技术领域
[0001] 本发明涉及产生振动的振动装置。
相关背景技术
[0002] 近年来，提出一种触觉提示装置，其在触摸面板等输入设备中，通过在利用者进行压下操作时传递振动，从而使利用者实际感受到进行了按压。
[0003] 例如，专利文献1提出使用膜12将触觉反馈给予利用者的触觉提示装置。在专利文献1中，膜12由于被施加电压而在面方向上变形。通过膜12的伸缩，连接于膜12的振动部14在面方向上振动。
[0004] 专利文献1：国际公开2019/013164号
[0005] 在触觉提示装置具有检测按压操作的功能的情况下，例如需要追加检测法线方向的变形那样的按压传感器。在这种情况下，传感器在法线方向上受到力，因此，若与在面方向上振动的振子重叠，则存在阻碍振子的运动之担忧。因此，需要防止由于按压传感器而阻碍振动部的振动的情况。
具体实施方式
[0023] 图1是表示第1实施方式所涉及的振动装置100的结构的概略图。图1是由剖视图示出振动装置100的局部。图2是表示振动装置100的一个例子的从背面侧观察的立体图。图3是从背面侧观察的振动装置100的分解立体图。图4的(A)是从背面侧观察的振动装置100的俯视图，图4的(B)是在图4的(A)所示的I‑I线处剖切的剖视图。此外，图4的(B)表示将振动装置100设置于壳体2的状态。在图4的(A)中，省略壳体2和缓冲件42。另外，除图1以外的各图中省略电路17和布线而示出。
[0024] 如图1所示，本实施方式的振动装置100具备振动单元10、传感器13和电路17、触摸面板71。电路17具备驱动电路170和检测电路171。针对振动单元10和传感器13，在下文将详细地进行说明。振动单元10与驱动电路170连接，传感器13与检测电路171连接。触摸面板71是平板状，接受用户的触摸操作。触摸面板71配置于振动单元10的靠第2主面19侧，并通过未图示的粘接剂等连接于振动单元10的靠第2主面19侧。
[0025] 如图4的(B)所示，振动装置100设置于电子设备等的壳体2。振动装置100经由缓冲件42而与壳体2连接。缓冲件42由在受到外力时比壳体2和振动单元10容易变形的材料形成。缓冲件42吸收壳体2侧的变形。因此，壳体2侧的变形不易向传感器13传递。因此，缓冲件42能够抑制对于传感器13的不必要的变形。
[0026] 如图2、图3和图4的(A)所示，振动单元10具有连接构件11、振动用膜12、振动部14、支承部15和框状构件16。振动单元10具有第1主面18和第2主面19。在本实施方式中，振动部14和振动用膜12构成振子121。
[0027] 框状构件16俯视的形状为长方形。框状构件16具有长方形的开口20。框状构件16具有两个第1开口21和两个第2开口22。第1开口21在框状构件16的长边方向亦即Y方向的两端侧配置。第2开口22在框状构件16的短边方向亦即X方向的两端侧配置。在该例子中，开口20包括两个第2开口22。第1开口21是大致长方形，成为沿着X方向较长的形状。第2开口22是沿着Y方向较长的大致长方形的开口。另外，第2开口22的Y方向的两端朝向框状构件16的中心轴线(图中的I‑I线)进一步以长方形延长。
[0028] 在俯视时，振动部14为长方形，并配置于开口20的内侧。振动部14的面积小于由开口20即第2开口22围起的面积。
[0029] 支承部15将振动部14与框状构件16连接。支承部15将振动部14支承于框状构件16。在该例子中，支承部15是沿着X方向较长的长方形，并在振动部14的Y方向的两端部处保持该振动部14。对于支承部15而言，与振动用膜12进行伸缩的Y方向正交的X方向的长度大于沿着Y方向的长度。
[0030] 框状构件16、振动部14和支承部15由相同构件(例如丙烯酸树脂、PET、聚碳酸酯、环氧玻璃、FRP、金属或者玻璃等)形成。作为金属，例如可举出SUS(不锈钢材料)，也可以根据需要通过由聚酰亚胺等树脂涂覆，来实施绝缘。
[0031] 框状构件16、振动部14和支承部15是通过对一个长方形的板构件沿着第1开口21和第2开口22的形状进行冲裁加工而形成的。框状构件16、振动部14和支承部15也可以分别是不同构件，但通过由相同构件形成，能够容易地制造。或者，通过由相同构件形成，振动部14的支承不需要使用橡胶等其他构件(存在蠕变劣化的构件)，能够长时间稳定地保持振动部14。
[0032] 如图3和图4的(B)所示，振动用膜12与振动单元10的第1主面18侧连接。若详细地进行说明，则振动用膜12经由连接构件11而与框状构件16和振动部14连接。振动用膜12的在长边方向上的第1端与框状构件16的在Y方向上的第1端连接。振动用膜12的第2端与振动部14的Y方向的第2端连接。连接构件11使用绝缘性且具有粘合性的材料。振动用膜12例如通过热熔接，经由连接构件11而与框状构件16连接。
[0033] 在俯视时，连接构件11为沿着框状构件16的短边方向较长的长方形。连接构件11具有一定程度的厚度，且在以一定程度分开的位置使振动用膜12和振动部14连接，而不使振动用膜12与振动部14接触。由此，设置于振动用膜12的两主面的未图示的电极不与振动部14接触，因此，即便振动用膜12伸缩而使振动部14振动，电极也不会被刮擦。
[0034] 振动用膜12是通过被施加电压时在面方向上变形而进行振动的膜的一个例子。在俯视时，振动用膜12是沿着框状构件16的长边方向较长的长方形。振动用膜12例如由聚偏二氟乙烯(PVDF)构成。此外，振动用膜12也可以是由手性聚合物构成的方式。手性聚合物例如使用L型聚乳酸(PLLA)或者D型聚乳酸(PDLA)等。
[0035] 在振动用膜12使用PVDF的情况下，由于PVDF具有耐水性，所以能够使具备该例的振动构件的电子设备无论在怎样的湿度环境下均能够进行相同的振动。
[0036] 另外，在振动用膜12使用了PLLA的情况下，PLLA是透过性高的材料，因此，若附加于PLLA的电极和振动部14为透明的材料，则能够视认出来设备的内部状况，因此，容易制造。另外，PLLA由于没有热电性，所以无论在怎样的温度环境下均能够进行相同的振动。振动用膜12假设在由PLLA构成的情况下，通过被裁断为各外周边相对于延伸方向大致成为45°，从而具有压电性。
[0037] 驱动电路170对振动用膜12施加电压而使振动用膜12伸缩。若施加电压，则振动用膜12在面方向上变形。具体而言，若施加电压，则振动用膜12在Y方向上伸缩。通过振动用膜12在长边方向上伸缩，振动部14在Y方向上振动。即，振子121在Y方向上振动。由此，由振动用膜12产生的振动被经由振动部14向用户传递。
[0038] 振动装置100具备四个传感器13。传感器13是对振动单元10的法线方向亦即Z方向的按压操作进行检测的传感器。传感器13与振动单元10的第1主面18侧连接。在俯视时，传感器13在振动单元10中的振子121的四周配置。即，四个传感器13配置于框状构件16。
[0039] 四个传感器13中的两个配置于框状构件16的长边方向亦即Y方向的两端。即，两个传感器13配置得比第1开口21靠框状构件16的端部侧。两个传感器13为大致长方形，且成为沿着X方向较长的形状。四个传感器13中的另两个配置于框状构件16的短边方向亦即X方向的两端。即，另两个传感器13配置得比第2开口22靠框状构件16的端部侧。其他两个传感器13为大致长方形，且成为沿着Y方向较长的形状。这样，在俯视时，振子121和四个传感器13在X‑Y平面上不重叠。
[0040] 图5是详细地示出传感器13的构造的剖视图。如图5所示，传感器13具备压电膜51。压电膜51在两主面形成有第1电极131和第2电极132。第1电极131和第2电极132例如通过蒸镀法形成于压电膜51。
[0041] 四个传感器13的第1电极131和第2电极132分别与检测电路171连接。通过各传感器13和检测电路171，构成按压检测部。
[0042] 压电膜51由压电常数d33大的压电材料构成。例如，压电膜51是PVDF。在这种情况下，压电膜51通过与第1电极131和第2电极132正交的Z方向的伸缩而极化。在用户对振动装置100进行了Z方向的按压操作时，压电膜51在Z方向上伸缩。检测电路171经由第1电极131和第2电极132而输入由压电膜51产生的第1电极131和第2电极132之间的电位差。由此，检测电路171对按压操作进行检测。
[0043] 此外，传感器13不局限于使用PVDF等压电常数d33的压电膜51的结构。传感器13也可以使用例如电阻变化式的压敏传感器。
[0044] 若用户对触摸面板71施加按压操作，则对与触摸面板71连接的传感器13施加沿着Z方向的力。在俯视时，振子121位于不与四个传感器13彼此重叠的位置。在触摸面板71接受到按压操作的情况下，按压操作的力没有传递至振子121所存在的部位。即，即便用户在Z方向上压下触摸面板71，处于中央的振子121也不会在Z方向上被压下。因此，振子121能够不受到用户的按压操作影响地进行振动。因此，传感器13能够不阻碍振子121的振动地检测Z方向的变形。
[0045] 图6的(A)～图6的(C)是用于对振动装置100的变形例1～3进行说明的图，且是变形例1～3所涉及的振动装置101～103的俯视图。在变形例1～3的说明中，仅对与上述实施方式不同的部位进行说明，其余部分将省略。
[0046] 如图6的(A)所示，变形例1所涉及的振动装置101具备从四周包围振子121那样的环状的传感器61。即，以振子121为中心，在四周的任一个方向上均存在传感器61。由于这样在大的范围存在传感器61，所以无论用户在Z方向上压下以振子121为中心的在四周的任一个方向上的部位，振动装置101均能够检测按压操作。另外，在用户同时按压了振动装置101的多个部位的情况下，通过将检测的电压值加和，得到更大的输出。
[0047] 如图6的(B)所示，变形例2所涉及的振动装置102具备两个传感器13。两个传感器13成为沿着Y方向较长的形状。两个传感器13仅在框状构件16的短边方向亦即X方向的两端配置。因此，仅当用户在振动装置102的X方向的两端侧进行了压下的情况下，振动装置102能够检测按压操作。
[0048] 如图6的(C)所示，变形例3所涉及的振动装置103具备两个传感器13。两个传感器13成为沿着X方向较长的形状。两个传感器13仅在框状构件16的长边方向亦即Y方向的两端上配置。因此，仅当用户在振动装置103的Y方向的两端侧进行了压下的情况下，振动装置
103能够检测按压操作。
[0049] 图7的(A)和图7的(B)是用于对振动装置100的变形例4、5进行说明的图，是变形例4、5所涉及的振动装置104、105的俯视图。在变形例4的说明中，仅对与上述实施方式不同的部位进行说明，其余部分将省略。在变形例5的说明中，仅对与变形例4不同的部位进行说明，其余部分将省略。
[0050] 如图7的(A)所示，在变形例4所涉及的振动装置104中，触摸面板71配置于振动单元10的第2主面19侧。传感器13与振动单元10的第2主面19侧连接。触摸面板71经由传感器13和连接构件11而与振动单元10的框状构件16连接。振子121与振动单元10的第1主面18侧连接。在为这样的结构的情况下，之后容易将传感器13和触摸面板71配置于框状构件16。
[0051] 此外，触摸面板71也可以与电路17的检测电路171连接。通过触摸面板71和检测电路171，构成触摸检测部。触摸面板71设置于例如与键布局对应的位置，并通过检测电路171对用户的触摸操作进行检测。此外，作为触摸检测部，只要具有检测用户的触摸操作的功能，则可以是任何方式，能够使用膜片式、静电电容式或者压电膜式等各种方式。
[0052] 若用户触摸触摸面板71，则检测电路171检测用户的触摸操作。例如，若检测电路171检测出触摸操作，则驱动电路170对振动用膜12施加驱动信号而使振动部14振动。由此，在用户按压了触摸面板71时，振动部14振动，因此，振动向触摸面板71传递，能够令用户感受到“按压了”键。
[0053] 如图7的(B)所示，在变形例5所涉及的振动装置105中，除了传感器13配置于振动单元10的第1主面18侧以外，其他与变形例4所涉及的振动装置104相同。传感器13配置于与振动用膜12相同的第1主面18侧，因此，与振动装置104相比，体积较小。因此，振动装置105能够比振动装置104薄地形成。
[0054] 此外，列举出在本实施方式中传感器13配置于四处位置，在变形例2、3中传感器13配置于两处位置的例子，但不限定于此。传感器13也可以仅配置于一处位置或者配置于三处位置。另外，传感器13也可以隔着相同的角而配置于两处位置。此外，传感器13也可以在框状构件16的相同的边设置有多个。
[0055] 另外，传感器13也可以单层，也可以层叠。特别是通过增加层叠的数量，能够将从各传感器13的输出加和，因此，能够得到更大的输出。
[0056] 接下来，图8是变形例6所涉及的振动装置107的剖视图。在振动装置107中，传感器130配置于框状构件16的第1主面18侧。触摸面板71通过粘接剂与框状构件16的第2主面19连接。触摸面板71在比框状构件16的进一步靠外侧处通过粘接剂连接于支架90。支架90是用于将触摸面板71与壳体2连接的构件。支架90是在中央具有开口的板状的构件。开口的面积略小于触摸面板71。触摸面板71在边缘处安置于支架90的内周缘部，并通过粘接剂连接于该处。
[0057] 支架90在外周缘部处与壳体2连接。在壳体2与支架90之间配置有缓冲件42。壳体2和支架90通过螺纹件95牢固地连接。
[0058] 另外，支架90具有沿着Z轴方向突出的凸部。在俯视时，凸部配置得比触摸面板71靠外周。凸部的高度与触摸面板71的上表面几乎相同或者略高。
[0059] 若用户对触摸面板71施加按压操作，则触摸面板71挠曲。若触摸面板71挠曲，则振动单元10也挠曲，框状构件16也挠曲。连接于第1主面18的传感器130也挠曲。
[0060] 传感器130具有与图5所示的构造相同的构造。但是，压电膜51由压电常数d31大的PVDF或者聚乳酸构成。换句话说，变形例6的传感器130对弯曲变形进行检测。此外，在压电膜51为聚乳酸的情况下，将单轴拉伸方向配置于相对于X方向和Y方向呈45度的角度的方向。
[0061] 变形例6的振动装置107通过检测弯曲变形能够检测向触摸面板71的按压操作。因此，不需要在传感器130的下表面侧配置壳体2等刚体物。由此，能够使振动装置的厚度变薄。
[0062] 接下来，图9是变形例7所涉及的振动装置108的剖视图。针对与图8相同的结构，标注相同的附图标记。在振动装置108中，传感器130配置于支架90的下表面。在俯视时，传感器130配置于支架90中的凸部与内周缘之间。
[0063] 触摸面板71在支架90的内周缘部处连接。因此，若用户对触摸面板71施加按压操作，则按压力施加于支架90中与触摸面板71连接的位置。由此，支架90的内周缘侧挠曲，支架90产生弯曲变形。因此，传感器130检测对于触摸面板71的按压操作。
[0064] 变形例7的振动装置108没有在振动单元10配置有传感器130。因此，传感器130不易传递振动单元10的振动。因此，振动装置108能够防止传感器130的错误检测。
[0065] 接下来，图10是变形例8所涉及的振动装置109的剖视图。针对与图9相同的结构，标注相同的附图标记。在振动装置109中，触摸面板71在框状构件16的进一步靠外侧处经由连接构件97而与支架91连接。与支架90相比，支架91在不具有中央部的开口这点和中央部朝向Z轴方向凹陷这点上不同。
[0066] 若用户对触摸面板71施加按压操作，则经由连接构件97，对支架91中的与触摸面板71连接的部位施加按压力。由此，支架91的凹陷部分挠曲，产生弯曲变形。而且，在俯视时，传感器130在支架91中的连接构件97的连接部位与凹陷部分的外周缘之间配置。即，传感器130在触摸面板71挠曲时支架91挠曲的部分配置。因此，传感器130检测对于触摸面板71的按压操作。
[0067] 图11是变形例9所涉及的振动装置110的剖视图。在该例子中，传感器130与触摸面板71连接。触摸面板71固定于未图示的壳体2。传感器130进行与触摸面板71的挠曲对应的输出。因此，传感器130检测对于触摸面板71的按压操作。
[0068] 变形例9的振动装置110通过将传感器130直接粘贴于触摸面板71，相比于在振动单元10粘贴传感器130的情况，能够成为薄型。
[0069] 图12是变形例10所涉及的振动装置111的剖视图。在该例子中，传感器130以整个面与触摸面板71连接。振动单元10与传感器130的下表面连接。在这种情况下，能够提高传感器130的灵敏度。
[0070] 另外，触摸面板71具备静电电容传感器。此处，传感器130还能够层叠于触摸面板71中。
[0071] 此外，也可以是，触摸面板71进一步层叠于显示器。因此，也可以是，传感器130层叠于静电电容传感器和显示器。传感器130也可以层叠于显示器的下表面侧，在压电膜51使用聚乳酸等透明性高的材料的情况下，也可以配置于显示器的上表面侧。
[0072] 另外，如图13所示那样，也可以是，在俯视时，传感器130配置得比振动单元10与触摸面板71连接的连接部位靠内侧。在这种情况下，振动装置111变薄与传感器130的厚度的大小对应的量。
[0073] 最后，应该认为本实施方式的说明所有方面均为例示，不是限制性的。本发明的范围不是由上述的实施方式示出，而是由权利要求书示出。并且，本发明的范围旨在包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。
[0074] 附图标记说明
[0075] 2…壳体；10…振动单元；11…连接构件；12…振动用膜；13、61、130…传感器；14…振动部；15…支承部；16…框状构件；17…电路；18…第1主面；19…第2主面；20…开口；21…第1开口；22…第2开口；42…缓冲件；51…压电膜；71…触摸面板；90、91…支架；91…支架；95…螺纹件；97…连接构件；100、101、102、103、104、105、107、108、109、110、111…振动装置；121…振子；131…第1电极；132…第2电极；170…驱动电路；171…检测电路。
