JP2019221046A - Vibration actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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.
振動アクチュエータは、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等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。 Vibration actuators are built into portable electronic devices and are widely used as devices that transmit signals such as incoming calls and alarms by vibration to the wearer, and are indispensable devices for wearable electronic devices worn and carried by the wearer. It has become. In recent years, a vibration actuator has attracted attention as a device that realizes haptics (skin sensation feedback) in a human interface such as a touch panel.
振動アクチュエータは、錘とバネを備えた可動子を固定子に振動自在に支持して、コイルとマグネットの一方を可動子側に取り付け、他方を固定子側に取り付けて、錘とバネによって定まる共振周波数(固有振動数)の駆動電流(駆動パルス)をコイルに通電することで、可動子を大きな振幅で振動させている。 The vibration actuator supports a mover with a weight and a spring on a stator so that it can vibrate freely, and attaches one of a coil and a magnet to the mover side, and attaches the other to the stator side. When a drive current (drive pulse) having a frequency (natural frequency) is supplied to the coil, the mover is vibrated with a large amplitude.
振動アクチュエータに用いられるバネとして、板状のバネ(板バネ)を用いるものが知られている。ここで用いられる板バネは、円盤状の弾性部材の中心部分と外周部分の一方が固定端となり他方が可動端となるように、中心部分と外周部分の間に線状の繋ぎ部を形成して、板面に交差する方向に沿って、外周部分に対して中心部分を移動可能にしたものである。 As a spring used for a vibration actuator, a spring using a plate-like spring (leaf spring) is known. The leaf spring used here forms a linear connecting portion between the central portion and the outer peripheral portion so that one of the central portion and the outer peripheral portion of the disc-shaped elastic member is a fixed end and the other is a movable end. Thus, the central portion can be moved relative to the outer peripheral portion along the direction intersecting the plate surface.
このような板バネを備えた振動アクチュエータは、固定子であるケースに板バネの外周縁を溶接などで接続し、可動子である分銅や磁石を板バネの内周縁に接続している(下記特許文献1参照)。 In a vibration actuator having such a leaf spring, an outer peripheral edge of the leaf spring is connected to a case, which is a stator, by welding or the like, and a weight or a magnet, which is a movable element, is connected to an inner peripheral edge of the leaf spring (see below). Patent Document 1).
前述した従来の振動アクチュエータは、板バネのバネ定数をk、可動子の質量をmとすると、共振周波数(固有振動数)は、(k/m)1/2で表すことができるので、板バネのバネ定数や分銅の質量にばらつきがあると実際の共振周波数を設計値に合わせることができなくなる。特に、板バネは、板厚や繋ぎ部を形成する際の加工精度で、バネ定数が微妙に変わってしまうので、実際の共振周波数を設定値に合わせることが困難な問題があり、駆動電流として設定された共振周波数の信号を入力しても、所望の共振が得られない場合があった。 In the above-described conventional vibration actuator, when the spring constant of the leaf spring is k and the mass of the mover is m, the resonance frequency (natural frequency) can be represented by (k / m) 1/2. If the spring constant of the spring or the mass of the weight varies, the actual resonance frequency cannot be adjusted to the design value. In particular, the leaf spring has a problem that it is difficult to match the actual resonance frequency to the set value because the spring constant is slightly changed by the processing accuracy when forming the plate thickness and the connecting portion. In some cases, a desired resonance cannot be obtained even when a signal having a set resonance frequency is input.
本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、板バネのバネ定数や分銅の質量に微妙なばらつきがある場合であっても、設定した共振周波数の駆動電流で所望の共振が得られる振動アクチュエータを提供すること、などを課題とする。 The present invention has been proposed to address such a problem. That is, it is an object to provide a vibration actuator which can obtain desired resonance with a drive current having a set resonance frequency even when the spring constant of the leaf spring or the mass of the weight has minute variations.
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
枠体と、前記枠体に固定されたコイルと、前記コイルに入力される駆動電流によって一軸方向に振動する磁極部と、前記磁極部と一体に振動する分銅と、前記枠体に対して前記分銅を一軸方向に振動自在に支持する弾性部材とを備え、前記弾性部材は、前記分銅と前記枠体の一方に固定される外周縁と前記分銅と前記枠体の他方に固定される内周縁と、前記外周縁と前記内周縁の間を繋ぐ繋ぎ部を備え、前記外周縁と前記内周縁のそれぞれを前記枠体又は前記分銅に固定する固定部と、前記駆動電流の周波数に対して共振周波数を調整するように、前記弾性部材の一部を前記枠体又は前記分銅に固定する調整固定部とを設けたことを特徴とする振動アクチュエータ。
In order to solve such a problem, the present invention has the following configuration.
A frame, a coil fixed to the frame, a magnetic pole portion vibrating in a uniaxial direction by a drive current input to the coil, a weight vibrating integrally with the magnetic pole portion, An elastic member that supports the weight so that it can vibrate in one axis direction, wherein the elastic member has an outer peripheral edge fixed to one of the weight and the frame, and an inner peripheral edge fixed to the other of the weight and the frame. A fixing portion for fixing the outer peripheral edge and the inner peripheral edge to the frame body or the weight, and a connecting portion for connecting the outer peripheral edge and the inner peripheral edge to each other; A vibration actuator, comprising: an adjustment fixing part for fixing a part of the elastic member to the frame or the weight so as to adjust a frequency.
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。図示のX,Y,Zはそれぞれ直交する3方向を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals in different drawings indicate parts having the same function, and the repeated description in each drawing will be omitted as appropriate. X, Y, and Z shown in the figure represent three orthogonal directions.
図1(分解斜視図),図2(平面図),図3(断面図)に示すように、振動アクチュエータ1は、枠体10、コイル2、磁極部3、分銅5、弾性部材4を備えている。枠体10は、コイル2,磁極部3,分銅5,弾性部材4を囲む円筒状のケース11と、コイル2が固定される円盤状の底板12を備えている。
As shown in FIG. 1 (exploded perspective view), FIG. 2 (plan view), and FIG. 3 (cross-sectional view), the
コイル2は、コイル固定部材13を介して底板12(枠体10)に固定されている。底板12は、図示のX,Y平面に沿った支持面を備えている。コイル2は、図示のX,Z平面に沿って導線が巻き回されて、X方向に沿って互いに逆向きに電流を流す直線部分を有しており、Z方向に立てた状態で底板12に固定されている。底板2上には、入力端子15Aと接続端子15Bを備える回路基板15及び緩衝部材17が設けられている。接続端子15Bにはコイル2の引き出し線が接続される。
The
磁極部3は、コイル2のX方向に沿った2つの直線部分をそれぞれ挟むように4個の磁石30を備えており、その磁石30に対してヨーク31,32が配置されている。磁石30は、コイル2の2つの直線部分を交差する磁束が形成されるように磁極が配置されており、コイル2に駆動電流を入力することで、磁極部3にはZ方向(一軸方向)の推力が作用する。
The
分銅5は、磁極部3と一体に振動するように、磁極部3に固定されている。分銅5には、弾性部材4と接触することで発生する接触音を抑止するための緩衝部材14がリング状に取り付けられている。分銅5は、弾性部材4を介してケース11の上面(枠体10)に一軸方向(図示Z方向)に振動自在に支持されている。
The
図示の弾性部材4は、ケース11の上面(枠体10)に固定される外周縁4Aと、分銅5に固定される内周縁4Bと、外周縁4Aと内周縁4Bとの間を繋ぐ繋ぎ部4Cを備えており、ケース11(枠体10)に対して分銅5を図示Z方向(一軸方向)に振動自在に支持している。弾性部材4の内周縁4Bには、ケース11の上面と接触することで発生する接触音を抑止するための緩衝部材16が取り付けられている。
The illustrated
弾性部材4は、円盤状の板バネであり、中心周りに回転対称となるように湾曲線状の繋ぎ部4Cが形成されており、図示の例では、3回対称(120°対称)となるように繋ぎ部4Cが形成されている。なお、図示の例では、弾性部材4の外周縁4Aをケース11に固定し、内周縁4Bを分銅5に固定しているが、その逆に、外周縁4Aを分銅5に固定し、内周縁4Bをケース11に固定してもよい。
The
弾性部材4とケース11又は分銅5とは、溶接によって固定される。ケース11には、上面に固定用の開口11Aが設けられており、この開口11Aの周囲に設けられたスポット溶接による固定部S1で弾性部材4の外周部4Aとケース11とが固定されている。
The
このような振動アクチュエータ1は、コイル2に設定周波数の駆動電流を入力することで、分銅5と磁極部3と弾性部材4からなる可動子を図示Z方向(一軸方向)に往復振動させることができる。この際、駆動電流の設定周波数を可動子の振動系の共振周波数に一致させることで、振幅の大きい共振を得ることができる。前述したように、共振周波数は可動子のバネ定数と質量によって決まるので、分銅5の質量、弾性部材4の板厚や繋ぎ部4Cの形状などで共振周波数を設定値に合わせているが、部品加工の精度などに微妙なばらつきがあると、実際の共振周波数が設定値からずれることがある。
By inputting a drive current of a set frequency to the
これに対して、振動アクチュエータ1は、図4に示すように、ケース11(枠体10)が共振周波数調整用の長孔状の開口11Bを備えており、この開口11Bの周囲に弾性部材4の一部(外周部4A)を固定する調整固定部S2を設けることで、共振周波数の調整を行っている。なお、図示の例では、調整固定部S2を外周部4Aにおける固定部S1とは異なる位置に設けているが、調整固定部S2を繋ぎ部4Cなどに設けても良い。
On the other hand, in the
弾性部材(板バネ)4のバネ定数k(N/mm)は、k=E・b・t3/(4・l3)で表すことができる(E:材料の縦弾性係数N/mm2、b:板幅mm、t:板厚mm、l:支点から荷重点までの距離(腕長さ))。このため、調整固定部S2の位置を変えることで、上記の「l」を実質的に変更することが可能になり、これによって、弾性部材4のバネ定数kを調整し、共振周波数を調整することができる。
The elastic member a spring constant k (leaf spring) 4 (N / mm) can be expressed by k = E · b · t 3 / (4 · l 3) (E: modulus of longitudinal elasticity of the material N / mm 2 , B: plate width mm, t: plate thickness mm, l: distance from fulcrum to load point (arm length)). For this reason, by changing the position of the adjustment fixing part S2, it is possible to substantially change the above-mentioned “l”, thereby adjusting the spring constant k of the
共振周波数調整用の長孔状の開口11Bは、弾性部材4の形状に対応して設けられており、円筒状のケース11の外周縁に沿って回転対称(図示の例では3回対称(120°対称))に形成されている。そして、開口11Bの周囲に設けられる調整固定部S2も回転対称に配置することで、弾性部材4の弾性変形のバランスを崩すこと無く、共振周波数の調整を行うことができる。図4に示した例では、ケース11の中心Oと固定部S1とを結ぶ線と中心Oと調整固定部S2とを結ぶ線とのなす角θを大きくすることで、共振周波数を上昇させることが可能になる。
The long hole-shaped
図5は、振動アクチュエータ1を装備した携帯電子機器の一例として、携帯情報端末100を示している。振動アクチュエータ1を備える携帯情報端末100は、振動アクチュエータ1が共振振動することによって、入力電流に対して効率的に大振幅の振動を得ることができるので、電力消費を抑えることが可能になり、バッテリ容量を小さくすることで、小型・軽量化が可能になる。
FIG. 5 shows a
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 a design change or the like may be made without departing from the gist of the present invention. The present invention is also included in the present invention. In addition, the above embodiments can be combined with each other by diverting the technologies unless there is a particular contradiction or problem in the purpose, configuration, or the like.
1:振動アクチュエータ,
2:コイル,
3:磁極部,30:磁石,31,32:ヨーク,
4:弾性部材(板バネ),4A:外周縁,4B:内周縁,4C:繋ぎ部,
5:分銅,
10:枠体,11:ケース,11A,11B:開口,12:底板,
13:コイル固定部材,14:緩衝部材,
15:回路基板,15A:入力端子,15B:接続端子,
16,17:緩衝部材,100:携帯情報端末(携帯電子機器),
S1:固定部,S2:調整固定部
1: Vibration actuator,
2: coil,
3: magnetic pole part, 30: magnet, 31, 32: yoke,
4: elastic member (leaf spring), 4A: outer peripheral edge, 4B: inner peripheral edge, 4C: connecting portion,
5: Weight,
10: frame, 11: case, 11A, 11B: opening, 12: bottom plate,
13: coil fixing member, 14: cushioning member,
15: circuit board, 15A: input terminal, 15B: connection terminal,
16, 17: cushioning member, 100: portable information terminal (portable electronic device),
S1: fixed part, S2: adjustment fixed part
Claims (5)
前記枠体に固定されたコイルと、
前記コイルに入力される駆動電流によって一軸方向に振動する磁極部と、
前記磁極部と一体に振動する分銅と、
前記枠体に対して前記分銅を一軸方向に振動自在に支持する弾性部材とを備え、
前記弾性部材は、前記分銅と前記枠体の一方に固定される外周縁と前記分銅と前記枠体の他方に固定される内周縁と、前記外周縁と前記内周縁の間を繋ぐ繋ぎ部を備え、
前記外周縁と前記内周縁のそれぞれを前記枠体又は前記分銅に固定する固定部と、
前記駆動電流の周波数に対して共振周波数を調整するように、前記弾性部材の一部を前記枠体又は前記分銅に固定する調整固定部とを設けたことを特徴とする振動アクチュエータ。 A frame,
A coil fixed to the frame,
A magnetic pole portion that vibrates in a uniaxial direction by a drive current input to the coil,
A weight that vibrates integrally with the magnetic pole portion,
An elastic member that supports the weight so as to be able to vibrate in the uniaxial direction with respect to the frame,
The elastic member includes an outer peripheral edge fixed to one of the weight and the frame, an inner peripheral edge fixed to the other of the weight and the frame, and a connecting portion connecting the outer peripheral edge and the inner peripheral edge. Prepare,
A fixing portion for fixing each of the outer peripheral edge and the inner peripheral edge to the frame or the weight,
A vibration actuator, comprising: an adjustment fixing part for fixing a part of the elastic member to the frame or the weight so as to adjust a resonance frequency with respect to a frequency of the driving current.
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