(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0019】
[第1実施形態]
以下に第1実施形態における振動発生装置100について説明する。
【0020】
まず始めに、本実施形態における振動発生装置100を備えたタッチパネル200の例について、
図1を用いて簡単に説明する。
【0021】
図1は、本発明の実施形態に係る振動発生装置100を備えたタッチパネルの例を示す図である。タッチパネル200は表示面に接触入力機能を備えた入力操作部201と、入力操作部201を保持するフレーム202と、振動発生装置100を備えている。フレーム202のY1側の側面には、振動発生装置100を構成する筐体30の加振面30aが接触するように固定されている。振動発生装置100が動作すると、フレーム202に振動を与えることで入力操作部201に振動を伝え、タッチパネル200に接触入力を行う操作者に振動による操作感触を与えることができるように構成されている。
【0022】
次に、本実施形態における振動発生装置100の構成について
図2及び
図3を用いて説明する。
図2は駆動装置10を用いた振動発生装置100の外観を示す斜視図である。
図3は駆動装置10を用いた振動発生装置100の構成を示す分解斜視図である。
【0023】
振動発生装置100は、
図2及び
図3に示すように、駆動装置10と、回転手段20と、筐体30と、を備えている。また、振動発生装置100は
図2に示すように、筐体30の内部に、駆動装置10と回転手段20とが、固定されて支持されている。
【0024】
次に、駆動装置10の構成について
図4から
図6を用いて説明する。
図4は、駆動装置10の外観を示す斜視図であり、
図4(a)はX2‐Y2方向からX1‐Y1方向を見た斜視図、
図4(b)はX1‐Y1方向からX2‐Y2方向を見た斜視図である。
図5は、駆動装置10の構成を示す分解斜視図である。
図6は、第1の磁石1の第1の対向面1a及び第2の磁石2の第2の対向面2aの着磁状態と、対向した状態での磁極の位置を説明する図である。
図6(a)は、第1の対向面1aの着磁状態を説明する模式図で、
図6(b)は、第2の対向面2aの着磁状態を説明する図である。
図6(c)は、駆動装置10が初期状態の場合の第1の対向面1aの磁極の位置を説明する図であり、
図6(d)は、第1の磁石1が回転された場合の磁極の位置を説明する図である。
【0025】
駆動装置10は
図4及び
図5に示すように、ハウジング5の内部に、第1の磁石1と、第2の磁石2と、第1のヨーク3と、第2のヨーク4と、回転部材6と、スライド部材7と、が収納されて構成されている。
【0026】
第1の磁石1は、円柱状で一方の底面に第1の対向面1aを有している。第1の対向面1aには
図6(a)に示すように、N極とS極がそれぞれ一つずつ、第1の対向面1aの外周を分割する2点間を結ぶ直線状の境界線Dで分割されて、S極側が広くなるように2極着磁されている。
【0027】
第2の磁石2は、円柱状で一方の底面に第2の対向面2aを有している。第2の対向面2aには
図6(b)に示すように、第1の磁石1の第1の対向面1aと同一形状に、N極とS極がそれぞれ一つずつ、第2の対向面2aの外周を分割する2点間を結ぶ直線状の境界線Dで分割されて、S極側が広くなるように2極着磁されている。
【0028】
第1の対向面1aと第2の対向面2aの着磁の範囲は、異なる磁極同士が重なるように第1の対向面1aと第2の対向面2aを向かい合わせた際に、第1の磁石1と第2の磁石2との間に吸引力が働く範囲で設定される。
【0029】
第1のヨーク3は、鉄などの軟磁性体材料を用いて形成され、
図5に示すように円盤状の形状で、第1の対向面1aの裏面側となる第1の磁石1の他方の底面側に配置される。
【0030】
第2のヨーク4は、鉄などの軟磁性体材料を用いて形成され、
図5に示すように円盤状の形状で、第2の対向面2aの裏面側となる第2の磁石2の他方の底面側に配置される。
【0031】
回転部材6は、合成樹脂などの非磁性体材料を用いて円筒形状に形成されており、
図5に示すように、円筒形状の一方の底面側(
図5に示すY2側)が開放されて形成された第1保持部6aを有している。また、回転部材6の外周の一部には、振動発生装置100の筐体30に組込まれた際に、回転手段20からの回転力が伝達される第2中継歯車32と噛合うギヤ部6bが設けられている。
【0032】
スライド部材7は、合成樹脂などの非磁性体材料を用いて円筒形状に形成されており、
図5に示すように、円筒形状の一方の底面側(
図5に示すY1側)が開放されて形成された第2保持部7aを有している。また、スライド部材7の外周には、ハウジング5に組込んだ際にハウジング5の内部でスライド部材7が回転しないよう規制すると共に、第1の磁石1の回転軸Cの方向に沿ってスライド部材7が往復移動する動きを案内する規制部7bが設けられている。また、スライド部材7には、開放された一方の底面とは反対側の外面に加振部7cが設けられている。
【0033】
ハウジング5は、合成樹脂などの非磁性材料を用いて中空に形成され、内部には
図5に示すように、回転支持部5aと、往復支持部5bと、を有している。またハウジング5には、回転部材6のギヤ部6bが露出するギヤ開口部5cと、スライド部材7の規制部7bが案内されるスライド支持部5dが設けられている。
【0034】
次に、回転手段20及び筐体30の構成について、
図1から
図3を用いて説明する。
【0035】
回転手段20は、
図2に示すようにモータ21と、モータ21のシャフト(図示せず)に嵌合して固定された駆動歯車22とを備えており、モータ21に電力を供給するための電源端子(図示せず)を備えている。
【0036】
筐体30は合成樹脂などの絶縁体で形成されており、
図3に示すように、加振面30aと、駆動装置固定部30bと、モータ固定部30cを有している。筐体30にはその他に、第1中継歯車31と、第2中継歯車32とが噛合った状態で回転可能に支持されて固定されている。
【0037】
筐体30の加振面30aは、
図1に示すタッチパネル200の例に示すフレーム202のような被振動対象に接するように配置される。加振面30aにはスライド部材7の加振部7cが挿通可能に設けられた第2開口部30eが設けられ、対向する側面には、駆動装置10の回転部材6が回転可能に挿通される第1開口部30dが設けられている。またその他に、モータ21を組み付けた際に、モータ21の電源端子と接触し、モータ21に電力を供給するための接点部(図示せず)と、接点部と接続され外部から振動発生装置100に電力を供給するための電源供給端子(図示せず)が備えられている。
【0038】
次に、本実施形態における振動発生装置100の構造について
図2ないし
図5を用いて説明する。
【0039】
まず、駆動装置10の構造について
図4及び
図5を用いて説明する。
【0040】
第1の磁石1と第1のヨーク3とは、
図5に示すように、回転部材6の第1保持部6aに、第1保持部6aの中で第1の磁石1が回転しないように固定される。第1の磁石1の第1の対向面1aは、回転部材6の回転軸Cが直交すると共に第1の対向面1aの中心を通るように、
図5に示すY2側に向けて保持される。第1の磁石1と第1のヨーク3とは、回転部材6がハウジング5の内部で回転軸Cを中心に回転する際には、回転部材6と一体で回転する。
【0041】
回転部材6はハウジング5の回転支持部5aによって、回転可能に支持されると共にハウジング5の内部で回転軸Cの方向へ移動しないように規制されている。
【0042】
第2の磁石2と第2のヨーク4とは、
図5に示すように、スライド部材7の第2保持部7aに、第2保持部7aの中で第2の磁石2が回転しないように固定される。第2の磁石2の第2の対向面2aは、回転部材6の回転軸Cが直交すると共に第2の対向面2aの中心を通るように、
図5に示すY1側に向けて保持される。従って、スライド部材7に設けられた加振部7cは第2の磁石2の第2の対向面2aと反対側に位置し、第1の磁石1の第1の対向面1aと第2の磁石2の第2の対向面2aとは互いに向かい合うようにハウジング5に保持される。また、第2の磁石2と第2のヨーク4とは、スライド部材7がハウジング5の内部で第1の磁石1の回転軸Cの方向にそって移動する際には、スライド部材7と一体で移動する。
【0043】
スライド部材7は、ハウジング5の往復支持部5bによって、第1の磁石1の回転軸Cの方向に沿って往復移動可能に支持され、規制部7bがハウジング5のスライド支持部5dに狭持されることでハウジング5の内部で回転しないように規制されている。また、スライド部材7は、ハウジング5の内部で第1の磁石1の回転軸Cの方向に沿って移動する際に、スライド支持部5dによって第1の磁石1に最も接近する近端から最も離れた位置となる遠端までの間で移動するように往復移動できる範囲を規制されている。尚、スライド部材7が第1の磁石1に最も接近する近端に位置していても、第1の磁石1と第2の磁石2が直接接触することが無いように、スライド支持部5dが設定されている。
【0044】
回転部材6とスライド部材7と、がハウジング5に収納された状態では、第1の磁石1の第1の対向面1aと第2の磁石2の第2の対向面2aとは同一軸上で対向している。
【0045】
スライド部材7に設けられた加振部7cは、スライド部材7がハウジング5に組込まれてハウジング5が筐体30に組込まれた状態で、回転部材6側から離れる方向に移動し遠端に達した位置では、先端が筐体30の加振面30aから突出するように形成されている。また、近端に位置する際にはハウジング5の内側に格納された状態となる。尚、このスライド部材7を形成する合成樹脂材の弾性係数を適宜選択することで、
図1に示すフレーム202で例示したような被振動対象に加振部7cが衝突して振動を与える際に発生する音を低減することが可能になる。
【0046】
次に、駆動装置10及び回転手段20を筐体30への取り付けた状態について、
図2及び
図7を用いて説明する。
図7は、駆動装置10及び振動発生装置100の構造を説明する模式図である。
図7(a)は駆動装置10のハウジング5の上面側を省いた状態で、
図1に示す振動発生装置100をZ1側から見た上面図で、
図7(b)は、振動発生装置100を加振面30a側から見た側面図である。
【0047】
駆動装置10が、筐体30に設けられている駆動装置固定部30bに固定されると、
図4(b)に示すようにハウジング5のギヤ開口部5cから露出している回転部材6のギヤ部6bが、
図7(a)に示すように第2中継歯車32と噛合った状態となる。
【0048】
回転手段20のモータ21が、筐体30に設けられているモータ固定部30cに固定されると、
図2及び
図7(a)に示すように、回転手段20の駆動歯車22は、第1中継歯車31とが噛合った状態となる。この状態で回転手段20が動作し駆動歯車22が回転すると、第1中継歯車31を回転し、第1中継歯車31の回転によって第2中継歯車32が回転し、駆動装置10の回転部材6に設けられたギヤ部6bを回転させる。このように、回転手段によって駆動装置10の回転部材6を回転することができる。
【0049】
次に本実施形態に係る振動発生装置100の動作について
図6及び
図8を用いて説明する。
図8は、
図7(b)に示す振動発生装置100の、A−A断面を示す模式図である。
【0050】
動作前の初期状態では
図8(a)に示すようにスライド部材7はハウジング5の内部で回転部材6側に引き寄せられた状態で、最も吸引力が大きくなる位置関係に自律的に停止している。この状態では第1の磁石1の第1の対向面1aは、
図6(c)に示す位置で、第2の磁石2の第2の対向面2aは、
図6(b)に示す状態で向かい合っている。そのため、第1の対向面1aと第2の対向面2aとの間には、
図6(b)及び
図6(c)に示すZ1側及びZ2側では異なる磁極同士が向き合っているために引き合う力が働いている。Z1‐Z2方向の中央付近では、同じS極同士が向き合っているため反発力が働き、引き合う力の働く面積が反発力の働く面積より広いために引き合う力の方が強く、第1の磁石1と第2の磁石2は引き合った状態となっている。
【0051】
次に、振動発生装置100に電力を供給し、回転手段20のモータ21を動作させると、モータ21のシャフトが回転すると共に、シャフトに固定されている駆動歯車22が回転する。駆動歯車22の回転によって第1中継歯車31が回転し、第1中継歯車31の回転によって第2中継歯車32が回転する。第2中継歯車32が回転することで、駆動装置10の回転部材6のギヤ部6bに回転力が伝わり、回転部材6が、組込まれている第1の磁石1や第1のヨーク3と共に回転する。
【0052】
回転部材6が半周回転すると、第1の磁石1の第1の対向面1aは
図6(d)に示す位置で、第2の磁石2の第2の対向面2aは
図6(b)に示す状態で、向き合うこととなる。そのため、同じ磁極同士が向き合っているため反発する力が二つの磁石の対向面の略全面に働く。回転部材6は、ハウジング5の回転支持部5aによってハウジング5の内部で回転軸Cの方向へ移動できないように規制されているため、スライド部材7に収納された第2の磁石2に強い反発力が働く。この反発力によってスライド部材7が第1の磁石1から遠ざかる方向へ強く駆動され、スライド部材7の加振部7cが筐体30に設けられた第2開口部30eから勢いよく突出し、
図8(b)に示す状態となる。
【0053】
回転部材6が更に半周回転すると、第1の磁石1の第1の対向面1aは、
図6(c)に示す状態に戻り、第2の磁石2の第2の対向面2aは、
図6(b)に示す状態で向き合うこととなる。そのため、第1の磁石1と第2の磁石2との間に引き合う力が働きスライド部材7が再び
図8(a)に示す初期状態の位置に自律的に引き寄せられる。
【0054】
以上のように、駆動装置10の回転部材6を、回転手段20によって回転させることで第1の磁石1を回転させ、第1の磁石1の第1の対向面1aと第2の磁石2の第2の対向面2aとの間に働く磁力を、吸引力または反発力に切り替えることができる。このため吸引力が働く場合には第2の磁石2が第1の磁石1に近づく方向へ移動し、反発力が働く場合には第2の磁石2が第1の磁石1から遠ざかる方向に移動するよう動作させることができる。このように、磁力の吸引力と反発力で第2の磁石2を回転軸Cの方向に往復移動することができる。
【0055】
尚、第1の対向面1a及び第2の対向面2aに着磁されたN極及びS極の面積は1対2程度に形成されることが好ましい。1対2の割合で形成された場合に、第1の磁石1を30度間隔で360度回転させた際に第2の磁石2に働く力のシミュレーション結果を
図9に示す。
図9に示すとおり1対2の割合で着磁された場合には、吸引力の最大値と反発力の最大値の比が約1対3となっており、反発力に対して吸引力が小さくなっている。このため、第1の磁石を小さな力で回転させることができるので、吸引力と反発力との切り替えを早くすることができる。
【0056】
回転部材6を連続的に回転させることで、スライド部材7を回転部材6の回転軸Cの方向に沿って連続的に往復移動させることができる。そのためスライド部材7に設けられた加振部7cの可動範囲に被振動対象を配置することで、振動対象に振動を与えることができる。
【0057】
以下に、本実施形態としたことによる効果について説明する。
【0058】
本実施形態の振動発生装置100は、回転手段20によって駆動装置10の第1の磁石1を回転させることで、磁石の吸引力と反発力で第2の磁石2を回転軸Cの方向に往復移動させることができる。このため、第2の磁石2が第1の磁石1から離れる方向に移動する際に、第2の磁石2に備えられた加振部7cを被振動対象に衝突させることができる。そのため被振動対象に衝突に伴う立ち上がりが鋭い振動を被振動対象に与えることができる。従って、振動の立ち上がりが鋭いキレのある振動を発生させることができる振動発生装置を提供することができる。
【0059】
また、第2の磁石2に備えられた加振部7cの弾性係数を適宜選択することによって、被振動対象が振動を受けることによって生じる異音や、可聴周波数となる振動の高調波を、弾性シートによって低減することができる。従って、振動時に発生する音を抑制し、音の小さな振動発生装置を実現することができる。
【0060】
また本実施形態の振動発生装置100は、第1の磁石1及び第2の磁石2に、第1の対向面1aと第2の対向面2aを除く部分にヨークが配置されているので、ヨークが配置された部分からの漏れ磁束が減少し、対向する面に磁力線が集中する。そのため二つの磁石の間に働く磁力を強めることができるので、駆動力の大きな駆動装置を実現することができる。
【0061】
また本実施形態の振動発生装置100は、回転手段20がモータであるので、偏芯モータ等の特定用途のモータを用いること無く、一般的なモータを使用して振動発生装置を構成することができる。振動発生装置としての駆動力は二つの磁石の間に働く磁力で決定されるため、モータは磁石を回転するのに必要な駆動力を有していれば良いので、用途に応じて最適なモータを選択して使用することができる。
【0062】
以上説明したように、本実施形態の振動発生装置100によれば、振動の立ち上がりが鋭いキレのある振動を与えることが可能な振動発生装置を提供することができる。
【0063】
以上のように、本発明の実施形態に係る振動発生装置100を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでは無く、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
【0064】
(1)本実施形態において、第1の磁石1を回転部材6に収納し、回転部材6を回転させる例を示して説明を行ったが、第1の磁石に回転力を伝えるギヤ部を形成し、回転部材6を用いない構成としても良い。
【0065】
(2)本実施形態において、第2の磁石2をスライド部材7に収納し、スライド部材7に加振部7cを形成する例を示して説明を行ったが、第2の磁石2に回転を規制する規制部や加振部を形成し、スライド部材7を用いない構成としてもよい。また加振部を第2のヨークに形成して実施しても良い。第2のヨークに加振部を形成すれば、第2の磁石2の形状を変更する必要が無く、別部材を設ける必要も無いため、より構造が簡易な振動発生装置を実現することができる。
【0066】
(3)本実施形態において、第1の磁石1の第1の対向面1a及び第2の磁石2の第2の対向面2aが、S極に着磁される領域が広い例を示して説明を行ったが、同じ面積に着磁されていても良く、N極側が広くなるよう変更して実施しても良い。
【0067】
(4)本実施形態において、第1の磁石1の第1の対向面1a及び第2の磁石2の第2の対向面2aが、2極着磁されている例を示して説明を行ったが、3極以上の多極着磁をして実施しても良い。
図10に多極着磁した場合の例を示す、
図10(a)は3極に着磁した例であり、
図10(b)及び
図10(c)は4極に着磁した例を示す図である。例えば
図10(b)のように着磁した場合、第1の磁石がおよそ90度回転する度に、吸引力と反発力を切り替えることができるので、同じ速さで第1の磁石を回転させた場合、より早い周期で第2の磁石を駆動することができる。従って、振動発生装置に適用した場合にはより早い周期の振動を発生することが可能となる。
【0068】
(5)本実施形態において、第1の磁石1の第1の対向面1a及び第2の磁石2の第2の対向面2aが、円形である例を示して説明を行ったが、中心部に孔の開いたドーナツ形状や多角形状であっても良い。第1の磁石の回転によって吸引力と反発力を得ることから、回転対象となる形状がより好適であるが、着磁状態によって吸引力と反発力が得られれば形状を変形して実施しても良い。
【0069】
(6)本実施形態において、第1のヨーク3及び第2のヨーク4は円盤状の形状に形成されている例を示して説明を行ったが、第1の対向面1a及び第2の対向面2aだけが露出するような一方が閉じた円筒形状としても良い。このような形状のヨークを用いると、第1の対向面及び第2の対向面2a以外の箇所からの磁力の洩れが減少し第1の対向面1a及び第2の対向面2aに磁力を集中することができる。このため、同じ磁力の磁石の場合より強い磁力を得ることができるので、より大きな駆動力の駆動装置とすることができる。また、同じ駆動力を得ようとした場合には、より磁力の小さい磁石を用いることができるので、外形の小さい磁石などを用いることが可能となるので、駆動装置及び、駆動装置を用いた振動発生装置を小型化することができる。
【0070】
(7)本実施形態において、スライド部材7を形成する合成樹脂材の弾性係数を適宜選択することで、加振部7cが被振動対象に衝突して振動を与える際に発生する音を低減する例を挙げて説明を行ったが、加振部と被振動対象との間に弾性シートを介するようにしても良い。その場合弾性シートは加振部のみに配置しても良く、また振動発生装置と被振動対象との間全面に配置しても良い。