TWI462133B - Vibration actuator - Google Patents

Description

振動致動器

本發明的一種表現形態是有關於小型之振動致動器，係於行動電話等無線行動裝置來電時，做為通知使用者之振動發生來源；或是將觸控式螢幕的操作觸感、遊戲機之臨場感傳遞至手指或手之振動發生來源。

過去有關此一領域之技術，可見於日本特開2003-117488號公報。此公報中記載之振動致動器，是由磁性材料所構成並具有圓筒狀之框架。此框架的軸方向之外端嵌入一對支架。各支架上固定有固定軸，用以支撐可動子，使其可朝軸方向移動。框架的內周面上固定有圓筒狀的線圈，係為圓周上依同一方向捲繞之線材。可動子配置於線圈的空隙內，並由圓筒狀之磁鐵及一對軸承所組成；其中圓筒狀之磁鐵是沿徑向磁化，而一對軸承配設於磁鐵的軸方向之兩端，由含浸潤滑材料的燒結合金所構成。可動子及一對支架之間，配置有一對彈簧線圈。

此外，為提高振動體之性能，可使用能量積較大的燒結磁石，例如NdFeB系，來將圓筒狀磁鐵完全磁化；但隨著磁鐵體積小型化，直徑方向上的單磁極磁化會因磁化器磁飽和之故而變得十分困難。鑑此，將圓筒狀之磁性體沿圓周方向分割成2片或3片，使各磁性體片沿其厚度方向分別磁化後，再將分割之各磁石片(磁鐵部)以接著劑重新構成，回復成圓筒狀之磁鐵。使用此一方法，可讓磁石片個別得以完全磁化，重新構成後之圓筒狀磁鐵也能得到性能的提升。特別是使用沿厚度方向之異方性磁石時，效果更加顯著，振動致動器可獲優越性能。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2003-117488號公報

然而，沿圓周方向複數分割之磁鐵，以接著劑貼合成圓筒狀磁鐵時，相互鄰接之磁石片(磁鐵部)因具有同一極性，於磁石片貼合時會產生同極互斥現象。因此會導致磁石片難以貼合，且磁石片彼此貼合時會有錯位之問題。

本發明的一種表現形態，是在於提供一種振動致動器，使磁鐵能確實地且容易地沿徑向做單磁極磁化，以便縮小框體之直徑，促進小型化發展。

本發明的一種表現形態，為一種振動致動器，係藉由配置於筒狀框體中之線圈，及被該線圈包圍，配置於前述框體內之磁鐵的共同運作，使前述磁鐵沿前述框體之振動軸線作線性振動，其特徵為，具備：軸棒，係沿著前述框體之前述振動軸線配置，棒之兩端固定於前述框體之前述振動軸線方向兩端所設之端壁上；及可動子，係被前述軸棒所貫穿，同時具有前述磁鐵，該磁鐵可沿著前述軸棒之延伸方向自由移動；及彈性構件，係配置於前述可動子與前述端壁之間，將前述可動子朝前述振動軸線方向加勢；前述軸棒及前述框體係由磁性體所形成；筒狀之前述磁鐵係沿徑向受磁化，且由沿前述振動軸線方向分割成複數之磁鐵部所構成；各鄰接之前述磁鐵部，在前述振動軸線方向的極性相異；前述線圈在前述振動軸線方向上，由分割成複數之線圈部構成，分別對應各自之磁鐵；各鄰接之前述線圈部，其捲繞方向相反。

此振動致動器之磁鐵，係被磁性體構成之軸棒所貫穿。磁性體構成之框體的振動軸線方向兩端各有端壁，此軸棒之兩端分別固定於該端壁上，磁鐵一面受軸棒引導一面振動。利用被固定之軸棒，能防止錘部之重心位置偏離振動軸線，以確保振動之穩定。又，即使摔落產生衝擊時，亦可防止磁鐵與線圈衝撞，能提升耐摔衝擊性。此外，筒狀之磁鐵係沿徑向受磁化，且由沿前述振動軸線方向分割成複數之磁鐵部所構成，各鄰接之前述磁鐵部，在前述振動軸線方向的極性相異，故各個磁鐵部彼此接合時不會產生同極互斥現象，使磁鐵部彼此易於接合，且磁鐵部彼此不易錯位。如此一來，便能輕易地增加磁鐵部的接合片數，若欲加強振動力道，就無需增大磁鐵之直徑，而可讓磁鐵沿振動軸線方向輕易地增加長度。為配合磁鐵如上述之構成，線圈在振動軸線方向上，由分割成複數之線圈部構成，分別對應各自之磁鐵部，且各鄰接之前述線圈部，其捲繞方向相反。如上述構成之振動致動器，能輕易地縮小框體之直徑，促進小型化發展。

此外，亦可如以下之態樣：可動子具有與磁鐵一體化且可自由移動之錘部；錘部被軸棒所貫通，並配置於框體內，沿軸棒之延伸方向與磁鐵鄰接；彈性構件配置於錘部與框體的端壁之間，錘部之端部沿振動軸線形成彈簧收容凹部；錘部藉由彈簧收容凹部內配置之軸承而被支撐於軸棒上，軸承及錘部藉由彈簧收容凹部內插入之彈性構件受到加勢。

因採用了軸承，錘部不與軸棒接觸亦能穩定地振動，達到減低噪音的功效。又因將軸承配置於彈簧收容凹部內，使得軸承位置得以接近錘部之重心，亦能減低噪音。且將彈性構件插入彈簧收容凹部內，使得彈性構件沿振動軸線方向的全長能夠增長，藉此可發揮穩定的彈力，且其帶來的另一個效果是即使不使用接著劑，軸承也不易從錘部脫離。

本發明的一種表現形態，是使磁鐵能確實地且容易地沿徑向受單磁極磁化，以便縮小框體之直徑，促進小型化發展。

以下將一面參照圖面，一面對本發明之振動致動器適宜之實施形態做詳細說明。另，針對各種形態之振動致動器，其構成部分若有相同或相當者，以同一符號記述，並省略重複之說明。

如圖1及圖2所示，振動致動器1具有一直徑約4.5mm之圓筒狀框體2。由磁性體構成之框體2內，收納了以框體2之振動軸線L為中心，呈環狀捲繞之線圈3；及被該線圈3包圍之圓筒狀磁鐵4；及沿框體2之振動軸線L方向配置，並鄰接於磁鐵4兩側之第1及第2錘部6、7。此振動致動器1中，構成可動子8的磁鐵4與第1及第2錘部6、7成為一體，並藉由線圈3與磁鐵4之共同運作，沿框體2之振動軸線L方向作線性振動。

框體2沿著切割振動軸線L之方向，被分割成第1框體10及第2框體11等2個部分。更具體描述之，被分割成2部分的框體2中，第1框體10是由位於框體2振動軸線L方向上一端之圓板狀端壁10a、及從該端壁10a朝振動軸線L方向延伸之圓筒狀周壁10b所組成。第1框體10內收納了第1錘部6、線圈3、及磁鐵4。

第2框體11以振動軸線L方向為基準，配置於第1框體10之相對方向。此第2框體11是由位於框體2振動軸線L方向上另一端之圓板狀端壁11a、及從該端壁11a朝振動軸線L方向延伸之圓筒狀周壁11b所組成。第2框體11內收納了第2錘部7。第1及第2框體10、11是由SPCC(冷軋滾壓鋼板)等磁性體所成形。而在第1框體10與第2框體11之間有端子台12d外露，該端子台12d是由樹脂製之線軸12的一部份所形成。

線軸12具有：筒狀部12a，其直徑較第1及第2框體10、11之周壁10b、11b來得小，且插入周壁10b內，供線圈3捲繞之用；及凸緣部12b、12c，係形成於筒狀部12a於振動軸線L方向之兩端；及環狀之隔間部12e，係形成於凸緣部12b與凸緣部12c之間；及端子台12d，係從較厚的凸緣部12b之外端部朝向周壁11b沿伸。

凸緣部12c與隔間部12e之間，配置有第1線圈部3A。凸緣部12b與隔間部12e之間，配置有第2線圈部3B。而彼此相鄰的第1線圈部3A與第2線圈部3B，其線圈之捲繞方向相反。第1線圈部3A及第2線圈部3B在圓周方向上的電流流向是相反的。

此外，線圈3所捲繞之筒狀部12a，以振動軸線L方向為準，約略位於框體2之中央。其中一方的凸緣部12c，與第1框體10的周壁10b之內周面抵接。另一方的凸緣部12b，外露於周壁10b及周壁11b之間。從凸緣部12b之邊緣朝向周壁11b表面沿伸的端子台12d上，固定著端子13，其上又銲接有引線14。

又，第1及第2框體10、11的周壁10b、11b兩者之開口側端部，除線軸12的凸緣部12b外露的部分外，其餘位置皆互相頂接，且藉由數處溶接部D1彼此接合(參照圖1)。

兩端壁10a、11a於各自之中心位置，形成有軸棒保持孔16、17。在這些軸棒保持孔16、17的周圍，形成有圓環狀突起18、19，係由沖緣加工(burring)所成，自端壁10a、11a朝向框體2的內部方向突出。由直徑約0.6mm之磁性體所構成之軸棒20，其兩端壓入各軸棒保持孔16、17中。又，軸棒20之兩端部藉由溶接部D2(參照圖1)固定於兩端壁10a、11a上。按此構成，軸棒20沿框體2之振動軸線L配置，且於振動軸線L方向上與第1框體10及第2框體11穩固地連接。且此軸棒20貫穿前述可動子8。

在直徑方向做單磁極磁化時，隨著圓筒狀磁鐵材料所形成之磁性體愈來愈小型化，與其將一整個圓筒狀的磁性體做磁化，不如將同樣大小的磁性體沿振動軸線L方向分割成磁性體片，分別以磁化器使其磁化，會來得較容易，也能確實達成磁化的目的。

此處的圓筒狀磁鐵4是於徑向受磁化，且沿振動軸線L方向分割成兩塊，分別為第1磁鐵部4A及第2磁鐵部4B。第1磁鐵部4A與第1線圈部3A相對，第2磁鐵部4B則與第2線圈部3B相對。且相鄰之第1磁鐵部4A與第2磁鐵部4B，彼此沿振動軸線L方向之磁極相異。具體描述之，第1磁鐵部4A之外周側受磁化成S極、內周側受磁化成N極；第2磁鐵部4B之外周側受磁化成N極、內周側受磁化成S極。

按此構成，因相鄰之磁鐵部4A、4B沿振動軸線L方向之極性相異，故於接合時不會發生同極互斥現象，使得磁鐵部4A、4B彼此容易接合，且磁鐵部4A、4B彼此不易錯位。如此一來，便能輕易地增加磁鐵部4A、4B的接合片數，若欲加強振動力道，就無需增大磁鐵4之直徑，而可讓磁鐵4沿振動軸線方向輕易地增加長度。如上述構成之振動致動器1，能輕易地縮小框體2之直徑，促進小型化發展。另，接合相鄰之磁鐵部4A、4B時，無論用不用接著劑皆可。

在第1磁鐵部4A上形成有軸棒貫穿孔4a，其直徑較軸棒20之外徑稍大。在第2磁鐵部4B上則形成有軸棒貫穿孔4b，其直徑較軸棒20之外徑稍大。此外，第1及第2磁鐵部4A、4B配置於線軸12之筒狀部12a內，藉由線圈3、磁鐵4、磁性體共同形成之第1框體10，及磁性體形成之軸棒20之間的共同運作，構成磁路。

第1及第2錘部6、7具有軀幹部6a、7a，係可插入於線軸12之筒狀部12a的中空部S內；及凸緣部6b、7b，係從軀幹部6a、7a之邊緣部分擴大直徑而成。在第1及第2錘部6、7上形成有軸棒貫穿孔23、24，其直徑較軸棒20之外徑來得大。軸棒貫穿孔23、24的中途配置有第1及第2軸承(燒結含油軸承)25、26，並由軸棒20所貫穿。此外，第1及第2錘部6、7形成有第1及第2彈簧收容凹部27、28，係軸棒貫穿孔23、24自中途開始擴大直徑並延伸至端面所成之圓柱形狀。

第1彈簧收容凹部27內，為將第1錘部6支撐於軸棒20上，插入有第1軸承25。第1軸承25與端壁10a之間，配置有插入於第1彈簧收容凹部27內之第1壓縮線圈彈簧30。藉由第1壓縮線圈彈簧30，向第1軸承25及第1錘部6加勢。此外，此第1壓縮線圈彈簧30內由軸棒20所貫穿。

第2彈簧收容凹部28內，為將第2錘部7支撐於軸棒20上，插入有第2軸承26。第2軸承26與端壁11a之間，配置有插入於第2彈簧收容凹部28內之第2壓縮線圈彈簧31。藉由第2壓縮線圈彈簧31，向第2軸承26及第2錘部7加勢。此外，此第2壓縮線圈彈簧31內由軸棒20所貫穿。

因採用了軸承25、26，錘部6、7不與軸棒20接觸亦能穩定地振動，達到減低噪音的功效。又因將軸承配置於彈簧收容凹部27、28內，使得軸承25、26之位置得以接近錘部6、7之重心，亦能減低噪音。且將壓縮線圈彈簧30、31插入彈簧收容凹部27、28內，使得壓縮線圈彈簧30、31沿振動軸線方向L的全長能夠增長，藉此可發揮穩定的彈力，且其帶來的另一個效果是即使不使用接著劑，軸承25、26也不易從錘部6、7脫離。

此處之第1壓縮線圈彈簧30及第2壓縮線圈彈簧31，使用了同樣的元件。第1及第2壓縮線圈彈簧30、31之一端側上，嵌入有兩端壁10a、11a所形成之突起18、19。藉此，第1及第2壓縮線圈彈簧30、31便不會抵觸到軸棒20。第1及第2壓縮線圈彈簧30、31之另一端側，插入於第1及第2錘部6、7的彈簧收容凹部27、28內，同時與彈簧收容凹部27、28內之軸承25、26抵接。各軸承25、26藉由壓縮線圈彈簧30、31之加勢力，而被頂壓在第1及第2錘部6、7上。

經由上述構成，第1及第2錘部6、7及磁鐵4在配置於同一軸上之狀態下，藉第1及第2壓縮線圈彈簧30、31而朝振動軸線L方向加勢，並藉由此加勢力，使彼此相互頂壓形成一體。因此，第1及第2錘部6、7與第1及第2磁鐵4A、4B不需使用接著劑也能彼此連接。若接著劑滲漏出來，會導致接著劑與軸棒20之間摩擦而產生摩擦阻力，而振動致動器1的設計便能避免這樣的情形。但，使用接著劑亦是可行的。

在振動致動器1當中，軸棒20之兩端分別固定於框體2之各端壁10a、11a，且貫穿磁鐵4及錘部6、7。受已固定之軸棒20所引導，磁鐵4及錘部6、7成為一體並振動，故可防止錘部6、7之重心位置偏離振動軸線L而胡亂振動，確保其能穩定地振動。又，即使摔落產生衝擊時，亦可防止錘部6、7與框體2衝撞，能提升耐摔衝擊性。

又因框體2是沿切割振動軸線L的方向被分割成2個部分，而軸棒20之兩端固定於框體2之兩端壁10a、11a，故軸棒20可發揮連接桿之作用。藉此，能提升第1框體10及第2框體11之間的連接強度。故，當摔落產生衝擊時，可避免框體2從振動軸線L方向斷裂，導致錘部6、7或磁鐵4從框體2中飛出的事態發生。

此外，沿振動軸線L方向上，於磁鐵4之兩側配置了第1錘部6及第2錘部7，更能確保振動之穩定性。又，第1及第2錘部6、7乃是令其透過軸承25、26沿著軸棒20移動，故其沿著軸棒20可獲得平衡性良好之振動。

在振動致動器1當中，在錘部6、7是以鎢等材質成形之情形下，因其表面粗糙，會使得摩擦阻力較大，且對孔徑尺寸之要求會較為嚴格，此時使用軸承會較為理想。但若如圖3所示之振動致動器1A的變化例，因錘部40、41是由摩擦阻力不大的材質所成形，故第1及第2錘部40、41是在軸棒貫穿孔23、24之中途開始縮小直徑，直接形成軸承部40a、41a。

本發明無需限定為前述之實施形態。

其中彈性構件不限於壓縮線圈彈簧，亦可為板狀彈簧。如圖4所示，在振動致動器1B當中，利用第1板狀彈簧61及第2板狀彈簧62，來支撐第1錘部63及第2錘部64也是可行的。第1及第2錘部63、64之邊緣部分配置有第1及第2軸承25、26，各軸承25、26是作為板狀彈簧61、62的彈簧接受器之用。第1板狀彈簧61與第2板狀彈簧62具有同一形狀，且如圖5如示，是經由衝孔加工將圓板衝出複數之圓弧狀狹縫60a及中央開口60b，而成為圓錐台形狀之彈簧。又，亦可使用圓錐型線圈彈簧。

在振動致動器1B當中，在錘部63、64是以鎢等材質成形之情形下，因其表面粗糙，會使得摩擦阻力較大，且對孔徑尺寸之要求會較為嚴格，此時使用軸承會較為理想。但若如圖6所示之振動致動器1C的變化例，因錘部65、66是由摩擦阻力不大的材質所成形，故第1及第2錘部65、66是在軸棒貫穿孔23、24之中途開始縮小直徑，直接形成軸承部65a、66a。

此外，磁鐵及線圈並不限於分割成2部分，亦可分割為3部分以上，將磁鐵部及線圈部各自沿振動軸線L方向並排設置3個以上亦可。亦即，被分割之磁鐵部個數與被分割之線圈部個數相等。各磁鐵部與各線圈部相對。舉例來說，如圖7之振動致動器1D所示，框體2A分為第1框體10A與第2框體11A，沿振動軸線L方向大致分割成2等分。框體2A內配置有分割成4部分之磁鐵70及線圈71。此處的磁鐵70是於徑向受磁化，且沿振動軸線L方向複數分割成第1～第4磁鐵部70A～70D。磁鐵部70A～70D當中，各相鄰之磁鐵部彼此沿振動軸線L方向之磁極相異。線圈71沿振動軸線L方向分別與磁鐵70A～70D對應，而複數分割成第1～第4線圈部71A～71D。線圈部71A～71D當中，各相鄰之線圈部彼此線圈之捲繞方向相反。

此外，錘部72僅配置於磁鐵70之單側。第1壓縮線圈彈簧30透過彈簧收容凹部74內之軸承73向錘部72加勢。第2壓縮線圈彈簧31直接向磁鐵70加勢。

在振動致動器1D當中，在錘部72是以鎢等材質成形之情形下，因其表面粗糙，會使得摩擦阻力較大，且對孔徑尺寸之要求會較為嚴格，此時使用軸承會較為理想。但若如圖8所示之振動致動器1E的變化例，因錘部76是由摩擦阻力不大的材質所成形，故錘部76是在軸棒貫穿孔75之中途開始縮小直徑，直接形成軸承部76a。

前述框體2，2A之剖面形狀，亦可為圓形、四角形、多角形的其中一種。舉例來說，如圖9所示，振動致動器1F中剖面四角形框體2B，便是由剖面四角形之第1及第2框體80，81所形成。框體2B內收納有剖面四角形的第1及第2線圈部82A、82B所成之線圈82；及第1和第2磁鐵部83A、83B所成之磁鐵83；及第1和第2錘部84、85。

[產業上之利用可能性]

本發明的一種表現形態，是使磁鐵能確實地且容易地沿徑向受單磁極磁化，以便縮小框體之直徑，促進小型化發展。

1,1A~1F．．．振動致動器

2,2A,2B．．．框體

3,71,82．．．線圈

3A,3B,71A~71D,82A,82B．．．線圈部

4,70,83．．．磁鐵

4A,4B,70A~70D,83A,83B．．．磁鐵部

6,7,63,64,65,66,72,76,84,85．．．錘部

8．．．可動子

10a,11a．．．框體端壁

20．．．軸棒

25,26,73．．．軸承

27,28,74．．．彈簧收容凹部

30,31．．．壓縮線圈彈簧(彈性構件)

61,62．．．板狀彈簧(彈性構件)

L．．．振動軸線

[圖1]本發明之振動致動器第1實施形態之斜視圖。

[圖2]圖1所示振動致動器之剖面圖。

[圖3]本發明之振動致動器第2實施形態之剖面圖。

[圖4]本發明之振動致動器第3實施形態之剖面圖。

[圖5](a)為板狀彈簧之平面圖、(b)為板狀彈簧之側面圖。

[圖6]本發明之振動致動器第4實施形態之剖面圖。

[圖7]本發明之振動致動器第5實施形態之剖面圖。

[圖8]本發明之振動致動器第6實施形態之剖面圖。

[圖9]本發明之振動致動器第7實施形態之剖面圖。

1．．．振動致動器

2．．．框體

3．．．線圈

3A,3B．．．線圈部

4．．．磁鐵

4A,4B．．．磁鐵部

6,7．．．錘部

6a,7a．．．錘部軀幹部

6b,7b．．．錘部凸緣部

8．．．可動子

10．．．第1框體

11．．．第2框體

10a,11a．．．框體端壁

10b,11b．．．框體周壁

12．．．線軸

12a．．．線軸筒狀部

12b,12c．．．線軸凸緣部

12d．．．端子台

12e．．．隔間部

13．．．端子

14．．．引線

16,17．．．軸棒保持孔

18,19．．．突起

20．．．軸棒

4b,23,24．．．軸棒貫穿孔

25,26．．．軸承

27,28．．．彈簧收容凹部

30,31．．．壓縮線圈彈簧(彈性構件)

L．．．振動軸線

S．．．線軸中空部

Claims (2)

1. 一種振動致動器，係藉由配置於筒狀框體中之線圈，及被該線圈包圍，配置於前述框體內之磁鐵的共同運作，使前述磁鐵沿前述框體之振動軸線作線性振動，其特徵為，具備：軸棒，係沿著前述框體之前述振動軸線配置，棒之兩端固定於前述框體之前述振動軸線方向兩端所設之端壁上；及可動子，係被前述軸棒所貫穿，同時具有前述磁鐵，該磁鐵可沿著前述軸棒之延伸方向自由移動；及彈性構件，係配置於前述可動子與前述端壁之間，將前述可動子朝前述振動軸線方向加勢；前述軸棒及前述框體係由磁性體所形成；筒狀之前述磁鐵係沿徑向受磁化，且由沿前述振動軸線方向分割成複數之磁鐵部所構成；各鄰接之前述磁鐵部，在前述振動軸線方向的極性相異；前述線圈在前述振動軸線方向上，由分割成複數之線圈部構成，分別對應各自之磁鐵；各鄰接之前述線圈部，其捲繞方向相反。
2. 如申請專利範圍第1項所述之振動致動器，其中，前述可動子具有與前述磁鐵一體化且可自由移動之錘部；前述錘部被前述軸棒所貫通，並配置於前述框體內，沿前述軸棒之延伸方向與前述磁鐵鄰接；前述彈性構件配置於前述錘部與前述框體的前述端壁之間，前述錘部之端部沿前述振動軸線形成彈簧收容凹部；前述錘部藉由前述彈簧收容凹部內配置之軸承而被支撐於前述軸棒上，前述軸承及前述錘部藉由前述彈簧收容凹部內插入之前述彈性構件受到加勢。