JP2009225560A - 圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】支持部材に固定されていても屈曲を阻害されることのない圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエータユニットを提供する。
【解決手段】圧電アクチュエータ１４０は、支持部材１２０上に設けられ、駆動部材１６０を駆動させる矩形の圧電アクチュエータ１４０であって、厚み方向に屈曲する第１の屈曲領域１４１と、第１の屈曲領域１４１の屈曲とは逆向きに屈曲する第２の屈曲領域１４２と、第１の屈曲領域１４１を支持部材１２０に固定する支持用固定部１５１と、第２の屈曲領域１４２を駆動部材１６０に固定する駆動用固定部１５２と、を備え、支持用固定部１５１は、第１の屈曲領域１４１のうち、各領域の連結部分に対して最も変位の大きい位置に設けられ、駆動用固定部１５２は、第２の屈曲領域１４２のうち、各領域の連結部分に対して最も変位の大きい位置に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、支持部材上に設けられ、駆動部材を駆動させる矩形の圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエータユニットに関する。

タッチパネルの表面は平坦で滑らかであるため、機械的なスイッチと比較すると、ユーザは、正しく操作できているのかどうかを判断し難いという事情があった。このため、従来、操作するユーザの指先に振動を与えて操作の感覚をフィードバックするタッチパネルが提案されている。このように、操作するユーザの指先に振動を与えるフィードバック方式は、触覚フィードバックと呼称されている。

触覚フィードバック用の振動発生手段としては、操作パネルを支持するバイモルフ型の圧電アクチュエータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。圧電アクチュエータは電圧を印加されると、積層化された一方の側が伸び、反対側が縮むことにより、屈曲変位する。圧電アクチュエータに交流の電圧を印加することで、圧電アクチュエータが振動し、触覚が再現される。特許文献１記載の情報表示装置は、操作パネルが圧電素子により支持されており、ユーザが操作パネルの操作面を指で押圧すると、それによって圧電素子の両端に電圧が生じる。そして、情報表示装置が閾値より大きい操作力を検出したときには、圧電素子により操作面を振動させユーザに操作感を与えている。

このようなタッチパネル型情報表示装置に組み込まれた圧電アクチュエータ１０４０は、図１１（ａ）に示すように、アクチュエータ１０４０の端部の２箇所を部材１０５１により、支持フレーム１０２０に支持されている。また、中央の１箇所で部材１０５２によりタッチパネル１０６０を支持している。
特開２００５−９２５３７号公報

しかしながら、図１１（ｂ）に示すようにアクチュエータ端部２箇所を固定してしまうと、アクチュエータの屈曲を阻害してしまう。また、一方では、固定箇所に応力が発生し、局所的な負担がかかることにもなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、支持部材に固定されていても屈曲を阻害されることのない圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエータユニットを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の圧電アクチュエータは、支持部材上に設けられ、駆動部材を駆動させる矩形の圧電アクチュエータであって、厚み方向に屈曲する第１の屈曲領域と、前記第１の屈曲領域の屈曲とは逆向きに屈曲する第２の屈曲領域と、前記第１の屈曲領域を前記支持部材に固定する支持用固定部と、前記第２の屈曲領域を前記駆動部材に固定する駆動用固定部と、を備え、前記支持用固定部は、前記第１の屈曲領域のうち、前記各領域の連結部分に対して最も変位の大きい位置に設けられ、前記駆動用固定部は、前記第２の屈曲領域のうち、前記各領域の連結部分に対して最も変位の大きい位置に設けられることを特徴としている。

このように、本発明の圧電アクチュエータは、第１の屈曲領域を支持部材に固定し、第１の屈曲領域の屈曲とは逆向きに屈曲する第２の屈曲領域を駆動部材に固定している。したがって、屈曲領域により固定されている部材が異なるため、各屈曲領域の屈曲が阻害されない。

（２）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記第１の屈曲領域および前記第２の屈曲領域は、長手方向に一体化され、互いに長手方向に区分されていることを特徴としている。これにより、長手方向に波打つ形状が生じ、屈曲領域により固定されている部材が異なるため、圧電アクチュエータの屈曲が阻害されることはない。また、各屈曲領域は長手方向に一体に連結されているため、コンパクトな圧電アクチュエータを構成することができる。

（３）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記第１の屈曲領域および前記第２の屈曲領域が、長手方向に交互に４領域以上連続することを特徴としている。これにより、圧電アクチュエータによる安定した変位を可能にし、振動部材に確実に振動を伝えることができる。

（４）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記第１の屈曲領域および第２の屈曲領域は、幅方向に並行して設けられ、前記第１の屈曲領域と前記第２の屈曲領域とは、その長手方向の両端において連結されていることを特徴としている。

これにより、圧電アクチュエータと支持部材または駆動部材との固定部分に応力をかけることなく、支持部材と駆動部材との間でアクチュエータを振動させることができる。その結果、アクチュエータと支持部材または駆動部材との固定部分によりアクチュエータの屈曲を阻害されることはない。また、各屈曲領域は互いの屈曲を拘束しないため、変位量を確保することができる。

（５）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記第１の屈曲領域および第２の屈曲領域は、スリットにより幅方向に分割されたシム板および前記分割されたシム板に固着された圧電体を含み、前記シム板の両端部分により連結され、屈曲時には、前記第１の屈曲領域および第２の屈曲領域は、前記圧電体が前記シム板に対し収縮または伸張することで、前記シム板とともに屈曲することを特徴としている。

このように、本発明の圧電アクチュエータは、分割されたシム板の各領域が各屈曲領域に含まれており、圧電体の収縮により屈曲領域が屈曲する。そして、シム板の端部が各屈曲領域の連結部分として機能するため、容易に屈曲を阻害されないアクチュエータを構成することができる。

（６）また、本発明の圧電アクチュエータユニットは、触覚または音響フィードバック用の圧電アクチュエータユニットであって、前記請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、前記支持用固定部により前記圧電アクチュエータを固定する支持部材と、前記駆動用固定部により前記圧電アクチュエータに固定される駆動部材と、を備え、ユーザから入力があったときに、前記ユーザへ駆動部材の駆動により触覚または音響のフィードバックを行うことを特徴としている。

これにより、圧電アクチュエータの屈曲を制限することなく、振動をタッチパネルへ伝えることのできる圧電アクチュエータユニットを構成することができる。また、圧電アクチュエータの屈曲を制限しないため、圧電アクチュエータの固定部分に応力を発生させない。

本発明によれば、圧電アクチュエータが支持部材に固定されていてもその屈曲が阻害されない。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（第１の実施形態）
図１は、タッチパネル式入力装置１００の構成を示す概略図である。このタッチパネル式入力装置１００は、触覚フィードバック機能と音響フィードバック機能とを有している。タッチパネル式入力装置１００は、圧電アクチュエータユニット１１０、タッチパネル回路１７０、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１８０、Ｄ級アンプ１９０から構成されている。

圧電アクチュエータユニット１１０は支持フレーム１２０、圧電アクチュエータ１４０およびタッチパネル１６０を有し、触覚または音響フィードバック用に用いられる。タッチパネル１６０は、図示しないディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生する。タッチパネル回路１７０は、タッチパネル１６０から得られる信号を処理することによって、タッチパネル１６０のパネル面でユーザの指先が接触する位置を表す信号を出力する。

デジタルシグナルプロセッサ１８０は、タッチパネル１６０上の接触位置を表す信号を受信し、その位置に応じて所定の音響および触覚振動を発生させるように、音響信号と触覚信号とを混合した混合信号をＤ級アンプ１９０に出力する。デジタルシグナルプロセッサ１８０では、音響信号と触覚信号との区別をすることは無く、両者を混合させて出力する。

Ｄ級アンプ１９０は、デジタルシグナルプロセッサ１８０から入力された混合信号に基づいて、圧電アクチュエータ１４０を駆動する。Ｄ級アンプ１９０は、入力されたアナログ信号をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号に変換し、スイッチング回路を通したＰＷＭ信号をＬＣフィルタに通すことにより電力的に増幅されたアナログ信号を出力するアンプである。圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、容量性負荷である圧電素子（圧電アクチュエータ）を一般のアナログアンプにより駆動すると、電流の位相が電圧と９０度ずれるため、発熱が大きいのに対し、Ｄ級アンプ１９０はスイッチングにより増幅するため、発熱が小さく、熱を拡散するヒートシンクが不要となることから、小型化にも有利である。

図２（ａ）は、圧電アクチュエータユニット１１０を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、圧電アクチュエータユニット１１０は、支持フレーム１２０（支持部材）、圧電アクチュエータ１４０、タッチパネル１６０（駆動部材）を備えている。支持フレーム１２０は、圧電アクチュエータ１４０およびタッチパネル１６０を支持し、タッチパネル画面の枠を形成する。

圧電アクチュエータ１４０は、シム板の無い矩形のバイモルフ型であり、支持フレーム１２０上に設けられ、タッチパネル１６０を駆動させる。圧電アクチュエータ１４０は、２枚の板状の圧電体１４０ａおよび１４０ｂ、電極１４５〜１４７、支持用固定部１５１ならびに駆動用固定部１５２を備えている。タッチパネル１６０側の圧電体１４０ａおよび支持フレーム１２０側の圧電体１４０ｂは、電極１４６を挟んで積層されており、それぞれ厚み方向に分極処理がなされている。図中の矢印は分極方向を示している（以下の図面においても同様）。圧電体１４０ａ、１４０ｂは、ＰＺＴ等の圧電材料により形成されている。図２（ａ）に示すように、圧電体１４０ａおよび１４０ｂは、一定領域ごとに交互に向きの異なる分極を有している。領域１４１ａおよび領域１４１ｂはタッチパネル１６０向きの分極を有している。また、領域１４２ａおよび領域１４２ｂは支持フレーム１２０向きの分極を有している。

電極１４５は、圧電体１４０ａのタッチパネル１６０側の主面に各領域にわたって設けられている。電極１４６は、圧電体１４０ａと圧電体１４０ｂとの間に各領域にわたって設けられている。電極１４７は、圧電体１４０ａの支持フレーム１２０側の主面で各領域にわたって設けられている。このように領域ごとに異なる電圧を印加する必要がなく、配線等が簡易になる。

なお、電極１４５は、それぞれ屈曲領域１４１、１４２ごとに分割された電極を接続したものであってもよい。電極１４７についても同様である。その場合であっても、一面にわたって同一の電極が設けられているのと等価となる。圧電アクチュエータユニット１１０の製造工程において分極処理を行う際には、分割された電極を用いて屈曲領域１４１、１４２ごとに異なる電圧を印加する必要がある。その後、上記の例のように電極１４５（または電極１４７）として分割された電極を一体に接続してもよいし、分割されたまま残しておき、分割された各電極に同じ電圧を印加するように配線を調整してもよい。また、分割された電極を接続する場合にも一体の電極を形成してもよいし、各分割電極から外部に電極を取り出して接続してもよい。

領域１４１ａ、１４１ｂおよびそれらの両面に設けられている電極部分は、屈曲領域１４１（第１の屈曲領域）を形成する。また、領域１４２ａ、１４２ｂおよびそれらの両面に設けられている電極部分は、屈曲領域１４２（第２の屈曲領域）を形成する。屈曲領域１４１が、支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する際、屈曲領域１４２は、タッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。また、屈曲領域１４１が、タッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する際、屈曲領域１４２は、支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。

このように、圧電アクチュエータ１４０は、長手方向に区分されている複数の屈曲領域を備えている。複数の屈曲領域は、圧電体１４０ａおよび１４０ｂの分極方向により区分された領域であり、各領域は一体化されている。これにより、圧電体１４０ａおよび１４０ｂは、電圧の印加により長手方向に沿って波形状が生じる。圧電アクチュエータ１４０とタッチパネル１６０との固定、または圧電アクチュエータ１４０と支持フレーム１２０との固定は、圧電アクチュエータ１４０に生じる波形状の変位のうち最も変位の大きい位置で行われる。

支持用固定部１５１は、屈曲領域１４１を支持フレーム１２０に固定する。支持用固定部１５１は、屈曲領域１４１のうち、各領域の連結部分１４９に対して最も変位の大きい位置に設けられている。一方、駆動用固定部１５２は、屈曲領域１４２をタッチパネル１６０に固定する。駆動用固定部１５２は、屈曲領域１４２のうち、各領域の連結部分１４９に対して最も変位の大きい位置に設けられている。このように屈曲領域１４１および１４２はそれぞれ区別されて、支持フレーム１２０またはタッチパネル１６０に固定されている。したがって、圧電アクチュエータ１４０と支持フレーム１２０との固定により、圧電アクチュエータ１４０の屈曲を阻害されることはない。

各領域の連結部分１４９は、圧電アクチュエータ１４０の屈曲により生じる波形の変曲点に相当し、この場合には圧電体１４０ａおよび１４０ｂにおける異なる分極方向の境界である。各固定部は、各領域において連結部分１４９に対して最も変位の大きい位置に設けられているため、タッチパネル１６０を最も大きく駆動することができる。支持用固定部１５１および駆動用固定部１５２は、シリコンゴム等の弾性ゴムによりシート状または板状に形成され、接着剤の塗布または両面テープの貼付により圧電アクチュエータ１４０、支持フレーム１２０またはタッチパネル１６０に固着されている。タッチパネル１６０は、ポリエステル等の透明なフィルムまたは樹脂板であり、駆動用固定部１５２により支持されている。また、タッチパネル１６０は、タッチパネル式入力装置１００の外側のフレームにより周縁部を固定されている（図示せず）。

次に、このように構成されたタッチパネル式入力装置１００の動作を説明する。まず、タッチパネル１６０は、ユーザの操作を受け付け、タッチパネル回路１７０は、操作に応じて入力信号を発生させる。デジタルシグナルプロセッサ１８０は、その入力信号に対して音響または触覚信号を出力する。そして、Ｄ級アンプ１９０は、音響または触覚信号のパルス幅変調を行ない、パルス幅変調された信号に基づいてこの出力信号を圧電アクチュエータ１４０に出力する。このようにＤ級アンプ１９０で圧電アクチュエータ１４０を駆動することにより、圧電アクチュエータ１４０がタッチパネル１６０を振動させて音響の発生または触覚フィードバックを行う。なお、ユーザによるタッチパネル１６０の操作については、指で触っても良いし、スタイラスペンを用いても良い。

タッチパネル１６０を振動させる際に、圧電アクチュエータ１４０には、各電極間に所定方向の電圧が印加される。図２（ｂ）は、電圧印加時の圧電アクチュエータユニット１１０を示す断面図である。電極１４５および１４７から電極１４６の向きに電圧が印加されることにより、屈曲領域１４１は支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲し、屈曲領域１４２はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。また、逆向きに電圧が印加された場合には、屈曲領域１４１はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲し、屈曲領域１４２は支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。圧電アクチュエータ１４０は、各領域の連結部分１４９に対して屈曲領域１４１が最も変位する位置で支持フレーム１２０に固定され、各領域の連結部分１４９に対して屈曲領域１４２が最も変位する位置でタッチパネル１６０に固定されている。この位置で屈曲領域１４１および１４２を支持フレーム１２０またはタッチパネル１６０に固定されているため、振動の際にも圧電アクチュエータ１４０の屈曲は阻害されない。

（第２の実施形態）
上記の実施形態では、屈曲領域ごとに圧電体１４０ａ、１４０ｂの分極方向は異なり、電極１４５〜１４７はそれぞれ圧電体１４０ａ、１４０ｂの主面で各領域にわたり設けられているが、それぞれの圧電体が一様な分極方向を有し、電極を屈曲領域ごとに分割してもよい。すなわち、領域ごとに電圧の印加方向を変えることで、各領域に異なる屈曲をさせてもよい。図３（ａ）は、圧電体がそれぞれ一様な分極を有する圧電アクチュエータユニット２１０を示す断面図である。

圧電アクチュエータユニット２１０における圧電体２４０ａ、２４０ｂは、それぞれ一様に支持フレーム１２０向きの分極を有している。圧電体２４０ａのタッチパネル１６０側の主面の電極は、電極２４４、２４５に分割されて設けられている。一方、圧電体２４０ｂの支持フレーム１２０側の主面の電極２４７、２４８は、それぞれ電極２４４、２４５に対応する位置に設けられている。なお、圧電アクチュエータユニット２１０の製造工程において分極処理をする際には、電極２４４、２４５には同じ電圧を印加して行う。電極２４７、２４８についても同様である。

電極２４６は、圧電体２４０ａと２４０ｂとの間に一様に設けられている。圧電アクチュエータ２４０の電極２４４と電極２４７とに挟まれた部分は、屈曲領域２４１を形成する。一方、圧電アクチュエータ２４０の電極２４５と２４８とに挟まれた部分は、屈曲領域２４２を形成する。屈曲領域２４１が、支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する際には、屈曲領域２４２は、タッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。屈曲領域２４１が、タッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する際には、屈曲領域２４２は、支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。なお、各領域の連結部分２４９は、圧電アクチュエータ２４０の屈曲により生じる波形の変曲点に相当し、この場合には電極２４１と電極２４２との分け目部分、または反対面から見たときには電極２４７と電極２４８との分け目部分である。各固定部は、各領域において連結部分２４９に対して最も変位の大きい位置に設けられているため、タッチパネル１６０を最も大きく駆動することができる。

このように形成された圧電アクチュエータ２４０の屈曲時について説明する。図３（ｂ）は、所定方向の電圧が印加され、圧電アクチュエータ２４０が屈曲した圧電アクチュエータユニット２１０を示す断面図である。屈曲領域２４１には、まず電極２４６から電極２４４へ、かつ電極２４６から電極２４７へ電圧を印加する。そして、屈曲領域２４２には、電極２４５から電極２４６へ、かつ電極２４８から電極２４６へ電圧を印加する。これにより、屈曲領域２４１は、支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲し、屈曲領域２４２は、タッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。

次に、屈曲領域２４１に、電極２４４から電極２４６へ、かつ電極２４７から電極２４６へ電圧を印加する。そして、屈曲領域２４２には、電極２４６から電極２４５へ、かつ電極２４６から電極２４８へ電圧を印加する。これにより、屈曲領域２４１は、タッチパネル１６０に向かって凸に屈曲し、屈曲領域２４２は、支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。

（第３の実施形態）
上記の実施形態では、圧電アクチュエータは交互に屈曲領域を３つ有しているが、さらに屈曲領域の数を多くして複数個所を支持フレームおよびタッチパネルに固定してもよい。図４（ａ）、（ｂ）は、長手方向に交互に４領域以上の屈曲領域が連続する圧電アクチュエータユニット３１０を示す断面図である。

圧電アクチュエータユニット３１０は、４つ以上の屈曲領域を有する圧電アクチュエータ３４０を有する。圧電アクチュエータ３４０は、電極３４６を挟んで圧電体３４０ａおよび３４０ｂが積層されて形成されており、屈曲領域３４１を４つ、屈曲領域３４２を３つ有している。屈曲領域３４１が支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する際には、屈曲領域３４２はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。各電極３４５〜３４７は、各圧電体３４０ａ、３４０ｂの主面を各領域にわたって設けられている。圧電体３４０ａおよび３４０ｂは、それぞれ分極処理がなされている。

圧電体３４０ａおよび３４０ｂは、一定領域ごとに交互に変わる向きの分極を有している。たとえば、領域３４１ａおよび領域３４１ｂはいずれもタッチパネル１６０向きの分極を有している。また、領域３４２ａおよび領域３４２ｂはいずれも支持フレーム１２０向きの分極を有している。各領域の連結部分３４９は、圧電アクチュエータ３４０の屈曲により生じる波形の変曲点に相当し、この場合には圧電体３４０ａおよび３４０ｂにおける異なる分極方向の連結部分である。各固定部は、各領域において連結部分３４９に対して最も変位の大きい位置に設けられているため、タッチパネル１６０を最も大きく駆動することができる。

圧電アクチュエータ３４０は、各電極間に所定向きの電圧が印加されることで駆動する。図４（ｂ）は、電圧印加時の圧電アクチュエータユニット３１０を示す断面図である。電極３４５から電極３４６の向きおよび電極３４７から電極３４６の向きに電圧が印加された場合には、屈曲領域３４１は支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲し、屈曲領域３４２はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。その逆に電圧が印加された場合には、屈曲領域３４１はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲し、屈曲領域３４２は支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。これにより、圧電アクチュエータ３４０による安定した変位を可能にし、確実に振動を伝えることができる。なお、上記の実施形態では、シム板を用いないが、積層する圧電体の間にシム板を設けてもよい。

（第４の実施形態）
上記の実施形態では、圧電アクチュエータはシム板の無いバイモルフ型であるが、シム板を有するモノモルフ型であってもよい。図５（ａ）は、シム板を有するモノモルフ型の圧電アクチュエータ４４０を備える圧電アクチュエータユニット４１０を示す断面図である。

圧電アクチュエータ４４０は、圧電体４４０ａ、シム板４４７および電極４４８、４４９を有している。圧電体４４０ａは、シム板の支持フレーム１２０側の面に電極４４８を介して固着している。圧電体４４０ａは、一定領域ごとに交互に向きの異なる分極を有しており、領域４４１は支持フレーム１２０向きの分極を有している。また、屈曲領域４４２は、タッチパネル１６０向きの分極を有している。各領域の連結部分４４９ａは、圧電アクチュエータ４４０の屈曲により生じる波形の変曲点に相当し、この場合には圧電体４４０ａにおける異なる分極方向の連結部分である。各固定部は、各領域において連結部分４４９ａに対して最も変位の大きい位置に設けられているため、タッチパネル１６０を最も大きく駆動することができる。

圧電アクチュエータ４４０は、各電極間に所定向きの電圧が印加されることで駆動する。図５（ｂ）は、電圧印加時の圧電アクチュエータユニット４１０を示す断面図である。電極４４８から電極４４９の向きに電圧が印加された場合には、屈曲領域４４１は支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲し、屈曲領域４４２はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。その逆に電圧が印加された場合には、屈曲領域４４１はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲し、屈曲領域４４２は支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。なお、圧電体４４０ａは、シム板４４７のいずれの面に固着されていてもよく、形態に応じた電圧が印加されることで同様の屈曲が得られる。また、上記の例では、圧電体４４０ａが領域ごとに交互の分極方向を有しているが、分極方向を一様にし、電極を分割して電圧の印加の向きを交互にすることでも同様の屈曲が得られる。

（第５の実施形態）
上記の実施形態では、いずれも異なる屈曲領域が圧電アクチュエータの長手方向に連続するものであるが、異なる屈曲領域を圧電アクチュエータの幅方向に並行させて設けたものであってもよい。図６（ａ）は、圧電アクチュエータの幅方向に分割された屈曲領域を有する圧電アクチュエータユニット５１０を示す正面図である。図６（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）に示す断面６ｂおよび断面６ｃを矢印の方向から見たときの圧電アクチュエータユニット５１０を示す断面図である。また、図６（ｄ）は、圧電アクチュエータユニット５１０を示す側面図である。図に示すように、圧電アクチュエータユニット５１０は、支持フレーム１２０（支持部材）、圧電アクチュエータ５４０、タッチパネル１６０（駆動部材）を備えている。

圧電アクチュエータ５４０は、支持フレーム１２０上に設けられたモノモルフ型の圧電アクチュエータであり、タッチパネル１６０を駆動させる。圧電アクチュエータ５４０は、２枚の板状の圧電体５４１および５４２、シム板５４３、電極５４５、５４６、支持用固定部５５１ならびに駆動用固定部５５２を備えている。シム板５４３は、長手方向に沿って設けられた２本のスリット５４３ａ、５４３ｂを有している。そして、スリット５４３ａ、５４３ｂにより分割された領域にそれぞれ圧電体５４１および５４２が設けられている。シム板５４３は金属製であり電極としても機能する。

支持フレーム１２０側の２つの圧電体５４２は、電極５４６を挟んで支持用固定部５５１により支持フレーム１２０に固定されている。その一方で２つの圧電体５４２は、シム板５４３の幅方向の両端部分に固着されている。タッチパネル側の圧電体５４１は、電極５４５を挟んで駆動用固定部５５２によりタッチパネル１６０に固定されている。その一方で圧電体５４１は、シム板５４３の幅方向中央部分に固着されている。

図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図６（ｂ）の断面７ａ、７ｂおよび７ｃを矢印の方向から見たときの圧電アクチュエータユニット５１０を示す断面図である。図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧電体５４１は、タッチパネル１６０向きの分極を有している。また、２つの圧電体５４２は、支持フレーム１２０向きの分極を有している。電極５４５は、圧電体５４１のタッチパネル１６０側の面に一様に設けられている。また、電極５４６は、圧電体５４２の支持フレーム１２０側の面に一様に設けられている。

このようにして、圧電体５４１、シム板５４３の幅方向中央部分および電極５４５は、屈曲領域５４８を形成している。また、２つの圧電体５４２、シム板５４３の幅方向両端部分および電極５４６は、屈曲領域５４７を形成している。屈曲領域５４８がタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する際には、屈曲領域５４７は支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。そして、屈曲領域５４８が支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する際には、屈曲領域５４７はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。

このように各屈曲領域５４７および５４８は、圧電アクチュエータ５４０の幅方向に並行して設けられており、シム板５４３の長手方向の両端において連結されている。そして、各屈曲領域５４７および５４８は、スリットにより幅方向に分割されたシム板５４３を各分割された領域において共有している。支持用固定部５５１は、屈曲領域５４７を支持フレーム１２０に固定している。支持用固定部５５１は、屈曲領域５４７のうち、各領域の連結部分５４９に対して最も変位の大きい位置に設けられている。一方、駆動用固定部５５２は、屈曲領域５４８をタッチパネル１６０に固定している。駆動用固定部５５２は、屈曲領域５４８のうち、各領域の連結部分５４９に対して最も変位の大きい位置に設けられている。これにより、タッチパネル１６０を最も大きく駆動することができる。なお、この場合、屈曲領域５４７と屈曲領域５４８との連結部分５４９（各領域の連結部分）は、シム板５４３の長手方向端部である。

図８は、電圧が印加されたときの圧電アクチュエータユニット５１０を示す正面図である。シム板５４３から電極５４５への方向に電圧を印加することで、圧電体５４１がシム板５４３に対して伸張し、屈曲領域５４８はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。また、シム板５４３から電極５４６への方向に電圧を印加することで、圧電体５４２がシム板５４３に対して伸張し、屈曲領域５４７は、支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。そして、それぞれ逆の電圧を印加した場合には、屈曲領域５４７および５４８は逆向きに屈曲する。そして、屈曲領域５４７と屈曲領域５４８とを連結しているシム板５４３の両端が屈曲領域の振動の節となる。

（第６の実施形態）
上記の実施形態では、圧電体の分極方向がそれぞれシム板から支持フレーム向きまたはシム板からタッチパネル向きであるが、適宜電圧の印加方向を調整すれば分極の向きはいずれの方向であってもよい。図９（ａ）〜（ｃ）は、圧電体の分極の向きが上記の実施形態とは異なる圧電アクチュエータユニット６１０を示す断面図である。各断面図の断面は、図７の（ａ）〜（ｃ）の断面に対応している。

圧電アクチュエータユニット６１０は、圧電アクチュエータ６４０を有しており、圧電アクチュエータ６４０は、圧電体６４１および６４２を有している。屈曲領域６４８を形成する圧電体６４１は、シム板５４３からタッチパネル１６０への分極方向を有している。一方、屈曲領域６４７を形成する圧電体６４２は、支持フレーム１２０からシム板５４３への方向の分極を有している。屈曲領域６４８がタッチパネル１６０に向って凸に屈曲する際には、屈曲領域６４７は支持フレーム１２０に向って凸に屈曲する。屈曲領域６４８が支持フレーム１２０に向って凸に屈曲する際には、屈曲領域６４７はタッチパネル１６０に向って凸に屈曲する。シム板５４３から電極５４５への方向に電圧を印加することで、屈曲領域６４８はタッチパネル１６０に向かって凸に屈曲する。また、電極５４６からシム板５４３への方向に電圧を印加することで、屈曲領域６４８は、支持フレーム１２０に向かって凸に屈曲する。そして、それぞれ逆の電圧を印加した場合には、屈曲領域６４７および６４８は逆向きに屈曲する。

（第７の実施形態）
上記の実施形態では、圧電体がシム板の各固定部側に固着されているが、その反対側に固着されていてもよい。図１０は、圧電体がシム板の固定部の反対側に固着されている圧電アクチュエータユニット７１０を示す正面図である。圧電アクチュエータユニット７１０では、シム板５４３の幅方向中央部分の支持フレーム１２０側に圧電体７４１が固着されている。このとき駆動用固定部５５２は、シム板５４３の幅方向中央部分にタッチパネル１６０を固定している。このような形態の圧電アクチュエータユニット７１０を駆動する場合には、圧電体７４１を長手方向に収縮させるように分極方向に対して逆向きの電圧を印加する。これにより、図１０に示すように、屈曲領域７４７を支持フレーム１２０に向って凸に屈曲させるとともに、屈曲領域７４８をタッチパネル１６０に向って凸に屈曲させることができる。また、それぞれ逆の電圧を印加した場合には、屈曲領域７４７および７４８は逆向きに屈曲する。

上記の幅方向に異なる屈曲領域が並行して設けられている実施形態では、圧電アクチュエータがモノモルフ型であるが、バイモルフ型であってもよい。その場合には、シム板５４３の両側に圧電体を固着させ、分極方向に従って適当な方向に電圧を印加することで所望の屈曲を得ることができる。さらに、シム板５４３なしのバイモルフ型の圧電アクチュエータを構成することも可能である。その場合には、シム板に代えて各屈曲領域の両端を連結する連結部を設ける必要がある。

なお、同様の屈曲を得られれば、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、実施形態の変形例を含みうる。たとえば、圧電アクチュエータをユニモルフ型からバイモルフ型にしたもの、その逆の変形例、シム板の反対側に圧電体を設けたもの、分極方向と駆動時の電圧の印加方向との組み合わせを変えたもの、シム板を無くしたものはすべて本発明に含みうる。また、シム板は、電極として利用されていない限り、非金属製であってもよい。

タッチパネル式入力装置の構成を示す概略図である。 （ａ）、（ｂ）実施形態１に係る圧電アクチュエータユニットを示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）実施形態２に係る圧電アクチュエータユニットを示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）実施形態３に係る圧電アクチュエータユニットを示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）実施形態４に係る圧電アクチュエータユニットを示す断面図である。 （ａ）実施形態５に係る圧電アクチュエータユニットを示す正面図、（ｂ）、（ｃ）断面図、（ｄ）側面図である。 （ａ）〜（ｃ）実施形態５に係る圧電アクチュエータユニットを示す断面図である。 実施形態５に係る圧電アクチュエータユニットの正面図である。 （ａ）〜（ｃ）実施形態６に係る圧電アクチュエータユニットを示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）実施形態７に係る圧電アクチュエータユニットを示す正面図である。 従来技術を示す図である。

符号の説明

１００ タッチパネル式入力装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０ 圧電アクチュエータユニット
１２０ 支持フレーム
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０ 圧電アクチュエータ
１４５−１４７、２４４−２４８、３４５−３４７、４４８−４４９、５４５−５４６ 電極
１４０ａ、１４０ｂ、２４０ａ、２４０ｂ、３４０ａ、４４０ａ、５４１、５４２、６４１、６４２、７４１ 圧電体
１４１、２４１、３４１、４４１、５４７、６４７、７４７ 屈曲領域（第１の屈曲領域）
１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２ｂ、３４１ａ、３４１ｂ、３４２ａ、３４２ｂ 領域
１４２、２４２、３４２、４４２、５４８、６４８、７４８ 屈曲領域（第２の屈曲領域）
１４９、２４９、３４９、４４９ａ、５４９ 各領域の連結部分
１５１、５５１ 支持用固定部
１５２、５５２ 駆動用固定部
１６０ タッチパネル
１７０ タッチパネル回路
１８０ デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
１９０ Ｄ級アンプ
４４７、５４３ シム板
５４３ａ、５４３ｂ スリット

Claims (6)

1. 支持部材上に設けられ、駆動部材を駆動させる矩形の圧電アクチュエータであって、
   厚み方向に屈曲する第１の屈曲領域と、
   前記第１の屈曲領域の屈曲とは逆向きに屈曲する第２の屈曲領域と、
   前記第１の屈曲領域を前記支持部材に固定する支持用固定部と、
   前記第２の屈曲領域を前記駆動部材に固定する駆動用固定部と、を備え、
   前記支持用固定部は、前記第１の屈曲領域のうち、前記各領域の連結部分に対して最も変位の大きい位置に設けられ、
   前記駆動用固定部は、前記第２の屈曲領域のうち、前記各領域の連結部分に対して最も変位の大きい位置に設けられることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記第１の屈曲領域および前記第２の屈曲領域は、長手方向に一体化され、互いに長手方向に区分されていることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記第１の屈曲領域および前記第２の屈曲領域が、長手方向に交互に４領域以上連続することを特徴とする請求項２記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記第１の屈曲領域および第２の屈曲領域は、幅方向に並行して設けられ、
   前記第１の屈曲領域と前記第２の屈曲領域とは、その長手方向の両端において連結されていることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記第１の屈曲領域および第２の屈曲領域は、スリットにより幅方向に分割されたシム板および前記分割されたシム板に固着された圧電体を含み、前記シム板の両端部分により連結され、
   屈曲時には、前記第１の屈曲領域および第２の屈曲領域は、前記圧電体が前記シム板に対し収縮または伸張することで、前記シム板とともに屈曲することを特徴とする請求項４記載の圧電アクチュエータ。
6. 触覚または音響フィードバック用の圧電アクチュエータユニットであって、
   前記請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
   前記支持用固定部により前記圧電アクチュエータを固定する支持部材と、
   前記駆動用固定部により前記圧電アクチュエータに固定される駆動部材と、を備え、
   ユーザから入力があったときに、前記ユーザへ駆動部材の駆動により触覚または音響のフィードバックを行うことを特徴とする圧電アクチュエータユニット。

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