JP2017209657A

JP2017209657A - 振動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2017209657A
Application number: JP2016106477A
Authority: JP
Inventors: 慎小田島; Shin Odajima
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: US20190372446A1; WO2017203890A1; JP6803685B2; US10680501B2

Abstract

【課題】一つの振動アクチュエータで他種類の振動感覚を与えることができるようにする。
【解決手段】振動アクチュエータ１は、枠体２と、枠体２内に一端側が支持され他端側が一軸方向に沿って振動自在な第１バネ３と、枠体２内に一端側が支持され他端側が一軸方向に沿って振動自在な第２バネ４と、第１バネ３の他端側に接続される第１の錘５と、第２バネ４の他端側に接続される第２の錘６とを備え、第１の錘５には一軸方向に突出するマグネット部７が設けられ、第２の錘６にはマグネット部７の周りに巻回されたコイル８が設けられ、コイル８には、第１バネ３のバネ定数と第１の錘５の質量で設定される第１共振周波数ｆ１と、第２バネ４のバネ定数と第２の錘６の質量で設定される第２共振周波数ｆ２の一方の周波数の駆動電流が通電される。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動アクチュエータに関するものである。

振動アクチュエータ（或いは振動モータ）は、携帯電子機器に内蔵され、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装置として広く普及しており、携帯者が身につけて持ち運ぶウエアラブル電子機器においては、不可欠な装置になっている。また、振動アクチュエータは、タッチパネルなどのヒューマン・インターフェイスにおけるハプティクス（皮膚感覚フィードバック）を実現する装置として、近年注目されている。

振動アクチュエータは、各種の形態が開発されている中で、可動子の直線的な往復振動によって比較的大きな振動を発生させることができるものが注目されている。このような振動アクチュエータは、可動子側に錘とマグネットを設け、固定子側に設けたコイルに通電することでマグネットに作用するローレンツ力が駆動力となり、振動方向に沿って弾性支持される可動子を一軸方向に往復振動させるものである（下記特許文献１参照）。

特開２０１６−７３９４１号公報

このような振動アクチュエータは、可動子を弾性支持するバネのバネ定数と可動子（錘）の質量とによって設定される共振周波数の交番電流又はパルス電流をコイルに通電することで、大きな振幅の振動を得ることができる。しかしながら、共振周波数が振動アクチュエータにとって唯一の値であるため、一つの振動アクチュエータでは、一種類の有効な振動しか得られず、一つの振動アクチュエータで他種類の振動感覚を与えることができない問題があった。

本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであり、一つの振動アクチュエータで他種類の振動感覚を与えることができるようにすること、その際に設定される振動の周波数設定を高い自由度で行うことができること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明による振動アクチュエータは、以下の構成を具備するものである。

枠体と、前記枠体内に一端側が支持され他端側が一軸方向に沿って振動自在な第１バネと、前記枠体内に一端側が支持され他端側が前記一軸方向に沿って振動自在な第２バネと、前記第１バネの前記他端側に接続される第１の錘と、前記第２バネの前記他端側に接続される第２の錘とを備え、前記第１の錘には前記一軸方向に突出するマグネット部が設けられ、前記第２の錘には前記マグネット部の周りに巻回されたコイルが設けられ、前記コイルには、前記第１バネのバネ定数と前記第１の錘の質量で設定される第１共振周波数と、前記第２バネのバネ定数と前記第２の錘の質量で設定される第２共振周波数の一方の周波数の駆動電流が通電されることを特徴とする振動アクチュエータ。

本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの断面図である。本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。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電子機器（携帯情報端末）を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１及び図２において、振動アクチュエータ１は、枠体２と、枠体２内に一端側が支持され他端側が一軸方向（図示軸Ｏに沿った方向）に沿って振動自在な第１バネ３と、枠体２内に一端側が支持され他端側が一軸方向（図示軸Ｏに沿った方向）に沿って振動自在な第２バネ４と、第１バネ３の他端側に接続される第１の錘５と、第２バネ４の他端側に接続される第２の錘６とを備えている。枠体２は、固定子であり、可動子である第１バネ３と第１の錘５及び第２バネ４と第２の錘６を共に収容している。

枠体２の形状は特に限定されるものではないが、図示の例では、天面２Ａと底面２Ｂと側面２Ｃを有する円筒形状をなしている。また、図２に示すように、枠体２は、側面２Ｃが一軸方向（図示軸Ｏに沿った方向）に分離しており、天面２Ａを有する第１枠体２Ｘと底面２Ｂを有する第２枠体２Ｙを有している。図示の軸Ｏは、円筒形状の枠体２の中心軸であり、第１枠体２Ｘと第２枠体２Ｙは、同軸に接続されている。図示の例では、第１枠体２Ｘの側面２Ｃには、嵌合凸部２Ｃ１が設けられ、第２枠体２Ｙの側面２Ｃには嵌合凹部２Ｃ２が設けられており、第１枠体２Ｘと第２枠体２Ｙを接続する際には、嵌合凹部２Ｃ２に嵌合凸部２Ｃ１を嵌合させる。

図示の例では、第１バネ３は、外周縁部３Ａが枠体２の天面２Ａに固定され、一端側が第１枠体２Ｘ側に支持されており、内周縁部３Ｂが第１の錘５の上端面に固定されている円板状板バネである。また、第２バネ４は、外周縁部４Ａが枠体２の側面２Ｃに固定され、一端側が第２枠体２Ｙ側に支持されており、内周縁部４Ｂが第２の錘６に固定されている円板状板バネである。

第２バネ４の外周縁部４Ａには凸部４Ａ１が設けられており、凸部４Ａ１は、第２枠体２Ｙの側面２Ｃに設けた嵌合凹部２Ｃ２に嵌合する。そして、第１枠体２Ｘと第２枠体２Ｙを接続する際に、嵌合凹部２Ｃ２内の凸部４Ａ１上に第１枠体２Ｘの側面２Ｃに設けた嵌合凸部２Ｃ１が嵌められることで、第２バネ４の外周縁部４Ａは枠体２の側面２Ｃに固定される。

第１バネ３に接続される第１の錘５と第２バネ４に接続される第２の錘６は、同軸上に配置されており、第１の錘５には、第２の錘６の一部又は全部を収容自在な凹部５Ａが一軸方向（軸Ｏの方向）に沿って形成されており、第２の錘６には中心部に開口６Ａが形成されている。

そして、第１の錘５には一軸方向（軸Ｏの方向）に突出するマグネット部７が設けられ、第２の錘６にはマグネット部６の周りに巻回されたコイル８が設けられている。マグネット部７は、第１の錘５の中心部に接続されており、一軸方向（軸Ｏの方向）に沿って着磁された一対のマグネット７Ａ，７Ｂがセンターヨーク７Ｃを介して互いに逆向きに接続されている。コイル８は、第２の錘６の開口６Ａ内に取り付けられ、コイル８の外周にはバックヨーク９が配置されている。

このような振動アクチュエータ１は、コイル８に駆動電流を通電することで、マグネット部７とコイル８に一軸方向（軸Ｏの方向）に沿った駆動力が作用・反作用として加わり、錘５と錘６が一軸方向に逆位相の振動を起こす。コイル８への通電は、フレキシブル基板１０を介して行われ、フレキシブル基板１０の可動端がコイル８の端子部に接続され、フレキシブル基板１０の固定端が枠体２の底面２Ｂから延出される入端子部２Ｂ１に接続される。

ここで、コイル８には、第１バネ３のバネ定数と第１の錘５の質量で設定される第１共振周波数ｆ１と、第２バネ４のバネ定数と第２の錘６の質量で設定される第２共振周波数ｆ２の一方の周波数の駆動電流が通電される。これによって、第１共振周波数ｆ１の駆動電流が通電された場合には、第１の錘５側が大きな振幅で振動することになり、第２共振周波数ｆ２の駆動電流が通電された場合には、第２の錘６側が大きな振幅で振動することになる。

振動アクチュエータ１は、第１共振周波数ｆ１の駆動電流と第２共振周波数ｆ２の駆動電流を使い分けることで、２種類の振動感覚を与えることができる。この際、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の周波数差を大きく設定することで、効果的に異なる振動感覚を与えることができる。

この振動アクチュエータ１の特徴としては、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２を設定する要素が独立している。すなわち、第１の錘５を支持する第１バネ３と第２の錘６を支持する第２バネ４がそれぞれ独立して枠体２に接続されている。これによって、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２を高い自由度で設定することができる。

また、図示の例では、第１枠体２Ｘと第２枠体２Ｙが分離されているので、第１枠体２Ｘ側に、第１バネ３と第１の錘５とマグネット部７を取り付け、第２枠体２Ｙ側に、第２バネ４と第２の錘６とコイル８とフレキシブル基板１０を取り付けて、その後に、第１枠体２Ｘと第２枠体２Ｙを接続することができる。これによって、簡単な組み付けが可能になる。更に、図示の例では、第１の錘５が軸Ｏの方向（振動方向）に凹む凹部５Ａを備えており、振動時に第２の錘６が凹部５Ａに収容されるようにしているので、振動方向の厚さを抑えながら効果的な振動を行うことができる。

図３は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータ１を備えた携帯電子機器の一例である携帯情報端末１００を示している。振動アクチュエータ１を備えた携帯情報端末１００は、発信する信号の種類や信号が持つ情報の違い（例えば、着信者の違いや緊急性の高低の違いなど）よって、異なる感覚の振動を発生させることができる。これによって、効果的な振動による情報伝達が可能になる。また、携帯情報端末側が発する信号の種類に応じて振動感覚を異ならせることができるので、タッチ操作などで効果的な皮膚感覚フィードバック（ハプティクス）が可能になる。

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。

１：振動アクチュエータ，２：枠体，２Ａ：天面，２Ｂ：底面，２Ｃ：側面，
２Ｘ：第１枠体，２Ｙ：第２枠体，２Ｂ１：入力端子部，
３：第１バネ，４：第２バネ，３Ａ，４Ａ：外周縁部，３Ｂ，４Ｂ：内周縁部，
５，６：錘，５Ａ：凹部，６Ａ：開口，
７：マグネット部，７Ａ，７Ｂ：マグネット，７Ｃ：センターヨーク，
８：コイル，９：バックヨーク，１０：フレキシブル基板，
Ｏ：軸

Claims

枠体と、
前記枠体内に一端側が支持され他端側が一軸方向に沿って振動自在な第１バネと、
前記枠体内に一端側が支持され他端側が前記一軸方向に沿って振動自在な第２バネと、
前記第１バネの前記他端側に接続される第１の錘と、
前記第２バネの前記他端側に接続される第２の錘とを備え、
前記第１の錘には前記一軸方向に突出するマグネット部が設けられ、
前記第２の錘には前記マグネット部の周りに巻回されたコイルが設けられ、
前記コイルには、前記第１バネのバネ定数と前記第１の錘の質量で設定される第１共振周波数と、前記第２バネのバネ定数と前記第２の錘の質量で設定される第２共振周波数の一方の周波数の駆動電流が通電されることを特徴とする振動アクチュエータ。
前記第２バネは、前記筐体の内壁に固定される外周縁部と前記コイルが固定される内周縁部を有する円板状板バネであ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。
前記筐体は、前記第１バネの一端側を支持する第１筐体と、前記第２バネの一端側を支持する第２筐体とを備え、前記第１筐体と前記第２筐体とが同軸に接続され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。
前記マグネット部は、前記一軸方向に沿って着磁された一対のマグネットをセンターヨークを介して互いに逆向きに接続してなり、前記コイルの外周にはバックヨークが配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
前記第１の錘には、振動する第２の錘を収容する凹部が前記一軸方向に沿って設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えた携帯電子機器。