JP7325239B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ゲル状部材を備えるダンパ部材、および可動体と支持体とを接続するダンパ部材を備えるアクチュエータに関する。

情報を振動によって報知するデバイスとして用いられるアクチュエータは特許文献１に開示されている。特許文献１のアクチュエータは、永久磁石を備えた可動体と、コイルを備えた支持体と、固定体と可動体とに接続されたダンパ部材と、を備える。永久磁石とコイルとは僅かな隙間を開けて対向する。コイルへの給電により、可動体は、コイルと磁石とが対向する対向方向と直交する移動方向で振動する。

ダンパ部材はシリコーンゲルからなるゲル状部材である。ゲル状部材は、直方体形状であり、高さ方向を対向方向に向け、長さ方向を移動方向に向け、幅方向を対向方向および移動方向に直交する第３の方向に向けている。ダンパ部材は、可動体を移動方向に変位可能に支持する。すなわち、ダンパ部材は、可動体が振動する際に移動方向に弾性変形して、可動体が移動方向に変位することを許容する。

特開２０１９－１３０９５号公報

ゲル状部材は等方性を有するので、長さ方向および幅方向のいずれにも弾性変形可能である。従って、直方体形状のゲル状部材をダンパ部材として用いた場合には、ダンパ部材に支持された可動体は、第３の方向（幅方向）にも変位する。従って、直方体形状のゲル状部材をダンパ部材として用いた場合には、ダンパ部材によって、可動体の変位を移動方向に規制することができないという問題がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、第１軸方向に弾性変形し易く、第１軸方向と直交する第２軸方向に弾性変形し難いダンパ部材を提供することにある。また、ダンパ部材によって可動体の変位を所定の移動方向に規制できるアクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、コイルおよび磁石の一方を保持する支持フレームを備える支持体と、前記コイルおよび前記磁石の他方を保持する可動フレームを備える可動体と、前記支持フレームに対して前記可動フレームを変位可能に接続する接続部材と、を有し、前記コイルと前記磁石とが所定の対向方向で対向し、前記コイルへの給電によって前記可動体を前記対向方向と直交する移動方向に変位させるアクチュエータにおいて、前記接続部材は、ダンパ部材であり、前記ダンパ部材は、弾性および粘弾性の少なくとも一方を備え、互いに直交する３方向を第１軸方向、第２軸方向および第３軸方向とした場合に当該第１軸方向で対向する第１面および第２面を備えるゲル状部材と、前記第１面および前記第２面の一方に沿って前記ゲル状部材に固定されて前記第２軸方向および前記第３軸方向に広がるフィルム状の可撓性部材と、を有し、前記可撓性部材は、前記ゲル状部材の前記第１軸方向への変形を許容して前記第２軸方向への変形を規制し、前記ダンパ部材は、前記対向方向に前記第３軸方向を向け、前記移動方向に前記第１軸方向を向けて配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、ゲル状部材の第１面または第２面には、フィルム状の可撓性部材が固定されている。ここで、フィルム状の可撓性部材は、面外方向に撓むが、面内方向には撓み難い。従って、ダンパ部材は、可撓性部材の面外方向となる第１軸方向に弾性変形し易く、可撓性部材の面内方向となる第２軸方向には、弾性変形し難くなる。すなわち、可撓性部材が第１面または第２面に固定されたゲル状部材は、第１軸方向への変形が許容され、第２軸方向への変形が規制される。また、本発明によれば、可動体を支持する接続部材は、可動体の移動方向である第１軸方向に弾性変形し易く、可動体の移動方向と直交する第２軸方向に弾性変形し難いダンパ部材である。従って、接続部材によって、可動体の変位を移動方向に規制できる。

本発明において、前記可撓性部材は、前記第１面および前記第２面のそれぞれに固定されているものとすることができる。このようにすれば、ダンパ部材が第２軸方向に弾性変形することを、より、規制できる。

本発明において、前記ゲル状部材は、シリコーンゲルからなり、前記可撓性部材は、樹脂製のフィルムであるものとすることができる。

本発明において、ゲル状部材とフィルムとを固定するためには、前記ゲル状部材と前記フィルムとの間に接着剤層を有するものとすることができる。

本発明において、ダンパ部材は、前記ゲル状部材に前記フィルムが密着した一体成型品であるものとすることができる。すなわち、ダンパ部材は、金型内に樹脂製のフィルムを配置し、しかる後に金型内にシリコーンゲル充填して硬化させることによって樹脂製のフィルムとゲル状部材とを一体とした一体成形品とすることができる。

本発明において、前記可撓性部材は、前記ゲル状部材よりも硬い第２のゲル状部材であるものとすることができる。すなわち、フィルム状の可撓性部材として、ゲル状部材よりも撓み難い第２のゲル状部材を用いることができる。

本発明において、ダンパ部材は、前記ゲル状部材に前記第２のゲル状部材が密着した一体成型品であるものとすることができる。すなわち、ダンパ部材は、金型内にゲル状部材を配置し、しかる後に金型内に第２のゲル状部材を形成するための第２のシリコーンゲルを充填して硬化させることによってゲル状部材と第２のゲル状部材とを一体とした一体成形品とすることができる。

本発明のダンパ部材は、フィルム状の可撓性部材がゲル状部材の第１面または第２面に沿って固定されている。従って、ダンパ部材は、可撓性部材の面外方向となる第１軸方向に弾性変形しやすく、可撓性部材の面内方向となる第２軸方向には、弾性変形し難い。

また、本発明のアクチュエータでは、可動体を支持する接続部材が、可動体の移動方向である第１軸方向に弾性変形し易く、可動体の移動方向と直交する第２軸方向には弾性変形し難いダンパ部材である。従って、接続部材により、可動体の変位を所定の移動方向に規制できる。

実施例１のダンパ部材の斜視図である。 ダンパ部材が変形した状態の斜視図である。 ダンパ部材を第１軸方向または第２軸方向に振動させた場合の、振動の周波数と振幅との関係を示すグラフである。 ゲル状部材にフィルムが密着した一体成型品のダンパ部材の製造方法の説明図である。 実施例２のダンパ部材の斜視図である。 ダンパ部材の製造方法の説明図である。 本発明を適用したアクチュエータの概略構成図である。 アクチュエータにおいて可動体が第１軸方向に移動した場合の説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明のダンパ部材、およびアクチュエータの実施の形態を説明する。
（実施例１）
図１は、ダンパ部材の斜視図である。図２は、ダンパ部材が変形した状態の斜視図である。以下の説明では、互いに直交する３方向を第１軸方向Ｘ、第２軸方向Ｙ、および第３軸方向Ｚとする。

図１に示すように、ダンパ部材１は、直方体形状のゲル状部材２と、ゲル状部材２に貼り付けた２枚のフィルム状の可撓性部材３を備える。ゲル状部材２は、第１軸方向Ｘで対向する第１面５、および第２面６を備える。また、ゲル状部材２は、第２軸方向Ｙで対向する第３面７および第４面８と、第３軸方向Ｚで対向する第５面９および第６面１０を備える。また、２枚のフィルム状の可撓性部材３は、ゲル状部材２の第１面５および第２面６のそれぞれに沿って固定されて第２軸方向Ｙおよび第３軸方向Ｚに広がる。ゲル状部材２と可撓性部材３との間には接着剤層１５が介在する。すなわち、ゲル状部材２と可撓性部材３とは接着剤により固定されている。

ゲル状部材２は、弾性および粘弾性の少なくとも一方を備える。粘弾性を備えたゲル状部材２として、天然ゴム、ジエン系ゴム、非ジエン系ゴム、熱可塑性エラストマー等の各種ゴム材料及びそれらの変性材料を用いることができる。

可撓性部材３は、樹脂製のフィルムである。本例では、可撓性部材３は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）製のフィルムである。ＰＥＴ製のフィルムは、耐久性に優れる。なお、樹脂製のフィルムは、ゲル状部材２よりも硬く、かつ可撓性を備えるものであれば、ＰＥＴ製に限られない。

ここで、ゲル状部材２は等方性を有するので、第１軸方向Ｘ、第２軸方向Ｙのいずれにも弾性変形可能である。一方、フィルム状の可撓性部材３は、面外方向に撓むが、面内方向には撓み難い。従って、可撓性部材３は、図２に示すように、ゲル状部材２の第１軸方向Ｘへの変形を許容して、第２軸方向Ｙへの変形を規制する。従って、ゲル状部材２の第１面５および第２面６に可撓性部材３を貼り付けたダンパ部材１は、可撓性部材３第１軸方向Ｘに弾性変形し易く、第２軸方向Ｙには、弾性変形し難い。よって、可撓性部材３が第１面５および第２面６に貼り付けられたゲル状部材２は、第１軸方向Ｘへの変形が許容され、第２軸方向Ｙへの変形が規制されたものとなる。

図３は、第３軸方向Ｚから見た場合の平面形状を正方形としたダンパ部材１を、振動させる周波数を変化させながら振動させた場合の振幅のグラフである。横軸は周波数であり、縦軸の振幅は、第１軸方向Ｘの振幅の最大値で規格化した値である。実線で示すグラフ
は、ダンパ部材１を第１軸方向Ｘに振動させた場合であり、鎖線ですグラフは、ダンパ部材１を第２軸方向Ｙに振動させた場合である。

図３に示すように、ダンパ部材１を可撓性部材３が貼り付けられた第１面５および第２面６が対向する第１軸方向Ｘに振動させた場合には、ダンパ部材１に振幅が現れる。一方、ダンパ部材１を第３面７および第４面８が対向する第２軸方向Ｙに振動させた場合には、ダンパ部材１に振幅が現れない。すなわち、可撓性部材３が第１面５および第２面６に貼り付けられたゲル状部材２では、第１軸方向Ｘへの変形が許容され、第２軸方向Ｙへの変形が規制される。

なお、ゲル状部材２の第１面５および第２面６の一方にのみ可撓性部材３が貼り付けられていれば、ダンパ部材１は、可撓性部材３第１軸方向Ｘに弾性変形し易く、第２軸方向Ｙには、弾性変形し難くなる。従って、ダンパ部材１は、ゲル状部材２と、ゲル状部材２の第１面５または第２面６に沿ってゲル状部材２に固定されたフィルム状の可撓性部材３を備えるものとしてもよい。

（変形例）
上記のダンパ部材１では、ゲル状部材２とフィルムとは接着剤により固定されているが、ダンパ部材１は、ゲル状部材２にフィルムが密着した一体成型品とすることができる。図４は、一体成型品のダンパ部材１の製造方法の説明図である。図４に示すように、一体成形品のダンパ部材１では、まず、金型２０のキャビティの内壁面２０ａに沿ってフィルム状の可撓性部材３を配置する。しかる後に、キャビティにシリコーンゲル充填し、硬化させる。これにより、フィルム状の可撓性部材３とゲル状部材２とは、密着した状態で、一体となる。

（実施例２）
図５は、実施例２のダンパ部材の斜視図である。図６は実施例２のダンパ部材の製造方法の説明図である。図５に示すように、本例のダンパ部材１Ａは、直方体形状のゲル状部材２と、ゲル状部材２に固定された２枚のフィルム状の可撓性部材４を備える。ゲル状部材２は、第１軸方向Ｘで対向する第１面５、および第２面６を備える。また、ゲル状部材２は、第２軸方向Ｙで対向する第３面７および第４面８と、第３軸方向Ｚで対向する第５面９および第６面１０を備える。フィルム状の可撓性部材４は、ゲル状部材２の第１面５および第２面６のそれぞれに沿って固定されて第２軸方向Ｙおよび第３軸方向Ｚに広がる。可撓性部材４は、ゲル状部材２よりも硬い第２のゲル状部材２Ａである。ダンパ装置は、ゲル状部材２に可撓性部材４（第２のゲル状部材２Ａ）が密着した一体成型品である。

ゲル状部材２は、実施例１と同様に、シリコーンゲルからなる。第２のゲル状部材２Ａは、ゲル状部材２よりも硬い、シリコーンゲルである。

本例においても、ゲル状部材２は等方性を有するので、第１軸方向Ｘ、第２軸方向Ｙのいずれにも弾性変形可能である。一方、可撓性部材４である第２のゲル状部材２Ａは、フィルム状なので、面外方向に撓むが、面内方向には撓み難い。これにより、第２のゲル状部材２Ａは、ゲル状部材２の第１軸方向Ｘへの変形を許容して、第２軸方向Ｙへの変形を規制する。従って、第２のゲル状部材２Ａが第１面５および第２面６に貼り付けられたゲル状部材２は、第１軸方向Ｘへの変形が許容され、第２軸方向Ｙへの変形が規制されたものとなる。

図６に示すように、ゲル状部材２と第２のゲル状部材２Ａとからなるダンパ部材１Ａの製造方法では、所定の硬度に硬化したゲル状部材２を、金型２０のキャビティ内に配置する。次に、ゲル状部材２の第１面５とキャビティの内壁面２０ａとの間の空間、および、
ゲル状部材２の第２面６とキャビティの内壁面２０ａとの間の空間に、フィルム状の可撓性部材４（第２のゲル状部材２Ａ）を形成するための第２のシリコーンゲルを充填して、硬化させる。これにより、第２のゲル状部材２Ａとゲル状部材２とは、密着した状態で、一体となる。

（アクチュエータ）
次に、ダンパ部材１を備えるアクチュエータを説明する。図７は、アクチュエータの概略構成図である。図８は、アクチュエータにおいて可動体が第１軸方向Ｘに移動した場合の説明図である。図８は、アクチュエータを第２軸方向Ｙから見た場合である。図８（ａ）は、アクチュエータが駆動されておらず、可動体が基準の位置から変位していない状態である。図８（ｂ）は、アクチュエータが駆動され、可動体が第１軸方向Ｘに移動した場合の説明図である。

図７に示すように、アクチュエータ３０は、コイル３１およびコイル３１を保持する支持フレーム３２を備える支持体３３と、コイル３１に対向する磁石３４および磁石３４を保持する可動フレーム３５を備える可動体３６と、支持体３３に対して可動体３６を変位可能に接続する接続部材３７と、を備える。接続部材３７は、ダンパ部材１である。

アクチュエータ３０は、コイル３１への給電によって、可動体３６を所定の移動方向に変位させる。ここで、互いに直交する３軸を第１軸方向Ｘ、第２軸方向Ｙ、および第３軸方向Ｚとする。第１軸方向Ｘ、第２軸方向Ｙ、および第３軸方向Ｚは、ダンパ部材１を説明した際の第１軸方向Ｘ、第２軸方向Ｙ、および第３軸方向Ｚと同一である。アクチュエータ３０において、第１軸方向Ｘは、可動体３６の移動方向であり、第３軸方向Ｚは、コイル３１と磁石３４とが対向する対向方向である。

支持体３３は、支持フレーム３２の中央部分に第３軸方向Ｚに貫通する保持穴４１を備える。コイル３１は、第３軸方向Ｚに開口を向ける空芯コイルである。コイル３１は、保持穴４１に挿入された状態で支持フレーム３２に固定される。

可動体３６は、第３軸方向Ｚで支持フレーム３２の両側に配置された第１可動体３６（１）および第２可動体３６（２）を備える。第１可動体３６（１）は、第１磁石３４（１）、および第１磁石３４（１）を保持する第１可動フレーム３５（１）を備える。第２可動体３６（２）は、第２磁石３４（２）、および第２磁石３４（２）を保持する第２可動フレーム３５（２）を備える。すなわち、可動体３６は、磁石３４として、コイル３１の一方側で当該コイル３１に所定のギャップを開けて対向する第１磁石３４（１）と、コイル３１の他方側で当該コイル３１に所定のギャップを開けて対向する第２磁石３４（２）と、を備える。第１磁石３４（１）は、第１可動フレーム３５（１）の中央部分に、接着剤によって固定されている。第２磁石３４（２）は、第２可動フレーム３５（２）の中央部分に、接着剤によって固定されている。

ここで、第１可動フレーム３５（１）および第２可動フレーム３５（２）は、金属製の板状部材であり、ヨークとして機能する。第１可動フレーム３５（１）と、第２可動フレーム３５（２）とは、第３軸方向Ｚに延びる不図示の固定部材により締結されている。これにより、第１可動体３６（１）および第２可動体３６（２）は、１つの可動体３６として、一体に移動する。

接続部材３７は、支持フレーム３２に対して第１可動フレーム３５（１）を変位可能に接続する一対の第１接続部材３７（１）と、支持フレーム３２に対して第２可動フレーム３５（２）を変位可能に接続する一対の第２接続部材３７（２）と、を備える。一対の第１接続部材３７（１）は、第２軸方向Ｙでコイル３１および第１磁石３４（１）を間に挟
んだ両側に配置されている。一対の第２接続部材３７（２）は、第２軸方向Ｙでコイル３１および第２磁石３４（２）を間に挟んだ両側に配置されている。第１接続部材３７（１）および第２接続部材３７（２）は、いずれもダンパ部材１である。

ダンパ部材１は、コイル３１と前記磁石３４とが対向する対向方向に第３軸方向Ｚを向け、可動体３６の移動方向に第１軸方向Ｘを向けて配置されている。

図８（ａ）に示すように、アクチュエータが駆動されておらず、可動体３６が基準の位置から変位していない状態では、第１接続部材３７（１）および第２接続部材３７（２）は、変形していない。図８（ｂ）に示すように、コイル３１への給電によりアクチュエータが駆動されて、可動体３６が第１軸方向Ｘに移動した場合には、第１接続部材３７（１）および第２接続部材３７（２）のそれぞれは、可動体３６の第１軸方向Ｘの動きに追随して、第１軸方向Ｘに弾性変形する。これにより、接続部材３７（ダンパ部材１）は、可動体３６を第１軸方向Ｘに移動可能に支持する。

ここで、接続部材３７であるダンパ部材１は、可動体３６の移動方向である第１軸方向Ｘに弾性変形し易く、可動体３６の移動方向と直交する第２軸方向Ｙに弾性変形し難い。従って、ダンパ部材１は、可動体３６を、移動方向に変位可能に支持するとともに、可動体３６が移動方向と直交する方向に変位することを規制する。よって、アクチュエータ３０では、接続部材３７によって、可動体３６の変位を所定の移動方向に規制できる。

なお、アクチュエータ３０では、可動体３６の可動フレーム３５にコイル３１を保持し、支持体３３の支持フレーム３２に磁石３４を保持してもよい。すなわち、アクチュエータ３０は、コイル３１と磁石３４とを入れ替えた場合でも、コイル３１への給電により可動体３６を第１軸方向Ｘに移動させることができる。

１・１Ａ…ダンパ部材、２…ゲル状部材、２Ａ…第２のゲル状部材、３・４…フィルム状の可撓性部材、５…第１面、６…第２面、７…第３面、８…第４面、９…第５面、１０…第６面、１５…接着剤層、２０…金型、２０ａ…金型のキャビティの内壁面、３０…アクチュエータ、３１…コイル、３２…支持フレーム、３３…支持体、３４…磁石、３４（１）…第１磁石、３４（２）…第２磁石、３５…可動フレーム、３５（１）…第１可動フレーム、３５（２）…第２可動フレーム、３６…可動体、３６（１）…第１可動体、３６（２）…第２可動体、３７…接続部材、３７（１）…第１接続部材、３７（２）…第２接続部材、４１…保持穴

Claims (7)

1. コイルおよび磁石の一方を保持する支持フレームを備える支持体と、前記コイルおよび前記磁石の他方を保持する可動フレームを備える可動体と、前記支持フレームに対して前記可動フレームを変位可能に接続する接続部材と、を有し、前記コイルと前記磁石とが所定の対向方向で対向し、前記コイルへの給電によって前記可動体を前記対向方向と直交する移動方向に変位させるアクチュエータにおいて、
   前記接続部材は、ダンパ部材であり、
   前記ダンパ部材は、
   弾性および粘弾性の少なくとも一方を備え、互いに直交する３方向を第１軸方向、第２軸方向および第３軸方向とした場合に当該第１軸方向で対向する第１面および第２面を備えるゲル状部材と、
   前記第１面および前記第２面の一方に沿って前記ゲル状部材に固定されて前記第２軸方向および前記第３軸方向に広がるフィルム状の可撓性部材と、を有し、
   前記可撓性部材は、前記ゲル状部材の前記第１軸方向への変形を許容して前記第２軸方向への変形を規制し、
   前記ダンパ部材は、前記対向方向に前記第３軸方向を向け、前記移動方向に前記第１軸方向を向けて配置されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記可撓性部材は、前記第１面および前記第２面のそれぞれに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記ゲル状部材は、シリコーンゲルからなり、
   前記可撓性部材は、樹脂製のフィルムであることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記ゲル状部材と前記フィルムとの間に接着剤層を有することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記ゲル状部材に前記フィルムが密着した一体成型品であることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
6. 前記可撓性部材は、前記ゲル状部材よりも硬い第２のゲル状部材であることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
7. 前記ゲル状部材に前記第２のゲル状部材が密着した一体成型品であることを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
   

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