JP2003181375A - 振動リニアアクチュエータ装置 - Google Patents

振動リニアアクチュエータ装置

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JP2003181375A
JP2003181375A JP2001389135A JP2001389135A JP2003181375A JP 2003181375 A JP2003181375 A JP 2003181375A JP 2001389135 A JP2001389135 A JP 2001389135A JP 2001389135 A JP2001389135 A JP 2001389135A JP 2003181375 A JP2003181375 A JP 2003181375A
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和弘 下田
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慎一朗 川野
Toshiyuki Iwabori
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    • H02K33/02—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs
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    • H02K33/06—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs wherein the frequency of operation is determined by the frequency of uninterrupted AC energisation with polarised armatures
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動リニアアクチュエータを情報携帯端末例
えば携帯電話機の着信呼び出し用の振動発生装置として
利用する場合、着信呼び出し用途であるため、薄型化を
図りつつ振動量を大きくするために、可動子の振幅量を
大きく取る必要がある。 【解決手段】 本件発明の振動リニアアクチュエータ１
は、外ヨーク４が上ティース部、下ティース部どちらに
も対向している時、前記コイル部は通電し、前記可動子
が前記上ティース、下ティースのどちらか一方のみ対向
している時、コイル部２は非通電とすることを特徴とし
ており、上下のティースのいずれかが、外ヨーク４と対
向しなくなった時点で、通電を止めることで、損失の発
生を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動リニアアクチ
ュエータの通電方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、振動リニアアクチュエータの可動
子は、図１８に示すように、可動子であるマグネット部
５および外ヨーク４が上死点および下死点に移動した際
においても、上側ティースＡ’および下側ティースＢ’
の両方共、可動子ＡとティースＢとが重なる領域Ｃが存
在する程度に可動子の長さを設定していた（すなわちＡ
＞Ｂ＋Ｄ）。そのため、上側ティースＡ’および下側テ
ィースＢ’において吸引および反発作用を有するため、
図１９に示すように、正弦波状の挿入電流波形に対し、
常に電流に比例した推力を得ることができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、振動リニアア
クチュエータを情報携帯端末例えば携帯電話機の着信呼
び出し用の振動発生装置として利用する場合、携帯電話
機の薄型化に伴い、振動アクチュエータ自身も薄型化す
る必要がある。一方で、着信呼び出し用途であるため、
薄型化を図りつつ振動量を大きくするために、可動子の
振幅量を大きく取る必要がある。限られた厚みで、振幅
量を大きくするには、可動子自身を更に薄くする必要が
あるため、図１７に示すように、可動子が上死点または
下死点付近まで移動すると、可動子ＡとティースＢとが
対向しなくなってしまう。
【０００４】図２０の状態でコイル部２に電流を流した
としても、ティースＢ’において、可動子に対しての吸
引・反発作用が効率よく行われないため、図２１に示す
ように、電流値に応じた推力が得られなくなってしま
い、損失のみが生じてしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本件発明の振動リニアア
クチュエータは、永久磁石を有する可動子と、この可動
子に対して振動磁界を発生するコイル部を有する固定子
と、この固定子と前記可動子を連結する弾性体とを備
え、前記固定子は前記コイル部を挟み上ティース部、下
ティース部があり、前記可動子が前記上ティース部、下
ティース部どちらにも対向している時、前記コイル部は
通電し、前記可動子が前記上ティース部、下ティース部
のどちらか一方のみ対向している時、前記コイル部は非
通電とすることを特徴としており、上下のティース部の
いずれかが、可動子と対向しなくなった時点で、通電を
止めることで、損失の発生を防ぐ。
【０００６】
【発明の実施の形態】本件発明の振動リニアアクチュエ
ータは、永久磁石を有する可動子と、この可動子に対し
て振動磁界を発生するコイル部を有する固定子と、この
固定子と前記可動子を連結する弾性体とを備え、前記固
定子は前記コイル部を挟み上ティース部、下ティース部
を有し、前記可動子が前記上ティース部、下ティース部
どちらにも対向している時、前記コイル部は通電し、前
記可動子が前記上ティース部、下ティース部のどちらか
一方のみ対向している時、前記コイル部は非通電とする
ので、上下のティース部のいずれかが、可動子と対向し
なくなった時点で通電を止めることで、損失の発生を防
ぐ。
【０００７】また、弾性体は、可動子が上ティース部、
下ティース部のどちらか一方のみ対向する状態になるま
で伸びるものを用いるとよい。
【０００８】さらに、本件発明の振動リニアアクチュエ
ータは、永久磁石を有する可動子と、この可動子に対し
て振動磁界を発生するコイル部を有する固定子と、この
固定子と前記可動子を連結する弾性体とを備え、前記固
定子は前記コイル部を挟み上ティース部、下ティース部
があり、前記可動子がコイル部と対向する時、前記コイ
ル部は通電し、前記可動子がコイル部と対向していない
時、前記コイル部は非通電としてもよい。
【０００９】また、弾性体は、可動子がコイル部と対向
しない状態になるまで伸びるものを用いるとよい。
【００１０】さらに、本件発明の振動リニアアクチュエ
ータ装置は、永久磁石を有する可動子と、この可動子に
対して振動磁界を発生するコイル部を有する固定子と、
この固定子と前記可動子を連結する弾性体とを備え、前
記コイル部への通電の電流は一方向のみで、電流をＯＮ
・ＯＦＦすることで前記可動子を振動させることは、上
下のティースいずれかにおいて、可動子と対向しなくな
った時点で通電を止め、損失の発生を防ぐ。さらに、電
流を通電していない領域においても、慣性力と支持材の
復元力により、可動子は振動を維持する半波駆動するこ
とにより安価な回路構成を実現する。
【００１１】
【実施例】（実施例１）図１（ａ）（ｂ）に振動リニア
アクチュエータの構成を示す。振動リニアアクチュエー
タ１は、多角形状の外ヨーク４と、この外ヨーク４の内
側に位置する筒状の内ヨーク３と、この内ヨーク３に巻
線を巻回したコイル部２と、外ヨーク４の内ヨーク３と
の対向側に配置されたマグネット部５とを備える。内ヨ
ーク３、外ヨーク４は磁性粉体の圧粉体により形成され
ている金属製物質である。なお、内ヨーク３、外ヨーク
４は、薄板鋼板をラジアル積層（薄板鋼板を、シャフト
８を中心にして積層する）により構成してもよい。
【００１２】内ヨーク３は中心にシャフト８を有してお
り、このシャフト８は内ヨーク３の底面から突出してい
る。そして、内ヨーク３は、シャフト８の突出と基台９
の凹部とで位置決めし、基台９の上に固定する。基台９
と内ヨーク３との間に下部の板バネ６を挟んでいる。こ
の基台９は耐熱性のガラス転移温度が９０度以上の樹脂
でできている。
【００１３】弾性体となる板バネ６は、リング状の薄バ
ネ板で、外ヨーク４がつりあい点より下部に動くと、板
バネ６は外ヨーク４が上方に動く力を与え、外ヨーク４
がつりあい点より上部に動くと、板バネ６は外ヨーク４
が下方に動く力を与えるように設定されている。
【００１４】コイル部２は、基台９の底面から伸びた金
属性ランド１１と電気的に結合しており、このランド１
１から給電される。なお、ランド１１は、基台９の底面
でなく外蓋７の天面に設けてもよい。
【００１５】外蓋７は、内ヨーク３、外ヨーク４を覆
い、基台９に設けた、蓋カシメ部１０で、カシメ固定さ
れている。外蓋７は、振動アクチュエータ内部にある他
部品との接触を避けたり、リフロー加工時にリニアアク
チュエータ内部を守ったり、リニアアクチュエータの取
扱いを容易にするものである。この外蓋は金属でできて
いるが、耐熱性樹脂で作ってもよい。
【００１６】このような振動リニアアクチュエータ１
は、ランド１１から与えられる電流をコイル部２へ流し
振動磁束を発生させる。そして、この振動磁束に従い外
ヨーク４は振動する。振動リニアアクチュエータ１の基
台９の底面では、基台９の底面にランド１１が露出して
いる。
【００１７】図２（ａ）には、この振動リニアアクチュ
エータの底面図、図２（ｂ）は振動リニアアクチュエー
タの斜視図である。図３（ａ）（ｂ）は、図４の携帯電
話機の基板に取り付けた振動リニアアクチュエータを示
している。携帯電話機の基板４２は、両面多層基板であ
って他にも電子部品が集積実装されているが、表示を省
略している。
【００１８】振動アクチュエータ１のランド１１は、携
帯電話機の基板４２のランドとリフロー半田付けされ
る。携帯電話機の基板４２にはモータ駆動回路があり、
ランド１１を介し、コイル部２を励磁して制御する。
【００１９】このような振動リニアアクチュエータは、
コイル部２が発生する磁束に従い、マグネット部５と外
ヨーク４が可動子となり、上下に振動する。一端を内ヨ
ーク３に他端を可動子に固定した板バネ６を可動子の上
下に備え、可動子の運動エネルギーを振動として取り出
す。
【００２０】本件発明の特徴は、図１に示すように、Ｂ
＜Ａ＜Ｂ＋Ｄという条件を満たすことである。
【００２１】携帯電話機等の着信呼び出し用途として使
用するため、携帯電話機の薄型化に伴う振動リニアアク
チュエータの薄型化が必要となる。しかし、振動リニア
アクチュエータを薄くする一方で、振動量を大きくする
必要がある。そこで、可動子の振幅量確保のために、可
動子の振幅量を大きくすると、可動子自身を更に薄くす
る必要があるため、図１に示すように、可動子を上死点
または下死点に移動させると、可動子ＡとティースＢと
が対向しなくなってしまう。
【００２２】図１に示す構成において、コイル部２に正
弦波状の電流を流し、可動子が上下に振動させると、図
５に示す、上側ティースＡ’および下側ティースＢ’の
両方共、可動子ＡとティースＢとが重なる領域Ｃが存在
する場合と、図６に示す、上下いずれかのティースにお
いて、可動子ＡとティースＢが対向しない場合が生じ
る。
【００２３】コイル部２に正弦波状の通電した場合の推
力の波形を図７に示す。
【００２４】図７において、図５に示すようなティース
Ａ’、Ｂ’共、可動子Ａと対向している領域において
は、上側ティースＡ’および下側ティースＢ’において
可動子Ａとの間で、吸引および反発作用が生じるため、
挿入電流波形に対し、常に電流に比例した推力を得るこ
とができた。
【００２５】しかし、図６に示すような、可動子Ａとテ
ィースＢとが対向しなくなる領域においては、可動子Ａ
と対向していない側のティースにおいて、可動子に対し
ての吸引・反発作用が効率よく行われないため、図７に
示すように、電流値に応じた推力が得られなくなってし
まい、損失のみが増加してしまう。
【００２６】そこで、図８に示すように、上下両方のテ
ィースにおいて、可動子ＡとティースＢとが重なる領域
Ｃが存在する場合に、通電し、上下いずれかのティース
において、可動子ＡとティースＢが対向しない場合は、
通電しないことで余計な損失が生じることを防ぐ。
【００２７】また、可動子については、通電の際には、
上下それぞれに振動する推力が加わっているが、通電し
ていない場合についても、可動子が上死点および下死点
に達するまでは、可動子には慣性力が働き、上死点、下
死点に達すると、板バネ６が可動子を初期位置に戻そう
とする復元力が働くため、電流を常に流していなくて
も、可動子は振動を維持する。
【００２８】また、振動を発生させるためにコイル部２
に流す電流波形については、図９に示すように矩形波で
あっても構わない。
【００２９】また、振動を発生させるためにコイル部２
に流す電流波形については、図１０に示すように半波の
波形であっても構わない。このとき、波形は、矩形波で
あっても、正弦波であっても構わない。
【００３０】図１１に示すように、半波の波形で駆動す
る理由は、全波の波形で駆動させる場合、図１２に示す
ように、スイッチング素子が４個必要となるが、半波の
波形で駆動させる場合、スイッチング素子が１個で駆動
波形を実現できるため、低コスト化が可能である。
【００３１】（実施例２）更に、図１に示す可動子より
も更に可動子を薄くした構成であるＡ＜Ｂの場合、図１
３に示すように、可動子が上死点または下死点付近に移
動すると、可動子ＡがティースＢの幅の中に完全に収ま
ってしまう。この状態では、コイル部２に電流を流して
も、ティースＡ’内で、吸引・反発力が打ち消され、推
力は全く発生しない（図１５のの領域）。
【００３２】また、図１４に示すように、可動子Ａとテ
ィースＢが対向しない領域において、コイル部２に電流
を流しても、効率よく推力を発生することができない
（図１５のの領域）ため、図１６に示すように、図８
と同様、上下両方のティースと可動子が対向している領
域のみ通電しても構わないが、図８の場合に比べ、通電
時間が短くなっているため、可動子の振動量が大きく取
れないという問題が生じてくる。
【００３３】そこで、図１７に示すように、推力の発生
効率は悪くなるが、可動子の振幅量を大きくするため
に、図１５のの領域においても通電しても構わない。
【００３４】また、電流波形については、正弦波であっ
ても矩形波であっても構わない。
【００３５】また、全波駆動であっても半波駆動であっ
ても構わない。
【００３６】
【発明の効果】通電タイミングを工夫することにより、
振動リニアアクチュエータを高効率で駆動する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本実施例の振動リニアアクチュエータの
振動方向の断面図 （ｂ）同ラジアル方向の断面図
【図２】（ａ）本実施例の振動リニアアクチュエータの
底面図 （ｂ）同斜視図
【図３】（ａ）本実施例の振動リニアアクチュエータを
基板に搭載した上面図 （ｂ）同側面図
【図４】携帯電話機を示す図
【図５】可動子が上下ティースＡ’、Ｂ’の両方と対向
している際の断面図
【図６】可動子が上側ティースＡ’のみと対向している
際の断面図
【図７】電流波形および推力波形を示す図
【図８】（ａ）可動子位置と通電タイミングの関係を示
す図 （ｂ）可動子位置と通電タイミングの関係を示す図 （ｃ）可動子位置と通電タイミングの関係を示す図 （ｄ）可動子位置と通電タイミングの関係を示す図
【図９】（ａ）他実施例における可動子位置と通電タイ
ミングの関係を示す図 （ｂ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図 （ｃ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図 （ｄ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図
【図１０】（ａ）他実施例における可動子位置と通電タ
イミングの関係を示す図 （ｂ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図 （ｃ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図 （ｄ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図
【図１１】全波矩形波駆動における回路図
【図１２】半波矩形波駆動における回路図
【図１３】他実施例における振動リニアアクチュエータ
の断面図
【図１４】他実施例における振動リニアアクチュエータ
の断面図
【図１５】他実施例における電流波形および推力波形を
示す図
【図１６】（ａ）他実施例における可動子位置と通電タ
イミングの関係を示す図 （ｂ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図 （ｃ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図 （ｄ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図
【図１７】（ａ）他実施例における可動子位置と通電タ
イミングの関係を示す図 （ｂ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図 （ｃ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図 （ｄ）他実施例における可動子位置と通電タイミングの
関係を示す図
【図１８】従来例における振動アクチュエータの断面図
【図１９】従来例における電流波形および推力波形を示
す図
【図２０】従来例における振動アクチュエータの断面図
【図２１】従来例における電流波形および推力波形を示
す図
【符号の説明】 １ 振動リニアアクチュエータ ２ コイル部 ３ 内ヨーク ４ 外ヨーク ５ マグネット部 ６ 板バネ ７ 外蓋 ８ シャフト ９ 基台 １０ 蓋カシメ部 １１ ランド（端子） １２ 振動アクチュエータの底面 ２１ 振動アクチュエータ ２２ スイッチング素子 ２３ 電源 Ａ 可動子の振動方向の寸法 Ｂ ティース先端部の寸法 Ｃ 可動子とティース先端部が対向している部分の寸法 Ｄ ティース先端間のギャップ寸法 Ａ’ 上側ティース Ｂ’ 下側ティース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 7/00 １０１ Ｈ０２Ｐ 7/00 １０１Ｂ Ｈ０４Ｍ 1/00 Ｈ０４Ｍ 1/00 Ｋ (72)発明者 川野 慎一朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 岩堀 敏之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D107 AA03 BB08 CC09 CC10 DD12 5H540 AA10 BA03 BB06 FA05 5H633 BB08 GG02 GG04 GG09 HH03 HH25 JA03 5K027 AA11 BB14 FF03 FF21

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 永久磁石を有する可動子と、この可動子
    に対して振動磁界を発生するコイル部を有する固定子
    と、この固定子と前記可動子を連結する弾性体とを有
    し、前記固定子は前記コイル部を挟み上ティース部、下
    ティース部があり、前記可動子が前記上ティース部、下
    ティース部どちらにも対向している時、前記コイル部は
    通電し、前記可動子が前記上ティース部、下ティース部
    のどちらか一方のみ対向している時、前記コイル部は非
    通電とすることを特徴とした振動リニアアクチュエータ
    装置。
  2. 【請求項２】 弾性体は、可動子が上ティース部、下テ
    ィース部のどちらか一方のみ対向する状態になるまで伸
    びる請求項１記載の振動リニアアクチュエータ装置。
  3. 【請求項３】 永久磁石を有する可動子と、この可動子
    に対して振動磁界を発生するコイル部を有する固定子
    と、この固定子と前記可動子を連結する弾性体とを備
    え、前記固定子は前記コイル部を挟み上ティース部、下
    ティース部があり、前記可動子がコイル部と対向する
    時、前記コイル部は通電し、前記可動子がコイル部と対
    向していない時、前記コイル部は非通電とすることを特
    徴とした振動リニアアクチュエータ装置。
  4. 【請求項４】 可動子がコイル部と対向しない状態にな
    るまで伸びる請求項３記載の振動リニアアクチュエータ
    装置。
  5. 【請求項５】 永久磁石を有する可動子と、この可動子
    に対して振動磁界を発生するコイル部を有する固定子
    と、この固定子と前記可動子を連結する弾性体とを備
    え、前記コイル部への通電の電流は一方向のみで、電流
    をＯＮ・ＯＦＦすることで前記可動子を振動させること
    を特徴とした振動リニアアクチュエータ装置。
  6. 【請求項６】 請求項１、３、５のいずれか１項に記載
    の振動リニアアクチュエータを搭載した情報携帯端末。
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