KR20170100684A - 충격발생 액추에이터, 터치패널 및 구동방법 - Google Patents

충격발생 액추에이터, 터치패널 및 구동방법 Download PDF

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요시노리 와타나베
다케시 마쓰다
유키 아키타
가쓰히토 후지이
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에스에무케이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 예를 들면 충격발생 액추에이터에 있어서 다양한 조작감을 제공할 수 있도록 한다. 충격발생 액추에이터는, 단일펄스신호에 있어서 전압을 경시적으로 변화시킨 구동신호를 출력하는 구동신호 출력부와, 구동신호에 대응하는 기간에 통전되는 형상기억합금을 구비한다.

Description

충격발생 액추에이터, 터치패널 및 구동방법{IMPACT GENERATING ACTUATOR, TOUCH PANEL AND DRIVE METHOD}
본 발명은 충격발생 액추에이터(衝擊發生 actuator), 터치패널(touch panel) 및 구동방법에 관한 것으로서, 예를 들면 통전(通電)함으로써 형상이 변화되는 형상기억합금(形狀記憶合金)을 사용한 충격발생 액추에이터, 터치패널 및 구동방법에 관한 것이다.
온도변화에 의하여 신축되는 형상기억합금(이하, 편의상 SMA(Shape Memory Alloy)라고 한다)을 사용한 액추에이터가 종래부터 알려져 있다. 예를 들면 하기의 특허문헌1에는, 액추에이터에 인가하는 펄스신호(pulse信號)의 전압(파고치(波高値))을 변화시켜서 서로 다른 크기의 진동을 발생시키도록 한 액추에이터가 기재되어 있다.
: 일본국 공개특허 특개2008―262478호 공보
특허문헌1에 기재되어 있는 액추에이터는, 1펄스신호에 있어서의 파고치가 일정하기 때문에, 1펄스신호에 따라 다양한 조작감(操作感)을 발생시키는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적 중 하나는, 상기 문제를 해결할 수 있는, 신규이고 또한 유용한 충격발생 액추에이터, 터치패널 및 구동방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제1태양은, 예를 들면 단일펄스신호에 있어서 전압을 경시적으로 변화시킨 구동신호를 출력하는 구동신호 출력부와, 구동신호에 대응하는 기간에 통전되는 형상기억합금을 구비하는 충격발생 액추에이터이다.
본 발명의 제2태양은, 예를 들면 입력조작이 이루어지는 입력부와, 입력조작에 따라 단일펄스신호에 있어서 전압을 경시적으로 변화시킨 구동신호를 출력하는 구동신호 출력부와, 구동신호에 대응하는 기간에 통전되는 형상기억합금을 구비하는 터치패널이다.
본 발명의 제3태양은, 예를 들면 단일펄스신호에 있어서 전압을 경시적으로 변화시킨 구동신호를 출력하는 공정과, 구동신호에 대응하는 기간에 형상기억합금을 통전하는 공정을 구비하는 충격발생 액추에이터의 구동방법이다.
본 발명에 있어서의 적어도 하나의 실시형태에 의하면, 다양한 조작감을 발생시킬 수 있다.
도1은, 일반적인 액추에이터의 회로구성을 설명하기 위한 도면이다.
도2는, 일반적인 액추에이터에 있어서의 구동신호를 설명하기 위한 파형도이다.
도3은, 가속도의 측정방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도4는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 액추에이터의 구조예를 설명하기 위한 도면이다.
도5는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 액추에이터의 동작예를 설명하기 위한 도면이다.
도6은, 제1실시형태에 있어서의 액추에이터의 회로구성을 설명하기 위한 도면이다.
도7은, 제1실시형태에 있어서의 액추에이터의 구동신호를 설명하기 위한 파형도이다.
도8은, 제2실시형태에 있어서의 액추에이터의 회로구성을 설명하기 위한 도면이다.
도9는, MOSFET의 특성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도10은, 제2실시형태에 있어서의 액추에이터의 구동신호를 설명하기 위한 파형도이다.
도11은, 제2실시형태에 있어서의, 구동신호의 시간적 변화와, SMA에 흐르는 전류의 시간적 변화와, 액추에이터의 가속도의 시간적 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도12는, 구동신호의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 설명은 이하의 순서로 한다.
<1. 제1실시형태>
<2. 제2실시형태>
<3. 변형예>
이하에서 설명하는 실시형태 등은 본 발명의 적합한 구체적인 예로서, 본 발명의 내용이 이들 실시형태 등에 한정되는 것은 아니다. 또한 이하의 설명에 있어서의 효과는 예시이며, 예시한 효과에 의하여 본 발명의 내용이 한정되어 해석되는 것은 아니다.
「일반적인 액추에이터(actuator)의 구성」
처음에, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 일반적인 충격발생 액추에이터(衝擊發生 actuator)(이하, 편의상 액추에이터라고 약칭한다)의 구성에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, SMA(Shape Memory Alloy) 및 SMA의 통전상태(通電狀態)/비통전상태(非通電狀態)를 절체(切替)하는 구동회로 등을 포함하는 구성을 액추에이터라고 총칭한다. 도1은, 일반적인 액추에이터(액추에이터(1))의 구성의 일례를 나타낸다. 액추에이터(1)에 대하여 구동전압 발생부(驅動電壓 發生部)(2)로부터 구동전압이 입력된다. 구동전압 발생부(2)에는 저항(R1)의 일단(一端)이 접속되어 있고, 저항(R1)의 타단(他端)에는 SMA가 접속되어 있다. 저항(R1)과 SMA의 접속중점(接續中點)에는, 일단이 그라운드(GND)에 접지된 콘덴서(C1)가 접속되어 있고, 이 콘덴서(C1)가 구동전압 발생부(2)가 발생하는 구동전압에 의하여 충전(充電)된다.
SMA에 스위칭 소자(switching 素子)가 직렬로 접속되어 있다. 스위칭 소자는 예를 들면 N채널형의 MOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor)이며, MOSFET의 드레인(drain)(D)이 SMA에 접속되고, MOSFET의 소스(source)(S)가 그라운드에 접지되어 있다. MOSFET의 게이트(gate)(G)에는, MOSFET의 스위칭 동작을 제어하기 위한 단일펄스신호(單一pulse信號)가 입력되도록 구성되어 있다.
도2는 단일펄스신호의 일례를 나타내고 있다. 단일펄스신호라는 것은, 예를 들면 유저(user)의 입력조작에 따라 생성, 출력되는 하나의 펄스신호이다. 단일펄스신호의 하이레벨(high level)은 예를 들면 5V(볼트)이며, 로레벨(low level)은 0V이다. 물론 MOSFET의 특성에 따라 각 레벨에 따른 전압을 설정할 수 있다. 단일펄스신호에 있어서 하이레벨의 전압은 일정하다. 단일펄스신호가 하이레벨일 때에 MOSFET가 온(on) 되고, 단일펄스신호가 로레벨일 때에 MOSFET가 오프(off) 된다.
MOSFET의 온/오프 제어에 의하여 SMA의 통전상태/비통전상태를 절체할 수 있다. 예를 들면 MOSFET가 온 되는 기간에 콘덴서(C1)가 방전(放電)됨으로써 SMA가 통전가열(通電加熱)된다. 통전가열에 의하여 SMA가 소정의 가속도로 수축된다. MOSFET가 오프 되는 기간에 SMA에 대한 통전가열이 정지되고 외기(外氣)에 의한 냉각에 의하여 SMA가 신장된다. SMA가 수축됨으로써 액추에이터가 동작하고, 액추에이터가 동작함으로써 입력조작을 한 유저에 대하여 소정의 조작감(操作感)을 제공할 수 있다.
도3은, 액추에이터의 가속도 측정방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 또 이하에 예시하는 가속도의 측정방법은 액추에이터의 적용기기(예를 들면 터치패널(touch panel))를 고려한 것이지만, 가속도의 측정방법은 예시한 방법에 한정되는 것은 아니다. 또한 다른 파라미터(parameter)에 의하여 액추에이터의 특성이 규정되더라도 좋다.
도3에 나타내는 바와 같이 평탄한 면에 황동판(黃銅板)(10)을 재치(載置)한다. 황동판(10)의 두께는 예를 들면 30mm(밀리미터)로 설정된다. 황동판(10)의 상면에 고무발(11)을 부착한다. 또한 황동판(10)의 상면에 PWB(Printed Wiring Board)(12)를 부착하고, PWB(12) 위에 액추에이터(13)를 실장(實裝)한다. 고무발(11)의 두께와, PWB(12) 및 액추에이터(13)로 이루어지는 두께가 동일 혹은 대략 동일하게 되도록 구성하고, 고무발(11) 및 액추에이터(13) 등에 의하여 터치패널(14)의 단부(端部)를 지지하도록 구성한다. 터치패널(14)의 두께는 예를 들면 0.7mm로 설정되어 있다.
터치패널(14) 위에 추(15)가 재치되고, 추(15) 위에 가속도 센서(加速度 sensor)(16)가 부착된다. 추(15)의 무게는 예를 들면 100g(그램)이다. 가속도 센서(16)는 공지의 센서를 사용할 수 있다. 액추에이터(13), 추(15) 및 가속도 센서(16)의 중심선이 일치 또는 대략 일치하도록 추(15) 및 가속도 센서(16)가 배치된다. 이상과 같이 구성한 가속도 측정치구에 의하여 가속도를 측정한다. 구체적으로는, 후술하는 단일펄스신호에 의하여 액추에이터(13)의 SMA를 통전가열하여, SMA의 신축에 의하여 발생하는 가속도를 가속도 센서(16)에 의하여 측정한다.
이상에서 설명한 일반적인 액추에이터는, 단일펄스신호에 의하여 MOSFET를 온 시킴으로써 SMA를 신속하게 가열할 수 있다. 따라서 SMA를 민첩하게 수축시킬 수 있어, SMA를 사용한 액추에이터의 응답성을 높일 수 있다는 이점이 있다. 또한 액추에이터를 터치패널에 적용하였을 경우에는, 액추에이터가 동작함으로써 터치패널의 입력면에 접촉된 유저의 손가락 선단에 확실한 진동이나 충격(클릭감(click感)이라고도 부른다)을 부여할 수 있다는 이점이 있다. 한편 단일펄스신호에 있어서의 전압이 시간에 관계없이 일정하기 때문에, 액추에이터의 동작에 의하여 다양한 조작감을 제공하기 어렵다는 문제가 있었다. 또한 액추에이터의 동작음(動作音)이 유저의 손가락 선단에 부여하는 감촉보다 지배적이 되어 버릴 우려가 있다는 문제가 있었다. 이러한 점을 고려하여 이루어진 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
<1. 제1실시형태>
「액추에이터의 형상에 대하여」
도4 및 도5를 참조하여 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 액추에이터의 형상에 대하여 설명한다. 또 이하에서 설명하는 액추에이터의 형상은 제2실시형태, 변형예에 대해서도 적용할 수 있다. 또한 본 발명의 액추에이터의 형상은, 이하에서 설명하는 형상에 한정되는 것은 아니다.
도4는, 액추에이터(100)의 외관을 나타내고 있다. 도면에 나타내고 있는 것은, 액추에이터(100)가 변위(變位)를 발생시키기 전의 초기상태이다. 액추에이터(100)는 인쇄배선기판(印刷配線基板)(22)의 상면에 형성되어 있다.
액추에이터(100)는, 예를 들면 가동부재(可動部材)(25)와, 고정부재(固定部材)(26)와, 2개의 단자기구(端子器具)(27)와, 예를 들면 선(線)모양의 형상을 이루는 SMA로 이루어진다. 가동부재(25)와 고정부재(26)는 모두 절연성(絶緣性)의 경질(硬質)의 재료에 의하여 형성되어 있다. 가동부재(25)의 하면과 고정부재(26)의 상면은, 서로 대응하는 파도모양의 요철(凹凸)을 이루는 면으로 형성되어 있고, 이 상호 요철면의 사이에 SMA가 배치되어 있다. 또 가동부재(25)와 고정부재(26)를 도전성 금속재료(導電性 金屬材料) 등에 의하여 형성하더라도 좋지만, 이 경우에는 가동부재(25)와 고정부재(26) 각각의 표면에 절연막(絶緣膜)을 실시하는 등 2개의 단자기구(27) 사이의 단락(短絡)을 방지하는 구성이 필요하게 된다.
SMA는 고정부재(26)의 양단에서 단자기구(27)에 의하여 고정되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 SMA는, 예를 들면 니켈―티탄 합금(nickel-titanium 合金)이며, 도전성이고, 소정의 저항값을 가지며, 선지름이 매우 가늘고, 상온(常溫) 정도의 환경하에서는 부드러운 실(絲)모양을 나타내고 있다. 이 SMA에 전류를 흐르게 함으로써 SMA 자체가 발열하고, 이 열에 의하여 경화·수축된다. 또한 SMA는 니켈―티탄 합금에 한정되지 않으며, 동일한 특성을 나타내는 것이면 다른 금속이나 합금이더라도 좋다.
단자기구(27)는, SMA의 단부를 따라 고정부재(26)의 양단에 결합되어 있고, SMA가 느슨하게 되지 않는 충분한 강도(强度)로 SMA의 단부를 고정하고 있다. 단자기구(27)는 도전성 금속으로 형성되어 있고, 인쇄배선기판(22) 위에 형성되어 있는 소정 형상의 랜드(land)(도면에 나타내지 않는다)에 납땜되어 있다. 이에 따라 고정부재(26)가 인쇄배선기판(22) 위에 고정된 상태로 되어 있다.
액추에이터(100)의 형상적인 동작에 대하여 도5를 참조하여 설명한다. 도5A는, SMA에 통전되지 않고 있는 상태 즉 변위를 발생시키기 전의 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, SMA는 유연하고 부드러운 상태에 있다. 이 상태에서는, 예를 들면 도면에 나타내지 않은 자석의 흡착력(吸着力)에 의하여 가동부재(25)와 고정부재(26)가 SMA를 협지(挾持)하면서 근접한 상태로 되어 있다.
도5B는, SMA에 통전되고 있는 상태 즉 액추에이터(100)가 변위를 발생시킨 후의 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, SMA는 수축되고, 이에 따라 자석에 의한 흡착력에 저항하면서, 가동부재(25)가 수직방향을 따라 고정부재(26)와는 반대의 방향으로 변위되고 있다. 가동부재(25) 위에 커버부재(도면에 나타내는 것은 생략하고 있다)가 재치되어 있는 경우에는, 커버부재도 동일한 방향으로 변위된다.
도5B에 나타내는 상태로부터 SMA에 대한 통전을 정지하면, SMA는 분위기(雰圍氣)와의 온도차와, 가동부재(25), 고정부재(26) 및 단자기구(27)의 각각으로 항하는 방열(放熱)에 의하여 냉각되어 비통전상태의 길이로 되돌아감과 아울러, 자석의 흡착력의 작용에 의하여 신속하게 도5A에 나타내는 상태로 되돌아간다.
또 이하의 설명에서는, 액추에이터를 터치패널의 진동 디바이스(振動 device)로서 적용한 예에 대하여 설명한다. 예를 들면 액추에이터(100)의 가동부재(25) 위에 여러 가지의 입력조작이 가능한 입력면(入力面)을 형성한다. 입력조작이 검출된 경우에 전압(하이레벨의 전압)을 경시적(經時的)으로 변화시킨 단일펄스신호(구동신호)가 생성, 출력된다. 상세한 것은 후술하지만, 이 단일펄스신호에 대응하는 기간에 SMA가 통전가열되어 수축된다. 일반적인 액추에이터에 있어서의 구동신호와는 다른 구동신호를 사용함으로써 다양한 조작감을 제공할 수 있다.
「구동회로에 대하여」
도6은, 제1실시형태에 있어서의 액추에이터(100)의 구동회로의 일례를 나타내고 있다. 액추에이터(100)는 구동신호 출력부(31)와 SMA를 구비하고 있고, SMA는 구동신호 출력부(31)와 그라운드(GND)의 사이에 접속되어 있다. 구동신호 출력부(31)는 구동신호인 단일펄스신호를 생성, 출력한다. 구동신호 출력부(31)는 예를 들면 마이크로컴퓨터로 구성되어 있고, 터치패널에 대한 입력조작에 따라 단일펄스신호를 생성, 출력한다. 구동신호 출력부(31)로부터 출력된 단일펄스신호가 SMA에 공급되어, 단일펄스신호에 대응하는 기간에 SMA가 통전가열된다. 즉 제1실시형태는 SMA에 대하여 단일펄스신호가 직접 인가되는 예이다.
도7은, 제1실시형태에 있어서의 단일펄스신호의 일례를 나타내고 있다. 도7에 나타내는 바와 같이 구동신호는, 단일펄스신호에 있어서 전압을 경시적으로 변화시킨 신호이다. 더 구체적으로는, 단일펄스신호는 전압(V1)과 전압(V2)의 사이(단 V1 < V2)에서 전압을 경시적으로 증가시킨 신호이다. 전압(V1) 및 전압(V2)은 가열대상인 SMA의 특성 등에 따라 적절하게 설정할 수 있고, 전압(V1)은 0V이더라도 좋다. 전압에 따라 SMA에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 또 도7에서는 단일펄스신호에 있어서의 전압을 스텝모양으로 변화시키고 있지만, 스텝의 높이(전압의 변화의 정도), 스텝의 폭(기간) 등은 적절하게 설정할 수 있다. 또한 단일펄스신호에 있어서 전압을 경시적으로 변화시킨 신호이면, 그 파형은 도7에 나타내는 것에 한정되는 것은 아니다.
「액추에이터의 동작에 대하여」
액추에이터(100)의 동작의 일례에 대하여 설명한다. 터치패널에 대한 입력조작(예를 들면 입력면을 터치(touch)하는 조작)이 이루어지면, 입력조작이 도면에 나타내지 않은 검출부(檢出部)에 의하여 검출된다. 검출부는 입력조작이 이루어진 것을 구동신호 출력부(31)로 통지한다. 입력조작이 이루어짐에 따라 구동신호 출력부(31)는 도7에 예시한 단일펄스신호를 생성, 출력한다. 구동신호 출력부(31)로부터 출력된 단일펄스신호가 SMA에 인가되어 SMA가 통전가열된다.
그리고 단일펄스신호는 서서히 전압이 커지는 신호이기 때문에, SMA는 급속하게 통전가열되지 않고 서서히 통전가열되어 완만하게 수축된다. 바꾸어 말하면 SMA의 수축에 따르는 가속도를 작게 할 수 있다. 이 때문에 액추에이터(100)에 있어서의 가동부재(25)가 수직방향으로 천천히 상승하게 되어, 유저의 손가락 선단에 완만한 저항감(抵抗感)을 부여할 수 있다. SMA의 동작에 따르는 가속도는 일반적인 액추에이터에 있어서의 SMA의 가속도보다 작아지게 되지만, 동작시간이 길어지기 때문에 유저의 손가락 선단에 긴 시간 동안 조작감을 부여할 수 있다. 또한 SMA의 동작에 따르는 가속도를 작게 함으로써 SMA가 급속하게 가열되어, 큰 가속도로 수축되었을 때에 발생할 수 있는 SMA의 절단 등을 방지할 수 있다. 또한 액추에이터의 동작음을 작게 할 수 있다.
<2. 제2실시형태>
다음에 제2실시형태에 대하여 설명한다. 상기한 바와 같이 제2실시형태에 있어서의 액추에이터(액추에이터(200))의 형상은, 제1실시형태에 있어서의 액추에이터(100)의 형상을 적용할 수 있다.
「구동회로에 대하여」
도8은, 액추에이터(200)의 구동회로의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 제2실시형태에서는, 일반적인 액추에이터의 구동회로를 대폭적으로 변경하지 않고 거의 그대로 사용하고 있다. 개략적으로 설명하면 액추에이터(200)에 대하여 구동전압 발생부(2)로부터 구동전압이 입력된다. 구동전압 발생부(2)와 그라운드(GND)의 사이에는, 구동전압 발생부(2)측으로부터 저항(R1), SMA 및 N채널형의 MOSFET가 직렬로 접속되어 있다. 저항(R1) 및 SMA의 접속중점에, 일단이 그라운드에 접지되어 있는 콘덴서(C1)(축전소자(蓄電素子)의 일례)가 접속되어 있다. 구동전압 발생부(2)에 의하여 생성되는 구동전압에 의하여 콘덴서(C1)가 충전되어 있고, 콘덴서(C1)의 방전에 의하여 SMA 및 MOSFET의 드레인―소스 사이에 전류를 흐르게 할 수 있다. 또 액추에이터(200)의 동작 시에는 콘덴서(C1)가 충전되어 있는 것으로 한다. MOSFET의 게이트가 구동신호 출력부(31)에 접속되어 있다. 구동신호 출력부(31)가 생성, 출력한 단일펄스신호가 MOSFET의 게이트에 입력되도록 구성되어 있다.
도9는 MOSFET의 특성의 일례를 나타내는 도면이다. 도9의 특성도에 있어서, 가로축은 게이트―소스 사이의 전압(VGS)을 나타내고 있고, 세로축은 드레인 전류(ID)를 나타내고 있다. 도9에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시형태에 있어서의 MOSFET는, 전압(VGS)이 소정값보다 커지게 됨에 따라 드레인 전류(ID)가 커지게 되는 인핸스먼트(enhancement) 특성을 구비하고 있다. 게이트―소스 사이의 전압(VGS)이 전압(V3)일 때에 드레인 전류(ID)가 흐르기 시작한다. 즉 전압(V3)은 게이트 임계치 전압(gate 臨界値 電壓)에 대응하는 전압이다. 단 흐르는 전류는 적기 때문에, 스위치측에서 보면 MOSFET는 오프이다. 게이트―소스 사이의 전압(VGS)이 전압(V4)(단 V3 < V4)일 때에 충분한 드레인 전류(ID)가 흘러서, 이것을 스위치측에서 보면 MOSFET는 온 된 상태이다. 즉 전압(V4)은 온 전압에 대응하는 전압이다. 전압(V3) 및 전압(V4)은 MOSFET의 특성 등에 따라 적절하게 설정된다.
「구동신호에 대하여」
도10은, 제2실시형태에 있어서의 단일펄스신호의 일례를 나타내고 있다. 제2실시형태에 있어서의 단일펄스신호는, 단일펄스신호에 있어서 게이트 임계치 전압인 전압(V3)으로부터 온 전압인 전압(V4)까지의 사이에서 전압을 경시적으로 변화시킨 신호이며, 더 구체적으로는 전압(V3)으로부터 전압(V4)까지의 사이에서 전압을 경시적으로 증가시킨 신호이다. 또 단일펄스신호에 있어서의 전압의 최소값과 전압의 최대값이 전압(V3)으로부터 전압(V4)까지의 범위 내이면 좋으며, 반드시 전압의 최소값이 전압(V3)이고 전압의 최대값이 전압(V4)일 필요는 없다.
「액추에이터의 동작에 대하여」
도11은, 단일펄스신호의 전압(V)의 시간적 변화, SMA에 흐르는 전류(A)의 시간적 변화 및 액추에이터(200)의 가속도(G)의 시간적 변화를 모식적으로 나타내는 도면이다. 또 도면에 있어서, 실선이 단일펄스신호의 전압의 시간적 변화를 나타내고, 일점쇄선이 SMA에 흐르는 전류의 시간적 변화를 나타내고, 점선이 액추에이터(200)의 가속도의 시간적 변화를 나타내고 있다. 또 단일펄스신호의 파형은, 도10에 나타낸 파형과 동일한 파형인 것으로 하여 설명한다.
도11을 참조하여 액추에이터(200)의 동작의 일례에 대하여 설명한다. 입력조작에 따라 구동신호 출력부(31)로부터 단일펄스신호가 출력되고, 이 단일펄스신호가 MOSFET의 게이트에 입력된다. 단일펄스신호의 전압은, 게이트 임계치 전압인 전압(V3)보다 크기 때문에 MOSFET의 드레인―소스 사이에 드레인 전류(ID)가 흐른다.
단일펄스신호의 전압이 상승함에 따라 MOSFET의 드레인―소스 사이에 흐르는 드레인 전류(ID)가 서서히 증가한다. 즉 SMA에 흐르는 전류가 서서히 증가할 수 있어, SMA에 흐르는 전류를 경시적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라 SMA가 서서히 수축되어 가속도가 증가한다. 드레인 전류(ID)가 최대로 되는 부근, 바꾸어 말하면 SMA에 흐르는 전류가 최대로 되는 부근(도11에 있어서 5ms(밀리세크) 부근에서 P10으로 나타내는 장소)에서 SMA가 최고로 통전가열된다. 이것을 가속도에서 보면, SMA가 수축되는 과정에서 가속도가 증가함과 아울러, SMA가 최고로 수축된 곳에서 변위가 멈추는 즉 가속도가 0으로 된다. 가속도가 0으로 되는 상태(도11에 있어서 P20으로 나타내는 장소)가, SMA가 최고로 수축된 상태이다.
또 단일펄스신호의 전압이 상승하는 과정에서, SMA에 흐르는 전류가 피크에 도달하고 그 후에 저하되고 있다. 이것은 콘덴서(C1)의 용량이 저하되었기 때문이다. 이후에는 SMA에 흐르는 전류가 감소하여 간다. 즉 SMA에 투입되는 에너지가 저하되어 간다. 콘덴서(C1)가 방전되어 SMA에 전류가 흐르지 않게 된 후에는, SMA는 외기(外氣) 등에 의하여 자연냉각됨으로써 신장되어 간다. 물론 콘덴서(C1)의 용량이 커짐으로써, 단일펄스신호의 전압의 상승에 따라 SMA에 흐르는 전류를 더 증가시킬 수 있다. 또한 가속도가 일단 상승하여 0으로 된 후에, 가속도의 파형이 나타나고 있다. 이것은, SMA가 수축된 후에 가동부재(25)가 초기의 위치로 되돌아갈 때에 발생하는 가속도와, 가속도 센서의 주위에서 발생하는 복원력(復元力) 등에 따르는 진동에 의하여 발생한 가속도의 변화이다.
이상에서 설명한 바와 같이 액추에이터(200)에 의하면, SMA의 1회의 가열수축 중에 시간별로 투입하는 에너지를 제어할 수 있어, SMA의 가열시간을 임의로 제어할 수 있다. 이에 따라 SMA의 수축을 완만하게 하거나 수축속도를 단계적으로 올리거나 할 수 있다. 액추에이터(200)를 터치패널의 진동 드라이버에 적용하였을 경우에는, 액추에이터(200)의 동작이 완만하게 되기 때문에 손가락 선단에 슬로우(slow)한 감각을 부여할 수 있다. 강한 충격을 부여할 때에는 일반적인 액추에이터와 동일한 단일펄스신호를 MOSFET에 입력하면 되어, 이들과 함께 더 다양한 조작감을 제공할 수 있다. 이 이외에 동작음의 감소 등 제1실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 제2실시형태의 액추에이터는, 일반적인 액추에이터와 동일한 회로구성에 의하여 실현됨으로써 회로구성을 변경할 필요가 없어 비용면에서 유리하다.
<3. 변형예>
이상에서는 본 발명의 1실시형태에 대하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 종류의 변형이 가능하다. 이하에서는 변형예에 대하여 설명한다. 또 실시형태에서 설명한 사항은, 특별히 언급하지 않는 한 변형예에 대해서도 적용할 수 있다.
도12A 내지 도12D는, 변형예에 있어서의 단일펄스신호의 파형을 나타내는 도면이다. 도12A는, 전압(V3)으로부터 전압(V4)까지의 범위 내에서 전압을 지수함수적(指數函數的)으로 증가시킨 단일펄스신호를 나타내고 있다. 도12B는, 전압(V3)으로부터 전압(V4)까지의 범위 내에서 전압을 리니어(linear) 하게 증가시킨 단일펄스신호를 나타내고 있다. 도12C는, 처음에 전압(V3)보다 큰 전압을 부여하고, 다음에 당해 전압보다 크고 전압(V4)보다 작은 전압을 부여하여, 각각의 전압을 스텝 모양으로 절체한 단일펄스신호를 나타내고 있다. 이와 같이 단일펄스신호의 파형은 적절하게 변경할 수 있다. 또 도12D에 나타내는 바와 같이 전압을 경시적으로 증가시킬 뿐만 아니라, 일시적으로 전압을 감소시켜도 좋다. 또한 전압을 게이트 임계치 전압인 전압(V3)보다 일시적으로 작게 하여, SMA에 일시적으로 전류를 흐르지 않게 하더라도 좋다.
상기한 실시형태에 있어서, 입력조작을 검출하는 검출부와 구동신호 출력부가 마이크로컴퓨터 등으로 이루어지는 동일한 구성이더라도 좋다. 상기한 실시형태에 있어서의 구동회로에서는 콘덴서(C1)를 사용하고 있지만, SMA 등이 구동전압 발생부(2)에 직접 연결된 콘덴서가 없는(capacitorless) 회로이더라도 좋다. 콘덴서(C1)는 전기 이중층 캐패시터(電氣 二重層 capacitor)나 2차전지 등이더라도 좋다. 스위칭 소자는, N채널형의 MOSFET에 한정되는 것은 아니며 P채널형의 MOSFET나 그 이외의 스위칭 소자가 사용되더라도 좋고, 사용되는 스위칭 소자에 따라 회로구성 등을 적절하게 변경할 수 있다.
상기 실시형태 및 변형예에서 설명한 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은 어디까지나 예에 지나지 않으며, 필요에 따라 이것과 다른 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등을 사용하더라도 좋다. 또한 실시형태 및 변형예에 있어서의 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은, 기술적인 모순이 발생하지 않는 범위에서 서로 조합시키는 것이 가능하다.
또한 본 발명은, 장치에 한정되지 않으며 예를 들면 방법, 프로그램, 프로그램이 기록된 기록매체로서 실현할 수 있다.
31 : 구동신호 출력부
100, 200 : 액추에이터
SMA : 형상기억합금
MOSFET : 스위칭 소자
C1 : 콘덴서

Claims (9)

  1. 단일펄스신호(單一pulse信號)에 있어서 전압을 경시적(經時的)으로 변화시킨 구동신호를 출력하는 구동신호 출력부(驅動信號 出力部)와,
    상기 구동신호에 대응하는 기간에 통전(通電)되는 형상기억합금(形狀記憶合金)을
    구비하는 충격발생 액추에이터(衝擊發生 actuator).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동신호가 상기 형상기억합금에 대하여 직접 인가되는
    충격발생 액추에이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형상기억합금에 대하여 직렬로 접속되는 스위칭 소자(switching 素子)를 구비하고,
    상기 구동신호 출력부는, 상기 구동신호를 상기 스위칭 소자에 출력함으로써 상기 형상기억합금에 흐르는 전류를 경시적으로 변화시키는
    충격발생 액추에이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동신호 출력부는, 상기 스위칭 소자에 전류가 흐르는 제1전압과, 상기 스위칭 소자가 온(on) 되는 상기 제1전압보다 큰 제2전압과의 사이에서 전압을 경시적으로 변화시키는
    충격발생 액추에이터.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    구동전압 발생부와,
    상기 구동전압 발생부가 생성하는 구동전압에 의하여 축전되는 축전소자(蓄電素子)를
    구비하고,
    상기 축전소자가 축전된 상태에서 상기 스위칭 소자에 상기 구동신호가 공급되는
    충격발생 액추에이터.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자가 MOSFET에 의하여 구성되는
    충격발생 액추에이터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구동신호 출력부는, 소정의 입력조작에 따라 상기 구동신호를 출력하는
    충격발생 액추에이터.
  8. 입력조작이 이루어지는 입력부와,
    상기 입력조작에 따라, 단일펄스신호에 있어서 전압을 경시적으로 변화시킨 구동신호를 출력하는 구동신호 출력부와,
    상기 구동신호에 대응하는 기간에 통전되는 형상기억합금(形狀記憶合金)을
    구비하는 터치패널(touch panel).
  9. 단일펄스신호에 있어서 전압을 경시적으로 변화시킨 구동신호를 출력하는 공정과,
    상기 구동신호에 대응하는 기간에 형상기억합금을 통전하는 공정을
    구비하는 충격발생 액추에이터의 구동방법.
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