(57)【要約】【課題】  ソレノイド機構で生じるプランジャの側圧による振動を抑制でき、且つ操作体を大きな振幅で振動させることができる振動発生装置を提供する。【解決手段】  アクチュエータ２０であるソレノイド機構で伝達部材２５が軸方向へ駆動される。伝達部材２５のプランジャ２６の上部先端２６ａに第１の弾性部材３１が固定されており、第１の弾性部材３１で操作体１０が突き上げられて振動が与えられる。プランジャ２６と操作体１０とを分離することで、プランジャ２６が横振れや回転振れする振動を抑制できる。また、第１の弾性部材３１と第２の弾性部材３５および第３の弾性部材３２の弾性係数を一致させることで、操作体１０をプラス側とマイナス側へ大きな振幅で駆動できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作体と、アクチュエータと、前記アクチュエータで発せられた力を前記操作体に伝達する伝達部材と、が設けられた振動発生装置において、
前記操作体は相反する方向である第１の方向と第２の方向へ移動自在に支持され、前記アクチュエータは、前記伝達部材を前記第１の方向へ駆動するものであり、
前記伝達部材と前記操作体の少なくとも一方に第１の弾性部材が固定され、前記伝達部材が前記アクチュエータによって前記第１の方向へ駆動されたときに、その駆動力が前記第１の弾性部材を介して前記操作体に伝達されることを特徴とする振動発生装置。
【請求項２】
前記伝達部材が第２の方向へ移動したときに圧縮させられる第２の弾性部材が設けられている請求項１記載の振動発生装置。
【請求項３】
前記伝達部材が第１の方向へ移動したときに圧縮させられる第３の弾性部材が設けられている請求項２記載の振動発生装置。
【請求項４】
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との合成弾性係数と、前記第１の弾性部材と前記第３の弾性部材との合成弾性係数とがほぼ一致している請求項３記載の振動発生装置。
【請求項５】
前記伝達部材が第２の方向へ移動しているときに、前記第１の弾性部材と前記操作体との間、または前記伝達部材と前記第１の弾性部材との間に隙間が形成され、
前記伝達部材が第１の方向へ移動しているときに、前記伝達部材と前記第２の弾性部材との間に隙間が形成される請求項２ないし４のいずれかに記載の振動発生装置。
【請求項６】
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材は、反発係数が０．３〜０．８である請求項２ないし５のいずれかに記載の振動発生装置。
【請求項７】
前記第２の弾性部材は、前記伝達部材が第２の方向へ移動したことを検知する検知装置である請求項２ないし６のいずれかに記載の振動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指で操作を行う操作体に、振動のための衝撃力を与える振動発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、タッチパッドに衝撃力や振動力を与えて振動させる振動発生装置に関する発明が記載されている。
【０００３】
この振動発生装置は、タッチパッドがバネに支持されてＺ軸に沿って移動自在に支持されている。リニアコイルアクチュエータがハウジングに固定されており、その可動部分がタッチパッドに直接に接続されている。リニアコイルアクチュエータによって可動部分が駆動されると、その移動力がタッチパネルに伝達され、タッチパネルが所望の周波数で振動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５１６３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された振動発生装置は、アクチュエータの可動部分とタッチパッドとが互いに固定されている。この場合に、可動部分からアクチュエータへ作用する推力の中心と、タッチパッドの重心を完全に一致させることは難しく、アクチュエータで可動部分とタッチパッドとを一体で動作させる際に、アクチュエータの可動部分に軸芯と交差する方向への偏り力が作用するのを避けることができない。アクチュエータの可動部分と固有部分との間には、Ｚ軸方向と直交する向きで通常は数十μｍ程度の隙間が形成されているため、前記偏り力が作用すると、アクチュエータの可動部分とこれに接続されているタッチパッドに横振れや回転振れが発生しやすくなり、このときに高い周波数の振動音や打突音を発生し、これが操作者にノイズとして聞こえるようになると耳障りになる。
【０００６】
また、アクチュエータの可動部分と、これに接続されているタッチパッドに横振れや回転振れが発生すると、アクチュエータの可動部分の軸支持部に側圧が作用して、摩耗の原因になる。さらに、タッチパッドをＺ軸方向へ移動自在に支持するスラスト軸受などの案内機構が形成されているものでは、この案内機構にも側圧が作用して摩耗が生じやすくなる。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、操作体を振動させる伝達部材がアクチュエータで駆動されたときに、伝達部材に横振れなどの原因となる側方への力が作用しにくくなる構造の振動発生装置を提供することを目的としている。
【０００８】
また本発明は、伝達部材を操作体から分離して動作させた構造であっても、操作体に所定の振動を作用させることが可能な振動発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、操作体と、アクチュエータと、前記アクチュエータで発せられた力を前記操作体に伝達する伝達部材と、が設けられた振動発生装置において、
前記操作体は相反する方向である第１の方向と第２の方向へ移動自在に支持され、前記アクチュエータは、前記伝達部材を前記第１の方向へ駆動するものであり、
前記伝達部材と前記操作体の少なくとも一方に第１の弾性部材が固定され、前記伝達部材が前記アクチュエータによって前記第１の方向へ駆動されたときに、その駆動力が前記第１の弾性部材を介して前記操作体に伝達されることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、前記伝達部材が第２の方向へ移動したときに圧縮させられる第２の弾性部材が設けられているものである。
【００１１】
本発明の振動発生装置は、前記伝達部材が第１の方向へ移動したときに圧縮させられる第３の弾性部材が設けられているものである。
【００１２】
本発明の振動発生装置は、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との合成弾性係数と、前記第１の弾性部材と前記第３の弾性部材との合成弾性係数とがほぼ一致していることが好ましい。
【００１３】
本発明の振動発生装置は、前記伝達部材が第２の方向へ移動しているときに、前記第１の弾性部材と前記操作体との間、または前記伝達部材と前記第１の弾性部材との間に隙間が形成され、
前記伝達部材が第１の方向へ移動しているときに、前記伝達部材と前記第２の弾性部材との間に隙間が形成されるものである。
【００１４】
本発明の振動発生装置は、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材は、反発係数が０．３〜０．８であることが好ましい。
【００１５】
なお、本発明では、前記第２の弾性部材が、前記伝達部材が第２の方向へ移動したことを検知する検知装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、アクチュエータで駆動される伝達部材と操作体とが連結されていないため、操作体の質量の偏りなどが伝達部材に直接に作用しなくなり、伝達部材と操作体に横振れや回転振れが発生しにくくなり、ノイズを低減できる。また、伝達部材の軸受け部に大きな側圧が作用するのを防止できるようになる。
【００１７】
本発明は、伝達部材と操作体とが分離された構造であっても、第１の弾性部材と第２の弾性部材および第３の弾性部材を設け、これら弾性部材の弾性係数や反発係数を最適化することにより、操作部材に大きな振幅の振動を与えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の振動発生装置の断面図、
【図２】図１に示す振動発生装置が動作した状態を示す断面図、
【図３】図１に示す振動発生装置の等価モデルを示す説明図、
【図４】図１に示す振動発生装置の振動波形を示す線図、
【図５】図１に示す振動発生装置の振動波形を示す線図、
【図６】アクチュエータにおける吸引力と側圧との関係を示す線図、
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１と図２に示す振動発生装置１は、基板３上にブラケット４が固定されており、基板３とブラケット４とでベース２が構成されている。
【００２０】
ブラケット４の上部に複数の案内軸５が固定されており、操作体１０が案内軸５に案内されて、Ｚ方向（上下方向）に進退自在に支持されている。操作体１０は複数の案内軸５で案内されているため、水平姿勢を維持して上下に移動自在である。ブラケット４と操作体１０の間に付勢ばね６が設けられ、この付勢ばね６によって、操作体１０はＺ軸に沿って上方へ向けて付勢されている。
【００２１】
操作体１０は、操作基材１１とその上に設置された操作ノブ１２とが固定されて構成されている。操作基材１１は金属製または合成樹脂製であり、複数の案内軸５によってＺ方向へ往復移動自在に支持されている。操作ノブ１２は合成樹脂材料で形成されており、その表面１２ａまたは裏面１２ｂに静電センサーなどの座標入力装置が搭載されており、操作者の指４０が操作ノブ１２のどの位置に触れたのかを検知できるようになっている。
【００２２】
ブラケット４の天井板４ａの下面にアクチュエータ２０が固定されている。このアクチュエータ２０は一軸駆動アクチュエータであり、ソレノイド機構である。一軸アクチュエータとしては、ソレノイド機構の他にリニアコイルを使用したものであってもよい。
【００２３】
ソレノイド機構であるアクチュエータ２０の固定部は、磁性金属材料で形成された内側ヨーク２１と外側ヨーク２２、ならびに両ヨーク２１，２２の内部に保持された励磁コイル２３とで構成されている。アクチュエータ２０の可動部は、伝達部材２５を有している。伝達部材２５は、内側ヨーク２１を貫通してＺ軸方向へ進退移動するプランジャ２６と、内側ヨーク２１に吸引される可動ヨーク２７と、可動ヨーク２７の下端部に固定された付勢部２８と、下端部に形成された押圧部２９とから構成されている。
【００２４】
プランジャ２６は金属シャフトである。ブラケット４の上面にスラスト軸受７が固定されており、プランジャ２６はスラスト軸受７に摺動自在に支持されている。スラスト軸受７は金属製で潤滑油を含んだ含浸軸受で構成されている。
【００２５】
伝達部材２５を構成するプランジャ２６の上部先端２６ａに第１の弾性部材３１が固定されている。第１の弾性部材３１は、合成ゴムや合成発泡樹脂などで形成されており、圧縮方向へ弾性変形可能である。図１は、アクチュエータ２０の励磁コイル２３に通電されていない状態を示している。このとき、伝達部材２５が下降しており、第１の弾性部材３１と操作基材１１との間に微小な隙間δ１が形成されている。なお、第１の弾性部材３１が操作基材１１の下面に固定されており、第１の弾性部材３１とプランジャ２６の上部先端２６ａとの間に隙間δ１が形成されていてもよい。
【００２６】
外側ヨーク２２と、伝達部材２５の付勢部２８との間に、第３の弾性部材３２が介在している。第３の弾性部材３２は、第１の弾性部材３１と同様に、合成ゴムや合成発泡樹脂などのような圧縮方向へ弾性変形可能な材料で形成されている。図１に示すように、励磁コイル２３に通電されていないときは、第２の弾性部材３２で発揮される与圧ｆによって、伝達部材２５が下降した状態で動かないように下向きに付勢されている。なお、第３の弾性部材３２が付勢部２８に固定されて、その上部が外側ヨーク２２の下面に固定されることなく当接する構造であってもよい。
【００２７】
ベース２の基板３の上に第２の弾性部材３５が設けられている。第２の弾性部材３５は、第１の弾性部材３１と同様に、合成ゴムや合成発泡樹脂などのような圧縮方向へ弾性変形可能な材料で形成されている。この実施の形態では、第２の弾性部材３５が検知装置であり、内部に対向する接点や対向する電極が設けられている。伝達部材２５が図１に示す姿勢からさらに下向きに移動すると、伝達部材２５の押圧部２９によって第２の弾性部材３５が押され、内部の接点どうしが接触して切替え信号が発せられ、または内部の電極が接近して電極間の静電容量が変化し、この変化によって切替え信号が発せられる。
【００２８】
なお、本発明では、第２の弾性部材３５とスイッチ機構とが別々に構成されて、伝達部材２５が下向きに押されたときに、第２の弾性部材３５で上向きの弾性力が発揮されると共にスイッチ機構が動作してもよい。
【００２９】
図２に示すように、アクチュエータ２０の励磁コイル２３に通電されると、その電流磁界により内側ヨーク２１が磁化され、可動ヨーク２７が内側ヨーク２１に吸引され、伝達部材２５がＺ軸に沿って上昇する。このとき、伝達部材２５の押圧部２９と第２の弾性部材３５との間に、第２の隙間δ２が形成される。
【００３０】
図３は、図１と図２に示す振動発生装置１の各部の等価モデルを示している。第１の弾性部材３１は、弾性係数ｋ１と減衰係数ｃ１とを有し、第２の弾性部材３５は弾性係数ｋ２と減衰係数ｃ２を、第３の弾性部材３２は、弾性係数ｋ３と減衰係数ｃ３を有している。図３では、励磁コイル２３に通電されていない非励磁状態において、第３の弾性部材３２から伝達部材２５に対して下向きに与えられる与圧がｆで示されている。
【００３１】
また、指４０も弾性係数ｋｆと減衰係数ｃｆを有するモデルとして表すことが可能である。
【００３２】
次に、前記振動発生装置の動作について説明する。
図１に示すように、アクチュエータ２０の励磁コイル２３に通電されていないときには、伝達部材２５が下降し、第３の弾性部材３２から伝達部材２５に下向きの与圧ｆが与えられている。このとき、プランジャ２６の上部先端２６ａに固定されている第１の弾性部材３１と操作基材１１との間に第１の隙間δ１が形成されている。
【００３３】
指４０を操作ノブ１２の表面１２ａに触れると、操作ノブ１２に搭載されている静電センサなどの座標検知装置で、指４０の接触が検知される。指４０を表面１２ａに沿って動作させると、座標検知装置によって、指４０の接触位置の移動状態が検知される。指４０を操作ノブ１２の表面１２ａで移動させると、図示しない表示画面でカーソル表示が移動する。カーソル表示をいずれかのメニュー表示の位置に移動させた後に、操作ノブ１２を下向きの力Ｆ１で押すことによってメニューの選択決定操作を行うことができる。
【００３４】
図１の状態から指４０で操作体１０へ下向きの押圧力Ｆ１が与えられると、操作体１０が案内軸５に案内されて下降するが、操作体１０が微小距離δ１だけ下降すると、操作基材１１が第１の弾性部材３１に当接し、操作体１０と共に伝達部材２５が下向きに移動させられる。そして、伝達部材２５の押圧部２９で第２の弾性部材３５が押され、第２の弾性部材３５の内部の接点が接触し、あるいは電極が接近するなどして切替え信号が生成される。切替え信号が図示しない制御部に与えられると、図示しない駆動回路が始動し、アクチュエータ２０の励磁コイル２３に駆動電流が与えられる。この駆動電流は短時間のパルス状であり１ショットだけ与えられる。
【００３５】
励磁コイル２３に通電されると、可動ヨーク２７が内側ヨーク２１に吸引されて、伝達部材２５が持ち上げられ、プランジャ２６の上部先端２６ａに固定された第１の弾性部材３１で、操作体１０の操作基材１１が上向きに突き上げられ、第１の弾性部材３１が収縮し且つ第３の弾性部材３２が収縮した状態で操作体１０に撓みが与えられる。その直後に、励磁コイル２３への通電が断たれ、ソレノイド機構の吸引力が解除されると、収縮していた第１の弾性部材３１の弾性復元力と、操作体１０の撓み弾性力、さらには第３の弾性部材３２の弾性復元力によって、伝達部材２５が下向きに移動し、伝達部材２５の下端の押圧部２９で、第２の弾性部材３５が収縮させられる。
【００３６】
その後は、第２の弾性部材３５の弾性復元力で伝達部材２５が上昇し、第１の弾性部材３１が操作基材１１の下面に当たって、この動作が繰り返される。励磁コイル２３への通電が１ショットであると、操作体１０は、図４と図５に示すような減衰振動を発生することになる。この減衰振動が指４０に伝達されることで、操作者に切替え信号が生成されたことが知らされる。
【００３７】
次に、図１ないし図３に示す振動発生装置１の作用効果について説明する。
前記振動発生装置１は、伝達部材２５を構成するプランジャ２６と操作体１０とが分離されている。プランジャ２６が自由状態で進退動作できるため、プランジャ２６と操作体１０が連結されていたときのような重心の偏りなどに起因するプランジャ２６の横振れや傾き振れあるいは回転振れが発生しにくくなる。
【００３８】
図６は、ソレノイド機構の特性を示している。横軸は、プランジャとその軸受部とのギャップ、すなわちプランジャの軸芯と直交する向きでの、プランジャと軸受部とのギャップを示し、縦軸がプランジャに対する軸方向の吸引力と、プランジャに作用する側圧を示している。図６に示すように、ソレノイド機構では、前記ギャップをよほど小さくしない限り側圧を低下させることができず、通常は側圧が吸引力の１０％程度になる。そのため、プランジャ２６と操作体１０とが連結されていると、前記側圧により、プランジャ２６と操作体１０との合計の質量に振れが発生しやすくなり、振動音が発生しやすく、比較的高い周波数のノイズが発生するようになる。しかし、前記実施の形態の振動発生装置１では、プランジャ２６と操作体１とが分離されているため、前記側圧によって操作体１０に側方への振動力が作用することがなく、前記ノイズを低減しやすくなる。
【００３９】
また、プランジャ２６と操作体１０とが分離された構造であっても、第１の弾性部材３１と第２の弾性部材３５および第３の弾性部材３２を設けることによって、図４と図５に示すように、操作体１０に対してプラス方向とマイナス方向とで、加速度（振幅）が同程度となるような振動を与えることが可能になる。これは、励磁コイル２３に通電されて伝達部材２５が上向きに吸引され、その後に通電が断たれたときに、第１の弾性部材３１と第３の弾性部材３２の弾性復元力によって伝達部材２５に下向きの力が与えられ、その後は、第２の弾性部材３５の弾性力によって、伝達部材２５が上向きに突き上げられる動作を実現できるからである。
【００４０】
このような動作を行うためには、第１の弾性部材３１と前記第２の弾性部材３５の反発係数が０．３〜０．８であることが好ましく、第３の弾性部材３２の反発係数も０．３〜０．８であることが好ましい。
【００４１】
また、第１の弾性部材３１と第２の弾性部材３５との合成弾性係数と、第１の弾性部材３１と第３の弾性部材３２との合成弾性係数とがほぼ一致していることが好ましい。ここでの一致とは、互いの合成弾性係数の差がいずれかの合成弾性係数に対して１０％以内であることを意味している。合成弾性係数を上記のように設定することによって、図４と図５に示すように、操作体１０のプラス側の加速度（振幅）とマイナス側の加速度（振幅）を同程度に設定することが可能になる。また、第１の弾性部材３１と第２の弾性部材３５および第３の弾性部材３２の弾性係数も互いに一致していることが好ましい。
【００４２】
図４と図５は横軸に時間を、縦軸に１ショットの励磁電流を与えたときの操作体１０の加速度を示している。この線図は、図３に示す透過モデルに基づいてシミュレーションした結果である。
【００４３】
図４には、伝達部材２５ならびに操作体１０の質量と各弾性部材の弾性係数によって、固有振動数を７５Ｈｚに設定したときの加速度変化を（ｉ）で示し、６５Ｈｚに設定したときの加速度変化を（ｉｉ）で示している。なお、第１の弾性部材３１と第２の弾性部材３５および第３の弾性部材３２の弾性係数を互いに一致させ、それぞれの弾性部材の反発係数を０．８に設定した。図４から、固有振動数をどのように設定しても、第１の弾性部材３１と第２の弾性部材３５および第３の弾性部材３２を設けることで、操作体１０をプラス方向とマイナス方向とで同程度の振幅で駆動できることが解る。
【００４４】
図５は、第１の弾性部材３１と第２の弾性部材３５および第３の弾性部材３２の弾性係数を互いに一致させ、各弾性部材の反発係数を０．６に設定した。この状態で、プランジャ２６とスラスト軸受７とのギャップを、想定できる最小の値である１０μｍとしたときの操作体１０の加速度の変化を（ｉｉｉ）で示し、前記ギャップを想定できる最大値である９０μｍとしたときの加速度の変化を（ｉｖ）で示している。
【００４５】
図５では、プランジャと軸受部とのギャップの大小と関係なく、ソレノイド機構によって伝達部材２５に与えられる駆動力が、操作体１０に対して効果的に伝達されていることを理解できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  振動発生装置
２  ベース
３  基板
４  ブラケット
５  案内軸
７  スラスト軸受
１０  操作体
２０  アクチュエータ
２３  励磁コイル
２５  伝達部材
２６  プランジャ
３１  第２の弾性部材
３２  第３の弾性部材
３５  第２の弾性部材
４０  指
【図１】
2016114980.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016114980.tif 000007
【図６】
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