CN107797653B - 触觉致动器、电子设备以及触觉反馈的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及触觉致动器、电子设备以及触觉反馈的生成方法，能够生成带来不同性质的触感的触觉反馈。触觉致动器(100)在由上部壳体(101b)与下部壳体(1101a)围起的空间搭载可动件。可动件包括线圈与磁铁，在施加了第一驱动电压时以规定的振幅进行往复直线运动。振动通过隔离物(173)传播至振动体。被板簧(175a、175b)支承的锤部(171a、171b)从上部壳体(101b)突出。在施加了比第一驱动电压大的第二驱动电压时，锤部(171a、171b)中的任一个与以更大的振幅振动的可动件联动地向上方位移并对振动体施加击打。

Description

触觉致动器、电子设备以及触觉反馈的生成方法
技术领域
本发明涉及生成带来性质不同的多种触感的触觉反馈的技术。
背景技术
在平板电脑终端、智能手机以及移动电话那样的使用时用户对壳体、触摸屏进行触碰的电子设备中，有时搭载带给人体触觉反馈(触感反馈)的致动器(触觉致动器)。触觉致动器根据***生成的事件向触摸屏、壳体那样的振动体传递振动。用户通过与振动体接触的人体的部位察觉振动或通过声音察觉振动。对于触觉致动器而言，使用电力作为驱动源，根据振动的性质大致能够分为冲击型与振动型。
对于冲击型而言，作为典型例子能够举出利用形状记忆合金的SIA(Shape Memorymetal Impact Actuator：形状记忆金属冲击致动器)。冲击型通过振动元件击打振动体来施加短暂性的振动。对于振动型而言，作为典型例子能够举出利用偏心马达的ERM(Eccentric Rotating Mass：偏转块)型致动器、通过在磁场中的线圈流动交流电流来使可动件振动的线性谐振致动器(LRA：Linear Resonant Actuator)、利用压电元件的压电致动器等。振动型在规定时间对振动体施加一定的振幅的振动。
专利文献1公开了一种轭板沿轴向往复振动的薄型的振动致动器。专利文献2公开了一种包括磁铁与重量体的可动件绕轴往复振动的振动致动器。专利文献3记载了一种对压电致动器施加与触觉振动的振动图案对应的电压的致动器驱动电路。
专利文献1：日本特开2011-97747号公报
专利文献2：日本特开2015-157277号公报
专利文献3：日本特开2007-122501号公报
发明内容
触觉反馈若能够根据不同用途带来不同性质的触感则较为便利。例如，针对软键盘的敲击键，为了能够适用于连续敲击，对触摸屏施加短时间内结束的短暂且强烈的振动较为适当，在告知邮件的到达、来自网站的推送通知的情况下，以必要的较长的时间使壳体振动直至用户注意到该通知较为适当。
此时，在壳体的内部设置冲击型与振动型两个触觉致动器的技术手段在空间确保方面、成本方面是不利的。因此，若一个触觉致动器仅仅通过控制电源就能够以冲击模式与振动模式两种动作模式动作，则十分有利。而且，对于冲击型的振动而言，振动体振动的时间较短，因而优选能够赋予尽量大的振动。
另外，在对触摸屏进行操作时，在敲击键期望生成利用了冲击的触觉反馈，在手势操作中则期望生成利用了振动的触觉反馈。根据细长形状的触觉致动器，在收纳于智能手机、平板电脑终端那样的薄型的壳体之中的情况下，安装方向根据其形状决定，因而难以通过组合现有的触觉致动器来相对于触摸屏赋予振动与冲击。本发明的目的在于：解决能够生成带来不同性质的触感的触觉反馈的触觉致动器所相关的各种课题。
本发明的触觉致动器具有：振动机构，在规定的电力供给至振动机构时，该振动机构对振动体施加稳态振动；和击打机构，在比规定的电力大的电力供给至击打机构时，该击打机构对振动体进行击打，所述触觉致动器向振动体提供触觉反馈。触觉致动器能够对振动体施加振动机构引起的振动和击打机构引起的振动。击打机构能够通过击打振动体来施加强烈的振动。
优选，振动机构包括：线圈；磁铁，其在线圈的周围形成磁场；以及可动件，其在对线圈施加了第一驱动电压时沿振动轴的方向进行往复动作。此时，优选，击打机构构成为：与对线圈施加了比第一驱动电压大的第二驱动电压时的可动件的动作联动地位移并击打振动体。
优选，振动机构包括：线圈；磁铁，其在线圈的周围形成磁场；以及偏心配重件，其在线圈被施加了第一驱动电压时以规定的旋转速度旋转。此时，优选，击打机构构成为：在对线圈施加了比第一驱动电压大的第二驱动电压时与偏心配重件的旋转联动地位移并击打振动体。
优选，振动机构包括：线圈；磁铁，其在线圈的周围形成磁场；以及偏心配重件，其在对线圈施加了第一驱动电压时以规定的转动角转动。此时，优选，击打机构构成为：在对线圈施加了比第一驱动电压大的第二驱动电压时与偏心配重件的位移联动地位移并击打振动体。
优选，击打机构与线圈被施加有比第一驱动电压大的第二驱动电压时可动件的动作联动地位移并击打振动体。
优选，击打机构沿与振动轴的方向不同的方向位移。
优选，击打机构在振动轴的方向位移。
优选，击打机构在线圈被施加有比第一驱动电压大的第二驱动电压时与偏心配重件的旋转联动地位移并击打振动体。
优选，击打机构在线圈被施加有比第一驱动电压大的第二驱动电压时与偏心配重件的位移联动地位移并击打振动体。
优选，电子设备具有弹力部件，通过该弹力部件，将触摸屏以能够实现面方向的振动的方式安装于电子设备的壳体。
优选，振动体包括电子设备的壳体，振动体对触摸屏施加面方向的振动，击打机构对壳体施加上下方向的振动。
优选，振动体是电子设备的壳体，振动机构对壳体的第一面施加面方向的振动，击打机构对壳体的第二面施加上下方向的振动。
优选，振动体的稳态振动的方向与基于击打的振动方向不同。
根据本发明，能够提供一种触觉致动器，该触觉致动器能够生成带来不同形状的触感的触觉反馈。而且，根据本发明，能够提供对振动体施加强烈振动的触觉致动器。而且，根据本发明，能够提供配置于狭小空间且使同一面沿面方向与上下方向振动的触觉致动器。而且，根据本发明，能够提供在搭载于电子设备时能够灵活选择振动体与安装位置的触觉致动器。而且，根据本发明，能够提供适用于这种触觉致动器的电子设备以及触觉反馈的生成方法。
附图说明
图1是作为电子设备的一个例子的智能手机10的俯视图。
图2是表示致动器100的外形的立体图。
图3是用于说明致动器100的构造的俯视图以及剖视图。
图4是图1的剖视图。
图5是用于说明在振动模式下动作的致动器100的驱动电流301与在触摸屏13产生的振动加速度的图。
图6是用于说明在击打模式下动作的致动器100的驱动电流305与在触摸屏13产生的振动加速度307、309的图。
图7是说明致动器100a的其他安装方法的图。
图8是用于说明致动器100b的构造的俯视图。
图9是用于说明转动型的致动器的图。
图10是用于说明旋转型的致动器的图。
具体实施方式
图1是表示在作为电子设备的一个例子的智能手机10搭载了本实施方式所涉及的双重模式触觉致动器(致动器)100的样子的俯视图。在壳体11的内部配置有从背面对触摸屏13赋予触觉反馈的致动器100。图2是表示致动器100的外形的立体图。图3是用于说明致动器100的构造的俯视图以及剖视图。
在图2中，致动器100呈扁平且在振动轴的方向上细长的形状，根据来自***的事件而在可动件150(图3)以规定的振幅振动的振动模式与对振动体施加击打的击打模式下动作。振动模式的触感利用可动件150的稳态状态的振动生成，击打模式的触感利用可动件150的过渡性的振动生成。
致动器100在下部壳体101a与上部壳体101b的内部收纳包括可动件150在内的振动机构。锤部171a、171b从上部壳体101b的长度方向的两端向上侧突出。锤部171a、171b可以仅设置任一个。锤部171a、171b被板簧175a、175b弹性支承。
板簧175a、175b在致动器100处于停止状态时，将锤部171a、171b定位于初始位置，并且在击打模式时边对大幅度位移的可动件150赋予弹力边使锤部171a、171b向图的上方移动至击打位置。在上部壳体101b的中央部设置用于将致动器100粘贴于触摸屏13的背面的隔离物173。
图3的(A)是表示从致动器100除去上部壳体101b、锤部171a、171b、板簧175a、175b以及隔离物173的状态的俯视图，图3的(B)是在图3的(A)的长度方向的中心线剖切的剖视图。轴103a、103b各自的两端通过固定部105a～105d固定于下部壳体101a。
轴103a、103b以配重件107a、107b能够实现往复直线运动的方式穿过配重件107a、107b的两端。在固定部105a～105d与配重件107a、107b之间配置压缩螺旋弹簧109a～109d。在上部轭111b的下表面粘贴磁极的方向不同的磁铁113a、113b。在上部轭111b与下部轭111a所形成的线圈空间配置线圈115。
线圈115通过未图示的固定部件固定于下部壳体101a。磁铁113a、113b所射出的磁通在由上部轭111b、下部轭111a以及线圈空间构成的磁路流动。在下部轭111a，在振动方向的端面固定有轴117a、117b。固定于下部壳体101a的弹簧固定部177a、177b将板簧175a、175b固定。
轴117a、117b穿过弹簧固定部177a、177b。上部轭111b、下部轭111a、配重件107a、107b、磁铁113a、113b以及轴117a、117b构成可动件150。此外，致动器100也可以构成为可动件包括线圈并将磁铁以及轭固定于下部壳体101a。
图4是图1的剖视图。图4的(A)表示致动器100相对于触摸屏13的安装状态，图4的(B)、(C)表示放大了触摸屏13相对于壳体11的安装部的状态。在图4的(A)中，将与触摸屏13的面垂直的方向定义为上下方向，将水平方向定义为面方向。由于壳体11的上下方向的空间较小，所以致动器100配置为振动轴沿着面方向，并将隔离物173粘贴于触摸屏13的背面。
触摸屏13通过双面胶带15固定于壳体11。双面带15利用聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫那样的缓冲性材料形成在两个表面涂覆有粘着剂的主体。对于触摸屏13而言，若仅固定四周则容易沿上下方向振动。如图4的(B)、(C)所示，双面带15能够赋予触摸屏13在面方向上的位移的自由度，因而触摸屏13除了能够沿上下方向振动之外，也能够沿着面方向振动。
接下来，对搭载于智能手机10的致动器100的动作进行说明。在不对线圈115施加驱动电压的状态下，可动件150定位于中立位置且轴117a、117b与板簧175a、175b不接触。锤部171a、171b位于初始位置，不与触摸屏13接触。为了使致动器100按照振动模式动作，驱动电路50以必要的规定时间对线圈115施加与可动件150的共振频率相当的频率的方形波的驱动电压。
可动件150借助利用磁铁113a、113b所形成的磁场而在线圈115产生的洛伦兹力与压缩螺旋弹簧109a～109d的弹力而沿箭头A所示的振动轴的方向以一定的频率和振幅进行稳态的往复直线动作。可动件150的稳态振动传播至下部壳体101a与上部壳体101b，而且通过隔离物173传播至触摸屏13。上部壳体101b的振动方向为面方向，因而在振动模式下，触摸屏13沿面方向振动。
振动模式下的可动件150的振幅设定为轴117a、117b不与板簧175a、175b碰撞。因此，在振动模式下，锤部171a、171b不位移。图5表示此时在线圈115流动的驱动电流301与在触摸屏13产生的面方向的振动加速度303。接下来，为了使致动器100按照击打模式动作，驱动电路50以比振动模式的施加时间短的时间对线圈115施加比振动模式时大的驱动电压。
图6表示此时在线圈115流动的驱动电流305与在触摸屏13产生的面方向的振动加速度307以及在触摸屏13产生的上下方向的振动加速度309。在时刻t0对线圈115施加方形波驱动电压之后至振动稳定为止的过渡状态下，在线圈115流动有驱动电流305，且面方向的振动加速度307逐渐增加。驱动电路50在经过规定时间的时刻t2或计数到规定量的脉冲之后的时刻t2停止驱动电压。击打模式的驱动电压比振动模式的驱动电压大，因而在到达时刻t2为止期间，振动加速度307的最大值达到比振动加速度303的最大值大的值。
可动件150的振幅在到达时刻t2为止期间达到最大值，轴117a、117b中的任一个在时刻t01与板簧175a、175b碰撞，使锤部171a、171b中的一个向上方位移。位移的一个锤部对触摸屏13的背面施加击打。施加完击打的锤部在可动件150借助压缩螺旋弹簧109a～109c的弹力向相反方向移动时，借助板簧171a、171b的弹力向初始位置返回。被施加完击打的触摸屏13从时刻t01以上下方向的振动加速度309振动。能够使因锤部171a、171b的击打而产生的振动加速度309的峰值比面方向的振动加速度307的峰值大。
在时刻t2以后，激振力消失，因而可动件150的振动以自由振动衰减，振动加速度307在时刻t3变为人感受不到的状态。另外，在时刻t2以后，可动件150的振幅变小，因而锤部171a、171b不会对触摸屏13反复施加击打，上下方向的振动也以自由振动衰减。在其他例子中，也可以延长击打模式下施加的驱动电压的时间，并利用锤部171a、171b交替施加多次击打。
到停止驱动电压为止的时间或施加脉冲数能够预先通过实验求出。致动器100的可动件150的振动的自由度为1，但能够对触摸屏13施加面方向上时间比较长的稳态振动与上下方向上短暂性且强烈的振动。因此，在触摸屏13中，若对软键盘中的敲击键按照击打模式动作，针对拖拉那样的手势操作则按照振动模式动作，则用户能够通过指尖察觉根据操作不同而性质各异的触觉反馈。
致动器100能够对触摸屏13赋予稳态振动与击打引起的振动，但致动器100能够以各种形态安装于智能手机10，实现性质各异的触觉反馈。图7是说明致动器100a的安装方法的图。与图3、图4所示的致动器100相比，致动器100a仅在利用安装于下部壳体101a的隔离物173a安装于壳体11这点不同。
隔离物173a使壳体11的底面在振动模式下沿面方向振动，使键盘13在击打模式下沿上下方向振动。用户在将智能手机10保持于左手而利用右手操作触摸屏13时，在软键盘的操作下能够利用指尖察觉击打模式引起的触摸屏13的振动，在手势操作下能够利用左手察觉振动模式引起的壳体11的振动。另外，致动器100可以不设置隔离物173、173a，而将下部壳体101a直接粘贴于壳体11的内表面。
致动器100、100a通过调整驱动电压的施加时间与大小来使下部壳体101a与上部壳体101b沿振动轴的方向振动，并使锤部171a、171b沿与振动轴垂直的方向位移，但振动轴与击打的方向并不限定于此。图8是用于说明使下部壳体101a、上部壳体101b以及锤部均沿振动轴的方向振动的致动器100b的俯视图。对于致动器100b而言，代替致动器100的轴117a、117b，而设置兼用作锤部的轴118a、118b。
轴118a、118b在振幅较大的冲击模式下构成为一个穿过下部壳体101a的侧壁并向外突出，在振幅较小的振动模式下构成为均不向外突出。致动器100b通过将下部壳体101a的供轴118a、118b突出的侧面粘贴于智能手机10的壳体11的侧面，从而能够沿振动轴的方向对壳体11赋予振动与击打。此时，也可以同时将上部壳体101b粘贴于触摸屏13的背面，或将下部壳体101a粘贴于壳体11的底面。
致动器100、100a、100b的可动件150进行往复直线运动，但可动件的运动方向并不限定于此。本发明也能够应用于像ERM那样包括偏心配重件的可动件进行旋转运动的旋转型的致动器。图9是从轴向观察像振子那样使偏心配重件401向两方向转动来生成振动的致动器400的俯视图。致动器400的主体固定于振动体70。
在偏心配重件401的两侧分别设置具备锤部405a、405b的臂403a、403b。马达借助流动有电流的线圈与磁铁的配合而转动动作。图9的(A)表示在不对马达的线圈施加驱动电压时偏心配重件401静止的状态。图9的(B)表示施加了设定为振动模式的驱动电压时，偏心配重件401以规定的转动角α转动的样子。
在振动模式下，主体的振动传播至振动体70，但转动角α较小，因而锤部405a、405b不对振动体70施加击打。图9的(C)表示在击打模式下施加了比振动模式的驱动电压大的驱动电压时，偏心配重件401转动的样子。在击打模式下，与振动模式相比，在偏心配重件401产生的角加速度变大，转动角β变大，锤部405a、405b中的任一个对振动体70施加击打。
图10是从轴向观察使偏心配重件501向一个方向旋转来生成振动的致动器500的俯视图。致动器500的主体固定于振动体70。利用板簧503将锤部505固定于偏心配重件501的周边。马达借助流动有电流的线圈与磁铁的配合来进行旋转动作。图10的(A)表示不对马达的线圈施加驱动电压的状态。板簧503以将锤部505定位于最接近轴的初始位置的方式施力。
图10的(B)是表示施加了设定为振动模式的驱动电压时，偏心配重件501以规定的旋转速度旋转的样子。在振动模式下，偏心配重件501旋转而产生的主体的振动传播至振动体70。即便锤部505有时因离心力而稍微远离初始位置，也不移动至对振动体70施加击打的位置。
图10的(C)表示在击打模式下施加了比振动模式的驱动电压大的驱动电压时偏心配重件501旋转的样子。在击打模式下，旋转速度比振动模式下变快，因而因离心力引起的锤部505的位移变大，能够对振动体70施加击打。若停止驱动电压的施加，则旋转速度降低，因而锤部505借助板簧503的弹力向初始位置恢复。
至此为止，根据附图所示的特定的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于附图所示的实施方式，只要能够起到本发明的效果，当然也能够采用以往公知的结构。
附图标记说明：
10...智能手机；11...壳体；13...触摸屏；15...双面带；50...驱动电路；100、100a、100b、400、500...触觉致动器；118a、118b...轴；171a、171b、405a、405b、505...锤部；175a、175b...板簧；173、173a...隔离物；301、305...驱动电流；303、307...面方向的振动加速度；309...上下方向的振动加速度。

Claims (8)

1.一种触觉致动器，其向振动体提供触觉反馈，
在所述触觉致动器中，具有振动机构和击打机构，
所述振动机构包括：
线圈；
磁铁，其在所述线圈的周围形成磁场；以及
可动件，其在所述线圈被施加有第一驱动电压时沿振动轴的方向进行往复动作，
在所述第一驱动电压供给至所述线圈时，所述振动机构对所述振动体施加沿面方向进行稳态的往复直线动作，使得触摸屏产生面方向的振动，
在比所述第一驱动电压大的第二驱动电压供给至所述线圈时，所述击打机构与所述可动件的动作联动地位移并对所述振动体进行击打，使得触摸屏产生上下方向的振动，
所述触摸屏通过缓冲性材料固定于壳体，使得所述触摸屏在面方向上能够产生位移，
所述振动体是安装于所述壳体的触摸屏。
2.根据权利要求1所述的触觉致动器，其中，
所述击打机构设置于所述可动件的在所述振动轴的方向上的两侧。
3.根据权利要求1所述的触觉致动器，其中，
所述触觉致动器包括恢复机构，该恢复机构在停止所述第二驱动电压的施加之后使所述击打机构向初始位置恢复。
4.根据权利要求1所述的触觉致动器，其中，
所述振动机构包括偏心配重件，该偏心配重件在所述线圈被施加有所述第一驱动电压时以规定的旋转速度旋转。
5.根据权利要求1所述的触觉致动器，其中，
所述振动机构包括偏心配重件，该偏心配重件在所述线圈被施加有所述第一驱动电压时以规定的转动角转动。
6.一种电子设备，其搭载有振动体和触觉致动器，
在所述电子设备中，
所述触觉致动器具有振动机构和击打机构，
所述振动机构包括：
线圈；
磁铁，其在所述线圈的周围形成磁场；以及
可动件，其在所述线圈被施加有第一驱动电压时沿振动轴的方向进行往复动作，
在所述第一驱动电压大的第二驱动电压供给至所述线圈时，所述振动机构对所述振动体施加沿面方向进行稳态的往复直线动作，使得触摸屏产生面方向的振动；和
在比所述第一驱动电压大的第二驱动电压供给至该击打机构时，所述击打机构与所述可动件的动作联动地位移并对所述振动体进行击打，使得触摸屏产生上下方向的振动；
所述触摸屏通过缓冲性材料固定于壳体，使得所述触摸屏在面方向上能够产生位移，
所述振动体是安装于所述电子设备的壳体的触摸屏。
7.一种触觉反馈的生成方法，其利用触觉致动器向振动体提供触觉反馈，
所述触觉致动器具有振动机构和击打机构，
所述振动机构包括：
线圈；
磁铁，其在所述线圈的周围形成磁场；以及
可动件，其在所述线圈被施加有第一驱动电压时沿振动轴的方向进行往复动作，
在所述方法中，包括：
所述第一驱动电压供给至所述线圈来使所述可动件振动的步骤；
利用所述可动件的振动使所述振动体沿面方向进行稳态的往复直线动作，使得触摸屏产生面方向的振动的步骤；
比所述第一驱动电压大的第二驱动电压供给至所述线圈来使所述可动件位移的步骤；以及
利用与所述可动件的位移联动的锤部来击打所述振动体，使得触摸屏产生上下方向的振动的步骤，
所述触摸屏通过缓冲性材料固定于壳体，使得所述触摸屏在面方向上能够产生位移，
所述振动体是安装于所述壳体的触摸屏。
8.根据权利要求7所述的触觉反馈的生成方法，其中，
与所述第一驱动电压的供给时间相比，所述第二驱动电压的供给时间较短。
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