JP5888867B2 - 振動アクチュエータ - Google Patents

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戯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、特開２００３−１１７４８８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、磁性材料からなり円筒状のフレームを有し、このフレームの軸方向の外端には、一対のブラケットが嵌め込まれ、各ブラケットには、可動子を軸方向に移動可能に支持するための固定軸が固定されている。フレームの内周面には、円周上で同一方向に線材が巻回されている円筒状のコイルが固定されている。可動子は、コイルの空隙内に配置されると共に、ラジアル方向に着磁された円筒状のマグネットと、マグネットの軸方向の両端に配設されて潤滑材が含浸された焼結合金からなる一対の軸受けと、で構成され、可動子と一対のブラケット間には、一対のコイルばねが配置されている。
また、振動体を高性能にするには、円筒状のマグネットをエネルギー積の大きい例えばNdFeB系の焼結磁石を用いてフル着磁すればよいが、小型化してくると直径方向の単磁極着磁は、着磁器の磁気飽和のためにかなり困難になる。そこで、円筒状の磁性体を周方向で２分割又は３分割し、各磁性体片をそれぞれ個別に厚み方向で着磁した後、再度、分割された各磁石片（マグネット部）を接着剤により再構成して、円筒状のマグネットにしている。この方法によれば、磁石片は夫々単独でフル着磁されるので再構成された円筒状マグネットの性能も向上し、特に厚み方向の異方性磁石を用いる場合は更に効果的であり、振動アクチュエータは高性能となる。

特開２００３−１１７４８８号公報

しかしながら、マグネットを周方向で複数分割したものを、接着剤で貼り合わせて円筒状のマグネットにする場合、隣接する磁石片（マグネット部）が同じ極性を有しているので、貼り合わす際に極同士の反発が起こって、磁石片を貼り合わせることは難しく、しかも磁石片同士がズレて貼り合わされてしまうといった問題点がある。

本発明は、マグネットのラジアル方向の単磁極着磁を確実且つ容易にし、筐体の径を小さくするような小型化の促進が容易である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、
前記シャフト及び前記筐体は、磁性体により形成され、
筒状の前記マグネットは、ラジアル方向に着磁されて前記振動軸線方向に複数に分割されたマグネット部からなり、隣接する前記マグネット部は、前記振動軸線方向において極が異なっており、
前記コイルは、前記振動軸線方向においてそれぞれのマグネットに対応して複数に分割されたコイル部からなり、隣接する前記コイル部は、巻き方向が逆であることを特徴とする。

この振動アクチュエータにおけるマグネットには、磁性体からなるシャフトが貫通し、このシャフトの両端は、磁性体からなる筺体の振動軸線方向における両端の端壁にそれぞれ固定され、シャフトに案内されながら、マグネットが振動する。固定されたシャフトを利用することで、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マグネットがコイル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、筒状のマグネットは、ラジアル方向に着磁されて振動軸線方向に複数に分割されたマグネット部からなり、隣接するマグネット部は、振動軸線方向において極が異なっているので、接合させる際に極同士の反発が起こらず、マグネット部同士を接合させ易く、しかも、マグネット部同士がズレに難い。そして、マグネット部の接合枚数を容易に増やすことができ、これにより、パワーアップを図る目的で、マグネットの径を大きくすることなく、マグネットを振動軸線方向に容易に長くすることができる。マグネットをこのように構成させることに伴って、コイルは、振動軸線方向においてそれぞれのマグネット部に対応して複数に分割されたコイル部からなり、隣接するコイル部の巻き方向を逆にしている。このような構成の振動アクチュエータは、筐体の径を小さくするような小型化の促進が容易である。

また、可動子は、マグネットと一体に移動自在な錘部を有し、錘部は、シャフトが貫通すると共に、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、弾性部材は、錘部と筐体の端壁との間に配置され、錘部の端部には、振動軸線に沿ってばね受入凹部が形成され、錘部は、ばね受入凹部内に配置された軸受によりシャフトに対して支持され、ばね受入凹部内に挿入された弾性部材により軸受及び錘部が付勢されると好適である。
軸受の採用により、錘部がシャフトに接触することなく安定した振動が達成されるので、騒音の低減を図ることができる。さらに、ばね受入凹部内に軸受を配置させることで、軸受を錘部の重心位置に近づけることができ、これによっても、騒音の低減が可能になる。しかも、弾性部材をばね受入凹部内に挿入させることで、弾性部材の振動軸線方向における全長を長くすることができ、これによって、安定した弾性力を発揮させることができ、しかも接着剤を用いなくとも、軸受が錘部から外れ難いといった効果を奏する。

本発明によれば、マグネットのラジアル方向の単磁極着磁を確実且つ容易にし、筐体の径を小さくするような小型化の促進が容易である。

本発明に係る振動アクチュエータの第１の実施形態を示す斜視図である。 図１に示された振動アクチュエータの断面図である。 本発明に係る振動アクチュエータの第２の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る振動アクチュエータの第３の実施形態を示す断面図である。 （ａ）は板バネの平面図であり、（ｂ）は板バネの側面図である。 本発明に係る振動アクチュエータの第４の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る振動アクチュエータの第５の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る振動アクチュエータの第６の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る振動アクチュエータの第７の実施形態を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る振動アクチュエータの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、種々の振動アクチュエータにあっては、同一又は同等な構成部分に同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図１及び図２に示されるように、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。磁性体からなる筺体２内には、筺体２の振動軸線Ｌ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Ｌ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、可動子８を構成するマグネット４と第１及び第２の錘部６，７とが、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Ｌ方向に沿ってリニアに振動する。

筺体２は、振動軸線Ｌを分割する方向において第１の筐体１０と第２の筐体１１とで２分割されている。より具体的には、２分割された筺体２のうち第１の筺体１０は、筺体２の振動軸線Ｌ方向における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Ｌ方向に延びた円筒状の周壁１０ｂと、からなり、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。

第２の筺体１１は、第１の筺体１０に振動軸線Ｌ方向で対向して配置されている。この第２の筺体１１は、筺体２の振動軸線Ｌ方向における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Ｌ方向に延びた円筒状の周壁１１ｂと、からなり、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、ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）などの磁性体により成形されている。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Ｌ方向における両端に形成されたフランジ部１２ｂ，１２ｃと、フランジ部１２ｂとフランジ部１２ｃとの間に形成された環状の仕切り部１２ｅと、肉厚のフランジ部１２ｂの外端部から周壁１１ｂに沿って延在する端子台１２ｄと、を有している。

フランジ部１２ｃと仕切り部１２ｅとの間には、第１のコイル部３Ａが配置され、フランジ部１２ｂと仕切り部１２ｅとの間には、第２のコイル部３Ｂが配置されている。そして、隣接する第１のコイル部３Ａと第２のコイル部３Ｂは、巻線の巻き方向が逆であり、周方向において逆向きの電流が流れることになる。

また、コイル３が巻かれる筒状部１２ａは、振動軸線Ｌ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と周壁１１ｂとの間から露出する。フランジ部１２ｂの端から周壁１１ｂの表面に沿って延在する端子台１２ｄには、リード線１４に半田付けされる端子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の開放側端部同志は、ボビン１２のフランジ部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により接合されている（図１参照）。

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。各シャフト保持孔１６，１７に、直径約０．６ｍｍの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の両端部は、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Ｌに沿って配置されると共に、振動軸線Ｌ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、前述した可動子８を貫通している。

直径方向の単磁極着磁にあっては、円筒状のマグネットの素材をなす磁性体が小型化されると、１本の円筒状の磁性体を着磁させる場合に比べて、同寸法の磁性体を振動軸線Ｌ方向に分割させてなる磁性体片を着磁器で着磁させた方が容易且つ確実な着磁が達成される。

そこで、円筒状のマグネット４は、ラジアル方向に着磁されて振動軸線Ｌ方向に２分割された第１のマグネット部４Ａと第２のマグネット部４Ｂとからなり、第１のマグネット部４Ａは、第１のコイル部３Ａに対向し、第２のマグネット部４Ｂは、第２のコイル部３Ｂに対向する。そして、隣接する第１のマグネット部４Ａと第２のマグネット部４Ｂとは、振動軸線Ｌ方向において極が異なり、具体的には、第１のマグネット部４Ａは、外周側がＳ極に内周側がＮ極に着磁され、第２マグネット部４Ｂ、外周側がＮ極に着磁され、内周側がＳ極に着磁されている。

このように、隣接するマグネット部４Ａ，４Ｂが振動軸線Ｌの方向で異なる極性を有しているので、接合させる際に極同士の反発が起こらず、マグネット部４Ａ，４Ｂ同士を接合させ易く、しかも、マグネット部４Ａ，４Ｂ同士がズレに難い。そして、マグネット部４Ａ，４Ｂの接合枚数を容易に増やすことができ、これにより、パワーアップを図る目的で、マグネット４の径を大きくすることなく、マグネット４を振動軸線方向に容易に長くすることができる。このような構成の振動アクチュエータ１は、筐体２の径を小さくするような小型化の促進が容易である。なお、隣接するマグネット部４Ａ，４Ｂの接合は、接着剤を用いても用いなくても良い。

第１のマグネット部４Ａ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４ａが形成されている。第２のマグネット部４Ｂ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４ｂが形成されている。また、第１及び第２のマグネット部４Ａ，４Ｂは、ボビン１２の筒状部１２ａ内に配置され、コイル３とマグネット４と磁性体からなる第１の筺体１０と磁性体からなるシャフト２０との協働で磁気回路を構成している。

第１及び第２の錘部６，７は、ボビン１２の筒状部１２ａの中空部Ｓ内に挿入可能な胴部６ａ，７ａと、胴部６ａ，７ａの端部で拡径されたフランジ部６ｂ，７ｂと、を有している。第１及び第２の錘部６，７には、シャフト２０の外径よりも直径が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の途中には、シャフト２０が貫通する第１及び第２の軸受（焼結含油軸受）２５，２６が配置されている。また、第１及び第２の錘部６，７には、シャフト貫通孔２３，２４を途中から拡径して端面まで延びる円柱形状の第１及び第２のばね受入凹部２７，２８が形成されている。

第１のばね受入凹部２７内には、シャフト２０に対して第１の錘部６を支持するための第１の軸受２５が挿入されている。第１の軸受２５と端壁１０ａとの間には、第１のばね受入凹部２７内に挿入された第１の圧縮コイルばね３０が配置され、第１の圧縮コイルばね３０によって第１の軸受２５及び第１の錘部６が付勢されている。また、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のばね受入凹部２８内には、シャフト２０に対して第２の錘部７を支持するための第２の軸受２６が挿入されている。第２の軸受２６と端壁１１ａとの間には、第２のばね受入凹部２８内に挿入された第２の圧縮コイルばね３１が配置され、第２の圧縮コイルばね３１によって第２の軸受２６及び第２の錘部７が付勢されている。また、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。

軸受２５，２６の採用により、錘部６，７がシャフト２０に接触することなく安定した振動が達成されるので、騒音の低減を図ることができる。さらに、ばね受入凹部２７，２８内に軸受を配置させることで、軸受２５，２６を錘部６，７の重心位置に近づけることができ、これによっても、騒音の低減が可能になる。しかも、圧縮コイルばね３０，３１をばね受入凹部２７，２８内に挿入させることで、圧縮コイルばね３０，３１の振動軸線Ｌ方向における全長を長くすることができ、これによって、安定した弾性力を発揮させることができ、しかも接着剤を用いなくとも、軸受２５，２６が錘部６，７から外れ難いといった効果を有する。

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の一端側には、両端壁１０ａ，１１ａに形成された突起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に当たることがない。第１及び第２の圧縮コイルばね３０，３１の他端側は、第１及び第２の錘部６，７のばね受入凹部２７，２８内に挿入されると共に、ばね受入凹部２７，２８内の軸受２５，２６に当接され、各軸受２５，２６は、圧縮コイルばね３０，３１に付勢力により第１及び第２の錘部６，７に圧着させられている。

上記構成により、第１及び第２の錘部６，７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Ｌ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と第１及び第２のマグネット４Ａ，４Ｂとは、接着剤を用いなくとも互いに連結することができる。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。なお、接着剤を用いても良い。

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Ｌ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、振動軸線Ｌ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、第１の筺体１０と第２の筺体１１との連結強度が向上する。従って、落下衝撃時に、筺体２が振動軸線Ｌ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、振動軸線Ｌ方向において、マグネット４の両側に第１の錘部６と第２の錘部７とを配置させているので、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は、軸受２５，２６を介してシャフト２０に沿って移動させているので、シャフト２０に沿ったバランスの良い振動が得られる。

振動アクチュエータ１にあって、錘部６，７がタングステンなどで成形されている場合、表面が粗いことから摩擦抵抗が大きくなったり、また、孔径の寸法管理が厳しくなったりするので、別途に軸受を利用することが好ましい。しかしながら、図３に示されるように、変形例に係る振動アクチュエータ１Ａにあっては、錘部４０，４１が摩擦抵抗の大きくない材質で成形されているので、第１及び第２の錘部４０，４１には、シャフト貫通孔２３，２４の途中を縮径してなる軸受部４０ａ，４１ａが形成されている。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。

弾性部材として、圧縮コイルばねに限らず板バネであってもよい。図４に示されるように、振動アクチュエータ１Ｂにおいて、第１の板バネ６１及び第２の板バネ６２を利用して、第１の錘部６３及び第２の錘部６４を支持してもよい。第１及び第２の錘部６３，６４の端部に第１及び第２の軸受２５，２６が配置され、各軸受２５，２６は、板バネ６１，６２のばね受けとして利用されている。第１の板バネ６１と第２の板バネ６２は、同一形状を有し、図５に示されるように、円板に複数の円弧状スリット６０ａと中央開口６０ｂとを打ち抜き加工することで、円錐台形状のばねになっている。なお、円錐コイルばねの適用も可能である。

振動アクチュエータ１Ｂにあっては、錘部６３，６４がタングステンなどで成形されている場合、表面が粗いことから摩擦抵抗が大きくなったり、また、孔径の寸法管理が厳しくなったりするので、別途に軸受を利用することが好ましい。しかしながら、図６に示されるように、変形例に係る振動アクチュエータ１Ｃにあっては、錘部６５，６６が摩擦抵抗の大きくない材質で成形されているので、第１及び第２の錘部６５，６６には、シャフト貫通孔２３，２４の途中を縮径してなる軸受部６５ａ，６６ａが形成されている。

また、マグネット及びコイルは、２分割に限定されず、３分割以上に分割されて、マグネット部及びコイル部のそれぞれを振動軸線Ｌ方向に３個以上並設させてもよい。例えば、図７に示されるように、振動アクチュエータ１Ｄにあって、筐体２Ａは、第１の筺体１０Ａと第２の筺体１１Ａとで振動軸線Ｌ方向で略２等分割され、筐体２Ａ内には、４分割されたマグネット７０及びコイル７１が配置されている。マグネット７０は、ラジアル方向に着磁されて振動軸線Ｌ方向に複数に分割された第１〜第４のマグネット部７０Ａ〜７０Ｄからなり、マグネット部７０Ａ〜７０Ｄで隣接する同士は、振動軸線Ｌ方向において極が異なっている。コイル７１は、振動軸線Ｌ方向においてそれぞれのマグネット７０Ａ〜７０Ｄに対応して複数に分割された第１〜第４のコイル部７１Ａ〜７１Ｄからなり、コイル部７１Ａ〜７１Ｄのうちで隣接する同士は、巻線の巻き方向が逆である。

また、錘部７２は、片側のみに配置され、第１の圧縮コイルばね３０は、ばね受入凹部７４内の軸受７３を介して付勢され、第２の圧縮コイルばね３１は、マグネット７０を直接付勢されている。

振動アクチュエータ１Ｄにあっては、錘部７２がタングステンなどで成形されている場合、表面が粗いことから摩擦抵抗が大きくなったり、また、孔径の寸法管理が厳しくなったりするので、別途に軸受を利用することが好ましい。しかしながら、図８に示されるように、変形例に係る振動アクチュエータ１Ｅにあっては、錘部７６が摩擦抵抗の大きくない材質で成形されているので、錘部７６には、シャフト貫通孔７５の途中を縮径してなる軸受部７６ａが形成されている。

前述した筐体２，２Ａの断面形状は、円形、四角形、多角形のいずれであってもよい。例えば、図９に示されるように、振動アクチュエータ１Ｆにおいて、断面四角形の筐体２Ｂは、断面四角形の第１及び第２の筐体８０，８１からなり、筐体２Ｂ内には、断面四角形の第１及び第２のコイル部８２Ａ，８２Ｂからなるコイル８２、第１及び第２のマグネット部８３Ａ，８３Ｂからなるマグネット８３、第１及び第２の錘部８４，８５が収納されている。

１，１Ａ〜１Ｆ…振動アクチュエータ、２，２Ａ，２Ｂ…筐体、３，７１，８２…コイル、３Ａ，３Ｂ，７１Ａ〜７１Ｄ，８２Ａ，８２Ｂ…コイル部、４，７０，８３…マグネット、４Ａ，４Ｂ，７０Ａ〜７０Ｄ，８３Ａ，８３Ｂ…マグネット部、６，７，６３，６４，６５，６６，７２，７６，８４，８５…錘部、８…可動子、１０ａ，１１ａ…筐体の端壁、２０…シャフト、２５，２６，７３…軸受、２７，２８，７４…ばね受入凹部、３０，３１…圧縮コイルばね（弾性部材）、６１，６２…板ばね（弾性部材）、Ｌ…振動軸線。

Claims (1)

1. 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、
   前記シャフト及び前記筐体は、磁性体により形成され、
   筒状の前記マグネットは、ラジアル方向に着磁されて前記振動軸線方向に複数に分割されたマグネット部からなり、隣接する前記マグネット部は、前記振動軸線方向において極が異なっており、
   前記コイルは、前記振動軸線方向においてそれぞれのマグネットに対応して複数に分割されたコイル部からなり、隣接する前記コイル部は、巻き方向が逆であり、
   前記可動子は、前記マグネットと一体に移動自在な錘部を有し、前記錘部は前記シャフトが貫通すると共に、前記マグネットの延在方向で前記マグネットの両側に配置され、
   前記錘部は、軸受け又は軸受部により前記シャフトに対して支持され、
   前記弾性部材は、前記振動軸線方向において前記錘部の両側に設けられ、それぞれの一端が前記錘部に形成されたばね受入凹部に挿入されることを特徴とする振動アクチュエータ。

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