JP3997872B2 - アクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイル及び磁石を含むアクチュエータに関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報通信機器の発達に伴い、従来の視覚、聴覚による情報伝達に加えて触覚による情報伝達に対する実現要求が高まっている。触覚による情報伝達デバイスの一つとして、特許文献１に記載の情報受感装置がある。
【０００３】
この情報受感装置で用いているアクチュエータは、磁石から発生する磁束とコイルの電流との作用により発生する電磁力を推力としている。この装置ではＳ極とＮ極とが交互に並ぶように複数の磁石を配置し、垂直方向に磁束を発生させている。そして、Ｓ極及びＮ極の双方を跨ぐようコイルを配置し、水平方向に推力を発生させている。コイルには触覚を呈示するための受感部が固定されており、この部材を介して触覚を呈示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３３０６８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようなアクチュエータをマウスなどのコンピュータ周辺機器に組み込んで使う場合、ＩＤカードなどの磁気カードや、フレキシブルディスクなどの磁気記録メディアに接近する機会が多くなる。このため、アクチュエータの磁石から漏れる磁気が磁気カードや磁気記録メディア内部のデータを破壊しないように、アクチュエータからの磁束の漏れを極力抑える必要がある。
【０００６】
一方、マウスなどの小型の機器に本アクチュエータを用いる場合、機器が大型化して操作性が悪化することを避けるためには、アクチュエータのサイズは機器内部に収容できるサイズに制約される。その一方で、複数のコイル及びコイル固定部材には、触覚を呈示するのに充分な可動範囲が要求される。
【０００７】
本発明は、サイズが制約されても複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を狭めることなく外部への磁束の漏れを低減できるアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるアクチュエータは、第１の面及び第２の面を有する略正方形平板状の第１ヨーク板と、第３の面及び第４の面を有し、第１ヨーク板の第２の面に第３の面が対向するように設けられた略平板状の第２ヨーク板と、第２ヨーク板の第３の面の周辺部に設けられるとともに、第１ヨーク板の外枠の各辺を長手方向として第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁性体からなる磁気遮蔽部と、第１ヨーク板の第２の面において、該第２の面の中心位置を原点としＸ軸及びＹ軸が第１ヨーク板の外枠の各辺に平行な座標系の各象限に相当する複数の領域それぞれに固定して設けられ、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部に沿った辺を有する複数の磁石と、複数の磁石と第２ヨーク板との間に、第２ヨーク板の第３の面に略平行に設けられた複数のコイルと、複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、を備え、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の第２の面からの高さが、第２の面から複数のコイルまでの距離よりも小さく、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の長手方向の長さが、複数の磁石それぞれの当該磁気遮蔽部に沿った辺の長さの和よりも長いことを特徴とする。また、本発明によるアクチュエータは、第１の面及び第２の面を有する略正方形平板状の第１ヨーク板と、第３の面及び第４の面を有し、第１ヨーク板の第２の面に第３の面が対向するように設けられた略平板状の第２ヨーク板と、第２ヨーク板の第３の面の周辺部に設けられるとともに、第１ヨーク板の外枠の各辺を長手方向として第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁性体からなる磁気遮蔽部と、第１ヨーク板の第２の面において、該第２の面の中心位置を原点としＸ軸及びＹ軸が第１ヨーク板の外枠の各辺に平行な座標系の各象限に相当する複数の領域それぞれに固定して設けられ、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部に沿った辺を有する複数の磁石と、複数の磁石と第２ヨーク板との間に、第２ヨーク板の第３の面に略平行に設けられた複数のコイルと、複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、を備え、第２ヨーク板の第３の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の第３の面からの高さが、第３の面から複数のコイルまでの距離よりも小さく、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の長手方向の長さが、複数の磁石それぞれの当該磁気遮蔽部に沿った辺の長さの和よりも長いことを特徴とする。
【０００９】
第１ヨーク板及び第２ヨーク板を備えることにより、複数の磁石から延びる磁束の一部は第１ヨーク板及び第２ヨーク板によって遮蔽される。また、第１ヨーク板の第２の面及び第２ヨーク板の第３の面それぞれの周辺部に設けられた磁気遮蔽部によって、他の磁束が遮蔽される。磁気遮蔽部は、第２の面及び第３の面の双方に、複数のコイル及びコイル固定部材には接触しないように設けることができる。また、アクチュエータのサイズを大きくする必要がない。従って、本発明によるアクチュエータは、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を狭めることなく、アクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。また、第１ヨーク板（第２ヨーク板）の第２の面（第３の面）の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の第２の面（第３の面）からの高さが、第２の面（第３の面）から複数のコイルまでの距離よりも小さいことによって、磁気遮蔽部と複数のコイルとが接触しない構成を好適に実現できるので、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイルの可動範囲を狭めることなく外部への磁束の漏れを低減できる。また、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の長手方向の長さが、複数の磁石それぞれの当該磁気遮蔽部に沿った辺の長さの和よりも長いことによって、アクチュエータ外部への磁束の漏れをさらに低減できる。
【００１０】
また、アクチュエータは、第２ヨーク板の第３の面に固定して設けられた複数の磁石をさらに備えることを特徴としてもよい。第１ヨーク板の第２の面及び第２ヨーク板の第３の面それぞれに磁石を設けることによって、磁石から延びる磁束は対向する磁石の方向、すなわち磁石の表面に対して略垂直方向に引き寄せられる。したがって、磁束は水平方向に変位する複数のコイルに対して効率よく作用するため、磁束あたりの推力、つまり磁石面積あたりの推力が大きくなる。すなわち、複数のコイル及びコイル固定部材の推力を向上できる。
【００１２】
また、アクチュエータは、磁気遮蔽部が、第１ヨーク板または第２ヨーク板の端部を折り曲げて形成されることを特徴としてもよい。これによって、磁気遮蔽部を容易に設けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第１実施形態について説明する。図１〜図５それぞれは、第１実施形態に係るアクチュエータ１の構成を示す図である。図１は、アクチュエータ１の全体の斜視図である。図２は、図１に示すアクチュエータ１のＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。図３は、アクチュエータ１から触覚呈示部材７０及び第２ヨーク板２０が除かれたものの斜視図である。図４は、コイル４１〜４４と磁石３１〜３４との位置関係を示す平面図である。図５は、アクチュエータ１の側面図である。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、このアクチュエータ１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備えている。第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０は、磁性体からなる。第１ヨーク板１０の形状は略正方形の平板状であり、第１の面１０ａと、第１の面１０ａの反対側の面である第２の面１０ｂとを有する。第２ヨーク板２０は、略正方形の平板の４隅を斜めに切り欠いた形状である。第２ヨーク板２０は、第３の面２０ａと、第３の面２０ａの反対側の面である第４の面２０ｂとを有する。また、第２ヨーク板２０の４隅を切り欠いているのは、取り付け時の干渉を防ぐ為である。第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０は、第２の面１０ｂと第３の面２０ａとが対向するように互いに略平行な位置に設けられており、４本のスタッド５１〜５４によって互いの四隅を固定されている。また、図２に示されるように、第２ヨーク板２０は略中央部分に開口部２０ｃを有する。
【００１６】
また、第１ヨーク板１０には、磁気遮蔽部１１〜１４が設けられている。磁気遮蔽部１１〜１４は、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂの周辺部に設けられている。具体的には、磁気遮蔽部１１〜１４は第１ヨーク板１０の端部を第２の面１０ｂ側に折り曲げて形成されている。磁気遮蔽部１１〜１４は第１ヨーク板１０に対し略直角に曲げられており、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂからの高さは磁気遮蔽部１１〜１４それぞれが互いに略等しく形成されている。
【００１７】
また、アクチュエータ１は、触覚呈示部材７０及びコイル固定部材７１を備える。コイル固定部材７１は第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０との間に、第３の面２０ａと平行に動作することが可能なように設けられる。コイル固定部材７１は、第３の面２０ａと略平行であって互いに直交する２方向に延びる板状部分を有している。また、コイル固定部材７１は、板状部分の略中央から第２ヨーク板２０の開口部２０ｃを貫通するように角柱状に突き出た柱状部７１ａを有する。触覚呈示部材７０は柱状部７１ａの先端に固定され、第２ヨーク板２０の第４の面２０ｂに、コイル固定部材７１とともに変位可能に設けられる。触覚呈示部材７０の形状は、中央付近が厚い円盤状である。
【００１８】
また、図３に示されるように、このアクチュエータ１は、４つのコイル４１〜４４を備えている。コイル４１〜４４は、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａに略平行になるよう、コイル固定部材７１のコイルホルダ部７１ｂに一体に固定される。図２を参照すると、コイルホルダ部７１ｂはコイル固定部材７１の板状部分の両端から第１ヨーク板１０に向かって伸び、コイル４１〜４４の中空部分を貫通するように設けられてコイル４１〜４４を固定している。コイル４１〜４４及びコイル固定部材７１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０に対して相対的に変位が可能なように設けられる。
【００１９】
また、図３を参照すると、アクチュエータ１はさらに４つの磁石３１〜３４を備えている。４つの磁石３１〜３４それぞれは、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂ上に固定して設けられている。
【００２０】
図４に、４つの磁気遮蔽部１１〜１４、４つの磁石３１〜３４、および４つのコイル４１〜４４それぞれの相対的位置関係が示されている。この図中に示されているように、第１ヨーク板１０の中心位置を原点とするＸＹＺ直交座標系を想定する。Ｘ軸およびＹ軸それぞれは、第１ヨーク板１０の外枠の各辺に平行である。
【００２１】
４つの磁石３１〜３４それぞれは、略正方形の平板の１隅を扇形に切り欠いた形状をしている。そして、４つの磁石３１〜３４それぞれは、扇形に切り欠かれた隅に対して対角線上にある隅が座標原点に位置するように、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂ上に配置される。第２の面１０ｂ上の、４つの磁石３１〜３４それぞれが扇形に切り欠かれた部分にはスタッド５１〜５４それぞれが設けられる。
【００２２】
磁石３１は、Ｘ座標値が正であってＹ座標値も正である領域に、その磁束の一部がコイル４１およびコイル４２の双方を貫くように設けられている。磁石３２は、Ｘ座標値が負であってＹ座標値が正である領域に、その磁束の一部がコイル４２およびコイル４３の双方を貫くように設けられている。磁石３３は、Ｘ座標値が負であってＹ座標値も負である領域に、その磁束の一部がコイル４３およびコイル４４の双方を貫くように設けられている。また、磁石３４は、Ｘ座標値が正であってＹ座標値が負である領域に、その磁束の一部がコイル４４およびコイル４１の双方を貫くように設けられている。これらのうち、磁石３１および磁石３３それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する側がＳ極となるように配置され、磁石３２および磁石３４それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する側がＮ極となるように配置されている。
【００２３】
磁気遮蔽部１１〜１４は、第１ヨーク板１０の周辺部に設けられている。磁気遮蔽部１１及び磁気遮蔽部１３は、その長手方向が互いに略平行になるように設けられている。磁気遮蔽部１２及び磁気遮蔽部１４は、その長手方向が互いに略平行になるように、また、その長手方向が磁気遮蔽部１１及び磁気遮蔽部１３の長手方向と略直角になるように設けられている。また、図４に示すように、磁気遮蔽部１１は、磁気遮蔽部１１の長手方向の長さｄ1が、磁石３１及び磁石３４それぞれの磁気遮蔽部１１に最も近い辺の長さの和ｄ2よりも長くなるように構成されている。磁気遮蔽部１２と磁石３１及び３２、磁気遮蔽部１３と磁石３２及び３３、磁気遮蔽部１４と磁石３３及び３４それぞれの関係についても同様である。
【００２４】
４つのコイル４１〜４４それぞれは、互いに同形であって、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａからの距離が互いに等しくなるように、また、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、コイル固定部材７１に固定されて配置されている。コイル４１はＸ座標値が正の領域にＸ軸をまたいで設けられている。コイル４２はＹ座標値が正の領域にＹ軸をまたいで設けられている。コイル４３はＸ座標値が負の領域にＸ軸をまたいで設けられている。また、コイル４４はＹ座標値が負の領域にＹ軸をまたいで設けられている。
【００２５】
磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の相対的な位置関係について換言すれば以下のとおりである。コイル４１は、磁石３４および磁石３１それぞれが作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４２は、磁石３１および磁石３２それぞれが作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４３は、磁石３２および磁石３３それぞれが作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。また、コイル４４は、磁石３３および磁石３４それぞれが作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。
【００２６】
コイル４１〜４４それぞれの導線として、銅線を用いてもよいし、また、軽量化のために、銅メッキされたアルミニウム線を用いるのも好適である。磁石３１〜３４それぞれは、保磁力および残留磁束密度が大きいものが好ましく、例えばネオジ磁石が好適である。
【００２７】
コイル４１〜４４それぞれは、互いに独立に電流を流すことができる。そして、コイル４１〜４４それぞれに流れる電流の大きさ及び方向に応じて、磁石３１〜３４それぞれが作る磁界とコイル４１〜４４それぞれの導線との間で、フレミングの左手の法則に応じた電磁力が生じる。これに因り、コイル４１〜４４それぞれに推力が生じる。そして、磁石３１〜３４が固定された第１ヨーク板１０に対し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が移動する。そして、このコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が移動することにより、柱状部７１ａに固定された触覚呈示部材７０に触れている操作者の指などに触覚が呈示される。
【００２８】
図５にアクチュエータ１の側面図が示されている。この図は、アクチュエータ１をＹ軸方向に見たときのものである。この図に示されるように、本実施形態のアクチュエータ１は、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂからの磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3が、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂからコイル４１〜４４までの距離ｄ4より小さくなるように構成されている。また、第１ヨーク板１０の４隅に設けられているスタッド５１〜５４は、各々の一端が第１ヨーク板１０に、他端が第２ヨーク板２０に固定され、第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０とを固定するものである。
【００２９】
本実施形態によるアクチュエータ１は、以下の効果を有する。すなわち、アクチュエータ１は、磁性体からなる第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備え、磁石３１〜３４をこれらの間に配置している。これにより、複数の磁石３１〜３４から延びる磁束の一部が第１ヨーク板１０または第２ヨーク板２０によって遮蔽される。さらに、アクチュエータ１の側面方向へ延びる磁束が、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂの周辺部に設けられた磁気遮蔽部１１〜１４によって遮蔽される。また、磁気遮蔽部１１〜１４が第２の面１０ｂに設けられることにより、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１に磁気遮蔽部１１〜１４が接触しないようにアクチュエータを構成できる。これによって、小型の機器に収容される際にアクチュエータのサイズが制約されたとしても、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることはない。このように、第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０、及び磁気遮蔽部１１〜１４を備えることによって、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることなく、アクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。
【００３０】
特に、磁石が第１ヨーク板１０の端部に接近しているような箇所では磁束の漏れが多いため、本実施形態のように、磁気遮蔽部１１〜１４の長手方向の長さｄ1が、４つの磁石それぞれの磁気遮蔽部に最も近い辺の長さの和ｄ2よりも長くなるように構成するとよい。これによって、アクチュエータ外部への磁束の漏れをさらに低減できる。
【００３１】
また、本実施形態によるアクチュエータ１は、磁気遮蔽部１１〜１４の第２の面１０ｂからの高さｄ3が、第２の面１０ｂから複数のコイル４１〜４４までの距離ｄ4よりも小さく構成されている。磁気遮蔽部１１〜１４はこのように構成されることが好ましい。これによって、磁気遮蔽部１１〜１４と複数のコイル４１〜４４とが接触しないような構成を好適に実現できるので、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４の可動範囲を狭めることなく、磁束の漏れを低減できる。
【００３２】
また、本実施形態では第１ヨーク板１０の端部を折り曲げて磁気遮蔽部１１〜１４を形成している。磁気遮蔽部１１〜１４をこのように形成すれば、製作工程が簡易であり、磁気遮蔽部を容易に設けることができる。また、部品点数が増加しないので磁気遮蔽部１１〜１４を設けることによるコストの上昇を抑えることができる。
【００３３】
なお、第１ヨーク板１０全体の重量に占める磁気遮蔽部１１〜１４の重量はわずかであり、また、磁気遮蔽部１１〜１４を設けてもアクチュエータの外形寸法は変化しない。よって、磁気遮蔽部１１〜１４を設けることにより、磁束の漏れを低減できる構造をわずかな重量増加で実現できる。
【００３４】
（第２実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第２実施形態について説明する。本実施形態のアクチュエータ２は、図１に示すアクチュエータ１と同様の外観を有している。図６は、アクチュエータ２の図１におけるＩ−Ｉ断面と同じ断面を示す側面断面図である。図７は、コイル４１〜４４と磁石３５〜３８との位置関係を示す底面図である。図７では、図４において想定したＸＹＺ直交座標系を再度使用する。
【００３５】
図６及び図７に示すように、アクチュエータ２は、第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０、４つの磁石３１〜３４、４つのコイル４１〜４４、触覚呈示部材７０、及びコイル固定部材７１を備えている。これらの構成は第１実施形態のものと同様なので、詳細な説明を省略する。
【００３６】
アクチュエータ２は４つの磁石３５〜３８を備えている。４つの磁石３５〜３８それぞれは、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａ上であって、第１ヨーク板１０に設けられている磁石３１〜３４それぞれに対向する位置に設けられる。４つの磁石３５〜３８それぞれは、略正方形の平板の１隅を扇形に切り欠くとともに、この隅に対して対角線上にある隅を矩形に切り欠いた形状をしている。そして、４つの磁石３５〜３８それぞれは、矩形に切り欠かれた隅が第２ヨーク板２０の中心に集まるように、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａ上に配置される。第２ヨーク板２０の中心には矩形の開口部２０ｃがあり、４つの磁石３５〜３８それぞれの矩形に切り欠いた部分の形状が開口部２０ｃの形状に略一致している。また、第３の面２０ａ上の、４つの磁石３５〜３８それぞれが扇形に切り欠かれた部分にはスタッド５１〜５４それぞれが設けられる。
【００３７】
磁石３５および磁石３７それぞれは、磁石３１及び磁石３３に対向する側がＮ極となるように配置され、磁石３６および磁石３８それぞれは、磁石３２及び磁石３４に対向する側がＳ極となるように配置されている。
【００３８】
また、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０それぞれには、磁気遮蔽部１１〜１４及び磁気遮蔽部２１〜２４それぞれが設けられている。磁気遮蔽部１１〜１４の構成は、第１実施形態のものと同様である。磁気遮蔽部２１〜２４は、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａの周辺部に設けられている。磁気遮蔽部２１〜２４は、磁気遮蔽部１１〜１４と同様に第２ヨーク板２０の端部を第３の面２０ａ側に折り曲げて形成されている。磁気遮蔽部２１〜２４は第２ヨーク板２０に対し略直角に曲げられており、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａからの高さは磁気遮蔽部２１〜２４それぞれが互いに略等しく形成されている。本実施形態のアクチュエータ２は、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａからの磁気遮蔽部２１〜２４の高さｄ7が、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａからコイル４１〜４４までの距離ｄ8より小さくなるように構成されている。
【００３９】
図７を参照すると、磁気遮蔽部２１〜２４は、第２ヨーク板２０の周辺部に設けられている。磁気遮蔽部２１及び磁気遮蔽部２３は、その長手方向が互いに略平行になるように設けられている。磁気遮蔽部２２及び磁気遮蔽部２４は、その長手方向が互いに略平行になるように、また、その長手方向が磁気遮蔽部２１及び磁気遮蔽部２３の長手方向と略直角になるように設けられている。また、磁気遮蔽部２１は、磁気遮蔽部２１の長手方向の長さｄ5が、磁石３５及び磁石３８それぞれの磁気遮蔽部２１に最も近い辺の長さの和ｄ6よりも長くなるように構成されている。磁気遮蔽部２２と磁石３５及び３６、磁気遮蔽部２３と磁石３６及び３７、磁気遮蔽部２４と磁石３７及び３８それぞれの関係についても同様である。
【００４０】
コイル４１は、磁石３１及び磁石３５が作る磁界、並びに磁石３４及び磁石３８が作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４２は、磁石３１及び磁石３５が作る磁界、並びに磁石３２及び磁石３６が作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４３は、磁石３２及び磁石３６が作る磁界、並びに磁石３３及び磁石３７が作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。また、コイル４４は、磁石３３及び磁石３７が作る磁界、並びに磁石３４及び磁石３８が作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。そして、コイル４１〜４４それぞれに流れる電流の大きさ及び方向に応じて、磁石３１〜３４及び磁石３５〜３８が作る磁界とコイル４１〜４４の導線との間で電磁力が生じ、コイル４１〜４４に推力が生じる。
【００４１】
本実施形態によるアクチュエータ２は、以下の効果を有する。すなわち、アクチュエータ２は、磁性体からなる第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備え、磁石３１〜３４及び磁石３５〜３８をこれらの間に配置している。これにより、複数の磁石３１〜３４及び磁石３５〜３８から延びる磁束の一部が第１ヨーク板１０または第２ヨーク板２０によって遮蔽される。さらに、アクチュエータ１の側面方向へ延びる磁束が、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂの周辺部に設けられた磁気遮蔽部１１〜１４、および第２ヨーク板２０の第３の面２０ａの周辺部に設けられた磁気遮蔽部２１〜２４によって遮蔽される。また、磁気遮蔽部１１〜１４は第２の面１０ｂに設けられ、磁気遮蔽部２１〜２４は第３の面２０ａに設けられることにより、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１に磁気遮蔽部１１〜１４及び２１〜２４が接触しないようにアクチュエータを構成できる。これにより、小型の機器に収容される際にアクチュエータのサイズが制約されたとしても、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることはない。このように、本実施形態によるアクチュエータによれば、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることなく、アクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。
【００４２】
なお、アクチュエータは磁気遮蔽部１１〜１４を除いた構成でも良く、第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０、及び磁気遮蔽部２１〜２４を備えることによって、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることなくアクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。
【００４３】
また、本実施形態によるアクチュエータ２は、磁石３１〜３４に加えて、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａに固定して設けられた複数の磁石３５〜３８をさらに備えている。このようにアクチュエータは、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂ及び第２ヨーク板２０の第３の面２０ａそれぞれに磁石を備えても良い。これによって、磁石３１〜３４から延びる磁束は対向する磁石３５〜３８の方向、すなわちＺ方向に引き寄せられる。このため、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さくなる。このことから、コイル４１〜４４の導線に作用する電磁力の、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、磁束はＸＹ方向に変位する複数のコイル４１〜４４に対して効率よく作用するため、磁束あたりの推力、つまり磁石面積あたりの推力が大きくなる。すなわち、本実施形態によるアクチュエータによれば、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の推力を向上できる。
【００４４】
また、本実施形態によるアクチュエータ２は、磁気遮蔽部１１〜１４の第２の面１０ｂからの高さｄ3が、第２の面１０ｂから複数のコイル４１〜４４までの距離ｄ4よりも小さい。また、磁気遮蔽部２１〜２４の第３の面２０ａからの高さｄ7が、第３の面２０ａから複数のコイル４１〜４４までの距離ｄ8よりも小さい。磁気遮蔽部１１〜１４及び磁気遮蔽部２１〜２４はこのように構成されることが好ましく、これによって、磁気遮蔽部１１〜１４及び２１〜２４と複数のコイル４１〜４４とが接触しないような構成を好適に実現できるので、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４の可動範囲を狭めることなく磁束の漏れを低減できる。
【００４５】
（第１実施例）
ここで、本発明によるアクチュエータの第１実施例を説明する。第１実施例は、上記した第１実施形態を実施したものである。第１実施例では、磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3を、磁石３１〜３４の厚さに等しくなるまで磁石３１〜３４の厚さの１／４ずつ変化させ、アクチュエータの外部に漏れる磁束を解析した。そして、アクチュエータの側面から５ｍｍ離れた位置での磁束の漏れを評価した。
【００４６】
図８は、アクチュエータからの磁束の漏れを評価したグラフである。図８に示すグラフは、横軸に磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ３の、磁石３１〜３４の厚さに対する比率を百分率で表している。また、縦軸にアクチュエータの側面から５ｍｍ離れた位置での磁束の漏れの最大値を表している。
【００４７】
図８に示すグラフを参照すると、アクチュエータ側面からの磁束漏れ最大値は磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3を高くするほど減少している。特に、磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3を磁石３１〜３４の厚さの５０〜１００％にしたとき（図中Ａ）に、アクチュエータ側面からの磁束漏れを低減する効果が高いことがわかる。また、磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3を磁石高さと等しく（１００％）したアクチュエータは、磁気遮蔽部１１〜１４の高さが０％、すなわち磁気遮蔽部を備えないアクチュエータに比べて磁気漏れ最大値は約半分に低減されていることがわかる。
【００４８】
本発明によるアクチュエータは、上記した各実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、磁気遮蔽部は、第１ヨーク板や第２ヨーク板の端部を折り曲げて形成する他にも、第１ヨーク板及び第２ヨーク板とは別の磁性体を用いて構成することもできる。一例としては、細長い角柱状の磁性体を、第１ヨーク板または第２ヨーク板の四辺に沿うように第２の面上または第３の面上に磁気遮蔽部として設けることで、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を狭めることなく外部への磁束の漏れを低減できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によるアクチュエータは、第１ヨーク板、第２ヨーク板、及び磁気遮蔽部を備えることによって、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を狭めることなくアクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態によるアクチュエータの全体の斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータのＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。
【図３】第１実施形態によるアクチュエータから触覚呈示部材及び第２ヨーク板が除かれたものの斜視図である。
【図４】第１実施形態によるアクチュエータの、コイルと磁石との位置関係を示す平面図である。
【図５】第１実施形態によるアクチュエータの側面図である。
【図６】第２実施形態によるアクチュエータの図１におけるＩ−Ｉ断面と同じ断面を示す側面断面図である。
【図７】第２実施形態によるアクチュエータの、コイルと磁石との位置関係を示す底面図である。
【図８】第１実施例において、アクチュエータからの磁束の漏れを評価したグラフである。
【符号の説明】
１…アクチュエータ、１０…第１ヨーク板、１０ａ…第１の面、１０ｂ…第２の面、１１〜１４…磁気遮蔽部、２０…第２ヨーク板、２０ａ…第３の面、２０ｂ…第４の面、３１〜３４…磁石、４１〜４４…コイル、７０…触覚呈示部材、７１…コイル固定部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイル及び磁石を含むアクチュエータに関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報通信機器の発達に伴い、従来の視覚、聴覚による情報伝達に加えて触覚による情報伝達に対する実現要求が高まっている。触覚による情報伝達デバイスの一つとして、特許文献１に記載の情報受感装置がある。
【０００３】
この情報受感装置で用いているアクチュエータは、磁石から発生する磁束とコイルの電流との作用により発生する電磁力を推力としている。この装置ではＳ極とＮ極とが交互に並ぶように複数の磁石を配置し、垂直方向に磁束を発生させている。そして、Ｓ極及びＮ極の双方を跨ぐようコイルを配置し、水平方向に推力を発生させている。コイルには触覚を呈示するための受感部が固定されており、この部材を介して触覚を呈示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３３０６８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようなアクチュエータをマウスなどのコンピュータ周辺機器に組み込んで使う場合、ＩＤカードなどの磁気カードや、フレキシブルディスクなどの磁気記録メディアに接近する機会が多くなる。このため、アクチュエータの磁石から漏れる磁気が磁気カードや磁気記録メディア内部のデータを破壊しないように、アクチュエータからの磁束の漏れを極力抑える必要がある。
【０００６】
一方、マウスなどの小型の機器に本アクチュエータを用いる場合、機器が大型化して操作性が悪化することを避けるためには、アクチュエータのサイズは機器内部に収容できるサイズに制約される。その一方で、複数のコイル及びコイル固定部材には、触覚を呈示するのに充分な可動範囲が要求される。
【０００７】
本発明は、サイズが制約されても複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を狭めることなく外部への磁束の漏れを低減できるアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるアクチュエータは、第１の面及び第２の面を有する略正方形平板状の第１ヨーク板と、第３の面及び第４の面を有し、第１ヨーク板の第２の面に第３の面が対向するように設けられた略平板状の第２ヨーク板と、第２ヨーク板の第３の面の周辺部に設けられるとともに、第１ヨーク板の外枠の各辺を長手方向として第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁性体からなる磁気遮蔽部と、第１ヨーク板の第２の面において、該第２の面の中心位置を原点としＸ軸及びＹ軸が第１ヨーク板の外枠の各辺に平行な座標系の各象限に相当する複数の領域それぞれに固定して設けられ、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部に沿った辺を有する複数の磁石と、複数の磁石と第２ヨーク板との間に、第２ヨーク板の第３の面に略平行に設けられた複数のコイルと、複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、を備え、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の第２の面からの高さが、第２の面から複数のコイルまでの距離よりも小さく、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の長手方向の長さが、複数の磁石それぞれの当該磁気遮蔽部に沿った辺の長さの和よりも長いことを特徴とする。また、本発明によるアクチュエータは、第１の面及び第２の面を有する略正方形平板状の第１ヨーク板と、第３の面及び第４の面を有し、第１ヨーク板の第２の面に第３の面が対向するように設けられた略平板状の第２ヨーク板と、第２ヨーク板の第３の面の周辺部に設けられるとともに、第１ヨーク板の外枠の各辺を長手方向として第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁性体からなる磁気遮蔽部と、第１ヨーク板の第２の面において、該第２の面の中心位置を原点としＸ軸及びＹ軸が第１ヨーク板の外枠の各辺に平行な座標系の各象限に相当する複数の領域それぞれに固定して設けられ、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部に沿った辺を有する複数の磁石と、複数の磁石と第２ヨーク板との間に、第２ヨーク板の第３の面に略平行に設けられた複数のコイルと、複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、を備え、第２ヨーク板の第３の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の第３の面からの高さが、第３の面から複数のコイルまでの距離よりも小さく、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の長手方向の長さが、複数の磁石それぞれの当該磁気遮蔽部に沿った辺の長さの和よりも長いことを特徴とする。
【０００９】
第１ヨーク板及び第２ヨーク板を備えることにより、複数の磁石から延びる磁束の一部は第１ヨーク板及び第２ヨーク板によって遮蔽される。また、第１ヨーク板の第２の面及び第２ヨーク板の第３の面それぞれの周辺部に設けられた磁気遮蔽部によって、他の磁束が遮蔽される。磁気遮蔽部は、第２の面及び第３の面の双方に、複数のコイル及びコイル固定部材には接触しないように設けることができる。また、アクチュエータのサイズを大きくする必要がない。従って、本発明によるアクチュエータは、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を狭めることなく、アクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。また、第１ヨーク板（第２ヨーク板）の第２の面（第３の面）の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の第２の面（第３の面）からの高さが、第２の面（第３の面）から複数のコイルまでの距離よりも小さいことによって、磁気遮蔽部と複数のコイルとが接触しない構成を好適に実現できるので、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイルの可動範囲を狭めることなく外部への磁束の漏れを低減できる。また、第１ヨーク板の第２の面の周辺部に設けられた磁気遮蔽部の長手方向の長さが、複数の磁石それぞれの当該磁気遮蔽部に沿った辺の長さの和よりも長いことによって、アクチュエータ外部への磁束の漏れをさらに低減できる。
【００１０】
また、アクチュエータは、第２ヨーク板の第３の面に固定して設けられた複数の磁石をさらに備えることを特徴としてもよい。第１ヨーク板の第２の面及び第２ヨーク板の第３の面それぞれに磁石を設けることによって、磁石から延びる磁束は対向する磁石の方向、すなわち磁石の表面に対して略垂直方向に引き寄せられる。したがって、磁束は水平方向に変位する複数のコイルに対して効率よく作用するため、磁束あたりの推力、つまり磁石面積あたりの推力が大きくなる。すなわち、複数のコイル及びコイル固定部材の推力を向上できる。
【００１２】
また、アクチュエータは、磁気遮蔽部が、第１ヨーク板または第２ヨーク板の端部を折り曲げて形成されることを特徴としてもよい。これによって、磁気遮蔽部を容易に設けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第１実施形態について説明する。図１〜図５それぞれは、第１実施形態に係るアクチュエータ１の構成を示す図である。図１は、アクチュエータ１の全体の斜視図である。図２は、図１に示すアクチュエータ１のＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。図３は、アクチュエータ１から触覚呈示部材７０及び第２ヨーク板２０が除かれたものの斜視図である。図４は、コイル４１〜４４と磁石３１〜３４との位置関係を示す平面図である。図５は、アクチュエータ１の側面図である。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、このアクチュエータ１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備えている。第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０は、磁性体からなる。第１ヨーク板１０の形状は略正方形の平板状であり、第１の面１０ａと、第１の面１０ａの反対側の面である第２の面１０ｂとを有する。第２ヨーク板２０は、略正方形の平板の４隅を斜めに切り欠いた形状である。第２ヨーク板２０は、第３の面２０ａと、第３の面２０ａの反対側の面である第４の面２０ｂとを有する。また、第２ヨーク板２０の４隅を切り欠いているのは、取り付け時の干渉を防ぐ為である。第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０は、第２の面１０ｂと第３の面２０ａとが対向するように互いに略平行な位置に設けられており、４本のスタッド５１〜５４によって互いの四隅を固定されている。また、図２に示されるように、第２ヨーク板２０は略中央部分に開口部２０ｃを有する。
【００１６】
また、第１ヨーク板１０には、磁気遮蔽部１１〜１４が設けられている。磁気遮蔽部１１〜１４は、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂの周辺部に設けられている。具体的には、磁気遮蔽部１１〜１４は第１ヨーク板１０の端部を第２の面１０ｂ側に折り曲げて形成されている。磁気遮蔽部１１〜１４は第１ヨーク板１０に対し略直角に曲げられており、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂからの高さは磁気遮蔽部１１〜１４それぞれが互いに略等しく形成されている。
【００１７】
また、アクチュエータ１は、触覚呈示部材７０及びコイル固定部材７１を備える。コイル固定部材７１は第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０との間に、第３の面２０ａと平行に動作することが可能なように設けられる。コイル固定部材７１は、第３の面２０ａと略平行であって互いに直交する２方向に延びる板状部分を有している。また、コイル固定部材７１は、板状部分の略中央から第２ヨーク板２０の開口部２０ｃを貫通するように角柱状に突き出た柱状部７１ａを有する。触覚呈示部材７０は柱状部７１ａの先端に固定され、第２ヨーク板２０の第４の面２０ｂに、コイル固定部材７１とともに変位可能に設けられる。触覚呈示部材７０の形状は、中央付近が厚い円盤状である。
【００１８】
また、図３に示されるように、このアクチュエータ１は、４つのコイル４１〜４４を備えている。コイル４１〜４４は、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａに略平行になるよう、コイル固定部材７１のコイルホルダ部７１ｂに一体に固定される。図２を参照すると、コイルホルダ部７１ｂはコイル固定部材７１の板状部分の両端から第１ヨーク板１０に向かって伸び、コイル４１〜４４の中空部分を貫通するように設けられてコイル４１〜４４を固定している。コイル４１〜４４及びコイル固定部材７１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０に対して相対的に変位が可能なように設けられる。
【００１９】
また、図３を参照すると、アクチュエータ１はさらに４つの磁石３１〜３４を備えている。４つの磁石３１〜３４それぞれは、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂ上に固定して設けられている。
【００２０】
図４に、４つの磁気遮蔽部１１〜１４、４つの磁石３１〜３４、および４つのコイル４１〜４４それぞれの相対的位置関係が示されている。この図中に示されているように、第１ヨーク板１０の中心位置を原点とするＸＹＺ直交座標系を想定する。Ｘ軸およびＹ軸それぞれは、第１ヨーク板１０の外枠の各辺に平行である。
【００２１】
４つの磁石３１〜３４それぞれは、略正方形の平板の１隅を扇形に切り欠いた形状をしている。そして、４つの磁石３１〜３４それぞれは、扇形に切り欠かれた隅に対して対角線上にある隅が座標原点に位置するように、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂ上に配置される。第２の面１０ｂ上の、４つの磁石３１〜３４それぞれが扇形に切り欠かれた部分にはスタッド５１〜５４それぞれが設けられる。
【００２２】
磁石３１は、Ｘ座標値が正であってＹ座標値も正である領域に、その磁束の一部がコイル４１およびコイル４２の双方を貫くように設けられている。磁石３２は、Ｘ座標値が負であってＹ座標値が正である領域に、その磁束の一部がコイル４２およびコイル４３の双方を貫くように設けられている。磁石３３は、Ｘ座標値が負であってＹ座標値も負である領域に、その磁束の一部がコイル４３およびコイル４４の双方を貫くように設けられている。また、磁石３４は、Ｘ座標値が正であってＹ座標値が負である領域に、その磁束の一部がコイル４４およびコイル４１の双方を貫くように設けられている。これらのうち、磁石３１および磁石３３それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する側がＳ極となるように配置され、磁石３２および磁石３４それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する側がＮ極となるように配置されている。
【００２３】
磁気遮蔽部１１〜１４は、第１ヨーク板１０の周辺部に設けられている。磁気遮蔽部１１及び磁気遮蔽部１３は、その長手方向が互いに略平行になるように設けられている。磁気遮蔽部１２及び磁気遮蔽部１４は、その長手方向が互いに略平行になるように、また、その長手方向が磁気遮蔽部１１及び磁気遮蔽部１３の長手方向と略直角になるように設けられている。また、図４に示すように、磁気遮蔽部１１は、磁気遮蔽部１１の長手方向の長さｄ1が、磁石３１及び磁石３４それぞれの磁気遮蔽部１１に最も近い辺の長さの和ｄ2よりも長くなるように構成されている。磁気遮蔽部１２と磁石３１及び３２、磁気遮蔽部１３と磁石３２及び３３、磁気遮蔽部１４と磁石３３及び３４それぞれの関係についても同様である。
【００２４】
４つのコイル４１〜４４それぞれは、互いに同形であって、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａからの距離が互いに等しくなるように、また、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、コイル固定部材７１に固定されて配置されている。コイル４１はＸ座標値が正の領域にＸ軸をまたいで設けられている。コイル４２はＹ座標値が正の領域にＹ軸をまたいで設けられている。コイル４３はＸ座標値が負の領域にＸ軸をまたいで設けられている。また、コイル４４はＹ座標値が負の領域にＹ軸をまたいで設けられている。
【００２５】
磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の相対的な位置関係について換言すれば以下のとおりである。コイル４１は、磁石３４および磁石３１それぞれが作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４２は、磁石３１および磁石３２それぞれが作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４３は、磁石３２および磁石３３それぞれが作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。また、コイル４４は、磁石３３および磁石３４それぞれが作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。
【００２６】
コイル４１〜４４それぞれの導線として、銅線を用いてもよいし、また、軽量化のために、銅メッキされたアルミニウム線を用いるのも好適である。磁石３１〜３４それぞれは、保磁力および残留磁束密度が大きいものが好ましく、例えばネオジ磁石が好適である。
【００２７】
コイル４１〜４４それぞれは、互いに独立に電流を流すことができる。そして、コイル４１〜４４それぞれに流れる電流の大きさ及び方向に応じて、磁石３１〜３４それぞれが作る磁界とコイル４１〜４４それぞれの導線との間で、フレミングの左手の法則に応じた電磁力が生じる。これに因り、コイル４１〜４４それぞれに推力が生じる。そして、磁石３１〜３４が固定された第１ヨーク板１０に対し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が移動する。そして、このコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が移動することにより、柱状部７１ａに固定された触覚呈示部材７０に触れている操作者の指などに触覚が呈示される。
【００２８】
図５にアクチュエータ１の側面図が示されている。この図は、アクチュエータ１をＹ軸方向に見たときのものである。この図に示されるように、本実施形態のアクチュエータ１は、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂからの磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3が、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂからコイル４１〜４４までの距離ｄ4より小さくなるように構成されている。また、第１ヨーク板１０の４隅に設けられているスタッド５１〜５４は、各々の一端が第１ヨーク板１０に、他端が第２ヨーク板２０に固定され、第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０とを固定するものである。
【００２９】
本実施形態によるアクチュエータ１は、以下の効果を有する。すなわち、アクチュエータ１は、磁性体からなる第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備え、磁石３１〜３４をこれらの間に配置している。これにより、複数の磁石３１〜３４から延びる磁束の一部が第１ヨーク板１０または第２ヨーク板２０によって遮蔽される。さらに、アクチュエータ１の側面方向へ延びる磁束が、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂの周辺部に設けられた磁気遮蔽部１１〜１４によって遮蔽される。また、磁気遮蔽部１１〜１４が第２の面１０ｂに設けられることにより、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１に磁気遮蔽部１１〜１４が接触しないようにアクチュエータを構成できる。これによって、小型の機器に収容される際にアクチュエータのサイズが制約されたとしても、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることはない。このように、第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０、及び磁気遮蔽部１１〜１４を備えることによって、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることなく、アクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。
【００３０】
特に、磁石が第１ヨーク板１０の端部に接近しているような箇所では磁束の漏れが多いため、本実施形態のように、磁気遮蔽部１１〜１４の長手方向の長さｄ1が、４つの磁石それぞれの磁気遮蔽部に最も近い辺の長さの和ｄ2よりも長くなるように構成するとよい。これによって、アクチュエータ外部への磁束の漏れをさらに低減できる。
【００３１】
また、本実施形態によるアクチュエータ１は、磁気遮蔽部１１〜１４の第２の面１０ｂからの高さｄ3が、第２の面１０ｂから複数のコイル４１〜４４までの距離ｄ4よりも小さく構成されている。磁気遮蔽部１１〜１４はこのように構成されることが好ましい。これによって、磁気遮蔽部１１〜１４と複数のコイル４１〜４４とが接触しないような構成を好適に実現できるので、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４の可動範囲を狭めることなく、磁束の漏れを低減できる。
【００３２】
また、本実施形態では第１ヨーク板１０の端部を折り曲げて磁気遮蔽部１１〜１４を形成している。磁気遮蔽部１１〜１４をこのように形成すれば、製作工程が簡易であり、磁気遮蔽部を容易に設けることができる。また、部品点数が増加しないので磁気遮蔽部１１〜１４を設けることによるコストの上昇を抑えることができる。
【００３３】
なお、第１ヨーク板１０全体の重量に占める磁気遮蔽部１１〜１４の重量はわずかであり、また、磁気遮蔽部１１〜１４を設けてもアクチュエータの外形寸法は変化しない。よって、磁気遮蔽部１１〜１４を設けることにより、磁束の漏れを低減できる構造をわずかな重量増加で実現できる。
【００３４】
（第２実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第２実施形態について説明する。本実施形態のアクチュエータ２は、図１に示すアクチュエータ１と同様の外観を有している。図６は、アクチュエータ２の図１におけるＩ−Ｉ断面と同じ断面を示す側面断面図である。図７は、コイル４１〜４４と磁石３５〜３８との位置関係を示す底面図である。図７では、図４において想定したＸＹＺ直交座標系を再度使用する。
【００３５】
図６及び図７に示すように、アクチュエータ２は、第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０、４つの磁石３１〜３４、４つのコイル４１〜４４、触覚呈示部材７０、及びコイル固定部材７１を備えている。これらの構成は第１実施形態のものと同様なので、詳細な説明を省略する。
【００３６】
アクチュエータ２は４つの磁石３５〜３８を備えている。４つの磁石３５〜３８それぞれは、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａ上であって、第１ヨーク板１０に設けられている磁石３１〜３４それぞれに対向する位置に設けられる。４つの磁石３５〜３８それぞれは、略正方形の平板の１隅を扇形に切り欠くとともに、この隅に対して対角線上にある隅を矩形に切り欠いた形状をしている。そして、４つの磁石３５〜３８それぞれは、矩形に切り欠かれた隅が第２ヨーク板２０の中心に集まるように、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａ上に配置される。第２ヨーク板２０の中心には矩形の開口部２０ｃがあり、４つの磁石３５〜３８それぞれの矩形に切り欠いた部分の形状が開口部２０ｃの形状に略一致している。また、第３の面２０ａ上の、４つの磁石３５〜３８それぞれが扇形に切り欠かれた部分にはスタッド５１〜５４それぞれが設けられる。
【００３７】
磁石３５および磁石３７それぞれは、磁石３１及び磁石３３に対向する側がＮ極となるように配置され、磁石３６および磁石３８それぞれは、磁石３２及び磁石３４に対向する側がＳ極となるように配置されている。
【００３８】
また、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０それぞれには、磁気遮蔽部１１〜１４及び磁気遮蔽部２１〜２４それぞれが設けられている。磁気遮蔽部１１〜１４の構成は、第１実施形態のものと同様である。磁気遮蔽部２１〜２４は、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａの周辺部に設けられている。磁気遮蔽部２１〜２４は、磁気遮蔽部１１〜１４と同様に第２ヨーク板２０の端部を第３の面２０ａ側に折り曲げて形成されている。磁気遮蔽部２１〜２４は第２ヨーク板２０に対し略直角に曲げられており、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａからの高さは磁気遮蔽部２１〜２４それぞれが互いに略等しく形成されている。本実施形態のアクチュエータ２は、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａからの磁気遮蔽部２１〜２４の高さｄ7が、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａからコイル４１〜４４までの距離ｄ8より小さくなるように構成されている。
【００３９】
図７を参照すると、磁気遮蔽部２１〜２４は、第２ヨーク板２０の周辺部に設けられている。磁気遮蔽部２１及び磁気遮蔽部２３は、その長手方向が互いに略平行になるように設けられている。磁気遮蔽部２２及び磁気遮蔽部２４は、その長手方向が互いに略平行になるように、また、その長手方向が磁気遮蔽部２１及び磁気遮蔽部２３の長手方向と略直角になるように設けられている。また、磁気遮蔽部２１は、磁気遮蔽部２１の長手方向の長さｄ5が、磁石３５及び磁石３８それぞれの磁気遮蔽部２１に最も近い辺の長さの和ｄ6よりも長くなるように構成されている。磁気遮蔽部２２と磁石３５及び３６、磁気遮蔽部２３と磁石３６及び３７、磁気遮蔽部２４と磁石３７及び３８それぞれの関係についても同様である。
【００４０】
コイル４１は、磁石３１及び磁石３５が作る磁界、並びに磁石３４及び磁石３８が作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４２は、磁石３１及び磁石３５が作る磁界、並びに磁石３２及び磁石３６が作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４３は、磁石３２及び磁石３６が作る磁界、並びに磁石３３及び磁石３７が作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。また、コイル４４は、磁石３３及び磁石３７が作る磁界、並びに磁石３４及び磁石３８が作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。そして、コイル４１〜４４それぞれに流れる電流の大きさ及び方向に応じて、磁石３１〜３４及び磁石３５〜３８が作る磁界とコイル４１〜４４の導線との間で電磁力が生じ、コイル４１〜４４に推力が生じる。
【００４１】
本実施形態によるアクチュエータ２は、以下の効果を有する。すなわち、アクチュエータ２は、磁性体からなる第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備え、磁石３１〜３４及び磁石３５〜３８をこれらの間に配置している。これにより、複数の磁石３１〜３４及び磁石３５〜３８から延びる磁束の一部が第１ヨーク板１０または第２ヨーク板２０によって遮蔽される。さらに、アクチュエータ１の側面方向へ延びる磁束が、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂの周辺部に設けられた磁気遮蔽部１１〜１４、および第２ヨーク板２０の第３の面２０ａの周辺部に設けられた磁気遮蔽部２１〜２４によって遮蔽される。また、磁気遮蔽部１１〜１４は第２の面１０ｂに設けられ、磁気遮蔽部２１〜２４は第３の面２０ａに設けられることにより、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１に磁気遮蔽部１１〜１４及び２１〜２４が接触しないようにアクチュエータを構成できる。これにより、小型の機器に収容される際にアクチュエータのサイズが制約されたとしても、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることはない。このように、本実施形態によるアクチュエータによれば、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることなく、アクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。
【００４２】
なお、アクチュエータは磁気遮蔽部１１〜１４を除いた構成でも良く、第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０、及び磁気遮蔽部２１〜２４を備えることによって、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を狭めることなくアクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。
【００４３】
また、本実施形態によるアクチュエータ２は、磁石３１〜３４に加えて、第２ヨーク板２０の第３の面２０ａに固定して設けられた複数の磁石３５〜３８をさらに備えている。このようにアクチュエータは、第１ヨーク板１０の第２の面１０ｂ及び第２ヨーク板２０の第３の面２０ａそれぞれに磁石を備えても良い。これによって、磁石３１〜３４から延びる磁束は対向する磁石３５〜３８の方向、すなわちＺ方向に引き寄せられる。このため、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さくなる。このことから、コイル４１〜４４の導線に作用する電磁力の、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、磁束はＸＹ方向に変位する複数のコイル４１〜４４に対して効率よく作用するため、磁束あたりの推力、つまり磁石面積あたりの推力が大きくなる。すなわち、本実施形態によるアクチュエータによれば、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の推力を向上できる。
【００４４】
また、本実施形態によるアクチュエータ２は、磁気遮蔽部１１〜１４の第２の面１０ｂからの高さｄ3が、第２の面１０ｂから複数のコイル４１〜４４までの距離ｄ4よりも小さい。また、磁気遮蔽部２１〜２４の第３の面２０ａからの高さｄ7が、第３の面２０ａから複数のコイル４１〜４４までの距離ｄ8よりも小さい。磁気遮蔽部１１〜１４及び磁気遮蔽部２１〜２４はこのように構成されることが好ましく、これによって、磁気遮蔽部１１〜１４及び２１〜２４と複数のコイル４１〜４４とが接触しないような構成を好適に実現できるので、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル４１〜４４の可動範囲を狭めることなく磁束の漏れを低減できる。
【００４５】
（第１実施例）
ここで、本発明によるアクチュエータの第１実施例を説明する。第１実施例は、上記した第１実施形態を実施したものである。第１実施例では、磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3を、磁石３１〜３４の厚さに等しくなるまで磁石３１〜３４の厚さの１／４ずつ変化させ、アクチュエータの外部に漏れる磁束を解析した。そして、アクチュエータの側面から５ｍｍ離れた位置での磁束の漏れを評価した。
【００４６】
図８は、アクチュエータからの磁束の漏れを評価したグラフである。図８に示すグラフは、横軸に磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ３の、磁石３１〜３４の厚さに対する比率を百分率で表している。また、縦軸にアクチュエータの側面から５ｍｍ離れた位置での磁束の漏れの最大値を表している。
【００４７】
図８に示すグラフを参照すると、アクチュエータ側面からの磁束漏れ最大値は磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3を高くするほど減少している。特に、磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3を磁石３１〜３４の厚さの５０〜１００％にしたとき（図中Ａ）に、アクチュエータ側面からの磁束漏れを低減する効果が高いことがわかる。また、磁気遮蔽部１１〜１４の高さｄ3を磁石高さと等しく（１００％）したアクチュエータは、磁気遮蔽部１１〜１４の高さが０％、すなわち磁気遮蔽部を備えないアクチュエータに比べて磁気漏れ最大値は約半分に低減されていることがわかる。
【００４８】
本発明によるアクチュエータは、上記した各実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、磁気遮蔽部は、第１ヨーク板や第２ヨーク板の端部を折り曲げて形成する他にも、第１ヨーク板及び第２ヨーク板とは別の磁性体を用いて構成することもできる。一例としては、細長い角柱状の磁性体を、第１ヨーク板または第２ヨーク板の四辺に沿うように第２の面上または第３の面上に磁気遮蔽部として設けることで、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を狭めることなく外部への磁束の漏れを低減できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によるアクチュエータは、第１ヨーク板、第２ヨーク板、及び磁気遮蔽部を備えることによって、アクチュエータのサイズが制約されても複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を狭めることなくアクチュエータ外部への磁束の漏れを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態によるアクチュエータの全体の斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータのＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。
【図３】第１実施形態によるアクチュエータから触覚呈示部材及び第２ヨーク板が除かれたものの斜視図である。
【図４】第１実施形態によるアクチュエータの、コイルと磁石との位置関係を示す平面図である。
【図５】第１実施形態によるアクチュエータの側面図である。
【図６】第２実施形態によるアクチュエータの図１におけるＩ−Ｉ断面と同じ断面を示す側面断面図である。
【図７】第２実施形態によるアクチュエータの、コイルと磁石との位置関係を示す底面図である。
【図８】第１実施例において、アクチュエータからの磁束の漏れを評価したグラフである。
【符号の説明】
１…アクチュエータ、１０…第１ヨーク板、１０ａ…第１の面、１０ｂ…第２の面、１１〜１４…磁気遮蔽部、２０…第２ヨーク板、２０ａ…第３の面、２０ｂ…第４の面、３１〜３４…磁石、４１〜４４…コイル、７０…触覚呈示部材、７１…コイル固定部材。
Claims (4)
- 第１の面及び第２の面を有する略正方形平板状の第１ヨーク板と、
第３の面及び第４の面を有し、前記第１ヨーク板の前記第２の面に前記第３の面が対向するように設けられた略平板状の第２ヨーク板と、
前記第２ヨーク板の前記第３の面の周辺部に設けられるとともに、前記第１ヨーク板の外枠の各辺を長手方向として前記第１ヨーク板の前記第２の面の周辺部に設けられた磁性体からなる磁気遮蔽部と、
前記第１ヨーク板の前記第２の面において、該第２の面の中心位置を原点としＸ軸及びＹ軸が前記第１ヨーク板の外枠の各辺に平行な座標系の各象限に相当する複数の領域それぞれに固定して設けられ、前記第１ヨーク板の前記第２の面の周辺部に設けられた前記磁気遮蔽部に沿った辺を有する複数の磁石と、
前記複数の磁石と前記第２ヨーク板との間に、前記第２ヨーク板の前記第３の面に略平行に設けられた複数のコイルと、
前記複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、
を備え、
前記第１ヨーク板の前記第２の面の周辺部に設けられた前記磁気遮蔽部の前記第２の面からの高さが、前記第２の面から前記複数のコイルまでの距離よりも小さく、
前記第１ヨーク板の前記第２の面の周辺部に設けられた前記磁気遮蔽部の長手方向の長さが、前記複数の磁石それぞれの当該磁気遮蔽部に沿った辺の長さの和よりも長いことを特徴とするアクチュエータ。 - 第１の面及び第２の面を有する略正方形平板状の第１ヨーク板と、
第３の面及び第４の面を有し、前記第１ヨーク板の前記第２の面に前記第３の面が対向するように設けられた略平板状の第２ヨーク板と、
前記第２ヨーク板の前記第３の面の周辺部に設けられるとともに、前記第１ヨーク板の外枠の各辺を長手方向として前記第１ヨーク板の前記第２の面の周辺部に設けられた磁性体からなる磁気遮蔽部と、
前記第１ヨーク板の前記第２の面において、該第２の面の中心位置を原点としＸ軸及びＹ軸が前記第１ヨーク板の外枠の各辺に平行な座標系の各象限に相当する複数の領域それぞれに固定して設けられ、前記第１ヨーク板の前記第２の面の周辺部に設けられた前記磁気遮蔽部に沿った辺を有する複数の磁石と、
前記複数の磁石と前記第２ヨーク板との間に、前記第２ヨーク板の前記第３の面に略平行に設けられた複数のコイルと、
前記複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、
を備え、
前記第２ヨーク板の前記第３の面の周辺部に設けられた前記磁気遮蔽部の前記第３の面からの高さが、前記第３の面から前記複数のコイルまでの距離よりも小さく、
前記第１ヨーク板の前記第２の面の周辺部に設けられた前記磁気遮蔽部の長手方向の長さが、前記複数の磁石それぞれの当該磁気遮蔽部に沿った辺の長さの和よりも長いことを特徴とするアクチュエータ。 - 前記第２ヨーク板の前記第３の面に固定して設けられた複数の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
- 前記磁気遮蔽部は、前記第１ヨーク板及び前記第２ヨーク板の端部を折り曲げて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
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