(57)【要約】【課題】入力を切った後の振動の余韻が小さく、めりはりのある体感振動を発生させ、かつ、振動共振周波数および入力信号周波数のばらつきの影響を最小限に押さえた低コストで安定な振動をもたらす振動アクチュエータおよびその駆動方法を提供する。【解決手段】ヨーク３１、永久磁石３２と、プレート３３、中心軸３７からなる磁気回路とコイル３６と駆動回路部とで構成され、前記駆動回路部は、前記磁気回路とコイル３６との振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ高い周波数で駆動させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路とコイルとで構成され、振動共振を利用して外部に振動が取り出される振動アクチュエータにおいて、振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ高い周波数を入力して駆動させたことを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
磁気回路とコイルとで構成され、振動共振を利用して外部に振動が取り出される振動アクチュエータにおいて、振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ低い周波数を入力して駆動させたことを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記振動アクチュエータの振動共振周波数が６０Ｈｚ〜３００Ｈｚの間にあることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動アクチュエータにおいて、入力波形を１０サイクル未満に制限したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記振動アクチュエータは、永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるために用いられるプレートとから構成された磁気回路と、該磁気回路の空隙に配置したコイルと該コイルによって駆動力が与えられる該コイルと一体化した振動板が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンションを介して振動伝達部に柔軟に支持した構造であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記振動アクチュエータは、ヨークと該ヨークの磁極に吸引力を発生させるために巻かれているコイルとから構成された磁気回路と、該磁気回路の磁極に空隙をもって対向して配置した磁性体の吸引部をもつ振動板が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンションを介して振動伝達部に柔軟に支持した構造であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
磁気回路とコイルとで構成される振動アクチュエータを、振動共振を利用して外部に振動を取り出す振動アクチュエータの駆動方法であって、前記振動アクチュエータの振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ高い周波数を入力して駆動させることを特徴とする振動アクチュエータの駆動方法。
【請求項８】
磁気回路とコイルとで構成される振動アクチュエータを、振動共振を利用して外部に振動を取り出す振動アクチュエータの駆動方法であって、前記振動アクチュエータの振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ低い周波数を入力して駆動させることを特徴とする振動アクチュエータの駆動方法。
【請求項９】
前記振動アクチュエータの振動共振周波数を６０Ｈｚ〜３００Ｈｚの間に設定することを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の振動アクチュエータの駆動方法。
【請求項１０】
前記振動アクチュエータの駆動方法において、入力波形を１０サイクル未満に制限することを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の振動アクチュエータの駆動方法。
【請求項１１】
前記振動アクチュエータを、永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるために用いられるプレートとから構成された磁気回路と、該磁気回路の空隙に配置したコイルと該コイルによって駆動力が与えられる該コイルと一体化した振動板が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンションを介して振動伝達部に柔軟に支持した構造とすることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の振動アクチュエータの駆動方法。
【請求項１２】
前記振動アクチュエータを、ヨークと該ヨークの磁極に吸引力を発生させるために巻かれているコイルとから構成された磁気回路と、該磁気回路の磁極に空隙をもって対向して配置した磁性体の吸引部をもつ振動板が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンションを介して振動伝達部に柔軟に支持した構造とすることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の振動アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型で体感振動を発生させるための振動アクチュエータに関するもので、特に、移動体通信機の呼び出しバイブレータや、パチンコを含むゲーム機の体感振動発生器、タッチパネルのクリック感発生器などに使用される振動アクチュエータおよびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の振動アクチュエータは、磁気回路の振動を利用して直接人間が接触する外部筐体を振動させていた。その際の駆動信号は、固定周波数入力の場合、磁気回路の振動共振周波数とほぼ同じ周波数にしていた。特許文献１には、体感振動を発生させる振動アクチュエータについて記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２５８２５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、振動共振周波数を利用して振動させると、入力を切った後の振動の余韻が大きく、特に短いサイクルの振動で触覚に訴えようとするクリック感発生器等に使用する場合は、めりはりの弱い振動となっていた。
【０００５】
また、振動加速度は共振点近傍では大きく変化するため、入力周波数と振動共振周波数を一致させる必要があるが、振動共振周波数は磁気回路質量のばらつき、サスペンションのバネ定数のばらつき、アクチュエータ製造のばらつき、温度変化によるばらつき、筐体への取り付け時のばらつき、筐体の保持方法によるばらつき等で、中心周波数から１０Ｈｚ前後ばらつく場合が多く、入力の周波数についても製造のばらつきがあり、これらのばらつきのために安定した振動強度が得られないという問題があった。
【０００６】
上述の問題点解決策として、入力信号を共振点中心にその前後でスウィープさせるという駆動方法も提案されているが、短いサイクルの振動には不向きであり、またスウィープ信号作成のために回路が複雑になっていた。
【０００７】
本発明の目的は、入力を切った後の振動の余韻が小さく、めりはりのある体感振動を発生させ、かつ、振動共振周波数および入力信号周波数のばらつきの影響を最小限に押さえた低コストで安定な振動をもたらす振動アクチュエータおよびその駆動方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を解決するために、本発明の振動アクチュエータは、振動共振周波数より、５Ｈｚ〜５０Ｈｚ高い任意の固定周波数もしくは５Ｈｚ〜５０Ｈｚ低い任意の固定周波数を入力して駆動させている。
【０００９】
即ち、本発明は、磁気回路とコイルとで構成され、振動共振を利用して外部に振動が取り出される振動アクチュエータにおいて、振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ高い周波数を入力して駆動させた振動アクチュエータである。
【００１０】
また、本発明は、磁気回路とコイルとで構成され、振動共振を利用して外部に振動が取り出される振動アクチュエータにおいて、振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ低い周波数を入力して駆動させた振動アクチュエータである。
【００１１】
また、本発明は、前記振動アクチュエータの振動共振周波数が６０Ｈｚ〜３００Ｈｚの間にある振動アクチュエータである。
【００１２】
また、本発明は、前記振動アクチュエータにおいて、入力波形を１０サイクル未満に制限した振動アクチュエータである。
【００１３】
また、本発明は、前記振動アクチュエータは、永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるために用いられるプレートとから構成された磁気回路と、該磁気回路の空隙に配置したコイルと該コイルによって駆動力が与えられる該コイルと一体化した振動板が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンションを介して振動伝達部に柔軟に支持した構造の振動アクチュエータである。
【００１４】
また、本発明は、前記振動アクチュエータは、ヨークと該ヨークの磁極に吸引力を発生させるために巻かれているコイルとから構成された磁気回路と、該磁気回路の磁極に空隙をもって対向して配置した磁性体の吸引部をもつ振動板が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンションを介して振動伝達部に柔軟に支持した構造の振動アクチュエータである。
【００１５】
また、本発明は、磁気回路とコイルとで構成される振動アクチュエータを、振動共振を利用して外部に振動を取り出す振動アクチュエータの駆動方法であって、前記振動アクチュエータの振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ高い周波数を入力して駆動させる振動アクチュエータの駆動方法である。
【００１６】
また、本発明は磁気回路とコイルとで構成される振動アクチュエータを、振動共振を利用して外部に振動を取り出す振動アクチュエータの駆動方法であって、前記振動アクチュエータの振動共振周波数より５Ｈｚ〜５０Ｈｚ低い周波数を入力して駆動させる振動アクチュエータの駆動方法である。
【００１７】
また、本発明は、前記振動アクチュエータの振動共振周波数を６０Ｈｚ〜３００Ｈｚの間に設定する振動アクチュエータの駆動方法である。
【００１８】
また、本発明は、前記振動アクチュエータの駆動方法において、入力波形を１０サイクル未満に制限する振動アクチュエータの駆動方法である。
【００１９】
また、本発明は、前記振動アクチュエータを、永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるために用いられるプレートとから構成された磁気回路と、該磁気回路の空隙に配置したコイルと該コイルによって駆動力が与えられる該コイルと一体化した振動板が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンションを介して振動伝達部に柔軟に支持した構造の振動アクチュエータの駆動方法である。
【００２０】
また、本発明は、前記振動アクチュエータを、ヨークと該ヨークの磁極に吸引力を発生させるために巻かれているコイルとから構成された磁気回路と、該磁気回路の磁極に空隙をもって対向して配置した磁性体の吸引部をもつ振動板が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンションを介して振動伝達部に柔軟に支持した構造の振動アクチュエータの駆動方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による振動アクチュエータおよびその駆動方法について、以下に図面を参照して説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による動電式の可動磁気回路型振動アクチュエータの構造を示す断面図である。磁気回路は、ヨーク３１，永久磁石３２，プレート３３、中心軸３７で構成され、サスペンション３４でケースを兼ねる振動伝達部３８に柔軟に支持されている。磁気回路の空隙にはコイル３６が配置され、該コイル３６と一体化した振動板３５が周囲を振動伝達部３８に固定されている。コイル３６に交流信号を印加すると、その周波数に応じて磁気回路が振動する。
【００２３】
図２は、振動アクチュエータの振動加速度の周波数特性を示す図である。本実施の形態１では、共振点における先鋭度を緩和するようなサスペンション形状を採用しているため、その振動出力を表す振動加速度は、図２に示すような周波数特性を持っている。
【００２４】
振動共振周波数ｆ０と一致する入力周波数を印加すれば、もっとも効率良い振動が得られるが、振動共振周波数を利用して振動させると、入力を切った後の振動の余韻が大きく、特に短いサイクルの振動で触覚に訴えようとするクリック感発生器等に使用する場合は、めりはりの弱い振動となってしまう。
【００２５】
また、ｆ０近傍の特性曲線は急峻であり、入力周波数とｆ０とが離れると振動加速度が大きく変動してしまうため、入力周波数と振動共振周波数を一致させる必要がある。振動共振周波数は磁気回路質量のばらつき、サスペンションのバネ定数のばらつき、アクチュエータ製造のばらつき、温度変化によるばらつき、筐体への取り付け時のばらつき、筐体の保持方法によるばらつき等で、中心周波数から１０Ｈｚ前後ばらつく場合が多く、入力の周波数についても製造のばらつきがあり、これらのばらつきのために安定した振動強度が得られないという問題がある。ばらつきの一例をあげると、振動共振周波数ｆ０は、サスペンションのバネ定数と磁気回路の質量から決定されるため、たとえばｆ０が１４０Ｈｚの場合、サスペンションの板厚が５％ばらつくと、ｆ０は１０Ｈｚ変動する。
【００２６】
図３は、実施の形態１による振動アクチュエータの駆動方法の説明図である。ここで、サスペンションの板厚が０．１８１ｍｍのものと０．１８３ｍｍのものの振動加速度のばらつきを、図３を用いて説明する。板厚ａ（０．１８１ｍｍ）、ｂ（０．１８３ｍｍ）の振動共振周波数をそれぞれｆ０ａ，ｆ０ｂとすると、従来方式の振動共振周波数固定入力では、板厚ａを基準とした振動共振周波数と一致するよう入力周波数ｆｄ＝ｆ０ａとして設定しているので、板厚ａでは振動加速度はＡとなるが、板厚が１％変動してｂとなると振動加速度もＢとなり、４０％も低下することになる。
【００２７】
しかし、実施の形態１の振動アクチュエータでは、入力周波数ｆｄを振動共振周波数より１４Ｈｚ高い周波数に設定して駆動しているため、振動共振周波数がｆ０ａからｆ０ｂに変動しても振動加速度はＤからＣへの変動となり、変動を１５％程度に押さえることができる。また、振動共振周波数をはずして駆動させているため、入力を切った後の振動の余韻が小さくなり、特に短いサイクルの振動ではめりはりのある振動を実現できる。この場合の振動加速度の絶対値の低下については、入力電圧を上げることにより対応できる。したがって、振動効率と振動加速度のばらつきの双方を考慮し、５から５０Ｈｚの範囲で、入力周波数を振動共振周波数より高く設定する。
【００２８】
先の例では、入力周波数を振動共振周波数より高く設定しているが、振動の周波数特性によっては、入力周波数を振動共振周波数より５〜５０Ｈｚの範囲で低くしてもよい。なお、体感振動発生器として使用する場合には、振動アクチュエータの振動共振周波数は、６０〜３００Ｈｚの範囲に設定することが望ましい。また、クリック感を持たせるために、入力波形は１０サイクル未満に制限される。
【００２９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による振動アクチュエータの構造を示す断面図である。実施の形態２の振動アクチュエータは、図４に示すように、振動アクチュエータの構造を電磁式振動アクチュエータの構造としてもよい。すなわち、ヨーク１０１と該ヨークの磁極１０９に吸引力を発生させるために巻かれているコイル１０６とバイアス磁界をかけるために設置された永久磁石１０２から構成された磁気回路と、該磁気回路の磁極１０９に空隙をもって対向して配置した磁性体吸引部１１０をもつ振動板１０５が相対的に振動するように前記振動板の周囲を振動伝達部１０８に固定するとともに、前記磁気回路を柔軟なばねからなるサスペンション１０４を介して振動伝達部１０８に柔軟に支持した構造の振動アクチュエータであり、コイル１０６に交流信号を印加するとその周波数に応じて磁気回路が振動する。
【００３０】
実施の形態２の振動アクチュエータにおいても、入力周波数を振動共振周波数より５から５０Ｈｚの範囲で高く設定して、めりはりのある振動を実現できる。または、入力周波数を振動共振周波数より５から５０Ｈｚの範囲で低く設定しても、同様にめりはりのある振動を実現できる。なお、クリック感を持たせるために、入力波形は、１０サイクル未満に制限される。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力を切った後の振動の余韻が小さくなり、特に短いサイクルの振動では、めりはりのある振動を実現できる振動アクチュエータおよび振動アクチュエータの駆動方法を提供できる。また、振動共振周波数および入力信号周波数のばらつきの影響を最小限に押さえた低コストで安定な振動をもたらす振動アクチュエータおよびその駆動方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による振動アクチュエータの構造を示す断面図。
【図２】振動アクチュエータの振動加速度の周波数特性を示す図。
【図３】本発明の実施の形態１による振動アクチュエータの駆動方法の説明図。
【図４】本発明の実施の形態２による振動アクチュエータの構造を示す断面図。
【符号の説明】
３１，１０１    ヨーク
３２，１０２    永久磁石
３３    プレート
３４，１０４    サスペンション
３５，１０５    振動板
３６，１０６    コイル
３７    中心軸
３８，１０８    振動伝達部
１０９    磁極
１１０    磁性体吸引部
【図１】
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【図２】
2004358443.tif 000004
【図３】
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【図４】
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