JP4065769B2 - 振動発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機、ＰＤＡ、携帯ゲーム機器など小型の情報端末機器に搭載可能な振動発生装置に係わり、特に小型で多様な振動を実現できるようにした振動発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動発生装置としては、例えば特許文献１に開示された発明が存在する。
【０００３】
この振動発生装置は、スピーカの駆動装置として応用することが可能な振動発生装置であり、筐体の底面側に円筒形のコイルが固定され、前記コイルの外側面と対向する位置にはマグネットとヨークとからなる磁界発生体が板状弾性体またはコイルばねなどによって弾性的に支持されている。前記コイルに駆動信号を与えると、前記磁界発生体とコイルとの間に電磁力が作用して前記磁界発生体が振動させられる。
【０００４】
また前記特許文献１の従来の技術の欄には、一般的な振動発生装置として偏倚分銅型の振動発生装置が記載されている。前記偏倚分銅型の振動発生装置では、モータの回転軸の先端に非軸対称形状の偏倚分銅を設け、回転軸を回したときの偏倚分銅の重心を回転中心から偏倚させることにより振動を発生させるというものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２０５７６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に記載の振動発生装置は、磁界発生体が固有振動を生じるときの振動を体感させようとするものである。しかし、人が体感できる振動数は比較的低い周波数帯域にある。機械振動の固有振動数は可動部の質量の平方根に反比例し、ばね定数の平方根に比例する。したがって、人が体感できる程度の周波数の固有振動を生じさせるためには、可動部のストロークが限られるため、可動部の質量をかなり大きくする必要がある。それに合わせて駆動部の体積も大きくする必要となり、人が体感できるような大きな振幅の振動を発生させるためには、機器が大きくなってしまう。
【０００７】
また、小型化のためには、固有振動の周波数を上げることが考えられるが、人が体感できる振動数は比較的低い周波数帯域にあることから、これも困難である。
【０００８】
また、前記上記振動発生装置は、固有振動数に基づく単純な振動を連続的に又は間欠的に発生させることが可能であるが、振動の態様を自由に設定できるものではない。従って、携帯電話や携帯ゲーム機器に搭載して多様な効果的な振動を生じさせることはできない。
【０００９】
一方、上記従来の偏倚分銅型の振動発生装置では、モータと偏倚分銅を有する構造であるため、大型なものになり、また偏倚分銅の回転による振動に耐えるようにモータをしっかり固定することが必要となって装置の小型化を阻害する。また回転中の偏倚分銅に大きな慣性力が作用するため、様々な駆動信号を与えて回転速度を変更することにより、振動の強弱（振動モード）を細かく可変することが苦手である。すなわち、偏倚分銅型の振動発生装置には、駆動信号に対する振動系の追従性に劣るという問題がある。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、小型でありながら人が体感できる周波数の振動を発生させることができ、振動の態様の設定が容易な振動発生装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の振動発生装置は、可動体が駆動信号に応じて振動させられる振動発生装置であって、
前記可動体と、前記可動体を支持する付勢部材と、前記可動体に往復運動を与える磁気駆動手段とを有しており、
前記駆動信号は、前記可動体の固有振動数に合わせたパルス状の励振信号によって前記可動体の振幅を拡大させる蓄積信号と、前記励振信号とは位相がずれるパルス状の抑制信号によって前記可動体の振幅を低下させる減衰信号とを有し、
前記磁気駆動手段のコイルに発生する逆起電力から前記可動体がその振幅の中心に至ったことを検知する位置検知手段が設けられ、この位置検知手段の検知出力に基づいて、前記励振信号と前記抑制信号の印加タイミングが決められ、
前記可動体を振動させたときの振幅の頂点を結んだエンベロープの幅が、前記蓄積信号で増大し前記減衰信号で収縮し、このエンベロープの増大と収縮の一連の変化を持たせたことを特徴とするものである。
【００１２】
この振動発生装置では、可動体の振動そのものを体感させるのではなく、可動体の振幅の頂点を結んだエンベローブの変化を、人が体感する振動として取り出すものとなっている。前記エンベローブの周波数は固有振動数の周波数よりも低い帯域となる。エンベローブが変化することにより、振動の強さの変化を人に与えることになる。振動の強さの変化は圧感の変化として体感し易く、かつ前記エンベローブの周波数は、人が振動を有効に体感できる周波数帯域にあることから、人が振動を確実に検知できる。また、前記可動体を固有振動で励振させる場合に、この固有振動の周波数は高くてよいため、可動体の質量を小さくでき、小型のものとして構成できる。またばね定数も大きくできるので、可動体の振幅を付勢手段で抑制できるようになり、前記エンベローブを制御しやすくなる。
【００１３】
なお本発明の振動発生装置は、前記のように可動体の質量とばね定数とで決まる固有振動数で振動するものにおいて好適であるが、固有振動数で振動するものに限られず、固有振動数に近い振動数で励振させる場合を含む。
【００１４】
上記において、前記励振信号と前記抑制信号との位相のずれが１８０°である。
【００１５】
また磁気駆動手段は、円筒ケースとその内部中心に設けられた軸の一方に設けられたコイルと、他方に設けられたコイルとで形成されるものである。
【００２９】
上記においては、前記可動体は軸に沿って移動自在であり、前記付勢部材は、可動体をストローク方向の両側から前記可動体を互いに異なる方向へ付勢するコイルばねであるものとして構成できる。
【００３０】
前記可動体は軸に沿って移動自在であり、前記付勢部材は、可動体をストローク方向の両側から前記可動体を互いに異なる方向へ付勢するコイルばねであるものが好ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は振動発生手段の実施の形態を示し、Ａは斜視断面図、Ｂは断面図である。
【００３２】
本発明の振動発生装置は、図１に示す振動発生手段１と図３に示す制御手段１０とで構成される。
【００３３】
図１に示す振動発生手段１は、支持体として円筒状の磁性体のケース２とその両端に取り付け可能な非磁性体の蓋体３，３を有している。前記蓋体３，３の内面には非磁性体の軸４が支持されており、前記軸４はケース２および蓋体３，３の中心を通る仮想中心線Ｏ−Ｏに一致している。
【００３４】
前記ケース２の内壁にはコイル５が固定されている。前記コイル５はエナメル線などの被覆導線を円筒状に巻き付けることによって形成されており、ケース２の図示Ｘ方向の長さの中心から若干一方（図１ではＸ１側）の蓋体３に寄った位置に固定されている。
【００３５】
前記ケース２の内部には可動体６が設けられている。前記可動体６は一方（Ｘ２側）の端部に非磁性体の錘７が設けられ、他方（Ｘ２側）の端部にマグネットＭが設けられている。また前記マグネットＭの両端面には磁性材料で形成されたヨーク部材８ａ，８ｂが設けられている。前記錘７、ヨーク部材８ａ、マグネットＭおよびヨーク部材８ｂは円柱または円盤形状をしており、全ての外周面は、軸４の中心に対して同心円上に位置している。
【００３６】
前記可動体６の中心、すなわち前記錘７、ヨーク部材８ａ、マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの中心にはＸ方向に抜ける孔６ａが形成されており、この内部に前記軸４が挿通されている。よって、可動体６は前記軸４に沿って図示Ｘ方向に所定範囲のストロークにて往復移動できるようになっている。前記軸４が非磁性材料で形成されているため、可動体６がマグネットの力で軸４に引き付けられることがなく、可動体６が軸４に沿って動くときの移動負荷が小さくなっている。
【００３７】
また前記マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの外径寸法は、前記錘７、ヨーク部材８ａの外径寸法よりも小さく且つ前記コイル５の内径寸法よりも小さく形成されている。よって、可動体６が前記軸４に沿って図示Ｘ１方向に移動するときに、前記マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの部分が前記コイル５の内部で移動できるようになっている。
【００３８】
この実施の形態では、前記マグネットＭとコイル５とでムービングマグネット型の磁気駆動手段が形成されている。ただし、前記可動体６にコイルが搭載され、ケース２の内周面に前記コイルに対向するマグネットが設けられたムービングコイル型の磁気駆動手段が用いられてもよい。
【００３９】
前記可動体６の両端と前記蓋体３，３の内面との間には付勢部材９，９が設けられており、可動体６は前記付勢部材９，９によって、軸方向に沿う互いに逆向きの付勢力を受けている。前記付勢部材９，９は互いに同じばね定数で、同じ軸方向長さのときに同じ弾性力を発揮するものであることが好ましい。図１は、コイル５に通電されていない状態を示しているが、このとき前記可動体６は、両側に位置する前記付勢部材９，９からの付勢力を受けて、その移動ストロークの中点に位置している。
【００４０】
図１（Ｂ）では、前記付勢部材９，９が円錐コイルばねである。この円錐コイルばねは、圧縮変形していくにしたがってばね定数が変化する特性を有している。この振動発生手段１は、図１に示す中立状態での各付勢部材９，９のばね定数と可動体６の質量とで求まる固有振動数によって可動体６を振動させるものである。しかし、前記円錐コイルばねを用いると、可動体６がＸ１方向またはＸ２方向へ移動するにしたがって、両側の円錐コイルばねのばね定数が変化する。そのため、可動体６が図１に示す中点から大きく移動するにしたがって固有振動数が変化することになる。これにより、可動体６が固有振動数により共振して、本来制御したいストロークよりも大きな振幅で動いてしまうのを抑制できるようになっている。
【００４１】
すなわち、前記円錐コイルばねを用いた付勢部材９，９は、そのばね定数により固有振動数を決める機能を有すると共に、可動体６のストロークが大きくなったときにその移動を抑制するダンパーとしての機能も発揮できる。このように変位によってばね定数が変化する付勢部材としては、前記円錐コイルばねの他に、不等ピッチで巻かれたコイルばねを使用することができる。あるいは、蓋体３，３の内側に、可動体６の振幅が過大になるのを抑制するダンパーを別個に設けてもよい。
【００４２】
前記マグネットＭは、ヨーク部材８ａに接する端面Ｍａと、ヨーク部材８ｂに接する端面Ｍｂとが逆の磁極となるように着磁されている。図１に示す実施の形態では、端面ＭｂがＮ極で端面ＭａがＳ極である。この場合、前記マグネットＭで発生した磁束φは、一方の前記ヨーク部材８ｂを介して外周方向に向けて出力され、前記コイル５を垂直に横断してケース２に達する。さらに前記磁束φは磁性材料で形成されたケース２の内部を通り他方のヨーク部材８ａと対向する位置に導かれ、この位置から前記ヨーク部材８ａに向けて出力されてマグネットＭのＳ極に達するという磁路を形成している。
【００４３】
また図１に示すように、可動体６が移動ストロークの中点に位置しているとき、一方のヨーク部材８ａのＸ方向での幅寸法の中点が、コイル５の巻き軸方向の中点と一致し、あるいはほぼ一致している。
【００４４】
図１に示す中立状態において、コイル５に図１Ｂに示す方向の電流が与えられると、前記磁束φと電流とによって電磁力ＦがＸ２の向きに発生し、可動体６に対してＸ２方向への駆動力を与えることができる。またコイル５に逆向きの電流を与えることで、可動体６にＸ１方向への駆動力を与えることができる。
【００４５】
次に、振動発生装置の制御手段について説明する。
図２はマグネットとコイルとの対向関係を示す部分断面図、図３は図３は制御手段を示すブロック図、図４はコイルに与えられる駆動信号の一例とそのときの可動体の振動を示す線図である。
【００４６】
図２に示すように、コイル５の一方の端部（巻き始端）が端子Ｔａ１、他方の端部（巻き終端）が端子Ｔａ２、前記端子Ｔａ１と端子Ｔａ２との中間点（コイル５の中点）が中間端子をＴａ３である。
【００４７】
図３に示す制御手段１０は、前記中間端子Ｔａ３に接続された位置検出手段１１、信号生成手段１２、ドライブ手段１３および振動制御部１４を有している。ドライブ手段１３には２つの出力部が設けられており、その一方がコイル５の一方の端子Ｔａ１に接続され、他方がコイル５の他方の端子Ｔａ２に接続されている。
【００４８】
前記信号生成手段１２では振動制御部１４の指令に基づいて、駆動信号Ｓ１を生成してドライブ手段１３に出力し、前記ドライブ手段１３から所定の波形の駆動電流が前記コイル５の端子Ｔａ１と端子Ｔａ２に与えられる。前記信号生成手段１２には、複数のパターンの前記駆動信号Ｓ１が記憶されており、前記振動制御部１４からの指令によって、いずれかのパターンの駆動信号Ｓ１が選択されて前記ドライブ手段１３に与えられる。
【００４９】
前記位置検出手段１１は、可動体６が図１および図２に示す中立位置、すなわち往復移動ストロークの中点に至ったことを検知するものである。この位置検出手段１１で検出された前記中点の検出信号が信号生成手段１２に与えられると、信号生成手段１２では、この検出信号を基準として駆動信号Ｓ１の電流方向の切換などの制御が行われる。
【００５０】
なお、前記位置検出手段１１は必須のものではないが、この位置検出手段１１を設けると、可動体６の摺動負荷などが大きくなり、あるいは付勢部材９，９の弾性力が大きく変化したりして可動体６の固有振動数が大きく狂ったような場合であっても、その変化に追従した駆動信号Ｓ１を生成することができる。
【００５２】
図４は駆動信号Ｓ１の波形を示している。この実施の形態では、前記駆動信号Ｓ１が矩形波としてコイル５に与えられるが、この駆動信号Ｓ１の波形は三角波などであってもよい。図４では、駆動信号Ｓ１の中立点を「０」で示しており、このときコイル５は無通電状態である。駆動信号Ｓ１が順方向に立ち上がっているとき、コイル５に対して電流が端子Ｔａ１から端子Ｔａ２に向けて流れる。このとき、可動体６にはＸ２方向への駆動力が作用する。また、図４に示す駆動信号Ｓ１が逆方向のときに、コイル５に対して前記と逆の電流が流れ、このとき、可動体６にはＸ１方向への駆動力が与えられる。
【００５３】
図４に示すように、前記駆動信号Ｓ１には蓄積信号Ｓ１ａを含んでいる。この蓄積信号Ｓ１ａは、可動体６にその固有振動数による共振振動を励振させるものである。この蓄積信号Ｓ１ａには励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が含まれており、この励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３によりコイル５に対して順方向の電流が与えられる。なお、図４では前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３のレベルが一定であり、この励振信号によりコイル５に対して一定量の電流が間欠的に与えられる。
【００５４】
前記図４には、駆動信号Ｓ１の波形とともに、可動体６のＸ１方向とＸ２方向への変位量を縦軸にとった振動波形が示されている。前記振動波形のＯｍは、可動体６が図１と図２に示す中点に位置することを意味している。なお、駆動信号Ｓ１の波形図と可動体６の変位量を示す線図の双方において、横軸は時間ｔである。
【００５５】
前記可動体６の固有振動数（共振周波数）は、可動体６の質量と、前記付勢部材９，９のばね定数（図１に示す中立状態のときのばね定数）で決められるものであるが、前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、前記固有振動数（共振周波数）の逆数である周期Ｔごとに与えられ、通電時間は前記周期Ｔの半分である。すなわち前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、可動体６がＸ２方向への速度を有しているときに与えられ、この励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３がコイル５に与えられることにより、Ｘ２方向への速度を有している可動体６にさらにＸ２方向への駆動力が与えられる。なお、前記励振信号Ａ１は起動信号である。
【００５６】
前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３により、可動体６が振動を開始するとともに、固有振動数による振動の振幅が時間とともに大きくなっていく。
【００５７】
図４の実施の形態の蓄積信号Ｓ１ａでは、隣接する前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３の間に逆励振信号Ｂ１，Ｂ２が含まれている。この逆励振信号Ｂ１，Ｂ２により、コイル５に対して励振信号Ａとは逆向きの電流が与えられる。この逆励振信号Ｂ１，Ｂ２は、可動体６がＸ１方向への速度を有しているときに、前記コイル５に与えられ、可動体６に対してさらにＸ１方向への駆動力が与えられる。
【００５８】
このように励振信号Ａと逆励振信号Ｂとが交互に与えられることにより、可動体６の振幅が短時間に急激に大きくなっていく。
【００５９】
なお、前記蓄積信号Ｓ１ａは、必ずしも励振信号Ａと逆励振信号Ｂを含んでいることを必要とせず、励振信号Ａまたは逆励振信号Ｂのみであっても、可動体６に振動を生じさせてその振幅を拡大させていくことが可能である。この場合、励振信号Ａまたは逆励振信号Ｂの電流量を大きくすることによって、振幅を急激に大きくさせることは可能である。
【００６０】
また、蓄積信号Ｓ１ａが与えられている期間のうちの最初の期間にのみ励振信号Ａと逆励振信号Ｂを与え、その後しばらくコイルに電流を与えなくても、可動体６の共振により振幅を維持することが可能である。
【００６１】
ここで、振幅の増加は、駆動信号Ｓ１の方向と、可動体６の移動の方向がそろうこと、
および周波数が共振周波数と一致することで最大となる。
【００６２】
振幅の増加率（減少率）を制御する方法としては、入力エネルギーを変化させる方法と、駆動信号Ｓ１をずらす方法がある。前者の入力エネルギーを変化させる方法としとは、コイル５に与える駆動電流（または駆動電圧）の大きさを変化させる振幅変化による制御と、駆動電流（または駆動電圧）の通電時間を変化させるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によるものがある。また後者の駆動信号Ｓ１をずらす方法としては、位相をシフトするものと、周波数をシフトするものとがある。
【００６３】
前記ＰＷＭ制御では、蓄積信号Ｓ１ａにおいて、例えば励振信号Ａの与える時間を、前記周期Ｔの半分の時間よりも短くし、残りの時間は励振を０とすることにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。
【００６４】
また位相シフトでは、信号のパルス幅（時間間隔）は変えずに、前記励振信号Ａを基準となる時間よりも若干進めたり、または遅らせることにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。
【００６５】
さらに周波数シフトでは、可動体の駆動周波数を共振周波数の２倍にするとともに、低い周波数から高い周波数に移動させ、またはその逆の方向に移動させたり、あるいはずれた周波数から共振周波数に一致させ、また一致した状態からずらして行くといった操作を行うことにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。この方法では、励振の効率が変化し、また位相がずれることになるため、励振区間と制止区間を設けることが可能となる。
【００６６】
前記駆動信号Ｓ１には減衰信号Ｓ１ｂが含まれている。この減衰信号Ｓ１ｂには、抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が含まれている。この抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３と位相が１８０°ずれたものであり、可動体６がＸ１方向への速度を有しているときに、コイル５に順方向への電流が与えられて、可動体６に対して前記速度方向と逆向きのＸ２方向への駆動力が与えられる。これにより固有振動数で振動している可動体６の振動が減衰させられる。
【００６７】
図４の実施の形態では、抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の間に、逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２が設けられており、この逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２によってコイル５に逆方向の電流が与えられる。この逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２により、Ｘ２方向への速度を有している可動体６に対して、前記速度を打ち消すＸ１方向の駆動力が与えられる。前記抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄを交互に設けることにより、可動体６の振幅が急激に減衰する。
【００６８】
なお、前記減衰信号Ｓ１ｂに、抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの一方のみが設けられていてもよい。また抑制信号Ｃや逆抑制信号Ｄを減衰信号の前半においてのみ設けてもよいし、前記抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの周期を徐々にずらすようにしてもよい。
【００６９】
図５は、前記蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂを連続させ、この蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂを組とした信号を周期Ｔｅで与えた場合の、可動体６の振動波形を示している。図５では、蓄積信号Ｓ１ａでの励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３の数と、減衰信号Ｓ１ｂでの抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の数が一緒であり、また励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３と抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とでコイル５に与えられる電流量が同じである。また逆励振信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の数と逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の数が同じであり、逆励振信号と逆抑制信号とでコイルに与えられる電流量が同じである。また蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの時間長も同じである。
【００７０】
図５では、可動体６が固有振動数（共振周波数）にて振動し、蓄積信号Ｓ１ａではその振幅が時間と共に増加し、減衰信号Ｓ１ｂでは振幅が減衰していく。図５では、可動体６の振幅の頂点を結んだ線をエンベローブＥとして示しているが、このエンベローブＥは、前記蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの周期Ｔｅに応じて増減し、このエンベローブＥの周波数ｆｅは１/Ｔｅである。
【００７１】
前記可動体６の質量は小さく、このため固有振動数（共振周波数）は高くなる。しかしながら、前記エンベローブＥの周波数ｆｅは、前記共振周波数よりも低く設定することが可能であり、振動の大きさの変化を与えることが可能となる。振動の強さの変化は、圧感（痛覚）の変化として体感し得るという特徴がある。また、前記エンベローブＥの周波数ｆｅは、振幅の大きさが一定に維持されている場合にあっても、人が前記周波数ｆｅの増減を検知できる周波数帯域にあることから、人は前記周波数ｆｅの増減を振動の変化として有効に体感することができる。
【００７２】
可動体６の質量が小さく固有振動数が高い小型の振動発生手段１を用いて、図５に示すエンベローブＥの振動を発生させ、このエンベローブＥの周波数を人が体感できる値に設定しておくと、人はエンベローブＥの波形を振動として感じるようになる。
【００７３】
また、駆動信号Ｓ１での、蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂから成る組の繰り返し周期を変えることにより、人が体感できる前記エンベローブＥの周期および周波数を自由に変化させることができる。また、励振信号Ａと逆励振信号Ｂの数や電流量を変え、また抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの数や電流量を変えることにより、エンベローブＥの振幅を変えることもできる。
【００７４】
またエンベローブＥの波形を制御することも可能である。図６はその一例を示している。
【００７５】
図６の駆動例では、蓄積信号Ｓ１ａが励振信号Ａと逆励振信号Ｂを交互に有しているが、減衰信号Ｓ１ｂは、抑制信号Ｃのみであり、逆抑制信号Ｄを有していない。この場合の前記エンベローブＥは急激に立ち上がってなだらかに収束する形状となる。
【００７６】
この例の他にも、蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの信号の内容を変えることにより、エンベローブＥの波形を制御することが可能である。このようにエンベローブＥの波形を変えることにより、人が敏感に感じる振動や、人に鈍く重く感じさせる振動などを任意に生成することが可能である。
【００７７】
なお、図２においてヨーク部材８ｂの幅方向の中心が端子Ｔａ１と中間端子Ｔａ３との間でＸ１方向へ移動しているとき、コイル５に対しヨーク部材８ｂから発生する磁力線が交差する位置が移動して行くことになり、端子Ｔａ１と中間端子Ｔａ３との間に逆起電力（電圧）Ｖａが誘起される。またヨーク部材８ｂの幅方向の中心が、中間端子Ｔａ３と端子Ｔａ２との間を同じくＸ１方向へ移動しているときにも、端子Ｔａ２と中間端子Ｔａ３との間に逆起電力（電圧）Ｖｂが誘起される。また同じくＸ１方向に移動しているとき、ヨーク部材８ｂから発生する磁力線が、中間端子Ｔａ３に一致するときには、各端子間に誘起される前記逆起電力Ｖａと前記逆起電力Ｖｂとは等しくなる。また可動体６の移動方向がＸ２方向に変わった場合、コイル５に誘起される逆起電力Ｖａ，Ｖｂの極性は，前記Ｘ１方向に移動しているときと逆向きとなる。
【００７８】
可動体６の移動が静止するＸ１およびＸ２方向の最大振幅の位置では、ヨーク部材８ｂから発生する磁力線が時間的に変化しないため、逆起電力は０となる。
【００７９】
よって、前記位置検出手段１１が、この逆起電力Ｖａと逆起電力Ｖｂの切り換わりの時間的なタイミングを検出することにより、ヨーク部材８ｂの幅方向の中心が中間端子Ｔａ３に一致する時点、および最大振幅点を検知することが可能である。そして、前記のようにこの検出時点を用いて、前記励振信号Ａ、逆励振信号Ｂ、抑制信号Ｃ、逆抑制信号Ｄの生成のタイミングを設定することにより、可動体６の共振周波数を追尾する駆動信号Ｓ１を生成することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、可動体の固有振動数よりも低い周波数のエンベローブを生成して、このエンベローブの波形を振動として人に体感させるようにしているため、小型で固有振動数の高い振動発生装置を用いても人に体感させる振動を生じさせることができる。また前記エンベローブを変化させることにより、人が体感する振動の振動数や振動の感じ方などを自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動発生手段の実施の形態を示し、Ａは斜視断面図、Ｂは断面図、
【図２】マグネットとコイルとの対向関係を示す部分断面図、
【図３】制御手段を示すブロック図、
【図４】コイルに与えられる駆動信号の一例とそのときの可動体の振動を示す線図、
【図５】蓄積信号と減衰信号を組とした信号と可動体の振動波形との関係を示す図、
【図６】エンベローブの振動波形を制御する一例を示す図、
【符号の説明】
１ 振動発生手段
２ ケース
４ 軸
５ コイル
６ 可動体
７ 錘
８ａ，８ｂ ヨーク部材
９ 付勢部材
１０ 制御手段
１１ 位置検出手段
１２ 信号生成手段
１３ ドライブ手段
１４ 振動制御部
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３ 励振信号
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 逆励振信号
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 抑制信号
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ 逆抑制信号
Ｅ エンベローブ
Ｓ１ 駆動信号
Ｓ１ａ 蓄積信号
Ｓ１ｂ 減衰信号
Ｔａ１，Ｔａ２ 端子
Ｔａ３ 中間端子
Ｍ マグネット
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機、ＰＤＡ、携帯ゲーム機器など小型の情報端末機器に搭載可能な振動発生装置に係わり、特に小型で多様な振動を実現できるようにした振動発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動発生装置としては、例えば特許文献１に開示された発明が存在する。
【０００３】
この振動発生装置は、スピーカの駆動装置として応用することが可能な振動発生装置であり、筐体の底面側に円筒形のコイルが固定され、前記コイルの外側面と対向する位置にはマグネットとヨークとからなる磁界発生体が板状弾性体またはコイルばねなどによって弾性的に支持されている。前記コイルに駆動信号を与えると、前記磁界発生体とコイルとの間に電磁力が作用して前記磁界発生体が振動させられる。
【０００４】
また前記特許文献１の従来の技術の欄には、一般的な振動発生装置として偏倚分銅型の振動発生装置が記載されている。前記偏倚分銅型の振動発生装置では、モータの回転軸の先端に非軸対称形状の偏倚分銅を設け、回転軸を回したときの偏倚分銅の重心を回転中心から偏倚させることにより振動を発生させるというものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２０５７６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に記載の振動発生装置は、磁界発生体が固有振動を生じるときの振動を体感させようとするものである。しかし、人が体感できる振動数は比較的低い周波数帯域にある。機械振動の固有振動数は可動部の質量の平方根に反比例し、ばね定数の平方根に比例する。したがって、人が体感できる程度の周波数の固有振動を生じさせるためには、可動部のストロークが限られるため、可動部の質量をかなり大きくする必要がある。それに合わせて駆動部の体積も大きくする必要となり、人が体感できるような大きな振幅の振動を発生させるためには、機器が大きくなってしまう。
【０００７】
また、小型化のためには、固有振動の周波数を上げることが考えられるが、人が体感できる振動数は比較的低い周波数帯域にあることから、これも困難である。
【０００８】
また、前記上記振動発生装置は、固有振動数に基づく単純な振動を連続的に又は間欠的に発生させることが可能であるが、振動の態様を自由に設定できるものではない。従って、携帯電話や携帯ゲーム機器に搭載して多様な効果的な振動を生じさせることはできない。
【０００９】
一方、上記従来の偏倚分銅型の振動発生装置では、モータと偏倚分銅を有する構造であるため、大型なものになり、また偏倚分銅の回転による振動に耐えるようにモータをしっかり固定することが必要となって装置の小型化を阻害する。また回転中の偏倚分銅に大きな慣性力が作用するため、様々な駆動信号を与えて回転速度を変更することにより、振動の強弱（振動モード）を細かく可変することが苦手である。すなわち、偏倚分銅型の振動発生装置には、駆動信号に対する振動系の追従性に劣るという問題がある。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、小型でありながら人が体感できる周波数の振動を発生させることができ、振動の態様の設定が容易な振動発生装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の振動発生装置は、可動体が駆動信号に応じて振動させられる振動発生装置であって、
前記可動体と、前記可動体を支持する付勢部材と、前記可動体に往復運動を与える磁気駆動手段とを有しており、
前記駆動信号は、前記可動体の固有振動数に合わせたパルス状の励振信号によって前記可動体の振幅を拡大させる蓄積信号と、前記励振信号とは位相がずれるパルス状の抑制信号によって前記可動体の振幅を低下させる減衰信号とを有し、
前記磁気駆動手段のコイルに発生する逆起電力から前記可動体がその振幅の中心に至ったことを検知する位置検知手段が設けられ、この位置検知手段の検知出力に基づいて、前記励振信号と前記抑制信号の印加タイミングが決められ、
前記可動体を振動させたときの振幅の頂点を結んだエンベロープの幅が、前記蓄積信号で増大し前記減衰信号で収縮し、このエンベロープの増大と収縮の一連の変化を持たせたことを特徴とするものである。
【００１２】
この振動発生装置では、可動体の振動そのものを体感させるのではなく、可動体の振幅の頂点を結んだエンベローブの変化を、人が体感する振動として取り出すものとなっている。前記エンベローブの周波数は固有振動数の周波数よりも低い帯域となる。エンベローブが変化することにより、振動の強さの変化を人に与えることになる。振動の強さの変化は圧感の変化として体感し易く、かつ前記エンベローブの周波数は、人が振動を有効に体感できる周波数帯域にあることから、人が振動を確実に検知できる。また、前記可動体を固有振動で励振させる場合に、この固有振動の周波数は高くてよいため、可動体の質量を小さくでき、小型のものとして構成できる。またばね定数も大きくできるので、可動体の振幅を付勢手段で抑制できるようになり、前記エンベローブを制御しやすくなる。
【００１３】
なお本発明の振動発生装置は、前記のように可動体の質量とばね定数とで決まる固有振動数で振動するものにおいて好適であるが、固有振動数で振動するものに限られず、固有振動数に近い振動数で励振させる場合を含む。
【００１４】
上記において、前記励振信号と前記抑制信号との位相のずれが１８０°である。
【００１５】
また磁気駆動手段は、円筒ケースとその内部中心に設けられた軸の一方に設けられたコイルと、他方に設けられたコイルとで形成されるものである。
【００２９】
上記においては、前記可動体は軸に沿って移動自在であり、前記付勢部材は、可動体をストローク方向の両側から前記可動体を互いに異なる方向へ付勢するコイルばねであるものとして構成できる。
【００３０】
前記可動体は軸に沿って移動自在であり、前記付勢部材は、可動体をストローク方向の両側から前記可動体を互いに異なる方向へ付勢するコイルばねであるものが好ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は振動発生手段の実施の形態を示し、Ａは斜視断面図、Ｂは断面図である。
【００３２】
本発明の振動発生装置は、図１に示す振動発生手段１と図３に示す制御手段１０とで構成される。
【００３３】
図１に示す振動発生手段１は、支持体として円筒状の磁性体のケース２とその両端に取り付け可能な非磁性体の蓋体３，３を有している。前記蓋体３，３の内面には非磁性体の軸４が支持されており、前記軸４はケース２および蓋体３，３の中心を通る仮想中心線Ｏ−Ｏに一致している。
【００３４】
前記ケース２の内壁にはコイル５が固定されている。前記コイル５はエナメル線などの被覆導線を円筒状に巻き付けることによって形成されており、ケース２の図示Ｘ方向の長さの中心から若干一方（図１ではＸ１側）の蓋体３に寄った位置に固定されている。
【００３５】
前記ケース２の内部には可動体６が設けられている。前記可動体６は一方（Ｘ２側）の端部に非磁性体の錘７が設けられ、他方（Ｘ２側）の端部にマグネットＭが設けられている。また前記マグネットＭの両端面には磁性材料で形成されたヨーク部材８ａ，８ｂが設けられている。前記錘７、ヨーク部材８ａ、マグネットＭおよびヨーク部材８ｂは円柱または円盤形状をしており、全ての外周面は、軸４の中心に対して同心円上に位置している。
【００３６】
前記可動体６の中心、すなわち前記錘７、ヨーク部材８ａ、マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの中心にはＸ方向に抜ける孔６ａが形成されており、この内部に前記軸４が挿通されている。よって、可動体６は前記軸４に沿って図示Ｘ方向に所定範囲のストロークにて往復移動できるようになっている。前記軸４が非磁性材料で形成されているため、可動体６がマグネットの力で軸４に引き付けられることがなく、可動体６が軸４に沿って動くときの移動負荷が小さくなっている。
【００３７】
また前記マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの外径寸法は、前記錘７、ヨーク部材８ａの外径寸法よりも小さく且つ前記コイル５の内径寸法よりも小さく形成されている。よって、可動体６が前記軸４に沿って図示Ｘ１方向に移動するときに、前記マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの部分が前記コイル５の内部で移動できるようになっている。
【００３８】
この実施の形態では、前記マグネットＭとコイル５とでムービングマグネット型の磁気駆動手段が形成されている。ただし、前記可動体６にコイルが搭載され、ケース２の内周面に前記コイルに対向するマグネットが設けられたムービングコイル型の磁気駆動手段が用いられてもよい。
【００３９】
前記可動体６の両端と前記蓋体３，３の内面との間には付勢部材９，９が設けられており、可動体６は前記付勢部材９，９によって、軸方向に沿う互いに逆向きの付勢力を受けている。前記付勢部材９，９は互いに同じばね定数で、同じ軸方向長さのときに同じ弾性力を発揮するものであることが好ましい。図１は、コイル５に通電されていない状態を示しているが、このとき前記可動体６は、両側に位置する前記付勢部材９，９からの付勢力を受けて、その移動ストロークの中点に位置している。
【００４０】
図１（Ｂ）では、前記付勢部材９，９が円錐コイルばねである。この円錐コイルばねは、圧縮変形していくにしたがってばね定数が変化する特性を有している。この振動発生手段１は、図１に示す中立状態での各付勢部材９，９のばね定数と可動体６の質量とで求まる固有振動数によって可動体６を振動させるものである。しかし、前記円錐コイルばねを用いると、可動体６がＸ１方向またはＸ２方向へ移動するにしたがって、両側の円錐コイルばねのばね定数が変化する。そのため、可動体６が図１に示す中点から大きく移動するにしたがって固有振動数が変化することになる。これにより、可動体６が固有振動数により共振して、本来制御したいストロークよりも大きな振幅で動いてしまうのを抑制できるようになっている。
【００４１】
すなわち、前記円錐コイルばねを用いた付勢部材９，９は、そのばね定数により固有振動数を決める機能を有すると共に、可動体６のストロークが大きくなったときにその移動を抑制するダンパーとしての機能も発揮できる。このように変位によってばね定数が変化する付勢部材としては、前記円錐コイルばねの他に、不等ピッチで巻かれたコイルばねを使用することができる。あるいは、蓋体３，３の内側に、可動体６の振幅が過大になるのを抑制するダンパーを別個に設けてもよい。
【００４２】
前記マグネットＭは、ヨーク部材８ａに接する端面Ｍａと、ヨーク部材８ｂに接する端面Ｍｂとが逆の磁極となるように着磁されている。図１に示す実施の形態では、端面ＭｂがＮ極で端面ＭａがＳ極である。この場合、前記マグネットＭで発生した磁束φは、一方の前記ヨーク部材８ｂを介して外周方向に向けて出力され、前記コイル５を垂直に横断してケース２に達する。さらに前記磁束φは磁性材料で形成されたケース２の内部を通り他方のヨーク部材８ａと対向する位置に導かれ、この位置から前記ヨーク部材８ａに向けて出力されてマグネットＭのＳ極に達するという磁路を形成している。
【００４３】
また図１に示すように、可動体６が移動ストロークの中点に位置しているとき、一方のヨーク部材８ａのＸ方向での幅寸法の中点が、コイル５の巻き軸方向の中点と一致し、あるいはほぼ一致している。
【００４４】
図１に示す中立状態において、コイル５に図１Ｂに示す方向の電流が与えられると、前記磁束φと電流とによって電磁力ＦがＸ２の向きに発生し、可動体６に対してＸ２方向への駆動力を与えることができる。またコイル５に逆向きの電流を与えることで、可動体６にＸ１方向への駆動力を与えることができる。
【００４５】
次に、振動発生装置の制御手段について説明する。
図２はマグネットとコイルとの対向関係を示す部分断面図、図３は図３は制御手段を示すブロック図、図４はコイルに与えられる駆動信号の一例とそのときの可動体の振動を示す線図である。
【００４６】
図２に示すように、コイル５の一方の端部（巻き始端）が端子Ｔａ１、他方の端部（巻き終端）が端子Ｔａ２、前記端子Ｔａ１と端子Ｔａ２との中間点（コイル５の中点）が中間端子をＴａ３である。
【００４７】
図３に示す制御手段１０は、前記中間端子Ｔａ３に接続された位置検出手段１１、信号生成手段１２、ドライブ手段１３および振動制御部１４を有している。ドライブ手段１３には２つの出力部が設けられており、その一方がコイル５の一方の端子Ｔａ１に接続され、他方がコイル５の他方の端子Ｔａ２に接続されている。
【００４８】
前記信号生成手段１２では振動制御部１４の指令に基づいて、駆動信号Ｓ１を生成してドライブ手段１３に出力し、前記ドライブ手段１３から所定の波形の駆動電流が前記コイル５の端子Ｔａ１と端子Ｔａ２に与えられる。前記信号生成手段１２には、複数のパターンの前記駆動信号Ｓ１が記憶されており、前記振動制御部１４からの指令によって、いずれかのパターンの駆動信号Ｓ１が選択されて前記ドライブ手段１３に与えられる。
【００４９】
前記位置検出手段１１は、可動体６が図１および図２に示す中立位置、すなわち往復移動ストロークの中点に至ったことを検知するものである。この位置検出手段１１で検出された前記中点の検出信号が信号生成手段１２に与えられると、信号生成手段１２では、この検出信号を基準として駆動信号Ｓ１の電流方向の切換などの制御が行われる。
【００５０】
なお、前記位置検出手段１１は必須のものではないが、この位置検出手段１１を設けると、可動体６の摺動負荷などが大きくなり、あるいは付勢部材９，９の弾性力が大きく変化したりして可動体６の固有振動数が大きく狂ったような場合であっても、その変化に追従した駆動信号Ｓ１を生成することができる。
【００５２】
図４は駆動信号Ｓ１の波形を示している。この実施の形態では、前記駆動信号Ｓ１が矩形波としてコイル５に与えられるが、この駆動信号Ｓ１の波形は三角波などであってもよい。図４では、駆動信号Ｓ１の中立点を「０」で示しており、このときコイル５は無通電状態である。駆動信号Ｓ１が順方向に立ち上がっているとき、コイル５に対して電流が端子Ｔａ１から端子Ｔａ２に向けて流れる。このとき、可動体６にはＸ２方向への駆動力が作用する。また、図４に示す駆動信号Ｓ１が逆方向のときに、コイル５に対して前記と逆の電流が流れ、このとき、可動体６にはＸ１方向への駆動力が与えられる。
【００５３】
図４に示すように、前記駆動信号Ｓ１には蓄積信号Ｓ１ａを含んでいる。この蓄積信号Ｓ１ａは、可動体６にその固有振動数による共振振動を励振させるものである。この蓄積信号Ｓ１ａには励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が含まれており、この励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３によりコイル５に対して順方向の電流が与えられる。なお、図４では前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３のレベルが一定であり、この励振信号によりコイル５に対して一定量の電流が間欠的に与えられる。
【００５４】
前記図４には、駆動信号Ｓ１の波形とともに、可動体６のＸ１方向とＸ２方向への変位量を縦軸にとった振動波形が示されている。前記振動波形のＯｍは、可動体６が図１と図２に示す中点に位置することを意味している。なお、駆動信号Ｓ１の波形図と可動体６の変位量を示す線図の双方において、横軸は時間ｔである。
【００５５】
前記可動体６の固有振動数（共振周波数）は、可動体６の質量と、前記付勢部材９，９のばね定数（図１に示す中立状態のときのばね定数）で決められるものであるが、前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、前記固有振動数（共振周波数）の逆数である周期Ｔごとに与えられ、通電時間は前記周期Ｔの半分である。すなわち前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、可動体６がＸ２方向への速度を有しているときに与えられ、この励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３がコイル５に与えられることにより、Ｘ２方向への速度を有している可動体６にさらにＸ２方向への駆動力が与えられる。なお、前記励振信号Ａ１は起動信号である。
【００５６】
前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３により、可動体６が振動を開始するとともに、固有振動数による振動の振幅が時間とともに大きくなっていく。
【００５７】
図４の実施の形態の蓄積信号Ｓ１ａでは、隣接する前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３の間に逆励振信号Ｂ１，Ｂ２が含まれている。この逆励振信号Ｂ１，Ｂ２により、コイル５に対して励振信号Ａとは逆向きの電流が与えられる。この逆励振信号Ｂ１，Ｂ２は、可動体６がＸ１方向への速度を有しているときに、前記コイル５に与えられ、可動体６に対してさらにＸ１方向への駆動力が与えられる。
【００５８】
このように励振信号Ａと逆励振信号Ｂとが交互に与えられることにより、可動体６の振幅が短時間に急激に大きくなっていく。
【００５９】
なお、前記蓄積信号Ｓ１ａは、必ずしも励振信号Ａと逆励振信号Ｂを含んでいることを必要とせず、励振信号Ａまたは逆励振信号Ｂのみであっても、可動体６に振動を生じさせてその振幅を拡大させていくことが可能である。この場合、励振信号Ａまたは逆励振信号Ｂの電流量を大きくすることによって、振幅を急激に大きくさせることは可能である。
【００６０】
また、蓄積信号Ｓ１ａが与えられている期間のうちの最初の期間にのみ励振信号Ａと逆励振信号Ｂを与え、その後しばらくコイルに電流を与えなくても、可動体６の共振により振幅を維持することが可能である。
【００６１】
ここで、振幅の増加は、駆動信号Ｓ１の方向と、可動体６の移動の方向がそろうこと、
および周波数が共振周波数と一致することで最大となる。
【００６２】
振幅の増加率（減少率）を制御する方法としては、入力エネルギーを変化させる方法と、駆動信号Ｓ１をずらす方法がある。前者の入力エネルギーを変化させる方法としとは、コイル５に与える駆動電流（または駆動電圧）の大きさを変化させる振幅変化による制御と、駆動電流（または駆動電圧）の通電時間を変化させるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によるものがある。また後者の駆動信号Ｓ１をずらす方法としては、位相をシフトするものと、周波数をシフトするものとがある。
【００６３】
前記ＰＷＭ制御では、蓄積信号Ｓ１ａにおいて、例えば励振信号Ａの与える時間を、前記周期Ｔの半分の時間よりも短くし、残りの時間は励振を０とすることにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。
【００６４】
また位相シフトでは、信号のパルス幅（時間間隔）は変えずに、前記励振信号Ａを基準となる時間よりも若干進めたり、または遅らせることにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。
【００６５】
さらに周波数シフトでは、可動体の駆動周波数を共振周波数の２倍にするとともに、低い周波数から高い周波数に移動させ、またはその逆の方向に移動させたり、あるいはずれた周波数から共振周波数に一致させ、また一致した状態からずらして行くといった操作を行うことにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。この方法では、励振の効率が変化し、また位相がずれることになるため、励振区間と制止区間を設けることが可能となる。
【００６６】
前記駆動信号Ｓ１には減衰信号Ｓ１ｂが含まれている。この減衰信号Ｓ１ｂには、抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が含まれている。この抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３と位相が１８０°ずれたものであり、可動体６がＸ１方向への速度を有しているときに、コイル５に順方向への電流が与えられて、可動体６に対して前記速度方向と逆向きのＸ２方向への駆動力が与えられる。これにより固有振動数で振動している可動体６の振動が減衰させられる。
【００６７】
図４の実施の形態では、抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の間に、逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２が設けられており、この逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２によってコイル５に逆方向の電流が与えられる。この逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２により、Ｘ２方向への速度を有している可動体６に対して、前記速度を打ち消すＸ１方向の駆動力が与えられる。前記抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄを交互に設けることにより、可動体６の振幅が急激に減衰する。
【００６８】
なお、前記減衰信号Ｓ１ｂに、抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの一方のみが設けられていてもよい。また抑制信号Ｃや逆抑制信号Ｄを減衰信号の前半においてのみ設けてもよいし、前記抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの周期を徐々にずらすようにしてもよい。
【００６９】
図５は、前記蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂを連続させ、この蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂを組とした信号を周期Ｔｅで与えた場合の、可動体６の振動波形を示している。図５では、蓄積信号Ｓ１ａでの励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３の数と、減衰信号Ｓ１ｂでの抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の数が一緒であり、また励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３と抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とでコイル５に与えられる電流量が同じである。また逆励振信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の数と逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の数が同じであり、逆励振信号と逆抑制信号とでコイルに与えられる電流量が同じである。また蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの時間長も同じである。
【００７０】
図５では、可動体６が固有振動数（共振周波数）にて振動し、蓄積信号Ｓ１ａではその振幅が時間と共に増加し、減衰信号Ｓ１ｂでは振幅が減衰していく。図５では、可動体６の振幅の頂点を結んだ線をエンベローブＥとして示しているが、このエンベローブＥは、前記蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの周期Ｔｅに応じて増減し、このエンベローブＥの周波数ｆｅは１/Ｔｅである。
【００７１】
前記可動体６の質量は小さく、このため固有振動数（共振周波数）は高くなる。しかしながら、前記エンベローブＥの周波数ｆｅは、前記共振周波数よりも低く設定することが可能であり、振動の大きさの変化を与えることが可能となる。振動の強さの変化は、圧感（痛覚）の変化として体感し得るという特徴がある。また、前記エンベローブＥの周波数ｆｅは、振幅の大きさが一定に維持されている場合にあっても、人が前記周波数ｆｅの増減を検知できる周波数帯域にあることから、人は前記周波数ｆｅの増減を振動の変化として有効に体感することができる。
【００７２】
可動体６の質量が小さく固有振動数が高い小型の振動発生手段１を用いて、図５に示すエンベローブＥの振動を発生させ、このエンベローブＥの周波数を人が体感できる値に設定しておくと、人はエンベローブＥの波形を振動として感じるようになる。
【００７３】
また、駆動信号Ｓ１での、蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂから成る組の繰り返し周期を変えることにより、人が体感できる前記エンベローブＥの周期および周波数を自由に変化させることができる。また、励振信号Ａと逆励振信号Ｂの数や電流量を変え、また抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの数や電流量を変えることにより、エンベローブＥの振幅を変えることもできる。
【００７４】
またエンベローブＥの波形を制御することも可能である。図６はその一例を示している。
【００７５】
図６の駆動例では、蓄積信号Ｓ１ａが励振信号Ａと逆励振信号Ｂを交互に有しているが、減衰信号Ｓ１ｂは、抑制信号Ｃのみであり、逆抑制信号Ｄを有していない。この場合の前記エンベローブＥは急激に立ち上がってなだらかに収束する形状となる。
【００７６】
この例の他にも、蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの信号の内容を変えることにより、エンベローブＥの波形を制御することが可能である。このようにエンベローブＥの波形を変えることにより、人が敏感に感じる振動や、人に鈍く重く感じさせる振動などを任意に生成することが可能である。
【００７７】
なお、図２においてヨーク部材８ｂの幅方向の中心が端子Ｔａ１と中間端子Ｔａ３との間でＸ１方向へ移動しているとき、コイル５に対しヨーク部材８ｂから発生する磁力線が交差する位置が移動して行くことになり、端子Ｔａ１と中間端子Ｔａ３との間に逆起電力（電圧）Ｖａが誘起される。またヨーク部材８ｂの幅方向の中心が、中間端子Ｔａ３と端子Ｔａ２との間を同じくＸ１方向へ移動しているときにも、端子Ｔａ２と中間端子Ｔａ３との間に逆起電力（電圧）Ｖｂが誘起される。また同じくＸ１方向に移動しているとき、ヨーク部材８ｂから発生する磁力線が、中間端子Ｔａ３に一致するときには、各端子間に誘起される前記逆起電力Ｖａと前記逆起電力Ｖｂとは等しくなる。また可動体６の移動方向がＸ２方向に変わった場合、コイル５に誘起される逆起電力Ｖａ，Ｖｂの極性は，前記Ｘ１方向に移動しているときと逆向きとなる。
【００７８】
可動体６の移動が静止するＸ１およびＸ２方向の最大振幅の位置では、ヨーク部材８ｂから発生する磁力線が時間的に変化しないため、逆起電力は０となる。
【００７９】
よって、前記位置検出手段１１が、この逆起電力Ｖａと逆起電力Ｖｂの切り換わりの時間的なタイミングを検出することにより、ヨーク部材８ｂの幅方向の中心が中間端子Ｔａ３に一致する時点、および最大振幅点を検知することが可能である。そして、前記のようにこの検出時点を用いて、前記励振信号Ａ、逆励振信号Ｂ、抑制信号Ｃ、逆抑制信号Ｄの生成のタイミングを設定することにより、可動体６の共振周波数を追尾する駆動信号Ｓ１を生成することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、可動体の固有振動数よりも低い周波数のエンベローブを生成して、このエンベローブの波形を振動として人に体感させるようにしているため、小型で固有振動数の高い振動発生装置を用いても人に体感させる振動を生じさせることができる。また前記エンベローブを変化させることにより、人が体感する振動の振動数や振動の感じ方などを自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動発生手段の実施の形態を示し、Ａは斜視断面図、Ｂは断面図、
【図２】マグネットとコイルとの対向関係を示す部分断面図、
【図３】制御手段を示すブロック図、
【図４】コイルに与えられる駆動信号の一例とそのときの可動体の振動を示す線図、
【図５】蓄積信号と減衰信号を組とした信号と可動体の振動波形との関係を示す図、
【図６】エンベローブの振動波形を制御する一例を示す図、
【符号の説明】
１ 振動発生手段
２ ケース
４ 軸
５ コイル
６ 可動体
７ 錘
８ａ，８ｂ ヨーク部材
９ 付勢部材
１０ 制御手段
１１ 位置検出手段
１２ 信号生成手段
１３ ドライブ手段
１４ 振動制御部
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３ 励振信号
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 逆励振信号
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 抑制信号
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ 逆抑制信号
Ｅ エンベローブ
Ｓ１ 駆動信号
Ｓ１ａ 蓄積信号
Ｓ１ｂ 減衰信号
Ｔａ１，Ｔａ２ 端子
Ｔａ３ 中間端子
Ｍ マグネット
Claims (4)
- 可動体が駆動信号に応じて振動させられる振動発生装置であって、
前記可動体と、前記可動体を支持する付勢部材と、前記可動体に往復運動を与える磁気駆動手段とを有しており、
前記駆動信号は、前記可動体の固有振動数に合わせたパルス状の励振信号によって前記可動体の振幅を拡大させる蓄積信号と、前記励振信号とは位相がずれるパルス状の抑制信号によって前記可動体の振幅を低下させる減衰信号とを有し、
前記磁気駆動手段のコイルに発生する逆起電力から前記可動体がその振幅の中心に至ったことを検知する位置検知手段が設けられ、この位置検知手段の検知出力に基づいて、前記励振信号と前記抑制信号の印加タイミングが決められ、
前記可動体を振動させたときの振幅の頂点を結んだエンベロープの幅が、前記蓄積信号で増大し前記減衰信号で収縮し、このエンベロープの増大と収縮の一連の変化を持たせたことを特徴とする振動発生装置。 - 前記励振信号と前記抑制信号との位相のずれが１８０°である請求項１記載の振動発生装置。
- 磁気駆動手段は、円筒ケースとその内部中心に設けられた軸の一方に設けられたコイルと、他方に設けられたコイルとで形成される請求項１または２記載の振動発生装置。
- 前記可動体は軸に沿って移動自在であり、前記付勢部材は、可動体をストローク方向の両側から前記可動体を互いに異なる方向へ付勢するコイルばねである請求項１ないし３のいずれかに記載の振動発生装置。
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