JP2016163854A - 振動呈示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動呈示後の不要な振動を速やかに減衰させることができる振動呈示装置を提供する。【解決手段】振動を呈示する振動部である振動パネル２０と、振動発生部としてのボイスコイルモータ１００と、この振動パネル２０を支持する筐体３０と、振動パネル２０と筐体３０の間に介在し、所定の力で圧縮される支持部４０と、振動パネル２０と筐体３０の間に支持部４０と並行して介在し、振動パネル２０の振動に制動作用を付与するダンパ５０と、支持部４０とダンパ５０に所定の力を付与して、振動パネル２０と筐体３０の間に支持部４０及びダンパ５０に圧縮力を付与する加圧部としてのバネ６０と、を有し、支持部４０の自然長Ｚ２は、ダンパ５０の自然長Ｚ１よりも大きな値に設定された構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、振動呈示装置に関し、特に、ダンパを備えた振動呈示装置に関する。

従来の技術として、画像を表示する表示パネルを含み、当該表示パネル上における利用者による接触操作を受け付け、接触位置を出力するタッチパネルと、バイブレータと、画像におけるエッジを検出するエッジ検出部と、接触位置が検出されたエッジの位置と対応する位置か否かを判断し、対応する位置である場合に、バイブレータに対して振動するよう制御し、対応しない位置である場合に、バイブレータに対して振動を停止するよう制御する制御部とを備える携帯端末装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この携帯端末装置は、振動パネルであるタッチパネル上における接触位置と画像のエッジの位置とが対応する位置である場合にバイブレータが振動するので、利用者が当該画像の形状を体感することができるとされている。

特開２０１３−２０６０１９号公報

しかし、タッチパネルの振動によって生成される触覚は、タッチパネルを振動させた後に短時間で残振動が減衰する方が良い。従来の携帯端末装置は、例えば、タッチパネルが支持部によって支持されている場合、振動し易くするためには支持部が軟らかい方が良く、短時間で振動を減衰させるためには支持部が硬い方が良いので、両者がトレードオフの関係にあって両立が難しいという問題がある。

従って、本発明の目的は、振動呈示後の不要な振動を速やかに減衰させることができる振動呈示装置を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するために、振動を呈示する振動部と、前記振動部に振動を付与する振動発生部と、前記振動部を支持する筐体と、前記振動部と前記筐体の間に介在し、所定の力で圧縮される支持部と、前記振動部と前記筐体の間に前記支持部と並行して介在し、前記振動部の振動に制動作用を付与するダンパと、前記支持部と前記ダンパに所定の力を付与して、前記振動部と前記筐体の間に前記支持部及び前記ダンパに圧縮力を付与する加圧部と、を有し、前記支持部の自然長は、前記ダンパの自然長よりも大きな値に設定されていることを特徴とする振動呈示装置を提供する。

［２］前記振動発生部は、前記ダンパの自然長を超える振動を前記振動部に付与することを特徴とする上記［１］に記載の振動呈示装置であってもよい。

［３］また、前記ダンパは、前記振動部又は前記筐体の少なくともいずれか一方に固定されていないことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の振動呈示装置であってもよい。

［４］また、前記振動部にコイルが搭載され前記筐体に磁気回路が載置され、前記コイルに通電することにより前記振動部を加振することを特徴とする上記［１］から［３］のいずれか１に記載の振動呈示装置であってもよい。

本発明によれば、振動呈示後の不要な振動を速やかに減衰させることができる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る振動呈示装置の正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ方向から見た振動呈示装置の上平面図である。 図２は、振動呈示装置の組み付け工程の順にそれぞれの状態を示すもので、図２（ａ）は、バネを装着していない状態、図２（ｂ）は、バネを装着している途中の状態、図２（ｃ）は、バネを装着した組み付け完了状態を示す図である。 図３は、本実施の形態に係る振動呈示装置の制御ブロックを示すブロック図である。 図４（ａ）は、図３で示す各信号Ｖ_Ｓ、Ｖｄ、Ｖｃの信号波形、図４（ｂ）は、振動波形を示し、Ｓ_１はダンパによる制動作用がされた場合の振幅波形、Ｓ_２はダンパによる制動作用がない場合の振幅波形を示す。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る振動呈示装置の正面図である。 図６は、本発明の第３の実施の形態に係る振動呈示装置の正面図である。

（本発明の第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る振動呈示装置１０は、振動を呈示する振動部である振動パネル２０と、振動発生部としてのボイスコイルモータ１００と、この振動パネル２０を支持する筐体３０と、振動パネル２０と筐体３０の間に介在し、所定の力で圧縮される支持部４０と、振動パネル２０と筐体３０の間に支持部４０と並行して介在し、振動パネル２０の振動に制動作用を付与するダンパ５０と、支持部４０とダンパ５０に所定の力を付与して、振動パネル２０と筐体３０の間に支持部４０及びダンパ５０に圧縮力を付与する加圧部としてのバネ６０と、を有し、支持部４０の自然長Ｚ_２は、ダンパ５０の自然長Ｚ_１よりも大きな値に設定された構成とされている。

上記の構成において、ダンパ５０は、振動パネル２０又は筐体３０の少なくともいずれか一方に固定されていない構成とされているので、ダンパ５０の自然長Ｚ_１を超える振動が振動パネル２０に付与される場合には、ダンパ５０は振動減衰に対して寄与しない。すなわち、ダンパ５０の圧縮方向と伸長方向とで減衰作用が異なり、非対称な減衰特性を持つダンパ構成となっている。これにより、振動呈示装置のコストやサイズの増加を抑えながら残振動を抑制することが可能となる。

（振動パネル２０）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る振動呈示装置の正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ方向から見た振動呈示装置の上平面図である。振動パネル２０は、例えば、アルミ等の金属材料、樹脂等の種々の材料が使用できる。

振動パネル２０は、図１等に示すように、板状体であり、上面２０ａには例えばタッチセンサが装着されて、タッチ検出装置とすることができる。この振動パネル２０は、駆動源としてのボイスコイルモータ１００により駆動されることにより、振動を呈示することができる。例えば、タッチ検出装置としての振動パネル２０にタッチした場合に、振動パネル２０を例えば図１（ａ）に示すＢ方向に振動させることにより、タッチしたことを操作者に報知する。その他、種々の操作に伴って振動パネル２０を振動させることにより、触覚呈示を行なうことができる。

振動パネル２０の下面２０ｂには取付部２２が形成され、取付部２２にボイスコイルモータ１００のコイル１１０が取付固定されている。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、振動パネル２０の隅部２１には、バネ６０のフック部を係止するための係止穴２０ｃが形成されている。また、振動パネル２０の下面２０ｂは、支持部４０、ダンパ５０のそれぞれの端部が当接する面とされている。

（筐体３０）
筐体３０は、図１等に示すように、板状体であり、例えば、アルミ等の金属材料、樹脂等の種々の材料が使用できる。振動パネル２０に対応して、隅部３１には、バネ６０のフック部を係止するための係止穴３０ｂが形成されている。また、筐体３０の上部３０ａは、支持部４０、ダンパ５０のそれぞれの端部が当接する面とされている。

（支持部４０）
支持部４０は、シリコンゴム等の弾性部材で形成されている。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、支持部４０は、矩形の枠形状とされているが、これに限られない。振動パネル２０と筐体３０の間に介在して振動パネル２０を支持できる形状であればよい。図２（ａ）で示すように、支持部４０の厚さ（振動パネル２０と筐体３０の間に介在する方向の長さ）は、自然長でＺ_２である。

（ダンパ５０）
ダンパ５０は、ゴム、合成樹脂等の弾性部材で形成されている。例えば、ブチルゴム等のように、粘性及び弾性を備えて振動に対する制動作用を発揮するものであればよい。粘弾性ダンパとして市販される種々の弾性部材が使用できる。

ダンパ５０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、矩形の枠形状とされているが、これに限られない。振動パネル２０と筐体３０の間に並行して介在して振動パネル２０の振動に制動作用を付与するものであればよい。図２（ａ）で示すように、ダンパ５０の厚さ（振動パネル２０と筐体３０の間に介在する方向の長さ）は、自然長でＺ_１である。

（バネ６０）
バネ６０は、支持部４０及びダンパ５０に圧縮力を付与する加圧部として機能する。本実施の形態では、図１（ａ）等に示すように、バネ６０は引張りコイルバネを使用する。図２（ｂ）に示すように、バネ６０は、引張り力によるコイル部とその両端に形成されたフック部６０ａ、６０ｂから構成されている。このフック部６０ａ、６０ｂは、振動パネル２０の係止穴２０ｃ及び筐体３０の係止穴３０ｂにそれぞれ引っ掛けられて係止される。これにより、振動パネル２０と筐体３０との間に引張り力を発生させる。したがって、振動パネル２０と筐体３０との間に介在する支持部４０及びダンパ５０に圧縮力を付与することができる。

（ボイスコイルモータ１００）
振動発生部としてのボイスコイルモータ１００は、図１（ａ）、（ｂ）等に示すように、コイル１１０と磁気回路１２０とから構成されている。コイル１１０は、振動パネル２０側に取付固定され、磁気回路１２０は、筐体３０の上部３０ａに載置固定されている。

コイル１１０は、エナメル線等のマグネットワイヤを複数回だけコイル状に巻回させて形成したものである。コイル１１０は、通電することにより、磁気回路１２０により発生する磁界Ｈからフレミング左手の法則に従って受けるローレンツ力により駆動され、振動発生源となる。

磁気回路１２０は、ヨーク（センターヨーク１２２、中継ヨーク１２４、サイドヨーク１２６）と磁石（永久磁石）１３０とから構成される。図１（ａ）、（ｂ）等に示すように、ヨーク（センターヨーク１２２、中継ヨーク１２４、サイドヨーク１２６）は、円筒、円盤形状に形成され、例えば、軟鉄、ケイ素鋼等の軟磁性材料により形成されている。磁石（永久磁石）１３０は、サイドヨーク１２６に取り付けられ、磁石１３０とセンターヨーク１２２の間に磁界Ｈを発生させる。

コイル１１０は、磁石１３０とセンターヨーク１２２の間に配置され、コイル１１０への通電により、図１（ａ）に示すＢ方向に駆動される。コイル１１０への通電が交流的であれば、Ｂ方向に往復移動する振動となる。これにより、コイル１１０が取付固定された振動パネル２０は、Ｂ方向へ振動し、振動を呈示することができる。なお、コイル１１０と磁気回路１２０との配置関係により、図１（ａ）に示すＢ方向以外への振動呈示も可能である。

（振動呈示装置１０の組み付け）
図２は、振動呈示装置の組み付け工程の順にそれぞれの状態を示すもので、図２（ａ）は、バネを装着していない状態、図２（ｂ）は、バネを装着している途中の状態、図２（ｃ）は、バネを装着した組み付け完了状態を示す図である。

図２（ａ）に示すように、まず、ボイスコイルモータ１００を載置固定した筐体３０の上部３０ａに、支持部４０及びダンパ５０を所定の位置に配置する。この状態では、支持部４０は自然長Ｚ_２、ダンパ５０は自然長Ｚ_１である。すなわち、図２（ａ）に示す状態は、支持部４０の上端部４０ａと振動パネル２０の下面２０ｂが当接するが、支持部４０は圧縮されず、振動パネル２０の下面２０ｂと筐体３０の上部３０ａとの距離が支持部４０の自然長Ｚ_２と同じ状態を示している。

支持部４０の下端部４０ｂ、ダンパ５０の下端部５０ｂは、筐体３０の上部３０ａに接触した状態、または、接着等により固定してもよい。

この状態で、コイル１１０が取付固定された振動パネル２０を所定の位置に合わせて、支持部４０の上端部４０ａと振動パネル２０の下面２０ｂが接する状態とする。このとき、まだ、バネ６０は装着されず、また、ダンパ５０の上端部５０ａと振動パネル２０の下面２０ｂは当接していない。

図２（ｂ）に示すように、振動パネル２０の係止穴２０ｃと筐体３０の係止穴３０ｂに、バネ６０のフック部６０ａ、６０ｂをそれぞれ引っ掛けて係止する。これにより、振動パネル２０と筐体３０との間に介在する支持部４０及びダンパ５０が接触して圧縮力を受ける。

支持部４０の上端部４０ａ、ダンパ５０の上端部５０ａは、振動パネル２０の下面２０ｂに接触した状態、または、接着等により固定してもよい。ただし、ダンパ５０は振動パネル２０又は筐体３０の少なくともいずれか一方に固定されていない構成とする。すなわち、ダンパ５０の上端部５０ａが振動パネル２０の下面２０ｂに接触した状態であって接着されていない状態、又は、ダンパ５０の下端部５０ｂが筐体３０の上部３０ａに接触した状態であって接着されていない状態となるように構成とする。これにより、振動パネル２０の振幅がダンパ５０の自然長Ｚ_１を超える領域でダンパ機能が作用しないので、本来の振動呈示のための加振作用を阻害することの少ない振動呈示装置が可能となる。

図２（ｂ）に示す状態は、ダンパ５０の上端部５０ａと振動パネル２０の下面２０ｂが当接するが、支持部４０のみが圧縮されて、振動パネル２０の下面２０ｂと筐体３０の上部３０ａとの距離がダンパ５０の自然長Ｚ_１と同じ状態を示している。

図２（ｃ）に示す状態は、支持部４０及びダンパ５０が圧縮されて、振動パネル２０の下面２０ｂと筐体３０の上部３０ａとの距離が所定の距離Ｚ_０になった組み付け完了の状態を示している。

振動呈示装置１０は、上記示した組み付け完了の状態で、コイル１１０に通電されることによりボイスコイルモータ１００で加振される。

（振動呈示装置１０の振動呈示動作）
図３は、本実施の形態に係る振動呈示装置の制御ブロックを示すブロック図である。また、図４（ａ）は、図３で示す各信号Ｖ_Ｓ、Ｖｄ、Ｖｃの信号波形、図４（ｂ）は、振動波形を示し、Ｓ_１はダンパによる制動作用がされた場合の振幅波形、Ｓ_２はダンパによる制動作用がない場合の振幅波形を示す。

図３に示すように、振動オン信号Ｖ_Ｓが制御部２００に入力され、駆動信号Ｖｄ（例えば、パルス信号等の交流信号）がドライブ回路２１０に出力される。ドライブ回路２１０により電流増幅されたコイル駆動信号Ｖｃによりコイル１１０に通電される。磁石１３０とセンターヨーク１２２の間に発生している磁界Ｈとコイル電流とにより、コイル１１０にはローレンツ力が発生する。

図４（ａ）に示すように、コイル１１０がパルス駆動されると図１（ａ）に示すＢ方向へ振動し、振動部としての振動パネル２０が振動する。時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４までのパルス駆動により、振動パネル２０が振動し、図４（ｂ）に示すような振動波形となる。

図４（ｂ）において、振動波形Ｓ_２はダンパによる制動作用がない場合の振幅波形である。本実施の形態は、ダンパ５０を備えているので、ダンパによる制動作用がされた振幅波形となる。すなわち、時間ｔ４の加振終了後において、振動波形Ｓ_１のように残振動が早く減衰する。振動呈示後の残振動が速やかに減衰することにより、触覚呈示の感触を向上させることができる。

また、図４（ｂ）において、圧縮されて距離Ｚ_０になっている支持部４０がダンパ５０の自然長Ｚ_１に伸長するまでの領域Ａ_１、及び、支持部４０、ダンパ５０が圧縮される方向の全領域Ｄａはダンパ有効範囲である。

一方、ダンパ５０の自然長Ｚ_１を超えて伸長する領域Ａ_２は、ダンパ５０が伸長する方向にはダンパが作用せず、ダンパ５０が圧縮される方向にはダンパが作用する。すなわち、ダンパ５０の圧縮方向と伸長方向とで減衰作用が異なり、非対称な減衰特性を持つダンパ構成となっている。

（本発明の第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る振動呈示装置の正面図である。第２の実施の形態は、第１の実施の形態で使用した引張りコイルバネを圧縮コイルバネとした。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、以下において異なる構成の部分について説明する。

（バネ６５）
バネ６５は、支持部４０及びダンパ５０に圧縮力を付与する加圧部として機能する。本実施の形態では、図５に示すように、バネ６５は圧縮コイルバネを使用する。図５に示すように、バネ６５は、圧縮コイル部で構成されている。この圧縮コイル部は、上端部６５ａが筐体３０の隅部３６に当接し、下端部６５ｂが振動パネル２０の隅部２６に、圧縮状態で当接する。これにより、振動パネル２０と筐体３０との間に介在する支持部４０及びダンパ５０に圧縮力を付与する。

（本発明の第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る振動呈示装置の正面図である。第３の実施の形態は、第１の実施の形態で使用した振動発生部としてのボイスコイルモータ１００の代わりに、圧電アクチュエータ１５０を使用する。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、以下において異なる構成の部分について説明する。

圧電アクチュエータ１５０は、例えば、板と、圧電素子と、を備えたモルフ型の圧電素子であり、振動パネル２０の下面２０ｂに貼付け固定されている。このモルフ型圧電素子は、層状又は板状の圧電素子が屈曲する構造の圧電素子である。板は、例えば、導電性を有するアルミニウム、ニッケル、銅、鉄等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。

圧電素子の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ乳酸等が用いられる。この圧電素子は、例えば、金属板の片面に、上記の材料を用いて形成された膜が形成される単層ユニモルフ型、上記の材料を用いて形成された膜を積層して形成された積層ユニモルフ型の圧電素子である。

圧電アクチュエータ１５０は、電圧をかけることにより引張又は圧縮による変形を生じるので、図４で示したようなパルス駆動をすることにより、振動させることができ、振動パネル２０の振動呈示が可能となる。

（本発明の実施の形態の効果）
上記のような構成により、次のような効果を有する。
（１）第１の実施の形態では、ダンパ５０を備えている。このダンパの減衰特性は、ダンパ５０の圧縮方向と伸長方向とで減衰作用が異なり、非対称な減衰特性を持つダンパ構成となっている。したがって、図４（ｂ）で示すような大きな振動領域（領域Ａ_２）では、加振動作において、加振作用が阻害されにくい。一方、図４（ｂ）で示すような小さな振動領域（領域Ａ_１）では、全領域でダンパによる制動作用が働くので、加振終了後において、残振動が早く減衰する。すなわち、振動呈示後の残振動が速やかに減衰することにより、触覚呈示の感触を向上させることができる。
（２）第２の実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加えて、圧縮コイルバネを使用するので、組み付け工程において、フック部の引っ掛け工程が発生せず、組み付け効率が向上する効果がある。
（３）第３の実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加えて、圧電アクチュエータ１５０を振動パネル２０の下面２０ｂに貼付け固定することにより振動発生源とすることができる。これにより、構成の簡素化ができ、また、装置の薄型化が可能となる効果を有する。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…振動呈示装置
２０…振動パネル
２０ａ…上面
２０ｂ…下面
２０ｃ…係止穴
２１…隅部
２２…取付部
２６…隅部
３０…筐体
３０ａ…上部
３０ｂ…係止穴
３１…隅部
３６…隅部
４０…支持部
４０ａ…上端部
４０ｂ…下端部
５０…ダンパ
５０ａ…上端部
５０ｂ…下端部
６０…バネ
６０ａ…フック部
６５…バネ
６５ａ…上端部
６５ｂ…下端部
１００…ボイスコイルモータ
１１０…コイル
１２０…磁気回路
１２２…センターヨーク
１２４…中継ヨーク
１２６…サイドヨーク
１３０…磁石
１５０…圧電アクチュエータ
２００…制御部
２１０…ドライブ回路

Claims (4)

1. 振動を呈示する振動部と、
   前記振動部に振動を付与する振動発生部と、
   前記振動部を支持する筐体と、
   前記振動部と前記筐体の間に介在し、所定の力で圧縮される支持部と、
   前記振動部と前記筐体の間に前記支持部と並行して介在し、前記振動部の振動に制動作用を付与するダンパと、
   前記支持部と前記ダンパに所定の力を付与して、前記振動部と前記筐体の間に前記支持部及び前記ダンパに圧縮力を付与する加圧部と、を有し、
   前記支持部の自然長は、前記ダンパの自然長よりも大きな値に設定されていることを特徴とする振動呈示装置。
2. 前記振動発生部は、前記ダンパの自然長を超える振動を前記振動部に付与することを特徴とする請求項１に記載の振動呈示装置。
3. 前記ダンパは、前記振動部又は前記筐体の少なくともいずれか一方に固定されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動呈示装置。
4. 前記振動部にコイルが搭載され前記筐体に磁気回路が載置され、前記コイルに通電することにより前記振動部を加振することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動呈示装置。

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