JP2020119311A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した振動触感を呈示できる駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置１は、複数の駆動部により共通のパネル１１０を駆動して、パネルに対して操作する操作者に触感呈示、振動呈示を行なうものであり、パネル１１０の変位量を規定する変位量調整部７０を備えて、安定した操作触感を実現する。変位量調整部７０を備えることにより変位量が管理されるので、複数の駆動部が駆動特性の個体ばらつきを有する場合でも、安定した操作触感を実現できる。なお、駆動特性の個体ばらつきは、例えば、それぞれの駆動源４１、５１により駆動したときの駆動力、移動距離、移動幅等である。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来の駆動装置として、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、可動部が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、従来の駆動装置を複数の駆動部として使用して１つのパネルを駆動する駆動装置を構成する場合には、それぞれの駆動部の固体差による変位量のばらつきにより、パネルの振動触感が製品毎にばらつく、という問題があった。

従って本発明の目的は、安定した振動触感を呈示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、前記固定ベースに支持されて移動可能とされた可動部と、前記可動部を駆動する駆動源と、を備えた駆動部と、前記駆動部を複数使用した複数の駆動部により、前記複数の駆動部のそれぞれの可動部を介して駆動されるパネルと、前記固定ベースと前記パネルとの間に、前記パネルの変位量を規定する変位量調整部と、を有する駆動装置を提供する。
［２］前記変位量調整部での変位量は、前記複数の駆動部のそれぞれの変位量よりも小さい値に設定されている、上記［１］に記載の駆動装置であってもよい。
［３］また、前記変位量調整部は、前記パネルの変位量を変更できる構成とされている、上記［１］又は［２］に記載の駆動装置であってもよい。
［４］また、前記パネルは、前記複数の駆動部により振動駆動されて前記パネルの操作時に触感呈示する、上記［１］から［３］のいずれか１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、安定した振動触感を呈示できる。

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、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、図１（ａ）で示す変位量調整部の部分詳細図である。 図４は、変位量調整部の有り無し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振動特性の実測グラフであり、図４（ａ）は、変位量調整部が無い場合の振動特性を示し、図４（ｂ）は、変位量調整部が有る場合の振動特性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、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、複数の駆動部により共通のパネル１１０を駆動して、パネルに対して操作する操作者に触感呈示、振動呈示を行なうものであり、パネル１１０の変位量を規定する変位量調整部７０を備えて、安定した操作触感を実現する。変位量調整部７０を備えることにより変位量が管理されるので、複数の駆動部が駆動特性の個体ばらつきを有する場合でも、安定した操作触感を実現できる。なお、駆動特性の個体ばらつきは、例えば、それぞれの駆動源としてのソレノイド４１、５１により駆動したときの駆動力、移動距離、移動幅等である。

本発明の実施の形態に係る駆動装置１において、駆動部４０、５０は、固定ベース１０に支持されて移動可能とされた可動部２０（可動板２１、可動部材２２、２４、パネル１１０）と、可動部材２２、２４を駆動する駆動源としてのソレノイド４１、５１と、を備えて構成されている。

駆動装置１は、固定ベース１０と、複数の駆動部４０、５０と、この複数の駆動部４０、５０のそれぞれの可動部材２２、２４を介して駆動されるパネル１１０と、固定ベース１０とパネル１１０との間に、パネル１１０の変位量を規定する変位量調整部７０と、を有して構成されている。

図１に示すように、可動部材２２、２４は、共通の可動板２１に固定され、この可動板２１上に装着されたパネル１１０が、複数の駆動部４０、５０のそれぞれの可動部材２２、２４、可動板２１を介して駆動されるものである。

本実施の形態は、複数の駆動部として２つの駆動部４０、５０を使用するタンデム駆動である。２つの駆動部４０、５０は、同一の構成により作製されるが、形状、組み立て等の誤差により、駆動特性は個体ばらつきを有する。なお、複数の駆動部は、２つには限られず、２以上の駆動部を有する構成に適用可能である。

（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４１、５１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を介して可動板２１が取り付けられ、ソレノイド４１、５１、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、可動板２１、可動部材２２、２４、パネル１１０が一体として可動可能となるように構成されている。可動部２０は、可動板２１が固定ベース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Ｘ方向（左右方向）に移動可能とされている。

可動板２１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、可動板２１と一体に形成されていてもよい。

可動板２１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。

可動部材２２、２４は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ソレノイド４１、５１で発生する磁束を通す磁性部材２３、２５を備えるので、非磁性材料が好ましい。

磁性部材２３、２５は、例えば、電磁軟鉄、電磁鋼等が使用できる。

（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が可動板２１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、例えば、図１（ａ）に示すように、ばね部３０ａが固定部３０ｃに対して、略９０°の角度で形成されている。同様に、ばね部３０ｂが固定部３０ｃに対して、略９０°の角度で形成されている。これにより、ばね部３０ａと３０ｂは、平行ばねとされている。

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。

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Ｘ方向（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４１、５１）
駆動部としてのソレノイド４１、５１は、同じ構造により構成されているので、以下、ソレノイド４１について説明する。

駆動部としてのソレノイド４１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と、本体部に巻回された電磁コイル４３ａ、４３ｂにより構成されている。

ソレノイド４１の本体部は、図１（ｃ）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（ｃ）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４１の本体部は、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４１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）、（ｃ）に示すように、コイル巻回部４１ｂ、中間部４１ａ、コイル巻回部４１ｃ、及び、可動部材２２に固定された磁性部材２３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２３の間には、点Ｐ_２の間隔位置で、所定の間隔の駆動部間隙ａ１が設定されている。この駆動部間隙ａ１の範囲で、可動部２０は、図１（ａ）に示す左右方向に移動できる。また、この駆動部間隙ａ１は磁気回路のエアギャップｇであり、この間で、ソレノイド４１と磁性部材２３の間の吸着力が作用する。

ソレノイド５１についても同じ構造で構成されている。ただし、形状、組み立て等の誤差により、ソレノイド４１で説明したコイル巻回部の各端面と磁性部材２５の間の駆動部間隙は、点Ｐ_３の間隔位置で、駆動部間隙ａ２である。このソレノイド４１の駆動部間隙ａ１とソレノイド５１の駆動部間隙ａ２とは、一致しない場合がある。

（制御部６０）
制御部６０は、ソレノイド４１、５１を所定の駆動方法で駆動制御する。制御部６０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４１、５１を駆動するための電流ドライバ等を備える。

制御部６０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、５３ａ、５３ｂへ電流Ｉｄ１、Ｉｄ２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。なお、電流Ｉｄ１、Ｉｄ２は同一電流値でもよい。

（別実施例）
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９０は、固定ベース１０に固定された支持台９３に固定され、回転可能に支持された回転ギア９２を備えた駆動部としてのモータ９１と、可動板２１に取り付けられ、回転ギア９２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９１は、例えば、ＤＣブラシモータ等が使用できる。

複数の駆動部のもう一方のモータ駆動機構９５も同様の構成である。固定ベース１０に固定された支持台９８に固定され、回転可能に支持された回転ギア９７を備えた駆動部としてのモータ９６と、可動板２１に取り付けられ、回転ギア９７と噛合うラックギア２７とから概略構成されている。モータ９６は、例えば、ＤＣブラシモータ等が使用できる。

制御部６０は、図１（ａ）に示したように、振動呈示のための入力信号Ｖｓに基づいて、モータ９１、９６へ電流Ｉｄ１、Ｉｄ２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。なお、電流Ｉｄ１、Ｉｄ２は同一電流値でもよい。

（変位量調整部７０）
変位量調整部７０は、固定ベース１０とパネル１１０との間に設けられ、パネル１１０の変位量、すなわち、可動部２０の変位量を規定するものである。

図３は、図１（ａ）で示す変位量調整部の部分詳細図である。変位量調整部７０は、可動板２１に固定された当接板８０と、当接板８０と所定の調整間隙ｂを隔てて固定されたピエゾアクチュエータ７２で構成されている。ピエゾアクチュエータ７２は、取付部材７４を介して、固定ベース１０に固定されている。

ピエゾアクチュエータ７２は、ピエゾ素子が積層された長さがＬのアクチュエータであり、右端７２ａと当接板８０との間隙が調整間隙ｂとされている。変位量調整部は、複数の駆動部のそれぞれの変位量よりも小さい値に設定されている。すなわち、この調整間隙ｂは、前述したソレノイド４１の駆動部間隙ａ１及びソレノイド５１の駆動部間隙ａ２よりも小さな値とされている。これにより、可動部２０（パネル１１０）の移動可能範囲を調整間隙ｂの値のみにより制限することができる。

また、変位量調整部は、パネル１１０の変位量を変更できる構成とされている。すなわち、変位量調整部の調整間隙ｂは、制御部６０により電圧を印加することにより、長さＬを伸縮させることができる。これにより、調整間隙ｂを可変することが可能である。

ピエゾアクチュエータ７２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。

本実施の形態においては、変位量調整部７０における調整間隙ｂの可変機構を、ピエゾアクチュエータによるものとしたが、他の可変機構であってもよい。例えば、モータ等により調整間隙ｂの可変させてもよく、また、手動により調整間隙ｂの可変させてもよい。

（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、駆動電流Ｉｄ１、Ｉｄ２によりソレノイド４１、５１を駆動して、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４１、５１の駆動により、図１（ａ）に示すＸ方向にソレノイド４１、５１が駆動され、これにより、可動部２０、すなわち、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４１、５１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。また、正弦波等による駆動であってもよい。

制御部６０は、図１（ａ）に示す駆動電流Ｉｄ１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４１（コイル巻回部４１ｂ、中間部４１ａ、コイル巻回部４１ｃ）には、図１（ｃ）に示すように、所定の方向に磁束Ｈが発生する。

駆動部間隙ａ１だけ離隔して配置されている磁性部材２３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４１と磁性部材２３の間には吸着力が作用する。

吸着力は、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、例えば、Ｘ方向に作用するｆ１である。これにより、可動部２０、パネル１１０は、左右方向に駆動され、パネル１１０の表面に接触している操作者の指２００に対して、振動呈示、触覚呈示を行なうことができる。

ここで、本実施の形態では、変位量調整部７０での変位量は、複数の駆動部のそれぞれの変位量よりも小さい値に設定されている。すなわち、この調整間隙ｂは、前述したソレノイド４１の駆動部間隙ａ１及びソレノイド５１の駆動部間隙ａ２よりも小さな値とされている。

これにより、可動部２０、パネル１１０の移動範囲、振動範囲は、調整間隙ｂを上限とした範囲内に限定されることになる。したがって、複数の駆動部、すなわち、駆動部４０、５０の駆動力、移動距離、移動幅等により、それぞれの駆動部が駆動特性の個体ばらつきを有する場合でも、調整間隙ｂを上限として変位量が管理される。よって、振動呈示、触覚呈示が可能となり、安定した操作触感を実現できる。

ここで、図４は、変位量調整部の有り無し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振動特性の実測グラフであり、図４（ａ）は、変位量調整部が無い場合の振動特性を示し、図４（ｂ）は、変位量調整部が有る場合の振動特性を示す実測グラフである。

図４（ａ）において、黒色実線で示す変位量のグラフは、第１の測定ポイントでの変位量の実測値であり、具体的には、図１（ａ）で示した駆動部４０の上部にあるパネル１１０での変位量である。また、灰色実線で示す変位量のグラフは、第２の測定ポイントでの変位量の実測値であり、具体的には、図１（ａ）で示した駆動部５０の上部にあるパネル１１０での変位量である。

変位量調整部が無い場合は、図１（ａ）に示すように、駆動部４０と駆動部５０のそれぞれの駆動特性の個体ばらつきにより、第１の測定ポイントと第２の測定ポイントで、変位量に差異が生じる。これにより、触感が安定しない。したがって、振動タイミングがずれて求める触感が出せない、バラつきにより振動対象であるパネル１１０が回転等して振動ロスが発生する、製品毎の触感がばらつく、等の問題が生じることになる。

これに対して、変位量調整部が有る場合は、図１（ｂ）に示すように、第１の測定ポイントと第２の測定ポイントでの変位量が一致する。これにより、触感が安定する。すなわち、変位量調整部を設けることにより、変位量が複数の駆動部の個体差に依らず、求める触感が得られる。また、振動ロスも抑制できる。

本実施の形態では、図３に示したように、変位量調整部７０において、調整間隙ｂを可変することが可能とされている。したがって、制御部６０により、ピエゾアクチュエータ７２への電圧印加量を変化させることにより、調整間隙ｂを可変して、ユーザ好みに触感を変更することができる。

（実施の形態の効果）
（１）本実施の形態に係る駆動装置１は、複数の駆動部により共通のパネル１１０を駆動して、パネルに対して操作する操作者に触感呈示、振動呈示を行なうものであり、パネル１１０の変位量を規定する変位量調整部７０を備えて、安定した操作触感を実現するものである。本実施の形態は、複数の駆動部として２つの駆動部４０、５０を使用するタンデム駆動である。２つの駆動部４０、５０は、同一の構成により作製されるが、形状、組み立て等の誤差により、駆動特性は個体ばらつきを有する。しかし、変位量調整部７０での変位量は、複数の駆動部のそれぞれの変位量よりも小さい値に設定されている。それぞれの駆動部が駆動特性の個体ばらつきを有する場合でも、調整間隙ｂを上限として変位量が管理される。よって、振動呈示、触覚呈示が可能となり、安定した操作触感を実現できる。
（２）変位量調整部７０を有する構成により、駆動部４０と駆動部５０のそれぞれの駆動特性の個体ばらつきがあった場合でも、触感が安定する。すなわち、変位量調整部を設けることにより、変位量が複数の駆動部の個体差に依らず、求める触感が得られる。また、振動ロスも抑制できるという効果を有する。
（３）また、変位量調整部７０において、調整間隙ｂを可変することが可能とされている。したがって、制御部６０により、ピエゾアクチュエータ７２への電圧印加量を変化させることにより、調整間隙ｂを可変して、ユーザ好みに触感を変更することができる。
（４）別実施例として、駆動部をモータ駆動機構、圧電素子による駆動機構等にすることも可能である。これにより、多様な駆動方式が可能になり、また、設計の自由度が確保できる。

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、２１…可動板、２２、２４…可動部材、２３、２５…磁性部材、２６、２７…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、５０…駆動部、４１、５１…ソレノイド、４１ａ、５１ａ…中間部、４１ｂ、５１ｂ…コイル巻回部、４１ｃ、５１ｃ…コイル巻回部、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ…電磁コイル、４５、５５…取付台、６０…制御部、７０…変位量調整部、７２…ピエゾアクチュエータ、７２ａ…右端、７４…取付部材、８０…当接板、９０、９５…モータ駆動機構、９１、９６…駆動部（モータ）、９２、９７…回転ギア、１００…取付け対象、１１０…パネル、２００…指
ａ１、ａ２…駆動部間隙、ｂ…調整間隙、ｇ…エアギャップ
ｆ１…吸着力、ｆ２…力、Ｇ…重力方向、Ｈ…磁束、Ｉｄ１、Ｉｄ２…駆動電流、Ｖｓ…入力信号、θ…角度、Ｐ_１…重心位置、Ｐ_２、Ｐ_３…間隔位置

Claims (4)

1. 固定ベースと、
   前記固定ベースに支持されて移動可能とされた可動部と、前記可動部を駆動する駆動源と、を備えた駆動部と、
   前記駆動部を複数使用した複数の駆動部により、前記複数の駆動部のそれぞれの可動部を介して駆動されるパネルと、
   前記固定ベースと前記パネルとの間に、前記パネルの変位量を規定する変位量調整部と、
   を有する駆動装置。
2. 前記変位量調整部での変位量は、前記複数の駆動部のそれぞれの変位量よりも小さい値に設定されている、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記変位量調整部は、前記パネルの変位量を変更できる構成とされている、請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記パネルは、前記複数の駆動部により振動駆動されて前記パネルの操作時に触感呈示する、請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置。