JP2010221101A - 振動発生装置およびそれを備えたタッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯型の電子機器などに搭載される振動発生装置において、振動の方向を簡単に設定できる振動発生装置を提供する。
【解決手段】本発明の入力装置の構成は、筐体１５にコイル１１の一方を固定した片持ち構造を用いる。コイル１１の固定していない端部の近傍に磁石１４を配置する構造となっている。磁石１４の着磁の方法を変えることでコイル１１に発生する振動の方向を簡単に設定することが可能になる。また、磁石の代わりに複数の電磁石４１を用い、電磁石のN極とS極を任意に切り替えられるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルからなる電磁石を用いた振動発生装置と振動発生装置とタッチパネルを組み合わせたフォースフィードバック型タッチパネルの構造に関する。

従来型の振動発生装置の構造は、コイルの両端に磁石を配置した構造の振動発生装置がある。（例えば、特許文献１参照）。図８を用いて特許文献１に開示されている振動発生装置を説明する。図８は、従来の振動発生装置の構造を説明するための断面図である。

まず図８に示すように、従来技術の振動発生装置１０は、コイル１１の芯材１２に被覆導線１３を巻きつけたコイル１１の両端近傍に上下方向にＮ極とＳ極を着磁した磁石１４とコイルを支持する機構を備えた筐体１５から構成されている。図８では、コイルは筐体下部に形成した弾性支持部材８０と接合されており、コイルは下面から支えられた構造になっている。

コイル１１に交流の駆動電流を流すとコイル１１両端がＳ極またはＮ極になり、両端部に配置された磁石１４と反発または吸引が起こり、コイルは矢印で示す上下方向に振動する構造になっている。このとき振動する方向はコイル１１下部に設けた弾性支持部材８０によって拘束されており、上下以外の方向には振動しないようになっている。

特開２００６−１２８４０１号（第４−５頁、第２図）

特許文献１に記載されている振動発生装置では、上下方向の１方向にしか振動できない構造になっている。振動方向を変えるには筐体１５に形成した弾性支持部材８０の位置を変更し、磁石１４の着磁方向を変える必要があり、様々な振動パターンを発生するには適さない構造になっている。

またコイル１１が２カ所の弾性支持部材８０で固定されているが、コイル１１の両端で発生する磁界のタイミングが一致しない場合やコイル１１を支持している２つの弾性支持部材８０の弾性係数がばらついた場合などに、コイル１１の両端で磁石１４との反発力もしくは吸引力で上下するタイミングやコイル１１の両端の振幅や振動速度が異なるため、コイル１１全体が一様に上下振動しなくなり、筐体１５内でコイル１１が暴れ、上下振動による振動力が弱くなる場合がある。

以上のことから明らかなように従来の振動発生装置では、振動方向の設定が自由でなく、また、コイルの振動を正確に制御することが難しい。

そこで、本発明の目的は上記課題を解決し、コイルの振動方向の設定が簡単で、さらに振動方向を自由に設定でき、コイル全体の振動をばらつきなく制御できる振動発生装置を提供する。

さらに本発明の振動発生装置とタッチパネルを組み合わせて、タッチパネルの入力時に様々な振動を発生させ、タッチした指に振動を伝え、使用者に入力した触感を伝えること
ができるフォースフィードバック型タッチパネルを提供する。

上記課題を解決するために、本発明の振動発生装置および振動発生装置を備えたタッチパネルは、下記記載の構成要件を採用する。

本発明は、磁性材料の棒状の芯材に、被覆導線を巻きつけて形成したコイルと、磁力発生源と筐体に配置した振動発生装置において、コイルにおける芯材の一方の片側端部を前記筐体に振動可能な状態で固定し、芯材の他方の片側端部近傍に磁力発生源を配置して振動を発生することを特徴とする。また、磁力発生源は、それぞれN極とS極とに着磁された磁石を、着磁方向を縦または横にして配置することを特徴とする。あるいは、磁力発生源は、複数の電磁石を用い、該電磁石のN極とS極を任意に切り替えられる構成でもよい。

また、本発明は、このような振動発生装置と、タッチパネルとを組み合わせ、タッチパネルの入力と同時に、前記振動発生装置により振動を発生させて、入力時の触感を発生させることを特徴とするタッチパネル装置である。

本発明の振動発生装置によれば、様々な振動パターンを発生することができる。

さらに本発明の振動発生装置とタッチパネルを組み合わせることで、使用者に入力したことを様々な振動パターンでフィードバックすることができる。

本発明を適用した振動発生装置の構造を示す断面図である。 図１の振動発生装置で用いる磁石を表した概略図である。 図１の振動発生装置のコイルの振動の様子を表した斜視図である。 図１の振動発生装置で用いる磁石の代わりに電磁石を用いた場合を表した概略図である。 図４の電磁石を用いた振動発生装置の斜視図である。 図５の振動発生装置のコイルの振動の様子を表した斜視図である。 図１−図６に示した振動発生装置とタッチパネルを組み合わせた一例を示す断面図である。 従来例の振動発生装置を示す断面図である。

本発明の振動発生装置および振動発生装置を備えたタッチパネルについて、以下に図面を用いて説明する。

まず図１は、振動発生装置の構造を示す断面図である。図１に示すように振動発生装置１０は、芯材１２に被覆導線１３を巻いたコイル１１の片側一方を筐体１５に振動可能な状態で固定し、コイル１１の反対側近傍に磁石１４を配置した構成になっている。振動可能な状態とは、コイル１１と筐体１５との接続部が可撓性を有していればよく、例えば、コイル１１の片側端部をバネ構造としたり、または心材１２そのものが細くて撓むような材料を用いたりすればよい。

コイル１１の芯材１２には、ステンレスや炭素鋼などの鉄系材料などの磁性材料を用いる。被覆導線１３にはビニールで被覆し絶縁処理を施した銅線等を用いる。

磁石１４は、コイル１１の振動時に接触しないように配置する。距離が離れすぎると磁
力が弱くなりコイル１１の振動が小さくまた弱くなるため、２ｍｍ以下の間隔でできるだけコイル１１に近づける方がよい。

次に図２と図３について、本実施例で用いる磁石の着磁の様子とコイルの振動の方向について示す。まずコイル１１には、図示しないが、交流の電気信号を印加しコイル１１の先端部が交互にＳ極とＮ極に変わるようにしておく。以下図２、図３を用いてコイル１１が磁石１４の着磁の仕方によってどのような方向に振動を起こすか説明する。

図２（ａ）は磁石１４を左右にＳ極とＮ極を着磁した場合を示す。この場合は、コイル１１は、磁石１４のＳ極とＮ極に吸引と反発を繰り返すため、着磁の方向に沿って左右に振れるようになり、コイル１１は、図３（ａ）の矢印に示すように左右に振動する。次に図２（ｂ）に示すように磁石１４を上下にＳ極とＮ極を着磁した場合は、コイル１１は上記と同様に上下方向に反発と吸引を繰り返すようになり、コイル１１は、図３（ｂ）の矢印に示すように上下に振動する。このように磁石１４の着磁の仕方によってコイル１１の振動方向を変えることができ、使用時に最適な振動の方向を選んで着磁する。

次に図４に磁石１４を複数の電磁石４１で構成した場合を示す。本実施例では４つの電磁石４１を用いて構成した場合について示す。電磁石４１の構成は、コイル１１と同じ構成で、芯材１２に鉄系材料などの磁性材料の細い棒材を用い、その周りにビニール等で絶縁処理された銅線などの被覆導線１３を巻いた構造になっている。本実施例では電磁石４１を図４に示すように２列２段に重ね、側面に４つの極ができるように構成する。

図５に図４で示した電磁石４１を用いた場合の振動発生装置１０の構造を示す斜視図を示す。コイル１１の一方の端部を筐体１５に固定し、反対側の端部に電磁石４１を配置した構成となっている。また図示しないが、それぞれの電磁石への通電を制御する回路も必要となる。

次に図６の斜視図を用いて、図５で示した振動発生装置１０のコイル１１の振動の様子を説明する。本実施例ではそれぞれの電磁石４１に別々の通電を行うことで、それぞれの電磁石４１の極をＳ極もしくはＮ極を選択して制御することが可能になる。コイル１１には交流の電気信号を印可し、コイル１１の先端が交互にＳ極とＮ極になるようにする。

まず図６（ａ）に示すように、４つの電磁石４１を上段と下段の２つに分け、上下にＳ極とＮ極を設定した場合は、コイル１１は上下方向に吸引と反発を起こすため、矢印で示す上下方向に振動する。

次に図６（ｂ）に示すように、４つの電磁石４１を右と左に２つに分け、左右にＳ極とＮ極を設定した場合は、コイル１１は左右に反発と吸引を起こすため、コイル１１は矢印で示す左右方向に振動する。

また図６（ｃ）には電磁石４１を左上と右下の対角にＳ極とＮ極を設定した場合を示す。この場合は、コイル１１は左上と右下の対角に吸引と反発を起こすため矢印で示す斜め方向に振動を起こす。反対に右上と左下の対角に電磁石４１のＳ極とＮ極を設定した場合は、コイル１１の振動も右上から左下の対角の斜め方向に振動にする。

さらにコイル１１と電磁石４１の極を制御することで、上下、左右、斜め方向といった直線の振動以外にも回転運動を起こすことが可能になる。その方法について図６（ｄ）を用いて説明する。まずコイル１１には、直流の電気信号を印可し、コイル１１先端部の極をＳ極またはＮ極のどちらかに固定する。本実施例では、Ｎ極に固定した場合について説明する。

電磁石４１は、図６（ｄ）に示すように、右上の電磁石４１の極をＳ極とし、残り３つの電磁石をＮ極に設定する。この場合はコイル１１の極がＮ極であるため、コイル１１はＳ極の電磁石に引きつけられ右上方向に湾曲する。次に電磁石４１のＳ極を右下へ切り替え、その他の電磁石４１をＮ極にするとコイル１１は同様にＳ極に引きつけられ、右下に湾曲する。同様にＳ極を左下切り替えるとコイルは左下へ湾曲し、さらに左上にＳ極を切り替えるとコイル１１は左上に湾曲する。このように電磁石４１のＳ極を時計回りに回転させることで、コイル１１の先端部も時計回りに回転するようになり、コイル１１に回転振動を発生させることができるようになる。

図６（ｄ）の場合は電磁石４１の１つをＳ極に設定した場合について説明したが、反対にＮ極にした場合も同様にコイル１１を回転運動させることが可能になる。この場合は、コイル１１の先端部はＳ極になるように電気信号を印加する。また本実施例では電磁石４１の極の移動を時計回りした場合について説明したが、反時計回りに極を移動させてコイルの回転運動を反時計回りにすることも可能である。

このように、複数の電磁石４１を用いた場合は、コイル１１と電磁石４１の極の設定で様々な振動運動をコイル１１に起こさせることが可能になる。
また、電磁石４１の数は４個に限らず任意の数を使用することができ、その配置パターンも種々の変更が可能である。

図７には、本発明の振動発生装置とタッチパネルを組み合わせたフォースフィードバック型のタッチパネルの構造を説明する断面図を示す。タッチパネル７０には、抵抗膜式、容量式、光学式、超音波方式などの一般的なタッチパネルの方式を用いることができる。

図７に示すように振動発生装置１０は、発生した振動がタッチパネル７０へ伝わるように接触させて配置する。このような配置にすることで使用者が指７１などでタッチパネル７０を触ったときに振動発生装置１０を動作させるようにしておけば、振動発生装置１０で発生した振動が指７１に伝わり、使用者に入力ができたことを知らせることが可能になる。

さらに、図７に示した振動発生装置１０として、図４、図５、図６で示した電磁石４１を使った場合の振動発生装置１０を用いることで、発生する振動を縦振動、横振動、斜め振動、回転振動などさまざまな振動を発生させることができ、タッチパネル７０に伝えられる振動をさまざまに変化させることができる。

このように複数の振動を組み合わせることで、タッチパネル７０を触っている指７１にさまざまな振動を伝えることが可能になる。したがって、タッチパネル７０で単純なＯＮとＯＦＦの入力のようなボタン入力をする場合とタッチパネル７０の表面をなぞって入力する場合で発生する振動を変えることができ、使用者は入力の種類を指７１に伝わる振動で確認することができるようになる。

また振動発生装置１０の振動の強弱を調整したりすることで、タッチパネル７０の振動の強さが変化し、入力の強弱なども表現することも可能になる。このような構成にすることで、使用者が使いやすいタッチパネル７０を提供することが可能になる。

以上説明した振動発生装置では、従来例の不具合を解決し、さまざまな方向の振動を起こすことが可能な振動発生装置を提供することが可能になる。

さらにタッチパネルと組み合わせることで、タッチパネルの使用者に状況に応じた異な
る振動を伝えることができ、どのような入力を行ったかの確認が行えるタッチパネルを提供することが可能になる。

１０ 振動発生装置
１１ コイル
１２ 芯材
１３ 被覆導線
１４ 磁石
１５ 筐体
４１ 電磁石
７０ タッチパネル
７１ 指
８０ 弾性支持部材

Claims (4)

1. 磁性材料の棒状の芯材に、被覆導線を巻きつけて形成したコイルと、磁力発生源と筐体に配置した振動発生装置において、
   前記コイルにおける前記芯材の一方の片側端部を前記筐体に振動可能な状態で固定し、前記芯材の他方の片側端部近傍に磁力発生源を配置して振動を発生することを特徴とする振動発生装置。
2. 前記磁力発生源は、それぞれN極とS極とに着磁された磁石を、着磁方向を縦または横にして配置することを特徴とする請求項１に記載の振動発生装置。
3. 前記磁力発生源は、複数の電磁石を用い、該電磁石のN極とS極を任意に切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の振動発生装置。
4. 前記請求項１から３の何れか１項に記載の振動発生装置と、タッチパネルとを組み合わせ、前記タッチパネルの入力と同時に、前記振動発生装置により振動を発生させて、入力時の触感を発生させることを特徴とするタッチパネル装置。

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