JP2014063992A - 圧電素子および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動によるノイズが外部へ伝搬するのを抑制し得る圧電素子を提供する。
【解決手段】圧電素子は、実装面および少なくとも１つの他の面を有する圧電体２１２と、圧電体２１２の内部に所定の間隔を隔てた交互に配置された複数の第１内部電極２１４ａおよび複数の第２内部電極２１４ｂと、複数の第１内部電極２１４ａに電気的に接続され、少なくとも１つの他の面に設けられた第１端子Ｐと、複数の第２内部電極２１４ｂに電気的に接続され、少なくとも１つの他の面に設けられた第２端子Ｎと、圧電体２１２の実装面に設けられた基準電極２１６と、基準電極２１６に電気的に接続され、少なくとも他の面に設けられた第３端子Ｇとを備える。
【選択図】図３

Description

本開示は、タッチパネルを備える電子機器に関する。

近年、ディスプレイの表面に、入力手段としてタッチパネルを備えた電子機器が広く利用されている。このタッチパネルの動作原理の一つとして、静電容量方式が挙げられる。この方式では、操作者の指先と、タッチパネルの導電膜との間の静電容量の変化を捉えることで、操作者の指先のタッチパネル上のタッチ位置を検出する。

一般に、タッチパネルを備えた電子機器は、操作者がタッチパネル表面に直接触れることで入力操作を行う。操作者は、タッチパネル表面への接触時に静電容量の変化が起こっても、触覚的に静電容量の変化を認識することはできない。このため操作者は、入力操作が正しく行われたかを、指先の触覚によって判断することができない。このことは、操作者にとって大きなストレスとなっていた。

特許文献１は、タッチパネルへの入力操作を検知して、タッチパネルを振動させ、操作者に触覚的な操作感を与える、触覚提示機能付きタッチパネルを開示している。

特開２０１０−２３８２２２号公報

本開示は、より改善された触覚を提示するタッチパネルを備えた電子機器を提供する。

本開示における電子機器は、ベースと、パネルと、前記ベースに対して前記パネルを支
持する支持部と、前記パネルを所定の周波数で振動させる振動部とを備え、前記支持部は、前記パネルの振動の節の部分に位置する第１領域と、前記パネルの節の以外の部分に位置する第２領域とを含み、前記支持部の前記第１領域における剛性は、前記第２領域における剛性よりも小さい。

本発明によれば、タッチ位置による触感の違いを低減することができる電子機器を提供することができる。

実施形態に係る電子機器１００の外観斜視図である。 電子機器１００の構成を示す分解斜視図である。 振動部の斜視図である。 図２のＡ−Ａ’断面図である。 （ａ）、（ｂ）は駆動部３０１からの出力電圧波形を示し、（ｃ）は印加される電圧波形を示す。 （ａ）は支持部２０２によってベース２０１に支持されたタッチパネル１０２の平面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面を示している。 （ａ）は、ある周波数で駆動した際のタッチパネル１０２の振動分布を示し、（ｂ）は、振幅の波形を示している。 （ａ）から（ｆ）は、支持部２０２の第１領域２０２ａの断面の他の例を示している。

本願発明者は、特許文献１に開示された触覚提示機能付きタッチパネルの実装構造を詳細に検討した。その結果、操作者が、触れる指の位置によって、タッチパネルの振動が十分な大きさで感知できない場合があることが分かった。本願発明者は、このような課題に鑑み、タッチ位置による触感の違いが抑制された電子機器を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

以下、図面を参照しながら実施形態に係る電子機器１００について説明する。説明の便宜上、電子機器１００の長辺方向をＸ方向、短辺方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向とする。

[１．電子機器の構成]
図１は、電子機器１００の表示面１０２ａ側の外観を示す斜視図である。電子機器１００は、表示部１０１と、表示部１０１を覆って配置されたタッチパネル１０２と、筐体１０３とを備える。表示部１０１は、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置、電子ペーパー型の表示装置等であってよい。

図２は、電子機器１００の構成を示す分解斜視図である。図２に示すように、電子機器１００は、ベース２０１と、タッチパネル１０２と、支持部２０２と、振動部２１０ａ、
２１０ｂとを備える。ベース２０１は、タッチパネル１０２を支える。ベース２０１は、金属や樹脂など、タッチパネル１０２などを支えることができる剛性を備えた部材によって構成されている。本実施形態ではベース２０１と支持部２０２とは別体として設けられているが、ベース２０１と支持部２０２とは一体的に形成されていてもよい。また、ベース２０１は、表示部１０１であってもよい。

電子機器１００は、例えば、駆動部３０１、画像処理部３０２、制御部３０３が設けられた基板３０５を更に備える。基板３０５は例えばベース２０１のタッチパネル１０２と反対側に取り付けられていてもよい。駆動部３０１は、振動部２１０ａ、２１０ｂに駆動電圧を供給し、振動部２１０ａ、２１０ｂを振動させる。画像処理部３０２は、表示部１０１に表示するコンテンツである画像信号を処理する。制御部３０３は、マイクロコンピュータなどの情報処理回路とプログラムや表示部に表示する動画などのコンテンツのデータを記憶する記憶部を含む。また、表示部１０１、タッチパネル１０２、駆動部３０１、画像処理部３０２の制御を行う。

タッチパネル１０２は、例えば、矩形形状を有し、そのサイズは、例えば、Ｘ方向に２８０ｍｍ、Ｙ方向に１８０ｍｍ、Ｚ方向に０．９ｍｍである。タッチパネル１０２の材質は、例えば、ガラスおよびセンサ電極を形成したフィルムの積層体である。タッチパネル１０２のヤング率は、例えば、７０ＧＰａであり比重は２５００ｋｇ／ｍ³である。

タッチパネル１０２は、操作者のタッチ操作を検出する。より具体的には、タッチパネル１０２は、主面１０２ａを有し、タッチパネル１０２の主面１０２ａ上において、操作者が指やスタイラスなどで接触したこと、および／あるいは、主面１０２ａ上における接触位置を検出する。接触位置の検出は１つであってもよいし、同時に複数の位置を検出してもよい。タッチパネル１０２としては、感圧方式や静電容量方式、光学式、表面弾性波方式などの公知の方式を用いることができる。タッチパネル１０２は、パネルの一例である。タッチパネル１０２は、その周縁部分が支持部２０２により支持されている。

タッチパネル１０２は、表示装置１０１に接着されたオンセル型タッチパネルであっても良いし、表示部１０１自体がタッチ操作を検出する機能を持ったインセル型タッチパネルであっても良い。また、タッチパネル１０２は透明であっても不透明であっても良い。要するに、タッチパネル１０２は、操作者のタッチ操作を検出する機能を持っていれば良い。

支持部２０２は、タッチパネル１０２の周縁と接触し、タッチパネル１０２をベース２０１に対して支持する。本実施形態では、支持部２０２はタッチパネル１０２の周縁の全周に設けられている。支持部２０２は、樹脂、ゴム、ゲルやバネ要素など一定の強度と弾性力を備えた材料で構成される。

支持部２０２は、４つの辺で構成されている。具体的には、支持部２０２は、タッチパネル１０２の形状に対応した対向する一対の長辺２０２Ｌと、対向する１対の短辺２０２Ｓとで構成されるフレーム形状を有する。これによって、タッチパネル１０２とベース２０１との間に、支持部２０２に囲まれた空間２０２Ｃが形成される。空間２０２Ｃによって、タッチパネル１０２はベース２０１と接触せずに、振動することができる。

支持部２０２は、第１領域２０２ａと第２領域２０２ｂを含む。以下において詳細に説明するように、第１領域２０２ａは、タッチパネル１０２が振動した場合の振動の節となる部分に位置し、第２領域２０２ｂは振動の節以外の部分に位置する。本実施形態では、支持部２０２は、２Ｎ個（Ｎは１以上の自然数）の第１領域２０２ａを含む。一対の長辺２０２Ｌのそれぞれに、Ｎ個の第１領域２０２ａが位置している。一対の長辺２０２Ｌの
一方に位置するＮ個の第１領域２０２ａおよび他方に位置するＮ個の第１領域２０２ａは、短辺２０２Ｓの伸びる方向と平行（Ｙ方向）なＮ本の直線上にそれぞれ１個づつ位置している。

上述したように本実施形態では、ベース２０１と支持部２０２とは別体として設けられているが、ベース２０１と支持部２０２とは一体に形成されてもよい。この場合、支持部２０２が一体的に形成されたベース２０１のうち、空間２０２Ｃを形成するようにベース２０１から突出した部分が支持部２０２に対応する。

本実施形態では、電子機器１００は、２つの振動部２１０ａ、２１０ｂを備えている。振動部２１０ａ、２１０ｂは、タッチパネル１０２の裏面１０２ｂの周縁部に取り付けられている。より具体的には、振動部２１０ａ、２１０ｂは、タッチパネル１０２の短辺近傍であって短辺の略中点付近に、振動部２１０ａ、２１０ｂの長手方向と短辺とが平行となるように、１つずつ配置され、支持部２０２の短辺近傍においてタッチパネル１０２を振動させる。

振動部２１０ａ、２１０ｂとしては、たとえば圧電素子や振動モータ、リニアアクチュエータ、ボイスコイルモータ、人工筋肉などが用いられる。要するに振動部２１０ａ、２１０ｂは、電気エネルギーなどを振動エネルギーに変換することができるものであればよい。

図３は本実施形態において、振動部が圧電素子である場合の振動部２１０ａ、２１０ｂの一例を示している。圧電素子２１０ａ、２１０ｂは、圧電体２１２と、第１端子Ｐと、第２端子Ｎと基準電極２１６と、第３端子Ｇとを含む。図３に示すように、圧電体２１０ａ、２１０ｂは、例えば、直方体形状を有しており、実装面２１２ｂと、面２１２ａ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｅ、２１２ｆを有する。実装面２１２ｂと面２１２ａとは、直方体の互いに平行な１対の主面を構成している。基準電極２１６は、実装面２１２ｂの全体を覆って設けられている。また、第１端子Ｐ、第２端子Ｎおよび第３端子Ｇは、外部との接続のため、面２１２ａ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｅ、２１２ｆのうちの少なくとも１つの面に設けられている。本実施形態では、第１端子Ｐは面２１２ａに設けられている。以下において説明するように、面２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｅには、第１外部電極２１５ａ、第２外部電極２１５ｂ、第３外部電極２１５ｃがそれぞれ設けられている。

図４は、図２における電子機器１００をＡ−Ａ’で切断したときのタッチパネル１０２と振動部２１０ａの断面図である。振動部２１０ｂも同じ構造を有している。図４に示すように、振動部２１０ａは、実装面２１２ｂがタッチパネル１０２の裏面１０２ｂと対向するように、エポキシ系接着剤、ＵＶ硬化樹脂、両面テープなどの接着材料２５０により接着されている。タッチパネル１０２の裏面１０２ｂに配線等があり、振動部２１０ａの基準電極２１６とタッチパネル１０２とが電気的に導通する可能性がある場合には、接着材料２５０には絶縁性を有したものを用いる。

振動部２１０ａの振動をタッチパネル１０２に効率よく伝える必要があるため、接着材料２５０は、一般に高い剛性を有している。ただし、剛性が高すぎると、高温時や低音時に、振動部２１０とタッチパネル１０２との熱膨張係数の差によりひずみが生じやすくなる。このため、接着部材２５０は、振動部２１０ａおよびタッチパネル１０２よりも小さい剛性を有する。

図４に示すように、振動部２１０ａは圧電体２１２の内部に所定の間隔を隔てた交互に配置された複数の第１内部電極２１４ａおよび複数の第２内部電極２１４ｂを更に含む。これにより、圧電体２１２は、第１内部電極２１４ａと複数の第２内部電極２１４ｂに挟
まれた複数の層に分けられる。複数の第１内部電極２１４ａは第１外部電極２１５ａを介して第１端子Ｐに電気的に接続されている。同様に、複数の第２内部電極２１４ｂは第２外部電極２１５ｂを介して第２端子Ｎに電気的に接続されている。基準電極２１６は、第３外部電極２１５ｃを介して第３端子Ｇに電気的に接続されている。圧電体２１２は、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料によって構成されている。

第１外部電極２１５ａおよび第２外部電極２１５ｂは、印刷、スパッタリング、溶着、メタリコンなどの方法によって、銀、パラジウム、銅、ニッケルなどの金属あるいはこれらの金属を含む複合体を用いて形成されている。その形成方法上、第１外部電極２１５ａおよび第２外部電極２１５ｂは、一部が、実装面２１２ｂ側にも形成されてもよい。実装面２１２ｂ側に形成された第１外部電極２１５ａおよび第２外部電極２１５ｂがタッチパネル１０２ａと接触しないように、振動部２１０ａには、基準電極２１６を覆うように予め絶縁体層２５１が形成されていてもよい。絶縁体層２５１は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの樹脂かまたは、ガラスなどの前縁材料によって構成することができる。絶縁体層２５１が形成された振動部２１０ａを、タッチパネルに接着材料２５０により接着する。タッチパネル１０２ａの表面が絶縁されている場合、タッチパネル１０２ａのセンシング方式により電磁ノイズの影響が少ないときなどは、絶縁層２５１は必ずしも必要ない。振動部２１０ａの第１端子Ｐ、第２端子Ｎおよび第３端子Ｇは、それぞれ駆動部３０１に電気的に接続されている。

第１端子Ｐおよび第２端子Ｎを介して圧電２１２に電圧をかけることによって、振動部２１０ａは、電圧による電界に応じて伸縮する。一般に圧電体を伸縮させるためには高い電圧を印加する必要がある。しかし、タッチパネル１０２は操作者が手指等で触れることを想定しており、あまり高い電圧を印加することはできない。そのため、振動部２１０ａは、低電圧でも十分な強度の電界が圧電体に印加できるよう、圧電体の内部に複数の第１内部電極２１４ａおよび複数の第２内部電極２１４ｂが圧電体を隔てて交互に配置された積層構造を有している。これにより、電極の間隔を狭くし、低い電圧でも、高い電界を発生させることができる。

また、タッチパネル１０２への、振動部２１０ａ、２１０ｂの駆動電圧による電磁ノイズを防ぐために、振動部２１０ａとタッチパネル１０２との間に、基準電極２１６が位置している。基準電極２１６は、振動部２１０ａ、２１０ｂのタッチパネル１０２側の表面または、最もタッチパネル１０２側の内部電極に形成されている。

図３および図４では、基準電極２１６は振動部２１０ａの表面に形成されているが、振動部２１０ａとは別体であってもよく、例えば、金属箔などによって形成してもよい。不要な共振を起こさないために、圧電体の厚さは、第１内部電極２１４ａと第２内部電極２１４ｂとにはさまれた圧電体の層の厚さｔ_iよりも最も外側に位置する圧電体の層の厚さ
ｔ_oのほうが大きくてもよい。

図５（ａ）、（ｂ）は、駆動部３０１が出力する電圧の波形の一例を示す。第１端子Ｐには、図５（ａ）に示す波形の電圧が印加され、第２端子Ｎには、図５（ｂ）に示す波形の電圧が印加される。これら２つの電圧の位相は、互いに反転している。振動部２１０ａの圧電体２１２の各層には、２つの電圧の差分の電圧が印加されるため、図５（ｃ）に示すように、各々の電圧の２倍の電圧が圧電体２１２の各層に印加される。第３端子Ｇには、基準電位、例えば、グランド電位の電圧が印加される。これにより、基準電極２１６がグランド電位の電圧に維持され、タッチパネル１０２へのノイズの発生を抑制することができる。

図６（ａ）は支持部２０２によってベース２０１に支持されたタッチパネル１０２の平面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面を示している。

支持部２０２において、ベース２０１と平行な面上の長手方向と垂直な方向（Ｙ方向）における第１領域２０２ａの幅Ｗａが、第２領域２０２ｂの幅Ｗｂよりも小さい。本実施形態では、第１領域２０２ａおよび第２領域２０２ｂは同一部材で構成されている。このため、幅が小さい第１領域２０２ａの方が、第２領域２０２ｂよりも剛性が小さくなっている。剛性とは、タッチパネル１０２の主面１０２ａおよび裏面１０２ｂと垂直な方向への圧縮／伸長のし易さをいう。

タッチパネル１０２は、振動部２１０a、２１０ｂにより振動する。パネル１０２の形
状やサイズ、材料、固定方法および振動部２１０ａ、２１０ｂの振動周波数、振動振幅、振動位相などを適切に選定すれば、タッチパネル１０２は所定の定在波で振動する。タッチパネル１０２全体をできるだけ均一に振動させるためには、定在波を２次以上の高次の振動モードで振動させる。高次の振動モードでは、タッチパネル１０２の端部以外において、２つ以上の特定の場所で振幅が大きい振動の腹が生成し、１つ以上の特定の場所で振動の振幅が小さい節が生成する。支持部２０２の中でも、振動の節に近い領域部分は第１領域２０２ａにより、それ以外の領域は第２領域２０２ｂにより形成されている。複数の定在波を、操作者のタッチ位置によって切り替える場合は、少なくともひとつの定在波の節の位置に第１領域２０２ａを配置する。

[２．電子機器の動作およびタッチパネルの振動]
本実施形態の電子機器は、例えば、操作者からの指令に基づき制御部３０３の記憶部に記憶された動画コンテンツのデータが、制御部３０３の信号処理回路の指令によって記憶部から読みだされ、画像処理部３０２によって処理され、表示部１０１に表示される。

また、タッチパネル１０２は操作者からの入力を受け付ける。例えば操作者が手指でタッチパネル１０２の表面１０２ａに触れると、タッチパネルは、手指の接触および表面１０２ａ上での接触の位置に関する情報を制御部３０３に出力する。

制御部３０３は、タッチパネル１０２からの出力を受け取り、振動部２１０ａ、２１０ｂを振動させる指令を駆動部３０１へ出力する。これにより、駆動部３０１が振動部２１０ａ、２１０ｂを振動させ、タッチパネル１０２が振動する。タッチパネル１０２の振動により操作者は、操作者のタッチパネル１０２への入力が受け付けられたことを手指が感じる触覚によって認識する。

接触の位置に関する情報に基づき制御部３０３は、接触の位置に応じて振動部２１０ａ、２１０ｂの振動の振幅の大きさや振動パターン、振動モードなどの振動条件が異なるように駆動部３０１に指令を出力してもよい。これにより、操作者は、手指が接触した位置の違いを認識することができる。

制御部３０３は、また、例えば電子機器１００において所定の処理を行う。例えば、手指が接触した位置に応じて、表示部に表示している動画を一時停止する処理、動画を早送りする処理、動画の音声の大きさを変更する処理などを行う。

次にタッチパネル１０２の振動について詳細に説明する。

図７（ａ）は、振動部２１０ａ、２１０ｂに、駆動部３０１から電圧１５０Ｖｐｐ、周波数３７０Ｈｚの正弦波を逆位相で印加した場合のタッチパネル１０２の定在波の振動振幅の例を表している。ここで逆位相とは、たとえば、振動部２１０ａが伸びているときに
、振動部２１０ｂが縮むような位相をいう。具体的には、振動部２１０ａと振動部２１０ｂとにかかる電圧の位相が反転している。Ｘ方向には、振幅の大きな場所である振動の腹５０１と、振幅の小さな場所である振動の節５０２が存在する。Ｙ方向には、両端部を除き振動の節５０２はない。図７（ｂ）は、Ｙ方向の中央位置における振動の波形を示しており、横軸はｘ方向の距離を示し、縦軸は振幅の大きさを示している。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、タッチパネル１０２に生じる定在波はＸ方向に４つの振動の腹５０１および３つの振動の節５０２を有している。このような振動モードをｆ３０モードと呼ぶ。ここで、ｆの添え字の一桁目はＸ方向の節の数、二桁目はＹ方向の節の数を示す。

タッチパネル１０２に生じ得る定在波は１つではなく、種々のモードの定在波が生成し得る。使用する振動モードの選定には、振動の均一性だけでなく、人が感じやすい、音が聞こえにくい周波数であるという観点で振動モードを決定してもよい。

人の触覚の感じやすい周波数は１００〜５００Ｈｚであり、２００〜４００Ｈｚの周波数であれば、より触覚として感じやすい。一方、振動の周波数が５００Ｈｚを超えると、パネルの振動により騒音が発生する。このため、振動が聞こえにくいという観点では、５００Ｈｚ以下、あるは４００Ｈｚ以下の周波数を選択してもよい。また複数の振動モードを使い分ける場合に、あまり駆動周波数が違うと触覚に違和感が生じる。このため、複数の振動モードを使用する場合、選択する振動モードの周波数が互いに近接していれば、そのような違和感が生じにくい。

振動部２１０ａ、２１０ｂは、タッチパネル１０２上において、使用する振動モードの振動振幅の大きな場所に配置すれば、効率よく大きな振幅の定在波を励起できる。図７（ａ）に示す振動モードを用いる場合、４か所の振動の腹５０１に振動部を配置すれば、最も効率よく大きな振幅の定在波を励起できる。しかし、通常、振動部は透明ではないため、タッチパネルの中央部に配置するとその裏側の表示部１０１の表示が見えなくなる。このため、振動部２１０ａ、２１０ｂをタッチパネル１０２の端部に配置する。具体的には、表示部１０１の表示エリアよりも外側で、タッチパネル１０２の範囲に配置する。端部とは支持部２０２の短辺に近接した位置に限られず、支持部の短辺から少し内側であっても表示エリアより外側であればよい。その場合も、より振動の腹に近い端部に設置するのが好ましい。図７（ａ）に示す振動モードの場合、タッチパネル１０２のＸ方向端部であってＹ方向の中央部に配置するか、タッチパネル１０２のＹ方向端部のＸ方向の振動の腹に近い場所の４箇所に配置するのが望ましい。

上述したように、振動部は２か所に設けてもよいし、１か所、または、３か所以上に設けてもよい。また、本実施形態では、振動部２１０ａ、２１０ｂをＸ方向に配列しているが、Ｙ方向に配列してもよく、Ｙ方向とＸ方向を含む方向に配列させてもよい。また、タッチパネル１０２に対して対称に配置してもよいし、非対称な位置に配置してもよい。いずれの場合も生じる定在波のできるだけ腹に近い部分に配置すればよい。

振動部を２か所以上に設ける場合、励起する定在波の振動モードおよび振動部の位置に応じて、設ける振動部を同相で駆動するか逆相で駆動するかを決定することができる。例えば、Ｘ方向の振動の腹に複数の振動部を配置する場合、１番目の腹に配置する振動部に対して、３、５番目の腹に配置する振動部は、１番目の腹に配置する振動部と同相で駆動すればよく、２、４番目の腹に配置する振動部は、１番目の腹に配置する振動部と逆相で駆動すればよい。

上述したように、タッチパネル１０２は高次モードで振動している。高次モードで振動しているため、振動の節５０２が存在し、振動の節５０２近傍の振動の振幅は小さくなっている。そこで本実施形態では、振動の節５０２の位置近傍の第１領域２０２ａの剛性を
、振動の節５０２以外の位置で支持する第２領域２０２ｂの剛性よりも小さくしている。このため、節近傍つまり、第１領域２０２ａ近傍においてもタッチパネル１０２が振動しやすくなり、タッチパネル１０２が第１領域２０２ａ近傍において比較的大きく振動し得る。よって、タッチパネル１０２上での位置による振動の大きさのばらつきを従来よりも低減することができる。

また、支持部２０２は、タッチパネル１０２の周縁部を全周に亘って連続的に支持している。このため、水や埃などがベース２０１とタッチパネル１０２の間に侵入しない。これにより、防水性・防塵性に優れた電子機器１００を提供することが可能となる。

また、支持部２０２は、単体の部材で構成され、タッチパネル１０２を支持している。これにより、少ない部品点数で所望の効果を得ることができ、組み立て工数も削減され、電子機器１００のコストダウンにも寄与する。

また、振動部２１０ａ、２１０ｂは、実装面２１２ｂに基準電極２１６を有しており、基準電極はグランドレベルに接地される。このため、振動部２１０ａ、２１０ｂを駆動する際に生じ得るノイズがタッチパネル１０２へ伝わるのを基準電極によって抑制することができ、タッチパネル１０２における検出を安定して行うことができる。

[３．効果等]
以上のように、本実施形態において、電子機器１００は、ベース２０１とタッチパネル１０２とベース２０１に対してタッチパネル１０２を支持する支持部２０２と、タッチパネル１０２を所定の周波数で振動させる振動部２１０ａ、２１０ｂとを備える。支持部２０２は、タッチパネル１０２の振動の節の部分に位置する第１領域２０２ａと、タッチパネル１０２の節以外の部分に位置する第２領域２０２ｂとを含む。支持部２０２の第１領域２０２ａにおける剛性は、第２領域２０２ｂにおける剛性よりも小さい。このため、振動の節近傍においてもタッチパネル１０２が振動しやすくなり、タッチパネル１０２上での位置による振動の大きさのばらつきを従来よりも低減することができる。

また、本実施形態において、タッチパネル１０２は矩形形状を有し、支持部２０２は、タッチパネル１０２の周縁と接触し、ベース２０１に対してタッチパネ１０２を支持する。支持部２０２は、対向する一対の長辺と対向する一対の短辺によって構成されるフレーム形状を有し、タッチパネル１０２とベース２０１との間において、支持部２０２に囲まれた空間が形成されている。このため、タッチパネル１０２はベース２０１に安定に支持され、かつ、振動することができる。

振動部２１０ａ、２１０ｂは、空間内の一対の短辺の近傍において、タッチパネル１０２を振動させる。

支持部２０２は２Ｎ個（Ｎは１以上の自然数）の第１領域２０２ａを含み、一対の長辺のそれぞれに、Ｎ個の第１領域が位置している。一対の長辺の一方に位置するＮ個の第１領域２０２ａ、および、一対の長辺の他方に位置するＮ個の第１領域２０２ａは、一対の短辺の伸びる方向と平行なＮ本の直線上において、それぞれ１個づつ位置している。これにより、高次モードでタッチパネル１０２が振動する場合に振動の節に第１領域２０２ａを配置することができる。

支持部２０２の第１領域２０２ａおよび第２領域２０２ｂは、それぞれ第１材料および第２材料によって構成されており、第１材料の剛性は第２材料の剛性よりも小さい。あるは、支持部２０２の長辺または短辺の伸びる方向に垂直な第１領域２０２ａの断面は第２領域２０２ｂの断面よりも小さい。また、あるいは、ベース２０１と平行な面上であって
、長辺または短辺の伸びる方向と垂直な方向における第１領域２０２ａの幅は第２領域２０２ｂの幅よりも小さい。これにより、第１領域２０２ａの剛性を第２領域２０２ｂよりも小さくすることができる。

振動部２１０ａ、２１０ｂは圧電素子である。また、タッチパネル１０２に張り付けられている。さらにタッチパネル１０２に張り付けられる面に基準電位と接続される電極２１６を有する。これにより、圧電素子の駆動によって生じ得るノイズがタッチパネル１０２へ拡散するのを抑制することができ、タッチパネル１０２は安定して操作者の操作を検出することができる。

また、振動部２１０ａ、２１０ｂは、タッチパネル１０２の振動の腹の部分近傍を振動させる。これにより、効率的にタッチパネル１０２を振動させることができる。また、高次の振動モードで振動させることにより、タッチパネル１０２内での振動の大きさのばらつき抑制することができる。

パネルは、タッチパネルであり、電子機器が表示部をさらに備えることにより、スマートフォンや電子書籍、タブレットなどの携帯情報端末に好適に本実施形態の電子機器を適用できる。

電子機器１００は、振動部２１０ａ、２１０ｂを駆動する駆動部３０１と、タッチパネル１０２の入力面における任意の位置を接触により操作者が指定することにより、タッチパネル１０２から入力を示す信号を受け取り、信号に基づき、振動部２１０ａ、２１０ｂを駆動するための制御信号を駆動部３０１へ出力する制御部３０３とを更に備える。また、制御部３０３は、操作者が指定した位置に応じて異なる振動条件でタッチパネル１０２が振動するように、駆動部３０１に制御信号を出力する。これにより、操作者は、タッチパネル１０２が操作者の入力を受け付けたことを触覚によってしることができ、優れた操作性をえることができる。

また、本実施形態によれば、圧電素子は、実装面および少なくとも１つの他の面を有する圧電体２１２と、圧電体２１２の内部に所定の間隔を隔てた交互に配置された複数の第１内部電極２１４ａおよび複数の第２内部電極２１４ｂと、複数の第１内部電極２１４ａに電気的に接続され、少なくとも１つの他の面に設けられた第１端子Ｐと、複数の第２内部電極２１４ｂに電気的に接続され、少なくとも１つの他の面に設けられた第２端子Ｎと、圧電体２１２の実装面に設けられた基準電極２１６と、基準電極２１６に電気的に接続され、少なくとも他の面に設けられた第３端子Ｇとを備える。

基準電極を有することにより、圧電素子の駆動によるノイズが実装面から圧電素子の外部へ伝搬するのを抑制することができる。圧電体のうち、複数の第１内部電極および複数の第２内部電極が配置された部分は複数の第１内部電極および複数の第２内部電極によって複数の層に分けられ、複数の層のうち最も外側に位置する層の厚さは内部に位置する層より厚い。これにより、不要な共振を抑制することができる。

[４．他の実施形態]
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。以下、他の実施形態を例示する。

上記実施形態では、電子機器の一例としてタブレット型の情報端末機器を用いて説明し
たが、電子機器はこれには限らない。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、カーナビゲーション、ＡＴＭなど、タッチパネルを備える電子機器であってもよい。

また、タッチパネル１０２をパネルとして例示し説明したが、パネルはこれに限られない。タッチパッドなど平面を有し平面上において操作者の入力を受けるパッドであればよく、表示部を備えない電子機器であってもよい。

まず、支持部２０２は、上記実施形態で説明した構造に限られず、第１領域の剛性が第２領域の剛性より小さければ、上記実施形態で説明した構造以外の構造を備えていてよい。例えば、支持部２０２の第１領域２０２ａおよび第２領域２０２ｂは、それぞれ第１材料および第２材料によって構成されており、第１材料の剛性は第２材料の剛性よりも小さくてもよい。

また、支持部２０２には防水機能および防塵機能を持たせる必要がない場合には、支持部２０２の第１領域２０２ａには、支持部２０２を構成する部材を設けないことによって第１領域２０２ａの剛性を第２領域２０２ｂの剛性よりも小さくしてよい。この場合、第１領域２０２ａの伸びる方向の長さ、つまり第１領域２０２ａを挟む第２領域２０２ｂの間隔を変えることによって第１領域２０２ａの剛性を調整し得る。この他、支持部２０２の第１領域２０２ａの厚さ（ｚ方向の幅）を第２領域２０２ｂの厚さより小さくしてもよい。

また、同じ材料によって支持部２０２を形成する場合、支持部２０２が伸びる方向に垂直な第１領域２０２ａの断面を第２領域２０２ｂの断面より小さくすることによって第１領域２０２ａにおける剛性を小さくしてもよい。具体的には、図８（ａ）および(ｂ)に示すように、タッチパネル１０２およびベース２０１と接しない１つまたは２つの面に切り欠き２２０を備えていてもよい。また、図８（Ｃ）に示すように、内部に中空部分２２１を設けてもよい。

また、図８（ｄ）に示すように、支持部２０２の第１領域２０２ａの断面は、タッチパネル１０２と接する辺に面取り部２２３を有していてもよい。また、図８（ｅ）に示すように、支持部２０２の第１領域２０２ａの断面は、タッチパネル１０２およびベース２０１と接する辺に面取り部２２３を有していてもよい。また、図８（ｆ）に示すように、第２支持部３ｂの断面は円形であってもよい。

また、本実施形態では支持部２０２を全周にわたって形成したが、一部のみに形成してもよい。その場合に、支持部２０２を形成する間隔により剛性を変更しても同様の効果が得られる。

また、図６（ａ）では、ｆ３０モードの振動の節５０２に適した位置に第１領域２０２を配置したが、その他のモードを使用する場合は、そのモードに適した位置に第１領域２０２を配置すればよい。

複数の振動部２１０は、タッチパネル１０２の４辺に均等に配置してもよいし、短辺のみまたは長辺のみに複数組配置してもかまわない。また、短辺の１つおよび長辺のひとつにそれぞれ第１領域２０２ａを１個ずつ配置してもよい。

また、本実施形態では単一の振動モードで説明したが、複数の振動モードを使い分ける場合には、そのいずれかの振動モードの節に対応する部分に、第１領域２０２を形成すれば同様の効果が得られる。また、複数の振動モードの節の位置が近い場合には、その双方の節を覆うように第１領域２０２を形成してもよい。

また、本実施形態では、振動部２１０ａ、２１０ｂをタッチパネル１０２に貼り付けているが、また、スパッタリング等の方法によりタッチパネル１０２に薄膜の透明圧電部材を形成して振動部として用いてもよい。

なお、ここでは振動部２１０ａ、２１０ｂがタッチパネル１０２に物理的に接続されている例を示したが、振動部２１０ａ、２１０ｂはタッチパネル１０２に直接接続されている必要はなく、タッチパネル１０２を振動させることができるならばタッチパネル１０２以外の部材に接続されていてもよい。

また、振動部が複数個ある場合、それらのうちのいくつかの振動部を休止させてもよい。これにより、消費電力を低減することができる。

また、駆動位相に関して、同位相（位相差０度）および逆位相（位相差１８０度）の例を示したが、タッチパネル１０２の特定の箇所の振動振幅を最大化したり最小化したりするなど、最適な量に調整するために、０度および１８０度以外の任意の位相差を設定してもよい。

また、駆動部３０１は正弦波のみならず、正弦波の包絡線に任意の波形により変調をかけた波形で振動部２１０ａ、２１０ｂを振動させてもよい。これにより、ユーザは固い、柔らかい、ざらざら等の様々な触覚を感じることができる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、種々の用途の接触式の入力面を有する電子機器に適用可能である。具体的には、タブレットや電子書籍、スマートフォン、などの携帯型情報端末装置、コンピュータ用ディスプレイ、カーナビゲーション装置、ＡＴＭ、券売機などに、本開示は適用可能である。

１００ 電子機器
１０１ 表示部
１０１ａ 表面
１０１ｂ 裏面
１０２ タッチパネル
１０３ 筐体
２０１ ベース
２０２ 支持部
２０２Ｌ 長辺
２０２Ｓ 短辺
２０２ａ 第１領域
２０２ｂ 第２領域
２０２Ｃ 空間
２１２ａ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｅ、２１２ｆ 面
２１２ｂ 実装面
２１０ａ、２１０ｂ 振動部
２１２ 圧電体
２１４ａ 第１内部電極
２１４ｂ 第２内部電極
２１５ａ 第１外部電極
２１５ｂ 第２外部電極
２１５ｃ 第３外部電極
２１６ 基準電極
２５０ 接着材料
２５１ 絶縁体層
３０１ 駆動部
３０２ 画像処理部
３０３ 制御部
５０１ 腹
５０２ 節
Ｐ 第１端子
Ｎ 第２端子
Ｇ 第３端子

Claims (8)

1. 実装面および少なくとも１つの他の面を有する圧電体と、
   前記圧電体の内部に所定の間隔を隔てた交互に配置された複数の第１内部電極および複数の第２内部電極と、
   前記複数の第１内部電極に電気的に接続され、前記少なくとも１つの他の面に設けられた第１端子と、
   前記複数の第２内部電極に電気的に接続され、前記少なくとも１つの他の面に設けられた第２端子と、
   前記圧電体の前記実装面に設けられた基準電極と、
   前記基準電極に電気的に接続され、前記少なくとも他の面に設けられた第３端子と、を備えた圧電素子。
2. 前記圧電体のうち、前記複数の第１内部電極および前記複数の第２内部電極が配置された部分は前記複数の第１内部電極および前記複数の第２内部電極によって複数の層に分けられ、
   前記複数の層のうち最も外側に位置する層の厚さは内部に位置する層よりも厚い、
   請求項１に記載の圧電素子。
3. 前記基準電極は前記圧電体の前記実装面の略全体に形成されている、
   請求項１に記載の圧電素子。
4. 前記第１端子と前記第２端子は前記実装面とは反対の主面に形成されている、
   請求項１に記載の圧電素子。
5. 前記第３端子は前記第１端子と前記第２端子の間に形成されている、
   請求項１に記載の圧電素子。
6. 前記圧電体の実装面に設けられている前記基準電極の更に外側には絶縁体層が形成されている、
   請求項１に記載の圧電素子。
7. 請求項１に記載の圧電素子を実装した電子機器。
8. 前記第３端子は、前記電子機器のグランドと接続された、
   請求項７に記載の電子機器。

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