JP2008312362A

JP2008312362A - リニア振動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2008312362A
Application number: JP2007158218A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Mizuno; 勉水野; Yinggang Bu; 頴剛朴; Masashi Kosugi; 昌史小杉; Shinichi Fukuzawa; 慎一福澤; Ryota Aozuka; 亮太青塚; Satoru Fujiwara; 悟藤原; Shogo Mitsuguchi; 昌吾三ツ口
Original assignee: Hosiden Corp; Shinshu University NUC
Current assignee: Hosiden Corp; Shinshu University NUC
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-25
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: JP5075496B2

Abstract

【課題】小型、高効率のリニア振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】可動部ヨーク４１が永久磁石４２Ａ，４２Ｂの軸方向一側部及び他側部に延ばされて、固定部ヨーク３１の端面３１Ａ，３１Ｂに対して隙間βを介して対向する端面４１Ａ，４１Ｂを有し、磁気回路構成を閉磁型とする。永久磁石４２Ａ，４２Ｂの内周側にポールピース４３Ａ，４３Ｂを取り付け、コイル３２に流れる電流により発生する磁束Ｍ６，Ｍ７を、固定部ヨーク３１の一端面から可動部ヨーク４１を通過して固定部ヨーク３１の他端面に入る流れと、固定部ヨーク３１の一端面からポールピース４３Ａ，４３Ｂを通過して固定部ヨーク３１の他端面に入る流れの２通りに分け、永久磁石４２Ａ，４２Ｂにより発生する磁束Ｍ４，Ｍ５との相乗作用で可動部４０の２箇所に推力を発生させる。
【選択図】図３

Description

本発明はリニア振動アクチュエータに関する。

従来、携帯電話機の振動呼び出し機能の振動源として使用されるリニア振動アクチュエータが知られている。このリニア振動アクチュエータの構造を図９に示す。図９において、リニア振動アクチュエータ１は、中心線ＣＬ１を中心に軸対称構造を呈し、中心部に配置された固定部２と、この固定部２の外周側に配置されたリング状の可動部３とを備える。固定部２は、磁性体で断面エ字状に形成された固定部ヨーク４と、この固定部ヨーク４の中心に有するピン５と、固定部ヨーク４の外周部に巻かれたコイル６とを有する。可動部３は、磁性体でリング状に形成された可動部ヨーク７と、この可動部ヨーク７の内周側に取り付けられた永久磁石８とを有し、これら固定部２と可動部３とで振動の推力を得る開磁型の磁気回路を構成する。永久磁石８は、リングを軸方向に２分割された円弧状磁石であり、これら２つの磁石が接することなく離間した状態で配置されると共に、内周側が同一極となり、外周側と異極となるように単極に着磁される（例えば内周側をＮ極、外周側をＳ極）。

また、リニア振動アクチュエータ１は、保護ケース９を備える。保護ケース９は、固定部２と可動部３の周側及び上側を覆う金属製で有天筒状に形成されたカバー１０と、このカバー１０の下側開口を閉鎖する耐熱樹脂製で平板状の底板１１とを有し、外部より加えられる衝撃や熱から収納する固定部２と可動部３を保護すると共に、リニア振動アクチュエータ１を容易に取り扱えるようにする。

ここで、底板１１の中心には軸受部１２が設けられ、底板１１の側縁にはカバー固定部１３が設けられ、底板１１の下面には金属ランド１４が露出されており、固定部２は、ピン５の下端部を固定部ヨーク４の下側から突出し、このピン５を軸受部１２により底板１１の上側に垂直に立設固定して、保護ケース９内の中心部に固定されると共に、コイル６のリード線が金属ランド１４に電気的に接続される。可動部３は、上側のバネ１５によって可動部ヨーク７の上側を固定部ヨーク４の上側に連結すると共に、下側のバネ１５によって可動部ヨーク７の下側を固定部ヨーク４の下側に連結し、保護ケース９内の固定部１０の外周側に、隙間（磁気ギャップ）１６を介して、固定部４の軸方向に沿う上下に振動可能に支持される。

このようなリニア振動アクチュエータ１は、携帯電話機の基板１７に実装され、着信に伴って金属ランド１４からコイル６に交流或いはパルスを流すと、磁気回路に発生する磁束Ｍ３又はＭ４（図１０，図１１参照）に従い、可動部３が上下に振動する。次に、この動作を説明する。

図９に示す初期状態では、可動部３はバネ１５によって中立位置に保持されており、コイル６に電流を流さない非通電状態での磁束の流れは、永久磁石８により発生する磁束のみである。すなわち永久磁石８の内周磁極面から出た磁束が固定部ヨーク４の上端部から可動部ヨーク７の上端部を通過して永久磁石８の外周磁極面に入る流れの磁束Ｍ１と、永久磁石８の内周磁極面から出た磁束が固定部ヨーク４の下端部から可動部ヨーク７の下端部を通過して永久磁石８の外周磁極面に入る流れの磁束Ｍ２であるが、これら２つの磁束Ｍ１，Ｍ２は、可動部３の振動方向に沿って対称となりバランスが取れているため、可動部３には推力は発生しない。

そして、図１０は、リニア振動アクチュエータ１の通電時における磁気回路の磁束の流れであって、可動部に上方向の推力が働いた状態の磁束の流れを示し、図１１は、リニア振動アクチュエータ１の通電時における磁気回路の磁束の流れであって、可動部に下方向の推力が働いた状態の磁束の流れを示す。図１０に示す状態で、コイル６に電流Ａ１を流すと、固定部ヨーク４に磁束Ｍ３が発生し、この磁束Ｍ３は、永久磁石８により発生している磁束Ｍ１と同方向に向き、磁束Ｍ２とは逆方向に向いているため、固定部ヨーク４の上端部と可動部ヨーク７の上端部の間の隙間１６で磁束Ｍ１，Ｍ３が相互に強め合い、固定部ヨーク４の下端部と可動部ヨーク７の下端部の間の隙間１６で磁束Ｍ２，Ｍ３が相互に弱め合い、バランスが崩れて、可動部３には、磁束が強め合う方向の上方向へ引っ張られる形で推力Ｆ１が生じ、図１０の上方向へ変位し、リニア振動アクチュエータ１における固定部２と可動部３との位置関係は、図１１に示すようになる（最大変位）。

次に、図１１に示す状態で、コイル６に図１０に示した電流Ａ１と逆方向の電流Ａ２を流すと、固定部ヨーク４に磁束Ｍ４が発生し、この磁束Ｍ４は、永久磁石８により発生している磁束Ｍ１とは逆方向に向き、磁束Ｍ２と同方向に向いているため、固定部ヨーク４の上端部と可動部ヨーク７の上端部の間の隙間１６で磁束Ｍ１，Ｍ４が相互に弱め合い、固定部ヨーク４の下端部と可動部ヨーク７の下端部の間の隙間１６で磁束Ｍ２，Ｍ４が相互に強め合い、図１０の場合とは逆にバランスが崩れて、可動部３には、磁束が強め合う方向の下方向へ引っ張られる形で推力Ｆ２が生じ、図１１の下方向へ変位し、リニア振動アクチュエータ１における固定部２と可動部３との位置関係は、図１１に示した状態とは上下逆になる（最大変位）。

以上のように従来のリニア振動アクチュエータ１においては、コイル６に流される電流の向きに応じて固定部ヨーク４に発生する１つの磁束の流れが切り換わり、永久磁石８により発生している磁束との相乗作用で、固定部２と可動部３の間の１箇所において磁束を強め合い、他の１箇所において磁束を弱め合い、可動部３の１箇所に磁束が強め合う方向へ引っ張られる形で推力が生じ、基板１７に対して垂直方向に振動し、基板１７の実装面方向に対して振動を発生することができるので、可動部の振動方向か基板１７の実装面に対して平行な方向で、基板１７の実装面に対して平行な方向に振動を発生するリニア振動アクチュエータに比べ、携帯電話機の使用者が体感し易い呼出し振動の振動源になっている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１５４３１５号公報

上述した従来のリニア振動アクチュエータは、磁気回路構成が開磁型であるため、磁束を有効に推力発生へと結び付けることができず、また、可動部の１箇所でしか推力を発生させることができず、高効率の振動を小型に実現することが困難であった。

上述のような課題を解決するため本発明のリニア振動アクチュエータは、中心部に配置された固定部と、この固定部の外周側に配置されたリング状の可動部とを備え、固定部は、磁性体で断面エ字状に形成された固定部ヨークと、この固定部ヨークに巻かれたコイルとを有し、可動部は、磁性体でリング状に形成された可動部ヨークと、この可動部ヨークの内周側に取り付けられた永久磁石とを有し、加えて可動部ヨークが永久磁石の軸方向一側部及び他側部に延ばされて、前記固定部ヨークの端面に対して隙間を設けて対向する端面を有すると共に、永久磁石の内周側に磁性体で形成されたポールピースが取り付けられ、コイルに流れる電流により発生する磁束を、固定部ヨークの一端面から可動部ヨークを通過して固定部ヨークの他端面に入る流れと、固定部ヨークの一端面からポールピースを通過して固定部ヨークの他端面に入る流れとの２通りに分けることを特徴とする。

また、可動部ヨークの永久磁石の軸方向一側部及び他側部に延びる部分は、ポールピースの軸方向一側部及び他側部まで延ばされ、永久磁石及びポールピースとの間に隙間を設けることが望ましい。

また、可動部ヨークとポールピースとの隙間α、固定部ヨークと可動部ヨークとの隙間βは、α＞βとなるように設定されていることが望ましい。

本発明によれば、磁気回路構成を閉磁型とすることで、発生する磁束を有効に使用することができ、また、コイルに流れる電流により発生する磁束を２通りに分けることで、永久磁石により発生する磁束との相乗作用で可動部の２箇所に推力を発生させることができ、小型、高効率のリニア振動アクチュエータを得ることができるという顕著な効果を奏する。

また、可動部ヨークとポールピースとの隙間α、固定部ヨークと可動部ヨークとの隙間βを、α＞βとなるように設定することで、ポールピースから可動部ヨークに逃げる磁束が少なくなり（磁束は隙間の狭い方に流れ易いため）、ポールピースと固定部ヨークの相互作用に磁束がより効率的に働き、より小型、高効率のリニア振動アクチュエータを得ることができるという顕著な効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１、図２に本発明の一実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０の構造を示す。

本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０は、中心線ＣＬを中心に軸対称構造を呈し、中心部に配置された円筒状の固定部３０と、この固定部３０の外周側に配置されたリング状の可動部４０とを備え、固定部３０は、磁性体（ＳＰＣＥ等）で断面エ字状に形成されたボビン型の固定部ヨーク３１と、固定部ヨーク３１に巻かれたコイル３２とを有し、可動部４０は、固定部ヨーク３１と同じ磁性体でリング状に形成された可動部ヨーク４１と、この可動部ヨーク４１の内周側に取り付けられた永久磁石４２Ａ，４２Ｂと、この永久磁石４２Ａ，４２Ｂの内周側に取り付けられた、固定部ヨーク３１と同じ磁性体で形成されたポールピース４３Ａ，４３Ｂとを有し、これら固定部２と可動部３とで推力を得る磁気回路を構成している。

ここで、固定部ヨーク３１は、１本のピン３３の上端側と下端側のそれぞれに、円板３４をその中心に有する中心孔を介して嵌合固定した３ピース構造で、断面エ字状のボビン型に形成され、上側の円板３４の外周表面が固定部ヨーク３１の外周上側の端面３１Ａになり、下側の円板３４の外周表面が固定部ヨーク３１の外周下側の端面３１Ｂになる。円板３４にはコイル３２のリード線引き出し孔３５が設けられる。コイル３２は、耐熱性樹脂や金属の薄膜フィルムからなる円筒状の絶縁体３６の外周面にコイル線を巻き付けて形成したもので、ピン３３の外周に上下の円板３４で挟まれて位置決めされた状態で取り付けらている。固定部ヨーク３１の上側と下側にはピン３３の各端部が突出されている。ななお、固定部ヨーク３１の上側の端面３１Ａ及び下側の端面３１Ｂは、固定部３０の外径となる同一円筒面内に位置し、コイル３２の外径は固定部３０の外径と同じか、やや小径に設定される。

可動部ヨーク４１は、永久磁石８Ａ，８Ｂの上側（軸方向一側部）及び下側（軸方向他側部）に延ばされて、固定部ヨーク３１の各端面３１Ａ，３１Ｂに対して隙間（磁気ギャップ）βを介して対向する内周上側の端面４１Ａ及び内周下側の端面４１Ｂを有し、これにより、磁気回路を閉磁型に構成している。また、閉磁型の磁気回路構成とポールピース４３Ａ，４３Ｂとによって、コイル３２に流れる電流により発生する磁束を、固定部ヨーク３１の一端面３１Ａ又は３１Ｂから可動部ヨーク４１を通過して固定部ヨーク３１の他端面３１Ｂ又は３１Ａに入る流れと、固定部ヨーク３１の一端面３１Ａ又は３１Ｂからポールピース４３Ａ，４３Ｂを通過して固定部ヨーク３１の他端面３１Ｂ又は３１Ａに入る流れの２通りに分けるように構成している（図３参照）。

このような可動部ヨーク４１は、永久磁石８Ａ，８Ｂの外周側と上側を囲うΓ字状断面を持ったヨーク本体４４の開放された下側をリング状の蓋４５で閉じた２ピース構造で、内周側を開口したコ字状断面を持ったリング状に形成され、ヨーク本体４４上側の水平部端面が可動部ヨーク４１の上側の端面４１Ａになり、蓋４５の内周端面が可動部ヨーク４１の下側の端面４１Ｂになる。ヨーク本体４４には垂直部内周表面の対称位置から細幅の隔壁４６が突設される。永久磁石４２Ａ，４２Ｂは、リングを軸方向に２分割された円弧状磁石であり、可動部ヨーク４１の隔壁４６で２つに仕切られたコ字状断面内側の一方に一方の磁石４２Ａが嵌合され、他方に他方の磁石４２Ｂが嵌合され、これら２つの磁石４２Ａ，４２Ｂが接することなく離間した状態で配置されると共に、内周側が同一極となり、外周側と異極となるように単極に着磁される（例えば内周側をＮ極、外周側をＳ極）。ポールピース４３Ａ，４３Ｂは、リングを軸方向に２分割された円弧状磁性体であり、コ字状断面内側の一方に嵌合された磁石４２Ａの内周側に一方のポールピース４３Ａが嵌合され、他方に嵌合された磁石４２Ｂの内周側に他方のポールピース４３Ｂが嵌合され、これら２つのポールピース４３Ａ，４３Ｂが接することなく離間した状態で配置される。

ここで、ヨーク本体４４上側の水平部及び蓋４５、すなわち可動部ヨーク４１の永久磁石８Ａ，８Ｂの上側及び下側に延びる部分は、ポールピース４３Ａ，４３Ｂの上側（軸方向一側部）及び下側（軸方向他側部）まで延ばされ、永久磁石８Ａ，８Ｂ及びポールピース４３Ａ，４３Ｂとの間に隙間αを設ける。この隙間αは可動部ヨーク４１の永久磁石８Ａ，８Ｂの上側及び下側に延びる部分の根元部でなくされ、永久磁石８Ａ，８Ｂ及びポールピース４３Ａ，４３Ｂの上下方向（軸方向）の位置決めを行なう。なお、可動部ヨーク４１の上側の端面４１Ａ及び下側の端面４１Ｂ，隔壁４６の端面，ポールピース４３Ａ，４３Ｂの内周面は、可動部４０の内径となる同一円筒面内に位置する。

そして、可動部ヨーク４１の永久磁石８Ａ，８Ｂ及びポールピース４３Ａ，４３Ｂの上側及び下側に延びる部分と永久磁石８Ａ，８Ｂ及びポールピース４３Ａ，４３Ｂとの隙間α，固定部ヨーク３１の外径と可動部ヨーク４１の内径との隙間βは、α＞βとなるように設定されている。

また、本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０は、保護ケース６０を備え、保護ケース６０は、固定部３０と可動部４０、すなわち磁気回路の周側及び上側を覆う金属や高耐熱樹脂製で有天筒状に形成されたカバー６１と、このカバー６１の下側開口を閉鎖する絶縁体である高耐熱樹脂製で平板状の底板６２とを有し、外部より加えられる衝撃や熱から収納する磁気回路を保護すると共に、リニア振動アクチュエータ２０を容易に取り扱えるようにする。

ここで、カバー６１の天面中心部と底板６２の中心部にはそれぞれ軸受部６３が設けられ、底板６２にはコイル３２のリード線引き出し孔６４が設けられ、底板６２の周縁にはカバー固定用のカシメ部６５が設けられ、底板６２の下面には金属ランド６６が露出されており、固定部３０は、ピン３３を各軸受部６３を介してカバー６１の天面と底板６２の間に垂直に立設固定して、保護ケース６０内の中心部に固定されると共に、コイル３２のリード線が各リード線引き出し孔３５，６４を通して保護ケース６０の底側に引き出され、金属ランド６２に電気的に接続される。可動部４０は、上側の薄バネ板７０Ａによって可動部ヨーク４１の上側を固定部ヨーク３１の上側に連結すると共に、下側の薄バネ板７０Ｂによって可動部ヨーク４１の下側を固定部ヨーク３１の下側に連結し、保護ケース６０内の固定部３０の外周側に、隙間βを介して、固定部３０の軸方向に沿う上下に振動可能に支持される。

なお、金属ランド６６は、リニア振動アクチュエータ２０の外部接続端子の一例であり、リニア振動アクチュエータ２０の実装形態に応じてピン状、板バネ状、コイルバネ状等の外部接続端子を用いることができる。また、薄バネ板７０Ａ，７０Ｂは、可動部４０を固定部３０の外周側に、隙間βを介して、固定部３０の軸方向に沿う上下に振動可能に支持するための弾性支持部材の一例であり、コイルバネを用いてもよい。弾性支持部材の材質は高耐熱性の金属や樹脂を用いる。さらに、可動部４０は、弾性支持部材７０Ａ，７０Ｂにより上側と下側の両側を固定部３０に連結、支持したが、下側だけで固定部３０に連結、支持することも可能である。

上述のように構成された本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０は、例えば携帯電話機の振動呼び出し機能の振動源として使用する場合、携帯電話機の基板１７に実装（金属ランド６６の場合は表面実装）され、着信に伴って金属ランド６６からコイル３２に交流或いはパルスを流すと磁気回路に発生する磁束Ｍ６又はＭ７（図３，図４参照）に従い、可動部４０が上下に振動する。次に、この動作を説明する。

図１に示す初期状態では、可動部４０は、薄バネ板７０Ａ，７０Ｂによって中立位置に保持されており、コイル３２に電流を流さない非通電状態での磁束の流れは、永久磁石４２Ａ，４２Ｂにより発生する磁束のみである。すなわち永久磁石４２Ａ，４２Ｂの内周磁極面から出た磁束がポールピース４３Ａ，４３Ｂの上端部、隙間β、固定部ヨーク３０の上端部を通過して可動部ヨーク４の上側端面４１Ａから可動部ヨーク４に入った後、可動部ヨーク４を通過して永久磁石４２Ａ，４２Ｂの外周磁極面に入る流れの磁束Ｍ４と、永久磁石４２Ａ，４２Ｂの内周磁極面から出た磁束がポールピース４３Ａ，４３Ｂの下端部、隙間β、固定部ヨーク３０の下端部を通過して可動部ヨーク４の下側端面４１Ｂから可動部ヨーク４に入った後、可動部ヨーク４を通過して永久磁石８の外周磁極面に入る流れの磁束Ｍ５であるが、これら２つの磁束Ｍ４，Ｍ５は、可動部４０の振動方向（上下方向）に沿って対称となりバランスが取れているため、可動部４０には推力は発生しない。

そして、図３は本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０の通電時における磁気回路の磁束の流れであって、可動部４０に上方向の推力が働いた状態の磁束の流れを示し、図４は本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０の通電時における磁気回路の磁束の流れであって、可動部４０に下方向の推力が働いた状態の磁束の流れを示す。図３に示す状態で、コイル３２に電流Ａ１を流すと、固定部ヨーク３１に磁束Ｍ６が発生する。この磁束Ｍ６は、固定部ヨーク３１内においてはコイル３２上側の上端部で内向き、コイル３２内周側の中心部で下向き、コイル３２下側の下端部で外向きに流れ、固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂから固定部ヨーク３１の外周側に出て、固定部ヨーク３１の外周側から固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａに入る流れの磁束となるが、閉磁型の磁気回路構成とポールピース４３Ａ，４３Ｂとによって、固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂから出る磁束Ｍ６は、この固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂと隙間βを介して対向している可動部ヨーク４１の下側端面４１Ｂとポールピース４３Ａ，４３Ｂの下端部に向かう流れに分けられるため、磁束Ｍ６は、固定部ヨーク３１外周側においては可動部ヨーク４１にその下側端面４１Ｂから入り、可動部ヨーク４１を通過してその上側端面４１Ａから出た後、隙間βを介して対向する固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａに入る流れの磁束Ｍ６Ａと、ポールピース４３Ａ，４３Ｂにその下端部から入り、ポールピース４３Ａ，４３Ｂを通過してその上端部から出た後、隙間βを介して対向する固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａに入る流れの磁束Ｍ６Ｂとの２通りに分けられる。

ここで、磁束Ｍ６Ａは、永久磁石４２Ａ，４２Ｂにより発生している磁束Ｍ４とは逆方向に向き、磁束Ｍ５と同方向に向いているため、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａと可動部ヨーク４１の上側端面４１の間の隙間βで磁束Ｍ６Ａ，Ｍ４が相互に弱め合い、固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂと可動部ヨーク４１の下側端面４１Ｂの間の隙間βで磁束Ｍ６Ａ，Ｍ５が相互に強め合う。一方、磁束Ｍ６Ｂは、永久磁石４２Ａ，４２Ｂにより発生している磁束Ｍ４と同方向に向き、磁束Ｍ５とは逆方向に向いているため、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａとポールピース４３Ａ，４３Ｂの上端部の間の隙間βで磁束Ｍ６Ｂ，Ｍ４が相互に強め合い、固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂとポールピース４３Ａ，４３Ｂの間の隙間βで磁束Ｍ６Ｂ，Ｍ５が相互に弱め合う。これにより、バランスが崩れて可動部４０は磁束が強め合う方向の上方向へ引っ張られる形で内周上部と内周下部の２箇所でそれぞれ推力が生じ、その和の推力Ｆ３によって図３の上方向へ変位し、リニア振動アクチュエータ２０における固定部３０と可動部４０との位置関係は、図４に示すようになる（最大変位）。

次に、図４に示す状態で、コイル３２に図３に示した電流Ａ１と逆方向の電流Ａ２を流すと、固定部ヨーク３１に磁束Ｍ７が発生し、この磁束Ｍ７は、固定部ヨーク３１内においてはコイル３２上側の上端部で外向き、コイル３２内周側の中心部で上向き、コイル３２下側の下端部で内向きに流れ、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａから固定部ヨーク３１の外周側に出て、固定部ヨーク３１の外周側から固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂに入る流れの磁束となるが、閉磁型の磁気回路構成とポールピース４３Ａ，４３Ｂとによって、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａから出る磁束Ｍ７は、この固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａと隙間βを介して対向している可動部ヨーク４１の上側端面４１Ａとポールピース４３Ａ，４３Ｂの上端部に向かう流れに分けられるため、磁束Ｍ７は、固定部ヨーク３１外周側においては可動部ヨーク４１にその上側端面４１Ａから入り、可動部ヨーク４１を通過してその下側端面４１Ｂから出た後、隙間βを介して対向する固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂに入る流れの磁束Ｍ７Ａと、ポールピース４３Ａ，４３Ｂにその上端部から入り、ポールピース４３Ａ，４３Ｂを通過してその下端部から出た後、隙間βを介して対向する固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂに入る流れの磁束Ｍ７Ｂの２通りに分けられる。

ここで、磁束Ｍ７Ａは、永久磁石４２Ａ，４２Ｂにより発生している磁束Ｍ４と同方向に向き、磁束Ｍ５とは逆方向に向いているため、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａと可動部ヨーク４１の上側端面４１の間の隙間βで磁束Ｍ７Ａ，Ｍ４が相互に強め合い、固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂと可動部ヨーク４１の下側端面４１Ｂの間の隙間βで磁束Ｍ７Ａ，Ｍ５が相互に弱め合う。一方、磁束Ｍ７Ｂは、永久磁石４２Ａ，４２Ｂにより発生している磁束Ｍ４とは逆方向に向き、磁束Ｍ５と同方向に向いているため、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ａとポールピース４３Ａ，４３Ｂの上端部の間の隙間βで磁束Ｍ７Ｂ，Ｍ４が相互に弱め合い、固定部ヨーク３１の下側端面３１Ｂとポールピース４３Ａ，４３Ｂの間の隙間βで磁束Ｍ７Ｂ，Ｍ５が相互に強め合う。これにより、図３に示した状態とは逆にバランスが崩れて可動部４０は磁束が強め合う方向の下方向へ引っ張られる形で内周上部と内周下部の２箇所でそれぞれ推力が生じ、その和の推力Ｆ４によって図４の下方向へ変位し、リニア振動アクチュエータ２０における固定部３０と可動部４０との位置関係は、図４に示した状態とは上下逆になる（最大変位）。

また、可動部ヨーク４１とポールピース４３Ａ，４３Ｂとの隙間α、固定部ヨーク３１と可動部ヨーク４１との隙間βは、α＞βとなるように設定されているので、ポールピース４３Ａ，４３Ｂから可動部ヨーク４１に逃げる磁束が少なくなり（磁束は隙間の狭い方に流れ易いため）、ポールピース４３Ａ，４３Ｂと固定部ヨーク３１の相互作用に磁束Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６Ａ，Ｍ６Ｂが効率的に働き、磁束Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６Ａ，Ｍ６Ｂをロスなく有効に推力Ｆ３，Ｆ４の発生へと結び付けることができる。

以上のように本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０においては、コイル３２に流される電流の向きに応じて固定部ヨーク３１と可動部ヨーク４１との間と固定部ヨーク３１とポールポース４３Ａ，４３Ｂとの間に発生する２通りの磁束の流れが切り換わり、永久磁石４２Ａ，４２Ｂにより発生している磁束Ｍ４，Ｍ５との相乗作用で、固定部３０と可動部４０の間の２箇所において磁束を強め合い、他の２箇所において磁束を弱め合い、可動部４０の２箇所に磁束が強め合う方向へ引っ張られる形で推力Ｆ３，Ｆ４が生じるので、小型、高効率のリニア振動アクチュエータになっている。

また、可動部４０は、これに生じたＦ３，Ｆ４によって基板１７に対して垂直方向に振動し、基板１７の実装面方向に対して振動を発生することができるので、可動部の振動方向が基板１７の実装面に対して平行な方向で、基板１７の実装面に対して平行な方向に振動を発生するリニア振動アクチュエータに比べ、携帯電話機の使用者が体感し易い呼出し振動の振動源になっている。

また、図５に本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０における静推力−変位特性のＦＥＭ解析結果を示し、図６に本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０における静推力−電流特性のＦＥＭ解析結果（但し、変位ｘ＝０ｍｍ）を示し、図１２に図９に示した従来のリニア振動アクチュエータ１における静推力−変位特性のＦＥＭ解析結果を示し、図１３に図９に示した従来のリニア振動アクチュエータ１における静推力−電流特性のＦＥＭ解析結果（但し、変位ｘ＝０ｍｍ）を示す。この結果から、本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０における静推力−変位特性は、従来のリニア振動アクチュエータ１における静推力−変位特性よりも、変位ｘ＝０付近で平坦な特性となっているが、従来のリニア振動アクチュエータ１における静推力−変位特性のように全体的に右肩下がりの特性を示した。また、最大変位（ｘ＝±５ｍｍ）での静推力は略同レベルの値となった。さらに、従来のリニア振動アクチュエータ１の推力定数は１．４N/mであり、本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０の推力定数は２．３N/mであった。したがって、本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ２０は、従来のリニア振動アクチュエータ１よりも、磁気回路に発生する磁束を有効に使うことができ、高効率の振動を小型に実現し、小型、高効率のリニア振動アクチュエータになってることがわかる。

次に、本発明の他の実施の形態について図７を参照して説明する。図７は本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ８０の構造を示す。なお、図７では図１に示したリニア振動アクチュエータ２０と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また、図１に示したリニア振動アクチュエータ２０の保護カバー６０及び薄バネ板７０Ａ，７０Ｂの図示を省略している。

本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ８０は、固定部ヨーク３１の上下端部（磁極部）と可動部ヨーク４１の上下端部（磁極部）にそれぞれテーパーを設けている点で、図１に示したリニア振動アクチュエータ２０と異なり、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ｃと下側端面３１Ｄが、中心線ＣＬと垂直な１本の軸線を対称軸として軸対称に傾斜した傾斜面でなり、可動部ヨーク４１の上側端面４１Ｃと下側端面４１Ｄが、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ｃと下側端面３１Ｄとの対称軸と同じ軸線を軸対称として軸対称に傾斜し、固定部ヨーク３１の上側端面３１Ｃと下側端面３１Ｄと平行な傾斜面でなる。

図８は本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ８０における静推力−変位特性とテーパーを設けていないこと以外は本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ８０と同一構造にした比較例のリニア振動アクチュエータ（図示省略）における静推力−変位特性とのＦＥＭ解析比較結果を示す。この結果から、本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータ８０における静推力−変位特性は、比較例のリニア振動アクチュエータにおける静推力−変位特性よりも、傾きが小さく、平坦性を持つ特性を示した。すなわち固定部ヨーク３１の上下端部（磁極部）と可動部ヨーク４１の上下端部（磁極部）にそれぞれテーパーを付けたことにより、静推力−変位特性が変位±０．２５ｍｍ内で発散系にならず、バネ７０Ａ，７０Ｂへの負担を軽減でき、バネ７０Ａ，７０Ｂとの共振を利用して確実に振動させることができる。なお、本実施の形態では、固定部ヨーク３１の軸方向の長さＴ１が可動部ヨーク４１の軸方向の長さよりも短い場合のテーパーの付け方を示したが、固定部ヨーク３１の軸方向の長さＴ１が可動部ヨーク４１の軸方向の長さよりも長い場合は逆テーパーとなる。

本発明の一実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの構造を示す断面側面図である。本発明の一実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの構造を示す断面平面図である。本発明の一実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの通電時における磁気回路の磁束の流れであって、可動部に上方向の推力が働いた状態の磁束の流れを示す図である。本発明の一実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの通電時における磁気回路の磁束の流れであって、可動部に下方向の推力が働いた状態の磁束の流れを示す図である。本発明の一実施の形態に係るリニア振動アクチュエータにおける静推力−変位特性のＦＥＭ解析結果を示す図である。本発明の一実施の形態に係るリニア振動アクチュエータにおける静推力−電流特性のＦＥＭ解析結果を示す図である。本発明の他の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの磁気回路部の構造を示す断面側面図である。本発明の他の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータと比較例のリニア振動アクチュエータとの静推力−変位特性のＦＥＭ解析比較結果を示す図である。従来のリニア振動アクチュエータの構造を示す断面側面図である。従来のリニア振動アクチュエータの通電時における磁気回路の磁束の流れであって、可動部に上方向の推力が働いた状態の磁束の流れを示す図である。従来のリニア振動アクチュエータの通電時における磁気回路の磁束の流れであって、可動部に下方向の推力が働いた状態の磁束の流れを示す図である。従来のリニア振動アクチュエータにおける静推力−変位特性のＦＥＭ解析結果を示す図である。従来のリニア振動アクチュエータにおける静推力−電流特性のＦＥＭ解析結果を示す図である。

符号の説明

２０，８０リニア振動アクチュエータ
３０固定部
３１固定部ヨーク
３１Ａ，３１Ｂ、３１Ｃ，３１Ｄ固定部ヨークの端面
３２コイル
４０可動部
４１可動部ヨーク
４１Ａ，４１Ｂ、４１Ｃ，４１Ｄ可動部ヨークの端面
４２Ａ，４２Ｂ永久磁石
４３Ａ，４３Ｂポールピース
Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６Ａ，Ｍ６Ｂ，Ｍ７Ａ，Ｍ７Ｂ磁束
α 隙間
β 隙間

Claims

中心部に配置された固定部と、この固定部の外周側に配置されたリング状の可動部とを備え、固定部は、磁性体で断面エ字状に形成された固定部ヨークと、この固定部ヨークに巻かれたコイルとを有し、可動部は、磁性体でリング状に形成された可動部ヨークと、この可動部ヨークの内周側に取り付けられた永久磁石とを有し、加えて可動部ヨークが永久磁石の軸方向一側部及び他側部に延ばされて、前記固定部ヨークの端面に対して隙間を設けて対向する端面を有すると共に、永久磁石の内周側に磁性体で形成されたポールピースが取り付けられ、コイルに流れる電流により発生する磁束を、固定部ヨークの一端面から可動部ヨークを通過して固定部ヨークの他端面に入る流れと、固定部ヨークの一端面からポールピースを通過して固定部ヨークの他端面に入る流れとの２通りに分けることを特徴とするリニア振動アクチュエータ。
可動部ヨークの永久磁石の軸方向一側部及び他側部に延びる部分は、ポールピースの軸方向一側部及び他側部まで延ばされ、永久磁石及びポールピースとの間に隙間を設けることを特徴とする請求項１に記載のリニア振動アクチュエータ。
可動部ヨークとポールピースとの隙間α、固定部ヨークと可動部ヨークとの隙間βは、α＞βとなるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のリニア振動アクチュエータ。