JP6377904B2 - 振動アクチュエータ、および携帯情報端末 - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエータ、および携帯情報端末に関するものであり、例えば、携帯電話などの携帯情報端末の着信などを利用者に知らせるための振動発生源、タッチパネルの操作感触、ゲームコントローラなどの遊技機の臨場感を指や手などに伝えるための振動発生源などとして利用される小型の振動アクチュエータ、その振動アクチュエータを有する携帯情報端末に関するものである。

振動発生装置（振動アクチュエータ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の振動発生装置は、環状永久磁石を持つ機械振動子が懸架バネ手段を介して固定部に支持され、固定部に支持されて環状永久磁石の中央孔を貫通した磁性芯体と、磁性芯体の外周面に嵌って中央孔の内周面に面したコイルとを有し、コイルに交流電流を入力した場合、電磁気力により機械振動子が振動する。

特開２０１１−１８９３３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の振動発生装置では、例えば、外部から衝撃力が可動子の周方向（回転方向）に加わり、可動子が規定角度以上回転した場合、可動子に固定されている付勢部材（懸架バネ手段）が破損、不要な変形などの不具合が生じる虞がある。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。外部から衝撃力が加わった場合であっても、マグネットと錘部を有する可動子の規定角度以上の回転を防止可能な、簡単な構造の振動アクチュエータを提供すること、その振動アクチュエータを有する携帯情報端末を提供すること、などを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による振動アクチュエータは、以下の構成を少なくとも具備するものである。
筐体およびコイルを備えた固定子と、前記筐体内に収容されたマグネットおよび錘部を有する可動子と、前記筐体と前記可動子との間に設けられた付勢部材と、を有し、前記コイルと前記マグネットの協働により、前記可動子が前記固定子に対して振動方向にリニアに振動する振動アクチュエータであって、前記筐体は、前記可動子に対する内周面に前記可動子側に突出した第１の凸部または第１の凹部を有し、前記可動子は、その外周面に、前記筐体の前記第１の凸部に遊嵌する第２の凹部、または、前記筐体の前記第１の凹部に遊嵌する第２の凸部と、を有し、前記第１の凸部と前記第２の凹部の凹凸遊嵌構造、または前記第１の凹部と前記第２の凸部の凹凸遊嵌構造により、前記可動子が、該可動子の振動方向と直交する面内で規定角度以上回転することを規制されていることを特徴とする。

また、本発明の携帯情報端末は、上記本発明の振動アクチュエータを有する。

本発明によれば、外部から衝撃力が加わった場合であっても、マグネットと錘部を有する可動子の規定角度以上の回転を防止可能な振動アクチュエータを提供することができる。
また、本発明によれば、その振動アクチュエータを有する携帯情報端末を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る振動アクチュエータの斜視図。 図１に示した振動アクチュエータの分解斜視図。 図１に示した振動アクチュエータのＡ−Ａ線に沿った断面図。 図１に示した振動アクチュエータの透過上面図。 図１に示した振動アクチュエータの上ケースの斜視図。 図１に示した振動アクチュエータの錘部の斜視図。 本発明の第２実施形態に係る振動アクチュエータの斜視図。 図７に示した振動アクチュエータの分解斜視図。 図７に示した振動アクチュエータのＢ−Ｂ線に沿った断面図。 図７に示した振動アクチュエータの透過上面図。 図７に示した振動アクチュエータの上ケースの斜視図。 図７に示した振動アクチュエータの錘部の斜視図。 振動アクチュエータを有する携帯情報端末の一例を示す図。

本発明の実施形態に係る振動アクチュエータは、筐体およびコイルを備えた固定子と、筐体内に収容されたマグネットおよび錘部を有する可動子と、筐体と可動子との間に設けられた付勢部材と、を有し、コイルとマグネットの協働により、可動子が固定子に対して振動方向にリニアに振動する。筐体は、可動子に対する内周面に可動子側に突出した第１の凸部または第１の凹部を有する。可動子は、その外周面に、筐体の第１の凸部に遊嵌する第２の凹部、または、筐体の第１の凹部に遊嵌する第２の凸部と、を有する。振動アクチュエータは、凹凸遊嵌構造により、可動子が、該可動子の振動方向と直交する面内で規定角度以上回転することを規制するように構成されている。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る振動アクチュエータ１の斜視図である。図２は振動アクチュエータ１の分解斜視図である。図３は図１に示した振動アクチュエータ１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４は振動アクチュエータ１の透過上面図である。図５は振動アクチュエータ１の上ケース部１１（２）の斜視図である。図６は振動アクチュエータ１の錘部１５の斜視図である。

本発明の第１実施形態に係る小型のリニア型振動アクチュエータ１は、例えば、携帯通信機器（携帯電話やスマートフォンなど）の通信機器に内蔵されて、呼び出し機能の振動発生源などとして利用される。本実施形態では、振動アクチュエータ１は直径約１０ｍｍ、厚さ約３ｍｍのコイン型に形成されている。

本実施形態に係る振動アクチュエータ１は、筐体としてのケース２と、コイル２４と、マグネット１３と、錘部１５（分銅）と、付勢部材としての板バネ１７と、などを有する。マグネット１３および錘部１５を有する可動子は、固定子としての筐体（ケース２）に対して振動方向に振動自在に構成されている。
以下、振動アクチュエータ１の各構成要素について詳細に説明する。

振動アクチュエータ１の筐体としてのケース２は、非磁性材料（ステンレスなど）で形成された略断面Ｕ字形状の上ケース部１１（２）と、上ケース部１１の開放側を閉鎖可能な非磁性材料（ステンレスなど）で略円板形状に形成された下ケース部１２（２）と、を有する。下ケース部１２は、上ケース部１１の円形の開放端に嵌合するように構成されている。上ケース部１１と下ケース部１２は溶接により固定されてもよい。上ケース部１１には１つまたは複数の通気用孔１１ｍが設けられている。

ケース２の内側には、マグネット１３が収容されている。マグネット１３は環状（リング状）に形成されている。マグネット１３は、ケース２に立設されたシャフト２０（支柱）の軸線Ｌ方向においてＮ極とＳ極を形成するように着磁されている。マグネット１３の上面には平面部１３ａが形成され、マグネット１３の下面には平面部１３ｂが形成されている。マグネット１３の外周面１３ｃには、環状（リング状）の錘部１５（分銅）の内周面１５ｂが接着剤などにより固着されている。
錘部１５（分銅）は、タングステンなどの所定の材料により形成されている。可動子はこの錘部１５とマグネット１３を有する。錘部１５の上面側には環状の緩衝部材３２が設けられている。

付勢部材としての板バネ１７は、小径の環状をなす上側着座部１７ａと、大径の環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、を有する。上側着座部１７ａがマグネット１３の下側の平面部１３ｂに溶接などにより固定され、下側着座部１７ｂは下ケース部１２の内壁面に溶接などにより固定されている。下ケース部１２の内壁面上であって、板バネ１７の下側着座部１７ｂの径方向内側に、緩衝部材３１が設けられている。

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略円板形状の本体部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、基板としてのフレキシブル回路基板１９が固定されている。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略円弧状の本体部１９ａと、下ケース部１２の舌片１２ｄ上に載置される延長部１９ｂと、を有する。延長部１９ｂには給電端子１９ｃが設けられ、給電端子１９ｃを外部に露出するように構成されている。

下ケース部１２の本体部１２ａの中央には、シャフト２０を立設するための孔１２ｃが設けられている。磁性体などで形成されたシャフト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の間に位置するフランジ状の仕切部２１ｄと、を有する。
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を構成している。
第１のボビン部２１Ａと第２のボビン部２１Ｂは、軸線Ｌ方向に並設されている。また、支柱２１ｅおよび支柱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とを有し、第１のコイル部２２と第２のコイル部２３は軸線方向に並置されている。
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接続され、コイル２４はフレキシブル回路基板１９に電気的に接続されている。

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および錘部１５（分銅）を付勢している。電源オフ時、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。

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、磁気回路の一部分をなすシャフト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内におけるボビン２１の組み付けが容易になる。

錘部１５（分銅）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、錘部１５（分銅）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の外周面２２ａと、第２のコイル部２３の外周面２３ａから突出するように構成されている。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。もし、落下衝突時に仕切部２１ｄの端部がマグネット１３の内周面１３ｄと衝突する場合であっても、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。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。

本実施形態では、シャフト２０の一方の端部は下ケース部１２の孔１２ｃに圧入され、他方の端部は上ケース部１１に当接し、シャフト２０がケース２の中央に立設するように構成されている。

また、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータ１において、筐体としての上ケース部１１（２）は、可動子（錘部１５など）に対する内周面に、可動子側に突出した凸部１１ｇ（２ｇ）を有する。本実施形態では、可動子としての錘部１５は、その外周面に、上ケース部１１（２）の凸部１１ｇ（２ｇ）に遊嵌する凹部１５ｇを有する。上ケース部１１（２）の凸部１１ｇ（２ｇ）は、例えば、絞り加工処理、プレス加工処理などにより形成される。尚、上ケース部１１（２）の内周面に設けられた凸部１１ｇ（２ｇ）は別部材により構成されていてもよい。
上述した凹凸遊嵌構造により、可動子である錘部１５およびマグネット１３が、その可動子の振動方向と直交する面内で規定角度θａ以上回転することを規制するように構成されている。詳細には、凹凸遊嵌構造により、可動子である錘部１５およびマグネット１３が、その可動子の振動方向と平行な軸線Ｌを中心にして規定角度θａ以上回転することを規制するように構成されている。本実施形態では、上ケース部１１（２）の凸部１１ｇ（２ｇ）は軸線Ｌ方向に沿って延在するように形成されている。本実施形態では、規定角度θａは１０°程度に設定されている。

本発明の第１実施形態に係る振動アクチュエータ１において、上記付勢部材としての板バネ１７は、錘部１５とマグネット１３を有する可動子に固定されている。通常動作時、コイル２４に交流電流を入力した場合、電磁気力により可動子が軸線Ｌ方向に沿って振動するとともに、僅かに周方向に回転しながら（ねじれながら）振動する。このため、通常動作時、可動子が振動する場合であっても、上ケース部１１（２）に形成された凸部１１ｇ（２）に接触しないように、錘部１５の外周部に形成された凹部１５ｇの幅が規定されている。詳細には、凸部１１ｇ（２ｇ）と凹部１５ｇとの間の周方向に沿った距離Ｌａは、通常動作時に、凸部１１ｇ（２ｇ）と凹部１５ｇとが接触しないように構成されている。また、可動子とケースとの組立誤差がある場合であっても、通常動作時、上ケース部１１（２）に規制された凸部１１ｇ（２）に接触しないように凹部１５ｇが形成されていることが好ましい。

また、上ケース部１１（２）の凸部１１ｇ（２ｇ）の突出の高さは、可動子が回転方向に最大に寄った場合であっても、可動子の外周が凸部１１ｇ（２ｇ）に乗り上がらない大きさとすることが好ましい。詳細には、凸部１１ｇ（２ｇ）は、周壁１１ｂから径方向内側へ向かって、隙間Ｐ１の距離の２倍以上の大きさＬＴ１１となる突出した形状に形成されている。

以上、説明したように、本発明の第１実施形態に係る振動アクチュエータ１は、筐体であるケース２及びコイル２４を有する固定子と、筐体であるケース２内に収容されたマグネット１３および錘部１５（分銅）を有する可動子と、筐体と可動子との間に設けられた付勢部材（板バネ１７）とを有し、コイル２４とマグネット１３の協働により、可動子が固定子に対して振動方向にリニアに振動する。筐体であるケース２は可動子に対する内周面に可動子側に突出した凸部１１ｇ（２ｇ）を有し、可動子はその外周面に凸部１１ｇ（２ｇ）に遊嵌する凹部１５ｇを有する。凹凸遊嵌構造により、可動子が振動方向と直交する面内で規定角度θａ以上回転することを規制するように構成されている。詳細には、凹凸遊嵌構造により、可動子が振動方向と平行な軸線を中心にして規定角度以上回転することを規制するように構成されている。
このため、外部から衝撃力が加わり可動子が軸線Ｌと中心として回転した場合であっても、簡単な構造で、マグネット１３と錘部１５を有する可動子の規定角度θａ以上の回転を防止可能な振動アクチュエータ１を提供することができる。すなわち、付勢部材としての板バネ１７の破損や不要な変形を防止することができる。

＜第２実施形態＞
図７は本発明の第２実施形態に係る振動アクチュエータ１００の斜視図である。図８は振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。図９は図７に示した振動アクチュエータのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１０は振動アクチュエータ１００の透過上面図である。図１１は振動アクチュエータ１００の上ケース部１１（２）の斜視図である。図１２は振動アクチュエータ１００の錘部１５の斜視図である。

本発明の第２実施形態に係る振動アクチュエータ１００が、第１実施形態に係る振動アクチュエータ１と異なる点は、可動部としての錘部１５の外周側面に凸部１５ｈが設けられ、上ケース部１１（２）の内周面に凹部１１ｈ（２ｈ）が形成されていることである。
詳細には、筐体としての上ケース部１１（２）は、可動子としての錘部１５（分銅）に対する内周面に、凹部１１ｈ（２ｈ）が形成されている。可動子としての錘部１５（分銅）の外周面には、筐体としての上ケース部１１（２）の凹部１１ｈ（２ｈ）に遊嵌する凸部１５ｈが設けられている。上ケース部１１（２）の凹部１１ｈ（２ｈ）は、例えば、絞り加工処理、プレス加工処理などにより形成される。尚、錘部１５の外周面に設けられた凸部１５ｈは別部材により構成されていてもよい。そして、凹凸遊嵌構造により、可動子がその振動方向に直交する面内で規定角度θａ以上回転することを規制するように構成されている。詳細には、凹凸遊嵌構造により、可動子が、その可動子の振動方向と平行な軸線Ｌを中心にして規定角度θａ以上回転することを規制するように構成されている。

また、凸部１５ｈは、錘部１５の外周面から径方向外側に向かって、隙間Ｐ１の距離の２倍以上の大きさＬＴ１５となる突出した形状に形成されている。このため、可動子が回転方向に最大に寄った場合であっても、凸部１５ｈが凹部１１ｈ（２ｈ）を超えて移動することを防止することができる。

上述したように、上ケース部１１（２）の内周面に凹部１１ｈ（２ｈ）を設け、可動子としての錘部１５（分銅）の外周面に凸部１５ｈを設け、凹凸遊嵌構造により、可動子がその可動子の振動方向と平行な軸線Ｌを中心にして規定角度θａ以上回転することを規制するように構成されているので、外部から衝撃力が加わり可動子が軸線Ｌと中心として回転した場合であっても、簡単な構造で、可動子の規定角度θａ以上の回転を防止可能な振動アクチュエータ１００を提供することができる。すなわち、付勢部材としての板バネ１７の破損や不要な変形を防止することができる。

また、本実施形態に係る振動アクチュエータ１００は筐体から径方向に突出する給電端子１９ｃを有し、筐体である上ケース部１１（２）の内周面に形成された凹部１１ｈ（２ｈ）は、筐体である上ケース部１１（２）の内周面のうち給電端子側に設けられている。このため、比較的小型の振動アクチュエータ１００を提供することができる。

図１３は振動アクチュエータ１（１００）を有する携帯情報端末５００の一例を示す図である。
本発明の実施形態では、携帯情報端末５００は、上記小型の振動アクチュエータ１（１００）を有する。このため、小型の携帯情報端末５００を提供することが可能である。また、携帯情報端末５００に外部から衝撃力が加わり、振動アクチュエータ１（１００）の可動子が軸線Ｌと中心として回転した場合であっても、簡単な構造で、付勢部材としての板バネ１７の破損や不要な変形を防止することができる。

以上、説明したように、本発明の振動アクチュエータ１（１００）は、筐体としての上ケース部１１（２）が、可動子に対する内周面に可動子側に突出した凸部１１ｇ（２ｇ）または凹部１１ｈ（２ｈ）を有し、可動子が、その外周面に、筐体の凸部１１ｇ（２ｇ）に遊嵌する凹部１５ｇ、または、筐体の凹部１１ｈ（２ｈ）に遊嵌する凸部１５ｈと、を有する。

詳細には、振動アクチュエータ１（１００）は、筐体（ケース２）内に設けられた支柱としてのシャフト２０にコイル２４が設けられ、その外周側に可動子としての環状のマグネット１３および環状の錘部１５（分銅）が配置され、上記付勢部材としての板バネ１７が可動子およびケース２に溶接や接着剤などにより固定され、可動子が振動方向（シャフト２０の軸線Ｌ方向に振動自在に設けられている。
振動アクチュエータ１（１００）は、凹凸遊嵌構造により、可動子がその可動子の振動方向と直交する面内で規定角度θａ以上回転するように構成されている。詳細には、凹凸遊嵌構造により、可動子がその可動子の振動方向と平行な軸線Ｌを中心にして規定角度θａ以上回転することを規制するように構成されているので、付勢部材の一例としての板バネ１７の破損や不要な変形を防止することができる。

以上、本発明の実施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、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

尚、上記実施形態の振動アクチュエータでは、筐体（ケース２）の内周面に形成された１つの凸部１１ｇ（２ｇ）と可動子の外周面に形成された１つの凹部１５ｇ、または、筐体（ケース２）の内周面に形成された１つの凹部１１ｈ（２ｈ）と可動子の外周面に形成された１つの凸部１５ｈとを備える構成であったが、この形態に限られるものではない。
例えば、筐体（ケース２）の内周面に１つまたは複数の凸部を形成し、可動子の外周面に１つまたは複数の凸部を設けた構造であってもよい。可動子がその可動子の振動方向と平行な軸線Ｌを中心にして規定角度θａ以上回転することを規制するように構成されていればよい。

１，１００…振動アクチュエータ、２…ケース（筐体）、１１…上ケース部、１１ｇ（２ｇ）…凸部（第１の凸部）、１１ｈ（２ｈ）…凹部（第１の凹部）、１２…下ケース部、１３…マグネット、１５…錘部、１５ｇ…凹部（第２の凹部）、１５ｈ…凸部（第２の凸部）、１７…板バネ（付勢部材）、１９…フレキシブル回路基板（基板）、２０…シャフト（支柱）、２１…ボビン、２４…コイル、５００…携帯情報端末。

Claims (4)

1. 筐体およびコイルを備えた固定子と、前記筐体内に収容されたマグネットおよび錘部を有する可動子と、前記筐体と前記可動子との間に設けられた付勢部材と、を有し、前記コイルと前記マグネットの協働により、前記可動子が前記固定子に対して振動方向にリニアに振動する振動アクチュエータであって、
   前記筐体は、前記可動子に対する内周面に前記可動子側に突出した第１の凸部または第１の凹部を有し、
   前記可動子は、その外周面に、前記筐体の前記第１の凸部に遊嵌する第２の凹部、または、前記筐体の前記第１の凹部に遊嵌する第２の凸部と、を有し、
   前記第１の凸部と前記第２の凹部の凹凸遊嵌構造、または前記第１の凹部と前記第２の凸部の凹凸遊嵌構造により、前記可動子が、該可動子の振動方向と直交する面内で規定角度以上回転することを規制されていることを特徴とする
   振動アクチュエータ。
2. 前記第１の凸部または前記第２の凸部は、前記第１の凹部または前記第２の凹部に向かって、前記可動子の外周面と前記筐体の内周面との間の距離の２倍以上の大きさとなる突出した形状に形成されてい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. 前記筐体から径方向に突出する給電端子を備え、
   前記第１の凹部は、前記筐体の内周面のうち前記給電端子側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の振動アクチュエータを有する携帯情報端末。

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