KR20210059627A - 진동 액추에이터 및 진동 정시 장치 - Google Patents

진동 액추에이터 및 진동 정시 장치 Download PDF

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유키 타카하시
토모야 이시타니
타카유키 누마쿠나이
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미네베아미츠미 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 가압 조작에 의한 다양한 접촉 조작감에 따른 진동을 안정하고 확실하게 표현할 수 있어 신뢰성이 높고, 컴팩트화를 도모하는 것.
[해결 수단] 가압 조작에 따라 진동을 정시하는 진동 정시부에 진동을 부여하는 진동 액추에이터로서, 고정체와, 진동 정시부에 고정되는 가동체와, 고정체와 가동체에 접속되고, 고정체에 대하여, 가동체를 이동 가능하게 지지하는 탄성 지지부와, 가동체에 있어서, 탄성 지지부에 고정되는 지지부측 고정부와, 진동 정시부에 고정되는 정시부측 고정부와의 사이에는, 진동 정시부에의 가압 조작에 따라 뒤틀어지는 기왜체와, 기왜체의 뒤틀림을 검출하는 뒤틀림 검출부가 설치되고, 가동체는 기왜체의 뒤틀림에 따라 전자 구동에 의해 진동한다.

Description

진동 액추에이터 및 진동 정시 장치{VIBRATION ACTUATOR AND VIBRATION PRESENTING DEVICE}
본 발명은 가압 조작에 따라 진동을 부여하는 진동 액추에이터 및 이것을 갖추는 진동 정시(呈示) 장치에 관한 것이다.
종래, 감지 패널인 터치 패널의 조작 시에, 터치 패널에 표시된 표시 화면에 접촉한 조작자의 손가락 바닥 등에 대하여, 접촉 조작감(접촉하여 조작하는 감각)으로서, 진동 액추에이터에 의해 진동을 부여하는 구성이 알려져 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1에는, 터치 패널의 이면에, 진동 전달부를 사이에 두고 진동 액추에이터가 부착된 휴대 단말 장치가 개시되어 있다. 이 진동 액추에이터는, 진동 전달부에 고정되는 하우징 내에, 가동자가 터치 패널에 대하여 수직으로 배치된 가이드 샤프트를 따라 왕복 이동 가능하게 배치되어 있다. 이 진동 액추에이터에서는, 터치 패널에의 조작에 대응하여 가동자를 하우징에 충돌시킴으로써, 진동 전달부를 통하여 터치 패널에 접촉하는 손가락 바닥에 진동을 부여한다.
또한, 특허문헌 2에서는, 터치 패널에의 조작에 대응하여 진동을 부여하는 진동 정시 장치가 개시되어 있다. 이 진동 정시 장치에서는, 진동을 정시하는 진동부인 진동 패널과 진동 패널을 지지하는 하우징과의 사이에, 진동을 발생시키는 보이스 코일 모터와, 진동 패널과 배치되어 소정의 힘으로 압축되는 지지부와, 진동부의 진동에 제동 작용을 부여하는 댐퍼와, 지지부 및 댐퍼에 압축력을 부여하는 스프링이 나란하게 끼워 설치되어 있다.
일본 특개 2015-070729호 공보 일본 특개 2016-163854호 공보
그런데, 이러한 진동 정시 장치에서는, 조작 기기의 용도나 사용 상황에 따른 접촉 조작감이 되는 진동을 표현하는 것이 요망되고 있다.
예를 들면, 터치 패널에의 가압 조작 시의 가압량에 대응하여 진동을 부여하는 경우, 터치 패널에의 실제의 조작에 대응하여 변화되는 부위에 기왜체(起歪體)를 설치하여, 기왜체에 있어서의 뒤틀림을 검출하고, 그 검출량에 따라 진동을 부여하는 구성을 생각할 수 있다. 이 경우, 기왜체는 변위량이 큰 부위에 배치되는 것이 바람직하지만, 변위량이 큰 부위에서는, 그 부위의 변위에 따라 기왜체도 변위하게 되어, 기왜체의 피로 내구성의 확보가 곤란하다. 아울러, 변위가 큰 부위의 변위를 저해하지 않는 기왜체의 부착 스페이스를 확보할 필요가 있어, 기왜체를 부착하는 부위의 두께가 두꺼워진다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 가압 조작에 의한 여러 접촉 조작감에 따른 진동을 안정하고 확실하게 표현할 수 있어 신뢰성이 높고, 컴팩트화를 도모할 수 있는 진동 액추에이터 및 진동 정시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 진동 액추에이터는 가압 조작에 따라 진동을 정시하는 진동 정시부에 진동을 부여하는 진동 액추에이터로서,
고정체와,
가동체와,
상기 고정체에 대하여, 상기 가동체를 이동 가능하게 지지하는 탄성 지지부
를 가지고,
상기 가동체는 상기 탄성 지지부에 고정되는 지지부측 고정부와, 상기 진동 정시부에 고정되는 정시부측 고정부를 가지고,
상기 진동 정시부에의 가압 조작에 따라 뒤틀리는 기왜체와,
상기 기왜체의 뒤틀림을 검출하는 뒤틀림 검출부가
상기 지지부측 고정부와 상기 정시부측 고정부와의 사이에 설치되고,
상기 가동체는 상기 기왜체의 뒤틀림에 따라 전자 구동에 의해 진동하는 구성을 채용한다.
본 발명의 진동 정시 장치는
상기 진동 정시부로서의 터치 패널과,
상기 터치 패널에 진동을 부여하는 상기 구성의 진동 액추에이터를 실장한 구성을 채용한다.
본 발명에 의하면, 가압 조작에 의한 여러 접촉 조작감에 따른 진동을 안정하고 확실하게 표현할 수 있어 신뢰성이 높고, 컴팩트화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 진동 액추에이터를 가지는 진동 정시 장치의 평면도이다.
도 2는 동 진동 정시 장치의 배면측 사시도이다.
도 3은 도 1에서의 진동 정시 장치의 스토퍼를 도시하는 확대 평면도이다.
도 4는 진동 액추에이터의 정면측 사시도이다.
도 5는 동 진동 액추에이터의 배면측 사시도이다.
도 6은 동 진동 액추에이터의 정면도이다.
도 7은 동 진동 액추에이터의 정면측 분해 사시도이다.
도 8은 동 진동 액추에이터의 배면측 분해 사시도이다.
도 9는 동 진동 액추에이터에 있어서의 액추에이터 본체의 정면측 사시도이다.
도 10은 동 액추에이터 본체의 배면측 사시도이다.
도 11은 도 9의 B-B선 화살표 단면도이다.
도 12는 동 액추에이터 본체의 분해 사시도이다.
도 13은 동 액추에이터 본체의 자기 회로 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 동 액추에이터 본체의 동작의 설명에 제공하는 도면이다.
도 15는 동 액추에이터 본체의 제어부의 설명에 제공하는 도면이다.
도 16은 뒤틀림 검출체의 배선을 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시형태 1에 따른 진동 액추에이터를 가지는 진동 정시 장치의 동작의 설명에 제공하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시형태 2에 따른 진동 액추에이터를 가지는 진동 정시 장치의 배면측 사시도이다.
도 19는 동 진동 정시 장치의 평면도이다.
도 20은 동 진동 정시 장치에서의 진동 액추에이터의 스토퍼를 도시하는 확대도이다.
도 21은 동 진동 액추에이터의 정면측 외관 사시도이다.
도 22는 동 진동 액추에이터의 배면측 외관 사시도이다.
도 23은 동 진동 액추에이터의 분해 사시도이다.
도 24는 기왜체의 배면측 사시도이다.
도 25는 베이스부의 배면측 사시도이다.
도 26은 본 발명의 실시형태 3에 따른 진동 액추에이터의 정면측 사시도이다.
도 27은 동 진동 액추에이터의 배면측 사시도이다.
도 28은 동 진동 액추에이터의 분해 사시도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시형태에서는, 직교좌표계(X, Y, Z)를 사용하여 설명한다. 후술하는 도면에서도 공통의 직교좌표계(X, Y, Z)로 나타내고 있다. 이하에 있어서, 진동 액추에이터(10)를 가지는 진동 정시 장치(200)의 폭, 높이, 안길이는, 각각, X 방향, Y 방향, Z 방향의 길이이며, 진동 액추에이터(10)의 폭, 높이, 안길이도 각각 대응하여, X 방향, Y 방향, Z 방향의 길이로 한다. 또한, Z 방향 플러스측은 조작자에게 진동 피드백을 부여하는 방향이며, 「정면측」으로 하고, Z 방향 마이너스측은 조작자가 조작할 때 가압하는 방향이며, 「배면측」으로 하여 설명한다.
(진동 액추에이터(10)를 가지는 진동 정시 장치(200)의 기본 구성)
도 1 및 도 2에 도시하는 진동 정시 장치(200)는 진동 액추에이터(10), 및 조작자가 접촉 조작하는 진동 정시부로서의 조작 기기(본 실시형태에서는 터치 패널(2))를 가진다. 진동 정시 장치(200)에서는, 조작자의 조작 기기에의 접촉 조작에 대응하여, 조작 기기에 진동을 부여한다. 즉, 조작 기기를 통하여, 조작 기기를 접촉하여 조작하는 조작자에게 접촉 조작감(「촉감」 「힘 감각」이라고도 함)을 부여한다.
본 실시형태에서는, 조작 기기는 화면을 표시하고, 화면에 접촉함으로써 조작되는 터치 패널(2)로 하고 있다. 터치 패널(2)은 정전식, 저항막식, 또는 광학식 등의 터치 패널이다. 또한, 터치 패널(2)은 조작자의 접촉 위치를 검지하고, 제어부(1)(도 2 참조)에 의해 제어된다. 본 실시형태에서는, 터치 패널(2)은 정전식의 터치 패널이다. 제어부(1)는 도시하지 않은 터치 패널 제어부를 통하여 유저의 터치 위치의 정보를 얻을 수 있다. 또한, 터치 패널(2)의 화면(2a)은 액정 방식, 유기 EL 방식, 전자 페이퍼 방식, 플라즈마 방식 등의 표시부에 의해 구성된다. 터치 패널(2)은 터치 패널 제어부에 의해 제어되어도 된다. 터치 패널 제어부는 도시하지 않은 표시 정보를 제어하여 화면에 제시 진동의 종류에 대응한 화상을 조작자에게 정시한다.
진동 정시 장치(200)는, 예를 들면, 전자기기로서 카 네비게이션 시스템의 터치 패널 장치로서 사용된다. 진동 정시 장치(200)는 터치 패널(2)의 화면(2a)에 접촉하여 조작하는 조작자에게 진동을 정시하는 장치로서 기능한다. 이때, 진동 정시 장치(200)로서는 진동 대상에 접촉하는 조작자에 대하여 진동을 정시함으로써 조작자에게 촉감을 부여하는 전자기기이면, 어떤 것이어도 된다. 예를 들면, 진동 정시 장치(200)는 스마트폰, 태블릿형 컴퓨터, 텔레비전 등의 화상 표시 장치, 터치 패널 부착 게임기 또는 터치 패널 부착 게임 콘트롤러 등이어도 된다.
진동 정시 장치(200)는, 구체적으로는, 터치 패널(2)의 화면(2a)에 조작자의 손가락 바닥 등의 가압물이 접촉되어 조작될 때, 이것에 대응하여 진동 액추에이터(10)가 구동하여 진동한다. 이 진동에 의해, 조작자에게는 촉감이 부여된다.
본 실시형태의 진동 액추에이터(10)는 조작자가 조작하는 표시 화상에 대응하여 여러 종류의 촉감을 부여한다. 진동 액추에이터(10)는, 예를 들면, 접촉하여 조작되는 대상이 되는 화상에 대응하여, 택타일 스위치, 얼터네이트형 스위치, 모멘터리 스위치, 토글 스위치, 슬라이드 스위치, 로터리 스위치, DIP 스위치, 로커 스위치 등의 기계식 스위치로서의 촉감을 부여한다. 또한, 푸시식의 스위치에서는, 누름 정도가 상이한 스위치의 촉감도 부여할 수 있다.
또한, 진동 정시 장치(200)에서는, 조작 기기로서의 터치 패널(2) 대신에, 표시 기능이 없고, 단지 조작자가 접촉하여 조작 가능한 조작 기기로 해도 된다.
도 1 내지 도 3에 도시하는 진동 정시 장치(200)에서는, 진동 액추에이터(10)는 터치 패널(2)과, 터치 패널(2)의 이면측에 배치되는 마운팅 베이스부(도시 생략)와의 사이에 배치된다. 진동 액추에이터(10)는 고정체(30)로 마운팅 베이스부(도시 생략)에 고정되어 있다.
터치 패널(2)은, 이면측에서, 진동 액추에이터(10)에 있어서, 액추에이터 본체(A)의 가동체(40)(도 2 참조)에 설치되는 하중 검출 모듈(K)의 기왜 부재(9)에 고정되어 있다. 이와 같이, 진동 액추에이터(10)는 터치 패널(2)과 마운팅 베이스부(도시 생략)의 각각의 사이에서, 서로를 접속하도록 배치되어 있다.
터치 패널(2) 자체는 가동체(40)와 일체로 구동 가능하다. 조작자의 손가락 등으로 터치 패널(2)의 화면(2a)에 접촉하여 가압하는 방향, 예를 들면, 터치 패널(2)의 화면에 대하여 수직한 방향(「면 수직 방향」이라고도 함)은 진동 액추에이터(10)에 있어서의 가동체(40)의 진동 방향인 Z 방향과 같은 방향에 포함된다. 진동 액추에이터(10)에서는, 스토퍼(400)에 의해, 터치 패널(2)에 대하여, 가동체(40)의 Z 방향 플러스측으로의 이동을 규제한다.
이와 같이, 제어부(1), 터치 패널(2), 진동 액추에이터(10)를 실장한 진동 정시 장치(200)에 의하면, 터치 패널(2)을 직접 동작시키는, 즉 가동체(40)와 함께 터치 패널(2)을 손가락의 접촉 방향과 같은 방향에서 구동시키기 때문에, 터치 패널(2)을 직접 진동할 수 있다.
따라서, 터치 패널(2)에 표시되는 화상에 접촉하여 조작할 때, 가동체(40)를 가동하여, 터치 패널(2)에 대하여 화상에 따른 조작감이 되는 진동을 부여할 수 있다. 또한, 화상으로서는, 접촉했을 때 손가락 등에 촉감을 부여하는 물체 등의 화상이나, 접촉 조작에 의해 촉감을 부여하면서 움직이는 물체의 화상 등이어도 된다.
이것에 의해, 터치 패널(2)은 조작자에게 진동을 정시하여, 사용감이 좋은 조작을 표현할 수 있다.
본 실시형태의 터치 패널(2)은 터치 패널(2)의 화면(2a)을 가압 조작하는 조작자의 손가락(가압물)의 위치를 비접촉으로 검출하는 위치 검출부(2b)를 가진다. 위치 검출부(2b)는 근접하는 가압물의 존재를 전기적으로 검출하는 근접 센서이며, 본 실시형태에서는, 조작자의 손가락과의 사이의 정전용량을 검출하여 손가락의 위치를 검지한다.
통상의 정전용량식의 터치 패널에서 사용되는 정전용량 센서는 화면에 맞닿는 손가락의 위치에서 반응하는 레벨의 감도를 갖는 것인다. 이에 대하여, 본 실시형태의 위치 검출부(2b)는 화면(2a)에 접하지 않고 화면(2a)으로부터 손가락이 소정 간격 뜬 상태에서도 검지 가능하다. 이 소정 간격은 정전용량을 검지하는 위치 검출부(2b)의 감도를, 통상의 터치 패널에서 화면에 접촉하는 가압물의 검지의 대상으로 사용되는 정전용량 센서보다도 고감도로 함으로써 설정된다. 이것에 의해, 위치 검출부(2b)는 정전용량 검지 불가능한 물질을 통한 접촉이더라도 손가락 등의 가압물의 위치 검출이 가능한 검출 검지 감도를 가진다. 이와 같이 위치 검출부(2b)에서 검출된 손가락의 위치에 기초하여, 후술하는 제어부(1)에 의해, 진동 액추에이터(10)의 가동체(40)는 구동한다.
<진동 액추에이터(10)의 전체 구성>
도 4 내지 도 8은, 각각, 진동 액추에이터(10)의 정면측 사시도, 배면측 사시도, 정면도, 정면측 분해 사시도, 배면측 분해 사시도이다.
진동 액추에이터(10)는 판 형상의 진동 액추에이터이며, Z 방향을 두께 방향으로 하면 두께 방향에서 터치 패널(2)의 이면측에 대향하도록 배치된다.
진동 액추에이터(10)는 제어부(1)와, 액추에이터 본체(A)와, 하중 검출 모듈(K)을 가진다. 제어부(1)는 본 실시형태에서는 액추에이터 본체(A)에 설치되어도 된다. 하중 검출 모듈(K)은 기왜 부재(9)와, 기왜 부재(9)에 설치되는 뒤틀림 검출체(7)를 가진다.
진동 액추에이터(10)는 터치 패널(2)이 가압 조작되었을 때의 기왜 부재(9)의 뒤틀림을 뒤틀림 검출체(7)로 검출하고, 이 뒤틀림 검출체(7)의 검출 결과에 따라 진동 액추에이터(10)가 진동하고, 터치 패널(2)에 진동을 부여한다. 우선, 액추에이터 본체(A)에 대해 설명한다.
<액추에이터 본체(A)>
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 진동 액추에이터에 있어서의 액추에이터 본체(A)의 정면측 사시도이며, 도 10은 동 액추에이터 본체(A)의 배면측 사시도이다. 또한, 도 11은 도 9의 B-B선 화살표 단면도이며, 도 12는 액추에이터 본체(A)의 분해 사시도이다.
도 9∼도 12에 도시하는 액추에이터 본체(A)는, 본 실시형태에서는, 제어부(1)와 함께 진동 정시 장치(전자기기)(200)에 실장되어, 조작 기기의 일례인 터치 패널(2)(도 1 참조)의 진동 발생원으로서 기능한다.
액추에이터 본체(A)는 가동체(40)를 일방향으로 구동시켜, 바이어스력을 발생하는 부재(판 형상 탄성부(50))의 바이어스력에 의해 가동체(40)를 일방향과는 반대의 방향으로 이동시킴으로써, 가동체(40)를 직선 왕복 이동(진동)시키는 전자 구동의 전자 액추에이터로서 기능한다.
터치 패널(2)의 화면(2a) 위에 있어서의 조작자에 의한 접촉 조작에 대응하여, 진동을 조작자에게 전달하여 체감하게 함으로써, 터치 패널(2)을 접촉한 조작자에게 직감적인 조작을 가능하게 한다. 예를 들면, 터치 패널(2)은 터치 패널(2) 위에서의 조작자에 의한 접촉 조작을 접수하고, 그 접촉 위치를 출력하는 접촉 위치 출력부를 가지는 것으로 한다. 이 경우, 접촉 위치 출력부에 의해 출력되는 접촉 위치 정보, 및 구동 타이밍에 기초하여 제어부(1)는 접촉 조작에 대응하는 진동이 발생하도록, 액추에이터 본체(A)에 액추에이터 구동 신호를 출력하여 구동 전류를 공급한다.
제어부(1)로부터 공급되는 구동 전류를 받은 액추에이터 본체(A)는 터치 패널(2)로부터 출력된 접촉 위치에 대응한 진동을 발생하고, 터치 패널(2)에 전달하여, 터치 패널(2)을 직접 진동시킨다. 이와 같이, 터치 패널(2)에서 받은 조작자의 조작을 접수하고, 그것에 대응하여 액추에이터 본체(A)는 구동한다.
액추에이터 본체(A)는, 제어부(1)를 통하여 액추에이터 구동 신호가 입력됨으로써, 가동체(40)를 바이어스력에 저항하여 일방향으로서, 예를 들면, Z 방향 마이너스측으로 이동시킨다. 또한, 이 액추에이터 본체(A)에의 액추에이터 구동 신호의 입력이 정지됨으로써, 액추에이터 본체(A)는 바이어스력을 개방하여, 가동체(40)를 바이어스력에 의해 타방향측(Z 방향 플러스측)으로 이동시킨다. 액추에이터 본체(A)는 액추에이터 구동 신호의 입력과 정지에 의해 가동체(40) 및 조작 기기를 진동시킨다. 액추에이터 본체(A)는 마그넷을 사용하지 않고 가동체(40)를 구동하여, 조작 기기를 진동시키고 있다.
또한, 액추에이터 구동 신호는, 본 실시형태에서는, 가동체(40) 및 조작 기기를 구동하는 구동 전류로서 코일(22)에 공급되는 복수의 구동 전류 펄스(「전류 펄스」라고도 칭함)열에 상당한다. 액추에이터 본체(A)에서는, 전류 펄스가 코일(22)에 공급되면, 가동체(40)는 일방향으로 이동한다. 이것을 반복함으로써 가동체(40)는 진동한다.
액추에이터 본체(A)는 코어(24)에 코일(22)이 권회되어 이루어지는 코어 조립체(20) 및 베이스부(32)를 가지는 고정체(30)와, 자성체의 요크(41)를 가지는 가동체(40)와, 탄성 지지부로서의 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))를 가진다. 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))는 고정체(30)에 대하여 가동체(40)를 진동 방향으로 가동 가능하게 탄성 지지한다. 또한, 탄성 지지부로서의 판 형상 탄성부(50)로 했지만, 고정체(30)에 대하여 가동체(40)를 진동 방향으로 가동 가능하게 탄성 지지하는 것이면, 탄성 지지부는 판 형상이 아니어도 된다.
액추에이터 본체(A)는 판 형상 탄성부(50)로 이동 가능하게 지지되는 가동체(40)를, 고정체(30)에 대하여, 일방향으로 이동하도록 구동한다. 또한, 가동체(40)의 일방향과 역방향으로의 이동은 판 형상 탄성부(50)의 바이어스력에 의해 행해진다.
구체적으로는, 액추에이터 본체(A)는, 코어 조립체(20)에 의해, 가동체(40)의 요크(41)를 진동시킨다. 구체적으로는, 통전되는 코일(22) 및 통전되는 코일(22)에 의해 여자되는 코어(24)의 흡착력과, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 의한 바이어스력에 의해, 가동체(40)를 진동시킨다.
액추에이터 본체(A)는 Z 방향을 두께 방향으로 한 편평 형상으로 구성된다. 액추에이터 본체(A)는 가동체(40)를, 고정체(30)에 대하여, Z 방향, 즉, 두께 방향을 진동 방향으로 하여 진동시키고, 액추에이터 본체(A) 자체의 두께 방향에서 떨어져 배치되는 표리면 중 일방의 면을 타방의 면에 대하여 Z 방향으로 접근, 이간시킨다.
액추에이터 본체(A)는, 본 실시형태에서는, 코어(24)의 흡착력에 의해 가동체(40)를 일방향으로서의 Z 방향 마이너스측으로 이동하고, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 의한 바이어스력에 의해, 가동체(40)를 Z 방향 플러스측으로 이동한다.
본 실시형태의 액추에이터 본체(A)에서는, 가동체(40)는 가동체(40)의 가동 중심에 대하여 점대칭의 위치에서, Z 방향과 직교하는 방향을 따라 복수 배치된 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 의해 탄성 지지되어 있지만, 이 구성에 한하지 않는다.
판 형상 탄성부(50)는 가동체(40)와 고정체(30)의 사이에 고정되고, 또한, 탄성 변형하는 리크랙 형상부를 가지고 고정체(30)에 대하여 가동체(40)를, 적어도 코어(24)의 양단부(자극부(242, 244)) 중 일방이 단부와 대향하는 방향에서 이동 자유롭게 탄성 지지한다. 이러한 구성이면, 어떻게 설치되어도 된다. 예를 들면, 판 형상 탄성부(50)는 고정체(30)(코어 조립체(20))에 대하여 가동체(40)를 코어(24)의 일방의 단부(자극부(242) 또는 자극부(244))와 대향하는 방향에서 이동 자유롭게 탄성 지지하도록 해도 된다. 또한, 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)는, 가동체(40)의 중심(가동 중심)에 대하여, 선대칭으로 배치되어도 되고, 2개 이상의 복수의 판 형상 탄성부(50)를 사용해도 된다. 각각의 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)는 일단측에서 고정체(30)에 고정되고, 타단측에서 가동체(40)에 고정되고, 가동체(40)를 고정체(30)에 대하여 진동 방향(Z 방향으로, 여기에서는 상하 방향)으로 이동 가능하게 지지하고 있다.
본 실시형태에서는, 액추에이터 본체(A)는, 가압 조작되는 터치 패널(2)의 변위를, 뒤틀림 검출부로서의 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)에 의해, 기왜 부재(9)의 뒤틀림으로서 검출하고, 이 검출한 뒤틀림에 대응하여 가동체(40)를 가동하여 진동한다.
<고정체(30)>
고정체(30)는, 도 9 내지 도 12에 도시하는 바와 같이, 코일(22) 및 코어(24)를 가지는 코어 조립체(20)와, 베이스부(32)를 가진다.
베이스부(32)에는, 코어 조립체(20)가 고정된다. 베이스부(32)는 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))를 사이에 두고 가동체(40)에 연결되고, 가동체(40)를 진동 방향으로 이동 자유롭게 지지한다. 베이스부(32)는 편평 형상의 부재이며, 액추에이터 본체(A)의 바닥면, 바꿔 말하면, 진동 액추에이터(10)의 바닥면을 형성한다.
베이스부(32)는, 코어 조립체(20)를 사이에 끼도록, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))의 일단부가 고정되는 부착부(32a)를 가진다. 부착부(32a)는 각각 코어 조립체(20)로부터 동일한 간격을 두고 배치된다. 또한, 이 간격은 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))의 변형 영역이 되는 간격이다.
부착부(32a)는, 도 10 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))를 고정하는 고정 구멍(321)과, 베이스부(32)를 마운팅 베이스부측(도시 생략)에 고정하기 위한 고정 구멍(322)을 가진다.
고정 구멍(322)은, 고정 구멍(321)을 사이에 끼도록, 부착부(32a)의 양단부에 설치되고, 부착부(32a)의 이면측에 돌출 설치된 통 형상의 고정 다리부(324)와 연통하고 있다. 이것에 의해, 베이스부(32)는 고정 다리부(324)를 통하여 고정 구멍(322)에 끼워맞추는 고정 부착 부재를 통하여 마운팅 베이스부(도시 생략)에 전면적으로 안정하게 고정된다.
베이스부(32)는, 본 실시형태에서는, 판금을 가공하여, 부착부(32a)인 일변부와 타변부가 바닥면부(32b)를 사이에 끼고, 폭(X 방향) 방향에서 떨어져 위치하도록 구성되어 있다. 부착부(32a) 사이에는, 부착부(32a)보다도 안길이가 짧은 바닥면부(32b)를 가지는 오목 형상부가 설치되어 있다. 오목 형상부 내, 즉 바닥면부(32b)의 표면측의 공간은 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))의 탄성 변형 영역을 확보하는 것으로, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 의해 지지되는 가동체(40)의 가동 영역을 확보하기 위한 공간이다.
바닥면부(32b)는 직사각형 형상이며, 그 중앙부에는 개구부(36)가 형성되고, 이 개구부(36) 내에 코어 조립체(20)가 배치되어 있다.
개구부(36)는 코어 조립체(20)의 형상에 대응한 형상이다. 개구부(36)는, 본 실시형태에서는, 정방형 형상으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 코어 조립체(20)와 가동체(40)를 액추에이터 본체(A)의 중앙부에 배치시켜, 액추에이터 본체(A) 전체를 평면시로 대략 정방형 형상으로 할 수 있다. 또한, 개구부(36)는 직사각형 형상(정방형 형상을 포함함)이어도 된다.
개구부(36) 내에는, 코어 조립체(20)의 하측의 보빈(26)의 분할체(26b) 및 코일(22)의 하측 부분이 삽입되고, 측면시로 바닥면부(32b) 위에 코어(24)가 위치하도록 고정된다. 이것에 의해, 바닥면부(32b) 위에 코어 조립체(20)가 부착되는 구성과 비교하여, Z 방향의 길이(두께)가 얇게 되어 있다. 또한, 코어 조립체(20)는 그 일부, 여기에서는 바닥면측의 일부가 개구부(36) 내에 끼워 넣어진 상태에서, 고정 부착 부재로서의 나사(62)에 의해 고정되어 있다. 이것에 의해 코어 조립체(20)는 바닥면부(32b)에 대하여 바닥면부(32b)로부터 벗어나기 어려운 상태로 견고하게 고정된다.
코어 조립체(20)는 코어(24)의 외주에 보빈(26)을 통하여 코일(22)이 권회됨으로써 구성되어 있다.
코어 조립체(20)는, 코일(22)에 통전되면, 판 형상 탄성부(50 (50-1, 50-2))와의 협동에 의해, 가동체(40)의 요크(41)를 진동(Z 방향으로 왕복 직선 이동)한다.
코어 조립체(20)는, 본 실시형태에서는, 직사각형 판 형상으로 형성되어 있다. 직사각형 판 형상의 길이 방향에서 이간하는 양변 부분에 자극부(242, 244)가 배치되어 있다.
자극부(242, 244)는 Z 방향에서 갭을 두고 가동체(40)의 피흡착면부(46, 47)와 대향 가능하게 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 상면인 대향면(대향면부)(20a, 20b)이, 가동체(40)의 진동 방향(Z 방향)에서, 요크(41)에 있어서의 피흡착면부(46, 47)의 이면과 맞은편에서 근접한다.
도 9 내지 도 11에 도시하는 바와 같이, 코일(22)의 권회축을 베이스부(32)에서 이간하는 부착부(32a)끼리의 대향 방향(진동 방향과 직교하는 X 방향)을 향하게 하고, 코어 조립체(20)는 베이스부(32)에 고정되어 있다. 코어 조립체(20)는, 본 실시형태에서는, 베이스부(32)의 중앙부, 구체적으로는 바닥면부(32b)의 중앙부에 배치되어 있다.
코어 조립체(20)는, 도 10∼도 12에 도시하는 바와 같이, 코어(24)가 바닥면부(32b)와 평행하게, 바닥면 위에 개구부(36)를 넘어 위치하도록, 바닥면부(32b)에 고정되어 있다. 코어 조립체(20)는 코일(22) 및 코일(22)에 권회되는 부위(코어 본체(241))를 베이스부(32)의 개구부(36) 내에 위치시킨 상태로, 고정되어 있다.
구체적으로는, 코어 조립체(20)는, 바닥면부(32b)에 대하여, 코일(22)을 개구부(36) 내에 배치한 상태에서, 고정 부착 부재로서의 나사(68)를 고정 구멍(28)과 바닥면부(32b)의 고정 부착 구멍(33)(도 10 내지 도 12 참조)을 통과시켜서 체결함으로써 고정되어 있다. 코어 조립체(20)와 바닥면부(32b)는, 코일(22)을 사이에 끼고, Y 방향에서 이간하는 개구부(36)의 양변부와 자극부(242, 244)에서 고정 부착 부재인 나사(68)에 의해 접합되어 있다. 나사(68)의 고정 부착 개소는 코일(22)의 축심상의 2개소이다.
코일(22)은 액추에이터 본체(A)의 구동 시에 통전되어, 자계를 발생하는 솔레노이드로서 기능한다. 코일(22)은 코어(24) 및 가동체(40)와 함께, 가동체(40)를 끌어당겨서 이동시키는 자기 회로(자로)를 구성한다. 또한, 코일(22)에는, 제어부(1)를 통하여 외부 전원으로부터 전력 공급된다. 예를 들면, 제어부(1)로부터 구동 전류가 액추에이터 본체(A)에 공급됨으로써 코일(22)에 전력을 공급하여 액추에이터 본체(A)를 구동한다.
코어(24)는 코일(22)이 권회되는 코어 본체(241)와, 코어 본체(241)의 양단부에 설치되어, 코일(22)을 통전함으로써 여자하는 자극부(242, 244)를 가진다. 코어(24)는 코일(22)의 통전에 의해 양단부가 자극부(242, 244)가 되는 길이를 가지는 구조이면, 어떤 구조이어도 된다. 예를 들면, 스트레이트형(I형) 평판 형상으로 형성되어도 되지만, 본 실시형태의 코어(24)는 평면시로 H형의 평판 형상으로 형성되어 있다.
I형의 코어로 한 경우, I형 코어의 양단부(자극부)에서, 갭(에어 갭)(G)을 두고 대향하는 피흡착면부(46, 47)측의 면(에어갭 측면)의 면적이 좁아진다. 이것에 의해, 자기 회로에서의 자기 저항이 높아져, 변환 효율이 저하될 우려가 있다. 또한, 코어(24)에 보빈(26)을 부착하는 경우, 코어(24)의 길이 방향에서의 보빈이 길이 방향으로부터 빠지지 않는 위치 결정이 이루어지는 돌기 부분이 없어지거나 또는 작아지므로, 별도 설치할 필요가 생긴다. 이에 대하여 코어(24)는 H형이므로, 코어 본체(241)의 양단부에서 에어갭 측면을, 코일(22)이 권회되는 코어 본체(241)의 폭보다도 길게 전후 방향(Y 방향)으로 확대할 수 있어, 자기 저항을 저하시켜, 자기 회로의 효율의 개선을 도모할 수 있다. 또한, 자극부(242, 244)에 있어서 코어 본체(241)로부터 튀어나온 부위의 사이에, 보빈(26)을 끼워 넣는 것만으로 코일(22)의 위치 결정을 행할 수 있어, 코어(24)에 대한 보빈(26)의 위치 결정 부재를 별도 설치할 필요가 없다.
코어(24)는 코일(22)이 권회되는 판 형상의 코어 본체(241)의 양단부의 각각에, 자극부(242, 244)가 코일(22)의 권회축과 직교하는 방향으로 돌출하여 설치되어 있다.
코어(24)는 연자성 재료 등으로 이루어지는 자성체이며, 예를 들면, 규소 강판, 퍼말로이, 페라이트 등에 의해 형성된다. 또한, 코어(24)는 전자 스테인레스, 소결재, MIM(메탈 인젝션 몰드)재, 적층 강판, 전기 아연 도금 강판(SECC) 등에 의해 구성되어도 된다.
자극부(242, 244)는 코일(22)에의 통전에 의해 여자되어, 진동 방향(Z 방향)에서 이간하는 가동체(40)의 요크(41)를 흡인하고, 이동한다. 구체적으로는, 자극부(242, 244)는 발생하는 자속에 의해, 갭(G)을 사이에 두고 대향 배치된 가동체(40)의 피흡착면부(46, 47)를 흡착한다.
본 실시형태에서는, X 방향으로 뻗어 있는 코어 본체(241)에 대하여 수직 방향인 Y 방향으로 뻗어 있는 판 형상체이다. 자극부(242, 244)는 Y 방향으로 길기 때문에, 코어 본체(241)의 양단부에 형성되는 구성보다도, 요크(41)에 대향하는 대향면(20a, 20b)의 면적이 넓다.
보빈(26)은 코어(24)의 코어 본체(241)를 진동 방향과 직교하는 방향에서 둘러싸도록 배치되어 있다. 보빈(26)은, 예를 들면, 수지 재료에 의해 형성된다. 이것에 의해, 금속제의 다른 부재(예를 들면, 코어(24))와의 전기적 절연을 확보할 수 있으므로, 전기 회로로서의 신뢰성이 향상된다. 수지 재료에는, 고유동의 수지를 사용함으로써 성형성이 좋아져, 보빈(26)의 강도를 확보하면서 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 보빈(26)은 코어 본체(241)를 사이에 끼도록 분할체(26a, 26b)를 조립함으로써, 코어 본체(241)의 주위를 씌우는 통 형상체로 형성되어 있다. 보빈(26)에는, 통 형상체의 양단부에 플랜지가 설치되고, 코일(22)이 코어 본체(241)의 외주 위에 위치하도록 규정하고 있다.
<가동체(40)>
가동체(40)는 코어 조립체(20)에 진동 방향(Z 방향)과 직교하는 방향에서 갭을 두고, 대향하도록 배치된다. 가동체(40)는, 코어 조립체(20)에 대하여, 진동 방향으로 왕복 이동 자유롭게 설치되어 있다.
가동체(40)는 요크(41)를 가지고, 요크(41)에 고정되는 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)의 가동체측 고정부(54)를 포함한다.
가동체(40)는, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))를 사이에 두고, 바닥면부(32b)에 대하여 접리 방향(Z 방향)으로 이동 가능하게, 대략 평행하게 이간하여 매달아진 상태(기준 상태 위치)로 배치되어 있다.
요크(41)는 코일(22)에 통전했을 때 발생하는 자속의 자로이며, 전자 스테인레스, 소결재, MIM(메탈 인젝션 몰드)재, 적층 강판, 전기 아연 도금 강판(SECC) 등의 자성체로 구성되는 판 형상체이다. 요크(41)는, 본 실시형태에서는, SECC판을 가공하여 형성되어 있다.
요크(41)는 X 방향에서 이간하는 피흡착면부(46, 47)의 각각에 고정되는 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 의해, 코어 조립체(20)에 대하여, 진동 방향(Z 방향)에 갭(G)(도 11 참조)을 두고 대향하도록 매달아 설치되어 있다.
요크(41)는, 조작 기기(도 1에 도시하는 터치 패널(2) 참조)에 부착하기 위해, 기왜 부재(9)에 고정되는 면부 고정부(44)와, 자극부(242, 244)에 대향 배치되는 피흡착면부(46, 47)를 가진다. 요크(41)는 면부 고정부(44)와 피흡착면부(46, 47)로, 중앙부에 개구부(48)를 가지는 직사각형 프레임 형상으로 형성되어 있다.
개구부(48)는 코일(22)과 대향한다. 본 실시형태에서는, 개구부(48)는 코일(22)의 바로 위에 위치하고, 개구부(48)의 개구 형상은 요크(41)가 바닥면부(32b)측으로 이동했을 때, 코어 조립체(20)의 코일(22) 부분이 삽입 가능한 형상이다.
요크(41)는 개구부(48)를 가지는 구성으로 함으로써, 개구부(48)가 없는 경우와 비교하여, 액추에이터 본체(A), 나아가서는 진동 액추에이터(10) 전체의 두께를 얇게 할 수 있다.
또한, 개구부(48) 내에 코어 조립체(20)를 위치시키기 때문에, 코일(22) 근방에 요크(41)가 배치되지 않아, 코일(22)로부터 누설되는 누설 자속에 의한 변환 효율의 저하를 억제할 수 있어, 고출력을 도모할 수 있다.
면부 고정부(44)는 기왜 부재(9)의 본체 프레임부(95a)에 고정하는 고정면(44a)을 가진다. 면부 고정부(44)는 판 형상이며, 본 실시형태에서는, 터치 패널(2)에서의 조작면의 중심을 둘러싸는 부위에서 터치 패널(2)과 대향하도록 배치되고, 기왜 부재(9)를 통하여 터치 패널(2)에 고정된다.
구체적으로는, 면부 고정부(44)의 고정면(44a)의 가장자리부가 본체 프레임부(95a)의 장변부에, 기왜 부재(9)의 본체 프레임부(95a)의 장변부에 면접촉하여 고정된다. 고정면(44a)은, 본 실시형태에서는, 평면시로 사다리꼴 형상을 하고 있고, 면부 고정 구멍(42)에 삽입되는 나사(69)(도 4로부터 도 6 참조) 등의 고정 부착 부재를 통하여 기왜 부재(9)에 고정된다.
면부 고정부(44)는 기왜 부재(9)를 통하여 터치 패널(2)에 접합됨으로써, 가동체(40)의 진동 방향(Z 방향)으로 뻗는 중심이 터치 패널(2)의 조작면의 중심과 동일 선상에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해 터치 패널(2)의 변위를 기왜 부재(9)를 통하여 가동체(40)가 정면측의 전체면으로 받을 수 있다.
본 실시형태에서는, 면부 고정 구멍(42)은 가동체(40)에서 정면시로, 코어 조립체(20)를 중심으로 외측이며, 대각선상에 위치하는 부위 또는 그 근방에 설치되어 있다.
피흡착면부(46, 47)는 코어 조립체(20)에서 자화된 자극부(242, 244)에 끌어 당겨짐과 아울러, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))가 고정된다.
피흡착면부(46, 47)에는, 각각, 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)의 가동체측 고정부(54)가 적층된 상태로 고정된다. 피흡착면부(46, 47)에는, 바닥면부(32b)측으로 이동했을 때, 코어 조립체(20)의 나사(68)의 머리부를 빠져나가게 하는 절결부(49)가 설치되어 있다.
이것에 의해, 가동체(40)가 바닥면부(32b)측으로 이동하여, 피흡착면부(46, 47)가 자극부(242, 244)에 접근해도, 자극부(242, 244)를 바닥면부(32b)에 고정하는 나사(68)에 접촉하지 않아, 그만큼의 Z 방향의 요크(41)의 가동 영역을 확보할 수 있다.
<판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))>
판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))는 고정체(30)에 대하여 가동체(40)를 가동 자유롭게 지지한다. 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))는 가동체(40)의 상면을 고정체(30)의 상면과 동일한 안길이, 혹은, 고정체(30)의 상면(본 실시형태에서는, 코어 조립체(20)의 상면)보다도 하면측에서, 서로 평행하게 되도록 지지한다. 또한, 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)는 가동체(40)의 중심에 대하여 대칭의 형상을 가지며, 본 실시형태에서는, 마찬가지로 형성된 부재이다.
판 형상 탄성부(50)는 요크(41)를 고정체(30)의 코어(24)의 자극부(242, 244)에 대하여 갭(G)을 두고 대향하도록, 대략 평행하게 배치된다. 판 형상 탄성부(50)는 가동체(40)의 하면을 코어 조립체(20)의 상면의 안길이 레벨과 대략 동일한 레벨보다도, 바닥면부(32b)측의 위치에서, 진동 방향으로 이동 자유롭게 지지한다.
판 형상 탄성부(50)는 판 스프링(스프링 판재)이며, 고정체측 고정부(52), 가동체측 고정부(54), 고정체측 고정부(52)와 가동체측 고정부(54)를 연결하는 리크랙 형상 탄성 암부(56)를 가진다.
판 형상 탄성부(50)는 부착부(32a)의 표면에 고정체측 고정부(52)를 부착하고, 요크(41)의 피흡착면부(46, 47)의 표면에 가동체측 고정부(54)를 부착하고, 리크랙 형상 탄성 암부(56)를 바닥면부(32b)와 평행하게 하고, 가동체(40)를 부착한다.
고정체측 고정부(52)는 부착부(32a)에 면접촉하고 나사(62)에 의해 접합하여 고정되고, 가동체측 고정부(54)는 피흡착면부(46, 47)에 면접촉하고 나사(64)에 의해 접합하여 고정되어 있다.
리크랙 형상 탄성 암부(56)는 리크랙 형상부를 가지는 암부이다. 리크랙 형상 탄성 암부(56)는 리크랙 형상부를 가짐으로써, 고정체측 고정부(52)와 가동체측 고정부(54)와의 사이에서, 또한, 진동 방향과 직교하는 면(X 방향 및 Y 방향에서 형성되는 면)에 있어서, 가동체(40)의 진동에 필요한 변형이 가능한 길이를 확보하고 있다.
리크랙 형상 탄성 암부(56)는, 본 실시형태에서는, 고정체측 고정부(52)와 가동체측 고정부(54)와의 대향 방향으로 뻗고 되꺾인 형상을 가진다. 리크랙 형상 탄성 암부(56)에 있어서, 고정체측 고정부(52)와 가동체측 고정부(54)에 각각 접합되는 단부는 Y 방향에서 벗어난 위치에 형성되어 있다. 리크랙 형상 탄성 암부(56)는, 가동체(40)의 중심에 대하여, 점대칭 또는 선대칭의 위치에 배치되어 있다.
이것에 의해, 가동체(40)는 리크랙 형상의 스프링을 가지는 리크랙 형상 탄성 암부(56)에 의해 양측방에서 지지되기 때문에, 탄성 변형할 때의 응력 분산이 가능하게 된다. 즉, 판 형상 탄성부(50)는 가동체(40)를 코어 조립체(20)에 대하여 경사지지 않고, 진동 방향(Z 방향)으로 이동시킬 수 있어, 진동 상태의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
판 형상 탄성부(50)는, 각각, 적어도 2개 이상의 리크랙 형상 탄성 암부(56)를 가지고 있다. 이것에 의해, 판 형상 탄성부(50)는, 리크랙 형상 탄성 암부를 각각 하나씩 가지는 경우와 비교하여, 탄성 변형할 때의 응력이 분산되어, 신뢰성의 향상을 도모할 수 있음과 아울러, 가동체(40)에 대한 지지의 밸런스가 좋아져, 안정성의 개선을 도모할 수 있다.
판 형상 탄성부(50)는, 본 실시형태에서는, 자성체로 이루어진다. 또한, 판 형상 탄성부(50)의 가동체측 고정부(54)는 코어(24)의 양단부(자극부(242, 244))와의 코일 권회축 방향에서 대향하는 위치 내지 그 상측에 배치되어, 자로로서 기능한다. 본 실시형태에서는, 가동체측 고정부(54)는 피흡착면부(46, 47)의 상측에 적층 한 상태로 고정되어 있다. 이것에 의해, 코어 조립체의 자극부(242, 244)에 대향하는 피흡착면부(46, 47)의 두께(Z 방향, 진동 방향의 길이)(H)(도 11 참조)를 자성체의 두께로서 크게 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 판 형상 탄성부(50)의 두께와, 요크(41)의 두께가 같으므로, 자극부(242, 244)에 대향하는 자성체 부위의 단면적을 2배로 할 수 있다. 이것에 의해, 판 스프링이 비자성의 경우와 비교하여, 자기 회로를 확장하여, 자기 회로에서의 자기 포화에 의한 특성의 저하를 완화하여, 출력 향상을 도모할 수 있다.
도 13은 진동 액추에이터(10)에 있어서의의 자기 회로를 도시한 도면이다. 또한, 도 13은 도 9의 B-B선으로 절단한 부분을 도시하는 액추에이터 본체(A)의 사시도이며, 자기 회로는 도시하지 않은 부분도 도시된 부분과 동일한 자속의 흐름(M)을 가진다. 또한, 도 14는 자기 회로에 의한 가동체(40)의 이동을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 상세하게는, 도 14a는 판 형상 탄성부(50)에 의해, 가동체(40)가 코어 조립체(20)로부터 이간한 위치에 유지되고 있는 상태의 도면이며, 도 14b는 자기 회로에 의한 기자력에 의해 코어 조립체(20)측에 흡인되어 이동한 가동체(40)를 도시한다.
구체적으로는, 코일(22)을 통전하면, 코어(24)가 여자되어 자장이 발생하고, 코어(24)의 양단부가 자극이 된다. 예를 들면, 도 13에서는, 코어(24)에 있어서, 자극부(242)가 N극이 되고, 자극부(244)가 S극으로 되어 있다. 그러면, 코어 조립체(20)와 요크(41)와의 사이에는, 자속의 흐름(M)으로 나타내는 자기 회로가 형성된다. 이 자기 회로에 있어서의 자속의 흐름(M)은 자극부(242)로부터 대향하는 요크(41)의 피흡착면부(46)으로 흐르고, 요크(41)의 면부 고정부(44)를 통과하여, 피흡착면부(47)으로부터 피흡착면부(47)에 대향하는 자극부(244)에 이른다. 본 실시형태에서는, 판 형상 탄성부(50)도 자성체이다. 따라서, 피흡착면부(46)에 흐른 자속(자속의 흐름(M)으로 나타냄)은 요크(41)의 피흡착면부(46) 및 가동체측 고정부(54)를 통과하여, 피흡착면부(46)의 양단으로부터 면부 고정부(44)를 통하여 피흡착면부(47)에 다다르고, 판 형상 탄성부(50-2)의 가동체측 고정부(54)의 양단에 이른다.
이것에 의해, 전자 솔레노이드의 원리에 의해, 코어 조립체(20)의 자극부(242, 244)는 요크(41)의 피흡착면부(46, 47)를 흡착하는 흡인력(F)을 발생한다. 그러면, 요크(41)의 피흡착면부(46, 47)는 코어 조립체(20)의 자극부(242, 244)의 쌍방에서 끌어 당겨진다. 이것에 의해, 요크(41)의 개구부(48) 내에, 코일(22)이 삽입되고, 요크(41)를 포함하는 가동체(40)는 판 형상 탄성부(50)의 바이어스력에 저항하여, F 방향으로 이동한다(도 14a 및 도 14b 참조).
또한, 코일(22)에의 통전을 해제하면, 자계는 소멸하여, 코어 조립체(20)에 의한 가동체(40)의 흡인력(F)은 사라지고, 판 형상 탄성부(50)의 바이어스력에 의해, 원래의 위치로 이동(-F 방향으로 이동)한다.
이것을 반복함으로써, 액추에이터 본체(A)에서는, 가동체(40)가 왕복 이동하여 진동 방향(Z 방향)의 진동을 발생할 수 있다.
가동체(40)를 왕복 직선 이동시킴으로써, 가동체(40)가 고정되는 조작 기기인 터치 패널(2)도, 가동체(40)에 추종하여 Z 방향으로 변위한다. 본 실시형태에서는, 구동에 의한 가동체(40)의 변위, 즉, 터치 패널(2)의 변위량은 0.03mm∼0.3mm의 범위로 하고 있다.
이 변위량의 범위는, 조작 기기인 터치 패널(2)의 화면(2a)에 있어서, 조작자가 가압한 표시에 대응하는 진동을 부여할 수 있는 범위이다. 예를 들면, 화면(2a)에서 조작자의 가압 대상이 되는 표시가 기계식의 버튼 또는 각종 스위치일 경우, 이들 기계식의 버튼 또는 각종 스위치를 실제로 가압했을 때와 같은 촉감을 부여할 수 있는 진폭의 범위이다. 이 범위는 가동체(40)의 진폭의 변위가 작으면 촉감이 불충분하게 되거나, 또한 크면 불쾌하게 느끼거나 하는 것에 따라 설정된다.
액추에이터 본체(A)에서는, 코어 조립체(20)의 자극부(242, 244)에, 요크(41)의 피흡착면부(46, 47)를 근접하여 배치함으로써, 자기 회로 효율을 높여, 고출력을 도모할 수 있다. 또한 액추에이터 본체(A)에서는, 마그넷을 사용하지 않으므로, 저비용의 구조가 된다.
판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))인 리크랙 형상의 스프링에 의해, 응력 분산이 가능하게 되어, 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다. 특히, 복수의 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 의해 가동체(40)를 지지하고 있기 때문에, 보다 효과적으로 응력 분산을 가능하게 하고 있다. 이와 같이, 액추에이터 본체(A)는 상하 방향 구동에 의해 상하 방향에서 화면(2a)에 접촉하는 조작자에 대하여 다이렉트한 감촉을 제공할 수 있다.
코일(22)이 권회되는 코어(24)을 가지는 코어 조립체(20)가 고정체(30)에 고정되고, 이 코어 조립체(20)는 판 형상 탄성부(50)에 의해 고정체(30)에 대하여 Z 방향으로 가동 자유롭게 지지된 가동체(40)의 요크(41)의 개구부(48) 내에 배치되어 있다. 이것에 의해, 자기를 발생하여 Z 방향으로 가동체를 구동시키기 위해 고정체 및 가동체의 각각에 설치하는 부재를 Z 방향에서 포개 설치할(예를 들면, 코일과 마그넷을 Z 방향에서 대향하여 배치) 필요가 없기 때문에, 전자 액추에이터로서의 액추에이터 본체(A)의 Z 방향의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 마그넷을 사용하지 않고, 가동체(40)를 왕복 직선 이동시킴으로써, 조작 기기에, 촉각 필링으로서의 진동을 부여할 수 있다. 이와 같이, 지지 구조가 단순하기 때문에 설계가 심플하게 되어, 공간절약화를 도모할 수 있고, 액추에이터 본체(A)의 초박형화를 도모할 수 있다. 또한, 마그넷을 사용한 액추에이터가 아니므로, 마그넷을 사용하는 구성과 비교하여 비용의 저렴화를 도모할 수 있다.
이하에, 액추에이터 본체(A)의 구동 원리에 대해 간단하게 설명한다. 액추에이터 본체(A), 즉, 진동 액추에이터(10)는 하기의 운동 방정식 및 회로 방정식을 사용하고 펄스를 사용하여 공진 현상을 발생시켜 구동할 수도 있다. 또한, 동작으로서는 공진 구동이 아니고, 조작 기기로서의 터치 패널에 표시되는 기계식 스위치의 조작감을 표현하는 것이며, 본 실시형태에서는, 제어부(1)를 통하여 복수의 전류 펄스를 입력함으로써 구동한다.
또한, 액추에이터 본체(A)에 있어서의 가동체(40)는 식 (1), (2)에 기초하여 왕복 운동을 행한다.
(수1)
Figure pat00001
(수2)
Figure pat00002
즉, 액추에이터 본체(A)에 있어서의 질량 m[Kg], 변위 x(t)[m], 추진력 상수 Kf[N/A], 전류 i(t)[A], 스프링 상수 Ksp[N/m], 감쇠 계수 D[N/(m/s)] 등은 식 (1)을 충족시키는 범위 내에서 적당히 변경할 수 있다. 또한, 전압 e(t)[V], 저항 R[Ω], 인덕턴스 L[H], 역기전력 상수 Ke[V/(rad/s)]는 식 (2)를 충족시키는 범위 내에서 적당히 변경할 수 있다.
이와 같이, 액추에이터 본체(A)와, 가동체(40)의 질량 m과, 판 형상 탄성부(50)로서의 금속 스프링(탄성체, 본 실시형태에서는 판 스프링)의 스프링 정수 Ksp에 의해 정해진다.
또한, 액추에이터 본체(A)에서는, 베이스부(32)와 판 형상 탄성부(50)의 고정, 및 판 형상 탄성부(50)와 가동체(40)의 고정에는, 고정 부착 부재로서의 나사(62, 64)가 사용되고 있다. 이것에 의해, 가동체(40)가 구동하기 위해, 고정체(30) 및 가동체(40)에 대하여 견고하게 고정할 필요가 있는 판 형상 탄성부(50)를 리워크를 가능하게 한 상태로 기계적으로 견고하게 고정할 수 있다.
이 액추에이터 본체(A)에 의하면, 코일(22)과, 코일(22)이 권회되고, 양단부가 코일(22)로부터 돌출하는 코어(24)를 가지는 고정체(30)를 가진다. 또한, 진동 액추에이터(10)는, 코어(24)의 양단부인 자극부(242, 244)의 대향면(20a, 20b)에 대하여, 코일(22)의 권회축과 교차하는 방향에서 갭(G)을 두고 대향하여 근접 배치되고, 또한, 자성체로 이루어지는 요크(41)를 가지고, 접촉에 의해 조작되는 조작 접촉면부에 고정 가능한 가동체(40)를 가진다.
액추에이터 본체(A)는 가동체(40)와 고정체(30)의 사이에 고정되고, 탄성 변형하는 리크랙 형상 탄성 암부(56)를 가지는 판 형상 탄성부(50)에 의해, 고정체(30)에 대하여 가동체(40)를 자극부(242, 244)와 대향하는 방향에서 이동 자유롭게 탄성 지지하고 있다. 이것에 의해, 조작 접촉면부인 터치 패널에 부착한 경우에도, 초박형화 및 저비용화를 도모하면서, 터치 패널의 조작 시에 유저에게 알맞은 조작감을 부여할 수 있다.
<제어부(1)>
제어부(1)는 탄성 진동 가능하게 지지된 조작 기기(도 1에서는 터치 패널(2))를 그 진동 방향의 일방향으로 구동하는 액추에이터 본체(A), 나아가서는, 진동 액추에이터(10)를 제어한다.
제어부(1)는 조작 기기의 접촉 조작에 따라, 진동 액추에이터(10)에 구동 전류를 공급하여, 자계를 발생시켜, 탄성 진동 가능한 가동체(40)를, 고정체(30)에 대하여 일방향, 여기에서는 Z 방향 마이너스측으로 이동한다. 이것에 의해, 제어부(1)는, 조작자가 조작 기기에 접촉했을 때, 진동을 촉감으로서 부여한다. 본 실시형태에서는, 접촉 조작은 뒤틀림 검출 센서(70)에서 검출한 신호이지만, 이것과 아울러, 센서(80)에 의해 검출한 신호를 사용하여 검출하지만, 또한, 예를 들면, 터치 패널(2)로부터 입력되는 접촉 상태를 나타내는 신호이어도 된다.
제어부(1)는, 본 실시형태에서는, 진동 액추에이터(10)를 구동하는 액추에이터 구동 신호로서, 단수의 전류 펄스 또는 복수의 전류 펄스를 코일(22)에 공급한다. 본 실시형태에서는, 액추에이터 구동 신호는 복수의 전류 펄스의 열에 의해 구성하고 있다.
제어부(1)는, 전류 펄스를 코일(22)에 공급함으로써, 가동체(40)는, 판 형상 탄성부(50)의 바이어스력에 저항하여, 자기 흡인력에 의해, 코일(22)측, 즉, Z 방향 마이너스측으로 끌려 들어가 변위한다. 이것에 추종하여, 터치 패널(2)도 고정체(30)가 고정되는 마운팅 베이스(도시 생략)에 대하여 Z 방향 마이너스측으로 이동한다.
또한 코일(22)에의 구동 전류의 공급을 정지함으로써, 바이어스력은 개방되어, 가동체(40)는 기준 위치에 대한 Z 방향 마이너스측에서의 위치에서의 유지 상태가 해제된다. 이것에 의해, 가동체(40)는, 판 형상 탄성부(50)의 바이어스력에 의해, Z 방향 마이너스측에서의 최대 변위 위치로부터, 끌려 들어간 방향(Z 방향 마이너스측)과 역방향(Z 방향 플러스측)으로 바이어스되어 이동하고, 진동을 피드백한다.
제어부(1)는 단수의 전류 펄스 또는 복수의 전류 펄스의 열에 있어서의 각각의 펄스의 진폭, 각각의 파장, 각각의 공급 타이밍 등에 의해, 여러 종류의 진동 형태를 생성하여, 액추에이터 구동 신호로서 액추에이터 본체(A)에 공급 가능하다. 이것에 의해, 액추에이터 본체(A)의 진동은 조작자에게 체감으로서 부여된다.
제어부(1)는, 예를 들면, 전류 펄스 공급부, 전압 펄스 인가부를 가진다.
전류 펄스 공급부는, 조작 기기(터치 패널(2))의 접촉 조작에 따라, 조작 기기를 구동하는 구동 전류로서, 복수의 구동 전류 펄스를 진동 액추에이터(10)의 코일(22)에 공급한다.
전압 펄스 인가부는, 액추에이터 구동 신호를 구성하는 단수의 전류 펄스 또는 복수의 전류 펄스의 열을 각각 발생시키는 복수의 제어 전압 펄스를, 단속적으로 전류 펄스 공급부에 인가한다.
도 15는 동 액추에이터 본체의 제어부의 설명에 제공하는 도면이며, 진동 액추에이터를 구동하는 구동 회로의 일례를 도시하는 도면이다.
도 15에 도시하는 제어부(1)에서는, MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor)에 의해 구성되는 전류 펄스 공급부로서의 스위칭 소자(12), 전압 펄스 인가부로서의 신호발생부(Signal generation)(14), 저항(R1, R2), SBD(Schottky Barrier Diodes: 쇼트키 배리어 다이오드)를 가진다.
제어부(1)에서는, 전원 전압(Vcc)에 접속된 신호발생부(14)는 스위칭 소자(12)의 게이트에 접속되어 있다. 스위칭 소자(12)는 방전 전환 스위치이다. 스위칭 소자(12)는 진동 액추에이터(10), SBD에 접속됨과 아울러, 전원부(Vact)로부터 전압이 공급되는 진동 액추에이터(10), 구체적으로는, 액추에이터 본체(A)(도 15에서는 [Actuator]로 나타냄)에 접속된다.
또한, 제어부(1)는, 도시하지 않지만, 진동 정시 장치의 구성 요소의 동작을 제어하기 위한 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등을 갖추어도 된다. CPU는 ROM으로부터 처리 내용에 따른 프로그램을 읽어 내어 RAM에 전개하고, 전개한 프로그램과 협동하여, 진동 액추에이터(10)를 포함하는 진동 정시 장치의 구성 요소의 동작을 제어한다. 이때, 기억부(도시 생략)에 저장되어 있는 각종의 진동 감쇠 기간 발생 패턴을 포함하는 각종 데이터가 참조된다. 기억부(도시 생략)는, 예를 들면, 비휘발성의 반도체 메모리(소위 플래시 메모리) 등으로 구성되어도 된다. 예를 들면, 기억부, ROM 또는 RAM 등에, 복수의 펄스열의 다양한 복수 패턴의 펄스파형 데이터를 저장한다. ROM에는, 액추에이터 본체(A)를 구동하여 진동을 정시하는 진동 정시 프로그램을 포함하고 진동 정시 장치를 제어하는 각종의 프로그램이 저장되어 있다. 진동 정시 프로그램으로서는, 예를 들면, 뒤틀림 검출 센서(70)로부터 접촉 상태를 나타내는 정보가 입력되었을 때, 접촉 정보에 대응하는 진동을 발생하는 액추에이터 구동 신호를 생성하기 위한 펄스파형 데이터를 읽어 내는 프로그램 등이다. 또한, 진동 제시 프로그램으로서는, 예를 들면, 읽어 낸 데이터를 조합하여 접촉 정보에 대응하는 액추에이터 구동 신호로서 생성하는 프로그램, 생성한 액추에이터 구동 신호를 코일에 공급하는 프로그램 등이다. 액추에이터 구동 신호는, 복수의 전류 펄스의 조합으로서, 액추에이터 본체(A)를 구동하는 드라이버를 통하여 코일(22)에 인가된다. CPU는 이들 프로그램 및 데이터를 사용하여 진동 정시 장치의 구성 요소의 동작을 제어해도 되고, 전류 펄스 공급부 및 전압 펄스 인가부를 제어하도록 해도 된다. 예를 들면, 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)로부터의 신호는 증폭부에서 증폭되고, 변환부에서 아날로그-디지털 변환되어, CPU에 출력되고, 도 15에 도시하는 구동 회로에 의해 진동 액추에이터(10)를 진동시킨다.
제어부(1)는 전류 펄스를 코일(22)에 공급하여 가동체(40)를 진동 방향의 일방향으로 구동한다. 코일(22)에 전류 펄스를 공급함으로써 가동체(40)는 판 형상 탄성부(50)의 바이어스력에 저항하여, 진동 방향의 일방향으로 변위한다. 전류 펄스의 공급 중에는 가동체(40)의 진동 방향의 일방향으로의 변위는 계속된다. 전류 펄스의 공급을 정지하는, 즉, 코일(22)에의 전류 펄스의 입력을 오프로 함으로써, 가동체(40)의 진동 방향의 일방향(Z 방향)으로 변위시키는 힘은 해방된다. 전류 펄스의 입력의 오프는 당해 전류 펄스를 생성하는 전압이 오프로 된 타이밍을 의미한다. 전압이 오프로 된 시점에서는, 전류 펄스는 완전히 오프가 아니고 쇠퇴하고 있는 상태이다.
가동체(40)는 인입 방향(Z 방향 마이너스측)의 최대 변위 가능 위치에서 축적된 판 형상 탄성부(50)의 바이어스력에 의해, 진동 방향 중 타방향(Z 방향 플러스측)으로 이동하여 변위한다. 조작 기기측인 타방향측으로 이동한 가동체(40)를 통하여 조작 기기에 강한 진동이 전파되어, 조작자에게 촉감이 부여된다.
제어부(1)는 뒤틀림 검출 센서(70)로부터의 정보에 기초하여 조작자에 의한 화면(2a)에의 접촉에 따라, 코일(22)에, 하나 이상의 전류 펄스를 공급한다. 제어부(1)는, 가동체(40)의 진동에 있어서, 첫번째 펄스를 공급하고, 아울러, 그 후에 공급하는 펄스에 의해, 첫번째 펄스의 공급 정지 후에도 남아서 계속되는 진동 등을 조정한다.
<하중 검출 모듈(K)>
도 4로부터 도 8로 되돌아와 하중 검출 모듈(K)에 대해 설명한다.
하중 검출 모듈(K)은 액추에이터 본체(A)의 가동체(40)와, 터치 패널(2)의 사이에 개재되고, 가동체(40)와 터치 패널(2)에 고정된다.
하중 검출 모듈(K)은 터치 패널(2)의 가압 조작 시에 따라 기왜 부재(9)에서 발생한 뒤틀림을 뒤틀림 검출체(7)에서 검출한다. 검출한 뒤틀림은 제어부(1)에 출력되고, 제어부(1)는 뒤틀림에 따라 액추에이터 본체(A)를 구동하여 진동을 발생시킨다.
<기왜 부재(9)>
기왜 부재(9)는 가동체(40)의 면부 고정부(44)에 고정되는 가동체측 고정부(지지부측 고정부)(92)와, 진동 정시부로서의 터치 패널(2)에 고정되는 정시부측 고정부(94)를 가진다.
기왜 부재(9)는 터치 패널(2)의 가압 조작에 의해 외력이 가해김으로써 뒤틀림을 발생하는 기왜체로서 기능한다. 기왜 부재(9)는, 본 실시형태에서는, 판금을 가공함으로써, 직사각형 프레임 형상의 판 형상으로 형성되어 있다. 이 형상은, 면 형상인 터치 패널(2)에 고정되었을 때, 터치 패널(2)에서 가압 조작되는 부위를 터치 패널(2)의 이면측에서 둘러싸도록 배치되는 형상이다. 기왜 부재(9)는, 본 실시형태에서는, 가동체(40)의 판 형상 탄성부(50)보다도 단단한 판금으로 구성된다.
기왜 부재(9)에서는, 평판 직사각형 프레임 형상의 본체 프레임부(95a)의 네 귀퉁이로부터 길이 방향으로 뻗어 있고, 접속 팔부(95b)가 길이 방향으로 뻗도록 설치되어 있다. 기왜 부재(9)는, 접속 팔부(95b)의 기단부가 접속되는 본체 프레임부(95a)의 부위에 각각 설치된 가동체측 고정부(92)를 가진다. 기왜 부재(9)는 가동체측 고정부(92)를 통하여 면부 고정부(44)에 고정되어 있다. 본 실시형태의 기왜 부재(9)에서는, 본체 프레임부(95a)가 가동체(40)의 면부 고정부(44)에 고정되기 때문에, 기왜체로서의 기능은 주로 접속 팔부(95b)에서 발휘한다. 기왜 부재(9)는 접속 팔부(95b)의 선단부에 각각 정시부측 고정부(94)를 가지고, 정시부측 고정부(94)에서 터치 패널(2)에 고정되어 있다.
기왜 부재(9)는, 본체 프레임부(95a)의 길이 방향에서 이간하는 외측 가장자리부를 따라, 본체 프레임부(95a)에 대하여 수직하게 설치된 리브(95c)를 가진다. 본체 프레임부(95a)는 리브(95c)에 의해 보강된 상태로 되어 있다.
기왜 부재(9)에 있어서, 정시부측 고정부(94)에서 각각 터치 패널(2)에 접합 고정됨으로써, 정시부측 고정부(94)는 터치 패널(2)에 있어서의 조작면의 중심을 둘러싸는 부위에서 터치 패널(2)과 접합되어 있다. 또한, 이 정시부측 고정부(94)로 둘러싸여진 내측의 영역에서, 가동체측 고정부(92)를 통하여 가동체(40)에 고정되어 있다.
<뒤틀림 검출체(7)>
뒤틀림 검출체(7)는 기왜 부재(9)에 일체로 설치되어, 액추에이터 본체(A)를 구동시키기 위해서, 기왜체로서의 기왜 부재(9)에 걸리는 하중에 의해 발생하는 뒤틀림을 검출하는 뒤틀림 검출부를 가진다.
뒤틀림 검출체(7)는, 예를 들면, 뒤틀림 검출부로서의 뒤틀림 검출 센서(70(70-1∼70-4))를 복수 실장한 플렉시블 프린트 기판(이하, 「FPC」이라고 칭하는 경우도 있음)(72)이다.
뒤틀림 검출 센서(70)는 면부 고정부(44)가 기왜 부재(9)를 통하여 고정되는 터치 패널(2)이 조작되었을 때, 가동체(40)와 함께 변위하는 기왜 부재(9)의 누름량을 터치 패널(2)의 누름량으로서 검지한다.
뒤틀림 검출 센서(70)(70-1∼70-4)는, 면부 고정부(44)와 함께, 바닥면부(32b)측으로 눌려졌을 때 판 형상 탄성부(50)의 변형에 수반되는 기왜 부재(9)의 뒤틀림을 검출한다. 검출한 뒤틀림은 제어 장치 등에 출력되어, 이 뒤틀림에 대응한 가동체(40)의 이동량이 되도록, 코일(22)이 통전되고, 요크(41)를 흡인하여 이동시킨다.
본 실시형태에서는, 제어부(1)는 뒤틀림 검출 센서(70)에 의해 검출되는 뒤틀림을 사용하여, 터치 패널(2)의 이동량을 판정하고, 접촉에 대한 진동 피드백을 실현하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 제어부(1)는, 이외에 조작 기기에 대한 조작자의 접촉을 검출하는 센서를 사용하여, 실제의 조작 기기의 이동량에 대응한 이동량으로, 판 형상 탄성부(50)에 대한 누름량을 검출하도록 하고, 이 검출 결과를 사용하여, 보다 자연스러운 감촉의 표현을 실현할 수 있도록 해도 된다.
또한, 뒤틀림 검출 센서(70)를 사용하여, 조작자의 접촉 조작, 즉, 가동체(40)의 누름량을 검출하는 센서의 검출 결과에 기초하여, 제어부(1)의 전류 펄스 공급부에 의한 구동 전류 펄스를 공급했을 때의 가동체(40)(조작 기기인 터치 패널(2)도 포함시켜도 됨)의 진동 주기를 조정해도 된다. 또한, 뒤틀림 검출 센서(70)와는 별도로, 터치 패널(2)에서 검지한 조작자의 접촉 위치의 표시 형태에 연동하여, 그 표시 형태에 대응하는 진동을 발생하도록, 제어부(1)에 조작 상태를 나타내는 조작 신호를 출력하고, 그것에 따라 제어부(1)가 제어하도록 해도 된다.
뒤틀림 검출체(7)는 기왜 부재(9)에서 주로 접속 팔부(95b)를 기왜체로 하여 그 뒤틀림을 검출하고, 검출한 뒤틀림을 제어부(1)에 출력한다.
뒤틀림 검출체(7)는, 구체적으로는, 기왜 부재(9)의 본체 프레임부(95a) 위에, 본체 프레임부(95a)의 네 귀퉁이에 걸쳐서 배치된 스테이플 형상(U자 형상)으로 형성된 FPC(72)를 가진다. 즉, FPC(72)는 폭 방향에 뻗는 장변부(72a)의 양측으로부터 장변부(72a)에 대하여 수직으로 단변부(72b)가 높이 방향으로 뻗어 있도록 설치되고, 이들 장변부(72a) 및 단변부(72)에 의해 U자 형상으로 형성되어 있다.
뒤틀림 검출체(7)에서는, 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)는 각각 가동체측 고정부(92)와 정시부측 고정부(94)의 사이에 배치되고, 구체적으로는, 기왜체로서 기능하는 접속 팔부(95b) 위에 실장되어, 기왜 부재(9)의 접속 팔부(95b)에 있어서 각각 뒤틀림을 검출한다.
뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)는, 하중 검출 모듈(K)에 있어서, 1개소에 설치해도 되지만 복수 개소에 설치하는 것이 바람직하다. 진동 액추에이터(10)가 진동 정시부(터치 패널(2))에 부착되는 경우, 진동 정시부의 조작면의 중심에 대하여 방사상으로 동일한 간격을 두고 둘러싸도록, 적어도 3개소 이상에 설치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 진동 액추에이터(10)는 가압 조작되는 터치 패널(2)의 변위를 면으로 받아 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
본 실시형태에서는, 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)는 터치 패널(2)과의 고정 개소인 정시부측 고정부(94) 근방의 4개소에 설치되고, 터치 패널(2)의 가압 조작 영역의 중심을 둘러싸는 프레임 형상의 코너부 부분의 뒤틀림을 검출한다. 따라서, 터치 패널(2)과 같이, 진동 정시부로서 직사각형 형상의 터치 패널 디스플레이를 사용한 경우, 이 디스플레이에 하중 검출 모듈(K)을 통하여 액추에이터 본체(A)를 밸런스 좋게 부착할 수 있다. 이것에 의해, 기왜 부재(9)의 뒤틀림 방향을 면 수직 방향에 안정하게 일치시킬 수 있다.
도 16은 뒤틀림 검출체(7)의 배선을 도시하는 도면이다.
FPC(72) 위에 실장되는 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)는 기왜 부재(9) 위에 배치되고, 각각 동일 평면 위에 위치한다.
뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)는 각각 복수의 뒤틀림 게이지부(R-A1∼R-A4, R-B1∼R-B4, R-C1∼R-C4, R-D1∼R-D4)를 가지며, 풀 브리지 결선의 뒤틀림 검출 센서이다.
뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)는, FPC(72)에 있어서, 각각이 병렬로 전원 전압(Vcc), GND에 접속되고 서로 병렬 결선되어, 하중이 걸림으로써 변화하는 전기 저항값의 변화량을 출력하도록 접속되어 있다. 이것에 의해 각 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)로부터의 출력이 평균화되어, 안정한 거동으로 된다. 또한, 출력값은 각 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)마다 온도가 대체로 균일화되어, 온도 안정성의 향상을 도모할 수 있다.
<진동 액추에이터(10)의 효과>
·효과 1
뒤틀림 검출 센서(70)가 이 뒤틀림 검출 센서(70)에 의해 뒤틀림을 검출되는 기왜체로서의 접속 팔부(95b) 위에 설치되어 있다. 즉, 뒤틀림 검출 센서(70)와 기왜체가 진동 정시부로서의 터치 패널(2)과 가동체(40)의 사이, 즉, 가동체측 고정부(92)와 정시부측 고정부(94)의 사이에 배열 설치되어 있다.
이것에 의해, 뒤틀림 검출 센서(70)가 액추에이터 본체(A) 내에 배열 설치되어 있지 않아, 기왜체가 판 형상 탄성부(50)와는 별체가 되므로, 뒤틀림 검출 대상이 가동체(40)의 질량을 받지 않아, 판 형상 탄성부(50)의 진동 사양에도 영향이 없게 된다. 이것에 의해, 액추에이터 본체(A)의 설계가 곤란하게 되지 않아, 액추에이터 본체(A)의 다양한 사양을 실현할 수 있다.
또한, 가동체(40)에 있어서 판 형상 탄성부(50)와의 고정 부분(가동체측 고정부(92)에 상당)과 진동 정시부와의 고정 부분(정시부측 고정부(94)에 상당)의 사이에 뒤틀림 검출 센서(70) 및 기왜체를 배치하고 있다. 이것에 의해, 뒤틀림 검출 센서(70) 및 기왜체를 액추에이터 본체(A)와 일체로 할 수 있어, 촉감 표현이 완결된 진동 액추에이터 제품을 실현할 수 있다.
·효과 2
액추에이터 본체(A)는 뒤틀림 검출 센서(70) 및 기왜 부재(9)를 일체로 한 하중 검출 모듈(K)을 사이에 두고, 진동 정시부인 터치 패널(2)에 고정된다. 이것에 의해, 하중 검출 모듈(K)과 액추에이터 본체(A)를 쌓아 올린 후에, 진동 액추에이터(10)와 조립할 수 있다. 이것에 의해, 뒤틀림 검출 센서(70)와 기왜체를, 액추에이터 본체의 가동체의 일부로 한 구성과 비교하여, 뒤틀림 검출 센서(70)를 조립 후에, 액추에이터를 조립하거나, 또는 그 반대의 공정이 필요하지 않아, 조립성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 진동 정시부의 형상에 대응하여, 기왜 부재(9)를 변경할 수 있기 때문에, 설계의 자유도의 향상을 도모할 수 있다.
·효과 3
또한, 액추에이터 본체(A)의 가동체(40)는 진동 정시부인 터치 패널(2)의 면 수직 방향으로 구동한다. 구체적으로는, 진동 정시부로서의 터치 패널(2)을 화면(접촉면)과 수평 방향으로 움직이는 경우와 달리, 진동 액추에이터의 하중에 의해, 터치 패널(2) 및 가동체(40)가 면 수직 방향으로 휜다. 이것에 의해, 예를 들면, 스위치의 거동을 표현하는 경우, 휨도 표현할 수 있어, 실제의 스위치 등의 조작에 가깝게 리얼한 촉각 표현을 실현할 수 있다.
·효과 4
기왜 부재(9)는 판 형상의 스프링 판재이다. 이것에 의해, 반복 진동이 가해지는 경우이더라도, 금속 피로를 완화하여, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 진동 액추에이터(10)에서는, 기왜 부재(9)가 일체의 스프링 판재로 구성되어 있다. 이것에 의해, 기왜 부재(9)의 접속 팔부(95b)에의 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)의 배치 위치의 위치 정밀도를 높일 수 있어, 조립 시의 정밀도 개선을 도모할 수 있다. 즉, 기왜 부재(9)에 있어서 검출 대상 부위가 되는 기왜체로서의 접속 팔부(95b)를 복수로 분리하여 구성한 경우와 달리, 조립 시에 편차가 발생하지 않아, 조립성의 향상을 도모할 수 있다.
스토퍼(400)에 의해, 하중 검출 모듈(K)을 통하여 가동체(40)가 고정된 터치 패널(2)과, 가동체(40)에 판 형상 탄성부를 통하여 접속되는 고정체(30)가 소정 간격 이상 이간하는 것을 방지한다. 소정 간격이란 판 형상 탄성부(50) 및 기왜 부재(9)가 소성 변형하지 않는 길이이다. 이것에 의해, 진동 액추에이터(10)에의 외부에서의 충격 시에 스토퍼(400)가 기능하여, 기왜 부재(9)에 하중이 걸리지 않아, 기왜 부재(9)의 소성의 억제, 기왜 부재(9) 및 뒤틀림 검출 센서(70)의 파손을 방지하여, 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
·효과 5
본 실시형태에서는, 패널(2)의 화면(2a)을 가압 조작하는 조작자의 손가락의 위치를 비접촉으로, 구체적으로는, 조작자의 손가락과의 사이의 정전용량에 의해, 검출하는 위치 검출부(2b)(도 1 및 도 2 참조)를 가진다. 위치 검출부(2b)는 손가락과 터치 패널(2)의 사이에 거리가 있어도 반응하는 정전용량 검지의 감도를 가진다. 즉, 진동 정시 장치(200)는, 위치 검출부(2b)에 의해, 손가락이 뜬 상태에서도 그 위치를 검지할 수 있다.
예를 들면, 도 17에 도시하는 바와 같이, 장갑(T)을 장착한 손가락(U)으로 진동 정시 장치(200)를 조작하는 경우, 손가락(U)은 뜬 상태(호버 상태)가 된다.
정전용량 센서를 사용하여 터치 패널을 조작하는 손가락의 위치를 검출하는 통상의 구조에서는, 장갑을 장착한 손가락 전용의 장갑 이외의 장갑은 정전 용량에 반응하지 않기 때문에, 손가락과 터치 패널의 거리가 실질적으로 멀어진다. 이 거리는 도 17에서는 거리(H2)에 상당한다.
이에 대하여 본 실시형태에 의하면, 장갑(T)을 통하여 터치 패널(2)에 접하는 상태(실제로는 장갑으로 누르고 있는 상태)이더라도, 즉, 손가락(U)이 호버 상태이더라도, 위치 검출부(2b)는 손가락(U)의 위치를 검출한다. 즉, 진동 정시 장치(200)는 장갑(T) 등을 통한 조작과 같이 정전용량 검지가 불가능한 상황에서의 조작이더라도, 조작하고 있는 손가락의 위치를 접촉 정시부인 터치 패널(2)에서 검지할 수 있다.
아울러, 진동 정시 장치(200)(진동 액추에이터(10)이어도 됨)는 장갑(T)을 장착한 손가락(U)으로의 가압 조작에 의한 조작을 검출, 즉, 뒤틀림 검출 센서(70)에서, 누름 하중으로 누르고 있는 것을 검출한다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 손가락(U)이 화면(2a)으로부터 떨어진 상태에서도 손가락(U)의 위치를 검출하여, 누른 것을 정확하게 검출하고, 진동 액추에이터(10)의 진동으로 터치 패널(2)에 진동 피드백을 부여할 수 있다. 진동 정시 장치(200)는 장갑을 장착한 조작에서도 보다 효과적으로 조작 감촉을 높일 수 있다. 또한, 손가락(U)과 터치 패널(2)의 거리가 있어도 반응하는 기능과, 뒤틀림 검출 센서(70)의 검출로, 손가락(U)이 누른 것을 검지하는 기능을 가짐으로써, 가압 조작의 검출에 있어서의 오반응·오작동의 억제가 가능하게 된다.
이와 같이 본 실시형태의 진동 정시 장치(200)는 스위치의 감촉과 같은 리얼한 촉감 표현을 하중 검출에 근거하는 리얼한 촉감 표현으로 실현한다.
(실시형태 2)
도 18은 본 발명의 실시형태 2에 따른 진동 액추에이터를 가지는 진동 정시 장치(200A)의 배면측 사시도이며, 도 19는 동 진동 정시 장치(200A)의 평면도이다. 또한, 도 20은 동 진동 정시 장치(200A)에 있어서의 진동 액추에이터(10A)의 스토퍼를 도시하는 확대도이다. 또한, 도 21∼도 23은, 각각, 동 진동 액추에이터(10A)의 정면측 외관 사시도, 배면측 외관 사시도, 및 분해 사시도이다. 또한, 도 23에 도시하는 진동 액추에이터(10A)에서는, 편의상, 하중 검출 모듈(K1)의 뒤틀림 검출체(7)는 진동 액추에이터(10)의 것과 동일한 구성이며, 마찬가지로 기왜 부재 위에 설치되기 때문에, 도시를 생략했다. 또한, 도 24는 기왜 부재(9A)의 배면측 사시도이며, 도 25는 베이스부의 배면측 사시도이다.
도 18∼도 20에 도시하는 진동 정시 장치(200A)는, 실시형태 1의 진동 정시 장치(200)와 비교하여, 진동 액추에이터(10A)의 구성만 다르다. 구체적으로는, 진동 정시 장치(200A)에서는, 진동 정시부로서의 터치 패널(2)에 설치한 스토퍼(400)의 기능을 진동 정시 장치(200A)의 진동 액추에이터(10A)에 설치한 구성이다. 진동 정시 장치(200A)의 그 밖의 기본적인 구성은 진동 정시 장치(200)의 구성과 동일하다. 따라서, 이하에서는, 진동 정시 장치(200)와 다른 구성에 대해 설명하고 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
진동 정시 장치(200A)는 진동 액추에이터(10A), 및 조작자가 접촉 조작하는 조작 기기(본 실시형태에서는 터치 패널(2))를 가진다.
진동 정시 장치(200A)는, 진동 정시 장치(200)와 마찬가지로, 터치 패널(2)의 화면(2a)에 조작자의 손가락 바닥 등이 접촉되어 조작될 때, 이것에 대응하여 진동 액추에이터(10A)가 구동하여 진동한다. 이 진동에 의해, 조작자에게 접촉 조작감(「촉감」 「힘 감각」)을 부여한다. 본 실시형태의 진동 액추에이터(10A)는, 진동 액추에이터(10)와 마찬가지로, 조작자가 조작하는 표시 화상에 대응하여 여러 종류의 촉감을 부여한다. 또한, 터치 패널(2)은 표시 기능이 없고, 단지 조작자가 접촉하여 조작 가능한 조작 기기이어도 된다.
진동 액추에이터(10A)는, 판 형상의 진동 액추에이터이며, Z 방향을 두께 방향으로 두께 방향에서, 터치 패널(2)의 이면측, 즉, 조작면이 되는 화면(2a)과는 반대측의 면에, 대향하도록 배치된다.
진동 액추에이터(10A)는 제어부(1)를 가지는 액추에이터 본체(A1)와, 하중 검출 모듈(K1)을 가진다.
또한, 액추에이터 본체(A1)는 코어(24)가 코일(22)이 권회되어 이루어지는 코어 조립체(20) 및 베이스부(32A)를 가지는 고정체(30A)와, 자성체의 요크(41)를 가지는 가동체(40)와, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))를 가진다. 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))는 고정체(30A)에 대해 가동체(40)를 진동 방향으로 가동 가능하게 탄성 지지한다. 또한, 하중 검출 모듈(K1)은 기왜 부재(9A)와, 기왜 부재(9)에 설치되는 뒤틀림 검출체(7)를 가진다. 진동 액추에이터(10A)는 터치 패널(2)이 가압 조작되었을 때의 기왜 부재(9A)의 변위, 본 실시형태에서는 뒤틀림을 뒤틀림 검출체(7)에서 검출하고, 이 뒤틀림 검출체(7)의 검출 결과에 따라 액추에이터 본체(A1)의 가동체(40)가 진동하여, 터치 패널(2)에 진동을 부여한다. 또한, 액추에이터 본체(A1)는 액추에이터 본체(A)와 동일한 자기 회로를 가지고, 액추에이터 본체(A)와 마찬가지로 식 (1), 식 (2)에 기초하는 구동 원리에 의해 가동체(40)는 왕복 운동을 행한다.
도 18∼도 24에 도시하는 액추에이터 본체(A1)는 액추에이터 본체(A)와 비교하여, 하중 검출 모듈(K1)의 기왜 부재(9A)와 고정체(30)의 베이스부(32A)의 각각에, 서로 걸어 맞추어지는 이동 규제부(96)와, 피이동 규제부(37)를 가지는 점에서 다르다.
기왜 부재(9A)는 액추에이터 본체(A1)의 가동체(40)의 요크(41)에 고정되는 직사각형 프레임 형상의 본체 프레임부(95a)와, 본체 프레임부(95a)의 코너부로부터 길이 방향을 따라 뻗어나오는 접속 팔부(95b)와, 접속 팔부(95b)의 선단측에 설치된 이동 규제부(96)를 가진다.
이동 규제부(96)는, 본 실시형태에서는, 도 18∼도 22에 도시하는 바와 같이, 접속 팔부(95b)에 있어서, 정시부측 고정부(94)에 근접하는 위치에 설치되어 있다. 구체적으로는, 도 20에 도시하는 바와 같이, 이동 규제부(96)는, 접속 팔부(95b)에 있어서, 정시부측 고정부(94)의 위치보다도 가동체측 고정부(92)로부터 이간하는 위치에서, 접속 팔부(95b)의 연장 방향과 직교하여 뻗어나온다. 이동 규제부(96)는 베이스부(32)의 부착부(32Aa)보다도 배면측에 위치하도록 설치되어 있다.
베이스부(32A)는, 베이스 부재(3)와 마찬가지로, 직사각형의 편평 형상의 가로로 긴 부재이며, 본 실시형태에서는 판금을 가공함으로써 형성되어 있고, 양단에 부착부(32Aa)가 설치된 오목 형상의 바닥면부(32Ab)를 가진다. 바닥면부(32Ab)의 중앙부에는 개구부(36A)가 설치되고, 개구부(36A) 내에 코어 조립체(20)가 배치되어 있다. 부착부(32Aa)에는, 이동 규제부(96)와 걸어맞추어져 서로의 대향 방향으로의 이동을 규제하는 피이동 규제부(37)가 돌출 설치되어 있다.
피이동 규제부(37)는 부착부(32Aa)로부터 길이 방향으로 돌출 설치되고, Z 방향(진동 방향)에서, 기왜 부재(9A)가 부착되는 측의 면과는 반대측의 면에서, 기왜 부재(9A)의 이동 규제부(96)와 겹치는 위치에 위치하도록 설치되어 있다.
따라서, 진동 정시 장치(200A)에 충격이 가해져, 터치 패널(2)이 면 수직 방향으로 이동하고, 기왜 부재(9A)가 터치 패널(2)측으로 이동하는 경우, 기왜 부재(9A)의 이동에 따라 이동하는 이동 규제부(96)가 피이동 규제부(37)에 맞닿는다. 이것에 의해, 이동 규제부(96)의 이동이 억제되고, 기왜 부재(9A) 자체의 이동도 억제되어, 기왜 부재(9A)에 하중이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
즉, 진동 정시 장치(200A)에서 충격을 받았을 때의 기왜 부재(9A)의 진동 방향으로의 이동 중, 고정체(30A)측(Z 방향 마이너스측)으로의 이동은 고정체(30A)측의 나사(68)가 요크(41)에 맞닿는 등, 서로의 구성요소가 맞닿아 억제된다. 한편, 진동 정시 장치(200A)에 있어서 충격을 받았을 때의 기왜 부재(9A)의 고정체(30A)측(Z 방향 마이너스측)으로의 이동은 기왜 부재(9A)의 이동 규제부(96)가 피이동 규제부(37)에 피이동 규제부(37)의 이면측에서 걸어맞추어져 규제된다.
이것에 의해, 기왜 부재(9A)의 소성이 억제되어, 기왜 부재(9A)의 변형 나아가서는 파손을 방지하여, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 실시형태 1과 비교하여, 진동 액추에이터(10A)가 부착되는 진동 정시부인 터치 패널(2) 자체에, 스토퍼 기능을 마련하지 않고, 내충격성을 가지는 진동 액추에이터(10A) 및 진동 정시 장치(200A)를 제조할 수 있다. 또한, 실시형태 2의 진동 액추에이터(10A) 및 진동 정시 장치(200A)에 의하면, 실시형태 1의 효과 1, 3과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 터치 패널(2)에 있어서, 진동 정시 장치(200)의 터치 패널(2)의 위치 검출부(2b)와 마찬가지로, 터치 패널(2)의 화면(2a)을 가압 조작하는 조작자의 손가락(가압물)의 위치를 비접촉으로 검출하는 위치 검출부를 가져도 된다. 이것에 의해, 실시형태 1에 의한 효과 5와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 3)
도 26은 본 발명의 실시형태 3에 따른 진동 액추에이터(10B)의 정면측 사시도이고, 도 27은 동 진동 액추에이터(10B)의 배면측 사시도이며, 도 28은 동 진동 액추에이터(10B)의 분해 사시도이다.
실시형태 3의 진동 액추에이터(10B)는 진동 액추에이터(10)에 있어서의 하중 검출 모듈(K)의 기능을 전자 액추에이터인 액추에이터 본체(A)의 가동체(40)에 마련한 것이다.
진동 액추에이터(10B)는, 액추에이터 본체(A)와 비교하여, 가동체(40B)의 검출부 부착 요크(41B)의 구성만 다르다. 따라서, 진동 액추에이터(10B)에 대하여, 이하에서는, 액추에이터 본체(A)와 상이한 구성만 설명하고, 그 밖의 액추에이터(A)와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일 부호 동일 명칭을 붙이고 설명은 생략한다.
진동 액추에이터(10B)는, 본 실시형태에서는, 제어부(1)와 함께 진동 정시 장치인 전자기기에 실장되어, 조작 기기의 일례인 터치 패널(2)(도 1 참조)의 진동 발생원으로서 기능한다.
진동 액추에이터(10B)는, 실시형태 1의 진동 액추에이터(10)와 마찬가지로, 가동체(40B)를 일방향으로 구동시켜, 바이어스력을 발생하는 부재(판 형상 탄성부(50))의 바이어스력에 의해 가동체(40B)를 일방향과는 반대 방향으로 이동시킨다. 이것에 의해, 진동 액추에이터(10B)는 가동체(40B)를 직선 왕복 이동(진동)시키는 전자 액추에이터로서 기능한다. 또한, 진동 액추에이터(10B)는 실시형태 1의 액추에이터 본체(A)와 동일한 자기 회로를 가지며, 액추에이터 본체(A)와 마찬가지로 식 (1), 식 (2)에 기초하는 구동 원리에 의해 가동체(40B)는 왕복 운동을 행한다.
진동 액추에이터(10B)는 코어(24)에 코일(22)이 권회되어 이루어지는 코어 조립체(20) 및 베이스부(32)를 가지는 고정체(30)와, 자성체의 검출부 부착 요크(41B)를 가지는 가동체(40B)와, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))를 가진다. 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))는 고정체(30)에 대하여 가동체(40B)를 진동 방향으로 가동 가능하게 탄성 지지한다.
진동 액추에이터(10B)는, 코어 조립체(20)에 의해, 가동체(40B)의 검출부 부착 요크(41B)를 진동시킨다. 구체적으로는, 진동 액추에이터(10)와 마찬가지로, 통전되는 코일(22) 및 통전되는 코일(22)에 의해 여자되는 코어(24)의 흡착력과, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 의한 바이어스력에 의해, 가동체(40B)를 진동시킨다.
진동 액추에이터(10B)는 가압 조작되는 터치 패널(2)(도 1참조)의 변위를, 뒤틀림 검출부로서의 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)에 의해, 가동체(40B)와 일체의 연장부(45)의 뒤틀림으로서 검출한다. 이 검출한 뒤틀림에 대응하여 가동체(40B)를 가동하여 진동시키고, 가동체(40B)가 고정되는 터치 패널(도 1의 터치 패널(2)과 동일함)에, 조작감으로서 피드백한다.
판 형상 탄성부(50-1, 50-2) 및 고정체(30)에 대한 상세한 설명은 실시형태 1에 있어서의 진동 액추에이터(10)의 액추에이터 본체(A)의 것과 동일한 구성 기능이므로 생략한다. 또한, 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)의 가동체(20B)에 대한 접합 위치 등도 진동 액추에이터(10)의 액추에이터 본체(A)의 것과 동일하므로 설명은 생략한다.
가동체(40B)는 코어 조립체(20)에 진동 방향(Z 방향)과 직교하는 방향에서 갭을 두고, 대향하도록 배치된다. 가동체(40B)는, 코어 조립체(20)에 대하여, 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)를 통하여 진동 방향으로 왕복 이동 자유롭게 설치되어 있다.
가동체(40B)는 검출부 부착 요크(41B)를 가지고, 검출부 부착 요크(41B)에 고정되는 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)의 가동체측 고정부(54)를 포함한다.
가동체(40B)는, 진동 액추에이터(10)의 가동체(40)와 마찬가지로, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))를 통하여, 바닥면부(32b)에 대하여 접리 방향(Z 방향)으로 이동 가능하게, 대략 평행하게 이간하여 매달아진 상태(기준 상태 위치)에서 배치되어 있다.
검출부 부착 요크(41B)는 실시형태 1의 요크(41)와 동일한 기능을 가지며, 코일(22)에 통전했을 때 발생하는 자속의 자로로서 기능한다. 검출부 부착 요크(41B)는 전자 스테인레스, 소결재, MIM(메탈 인젝션 몰드)재, 적층 강판, 전기 아연 도금 강판(SECC) 등의 자성체로 구성되는 직사각형 프레임 형상의 판 형상체이다. 검출부 부착 요크(41B)는 본 실시형태에서는 SECC판을 가공하여 형성되어 있다.
검출부 부착 요크(41B)는, X 방향에서 이간하는 피흡착면부(46, 47)의 각각에 고정되는 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 의해, 코어 조립체(20)에 대하여, 진동 방향(Z 방향)에 갭을 두고 대향하도록 매달아 설치되어 있다.
검출부 부착 요크(41B)는 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))에 접합되는 요크 본체(4)와, 요크 본체(4)로부터 뻗어 나오고, 선단측의 부착 구멍(452)에서 조작 기기(도 1에 도시하는 터치 패널(2) 참조)에 고정되는 연장부(45)와, 뒤틀림 검출 센서(70)를 가진다.
요크 본체(4)는 자극부(242, 244)에 대향 배치되는 피흡착면부(46B, 47B)와, 이들 피흡착면부(46B, 47B)의 양단부 사이에 각각 직교하는 방향에서 걸쳐 설치된 프레임 형성부(43a, 43b)를 가진다. 요크 본체(4)는 피흡착면부(46B, 47B)와 프레임 형성부(43a, 43b)에 의해, 중앙부에 개구부(48B)를 가지는 직사각형 프레임 형상체로 형성되어 있다.
개구부(48B)는 코일(22)과 대향한다. 본 실시형태에서는, 개구부(48B)는 코일(22)의 바로 위에 위치하고, 개구부(48B)의 개구 형상은 검출부 부착 요크(41B)가 바닥면부(32b)측으로 이동했을 때, 코어 조립체(20)의 코일(22) 부분이 삽입 가능한 형상이다.
요크 본체(4)가 개구부(48B)를 가지므로, 개구부(48B)가 없는 경우와 비교하여, 진동 액추에이터(10B), 나아가서는 진동 액추에이터(10B) 전체의 두께를 얇게 할 수 있다.
또한, 개구부(48B) 내에, 코어 조립체(20)를 위치시키기 때문에, 코일(22) 근방에 검출부 부착 요크(41B)가 배치되지 않아, 코일(22)로부터 누설되는 누설 자속에 의한 변환 효율의 저하를 억제할 수 있어, 고출력을 도모할 수 있다.
피흡착면부(46B, 47B)는 진동 액추에이터(10)의 피흡착면부(46, 47)와 동일한 기능을 가진다. 피흡착면부(46B, 47B)는 코어 조립체(20)에 있어서 자화된 자극부(242, 244)에 끌어 당겨짐과 아울러, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))가 고정된다. 요크 본체(4)의 피흡착면부(46B, 47B)에, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))가 고정되기 때문에, 피흡착면부(46B, 47B), 즉, 요크 본체(4) 자체가 가동체측 고정부(지지부측 고정부)로서 기능한다.
피흡착면부(46B, 47B)에는, 각각, 판 형상 탄성부(50-1, 50-2)의 가동체측 고정부(54)가 적층된 상태에서 고정된다. 피흡착면부(46B, 47B)에는, 요크 본체(4)가 바닥면부(32b)측으로 이동했을 때, 코어 조립체(20)의 나사(68)의 머리부를 빠져나가게 하는 절결부(49B)가 설치되어 있다.
이것에 의해, 가동체(40B)가 바닥면부(32b)측으로 이동하고, 피흡착면부(46B, 47B)가 자극부(242, 244)에 접근해도, 자극부(242, 244)를 바닥면부(32b)에 고정하는 나사(68)에 접촉하지 않아, 그만큼의 Z 방향의 검출부 부착 요크(41B)의 가동 영역을 확보할 수 있다.
또한, 실시형태 3에서도, 검출부 부착 요크(41B)의 두께는 판 형상 탄성부(50)의 두께와 동일하며, 자극부(242, 244)에 대향하는 자성체 부위의 단면적이 2배로 되어 있다. 이것에 의해, 판 스프링이 비자성의 경우와 비교하여, 자기 회로를 확장하여, 자기 회로에 있어서의 자기 포화에 의한 특성의 저하를 완화하여, 출력 향상을 도모할 수 있다.
연장부(45)는, 가동체(40B)에 있어서, 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))와의 고정 부분과, 조작 기기와의 고정 부분(본 실시형태에서는, 부착 구멍(452))을 연결하고, 쌍방과 일체로 설치되어 있다.
연장부(45)는 요크 본체(4)와 일체의 금속판으로 형성되고, 요크 본체(4)의 피흡착면부(46B, 47B)와 동일 평면 위에 위치하도록 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 연장부(45)의 선단측의 부착 구멍(452)과, 피흡착면부(46B, 47B)에 있어서의 판 형상 탄성부(50(50-1, 50-2))의 가동체측 고정부(54)와의 부착 위치는 동일한 높이 위치에 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 연장부(45)는 요크 본체(4)의 중심(진동 방향(Z 방향)으로 뻗는 중심)을 중심으로 하여 요크 본체(4)의 코너부로부터 각각 방사 방향으로 연장되어 설치되어 있다.
연장부(45)는 뒤틀림 검출 센서(70)의 기왜체가 되는 부분이다.
연장부(45)는, 터치 패널에의 가압 조작 시의 가압량에 대응하여 진동을 부여하는 경우, 터치 패널에의 실제의 조작에 대응하여 뒤틀린다.
부착 구멍(452)은, 가동체(40B)에 있어서 정면시로, 코어 조립체(20)를 중심으로 외측에서, 대각선상에 위치하는 부위 또는 그 근방에 위치한다.
부착 구멍(452)은 터치 패널(2)(진동 정시부, 도 1 참조)에 고정된다. 본 실시형태에서는, 부착 구멍(452)은 가동체(40B)의 요크 본체(4)를 네 귀퉁이에서 둘러싸는 4개의 위치에 설치되고, 각각에서 진동 정시부에 고정된다.
부착 구멍(452)이 터치 패널(2)에 접합됨으로써, 가동체(40B)의 중심이 터치 패널(2)의 조작면의 중심과 동일한 선상에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 터치 패널(2)의 변위를 연장부(45)에서 받을 수 있다.
뒤틀림 검출 센서(70)(70-1∼70-4)는 연장부(45) 위에 설치된다. 즉, 뒤틀림 검출 센서(70)(70-1∼70-4)는 각각 가동체측 고정부를 가지는 피흡착면부(46B, 47B)와, 정시부측 고정부로서의 부착 구멍(452)과의 사이에 배치되어 있다.
뒤틀림 검출 센서(70)(70-1∼70-4)는 기왜체로서 기능하는 연장부(45) 위에 실장되고, 가동체(40B)가 바닥면부(32b)측으로 눌려졌을 때의 연장부(45)의 뒤틀림을 검출한다. 또한, 검출한 뒤틀림은, 실시형태 1과 마찬가지로, 제어부(1)에 출력되고, 이 뒤틀림에 대응하여 진동 액추에이터(10B)가 진동한다. 또한 뒤틀림 검출 센서(70)(70-1∼70-4)의 결선은 실시형태 1의 것과 동일한 것이 바람직하다.
이러한 실시형태 3의 진동 액추에이터(10B)에 의하면, 진동 액추에이터(10)에 있어서의 효과 1, 3, 4와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 터치 패널(2)에 있어서, 진동 정시 장치(200)의 터치 패널(2)의 위치 검출부(2b)와 마찬가지로, 터치 패널(2)의 화면(2a)을 가압 조작하는 조작자의 손가락(가압물)의 위치를 비접촉으로 검출하는 위치 검출부를 가져도 된다. 이것에 의해, 실시형태 1에 의한 효과 5와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 각 실시형태에 의하면, 마그넷 등을 사용하지 않아 비용의 저렴화를 도모할 수 있고, 장치 전체의 저비용화를 도모하면서, 다양한 접촉 조작감의 진동을 표현할 수 있다.
또한, 판 형상 탄성부(50)는 가동체(40, 40B)의 중심에 대하여 대칭인 위치에 복수 고정되어 있는 것이 바람직하지만, 상기한 바와 같이, 하나의 판 형상 탄성부(50)로, 가동체(40)를 고정체(30)에 대하여 진동 가능하게 지지하도록 해도 된다. 판 형상 탄성부(50)는 가동체(40)와 고정체(30)를 연결하고, 또한, 리크랙 형상 탄성 암부(56)를 가지는 암부를 적어도 2개 이상 갖추어도 된다. 판 형상 탄성부(50)는 자성체로 구성되어도 된다. 이 경우, 판 형상 탄성부(50)의 가동체측 고정부(54)는 코어(24)의 양단부에 대하여 각각 코일(22)의 권회축 방향 또는, 권회축 방향과 직교하는 방향에 배치되어, 코일(22)에 통전되었을 때, 코어(24)와 함께 자로를 구성한다.
또한, 각 진동 액추에이터(10, 10A, 10B)의 구성에 있어서, 베이스부(32, 32B)와 판 형상 탄성부(50)와의 고정, 및 판 형상 탄성부(50)와 가동체(40, 40B)와의 고정에 사용한 고정 부착 부재로서의 나사(62, 64, 68, 69) 대신에, 리벳을 사용해도 된다. 리벳은 각각 머리부와 나사부가 없는 동체부로 이루어지고, 구멍을 뚫은 부재에 끼워 넣고, 반대측의 단부를 코킹하여 소성 변형시킴으로써 구멍을 뚫은 부재끼리를 접합한다. 코킹은, 예를 들면, 프레스 가공기나 전용의 공구 등을 사용하여 행해도 된다.
뒤틀림 검출 센서(70)가 취득하는 뒤틀림의 데이터에 기초하여, 진동 액추에이터(10, 10A, 10B)에 있어서의 각 구성요소의 개체차 등에 따라 입력 펄스의 주기의 수정을 행하도록 해도 된다.
본 실시형태에 있어서 제어부(1)에 의해 구동 제어되는 진동 액추에이터(10, 10A)의 구동 방향은 Z 방향으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 조작자의 접촉면과 평행한 방향, 구체적으로는, X 방향 또는 Y 방향에서도, 상기한 효율적인 구동이나 진동의 강화 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 각 실시형태의 진동 액추에이터(10, 10A, 10B)는 가동체(40, 40B)를 일방향으로 구동시켜, 바이어스력을 발생하는 부재(판 형상 탄성부(50))의 바이어스력에 의해 가동체(40, 40B)를 일방향과는 반대의 방향으로 이동시킴으로써, 가동체(40, 40B)를 직선 왕복 이동(진동)시키는 전자 액추에이터로 했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 고정체에 대하여 판 형상 스프링 등의 판 형상 탄성부에 의해 가동체를 진동 자유롭게 지지하고, 이 가동체가 진동 제시(진동 피드백) 대상이 되는 터치 패널 등에 부착되는 구성이면, 어떤 구성의 진동 액추에이터이어도 된다.
실시형태 2, 3의 진동 액추에이터(10A, 10B)에 있어서의 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)의 배치 위치도 진동 액추에이터(10)의 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)와 동일한 배치로 설치된다. 즉, 진동 액추에이터(10A, 10B)에 있어서의 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)는 진동 정시부인 터치 패널(2)의 조작면(화면(2a))의 중심에 대하여 방사상으로 동일한 간격을 두고 둘러싸도록, 적어도 3개소 이상에 설치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 진동 액추에이터(10)는 가압 조작되는 터치 패널(2)의 변위를 면으로 받아 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 진동 액추에이터(10A, 10B)는 뒤틀림 검출 센서(70-1∼70-4)를, 진동 액추에이터(10)와 마찬가지로, 터치 패널(2)의 가압 조작 영역의 중심을 프레임 형상으로 둘러싸는 4개의 코너 부분에 위치시키고 있어, 진동 액추에이터(10)와 동일한 작용 효과를 얻는다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했다. 또한, 이상의 설명은 본 발명의 바람직한 실시형태의 예증이며, 본 발명의 범위는 이것에 한정되지 않는다. 즉, 상기 장치의 구성이나 각 부분의 형상에 대한 설명은 일례이며, 본 발명의 범위에 있어서 이들 예에 대한 다양한 변경이나 추가가 가능한 것은 명확하다.
본 발명에 따른 진동 액추에이터는 다양한 접촉 조작감에 따른 진동을 부여 가능하고, 용이하게 조립할 수 있는 효과를 가지며, 예를 들면, 차량 탑재 제품이나 산업기기에 있어서, 화면상의 화상에 손가락 등을 접촉시킴으로써 조작을 입력하는 조작 기기, 예를 들면, 화상에 표시한 기계식 스위치 등의 다양한 화상에 접촉했을 때의 조작감과 동일한 조작감을 피드백할 수 있는 터치 패널 장치가 탑재되는 터치 디스플레이 장치 등의 조작 기기에 유용한 것이다.
1 제어부
2 터치 패널(진동 정시부)
2a 화면(조작면)
2b 위치 검출부
4 요크 본체
7 뒤틀림 검출체
9, 9A 기왜 부재
10, 10A, 10B 진동 액추에이터
12 스위칭 소자
14 신호 발생부
20 코어 조립체
20a, 20b 대향면
22 코일
24 코어
26 보빈
26a, 26b 분할체
28, 321, 322 고정 구멍
30, 30A 고정체
32, 32A, 32B 베이스부
32A, 32Aa 부착부
32b, 32Ab 바닥면부
33 고정 부착 구멍
36, 36A 개구부
37 피이동 규제부
40, 40B 가동체
41 요크
41B 검출부 부착 요크
42 면부 고정 구멍
43a, 43b 프레임 형성부
44 면부 고정부
44a 고정면
45 연장부(기왜체)
46, 46B, 47, 47B 피흡착면부(지지부측 고정부)
48, 48B 개구부
49, 49B 절결부
50, 50-1, 50-2 판 형상 탄성부(탄성 지지부)
52 고정체측 고정부
54 가동체측 고정부
56 리크랙 형상 탄성 암부
62, 64, 68, 69 나사
70 뒤틀림 검출 센서(뒤틀림 검출부)
72 FPC
92 가동체측 고정부(지지부측 고정부)
94 정시부측 고정부
95a 본체 프레임부
95b 접속 팔부
95c 리브
96 이동 규제부
200, 200A 진동 정시 장치
241 코어 본체
242, 244 자극부
400 스토퍼
452 부착 구멍(정시부측 고정부)

Claims (10)

  1. 가압 조작에 따라 진동을 정시하는 진동 정시부에 진동을 부여하는 진동 액추에이터로서,
    고정체와,
    가동체와,
    상기 고정체에 대하여, 상기 가동체를 이동 가능하게 지지하는 탄성 지지부
    를 가지고,
    상기 가동체는 상기 탄성 지지부에 고정되는 지지부측 고정부와, 상기 진동 정시부에 고정되는 정시부측 고정부를 가지고,
    상기 진동 정시부에의 가압 조작에 따라 뒤틀어지는 기왜체와,
    상기 기왜체의 뒤틀림을 검출하는 뒤틀림 검출부가
    상기 지지부측 고정부와 상기 정시부측 고정부의 사이에 설치되고,
    상기 가동체는 상기 기왜체의 뒤틀림에 따라 전자 구동에 의해 진동하는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 뒤틀림 검출부 및 상기 기왜체는 상기 가동체와는 별체로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진동 정시부는 가압 조작되는 조작면을 가지고,
    상기 가동체는 상기 조작면의 면 수직 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기왜체는 스프링 판재인 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가동체는 상기 정시부측 고정부를 복수 가지고,
    복수의 상기 정시부측 고정부에 대응하여 상기 기왜체는 복수 설치되고,
    복수의 상기 기왜체는 일체의 스프링 판재에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 뒤틀림 검출부가 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  7. 제6항에 있어서,
    복수의 상기 뒤틀림 검출부는 풀 브리지 결선의 뒤틀림 검출 센서이며, 서로 병렬 결선되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지부측 고정부의 상기 진동 정시부에 대한 이동을 규제하는 이동 규제부를 갖는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  9. 상기 진동 정시부로서의 터치 패널과,
    상기 터치 패널에 진동을 부여하는 제1항 또는 제2항에 기재된 진동 액추에이터를 실장한 것을 특징으로 하는 진동 정시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 터치 패널은
    상기 터치 패널을 가압 조작하는 가압물과의 사이의 정전용량을 검지하여 상기 가압물의 위치를 검출하는 위치 검출부를 가지고,
    상기 가동체는 상기 가압물의 위치와, 상기 기왜체의 뒤틀림에 기초하여 상기 터치 패널에 진동을 부여하는 것을 특징으로 하는 진동 정시 장치.
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