JP2020104055A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重力による振動ロスを低減することができる駆動装置を提供する。【解決手段】固定ベース１０と、固定ベースから重力方向Ｇに抗して支持され、固定ベース１０に対して移動可能とされた可動部２０と、固定ベース１０に一端側３１ａ、３１ｂが固定され、他端側の固定部３０ｃが可動部２０に取り付けられて可動部２０を支持する弾性部材としてのばね３０と、固定ベース１０に対して可動部２０を駆動する駆動部としてのソレノイド４０と、ソレノイド４０を所定の駆動方法で駆動制御する制御部５０と、を有し、可動部２０は、重力方向Ｇを基準として、ばね３０により、所定の初期状態で支持された駆動装置１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来の技術として、固定部よりヒンジを介して互いに平行に延びる２本のアーム端部にヒンジを介して形成された可動部と、アームを介して可動部を移動させる平行ばねと、固定部に設けられたアクチュエータと、を備えた駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この駆動装置は、固定部から上方向に延びる平行ばねで可動部が支持され、可動部は伸縮可能な圧電体からなるアクチュエータにより振動制御される。

特開２００１−２２１７３３号公報

しかし、従来の駆動装置において、可動部は平行ばねで上方向に支持されており、初期状態が規定されていないため、駆動開始のときに重力に抗した駆動力が必要になり、振動ロスにより振動性能が低下する構造となる場合がある、という問題があった。

従って本発明の目的は、重力による振動ロスを低減することができる駆動装置を提供することにある。

［１］上記目的を達成するため、固定ベースと、前記固定ベースから重力方向に抗して支持され、前記固定ベースに対して移動可能とされた可動部と、前記固定ベースに一端側が固定され、他端側が前記可動部に取り付けられて前記可動部を支持する弾性部材と、前記固定ベースに対して前記可動部を駆動する駆動部と、前記駆動部を所定の駆動方法で駆動制御する制御部と、を有し、前記可動部は、前記重力方向を基準として、前記弾性部材により、所定の初期状態で支持されている、駆動装置を提供する。
［２］前記制御部は、前記可動部の駆動開始時において、前記可動部が前記重力方向に抗しない方向に駆動する前記所定の駆動方法で駆動制御する、上記［１］に記載の駆動装置であってもよい。
［３］また、前記弾性部材は、板ばねであって、前記所定の初期状態となるように前記重力方向に対して一定の方向に傾斜して前記可動部を支持する、上記［１］又は［２］に記載の駆動装置であってもよい。

本発明の駆動装置によれば、重力による振動ロスを低減することができる。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る駆動装置の構成を示す概略図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）をＡ方向から見た側面図であり、図１（ｃ）は、弾性部材としてのばねを示す正面図であり、図１（ｄ）は、駆動部としてのソレノイドを図１（ａ）のＢ方向から見た部分図である。 図２は、駆動部の他の実施例として示すモータ駆動機構を示す、図１（ａ）相当の概略図である。 図３は、駆動部の他の実施例として示すピエゾ駆動機構を示す、図１（ａ）相当の概略図である。 図４は、ばねの初期状態の違いによる駆動特性の違いを説明するための、可動部の変位量の時間変化を示すグラフであり、図４（ａ）は、駆動電流を示すパルス波形を示し、図４（ｂ）は、駆動方向に傾いたばねと、駆動方向と逆方向に傾いたばねの、それぞれの可動部２０の変位量を示す実測グラフである。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る駆動装置の構成を示す概略図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）をＡ方向から見た側面図であり、図１（ｃ）は、弾性部材としてのばねを示す正面図であり、図１（ｄ）は、駆動部としてのソレノイドを図１（ａ）のＢ方向から見た部分図である。

本発明の実施の形態に係る駆動装置１は、固定ベース１０と、固定ベースから重力方向Ｇに抗して支持され、固定ベース１０に対して移動可能とされた可動部２０と、固定ベース１０に一端側３１ａ、３１ｂが固定され、他端側の固定部３０ｃが可動部２０に取り付けられて可動部２０を支持する弾性部材としてのばね３０と、固定ベース１０に対して可動部２０を駆動する駆動部としてのソレノイド４０と、ソレノイド４０を所定の駆動方法で駆動制御する制御部５０と、を有し、可動部２０は、重力方向Ｇを基準として、ばね３０により、所定の初期状態で支持されて構成されている。

（固定ベース１０）
固定ベース１０は、駆動装置１の筐体として機能し、ばね３０、ソレノイド４０等が取り付けられるベースとなる。また、固定ベース１０は、ばね３０を介して可動部２０が取り付けられ、ソレノイド４０、パネル１１０等を備えた駆動装置１を、取付け対象１００に取り付け固定するためのベースとして機能する。

固定ベース１０は、金属、樹脂等で形成され、取り付けのベースとして十分な剛性を有する材料であれば使用できる。なお、取付け対象１００は、駆動装置１を車両に取り付ける場合には、例えば、車両のセンターコンソール、インストルメントパネル等である。

（可動部２０）
可動部２０は、固定ベース１０から重力方向Ｇに抗して支持され、固定ベース１０に対して移動可能とされて構成されている。可動部２０は、図１（ａ）に示すように、下方向に作用する重力方向Ｇに対して、上方向に向けてばね３０によって支持されている。可動部２０は、ばね３０の弾性変形の範囲で、固定ベース１０に対して移動可能とされている。

可動部２０の上には、パネル１１０が装着されている。パネル１１０は、例えば、操作者が操作する板状の部材であり、操作者の操作を受け付け、また、可動部２０の振動等をパネル１１０を介して操作者に呈示することができる。なお、パネル１１０は、可動部２０と一体に形成されていてもよい。

可動部２０は、金属、樹脂等で形成され、ばね３０に比べて十分剛性の高い材料であれば使用可能である。

可動部２０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ソレノイド４０で発生する磁束を通す磁性部材２５を備えるので、非磁性材料が好ましい。

磁性部材２５は、例えば、電磁軟鉄、電磁鋼等が使用できる。

なお、図示は省略するが、ソレノイド４０を駆動した場合に発生する音を低減するために、可動部２０又は固定ベース１０は、可動部２０の移動量を制限するためのストッパ部材を備えることができる。

（ばね３０）
ばね３０は、可動部２０を支持する弾性部材で形成されている。ばね３０は、弾性部材で形成された板ばねであって、例えば、板厚ｔのばね用ステンレス鋼を使用できる。なお、ばね３０は、弾性部材で形成されていればよく、板ばねの他、コイルばね等でもよい。また、ばね以外の弾性部材として、ゴム等を使用することも可能である。

ばね３０は、可動部２０を支持する形状であれば任意に設計可能である。本実施の形態では、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、一端側３１ａ、３１ｂが固定ベース１０に固定され、他端側の固定部３０ｃが可動部２０に取り付けられる形状とされている。ばね３０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、略平行に構成された板ばね部３０ａ、３０ｂと、各板ばね部３０ａ、３０ｂを繋ぐ固定部３０ｃで一体に形成されている。

ばね３０は、可動部２０を所定の初期状態で支持するように設定されている。ばね３０は、例えば、図１（ｃ）に示すように、ばね部３０ａが固定部３０ｃに対して、９０°ではなく、所定の角度θだけ傾いて形成されている。同様に、ばね部３０ｂが固定部３０ｃに対して、９０°ではなく、所定の角度θだけ傾いて形成されている。これにより、ばね部３０ａと３０ｂは、平行ばねであって、固定部３０ｃに対して、９０°から所定の角度θだけ傾いている。

ばね３０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、固定部３０ｃが可動部２０に固定され、ばね部３０ａ、３０ｂの各一端側３１ａ、３１ｂが固定ベース１０に固定される。これにより、ばね３０は、固定ベース１０から所定の初期状態で可動部２０を支持する。本実施の形態では、重力方向Ｇに対して一定の方向、すなわち、上記の例では、９０°からθだけ傾いた方向に傾斜して、可動部２０を支持する。なお、ばね３０は、傾斜して可動部２０を支持するが、可動部２０及びパネル１１０は、固定ベース１０に対して平行な状態とすることができる。

ばね３０は、図１（ａ）に示すように、ばね部３０ａ、３０ｂが平行な平行ばねとなっているので、固定部３０ｃの固定された可動部２０及びパネル１１０は、略水平状態を保持しながら、図１（ａ）に示す左右方向に移動可能である。なお、可動部２０及びパネル１１０は、ばね部３０ａ、３０ｂの撓みに応じて、図１（ａ）に示す上下方向（すなわち、重力方向Ｇ）にわずかに移動する。

（ソレノイド４０）
駆動部としてのソレノイド４０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、取付台４５により固定ベース１０に固定され、発生した磁束が主に通る本体部４１と、本体部４１に巻回された電磁コイル４３ａ、４３ｂにより構成されている。

本体部４１は、図１（ｄ）に示すように、中間部４１ａと、中間部４１ａの両側からそれぞれ突出して形成されたコイル巻回部４１ｂ、４１ｃから構成されている。コイル巻回部４１ｂ、４１ｃには、それぞれ、巻線により電磁コイル４３ａ、４３ｂが装着されている。

電磁コイル４３ａ、４３ｂは、直列に接続されていても、並列に接続されていてもよく、電磁コイルへの通電により、図１（ｄ）に示すように、所定の方向に磁束Ｈを発生させるように構成されていればよい。なお、電磁コイルへの通電により、本体部４１には、アンペールの右ねじの法則にしたがった方向に、磁束Ｈが発生する。

ソレノイド４０の本体部４１は、電磁軟鉄、電磁鋼等が使用できる。また、電磁コイル４３ａ、４３ｂは、電気機器の巻線用電線、すなわちマグネットワイヤが使用できる。

ソレノイド４０の電磁コイル４３ａ、４３ｂへ通電することにより、磁束Ｈが発生する。この磁束は、図１（ａ）、（ｄ）に示すように、本体部４１、すなわち、コイル巻回部４１ｂ、中間部４１ａ、コイル巻回部４１ｃ、及び、可動部２０に固定された磁性部材２５と、により、磁気回路を構成する。コイル巻回部４１ｂ、４１ｃの各端面と磁性部材２５の間には、点Ｐ_２の間隔位置で、所定の間隔の間隙ｇが設定されている。この間隙ｇの範囲で、可動部２０及びパネル１１０は、図１（ａ）、（ｄ）に示す左右方向に移動できる。また、この間隙ｇは磁気回路のエアギャップであり、この間で、ソレノイド４０と磁性部材２５の間の吸着力が作用する。

（制御部５０）
制御部５０は、ソレノイド４０を所定の駆動方法で駆動制御する。制御部５０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータを備える。また、駆動部としてのソレノイド４０を駆動するための電流ドライバ等を備える。

制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、可動部２０が重力方向Ｇに抗しないＸ方向に駆動する所定の駆動方法で駆動制御する。

例えば、制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、ばね３０が所定の角度θだけ傾いているＸ方向に、可動部２０の駆動を開始する。本実施の形態では、可動部２０の磁性部材２５がソレノイド４０に吸着する方向は、可動部２０が傾いているＸ方向への駆動となる。したがって、制御部５０は、電磁コイル４３ａ、４３ｂへ通電することにより、駆動開始時において可動部２０が重力方向Ｇに抗しない方向に駆動することが可能となる。なお、本実施の形態においては、電磁コイル４３ａ、４３ｂへの通電は、いずれの極性で通電してもよい。

制御部５０は、図１（ａ）に示すように、振動呈示のための入力信号Ｖｓに基づいて、電磁コイル４３ａ、４３ｂへ電流Ｉｄを通電する電流出力部を備えている。また、入力信号Ｖｓに基づいて、電流出力を振動呈示の回数、振動間隔により制御する出力制御部等を備えている。

（別実施例１）
図２は、駆動部の他の実施例として示すモータ駆動機構を示す、図１（ａ）相当の概略図である。図２に示すモータ駆動機構６０は、固定ベース１０に固定された支持台６５に固定され、回転可能に支持された回転ギア６２を備えた駆動部としてのモータ６１と、可動部２０に取り付けられ、回転ギア６２と噛合うラックギア２６とから概略構成されている。モータ６１は、例えば、ＤＣブラシモータ等が使用できる。

制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、図２に示すように、ばね３０が所定の角度θだけ傾いているＸ方向に、可動部２０の駆動を開始する。このために、制御部５０は、駆動部としてのモータ６１に対して駆動開始時に所定の回転方向（図２では、ＣＣＷ方向）に駆動開始する制御を行なう。これにより、制御部５０は、駆動開始時において可動部２０が重力方向Ｇに抗しない方向に駆動することが可能となる。

（別実施例２）
図３は、駆動部の他の実施例として示すピエゾ駆動機構７０を示す、図１（ａ）相当の概略図である。図３に示すピエゾ駆動機構７０は、固定ベース１０に右端７１ａが固定され、可動部２０に左端７１ｂが固定されたピエゾアクチュエータ７１で概略構成されている。駆動部としてのピエゾアクチュエータ７１は、例えば、ピエゾ素子を積層して形成された積層型の圧電ピエゾアクチュエータであり、ピエゾ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）などが用いられる。

制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、図３に示すように、ばね３０が所定の角度θだけ傾いているＸ方向に、可動部２０の駆動を開始する。このために、制御部５０は、駆動部としてのピエゾアクチュエータ７１に対して駆動開始時にアクチュエータが伸張する方向（図３では、Ｘ方向）に駆動開始する制御を行なう。これにより、制御部５０は、駆動開始時において可動部２０が重力方向Ｇに抗しない方向に駆動することが可能となる。

（本実施の形態に係る駆動装置１の動作）
本実施の形態に係る駆動装置１の動作として、図４（ａ）に示す駆動電流Ｉｄによりソレノイド４０を駆動して、１パルスによる振動呈示を行なう場合について説明する。ソレノイド４０の駆動により、図１（ａ）に示すＸ方向にソレノイド４０が駆動され、これにより、可動部２０及びパネル１１０が振動する。この振動により、パネル１１０の表面に操作者が指２００を接触させているときに、振動呈示、触覚呈示が行われる。この振動呈示、触覚呈示は、操作者に対して、パネル１１０を操作したことに対する報知機能を付与するものである。

なお、ソレノイド４０の駆動は、１パルスに限られず、複数パルスでも可能であり、また、各パルスの間隔、パルス幅は任意に設定可能であるが、ここでは、単パルスにより駆動するものとして、説明する。

制御部５０は、図４（ａ）に示す駆動電流Ｉｄにより、電磁コイル４３ａ、４３ｂへの通電制御を行なう。電磁コイル４３ａ、４３ｂへの通電により、ソレノイド４０（コイル巻回部４１ｂ、中間部４１ａ、コイル巻回部４１ｃ）には、図１（ｄ）に示すように、所定の方向に磁束Ｈが発生する。

間隙ｇだけ離隔して配置されている磁性部材２５は、上記の磁束Ｈにより、コイル巻回部４１ｂ、中間部４１ａ、コイル巻回部４１ｃと閉磁路を形成する。この閉磁路を形成するために、ソレノイド４０と磁性部材２５の間には吸着力が作用する。

吸着力は、図１（ａ）、（ｄ）に示すように、例えば、重心位置Ｐ_１に対してＸ方向に作用するｆ１である。また、ばね３０は前述したように平行ばねとなっているので、図１（ａ）に示すように、可動部２０がＸ方向に変位するときにはわずかに下方向（Ｇ方向）にも変位する。したがって、ソレノイド４０と磁性部材２５の間には、図１（ａ）に示す、下方向（Ｇ方向）の力ｆ２も作用する。

上記説明した吸着力ｆ１はＸ方向、ｆ２はＧ方向であって、制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、可動部２０が重力方向Ｇに抗しない方向に駆動する。これにより、制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、可動部２０が重力方向に抗しない方向に駆動する所定の駆動方法で駆動制御することができる。

図４は、ばねの初期状態の違いによる駆動特性の違いを説明するための、可動部の変位量の時間変化を示すグラフであり、図４（ａ）は、駆動電流を示すパルス波形を示し、図４（ｂ）は、駆動方向に傾いたばねと、駆動方向と逆方向に傾いたばねの、それぞれの可動部２０の変位量を示す実測グラフである。

本実施の形態である駆動方向に傾いたばねを駆動開始時に傾いた方向に駆動する場合は、図４（ｂ）の太実線で示すように変位量Ｘ_１であり、駆動方向と逆方向に傾いたばねを駆動開始時に駆動する場合は、図４（ｂ）の細実線で示すように変位量Ｘ_２である。変位量は、Ｘ_１＞Ｘ_２であり、可動部２０の駆動開始時において、可動部２０を重力方向Ｇに抗しないＸ方向に駆動することにより、重力による振動ロスを低減することができることが実測においても実証された。

（実施の形態の効果）
（１）本実施の形態に係る駆動装置１は、固定ベース１０と、固定ベースから重力方向Ｇに抗して支持され、固定ベース１０に対して移動可能とされた可動部２０と、固定ベース１０に一端側３１ａ、３１ｂが固定され、他端側の固定部３０ｃが可動部２０に取り付けられて可動部２０を支持する弾性部材としてのばね３０と、固定ベース１０に対して可動部２０を駆動する駆動部としてのソレノイド４０と、ソレノイド４０を所定の駆動方法で駆動制御する制御部５０と、を有し、可動部２０は、重力方向Ｇを基準として、ばね３０により、所定の初期状態で支持されて構成されている。ばね３０は、所定の初期状態として重力方向に対して一定の方向に傾斜しているので、制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、可動部２０を重力方向Ｇに抗しないＸ方向に駆動することが可能になる。これにより、重力による振動ロスを低減することができる。また、必ず可動部２０を重力方向Ｇに抗しないＸ方向に駆動するように構成しているので、振動性能のバラツキ低減の効果も有する。
（２）別実施例１では、駆動部の他の実施例として示すモータ駆動機構を使用する。図２に示すモータ駆動機構６０は、固定ベース１０に固定された支持台６５に固定され、回転可能に支持された回転ギア６２を備えたモータ６１と、可動部２０に取り付けられ、回転ギア６２と噛合うラックギア２６とから概略構成されている。これにより、モータ６１の駆動開始時において、モータ回転方向を所定の回転方向に設定しておくことにより、制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、可動部２０を重力方向Ｇに抗しないＸ方向に駆動することが可能になる。
（３）別実施例２では、駆動部の他の実施例として示すピエゾ駆動機構７０を使用する。図３に示すピエゾ駆動機構７０は、固定ベース１０に右端７１ａが固定され、可動部２０に左端７１ｂが固定されたピエゾアクチュエータ７１で概略構成されている。これにより、ピエゾアクチュエータ７１の駆動開始時において、ピエゾアクチュエータ７１を伸張させるか収縮させるか、所定の動作に設定しておくことにより、制御部５０は、可動部２０の駆動開始時において、可動部２０を重力方向Ｇに抗しないＸ方向に駆動することが可能になる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、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。これら新規な実施の形態及び変形例は、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、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例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、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、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。

１…駆動装置、１０…固定ベース、２０…可動部、２５…磁性部材、２６…ラックギア、３０…ばね、３０ａ…ばね部、３０ｂ…ばね部、３０ｃ…固定部、３１ａ、３１ｂ…一端側、４０…駆動部（ソレノイド）、４１…本体部、４１ａ…中間部、４１ｂ…コイル巻回部、４１ｃ…コイル巻回部、４３ａ、４３ｂ…電磁コイル、４５…取付台、５０…制御部、６０…モータ駆動機構、６１…駆動部（モータ）、６２…回転ギア、６５…支持台、７０…ピエゾ駆動機構、７１…駆動部（ピエゾアクチュエータ）、７１ａ…右端、７１ｂ…左端、１００…取付け対象、１１０…パネル、２００…指
ｆ１…吸着力、ｆ２…力、ｇ…間隙、Ｇ…重力方向、Ｈ…磁束、Ｉｄ…駆動電流、ｔ…板厚、Ｖｓ…入力信号、θ…角度、Ｐ_１…重心位置、Ｐ_２…間隔位置

Claims (3)

1. 固定ベースと、
   前記固定ベースから重力方向に抗して支持され、前記固定ベースに対して移動可能とされた可動部と、
   前記固定ベースに一端側が固定され、他端側が前記可動部に取り付けられて前記可動部を支持する弾性部材と、
   前記固定ベースに対して前記可動部を駆動する駆動部と、
   前記駆動部を所定の駆動方法で駆動制御する制御部と、を有し、
   前記可動部は、前記重力方向を基準として、前記弾性部材により、所定の初期状態で支持されている、駆動装置。
2. 前記制御部は、前記可動部の駆動開始時において、前記可動部が前記重力方向に抗しない方向に駆動する前記所定の駆動方法で駆動制御する、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記弾性部材は、板ばねであって、前記所定の初期状態となるように前記重力方向に対して一定の方向に傾斜して前記可動部を支持する、請求項１又は２に記載の駆動装置。

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