振動発生装置および前記装置を搭載した電子機器

【課題】小型の装置にも搭載することができ、多彩な振動を発生させることができる振動発生装置を提供する。
【解決手段】ケース１内には、モータ２が回転軸５を突出させた状態で収納されている。回転軸５には、錘１２と弾性部材が設けられている。弾性部材は、回転軸５とともにケース１に固定されているねじりコイルバネ１６である。ねじりコイルバネ１６は、その一部が回転軸５に巻回されており、前記ねじりコイルバネ１６の一端が前記軸１４に係止され、他端が前記係止突起１５に係止されている。回転軸５を往復回転させて錘１２を往復運動させると、錘１２の反転動作時に生じる衝撃でケース１を振動させることができる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯機器などに搭載して携帯機器のケースを振動させる振動発生装置に係り、特に振動に変化を与えることができる振動発生装置及び前記装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】テレビゲーム用などに使用されるコントローラには、ケース内に振動を発生させる振動発生装置が設けられている。この種の振動発生装置を搭載してゲームの状況に応じてケースを振動させて操作者に前記振動による感触を与えることでゲームの臨場感をより高められるようになっている。
【０００３】この種の振動発生装置は、ブラシ付きのＤＣモータやコアレスモータの回転軸に偏心運動させるための錘（分銅）が取り付けられており、この錘を回転させて得られる遠心力でモータを振動させ、ケースを振動させるものである。例えば、テレビゲーム機器に使用されるコントローラでは、ケース内に大小２種類の振動発生装置を搭載することで、振動の大きさを変えることができる。
【０００４】また、その他の振動発生装置としてソレノイド方式のものがあり、これはコイルに電流を流すことで生じる磁界により鉄製の芯材を軸方向に往復運動させることで振動を発生させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記した従来の錘を用いた振動発生装置では、大小の装置を搭載することで異なる種類の振動を発生できるものの、めりはりのない単調な振動しか得ることができず、ゲーム機器として使用した場合に前記振動を利用できるゲームの種類が限定される。またソレノイド方式では、大電流が必要で、しかも小型化を図ることができない。
【０００６】また、携帯電話の画面をカラー化したものが普及しつつあり、さらに携帯電話内にゲームソフトを組み込んだものも市販されている。しかし、携帯電話は非常に小型で実装密度が高いため、ゲーム用途として複数の振動発生装置を搭載することが困難である。
【０００７】本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、低消費電力で且つ小型のケース内にも搭載でき、さらに多彩な振動を発生させることができる振動発生装置及び前記装置を搭載した電子機器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ケース内に支持されるモータと、前記モータの回転軸を往復動作させる制御部とが設けられており、前記回転軸の往復動作により、前記モータから前記ケースへ振動が与えられることを特徴とするものである。
【０００９】例えば、前記回転軸とケースとの間を連結する弾性部材が設けられており、前記回転軸が一方向へ回動した後、他方向へ回動する際に、前記弾性部材による復帰力が前記回転軸に作用する構成にできる。また前記モータの回転軸と前記ケースとを結ぶ弾性部材が設けられており、前記回転軸の動力が前記弾性部材を介して前記ケースに伝達されて、前記ケースに振動が伝達される構成であってもよい。
【００１０】また、前記回転軸に、回転中心に対して質量が偏って分布する錘が取り付けられていることが好ましい。また前記回転軸の少なくとも一部が、回転中心に対して質量が偏って分布する形状であってもよい。
【００１１】また前記モータはステッピングモータであることが好ましい。また、前記制御部によって前記ステッピングモータへ与えられる駆動パルスが制御され、前記振動の周波数が可変可能とされていてもよい。また前記制御部によって前記ステッピングモータへ与えられる駆動パルスが制御され、前記振動の振幅が可変可能とされていてもよい。
【００１２】上記発明では、モータを往復運動させたときに、反転動作時に生じる衝撃で振動または減衰振動を得ることができる。またこの場合にステッピングモータを使用すると、他の種類のモータよりも振動的な動きで、しかも駆動周波数を変えるだけで簡単に回転数を変化させることができるため、多彩な振動が得られる。またステッピングモータは、始動や停止に対する応答性に優れるので振動にメリハリを与えることができる。さらに、多彩な振動モードを得るために複数の振動発生装置を設ける必要がないので、携帯電話などの小さな携帯端末のケース内にも搭載可能である。
【００１３】また本発明の電子機器は、前記振動発生装置が設けられているものであり、例えば携帯電話、ＰＨＳ（personal handyphone system）、ページャー、ＰＤＡ（personal digital assistant）、ノートＰＣ、マウスなどのポインティングデバイス、キーボード、おもちゃなどを挙げることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の振動発生装置の第１の実施の形態を示す斜視図、図２は側面図、図３は図２R>２の３−３線での切断断面図である。また図１５は本発明の振動発生装置が搭載された電子機器の概略を示すブロック図である。
【００１５】この振動発生装置１０では、ケース１にモータ２が設けられている。ケース１は、合成樹脂で四角箱型に成形され、一側面の全体が開放した開口１ａが形成され、さらにケース１の上面１ｂには前記開口１ａの上縁中央部分から四角形状の切欠部１ｃが形成されている。ただし、以下では、ケース１が簡略化された小型のものを例示しているが、前記ケース１がゲームコントローラや携帯電話等を構成するケース全体であってもよい。
【００１６】モータ２は、パルス駆動可能なステッピングモータであり、ひとつの駆動パルスに対して一定の角度だけ回転するモータである。モータ２の上面中央には軸受４が設けられており、この軸受４に回転軸５の先端が上方へ突出した状態で回転自在に支持されている。また前記モータ２の側面には、ゴム製で帯状に形成された緩衝部材６が巻かれており、前記モータ２を前記ケース１の開口１ａから挿入したときに、前記緩衝部材６がモータ２の側面とケース１の内側面１ｄとの隙間に配設されて、前記モータ２が前記ケース１内に確実に保持される。ただし、モータ２をケース１に固定する際に同時に接着剤やねじを用いてもよい。なお、前記緩衝部材６を介在させることで、モータ２が駆動したときの高周波数なノイズを除去することができる。
【００１７】前記モータ２の回転軸５には、錘１２が偏心した状態で設けられている。また回転軸５には、前記錘１２と前記ケース１の上面１ｂとの間に、錘１２と同一方向に延びるアーム１３が固定されており、前記アーム１３と前記錘１２との間の外縁において、双方を接合する軸１４が一体に設けられている。また前記ケース１の上面１ｂには、前記回転軸５を挟んで軸１４と対向する位置に係止突起１５が形成されている。
【００１８】前記回転軸５の周囲には、弾性部材としてのねじりコイルバネ１６が設けられている。このねじりコイルバネ１６は回転軸５の周囲に巻回されて支持されており、前記ねじりコイルバネ１６の一端が前記軸１４に係止され、他端が前記係止突起１５に係止されている。図３に示す状態は、前記ねじりコイルバネ１６が中立状態にある場合であって、回転軸５と軸１４と係止突起１５とが互いに平行で且つ直線上に位置するように組み込まれている。
【００１９】前記振動発生装置１０では、前記モータ２を図３に示す紙面時計回り方向と反時計回り方向に往復運動させると、Ａ方向からＢ方向への反転動作時またはＢ方向からＡ方向への反転動作時に衝撃が発生し、前記衝撃でケース１を振動させることができる。また一方向へ始動して停止したときの減衰運動によりケース１を振動させることができる。
【００２０】ここで使用されるモータ２は、従来から使用されているＤＣモータを用いて回転軸を往復動作させてもよいが、特にステッピングモータを使用して往復動作させると周波数（駆動パルス）を変えるだけで回転速度を容易に制御できる。その結果、振動の周波数を変化させることができるので、多彩な振動をケースに与えることができる。またステッピングモータを使用すると、始動や停止に対する応答性に優れるので、振動にめりはりを与えることができる。
【００２１】なお、前記振動発生装置１０では、モータ２として、例えば２相励磁方式のステッピングモータを使用することができる。この方式のモータは、２つの相を一度に励磁するものであり、ＮとＳに着磁されたロータマグネットの組立体が固定された回転軸が回転自在に支持されており、前記ロータマグネットの組立体の周囲にステータコイルの組立体が配置される構造である。このような２相励磁方式のモータを組み込むことで、１相励磁よりも大きな駆動トルクを得ることが可能になる。
【００２２】前記振動発生装置１０は、図１５に示すように、制御部１１を有し、この制御部１１にモータ２がモータドライバ２ａを介して接続されている。この制御部１１では、前記モータ２に与える駆動パルスを制御しており、この駆動パルスによって振動の周波数を変化させたり、または振動の振幅を変化させることができる。
【００２３】また前記振動発生装置１０は、前記制御部１１に操作部１５０を接続することで電子機器２００として使用できる。ただし、電子機器１５０には必ずしも操作部１５０が設けられている必要はない。なお、前記制御部１１には、さらに液晶パネルなどの表示部やサウンドの出力装置が設けられていてもよい。前記操作部１５０から前記制御部１１に操作信号を与えることで、前記振動発生装置１０のモータ２を駆動させてケースを振動させることができる。このような電子機器２００としては、携帯電話、ＰＨＳ、ページャー、ＰＤＡ、ノート型のパーソナルコンピュータ、マウス、キーボード、遊具などを挙げることができる。
【００２４】図４と図５は、本発明の振動発生装置の第２の実施の形態を示す側面図と、図４の５−５線での断面図である。
【００２５】この振動発生装置２０は、前記振動発生装置１０を小型化した装置であり、モータ２２の回転軸２３が突出する側にケース２１がねじ２１ａ，２１ａでねじ固定されている。ケース２１は、回転軸２３の周囲を覆い且つ上部及び一部側面が開放した形状であり、前記振動発生装置１０と同様な変換手段が設けられている。すなわち、回転軸２３には、錘２４とアーム２５と軸２６が一体となって固定され、ケース２１には係止突起２７が形成されている。さらに、回転軸２３にはねじりコイルバネ２８が設けられ、一端が前記軸２６に係止され、他端が前記係止突起２７に係止されている。
【００２６】この振動発生装置２０においても前記振動発生装置１０と同様に、モータ２２の回転軸２３を図の両矢印で示すように往復運動させることで、反転動作時の衝撃による振動、または減衰動作による振動によりケース２１を振動させることができる。
【００２７】図６は、本発明の振動発生装置の第３の実施の形態を示す斜視図である。図６に示す振動発生装置３０では、ケース３１に、モータ３２と金属製の板ばね３４（弾性部材）が設けられている。
【００２８】前記モータ３２は、ゴム製の緩衝部材３３を介してケース３１の上面３１ａに固定されている。また前記板ばね３４は、ケース３１の上面３１ａから垂直に延びて形成された支持板３１ｂの側面に設けられている。なお、支持板３１ｂには位置決め突起３１ｃと取り付け穴が形成され、板ばね３４には位置決め穴３４ａとねじ穴が形成されており、前記位置決め穴３４ａを前記位置決め突起３１ｃと嵌合させ、そしてねじ部材をねじ穴に挿入して取り付け穴に螺着することで板ばね３４がケース３１に固定される。
【００２９】前記振動発生装置３０では、前記板ばね３４が前記回転軸３６を常に付勢している。前記と同様にモータ３２を駆動して回転軸３６を往復回転させることで、回転軸３６の反転動作時に生じる衝撃または減衰振動をケース３１に振動として伝達できる。また、図６に示す振動発生装置３０では、前記回転軸３６を一方向へ連続回転させることにより、回転軸３６の回転による振動を板ばね３４によりケース３１へ伝達させて、ケース３１を振動させることも可能である。
【００３０】図７に示すモータ３７は、図６の振動発生装置３０に搭載されるモータ３２の変形例である。このモータ３７には、Ｘ−Ｙ平面で切断される断面が円形状の軸３８ａと、前記軸３８ａの先端に回転中心に対して質量が異なって分布するＸ−Ｙ平面で切断される断面が楕円形状の当接部３８ｂで構成された回転軸３８が設けられている。この場合には、前記回転軸３８の当接部３８ｂの側面が板ばね３４によって常に押圧される。なお、前記モータ３７では、軸３８ａと当接部３８ｂとが一体に形成されているものであってもよく、また楕円形状の当接部３８ｂは少なくとも板ばね３４が当たる部分にのみ設けられていればよい。このようなモータ３７が搭載された振動発生装置にすると、当接部分が円形の場合に比べて板ばね３４からケース３１に伝達される振動を大きくできる。
【００３１】図８に示す振動発生装置４０は、図６に示す振動発生装置３０の他の変形例を示す斜視図である。なお、振動発生装置４０は振動発生装置３０とほぼ同様の構成であり、同一の符号を付した部分は同一の構成としてその説明を省略する。
【００３２】この振動発生装置４０では、前記振動発生装置３０のモータ３２の回転軸３６に錘４１が固定されたものである。このように錘４１を設けるとモータ３２を駆動させたときに前記振動発生装置３０よりも同様の動作量で大きな振動を得ることができる。前記振動発生装置４０では、前記回転軸３６および錘４１を往復回転させると、回転軸３６に発生する振動が板ばね３４を伝わってケース３１に伝達されて、振動が発生する。このように振動が板ばね３４を伝わって前記ケース３１に伝達されることにより振動発生装置４０の全体が振動する。
【００３３】また、図８に示す振動発生装置４０においても、図７で示したものと同様に、板ばね３４で押圧される部分の回転軸３６の形状が楕円形状であってもよい。
【００３４】本発明の振動発生装置は、上記した実施の形態に限られるものではなく、例えば、図８に示す振動発生装置４０の変形例として、ケースに固定された板ばね３４で錘４１を付勢してもよい。また図６と図８に示す振動発生装置３０，４０に設けられている板ばね３４や錘４１を設けずにモータを単体で駆動させてケース３１を振動させるようにしてもよい。またこのときのモータは図７に示すモータ３７であってもよい。
【００３５】次に、本発明の振動発生装置における振動の制御方法について図９ないし図１４を参照して説明する。
【００３６】図９に示す波形は図１０及び図１１の基準となる波形であり、横軸が時間ｔ、縦軸が回転軸の回転角度を意味している。
【００３７】モータ２に１パルス入力すると、中立位置Ｏからａ１点まで錘１２が変位（回転）する。このとき錘１２はねじりコイルバネ１６，２８（または板ばね３４）を撓ませる。そしてこのとき、前記とは逆回転方向の励磁を与えると、反転による衝撃力が前記ねじりコイルバネ１６，２８（または板ばね３４）に生じる。その後、錘１２は前記ねじりコイルバネ１６，２８（または板ばね３４）の弾性復元力と励磁によりｂ１点まで変位する。このように錘１２を往復運動させることで、１ステップ毎に発生する反転衝撃力を前記ねじりコイルバネ１６，２８（または板ばね３４）を介してケース１の振動に変換できる。
【００３８】前記振動発生装置では、前記ａ１点、ｂ１点、ａ２点、ｂ２点、…で励磁を切り替えた際に反転による衝撃、およびこの衝撃に基づく減衰振動が発生し、前記バネを伝わってケース１に伝達され、その結果前記回転軸の往復運動の周期に比例した断続的な振動が発生する。
【００３９】また、図１０に示す波形図は、ステッピングモータで回転軸を一方向へ２ステップで回転させ、その後に励磁を逆回転方向に切り替え、２ステップで回転軸を逆転させるという往復動作を行わせた場合を示している。なお、１ステップとは、１パルスでステッピングモータを所定角度回転させることを意味している。
【００４０】図１０では、中立位置Ｏから一方向に１ステップでａ１点まで変位させ、さらに次の１ステップで同一方向にｂ１点まで変位させる。その後、励磁を反転させて前記とは逆方向に各１ステップでａ２点、ｃ１点、ｄ１点まで変位させ、それを往復動作させた状態を示している。
【００４１】この駆動方式では、ａ１点、ａ２点、ｃ１点、ｃ２点、…で回転軸の回転速度が急速に変化するため、前記各点において衝撃とその衝撃による減衰振動が発生し、さらにｂ１点、ｄ１点、ｂ２点、ｄ２点、…で回転軸の方向がばねで戻されるため大きな衝撃およびその衝撃に基づく減衰振動が発生する。この振動により、断続的な振動が継続することになる。
【００４２】また図１１に示す波形図は、パルスモータの１パルスでロータの回転角度を２ステップの間隔に相当する角度回転させてａ１点に移動させ、その後に励磁を解除してばねの弾性復帰力で回転軸をＯ点に戻し、さらに１パルスで逆方向へ２ステップ分の角度だけ回転させ、これを繰り返すものである。
【００４３】図１１では、回転軸の往復回転角度が図９に示す角度の２倍になる。よってａ１点、ｂ１点、…でばねによる復帰力が回転軸に大きな力として作用する。よってａ１点、ｂ１点、…での速度変化点での衝撃と、その衝撃に基づく減衰振動が大きくなり、ばねを介してケースに伝わる振動が大きくなり、ケースを大きく振動させることができる。
【００４４】次に、図１２に示す波形図では、モータ２に与える周波数を高い周波数から低い周波数に切り替えるときに無通電時間を設けたものである。無通電時間を設けると、振動の種類が変化したことを強く体感でき、特に低い周波数と高い周波数との間隔が短い場合に、微妙な振動の変化を体感できるようになる。その結果振動にめりはりをつけることが可能になる。また図１３に示すように、中立位置Ｏのｂ１点，ｄ１点，ｂ２点において励磁させることによっても、振動にめりはりをつけることができ、振動の変化を確実に体感できる。
【００４５】図１４に示す波形図は、さらに振動に多彩な変化を与えるための制御方法である。これは、周波数を変化させることで１ステップ毎の変位速度を変化させることができる。このように１ステップごとに速度を可変にすることで衝撃の程度を変化させることができ、これに伴って多彩な振動を体感できる。
【００４６】また、前記モータを往復運動させるときの振動によって音を発生させることができるが、その振動の周波数を変化させることにより、振動音で音階を生成して所望のメロディを奏でることができ、また振動の波形を図９に示す周期的なものだけでなく、図１４に示す波形にするこで振動により発生する音のテンポを変化させることも可能である。
【００４７】
【発明の効果】以上説明した本発明では、小型のケースに搭載したとしても多彩な振動を発生させることができる。しかも、振動にめりはりを与えることができるので、振動の変化を確実に体感できる。特にステッピングモータを使用することで回転動作を容易に制御でき、多彩な振動を発生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の振動発生装置を示す斜視図、
【図２】第１の実施の振動発生装置を示す側面図、
【図３】図２の３−３線での断面図、
【図４】本発明の第２の実施の形態の振動発生装置を示す側面図、
【図５】図４の５−５線での断面図、
【図６】本発明の第３の実施の形態の振動発生装置を示す斜視図、
【図７】振動発生装置に搭載されるモータの変形例を示す斜視図、
【図８】図６の振動発生装置の変形例を示す斜視図、
【図９】時間と変位の関係を示す基準波形図、
【図１０】２ステップ毎で反転動作させたときの波形図、
【図１１】１パルスで２ステップ間隔移動させたときの波形図、
【図１２】振動の変化を明確に発揮するための手段を説明する説明図、
【図１３】振動の変化を明確に発揮するための他の手段を説明する説明図、
【図１４】周波数を変化させたときの波形図、
【図１５】振動発生装置が搭載された電子機器を示すブロック図、
【符号の説明】
１，２１，３１ケース
２，２２，３２モータ
２ａモータドライバ
４軸受け
５，２３，３６回転軸
６緩衝部材
１０，２０，３０，４０振動発生装置
１１制御部
１２，２４，４１錘
１３，２５アーム
１４，２６軸
１５，２７係止突起
１６，２８ねじりコイルバネ
３４板ばね
１５０操作部
２００電子機器

【特許請求の範囲】
【請求項１】ケース内に支持されるモータと、前記モータの回転軸を往復動作させる制御部とが設けられており、前記回転軸の往復動作により、前記モータから前記ケースへ振動が与えられることを特徴とする振動発生装置。
【請求項２】前記回転軸とケースとの間を連結する弾性部材が設けられており、前記回転軸が一方向へ回動した後、他方向へ回動する際に、前記弾性部材による復帰力が前記回転軸に作用する請求項１記載の振動発生装置。
【請求項３】前記モータの回転軸と前記ケースとを結ぶ弾性部材が設けられており、前記回転軸の動力が前記弾性部材を介して前記ケースに伝達されて、前記ケースに振動が伝達される請求項１記載の振動発生装置。
【請求項４】前記回転軸に、回転中心に対して質量が偏って分布する錘が取り付けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の振動発生装置。
【請求項５】前記回転軸の少なくとも一部が、回転中心に対して質量が偏って分布する形状である請求項３または４記載の振動発生装置。
【請求項６】前記モータはステッピングモータである請求項１ないし５のいずれかに記載の振動発生装置。
【請求項７】前記制御部によって前記ステッピングモータへ与えられる駆動パルスが制御され、前記振動の周波数が可変可能とされている請求項６記載の振動発生装置。
【請求項８】前記制御部によって前記ステッピングモータへ与えられる駆動パルスが制御され、前記振動の振幅が可変可能とされている請求項６記載の振動発生装置。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれかに記載の振動発生装置が設けられていることを特徴とする電子機器。

【図１】