JP5553296B2

JP5553296B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP5553296B2
Application number: JP2009054692A
Authority: JP
Inventors: 康二森
Original assignee: ＩｃファンＶ−Ｔｅｃｈ株式会社
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: JP2010213401A; CN202550944U; WO2010103693A1; US20120120008A1

Description

本発明は、振動モータを備える電子機器に関する。

一般に、回転軸に錘（振動子）を固定して回転軸を回転駆動することにより振動を付与するシリンダ型の振動モータや偏心させた電機子（振動子）を回転駆動することにより振動を付与するコイン型の振動モータが公知である。

係る振動モータは、携帯電話機やゲーム機のコントローラ等の種々の電子機器に搭載されており、例えば携帯電話機が着信信号を受けたときに振動モータを駆動して振動させたり、ゲーム機の機能に基づいてコントローラを振動させている。

一方、近年では、タッチパネルで操作する携帯型電子機器において、タッチパネルの操作による操作感覚が得られ難いことから、操作感覚を付与できるようにすることが望まれている。

これに対して、特許文献１には、タッチパネルにおける操作感覚を得る為に、タッチパネルによる操作入力があると振動モータを駆動して電子機器に振動を与えることが開示されている。この特許文献１の振動モータは振動子を往復運動させているが、振動子に摩擦部材を接触して振動子の往復運動を制動している。

また、特許文献２には、電子機器に搭載した振動モータを制動する為に、振動モータの錘を障害部材に衝突させることが開示されている。

特許第３９４９９１２号公報特開２００３−２２８４５３号公報

一方、振動モータを駆動したときに、錘を付けた回転軸や偏心した電機子では、駆動すると慣性力が作用する為に、一度駆動してからその駆動（振動）が収束するまでに所定時間かかり、明確な操作感覚を得られ難いという問題がある。

特に、携帯電話のメール入力において、操作入力毎に振動させるような場合には、操作入力が短時間で行われる為、振動が素早く収束して、いわゆる「切れ味」が明確な振動が望まれている。

これ対して、特許文献１の技術では、振動子に摩擦部材を当接させているので、磨耗により寿命が低下するという問題がある。

また、駆動時に摩擦部材との静止摩係数を越える駆動力が必要であるから、駆動時には大きな電力が必要になるという問題がある。

特許文献２の技術でも、往復運動する振動子を障害部材に衝突させて制動しているので、特許文献１と同様に、衝突による機械的劣化が生じて寿命が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、振動モータの振動を瞬時に収束でき且つ寿命の長い電子機器の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、操作入力を受ける操作部と、偏心荷重を有する振動子を回転駆動することにより振動する振動モータと、振動モータの駆動制御部とを備え、駆動制御部は操作部からの入力信号を受けると、振動モータに駆動電流を流して振動子を回転駆動した後に、駆動電流と同じ電圧で逆方向の電流を駆動電流の半分の時間だけ流して振動子の回転を制動して、振動モータの起動から停止までの時間を１４０ｍｓよりも短くしたことを特徴とする電子機器である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、駆動制御部は、並列に接続された一方の電流路と他方の電流路を有し、一方の電流路に直列に設けた２つのスイッチと、他方の電流路に直列に設けた２つのスイッチを備え、一方の電流路の２つのスイッチ間と他方の電流路の２つのスイッチ間とに振動モータを接続してあり、各スイッチの切り替えによりモータに供給される電流の向きを変えていることを特徴とする。

尚、本明細書において、異なる周波数のパルス電流とは、例えば、駆動電流の周波数が６０ｍｓ（ミリ秒）に対して３０ｍｓの間隔でパルス電流を流したりすることで、パルス電流を流す間隔が異なることをいう。

異なる位相の電流とは、例えば、駆動電流の位相がサインカーブを描く電流に対して、コサインカーブを描くように位相がずれた電流をいう。

また、本明細書において、電子機器とは、携帯電話、ゲーム機のコントローラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ＡＴＭ（現金自動受払い機）等である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、操作部はタッチパネルであり、操作部の入力信号はタッチパネルの押圧信号であることを特徴とする。

請求項１及び２に記載の発明によれば、偏心荷重を有する振動子が回転駆動する振動モータにおいて、振動モータに駆動電流を流した後、逆方向の電流を流してモータの回転を制動しているので、振動モータの駆動時における慣性力に反して振動子の駆動を停止できるから、振動を瞬時に収束できる。

振動子の駆動を停止させる際に摩擦が生じないから、磨耗等による劣化を防止でき、振動モータの寿命を長くできる。

また、振動の収束時間が短く且つ慣性力による無駄な回転を防止して、振動子の回転数を少なくしていることによっても振動モータの寿命を長くできる。

第１実施の形態に係る振動モータの制御と振動の収束状態を従来と比較して示すグラフであり、（ａ）は第１実施の形態に係る振動モータであり、（ｂ）は従来の振動モータである。第１実施の形態に係る振動モータの駆動制御部を示す図であり、（ａ）は駆動制御部の構成を示す平面図であり、（ｂ）は回路図であり、（ｃ）は制御動作を説明するグラフである。第１実施の形態に係る電子機器の斜視図である。図３に示す電子機器における振動モータ部分の概略構成を示す断面図である。第１実施の形態に係る振動モータの振動子の加速度と、収束時間との関係を示すグラフである。携帯電話のメール文書の打ち込み操作における振動収束時間を従来と比較して示すグラフであり、（ａ）は第１実施の形態の場合であり、（ｂ）は従来の場合である。第１実施の形態に係る振動モータの信頼度を従来と比較して示すグラフである。第２実施の形態に係る振動モータの制御部を示す図であり、（ａ）は制御部の構成を示す平面図であり、（ｂ）は回路図である。第３実施の形態に係る振動モータの概略的構成を示めす断面図である。図９に示す振動モータの制御と振動との関係を示すグラフである。第３実施の形態に係る振動モータの制御の変形例を示すグラフである。

以下に、添付図面の図１〜図７を参照して本発明の第１実施の形態を説明する。第１実施の形態に係る電子機器１は、携帯電話であり、図３に示すように、この電子機器１はタッチパネル３で操作する操作部５を備え、図４に示すように内部には回路基板４上に振動モータ７と、振動モータの駆動制御部９とを備えている。

タッチパネル３は、例えば、液晶表示部６に電話番号や機能選択やメール文書を打ち込む為の数字や記号、文字等を示すボタン表示がされており、任意のボタン表示部分に指で触れると、接触圧（抵抗値、静電容量、光等が一般的）を検知して液晶表示部６から駆動制御部９に検知信号を送り、駆動制御部９の制御により振動モータ７を駆動する。

振動モータ７は、回転軸７ｂの先端に偏心した錘（振動子）７ｃを固定したものであり、振動モータ７に電流を通電することにより、偏心した錘７ｃが回転して電子機器１に振動を発生する。

図２（ａ）に示すように、駆動制御部９は、ＣＰＵ１２と４つのスイッチ部ａ、ｂ、ｃ、ｄを備えており、同図（ｂ）に示すように、４つのスイッチ部は電源に並列に接続された一方の電流路１１と他方の電流路１３とに設けてあり、スイッチ部ａ、ｃは一方の電流路１１に直列に接続されており、スイッチ部ｂ、ｄは他方の電流路１３に直列に接続されている。尚、電源は３Ｖの直流電源である。

そして、一方の電流路１１の２つのスイッチ部ａ、ｃ間と、他方の電流路１３の２つのスイッチ部ｂ、ｄ間とに振動モータ７が接続されている。

この制御部９の構成により、図２（ｂ）に示すように、スイッチ部ａ、ｃをＯＮ（接続）にし、スイッチ部ｂ、ｄでＯＦＦ（切り）にすると、駆動電流Ａが流れて、振動モータが回転駆動する。

一方、スイッチ部ａ、ｃをＯＦＦにし、スイッチ部ｂ、ｄでＯＮにすると、駆動電流Ａと逆方向のブレーキ電流Ｂが流れて、振動モータを逆回転する方向の電流が流れる。

４つのスイッチ部ａ、ｂ、ｃ、ｄの切り替えは、制御部９が操作パネルからの入力信号をiｎ（図２（ａ）参照）から受けると、ＣＰＵ１２では、全てＯＦＦ状態にある４つのスイッチ部ａ、ｂ、ｃ、ｄにおいて、図２（ｃ）に示すように、同時にスイッチａ、ｄをＯＮにして、タイマ１４（図２（ａ）参照）で予め設定された時間Ｔ１だけ駆動電流Ａを流して振動モータを駆動した後、スイッチ部ａ、ｄをＯＦＦにして同時スイッチ部ｂ、ｃを接続して駆動時と逆方向の電流ＢをＴ２時間流す。

次に、第１実施の形態の動作及び作用効果について説明する。

操作部５の入力があると、図１（ａ）に示すように、ＣＰＵ１２は振動モータ７に駆動パルス電流ＡをＴ１時間流して駆動した後、逆方向の電流であるブレーキパルス電流ＢをＴ２時間流す。

振動モータ７の駆動により、振動モータの回転軸は駆動パルス電流Ａの通電を切った後にも慣性力により回転を続けようとするが（図１（ｂ）のＴｅ参照）、本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、駆動パルス電流ＡをＴ１時間流した後に、ブレーキパルス電流ＢをＴ２時間流しているので、振動子７ｃの回転を制動し、瞬時に振動モータ７の駆動が停止するので、駆動パルス電流Ａを停止した後の振動子７ｃの回転（振動）の収束時間Ｔｅを短くできる。

これに対して、図１（ｂ）に示すように、従来はブレーキパルス電流Ｂを付与していないので、駆動パルス電流ＡをＴ１時間流した後にも、慣性力により回転軸が回り続け、振動の収束時間Ｔｅが長くなるが、本発明では、図１（ａ）に示すように、振動の収束時間を従来よりも極めて短くできる。

ここで、駆動パルス電流Ａの通電時間Ｔ１とブレーキパルス電流Ｂの通電時間Ｔ２と振動収束時間Ｔｅとの関係について実験したのでその結果を説明する。

図６に示すように、例えば、携帯電話でメール文書を打ち込むことを想定した場合、１秒間に５文字入力することが考えられる。この場合、一文字の入力を１サイクルとして、１サイクル２００ｍｓ（ミリ秒）を想定し、駆動パルス電流Ａの通電時間Ｔ１を６０ｍｓとし、ブレーキパルス電流Ｂの通電時間Ｔ２を３０ｍｓとした。この場合、図６（ａ）に示す振動モータの振動の収束時間Ｔｅは７５ｍｓであった。

一方、ブレーキパルス電流Ｂを通電しない場合には、図６（ｂ）に示す振動モータの振動の収束時間Ｔｅは１４０ｍｓであった。

即ち、第１実施の形態によれば、振動モータの収束時間Ｔｅを従来の略半分にでき、１秒間に５文字の入力を行うような場合でも、入力毎に切れのある振動を付与できる。特に、図６に示すように、１サイクル（２００ｍｓ）における振動後の空き時間Ｔ３は、本実施の形態では１２５ｍｓであり、従来では６０ｍｓであるから、本実施の形態では、振動後の空き時間Ｔ３を従来の２倍程度取ることができるので、次ぎの文字入力の振動との重なりを防止できる。

ここで、図５を参照して、ブレーキパルス電流Ｂの最適な通電時間Ｔ２について説明する。図５は、駆動電流Ａの通電時間Ｔ１を６０ｍｓとした場合において、ブレーキパルス電流Ｂの通電時間Ｔ２を種々変えたときの収束時間Ｔｓを測定した結果である。尚、電圧は３ｖであり、振動子の加速度αは０．８ｇで略一定であった。

図５から明らかなように、駆動電流Ａの通電時間Ｔ１が６０ｍｓに対して、ブレーキパルス電流Ｂの通電時間Ｔ２を略３０ｍｓにした場合に、収束時間が最短（約７５ｍｓ）となっていることが明らかである。

即ち、電圧が同じ場合、ブレーキパルス電流Ｂの通電時間Ｔ２は、駆動パルス電流Ａの通電時間Ｔ１よりも小さく、好ましくは略半分であることがわかる。

次に、振動モータの寿命試験を行ったので、その結果を説明する。この寿命試験では、ブレーキパルス制御を行った振動モータと、ブレーキパルス制御を行っていない振動モータ（従来）の不信頼度を測定したものである。その結果を書き表１及び図７に示す。

実験では、ブレーキパルス制御を行った振動モータと、ブレーキパルス制御を行っていない振動モータとを各々１０をサンプルとして採取し、そのサンプル結果をワイブル分布により算出して得たものである。

表１において、形状ｍは故障の発生現象であり、平均ＭＴＴＦは、故障時間の平均であり、バラツキσは収束時間のバラツキであり、初期停止は駆動が停止するまでの回転数である。尚、各数値の単位は万サイクル（回転数）である。

この表から明らかなように、本実施の形態に係る振動モータは、形状ｍ、バラツキσ及び初期停止において、従来よりも著しく優れ、信頼性が高いものであった。

振動モータは、回転数（駆動時間）が多くなるほど信頼性が低くなるのが一般的であるが、図７から明らかなように、本実施の形態によれば１０００万サイクルを越えても信頼性を１％以下にすることができた。従って、本実施の形態に係る振動モータ７は従来の振動モータに比較して寿命が長く、信頼性が高いことが明らかである。

以下に、本発明の他の実施の形態を説明するが、以下に説明する実施の形態において、上述した第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では第１実施の形態と主に異なる点を説明する。

図８を参照して第２実施の形態を説明する。この第２実施の形態では、駆動制御部９はＣＰＵ（図２参照）を経由せずに、タッチパネル３の入力信号を受けると直接駆動制御部９で駆動パルス電流Ａとブレーキパルス電流Ｂとを振動モータ７に流すようにしたものである。駆動制御部９には、駆動パルス電流Ａ用のタイマ１７と、ブレーキパルス電流Ｂ用のタイマ１９とが設けてあり、駆動パルス電流ＡをＴ１時間流した後に、スイッチ部ａ、ｂ、ｃ、ｄを切り換えて、ブレーキパルス電流ＢをＴ２時間流すものである。

この第２実施の形態によれば、上述の第１実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

図９及び図１０を参照して、第３実施の形態を説明する。この第３実施の形態では、振動モータ７は、スプリング２１に取付けられた磁石（振動子）２３に対向して磁界を形成するコイル２５を設けてあり、コイル２５に電流を流して磁界を形成し、磁界に対する磁石２３の反発吸引力により磁石２３を振動させるものである。

即ち、この第３実施の形態では、磁石２３は駆動電流の周期に合わせて、振動するものであり、図１０に示すように、駆動電流Ａを所定周期のサイン波（位相波）として供給して、そのサイン波に同期して磁石２３を振動させ、次に、一点鎖線で示すブレーキ電流Ｂとしてコサイン波（位相を９０度ずらした電流）を供給する。尚、図１０において破線２８で示すのは、磁石２３の移動（振動）を示すものである。

この第３実施の形態によれば、駆動電流Ａに同期して磁石（振動子）２３が往復動することにより振動を生じるが、図１０に示すように、ブレーキ電流Ｂが付与されると、磁石２３の移動方向に反する方向（例えば、磁石２３が下方に移動するときに上方に向けて移動する方向）に磁界を付与するので振動を抑制し、磁石２３の振動が瞬時に収束する。

図１１に示す第４実施の形態は、上述の第３実施の形態において、コイルに供給する駆動電流Ａを矩形波形の駆動パルス電流Ｂにしたものであり、駆動パルス電流Ａを所定の周期（間隔）Ｔｇで供給して、磁石２３を振動させ、次に、ブレーキパルス電流Ｂを、駆動パルス電流Ａの周期Ｔｇの略半分とした周期（間隔）Ｔｓ流すものである。即ち、駆動パルス電流Ａとブレーキパルス電流Ｂとは電流の向きは同じであるが、周期を半分にずらしたものである。

この第４実施の形態によれば、上述の第３実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、振動モータ７は、偏心させた電機子（振動子）を回転して振動する軸方向空隙型偏平振動モータ（コイン型振動モータ）であっても良い。

１電子機器
５操作部
７振動モータ
７ｃ錘（振動子）
９駆動制御部
１１一方の電流路
１３他方の電流路
２１スプリング
２３磁石（振動子）
２５コイル
Ａ駆動パルス電流（駆動電流）
Ｂブレーキパルス電流（ブレーキ電流）
Ｔ１駆動電流の通電時間
Ｔ２ブレーキ電流（逆方向電流）の通電時間
Ｔｅ振動の収束時間
ａ、ｂ、ｃ、ｄスイッチ

Claims

操作入力を受ける操作部と、偏心荷重を有する振動子を回転駆動することにより振動する振動モータと、振動モータの駆動制御部とを備え、駆動制御部は操作部からの入力信号を受けると、振動モータに駆動電流を流して振動子を回転駆動した後に、駆動電流と同じ電圧で逆方向の電流を駆動電流の半分の時間だけ流して振動子の回転を制動して、振動モータの起動から停止までの時間を１４０ｍｓよりも短くしたことを特徴とする電子機器。
駆動制御部は、並列に接続された一方の電流路と他方の電流路を有し、一方の電流路に直列に設けた２つのスイッチと、他方の電流路に直列に設けた２つのスイッチを備え、一方の電流路の２つのスイッチ間と他方の電流路の２つのスイッチ間とに振動モータを接続してあり、各スイッチの切り替えによりモータに供給される電流の向きを変えていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
操作部はタッチパネルであり、操作部の入力信号はタッチパネルの押圧信号であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。