特開 2017-210909 形状記憶合金を利用したアクチュエータの駆動システム、電子機器、パルス幅の決定方法および触覚フィードバックの調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-210909(P2017-210909A)

(43)【公開日】2017年11月30日

(54)【発明の名称】形状記憶合金を利用したアクチュエータの駆動システム、電子機器、パルス幅の決定方法および触覚フィードバックの調整方法

(51)【国際特許分類】

   F03G 7/06 20060101AFI20171102BHJP

【ＦＩ】

   F03G7/06 E

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-104173(P2016-104173)

(22)【出願日】2016年5月25日

(71)【出願人】

【識別番号】505205731

【氏名又は名称】レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100106699

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 弘道

(72)【発明者】

【氏名】山▲ざき▼ 充弘

(72)【発明者】

【氏名】柳井 賢司

(57)【要約】

【課題】形状記憶合金を利用したアクチュエータの振動強度の調整が可能な駆動システムを提供する。
【解決手段】形状記憶合金は、試験電圧６１を印加すると温度が上昇するとともに抵抗カーブ５７ｓに沿って抵抗が変化する。抵抗カーブ５７ｓには、変曲点５１ｘが存在する。通電中の抵抗を計測することで変曲点５１ｘを検出する。試験電圧の通電時間が変曲点５１ｘに到達する時刻ｔ３に対応する単一パルス電圧から最大加速度Ｇｘｍを得ることができる。また、そのときのパルス幅は最大加速度を得るのに必要な最小のパルス幅に相当する基準パルス幅Ｗｘｍとなる。任意の振動強度ｎに対応する調整パルス幅Ｗｘａは、基準パルス幅Ｗｘｍを基準にして計算することができる。あるいは、基準アクチュエータの基準パルス幅Ｗｓｍ、振動強度ｎ、および調整パルス幅Ｗｓａを基準にして計算することができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

形状記憶合金を利用したアクチュエータの駆動システムであって、
前記アクチュエータにパルス電圧を印加するスイッチと、
前記形状記憶合金に電圧を印加したときの抵抗の変化と経過時間に基づいて最大振動強度を得るための基準パルス幅を取得するパルス幅調整部と、
前記基準パルス幅のパルス電圧で前記スイッチの動作を制御するパルス信号生成部と
を有する駆動システム。

【請求項2】

前記パルス幅調整部は、前記抵抗が極大値を経由した後に存在する変曲点の近辺に到達するまでの経過時間を、前記基準パルス幅として選択する請求項１に記載の駆動システム。

【請求項3】

前記パルス幅調整部は、前記抵抗が前記変曲点に到達するまでの経過時間を、前記基準パルス幅として選択する請求項２に記載の駆動システム。

【請求項4】

前記パルス幅調整部は、前記抵抗が極大値を経由した後に変化しないとみなせる状態に到達するまでの経過時間を、前記基準パルス幅として選択する請求項１に記載の駆動システム。

【請求項5】

前記パルス幅調整部は、前記基準パルス幅に基づいて前記最大振動強度より小さい所定の振動強度に対応するパルス幅を取得する請求項１に記載の駆動システム。

【請求項6】

基準アクチュエータの振動強度に対応するパルス幅を記憶した参照テーブルを有し、
前記パルス幅調整部は、前記参照テーブルを参照して前記最大振動強度より小さい所定の振動強度に対応するパルス幅を取得する請求項１に記載の駆動システム。

【請求項7】

前記アクチュエータが衝撃駆動型アクチュエータである請求項１に記載の駆動システム。

【請求項8】

触覚フィードバックを付与する振動体と、
形状記憶合金を利用したアクチュエータと、
前記アクチュエータにパルス電圧を印加するスイッチと、
前記形状記憶合金に電圧を印加したときの抵抗の変化と経過時間に基づいて最大振動強度を得るための基準パルス幅を取得するパルス幅調整部と、
前記基準パルス幅のパルス電圧で前記スイッチの動作を制御するパルス信号生成部と
を有する電子機器。

【請求項9】

形状記憶合金を利用したアクチュエータに印加するパルス電圧のパルス幅を決定する方法であって、
前記形状記憶合金に電圧を印加するステップと、
前記形状記憶合金の通電中の抵抗の変化を検出するステップと、
前記抵抗の変化と通電時間に基づいてパルス幅を決定するステップと
を有する方法。

【請求項10】

前記パルス幅が、最大の振動強度を得るための最小のパルス幅である請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記最大の振動強度と前記最小のパルス幅に基づいて、前記最大の振動強度より小さい振動強度に対応するパルス幅を取得するステップを有する請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

基準アクチュエータの振動強度に対応するパルス幅を取得するステップと、
前記基準アクチュエータのパルス幅と振動強度から、前記アクチュエータの所定の振動強度に対応するパルス幅を計算するステップと
を有する請求項９に記載の方法。

【請求項13】

形状記憶合金を利用した衝撃駆動型アクチュエータが付与する触覚フィードバックを調整する方法であって、
前記衝撃駆動型アクチュエータに試験通電をするステップと、
前記試験通電中の前記形状記憶合金の抵抗を測定するステップと、
ユーザから触覚フィードバックの振動強度の指示を受け取るステップと、
前記抵抗の変化に基づいて前記指示された振動強度に対応するパルス幅の単一パルス電圧を生成するステップと
を有する調整方法。

【請求項14】

前記試験通電中にユーザに最大振動強度の触覚フィードバックを与えるステップを有する請求項１３に記載の調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は形状記憶合金を利用したアクチュエータの駆動技術に関し、さらには振動強度を調整する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

タブレット端末のタッチスクリーン、キー・トラベリングがないフラットタイプのキーボードまたはキー・ストロークのないタッチ式の操作スイッチなどには、ユーザに操作感を与える触覚フィードバック（ハプティク・フィードバック）のためのアクチュエータを組み込む場合がある。これまではアクチュエータの駆動部分に、電磁石、圧電素子、または振動モータなどを採用していたが、近年、振動強度、応答性、およびサイズなどの利点を有する形状記憶合金（ＳＭＡ：Shape Memory Alloy）を採用するようになってきた。

【0003】

特許文献１は、周囲温度に応じて形状記憶合金に与えるエネルギーを変化させる衝撃発生アクチュエータを開示する。同文献には、常温を基準にして単一パルス信号のデューティー比を設定した場合に、周囲温度が常温より低い場合には、加熱不足によるＳＭＡの伸縮時間の増大や収縮量の低下を招くおそれがあり、周囲温度が常温より高い場合には、ＳＭＡの伸縮時間の短縮や過剰加熱を招くおそれがあると記載する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−１５６９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＳＭＡを利用したアクチュエータは、印加する単一パルス電圧の波高値やパルス幅を調整して振動強度を調整することができる。波高値を変化させるためにはＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を変化させる必要があり回路構成が複雑になる。また、同じタイプのアクチュエータに同じ波高値と同じパルス幅の単一パルス電圧を印加しても、アクチュエータの個体差、使用環境温度、駆動電圧および組み込み条件などが相違するため、同じ加速度を得ることはできない。さらに電子機器に組み込んだ状態のアクチュエータでは、試験が制約されるため所定の振動強度に対応するパルス幅を取得することは困難である。

【0006】

そこで本発明の目的は、形状記憶合金を利用したアクチュエータの振動強度の調整が可能な駆動システムを提供することにある。さらに本発明の目的は電子機器に組み込んだ状態で振動強度の調整が可能な駆動システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、消費電力の低減を図る駆動システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような駆動システムを適用した電子機器、パルス幅の決定方法および触覚フィードバックの調整方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明にかかる形状記憶合金を利用したアクチュエータの駆動システムは、アクチュエータにパルス電圧を印加するスイッチと、形状記憶合金に電圧を印加したときの抵抗の変化と経過時間に基づいて最大振動強度を得るための基準パルス幅を取得するパルス幅調整部と、基準パルス幅のパルス電圧でスイッチの動作を制御するパルス信号生成部とを有する。

【0008】

本発明にかかる電子機器は、触覚フィードバックを付与する振動体と、形状記憶合金を利用したアクチュエータと、アクチュエータにパルス電圧を印加するスイッチと、形状記憶合金に電圧を印加したときの抵抗の変化と経過時間に基づいて最大振動強度を得るための基準パルス幅を取得するパルス幅調整部と、基準パルス幅のパルス電圧でスイッチの動作を制御するパルス信号生成部とを有する。

【0009】

本発明にかかる形状記憶合金を利用したアクチュエータに印加するパルス電圧のパルス幅を決定する方法は、形状記憶合金に電圧を印加し、形状記憶合金の通電中の抵抗の変化を検出し、抵抗の変化と通電時間に基づいてパルス幅を決定する。本発明にかかる形状記憶合金を利用した衝撃駆動型アクチュエータによる触覚フィードバックの強さを調整する方法は、衝撃駆動型アクチュエータに試験通電し、試験通電中の形状記憶合金の抵抗を測定し、ユーザから触覚フィードバックの振動強度の指示を受け取り、抵抗の変化と通電時間に基づいて取得した基準パルス幅から前記指示された振動強度に対応するパルス幅の単一パルス電圧を生成する。

【発明の効果】

【0010】

本発明により、形状記憶合金を利用したアクチュエータの振動強度の調整が可能な駆動システムを提供することができた。さらに本発明により電子機器に組み込んだ状態で振動強度の調整が可能な駆動システムを提供することができた。さらに本発明により、消費電力の低減を図る駆動システムを提供することができた。さらに本発明により、そのような駆動システムを適用した電子機器、パルス幅の決定方法および触覚フィードバックの調整方法を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】衝撃駆動型アクチュエータの構造を説明するための模式的な図である。

【図2】熱サイクルによってＳＭＡ１０１の温度と長さが変化する様子を説明するための図である。

【図3】完全熱サイクルで伸縮する際の、ＳＭＡ１０１の温度Ｔと抵抗Ｒの関係を説明するための図である。

【図4】時刻ｔ０で衝撃駆動型アクチュエータに電圧Ｖ１の直流電圧６１を印加したときの経過時間ｔ、加速度Ｇおよび抵抗Ｒの関係を説明するための図である。

【図5】アクチュエータ駆動システム２００の概略の機能ブロック図である。

【図6】アクチュエータ駆動システム２００の動作手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

[用語]
本明細書で使用する特別な用語を説明する。ＳＭＡを利用したアクチュエータは、マルテンサイト相（低温相）とオーステナイト相の間のヒステリシス・サイクル（熱サイクル）で動作する。アクチュエータは振動体に振動を与えるためにそれ自体が規則的な運動をする。ＳＭＡを利用したアクチュエータには、衝撃駆動型アクチュエータと振動型アクチュエータが存在する。

【0013】

衝撃駆動型アクチュエータは、１個の単一パルス電圧または１回の熱サイクルで目的とする振動を生成することができる。振動型アクチュエータは、熱サイクルを可能にする所定の間隔で繰り返し印加した複数の単一パルス電圧で目的とする振動を生成する。本発明にかかる駆動システムはいずれのタイプのアクチュエータにも適用できるが、本明細書では衝撃駆動型アクチュエータを例示して説明する。

【0014】

単一パルス電圧は、短い所定の通電時間だけ存在する電圧で、ＳＭＡにアクチュエータの駆動に必要な熱を加える。単一パルス電圧は、ＳＭＡの収縮に対して電流として作用するため単一パルス電流と言い換えることもできる。通電時間中の電圧波形および電流波形は矩形波、微分波、三角波、またはステップ状に波高値が変化する階段波などのような任意の波形とすることができる。

【0015】

振動体は、衝撃駆動型アクチュエータに印加した１個の単一パルス電圧で必要な振動をする物体に相当する。振動体は特に限定する必要はないが、一例において、タッチパネル、キーボード、またはスイッチのような人間が操作をする際に触れた指に触覚フィードバックを付与する物体とすることができる。衝撃駆動型アクチュエータおよび振動型アクチュエータに、単一パルス電圧を連続して印加する場合には完全熱サイクルを維持するために所定の間隔を設ける必要がある。

【0016】

図１は、衝撃駆動型アクチュエータ１００の構造を説明するための模式的な図である。衝撃駆動アクチュエータ１００は、固定子１０３、可動子１０５、ＳＭＡ１０１およびバイアス材１０７で構成している。衝撃駆動型アクチュエータ１００は、振動体１０に衝撃性または一過性の振動を与える。ＳＭＡ１０１は、１方向性の形状記憶とバイアス力で繰り返し動作をする。ただし、本発明は２方向性の形状記憶をするＳＭＡに適用することもできる。

【0017】

固定子１０３と可動子１０５が対向する対向面は、互いの凹凸が嵌合できるような波状に形成している。固定子１０３と可動子１０５の対向面の間には、線状のＳＭＡ１０１を配置している。ＳＭＡ１０１は、例えばニッケル・チタン合金、チタン・ニッケル・銅合金などを選択できるが特に限定する必要はない。バイアス材１０７は、固定子１０３と可動子１０５が接近する方向にバイアス力を与える弾性体で構成することができる。

【0018】

図１（Ａ）は、ＳＭＡ１０１が、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ（図２）以下の温度になって柔軟な性状を示したときの様子を示している。バイアス材１０７が、可動子１０５に付与したバイアス力で可動子１０５が固定子１０３に接近して対向面が嵌合する。対向面で塑性変形したＳＭＡ１０１は、固定子１０３と可動子１０５の対向面の形状に沿って最大の長さまで伸張する。ＳＭＡ１０１が対向面の形状およびバイアス材１０７によって塑性変形し長さが最大になっている状態を完全伸張状態という。

【0019】

図１（Ｂ）はＳＭＡ１０１が温度の上昇に伴って収縮および硬化してオーステナイト変態終了温度Ａｆ（図２）を超え記憶していた形状に戻ったときの様子を示している。ＳＭＡ１０１の収縮が終了した状態を完全収縮状態という。完全伸張状態から完全収縮状態に移行する間に可動子１０５は、バイアス力に抗して固定子１０３との間隔が広がるように変位する。衝撃駆動型アクチュエータ１００は、基準パルス幅Ｗｓｍ、Ｗｘｍ（図４）の単一パルス電圧を印加すると１回の熱サイクルでＳＭＡ１０１が完全伸張状態から完全収縮状態に相転移し、さらに、通電時間が停止すると完全伸張状態に戻る。

【0020】

図２は、熱サイクルによってＳＭＡ１０１の温度と長さが変化する様子を説明するための図である。横軸はＳＭＡ１０１の温度Ｔを示し、縦軸は長さＬを示している。ＳＭＡ１０１は、温度がマルテンサイト変態終了温度Ｍｆ以下のときは、全体がほぼマルテンサイト相に相転移している。マルテンサイト相では、ＳＭＡ１０１が柔軟性を備えるため、バイアス力を受けて塑性変形している。

【0021】

マルテンサイト相に相転移しているＳＭＡ１０１に電圧を印加して通電加熱すると、温度がオーステナイト変態開始温度Ａｓを超えたときにマルテンサイト逆変態を開始して収縮が始まる。そして、温度がオーステナイト変態終了温度Ａｆに到達すると収縮が終了して長さがＬ１（Ｌ１＜Ｌ０）の完全収縮状態になる。温度がオーステナイト変態開始温度Ａｓからオーステナイト変態終了温度Ａｆまで上昇する過程を完全昇温過程ということにする。

【0022】

完全収縮状態のときに通電を停止すると、放熱により温度が低下してマルテンサイト変態開始温度Ｍｓでマルテンサイト変態が始まり徐々に軟化する。この間、軟化の程度とバイアス力によりＳＭＡ１０１は徐々に伸張する。そして、温度がマルテンサイト変態終了温度Ｍｆに到達すると伸張が終了して長さがＬ０の完全伸張状態になる。温度がマルテンサイト変態開始温度Ｍｓからマルテンサイト変態終了温度Ｍｆまで下降する過程を完全降温過程ということにする。

【0023】

ＳＭＡ１０１は、１回の完全昇温過程と１回の完全降温過程が構成する完全熱サイクルの間にＬ０−Ｌ１＝ｄだけ長さが伸縮する。可動子１０５は、振動体１０に対して、長さＬ１の完全収縮状態で曲げ応力を加え、長さＬ０の完全伸張状態で解放する。振動体１０は、単一パルス電圧による急激な応力の付与と解放に応じて振動する。振動の大きさは可動子１０５の変位量と変位速度で調整することができる。

【0024】

可動子１０５の変位量は、ＳＭＡ１０１の収縮量、すなわち温度に依存する。たとえば、波高値が同じ単一パルス電圧でもパルス幅が短くてオーステナイト変態終了温度Ａｆに到達する前の温度Ｔ１で通電時間が終了すると、ＳＭＡ１０１は長さＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）までしか収縮しないため可動子１０５の変位量は完全昇温過程よりも少ない。

【0025】

したがって、振動体１０の変位は小さくなり加速度は低下する。オーステナイト変態終了温度Ａｆに到達する前に通電時間が終了するような単一パルス電圧による昇温過程を不完全昇温過程ということにする。完全昇温過程が終了した後以降に継続する電圧は、可動子１０５の変位に影響を与えないため無駄なエネルギーとして消費される。また、印加時間が長くなりすぎるとＳＭＡ１０１の劣化を促進する。

【0026】

図３は、完全熱サイクルで伸縮する際の、ＳＭＡ１０１の温度Ｔと抵抗Ｒの関係を説明するための図である。図３には、完全昇温過程の抵抗カーブ５７と完全降温過程の抵抗カーブ５９を示している。ＳＭＡ１０１に直流の電圧Ｖを印加するとジュール熱で温度が上昇する。昇温時のＳＭＡ１０１の抵抗は、電圧ＶとＳＭＡ１０１に流れる電流ＩからＲ＝Ｖ／Ｉで計算することができる。完全昇温過程では、温度が上昇するとともに抵抗が増加し、オーステナイト変態終了温度Ａｆの近辺で抵抗Ｒが極大値５３に達する。

【0027】

さらに電流を流し続けると抵抗Ｒは、変曲点５１を過ぎるとほぼ一定の値になる。変曲点５１は、抵抗Ｒと温度Ｔの関数Ｒ＝ｆ（Ｔ）の二次導関数の符合が変化する点または所定値になった点として特定することができる。ＳＭＡ１０１は、オーステナイト相への相移転が終了すると可動子１０５を変位させることはないため、振動体の加速度も上昇しない。単一パルス電圧の通電時間を必要以上に長くして温度を上昇させると、ＳＭＡ１０１の劣化を促進しかつ無駄に電力を消費することになる。

【0028】

実験では、衝撃駆動型アクチュエータ１００の加速度は、ＳＭＡ１０１が変曲点５１を超えた後はほぼ一定になることを確認している。したがって、変曲点５１を知ることができれば、最大加速度を得るために必要な最小の通電時間を設定して消費電力を低減することができる。最大加速度を得るために必要な単一パルス電圧の最小の通電時間を基準パルス幅ということにする。

【0029】

図４は、時刻ｔ０で衝撃駆動型アクチュエータ１００に直流電圧Ｖ１の試験電圧６１を印加したときの経過時間ｔ、振動体１０の加速度Ｇおよび抵抗Ｒの関係を説明するための図である。経過時間ｔは、時刻ｔ１〜ｔ５で通電を停止したときの単一パルス電圧のパルス幅に相当する。時刻ｔ１は、基準パルス幅を取得するために設定した十分に長い通電時間（試験パルス幅Ｗｐ）に対応する。

【0030】

試験電圧６１が印加されたＳＭＡ１０１の抵抗は完全昇温過程において抵抗カーブ５７ｓ、５７ｘに沿って上昇する。ここに、抵抗カーブ５７ｓ、加速度カーブ６３ｓは、基準となる衝撃駆動型アクチュエータに関するデータに相当し、抵抗カーブ５７ｘ、加速度カーブ６３ｘは、適切なパルス幅に調整するための調整対象となる衝撃駆動型アクチュエータ１００に関するデータに相当する。

【0031】

衝撃駆動型アクチュエータ１００の振動強度は、振動体の変位量、変位速度、または変位加速度のような振動強度で特定することができる。本実施の形態では、触覚フィードバックの強さを評価するのに適した加速度を例示して説明するが、他の特性を利用してもよい。加速度カーブ６３ｘは、経過時間ｔで確定したパルス幅の単一パルス電圧に対応する加速度Ｇを示している。実験では、抵抗が変曲点５１ｘに到達したときの経過時間ｔ３で最大加速度Ｇｘｍに到達し、それ以降はパルス幅Ｗを広くしても加速度Ｇは上昇しないことを確認している。最大加速度Ｇｘｍに到達している状態では、マルテンサイト逆変態が完了してＳＭＡの長さがＬ１まで収縮していると考えられる。

【0032】

基準パルス幅Ｗｘｍは、最大加速度Ｇｘｍを得るために必要な経過時間ｔ３が確定する最小のパルス幅に相当する。基準パルス幅Ｗｘｍの単一パルス電圧を印加すると、最大加速度Ｇｘｍを付与するように動作する衝撃駆動型アクチュエータ１００の電力効率を最大にすることができる。ただし、衝撃駆動型アクチュエータ１００は個体差や使用条件の相違などで最大加速度Ｇｘｍが変化するため、基準パルス幅Ｗｘｍは個々に変化する。基準パルス幅Ｗｘｍは、抵抗が変曲点５１ｘに到達するまでの経過時間ｔ３、極大値５３ｘを超えてから変曲点５１ｘに到達するまでの間の経過時間ｔ（ｔ６＜ｔ＜ｔ３）、または、変曲点５１ｘを超えてから抵抗が変化しないとみなせる状態に到達するまでの経過時間ｔ（ｔ３＜ｔ）としてもよい。

【0033】

不完全昇温過程を経由することで最大加速度Ｇｘｍより小さい範囲の調整加速度ｎＧｘｍを得ることができる。調整加速度ｎＧｘｍを得るためのパルス幅を調整パルス幅Ｗｘａということにする。ここにｎは振動強度ｎ（ｎ＜１）で、最大加速度Ｇｘｍに対する相対的な加速度を示す定数である。ユーザは、試験パルス幅Ｗｐの単一パルス電圧を印加したときに知覚した衝撃駆動型アクチュエータ１００が振動体１０に付与する最大加速度Ｇｘｍを認識して、希望する振動強度ｎを想定することができる。

【0034】

これまでは、希望する振動強度ｎの加速度を得るために、基準パルス幅Ｗｘｍを超える十分に長いパルス幅の単一パルス電圧で最大加速度Ｇｘｍを得るとともに、十分に長いパルス幅に対する所定の割合で調整パルス幅を設定していた。しかし、最大加速度Ｇｘｍを得るために設定していたパルス幅は、基準パルス幅Ｗｘｍよりも長く、かつ基準パルス幅Ｗｘｍを超える長さを特定できないため、調整パルス幅はユーザの意図する触覚フィードバックの強さを反映しなかった。

【0035】

衝撃駆動型アクチュエータ１００の最大加速度Ｇｘｍは製品の基本特性として製造時に一定の範囲に入ると想定できるが、加速度カーブ６３ｘは未知である。出荷する前にすべての衝撃駆動型アクチュエータ１００の加速度カーブ６３ｘのデータを取得することは困難であるが、基準となる衝撃駆動型アクチュエータについて加速度カーブ６３ｓで示す最大加速度Ｇｓｍとこれに対応する基準パルス幅Ｗｓｍおよび振動強度ｎに対応する調整加速度Ｇｓｍと対応する調整パルス幅Ｗｓａを取得することは可能である。

【0036】

しかし、あらかじめ求めておいた加速度カーブ６３ｓのデータを、加速度カーブ６３ｘを備える衝撃駆動型アクチュエータ１００に適用しても個体差などにより正確性に欠ける。本実施の形態では、試験電圧６１を印加して衝撃駆動型アクチュエータ１００の基準パルス幅Ｗｘｍを取得し、さらに、基準となる衝撃駆動型アクチュエータの加速度カーブ６３ｓに対応するデータから調整対象の衝撃駆動型アクチュエータ１００の調整パルス幅Ｗｘａを計算する。

【0037】

図５は、アクチュエータ駆動システム２００の概略の機能ブロック図である。アクチュエータ駆動システム２００は、キーボード、タッチスクリーン、スイッチなどの触覚フィードバックを必要とする電子機器全般に搭載することができる。ただし、本発明にかかるアクチュエータ駆動システム２００の用途は、触覚フィードバックの付与に限定する必要はなく、制約された条件で正確な基準パルス幅および調整パルス幅を得る必要がある電子機器に適用することができる。またアクチュエータ駆動システム２００は、衝撃駆動型アクチュエータだけでなく振動型アクチュエータに適用することもできる。

【0038】

アクチュエータ駆動システム２００は一例において、パルス幅調整部２０１、参照テーブル２０３、パルス信号生成部２０５、直流電圧源２０７、電圧電流検出器２０９、衝撃駆動型アクチュエータ１００、キーボード２１３、Ｎ型のＦＥＴ２１５および電力源を構成するコンデンサ２１１で構成している。直流電圧源２０７は、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成され所定の直流電圧を出力する。

【0039】

コンデンサ２１１は、ＦＥＴ２１５のオフ期間に充電し、オン期間に放電して衝撃駆動型アクチュエータ１００に通電する。電圧電流検出器２０９は、ＳＭＡ１００に印加する単一パルス電圧の電圧および電流を検出する。キーボード２１３は図１の振動体１０の一例に対応する。衝撃駆動型アクチュエータ１００は、キーボードが操作されたタイミングで、キーボード２１３の基板に触覚フィードバックを付与する。

【0040】

ＦＥＴ２１５は直流電圧をスイッチング制御する素子であり、バイポーラ・トランジスタを採用してもよい。また、直流電圧源２０７が十分な容量を備えていればコンデンサ２１１はなくてもよい。パルス幅調整部２０１、参照テーブル２０３およびパルス信号生成部２０５は、ＳｏＣ（System on Chip）や専用のコントローラで構成することができる。

【0041】

パルス幅調整部２０１は、電圧電流検出器２０９から、ＳＭＡ１０１に印加する電圧および電流を取得し、参照テーブル２０３を参照して計算した調整パルス幅Ｗｘａをパルス信号生成部２０５に設定する。参照テーブル２０３は、基準となる衝撃駆動型アクチュエータの加速度カーブ６３ｓに対応する参照データを含む。参照データは、単一パルス電圧の、波高値ごとの振動強度ｎと調整パルス幅Ｗｓａの複数のペアで構成され、最大加速度に対応する基準パルス幅Ｗｓｍを含む。

【0042】

パルス幅調整部２０１は、ユーザが振動強度ｎを調整するためのユーザ・インターフェースを備えている。ユーザはユーザ・インターフェースを通じて最大加速度での触覚フィードバックを知覚してから好みの振動強度ｎを認識することができる。パルス信号生成部２０５は、キーボード２１３からキー・イベントを受け取ったタイミングでパルス幅調整部２０１が設定した調整パルス幅Ｗｘａまたは基準パルス幅Ｗｘｍの単一パルス信号をＦＥＴ２１５のゲートに印加する。

【0043】

図６は、アクチュエータ駆動システム２００の動作手順を示すフローチャートである。ここでは、加速度カーブ６３ｓが既知の衝撃駆動型アクチュエータ（基準アクチュエータ）が存在するときに、基準アクチュエータと同じタイプで、加速度カーブ６３ｘが未知の衝撃駆動型アクチュエータ１００（対象アクチュエータ）で振動強度ｎに対する基準パルス幅Ｗｘｍおよび調整パルス幅Ｗｘａを取得する手順を説明する。対象アクチュエータは、電子機器に搭載されていることを想定する。

【0044】

ブロック３０１で、工場で基準アクチュエータに対して所定の試験電圧を印加して、加速度カーブ６３ｓに対応する参照データを取得する。基準アクチュエータに対して、さまざまなパルス幅の単一パルス電圧を印加して、極大値５３ｓと変曲点５１ｓから加速度カーブ６３ｓを構成するパルス幅Ｗｓａと加速度ｎＧｓｍの組を取得し参照テーブル２０３に格納する。加速度ｎＧｓｍは、パルス幅を徐々に広げてｎ＝１の最大加速度Ｇｓｍに到達するまで取得する。

【0045】

最大加速度Ｇｓｍに到達したときのパルス幅が基準パルス幅Ｗｓｍとなる。ブロック３０３で、ユーザは対象アクチュエータのパルス幅調整部２０１が提供するユーザ・インターフェースを通じて、振動強度ｎを変更するための操作をする。ここでパルス幅調整部２０１は、試験パルス幅Ｗｐの単一パルス電圧を数回印加して、ユーザに最大加速度Ｇｘｍでの触覚フィードバックを知覚させることができる。ブロック３０５でパルス幅調整部２０１はパルス信号生成部２０５に、あらかじめ設定した試験パルス幅Ｗｐの試験電圧６１（図４）を時刻ｔ０で印加する。

【0046】

ブロック３０７でパルス幅調整部２０１は、時刻ｔ０からの経過時間を計測する。ブロック３０９でパルス幅調整部２０１は、ＳＭＡ１０１に印加している電圧Ｖと電流Ｉから定期的に抵抗Ｒを計算する。抵抗Ｒは、衝撃駆動型アクチュエータ１００が電子機器に組み込まれていても比較的容易に取得できる。パルス幅調整部２０１はブロック３１１で、抵抗カーブ５７ｘを示す関数Ｒ＝ｆ（ｔ）に対する二次導関数を計算して、変曲点５１ｘに到達したときの時刻ｔ３を取得する。ブロック３１３でパルス幅調整部２０１は、時刻ｔ３から基準パルス幅Ｗｘｍを取得する。

【0047】

ブロック３１５でユーザは、アクチュエータ駆動システム２００が提供するユーザ・インターフェースを通じて知覚した最大加速度Ｇｘｍを基準として選択した振動強度ｎを入力する。パルス幅調整部２０１は、最大加速度Ｇｘｍに対する割合を記述した強、中、弱のような文字情報または１０、７、５、３のような数字情報を振動強度ｎとしてユーザに選択させることができる。

【0048】

加速度カーブ６３ｘと６３ｓでは、最大加速度Ｇｓｍ、Ｇｘｍ、および基準パルス幅Ｗｓｍ、Ｗｘｍは異なるが、加速度カーブ６３ｓ、６３ｘの形状は類似していると想定できる。すなわち、振動強度ｎに対する基準パルス幅Ｗｓｍと調整パルス幅Ｗｓａの比と、基準パルス幅Ｗｘｍと調整パルス幅Ｗｘａの比は等しいと想定することができる。ブロック３１７でパルス幅調整部２０１は、参照テーブル２０３から基準アクチュエータで振動強度ｎに対する加速度ｎＧｘｍを得る調整パルス幅Ｗｘａを取得する。

【0049】

パルス幅調整部２０１は、対象アクチュエータの調整パルス幅Ｗｘａを式（１）で計算することができる。
Ｗｘａ＝Ｗｓａ×（Ｗｘｍ／Ｗｓｍ） （１）
本実施の形態では、試験電圧６１を印加して取得した基準パルス幅Ｗｘｍを利用して、調整パルス幅Ｗｘａを、参照テーブル２０３を利用しないで計算することができる。たとえば、基準パルス幅Ｗｘｍを振動強度１に対応させ、パルス幅０を振動強度ｎ＝０に対応させてその間を直線またはその他の近似曲線で近似して調整パルス幅Ｗｘａに対応する振動強度ｎを得ることができる。ここで、それぞれの対象アクチュエータの最大加速度Ｇｘｍは製品の基本特性として製造時に一定の範囲に入ると想定でき、その振動強度ｎは基準アクチュエータの振動強度ｎに一定の範囲内で揃うと想定できる。ブロック３１９でパルス幅調整部２０１は、パルス信号生成部２０５に調整パルス幅Ｗｘａを設定する。

【0050】

なお、パルス幅調整部２０１は、パルス信号生成部２０５に調整パルス幅Ｗｘａを設定しないときは、最大加速度Ｇｘｍに対応する基準パルス幅Ｗｘｍを設定することができる。基準パルス幅Ｗｘｍは、最大加速度Ｇｘｍを得るための最も電力効率が高いパルス幅であるため、アクチュエータ駆動システム２００は、正確な振動強度ｎの調整を実現するとともに最小のエネルギーで最大の振動強度を得ることができる。また、アクチュエータ駆動システム２０１は、電子機器に搭載した状態で試験電圧６１を印加するだけで容易に所定の振動強度ｎに対する調整パルス幅Ｗｘａを取得できる。

【0051】

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

【符号の説明】

【0052】

１０ 振動体
５１、５１ｓ、５１ｘ 変曲点
５３、５３ｓ、５３ｘ 抵抗の極大値
５７、５７ｓ、５７ｘ 抵抗カーブ
６１ 試験電圧
６３ｓ、６３ｘ 加速度カーブ
１００ 衝撃駆動型アクチュエータ
１０１ 形状記憶合金（ＳＭＡ）
１０３ 固定子
１０５ 可動子
１０７ バイアス材
２００ アクチュエータ駆動システム
Ｗｘｍ、Ｗｓｍ 基準パルス幅
Ｗｘａ、Ｗｓａ 調整パルス幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2017年6月7日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

形状記憶合金を利用したアクチュエータの駆動システムであって、
前記アクチュエータにパルス電圧を印加するスイッチと、
前記形状記憶合金に電圧を印加したときに変化する抵抗の極大値に基づいて前記アクチュエータが最大振動強度を発生する最小のパルス幅に相当する基準パルス幅を取得するパルス幅調整部と、
前記基準パルス幅のパルス電圧で前記スイッチの動作を制御するパルス信号生成部と
を有する駆動システム。

【請求項2】

前記パルス幅調整部は、前記抵抗が前記極大値を経由した後に存在する変曲点の近辺に到達するまでの経過時間を、前記基準パルス幅として選択する請求項１に記載の駆動システム。

【請求項3】

前記パルス幅調整部は、前記抵抗が前記変曲点に到達するまでの経過時間を、前記基準パルス幅として選択する請求項２に記載の駆動システム。

【請求項4】

前記パルス幅調整部は、前記抵抗が前記極大値を経由した後に変化しないとみなせる状態に到達するまでの経過時間を、前記基準パルス幅として選択する請求項１に記載の駆動システム。

【請求項5】

前記アクチュエータと同じタイプの基準アクチュエータが最大振動強度を発生する最小のパルス幅に相当する基準パルス幅と前記基準アクチュエータの最大振動強度に対する所定の割合の振動強度を発生する調整パルス幅を含む参照データを記憶する参照テーブルを有し、
前記パルス幅調整部は、前記アクチュエータの基準パルス幅と前記参照データに基づいて前記アクチュエータの最大振動強度に対する前記所定の割合の振動強度を発生する調整パルス幅を取得する請求項１に記載の駆動システム。

【請求項6】

前記アクチュエータが衝撃駆動型アクチュエータである請求項１に記載の駆動システム。

【請求項7】

触覚フィードバックを付与する振動体と、
形状記憶合金を利用したアクチュエータと、
前記アクチュエータにパルス電圧を印加するスイッチと、
前記形状記憶合金に電圧を印加したときに変化する抵抗の極大値に基づいて最大振動強度を発生する最小のパルス幅に相当する基準パルス幅を取得するパルス幅調整部と、
前記基準パルス幅のパルス電圧で前記スイッチの動作を制御するパルス信号生成部と
を有する電子機器。

【請求項8】

形状記憶合金を利用したアクチュエータに印加するパルス電圧のパルス幅を決定する方法であって、
前記形状記憶合金に電圧を印加するステップと、
前記形状記憶合金の通電中の抵抗の変化を検出するステップと、
変化する前記抵抗の極大値に基づいて前記アクチュエータが最大振動強度を発生する最小のパルス幅に相当する基準パルス幅を決定するステップと
を有する方法。

【請求項9】

前記アクチュエータと同じタイプの基準アクチュエータが最大振動強度を発生する最小のパルス幅に相当する基準パルス幅と前記基準アクチュエータの最大振動強度に対する所定の割合の振動強度を発生する調整パルス幅を含む参照データを取得するステップと、
前記アクチュエータの基準パルス幅と前記参照データに基づいて前記アクチュエータの最大振動強度に対する前記所定の割合の振動強度を発生する調整パルス幅を取得するステップと
を有する請求項８に記載の方法。