CN113131707A - 振动致动器及电子设备 - Google Patents

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CN113131707A
CN113131707A CN202110035575.7A CN202110035575A CN113131707A CN 113131707 A CN113131707 A CN 113131707A CN 202110035575 A CN202110035575 A CN 202110035575A CN 113131707 A CN113131707 A CN 113131707A
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magnet
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vibration
vibration actuator
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桥本胜博
加藤崇德
高桥勇树
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • B06B1/045—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism using vibrating magnet, armature or coil system

Abstract

本发明提供振动致动器及电子设备，能够实现零件数量的减少化及小型化，即使接通不同频率的电流，也能够分别相应地对使用者赋予充足的体感振动。振动致动器具有在使前端部露出的状态下卷绕有线圈的铁芯、与铁芯的前端部分离并对置配置的磁铁以及轴部，通过线圈、铁芯以及磁铁的协动，铁芯的前端部相对于磁铁以轴部为中心摆动而产生振动，磁铁具有沿可动体的摆动方向排列且在与铁芯的前端部对置的方向上磁化的两极磁极，且与铁芯一起构成以将与两极磁极的切换位置对置的位置作为基准位置使铁芯的前端部定位的方式施力的磁弹簧，铁芯及磁铁配置成，磁弹簧的弹簧常数在铁芯的前端部相对于磁铁位于基准位置时最大，且随着进行摆动远离基准位置而变小。

Description

振动致动器及电子设备
技术领域
本发明涉及一种振动致动器及电子设备。
背景技术
以往，在电子设备中安装有振动致动器作为通过将振动传递到手指或手脚等来通知来电、提高触摸面板的操作感触或游戏机的控制器等游戏装置的现场感的振动源。此外，电子设备除了移动电话或智能手机等移动通信终端、平板电脑等移动信息终端、便携式游戏终端、固定型游戏机的控制器(游戏手柄)之外，还包括佩戴于衣服或手臂等的可穿戴式终端。
专利文献1公开的振动致动器是线性致动器，该线性致动器具备：具有线圈的固定体；具有磁铁的可动体；以及配置于固定体与可动体之间的盘簧。该振动致动器利用由线圈和磁铁构成的音圈马达的驱动力使可动体沿着轴往复直线移动，从而产生振动。振动致动器以使振动方向与电子设备的主面平行的方式安装，将沿着身体表面的方向的振动传递到与电子设备接触的使用者的身体表面。
在这样的振动致动器中，对线圈接通预定的频率的电流使盘簧共振，从而产生所希望的振动。
近年来，作为由振动致动器产生的振动，考虑在接通不同频率的电流的情况下在双方均同样地振动等、产生各种振动。
对于此，在专利文献2的振动产生装置中，使用具有质量不同的两个振子的可动体和弹簧常数不同的两种板簧来实现具有两个共振点的振动，由此，加宽能够振动的频段，产生各种振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4875133号公报
专利文献2：日本特开2007-111619号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在该专利文献2的振动产生装置中存在如下问题：由于使用两个振子及两种板簧，因此零件数量增多，另外，只能构成大型的装置。
本发明的目的在于提供一种振动致动器及电子设备，能够实现零件数量的减少化及小型化，并且加宽能够产生振动的频段，即使接通不同频率的电流，也能够分别相应地对使用者赋予足够的体感振动。
用于解决课题的方案
本发明的一方案的振动致动器构成为，具有：
可动体，其具有在使前端部露出的状态下卷绕有线圈的铁芯；
固定体，其具有相对于上述铁芯的前端部分离并对置配置的磁铁；以及
轴部，其在上述铁芯的基端部侧转动自如地支撑上述可动体，
通过上述线圈、上述铁芯以及上述磁铁的协动，上述铁芯的上述前端部相对于上述磁铁以上述轴部为中心摆动而产生振动，
上述振动致动器中，
上述磁铁具有在上述可动体的摆动方向上排列且在与上述铁芯的前端部对置的方向上磁化的两极磁极，而且与上述铁芯一起构成磁弹簧，该磁弹簧以将与上述两极磁极的切换位置对置的位置作为基准位置使上述铁芯的上述前端部定位的方式施力，
上述铁芯及上述磁铁配置成，使上述磁弹簧的弹簧常数在上述铁芯的前端部相对于上述磁铁位于基准位置时最大，且随着进行摆动远离上述基准位置而变小。
本发明的一方案的振动致动器构成为，具有：
可动体，其具有在使前端部露出的状态下卷绕有线圈的铁芯；
固定体，其具有相对于上述铁芯的前端部分离并对置配置的磁铁；以及
轴部，其在上述铁芯的基端部侧转动自如地支撑上述可动体，
通过上述线圈、上述铁芯以及上述磁铁的协动，上述铁芯的上述前端部相对于上述磁铁以上述轴部为中心摆动而产生振动，
上述振动致动器中，
上述磁铁具有在上述可动体的摆动方向上排列且在与上述铁芯的前端部对置的方向上磁化的两极磁极，而且与上述铁芯一起构成磁弹簧，该磁弹簧以将与上述两极磁极的切换位置对置的位置作为基准位置使上述铁芯的上述前端部定位的方式施力，
上述铁芯及上述磁铁配置成，使上述磁弹簧的弹簧常数在上述铁芯的前端部相对于上述磁铁位于基准位置时最小，且随着进行摆动远离上述基准位置而变大。
本发明的一方案的电子设备构成为，安装有上述的振动致动器。
发明效果
根据本发明，能够实现零件数量的减少化及小型化，并且加宽能够产生振动的频段，即使接通不同频率的电流，也能够分别对应地对使用者赋予足够的体感振动。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的振动致动器的外观立体图。
图2是表示振动致动器的卸下了罩的状态的立体图。
图3是表示振动致动器的可动体的分解立体图。
图4是振动致动器的分解立体图。
图5是表示振动致动器的主要部分结构的俯视剖视图。
图6是表示振动致动器的磁路的图。
图7是表示可动体的动作的俯视剖视图。
图8是表示振动致动器的变形例1的主要部分结构的剖视图。
图9是表示本发明的实施方式1的振动致动器的弹簧常数的图。
图10是用于说明本发明的实施方式1的振动致动器的频率特性的图。
图11是表示图10所示的本发明的实施方式1的振动致动器的频率特性的图。
图12是用于说明本发明的实施方式1的振动致动器的频率特性的图。
图13是表示本发明的实施方式1的振动致动器的频率特性的图。
图14是表示振动致动器的频率与温度的关系的图。
图15是表示振动致动器的频率与间隙的关系的图。
图16是表示本发明的实施方式2的振动致动器的卸下了罩的状态的立体图。
图17是振动致动器的分解立体图。
图18是表示振动致动器的主要部分结构的俯视剖视图。
图19是表示振动致动器的磁路的图。
图20是表示可动体的动作的俯视剖视图。
图21是表示作为安装振动致动器的电子设备的一例的游戏设备的图。
图22是表示作为安装振动致动器的电子设备的一例的移动信息终端的图。
图23是表示作为安装振动致动器的电子设备的一例的可穿戴式终端的图。
图中：
1、1A、1B、100A、100B、100C、100D—振动致动器，10—可动体，12—线圈，14—铁芯，15—柔性基板，16—衬套，18—线圈骨架，20、20B—固定体，22—底板，23—轴固定部，24—壳体，30、30A—第一磁铁，32、42—背轭，40—第二磁铁(磁铁)，50—轴部，60—缓冲部，61、62—缓冲材料，142、152—一端部，144—另一端部(前端部)，154—另一端部，142a—端面，144a—端面(前端部)，156—弯曲部，181、182—骨架分割体，201—通信部，202—处理部，203—驱动控制部，208—内周面，241—底面部，242、243—侧面部，244—一端面部，245—另一端面部，282、284—垫片，301、302、401、402—磁极。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
＜实施方式1＞
关于本实施方式的振动致动器，首先对整体结构进行说明。
[振动致动器1的整体结构]
图1是表示本发明的实施方式1的振动致动器的外观立体图，图2是表示振动致动器的卸下了罩的状态的立体图，图3是表示振动致动器的可动体的分解立体图。
在本实施方式中，使用正交坐标系(X，Y，Z)进行说明。在后述的图(也包括用于说明变形例1、实施方式2的图)中也由共通的正交坐标系(X，Y，Z)表示。以下，振动致动器1的宽度、深度、高度分别是X方向、Y方向、Z方向的长度。为了方便，在图1～图4中，本实施方式的振动致动器以将Z方向朝向横向配置的状态图示，将Z方向(Z方向正侧及Z方向负侧)作为振动方向(摆动方向)进行说明。另外，本实施方式中的“可动体的侧方”是指以可动体为中心与Z方向正交的放射方向，在本实施方式中，是指以可动体为中心的X方向、-X方向以及Y方向。另外，也可以将Z方向正侧设为上侧，将Z方向负侧设为下侧。
振动致动器1作为振动产生源安装于游戏设备GC、智能手机SP以及可穿戴式终端W等电子设备(参照图21～图23)，实现电子设备的振动功能。振动致动器1例如在通过振动对使用者赋予操作感或现场感、通知来电的情况下驱动。振动致动器1例如在电子设备中以与使用者接触的振动传递面和XY面平行的方式安装。就振动传递面而言，在游戏控制器的情况下是使用者的手指等身体表面接触的面(配置有操作按钮等的表面或者其它手指等抵接的背面)，在智能手机或平板电脑终端的情况下是触摸面板面。另外，在佩戴于使用者的衣服或手臂等的可穿戴式终端中，滑动传递面是与衣服或手臂接触的外表面(图23所示的内周面208)。
如图1～图4所示，振动致动器1具备可动体10、轴部50以及固定体20。可动体10经由轴部50支撑于固定体20。在本实施方式中，可动体10以将在一端侧插通的轴部50作为支点，另一端侧往复运动(摆动)，也就是振动的方式转动自如地支撑于固定体20。
可动体10是驱动时振动(摆动)的部分。在本实施方式中，可动体10具有线圈12和卷绕有线圈12的铁芯14，固定体20具有磁铁(第一磁铁30及第二磁铁40)。
振动致动器1的可动体10及固定体20的结构只要是通过通电的线圈12与第二磁铁40的协动使可动体10往复运动而产生振动的结构，就可以以任何方式构成。在振动致动器1中，也可以没有第一磁铁30，另外，也可以不是使可动体10相对于固定体20摆动的结构。另外，也可以构成为将线圈12设于固定体20并将磁铁(第二磁铁40)设于可动体10。在任何结构的情况下，磁铁(第二磁铁40)及线圈中的位于可动体的一方和位于固定体的另一方均构成为在一方相对于另一方的移动轨迹的所有位置或者一部分，吸引磁力变化。
可动体10相对于固定体20被基于磁铁(第一磁铁30及第二磁铁40)的吸引力的磁弹簧活动自如地支撑。在本实施方式中，可动体10被由磁铁(第一磁铁30及第二磁铁40)、线圈12以及铁芯14构成的磁弹簧相对于固定体20支撑为绕轴部50活动自如。
在本实施方式中，磁弹簧设为具有卷绕有线圈12的铁芯14和作为磁铁的第一磁铁30及第二磁铁40的结构，但主要采用由线圈12、铁芯14以及第二磁铁40构成的例进行说明。
可动体10以即使对线圈12接通不同频率的电流也能够分别对应地进行合适的振动的宽的设定频率活动。也将通过驱动信号输入线圈12的频率称为输入频率。在本实施方式中，虽然后面进行叙述，但产生振动的频段变宽，在宽的频段中，发挥设定的振动或者比该振动更强的G值，也就是，可动体10能够在宽的频段中强烈振动。此外，G值是加速度，是指振动的强度。后面详细叙述可动体10、也就是振动致动器1的频率特性。
不使用作为板簧、盘簧等部件的弹性支撑部件地将可动体10相对于固定体20振动自如地支撑。由此，能够减少弹性支撑部的零件数量。而且，在振动致动器1的箱体中，无需确保用于弹性支撑部的配置空间，能够实现振动致动器1自身的进一步的紧凑化。
另外，就作为弹性支撑部件的板簧、盘簧等机械弹簧而言，在耐久试验等可靠性试验中，由于因共振而使可动体持续振动时承受最大负担，因此最早变得功能不良。与之相对，致动器1仅由磁弹簧构成共振，未使用机械弹簧，因此几乎没有机械损失，能够半永久地使用致动器1。可以说，本实施方式的致动器1能够应用于使用了磁弹簧的所有谐振装置、也就是利用了共振的振动装置。
[轴部50]
图5是表示振动致动器的主要部分结构的俯视剖视图。
轴部50将可动体10相对于固定体20支撑为基于摆动的振动自如。轴部50可以是非磁性体及磁性体中的任一个，在本实施方式中，例如由SUS420J2等磁性体构成。
轴部50架设于底板22与固定于底板22的壳体24的底面部241之间。在壳体24的底面部241与可动体10之间夹设有外装于轴部50的垫片282，在底板22与可动体10之间夹设有外装于轴部50的垫片284。通过这些垫片282、284，轴部50将可动体10支撑为相对于固定体20顺畅地摆动。
[可动体10]
可动体10具有线圈12、卷绕有线圈12的铁芯14、作为轴承的衬套(轴承)16、以及线圈骨架18(骨架分割体181、182)。
铁芯14由沿线圈12的线圈轴向延伸的长条的磁性体形成。铁芯14在与底板22及壳体24的底面部241之间分别隔开预定间隔地配置。在此，预定间隔是构成可动体10的活动范围的空间。
铁芯14优选为通过线圈12的通电被磁化的磁性体。铁芯14也可以是铁氧体芯。另外，铁芯14也可以由电磁不锈钢、烧结材料、MIM(金属注塑模具)材料、层叠钢板以及电镀锌钢板(SECC)等构成。
铁芯14沿与轴部50的轴向正交的方向延伸而设置。铁芯14经由插通于一端侧的轴部50转动自如地设置，另一端部(前端部)144作为自由端部在相对于固定体20(具体来说，底板22的面部及壳体24的底面部241)平行的方向上、在此，在Z方向上振动。
铁芯14在一端部(基端部)142形成有贯通孔，在贯通孔嵌入有被轴部50插通的衬套16。
在铁芯14的一端部142与另一端部144之间外装有线圈骨架18(骨架分割体181、182)，在线圈骨架18卷绕有线圈12。在本实施方式中，可动体10通过在铁芯14隔着线圈骨架18卷绕线圈12而形成为长方体状。
通过线圈12被通电而励磁，铁芯14的两端部、也就是一端部142和另一端部(前端部)144的位于线圈的轴向的端面142a和端面(包含于前端部)144a的厚度方向、也就是振动方向(Z方向)的长度的中心成为磁极的中心。
另外，铁芯14的一端部142及另一端部144的在振动方向上分开的角部被倒角，以使各自的端面142a、144a的振动方向的长度缩短。
由此，铁芯14的一端部142及另一端部144构成为，朝向端面142a、144a侧，振动方向的厚度减薄，分别穿过它们的磁通集中到磁极的中心。特别是另一端部144的端面144a由于另一端部144在振动方向上分开的角部设置倾斜面1442、1444(参照图5)，从而与没有倾斜面1442、1444(参照图5)的状态的情况相比，另一端部411的端面144a的面积更小。由此，可动体10增大了从后述的标准位置摆动时的最大摆动角度。通过变更前端部144的端面144a的面积，能够变更磁弹簧常数(弹簧常数)，变更能够振动的频段。
在本实施方式中，能够通过倾斜面1442、1444的形成角度来变更后述的磁弹簧常数。
在可动体10中，可动体10的磁极的中心配置于线圈12的线圈轴上。
衬套16为筒状，被轴部50插通，使可动体10能够以轴部50为中心转动。衬套16也可以由烧结金属等金属、树脂等任何材料形成，但在轴部50是磁性体的情况下，优选由非磁性材料形成。另外，如果轴部50是非磁性体，则衬套16也可以由磁性体形成。
如果轴部50及衬套16的一方是非磁性体，则穿过铁芯14的磁通不会穿过轴部50与衬套16之间，在双方之间不会产生由磁吸引力的产生而引起的摩擦的增加。即，在衬套16与插通衬套16的轴部50之间不会产生由磁吸引力引起的摩擦，能够顺滑地进行可动体10的转动。
例如，对轴部50使用具有耐久性的磁性轴体(例如SUS420J2)，并且使用铜系的烧结轴承作为衬套16来形成振动致动器1。根据该结构，能够在可动体10的驱动中抑制多余的磁吸引力，并且以低摩擦保持可动体10。即，能够抑制可动体10的驱动导致的磨损，实现可靠性高的振动致动器1。
在铁芯14的一端部142固定有柔性基板15的一端部152，线圈12的两端部连接于柔性基板15的电路。
柔性基板15向线圈12供给电力，在本实施方式中，配设为连接可动体10和固定体20。
柔性基板15具有：连接于可动体10的线圈12的一端部152；固定于固定体20侧的另一端部154；以及在一端部152与另一端部154之间从一端侧向线圈12导通的至少一个以上的具有挠性的弯曲部156。弯曲部156介于一端部152与另一端部154之间，具有追随可动体10的振动变形的挠性。弯曲部156在与轴部50的轴向正交的方向上具有挠性。
线圈12是通过通电使可动体10活动的线圈，通过通电，将将铁芯14的一端部142和另一端部144磁化。通过切换通电方向，线圈12变更铁芯14的两端部(一端部142及另一端部144)的极性。
线圈骨架18由骨架分割体181、182构成。骨架分割体181、182分别以在周向上围绕一端部142与另一端部144之间的部位的方式外装地固定于铁芯14。骨架分割体181、182例如也可以由聚酰胺树脂、液晶聚合物、聚苯硫醚树脂(PPS树脂)等树脂材料构成。
[固定体20]
固定体20经由轴部50转动自如地支撑可动体10。
固定体20除了磁铁(第一磁铁30及第二磁铁40)之外，还具有底板22及壳体24。固定体20还具有缓冲材料(缓冲部)60。
底板22由钢板等板状材料(在本实施方式中为矩形板)形成。在本实施方式中，底板22构成振动致动器1的一侧面。此外，底板22以被壳体24覆盖的方式安装，底板22与壳体24一起构成可活动地容纳可动体10的箱体。在本实施方式中，箱体形成为中空的长方体状。在箱体中，在长边方向上的一端部侧沿着与可动体10的振动方向正交的方向固定有轴部50。壳体24的底面部241构成与振动致动器1的与一侧面对置的另一侧面。
在底板22上，在一端侧经由轴固定部23竖立设置有轴部50。在底板22上，可动体10分离且对置地配置。另外，在底板22的一端部，与可动体10的一端侧对置度配置有第一磁铁30，在底板22的另一端部，与可动体10的另一端侧对置地配置有第二磁铁40。
壳体24以覆盖与底板22对置的可动体10的方式固定于底板22。
在壳体24中，在与底板22在宽度方向(X方向)上对置的底面部241经由未图示的轴固定部固定有轴部50的另一端。
壳体24形成为在底板22侧开口的箱形状(在本实施方式中为长方形箱状)。壳体24具有底面部241、两侧面部242、243、一端面部244以及另一端面部245。底面部241在与底板22之间架设有轴部50。两侧面部242、243在可动体10的振动方向(在此为Z方向)上分离并对置配置。一端面部244及另一端面部245在可动体10的延伸方向(在此为深度方向(Y方向))上分离。
通过在底板22安装壳体24而形成的箱体的尺寸没有特别限制，在本实施方式中构成为宽度(X方向)、深度(Y方向)以及高度(Z方向)中的深度最长，高度最短的长方体形状。
壳体24与底板22可以均由具有导电性的材料、例如钢板等板状材料(在本实施方式中为矩形板)形成。由此，底板22及壳体24能够作为电磁屏蔽件发挥作用。
另外，在壳体24的两侧面部242、243的另一端部侧分别设有振动的可动体10的自由端侧接触的缓冲部60(缓冲材料61、62)。
缓冲部60通过在可动体10振动时可动体10的另一端部与其接触而将可动体10的振动传递到振动致动器1的箱体(参照图7)。由此，缓冲部60能够使箱体产生大的振动。
缓冲部60例如由高弹体、硅胶等橡胶、树脂或多孔质弹性体(例如，海绵)等软质材料形成。在本实施方式中，缓冲部60设为设于作为箱体侧的两侧面部242、243的缓冲材料61、62。也可以是，缓冲部60设于可动体10侧、例如可动体10的自由端部即另一端部144，在可动体10振动时，使可动体10在缓冲部60与两侧面部242、243接触。在缓冲部60是高弹体的情况下，能够降低在可动体10驱动时，可动体10的铁芯14的另一端部144和侧面部242、243接触时的声音或者振动噪音的产生。
另外，在缓冲部60是硅胶的情况下，能够降低可动体10的铁芯14的另一端部144和侧面部242、243接触时的声音或者振动噪音的产生。除此之外，与由在内部含有气泡的海绵状的材料形成的情况下的高弹体相比，在缓冲部60是硅胶的情况下，其厚度不会产生个体差。由此，能够容易地进行缓冲部60的厚度的管理，以使缓冲部60的厚度成为所希望的厚度，能够确保作为缓冲部60的特性的稳定。
磁铁(第一磁铁30及第二磁铁40)通过与线圈12的协动使可动体10活动。磁铁通过对可动体10的磁吸引力作为磁弹簧发挥功能。在本实施方式中，磁铁与卷绕有线圈12的铁芯14构成磁弹簧，活动自如地支撑可动体10。
磁铁配置为相对于线圈12在线圈12的轴向上对置。
在本实施方式中，磁铁具有相对于铁芯14的一端部在线圈12的轴向上分离对置的第一磁铁30和相对于铁芯14的另一端部在线圈12的轴向上分离对置的第二磁铁40。
第一磁铁30及第二磁铁40分别朝向铁芯14(可动体10)被磁化。在本实施方式中，第一磁铁30及第二磁铁40的磁化方向与线圈12的轴向平行。第一磁铁30及第二磁铁40分别作为与铁芯14对置的侧的面具有在与轴部50的延伸方向正交的方向(相当于可动体10的振动方向)上排列的不同的两极磁极。
配置为可动体10的铁芯14的中心(在此为线圈12的轴，相当于线圈12被励磁时的磁极的中心)与该磁极的边界、也就是磁极的切换位置对置并位于相同的轴上。此外，磁极的切换位置和可动体10的铁芯14的中心也可以不是配置于正面对置那样的相同的轴线上，而是存在一些错离。该位置是可以成为使用卷绕有线圈12的铁芯14和基于磁铁形成的磁弹簧使可动体10活动时的标准位置的位置。在本实施方式中，将铁芯14的前端部(端面144a)与两极磁极的切换位置对置的位置设为基准位置，将位于该基准位置的可动体10的状态称为基准状态。磁铁(特别是第二磁铁40)吸引铁芯14而作为磁弹簧发挥功能，对铁芯14的前端部以使其始终位于基准位置的方式施力。
第一磁铁30及第二磁铁40双方的磁极的极性被磁化为由于可动体10的线圈12被励磁而产生的扭矩沿可动体10的同一旋转方向产生。
例如，如图5所示，第一磁铁30及第二磁铁40中配置于侧面部242侧且与可动体10对置的各自的磁极301、401形成为同极(在图5中为S极)。另外，第一磁铁30及第二磁铁40中配置于侧面部243侧且与可动体10对置的各自的磁极302、402形成为同极(在图5中为N极)。
在第一磁铁30的背面贴设有背轭32，在第二磁铁40的背面贴设有背轭42，实现了第一磁铁30、第二磁铁40各自的磁吸引力的提高。
在第一磁铁30及第二磁铁40以使侧面部242侧成为S极，且使侧面部243侧成为N极的方式被磁化的情况下，在线圈12的非通电时，如图5所示，在第一及第二磁铁30、40中，分别形成有从N极射出并射入S极的磁通。在非通电时，卷绕有线圈12的铁芯14的一端部142被第一磁铁30的S极和N极双方吸引而保持在不同的磁极301、302(S极和N极)的切换位置。另外，铁芯14的另一端部144被第二磁铁40的S极和N极双方吸引而保持在不同的磁极401、402(S极和N极)的切换位置。第一磁铁30及第二磁铁40与可动体10的作为磁性体的铁芯14一起通过在它们与铁芯14之间产生的磁吸引力作为磁弹簧发挥功能，将可动体10支撑为活动自如。
在侧面部243固定有在一端部152连接于线圈12的柔性基板15的另一端部154。
就柔性基板15而言，连接于线圈12的一端部152固定于可动体10的一端部，另一端部154固定于固定体20、在此固定于侧面部243。另一端部154使一部分露出于箱体的外表面并固定于侧面部243。在可动体10活动时，轴部50的附近比可动体10的另一端侧的部位可动范围小。由此，在配置于轴部50的附近的柔性基板15中，施加于弯曲部156的载荷小。这样，柔性基板15固定于轴部50附近，因此能够使柔性基板15的位移最小限，能够防止因活动时产生的应力引起的断线。
此外，也可以是，在柔性基板15中，在一端部152与可动体10之间例如夹设弹性粘接剂或弹性胶带等弹性部件，由弹性部件吸收振动时的冲击。
[振动致动器1的磁路]
图6是表示振动致动器的磁路的图。图7A～图7C是表示可动体的动作的纵剖视图。图7A表示非通电时的可动体10的状态(基准状态)，图7B表示从可动体10的前端部侧、也就是铁芯14的另一端部144侧观察振动致动器1时，对线圈12通电时的可动体10绕顺时针转动的状态。另外，图7C表示从可动体10的前端部侧、也就是铁芯14的另一端部144侧观察振动致动器1时，对线圈12通电时的可动体10绕逆时针转动的状态。
在振动致动器1中，可动体10在固定体20的底板22与壳体24之间配置为经由轴部50支撑一端侧的状态。而且，磁铁(第一磁铁30及第二磁铁40)在可动体10的线圈12的轴向上将不同的两极磁极朝向线圈12侧，并与卷绕有线圈12的铁芯14的两端部(一端部142、另一端部144)对置配置。第一磁铁30的磁极301和第二磁铁40的磁极401为同极，第一磁铁30的磁极302和第二磁铁40的磁极402为同极。
在第一磁铁30及第二磁铁40的各磁铁中，不同的两极磁极301、302、401、402分别在与轴部50的轴向正交的方向上排列配置。
就可动体10而言，经由柔性基板15从电源供给部(例如，图20～图22所示的驱动控制部203)对线圈12通电，从而在Z方向、也就是与壳体24的侧面部242、243接近、分离的方向上往复运动。具体来说，可动体10的另一端部摆动。由此，振动致动器1的振动输出传递到具有振动致动器1的电子设备的使用者。
在振动致动器1中，形成有图6所示的磁路。
在振动致动器1中，在对线圈12未通电时(基准状态)，经由线圈骨架18卷绕线圈12的铁芯14的两端部(一端部142、另一端部144)各自被第一磁铁30及第二磁铁40分别吸引。
铁芯14位于两端部(一端部142、另一端部144)各自的与轴向正交的长度(振动方向的长度)的中心与磁铁的磁极的切换位置对置的位置。此外，两端部(一端部142、另一端部144)各自的与轴向正交的长度(振动方向的长度)的中心与线圈12的轴位于同一轴上。
具体来说，铁芯14的一端部142被第一磁铁30的不同的磁极301、302双方的磁吸引力吸引，保持在磁极301、302的切换位置。
另外，铁芯14的另一端部(自由端部)144被第二磁铁40的不同的磁极401、402双方的磁吸引力吸引，保持在磁极401、402的切换位置。
这样，可动体10仅通过由固定体20的第一磁铁30及第二磁铁40构成的磁弹簧保持在基准状态。
在振动致动器1中，线圈12以沿着来自第一磁铁30及第二磁铁40的磁通的方式且分离地配置。
根据该结构，当如图6及图7B所示地进行通电时，通过流通于线圈12的电流，铁芯14的两端部(一端部142、另一端部144)分别被磁化成不同的磁极。具体来说，一端部142被磁化成N极，另一端部144被磁化成S极。
由此，一端部142被第一磁铁30的磁极301吸引且与第一磁铁30的磁极302排斥，从而产生推力f而向推力f方向移动。另一方面，另一端部144与第二磁铁40的磁极401排斥且被第二磁铁40的磁极402吸引，从而向推力-F方向移动。
如图7B所示，通过对线圈12的通电，在振动致动器1中，处于夹着轴部50的位置的两端部(一端部142、另一端部144)分别向推力f、-F方向移动，由此产生同一旋转方向的推力-M。由此，可动体10以轴部50为中心向推力-M方向旋转，可动体10的另一端部144向侧面部243侧移动，并经由缓冲材料62与侧面部243、也就是箱体接触(具体来说为碰撞)，对箱体赋予振动。
另外，如果将线圈12的通电方向切换到相反方向，如图7C所示地进行通电，则分别产生反向的推力-f、F。具体来说，一端部142被磁化成S极，另一端部144被磁化成N极。由此，一端部142与第一磁铁30的磁极301排斥且被第一磁铁30的磁极302吸引，产生推力-f而向推力-f方向移动。另一方面，另一端部144被第二磁铁40的磁极401吸引且与第二磁铁40的磁极402排斥，向F方向移动。
如图7C所示，通过对线圈12的通电，在振动致动器1中，处于夹着轴部50的位置的两端部(一端部142、另一端部144)分别向推力-f、F方向移动，由此产生同一旋转方向的推力M。由此，可动体10以轴部50为中心向推力M方向旋转，可动体10的另一端部144向与侧面部243相反的侧的侧面部242侧移动，并经由缓冲材料61与侧面部242、也就是箱体接触(具体来说碰撞)，对箱体赋予振动。
在振动致动器1中，不使用板簧等弹性部件，而是仅使用利用了磁铁(第一磁铁30及第二磁铁40)、线圈12以及铁芯14的磁弹簧相对于固定体20将可动体10支撑为以轴部50为中心振动(摆动)自如。
因此，与如以往那样通过金属弹簧将可动体支撑为振动自如的振动致动器不同，能够防止作为金属弹簧特有的不良的金属疲劳、因冲击而引起的破损。
另外，轴部50在可动体10的错开了中心位置的位置将可动体10转动自如地支撑。由此，与通过将圆筒形状的可动体以旋转轴为中心旋转驱动来产生振动的以往的振动致动器不同，不需要采用如追加重物等那样额外错开重心位置的设计，能够实现相应的零件的减少及成本的降低。
因为不需要用于错开重心位置的另外的零件，所以设计中布局的自由度高，不会增大设计尺寸，能够实现小型且赋予使用者充分的体感振动的振动致动器。
在本实施方式的致动器1中，由底板22及壳体24构成的箱体为长方体形状，通过可动体10在短边方向(Z方向)上摆动而振动。由此，在将振动致动器应用于矩形状的开关的情况下，也能够使整个开关均匀地振动。
另外，在本实施方式中，磁铁设为第一磁铁30及第二磁铁40并配置于铁芯14的两侧，且以使在各自的端部142、144产生的扭矩沿同一旋转方向产生的方式分别配置有两极磁极301、302、401、402。在铁芯14的两端部(一端部142、另一端部144)双方，在与第一磁铁30及第二磁铁40之间产生磁吸引力。由此，在通过第一磁铁30及第二磁铁40与线圈12的协动使可动体10活动时，因施加于轴部50的磁吸引力而形成的载荷抵消。由此，能够降低施加于轴部50及衬套16的负荷，能够实现作为振动致动器的可靠性的提高。
另外，可动体10在箱体内与箱体的侧面部242、243接触。由此，能够在振动致动器1自身直接进行振动传递，能够产生大的振动。另外，可动体10振动时与固定体20(箱体)接触，因此振动量也恒定，作为振动致动器1，能够实现稳定的振动输出。
此外，作为可动体10的自由端部的铁芯14的另一端部144形成为Z方向的厚度朝向自由端侧变薄。由此，与另一端部144经由缓冲材料61、62接触的部位的Z方向的厚度朝向自由端侧为相同厚度的情况比较，摆动时的活动范围变大，能够确保更大的振动输出。
另外，根据振动致动器1，在可动体10和壳体24的内壁面(侧面部242、243)中的至少一方(在本实施方式中为侧面部242、243)设有缓冲部60。可动体10和壳体24的内壁面(在此为侧面部242、243)经由缓冲部60(缓冲材料61、62)接触。缓冲部60能够缓和可动体10振动而与底板22或壳体24接触时的冲击，降低接触音或振动噪音的产生，并且向使用者传递振动。另外，每次振动时，可动体10经由缓冲部60交替接触(具体来说为碰撞)底板22及壳体24，因此振动输出被放大。由此，能够使使用者感觉到比实际的可动体10的振动输出更大的振动输出。而且，底板22是佩戴于使用者的部件，因此可动体10的振动经由底板22直接传递至使用者，因此，能够使使用者感觉到更大的振动输出。
在此，振动致动器1由经由柔性基板15从电源供给部(例如，图21～图23所示的驱动控制部203)向线圈12输入的交流波驱动。也就是，线圈12的通电方向周期性切换，Z方向正侧的推力M和Z方向负侧的推力-M交替作用于可动体10。由此，可动体10的另一端侧在YZ面内以圆弧状振动。
以下对振动致动器1的驱动原理简单地进行说明。在本实施方式的振动致动器1中，在将可动体10的惯性矩设为J[kg·m2]，将磁弹簧的弹簧常数(磁弹簧常数)设为Ksp的情况下，可动体10以通过下式(1)算出的共振频率fr[Hz]相对于固定体20振动。
数1
Figure BDA0002894164330000161
fr：共振频率[Hz]
J：惯性矩[Kg·m2]
Ksp：弹簧常数[Nm/rad]
可动体10构成弹簧-质量系的振动模型中的质量部，因此，当对线圈12输入与可动体10的共振频率fr相等的频率的交流波时，可动体10为共振状态。即，通过从电源供给部(例如，图21～图23所示的驱动控制部203)对线圈12输入与可动体10的共振频率fr大致相等的频率的交流波，能够使可动体10效率良好地振动。
以下示出表示振动致动器1的驱动原理的运动方程式及电路方程式。振动致动器1基于由下式(2)表示的运动方程式及由下式(3)表示的电路方程式驱动。
数2
Figure BDA0002894164330000162
J：惯性矩[Kg·m2]
θ(t)：角度[rad]
Kt：扭矩常数[N·m/A]
i(t)：电流[A]
Ksp：弹簧常数[Nm/rad]
D：衰减系数[Nm/(rad/s)]
数3
Figure BDA0002894164330000171
e(t)：电压[V]
R：电阻[Ω]
L：电感[H]
Ke：反电动势常数[V/(rad/s)]
即，振动致动器1中的可动体10的惯性矩J[kg·m2]、旋转角度θ(t)[rad]、扭矩常数Kt[N·m/A]、电流i(t)[A]、弹簧常数Ksp[N·m/rad]、衰减系数D[N·m/(rad/s)]等能够在满足式(2)的范围内适当地变更。另外，电压e(t)[V]、电阻R[Ω]、电感L[H]、反电动势常数Ke[V/(rad/s)]能够在满足式(3)的范围内适当地变更。
这样，在振动致动器1中，在通过与由可动体10的惯性矩J和磁弹簧的弹簧常数Ksp决定的共振频率fr对应的交流波来进行对线圈12的通电的情况下，能够有效地获得大的振动输出。
＜变形例1＞
图8是表示作为本实施方式1的振动致动器1的变形例的振动致动器1A的磁路结构的俯视剖视图。此外，在图8中，为了方便，表示从可动体10的前端部侧、也就是铁芯14的另一端部144侧观察振动致动器1绕顺时针对线圈12通电时的可动体10的状态。
在图8所示的振动致动器1A中，与振动致动器1比较，取代第二磁铁40而具有与第一磁铁30同样地构成的第一磁铁30A。
即，在振动致动器1A中，将振动致动器1的结构中在铁芯14的两端部(一端部142、另一端部144)分别在线圈12的轴向上对置配置的磁铁设为第一磁铁30、30A。
在振动致动器1A中，磁铁设为第一磁铁30、30A，且配置于铁芯14的两侧，在各自的端部142、144产生的扭矩不沿同一旋转方向产生。然而，在铁芯14中，轴部50在一端部142侧插通于作为非磁性体的衬套16，因此通过对线圈12通电而产生的磁通对应于不通过轴部50的量而不会将一端部142的磁极显著励磁。在一端部142侧，不会显著参与由一端部142和第一磁铁30而引起的扭矩产生，作为磁弹簧发挥作用。
因此，在通过线圈12的通电使可动体10通过摆动而振动时，由一端部142和第一磁铁30产生的扭矩不会阻碍由另一端部144和第一磁铁30A产生的扭矩。由此，根据振动致动器1A，与振动致动器1同样地，与如现有地通过金属弹簧将可动体支撑为振动自如的振动致动器不同，能够防止作为金属弹簧特有的不良的金属疲劳、因冲击而引起的破损。
＜振动致动器1的共振频率＞
在本实施方式的振动致动器1中，可动体10构成为通过由线圈12、铁芯14以及磁铁(特别是第一磁铁及第二磁铁30、40中的第二磁铁40)构成的磁弹簧可以相对于固定体20移动。
另外，在本实施方式中构成为，从可动体10(铁芯14)的摆动中心位于磁铁(特别是第二磁铁40)的磁极的切换位置附近起，随着摆动变大，吸引的磁力减弱。即，在振动致动器1中，卷绕有线圈12的铁芯14、也就是电磁体和磁铁(永久磁体，特别是第二磁铁40)的配置构造构成为，在可动体10(铁芯14)处于摆动中心时产生最大磁力。
由此，构成为，对于可动体10(铁芯14)相对于第二磁铁40的摆动的轨道上的各位置的一部分或者全部，第二磁铁40的吸引磁力变化。
此外，卷绕有该线圈12的铁芯14和第二磁铁40的配置构造也可以设为相比摆动中心，摆动最大幅度的磁力更强的配置构造。即，也可以将铁芯14及磁铁(第二磁铁40)配置成，磁弹簧的弹簧常数Ksp在铁芯14的前端部相对于磁铁(第二磁铁40)位于基准位置(切换位置)时最小，且随着摆动远离基准位置而变大。在该结构的情况下，例如，第二磁铁40的磁极的切换位置相距位于摆动中心的铁芯14最远，铁芯14位于摆动最大幅度时，与第二磁铁40的磁极最接近。具体来说，通过如下方式实现：相对于位于摆动中心的铁芯14，将第二磁铁40的形状以磁极的切换位置为最远的位置的方式构成为倒V字状，并与摆动的铁芯14对置配置等。
在本实施方式的振动致动器1中，相对于沿Z方向配置的平板状的第二磁铁40的磁极面，铁芯14从基准状态通过摆动以描绘圆弧状的轨迹的方式倾斜，由此，铁芯14与第二磁铁40的磁极面之间的间隙(图7B、7C所示的间隙G1、G2)变化。由此，在振动致动器中，包括铁芯14的可动体10一边摆动，弹簧常数Ksp甚至共振频率fr[Hz]一边变化。
图9是表示本实施方式的振动致动器1的磁弹簧的弹簧常数Ksp的图。此外，振动致动器1A也具有与振动致动器1相同的磁弹簧、频率特性(共振频率)。
在可动体10处于基准状态时，铁芯14的前端部(端面144a)的中心与第二磁铁40的磁极的切换位置均位于沿着Y方向的大致同一平面(也包括同一平面)上。此时，将可动体10相对于第二磁铁40的摆动角度设为0°(参照图7A)。
在振动致动器1中，如图9的曲线图Q1、Q2所示，设定为可动体10从摆动角度0°的位置摆动，随着远离摆动角度0°的位置，弹簧常数Ksp变小。此外，曲线图Q0表示共振频率是一个的线性构造的弹簧常数，且作为曲线图Q1、Q2的比较对象而表示。即，在振动致动器1中，铁芯14及磁铁(第二磁铁40)配置成，磁弹簧的弹簧常数Ksp在铁芯14的前端部相对于磁铁(第二磁铁40)位于基准位置(切换位置)时最大，且随着摆动远离基准位置而变小。
具体来说，铁芯14和磁铁(第二磁铁40)配置成，卷绕有线圈12的铁芯14的端面(前端部)144a的中心与磁铁(第二磁铁40)之间的间隙(G1、G2)在摆动角度0°时(G0)最小，且在位于最大摆动角度位置时最大(G1＝G2＞G0)。
例如，优选的是，相对于将摆动角度0°时的弹簧常数Ksp设为100％的情况，将最大摆动角度时的弹簧常数Ksp设为90％以下的值。即，优选最大摆动角度时的弹簧常数Ksp为将铁芯14的前端部144a位于基准位置时的弹簧常数Ksp设为1的情况下的0.9以下。而且，优选的是，相对于将摆动角度0°时的弹簧常数Ksp设为100％、也就是将铁芯14的前端部144a位于基准位置时的弹簧常数设为1的情况，最大摆动角度时的弹簧常数Ksp为0.9～0.95。更优选的是，相对于将摆动角度0°时的弹簧常数Ksp设为100％的情况，优选将最大摆动角度时的弹簧常数Ksp设为70％以下的值(参照曲线图Q1)。更优选为50％以下的值，进一步优选为50％以下且40％以上(参照曲线图Q2)。特别是在将摆动角度0°时的弹簧常数Ksp设为100％的情况下，优选最大摆动角度时的弹簧常数Ksp、也就是铁芯14的前端部144a位于从基准位置摆动的最大摆动角度位置时的弹簧常数为将铁芯14的前端部144a位于基准位置时的弹簧常数设为1的情况下的0.3以上且0.6以下。由此，能够更有效地使弹簧常数Ksp变化，使可动体10顺畅地移动。
在振动致动器1中，可动体10的摆动角度0°时的弹簧常数Ksp与可动体10的最大摆动时的弹簧常数Ksp的差越大越好。
本实施方式的振动致动器1构成为成为由曲线图Q2所示的弹簧常数Ksp。
图10是表示本发明的实施方式的振动致动器1的频率特性的图。此外，在图10及图11～图13所示的G值中，最大值一般是在共振时(最大振幅时)输出的值，如果G值大，则作为触感，能够赋予强的振动，如果G值小，则作为触感，能够赋予弱的振动。
如图10所示，就振动致动器1而言，通过卷绕有线圈12的铁芯14和磁铁的磁弹簧，可动体10被设为能够摆动，且具有左右不对称的非线性的频率特性。
振动致动器1的频率特性在预定的低频率(低的输入频率)急剧上升，超过设定G值达到上升的频率的最大的G值后，不是急剧下降，而是平缓地倾斜并且下降。图10所示的频率波形Q01、Q11、Q21分别对应于图9的弹簧常数Ksp的曲线图Q0、Q1、Q2。
振动致动器1根据弹簧常数(由曲线图Q2表示)而具有由频率波形Q21表示的共振频率。此外，振动致动器1也可以基于弹簧常数(由曲线图Q1表示)具有由频率波形Q11表示的共振频率。
图10是表示本发明的实施方式1的振动致动器的频率特性的图，作为频率特性，表示振动致动器1的频率波形(Q11、Q21)。频率波形(Q11、Q21)具有输出设定的G值以上的G值的频段(W1、W2)。与具有线性特性的共振频率比较，该频段(W1、W2)的输出设定G值以上的G值的频段更宽。
在本实施方式中，振动致动器1具有曲线图Q2表示的弹簧常数Ksp，配置有铁芯14和磁铁(第一磁铁30、第二磁铁40)，具有频率波形Q21表示的共振频率。
图11是作为本实施方式1的频率特性的图10的频率波形Q21的放大图。
图11所示的振动致动器1的频率波形Q21具有如下特性：自在输入的低频率下G值从低的值急剧上升而达到的上升频率f1起，随着输入频率变高，达到与上升频率f1相比G值更高的共振点f0，然后逐渐下降。此外，比上升频率f1靠左侧的频带不能输出设定G值以上的G值，因此不能使用。
根据频率波形Q21表示的频率特性，与左右对称的线性构造的共振频率(参照图10的频率波形Q01)比较，具有更宽的设定G值以上的频段W2。此外，振动致动器1的频率特性由包括频段W2的频率波形Q21表示，但也可以由包括频段W1的频率波形Q11表示。
频段W1、W2根据铁芯14与磁铁(特别是第二磁铁40)之间的间隙(参照图7B、7C的G1、G2)而成为不同大小的频段。能够共振的频段W1、W2为比线性构造的弹簧的频率(曲线图Q0)的频段W0更宽的频带。
另外，在频段W2中，基准状态时、也就是摆动角度0°时的弹簧常数与最大摆动时的弹簧常数的差大于频段W1。由此，频段W2具有比频段W1更宽的频带，能够在不同的输入频率共振。
由于使用磁弹簧使可动体10活动，因此振动致动器1的频率特性为左右不对称。
使用图12，对振动致动器1的频率特性(共振频率)是左右不对称的结构的情况进行说明。
图12是用于说明本发明的实施方式1的振动致动器的频率特性的图，是表示频率特性波形的非线性部分与弹簧常数的关系的图。此外，图12所示的频率波形表示频率波形Q11。就频率波形Q21而言，与频率波形Q11比较，除了间隙的差异以外同样地构成，因此在此使用频率波形Q11进行说明。
在振动致动器1中，当从低频率侧赋予驱动信号(最低频率的信号，相当于输入频率)(接通驱动电流)时，在最大摆动时开始共振动作(由频率波形Q110表示)。然后，赋予比该由频率波形Q110表示的最低频率大的频率的信号(输入频率)。此外，在图12中，用共振频率(虚线)将赋予的输入频率按照由低到高的频率依次表示。
随着赋予的信号(输入频率)成为高频，振幅变小，因此相当于间隙变窄，赋予的信号(输入频率的共振频率)上升(参照频率波形Q111的最大G值的位置Q111a)。具体来说，如果振动致动器的频率维持为由频率波形Q110表示的线性构造的频率，则G值应该处于比最大振幅位置大幅下降位置Q111b，但并不下降，而是输出位于最低频率的最大G值附近且由位置Q111a表示的G值。重复上述操作，随着依次赋予高的频率的信号，输出由曲线Q112表示的G值。
当随着输入的驱动信号成为高频而振幅变小时，如图12所示，弹簧常数Ksp上升，共振频率也高，不会急剧下降，而是以平缓的曲线Q112下降。由此，振动致动器具有图13所示的非线性构造的频率特性。
就该曲线Q112而言，摆动角度0°时的弹簧常数与最大摆动时的弹簧常数的差越大，能够使横轴方向上的不同频率间的距离越大，因此能够设为更大的驱动频段(例如图10的频段W2)。即，通过调整摆动角度下的铁芯14与磁铁(特别是第二磁铁40)之间的间隙，曲线Q112能够将自上升频率f1起的倾斜度变更为大致水平，成为由图10中所示的频率波形Q21表示的共振频率特性。
根据本实施方式，在振动致动器1中，扩大了能够共振并输出设定G值以上的G值的驱动信号的频率的范围，也就是，成为共振频率的频带变宽的状态。
由此，即使使用环境温度不同，如图14所示，输入与作为使用环境温度的温度成反比变化的频率的信号(输入频率)，也能够根据信号可靠地产生振动。例如，根据使用环境温度，在图10所示的频率波形Q21的能够使用的频段W2中，即使不能使用包括最大G值(共振频率)的区域，也能够在更靠右侧使用直至输出设定G值的频率为止的高频段。另外，如图15所示，即使在由于零件尺寸的公差、组装时的公差等而设定的间隙存在偏差的情况下，也能够与其对应地适宜共振，产生振动。
这样，根据本实施方式，能够实现零件数量的减少化及小型化，并且加宽能够产生振动的频段，即使接通不同频率的电流，也能够分别相应地对使用者赋予充分的体感振动。
＜实施方式2＞
图16是表示本发明的实施方式2的振动致动器1B的卸下了罩的状态的立体图，图17是振动致动器的分解图，图18是表示振动致动器1B的主要部分结构的俯视剖视图。另外，图19是表示振动致动器1B的磁路的图，图20是表示可动体的动作的纵剖视图。图20A表示非通电时的可动体10的状态(基准状态)，图20B表示从可动体10的前端部侧、也就是铁芯14的另一端部144侧观察振动致动器1B时，对线圈12通电时的可动体10沿顺时针转动的状态。图20C表示从可动体10的前端部侧、也就是铁芯14的另一端部144侧观察振动致动器1B时，对线圈12通电时的可动体10沿逆时针转动的状态。此外，振动致动器1B具有与振动致动器1相同的磁弹簧和频率特性(共振频率)。
与振动致动器1比较，图16～图20所示的实施方式的振动致动器1B省略了第一磁铁30及背轭32。
由此，以下对与振动致动器1不同的结构进行说明，对于具有与振动致动器1的构成要素相同的作用效果的构成要素标注相同的名称及相同的符号，并省略说明。
振动致动器1B与振动致动器1同样地作为振动源安装于智能手机等电子设备(参照图21～图23)，实现电子设备的振动功能。
图16～图20所示的振动致动器1B具有可动体10、轴部50以及固定体20B。可动体10经由轴部50支撑于固定体20B。在本实施方式中，可动体10以将在一端侧插通的轴部50作为支点，另一端侧往复运动的方式，转动自如地支撑于固定体20B。
可动体10是驱动时振动(摆动)的部分。在本实施方式中，可动体10具有线圈12和卷绕有线圈12的铁芯14，固定体20B具有与铁芯14的另一端部144对置配置的第二磁铁40作为磁铁。
可动体10相对于固定体20B被基于第二磁铁40的吸引力的磁弹簧活动自如地支撑。
在本实施方式中，可动体10被由第二磁铁40、线圈12以及铁芯14构成的磁弹簧相对于固定体20B支撑为绕轴部50活动自如。
可动体10具有线圈12、卷绕有线圈12的铁芯14、作为轴承的衬套(轴承)16、以及由骨架分割体181、182构成的线圈骨架。另外，固定体20B除了第二磁铁40外，还具有底板22及壳体24。固定体20B与固定体20同样地具有缓冲部(缓冲材料)60。
第二磁铁40通过与线圈12的协动使可动体10活动。第二磁铁40通过对可动体10的磁吸引力而作为磁弹簧发挥作用。在本实施方式中，第二磁铁40与卷绕有线圈12的铁芯14构成磁弹簧，将可动体10活动自如地支撑。
第二磁铁40相对于铁芯14的另一端部在线圈12的轴向上分离并对置。第二磁铁40朝向铁芯14的另一端部144被磁化。第二磁铁40与实施方式1同样地，作为与铁芯14对置的侧的面，具有在与轴部50的延伸方向正交的方向(相当于可动体10的振动方向)上排列的不同的两极磁极401、402。
配置为，可动体10的铁芯14的中心(在此为线圈12的轴，相当于线圈12被励磁时的磁极的中心)位于与该磁极401、402的边界、也就是磁极401、402的切换位置对置的位置。
例如，如图17及图18所示，在第二磁铁40中，配置于侧面部242侧且与可动体10对置的磁极401被磁化为S极，配置于侧面部243侧且与可动体10对置的磁极402被磁化为N极。
在第二磁铁40的背面贴设有背轭42，实现了磁铁40的磁吸引力的提高。
在线圈12的非通电时，如图20所示，在第二磁铁40形成有从N极射出并射入S极的磁通。在非通电时，铁芯14的另一端部144被第二磁铁40的S极和N极双方吸引，保持在不同的磁极401、402(S极和N极)的切换位置。即，第二磁铁40与可动体10的作为磁性体的铁芯14一起通过在第二磁铁40与铁芯14之间产生的磁吸引力作为磁弹簧发挥作用，将可动体10支撑为活动自如。此外，在侧面部243固定有在一端部152连接于线圈12的柔性基板15的另一端部154。
在振动致动器1B中，在对线圈12的非通电时(基准状态)，卷绕有线圈12的铁芯14的另一端部144被第二磁铁40的不同的磁极401、402双方的磁吸引力吸引，保持在磁极401、402的切换位置。
可动体10中的铁芯14的另一端部(自由端部)144仅通过由其与固定体20B的第二磁铁40构成的磁弹簧保持在基准状态。此外，另一端部144的与轴向正交的长度(振动方向的长度)的中心与线圈12的轴位于同一轴上。
在振动致动器1B中，当如图19及图20B所示地进行通电时，通过流通于线圈12的电流，铁芯14的另一端部144被磁化成S极。
另一端部144与第二磁铁40的磁极401排斥，并被第二磁铁40的磁极402吸引，向-F方向移动。
如图20B所示，通过对线圈12的通电，振动致动器1B的另一端部144向-F方向移动，由此产生同一旋转方向的推力-M。由此，可动体10沿推力-M方向旋转，可动体10的另一端部144向侧面部243侧移动，并经由缓冲材料62与侧面部243、也就是箱体接触(具体来说为碰撞)，对箱体赋予振动。
另外，当将线圈12的通电方向切换到反方向，如图20C所示地进行通电时，对可动体10产生相反朝向的推力F。具体来说，另一端部144被磁化成N极，被第二磁铁40的磁极401吸引，并与第二磁铁40的磁极402排斥，向F方向移动。
如图20C所示，通过对线圈12的通电，振动致动器1B的另一端部144沿F方向移动，向与侧面部243相反的侧的侧面部242侧移动。而且，另一端部144经由缓冲材料61与侧面部242、也就是箱体接触(具体来说为碰撞)，对箱体赋予振动。
在振动致动器1B中，与振动致动器1同样地，可动体10不使用板簧等弹性部件，仅使用利用了第二磁铁40、线圈12以及铁芯14的磁弹簧相对于固定体20B被支撑为通过以轴部50为中心摆动而振动自如。因此，与如现有地由金属弹簧将可动体振动自如地支撑的振动致动器不同，能够防止作为金属弹簧特有的不良的金属疲劳、因冲击而引起的破损。另外，轴部50在错开了可动体10的中心位置的位置转动自如地支撑可动体10，因此能够获得与实施方式1同样的作用效果。
＜安装振动致动器的电子设备＞
图21～图23是表示安装振动致动器的电子设备的一例的图。图21表示将振动致动器安装于游戏控制器GC的例子，图22表示将振动致动器安装于作为移动终端的智能手机SP的例子，图23表示将振动致动器安装于可穿戴式终端W的例子。
游戏控制器GC例如通过无线通信与游戏机主体连接，通过使用者握住或把持来使用。在此，游戏控制器GC具有矩形板状，使用者用双手抓住游戏控制器GC的左右侧进行操作。
游戏控制器GC通过振动将来自游戏机主体的指令通知给使用者。此外，虽然未图示，但游戏控制器GC具备指令通知以外的功能，例如针对游戏机主体的输入操作部。
智能手机SP例如是移动电话或智能手机等移动通信终端。智能手机SP通过振动将来自外部的通信装置的来电通知给使用者，并且实现智能手机SP的各功能(例如，赋予操作感、现场感的功能)。
可穿戴式终端W是使用者随身使用的设备。在此，可穿戴式终端W具有环形状，穿戴于使用者的手指。可穿戴式终端W通过无线通信与信息通信终端(例如，移动电话)连接。可穿戴式终端W通过振动将信息通信终端的电话或短信的来电通知给使用者。此外，可穿戴式终端W也可以具备来电通知以外的功能(例如，针对信息通信终端的输入操作)。
如图21～图23所示，游戏控制器GC、智能手机SP以及可穿戴式终端W等电子设备分别具备通信部201、处理部202、驱动控制部203以及作为驱动部的振动致动器100A、100B、100C、100D。振动致动器100A、100B、100C、100D是振动致动器1、1A、1B中的任一个致动器。此外，在游戏控制器GC中安装有多个振动致动器100A、100B。
在游戏控制器GC、智能手机SP以及可穿戴式终端W中，振动致动器100A、100B、100C、100D例如以终端的主面和振动致动器100A、100B、100C、100D的与振动方向正交的面、在此为壳体24的侧面部242、243平行的方式安装。电子设备的主面是与使用者的身体表面接触的面，在本实施方式中，是指与使用者的身体表面接触并传递振动的振动传递面。
具体来说，在游戏控制器GC中，以进行操作的使用者的指尖、指腹、手掌等接触的面或者设有操作部的面和振动方向正交的方式安装振动致动器100A、100B。另外，在智能手机SP的情况下，以显示画面(触摸面板面)和振动方向正交的方式安装振动致动器100C。在可穿戴式终端W的情况下，以环状的箱体的内周面208为主面(振动传递面)，且内周面208和XY面大致平行(也包括平行)的方式安装振动致动器1。由此，相对于游戏控制器GC、智能手机SP以及可穿戴式终端W的主面垂直的方向的振动传递至使用者。
通信部201通过无线通信与外部的通信装置连接，接收来自通信装置的信号并输出到处理部202。在游戏控制器GC的情况下，外部的通信装置是作为信息通信终端的游戏机主体，根据Bluetooth(注册商标)等近距离无线通信标准进行通信。在智能手机SP的情况下，外部的通信装置是例如基站，根据移动通信标准进行通信。另外，在可穿戴式终端W的情况下，外部的通信装置例如是移动电话、智能手机、便携式游戏终端等信息通信终端，根据Bluetooth(注册商标)等近距离无线通信标准进行通信。
处理部202将输入的信号通过转换电路部(省略图示)转换成用于驱动振动致动器100A、100B、100C、100D的驱动信号，并输出到驱动控制部203。此外，在智能手机SP中，处理部202除了从通信部201输入的信号之外，还基于从各种功能部(省略图示，例如触摸面板等操作部)输入的信号生成驱动信号。
驱动控制部203与振动致动器100A、100B、100C、100D连接，安装有用于驱动振动致动器100A、100B、100C、100D的电路。驱动控制部203对振动致动器100A、100B、100C、100D供给驱动信号。
振动致动器100A、100B、100C、100D根据来自驱动控制部203的驱动信号进行驱动。具体来说，在振动致动器100A、100B、100C、100D中，可动体10在与游戏控制器GC、智能手机SP以及可穿戴式终端W的主面正交的方向上振动。
可动体10在每次振动时经由缓冲材料61、62与壳体24的侧面部242、243接触，因此伴随着可动体10的振动而产生的对壳体24的侧面部242、243的冲击、也就是对箱体的冲击作为振动直接传递至使用者。特别是在游戏控制器GC中，因为安装有多个振动致动器100A、100B，所以能够根据输入的驱动信号同时驱动多个振动致动器100A、100B中的一方或双方。
由于对与游戏控制器GC、智能手机SP以及可穿戴式终端W接触的使用者的身体表面传递与身体表面垂直的方向的振动传，因此能够对使用者赋予充分的体感振动。在游戏控制器GC中，能够通过振动致动器100A、100B中的一方或双方赋予对使用者的体感振动，能够赋予至少选择性地赋予强弱的振动这样的表现力高的振动。
以上，基于实施方式对由本发明者作成的发明具体地进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够变更。
另外，例如，本发明的振动致动器适于应用于实施方式所示的游戏控制器GC、智能手机SP以及可穿戴式终端W以外的便携设备(例如，平板电脑等移动信息终端和便携式游戏终端)的情况。另外，本实施方式的振动致动器1、1A、1B除了上述的便携设备外，也能够用于需要振动的美容按摩器等电动美容美发器具。
应当认为，本次公开的实施方式所有的点只是示例，而非限制。本发明的范围并非由上述的说明表示，而是由权利要求书表示，意图包括与权利要求书等同的含义及范围内的所有的变更。
产业上的可利用性
本发明的振动致动器不增大尺寸，小型，且即使接通不同频率的电流，也能够分别对应地对使用者赋予充分的体感振动，可用作搭载于游戏控制器、智能手机或者可穿戴式终端等电子设备的构件。

Claims (7)

1.一种振动致动器，其具有：
可动体，其具有在使前端部露出的状态下卷绕有线圈的铁芯；
固定体，其具有相对于上述铁芯的前端部分离并对置配置的磁铁；以及
轴部，其在上述铁芯的基端部侧转动自如地支撑上述可动体，
通过上述线圈、上述铁芯以及上述磁铁的协动，上述铁芯的上述前端部相对于上述磁铁以上述轴部为中心摆动而产生振动，
上述振动致动器的特征在于，
上述磁铁具有在上述可动体的摆动方向上排列且在与上述铁芯的前端部对置的方向上磁化的两极磁极，而且与上述铁芯一起构成磁弹簧，该磁弹簧施力，以使上述铁芯的上述前端部将与上述两极磁极的切换位置对置的位置作为基准位置进行定位，
上述铁芯及上述磁铁配置成，使上述磁弹簧的弹簧常数在上述铁芯的前端部相对于上述磁铁位于基准位置时最大，且随着进行摆动远离上述基准位置而变小。
2.一种振动致动器，其具有：
可动体，其具有在使前端部露出的状态下卷绕有线圈的铁芯；
固定体，其具有相对于上述铁芯的前端部分离并对置配置的磁铁；以及
轴部，其在上述铁芯的基端部侧转动自如地支撑上述可动体，
通过上述线圈、上述铁芯以及上述磁铁的协动，上述铁芯的上述前端部相对于上述磁铁以上述轴部为中心摆动而产生振动，
上述振动致动器的特征在于，
上述磁铁具有在上述可动体的摆动方向上排列且在与上述铁芯的前端部对置的方向上磁化的两极磁极，而且与上述铁芯一起构成磁弹簧，该磁弹簧施力，以使上述铁芯的上述前端部将与上述两极磁极的切换位置对置的位置作为基准位置进行定位，
上述铁芯及上述磁铁配置成，使上述磁弹簧的弹簧常数在上述铁芯的前端部相对于上述磁铁位于基准位置时最小，且随着进行摆动远离上述基准位置而变大。
3.根据权利要求1所述的振动致动器，其特征在于，
在将上述铁芯的前端部位于上述基准位置时的上述弹簧常数设为1的情况下，上述铁芯的前端部位于从上述基准位置摆动的最大摆动角度位置时的上述弹簧常数为0.9以下。
4.根据权利要求1所述的振动致动器，其特征在于，
在将上述铁芯的前端部位于上述基准位置时的上述弹簧常数设为1的情况下，上述铁芯的前端部位于从上述基准位置摆动的最大摆动角度位置时的上述弹簧常数为0.9～0.95。
5.根据权利要求3所述的振动致动器，其特征在于，
在将上述铁芯的前端部位于上述基准位置时的上述弹簧常数设为1的情况下，上述铁芯的前端部位于从上述基准位置摆动的最大摆动角度位置时的上述弹簧常数为0.3以上且0.6以下。
6.根据权利要求1所述的振动致动器，其特征在于，
就基于上述磁弹簧的频率特性而言，
从低频率侧上升的共振频率的共振点是比上升时的频率更高的频率。
7.一种电子设备，其特征在于，
安装权利要求1～6中任一项所述的振动致动器。
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