JP2017221009A - Vibration actuator and vibration actuator built-in apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部に振動を与える振動アクチュエーター及びその振動アクチュエーターを内蔵した振動アクチュエーター内蔵機器に関する。 The present invention relates to a vibration actuator that applies vibration to the outside and a device with a built-in vibration actuator that incorporates the vibration actuator.
近年、携帯電話端末やゲームコントローラーなどにおいて、振動アクチュエーターを内蔵して、その振動アクチュエーターによる振動触覚をユーザーに提示するものが多々製品化されている。
振動アクチュエーターには、回転式と直動式とがある。従来の回転型の振動アクチュエーターは、モーターの回転軸から偏心した位置を重心とした偏心モーターを利用したものである。一方、直動式の振動アクチュエーターは、スピーカーのボイスコイルの原理を利用して、錘を往復動させるものである。
In recent years, many mobile phone terminals, game controllers, and the like that have built-in vibration actuators and present users with vibration tactile sensations using the vibration actuators have been commercialized.
There are two types of vibration actuators: a rotary type and a direct acting type. A conventional rotary vibration actuator uses an eccentric motor whose center of gravity is a position eccentric from the rotation axis of the motor. On the other hand, the direct-acting vibration actuator reciprocates the weight using the principle of the voice coil of the speaker.
特許文献1には、振動モーターを使用した振動アクチュエーターを内蔵させた電子機器の一例が記載されている。 Patent Document 1 describes an example of an electronic device in which a vibration actuator using a vibration motor is incorporated.
回転式の振動アクチュエーターは、一般的なモーターに錘を取り付ける構成であるため、構成が簡単であり、小型で低コスト化が図れるという利点がある。しかしながら、回転式の振動アクチュエーターによる振動は、回転している錘の遠心力によって生じるため、モーターの回転数から決まる振動の周波数と振動の強さを独立して制御することができず、常に一定の振動触覚しか発生できない。したがって、従来の回転式の振動アクチュエーターでは、高品位な振動触覚をユーザーに提示することができないという問題があった。 Since the rotary vibration actuator has a configuration in which a weight is attached to a general motor, there is an advantage that the configuration is simple, and the size and cost can be reduced. However, the vibration generated by the rotary vibration actuator is generated by the centrifugal force of the rotating weight, so the vibration frequency and vibration strength determined by the motor rotation speed cannot be controlled independently, and are always constant. Only vibrate and touch can be generated. Therefore, the conventional rotary vibration actuator has a problem that a high-quality vibration tactile sensation cannot be presented to the user.
また、直動式の振動アクチュエーターについても、錘を固定するためにバネやゴムなどの部材を用いる必要があり、それらの部材に起因する共振が生じて、振動状態の制御が難しいという問題がある。特に低周波領域で一定の加速度を生じさせようとすると、振動体が壁にぶつかるため、低周波での振動発生が得意でないという問題があった。 In addition, the direct-acting vibration actuator also needs to use a member such as a spring or rubber to fix the weight, and there is a problem that resonance caused by these members occurs and it is difficult to control the vibration state. . In particular, when trying to generate a constant acceleration in the low frequency region, there is a problem that the vibration body hits the wall and is not good at generating vibrations at a low frequency.
本発明は、高品位な振動触覚をユーザーに提示でき、かつ構成や駆動回路が簡単な振動アクチュエーター及びその振動アクチュエーターを内蔵した機器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a vibration actuator that can present a high-quality vibration tactile sensation to a user and that has a simple configuration and drive circuit, and a device that incorporates the vibration actuator.
本発明の振動アクチュエーターは、コイルが取り付けられたシャフトと、コイルの周囲に配置されたS極及びN極の磁石と、磁石を固定した状態で保持する第1筐体と、コイルと電気的に接続されシャフトに取り付けられた整流子と、シャフトの整流子と接触し第1筐体に取り付けられた導電ラインに接続された第1ブラシと、第1筐体の外側に配置されシャフトに固定された第2筐体と、第1筐体に取り付けられ導電ラインに電気的に接続された導電端子と、第2筐体に取り付けられ導電端子と接触した第2ブラシと、第2ブラシと電気的に接続された給電部とを備える。
そして、給電部に交流信号を供給することで、第1筐体及び磁石が、交流信号の周波数及び強度に対応した周期及び強度で往復回転を行い、振動触覚を発生するようにした。
The vibration actuator of the present invention includes a shaft to which a coil is attached, S-pole and N-pole magnets arranged around the coil, a first housing that holds the magnet in a fixed state, and the coil electrically. A commutator connected and attached to the shaft, a first brush that contacts the commutator of the shaft and connected to a conductive line attached to the first housing, and is disposed outside the first housing and fixed to the shaft. A second housing, a conductive terminal attached to the first housing and electrically connected to the conductive line, a second brush attached to the second housing and in contact with the conductive terminal, and a second brush electrically And a power feeding unit connected to the.
Then, by supplying an AC signal to the power feeding unit, the first casing and the magnet reciprocate at a period and intensity corresponding to the frequency and intensity of the AC signal to generate a vibrotactile sensation.
また本発明の振動アクチュエーター内蔵機器は、上述した構成の振動アクチュエーターを内蔵した機器である。 The vibration actuator built-in device of the present invention is a device incorporating the vibration actuator having the above-described configuration.
本発明によると、小型な構成で強度の強い振動を発生させることができる。また、給電部に供給する交流信号の周波数及び強度を調整することで、発生する振動触覚の周波数及び強度を効率的に調整することができ、高品位な振動触覚をユーザーに提示できるようになる。 According to the present invention, strong vibrations can be generated with a small configuration. In addition, by adjusting the frequency and intensity of the AC signal supplied to the power supply unit, the frequency and intensity of the generated vibrotactile sensation can be efficiently adjusted, and a high-quality vibrotactile sensation can be presented to the user. .
[1.振動アクチュエーターの構成]
以下、本発明の一実施の形態例(以下、「本例」と称する。)を、添付図面を参照して説明する。
図1は、本例の振動アクチュエーター100の全体構成を示す図である。図2は、振動アクチュエーター100の第1筐体110の内部を示す断面図である。図3は、振動アクチュエーター100の第1筐体110を示す斜視図である。
[1. Configuration of vibration actuator]
Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this example”) will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the
本例の振動アクチュエーター100は、いわゆる直流モーターに改良を加えたものである。すなわち、振動アクチュエーター100は、円筒形状の第1筐体110を備え、第1筐体110のシャフト支持部111,112に、シャフト130の一端部131及び他端部132が回転可能に支持される。なお、本例の振動アクチュエーター100による振動発生時には、第1筐体110側が回転し、シャフト130は回転しない。つまり、本例の振動アクチュエーター100は、一般的な直流モーターとは回転側と固定側が逆になる。なお、以下の説明で回転側と述べた場合には第1筐体110側を示し、固定側と述べた場合にはシャフト130側を示す。
The
図2に示すように、シャフト130にはコイル141が取り付けられる。このコイル141の周囲の第1筐体110内には、コイル141側にN極が配置された磁石143Nとコイル141側にS極が配置された磁石143Sとが対向して配置される。コイル141の巻線の一端及び他端は、シャフト130の一端部131側に取り付けられた整流子142a,142bに接続される。2つの整流子142a,142bは、シャフト130に対向して取り付けられる。
As shown in FIG. 2, a
2つの整流子142a,142bは、図2に示すように、第1筐体110の内部で、2つの第1ブラシ144a,144bに接触する。例えば、一方の整流子142aが一方の第1ブラシ144aと接触した状態のとき、他方の整流子142bが他方の第1ブラシ144bと接触する。また、第1筐体110が180°回転して、一方の整流子142aが他方の第1ブラシ144bと接触した状態のとき、他方の整流子142bが一方の第1ブラシ144aと接触する。なお、本明細書で述べるブラシ(第1ブラシ144a,144b及び後述する第2ブラシ151a,151b)は、直流モーターの構成部品として一般的な部品の1つとしてのブラシであり、相手側と常時接触する導電部材であれば、様々な形状のものが適用可能である。
As shown in FIG. 2, the two
第1筐体110内の2つの第1ブラシ144a,144bは、導電ライン145a,145bに接続される。それぞれの導電ライン145a,145bは、孔113a,113bから第1筐体110の外側に引き出される。一方の導電ライン145aは、シャフト支持部112の周囲に取り付けられた第1筒状導電端子146に接続される。他方の導電ライン145bは、第1筒状導電端子146の外側に絶縁材147を介して配置された第2筒状導電端子148に接続される。
The two
第1筐体110の外周部には、第2筐体120が配置される。第2筐体120は、第1筐体110の約半分(図1での左半分)を覆う円筒形状である。この第2筐体120は、図2に示すように、シャフト連結部121を備え、シャフト連結部121にシャフト130の他端部132が固定される。したがって、第2筐体120も固定側である。振動アクチュエーター100を機器(後述する振動触覚提示装置200など)に取り付ける際には、この第2筐体120が機器に固定される。
A
第2筐体120の内部には、2つの第2ブラシ151a,151bが固定される。図2及び図3に示すように、2つの第2ブラシ151a,151bの内で、一方の第2ブラシ151aは、第1筒状導電端子146と接触し、他方の第2ブラシ151bは、第2筒状導電端子148と接触する。
Two
また、図1及び図2に示すように、第2筐体120の表面の対向した箇所(図1での上側及び下側)に、給電部153a及び153bが配置される。そして、2つの第2ブラシ151a,151bは、導電ライン152a,152bを介して第2筐体120の表面側の給電部153a,153bに接続される。導電ライン152a,152bは、図2に示すように、第2筐体120に設けた孔122a,122bを介して第2筐体120の内部から表面に引き出される。
一方の給電部153aは、外部の信号線と接続する端子154aを備え、端子154aが、導電ライン152aを介して一方の第2ブラシ151aに接続される。
他方の給電部153bは、外部の信号線と接続する端子154bを備え、端子154bが、導電ライン152bを介して他方の第2ブラシ151bに接続される。
給電部153a,153bの端子154a,154bには、駆動回路部160から交流信号が供給される。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2,
One
The other
An AC signal is supplied from the
[2.駆動回路の構成例]
次に、図1に示す駆動回路部160の構成について説明する。駆動回路部160は、電池161,電源部162,スイッチ163、交流信号生成部164,制御部165及び受信部166から構成される。
[2. Example of drive circuit configuration]
Next, the configuration of the
電池161は、電源部162が接続され、電源部162によって、電池161から得た直流電源が一定の電圧として安定化される。電源部162で得た直流電源は、スイッチ163を介して交流電源生成部164に供給される。交流電源生成部164では、所定の周波数の交流信号が生成され、生成された交流信号が給電部153a,153bの端子154a,154bに供給される。
The
受信部166は、有線又は無線で外部から振動を発生させる指令を受信し、受信した指令を制御部165に伝送する。
そして、制御部165は、受信部166を通して外部から受信した指令に応じて、スイッチ163の開閉を制御するとともに、交流電源生成部164が生成する交流信号の周波数及び強度を制御する。ここでの強度の制御とは、交流信号の電圧又は電流、あるいは電圧と電流の双方を制御することである。なお、交流電源生成部164が生成する交流信号の周波数及び強度を可変に設定するのは一例であり、交流電源生成部164が生成する交流信号の周波数及び強度は一定の値に固定してもよく、また、周波数及び強度のいずれか一方を一定の値に固定し他方を可変としてもよい。また、制御部165からの指令で、交流電源生成部164が生成する交流信号の電力を可変させるようにしてもよい。
The receiving
The
このように構成した振動アクチュエーター100に、駆動回路部160から駆動信号が供給されると、回転側である第1筐体110が回転する。すなわち、第1筐体110の内部の構成は、いわゆる直流モーターの内部構成と同様の構成になっており、図2に示すように、シャフト130がシャフト連結部121で第2筐体120と一体に接続されている。このため、本例の振動アクチュエーター100では、駆動回路部160から駆動信号の供給によって第1筐体が回転する際に、シャフト130や第2筐体120が固定側となり、第1筐体110と内部の磁石143N,143Sが回転側になる。
したがって、例えば振動アクチュエーター100に直流信号に供給される場合には、回転側である第1筐体110側が一方向に連続して回転することになる。
When a drive signal is supplied from the
Therefore, for example, when a DC signal is supplied to the
しかし、本例においては、駆動回路部160から給電部153a,153bに供給される駆動信号が交流信号であるため、第1筐体110は、その交流信号の極性の反転により、一方向の回転と他方向の回転を繰り返す。つまり、図1に示すように、θ1方向への回転と、θ2方向への回転とを、交流信号の周波数及び強度に対応した周期で繰り返すようになる。このとき、第1筐体110内に配置された磁石143N,143Sも第1筐体110と連動して回転するため、比較的重量を持つ回転体が駆動信号に応じて交互の回転を繰り返すようになり、力の強い振動が発生する。
However, in this example, since the drive signal supplied from the
また、本例においては、駆動回路部160内の交流電源生成部164で生成される交流信号の周波数及び強度が、制御部165によって調整されるため、振動発生時の力を調整することができる。したがって、本例の振動アクチュエーター100によると、ユーザーに提示する振動触覚の周波数及び強度を簡単かつ効率的に調整することが可能になる。
In this example, since the frequency and intensity of the AC signal generated by the AC power
[3.振動アクチュエーターの特性例]
図4は、本例の振動アクチュエーター100により発生する加速度g1と、通常の直流モーターにより発生する加速度g2とを比較した特性図である。
加速度g2は、本例の振動アクチュエーター100と回転側と固定側の重量が逆になるように構成した直流モーターによって測定した値である。すなわち、加速度g2は、第1筐体110と第2筐体120を備えた構成において、第1筐体110が固定側、第2筐体120が回転側となるようにして測定した値を示している。
[3. Example of vibration actuator characteristics]
FIG. 4 is a characteristic diagram comparing the acceleration g1 generated by the
The acceleration g2 is a value measured by the
図4の横軸は、印加する駆動信号の周波数を示す。ここで供給した交流信号はサイン波形であり、電力が0.3Wとなるようにして、10Hzから200Hzまで周波数を変化させて測定した。つまり、上述の本例の振動アクチュエーター100と、本例の振動アクチュエーター100と回転側と固定側の重量が逆になるように構成した通常の直流モーターのそれぞれに供給した交流信号の周波数および強度は同一である。加速度g1,g2は、それぞれ加速度センサーを機器の固定側に取り付けて測定したものである。
The horizontal axis of FIG. 4 shows the frequency of the drive signal to be applied. The AC signal supplied here is a sine waveform, and the measurement was performed by changing the frequency from 10 Hz to 200 Hz so that the power was 0.3 W. That is, the frequency and intensity of the AC signal supplied to each of the above-described
図4に示すように、加速度g1及び加速度g2のいずれも、最も高いピークとなる位置が約50Hzであり、そのピーク位置から周波数が変化することで、徐々に加速度が低下することが分かる。そして、全周波数領域において、本例の振動アクチュエーター100による加速度g1の方が、通常の直流モーターによる加速度g2よりも高いことが判明した。
As shown in FIG. 4, it can be seen that the acceleration peak position of both acceleration g1 and acceleration g2 is about 50 Hz, and the acceleration gradually decreases as the frequency changes from the peak position. Then, in all frequency regions, it was found that the acceleration g1 by the
図4では、回転側と固定側の重量バランスが完全に逆になるようにして、2つの加速度g1,g2の差を示しているため、加速度g1の方が強いが、2つの加速度g1,g2にそれほど大きな差がないように見える。しかしながら、実際の従来の直流モーターの場合には、第2筐体120に相当する部材がないため、加速度g2として示した例よりも回転側の重量が軽く、発生する加速度は特性g2よりも大幅に小さくなる。したがって、供給する交流信号の周波数及び強度を同一とした場合、本例の振動アクチュエーター100による振動触覚の強度と、従来の直流モーターに単純に交流信号を印加した場合の振動触覚の強度とには、図4に示す特性差以上に大きな強度差があると考えられる。
In FIG. 4, the difference between the two accelerations g1 and g2 is shown so that the weight balance between the rotating side and the stationary side is completely reversed, so the acceleration g1 is stronger, but the two accelerations g1 and g2 There seems to be no big difference. However, in the case of an actual conventional DC motor, since there is no member corresponding to the
また、本例の振動アクチュエーター100の場合には、1Hzのような低周波数領域でも、適正な振動提示が可能である。つまり、従来の直流モーターによる加速度g2については、約15Hz以下の低周波数領域では誤差が大きく測定が不能であったのに対して、本例の振動アクチュエーター100の場合には、1Hzのような低周波数の交流信号を供給した場合でも、その周波数及び強度に応じた振動触覚を効率的に与えることができる。
実際に実験した例では、本例の振動アクチュエーター100に、例えば1Wの電力で1Hzの交流信号を与えた場合、ユーザーが装着した箇所(図5の例では指先)が前後に押されるような感覚をユーザーに対して与えることができ、従来の振動アクチュエーターでは不可能であった高品位の触覚をユーザーに提供することができることが判明した。
Further, in the case of the
In an actually experimented example, when an AC signal of 1 Hz is applied to the
[4.振動アクチュエーター内蔵機器の例]
図5は、本例の振動アクチュエーター100を振動触覚提示装置200に取り付けた例を示す。
振動触覚提示装置200は、ユーザーの指Fの先端に装着されるクリップ部210を備え、そのクリップ部210の表面部211に、振動アクチュエーター100が固定される。また、図5に示すように、クリップ部210には、駆動回路部160が取り付けられ、駆動回路部160から振動アクチュエーター100の内部に交流信号が供給される。
[4. Example of vibration actuator built-in device]
FIG. 5 shows an example in which the
The
この図5に示す構成とすることで、振動アクチュエーター100に交流信号が供給される間、振動アクチュエーター100の第1筐体110側が交互に回転することによる振動触覚を指Fに提示することができる。本例の振動アクチュエーター100の場合には、上述したように通常の直流モーターと比較して振動触覚の強度が強いため、振動アクチュエーター100を小型に構成した場合でも、十分な強度の振動触覚をユーザーに提示することができる。また、その振動触覚を交流信号の周波数や強度により効率的に調整できるため、高品位の振動触覚をユーザーに提示できるようになる。
With the configuration shown in FIG. 5, while the alternating current signal is supplied to the
[5.変形例]
なお、図1及び図2に示す第2筐体120は、第1筐体110の約半分のみを覆う形状としたが、これは一例であり、例えば第2筐体120として、第1筐体110の全体を覆う形状としてもよい。
[5. Modified example]
The
また、第2筐体120に2つの給電部153a,153bが配置される位置についても、図1の例は一例であり、2つの給電部153a,153bとして近接した位置に配置してもよい。また、給電部153a,153bとして端子154a,154bを備える構成とした点についても一例を示したものであり、例えば給電部153a,153bとして、端子を介さずに、第2筐体120の内部の導電ライン152a,152bを直接外部に引き出す信号線を備える構成としてもよい。
In addition, the position of the two
また、振動アクチュエーター100が装着される装置として、図5に示す振動触覚提示装置200は一例であり、その他の各種装置(電子機器)にこの振動アクチュエーター100を内蔵するようにしてもよい。例えば、スマートフォンなどの携帯通信端末や、ビデオゲーム機器のコントローラーに、振動アクチュエーター100を内蔵するようにしてもよい。
駆動回路部160の構成についても、図1に示す構成はあくまでも一例であり、その他の回路構成とすることも可能である。
Further, as a device to which the
As for the configuration of the
100…振動アクチュエーター、110…第1筐体、111,112…シャフト支持部、113a,113b…孔、120…第2筐体、121…シャフト連結部、122a,122b…孔、130…シャフト、131…一端部、132…他端部、141…コイル、142a,142b…整流子、143N,143S…磁石、144a,144b…第1ブラシ、145a,145b…導電ライン、146…第1筒状導電端子、147…絶縁材、148…第2筒状導電端子、151a,151b…第2ブラシ、152a,152b…導電ライン、153a,153b…給電部、154a,154b…端子、160…駆動回路部、161…電池、162…電源部、163…スイッチ、164…交流信号生成部、165…制御部、166…受信部、200…振動触覚提示装置、210…クリップ部、211…表面部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記コイルの周囲に配置されたS極及びN極の磁石と、
前記磁石を固定した状態で保持する第1筐体と、
前記コイルと電気的に接続され、前記シャフトに取り付けられた整流子と、
前記シャフトの前記整流子と接触し、前記第1筐体に取り付けられた導電ラインに接続された第1ブラシと、
前記第1筐体の外側に配置され、前記シャフトに固定された第2筐体と、
前記第1筐体に取り付けられ、前記導電ラインに電気的に接続された導電端子と、
前記第2筐体に取り付けられ、前記導電端子と接触した第2ブラシと、
前記第2ブラシと電気的に接続された給電部とを備え、
前記給電部に交流信号を供給することで、前記第1筐体及び前記磁石が、交流信号の周波数及び強度に対応した周期及び強度で往復回転を行い、振動触覚を発生するようにした
振動アクチュエーター。 A shaft with a coil attached thereto;
S-pole and N-pole magnets arranged around the coil;
A first housing for holding the magnet in a fixed state;
A commutator electrically connected to the coil and attached to the shaft;
A first brush in contact with the commutator of the shaft and connected to a conductive line attached to the first housing;
A second housing disposed outside the first housing and fixed to the shaft;
A conductive terminal attached to the first housing and electrically connected to the conductive line;
A second brush attached to the second housing and in contact with the conductive terminal;
A power supply unit electrically connected to the second brush,
By supplying an AC signal to the power supply unit, the first casing and the magnet are reciprocally rotated at a period and intensity corresponding to the frequency and intensity of the AC signal to generate a vibration tactile vibration actuator. .
前記駆動部が生成する交流信号の周波数及び強度により、発生する振動触覚の周波数及び強度を調整できるようにした
請求項1に記載の振動アクチュエーター。 A drive unit that generates an AC signal to be supplied to the power supply unit;
The vibration actuator according to claim 1, wherein the frequency and intensity of a vibrotactile sensation generated can be adjusted by a frequency and intensity of an AC signal generated by the drive unit.
前記振動アクチュエーターは、
コイルが取り付けられたシャフトと、
前記コイルの周囲に配置されたS極及びN極の磁石と、
前記磁石を固定した状態で保持する第1筐体と、
前記コイルと電気的に接続され、前記シャフトに取り付けられた整流子と、
前記シャフトの前記整流子と接触し、前記第1筐体に取り付けられた導電ラインに接続された第1ブラシと、
前記第1筐体の外側に配置され、前記シャフトに固定された第2筐体と、
前記第1筐体に取り付けられ、前記導電ラインに電気的に接続された導電端子と、
前記第2筐体に取り付けられ、前記導電端子と接触した第2ブラシと、
前記第2ブラシと電気的に接続された給電部と、
前記給電部に交流信号を供給する駆動部とを備え、
前記給電部に交流信号を供給することで、前記第1筐体及び前記磁石が、交流信号の周波数及び強度に対応した周期及び強度で往復回転を行い、振動触覚を発生するようにした
振動アクチュエーター内蔵機器。 In the vibration actuator built-in equipment with built-in vibration actuator,
The vibration actuator is
A shaft with a coil attached thereto;
S-pole and N-pole magnets arranged around the coil;
A first housing for holding the magnet in a fixed state;
A commutator electrically connected to the coil and attached to the shaft;
A first brush in contact with the commutator of the shaft and connected to a conductive line attached to the first housing;
A second housing disposed outside the first housing and fixed to the shaft;
A conductive terminal attached to the first housing and electrically connected to the conductive line;
A second brush attached to the second housing and in contact with the conductive terminal;
A power feeding unit electrically connected to the second brush;
A drive unit for supplying an AC signal to the power supply unit,
By supplying an AC signal to the power supply unit, the first casing and the magnet are reciprocally rotated at a period and intensity corresponding to the frequency and intensity of the AC signal to generate a vibration tactile vibration actuator. Built-in equipment.
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- 2016-06-07 JP JP2016113185A patent/JP2017221009A/en active Pending
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JP2020182911A (en) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | 日本電産サンキョー株式会社 | Vibration actuator, vibration actuator unit and tactile sense device |
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