JP2006075734A - 偏平振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動発生装置としての機能に特化し、上記に挙げた各振動デバイスに比べて部品点数を減らし合理化した事によって、製造コストを抑えた構成と、その構成に適した駆動方法により携帯電話等に搭載した際、扁平薄型にもかかわらず感知するに充分な振動を提供する振動発生装置を提供する。
【解決手段】 振動方向に着磁されたマグネットを備えた可動子と、それを納めるハウジング、更に可動子を駆動させるために配置されたコイルを有する固定子からなる構造で、コイルの発生する磁界と可動子が備えるマグネットによる磁界の相互作用によって可動子が振動し、可動子とハウジングの衝突によって振動する扁平振動アクチュエータに於いて、上記コイルがハウジング内部で可動子の周囲に複数配置されており、可動子の振動方向から見てラジアル方向に巻回されている構造にすることにより扁平薄型な形状を保ったまま感知するに充分な振動を得ることを可能とした。
【選択図】 図14

Description

本発明は、携帯電話等の移動体通信機器及び携帯液晶ゲーム機等に搭載される振動リニアアクチュエータに関する。

現在、携帯電話等の情報携帯機器には着信呼び出し用又は音楽連動用として振動発生装置が使われる。この振動発生装置として従来はアンバランスウェイトを回転軸に付けた円筒型モータが使われてきたが、円筒型モータ自体の小径化に限界があると共に実装の自動化という面でも問題を抱えていた。

これらの点を克服するため、扁平型のアンバランスウェイトを回転軸に取り付けたコイン型モータが提案され実用化されているが、コイン型モータはその構造上取り付けた基板に対して平行方向に振動するため、実際に搭載して使用した場合に感知されにくいという問題がある。

上記課題に対する解決策として特許文献１に示す振動発生装置があり、コイン型モータと同じスペースで収まり、取り付けた基板に対して垂直な振動を与えることを可能としている。

又、更に、取り付けた基板に対して垂直な振動を与える装置として、特許文献２に示す振動機能とスピーカ機能とブザー機能を併せ持った多機能振動アクチュエータが開発されている。
特開２００３−１５４３１４ 特開平１０−１４１９４

しかしながら、特許文献１に示す振動発生装置はバネにより可動部を支持する構造のため固有振動数付近の周波数でしか振動が得られず、例えば音楽に合わせて振動させる場合、低周波（１０Ｈｚ付近）での振動は難しくなる。また、可動子である外ヨークが円盤を中抜きした環状に形成されているため、振動を得るために充分な可動子としての重量を得ることが難しい。

又、特許文献２に代表される多機能アクチュエータに関してはスピーカ音源としても使用する機能上、スピーカとしての音を発生する振動板に於いて材質の耐熱性という問題を抱えており、基板組み立て時に使用される半田リフロー工程に組み入れることが困難という欠点がある。また、音源と振動の両方の機能を併せ持つ為、限られた厚み寸法の中で音響特性と振動特性の両方を満足させるのは困難であった。

そこで本発明は振動発生装置としての機能に特化し、上記に挙げた各振動デバイスに比べて部品点数を減らし合理化した事によって、製造コストを抑えた構成と、その構成に適した駆動方法により携帯電話等に搭載した際、扁平薄型にもかかわらず感知するに充分な振動を提供する振動発生装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項1に記載の発明では、振動方向に着磁されたマグネットを備えた可動子と、それを納めるケースとケースの開口部を塞ぐカバーからなるハウジングと、可動子を駆動させるために配置されたコイルからなる構造で、コイルの発生する磁界と、可動子が備えるマグネットによる磁界の相互作用によって可動子が振動し、可動子とハウジングの衝突によって振動する扁平振動アクチュエータに於いて、上記コイルがハウジング内部で可動子を囲むように複数配置されており、可動子の振動方向に対して垂直な軸を中心にして巻回されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、請求項１記載の発明に於いて、可動子の周囲に配置するコイルが磁性体のコイル芯に巻き付けたものである事を特徴としている。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の扁平振動アクチュエータに於いて、可動子がマグネットとマグネットを囲んで配置された、マグネット周囲のコイル側に開口部を有するヨークからなる事を特徴としている。

請求項4に記載の発明では、コイル芯を備える請求項３記載の扁平振動アクチュエータにおいて、コイル芯がヨークに設けられた開口部に配置してあることを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４記載のいずれか一項に記載の発明に於いて、コイル又はハウジングの外側に磁性体を配置したことを特徴としている。

請求項６に記載の発明では、請求項１〜５記載のいずれか一項に記載の発明に於いて、可動子若しくはケースとカバーにダンパを配置したことを特徴としている。

請求項７に記載の発明では、請求項１〜５記載のいずれか一項に記載の発明に於いて、可動子若しくはコイル芯部の端面がR形状、面取り形状、テーパ部の少なくとも一つを有することを特徴としている。

請求項８に記載の発明では、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発明に於いて、振動方向に伸ばしたシャフトが可動子を貫通してカバーとケースに配置され、シャフトと可動子とが接触する部分に軸受けを備えていることを特徴としている。

請求項９に記載の発明では、請求項１〜８記載のいずれか一項に記載の発明に於いて、可動子とコイル又はコイル芯との隙間を調整することにより、駆動時に隙間を流れる空気の移動量を制限することを特徴としている。

請求項1の発明によれば、反発方向に固着されたマグネットをコイルの発生する磁界に置くことでコイルに流す電流の向きを変える毎にマグネットを備えた可動子がケース若しくはカバーに衝突し、筐体側に振動を伝える。

本発明では、ハウジング内部に配置したコイルが振動方向に対して垂直な軸を中心にして巻回していることにより、コイル中心付近に磁束が発生する。このコイル中心付近に集中した磁束で囲んだ中にコイルの発生する磁束と直交する振動方向に着磁したマグネットを配置することにより、複数のコイルにマグネットが囲まれる構造となる。

この構造により、マグネットとコイルが互いの間に強い磁気作用（引力又は斥力）を発生させ、コイルの発生する磁束とマグネットの発生する磁束を効果的に使用することが出来る。上記の作用を有する本発明の構造を用いることにより、小型、扁平にもかかわらず強い振動を発生する振動アクチュエータを得ることができる。又、可動子に重りを付加する必要が無いので、コイルが複数あることを差し引いたとしても製造コストを安く抑えることができる。

請求項２の発明によれば、磁性体をコイル芯として使用したコイルを上記扁平振動アクチュエータに用いることにより、可動子とコイルからなる磁気回路の磁気効率を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、可動子がマグネットとコイル側に開口部を備えたヨークを備える事によって磁束がコイル側に集中し、可動子とコイルからなる磁気回路の磁気効率を向上させることができる。

請求項４の発明によれば、請求項３において可動子の磁束が集中している開口部にコイルの磁束が集中しているコイル芯を配置することで、可動子とコイルからなる磁気回路の磁気効率を向上させることができる。

請求項５の発明によれば、コイル又はケースの外側に磁性体を配置することによってケース外側に漏れる磁束を防ぎ、可動子とコイルからなる磁気回路の磁気効率を向上させることができる。

請求項６の発明によれば、可動子若しくは可動子のケースとカバーにダンパを設けることで可動子がケース又はカバーに衝突する際の破損や異音を防ぐことができる。

請求項７の発明によれば、可動子若しくはコイル芯部の端面をＲや面取り、テーパ等の加工をすることで可動子とコイル、コイル芯が接触して破損したり、駆動中に可動子の振動が接触により妨げられるのを防ぐ事ができる。

請求項８の発明によれば、振動方向に伸ばしたシャフトが可動子を貫通してカバーに配置し、シャフトと可動子とが接触する部分に軸受けを備えることにより、可動子の動きを一定方向に保ち、ブレの無い安定した振動を得ることができる。

請求項９の発明によれば、空気の移動量を制限することにより空気の流動抵抗をダンパとして使用することで、部品点数を増やさずに安定した振動を得ることができる。

以下に図面を参照して本発明の実施形態に関わる振動アクチュエータについて説明する。

図１に本発明で用いる第一の実施形態の断面図を示す。図１に示す断面図から解る様に、本実施形態に関わる偏平振動アクチュエータはマグネット１０からなる可動子と、ダンパ５０，５１、コイル２０，２１、コイル芯６０，６１、カバー３０、ケース３１から構成されている。

図１４に本実施形態における部品構成の斜視図を示す。図１４から解るように、本実施形態の断面図では２つのコイルを区別するためにコイル２０，２１及びコイル芯６０，６１をそれぞれ違う番号で示しているが、コイル２０とコイル２１は同じ形状であり、それに用いるコイル芯６０と６１も同じ形状である。本実施形態では図１３に示す可動子の振動方向に対して垂直な軸をコイルの中心として、ケース３１の内壁に沿って巻回した形状のコイルを複数（図１４では４個）使って可動子を囲むような構造となっている。

図１０に本実施形態で用いるマグネット１０の磁界方向を示す。本実施形態で示す振動アクチュエータは断面図である図１においてコイル２０，２１の磁束が集中したコイル芯６０，６１と図１０に示す厚み方向に着磁したマグネット１０の間に働く引力と斥力によってマグネット１０が上下方向（図１３の矢印方向）に振動し、交流電流をコイルに入力した際にカバー３０とケース３１に交互に衝突し、振動を伝える構造となっている。

本実施形態に於いて、同じ技術的見地から図７、図８、図９のような構成にすることも可能である。図１１と図１２に各構成で用いるコイルを示す。図１１に示したコイル芯６２に巻回したコイル２２は振動方向に対して垂直方向に巻いて直方体の形状にしたものであり、図１２に示すコイル芯６３に巻回したコイル２３は振動方向に対して垂直方向に巻いて三角柱形状に形成したものである。図１１、図１２、図１３に示すコイルを使用することによって様々な形状の扁平振動アクチュエータを構成することができる。

更に、本実施形態では図2に示すようにヨーク４０，４１をマグネット１０に固着し、ヨーク開口部にコイル芯６０，６１を配置することでヨーク開口部に集中したマグネット１０の磁束とコイル芯６０，６１に集中したコイル２０，２１の磁束により磁気回路が構成され、ヨーク４０，４１を設けない場合に比べてマグネット１０とコイル２０，２１による磁気回路の磁気効率を向上させることができる。

また、本実施形態ではマグネット１０のみ又はマグネット１０とヨーク４０，４１からなる可動子とコイル２０，２１のみ又はコイル２０，２１とコイル芯６０，６１で形成される壁面の隙間を調整することにより空気の流動量を調整し、空気をダンパとして使用する構造とすることができる。

本実施形態では可動子がコイル２０，２１等と接触することによって駆動中に振動が妨げられたりコイル２０，２１又は可動子が破損することを防止したり、組み立てを容易にするといった目的のため可動子及びコイル芯６０，６１の端部にＲを設けている。

しかし、これは面取り、テーパ加工等に置き換えてもよく、加工しなくとも動作はする。本実施形態に於いて用いているコイル芯６０，６１及びその他のコイル芯に関しては取り除いた状態でも動作させることが可能である。

本実施形態ではマグネット１０又はマグネット１０とヨーク４０，４１からなる可動子とカバー３０、ケース３１が衝突する際に発生する異音を低減するためにダンパ５０，５１をカバー３０とケース３１に設けているが、これは可動子のカバー３０とケース３１に面する側に設けても同様の効果が得られる。尚、このダンパ５０，５１を除いた状態でも偏平振動アクチュエータを動作させることは可能である。

図３に本発明で用いる第二の実施形態の断面図を示す。図３に示す断面図から解るように、本実施形態に関わる偏平振動アクチュエータは、軸受け８０を備えたマグネット１１からなる可動子と、可動子の周囲に配置されたコイル２０，２１とコイル芯６０，６１、ダンパ５２，５３、そしてそれらを納めるカバー３０とケース３１、更に軸受け８０を通ってカバー３０とケース３１に固定されるシャフト７０から構成されている。

本実施例に関わる偏平振動アクチュエータの作動原理は前記実施例１に述べたものと同じである。本実施形態ではシャフト７０が軸受け８０を通ってカバー３０とケース３１に設置されていることにより可動子がシャフト７０に沿って駆動し、ブレの無い振動が得られる。

又、可動子がシャフト７０に沿って駆動するため、可動子とコイル２０，２１及びコイル芯６０，６１の間の空気の移動量を容易に制限することができ、空気をダンパとして使用するという点に於いて安定した振動を得ることができる。

本実施形態も前記実施例１と同様、図１１、図１２、図１３に示すコイルを使用することによって様々な形状の扁平振動アクチュエータに構成することができる。

更に、本実施形態と同じ技術的見地より、図４に示すようにヨーク４２，４３をマグネット１１に固着し、可動子をマグネット１１と軸受け８０とヨーク４２，４３から構成することが可能となり、ヨーク開口部にコイル芯６０，６１を配置することでヨーク開口部に集中したマグネット１１の磁束とコイル芯６０，６１に集中したコイル２０，２１の磁束により磁気回路が構成され、ヨーク４２，４３を設けない場合に比べてマグネット１１とコイル２０，２１よる磁気回路の磁気効率を向上させることができる。

本実施形態では可動子がコイル等と接触することによって駆動中に振動が妨げられたりコイル２０，２１，２２，２３やコイル芯６０，６１，６２，６３、又は可動子が破損すること等を防止したり、組み立てを容易にするといった目的のため可動子及びコイル芯端部にＲを設けているが、これは面取り、テーパ加工等に置き換えてもよく、加工しなくとも本実施例の偏平振動アクチュエータは動作する。本実施形態に於いて用いているコイル芯６０，６１及びその他のコイル芯に関しても端面の加工をしない状態で動作させることが可能である。

本実施形態ではマグネット１１又はマグネット１１とヨーク４２，４３からなる可動子とカバー３０、ケース３１が衝突する際に発生する異音を低減するためにダンパ５２，５３をカバー３０とケース３１に設けているが、これは可動子のカバー３０とケース３１に面する側に設けても同様の効果が得られる。尚、このダンパ５２，５３を除いた状態でも本実施例の偏平振動アクチュエータを動作させることは可能である。

図５に本発明で用いる第三の実施例の断面図を示す。図５に示す断面図から解るように、本実施形態に関わる偏平振動アクチュエータは、ヨーク４４，４５と軸受け８０を備えたマグネット１１からなる可動子と、可動子の周囲に配置されたコイル２０，２１とコイル芯６０，６１、ダンパ５４，５５、コイル２０，２１、コイル芯６０，６１及び可動子を納めるカバー３０とケース３１、更に軸受け８０を通ってカバー３０とケース３１に固定されるシャフト７０から構成されている。

本実施例形態ではヨーク４４，４５をマグネット１１のコイル２０，２１に面した側まで回り込ませない形状としたことで偏平振動アクチュエータとしての薄型化と共に小径化という目的に対応している。

また、ダンパ５４，５５をシャフト７０周辺のみに配置したことで全体の厚みを薄くすることを可能としている。

本実施形態では前記実施例２と同様に可動子がシャフト７０に沿って駆動するので、空気をダンパとして効果的に使用することができる。

本実施例に関わる振動アクチュエータの作動原理は前記実施例１に述べたものと同じである。本実施形態ではシャフト７０が軸受け８０を通ってカバー３０とケース３１に設置されていることにより可動子がシャフト７０に沿って駆動し、ブレの無い振動が得られる。

本実施形態ではマグネット１１又はマグネット１１とヨーク４４，４５からなる可動子とカバー３０、ケース３１が衝突する際に発生する異音を低減するためにダンパ５４，５５をカバー３０とケース３１に設けているが、これは可動子のカバー３０とケース３１に面する側に設けても同様の効果が得られる。尚、このダンパ５４，５５を除いた状態でも振動アクチュエータとして動作させることが可能である。

本実施形態では可動子がコイル等と接触することによって駆動中に振動が妨げられたりコイル又は可動子が破損すること等を防止したり、組み立てを容易にするといった目的のため可動子にＲを設けているが、これは面取り、テーパ加工等に置き換えてもよく、加工しなくとも動作する。本実施形態に於いて用いているコイル芯６０，６１及びその他のコイル芯に関しても取り除いた状態で動作させることが可能である。

上記三つの実施例に於いてコイル芯６０，６１，６２，６３の材料はＳＵＭ、ＳＰＣＥといった磁性材を用いるのが好ましく、量産に適している。また、各振動アクチュエータに関して、図６に示すように振動アクチュエータ９０の外周に磁性体１００を配置することで実施例１〜３で示した振動アクチュエータに関して外側に漏れる磁束が無くなり、可動子とコイルからなる磁気回路の磁気効率が向上する。

また、上記三つの実施例に於いて用いている各部品は、スピーカとして音を発生するための振動板を使用する必要がないため、熱に弱い材質を使用する必要が無く、半田リフロー工程に組み込むことが容易である。

以上のように、本実施形態に係る振動アクチュエータを用いることにより、小型で薄い偏平な形状にもかかわらず可動子の衝突により感知するに充分な振動を得られる量産に適した振動アクチュエータを作ることが可能となる。

本発明における第１の実施例に係る断面図 本発明における第１の実施例に於いて、可動子側にヨークを設けた場合の断面図 本発明における第２の実施例に係る断面図 本発明における第２の実施例に於いて、可動子側にヨークを設けた場合の断面図 本発明における第３の実施例に係る断面図 本発明における実施例で示した振動アクチュエータの外側に磁性体を配置した場合の断面図 本発明で直方体に巻いたコイルを円筒状のケース内に配置した場合の上断面図 本発明でコイルを角部に配置した場合の上断面図 本発明でケースが四角い形状の振動アクチュエータとしたときの上断面図 本発明における可動子の着磁方向の略図 図７、図９において使用するコイルの斜視図 図８において使用するコイルの斜視図 本発明における第１〜第３の実施例で使用するコイルの斜視図 本発明における第１の実施例で示す振動アクチュエータの分解斜視図

符号の説明

１０，１１ マグネット
２０，２１，２２，２３ コイル
３０ カバー
３１，３２ ケース
４０，４１，４２，４３，４４，４５ ヨーク
５０，５１，５２，５３，５４，５５ ダンパ
６０，６１，６２，６３ コイル芯
７０ シャフト
８０ 軸受け
９０ 振動アクチュエータ
１００ 磁性体ケース

Claims (9)

1. 振動方向に着磁されたマグネットを備えた可動子と、それを納めるケースとケースの開口部を塞ぐカバーからなるハウジングと、可動子を駆動させるために配置されたコイルからなる構造で、コイルの発生する磁界と、可動子が備えるマグネットによる磁界の相互作用によって可動子が振動し、可動子とハウジングの衝突によって振動する扁平振動アクチュエータに於いて、
   上記コイルがハウジング内部で可動子の周囲に複数配置されており、可動子の振動方向に対して垂直な軸を中心にして巻回されていることを特徴とする扁平振動アクチュエータ。
2. 請求項１記載の扁平振動アクチュエータに於いて、可動子の周囲に配置するコイルは磁性体のコイル芯を備えたものである扁平振動アクチュエータ。
3. 請求項１又は２記載の扁平振動アクチュエータに於いて、可動子がマグネットと、マグネットを囲んで配置された、マグネット周囲のコイル側に開口部を有するヨークからなる扁平振動アクチュエータ。
4. コイル芯を備えた請求項３記載の扁平振動アクチュエータに於いて、コイル芯がヨークに設けられた開口部に配置してある扁平振動アクチュエータ。
5. コイル又はハウジングの外側に磁性材を配置した請求項１〜４のいずれかに記載の扁平振動アクチュエータ。
6. ダンパを可動子若しくはケースとカバーに配置した請求項１〜５のいずれかに記載の扁平振動アクチュエータ。
7. 可動子若しくはコイル芯部の端面がＲ形状、面取り形状、テーパ部の少なくとも一つを有している請求項１〜６のいずれかに記載の扁平振動アクチュエータ。
8. 振動方向に伸ばしたシャフトが可動子を貫通してカバーとケースに配置され、シャフトと可動子とが接触する部分に軸受けを備えた請求項１〜７のいずれかに記載の扁平振動アクチュエータ。
9. 可動子とコイル又はコイル芯との隙間を調整することにより、駆動時に可動子とコイル又はコイル芯の隙間を流れる空気の移動量を制限した請求項１〜８記載の扁平振動アクチュエータ。