JP4700012B2 - 可変偏心触感生成器 - Google Patents

Description

本願は、概して触感生成器（tactile generator）に関し、特に、無線通信装置に用いられる触感生成器に関する。

触感生成器は、偏心の重りをモータで回転させることによって振動を生成するものである。従来の触感生成器において生成される振動量は、偏心重りの質量と、回転軸から重りの重心までの距離と、回転速度との関数で表わされる。従来の装置では、これらのパラメータは、しばしば製造者によって固定され、変更できない。その結果、従来の装置で発生可能な振動量もまた固定される。

更に、従来の装置では、重りの重心は、回転軸から一定距離の位置にあり、そのため、通常は、重りの回転を開始するために必要な電流も一定である。この電流は、モータの設計用の対応する動作電流に比べて、大幅に大きくなる。

しかしながら、必要な起動電流を送ることのできない装置では、振動を生成するための重りを回転することができない。従って、振動量を変えることができ、少ない起動電流負荷で動作できる装置が求められる。

本発明は、回転軸を中心として回転しつつ様々なレベルの振動を発生させる偏心部を備えた触感生成器を提供するものである。一実施形態では、モータが、回転軸を中心として、偏心部を回転させる。

偏心部は、偏心部と回転軸との間の距離が変わるように、回転軸に対し径方向に可動である。回転軸から偏心部までの距離が変化することにより、偏心部が回転中に発生する振動量が変化する。偏心部により生成される振動量は、偏心部の回転速度と回転軸から偏心部の中心までの距離とに依存する。

本発明は、例えば、アンテナに接続される送信機と、測定された周辺ノイズレベルを示す制御信号を生成するコントローラと、を含む無線通信装置内において実現される。本触感生成器は、制御信号に応答し、回転軸から偏心部までの距離が変化することで可変振動を生成する。

ここで、図１を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１において、本実施形態は符号１０で示されている。触感生成器１０は、モータ１２と、出力シャフト１４と、偏心部１６と、付勢部材１８とを含む。ここで、偏心とは、部材の重心が回転軸の中心に無いことを言う。

モータ１２は、プリント基板（不図示）に接続された電子モータであり、変速モータでもよい。電源からの可変電流によってモータ１２を制御することができ、それにより、出力シャフト１４を様々な速度で回転することができる。後で詳述するように、回転速度が可変であることにより、ユーザによって感知でされる振動のレベルが可変となる。

出力シャフト１４は、モータ１２の一端に接続され、モータ１２から縦軸方向に延設されている。モータ１２が駆動すると、出力シャフト１４が縦軸２４を中心として回転する。出力シャフト１４の回転速度は、モータ１２に対する電流に依存し、かつ比例する。例えば、モータ１２に印加される電流が大きければ大きいほど、出力シャフト１４が軸２４を中心としてより速く回転する。

偏心部１６は、出力シャフト１４を挿入されるスロット１５を有する重りを備える。

出力シャフト１４の、軸２４を中心とした回転により、偏心部１６は、軸２４を中心として偏心的に回転する。モータ１２は、様々な速度で動作できるので、偏心部１６も、同様に、様々な速度で、軸２４を中心として回転する。偏心部１６は、出力シャフト１４によって回転される際、ユーザが振動を感じるようなアンバランスな荷重が提供されるように、成形され、或いは、重み付けられている。

付勢部材１８は、出力シャフト１４と、偏心部１６の内壁の間のスロット１５に設けられている。図１Ａに示すように、付勢部材は、偏心部１６を軸２４に付勢する付勢力を有する。付勢部材１８は、また、図１Ｂに示すように、偏心部１６が軸２４に対して偏心回転する場合に、偏心部１６が、軸に対して径方向外側に移動することを許容する。更に、付勢部材１８は、偏心部１６をシャフト１４及び軸２４に対して内側に付勢し、回転中に偏心部１６が外側に移動しようとする力に抗する。偏心部１６が径方向外側に移動するのに対する抵抗力は、所定の堅さの付勢部材１８を選択することによって制御できる。十分な回転速度に達すると、偏心部１６によって起こる遠心力がその付勢力を超えて、偏心部１６を軸２４から外側に向けて移動する。しかし、偏心部１６が軸２４から径方向外側に移動すると、偏心部１６の回転速度は、減速傾向になる可能性がある。これに対して、所定の回転速度を維持するためには、より多くの電流をモータ１２に流し、出力シャフト１４に対する、トルクを増大させればよい。以下により詳細に示すように、本発明は、このような構成により、モータ１２を始動するのに必要な電流を減らしつつ、振動レベルを変更することができる。

従って、回転軸２４から偏心部１６までの距離は、出力シャフト１４の回転速度に依存する。つまり、シャフト１４が速く回転すればするほど、偏心部１６は、軸２４から径方向外側に向けて大きく移動する。逆に、シャフト１４がゆっくり回転すればするほど、偏心部１６は、軸２４に対して径方向内側に移動する。従って、付勢部材１８は、回転中に、偏心部１６が様々な位置に移動することを許容し、結果として、振動の大きさを変更できる。

本発明は、従来の装置に比べて、より小型で、より安価なモータを利用できる。固定の偏心部を用いた従来型のバイブレータでは、モータは、偏心部の慣性を超える、十分なトルクを提供しなければならなかった。通常、偏心部の回転を開始するのに必要なトルクは、その回転を維持するのに必要なトルクよりもずっと大きい。更に、必要なトルクは、回転軸から偏心部までの距離に依存する。本発明によれば、モータ１２が回転し始める際には、偏心部１６は、付勢部材１８によって、回転軸２４に近づく方向に付勢されている。従って、偏心部１６の回転を開始するには、より少ないトルクしか必要ではなく、結果として、より小さく、安価なモータを使うことができる。

更に、従来型の装置が、偏心部を、回転軸から固定距離の位置に配置していたので、生成できる振動のレベルも１つのみに限られていた。本発明では、偏心部１６の位置は出力シャフト１４に対して変化するので、振動出力は、ある範囲に亘って可変である。つまり、本発明によって実現できる振動のレベル偏心部１６と軸２４との距離に応じて変化する。

図２に示す他の実施形態では、メカニカルストップ２８を有する延設部２６は、シャフト１４に取り付けられ、偏心部１６は、延設部２６上を移動する.ここではコイルばねとして示される付勢部材１８は、メカニカルストップ２８と偏心部１６との間に配置されている。上述の実施形態と同様に、シャフト１４が静止中、或いは、ある閾値（図２Ａ）以下の速度で回転中、付勢部材１８は、偏心部１６を軸２４側に付勢する。偏心部１６は、シャフト１４が十分な回転速度に達するまで、この位置のままでいることができる。閾値に達すると、偏心部１６による遠心力が、付勢部材１８による付勢力に打ち勝つ。そうすると偏心部１６は、延設部２６に沿って移動し、軸２４から径方向外側に、メカニカルストップ２８に向かって移動する。軸２４から偏心部１６までの距離は、そして、つまり、生成される振動量は、偏心部１６の回転速度に依存する。

図３は、本発明の更に他の実施形態を示している。本実施形態は、付勢手段としてばねを用いず、その変わりに付勢部材１８として磁石を用いる。

更に、本実施形態によれば、２つの異なるレベルの振動を起こすことができる。本実施形態の付勢部材１８は、シャフト１４に接続し、完全に一体化している。シャフト１４が、止まっているか、或いは閾値速度よりも遅い速度で回転していれば（図３Ａ）、磁力を有する付勢部材１８は、偏心部１６を、軸２４に対して内側に引きつける（つまり付勢する）。偏心部１６は、付勢部材１８に磁力によって吸着され、シャフト１４が、十分な回転速度になるまで、第１のレベルの振動を生成する。回転する偏心部１６によって引き起こされる遠心力が、磁力による吸引力を超えれば、偏心部１６は、付勢部材１８の磁力による吸着をはずれる。その遠心力により、偏心部１６は、偏心部１６がメカニカルストップ２８に接触するまで、延設部２６に沿って登っていく。この位置では、触感生成器１０は、第２レベルの振動を生成する。

図４に示す実施形態は、構造は異なるが、偏心部１６が、軸２４から様々な位置に移動することにより、様々なレベルの振動を生成する。本実施形態において、付勢部材１８は、偏心部１６を、シャフト１４の末端に接続する板ばねである。シャフト１４が静止中、或いは、ある閾値（図４Ａ）以下の速度で回転中、付勢部材１８は、偏心部１６を軸２４及びシャフト１４側に付勢する。シャフト１４が十分な回転速度に達すると、偏心部１６に起こる遠心力が、偏心部１６を、軸２４から径方向外側に移動させる。上述の実施形態のように、軸２４から偏心部１６までの距離は、そして、つまり、生成される振動量は、偏心部１６の回転速度に依存する。上述したように偏心部１６の回転速度は、モータに供給される電流に依存する。

一般に、図４の実施形態は、シャフト１４がフルスピードで回転した場合でも、軸２４に対して、ほぼ直角をなす位置にしか行かないように、偏心部１６の動きを許容すべきである。より低速では、偏心部１６は、シャフト１４と、図４Ｂに示す位置どの間のどこかに位置することができる。なお、本実施形態では、偏心部１６は、シャフト１４に対して、ほぼ垂直な方向にまっすぐ移動する訳ではない。しかし、どの瞬間にも、シャフト１４から偏心部１６までの径方向の距離は、モータ１２の回転速度、モータ１２に供給される電流、そして、付勢部材１８の特徴に応じて変化する。従って、ここでの目的に対しては、図４の偏心部１６も、軸方向にも移動するが、径方向内方に移動すると考えることができる。

図５は、偏心部１６を囲む電磁石エンクロージャ２９を備える他の実施形態を示している。電磁石エンクロージャは、例えば、モータからの電流によって、電力供給された電磁石スリーブであってもよい。電磁石エンクロージャ２９は、付勢部材１８とは独立に偏心部１６の位置を制御する手段を提供する。更には、付勢部材１８は偏心部１６を、軸２４に対して内方に付勢する。出力シャフト１４が回転すると、偏心部１６は、軸２４から、径方向外方に移動しようとする。。上述した実施形態と同様に、付勢部材１８は、偏心部１６による遠心力が付勢部材１８の付勢力を超える程度の回転速度になるまで、偏心部１６の外向きの移動に抵抗する。しかし、電磁石エンクロージャ２９によって生成された電磁界は、偏心部１６の径方向外側の動きに抗するように制御される。従って、偏心部１６の位置は、そして即ち、生成される振動量も、付勢力とは独立に、偏心部１６を取り囲む電磁界が強くなったり弱くなったりすることで制御される。電磁石エンクロージャ２９は、結果として、第２の付勢部として機能する。

図６は、図５に示した実施形態の他の例で、付勢部材１８を含まないものを示す。本実施形態では、電磁石エンクロージャ２９が、軸２４に対して偏心部１６を内方に付勢する主要な付勢部材として動作する。特に、電磁石エンクロージャ２９によって生成された電磁界の強さは、偏心部１６が径方向内側または外側に移動できるように、制御される(つまり、増加、または減少される）。

図７に示すように、触感生成器１０は、無線通信装置３０に適用することができる。無線通信装置３０は、例えば、移動電話、衛星電話、或いはパーソナルデジタルアシスタント(ＰＤＡ)であっても良いし、マイク３２、スピーカ３４、キーパッド３６、ディスプレイ３８、アンテナ４６に接続された送信機４４、及びコントローラ４２を備える。要望に応じて他の構成を含ませてもよい。これらの構成は、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース４０によって、互いに通信可能に接続される。以下に示すほか、装置３０は、典型的な無線通信装置といったものである。送信機４４、アンテナ４６、Ｉ／Ｏインタフェース４０、キーパッド３６、スピーカ３４及びディスプレイ３８の動作は、詳細には説明しない。装置３０によれば、ユーザは、遠隔地に対して発呼したり、或いは遠隔地から着呼したりすることができる。

しかし、従来の無線通信装置と異なり、触感生成器１０を自主的に制御する回路を含む。更に詳しくは、コントローラ４２は、マイクなどを有し、触感生成器１０で生成される振動の量を制御する。一つの例として、コントローラ４２は、検知した周辺ノイズのレベルに基づいて制御信号を生成することにより、モータの回転速度、そして、そしてこれにより偏心部１６の位置を制御する。

一般に、振動レベルが高いほど、音声ノイズのレベルも高くなる。従って、従来の振動装置によれば、固定レベルの振動に応じた量の音声ノイズが生成される。しかし、このレベルのノイズであっても、状況によっては許容できないことがある。従って、本発明は、周辺ノイズの検知レベルに応じて最適化されたレベルの振動を生成する。これにより、ユーザはバイブレーションを感じることができながらも、生成された音声ノイズを、最低レベルに抑えることができる。

検知した周辺ノイズレベルに応じて、振動を最適化する方法５０について、図８に示す。例えば、コントローラ４２は、着呼すると、ユーザに知らせる前に周辺ノイズを感知するためマイク３２を起動する（処理５２）。コントローラ４２でのロジックによれば、或いは、他のコンポーネントのロジックにより、検知した周辺ノイズを測定する（処理５４）。そして、コントローラ４２は、どのように振動を変化させるかを決定するために、所定のルックアップテーブルを用いる（処理５６）。本実施形態では、ルックアップテーブルが、測定したノイズレベルを、対応する電圧レベルにマッピングする。他の実施形態としては、ルックアップテーブルが、測定したノイズレベルを、対応する電流レベルにマッピングすることもできる。しかし、当業者であれば、本発明がルックアップテーブルに限定されるものではなく、他のタイプの情報を記憶しても実現できることが、容易に理解できるであろう。それから、コントローラ４２は、検知したノイズレベル及びルックアップテーブルの値に応じて、触感生成器１０に対して制御信号を供給する（処理５８）。ノイズレベルが高ければ、より強い振動を生成する。例えば、モータ１２に対して様々なレベルの電圧／電流を提供することにより、様々なバイブレーションレベルが実現される（処理６０）。加えて、様々なレベルの電圧を、電磁界を強くしたり弱くしたりするために、電磁石エンクロージャ２９に適用してもよい（処理６２）。

上述したように、偏心部１６は、軸２４から径方向外側に移動するが、これにより、偏心部１６の回転速度は低下する傾向にある。コントローラ４２によって生成された制御信号は、この傾向をうち消すために用いられ、偏心部１６の回転速度をほぼ一定に保つ。例えば、触感生成器１０は、出力シャフト１４に加えられるトルクを測定する内部回路を用いて、一定周期で、偏心部１６の回転速度を決定する。他の例では、触感生成器１０は、一定周期で、出力シャフト１４または軸２４から偏心部１６までの実際の距離を測定するため、内部センサを用いてもよい。触感生成器１０は、また、測定した偏心部１６の回転速度を示す信号をコントローラ４２に提供し、コントローラ４２が、その情報を用いて偏心部１６の回転速度を計算してもよい。この計算に基づき、コントローラ４２は、偏心部１６の回転速度を左右する、モータ１２に供給される電圧／電流レベルを、増加、減少、或いは維持することもできる。更に、本発明は、装置３０が着呼した場合以外の状況においても、周辺ノイズレベルに応じて、様々なレベルの振動を提供してもよい。例えば、本発明の触感生成器１０は、ゲームの種類に応じて、或いは、ゲームのプレイレベルに応じて、または、警報、ポケベル、或いはアラームの受け取りに応じて、複数のレベルの振動を生成するように構成されうる。

当業者であれば、触感生成器１０、実際には、明白には図示しない他の通信装置においても、ゲームコントローラのような装置にも用いることができる。更に、付勢部材１８は、図に示したばねや電磁石エンクロージャ２９に限定されない。むしろ、付勢部材１８は、圧縮発泡体などを含んでもよい。

本願発明はまた、他ここで挙げられたものとは別のタイプの振動モータとして用いることを検討してもよい。例えば、本発明をパンケーキのバイブレータとして用いてもよい。パンケーキバイブレータは、フラットで、パンケーキの形状をしたディスクであって、回転軸の周りを、偏心回転する。これらのタイプのバイブレータは、ディスクの平面に沿って移動可能な偏心部１６を含むように構成されている。

偏心部１６は、付勢部材１８によって回転軸に対して付勢されており、ディスクの回転時に、偏心部１６が回転軸から移動或いはスライドすることができる。上述の実施形態と同様に、ディスク及びモータの回転速度を変化させることにより、様々なレベルの振動を生成する。このタイプのバイブレータは、例えば、ゲームコントローラ、ポケットベル及び通信装置における触感出力を生成するために、用いられる。

更に、回転軸２４に対する偏心部１６の径方向の移動は、偏心部１６の回転速度に依存するものに限らない。実際、偏心部１６は、偏心部１６の回転速度とは独立に移動してもよい。本発明の他の実施形態としては、例えば、コントローラ４２が生成する制御信号に応じて内側または外側に偏心部１６を移動するサーボモータやソレノイドの利用を考えることができる。

本発明は、もちろん、本発明の本質的な特徴から乖離することなく、ここで挙げた方法とは異なる方法で具現化することもできる。上述の実施形態は、本発明の例示に過ぎず、いかなる場合も本発明を上述の実施形態に限定して解釈すべきではない。特許請求の範囲の文言及びその均等の範囲に含まれるいかなる変更も、本発明に含まれるものとする。

本出願は、米国において、２００３年１２月３１日に出願された米国特許出願６０/５３３, ６４４に基づいて、米国特許法１１９条(e)による優先権を主張して出願されたものであり、米国特許出願６０/５３３, ６４４の内容は、本願に含まれているものとする。

本発明の一実施形態の斜視図である。 本発明の一実施形態の斜視図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 無線通信装置に用いられる本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に従い、周辺ノイズレベルを検知する方法を示す図である。

Claims (9)

1. モータ（１２）と、
   振動を生成するため、前記モータ（１２）によって回転軸（２４）を中心に回転される偏心部材（１６）であって、該偏心部材（１６）と該回転軸（２４）との間で径方向に可動である、偏心部材（１６）と、
   前記偏心部材（１６）を囲み、該偏心部材（１６）を前記回転軸（２４）に向かって付勢する磁界を生成する、電磁石エンクロージャ（２９）と、
   を備えることを特徴とする触感生成器（１０）。
2. 入出力インタフェース（４０）を介して触感生成器（１０）に接続されたコントローラ（４２）が、前記偏心部材（１６）により生成される振動を調整することを特徴とする請求項１に記載の触感生成器。
3. 前記コントローラ（４２）は、前記偏心部材（１６）の前記回転軸（２４）からの距離を制御することにより、前記偏心部材（１６）により生成される振動を調整することを特徴とする請求項２に記載の触感生成器。
4. 前記コントローラ（４２）は、前記モータの回転速度を変えることにより、前記偏心部材（１６）の前記回転軸（２４）からの距離を制御することを特徴とする請求項３に記載の触感生成器。
5. 前記コントローラ（４２）は、前記磁界の強度を変えることにより、前記偏心部材（１６）の前記回転軸（２４）からの距離を制御することを特徴とする請求項１に記載の触感生成器。
6. 前記コントローラ（４２）は、周辺ノイズレベルに応じて、前記偏心部材（１６）によって生成される振動を調整することを特徴とする請求項２に記載の触感生成器。
7. シャフト（１４）を回転するモータ（１２）と、
   振動を生成するため、前記モータ（１２）によって回転軸（２４）を中心に回転される偏心部材（１６）であって、該偏心部材と該回転軸（２４）との間で径方向に可動である、偏心部材（１６）と、
   前記偏心部材（１６）を前記シャフト（１４）の端部と接続する板ばねと、
   前記偏心部材（１６）と前記回転軸（２４）との間の距離を変えることにより、該偏心部材（１６）によって生成される振動を調整するコントローラ（４２）と、
   を備えることを特徴とする触感生成器（１０）。
8. 前記コントローラ（４２）は、前記モータの回転速度を変えることにより、前記偏心部材（１６）の前記回転軸（２４）からの距離を制御することを特徴とする請求項７に記載の触感生成器。
9. 前記コントローラ（４２）は、周辺ノイズレベルに応じて、前記振動を調整することを特徴とする請求項７に記載の触感生成器。

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