WO2018051919A1 - 振動アクチュエータ及び電子機器 - Google Patents

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WO2018051919A1
WO2018051919A1 PCT/JP2017/032515 JP2017032515W WO2018051919A1 WO 2018051919 A1 WO2018051919 A1 WO 2018051919A1 JP 2017032515 W JP2017032515 W JP 2017032515W WO 2018051919 A1 WO2018051919 A1 WO 2018051919A1
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WO
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substrate
mover
permanent magnet
case
vibration actuator
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Application number
PCT/JP2017/032515
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English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木 克俊
Original Assignee
アルプス電気株式会社
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Publication date
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Priority to US16/295,329 priority patent/US20190207499A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/18Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with coil systems moving upon intermittent or reversed energisation thereof by interaction with a fixed field system, e.g. permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • B06B1/045Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism using vibrating magnet, armature or coil system

Definitions

  • the present invention relates to a vibration actuator and an electronic device.
  • Vibration actuators that are mounted on electronic devices such as personal digital assistants and game machine controllers and vibrate according to various operations have been put into practical use.
  • a vibration generator including a mover that includes a magnet and is held displaceably with respect to a casing, and a plurality of coils that generate a magnetic field that displaces the mover (for example, see Patent Document 1).
  • the coil used in the vibration generator in Patent Document 1 is an air-core coil, and there is a possibility that a driving force sufficient to vibrate the mover cannot be obtained. If an attempt is made to obtain a sufficient driving force with such a configuration, the number of turns of the coil is increased, which increases the thickness and makes it difficult to reduce the thickness of the vibration actuator. In addition, there is a problem in that power consumption and heat generation increase as the amount of current increases due to an increase in the number of turns of the coil.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a vibration actuator capable of obtaining a driving force sufficient to vibrate the mover.
  • a vibration actuator having a mover and a stator, wherein the mover includes a substrate and a permanent magnet held on the substrate, and the stator includes: A case accommodating the mover; a core formed of a magnetic material at a position corresponding to the permanent magnet; and a coil provided on an outer periphery of the core.
  • a vibration actuator capable of obtaining a driving force sufficient to vibrate the mover.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2. It is a figure explaining the movement to the X1 direction of the needle
  • FIG. 1 is a perspective view of a vibration actuator 100 according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the vibration actuator 100 in the present embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the vibration actuator 100 according to the present embodiment.
  • the X1X2 direction is the width direction of the vibration actuator 100
  • the Y1Y2 direction is the depth direction of the vibration actuator 100
  • the Z1Z2 direction is the height direction of the vibration actuator 100.
  • the Z1 direction is up and the Z2 direction is down, but the installation posture of the vibration actuator 100 is not limited.
  • the vibration actuator 100 has an upper case 10 and a lower case 20. As shown in FIG. 3, the vibration actuator 100 includes a mover 50 accommodated between the upper case 10 and the lower case 20.
  • the upper case 10 and the lower case 20 are each formed in a circular shape having the same diameter, and are joined to each other to form a case that accommodates the mover 50 therein.
  • the vibration actuator 100 serves as a stator for the mover 50. .
  • the mover 50 is formed in a disc shape and is accommodated between the upper case 10 and the lower case 20.
  • the mover 50 is movably supported between the upper case 10 and the lower case 20 by the upper balls 30a to 30d and the lower balls 40a to 40d shown in FIG.
  • the symbols a to d may be omitted and the parts may be collectively described.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the upper case 10 in the present embodiment.
  • the upper case 10 includes an upper case body 11 and upper coils 16a to 16d.
  • the upper case body 11 is formed by cutting from a magnetic material such as soft iron, ferritic or martensitic stainless steel.
  • the upper case body 11 has a top plate 12 and an upper side wall 13.
  • the top plate 12 is formed in a circular shape.
  • the top plate 12 has a diameter of 20 mm and a thickness of 0.5 mm.
  • the upper side wall 13 is formed so as to protrude from the peripheral edge of the top plate 12 in the Z2 direction.
  • the upper wall 13 has a height from the lower surface of the top plate 12 of 1 mm and a thickness of 0.5 mm, for example.
  • upper cores 14a to 14d and upper case recesses 15a to 15d are formed on the lower surface side.
  • the upper core 14 is formed so as to protrude in a columnar shape in the Z2 direction from the lower surface of the top plate 12.
  • the upper cores 14a to 14d are formed at positions that are equidistant in the radial direction and equidistant in the circumferential direction from the center of the top plate 12 of the upper case main body 11, respectively.
  • the upper core 14a and the upper core 14c are formed to be aligned in the Y1Y2 direction
  • the upper core 14b and the upper core 14d are formed to be aligned in the X1X2 direction.
  • the upper core 14 has a diameter of 2.3 mm and a height from the lower surface of the top plate 12 of 0.5 mm.
  • the upper case recess 15 is formed so as to be recessed in a circular shape in the Z1 direction from the lower surface of the top plate 12.
  • the upper case recesses 15a to 15d are formed at positions equidistant from the center of the top plate 12 in the radial direction and at equal intervals in the circumferential direction.
  • the upper core 14 and the upper case recess 15 are formed so as to be alternately arranged in the circumferential direction on the top plate 12.
  • the upper case recess 15 has, for example, a diameter of 1.5 mm and a depth from the lower surface of the top plate 12 of 0.3 mm.
  • the upper coil 16 is formed by winding an electric wire, and is attached to the upper core 14 of the upper case body 11. For example, both ends of the electric wire forming the upper coil 16 are pulled out from the upper case 10 and connected to the drive circuit, and a current having a predetermined direction and magnitude flows.
  • the upper core 14 is formed integrally with the top plate 12 of the upper case body 11, but the upper case 10 formed by drawing or the like is separately formed from a magnetic material.
  • the core 14 may be fixed.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the lower case 20 in the present embodiment.
  • the lower case 20 includes a lower case body 21 and lower coils 26a to 26d.
  • the lower case body 21 is formed by cutting from a magnetic material such as soft iron, ferritic or martensitic stainless steel, for example.
  • the lower case main body 21 has a bottom plate 22 and a lower side wall 23.
  • the bottom plate 22 is formed in a circular shape.
  • the bottom plate 22 has a diameter of 20 mm and a thickness of 0.5 mm.
  • the lower side wall 23 is formed so as to protrude from the peripheral edge of the bottom plate 22 in the Z1 direction.
  • the lower wall 23 has a height from the top surface of the bottom plate 22 of 1 mm and a thickness of 0.5 mm.
  • the bottom plate 22 of the lower case body 21 has lower cores 24a to 24d and lower case recesses 25a to 25d formed on the upper surface side.
  • the lower core 24 is formed so as to protrude from the upper surface of the bottom plate 22 in a columnar shape in the Z1 direction.
  • the lower cores 24a to 24d are formed at positions that are equidistant in the radial direction and equidistant in the circumferential direction from the center of the bottom plate 22 of the lower case main body 21.
  • the lower core 24a and the lower core 24c are formed so as to be aligned in the Y1Y2 direction, and the lower core 24b and the lower core 24d are formed so as to be aligned in the X1X2 direction.
  • the lower core 24 has a diameter of 2.3 mm and a height from the upper surface of the bottom plate 22 of 0.5 mm.
  • the lower case recess 25 is formed so as to be recessed in a circular shape in the Z2 direction from the upper surface of the bottom plate 22.
  • the lower case recesses 25a to 25d are formed at positions that are equidistant in the radial direction and equidistant in the circumferential direction from the center of the bottom plate 22 of the lower case main body 21.
  • the lower core 24 and the lower case recess 25 are formed so as to be alternately arranged in the circumferential direction on the bottom plate 22.
  • the lower case recess 25 has, for example, a diameter of 1.5 mm and a depth from the upper surface of the bottom plate 22 of 0.3 mm.
  • the lower coil 26 is formed by winding an electric wire, and is attached to the lower core 24 of the lower case body 21. For example, both ends of the electric wire forming the lower coil 26 are pulled out from the lower case 20 and connected to the drive circuit, and a current having a predetermined direction and magnitude flows.
  • the lower core 24 is formed integrally with the bottom plate 22 of the lower case body 21, but the lower core 20 is formed separately from a magnetic material on the lower case 20 formed by drawing or the like. 24 may be fixed.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the mover 50 in the present embodiment.
  • FIG. 7 is a top view of the mover 50 in the present embodiment.
  • FIG. 8 is a bottom view of the mover 50 in the present embodiment.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line BB in FIG.
  • the mover 50 includes a substrate 51, an upper weight plate 57, and a lower weight plate 58.
  • the substrate 51 is formed in a disk shape from a nonmagnetic material such as brass, tungsten, or austenitic stainless steel.
  • the substrate 51 has, for example, a diameter of 17 mm and a thickness of 0.9 mm.
  • the substrate 51 has substrate upper recesses 52a to 52d, substrate lower recesses 53a to 53d, and through holes 55a to 55d.
  • the substrate upper recess 52 is formed so as to be recessed in a circular shape in the Z2 direction from the upper surface of the substrate 51.
  • the substrate upper recesses 52a to 52d are formed at positions equidistant from the center of the substrate 51 in the radial direction and at equal intervals in the circumferential direction.
  • the substrate upper recess 52 has, for example, a diameter of 1.5 mm and a depth from the upper surface of the substrate 51 of 0.3 mm.
  • the lower substrate recess 53 is formed to be recessed in a circular shape in the Z1 direction from the lower surface of the substrate 51.
  • the substrate lower recesses 53a to 53d are formed at positions equidistant from the center of the substrate 51 in the radial direction and at equal intervals in the circumferential direction.
  • the lower substrate recess 53 is formed at a position corresponding to the upper substrate recess 52 on the upper surface side of the substrate 51.
  • the substrate lower recess 53 has, for example, a diameter of 1.5 mm and a depth from the lower surface of the substrate 51 of 0.3 mm.
  • the through hole 55 passes through the substrate 51 and holds the permanent magnet 56.
  • the through holes 55a to 55d are formed at positions equidistant from the center of the substrate 51 in the radial direction and at equal intervals in the circumferential direction. Further, the through hole 55a and the through hole 55c are formed to be aligned in the Y1Y2 direction, and the through hole 55b and the through hole 55d are formed to be aligned in the X1X2 direction.
  • the substrate upper recesses 52 and the substrate lower recesses 53 and the through holes 55 are formed so as to be alternately arranged in the circumferential direction on the substrate 51.
  • the through-hole 55 is formed in, for example, a rectangular shape having a longitudinal direction of 4 mm and a lateral direction of 3.5 mm.
  • the through hole 55a and the through hole 55c are formed such that the longitudinal direction is parallel to the Y1Y2 direction and the short side direction is parallel to the X1X2 direction.
  • the through hole 55b and the through hole 55d are formed so that the longitudinal direction is parallel to the X1X2 direction and the short side direction is parallel to the Y1Y2 direction.
  • the permanent magnet 56 is held on the substrate 51 in the through hole 55.
  • the permanent magnet 56 is a neodymium magnet, for example, and is formed in a rectangular parallelepiped shape having the same size as the through hole 55 of the substrate 51.
  • the permanent magnet 56 is inserted into the through hole 55 and joined to the substrate 51 with an adhesive.
  • the permanent magnet 56 is magnetized to four poles, a first N pole N1, a first S pole S1, a second N pole N2, and a second S pole S2.
  • the permanent magnet 56 may be comprised by the two magnets magnetized by 2 poles, for example.
  • the permanent magnets 56 a to 56 d are provided so that each pole extends in the radial direction from the center of the substrate 51, and N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction of the substrate 51.
  • the permanent magnet 56a and the permanent magnet 56c are held on the substrate 51 so that the magnetization direction is parallel to the X1X2 direction on the upper surface side and the lower surface side of the substrate 51, respectively.
  • the permanent magnet 56b and the permanent magnet 56d are held by the substrate 51 so that the magnetization direction is parallel to the Y1Y2 direction on the upper surface side and the lower surface side of the substrate 51, respectively.
  • the upper weight plate 57 and the lower weight plate 58 are formed in an annular shape from a nonmagnetic material such as brass, tungsten, stainless steel, or the like.
  • the outer diameters of the upper weight plate 57 and the lower weight plate 58 are equal to the outer diameter of the substrate 51, respectively.
  • the inner diameters of the upper weight plate 57 and the lower weight plate 58 are large enough not to overlap the substrate upper recess 52, the substrate lower recess 53, and the permanent magnet 56 in a state where they are stacked on the substrate 51 so that their outer peripheral edges coincide. Is formed.
  • the mover 50 in this embodiment can sufficiently convey the feeling of vibration to the user of the electronic device on which the vibration actuator 100 is mounted by laminating the upper weight plate 57 and the lower weight plate 58 on the substrate 51.
  • a possible weight is obtained.
  • the mover 50 can be made heavier by making the peripheral portion of the substrate 51 thicker, but in this case, since the substrate 51 has a complicated shape, the workability may decrease and the manufacturing cost may increase. There is.
  • the mover 50 in the present embodiment the weight can be increased without increasing the manufacturing cost with a simple configuration in which the upper weight plate 57 and the lower weight plate 58 are stacked on the substrate 51. It is possible.
  • the upper weight plate 57 and the lower weight plate 58 are stacked on the substrate 51 so as not to overlap the substrate upper recess 52, the substrate lower recess 53, and the permanent magnet 56, so that the weight of the mover 50 is not hindered. Can be increased. Further, by effectively utilizing the space between the upper case 10 and the lower case 20, the upper weight plate 57 and the lower weight plate 58 are laminated on both surfaces of the substrate 51, respectively, thereby sufficiently increasing the weight of the mover 50. Can be secured.
  • the substrate 51, the upper weight plate 57, and the lower weight plate 58 may be formed of the same material. However, in order to increase the weight of the mover 50, the upper portion is made of a material having a specific gravity higher than that of the substrate 51.
  • the weight plate 57 and the lower weight plate 58 may be formed.
  • the upper weight plate 57 and the lower weight plate 58 are formed using tungsten having a high specific gravity although it is inferior in workability to brass. In this way, by configuring the substrate 51, the upper weight plate 57, and the lower weight plate 58 as separate components, it becomes possible to use different materials according to the respective functions, and the manufacturing cost can be reduced. , Design flexibility is improved.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2, and is an XZ cross-sectional view passing through the upper core 14a and the lower core 24a.
  • the mover 50 includes an upper case 10 and a lower case 20 such that the substrate upper recess 52 and the upper case recess 15 face each other in the Z1Z2 direction, and the substrate lower recess 53 and the lower case recess 25 face each other in the Z1Z2 direction. Is housed between.
  • the mover 50 is movable by an upper ball 30 provided between the substrate upper recess 52 and the upper case recess 15 and a lower ball 40 provided between the substrate lower recess 53 and the lower case recess 25. Supported.
  • the upper ball 30 and the lower ball 40 are rolling members that are formed of, for example, stainless steel, ceramic, or the like and support the mover 50 so as to be movable while rotating.
  • the diameters of the upper ball 30 and the lower ball 40 are, for example, 1.2 mm.
  • the upper ball 30 is accommodated in the upper case recess 15 at the upper end side and contacts the upper case 10, and the lower end side is accommodated in the substrate upper recess 52 and contacts the substrate 51.
  • the upper ball 30 forms a predetermined interval between the upper case 10 and the mover 50.
  • the upper ball 30 is rotatably provided between the upper case recess 15 and the substrate upper recess 52, and supports the mover 50 so as to be movable from the upper surface side.
  • the lower ball 40 is housed in the lower substrate recess 53 and is in contact with the substrate 51, and the lower ball is housed in the lower case recess 25 and is in contact with the lower case 20.
  • the lower ball 40 forms a predetermined interval between the lower case 20 and the mover 50.
  • the lower ball 40 is rotatably provided between the lower case recess 25 and the substrate lower recess 53, and supports the mover 50 so as to be movable from the lower surface side.
  • the mover 50 is supported by the upper ball 30 and the lower ball 40 that are rotatably provided so as to be movable in an arbitrary direction orthogonal to the Z1Z2 direction.
  • the mover 50 is supported by the upper ball 30 and the lower ball 40 so as to be rotatable in an arbitrary direction around a rotation axis parallel to the Z1Z2 direction.
  • the configuration such as the number and arrangement of the upper balls 30 and the lower balls 40 is not limited to the configuration exemplified in the present embodiment as long as the mover 50 can be supported movably.
  • the mover 50 is supported at a position balanced by the magnetic force acting between the permanent magnet 56 and the upper core 14 and the lower core 24 when no current is passed through the upper coil 16 and the lower coil 26.
  • the center of the permanent magnet 56 and the center of the upper core 14 and the lower core 24 are supported at a position where they overlap each other when viewed from above (hereinafter referred to as “center position”).
  • center position At the center position, the centers of the upper case 10 and the lower case 20 coincide with the center of the substrate 51.
  • the first S pole S1a of the permanent magnet 56a is attracted to the upper core 14a.
  • the second N pole N2a of the permanent magnet 56a is attracted to the lower core 24a.
  • the driving force that moves the mover 50 in the X1 direction in the permanent magnet 56a is generated by the magnetic force generated by the current flowing through the upper coil 16a and the lower coil 26a.
  • the first N pole N1a of the permanent magnet 56a is attracted to the upper core 14a. It is done.
  • the second S pole S2a of the permanent magnet 56a is attracted to the lower core 24a.
  • the driving force that moves the mover 50 in the X2 direction in the permanent magnet 56a is generated by the magnetic force generated by the current flowing through the upper coil 16a and the lower coil 26a.
  • the driving force for moving the mover 50 in the X1 direction or the X2 direction can be generated in the permanent magnet 56a by the magnetic force generated by flowing current through the upper coil 16a and the lower coil 26a.
  • mover 50 can be changed by changing the magnitude
  • a driving force for moving the mover 50 in the X1 direction or the X2 direction can be generated in the permanent magnet 56c by the magnetic force generated by passing a current through the upper coil 16c and the lower coil 26c.
  • a driving force for moving the mover 50 in the Y1 direction or the Y2 direction can be generated in the permanent magnets 56b and 56d by the magnetic force generated by passing a current through the upper coils 16b and 16d and the lower coils 26b and 26d.
  • 11 to 13 are diagrams for explaining the movement of the mover 50 in the present embodiment.
  • 11 to 13 are top views of the vibration actuator 100 from which the upper case 10 and the upper ball 30 are not shown.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a case where the mover 50 is moved in the X1 direction.
  • a current in the opposite direction is supplied to each coil so that a driving force in the direction opposite to the arrows D1 and D2 is generated, thereby moving the mover 50 from the center position in the X2 direction. Can be moved to.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a case where the mover 50 is moved in the Y2 direction.
  • a current is passed through the upper coil 16b and the lower coil 26b so that a driving force is generated in the direction of arrow D3 in the permanent magnet 56b. Further, a current is passed through the upper coil 16d and the lower coil 26d so that a driving force in the direction of arrow D4 is generated in the permanent magnet 56d.
  • the mover 50 can be moved from the center position in the Y2 direction.
  • a current in the opposite direction is supplied to each coil so that a driving force in the direction opposite to the arrows D3 and D4 is generated, thereby moving the mover 50 from the center position in the Y1 direction. Can be moved to.
  • the movable element 50 is moved in the X1 direction or the X2 direction by generating a driving force in the permanent magnet 56a and the permanent magnet 56c whose magnetization directions are parallel to the X1X2 direction. be able to. Further, by generating a driving force in the permanent magnet 56b and the permanent magnet 56d whose magnetization directions are parallel to the Y1Y2 direction, the mover 50 can be moved in the Y1 direction or the Y2 direction.
  • the mover 50 is moved in a direction parallel to the X1X2 direction or the Y1Y2 direction by changing the direction and magnitude of the current flowing through each coil. Can be moved diagonally.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a case where the mover 50 is rotated.
  • the permanent magnets 56a to 56d cause the upper arm 16b to 16d and the lower coils 26b to 26d to flow with current so that a driving force in the direction opposite to the directions of arrows D5 to D8 is generated. It can be rotated counterclockwise visually.
  • the movable element 50 can be vibrated in an arbitrary direction with a period of several Hz to 500 kHz, for example.
  • the mover 50 can be vibrated so that the amount of displacement in the direction according to the operation of the electronic device on which the vibration actuator 100 is mounted increases.
  • the mover 50 in the present embodiment is provided so that the magnetization directions of the permanent magnet 56a and the permanent magnet 56c are orthogonal to the magnetization directions of the permanent magnet 56b and the permanent magnet 56d. For this reason, the permanent magnet 56a and the permanent magnet 56c, and the permanent magnet 56b and the permanent magnet 56d can generate driving forces in directions orthogonal to each other.
  • the mover 50 is moved from the center position in an arbitrary direction orthogonal to the Z1Z2 direction by the driving force generated in the permanent magnet 56a and the permanent magnet 56c and the driving force generated in the permanent magnet 56b and the permanent magnet 56d. Can do. Further, the mover 50 can be rotated in an arbitrary direction around a rotation axis parallel to the Z1Z2 direction.
  • the configuration of the number and arrangement of the permanent magnets 56 provided in the mover 50 is not limited to the configuration illustrated in the present embodiment.
  • the upper core 14, the upper coil 16, the lower core 24, and the lower coil 26 are provided at positions corresponding to the permanent magnets 56 held on the substrate 51 of the mover 50.
  • the number of permanent magnets 56 provided in the mover 50 may be one.
  • the upper coil 16 is attached to the upper core 14, and the lower coil 26 is attached to the lower core 24.
  • the vibration actuator 100 it is possible to obtain a driving force sufficient to vibrate the mover 50 without increasing the number of turns of the coil and the amount of current flowing through the coil.
  • the upper case 10 and the lower case 20 in this embodiment function as a back yoke by being formed of a magnetic material.
  • the magnetic force generated in the upper core 14 and the upper coil 16 forms a magnetic path in the upper case 10 that functions as a back yoke, thereby improving the magnetic efficiency.
  • the magnetic efficiency of the magnetic force generated in the lower core 24 and the lower coil 26 is improved by the lower case 20 functioning as a back yoke. Therefore, it is possible to efficiently obtain the driving force necessary to vibrate the mover 50.
  • the movable range of the mover 50 is limited by the upper ball 30, the upper case recess 15, and the substrate upper recess 52 on the upper surface side of the substrate 51.
  • the movable range of the mover 50 is limited by the lower ball 40, the lower case recess 25, and the substrate lower recess 53 on the lower surface side of the substrate 51.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the movable range of the mover 50 in the present embodiment.
  • the mover 50 has the upper ball 30 in contact with both the side wall surface of the upper substrate recess 52 and the side wall surface of the upper case recess 15, or the lower ball 40 contacts the side wall surface of the substrate lower recess 53 and the lower case recess.
  • the movable range is limited at a position in contact with both of the 25 side wall surfaces.
  • FIG. 14 illustrates a state in which the movement of the mover 50 in the X1 direction is limited. However, the movement of the mover 50 is similarly limited in any direction.
  • the upper case recess 15 and the substrate upper recess 52 each accommodate at least a part of the upper ball 30 and function as a stopper for limiting the movable range of the mover 50 on the upper surface side of the substrate 51.
  • the lower case recess 25 and the substrate lower recess 53 each accommodate at least a part of the lower ball 40 and function as a stopper that limits the movable range of the mover 50 on the lower surface side of the substrate 51.
  • the movable range of the mover 50 is determined by the sizes of the upper case recess 15, the lower case recess 25, the substrate upper recess 52, and the substrate lower recess 53 and the diameters of the upper ball 30 and the lower ball 40.
  • the movable range of the mover 50 is set within a range in which the magnetic force of the permanent magnet 56 acts on the upper core 14 and the lower core 24. Further, the upper case 10, the lower case 20, and the mover 50 are formed in such a size that they do not collide with each other even if the mover 50 moves within the movable range.
  • the mover 50 does not collide with the upper case 10 and the lower case 20. Further, the mover 50 returns to the center position again by the magnetic force acting between the permanent magnet 56 and the upper core 14 and the lower core 24. As described above, even when the vibration actuator 100 receives an impact, damage to the mover 50, the upper case 10, and the lower case 20 is suppressed, and the mover 50 is prevented from being in a state in which position control is impossible. It is possible.
  • FIG. 15 is a perspective view of the mobile phone 200 in the present embodiment.
  • the mobile phone 200 is a so-called smartphone and includes a display operation screen 201 and a case 210. Further, the mobile phone 200 is provided with a vibration actuator 100 inside a case 210.
  • the upper coil 16 and the lower coil 26 are connected to a control circuit (not shown).
  • the mover 50 vibrates when an alternating current flows from the control circuit to the upper coil 16 and the lower coil 26.
  • the direction and magnitude of vibration of the mover 50 are set, for example, according to the user's operation on the display operation screen 201, and an alternating current necessary for vibration is passed from the control circuit to the upper coil 16 and the lower coil 26.
  • the mobile phone 200 was illustrated as an electronic device having the vibration actuator 100, the electronic device provided with the vibration actuator 100 is not limited to this.
  • the vibration actuator 100 may be provided in an electronic device such as a portable information terminal such as a tablet PC, a controller of a game machine, and various wearable devices.
  • the upper coil 16 is attached to the upper core 14 formed on the upper case 10, and the lower coil 26 is formed on the lower case 20. 24 is attached.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a first modification of the mover 50 in the present embodiment.
  • FIG. 16 shows an enlarged partial cross-sectional view of the mover 50A in the first modification.
  • the outer diameter of the upper weight plate 57A and the lower weight plate 58A of the mover 50A in the first modification is smaller than the outer diameter of the substrate 51.
  • the upper weight plate 57 ⁇ / b> A and the lower weight plate 58 ⁇ / b> A are stacked at a position shifted inward from the outer peripheral edge of the substrate 51.
  • the outer side surface (outer peripheral surface) and the inner side surface (inner peripheral surface) of the upper weight plate 57 ⁇ / b> A are joined to the upper surface of the substrate 51 by the welded portion 61.
  • the lower weight plate 58 ⁇ / b> A has an outer side surface (outer peripheral surface) and an inner side surface (inner peripheral surface) joined to the lower surface of the substrate 51 by a weld portion 62.
  • the upper weight plate 57A and the lower weight plate 58A are stacked at a position shifted inward from the outer peripheral edge of the substrate 51.
  • the upper weight plate 57A and the lower weight plate are placed on the side walls of the upper case 10 and the lower case 20.
  • 58A does not collide directly, and it becomes difficult to damage the joint.
  • the outer diameter of the mover 50 is not increased by the welded portion, for example, laser welding
  • welding from the side surface is not necessary, and it is possible to join only by welding from the upper surface and the lower surface.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a second modification of the mover 50 in the present embodiment.
  • FIG. 17 shows a top view of the mover 50B in the second modification.
  • the upper weight plate 57B of the mover 50B in the modified example 2 has a stopper portion 59 that is recessed in a semicircular shape along the periphery of the concave portion 52 on the substrate.
  • the upper weight plate 57B is aligned with the stopper portion 59 along the substrate upper concave portion 52 and joined to the substrate 51.
  • the stopper portion 59 surrounding at least a part of the substrate upper recess 52 on the upper weight plate 57B, the upper ball 30, the upper case recess 15, and the lower case recess 25 can be obtained by using the vibration actuator 100 for a long period of time. Even when wear occurs and a gap is generated, the upper ball 30 can be prevented from riding on the upper surface of the substrate 51. For example, even if the vibration actuator 100 receives an impact and the mover 50 moves, the upper ball 30 rides on the upper surface of the substrate 51 by the stopper portion 59 of the upper weight plate 57B coming into contact with the upper ball 30. Is less likely to be out of the movable range.
  • the stopper portion 59 along the substrate upper recess 52 on the upper weight plate 57B the upper ball 30 is detached from the substrate upper recess 52 even when the vibration actuator 100 receives an impact. It is possible to prevent the mover 50 from moving beyond the movable range.
  • the mover 50B has an upper center weight plate 69 laminated on the center portion of the substrate 51.
  • the mover 50B can be made heavier. By making the mover 50B heavy, it is possible to sufficiently give a vibration feel to the user of the electronic device on which the vibration actuator 100 is mounted.
  • the stopper portion 59 of the upper weight plate 57B may be formed along at least a part of the substrate upper recess 52, and may be formed so as to surround the entire periphery of the substrate upper recess 52.
  • the upper center weight plate 69 is not limited to the shape illustrated in FIG. 17 as long as it does not overlap the permanent magnet 56 or the substrate upper recess 52 and does not contact the upper core 14.
  • a lower weight plate having the same shape as the upper weight plate 57B and a lower central weight plate having the same shape as the upper central weight plate 69 may be laminated on the lower surface side of the mover 50B.
  • the lower weight plate having the stopper portion it is possible to prevent the lower ball 40 from coming off the lower substrate recess 53 on the lower surface side of the substrate 51 and the mover 50B from moving beyond the movable range.
  • the mover 50B is made heavy by the lower center weight plate, and the feeling of vibration given to the user of the electronic device on which the vibration actuator 100 is mounted can be increased.

Abstract

可動子及び固定子を有する振動アクチュエータであって、前記可動子は、基板と、前記基板に保持されている永久磁石と、を有し、前記固定子は、前記可動子を収容するケースと、磁性材料により前記永久磁石に対応する位置に形成されているコアと、前記コアの外周に設けられているコイルと、を有する振動アクチュエータ。

Description

振動アクチュエータ及び電子機器
 本発明は、振動アクチュエータ及び電子機器に関する。
 携帯情報端末やゲーム機のコントローラ等といった電子機器に搭載され、各種操作に応じて振動する振動アクチュエータが実用化されている。
 このような振動アクチュエータとして、マグネットを含んで筐体に対して変位可能に保持される可動子と、可動子を変位させる磁場を発生する複数のコイルとを有する振動発生器が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2013-154290号公報
 しかしながら、特許文献1における振動発生器に用いられているコイルは空芯コイルであり、可動子を振動させるのに十分な駆動力を得ることができない可能性がある。このような構成で十分な駆動力を得ようとすると、コイルの巻き数を増やすこととなり、厚みが増して振動アクチュエータの薄型化が困難になる。また、コイルの巻き数を増やしたことによる電流量の増加に伴って、電力消費及び発熱が大きくなるという問題がある。
 本発明は上記に鑑みてなされたものであって、可動子を振動させるのに十分な駆動力を得ることが可能な振動アクチュエータを提供することを目的とする。
 本発明の一態様によれば、可動子及び固定子を有する振動アクチュエータであって、前記可動子は、基板と、前記基板に保持されている永久磁石と、を有し、前記固定子は、前記可動子を収容するケースと、磁性材料により前記永久磁石に対応する位置に形成されているコアと、前記コアの外周に設けられているコイルと、を有する。
 本発明の実施形態によれば、可動子を振動させるのに十分な駆動力を得ることが可能な振動アクチュエータが提供される。
本実施形態における振動アクチュエータの斜視図である。 本実施形態における振動アクチュエータの上面図である。 本実施形態における振動アクチュエータの分解斜視図である。 本実施形態における上ケースの分解斜視図である。 本実施形態における下ケースの分解斜視図である。 本実施形態における可動子の分解斜視図である。 本実施形態における可動子の上面図である。 本実施形態における可動子の底面図である。 図7のB-B断面図である。 図2のA-A断面図である。 本実施形態における可動子のX1方向への動きを説明する図である。 本実施形態における可動子のY2方向への動きを説明する図である。 本実施形態における可動子の回転を説明する図である。 本実施形態における可動子の可動範囲を説明する図である。 本実施形態における携帯電話の斜視図である。 本実施形態における可動子の変形例1を示す図である。 本実施形態における可動子の変形例2を示す図である。
 以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
 図1は、本実施形態における振動アクチュエータ100の斜視図である。図2は、本実施形態における振動アクチュエータ100の上面図である。また、図3は、本実施形態における振動アクチュエータ100の分解斜視図である。
 以下に示す図面において、X1X2方向は振動アクチュエータ100の幅方向、Y1Y2方向は振動アクチュエータ100の奥行方向、Z1Z2方向は振動アクチュエータ100の高さ方向である。なお、以下では、Z1方向を上、Z2方向を下として説明する場合があるが、振動アクチュエータ100の設置姿勢を限定するものではない。
 図1から図3に示されるように、振動アクチュエータ100は、上ケース10及び下ケース20を有する。また、図3に示されるように、振動アクチュエータ100は、上ケース10と下ケース20との間に収容されている可動子50を有する。
 上ケース10及び下ケース20は、それぞれ同径の円形状に形成されており、互いに接合されて内部に可動子50を収容するケースを構成し、振動アクチュエータ100において可動子50に対する固定子となる。
 可動子50は、円盤状に形成されており、上ケース10と下ケース20との間に収容される。可動子50は、図3に示される上ボール30a~30d及び下ボール40a~40dにより、上ケース10と下ケース20との間で移動可能に支持される。なお、以下の説明では、符号a~dを省略して各部を総称して説明する場合がある。
 以下、振動アクチュエータ100の各部について詳細に説明する。
 図4は、本実施形態における上ケース10の分解斜視図である。図4に示されるように、上ケース10は、上ケース本体11及び上コイル16a~16dを有する。
 上ケース本体11は、例えば、軟鉄やフェライト系又はマルテンサイト系のステンレス鋼等の磁性材料から、切削加工により形成される。上ケース本体11は、天板12及び上側壁13を有する。天板12は、円形に形成されている。天板12は、例えば、直径が20mm、厚さが0.5mmである。上側壁13は、天板12の周縁からZ2方向に突出するように形成されている。上側壁13は、例えば、天板12の下面からの高さが1mm、厚さが0.5mmである。
 上ケース本体11の天板12には、上コア14a~14d及び上ケース凹部15a~15dが下面側に形成されている。
 上コア14は、天板12の下面からZ2方向に円柱状に突出するように形成されている。上コア14a~14dは、それぞれ上ケース本体11の天板12の中心から半径方向に等距離且つ周方向に等間隔となる位置に形成されている。また、上コア14aと上コア14cとがY1Y2方向に並ぶように形成され、上コア14bと上コア14dとがX1X2方向に並ぶように形成されている。上コア14は、例えば、直径が2.3mm、天板12の下面からの高さが0.5mmである。
 上ケース凹部15は、天板12の下面からZ1方向に円形状に窪むように形成されている。上ケース凹部15a~15dは、天板12の中心から半径方向に等距離且つ周方向に等間隔となる位置に形成されている。また、上コア14及び上ケース凹部15は、天板12において周方向に交互に並ぶように形成されている。上ケース凹部15は、例えば、直径が1.5mm、天板12の下面からの深さが0.3mmである。
 上コイル16は、電線が巻き回されることで形成されており、上ケース本体11の上コア14に取り付けられる。上コイル16を形成する電線は、例えば両端が上ケース10から引き出されて駆動回路に接続され、所定の向き及び大きさの電流が流される。
 なお、本実施形態では、上コア14は上ケース本体11の天板12と一体に形成されているが、絞り加工等で形成された上ケース10に、別体で磁性材料から形成された上コア14が固定されてもよい。
 図5は、本実施形態における下ケース20の分解斜視図である。図5に示されるように、下ケース20は、下ケース本体21及び下コイル26a~26dを有する。
 下ケース本体21は、例えば、軟鉄やフェライト系又はマルテンサイト系のステンレス鋼等の磁性材料から、切削加工により形成される。下ケース本体21は、底板22及び下側壁23を有する。底板22は、円形に形成されている。底板22は、例えば、直径が20mm、厚さが0.5mmである。下側壁23は、底板22の周縁からZ1方向に突出するように形成されている。下側壁23は、例えば、底板22の上面からの高さが1mm、厚さが0.5mmである。
 下ケース本体21の底板22には、下コア24a~24d及び下ケース凹部25a~25dが上面側に形成されている。
 下コア24は、底板22の上面からZ1方向に円柱状に突出するように形成されている。下コア24a~24dは、下ケース本体21の底板22の中心から半径方向に等距離且つ周方向に等間隔となる位置に形成されている。また、下コア24aと下コア24cとがY1Y2方向に並ぶように形成され、下コア24bと下コア24dとがX1X2方向に並ぶように形成されている。下コア24は、例えば、直径が2.3mm、底板22の上面からの高さが0.5mmである。
 下ケース凹部25は、底板22の上面からZ2方向に円形状に窪むように形成されている。下ケース凹部25a~25dは、下ケース本体21の底板22の中心から半径方向に等距離且つ周方向に等間隔となる位置に形成されている。下コア24及び下ケース凹部25は、底板22において周方向に交互に並ぶように形成されている。下ケース凹部25は、例えば、直径が1.5mm、底板22の上面からの深さが0.3mmである。
 下コイル26は、電線が巻き回されることで形成されており、下ケース本体21の下コア24に取り付けられる。下コイル26を形成する電線は、例えば両端が下ケース20から引き出されて駆動回路に接続され、所定の向き及び大きさの電流が流される。
 なお、本実施形態では、下コア24は下ケース本体21の底板22と一体に形成されているが、絞り加工等で形成された下ケース20に、別体で磁性材料から形成された下コア24が固定されてもよい。
 図6は、本実施形態における可動子50の分解斜視図である。図7は、本実施形態における可動子50の上面図である。図8は、本実施形態における可動子50の底面図である。また、図9は、図7のB-B断面図である。
 図6から図9に示されるように、可動子50は、基板51、上ウェイト板57、及び下ウェイト板58を有する。
 基板51は、例えば、黄銅、タングステン、オーステナイト系のステンレス鋼等の非磁性材料により円盤状に形成されている。基板51は、例えば、直径が17mm、厚さが0.9mmである。基板51には、基板上凹部52a~52d、基板下凹部53a~53d、及び貫通孔55a~55dが形成されている。
 基板上凹部52は、基板51の上面からZ2方向に円形状に窪むように形成されている。基板上凹部52a~52dは、基板51の中心から半径方向に等距離且つ周方向に等間隔となる位置に形成されている。基板上凹部52は、例えば、直径が1.5mm、基板51の上面からの深さが0.3mmである。
 基板下凹部53は、基板51の下面からZ1方向に円形状に窪むように形成されている。基板下凹部53a~53dは、基板51の中心から半径方向に等距離且つ周方向に等間隔となる位置に形成されている。また、基板下凹部53は、基板51の上面側の基板上凹部52に対応する位置に形成されている。基板下凹部53は、例えば、直径が1.5mm、基板51の下面からの深さが0.3mmである。
 貫通孔55は、基板51を貫通して永久磁石56を保持する。貫通孔55a~55dは、基板51の中心から半径方向に等距離且つ周方向に等間隔となる位置に形成されている。また、貫通孔55aと貫通孔55cとがY1Y2方向に並ぶように形成され、貫通孔55bと貫通孔55dとがX1X2方向に並ぶように形成されている。基板上凹部52及び基板下凹部53と、貫通孔55とは、基板51において周方向に交互に並ぶように形成されている。
 貫通孔55は、例えば、長手方向が4mm、短手方向が3.5mmの矩形状に形成されている。貫通孔55a及び貫通孔55cは、長手方向がY1Y2方向に平行且つ短手方向がX1X2方向に平行となるように形成されている。また、貫通孔55b及び貫通孔55dは、長手方向がX1X2方向に平行且つ短手方向がY1Y2方向に平行となるように形成されている。
 永久磁石56は、貫通孔55において基板51に保持されている。永久磁石56は、例えば、ネオジウム磁石であり、基板51の貫通孔55と同じ大きさの直方体状に形成されている。永久磁石56は、例えば、貫通孔55に入れられて接着剤により基板51に接合されている。
 永久磁石56は、第1N極N1、第1S極S1、第2N極N2、及び第2S極S2の4極に着磁されている。なお、永久磁石56は、例えば、2極に着磁された2つの磁石により構成されてもよい。永久磁石56a~56dは、それぞれ、各極が基板51の中心から半径方向に延び、且つ、基板51の周方向においてN極とS極とが交互に並ぶように設けられている。永久磁石56a及び永久磁石56cは、基板51の上面側及び下面側においてそれぞれ磁化方向がX1X2方向に平行になるように基板51に保持されている。また、永久磁石56b及び永久磁石56dは、基板51の上面側及び下面側においてそれぞれ磁化方向がY1Y2方向に平行になるように基板51に保持されている。
 上ウェイト板57及び下ウェイト板58は、例えば、黄銅、タングステン、ステンレス鋼等の非磁性材料により円環状に形成されている。上ウェイト板57及び下ウェイト板58の外径は、それぞれ基板51の外径に等しい。また、上ウェイト板57及び下ウェイト板58の内径は、基板51に外周縁が一致するように積層された状態で、基板上凹部52、基板下凹部53、及び永久磁石56に重ならない大きさに形成されている。
 本実施形態における可動子50は、基板51に上ウェイト板57及び下ウェイト板58が積層されることで、振動アクチュエータ100が搭載される電子機器の使用者に振動の感触を十分に伝えることが可能な重量が得られている。例えば、基板51の周縁部分を厚くすることで可動子50を重くすることもできるが、この場合には基板51が複雑な形状となるために加工性が低下して製造コストが上昇する可能性がある。これに対して、本実施形態における可動子50によれば、基板51に上ウェイト板57及び下ウェイト板58を積層するという簡易な構成で、製造コストの上昇を招くことなく重量を増やすことが可能になっている。
 また、上ウェイト板57及び下ウェイト板58を、基板上凹部52、基板下凹部53、及び永久磁石56に重ならないように基板51に積層することで、可動子50の動きを妨げることなく重量を増やすことができる。また、上ケース10と下ケース20との間の空間を有効に活用して、基板51の両面にそれぞれ上ウェイト板57及び下ウェイト板58を積層することで、可動子50の重量を十分に確保することができる。
 なお、基板51、上ウェイト板57、及び下ウェイト板58を同じ材料で形成してもよいが、可動子50の重量を増やすために、基板51の材料よりも比重が大きい材料を用いて上ウェイト板57及び下ウェイト板58を形成してもよい。例えば、加工性を高めるために基板51に黄銅を用いた場合には、上ウェイト板57及び下ウェイト板58は黄銅よりも加工性が劣るものの比重が大きいタングステンを用いて形成する。このように、基板51と、上ウェイト板57及び下ウェイト板58とを別の部品として構成することで、それぞれの機能に応じて異なる材料を用いることが可能になり、製造コストを低減できる等、設計自由度が向上する。
 次に、振動アクチュエータ100における可動子50の支持構造及び可動子50の動きを説明する。
 図10は、図2のA-A断面図であり、上コア14a及び下コア24aを通るXZ断面図である。
 図10に示されるように、振動アクチュエータ100は、上ケース凹部15と下ケース凹部25とがZ1Z2方向に対向するように、上ケース10と下ケース20とが接合される。可動子50は、基板上凹部52と上ケース凹部15とがZ1Z2方向に対向するとともに、基板下凹部53と下ケース凹部25とがZ1Z2方向に対向するように、上ケース10と下ケース20との間に収容される。また、可動子50は、基板上凹部52と上ケース凹部15との間に設けられる上ボール30と、基板下凹部53と下ケース凹部25との間に設けられる下ボール40とにより移動可能に支持される。
 上ボール30及び下ボール40は、例えば、ステンレス鋼、セラミック等により形成され、回転しながら可動子50を移動可能に支持する転動部材である。上ボール30及び下ボール40の直径は、例えば、1.2mmである。
 上ボール30は、上端側が上ケース凹部15に収容されて上ケース10に当接し、下端側が基板上凹部52に収容されて基板51に当接する。上ボール30は、上ケース10と可動子50との間に所定の間隔を形成する。また、上ボール30は、上ケース凹部15と基板上凹部52との間で回転可能に設けられており、可動子50を上面側から移動可能に支持する。
 下ボール40は、上端側が基板下凹部53に収容されて基板51に当接し、下端側が下ケース凹部25に収容されて下ケース20に当接する。下ボール40は、下ケース20と可動子50との間に所定の間隔を形成する。また、下ボール40は、下ケース凹部25と基板下凹部53との間で回転可能に設けられており、可動子50を下面側から移動可能に支持する。
 可動子50は、上記したように、回転可能に設けられている上ボール30及び下ボール40により、Z1Z2方向に直交する任意の方向に移動可能に支持される。また、可動子50は、上ボール30及び下ボール40により、Z1Z2方向に平行な回転軸を中心として任意の方向に回転可能に支持される。
 なお、上ボール30及び下ボール40の数や配置等の構成は、可動子50を移動可能に支持可能であれば、本実施形態において例示される構成に限られるものではない。
 可動子50は、上コイル16及び下コイル26に電流が流されていない状態では、永久磁石56と、上コア14及び下コア24との間に作用する磁力によってバランスする位置で支持される。本実施形態では、永久磁石56の中心と、上コア14及び下コア24の中心とが上面視でほぼ重なる位置(以下、「センター位置」と称する)で支持される。このセンター位置において、上ケース10及び下ケース20の中心と、基板51の中心とが一致する。
 可動子50がセンター位置で支持されている状態から、上コイル16及び下コイル26に電流が流されると、それぞれ励磁される上コア14及び下コア24と、永久磁石56との間に作用する磁力により可動子50が移動する。
 例えば、図10に示されている状態から、上コア14aの下端がN極となる方向に上コイル16aに電流が流されると、永久磁石56aの第1S極S1aが上コア14aに引き付けられる。また、下コア24aの上端がS極となる方向に下コイル26aに電流が流されると、永久磁石56aの第2N極N2aが下コア24aに引き付けられる。このように上コイル16a及び下コイル26aに電流が流されることで生じる磁力により、永久磁石56aにおいて可動子50をX1方向に移動させる駆動力が発生する。
 また、例えば、図10に示されている状態から、上コア14aの下端がS極となる方向に上コイル16aに電流が流されると、永久磁石56aの第1N極N1aが上コア14aに引き付けられる。また、下コア24aの上端がN極となる方向に下コイル26aに電流が流されると、永久磁石56aの第2S極S2aが下コア24aに引き付けられる。このように上コイル16a及び下コイル26aに電流が流されることで生じる磁力により、永久磁石56aにおいて可動子50をX2方向に移動させる駆動力が発生する。
 上記したように、上コイル16a及び下コイル26aに電流を流すことで生じる磁力により、永久磁石56aにおいて可動子50をX1方向又はX2方向に移動させる駆動力を発生させることができる。また、上コイル16a及び下コイル26aに流す電流の大きさを変えることで、可動子50の移動量を変化させることができる。
 同様に、上コイル16c及び下コイル26cに電流を流すことで生じる磁力により、永久磁石56cにおいて可動子50をX1方向又はX2方向に移動させる駆動力を発生させることができる。また、上コイル16b、16d及び下コイル26b、26dに電流を流すことで生じる磁力により、永久磁石56b、56dにおいて可動子50をY1方向又はY2方向に移動させる駆動力を発生させることができる。
 図11から図13は、本実施形態における可動子50の動きを説明する図である。図11から図13には、上ケース10及び上ボール30の図示が省略された振動アクチュエータ100の上面図が示されている。
 図11は、可動子50をX1方向に移動させる場合を説明する図である。
 可動子50をX1方向に移動させる場合には、永久磁石56aにおいて矢印D1方向の駆動力が発生するように上コイル16a及び下コイル26aに電流を流す。また、永久磁石56cにおいて矢印D2方向の駆動力が発生するように上コイル16c及び下コイル26cに電流を流す。このように、永久磁石56a及び永久磁石56cにおいて矢印D1、D2方向の駆動力を発生させることで、図11に示すように、可動子50をセンター位置からX1方向に移動させることができる。
 また、永久磁石56a及び永久磁石56cにおいて、それぞれ矢印D1及び矢印D2とは反対方向の駆動力が発生するように各コイルに逆向きの電流を流すことで、可動子50をセンター位置からX2方向に移動させることができる。
 図12は、可動子50をY2方向に移動させる場合を説明する図である。
 可動子50をY2方向に移動させる場合には、永久磁石56bにおいて矢印D3方向に駆動力が発生するように上コイル16b及び下コイル26bに電流を流す。また、永久磁石56dにおいて矢印D4方向の駆動力が発生するように上コイル16d及び下コイル26dに電流を流す。このように、永久磁石56b及び永久磁石56dにおいて矢印D3、D4方向の駆動力を発生させることで、図12に示すように、可動子50をセンター位置からY2方向に移動させることができる。
 また、永久磁石56b及び永久磁石56dにおいて、それぞれ矢印D3及び矢印D4とは反対方向の駆動力が発生するように各コイルに逆向きの電流を流すことで、可動子50をセンター位置からY1方向に移動させることができる。
 本実施形態における振動アクチュエータ100では、上記したように、磁化方向がX1X2方向に平行な永久磁石56a及び永久磁石56cにおいて駆動力を発生させることで、可動子50をX1方向又はX2方向に移動させることができる。また、磁化方向がY1Y2方向に平行な永久磁石56b及び永久磁石56dにおいて駆動力を発生させることで、可動子50をY1方向又はY2方向に移動させることができる。
 また、可動子50をX1X2方向又はY1Y2方向に平行な方向に移動させる場合を例示したが、各コイルに流す電流の向き及び大きさを変えることで、可動子50をX1X2方向及びY1Y2方向に対して斜め方向に移動させることができる。
 図13は、可動子50を回転させる場合を説明する図である。
 可動子50を上面視で時計回り方向に回転させる場合には、永久磁石56aにおいて矢印D5方向の駆動力が発生するように上コイル16a及び下コイル26aに電流を流す。また、永久磁石56bにおいて矢印D6方向の駆動力、永久磁石56cにおいて矢印D7方向の駆動力、及び永久磁石56dにおいて矢印D8方向の駆動力が発生するように、上コイル16b~16d及び下コイル26b~26dに電流を流す。このように、永久磁石56a~56dにおいてそれぞれ矢印D5~D8方向の駆動力を発生させることで、図13に示すように、可動子50を上面視で時計回り方向に回転させることができる。
 また、永久磁石56a~56dにおいて、それぞれ矢印D5~D8方向とは反対方向の駆動力が発生するように上コイル16b~16d及び下コイル26b~26dに電流を流すことで、可動子50を上面視で反時計回りに回転させることができる。
 また、各コイルに交流の電流を流すことで、例えば、数Hz~500kHzといった周期で可動子50を任意の方向に振動させることができる。例えば、振動アクチュエータ100が搭載される電子機器の操作に応じた方向への変位量が大きくなるように、可動子50を振動させることができる。
 本実施形態における可動子50は、永久磁石56a及び永久磁石56cの磁化方向と、永久磁石56b及び永久磁石56dの磁化方向とが直交するように設けられている。このため、永久磁石56a及び永久磁石56cと、永久磁石56b及び永久磁石56dとで、互いに直交する方向の駆動力を発生させることができる。
 したがって、永久磁石56a及び永久磁石56cにおいて生じさせる駆動力と、永久磁石56b及び永久磁石56dにおいて生じさせる駆動力とで、可動子50をセンター位置からZ1Z2方向に直交する任意の方向に移動させることができる。また、可動子50をZ1Z2方向に平行な回転軸を中心に任意の方向に回転させることができる。
 なお、可動子50に設けられる永久磁石56の数及び配置等の構成は、本実施形態において例示される構成に限られるものではない。上コア14、上コイル16、下コア24、及び下コイル26は、可動子50の基板51に保持される永久磁石56に対応する位置に設けられる。例えば、可動子50を所定の一方向にだけ振動させる場合には、可動子50に設けられる永久磁石56の数は一つであってもよい。
 本実施形態における振動アクチュエータ100では、上コア14に上コイル16が取り付けられ、下コア24に下コイル26が取り付けられている。このように磁性材料で形成されているコアの周囲にコイルを設けることで、コアが無い空芯コイルを用いる場合に比べて、より強い磁力を発生させることが可能になっている。したがって、本実施形態における振動アクチュエータ100では、コイルの巻き数やコイルに流す電流量を増やすことなく、可動子50を振動させるのに十分な駆動力を得ることが可能になっている。
 また、本実施形態における上ケース10及び下ケース20は、磁性材料で形成されることでバックヨークとして機能する。このため、上コア14及び上コイル16において生じる磁力は、バックヨークとして機能する上ケース10に磁路が形成されて磁気効率が向上する。同様に、下コア24及び下コイル26において生じる磁力は、バックヨークとして機能する下ケース20により磁気効率が向上する。したがって、可動子50を振動させるのに必要な駆動力を効率良く得ることが可能になっている。
 可動子50の可動範囲は、基板51の上面側において上ボール30、上ケース凹部15、及び基板上凹部52により制限される。また、可動子50の可動範囲は、基板51の下面側において下ボール40、下ケース凹部25、及び基板下凹部53により制限される。
 図14は、本実施形態における可動子50の可動範囲を説明する図である。
 図14に示されるように、可動子50がX1方向に移動して、上ボール30が基板上凹部52の側壁面及び上ケース凹部15の側壁面の両方に接触した状態になると、可動子50はこれ以上X1方向に動けなくなる。同様に、下ボール40が基板下凹部53の側壁面及び下ケース凹部25の側壁面の両方に接触した状態になると、可動子50はこれ以上X1方向に動けなくなる。
 このように、可動子50は、上ボール30が基板上凹部52の側壁面及び上ケース凹部15の側壁面の両方に接触するか、下ボール40が基板下凹部53の側壁面及び下ケース凹部25の側壁面の両方に接触する位置で可動範囲が制限される。図14には、可動子50のX1方向への移動が制限される様子を例示したが、何れの方向に移動する場合であっても、同様に可動子50の移動が制限される。
 このように、上ケース凹部15及び基板上凹部52は、それぞれ上ボール30の少なくとも一部を収容し、基板51の上面側で可動子50の可動範囲を制限するストッパとして機能する。また、下ケース凹部25及び基板下凹部53は、それぞれ下ボール40の少なくとも一部を収容し、基板51の下面側で可動子50の可動範囲を制限するストッパとして機能する。
 可動子50の可動範囲は、上ケース凹部15、下ケース凹部25、基板上凹部52、及び基板下凹部53の大きさと、上ボール30及び下ボール40の直径により定まる。可動子50の可動範囲は、永久磁石56の磁力が上コア14及び下コア24に作用する範囲内に設定される。また、上ケース10、下ケース20、及び可動子50は、可動子50が可動範囲内で動いても互いに衝突しない大きさに形成されている。
 上記構成により、例えば、振動アクチュエータ100が衝撃を受けて可動子50がセンター位置から動いても、可動子50は上ケース10及び下ケース20に衝突することがない。また、可動子50は、永久磁石56と上コア14及び下コア24との間に作用する磁力により、再びセンター位置に復帰する。このように、振動アクチュエータ100が衝撃を受けた場合であっても、可動子50や上ケース10及び下ケース20の損傷を抑制するとともに、可動子50が位置制御不能な状態になるのを防ぐことが可能になっている。
 図15は、本実施形態における携帯電話200の斜視図である。
 携帯電話200は、いわゆるスマートフォンであり、表示操作画面201及びケース210を有する。また、携帯電話200は、ケース210の内部に振動アクチュエータ100が設けられている。
 振動アクチュエータ100は、上コイル16及び下コイル26が不図示の制御回路に接続されている。振動アクチュエータ100では、制御回路から上コイル16及び下コイル26に交流電流が流されることで可動子50が振動する。可動子50が振動する方向や大きさは、例えば、表示操作画面201における使用者の操作に応じて設定され、振動に必要な交流電流が制御回路から上コイル16及び下コイル26に流される。
 なお、振動アクチュエータ100を有する電子機器として携帯電話200を例示したが、振動アクチュエータ100が設けられる電子機器はこれに限られるものではない。例えば、振動アクチュエータ100は、タブレットPC等の携帯情報端末、ゲーム機のコントローラ、各種ウェアラブルデバイス等の電子機器に設けられてもよい。
 以上で説明したように、本実施形態における振動アクチュエータ100では、上コイル16が上ケース10に形成されている上コア14に取り付けられるとともに、下コイル26が下ケース20に形成されている下コア24に取り付けられている。このようにコアの周囲にコイルを設けることで、コアが無い空芯コイルを用いる場合に比べて、より強い磁力を発生させることが可能になる。したがって、コイルの巻き数やコイルに流す電流量を増やすことなく、可動子50を振動させるのに十分な駆動力を得ることができる。
 次に、本実施形態における可動子50の変形例について説明する。
 (変形例1)
 図16は、本実施形態における可動子50の変形例1を示す図である。図16には、変形例1における可動子50Aの部分断面拡大図が示されている。
 変形例1における可動子50Aは、上ウェイト板57A及び下ウェイト板58Aの外径が基板51の外径よりも小さい。また、上ウェイト板57A及び下ウェイト板58Aは、基板51の外周縁から内側にずれた位置に積層されている。上ウェイト板57Aは、溶接部61により上ウェイト板57Aの外側側面(外周面)及び内側側面(内周面)が基板51の上面に接合されている。また、下ウェイト板58Aは、溶接部62により外側側面(外周面)及び内側側面(内周面)が基板51の下面に接合されている。
 上ウェイト板57A及び下ウェイト板58Aは、基板51の外周縁から内側にずれた位置に積層される。これにより、外部からの衝撃によって可動子50が動いて上ケース10及び下ケース20の側壁と衝突した場合であっても、上ケース10及び下ケース20の側壁に上ウェイト板57A及び下ウェイト板58Aが直接衝突せず、接合部にダメージが入りにくくなる。また、上ウェイト板57A及び下ウェイト板58Aを基板51と同径に形成して外周面同士を溶接する場合に比べて、可動子50の外径を溶接部により大きくすることなく、例えばレーザ溶接等により接合する場合に側面からの溶接が不要となり、上面及び下面からの溶接のみで接合することが可能になる。
 (変形例2)
 図17は、本実施形態における可動子50の変形例2を示す図である。図17には、変形例2における可動子50Bの上面図が示されている。
 変形例2における可動子50Bの上ウェイト板57Bは、基板上凹部52の周縁に沿って半円状に窪むストッパ部59が内周面に形成されている。上ウェイト板57Bは、ストッパ部59が基板上凹部52に沿うように位置合わせされて基板51に接合される。
 このように、上ウェイト板57Bに基板上凹部52の少なくとも一部を囲うストッパ部59を形成することで、振動アクチュエータ100の長期間の使用によって上ボール30や上ケース凹部15、下ケース凹部25が摩耗して隙間が生じた場合であっても、上ボール30が基板51の上面に乗り上がるのを防ぐことができる。例えば、振動アクチュエータ100が衝撃を受けて可動子50が動いても、上ウェイト板57Bのストッパ部59が上ボール30に接触することで、上ボール30が基板51の上面に乗り上げて可動子50が可動範囲から外れる可能性が低減される。
 このように、上ウェイト板57Bに基板上凹部52に沿ってストッパ部59を形成することで、振動アクチュエータ100が衝撃を受けた場合であっても、上ボール30が基板上凹部52から外れて可動子50が可動範囲を超えて動くのを防ぐことができる。
 また、可動子50Bは、基板51の中央部分に積層される上中央ウェイト板69を有する。このように、永久磁石56や基板上凹部52に重ならない位置に上中央ウェイト板69を設けることで、可動子50Bをさらに重くすることができる。可動子50Bを重くすることで、振動アクチュエータ100が搭載される電子機器の使用者に振動の感触を十分に与えることができる。
 なお、上ウェイト板57Bのストッパ部59は、基板上凹部52の少なくとも一部に沿って形成されればよく、基板上凹部52の全周を囲うように形成されてもよい。また、上中央ウェイト板69は、永久磁石56や基板上凹部52に重ならず、上コア14に接触しない形状であれば、図17に例示される形状に限られるものではない。
 また、可動子50Bには、上ウェイト板57Bと同様の形状を有する下ウェイト板と、上中央ウェイト板69と同様の形状を有する下中央ウェイト板とが、下面側に積層されてもよい。ストッパ部を有する下ウェイト板により、基板51の下面側において下ボール40が基板下凹部53から外れて、可動子50Bが可動範囲を超えて動くのを防ぐことができる。また、下中央ウェイト板により可動子50Bを重くして、振動アクチュエータ100が搭載される電子機器の使用者に与える振動の感触を大きくすることができる。
 以上、本実施形態に係る可動子、振動アクチュエータ、及び電子機器について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
 尚、本国際出願は、2016年9月13日に出願した日本国特許出願第2016-178206号に基づく優先権を主張するものであり、その出願の全内容は本国際出願に援用する。
10 上ケース(ケース)
14a~14d 上コア
16a~16d 上コイル
20 下ケース(ケース)
24a~24d 下コア
26a~26d 下コイル
30 上ボール(転動部材)
40 下ボール(転動部材)
50 可動子
51 基板
56a~56d 永久磁石
57 上ウェイト板(第1ウェイト板)
58 下ウェイト板(第2ウェイト板)
100 振動アクチュエータ
200 携帯電話(電子機器)

Claims (7)

  1.  可動子及び固定子を有する振動アクチュエータであって、
     前記可動子は、
     基板と、
     前記基板に保持されている永久磁石と、を有し、
     前記固定子は、
     前記可動子を収容するケースと、
     磁性材料により前記永久磁石に対応する位置に形成されているコアと、
     前記コアの外周に設けられているコイルと、を有する
    ことを特徴とする振動アクチュエータ。
  2.  前記永久磁石は、
     磁化方向が基板面に沿った第1方向となるように前記基板に保持されている第1永久磁石と、
     磁化方向が基板面に沿って且つ前記第1方向に直交する第2方向となるように前記基板に保持されている第2永久磁石と、を有する
    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.  前記ケースは、磁性材料で形成されている
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動アクチュエータ。
  4.  前記基板と前記ケースとの間に設けられ、回転しながら前記基板を移動可能に支持する転動部材を有する
    ことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の振動アクチュエータ。
  5.  前記基板及び前記ケースは、それぞれ、前記転動部材の一部を収容する凹部を有する
    ことを特徴とする請求項4に記載の振動アクチュエータ。
  6.  前記可動子は、前記基板に積層されているウェイト板を有し、
     前記ウェイト板は、前記凹部の少なくとも一部に沿うように形成されているストッパ部を有する
    ことを特徴とする請求項5に記載の振動アクチュエータ。
  7.  請求項1から6の何れか一項に記載の振動アクチュエータを有することを特徴とする電子機器。
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