JP2015157277A - vibration actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動を発生させる振動アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a vibration actuator that generates vibration.
携帯電話,携帯情報端末などの携帯型電子機器は、着信やアラームなどの信号発生を音を発することなく携帯者に伝える振動発生機能を備えており、この機能を発揮するために、携帯型電子機器には振動アクチュエータが内蔵されている。 Portable electronic devices such as mobile phones and personal digital assistants are equipped with a vibration generation function that conveys signal generation such as incoming calls and alarms to the user without making a sound. The device has a built-in vibration actuator.
このような携帯型電子機器に内蔵される振動アクチュエータとして、リニア共振アクチュエータ(LRA:Linear Resonant Actuator)が知られている(下記特許文献1参照)。LRAは、ばねで吊した分銅の固有振動数に等しい交流電流を巻線に通電することにより磁石との相互作用で分銅を直線方向に往復直線振動させるものである。振動アクチュエータとしては、軸に偏芯分銅を着けて振れ回りの振動を得るDCモータ型のもの(ERM:Eccentric Rotating Mass)も知られている(下記特許文献2参照)が、LRAは、ERMのような接点整流子を持たないので、信頼性や耐久性が高く、着信アラームに加えてタッチパネルのハプティックスも兼用するような動作頻度が高い用途に適している。
As a vibration actuator built in such a portable electronic device, a linear resonance actuator (LRA: Linear Resonant Actuator) is known (see
LRAの振動値は可動子質量とその振動振幅で決まるので、携帯型電子機器に内蔵するために限られたスペースで最大の振動値を得ようとすると、筐体の内部空間寸法の最大範囲まで振動振幅を設定することになり、可動子と筐体との接触が避けられない。可動子と筐体が接触すると、その際の衝突音や衝突が原因のビビリ音が発生することになり、無音で携帯者に信号発生を伝えるために設けられている振動アクチュエータの本来の目的を達成できない問題が生じる。 Since the vibration value of the LRA is determined by the mass of the mover and its vibration amplitude, when trying to obtain the maximum vibration value in a limited space for incorporation in a portable electronic device, the maximum range of the internal space dimension of the housing is reached. The vibration amplitude is set, and the contact between the mover and the housing is inevitable. When the mover and the housing come into contact with each other, a collision sound at that time and a chatter sound due to the collision are generated, and the original purpose of the vibration actuator provided to transmit the signal generation to the user without sound is reduced. Problems that cannot be achieved.
これに対しては、発生音を和らげるクッション材を可動子と筐体の間に設けることが一般になされているが、発生音を完全に消すことはできず、本質的な解決策にはなり得ない。また、構造上接触を回避しようとすると、可動子の振幅を筐体の内部空間に対して小さくするか、或いは可動子の振幅に対して筐体を大きくすることになり、より小型でより大きな振動振幅を得たいという要求を満たすことができなくなる。 For this, a cushioning material that softens the generated sound is generally provided between the mover and the housing, but the generated sound cannot be completely eliminated and can be an essential solution. Absent. Further, when trying to avoid contact in terms of structure, the amplitude of the mover is reduced with respect to the internal space of the casing, or the casing is increased with respect to the amplitude of the mover, which is smaller and larger. The request to obtain vibration amplitude cannot be satisfied.
本発明は、このような事情に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、高い信頼性や耐久性を得るために接点整流子を持たないLRAの利点を生かしながら、原理的に可動子と筐体との衝突が起こらない機構とすることで、より小型でより大きな振動振幅が得られる振動アクチュエータを提供すること、等が本発明の目的である。 This invention makes it an example of a subject to cope with such a situation. In other words, by taking advantage of the LRA that does not have a contact commutator in order to obtain high reliability and durability, in principle, a mechanism that does not cause a collision between the mover and the housing can be made smaller and larger. It is an object of the present invention to provide a vibration actuator capable of obtaining vibration amplitude.
このような目的を達成するために、本発明による振動アクチュエータは、明細書に記載された幾つかの発明のうち以下の構成を具備するものである。
軸回りに回転自在に支持された磁石と、該磁石と一体に回転自在に支持された分銅と、前記磁石と前記分銅の回転を弾性自在に支持する弾性支持部材とを備える可動子と、前記可動子の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給されるコイルと、該コイルに流れる交流電流によって磁極を変化させて前記磁石に異なる方向の回転トルクを交互に付与する磁極部材とを備え、前記可動子を前記軸回りに往復回転振動させることを特徴とする振動アクチュエータ。
In order to achieve such an object, a vibration actuator according to the present invention comprises the following configurations among several inventions described in the specification.
A mover comprising: a magnet rotatably supported around an axis; a weight rotatably supported integrally with the magnet; and an elastic support member that elastically supports rotation of the magnet and the weight; A coil to which an alternating current having a frequency equivalent to the resonance frequency of the mover is supplied, and a magnetic pole member that alternately applies a rotational torque in different directions to the magnet by changing the magnetic pole by the alternating current flowing through the coil, A vibration actuator characterized in that the movable element is reciprocally rotated around the axis.
本発明の実施形態に係る振動アクチュエータは、可動子を軸回りに往復回転振動させることで、振動振幅を最大にしてこの振動振幅にばらつきが生じた場合にも可動子の振動が一定の空間内に収まるようにしている。これによって、可動子がその周囲の筐体に接触して衝突音やビビリ音が発生することを原理的に防止している。また、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータは、磁石に異なる方向の回転トルクを交互に付与することで可動子を往復回転振動させる駆動部を、可動子の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給されるコイルと、コイルに流れる交流電流によって磁極を変化させる磁極部材によって構成している。これによって、ERMのように接点を持つ整流子と比較して高い信頼性と耐久性を得ることができる。 The vibration actuator according to the embodiment of the present invention causes the mover to reciprocate and vibrate around the axis, thereby maximizing the vibration amplitude, and even when the vibration amplitude varies, the vibration of the mover is in a constant space. To fit in. As a result, it is possible in principle to prevent the mover from coming into contact with the surrounding casing and generating collision noise and chatter noise. In addition, the vibration actuator according to the embodiment of the present invention provides an AC current having a frequency equivalent to the resonance frequency of the mover by causing the drive unit to reciprocally rotate the mover by alternately applying rotational torque in different directions to the magnet. And a magnetic pole member that changes the magnetic pole by an alternating current flowing through the coil. As a result, high reliability and durability can be obtained as compared with a commutator having contacts such as ERM.
このような特徴を有する本発明の実施形態に係る振動アクチュエータは、高い信頼性や耐久性を得るために接点整流子を持たないLRAの利点を生かしながら、原理的に可動子と筐体との衝突が起こらない機構とすることで、より小型でより大きな振動振幅が得られる振動アクチュエータを提供することができる。 The vibration actuator according to the embodiment of the present invention having such a feature can be used in principle between the mover and the housing while taking advantage of the LRA having no contact commutator in order to obtain high reliability and durability. By adopting a mechanism that does not cause a collision, it is possible to provide a vibration actuator that is smaller and can obtain a larger vibration amplitude.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの全体構成を示した説明図((a)が分解斜視図、(b)が外観側面図)であり、図2は本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの断面図を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view ((a) is an exploded perspective view and (b) is an external side view) showing an overall configuration of a vibration actuator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an embodiment of the present invention. Sectional drawing of the vibration actuator concerning is shown.
振動アクチュエータ1は、軸P回りに回転自在に支持された磁石2と、磁石2と一体に回転自在に支持された分銅3と、磁石2と分銅3の回転を弾性自在に支持する弾性支持部材4とを備えた可動子10を具備している。図示の例では、可動子10でもある回転軸11が一対の軸受12,13にて回転自在に支持されており、この回転軸11に沿って磁石2と分銅3と弾性支持部材4が並べて配置され、磁石2と分銅3は回転軸11に固定されている。また、弾性支持部材4としてのねじりコイルバネの一端が分銅3に固定されその他端が軸受12を介して筐体に固定されており、可動子10は、後述する駆動部の無通電時には弾性支持部材4であるねじりコイルバネに吊られた状態で往復回転運動が可能な状態になっている。
The
可動子10を軸P回りに往復回転振動させる駆動部20は、可動子10の一部でもある磁石2とコイル5と磁極部材6によって構成される。コイル5には、コイル5の引出端子51に接続される交流電流発生源21から可動子10の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給される。可動子10の共振周波数は、可動子10のイナーシャJと弾性支持部材4のねじり方向のバネ定数kによって決まる固有振動周波数f0であり、f0=(1/2π)・(k/J)1/2によって算出することができる。磁極部材6は、磁石2の磁極に対向する複数の磁極片60A,60Bを備えており、コイル5に流れる交流電流によって磁極を変化させて磁石2に異なる方向の回転トルクを交互に付与するものである。
The
コイル5は、回転軸11が貫通する筒部50Aを有するコイル保持部材50に保持されており、筒部50Aに巻かれることで回転軸11(軸P)の周りに巻回されている。このコイル5は、磁石2と対向する磁極片60A,60Bを有する磁極部材6(クローポール6A,6B)のコイル収容部61A,61B内に収容されることで、磁極部材6が形成するドーナツ状の磁気回路内に入っており、コイル5に電流を流すことで磁極片60A,60Bに異なる磁極が誘起されるようになっている。
The
図示の例では、2つの磁極部材6(クローポール6A,6B)は、それぞれの磁極片60A,60Bをコイル保持部材50の筒部50Aの内側に挿入固定することで、磁極部材6がコイル保持部材50を支持している。また、磁石2と分銅3が固定された回転軸11を支持する軸受12,13はそれぞれ軸受ケース14,15に固定され、この軸受ケース14,15が磁極部材6(クローポール6A,6B)に溶接などで固定されている。ここで、軸受ケース14は、内部に分銅3と弾性支持部材4を収容する空間を備えた筐体になっており、この軸受ケース14内の空間が分銅3の振動空間になっている。
In the illustrated example, the two magnetic pole members 6 (
分銅3は、平面視半円状の偏芯錘であってその外周面が筐体である軸受ケース14の内面に沿って回転振動するものであるが、回転軸11回りに回転振動している限り振動振幅が変化しても分銅3と筐体である軸受ケース14とが接触することはない機構になっている。
The
図3は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの駆動部の動作を示している。(a)が無通電状態、(b)がコイルに流れる電流方向が+の場合、(c)がコイルに流れる電流方向が−の場合をそれぞれ示している。図示の例では、円柱状の磁石2は直径方向に1極着磁されており、軸P回りに異なる磁極を備えている。これに限らず、磁石2は周方向に沿って複数極に着磁されているものであってもよい。これに対して、磁石2の磁極に対向した複数の磁極片60A,60Bが磁石2の外周に沿って近接配置されている。(a)に示した無通電状態では、磁極片60A,60Bは着磁していないが、コイル5に電流を流すことによって磁極片60A,60Bが互いに異なる磁極に着磁され、コイル5に交流電流を流すことで、(b),(c)に示すように、電流方向の正負によって磁極片60A,60Bの極性が反転する。この磁極片60A,60Bにおける極性の反転によって磁石2に作用する回転トルクの方向が反転することになり、可動子10を軸P回りに往復回転振動させる。
FIG. 3 shows the operation of the drive unit of the vibration actuator according to the embodiment of the present invention. (A) is a non-energized state, (b) is the case where the direction of current flowing through the coil is +, and (c) is the case where the direction of current flowing through the coil is-. In the illustrated example, the cylindrical magnet 2 is magnetized in one pole in the diametrical direction and has different magnetic poles around the axis P. Not limited to this, the magnet 2 may be magnetized with a plurality of poles along the circumferential direction. On the other hand, a plurality of magnetic pole pieces 60 </ b> A and 60 </ b> B facing the magnetic pole of the magnet 2 are arranged close to each other along the outer periphery of the magnet 2. In the non-energized state shown in (a), the
図4は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータにおける駆動部の他の形態例を示している。この例では、磁石2は、前述した実施形態と同様に、回転軸11に固定され直径方向に1極又は多極に着磁された円柱状磁石であるが、磁極部材6が磁石2を囲む環状であって、磁石2の外周に向けて突出した複数の磁極片60P,60Xを備えている。この磁極片60P,60Xには個別にコイル5P,5Xが互いに逆向きに巻かれている。このコイル5P,5Xに交流電流を流すことで、電流方向の正負によって磁極片60P,60Xの極性が反転する。この磁極片60P,60Xにおける極性の反転によって磁石2に作用する回転トルクの方向が反転することになり、可動子10を軸P回りに往復回転振動させる。
FIG. 4 shows another example of the drive unit in the vibration actuator according to the embodiment of the present invention. In this example, the magnet 2 is a cylindrical magnet fixed to the
図5は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータにおける他の形態例を示している。この例は、磁石2(或いは可動子10)の回転を弾性自在に支持する弾性支持部材4をぜんまいばね4Aにしている。全体構成の断面図を(a)に示し、ぜんまいばね4Aの構成を(b)に示すが、図2に示した例と同一の部位には同一符号を付して重複説明を省略する。ぜんまいばね4Aは薄板状の弾性部材を渦巻き状に巻いたものであり、回転軸11の一方向の回転に対して捻り弾性を付与するように、その内端部4A1が回転軸11に固定され、その外端部4A2が軸受12に固定されている。
FIG. 5 shows another example of the vibration actuator according to the embodiment of the present invention. In this example, the
弾性支持部材4としてぜんまいばね4Aを用いた振動アクチュエータ1は、ぜんまいばね4Aが回転方向以外の向きに高い剛性を有することで、回転軸11の回転に対して歪み無く捻れ、弾性支持部材4のエネルギーロスが少なく安定した回転振動を得ることができる。なお、図5には、ぜんまいばね4Aの外端部4A2を軸受12に固定する例を示したが、外端部4A2は軸受12を支持する筐体(軸受ケース14)に固定してもよい。ぜんまいばね4Aの外端部4A2は、軸受12或いは軸受ケース14との固定を図るために回転軸11に沿って延設されている。
In the
図6は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータを備えた携帯型電子機器を示している。携帯電話や携帯情報端末のような携帯型電子機器100は、薄型化の要求が高く、それに内蔵される振動アクチュエータ1は制限された設置占有スペースに対応できるような小型でありながら大きな振動振幅を有するものが要求されている。本発明の実施形態に係る振動アクチュエータ1は、接点整流子を持たないことで、高い信頼性や耐久性を備えており、原理的に可動子10と筐体との衝突が起こらない機構であるから、衝突音などの異音の発生を抑え、より小型でより大きな振動振幅を得ることが可能になる。このような特徴を有する振動アクチュエータ1を備える携帯型電子機器100は、着信やアラームなどの信号発生を振動によって携帯者に伝える際に、音発生を最小限に抑えることができると共に大きな振動振幅で確実な信号伝達が可能になる。また、携帯型電子機器100の更なる薄型化を可能にすることができる。
FIG. 6 shows a portable electronic device including the vibration actuator according to the embodiment of the present invention. The portable
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the design can be changed without departing from the scope of the present invention. Is included in the present invention. In addition, the above-described embodiments can be combined by utilizing each other's technology as long as there is no particular contradiction or problem in the purpose and configuration.
1:振動アクチュエータ,2:磁石,3:分銅,
4:弾性支持部材(ねじりコイルバネ),4A:ぜんまいばね,
5:コイル,50:コイル保持部材,
50A:筒部,51:引出端子,
6:磁極部材,6A,6B:クローポール,60A,60B:磁極片,
61A,61B:コイル収容部,
10:可動子,11:回転軸,12,13:軸受,
14,15:軸受ケース(筐体),
20:駆動部,21:交流電流発生源,
P:軸
1: Vibration actuator, 2: Magnet, 3: Weight
4: Elastic support member (torsion coil spring), 4A: Mainspring spring,
5: Coil, 50: Coil holding member,
50A: cylinder part, 51: drawer terminal,
6: Magnetic pole member, 6A, 6B: Claw pole, 60A, 60B: Magnetic pole piece,
61A, 61B: coil housing part,
10: mover, 11: rotating shaft, 12, 13: bearing,
14, 15: bearing case (housing),
20: Drive unit, 21: AC current source,
P: axis
Claims (5)
前記可動子の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給されるコイルと、
該コイルに流れる交流電流によって磁極を変化させて前記磁石に異なる方向の回転トルクを交互に付与する磁極部材とを備え、
前記可動子を前記軸回りに往復回転振動させることを特徴とする振動アクチュエータ。 A mover comprising: a magnet rotatably supported around an axis; a weight that is rotatably supported integrally with the magnet; and an elastic support member that elastically supports rotation of the magnet and the weight;
A coil to which an alternating current having a frequency equivalent to the resonance frequency of the mover is supplied;
A magnetic pole member that alters magnetic poles by alternating current flowing through the coil and alternately applies rotational torque in different directions to the magnet,
A vibration actuator characterized in that the movable element is reciprocally rotated around the axis.
前記磁極部材は、前記磁石の磁極に対向する複数の磁極片を有することを特徴とする請求項1記載の振動アクチュエータ。 The magnet includes different magnetic poles around the axis,
The vibration actuator according to claim 1, wherein the magnetic pole member has a plurality of magnetic pole pieces facing the magnetic pole of the magnet.
前記磁石と前記分銅が前記回転軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の振動アクチュエータ。 A rotating shaft supported rotatably by a pair of bearings,
The vibration actuator according to claim 1, wherein the magnet and the weight are arranged along the rotation axis.
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