CN106170626A - 冲击产生致动器、触摸面板及驱动方法 - Google Patents

冲击产生致动器、触摸面板及驱动方法 Download PDF

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CN106170626A CN201580000886.2A CN201580000886A CN106170626A CN 106170626 A CN106170626 A CN 106170626A CN 201580000886 A CN201580000886 A CN 201580000886A CN 106170626 A CN106170626 A CN 106170626A
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Abstract

例如，在冲击产生致动器中，可以提供多样的操作感。一种冲击产生致动器，具备：输出在单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的驱动信号的驱动信号输出部；以及在与驱动信号对应的期间被通电的形状记忆合金。

Description

冲击产生致动器、触摸面板及驱动方法
技术领域
本发明涉及冲击产生致动器、触摸面板及驱动方法，例如，涉及使用了利用通电来变化形状的形状记忆合金的冲击产生致动器、触摸面板及驱动方法。
背景技术
以往，使用了利用温度变化而伸缩的形状记忆合金(以下，适宜称为SMA(ShapeMemory Alloy))的致动器是广为人知的。例如，于下述专利文献1，记载着使施加到致动器的脉冲信号的电压(峰值)变化，产生不同大小的振动的致动器。
[先前技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2008-262478号专利公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1记载的致动器中，一个脉冲信号中的峰值为一定，因此，存在很难根据一个脉冲信号而产生多样的操作感的问题。
因此，本发明的一个目的是，提供得以解决上述问题的新颖且有用的冲击产生致动器、触摸面板及驱动方法。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述的课题，本发明的第一样态为例如：一种冲击产生致动器，具备：输出在单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的驱动信号的驱动信号输出部；以及在与驱动信号对应的期间被通电的形状记忆合金。
本发明的第二样态为例如：一种触摸面板，具备：执行输入操作的输入部、根据输入操作输出在单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的驱动信号的驱动信号输出部、以及在与驱动信号对应的期间被通电的形状记忆合金。
本发明的第3样态为例如：一种冲击产生致动器的驱动方法，具有：输出在单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的驱动信号的工序、以及在与驱动信号对应的期间对形状记忆合金通电的工序。
发明效果
根据至少一实施方式，可以产生多样的操作感。
附图说明
图1是用于说明一般的致动器的电路构成的图。
图2是用于说明一般的致动器中的驱动信号的波形图。
图3是用于说明加速度的测定方法的其中一例的图。
图4是用于说明本发明的实施方式中的致动器的结构例的图。
图5是用于说明本发明的实施方式中的致动器的动作例的图。
图6是用于说明第一实施方式中的致动器的电路构成的图。
图7是用于说明第一实施方式中的致动器的驱动信号的波形图。
图8是用于说明第二实施方式中的致动器的电路构成的图。
图9是用于说明MOSFET的特性的其中一例的图。
图10是用于说明第二实施方式中的致动器的驱动信号的波形图。
图11是用于说明第二实施方式中，驱动信号的时间性变化、流动在SMA的电流的时间性变化、以及致动器的加速度的时间性变化的图。
图12是用于说明驱动信号的变形例的图。
具体实施方式
以下，有关本发明的实施方式，一边参阅附图一边进行说明。说明以以下的顺序进行。
＜1.第一实施方式＞
＜2.第二实施方式＞
＜3.变形例＞
以下说明的实施方式等为本发明的适合的具体例子，但本发明的内容并非被限定在这些实施方式等。更进一步，以下的说明中的效果为例示，并非由例示的效果来限定解释本发明的内容。
[一般的致动器的构成]
一开始，为了容易理解本发明，说明一般的冲击产生致动器(以下，适宜简称为致动器)的构成。在以下的说明中，把包含SMA及切换SMA的通电状态/非通电状态的驱动电路等的构成总称为致动器。图1表示一般的致动器(致动器1)的构成的其中一例。相对于致动器1，从驱动电压产生部2输入驱动电压。于驱动电压产生部2连接电阻R1的其中一端，于电阻R1的另一端连接SMA。于电阻R1与SMA的连接中点，连接其中一端被接地到地线(GND)的电容C1，该电容C1利用驱动电压产生部2所产生的驱动电压来充电。
对SMA串联连接开关元件。开关元件例如为N沟道型的MOSFET(Metal Oxide FieldEffect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)，MOSFET的漏极(D)连接到SMA，MOSFET的源极(S)被接地到地线。构成为于MOSFET的栅极(G)，输入用于控制MOSFET的开关动作的单一脉冲信号。
图2表示单一脉冲信号的其中一例。所谓单一脉冲信号，例如为根据使用者的输入操作而产生、输出的一脉冲信号。单一脉冲信号的高电平例如为5V(伏特)，低电平为0V。当然，可以根据MOSFET的特性设定与各电平对应的电压。单一脉冲信号中，高电平的电压为一定。单一脉冲信号为高电平时开启MOSFET，单一脉冲信号为低电平时关闭MOSFET。
经由MOSFET的开启/关闭控制，可以切换SMA的通电状态/非通电状态。例如，在MOSFET开启的期间，电容C1放电，从而通电加热SMA。经由通电加热SMA以规定的加速度进行收缩。MOSFET关闭的期间，停止对SMA的通电加热，利用外部气体所形成的冷却使SMA伸张。利用SMA收缩让致动器动作，经由致动器动作，可以对执行过输入操作的使用者提供规定的操作感。
图3为用于说明致动器的加速度的测定方法的其中一例的图。另外，以下例示的加速度的测定方法为考虑到致动器的适用设备(例如，触摸面板)而形成的，但加速度的测定方法并不限定在例示的方法。而且，利用其他的参数也可以规定致动器的特性。
如图3所示，于平坦的面载置黄铜板10。黄铜板10的厚度例如设定成30mm(毫米)。于黄铜板10的上表面安装橡胶脚11。而且，于黄铜板10的上表面安装PWB(Printed WiringBoard，印刷电路板)12，于PWB12上安装致动器13。构成为橡胶脚11的厚度与利用PWB12及致动器13所构成的厚度为相同或者是略相同，构成为利用橡胶脚11及致动器13等支撑触摸面板14的端部。触摸面板14的厚度例如设定成0.7mm。
于触摸面板14上载置锤15，于锤15上安装加速度传感器16。锤15的重量例如为100g(克)。加速度传感器16可以使用公知的传感器。锤15及加速度传感器16配置成致动器13、锤15及加速度传感器16的中心线为一致或是略一致。利用如以上所构成的加速度测定治具测定加速度。具体方面，利用后述的单一脉冲信号对致动器13的SMA通电加热，利用加速度传感器16测定藉由SMA的伸缩所产生的加速度。
以上说明的一般的致动器，以利用单一脉冲信号使MOSFET开启的方式可以迅速加热SMA。因此，可以使SMA迅速收缩，有所谓可以提高使用SMA的致动器的响应性的优点。而且，有以下优点：在把致动器适用到触摸面板的情况下，以致动器动作的方式，可以对触碰到触摸面板的输入面的使用者的指尖给予确实的振动或冲击(也称为咔哒感)。另一方面，有这样的问题：单一脉冲信号中的电压在时间上为一定，因此，利用致动器的动作提供多样的操作感是困难的。而且，有这样的问题：致动器的动作音对使用者来说比起给予到指尖的感触更有支配性。下面说明有鉴于该点的本发明的实施方式。
＜1.第一实施方式＞
[有关致动器的形状]
参阅图4及图5，说明有关本发明的第一实施方式中的致动器的形状。另外，以下说明的致动器的形状，对第2实施方式、变形例也可以适用。而且，本发明的致动器的形状，并不限定成以下说明的形状。
图4表示致动器100的外观。图示为致动器100产生变位前的初始状态。致动器100被形成在印刷电路板22的上表面。
致动器100例如利用可动构件25、固定构件26、二个端子金属件27、以及例如形成线状的形状的SMA所构成。可动构件25与固定构件26一起藉由绝缘性的硬质材料所形成。可动构件25的下表面与固定构件26的上表面被形成为相互对应的波状的凹凸面，在该相互的凹凸面之间配置SMA。另外，也可藉由导电性金属材料等形成可动构件25与固定构件26，但在该情况下，在可动构件25与固定构件26的各自的表面施以绝缘膜等，防止二个端子金属件27之间的短路的构成是有必要的。
SMA在固定构件26的两端藉由端子金属件27被固定着。本实施方式中的SMA例如为镍-钛合金，在导电性方面，具有规定的电阻值，线径为极细，在常温左右的环境下呈现柔软的丝状。以在该SMA流动电流的方式，SMA本身发热，藉由该热，进行硬化、收缩。另外，SMA不限定为镍-钛合金，若可展现同样的特性，则可以是其他金属或合金。
端子金属件27随SMA的端部嵌入到固定构件26的两端，以SMA不会松弛的充分的强度固定SMA的端部。端子金属件27用导电性金属所形成，被焊接在设在印刷电路板22上的规定形状的地带(未图示)。由此，成为固定构件26被固定在印刷电路板22上的状态。
有关致动器100的形状上的动作，参阅图5进行说明。图5A表示尚未对SMA通电的状态，亦即，产生变位前的状态。在该状态下，SMA为柔化、柔软的状态。在该状态下，例如，藉由未图示磁体的吸附力，成为可动构件25与固定构件26一边挟持SMA一边接近的状态。
图5B表示对SMA通电中的状态，亦即，致动器100产生变位后的状态。在该状态下，SMA收缩，伴随于此一边抵抗因磁体所形成的吸附力，可动构件25一边沿垂直方向朝与固定构件26相反的方向进行变位。在可动构件25上载置盖构件(图示省略)的情况下，盖构件也朝同方向变位。
在图5B所示的状态下，停止对SMA的通电的话，SMA藉由与环境气体的温度差以及藉由朝可动构件25、固定构件26及端子金属件27各自的散热而被冷却，回到非通电状态的长度的同时，藉由磁体的吸附力的作用，快速回到于图5A所示的状态。
另外，在以下的说明中，说明有关把致动器作为触摸面板的振动装置而适用的例子。例如，于致动器100的可动构件25之上形成可以进行各种输入操作的输入面。在检测到输入操作的情况下，产生并输出使电压(高电平的电压)产生时间性变化的单一脉冲信号(驱动信号)。详细如后述，在与该单一脉冲信号对应的期间，SMA被通电加热而收缩。通过使用与一般的致动器中的驱动信号相异的驱动信号，可以提供多样的操作感。
[有关驱动电路]
图6表示第一实施方式中的致动器100的驱动电路的其中一例。致动器100具备驱动信号输出部31与SMA，SMA被连接在驱动信号输出部31与地线(GND)之间。驱动信号输出部31产生并输出驱动信号即单一脉冲信号。驱动信号输出部31例如利用微型计算机所构成，根据对触摸面板的输入操作，产生并输出单一脉冲信号。从驱动信号输出部31输出的单一脉冲信号供给到SMA，在在与单一脉冲信号对应的期间，SMA被通电加热。亦即，第1实施方式为对SMA直接施加单一脉冲信号的例子。
图7表示第一实施方式中的单一脉冲信号的其中一例。如图7所示，驱动信号为单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的信号。更具体方面，单一脉冲信号为在电压V1与电压V2之间(其中，V1＜V2)，使电压时间性增加的信号。电压V1及电压V2可以根据加热对象的SMA的特性等适当地设定，电压V1可以为0V。可以根据电压控制流动在SMA中的电流。另外，在图7中，使单一脉冲信号中的电压产生阶梯状变化，但可以适宜设定阶梯的高度(电压的变化程度)、阶梯的宽度(期间)等。而且，只要是单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的信号即可，其波形并不限于图7所示的波形。
[有关致动器的动作]
说明有关致动器100的动作的其中一例。执行对触摸面板的输入操作(例如，触摸输入面的操作)后，利用未图示的检测部检测输入操作。检测部把已执行输入操作的消息通知到驱动信号输出部31。根据已执行的输入操作，驱动信号输出部31产生并输出图7所例示的单一脉冲信号。从驱动信号输出部31输出的单一脉冲信号被施加到SMA，SMA被通电加热。
在此，单一脉冲信号为徐徐地加大电压的信号，因此，SMA不会被急速通电加热而被徐徐地通电加热，和缓地进行收缩。换言之，可以减小随SMA的收缩的加速度。因此，致动器100中的可动构件25变成在垂直方向上和缓上升，可以对使用者的指尖给予舒适的抵抗感。随SMA的动作的加速度变得比一般的致动器中的SMA的加速度小，动作时间变长，因此，可以对使用者的指尖给予较长时间的操作感。更进一步，由于减小随SMA的动作的加速度，从而可以防止SMA被急速加热，防止以大的加速度收缩之际所产生的SMA的切断等。更进一步，可以让致动器的动作音变小。
＜2.第二实施方式＞
接着，说明有关第二实施方式。如上述，第二实施方式中的致动器(致动器200)的形状，可以适用第一实施方式中的致动器100的形状。
[有关驱动电路]
图8为用于说明致动器200的驱动电路的其中一例的图。在第二实施方式，不大幅变更一般的致动器的驱动电路，几乎照原样使用。概略说明的话，相对于致动器200，从驱动电压产生部2输入驱动电压。在驱动电压产生部2与地线(GND)之间，从驱动电压产生部2侧串联连接电阻R1、SMA及N沟道型的MOSFET。对电阻R1及SMA的连接中点，连接其中一端被接地到地线的电容C1(蓄电元件的其中一例)。利用经由驱动电压产生部2所产生的驱动电压对电容C1充电，利用电容C1的放电可以在SMA及MOSFET的漏极-源极间流动电流。另外，于致动器200动作时，电容C1被充电。MOSFET的栅极连接到驱动信号输出部31。构成为驱动信号输出部31所产生、输出的单一脉冲信号被输入到MOSFET的栅极。
图9为表示MOSFET的特性的其中一例的图。图9的特性图中，横轴表示栅极-源极间的电压VGS，纵轴表示漏极电流ID。由图9理解到，本发明的实施方式中的MOSFET具有：随着电压VGS比规定值大，漏极电流ID也变大的增强特性。栅极-源极间的电压VGS为电压V3时，漏极电流ID开始流动。亦即，电压V3为与栅极阈值电压对应的电压。不过，由于流动的电流较少的缘故，从开关的角度来看MOSFET为关闭。栅极-源极间的电压VGS为电压V4(其中，V3＜V4)时，流动充分的漏极电流ID，从开关的角度来看，MOSFET为开启的状态。亦即，电压V4为与开启电压对应的电压。电压V3及电压V4根据MOSFET的特性等被适宜设定。
[有关驱动信号]
图10表示第二实施方式中的单一脉冲信号的其中一例。第二实施方式中的单一脉冲信号，为在单一脉冲信号中，在从栅极阈值电压即电压V3到开启电压即电压V4为止之间，使电压产生时间性变化的信号，更具体方面，为在从电压V3到电压V4为止之间，使电压时间性增加的信号。另外，单一脉冲信号中的电压的最小值与电压的最大值在从电压V3到电压V4的范围内即可，电压的最小值未必是电压V3，电压的最大值未必是电压V4。
[有关致动器的动作]
图11为示意表示单一脉冲信号的电压(V)的时间性变化、在SMA流动的电流(A)的时间性变化及致动器200的加速度(G)的时间性变化的图。另外，图中，实线表示单一脉冲信号的电压的时间性变化，点划线表示在SMA流动的电流的时间性变化，虚线表示致动器200的加速度的时间性变化。另外，单一脉冲信号的波形，作为与图10所示的波形相同的波形来进行说明。
参阅图11说明有关致动器200的动作的其中一例。根据输入操作从驱动信号输出部31输出单一脉冲信号，该单一脉冲信号输入到MOSFET的栅极。由于单一脉冲信号的电压比栅极阈值电压即电压V3大的缘故，在MOSFET的漏极-源极间流动漏极电流ID。
随单一脉冲信号的电压上升，在MOSFET的漏极-源极间流动的漏极电流ID徐徐地增加。亦即，在SMA流动的电流可以徐徐地增加，可以使在SMA流动的电流产生时间性变化。由此，SMA徐徐地收缩，加速度增加。在漏极电流ID为最大的附近，换言之在SMA流动的电流为最大的附近(图11中，5ms(毫秒)附近，以P10所表示处)，SMA最被通电加热。以加速度来看，在SMA收缩的过程中加速度增加的同时，在SMA最收缩之际变位停止，亦即加速度为0。加速度为0的状态(图11中，以P20所表示处)为SMA最收缩的状态。
另外，在单一脉冲信号的电压上升的过程中，在SMA流动的电流到达波峰之后下降。此乃是电容C1的电容量下降的缘故。以后在SMA流动的电流减少。亦即，投入SMA的能量下降。电容C1放电，在SMA中电流不流动后，SMA利用外部气体等自然冷却而伸张。当然，通过增大电容C1的电容量，可以随单一脉冲信号的电压的上升更进一步使在SMA流动的电流增加。而且，表示加速度临时上升而成为0后的加速度的波形。此乃是，SMA收缩后，可动构件25回到初始位置之际所产生的加速度、以及随在加速度传感器周围产生的复原力等的振动所产生出的加速度的变化。
如以上说明，根据致动器200，可以控制在SMA的1次的加热收缩中在每小时投入的能量，可以任意控制SMA的加热时间。由此，可以让SMA的收缩和缓，或让收缩速度阶段性上升。在把致动器200适用在触摸面板的振动驱动器的情况下，由于致动器200的动作变缓的缘故，可以在指尖给予缓慢的感觉。在给予较强的冲击之际，可以把与一般的致动器同样的单一脉冲信号输入到MOSFET，与这些互起作用可以提供更多样的操作感。其他，可以得到动作音的减低等与第一实施方式同样的效果。更进一步，第二实施方式的致动器，可以用与一般的致动器同样的电路构成来实现，没有必要变更电路构成，对成本是有利的。
＜3.变形例＞
以上，具体说明了有关本发明的一实施方式，但本发明不限定于上述的实施方式，可以有各种的变形。以下，说明有关变形例。另外，在实施方式说明过的事项，特别是除非事先说明过，否则皆可以对变形例适用。
图12A乃至图12D为表示变形例中的单一脉冲信号的波形的图。图12A表示在从电压V3到电压V4的范围内，使电压指数函数性增加的单一脉冲信号。图12B表示在从电压V3到电压V4的范围内，使电压线性增加的单一脉冲信号。图12C表示在开始给予比电压V3大的电压，接着给予比该电压大、比电压V4小的电压，把各个电压切换成阶梯状的单一脉冲信号。如此，单一脉冲信号的波形可以适宜变更。另外，如图12D所示，不仅使电压时间性增加，也可以临时使电压减少。而且，也可把电压临时地减少得比栅极阈值电压即电压V3小，于SMA临时没有电流流动。
在上述的实施方式中，检测输入操作的检测部与驱动信号输出部可以是利用微型计算机等所构成的同一构成。在上述实施方式中的驱动电路使用电容C1，但也可以是SMA等直接连接到驱动电压产生部2的无电容的电路。电容C1可以是双电层电容或二次电池等。开关元件不限定为N沟道型的MOSFET，也可以使用P沟道型的MOSFET或其他的开关元件，根据所使用的开关元件可以适宜变更电路构成等。
上述的实施方式及变形例中举例的构成、方法、工序、形状、材料及数值等归根到底不过是个例子，也可以根据必要使用相异的构成、方法、工序、形状、材料及数值等。而且，实施方式及变形例中的构成、方法、工序、形状、材料及数值等，在不产生技术矛盾的范围下，可以相互地组合。
更进一步，本发明不限于装置，例如，可以作为方法、程序、记录程序的记录介质而实现。
(符号说明)
31：驱动信号输出部
100、200：致动器
SMA：形状记忆合金
MOSFET：开关元件
C1：电容

Claims (9)

1.一种冲击产生致动器，其特征在于，具备：
驱动信号输出部，该驱动信号输出部输出在单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的驱动信号；以及
形状记忆合金，该形状记忆合金在与所述驱动信号对应的期间被通电。
2.如权利要求1所述的冲击产生致动器，其特征在于，
对所述形状记忆合金直接施加所述驱动信号。
3.如权利要求1所述的冲击产生致动器，其特征在于，
所述冲击产生致动器具备与所述形状记忆合金串联连接的开关元件；
所述驱动信号输出部通过把所述驱动信号输出到所述开关元件，使在所述形状记忆合金中流动的电流产生时间性变化。
4.如权利要求3所述的冲击产生致动器，其特征在于，
所述驱动信号输出部在第一电压与比所述第一电压大的第二电压之间，使电压产生时间性变化，其中，所述第一电压是使电流在所述开关元件中流动的电压，所述第二电压是使所述开关元件开启的电压。
5.如权利要求3或4所述的冲击产生致动器，其特征在于，
所述冲击产生致动器具备：
驱动电压产生部；以及
蓄电元件，该蓄电元件利用所述驱动电压产生部所生成的驱动电压而蓄电，
在所述蓄电元件已蓄电的状态下向所述开关元件供给所述驱动信号。
6.如权利要求3至5中任一项所述的冲击产生致动器，其特征在于，
所述开关元件利用MOSFET所构成。
7.如权利要求1至6中任一项所述的冲击产生致动器，其特征在于，
所述驱动信号输出部根据规定的输入操作而输出所述驱动信号。
8.一种触摸面板，其特征在于，具备：
输入部，该输入部执行输入操作；
驱动信号输出部，该驱动信号输出部根据所述输入操作输出在单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的驱动信号；以及
形状记忆合金，该形状记忆合金在与所述驱动信号对应的期间被通电。
9.一种冲击产生致动器的驱动方法，其特征在于，具有：
输出在单一脉冲信号中使电压产生时间性变化的驱动信号的工序；以及
在与所述驱动信号对应的期间对形状记忆合金通电的工序。
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