JP5342516B2

JP5342516B2 - 振動アクチュエータ

Info

Publication number: JP5342516B2
Application number: JP2010149419A
Authority: JP
Inventors: 雅也遠藤; 慎小田島; 佳英殿貝
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012016153A

Description

本発明は、携帯電話などの携帯無線装置の着信を利用者に知らせるための振動発生源や、タッチパネルの操作感触や遊技機の臨場感を指や手に伝えるための振動発生源などに利用される小型の振動アクチュエータに関するものである。

従来、このような分野の技術として、実開平５−６０１５８号公報がある。この公報に記載された振動アクチュエータは、筒体に収容された磁石と錘部とによって可動子が構成され、この可動子が筒体の軸線方向にリニアに振動するものである。この振動アクチュエータにおいては、筺体の外周に凹部が設けられ、この凹部にコイルが配設されている。凹部の内径部分には軸線方向に沿って磁石が配置され、この磁石は、凹部の内径部分から筒体の胴内に延出しており、延出した磁石の一端には錘部が接合されている。そして、磁石及び錘部によって構成された可動子の両端は、スプリングを介して筒体の端板に支持されている。

実開平５−６０１５８号公報

しかしながら、上記の振動アクチュエータは、磁石及び錘部によって構成された可動子をスプリングによって単に支える構造のため、錘部は筒体内で軸線方向と異なる方向に比較的自由に揺れ動くことができる。従って、錘部の重心の位置が軸線からずれたり、錘部が落下衝撃によって筒体に衝突する可能性があり、安定した振動が確保し難く、耐落下衝撃性が低い構造であると言える。さらに、落下衝撃時に錘部に加わる大きな慣性力によって筒体から端板が外れてしまって、可動子が飛び出してしまうといった事態が発生する虞もある。

本発明は、安定した振動を確保しつつ、耐落下衝撃性を向上させるようにした振動アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明に係る振動アクチュエータは、筒状の筺体内に配置されたコイルと、このコイルに包囲されて筺体内に配置されたマグネットとの協働により、マグネットが筺体の振動軸線に沿ってリニアに振動する振動アクチュエータにおいて、筺体の振動軸線に沿って配置され、筺体の振動軸線方向における両端に設けられた端壁に両端が固定されたシャフトと、シャフトが貫通すると共に、シャフトの延在方向に移動自在なマグネットと、シャフトの延在方向でマグネットに隣接して筺体内に配置され、シャフトが貫通すると共に、マグネットと一体に移動自在な錘部と、を有する可動子と、可動子と端壁との間に配置され、可動子を振動軸線方向に付勢する弾性部材と、を備え、錘部は、振動軸線方向においてマグネットの両側に配置された第１の錘部と第２の錘部とからなり、弾性部材は、第１の錘部と筺体の一方の端壁との間に配置された第１の圧縮ばねと、第２の錘部と筺体の他方の端壁との間に配置された第２の圧縮ばねと、からなり、マグネットと第１の錘部及び第２の錘部との間には環状のポールピースがそれぞれ配置されていることを特徴とする。

本発明に係る振動アクチュエータによれば、マグネット及び錘部が筺体の振動軸線方向に移動自在に配置され、このマグネットとマグネットを包囲するコイルとの協働により、マグネットと錘部とを有する可動子が弾性部材からの付勢力を受けながら筺体の振動軸線に沿ってリニアに振動する。ここで、マグネット及び錘部には、筺体の振動軸線方向における両端に設けられた端壁に両端が固定されたシャフトが貫通しており、この固定されたシャフトに案内されながら、マグネット及び錘部が一体となって振動する。よって、錘部の重心の位置が振動軸線からずれることが防止され、安定した振動を確保できる。さらに、落下衝撃が生じた場合であっても錘部が筺体に衝突することが防止され、耐落下衝撃性を向上させることができる。また、筺体が、振動軸線を分割する方向において２分割以上されたパーツによって構成されている場合、本発明のようにシャフトの両端が筺体の両端壁に固定されていると、筺体を構成する各パーツの連結強度がアップする。従って、落下衝撃時に、筺体が振動軸線方向に分断されてしまって、筺体から錘部やマグネットが飛び出してしまうような事態を回避させることができる。このように、シャフトは、連結バーとしての機能も備えている。
錘部、ポールピース、及びマグネットは、第１の圧縮ばねと第２の圧縮ばねとにより両側から付勢力を受けながら振動するので、安定した振動を確実かつ容易に得ることができる。さらに、錘部、ポールピース、及びマグネットは、対向する第１の圧縮ばねと第２の圧縮ばねを採用することによって、振動軸線方向で互いに圧着されて一体化されるので、接着剤を用いなくとも、各部品同志を連結させておくことができる。特に、錘部、マグネット、ポールピースにはシャフトが貫通しているので、接着剤がハミ出していると、接着剤とシャフトとが摺り合うことで摩擦抵抗を発生するが、本発明は、このような事態を回避させることができる。

ここで、コイルは、振動軸線を中心に環状に巻かれて振動軸線方向に並設された第１のコイルと第２のコイルとからなり、第１のコイルと第２のコイルは、電流の流れる向きが異なっていると好適である。

この場合、マグネットから第１のコイルに向かう磁路と、第２のコイルからマグネットに戻る磁路とが形成され、両方の磁路で推力を発生させることができる。よって、単一のコイルを用いる場合に比して大きな推力を得ることができる。

本発明によれば、安定した振動を確保しつつ、耐落下衝撃性を向上させることができる。

第１実施形態に係る振動アクチュエータの斜視図である。図１の振動アクチュエータの斜視縦断面図である。図１の振動アクチュエータの縦断面図である。図１の振動アクチュエータの分解断面図である。第２実施形態に係る振動アクチュエータの縦断面図である。第３実施形態に係る振動アクチュエータの縦断面図である。

以下、本発明に係る振動アクチュエータの実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図４に示すように、振動アクチュエータ１は、直径が約４．５ｍｍの円筒状の筺体２を有している。この筺体２内には、筺体２の振動軸線Ａを中心に環状に巻かれたコイル３と、このコイル３に包囲された円筒状のマグネット４と、筺体２の振動軸線Ａ方向においてマグネット４の両側に隣接して配置された第１及び第２の錘部６，７と、が収容されている。この振動アクチュエータ１では、マグネット４と第１及び第２の錘部６，７とからなる可動子８が一体となって、コイル３とマグネット４との協働により、筺体２の振動軸線Ａ方向に沿ってリニアに振動する。

筺体２は、振動軸線Ａを分割する方向において２分割されている。より具体的には、筺体２の第１の筺体１０は、筺体２の振動軸線Ａ方向の一端に位置する円板状の端壁１０ａと、この端壁１０ａから振動軸線Ａ方向に円筒状に延びた周壁１０ｂとによって、第１の錘部６、コイル３、及びマグネット４を収容している。筺体２の第２の筺体１１は、第１の筺体１０に振動軸線Ａ方向で対向して配置される。この第２の筺体１１は、筺体２の振動軸線Ａ方向の他端に位置する円板状の端壁１１ａと、この端壁１１ａから振動軸線Ａ方向に円筒状に延びた周壁１１ｂとによって、第２の錘部７を収容している。第１及び第２の筺体１０，１１は、磁性体により形成されている。そして、第１の筺体１０と第２の筺体１１との間から、樹脂製のボビン１２の一部をなす端子台１２ｄが露出している。

ボビン１２は、第１及び第２の筺体１０，１１の周壁１０ｂ，１１ｂよりも直径が小さく、周壁１０ｂ内に挿入されてコイル３が巻かれる筒状部１２ａと、筒状部１２ａの振動軸線Ａ方向における両端に連設されたフランジ部１２ｂ，１２ｃと、肉厚のフランジ部１２ｂの端部から周壁１１ｂに沿って延在する端子台１２ｄと、を有している。筒状部１２ａは、振動軸線Ａ方向における筺体２の略中央に位置し、一方のフランジ部１２ｃは、第１の筺体１０の周壁１０ｂの内周面に当接し、他方のフランジ部１２ｂは、周壁１０ｂ，１１ｂ同士の間から露出し、周壁１１ｂの表面側に延在する端子台１２ｄには、端子１３が固定されている。

そして、第１及び第２の筺体１０，１１の周壁１０ｂ，１１ｂの端部同志は、ボビン１２の肉厚部１２ｂが露出する部分を除く位置で互いに突き合わされており、数箇所の溶接部Ｄ１により連結されている（図１参照）。

図３に示すように、両端壁１０ａ，１１ａのそれぞれにおける中心位置には、シャフト保持孔１６，１７が形成されており、これらのシャフト保持孔１６，１７の周囲には、バーリング加工によって、端壁１０ａ，１１ａから筺体２の内方に向けて突出する円環状の突起１８，１９が形成されている。そして、このシャフト保持孔１６，１７に、直径約０．６ｍｍの非磁性体からなるシャフト２０の両端が圧入されており、さらに、シャフト２０の端部は、溶接部Ｄ２（図１参照）によって両端壁１０ａ，１１ａに固定されている。このようにして、シャフト２０は、筺体２の振動軸線Ａに沿って配置されると共に、振動軸線Ａ方向において第１の筺体１０と第２の筺体１１とを強固に連結している。そして、このシャフト２０は、前述したマグネット４、第１の錘部６、及び第２の錘部７からなる可動子８に貫通している。

可動子８についてより詳しく説明すると、マグネット４には、振動軸線Ａ方向にＳ極とＮ極とが着磁されると共に、シャフト２０の外径よりも直径が若干大きいシャフト貫通孔４ａが形成されている。このマグネット４は、ボビン１２の筒状部１２ａ内に配置されている。さらに、マグネット４とその振動軸線Ａ方向の両側に配置された第１及び第２の錘部６，７との間には、磁性体からなる円環状のポールピース２１，２２がそれぞれ配置されている。このポールピース２１，２２は、コイル３、マグネット４及び第１の筺体１０と一緒になって磁気回路を効率良く形成するためのものである。

第１の錘部６は、ボビン１２の筒状部１２ａの一方の開口から挿入された胴部６ａと、第１の筺体１０の端壁１０ａ側で胴部６ａよりも拡径されたフランジ部６ｂと、を有している。第２の錘部７は、ボビン１２の筒状部１２ａの他方の開口から挿入された胴部７ａと、第２の筺体１１の端壁１１ａ側で胴部７ａよりも拡径されたフランジ部７ｂと、を有している。ボビン１２のフランジ部１２ｂが肉厚に形成されてシャフト２０の延在方向の空間を占有する分、第２の錘部７のフランジ部７ｂは、第１の錘部６のフランジ部６ｂよりも延在方向における厚みが薄くなっている。錘部６，７にフランジ部６ｂ，７ｂが形成されることで、非常に小さな筺体２内にあっても、錘部６，７における重量の増大を図ることができる。

第１及び第２の錘部６，７の胴部６ａ，７ａには、シャフト２０の外径よりも直径が若干大きいシャフト貫通孔２３，２４が形成されており、シャフト貫通孔２３，２４の延在方向における中間部には、シャフト貫通孔２３，２４の壁面から径方向内方に向けて円環状に突出する軸受部２５，２６が形成され、各軸受部２５，２６は、シャフト２０に沿って摺動する。また、第１及び第２の錘部６，７のフランジ部６ｂ，７ｂには、胴部６ａ，７ａのシャフト貫通孔２３，２４よりもさらに拡径された円柱形状のばね受入孔２７，２８が、シャフト貫通孔２３，２４に連通すると共にシャフト貫通孔２３，２４と同軸に形成されている。

さらに、第１の錘部６と端壁１０ａとの間には、ばね受入孔２７に挿入された第１の圧縮コイルばね３０が配置され、この第１の圧縮コイルばね３０内をシャフト２０が貫通する。第２の錘部７と端壁１１ａとの間には、ばね受入孔２８に挿入された第２の圧縮コイルばね３１が配置され、この第２の圧縮コイルばね３１内をシャフト２０が貫通する。ここで、第１の圧縮コイルばね３０及び第２の圧縮コイルばね３１としては、同一の部品が用いられている。第１及び第２の圧縮コイルばね３０，３１の一端には、シャフト保持孔１６，１７の周囲に形成された前述の突起１８，１９が嵌入されており、これにより、第１及び第２の圧縮コイルばね３０，３１がシャフト２０に当たることなく確実に保持されている。一方、第１及び第２の圧縮コイルばね３０，３１の他端は、第１及び第２の錘部６，７のばね受入孔２７，２８内に挿入されると共に、ばね受入孔２７，２８とシャフト貫通孔２３，２４との間に形成された円環状の段部３２，３３に当接されている。

上記構成により、第１及び第２の錘部６，７、ポールピース２１，２２、及びマグネット４は、同軸上に配置された状態で第１及び第２の圧縮コイルばね３０，３１により振動軸線Ａ方向に付勢され、この付勢力により、互いに圧着されて一体化されている。従って、第１及び第２の錘部６，７、ポールピース２１，２２、及びマグネット４を、接着剤を用いることなく互いに連結することができる。これらの部品により構成された可動子８は、第１及び第２の圧縮コイルばね３０，３１による付勢力を両側から受けつつ、シャフト２０に沿って振動軸線Ａ方向に移動自在になっている。

ここで、フランジ部７ｂのマグネット４側には、シャフト２０の延在方向に対して垂直に延びる円環状の端面７ｃが形成されており、この端面７ｃは、ボビン１２のフランジ部１２ｂにおける端壁１１ａ側の端面１２ｅに対向している。そして、フランジ部７ｂの端面７ｃから、マグネット４の端壁１０ａの端面４ｂまでの長さは、フランジ部１２ｂの端面１２ｅからフランジ部１２ｃの端壁１０ａ側の端面１２ｆまでの長さに略等しくなっている。このような構成により、図４に示すように、振動アクチュエータ１の組立時において、第２の筺体１１にシャフト２０を圧入し、このシャフト２０に第２の圧縮コイルばね３１、第２の錘部７、ポールピース２２、及びマグネット４を通して重ね合わせ、これらをボビン１２内に挿入しつつボビン１２を第２の筺体１１に取り付けると、マグネット４の端面４ｂがフランジ部１２ｃの開口から露出するため、その後ポールピース２１や第１の錘部６を組み易くなる。

一方、ボビン１２の筒状部１２ａに巻かれたコイル３は、振動軸線Ａ方向に多少離間して並設された第１のコイル３４と第２のコイル３５とからなっており、第１及び第２のコイル３４，３５は、周壁１０ｂに内接するようにして周壁１０ｂにより包囲されている。すなわち、第１及び第２のコイル３４，３５は、ボビン１２の筒状部１２ａと周壁１０ｂとによって囲まれた空間Ｂ内に配置されている。さらに、第１のコイル３４と第２のコイル３５には、巻かれる方向において、逆の向きの電流が流される。

以上のように構成された振動アクチュエータ１では、外部からリード線１４及び端子１３を介してコイルに通電されると、コイル３４，３５によって磁界が形成され、マグネット４がこの磁界に吸引・反発して第１及び第２の錘部６，７、ポールピース２１，２２、及びマグネット４が一体となって振動軸線Ａ方向にリニアに振動し、振動アクチュエータ１が搭載された携帯電話などの機器類に振動を発生させる。

振動アクチュエータ１によれば、筺体２の各端壁１０ａ，１１ａにそれぞれの端が固定されたシャフト２０はマグネット４及び錘部６，７を貫通し、固定されたシャフト２０に案内されながら、マグネット４及び錘部６，７が一体となって振動するので、錘部６，７の重心の位置が振動軸線Ａからずれて暴れることが防止され、安定した振動を確保できる。さらに、落下衝撃が生じた場合であっても錘部６，７が筺体２に衝突することが防止され、耐落下衝撃性を向上させることができる。また、第１の筺体１０及び第２の筺体１１からなる筺体２のように、振動軸線Ａを分割する方向において筺体２は２分割されているので、シャフト２０の両端が筺体２の両端壁１０ａ，１１ａに固定されていると、シャフト２０が連結バーとして機能し、これにより、筺体２を構成する第１の筺体１０と第２の筺体１１との連結強度がアップする。従って、落下衝撃時に、筺体２が振動軸線Ａ方向に分断されてしまって、筺体２から錘部６，７やマグネット４が飛び出してしまうような事態を回避させることができる。

また、第１のコイル３４と第２のコイル３５は、電流の流れる向きが異なっているため、マグネット４から第１のコイル３４に向かう磁路と、第２のコイル３５からマグネット４に戻る磁路とが形成され、両方の磁路で推力を発生させることができる。よって、単一のコイルを用いる場合に比して大きな推力を得ることができる。

さらに、錘部６，７、ポールピース２１，２２、及びマグネット４は、第１の圧縮コイルばね３０と第２の圧縮コイルばね３１とにより両側から付勢力を受けながら振動するので、安定した振動を確実かつ容易に得ることができる。さらに、錘部６，７、ポールピース２１，２２、及びマグネット４は、対向する圧縮コイルばね３０と圧縮コイルばね３１を採用することによって、振動軸線Ａ方向で互いに圧着されて一体化されるので、接着剤を用いなくとも、各部品同志を連結させておくことができる。特に、錘部６，７、マグネット４、ポールピース２１，２２にはシャフト２０が貫通しているので、接着剤がハミ出していると、接着剤とシャフト２０とが摺り合うことで摩擦抵抗を発生するが、振動アクチュエータ１では、このような事態を回避させることができる。

また、振動軸線Ａ方向においてマグネット４の両側に配置された第１の錘部６と第２の錘部７とを備えるので、より一層安定した振動を確保することができる。さらに、第１及び第２の錘部６，７のそれぞれには、軸受部２５，２６が形成されているため、シャフト２０に沿ったバランスの良い振動が得られる。しかも、これらの軸受部２５，２６はシャフト貫通孔２３，２４の延在方向における一部に形成されているので、可動子８の振動に際して発生する摩擦力を可能な限り低減することができる。

また、第１の筺体１０の周壁１０ｂが磁気回路を形成するためのヨーク板を兼ねているので、コイル３４，３５を包囲するヨーク板を別途用意する必要がなく、径方向における小型化が図られている。さらにまた、第１の圧縮コイルばね３０と第２の圧縮コイルばね３１とは、同一の部品であるため、部品の共有化が図られている。

図５は、第２実施形態に係る振動アクチュエータ１Ａの縦断面図である。図５に示すように、振動アクチュエータ１Ａでは、第１実施形態の振動アクチュエータ１（図３参照）における第１及び第２のコイルばね３０，３１に代えて、板ばね３６，３７を用いている。この場合、第１及び第２の錘部のフランジ部６ｂ，７ｂには、ばね受入孔を設ける必要がなく、その分、錘部６，７の重量を増すことができる。このような振動アクチュエータ１Ａにおいても、振動アクチュエータ１と同様の作用・効果を奏することができる。

図６は、第３実施形態に係る振動アクチュエータ１Ｂの縦断面図である。図６に示すように、振動アクチュエータ１Ｂでは、第１実施形態の振動アクチュエータ１（図３参照）における第２の錘部７を無くし、その分、容積を増した第１の錘部６を設けている。この変更に伴い、振動アクチュエータ１Ｂでは、マグネット４及びコイル３４，３５が設けられる位置が振動軸線Ａ方向において端壁１１ａ側に偏っており、また、シャフト貫通孔２３とばね受入孔２７とは連通しておらず、シャフト貫通孔２３とばね受入孔２７との間に大型の軸受部２５が設けられている。このような振動アクチュエータ１Ｂにおいても、振動アクチュエータ１と同様にして、安定した振動を確保できると共に、耐落下衝撃性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、可動子８を付勢するばねなどの弾性部材を可動子８の両側ではなく片側のみに設け、この弾性部材を、端壁及び可動子に連結してもよい。弾性部材は、圧縮コイルばねや板ばねに限られず、端壁及び可動子に連結された引張コイルばねであってもよい。筺体は２分割以上であってもよい。

また、上記実施形態では、第１及び第２の錘部６，７、ポールピース２１，２２、及びマグネット４が接着剤を用いることなく互いに連結される場合について説明したが、これらは、接着剤を用いて互いに連結されてもよい。この場合でも、振動アクチュエータの組立時において、前述したように、ボビン１２内に挿入されたマグネット４の端面４ｂがボビン１２のフランジ部１２ｃの開口から露出するため、ポールピース２１及び第２の錘部６を確実かつ容易に接着することができる。

１、１Ａ、１Ｂ…振動アクチュエータ、２…筺体、３、３４、３５…コイル、４…マグネット、６、７…錘部、８…可動子、１０ａ、１１ａ…端壁、２０…シャフト、２１，２２…ポールピース、３０、３１…圧縮コイルばね、Ａ…振動軸線。

Claims

筒状の筺体内に配置されたコイルと、このコイルに包囲されて前記筺体内に配置されたマグネットとの協働により、前記マグネットが前記筺体の振動軸線に沿ってリニアに振動する振動アクチュエータにおいて、
前記筺体の前記振動軸線に沿って配置され、前記筺体の前記振動軸線方向における両端に設けられた端壁に両端が固定されたシャフトと、
前記シャフトが貫通すると共に、前記シャフトの延在方向に移動自在な前記マグネットと、前記シャフトの延在方向で前記マグネットに隣接して前記筺体内に配置され、前記シャフトが貫通すると共に、前記マグネットと一体に移動自在な錘部と、を有する可動子と、
前記可動子と前記端壁との間に配置され、前記可動子を前記振動軸線方向に付勢する弾性部材と、を備え、
前記錘部は、前記振動軸線方向において前記マグネットの両側に配置された第１の錘部と第２の錘部とからなり、
前記弾性部材は、前記第１の錘部と前記筺体の一方の端壁との間に配置された第１の圧縮ばねと、前記第２の錘部と前記筺体の他方の端壁との間に配置された第２の圧縮ばねと、からなり、
前記マグネットと前記第１の錘部及び前記第２の錘部との間には環状のポールピースがそれぞれ配置されていることを特徴とする振動アクチュエータ。
前記コイルは、前記振動軸線を中心に環状に巻かれて前記振動軸線方向に並設された第１のコイルと第２のコイルとからなり、前記第１のコイルと前記第２のコイルは、電流の流れる向きが異なっていることを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエータ。