JP2018196255A - 振動発生装置および振動機構付き入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で小型化が容易でありながら、大きな振動を発生させることが可能な振動発生装置を提供する。【解決手段】プランジャとソレノイドとを用いた振動発生装置であって、プランジャは、錘部と、錘部から第１の方向に沿って延設される第１の付勢部および錘部から第１の方向とは反対向きの第２の方向に沿って延設される第２の付勢部と、を有し、ソレノイドは、第１の付勢部の一部を取り囲むように配置されプランジャを第１の方向へ動作させる第１のソレノイドと、第２の付勢部の一部を取り囲むように配置されプランジャを第２の方向へ動作させる第２のソレノイドと、を有し、第１のソレノイドおよび第２のソレノイドが振動対象に対する固定部を有し、錘部が第１のソレノイドと第２のソレノイドとの間で往復動することにより、振動対象を振動させることを特徴とする振動発生装置。【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドを用いた振動発生装置およびこの振動発生装置を備える振動機構付き入力装置に関するものである。

近年、タッチパネルのように操作面に触れることで入力操作が行える入力装置が増えてきている。このような入力装置では、操作性の向上のために、操作したとき操作面に振動を加えることで擬似的な操作感触が感じられる振動機構付き入力装置が求められている。

このような入力装置などに用いられうる振動機構の一例として、特許文献１には、可動鉄心とソレノイドとを使用した振動装置であって、可動鉄心との共振用で、継続して一定電流で励磁する第１のソレノイドの内部に一定方向に移動可能な可動鉄心を設け、上記第１のソレノイドの可動鉄心移動方向一方側もしくは両側に、振動附勢用のソレノイドを並べて配置したことを特徴とする振動装置が記載されている。

特開２０１３−１２８３６７号公報

特許文献１に示されるようなソレノイドは、振動を発生させる原理として簡便であるが、発生させる振動エネルギーの量に大きな影響を与える可動鉄心はソレノイドの中空部内を移動するため、振動エネルギーを増大させるためには、大きな可動鉄心が移動できるように、ソレノイドの中空部を大きくする必要があった。その結果、振動装置全体が大型化し、タッチパネルなどの入力装置の振動機構として使用しにくくなる傾向があった。

本発明は、かかる現状を鑑み、簡素な構成で小型化が容易でありながら、大きな振動を発生させることが可能な振動発生装置およびかかる振動発生装置を備える振動機構付き入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために提供される本発明は、一態様において、プランジャとソレノイドとを用いた振動発生装置であって、前記プランジャは、錘部と、前記錘部から第１の方向に沿って延設される第１の付勢部および前記錘部から前記第１の方向とは反対向きの第２の方向に沿って延設される第２の付勢部と、を有し、前記ソレノイドは、前記第１の付勢部の一部を取り囲むように配置され前記プランジャを前記第１の方向へ動作させる第１のソレノイドと、前記第２の付勢部の一部を取り囲むように配置され前記プランジャを前記第２の方向へ動作させる第２のソレノイドと、を有し、前記第１のソレノイドおよび前記第２のソレノイドが振動対象に対する固定部を有し、前記錘部が前記第１のソレノイドと前記第２のソレノイドとの間で往復動することにより、前記振動対象を振動させることを特徴とする振動発生装置である。

離間して配置される２つのソレノイドの間にそれぞれのソレノイドの可動鉄心（第１の付勢部、第２の付勢部）に連設された錘部が設けられた構成を有するため、錘部の形状を変更することによってプランジャの質量を変更して、振動エネルギーや固有振動数を調整することができる。すなわち、ソレノイド内に入るプランジャの大きさ、特に付勢部（第１の付勢部、第２の付勢部）の外径を変更することなく、プランジャ全体の質量を変更することができる。したがって、ソレノイドを特に大型化することなく、振動発生装置から発生する振動を大きくすることが可能である。

上記の振動発生装置において、前記第１のソレノイドと前記錘部との間に位置する第１の弾性部材、および前記第２のソレノイドと前記錘部との間に位置する第２の弾性部材をさらに有し、前記第１のソレノイドは、前記第２の弾性部材と協働して前記プランジャを前記第１の方向に動作させ、前記第２のソレノイドは、前記第１の弾性部材と協働して前記プランジャを前記第２の方向に動作させることが好ましい。第１のソレノイドによるプランジャの吸引力は、第１の方向に進むほど大きくなる。第２のソレノイドによるプランジャの吸引力は、第２の方向に進むほど大きくなる。したがって、プランジャが第１の方向側の限界の位置にある状態から、第２のソレノイドによって第２の方向側にプランジャを動作させた当初の力は、プランジャが第２の方向側にある程度移動した後の状態における第２の方向への吸引力よりも低い。このため、第１のソレノイドと第２のソレノイドとの間を、ソレノイドの吸引力のみでプランジャを高速で移動させることには限界がある。

そこで、第１のソレノイドと錘部の間に第１の弾性部材を配置して、プランジャが第１の方向側の限界の位置に移動する際に、第１の弾性部材を圧縮させる。このようにすることにより、プランジャが第１の方向側の限界の位置から第２の方向に移動しようとする際に、この位置では比較的低い第２のソレノイドによる吸引力に加えて、第１の弾性部材の弾性回復力によっても、第２の方向にプランジャを移動させることができる。第２の弾性部材も同様であり、第２のソレノイドと錘部との間に配置することにより、第２の方向側の限界の位置にあるプランジャが第１の方向に移動する際に、第２の弾性部材の弾性回復力がプランジャ、具体的には第１の付勢部による吸引力を補って、高速での移動が実現される。なお、第１の弾性部材および第２の弾性部材の伸縮長さを適切に設定すれば、第１のソレノイドおよび第２のソレノイドの双方が停止している状態でのプランジャの中立位置を、これらの弾性部材によって保持することも可能である。

上記の弾性部材を有する場合において、前記第１のソレノイドと前記プランジャとによるバネ系の固有振動数と、前記第２の弾性部材と前記プランジャとによるバネ系の固有振動数とが調和していることが好ましい。プランジャが第２の方向側の限界の位置から第１の方向に移動しようとする際には、上記のように、第１のソレノイドによる吸引力と、第２の弾性部材の弾性回復力とが、プランジャに作用する。したがって、第１のソレノイドとプランジャとによるバネ系の固有振動数と、第２の弾性部材と前記プランジャとによるバネ系の固有振動数とが調和していることにより、プランジャの第１の方向への移動を効率的に生じさせることが可能となる。同様に、第２のソレノイドとプランジャとによるバネ系の固有振動数と、第１の弾性部材とプランジャとによるバネ系の固有振動数とが調和していることにより、プランジャの第２の方向への移動を効率的に生じさせることが可能となる。

上記の振動発生装置において、前記プランジャを前記第１の方向に移動させるバネ系の固有振動数と、前記プランジャを前記第２の方向に移動させるバネ系の固有振動数とが調和していることが好ましい。このように、第１の方向に移動する動作の固有振動数と、第２の方向に移動する固有振動数とを調和させておくことにより、振動発生装置全体として、所定の固有振動数において効率的に振動することができ、高い振動エネルギーを発生させることができる。

上記の振動発生装置において、前記第１のソレノイドと前記錘部との間に設けられ、前記プランジャの前記第１の方向への動作を緩和させる第１のダンパ部と、前記第２のソレノイドと前記錘部との間に設けられ、前記プランジャの前記第２の方向への動作を緩和させる第２のダンパ部とをさらに有してもよい。上記の振動発生装置では、第１の方向への移動を行うバネ系と、第２の方向への移動を行うバネ系とは相違するため、第１の方向への移動が完了したら第１の方向への移動を行うバネ系による動作は速やかに終了することが、第２の方向への移動を行うバネ系を効率的に動作させる観点から好ましい。同様に、第２の方向への移動も、所定の動作が終了して次の第１の方向への移動が開始する際には、第１の方向への移動に影響を及ぼさないことが好ましい。すなわち、第１のソレノイドと錘部との間、および第２のソレノイドと錘部との間のそれぞれにダンパ部を設けて、プランジャが第１の方向の限界位置または第２の方向の限界位置に到達した時には、それぞれのソレノイドを含むバネ系によるプランジャを移動させる力を速やかに減衰させることが、振動発生装置の動作安定の観点から好ましい。

本発明は、他の一態様において、操作者によって入力操作が可能な操作部と、前記操作部に対して振動を発生させる振動発生部と、前記振動発生部の動作を制御する制御部と、を有した振動機構付き入力装置であって、前記振動発生部は、上記の振動発生装置からなり、前記操作部は、前記振動発生装置の前記第１のソレノイドおよび前記第２のソレノイドに対して固定されることを特徴とする振動機構付き入力装置である。

かかる構成の振動機構付き入力装置は、簡素な構成でありながら強い振動を発生させることができる上記の振動発生装置を振動機構として備えるため、シャープで強い操作感触を操作者に与える振動を、操作部に発生させることができる。

上記の振動機構付き入力装置において、前記振動発生部は前記操作部から離間し、前記振動発生部と前記操作部とはブラケットを介して固定されていてもよい。振動発生部が操作部から離間していることにより、入力装置の設計自由度を高くすることができ、例えば、入力装置の大型化かつ薄型化といった高度な要求にも容易に応えることができる。

本発明によれば、簡素な構成で小型化が容易でありながら大きな振動を発生させることが可能な振動発生装置、およびかかる振動発生装置を備える振動機構付き入力装置が提供される。

（ａ）本発明の一実施形態に係る振動発生装置を示す外観図、および（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１（ａ）の振動発生装置の動作を説明する断面図であって、（ａ）プランジャが第１の方向側の限界位置にある状態を示す断面図、（ｂ）プランジャが図２（ａ）の状態から第２の方向側へと移動して中立位置を通過している状態を示す断面図、（ｃ）プランジャが第２の方向側の限界位置にある状態を示す断面図、および（ｄ）プランジャが図２（ａ）の状態から第２の方向側へと移動して中立位置を通過している状態を示す断面図である。 図１（ａ）の振動発生装置の動作を説明するグラフである。 本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置の外観図であって、（ａ）操作面が視認できる向きからの外観図、および（ｂ）操作部の背面が視認できる向きからの外観図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置の側面図、および（ｂ）本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置の背面図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置が備えるディスプレイシャーシの構造を説明するための外観図、（ｂ）本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置が備える可動部の構造を説明するための外観図、および（ｃ）本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置が備える可動部の構造を説明するための側面図である。

以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る振動発生装置を示す外観図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図１（ａ）に示されるように、本発明の一実施形態に係る振動発生装置１０は、プランジャ２０と２つのソレノイド（第１のソレノイド３０、第２のソレノイド４０）とを用いた振動発生装置である。

図１（ｂ）に示されるように、プランジャ２０は、円筒状の錘部２１と、円筒状の錘部２１の一方の底面（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側の底面）の中心部から第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に沿って延設される棒状の第１の付勢部２２および円筒状の錘部２１の他方の底面（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側の底面）の中心部から第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）とは反対向きの第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に沿って延設される第２の付勢部２３と、を有する。すなわち、プランジャ２０は、全体としてＹ１−Ｙ２方向に延びる棒状の構造を有し、延在方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の中央部の外径が太くなって錘部２１を形成している。したがって、第１の付勢部２２および第２の付勢部２３の外径を太くすることなく、錘部２１の形状を変更することによって、プランジャ２０全体の重量を変更することができる。プランジャ２０において、少なくとも第１の付勢部２２および第２の付勢部２３は、ケイ素鋼、パーマロイ、Ｆｅ基合金系アモルファス材料など軟磁性材料から構成される。図１（ｂ）に示されるプランジャ２０のように、第１の付勢部２２と第２の付勢部２３とは同軸で（具体的には、Ｙ１−Ｙ２方向に沿って）配置されることが、振動発生装置１０の小型化の観点から好ましい。

２つのソレノイドは、第１の付勢部２２の一部を取り囲むように配置されプランジャ２０を第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）へ動作させる第１のソレノイド３０と、第２の付勢部２３の一部を取り囲むように配置されプランジャ２０を第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）へ動作させる第２のソレノイド４０と、を有する。いずれのソレノイド（第１のソレノイド３０、第２のソレノイド４０）も、付勢部（第１の付勢部２２、第２の付勢部２３）が挿入される凹部ＤＰを有し、この凹部の周囲にコイルＣＰが巻回されている。

そして、２つのソレノイド（第１のソレノイド３０、第２のソレノイド４０）のそれぞれには、コイルＣＰを覆うとともに凹部ＤＰの底部ＢＰ側（第１のソレノイド３０の場合にはＹ１−Ｙ２方向Ｙ１側、第２のソレノイド４０の場合にはＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側）に位置するように、軟磁性体からなるヨークＹＰが設けられる。ヨークＹＰを構成する材料は、付勢部（第１の付勢部２２、第２の付勢部２３）と同様であればよい。このようにコイルＣＰとヨークＹＰとが配置されるため、ソレノイド（第１のソレノイド３０、第２のソレノイド４０）による付勢部（第１の付勢部２２、第２の付勢部２３）を吸引する力は、凹部ＤＰの底部ＢＰにおいて最大となり、底部ＢＰからの離間距離の２乗で小さくなる。

２つのソレノイド（第１のソレノイド３０、第２のソレノイド４０）のそれぞれには、振動対象に対する固定部ＦＰ（図１（ａ）では、ねじ穴として示されている。）が設けられており、使用の際には、第１のソレノイド３０と前記第２のソレノイド４０との間で錘部２１がＹ１−Ｙ２方向に往復動することにより、振動対象を振動させることができる。なお、固定部ＦＰは振動対象と力学的に連結され振動発生装置１０からの振動を振動対象に伝達できれば具体的な形状は限定されない。ボルトを挿通させうる貫通孔であってもよいし、ねじ山が設けられていてもよい。振動発生装置１０が振動対象に対して溶接により固定される場合には、溶接部を含む部分が固定部ＦＰとなる。また、固定部ＦＰに対して振動対象が直接的に固定されてもよいし、後述するブラケットのような連結部材を介して振動対象が固定されていてもよい。

前述のように、プランジャ２０は、その質量を、付勢部（第１の付勢部２２、第２の付勢部２３）の外径を変更することなく錘部２１の形状により変更できるため、プランジャ２０の質量の増大は、ソレノイド（第１のソレノイド３０、第２のソレノイド４０）の外径を大きくすることに直接的にはつながらない。ソレノイドの大型化は振動発生装置の大型化をもたらすだけでなく、コイルの大型化をもたらして駆動の際に発生する熱が増大するなど各種不具合の原因となる。前述のように、振動発生装置１０では、ソレノイド（第１のソレノイド３０、第２のソレノイド４０）を大型化することなくプランジャ２０の質量を容易に変更できるため、こうした不具合も発生しにくい。

Ｙ１−Ｙ２方向で、第１のソレノイド３０と錘部２１との間には、Ｙ１−Ｙ２方向に弾性変形可能な第１の弾性部材５１が位置する。振動発生装置１０では、第１の弾性部材５１はＹ１−Ｙ２方向に伸縮自在なコイルバネからなる。第２のソレノイド４０と錘部２１との間には、Ｙ１−Ｙ２方向に弾性変形可能な第２の弾性部材５２が位置する。振動発生装置１０では、第２の弾性部材５２は、第１の弾性部材５１と同様にＹ１−Ｙ２方向に伸縮自在なコイルバネからなる。

後述するように、第１のソレノイド３０は、第２の弾性部材５２と協働して、プランジャ２０を第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に速やかに移動させることができる。この際、第１のソレノイド３０がプランジャ２０に作用する力は吸引力ＭＦ１であり、第２の弾性部材５２がプランジャ２０に作用する力は弾性回復力ＥＦ２である。吸引力ＭＦ１はコイルＣＰに流す電流により調整することができる。弾性回復力ＥＦ２はコイルバネの弾性係数により調整することができる。

第２のソレノイド４０は、第１の弾性部材５１と協働して、プランジャ２０を第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に速やかに移動させることができる。この際、第２のソレノイド４０がプランジャ２０に作用する力は吸引力ＭＦ２であり、第１の弾性部材５１がプランジャ２０に作用する力は弾性回復力ＥＦ１である。吸引力ＭＦ２はコイルＣＰに流す電流により調整することができる。弾性回復力ＥＦ１はコイルバネの弾性係数により調整することができる。

図２（ａ）に示されるように、プランジャ２０が第１の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側）の限界位置にある場合には、次の２つの状態を取りうる。２つの状態の一方は、後述する図３において「Ａ」として示される状態（状態Ａ）であって、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に作用する力に関し、第１のソレノイド３０では吸引力ＭＦ１が取りうる最大値となり、第２の弾性部材５２には弾性回復力ＥＦ２が発生していない。一方、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に作用する力に関し、第２のソレノイド４０ではコイルＣＰに電流が流れていないため吸引力ＭＦ２は発生しておらず、第１の弾性部材５１は最大限に圧縮されているため取りうる範囲で最も大きな弾性回復力ＥＦ１が発生している。したがって、この状態では、プランジャ２０には、第１のソレノイド３０の吸引力ＭＦ１から、第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１を差し引いた力が、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側）に加わっている。図２（ａ）では、上側に示される２つの矢印が、この状態Ａにおいてプランジャ２０に作用する２つの力を概念的に示している。第１のソレノイド３０の吸引力ＭＦ１は第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）を向いており、第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１は第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）を向いている。それぞれの力の絶対値を比較すると、吸引力ＭＦ１の方が弾性回復力ＥＦ１よりも大きいため、これらの合力は第１の方向を向いてプランジャ２０に作用している。

ここで、図３について説明する。図３に示されるグラフでは、横軸がプランジャ２０のＹ１−Ｙ２方向の位置（単位：ｍｍ）を示しており、縦軸はＹ１−Ｙ２方向にプランジャ２０に作用する力を示し、縦軸の下側が第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）への力（単位：Ｎ）で、縦軸の上側が第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）への力である。

第１のソレノイド３０の吸引力ＭＦ１は図３において実線で示しており、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）の限界位置Ｐ１で最大であり、第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に進むほど、基本的傾向として、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）の限界位置Ｐ１からの距離の２乗に比例して小さくなる。第２のソレノイド４０の吸引力ＭＦ２も図３において実線で示しており、第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）の限界位置Ｐ２で最大であり、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に進むほど、基本的傾向として、第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）の限界位置Ｐ２からの距離の２乗に比例して小さくなる。

第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１は図３において破線で示しており、第１の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側）の限界位置Ｐ１で最大であり、第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に進むほど、第１の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側）の限界位置Ｐ１からの距離に比例して小さくなる。第２の弾性部材５２の弾性回復力ＥＦ２も図３において破線で示しており、第２の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側）の限界位置Ｐ２で最大であり、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に進むほど、第２の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側）の限界位置Ｐ２からの距離に比例して小さくなる。中立位置Ｐ０では、第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１と第２の弾性部材５２の弾性回復力ＥＦ２とが反対向きに等しい力でプランジャ２０に作用し、これらの力によって、２つのソレノイド（第１のソレノイド３０、第２のソレノイド４０）のいずれのコイルＣＰに対しても電流が流れていない無負荷状態において、プランジャ２０の重心を中立位置Ｐ０に戻すことが実現されている。

図２（ａ）で示される状態の一方では、プランジャ２０に作用する力は、上述のように、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に作用する第１のソレノイド３０の吸引力ＭＦ１と、第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に作用する第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１との合力が作用する。この状態は、図３では「Ａ」で示される（状態Ａ）。

この状態Ａから、第１のソレノイド３０のコイルＣＰに電流を流すことを停止し、第２のソレノイド４０のコイルＣＰに電流を流すことを開始する。その結果、プランジャ２０に対して第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側）に作用していた第１のソレノイド３０の吸引力ＭＦ１がなくなり、第１の弾性部材５１による第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）への弾性回復力ＥＦ１と、同じく第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）への第２のソレノイド４０による吸引力ＭＦ２とが、プランジャ２０に作用する。図３では「Ｂ」で示される状態であり、以下、この状態を「状態Ｂ」という。状態Ｂでは、プランジャ２０に作用する力は、上述のように、第２のソレノイド４０の吸引力ＭＦ２と第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１との合力となる。なお、図２（ａ）では、状態Ｂにおいてプランジャ２０に作用する力を下側に示している。

図２（ａ）に示される位置は、プランジャ２０が第２のソレノイド４０からＹ１−Ｙ２方向に最も遠位にある。このため、状態Ｂでは、第２のソレノイド４０の吸引力ＭＦ２は相対的に低い。しかしながら、上記のように、取りうる最大値となっている第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１も作用するため、状態Ｂにおいても、プランジャ２０は、速やかに第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に動き出すことができる。

プランジャ２０が第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に移動すると、第２のソレノイド４０の吸引力ＭＦ２は増大し、第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１は減衰する。また、中立位置Ｐ０から第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に若干ずれた位置から、第２の弾性部材５２の弾性回復力ＥＦ２が発生する。前述のとおり、図２（ｂ）に示される中立位置Ｐ０では第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１と第２の弾性部材５２の弾性回復力ＥＦ２は釣り合うため、結果的にプランジャ２０に作用する力は第２のソレノイド４０による吸引力ＭＦ２のみとなり、図３において「Ｃ」で示される状態（状態Ｃ）となる。

さらにプランジャ２０が第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に移動すると、第１の弾性部材５１の弾性回復力ＥＦ１はプランジャ２０に作用しなくなり、第２のソレノイド４０の吸引力ＭＦ２および第２の弾性部材５２の弾性回復力ＥＦ２が互いに反対向きで増大し、これらの合力が、プランジャ２０に作用する。そして、プランジャ２０が第２の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側）の限界位置Ｐ２に到達した状態が図２（ｃ）に示されている。図２（ｃ）では、上側に、第２のソレノイド４０の吸引力ＭＦ２および第２の弾性部材５２の弾性回復力ＥＦ２が作用している状態が示されている。この状態は、図３において「Ｄ」で示される状態（状態Ｄ）である。このように、プランジャ２０が第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に移動する際には、図３に示される状態Ｂから状態Ｃを経由して状態Ｄに至る。

この図３に示される状態Ｄにおいて、第２のソレノイド４０のコイルＣＰに電流を流すことを停止し、第１のソレノイド３０のコイルＣＰに電流を流すことを開始すると、プランジャ２０に作用する力は、第１のソレノイド３０の吸引力ＭＦ１と第２の弾性部材５２の弾性回復力ＥＦ２との合力であり、図３では「Ｅ」に示される状態（状態Ｅ）となる。図２（ｃ）では、状態Ｅにおいてプランジャ２０に作用する力が下側に示されている。状態Ｅでは、プランジャ２０に作用する第１のソレノイド３０の吸引力ＭＦ１は比較的低いが、取りうる最大値となっている第２の弾性部材５２の弾性回復力ＥＦ２もプランジャ２０に作用するため、プランジャ２０に作用する第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）への力を高めることができる。したがって、状態Ｅでは、プランジャ２０を第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に速やかに移動させることができる。

その後、プランジャ２０は第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に移動を開始し、状態Ｂから状態Ｃに至った現象と同様の現象が生じて、図２（ｄ）に示される中立位置では、状態Ｅから状態Ｆに至る。そして、最終的には、図２（ａ）に示され、図３では「Ａ」で示される状態Ａに至る。このように、プランジャ２０が第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）へ移動する際には、図３に示される状態Ｅから状態Ｆを経由して状態Ａに至る。

第１のソレノイド３０のコイルＣＰに電流を流し始める時間、第１のソレノイド３０のコイルＣＰから第２のソレノイド４０のコイルＣＰへと電流を流す対象を切り換える時間、第２のソレノイド４０のコイルＣＰに電流を流し始める時間、および第２のソレノイド４０のコイルＣＰから第１のソレノイド３０のコイルＣＰへと電流を流す対象を切り換える時間を適切に設定することにより、状態Ａから状態Ｂへの遷移、状態Ｂから状態Ｃを経由して状態Ｄに至る移動、状態Ｄから状態Ｅへの遷移、および状態Ｅから状態Ｆを経由して状態Ａに至る移動を含むようにプランジャ２０が移動する。その結果、プランジャ２０はＹ１−Ｙ２方向に往復動して振動する。

この際、プランジャ２０を第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に移動させるバネ系である第１のバネ系の固有振動数と、プランジャ２０を第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に移動させるバネ系である第２のバネ系の固有振動数とが調和していることが好ましい。

第１のバネ系は、第１のソレノイド３０ならびに第１の弾性部材５１および第２の弾性部材５２とプランジャ２０とによって定義され、第１のバネ系の固有振動数は、第１のバネ系の弾性係数と、プランジャ２０の質量とによって設定される。第１のバネ系を構成する弾性要素のうち、第１のソレノイド３０および第２の弾性部材５２は、プランジャ２０が第２の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側）の限界位置Ｐ２から第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に移動を開始する際に作用する弾性要素である。したがって、第１のソレノイド３０とプランジャ２０とによるバネ系の固有振動数と、第２の弾性部材５２とプランジャ２０とによるバネ系の固有振動数とが調和していることが、プランジャ２０の第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）への移動開始を速やかに生じさせる観点から、好ましい。

第２のバネ系は、第２のソレノイド４０ならびに第１の弾性部材５１および第２の弾性部材５２とプランジャ２０とによって定義され、第２のバネ系の固有振動数は、第２のバネ系の弾性係数と、プランジャ２０の質量とによって設定される。第２のバネ系を構成する弾性要素のうち、第２のソレノイド４０および第１の弾性部材５１は、プランジャ２０が第１の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側）の限界位置Ｐ１から第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に移動を開始する際に作用する弾性要素である。したがって、第２のソレノイド４０とプランジャ２０とによるバネ系の固有振動数と、第１の弾性部材５１とプランジャ２０とによるバネ系の固有振動数とが調和していることが、プランジャ２０の第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）への移動開始を速やかに生じさせる観点から、好ましい。

また、第１のバネ系の固有振動数と第２のバネ系の固有振動数とが調和している場合には、第１のバネ系の動作と第２のバネ系の動作とが連続的に生じやすくなり、プランジャ２０を所定の固有振動数にて強く振動させることができる。この第１のバネ系の固有振動数と第２のバネ系の固有振動数との調和は、振動発生装置１０について、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側の構造とＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側の構造とを可能な限り等しくし、第１のソレノイド３０のコイルＣＰに流す電流量および第２のソレノイド４０のコイルＣＰに流す電流量を等しくすることによって実現可能である。

なお、振動発生装置１０は、図１などに示されるように、第１のソレノイド３０と錘部２１との間に設けられてプランジャ２０の第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）への動作を緩和させる第１のダンパ部６１と、第２のソレノイド４０と錘部２１との間に設けられてプランジャ２０の第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）への動作を緩和させる第２のダンパ部６２とをさらに有する。第１のダンパ部６１および第２のダンパ部６２は、プランジャ２０が部分的に挿通したリング状の形状を有し、損失弾性率の大きな材料、具体的にはゴム系材料やエラストマーから構成される。

振動発生装置１０では、上記のとおり、図３に示されるようにプランジャ２０が振動するとき、プランジャ２０の第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）への移動は第１のバネ系によりもたらされ、プランジャ２０の第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）への移動は第２のバネ系によりもたらされる。したがって、プランジャ２０が適切に振動するためには、第１のバネ系による移動が終了した状態である状態Ａから第２のバネ系による移動が開始する状態である状態Ｂへの遷移、および、第２のバネ系による移動が終了した状態である状態Ｄから第１のバネ系による移動が開始する状態である状態Ｅへの遷移が滞りなく行われることが好ましい。

この観点で、第１のダンパ部６１は、プランジャ２０について、状態Ａから、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）への力を吸収することによって、状態Ｂに近い状態（具体的には第１の方向側の力がゼロに近い状態）に変更することが可能である。例示的に示せば、第１のダンパ部６１によって、状態Ａから状態Ｇ（図３において「Ｇ」として示される状態）の位置に速やかに遷移することができる。したがって、第１のダンパ部６１を設けることにより、第１のバネ系による移動が終了した状態Ａから第２のバネ系による移動が開始する状態Ｂへの遷移が容易となる。

同様に、第２のダンパ部６２は、状態Ｄから、第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）への力を吸収することによって、状態Ｅに近い状態（具体的には第２の方向側の力がゼロに近い状態）に変更することが可能である。例示的に示せば、第２のダンパ部６２によって、状態Ｄから状態Ｈ（図３において「Ｈ」として示される状態）に速やかに遷移することができる。したがって、第２のダンパ部６２を設けることにより、第２のバネ系による移動が終了した状態Ｄから第１のバネ系による移動が開始する状態Ｅへの遷移が容易となる。

このように、振動発生装置１０は、第１のダンパ部６１および第２のダンパ部６２を有することにより、プランジャ２０の振動をより安定的に行うことが可能となる。

以下、上記の振動発生装置１０を備える振動機構付き入力装置について図面を参照して説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置の外観図である。図４（ａ）は、操作面が視認できる向きからの外観図であり、図４（ｂ）は、操作部の背面が視認できる向きからの外観図である。図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置の側面図である。図５（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置の背面図である。図６（ａ）は、本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置が備えるディスプレイシャーシの構造を説明するための外観図である。図６（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置が備える可動部の構造を説明するための外観図である。図６（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置が備える可動部の構造を説明するための側面図である。

図４から図６に示されるように、本発明の一実施形態に係る振動機構付き入力装置１００は、操作者の操作部位（例えば指ＦＧ）が接することにより入力操作が可能な操作面１２１Ａを有する操作部１２１を備える可動部１２０と、可動部１２０のヒンジ２１１が係止する貫通受け孔３１１を有して操作部１２１を支持するディスプレイシャーシ１３０とを有する。操作面１２１Ａは、可動部１２０が有する操作部１２１のＸ１−Ｘ２方向Ｘ１側の面であり、操作部１２１には、図示されないタッチパネル（静電式、抵抗式のいずれであってもよい。）および表示装置（液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置などが例示される。）が配置されている。

ディスプレイシャーシ１３０は、Ｙ１−Ｙ２方向からみたときの外形がＺ１−Ｚ２方向に伸びる部分である固定部１３１とＸ１−Ｘ２方向に伸びる部分であるベース部１３２とを有するＬ字型の部材である。固定部１３１には上記の貫通受け孔３１１が設けられており、この貫通受け孔３１１において操作部１２１を支持している。ベース部１３２は、車両など振動機構付き入力装置１００が取り付けられる対象である被取り付け体ＡＰとの連結部（図示せず。）を有する。図３には、被取り付け体ＡＰおよびベース部１３２を覆い隠すように配置される外装部ＩＰが二点鎖線で示されている。被取り付け体ＡＰが車両の一部の場合には、外装部ＩＰはインスツルメントパネルまたはダッシュボードの一部である。後述するように、ベース部１３２の内側には、操作部１２１に連設されるブラケット１５０およびブラケット１５０にさらに連設される振動発生部として前述の振動発生装置１０が配置される。このようにすることで、ベース部１３２によって、振動発生装置１０から操作部１２１への振動が外部からの異物などの影響を受けることが抑制される。振動発生装置１０の動作は図示しない制御部によって制御される。制御部は、例えばベース部１３２における、振動発生装置１０の動作と干渉しない位置に配置される。

図５（ｂ）に示されるように、ディスプレイシャーシ１３０の固定部１３１に対する操作部１２１の相対位置の変更範囲を規制する部材として、振動機構付き入力装置１００には、ヒンジ２１１に加えて支持部１２５が設けられている。

支持部１２５はＺ１−Ｚ２方向に伸縮する弾性体からなる。具体的には、支持部１２５はコイルばねからなり、Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側の端部２５１においてディスプレイシャーシ１３０に対して固定され、Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側の端部２５２は操作部１２１のピン２１３を支持する。したがって、ディスプレイシャーシ１３０の固定部１３１は支持部１２５によって操作部１２１を含む可動部１２０を自由方向に吊っている。特段の外力（振動発生装置１０による加振力を含む。）が付与されていない場合には、自由方向は鉛直方向（Ｚ１−Ｚ２方向）である。

ディスプレイシャーシ１３０の固定部１３１をＸ１−Ｘ２方向からみたときの中央部には貫通部３１２が設けられており、この貫通部３１２を用いて、操作部１２１と固定部１３１とのＹ１−Ｙ２方向への相対位置の変更範囲を規制するとともに、振動発生装置１０からの操作部１２１に伝達されるＹ１−Ｙ２方向の振動の振れ幅を規制する振動規制ダンパ機構１２６が設けられている。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、ディスプレイシャーシ１３０の固定部１３１は、ヒンジ２１１が挿通する貫通受け孔３１１および支持部１２５の一方の端部２５１が係止するピン３１３によって、操作部１２１を含む可動部１２０を振動可能に保持している。なお、ヒンジ２１１は弾性体からなるブッシュを有し、このブッシュにおいて貫通受け孔３１１と接触する。このようにヒンジ２１１が弾性体からなるブッシュを有することにより、固定部１３１に対して操作部１２１が所定の範囲内で振動しながら保持される。支持部１２５を有しない場合には操作部１２１の自重に基づく鉛直方向の力のすべてがヒンジ２１１のブッシュに加わるが、支持部１２５を有することにより、上記の鉛直方向の力の一部が支持部１２５に加えられるため、ブッシュに加えられる力を少なくすることができ、ブッシュの寿命を延ばすことができる。

図６（ｂ）に示されるように、可動部１２０が有する操作部１２１には、Ｘ１−Ｘ２方向からみて枠状のブラケット１５０の一端側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）が取り付けねじ１５１によって取り付けられている。図６（ｃ）に示されるように、ブラケット１５０は、Ｙ１−Ｙ２方向からみたときに、一端がＺ１−Ｚ２方向Ｚ２向きに延在し、他端がＸ１−Ｘ２方向Ｘ２向きに延在する屈曲形状を有する。そして、この他端側（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側）に、振動発生装置１０が取り付けられている。

したがって、図６（ｃ）に示されるように、振動発生装置１０の振動中心１０Ｇは、操作部１２１の重心１２１Ｇから、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側に距離Ｄｘだけオフセットし、Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側に距離Ｄｚだけオフセットしている。このように操作部１２１の重心１２１Ｇに対してオフセットした位置に振動発生装置１０を配置することにより、操作部１２１の外形を大きくすることなく、具体的には、厚さ（Ｘ１−Ｘ２方向長さ）を厚くすることなく、幅（Ｙ１−Ｙ２方向長さ）を広げることなく、高さ（Ｚ１−Ｚ２方向長さ）を高くすることなく、加振力の大きな振動発生装置１０を操作部１２１に力学的に連結することができる。それゆえ、かかる構造を有する振動機構付き入力装置１００は、大型化と薄型化の要請に適切に答えることができる。なお、車載用途、特にインスツルメントパネル（外装部ＩＰ）から操作部１２１が突出するように配置される場合には、ディスプレイシャーシ１３０のベース部１３２の内部に振動発生装置１０を配置し、ベース部１３２ごとインスツルメントパネル（外装部ＩＰ）の内部に配置すれば、振動発生装置１０は使用者から視認されることがないため、好ましい。

振動機構付き入力装置１００を使用する際には、図示しない制御部からの制御信号に基づき、振動発生装置１０が図１から図３を用いて説明したように振動する。この振動発生装置１０の振動による加振力ＦＲは、Ｘ１−Ｘ２方向からみて枠状であってＹ１−Ｙ２方向からみて屈曲部を有するブラケット１５０を介して操作部１２１に伝達され、操作部１２１をＹ１−Ｙ２方向に振動させる並進力ＦＨとなる。

上記に本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

例えば、振動発生装置１０のプランジャ２０の第１の付勢部２２および第２の付勢部２３とは同軸に配置されているが、これに限定されない。第１の付勢部２２の移動軸と第２の付勢部２３の移動軸とは非同軸であって互いに平行に配置されていてもよい。

１０ ：振動発生装置
２０ ：プランジャ
２１ ：錘部
２２ ：第１の付勢部
２３ ：第２の付勢部
３０ ：第１のソレノイド
４０ ：第２のソレノイド
５１ ：第１の弾性部材
５２ ：第２の弾性部材
６１ ：第１のダンパ部
６２ ：第２のダンパ部
ＢＰ ：底部
ＣＰ ：コイル
ＤＰ ：凹部
ＦＰ ：振動発生装置の固定部
ＹＰ ：ヨーク
ＭＦ１，ＭＦ２ ：吸引力
ＥＦ１，ＥＦ２ ：弾性回復力
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ ：状態
Ｐ１ ：第１の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側）の限界位置
Ｐ２ ：第２の方向側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側）の限界位置
Ｐ０ ：中立位置
１００ ：振動機構付き入力装置
１２０ ：可動部
１２１ ：操作部
１２１Ａ ：操作面
１２１Ｇ ：重心
１２５ ：支持部
１２６ ：振動規制ダンパ機構
１３０ ：ディスプレイシャーシ
１３１ ：ディスプレイシャーシの固定部
１３２ ：ベース部
１５０ ：ブラケット
１５１ ：取り付けねじ
２１１ ：ヒンジ
２１３ ：操作部のピン
２５１，２５２ ：支持部の端部
３１１ ：貫通受け孔
３１２ ：貫通部
３１３ ：固定部のピン
１０Ｇ ：振動発生装置の振動中心
ＦＧ ：指
ＡＰ ：被取り付け体
ＩＰ ：外装部
Ｄｘ，Ｄｚ ：距離
ＦＲ ：加振力
ＦＨ ：並進力

Claims (7)

1. プランジャとソレノイドとを用いた振動発生装置であって、
   前記プランジャは、錘部と、前記錘部から第１の方向に沿って延設される第１の付勢部および前記錘部から前記第１の方向とは反対向きの第２の方向に沿って延設される第２の付勢部と、を有し、
   前記ソレノイドは、前記第１の付勢部の一部を取り囲むように配置され前記プランジャを前記第１の方向へ動作させる第１のソレノイドと、前記第２の付勢部の一部を取り囲むように配置され前記プランジャを前記第２の方向へ動作させる第２のソレノイドと、を有し、
   前記第１のソレノイドおよび前記第２のソレノイドが振動対象に対する固定部を有し、
   前記錘部が前記第１のソレノイドと前記第２のソレノイドとの間で往復動することにより、前記振動対象を振動させること
   を特徴とする振動発生装置。
2. 前記第１のソレノイドと前記錘部との間に位置する第１の弾性部材、および前記第２のソレノイドと前記錘部との間に位置する第２の弾性部材をさらに有し、
   前記第１のソレノイドは、前記第２の弾性部材と協働して前記プランジャを前記第１の方向に動作させ、前記第２のソレノイドは、前記第１の弾性部材と協働して前記プランジャを前記第２の方向に動作させることを特徴とする請求項１に記載の振動発生装置。
3. 前記第１のソレノイドと前記プランジャとによるバネ系の固有振動数と、前記第２の弾性部材と前記プランジャとによるバネ系の固有振動数とが調和しており、
   前記第２のソレノイドと前記プランジャとによるバネ系の固有振動数と、前記第１の弾性部材と前記プランジャとによるバネ系の固有振動数とが調和していることを特徴とする請求項２に記載の振動発生装置。
4. 前記プランジャを前記第１の方向に移動させるバネ系の固有振動数と、前記プランジャを前記第２の方向に移動させるバネ系の固有振動数とが調和している、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の振動発生装置。
5. 前記第１のソレノイドと前記錘部との間に設けられ、前記プランジャの前記第１の方向への動作を緩和させる第１のダンパ部と、
   前記第２のソレノイドと前記錘部との間に設けられ、前記プランジャの前記第２の方向への動作を緩和させる第２のダンパ部とをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の振動発生装置。
6. 操作者によって入力操作が可能な操作部と、
   前記操作部に対して振動を発生させる振動発生部と、
   前記振動発生部の動作を制御する制御部と、を有した振動機構付き入力装置であって、
   前記振動発生部は、請求項１から５のいずれか一項に記載される振動発生装置からなり、
   前記操作部は、前記振動発生装置の前記第１のソレノイドおよび前記第２のソレノイドに対して固定されること
   を特徴とする振動機構付き入力装置。
7. 前記振動発生部は前記操作部から離間し、前記振動発生部と前記操作部とはブラケットを介して固定されることを特徴とする請求項６に記載の振動機構付き入力装置。

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