JP2015037335A - アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも被駆動部の振動効率を高めることができ、装置高さを低くしても被駆動部を必要とされる振幅で振動させることが容易なアクチュエータ装置を提供する。
【解決手段】弾性板１３は、固定端Ａから屈曲点Ｂまで延びる短辺部１３Ａと、屈曲点Ｂで短辺部１３Ａから屈曲して自由端Ｃまで延びる長辺部１３Ｂと、長辺部１３Ｂの屈曲点Ｂと自由端Ｃとの間に設けられている係止部１３Ｄと、を有する。被駆動部１４は、長辺部１３Ｂにおける係止部１３Ｄよりも自由端Ｃ側の位置に連結される。２つの通電端子１６は、互いに長辺方向に離れるとともに、それぞれが短辺方向に長辺部１３Ｂから離れる。ワイヤ１２は、収縮可能であり、係止部１３Ｄに架け渡されて２つの通電端子１６の間に張られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクチュエータを用いて被駆動部を駆動させるアクチュエータ装置に関する。特には、形状記憶合金（ＳＭＡ：Ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ）等からなる収縮可能なワイヤを備えるアクチュエータ装置に関する。

携帯電話のバイブレータ等に利用されるアクチュエータ装置として、収縮可能なワイヤを動力源とするものが知られている（例えば特許文献１〜４参照）。一般に、このようなワイヤは、ＳＭＡからなり、通電等によって発熱することで所定の長さから縮み、冷却されることで所定の長さに戻る性質を有している。このようなワイヤを動力源とするアクチュエータ装置は、ワイヤを周期的に駆動することにより、被駆動部を振動させることが可能であり、振動モータなどを動力源とする従来のアクチュエータ装置に比べて、小型で、高い応答性を有している。

以下、特許文献を参考にしたアクチュエータ装置の従来例について説明する。以降の説明では、アクチュエータ装置の支持面（ベース）に対して垂直な方向を「高さ方向」とし、ベースから離れる方向を「上方向」または単に「上」とし、ベースに近づく方向を「下方向」または単に「下」とし、高さ方向と垂直な方向を「面方向」または「側方」と定義する。

図９（Ａ）は、特許文献１を参考にした第１の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｐの側面図である。図９（Ｂ）は、第１の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｐの平面図である。

アクチュエータ装置１Ｐは、ワイヤ２Ｐと、テコ機構３Ｐと、被駆動部４Ｐと、ベース５Ｐと、コイルバネ６Ｐと、板バネ７Ｐと、支持脚８Ｐと、突起部９Ｐと、ワイヤ固定部１０Ｐとを備えている。被駆動部４Ｐは、板バネ７Ｐを介して上下動自在にベース５Ｐに取り付けられている。突起部９Ｐは、被駆動部４Ｐの外周縁部から側方に突出している。コイルバネ６Ｐは、被駆動部４Ｐの上側に設けられ、被駆動部４Ｐを下方向に押し下げている。テコ機構３Ｐは、側面視してＬ字状かつ平面視して円弧状であり、支持脚８Ｐを介して、Ｌ字の角部分を中心に揺動自在にベース５Ｐに取り付けられている。ワイヤ２Ｐは、テコ機構３Ｐの上下に延びる部位に架け渡された状態で、２つのワイヤ固定部１０Ｐの間に張られている。

ワイヤ２Ｐは、通電されることにより発熱して所定の長さから縮む。すると、テコ機構３Ｐはワイヤ２Ｐに引き寄せられて反時計回りに揺動し、被駆動部４Ｐを上方向に移動させる。一方、ワイヤ２Ｐが冷却されて所定の長さに戻ると、コイルバネ６Ｐおよび板バネ７Ｐは被駆動部４Ｐを下方向に移動させる。これに伴い、テコ機構３Ｐは突起部９Ｐに押し下げられて時計回りに揺動する。テコ機構３Ｐを利用することにより、テコ機構３Ｐの支点からワイヤ２Ｐの接続点（力点）までの距離に対する、テコ機構３Ｐの支点から被駆動部４Ｐの接続点（作用点）までの距離のテコ比に応じて、被駆動部４Ｐの振動振幅が拡大されることになる。そのため、テコ比を大きくすることにより、ワイヤ２Ｐに加えるエネルギーに対して被駆動部４Ｐで得られる振動の振幅（振動効率）を高めることができる。

次に、特許文献２を参考にしたアクチュエータ装置の第２の従来例について説明する。図１０は、第１の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｑの斜視図である。

アクチュエータ装置１Ｑは、ワイヤ２Ｑと、板バネ３Ｑと、被駆動部４Ｑと、ベース５Ｑと、を備えている。板バネ３Ｑは、ベース５Ｑから面方向に延びる片持ち梁状に設けられている。被駆動部４Ｑは、板バネ３Ｑの先端に連結されている。ワイヤ２Ｑは、板バネ３Ｑに対してある角度（例えば６０°）をなすように被駆動部４Ｑとベース５Ｑとの間に張り渡されている。ワイヤ２Ｑは、通電されることにより発熱して所定の長さから縮む。すると、被駆動部４Ｑがワイヤ２Ｑに引き寄せられて板バネ３Ｑが撓む。一方、ワイヤ２Ｑが冷却されて所定の長さに戻ると、板バネ３Ｑの撓みが回復し、被駆動部４Ｑが元の位置に戻る。

次に、特許文献３を参考にしたアクチュエータ装置の第３の従来例について説明する。図１１（Ａ）は、第３の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｒの断面図である。図１１（Ｂ）は、第３の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｒの斜視図である。

アクチュエータ装置１Ｒは、ワイヤ２Ｒと、テコ機構３Ｒと、被駆動部４Ｒと、バネ６Ｒと、ベース５Ｒと、摺動部７Ｒと、を備えている。被駆動部４Ｒは、摺動部７Ｒを介して上下動自在にベース５Ｒに連結されている。バネ６Ｒは、ベース５Ｒと被駆動部４Ｒとの間に設けられ、被駆動部４Ｒを上方向に押し上げている。テコ機構３Ｒは、上側端部が被駆動部４Ｒの側方に接触し、下側端部がベース５Ｒに取り付けられている。ワイヤ２Ｒは、テコ機構３Ｒの中央部分とベース５Ｒとの間に張られている。ワイヤ２Ｒは、通電されることにより発熱して所定の長さから縮む。すると、テコ機構３Ｒは、上端部側がワイヤ２Ｒに引き寄せられて下端部側が撓み、被駆動部４Ｒを下方向に押さえつけて被駆動部４Ｒを下方向に移動させる。一方、ワイヤ２Ｒが冷却されて所定の長さに戻ると、バネ６Ｒが被駆動部４Ｒを上方向に移動させるとともにテコ機構３Ｒの撓みが回復する。テコ機構３Ｒを利用することにより、テコ比を大きくし振動効率を高めることができる。

次に、特許文献４を参考にしたアクチュエータ装置の第４の従来例について説明する。図１２は、第４の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｓの斜視図である。

アクチュエータ装置１Ｓは、ワイヤ２Ｓと、コイルバネ３Ｓと、円盤状の被駆動部４Ｓと、２つの支持部５Ｓと、ベース６Ｓと、を備えている。２つの支持部５Ｓは、装置高さ方向に対して垂直な方向に並べて、ベース６Ｓに固定されている。ワイヤ２Ｓは、両端が２つの支持部５Ｓに固定されており、両端間が円盤状の被駆動部４Ｓの側方に架け渡されている。コイルバネ３Ｓは、一端がベース６Ｓに固定されており、他端が面方向に伸縮自在であり、被駆動部４Ｓをワイヤ２Ｓ側に付勢している。ワイヤ２Ｓは、通電されることにより発熱して所定の長さから縮む。すると、被駆動部４Ｓが面方向のコイルバネ３Ｓ側に移動する。その後、ワイヤ２Ｓが冷却されて所定の長さに戻ると、被駆動部４Ｓがコイルバネ３Ｓにより押し戻されて面方向に移動し、元の位置に戻る。

特開２００２−１３０１１４号公報 特開２０１２−２２７９９８号公報 特開２００９−０４１５４５号公報 国際公開第２０１２／０２３６０５号

図９に示した第１の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｐでは、被駆動部４Ｐの振動方向が高さ方向であるため、被駆動部４Ｐやテコ機構３Ｐがベース５Ｐと干渉することを防ぐためのスペースや、被駆動部４Ｐの変位を戻すためのコイルバネ６Ｐが、被駆動部４Ｐの高さ方向に必要である。このため、携帯電話用バイブレータのような、装置高さを抑えて薄型化する必要がある用途で用いられる場合には、被駆動部４Ｐを必要とされる振幅で振動させられないことがあった。

このアクチュエータ装置１Ｐで被駆動部４Ｐの振動振幅を増大させるためには、テコ機構３Ｐの振動効率を高めることや、ワイヤ２Ｐの全長を長くすることが必要である。しかしながら、テコ機構３Ｐの振動効率を高めるためにテコ機構３Ｐの支点から作用点までの距離を長くすると、テコ機構３Ｐとベース５Ｐとが干渉することを防ぐために必要なスペースが大きくなって装置高さを抑えることが難しくなるとともに、面方向での装置サイズを抑えることも難しくなる。また、テコ機構３Ｐを用いる構成では、テコ機構３Ｐの支点に生じる摩擦によって、ワイヤ２Ｐに生じる振動エネルギーの一部が消費されて振動効率がある程度低下してしまう。その上、被駆動部４Ｐの振動振幅を必要な水準にするほどワイヤ２Ｐの全長を長くするためには、面方向での装置サイズを大きくする必要がある。

図１０に示した第２の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｑでは、被駆動部４Ｑは、面方向に延びる片持ち梁状の板バネ３Ｑに取り付けられているために、被駆動部４Ｑの変位を戻すためのコイルバネのような部材は不要である。しかしながら、被駆動部４Ｑの振動方向が高さ方向であるため、ワイヤ２Ｑは板バネ３Ｑに対して傾けて張る必要があり、ワイヤ２Ｑを張るためのスペースが被駆動部４Ｑの高さ方向に必要である。また、ワイヤ２Ｑの伸縮を拡大して被駆動部４Ｑに伝えることができず、振動効率が極めて低い。したがって、装置高さを抑える場合には、被駆動部４Ｑを必要とされる振幅で振動させることが難しかった。その上、被駆動部４Ｑの振動振幅を増大させるためには、ワイヤ２Ｑの全長を長くするしかなく、ワイヤ２Ｑの全長を長くすると、ワイヤ２Ｑを張るためのスペースが大きくなって装置高さを抑えることが難しくなるとともに、面方向での装置サイズを抑えることも難しくなる。

図１１に示した第３の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｒでは、被駆動部４Ｒの振動方向が高さ方向であるため、被駆動部４Ｒがベース５Ｒと干渉することを防ぐためのスペースや、被駆動部４Ｒの変位を戻すためのバネ６Ｒが、被駆動部４Ｒの高さ方向に必要である。したがって、やはり装置高さを抑える場合には、被駆動部４Ｒを必要とされる振幅で振動させられないことがあった。

このアクチュエータ装置１Ｒで被駆動部４Ｒの振動振幅を増大させるためには、テコ機構３Ｒでワイヤ２Ｒが架け渡される位置（力点）や下端部（支点）から、被駆動部４Ｒが接触する位置（作用点）をさらに上方向に離して振動効率を高めることや、ワイヤ２Ｒの全長を長くすることが必要である。しかしながら、テコ機構３Ｒに被駆動部４Ｒが接触する位置（作用点）をさらに上方向に離すためには、テコ機構３Ｒをより長くする必要があり、装置高さを抑えることが難しくなる。また、このテコ機構３Ｒを用いる構成では、テコ機構３Ｒと被駆動部４Ｒとが接触する位置（作用点）に摩擦が生じるため、やはりワイヤ２Ｒに生じる振動エネルギーの一部が消費されて、振動効率がある程度低下してしまう。その上、被駆動部４Ｒの振動振幅を必要な水準にするほどワイヤ２Ｒの全長を長くするためには、装置高さを高くするとともに面方向での装置サイズを大きくする必要がある。

なお、このテコ機構３Ｒを用いる構成では、テコ機構３Ｒの上側端部を高さ方向から大きく傾ければ、装置高さを低くすることが可能である。しかしながら、その場合には、テコ機構３Ｒとワイヤ２Ｒとがなす角度が小さくなってしまうので、テコ機構３Ｒとワイヤ２Ｒとの摩擦によるワイヤ２Ｒの摩耗が発生しやすくなって、振動効率が更に低下するとともに、ワイヤ２Ｒの寿命が短くなってしまう。また、ワイヤ２Ｒをテコ機構３Ｒに架け渡す場合には、テコ機構３Ｒとワイヤ２Ｒとがなす角度が小さくなると、テコ機構３Ｒにワイヤ２Ｒが接続される位置がずれやすくなる。すると、ワイヤ２Ｒに生じる振動エネルギーがテコ機構３Ｒを介して被駆動部４Ｒに伝達され難くなるため、ワイヤ２Ｒの収縮量があまり大きくならず振動効率が低下してしまい、また、被駆動部４Ｒの振動振幅に製品毎のばらつきが生じてしまう。また、はんだなどでテコ機構３Ｒにワイヤ２Ｒが接合されている場合には、テコ機構３Ｒに対してワイヤ２Ｒが斜め方向に張られていると、ワイヤ２Ｒをテコ機構３Ｒに対して接合する接合強度が弱くなることある。そこで、テコ機構３Ｒの長辺に対してワイヤ２Ｒが貼られる角度を垂直に近付けることにより接合強度の低下を防ぐことができるが、その場合には、テコ機構３Ｒの上側端部を高さ方向から大きく傾けることができず、装置高さを低くすることが難しくなる。

図１２に示した第４の従来例に係るアクチュエータ装置１Ｓでは、面方向の振動が生じるため、被駆動部４Ｓの変位を戻すためのコイルバネや、被駆動部４Ｓの変位を拡大するためのテコ機構のような部材を、被駆動部４Ｓの高さ方向に設ける必要が無い。したがって、装置高さを抑えることは容易であるが、ワイヤ２Ｓの伸縮を拡大して被駆動部４Ｓに伝えることができず、振動効率が極めて低く、被駆動部４Ｓを必要とされる振幅で振動させるためには、ワイヤ２Ｓの全長を長くする必要があり、面方向での装置サイズを抑えることが難しい。

そこで本発明の目的は、従来よりも被駆動部の振動効率を高めることができ、装置高さを低くしても被駆動部を必要とされる振幅で振動させることが容易なアクチュエータ装置を提供することにある。

以下、この発明で言う、ある物理量の値が略等しい状態とは、それぞれの値が完全に一致する状態だけでなく、それぞれの値が数％（〜９％）以下の誤差でずれている状態も含むものである。

この発明に係るアクチュエータ装置は、弾性板と、被駆動部と、第１及び第２のワイヤ固定部と、ワイヤと、を備えている。弾性板は、固定端から屈曲点まで延びる短辺部と、屈曲点で短辺部から屈曲して自由端まで延びる長辺部と、長辺部の屈曲点と自由端との間に設けられている係止部と、を有している。被駆動部は、長辺部における係止部よりも自由端側の位置に連結されている。第１及び第２のワイヤ固定部は、互いに長辺部の延びる方向（以下、単に長辺方向と言う。）に離れるとともに、それぞれが短辺部の延びる方向（以下、単に短辺方向と言う。）に長辺部から離れている。ワイヤは、収縮可能であり、係止部に架け渡されて第１のワイヤ固定部と第２のワイヤ固定部との間に張られている。

この構成では、ワイヤを周期的に収縮させて長辺部に１次モードの屈曲振動が生じさせると、弾性板の厚みの逆数に比例し、長さの２乗に比例する振動振幅が得られる。このため、ワイヤが係止される係止部よりも自由端側に被駆動部を配置することで、ワイヤの伸縮に伴う係止部の振動振幅を増幅して、被駆動部を振動させることができる。また、弾性板にワイヤ以外の部材との摩擦が生じることがなく、ワイヤに加えられるエネルギーの劣化が少ない。これらのことにより、被駆動部を、テコ機構での振動効率よりも高い振動効率で振動させられる。また、第１及び第２のワイヤ固定部は、互いを長辺方向に離し、それぞれを長辺部から短辺方向に離せばよく、ワイヤの全長を長くしても短辺方向および長辺方向に垂直な方向（以下、単に幅方向と言う。）でのアクチュエータ装置の寸法を増やす必要が無い。このため、アクチュエータ装置を、弾性板の幅方向に低背化でき、短辺方向および長辺方向に平行な面を取り付け面とすることにより、装置高さを抑えることができる。この場合、弾性板や被駆動部の振動方向が、アクチュエータ装置の取り付け面と平行になるので、弾性板や被駆動部の振動振幅が大きくても、弾性板や被駆動部が他の部材と衝突することを防ぐためのスペースを、アクチュエータ装置の高さ方向に設ける必要が無く、アクチュエータ装置の装置高さを抑えることができる。これらのことから、アクチュエータ装置を薄型化する場合でも、被駆動部を必要とされる振幅で振動させることができる。

ワイヤは、係止部よりも第１のワイヤ固定部側の部分（以下、第１の線状部と言う。）の長さと、係止部よりも第２のワイヤ固定部側の部分（以下、第２の線状部と言う。）の長さと、が略等しいことが好ましい。これにより、第１の線状部と第２の線状部とから弾性板に均等に力が伝わることになり、ワイヤの被駆動部に架け渡される位置が滑ることを抑制して摩擦を減じることができ、振動効率をより高められる。

ワイヤは、第１の線状部が長辺部となす角度と、第２の線状部が長辺部となす角度と、が略等しいことが好ましい。これにより、ワイヤが収縮するとワイヤから弾性板に対して短辺方向に力が作用することになり、被駆動部を効率よく１次モードで屈曲振動させることができ、振動効率をより高められる。また、ワイヤが長辺部となす角度は、２０〜４０度の範囲にあることが好ましい。これにより、ワイヤから弾性板に対して効率的に力を伝達することができ、振動効率をより高められる。

係止部は、長辺方向での屈曲点と自由端との間の中央に設けられていることが好ましい。これにより、ワイヤの全長を長くしても長辺方向でのアクチュエータ装置の寸法を抑制できる。

弾性板は、短辺方向および長辺方向に直交する幅方向の端部に、前記ワイヤが架け渡される突起を備えていることが好ましい。ワイヤを弾性板の幅全体ではなく突起に架けることで、ワイヤを弾性板との接触面積を低減でき、ワイヤと弾性板との摩擦を低減して振動効率をより高められる、また、ワイヤと弾性板との間での熱伝達を抑制してワイヤの応答性を高めることができる。その上、ワイヤを所定の角度で屈曲させる場合にアクチュエータ装置の長辺方向の寸法を抑えることができる。

ワイヤは形状記憶合金からなり、第１及び第２のワイヤ固定部は、ワイヤへの通電端子を兼ねていることが好ましい。これにより別途ワイヤを伸縮させるための手段を設ける必要が無くなり、アクチュエータ装置を簡易な構成にできる。

アクチュエータ装置は、ワイヤへの通電を制御する通電制御部をさらに備え、通電制御部は、ワイヤへの通電周期を、弾性板における１次モードの屈曲振動の固有周期の１／ｎ倍（ｎ＝１、２、３、・・・）に合わせると好適である。これにより、弾性板を共振させて、弾性板に１次モードの屈曲振動を効率的に励起させることができる。

この発明によれば、被駆動部を、テコ機構での振動効率よりも高い振動効率で振動させることができ、ワイヤの全長を長くしても弾性板の幅方向でのアクチュエータ装置の寸法を増やす必要が無い。このため、短辺方向および長辺方向に平行な面をアクチュエータ装置の取り付け面として装置高さを抑えても、被駆動部を必要とされる振幅で振動させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ装置を高さ方向の上側から視た平面図、短辺方向から視た側面図、および長辺方向から視た側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ装置を分解した状態を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ装置を高さ方向の上側から視た平面断面図、および、短辺方向から視た側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ装置の通電態様を示す模式図および屈曲振動を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ装置のワイヤ張り角と、加振力との関係を説明する模式図およびグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ装置の三面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ装置の通電態様について説明する模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータ装置の三面図である。 第１の従来例に係るアクチュエータ装置の側面図および平面図である。 第２の従来例に係るアクチュエータ装置の斜視図である。 第３の従来例に係るアクチュエータ装置の側面断面図である。 第４の従来例に係るアクチュエータ装置の斜視図である。

以下、本発明に係るアクチュエータ装置について、弾性板の幅方向を高さ方向とし、弾性板の長辺方向をアクチュエータ装置の左右方向とし、弾性板の短辺方向をアクチュエータ装置の前後方向として取り付け面が設定されるものを例に説明を行う。

なお、本発明に係るアクチュエータ装置は、弾性板の長辺方向を高さ方向として取り付け面が設定されてもよく、弾性板の短辺方向を高さ方向として取り付け面が設定されてもよい。

以下、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ装置について、図１〜図５を参照して説明する。第１の実施形態に係るアクチュエータ装置１１は、例えば、携帯電話用バイブレータのような、装置高さを抑えて薄型化する必要がある用途で用いられるアクチュエータ装置である。

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ装置１１を高さ方向の上側から視た平面図である。図１（Ｂ）は、アクチュエータ装置１１を前後方向の前側から視た側面図である。図１（Ｃ）は、アクチュエータ装置１１を左右方向の右側から視た側面図である。

アクチュエータ装置１１は、ワイヤ１２と、下部筐体１５と、２つの通電端子１６と、放熱板１７と、を備えている。

下部筐体１５は、上面に開口する内部空間を有する箱状にＰＢＴ等の樹脂を成型したものである。下部筐体１５は、高さ方向に対して垂直な底板１５Ａと、前後方向に対して垂直な側板１５Ｂ，１５Ｃと、左右方向に対して垂直な側板１５Ｄ，１５Ｅと、を備えている。側板１５Ｂは、底板１５Ａの前側端辺から立ち上がっている。側板１５Ｃは、底板１５Ａの後側端辺から立ち上がっている。側板１５Ｄは、底板１５Ａの右側端辺から立ち上がっている。側板１５Ｅは、底板１５Ａの左側端辺から立ち上がっている。放熱板１７は、下部筐体１５の上面を覆って下部筐体１５の内部空間を閉じている。

左右方向に位置する側板１５Ｄ，１５Ｅのそれぞれには窓部１９Ａと溝部１９Ｂが設けられている。窓部１９Ａは、側板１５Ｄ，１５Ｅの放熱板１７に接する面（上面）で左右方向に延びる溝状に形成されており、下部筐体１５の内部空間を外部に連通させている。

溝部１９Ｂは、側板１５Ｄ，１５Ｅの外面、即ち、側板１５Ｄの右側面と側板１５Ｅの左側面で上下方向に延びる溝状に形成されており、両端が側板１５Ｄ，１５Ｅの上面および下面に到達して、窓部１９Ａに接している。

２つの通電端子１６は、導電性の高い金属からなる板状であり、側板１５Ｄ，１５Ｅそれぞれの溝部１９Ｂに嵌め込まれて、下部筐体１５に連結されている。具体的には、ここでは通電端子１６に板厚方向を貫通する複数の穴が設けられており、一方、側板１５Ｄ，１５Ｅそれぞれの溝部１９Ｂには、通電端子１６に対向する突起が設けられており、これらが嵌め合わせられて、通電端子１６が下部筐体１５に接合されている。

ワイヤ１２は、絶縁被覆されたニッケルチタン合金等の形状記憶合金の線材からなり、通電等によって発熱することで所定の長さから縮み、冷却されることで所定の長さに戻る性質を利用するアクチュエータ装置１１の駆動動力源である。このワイヤ１２は、下部筐体１５の内部空間に収められており、その両端が側板１５Ｄ，１５Ｅの窓部１９Ａから外部に引き出されて、それぞれ通電端子１６に機械的および電気的に接続されている。このため、ここでは通電端子１６がワイヤ固定部を兼ねている。なお、ワイヤ１２と通電端子１６との接続は、溶接、はんだ付け、圧着、かしめ、ねじ止め、係止、等の一般的な接続方法で実現することができる。なお、通電端子１６を平板状に構成して、下部筐体１５の側板に接合させることにより、通電端子１６を変形や変位し難くすることができ、通電端子１６にワイヤ１２の収縮が減衰されることを抑制してアクチュエータ装置１１の振動効率を高められる。

図２は、アクチュエータ装置１１を分解した状態を模式的に示す分解斜視図である。

図３（Ａ）は、アクチュエータ装置１１を高さ方向の上側から視た平面断面図であり、図３（Ｂ）にＡ−Ａ’で示す断面を示している。図３（Ｂ）は、アクチュエータ装置１１を前後方向から視た側面断面図であり、図３（Ａ）にＢ−Ｂ’で示す断面を示している。

アクチュエータ装置１１は、弾性板１３と、被駆動部１４と、をさらに備えている。また、下部筐体１５は、窓部１９Ｃと、台座部１９Ｄと、をさらに備えている。

窓部１９Ｃは、側板１５Ｃに設けられた板厚方向に貫通する開口であり、およそ被駆動部１４に対向する位置に設けられており、被駆動部１４の振動により、側板１５Ｃと弾性板１３とが衝突することを防ぐために設けられている。

台座部１９Ｄは、下部筐体１５の内部空間において、側板１５Ｂ，１５Ｅおよび底板１５Ａが成す角部分に設けられており、切込部１９Ｅと、有底孔１９Ｆとが形成されている。切込部１９Ｅは、台座部１９Ｄにおいて高さ方向および前後方向に拡がり、左右方向の間隔が弾性板１３の板厚よりも薄い空間であり、弾性板１３の端部を固定（挟持）するために設けられている。有底孔１９Ｆは、台座部１９Ｄにおいて切込部１９Ｅを左右方向から挟み込むように２つ設けられており、台座部１９Ｄの左右方向での弾性率を抑制して、切込部１９Ｅが弾性板１３の端部を弾性的に固定できるようにするために設けられている。

弾性板１３は、ＳＵＳやリン青銅などのバネ性の高い材料からなる板材をプレス成型することにより、平面視して左右方向を長辺方向とし前後方向を短辺方向とするＬ字形状で一体的に設けられており、その幅方向が底板１５Ａに対してほぼ垂直となるように、底板１５Ａに対して幅方向を立てて設けられている。

また、弾性板１３は、短辺部１３Ａと長辺部１３Ｂと固定部１３Ｃとを備えている。固定部１３Ｃと短辺部１３Ａとは、前後方向に連続して延びる単一の平板状に構成されている。固定部１３Ｃは、弾性板１３の平面視した一端側に設けられており、下部筐体１５に埋め込まれて固定されている。短辺部１３Ａは、固定部１３Ｃから前後方向の後ろ側に延びている。長辺部１３Ｂは、弾性板１３の平面視した他端側に設けられており、短辺部１３Ａから左右方向に屈曲する平板状に構成されている。短辺部１３Ａと長辺部１３Ｂとは、下部筐体１５の底板１５Ａから上方に離れるとともに、放熱板１７から下方に離れるように構成されており、台座部１９Ｄのみを介して下部筐体１５に連結されている。したがって、短辺部１３Ａと長辺部１３Ｂとは、短辺部１３Ａと固定部１３Ｃとの境界に位置する固定端Ａから前後方向の後側に延び、短辺部１３Ａと長辺部１３Ｂとの境界に位置する屈曲点Ｂで左右方向の右側に屈曲し、長辺部１３Ｂの先端に位置する自由端Ｃまで延びるＬ字形状の片持ち梁を構成している。また、短辺部１３Ａと長辺部１３Ｂとは、それぞれの延びる方向の長さ、即ち、短辺部１３Ａの前後方向の長さと長辺部１３Ｂの左右方向の長さを比較して、短辺部１３Ａよりも長辺部１３Ｂのほうが長くなるように定められている。

また、弾性板１３は、係止部１３Ｄを更に備えている。係止部１３Ｄは、ワイヤ１２が架け渡される部位であり、長辺部１３Ｂの高さ方向の上側面で、屈曲点Ｂと自由端Ｃとの中央となる位置に連結されている。この係止部１３Ｄも、プレス成型により長辺部１３Ｂと一体的に構成されており、平面視して前後方向の側面が曲面となり側面視して突起状になるように構成されている。係止部１３Ｄは、平面視して前後方向の側面を曲面とすることにより、また、側面視して突起状とすることにより、ワイヤ１２との接触面積を抑制でき、ワイヤ１２との摩擦を低減して振動効率を高められる、また、ワイヤと弾性板との間での熱伝達を抑制してワイヤ１２の応答性を高めることができる。

なお、係止部１３Ｄは、弾性板１３と別体の部材として形成してから、弾性板１３に接合するようにしてもよいが、ワイヤ１２から駆動に伴う大きな力を受けるので、プレス成型等により弾性板１３と一体的に成型すると、長寿命化の面で好ましい。ただし、係止部１３Ｄを別部材として形成する場合でも、係止部１３Ｄを樹脂のようなワイヤ１２との接触面に潤滑性を持たせることができる材料で構成する場合には、ワイヤ１２との摩擦を低減できるため、振動効率の面では好ましい。

被駆動部１４は、ここでは振動を大きくするための錘として設けられている。被駆動部１４は、長辺部１３Ｂの前後方向の前側の側面に取り付けられている。被駆動部１４の取り付け位置は、長辺部１３Ｂにおける係止部１３Ｄの形成位置よりも自由端Ｃ側に定められている。被駆動部１４も、下部筐体１５の底板１５Ａから上方に離れるとともに、放熱板１７から下方に離れるように構成されており、弾性板１３のみを介して下部筐体１５に連結されている。この被駆動部１４は、タングステンなど高比重の材料からなると、弾性板１３の自由端Ｃにおける振動振幅を大きくすることができ望ましい。また、被駆動部１４は、ここでは、はんだ１３Ｅによる点接合により、長辺部１３Ｂに接合されている。被駆動部１４を長辺部１３Ｂに点接合することにより、ワイヤ１２によって弾性板１３が加振される係止部１３Ｄ（力点）から、弾性板１３から被駆動部１４に振動を伝えるはんだ１３Ｅ（作用点）までの距離を離すことができる。これにより、係止部１３Ｄ（力点）での振動が、はんだ１３Ｅ（作用点）を介して被駆動部１４に増幅されて伝わる増幅率を大きくすることができる。

ワイヤ１２は、前述したように下部筐体１５の外側で両端が通電端子１６に接続されており、窓部１９Ａを通過して下部筐体１５の内部空間に引き込まれている。そして、ワイヤ１２は、下部筐体１５の内部空間で係止部１３Ｄに架け渡されて、通電端子１６間に張られている。ここでは、係止部１３Ｄを、前後方向で２つの通電端子１６よりも後方に配置し、左右方向で２つの通電端子１６の中央に配置することにより、ワイヤ１２を、平面視してＶ字状に張るようにしている。また、係止部１３Ｄを、高さ方向で側板１５Ｄ，１５Ｅに設けられる窓部１９Ａと同じ高さになるように配置することにより、ワイヤ１２を、側面視して、高さ方向には延びずに面方向にのみ延びるように張っている。

図４（Ａ）は、アクチュエータ装置１１の通電態様について説明する模式図である。

アクチュエータ装置１１は、通電制御部１８をさらに備えている。通電制御部１８は、通電端子１６を介して、ワイヤ１２の両端に接続されており、ワイヤ１２への通電を制御する。

より具体的には、携帯電話用バイブレータの場合には、人体が振動を感知し易い周波数帯である１００Ｈｚ〜３００Ｈｚ程度で振動することが好ましい。そこで通電制御部１８は、パルス信号を１００Ｈｚ〜３００Ｈｚの通電周期で出力する。そして、１００Ｈｚ〜３００Ｈｚ程度で効率的に被駆動部１４を振動させるために、ワイヤ１２と弾性板１３からなる振動系の固有周期を、パルス信号の通電周期と同じまたは整数倍として共振を生じさせることが好ましい。

図４（Ｂ）は、アクチュエータ装置１１の屈曲振動を説明する模式図である。

通電端子１６を介してワイヤ１２が通電されると、ワイヤ１２が発熱して、ワイヤ１２が加熱されていく。ワイヤ１２が一定温度よりも加熱されると、ワイヤ１２の長さが収縮する。これにより、ワイヤ１２が架け渡される係止部１３Ｄを介して長辺部１３Ｂに、短辺方向、即ち、前後方向に沿って前側に向かうような力が作用する。これにより長辺部１３Ｂが前後方向に沿って前側に撓む。

また、通電端子１６を介したワイヤ１２への通電が停止されると、ワイヤ１２の発熱が止まり、ワイヤ１２が冷却されていく。ワイヤ１２が一定温度まで冷却されると、ワイヤ１２が所定の長さに戻る。これにより、ワイヤ１２が架け渡されている係止部１３Ｄを介して長辺部１３Ｂに作用していた力が低減し、長辺部１３Ｂの弾性によって長辺部１３Ｂが後側に戻り、今度は慣性力の作用で後側に撓む。

したがって、ワイヤ１２への通電と通電停止とを繰り返すことにより、弾性板１３の長辺部１３Ｂが屈曲振動することになる。長辺部１３Ｂに励起する屈曲振動は、主として１次モードの屈曲振動となる。１次モードの屈曲振動は、弾性板１３の厚みの逆数に比例し、かつ、各領域の長さの２乗に比例する大きさの振動振幅となる。このため、ワイヤ１２の収縮により長辺部１３Ｂの係止部１３Ｄに引き起こされる変位は、係止部１３Ｄよりも自由端Ｃ側に離れる位置に連結される被駆動部１４に伝わる際に、屈曲点Ｂから係止部１３Ｄまでの距離と、屈曲点Ｂから被駆動部１４までの距離との比よりも大きく拡大される。これにより、弾性板１３において高い振動効率を実現できる。

なお、仮に係止部１３Ｄを自由端Ｃに近い位置に設けた場合には、屈曲点Ｂから係止部１３Ｄまでの距離に対する、屈曲点Ｂから被駆動部１４までの距離の比を大きくすることができない。すると、係止部１３Ｄの変位量に対して被駆動部１４の変位量が拡大される割合を大きくすることができず、振動効率が低下してしまう。このため、係止部１３Ｄを長辺部１３Ｂの中央に連結することで、係止部１３Ｄを自由端Ｃに近づける場合よりも、振動効率を高められる。また、係止部１３Ｄは、屈曲点Ｂと自由端Ｃとの中央となる位置で長辺部１３Ｂに連結されることで、左右方向、即ち長辺方向での長辺部１３Ｂとワイヤ１２との重なりを最大化でき、長辺方向でのアクチュエータ装置１１の寸法を抑制できる。また、仮に係止部１３Ｄを屈曲点Ｂに近い位置に設けた場合には、弾性板１３の剛性にもよるが、１次モードの屈曲振動よりも振動効率が低い高次モードの屈曲振動が生じ易くなる。このため、係止部１３Ｄを長辺部１３Ｂの中央に連結することで、係止部１３Ｄを屈曲点Ｂに近づける場合よりも、１次モードの屈曲振動をより確実に生じさせることができる。

さらには、弾性板１３には、ワイヤ１２以外の部材との摩擦が生じることがない。そして、ワイヤ１２を弾性板１３の幅全体ではなく係止部１３Ｄに架けることでワイヤ１２と弾性板１３との摩擦も小さい。したがって、ワイヤ１２に加えられるエネルギーの一部が、摩擦によって消費されることがほとんど無く、振動効率の低下が殆ど引き起こされない。したがって、このことによっても弾性板１３において高い振動効率を実現できる。また、ワイヤ１２と弾性板１３との摩擦が少ないために、ワイヤ１２が摩耗によって短寿命となることを防ぐことができる。その上、ワイヤ１２は高さ方向に傾ける張る必要が無いため、ワイヤ１２の全長を長くしてワイヤ１２の収縮量を増大させるような場合でも、高さ方向でのアクチュエータ装置１１の寸法を増やす必要が無い。このため、アクチュエータ装置１１の装置高さを抑えることができる。逆にいえば、アクチュエータ装置１１を低背化する場合でも、ワイヤ１２の全長を短くする必要が無く、ワイヤ１２の収縮量を維持することができる。

次に、ワイヤの張り方の影響について説明する。

図５（Ａ）は、アクチュエータ装置１１のワイヤ張り方を説明する模式図である。

ここで、ワイヤ１２において、係止部１３Ｄよりも左右方向の左側の部分を第１の線状部１２Ａと称する。また、ワイヤ１２において、係止部１３Ｄよりも左右方向の右側の部分を第２の線状部１２Ｂと称する。

第１の線状部１２Ａの長さをＬ１、第２の線状部１２Ｂの長さをＬ２とすると、仮に、長さＬ１と長さＬ２とが大きく異なる場合には、ワイヤ１２を収縮させると、ワイヤ１２と係止部１３Ｄとの接触面で、第１の線状部１２Ａと第２の線状部１２Ｂとのうちの、収縮量がより大きい線状部側にワイヤ１２の滑りが生じてしまう。このような滑りが生じると、ワイヤ１２と係止部１３Ｄとの接触面での摩擦により振動効率が低下してしまう。そのため、第１の線状部１２Ａと第２の線状部１２Ｂとはそれぞれの長さＬ１，Ｌ２を一致させることが望まれる。この場合には、ワイヤ１２を収縮させる際に、第１の線状部１２Ａで生じる収縮量と第２の線状部１２Ｂで生じる収縮量とが等しくなり、係止部１３Ｄに第１の線状部１２Ａと第２の線状部１２Ｂとから均等に力が伝わり、ワイヤ１２と係止部１３Ｄとの接触面でワイヤ１２の滑りが殆ど生じず、摩擦を減じて振動効率を高めることができる。

また、第１の線状部１２Ａと第２の線状部１２Ｂとはそれぞれの長さＬ１，Ｌ２を一致させる場合には、第１の線状部１２Ａと長辺部１３Ｂとがなす角度をθ１、第２の線状部１２Ｂと長辺部１３Ｂとがなす角度をθ２として、仮に、角度θ１と角度θ２とが大きく異なる場合には、ワイヤ１２が収縮する際に、係止部１３Ｄに第１の線状部１２Ａと第２の線状部１２Ｂとから伝わる力の合力が、長辺部１３Ｂに対して垂直な方向からずれてしまう。すると、ワイヤ１２から係止部１３Ｄに伝わる力によって長辺部１３Ｂを効率的に屈曲振動させることが難しくなる。そのため、この場合には、第１の線状部１２Ａと第２の線状部１２Ｂとが長辺部１３Ｂとがなす角度θ１，θ２を一致させることが望まれる。すると、ワイヤ１２を収縮させる際に、線状部１２Ａ，１２Ｂから係止部１３Ｄに伝わる合力を、長辺部１３Ｂに対して垂直な方向に近付けることができ、長辺部１３Ｂを効率的に屈曲振動させることができる。

また、第１の線状部１２Ａと第２の線状部１２Ｂとが長辺部１３Ｂとがなす角度θ１，θ２が一致する角度θである場合、Ｖ字状に張ったワイヤ１２が長辺部１３Ｂとなす角度θを加味して換算した、短辺方向でのワイヤ１２の換算バネ定数は、ワイヤ１２の張り角θの関数となり、ワイヤ１２の換算バネ定数と係止部１３Ｄの変位量との積で表わされる力が、ワイヤ１２から係止部１３Ｄに伝わる。この力は、ワイヤ１２の張り角θに大きく影響を受けるので、ワイヤ１２の張り角θを適切に設定することで、ワイヤ１２から係止部１３Ｄに伝わる力を大きくして、弾性板１３および被駆動部１４を効率的に振動させることができる。ここで、ワイヤ１２の張り角θに対する係止部１３Ｄにワイヤ１２から伝わる力（加振力）との関係を説明する。図５（Ｂ）は、ワイヤ１２の張り角θと、係止部１３Ｄにワイヤ１２から伝わる力（加振力）との関係を例示するグラフである。

ワイヤ１２の張り角θが３０度の角度の場合に、係止部１３Ｄにワイヤ１２から伝わる力が最も大きくなり、ワイヤ１２の張り角θが３０度から小さくなるにつれて、ワイヤ１２のバネとしての力が弾性板１３のバネとしての力に負けて、ワイヤ１２から係止部１３Ｄに伝わる力が小さくなる。また、逆にワイヤ１２の張り角θが３０度から大きくなるにつれて、ワイヤ１２の収縮量に対する係止部１３Ｄの短辺方向での変位量が小さくなり、やはり、ワイヤ１２から係止部１３Ｄに伝わる力が小さくなる。このようなワイヤ１２の張り角θと、係止部１３Ｄにワイヤ１２から伝わる力との関係は、角度θ１，θ２が等しい場合には常になりたつものであり、ワイヤ１２の張り角θは１０〜４５度とすることにより、より好適には２０〜４０度とすることにより、ワイヤ１２から弾性板１３に対して効率的に力を伝達することができ、高い振動効率を実現することができる。

以上に説明したように、本実施形態のアクチュエータ装置１１は構成することができる。なお、弾性板１３を、短辺部１３Ａ側の端部で底板１５Ａに固定する方法としては、上述のように台座部１９Ｄを設けて切込部１９Ｅで挟持するようにする他、底板１５Ａ自体に切込部を設け、弾性板１３に高さ方向に延びる舌状の部位を設け、両者を嵌め合わせるようにしてもよく、弾性板１３端部を、接着剤や基板との熱溶着により固定するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ装置について説明する。

図６（Ａ）は、第２の実施形態に係るアクチュエータ装置２１を高さ方向の上側から視た平面断面図である。図６（Ｂ）は、アクチュエータ装置２１を前後方向の前側から視た側面断面図である。図６（Ｃ）は、アクチュエータ装置２１を、左右方向の右側から視た側面断面図である。

このアクチュエータ装置２１は、ワイヤ２２と、弾性板２３と、被駆動部２４と、筐体２５と、２つの通電端子２６と、を備えている。また、アクチュエータ装置２１は、弾性板２３に接続されている通電端子２７をさらに備えている。弾性板２３は、固定端の近傍に高さ方向の下側に延びる舌状の部位を設けられている。筐体２５は、底板に弾性板２３の舌状の部位を通過させる切欠部が設けられている。そして、弾性板２３の固定端側の舌状の部位を、筐体２５の切欠部に挿入することにより、弾性板２３を筐体２５に固定している。そして、筐体２５の下面から突出する弾性板２３の舌状の部位を通電端子２７としている。

図７は、アクチュエータ装置２１の通電態様について説明する模式図である。

アクチュエータ装置２１は、通電制御部２８を備えている。ワイヤ２２が接続されている２つの通電端子２６は、共にグランドに接地されている。弾性板２３が接続されている通電端子２７は、通電制御部２８から電圧が印加されるように構成されている。

即ち、この構成では、ワイヤ２２の全体の抵抗成分ではなく、第１の線状部２２Ａの抵抗成分と第２の線状部２２Ｂの抵抗成分との並列回路に、通電制御部２８から弾性板２３を介して電圧を印加している。

したがって、このアクチュエータ装置２１では、通電制御部２８の出力電圧を低電圧化してもワイヤ２２を十分な発熱量で発熱させることができ、被駆動部２４での振動振幅を損なうことなく出力電圧を低電圧化できる。または、通電制御部２８の出力電圧を低電圧化せずに利用すると電流量が増大するために、ワイヤ２２の昇温速度を速めることができ、駆動応答性を高めることができる。

なお、この構成では、弾性板において応力が集中し易い固定端近傍での弾性板の剛性を高めるために、弾性板の固定端近傍に補強部を設けるとより好適である。

図８は、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータ装置３１を高さ方向の上側から視た平面断面図である。図８（Ｂ）は、アクチュエータ装置３１を前後方向の前側から視た側面断面図である。図８（Ｃ）は、アクチュエータ装置３１を、左右方向の右側から視た側面断面図である。

このアクチュエータ装置３１は、ワイヤ３２と、弾性板３３と、被駆動部３４と、筐体３５と、２つの通電端子３６と、を備えている。そして、本実施形態のアクチュエータ装置３１は、ワイヤ３２の位置を弾性板３３に対する高さ方向の上側でなく下側としている。より具体的には、係止部３３Ｄを、弾性板３３の上面では無く下面に設け、通電端子３６の高さを係止部３３Ｄの位置に合わせて低くし、ワイヤ３２を、係止部３３Ｄに掛け渡した状態で２つの通電端子３６間に張らせている。

このように、ワイヤ３２の位置を筐体３５の通電端子３６が設けられる下面側に近付けることにより、通電端子３６の高さを低くすることができる。すると、通電端子３６を変形や変位し難くすることができ、通電端子３６にワイヤ３２の収縮が減衰されることを抑制してアクチュエータ装置３１の振動効率を高められる。

以上の各実施形態の説明では、通電端子がワイヤ固定部を兼ねる構成を例としたが、通電端子とワイヤ固定部とが別に構成されていてもよい。

Ａ…固定端
Ｂ…屈曲点
Ｃ…自由端
１１，２１，３１…アクチュエータ装置
１２，２２，３２…ワイヤ
１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ…線状部
１３，２３，３３…弾性板
１３Ａ…短辺部
１３Ｂ…長辺部
１３Ｃ…固定部
１３Ｄ，３３Ｄ…係止部
１４，２４，３４…被駆動部
１５，２５，３５…筐体（下部筐体）
１５Ａ…底板
１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ…側板
１６，２６，３６…通電端子（ワイヤ固定部）
１７…放熱板
１８…通電制御部
１９Ａ…窓部
１９Ｂ…溝部
１９Ｃ…窓部
１９Ｄ…台座部
１９Ｅ…切込部
１９Ｆ…有底孔

Claims (9)

1. 固定端から屈曲点まで延びる短辺部と、前記屈曲点で前記短辺部から屈曲して自由端まで延びる長辺部と、前記長辺部の前記屈曲点と前記自由端との間に設けられる係止部と、を有する弾性板と、
   前記長辺部における前記係止部よりも前記自由端側の位置に連結されている被駆動部と、
   互いに前記長辺部の延びる方向に離れるとともに、それぞれが前記短辺部の延びる方向に前記長辺部から離れている第１及び第２のワイヤ固定部と、
   前記係止部に架け渡されて前記第１のワイヤ固定部と前記第２のワイヤ固定部との間に張られている、収縮可能なワイヤと、
   を備えるアクチュエータ装置。
2. 前記ワイヤは、前記係止部よりも前記第１のワイヤ固定部側の第１の線状部と、前記係止部よりも前記第２のワイヤ固定部側の第２の線状部と、を備える、
   請求項１に記載のアクチュエータ装置。
3. 前記ワイヤは、前記第１の線状部の長さと、前記第２の線状部の長さとが略等しい、
   請求項２に記載のアクチュエータ装置。
4. 前記ワイヤは、前記第１の線状部が前記長辺部となす角度と、前記第２の線状部が前記長辺部となす角度と、が略等しい、
   請求項２または３に記載のアクチュエータ装置。
5. 前記ワイヤが前記長辺部となす角度は、２０〜４０度の範囲にある、
   請求項４に記載のアクチュエータ装置。
6. 前記係止部は、前記長辺部の延びる方向での前記屈曲点と前記自由端との間の中央に設けられている、
   請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
7. 前記弾性板は、前記短辺部の延びる方向および長辺部の延びる方向に直交する幅方向の端部に、前記ワイヤが架け渡される突起を備える、
   請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
8. 前記ワイヤは形状記憶合金からなり、前記第１及び第２のワイヤ固定部は、前記ワイヤへの通電端子を兼ねる、
   請求項１〜７のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
9. 前記ワイヤへの通電を制御する通電制御部をさらに備え、
   前記通電制御部は、前記ワイヤへの通電周期を、前記弾性板における１次モードの屈曲振動の固有周期の１／ｎ倍（ｎ＝１、２、３、・・・）に合わせる、
   請求項１〜８のいずれかに記載のアクチュエータ装置。

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