JP2020014371A - 二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な触覚フィードバックを提供できる振動器を提供する。【解決手段】支持部、フレキシブル回路基板、コイル、変位制限片、シールド、磁石、ウェイト、高振動数バネ板、フレーム、位置決め板、低振動数溶接板、高振動数溶接板、を備える二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器を提供する。この振動器は二つの振動数及び二つの振動方向を有するため、低周波数電流及び高周波数電流で混合駆動する場合、さらなる触覚フィードバック体験を提供することができる。そして高振動数と低振動数の混合比を調整することにより、多様なの触覚フィードバックを得ることができ、使用者により多くの体験を提供することができる。【選択図】図２

Description

本発明は振動器分野に関わり、特に振動子及び支持部からなる二つの固有振動数及び二つの振動方向を有するマイクロリニア振動器に関する。

触覚フィードバックに使用される従来のマイクロ振動器は、主に直流モータで駆動する偏心輪の回転より生じた振動によって実現する。しかし、直流モータはブラシを介して電流方向を変換するため、その寿命はブラシに制限され、２００時間を超えることは難しい。

また、今はマイクロブラシレスモーター振動器によって寿命の問題を解決したが、その始動時間が長く、応答速度が遅い且つフィードバック遅延の現象が存在するため、その応用が制限される。

なお、現在リニアモータの原理によって製造されたリニア振動器は通常単一の振動数を採用しているが、単一の振動数による触覚フィードバックモードは多様な触覚フィードバックの需要を満足することができない。

本発明の目的は、現有技術の欠陥を克服するために、一種の二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器を提供する。その二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器は、既存の単一の振動数しかないリニア振動器が多様な触覚フィードバックの需要を満足することができない問題を解決する。

上記の目的を実現するために、本発明が採用する技術方案は、支持部と、フレキシブル回路基板と、コイルと、変位制限片と、シールドと、磁石と、ウェイトと、高振動数バネ板と、フレームと、位置決め板と、低振動数溶接板と、高振動数溶接板とを備える二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器を提供する。

前記フレキシブル回路基板は前記支持部上に貼り付けて、前記コイルの一端は前記フレキシブル回路基板上に固定されて、前記振動器のステータを構成し、前記磁石と前記シールドが重なって前記ウェイト上に固定され、前記高振動数バネ板の一端は前記ウェイトの両側に固定され、且つ前記高振動数溶接板を介して溶接されて固定され、二つの前記高振動数バネ板は対称構造であり、前記振動器の高振動数振動子を構成し、前記高振動数振動子は、前記フレームと前記位置決め板で囲む空間内に設置され、前記高振動数バネ板の一端を介して前記位置決め板に接続して固定され、低振動数バネ板と前記低振動数溶接板が重なってレーザー溶接によって前記位置決め板及び前記フレーム上にそれぞれ固定され、上下各二つの前記低振動数バネ板と前記低振動数溶接板は上下対称構造を形成して低振動数振動子を構成し、前記高振動数振動子は前記低振動数振動子内に設置され、前記低振動数振動子は、前記変位制限片と前記支持部で囲む空間内に設置され、前記高振動数バネ板の一端を介して前記変位制限片及び前記支持部にそれぞれ接続して固定されて、二つの振動数及び二つの方向で振動可能な振動体を構成し、前記磁石は正方体であり、前記シールドは前記磁石の一面に重なって、前記磁石の他面は前記コイルと対面し、前記磁石の磁場Ｎ極とＳ極は対角線に沿って分割されて、前記コイルは前記磁石と前記支持部のエア・ギャップ磁界内に設置される。

更に、前記高振動数バネ板は前記ウェイトの両側に対称に固定され、前記低振動数バネ板は前記高振動数振動子の筐体の両側に対称に固定される。

更に、前記コイルは前記ステータ上に設置され、前記コイルの端部は前記フレキシブル回路基板上に溶接され、前記フレキシブル回路基板は電流変換回路を備え、前記電流変換回路は振動数を設定するためのパルス直流電を出力する。

更に、その特徴は、高振動数共振振動数は３００Ｈｚ〜３５０Ｈｚに設定され、低振動数共振振動数は１４０Ｈｚ〜１８０Ｈｚに設定される。

更に、前記振動器は、上部カバー及び下部カバーからなる筐体を備え、前記上部カバーと前記下部カバーが係合して構成される空間は前記振動器を収容する。

本発明の利点：本発明において、コイルはステータ上に設置されているため、電力線は固定しやすい。これによって、コイルを振動子上に設置したときに電力線が振動子の振動による疲労不良を回避することで、電力線の信頼性または振動器の寿命を向上させることができる。

共振原理に基づいて、コイル中の駆動電流の周波数と振動子の固有振動数が一致してる場合、振動器の高速起動が実現することができるため、より速い応答速度が得られて、応答遅延を低減することができる。

本発明が採用した二つの振動数及び二つの方向で振動可能な構造は、二つの固有振動数及び二つの振動方向を有し、高振動数及び低振動数の触覚フィードバックを提供することができる。高振動数と低振動数が混合駆動する場合、さらなる触覚フィードバック体験を提供することができる。高振動数と低振動数の混合比を調整することにより、多様なの触覚フィードバックを得ることができ、使用者により多くの体験を提供することができる。

本発明の実施例または現有技術の技術方案を詳細に説明するために、以下は説明用の図面を簡単に紹介する。また、後述の図面は単に本発明のいくつかの実施例であることは明らかであり、当業者にとって、創造的労働をしない前提で、これらの図面から他の図面を得ることができる。

図１は本発明の実施例に係る、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器の立体図である。 図２は本発明の実施例に係る、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器の構造概略図である。 図３は本発明の実施例に係る、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器の構造分解図である。 図４は本発明の実施例に係る、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器のステータの概略図である。 図５は本発明の実施例に係る、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器の高振動数振動子の概略図である。 図６は本発明の実施例に係る、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器の低振動数振動子の概略図である。 図７は本発明の実施例に係る、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器の振動体の概略図である。 図８は本発明の実施例に係る、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器の振動原理を示す概略図である。

当業者が本発明の形態をより理解しやすいように、以下、本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術方案を明確に説明するが、当然ながら、説明された実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本発明における実施例に基づき、当業者が創造的な労働をしない前提で得られる他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

なお、本発明の実施例による二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器において、高振動数及び低振動数は相対的なものであり、バネ板の広さ及び厚さを変更することにより、異なる振動数を得ることができる。また、高振動数バネ板と低振動数バネ板の位置を交換することにより、低振動数振動子と高振動数振動子の交換を実現することができる。説明をわかりやすくするために、以下の実施例は図２の構造に基づいて説明する。

図１〜図７を参照し、本発明の実施例が提供する二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器は、支持部１１、フレキシブル回路基板１２、コイル１３、緩衝部１４、変位制限片１５、シールド２１、磁石２２、ウェイト２３、高振動数バネ板２４、高振動数溶接板２５、フレーム３１、位置決め板３２、低振動数溶接板３３、低振動数バネ板３４、下部カバー５１及び上部カバー５２を備える。説明しやすくするために、前記構造はステータ１０、高振動数振動子２０、低振動数振動子３０及び振動体４０を備える。

図４に示されるように、フレキシブル回路基板１２は支持部１１上に貼り付けて、緩衝部１４はフレキシブル回路基板１２上に貼り付けて、コイル１３の一端はフレキシブル回路基板１２上に固定され、コイル１３の一端はフレキシブル回路基板１２上に溶接され、フレキシブル回路基板１２の内部の電力線により供電し、以上の構造により振動器のステータ１０を構成する。

図５に示されるように、磁石２２及びシールド２１は重なってウェイト２３の両端に固定され、高振動数バネ板２４はウェイト２３の側面に当接し、高振動数溶接板２５を介して係合され、レーザー溶接によって固定されることにより、ウェイト２３の両側に二つの高振動数バネ板２４をそれぞれ設置されて対称構造を形成して、高振動数振動子２０を構成する。

図６に示されるように、高振動数振動子２０の高振動数バネ板２４及び位置決め板３２は互いに嵌合し、フレーム３１は位置決め板３２に係合し、高振動数バネ板２４の下端を押して、レーザー溶接によって固定されることにより、高振動数振動子２０をその内部に囲んで固定する。低振動数バネ板３４と低振動数溶接板３３が重なってレーザー溶接によって位置決め板３２とフレーム３１上にそれぞれ固定され、上下各二つの低振動数バネ板３４及び低振動数溶接板３３は上下対称構造を形成して、低振動数振動子３０を構成する。高振動数振動子２０は低振動数振動子３０内に設置される。

図７に示されるように、低振動数振動子３０の上側の低振動数バネ板３４及び低振動数溶接板３３が重なってレーザー溶接によって変位制限片１５上に固定され、低振動数振動子３０の下側の低振動数バネ板３４及び低振動数溶接板３３は重なってレーザー溶接によってステータ１０上に固定される。上記の構造により、二つの振動数及び二つの方向で振動可能な振動体４０を構成する。

図８に示されるように、コイル１３と磁石２２は対面しており、磁石２２は正方体であり、磁場のＮ極とＳ極は対角線に沿って斜めに分割される。コイル１３は磁石２２及び支持部１１のエア・ギャップ磁界の中にあり、通電されるとき電磁力が発生し、磁石２２は磁場の分割線に垂直な電磁力Ｆを受ける。図８の座標系を参照し、電磁力Ｆは水平及び垂直の両方向に二つの成分Ｆ_Ｘ及びＦ_Ｚがそれぞれ発生する。成分Ｆ_Ｘは高振動数振動子２０の水平方向の運動を駆動し、成分Ｆ_Ｚは低振動数振動子３０の垂直方向の運動を駆動する。

低周波数電流で駆動する場合、成分Ｆ_Ｚの作用により、低振動数振動子３０が共振する。低振動数バネ板３４は運動エネルギーと弾性ポテンシャルエネルギーの同期変換を実現し、上下方向に交互に往復運動して低振動数振動を呈する。このとき、成分Ｆ_Ｘは高振動数振動子の共振点上にいないので、大きな振動を呈しない。

高周波数電流で駆動する場合、成分Ｆ_Ｘの作用により、高振動数振動子２０が共振する。高振動数バネ板２４は運動エネルギーと弾性ポテンシャルエネルギーの同期変換を実現し、上下方向に交互に往復運動して高振動数振動を呈する。このとき、成分Ｆ_Ｘは低振動数振動子の共振点にないので、明らかな振動を呈しない。

低周波数電流及び高周波数電流で混合駆動する場合、高周波数電流の成分Ｆ_Ｘは高振動数振動子２０の共振を駆動し、低周波数電流の成分Ｆ_Ｚは低振動数振動子３０の共振を駆動し、表現する振動は高振動数と低振動数の間にある。低周波数と高周波数の混合比を調整することにより、異なる振動を呈することができる。

シールド２１及び支持部１１は透磁率の高い材料からなり、磁石２２と支持部１１の間に閉合ループを形成して、磁気漏れを防止することにより、磁石２２と支持部１１の間のエア・ギャップの磁気誘導強度が向上されるため、結果的にコイル１３が通電されるときに生成した電磁力が向上されて、電気エネルギーと機械振動エネルギーの変換効率が向上される。

なお、一実施例において、緩衝部１４はフレキシブル回路基板１２上に貼り付けて、磁石２２の側面に対面し、二つの緩衝部１４は対称に使用される。緩衝部１４は、振動子が生成した振動力を緩衝し、振動力が大きすぎる状況の発生を回避して、バネ板の破損を防止することができる。

なお、フレキシブル回路基板１２に電気線路が設置され、駆動回路もその上に設置することができる。チップ、分離部品などで実現することができるが、これらに限定されない。

なお、コイル１３をフレキシブル回路基板１２上に固定する方法は、溶接、リベット止め、粘着または縛りつけであっても良い。一実施例において、コイル１３は、ＵＶ接着剤で固定される同時に、フレキシブル回路基板１２に溶接される。

一実施例において、重量の調節を容易にするため、ウェイト２３は複数の部品を重ねて構成されることができる。本実施例において、ウェイト２３の重量を設定し、高振動数振動子２０及び低振動数振動子３０の重量を調整することにより、異なる振動加速度（振動量）を得ることができる。振動子の重量が大きい場合、生成された振動力は比較的大きく、振動子の重量が軽い場合、生成された振動力は比較的小さい。これにより、振動器はより幅広い選択性が与えられ、異なる触覚フィードバック要求を満たし、使用範囲を広けることができる。

本実施例において、ほとんどの接続はレーザー溶接を採用したが、一体成型、リベット止めなどの方式も採用されてもよいが、これらに限定されない。

一実施例において、振動器は上部カバー５２と下部カバー５１からなる外筐体を更に備える。水、塵埃、衝突から振動体を保護し、且つ振動体の信頼性を向上させるように、振動体は外筐体の内部に収容されることができる。

具体的な実施工程において、コイル１３には単方向矩形波パルス直流、双方向矩形波パルス電流、または正弦波交流のいずれかを通過させることができる。ここで、コイル１３が双方向矩形波の正負のパルス電流を通過されている場合、コイル１３が単方向矩形波パルス直流の場合にはより強い振動を得ることができる。

なお、本明細書において用いられる際、「含む」、「備える」という用語、又はそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含を対象とするように意図されており、したがって、要素のリストを含む処理、方法、物品、又は装置は、それらの要素だけを含むのではなく、そのような処理、方法、物品、若しくは装置に明示的に列挙されていない又は内在しない他の要素を含むことができる。他の制限がない場合、用語「含む」が限定する要素は、前記要素の処理、方法、物品、若しくは装置の中に同じ要素を存在することを排除しない。

上記の実施例は、本発明の技術方案を説明するためにのみ使用されており、限定することを意図するものではない。本発明を上記の実施例を参照して詳細に説明したが、当業者であれば、前述の実施例で説明した技術方案を変更し、技術特徴のいくつかを等価的に置き換えることができることを理解されたい。また、これらの修正および置換は、本発明の実施例の技術方案の精神および範囲から逸脱するものではない。

１１：支持部
１２：フレキシブル回路基板
１３：コイル
１４：緩衝部
１５：変位制限片
２１：シールド
２２：磁石
２３：ウェイト
２４：高振動数バネ板
２５：高振動数溶接板
３１：フレーム
３２：位置決め板
３３：低振動数リベット板
３４：低振動数バネ板
５１：下部カバー
５２：上部カバー

Claims (5)

1. 支持部と、フレキシブル回路基板と、コイルと、変位制限片と、シールドと、磁石と、ウェイトと、高振動数バネ板と、フレームと、位置決め板と、低振動数溶接板と、高振動数溶接板とを備える二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器であって、
   前記フレキシブル回路基板は前記支持部上に貼り付けられて、前記コイルの一端は前記フレキシブル回路基板上に固定されて、前記振動器のステータを構成し、
   前記磁石と前記シールドが重なって前記ウェイト上に固定され、前記高振動数バネ板の一端は前記ウェイトの両側に固定され、且つ高振動数溶接板を介して溶接されて固定され、二つの前記高振動数バネ板は対称構造であり、前記振動器の高振動数振動子を構成し、
   前記高振動数振動子は、前記フレームと前記位置決め板で囲む空間内に設置され、前記高振動数バネ板の一端を介して前記位置決め板に接続して固定され、低振動数バネ板と前記低振動数溶接板が重なってレーザー溶接によって前記位置決め板及び前記フレーム上にそれぞれ固定され、上下各二つの前記低振動数バネ板と低振動数溶接板は上下対称構造を形成して低振動数振動子を構成し、前記高振動数振動子は前記低振動数振動子内に設置され、
   前記低振動数振動子は、前記変位制限片と前記支持部で囲む空間内に設置され、前記高振動数バネ板の一端を介して前記変位制限片及び前記支持部にそれぞれ接続して固定されて、二つの振動数及び二つの方向で振動可能な振動体を構成し、
   前記磁石は正方体であり、前記シールドは前記磁石の一面に重なって、前記磁石の他面は前記コイルと対面し、前記磁石の磁場Ｎ極とＳ極は対角線に沿って分割されて、前記コイルは前記磁石と前記支持部のエア・ギャップ磁界内に設置されることを特徴とする、二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器。
2. 前記高振動数バネ板は前記ウェイトの両側に対称に固定され、前記低振動数バネ板は前記高振動数振動子の筐体の両側に対称に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器。
3. 前記コイルは前記ステータ上に設置され、前記コイルの端部は前記フレキシブル回路基板上に溶接され、前記フレキシブル回路基板は電流変換回路を備え、前記電流変換回路は振動数を設定するためのパルス直流電を出力することを特徴とする、請求項１に記載の二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器。
4. 高振動数共振振動数は３００Ｈｚ〜３５０Ｈｚに設定され、低振動数共振振動数は１４０Ｈｚ〜１８０Ｈｚに設定されることを特徴とする、請求項１に記載の二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器。
5. 前記振動器は、上部カバー及び下部カバーからなる筐体を備え、前記上部カバーと前記下部カバーが係合して構成される空間は前記振動器を収容することを特徴とする、請求項１に記載の二つの振動数及び二つの方向で振動可能なマイクロリニア振動器。