JP6715748B2 - 振動アクチュエータ取付構造及び該振動アクチュエータ取付構造を備えた電子機器並びに該振動アクチュエータ取付構造の製造方法。 - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエータを振動対象物に固定するようにした振動アクチュエータ取付構造、及び該振動アクチュエータ取付構造を備えた電子機器、並びに該振動アクチュエータ取付構造の製造方法に関するものである。

振動アクチュエータ（或いは振動モータ）は、携帯電子機器に内蔵され、着信やアラームなどの信号発生等を振動によって携帯者に伝える装置として広く普及しており、携帯者が身につけて持ち運ぶウエアラブル電子機器においては、不可欠な装置になっている。また、振動アクチュエータは、タッチパネルなどのヒューマン・インターフェイスにおけるハプティクス（皮膚感覚フィードバック）を実現する装置として、近年注目されている。
このような振動アクチュエータは各種の形態が開発されているが、特に、可動子の直線的な往復振動によって比較的大きな振動を発生させることができるものとして、リニア振動アクチュエータがある。リニア振動アクチュエータは、可動子側に錘とマグネットを設け、固定子側に設けたコイルに通電することでマグネットに作用するローレンツ力が駆動力となり、振動方向に沿って弾性支持される可動子を一軸方向に往復振動させるものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−３４１７２号公報

ところで、このような振動アクチュエータは、音を発することなく、振動によって各種信号を使用者に知覚させるのが目的であるが、実際の使用状態では、振動アクチュエータの振動がケース等に伝達して振動音を発生させてしまう場合がある。
そこで、振動音等の音の発生を抑制して振動を十分に発する構造が求められるが、特に、小型電子機器等においては、振動アクチュエータの設置スペースの制約が厳しく、省スペースかつ簡素な構造でもってこのような構造を実現するには工夫を要する。

このような課題を解決するために、本発明は以下の構成を具備するものである。
振動子の振動方向に対する交差方向の一端部外面を振動伝達面とした振動アクチュエータと、前記振動伝達面に接触し固定された弾性部材と、前記弾性部材よりも比重が大きく前記弾性部材の反振動源側の面に接触し固定された高比重部材とを備え、前記高比重部材の反振動源側の面を振動対象物に接触させていることを特徴とする振動アクチュエータ取付構造。

（ａ）は本発明に係る振動アクチュエータ取付構造の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）を短手方向の中央で切断した縦断面図であって振動アクチュエータの内部構造を模式的に示している。 同振動アクチュエータ取付構造を備えた電子機器の平面図であり、表側パネルを外した状態を示す。 同振動アクチュエータ取付構造を備えた電子機器について、振動音圧測定を行っている状態を示す要部縦断面図である。 本発明に係る振動アクチュエータ取付構造の実施例、比較例１、比較例２をそれぞれ示す縦断面図である。 本発明に振動アクチュエータ取付構造の実施例と比較例１について、横軸を周波数、縦軸を振動レベルとして、測定結果を示す波形図である。 本発明に振動アクチュエータ取付構造の実施例と比較例１について、横軸を周波数、縦軸を音圧レベルとして、測定結果を示す波形図である。 本発明に振動アクチュエータ取付構造の実施例、比較例１及び比較例２について、振動レベルを比較したグラフ（上側）と、音圧レベルを比較したグラフ（下側）である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

この振動アクチュエータ取付構造１は、図１に示すように、振動子１２の振動方向に対する交差方向の一端部外面を振動伝達面１１Ａとした振動アクチュエータ１０と、振動伝達面１１Ａに接触し固定された第１の弾性シート２０（弾性部材）と、振動アクチュエータ１０における前記交差方向の他端部外面に接触し固定された第２の弾性シート３０（弾性部材）と、第１の弾性シート２０よりも比重が大きく第１の弾性シート２０の反振動源側の面に接触し固定された高比重シート４０とを備え、高比重シート４０の反振動源側の面を電子機器Ａの筐体５０（振動対象物）に接触させている。

振動アクチュエータ１０は、図１（ｂ）に示すように、中空の長尺立方体状のケース１１内に、マグネット１２Ａ及び錘１２Ｂを一体的に有する振動子１２と、マグネット１２Ａに近接するようにケース１１内面に固定された駆動コイル１３と、振動子１２を弾発する弾性部材１４とを備え、駆動コイル１３に通電した際の磁気作用によって振動子１２をケース１１の長手方向へ往復振動させる。
ケース１１は、その長手方向に直交する方向（図示のＺ方向）の一端面であって、かつ振動子１２の振動方向に平行な面が、振動子１２の振動を外部へ伝達するための振動伝達面１１Ａになっている。
本実施の形態の一例によれば、この振動アクチュエータ１０の寸法は、長手方向（Ｘ方向）が２５ｍｍ、短手方向（Ｙ方向）が６．０ｍｍ、厚み方向（Ｚ方向）が２．５ｍｍである。
なお、この振動アクチュエータ１０の他例としては、ケース１１の短手方向へ振動子を振動させる態様としてもよい。

第１の弾性シート２０は、内部気泡として半連続気泡構造を有するポリウレタンシートに、厚み５０μｍのＰＥＴフィルムを重ね合わせ一体成形したものであり、その全体の厚みは約０．２ｍｍである。
第１の弾性シート２０の一般物性は、密度３２０ｋｇ／ｍ³（試験方法：ＪＩＳ Ｋ６４０１）、２５％圧縮荷重０．０１１ＭＰａ（試験方法：ＪＩＳ Ｋ６２５４）、圧縮残留歪２．２％（試験方法：ＪＩＳ Ｋ６４０１）である。
この第１の弾性シート２０は、その弾性及び半連続気泡構造により、振動及び音圧の伝達を抑制する作用を奏する。
なお、この第１の弾性シート２０には、例えば、（株）ロジャースイノアック社製の品番ＳＲ−Ｓ−３２Ｐを用いることが可能である。
そして、この第１の弾性シート２０は、振動アクチュエータ１０の振動伝達面１１Ａと略同形状（図示例によれば２５ｍｍ×２．５ｍｍ）の矩形シート状に形成され、振動伝達面１１Ａに対し接着剤を介して接着固定されている。

第２の弾性シート３０は、第１の弾性シート２０よりも厚みの大きい弾性シートであり、本実施の形態の一例では、第１の弾性シート２０と同材質であって、厚み約０．６ｍｍのシート材を用いている。
この第２の弾性シート３０は、振動アクチュエータ１０の振動伝達面１１Ａに対する反対側の面と略同形状（図示例によれば２５ｍｍ×２．５ｍｍ）の矩形シート状に形成され、前記反対側の面に対し接着剤を介して接着固定されている。
この第２の弾性シート３０の表面には、後述する電子機器Ａのタッチ操作パネルＡ１（タッチディスプレイを含む）の裏面が接触するようになっている。

高比重シート４０は、金属粉末と合成樹脂材料を含む複合材料からなるシート材であり、第１の弾性シート２０よりも比重及び厚みが大きいものを用いている。
図示例の高比重シート４０は、比重約１１．５、厚み約１ｍｍ、硬さ９５．６デュロメータＡ（試験方法：ＪＩＳ Ｋ６２５３）、引張り強さ４．４ＭＰ（試験方法：ＪＩＳ Ｋ６２５１）、切断時伸び２５％（試験方法：ＪＩＳ Ｋ６２５１）である。前記金属粉末の好ましい一例としては、タングステン粉末が用いられる。また、前記合成樹脂材料には、エラストマー樹脂等の弾性合成樹脂材料（例えば、ウレタン）が用いられる。
この高比重シート４０は、振動及び音圧を減衰させる作用効果を有する。
なお、この高比重シート４０には、例えば、日本タングステン（株）社製の商品名：樹脂タングステンシート、比重１１．５以上のものを用いることが可能である。
そして、この高比重シート４０は、第１の弾性シート２０と略同形状（図示例によれば２５ｍｍ×２．５ｍｍ）の矩形シート状に形成され、第１の弾性シート２０の反振動源側の面に対し接着剤を介して接着固定されている。
さらに、この高比重シート４０における反振動側の面は、後述する電子機器Ａにおける筐体５０（振動対象物）の内面に対し、接着剤を介して接着固定されている。

電子機器Ａは、図示例によれば、スマートフォンであり、筐体５０内に、バッテリーパックや、ＣＰＵ、記憶装置、通信ユニット等を装備しており、この筐体５０の表パネルには、タッチ操作パネルＡ１（図３参照）が貫通しており、このタッチ操作パネルＡ１は外部に露出されている。
図２は、表パネル及びタッチ操作パネルＡ１を外した状態を示している。

筐体５０は、7000番台のアルミニウム合金により、図示のＸ方向が約６７ｍｍ、Ｙ方向が約１３８ｍｍ、Ｚ方向が約７ｍｍの矩形箱状に形成され、各部の肉厚を０．９ｍｍにしている。

上述した振動アクチュエータ１０、第１の弾性シート２０、第２の弾性シート３０及び高比重シート４０は、筐体５０内の底面と、タッチ操作パネルＡ１の裏面によって挟まれるようにして配置される（図３参照）。

また、上記構成の振動アクチュエータ取付構造１について、その製造方法は、振動アクチュエータ１０の振動伝達面１１Ａに第１の弾性シート２０を接着する工程と、同振動アクチュエータ１０の振動伝達面１１Ａと逆側の面に第２の弾性シート３０を接着する工程と、第１の弾性シート２０の反振動源側の面に高比重シート４０を接着する工程と、高比重シート４０の反振動源側の面を筐体５０（振動対象物）に接着する工程とを含み、これらの工程を実行する順番を適宜に設定することができる。

次に、上記構成の振動アクチュエータ取付構造１について、比較試験を行った結果について説明する。
この試験に用いる実施例は、振動アクチュエータ取付構造１を有する電子機器Ａについて、表パネル及びタッチ操作パネルＡ１を外して開放したものである（図３参照）。
また、比較例１は、前記実施例に対し、高比重シート４０を省くとともに、第１の弾性シート２０を、第２の弾性シート３０と同厚（約０．６ｍｍ）で同材質の弾性シート２０’に置換し、この弾性シート２０’の反振動源側の面を筐体５０（振動対象物）に接着固定したものである（図４中央参照）。
また、比較例２は、前記実施例に対し、第１の弾性シート２０のみを省き、振動アクチュエータ１０の振動伝達面１１Ａを高比重シート４０に直接接着したものである（図４下側参照）。

この比較試験では、筐体５０の外側面に振動ピックアップＢ１を接着固定し、筐体５０の１０ｃｍ上方にマイクＢ２を設置した。
そして、振動アクチュエータ１０に所定の波形の交流電力を印加し、振動アクチュエータ１０内の振動子１２を約１５０Ｈｚで振動させ、振動レベル及び音圧レベルの測定及び周波数分析を行った。

図５は、横軸を周波数、縦軸を振動レベルとして測定結果を示すグラフであり、上側の比較例１では１０００〜３０００（Ｈｚ）の範囲ａで密度が濃い部分の平均的なレベルＬ（フロアーレベルと称される場合もある）がおよそ−９０（ｄＢ）、下側の実施例では１０００〜３０００（Ｈｚ）の範囲ａで前記レベルＬがおよそ−１００（ｄＢ）である。すなわち、振動レベルは、実施例が比較例１に対しおよそ１０（ｄＢ）低い。

図６は、横軸を周波数、縦軸を音圧レベルとして測定結果を示すグラフであり、上側の比較例１では１０００〜３０００（Ｈｚ）の範囲ａで前記レベルＬがおよそ−１５（ｄＢ）、下側の実施例では１０００〜３０００（Ｈｚ）の範囲ａで前記レベルＬがおよそ−２０（ｄＢ）である。すなわち、音圧レベルは、実施例が比較例１に対しおよそ５（ｄＢ）低い。

また、これらのグラフより、振動及び音圧とも、約７００Ｈｚ以上の高周波数領域にて、比較例１よりも実施例の方が低い傾向にあることがわかる。

図７の上側の棒グラフは、実施例、比較例１、比較例２について、振動レベルを比較したものである。
図７の下側の棒グラフは、実施例、比較例１、比較例２について、音圧レベル（Ａ特性音圧レベル）を比較したものである。
これらのグラフより、振動レベルは、実施例、比較例１、比較例２について大きな差はないが、音圧レベルは、比較例１よりも比較例２が低く、更に比較例２よりも実施例が低いものであった。実施例の音圧レベルは、比較例１に比べ、１．６ｄｂ小さかった。

よって、振動アクチュエータ取付構造１によれば、省スペースで薄肉軽量な簡素構造によって、振動レベルをほとんど低下させることなく、音圧レベルを顕著に低下させることができる。
すなわち、本実施例では、７００Ｈｚ以上の高周波領域における振動及び音圧を低下させているが、一般的に５００Ｈｚ以上の振動は知覚され難いこと等から、周波数全体としては、音圧レベルのみが顕著に低下したものと推察される。

また、本実施例の振動アクチュエータ取付構造１では、振動伝達面１１Ａと逆側の第２の弾性シート３０をタッチ操作パネルＡ１の裏面に接触させるようにしているため、振動アクチュエータ１０とタッチ操作パネルＡ１の接触状態が安定する。このため、ビビリ音等の騒音の発生を防ぐことができる。

なお、上記実施形態によれば、振動アクチュエータ取付構造１を具備する電子機器Ａをスマートフォンとしたが、この電子機器Ａの他例としては、腕時計型ウェアラブルコンピュータや、タッチ操作パネルＡ１を有さない電子機器等に用いることが可能である。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、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取付構造 １０：振動アクチュエータ
１１：ケース １１Ａ：振動伝達面
２０：第１の弾性シート（弾性部材） ３０：第２の弾性シート（弾性部材）
４０：高比重シート（高比重部材） ５０：筐体（振動対象物）
Ａ：電子機器 Ａ１：タッチ操作パネル
Ｂ１：振動ピックアップ Ｂ２：マイク

Claims (7)

1. 振動子の振動方向に対する交差方向の一端部外面を振動伝達面とした振動アクチュエータと、前記振動伝達面に接触し固定された弾性部材と、前記弾性部材よりも比重が大きく前記弾性部材の反振動源側の面に接触し固定された高比重部材とを備え、前記高比重部材の反振動源側の面を振動対象物に接触させていることを特徴とする振動アクチュエータ取付構造。
2. 前記弾性部材が、内部気泡を有す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取付構造。
3. 前記高比重部材が、合成樹脂材料及び金属粉末を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の振動アクチュエータ取付構造。
4. 前記高比重部材の前記交差方向の厚みが、前記弾性部材の同方向の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の振動アクチュエータ取付構造。
5. 前記弾性部材が第１の弾性部材であって、
   前記振動アクチュエータにおける前記交差方向の他端部外面には、第２の弾性部材が接触し固定されていることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の振動アクチュエータ取付構造。
6. 請求項１乃至５何れか１項記載の振動アクチュエータ取付構造を備えた電子機器。
7. 前記振動アクチュエータの前記振動伝達面に前記弾性部材を接着する工程と、前記弾性部材の反振動源側の面に前記高比重部材を接着する工程と、前記高比重部材の反振動源側の面を前記振動対象物に接着する工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の振動アクチュエータ取付構造の製造方法。

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