WO2016103749A1 - 衝撃発生アクチュエータ、タッチパネルおよび駆動方法 - Google Patents

衝撃発生アクチュエータ、タッチパネルおよび駆動方法 Download PDF

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芳則 渡邉
松田　健
祐樹 秋田
勝人 藤井
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    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers

Definitions

  • the present invention relates to an impact generating actuator, a touch panel, and a driving method, for example, an impact generating actuator, a touch panel, and a driving method using a shape memory alloy whose shape changes when energized.
  • Patent Document 1 describes an actuator that changes the voltage (crest value) of a pulse signal applied to the actuator to generate vibrations of different magnitudes.
  • the actuator described in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to generate various operational feelings according to one pulse signal because the peak value in one pulse signal is constant. Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a novel and useful impact generating actuator, touch panel, and driving method that can solve the above-mentioned problems.
  • the first aspect of the present invention includes, for example, a drive signal output unit that outputs a drive signal in which a voltage is changed with time in a single pulse signal, and a period corresponding to the drive signal.
  • An impact generating actuator comprising a shape memory alloy to be energized.
  • the second aspect of the present invention includes, for example, an input unit in which an input operation is performed, a drive signal output unit that outputs a drive signal in which a voltage is changed over time in a single pulse signal according to the input operation, It is a touch panel provided with a shape memory alloy that is energized for a period corresponding to a drive signal.
  • the third aspect of the present invention includes, for example, an impact including a step of outputting a drive signal in which a voltage is changed with time in a single pulse signal, and a step of energizing the shape memory alloy for a period corresponding to the drive signal.
  • This is a driving method of the generating actuator.
  • various operational feelings can be generated.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a circuit configuration of a general actuator.
  • FIG. 2 is a waveform diagram for explaining a drive signal in a general actuator.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of an acceleration measuring method.
  • FIG. 4 is a view for explaining an example of the structure of the actuator in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an operation example of the actuator in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a circuit configuration of the actuator according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a waveform diagram for explaining a drive signal of the actuator in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a circuit configuration of an actuator according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the characteristics of the MOSFET.
  • FIG. 10 is a waveform diagram for explaining an actuator drive signal in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the temporal change of the drive signal, the temporal change of the current flowing through the SMA, and the temporal change of the acceleration of the actuator in the second embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a modified example of the drive signal.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of a general actuator (actuator 1).
  • a drive voltage is input from the drive voltage generator 2 to the actuator 1.
  • One end of the resistor R1 is connected to the drive voltage generator 2, and SMA is connected to the other end of the resistor R1.
  • a capacitor C1 having one end grounded to the ground (GND) is connected to a connection midpoint between the resistors R1 and SMA, and the capacitor C1 is charged by a drive voltage generated by the drive voltage generator 2.
  • a switching element is connected in series to the SMA.
  • the switching element is, for example, an N-channel MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor), the drain (D) of the MOSFET is connected to the SMA, and the source (S) of the MOSFET is grounded.
  • a single pulse signal for controlling the switching operation of the MOSFET is input to the gate (G) of the MOSFET.
  • FIG. 2 shows an example of a single pulse signal.
  • the single pulse signal is, for example, one pulse signal that is generated and output in accordance with a user input operation.
  • the high level of the single pulse signal is, for example, 5V (volt), and the low level is 0V.
  • a voltage corresponding to each level can be set according to the characteristics of the MOSFET. In a single pulse signal, the high level voltage is constant.
  • the MOSFET is turned on when the single pulse signal is at a high level, and the MOSFET is turned off when the single pulse signal is at a low level.
  • the on / off control of the MOSFET can switch the energized state / non-energized state of the SMA. For example, during the period when the MOSFET is turned on, the SMA is energized and heated by discharging the capacitor C1.
  • the SMA contracts with a predetermined acceleration by the electric heating.
  • the energization heating to the SMA is stopped, and the SMA expands due to cooling by the outside air.
  • the actuator operates, and when the actuator operates, a predetermined operational feeling can be provided to the user who performed the input operation.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a method of measuring the acceleration of the actuator.
  • the acceleration measuring method illustrated below considers the application apparatus (for example, touch panel) of an actuator, the measuring method of acceleration is not limited to the illustrated method.
  • the characteristics of the actuator may be defined by other parameters.
  • the brass plate 10 is placed on a flat surface.
  • the thickness of the brass plate 10 is set to 30 mm (millimeters), for example.
  • a rubber foot 11 is attached to the upper surface of the brass plate 10.
  • a PWB (Printed Wiring Board) 12 is attached to the upper surface of the brass plate 10, and the actuator 13 is mounted on the PWB 12.
  • PWB Print Wiring Board
  • the rubber foot 11 is configured so that the thickness of the PWB 12 and the actuator 13 is the same or substantially the same, and the end of the touch panel 14 is supported by the rubber foot 11 and the actuator 13.
  • the thickness of the touch panel 14 is set to 0.7 mm, for example.
  • a weight 15 is placed on the touch panel 14, and an acceleration sensor 16 is attached on the weight 15.
  • the weight of the weight 15 is, for example, 100 g (gram).
  • a known sensor can be used as the acceleration sensor 16.
  • the weight 15 and the acceleration sensor 16 are arranged so that the center lines of the actuator 13, the weight 15, and the acceleration sensor 16 match or substantially match.
  • the acceleration is measured by the acceleration measuring jig configured as described above.
  • the SMA of the actuator 13 is energized and heated by a single pulse signal described later, and the acceleration caused by the expansion and contraction of the SMA is measured by the acceleration sensor 16.
  • the general actuator described above can quickly heat the SMA by turning on the MOSFET with a single pulse signal. Therefore, there is an advantage that the SMA can be quickly contracted and the response of the actuator using the SMA can be improved.
  • the actuator when the actuator is applied to the touch panel, the actuator operates to give a certain vibration or impact (also referred to as a click feeling) to the user's fingertip touching the input surface of the touch panel.
  • a certain vibration or impact also referred to as a click feeling
  • FIG. 4 shows the appearance of the actuator 100. Shown is an initial state before the actuator 100 is displaced. The actuator 100 is formed on the upper surface of the printed wiring board 22.
  • the actuator 100 includes, for example, a movable member 25, a fixed member 26, two terminal fittings 27, and an SMA having a linear shape, for example.
  • Both the movable member 25 and the fixed member 26 are formed of an insulating hard material.
  • the lower surface of the movable member 25 and the upper surface of the fixed member 26 are formed on corrugated irregular surfaces corresponding to each other, and the SMA is disposed between the irregular surfaces.
  • the movable member 25 and the fixed member 26 may be formed of a conductive metal material or the like, but in this case, an insulating film is applied to the surfaces of the movable member 25 and the fixed member 26, so The structure which prevents the short circuit between is needed.
  • the SMA is fixed by terminal fittings 27 at both ends of the fixing member 26.
  • the SMA in the present embodiment is, for example, a nickel-titanium alloy, is electrically conductive, has a predetermined resistance value, has an extremely small wire diameter, and exhibits a pliable thread shape in an environment of room temperature. By passing an electric current through the SMA, the SMA itself generates heat and is cured and contracted by this heat.
  • the SMA is not limited to the nickel-titanium alloy, and may be another metal or alloy as long as it exhibits similar characteristics.
  • the terminal fitting 27 is fitted into both ends of the fixing member 26 with the end portion of the SMA, and fixes the end portion of the SMA with sufficient strength that the SMA does not loosen.
  • the terminal fitting 27 is made of a conductive metal, and is soldered to a land (not shown) having a predetermined shape provided on the printed wiring board 22. As a result, the fixing member 26 is fixed on the printed wiring board 22.
  • the shape operation of the actuator 100 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5A shows a state in which the SMA is not energized, that is, a state before displacement occurs. In this state, the SMA is soft and supple. In this state, for example, the movable member 25 and the fixed member 26 are close to each other while sandwiching the SMA due to the attraction force of a magnet (not shown).
  • FIG. 5B shows a state where the SMA is energized, that is, a state after the actuator 100 is displaced.
  • FIG. 6 shows an example of a drive circuit for the actuator 100 according to the first embodiment.
  • the actuator 100 includes a drive signal output unit 31 and an SMA, and the SMA is connected between the drive signal output unit 31 and a ground (GND).
  • GND ground
  • the drive signal output unit 31 generates and outputs a single pulse signal that is a drive signal.
  • the drive signal output unit 31 is composed of, for example, a microcomputer, and generates and outputs a single pulse signal in response to an input operation on the touch panel.
  • the single pulse signal output from the drive signal output unit 31 is supplied to the SMA, and the SMA is energized and heated for a period corresponding to the single pulse signal.
  • the first embodiment is an example in which a single pulse signal is directly applied to the SMA.
  • FIG. 7 shows an example of a single pulse signal in the first embodiment. As shown in FIG. 7, the drive signal is a signal obtained by changing the voltage over time in a single pulse signal.
  • the single pulse signal is a signal obtained by increasing the voltage over time between the voltage V1 and the voltage V2 (where V1 ⁇ V2).
  • the voltage V1 and the voltage V2 can be appropriately set according to the characteristics of the SMA to be heated, and the voltage V1 may be 0V.
  • the current flowing through the SMA can be controlled according to the voltage.
  • the voltage in the single pulse signal is changed stepwise, but the step height (voltage change degree), step width (period), and the like can be set as appropriate.
  • the waveform is not limited to that shown in FIG. 7 as long as the voltage is changed with time in a single pulse signal.
  • "Actuator operation" An example of the operation of the actuator 100 will be described.
  • the input operation is detected by a detection unit (not shown).
  • the detection unit notifies the drive signal output unit 31 that an input operation has been performed.
  • the drive signal output unit 31 generates and outputs the single pulse signal illustrated in FIG.
  • the single pulse signal output from the drive signal output unit 31 is applied to the SMA, and the SMA is energized and heated.
  • the single pulse signal is a signal whose voltage gradually increases, the SMA is gradually energized and heated without being rapidly energized and gradually contracted. In other words, the acceleration accompanying the contraction of the SMA can be reduced.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a drive circuit of the actuator 200.
  • a general actuator drive circuit is used as it is without being significantly changed.
  • the driving voltage is input from the driving voltage generator 2 to the actuator 200.
  • resistors R1, SMA and an N-channel MOSFET are connected in series from the drive voltage generator 2 side.
  • a capacitor C1 (an example of a power storage element) whose one end is grounded is connected to the connection middle point of the resistors R1 and SMA.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the characteristics of the MOSFET.
  • the horizontal axis indicates the gate-source voltage VGS, and the vertical axis indicates the drain current ID.
  • the MOSFET according to the embodiment of the present invention has an enhancement characteristic in which the drain current ID increases as the voltage VGS becomes higher than a predetermined value.
  • the gate-source voltage VGS is the voltage V3
  • the drain current ID starts to flow. That is, the voltage V3 is a voltage corresponding to the gate threshold voltage.
  • the MOSFET is off in terms of switching.
  • the gate-source voltage VGS is the voltage V4 (where V3 ⁇ V4)
  • a sufficient drain current ID flows, and the MOSFET is turned on when viewed in a switch manner. That is, the voltage V4 is a voltage corresponding to the on voltage.
  • the voltage V3 and the voltage V4 are appropriately set according to the characteristics of the MOSFET.
  • the single pulse signal in the second embodiment is a signal obtained by changing the voltage over time from the voltage V3 that is the gate threshold voltage to the voltage V4 that is the ON voltage in the single pulse signal. Specifically, it is a signal obtained by increasing the voltage over time between the voltage V3 and the voltage V4.
  • the minimum voltage value and the maximum voltage value in the single pulse signal may be in the range from the voltage V3 to the voltage V4, and the minimum voltage value is necessarily the voltage V3, and the maximum voltage value is the voltage V4. Need not be. "Actuator operation" FIG.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a temporal change in voltage (V) of a single pulse signal, a temporal change in current (A) flowing through the SMA, and a temporal change in acceleration (G) of the actuator 200.
  • V temporal change in voltage
  • A temporal change in current
  • G temporal change in acceleration
  • the solid line indicates the temporal change of the voltage of the single pulse signal
  • the alternate long and short dash line indicates the temporal change of the current flowing through the SMA
  • the dotted line indicates the temporal change of the acceleration of the actuator 200.
  • the waveform of the single pulse signal is assumed to be the same waveform as that shown in FIG. An example of the operation of the actuator 200 will be described with reference to FIG.
  • a single pulse signal is output from the drive signal output unit 31 according to the input operation, and this single pulse signal is input to the gate of the MOSFET. Since the voltage of the single pulse signal is larger than the voltage V3 that is the gate threshold voltage, a drain current ID flows between the drain and source of the MOSFET. As the voltage of the single pulse signal increases, the drain current ID flowing between the drain and source of the MOSFET gradually increases. That is, the current flowing through the SMA can be gradually increased, and the current flowing through the SMA can be changed over time. Thereby, the SMA gradually contracts and the acceleration increases. In the vicinity where the drain current ID is maximum, in other words, in the vicinity where the current flowing through the SMA is maximum (in FIG.
  • the SMA in the vicinity of 5 ms (millisec), indicated by P10), the SMA is heated most. If this is seen in terms of acceleration, the acceleration increases in the process of contracting the SMA, and the displacement stops when the SMA contracts most, that is, the acceleration becomes zero.
  • the state where the acceleration is zero (the portion indicated by P20 in FIG. 11) is the state where the SMA is most contracted.
  • the current flowing through the SMA reaches a peak and then decreases. This is because the capacity of the capacitor C1 has decreased. Thereafter, the current flowing through the SMA decreases. That is, the energy input to the SMA decreases.
  • the SMA expands by being naturally cooled by outside air or the like.
  • the capacitance of the capacitor C1 it is possible to further increase the current flowing through the SMA as the voltage of the single pulse signal increases.
  • the acceleration waveform appears. This is a change in acceleration caused by the vibration caused by the restoring force generated around the acceleration sensor and the acceleration generated when the movable member 25 returns to the initial position after the SMA contracts.
  • the actuator 200 the energy input every time during one heating contraction of the SMA can be controlled, and the heating time of the SMA can be arbitrarily controlled.
  • contraction of SMA can be made loose, or a shrinkage
  • the actuator 200 When the actuator 200 is applied to a vibration driver for a touch panel, the operation of the actuator 200 becomes gentle, so that a slow sensation can be given to the fingertip.
  • a single pulse signal similar to that of a general actuator may be input to the MOSFET, and in combination with these, it becomes possible to provide more various operational feelings.
  • the actuator of the second embodiment can be realized with a circuit configuration similar to a general actuator, and there is no need to change the circuit configuration, which is advantageous in terms of cost. ⁇ 3.
  • FIG. 12A to 12D are diagrams showing waveforms of a single pulse signal in the modified example.
  • FIG. 12A shows a single pulse signal in which the voltage is increased exponentially within the range from the voltage V3 to the voltage V4.
  • FIG. 12B shows a single pulse signal in which the voltage is linearly increased within the range from the voltage V3 to the voltage V4.
  • FIG. 12A shows a single pulse signal in which the voltage is increased exponentially within the range from the voltage V3 to the voltage V4.
  • FIG. 12B shows a single pulse signal in which the voltage is linearly increased within the range from the voltage V3 to the voltage V4.
  • the waveform of the single pulse signal can be changed as appropriate.
  • the voltage may be decreased temporarily as well as increased over time.
  • the voltage may be temporarily lower than the voltage V3 that is the gate threshold voltage, so that no current flows temporarily through the SMA.
  • the detection unit that detects an input operation and the drive signal output unit may have the same configuration including a microcomputer.
  • the capacitor C1 is used in the drive circuit in the above-described embodiment, a capacitor-less circuit in which SMA or the like is directly connected to the drive voltage generator 2 may be used.
  • the capacitor C1 may be an electric double layer capacitor, a secondary battery, or the like.
  • the switching elements are not limited to N-channel MOSFETs, and P-channel MOSFETs and other switching elements may be used, and the circuit configuration and the like can be changed as appropriate according to the switching elements used. .
  • the configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like given in the above-described embodiments and modifications are merely examples, and different configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like are used as necessary. May be.
  • the present invention is not limited to an apparatus, and can be realized as, for example, a method, a program, and a recording medium on which the program is recorded.

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Abstract

例えば、衝撃発生アクチュエータにおいて、多様な操作感を提供することができるようにする。衝撃発生アクチュエータは、単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた駆動信号を出力する駆動信号出力部と、駆動信号に対応する期間、通電される形状記憶合金とを備える。

Description

衝撃発生アクチュエータ、タッチパネルおよび駆動方法
　本発明は、衝撃発生アクチュエータ、タッチパネルおよび駆動方法に関し、例えば、通電することにより形状が変化する形状記憶合金を用いた衝撃発生アクチュエータ、タッチパネルおよび駆動方法に関する。
　従来、温度変化により伸縮する形状記憶合金（以下、適宜ＳＭＡ（Ｓｈａｐｅ　Ｍｅｍｏｒｙ　Ａｌｌｏｙ）と称する）を用いたアクチュエータが知られている。例えば、下記特許文献１には、アクチュエータに印加するパルス信号の電圧（波高値）を変化させ、異なる大きさの振動を発生させるようにしたアクチュエータが記載されている。
特開２００８−２６２４７８号公報
　特許文献１に記載のアクチュエータは、１パルス信号における波高値が一定であるため、１パルス信号に応じて多様な操作感を発生させることが困難である、という問題があった。
　したがって、本発明の目的の一つは、上記問題を解決し得る、新規かつ有用な衝撃発生アクチュエータ、タッチパネルおよび駆動方法を提供することにある。
　上述した課題を解決するために、本発明の第１の態様は、例えば、単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた駆動信号を出力する駆動信号出力部と、駆動信号に対応する期間、通電される形状記憶合金とを備える衝撃発生アクチュエータである。
　本発明の第２の態様は、例えば、入力操作がなされる入力部と、入力操作に応じて、単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた駆動信号を出力する駆動信号出力部と、駆動信号に対応する期間、通電される形状記憶合金とを備えるタッチパネルである。
　本発明の第３の態様は、例えば、単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた駆動信号を出力する工程と、駆動信号に対応する期間、形状記憶合金を通電する工程とを有する衝撃発生アクチュエータの駆動方法である。
　少なくとも一の実施形態によれば、多様な操作感を発生させることができる。
　図１は、一般的なアクチュエータの回路構成を説明するための図である。
　図２は、一般的なアクチュエータにおける駆動信号を説明するための波形図である。
　図３は、加速度の測定方法の一例を説明するための図である。
　図４は、本発明の実施形態におけるアクチュエータの構造例を説明するための図である。
　図５は、本発明の実施形態におけるアクチュエータの動作例を説明するための図である。
　図６は、第１の実施形態におけるアクチュエータの回路構成を説明するための図である。
　図７は、第１の実施形態におけるアクチュエータの駆動信号を説明するための波形図である。
　図８は、第２の実施形態におけるアクチュエータの回路構成を説明するための図である。
　図９は、ＭＯＳＦＥＴの特性の一例を説明するための図である。
　図１０は、第２の実施形態におけるアクチュエータの駆動信号を説明するための波形図である。
　図１１は、第２の実施形態における、駆動信号の時間的変化と、ＳＭＡに流れる電流の時間的変化と、アクチュエータの加速度の時間的変化とを説明するための図である。
　図１２は、駆動信号の変形例を説明するための図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。説明は以下の順序で行う。
＜１．第１の実施形態＞
＜２．第２の実施形態＞
＜３．変形例＞
　以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。さらに、以下の説明における効果は例示であり、例示した効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
「一般的なアクチュエータの構成」
　始めに、本発明の理解を容易とするために一般的な衝撃発生アクチュエータ（以下、適宜アクチュエータと略称する）の構成について説明する。以下の説明では、ＳＭＡおよびＳＭＡの通電状態／非通電状態を切り替える駆動回路等を含む構成をアクチュエータと総称する。図１は、一般的なアクチュエータ（アクチュエータ１）の構成の一例を示す。アクチュエータ１に対して、駆動電圧発生部２から駆動電圧が入力される。駆動電圧発生部２には抵抗Ｒ１の一端が接続されており、抵抗Ｒ１の他端にはＳＭＡが接続されている。抵抗Ｒ１とＳＭＡの接続中点には、一端がグランド（ＧＮＤ）に接地されたコンデンサＣ１が接続されており、このコンデンサＣ１が、駆動電圧発生部２が発生する駆動電圧によりチャージされる。
　ＳＭＡに対してスイッチング素子が直列に接続されている。スイッチング素子は、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、ＭＯＳＦＥＴのドレイン（Ｄ）がＳＭＡに接続され、ＭＯＳＦＥＴのソース（Ｓ）がグランドに接地されている。ＭＯＳＦＥＴのゲート（Ｇ）には、ＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作を制御するための単一パルス信号が入力されるように構成されている。
　図２は、単一パルス信号の一例を示している。単一パルス信号とは、例えば、ユーザの入力操作に応じて生成、出力される一のパルス信号である。単一パルス信号のハイレベルは、例えば５Ｖ（ボルト）であり、ローレベルは０Ｖである。もちろん、ＭＯＳＦＥＴの特性に応じて各レベルに応じた電圧を設定することができる。単一パルス信号において、ハイレベルの電圧は一定である。単一パルス信号がハイレベルのときにＭＯＳＦＥＴがオンし、単一パルス信号がローレベルのときにＭＯＳＦＥＴがオフする。
　ＭＯＳＦＥＴのオン／オフ制御により、ＳＭＡの通電状態／非通電状態を切り替えることができる。例えば、ＭＯＳＦＥＴがオンする期間、コンデンサＣ１が放電することによりＳＭＡが通電加熱される。通電加熱によりＳＭＡが所定の加速度でもって収縮する。ＭＯＳＦＥＴがオフする期間、ＳＭＡに対する通電加熱が停止され、外気による冷却によりＳＭＡが伸張する。ＳＭＡが収縮することによりアクチュエータが動作し、アクチュエータが動作することにより、入力操作を行ったユーザに対して所定の操作感を提供することができる。
　図３は、アクチュエータの加速度の測定方法の一例を説明するための図である。なお、以下に例示する加速度の測定方法はアクチュエータの適用機器（例えば、タッチパネル）を考慮したものであるが、加速度の測定方法は例示した方法に限定されるものではない。また、他のパラメータによりアクチュエータの特性が規定されてもよい。
　図３に示すように、平坦な面に真鍮板１０を載置する。真鍮板１０の厚みは、例えば、３０ｍｍ（ミリメートル）に設定される。真鍮板１０の上面に、ゴム足１１を取り付ける。また、真鍮板１０の上面にＰＷＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｗｉｒｉｎｇ　Ｂｏａｒｄ）１２を取り付け、ＰＷＢ１２上にアクチュエータ１３を実装する。ゴム足１１の厚みと、ＰＷＢ１２およびアクチュエータ１３からなる厚みが同一もしくは略同一となるように構成し、ゴム足１１およびアクチュエータ１３等によりタッチパネル１４の端部を支持するように構成する。タッチパネル１４の厚みは、例えば０．７ｍｍに設定されている。
　タッチパネル１４上に錘１５が載置され、錘１５上に加速度センサ１６が取り付けられる。錘１５の重さは、例えば１００ｇ（グラム）である。加速度センサ１６は公知のセンサを使用することができる。アクチュエータ１３、錘１５および加速度センサ１６の中心線が一致または略一致するように、錘１５および加速度センサ１６が配置される。以上のように構成した加速度測定治具により加速度を測定する。具体的には、後述する単一パルス信号によりアクチュエータ１３のＳＭＡを通電加熱し、ＳＭＡの伸縮によって生じる加速度を加速度センサ１６により測定する。
　以上説明した一般的なアクチュエータは、単一パルス信号によりＭＯＳＦＥＴをオンさせることでＳＭＡを迅速に加熱することができる。したがって、ＳＭＡを素早く収縮させることができ、ＳＭＡを用いたアクチュエータの応答性を高めることができる、という利点がある。また、アクチュエータをタッチパネルに適用した場合には、アクチュエータが動作することで、タッチパネルの入力面に触れたユーザの指先に確かな振動や衝撃（クリック感とも称される）を与えることができる、という利点がある。その一方で、単一パルス信号における電圧が時間的に一定であるため、アクチュエータの動作により多様な操作感を提供することが困難である、という問題があった。また、アクチュエータの動作音がユーザに指先に与える感触よりも支配的になってしまうおそれがある、という問題があった。こうした点に鑑みてなされた本発明の実施形態について説明する。
＜１．第１の実施形態＞
「アクチュエータの形状について」
　図４および図５を参照して、本発明の第１の実施形態におけるアクチュエータの形状について説明する。なお、以下に説明するアクチュエータの形状は、第２の実施形態、変形例に対しても適用することができる。また、本発明のアクチュエータの形状は、以下に説明する形状に限定されるものではない。
　図４は、アクチュエータ１００の外観を示している。図示しているのは、アクチュエータ１００が変位を生じる前の初期状態である。アクチュエータ１００は、印刷配線基板２２の上面に形成されている。
　アクチュエータ１００は、例えば、可動部材２５と、固定部材２６と、二つの端子金具２７と、例えば線状の形状をなすＳＭＡとからなる。可動部材２５と固定部材２６は、共に絶縁性の硬質な材料によって形成されている。可動部材２５の下面と固定部材２６の上面は、互いに対応する波状の凹凸をなす面に形成されており、この互いの凹凸面の間にＳＭＡが配置されている。なお、可動部材２５と固定部材２６を導電性金属材料などによって形成してもよいが、この場合は、可動部材２５と固定部材２６それぞれの表面に絶縁膜を施すなど、二つの端子金具２７の間の短絡を防ぐ構成が必要となる。
　ＳＭＡは、固定部材２６の両端で端子金具２７によって固定されている。本実施形態におけるＳＭＡは、例えばニッケル−チタン合金であって、導電性で、所定の抵抗値を持ち、線径が極めて細く、常温程度の環境下ではしなやかな糸状を呈している。このＳＭＡに電流を流すことで、ＳＭＡ自身が発熱し、この熱によって、硬化・収縮する。尚、ＳＭＡはニッケル−チタン合金に限定されず、同様な特性を示すものであれば、他の金属や合金であってよい。
　端子金具２７は、ＳＭＡの端部を伴って固定部材２６の両端に嵌入されており、ＳＭＡが緩むことのない十分な強度でＳＭＡの端部を固定している。端子金具２７は導電性金属で形成されており、印刷配線基板２２上に設けられている所定の形状のランド（図示しない）にハンダ付けされている。これにより、固定部材２６が印刷配線基板２２上に固定された状態となっている。
　アクチュエータ１００の形状的な動作について、図５を参照して説明する。図５Ａは、ＳＭＡに通電されていない状態、すなわち、変位を生じる前の状態を示している。この状態では、ＳＭＡは柔らかく、しなやかな状態にある。この状態では、例えば、図示しない磁石の吸着力によって、可動部材２５と固定部材２６とがＳＭＡを挟持しながら近接した状態となっている。
　図５Ｂは、ＳＭＡに通電されている状態、すなわち、アクチュエータ１００が変位を生じた後の状態を示している。この状態では、ＳＭＡは収縮し、これに伴って磁石による吸着力に抗しながら、可動部材２５が垂直方向に沿って、固定部材２６とは反対の方向へ変位している。可動部材２５上にカバー部材（図示は省略している）が載置されている場合には、カバー部材も同方向へ変位する。
　図５Ｂに示す状態から、ＳＭＡへの通電を停止すると、ＳＭＡは雰囲気との温度差、および、可動部材２５、固定部材２６および端子金具２７のそれぞれへ向けての放熱によって冷却されて非通電状態の長さに戻るとともに、磁石の吸着力の作用によって、速やかに図５Ａに示す状態に戻る。
　なお、以下の説明では、アクチュエータをタッチパネルの振動デバイスとして適用した例について説明する。例えば、アクチュエータ１００の可動部材２５の上に種々の入力操作が可能な入力面を形成する。入力操作が検出された場合に、電圧（ハイレベルの電圧）を経時的に変化させた単一パルス信号（駆動信号）が生成、出力される。詳細は後述するが、この単一パルス信号に対応する期間、ＳＭＡが通電加熱され収縮する。一般的なアクチュエータにおける駆動信号とは異なる駆動信号を使用することにより、多様な操作感を提供することができる。
「駆動回路について」
　図６は、第１の実施形態におけるアクチュエータ１００の駆動回路の一例を示している。アクチュエータ１００は、駆動信号出力部３１と、ＳＭＡとを備えており、ＳＭＡは、駆動信号出力部３１とグランド（ＧＮＤ）との間に接続されている。駆動信号出力部３１は、駆動信号である単一パルス信号を生成、出力する。駆動信号出力部３１は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、タッチパネルに対する入力操作に応じて、単一パルス信号を生成、出力する。駆動信号出力部３１から出力された単一パルス信号がＳＭＡに供給され、単一パルス信号に対応する期間、ＳＭＡが通電加熱される。すなわち、第１の実施形態は、ＳＭＡに対して単一パルス信号が直接、印加される例である。
　図７は、第１の実施形態における単一パルス信号の一例を示している。図７に示すように、駆動信号は、単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた信号である。より具体的には、単一パルス信号は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との間（但し、Ｖ１＜Ｖ２）で、電圧を経時的に増加させた信号である。電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は加熱対象のＳＭＡの特性等に応じて適切に設定することができ、電圧Ｖ１は０Ｖでもよい。電圧に応じてＳＭＡに流れる電流を制御することができる。なお、図７では、単一パルス信号における電圧をステップ状に変化させているが、ステップの高さ（電圧の変化の度合い）、ステップの幅（期間）等は適宜設定することができる。また、単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた信号であれば、その波形は図７に示すものに限定されるものではない。
「アクチュエータの動作について」
　アクチュエータ１００の動作の一例について説明する。タッチパネルの対する入力操作（例えば、入力面をタッチする操作）がなされると、入力操作が図示しない検出部により検出される。検出部は、入力操作がなされたことを駆動信号出力部３１に通知する。入力操作がなされたことに応じて、駆動信号出力部３１は、図７に例示した単一パルス信号を生成、出力する。駆動信号出力部３１から出力された単一パルス信号がＳＭＡに印加され、ＳＭＡが通電加熱される。
　ここで、単一パルス信号は徐々に電圧が大きくなる信号であるため、ＳＭＡは急速に通電加熱されることなく徐々に通電加熱され、緩やかに収縮する。換言すれば、ＳＭＡの収縮に伴う加速度を小さくすることができる。このため、アクチュエータ１００における可動部材２５が垂直方向にゆっくりと上昇することになり、ユーザの指先にゆったりとした抵抗感を与えることができる。ＳＭＡの動作に伴う加速度は、一般的なアクチュエータにおけるＳＭＡの加速度より小さくなるものの、動作時間が長くなるためユーザの指先に長い時間、操作感を与えることができる。さらに、ＳＭＡの動作に伴う加速度を小さくすることで、ＳＭＡが急速に加熱され、大きな加速度でもって収縮した際に発生しうるＳＭＡの切断等を防止できる。さらに、アクチュエータの動作音を小さくすることができる。
＜２．第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態について説明する。上述したように、第２の実施形態におけるアクチュエータ（アクチュエータ２００）の形状は、第１の実施形態におけるアクチュエータ１００の形状を適用することができる。
「駆動回路について」
　図８は、アクチュエータ２００の駆動回路の一例を説明するための図である。第２の実施形態では、一般的なアクチュエータの駆動回路を大幅に変更することなく、ほぼそのまま使用している。概略的に説明すれば、アクチュエータ２００に対して、駆動電圧発生部２から駆動電圧が入力される。駆動電圧発生部２とグランド（ＧＮＤ）との間には、駆動電圧発生部２側から抵抗Ｒ１、ＳＭＡおよびＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴが直列に接続されている。抵抗Ｒ１およびＳＭＡの接続中点に対して、一端がグランドに接地されているコンデンサＣ１（蓄電素子の一例）が接続されている。駆動電圧発生部２により生成される駆動電圧によりコンデンサＣ１がチャージされており、コンデンサＣ１の放電によりＳＭＡおよびＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間に電流を流すこができる。なお、アクチュエータ２００の動作時には、コンデンサＣ１が充電されているものとする。ＭＯＳＦＥＴのゲートが駆動信号出力部３１に接続されている。駆動信号出力部３１が生成、出力した単一パルス信号がＭＯＳＦＥＴのゲ−トに入力されるように構成されている。
　図９は、ＭＯＳＦＥＴの特性の一例を示す図である。図９の特性図において、横軸は、ゲート−ソース間の電圧ＶＧＳを示しており、縦軸は、ドレイン電流ＩＤを示している。図９からわかるように、本発明の実施形態におけるＭＯＳＦＥＴは、電圧ＶＧＳが所定値より大きくなるにつれドレイン電流ＩＤが大きくなるエンハンスメント特性を有している。ゲート−ソース間の電圧ＶＧＳが電圧Ｖ３であるときに、ドレイン電流ＩＤが流れ始める。すなわち、電圧Ｖ３はゲート閾値電圧に対応する電圧である。但し、流れる電流は少ないため、スイッチ的にみればＭＯＳＦＥＴはオフである。ゲート−ソース間の電圧ＶＧＳが電圧Ｖ４（但し、Ｖ３＜Ｖ４）であるときに十分なドレイン電流ＩＤが流れ、これをスイッチ的にみればＭＯＳＦＥＴはオンした状態である。すなわち、電圧Ｖ４は、オン電圧に対応する電圧である。電圧Ｖ３および電圧Ｖ４は、ＭＯＳＦＥＴの特性等に応じて適宜、設定される。
「駆動信号について」
　図１０は、第２の実施形態における単一パルス信号の一例を示している。第２の実施形態における単一パルス信号は、単一パルス信号において、ゲート閾値電圧である電圧Ｖ３からオン電圧である電圧Ｖ４までの間で、電圧を経時的に変化させた信号であり、より具体的には、電圧Ｖ３から電圧Ｖ４までの間で、電圧を経時的に増加させた信号である。なお、単一パルス信号における電圧の最小値と電圧の最大値とが電圧Ｖ３から電圧Ｖ４までの範囲内であればよく、必ずしも電圧の最小値が電圧Ｖ３であり、電圧の最大値が電圧Ｖ４である必要はない。
「アクチュエータの動作について」
　図１１は、単一パルス信号の電圧（Ｖ）の時間的変化、ＳＭＡに流れる電流（Ａ）の時間的変化およびアクチュエータ２００の加速度（Ｇ）の時間的変化を模式的に示した図である。なお、図中、実線が単一パルス信号の電圧の時間的変化を示し、一点鎖線がＳＭＡに流れる電流の時間的変化を示し、点線がおよびアクチュエータ２００の加速度の時間的変化を示している。なお、単一パルス信号の波形は、図１０に示した波形と同一の波形であるものとして説明する。
　図１１を参照してアクチュエータ２００の動作の一例について説明する。入力操作に応じて駆動信号出力部３１から単一パルス信号が出力され、この単一パルス信号がＭＯＳＦＥＴのゲートに入力される。単一パルス信号の電圧は、ゲート閾値電圧である電圧Ｖ３より大きいためＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間にドレイン電流ＩＤが流れる。
　単一パルス信号の電圧が上昇するにつれ、ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間に流れるドレイン電流ＩＤが徐々に増加する。すなわち、ＳＭＡに流れる電流が徐々に増加することができ、ＳＭＡに流れる電流を経時的に変化させることができる。これにより、ＳＭＡが徐々に収縮し、加速度が増加する。ドレイン電流ＩＤが最大となる付近、換言すればＳＭＡに流れる電流が最大となる付近（図１１中、５ｍｓ（ミリセック）付近で、Ｐ１０で示す箇所）でＳＭＡが最も通電加熱される。これを加速度でみれば、ＳＭＡが収縮する過程で加速度が増加するとともに、ＳＭＡが最も収縮したところで変位が止まる、すなわち加速度が０となる。加速度が０なる状態（図１１中、Ｐ２０で示す箇所）が、ＳＭＡが最も収縮した状態である。
　なお、単一パルス信号の電圧が上昇する過程で、ＳＭＡに流れる電流がピークに達しその後低下している。これは、コンデンサＣ１の容量が低下したためである。以降はＳＭＡに流れる電流が減少していく。すなわち、ＳＭＡに投入されるエネルギーが低下していく。コンデンサＣ１が放電しＳＭＡに電流が流れなくなった後は、ＳＭＡは外気等により自然冷却されることで伸張していく。もちろん、コンデンサＣ１の容量が大きくすることで、単一パルス信号の電圧の上昇に伴ってさらにＳＭＡに流れる電流を増加させることができる。また、加速度が一旦上昇し０となった後、加速度の波形が表れている。これは、ＳＭＡが収縮した後、可動部材２５が初期の位置に戻る際に生じる加速度、および、加速度センサ周囲において生じる復元力等にともなう振動により生じた加速度の変化である。
　以上説明したように、アクチュエータ２００によれば、ＳＭＡの１回の加熱収縮の中で時間毎に投入するエネルギーを制御することができ、ＳＭＡの加熱時間を任意に制御することができる。これにより、ＳＭＡの収縮を緩やかにしたり、収縮速度を段階的に上げたりすることができる。アクチュエータ２００をタッチパネルの振動ドライバに適用した場合には、アクチュエータ２００の動作が緩やかになるため、指先にスローな感覚を与えることができる。強い衝撃を与える際は一般的なアクチュエータと同様の単一パルス信号をＭＯＳＦＥＴに入力すればよく、これらと相まってより多様な操作感を提供することが可能となる。この他に、動作音の低減等、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２の実施形態のアクチュエータは、一般的なアクチュエータと同様の回路構成で実現でき、回路構成を変更する必要が無くコスト的に有利である。
＜３．変形例＞
　以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく各種の変形が可能である。以下、変形例について説明する。なお、実施形態で説明した事項は、特に断らない限り変形例に対しても適用可能である。
　図１２Ａ乃至図１２Ｄは、変形例における単一パルス信号の波形を示す図である。図１２Ａは、電圧Ｖ３から電圧Ｖ４までの範囲内で電圧を指数関数的に増加させた単一パルス信号を示している。図１２Ｂは、電圧Ｖ３から電圧Ｖ４までの範囲内で電圧をリニアに増加させた単一パルス信号を示している。図１２Ｃは、始めに電圧Ｖ３より大きい電圧を与え、次に当該電圧よりも大きく電圧Ｖ４より小さい電圧を与え、それぞれの電圧をステップ状に切り替えた単一パルス信号を示している。このように、単一パルス信号の波形は、適宜、変更することができる。なお、図１２Ｄに示すように、電圧を経時的に増加させるだけでなく、一時的に電圧を減少させてもよい。また、電圧をゲート閾値電圧である電圧Ｖ３より一時的に小さくし、ＳＭＡに一時的に電流を流れないようにしてもよい。
　上述した実施形態において、入力操作を検出する検出部と駆動信号出力部とがマイクロコンピュータ等からなる同一の構成であってもよい。上述した実施形態における駆動回路ではコンデンサＣ１を使用しているが、ＳＭＡ等が駆動電圧発生部２に直結されたコンデンサレスの回路であってもよい。コンデンサＣ１は、電気二重層キャパシタや二次電池等であってもよい。スイッチング素子は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴに限定されることはなく、Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴやその他のスイッチング素子が使用されてもよく、使用されるスイッチング素子に応じて回路構成等を適宜、変更できる。
　上述の実施形態および変形例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。また、実施形態および変形例における構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、技術的な矛盾が生じない範囲において、互いに組み合わせることが可能である。
　さらに、本発明は、装置に限らず、例えば、方法、プログラム、プログラムが記録された記録媒体として実現することができる。
　３１・・・駆動信号出力部
　１００，２００・・・アクチュエータ
　ＳＭＡ・・・形状記憶合金
　ＭＯＳＦＥＴ・・・スイッチング素子
　Ｃ１・・・コンデンサ

Claims (9)

  1. 　単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた駆動信号を出力する駆動信号出力部と、
    　前記駆動信号に対応する期間、通電される形状記憶合金と
    　を備える衝撃発生アクチュエータ。
  2. 　前記駆動信号が前記形状記憶合金に対して直接、印加される
    　請求項１に記載の衝撃発生アクチュエータ。
  3. 　前記形状記憶合金に対して直列に接続されるスイッチング素子を備え、
    　前記駆動信号出力部は、前記駆動信号を前記スイッチング素子に出力することにより、前記形状記憶合金に流れる電流を経時的に変化させる
    　請求項１に記載の衝撃発生アクチュエータ。
  4. 　前記駆動信号出力部は、前記スイッチング素子に電流が流れる第１の電圧と、前記スイッチング素子がオンする前記第１の電圧より大きい第２の電圧との間で、電圧を経時的に変化させる
    　請求項３に記載の衝撃発生アクチュエータ。
  5. 　駆動電圧発生部と、
    　前記駆動電圧発生部が生成する駆動電圧により蓄電される蓄電素子と
    を備え、
    　前記蓄電素子が蓄電された状態で前記スイッチング素子に前記駆動信号が供給される
    　請求項３または４に記載の衝撃発生アクチュエータ。
  6. 　前記スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴにより構成される
    　請求項３乃至５のいずれか１項に記載の衝撃発生アクチュエータ。
  7. 　前記駆動信号出力部は、所定の入力操作に応じて前記駆動信号を出力する
    　請求項１乃至６のいずれか１項に記載の衝撃発生アクチュエータ。
  8. 　入力操作がなされる入力部と、
    　前記入力操作に応じて、単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた駆動信号を出力する駆動信号出力部と、
    　前記駆動信号に対応する期間、通電される形状記憶合金と
    　を備えるタッチパネル。
  9. 　単一パルス信号において電圧を経時的に変化させた駆動信号を出力する工程と、
    　前記駆動信号に対応する期間、形状記憶合金を通電する工程と
    　を有する衝撃発生アクチュエータの駆動方法。
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