JP2024024543A - 非接触触感呈示装置及び非接触触感呈示システム - Google Patents

Abstract

【課題】手指を汚染することなくユーザーに好適な操作感の非接触触感を呈示すること。【解決手段】マグネットを有する可動体と、可動体を振動自在に支持する弾性部と、可動体の共振周波数と同等な周波数の電流の供給により磁場を生成して、マグネットとの電磁相互作用により可動体を振動させるコイルを有する固定体と、内部に流体を貯留し、ダイアフラムを有するチャンバー部を有し、可動体の共振振動に伴う前記ダイアフラムの変形に従って、チャンバー部の流体の出し入れを行い、チャンバー部から出る流体により触感を呈示する流体放出部とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ユーザーに非接触で触感として知覚可能な出力を呈示する非接触触感呈示装置及びこれを用いた非接触触感呈示システムに関する。

従来の技術として、タッチパネルに接触したユーザーの指腹等に対し、接触操作する際の操作感（触覚）をフィードバックする技術の一つとして、アクチュエータによりタッチパネルに振動を付与する触覚呈示装置が知られている（特許文献１参照）。

例えば、特許文献１は、パネルの操作面に対する操作の操作量を検出する操作検出部と、操作面に振動を付加するアクチュエータと、操作検出部の結果に基づいてアクチュエータの駆動制御を行なう制御部とを有する。

特開２０２０－０７１６７４号公報

ところで、タッチパネル等の操作装置を操作する場合、タッチパネルに対して不特定多数の人の操作が想定されるが、タッチパネル表面に、ウィルス汚染や汚れ等の付着がある場合、ウィルス感染等が広がるという問題がある。

また、非接触を検知するセンサを有するデバイスである場合、接触は避けられるものの、操作完了を通知する手段が画面表示や発音に限定されるので、触覚として付与する操作感のバリエーションが乏しいという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、手指を汚染することなくユーザーに好適な操作感の非接触触感を呈示する非接触触感呈示装置及び非接触触感呈示システムを提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータの一つの態様は、
マグネットを有する可動体と、
前記可動体を振動自在に支持する弾性部と、
前記可動体の共振周波数と同等な周波数の電流の供給により磁場を生成して前記マグネットとの電磁相互作用により前記可動体を共振振動させるコイルを有する固定体と、
内部に流体を貯留し、ダイアフラムを有するチャンバー部を有し、前記可動体の共振振動に伴う前記ダイアフラムの変形に従って、前記チャンバー部の流体の出し入れを行い、前記チャンバー部から出る流体により触感を呈示する流体放出部と、
を有する構成を採る。

本発明のアクチュエータの一つの態様は、
マグネットを有する可動体と、
前記可動体を振動自在に支持する弾性部と、
前記可動体の共振周波数の近傍の周波数の電流の供給により磁場を生成して前記マグネットとの電磁相互作用により前記可動体を振動させるコイルを有する固定体と、
内部に流体を貯留し、ダイアフラムを有するチャンバー部を有し、前記可動体の振動に伴う前記ダイアフラムの変形に従って、前記チャンバー部の流体の出し入れを行い、前記チャンバー部から出る流体により触感を呈示する流体放出部と、
を有する構成を採る。

本発明の非接触触感呈示システムの一つの態様は、
上記構成の非接触触感呈示装置と、
ユーザーの非接触操作を検知する操作部を有する操作装置と、
検知された非接触操作に応じて前記コイルに通電して前記可動体を共振振動させる制御部と、
前記操作装置に設けられ、前記チャンバー部から出る流体を、前記ユーザーに向かって放出する放出孔と、
を有するようにした。

本発明によれば、手指を汚染することなくユーザーに好適な操作感の非接触触感を呈示するアクチュエータ及びシステムを実現することができる。

本発明に係る実施の形態１の非接触触感呈示装置の一例であるアクチュエータの外観斜視図である。 同アクチュエータの要部構成を示す縦断面図である。 同アクチュエータにおいてケースを外した内部構造を示す図である。 同アクチュエータの分解斜視図である。 駆動ユニットの斜視図である。 駆動ユニットをケース本体に収容した状態の縦断面図である。 図７Ａは、アクチュエータにおいて、放出壁部の上縁部の構成を示す斜視図であり、図７Ｂは、図７ＡのＸ部分の拡大図である。 図７のＸ部分の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態１の非接触触感呈示装置の一例であるアクチュエータの動作の説明に供する図である。 同アクチュエータの動作の説明に供する図である。 同アクチュエータの動作の説明に供する図である。 同アクチュエータのコイルに供給される電流の共振周波数と流体放出部から放出される流体の速度の関係を示す図である。 アクチュエータの変形例を示す斜視図である。 同アクチュエータの変形例の要部構成を示す縦断面図である。 同アクチュエータの変形例における流体放出部の要部構成を示す部分分解図である。 同アクチュエータの変形例の分解図である。 同アクチュエータを有する非接触触感呈示システムの要部構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［アクチュエータの全体構成］
図１は、本発明に係る実施の形態１の非接触触感呈示装置の一例であるアクチュエータの外観斜視図であり、図２は、同アクチュエータの要部構成を示す縦断面図である。また、図３は、同アクチュエータにおいてケースを外した内部構造を示す図であり、図４は、同アクチュエータの分解斜視図である。

なお、本実施の形態における「上」側、「下」側は、理解しやすくするために便宜上付与したものであり、アクチュエータにおける可動体の往復動方向の一方、他方を意味する。すなわち、アクチュエータが電子機器（図示省略）に搭載される際には上下が逆になっても左右になっても構わないが、アクチュエータにおいて突出する出力軸部２５の進退移動方向と、ユーザーの操作部への操作方向とが同じであることが好ましい。これは、以下の各実施の形態でも同様である。

本実施の形態１に係るアクチュエータ（振動アクチュエータ）１は、ハプティクス等における操作検出に対して空中触覚フィードバックを行うデバイスとして用いられることが好ましい。アクチュエータ１は、例えば、ユーザーが非接触して操作する操作部（例えば、タッチパネル等）に接続され、ユーザーの操作による可動体２０の移動に応じて可動体を駆動して、ユーザーに、ユーザーが知覚可能な出力を呈示する。

アクチュエータ１は、例えば、ユーザーに非接触で触感を呈示するアクチュエータであり、ユーザーの操作部への非接触操作に応じた可動体２０の往復動による流体の放出を、ユーザーの触感、力感として伝達する。また、アクチュエータ１は、流体放出に伴う振動を聴覚に訴えるべく、ユーザーに音として呈示してもよい。また、アクチュエータ１は、携帯型ゲーム端末機器等の電子機器に振動発生源として実装されてもよい。

なお、本実施の形態における非接触触感は、触感の他、力感等を、可動体の移動、振動により放出される流体を、所定の量、速さ等でユーザーに空中で付与する。例えば、空中触覚フィードバック、空中力覚フィードバックといってもよく、ハプティクスで用いられる機能である。

本実施の形態のアクチュエータ１は、図１及び図２に示すように、ケース本体１１及びブラケット１２を有するケース１０内側に収容する駆動ユニット１３と、流体放出部１４と、を有する。駆動ユニット１３の駆動により流体放出部１４が流体を外部に放出する。

駆動ユニット１３は、コイル保持部５２を含む固定体５０の主要部と可動体２０とを弾性支持部８１、８２で接続して構成される。

可動体２０は、ケース１０内で固定体５０に対して、ケース１０の軸方向（上下方向）で移動、具体的には、振動する。

流体放出部１４は、可動体２０の共振周波数と同等の周波数の電流がコイル６１、６２に供給されることによる可動体２０の振動に伴うダイアフラム１５の変形に従って、チャンバー部１４ａの流体の出し入れを行う。これにより、チャンバー部１４ａから放出される流体がユーザーに当たることで、ユーザーに触感を呈示する。

なお、アクチュエータ１が、ケース１０内に駆動ユニット１３を有することにより、アクチュエータ１において、可動体２０を、弾性支持部８１、８２を介して固定体５０に固定する主要部の組立を、ケース１０とは別工程で精度良く行うことができる。

アクチュエータ１では、可動体２０に設けられた出力軸部２５を介して可動体２０と流体放出部１４とが接続され、可動体２０の可動により流体を放出する。

アクチュエータ１は、マグネット３０を可動体２０に備え、コイル６１、６２を固定体５０に備え、通電されるコイル６１、６２とマグネット３０の協働（電磁相互作用）により可動体２０が一直線方向（軸方向）で往復動する。

アクチュエータ１では、流体放出部１４は、ケース１０の一部とともに形成し、可動体２０は、ケース１０内で可動体２０と固定体５０との間に架設された弾性支持部８１、８２を介し、固定体５０に対して往復動自在に支持される。

アクチュエータ１では、駆動ユニット１３は、具体的には、出力軸部２５、マグネット３０の他、一対のヨーク４１、４２、一対のスリーブ２２、２４を有し、固定体５０は、環状の一対のコイル６１、６２の他、アウターヨーク７０を有する。

なお、ヨーク４１、４２、スリーブ２２、２４、コイル６１、６２は、それぞれ一対ずつ設けた構成としたが、これに限らず、一直線方向の双方向、あるいは片方に移動自在を実現できれば、各部１つずつあるいは３つ以上にしてもよい。

アクチュエータ１では、コイル６１、６２、アウターヨーク７０、マグネット３０及びヨーク４１、４２が、可動体２０を可動させる磁気回路を構成する。アクチュエータ１では、端子部７５を介して図示しない電源供給部からコイル６１、６２が通電されて可動体２０は可動する。

＜可動体２０＞
可動体２０は往復動方向である軸方向の双方向あるいは軸方向の片方である一方向に往復移動可能である。

可動体２０は、非可動時において、弾性支持部８１、８２を介して、往復動方向の長さの中心が、コイル保持部５２の往復動方向の長さの中心に対して、可動体２０の軸方向と直交する方向で、所定間隔をあけて対向するように配置される。本実施の形態では、マグネット３０およびヨーク４１、４２における往復動方向の長さの中心が、上下で離間するコイル６１、６２間の往復動方向の長さの中心と、往復動方向と直交する方向で対向する位置に配置されることが好ましい。なお、コイル保持部５２の内周面と可動体２０の間に磁性流体が介在するようにしてもよい。

可動体２０は、図２、図４～図６に示すように、出力軸部２５、マグネット３０、ヨーク４１、４２及びスリーブ２２、２４の他、環状の固定部２６及びばね接続部２８を有する。

可動体２０は、マグネット３０を中心に往復動方向の双方向で、それぞれヨーク４１、４２、スリーブ２２、２４、環状の固定部２６、ばね接続部２８が連設されている。具体的には、可動体２０は、マグネット３０の表裏面３０ａ、３０ｂにヨーク４１、４２が積層配置されて構成され、ヨーク４１、４２の開口部４１２、４２２に一端部が係合されたスリーブ２２、２４の他端部で、弾性支持部８１、８２が係合する。

なお、可動体２０では、マグネット３０及びヨーク４１、４２の面一の外周面２０ａが、保持部本体５２２の内周面５２２ａの内側で、当該内周面５２２ａに対して所定間隔を空けて対向する。可動体２０が往復動に移動する際には、外周面２０ａが内周面５２２ａに沿って接触することなく往復移動する。なお、往復移動方向は、コイル６１、６２の軸方向の双方向（図９の矢印Ｆ、－Ｆ方向参照）であり、マグネット３０の着磁方向でもあり、また、コイル保持部５２の軸方向でもある。

マグネット３０は、中実であり、往復動方向に着磁されている。マグネット３０は、具体的には、マグネット３０は、コイル６１、６２に包囲される位置に離間して配置される。マグネット３０は、円盤状に形成され、往復動方向（厚み方向）で離間する表裏面３０ａ、３０ｂをそれぞれ異なる極性（例えば、表面３０ａをＳ極、裏面３０ｂをＮ極）の磁極面として有する。

マグネット３０は、コイル６１、６２（詳細は後述する）に対して、コイル６１、６２の径方向内側で間隔を空けて位置するように配置される。言い換えれば、マグネット３０の径方向外側で間隔を空けてコイル６１、６２は配置されている。ここで、「径方向」とは、コイル６１、６２の軸に直交する方向であり、往復動方向と直交する方向でもある。この径方向における「間隔」は、保持部本体５２２を含むコイル６１、６２と、マグネット３０との間の間隔であり、可動体２０の往復動方向に互いに接触することなく移動可能な間隔とする。すなわち、本実施の形態では、「間隔」とは、保持部本体５２２とマグネット３０との間の所定間隔を意味している。

マグネット３０は、本実施の形態では、径方向外側の外周面の幅方向の中心で、保持部本体５２２の中心と、軸方向と直交する方向で対向するように配置されている。なお、マグネット３０は、コイル６１、６２の内側で、コイル６１、６２の軸の延在方向、つまり往復動方向に、２つの着磁面をそれぞれ向けて配置されるものであれば、筒状、板形状等のように円盤状以外の形状であってもよい。

本実施の形態では、マグネット３０は中実体であるので、筒状体の場合と異なり、開口部を加工する手間が省け、磁極面なる表裏面の面積が開口部の形成により減少することがない。また、マグネット３０の軸方向の中心が、可動体２０の軸方向の中心と一致することが望ましい。マグネット３０の着磁方向は、可動体２０の移動方向と平行である。

ヨーク４１、４２は、磁性体であり、マグネット３０とともに可動体側磁気回路を構成する。ヨーク４１、４２は、マグネット３０の磁束を集中させて、漏らすことなく効率良く流し、マグネット３０とコイル６１、６２間に流れる磁束を効果的に分布させる。

また、ヨーク４１、４２は、磁気回路の一部としての機能の他、スリーブ２２、２４を固定する機能を有し、さらに、ヨーク４１、４２は、可動体２０において、可動体２０の本体部分としての機能、及び、ウェイトとしての機能を有してもよい。

ヨーク４１、４２は、本実施の形態では、マグネット３０と同外径の円環平板状に形成されている。ヨーク４１、４２は、マグネット３０を中心に、マグネット３０を挟むように配置された同形状の部材であるが、異形状の部材としてもよい。なお、ヨーク４１、４２は、マグネット３０に吸引されてマグネット３０に固着するとともに、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化型接着剤もしくは嫌気性接着剤を介してマグネット３０に固定される。

ヨーク４１、４２のそれぞれの中央部に、開口部４１２、４２２が軸方向、つまり、厚み方向に貫通して設けられている。開口部４１２、４２２には、それぞれ上下のスリーブ２２、２４の一端部が内嵌して固定されている。

開口部４１２、４２２は、スリーブ２２、２４のそれぞれの軸（ここでは、弾性支持部８１、８２の中心と一致する）が可動体２０の中心軸上に位置するように、スリーブ２２、２４を支持している。開口部４１２、４２２は、ヨーク４１、４２における開口度合いを調整して、可動体２０の重さを調整し、好適な往復動出力を設定できる。

本実施の形態では、ヨーク４１、４２は、可動体２０の非往復動時において、コイル６１、６２の内側（径方向内側）で、コイル６１、６２の軸方向と直交する方向で、コイル６１、６２のそれぞれに対向するように位置する。

ヨーク４１、４２において、マグネット３０の上側（表面側）のヨーク４１の上面の高さ位置が、上側のコイル６１の高さ方向（往復動方向）の中心の位置と対向することが好ましい。加えて、マグネット３０の下側（裏面側）のヨーク４２の下面の高さ位置が、下側のコイル６２の高さ方向（往復動方向）の中心の位置と対向することが好ましい。

スリーブ２２、２４は、可動体側磁気回路を弾性支持部８１、８２に固定する機能を有するとともに、可動体２０のウェイトとしての機能を有する。スリーブ２２、２４は、マグネット３０及びヨーク４１、４２を挟むように対象に設けられ、可動体２０の往復動出力を増加させている。なお、スリーブ２２、２４は、本実施の形態では、同一形状に形成されており、部品の製作コストの削減が図られている。スリーブ２４についての詳細は、スリーブ２２の説明においてスリーブ２２、２４等のようにスリーブで対応する符号を併記して、スリーブ２２について主な説明を行い、スリーブ２４の説明は省略する。

スリーブ２２、２４は、本実施の形態では、可動体２０の中心軸に沿って延在する可動体の軸としても機能し、ヨーク４１、４２と、弾性支持部８１、８２との間に介設される。

スリーブ２２、２４は、接合部２２２、２４２と、ばね固定部２２４、２４４とを有する。これら接合部２２２、２４２とばね固定部２２４、２４４とが、それぞれ往復動方向に連設されている。

スリーブ２２、２４は、筒状体であり、内部を貫通する貫通孔２３を有している。スリーブ２２の貫通孔２３内には出力軸部２５の基端部が挿入され強固に固定されている。

接合部２２２、２４２は、可動体２０の軸線上に配置される筒状体であり、それぞれヨーク４１、４２に接合する。接合部２２２、２４２は、一端部側をヨーク４１、４２の開口部４１２、４２２にそれぞれ挿入して内嵌して接合される。一方、接合部２２２、２４２の他端部は、互いに、マグネット３０を中心に互いに逆方向に向けて配置され、可動体２０の移動方向で離間する両端部を構成する。他端部のそれぞれで後述する弾性支持部８１、８２が接合される。

本実施の形態では、スリーブ２２、２４は、ヨーク４１、４２に圧入により接合されているが、これに限らず、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化型接着剤や嫌気性接着剤を用いた接着により接合されてもよい。また、接合部２２２、２４２は、筒状体としたが、中実の円柱体であってもよく、軸線上に凹部を有する棒状体であってもよい。

ばね固定部２２４は、スリーブ２２において接合部２２２から他方側（上方）に突出するように設けられ、且つ、接合部２２２よりも外径が大きい筒状体である。ばね固定部２２４では、その先端（上端）面である接合面が出力軸部２５回りに配置される。

出力軸部２５は、可動体２０に接続され、可動体２０とともに可動し、可動体２０の動作を外部に出力する。出力軸部２５は、可動体２０の軸線上に配置されており、基端側がスリーブ２２に内嵌して可動体２０に固定されている。

出力軸部２５の基端部は、マグネット３０の表面３０ａに当接するように配置されている。出力軸部２５の先端部は、弾性支持部８１としての上側板ばねの内径側の端部（他端部）である内周部８０２を挿通し、弾性支持部８１の上方でピストン１６に内嵌している。出力軸部２５は、ピストン１６を介してダイアフラム１５に接続され、それぞれの軸線は同一である。

出力軸部２５は、弾性支持部８１の内周部８０２を挿通して、ばね固定部２２４の接合面に当接した状態で、ばね固定部２２４と環状の固定部２６とで挟持されている。これにより、出力軸部２５周りで、ばね固定部２２４は弾性支持部８１に接合されている。

このように、出力軸部２５は、可動体２０に、可動体２０の移動方向の一方向に、弾性支持部８１に対してマグネット３０の反対側まで突設されており、ピストン１６を軸方向に進退動自在である。

一方、マグネット３０を挟みスリーブ２２のばね固定部２２４とは逆側に配置されたばね固定部（下側のばね固定部）２４４は、弾性支持部８２である下側板ばねにおいて内径側の端部である内周部８０２に接合されている。

ばね固定部２４４は、スリーブ２４において接合部２４２から他方側（下方）に突出するように設けられ、且つ、接合部２４２よりも外径が大きい筒状体である。ばね固定部２４４では、その先端（下端）面である接合面に、弾性支持部８２としての下側板ばねの内周部８０２を当接させた状態で、接合面で開口する貫通孔に挿入されたばね接続部２８とともに、内周部８０２を挟持している。

具体的には、ばね接続部２８は、ばね固定部２４４の貫通孔に軸状の挿入部２８２を挿入することにより、挿入部の基端部の外周に設けられたフランジ２８４で、ばね固定部２４４の接合面とともに弾性支持部８２の内周部８０２を挟持する。これにより、ばね固定部２４４と弾性支持部８２とが接合している。

ばね接続部２８は、例えば、ブラインドリベット等のリベットとしてもよい。ばね接続部２８は、軸状の挿入部２８２をカシメ等の圧入によりばね固定部２４４の貫通孔内で固定されている。

スリーブ２２、２４を、可動体側磁気回路を構成するヨーク４１、４２に設けるだけで、弾性支持部８１、８２である上側板ばね、下側板ばねを可動体２０に対して容易に組み付けることができ、組立性を高めることができる。

なお、スリーブ２２、２４は、磁性材料により構成されてもよいが、非磁性材料により構成されることが望ましい。スリーブ２２、２４が非磁性材料であれば、ヨーク４１からの磁束が上方に流れることがないとともに、ヨーク４２からの磁束が下方に流れることがなく、効率良くヨーク４１、４２の外周側に位置するコイル６１、６２側に流すことができる。

＜弾性支持部８１、８２＞
図６は、駆動ユニットをケース本体に収容した状態の縦断面図である。
弾性支持部８１、８２は、駆動ユニット１３において、可動体２０に対し移動方向の両側に配置され、固定体５０のコイル保持部５２に対して、可動体２０を移動方向に移動可能に支持する。

弾性支持部８１、８２は、板ばねであり、可動体２０の移動方向で、可動体２０を挟むように配置され、且つ、それぞれ可動体２０と固定体５０との双方に移動方向と交差するように架設されている。

詳細には、弾性支持部８１、８２は、可動体２０において往復動方向で離間する両端部（上下端部）のそれぞれと、それぞれの両端部より径方向外側に配置される固定体５０（コイル保持部５２）の開口縁部とに跨って配置される。本実施の形態では、弾性支持部８１、８２は、可動体２０を往復動方向で挟むように、それぞれ往復動方向と直交する方向に沿って、且つ、互いに対向して配置されている。

弾性支持部８１、８２は、非磁性体であってもよいし磁性体（具体的には、強磁性体）であってもよい。弾性支持部８１、８２は、非磁性体の板ばねであれば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼板を用いて構成されてもよい。また、弾性支持部８１、８２が磁性体であれば、ＳＵＳ３０１等のステンレス鋼板を適用可能である。弾性支持部８１、８２の材料としては、例えば、非磁性材料（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）に比べて、磁性材料（例えば、ＳＵＳ３０１）の方が、耐久性が高く、安価であることが知られている。弾性支持部８１、８２は、本実施の形態では、ＳＵＳ３０１で構成されている。

弾性支持部８１、８２は、可動体２０を、可動体２０の可動体の非往復動時及び往復動時のいずれにおいても、固定体５０に接触しないように支持する。弾性支持部８１、８２は、可動体２０を振動自在に弾性支持するものであれば、どのようなもので構成されてもよい。

弾性支持部８１、８２は、それぞれ常態時が平板状である複数の板状の渦巻ばねである。弾性支持部８１、８２では、それぞれ円環板状の内周部８０２の外縁部に等間隔を空けて円弧状の変形アーム部８０４が径方向外側に延出し、変形アーム部８０４の端部に円環板状の外周固定部８０６に接続して構成されている。

内周部８０２は、スリーブ２２、２４のばね固定部２２４、２４４の接合面上に配置される形状を有し、例えば、ばね固定部２２４、２４４の接合面の外径と略同一の外径を有する。変形アーム部８０４は、弾性変形可能であり、一端部で外周固定部８０６と接合し、他端部で内周部８０２と接合し、外周固定部８０６と内周部８０２とを連結する。

弾性支持部８１、８２では、可動体２０の軸方向（往復動方向）で離れる両端部（ばね固定部２２４、２４４）に、それぞれの内周部８０２が接合されている。また、弾性支持部８１、８２では、外周固定部８０６側が、可動体２０の両端部のそれぞれにおいて、径方向外側（放射方向）に張り出すように配置される。

外周固定部８０６は、外周縁に切欠が形成され、切欠にコイル保持部５２の範囲形成突部（位置決め片部）５４を係合した状態で、コイル保持部５２の両開口縁と、ケース１０とに挟持される。

具体的には、弾性支持部８１では、外周固定部８０６は、ケース１０内において、フランジ部５２７の環状の上端面５２７ａと蓋部１７の押圧部１２８とに挟持されて固定される。なお、上端面５２７ａは、上側（一方側）のフランジ部５２７の上側（一方側）において、範囲形成突部５４を避けた部分の上側（一方側）の端面を意味する。

また、下側の弾性支持部８２では、外周固定部８０６は、アクチュエータ１において可動体２０よりも径方向外側で、コイル保持部５２の下端部に固定されている。具体的には、弾性支持部８２の外周固定部８０６は、コイル保持部５２の下端部を形成する下側のフランジ部５２８の環状の下端面５２８ａにおいて、範囲形成突部５４を避けた部位に固定される。

弾性支持部８１の外周固定部８０６は、コイル保持部５２（図２参照）の上端部を形成する上側のフランジ部５２７の環状の上端面５２７ａにおいて、範囲形成突部５４を避けた部位に固定される。なお、コイル保持部５２の構成に関する詳細は後述する。

弾性支持部８２の外周固定部８０６は、ケース１０内において、フランジ部５２８の環状の下端面５２８ａと、底部１１４の周縁部に設けられた段差部１１８とに挟持されて固定される。なお、下端面５２８ａは、下側（他方側）のフランジ部５２８の下側（他方側）において、範囲形成突部５４を避けた部分の上側（他方側）の端面を意味する。

このように、アクチュエータ１では、出力軸部２５を有する可動体２０は、振動方向（軸方向）の両端部のそれぞれで弾性支持部８１、８２により移動自在に支持されている。これにより、可動体２０は、移動方向における直進性がより確保されている。

なお、弾性支持部８１、８２に、減衰部（ダンバー）８１０を装着してもよい。減衰部８１０は、弾性支持部８１，８２による共振峰を抑え、且つ、広範囲にわたる安定した振動を発生させる。減衰部８１０は、弾性支持部８１、８２を介して支持する可動体２０が、コイル保持部４２内において中心軸の位置がずれて配置されるような状態、つまり軸ずれを起こしている場合、これを調整して可動体２０に好適な可動を行わせることができる。減衰部８１０は、例えば、エラストマーを板ばねである弾性支持部８１のブリッジ部分、外周部８０６と変形アーム８０４との間に挿入することで双方に接触しつつ配置されることが好ましい。減衰部８１０は、弾性支持部８１に固着せずに複数取り付けられることが好ましい。減衰部８１０は、弾性支持部８１、８２における鋭いばね共振を減衰して、共振周波数付近での振動が著しく大きくなることで周波数による振動の差が大きくことを防止する。

＜固定体５０＞
図２に示すように、固定体５０は、コイル６１、６２を保持するとともに、コイル６１、６２の径方向内側で、可動体２０を、弾性支持部８１、８２を介して移動方向（コイル軸方向、可動体２０の軸方向）に移動自在に支持する。

固定体５０は、コイル６１、６２及びアウターヨーク７０の他、コイル６１、６２を保持するコイル保持部５２を有する。

コイル保持部５２には、コイル６１、６２の他に、弾性支持部８１、８２を介した可動体２０及びケース１０等といったフォースフィードバックを発生させる構成要素が略全て接続されることにより、アクチュエータ１は構成されている。

コイル保持部５２は、筒状体であり、外周面に配置されるコイル６１、６２を保持し、内周面５２２ａでマグネット３０を囲み、内部に、マグネット３０を有する可動体２０が移動自在に配置される。コイル保持部５２は、ボビン状に形成されてよく、その場合、コイル６１、６２は、コイル保持部５２において内側の筒状の保持部本体（保護壁）の外周に巻回されて配置される。

コイル保持部５２は、フェノール樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙ ｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ；ＰＢＴ）等の樹脂により形成された筒状体である。コイル保持部５２は、本実施の形態では、難燃性の高いベークライト等のフェノール樹脂を含む素材で構成される。

コイル保持部５２が、フェノール樹脂を含む素材で構成されることにより、難燃性が高まり、保持するコイル６１、６２に電流が流れた際にジュール熱により発熱しても、駆動の際の安全性の向上を図ることができる。また、この素材により、寸法精度が高まり、コイル６１、６２の位置精度が高まるため、移動、往復動或いは、振動させる際の特性のばらつきを低減出来る。

コイル保持部５２は、具体的には、筒状の保持部本体５２２と、保持部本体５２２の外周から放射方向に突出する中央フランジ部５２６及びフランジ部５２７、５２８と、端子部７５と、範囲形成突部５４と、を有する。

保持部本体５２２は、内側に配置される可動体２０の駆動時におけるコイル６１、６２への衝突を保護する保護壁部として機能する。保持部本体５２２の厚みは、移動する可動体２０が接触しても、外周側のコイル６１、６２に何ら影響を与えない強度をする厚みである。

保持部本体５２２の外周側には、中央フランジ部５２６及び各フランジ部５２７、５２８間（コイル取付部５２ｂ、５２ｃ）に、コイル６１、６２が、コイル軸方向に並んで配置されている。保持部本体５２２は、コイル６１、６２を、可動体２０のヨーク４１、４２の外周面（マグネット３０及びヨーク４１、４２の外周面）に対して、径方向外側で囲むように位置させている。

具体的には、保持部本体５２２の外周面には、中央フランジ部５２６及び各フランジ部５２７、５２８により仕切られ、且つ、外周側に径方向外側に開口する凹状のコイル取付部５２ｂ、５２ｃが設けられている。

端子部７５は、コイル６１、６２のコイル巻線を絡げて、外部機器と接続するコネクタ結線部として機能する。端子部７５を介してコイル６１、６２と外部機器とが接続され、外部機器からコイル６１、６２への電力供給が可能となる。

端子部７５は、保持部本体５２２の外周部分に突設された導電性を有する部材である。端子部７５は、本実施の形態では保持部本体５２２の外周において移動方向の中心に配置される中央フランジ部５２６の外周面に圧入される。これにより、端子部７５は、中央フランジ部５２６の外周面から突出するように設けられている。

フランジ部５２７、５２８は、保持部本体５２２の軸方向（本実施の形態では移動方向であり、上下方向でもある）で離間する両端部に設けられ、コイル保持部５２の上下端部を構成する。

フランジ部５２７、５２８は、中央フランジ部５２６から離間する方向側の端部（本実施の形態では上下端部）で、弾性支持部８１、８２が固定される。

フランジ部５２７は、一方側の開口端面に、軸方向（上下方向）に突出する突起状の範囲形成突部５４を有する。一方の開口端面は、範囲形成突部５４を介してブラケット１２を受けて位置決めする位置決め受部として機能する。フランジ部５２８は、他方の開口端面に、移動方向に突出する突起状の範囲形成突部５４を有する。他方の開口端面は、範囲形成突部５４を介して底部１１４を受ける底面受部として機能する。

範囲形成突部５４は、コイル保持部５２の上下端部に設けられ、ケース１０内にコイル保持部５２を収容した際に、蓋部１７及び底部１１４と、可動体２０との間の移動範囲を形成する。

範囲形成突部５４は、フランジ部５２７、５２８のそれぞれから往復動方向（上下方向）に突設された突状辺部である。範囲形成突部５４は、フランジ部５２７、５２８の円環状の上下の端面（それぞれ「上端面、下端面」、「開口端面」とも称する）５２７ａ、５２８ａにおいて、所定間隔を空けて設けられている。上端面５２７ａは、一方側の開口端面であり、下端面５２８ａは、他方側の開口端面を意味している。

範囲形成突部５４は、弾性支持部８１、８２に設けられた切欠に嵌合して、弾性支持部８１、８２の径方向の位置決めを行う。この構成により、駆動ユニット１３の各個体において、弾性支持部８１、８２の取付位置をコイル保持部５２に対して一律に設定して、コイル保持部５２に対する弾性支持部８１、８２の安定した位置出しを行うことができる。また、コイル保持部５２に対して弾性支持部８１、８２は、複数の構成部品を介して固定体側に固定されることがない。これにより、部品公差に影響されにくい構造で、回転するような周方向及び径方向への移動が規制され、製品として、弾性支持部８１、８２のバラツキを抑制し、安定した特性を実現できる。

コイル保持部５２は、上下端面の範囲形成突部５４を、ブラケット１２の縁部と、底部１１４の内周縁部のそれぞれの対向する形状の部位に、嵌合した状態で、ケース１０に収容され、ブラケット１２の縁部と底部１１４の縁部とに固定される。

＜コイル６１、６２＞
コイル６１、６２は、通電により磁場を生成して、マグネット３０との電磁相互作用により、コイル６１、６２の軸方向（マグネット３０の着磁方向）を移動方向として、可動体２０を移動させる。コイル６１、６２は、可動体２０の径方向外側に配置されている。コイル６１、６２は、マグネット３０とともにボイスコイルモータと同様の磁気回路を構成する。

コイル取付部５２ｂ、５２ｃには、コイル６１、６２が配置され、コイル６１、６２は、本実施の形態では、ヨーク４１、４２に対して往復動方向と直交する方向で対向する位置に配置されている。

コイル６１、６２は、コイル保持部５２に、コイル軸方向（往復動方向）の長さの中心位置が、可動体２０の往復動方向の長さの中心位置（マグネット３０の往復動方向の中心位置）と、往復動方向で略同じ位置（同じ位置も含む）となるように、保持されている。なお、本実施の形態のコイル６１、６２は、互いに逆方向に巻回されて構成され、通電時に逆方向に電流が流れるように構成されている。コイル６１、６２は、凹状のコイル取付部５２ｂ、５２ｃ内で接着等により固定されており、ケース１０の内側で、外周面をアウターヨーク７０により囲まれている。

コイル６１、６２のそれぞれの端部は、中央フランジ部５２６の端子部７５に絡げて接続されている。コイル６１、６２は、端子部７５を介して、外部の電源供給部に接続される。例えば、コイル６１、６２のそれぞれの端部は、直流供給部に接続され、直流供給部からコイル６１、６２に直流電源が供給される構成としてもよい。これにより、コイル６１、６２はマグネットとの間に、互いの軸方向で互いに接離方向の一方向に移動可能な推力を発生できる。

また、コイル６１、６２のそれぞれの端部は、交流供給部に接続され、例えば、交流供給部からコイル６１、６２に可動体２０の共振周波数と同じ周波数の交流電源（交流電圧）が供給される。電源供給によりコイル６１、６２はマグネットとの間に、互いの軸方向で互いに接離方向に移動可能な推力を発生する。コイル６１、６２には、可動体２０の共振周波数と同等の周波数の電流（例えば、交流電流）が供給される。

＜アウターヨーク７０＞
アウターヨーク７０は、コイル保持部５２の外周面を囲み、コイル６１、６２を径方向外側で覆う位置に配置される筒状の磁性体である。アウターヨーク７０は、磁気回路において、アクチュエータ１から放射方向への外部への漏れ磁束を防止する。

アウターヨーク７０は、アウターヨーク７０の往復動方向の長さの中心を、内側に配置されるマグネット３０の往復動方向の中心と同じ高さとなる位置となるように配置されている。このアウターヨーク７０のシールド効果により、アクチュエータの外側への漏えい磁束の低減を図ることができる。

また、アウターヨーク７０は、磁気回路において、推力定数を大きくして電磁変換効率を高めることができる。アウターヨーク７０は、マグネット３０の磁気吸引力を利用して、マグネット３０とともに磁気ばねとしての機能を有する。磁気ばねは、弾性支持部８１、８２を機械バネにした際の応力を低下させることができ、弾性支持部８１、８２の耐久性を向上させることができる。

＜ケース１０＞
ケース１０は、周壁部１１２及び底部１１４を有する有底筒状のケース本体１１と、ケース本体１１の開口部内に取り付けられるブラケット１２とを有する。

ケース本体１１は、内部に駆動ユニット１３を位置決めして収容する。ケース本体１１の周壁部１１２には切欠部１０２が形成され、切欠部１０２内に、端子部７５が位置するように、駆動ユニット１３が収容される。切欠部１０２と端子部７５は、駆動ユニット１３をケース本体１１内に収容の際の位置決めとして機能する。

底部１１４は、可動体２０の可動範囲を抑制する。底部１１４は、可動体２０の可動範囲を設定するストッパーとなる可動範囲抑制部としての機能を有する。

ブラケット１２は、環状体であり、ケース本体１１内に収容した駆動ユニット１３の上部に取り付けられるとともに、上部に取り付けられる流体放出部１４を支持する。

ブラケット１２は、出力軸部２５（主に固定部２６及びピストン１６が取り付けられた部分）の移動方向の可動範囲を確保する。

ブラケット１２の外周部には一部から径方向外側に突設され、ケース本体１１の切欠部１０２に係合する位置決め突起部１２４が設けられている。位置決め突起部１２４は、ブラケット１２をケース本体１１の切欠部１０２に係合して、ケース本体１１への取り付けの際の位置決めとして機能する。

なお、ケース１０は、柱状である。柱状とは、その外周で対向するコイル６１、６２との協働により往復動方向に十分な推力を生じさせることができる高さ（厚さ）を有する形状である。例えば、本実施の形態のケース１０は、有底円筒状のケース本体１１とブラケット１２とにより円柱状に形成されているが、この形状に限らず、楕円柱状、多角柱状であってもよく、往復動方向の長さが、往復動方向と直交する方向の長さよりも長くても、短くてもよい。なお、本実施の形態における楕円柱状、楕円形状における楕円形状とは、主に、平行な直線状の部分を含む楕円である。

＜流体放出部１４＞
流体放出部１４は、ケース１０に取り付けられ、可動体２０の可動によりノズル部１９から流体（例えば空気）を放出する。

流体放出部１４は、内部に流体を貯留し、ダイアフラム１５を有するチャンバー部１４ａと、流体の通路なるノズル部１９とを有する。流体放出部１４は、可動体２０の振動に伴うダイアフラム１５の変形に従って、共振周波数で振動する可動体２０の振動に応じたチャンバー部１４ａの流体の出し入れを行い、チャンバー部１４ａから出る流体によりユーザーに触感を呈示する。ダイアフラム１５は、弾性変形する材料であれば、一般的なゴム材料で構成されてもよく、例えば、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等で形成される。

チャンバー部１４ａは、可動体２０の可動により、容積が変化する。チャンバー部１４ａには開口部１７４を介してノズル部１９が接続されている。
ノズル部１９を介してチャンバー部１４ａ内の流体（例えば空気）の出し入れが可能であり、特に、流体を外部に放出する。

具体的には、流体放出部１４は、チャンバー部１４ａを構成し、ノズル部１９を有する有蓋筒状の蓋部１７及び蓋部１７の内部を閉塞するように配置されたダイアフラム１５と、蓋部１７とともにダイアフラム１５を挟み込む環状の放出壁部１８とを有する。

放出壁部１８は、ブラケット１２に固定され、出力軸部２５（具体的には、出力軸部２５に取り付けられたピストン１６）の振動方向の可動範囲を確保する。
放出壁部１８は、蓋部１７とともに、ダイアフラム１５を挟持することにより、蓋部１７とダイアフラム１５とにより構成されるチャンバー部１４ａを保持する。放出壁部１８はエアブラケットといってもよく、ピストン１６や蓋部１７と同様な樹脂、例えば、ＡＢＳにより形成されている。

図７Ａは、アクチュエータにおいて、放出壁部の上縁部の構成を示す斜視図であり、図７Ｂは、図７ＡのＸ部分拡大図であり、図８は、図７のＸ部分の構成を示す断面図である。

放出壁部１８の上面には内周部が突出するように段差部１８１が設けられ、段差部１８１と蓋部１７の段差部１７６とでダイアフラム１５の外周部１５４を挟持した状態で接合する。ダイアフラム１５の外周部１５４、特に、外周縁部は、段差部１７６、１８１間の気密性を高めるために、折曲されていてもよい。

放出壁部１８の段差部１８１では、環状の上開口部において内周部分１８１４の方が外周部分１８１２よりも上端部を蓋部１７側に高く形成されている。内周部分１８１４と外周部分１８１２が段差を構成している。この段差に蓋部１７の筒状本体の下端に設けられた段差部１７６の段差が、ダイアフラム１５の外周縁部を挟んだ状態で係合する。

段差部１８１では、放出壁部１８の上開口部の内周部分１８１４上に、ダイアフラム１５の外周部１５４が配置され、この外周部１５４上に蓋部１７の下端部が配置されている。

放出壁部１８と蓋部１７とでダイアフラム１５の外周部１５４を挟持した構造では、段差部１７６、１８１の内周部分１７６４、１８１４でダイアフラム１５を挟み、その挟持高さとは異なる高さ位置にある外周部分１７６２、１８１２で互いを接合できる。

これにより、アクチュエータ１では、ダイアフラム１５の挟持部分での位置ズレが生じにくく、段差部１７６、１８１で挟持することにより気密性を高く保持できる。

また、ダイアフラム１５を挟持する双方の内周部分１７６４、１８１４の少なくとも一方にダイアフラム１５を、その全周に亘って押圧する環状突起部１８１６が設けられている。環状突起部１８１６は、内周部分１７６４、１８１４同士でダイアフラム１５を挟持する際に、ダイアフラム１５の外周部を全周で押圧して変形させる。これにより、ダイアフラム１５の位置ずれ防止の他、可動体２０自体の挙動を安定化させることができる。なお、環状突起部１８１６は、蓋部１７の段差部１７６の内周部分１７６４に設けられてもよいことは勿論である。

ダイアフラム１５は、蓋部１７とともに、ノズル部１９に連通するチャンバー部１４ａを構成する。チャンバー部１４ａは、放出壁部１８に取り付けられてダイアフラム１５の可動により、内部空気の吸引放出を行う。

ダイアフラム１５は、放出壁部１８と蓋部１７との間に、双方の内部空間を振動方向で仕切るように配置された状態となっている。

ダイアフラム１５の下面中央部には、ピストン１６が固定されている。ダイアフラム１５の中心とピストン１６の中心、つまり、出力軸部２５の中心は、同一軸上に配置されている。ピストン１６は、例えば、ＡＢＳ等の樹脂により形成され、小径部と、ダイアフラム１５の中央部に当接される大径部１６２とを有する。大径部１６２は、ダイアフラム１５を押圧して変形させ、対向する蓋部１７の内面に沿うように変形させる。これによりダイアフラム１５は、チャンバー部１４ａ内の空間を押し潰すように変形し、チャンバー部１４ａ内の流体を無駄なく放出できる。

よって、ダイアフラム１５は、出力軸部２５の移動により、中央で垂直に押し上げられて変位するように設けられ、ダイアフラム１５は極力大きく動けるように構成され、より高出力化を実現可能となっている。なお、流体を高出力する際では、ダイアフラム１５への負荷はなるべく小さくする構成であることが望ましい。

可動体２０の可動により、最大振幅でダイアフラム１５は変位し、流体が強く出力され、高い触感を付与する。

また、変形するダイアフラム１５の変形方向に、ここではダイアフラムの中心部の上、と同じ方向で流体を放出させるので、ダイアフラム１５は、押し上げられていない状態では、自重でフラットな形状で負荷が掛からず、機械的な負担を抑制できる。

蓋部１７の円盤状の天面部１７２は、本実施の形態におけるアクチュエータ１の天面部であり、可動体２０に対して、可動体２０の往復動方向で所定間隔を空けて平行に配置される。なお、蓋部１７は、流体放出部１４の一部であり、天面部１７２の中央部にノズル部１９が立設され、ＡＢＳ等の樹脂により形成される。ノズル部１９は、天面部１７２とともにＡＢＳ等の樹脂により形成される。

＜アクチュエータ１の動作＞
図９は、本発明に係る実施の形態１のアクチュエータの動作の説明に供する図である。

アクチュエータ１の動作について、マグネット３０において着磁方向の一方側（本実施の形態では上側）の表面３０ａ側がＳ極、着磁方向の他方側（本実施の形態では下側）の裏面３０ｂ側がＮ極となるように着磁されている場合を一例に、図９を用いて、説明する。

アクチュエータ１では、可動体２０は、ばね－マス系の振動モデルにおけるマス部に相当すると考えられるので、例えば、共振が鋭い（急峻なピークを有する）場合、往復動を減衰することにより、急峻なピークを抑制できる。振動を減衰することにより共振が急峻では無くなり、例えば、共振時の可動体２０の最大振幅値、最大移動量がばらつくことがなく、好適な安定した最大移動量による振動が出力される。

マグネット３０の裏面３０ｂ側から出射し、ヨーク４２からコイル６２側に放射され、アウターヨーク７０を通り、コイル６１を介してマグネット３０の上側のヨーク４１からマグネット３０へ入射する磁束の流れｍｆが形成される。

したがって、図９に示すように通電が行われると、マグネット３０の磁界とコイル６１、６２に流れる電流との相互作用により、フレミング左手の法則に従ってコイル６１、６２に－ｆ方向のローレンツ力が生じる。

－ｆ方向のローレンツ力は、磁界の方向とコイル６１、６２に流れる電流の方向に直交する方向である。コイル６１、６２は固定体５０（コイル保持部５２）に固定されているので、作用反作用の法則に則り、この－ｆ方向のローレンツ力と反対の力が、マグネット３０を有する可動体２０にＦ方向の推力として発生する。これにより、図１０に示すように、マグネット３０を有する可動体２０側がＦ方向、つまり底部（ケース本体１１の底面）１１４側に移動する。

出力軸部２５は、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、Ｆ方向、つまり底部（ケース本体１１の底面）移動して、ピストン１６を介して接合されたダイアフラム１５もＦ方向に移動する。これにより、可動体２０の最大振幅により、チャンバー部１４ａは最大容量で流体を取り込むことができる。

一方、コイル６１、６２の通電方向が逆方向に切り替わり、コイル６１、６２に通電が行われると、逆向きのｆ方向のローレンツ力が生じる。このｆ方向のローレンツ力の発生により、作用反作用の法則に則り、このｆ方向のローレンツ力と反対の力が、可動体２０に推力（－ｆ方向の推力）として発生し、可動体２０は、図１１に示すように、－Ｆ方向、つまり、固定体５０の蓋部１７の天面側に移動する。

これにより、出力軸部２５も－Ｆ方向、つまり蓋部１７側に移動して、ピストン１６を介して接合されたダイアフラム１５も－Ｆ方向に移動し、チャンバー部１４ａ内を収縮して取り込んだ空気を放出する。図１１Ａ、図１１Ｂで示すようにでは最大振幅で駆動し、流体（空気）を放出している。

このようにアクチュエータ１では、可動体２０を蓋部１７側、或いは、底部１１４側の一方にのみ移動させることで、ユーザーの操作に応じて、出力軸部２５を介してダイアフラム１５を変動させて流体を外部に放出し、ユーザーに所謂、空中触覚を呈示する。

また、コイル６１、６２に、電流を交互に逆向きに供給して往復動、或いは振動させることもでき、これを用いて、ユーザーの操作による可動体２０の移動に応じて駆動して、流体を外部に放出できる。

また、アクチュエータ１では、通電していない場合の非駆動時（非振動時）においては、マグネット３０とアウターヨーク７０との間に磁気吸引力がそれぞれ働き磁気バネとして機能する。このマグネット３０とアウターヨーク７０との間に発生する磁気吸引力と、弾性支持部８１、８２の元の形状に戻ろうとする復元力により、可動体２０は、元の位置に戻る。

アクチュエータ１は、電源供給部（制御部）から一対のコイル６１、６２へ入力される交流波によって駆動される。つまり、一対のコイル６１、６２の通電方向は周期的に切り替わり、可動体２０には、図９に示すように、蓋部１７の天面部１７２側の－Ｆ方向の推力と底部１１４側のＦ方向の推力が交互に作用する。これにより、可動体２０は、振動方向に振動する。
これにより、可動体２０は、移動方向、または、振動方向に移動し、流体を放出してフォースフィードバックを行うことができる。このようにアクチュエータ１によれば、低コストで容易に製造でき、より容易に使いやすい検出機能と触感フィードバック機能を有するものとなる。

＜アクチュエータ１の駆動原理＞
アクチュエータ１の駆動原理について簡単に説明する。本実施の形態のアクチュエータ１では、可動体２０の質量をｍ［ｋｇ］、ばね（ばねである弾性支持部８１、８２）のばね定数をＫ_ｓｐとした場合、可動体２０は、固定体５０に対して、下式（１）によって算出される共振周波数Ｆ_ｒ［Ｈｚ］で振動する。

可動体２０は、ばね－マス系の振動モデルにおけるマス部を構成すると考えられるので、コイル（一対のコイル６１、６２）に可動体２０の共振周波数Ｆ_ｒに等しい周波数の交流波が入力されると、可動体２０は共振状態となる。すなわち、電源供給部からコイル（一対のコイル６１、６２）に対して、可動体２０の共振周波数Ｆ_ｒと略等しい周波数の交流波を入力することにより、可動体２０を効率良く振動させることができる。

アクチュエータ１の駆動原理を示す運動方程式及び回路方程式を以下に示す。アクチュエータ１は、下式（２）で示す運動方程式及び下式（３）で示す回路方程式に基づいて駆動する。

すなわち、アクチュエータ１における質量ｍ［ｋｇ］、変位ｘ（ｔ）［ｍ］、推力定数Ｋ_f［Ｎ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、ばね定数Ｋ_sp［Ｎ／ｍ］、減衰係数Ｄ［Ｎ／（ｍ／ｓ）］等は、式（２）を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧ｅ（ｔ）［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、インダクタンスＬ［Ｈ］、逆起電力定数Ｋ_ｅ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）］は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。

このように、アクチュエータ１では、可動体２０の質量ｍと板ばねである弾性支持部８１、８２のばね定数Ｋ_ｓｐにより決まる共振周波数Ｆ_ｒに対応する交流波によりコイル６１、６２への通電を行った場合に、効率的に大きな振動出力を得ることができる。

また、アクチュエータ１は、式（２）、（３）を満たし、式（１）で示す共振周波数を用いた共振現象により駆動する。これにより、アクチュエータ１では、低消費電力で駆動、つまり、可動体２０を低消費電力で直線往復振動させることができる。また、減衰係数Ｄを大きくすれば、高帯域に渡り振動を発生させることができる。

図１２は、アクチュエータ１のコイルに供給される電流の共振周波数と流体放出部から放出される流体の速度の関係を示す図である。

コイル６１、６２に供給される電流は、図１２に示すように、可動体２０の質量ｍと板ばねである弾性支持部８１、８２のばね定数Ｋ_ｓｐにより決まる共振周波数（「可動体２０の共振周波数」ともいう）Ｆ_ｒと同等の周波数または、共振周波数近傍（共振周波数の近傍）の周波数の電流である。共振周波数近傍の周波数は、共振周波数Ｆ_ｒのマイナスα～プラスαの範囲の周波数であり、例えば、αは５０、３０であることが好ましい。すなわち、共振周波数近傍の周波数は、可動体２０の共振周波数のマイナス５０Ｈｚ～プラス５０Ｈｚの範囲の周波数であることが好ましい。更に好ましくは、共振周波数近傍の周波数は、可動体２０の共振周波数のマイナス３０Ｈｚ～プラス３０Ｈｚ（共振周波数のプラス３０Ｈｚからマイナス３０Ｈｚと同じ）の範囲の周波数である。

この範囲内の周波数の電流の供給により、可動体２０は振動し、アクチュエータ１（詳細には流体放出部１４）から放出される流体の速度は、所望の好適な速度となる。よって、本実施の形態のアクチュエータ１（後述する変形例１のアクチュエータ１Ａ、非接触触感呈示システム３００も同様）によれば、流体としての空気を放出して、手指を汚染することなくユーザーに好適な操作感の非接触触感を呈示できる。

本実施の形態によれば、可動体２０の上下（振動方向）に板状の弾性支持部８１、８２を配置している。これにより、アクチュエータ１は、可動体２０を上下方向に安定して駆動すると同時に、マグネット３０の上下の弾性支持部８１、８２から効率的に一対のコイル６１、６２の磁束を分布できる。これにより、アクチュエータ１として、高出力の振動を実現することができる。

＜変形例＞
図１３は、アクチュエータの変形例を示す斜視図であり、図１４は、同アクチュエータの変形例の要部構成を示す縦断面図であり、図１５は、同アクチュエータの変形例における流体放出部の要部構成を示す部分分解図である。また、図１６は、同アクチュエータの変形例１の分解図である。

アクチュエータ１Ａは、アクチュエータ１と同様に、例えば、ユーザーに非接触で触感を呈示するアクチュエータであり、ユーザーの操作部への非接触操作に応じた可動体２０Ａの往復動による流体の放出を、ユーザーの触感、力感として伝達する。

アクチュエータ１Ａは、アクチュエータ１と比較して、ケース１０の縦横を変えたものであり、基本構成は同様である。よって、アクチュエータ１Ａでは、アクチュエータ１と同様の構成要素ついては、同名称で、同符号「Ａ」を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
すなわち、アクチュエータ１Ａは、図１３～図１６に示すように、ケース本体１１Ａ及びブラケット１２Ａを有するケース１０Ａ内側に収容する駆動ユニット１３Ａと、流体放出部１４Ａと、を有する。駆動ユニット１３Ａの駆動により流体放出部１４Ａが流体、ここでは空気を外部に放出する。

駆動ユニット１３Ａは、駆動ユニット１３と同様に、コイル保持部５２Ａを含む固定体５０Ａの主要部と可動体２０Ａとを弾性支持部８１Ａ、８２Ａで接続して構成され、ケース１０Ａ内に収容されている。

アクチュエータ１Ａは、マグネット３０Ａを可動体２０に備え、コイル６１Ａ、６２Ａを固定体５０Ａに備える。通電されるコイル６１Ａ、６２Ａとマグネット３０Ａの協働（電磁相互作用）により可動体２０Ａが、ケース１０Ａの軸方向（上下方向）に沿って一直線方向（軸方向）で往復動する。

可動体２０Ａに設けられた出力軸部２５Ａは、可動体２０Ａと流体放出部１４Ａとが接続する。

アクチュエータ１Ａでは、流体放出部１４Ａは、ケース１０Ａの一部とともに設けられ、可動体２０Ａは、ケース１０Ａ内で可動体２０Ａと固定体５０Ａとの間に架設された弾性支持部８１Ａ、８２Ａを介し、固定体５０Ａに対して往復動自在に支持される。

アクチュエータ１Ａでは、駆動ユニット１３Ａは、具体的には、出力軸部２５Ａ、マグネット３０Ａの他、一対のヨーク４１Ａ、４２Ａ、一対のスリーブ２２Ａ、２４Ａを有し、固定体５０Ａは、環状の一対のコイル６１Ａ、６２Ａの他、アウターヨーク７０Ａを有する。

流体放出部１４Ａは、流体放出部１４と同様に、可動体２０Ａの共振周波数と同等の周波数の電流がコイル６１Ａ、６２Ａに供給されることによる可動体２０Ａの振動に伴うダイアフラム１５Ａの変形に従って行う。すなわち、ダイアフラム１５Ａの変形に従って、可動体２０Ａの共振振動に応じたチャンバー部１４ａの流体の出し入れを行い、チャンバー部１４ａから出る流体（例えば、空気）がユーザーに当たる。これによりアクチュエータ１Ａは、ユーザーに触感を呈示する。

なお、アクチュエータ１Ａは、アクチュエータ１と同様の構成により、同様の作用効果を有する。

加えて、アクチュエータ１Ａでは、各部材の軸方向の厚みを小さくするとともに、径方向の寸法を大きくしている。特に、チャンパー部１４ａの容量を可変するダイアフラム１５に接合されるピストン１６Ａにおいて、ダイアフラム１５に接合する面の径（大径部の押圧面１６２Ａの径）を大きくできる。この大径のピストン１６Ａで、ダイアフラム１５Ａを押圧して変形させる際に、ダイアフラム１５Ａの中央において、ダイアフラム１５Ａに直交するように移動してダイアフラム１５Ａを押圧する。これにより、押圧面１６２Ａが、可動体２０Ａの最大振幅でダイアフラム１５Ａをその中央部で押圧して、より効果的に変位させることができ、軸方向の長さが小さく、低背化された構成でも、好適に安定して振動し、流体を放出可能なアクチュエータ１Ａを実現できる。

＜非接触触感呈示システム３００＞
図１７は、アクチュエータ１を有する非接触触感呈示システム３００の要部構成を模式的に示す図である。非接触触感呈示システム３００は、アクチュエータ（振動呈示装置）１と、操作パネル３１０と、放出孔３２０と、接続管３３０と、制御部３４０と、を有する。

非接触触感呈示システム３００では、非接触操作部３１２と、放出孔３２０とは、操作パネル（ここでは非接触操作パネル）３１０に設けられている。非接触操作部３１２は制御部３４０に接続され、ユーザーによる操作、つまり、非接触操作部３１２にユーザーの指が近接すると、その情報を制御部３４０に主力する。放出孔３２０には、接続管３３０を介してアクチュエータ１のノズル部１９が接続されている。

非接触触感呈示システム３００では、非接触操作部３１２に、図示しない周知の非接触センサが用いられる。非接触センサは、非接触操作部３１２に近接するユーザーの指を検知し、この検知に基づいてアクチュエータ１が可動する。非接触センサは、静電容量センサ、超音波センサ、光センサ等である。光センサ等では、赤外光を用いて検知対象からの反射光を受光して検知できる。例えば、光等検知対象の検出は、２０ｍｍ～５０ｍｍ、３０ｍｍ～５０ｍｍ、２０～２５ｍｍの距離とすることが望ましい。これら検出した距離分離れているユーザーに対して、アクチュエータ１は流体を放出してユーザーに触感を呈示可能である。

制御部３４０は、例えば、非接触操作部３１２へのユーザーの指Ｕの非接触操作に応じて、アクチュエータ１を駆動する。制御部３４０は、例えば、非接触操作部３１２とアクチュエータ１に接続され、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、アクチュエータの駆動回路等を有する。制御部３４０は、非接触センサから入力される信号に応じて、アクチュエータ１のコイル６１、６２に通電して、マグネット３０との電磁相互作用を発生させる。
アクチュエータ１が駆動して、可動体２０が移動することにより、流体である空気を、接続管３３０を介して放出孔３２０に送出し、ユーザーの指Ｕに吹き付ける。

これにより、ユーザーに非接触での操作に応じて非接触操作の操作感を触感として付与できる。よって、ノズル部１９を接続管３３０、放出孔３２０を介して適宜、非接触の触感呈示に適した配置とすることで非接触操作の操作感を好適に付与できる。非接触操作部３１２及び放出孔３２０と、ユーザーの指Ｕとの距離は、例えば３０～５０ｍｍ等のように適宜設定可能である。

＜まとめ＞
アクチュエータ１、１Ａは、コイル６１、６１Ａ、６２、６２Ａを有する固定体５０、５０Ａと、コイル６１、６１Ａ、６２、６２Ａの径方向内側に配置され、且つ、コイル６１、６１Ａ、６２、６２Ａの軸方向に磁化されたマグネット３０、３０Ａを有する可動体２０、２０Ａと、流体放出部１４、１４Ａと、を備える。加えて、アクチュエータ１、１Ａでは、平板状の弾性支持部８１、８１Ａ、８２、８２Ａが、流体放出部１４、１４Ａのダイアフラム１５、１５Ａを動かす可動体２０、２０Ａをコイル軸方向である移動方向で離間する両端部で、移動自在に弾性保持している。

ダイアフラム１５、１５Ａは、板ばねである弾性支持部８１、８１Ａ、８２、８２Ａのばね定数Ｋ_sp［Ｎ／ｍ］と可動体２０、２０Ａの質量ｍ［ｋｇ］で設定される共振周波数の電源がコイル６１、６１Ａ、６２、６２Ａに供給されることによる共振する可動体２０、２０Ａの振動に伴い変形する。これにより、可動体の共振振動に応じた流体をユーザーに向かって放出し、ユーザーに非接触触感を付与する。

また、弾性支持部８１、８１Ａ、８２、８２Ａが板ばねであることにも起因して、可動体２０、２０Ａの移動方向への移動の際の直進性は確保され、ダイアフラム１５、１５Ａを安定して高振幅で且つ円滑に駆動することができる。

アクチュエータ１、１Ａによれば、より好適に空気（流体）を放出でき、安定かつ強い触感を実現できる。非接触触感を呈示することで、手指の汚染を伴うことなく、ユーザーに好適な操作感の触感を呈示できる。よって、非接触操作パネル３１０との併用により、非接触でも良好な操作感の操作パネルを実現できる。

また、ダイアフラム１５、１５Ａは、ダイアフラム１５、１５Ａの中央部でピストン１６、１６Ａを介して、ダイアフラム１５、１５Ａに対して垂直方向に移動する可動体２０、２０Ａの出力軸部２５、２５Ａに接合されている。これにより、ダイアフラム１５、１５Ａは、その中央部を垂直に押し上げる形で変位することにより、最大振幅となり、ノズル部１９を介して流体が強く出力され、高い触感を付与できる。

ダイアフラム１５は、その外周部１５４を、蓋部１７と放出壁部１８の段差部１７６、１８１で挟持されている。ダイアフラム１５の外周部１５４は、段差部１７６、１８１において、外周部分１７６２、１８１２に対して高さの異なる内周部分１８１４、１７６４で挟持され、気密的に密閉された状態で保持されている。また、さらに、ダイアフラム１５は外周部１５４の全周を環状突起部１８１６で押圧された状態で、蓋部１７と放出壁部１８とで挟持されている。なおダイアフラム１５Ａもダイアフラム１５と同様に、アクチュエータ１Ａにおいて、蓋部１７Ａと放出壁部１８Ａの段差部１７６、１８１で挟持されている。

これにより、ダイアフラム１５の位置ずれを抑制して、可動体２０の挙動を安定させることができる。また、ダイアフラム１５が段差部１７６、１８１で挟持され接着固定されているので、内部の流体（空気）の漏れを抑制できる。

このように、ダイアフラム１５の固着を確実にしつつ空気漏れを抑制した構造にすることにより、安定した非接触触感を付与できる。

また、コイル保持部５２には、端子部７５が外方に突出して設けられているので、コイルのコイル線の絡げと半田付けが容易になり、外部機器とコイル６１、６２との接続を容易にできる。また、可動体２０にマグネット３０を設けているので、上記構成で可動体２０にコイルを設ける場合と比較して、強い触感表現とするため高振幅なデバイスとすることが可能となり、その際の信頼性の確保も容易となる。また、コイル６１、６２をマグネット３０の周囲を包囲する構成であるので、その磁気回路から高出力で且つ高効率化が可能となる。

また、これを備える非接触触感呈示システム３００は、ユーザーの非接触操作を検知する操作部を有する操作装置である操作パネル３１０と、検知された非接触操作に応じてコイル６１、６２に通電して可動体２０を振動させる制御部３４０とを有する。操作パネル３１０には、チャンバー部１４ａから出る流体を、ユーザー（指Ｕ）に向かって放出する放出孔３２０が設けられている。これによりユーザーの非接触操作に応じて、非接触で触感を付与できる。また、放出孔３２０を操作パネル３１０に位置させることで、適宜、触感呈示に適した配置しているので、優れた非接触触感を呈示する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係るアクチュエータは、流体を放出することにより手指を汚染することなく好適な操作感の非接触触感を呈示するフィードバック機能を有し、非接触で触感等を呈示するアクチュエータとして有用である。

１ アクチュエータ
１０ ケース
１１ ケース本体
１２ ブラケット
１３ 駆動ユニット
１４ 流体放出部
１５ ダイアフラム
１６ ピストン
１７ 蓋部
１８ 放出壁部
２０ 可動体
２０ａ 外周面
２２、２４ スリーブ
２３ 貫通孔
２５ 出力軸部
２６ 固定部
２８ ばね接続部
３０ マグネット
３０ａ 表面
３０ｂ 裏面
４１、４２ ヨーク
５０ 固定体
５２ コイル保持部
５２ｂ、５２ｃ コイル取付部
５４ 範囲形成突部
６１、６２ コイル
７０ アウターヨーク
７５ 端子部
８１、８２ 弾性支持部（弾性部）
１０２ 切欠部
１１２ 周壁部
１１４ 底部
１１５ 開口部
１１８ 段差部
１２４ 位置決め突起部
１２６ 中央開口
１２８ 押圧部
１７２ 天面部
２２２ 接合部
２２４、２４４ ばね固定部
２４２ 接合部
２８２ 挿入部
２８４ フランジ
３００ 非接触触感呈示システム
３１０ 非接触操作パネル
３１２ 非接触操作部
３２０ 放出孔
４１２ 開口部
４２２ 開口部
５２２ 保持部本体
５２２ａ 内周面
５２６、５２７ フランジ部
５２７ａ 上端面
５２８ フランジ部
５２８ａ 下端面
８０２ 内周部
８０４ 変形アーム部
８０６ 外周固定部
８１０ 減衰部

Claims (11)

1. マグネットを有する可動体と、
   前記可動体を振動自在に支持する弾性部と、
   前記可動体の共振周波数と同等な周波数の電流の供給により磁場を生成して前記マグネットとの電磁相互作用により前記可動体を振動させるコイルを有する固定体と、
   内部に流体を貯留し、ダイアフラムを有するチャンバー部を有し、前記可動体の共振振動に伴う前記ダイアフラムの変形に従って、前記チャンバー部の流体の出し入れを行い、前記チャンバー部から出る流体により触感を呈示する流体放出部と、
   を有する、
   非接触触感呈示装置。
2. マグネットを有する可動体と、
   前記可動体を振動自在に支持する弾性部と、
   前記可動体の共振周波数の近傍の周波数の電流の供給により磁場を生成して前記マグネットとの電磁相互作用により前記可動体を振動させるコイルを有する固定体と、
   内部に流体を貯留し、ダイアフラムを有するチャンバー部を有し、前記可動体の振動に伴う前記ダイアフラムの変形に従って、前記チャンバー部の流体の出し入れを行い、前記チャンバー部から出る流体により触感を呈示する流体放出部と、
   を有する、
   非接触触感呈示装置。
3. 前記マグネットは前記コイルに包囲される位置に離間して配置される、
   請求項１または２記載の非接触触感呈示装置。
4. 前記弾性部は、前記可動体を振動方向で離間する複数の箇所で、前記固定体に対して、前記振動方向に移動自在に弾性支持している、
   請求項１または２記載の非接触触感呈示装置。
5. 前記弾性部は、板ばねであることを特徴とする請求項３記載の非接触触感呈示装置。
6. 前記ダイアフラムは、前記可動体に、前記ダイアフラムの中央部で固定されている、
   請求項１または２記載の非接触触感呈示装置。
7. 振動方向と垂直に面を配置される前記ダイアフラム上に、前記ダイアフラムの変形方向に沿って開口するように配置され、前記チャンバー部に対して出し入れされる流体の通路となるノズルを有する、
   請求項１または２記載の非接触触感呈示装置。
8. 前記固定体は、筒状に形成され、前記コイルで囲むように前記可動体を移動自在に収容するコイル保持部を有し、
   前記ダイアフラムは、前記コイル保持部の一方の開口部と、前記流体放出部との間に、段差部を介して挟持されている、
   請求項１または２記載の非接触触感呈示装置。
9. 前記固定体は、筒状に形成され、前記コイルで囲むように前記可動体を移動自在に収容するコイル保持部を有し、
   前記ダイアフラムは、前記コイル保持部の一方の開口部と、前記流体放出部との間に接着固定されている、
   請求項１または２記載の非接触触感呈示装置。
10. 前記コイルに供給される前記共振周波数の近傍の周波数は、前記共振周波数のプラス３０Ｈｚからマイナス３０Ｈｚである、
    請求項２記載の非接触触感呈示装置。
11. 請求項１または２記載の非接触触感呈示装置と、
    ユーザーの非接触操作を検知する操作部を有する操作装置と、
    検知された非接触操作に応じて前記コイルに通電して前記可動体を振動させる制御部と、
    前記操作装置に設けられ、前記チャンバー部から出る流体を、前記ユーザーに向かって放出する放出孔と、
    を有する非接触触感呈示システム。

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