CN104511417A

CN104511417A - 振动致动器

Info

Publication number: CN104511417A
Application number: CN201410503011.1A
Authority: CN
Inventors: 小田岛慎; 正田优树; 高木正明; 殿贝佳英
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-04-15
Also published as: JP2015070730A; US20150155767A1; US9584001B2

Abstract

本发明提供一种能够产生操作者容易感知的振动的振动致动器。振动致动器(6A)包括：具有磁铁(17)并且直线状往返移动的可动部件(16A)、以包围磁铁(17)的方式配置的第一线圈部(26)和第二线圈部(27)、容纳可动部件(16A)以及第一线圈部(26)和第二线圈部(27)的机壳(8)、以及安装于机壳(8)的配重(28)。

Description

振动致动器

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中记载了安装于手机等无线通信终端装置并作为呼出装置利用的振动器。在该振动器中，在卷绕了线圈的筒体的内部容纳具有永磁铁的振动部件。振动部件沿着筒体的中心轴线方向往返移动，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，若利用由专利文献1的振动器产生的振动作为用于提高无线通信终端装置的操作感的反馈，则振动的频率高，因此存在操作者难以感知的情况。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够将产生的振动的频率调整为操作者容易感知的频率的振动致动器。

本发明的振动致动器的特征在于，包括：可动部件，其具有磁铁，并且往返移动；线圈，其以包围磁铁的方式配置；机壳，其容纳可动部件和线圈；以及配重，其安装于机壳。

本发明的振动致动器通过包围磁铁的线圈与可动部件的磁铁的相互作用来使可动部件往返移动。而且，移动的可动部件撞击机壳而产生振动。在此，存在通过撞击而被传递振动的振动致动器整体的质量变大，则由撞击产生的振动的频率降低的趋势。因此，通过将配重安装于机壳，能够将产生的振动的频率调整为操作者容易感知的比较低的频率。

并且，本发明的振动致动器的特征在于配重通过以可动部件的移动方向作为轴线包围线圈的方式配置在线圈与机壳之间。通过该结构，能够通过以可动部件的移动方向为轴线包围线圈的方式在线圈与机壳之间配置配重，以将配重的重心配置在可动部件的移动轨迹上。因此，能够使振动致动器在可动部件的移动方向上产生振动。因此，能够抑制移动方向以外的力作用于可动部件，从而减小作用于可动部件的压力而提高可动部件的耐撞击性。

并且，本发明的振动致动器的特征在于，包括：可动部件，其具有磁铁，并且往返移动；线圈，其以包围磁铁的方式配置；机壳，其容纳可动部件和线圈；以及配重，其安装于可动部件。

本发明的振动致动器通过包围磁铁的线圈与可动部件的磁铁的相互作用来使可动部件往返移动。而且，移动的可动部件撞击机壳而产生振动。在此，存在通过撞击而被传递振动的振动致动器整体的质量变大，则由撞击产生的振动的频率降低的趋势。因此，通过将配重安装于可动部件，能够将产生的振动的频率调整为操作者容易感知的比较低的频率。

并且，本发明的振动致动器的特征在于配重被磁铁包围。通过该结构，以包围配重的方式配置磁铁，因此能够使磁铁大型化，从而容易使可动部件也大型化。

通过本发明的振动致动器，能够将产生的振动的频率调整为操作者容易感知的比较低的频率。

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坐标图。

图6是表示本发明所涉及的振动致动器的第二实施方式的剖视图。

图7是表示本发明所涉及的振动致动器的变形例的剖视图。

(符号说明)

1A、1B…信息终端处理装置，2…壳体，3…触摸面板，4…框架，6A、6B…振动致动器，7…振动传递部，8…机壳，12…导向轴，16A、16B…可动部件，17、32、36、39…磁铁，18、33…第一轭，19、34…第二轭，21、22…缓冲件，26…第一线圈部，27…第二线圈部，28、31、41…配重，29…磁体板，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，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是用来产生振动的，以在操作者通过指尖触摸触摸面板3来进行操作的时候，使操作者感知到执行了正常的输入操作。

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是以中心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，导向轴12的上端嵌入设置在盖部11的压入孔14。并且，盖部11和主体壳体部9的底部9c成为在导向轴12的中心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16A和静止部件23。可动部件16A以沿着导向轴12的中心轴线方向往返移动并且包围导向轴12的方式配置在机壳8内。

可动部件16A具有磁铁17，磁铁17以在导向轴12的中心轴线方向上具有N极和S极的方式被单极磁化，在该磁铁17上设置有在中心轴线方向上延伸的通孔17a，并贯通插入有导向轴12。并且，可动部件16A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的中心轴线方向上夹持磁铁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的中心轴线方向上引导可动部件16A。因此，可动部件16A直线状往返移动的振动方向与导向轴12的中心轴线方向一致。

能够通过该可动部件16A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16A的移动而产生的动量。

在主体壳体部9的底部9c中，在与第一轭18在导向轴12的中心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中，在与第二轭19在导向轴12的中心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免受撞击。并且，还能够通过缓冲件22降低在撞击时产生的撞击声。

静止部件23以包围可动部件16A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：在导向轴12的中心轴线方向上延伸的开口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在导向轴12的中心轴线方向上并排设置。

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的中心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上安装有由密度比较大的材料(例如钨)构成的配重28。该配重28用来调整由振动致动器6A产生的振动的频率。在振动致动器6A中，存在若增大振动致动器6A的质量则振动的频率变低的趋势。因此，在振动致动器6A中，以通过将配重28安装于机壳8来增大质量从而降低振动的频率的方式进行调整。

配重28以可动部件16A的移动方向为中心轴线包围第一线圈部26和第二线圈部27。而且，在第一线圈部26及第二线圈部27与主体壳体部9的内壁面9f之间的间隙配置配重28(参照图3)。骨架24的上侧凸缘部24b与配重28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。相对于导向轴12的中心轴线呈点对称形状的配重28具有能够插入骨架24以及第一线圈部26和第二线圈部27的圆形的开口28a，配重28的重心位于导向轴12的中心轴线上。

在导向轴12的中心轴线方向上，在底部9c与配重28的下端面28c之间夹入磁体板29。在为矩形薄板形状的铁板的磁体板29上形成有开口29a(参照图4(a))，开口29a使底部9c的与可动部件16A对置的对置部分A1的整体露出。因此，磁体板29没有配置在对置部分A1上。也就是说，磁体板29配置在底部9c的对置部分A1以外且不与可动部件16A的端面对置的非对置部分A2上。

在该磁体板29与磁铁17之间产生磁吸引力，可动部件16A被向配置了磁体板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是未通电状态的时候振动致动器6A的姿势发生变化，可动部件16A的位置也总是被维持在配置了磁体板29的底部9c侧，因此能够保持开始驱动时的可动部件16A的位置与可动部件16A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可靠地使可动部件16A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，作用于磁铁17的磁吸引力的大小能够通过磁铁17与磁体板29之间的距离进行调整。而且，作用于磁铁17与磁体板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与磁体板29之间的距离变大从而作用于可动部件16A的磁吸引力的大小减小，因此能够抑制作用于可动部件16A的驱动力下降。

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和触摸面板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易被操作者感知的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，呈未通电状态。这时，如图4(a)所示，可动部件16A被在磁体板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，并被判断为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16A从配置了磁体板29的底部9c向盖部11侧移动的方向。

通过将这样的驱动脉冲信号输入第一线圈部26和第二线圈部27，能够相对于驱动脉冲信号的输入可靠地开始振动。

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16A沿着导向轴12的中心轴线方向朝向盖部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整体沿中心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通过包围磁铁17的第一线圈部26及第二线圈部27与可动部件16A的磁铁17的相互作用来使可动部件16A直线状移动。而且，直线状移动的可动部件16A撞击机壳8而产生振动。

在此，存在若通过撞击而被传递振动的振动致动器6A整体的质量变大，则由撞击而产生的振动的频率降低的趋势。因此，通过将配重28安装于机壳8，来将产生的振动的频率调整为操作者容易感知的比较低的频率。

并且，以将可动部件16A的移动方向作为中心轴线包围第一线圈部26和第二线圈部27的方式在第一线圈部26及第二线圈部27与机壳8之间配置配重28。通过该结构，能够将配重28的重心配置在可动部件16A的移动轨迹上。因此，能够使振动致动器6A在可动部件16A的移动方向上产生振动。因此，能够抑制可动部件16A的移动方向以外的力作用于可动部件16A，从而减小作用于可动部件16A的压力而提高可动部件16A的耐撞击性。

并且，因为振动致动器6A具有配重28安装于机壳8的结构，因此能够容易地组装。

并且，在振动致动器6A中，为了调整整体质量而在机壳8上安装有与机壳8分体的配重28。操作者容易感知的振动频率是150Hz～500Hz程度的范围，通过调整配重28的质量并安装于机壳8，能够将产生的振动的频率调整为接近该范围的频率。并且，若将振动的频率调整为接近安装了振动致动器6A的触摸面板3等的共振频率，则因为通过共振现象使振幅增大，能够产生使操作者更容易感知的振动。

并且，因为振动致动器6A使可动部件16A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，能够将易被操作者感知且响应性好的振动传递到触摸面板3，从而提高与对触摸面板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振幅相同且频率相同的驱动脉冲信号。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通过振动传递部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，能够产生易被操作者感知的振动。

并且，通过信息终端处理装置1A，使可动部件16A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，需要使压电元件大型化。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，能够实现小型化。

[第二实施方式]

对第二实施方式的信息终端处理装置进行说明。如图6所示，信息终端处理装置1B在振动致动器6B的配重31设置于可动部件16B这点上与第一实施方式的信息终端处理装置1A不同。以下，对配重31进行详细的说明，并省略了对与第一实施方式的信息终端处理装置1A通用的构件的说明。

具有圆筒形状的配重31以被磁铁32包围的方式配置在设置于磁铁32的通孔32a中。而且，在设置于配重31的大致中央的通孔31a中贯通插入有导向轴12。在导向轴12的中心轴线方向上，将设置了导向孔33a的第一轭33粘接在配重31和磁铁32的下端面，并将设置了导向孔34a的第二轭34粘接在配重31和磁铁32的上端面。

与第一实施方式的振动致动器6A相同，振动致动器6B也能够通过将配重31安装于可动部件16B，来将产生的振动的频率调整成操作者容易感知的频率。

并且，因为配重31被磁铁32包围，因此能够使磁铁32大型化，从而能够容易地使可动部件16B也大型化。

并且，通过该振动致动器6B，可动部件16B的质量变得更大，因此能够增大可动部件16B的动量。若可动部件16B的动量变大，则在使可动部件16B撞击缓冲件21或者缓冲件22时产生的振动波形的振幅变大，因此能够产生能被操作者可靠地感知的大小的振动。

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7(a)所示，第一实施方式的振动致动器6A也可以不具有导向轴12，并且具有可动部件16C来代替可动部件16A。可动部件16C在圆柱状的磁铁36的两端面安装有轭37、38。通过这样的结构，不存在可动部件16A的导向孔18a、19a(参照图2)与导向轴12的接触，因此与可动部件16A相比，能够提高可动部件16C的移动速度从而增加可动部件16C的动量。

并且，如图7(b)所示，第二实施方式的振动致动器6B同样也可以不具有导向轴12，并且具有可动部件16D来代替可动部件16B。可动部件16D在圆筒状的磁铁39的内部嵌入配重41，并在磁铁39和配重41的两端面安装有轭42、43。即使是这样的结构，也不存在可动部件16B的导向孔33a、34a(参照图6)与导向轴12的接触，因此与可动部件16B相比，能够提高可动部件16D的移动速度从而增加可动部件16D的动量。

并且，也可以使可动部件16A、16B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后进一步被向底部9c侧驱动并撞击底部9c的缓冲件21。并且，也可以使可动部件16A、16B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、6B也可以不具有导向轴12，而具有容纳并且在振动方向上引导可动部件16A、16B的导向筒(未图示)。

并且，振动致动器6A、6B也可以安装于作为信息终端处理装置1A、1B的壳体2的框架4，还可以安装于配置在壳体2内的电路板C。

并且，振动致动器6A、6B的线圈的数量不限定为两个，既可以是一个，也可以是两个以上。并且，振动致动器6A、6B的缓冲件21、22也可以粘接在第二轭19、34的上表面和第一轭18、33的下表面。

磁体板29也可以以被夹入骨架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16A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16A的位置设定在底部9c侧(参照图4(a))或者盖部11侧。

并且，磁体板29既可以配置在底部9c与第一线圈部26之间，也可以配置在盖部11与第二线圈部27之间。另外，磁体板29既可以配置在底部9c与缓冲件21之间，也可以配置在盖部11与缓冲件22之间。

通过该结构，同以与配重28对置的方式配置了磁体板29的情况相比，缩短了磁体板29与磁铁17之间的距离，因此作用于可动部件16A的磁吸引力变大。因此，即使在从外部向信息终端处理装置施加强烈的振动和撞击的情况下，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16A可靠地吸引向底部9c侧或者盖部11侧。

并且，信息终端处理装置1A、1B不限定用于手机或者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进行操作的面板。并且，通过在装置上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更优选的材料是天然橡胶(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

1.一种振动致动器，其特征在于，包括：

可动部件，其具有磁铁，并且往返移动；

线圈，其以包围所述磁铁的方式配置；

机壳，其容纳所述可动部件和所述线圈；以及

配重，其安装于所述机壳。

2.根据权利要求1所述的振动致动器，其特征在于，

所述配重通过以所述可动部件的移动方向作为轴线包围所述线圈的方式配置在所述线圈与所述机壳之间。

3.一种振动致动器，其特征在于，包括：

可动部件，其具有磁铁，并且往返移动；

线圈，其以包围所述磁铁的方式配置；

机壳，其容纳所述可动部件和所述线圈；以及

配重，其安装于所述可动部件。

4.根据权利要求3所述的振动致动器，其特征在于，

所述配重被所述磁铁包围。