Processing

Please wait...

Settings

Settings

Goto Application

1. WO2020111043 - CONTROL DEVICE

Document

明 細 書

発明の名称 制御装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008   0009  

課題を解決するための手段

0010  

発明の効果

0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139  

産業上の利用可能性

0140  

符号の説明

0141  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

明 細 書

発明の名称 : 制御装置

技術分野

[0001]
 本発明は、振動アクチュエーターを駆動する制御装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来、感知パネルであるタッチパネルの操作の際に、タッチパネルに表示された表示画面に接触した操作者の指腹等に対して、接触操作感(接触して操作する感覚)として振動アクチュエーターにより振動を付与する構成が知られている(特許文献1及び特許文献2参照)。
[0003]
 特許文献1には、タッチパネルの裏面に、振動伝達部を介して振動アクチュエーターが取り付けられた携帯端末装置が開示されている。この振動アクチュエーターは、振動伝達部に固定されるハウジング内に、可動子が、タッチパネルに対して垂直に配置されたガイドシャフトに沿って往復移動可能に配置されている。この振動アクチュエーターでは、タッチパネルへの操作に対応して可動子をハウジングに衝突させることで、振動伝達部を介してタッチパネルに接触する指腹に振動を付与する。
[0004]
 また、特許文献2では、タッチパネルへの操作に対応して振動を付与する振動呈示装置が開示されている。この振動呈示装置では、振動を呈示する振動部である振動パネルと振動パネルを支持する筐体との間に、振動を発生させるボイスコイルモータと、振動パネルと配置されて所定の力で圧縮される支持部と、振動部の振動に制動作用を付与するダンパと、支持部及びダンパに圧縮力を付与するばねと、が並行して介設されている。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2015-070729号公報
特許文献2 : 特開2016-163854号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 ところで、振動呈示装置をカーナビゲーションシステム等の車載用装置に適用して、タッチパネルに接触した操作者の指腹等に対して接触操作感を付与する場合、接触操作感となる触感フィードバックとして、強いフィードバックが要求されつつ、装置自体の低コスト化が望まれている。
[0007]
 装置自体の低コスト化を図る場合では、振動アクチュエーターを、比較的高価なマグネットを用いることなく、例えば、ソレノイド駆動の推力発生メカニズムを用いて、操作機器を弾性体で保持させる構造が考えられる。この構造では、単にパルスをソレノイドに入力して、弾性体で保持したソレノイドの可動部の引き込みを行い、また、これを開放することにより操作機器を移動しており、操作機器に対する駆動方向は1方向となっている。このようなソレノイド駆動構造では、可動部を引き込むために発生させる推力の大きさは、供給電圧に比例するため、アクチュエーター自体の大きさに依存している。
[0008]
 よって、近年では、低コスト化及び薄型化を図りつつ、触感フィードバックのための好適な推力をより効率良く発生することが望まれている。
[0009]
 本発明の目的は、電磁アクチュエーターを用いて、低コスト化及び薄型化を図ることができるとともに、接触して操作する操作者への触感フィードバックに好適な推力を効率良く発生できる制御装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010]
 本発明の制御装置は、
 弾性振動可能に支持された操作機器をその振動方向の一方向に駆動する電磁アクチュエーターを制御する制御装置であって、
 前記操作機器の接触操作に応じて、前記操作機器を駆動する駆動電流として、複数の駆動電流パルスを前記電磁アクチュエーターのコイルに供給する電流パルス供給部を有し、
 前記駆動電流パルス毎のピーク間の間隔は、前記弾性振動の振動周期の1/2倍~1倍の範囲である構成を採る。

発明の効果

[0011]
 本発明によれば、電磁アクチュエーターを用いて、低コスト化及び小型化を図ることができるとともに、接触して操作する操作者への触感フィードバックに好適な推力を効率良く発生できる。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 本発明の実施の形態に係る制御装置を有する振動呈示装置を示す側面図である。
[図2] 本発明の実施の形態に係る制御装置が駆動制御する一例としての電磁アクチュエーターの平面側外観斜視図である。
[図3] 同電磁アクチュエーターの底面側外観斜視図である。
[図4] 同電磁アクチュエーターの平面図である。
[図5] 図4のA―A線矢視断面図である。
[図6] 同電磁アクチュエーターの分解斜視図である。
[図7] 同電磁アクチュエーターにセンサを設けた状態を示す断面図である。
[図8] 同電磁アクチュエーターの磁気回路構成を示す図である。
[図9] 図9A、図9Bは、同電磁アクチュエーターの動作の説明に供する図である。
[図10] 本発明の実施の形態に係る制御装置を示す全体構成図である。
[図11] 本発明の実施の形態に係る制御装置により電磁アクチュエーターを駆動する駆動電流パルスのパターン1を示す図である。
[図12] 本発明の実施の形態に係る制御装置により電磁アクチュエーターを駆動する駆動電流パルスのパターン2を示す図である。
[図13] 本発明の実施の形態に係る制御装置により電磁アクチュエーターを駆動する駆動電流パルスのパターン3を示す図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[0014]
 本実施の形態では、直交座標系(X,Y,Z)を使用して説明する。後述する図においても共通の直交座標系(X,Y,Z)で示している。以下において、制御装置1を有する振動呈示装置200の幅、奥行き、高さは、それぞれ、X方向、Y方向、Z方向の長さであり、電磁アクチュエーター10の幅、奥行き、高さもそれぞれ対応して、X方向、Y方向、Z方向の長さとする。また、Z方向プラス側は、操作者に振動フィードバックを付与する方向であり、「上側」とし、Z方向マイナス側は、操作者が操作する際に押圧する方向であり、「下側」として説明する。
[0015]
(制御装置1を用いた振動呈示装置200の基本構成)
 図1に示す振動呈示装置200は、制御装置1、制御装置1により駆動制御する電磁アクチュエーター10、及び、操作者が接触操作する操作機器(タッチパネル2)を有する。振動呈示装置200では、操作者の操作機器への接触操作に対応して、操作機器に振動を付与する。つまり、操作機器を介して、操作機器を接触して操作する操作者に触感フィードバックを付与する。本実施の形態では、操作機器は、画面を表示し、画面に接触することにより操作されるタッチパネル2である。
[0016]
 振動呈示装置200は、例えば、電子機器として、カーナビゲーションシステムのタッチパネル装置として用いられ、タッチパネル2の画面2aに接触して操作する操作者に振動を呈示する装置として機能する。なお、振動呈示装置200では、操作機器としてのタッチパネル2は、画面2aに操作者が触れることのできる画像等を表示する表示機能を有するパネルとしているが、表示機能がなく、単に操作者が触れて操作可能な操作機器であってもよい。
[0017]
 図1に示す振動呈示装置200では、電磁アクチュエーター10は、タッチパネル2と、タッチパネル2の裏面側に配置される装置裏面部としての基台3と、の間に配置される。制御装置1は、電磁アクチュエーター10自体に設けられてもよく基台3に設けられてもよい。
[0018]
 タッチパネル2は、裏面側で、電磁アクチュエーター10の可動体40(図2参照)の面部固定部44に固定されている。また、基台3は、タッチパネル2と対向して配置されており、電磁アクチュエーター10の固定体は、基台3に支柱部3aを介して固定されている。このように、電磁アクチュエーター10は、タッチパネル2と基台3の中央部のそれぞれの間で、互いを接続するように配置されている。
[0019]
 タッチパネル2自体は、電磁アクチュエーター10の可動体40と一体に駆動する。操作者がタッチパネル2の画面を押圧して操作を行う際に、操作者の指等が画面に接触する方向、例えば、タッチパネル2の画面に対して垂直に押圧する方向は、電磁アクチュエーター10における可動体40の振動方向であるZ方向と同じ方向である。
[0020]
 このように、制御装置1、タッチパネル2、電磁アクチュエーター10を実装した振動呈示装置200によれば、タッチパネル2を直接動作させる、つまり可動体40とともにタッチパネル2を指の接触方向と同方向で駆動させるため、強い振動でタッチパネル2を直接駆動できる。
[0021]
 よって、タッチパネル2に表示される機械式スイッチ等の画像に接触して操作する際に、可動体40を可動して、画像に応じた操作感、例えば実際の機械式スイッチを操作する際の操作感と同様の操作感となる振動を付与して、使い心地の良い操作を実現する。
[0022]
<電磁アクチュエーター10の全体構成>
 図2は、本発明の実施の形態に係る制御装置の電磁アクチュエーターの平面側外観斜視図であり、図3は、同電磁アクチュエーターの底面側外観斜視図であり、図4は、本発明の実施の形態に係る制御装置の電磁アクチュエーターの平面図である。また、図5は、図4のA―A線矢視断面図であり、図6は、本発明の実施の形態に係る制御装置の電磁アクチュエーターの分解斜視図である。
[0023]
 図2~図6に示す電磁アクチュエーター10は、制御装置1を適用した電子機器に実装されて、操作機器の一例であるタッチパネル2(図1参照)の振動発生源として機能する。
[0024]
 電磁アクチュエーター10は、固定体と、操作機器に対して固定され、固定体30に対して弾性振動可能に支持される可動体40とを有し、可動体40を一方向に駆動させ、付勢力を発生する部材(板状弾性支持部50)の付勢力により可動体40を一方向とは反対の方向に移動させることで、可動体40を直線往復移動(振動を含む)させる。
[0025]
 電機アクチュエーター10は、タッチパネル2の画面2a上における操作者による接触操作に対応して、振動を操作者に伝達して体感させることで、タッチパネル2を触れた操作者に直感的な操作を可能とする。なお、タッチパネル2は、タッチパネル2上における操作者による接触操作を受け付けて、その接触位置を出力する接触位置出力部を有する。接触位置出力部により出力される接触位置情報、及び駆動タイミングに基づいて制御装置1は、接触操作に対応する振動が発生するように、電磁アクチュエーター10に駆動信号を出力して駆動電流を供給する。制御装置1から供給される駆動電流を受けた電磁アクチュエーター10は、タッチパネル2から出力された接触位置に対応した振動を発生して駆動し、タッチパネル2に伝達して、タッチパネル2を直接振動させる。このように、タッチパネル2で受けた操作者の操作を受け付けて、それに応じて電磁アクチュエーター10は駆動する。
[0026]
 電磁アクチュエーター10は、コア24にコイル22が巻回されてなるコア組立体20及びベース部32を有する固定体30と、磁性体のヨーク41を有する可動体40と、板状弾性部50(50-1、50-2)と、を有する。板状弾性部50(50-1、50-2)は、固定体30に対して可動体40を振動方向に可動可能に弾性支持する。
[0027]
 電磁アクチュエーター10は、板状弾性部50で移動可能に支持される可動体40を、固定体30に対して、一方向に移動するように駆動する。また、可動体の一方向と逆方向へ移動は、板状弾性部50の付勢力により行われる。
[0028]
 具体的には、電磁アクチュエーター10は、コア組立体20により、可動体40のヨーク41を振動させる。具体的には、通電されるコイル22および通電されるコイル22により励磁されるコア24の吸着力と、板状弾性部50(50-1、50-2)による付勢力とにより、可動体40を振動させる。
[0029]
 電磁アクチュエーター10は、Z方向を厚み方向とした扁平形状に構成される。電磁アクチュエーター10は、可動体40を、固定体30に対して、Z方向、つまり、厚み方向を振動方向として振動させ、電磁アクチュエーター10自体の厚み方向で離れて配置される表裏面のうちの一方の面を他方の面に対してZ方向に接近、離間させる。
[0030]
 電磁アクチュエーター10は、本実施の形態では、コア24の吸着力により可動体40を、一方向としてのマイナスZ方向に移動し、板状弾性部50(50-1、50-2)による付勢力により、可動体40をプラスZ方向に移動する。
[0031]
 本実施の形態の電磁アクチュエーター10では、可動体40は、可動体40の可動中心に対して点対称の位置で、Z方向と直交する方向に沿って複数配置された板状弾性部50(50-1、50-2)により弾性支持されているが、この構成に限らない。
 板状弾性部50は、可動体40と固定体30との間に固定され、且つ、弾性変形する蛇腹形状部を有し固定体30に対して可動体40を、少なくともコア24の両端部(磁極部242、244)のうちの一方の端部と対向する方向で移動自在に弾性支持する。このような構成であれば、板状弾性部50は、どのように設けられてもよい。例えば、板状弾性部50は、固定体30(コア組立体20)に対して可動体40を、コア24の一方の端部(磁極部242或いは磁極部244)と対向する方向で移動自在に弾性支持するようにしてもよい。また、板状弾性部50-1、50-2は、可動体40の中心(可動中心)に対し、線対称で配置されてもよく、2つ以上の複数の板状弾性部50を用いてもよい。それぞれの板状弾性部50-1、50-2は、一端側で固定体30に固定され、他端側で可動体40に固定され、可動体40を固定体30に対して振動方向(Z方向であり、ここでは上下方向)に移動可能に支持している。
[0032]
<固定体30>
 固定体30は、図5及び図6に示すように、コイル22及びコア24を有するコア組立体20と、ベース部32とを有する。
[0033]
 ベース部32は、コア組立体20が固定され、板状弾性部50(50-1、50-2)を介して可動体40に連結され、可動体40を振動方向に移動自在に支持する。ベース部32は、扁平形状の部材であり、電磁アクチュエーター10の底面を形成する。ベース部32は、コア組立体20を挟むように、板状弾性部50(50-1、50-2)の一端部が固定される取付部32aを有する。取付部32aは、それぞれコア組立体20から同じ間隔を空けて配置される。なお、この間隔は板状弾性部50(50-1、50-2)の変形領域となる間隔である。
[0034]
 取付部32aは、板状弾性部50(50-1、50-2)を固定する固定孔321と、ベース部32を、基台3(図1参照)に固定するための固定孔322とを有する。固定孔322は、固定孔321を挟むように、取付部32aの両端部に設けられている。これにより、ベース部32は、基台3(図1参照)に対して全面的に安定して固定される。
[0035]
 ベース部32は、本実施の形態では、板金を加工して、取付部32aである一辺部と他辺部とが底面部32bを挟み、幅(X方向)方向で離れて位置するよう構成されている。取付部32a間には、取付部32aよりも高さの低い底面部32bを有する凹状部が設けられている。凹状部内、つまり底面部32bの表面側の空間は、板状弾性部50(50-1、50-2)の弾性変形領域を確保するものであり、板状弾性部50(50-1、50-2)により支持される可動体40の可動領域を確保するための空間である。
[0036]
 底面部32bは矩形状であり、その中央部には、開口部36が形成され、この開口部36内にコア組立体20が位置されている。
[0037]
 開口部36内にコア組立体20が、一部挿入された状態で固定されている。具体的には、開口部36内には、コア組立体20の下側のボビン26の分割体26b及びコイル22の下側部分が挿入され、側面視して底面部32b上にコア24が位置するように固定される。これにより、底面部32b上にコア組立体20が取り付けられる構成と比較して、Z方向の長さ(厚み)が薄くなっている。また、コア組立体20の一部、ここでは底面側の一部が開口部36内に嵌まり込んだ状態で固定されるので、コア組立体20は底面部32bから外れにくい状態で強固に固定される。
[0038]
 開口部36は、コア組立体20の形状に対応した形状である。開口部36は、本実施の形態では、正方形状に形成されている。これにより、コア組立体20と可動体40とを電磁アクチュエーター10の中央部に配置させて、電磁アクチュエーター10全体を平面視して略正方形状にすることができる。なお、開口部36は、矩形状(正方形状を含む)であってもよい。
[0039]
 コア組立体20は、板状弾性部50(50-1、50-2)との協働により、可動体40のヨーク41を振動(Z方向に往復直線運動)する。
[0040]
 コア組立体20は、本実施の形態では、矩形板状に形成されている。矩形板状の長手方向で離間する両辺部分に磁極部242、244が配置されている。これら磁極部242、244は、Z方向でギャップG(図7参照)をあけて可動体40の被吸着面部46、47の下面が対向するように配置されて、上面である対向面(対向面部)20a、20bで、可動体40の振動方向でヨーク41の被吸着面部46、47の下面と対向する。
[0041]
 コア組立体20は、本実施の形態では、矩形板状に形成され、長手方向で離間する両辺部分に磁極部242、244を有する。これら磁極部242、244は、Z方向でギャップGをあけて可動体40の被吸着面部46、47が対向するように配置されている。
[0042]
 コア組立体20は、図2及び図4に示すように、コイル22の巻回軸を、ベース部32において離間する取付部32aどうしの対向方向に向けて、ベース部32に固定されている。
[0043]
 コア組立体20は、本実施の形態では、ベース部32の中央部、具体的には底面部32bの中央部に配置されている。
[0044]
 コア組立体20は、コア24の外周にボビン26を介してコイル22が巻回されることにより構成されている。
[0045]
 コア組立体20は、図5に示すように、コア24が底面部32bと平行に、底面上に開口部36を跨いで位置するように、底面部32bに固定されている。コア組立体20は、止着部材であるねじ68(図1、図4~図8参照)により、コイル22及びコイル22に巻回される部位(コア本体241)をベース部32の開口部36内に位置させた状態で、固定されている。
[0046]
 具体的には、コア組立体20は、底面部32bに対して、コイル22を開口部36内に配置した状態で、ねじ68を固定孔28と底面部32bの止着孔33(図6参照)とを通して締結することで固定されている。コア組立体20と底面部32bとは、X方向で離間する開口部36の両辺部と磁極部242、244とで、ねじ68により、コイル22を挟み、コイル22の軸心上の二箇所で接合された状態となっている。
[0047]
 コイル22は、電磁アクチュエーター10の駆動時に通電されて、磁界を発生するソレノイドである。コイル22は、コア24及び可動体40とともに、可動体40を吸い寄せて移動させる磁気回路(磁路)を構成する。なお、コイル22には、制御装置1を介して、外部電源から電力供給される。例えば、制御装置1から駆動電流が電磁アクチュエーター10に供給されることでコイル22に電力を供給して電磁アクチュエーター10を駆動する。
[0048]
 コア24は、コイル22が巻回されるコア本体241と、コア本体241の両端部に設けられ、コイル22を通電することにより励磁する磁極部242、244とを有する。
[0049]
 コア24は、コイル22の通電により両端部が磁極部242、244となる長さを有する構造であれば、どのような構造でもよい。例えば、ストレート型(I型)平板状に形成されてもよいが、本実施の形態のコア24は、平面視H型の平板状に形成されている。
[0050]
 I型のコアとした場合、I型コアの両端部(磁極部)において、ギャップGを空けて対向する被吸着面部46、47側の面(ギャップ側面)の面積が狭くなる。これにより、磁気回路における磁気抵抗が高まり、変換効率が低下する恐れがある。また、コアにボビンを取り付ける際に、コアの長手方向におけるボビンの位置決めが無くなるまたは小さくなるので、別途設ける必要が生じる。これに対し、コア24は、H型であるので、コア本体241の両端部でギャップ側面を、コイル22が巻回されるコア本体241の幅よりも長く前後方向(Y方向)に拡大することができ、磁気抵抗を低下させて、磁気回路の効率の改善を図ることができる。また、磁極部242、244においてコア本体241から張り出した部位の間に、ボビン26を嵌め込むだけでコイル22の位置決めを行うことができ、コア24に対するボビン26の位置決め部材を別途設ける必要が無い。
[0051]
 コア24は、コイル22が巻回される板状のコア本体241の両端部のそれぞれに、磁極部242、244が、コイル22の巻回軸と直交する方向に突出して設けられている。
[0052]
 コア24は、磁性体であり、例えば、ケイ素鋼板、パーマロイ、フェライト等により形成される。また、コア24は、電磁ステンレス、焼結材、MIM(メタルインジェクションモールド)材、積層鋼板、電気亜鉛メッキ鋼板(SECC)等により構成されてもよい。
[0053]
 磁極部242、244は、コイル22の両開口部内からY方向でそれぞれ突出して設けられている。
[0054]
 磁極部242、244は、コイル22への通電により励磁されて、振動方向(Z方向)で離間する可動体40のヨーク41を吸引し、移動する。具体的には、磁極部242、244は、発生する磁束により、ギャップGを介して対向配置された可動体40の被吸着面部46、47を吸着する。
[0055]
 磁極部242、244は、X方向に延在するコア本体241に対して垂直方向であるY方向に延在する板状体である。磁極部242、244は、Y方向に長いため、コア本体241の両端部に形成される構成よりも、ヨーク41に対向する対向面20a、20bの面積が広い。
[0056]
 磁極部242、244には、Y方向の中央部分に固定孔28が形成され、固定孔28に挿入するねじ68によりベース部32に固定されている。
[0057]
 ボビン26は、コア24のコア本体241を囲むように配置されている。ボビン26は、例えば、樹脂材料により形成される。これにより、金属製の他の部材(例えば、コア24)との電気的絶縁を確保することができるので、電気回路としての信頼性が向上する。樹脂材料には、高流動の樹脂を用いることにより成形性が良くなり、ボビン26の強度を確保しつつ肉厚を薄くすることができる。なお、ボビン26は、コア本体241を挟むように分割体26a、26bを組み付けることにより、コア本体241の周囲を覆う筒状体に形成されている。なお、ボビン26には、筒状体の両端部にフランジが設けられ、コイル22がコア本体241の外周上に位置するように規定している。
[0058]
<可動体40>
 可動体40は、コア組立体20に振動方向(Z方向)と直交する方向でギャップGを空けて、対向するように配置される。可動体40は、コア組立体20に対して、振動方向に往復移動自在に設けられている。
[0059]
 可動体40は、ヨーク41を有し、ヨーク41に固定される板状弾性部50-1、50-2の可動体側固定部54を含む。
[0060]
 可動体40は、板状弾性部50(50-1、50-2)を介して、底面部32bに対して接離方向(Z方向)に移動可能に、略平行に離間して吊られた状態(基準常態位置)で配置されている。
[0061]
 ヨーク41は、電磁ステンレス、焼結材、MIM(メタルインジェクションモールド)材、積層鋼板、電気亜鉛メッキ鋼板(SECC)等の磁性体から構成される板状体である。ヨーク41は本実施の形態では、SECC板を加工して形成されている。
[0062]
 ヨーク41は、X方向で離間する被吸着面部46、47のそれぞれに固定される板状弾性部50(50-1、50-2)により、コア組立体20に対して、振動方向(Z方向)にギャップG(図7参照)を空けて対向する様に吊設されている。
[0063]
 ヨーク41は、操作機器(図1に示すタッチパネル2参照)を取り付ける面部固定部44と、磁極部242、244に対向配置される被吸着面部46、47とを有する。
[0064]
 ヨーク41は、本実施の形態では、中央部に開口部(固定体側開口部)48を有する。ヨーク41は矩形枠状に形成されている。ヨーク41は、面部固定部44と被吸着面部46、47とで開口部48を囲む枠状に形成されている。
[0065]
 開口部48は、コイル22と対向する。本実施の形態では、開口部48は、コイル22の真上に位置し、開口部48の開口形状は、ヨーク41が底面部32b側に移動した際に、コア組立体20のコイル22部分が挿入可能な形状に形成されている。
[0066]
 ヨーク41は開口部48を有する構成にすることより、開口部48が無い場合と比較して、電磁アクチュエーター全体の厚みを薄くできる。
[0067]
 また、開口部48内に、コア組立体20を位置させるため、コイル22近傍にヨーク41が配置されることがなく、コイル22から漏れる漏えい磁束による変換効率の低下を抑制でき、高出力を図ることができる。
[0068]
 面部固定部44は、操作機器の一例であるタッチパネル2を面接触して固定する固定面44aを有する。固定面44aは平面視台形状をなしており、面部固定孔42に挿入されるねじ等の止着材を介して面部固定部44に固定されるタッチパネル2と面接触する。
[0069]
 被吸着面部46、47は、コア組立体20において磁化された磁極部242、244に吸い寄せられるとともに、板状弾性部50(50-1、50-2)が固定される。
[0070]
 被吸着面部46、47には、それぞれ、板状弾性部50-1、50-2の可動体側固定部54が積層された状態で固定される。被吸着面部46、47には、底面部32b側に移動した際に、コア組立体20のねじ68の頭部を逃げる切欠部49が設けられている。
[0071]
 これにより、可動体40が底面部32b側に移動して、被吸着面部46、47が磁極部242、244に接近しても、磁極部242、244を底面部32bに固定するねじ68に接触することがなく、その分のZ方向のヨーク41の可動領域を確保できる。
[0072]
<板状弾性部50(50-1、50-2)>
 板状弾性部50(50-1、50-2)は、固定体30に対して可動体40を可動自在に支持する。板状弾性部50(50-1、50-2)は、可動体40の上面を、固定体30の上面と同じ高さ、もしくは、固定体30の上面(本実施の形態では、コア組立体20の上面)よりも下面側で、互いに平行となるように支持する。なお、板状弾性部50-1、50-2は、可動体40の中心に対して対称の形状を有し、本実施の形態では、同様に形成された部材である。
[0073]
 板状弾性部50は、ヨーク41を、固定体30のコア24の磁極部242、244に対してギャップGを空けて対向するように、略平行に配置される。板状弾性部50は、可動体40の下面をコア組立体20の上面の高さレベルと略同じレベルよりも、底面部32b側の位置で、振動方向に移動自在に支持する。
[0074]
 板状弾性部50は、固定体側固定部52、可動体側固定部54、固定体側固定部52と可動体側固定部54とを連絡する蛇腹状弾性アーム部56を有する板ばねである。
[0075]
 板状弾性部50は、取付部32aの表面に固定体側固定部52を取り付け、ヨーク41の被吸着面部46、47の表面に、可動体側固定部54を取り付けて、蛇腹状弾性アーム部56を底面部32bと平行にして、可動体40を取り付ける。
[0076]
 固定体側固定部52は、取付部32aに面接触してねじ62により接合して固定され、可動体側固定部54は、被吸着面部46、47に面接触してねじ64により接合して固定されている。
[0077]
 蛇腹状弾性アーム部56は、蛇腹形状部を有するアーム部である。蛇腹状弾性アーム部56は、蛇腹形状部を有することにより、固定体側固定部52と可動体側固定部54との間で、且つ、振動方向と直交する面(X方向及びY方向で形成される面)において、可動体40の振動に必要な変形が可能である長さを確保している。
[0078]
 蛇腹状弾性アーム部56は、本実施の形態では、固定体側固定部52と可動体側固定部54との対向方向に伸びて折り返し、固定体側固定部52と可動体側固定部54とにそれぞれ接合される端部は、Y方向でずれた位置に形成されている。蛇腹状弾性アーム部56は、可動体40の中心に対して、点対称或いは線対称の位置に配置されている。
[0079]
 これにより、可動体40は、蛇腹形状のばねを有する蛇腹状弾性アーム部56により両側方で支持されるため、弾性変形する際の応力分散が可能となる。すなわち、板状弾性部50は、可動体40を、コア組立体20に対して傾斜することなく、振動方向(Z方向)に移動させることができ、振動状態の信頼性の向上を図ることができる。
[0080]
 板状弾性部50は、それぞれ、少なくとも2つ以上の蛇腹状弾性アーム部56を有しているので、蛇腹状弾性アーム部56がそれぞれ一つの場合と比較して、弾性変形する際の応力が分散され、信頼性の向上を図ることができるとともに、可動体40に対する支持のバランスが良くなり、安定性の改善を図ることができる。
[0081]
 板状弾性部50としての板ばねは、本実施の形態では、磁性体からなる。また、板状弾性部50の可動体側固定部54は、コア24の両端部(磁極部242、244)とのコイル巻回軸方向で対向する位置ないしその上側に配置され、磁路として機能されている。本実施の形態では、可動体側固定部54は被吸着面部46、47の上側に積層した状態で固定されている。これによりコア組立体20の磁極部242、244に対向する被吸着面部46、47の厚みH(図7参照)を磁性体の厚みとして大きくできる。板状弾性部50の厚みと、ヨーク41の厚みを同じであるので、磁極部242、244に対向する磁性体の部位の断面積を2倍にできる。これにより、板ばねが非磁性の場合と比較して、磁気回路を拡張して、磁気回路における磁気飽和による特性の低下を緩和し、出力向上を図ることができる。
[0082]
 なお、本実施の形態の電磁アクチュエーター10において、面部固定部44で固定される操作面部が操作された際の可動体40の押し込み量を検知する検出部を設けてもよい。本実施の形態では、例えば、図7に示すように、検出部として、板状弾性部50の歪みを検出する歪み検出センサ70が設けられている。
[0083]
 歪み検出センサ70は、面部固定部44が、底面部32b側に押し込まれた際に変形する板状弾性部50の歪みを検出する。検出した歪みは、制御部等に出力されて、この歪みに対応した可動体40の移動量となるように、コイル22が通電され、ヨーク41を吸引して移動させる。
[0084]
 本実施の形態では、電磁アクチュエーター10は、操作される操作機器の移動量を判定しなくても、操作機器への接触が検出できれば機能する。一方、電磁アクチュエーター10は、実際の操作機器の移動量に対応した移動量で、板状弾性部50に対する押し込み量を検出できれば、この検出結果を用いて、より自然な感触の表現を実現できる。また、歪み検出センサ70のように、操作者の接触操作、つまり、可動体40の押し込み量を検出するセンサの検出結果に基づいて、制御装置1の電流パルス供給部による駆動電流パルスを出力する際の可動体40(操作機器であるタッチパネル2)の振動周期を調整してもよい。
[0085]
 歪み検出センサ70は、板状弾性部50の蛇腹状弾性アーム部56において、歪みの大きい付け根付近に取り付けられており、また、他部材の邪魔にならない領域である、所謂、デッドスペースに配置されている。なお、歪み検出センサ70に代えて、板状弾性部50の下方で、板状弾性部50の変形部分と対向する底面部32b上に、押し込まれて変位する板状弾性部50との間の距離を測定する静電容量センサ等の押し込み検出用の検出部を配置してもよい。
[0086]
 図8は、電磁アクチュエーター10の磁気回路を示す図である。なお、図8は、図4のA-A線で切断した電磁アクチュエーター10の斜視図であり、磁気回路は、図示しない部分も図示された部分と同様の磁束の流れMを有する。また、図9は、磁気回路による可動体の移動を模式的に示す断面図である。詳細には、図9Aは板状弾性部50により、可動体40が、コア組立体20から離間した位置に保持されている状態の図であり、図9Bは、磁気回路による起磁力によりコア組立体20側に吸引されて移動した可動体40を示す。
[0087]
 具体的には、コイル22を通電すると、コア24が励磁されて磁場が発生し、コア24の両端部が磁極となる。例えば、図8に示すように、コア24において、磁極部242がN極となり、磁極部244がS極となる。すると、コア組立体20とヨーク41との間には、磁束の流れMで示す磁気回路が形成される。この磁気回路における磁束の流れMは、磁極部242から対向するヨーク41の被吸着面部46に流れ、ヨーク41の面部固定部44を通り、被吸着面部47から、被吸着面部47に対向する磁極部244に至る。
 本実施の形態では、板状弾性部50も磁性体であるので、被吸着面部46に流れた磁束(磁束の流れMで示す)は、まず、ヨーク41の被吸着面部46及び板状弾性部50-1の可動体側固定部54を通る。次いで、磁束(磁束の流れM)は、被吸着面部46の両端から、面部側固定部44を介して被吸着面部47及び、板状弾性部50-2の可動体側固定部54の両端に至る。
[0088]
 これにより、電磁ソレノイドの原理により、コア組立体20の磁極部242、244は、ヨーク41の被吸着面部46、47を吸引する吸引力Fを発生する。すると、ヨーク41の被吸着面部46、47は、コア組立体20の磁極部242、244の双方で引き寄せられ、ヨーク41の開口部48内に、コイル22が挿入されて、ヨーク41を含む可動体40は、板状弾性部50の付勢力に抗して、F方向に移動する(図9A及び図9B参照)。
[0089]
 また、コイル22への通電を解除すると、磁界は消滅し、コア組立体20による可動体40の吸引力Fは無くなり、板状弾性部50の付勢力により、元の位置に移動(-F方向に移動)する。
[0090]
 これを繰り返すことで、電磁アクチュエーター10では、可動体40が往復移動して振動方向(Z方向)の振動を発生する。
[0091]
 可動体40を往復直線移動させることにより、可動体40が固定される操作機器であるタッチパネル2も、可動体40に追従してZ方向に変位する。本実施の形態では、駆動による可動体40の変位、つまり、タッチパネル2の変位G(図1参照)は、0.03mm~0.3mmの範囲としている。
[0092]
 この変位量の範囲は、操作者が操作機器であるタッチパネル2の画面2aを押圧した際に、操作者に付与する触感フィードバックの変位が小さいとフィーリングが不十分となったり、また、大きいと不快に感じたりすることに起因する。
[0093]
 複数の被検者A~Dに対してタッチパネルの変位に対する感応評価を行った。その結果を表1に示す。具体的には、被検者A~Dがタッチパネルを接触操作した際のタッチパネルの変位量(振幅[mm])を0.03~0.3の範囲とし、それぞれの変位状態において、触感と視覚の評価を行った。評価基準としては、「触感」評価では、○:良好、△:許容できる、×:不快、を判定基準とし、「視覚」評価では、○:良好、△:若干、見にくさを感じる、×:見にくさを感じる、を判定基準とした。
[0094]
[表1]


[0095]
 特に、タッチパネル2等のディスプレイを移動させる場合、変位量が大きいと視覚障害を起こすという問題がある。
[0096]
 表1からも明らかなように、変位量G1(図1参照)が0.03mmより小さい場合、触感フィードバックのフィーリングが不十分となり、表1では、「△」:許容できる、「×」:不快」の評価が多くされている。これにより、許容できる変位量G1は、0.03以上とする。また、変位量は、0.3mmより大きくなると、触覚が強く「不快」になる、若しくは、画面が歪んで見える等の視覚障害が発生しやすくなる。よって、変位量G1は、0.25mm以下としている。よって、変位量G1は、より好ましくは、0.03mm~0.2mmの範囲が好ましく、更に好ましくは、0.05mm~0.15mmの範囲である。更に好ましくは、変位量G1は、0.1mmであり、0.1mm近傍の変位量であることが好ましい。これにより、視覚障害を抑えた範囲で、操作者に十分な触感フィーリングを付与できる。
[0097]
 電磁アクチュエーター10では、コア組立体20の磁極部242、244に、ヨーク41の被吸着面部46、47を近接して配置することで、磁気回路効率を上げ、高出力を図ることができる。また、電磁アクチュエーター10では、マグネットを用いることがないので、低コストの構造となる。板状弾性部50(50-1、50-2)である蛇腹形状のばねにより、応力分散が可能となり、信頼性の向上を図ることができる。特に、複数の板状弾性部50(50-1、50-2)により可動体40を支持しているため、より効果的に応力分散を可能にしている。このように、電磁アクチュエーター10は、上下方向駆動によりダイレクトな感触を提供できる。
[0098]
 コイル22が巻回されるコア24を有するコア組立体20が固定体30に固定され、このコア組立体20は、板状弾性部50により固定体30に対してZ方向に可動自在に支持された可動体40のヨーク41の開口部48内に配置されている。これにより、磁気を発生してZ方向に可動体を駆動させるために固定体及び可動体のそれぞれに設ける部材をZ方向で重ねて設ける(例えば、コイルとマグネットをZ方向で対向して配置)必要がないので、電磁アクチュエーターとしてZ方向の厚みを薄くできる。また、マグネットを用いることなく、可動体40を往復直線駆動させることで、操作機器に、触覚フィーリングとしての振動を付与できる。このように、支持構造が単純であるため設計がシンプルになり、省スペース化を図ることができ、電磁アクチュエーター10の薄型化を図ることができる。また、マグネットを用いていないので、マグネットを用いる構成と比較してコストの低廉化を図ることができる。
[0099]
 以下に、電磁アクチュエーター10の駆動原理について簡単に説明する。電磁アクチュエーター10は、下記の運動方程式および回路方程式を用いてパルスを用いて共振現象を発生させて駆動することもできる。なお、動作としては共振駆動ではなく、操作機器としてのタッチパネルに表示される機械式スイッチの操作感を表現するものであり、本実施の形態では、図示しない制御部を介して短パルスを入力することにより駆動するが、短パルスを用いずに任意の振動を発生するように駆動してもよい。機械式スイッチとしては、例えば、タクタイルスイッチ、オルタネイト型スイッチ、モーメンタリスイッチ、トグルスイッチ、スライドスイッチ、ロータリースイッチ、DIPスイッチ、ロッカースイッチが挙げられる。
[0100]
 なお、電磁アクチュエーター10における可動体40は、式(1)、(2)に基づいて往復運動を行う。
[0101]
[数1]


[0102]
[数2]


[0103]
 すなわち、電磁アクチュエーター10における質量m[Kg]、変位x(t)[m]、推力定数K [N/A]、電流i(t)[A]、ばね定数K sp[N/m]、減衰係数D[N/(m/s)]等は、式(1)を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧e(t)[V]、抵抗R[Ω]、インダクタンスL[H]、逆起電力定数K [V/(rad/s)]は、式(2)を満たす範囲内で適宜変更できる。
[0104]
 このように、電磁アクチュエーター10は、可動体40の質量mと、板状弾性部50としての金属ばね(弾性体、本実施の形態では板ばね)のばね定数K spにより決まる。
[0105]
 また、電磁アクチュエーター10では、ベース部32と板状弾性部50との固定、及び、板状弾性部50と可動体40との固定には、ねじ62、64が用いられている。これにより、可動体40が駆動するために、固定体30及び可動体40に対して強固に固定する必要がある板状弾性部50を、リワークを可能とした状態で機械的に強固に固定することができる。
[0106]
<制御装置1>
 制御装置1は、弾性振動可能に支持された操作機器(図1ではタッチパネル2)をその振動方向の一方向に駆動する電磁アクチュエーター10を制御する。
[0107]
 制御装置1は、操作機器の接触操作に応じて、電磁アクチュエーター10に駆動電流を供給して、弾性振動可能な可動体40を、固定体30に対して一方向、ここでは-Z方向に移動する。
 制御装置1は、駆動電流を電磁アクチュエーター10に供給して、可動体40を固定体30に引き込むことにより、タッチパネル2を、固定体30が固定される基台3に対して-Z方向に移動させる。コイル22への駆動電流の供給を停止することにより、可動体40を開放し、板状弾性部50により、可動体40は、引き込まれた方向と逆方向に付勢させて移動する。
[0108]
 制御装置1は、操作者が操作機器に接触した際に、2つ以上の電流パルスを組み合わせて振動アクチュエーター10のコイル22に出力して可動体40を駆動し、振動アクチュエーター10を駆動して、操作機器(図1ではタッチパネル2)を介して操作者に操作機器に接触した際の触感を付与する。
[0109]
 図10は、本発明の実施の形態に係る制御装置の構成の一例を示す回路図である。
 制御装置1は、電流パルス供給部、電圧パルス印加部を有する。
 電流パルス供給部は、操作機器(タッチパネル2)の接触操作に応じて、操作機器を駆動する駆動電流として、複数の駆動電流パルスを電磁アクチュエーター10のコイル22に供給する。また、電流パルス供給部は、複数の駆動電流パルスのうちの最後の駆動電流パルスが供給された後の可動体40(タッチパネル2)の変位量が0.03~0.3mmとなるように、複数の駆動電流パルスを供給してもよい。
[0110]
 電圧パルス印加部は、複数の駆動電流パルスをそれぞれ発生させる複数の制御電圧パルスを、断続的に電流パルス供給部に印加する。
[0111]
 また、電圧パルス印加部は、最先の制御電圧パルスを、コイルへの入力電圧をV、コイル22のコイル抵抗をRとした場合、対応する駆動電流パルスの電流値がV/Rに到達するまで、印加する。また、電圧パルス供給部は、最先の制御電圧パルス以外の制御電圧パルスを、対応する駆動電流パルスの電流値の増加がV/Rに到達するまで、印加する。
[0112]
 図10に示す制御装置1は、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)により構成される電流パルス供給部としてのスイッチング素子82、電圧パルス印加部としての信号発生部(Signal generation)84、抵抗R1、R2、SBD(Schottky Barrier Diodes:ショットキーバリアダイオード)を有する。
[0113]
 制御装置1では、電源電圧Vccに接続された信号発生部84は、スイッチング素子82のゲートに接続されている。スイッチング素子82は、放電切換スイッチであり、SBDに接続されるとともに、電源部Vactから電圧が供給される電磁アクチュエーター(図10では[Actuator]で示す)10に接続される。
[0114]
 電流パルス供給部は、駆動電流として、本実施の形態において操作者の操作機器に対する接触操作に対応して、電磁アクチュエーター10のコイル22に、2パルス1セットの駆動電流パルス列を出力する。
[0115]
<パターン1>
 図11は、本発明の実施の形態に係る制御装置の電磁アクチュエーターに入力される駆動電流パルスのパターン1を示す図である。なお、図11において、電圧、電流、変位は、それぞれ対応し、変位は、供給される駆動電流パルスによる可動体40若しくは操作機器の変位である。また、図12及び図13においても、電圧、電流、変位は、それぞれ対応する。
[0116]
 駆動電流パルスP1、P2毎のピーク間の間隔JK1は、弾性振動の振動周期Tの1/2倍~1倍の範囲である。周期Tは、可動体40の質量m、可動体を弾性に支持部している弾性体のばね定数をKsとした場合の周期T=2π√(m/ks))である。
 例えば、操作者が指(指腹)を画面2aに接触させて操作する際に、2つ以上の駆動電流パルスのうち最先で電磁アクチュエーター10のコイル22に供給される駆動電流パルスが供給された後、弾性振動の振動周期Tの1/2倍~1倍の範囲の間隔を空けて、後続で、二回目に電磁アクチュエーター10に供給される駆動電流パルスが供給される。
[0117]
 駆動電流パルスP1により電磁アクチュエーター10に電流が流れることにより、可動体40(タッチパネル2も同様)が一方向に駆動し、電流パルスが0になる前に、後続の駆動電流パルスP2により電磁アクチュエーター10に電流が流れ、出力する電流値を増加させて最大出力を発揮し、駆動電流パルスP1のみによる変位より大きく可動体は変位し、最大変位になる。
[0118]
 すなわち、可動体40は、駆動電流パルスP1により電磁アクチュエーター10に引かれて一方向(-Z方向)に移動(矢印H1で示す)する。
[0119]
 駆動電流パルスP1が小さくなると、つまり、駆動電流パルスP1の電流値がV/Rに到達するまで、制御電圧パルスQ1が印加されて制御電圧パルスQ1が立ち下がると、可動体40は、板状弾性部50の弾性変形によって生じる付勢力によって、基準常態位置に復帰する方向(Z方向)に移動し、基準常態位置を超えて、電磁アクチュエーター10に吸引された分、基準常態位置の逆側に変位する。そして、可動体40は、基準常態位置を超えて、駆動電流パルスP1の供給による最大変位位置(HP1に位置若しくは位置した後で、駆動電流パルスP2がコイル22に供給される。これにより、可動体40は、駆動電流パルスP2による電磁力と、板状弾性部50の付勢力とによる一方向(-Z方向)に移動(矢印H2で示す)するように駆動される。駆動電流パルスP2の増加がV/R(P2のV/R)に達すると、可動体40は基準常態位置から最大変位位置に変位し、制御電圧パルスP2が立ち下がることで、可動体40は、電磁力による引き込み状態が開放されて、引き込み方向(-Z方向)とは逆方向に移動して、最大変位する。このように可動体40が最大変位したときに、操作者には、電磁アクチュエーター10による振動が触感フィードバックとして付与される。
[0120]
 なお、電圧パルス印加部による制御電圧パルスQ2の印加タイミングは、駆動電流パルスP1によりZ方向側に最大変位した位置HP1であることが望ましい。これにより、駆動電流パルスを効率良く増加させて可動体40の変位を大きくすることができる。
[0121]
 このように制御装置1によれば、効率的な駆動により小型な製品でも出力増加を図ることができる。すなわち、電磁アクチュエーターを用いて、低コスト化及び薄型化を図ることができるとともに、接触して操作する操作者への触感フィードバックに好適な推力を効率良く発生できる。
[0122]
 また、電圧を上げること無く、可動体40の推力を増加できるので、低消費電力かつ駆動システムのコスト低減を図ることができ、搭載された装置全体の低コスト化を図ることができる。
[0123]
 また、制御装置1が電磁アクチュエーター10に供給する駆動電流は、時間間隔T1を空けた2つ以上のパルスを組み合わせて1セットとして、電磁アクチュエーター10に入力される入力パルス電圧としてもよい。これにより、電圧入力で駆動制御を行うことができ、より簡易にシステム構成で簡単な回路構成により実現できる。
[0124]
 ここで、電圧パルス印加部は、電磁アクチュエーター10(具体的にはコイル22)に印加される、最先の制御電圧パルスQ1を、コイル22への入力電圧をV、前記コイルのコイル抵抗をRとした場合、対応する駆動電流パルスP1の電流値がV/Rに到達するまで、印加する。また、電圧パルス印加部は、最先の制御電圧パルスQ1以外の制御電圧パルス、ここでは後続の制御電圧パルスQ2を、対応する駆動電流パルスP2の電流値の増加がV/Rに到達するまで、印加する。これにより、電磁アクチュエーター10において、出力(可動体40を変位させる推力)は電流に比例するため、コイル22のインダクタンスが大きい場合に瞬時に入力可能最大電流に達しなくても、入力可能最大電流に達するまで、最先の制御電圧パルスQ1以外の制御電圧パルスを印加して入力可能最大電流値にして、電磁アクチュエーター10の可動体40の最大の推力となる出力で駆動させることができる。
[0125]
 また、最先の制御電圧パルスQ1と後続の制御電圧パルスQ2とは、互いに同一のパルス幅を有し、後続の制御電圧パルスQ2の開始タイミングは、最先の制御電圧パルスQ1の終了タイミングから、制御電圧パルスのパルス幅の略1/2倍(1/2倍~1倍)だけ後であり、後続の制御電圧パルスQ2に対応する駆動電流パルスP2のピーク到達タイミング(P2のV/Rの位置)は、後続の制御電圧パルスQ2の開始タイミングから、パルス幅の1/2倍~1倍だけ後である。
 また、後続の制御電圧パルス(本実施の形態では制御電圧パルスQ2)の開始タイミングは、最先の制御電圧パルス(本実施の形態では制御電圧パルスQ1)の終了タイミングから、弾性振動の振動周期の1/2倍~1倍だけ後であり、後続の制御電圧パルスに対応する駆動電流パルス(本実施の形態では駆動電流パルスP2)のピーク到達タイミングは、後続の制御電圧パルスの開始タイミングから、弾性振動の振動周期の1/2倍~1倍だけ後ともいえる。これにより、上述したように、電磁アクチュエーター10の可動体40の最大の推力となる出力で駆動させることができる。
[0126]
<パターン2>
 図12は、本発明の実施の形態に係る制御装置の電磁アクチュエーターを駆動する信号のパターン2を示す図である。
 図12に示すパターンでは、電流パルス供給部は、複数の駆動電流パルスをそれぞれ含む複数の駆動電流パルス列P11、P12を、電磁アクチュエーター10のコイル22に間欠的に供給する。なお、複数の駆動電流パルス列P11、P12は、電圧パルス印加部により電磁アクチュエーター10(具体的にはコイル22)に印加される制御電圧パルスQ11、Q12にそれぞれ対応する。
[0127]
 複数の駆動電流パルス列P11、P12の間隔とは、例えば、50~250msecである。具体的には、駆動電流パルス列P11、P12毎の最大ピーク間の間隔(JK2)は、50~250msecである。この間隔は、操作者が触感フィーリングとして、プッシュスイッチ等の凹みを有する各種のスイッチの凹みの戻りの触感と同様の振動を発生して付与するものである。この間隔を調整して可動体40を駆動することにより、タクタイルスイッチやプッシュスイッチ等の様々な触感フィーリングを付与することができる。
[0128]
 このように、操作機器において再現する触感フィーリングが、押し込んだ後、離す際に反力が指に伝わるボタンのフィーリングである場合でも、ボタンの凹みが戻る際のフィーリングを付与できる。例えば、ロッカースイッチ、凹んだ触感のタクタイルスイッチ、押し込んで離すと複数の凹凸の触感となるロータリーエンコーダ、マウスの触感を加速度として検出し、それに対応するように電磁アクチュエーター10を弾性振動することにより再現できる。
[0129]
<パターン3>
 図13は、本発明の実施の形態に係る制御装置の電磁アクチュエーターを駆動する信号のパターン3を示す図である。なお、複数の駆動電流パルス列P21、P22は、電圧パルス印加部により電磁アクチュエーター10(具体的にはコイル22)に印加される制御電圧パルスQ21、Q22にそれぞれ対応する。
[0130]
 図13に示すように、パターン3では、電流パルス供給部は、最先の駆動電流パルス列P21における最大ピーク値に対して、後続の駆動電流パルス列P22における最大ピーク値を低くしている。これにより、駆動する可動体40の変位による触感フィーリングは、最先の駆動電流パルス列P21による振動余韻が残存している最中に、後続の駆動電流パルス列P22による付与される振動で構成される。最先の駆動電流パルス列P21の供給による可動体40におけるZ方向の最大変位よりも、後続の駆動電流パルス列P22の供給による可動体40におけるZ方向の最大変位が、差SA分小さいので、よりタクタイルスイッチの触感フィーリングに近似したフィーリングを付与できる。
[0131]
 例えば、電流パルス供給部は、電磁アクチュエーター10に入力する複数の駆動電流パルスの列を、2セットとした場合、後続の駆動電流パルス列による操作機器の最大変位が最先の駆動電流パルス列による操作機器の最大変位の0.9倍以下となるようにする。この大きさは、スイッチの大きさに依存することが多い。
[0132]
 このように、本実施の形態によれば、効率的な駆動により小型な製品でも出力増加を図ることができる。また、低消費電力を実現できるとともに、マグネット等を用いる事無くコストの低減化を図ることができ、装置全体の低コスト化を図ることができる。
[0133]
 低コスト化を図ることができるとともに、操作機器を操作する操作者への触感フィードバックに好適な可動体40の推力を効率良く発生できる。
[0134]
 なお、板状弾性部50は、可動体40の中心に対して対称な位置に複数固定されていることが好ましいが、上述したように、一つの板状弾性部50で、可動体40を固定体30に対して振動可能に支持するようにしてもよい。板状弾性部50は、可動体40と固定体30とを連結し、且つ、蛇腹状アーム部56を有するアーム部を少なくとも2つ以上備えてもよい。板状弾性部50は、磁性体で構成されてもよい。この場合、板状弾性部50の可動体側固定(可動部側取付け部)54は、コア24の両端部に対してそれぞれコイル22の巻回軸方向または、巻回軸方向と直交する方向に配置され、コイル22に通電された際に、コア24とともに磁路を構成する。
[0135]
 また、電磁アクチュエーター10の構成において、ベース部32と板状弾性部50との固定、及び、板状弾性部50と可動体40との固定のそれぞれに用いたねじ62、64、68に変えて、リベットを用いてもよい。リベットは、それぞれ頭部とねじ部のない胴部からなり、穴を空けた部材に差し込み、反対側の端部をかしめて塑性変形させることで穴を空けた部材同士を接合する。かしめは、例えば、プレス加工機や専用の工具等を用いておこなってもよい。
[0136]
 センサ70のセンサデータによって、各構成要素の個体差等により入力パルスの周期の修正を行うようにしてもよい。
[0137]
 以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。
[0138]
 本実施の形態において制御装置1により駆動制御される電磁アクチュエーターの駆動方向はZ方向としたが、これに限らず、操作者の接触面と平行の方向、具体的には、X方向ないしY方向においても、上述した効率的な駆動や振動の強化等の効果を得ることができる。
[0139]
 2018年11月30日出願の特願2018-225984の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

産業上の利用可能性

[0140]
 本発明に係る電磁アクチュエーターは、電磁アクチュエーターを用いて、低コスト化及び薄型化を図ることができるとともに、接触して操作する操作者への触感フィードバックに好適な推力を効率良く発生できる効果を有し、例えば、車載製品や産業機器において、画面上の画像に指等を接触させることにより操作を入力する操作機器に適用して、画像の接触操作に対応して振動を発生させて、画像に表示した機械式スイッチ等の様々な画像に触れた際の操作感と同様の操作感をフィードバックできるタッチパネル装置が搭載されるタッチディスプレイ装置等の操作機器に有用なものである。

符号の説明

[0141]
 1 制御装置
 2 タッチパネル
 3 基台
 10 電磁アクチュエーター
 20 コア組立体
 22 コイル
 24 コア
 26 ボビン
 26a、26b 分割体
 28 固定孔
 30 固定体
 32 ベース部
 32a 取付部
 32b 底面部
 33 止着孔
 36、48 開口部
 40 可動体
 41 ヨーク
 44 面部固定部
 44a 固定面
 46、47 被吸着面部
 49 切欠部
 50、50-1、50-2 板状弾性部
 52 固定体側固定部
 54 可動体側固定部
 56 蛇腹状弾性アーム部
 62、64、68 ねじ
 70 歪み検出センサ
 82 スイッチング素子
 84 信号発生部
 200 振動呈示装置
 241 コア本体
 242、244 磁極部

請求の範囲

[請求項1]
 弾性振動可能に支持された操作機器をその振動方向の一方向に駆動する電磁アクチュエーターを制御する制御装置であって、
 前記操作機器の接触操作に応じて、前記操作機器を駆動する駆動電流として、複数の駆動電流パルスを前記電磁アクチュエーターのコイルに供給する電流パルス供給部を有し、
 前記駆動電流パルス毎のピーク間の間隔は、前記弾性振動の振動周期の1/2倍~1倍の範囲である、
 制御装置。
[請求項2]
 前記複数の駆動電流パルスをそれぞれ発生させる複数の制御電圧パルスを、断続的に前記電流パルス供給部に印加する電圧パルス印加部をさらに有する、
 請求項1に記載の制御装置。
[請求項3]
 前記電圧パルス印加部は、最先の制御電圧パルスを、前記コイルへの入力電圧をV、前記コイルのコイル抵抗をRとした場合、対応する駆動電流パルスの電流値がV/Rに到達するまで、印加する、
 請求項2に記載の制御装置。
[請求項4]
 前記電圧パルス印加部は、最先の制御電圧パルス以外の制御電圧パルスを、対応する駆動電流パルスの電流値の増加がV/Rに到達するまで、印加する、
 請求項3に記載の制御装置。
[請求項5]
 前記電流パルス供給部は、前記複数の駆動電流パルスをそれぞれ含む複数の駆動電流パルス列を、間欠的に供給する、
 請求項4に記載の制御装置。
[請求項6]
 前記駆動電流パルス列毎の最大ピーク間の間隔は、50~250msecである、
 請求項5に記載の制御装置。
[請求項7]
 前記電流パルス供給部は、最先の駆動電流パルス列における最大ピーク値に対して、後続の駆動電流パルス列における最大ピーク値を低くする、
 請求項5に記載の制御装置。
[請求項8]
 前記電磁アクチュエーターは、前記操作機器を弾性振動可能に支持する可動部を有し、
 前記電流パルス供給部は、最後の駆動電流パルスが供給された後の前記可動部の変位量が0.03~0.3mmとなるように、前記複数の駆動電流パルスを供給する、
 請求項1に記載の制御装置。
[請求項9]
 最先の制御電圧パルスと後続の制御電圧パルスとは、互いに同一のパルス幅を有し、
 前記後続の制御電圧パルスの開始タイミングは、前記最先の制御電圧パルスの終了タイミングから、前記弾性振動の振動周期の1/2倍~1倍だけ後であり、
 前記後続の制御電圧パルスに対応する駆動電流パルスのピーク到達タイミングは、前記後続の制御電圧パルスの開始タイミングから、前記弾性振動の振動周期の1/2倍~1倍だけ後である、
 請求項2に記載の制御装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]