JP7071614B2 - 振動装置、ウェアラブル端末及び着信通知機能デバイス - Google Patents
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Description
振動アクチュエータにおいて、十分な振動を得ようとするためには、振動アクチュエータで発生する振動は可動部の質量及びストロークに依存するため、振動アクチュエータのサイズ自体を大きくする必要がある。
しかしながら、振動アクチュエータのサイズが大きくなると、それに応じて振動アクチュエータを搭載する筐体を大きくする必要があり、小型化を図る筐体の寸法を制約してしまうという問題が生じる。
固定体に弾性支持された可動体を前記固定体に対して共振周波数でリニアに振動可能な振動アクチュエータを備える振動装置であって、
矩形状の実装筐体を有し、
一対の前記振動アクチュエータが前記実装筐体において前記実装筐体の重心を挟み対向する角部分に、それぞれ前記角部分を構成する辺部に沿うことなく、且つ、前記重心を中心にした円周の接線上を往復振動するように実装され、
前記一対の振動アクチュエータは、略同じ共振周波数で振動するとともに、それぞれの前記可動体の振動方向に沿う振動軸線を互いに平行にして、且つ、前記振動軸線で前記実装筐体の重心を挟むように、それぞれの前記振動軸線で互いに逆方向で振動を励起する向きに配置されている構成を採る。
[振動装置の全体構成]
図1は、本発明に係る実施の形態1の振動装置を示す平面図である。
本実施の形態1の振動装置1は、携帯端末に適用しており、携帯端末の筐体2と、筐体2に実装された複数の振動アクチュエータ10(10-1、10-2)とを有している。本実施の形態1では、振動装置1を携帯端末に適用して説明するが、振動を発生する装置或いはデバイスであれば、どのような装置或いはデバイスに適用しても良い。例えば、振動装置1は、ゲームコントローラ、ウェアラブル端末、ラップトップPC、タブレット端末等に適用しても良い。なお、図1では、便宜上、携帯端末の筐体外表面を透過して、携帯端末の筐体2では、振動アクチュエータ10が配置される配置部のみを示す。
筐体2の重心Gは、振動アクチュエータ10-1、10-2を含む全ての構成要素を含む際の重心であることが好ましい。
また、振動アクチュエータ10-1、10-2は、略同じ共振周波数で振動するとともに、それぞれの可動体30(図2参照)の振動方向に沿う振動軸線VCを含む面間に、重心Gを位置させて、且つ、それぞれの振動軸線VC(図1参照)で互いに逆方向(逆位相)で振動を励起する向きに配置される、ともいえる。
図1では、振動アクチュエータ10-1、10-2は、筐体2の上部左側と、下部左側とに配置しているがこれに限らず、振動アクチュエータ10―1、10-2を筐体2の上部右側と下部右側とに配置したり、筐体2の上部右側と下部左側、筐体2の上部左側と下部右側等、どの位置に配置されてもよい。
振動アクチュエータ10は、コイル及びマグネットの一方を有する固定体と、前記コイル及びマグネットの他方を有し、固定体に弾性支持された可動体とを有する。振動アクチュエータ10は、コイル及びマグネットの協働により、可動体を固定体に対して共振周波数でリニアに往復駆動させる。
図2は、本発明に係る実施の形態1の振動装置の備える一例としての振動アクチュエータの内部構成を示す斜視図であり、図3は、同振動アクチュエータを上側から見た分解斜視図である。また、図4は、同振動アクチュエータの内部構成を示す平面図であり、図5は、図2のA―A線矢視断面図であり、図6は、図4のB―B線矢視断面図である。また、図7は、振動アクチュエータの磁気回路を模式的に示す平面図である。なお、図1~図7では、振動アクチュエータ10における可動体の振動方向を、便宜上、前後方向とも称し、振動方向に直交する2方向をそれぞれ、横方向(左右方向)と、高さ方向(上下方向であり、厚み方向とも言う)として説明する。
本実施の形態の振動アクチュエータ10は、固定体20と、軸部80と、軸部80を介して固定体20に対して可動自在に支持される可動体30と、を有する。
可動体30は、コイル70a、70bが巻回されたコア(以下、「E型形状コア」とも称する)50a、50bと、マグネット60との協働により、軸部80の軸方向(図7及び図10の矢印F、-F方向で示す振動装置1の振動方向)に沿って往復移動、つまり振動する。
振動アクチュエータ10は、可動体30(マグネット60a、60b、可動体本体32、軸受け部82a、82b)は、金属ばね40の軸方向の付勢力と、マグネット60a、60b、コイル70a、70bが巻回されたE型形状コア50a、50bにより発生する磁気吸引力による磁気ばねとにより弾性支持される。
ケース21は、底面部を有する矩形箱状に形成されており、長手方向に沿う両側壁のそれぞれに互いに対向してE型形状コア50a、50bが配置されている。また、ケース21内には、両側壁21a、21bのそれぞれの両端部間を閉塞する両端壁21c、21d間に軸部80が架設されている。
可動体30は、図2~図6に示すように、固定体20内のケース21内で軸部80の延在方向に可動自在に配置されている。可動体30は、可動体本体32と、マグネット60a、60bと、軸受け部82a、82bと、を有する。
可動体本体32は、可動体30のウェイトとして機能し、例えば、SECC等の鉄、鉄を主成分とする合金、青銅、銅など比重が5以上である金属材料や、焼結材、MIM(メタルインジェクションモールド)材を採用することが好ましい。可動体本体32は、例えば、タングステン或いはタングステン合金などの高比重金属材料(好ましくは比重10以上、特に比重11以上)が好適である。可動体本体32は、タングステンにより構成されている。例えば、比重の目安として、SECC:7.8、Nd焼結マグネット:7.4~7.6、銅:8.9、タングステン:16~19である。
ケース21内では、可動体30の凹状内にE形状コア50a、50bがギャップを空けて配置されており、平面視してケース21内の隙間を極力低減してコンパクト化が図られた構成となっている。
振動アクチュエータ10における略共振周波数(共振周波数と、共振周波数に近似する共振周波数より若干低い周波数X(図11参照)でのF方向及び-F方向への往復駆動が、振動装置1としての携帯端末における振動アクチュエータ10-1、10-2の振動となる。
振動装置1における振動アクチュエータ10-1、10-2は、例えば、振動装置1の備える駆動回路系を介して駆動する。駆動回路系11Aでは、振動アクチュエータ10-1、10-2は、駆動制御部11aの信号発生部11bと増幅器11cとに直列で接続されている。信号発生部11bは、携帯端末が備える制御部(図示省略)或いは通信部(図示省略)から着信を通知する信号等の振動発生指令信号が入力されると、駆動信号を生成して、増幅器11cに出力される。駆動信号は、増幅器11cを介して、振動アクチュエータ10-1、10-2に出力され、振動アクチュエータ10-1、10-2は、駆動制御部11aから入力される駆動信号に基づいて駆動する。このとき、駆動制御部11aは、振動アクチュエータ10-1、10-2において、それぞれコイル70a、70bとマグネット60a、60bの協働で駆動する可動体30を同じ周波数で、逆位相で往復動するように駆動信号を生成して出力する。
図9に示す駆動回路11Bでは、複数の振動アクチュエータ10-1、10-2は逆位相で駆動する。
図10は、振動装置の動作を示す平面図である。なお、図10では、便宜上、携帯端末の筐体外表面を透過して、携帯端末の筐体2では、振動アクチュエータ10が配置される配置部のみを示す。
振動装置1では、複数の振動アクチュエータ10-1、10-2において、例えば、図8或いは図9で示す駆動回路系11A、11Bを介して、それぞれの可動体30(図2参照)に対して、振動軸線(軸部80)上で、互いに逆方向で振動が励起される。これにより、振動アクチュエータ10-1は、-F方向に振動(例えば図7に示す可動体30の-F方向の移動に相当)し、振動アクチュエータ10-2は、F方向に振動(例えば図7に示す可動体30のF方向の移動に相当)する。これにより、筐体2自体には、筐体2の重心Gを中心とする周方向の一方(実線矢印R方向)に移動(振動)する動きが発生し、矢印R方向に移動する。
ここで、略等しい共振周波数とは、共振周波数もしくは共振周波数よりも低い周波数X(例えば、fr(=M)-10<X≦fr(=M)を満たす)である。
図11において横軸は、振動アクチュエータを駆動させる周波数であり、縦軸は、駆動周波数に対応する振動振幅(振幅加速度)である。図12において横軸は、振動アクチュエータを駆動させる駆動周波数であり、縦軸は、駆動周波数で振動アクチュエータを駆動する際の消費電力を示す。
図13及び図14は、振動アクチュエータの個数による振幅と消費電力のそれぞれの関係を示す図である。各図では、本実施の形態の振動装置1と、振動装置1の構成において振動アクチュエータを一つにした振動装置(振動アクチュエータ10-1のみ実装)とした比較例1と、振動装置1の構成において複数個の振動アクチュエータが同じ移動で駆動するようにした振動装置である参考例1との振幅、消費電力の比較結果を示す。図15は、参考例1としての振動装置における振動アクチュエータの配置位置を示す図である。
図13及び図14から明らかなように、複数の振動アクチュエータを逆位相で駆動する本実施の形態の振動装置1の振動振幅は、振動アクチュエータ一つの比較例1の振幅の2倍以上(比較例1の約4倍)の振幅となった。また、振動アクチュエータを同一方向において同位相で振動するようにした参考例1(図15に示す振動装置8)の振動振幅は、比較例1と比較すると、概ね2倍程度に留まっている。振動装置1は、参考例1と比較して、筐体側面の振動加速度が最大71%増加する結果が得られている。また、振動装置1では、振動アクチュエータの発生する振動が、相互に他のアクチュエータを加振することにより振動振幅が増大しているので、結果、消費電力の低減を図ることができ、振動装置8と消費電力を比較すると、消費電力で約5%の低減効果が得られている。
また、本実施の形態の筐体2のような四角い筐体の場合、筐体2に配設される機器の構成部品は、部品の配置の観点から筐体2の形状に沿って配置するのが効率的である。この観点で、振動アクチュエータを配置する場合、重心を挟んで配置(完全に直線状でなくても問題ない)することにより、筐体が重心を回転中心とした振動を得ることができる。
[振動装置の全体構成]
図16は、本発明に係る実施の形態2の振動装置を示す斜視図であり,図17は、同振動装置の動作を示す平面図である。なお、図16及び図17では、便宜上、携帯端末の筐体外表面を透過して、携帯端末の筐体2Aでは、振動アクチュエータ10が配置される配置部のみを示す。
本実施の形態2の振動装置1Aは、振動装置1と同様に携帯端末に適用しており、携帯端末の筐体2Aと、筐体2Aに実装された複数の振動アクチュエータ10(10-1、10-2)とを有している。
筐体2Aには、振動アクチュエータ10-1、10-2が、筐体2の重心Gを挟むように、且つ、互いに平行な振動方向に沿う振動軸線VC(ここでは振動方向となる振動方向上の軸線)に対して、逆方向(逆位相)に振動を励起する向きに配置されている。具体的には、振動アクチュエータ10-1、10-2は、それぞれの振動方向に沿う振動軸線VCを、筐体重心Gを中心とした円周Cの接線上に或いは当該接線に沿うように配置される。本実施の形態では、筐体2の上部左側の角部分と下部右側の角部分に配置しているがこれに限らず、筐体2の上部右側の角部分と下部左側の角部分に、且つ、円周の接線に沿って配置されてもよい。また、複数の振動アクチュエータは、筐体2の上部左右両側の角部分と下部左右両側の角部分に配置して、それぞれが重心Gを中心とする同一円周上で振動するようにしてもよい。
なお、振動アクチュエータ10-1、10-2は、実施の形態1の振動アクチュエータ10-1、10-2と同様であり、可動体30をそれぞれ略等しい共振周波数で直線的な運動(往復移動)させる所謂、リニア共振アクチュエータ(Linear Resonant Actuator:LRA)である。すなわち、振動アクチュエータ10-1、10-2は、コイル及びマグネットの一方を有する固定体と、前記コイル及びマグネットの他方を有し、固定体に弾性支持された可動体とを有する。振動アクチュエータ10-1、10-2は、コイル及びマグネットの協働により、可動体を固定体に対して共振周波数でリニアに往復駆動させる。
振動装置1Aにおいて、複数の振動アクチュエータ10-1、10-2において、それぞれの可動体30(図2参照)に対して、振動軸線VC(軸部80)上で、互いに逆方向(逆位相)で振動が励起される。この振動は、例えば、図8或いは図9で示す駆動回路系11A、11Bを介して行う。
図8或いは図9に示す駆動制御部11aの信号発生部11b、増幅器11cを介して、振動アクチュエータ10-1、10-2のそれぞれのコイル70a、70bに供給される電流が逆方向で、且つそれぞれが互いに逆位相で振動するように供給されると、上述したように、それぞれの可動体30(図2参照)に、逆方向への振動が励起され、振動アクチュエータ10-1、10-2はそれぞれの逆方向(逆位相)で振動する。
この構成によれば、振動装置1と同様の効果を得ることができるとともに、略等しい共振周波数を持つ複数の振動アクチュエータ(リニア共振アクチュエータ)10-1、10-2が重心Gを中心とした円周方向を可動方向として配置され、振動アクチュエータ10-1、10-2は、回転方向に対して同一周方向に振動を励起する向きに駆動される。これにより、筐体2Aの回転方向への振動の励起をより効率的に行うことができる。
図18は、本発明に係る実施の形態3のウェアラブル端末100の要部構成を模式的に示す図であり、図19は、同ウェアラブル端末100における動作を模式的に示す図である。ウェアラブル端末100は、ユーザが身につけて使用するものである。ここでは、ウェアラブル端末100は、接続された通信端末の着信の通知を装着したユーザに振動により通知する所謂ウェアラブルインプットデバイスとして機能する。
2、2A、140 筐体
10、10-1、10-2 振動アクチュエータ
20 固定体
30 可動体
60、60a、60b マグネット
70a、70b コイル
80 軸部
82a、82b 軸受け部
100 ウェアラブル端末
110 通信装置
11A、11B 駆動回路系
120 処理装置
125 駆動回路部
G、G2 重心
Claims (8)
- 固定体に弾性支持された可動体を前記固定体に対して共振周波数でリニアに振動可能な振動アクチュエータを備える振動装置であって、
矩形状の実装筐体を有し、
一対の前記振動アクチュエータが前記実装筐体において前記実装筐体の重心を挟み対向する角部分に、それぞれ前記角部分を構成する辺部に沿うことなく、且つ、前記重心を中心にした円周の接線上を往復振動するように実装され、
前記一対の振動アクチュエータは、略同じ共振周波数で振動するとともに、それぞれの前記可動体の振動方向に沿う振動軸線を互いに平行にして、且つ、前記振動軸線で前記実装筐体の重心を挟むように、それぞれの前記振動軸線で互いに逆方向で振動を励起する向きに配置されている、
振動装置。 - 前記一対の振動アクチュエータは、前記重心を挟み、且つ、それぞれの前記振動軸線を、前記重心を中心とした円周の接線上に或いは当該接線に沿うように配置され、同一の円周方向に振動を励起する向きに駆動する、
請求項1に記載の振動装置。 - 前記一対の前記振動アクチュエータは、それぞれの前記振動アクチュエータを駆動する駆動回路において、並列接続もしくは直列接続され、それぞれ略等しい共振周波数で駆動する、
請求項1に記載の振動装置。 - 請求項1に記載の振動装置を含み、前記実装筐体が本体筐体である、
着信通知機能デバイス。 - 請求項1に記載の振動装置を含み、前記実装筐体を本体筐体とする、
ウェアラブル端末。 - 前記一対の振動アクチュエータは、前記共振周波数で振動する場合より消費電力が小さくなる周波数で振動する、
請求項1に記載の振動装置。 - 前記一対の振動アクチュエータは、前記実装筐体の上部左側および上部右側の一方の角部分と、前記実装筐体の下部左側および下部右側の一方の角部分とに配置される、
請求項1に記載の振動装置。 - 前記実装筐体は、湾曲形状を有する、
請求項1に記載の振動装置。
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