JP5889259B2 - リニア型振動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、分銅が往復運動することにより振動を発生させるリニア型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２０１１−３０４０３号公報がある。この公報に記載されたリニア型振動アクチュエータは、マグネットによる磁気力と、コイル部で発生する所定の周波数の電磁気力との相互作用によって分銅が直線的に上下に振動するものである。リング状のコイルは、回路基板上に固定され、マグネットはカップ状のヨークの底に固定され、このヨークの外周面にはリング状の分銅の内周面が当接し、接着剤によりヨークに分銅が固定されている。また、円筒状のケースの底面には、薄板からなる円錐台形状のスプリングの底部が固定され、スプリングの頂部にはヨークの外面が固定されている。そして、円筒状のコイルは、回路基板上に固定されると共に、カップの筒部の内周面とマグネットの外周面との間の隙間を出入りするように配置されている。従って、コイルに所定の周波数の電流を入力（通電）することで、マグネットとコイルとの協働により、分銅を上下動に振動させることができる。

特開２０１１−３０４０３号公報

しかしながら、前述した従来のリニア型振動アクチュエータにあっては、コイルは、カップ状ヨークの筒部の内周面とマグネットの外周面との間の隙間を出入りするので、回路基板上に正確に固定されていないと、コイルが、ヨークの筒部の内周面側か或いはマグネットの外周面側に寄ってしまうので、落下衝撃時に、ヨークの内周面か或いはマグネットの外周面に衝突する可能性が高くなる。従って、コイルをケース内で正確な位置に固定させためには、アクチュエータの組立て前に、回路基板上にコイルを予め正確な位置に固定させておく必要があり、この対策として、回路基板側又はコイル側に、コイル位置決め用の特殊な構成が必要になり、このような対策を施さない場合には、回路基板にコイルを精度良く固定するための特殊な治具が必要になる。このことから、ケース内でコイルの位置精度を高め難いといった問題点があった。

本発明は、ケース内でのコイルの位置精度を容易に高めるようにしたリニア型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、マグネットと分銅とが固定され、ケース内のコイルによって分銅及びマグネットを往復運動させるリニア型振動アクチュエータにおいて、
ケースで立設されると共に、磁性体からなり磁気回路を構成するシャフトと、
シャフトによって支持されるコイルと、
コイル及びシャフトを囲むように配置されたリング状のマグネットと、
マグネットに固定された分銅と、
ケース内に配置され、マグネット及び分銅をシャフトの軸線方向に付勢する付勢手段と、
を備えたことを特徴とする。

このリニア型振動アクチュエータにおいては、マグネットとシャフトとで磁気回路を構成し、コイルは、磁気回路の一部をなすシャフトで支持され、シャフトを中心にしてその周囲を巻回するように配置されているので、シャフトの有効利用を図ってコイルの位置決めが可能となる。すなわち、本発明では、ケース内で立設させたシャフトを基準としたコイルの位置決めを可能にし、これによって、ケース内におけるコイルの位置精度を容易に高めることができる。

また、リング状の分銅がマグネットの外周面に固定され、分銅の外周面とケースとの間の隙間は、マグネットの内周面とコイルの外周面との間の隙間より小さい。
このような構成を採用すると、落下衝撃時に分銅の外周面とケースの内面とが衝突することはあっても、コイルの外面とマグネットの内周面とが衝突することがないので、落下衝撃によりコイルが断線し難くなる。

また、コイルが巻回されたボビンがシャフトの周囲に配置され、ボビンには、マグネットの内周面に向かって突出する仕切部が設けられ、この仕切部は、ボビンに逆巻きで巻回された第１のコイル部と第２のコイル部の外周面から突出する。
このような構成は、第１のコイル部と第２のコイル部とを仕切るための仕切部の有効利用を図っている。すなわち、落下衝撃時に仕切部の遊端がマグネットの内周面と衝突するようにしているので、コイルとマグネットとが衝突する事態が起こらず、落下衝撃によりコイルが断線し難くなる。なお、この仕切部は、ボビンに異なる巻き方向のコイル線を巻き易くしている。

また、分銅において、軸線に対して直交する平面には、分銅の質量調整用の凹部が形成されている。
このような構成を採用すると、分銅や付勢手段の個体差によって発生する振動不良を、分銅に設けた凹部内に補填液（例えばタングステン粉と接着剤との混合液）を入れることで、付勢手段の付勢力を調整することなく、分銅側で振動不良を容易に調整することができる。

また、マグネットは、対向してなる一対のリング状の平面部を有し、各平面部には、ヨークが固定されていない。
このような構成を採用すると、平面部にコークが固定されているタイプのリニア型振動アクチュエータに比べて、マグネットに固定された分銅の推力を増加させることができ、その結果として、効率の良い振動を得ることができる。

本発明によれば、ケース内でのコイルの位置精度を容易に高めることができる。

本発明に係るリニア型振動アクチュエータの参考例を示す外観斜視図である。 図１に示された振動アクチュエータの分解斜視図である。 図１のIII−III線に沿う断面図である。 本発明に係るリニア型振動アクチュエータの実施形態を示す断面図である。 マグネットにヨークが固定されていないタイプと、マグネットにヨークが固定されたタイプとを比較して示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るリニア型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。

［参考例］
図１〜図３に示されるように、小型のリニア型振動アクチュエータ１は、携帯通信機器（例えば携帯電話）などの通信機器に内蔵させて、呼び出し機能の振動発生源として利用される直径約１０ｍｍ、厚さ約３ｍｍのコイン型をなしている。

振動アクチュエータ１のケース２は、非磁性材料（例えばステンレス）からなるカップ状の上ケース部１１と、上ケース部１１の開放側を閉鎖するために、非磁性材料（例えばステンレス）で円板状に形成された下ケース部１２と、からなる。下ケース部１２は、上ケース部１１の円形の開放端の内側に嵌め込まれ、その後、上ケース部１１の開放端を内側に折り曲げる。なお、上ケース部１１は、下ケース部１２に溶接してもよい。

ケース２内には、シャフト２０の軸線Ｌ方向においてＮ極とＳ極に着磁されたリング状のマグネット１３が収容されている。このマグネット１３を上下で対向して挟むようにして、マグネット１３の平面部１３ａ，１３ｂには、リング状の薄い磁性体からなるヨーク１４，１６が接着剤によって固定されている。なお、ヨーク１４，１６には、十字状の接着剤充填孔１４ａ，１６ａが周方向に４箇所形成されている。これによって、接着剤による接着効果を高めている。

マグネット１３の外周面１３ｃには、ドーナツ状の分銅１５の内周面１５ｂが接着剤によって接着されている。この分銅１５は、例えばタングステンからなり、マグネット１３、ヨーク１４，１６、分銅１５によって可動子を構成する。そして、分銅１５の下側平面部１５ａには、付勢手段の一例をなす薄い板バネ１７が溶接により固定されている。

この板バネ１７は、小径のリング状をなす上側着座部１７ａと、大径のリング状をなす下側着座部１７ｂと、上側着座部１７ａと下側着座部１７ｂとの間を連結する円弧状の弾性片１７ｃと、で構成されている。そして、上側着座部１７ａが分銅１５の下側平面部１５ａに溶接され、下側着座部１７ｂは下ケース部１２の内壁面に溶接されている。

下ケース部１２は、上ケース部１１の開放端に合致する形状をなす円板状の本体部１２ａと、本体部１２ａから径方向に突出する舌片１２ｄと、を有している。下ケース部１２の内壁面には、フレキシブル回路基板１９が固定されている。このフレキシブル回路基板１９は、下ケース部１２の内壁面に載置されるリング状の本体部１９ａと、下ケース部１２の舌片１２ｄ上に載置される延長部１９ｂと、を有している。そして、本体部１９ａには、ボビン２１及びシャフト２０を挿通させるための開口部１９ｄが形成され、延長部１９ｂには給電端子１９ｃが設けられ、給電端子１９ｃを外部に露出させている。

下ケース部１２の本体部１２ａの中央には、シャフト２０を立設するための圧入孔１２ｃが設けられている。磁性体からなるシャフト２０は、樹脂製のボビン２１を支持している。ボビン２１には、シャフト２０を挿入させるための中央孔２１ａと、軸線Ｌ方向において両端に位置するフランジ部２１ｂ，２１ｃと、フランジ部２１ｂ，２１ｃとの間に位置するフランジ状の仕切部２１ｄと、を有している。そして、フランジ部２１ｂと仕切部２１ｄと支柱２１ｅとで第１のボビン部２１Ａを構成し、フランジ部２１ｃと仕切部２１ｄと支柱２１ｆとで第２のボビン部２１Ｂを構成し、そして、第１のボビン部２１Ａと第２のボビン部２１Ｂは、軸線Ｌ方向に並置されている。また、支柱２１ｅ及び支柱２１ｆを貫通する中央孔２１ａに対して、シャフト２０は圧入若しくは極めて少ない誤差をもって差し込まれている。

コイル２４は、第１のボビン部２１Ａの支柱２１ｅにコイル線が巻回されてなる第１のコイル部２２と、第２のボビン部２１Ｂの支柱２１ｆにコイル線が第１のコイル部２２と逆方向に巻回されてなる第２のコイル部２３とからなり、第１のコイル部２２と第２のコイル部２３は、軸線Ｌ方向に並置されている。そして、第１のコイル部２２のコイル線と第２のコイル部２３のコイル線は、直列に繋がり、コイル２４は、フレキシブル回路基板１９に結線されている。

リング状のマグネット１３は、シャフト２０によって支持されたコイル２４を軸線Ｌを中心として囲むように配置され、板バネ１７によってケース２内で保持されている。板バネ１７は、圧縮バネであり、シャフト２０の軸線Ｌ方向にマグネット１３及び分銅１５を付勢しており、電源オフ状態のマグネット１３は、マグネット１３の内周面１３ｄとボビン２１の仕切部２１ｄとが対向するように、第１のコイル部２２と第２のコイル部２３を跨いで配置されている。

このようなリニア型振動アクチュエータ１においては、マグネット１３とシャフト２０とで磁気回路を構成し、ボビン２１に巻かれたコイル２４は、磁気回路の一部をなすシャフト２０で支持され、シャフト２０を中心にしてその周囲を巻回するように配置されているので、シャフト２０の有効活用を図って、コイル２４の位置決めが可能となる。すなわち、ケース２内で立設させたシャフト２０を基準としたコイル２４の位置決めを可能にし、これによって、ケース２内におけるコイル２４の位置精度を容易に高めることができると共に、振動アクチュエータ１におけるボビン２１の組み付けが容易になる。

分銅１５の外周面１５ｃとケース２の上ケース部１１の周壁１１ｂとの間の隙間Ｐ１は、マグネット１３の内周面１３ｄとコイル２４の外周面２４ａとの間の隙間Ｐ２より小さい。このような構成を採用すると、落下衝撃時に分銅１５の外周面１５ｃとケース２の周壁１１ｂとが衝突することはあっても、コイル２４の外周面２４ａとマグネット１３の内周面１３ｄとが衝突することがないので、落下衝撃によりコイル２４が断線し難くなる。

ボビン２１のフランジ状の仕切部２１ｄは、第１のコイル部２２と第２のコイル部２３の外周面２２ａ，２３ａから突出する。このような構成は、第１のコイル部２２と第２のコイル部２３とを仕切るための仕切部２１ｄの有効利用を図っている。すなわち、落下衝撃時に仕切部２１ｄの遊端がマグネット１３の内周面１３ｄと衝突するようにしているので、コイル２４とマグネット１３とが衝突する事態が起こらず、落下衝撃によりコイル２４が断線し難くなる。そして、この仕切部２１ｄは、ボビン２１に異なる巻き方向のコイル線を巻き易くしている。

分銅１５において、軸線Ｌに対して直交する上側平面部１５ｄには、分銅１５の質量調整用の凹部１５ｅが形成されている。このような構成を採用すると、分銅１５や板バネ１７の個体差によって発生する振動不良を、分銅１５に設けた凹部１５ｅ内に補填液（例えばタングステン粉と接着剤との混合液）を入れることで、板バネ１７のバネ力を調整することなく、分銅１５側で振動不良を容易に調整することができる。

コイル２４に給電端子１９ｃから所定の周波数の電圧（例えば５Ｖ、２００Ｈｚ）を入力（通電）させると、板バネ１７を介して分銅１５が軸線Ｌ方向に振動するが、このとき、分銅１５が軽過ぎても重過ぎてもケース２内で振動できない事態や所望の振動が発生しない事態が起こることがある。この場合の補正対策として、分銅１５の上側平面部１５ｄには、等間隔に質量調整用の凹部１５ｅが形成され、これに前述した補填液を入れることで、分銅１５の質量を上げて、コイル２４に入力させる周波数で分銅１５をスムーズに振動させることができる。なお、この場合の補正対策は、分銅１５がより重過ぎで振動が発生しない場合については考慮されていない。

製造後の振動アクチュエータ１は、上ケース部１１が外された状態で検査され、適正に振動しない振動アクチュエータ１は、前述したような補正がなされる。

シャフト２０の両端は、上ケース部１１の圧入孔１１ｃと下ケース部１２の圧入孔１２ｃに圧入され、シャフト２０は、ケース２の中央に立設され、このようなシャフト２０で支持されるボビン２１のフランジ部２１ｂの平端面には、半球状の凸部２６が周方向で等間隔で形成されている。樹脂からなる各凸部２６が、組立て時に、上ケース部１１の内壁面に押し当てられることで、上ケース部１１と下ケース部１２とでボビン２１をしっかりと挟み込むことができる。これによって、ボビン２１のガタ付きを押さえ、異音の発生防止や耐落下衝撃性を高めることができる。

［実施形態］
図４に示される実施形態に係わるリニア型振動アクチュエータ１００が、参考例に係わるリニア型振動アクチュエータ１と異なる点は、マグネット１３において、対向してなる一対のリング状の平面部１３ａ,１３ｂには、参考例で採用されているヨーク１４，１６が固定されていないことにある。なお、他の構成については、実施形態に係るリニア型振動アクチュエータ１００は、参考例に係るリニア型振動アクチュエータ１と、同一の構成を有しているので、図４において、同一の符合を付し、その説明は省略する。

図５（ｂ）に示されるように、リニア型振動アクチュエータ１にあっては、マグネット１３が最大移動位置にある場合、つまりマグネット１３が最も端、例えば最上端にある場合、ヨーク１４,１６の採用によって、マグネット１３からシャフト２０に向かう磁束が最短経路を通ろうとする。これによって効率の良い磁気回路が構成される。しかしながら、マグネット１３の下側の平面部１３ｂからシャフト２０に向かう磁束において、第１のコイル部２２を通過する磁束が多くなり、これによって、推力Ｆ１に対する反対方向の推力Ｆ２が大きくなり、結果的に、推力Ｆ２が推力Ｆ１のブレーキとして大きく作用することになるので、矢印Ａ方向に向かうマグネット１３の推力を低下させる。そのことが、分銅１５を利用した効率の良い振動を得に難くしている。

これに対して、図５（ａ）に示されるように、リニア型振動アクチュエータ１００にあっては、マグネット１３が最大移動位置にある場合、つまりマグネット１３が最も端、例えば最上端にある場合、ヨーク１４,１６が採用されていないので、ヨーク１４,１６が存在する場合のように、マグネット１３からシャフト２０に向かう磁束が最短経路を通ろうとしない。これによって、マグネット１３の下側の平面部１３ｂからシャフト２０に向かう磁束において、第１のコイル部２２を通過する磁束が少なくなり、これによって、推力Ｆ１に対する反対方向の推力Ｆ２が、振動アクチュエータ１（図５（ｂ）参照）に比べて小さくなり、結果的に、推力Ｆ２が推力Ｆ１のブレーキとして作用することが少なくなるので、矢印Ａ方向に向かうマグネット１３の推力を増加させる。そのことが、分銅１５を利用した効率の良い振動を得やすくしている。

リニア型振動アクチュエータ１００の振動効率をアップさせるにあたっては、第１のコイル部２２の下端２２ｂとマグネット１３の下側の平面部１３ｂとの間の距離Ｒの影響が大きく、距離Ｒが大きくなればなる程、マグネット１３の下側の平面部１３ｂからシャフト２０に向かう磁束において、第１のコイル部２２を通過する磁束が少なくなり、そのことが、分銅１５を利用した振動効率をアップさせるには有利である。なお、図示しないが、マグネット１３が最下端にある場合も同様であり、第２のコイル部２３の上端２３ｂとマグネット１３の上側の平面部１３ａとの間の距離が大きくなればなる程、分銅１５を利用した振動効率をアップさせるには有利である。

このような結果を踏まえると、マグネット１３が薄くなればなるほど、ヨーク１４,１６があることによる不利益が大きくなるので、マグネット１３の往復移動距離を長くするために、マグネット１３の薄型化を図る場合には、リニア型振動アクチュエータ１００のようなヨーク１４,１６が無いタイプのものが有利であると言える。

なお、図５において、分銅１５は省略しているが、リニア型振動アクチュエータ１,１００が、分銅１５を有していることは言うまでもない。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。

例えば、付勢手段として、板バネ１７に代えて圧縮コイルバネの適用が可能である。

１，１００…リニア型振動アクチュエータ、２…ケース、１３…マグネット、１４,１６…ヨーク、１５…分銅、１５ｅ…凹部、１７…板バネ（付勢手段）、２０…シャフト、２１…ボビン、２１ｄ…仕切部、２２…第１のコイル部、２３…第２のコイル部、２４…コイル、Ｌ…軸線、Ｐ１，Ｐ２…隙間。

Claims (4)

1. マグネットと分銅とが固定され、ケース内のコイルによって前記分銅及び前記マグネットを往復運動させるリニア型振動アクチュエータにおいて、
   前記ケースで立設されると共に、磁性体からなり磁気回路を構成するシャフトと、
   前記シャフトによって支持される前記コイルと、
   前記コイル及び前記シャフトを囲むように配置されたリング状の前記マグネットと、
   前記マグネットに固定された前記分銅と、
   前記ケース内に配置され、前記マグネット及び前記分銅を前記シャフトの軸線方向に付勢する付勢手段とを備え、
   前記コイルは、逆巻きで巻回された第１のコイル部と第２のコイル部を有し、
   前記マグネットは、前記シャフトの軸線方向に着磁され、且つ対向してなる一対のリング状の平面部を有し、前記各平面部には、ヨークが固定されておらず、さらに前記第１のコイル部と第２のコイル部の一方の端に移動したときに前記シャフトの直交方向において前記第１のコイル部と第２のコイル部の他方のコイル部とは対向していない
   ことを特徴とするリニア型振動アクチュエータ。
2. リング状の前記分銅が前記マグネットの外周面に固定され、前記分銅の外周面と前記ケースとの間の隙間は、前記マグネットの内周面と前記コイルの外周面との間の隙間より小さいことを特徴とする請求項１記載のリニア型振動アクチュエータ。
3. 前記コイルが巻回されたボビンが前記シャフトの周囲に配置され、前記ボビンには、前記マグネットの内周面に向かって突出する仕切部が設けられ、この仕切部は、前記ボビンに逆巻きで巻回された前記第１のコイル部と第２のコイル部の外周面から突出することを特徴とする請求項１又は２記載のリニア型振動アクチュエータ。
4. 前記分銅において、前記軸線に対して直交する平面には、前記分銅の質量調整用の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のリニア型振動アクチュエータ。
   

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