長辺側に圧電素子を配設しようとすると、筐体の横幅を大きくするか、あるいは、タッチパネルの有効操作領域の横幅を圧電素子の幅に対応して短くして、圧電素子が見えないように細工する必要がある。しかし、このように構成すると、タッチパネル装置の大型化を招いたり、デザイン性を損ねたりすることが想定される。

その対策として、例えば、タッチパネルの有効操作領域に対し、比較的余裕のある筐体の高さ方向に位置するタッチパネルの短辺側に圧電素子を配設することが想定される。例えば、図８に示したタッチパネル装置において、圧電素子５２を、図１０に平面図を示すように、長方形状のタッチパネル５１の短辺側に配設することが想定される。

しかしながら、図１０に示したように、単に、圧電素子５２をタッチパネル５１の短辺側に配設して４点支持すると、圧電素子５２の伸縮によって、タッチパネル５１は、図１１に概略斜視図を示すように、両方の長辺側を節として湾曲振動することになる。その結果、圧電素子５２による湾曲振動方向と、図９（ｂ）に示した押下による撓み方向とが異なって圧電素子５２によるタッチパネル５１の湾曲振動時のエネルギー損失が大きくなり、所望の振動振幅が得られなくなることが懸念される。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、装置の大型化を招いたり、デザイン性を損ねたりすることなく、タッチパネルを所望の振幅で効率よく湾曲振動できるタッチパネル装置を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係るタッチパネル装置の発明は、
タッチパネルと、
前記タッチパネルに配設された伸縮可能な圧電素子と、
前記タッチパネルを湾曲振動可能に固定部に支持する複数の支持部材と、を備えるタッチパネル装置において、
前記支持部材は、前記タッチパネルの押下による撓み方向と、前記圧電素子の伸縮による湾曲方向とが一致するように、前記圧電素子の伸縮方向と比べ、該伸縮方向と直交する方向に多く配設されている、
ことを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係るタッチパネル装置において、
前記支持部材は、前記圧電素子の伸縮方向と直交する方向に隣接する前記支持部材間の距離が、前記圧電素子の伸縮方向と平行な方向に隣接する前記支持部材間の距離よりも短くなるように配設されている、
ことを特徴とするものである。

第３の観点に係る発明は、第１の観点に係るタッチパネル装置において、
少なくとも前記伸縮方向と直交する方向に複数配設された前記支持部材のうち、最外側の前記支持部材の間に配設された前記支持部材は、前記最外側の支持部材よりも弾性係数が大きい、
ことを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する第４の観点に係るタッチパネル装置の発明は、
長方形状のタッチパネルと、
前記タッチパネルの短辺側に配設され、前記短辺方向に伸縮可能な圧電素子と、
前記タッチパネルを湾曲振動可能に固定部に支持する複数の支持部材と、を備えるタッチパネル装置において、
前記支持部材は、前記タッチパネルの押下による撓み方向と、前記圧電素子の伸縮による湾曲方向とが一致するように、前記タッチパネルの４つの隅部と、前記タッチパネルの各長辺側の両方の前記隅部の間とに配設されている、
ことを特徴とするものである。

第５の観点に係る発明は、第４の観点に係るタッチパネル装置において、
前記支持部材は、前記タッチパネルの長辺と平行な方向に隣接する前記支持部材間の距離が、前記タッチパネルの短辺と平行な方向に隣接する前記支持部材間の距離よりも短くなるように配設されている、
ことを特徴とするものである。

第６の観点に係る発明は、第４の観点に係るタッチパネル装置において、
少なくとも前記タッチパネルの長辺と平行な方向に複数配設された前記支持部材のうち、前記隅部以外に配設された前記支持部材は、前記隅部に配設された前記支持部材よりも弾性係数が大きい、
ことを特徴とするものである。

第７の観点に係る発明は、第４の観点に係るタッチパネル装置において、
前記タッチパネルは、当該タッチパネルの長辺に平行な２つの辺と、当該タッチパネルの短辺に平行な２つの辺とを有する矩形状の有効操作領域を有し、
前記４つの隅部は、前記タッチパネルの長辺および短辺と、前記有効操作領域の各辺の延長線とによって形成される領域からなる、
ことを特徴とするものである。

本発明によれば、装置の大型化を招いたり、デザイン性を損ねたりすることなく、タッチパネルを所望の振幅で効率よく湾曲振動できるタッチパネル装置が提供される。

本発明の一実施の形態に係るタッチパネル装置の概略構成を示す平面図である。 図１に示したタッチパネル装置の斜視図である。 図１に示したタッチパネルの振動状態を示す概略斜視図である。 図１に示したタッチパネルの押下状態を示す概略斜視図である。 ４点支持と６点支持とによる振動特性の比較実験に供したサンプルの平面図である。 振動特性の実験装置の概略構成を示す模式図である。 本発明に係るタッチパネル装置の変形例を示す斜視図である。 従来のタッチパネル装置の概略構成を示す斜視図である。 図８に示したタッチパネルの振動状態および押下状態を示す概略斜視図である。 従来想定される長方形状のタッチパネルに対する圧電素子の配設例を示す平面図である。 図１０に示したタッチパネルの振動状態を示す概略斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１および図２は、本発明の一実施の形態に係るタッチパネル装置の概略構成を示す平面図および斜視図である。本実施の形態に係るタッチパネル装置は、長方形状のタッチパネル１１を有している。なお、図１では、長方形状のタッチパネル１１を例示しているが、本明細書において、長方形状とは、矩形状に限らず、角部が円弧状に形成されたものも含むものである。

タッチパネル１１には、裏面側の両方の短辺の近傍に、それぞれ短辺に沿って圧電素子１２が配設されている。圧電素子１２は、モノモルフ、バイモルフ、ユニモルフ等からなり、タッチパネル１１の短辺方向に伸縮可能に、一面がタッチパネル１１に接着固定される。

タッチパネル１１は、操作者の指やスタイラスペン等の押下対象の押下による撓み方向と、圧電素子１２の伸縮による湾曲方向とが一致するように、裏面側において、４つの隅部１１ａ〜１１ｄと、各長辺側の両方の隅部１１ａ，１１ｂ間および隅部１１ｃ、１１ｄ間との合計６箇所で、それぞれ弾性変形可能な支持部材１３ａ〜１３ｆを介して固定部１４に支持されている。つまり、タッチパネル１１は、タッチパネル１１の短辺方向である圧電素子１２の伸縮方向と比べ、タッチパネル１１の長辺方向である圧電素子１２の伸縮方向と直交する方向に多く配設された、合計６個の支持部材１３ａ〜１３ｆにより６点支持されている。支持部材１３ａ〜１３ｆは、円柱状のものを例示しているが、角柱状等の任意の形状とすることができる。なお、固定部１４は、例えば、液晶や有機ＥＬ等の表示パネルからなる。

ここで、タッチパネル１１が、図１に仮想線で示すように、当該タッチパネル１１の長辺に平行な２つの辺と、当該タッチパネル１１の短辺に平行な２つの辺とを有する矩形の有効操作領域Ｔを有する場合、圧電素子１２は、好ましくは、有効操作領域Ｔを外れた領域に配設される。また、タッチパネル１１の４つの隅部１１ａ〜１１ｄは、好ましくは、タッチパネル１１の長辺および短辺と、有効操作領域Ｔの各辺の延長線とによって形成される領域（ハッチングを施して示す）とする。そして、隅部１１ａ〜１１ｄを支持する支持部材１３ａ〜１３ｄは、隅部１１ａ〜１１ｄの各領域内に、好ましくは、隅部１１ａ〜１１ｄの各領域内で、有効操作領域Ｔの対応する角部から離れた領域内にそれぞれが配設される。また、隅部１１ａ〜１１ｄを支持する支持部材１３ａ〜１３ｄは、隅部１１ａ〜１１ｄの各領域内で、タッチパネル１１の長辺に接するように、好ましくは、隅部１１ａ〜１１ｄの各領域内で、タッチパネル１１の長辺および短辺に接するようにそれぞれが配設される。ここで、支持部材１３ａ〜１３ｄが、上述のように配設される場合、支持部材１３ａ、１３ｂとの間に配設される支持部材１３ｅは、支持部材１３ａ、１３ｂとを結ぶ直線上に配設されることが好ましい。また、支持部材１３ｃ、１３ｄとの間に配設される支持部材１３ｆは、支持部材１３ｃ、１３ｄとを結ぶ直線上に配設されることが好ましい。なお、図１では、有効操作領域Ｔが、タッチパネル１１と相似の長方形状の場合を例示しているが、正方形状の矩形であってもよい。

また、タッチパネル１１の一方の長辺の間を支持する支持部材１３ｅは、対応する長辺側においてそれぞれ隣接する両隅部１１ａ，１１ｂの支持部材１３ａ，１３ｂとの間の距離ＤＬ１，ＤＬ２が、タッチパネル１１の短辺方向の両方の隅部１１ａ，１１ｄおよび１１ｂ，１１ｃをそれぞれ支持する隣接する支持部材１３ａ，１３ｄ間および１３ｂ，１３ｃ間の距離ＤＳ１およびＤＳ２よりも短くなっている。同様に、タッチパネル１１の他方の長辺の間を支持する支持部材１３ｆは、対応する長辺側においてそれぞれ隣接する両隅部１１ｃ，１１ｄの支持部材１３ｃ，１３ｄとの間の距離ＤＬ３，ＤＬ４が、上記距離ＤＳ１およびＤＳ２よりも短くなっている。また、支持部材１３ｅ，１３ｆ間の距離ＤＳ３は、ＤＬ１〜ＤＬ４の各々よりも長くなっている。

つまり、タッチパネル１１は、圧電素子１２の伸縮方向と、該伸縮方向と直交する方向とにそれぞれ隣接する４つの支持部材１３ａ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｄおよび１３ｅ、１３ｆ、１３ｂ、１３ｃによって、それぞれ圧電素子１２の伸縮方向を長辺とする長方形状を形成するように支持される。なお、好ましくは、タッチパネル１１の各長辺の間を支持する支持部材１３ｅ，１３ｆは、対応する長辺を等分割するように中央に配設され、ＤＬ１≒ＤＬ２≒ＤＬ３≒ＤＬ４＜ＤＳ１≒ＤＳ２≒ＤＳ３、となるように配設される。

本実施の形態に係るタッチパネル装置において、タッチパネル１１の両方の短辺側に配設された２個の圧電素子１２を、タッチパネル１１の短辺に沿った方向に同相で伸縮駆動すると、タッチパネル１１は、図３（ａ）および（ｂ）に概略斜視図を示すように、両方の長辺側を節として湾曲振動する。また、タッチパネル１１は、図４に概略斜視図を示すように、例えば指１５により押下されると、長辺側よりも短辺側が大きく撓む。したがって、押下対象の押下による撓み方向が、圧電素子１２の伸縮による湾曲方向と一致するので、図１０に示したように、単に４点支持された長方形状のタッチパネルの短辺側に圧電素子を配設する場合と比較して、図４に示したタッチパネル１１の押下状態で、湾曲振動時のエネルギー損失を小さくでき、タッチパネル１１を圧電素子１２により効率よく所望の振幅で湾曲振動させることが可能となる。

また、タッチパネル１１の各長辺の間を支持する支持部材１３ｅ，１３ｆが、対応する長辺を等分割するように配設されていれば、タッチパネル１１を、圧電素子１２により、長辺方向の全体に亘って短辺方向にほぼ一様に湾曲振動させることができる。これにより、タッチパネル１１の有効操作領域Ｔ内で、操作者に対してほぼ同様の触感を呈示することが可能となる。

さらに、本実施の形態に係るタッチパネル装置は、長方形状のタッチパネル１１の短辺側に圧電素子１２を配設するので、特にタッチパネル１１を縦長として用いて携帯端末を構成するタッチパネル装置の場合は、比較的余裕のある筐体の高さ方向に圧電素子１２を配設することができる。したがって、タッチパネル装置の大型化を招いたり、デザイン性を損ねたりすることがなく、設計の自由度を向上することができる。

以下、本発明者らが行った４点支持と６点支持とによる振動特性の比較実験結果について説明する。

図５（ａ）および（ｂ）は、比較実験に供したサンプルを示す平面図である。図５（ａ）に示すサンプル２１および図５（ｂ）に示すサンプル２２は、それぞれ長方形状の強化ガラス２３の裏面側で、仮想線で示す有効操作領域Ｔから外れた両方の短辺の近傍に、それぞれ短辺に沿って圧電素子１２を配設したものである。そして、サンプル２１は、強化ガラス２３の４つの隅部１１ａ〜１１ｄを支持部材１３ａ〜１３ｄにより支持する４点支持としたものである。また、サンプル２２は、強化ガラス２３の４つの隅部１１ａ〜１１ｄと、各長辺側の中間部とを支持部材１３ａ〜１３ｆにより支持する６点支持としたものである。

図５（ａ）および（ｂ）において、強化ガラス２３は、短辺が６５ｍｍ、長辺が１２０ｍｍ、厚さが０．７ｍｍのものを用いている。また、各圧電素子１２は、短辺が２ｍｍ、長辺が４０ｍｍ、厚さが０．４ｍｍのものを用いている。

支持部材１３ａ〜１３ｆは、（株）ロジャースイノアック製のＰＯＲＯＮ（登録商標）Ｈ−４８からなり、縦×横×高さは、３ｍｍ×３ｍｍ×２ｍｍの角柱状となっている。支持部材１３ａ〜１３ｄは、対応する隅部１１ａ〜１１ｄの領域内で、それぞれ強化ガラス２３の短辺から１０ｍｍ離れて配設され、支持部材１３ｅ，１３ｆは、それぞれ対応する長辺の中間、すなわち各短辺から６０ｍｍ離れた位置に配設されている。

ここで、図５（ａ）において、支持部材１３ａ、１３ｂは、各一辺が強化ガラス２３の一方の長辺に一致して配設されており、支持部材１３ｃ、１３ｄは、各一辺が強化ガラス２３の他方の長辺に一致して配設されている。これにより、４つの支持点によって、強化ガラス２３と同じ向きの長方形状を形成している。

また、図５（ｂ）において、強化ガラス２３の一方の長辺側の支持部材１３ａ，１３ｂ，１３ｅは、各一辺が対応する長辺に一致して配設され、同様に、他方の長辺側の支持部材１３ｃ，１３ｄ，１３ｆは、各一辺が対応する長辺に一致して配設されている。これにより、近傍の４つの支持点によって、強化ガラス２３の長辺方向に並んで、強化ガラス２３と直交する向きの２つの長方形状を形成している。すなわち、近傍の４つの支持点によって形成される長方形状の長辺および短辺が、それぞれ強化ガラス２３の短辺方向および長辺方向に形成されている。

図６は、実験装置の概略構成を示す模式図である。この実験装置は、レーザドップラ振動計３１によりサンプル２１，２２の強化ガラス２３の中央部の振動振幅［μｍ］および出力周波数［Ｈｚ］を測定する。なお、図６は、サンプル２１の測定状態を例示している。実験装置は、サンプル２１を載置する載置台３２と、載置台３２を少なくとも２対の平行板ばね３３を介して載置面の法線方向に変位可能に支持する支持台３４と、一対の平行板ばね３３にそれぞれ取り付けられた歪ゲージ３５とを備える。

比較実験では、支持台３４を定盤３６上に載置して、サンプル２１または２２を、支持部材１３ａ〜１３ｄまたは支持部材１３ａ〜１３ｆを下側にして、載置台３２上に載置する。そして、サンプル２１，２２の各々について、強化ガラス２３の中央部の近傍を指にて押圧し、その押圧荷重を歪ゲージ３５で検出する。そして、２［Ｎ］の押圧荷重が検出された状態で、圧電素子１２に駆動信号を印加して強化ガラス２３を振動させ、該強化ガラス２３の中央部の振動振幅および出力周波数をレーザドップラ振動計３１により測定する。なお、圧電素子１２に印加する駆動信号は、操作者がタッチパネルを押下した際に好適な触感を呈示できる出力周波数１５０［Ｈｚ］〜３５０［Ｈｚ］が得られる正弦波の入力周波数の半周期分で、振幅は４０［Ｖ］とする。

下表は、比較実験の結果を示すものである。

上記の実験結果から、図５（ａ）のようにタッチパネルを４つの隅部の４点で支持するよりも、図５（ｂ）のようにタッチパネルを６点で支持する方が、圧電素子によるタッチパネルの湾曲振動時のエネルギー損失を小さくでき、高い振動振幅が得られることがわかる。したがって、タッチパネルを効率よく所望の振幅で湾曲振動させることが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態において、タッチパネル１１の各長辺の間を支持する支持部材１３ｅ，１３ｆは、タッチパネル１１の４つの隅部１１ａ〜１１ｄに配設される支持部材１３ａ〜１３ｄよりも弾性係数を大きく、つまり弾性変形し易いように形成することもできる。この場合、支持部材１３ｅ，１３ｆは、４つの隅部１１ａ〜１１ｄに配設される支持部材１３ａ〜１３ｄと同じ材質で断面積を小さく形成してもよいし、支持部材１３ａ〜１３ｄと同じ断面積で、異なる材質で形成してもよい。このようにすれば、圧電素子１２によるタッチパネル１１の振動振幅をより大きくすることができる。また、圧電素子１２は、複数に限らず、１個でもよい。

さらに、タッチパネル１１の押下による撓み方向は、少なくとも短辺方向に撓み成分が生じればよい。したがって、長辺側の中間の支持部材１３ｅ，１３ｆは、隅部１１ａ〜１１ｄの支持部材１３ａ〜１３ｄよりも短くして、一端のみが固定部１４あるいはタッチパネル１１に固定され、他端は押下時にタッチパネル１１または固定部１４に当接し、さらにタッチパネル１１が押下されることで短辺方向に撓み成分が生じる構成とすることもできる。

また、上記実施の形態では、長方形状のタッチパネル１１を６点支持するようにしたが、タッチパネル１１のサイズによっては、長辺方向にさらに支持部材を配設して、タッチパネル１１を図７のように支持部材１３ａ〜１３ｈにより８点支持する、あるいは１０点支持するように構成することもできる。つまり、長方形状のタッチパネル１１の短辺側に配設された圧電素子の伸縮方向に隣接する支持点間の距離が、圧電素子の伸縮方向と直交する方向に隣接する支持点間の距離以上となるように、タッチパネル１１を６点以上の支持点で支持することができる。

また、本発明は、長方形状のタッチパネルに限らず、任意の形状のタッチパネルを用いる場合にも有効に適用することができる。すなわち、本発明においては、タッチパネルがいかなる形状であっても、タッチパネルを支持する支持部材を、タッチパネルの押下による撓み方向と、圧電素子の伸縮による湾曲方向とが一致するように、圧電素子の伸縮方向と比べて、伸縮方向と直交する方向に多く配設すればよい。

１１ タッチパネル
１１ａ〜１１ｄ 隅部
１２ 圧電素子
１３ａ〜１３ｈ 支持部材
１４ 固定部材
Ｔ 有効操作領域

Claims (7)

1. タッチパネルと、
   前記タッチパネルに配設された伸縮可能な圧電素子と、
   前記タッチパネルを湾曲振動可能に固定部に支持する複数の支持部材と、を備えるタッチパネル装置において、
   前記支持部材は、前記タッチパネルの押下による撓み方向と、前記圧電素子の伸縮による湾曲方向とが一致するように、前記圧電素子の伸縮方向と比べ、該伸縮方向と直交する方向に多く配設されている、
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
2. 前記支持部材は、前記圧電素子の伸縮方向と直交する方向に隣接する前記支持部材間の距離が、前記圧電素子の伸縮方向と平行な方向に隣接する前記支持部材間の距離よりも短くなるように配設されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 少なくとも前記伸縮方向と直交する方向に複数配設された前記支持部材のうち、最外側の前記支持部材の間に配設された前記支持部材は、前記最外側の支持部材よりも弾性係数が大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
4. 長方形状のタッチパネルと、
   前記タッチパネルの短辺側に配設され、前記短辺方向に伸縮可能な圧電素子と、
   前記タッチパネルを湾曲振動可能に固定部に支持する複数の支持部材と、を備えるタッチパネル装置において、
   前記支持部材は、前記タッチパネルの押下による撓み方向と、前記圧電素子の伸縮による湾曲方向とが一致するように、前記タッチパネルの４つの隅部と、前記タッチパネルの各長辺側の両方の前記隅部の間とに配設されている、
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
5. 前記支持部材は、前記タッチパネルの長辺と平行な方向に隣接する前記支持部材間の距離が、前記タッチパネルの短辺と平行な方向に隣接する前記支持部材間の距離よりも短くなるように配設されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル装置。
6. 少なくとも前記タッチパネルの長辺と平行な方向に複数配設された前記支持部材のうち、前記隅部以外に配設された前記支持部材は、前記隅部に配設された前記支持部材よりも弾性係数が大きい、
   ことを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル装置。
7. 前記タッチパネルは、当該タッチパネルの長辺に平行な２つの辺と、当該タッチパネルの短辺に平行な２つの辺とを有する矩形状の有効操作領域を有し、
   前記４つの隅部は、前記タッチパネルの長辺および短辺と、前記有効操作領域の各辺の延長線とによって形成される領域からなる、
   ことを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル装置。
   
   

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