JP4142399B2 - アクチュエータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定された磁石に対向して相対移動する部分を備えたアクチュエータに関する。より具体的には、本発明は例えばパーソナルコンピュータで使用されているマウス等のデバイスに組込んで使用されるアクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、平面状に配した磁石と対向するようにコイルを配設し、このコイルに供給する電流を制御することによりコイルを相対移動させるアクチュエータが提案されている。このようなアクチュエータは、コンピュータ側から種々の情報を操作者に伝達する新規な装置として期待できる(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記アクチュエータは、例えばパーソナルコンピュータで広く使用されるマウスに組込んで使用できる。従来、マウスは操作者側からコンピュータ側への入力デバイスとしてのみ用いられてきた。しかし、上記アクチュエータをマウスに組込んだ場合、コンピュータからマウスへ種々の信号を供給することでアクチュエータを振動させて操作者に色々な情報を伝達できるようになる。すなわち、従来のマウスをマンマシンインターフェースの一つとして活用できるようなる。
【0004】
【特許文献1】
特開平2000−330688号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記アクチュエータを従来のマウス等に新たに組込んだ場合、磁石やコイル等を配置するスペースを確保することが必要である。また、部品点数が増加し、構造が複雑化するので組立てが困難となり、製造コストが上昇する等の新たな問題も発生する。
【0005】
したがって、本発明の目的は、小型化で、組立てが容易であり、従来のデバイスに組込で円滑に使用できる新規なアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
上記目的は請求項1に記載した、平面状に配置させた磁石と、該磁石に対向するように配置したコイルとを備え、前記磁石に対して前記コイルを移動させるアクチュエータであって、
前記コイルに接続された移動部材と、前記移動部材を所定範囲で摺動させかつ前記移動部材を保持するための第1シャフトを含む第1保持部材と、前記第1保持部材を所定範囲で前記移動部材の摺動方向とは直角な方向に摺動させかつ前記第1保持部材を保持するための第2シャフトを含む第2保持部材とを備えた、ことを特徴とするアクチュエータにより、
また、請求項2に記載した、平面状に配置させたコイルと、該コイルに対向するように配置した磁石とを備え、前記コイルに対して前記磁石を移動させるアクチュエータであって、
前記磁石に接続された移動部材と、前記移動部材を所定範囲で摺動させかつ前記移動部材を保持するための第1シャフトを含む第1保持部材と、前記第1保持部材を所定範囲で前記移動部材の摺動方向とは直角な方向に摺動させかつ前記第1保持部材を保持するための第2シャフトを含む第2保持部材とを備えた、ことを特徴とするアクチュエータにより達成できる。
【0006】
請求項1及び2に記載の発明によれば、移動部材を所定範囲で摺動可能に保持する第1保持部材と、この第1保持部材を所定範囲で摺動可能に保持する第2保持部材とを用いることにより、移動部材が2次元内を自由に移動できる構造が実現されている。よって、全体の構造を小型化させたアクチュエータを作製できる。
【0007】
そして、請求項3に記載するように、請求項1又は2に記載のアクチュエータにおいて、前記第2保持部材は、前記第1保持部材を摺動可能に支持する間隔を持って配置された一対のシャフトを含む構造を採用できる。
【0008】
また、請求項4に記載するように、請求項3に記載のアクチュエータにおいて、前記第1保持部材は、前記シャフトの下部側にのみ接触するように成型してもよい。
【0009】
請求項3及び4に記載の発明によれば、シャフトに沿って、移動部材を保持しながら、所定方向に案内できる。
【0010】
また。請求項5に記載のように、請求項1又は2に記載のアクチュエータにおいて、前記第2保持部材は、前記第1保持部材を摺動可能に支持する断面角状の1本のシャフトを採用することもできる。本発明によると1本のシャフトで移動部材を保持しながら案内できるので、構造の簡素化を図ることができる。
【0011】
また、請求項6に記載するように、請求項1又は2に記載のアクチュエータにおいて、前記第1保持部材は、板状部材を曲げ又はプレス加工して成型したものを採用してもよい。本発明によると、第1保持部材を効率的に作製できるので、コスト低減を図ることができる。
【0012】
また、請求項7に記載のように、請求項1から6のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記移動部材は操作者が触れることができるように突出させた移動片を含み、該移動片が前記第1保持部材に形成したシャフトに摺動自在に嵌合してもよい。本発明によると、移動するコイル或いは磁石の状態を移動片により操作者に伝達できる。
【0013】
さらに、上記目的は請求項8に記載した、平面状に配置させた磁石と、該磁石に対向するように配置したコイルとを備え、前記磁石に対して前記コイルを移動させるアクチュエータであって、
前記コイルに接続された移動部材と、前記移動部材を所定範囲で摺動させながら案内しかつ前記移動部材を保持する第1案内路を含む第1案内部材と、前記第1案内部材を所定範囲で前記移動部材の案内される方向とは直角な方向に摺動させながら案内しかつ前記第1案内部材を保持するための第2案内路を含む第2案内部材とを備えた、ことを特徴とするアクチュエータにより、
また、請求項9に記載した、平面状に配置させたコイルと、該コイルに対向するように配置した磁石とを備え、前記コイルに対して前記磁石を移動させるアクチュエータであって、
前記磁石に接続された移動部材と、前記移動部材を所定範囲で摺動させながら案内しかつ前記移動部材を保持する第1案内路を含む第1案内部材と、前記第1案内部材を所定範囲で前記移動部材の案内される方向とは直角な方向に摺動させながら案内しかつ前記第1案内部材を保持するための第2案内路を含む第2案内部材とを備えた、ことを特徴とするアクチュエータにより達成できる。
【0014】
請求項8及び9に記載の発明によれば、移動部材を所定範囲で摺動させながら案内する第1案内部材と、さらにこの第1案内部材を所定範囲で摺動させながら案内する第2保持部材とを用いることにより、移動部材が2次元内を自由に移動できる構造が実現されている。よって、全体の構造を小型化させたアクチュエータを作製できる。
【0015】
また、請求項10に記載するように、請求項8又は9に記載のアクチュエータにおいて、前記移動部材は操作者が触れることができるように突出させた移動片を含み、該移動片は前記第1案内部材に係止して抜け止めとなる係止舌片を備えている構造が好ましい。本発明によれば係止舌片が第1案内部材に確実に係止するので組立て作業を効率的に行うことができ、また、この係止舌片により上下方向の保持を行うこともできる。
【0016】
また、請求項11に記載のように、請求項8又は9に記載のアクチュエータにおいて、前記第1案内部材及び前記第2案内部材の少なくとも一方が、摺動面に突起を有している構造が好ましい。
【0017】
また、請求項12に記載のように、請求項11に記載のアクチュエータにおいて、前記突起は、摺動方向に延在させたレール状の突起とすることができる。
【0018】
また、請求項13に記載のように、請求項11に記載のアクチュエータにおいて、前記突起は、前記摺動面に複数点在させた半球状の突起としてもよい。
【0019】
請求項11から13に記載の発明によれば、摺動時における摩擦を抑制して、移動部材及び移動片を円滑に移動させることができる。
【0020】
また、請求項14に記載のように、請求項8又は9に記載のアクチュエータにおいて、前記第1案内部材及び前記第2案内部材の少なくとも一方は、摺動面に複数の凹部を有している構造を採用してもよい。本発明によっても、摺動時における摩擦を抑制して、移動部材及び移動片を円滑に移動させることができる。
【0021】
また、請求項15に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記移動部材が移動して端部に達したときの衝撃を緩和する衝撃緩和部材を更に備えてもよい。
【0022】
また、請求項16に記載のように、請求項15に記載のアクチュエータにおいて、前記衝撃緩和部材は、前記第1保持部材および前記第2保持部材の少なくとも一方を突出させた突起とすることができる。
【0023】
また、請求項17に記載のように、請求項15に記載のアクチュエータにおいて、前記衝撃緩和部材は、前記第1案内部材及び前記第2案内部材の少なくとも一方を突出させた突起とすることができる。
【0024】
また、請求項18に記載のように、請求項15に記載のアクチュエータにおいて、前記衝撃緩和部材は、前記第1保持部材及び前記第2保持部材の少なくとも一方に設けた、板バネ、コイルバネ又は衝撃吸収材のいずれかとすることができる。
【0025】
また、請求項19に記載のように、請求項15に記載のアクチュエータにおいて、前記衝撃緩和部材は、前記第1案内部材及び前記第2案内部材の少なくとも一方に設けた、板バネ、コイルバネ又は衝撃吸収材のいずれかとすることができる。
【0026】
請求項15から19に記載の発明によれば、移動部材が移動したときの衝撃力や衝撃音を衝撃緩和部材で確実に緩和できる。
【0027】
また、請求項20に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記コイルが固定される基板を含み、前記基板は前記移動部材に形成した係止爪により固定される構造を採用してもよい。本発明によれば、移動部材に基板を確実に固定できる。また、組立て作業の効率化を図ることもできる。
【0028】
また、請求項21に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記磁石は、磁性材料をモールド成型することでスペーサと一体に形成されている構造を採用してもよい。本発明によれば、部品点数を低減させて、組立て効率の向上を図ることができる。
【0029】
また、請求項22に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記コイルが固定される樹脂性の基板を含み、前記コイルは前記基板にインサート成型されて固定された構造を採用してもよい。本発明によれば、組立て効率の向上を図りながら、コイルを確実に固定することができる。
【0030】
また、請求項23に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記基板は前記移動部材と一体成型されている構造を採用してもよい。本発明によれば、組立て効率の向上を図りながら、コイルを確実に固定することができる。
【0031】
また、請求項24に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記コイルが固定される樹脂性の基板を有し、前記基板には前記コイルを位置決めして固定するためのリブが形成されていてもよい。本発明によれば、コイルを基板に確実に固定することができる。
【0032】
また、請求項25に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記移動部材は操作者が触れることができるように突出させた移動片を含み、不使用時には、前記移動片を待機位置に移動させる待機機構を更に備えている態様を採用してもよい。
【0033】
また、請求項26に記載のように、請求項25に記載のアクチュエータにおいて、前記待機機構は、前記移動片を押圧して前記待機位置に保持する棒状部材を含むことができる。
【0034】
請求項25及び26に記載の発明によれば、本アクチュエータの不使用時に移動部材及び移動片が遊動することを防止できる。
【0035】
また、請求項27に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記コイルの被覆を黒色とすることが好ましい。
【0036】
また、請求項28に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記磁石の表面を黒色化処理することが好ましい。
【0037】
また、請求項29に記載のように、請求項28に記載のアクチュエータにおいて、前記黒色化処理は黒色の色剤を含有させたエポキシ樹脂の塗布を含むことができる。
【0038】
請求項27から29に記載の発明によれば、本アクチュエータをマウス等に部品として組込み、光を用いた場合に乱反射を抑制することができる。
【0039】
また、請求項30に記載のように、請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記磁石に対して移動するコイルの移動量を検出する磁電変換素子をさらに備えた構造を採用してもよい。請求項30に記載の発明によると、移動片及びコイルの移動量を検出できるのでマウス等に適用して活用できる。
【0040】
そして、請求項31に記載のように、請求項1から30のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記磁石は永久磁石又は電磁石とすることができる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。まず実施例を説明する前に、本発明で利用している基本技術の概略について簡単に説明する。図1は磁石とコイルとの関係を示した。本発明は所謂、フレミングの左手の法則を応用した発明である。
【0042】
図1(A)はフレミングの左手の法則を説明するために示した図である。同図で示すよう、磁石1に接近させてコイル2を配置して電流3を矢印方向に流すと、コイル2には黒矢印の方向に推力4が生じるというのがフレミングの左手の法則である。図1(B)は、本発明が採用している磁石とコイルとの概略構成を示した図である。同図に示すように、N、S極を交互に配置した平面状の磁石1に対向するように複数のコイル2を配設する。このコイル2を移動部材(図示せず)に固定し、コイル2に供給する電流を制御すると図1(A)の推力によりX−Y面内、すなわち2次元内で移動させることができる。本発明は上記構成を利用して、実現されているアクチュエータである。
【0043】
図2は、図1(B)の構成をより具体的に示した図である。(A)は磁石1とコイル2との関係を示した斜視図、(B)は平面図、(C)は底面図である。図2では、磁石1を底板12上に固定配置している。平面状に配置される磁石1に対してコイル2が対向するように配置されている。コイル2が磁石1に対向しながら2次元(面内)移動するようになっている。なお、ここではコイル2の移動量を検出するための開口15を形成した底板12の例を示している。
【0044】
図1(B)及び図2で示した磁石1は所謂、永久磁石であっても電磁石であってもよい。また、コイル2側を固定し磁石1側を移動するように構成することも可能である。
【0045】
図3は、図1(B)でのX方向及びY方向におけるコイル位置と推力(荷重N)との関係を示した図である。横軸にコイルの位置の移動、縦軸にコイルに生じる荷重Nをとっている。ここでは、コイルに電流200mAを流し、12000ガウスの磁石を用いた場合の例を示している。図1(B)でコイル2が磁石1のN、Sにちょうど跨る位置が中央である。この中央位置で最も大きな荷重Nが生じ、±5mm位置がずれた所でも十分な荷重Nが生じることが確認できる。さらに以下、図を用いて本発明の複数の実施例を説明する。
【0046】
図4及び図5は、第1実施例のアクチュエータについて示した図である。図4は本アクチュエータの外観を示す斜視図、図5は同アクチュエータの平面図、正面図、底面図を(A)、(B)、(C)で順に示した図である。本アクチュエータは例えばマウスに組込まれる1部品の形態に形成されている。
【0047】
図4及び図5で、本アクチュエータは底板12上に形成されている。底板12上には磁石1が磁極を交互にしながら平面状に配置されている(図2参照)。底板12の上部にはスペーサ11を介して支持板10が設けられている。支持板10上に前述したようにコイル2を2次元移動させるための移動機構が形成されている。
【0048】
図4では移動部材となるスライダ20の一部のみが図示されているが、図5(B)に示すようにスライダ20は磁石1の上方に対向している。このスライダ20の下面には前述したコイル2が保持されている。そして、スライダ20の上面から突出させた移動片5が上方に頭を出している。すなわち、スライダ20と共に移動片5が移動する構造となっている。なお、図6は、上記スライダ20を取出して示した図である。図6ではスライダ20の正面図及び側面図を示し、側面図ではその一部を拡大して示している。スライダ20内には回路基板30が嵌め込まれ、この基板30にコイル2が固定された構造である。スライダ20の背面側には前記移動片5が形成されている。
【0049】
再度、図4を参照すると、移動片5は第1保持部材6により保持され、摺動するようになっている。この移動片5の下部には貫通穴が形成され、第1保持部材6のシャフト7に嵌合している。このシャフト7は環状に形成された第1保持部材6の内面に固定されている。よって、移動片5は第1保持部材6内をシャフト7に保持されながら、一方向に摺動できるようになっている。
【0050】
さらに、上記第1保持部材6は第2保持部材9により保持され、摺動するようになっている。第2保持部材9は、一対のシャフト8−1,8−2を間隔をもって配置している。このシャフト8−1,8−2に摺動するように上記第1保持部材6が嵌め込まれている。第1保持部材6には両側に一対の貫通穴が形成され、8−1,8−2に嵌合している。よって、第1保持部材6も第2保持部材9内を8−1,8−2に保持されながら、摺動するようになる。
【0051】
上記のような構成では、移動片5が第1保持部材6内を一方向に摺動し、第1保持部材6は第2保持部材9内を移動片5が移動する方向とは直角な方向に移動するという状態が形成される。よって、本アクチュエータでは、コイルが接続されたスライダ20が所定の推力を受けたときに、移動片5が2次元内を自由に移動できる構造が実現されている。本アクチュエータを例えばマウスに組込み、操作者の指が移動片5に接触できるようにしておけば、操作者は本アクチュエータに生じた推力を認識できることになる。
【0052】
図7及び図8は、本アクチュエータのスライダ20に採用できる構造例を示した図である。図7(A)はスライダ20の斜視図、図7(B)はこれを分解した斜視図を示している。本スライダ20は基板30を位置決めするためのピン22を備えている。基板30側にはこのピン22と嵌合する開口32が形成されている。また、図7(A)に示すように、ピン22はコイル2の位置を規定する機能も有している。このような構造であれば、スライダ20に基板30及びコイル2を精度よく位置決め固定できる。
【0053】
さらに、スライダ20の周部には位置決めようの壁が立ち上げられている。この壁には円内に拡大して示すように下向きにテーパを有する係止爪25が形成されている。よって、基板30を上から押し下げたときに、この係止爪25で確実に保持できる構造を実現している。
【0054】
図8は、本アクチュエータのスライダ20として採用できる他の構造例について示した図である。図8(A)は基板30にコイル2を位置決めするリブを立設した場合を示している。同図に示すようにリブ34を形成すればコイル2を基板30上の所定位置に確実に固定できる。また、図8(B)は樹脂材で形成する基板30の成型時にコイル2を一体成型した場合を示している。この場合には、コイル2は基板30内に埋設状態となるので確実に保持固定される。しかも、コイル2を固定するための部材を省略できる。
【0055】
図9は第1実施例の変形例について示している。図4に示したアクチュエータは、底板12上に磁石1が固定された自己完結の構造形態で実現されている。しかし、本アクチュエータを一部品とらえた場合、本アクチュエータが固定される基板側に磁石1を配置した場合であっても最終的に同じ構造が実現できる。この場合には図9に示すように図4から底板12及びその上の磁石1を除いた構造で、半製品状態のアクチュエータを準備すればよいことになる。
【0056】
図10は、本アクチュエータの構成例を示したブロック図である。基板30に設けたCPU等が制御マイコン部42となり、本アクチュエータのコイルへの電流を制御する。この制御マイコン部42はインターフェース部41を介して例えば外部のコンピュータ等と接続される。コンピュータから供給される信号に基づいて、制御マイコン部42がモータドライバ43に駆動信号を供給する。これにより、モータドライバ43がX軸駆動部44とY軸駆動部45に供給する電流を調整する。ここでのX軸駆動部44とY軸駆動部45は、前述したコイル2に相当している。
【0057】
なお、本アクチュエータを例えばマウスに組込んだ場合には、コイル2の位置を検出することが必要になる場合がある。このときにはマウス内に設けたフォトディテクタ(PD)等によるセンサ部46からの信号を制御マイコン部42に供して利用する。
【0058】
図11は、第2実施例のアクチュエータについて示した図である。図11(A)は平面図、同(B)は正面図である。なお、前述した実施例と同様の部位には同一符号を付すことで重複した説明は省略する。本実施例以後の実施例についても同様とする。
【0059】
本実施例の特徴は、第1保持部材6を保持する第2保持部材9のシャフトを、断面角状の1本のシャフト18としたことである。シャフト18は、第2保持部材9内の片側に固定されている。シャフト18の断面は角状であるので第1保持部材6を端部で保持しても、第1保持部材6がシャフト18回りに回転することがない。よって、シャフト18により、第1保持部材6を片持ち梁状に保持しながら摺動させることができる。本実施例によれば、第2保持部材9で用いるシャフト数を低減できるので、構造を簡素化して、コスト低減を図ることができる。なお、図11で示す例はシャフト18の断面が四角であるがこれに限らない。シャフト18の断面は、3角或いは5角以上であってもよい。
【0060】
図12は、第3実施例のアクチュエータについて示した図である。図12(A)は平面図、同(B)は第1保持部材6を取出して拡大した図である。本実施例の特徴は、板金に曲げ或いはプレス加工を施して第1保持部材6を形成としたことである。本実施例の第1保持部材6は、板金を湾曲成形し、内部にシャフト7を固定した構造である。側壁となる立ち上がり部分には、シャフト8−1、8−2に嵌合する開口17−1、17−2が前後に一対ずつ形成されている。本実施例では、第1保持部材6が板金加工を用いて簡易に形成できるのでコストの低減を図ることができる。
【0061】
図13は、第4実施例のアクチュエータについて示した図である。図13(A)は平面図、同(B)は正面図である。本実施例は、第1実施例で示した磁石1とスペーサ11とを磁性材料を用いてモールド成型することで一体成形した基台19を用いている。よって、本実施例によれば磁石とスペーサが一体であるので、部品点数が低減されるので製造工程の簡素化を図ることができる。
【0062】
図14は、第5実施例のアクチュエータについて示した図である。図14(A)は平面図、同(B)は正面図である。本実施例の特徴は、黒色で被覆したコイル21を用いる点にある。このように外観が黒色のコイル21を用いることで乱反射を抑制することができる。本アクチュエータであれば、マウス等に組込まれLED等の発光素子の近傍に配置されてもコイルの乱反射で検出感度が低下するという事態を抑制できる。
【0063】
図15は、第6実施例のアクチュエータについて示した図である。図15(A)は平面図、同(B)は正面図である。本実施例の特徴は、コイル2をスライダ20に固定される樹脂性の基板30にインサート成型されて固定されている点である。このように形成するとコイル2を基板30に組込む工程を簡素化できると共に、コイル2を基板30に確実に固定できる。
【0064】
図16及び図17は、第7実施例のアクチュエータについて示した図である。図16は同アクチュエータの全体斜視図である。また、図17(A)は同アクチュエータの平面図、(B)は側面図、(C)は(A)のA−Aにおける断面図を示している。本実施例の特徴は、第1保持部材6が第2保持部材9の一対のシャフト8−1,8−2の下部側にのみに接触するように成型されている点である。本第1保持部材6の特徴的な構造は図17(A)、(C)でより詳細に確認できる。
【0065】
本実施例のアクチュエータは、シャフト8−1,8−2に嵌合する穴を第1保持部材6に設ける必要がないので構造が簡素化されている。また、組立て時においては、第1保持部材6に対して第2保持部材9を上から載置するようにすればよいので、工程も簡素化できる。
【0066】
さらに、図18及び図19は、第8実施例のアクチュエータについて示した図である。図18(A)は同アクチュエータの全体斜視図、(B)は同アクチュエータの平面図を示している。また、図19(A)は図18(B)のB−Bにおける断面図、(B)は図18(B)のC−Cにおける断面図を示している。
【0067】
なお、前述までの実施例は、第1保持部材6がシャフト7を、また第2保持部材9がシャフト8−1、8−2或いはシャフト18を含む構造であった。しかし、本実施例はシャフトを用いない構造を採用している。図18で、移動片50が前記第1保持部材6に対応する案内部材56により案内される。また、この案内部材56は上案内板60と下案内板62とで形成される案内路65に沿って案内される。したがって、案内部材56が第1案内部材に相当し、上案内板60と下案内板62とが第2案内部材に相当する。
【0068】
本実施例の移動片50は、略矩形に形成された案内部材56の内壁に沿って、案内されるようになっている。なお、この移動片50の下部にはコイル2が固定されたスライダが接続されている。コイル2はその下の磁石1と対向している。コイル2に所定の電流が供給されていないときには、磁石1上に載置した状態となる。しかし、コイル2に電流が供給されることにより磁石1との間に磁気的な反発力が発生して、上昇するのでコイル2を磁石1に対して移動させることができる。
【0069】
上記案内部材56は、図19(A)で確認できるように、面積を小さくした内壁57が形成され、移動片50との摩擦が小さくなるように工夫されている。また図19(B)で示すように、案内部材56の両方の端部58は段状に形成されている。この端部58は、上案内板60と下案内板62とで形成される案内路65内に挿入されている。ここで、図19(B)で円内に拡大して示すように、端部58の上下面、すなわち上案内板60及び下案内板62と接する面には突起59が形成されている。よって、案内部材56が案内路65を移動する際にも、摩擦が小さくなるように工夫されている。この突起59は長手方向に延材しており、レール状になっている。本実施例では、突起59を端部58に設けたが、上案内板60及び下案内板62に設けるようにしてもよい。また、突起59はレール状のものに限らず、半球状のものを複数点在させた構成でも、同様の効果を得ることができる。本実施例のアクチュエータは、シャフトを用いない簡素化した構造であるので、製造工程での組立て効率を高めることができる。
【0070】
図20及び図21は、第9実施例のアクチュエータについて示した図である。図20(A)は同アクチュエータの全体斜視図、(B)は同アクチュエータの平面図を示している。また、図21は、図20(B)のD−Dにおける断面図を示している。本実施例は上記第8実施例の改良型である。移動片50の両側に案内部材56に係止して抜け止めとなる係止舌片52を有している。
【0071】
上記係止舌片52は、図21で確認できるように移動片50の側壁から外側下方に向け傾斜し突出した舌状に形成されている。この係止舌片52は弾性変形が可能である。組立て時には、移動片50の上方から案内部材56を位置合わせして押し下げると、係止舌片52が弾性変形して案内部材56内を摺り抜けた後に元に戻るので図21に示す係止状態で固定できる。図21で示す状態になると、係止舌片52が案内部材56上で張出して抜け止めとなるで、組付け作業を効率よく行うことができる。
【0072】
また、上記のように係止舌片52が案内部材56に係止するので、移動片50及びその下に接続されているスライダ20及びコイル2を保持することもできる。なお、案内部材56内で係止舌片52が円滑に移動できるようにすることが好ましい。よって、本実施例では係止舌片52の下面にはレール状の突起54が形成されている。なお、この突起54は案内部材56側に形成してもよい。
【0073】
図22は、第10実施例のアクチュエータについて示した分解斜視図である。本実施例は前記弟8及び弟9実施例に関連した実施例で、案内部材56の端部58に設ける突起を凹部に変更した場合を示している。本実施例では、端部58上面に複数の凹部67を点在させている。このようにしても、摩擦を低減して案内部材56を円滑に移動する構造を実現できる。なお、端部58の下面にも同様に凹部67を設けることが好ましい。
【0074】
また、図22で示す場合とは逆に端部58は平面として、これに接する上案内板60の下面及び下案内板62の上面に凹部を形成してもよい。またさらには端部58並びに上案内板60の下面及び下案内板62の上面に凹部を形成してもよい。
【0075】
図23は、コイル2を固定する基板を改善した第11実施例について示している。図23の(A)〜(C)は本アクチュエータに採用できる基板の複数の形態例を示している。
【0076】
図23(A)は基板70がスライダと一体化した場合を示している。本構造の場合は基板70にコイル2を接着するだけの簡単な構造になるので、低コスト化及び製造工程での効率高めることができる。また、図23(B)は基板にコイルを接着させた場合の好ましい構造を示している。本構造の場合は基板71にコイル2を接着し、配線などの引き回しは基板71内で行う構造である。このような構造の場合にも、低コスト化及び製造工程での効率高めることができる。また、図23(C)は基板にコイル接着させた場合の他の好ましい構造を示している。本構造の場合は基板72にコイル2を接着し、さらに基板72に穴を開けてコイル固定用のリブ73を接着した構造である。このような構造の場合はコイル2を確実に固定できる。なお、本実施例以後の実施例は、弟8実施例で示したシャフト無しのタイプアクチュエータに限らず、弟1実施例に示したシャフトタイプのアクチュエータにも同様に適用できる。
【0077】
図24は、移動片が移動して、摺動範囲の端部に達したときの衝撃力や衝突音を抑制するために工夫された第12実施例について示している。図24(A)〜(D)は、それぞれ具体的な構造を示している。なお、本実施例は弟8実施例で示したスライドタイプの移動片50と案内部材56、並びに案内部材56上案内板60及び下案内板62との場合を例示している。
【0078】
図24は(A)は、移動片50が案内される方向及び、案内部材56が案内される方向で衝突面積を小さくする突起75を設けた構造である。このような構造は移動片50や案内部材56の成型時に突起75を形成しておけばよいので、簡単に実現できる。また、衝突部分には弾性変形する部材を採用することが好ましい。図24は(B)は板バネ76を用いた場合、図24は(C)はコイルバネ77を用いた場合、図24は(D)はゴムやスポンジ等の衝撃吸収材78を用いた場合である。これらの構造であれば移動片50が逐次移動しても、衝突時の衝撃緩和と消音を図ることができる。
【0079】
図25は、不使用時に待機する機構を備えた第13実施例のアクチュエータについて示した図である。図25(A)は本アクチュエータが使用状態にあるときの平面図、(B)は同アクチュエータが不使用時で待機状態にあるときの平面図である。なお、本実施例も第8実施例に示したシャフト無しタイプのアクチュエータに適用した例を示している。
【0080】
本アクチュエータは回動軸82を中心に回動可能な棒状部材80を有している。この棒状部材80はアクチュエータを使用時には図25(A)に記載するように邪魔にならない位置に退避させることができる。一方、不使用時に棒状部材80を回動軸82回りに回動させると、移動片50に当接して左端上部に押圧する。本実施例のような待機機構を有するアクチュエータであれば、不使用時に移動片50及びこれに接続されるスライダを定位置に安定保持できる。
【0081】
図26は、マウス等に適用することが好ましい構成を有する第14実施例のアクチュエータを示した図である。図26(A)は本アクチュエータの側部断面図、(B)は底面図を示している。本アクチュエータは例えばマウスに組み込んで使用するために、移動片50及びコイル2の位置検出に用いるLED90を備えている。そして、本アクチュエータをマウスに組込んだ場合には、LED90からの光が開口15を介して、その外側に設置したフォトディテクタ(PD)95により検出される。
【0082】
このような構造の場合に、磁石2の表面でLED90からの光が乱反射すると、PD95による検出精度が低下する。そこで、本実施例ではLED90からの光が当たる磁石2の側面を少なくとも黒色にして、乱反射を抑制するようにしている。このように、磁石1の表面を黒色化処理するには黒色の色剤を含有させたエポキシ樹脂の塗布をすればよい。また、第1実施例においても指摘しているが、同様の理由からコイル2の被覆も黒色としておくことが好ましい。
【0083】
図27は、マウス等に適用するのに好ましい他の構成を備えた第15実施例のマイクロリレーを示した図である。この図では、アクチュエータのコイル周部を拡大して示している。先の図26で示した第14実施例は、移動片50及びコイル2の位置検出にLED90とPD95とを用いる場合を示した。しかし、本実施例では磁電変換素子の1つであるホール素子を用いて、移動片50及びコイル2の位置検出を行う構成である。
【0084】
図27で、(A)はコイル2側からスライダ20を拡大して示した図、(B)は(A)の右側図、(C)は(A)の背面側の図、さらに(D)は同スライダ20の全体斜視図である。図27で4つのホール素子95〜99が4つのコイル2に沿って配置されている。ホール素子96とホール素子98とはスライダ20の長手方向のライン上に配置されている。また、ホール素子97及びホール素子99は、このラインとは直角になるように配置されている。すなわち、これらのホール素子96〜99は、移動片50の移動方向に沿うように配置されている。
【0085】
図27では図示を省略するが前述した多くの実施例と同様に、コイル2も磁石1に対向して配置される。本構成のスライダ20を磁石1に対して移動させるとその移動量に応じて電圧がホール素子96〜99から検出できる。よって、前記第14実施例の場合と同様に、マウス等に組込んだ場合に移動片50及びコイル2の位置検出できる好ましい部品となる。
【0086】
図28は、図27で示した構成を有する第15実施例のアクチュエータの移動片を移動した時の出力状態を示した図である。(A)はX方向(ホール素子97,99方向)に移動片を移動させた場合の出力状態、(B)はY方向(ホール素子96,99方向)に移動片を移動させた場合の出力状態を示している。これらの図から、ホール素子が移動片50及びコイル2の位置検出に有効であることが確認できる。なお、ホール素子に変えて磁気抵抗効果素子を用いることもできる。
【0087】
図29及び図30は、前述したアクチュエータで共通に用いている磁石1とコイル2との付いて示した図である。上記複数の実施例では、磁石1を固定としてコイル2を動かすタイプのアクチュエータを示した。しかし、図29に示すように、コイル2を固定として磁石2を動かす構成としてもよい。すなわち、図29の場合には磁石1側にスライダや移動片が接続される。
【0088】
また、前述した磁石1は一般には焼結等によって製造された永久磁石である。しかし、本発明のアクチュエータでは磁石1に、図30に示すようにコイルを券回して得られる電磁石100を採用してもよい。この場合には不使用時に磁力を発する部材を無くすることができるとうメリットもある。
【0089】
なお、前述した実施例はコイルに電流を供給することによりアクチュエータのスライダが駆動される場合、即ち、コンピュータ等からの信号を受けて本アクチュエータが受動的に駆動される場合を説明した。しかし、本アクチュエータはこのような使用法にのみに限定して適用されるものではない。操作者が移動片に指を置き、これを移動することにより互いに対向するコイルと磁石が相対移動するので電磁誘導によりコイル内に電流が発生する。この電流を用いてコンピュータへの指示入力デバイスとして用いることができる。即ち、本アクチュエータは受動及び能動的に用いることができる新規なアクチュエータである。
【0090】
また、本発明のアクチュエータはマウスに組み込む場合だけではなく、他の装置、例えば車両に組み込むことで、従来、一方方向であった情報の流れを双方向とすることができる。
【0091】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0092】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれが移動部材を所定範囲で摺動し、案内する第1部材と、この第1部材を所定範囲で摺動、案内する第2部材とを用いることにより、移動部材が2次元内を自由に移動できる構造が実現されている。よって、全体の構造を小型化させた新規なアクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)はフレミングの左手の法則を説明するために示した図である。(B)は、本発明が採用している磁石とコイルとの概略構成を示した図である。
【図2】図1(B)の構成をより具体的に示した図である。
【図3】図1(B)でのX方向及びY方向におけるコイル位置と推力との関係を示した図である。
【図4】第1実施例のアクチュエータの外観を示す斜視図である。
【図5】第1実施例のアクチュエータの平面図、正面図、底面図順に示した図である。
【図6】第1実施例のスライダを取出して示した図である。
【図7】(A)は第1実施例のスライダの斜視図、(B)はこれを分解した斜視図を示している。
【図8】第1実施例のアクチュエータのスライダとして採用できる構造例を示した図である。
【図9】第1実施例の変形例について示した図である。
【図10】第1実施例のアクチュエータの構成例を示したブロック図である。
【図11】第2実施例のアクチュエータについて示した図である。
【図12】第3実施例のアクチュエータについて示した図である。
【図13】第4実施例のアクチュエータについて示した図である。
【図14】第5実施例のアクチュエータについて示した図である。
【図15】第6実施例のアクチュエータについて示した図である。
【図16】第7実施例のアクチュエータの全体斜視図である。
【図17】第7実施例のアクチュエータの平面、側面、及び断面を示した図である。
【図18】第8実施例のアクチュエータについて示した図である。(A)は同アクチュエータの全体斜視図、(B)は同アクチュエータの平面図である。
【図19】(A)は図18(B)のB−Bにおける断面図、(B)は図18(B)のC−Cにおける断面図である。
【図20】第9実施例のアクチュエータについて示し、(A)全体斜視図、(B)は平面図である。
【図21】図20(B)のD−Dにおける断面図である。
【図22】第10実施例のアクチュエータについて示した分解斜視図である。
【図23】コイルを固定する基板を改善した弟11実施例を示した図である。
【図24】衝撃力や衝突音を抑制するために工夫された第12実施例について示した図である。
【図25】不使用時に待機する機構を備えた第13実施例のアクチュエータについて示した図である。
【図26】マウス等に適用することが好ましい構成を有する第14実施例のアクチュエータを示した図である。
【図27】マウス等に適用するのに好ましい他の構成を備えた第15実施例のマイクロリレーを示した図である。
【図28】図27で示した構成を有する第15実施例のアクチュエータの移動片を移動した時の出力状態を示した図である。
【図29】コイルを固定として磁石を動かす構成を示した図である。
【図30】磁石に電磁石を採用した場合の構成を示した図である。
【符号の説明】
1 磁石
2 コイル
5、50 移動片
6 第1保持部材
7 シャフト
8−1、8−2 一対のシャフト
9 第2保持部材
11 スペーサ
20 スライダ(移動部材)
30 基板
52 係止舌片
56 第1案内部材
59 突起
60、62 第2案内部材
65 案内路
Claims (31)
- 平面状に配置させた磁石と、該磁石に対向するように配置したコイルとを備え、前記磁石に対して前記コイルを移動させるアクチュエータであって、
前記コイルに接続された移動部材と、前記移動部材を所定範囲で摺動させかつ前記移動部材を保持する第1シャフトを含む第1保持部材と、前記第1保持部材を所定範囲で前記移動部材の摺動方向とは直角な方向に摺動させかつ前記第1保持部材を保持する第2シャフトを含む第2保持部材とを備えた、ことを特徴とするアクチュエータ。 - 平面状に配置させたコイルと、該コイルに対向するように配置した磁石とを備え、前記コイルに対して前記磁石を移動させるアクチュエータであって、
前記磁石に接続された移動部材と、前記移動部材を所定範囲で摺動させかつ前記移動部材を保持する第1シャフトを含む第1保持部材と、前記第1保持部材を所定範囲で前記移動部材の摺動方向とは直角な方向に摺動させかつ前記第1保持部材を保持する第2シャフトを含む第2保持部材とを備えた、ことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1又は2に記載のアクチュエータにおいて、
前記第2保持部材は、前記第1保持部材を摺動可能に支持する間隔を持って配置された一対のシャフトを含むことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項3に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1保持部材は、前記シャフトの下部側にのみ接触するように成型されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1又は2に記載のアクチュエータにおいて、
前記第2保持部材は、前記第1保持部材を摺動可能に保持する断面角状の1本のシャフトを含むことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1又は2に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1保持部材は、板状部材を曲げ又はプレス加工して成型したものであることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から6のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記移動部材は操作者が触れることができるように突出させた移動片を含み、該移動片が前記第1保持部材に形成したシャフトに摺動自在に嵌合させている、ことを特徴とするアクチュエータ。 - 平面状に配置させた磁石と、該磁石に対向するように配置したコイルとを備え、前記磁石に対して前記コイルを移動させるアクチュエータであって、
前記コイルに接続された移動部材と、前記移動部材を所定範囲で摺動させながら案内しかつ前記移動部材を保持する第1案内路を含む第1案内部材と、前記第1案内部材を所定範囲で前記移動部材の案内される方向とは直角な方向に摺動させながら案内しかつ前記第1案内部材を保持するための第2案内路を含む第2案内部材とを備えた、ことを特徴とするアクチュエータ。 - 平面状に配置させたコイルと、該コイルに対向するように配置した磁石とを備え、前記コイルに対して前記磁石を移動させるアクチュエータであって、
前記磁石に接続された移動部材と、前記移動部材を所定範囲で摺動させながら案内しかつ前記移動部材を保持する第1案内路を含む第1案内部材と、前記第1案内部材を所定範囲で前記移動部材の案内される方向とは直角な方向に摺動させながら案内しかつ前記第1案内部材を保持するための第2案内路を含む第2案内部材とを備えた、ことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項8又は9に記載のアクチュエータにおいて、
前記移動部材は操作者が触れることができるように突出させた移動片を含み、該移動片は前記第1案内部材に係止して抜け止めとなる係止舌片を備えている、ことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項8又は9に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1案内部材及び前記第2案内部材の少なくとも一方が、摺動面に突起を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項11に記載のアクチュエータにおいて、
前記突起は、摺動方向に延在させたレール状の突起であることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項11に記載のアクチュエータにおいて、
前記突起は、前記摺動面に複数点在させた半球状の突起であることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項8又は9に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1案内部材および前記第2案内部材の少なくとも一方は、摺動面に複数の凹部を有していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記移動部材が移動して端部に達したときの衝撃を緩和する衝撃緩和部材を更に備えていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項15に記載のアクチュエータにおいて、
前記衝撃緩和部材は、前記第1保持部材および前記第2保持部材の少なくとも一方を突出させた突起であることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項15に記載のアクチュエータにおいて、
前記衝撃緩和部材は、前記第1案内部材および前記第2案内部材の少なくとも一方を突出させた突起であることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項15に記載のアクチュエータにおいて、
前記衝撃緩和部材は、前記第1保持部材及び前記第2保持部材の少なくとも一方に設けた、板バネ、コイルバネ又は衝撃吸収材のいずれかであることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項15に記載のアクチュエータにおいて、
前記衝撃緩和部材は、前記第1案内部材及び前記第2案内部材の少なくとも一方に設けた、板バネ、コイルバネ又は衝撃吸収材のいずれかであることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記コイルが固定される基板を含み、前記基板は前記移動部材に形成した係止爪により固定されるようになっていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記磁石は、磁性材料をモールド成型することでスペーサと一体に形成されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記コイルが固定される樹脂性の基板を含み、前記コイルは前記基板にインサート成型されて固定されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記基板は前記移動部材と一体成型されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記コイルが固定される樹脂性の基板を有し、前記基板には前記コイルを位置決めして固定するためのリブが形成されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記移動部材は操作者が触れることができるように突出させた移動片を含み、不使用時には、前記移動片を待機位置に移動させる待機機構を更に備えていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項25に記載のアクチュエータにおいて、
前記待機機構は、前記移動片を押圧して前記待機位置に保持する棒状部材を含むことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記コイルの被覆を黒色としたことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記磁石の表面を黒色化処理したことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項28に記載のアクチュエータにおいて、
前記黒色化処理は黒色の色剤を含有させたエポキシ樹脂の塗布を含むことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1、2、8及び9のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記磁石に対して移動するコイルの移動量を検出する磁電変換素子をさらに備えたことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から30のいずれかにに記載のアクチュエータにおいて、
前記磁石は永久磁石又は電磁石であることを特徴とするアクチュエータ。
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