DE112020006355T5

DE112020006355T5 - Taktiles gefühl vermittelnde vorrichtung

Info

Publication number: DE112020006355T5
Application number: DE112020006355.0T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Wakuda
Original assignee: Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2022-10-20
Also published as: KR20220100979A; JP7300524B2; WO2021131580A1; US11861067B2; JPWO2021131580A1; US20220300077A1; CN114746832A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung bereit, die die Übertragung von Schwingung auf das Basisteil reduziert. Die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung weist Folgendes auf: einen Schwingungskörper; ein Schwingungszielobjekt, das mit dem Schwingungskörper elastisch verbunden ist und in Übereinstimmung mit Schwingung des Schwingungskörpers in Schwingung versetzt wird; und ein Basisteil, das mit dem Schwingungszielobjekt elastisch verbunden ist, wobei die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung einem lebenden Körper ein taktiles Gefühl auf der Basis von Schwingung des Schwingungszielobjekts vermittelt, wobei das Basisteil von dem Schwingungskörper beabstandet ist und wobei eine Resonanzfrequenz eines ersten Schwingungssystems, das das Basisteil und das Schwingungszielobjekt beinhaltet, 2/3 oder weniger einer Resonanzfrequenz eines zweiten Schwingungssystems beträgt, das das Schwingungszielobjekt und den Schwingungskörper beinhaltet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung.
2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Im Stand der Technik gibt es eine elektronische Vorrichtung, bei der ein Schwingungselement an einem Berührungsfeld angebracht ist und das Berührungsfeld und das Gehäuse mit doppelseitigem Klebeband aneinander befestigt sind (siehe z.B. Patentdokument 1).
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentliteratur]
[Patentdokument 1] Internationale Veröffentlichung Nr. 2014/207855
Bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen elektronischen Vorrichtung sind das Berührungsfeld mit dem daran angebrachten Schwingungselement und das Gehäuse mit Hilfe von doppelseitigem Klebeband miteinander verbunden, so dass die Schwingung des Schwingungselements leicht auf das Basisteil, wie das Gehäuse, übertragen wird.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung bereitzustellen, die die Übertragung von Schwingung auf das Basisteil reduziert.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Schwingungskörper; ein Schwingungszielobjekt, das mit dem Schwingungskörper elastisch verbunden ist und in Übereinstimmung mit Schwingung des Schwingungskörpers in Schwingung versetzt wird; und ein Basisteil, das mit dem Schwingungszielobjekt elastisch verbunden ist, wobei die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung einem lebenden Körper bzw. Lebewesen ein taktiles Gefühl auf der Basis von Schwingung des Schwingungszielobjekts vermittelt, wobei das Basisteil von dem Schwingungskörper beabstandet ist und wobei eine Resonanzfrequenz eines ersten Schwingungssystems, das das Basisteil und das Schwingungszielobjekt beinhaltet, 2/3 oder weniger einer Resonanzfrequenz eines zweiten Schwingungssystems beträgt, das das Schwingungszielobjekt und den Schwingungskörper beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung bereitzustellen, die die Übertragung von Schwingung auf das Basisteil reduziert.
Figurenliste
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Perspektivansicht, die eine ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A in 1;
3 eine Explosionsdarstellung der ein taktiles Gefühl vermittelnden Vorrichtung 100;
4 eine Darstellung, die eine Basis 110 und Spaltsensoren 120 veranschaulicht;
5 eine Darstellung, die einen Aktuator 130 und ein bewegliches Teil 140 veranschaulicht;
6 eine Explosionsdarstellung, die den Aktuator 130 veranschaulicht;
7 eine Darstellung, die den Aufbau der ein taktiles Gefühl vermittelnden Vorrichtung 100 schematisch veranschaulicht;
8A ein Diagramm, das die jeweiligen Beziehungen zwischen der Schwingungsfrequenz und der Beschleunigung bei dem Schwingungszielobjekt und dem Basisteil veranschaulicht;
8B ein Diagramm, das die jeweiligen Beziehungen zwischen der Schwingungsfrequenz und der Beschleunigung bei dem Schwingungszielobjekt und dem Basisteil veranschaulicht;
9 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Schwingungsfrequenz und der Beschleunigung des Schwingungszielobjekts veranschaulicht, wenn die Masse des Schwingungskörpers geändert wird;
10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Schwingungsfrequenz und der Beschleunigung des Basisteils veranschaulicht, wenn die Masse des Schwingungskörpers geändert wird;
11A ein Diagramm, das die jeweiligen Schwingungsfrequenz/-Beschleunigungs-Kennlinien bei dem Schwingungszielobjekt und dem Basisteil veranschaulicht;
11B ist ein Diagramm, das die jeweiligen Schwingungsfrequenz-/Beschleunigungs-Kennlinien bei dem Schwingungszielobjekt und dem Basisteil veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
<Ausführungsform>
1 zeigt eine Perspektivansicht, die eine ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. 2 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A in 1. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung der ein taktiles Gefühl vermittelnden Vorrichtung 100.
In der nachfolgenden Beschreibung wird ein XYZ-Koordinatensystem definiert. Der Einfachheit halber bezieht sich „Draufsicht“ in der nachfolgenden Beschreibung auf die „XY-Ebenenansicht“, und während sich die negative Z-Achsenrichtung auf die untere Seite oder unten und die positive Z-Achsenrichtung auf die obere Seite oder oben bezieht, stellen diese nicht die Beziehung dar, die allgemein als „oben“ und „unten“ angesehen wird.
Die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 umfasst eine Basis 110, Spaltsensoren 120, einen Aktuator 130, ein bewegliches Teil 140, einen elektrostatischen Sensor 150, ein Bedienfeld 160, eine Einfassung bzw. Blende 170 und Schrauben 175.
In der nachfolgenden Beschreibung wird auch auf die 4 bis 6, zusätzlich zu den 1 bis 3, Bezug genommen. 4 zeigt eine Darstellung, die die Basis 110 und die Spaltsensoren 120 veranschaulicht. 5 zeigt eine Darstellung, die den Aktuator 130 und das bewegliche Teil 140 veranschaulicht. 6 zeigt eine Explosionszeichnung, die den Aktuator 130 veranschaulicht.
Die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 weist ferner Gummielemente 180S, 180L und 180U auf, bei denen es sich um elastische Körper handelt (siehe 4 und 5).
Hierbei sind die Basis 110 und die Blende 170 Beispiele für das Basisteil, das an einem externen Objekt anzubringen ist, um die Grundlage für die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 zu schaffen. Der Magnet 134 und der Halter 135 des Aktuators 130 sind Beispiele für den Schwingungskörper (siehe 6). Andere Teile des Aktuators 130 als der Magnet 134 und der Halter 135 (ein oberes Joch 131, ein unteres Joch 132, Antriebsspulen 133, Federn 136, Schrauben 137 und Unterlegscheiben 137A (siehe 6)), ein bewegliches Teil 140, der elektrostatische Sensor 150 und das Bedienfeld 160 stellen Beispiele des Schwingungszielobjekts dar.
Die Schwingungsanordnung, die das Basisteil und das Schwingungszielobjekt beinhaltet, wird im Folgenden als „erstes Schwingungssystem“ bezeichnet. Dieses Schwingungssystem, bestehend aus Beispielen des Basisteils (der Basis 110 und der Blende 170), Beispielen des Schwingungszielobjekts (dem oberen Joch 131, dem unteren Joch 132, den Antriebsspulen 133, den Federn 136, den Schrauben 137 und den Unterlegscheiben 137A des Aktuators 130, dem beweglichen Teil 140, dem elektrostatischen Sensor 150 und dem Bedienfeld 160) und Beispielen der elastischen Körper (den Gummielementen 180S, 180L und 180U), die die Basisteile und die Schwingungszielobjekte elastisch verbinden, ist ein Beispiel für das erste Schwingungssystem.
Außerdem wird die Schwingungsanordnung, die den Schwingungskörper und das Schwingungszielobjekt umfasst, im Folgenden als „zweites Schwingungssystem“ bezeichnet. Das Schwingungssystem, das aus Beispielen des Schwingungskörpers (dem Magneten 134 und dem Halter 135 des Aktuators 130) und Beispielen des Schwingungszielobjekts (dem oberen Joch 131, dem unteren Joch 132, den Antriebsspulen 133, den Federn 136, den Schrauben 137 und den Unterlegscheiben 137A des Aktuators 130, dem beweglichen Teil 140, dem elektrostatischen Sensor 150 und dem Bedienfeld 160) besteht, ist ein Beispiel für das zweite Schwingungssystem. Mit anderen Worten stellen der Aktuator 130, das bewegliche Teil 140, der elektrostatische Sensor 150 und das Bedienfeld 160 ein Beispiel des zweiten Schwingungssystems dar.
Die Basis 110 ist z.B. aus Kunstharzmaterial gebildet. Die Basis 110 ist in der Draufsicht ein rechteckiges Element, und es ist ein von der Oberseite zur unteren Oberfläche vertieft ausgebildeter Aufnahmebereich 110A ausgebildet. Die Basis 110 besitzt außerdem eine Bodenplatte 111, Seitenwände 112, Führungen 113, Stufenbereiche 114 und vorstehende Bereiche 115.
Der Aufnahmebereich 110A ist ein Raum, der von der Bodenplatte 111 und den Seitenwänden 112 der Basis 110 umgeben ist und im Wesentlichen die Form eines rechteckigen Quaders hat. In dem Aufnahmebereich 110A sind die Spaltsensoren 120, der Aktuator 130 und ein unterer Teil des beweglichen Teils 140 aufgenommen. Davon sind die Spaltsensoren 120 auf der oberen Oberfläche der Bodenplatte 111 angeordnet.
Die Bodenplatte 111 ist in der Draufsicht ein rechteckiger, plattenförmiger Bereich und besitzt einen Öffnungsbereich 111A, der in der Mitte vorgesehen ist, Öffnungsbereiche 111B, die an beiden Endbereichen in der X-Richtung vorgesehen sind, und Öffnungsbereiche 111 C, die an beiden Endbereichen in der Y-Richtung vorgesehen sind. Ein unterer Endbereich des Aktuators 130 ist in den Öffnungsbereich 111A eingesetzt. Das Aktuator 130 und die Bodenplatte 111 berühren sich nicht, und zwischen diesen ist ein Spalt gebildet.
Die unteren Enden der Führungen 145 des beweglichen Teils 140 sind in die Öffnungsbereiche 111B eingesetzt. In den Öffnungsbereichen 111B sind die Führungen 145 nicht in Kontakt mit der Bodenplatte 111, wobei zwischen diesen ein Spalt gebildet ist.
Bei den Seitenwänden 112 handelt es sich um Wandteile, die in der Draufsicht rechteckig und ringförmig sind und sich von den vier Seiten der Bodenplatte 111 nach oben erstrecken. Die Führungen 113 sind an den Innenseiten der Seitenwände 112 vorgesehen, die sich auf beiden Seiten in ±X-Richtung in der Y-Richtung erstrecken. Außerdem sind in den Grenzbereichen zwischen den Innenseiten der Seitenwände 112 und der Bodenplatte 111 die Stufenbereiche 114 vorgesehen, deren obere Oberflächen sich über der Bodenplatte 111 und unterhalb der oberen Oberflächen 112A der Seitenwände 112 befinden. Außerdem sind an den oberen Oberflächen 112A der Seitenwände 112 die vorstehenden Bereiche 115 vorgesehen, die von den oberen Oberflächen 112A nach oben hervorstehen.
Wenn die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 montiert ist, sind die Führungen 113 in die Nuten 145A der Führungen 145 des beweglichen Teils 140 eingesetzt, und die unteren Enden der Führungen 145 sind in die Öffnungsbereiche 111B eingesetzt. Die Führungen 113 sind für die Ausrichtung der Basis 110 und des beweglichen Teils 140 vorgesehen. Im montierten Zustand der ein taktiles Gefühl vermittelnden Vorrichtung 100 stoßen die Führungen 113 der Basis 110 und die Führungen 145 des beweglichen Teils 140 nicht aneinander an, sondern haben einen Spalt dazwischen gebildet.
Die Stufenbereiche 114 sind in der Draufsicht mit einer rechteckigen und ringförmigen Form in den Grenzbereichen zwischen der Bodenplatte 111 und den Seitenwänden 112 in dem Aufnahmebereich 110A vorgesehen. Die Gummielemente 180L sind an den oberen Oberflächen der Stufenbereiche 114 vorgesehen (siehe 4 und 5). Die Gummielemente 180L sind kleine rechteckig-quaderförmige Elemente aus Gummi, die jeweils aus einem Stück elastischem Gummi bestehen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Gummielemente 180L keineswegs darauf beschränkt sind, Gummistücke zu sein, sondern sie können auch derart ausgebildet sein, dass sie z.B. Federn beinhalten. Da es jedoch nicht wünschenswert ist, dass die Gummielemente 180L selbst Schall erzeugen, ist es stärker bevorzugt, die Gummielemente 180L mit Gummi oder ähnlichem zu bilden, als sie mit Metallfedern und dergleichen auszubilden.
4 und 5 zeigen beispielsweise acht Gummielemente 180L. Zwei Gummielemente 180L sind in jedem Abschnitt vorgesehen, der einer jeweiligen Seite der Stufenbereiche 114 entspricht, die rechteckig und ringförmig sind. Es sei erwähnt, dass in 3 die Gummielemente 180L weggelassen sind.
Bei der Montage der ein taktiles Gefühl vermittelnden Vorrichtung 100 werden die Gummielemente 180L zwischen den oberen Oberflächen der Stufenbereiche 114 und der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 elastisch verformt, und sie stützen das bewegliche Teil 140 elastisch gegenüber der Basis 110 ab.
Außerdem sind in der Draufsicht die Gummielemente 180U über den gleichen Stellen vorgesehen an denen auch die Gummielemente 180L vorgesehen sind (siehe 4 und 5). Die Gummielemente 180U sind kleine rechteckig-quaderförmige Elemente aus Gummi, die jeweils aus einem Stück elastischem Gummi bestehen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Gummielemente 180U keineswegs auf Gummistücke beschränkt sind, sondern sie können derart ausgebildet sein, dass sie Federn oder dergleichen beinhalten. Da es jedoch nicht wünschenswert ist, dass die Gummielemente 180U selbst Schall erzeugen, ist es stärker bevorzugt, die Gummielemente 180U mit Gummi oder dergleichen zu bilden als diese mit Metallfedern oder dergleichen zu bilden. 4 zeigt die Positionen von acht Gummielementen 180U in einem Zustand, in dem die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 zusammengebaut ist.
Wenn die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 zusammengebaut ist, sind die Gummielemente 180U elastisch verformt zwischen der oberen Oberfläche des beweglichen Teils 140 und einer versetzten Fläche 172 der Blende 170 angeordnet, wobei sie eine elastische Abstützung zwischen der Blende 170 und dem beweglichen Teil 140 schaffen. In 4 sind die Blende 170 und das bewegliche Teil 140 nicht dargestellt, so dass die Gummielemente 180U in der Luft zu schweben scheinen.
Bei den vorstehenden Bereichen 115 handelt es sich um wandartige Bereiche, die von den oberen Oberflächen 112A der Seitenwände 112 nach oben ragen und in der Draufsicht in einer rechteckigen und ringförmigen Form auf den oberen Oberflächen 112A angeordnet sind. Die vorstehenden Bereiche 115 sind in der Draufsicht in der Breite dünner als die Seitenwände 112 und befinden sich an den Innenseiten der oberen Oberflächen 112A (auf der dem Aufnahmebereich 110A zugewandten Seite der oberen Oberflächen 112A).
Die Gummielemente 180S sind an den inneren Oberflächen der vorstehenden Bereiche 115 vorgesehen, die sich auf beiden Seiten in ±X-Richtung in der Y-Richtung erstrecken (siehe 2, 4 und 5). Die Gummielemente 180S sind kleine rechteckig-quaderförmige Elemente aus Gummi, die jeweils aus einem Stück elastischem Gummi bestehen. Es sei erwähnt, dass die Gummielemente 180S keineswegs darauf beschränkt sind, Gummistücke zu sein, sondern sie können z.B. auch derart ausgebildet sein, dass sie Federn beinhalten. Da es jedoch nicht wünschenswert ist, dass die Gummielemente 180S selbst Schall erzeugen, ist es vorzuziehen, die Gummielemente 180S mit Gummi oder dergleichen zu bilden, als diese mit Metallfedern oder dergleichen auszubilden. In 4 und 5 sind beispielsweise vier Gummielemente 180S an der inneren Oberfläche jedes vorstehenden Bereichs 115 vorgesehen, die sich auf beiden Seiten in ±X-Richtung in der Y-Richtung erstrecken. Es sei erwähnt, dass in 3 die Gummielemente 180S weggelassen sind.
Wenn die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 zusammengebaut ist, sind die Gummielemente 180S elastisch verformt zwischen den inneren Oberflächen der vorstehenden Bereiche 115, die sich auf beiden Seiten in ±X-Richtung in der Y-Richtung erstrecken, und den Seitenflächen des beweglichen Teils 140 angeordnet, die sich auf beiden Seiten in ±X-Richtung in der Y-Richtung erstrecken, wobei sie das bewegliche Teil 140 elastisch gegenüber der Basis 110 abstützen. Die Gummielemente 180S sind in der X-Richtung in dem Spalt zwischen der Basis 110 und dem beweglichen Teil 140 vorgesehen, so dass sie das bewegliche Teil 140 gegenüber der Basis 110 derart abstützen, dass das bewegliche Teil 140 in den ±X-Richtungen schwingen kann.
Die Spaltsensoren 120 sind Beispiele für Erfassungsteile, die Druck auf das Bedienfeld 160 in der -Z-Richtung erfassen. Die Spaltsensoren 120 erfassen den Spalt gegenüber der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 in der Z-Richtung. Jeder Spaltsensor 120 ist beispielsweise ein optischer Sensor mit einer eingebauten Lichtquelle und einem Lichtempfangselement, wobei der Spaltsensor das reflektierte Licht von auf die untere Oberfläche des beweglichen Teils 140 abgestrahltem Licht empfängt und die Positionsänderung des beweglichen Teils 140 in der -Z-Richtung auf der Basis der Positionsänderung des Brennpunkts des reflektierten Lichts in dem Lichtempfangselement erfasst. Wenn das bewegliche Teil 140 seine Position in der -Z-Richtung ändert, ändern der elektrostatische Sensor 150 und das Bedienfeld 160 ebenfalls ihre Position in der -Z-Richtung, so dass ein Drücken auf den elektrostatischen Sensor 150 und das Bedienfeld 160 in der -Z-Richtung durch Erfassen der Positionsänderung der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 in der -Z-Richtung detektiert bzw. erfasst werden kann. Wenn das Bedienfeld 160 in der -Z-Richtung gedrückt wird, ändert sich die Position des beweglichen Teils 140 um mehrere zehn µm in der -Z-Richtung.
Die Erfassungsteile, die das Drücken auf das Bedienfeld 160 in -Z-Richtung erfassen, sind keineswegs auf die Spaltsensoren 120 beschränkt. Bei den Erfassungsteilen kann es sich um berührungslose Positionserfassungssensoren wie z.B. elektrostatische Sensoren handeln. Bei den Erfassungsteilen kann es sich um druckempfindliche Sensoren handeln, die die auf die obere Oberfläche des Bedienfelds 160 ausgeübten Drücke erfassen.
Der Aktuator 130 ist mittels Schrauben 137 an der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 befestigt. Die untere Oberfläche des beweglichen Teils 140 ist mit einem nach oben vertieften Aussparungsbereich versehen, wobei der Aktuator 130 an dem Aussparungsbereich angebracht ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass das bewegliche Teil 140 keinen Aussparungsbereich haben muss und der Aktuator 130 an der unteren Oberfläche befestigt werden kann.
Wie in 6 dargestellt, besitzt der Aktuator 130 das obere Joch 131, das untere Joch 132, die Antriebsspulen 133, den Magneten 134, den Halter 135, die Federn 136, die Schrauben 137 und die Unterlegscheiben 137A. In 5 ist das obere Joch 131 im Inneren des Aussparungsbereichs der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 verborgen.
Das obere Joch 131 ist ein magnetischer Körper und ein plattenförmiges Joch, das an dem Aussparungsbereich in der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 anzubringen ist. In dem oberen Joch 131 sind an beiden Enden in der X-Richtung Durchgangsöffnungen 131A ausgebildet, durch die die Schrauben 137 in der Z-Richtung eingeführt werden.
Das untere Joch 132 ist ein magnetischer Körper und in der XZ-Ebenenansicht ein U-förmiges Joch. Bei dem unteren Joch 132 handelt es sich vorzugsweise um den gleichen Magnetkörper wie bei dem oberen Joch 131. Zwei Antriebsspulen 133 sind in der X-Richtung nebeneinander in dem Bereich der Bodenplatte 132A des unteren Jochs 132 befestigt. An der inneren Oberfläche jeder Seitenwand 132B des unteren Jochs 132 ist ein Stufenbereich 132B1 derart vorgesehen, dass die Dicke der Seitenwand 132 in der X-Richtung nach oben dünner wird. Die oberen Enden der Seitenwände 132B des unteren Jochs 132 sind an beiden Endseiten des oberen Jochs 131 befestigt. Auf diese Weise bilden das obere Joch 131 und das untere Joch 132 einen magnetischen Pfad, der in der XZ-Ebenenansicht wie eine geschlossene Schleife aussieht.
Außerdem ist dann, wenn die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 zusammengebaut ist, die Bodenplatte 132A des unteren Jochs 132, die sich am Boden der Komponenten des Aktuators 130 befindet, in den Öffnungsbereich 111A der Bodenplatte 111 der Basis 110 eingesetzt. In diesem Zustand ist das untere Joch 132 nicht in Kontakt mit der Basis 110. Folglich ist der Aktuator 130 von der Basis 110 beabstandet. Mit anderen Worten: Die Basis 110 ist von dem Aktuator 130 beabstandet. Auf diese Weise wird eine Struktur erreicht, bei der nur wenig Schwingung auf die Basis 110 übertragen wird, wenn der Aktuator 130 schwingt.
Die Antriebsspulen 133 sind in der XY-Ebene gewickelt und an der oberen Oberfläche der Bodenplatte 132A des unteren Jochs 132 durch Bonden, Verschrauben usw. befestigt. Wenn in der Draufsicht ein Strom im Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 angelegt wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der durch die Mitte der Antriebsspulen 133 nach unten hindurchgeht. Wenn in der Draufsicht ein Strom gegen den Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 angelegt wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der durch die Mitte der Antriebsspulen 133 nach oben hindurchgeht.
Bei dem Magneten 134 handelt es sich um einen mehrpoligen magnetisierenden Permanentmagneten mit vier Polen (einen Nordpol 134A, einen Südpol 134B, einen Nordpol 134C und einen Südpol 134D), die von der Seite der -X-Richtung zu der Seite der +X-Richtung angeordnet sind. Die Grenze zwischen dem Nordpol 134A und dem Südpol 134B ist in Bezug auf die Mitte der -X-seitigen Antriebsspule 133 in der X-Richtung zur +X-Richtung hin versetzt. Außerdem ist die Grenze zwischen dem Nordpol 134C und dem Südpol 134D in Bezug auf die Mitte der +X-seitigen Antriebsspule 133 in der X-Richtung zur -X-Richtung hin versetzt.
Bei dem Halter 135 handelt es sich um ein Element, das aus einem nicht-magnetischen Körper besteht und den Magneten 134 hält. Der Halter 135 hält den Magneten 134 und ist an den Stufenbereichen 132B1 der Seitenwände 132B des unteren Jochs 132 über die Federn 136, Verschraubung usw. befestigt.
Die Federn 136 halten den Halter 135 elastisch gegenüber dem unteren Joch 132 und können sich in der X-Richtung ausdehnen und zusammenziehen.
Die Schrauben 137 sind vorgesehen, um das obere Joch 131 an dem Aussparungsbereich in der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 und an dem Aussparungsbereich der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 über die Unterlegscheiben 137A zu befestigen.
Wenn bei einem solchen Aktuator 130 in der Draufsicht ein Strom im Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 angelegt wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der durch die Mitte der Antriebsspulen 133 nach unten hindurchgeht. Folglich werden die oberen Endseiten der Antriebsspulen 133 zu Südpolen und sie üben eine magnetische Anziehungskraft auf den Nordpol 134A und den Nordpol 134C aus, und auf den Magneten 134 wirkt eine Kraft in der +X-Richtung.
Wenn in der Draufsicht ein Strom gegen den Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 angelegt wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der durch die Mitte der Antriebsspulen 133 nach oben hindurchgeht. Folglich werden die oberen Endseiten der Antriebsspulen 133 zu Nordpolen und sie üben eine magnetische Anziehungskraft auf den Südpol 134B und den Südpol 134D aus, und auf den Magneten 134 wirkt eine Kraft in der -X-Richtung.
Durch abwechselndes Anlegen eines Stroms im Uhrzeigersinn und eines Stroms gegen den Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 in der Draufsicht ist es möglich, auf den Magneten 134 abwechselnd eine Kraft in der +X-Richtung und eine Kraft in der -X-Richtung wirken zu lassen. Außerdem ist der Magnet 134 über die Federn 136 zusammen mit dem Halter 135 an dem unteren Joch 132 angebracht, und die Federn 136 können sich in der X-Richtung ausdehnen und zusammenziehen.
Daraus folgt, dass es durch abwechselndes Anlegen eines Stroms im Uhrzeigersinn und eines Stroms gegen den Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 in der Draufsicht möglich ist, den Magneten 134 und den Halter 135 in Bezug auf das obere Joch 131 und das untere Joch 132 in der X-Richtung in Schwingung zu versetzen.
Das obere Joch 131 des Aktuators 130 ist an der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 befestigt und versetzt das bewegliche Teil 140 in Schwingung. Der elektrostatische Sensor 150 und das Bedienfeld 160 sind an der Oberseite des beweglichen Teils 140 angebracht, so dass der Aktuator 130 das Schwingungszielobjekt in Schwingung versetzt, das durch das beweglichen Teil 140, den elektrostatischen Sensor 150 und das Bedienfeld 160 gebildet ist.
Das bewegliche Teil 140 besteht z.B. aus Harzmaterial und ist ein Element, das in der Draufsicht eine rechteckige, dünne, plattenartige Form besitzt. In dem beweglichen Teil 140 ist der Aktuator 130 an der unteren Oberfläche angebracht, und der elektrostatische Sensor 150 und das Bedienfeld 160 sind an der oberen Oberfläche angeordnet, und zwar in dieser Reihenfolge.
Außerdem sind die Gummielemente 180S in komprimiertem Zustand zwischen den beiden Seitenflächen des beweglichen Teils 140 in der X-Richtung und den inneren Oberflächen der vorstehenden Bereiche 115 der Basis 110 auf beiden Seiten in der ±X-Richtung angeordnet. Was die Seitenflächen betrifft, die in der Draufsicht entlang der vier Seiten des beweglichen Teils 140 verlaufen, so sind nur die Seitenflächen auf den beiden Seiten in der ±X-Richtung ausschließlich über die Gummielemente 180S mit der Basis 110 in Kontakt.
Außerdem sind die Gummielemente 180L zwischen den Endteilen entlang der vier Seiten der unteren Oberfläche des beweglichen Teils 140 und den Stufenbereichen 114 der Basis 110 vorgesehen. Folglich ist die untere Oberfläche des beweglichen Teils 140 nur über das Gummielement 180L mit der Basis 110 in Kontakt.
Außerdem sind die Gummielemente 180U zwischen den Endteilen entlang der vier Seiten der oberen Oberfläche des beweglichen Teils 140 und der versetzten Fläche 172 der Blende 170 vorgesehen. Folglich ist die obere Oberfläche des beweglichen Teils 140 nur über das Gummielement 180U mit der Blende 170 in Kontakt.
Es sei erwähnt, dass die Führungen 113 in die Nuten 145A der Führungen 145 des beweglichen Teils 140 zur Ausrichtung mit der Basis 110 eingesetzt sind und die unteren Enden der Führungen 145 in die Öffnungsbereiche 110B der Basis 110 eingesetzt sind, jedoch die Führungen 145 und die Führungen 113 nicht miteinander in Kontakt stehen.
Folglich steht das bewegliche Teil 140 nur über die Gummielemente 180S, 180L und 180U mit der Basis 110 und der Blende 170 in Kontakt. Die Basis 110 ist also mit dem beweglichen Teil 140 elastisch verbunden.
Der elektrostatische Sensor 150 ist an der oberen Oberfläche des beweglichen Teils 140 befestigt. Die obere Oberfläche und die Seitenflächen des elektrostatischen Sensors 150 sind durch das Bedienfeld 160 bedeckt, und das Bedienfeld 160 ist durch Verschraubung oder dergleichen an dem beweglichen Teil 140 befestigt, wodurch der elektrostatische Sensor 150 an der oberen Oberfläche des beweglichen Teils 140 befestigt ist.
Ein Berührungsfeld ist ein Beispiel für den elektrostatischen Sensor 150, der erfasst, ob das Bedienfeld 160 unter Verwendung eines Betätigungsmediums betätigt wird oder nicht, und der die Position, an der die Betätigung ausgeführt wird, auf der Basis der Kapazitätsänderung erfasst. Das Betätigungsmedium ist zum Beispiel der Finger oder die Hand eines lebenden Körpers oder ein Werkzeug wie ein Stift.
Was die Bedienung des Bedienfelds 160 betrifft, so gibt es Fälle, in denen das Bedienfeld 160 durch Verwendung eines Betätigungsmediums direkt betätigt wird, sowie Fälle, in denen zusätzlich eine Abdeckung oder dergleichen auf dem Bedienfeld 160 vorgesehen ist und das Bedienfeld 160 indirekt über die Abdeckung oder dergleichen betätigt wird.
Bei dem Bedienfeld 160 handelt es sich um eine Harzplatte, die in der Draufsicht eine rechteckige Form hat und derart vorgesehen ist, dass sie die obere Oberfläche und die Seitenflächen des elektrostatischen Sensors 150 abdeckt. Der elektrostatische Sensor 150 erfasst die Betätigungen über die Bedienplatte 160. Zu diesem Zweck ist das Bedienfeld 160 nichtmetallisch und besteht beispielsweise aus Harzmaterial.
Die Blende 170 ist ein rahmenartiges Element, das in der Draufsicht rechteckig und ringförmig ist und, wie in 2 gezeigt, einen L-förmigen Querschnitt besitzt. Die Blende 170 hat eine untere Oberfläche 171 und eine versetzte Fläche 172. Die versetzte Fläche 172 ist in Bezug auf die untere Oberfläche 171 nach innen und nach oben versetzt. Die untere Oberfläche 171 und die versetzte Fläche 172 sind beide rechteckige, ringförmige Flächen, wenn man sie von der Seite der -Z-Richtung betrachtet.
Die Blende 170 ist an den oberen Oberflächen 112A der Seitenwände 112 der Basis 110 in einem Zustand befestigt, in dem die versetzte Fläche 172 über Gummielemente (nicht dargestellt) an den oberen Oberflächen 112A anliegt, wobei sie einen Abstand von dem Bedienfeld 160 einhält und das Bedienfeld 160 umgibt. Die Blende 170 ist von dem Bedienfeld 160 beabstandet und steht somit nicht mit dem Bedienfeld 160 in Kontakt. Die Blende 170 steht auch nicht mit dem beweglichen Teil 140 in Kontakt.
Die Blende 170 ist mittels der Schrauben 175 an der Basis 110 in einem Zustand befestigt, in dem die abgesetzte bzw. versetzte Fläche 172 an den oberen Oberflächen 112A der Seitenwände 112 der Basis 110 anliegt. In 3 sind beispielsweise die vier Ecken der Basis 110 und der Blende 170 mittels vier Schrauben 175 befestigt, sie können aber auch mit mehr oder weniger Schrauben 175 befestigt werden.
Diese ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 ist derart ausgebildet, dass als Bedingung (1) die Resonanzfrequenz des ersten Schwingungssystems 2/3 oder weniger der Resonanzfrequenz des zweiten Schwingungssystems beträgt. Dadurch soll die Schwingung, die auf die Basis 110 übertragen wird, wenn der Aktuator 130 schwingt bzw. vibriert, reduziert werden, während das Schwingungszielobjekt ausreichend in Schwingung versetzt werden kann.
Um diesen Effekt zu verstärken, kann auch eine Bedingung (2) dahingehend aufgestellt werden, dass die Masse des Schwingungskörpers kleiner oder gleich der Masse des Schwingungszielobjekts vorgegeben wird.
Außerdem kann eine Bedingung (3) dahingehend vorgegeben werden, dass die Resonanzfrequenz des ersten Schwingungssystems auf 50 Hz oder darüber festgelegt wird. In Anbetracht der Tatsache, dass die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 beispielsweise an einem Fahrzeug angebracht werden kann, ist es allgemein bekannt, dass ein fahrendes Fahrzeug Fahrgeräusche (Schwingung) hauptsächlich bei einer Frequenz um 50 Hz oder darunter erzeugt. Wenn also z.B. die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 an einem Fahrzeug montiert wird, indem die Basis 110 an der Mittelkonsole oder irgendwo im Fahrzeuginneren befestigt wird, wird die Resonanzfrequenz des ersten Schwingungssystems mit 50 Hz oder darüber vorgegeben, um zu verhindern, dass Fahrgeräusch übertragen und zu der Schwingung des Schwingungszielobjekts des ersten Schwingungssystems hinzu addiert wird. Mit anderen Worten, es soll verhindert werden, dass die Schwingung des ersten Schwingungssystems durch die Fahrzeugschwingung aufgrund des Fahrgeräusches beeinflusst wird.
Außerdem kann eine Bedingung (4) aufgestellt werden, dass die Resonanzfrequenz des zweiten Schwingungssystems in einem Bereich von 80 Hz oder höher bis 320 Hz oder niedriger liegt. Der Grund hierfür besteht darin, dass die menschlichen Sinnesorgane Schwingungen im Frequenzbereich von 80 Hz bis 320 Hz am besten wahrnehmen können.
Außerdem kann als Bedingung (5) festgelegt werden, dass das Schwingungszielobjekt in der X-Richtung in Schwingung versetzt wird und das erste Schwingungssystem und das zweite Schwingungssystem jeweils zu einem Schwingungssystem gemacht werden, das entlang der X-Richtung schwingt. Die X-Richtung ist ein Beispiel für eine vorbestimmte Richtung.
Es kann auch eine Bedingung (6) festgelegt werden, dass die Resonanzfrequenz des ersten Schwingungssystems mit 1/3 oder weniger der Resonanzfrequenz des zweiten Schwingungssystems vorgegeben wird. Dies ist eine Bedingung zum Vorgeben der Resonanzfrequenz des ersten Schwingungssystems in einem bevorzugteren Bereich als bei Bedingung (1). Dies ist außerdem eine Bedingung, die vorgegeben wird, um die Schwingung, die beim Schwingen des Aktuators 130 auf die Basis 110 übertragen wird, effektiver zu reduzieren, während das Schwingungszielobjekt effektiver in Schwingung versetzt werden kann.
Außerdem kann auch eine Bedingung (7) festgelegt werden, dass der Qualitätsfaktor (Q-Faktor), der durch die nachfolgende Gleichung (1) dargestellt ist, unter Verwendung der Federkonstante K und des Viskositätsverlusts C des ersten Schwingungssystems und der Masse M des Schwingungszielobjekts mit 1 oder mehr und 10 oder weniger vorgegeben wird: $Q = {(MK)}^{1 / 2} / C$
7 zeigt eine schematische Darstellung der Struktur der ein taktiles Gefühl vermittelnden Vorrichtung 100. Das erste Schwingungssystem 10 umfasst hier das Basisteil 11, das Schwingungszielobjekt 12 und den elastischen Körper 13. Das Schwingungszielobjekt 12 ist über den elastischen Körper 13 mit dem Basisteil 11 verbunden. Dieses Basisteil 11 besteht z.B. aus der Basis 110 und der Blende 170. Hier ist das Basisteil 11 als ein einzelnes plattenartiges Element dargestellt. Das Schwingungszielobjekt 12 besteht beispielsweise aus dem oberen Joch 131, dem unteren Joch 132, den Antriebsspulen 133, den Federn 136, den Schrauben 137, den Unterlegscheiben 137A, dem beweglichen Teil 140, dem elektrostatischen Sensor 150 und dem Bedienfeld 160. Dabei sind in dem Schwingungszielobjekt 12 das obere Joch 131, das untere Joch 132, die Antriebsspulen 133, die Schrauben 137 und die Unterlegscheiben 137A gemeinsam als ein rahmenartiges Element dargestellt, das in der XZ-Ebenenansicht den Öffnungsbereich 12A in der Mitte aufweist. Die Federn 136 des Schwingungszielobjekts 12 sind jeweils als ein Paar aus einer Spule und einem Dämpfer dargestellt. Außerdem sind das bewegliche Teil 140, der elektrostatische Sensor 150 und das Bedienfeld 160 des Schwingungszielobjekts 12 als ein plattenartiges Element dargestellt. Ein rahmenartiges Element mit dem oberen Joch 131, dem unteren Joch 132, den Antriebsspulen 133, den Schrauben 137 und den Unterlegscheiben 137A ist unter dem plattenartigen Element befestigt, das das bewegliche Teil 140, den elektrostatischen Sensor 150 und das Bedienfeld 160 beinhaltet. Der elastische Körper 13 stellt eine elastische Verbindung zwischen dem Basisteil 11 und dem Schwingungszielobjekt 12 her und weist zum Beispiel die Gummielemente 180S, 180L und 180U auf. Vorliegend sind die Gummielemente 180S, 180L und 180U jeweils als ein Paar aus einer Spule und einem Dämpfer dargestellt.
Außerdem umfasst das zweite Schwingungssystem 20 einen Schwingungskörper 21 und ein Schwingungszielobjekt 12. Der Schwingungskörper 21 besteht hier z.B. aus dem Magneten 134 und dem Halter 135. Dabei ist der Schwingungskörper 21 als ein einziges Element dargestellt, und der Schwingungskörper 21 ist derart dargestellt, dass er durch die Federn 136 in dem Öffnungsbereich 12A des Schwingungszielobjekts 12 gehalten ist. Das Schwingungszielobjekt 12 besteht beispielsweise aus dem oberen Joch 131, dem unteren Joch 132, den Antriebsspulen 133, den Federn 136, den Schrauben 137, den Unterlegscheiben 137A, dem beweglichen Teil 140, dem elektrostatischen Sensor 150 und dem Bedienfeld 160, und das zweite Schwingungssystem 20 besteht somit aus dem Aktuator 130, dem beweglichen Teil 140, dem elektrostatischen Sensor 150 und dem Bedienfeld 160 (siehe beispielsweise 6).
Wenn in der Draufsicht ein Strom im Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 angelegt wird, wie dies vorstehend beschrieben wurde, wirkt eine Kraft in der +X-Richtung auf den Magneten 134. Wenn in der Draufsicht ein Strom gegen den Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 angelegt wird, wie vorstehend beschrieben, wirkt eine Kraft in der -X-Richtung auf den Magneten 134. Durch abwechselndes Anlegen eines Stroms im Uhrzeigersinn und eines Stroms gegen den Uhrzeigersinn an die Antriebsspulen 133 wirken abwechselnd Kräfte in +X-Richtung und der -X-Richtung auf den Magneten 134, so dass es möglich ist, das Schwingungszielobjekt 12 in den ±X-Richtungen in Schwingung zu versetzen.
Die 8A und 8B zeigen Diagramme, die die jeweiligen Beziehungen zwischen der Schwingungsfrequenz und der Beschleunigung in dem Schwingungszielobjekt und dem Basisteil veranschaulichen. 8A veranschaulicht die Beschleunigung des Schwingungszielobjekts in Bezug auf die Schwingungsfrequenz Fa des Schwingungszielobjekts. 8B veranschaulicht die Beschleunigung des Basisteils in Bezug auf die Schwingungsfrequenz Fb des Basisteils. Die Schwingungsfrequenz Fa des Schwingungszielobjekts ist die Frequenz, mit der das Schwingungszielobjekt in der X-Richtung schwingt. Die Schwingungsfrequenz Fb des Basisteils ist die Frequenz, mit der das Basisteil in der X-Richtung schwingt.
Die in den 8A und 8B dargestellten Kennlinien werden in einer Simulation durch Einstellen der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems auf vier Resonanzfrequenzen, nämlich 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz und 150 Hz, und durch Einstellen der Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems auf 150 Hz erhalten. D.h., wenn die Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz und 150 Hz beträgt, betragen diese 1/3, 1/2, 2/3 bzw. die gesamte Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems. Die 8A und 8B veranschaulichen Simulationsergebnisse, bei denen die Masse des Schwingungskörpers 0,06 kg beträgt, die Masse des Schwingungszielobjekts 0,4 kg beträgt und die Masse des Basisteils 1 kg beträgt.
Das Vorgeben bzw. Einstellen der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems auf vorbestimmte Frequenzen, wie z.B. vier Frequenzen von 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz und 150 Hz, wird hauptsächlich durch die Einstellung der Federkonstante der elastischen Körper (z.B. die Gummielemente 180S, 180L und 180U) ermöglicht, die das Schwingungszielobjekt und das Basisteil des ersten Schwingungssystems elastisch verbinden. Da die Schwingungsrichtung des ersten Schwingungssystems die X-Achsenrichtung ist, wird die Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems hauptsächlich durch die Federkonstante der Gummielemente 180S bestimmt, die sich unter den Gummielementen 180S, 180L und 180U in der X-Richtung leicht elastisch verformen. Dies liegt daran, dass die Gummielemente 180L und 180U in Scherrichtung in Bezug auf die X-Richtung verformt werden und ihre Federkonstanten in der X-Richtung etwa 1/10 der Federkonstante des Gummielements 180S in der X-Richtung betragen. Streng genommen weisen auch das Schwingungszielobjekt und das Basisteil (z.B. das bewegliche Teil 140, der elektrostatische Sensor 150 und das Bedienfeld 160), die zu dem ersten Schwingungssystem gehören, Elastizitätsgrade auf, die jedoch im Vergleich zur Elastizität der Gummielemente 180S, 180L und 180U vernachlässigbar sind.
Außerdem wird auch die Einstellung der Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems auf eine vorbestimmte Frequenz wie 150 Hz hauptsächlich durch die Einstellung der Schwingungseigenschaften des Aktuators 130 und die Einstellung der Größe, des Elastizitätsmoduls usw. des beweglichen Teils 140, des elektrostatischen Sensors 150 und des Bedienfelds 160 ermöglicht.
Bei den in 8A dargestellten Kennlinien nimmt die Beschleunigung des Schwingungszielobjekts einen Maximalwert an, wenn die Schwingungsfrequenz Fa 40 Hz oder mehr und 65 Hz oder weniger beträgt, nimmt einen Minimalwert bei 50 Hz oder mehr und 160 Hz oder weniger an, nimmt einen zweiten Maximalwert (Peak) von etwa 30 dB bei 200 Hz oder darüber und 500 Hz oder darunter an und nimmt bei noch höheren Frequenzen allmählich ab. Wenn in Abhängigkeit von dieser Beschleunigung des Schwingungszielobjekts die Schwingungsfrequenz Fa höhere Frequenzen als der Peak bzw. Spitzenwert aufweist, wird die Abnahme im Vergleich zu dem Spitzenwert bei etwa 6 dB bis 8 dB gehalten, und die Änderungen der Beschleunigung des Schwingungszielobjekts als Reaktion auf die Änderungen der Schwingungsfrequenz Fa sind relativ unbedeutend, so dass es möglich ist, eine Ausbildung zu erzielen, bei der das Schwingungszielobjekt ausreichend und mit einer gewünschten Intensität in Schwingung versetzt werden kann. D.h., die Spanne um den Peak der Schwingungsfrequenz Fa bis zu höheren Frequenzen ist ein Frequenzband, das geeignet ist, um das Schwingungszielobjekt in Schwingung zu versetzen. Wenn die Resonanzfrequenz Fc1 von 50 Hz auf 75 Hz, 100 Hz und dann auf 150 Hz erhöht wird, verschieben sich die Frequenzen, bei denen die Schwingungsfrequenz Fa den Maximalwert, den Minimalwert und dann den Spitzenwert hat, tendenziell zu höheren Frequenzen.
Die menschlichen Sinnesorgane nehmen Schwingung im Frequenzband bzw. Frequenzbereich von 80 Hz bis 500 Hz gut wahr, und nehmen Schwingung noch besser im Frequenzbereich von 80 Hz bis 320 Hz wahr. Ein Schwingungsmuster, bei dem die Resonanzfrequenz Fc1 150 Hz beträgt, ist nicht zu bevorzugen, da der Minimalwert bei etwa 150 Hz liegt und es schwierig ist, das Schwingungszielobjekt in dem Frequenzband in Schwingung zu versetzen, das die menschlichen Sinnesorgane gut wahrnehmen. Andererseits ist ein Schwingungsmuster, bei dem mit abnehmender Resonanzfrequenz Fc1 von 100 Hz auf 75 Hz und dann auf 50 Hz der Minimalwert der Schwingungsfrequenz Fa ebenfalls in Richtung auf 80 Hz oder darunter abnimmt, vorzuziehen, da das Schwingungszielobjekt in dem Frequenzbereich, den die menschlichen Sinnesorgane gut wahrnehmen, leicht in Schwingung versetzt werden kann. Wenn die Resonanzfrequenz Fc1 kleiner wird, nimmt auch der Peak der Schwingungsfrequenz Fa im Bereich von 500 Hz oder darunter ab, so dass es möglich ist, ein breiteres Frequenzband in dem Bereich um den Peak, der sich zum in Schwingung Versetzen des Schwingungszielobjekts eignet, bis hin zu höheren Frequenzen zu nutzen. Mit anderen Worten, unter dem Gesichtspunkt, dass das Schwingungszielobjekt effektiv in Schwingung versetzt werden kann, liegt die Resonanzfrequenz Fc1 vorzugsweise bei 100 Hz oder darunter, noch bevorzugter bei 75 Hz oder darunter und noch bevorzugter bei 50 Hz oder darunter.
Ferner zeigt die Beschleunigung des Basisteils die in 8B dargestellten Kennlinien, bei denen die Beschleunigung des Basisteils einen Maximalwert annimmt, wenn die Schwingungsfrequenz Fb des Basisteils 40 Hz oder darüber und 65 Hz oder darunter beträgt, einen Minimalwert annimmt, wenn die Schwingungsfrequenz Fb bei 90 Hz oder darüber und 200 Hz oder darunter liegt, einen zweiten Maximalwert von etwa 10 dB annimmt, wenn die Schwingungsfrequenz Fb bei 200 Hz oder darüber und 500 Hz oder darunter liegt, und bei noch höheren Frequenzen allmählich abnimmt. Die Beschleunigung des Basisteils bei einer Resonanzfrequenz Fc1 von 50 Hz, 75 Hz und 100 Hz beträgt 10 dB oder weniger, wenn die Schwingungsfrequenz Fb 80 Hz oder mehr und 500 Hz oder weniger beträgt.
Damit wird deutlich, dass die Schwingungsintensität des Basisteils im Vergleich zur Schwingungsintensität des Schwingungszielobjekts im Frequenzband von 80 Hz bis 500 Hz, das die menschlichen Sinnesorgane gut wahrnehmen, um etwa 20 dB gedämpft wird. D.h., es wird deutlich, dass die Schwingung des Basisteils gedämpft wird, wenn die Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems 150 Hz beträgt und die Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems 50 Hz, 75 Hz und 100 Hz beträgt.
Wie in 8B gezeigt, hat es sich außerdem herausgestellt, dass im Frequenzband von 80 Hz bis 500 Hz, das die menschlichen Sinnesorgane gut wahrnehmen, die Schwingungsintensität des Basisteils abnimmt, wenn die Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems kleiner wird. Mit anderen Worten, unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Übertragung von Schwingung auf das Basisteil liegt die Resonanzfrequenz Fc1 vorzugsweise bei 100 Hz oder darunter, noch bevorzugter bei 75 Hz oder darunter, und noch bevorzugter bei 50 Hz oder darunter.
Aus dem Vorstehenden wird in Übereinstimmung mit der obigen Bedingung (1) deutlich, dass durch Vorgeben der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems mit 2/3 oder weniger der Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems, d.h. durch Einstellen der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems auf 100 Hz oder darunter, wenn der Aktuator 130 angetrieben wird, um den Schwingungskörper in Schwingung zu versetzen, es möglich ist, die auf das Basisteil übertragene Schwingung zu reduzieren, während das Schwingungszielobjekt ausreichend in Schwingung versetzt werden kann.
Es hat sich auch herausgestellt, dass durch Vorgeben der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems mit 1/2 oder weniger der Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems, d.h. durch Einstellen der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems auf 75 Hz oder darunter, es möglich ist, die auf das Basisteil übertragene Schwingung effektiver zu reduzieren, während das Schwingungszielobjekt effektiver in Schwingung versetzt werden kann. Darüber hinaus wird in Übereinstimmung mit der vorstehenden Bedingung (6) klar, dass es durch Vorgeben der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems mit 1/3 oder weniger der Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems, d.h. durch Einstellen der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems auf 50 Hz oder darunter, möglich ist, die auf das Basisteil übertragene Schwingung noch effektiver zu reduzieren, während das Schwingungszielobjekt effektiver in Schwingung versetzt werden kann.
Außerdem können die menschlichen Sinnesorgane Schwingung in dem Frequenzbereich von 80 Hz bis 500 Hz wahrnehmen, wobei sie Schwingung in dem Frequenzbereich von 80 Hz bis 320 Hz am besten wahrnehmen. Daraus folgt, dass die Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems nur in dem Bereich von 80 Hz oder darüber und 500 Hz oder darunter vorgegeben werden muss, wobei es jedoch gemäß der obigen Bedingung (4) vorzuziehen ist, die Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems in dem Bereich von 80 Hz oder darüber und 320 Hz oder darunter vorzugeben.
Außerdem hat die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 ein Schwingungssystem, bei dem das Schwingungszielobjekt in der X-Richtung in Schwingung versetzt wird und bei dem das erste Schwingungssystem und das zweite Schwingungssystem entlang der X-Richtung schwingen. Dies ist so, wie es vorstehend als Bedingung (5) erwähnt ist. Da der Aktuator 130 die Antriebsspulen 133 und den Magneten 134 in der in 6 gezeigten Anordnung aufweist, kann leicht eine Struktur erzielt werden, bei der das Schwingungszielobjekt in der X-Richtung in Schwingung versetzt wird und bei der das erste Schwingungssystem und das zweite Schwingungssystem entlang der X-Richtung schwingen.
9 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Schwingungsfrequenz Fa und der Beschleunigung des Schwingungszielobjekts, wenn die Masse des Schwingungskörpers geändert wird. 10 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Schwingungsfrequenz Fb und der Beschleunigung des Basisteils veranschaulicht, wenn die Masse des Schwingungskörpers geändert wird. Die in 9 und 10 dargestellten Kennlinien werden in Simulationen durch Vorgeben der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingsystems mit vier Resonanzfrequenzen, nämlich 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz und 150 Hz, und durch Vorgeben der Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingsystems mit 150 Hz erzielt.
9 und 10 zeigen jeweils fünf Simulationsergebnisse, die unter schrittweiser Erhöhung der Masse des Schwingungskörpers von 0,01 kg auf 0,05 kg, auf 0,2 kg, auf 0,8 kg und dann auf 4 kg erzielt wurden. Es sei erwähnt, dass die Masse des Basisteils mit 10 kg vorgegeben ist, und zwar unter der Annahme, dass die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 in ein Fahrzeug eingebaut wird, und dass die Masse des Schwingungszielobjekts mit 0,2 kg vorgegeben ist.
Wie in 9 dargestellt, wenn die Masse des Schwingungskörpers schrittweise von 0,01 kg auf 0,05 kg, auf 0,2 kg, auf 0,8 kg und dann auf 4 kg erhöht wird, ändert sich die Beschleunigung des Schwingungszielobjekts infolge von Änderungen der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems nur dann, wenn die Masse des Schwingungskörpers 0,2 kg beträgt, und ändert sich nur wenig, wenn die Masse des Schwingungskörpers 0,8 kg und 4 kg beträgt. Dies deutet darauf hin, dass dann, wenn die Masse des Schwingungskörpers 0,2 kg übersteigt, d.h. wenn die Masse des Schwingungskörpers die Masse des Schwingungszielobjekts übersteigt, ein Einfluss der Federkonstante der elastischen Körper (der Gummielemente 180S, 180L und 180U), die eine Verbindung zwischen dem Basisteil und dem Schwingungszielobjekt herstellen, bei der es sich um den Hauptfaktor bei der Festlegung der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems handelt, unwahrscheinlich ist.
Mit zunehmender Masse des Schwingungskörpers nimmt auch die Beschleunigung des Schwingungszielobjekts insgesamt ab, unabhängig von der Schwingungsfrequenz Fa. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die in dem Schwingungskörper gespeicherte Energie im Verhältnis zu der in dem Schwingungszielobjekt gespeicherten Energie umso größer ist, je größer die Masse des Schwingungskörpers im Verhältnis zur Masse des Schwingungszielobjekts ist.
Daher ist es unter dem Gesichtspunkt, dass das Schwingungszielobjekt effektiv schwingen kann, bevorzugt, wenn die Masse des Schwingungskörpers im Vergleich zur Masse des Schwingungszielobjekts klein ist, und es ist besonders vorteilhaft, wenn die Masse des Schwingungskörpers kleiner als oder gleich der Masse des Schwingungszielobjekts ist.
Wie in 10 gezeigt, wird bei schrittweiser Erhöhung der Masse des Schwingungskörpers von 0,01 kg auf 0,05 kg, auf 0,2 kg, auf 0,8 kg und dann auf 4 kg deutlich, dass sich in allen Fällen dieser Massen die Beschleunigung des Basisteils infolge von Änderungen der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems ändert. Auch für den Frequenzbereich von 80 Hz bis 500 Hz wird deutlich, dass die in 10 gezeigte Beschleunigung des Basisteils gegenüber der in 9 gezeigten Beschleunigung des Schwingungszielobjekts ausreichend reduziert wird. In Bezug auf die Beziehung zwischen der Schwingungsfrequenz Fb der Basis 110 und der Beschleunigung derselben wird somit deutlich, dass die Masse des Schwingungskörpers beliebig mit 0,01 kg, 0,05 kg, 0,2 kg, 0,8 kg und 4 kg vorgegeben werden kann.
Wie aus 9 und 10 deutlich wird, ist es daher gemäß Bedingung (2) bevorzugt, wenn die Masse des Schwingungskörpers kleiner als oder gleich der Masse des Schwingungszielobjekts ist.
Die 11A und 11B zeigen Diagramme, die die jeweiligen Schwingungsfrequenz-/Beschleunigungs-Kennlinien des Schwingungszielobjekts und des Basisteils veranschaulichen. Die 11A und 11B zeigen mehrere Kennlinien, die unter schrittweiser Änderung des Q-Faktors des ersten Schwingungssystems von 15 auf 10, auf 5, auf 2 und dann auf 1 erhalten werden. Auch die in den 11A und 11B gezeigten Kennlinien werden in Simulationen erhalten, indem die Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems mit 50 Hz und die Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems mit 150 Hz vorgegeben werden.
Unter Verwendung der Federkonstante K, des Viskositätsverlusts C und der Masse M des Schwingungszielobjekts in dem ersten Schwingungssystem kann der Q-Faktor des ersten Schwingungssystems durch die nachfolgende Gleichung (1) dargestellt werden: $Q = {(MK)}^{1 / 2} / C$
11A zeigt die Kennlinie der Schwingungsfrequenz Fa gegenüber der Beschleunigung des Schwingungszielobjekts. 11A verdeutlicht die Tendenz, dass bei einer schrittweisen Änderung des Q-Faktors von 15 auf 10, auf 5, auf 2 und dann auf 1 größere Q-Faktoren eine größere Beschleunigung bewirken. Es ist auch klar, dass es fast keinen Unterschied in der Beschleunigung gibt, wenn der Q-Faktor 15 und 10 beträgt. Diese Tendenzen sind besonders deutlich in dem Bereich von 80 Hz bis 500 Hz, den die menschlichen Sinnesorgane gut wahrnehmen. Daher wird deutlich, dass größere Q-Faktoren von dem Blickpunkt der Kennlinie der Schwingungsfrequenz Fa gegenüber der Beschleunigung des Schwingungszielobjekts vorzuziehen sind, dass Q-Faktoren größer als 10 keine größere Wirkung mehr haben und dass das Schwingungszielobjekt auch bei einem Q-Faktor von 1 ausreichend in Schwingung versetzt werden kann.
11B zeigt die Charakteristik bzw. Kennlinie der Schwingung Fb gegenüber der Beschleunigung des Basisteils. 11B verdeutlicht die Tendenz, dass bei einer schrittweisen Änderung des Q-Faktors von 15 auf 10, auf 5, auf 2 und dann auf 1 die Beschleunigung des Basisteils umso stärker abnimmt, je größer der Q-Faktor ist. Diese Tendenz ist besonders deutlich in dem Bereich von 80 Hz bis 500 Hz, den die menschlichen Sinnesorgane gut wahrnehmen. Es wurde jedoch festgestellt, dass in dem Frequenzbereich von 50 Hz oder darunter, der eher von Fahrgeräusch beeinträchtigt wird, ein Maximalwert zur Erzielung einer hohen Beschleunigung erreicht wird, wenn der Q-Faktor 15 beträgt. Außerdem wurde festgestellt, dass in dem Bereich von 80 Hz bis 500 Hz die Beschleunigung des in 11B gezeigten Basisteils gegenüber der Beschleunigung des in 11A gezeigten Schwingungszielobjekts ausreichend reduziert ist. Obwohl es daher bevorzugt ist, den Q-Faktor in dem Bereich von 10 oder weniger aus der Perspektive der Charakteristik der Schwingung Fb gegenüber der Beschleunigung des Basisteils groß zu machen, hat es sich dennoch herausgestellt, dass die Schwingung des Basisteils selbst dann reduziert werden kann, wenn der Q-Faktor 1 beträgt.
Wie vorstehend beschrieben und als Bedingung (7) erwähnt, machen die Ergebnisse der 11A und 11B deutlich, dass der Q-Faktor des ersten Schwingungssystems vorzugsweise 1 oder größer und 10 oder kleiner ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist es durch Vorgeben der Resonanzfrequenz Fc1 des ersten Schwingungssystems mit 2/3 oder weniger der Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems möglich, eine Struktur zu erreichen, bei der wenig Schwingung auf das Basisteil übertragen wird, während das Schwingungszielobjekt ausreichend in Schwingung versetzt werden kann.
Daher ist es möglich, eine ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung 100 bereitzustellen, die die Übertragung von Schwingung auf das Basisteil reduziert, während das Schwingungszielobjekt ausreichend in Schwingung versetzt werden kann.
Es ist darauf hinzuweisen, dass vorstehend zwar ein Beispiel für die Verwendung eines elektrostatischen Sensors 150 beschrieben wurde, es jedoch ebenso möglich ist, anstelle des elektrostatischen Sensors 150 ein Berührungsfeld zu verwenden, durch das Licht übertragen werden kann, und darüber hinaus ein Anzeigefeld auf dem Berührungsfeld vorzusehen und die auf dem Anzeigefeld angezeigten grafischen Benutzeroberflächen (GUIs) zu drücken und zu bedienen.
Auch wenn die Schwingungsfrequenz Fb und die Beschleunigung des Schwingungszielobjekts und/oder des Basisteils, wenn die Resonanzfrequenz Fc2 des zweiten Schwingungssystems mit 150 Hz vorgegeben ist, vorstehend unter Bezugnahme auf 8A bis 11B beschrieben wurden, gilt das gleiche für Fälle, in denen die Resonanzfrequenz Fc2 nicht 150 Hz beträgt.
Auch wenn vorstehend Fälle beschrieben wurden, in denen die Schwingungsrichtung des Aktuators 130 die X-Richtung ist, ist die Schwingungsrichtung des Aktuators 130 keineswegs auf die X-Richtung beschränkt. Die Schwingungsrichtung des Aktuators 130 kann zum Beispiel die Z-Richtung oder eine beliebige andere Richtung sein.
Obwohl die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung keineswegs auf die hierin speziell offenbarte Ausführungsform beschränkt, und es sind viele verschiedene Abwandlungen und Änderungen möglich, ohne dass man den Umfang der nachfolgenden Ansprüche verlässt.
Die vorliegende internationale Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-239833 , die am 27. Dezember 2019 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
Bezugszeichenliste

100: taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung
110: Basis 110
130: Aktuator
131: oberes Joch
132: unteres Joch
133: Antriebsspule
134: Magnet
135: Halter
136: Feder
137: Schraube
137A: Unterlegscheibe
140: bewegliches Teil
150: elektrostatischer Sensor
180S, 180L und 180U: Gummielement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019239833 [0103]

Claims

Taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung, aufweisend: einen Schwingungskörper; ein Schwingungszielobjekt, das mit dem Schwingungskörper elastisch verbunden ist und in Übereinstimmung mit Schwingung des Schwingungskörpers in Schwingung versetzt wird; und ein Basisteil, das mit dem Schwingungszielobjekt elastisch verbunden ist, wobei die ein taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung einem lebenden Körper ein taktiles Gefühl auf der Basis von Schwingung des Schwingungszielobjekts vermittelt, wobei das Basisteil von dem Schwingungskörper beabstandet ist, und wobei eine Resonanzfrequenz eines ersten Schwingungssystems, das das Basisteil und das Schwingungszielobjekt beinhaltet, 2/3 oder weniger einer Resonanzfrequenz eines zweiten Schwingungssystems beträgt, das das Schwingungszielobjekt und den Schwingungskörper beinhaltet.
Taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Masse des Schwingkörpers kleiner als oder gleich einer Masse des Schwingungszielobjekts ist.
Taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Resonanzfrequenz des ersten Schwingungssystems 50 Hz oder mehr beträgt.
Taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Resonanzfrequenz des zweiten Schwingungssystems 80 Hz oder mehr und 320 Hz oder weniger beträgt.
Taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schwingungszielobjekt in Richtungen in Schwingung versetzt wird, die eine vorbestimmte Richtung beinhalten, und wobei das erste Schwingungssystem und das zweite Schwingungssystem entlang der vorbestimmten Richtung schwingen.
Taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Resonanzfrequenz des ersten Schwingungssystems 1/3 oder weniger der Resonanzfrequenz des zweiten Schwingungssystems beträgt.
Taktiles Gefühl vermittelnde Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei unter Verwendung einer Federkonstante K und eines Viskositätsverlusts C in dem ersten Schwingungssystem und einer Masse M des Schwingungszielobjekts ein Q-Faktor, der durch die folgende Gleichung (1) dargestellt ist, 1 oder mehr und 10 oder weniger beträgt: $Q = {(MK)}^{1 / 2} / C$