CN104511416A - 振动致动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种振动致动器,其能够相对于驱动信号的输入可靠地开始振动。振动致动器(6A)具有:可动部件(16),其具有磁铁(17),并呈直线状往复移动;第一线圈部(26)和第二线圈部(27),所述第一线圈部(26)和第二线圈部(27)以包围磁铁(17)的方式配置;机壳(8),其具有在可动部件(16)的移动方向上对置的底部(9c)和盖部(11),并容纳可动部件(16)以及第一线圈部(26)和第二线圈部(27);以及板状磁体(29),其配置于机壳(8)的底部(9c),并通过与磁铁(17)之间产生磁吸引力从而将可动部件(16)吸引到底部(9c)侧。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过可动部件的撞击来产生振动的振动致动器。
背景技术
以往,作为该领域的技术,存在专利文献1。在专利文献1中记载了用于手机等无线通信终端装置的振动器。在该振动器中,在卷绕了线圈的筒体的内部容纳具有永久磁铁的振动部件。振动部件沿着筒体的中心轴线方向往复移动,并撞击配置在筒体的两端部的撞击部件从而产生振动。
专利文献1:日本特开2001-347227号公报
然而,在专利文献1的振动器中,当线圈处于未通电状态时,振动部件能够在筒体的内部自由地移动。因此,根据驱动开始时的振动部件的位置与振动部件的移动方向的关系,也有可能出现在驱动信号所具有的最初的信号成分下振动部件不移动从而不产生振动的情况。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种能够相对于驱动信号的输入可靠地开始振动的振动致动器。
本发明的振动致动器的特征在于,具有:可动部件,其具有磁铁,并往复移动;线圈,其以包围磁铁的方式配置;机壳,其具有在可动部件的移动方向上对置的一对壁部,并容纳可动部件和线圈;磁体,其配置在一对壁部的任意一侧,并通过与磁铁之间产生磁吸引力,将可动部件吸引到壁部的一侧。
本发明的振动致动器的机壳具有一对壁部,在一侧的壁部上配置有磁体。通过在该磁体与磁铁之间产生磁吸引力,从而可动部件被吸引到配置了磁体的壁部侧。因此,在线圈处于未通电状态时,即使振动致动器的姿势发生变化,可动部件的位置也总是维持在配置了磁体的壁部侧,从而保持了驱动开始时的可动部件的位置与可动部件的移动方向的关系。因此,能够通过驱动信号所具有的最初的信号成分使可动部件可靠地移动,并相对于驱动信号的输入可靠地开始振动。
并且,本发明的振动致动器的特征在于,磁体配置于壁部的非对置部分,该非对置部分是指壁部的与可动部件的在可动部件的移动方向上的端面对置的对置部分以外的部分。作用于磁铁的磁吸引力的大小能够通过磁铁与磁体之间的距离进行调整。而且,作用于磁铁与磁体之间的磁吸引力具有减小驱动力的成分。通过该结构,因为磁铁与磁体间的距离变大从而作用于可动部件的磁吸引力的大小减小,因此能够抑制作用于可动部件的驱动力下降。
并且,本发明的振动致动器的特征在于,对线圈输入使可动部件从配置了磁体的一侧的壁部向另一侧的壁部移动的驱动信号。通过对线圈输入这样的驱动信号,能够相对于驱动信号的输入进一步可靠地开始振动。
通过本发明的振动致动器,能够相对于驱动信号的输入可靠地开始振动。
附图说明
图1是表示具有本发明所涉及的振动致动器的信息终端处理装置的外观立体图。
图2是表示图1所示的振动致动器的剖视立体图。
图3是沿图2的Ⅲ-Ⅲ线的振动致动器的剖视图。
图4是表示沿图3的Ⅳ-Ⅳ线的振动致动器的动作的剖视图。
图5是表示驱动脉冲信号的波形和传递至触摸面板的振动波形的图。
图6是表示第一变形例所涉及的振动致动器的剖视图。
图7是表示第二变形例及第三变形例所涉及的振动致动器的剖视图。
图8为表示第四变形例及第五变形例所涉及的振动致动器的剖视图。
(符号说明)
1A~1F…信息终端处理装置,2…壳体,3…触摸面板,4…框架,6A~6F…振动致动器,7…振动传递部,8…机壳,12…导向轴,16…可动部件,17…磁铁,18…第一轭,19…第二轭,21、22…缓冲件,26…第一线圈部,27…第二线圈部,28…配重,29…板状磁体,C…电路板
具体实施方式
以下,参照附图对本发明所涉及的振动致动器的优选实施方式进行详细的说明。
如图1所示,信息终端处理装置1A是智能手机等信息终端。信息终端处理装置1A具有容纳电路板C和电池等的壳体2,壳体2具有触摸面板3和框架4,触摸面板3作为触敏面板用于信息显示和信息输入,框架4包围触摸面板3并且成为信息终端处理装置1A的强度部件。该信息终端处理装置1A具有振动致动器6A和振动传递部7,该振动致动器6A和振动传递部7安装在触摸面板3的与显示画面侧相反的一侧。该振动致动器6A和振动传递部7在操作者用指尖触碰触摸面板3来进行操作时,产生用于使操作者感知到执行了正常的输入操作的振动。
如图2和图3所示,振动致动器6A的机壳8具有主体壳体部9和盖部11,主体壳体部9呈大致长方体的箱状,盖部11用来封闭主体壳体部9的敞开侧。该主体壳体部9和盖部11由作为非磁性材料的不锈钢构成。在主体壳体部9的敞开侧设置有凸缘部9a,盖部11以覆盖开口9b(参照图3)和凸缘部9a的方式固定在主体壳体部9,从而封闭开口9b。
在机壳8的大致中央配置有导向轴12。导向轴12是以轴线方向沿着从盖部11朝向主体壳体部9的底部9c的方向的方式配置的。导向轴12的下端嵌入设置在主体壳体部9的底部9c的压入孔13中,上端嵌入设置在盖部11的压入孔14中。并且,主体壳体部9的底部9c与盖部11成为在导向轴12的轴线方向上对置的一对壁部。
具有动磁式结构的振动致动器6A具有可动部件16和静止部件23。可动部件16以沿着导向轴12的轴线方向往复移动并且包围导向轴12的方式配置在机壳8内。
可动部件16具有磁铁17,该磁铁17被单极磁化成在导向轴12的轴线方向上具有N极和S极,在该磁铁17设置有沿轴线方向延伸的贯通孔17a,并贯通插入有导向轴12。并且,可动部件16具有第一轭18和第二轭19,第一轭18粘接在磁铁17的下端面,第二轭19粘接在磁铁17的上端面。薄板圆板状的第一轭18和第二轭19覆盖磁铁17的两端面整体,从而以在导向轴12的轴线方向上夹着磁铁17的方式固定。并且,在第一轭18和第二轭19形成有导向孔18a、19a,导向孔18a、19a与导向轴12相互作用,从而在导向轴12的轴线方向上引导可动部件16。因此,可动部件16直线状往复移动的振动方向与导向轴12的轴线方向一致。
能够通过该可动部件16因具有磁铁17以及第一轭18和第二轭19而质量变大,来增大因可动部件16的移动而产生的动量。
在主体壳体部9的底部9c的与第一轭18在导向轴12的轴线方向上对置的对置部分A1(参照图4(a))安装有缓冲件21。并且,在盖部11的与第二轭19在导向轴12的轴线方向上对置的部分安装有缓冲件22。各个缓冲件21、22的形状是具有供导向轴12贯通插入的孔21a、22a的环状。能够通过该缓冲件22保护磁铁17免受冲击。并且,还能够通过缓冲件22减小在撞击时产生的撞击声。
静止部件23以包围可动部件16的方式配置在机壳8内。静止部件23具有骨架24。骨架24具有:沿导向轴12的轴线方向延伸的开口24a;设置在盖部11侧的上侧凸缘部24b;设置在底部9c侧的下侧凸缘部24c;以及设置在上侧凸缘部24b与下侧凸缘部24c之间的间隔部24d。在下侧凸缘部24c与间隔部24d之间形成有第一骨架部24e,在上侧凸缘部24b与间隔部24d之间形成有第二骨架部24f。该第一骨架部24e和第二骨架部24f沿导向轴12的轴线方向并排设置。
并且,静止部件23具有串联的两个线圈部26、27。第一线圈部26是以与第一轭18对应的方式将线圈线卷绕于第一骨架部24e而形成的。第二线圈部27是以与第二轭19对应的方式将线圈线卷绕于第二骨架部24f而形成的。该第一线圈部26和第二线圈部27在导向轴12的轴线方向上并排设置。第一线圈部26与第二线圈部27的线圈线的卷绕方向彼此相反,且线圈线的端部从设置在主体壳体部9的侧面的引出开口9d向机壳8的外部引出。
在机壳8内以埋入第一线圈部26及第二线圈部27与主体壳体部9的内壁面9f间的空间的方式配置有配重28。骨架24的上侧凸缘部24b与配重28在导向轴12的轴线方向的上端面28b抵接,从而通过上侧凸缘部24b将配重28按压向主体壳体部9的底部9c侧而固定。相对于导向轴12的轴线呈点对称形状的配重28具有能够供骨架24、第一线圈部26以及第二线圈部27插入的圆形的开口28a,并以配重28的重心位于导向轴12的轴线上的方式配置在机壳8内。配重28由密度较大的材料(例如钨)构成。
通过该配重28,振动致动器6A的整体质量变大,由振动致动器6A和振动传递部7构成的振动系统的共振频率变低。因此,能够使通过撞击产生的振动的频率降低。
在构成一对壁部中的一个壁部的底部9c与配重28在导向轴12的轴线方向上的下端面28c之间,夹入有板状磁体29。在为矩形薄板形状的铁板的板状磁体29上形成有用于使底部9c的与可动部件16对置的对置部分A1的整体露出的开口29a(参照图4(a))。因此,板状磁体29没有配置在对置部分A1上。也就是说,板状磁体29配置在底部9c的对置部分A1以外的部分,即配置在不与可动部件16的端面对置的非对置部分A2上。
在振动致动器6A与触摸面板3之间夹入由弹性部件构成的振动传递部7。振动传递部7粘接于振动致动器6A与触摸面板3。该振动传递部7通过将由振动致动器6A产生的振动的频率降低至操作者易感知的150Hz~500Hz这个频带,以使振动波形从具有尖峰值的冲击波形变化为近似正弦波振动的振动波形并传递至触摸面板3。特别优选将具有0.3~1.0g/cm3程度的密度的橡胶制部件作为该振动传递部7。
接下来,对信息终端处理装置1A的动作进行说明。
在操作者没有触摸触摸面板3的状态下,不向第一线圈部26和第二线圈部27输入驱动脉冲信号,为未通电状态。此时,如图4(a)所示,可动部件16被在板状磁体29与磁铁17之间产生的磁吸引力吸引向主体壳体部9的底部9c侧。
在操作者触摸触摸面板3,并判断出正常地执行了数据输入的情况下,控制部(未图示)向第一线圈部26和第二线圈部27输入驱动脉冲信号。该驱动脉冲信号被设定为近似触摸面板3的共振频率(数百Hz程度)的频率。通过将驱动脉冲信号的频率设定为近似触摸面板3的共振频率,能够利用共振现象增大触摸面板3的振动振幅。并且,驱动脉冲信号的电流方向被设定为使可动部件16从配置了板状磁体29的底部9c向盖部11侧移动的方向。
如图4(b)所示,若向第一线圈部26和第二线圈部27输入驱动脉冲信号,则通过驱动脉冲信号所具有的最初的信号成分S1a(参照图5(a))使可动部件16沿着导向轴12的轴线方向朝向盖部11移动,并撞击盖部11的缓冲件22。利用该撞击使振动致动器6A整体沿轴线方向移动从而产生振动波,振动波经由振动传递部7传递至触摸面板3。若传递至该触摸面板3的振动波被操作者感知,则操作者感受到操作感。
振动致动器6A的机壳8具有底部9c和盖部11,在底部9c配置有板状磁体29。在该板状磁体29与磁铁17之间产生磁吸引力,可动部件16被向配置了板状磁体29的底部9c侧吸引。因此,即使在第一线圈部26和第二线圈部27处于未通电状态时,振动致动器6A的姿势发生变化,可动部件16的位置也总是维持在配置了板状磁体29的底部9c侧,因此能够保持驱动开始时的可动部件16的位置与可动部件16的移动方向的关系。因此,能够通过驱动脉冲信号所具有的最初的信号成分S1a可靠地使可动部件16直线状移动,从而相对于驱动脉冲信号的输入可靠地开始振动。
并且,板状磁体29配置于底部9c的非对置部分A2,该非对置部分A2是指与可动部件16的在可动部件16的移动方向上的端面16a对置的对置部分A1以外的部分。作用于磁铁17的磁吸引力的大小能够通过磁铁17与板状磁体29之间的距离进行调整。并且,作用于磁铁17与板状磁体29之间的磁吸引力具有减小第一线圈部26及第二线圈部27与磁铁17的相互作用而产生的驱动力的成分。通过该结构,因为磁铁17与板状磁体29之间的距离变大从而作用于可动部件16的磁吸引力的大小减小,因此能够抑制作用于可动部件16的驱动力下降。
并且,向第一线圈部26以及第二线圈27输入使可动部件16从配置有板状磁体29的底部9c向盖部11移动的驱动信号。通过将这种驱动信号输入第一线圈部26以及第二线圈部27,能够相对于驱动信号的输入进一步可靠地开始振动。
并且,因为振动致动器6A使可动部件16撞击机壳8而产生振动,因此能够相对于触摸面板3的操作产生响应性好的振动。并且,因为信息终端处理装置1A在振动致动器6A与触摸面板3之间夹入了振动传递部7,因此能够降低由撞击产生的振动的频率,并将振动传递至触摸面板3。因此,通过信息终端处理装置1A,能够将操作者容易感知且响应性好的振动传递到触摸面板3,从而提高与触摸面板3的操作相应的操作感。
在此,为了确认信息终端处理装置1A的效果,制作了信息终端处理装置1A和将没有配重28的振动致动器直接安装于触摸面板3的比较例所涉及的信息终端处理装置,并确认了传递至各自的触摸面板3的振动的波形。另外,向信息终端处理装置1A和比较例所涉及的信息终端处理装置输入了相同振幅且相同频率的驱动脉冲信号。具体如图5(a)所示,驱动脉冲信号S1为频率是440Hz的一个周期的信号。
如图5(b)所示,能够确认的是:在比较例的信息终端处理装置中,传递至触摸面板3的振动波形S2的频率高且具有多个尖峰值。
另一方面,如图5(c)所示,能够确认的是:在将具有配重28的振动致动器6A经由振动传递部7安装于触摸面板3的情况下,是与图5(b)所示的比较例的振动波形S2相比频率低且近似于正弦波振动的振动波形S3。因此可知,通过在振动致动器6A上配置配重28来增加质量,并且通过振动传递部7将振动致动器6A安装于触摸面板3的信息终端处理装置1A,能够产生使操作者易感知的振动。
并且,通过信息终端处理装置1A,可动部件16与缓冲件22撞击而产生振动,因此若与在旋转马达安装了偏心配重的振动致动器(比较例1)和利用弹簧的共振的振动致动器(比较例2)相比,振动的启动和停止的时间短,从而能够提高作为触觉反馈的振动的及时性和使用感。并且,虽然通过利用了压电元件的振动致动器(比较例3)能够提高响应速度,但为了得到能被操作者感知的振动振幅,需要将压电元件大型化。与此相对,在本实施方式的信息终端处理装置1A中,与利用了压电元件的振动致动器(比较例3)相比能够小型化。
本发明不限于上述的实施方式,在不偏离本发明的宗旨的范围内,能够进行以下所述那样的各种变形。
如图6所示,信息终端处理装置1B也可以具有第一变形例所涉及的振动致动器6B。在振动致动器6B中,板状磁体29以被夹入骨架24的上侧凸缘部24b与盖部11之间的方式配置。通过该结构,能够将未通电状态的可动部件16的位置设定在盖部11侧。像这样,能够与安装于触摸面板3的振动致动器6A的姿势和振动方向相应地,将未通电状态的可动部件16的位置设定在底部9c侧(参照图4(a))或者盖部11侧。
并且,如图7(a)所示,信息终端处理装置1C也可以具有第二变形例所涉及的振动致动器6C。在振动致动器6C中,板状磁体29配置在底部9c与第一线圈部26之间。并且,如图7(b)所示,信息终端处理装置1D也可以具有第三变形例所涉及的振动致动器6D。在振动致动器6D中,板状磁体29配置在盖部11与第二线圈部27之间。
由于同将板状磁体29与配重28对置的方式相比,通过振动致动器6C、6D缩短了板状磁体29与磁铁17之间的距离,因此作用于可动部件16的磁吸引力变大。因此,即使在从外部对信息终端处理装置1C、1D传递强烈的振动和冲击的情况下,也能够在第一线圈部26和第二线圈部27为未通电状态下将可动部件16可靠地吸引向底部9c侧或者盖部11侧。
并且,如图8(a)所示,信息终端处理装置1E也可以具有第四变形例所涉及的振动致动器6E。在振动致动器6E中,板状磁体29配置在底部9c与缓冲件21之间。并且,如图8(b)所示,信息终端处理装置1F也可以具有第五变形例所涉及的振动动致动器6F。在振动致动器6F中,板状磁体29配置在盖部11与缓冲件22之间。
通过振动致动器6E、6F,板状磁体29与磁铁17之间的距离进一步变短,因此作用在可动部件16的磁吸引力变得更大。因此,即使在从外部对信息终端处理装置1E、1F传递强烈的振动和冲击的情况下,也能够在第一线圈部26和第二线圈部27为未通电状态下更可靠地将可动部件16吸引向底部9c侧或者盖部11侧。
并且,振动致动器6A~6F的配重28也可以设置于可动部件16。并且,振动致动器6A~6F也可以不具有导向轴12,而具有圆柱状的可动部件。通过圆柱状的可动部件,由于不存在可动部件16的导向孔18a、19a(参照图2)与导向轴12的接触,因此能够提高可动部件16的移动速度从而增加可动部件16的动量。
并且,可动部件16也可在从机壳8的底部9c侧向盖部11侧移动并撞击盖部11的缓冲件22后,继续向底部9c侧驱动并撞击底部9c的缓冲件21。并且,可动部件16也可在缓冲件21与缓冲件22之间往返动作而产生多次撞击。
并且,振动致动器6A~6F也可以代替导向轴12,而具有容纳可动部件16B并在振动方向上引导可动部件16B的导向筒(未图示)。
并且,振动致动器6A~6F的线圈数量不限定为两个,既可以是一个,也可以是两个以上。并且,振动致动器6A~6F的缓冲件21、22也可以粘接在第二轭19的上表面和第一轭18的下表面。
并且,信息终端处理装置1A~1F并不限定用于手机或智能手机之类的通信终端,也可以用于具有触摸面板3的自动售货机、自动售票机、个人计算机、信息服务亭等装置。
并且,在本实施方式中,以作为触敏面板的直接接触的面板为例进行了说明,但是例如触敏面板也可以是通过接近而进行操作的面板。并且,触敏面板也可以是使用笔式输入方法,通过接触或者接近而进行操作的面板。并且,通过在装置配置多个振动致动器6A、6B,能够得到多个振动模式。
[实施例]
在此,对能够优选用于振动传递部7所使用的弹性部件的材料进行说明。
在本发明中,振动传递部7优选的材料是聚苯乙烯凝胶(スチレンゲル)(北川工业股份公司(北川工業株式会社)制KG凝胶,型号:YMG90V、密度:1.29g/cm3)、硅凝胶(シリコーンゲル)(泰已科股份公司(株式会社タイカ)制硅树脂薄膜(シリコーンフィルム),型号:θ-7、密度:1.06g/cm3)、聚氨酯泡沫(ウレタンフォーム)(井上有限公司(株式会社イノアック)制,型号:SR-S15P、密度:0.15g/cm3)等。通过由这些材料构成的振动传递部7,与将振动致动器6A直接安装于触摸面板3的情况相比,能够降低传递至触摸面板3的振动的频率。
在本发明中,振动传递部7的更优选材料是天然橡胶(密度0.93g/cm3)、聚苯乙烯凝胶(スチレンゲル)(北川工业股份公司(北川工業株式会社)制KG凝胶,型号:YMG80BK、密度:0.87g/cm3)、聚氨酯泡沫(ウレタンフォーム)(井上有限公司(株式会社イノアック)制,型号:WP-32P、密度:0.32g/cm3,型号:WP-40P、密度:0.40g/cm3,型号:SR-S48P、密度:0.48g/cm3)等。通过由这些材料构成的振动传递部7,与将振动致动器6A直接安装于触摸面板3的情况相比,能够降低传递至触摸面板3的振动的频率。另外,能够抑制振动的振幅的减小,从而确保适于操作者感知的振动的振幅。
另一方面,因为与将振动致动器6A直接安装于触摸面板3的情况相同,传递至触摸面板3的振动的频率高,因此乙醚类聚氨酯(ポリウレタン)(三进兴产股份公司(三進興産株式会社)制,型号:硕而博S(ソルボS)、密度:1.38g/cm3)、(三进兴产股份公司(三進興産株式会社)制,型号:硕而博M(ソルボM)、密度:1.38g/cm3)不合适。
Claims (3)
1.一种振动致动器,其特征在于,具有:
可动部件,其具有磁铁,并往复移动;
线圈,其以包围所述磁铁的方式配置;
机壳,其具有在所述可动部件的移动方向上对置的一对壁部,并容纳所述可动部件和所述线圈;以及
磁体,其配置在一对所述壁部的任意一侧,并通过与所述磁铁之间产生磁吸引力,将所述可动部件吸引到所述壁部的一侧。
2.根据权利要求1所述的振动致动器,其特征在于,
所述磁体配置于所述壁部的非对置部分,该非对置部分是指所述壁部的与所述可动部件的在所述可动部件的移动方向上的端面对置的对置部分以外的部分。
3.根据权利要求1或2所述的振动致动器,其特征在于,
对所述线圈输入使所述可动部件从配置了所述磁体的一侧的所述壁部向另一侧的所述壁部移动的驱动信号。
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