WO2023243413A1 - 振動アクチュエータ - Google Patents

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WO2023243413A1
WO2023243413A1 PCT/JP2023/020450 JP2023020450W WO2023243413A1 WO 2023243413 A1 WO2023243413 A1 WO 2023243413A1 JP 2023020450 W JP2023020450 W JP 2023020450W WO 2023243413 A1 WO2023243413 A1 WO 2023243413A1
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WO
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suspension
movable element
vibration
case
vibration actuator
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PCT/JP2023/020450
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English (en)
French (fr)
Inventor
憲 山上
起史 笹沼
Original Assignee
フォスター電機株式会社
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Classifications

    • 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system

Definitions

  • the present disclosure relates to a vibration actuator, and particularly relates to a small and lightweight vibration actuator used in mobile terminals such as mobile phones and smartphones, controllers of game machines, and the like.
  • a voice coil type vibration actuator may be employed, for example, as shown in Patent Document 1.
  • a vibration actuator a movable element having a magnet is disposed in a cylindrical case using a suspension, and a coil fixed to the case is disposed around the movable element, and by energizing the coil. The mover is moved back and forth within the case.
  • Patent Document 1 a plurality of spiral leaf springs formed by sheet metal processing using a stainless steel plate are used as a suspension for suspending a mover.
  • stainless steel plates have low internal loss due to their physical properties, making it difficult to control the amplitude at the actuator's resonance frequency, which poses an obstacle to miniaturization.
  • plate springs made of stainless steel plates have uniform plate thickness in all parts, so even though deformation in the plate thickness direction is possible, deformation from the inner circumferential direction to the outer circumferential direction of the plate spring, and the shaft and outer circumferential parts Furthermore, it is difficult to change the elastic modulus near the inner periphery and near the outer periphery, and it is difficult to obtain the various spring characteristics required for vibration actuator suspensions. .
  • the vibration actuator of the present invention can employ the following configuration.
  • the suspension is a material containing fibers.
  • the suspension which is made of a plate-shaped body having a nonwoven fabric structure or a woven fabric structure, is provided on both end sides of the movable element.
  • the suspension made of a plate-shaped body having a non-woven fabric structure or a woven fabric structure is provided on one end side of the movable element, and the suspension made of a metal plate is provided on the other end side of the movable element.
  • the suspension and the movable element are fixed by a fixing part arranged radially inside the movable element.
  • the movable element includes a protrusion extending toward the suspension.
  • the suspension has a protrusion that protrudes toward the movable element in the inner peripheral portion.
  • a fixed position of the outer circumferential portion and a fixed position of the inner circumferential portion are different in height.
  • the suspension is provided with an opening that penetrates the plate-like body.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the vibration axis direction, showing the overall configuration of the first embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the overall configuration of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the suspension in the first embodiment seen from above.
  • FIG. 2 is a perspective view of the suspension in the first embodiment seen from below.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the suspension in the first embodiment seen from above.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a suspension having different thicknesses in the circumferential direction.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a suspension having radially different thicknesses.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a suspension partially laminated together to change its thickness.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the overall configuration of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the suspension in the first embodiment seen from above.
  • FIG. 2 is a perspective view of the suspension in the first embodiment seen from
  • the vibration actuator 1 of the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the vibration actuator 1 of the present embodiment includes members having the same shape at a point half in the direction of the vibration axis O, with a symmetry plane (symbol S in FIG. 1) perpendicular to the central axis as a boundary. Therefore, regarding the configuration of each member with the plane of symmetry as a boundary, only one configuration of the symmetrical type will be explained, and the explanation of the other will be omitted by giving the same reference numerals unless it is particularly necessary.
  • the vibration actuator 1 mainly includes a cylindrical case 2 forming an outer shell, a coil 3 provided inside the case 2, and a movable element that vibrates along the vibration axis O of the case 2. 4, a suspension 5 whose inner peripheral part is fixed to the movable element 4, and a frame part 6 which fixes the suspension 5 to the case 2.
  • the case 2 includes a cylindrical case body 10 and a cover case 11 that closes openings at both ends of the case body 10.
  • the case body 10 and the cover case 11 are each made of a resin material such as ABS, but are not limited to the resin material.
  • a coil 3 and a yoke 20 are inserted into the case 2. That is, a cylindrical yoke 20 formed of a soft magnetic material and formed along the inner circumference of the case body 10 is arranged.
  • a coil 3 is provided on the inner circumference of the yoke 20 so as to be electrically insulated from the yoke 20.
  • the coil 3 is arranged on the outer periphery side of the protection member 21 inserted into the case body 10, and is arranged at a predetermined distance from the outer periphery of the movable element 4.
  • the protective member 21 has an inner peripheral wall on the inner periphery of the case body 10 so as to cover the surface of the coil 3 on the movable element 4 side in order to prevent contact between the movable element 4 and the coil 3 during vibration.
  • a gap is provided between the inner peripheral wall of the member 21 and the outer peripheral surface of the movable element 4.
  • the magnet 30 is magnetized in the direction of the vibration axis O.
  • the pole piece 31 is made of a soft magnetic material and is attached to the magnet 30 by the magnetic attraction force of the magnet 30, an adhesive, or the like.
  • the pole piece 31 has a protrusion 31a formed along the vibration axis O at the center, and the corresponding weight 32 has a recess 32a formed at the center along the vibration axis O.
  • the convex portion 31a of the pole piece 31 and the concave portion 32a of the weight 32 are engaged with each other, so that the pole piece 31 and the weight 32 are integrated.
  • the integration of the magnet 30, pole piece 31, and weight 32 is not limited to attachment using magnetic attraction force or adhesive, but can be fixed by mechanical means such as press fitting, screwing, or other means. May be integrated.
  • the mover 4 includes a protrusion 32b extending toward the suspension 5 side.
  • the weight 32 of this embodiment is made of a non-magnetic material, and includes a protrusion 32b extending toward the suspension 5 in the direction of the vibration axis O, and an outer periphery of the vibration axis O from the root portion of the protrusion 32b (center side in the direction of the vibration axis O). It has a disc-shaped bottom part 32c that spreads in the direction.
  • the projection 32b provided on the weight 32 stabilizes the coaxiality between the suspension 5 and the movable element 4. Therefore, the suspension 5 and the movable element 4 are fixed more firmly, and as a result, stable vibration can be realized.
  • a hole is provided in the center of the protrusion 32b of at least one weight 32 along the vibration axis O direction.
  • the hole at the center of the weight 32 may be a through hole or a hole with one side or the center closed.
  • the suspension 5 has an outer circumferential portion 51 fixed to the case 2, an inner circumferential portion 52 fixed to the movable element 4, and supports the movable element 4 so as to be able to reciprocate in the direction of the vibration axis O. That is, the outer peripheral portion 51 of the suspension 5 formed into a flat plate shape is held between the lower surface of the outer peripheral surface of the cover case 11 and the upper surface of the frame portion 6. In this case, the outer peripheral portion 51 of the suspension 5 is fixed to the frame portion 6 by ultrasonic welding.
  • the case 2 and the frame part 6 separate are used, but the case 2 in which the part corresponding to the frame part 6 is integrally provided in the case main body 10 can also be used.
  • the fixed position where the outer peripheral part 51 is fixed to the case 2 can be formed at the same height as the fixed position where the inner peripheral part 52 is fixed to the movable element 4 in the vibration axis O direction.
  • the outer circumferential portion 51 of the suspension 5 does not need to be clamped, and may be fixed to at least one side by adhesion or welding.
  • a protrusion 54 that protrudes toward the movable member 4 is provided at the center of the inner circumferential portion 52 of the suspension 5. With the protrusion 54 superimposed on the through hole of the weight 32, the fixing portion 33 (described later) Fixed by
  • the uneven portion 53 is not necessarily limited to a shape having both unevenness and may be at least one protrusion or at least one recess.
  • the circular concave-convex portion 53 provided on the suspension 5 includes an annular convex portion 53a that protrudes upward from the surface of the flat outer peripheral portion 51, and a flat plate-shaped convex portion 53a. It has a wave-shaped cross section with a double ring-shaped recess 53b protruding downward from the surface of the outer peripheral part 51.
  • the suspension 5 of this embodiment is formed from a plate-shaped body made of nonwoven fabric or woven fabric impregnated with resin.
  • the fibers constituting the nonwoven fabric or woven fabric are preferably a blend of cotton, aramid fiber, or both.
  • the resin to be impregnated into the nonwoven fabric or woven fabric is preferably a thermosetting resin.
  • phenolic resin or phenolic resin and rubber are preferable because they have excellent durability, flexibility, and heat resistance, but thermosetting resins are preferable. is not limited to this.
  • the suspension 5 is formed by hot forming by pressing using a molding die and cutting the inner and outer diameters.
  • alternating current is passed through the coil 3 through the terminal in a direction that alternately generates magnetic fields of opposite polarity. That is, the same polarity is generated in adjacent portions of the coil 3.
  • a thrust force is generated in the mover 4 to one side in the direction of the vibration axis O, and if the current flowing through the coil 3 is reversed, the thrust force is generated in the mover 4 to the other side in the direction of the vibration axis O. Thrust is generated.
  • the movable element 4 vibrates along the vibration axis O while receiving the biasing force from the suspension 5 from both sides.
  • the thrust generated in the mover 4 basically conforms to the thrust given based on Fleming's left-hand rule.
  • two symmetrically arranged coils 3 are fixed to the case 2, so a thrust as a reaction force of the force generated in the two coils 3 is generated in the mover 4 to which the magnet 30 etc. are attached. also occurs.
  • the suspension 5 is composed of a plate-shaped body having a nonwoven or woven fabric structure. Therefore, it is possible to manufacture the suspension 5 with appropriate internal loss, and unlike metal suspensions, there is no need to provide a damping member, making it possible to provide a small vibration actuator with excellent vibration characteristics at low cost. .
  • the plate-like body in this embodiment is made by impregnating a non-woven fabric or a woven fabric with a resin, and the fibers constituting the non-woven fabric or the woven fabric are fixed by the resin. Therefore, the mechanical resistance of the movable element 4 can be obtained by utilizing the loss of the resin material, and the amplitude at the maximum acceleration frequency can be suppressed. Furthermore, the sharpness of the resonance peak can be suppressed, and changes in acceleration due to changes in the resonance frequency can be suppressed. As a result, it is possible to prevent displacement and damage to the suspension 5 and improve the durability of the vibration actuator 1.
  • the suspension 5 in this embodiment has the uneven portion 53, there is no rotational deformation with respect to the vibration axis O direction of the movable element 4, and a linear response in the amplitude direction is possible.
  • the uneven portion 53 absorbs vibrations in the radial direction, making it possible to further improve vibration characteristics in the axial direction.
  • suspension 5 of the first embodiment is formed from a plate-like body made of a non-woven fabric or a woven fabric impregnated with resin
  • the plate-like body is not limited to a resin-impregnated body, and Its shape is also not limited to a wave-shaped cross section.
  • modified examples of the plate-like body will be specifically described.
  • the suspension 5 shown in FIG. 6 is a suspension 5 having an uneven portion 53 with a wave-shaped cross section, but with different thicknesses in the radial direction. Unlike stainless steel leaf springs, in the case of non-woven fabrics or woven fabrics, it is easy to control the wall thickness during manufacturing, so by varying the wall thickness of each part of the suspension 5, the desired vibration can be achieved. characteristics can be obtained.
  • the suspension 5 shown in FIG. 9 is made of a nonwoven fabric or woven fabric that partially or entirely contains thermofusible fibers, and the fibers constituting the nonwoven fabric or woven fabric are fixed by the thermofusible fibers. has been done.
  • the thermally meltable fibers are composed of heat-resistant high modulus fibers, high melting point fibers, low melting point fibers, or a plurality of fibers selected from these.
  • the heat-resistant high-modulus fibers are made of polyamide fibers
  • the high-melting point fibers and the low-melting point fibers are made of polyester fibers, since they have excellent rigidity, elasticity, durability, and heat resistance.
  • the plate-shaped body may be made of PET (polyethylene terephthalate), PP (polypropylene), PI (polyimide), PEI (polyetherimide), thermosetting elastomer, PBT (polybutylene terephthalate), rubber, or the like.
  • the suspension 5 shown in FIG. 11 has an elastic part 509 having a semicircular cross section integrally provided at the boundary between the outer peripheral part 51 of the suspension 5 and the uneven part 53 and flat plate part 503 having a wave-shaped cross section.
  • the vibrations between the outer circumferential portion 51 fixed to the case 2 side and the vibrating uneven portion 53 and the flat plate portion 503 are alleviated by the elastic portion 509, so there is no fear of breakage of the fixed portion of the suspension 5. , excellent service life can be obtained.
  • [3. Second embodiment] 12 to 14 show a second embodiment of the present invention. That is, in the first embodiment, suspensions 5 each made of a plate-like body having a non-woven fabric or a woven fabric structure are provided on both ends of the movable element 4. On the other hand, in the second embodiment, a suspension 5 made of a plate-shaped body having a nonwoven or woven fabric structure is provided on one end side of the movable element 4 (upper side in the figure), and the suspension 5 is provided on the other end side of the movable element 4 (lower side in the figure). ) is provided with a conventional suspension 600 made of a metal plate. Further, a vibration damping member 601 made of a metal plate is provided superimposed on the suspension 600 made of a metal plate.
  • the metal suspension 600 is excellent in terms of external impact and durability, so it can be applied to a variety of applications by combining it with the plate-shaped suspension 5 made of nonwoven or woven fabric with low internal loss. It is.
  • the suspension 5 of this embodiment may be composed of one or more leaf springs of metal such as stainless steel, or may be composed of a woven fabric or a plate-shaped body having a woven fabric structure. , resin, rubber, or the like.
  • the material of the suspension 5 is preferably a material with excellent durability and flexibility.
  • suspension 5 and the weight 32 are provided with a convex portion, a concave portion, or a through hole, as long as both are fixed.
  • a through hole is provided at the center of the suspension 5 along the vibration axis
  • a convex shape is provided at the center of the weight 32 facing the through hole of the suspension 5, and the weight 32 and the suspension 5 are crimped together. It may be fixed by.
  • the convex shape of the weight 32 protruding from the surface of the suspension 5 is crushed by being heated and pressurized by a jig, so that the surface of the weight 32 and the suspension 5 are crimped in an overlapping state.
  • the means for fixing the suspension 5 and the weight 32 is not limited to caulking, but may also be fixed (connected) by other methods such as screwing or adhesion. Note that when the suspension 5 or the weight 32 is provided with a convex shape, it is not limited to a circular shape, and may be other polygonal shapes such as a triangle or a quadrangle.
  • the case 2 of this embodiment has a cylindrical shape, and the mover 4 has a substantially cylindrical shape
  • the shapes of the case 2 and the mover 4 are not limited to these, and may be polygonal, etc. Other shapes may also be used.
  • the case 2 of the present embodiment includes a cover case 11 that closes openings at both ends, but the shape of the case 2 is not limited to this, and the case 2 may have a cover at the opening of the case in the shape of a cylinder with a bottom. It may also be one without a cover.
  • the coil 3 of this embodiment is provided with the protective member 21, the coil 3 may not be provided with the protective member 21.
  • the coil 3 is fixed to the yoke 20 with an adhesive or the like so as to be arranged at a predetermined distance from the outer circumference of the movable element 4.
  • the protective member 21 is not provided on the coil 3, a more compact design is possible.
  • the outer circumferential portion 51 is fixed to the case 2 and the inner circumferential portion 52 is fixed to the mover 4, and the fixed position of the outer circumferential portion 51 and the fixed position of the inner circumferential portion 52 are different.
  • the height may be different. If the height of the fixed position of the inner circumferential part 52 is lower than the fixed position of the outer circumferential part 51, the vibration space of the movable element 4 is formed wider, so that the device can be made smaller.
  • the suspension 5 of this embodiment may be provided with an opening that penetrates the plate-shaped body.
  • the opening allows the vibration characteristics of the suspension 5 to be controlled, and since air passes through the opening when the suspension 5 vibrates, it is possible to reduce vibration resistance and operational noise.
  • the vibration actuator 1 has the coils 3 arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry perpendicular to the central axis as the boundary at a half point in the direction of the vibration axis O.
  • the vibration actuator 1 is not limited to this embodiment, and may be a type of actuator having one coil 3.

Abstract

適正な内部損失を有するサスペンションの製造が可能となり、低コストで、振動特性に優れた振動アクチュエータを提供する。ケース2と、ケース2に設けられたコイル3と、ケース2の振動軸線Oに沿って振動する可動子4とから成る。外周部51がケース2に固定され、内周部52が可動子4に固定され、可動子4を振動軸線O方向に往復動可能に支持するサスペンション5を備え、サスペンション5は、可動子4の径方向に変形領域34を有し、変形領域34には、可動子4の振動軸線Oを中心とした円形状の凸部53a及び凹部53bの少なくとも一方が設けられている。

Description

振動アクチュエータ
 本開示は、振動アクチュエータに関し、特に、携帯電話やスマートフォン等の携帯端末、ゲーム機のコントローラ等に用いられる小型で軽量の振動アクチュエータに関する。
 従来から、携帯電話等の通信機器において、着信やアラームを人に知らせる方法として振動アクチュエータ(又は、振動モータ)を用いた振動による通知方法がある。そして、近年では、映画やゲーム、VR(Virtual Reality:仮想現実)の分野においても、例えば、アクションシーンの演出効果や、プレーヤーに対するフィードバック手段の一つとして振動アクチュエータが用いられており、振動により人の触覚を刺激することによってリアリティを向上させている。
 振動アクチュエータには、偏心錘をモータによって回転させて慣性力により振動を発生させる方法を用いるものもある。しかし、回転モータを利用した方法は、偏心錘の慣性力により振動を発生させるため、偏心錘が回転を始め振動が触感として得られるまでの反応が鈍く、リアリティが損なわれるという欠点があった。
 そこで、よりリアルな触感を得るためのアクチュエータとして、例えば、特許文献1に示すように、ボイスコイル型の振動アクチュエータを採用する場合がある。かかる振動アクチュエータでは、筒状のケース内にマグネットを有する可動子をサスペンションを用いた状態で配置すると共に、可動子の周囲にはケースに固定されたコイルを配置し、そのコイルに通電することにより可動子をケース内で往復動させている。
特許第6923278号公報
 特許文献1では、可動子を懸架するためのサスペンションとして、ステンレス鋼板を用いて板金加工により形成された渦巻き形状の板ばねが複数用いられている。しかし、ステンレス鋼板はその物性から内部損失が低く、アクチュエータの共振周波数で振幅の制御が困難であり、小型化に支障がある。特に、ステンレス鋼板製の板ばねは、その板厚が各部で均一であることから、板厚方向に対する変形は可能であっても、板ばねの内周方向から外周方向に対する変形、軸と外周部間のねじれ方向の変形、更には、内周部近傍と外周部近傍とで弾性係数を変化させることが困難であり、振動アクチュエータのサスペンションに要求される種々のばね特性を得られない欠点がある。
 このような問題点を解決するための一つの手法として、ステンレス鋼板の板ばねを用いた上で、サスペンションにおいて発生する振動を減衰させて所望の振動特性を得るための手段として、板ばねとは別に金属製或いは樹脂製の制振部材を設けることも従来から提案されている。しかし、板ばねに制振部材を併用すると、材料費及び加工費が高くなってしまい、コストアップに繋がってしまう。また、板ばねと制振部材との正確な位置合わせや接着作業のため、組立作業が煩雑となる。
 本開示は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、適正な内部損失を有するサスペンションの製造が可能となり、低コストで、振動特性に優れた振動アクチュエータを提供することにある。
 本開示の振動アクチュエータは、次のような構成を有する。
(1)ケース。
(2)前記ケースに設けられたコイル。
(3)前記ケースの振動軸線に沿って振動する可動子。
(4)外周部が前記ケースに固定され、内周部が前記可動子に固定され、前記可動子を振動軸線方向に往復動可能に支持する少なくとも1つの板状体のサスペンション。
(5)前記サスペンションは、前記可動子の径方向に変形領域を有する。
(6)前記変形領域には、前記可動子の振動軸線を中心とした円形状の凸部及び凹部の少なくとも一方が設けられている。
 本発明の振動アクチュエータは、次のような構成を採用することができる。
(1)前記サスペンションは、繊維を含む材料である。
(2)前記可動子の両端側に、それぞれ不織布構造又は織布構造を有する板状体から成る前記サスペンションが設けられている。
(3)前記可動子の一端側に、不織布構造又は織布構造を有する板状体から成る前記サスペンションが設けられ、前記可動子の他端側に、金属板から成るサスペンションが設けられている。
(4)前記サスペンションと前記可動子は、前記可動子の径方向内側に配置される固定部により固定されている。
(5)前記可動子は、前記サスペンション側に伸長した突起部を備える。
(6)前記サスペンションは、前記内周部において、前記可動子に向けて突出した突出部を有する。
(7)前記サスペンションは、前記外周部の固定位置と前記内周部の固定位置の高さが異なる。
(8)前記サスペンションには、前記板状体を貫通する開口部が設けられている。
 本開示によれば、適正な内部損失を有するサスペンションの製造が可能となり、低コストで、振動特性に優れた振動アクチュエータを提供することができる。
第1実施形態の全体構成を示す振動軸線方向で切断した断面図である。 第1実施形態の全体構成を示す分解斜視図である。 第1実施形態におけるサスペンションを上方から見た斜視図である。 第1実施形態におけるサスペンションを下方から見た斜視図である。 第1実施形態におけるサスペンションを上方から見た断面図である。 周方向に厚さが異なるサスペンションの断面図である。 放射状に厚さが異なるサスペンションの断面図である。 部分的に張り合わせて厚さ変化させたサスペンションの分解斜視図である。 熱溶融性を有する繊維を使用したサスペンションの断面図である。 不織布又は織布に樹脂層を形成したサスペンションの断面図である。 サスペンション外周部とケースの固定方法の他の実施形態を示す断面図である。 第2実施形態の全体構成を示す振動軸線方向で切断した断面図である。 第2実施形態全体の分解斜視図である。 第2実施形態における板ばねを使用したサスペンションと制振部材の分解斜視図である。
[1.第1実施形態]
[1-1.構成]
 以下、図1及び図2を用いて第1実施形態の振動アクチュエータ1について説明する。本実施形態の振動アクチュエータ1は、その振動軸線O方向1/2の箇所において中心軸と直交する対称面(図1の符号S)を境界として、同一形状の部材を設けている。そこで、対称面を境界として各部材の構成については、対称形の一方の構成のみを説明し、他方については特別に必要がない限りは同一の符号を付すことで説明は省略する。
(1)ケース及びコイル
 振動アクチュエータ1は、主に、外殻をなす筒状のケース2と、ケース2の内部に設けられたコイル3と、ケース2の振動軸線Oに沿って振動する可動子4と、内周部が可動子4に固定されるサスペンション5と、サスペンション5をケース2に固定する枠部6を備えている。
 ケース2は、筒状のケース本体10と、その両端開口を閉じるカバーケース11を備えている。本実施形態において、ケース本体10及びカバーケース11は、それぞれABS等の樹脂材料からなるが、樹脂材料に限定されるものでない。ケース2には、コイル3とヨーク20が挿入される。すなわち、ケース本体10には、その内周に沿うように形成された筒状の軟磁性材料でなるヨーク20が配置される。ヨーク20の内周にヨーク20と電気的に絶縁された状態で取り付けられたコイル3が設けられる。
 コイル3はケース本体10内に挿入された保護部材21の外周側に配置され、可動子4の外周部に対して所定の間隔を保って配置されている。保護部材21は、振動時における可動子4とコイル3との接触を防止するため、コイル3の可動子4側の表面を覆うように、ケース本体10の内周に内周壁を有し、保護部材21の内周壁と可動子4の外周面に隙間が設けられている。
(2)可動子
 可動子4は、筒状のケース2の中心軸方向である振動軸線Oに沿って振動するように、ケース本体10内に配置されている。可動子4は、円板状のマグネット30と、マグネット30の表面に配置された円板状のポールピース31と、ポールピース31の表面に配置される錘32とを有している。
 マグネット30は、その着磁方向が振動軸線O方向である。ポールピース31は、軟磁性材料でなり、マグネット30の磁気吸着力及び接着剤等により、マグネット30に取り付けられている。ポールピース31には、中央部に振動軸線Oに沿った凸部31aが形成されており、対応する錘32には中央部に振動軸線Oに沿った凹部32aが形成されている。ポールピース31の凸部31aと錘32の凹部32aが係合することで、ポールピース31と錘32が一体化されている。マグネット30、ポールピース31、及び錘32の一体化は、磁気吸着力や接着剤による取り付けに限定されるものではなく、圧入、ねじ止め等の機械的手段やその他の手段により固定することにより、一体化してもよい。
 可動子4は、サスペンション5側に伸長した突起部32bを備える。本実施形態の錘32は、非磁性体からなり、振動軸線O方向においてサスペンション5側に伸長した突起部32bと、突起部32bの根元部分(振動軸線O方向中央側)から振動軸線Oの外周方向に広がった円盤状の底部32cを備えている。錘32に設けられた突起部32bより、サスペンション5と可動子4との同軸度が安定する。そのため、サスペンション5と可動子4の固定がより強固となり、その結果、安定した振動が実現可能となる。
 少なくとも1つの錘32における突起部32bの中央には、振動軸線O方向に沿って穴が設けられる。錘32の中央の穴は、貫通穴でも、一方又は中央部が閉口した穴でも良い。
(3)サスペンション
 サスペンション5は、繊維を含む材料を有する板状体から構成されている。繊維を含む材料とは、天然繊維又は化学繊維による不織布構造又は織布構造を含むものとし、糸状のものから形成されたものも含むものとする。図3から図5に示すように、サスペンション5の外周部51は平板状に形成されると共に、その外周部51から中心の内周部52にかけて同心円状の凹凸部53が形成されている。
 図1の断面図のとおり、サスペンション5は、外周部51がケース2に固定され、内周部52が可動子4に固定され、可動子4を振動軸線O方向に往復動可能に支持する。すなわち、平板状に形成されたサスペンション5の外周部51は、カバーケース11の外周部下面と枠部6の上面との間に挟持されている。この場合、サスペンション5の外周部51は、枠部6に対して超音波溶接により固定される。なお、本実施形態では、ケース2と別体の枠部6を使用したが、ケース本体10に枠部6に相当する部分を一体に設けたケース2を使用することもできる。外周部51がケース2に固定される固定位置は、内周部52が可動子4に固定される固定位置と、振動軸線O方向において、同じ高さに形成することができる。なお、サスペンション5の外周部51は、挟持されなくてもよく、接着や溶着によって、少なくとも一方に固定されていてもよい。
 サスペンション5の内周部52の中心には、可動子4に向けて突出した突出部54が設けられ、この突出部54が錘32の貫通穴に重ね合された状態で、後述する固定部33により固定されている。
 サスペンション5は、可動子4の径方向に変形領域34を有する。変形領域34とは、可動子4が振動軸線O方向に振動する際に、サスペンション5が変形する領域とする。変形領域34は、固定部33と突起部32bとで挟まれた部分より外径の部分であり、カバーケース11の外周部下面と枠部6の上面との間に挟持されている部分より内径の部分である。本実施形態では、図1に示すように、変形領域34には、可動子4の振動軸線O方向を中心とした円形状の少なくとも1個の凹凸部53が設けられている。なお、凹凸部53は、必ずしも凹凸の双方を備える形状に限定されず、少なくとも1つの凸部、又は少なくとも1つの凹部であってもよい。サスペンション5に設けられた円形状の凹凸部53は、図5の断面図に示すように、本実施形態では、平板状の外周部51表面よりも上方に突出した環状の凸部53aと、平板状の外周部51表面よりも下方に突出した環状の凹部53bとを2重に形成した波形状断面をしている。この凸部53aと凹部53bの各面及び両面が連接する屈曲部分が変形することにより、可動子4の振動に伴う外周部51と内周部52間の変位を吸収する。
 本実施形態のサスペンション5は、不織布又は織布に対して樹脂を含侵させた板状体から形成されている。不織布又は織布を構成する繊維は、綿、アラミド繊維のいずれか又はその両方の混紡であることが好ましい。不織布又は織布に含侵させる樹脂は、熱硬化性樹脂が良く、特に、フェノール樹脂又はフェノール樹脂とゴムは、耐久性、可撓性、耐熱性に優れているため好ましいが、熱硬化性樹脂はこれに限定されない。織布又は織布構造を有する板状体にこれらの樹脂を含侵させた後、成型金型を用いてプレスにより熱形成し、内外径を切断してサスペンション5を形成する。
(4)固定部
 固定部33は、サスペンション5と可動子4を固定するものであり、可動子4の径方向内側に配置される。固定部33は、錘32の突起部32bに設けられており、振動軸を含む位置に設けられている。固定部33によって、サスペンション5を、磁気回路を形成する部品とは別部品である錘32に対して固定している。固定部33は、錘32から延在したピンを加締めることで形成してもよいし、サスペンション5における可動子4と反対方向から、固定用のピンを挿入して固定してもよく、その他の方法で固定してもよい。
[1-2.実施形態の作用]
 以上のように構成された振動アクチュエータ1は、コイル3に通電していない状態において、図1に示すように、サスペンション5で支持される可動子4が、振動軸線O方向の中央に位置している。
 可動子4を振動させる際には、ターミナルを介して、コイル3に、交互に逆極性の磁界を発生する向きに交流を通電させる。すなわち、コイル3の隣り合う部分に同極が発生するようになっている。例えば、極性の場合、可動子4には振動軸線O方向の一側への推力が発生し、コイル3へ流す電流を反転させれば、可動子4には振動軸線O方向の他側への推力が発生する。このように、コイル3に交流を通電させれば、可動子4はサスペンション5による付勢力を両側から受けながら、振動軸線Oに沿って振動する。
 可動子4に発生する推力は、基本的にはフレミングの左手の法則に基づいて与えられる推力に準じられる。本実施形態では、対称形に配置された2つのコイル3がケース2に固定されているので、マグネット30等が取り付けられた可動子4に2つのコイル3に発生する力の反力としての推力も発生する。
[1-3.実施形態の効果]
(1)本実施形態における振動アクチュエータ1は、サスペンション5が不織布又は織布構造を有する板状体から構成されている。そのため、適正な内部損失を有するサスペンション5の製造が可能となり、金属製のサスペンションのように制振部材を設ける必要がなく低コストで、振動特性に優れた小型の振動アクチュエータを提供することができる。
(2)本実施形態における板状体は、不織布又は織布に対して樹脂を含侵させて成り、不織布又は織布を構成する繊維が樹脂によって固着されている。そのため、樹脂材料の持つ損失分を利用して可動子4の機械抵抗を得ることが可能となり、最大加速度周波数での振幅を抑えることができる。また、共振峰の尖鋭度を抑え、共振周波数の変化に伴う加速度の変化を抑えることができる。その結果、サスペンション5のずれや損傷を防止し、振動アクチュエータ1の耐久性を向上させることが可能となる。
(3)本実施形態におけるサスペンション5は、凹凸部53を有するため、サスペンション5の強度を補強しつつ柔軟性を持たせることが可能となる。また、凹凸部53の形状や範囲を調整することにより、全体の形状剛性が向上して共振が高い周波数に移動し且つ分散するので特定の大きなピークの発生を抑制できる。このように、本実施形態では適正な内部損失を有するサスペンション5を形成することが容易であり、スムーズな振動特性が得られる振動アクチュエータを提供することができる。
(4)本実施形態におけるサスペンション5は、凹凸部53を有するため、可動子4の振動軸線O方向に対して回転方向の変形が無く、振幅方向にリニアな反応が可能である。また、凹凸部53によって、径方向の振動が吸収され、軸方向への振動特性をより向上させることができる。
[2.サスペンションの変形例]
 第1実施形態のサスペンション5は、不織布又は織布に対して樹脂を含侵させた板状体から形成されているが、板状体は樹脂の含浸体に限定されるものではなく、また、その形状も波形状断面に限定されない。以下、板状体の変形例を具体的に述べる。
(1)図6に示すサスペンション5は、波形状断面の凹凸部53を有するサスペンション5において、径方向に厚さを異ならせたものである。ステンレス鋼の板ばねと異なり、不織布や織布の場合には、その製造時において肉厚を制御することが容易であることから、サスペンション5の肉厚を各部で異ならせることで、所望の振動特性を得ることができる。
(2)図7に示すサスペンション5は、全体を放射状に分割した領域において、その分割領域ごとに厚さを異ならせたもので、図中、aが厚肉部、bが薄肉部である。このサスペンション5においても、サスペンション5の肉厚を各部で異ならせたり、分割数や分割面積を調整したりすることで、所望の振動特性を得ることができる。
(3)図8のサスペンション5は、シート状に形成された平板部503の表面に他の材料507を部分的に張り合わせて厚さ変化させたものである。大面積のシート状の素材をプレス加工するなどしてサスペンションを形成する場合、素材の一部に肉厚部を形成することが難しい場合がある。このサスペンション5によれば、他の材料507を積層するだけでサスペンション5の肉厚を部分的に変化させることができ、製造が容易になると共に、複雑な形状の肉厚部を有するサスペンションを容易に得ることができる。
(4)図9に示すサスペンション5は、その一部もしくは全部に熱溶融性を有する繊維を含む不織布又は織布から成り、不織布又は織布を構成する繊維が、熱溶融性を有する繊維によって固着されている。熱溶融を有する繊維は、耐熱性高弾性率繊維、高融点繊維、低融点繊維のいずれか、もしくはこれらから選択された複数の繊維から構成されている。特に、耐熱性高弾性率繊維はポリアミド繊維から成り、高融点繊維及び低融点繊維がポリエステル繊維から成ると、優れた剛性、弾力特性、耐久性、耐熱性を有するため好ましい。
(5)図10のサスペンション5は、不織布又は織布に樹脂層508を形成したものである。すなわち、板状体は、その表面又は裏面に形成された樹脂層508によって繊維が固着されている。樹脂層508は、板状体の表面に積層された樹脂フィルム又はコーティングされた樹脂によって構成されている。特に、樹脂層508をPET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PI(ポリイミド)、PEI(ポリエーテルイミド)のいずれか1層、もしくは複数層から構成すると、適正な内部損失を有するサスペンションの製造が可能となる。なお、板状体は、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PI(ポリイミド)、PEI(ポリエーテルイミド)、熱硬化性エラストマ、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、ゴムなどであってもよい。
(6)図11のサスペンション5は、サスペンション5の外周部51と波形状断面の凹凸部53や平板部503の境界部分に、断面半円状の弾性部509を一体に設けたものである。この変形例では、ケース2側に固定される外周部51と振動する凹凸部53や平板部503との振動が弾性部509によって緩和されることから、サスペンション5の固定部分の破断の恐れがなく、優れた耐用年数を得ることができる。
[3.第2実施形態]
 図12から図14は、本発明の第2実施形態を示すものである。すなわち、第1実施形態は、可動子4の両端側に、それぞれ不織布又は織布構造を有する板状体から成るサスペンション5が設けられている。一方、第2実施形態では、可動子4の一端側(図中上方)に、不織布又は織布構造を有する板状体から成るサスペンション5が設けられ、可動子4の他端側(図中下方)に、金属板から成る従来のサスペンション600が設けられている。また、金属板から成るサスペンション600に重ね合わせて同じく金属板から成る制振部材601が設けられている。
 このような構成を有する第2実施形態においては、可動子4の往側と復側の振動特性を異ならせることが可能となり、特異な振動特性を要する機器に対して本願のアクチュエータの適用が可能となる。特に、金属製のサスペンション600は、外部衝撃や耐久性の点で優れていることから、内部損失の少ない不織布又は織布から成る板状体のサスペンション5との組み合わせにより、種々の用途に適用可能である。
[4.他の実施形態]
 以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、発明の範囲を限定することを意図しておらず、以下に列記するように、発明の要旨を逸脱しない範囲で、そのほかの様々な形態で実施されることが可能であり、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。そして、これら実施形態、それらの組合せ、更にはそれらの変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下は、本発明に包含される実施形態の例である。
(1)本実施形態のサスペンション5は、ステンレスなどの金属の一枚ないし複数枚の板ばねで構成されても良いし、織布又は織布構造を有する板状体から構成してもよいし、樹脂やゴム等から構成されてもよい。サスペンション5の材料は、耐久性及び可撓性に優れた材料が望ましい。
(2)サスペンション5と錘32は、両者が固定されるものであれば、どちらに凸部、凹部又は貫通穴を設けるかは問わない。例えば、サスペンション5の中心には、振動軸線に沿って貫通穴を設けられ、錘32の中心には、サスペンション5の貫通穴に対向して凸形状が設けられ、錘32とサスペンション5は加締めにより固定されても良い。サスペンション5の表面から突出した錘32の凸形状が治具によって加熱・加圧されて押し潰されることで、錘32の表面とサスペンション5が重ね合わされた状態で加締められている。サスペンション5と錘32との固定手段は加締めに限定されるものではなく、ねじ止めや接着等の他の方法により固定(連結)することもできる。なお、サスペンション5又は錘32に凸形状を設ける場合、円形に限られず、三角形や四角形などの他の多角形であってもよい。
(3)本実施形態のケース2は円筒状をなしており、可動子4は略円柱状をなしているが、ケース2及び可動子4の形状はこれに限られるものではなく、多角形やその他の形状であってもよい。また、本実施形態のケース2は、両端開口を閉じるカバーケース11を備えているが、ケース2の形状はこれに限定されず、有底円筒状のケースの開口にカバーを備えるものであっても、カバーを備えないものであっても良い。
(4)本実施形態のコイル3には保護部材21を設けたが、コイル3に保護部材21を設けなくても良い。コイル3は、可動子4の外周部に対して所定の間隔を保って配置されるように、ヨーク20に接着剤等により固定される。本実施形態では、コイル3に保護部材21を設けないため、より小型の設計が可能になる。
(5)本実施形態のサスペンション5は、外周部51がケース2に固定され、内周部52が可動子4に固定されるところ、外周部51の固定位置と内周部52の固定位置の高さを異ならせても良い。内周部52の固定位置の高さを、外周部51の固定位置より低くすると、可動子4の振動スペースがより広範に形成されるため、装置の小型化を図れる。
(6)本実施形態のサスペンション5には、板状体を貫通する開口部が設けられてもよい。開口部により、サスペンション5の振動特性を制御することができると共に、サスペンション5の振動時において開口部を空気が通過することにより、振動抵抗や、動作音の低減を図ることができる。なお、開口部の形状には限定がなく、前記のような作用効果を発揮するものであれば、単数又は複数のスリット及び又は穴を設けることができる。
(7)上記実施形態では、振動アクチュエータ1は、その振動軸線O方向1/2の箇所において中心軸と直交する対称面を境界として、対称に配置されたコイル3を有する例を示した。しかし、振動アクチュエータ1は、この態様に限定されず、1つのコイル3を有するタイプのアクチュエータとしてもよい。
1 振動アクチュエータ
2 ケース
3 コイル
4 可動子
5 サスペンション
51 外周部
52 内周部
53 凹凸部
53a 凸部
53b 凹部
54 突出部
6 枠部
10 ケース本体
11 カバーケース
20 ヨーク
21 保護部材
30 マグネット
31 ポールピース
31a 凸部
32 錘
32a 凹部
32b 突起部
32c 底部
33 固定部
34 変形領域
503 平板部
507 他の材料
508 樹脂層
509 弾性部
600 サスペンション
601 制振部材

 

Claims (9)

  1.  ケースと、
     前記ケースに設けられたコイルと、
     前記ケースの振動軸線に沿って振動する可動子と、
     外周部が前記ケースに固定され、内周部が前記可動子に固定され、前記可動子を振動軸線方向に往復動可能に支持する少なくとも1つの板状体のサスペンションを備え、
     前記サスペンションは、前記可動子の径方向に変形領域を有し、
     前記変形領域には、前記可動子の振動軸線を中心とした円形状の凸部及び凹部の少なくとも一方が設けられている
     振動アクチュエータ。
  2.  前記サスペンションは、繊維を含む材料である請求項1に記載の振動アクチュエータ。
  3.  前記可動子の両端側に、それぞれ不織布構造又は織布構造を有する板状体から成る前記サスペンションが設けられている請求項1に記載の振動アクチュエータ。
  4.  前記可動子の一端側に、不織布構造又は織布構造を有する板状体から成る前記サスペンションが設けられ、前記可動子の他端側に、金属板から成るサスペンションが設けられている請求項1に記載の振動アクチュエータ。
  5.  前記サスペンションと前記可動子は、前記可動子の径方向内側に配置される固定部により固定されている請求項1又は請求項2に記載の振動アクチュエータ。
  6.  前記可動子は、前記サスペンション側に伸長した突起部を備える請求項5に記載の振動アクチュエータ。
  7.  前記サスペンションは、前記内周部において、前記可動子に向けて突出した突出部を有する請求項5に記載の振動アクチュエータ。
  8.  前記サスペンションは、前記外周部の固定位置と前記内周部の固定位置の高さが異なる請求項1又は請求項2に記載の振動アクチュエータ。
  9.  前記サスペンションには、前記板状体を貫通する開口部が設けられている請求項1又は請求項2に記載の振動アクチュエータ。

     
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