JP2019047697A - アクチュエータ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動方向とは異なる方向に力が働く場合であっても、その異なる方向への移動を抑えて振動させるアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータは、筐体と、筐体に一端を固定された弾性部材と、筐体内で、弾性部材の他端に固定され、マグネット部を有する可動子と、筐体に固定されるコイルと、筐体に固定される磁性体部と、を備える。また平面視において、磁性体部は、コイルよりも振動中心から離れた位置に配置されるものとすることができる。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、電子機器等に用いられるアクチュエータ等に関する。

携帯端末等の携帯電子機器においては、着信や情報の受信を利用者に伝えるため、また、タッチパネルの操作の感触を指に伝えるために、携帯電子機器を振動させる機能を有するものが多い。このような機能は、携帯電子機器の内部に配置されたアクチュエータ等の動作により実現されている。特許文献１は、振動方向で延在する偏平なコイルと、振動方向で延在する偏平なマグネットとを備える振動アクチュエータについて開示している。

特開２０１１−０９７７４７号公報

上述のような扁平なコイルを用いたアクチュエータでは、振動するマグネットとコイルの位置関係により、マグネットに対して、振動方向とは異なる方向に力が働く場合がある。このような異なる方向の力が発生する場合には、可動子の振動方向以外の方向に対する移動により、モータの振動が不安定になったり、異音の発生及び耐久性の低下に繋がったりする恐れがある。

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
筐体（２，７）と、
前記筐体に一端を固定された弾性部材（３）と、
前記筐体内で、前記弾性部材の他端に固定され、マグネット部（８）を有する可動子（４）と、
前記筐体に固定されるコイル（６）と、
前記筐体に固定される磁性体部（５ａ，５ｂ）と、
を備えるアクチュエータである。

上記構成のアクチュエータによれば、振動する可動子が振動の中心から離れた位置に移動することにより、コイルから振動方向とは異なる方向への力を受ける場合であっても、磁性体部から受ける力により、その異なる方向への移動を抑えた構成とすることができる。また、これによりアクチュエータは、振動時の異音や耐久性の低下を抑えることができる。また、アクチュエータの振動を安定させることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記磁性体部は、マグネットであり、
前記磁性体部の極性は、前記磁性体部と最も距離の近い前記マグネット部の極性と同じである。

上記構成のアクチュエータによれば、マグネットの反発力を利用することにより、振動方向とは異なる方向に力が働く場合であっても、その異なる方向への移動を抑えた構成とすることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
平面視において、前記磁性体部は、前記コイルよりも振動中心から離れた位置に配置される。

上記構成のアクチュエータによれば、磁性体部は、可動子がコイルから振動方向の力を受ける振動中心付近において、可動子に与える力は小さく、振動中心から離れた位置において、可動子に与える力を大きくし、振動方向とは異なる方向への移動を抑える力を働かせることができる構成とすることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記可動子が振動中心にある状態において、前記磁性体部は、前記可動子と対向しない。

上記構成のアクチュエータによれば、可動子は、振動中心付近において磁性体部から受ける力は小さいため、可動子はコイルに流れる電流により振動方向の力を十分に受けることができる構成とすることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記マグネット部は、ハルバッハ配列のマグネットからなる。

上記構成のアクチュエータによれば、ハルバッハ配列により、より強い磁束を発生することができるため、効率的な振動を行うアクチュエータにおいても、振動方向とは異なる方向への移動を抑える構成とすることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記マグネット部は、３つの前記マグネットを前記可動子の振動方向にハルバッハ配列で並べた構成であり、
前記可動子が、前記マグネット部の中央の前記マグネットと前記コイルの配線とが対向する位置に移動した際に、前記磁性体部が、一方の端の前記マグネットと対向する位置となる配置である。

上記構成のアクチュエータによれば、より簡易なハルバッハ配列を用いつつ、より強い磁束を利用して、振動方向とは異なる方向への移動を抑える構成とすることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記磁性体部は、平面視で前記コイルを挟んだ２箇所に配置される。

上記構成のアクチュエータによれば、可動子が振動する位置の２箇所において、振動方向とは異なる方向への移動を抑えられる構成とすることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記磁性体部は、前記コイルが配置される前記筐体の壁面とは対向する対向壁面に配置される。

上記構成のアクチュエータによれば、例えば、可動子が振動方向とは異なる方向に移動した場合においても、コイル側とは反対側に配置された磁性体部により、異なる方向への移動を容易に抑えることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記磁性体部は、前記可動子が振動中心から最も離れた位置に移動した際に、前記マグネット部と前記コイルとの間で発生するローレンツ力と逆向きの力を前記可動子に対して与える。

上記構成のアクチュエータによれば、可動子が振動する振動中心から移動して、マグネット部とコイルとの間で発生するローレンツ力により振動方向とは異なる方向に力が働く場合であっても、磁性体部が当該ローレンツ力と逆向きの力を可動子に対して与え、異なる方向への移動を抑えた構成とすることができる。

本発明の一の手段は、
上述のいずれか記載のアクチュエータを備える電子機器である。

上記構成の電子機器によれば、可動子が振動する振動中心から移動したことにより、コイルに流れる電流により振動方向とは異なる方向に力が働く場合であっても、その異なる方向への移動を抑えたアクチュエータを備える構成とすることができる。また、電子機器は、振動時の異音や耐久性の低下を抑えた構成とすることができる。

図１は、本実施形態のアクチュエータの全体斜視図である。 図２は、本実施形態のアクチュエータの平面図である。 図３は、本実施形態のアクチュエータの正面図である。 図４は、本実施形態のアクチュエータの側面図である。 図５は、本実施形態のアクチュエータの動作の一例について示す図である。 図６は、本実施形態のアクチュエータの動作の一例について示す図である。 図７は、本実施形態のアクチュエータを携帯電子機器に適用した場合について示す図である。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本実施形態のアクチュエータは、筐体内部に磁性体部を有している。これにより、本実施形態のアクチュエータでは、振動方向とは異なる方向に力が働く場合であっても、その異なる方向への移動を抑えて振動させる構成となっている。以下、本実施形態のアクチュエータについて具体的に説明する。

＜全体構成＞
図１から図４は、本実施形態のアクチュエータ１の全体斜視図、平面図、正面図及び左側面図である。なお、図２から図４においてアクチュエータ１の内部を分かりやすくするため、筐体７については外形のみを破線で示している。

図１から図４に示されるように、本実施形態のアクチュエータ１は、筐体２及び７と、筐体７に一端を固定された弾性部材３と、筐体２及び７内で、弾性部材３の他端に固定され、マグネット部８を有する可動子４と、筐体２及び７に固定されるコイル６と、筐体７に固定される磁性体部５ａ及び５ｂと、を有している。

ここで、筐体２及び７は、第一筐体部２と第二筐体部７とから構成されることができる。この場合には、更に第一筐体部２はコイル６を固定し、第二筐体部７は弾性部材３の一端、及び磁性体部５ａ及び５ｂを固定することとしてもよい。弾性部材３は、コイルバネや板バネ等の弾性部材を用いることができる。可動子４は、例えばタングステン等の材料からなる略矩形のリング状である。可動子４は、弾性部材３の他端と接続されることにより、筐体２及び７内で、筐体２及び７に接することなく、弾性部材３により支持されている。また、可動子４は、リング状部分の内部に、マグネットが配置されたマグネット部８を収める領域を有している。

本実施形態においては、第二筐体部７の２つの内側側面にそれぞれ２つのコイルバネ３の一端が固定され、可動子４の両側面にコイルバネ３の他端が固定される。可動子４は、コイルバネ３の軸方向に振動するように構成されている。ただし、弾性部材３及び可動子４の種類、形状及び配置はこれに限られない。また、コイル６は、コイル６の空芯軸が、可動子４の振動中心Ｃ（図３参照）を含むように第一筐体部２に固定され、コイル６の空芯軸と、コイルバネ３の軸方向は略直交していてもよい。

コイル６は、例えば、少なくとも２つの外部端子を除いて絶縁部材等により覆われている構成のものを用いることができる。外部端子はコイル６の駆動回路（不図示）に接続される。外部端子からコイル６に供給される電流は、可動子４を振動させる周波数に合わせて、コイル６を流れる電流の向きを変化させるように制御可能である。磁性体部５ａ及び５ｂは、筐体２及び７のいずれかの位置に固定配置される。可動子４が振動中心Ｃから最も離れた位置に移動した際に、磁性体部５ａ及び５ｂとコイル６との間で発生するローレンツ力と逆向きの力を可動子４に対して与えるものとすることができる。

例えば、図２に示されるように、平面視において、磁性体部５ａ及び５ｂは、コイル６よりも振動中心Ｃから離れた位置に配置されていてもよい。また、平面視において、磁性体部５ａ及び５ｂは、更にコイル６を挟んだ２箇所に配置されていてもよい。また、図３及び図４に示されるように、磁性体部５ａ及び５ｂは、コイル６が配置される筐体２及び７のいずれか壁面とは対向する対向壁面に配置されることとしてもよい。

＜動作説明＞
図５は、磁性体部５ａ及び５ｂが磁化されているマグネットである場合のアクチュエータ１の動作の一例について示す図である。この図に示されるように、マグネット部８は、マグネットの向きを変えながら一列に並べられたハルバッハ配列のマグネットからなるものとしている。また、図５では、３つのマグネット８ａ，８ｂ及び８ｃを可動子４の振動方向にハルバッハ配列で並べた構成としている。具体的には、例えば、マグネット８ａは、筐体２のコイル６が配置された側をＮ極、筐体２の磁性体５が配置された側をＳ極とし、マグネット８ｃは、逆に、筐体２のコイル６が配置された側をＳ極、筐体２の磁性体５が配置された側をＮ極とすることができる。また、この場合に、マグネット８ｂは、マグネット８ａ側をＮ極とし、マグネット８ｃ側をＳ極とすることができる。マグネット部８に含まれるマグネットをこのような配列とすることにより、効率的に磁束を大きくすることができ、アクチュエータ１を、より少ない電力で効率的に振動させることができる。

磁性体部５ａ及び５ｂは、コイル６が配置される第一筐体部２に対向する第二筐体部７の対向壁面に配置されているものとし、磁性体部５ａ及び５ｂの極性は、磁性体部５ａ及び５ｂのそれぞれと最も距離の近いマグネット部８の極性と同じである。つまり、磁性体部５ａ及び５ｂはそれぞれＳ極及びＮ極である。

この図５のステップＳ１に示されるように、可動子４が略振動中心にある状態においては、コイル６に流れる電流によりマグネット８ａ及び８ｃはローレンツ力Ｆ１を受け、可動子４を移動させる。ここで、この可動子４が振動中心にある状態においては、磁性体部５ａ及び５ｂは、可動子４と対向しない位置に配置している。このため、振動中心において可動子４（マグネット部８）は、磁性体部５ａ及び５ｂの影響による力をほとんど受けることがなく、可動子４はコイル６に流れる電流により振動方向の力を十分に受けることができる。

次に、ステップＳ２に示されるように、可動子４が、マグネット部８の中央のマグネット８ｂとコイル６の配線とが対向する位置に移動した場合には、コイル６の電流により、マグネット８ｂはローレンツ力Ｆ２を受け、可動子４は振動方向とは異なるローレンツ力Ｆ２の方向に移動させられるおそれがある。しかしながら、Ｎ極の極性を有する磁性体部５ｂが、一方の端のマグネット８ｃのＮ極と対向する位置となる配置となるため、互いに反発する磁力Ｆ３が働き可動子４の移動を抑えることができる。したがってアクチュエータ１は、振動方向とは異なる方向に力Ｆ２が働く場合であっても、その異なる方向への移動を抑えて振動することができる。これにより、アクチュエータ１において異音の発生や耐久性の低下を抑えることができる。

このように、図５に示される本実施形態のアクチュエータ１によれば、磁性体部５ａ及び５ｂの極性は、磁性体部５ａ及び５ｂと最も距離の近いマグネット部８の極性と同じであるため、マグネットの反発力を利用することにより、振動方向とは異なる方向に力が働く場合であっても、その異なる方向への移動を抑えることができる。

また、磁性体部５ａ及び５ｂは、コイル６が配置される筐体２の壁面とは対向する対向壁面に配置されるため、可動子４が振動方向とは異なる方向に移動した場合においても、コイル側とは反対側に配置された磁性体部により、異なる方向への移動を容易に抑えることができる。

また、アクチュエータ１では、可動子４が振動する振動中心から移動して、マグネット部８とコイル６との間で発生するローレンツ力により振動方向とは異なる方向に力が働く場合であっても、磁性体部５ａ及び５ｂが当該ローレンツ力と逆向きの力を可動子に対して与え、異なる方向への移動を抑えることができる。

また、磁性体部５ａ及び５ｂは、可動子４がコイル６から振動方向の力を受ける振動中心付近において、可動子４に与える力は小さく、振動中心から離れた位置において、可動子４に与える力を大きくし、振動方向とは異なる方向への移動を抑える力を働かせることができる。

また、アクチュエータ１では、マグネット部８に含まれるマグネットをハルバッハ配列にしているため、より強い磁束を利用して、効率的な振動を行うと共に、強い磁束を利用して振動方向とは異なる方向への移動を抑える構成とすることができる。

また、アクチュエータ１では、図５のような、より簡易なハルバッハ配列を用いつつ、より強い磁束を利用して、振動方向とは異なる方向への移動を抑える構成とすることができる。

また、磁性体部５ａ及び５ｂは、平面視でコイル６を挟んだ２箇所に配置されているため、可動子４が振動する位置の２箇所において、振動方向とは異なる方向への移動を抑えられる構成とすることができる。

＜変形例＞
図６は、磁性体部５ａ及び５ｂが磁化されていない場合の動作の一例について示す図である。この例において、磁性体部５ａ及び５ｂは、図５と異なり、コイル６が配置される第一筐体部２の壁面に配置されている。また磁性体部５ａ及び５ｂは磁化されていないものを用いることができる。このように、磁性体部５ａ及び５ｂを配置した場合であっても、可動子４が、マグネット部８の中央のマグネット８ｂとコイル６の配線とが対向する位置に移動した場合には、図５の場合と同様に、可動子４はローレンツ力Ｆ２の影響で移動させられる恐れがある。しかしながら、Ｓ極の極性を有する磁性体部５ｂが、一方の端のマグネット８ｃのＳ極と対向する位置となる配置となるため、互いに引き合う磁力Ｆ４が働き可動子４の移動を抑えることができる。したがってアクチュエータ１は、振動方向とは異なる方向に力Ｆ２が働く場合であっても、その異なる方向への移動を抑えて振動することができる。これにより、アクチュエータ１による異音や耐久性の低下を防ぐことができる。

このように図６で説明されるアクチュエータ１においても、可動子４が振動する振動中心から移動して、マグネット部８とコイル６との間で発生するローレンツ力により振動方向とは異なる方向に力が働く場合であっても、磁性体部５ａ及び５ｂが当該ローレンツ力と逆向きの力を可動子４に対して与え、異なる方向への移動を抑えることができる。また、磁性体部５ａ及び５ｂは、可動子４がコイル６から振動方向の力を受ける振動中心付近において、可動子４に与える力は小さく、振動中心から離れた位置において、可動子４に与える力を大きくし、振動方向とは異なる方向への移動を抑える力を働かせることができる。

また、ハルバッハ配列の、より強い磁束を利用して、効率的な振動を行うと共に、強い磁束を利用して振動方向とは異なる方向への移動を抑える構成とすることができる。また、磁性体部５ａ及び５ｂは、平面視でコイル６を挟んだ２箇所に配置されているため、可動子４が振動する位置の２箇所において、振動方向とは異なる方向への移動を抑えられる構成とすることができる。

図７は、本実施形態のアクチュエータ１を有する携帯電子機器１０について示す図である。携帯電子機器１０は、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末その他の携帯端末の一例である。携帯電子機器１０のアクチュエータ１は、着信や情報の受信を利用者に伝えるため、また、タッチパネルの操作の感触を指に伝えるために、携帯電子機器１０を振動させることができる。

このように、携帯電子機器１０がアクチュエータ１を備えることにより、携帯電子機器１０は、上述のアクチュエータ１の効果を有すると共に、振動時の異音や耐久性の低下を抑えることができる。なお、本実施形態のアクチュエータは携帯端末以外の電子機器にも適用可能であり、上記同様の効果を得ることができる。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明は、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、同様の技術思想に基づいて当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

上記実施形態では、マグネット部８をハルバッハ配列としたが、マグネットは一つで構成されていてもよいし、ハルバッハ配列でない複数のマグネットにより構成されていてもよい。

上記実施形態では、磁性体部５ａ及び５ｂは、筐体２及び７に固定されたコイル６の対向する壁面又は同じ壁面に固定されるものとしたが、例えば第二筐体部７の側面等その他の場所に配置されていてもよい。

上記実施形態では、アクチュエータ１が利用される形態を携帯電話やスマートフォン等の携帯電子機器１０としたが、その他の製品に組み込まれるものであってもよい。

また、上記実施形態では本発明で特徴的な部分のみについて説明したが、本発明のアクチュエータは、従来のアクチュエータが有する種々の構成をさらに備えている。

本発明のアクチュエータは、携帯電話やスマートフォン等の携帯電子機器に好適に利用される。

１…アクチュエータ
２，７…筐体
３…弾性部材
４…可動子
５ａ，５ｂ…磁性体部
６…コイル
８…マグネット部
１０…携帯電子機器

Claims (10)

1. 筐体と、
   前記筐体に一端を固定された弾性部材と、
   前記筐体内で、前記弾性部材の他端に固定され、マグネット部を有する可動子と、
   前記筐体に固定されるコイルと、
   前記筐体に固定される磁性体部と、
   を備えるアクチュエータ。
2. 前記磁性体部は、マグネットであり、
   前記磁性体部の極性は、前記磁性体部と最も距離の近い前記マグネット部の極性と同じである、
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 平面視において、前記磁性体部は、前記コイルよりも振動中心から離れた位置に配置される、
   請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記可動子が振動中心にある状態において、前記磁性体部は、前記可動子と対向しない、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
5. 前記マグネット部は、ハルバッハ配列のマグネットからなる、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記マグネット部は、３つの前記マグネットを前記可動子の振動方向にハルバッハ配列で並べた構成であり、
   前記可動子が、前記マグネット部の中央の前記マグネットと前記コイルの配線とが対向する位置に移動した際に、前記磁性体部が、一方の端の前記マグネットと対向する位置となる配置である、
   請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 前記磁性体部は、平面視で前記コイルを挟んだ２箇所に配置される、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
8. 前記磁性体部は、前記コイルが配置される前記筐体の壁面とは対向する対向壁面に配置される、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
9. 前記磁性体部は、前記可動子が振動中心から最も離れた位置に移動した際に、前記マグネット部と前記コイルとの間で発生するローレンツ力と逆向きの力を前記可動子に対して与える、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のアクチュエータを備える電子機器。

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