JP6341901B2 - 振動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、振動を発生させる振動アクチュエータに関するものである。

携帯型の電子機器は、通信機能における着信やアラーム機能などの動作開始・終了時の発信などの信号発生を無音で携帯者に伝える振動発生機能を備えるものが一般に知られており、このような携帯型電子機器は、機器内に振動アクチュエータを備えている。

振動アクチュエータは、各種の機構が知られているが、小型の携帯電子機器に内蔵されるものとして、コイルが巻かれた筒体（ボビン）内でマグネットを一軸方向に沿って振動させ、このマグネットに錘を連結して可動子を構成し、この可動子を一軸方向に弾性支持する基本構造を有するものが知られている（下記特許文献１，２参照）。

特開２０１２−１６１５３号公報 実開平５−６０１５８号公報

前述した特許文献１に記載された従来技術は、振動方向に沿った案内シャフトを備えており、可動子にこの案内シャフトを貫通させて案内シャフトに沿って可動子を振動させて、安定した振動を確保している。この従来技術は、振動の安定性や落下衝撃の耐性においては優れた性能を示すものであるが、可動子を構成するマグネットと錘に案内シャフトを通すための貫通孔を形成する必要があるため、マグネットの孔加工にコストが掛かり、錘に貫通孔を形成することで重量が減るので所望の重量を得るためには錘の径や長さを大きくすることが必要になる。

これに対して、前述した特許文献２に記載の従来技術は、可動子の振動を一軸方向に案内する案内シャフトを持たず、可動子を筒体の内面で案内する構造であるため、可動子と筒体の内面とが接触して音を発生する問題がある。携帯電子機器の振動発生機能は、信号発生を音によって携帯者に伝える代わりに振動によって感知させることを目的とするものであるから、振動時の音の発生は極力抑えることが求められる。

本発明による振動アクチュエータは、明細書に記載された幾つかの発明のうち以下の構成を具備するものである。
マグネットと錘体を備える可動子と、可動子を収容する外枠体と、マグネットの周囲に巻回されて可動子を一軸方向に沿って往復振動させる駆動力をマグネットに付与するコイルと、可動子の前記一軸方向の振動を弾性支持する弾性部材とを備え、可動子は、マグネットと錘体に固定される補強板を有し、マグネットは断面矩形状であって、該矩形状を構成する２つの長辺部分がそれぞれコイルと対面すると共に２つの短辺部分にはそれぞれ補強板が固定されることを特徴とする振動アクチュエータ。

本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの全体構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る振動アクチュエータにおける可動子の具体例を示した説明図（（ａ）が斜視図、（ｂ）が平面図）である。 本発明の実施形態に係る振動アクチュエータにおける可動子の錘体の具体例を示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る振動アクチュエータを備えた携帯型電子機器を示した説明図である。

本発明の実施形態に係る振動アクチュエータは、コイルとマグネットによる電磁駆動力で一軸方向の振動を発生するものであり、コイルが巻かれたボビンと、コイルを覆う外枠体と、ボビンと外枠体内で一軸方向に振動する可動子と、可動子の振動を弾性支持する弾性部材とを備える。可動子は、マグネットとマグネットの一軸方向一端側に連結される錘体とを備え、外枠体の内面と対面する錘体の外周面に樹脂層を固定し、樹脂層と外枠体の内面の間にオイル層を介在させている。このような構成を有する振動アクチュエータは、錘体の外周面に樹脂層とオイル層を備えることで、振動時に錘体の外周面が直接外枠体の内面に接触することを回避でき、振動時の音の発生を抑止することができる。また、案内シャフトを持たない構造にすることで、マグネットの孔加工コストを省き、錘の小型化が可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。以下の図においてＺ軸方向が振動軸（一軸）方向を示し、振動軸に垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内で互いに直交する方向をＸ軸方向とＹ軸方向としている。また、以下の図において、同一部位には共通符号を付して、重複説明を一部省略している。

図１は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの全体断面を示している。振動アクチュエータ１は、駆動部となるコイル２とマグネット３、マグネット３に錘体４を連結した可動子５、コイル２が巻かれたボビン６、コイル２を覆う外枠体７、可動子５を振動軸Ｐに沿って弾性支持する弾性部材８を備えている。

コイル２は振動軸Ｐの周りに導線を巻いて形成されている。ここでは一例として、一方の導線によって巻方向が互いに異なる第１コイル２Ａと第２コイル２Ｂを形成しており、この第１コイル２Ａと第２コイル２Ｂを振動軸Ｐに沿って並べて配置している。

コイル２が巻かれたボビン６は、内側に振動軸Ｐ（一軸）方向に沿った振動空間Ｍ１を有する筒状体である。振動空間Ｍ１はボビン６の内面６Ａによって囲まれて振動軸Ｐ方向に沿って延設される空間であり、そのＸ−Ｙ断面は楕円形や長円形を含む円形であってもよいし矩形であっても良い。また、図示のボビン６は、必要に応じて、コイル２が巻かれる筒状部６ａと、筒状部６ａの振動軸Ｐ方向における両端に設けられるフランジ部６ｂ，６ｃと、フランジ部６ｂの端部から振動軸Ｐに沿って延在する端子台部６ｄと、筒状部６ａにて第１コイル２Ａと第２コイル２Ｂを仕切る仕切り部６ｅを備えている。端子台部６ｄには、コイル２の導線の一端と他端が接続される端子２０（２０Ａ，２０Ｂ）が設けられている。このボビン６は樹脂などの絶縁体で形成することができる。

コイル２を覆う外枠体７は、ボビン６内の振動空間Ｍ１を振動軸Ｐ（一軸）方向に延長した振動空間Ｍ２を内側に有する。振動空間Ｍ２は、外枠体７の内面７Ａによって囲まれて振動軸Ｐ方向に沿って延設される空間である。外枠体７は有底筒状であって、ボビン６の振動軸方向一端側の開口を塞いでいる。また、ボビン６の振動軸方向他端側は蓋体９によって塞がれており、外枠体７と蓋体９の内部に、コイル２，ボビン６，可動子５，弾性部材８が収容されている。外枠体７と蓋体９のうち、コイル２を覆う外枠体７は少なくとも磁性体によって形成される。

可動子５の振動軸Ｐ（一軸）方向の振動を弾性支持する弾性部材８は、図示の例では、外枠体７内で支持する第１弾性部材８Ａとボビン６内で支持する第２弾性部材８Ｂを備えている。第１弾性部材８Ａと第２弾性部材８Ｂは、例えば振動軸Ｐに沿って配置されるコイルバネによって構成することができる。第１弾性部材８Ａは、その一端が外枠体７の底部から蓋体９側に向かって突出する支持突起７Ｂに係止され、その他端が可動子５の一端に係止されている。第２弾性部材８Ｂは、その一端が可動子５の他端に係止され、その他端が蓋体９の底部から外枠体７側に向かって突出する支持突起９Ａに係止されている。

可動子５は、ボビン６内で振動するマグネット３と外枠体７内で振動する錘体４（第１の錘体４０）を少なくとも備え、これらが一体に連結されている。図示の例では、マグネット３の振動軸Ｐ（一軸）方向一端側に第１の錘体４０が連結されており、マグネット３の振動軸Ｐ（一軸）方向他端側にボビン６内で振動する第２の錘体４１が連結されているが、第２の錘体４１は必要に応じて省くことができる。また、可動子５は、マグネット３と錘体４（第１の錘体４０，第２の錘体４１）とが磁性体であるヨーク１０（１０Ａ，１０Ｂ）を介して連結されている。マグネット３は、振動軸Ｐに沿った磁極方向（振動軸Ｐ方向の一端がＮ極で他端がＳ極）を有している。

このような構成の振動アクチュエータ１は、可動子５はボビン６の内面６Ａ又は外枠体７の内面７Ａに沿って相対的に振動するが、外枠体７の内面７Ａと対面する第１の錘体４０の外周面４０Ａに樹脂層１１を固定しており、樹脂層１１と外枠体７の内面７Ａとの間にオイル層１２を介在させている。また、第２の錘体４１を備えるものでは、ボビン６の内面６Ａと対面する第２の錘体４１の外周面４１Ａに樹脂層１１を固定しており、樹脂層１１とボビン６の内面６Ａとの間にオイル層１２を介在させている。

このような樹脂層１１とオイル層１２を設けることで、錘体４が外枠体７の内面７Ａやボビン６の内面６Ａと直接接触すること無く、可動子５は振動空間Ｍ１，Ｍ２内を相対的に振動することができる。この際、オイル層１２は内面６Ａ，７Ａとの間に滑層を形成するので可動子５の滑らかな振動が可能になり、樹脂層１１は内面６Ａ，７Ａから受ける衝撃を緩和する機能を有するので、これらの相乗効果で可動子５の相対的な振動によって発生する音を効果的に抑止することができる。オイル層１２を形成するオイルは、可動子５の振動に対して大きな抵抗とならないように低粘度のものを用いることが好ましい。

図２は、可動子５の具体例を示している（（ａ）が斜視図であり、（ｂ）が平面図である）。この例では、可動子５は、第１の錘体４０とマグネット３と第２の錘体４１が振動軸（Ｚ軸）方向に並べられ、それぞれがヨーク１０Ａ，１０Ｂを介して連結されている。これらは例えば接着剤によって接着することで一体に固定することができる。更に強固に一体化するには、マグネット３と第１及び第２の錘体４０，４１の側面に補強板１３を固定する。補強板１３は、左右の側面に一対設けることができ、第１及び第２の錘体４０，４１に対して溶接固定することで強固な固定が可能になる。

第１及び第２の錘体４０，４１の外周面４０Ａ，４１Ａに固定される樹脂層１１は、一例として、熱収縮チューブ１１Ａによって構成することができる。熱収縮チューブ１１Ａは、外周面４０Ａ，４１Ａに被せて熱を加えることで、簡易に外周面４０Ａ，４１Ａに密着固定することができる。また、樹脂層１１を熱収縮チューブ１１Ａで構成した場合には、前述したオイル層１２を形成する際にオイルが熱収縮チューブ１１Ａと外周面４０Ａ，４１Ａの間に侵入したとしても、熱収縮チューブ１１Ａと外周面４０Ａ，４１Ａとの固着状態を維持することができる。これによって、高い耐久性で音発生抑止効果を継続させることができる。また、熱収縮チューブ１１Ａは前述した補強板１３の上に巻かれている。これによって補強板１３の固定を補強することが可能になる。

図２に示した例では、可動子５を構成する第１及び第２の錘体４０，４１とマグネット３が矩形断面を有しており、マグネット３の縦横幅に対して第２の錘体４１がやや大きい縦横幅を有しており、第１の錘体４０がさらに大きい縦横幅を有している。このような形状の可動子５に対しては、外枠体７は第１の錘体４０が僅かな隙間で摺動自在になるような矩形の振動空間Ｍ２を有しており、ボビン６は第２の錘体４１が僅かな隙間で摺動自在になるような矩形の振動空間Ｍ１を有している。また、第１及び第２の錘体４０，４１は、第１弾性部材８Ａと第２弾性部材８Ｂの端部がそれぞれ嵌合する係止凹部４０Ｂ，４１Ｂをそれぞれ備えている。

図３は、第１の錘体４０の構成例を示している。第１の錘体４０は、ボビン６内に挿入される小径部４０Ｘと外枠体７内に挿入される大径部４０Ｙを有しており、大径部４０Ｙの外周面４０Ａに熱収縮チューブ１１Ａを固定するための凹部４０Ｃを全周に亘って設けている。この凹部４０Ｃは熱収縮チューブ１１Ａの厚さよりやや小さい凹み幅を有しており、この凹部４０Ｃ内に固定される熱収縮チューブ１１Ａはその外表面が外周面４０Ａに対してやや突出した状態になる。このような凹部４０Ｃを設けることで、可動子５の振動時に熱収縮チューブ１１Ａが外枠体７の内面７Ａと接触した場合にも熱収縮チューブ１１Ａが外れる不具合を抑止でき耐久性を高めることができる。このような凹部４０Ｃは、第２の錘体４１においても同様に設けることができ、これによってさらに耐久性を高めることができる。

図４に示すように、振動アクチュエータ１は、外枠体７、第１弾性部材８Ａ、可動子５、ボビン６、第２弾性部材８Ｂ、蓋体９を順次組み付けることで組み立てることができる。可動子５は、第１の錘体４０，ヨーク１０Ａ，マグネット３，ヨーク１０Ｂ，第２の錘体４１を一体に連結した後、外周面４０Ａ，４１Ａに樹脂層１１（熱収縮チューブ１１Ａ）を固定する。外枠体７に対して先ず第１弾性部材８Ａを挿入し、その後、可動子５、ボビン６を外枠体７内に挿入し、ボビン６内に第２弾性部材８Ｂを挿入し、ボビン６に蓋体９を結合することで振動アクチュエータ１を組み立てることができる。

このような振動アクチュエータ１は、端子２０（２０Ａ，２０Ｂ）に駆動信号を入力してコイル２に通電すると、マグネット３の磁界内に位置するコイル２に電流が流れることでマグネット３に振動軸Ｐ方向の推力が作用し、このマグネット３と一体の可動子５と弾性部材８によって構成される振動系に振動が加わる。この際、第１コイル２Ａと第２コイル２Ｂを逆向きに巻いていることで第１コイル２Ａと第２コイル２Ｂを流れる電流の向きを逆にしているので、マグネット３の振動軸Ｐ方向一端から出て第１コイル２Ａを通る磁界によって生じる推力と第２コイル２Ｂを通ってマグネット３の振動軸Ｐ方向他端に戻る磁界によって生じる推力を同方向に作用させることができる。これによって、一方向巻のコイルを用いる場合と比べて大きな推力を得ることができる。

また、コイル２を覆う外枠体７は磁性体で形成されており、これが磁気回路を形成するヨークを兼ねているので、別途ヨークを設けなくても振動軸Ｐに対して直交する方向にコイル２を横切る磁界成分を増やすことができ、効果的に振動に寄与する推力を得ることができる。

また、振動アクチュエータ１は、案内シャフトを持たない構造であるため、マグネット３に貫通孔を形成する加工コストを省くことができ、錘体４にも貫通孔を空けないことで、錘体４を大径化することなく振動に十分な重力を得ることができる。これによって、比較的低コストで小型の振動アクチュエータ１を得ることができる。

そして、ボビン６内の振動空間Ｍ１と外枠体７内の振動空間Ｍ２にて振動する可動子５を構成する錘体４の外周面４０Ａ，４１Ａに樹脂層１１（熱収縮チューブ１１Ａ）を固定し、外枠体７の内面７Ａとボビン６の内面６Ａと樹脂層１１（熱収縮チューブ１１Ａ）との間にオイル層１２を介在させているので、案内シャフトを持たない簡易な構想でありながら、振動時の音の発生を効果的に抑止することができる。

本発明の実施形態に係る振動アクチュエータ１は、例えば図５に示すような携帯型電子機器１００（スマートホン，タブレット端末，携帯電話などを含む携帯情報端末、携帯オーディオ、携帯ディスプレイ、携帯撮像装置など）内に内蔵することで、通信機能における着信やアラーム機能などの動作開始・終了時の発信などの信号発生を振動の発生によって携帯者に感知させることができる。この際、無用な音を抑止することができるので、音の発生が嫌われる使用状況で効果的に携帯型電子機器１００を使用することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：振動アクチュエータ，２：コイル，２Ａ：第１コイル，２Ｂ：第２コイル，
３：マグネット，４：錘体，
４０：第１の錘体，４０Ａ：外周面，
４１：第２の錘体，４１Ａ：外周面，
５：可動子，６：ボビン，６Ａ：内面，
７：外枠体，７Ａ：内面，７Ｂ：支持突起，
８：弾性部材，８Ａ：第１弾性部材，８Ｂ：第２弾性部材，
９：蓋体，９Ａ：支持突起，
１０（１０Ａ，１０Ｂ）：ヨーク，
１１：樹脂層，１１Ａ：熱収縮チューブ，１２：オイル層，１３：補強板，
２０（２０Ａ，２０Ｂ）：端子，１００：携帯型電子機器，
Ｐ：振動軸，Ｍ１，Ｍ２：振動空間

Claims (3)

1. マグネットと錘体を備える可動子と、
   前記可動子を収容する外枠体と、
   前記マグネットの周囲に巻回されて前記可動子を一軸方向に沿って往復振動させる駆動力を前記マグネットに付与するコイルと、
   前記可動子の前記一軸方向の振動を弾性支持する弾性部材とを備え、
   前記可動子は、前記マグネットと前記錘体に固定される補強板を有し、
   前記マグネットは断面矩形状であって、該矩形状を構成する２つの長辺部分がそれぞれ前記コイルと対面すると共に２つの短辺部分にはそれぞれ前記補強板が固定されることを特徴とする振動アクチュエータ。
2. 前記錘体は、前記マグネットの前記一軸方向の両端部に設けられる第１及び第２の錘体を有することを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
3. 請求項１又は２に記載の振動アクチュエータを備える携帯型電子機器。
   

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