JP2012148223A

JP2012148223A - 振動発生装置

Info

Publication number: JP2012148223A
Application number: JP2011007684A
Authority: JP
Inventors: Eiichiro Hashimoto; 栄一郎橋本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】振動発生装置において、不均等な加速度である偏加速度を単純な構造で発生させる。
【解決手段】振動発生装置は、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する可動子と、コイルへの入力電流に応じたコイルの発生磁界と永久磁石との磁気作用を用いて可動子が振動可能なように固定子と可動子を連結する弾性体と、可動子の固有周期（コイルへの電圧入力の停止時における可動子の減衰振動の周期）に応じたパルス電圧をコイルに入力する電圧入力部と、を備える。例えば、可動子における正弦波状の速度信号の位相が２７０°になるタイミングにおいて、可動子の移動方向と反対方向に可動子を向かわせる電圧極性を有するパルス電圧であって且つ固有周期の２５％未満のパルス幅を有するパルス電圧をコイルに入力する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、振動を発生させる振動発生装置に関する。

近年、携帯電話機やゲーム機器には振動発生装置が組み込まれていることが多く、振動発生装置が発生した振動によってユーザに特定の情報（着信通知やイベント発生）を伝達することができる。一般的な振動発生装置では、コイルを有する固定子と永久磁石を有する可動子とを弾性体を介して結合し、コイルに正弦波状の電圧及び電流を入力する。この入力により発生した振動磁界を利用して可動子を一次元方向で振動させる。振動の中心を基準にして一次元の軸を正負で切り分けた場合、可動子の加速度は、通常、正及び負方向間において均等である。

他方、正及び負方向間において均等ではない加速度を偏加速度と呼ぶ。偏加速度を適切に発生させれば、ユーザにいわゆる力覚を知覚させることができる。例えば、正の加速度が負の加速度よりも大きくなるような偏加速度を発生させることで、正方向にユーザの注意を向けさせるような作用をもたらすことができる。

これに鑑み、偏加速度の発生に適した特殊な構造が下記特許文献１に示されている。

尚、下記特許文献２には、パルス状の電圧を振動アクチュエータに入力する方法が示されている。

特許第４５５１４４８号公報特表２００９−５２５１７５号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、偏加速度を発生させるために偏加速度の発生に特化した特殊な構造を採用する必要があり、振動発生装置の構造が複雑になる。尚、特許文献２に示された方法では、均等な加速度が発生している（偏加速度が発生していない）。

そこで本発明は、単純な構造で偏加速度を発生させることのできる振動発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係る振動発生装置は、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する可動子と、前記コイルへの入力電流に応じた前記コイルの発生磁界と前記永久磁石との磁気作用を用いて前記可動子が振動可能なように前記固定子と前記可動子を連結する弾性体と、を備えた振動発生装置において、前記可動子の固有周期に応じたパルス電圧を前記コイルに入力する電圧入力部を更に備えたことを特徴とする。

これにより、単純な構造で偏加速度を発生させることができ、ユーザに力覚を提示することが可能である。単純な構造の採用は、振動発生装置のサイズ低減及びコスト低減に寄与する。また、通常の振動と偏加速度を共通の構造にて発生させることが可能となる。

具体的には例えば、前記固有周期での前記可動子の振動中において、前記可動子の速度の絶対値が最大になるタイミングに、前記電圧入力部は、前記可動子の移動方向の逆方向に前記可動子を導く電圧極性を有する電圧を、前記パルス電圧として前記コイルに入力する、又は、前記固有周期での前記可動子の振動中において、前記可動子の移動方向が第１方向から前記第１方向の反対方向である第２方向へと切り替わるタイミングに、前記電圧入力部は、前記第２方向に前記可動子を導く電圧極性を有する電圧を、前記パルス電圧として前記コイルに入力する。

また具体的には例えば、前記パルス電圧は、前記固有周期の２５％未満のパルス幅を有する。

また例えば、前記パルス電圧は、第１パルス電圧と、前記第１パルス電圧よりも後に前記コイルに入力される第２パルス電圧と、を含み、前記電圧入力部は、前記コイルに対する前記第１パルス電圧の入力タイミングから見た、前記コイルに対する前記第２パルス電圧の入力タイミングの遅れ時間を、前記固有周期に応じて設定する。

より具体的には例えば、前記電圧入力部は、前記第１パルス電圧の入力によって発生する前記可動子の減衰振動が前記第２パルス電圧の入力によって抑制されるように、前記遅れ時間を前記固有周期に応じて設定する。

これにより、偏加速度の増大効果等を得ることが可能となる。

より具体的には例えば、前記遅れ時間は、前記固有周期の５０％の長さを有し、且つ、前記第１及び第２パルス電圧の夫々は、前記固有周期の５０％未満のパルス幅を有する。

尚、ここにおける数値“５０％”は、或る程度、幅を持った数値概念であると解釈されるべきである。

また例えば、前記電圧入力部は、前記パルス電圧を前記コイルに複数回入力する操作を、所定の周期で繰り返し実行する。

これにより、力覚を適切な強度を持った状態でユーザに知覚させることが可能となる。

また例えば、前記固定子は、磁性体を更に有し、前記固有周期は、前記コイルへの電圧入力の停止時において前記永久磁石及び前記磁性体間の磁気吸引力と前記弾性体の機械推力とによって生じる、前記可動子の減衰振動の周期である。

本発明によれば、単純な構造で偏加速度を発生させることのできる振動発生装置を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る振動デバイスの外観斜視図である。図１の振動デバイスを２つに割った時の外観斜視図である。図１の振動デバイスの断面図である。図１の振動デバイスの分解図である。図１の振動デバイスに設けられた固定子ヨークを形成する中央ヨーク及びバックヨークの外観斜視図（ａ）及び（ｂ）と、中央ヨークのＺ断面図（ｃ）である。コイルが巻かれた中央ヨークと２つのバックヨークとの結合方法を示す図である。図１の振動デバイスに設けられた永久磁石の、Ｘ軸に沿った断面図である。図１の振動デバイスに電圧入力部が接続される様子を示した図である。図１の振動デバイスにおける振動動作を説明するための図である。本発明の実施形態に係る振動デバイスの第１変形構造を示す断面図である。本発明の実施形態に係る振動デバイスの第２変形構造を示す断面図である。コイルに対するパルス電圧の入力条件を説明するための図である。本発明の実施形態に係る振動デバイスモデルを示す図である。本発明の実施形態に係る第１シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第１シミュレーションの結果を示す図である。周期的に入力されるパルス電圧の信号波形と速度及び加速度の信号波形とを示す図である。本発明の実施形態に係る第２シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第３シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第４シミュレーションの結果を示す図である。パルス電圧入力後に発生する減衰振動を説明するための図である。減衰振動の抑制方法を説明するための図である。コイルに対するパルス電圧の入力条件を説明するための図である。本発明の実施形態に係る第５シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第５シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第５シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第６シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第６シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第６シミュレーションの結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第６シミュレーションの結果をまとめた図である。本発明の実施形態に係る第１実験の結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第２実験の結果を示す図である。本発明の実施形態に係る第２実験の結果を示す図である。本発明の実施形態に係る振動発生装置の概略的な回路ブロック図である。本発明の第３実施例に係る加速度の信号波形を示す図である。本発明の第３実施例に係る加速度の信号波形を示す図である。固有周期の測定方法を説明するための図である。振動デバイスを組み込んだ機器を示す図である。

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る振動デバイス１の外観斜視図である。振動デバイス１は、ボタン電池のような高さの比較的低い円柱形状の外形を有している。その円柱の中心軸に沿って振動デバイス１を２つに切って得られる片方の部材（振動デバイス１の半分）の外観斜視図を図２に示す。また、その片方の部材を側面から見た平面図、即ち、上記中心軸に沿った面を断面とする、振動デバイス１の断面図を図３に示す。図４は、振動デバイス１の構成部材の分解図である。振動デバイス１を、任意の電子機器又は任意の電子機器の付属品などに搭載することができる。電子機器は、例えば、携帯電話機及び携帯型ゲーム機器のような携帯機器や、テレビ受信機及びゲーム機器におけるリモートコントローラを含む（但し、リモートコントローラは電子機器の付属品であると捉えることも可能である）。

振動デバイス１は、内部に空洞を有する円柱形状のケース１０と、磁性材料にて形成された固定子ヨーク２０と、固定子ヨーク２０に巻かれたコイル２１と、円筒形状を有する永久磁石３０と、永久磁石３０の外周側に設けられた円筒形状の重量体３１と、弾性体であるバネ材４１及び４２とを有する。図４に示す如く、ケース１０は、円盤状のケース部材１１とカップ状のケース部材１２を接合することで形成される。尚、図示の便宜上、図２においてコイル２１の図示を省略しており、図４においてコイル２１並びにバネ材４１及び４２の図示を省略している。

振動デバイス１の固定子は固定子ヨーク２０及びコイル２１を含んで構成され、振動デバイス１の可動子は永久磁石３０及び重量体３１を含んで構成される。固定子及び可動子並びにバネ材４１及び４２は、ケース１０内部に収容される。固定子をケース１０に固定する一方で、バネ材４１及び４２を用いて可動子をケース１０内で振動可能なように配置することで振動デバイス１が形成される。

コイル２１の中心軸をＺ軸と定義する。そうすると、図３は、Ｚ軸に沿った平面を断面とする、振動デバイス１の断面図に相当する。可動子の振動方向はＺ軸と平行である。以下、Ｚ軸に沿った断面をＺ断面と呼ぶと共にＺ断面を断面とする断面図をＺ断面図と呼ぶ。また、Ｚ断面図上において、Ｚ軸に直交する軸をＸ軸と定義する。Ｘ軸に沿った断面をＸ断面と呼ぶと共にＸ断面を断面とする断面図をＸ断面図と呼ぶ。Ｘ軸とＺ軸は、固定子ヨーク２０の中心点と一致する原点Ｏにて交差する。更に、Ｘ軸とＺ軸を座標軸とする二次元直交座標面をＸＺ座標面と呼ぶ。

ケース１０内に配置された固定子ヨーク２０、永久磁石３０及び重量体３１は、全て、Ｚ軸を回転軸とする回転体であると言える。ＸＺ座標面において、ケース１０内に配置された固定子ヨーク２０は、Ｚ軸及びＸ軸の夫々に対して線対称の構造を有している。ＸＺ座標面において、永久磁石３０及び重量体３１は、Ｚ軸に対して線対称の構造を有していると共に可動子の振動停止時においてはＸ軸に対しても線対称の構造を有している。

図５（ａ）及び（ｂ）は、固定子ヨーク２０の構成部材である中央ヨーク２５及びバックヨーク２６の外観斜視図であり、図５（ｃ）は、中央ヨーク２５のＺ断面図である。図６は、コイル２１が巻かれた中央ヨーク２５と２つのバックヨーク２６との結合方法を示す図である。

中央ヨーク２５は、円柱形状のヨーク（棒状のヨーク）であり、中央ヨーク２５の外周面に沿ってコイル２１が巻かれる。中央ヨーク２５の外形形状である円柱の中心軸は、コイル２１の中心軸であるＺ軸に一致する。バックヨーク２６は、上面及び下面の内、一方の面にのみ磁性材料の底面を有する円筒形状のヨークであり、カップ状の外形を有している。バックヨーク２６の内周半径は、中央ヨーク２５の外周半径よりも大きい。中央ヨーク２５の円柱の両端面の夫々には突出部が存在し（図５（ｃ）参照）、バックヨーク２６の底面の中央には穴が開いている。図６に示す如く、中央ヨーク２５にコイル２１を巻いた後、中央ヨーク２５の上面及び下面の突出部を第１及び第２のバックヨーク２６の穴に嵌め込むことで中央ヨーク２５と第１及び第２のバックヨーク２６を結合させる。これにより、コイル２１が巻かれた固定子ヨーク２０が形成される。

永久磁石３０及び重量体３１の夫々は、上述したように、Ｚ軸を中心軸とする円筒形状（輪形状）の外形を有する。従って、図７に示す如く、永久磁石３０は、Ｘ断面図において、内周と内周よりも半径の大きい外周とを有する輪状図形を描く。重量体３１も同様である。永久磁石３０の外周面と重量体３１の内周面が接するように永久磁石３０と重量体３１が結合されることによって可動子が形成される。重量体３１は、可動子の質量を所望の質量に設定するための重りである。中央ヨーク２５及びバックヨーク２６は磁性体から成る。永久磁石３０の比透磁率は１に近い値（例えば、１．１）を有する一方で、中央ヨーク２５及びバックヨーク２６を形成する磁性体の比透磁率は十分に大きな値（例えば、数百〜数万）を有する。重量体３１の比透磁率は任意である。本明細書において、磁性体と磁性材料は同義である。

本実施形態では、図７に示す如く、永久磁石３０の内周側がＮ極、永久磁石３０の外周側がＳ極であると想定する（勿論、それらを逆にすることも可能である）。従って、永久磁石３０の内周面及び外周面はそれぞれＮ極面及びＳ極面であり、永久磁石３０のＮ極面はコイル２１の外周面に対向している（図３等参照）。

バネ材４１はＺ軸方向が伸張方向となるように、その一端がケース１０の上方側の内面（ケース部材１２の内面）に固定されると共に、その他端が可動子の上面に結合されている。バネ材４２はＺ軸方向が伸張方向となるように、その一端がケース１０の下方側の内面（ケース部材１１）に固定されると共に、その他端が可動子の下面に結合されている。このため、可動子を上方向に移動させる力を加えれば、Ｚ軸方向にバネ材４１が縮む一方でバネ材４２が伸び、可動子を下方向に移動させる力を加えれば、Ｚ軸方向にバネ材４１が伸びる一方でバネ材４２が縮む。ここで、上方向はＺ軸の正側の方向に対応し、下方向はＺ軸の負側の方向に対応している。

図８に示す如く、振動デバイス１には電圧入力部２が接続されている。図１及び図６を含む各図面には示されていないが、コイル２１の両端に電気的に接続された一対のリード線ＬＬが、固定子ヨーク２０及びケース１０に設けられた穴を介して、ケース１０の外側に引き出されている。電圧入力部２は、この一対のリード線ＬＬを介して、任意の信号波形を有する電圧をコイル２１に印加することができる。例えば、コイル２１に交流電圧を印加することでコイル２１に交流電流が流れ、該交流電流に応じた磁界が固定子ヨーク２０に現れる。尚、本明細書では、コイル２１に対する電圧の印加を電圧の入力とも表現する。電圧入力部２を、コイル２１に電圧を印加又は供給する電圧印加部又は電圧供給部と呼ぶこともできるし、コイル２１に電流を入力又は供給する電流入力部又は電流供給部と呼ぶこともできる。

コイル２１に電流を流しておらず、可動子の振動が停止している時、バネ材４１及び４２による推力（以下、機械推力という）が均衡して、Ｚ軸方向における可動子の中心はＸ軸上に位置する。コイル２１に電流を流すことで磁界が発生し、これによって可動子をＺ軸方向に振動させる磁気による推力（以下、磁気推力という）が発生して、磁気推力と機械推力に従い可動子がＺ軸方向に振動する。磁気推力は、コイル２１に電流を流すことで発生した磁界と、永久磁石３０との磁気作用によって生じる推力である。

コイル２１に第１方向の電流を流した時には、図９（ａ）に示す如く、固定子ヨーク２０の上側及び下側が夫々Ｓ極及びＮ極になり、永久磁石３０のＮ極と固定子ヨーク２０の下側磁極（Ｎ極）とが反発しあう一方で永久磁石３０のＮ極と固定子ヨーク２０の上側磁極（Ｓ極）とが吸引しあうため、可動子を上方向（Ｚ軸の正側）に向かわせる磁気推力が発生する。一方、コイル２１に第１方向とは逆の第２方向の電流を流した時には、図９（ｂ）に示す如く、固定子ヨーク２０の上側及び下側が夫々Ｎ極及びＳ極になり、永久磁石３０のＮ極と固定子ヨーク２０の上側磁極（Ｎ極）とが反発しあう一方で永久磁石３０のＮ極と固定子ヨーク２０の下側磁極（Ｓ極）とが吸引しあうため、可動子を下方向（Ｚ軸の負側）に向かわせる磁気推力が発生する。

以下では、電圧入力部２からコイル２１に入力される電圧を単にコイル電圧とも呼ぶ。また、コイル２１に第１方向の電流を流すための（即ち、可動子を上方向に導くための）コイル電圧の極性は正であって、且つ、コイル２１に第２方向の電流を流すための（即ち、可動子を下方向に導くための）コイル電圧の極性は負であるとする。従って例えば、可動子の振動が停止している状態において、正のコイル電圧をコイル２１に入力すれば可動子は上方向に移動し、逆に負のコイル電圧をコイル２１に入力すれば可動子は下方向に移動する。

尚、固定子はケース１０に固定されていると共にバネ材４１及び４２の各一端もケース１０に固定されているため、バネ材４１及び４２は、コイル２１への入力電流（即ち、コイル電圧に応じてコイル２１に流れる電流）に応じたコイル２１の発生磁界と永久磁石３０との磁気作用を用いて可動子がＺ軸方向に振動可能なように、ケース１０を介して固定子と可動子を連結する弾性体であると言える。或いは、ケース１０自体も固定子の構成部材に含まれる、と考えることもできる。また、可動子がＺ軸方向に振動可能となるように、ケース１０を介することなく固定子と可動子を直接的に弾性体にて連結するようにしてもよい。

上述した振動デバイス１の内部構造は一例に過ぎず、それを様々に変形可能である。例として、図１０及び図１１に、第１及び第２変形構造に係る振動デバイス１のＺ断面図を示す。例えば、図１０に示す如く、永久磁石３０の内周側に、可動子の構成要素として可動子ヨーク３２を設けるようにしてもよい。可動子ヨーク３２は、Ｚ軸を中心とする円筒形状の外形を有した磁性体である。第１変形構造において、可動子ヨーク３２の外周面と永久磁石３０の内周面が接するように可動子ヨーク３２と永久磁石３０が接合される。また例えば、図１１に示す如く、Ｈ型形状の固定子ヨーク２０ａを固定子ヨーク２０の代わりに用いても良い。この場合、固定子ヨーク２０ａの溝部分にコイル２１が巻かれる。図１１に示される第２変形構造では可動子ヨーク３２が設けられているが、第２変形構造から可動子ヨーク３２を削除しても構わない。

電圧入力部２は、正弦波状の信号波形を有するコイル電圧をコイル２１に入力することができる。正弦波状の信号波形を有するコイル電圧がコイル２１に入力された場合、正弦波状の交流電流がコイル２１に流れ、Ｚ軸の正及び負方向間で均等な加速度が振動デバイス１に発生する。これに対し、本実施形態では、Ｚ軸の正及び負方向間において均等ではない加速度を偏加速度と呼ぶ。

本実施形態では、偏加速度を実現するべく、パルス状の電圧（換言すれば、矩形波状の電圧）をコイル２１に入力する。以下、パルス状のコイル電圧を、パルス電圧と呼ぶ。パルス電圧をコイル２１に入力することを、単に、パルス電圧を入力するとも表現する。図１２に示す如く、パルス電圧は、矩形波状の信号波形を有する電圧である。電圧入力部２は、パルス電圧を周期的にコイル２１に入力することができる。パルス電圧を周期的にコイル２１に入力するときにおける、コイル電圧信号の周期をパルス周期と呼ぶと共に記号ＰＰによって表す。コイル電圧信号とは、コイル電圧を表す電圧信号である。パルス電圧の電圧値（即ち、パルス電圧の大きさ）を記号ＰＶによって表し、パルス電圧におけるパルス幅を記号ＰＷによって表す。１パルス周期にパルス電圧が１つだけ入力される場合、当該１パルス周期において、コイル電圧信号はパルス幅ＰＷだけ電圧値ＰＶを持ち、残りの期間（ＰＰ−ＰＷ）中にはゼロの電圧値を持つ。電圧値ＰＶは正又は負の値を持つ（単位はボルト）。図１２を含め、以下の説明では、主として電圧値ＰＶが正であることが想定される。

パルス電圧の入力条件を様々に変更させながら、偏加速度の発生状況を検証する複数のシミュレーションを行った。各シミュレーションでは、図１３に示す、可動子１０１、固定子１０２及びバネ１０３を含む振動デバイスモデルを使用した。各シミュレーションでは、固定子１０２内のコイル２１にコイル電圧が入力されると考える。可動子１０１及び固定子１０２は、夫々、振動デバイス１の可動子及び固定子をモデル化したものであり、可動子１０１及び固定子１０２は、夫々、振動デバイス１の可動子及び固定子そのものであると考えても良い。但し、振動デバイス１が他の物体（例えば、携帯電話機）内に組み込まれている場合など、振動デバイス１に対して他の物体が結合されている場合には当該他の物体も固定子１０２の構成要素に含まれる。

図１３の振動デバイスモデルでは、可動子１０１及び固定子１０２の夫々がＺ軸方向に移動可能な運動系を想定している。可動子１０１及び固定子１０２の振動に寄与するバネ１０３は、機械バネと磁気バネを合成したものである。機械バネは、機械的なバネ材４１及び４２によって形成され、バネ材４１及び４２による機械推力は可動子１０１及び固定子１０２をＺ軸方向に振動させる。磁気バネは、コイル２１への電圧入力停止時において永久磁石３０が固定子ヨーク２０を吸引する力（即ち、永久磁石３０及び固定子ヨーク２０間の磁気吸引力）によるバネ、より厳密には、コイル２１に電流が流れていない時において永久磁石３０が固定子ヨーク２０を吸引する力（即ち、永久磁石３０及び固定子ヨーク２０間の磁気吸引力）によるバネである。磁気バネも、Ｚ軸方向に沿った可動子１０１及び固定子１０２の振動に寄与する。可動子１０１及び固定子１０２の質量を夫々ｍ_１及びｍ_２で表し、機械バネ及び磁気バネのバネ定数を夫々Ｋ_ｍ及びＫ_ｅにて表す。そうすると、バネ１０３に基づく可動子１０１及び固定子１０２の振動周波数は、下記式（１）の固有周波数ω_０と一致する。ω_０は角周波数である。尚、ｍ_１＜＜ｍ_２である場合、式（１）は式（２）へと近似される。

バネ１０３の力は、機械バネによる機械推力と磁気バネによる磁気吸引力とを合成したものである。バネ１０３の力のみに基づく可動子１０１及び固定子１０２の振動は減衰振動であり、その減衰振動の周期は、可動子１０１、固定子１０２及びバネ１０３の特性に応じた固有周期Ｔと一致する。固有周期Ｔは式（３）にて表される。ζは振動デバイス１の構造により定まる減衰係数であり（１＞ζ＞０）、πは円周率である。固有周期Ｔは、コイル２１への電圧入力を停止しているときにおいてバネ１０３の力によって生じる、可動子１０１の減衰振動（例えば、可動子１０１の速度若しくは加速度の減衰振動）の周期であると共に固定子１０２の減衰振動（例えば、固定子１０２の速度若しくは加速度の減衰振動）の周期である。

以下の各シミュレーションの説明において、特に記述なき限り、速度とは可動子１０１の速度を指し、加速度とは固定子１０２の加速度を指す（後述の第１〜第３実施例においても同様）。また、Ｚ軸の正方向への移動の速度及び加速度の極性は正であって、Ｚ軸の負方向への移動の速度及び加速度の極性は負であると定義する。また、速度を表す信号を速度信号と呼び、加速度を表す信号を加速度信号と呼ぶ。また、以下の各シミュレーションでは、固有周期Ｔを６．４ミリ秒に設定した。

［第１シミュレーション］
第１シミュレーションを説明する。図１４等を参照する。第１シミュレーション及び後述の第２〜第４シミュレーションでは、図１２に示すものと同様、１パルス周期にパルス電圧を１つだけコイル２１に入力することが想定される。第１シミュレーションでは、
パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの５％にて固定し（即ち、ＰＷ＝Ｔ×０．０５）、且つ、
パルス電圧の電圧値ＰＶを５ボルトにて固定した。

第１シミュレーション及び後述の第２〜第４シミュレーションでは、速度及び加速度が減衰振動している状態において（即ち、可動子１０１及び固定子１０２が減衰振動している状態において）、タイミングｔ_ＩＮにパルス電圧をコイル２１に入力し、パルス電圧の入力後における速度及び加速度の信号波形を調べた。或るタイミングにパルス電圧をコイル２１に入力するとは、そのタイミングからパルス幅ＰＷ分だけ電圧値ＰＷを有する矩形波電圧をコイル２１に入力することを意味する。

図１４には、第１シミュレーションにおいて得られた信号波形の一例が示されている。タイミングｔ_ＩＮ前には、速度信号は６．４ミリ秒の固有周期Ｔにて変化しており、速度信号の信号波形は正弦波である。尚、時刻ｔ_ＩＮ以前における可動子１０１及び固定子１０２の振動は、時刻ｔ_ＩＮ以前に正弦波状又はパルス状のコイル電圧をコイル２１に入力することで発生したものである。

速度信号の値が負から正に切り替わる時点を基準とした、速度信号の位相を位相αにて表す。図１４のグラフ及び後述の他のグラフにおいて、線ＺＲは、速度又は加速度におけるゼロを表す基準線である。図１４において、曲線３０１、曲線３０２及び折れ線３０３は、夫々、位相αが２７０°である時点をタイミングｔ_ＩＮに設定した場合における、速度、加速度及びコイル電圧の信号波形を表している。図１４のグラフにおいて、横軸は時間に対応しており、縦軸は速度、加速度又は電圧に対応している。タイミングｔ_ＩＮにおけるパルス電圧の入力により、正の加速度と負の加速度が不均等になる偏加速度が発生していることが分かる。パルス電圧がコイル２１へ入力されるタイミング（ｔ_ＩＮを含む）における速度信号の位相αを、入力位相αと呼ぶ。

第１シミュレーションでは、入力位相αを様々に変化させて、偏加速度の発生状況を検証した。図１５に、その検証結果を示す。図１５のグラフにおいて、横軸はタイミングｔ_ＩＮにおける入力位相α（即ち、速度信号の位相に対するパルス電圧の位相のずれ）に対応し、縦軸は加速度に対応している。タイミングｔ_ＩＮ後に得られる加速度の値の内、負の値を有する最初の極小値（図１４の曲線３０２においては、点３１１での加速度）を最小加速度と呼び、正の値を有する最初の極大値（図１４の曲線３０２においては、点３１２での加速度）を最大加速度と呼ぶ。

図１５において、曲線３２１は、タイミングｔ_ＩＮにおける位相αと最大加速度との関係を表し、曲線３２２は、タイミングｔ_ＩＮにおける位相αと最小加速度との関係を表している。曲線３２３は、タイミングｔ_ＩＮにおける位相αと最大加速度及び最小加速度の和との関係を表している。最大加速度及び最小加速度の和の絶対値が大きいほど、正の加速度と負の加速度との不均等の度合いが大きくなる。故に、最大加速度及び最小加速度の和の絶対値を偏加速度の大きさであるとも解釈することができ、以下、最大加速度及び最小加速度の和の絶対値を、便宜上、偏加速度量とも呼ぶ。曲線３２３に見られるように、入力位相αが２７０°であるときに偏加速度量が最大になることが分かった。また、入力位相αが０°であるときにも、入力位相αが２７０°であるときと同程度の偏加速度量が得られることが分かった。

ところで、１パルス周期にパルス電圧が１つだけ含まれるようにパルス電圧を一定周期でコイル２１に入力すると、入力位相αがパルス周期に応じた或る位相で固定される。この現象を、図１６を参照して説明する。図１６のグラフにおいて、横軸は時間に対応し、縦軸は速度及び電圧に対応する。曲線３３１は、パルス電圧の入力が成されないときにおける速度信号の波形であり、曲線３３２は、パルス電圧の入力が周期的に成されたときにおける速度信号の波形である。折れ線３３３は、曲線３３２の速度信号を得るためのコイル電圧の信号波形を表している。図１６の例では、タイミングｔ_ＩＮＡ、ｔ_ＩＮＢ及びｔ_ＩＮＣの夫々においてパルス電圧がコイル２１に入力される。

タイミングｔ_ＩＮＡは、曲線３３１に対応する速度信号の位相αが０°であるときのタイミングである。タイミングｔ_ＩＮＡにおいてパルス電圧をコイル２１に入力すると、速度は急速に極大値まで上昇した後、減衰振動を行う。タイミングｔ_ＩＮＡから所定時間が経過したタイミングｔ_ＩＮＢでは、曲線３３２の速度信号の位相αが０°になる。このタイミングｔ_ＩＮＢにおいてパルス電圧をコイル２１に入力すると、速度は急速に極大値まで上昇した後、減衰振動を行う。タイミングｔ_ＩＮＢから所定時間が経過したタイミングｔ_ＩＮＣでは、曲線３３２の速度信号の位相αが０°になる。このタイミングｔ_ＩＮＣにおいてパルス電圧をコイル２１に入力すると、速度は急速に極大値まで上昇した後、減衰振動を行う。

このように、図１６の例におけるパルス電圧は、速度信号の位相αを０°から約９０°まで非連続的に変化させるように作用する。ｉ番目のパルス電圧の入力後、或るタイミングで速度信号の位相αは０°になるが、そのタイミングで（ｉ＋１）番目のパルス電圧を入力すれば、その後、ｉ番目のパルス電圧の入力後と同等の速度信号が得られる（ｉは整数）。つまり、タイミングｔ_ＩＮＢ及びｔ_ＩＮＣ間の速度信号の波形は、タイミングｔ_ＩＮＡ及びｔ_ＩＮＢ間の速度信号の波形と同じとなる。従って、図１６の例において、タイミングｔ_ＩＮＡ及びｔ_ＩＮＢ間の時間間隔と、タイミングｔ_ＩＮＢ及びｔ_ＩＮＣ間の時間間隔は、同じである。このように、パルス電圧を或る一定周期でコイル２１に入力すれば、パルス電圧が常に位相αが０°なる時に入力されるようになる。この一定周期は、様々なパラメータ（パルス電圧の大きさ、パルス幅、振動デバイス１の構造的特性など）に依存するが、該一定周期を予め実験等を介して求めておくことができる。位相αが０°以外の角度になる時にパルス電圧を入力する場合も同様である。

故に、パルス周期として、パルス周期ＰＰ［ｊ］を予め実験等を介して求めておくことができる（ｊは、０≦ｊ＜３６０を満たす実数）。パルス周期ＰＰ［ｊ］は、速度信号の位相αがｊ°である時にパルス電圧を入力させるためのパルス周期であり、電圧入力部２が、所定の電圧値ＰＶ及びパルス幅ＰＷを有するパルス電圧をパルス周期ＰＰ［ｊ］にてコイル２１に入力すれば、常に速度信号の位相αがｊ°である時にパルス電圧がコイル２１に入力されるようになる。

［第２シミュレーション］
第２シミュレーションを説明する。図１７に、第２シミュレーションの結果を示す。第２シミュレーションでは、
入力位相αを２７０°で固定し、且つ、
パルス電圧の電圧値ＰＶを５ボルトにて固定した上で、
最大加速度、最小加速度及び偏加速度量のパルス幅ＰＷ依存性を調べた。

図１７のグラフにおいて、横軸は固有周期Ｔに対するパルス幅ＰＷの割合（単位は％）に対応し、縦軸は加速度に対応している。図１７において、曲線３５１は、上記割合と最大加速度との関係を表し、曲線３５２は、上記割合と最小加速度との関係を表し、曲線３５３は、上記割合と最大加速度及び最小加速度の和との関係を表している。

図１７から分かるように、固有周期Ｔに対するパルス幅ＰＷの割合（即ち、ＰＷ／Ｔ）を２５％未満に設定すると、比較的大きな偏加速度量が得られ、該割合を２５％以上にすると、偏加速度量は殆どゼロであった。尚、上記割合が２５％未満であるとき、最小加速度は概ね一定であった。従って、電圧入力部２は、上記割合を２５％未満に設定したパルス電圧をコイル２１に入力すると良く、これによって、或る程度の大きさを有する偏加速度を発生させることができる。

［第３シミュレーション］
第３シミュレーションを説明する。図１８に、第３シミュレーションの結果を示す。第３シミュレーションでは、
入力位相αを２７０°で固定し、且つ、
パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの５％にて固定（即ち、ＰＷ＝Ｔ×０．０５）した上で、
最大加速度、最小加速度及び偏加速度量の電圧値ＰＶ依存性を調べた。

図１８のグラフにおいて、横軸はパルス電圧の電圧値ＰＶ（単位はボルト）に対応し、縦軸は加速度に対応している。図１８において、線３７１は、電圧値ＰＶと最大加速度との関係を表し、線３７２は、電圧値ＰＶと最小加速度との関係を表し、線３７３は、電圧値ＰＶと最大加速度及び最小加速度の和との関係を表している。図１８から分かるように、パルス電圧の電圧値ＰＶを増大させるにつれて、偏加速度量が大きくなる。

［第４シミュレーション］
第４シミュレーションを説明する。図１９に、第４シミュレーションの結果を示す。第４シミュレーションでは、
入力位相αを２７０°で固定し、且つ、
パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの２５％にて固定（即ち、ＰＷ＝Ｔ×０．２５）した上で、
最大加速度、最小加速度及び偏加速度量の電圧値ＰＶ依存性を調べた。

図１９のグラフにおいて、横軸はパルス電圧の電圧値ＰＶ（単位はボルト）に対応し、縦軸は加速度に対応している。図１９において、線３９１は、電圧値ＰＶと最大加速度との関係を表し、線３９２は、電圧値ＰＶと最小加速度との関係を表し、線３９３は、電圧値ＰＶと最大加速度及び最小加速度の和との関係を表している。図１９から分かるように、パルス幅を固有周期Ｔの２５％に設定した場合においては、パルス電圧の電圧値ＰＶに依存せず、殆ど偏加速度が発生しないことが分かった。

［１パルス入力後の減衰振動について］
図２０を参照する。図２０の波形４０１、４０２及び４０３は、夫々、第１、第２、第３又は第４シミュレーションにおいて得られた、速度、加速度及びコイル電圧の信号波形の１つである。第１〜第４シミュレーションで想定したパルス電圧のように、１パルス周期にパルス電圧を１つだけコイル２１に入力した場合、パルス電圧の入力後に速度及び加速度の減衰振動が発生する（但し、図示されていないが、パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの１００％に設定した場合には、減衰振動が殆ど発生しない）。図２０において、波線４０４内における信号波形４０１及び４０２が速度及び加速度の減衰振動を表している。速度の減衰振動は可動子１０１の減衰振動に相当し、可動子１０１が減衰振動を行えば、その反作用として固定子１０２も減衰振動を行う。

仮に、パルス電圧の入力後における減衰振動を速やかに停止させることができたならば、その分だけ偏加速度を増大させることができる（第１のメリット）。例えば、パルス電圧の入力によって速度が極値をとった後、急峻に速度をゼロに戻すことができれば、図２１に示す如く、急峻に速度がゼロに戻された反動によって大きな偏加速度が発生するからである。図２１では、１つ目のパルス電圧を入力してから、所定時間の経過後に２つ目のパルス電圧を入力することを想定しており、１つ目のパルス電圧の入力によって生じた速度及び加速度の減衰振動が、２つ目のパルス電圧の入力によって急激に停止せしめられている。

また、振動デバイス１の特性にも依存するが、ユーザにしっかりと振動を知覚させるためには、複数のパルス電圧を断続的に入力することが必要になることも多い。この場合において、ｉ番目のパルス電圧を入力しようとしたときに、（ｉ−１）番目のパルス電圧入力に基づく減衰振動が残存していたならば、速度信号の位相を考慮して、ｉ番目のパルス電圧の入力タイミングを決定する必要が生じうる。仮に、（ｉ−１）番目のパルス電圧入力に基づく減衰振動を速やかに停止する技術が適用されたならば、速度信号の位相を何ら考慮することなく、所望のタイミング（例えば、ユーザが振動デバイス１の振動を知覚しやすいタイミング）にｉ番目のパルス電圧を入力することができる（第２のメリット）。

このようなメリットを享受すべく、１パルス周期に２つのパルス電圧を入力することで減衰振動を速やかに停止させることができないかを、後述の第５及び第６シミュレーションにて検証した。

図２２に、第５及び第６シミュレーションにおけるコイル電圧の信号波形を示す。第５及び第６シミュレーションでは、１パルス周期内に第１パルス電圧及び第２パルス電圧がコイル２１に入力される。１パルス周期内において、第２パルス電圧は、第１パルス電圧よりも遅れ時間ＤＬだけ後にコイル２１に入力される。第１及び第２パルス電圧の電圧値ＰＶは互いに同じであり、第１及び第２パルス電圧のパルス幅ＰＷも互いに同じである。第１又は第２パルス電圧がコイル２１に入力されないタイミングにおけるコイル電圧はゼロである。

［第５シミュレーション］
第５シミュレーションを説明する。第５シミュレーションでは、
パルス周期ＰＰを或る一定周期にて固定し、且つ、
パルス電圧の電圧値ＰＶを５ボルトにて固定し、且つ、
パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの１０％にて固定（即ち、ＰＷ＝Ｔ×０．１０）した状態で、第１及び第２パルス電圧から成るパルス電圧列を、周期的にコイル２１に入力した。この際、遅れ時間ＤＬを様々に変化させて速度及び加速度の状態を調べた。

図２３（ａ）〜（ｃ）、図２４（ａ）〜（ｃ）及び図２５（ａ）〜（ｃ）に、第５シミュレーションの結果を示す９つのグラフが示されている。この９つのグラフの夫々おいて、横軸は時間に対応しており、縦軸は速度、加速度又はコイル電圧に対応している。図２３（ａ）、図２３（ｂ）、図２３（ｃ）、図２４（ａ）、図２４（ｂ）、図２４（ｃ）、図２５（ａ）、図２５（ｂ）、図２５（ｃ）は、夫々、遅れ時間ＤＬを固有周期Ｔの２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％に設定した場合における、速度、加速度及びコイル電圧の信号波形を示している。ｉが２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０又は１００である場合、曲線Ｖｅｌ＿ＤＬ［ｉ］、曲線Ａｃｃ＿ＤＬ［ｉ］及び折れ線Ｖｏｌ＿ＤＬ［ｉ］は、夫々、遅れ時間ＤＬを固有周期のｉ％に設定した場合における、速度、加速度及びコイル電圧の信号波形を表している。

上記の９つのグラフから、以下のことが分かる。
遅れ時間ＤＬが固有周期Ｔの２０％、３０％、４０％、６０％、７０％、８０％、９０％又は１００％である場合、第１パルス電圧の入力に基づく速度及び加速度の減衰振動は、第２パルス電圧の入力によって抑制されず、逆に、第２パルス電圧の入力によって、速度及び加速度の振動の振幅が増大することもある。
一方、遅れ時間ＤＬが固有周期Ｔの５０％である場合、第１パルス電圧の入力に基づく速度及び加速度の減衰振動は、第２パルス電圧の入力によって抑制されている。

尚、図２３（ａ）等における速度及び加速度の信号波形と異なり、図２４（ａ）における速度及び加速度の信号波形では、第１パルス電圧であるパルス電圧４１１の入力前において速度及び加速度が略ゼロになっている。これは、パルス電圧４１１を含むパルス周期の前のパルス周期における第２パルス電圧（パルス電圧４１２の１パルス周期前に入力されたパルス電圧）によって、速度及び加速度がゼロ付近まで急峻に減少せしめられたためである。

［第６シミュレーション］
第６シミュレーションを説明する。第６シミュレーションでは、
パルス周期ＰＰを或る一定周期にて固定し、且つ、
パルス電圧の電圧値ＰＶを５ボルトにて固定し、且つ、
遅れ時間ＤＬを固有周期Ｔの５０％にて固定（即ち、ＤＬ＝Ｔ×０．５０）した状態で、第１及び第２パルス電圧から成るパルス電圧列を、周期的にコイル２１に入力した。この際、パルス幅ＰＷを様々に変化させて速度及び加速度の状態を調べた。

図２６（ａ）〜（ｃ）、図２７（ａ）〜（ｃ）及び図２８（ａ）〜（ｃ）に、第６シミュレーションの結果を示す９つのグラフが示されている。この９つのグラフの夫々おいて、横軸は時間に対応しており、縦軸は速度、加速度又は電圧に対応している。図２６（ａ）、図２６（ｂ）、図２６（ｃ）、図２７（ａ）、図２７（ｂ）、図２７（ｃ）、図２８（ａ）、図２８（ｂ）、図２８（ｃ）は、夫々、パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％に設定した場合における、速度、加速度及びコイル電圧の信号波形を示している。ｉが１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０又は９０である場合、曲線Ｖｅｌ＿ＰＷ［ｉ］、曲線Ａｃｃ＿ＰＷ［ｉ］及び折れ線Ｖｏｌ＿ＰＷ［ｉ］は、夫々、パルス幅ＰＷを固有周期のｉ％に設定した場合における、速度、加速度及びコイル電圧の信号波形を表している。

第６シミュレーションでは、遅れ時間ＤＬが固有周期Ｔの５０％であるため、パルス幅ＰＷが固有周期Ｔの５０％である場合には、図２７（ｂ）に示す如く、第１パルス電圧の入力終了時点と第２パルス電圧の入力開始時点が一致し、第１及び第２パルス電圧は、（２×ＰＷ）のパルス幅を有する１つのパルス電圧を形成する。また、パルス幅ＰＷが固有周期Ｔの５０％よりも大きい場合には、図２７（ｃ）等に示す如く、第１パルス電圧の後半部分と第２パルス電圧の前半部分が重なり合い、第１及び第２パルス電圧が重なり合った期間には、（２×ＰＶ）の電圧値を有する電圧がコイル２１に入力されることになる。

図２９に、第６シミュレーションの結果をまとめる。図２９のグラフにおいて、横軸は固有周期Ｔに対するパルス幅ＰＷの割合（単位は％）に対応し、縦軸は加速度に対応している。図２９において、線４５１は、上記割合と最大加速度との関係を表し、線４５２は、上記割合と最小加速度との関係を表し、線４５３は、上記割合と最大加速度及び最小加速度の和との関係を表している。

図２９から分かるように、第６シミュレーションの条件下において、固有周期Ｔに対するパルス幅ＰＷの割合（即ち、ＰＷ／Ｔ）を５０％未満に設定すると、偏加速度が発生することが分かった。

［第１実験（１パルス入力）］
第１実験を説明する。上述の各シミュレーションでは、数値演算によって速度信号等の状態を調べた。これに対し、第１実験及び後述の第２実験では、コイル２１に対して実際にパルス電圧を入力して、コイル２１の両端子間電圧及び固定子の加速度を電圧検出センサ及び加速度センサにて計測した。

図３０（ａ）及び（ｂ）に第１実験の計測結果を示す。第１実験では、第１〜第４シミュレーションと同様、１パルス周期にパルス電圧が１つだけ含まれるように、パルス電圧を一定周期にて繰り返しコイル２１に入力した（入力位相αが幾らであるのかを特に気にすることなく、パルス電圧を一定周期にて繰り返しコイル２１に入力した）。第１実験では、パルスＰＷを固有周期Ｔの８％に固定し、且つ、パルス電圧の電圧値ＰＶを５ボルトに固定した。図３０（ａ）の波形４８１は、第１実験におけるコイル電圧の信号波形を表し、図３０（ｂ）の波形４８２は、第１実験における加速度の信号波形を表す。第１実験において、パルス電圧の入力により偏加速度の発生が観測されている。

尚、図３０（ａ）のグラフにおいて、横軸は時間に対応し、縦軸はコイル電圧に対応している（後述の図３１（ａ）及び図３２（ａ）も同様）。図３０（ｂ）のグラフにおいて、横軸は時間に対応し、縦軸は加速度に対応している（後述の図３１（ｂ）及び図３２（ｂ）も同様）。また、図３０（ａ）のグラフでは、上述の各シミュレーションにおけるグラフと異なり、図面の下方向が電圧の正方向に対応している（後述の図３１（ａ）及び図３２（ａ）も同様）。

［第２実験（２パルス入力）］
図３１（ａ）及び（ｂ）並びに図３２（ａ）及び（ｂ）に第２実験の計測結果を示す。第２実験では、第５及び第６シミュレーションと同様、１パルス周期に第１及び第２パルス電圧が含まれるように、第１及び第２パルス電圧から成るパルス電圧列を一定周期にて繰り返しコイル２１に入力した。第２実験では、パルスＰＷを固有周期Ｔの４２％に固定し、且つ、パルス電圧の電圧値ＰＶを３ボルトに固定した。図３１（ａ）及び図３２（ａ）の波形４９１及び４９３は、第２実験のコイル電圧の信号波形を表し、図３１（ｂ）及び図３２（ｂ）の波形４９２及び４９４は、第２実験における加速度の信号波形を表す。但し、波形４９１及び４９２を得る際には、遅れ時間ＤＬは固有周期Ｔの５０％に設定され、波形４９２及び４９４を得る際には、遅れ時間ＤＬは固有周期Ｔの６０％に設定された。

波形４９１〜４９４から分かるように、遅れ時間ＤＬを固有周期Ｔの５０％に設定した場合にはパルス電圧入力後の減衰振動が抑制されるが、遅れ時間ＤＬを固有周期Ｔの６０％に設定した場合には、パルス電圧入力後の減衰振動が抑制されないことが分かる。尚、観測された波形４９１及び４９３は、きれいな矩形波形にはなっていないが、これは、コイル２１にて発生した誘起電圧の影響によるものである。

［回路ブロック図］
図３３に、リニア振動アクチュエータ（Linear oscillatory actuator）としての振動デバイス１及び電圧入力部２を有する振動発生装置の概略的な回路ブロック図を示す。図３３の電圧入力部２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＤ／Ａコンバータ等を有する制御回路３と、ドライバ４と、を備える。制御回路３は、コイル２１に入力しようとする電圧のデジタル信号を生成し、Ｄ／Ａコンバータにおいて該デジタル信号をアナログ信号に変換する。ドライバ４は、このアナログ信号を増幅し、増幅後のアナログ信号を電圧信号として実際にコイル２１に入力する。尚、ドライバ４は、制御回路３内に設けられていても良い。

電圧入力部２は、振動デバイス１にて通常の振動（正負間で対称な加速度による振動）を発生させるための電圧信号をコイル２１に出力することができる。即ち、正弦波状の電圧信号をコイル２１に入力することができる。正弦波状の電圧信号とは別に、電圧入力部２は、偏加速度を発生させるための矩形波状の電圧信号をコイル２１に入力することができる。

このため、本実施形態に係る振動発生装置では、偏加速度発生用の専用構造を必要とすることなく単純な構造にて、偏加速度を発生させることができ、ユーザに力覚を提示することが可能である。単純な構造の採用は、振動発生装置のサイズ低減及びコスト低減に寄与する。また、通常の振動と偏加速度を共通の構造にて発生させることができる。

以下、説明の便宜上、第１〜第４シミュレーションで想定された、１パルス周期内にパルス電圧を１つだけコイル２１に入力する方法を１パルス方法と呼び、第５及び第６シミュレーションで想定された、１パルス周期内に２つのパルス電圧をコイル２１に入力する方法を２パルス方法と呼ぶ。

［第１実施例］
まず、１パルス方法における電圧入力例を、第１実施例として説明する。電圧入力部２は、上述の第１〜第４シミュレーションにおいて説明された任意のパルス電圧を、実際に振動デバイス１のコイル２１に入力することができる。

第１シミュレーションでは、入力位相αを２７０°又は０°に設定すると大きな偏加速度が得られることが分かった（図１５参照）。第１シミュレーションでは、正のパルス電圧をコイル２１に入力することを想定しているが、位相αが２７０°であるときに正のパルス電圧をコイル２１に入力することと、位相αが９０°であるときに負のパルス電圧をコイル２１に入力することは等価であると言え、極性は異なるが、どちらも同じ偏加速度を生み出す。同様に、位相αが０°であるときに正のパルス電圧をコイル２１に入力することと、位相αが１８０°であるときに負のパルス電圧をコイル２１に入力することは等価であると言え、極性は異なるが、どちらも同じ偏加速度を生み出す。故に、より大きな偏加速度を発生させたいとき、電圧入力部２は、速度信号の位相αが２７０°又は０°であるときにおいて正のパルス電圧をコイル２１に入力する、又は、速度信号の位相αが９０°又は１８０°であるときにおいて負のパルス電圧をコイル２１に入力することが望ましい。但し、速度信号の位相αが任意の位相であるときにおいて正又は負のパルス電圧をコイル２１に入力することも可能である。

尚、位相αについて具体的に述べる角度値（例えば、０°、９０°、１８０°又は２７０°）は、或る程度、幅を持った数値概念であると考えることができる。即ち例えば、速度信号の位相αがｊ°であるときにおいて正のパルス電圧をコイル２１に入力するという方法は、速度信号の位相αが“ｊ°−Δ_Ａ≦α≦ｊ°＋Δ_Ａ”を満たすときにおいて正のパルス電圧をコイル２１に入力するという方法を含んでいると解釈されてもよい。ここで、Δ_Ａは正の小さな角度値（例えば、５°）である。

第１シミュレーションにおいて、速度信号の位相αが２７０°であるとき、可動子１０１の速度は負の極値をとり、速度信号の位相αが９０°であるとき、可動子１０１の速度は正の極値をとる。従って、第１シミュレーションにおいて、位相αが２７０°又は９０°になるタイミングは可動子１０１の速度の絶対値が最大値（極大値）をとるタイミングである。そして、位相αが２７０°のタイミングにおける正のパルス電圧は、可動子１０１の移動方向の逆方向（正方向）に可動子１０１を導くパルス電圧として機能し、同様に、位相αが９０°のタイミングにおける負のパルス電圧は、可動子１０１の移動方向の逆方向（負方向）に可動子１０１を導くパルス電圧として機能する。一方、第１シミュレーションにおいて、速度信号の位相αが０°であるタイミングは、可動子１０１の移動方向がＺ軸の負方向から正方向へと切り替わるタイミングであり、速度信号の位相αが１８０°であるタイミングは、可動子１０１の移動方向がＺ軸の正方向から負方向へと切り替わるタイミングである。

また、１パルス方法において、パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの２５％以上にすると偏加速度が殆ど得られないことが第２シミュレーションから分かった（図１７参照）。故に、より大きな偏加速度を発生させたいとき、電圧入力部２は、パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの２５％未満に設定することが望ましい。パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの２５％未満に設定することは、任意の入力位相αに対して適用することができる。

また、１パルス方法において、パルス電圧の電圧値ＰＶを増大させれば偏加速度量も増大することが第３及び第４シミュレーションから分かった（図１８及び図１９参照）。故に、より大きな偏加速度を発生させたいとき、電圧入力部２は、パルス電圧の電圧値ＰＶをなるだけ大きく設定することが望ましい（２パルス方法においても同様）。但し、永久磁石３０及び重量体３１から成る可動子の上端又は下端が、パルス電圧の入力によってケース１０に当たることがないように、電圧値ＰＶに上限を設けるべきである（２パルス方法においても同様）。

第１シミュレーションの説明において述べたように、パルス周期ＰＰ［ｊ］を予め実験等を介して求めておくことができる。但し、パルス周期ＰＰ［ｊ］は、パルス幅ＰＷ及び電圧値ＰＶに依存するため、実際にコイル２１に入力するパルス電圧のパルス幅ＰＷ及び電圧値ＰＶに応じたパルス周期ＰＰ［ｊ］を求めるようにする。即ち例えば、パルス幅ＰＷ及び電圧値ＰＶを夫々パルス幅ＰＷ_Ａ及び電圧値ＰＶ_Ａに設定した状態でパルス周期ＰＰ［ｊ］を実験等を介して求め、求めたパルス周期ＰＰ［ｊ］を制御回路３内のパラメータ記憶部（不図示）に保存しておく。その後、パルス幅ＰＷ及び電圧値ＰＶを夫々パルス幅ＰＷ_Ａ及び電圧値ＰＶ_Ａに設定した状態でコイル２１にパルス電圧を入力する際、パラメータ記憶部に保存されたパルス周期ＰＰ［ｊ］を用いてコイル２１にパルス電圧を入力すればよく、これによって、常に速度信号の位相αがｊ°である時にパルス電圧をコイル２１に入力することができる。求められるべきパルス周期ＰＰ［ｊ］には、例えば、パルス周期ＰＰ［０］、ＰＰ［９０］、ＰＰ［１８０］及びＰＰ［２７０］が含まれる。

尚、１パルス方法において、１つ目のパルス電圧をコイル２１に入力する際、可動子１０１は停止していても良いし、振動中であっても良い。可動子１０１の停止時において１つ目のパルス電圧をコイル２１に入力する場合には、そもそも速度信号に対して位相αを定義できないが、上記パルス周期ＰＰ［ｊ］にてパルス電圧を周期的にコイル２１に入力すれば、２つ目以降のパルス電圧の入力位相αは所望位相（２７０°など）になる。

コイル２１に正弦波状のコイル電圧を入力した後、その入力に応じた減衰振動中に１つ目のパルス電圧をコイル２１に入力することもできる。この場合には、過去に入力された正弦波状のコイル電圧の信号波形から現時点の速度信号の位相αを推定し、その推定結果を用いて、１つ目のパルス電圧の入力タイミングを決定しても良い。これによれば、１つ目のパルス電圧の入力位相αをも所望位相（２７０°など）と一致させることができる。

［第２実施例］
次に、２パルス方法における電圧入力例を、第２実施例として説明する。電圧入力部２は、上述の第５及び第６シミュレーションにおいて説明された任意のパルス電圧を、実際に振動デバイス１のコイル２１に入力することができる。

電圧入力部２は、コイル２１への第１パルス電圧の入力によって発生する可動子１０１及び固定子１０２の減衰振動が、コイル２１への第２パルス電圧の入力によって抑制されるように、遅れ時間ＤＬを固有周期Ｔに応じて設定することができる（図２１及び図２２参照）。上記抑制を良好に実現するために、遅れ時間ＤＬを固有周期Ｔの５０％に設定することが望ましく、また、パルス幅ＰＷを固有周期Ｔの５０％未満に設定することが望ましい（図２４（ａ）及び図２９等参照）。

尚、遅れ時間ＤＬについて具体的に述べる数値“５０％”は、或る程度、幅を持った数値概念であると考えることができる。即ち例えば、遅れ時間ＤＬを固有周期Ｔの５０％に設定するという方法は、“Ｔ×（０．５−Δ_Ｂ）≦ＤＬ≦Ｔ×（０．５＋Δ_Ｂ）”を満たす範囲内で遅れ時間ＤＬを設定するという方法を含んでいると解釈されてもよい。ここで、Δ_Ｂは、５０％よりも小さな正の値（例えば、５％）である。

［第３実施例］
コイル２１への電圧入力例に関する、第３実施例を説明する。第１又は第２実施例で述べたようなパルス電圧の入力によって偏加速度を良好に発生させることができる。偏加速度の発生時においては、移動物体における正方向（Ｚ軸の正方向）への加速度と負方向（Ｚ軸の負方向）への加速度とが、加速度信号の１周期中で非対称になる。移動物体とは、可動子１０１又は固定子１０２である。偏加速度を発生させることで、振動デバイス１又は振動デバイス１を組み込んだ機器を手に持つユーザに、いわゆる力覚を知覚させることができる。例えば、正の加速度が負の加速度よりも大きくなるような偏加速度を発生させることで、正方向にユーザの注意を向けさせるような作用をもたらすことができる。

また、人間が力覚を知覚しやすい周波数は約１０Ｈｚ（ヘルツ）である。従って、電圧入力部２は、パルス電圧をコイル２１に入力する操作を、１０Ｈｚの周期（又は約１０Ｈｚの周期）で繰り返し実行すると良い。

図３４に、１０Ｈｚの周期でパルス電圧をコイル２１に入力した場合における加速度のシミュレーション結果を示す。図３４に示す如く、電圧入力部２は、１パルス方法におけるパルス電圧を１０Ｈｚの周期で繰り返しコイル２１に入力することができ、１パルス方法におけるパルス電圧の入力条件として、第１実施例のそれを適用することができる。これに代えて、電圧入力部２は、２パルス方法におけるパルス電圧を１０Ｈｚの周期でコイル２１に繰り返し入力してもよい。即ち、第１及び第２パルス電圧から成るパルス電圧列をコイル２１に入力する操作を、１０Ｈｚの周期で繰り返し実行しても良い。２パルス方法におけるパルス電圧の入力条件として、第２実施例のそれを適用することができる。

但し、パルス電圧を１周期分入力しただけでは、ごく短時間しか偏加速度が発生しないため、ユーザが知覚する力覚は小さい。そこで、図３５に示す如く、電圧入力部２は、複数のパルス周期に亘って連続的にパルス電圧をコイル２１に入力する操作を、所定の周期で繰り返し実行してもよく、所定の周期として例えば１０Ｈｚの周期（又は約１０Ｈｚの周期）を採用すると良い。図３５の方法によれば、図３４の方法と比べて偏加速度の発生期間が長くなるため、ユーザは力覚を知覚しやすくなる。

図３５の例の如く、電圧入力部２は、連続する６パルス周期（即ち、６×ＰＰ）を単位区間として捉え、単位区間が１０Ｈｚの周期で繰り返し訪れるように、パルス電圧をコイル２１に入力することができる。各単位区間では、６パルス周期に亘り１パルス方法又は２パルス方法にてパルス電圧をコイル２１に入力することができる（図３５の例では、２パルス方法が採用されている）。従って、１パルス方法にてパルス電圧を入力する場合、１つの単位区間において計６つのパルス電圧がコイル２１に入力され、２パルス方法にてパルス電圧を入力する場合、１つの単位区間において第１及び第２パルス電圧が６つずつコイル２１に入力される。尚、１単位区間に属するパルス周期の個数は６以外であっても良い。

１パルス方法を採用する際、各単位区間におけるパルス電圧の入力条件として、第１実施例のそれを適用することができる。２パルス方法を採用する際、各単位区間におけるパルス電圧の入力条件として、第２実施例のそれを適用することができる。

尚、第３実施例において上述した“１０Ｈｚ”という周期の数値は、或る程度、幅を持った数値概念であると考えることができる。即ち例えば、或る操作を１０Ｈｚの周期で繰り返し実行するという方法は、当該操作を（１０−Δ_Ｃ）Ｈｚ以上且つ（１０＋Δ_Ｃ）Ｈｚ以下の周期で繰り返し実行するという方法を含んでいると解釈されてもよい。ここで、Δ_Ｃは、１０よりも小さな正の値（例えば、１又は２）である。

［固有周期Ｔの測定方法］
固有周期Ｔの測定方法について説明する。固有周期Ｔを測定する際、図３６に示す如く、加速度を測定するための加速度センサ１２１を振動デバイス１の近傍に設置する。そして、制御回路３から正弦波状又は矩形波状の電圧信号を出力させ、これによって正弦波状又は矩形波状のコイル電圧をコイル２１に入力する。正弦波状又は矩形波状のコイル電圧をコイル２１に一定期間入力した後、コイル電圧の入力を停止し、その停止後に発生する固定子１０２の減衰振動の加速度を加速度センサ１２１にて測定する。加速度センサ１２１によって測定された加速度の信号波形を、オシロスコープ１２２を用いて観測することで固有周期Ｔを求めることができる。制御回路３は、求めた固有周期Ｔを用いて、コイル２１に対するパルス電圧の入力条件を決定することができる。固定子１０２における加速度の周期は、可動子１０１における速度及び加速度の周期と一致する。

また、上記の式（１）及び（３）からも分かるように、固有周期Ｔは固定子１０２の質量ｍ_２にも依存する。従って、振動デバイス１が組み込まれる機器ごとに、固有周期Ｔを測定するようにしてもよい。即ち、図３７に示す如く、振動デバイス１が組み込まれるべき機器１２３に対して実際に振動デバイス１を組み込んだ状態で、正弦波状又は矩形波状のコイル電圧をコイル２１に一定期間入力した後、コイル電圧の入力を停止し、その停止後に発生する固定子１０２の減衰振動の加速度を加速度センサ１２１にて測定してもよい。振動デバイス１が機器１２３に組み込まれている場合、振動デバイス１を内包する機器１２３から可動子１０１を除いた部分全体が固定子１０２として機能する。加速度センサ１２１によって測定された加速度の信号波形を、オシロスコープ１２２を用いて観測することで固有周期Ｔを求めることができる。制御回路３は、求めた固有周期Ｔを用いて、コイル２１に対するパルス電圧の入力条件を決定することができる。

本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。

１振動デバイス
２電圧入力部
３制御回路
４ドライバ
１０ケース
２０固定子ヨーク
２１コイル
２５中央ヨーク
２６バックヨーク
３０永久磁石
３１重量体
３２可動子ヨーク
４１、４２バネ材
１０１可動子
１０２固定子
１０３バネ

Claims

コイルを有する固定子と、
永久磁石を有する可動子と、
前記コイルへの入力電流に応じた前記コイルの発生磁界と前記永久磁石との磁気作用を用いて前記可動子が振動可能なように前記固定子と前記可動子を連結する弾性体と、を備えた振動発生装置において、
前記可動子の固有周期に応じたパルス電圧を前記コイルに入力する電圧入力部を更に備えた
ことを特徴とする振動発生装置。
前記固有周期での前記可動子の振動中において、前記可動子の速度の絶対値が最大になるタイミングに、
前記電圧入力部は、前記可動子の移動方向の逆方向に前記可動子を導く電圧極性を有する電圧を、前記パルス電圧として前記コイルに入力する、又は、
前記固有周期での前記可動子の振動中において、前記可動子の移動方向が第１方向から前記第１方向の反対方向である第２方向へと切り替わるタイミングに、
前記電圧入力部は、前記第２方向に前記可動子を導く電圧極性を有する電圧を、前記パルス電圧として前記コイルに入力する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動発生装置。
前記パルス電圧は、前記固有周期の２５％未満のパルス幅を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動発生装置。
前記パルス電圧は、第１パルス電圧と、前記第１パルス電圧よりも後に前記コイルに入力される第２パルス電圧と、を含み、
前記電圧入力部は、前記コイルに対する前記第１パルス電圧の入力タイミングから見た、前記コイルに対する前記第２パルス電圧の入力タイミングの遅れ時間を、前記固有周期に応じて設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動発生装置。
前記電圧入力部は、前記第１パルス電圧の入力によって発生する前記可動子の減衰振動が前記第２パルス電圧の入力によって抑制されるように、前記遅れ時間を前記固有周期に応じて設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の振動発生装置。
前記遅れ時間は、前記固有周期の５０％の長さを有し、且つ、
前記第１及び第２パルス電圧の夫々は、前記固有周期の５０％未満のパルス幅を有する
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の振動発生装置。
前記電圧入力部は、前記パルス電圧を前記コイルに複数回入力する操作を、所定の周期で繰り返し実行する
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の振動発生装置。
前記固定子は、磁性体を更に有し、
前記固有周期は、前記コイルへの電圧入力の停止時において前記永久磁石及び前記磁性体間の磁気吸引力と前記弾性体の機械推力とによって生じる、前記可動子の減衰振動の周期である
ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の振動発生装置。