JP2020032335A - 振動アクチュエータの駆動装置、駆動方法及び操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】初期駆動時における不要な振動や雑音を抑制可能な振動アクチュエータの駆動装置、駆動方法及び操作装置を提供する。【解決手段】振動アクチュエータの駆動装置５０は、振動制御部４０と、振動制御部４０の制御のもとで直流成分と交流成分とを含むアナログ信号を出力可能なデジタル／アナログ変換部５１と、デジタル／アナログ変換部５１から出力された前記アナログ信号の前記直流成分を遮断し、前記アナログ信号の前記交流成分を出力する直流カットフィルタ５２と、直流カットフィルタ５２から出力される前記アナログ信号の前記交流成分を増幅して振動アクチュエータ１０に出力するアンプ５３と、を備える。振動制御部４０は、初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が徐々に前記直流成分まで変化するようにデジタル／アナログ変換部５１を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、振動アクチュエータの駆動装置、駆動方法及び操作装置に関する。

近年、タッチパネルなどのユーザーインターフェースにハプティクス（触覚フィードバック）機能を付与することが行われている（例えば特許文献１参照）。ユーザーインターフェースにハプティクス機能を付与する方法としては、ユーザーインターフェースに振動アクチュエータを設置し、ユーザーの操作に伴って振動アクチュエータを駆動し、ユーザーインターフェースに振動を伝えるものが知られている（例えば特許文献２参照）。図５は、振動アクチュエータのうちリニア振動アクチュエータの一例を示すものである。リニア振動アクチュエータ１０は、厚さの薄い直方体状のケース１１内にシャフト１２が貫通した磁石１３を備える。シャフト１２の左右両端にはそれぞれバネ１４、１５が設けられており、磁石１３をシャフト１２の略中央に移動可能に保持している。ケース１１内には磁石１３と相対してコイル１６が固定されており、コイル１６に交流電流を印加することで錘となる磁石１３がシャフト１２に沿ってケース１１の長手方向に往復直線運動を行い、ケース１１を振動させる。

特開２０１５−１０３２５５号公報 特開２０１８−７９４３４号公報

しかしながら、振動アクチュエータの駆動装置、駆動方法及び操作装置においては、振動アクチュエータの駆動制御をマイクロコンピュータの１つの端子からのアナログ信号出力で行う場合に、初期駆動時に不要な振動や雑音が生じるおそれがある点で改善の余地があった。

そこで本発明の第１の目的は、上述課題に着目し、初期駆動時における不要な振動や雑音を抑制可能な振動アクチュエータの駆動装置、駆動方法及び操作装置を提供することにある。

本発明の第１の開示に係る振動アクチュエータの駆動装置は、
振動制御部（４０）と、
前記振動制御部（４０）の制御のもとで直流成分（Ｖ１）と交流成分（Ｖ２）とを含むアナログ信号を出力可能なデジタル／アナログ変換部（５１）と、
前記デジタル／アナログ変換部（５１）から出力された前記アナログ信号の前記直流成分（Ｖ１）を遮断し、前記アナログ信号の前記交流成分（Ｖ２）を出力する直流カットフィルタ（５２）と、
前記直流カットフィルタ（５２）から出力される前記アナログ信号の前記交流成分（Ｖ２）を増幅して前記振動アクチュエータ（１０）に出力するアンプ（５３）と、を備える振動アクチュエータの駆動装置であって、
前記振動制御部（４０）は、初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が徐々に前記直流成分（Ｖ１）まで変化するように前記デジタル／アナログ変換部を制御する。

また、本発明の第２の開示に係る振動アクチュエータの駆動装置は、第１の開示において、
前記振動制御部（４０）は、前記初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が直線的に前記直流成分（Ｖ１）まで変化するように前記デジタル／アナログ変換部（５１）を制御する。

また、本発明の第３の開示に係る振動アクチュエータの駆動装置は、第１の開示において、
前記振動制御部（４０）は、前記初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が曲線的に前記直流成分（Ｖ１）まで変化するように前記デジタル／アナログ変換部（５１）を制御する。

また、本発明の第４の開示に係る振動アクチュエータの駆動方法は、
振動制御部（４０）の制御のもとでデジタル／アナログ変換部（５１）から直流成分（Ｖ１）と交流成分（Ｖ２）とを含むアナログ信号を出力可能であり、
前記デジタル／アナログ変換部（５１）から出力された前記アナログ信号の前記直流成分（Ｖ１）を直流カットフィルタ（５２）で遮断し、前記アナログ信号の前記交流成分（Ｖ２）を出力し、
前記直流カットフィルタ（５２）から出力される前記アナログ信号の前記交流成分（Ｖ２）をアンプ（５３）で増幅して前記振動アクチュエータ（１０）に出力する振動アクチュエータの駆動方法であって、
前記振動制御部（４０）により、初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が徐々に前記直流成分（Ｖ１）まで変化するように前記デジタル／アナログ変換部（５１）を制御する。

また、本発明の第５の開示に係る操作装置は、
第１の開示から第３の開示のいずれかに記載の振動アクチュエータの駆動装置（５０）と、
前記振動アクチュエータ（１０）と、
操作者の操作に応じた操作信号を出力する操作部（２０）と、
所定情報を表示可能な表示部（３０）と、
前記操作部（２０）からの前記操作信号に基づいて前記表示部（３０）及び前記振動アクチュエータの駆動装置（５０）を制御し、また、操作対象機器（２００）に機器制御信号を出力する操作制御部（４０）と、
を備えてなる。

本発明の第１の開示から第５の開示によれば、初期駆動時の不要な振動や雑音を抑制することができる。

本発明の実施形態である操作装置のブロック図である。 （ａ）対策前のデジタル／アナログ変換部からの出力を示す図であり、（ｂ）対策前の直流カットフィルタからの出力を示す図である。 （ａ）第１の実施例におけるデジタル／アナログ変換部からの出力を示す図であり、（ｂ）第１の実施例における直流カットフィルタからの出力を示す図である。 （ａ）第２の実施例におけるデジタル／アナログ変換部からの出力を示す図であり、（ｂ）第２の実施例における直流カットフィルタからの出力を示す図である。 リニア振動アクチュエータの一例を示す図である。

以下、本発明の振動アクチュエータの駆動装置、駆動方法及び操作装置の実施形態として、複合機用の操作装置に適用したものを例に挙げて、図面を用いて説明する。

図１は、操作装置１００のブロック図である。図１に示すように、操作装置１００は、その機能として、リニア振動アクチュエータ１０と、操作部２０と、表示部３０と、制御部４０と、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ；Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換部５１と、直流カットフィルタ５２と、アンプ５３と、を備える。また、操作装置１００は、操作対象となる複合機（操作対象機器）２００と通信可能に有線あるいは無線接続される。また、操作装置１００のうち、制御部４０、Ｄ／Ａ変換部５１、直流カットフィルタ５２及びアンプ５３は振動アクチュエータの駆動装置５０として機能し、後で述べる振動アクチュエータの駆動方法を実行する。

リニア振動アクチュエータ１０は、図５で示すように、厚さの薄い直方体状のケース１１内にシャフト１２が貫通した磁石１３を備える。シャフト１２の左右両端にはそれぞれバネ１４、１５が設けられており、磁石１３をシャフト１２の略中央に移動可能に保持している。ケース１１内には磁石１３と相対してコイル１６が固定されており、コイル１６に交流電流を印加することで錘となる磁石１３がシャフト１２に沿ってケース１１の長手方向に往復直線運動を行い、ケース１１を振動させる。なお、本開示の振動アクチュエータとしては、リニア振動アクチュエータ１０に限定されるものではなく、例えば圧電素子を用いた圧電アクチュエータであってもよい。

操作部２０は、ユーザー（操作者）の操作位置（指やペンなどの位置）を検出する公知のタッチパネルを適宜適用でき、この場合、表示部３０の前面を覆うように配置される。操作部２０は、ユーザーの操作位置の検出結果（座標情報）を操作信号として制御部４０に送信する。操作部２０は、直接あるいは間接的にリニア振動アクチュエータ１０と接続され、リニア振動アクチュエータ１０の振動が操作部２０に伝達されることでユーザーに触覚がフィードバックされる。

表示部３０は、制御部４０の制御のもとで各種情報を表示するものであり、液晶表示パネル、有機ＥＬ表示パネル等の公知の表示器が適宜適用できる。特に、本実施形態においては、ユーザーが複合機２００を操作するための操作メニュー画像が表示される。

制御部４０は、操作部２０の検出結果（操作信号）に基づいて表示部３０及びＤ／Ａ変換部５１を制御し、また、複合機２００に所定の動作を行わせるための機器制御信号を出力するものである。より具体的には、制御部４０は、表示部３０に所定情報を表示させたり、Ｄ／Ａ変換部５１に後述するアナログ信号を出力させたりする。すなわち、制御部４０は、本開示の振動制御部及び操作制御部として機能する。制御部４０は、例えば、演算回路や記憶回路、計時回路等を有するマイクロコンピュータが適用される。また、本実施形態においては、制御部４０は、その機能としてＤ／Ａ変換部５１を備える。

Ｄ／Ａ変換部５１は、制御部４０のデジタル信号をアナログ信号に変換して出力する回路であり、本実施形態においては制御部４０に内蔵される。Ｄ／Ａ変換部５１は、例えば０〜５［Ｖ］の正のアナログ電圧をアナログ信号として出力する。なお、Ｄ／Ａ変換部５１は、制御部４０とは別体に設けてもよい。詳細は後述するが、リニア振動アクチュエータ１０を駆動させるべく、アナログ信号は、直流成分Ｖ１と交流成分Ｖ２とを含み、正弦波などの所定の波形を示す。

直流カットフィルタ５２は、Ｄ／Ａ変換部５１から出力されるアナログ信号を入力し、アナログ信号の直流成分Ｖ１を遮断し、アナログ信号の交流成分Ｖ２を出力（通過）する微分回路である。直流カットフィルタ５２は、例えばコンデンサが適用できる。

アンプ５３は、直流カットフィルタ５２から出力されるアナログ信号の交流成分Ｖ２を入力し、増幅してリニア振動アクチュエータ１０に出力する増幅回路である。

次に、図２から図４を用いて、操作装置１００（振動アクチュエータの駆動装置５０）が実行する振動アクチュエータの駆動方法について説明する。なお、以下の駆動方法では、制御部４０の１つの端子からの出力でリニア振動アクチュエータ１０の駆動制御を行うことを前提とする。

図２（ａ）は何ら対策を施さない場合のＤ／Ａ変換部５１から出力されるアナログ信号の波形を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のアナログ信号を入力した場合に直流カットフィルタ５２から出力されるアナログ信号の波形を示す。Ｄ／Ａ変換部５１から出力することができるアナログ信号は例えば０〜５［Ｖ］の正のアナログ電圧のみである。そのため、Ｄ／Ａ変換部５１は、制御部４０の制御のもと、図２（ａ）に示すように、電源オン後の初期駆動時にアナログ信号の電圧値をまず０［Ｖ］から所定の電圧値（直流成分）Ｖ１にオフセットし、その後、直流成分Ｖ１を中心とした正弦波などの所定の波形（交流成分Ｖ２）を示すようにアナログ信号を出力する。すなわち、Ｄ／Ａ変換部５１からリニア振動アクチュエータ１０を駆動させるために出力するアナログ信号は、直流成分Ｖ１と交流成分Ｖ２を含む。Ｄ／Ａ変換部５１から出力されたアナログ信号は、直流カットフィルタ５２で直流成分Ｖ１が遮断され、図２（ｂ）に示すように、交流成分Ｖ２のみが直流カットフィルタ５２から出力される。その後、この交流成分Ｖ２がアンプ５３で増幅されてリニア振動アクチュエータ１０に出力されることにより、コイル１６に交流電流が供給されて磁石１３が往復直線運動し、リニア振動アクチュエータ１０に振動を生じさせる。

しかしながら、本願発明者らは、何ら対策を施さない場合には初期駆動時にＤ／Ａ変換部５１から出力するアナログ信号を直流成分Ｖ１に変化させる際にその急峻な電圧変化によって直流カットフィルタ５２からの出力に不要波形Ｂが発生し、この不要波形Ｂに起因してリニア振動アクチュエータ１０に不要な振動が生じる問題があることを見出した。また、不要波形Ｂは周期が短く音信号としてアンプ５３で増幅され雑音を生じさせるおそれもある。これに対し、本願発明者らは鋭意検討した結果、初期駆動時にＤ／Ａ変換部５１から出力するアナログ信号の電圧値を徐々に直流成分Ｖ１まで変化させることで、不要波形Ｂによる不要な振動及び雑音の発生を抑制できることを見出し、本開示に思い至った。

（第１の実施例）
図３（ａ）は、第１の実施例に係るＤ／Ａ変換部５１から出力されるアナログ信号の波形を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のアナログ信号を入力した場合に直流カットフィルタ５２から出力されるアナログ信号の波形を示す。Ｄ／Ａ変換部５１は、制御部４０の制御のもと、図３（ａ）に示すように、電源オン後の初期駆動時にアナログ信号の電圧値をまず０［Ｖ］から直線的に直流成分Ｖ１まで変化するように徐々に変化させ、その後直流成分Ｖ１を中心とした交流成分Ｖ２を示すようにアナログ信号を出力する。Ｄ／Ａ変換部５１から出力されたアナログ信号は、直流カットフィルタ５２で直流成分Ｖ１が遮断され、図３（ｂ）に示すように、交流成分Ｖ２のみが直流カットフィルタ５２から出力される。この場合、初期駆動時にＤ／Ａ変換部５１から出力されるアナログ信号を徐々に直流成分Ｖ１まで変化させることにより、直流カットフィルタ５２からは不要波形Ｂが出力されない、あるいは、緩やかな波形となり、磁石１３を直線運動させない、あるいは、運動の速度が遅くなる。そのため、リニア振動アクチュエータ１０に不要な振動が生じることを抑制できる。また、不要波形Ｂが生じない、あるいは不要波形Ｂが生じても周期が長くなるため、雑音が生じることを抑制できる。

（第２の実施例）
図４（ａ）は、第２の実施例に係るＤ／Ａ変換部５１から出力されるアナログ信号の波形を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のアナログ信号を入力した場合に直流カットフィルタ５２から出力されるアナログ信号の波形を示す。Ｄ／Ａ変換部５１は、制御部４０の制御のもと、図４（ａ）に示すように、電源オン後の初期駆動時にアナログ信号の電圧値をまず０［Ｖ］から曲線的に直流成分Ｖ１まで変化するように徐々に変化させ、その後直流成分Ｖ１を中心とした交流成分Ｖ２を示すようにアナログ信号を出力する。Ｄ／Ａ変換部５１から出力されたアナログ信号は、直流カットフィルタ５２で直流成分Ｖ１が遮断され、図４（ｂ）に示すように、交流成分Ｖ２のみが直流カットフィルタ５２から出力される。この場合、初期駆動時にＤ／Ａ変換部５１から出力されるアナログ信号を徐々に直流成分Ｖ１まで変化させることにより、直流カットフィルタ５２からは不要波形Ｂが出力されない、あるいは緩やかな波形となり、磁石１３を直線運動させない、あるいは、運動の速度が遅くなる。そのため、リニア振動アクチュエータ１０に不要な振動が生じることを抑制できる。また、不要波形Ｂが生じない、あるいは不要波形Ｂが生じても周期が長くなるため、雑音が生じることを抑制できる。

なお、本発明の振動アクチュエータの駆動装置、駆動方法及び操作装置を上述した実施形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに変更が可能なことは勿論である。

例えば、上述の実施形態においては、制御部４０が振動制御部と操作制御部とを兼ねるものであったが、本発明の振動制御部は操作制御部とは別個に設けられてもよい。

また、本発明の操作装置の操作対象機器としては、複合機だけでなく、空気調和機や給湯機、音響機器などであってもよい。

１００ 操作装置
１０ リニア振動アクチュエータ（振動アクチュエータ）
１１ ケース
１２ シャフト
１３ 磁石
１４、１５ バネ
１６ コイル
２０ 操作部
３０ 表示部
４０ 制御部（振動制御部、操作制御部）
５０ 振動アクチュエータの駆動装置
５１ デジタル／アナログ変換部
５２ 直流カットフィルタ
５３ アンプ

Claims (5)

1. 振動制御部（４０）と、
   前記振動制御部（４０）の制御のもとで直流成分（Ｖ１）と交流成分（Ｖ２）とを含むアナログ信号を出力可能なデジタル／アナログ変換部（５１）と、
   前記デジタル／アナログ変換部（５１）から出力された前記アナログ信号の前記直流成分（Ｖ１）を遮断し、前記アナログ信号の前記交流成分（Ｖ２）を出力する直流カットフィルタ（５２）と、
   前記直流カットフィルタ（５２）から出力される前記アナログ信号の前記交流成分（Ｖ２）を増幅して振動アクチュエータ（１０）に出力するアンプ（５３）と、を備える振動アクチュエータの駆動装置であって、
   前記振動制御部（４０）は、初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が徐々に前記直流成分（Ｖ１）まで変化するように前記デジタル／アナログ変換部を制御する、
   振動アクチュエータの駆動装置。
2. 前記振動制御部（４０）は、前記初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が直線的に前記直流成分（Ｖ１）まで変化するように前記デジタル／アナログ変換部（５１）を制御する、
   請求項１に記載の振動アクチュエータの駆動装置。
3. 前記振動制御部（４０）は、前記初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が曲線的に前記直流成分（Ｖ１）まで変化するように前記デジタル／アナログ変換部（５１）を制御する、
   請求項１に記載の振動アクチュエータの駆動装置。
4. 振動制御部（４０）の制御のもとでデジタル／アナログ変換部（５１）から直流成分（Ｖ１）と交流成分（Ｖ２）とを含むアナログ信号を出力可能であり、
   前記デジタル／アナログ変換部（５１）から出力された前記アナログ信号の前記直流成分（Ｖ１）を直流カットフィルタ（５２）で遮断し、前記アナログ信号の前記交流成分（Ｖ２）を出力し、
   前記直流カットフィルタ（５２）から出力される前記アナログ信号の前記交流成分（Ｖ２）をアンプ（５３）で増幅して振動アクチュエータ（１０）に出力する振動アクチュエータの駆動方法であって、
   前記振動制御部（４０）により、初期駆動時に前記アナログ信号の電圧値が徐々に前記直流成分（Ｖ１）まで変化するように前記デジタル／アナログ変換部（５１）を制御する、
   振動アクチュエータの駆動方法。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動アクチュエータの駆動装置（５０）と、
   振動アクチュエータ（１０）と、
   操作者の操作に応じた操作信号を出力する操作部（２０）と、
   所定情報を表示可能な表示部（３０）と、
   前記操作部（２０）からの前記操作信号に基づいて前記表示部（３０）及び前記振動アクチュエータの駆動装置（５０）を制御し、また、操作対象機器（２００）に機器制御信号を出力する操作制御部（４０）と、
   を備えてなる、
   操作装置。

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