JPWO2018030263A1 - リニアアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
リニアアクチュエータ1は、軸線L方向に重ねて配置された複数の永久磁石7を備えた可動体6と、永久磁石7の周りを囲む複数のコイル5が軸線Lに沿って配置された固定体2と、可動体6と固定体2との間に挿入された粘弾性体18、19とを有している。永久磁石7の数は、例えば3つ以上であり、軸線L方向で隣り合う永久磁石7では、同極が対向するように配置されている。このため、可動体6に対する推力を高めた場合でも、可動体6の軸線L方向の寸法を短くすることができる。また、粘弾性体18、19は、可動体6と固定体2とによって径方向で挟まれた空間において軸線L方向で離間する個所に設けられているため、可動体6を適正に支持することができる。
Description
本発明は、共振を抑制する粘弾性体を備えたリニアアクチュエータに関するものである。
情報を振動によって報知するデバイスとして、軸線方向(振動方向)に複数の永久磁石を備えた可動体と、永久磁石の周りに配置されたコイルを有する固定体とを備えたリニアアクチュエータが提案されている。かかるリニアアクチュエータでは、可動体を板状のバネ部材で支持するとともに、可動体と固定体とによって軸線方向で挟まれた個所に、可動体の共振を抑制する粘弾性体が配置した構造が提案されている(特許文献1参照)。
リニアアクチュエータにおいて、推力を高めるために複数の永久磁石を積層した場合、可動体の軸線方向の寸法が大となるため、可動体が傾きやすくなる。このため、可動体を板状のバネ部材で支持した構造では、バネ部材の塑性変形等が発生しやすいという問題点がある。また、可動体の軸線方向の寸法が大となって可動体が傾きやすくなった場合、可動体と固定体とによって軸線方向で挟まれた一個所に設けた粘弾性体では、可動体を適正に支持するのも困難になる。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、推力を高めた場合でも可動体の軸線方向の寸法の拡大を抑えるとともに、可動体を適正に支持することのできるリニア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、本発明のリニアアクチュエータは、軸線方向に重ねて配置された複数の永久磁石を備えた可動体と、前記磁石の周りを囲む複数のコイルが前記軸線に沿って配置された固定体と、前記可動体と前記固定体との間に挿入された粘弾性体と、を有し、前記複数の永久磁石において前記軸線方向で隣り合う永久磁石は、同極が対向するように配置され、前記粘弾性体は、前記可動体と前記固定体とによって径方向で挟まれた空間において前記軸線方向で離間する複数個所に設けられていることを特徴とする。
本発明において、可動体では、複数の永久磁石が軸線方向に重ねて配置されているとともに、軸線方向で隣り合う永久磁石では、同極が対向するように配置されている。このため、隣り合う永久磁石の間から発生する磁束の密度が高い。従って、推力を高めた場合でも永久磁石の数を減らすことができるので、可動体の軸線方向の寸法の拡大を抑えることができる。また、可動体の共振を抑制するための粘弾性体は、軸線方向で離間する複数個所に設けられているため、可動体の軸線方向における寸法が大であっても、バネ部材を用いずに、可動体を粘弾性体によって適正に支持することができる。
本発明において、前記可動体では、前記永久磁石が3つ以上、積層されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、推力を高めた場合でも永久磁石の数を減らすことができる。
本発明において、前記可動体は、前記永久磁石の周りを囲む非磁性の筒状のスリーブと、前記スリーブの軸線方向の一方端側に設けられ、前記複数の永久磁石のうち、前記軸線方向の一方端に設けられた永久磁石と当接する第1磁性板と、前記スリーブの軸線方向の他方端側に設けられ、前記複数の永久磁石のうち、前記軸線方向の他方端に設けられた永久磁石と当接する第2磁性板と、前記コイルを径方向外側で囲む筒部を備えた外ヨークと、を備え、前記第1磁性板と前記筒部の前記軸線方向の一方端とが連結され、前記第2磁性板と前記筒部の前記軸線方向の他方端とが連結されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、スリーブによって複数の永久磁石の積層体の真直性を確保することができるとともに、軸線方向で隣り合う永久磁石の間に作用する反発力を第1磁性板と第2磁性板とによって抑え込むことができる。
本発明において、前記第1磁性板は、前記筒部の前記軸線方向の一方端と連結された第1板部と、前記第1板部から前記スリーブの内側に突出して、前記複数の永久磁石のうち、前記軸線方向の一方端に設けられた永久磁石と当接する第1凸部と、を備え、前記第2磁性板は、前記筒部の前記軸線方向の他方端と連結された第2板部と、前記第2板部から前記スリーブの内側に突出して、前記複数の永久磁石のうち、前記軸線方向の他方端に設けられた永久磁石と当接する第2凸部と、を備えている態様を採用することができる。
本発明において、前記第1磁性板は、前記筒部と溶接によって連結され、前記外ヨークは、前記筒部と前記第2磁性板とが一体に形成されている態様を採用することができる。
本発明において、前記固定体は、前記第1磁性板に対して前記軸線方向の一方側に配置された第1ボビンホルダと、前記第2磁性板に対して前記軸線方向の他方側に配置された第2ボビンホルダと、前記永久磁石と前記外ヨークとの間で前記軸線方向に延在し、外周面に前記コイルが巻回された筒状のボビンと、を有し、前記第1磁性板には、前記ボビンと前記第1ボビンホルダとを連結する第1連結部が貫通する第1貫通部が形成され、前記第2磁性板には、前記ボビンと前記第2ボビンホルダとを連結する第2連結部が貫通する第2貫通部が形成されている態様を採用することができる。
本発明おいて、前記第1連結部は、前記ボビンから前記第1ボビンホルダに向けて突出して前記第1ボビンホルダに連結された第1連結板を備え、前記第2連結部は、前記ボビンから前記第2ボビンホルダに向けて突出して前記第2ボビンホルダに連結された第2連結板を備えている態様を採用することができる。
本発明において、前記第1連結部は、前記第1ボビンホルダから前記ボビンに向けて突出して前記第1連結板と重なる第1支持板を備え、前記第2連結部は、前記第2ボビンホルダから前記ボビンに向けて突出して前記第2連結板と重なる第2支持板を備えている態様を採用することができる。
本発明において、前記ボビンの外周面には、前記コイルを構成するコイル線の端部を前記軸線方向に引き回す溝が設けられている態様を採用することができる。かかる態様によれば、コイルを軸線方向に複数設けた場合でも、ボビンの外周面を利用してコイル線の端部を引き回すことができる。
本発明において、前記固定体は、前記外ヨークの周りを囲む胴部を備えたケースを備え、前記外ヨークの前記筒部および前記ケースの前記胴部のうちの少なくとも一方は、他方に向かって突出して前記可動体の前記軸線と直交する方向への可動範囲を規定するストッパを構成している態様を採用することができる。かかる態様によれば、ボビンがスリーブと当接する前、およびコイルが外ヨークと接触する前に外ヨークがケースの胴部に当接することによって可動体の軸線と直交する方向への可動範囲を規定するができる。従って、ボビンやコイルの損傷を抑制することができる。
本発明において、前記複数の粘弾性体は、前記外ヨークと前記胴部との間で前記ストッパに対する前記軸線方向の一方側および他方側に配置されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、可動体を粘弾性体によって適正に支持することができる。
本発明において、前記ケースにおいて前記胴部は、周方向に配置された複数のケース部材によって構成されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、ケースの胴部の内側に粘弾性体を容易に設けることができる。
本発明において、前記ケースは、前記軸線方向の一方側および他方側の一方に底板部を備え、前記底板部には、前記可動体の前記軸線方向における振動に伴う圧力変化を可聴域の音として放出する放音穴が設けられている態様を採用することができる。かかる態様によれば、放音穴から出射される音によって情報を出力することができる。
本発明において、可動体では、複数の永久磁石が軸線方向に重ねて配置されているとともに、軸線方向で隣り合う永久磁石では、同極が対向するように配置されている。このため、隣り合う永久磁石の間から発生する磁束の密度が高い。従って、推力を高めた場合でも永久磁石の数を減らすことができるので、可動体の軸線方向の寸法の拡大を抑えることができる。また、可動体の共振を抑制するための粘弾性体は、軸線方向で離間する複数個所に設けられているため、可動体の軸線方向における寸法が大であっても、バネ部材を用いずに、可動体を粘弾性体によって適正に支持することができる。
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明において、可動体6の軸線をLとし、軸線Lの延在方向(可動体6の振動方向)のうち、一方側にL1を付し、他方側にL2を付して説明する。
(全体構成)
図1は、本発明を適用したリニアアクチュエータ1の斜視図であり、図1(a)、(b)は、リニアアクチュエータ1を軸線L方向の一方側L1からみた斜視図、およびリニアアクチュエータ1を軸線L方向の他方側L2からみた斜視図である。図2は、図1に示すリニアアクチュエータ1の断面図であり、図2(a)、(b)は、リニアアクチュエータ1を軸線Lに沿って切断したときの縦断面図、およびリニアアクチュエータ1を軸線Lに対して直交する面で切断したときの横断面図である。
図1は、本発明を適用したリニアアクチュエータ1の斜視図であり、図1(a)、(b)は、リニアアクチュエータ1を軸線L方向の一方側L1からみた斜視図、およびリニアアクチュエータ1を軸線L方向の他方側L2からみた斜視図である。図2は、図1に示すリニアアクチュエータ1の断面図であり、図2(a)、(b)は、リニアアクチュエータ1を軸線Lに沿って切断したときの縦断面図、およびリニアアクチュエータ1を軸線Lに対して直交する面で切断したときの横断面図である。
図1に示すリニアアクチュエータ1は、軸線L方向に延在する軸形状を有しており、リニアアクチュエータ1を手にした利用者に対して振動等によって情報を報知する。従って、リニアアクチュエータ1は、ゲーム機の操作部材等として利用することができ、振動等によって新たな感覚を実感することができる。かかるリニアアクチュエータ1は、図2に示すように、円筒状のケース3等を含む固定体2と、ケース3の内部で固定体2に対して軸線L方向に移動可能に支持された可動体6とを有しており、可動体6は、軸線L方向に振動することによって情報を出力する。本形態においては、図2〜図6を参照して以下に説明するように、固定体2は、ケース3、ボビン4、およびコイル5等を有しており、可動体6は、コイル5と磁気駆動機構10を構成する永久磁石7、スリーブ8、外ヨーク9等を有している。可動体6は、粘弾性体18、19によって固定体2に支持されており、可動体6を支持するためのバネ部材は用いられていない。
(ケース3の構成)
図3は、図1に示すリニアアクチュエータ1においてケースを外したときの分解斜視図である。図1、図2および図3に示すように、固定体2において、ケース3は、軸線L方向に延在する円筒状の胴部35と、胴部35の軸線L方向の他方側L2に設けられた底板部36と、胴部35の軸線L方向の一方側L1に設けられた円環部34を有している。円環部34の内側からは配線基板25が露出しており、配線基板25のランド250を利用して外部からコイル5に駆動信号が供給される。底板部36の中央には後述する放音穴360が形成されている。胴部35の内周側では、軸線L方向の略中間位置が軸線L方向の両側より内径が小さい小径部37になっており、小径部に対して軸線L方向の両側が小径部37より内径が大きな大径部38、39になっている。
図3は、図1に示すリニアアクチュエータ1においてケースを外したときの分解斜視図である。図1、図2および図3に示すように、固定体2において、ケース3は、軸線L方向に延在する円筒状の胴部35と、胴部35の軸線L方向の他方側L2に設けられた底板部36と、胴部35の軸線L方向の一方側L1に設けられた円環部34を有している。円環部34の内側からは配線基板25が露出しており、配線基板25のランド250を利用して外部からコイル5に駆動信号が供給される。底板部36の中央には後述する放音穴360が形成されている。胴部35の内周側では、軸線L方向の略中間位置が軸線L方向の両側より内径が小さい小径部37になっており、小径部に対して軸線L方向の両側が小径部37より内径が大きな大径部38、39になっている。
ケース3は、周方向で複数のケース部材(第1ケース部材31および第2ケース部材32)に分割された形状を有しており、第1ケース部材31と第2ケース部材32とを結合させることによってケース3が構成される。第1ケース部材31および第2ケース部材32は各々、胴部35を構成する断面半円形状の側板部315、325と、底板部36を構成する略半円形状の第1端板部316、326と、円環部34を構成する円弧状の第2端板部314、324とを有している。側板部315、325の内側では、小径部37を構成する凸部317、327が周方向に延在している。
(可動体6の構成)
図4は、図1に示すリニアアクチュエータ1においてケースの内部に配置されている部材を分解したときの分解斜視図である。図5は、図1に示すリニアアクチュエータ1においてコイルの外側から外ヨークを外したときの分解斜視図であり、図5(a)、(b)には、軸線L方向の一方側L1からみた様子、および軸線L方向の他方側L2からみた様子を示してある。図6は、図1に示すリニアアクチュエータ1において、コイルの内側から永久磁石等を外したときの分解斜視図である。図2および図6に示すように、可動体6において、永久磁石7は、軸線L方向に複数、重ねて配置されている。例えば、可動体6では、永久磁石7が3つ以上、積層されている。本形態では、5つの永久磁石7が軸線L方向に重ねて配置されている。永久磁石7は、円柱状であり、軸線L方向で隣り合う2つの永久磁石7の間には、円盤状の磁性板からなるスペーサ71が配置されている。
図4は、図1に示すリニアアクチュエータ1においてケースの内部に配置されている部材を分解したときの分解斜視図である。図5は、図1に示すリニアアクチュエータ1においてコイルの外側から外ヨークを外したときの分解斜視図であり、図5(a)、(b)には、軸線L方向の一方側L1からみた様子、および軸線L方向の他方側L2からみた様子を示してある。図6は、図1に示すリニアアクチュエータ1において、コイルの内側から永久磁石等を外したときの分解斜視図である。図2および図6に示すように、可動体6において、永久磁石7は、軸線L方向に複数、重ねて配置されている。例えば、可動体6では、永久磁石7が3つ以上、積層されている。本形態では、5つの永久磁石7が軸線L方向に重ねて配置されている。永久磁石7は、円柱状であり、軸線L方向で隣り合う2つの永久磁石7の間には、円盤状の磁性板からなるスペーサ71が配置されている。
複数の永久磁石7においては、図6に磁極N、Sを示すように、軸線L方向で隣り合う永久磁石7では、同極が対向するように配置されている。例えば、軸線L方向の一方側L1から1番目の永久磁石7と2番目の永久磁石7は各々、スペーサ71を介してN極が対向し、21番目の永久磁石7と3番目の永久磁石7は各々、スペーサ71を介してS極が対向している。
従って、隣り合う永久磁石7の間には反発力が発生しているが、複数の永久磁石7は、図2、図3、図4、図5および図6等を参照して以下に説明するスリーブ8、外ヨーク9、第1磁性板91、第2磁性板92によって、軸線L方向に整列した状態で軸線L方向において抑え込まれている。
まず、図2、図5および図6に示すように、可動体6は、永久磁石7の周りを囲む非磁性の筒状のスリーブ8を有しており、スリーブ8は、軸線L方向の両端に位置する永久磁石7から軸線L方向の一方側L1および他方側L2から突出する長さ寸法を有している。このため、軸線L方向の両端に位置する永久磁石7は各々、スリーブ8の軸線L方向の両端より内側に引っ込んでいる。永久磁石7とスリーブ8とは接着剤(図示せず)によって固定されて、スペーサ71とスリーブ8とは接着剤(図示せず)によって固定されている。スリーブ8は、治具(図示せず)によって保持された永久磁石7およびスペーサ71を囲むようにシートを筒状に曲げる際、永久磁石7およびスペーサ71と接着剤によって固定される。従って、永久磁石7およびスペーサ71は軸線L方向において高い直進性をもってスリーブ8に支持され、スリーブ8の径方向外側には、スリーブ8から離間するように、ボビン4に巻回されたコイル5が配置される。
可動体6は、スリーブ8の軸線L方向の一方側L1に設けられた第1磁性板91と、スリーブ8の軸線L方向の他方側L2に設けられた第2磁性板92と、コイル5を径方向外側で囲む筒部95を備えた外ヨーク9とを有している。外ヨーク9の筒部95は、コイル5と離間している。第1磁性板91は、複数の永久磁石7のうち、軸線L方向の一方側L1の端に設けられた永久磁石7と当接した状態で、外ヨーク9の筒部95の軸線L方向の一方側L1の端部951に連結されている。第2磁性板92は、複数の永久磁石7のうち、軸線L方向の他方側L2の端に設けられた永久磁石7と当接した状態で、外ヨーク9の筒部95の軸線L方向の他方側L2の端部952に連結されている。
本形態において、第1磁性板91は、筒部95の端部951と連結された第1板部911と、第1板部911からスリーブ8の内側に突出して永久磁石7と当接する第1凸部912とを備えている。第2磁性板92は、筒部95の端部952と連結された第2板部921と、第2板部921からスリーブ8の内側に突出して永久磁石7と当接する第2凸部922とを備えている。従って、永久磁石7およびスペーサ71は軸線L方向の両側から第1磁性板91と第2磁性板92とによって抑え込まれている。本形態において、第1磁性板91は、筒部95と溶接によって連結され、外ヨーク9は、筒部95と第2磁性板92とが一体に形成されている。
外ヨーク9の筒部95の外周面には、ケース3の小径部37と対向する位置が径方向外側に突出した大径部97になっている。かかる大径部97は、可動体6が軸線Lに交差する方向に移動した際にケース3の小径部37に当接する。従って、外ヨーク9の筒部95に形成された大径部97、およびケース3の胴部35に形成された小径部37はいずれも、可動体6が軸線Lと直交する方向に移動した際に互いに当接することにより、可動体6の軸線Lと直交する方向への可動範囲を規定するストッパ14を構成している。
(固定体2の構成)
図2、図3、図4、図5および図6に示すように、固定体2は、第1磁性板91に対して軸線L方向の一方側L1に配置された第1ボビンホルダ41と、第2磁性板92に対して軸線L方向の他方側L2に配置された第2ボビンホルダ42と、スリーブ8と外ヨーク9との間で軸線L方向に延在する筒状のボビン4とを有している。
図2、図3、図4、図5および図6に示すように、固定体2は、第1磁性板91に対して軸線L方向の一方側L1に配置された第1ボビンホルダ41と、第2磁性板92に対して軸線L方向の他方側L2に配置された第2ボビンホルダ42と、スリーブ8と外ヨーク9との間で軸線L方向に延在する筒状のボビン4とを有している。
第1ボビンホルダ41と第1磁性板91とは軸線L方向で離間し、第2ボビンホルダ42と第2磁性板92とは軸線L方向で離間し、ボビン4は、スリーブ8および外ヨーク9と径方向で離間している。固定体2において、ボビン4の外周面には、軸線L方向の複数個所にコイル5が巻回されており、コイル5は、ボビン4およびスリーブ8を介して、軸線L方向で隣り合う永久磁石7の間と対向している。ボビン4の外周側には、軸線L方向の他方側L2の端部にフランジ部48が形成されているとともに、軸線L方向で隣り合うコイル5の間には、円環状のスペーサ55が装着されている。
第1ボビンホルダ41は、円形の第1端板部411と、第1端板部411の外縁から軸線L方向の他方側L2に屈曲した筒状の第1側板部412とを有しており、第1端板部411の軸線L方向の一方側L1の面に配線基板25が重ねて配置されている。第1端板部411には、2本の円弧状のスリット416が形成されているとともに、2本のスリット416の近傍には貫通穴417が2つずつ形成されている。また、2つの貫通穴417の一方は、配線基板25に形成された貫通穴251と重なっている。従って、コイル5に用いたコイル線の端部を貫通穴417、251を介して配線基板25のランド250まで引き回すことができる。
本形態では、ボビン4と第1ボビンホルダ41とを連結するにあたって、第1磁性板91には、ボビン4と第1ボビンホルダ41とを連結する第1連結部46が貫通する第1貫通部910が形成されている。第1貫通部910は、第1磁性板91の第1凸部912の周りで第1板部911に扇形状に切り欠かれた切り欠きからなる。第1連結部46は、ボビン4から第1ボビンホルダ41に向けて突出した2つの第1連結板461と、第1ボビンホルダ41からボビン4に向けて突出した2つの第1支持板419とを備えており、本形態において、第1連結板461および第1支持板419はいずれも円弧状断面をもって重なっている。また、2つの第1連結板461は各々、第1ボビンホルダ41の第1端板部411に形成された2本のスリット416に嵌っている。従って、スリット416の内部で第1ボビンホルダ41と第1連結板461とを溶接等によって連結することができる。
第2ボビンホルダ42は、円形の第2端板部421と、第2端板部421の外縁から軸線L方向の一方側L1に屈曲した筒状の第2側板部422とを有しており、第2端板部421の中央には、ケース3の底板部36に設けた放音穴360と重なる開口部420が形成されている。ここで、底板部36および第2端板部421はいずれも、軸線L方向に対して直交するように設けられている。
本形態では、ボビン4と第2ボビンホルダ42とを連結するにあたって、第2磁性板92には、ボビン4と第2ボビンホルダ42とを連結する第2連結部47が貫通する第2貫通部920が形成されている。第2貫通部920は、第2磁性板92の第2凸部922の周りで第2板部921に扇形状に切り欠かれた切り欠きからなる。本形態において、第2連結部47は、ボビン4から第2ボビンホルダ42に向けて突出した2つの第2連結板471と、第2ボビンホルダ42からボビン4に向けて突出した2つの第2支持板429とを備えており、本形態において、第2連結板471および第2支持板429はいずれも円弧状断面をもって重なった状態で溶接等により連結されている。
本形態において、ボビン4の外周面および第1支持板419の外周面には、コイル5を構成するコイル線(図示せず)の端部を軸線L方向に引き回す溝491、492、418が設けられており、溝491、492は、第1連結板461の外周面まで延在している。このため、ボビン4と第1ボビンホルダ41とを連結した際、溝491、492、418が繋がる。従って、コイル線の端部を溝491、492、418、貫通穴417および貫通穴251を介して配線基板25のランド250まで引き回すことができる。
(粘弾性体18、19の構成)
本形態において、可動体6は、軸線L方向で離間する複数位置において可動体6と固定体2とが軸線L方向で対して直交する方向で対向する部分に設けられた粘弾性体18、19によって軸線L方向に直線往復移動可能に支持されている。ここで、複数の粘弾性体18、19は、外ヨーク9と胴部35との間でストッパ14に対する軸線L方向の一方側L1および他方側L2の双方に配置されている。
本形態において、可動体6は、軸線L方向で離間する複数位置において可動体6と固定体2とが軸線L方向で対して直交する方向で対向する部分に設けられた粘弾性体18、19によって軸線L方向に直線往復移動可能に支持されている。ここで、複数の粘弾性体18、19は、外ヨーク9と胴部35との間でストッパ14に対する軸線L方向の一方側L1および他方側L2の双方に配置されている。
本形態において、ストッパ14に対して軸線L方向の一方側L1に設けられた粘弾性体18は、周方向において等角度間隔の4か所の各々において、外ヨーク9の筒部95の外周面およびケース3の胴部35の内周面の各々に固定されている。また、ストッパ14に対して軸線L方向の他方側L2に設けられた粘弾性体19も、粘弾性体18と同様、周方向において等角度間隔の4か所の各々において、外ヨーク9の筒部95の外周面およびケース3の胴部35の内周面の各々に固定されている。ここで、粘弾性体18、19は、針入度が10度から110度であるシリコーン系ゲルである。針入度とは、JIS−K−2207やJIS−K−2220で規定されており、この値が小さい程、硬いことを意味する。ここで、粘弾性とは、粘性と弾性の両方を合わせた性質のことであり、ゲル状部材、プラスチック、ゴム等の高分子物質に顕著に見られる性質である。従って、粘弾性部材18、19として、各種ゲル状部材を用いることができる。また、粘弾性部材18、19として、天然ゴム、ジエン系ゴム(例えば、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム)、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等)、非ジエン系ゴム(例えば、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等)、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てもよい。粘弾性部材18、19は、その伸縮方向によって、線形あるいは非線形の伸縮特性を備える。例えば、粘弾性部材18、19は、その厚さ方向(軸方向)に押圧されて圧縮変形する際は、線形の成分(バネ係数)よりも非線形の成分(バネ係数)が大きい伸縮特性を備える。これに対して、厚さ方向(軸方向)に引っ張られて伸びる場合は、非線形の成分(バネ係数)よりも線形の成分(バネ係数)が大きい伸縮特性を備える。これにより、粘弾性部材18、19が可動体3と支持体2との間で厚さ方向(軸方向)に押圧されて圧縮変形する際は、粘弾性部材18、19が大きく変形することを抑制できるので、可動体3と支持体2とのギャップが大きく変化することを抑制できる。一方、粘弾性部材18、19が厚さ方向(軸方向)と交差する方向(せん断方向)に変形する場合、いずれの方向に動いても、引っ張られて伸びる方向の変形であるため、非線形の成分(バネ係数)よりも線形の成分(バネ係数)が大きい変形特性を持つ。従って、粘弾性部材18、19では、運動方向によるバネ力が一定となる。それ故、粘弾性部材18、19のせん断方向のバネ要素を用いることにより、入力信号に対する振動加速度の再現性を向上することができるので、微妙なニュアンスをもって振動を実現することができる。なお、粘弾性体18、19と外ヨーク9との固定、および粘弾性体18、19とケース3との固定は、接着剤、粘着剤、あるいはシリコーンゲルの粘着性を利用して行われる。
(動作)
本形態のリニアアクチュエータ1において、外部(上位の機器)から配線基板25を介してコイル5に給電すると、コイル5および永久磁石7からなる磁気駆動機構10によって、可動体6が軸線L方向に往復移動する。従って、リニアアクチュエータ1を手に持っていた利用者は、リニアアクチュエータ1からの振動によって情報を得ることができる。その際、コイル5に印加される信号波形については、伝達すべき情報によって、周波数を変化させる。また、コイル5に印加される信号波形については極性を反転させるが、その際、駆動信号の極性が負の期間と正の期間とにおいて電圧の変化に対して緩急の差を設ける。その結果、可動体6が軸線L方向の一方側L1に移動する際の加速度と可動体6が軸線L方向の他方側L2に移動する際の加速度との間に差が発生する。従って、利用者に対して、リニアアクチュエータ1が軸線L方向の一方側L1あるいは他方側L2に移動するような錯覚を感じさせることができる。
本形態のリニアアクチュエータ1において、外部(上位の機器)から配線基板25を介してコイル5に給電すると、コイル5および永久磁石7からなる磁気駆動機構10によって、可動体6が軸線L方向に往復移動する。従って、リニアアクチュエータ1を手に持っていた利用者は、リニアアクチュエータ1からの振動によって情報を得ることができる。その際、コイル5に印加される信号波形については、伝達すべき情報によって、周波数を変化させる。また、コイル5に印加される信号波形については極性を反転させるが、その際、駆動信号の極性が負の期間と正の期間とにおいて電圧の変化に対して緩急の差を設ける。その結果、可動体6が軸線L方向の一方側L1に移動する際の加速度と可動体6が軸線L方向の他方側L2に移動する際の加速度との間に差が発生する。従って、利用者に対して、リニアアクチュエータ1が軸線L方向の一方側L1あるいは他方側L2に移動するような錯覚を感じさせることができる。
また、本形態のリニアアクチュエータ1では、ケース3の放音穴360からは、可動体6の軸線L方向における振動に伴う圧力変化が可聴域の音として放出される。従って、放音穴360から出射される音によって情報を出力することができる。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態のリニアアクチュエータ1において、可動体6では、複数の永久磁石7が軸線L方向に重ねて配置されているとともに、軸線L方向で隣り合う永久磁石7は、同極が対向するように配置されているため、隣り合う永久磁石7の間から放出される磁束の密度が高い。従って、推力を高めた場合でも永久磁石7の数を減らすことができるので、可動体6の軸線L方向の寸法の拡大を抑えることができる。また、可動体6の共振を抑制するための粘弾性体18、19は、軸線L方向で離間する複数個所に設けられているため、可動体6の軸線L方向における寸法が大であっても、バネ部材を用いずに、可動体6を粘弾性体18、19によって適正に支持することができる。また、可動体6では、永久磁石7が3以上、積層されているため、推力を高めることができるとともに、この場合でも永久磁石7の数が少なく済む。
以上説明したように、本形態のリニアアクチュエータ1において、可動体6では、複数の永久磁石7が軸線L方向に重ねて配置されているとともに、軸線L方向で隣り合う永久磁石7は、同極が対向するように配置されているため、隣り合う永久磁石7の間から放出される磁束の密度が高い。従って、推力を高めた場合でも永久磁石7の数を減らすことができるので、可動体6の軸線L方向の寸法の拡大を抑えることができる。また、可動体6の共振を抑制するための粘弾性体18、19は、軸線L方向で離間する複数個所に設けられているため、可動体6の軸線L方向における寸法が大であっても、バネ部材を用いずに、可動体6を粘弾性体18、19によって適正に支持することができる。また、可動体6では、永久磁石7が3以上、積層されているため、推力を高めることができるとともに、この場合でも永久磁石7の数が少なく済む。
また、可動体6において、永久磁石7の周りがスリーブ8で囲まれているため、スリーブ8によって複数の永久磁石7の積層体の軸線Lに沿う方向での真直性を確保することができるとともに、軸線方向で隣り合う永久磁石7の間に作用する反発力を第1磁性板91と第2磁性板92とによって抑え込むことができる。
また、ボビン4の外周面には、コイル5を構成するコイル線の端部を軸線L方向に引き回す溝491、492が設けられているため、コイル5を軸線L方向に複数設けた場合でも、ボビン4の外周面を利用してコイル線の端部を所定位置まで引き回すことができる。
また、ケース3の小径部37および外ヨーク9の大径部97によって、可動体6の軸線Lと直交する方向への可動範囲を規定するストッパ14が構成されているので、ボビン4がスリーブ8と当接する前、およびコイル5が外ヨーク9と接触する前に外ヨーク9がケース3の胴部35に当接する。従って、ボビン4やコイル5の損傷を抑制することができる。
また、粘弾性体18、19は、外ヨークと9とケース3の胴部35との間でストッパ14に対する軸線L方向の一方側L1および他方L2側に配置されているため、可動体6を粘弾性体18、19によって適正に支持することができる。また、粘弾性体18、19は、固定体2と可動体6とにおいて径方向(軸線L方向に対して直交する方向)で対向する位置に設けられているため、可動体6を軸線L方向に振動した際の共振を粘弾性体18、19によって抑制することができる。その際、粘弾性体18、19は、せん断方向に変形するので、粘弾性体18、19は、非線形の成分よりも線形の成分が大きい変形特性を持つ。したがって、入力信号に対する振動加速度の再現性を向上させることができるので、微妙なニュアンスをもって振動を実現することができる。このため、固定体2と可動体6とにおいて径方向で対向する部分の間隔が変化しても、粘弾性体18、19の弾性率の変化が小さいので、可動体6が軸線L方向に振動した際の共振を効果的に抑制することができる。
また、本形態では、ケース3が周方向に配置された複数のケース部材(第1ケース部材31および第2ケース部材32)からなるため、ケース3の内側に粘弾性体18、19を配置するのが容易である。
また、ケース3の底板部36には、可動体6の軸線L方向における振動に伴う圧力変化を可聴域の音として放出する放音穴360が設けられているため、利用者は、手で感じた振動によって情報を得ることができるとともに、放音穴360から出射される音によって情報を得ることができる。
(他の実施の形態)
上記実施の形態では、ケース3において軸線L方向の他方側L2に、放音穴360を備えた底板部36を設けたが、軸線L方向の一方側L1に、放音穴を備えた底板部を設けてもよい。
上記実施の形態では、ケース3において軸線L方向の他方側L2に、放音穴360を備えた底板部36を設けたが、軸線L方向の一方側L1に、放音穴を備えた底板部を設けてもよい。
1…リニアアクチュエータ、2…固定体、3…ケース、4…ボビン、5…コイル、6…可動体、7…永久磁石、8…スリーブ、9…外ヨーク、10…磁気駆動機構、14…ストッパ、18、19…粘弾性体、25…配線基板、31…第1ケース部材、32…第2ケース部材、34…円環部、35…胴部、36…底板部、37…小径部、97…大径部、41…第1ボビンホルダ、42…第2ボビンホルダ、46…第1連結部、47…第2連結部、91…第1磁性板、92…第2磁性板、95…筒部、317、327…凸部、360…放音穴、411…第1端板部、412…第1側板部、418、491、492…溝、419…第1支持板、420…開口部、421…第2端板部、422…第2側板部、429…第2支持板、461…第1連結板、471…第2連結板、910…第1貫通部、911…第1板部、912…第1凸部、920…第2貫通部、912…第2板部、922…第2凸部
Claims (13)
- 軸線方向に重ねて配置された複数の永久磁石を備えた可動体と、
前記磁石の周りを囲む複数のコイルが前記軸線に沿って配置された固定体と、
前記可動体と前記固定体との間に挿入された粘弾性体と、
を有し、
前記複数の永久磁石において前記軸線方向で隣り合う永久磁石は、同極が対向するように配置され、
前記粘弾性体は、前記可動体と前記固定体とによって径方向で挟まれた空間において前記軸線方向で離間する複数個所に設けられていることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 前記可動体では、前記永久磁石が3つ以上、積層されていることを特徴とする請求項1に記載のリニアアクチュエータ。
- 前記可動体は、前記永久磁石の周りを囲む非磁性の筒状のスリーブと、前記スリーブの軸線方向の一方端側に設けられ、前記複数の永久磁石のうち、前記軸線方向の一方端に設けられた永久磁石と当接する第1磁性板と、前記スリーブの軸線方向の他方端側に設けられ、前記複数の永久磁石のうち、前記軸線方向の他方端に設けられた永久磁石と当接する第2磁性板と、前記コイルを径方向外側で囲む筒部を備えた外ヨークと、を備え、
前記第1磁性板と前記筒部の前記軸線方向の一方端とが連結され、
前記第2磁性板と前記筒部の前記軸線方向の他方端とが連結されていることを特徴とする請求項1または2に記載のリニアアクチュエータ。 - 前記第1磁性板は、前記筒部の前記軸線方向の一方端と連結された第1板部と、前記第1板部から前記スリーブの内側に突出して、前記複数の永久磁石のうち、前記軸線方向の一方端に設けられた永久磁石と当接する第1凸部と、を備え、
前記第2磁性板は、前記筒部の前記軸線方向の他方端と連結された第2板部と、前記第2板部から前記スリーブの内側に突出して、前記複数の永久磁石のうち、前記軸線方向の他方端に設けられた永久磁石と当接する第2凸部と、を備えていることを特徴とする請求項3に記載のリニアアクチュエータ。 - 前記第1磁性板は、前記筒部と溶接によって連結され、
前記外ヨークは、前記筒部と前記第2磁性板とが一体に形成されていることを特徴とする請求項3または4に記載のリニアアクチュエータ。 - 前記固定体は、前記第1磁性板に対して前記軸線方向の一方側に配置された第1ボビンホルダと、前記第2磁性板に対して前記軸線方向の他方側に配置された第2ボビンホルダと、前記永久磁石と前記外ヨークとの間で前記軸線方向に延在し、外周面に前記コイルが巻回された筒状のボビンと、を有し、
前記第1磁性板には、前記ボビンと前記第1ボビンホルダとを連結する第1連結部が貫通する第1貫通部が形成され、
前記第2磁性板には、前記ボビンと前記第2ボビンホルダとを連結する第2連結部が貫通する第2貫通部が形成されていることを特徴とする請求項3乃至5の何れか一項に記載のリニアアクチュエータ。 - 前記第1連結部は、前記ボビンから前記第1ボビンホルダに向けて突出して前記第1ボビンホルダに連結された第1連結板を備え、
前記第2連結部は、前記ボビンから前記第2ボビンホルダに向けて突出して前記第2ボビンホルダに連結された第2連結板を備えていることを特徴とする請求項6に記載のリニアアクチュエータ。 - 前記第1連結部は、前記第1ボビンホルダから前記ボビンに向けて突出して前記第1連結板と重なる第1支持板を備え、
前記第2連結部は、前記第2ボビンホルダから前記ボビンに向けて突出して前記第2連結板と重なる第2支持板を備えていることを特徴とする請求項7に記載のリニアアクチュエータ。 - 前記ボビンの外周面には、前記コイルを構成するコイル線の端部を前記軸線方向に引き回す溝が設けられていることを特徴とする請求項6乃至8の何れか一項に記載のリニアアクチュエータ。
- 前記固定体は、前記外ヨークの周りを囲む胴部を備えたケースを備え、
前記外ヨークの前記筒部および前記ケースの前記胴部のうちの少なくとも一方は、他方に向かって突出して前記可動体の前記軸線と直交する方向への可動範囲を規定するストッパを構成していることを特徴とする請求項4乃至9の何れか一項に記載のリニアアクチュエータ。 - 前記複数の粘弾性体は、前記外ヨークと前記胴部との間で前記ストッパに対する前記軸線方向の一方側および他方側に配置されていることを特徴とする請求項10に記載のリニアアクチュエータ。
- 前記ケースにおいて前記胴部は、周方向に配置された複数のケース部材によって構成されていることを特徴とする請求項11に記載のリニアアクチュエータ。
- 前記ケースは、前記軸線方向の一方側および他方側の一方に底板部を備え、
前記底板部には、前記可動体の前記軸線方向における振動に伴う圧力変化を可聴域の音として放出する放音穴が設けられていることを特徴とする請求項10乃至12の何れか一項に記載のリニアアクチュエータ。
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