WO2026005014A1 - 振動アクチュエータ及び振動提示装置 - Google Patents

振動アクチュエータ及び振動提示装置

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WO2026005014A1
WO2026005014A1 PCT/JP2025/023211 JP2025023211W WO2026005014A1 WO 2026005014 A1 WO2026005014 A1 WO 2026005014A1 JP 2025023211 W JP2025023211 W JP 2025023211W WO 2026005014 A1 WO2026005014 A1 WO 2026005014A1
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vibration actuator
magnetic
vibration
coil
core
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PCT/JP2025/023211
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English (en)
French (fr)
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智也 石谷
勇樹 高橋
和隆 坂口
泰隆 北村
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MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
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    • 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
    • H02K33/02Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs
    • H02K33/04Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs wherein the frequency of operation is determined by the frequency of uninterrupted AC energisation

Definitions

  • the present invention relates to a vibration actuator and a vibration presentation device equipped with the same.
  • Vibration presentation devices that generate and present vibrations to users in response to user operations generally incorporate an actuator (vibration actuator) as a vibration source. By driving the vibration actuator and transmitting vibrations to the user, the vibration presentation device can provide stimulation, notify users of incoming calls, and improve the sense of operation and realism.
  • actuator vibration actuator
  • Vibration presentation devices include portable game terminals, controllers for stationary game consoles (gamepads, etc.), mobile communication terminals such as mobile phones and smartphones, and information terminal devices such as tablet PCs (personal computers). Vibration presentation devices may also include healthcare equipment and beauty equipment.
  • a known configuration is one in which a vibration actuator is mounted on an information terminal device having a touch panel, which is a sensing panel, and vibration is applied to the pads of an operator's fingers that come into contact with the display screen displayed on the touch panel, providing a tactile operation sensation (the sensation of operating by touch) (Patent Document 1).
  • a vibration actuator is attached to the back surface of a touch panel via a vibration transmission unit.
  • a mover is arranged within a housing fixed to the vibration transmission unit so that it can move back and forth along a guide shaft arranged perpendicular to the touch panel.
  • the vibration actuator causes the mover to collide with the housing in response to an operation on the touch panel, which may generate a collision sound, but it imparts vibrations to the finger pad that touches the touch panel via the vibration transmission unit.
  • the object of the present invention is to provide a vibration actuator and vibration presentation device that are thin, space-saving, and vibrate optimally.
  • One aspect of the vibration actuator according to the present invention is an electromagnet portion having a core and a coil surrounding the core, the electromagnet portion being disposed on a plate surface of a plate-shaped magnetic base portion; a magnetic member having a lower surface facing the coil from above; a spacer to which the lower surface is connected outside the coil and which separates the magnetic member and the electromagnet portion in the vertical direction to form a movable area of the magnetic member; a spring stop portion provided on the magnetic base portion and outside the coil; an elastic support portion connected to the spring stop portion at a lower surface of one end and connected to the spacer at an upper surface of the other end; and When the coil is energized, the magnetic member is displaced and vibrates so as to approach the electromagnet portion.
  • One aspect of the vibration presentation device of the present invention is a vibration actuator having the above configuration; and a vibration presentation unit that presents vibrations of the vibration actuator.
  • the present invention allows for a slim design, saving space and allowing for optimal vibration.
  • FIG. 1 is a perspective view of the appearance of a vibration actuator according to a first embodiment of the present invention
  • 1 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to a first embodiment of the present invention, seen from above, with a cover and a movable body removed.
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view of the state shown in FIG. 2 as seen from below.
  • 1 is a perspective view showing an elastic portion and a fixed body in a vibration actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1.
  • 1 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to a first embodiment of the present invention, as viewed from above
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the state of FIG. 6 as seen from below.
  • FIG. 8A, 8B, and 8C are diagrams illustrating the operation of the vibration actuator.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view, seen from above, of a vibration actuator according to a second embodiment of the present invention with a cover and a movable body removed.
  • FIG. 10 is a perspective view of the state shown in FIG. 9 as seen from below.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to a second embodiment of the present invention, as viewed from above.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the state of FIG. 11 as seen from below.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a control circuit that controls the driving of each vibration actuator in the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a drive signal.
  • FIG. 10A and 10B are diagrams illustrating modified examples of the vibration actuator.
  • FIG. 10 is an external perspective view of a vibration actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of a vibration actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view, seen from above, of a vibration actuator according to a third embodiment of the present invention with the cover and the movable body removed.
  • FIG. 19 is a perspective view of the state shown in FIG. 18 as seen from below.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • 21A, 21B, and 21C are diagrams used to explain the operation of the vibration actuator.
  • FIG. 10 is an external perspective view of a vibration actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of a vibration actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view, seen from above
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing an elastic portion, a movable body, and a fixed body in a vibration actuator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a vibration actuator according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view of a vibration actuator according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a vibration actuator according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a vibration actuator according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the fixed body. 10 is a perspective view of a fixed body showing an example of the arrangement of a strain detection unit and a capacitance detection unit.
  • FIG. 34A and 34B are diagrams showing a first modified example of the damper position, in which FIG.
  • FIG. 34A is a plan view of the vibration actuator seen through the weight portion
  • FIG. 34B is a side view of the same vibration actuator.
  • 35A and 35B are diagrams showing a second modified example of the damper position, in which FIG. 35A is a plan view showing the main configuration of the vibration actuator, and FIG. 35B is a side view of the same vibration actuator.
  • 36A and 36B are diagrams showing a third modified example of the damper position, in which FIG. 36A is a plan view showing the main configuration of the vibration actuator, and FIG. 36B is a side view of the same vibration actuator.
  • 37A, 37B, and 37C are perspective views showing modified examples of the case of the vibration actuator.
  • 38A and 38B are perspective views showing modified examples of the case of the vibration actuator.
  • a Cartesian coordinate system (X, Y, Z) is used.
  • the lengths of the X, Y, and Z directions are explained as corresponding to the width (left-right, long direction), depth (front-back, short direction), and height (up-down direction) of the vibration actuator and vibration presentation device.
  • these correspondences will differ depending on the manner in which the vibration actuator and vibration presentation device are used.
  • the positive side of the Z direction (upper side) is the direction in which vibration feedback is given to the operator
  • the negative side of the Z direction (lower side) is the direction in which the operator presses when operating.
  • the terms “upper” and “lower” in “upper side” and “lower side” are used for convenience to make it easier to understand the configuration and behavior of the vibration actuator according to this embodiment.
  • the vibration actuator 1 When the vibration actuator 1 is mounted on an electrical device (see Figure 1), the “upper” and “lower” described here may be reversed, or may be left or right, or may be diagonal.
  • the up-down direction is the vibration direction of the movable body in the vibration actuator 1, with the "upward direction” being one of the vibration directions and the "downward direction” being the other of the vibration directions.
  • FIG. 1 a perspective view of the appearance of a vibration actuator according to embodiment 1 of the present invention.
  • the vibration actuator 1 is mounted, for example, as an electrical device in a vibration presentation device 10 shown in Figure 1.
  • the vibration presentation device 10 is a driver's seat mounted in a vehicle, and the seat body acting as the vibration presentation unit has a seat portion 11 and a backrest portion 12, with the vibration actuator 1 disposed within the storage space 11a within the seat portion 11.
  • the vibration actuator 1 may have a sensor that detects the approach of people outside the vehicle or other vehicles, and a control unit that supplies drive power to the coil 32 based on the detection results from the sensor. This allows the vibration actuator 1 to vibrate as a warning to the driver (user) in response to the approach of obstacles such as people outside the vehicle or other vehicles. Furthermore, when operating the seat, for example, the vibration actuator 1 generates vibrations in response to the operation, and gives the driver, who is the operator, a tactile sensation (also known as a "tactile sensation” or "force sensation”) via the seat portion 11.
  • a tactile sensation also known as a "tactile sensation” or "force sensation
  • the seat 11 has a vibration actuator 1 in a housing space 11a.
  • the seat 11 presents vibrations generated by the vibration actuator 1 to a user seated on the seat surface in response to the user's operation of a mechanical switch or the like in the vehicle, allowing the user to experience the corresponding operation.
  • the vibration actuator 1 may be disposed in the backrest 12.
  • a control unit for driving the vibration actuator 1 may also be provided in the seat 11.
  • Fig. 2 is an exploded perspective view of the vibration actuator with the cover and movable body removed, as viewed from above.
  • Fig. 3 is a perspective view of the state shown in Fig. 2 as viewed from below, and
  • Fig. 4 is a perspective view showing the elastic part and fixed body of the vibration actuator. Note that in Fig. 3, the fastening member 64 attached to the movable body 7 in Fig. 2 is shown attached to the elastic support part 5b for convenience.
  • the vibration actuator 1 is a flat or thin plate-shaped vibration actuator, and if the Z direction is the thickness direction, it is arranged, for example, so as to face the seat surface of the seat portion 11 in the thickness direction.
  • the vibration actuator 1 comprises a thin plate-shaped actuator body 2 having a fixed body 4, a movable body 7, and elastic support portions 5 (5a, 5b), and a cover 9.
  • the vibration actuator 1 is a thin plate-shaped vibrating body, and has a housing composed of a plate-shaped base member 42 of the fixed body 4 and a cover 9. The vibration actuator 1 imparts vibrations generated by itself to the connected object.
  • a plate-shaped movable body 7 is arranged inside and is movable in the thickness direction (up and down, Z and -Z directions), and is covered by a cover 9.
  • Figure 5 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 1
  • Figure 6 is an exploded perspective view of the vibration actuator viewed from above
  • Figure 7 is an exploded perspective view of the state shown in Figure 6 viewed from below.
  • the actuator body 2 has the electromagnet part 3 fixed to a part of the housing (base member 42), and supports the movable body 7 within the housing via elastic support parts 5 (5a, 5b) so that it can vibrate in the vertical direction (Z direction).
  • the actuator body 2 has a base member 42, a spring stop portion 44, a disk-shaped electromagnet portion 3, and a movable body 7.
  • the base member 42 is a flat magnetic material (flat member) and generates a magnetic attraction force together with the electromagnet portion 3 (coil 32, magnetic pole core 34, bobbin 36, substrate portion 38) which is configured in the shape of a flat disk, the spring stop portion 44, and the magnetic yoke 72 of the movable body 7.
  • the base member 42 has, on its outer edge, engaged recesses 422 and engaged protrusions 424 that engage with the engaging protrusions 942 and engaging recesses 962 of the cover 9 .
  • the base member 42 has joining holes 421 and 426, and the electromagnet section 3 and spring stop section 44 are attached to the base member 42 via the joining holes 421 and 426.
  • the joining hole 421 is formed in the center of the base member 42, and the joining protrusion 344 of the magnetic pole core 34 fits into it.
  • the core body 342 of the magnetic pole core 34 is integrally attached to the center of the top surface of the base member 42, protruding upward in a convex shape.
  • the base member 42 is formed from a magnetic material such as silicon steel plate or SECC (electro-galvanized steel plate: Steel Electrolytic Cold Commercial). This allows the base member 42 to be formed by processing the sheet metal part itself, such as by drilling holes, ensuring surface precision and enabling a thinner, lower-cost design. Furthermore, because it can face the magnetic yoke 72 of the movable body 7 entirely, the facing surface across the gap with the movable body 7 can be widened, reducing (minimizing) magnetic resistance.
  • a magnetic material such as silicon steel plate or SECC (electro-galvanized steel plate: Steel Electrolytic Cold Commercial). This allows the base member 42 to be formed by processing the sheet metal part itself, such as by drilling holes, ensuring surface precision and enabling a thinner, lower-cost design. Furthermore, because it can face the magnetic yoke 72 of the movable body 7 entirely, the facing surface across the gap with the movable body 7 can be widened, reducing (minimizing) magnetic resistance.
  • the electromagnet section 3 has a coil 32 disposed around the outer periphery of a disk-shaped (cylindrical) magnetic pole core 34 via a bobbin 36.
  • the electromagnet section 3 is formed in a disk shape. Wiring on a substrate section 38 is connected to the coil 32.
  • the electromagnet section 3 is disposed on the plate surface of a base member 42.
  • the magnetic pole core 34 is made of a magnetic material.
  • the magnetic pole core 34 is arranged so as to protrude from the base member 42, and has a disk-shaped core body 342 whose upper surface is a magnetic pole surface 341, and a joint protrusion 344 that protrudes downward from the center of the lower surface of the core body 342.
  • the magnetic pole core 34 is disposed inside the cylindrical bobbin body 361 of the bobbin 36 and is housed within the cylindrical bobbin body 361, positioned on a step portion (inner flange portion) 364 formed on the edge of the opening on the lower surface of the cylindrical bobbin body (cylindrical body) 361.
  • the magnetic pole core 34 is formed, for example, by sintering a metal such as Fe. Because the magnetic pole core 34 is formed by sintering, there is a high degree of freedom in its shape.
  • the core body 342 is formed in a flat, disc-like shape.
  • the core body 342 is surrounded by the coil 32.
  • the joining protrusion 344 is fitted into and joined to the joining hole 421 formed in the base member 42, forming the base member 42 and the magnetic pole core 34 as a single magnetic body. Because the joining hole 421 is formed in the center of the base member 42, the electromagnet section 3 is positioned in the center of the base member 42, and the magnetic pole core 34 protrudes from the center of the base member 42.
  • the bobbin 36 is made of an insulating material such as polyester (polybutylene terephthalate (PBT)) and insulates the coil 32 from the magnetic pole core 34 .
  • a flange (outer flange portion) 362 that protrudes radially outward is formed on the upper opening edge of the cylindrical bobbin body 361 .
  • the flange 362 holds the coil 32 sandwiched between it and the base member 42 by fitting the joining protrusion 344 of the magnetic pole core 34 into the joining hole 421.
  • the flange 362 engages with the inner peripheral edge of the coil 32 at its cylindrical lower surface. This allows the electromagnet unit 3 to be attached to the base member 42 by crimping the magnetic pole core 34 to the base member 42, fixing the coil 32 to the base member 42 via the bobbin 36 while preventing it from coming loose.
  • the stepped portion 364 protrudes radially inward from the cylindrical bobbin body 361 and engages with the core body 342 at its upper surface.
  • the stepped portion 364 is a flat, annular plate, with the joining protrusion 344 inserted inside and the outer edge of the core body 342 engaging with its upper surface.
  • the joint protrusion 344 at the bottom of the core body 342 fits into the joint hole 421 in the base member 42, so that the outer periphery of the core body 342 is fixed in a state where the stepped portion 364 of the bobbin 36 is sandwiched between the core body 342 and the base member 42. Furthermore, the flange 362 of the bobbin 36 is fixed in a state where the coil 32 is sandwiched between the bobbin 36 and the base member 42.
  • a ring-shaped main body portion 382 which is part of the substrate portion 38, is disposed around the outer periphery of the magnetic pole core 34, between the coil 32 and the base member 42. Furthermore, since the magnetic pole core 34 is disposed within the coil 32, the magnetic circuit is improved, resulting in increased electromagnetic conversion efficiency.
  • the coil 32 is formed in a flat, circular ring shape.
  • the coil 32 is placed on the base member 42 via the circular main body portion 382 of the substrate portion 38.
  • the axis of the coil 32 coincides with the axis of the magnetic pole core 34.
  • the circular coil 32 does not have edge portions that are prone to variation, it is highly manufacturable as a coil with stable characteristics.
  • the coil 32 may be formed, for example, from UEW (polyurethane enameled copper wire).
  • the coil 32 is connected to the wiring portion of the substrate portion 38 by the coil windings on both ends.
  • the substrate section 38 supplies power to the coil 32.
  • the substrate section 38 is formed in the form of a film, such as a flexible printed circuit (FPC), and is constructed by providing a conductive copper foil on a heat-resistant polyimide (Pl) film.
  • the substrate section 38 has a wiring section to which the placed coil 32 is connected.
  • the base plate portion 38 has an annular main body portion 382 with an opening 381, and an extension portion 384 that extends radially outward from a portion of the annular main body portion 382.
  • the annular main body portion 382 is formed in the shape of an insulating sheet, insulating the coil 32 from the base member 42.
  • the extension portion 384 connects the coil 32 to external devices, etc. via the wiring portion of the extension portion 384.
  • the substrate portion 38 energizes the coil 32 via the external device, etc., and excites the magnetic pole core 34.
  • the annular main body portion 382 of the substrate portion 38 is formed in a ring shape corresponding to the shape of the coil 32.
  • the annular main body portion 382 is attached to the base member 42 with the magnetic pole core 34 positioned within the opening 381.
  • the annular main body portion 382 is interposed between the coil 32 and the base member 42 and functions as an insulating film (insulator) that insulates the coil 32 from the base member 42.
  • the substrate section 38 has an insulating function and a conductive function to the coil 32 (via the wiring section), which prevents insulation breakdown, improves the routing of the wiring that supplies power to the coil 32, and prevents coil breakage. Furthermore, when connecting using a connector or the like, this can be done easily.
  • the spring stop portion 44 has a mounting hole 445, and fixes the elastic support portion 5 (5a, 5b) via the mounting hole 445.
  • the spring stop portion 44 supports the movable body 7 on the fixed body 4 via the elastic support portion 5 (5a, 5b) so that the movable body 7 can vibrate freely.
  • the spring stop portion 44 positions the movable body 7 via the elastic support portion 5 so that it faces the magnetic pole surface 341 of the magnetic pole core 34. It is preferable that the spring stop portion 44 be formed so that the elastic support portion 5 is at the same height as the magnetic pole surface 341, for example.
  • the spring stop portion 44 is preferably positioned radially outward of the core body 342 on the base member 42, and is positioned point-symmetrically about the center of the core body 342. This allows the spring stop portion 44 to support the movable body 7 relative to the base member 42 via the attached elastic support portion 5, positioning it at equal intervals across the entire surface from the center of the movable body 7, allowing it to move freely in the opposing direction (up and down) in a balanced manner.
  • the spring stop portion 44 is made of a magnetic material and is arranged to surround the electromagnet portion 3, functioning as an external magnetic pole and forming a magnetic circuit together with the electromagnet portion 3, magnetic yoke 72, and base member 42.
  • the spring stop portion 44 is configured, for example, so that the elastic support portion 5 is fixed at a predetermined height on the outer periphery of the core body 342.
  • the predetermined height of the spring stop portion 44 is a height that ensures a movable range for the deformable portions (springs) of the elastic support portions 5a, 5b, and is equal to or greater than the length of the air gap G.
  • the spring stop portion 44 is an O-shaped yoke with an opening 441 and a rectangular (e.g., square) frame-shaped main body 443.
  • the opening 441 is formed in the center of the frame-shaped main body 443, and the coil 32 and magnetic pole core 34 are arranged inside it.
  • the spring stop portion 44 is a frame-shaped body that surrounds the coil 32.
  • a notch 447 is formed on the lower surface of the frame-shaped main body 443, and the extension portion 384 extending from inside the opening 441 is inserted into the notch 447 and disposed therein.
  • the spring stop portion 44 is made of a sintered material, which increases the degree of freedom in the shape of the spring stop portion 44 itself.
  • the spring stop portion 44 has mounting holes 445 on its upper surface at a height for positioning the elastic support portion 5 at a predetermined position.
  • the upper surfaces are the upper surfaces of the four corners, and are arranged at positions symmetrical in the X and Y directions around the core body 342.
  • the upper surfaces are arranged on four coplanar surfaces, and each has a mounting hole 445 formed therein.
  • the mounting hole 445 integrally fixes the elastic support portion 5 , the spring stop portion 44 and the base member 42 via the fastening member 62 .
  • the mounting holes 445 are located on the same plane at each of the four corners of the spring stop portion 44, all at the same height. This ensures that the top surface is flat enough to serve as a spring fixing surface, and also stabilizes assembly accuracy in the overlapping direction of the parts related to the air gap G.
  • the fastening member 62 is inserted through the core-side fixed end (one end) 52 of the core-side arm 562 of the elastic support portion 5, and fixes the core-side fixed end 52 to the spring stop portion 44.
  • the fastening member 62 engages its head with the core-side fixed end 52 of the elastic support portion 5 (5a, 5b), passes through the core-side fixed end 52 and the mounting hole 445, and is fastened to the joining hole 426 of the base member 42. As a result, the spring stop portion 44 is fixed to the base member 42 in a stacked state together with the elastic support portion 5.
  • the fastening member 62 is, for example, a rivet.
  • the elastic support parts 5 (5a, 5b) are plate springs that connect the fixed body 4 and the movable body 7 and elastically support the movable body 7 so that it can move freely. Specifically, the elastic support parts 5 are disposed outside the electromagnet part 3 (coil 32), and connect the spring stop part 44 and the movable body 7 via the spacer 76.
  • the elastic support members 5 (5a, 5b) are a pair of elastically deformable leaf springs made of stainless steel or the like, have a predetermined thickness (thickness in the Z direction), and are arranged so as to be stacked between the spring stopper member 44 and the movable body 7 in the thickness direction (Z direction).
  • Each elastic support member 5 (5a, 5b) has a core-side fixed end portion 52, a yoke-side fixed end portion 54, and a deformable arm 56 extending between the core-side fixed end portion 52 and the yoke-side fixed end portion 54.
  • the elastic support portions 5a, 5b are each formed in a rectangular shape in a plan view, with the pair of core-side fixed ends 52 and the pair of yoke-side fixed ends 54 located at the vertices of the rectangle.
  • a deforming arm 56 is disposed between the pair of core-side fixed ends 52 and the pair of yoke-side fixed ends 54.
  • the deforming arm 56 extends in the X direction and has linear core-side arms 562 and yoke-side arms 564 that are arranged in parallel.
  • a pair of core-side fixed ends 52 are provided at both ends of the core-side arm 562, and a pair of yoke-side fixed ends 54 are provided at both ends of the yoke-side arm 564.
  • the deformable arm 56 is formed by connecting the core-side arm 562 and the yoke-side arm 564 via a serpentine section that has a length that allows it to deform into a serpentine shape.
  • the core side arm 562 and the yoke side arm 564 can move relative to each other in the Z direction (thickness direction), and the pair of core side fixed ends 52 and the pair of yoke side fixed ends 54 at each end are displaced in the Z direction.
  • the pair of core-side fixed ends 52 are secured to the two corners of the spring stop portion 44 via fastening members 62, and the pair of yoke-side fixed ends 54 are secured to the movable body 7 by fastening members via spacers 76 radially outside the electromagnet portion 3.
  • the elastic support portions 5a, 5b elastically support the movable body 7 at a pair of yoke-side fixed ends 54 relative to a pair of core-side fixed ends 52 fixed to the fixed body 4, thereby enabling the movable body 7 to be supported in a well-balanced manner and to vibrate stably.
  • the thickness of the elastic support portions 5a, 5b ensures a deformation area for the elastic support portions 5a, 5b. Furthermore, as shown in Figure 5, the elastic support portions 5a, 5b are located in approximately the same layer as the core body 342, whose upper surface is the magnetic pole surface 341, in the magnetic pole core 34. This allows for a thinner thickness compared to a configuration in which the elastic support portions are stacked on the same layer as the core body 342, thereby achieving a thinner overall structure.
  • the pair of yoke-side fixed ends 54, the serpentine section of the deforming arm 56, and the yoke-side arm 564 are positioned on the base member 42 so as not to interfere with the electromagnet section 3, and are deformed and displaced in the Z direction.
  • the deforming arm 56, including the serpentine section, allows for a long spring length while achieving stable assembly.
  • the elastic support portions 5a and 5b are arranged symmetrically around the magnetic pole core 34.
  • the elastic support portions 5a and 5b are arranged so as to support the movable body 7 at every position rotated 90 degrees around the axis of the coil 32 outside the coil 32 on the outer periphery of the magnetic pole core 34.
  • the elastic support portions 5a and 5b are spaced apart in the Y direction around the magnetic pole core 34, and elastically support the movable body 7 symmetrically in the X direction, thereby providing well-balanced support and stable drive. Furthermore, a serpentine portion is provided between the parallel yoke-side arm 564 and core-side arm 562, ensuring sufficient length for elastic deformation, allowing for effective use of space (miniaturization).
  • the elastic support members 5a and 5b can determine the displacement amount and natural frequency of the movable body 7 by setting the spring constant, and can also adjust the resonant frequency. Furthermore, when the movable body 7 moves, that is, when current is applied to the coil 32, displacement occurs, creating a mechanical tactile sensation.
  • the movable body 7 is a plate-like body that moves up and down relative to the fixed body 4 having the electromagnet portion 3.
  • the lower surface (lower surface 722 of the magnetic yoke 72) of the movable body 7 faces the entire surface of the base member 42 together with the electromagnet portion 3. A magnetic attraction force is generated on the lower surface 722 when the coil is energized.
  • the movable body 7 has a notch 7a on its outer periphery to avoid the head of a fastening member 62 that fastens the core-side fixed end 52 of each elastic support portion 5a, 5b to the spring stop portion 44.
  • the movable body 7 has a spacer 76 , a magnetic yoke 72 arranged so as to overlap the spacer 76 , and a weight portion 74 arranged so as to overlap the magnetic yoke 72 .
  • Magnetic member 72 The magnetic yoke 72 is provided facing the electromagnet section 3 and movable toward the electromagnet section 3. The movement of the magnetic yoke 72 causes the vibration actuator 1 to generate vibrations.
  • the magnetic yoke 72 is a thin plate-shaped magnetic body and is arranged opposite the magnetic pole surface 341 of the core body 342.
  • the magnetic yoke 72 is also arranged opposite the upper surfaces of the base member 42 and the spring stop portion 44, and is attracted to each other by the magnetic attraction force generated between the base member 42 and the spring stop portion 44 and the outer periphery of the magnetic pole core 34.
  • the magnetic yoke 72 is made from a single sheet of soft magnetic material and has a high degree of flatness.
  • the magnetic yoke 72 may be made from soft magnetic materials such as silicon steel, permalloy, or ferrite.
  • the magnetic yoke 72 may also be made from electromagnetic stainless steel, sintered material, MIM (metal injection molding) material, laminated steel, or SECC (electro-galvanized steel: Steel Electrolytic Cold Commercial). It is particularly preferable that the magnetic yoke 72 be made from silicon steel or SECC.
  • the magnetic yoke 72 is made from a magnetic thin sheet of material with a thickness of, for example, 1 mm or less, more preferably 0.7 mm or less, and even more preferably 0.5 mm or less. This allows the vibration actuator itself to be made thinner without narrowing the vibration area.
  • the magnetic yoke 72 also functions as a weight on the movable body side.
  • the magnetic yoke 72 is constructed from a single thin plate, which reduces the number of parts, reduces costs, and simplifies assembly. Furthermore, because the magnetic yoke 72 is a highly flat, planar body, it can be positioned opposite the entire surface of the magnetic pole surface 341 of the core body 342 of the magnetic pole core, with an evenly spaced air gap G between them, improving the precision of the air gap G surface and effectively exerting the magnetic attraction force between it and the electromagnet section 3.
  • the magnetic yoke 72 is joined to the yoke-side fixed end portions 54 of the elastic support portions 5a and 5b via spacers 76.
  • the weight portion 74 is formed in a flat plate shape and laminated on the magnetic yoke 72.
  • the weight portion 74 has the same outer shape as the magnetic yoke 72 and is fixed to the magnetic yoke 72 integrally.
  • the weight portion 74 increases the weight of the movable body 7, thereby increasing the vibration generated.
  • the weight of the weight portion 74 can be adjusted to set the natural frequency of the movable body 7.
  • the weight of the weight portion 74 can be changed by changing its thickness and the area where it is placed relative to the magnetic yoke 72.
  • the weight portion 74 has recessed seat portions 742 formed at the four corners of the top surface, and connection holes 744 formed in the recessed seat portions 742.
  • a fastening member 64 such as a rivet is inserted into the joining hole 744, and the fastening member 64 passes through the through-hole 724 of the magnetic yoke 72 and is joined to the yoke-side fixed end 54 of the elastic support part 5.
  • the weight part 74 is positioned so that its upper surface faces the top surface of the cover 9 at a predetermined distance.
  • the spacer 76 is intended to ensure an air gap G, which becomes a movable area of the movable body 7.
  • the spacer 76 is disposed outside the electromagnet portion 3 between the lower surface 722 of the magnetic yoke 72 and the elastic support portions 5a and 5b, and separates the magnetic yoke 72 from the electromagnet portion 3 in the vertical direction.
  • the spacer 76 is, for example, a cylindrical body, and is fixed to the yoke-side fixed end portion 54 at the four corners of the lower surface 722 of the magnetic yoke 72 via rivets, which are fastening members 64, and is interposed between the magnetic yoke 72 and the elastic support portions 5a and 5b.
  • the thickness of the spacer 76 separates the magnetic yoke 72 from the magnetic pole surface 341 of the core body 342. This forms the gap between the magnetic yoke 72 and the magnetic pole surface 341, i.e., the air gap G. This allows the magnetic yoke 72 of the movable body 7 to move through the layers when positioned in the default position of the spacer 76, ensuring that the movable body's range of motion in the vibration actuator 1 is sufficiently set and providing suitable vibration characteristics. Note that this air gap is formed in a similar manner in each of the embodiments described below.
  • the core body 342 has a hard stop function that restricts downward movement of the magnetic yoke 72 (movement toward the base member 42) by the magnetic pole surface 341 abutting against the magnetic yoke 72.
  • the spacer 76 has a shape that avoids the coil 32 when the magnetic yoke 72 is displaced due to deformation of the elastic support portion 5, and is located outside the electromagnet portion 3 including the coil 32 in the portion that becomes the magnetic pole surface of the magnetic yoke 72 (the central portion of the lower surface 722 facing the magnetic pole core 34).
  • the spacer 76 is made of a non-magnetic material, it may also be made of a magnetic material.
  • the spacer 76 is made of a material such as austenitic stainless steel (SUS), for example.
  • the spacer 76 it is possible to increase the degree of freedom of the movable area of the movable body 7 and the elastic support parts such as leaf springs used in the elastic support parts 5.
  • the spacer 76 can set the air gap G by adjusting its thickness (length in the Z direction), and the precision of the air gap G can be improved.
  • the spacer 76 can also function as a weight when moving the movable body 7. For example, by using a high specific gravity material for the spacer 76, the movable weight increases, and the generated vibration can be increased.
  • the cover 9 covers the actuator body 2 from above.
  • the cover 9 is attached to the base member 42 so as to close the bottom surface of the cover 9, thereby forming a housing that covers the movable body 7 and the electromagnet section 3.
  • the cover 9 is fixed to the magnetic base member 42, and houses the magnetic yoke (magnetic member) 72 in a vibrating manner.
  • the cover 9 protects the movable body 7 and the electromagnet portion 3 from external interference.
  • the cover 9 has a rectangular top surface 92 and side wall portions 94, 96 that hang down from the outer edge of the top surface 92.
  • the side wall portions 94, 96 have different shapes and include engaging portions (engaging protrusions 942, engaging recesses 962) that engage with the engaged recesses 422 and engaged protrusions 424 of the base member 42, respectively.
  • the side wall portion 96 may also be referred to as an end wall portion 96 to distinguish it from the side wall portion 94. Because the engaging protrusions 942 and the engaging recesses 962 have different shapes, the cover 9 can be easily fitted into the base member 42 during assembly without making a mistake in the orientation.
  • the top surface of the cover 9 functions as a hard stop for the movable body 7 in the removal direction.
  • the cover 9 may be configured so that a damper (a buffer material) is provided on the surface facing the weight portion 74, and the damper has a hard stop function. Placing the damper inside the cover 9 makes it possible to achieve a sharp tactile sensation with just the device itself.
  • the vibration actuator 1 can be mounted in any orientation and position on the product via the cover 9, allowing for greater freedom in component layout.
  • Figures 8A, 8B, and 8C are diagrams used to explain the operation of the vibration actuator. Note that the cover 9 has been omitted from Figure 8 for convenience.
  • Figure 8A shows the vibration actuator in a non-excited state
  • Figure 8B shows the vibration actuator generating thrust in an excited state, as well as the magnetic flux flow M
  • Figure 8C shows the vibration actuator in a non-excited state after excitation.
  • the movable body 7 In the vibration actuator 1 in the non-excited state shown in Figure 8A, that is, in the non-energized state where no current is passing through the coil, the movable body 7 is positioned with a default predetermined distance L1 from the base member 42, forming a gap G between the bottom surface 722 and the magnetic pole surface 341.
  • current is passed through the coil 32 to excite the electromagnet section 3.
  • This generates a magnetic field (flow of magnetic flux M) that passes through the movable body 7, with the magnetic pole surface (top surface) 341 of the magnetic pole core 34 as the north pole and the joint surface with the base member 42 as the south pole.
  • the movable body 7 attracts the magnetic pole surface 341 of the magnetic pole core 34, the spring stop portion 44, and the surface of the base member 42, forming the magnetic circuit shown in the figure. Because the magnetic pole core 34, spring stop portion 44, and base member 42 are fixed, a thrust is generated in the movable body 7 in the direction of the white arrow, and the movable body 7 moves in a direction approaching the magnetic pole surface 341 of the magnetic pole core 34.
  • the reaction force of the elastic support portions 5a, 5b causes the movable body 7 to move away from the stationary position (indicated by the predetermined distance L1), where it is in a non-movable state, to a position displaced away from the magnetic pole core 34, generating strong vibrations.
  • vibration actuator 1 This vibration repeats reciprocating movement in the Z direction while attenuating as the biasing force decays, resulting in free vibration.
  • vibration can be generated by repeatedly energizing and deenergizing the coil 32 to cause the movable body 7 to reciprocate in the Z direction.
  • the vibration actuator 1 the movable body 7 is supported in a suspended state relative to the electromagnet section 3 by the elastic support sections 5a and 5b.
  • the movable body 7 When energized, the movable body 7 is mechanically displaced by the magnetic attraction force generated between it and the opposing electromagnet section 3, and then undergoes free vibration.
  • This magnetic attraction force causes one of the base member 42, electromagnet unit 3, and movable body 7 to move closer to the other, causing displacement. This movement causes vibrations in the movable body 7 due to the elastic force (biasing force) generated in the elastic support units 5a and 5b, providing a tactile sensation to the user.
  • a flat, annular coil 32 and the core body 342 of the disk-shaped magnetic pole core 34 are arranged inside the coil 32 on a flat, plate-shaped base member 42 within the cover 9.
  • the electromagnet section 3 which includes a base member 42, a coil 32, a bobbin 36, and a magnetic pole core 34, supports the flat-plate-shaped movable body 7 via plate-shaped elastic support sections 5a and 5b, allowing it to move freely in the approaching and separating directions.
  • the opening of the cover 9 is closed by the thin plate-shaped base member 42, and inside it, the coil 32, magnetic pole core 34, and spring stop portion 44 are arranged in the same layer on the base member 42.
  • the elastic support portions 5a and 5b are arranged in a layer laminated on the spring stop portion 44 so that they are flush with the magnetic pole surface 341 (the upper surface of the electromagnet portion 3), and a layer including the air gap G is laminated on top of that layer using spacers 76.
  • the magnetic yoke 72 and weight portion 74 of the movable body 7 are movably arranged on the layer of the air gap G, resulting in a vibration actuator 1 with a reduced thickness. In this way, assembly precision is determined by the overlapping of parts, making high-precision assembly possible.
  • the movable body 7 is covered by the cover 9, preventing external contact and other interference with the inside of the actuator, and the outer surface of the housing, excluding the surface from which the wiring is pulled out (extension portion 384), can be attached to the product. This improves layout flexibility when mounted on a product, and makes it possible to change the vibration direction of the actuator.
  • the vibration actuator 1 has a thin plate configuration (a thinner flat plate compared to a configuration in which the coil 32, magnetic pole core 34, and elastic support portion 5 (5a, 5b) are stacked), which allows for space-saving installation.
  • the vibration actuator 1 is thin and vibrates optimally in a small space.
  • the movable range of the elastic support members 5 (5a, 5b) of the vibration actuator 1 can be secured as a gap G within the movable range by the thickness of the elastic support members 5 (5a, 5b). Furthermore, the thickness of the spacer 76, together with the thickness of the elastic support members 5 (5a, 5b) and the thickness of the magnetic pole core 34, sets the air gap G between the magnetic pole faces where the electromagnet unit 3 and the movable body 7 attract each other.
  • the air gap G is the movable range of the elastic support members 5 (5a, 5b) that moves the magnetic pole core 34 of the electromagnet unit 3 and the magnetic yoke 72 closer to or farther apart, securing the vibration characteristics of the vibration actuator.
  • the elastic support members 5 are leaf springs with a high degree of thickness precision during manufacturing, which reduces variation in the gap between the base member 42 and the spacer 76, resulting in a stable gap that ensures a movable range and allows the air gap G to be set. Furthermore, in the vibration actuator 1, the direction of the current flowing circumferentially through the coil 32 can be either rightward or leftward.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a vibration actuator according to embodiment 2 of the present invention with the cover and movable body removed, as viewed from above, and Fig. 10 is a perspective view of the state shown in Fig. 9, as viewed from below.
  • Fig. 11 is an exploded perspective view of the vibration actuator according to embodiment 2 of the present invention, as viewed from above, and
  • Fig. 12 is an exploded perspective view of the state shown in Fig. 11, as viewed from below.
  • the vibration actuator 1A according to the second embodiment is formed by partially modifying or adding to the configuration of the vibration actuator 1 according to the first embodiment, and when the components have the same functions as those described above, they will be given the same names and reference numerals and their explanations will be omitted. Furthermore, components that have roughly the same functions will be described by the same names and reference numerals with the letter "A" added to the end.
  • the weight of the weight portion 74 of the movable body 7 may be adjusted and increased.
  • Vibration actuator 1A differs from vibration actuator 1 only in the configuration of weight portion 74A. Vibration actuator 1A is mounted in vibration presentation device 10 (see Figure 1) in place of vibration actuator 1.
  • Vibration actuator 1A has a housing configured by attaching a cover 9 to the plate-shaped base member 42 of the actuator main body 2A, and is a thin plate-shaped vibrating body, with the same functions as vibration actuator 1.
  • the actuator body 2A has a configuration in which a plate-shaped movable body 7A is disposed inside the housing relative to a fixed body 4 so as to be movable in the thickness direction (up and down directions, Z and ⁇ Z directions).
  • the actuator body 2A has a base member 42, a spring stop portion 44, a fixed body 4 having a disk-shaped electromagnet portion 3, elastic support portions 5 (5a, 5b), and a movable body 7A.
  • the movable body 7A is attached via a spacer 76 to the elastic support parts 5a and 5b, which are connected to the spring stop part 44 of the fixed body 4.
  • the movable body 7A has a weight portion 74A on a magnetic yoke 72, and the weight portion 74A has a weight portion main body 77 and an auxiliary weight portion 78 made of a high-density material.
  • the weight body 77 is formed in the shape of a rectangular frame with an opening 771 in the center, and is attached to the magnetic yoke 72 and elastic support members 5a and 5b via joining holes 774 provided at the corners.
  • the joining hole 774 is formed in the seat groove 772, and when the fastening member 64 is attached to the elastic support members 5a and 5b, the head of the fastening member 64 is positioned at the same height level as the surface 773 or at a height level lower than the surface. As a result, when the movable body 7A vibrates, even if it moves away from the base member 42, the fastening member 64 does not protrude in the direction of movement.
  • the weight portion main body 77 is made of stainless steel, copper, etc., and together with the auxiliary weight portion 78, increases the weight of the moving body and increases vibration output.
  • the auxiliary weight portion 78 is placed within the opening 771 of the weight portion main body 77 and is made of a material with a higher specific gravity than the weight portion main body 77.
  • the auxiliary weight portion 78 is made of a high-specific-gravity material such as phosphor bronze, SUS, or tungsten. Because the weight portion 74A has an auxiliary weight portion 78 made of a high-specific-gravity material, the weight of the movable body 7A can be further increased, thereby increasing the vibration generated. Furthermore, the weight portion main body 77 of the weight portion 74A may also be made of a high-specific-gravity material, or the weight portion 74A may be made of a single high-specific-gravity material, thereby increasing the vibration generated by the movable body.
  • a high-specific-gravity material such as phosphor bronze, SUS, or tungsten.
  • the movable mass can be increased, thereby increasing the vibration output, i.e., achieving higher output. Furthermore, by adjusting the weight of these weight portions 74A, the natural frequency of the movable body can be set.
  • vibration actuator 1A The driving principle of the vibration actuator 1 (vibration actuator 1A) will be briefly explained below.
  • the vibration actuators 1 and 1A can also be driven by generating a resonance phenomenon using pulses using the following equations of motion and circuit equations. Note that the operation is not a resonance drive, but rather represents a bodily sensation corresponding to a predetermined operation, and for example, the actuators may be driven by inputting a current pulse (which may be single or multiple) via a control unit (not shown).
  • the movable body 7 performs reciprocating motion based on equations (1) and (2).
  • the mass m [kg], displacement x(t) [m], thrust constant Kf [N/A], current i(t) [A], spring constant Ksp [N/m], damping coefficient D [N/(m/s)], etc. of the vibration actuator 1 can be changed as appropriate within a range that satisfies formula (1).
  • the voltage e(t) [V], resistance R [ ⁇ ], inductance L [H], and back electromotive force constant Ke [V/(rad/s)] can be changed as appropriate within a range that satisfies formula (2).
  • the vibration in the vibration actuator 1 is determined by the mass m of the movable body 7 and the spring constant Ksp of the metal springs (leaf springs in this embodiment) that serve as the elastic support members 5 (5a, 5b). Furthermore, the vibration generated by the vibration actuator 1 can be set and changed by the input voltage (pulse).
  • the base member 42 and the elastic support members 5 (5a, 5b) are joined, and the elastic support members 5 (5a, 5b) are joined to the movable body 7 using adhesives, welding, or other fastening members. Screws may also be used as fastening members.
  • FIG. 13 shows an example of a drive circuit for the actuator body.
  • the drive circuit shown in Figure 13 is included in the control unit, for example.
  • the drive circuit connects a current pulse supply unit (switching element) consisting of a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 18 to an actuator (vibration actuator) 1.
  • a current pulse supply unit switching element
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
  • the circuit unit also includes Port-1 15, which includes a signal generation unit (Signal Generation) that applies a voltage pulse, a gate resistor RG13, and a gate-source resistor RGS14.
  • the damper as a suppression member 791 that functions as a hard stop, it is possible to suppress the knocking noise caused by the movable body 7, and by providing low elasticity and damping properties, it is possible to improve the sharpness of the vibration of the movable body 7.
  • the damper can function as a hard stop in the direction of protrusion, which is opposite to the suction force.
  • the magnetic function of the external yoke 75 arranged on the outer periphery of the vibration actuator 1, coil 32, and magnetic pole core 34 configured as described above may be provided on the movable body side. Note that in the following embodiments, components with names similar to those described above basically have the same functions as the components with the names described above.
  • Fig. 16 is an external perspective view of a vibration actuator according to embodiment 3 of the present invention
  • Fig. 17 is a side view of the vibration actuator according to embodiment 3 of the present invention
  • Fig. 18 is an exploded perspective view of the vibration actuator according to embodiment 3 of the present invention with the cover and movable body removed, as viewed from above
  • Fig. 19 is a perspective view of the state shown in Fig. 18, as viewed from below
  • Fig. 20 is an exploded perspective view of the vibration actuator according to embodiment 3 of the present invention.
  • the vibration actuator 1B shown in Figures 16 to 20, like the vibration actuator 1, is mounted, for example, as an electrical device in the vibration presentation device 10 shown in Figure 1.
  • Vibration actuator 1B is a flat or thin plate-shaped vibration actuator and is positioned opposite the seat surface of seat portion 11.
  • Vibration actuator 1B has a rectangular parallelepiped cover 9B with rounded corners 900 on the top surface 92B (R-shaped).
  • the top surface 92B of vibration actuator 1B has no corners, and it is positioned so that it faces the seat surface of seat 11 (see Figure 1) in the thickness direction (Z direction), preventing the user from feeling a foreign body sensation when sitting on the seat and providing a comfortable sitting experience without any discomfort. Details of cover 9B will be provided later.
  • the vibration actuator 1B has a thin plate-shaped actuator body 2B that includes a fixed body 4B, a movable body 7B, and elastic support portions 5B (50a, 50b).
  • Vibration actuator 1B is a thin plate-shaped vibrating body, and cover 9B and the plate-shaped base member 42B of fixed body 4B form a housing. Vibration actuator 1B transmits the generated vibrations to the connected object, for example, a seat that is placed on it.
  • the actuator body 2B has an electromagnet portion 3B fixed to a portion of the housing (base member 42B), and supports the movable body 7B within the cover 9B via elastic support portions 5B (50a, 50b) so that it can vibrate in the vertical direction (Z direction).
  • the fixed body 4B has a base member 42B that is a flat magnetic body, and an electromagnet portion 3B fixed to the base member 42B.
  • the base member 42B generates a magnetic attraction force together with the cylindrical electromagnet portion 3B (coil 32B, magnetic pole core 34B, bobbin 36B, and substrate portion 38B) and the external yoke 75.
  • the base member 42B has engaged recesses 422 on both side edges that engage with the engaging protrusions 942 of the cover 9B, and has engaged protrusions 424 on the tip and base ends (edges spaced apart in the Y direction) that engage with the engaging recesses 962B of the cover 9B.
  • the magnetic pole core 34B is positioned inside the cylindrical bobbin body 361 of the bobbin 36B and is disposed within the cylindrical bobbin body 361.
  • the magnetic pole core 34B is housed in a state where it is positioned on a stepped portion (inner flange portion) 364 formed on the edge of the opening on the lower surface of the cylindrical bobbin body (cylindrical body) 361.
  • the magnetic pole core 34B sandwiches the stepped portion 364 together with the base member 42B, fixing the bobbin 36B to the base member 42B.
  • the magnetic pole core 34B is formed by sintering a metal such as Fe. Because the magnetic pole core 34B is formed by sintering, there is a high degree of freedom in its shape.
  • the weight portion 74B has a recessed portion 742 formed at the corner of its upper surface, and a joining hole 744 formed in the recessed portion 742.
  • a fastening member 640 such as a rivet is inserted into the joining hole 744, and the fastening member 640 passes through the through-hole 754 of the external yoke 75 and is joined to the movable-side fixed end portion 540 of the elastic support portion 5B.
  • an external yoke 750 is fixed to a recess 745 on the underside of a weight portion 74D, which is configured similarly to the weight portion 74B, in a movable body 7D.
  • the yoke top surface portion 7502 is integrally formed on the rib portion (corresponding to rib 753) surrounding the opening 752 (see Figure 25) provided in the center of the yoke main body 7501, so as to cover the upper surface of the opening 752.
  • the yoke top surface portion 7502 has a recess 7504 that has the same function as the opening 752.
  • the recess 7504 is formed in the yoke main body 7501 and opens downward.
  • the recess 7504 surrounds and covers the electromagnet portion 3B from above, forming a movement area for the movable body 7D between the gap between the recess 7504 and the outer surface of the electromagnet portion 3B and the gap surrounded by the rib portion.
  • the external yoke 750 is a magnetic material that completely surrounds the electromagnet portion 3B from above, an efficient magnetic circuit can be realized.
  • external yoke 750 is shaped so that it functions as both external yoke 75 and magnetic yoke 72B and is provided as an integrated unit, the number of parts can be reduced, shortening the production period.
  • the movable body main body 740 is an integrated unit of the weight portion 74B and external yoke 75 of the movable body 7B in the vibration actuator 1B.
  • movable body 7F has weight portion 740F and external yoke 75.
  • Weight portion 740F is made of a magnetic material and has a recess 745 on its underside that opens downward.
  • External yoke 75 is fitted and attached to recess 745.
  • Bottom surface 7402 of recess 745 functions as a yoke that faces magnetic pole surface 341 of electromagnet portion 3B within external yoke 75.
  • the movable body 7F has an external yoke 75, which ensures the weight of the movable body and reduces the number of parts, making assembly easier.
  • vibration actuator 1B the weight portion 74B, magnetic yoke 72B, and external yoke 75 may be integrated into one piece, as in vibration actuator 1G shown in Figures 30 and 31.
  • movable body 7G has movable body main body 700, which is an integrated structure of a weight portion, a magnetic yoke, and an external yoke.
  • Movable body main body 700 is made of a magnetic material with a high specific gravity, and has the functions of the weight portion, the magnetic yoke, and the external yoke.
  • the corners 900 of the rectangular top surface 925 may be chamfered, or as with cover 906 shown in Figure 38B, the top surface 926 may be configured as a curved surface that is convexly curved in the width direction.
  • the four corners 900 of the top surface 926 are rounded.
  • vibration actuators 1B to 1G of the above-described embodiments 3 to 8 and the modified examples are driven and controlled by the control circuit shown in FIG. 13 using the drive signals shown in FIG. 14, just like the vibration actuators 1 and 1A.

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Abstract

振動アクチュエータは、コアとコアを囲むコイルを有し、板状の磁性ベース部の板面上に積層される電磁石部と、前記コイルに上方から対向する下面を有する磁性部材と、前記コイルの外側で前記下面が接続され、前記磁性部材と前記電磁石とを上下方向で離間させて前記磁性部材の可動領域を形成するスペーサと、前記磁性ベース部上で、前記コイルの外側に設けられたばね止め部と、一端部の下面で前記ばね止め部に接続され、他端部の上面で、前記スペーサに接続する弾性支持部とを有する。

Description

振動アクチュエータ及び振動提示装置
 本発明は、振動アクチュエータ及びこれを備える振動提示装置に関する。
 ユーザにユーザの操作に応じて振動を発生して提示する振動提示装置には一般に、振動発生源としてのアクチュエータ(振動アクチュエータ)が実装されている。振動提示装置は、振動アクチュエータを駆動してユーザに振動を伝達して体感させることにより、刺激を付与したり、着信を通知したり、操作感や臨場感を向上したりすることができる。
 振動提示装置としては、携帯型ゲーム端末、据置型ゲーム機のコントローラー(ゲームパッド等)、携帯電話やスマートフォン等の携帯通信端末、タブレットPC(Personal Computer)等の情報端末装置等を含む。また、振動提示装置としては、ヘルスケア機器や美容機器を含むようにしてもよい。
 例えば、振動アクチュエータを、感知パネルであるタッチパネルを有する情報端末装置に搭載して、タッチパネルに表示された表示画面に接触した操作者の指腹等に対し、接触操作感(接触して操作する感覚)として振動を付与する構成が知られている(特許文献1)。
 特許文献1では、タッチパネルの裏面に、振動伝達部を介して振動アクチュエータが取り付けられている。振動アクチュエータでは、振動伝達部に固定されるハウジング内に、可動子が、タッチパネルに対して垂直に配置されたガイドシャフトに沿って往復移動可能に配置されている。振動アクチュエータは、タッチパネルへの操作に対応して可動子をハウジングに衝突させることで、衝突音が発生する可能性はあるものの、振動伝達部を介してタッチパネルに接触する指腹に振動を付与している。
特開2015-070729号公報
 ところで、近年、振動提示装置を自動車のシートに適用し、従来の振動アクチュエータを、自動車等の車両のシート内に搭載する技術が知られている。この技術では、例えば、センサにより車両への阻害物の接近を検知し、警告を報知する場合に、運転者のシートで振動を発生して、警告を運転者に体感として認識させることができる。
 振動アクチュエータをシート内に搭載する場合、特許文献1のように、可動子の往復移動をガイドする長さのガイドシャフトを有する構造よりも、薄型化して、狭いスペースに搭載して高出力で振動可な構造の振動アクチュエータが望まれている。
 本発明の目的は、薄型化が図られ、省スペースで好適に振動する振動アクチュエータ及び振動提示装置を提供することである。
 本発明に係る振動アクチュエータの一態様は、
 コアと前記コアを囲むコイルを有し、板状の磁性ベース部の板面上に配置される電磁石部と、
 前記コイルに上方から対向する下面を有する磁性部材と、
 前記コイルの外側で前記下面が接続され、前記磁性部材と前記電磁石部とを上下方向で離間させて前記磁性部材の可動領域を形成するスペーサと、
 前記磁性ベース部上で、前記コイルの外側に設けられたばね止め部と、
 一端部の下面で前記ばね止め部に接続され、他端部の上面で、前記スペーサに接続する弾性支持部と、
 を有し、
 前記コイルへの通電により前記磁性部材が前記電磁石部に近接するよう変位して振動する構成を採る。
 本発明の振動提示装置の一態様は、
 上記構成の振動アクチュエータと、
 前記振動アクチュエータの振動を提示する振動提示部とを有する構成を採る。
 本発明によれば、薄型化が図られ、省スペースで好適に振動する。
本発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータの外観斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータにおいてカバーと可動体とを取り外した状態を上方から見た分解斜視図である。 図2に示す状態を下方から見た斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータにおいて弾性部と固定体とを示す斜視図である。 図1のA-A線矢視断面図である。 本発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータを上方から見た分解斜視図である。 図6の状態を下方から見た分解斜視図である。 図8A、図8B及び図8Cは振動アクチュエータの動作の説明に供する図である。 本発明の実施の形態2に係る振動アクチュエータにおいてカバーと可動体とを取り外した状態を上方から見た分解斜視図である。 図9に示す状態を下方から見た斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る振動アクチュエータを上方から見た分解斜視図である。 図11の状態を下方から見た分解斜視図である。 本実施の形態における各振動アクチュエータを駆動制御する制御回路の一例を示す図である。 駆動信号の一例を示す図である。 振動アクチュエータの変形例を示す図である。 本発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータの外観斜視図である。 本発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータの側面図である。 本発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータにおいてカバーと可動体とを取り外した状態を上方から見た分解斜視図である。 図18に示す状態を下方から見た斜視図である。 本発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 図21A、図21B及び図21Cは、振動アクチュエータの動作の説明に供する図である。 本発明の実施の形態4に係る振動アクチュエータにおいて弾性部、可動体及び固定体を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態4に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態5に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態5に係る振動アクチュエータの縦断面図である。 本発明の実施の形態6に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態6に係る振動アクチュエータの縦断面図である。 本発明の実施の形態7に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態7に係る振動アクチュエータの縦断面図である。 本発明の実施の形態8に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態8に係る振動アクチュエータの縦断面図である。 固定体の変形例を示す図である。 歪み検出部と静電容量検出部の配置例を示す固定体の斜視図である。 ダンパー位置の変形例1を示す図であり、図34Aは、ウエイト部を透視した振動アクチュエータの平面図であり、図34Bは、同振動アクチュエータの側面図である。 ダンパー位置の変形例2を示す図であり、図35Aは、振動アクチュエータの要部構成を示す平面図であり、図35Bは、同振動アクチュエータの側面図である。 ダンパー位置の変形例3を示す図であり、図36Aは、振動アクチュエータの要部構成を示す平面図であり、図36Bは、同振動アクチュエータの側面図である。 図37A、図37B及び図37Cは、振動アクチュエータのケースの変形例を示す斜視図である。 図38A及び図38Bは、振動アクチュエータのケースの変形例を示す斜視図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
 以下説明する各実施の形態では、直交座標系(X,Y,Z)を使用する。X方向、Y方向及びZ方向の夫々の長さは、振動アクチュエータ及び振動提示装置の幅(左右方向、長手方向)、奥行き(前後方向、短手方向)及び高さ(上下方向)に対応するものとして説明される。ただし、これらの対応関係は、振動アクチュエータ及び振動提示装置の使用態様に応じて異なることは、言うまでもない。Z方向に関して言えば、Z方向プラス側(上側)は、操作者に振動フィードバックを付与する方向であり、Z方向マイナス側(下側)は、操作者が操作する際に押圧する方向である。
 また、「上側」及び「下側」等における「上」及び「下」は、本実施の形態に係る振動アクチュエータの構成及び挙動を理解しやすくするために便宜上付与したものである。振動アクチュエータ1が電気機器(図1参照)に搭載される場合には、ここに記載する「上」及び「下」が、逆になってもよいし、左右になってもよいし、斜めになってもよい。ちなみに、本実施の形態において、上下方向は、振動アクチュエータ1における可動体の振動方向であり、「上方向」は振動方向の一方であり、「下方向」は振動方向の他方向である。
 また、以下の説明で用いる形状に関する表現は、簡略的な概形説明のための便宜的な表現であって、幾何学的に正確な図形の定義が必ずしも当てはまるものでないことは、言うまでもない。ここに記載する装置全体或いは各構成部品の形状は一例であり、本発明は、本実施の形態で例示した形状に限定されない。
(実施の形態1)
<振動アクチュエータ1を有する電気機器としての振動提示装置10の基本構成>
 図1は、本発明の実施の形態1に係る振動アクチュエータの外観斜視図である。図1では、振動アクチュエータ1とともに搭載されて振動提示装置10を構成する振動提示部(座部11)と背もたれ部12を有するシートを想像線で示す。
 振動アクチュエータ1は、例えば、電気機器として、図1に示す振動提示装置10に搭載される。振動提示装置10は、車両に搭載される運転者のシートであり、振動提示部としてのシート本体は、座部11と背もたれ部12とを有し、座部11内の収容空間11a内に、振動アクチュエータ1を配設している。
 振動アクチュエータ1は、車両外の人や他の車両の接近を検知するセンサと、センサによる検出結果に基づいて、コイル32に駆動電力を供給する制御部を有してもよい。これにより、振動アクチュエータ1は、車両外の人や他の車両等の阻害物の接近に応じて運転者(ユーザ)に警告として振動を付与する。また、振動アクチュエータ1は、例えば、シート操作を行う際に、その操作に応じて振動を発生し、座部11を介して操作者である運転者に接触操作感(「触感」「力覚」ともいう)を付与する。
<振動提示部(座部11)>
 座部11は、振動提示装置10において、収容空間11a内に振動アクチュエータ1を有する。座部11は座面に着座したユーザに対して、ユーザの車両内での機械スイッチ等を用いた操作に応じて、振動アクチュエータ1による振動を提示して、対応する操作を体感させる。なお、振動アクチュエータ1は、背もたれ部12内に配置してもよい。また、座部11内に振動アクチュエータ1を駆動する制御部を設けてもよい。
<振動アクチュエータ1>
 図2は、同振動アクチュエータにおいてカバーと可動体とを取り外した状態を上方から見た分解斜視図である。また、図3は、図2に示す状態を下方から見た斜視図であり、図4は、同振動アクチュエータにおいて弾性部と固定体とを示す斜視図である。なお、図3では、図2において可動体7に取り付けられた止着部材64は、便宜上、弾性支持部5bに取り付けられた状態で図示されている。
 振動アクチュエータ1は、平板或いは薄板状の振動アクチュエータであり、Z方向を厚み方向とすると、例えば、厚み方向で、座部11の座面に対向するように配置される。
 振動アクチュエータ1は、図2~図4に示すように、固定体4、可動体7及び弾性支持部5(5a、5b)を有する薄板状のアクチュエータ本体2と、カバー9とを有する。
 振動アクチュエータ1は、薄板状の振動体であり、固定体4の板状のベース部材42とカバー9とで構成される筐体を有する。振動アクチュエータ1は、自身で発生する振動を、接続された接続対象に付与する。
 振動アクチュエータ1では、内部に厚み方向(上下方向、Z、-Z方向)に移動自在に配置された板状の可動体7が、カバー9により被覆されている。
 図5は、図1のA-A線矢視断面図であり、図6は、振動アクチュエータを上方から見た分解斜視図であり、図7は、図6の状態を下方から見た分解斜視図である。
 アクチュエータ本体2は、筐体を構成する一部(ベース部材42)に電磁石部3を固定し、筐体内で、弾性支持部5(5a、5b)を介して、可動体7を上下方向(Z方向)に振動可能に支持する。
 アクチュエータ本体2は、ベース部材42と、ばね止め部44と、円盤状の電磁石部3と、可動体7とを有する。
<ベース部材(磁性ベース部)42>
 ベース部材42は、平板状の磁性体(平板状部材)であり、平板円盤状に構成された電磁石部3(コイル32、磁極コア34、ボビン36、基板部38)と、ばね止め部44と、可動体7の磁性ヨーク72とともに磁気吸引力を発生する。
 ベース部材42は、外縁にカバー9の係合凸部942と係合凹部962と係合する被係合凹部422と、被係合凸部424とが形成されている。
 ベース部材42には、接合孔421、426が設けられ、電磁石部3とばね止め部44とは、接合孔421、426を介して、ベース部材42に取り付けられている。接合孔421は、ベース部材42の中央部に形成され、磁極コア34の接合凸部344が嵌合する。これにより、ベース部材42は、その上面の中央部に、磁極コア34のコア本体342を凸状に上方に突出して一体的に取り付けられた状態となる。
 ベース部材42は、例えば、ケイ素鋼板あるいはSECC(電気亜鉛メッキ鋼板:Steel Electrolytic Cold Commercial)等の磁性体により形成される。これにより、ベース部材42は、板金部品そのものを穿孔等の加工により形成できるので、面精度を確保できるとともに、薄型化、低コスト化を図ることができる。さらに、可動体7の磁性ヨーク72と全面的に対向できるので、可動体7とのギャップを介した対向面を広くすることができ、磁気抵抗を低下(小さく)できる。
<電磁石部3>
 電磁石部3は、円盤状(円柱状)の磁極コア34の外周にボビン36を介してコイル32が配設されている。電磁石部3は、円盤状に形成されている。コイル32には基板部38の配線が接続されている。電磁石部3は、ベース部材42の板面上に配置されている。
 磁極コア34は、磁性体である。磁極コア34は、ベース部材42上で突出するように配置され、上面が磁極面341である円盤状のコア本体342と、コア本体342の下面中央から下方に突出する接合凸部344とを有する。
 磁極コア34は、ボビン36の筒状ボビン本体361の内側に配置され、筒状ボビン本体361内に、筒状ボビン本体(筒状本体)361の下面側開口縁部に形成された段差部(内側フランジ部)364上に位置した状態で収容されている。
 磁極コア34は例えば、Fe等の金属を焼結して形成される。磁極コア34は、焼結して構成されるので、形状の自由度が高い。
 コア本体342は、扁平の円盤状に形成される。コア本体342はコイル32に囲まれている。
 接合凸部344は、ベース部材42に形成された接合孔421に内嵌して接合し、ベース部材42と磁極コア34とを一体的な磁性体とて形成している。接合孔421は、ベース部材42の中央部に形成されているので、電磁石部3は、ベース部材42の中央に配置され、磁極コア34は、ベース部材42の中央で突出した状態となっている。
 ボビン36は、ポリエステル(ポリブチレンテレフタレート(PBT:Polybutylene terephthalate)等の絶縁材料により形成され、コイル32と磁極コア34とを絶縁する。
 筒状ボビン本体361の上側開口縁部には、径方向外側に突出するフランジ(外側フランジ部)362が形成されている。
 フランジ362は、図5に示すように、磁極コア34の接合凸部344が接合孔421に内嵌して接合することにより、コイル32をベース部材42とで挟持した状態で保持している。フランジ362は、筒状下面でコイル32の内周縁部に係合している。これにより、電磁石部3のベース部材42への取り付けは、磁極コア34をベース部材42にカシメることで、ボビン36を介してコイル32を抜け止めした状態でベース部材42に固定できる。段差部364は、筒状ボビン本体361から径方向内側に突出して設けられ、上面でコア本体342に係合する。段差部364は平板環状であり、内部を接合凸部344が挿通し、その上面でコア本体342の外縁部が係合した状態で配置されている。
 コア本体342の下部の接合凸部344がベース部材42の接合孔421に嵌合することにより、コア本体342の外周部がボビン36の段差部364をベース部材42とで挟持した状態で固定されている。また、ボビン36のフランジ362がコイル32をベース部材42とで挟持した状態で固定される。
 磁極コア34の外周には、コイル32とベース部材42との間に基板部38の一部である環状本体部382が配置されている。また、コイル32内に磁極コア34が配置されるので、磁気回路が改善し、電磁変換効率が向上する。
 コイル32は、扁平の円環状に形成されている。コイル32は、ベース部材42上に基板部38の環状本体部382を介して配置されている。コイル32の軸は磁極コア34の軸と一致する。なお、円環状のコイル32は、バラツキが生じやすいエッジ部分を有していないので、安定した特性を有するコイルとして製造性が高い。
 コイル32は、例えば、UEW(ポリウレタン銅線:polyUrethane Enameled copper Wire)で形成されてもよい。コイル32は、両端のコイル巻線で基板部38の配線部に接続されている。
 基板部38は、コイル32に電力を供給するものである。基板部38は、フィルム状に形成され、例えば、フレキシブル基板(FPC)であり、耐熱性を有するポリイミド(Pl)フィルムに導電箔である銅を設けることで構成される。基板部38は、載置されるコイル32が接続される配線部を有する。
 基板部38は、開口部381を有する環状本体部382と、環状本体部382の一部から径方向外方に延出する延出部384とを有する。
 環状本体部382は絶縁性を有するシート状に形成され、コイル32とベース部材42とを絶縁する。延出部384は、延出部384の有する配線部を介してコイル32と外部機器等とを接続する。基板部38は、外部機器等を介してコイル32を通電し、磁極コア34を励磁する。
 基板部38の環状本体部382は、コイル32の形状に対応してリング状に形成されている。環状本体部382は、開口部381内に磁極コア34を配置した状態でベース部材42に取り付けられている。環状本体部382は、コイル32とベース部材42の間に介設され、コイル32とベース部材42とを絶縁する絶縁フィルム(絶縁体)として機能する。
 基板部38は、絶縁機能と、コイル32への導通機能(配線部による)を有するので、絶縁破壊の回避と、コイル32へ電力供給する配線の引き回しの改善、コイル断線の抑制を実現できる。また、コネクタ等を用いて接続する場合、その接続を容易に行うことができる。
<ばね止め部44>
 ばね止め部44は、取付孔445を有し、取付孔445を介して弾性支持部5(5a、5b)を固定する。ばね止め部44は、弾性支持部5(5a、5b)を介して、固定体4に可動体7を振動自在に支持させる。
 ばね止め部44は、弾性支持部5を介して可動体7を、磁極コア34の磁極面341と対向するように配置する。ばね止め部44は、例えば、弾性支持部5を、磁極面341と同じ高さ位置にするように形成されることが好ましい。
 ばね止め部44は、ベース部材42において、コア本体342の径方向外側に配置され、コア本体342の中心に対して点対称の位置に配置されることが好ましい。これにより、ばね止め部44は、取り付けられる弾性支持部5を介して、可動体7をベース部材42に対して、可動体7の中心から全面的に等間隔で位置させてバランスよく対向方向(上下方向)に移動自在に支持させることができる。
 ばね止め部44は、磁性体であり、電磁石部3の周囲を囲むように配置され、外部磁極として機能し、電磁石部3、磁性ヨーク72、更にはベース部材42とともに磁気回路を構成する。
 ばね止め部44は、例えば、コア本体342の外周側で所定の高さで弾性支持部5が固定されるように構成される。ばね止め部44における所定の高さは、弾性支持部5a、5bの変形部分(ばね)の可動領域を確保できる高さであり、エアギャップGの長さ以上の長さである。
 ばね止め部44は、開口部441を有するO状のヨークであり、矩形枠状(例えば正方形状)の枠状本体443を有する。開口部441は、枠状本体443の中央部に形成され、その内部にはコイル32及び磁極コア34が配置されている。ばね止め部44は、コイル32を囲む枠状体である。
 枠状本体443の下面には、切り欠き447が形成され、切り欠き447内には、開口部441内から延出する延出部384が挿通した状態で配置される。
 なお、ばね止め部44は、焼結材料により構成され、ばね止め部44自体の形状の自由度を増加させることができる。
 ばね止め部44は、取付孔445を、弾性支持部5を所定の位置に位置させるための高さの上面に備える。上面は、4つの角部の上面であり、コア本体342を中心にXY方向で対称の位置に配置されている。上面は、4つの同一平面上に配置され、夫々には取付孔445が形成されている。
 取付孔445は、止着部材62を介して弾性支持部5と、ばね止め部44とベース部材42とを一体的に固定する。
 取付孔445は、ここでは同一の高さのばね止め部44の四隅の同一平面に夫々設けた状態となっている。これにより、上面は、ばね固定面としての平面度が確保され、かつエアギャップGに関わる部品の重ね合わせ方向の組み立て精度が安定する。
 止着部材62は、弾性支持部5におけるコア側アーム562のコア側固定端部(一端部)52を挿通して、コア側固定端部52をばね止め部44に固定する。
 止着部材62は、頭部を弾性支持部5(5a、5b)のコア側固定端部52に係合して、コア側固定端部52と、取付孔445とを挿通して、ベース部材42の接合孔426に止着されている。これにより、ばね止め部44は、弾性支持部5とともにベース部材42に積層した状態で固定されている。止着部材62は、例えば、リベット等である。
<弾性支持部5(5a、5b)>
 弾性支持部5(5a、5b)は、板状ばねであり、固定体4と可動体7とを接続して可動体7を可動自在に弾性支持する。具体的には、弾性支持部5は、電磁石部3(コイル32)の外側に配置され、ばね止め部44と、スペーサ76を介した可動体7とを接続する。
 弾性支持部5(5a、5b)は、SUS等により形成され、弾性変形する一対の板ばねであり、所定の厚み(Z方向の厚み)を有し、厚み方向(Z方向)でばね止め部44と可動体7との間に積層するように配置される。
 弾性支持部5(5a、5b)は、夫々、コア側固定端部52と、ヨーク側固定端部54と、コア側固定端部52及びヨーク側固定端部54間に架設される変形アーム56とを有する。
 弾性支持部5a、5bは、夫々平面視矩形状に形成され、一対のコア側固定端部52及び一対のヨーク側固定端部54は、矩形状の頂点に位置するように設けられている。一対のコア側固定端部52と、一対のヨーク側固定端部54との間に変形アーム56が配設されている。変形アーム56は、X方向に延在し、且つ、平行に配置される線状のコア側アーム562及びヨーク側アーム564を有する。
 コア側アーム562の両端部には一対のコア側固定端部52が設けられ、ヨーク側アーム564の両端部には、一対のヨーク側固定端部54を有する。
 変形アーム56は、コア側アーム562とヨーク側アーム564との間を蛇行形状で変形可能な長さを確保した蛇行部で接続して形成されている。
 変形アーム56の弾性変形により、コア側アーム562及びヨーク側アーム564は、Z方向(板厚方向)に相対移動可能であり、夫々の両端の一対のコア側固定端部52と、一対のヨーク側固定端部54とがZ方向に変位する。
 一対のコア側固定端部52は、ばね止め部44の2つの角部に止着部材62を介して止着され、一対のヨーク側固定端部54は、電磁石部3よりも径方向外側でスペーサ76を介して、止着部材により可動体7に止着されている。
 これにより、弾性支持部5a、5bは、可動体7を、固定体4に固定した一対のコア側固定端部52に対して、一対のヨーク側固定端部54で弾性支持するので、可動体7をバランス良く支持することができ、安定して振動させることができる。
 弾性支持部5a、5bの厚みは、弾性支持部5a、5bの変形領域を確保する。また、弾性支持部5a、5bは、図5に示すように、磁極コア34において上面が磁極面341であるコア本体342と略同層に位置する。これにより、弾性支持部をコア本体342が存在する層に積層した構成と比較して、その厚みを薄くして、全体の薄型化を図ることができる。
 弾性支持部5a、5bにおいて、一対のヨーク側固定端部54と、変形アーム56の蛇行部及びヨーク側アーム564は、ベース部材42上において、電磁石部3とは干渉しない位置に配置されており、変形してZ方向に変位する。蛇行部を含む変形アーム56により、ばね長を長くとりつつ安定した組立を実現可能となる。
 また、弾性支持部5a、5bは、磁極コア34を中心に対称位置に配置される。すなわち、弾性支持部5a、5bは、磁極コア34の外周のコイル32の外側でコイル32の軸を中心に90度回転させた位置毎で可動体7を支持するように配置される。
 このように、弾性支持部5a、5bは、磁極コア34を中心に、Y方向で離間して、X方向で左右対称に可動体7を弾性支持することにより、バランス良く支持でき、駆動が安定する。また、平行なヨーク側アーム564とコア側アーム562の間に蛇行部を設けて弾性変形に十分な長さを確保しているので、スペースの有効活用(小型化)が可能となる。
 なお、弾性支持部5a、5bは、例えば、可動体7が固定体4に対して可動する場合、ばね定数の設定により、可動体7の変位量、固有振動数を決めることができ、共振周波数の調整も行うことができる。また、可動体7の可動時、つまりコイル32への通電時に、変位が発生することで機械的な触感を生じさせる。
<可動体7>
 可動体7は、電磁石部3を有する固定体4に対して、上下方向で移動する板状体である。可動体7は下面(磁性ヨーク72の下面722)で電磁石部3ととともにベース部材42と全面で対向する。下面722は、コイル通電時に、磁気吸引力が発生する。
 可動体7は、その外周部に、各弾性支持部5a、5bのコア側固定端部52をばね止め部44に止着する止着部材62の頭を避けるための切り欠き7aを有する。
 可動体7は、スペーサ76と、スペーサ76に重ねて配置される磁性ヨーク72と、磁性ヨーク72に重ねて配置されるウエイト部74とを有する。
<磁性ヨーク(磁性部材)72>
 磁性ヨーク72は、電磁石部3に対向した状態で、電磁石部3に対して相互に近接方向に移動可能に設けられている。磁性ヨーク72の移動により振動アクチュエータ1は振動を発生する。
 磁性ヨーク72は、薄板状の磁性体であり、コア本体342の磁極面341に対向配置される。また、磁性ヨーク72は、ベース部材42及びばね止め部44の上面にも対向して配置され、ベース部材42、ばね止め部44において磁極コア34の外周部分との間で発生する磁気吸引力により引き合う。
 磁性ヨーク72は、一枚の軟磁性材料からなる薄板材により構成され、高平面度を有する。磁性ヨーク72は、例えば、ケイ素鋼板、パーマロイ、フェライト等の軟磁性材料により形成されてもよい。また、磁性ヨーク72は、電磁ステンレス、焼結材、MIM(メタルインジェクションモールド)材、積層鋼板、SECC(電気亜鉛メッキ鋼板:Steel Electrolytic Cold Commercial)等により形成されてもよい。磁性ヨーク72は、特に、ケイ素鋼板或いはSECCで構成されることが好ましい。磁性ヨーク72は、例えば、厚み1mm以下の磁性を有する薄板材からなり、より好ましくは厚み0.7mm以下、更に好ましくは厚み0.5mm以下であることが好ましい。これにより、振動領域を狭くすることなく、振動アクチュエータ自体の薄型化を図ることができる。
 磁性ヨーク72は、可動体側のウエイトとしても機能する。
 このように磁性ヨーク72は、一枚の薄板材で構成されるので、部品点数も少なく、低コスト化、組み立ての容易化を実現できる。また、磁性ヨーク72は、高平面度の平板状体であるので、磁極コアのコア本体342の磁極面341全面に対して等間隔のエアギャップGをあけて対向配置でき、エアギャップG面の精度を向上させ、電磁石部3との間の磁気吸引力を効果的に発揮できる。
 磁性ヨーク72は、スペーサ76を介して、弾性支持部5a、5bのヨーク側固定端部54に接合されている。
<ウエイト部74>
 ウエイト部74は、磁性ヨーク72上に積層された平板状に形成される。ウエイト部74は、磁性ヨーク72と同外形で、磁性ヨーク72に一体に固定される。
 ウエイト部74は、可動体7の重量増として、発生する振動を増加する。ウエイト部74は、その重量を調整して、可動体7の固有振動数を設定できる。ウエイト部74はその厚みや磁性ヨーク72に対する配置面積により、その重量を変更できる。
 ウエイト部74は、上面の四隅に座彫り部742が形成され、座彫り部742に接合孔744が形成されている。
 接合孔744にリベット等の止着部材64が挿入され、止着部材64は、磁性ヨーク72の貫通孔724を挿通して弾性支持部5のヨーク側固定端部54に接合される。ウエイト部74は、その上面でカバー9の天面に所定間隔を空けて対向するように配置されている。
<スペーサ76>
 スペーサ76は、可動体7の可動領域となるエアギャップGを確保するためのものである。スペーサ76は、電磁石部3の外側で磁性ヨーク72の下面722と、弾性支持部5a、5bとの間に配置され、磁性ヨーク72と電磁石部3とを上下方向で離間させる。スペーサ76は、例えば、筒状体であり、磁性ヨーク72の下面722の四隅で止着部材64であるリベットを介してヨーク側固定端部54に固定され、磁性ヨーク72と弾性支持部5a、5bとの間に介設されている。
 スペーサ76の厚みは、磁性ヨーク72とコア本体342の磁極面341とを離間する。磁性ヨーク72と磁極面341との間隔、つまりエアギャップGを形成する。これにより、可動体7の磁性ヨーク72が、スペーサ76のデフォルト位置に位置した際の層を移動可能となり、振動アクチュエータ1における可動体の可動領域が十分に設定され、好適な振動特性を有することができる。なお、このエアギャップは後述する各実施の形態でも同様に形成される。このとき、コア本体342は、磁極面341が磁性ヨーク72に当接することにより、磁性ヨーク72の下方への移動(ベース部材42側への移動)を規制するハードストップ機能を有する。
 スペーサ76は、弾性支持部5の変形により、磁性ヨーク72が変位した際に、コイル32を避けた形状を有し、磁性ヨーク72の磁極面となる部位(磁極コア34と対向する下面722の中央部分)であって、コイル32を含む電磁石部3の外側に配置される。
 スペーサ76は、非磁性体としたが、磁性体であってもよい。スペーサ76は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼(SUS)等の材料で形成される。
 スペーサ76の設計に応じて、可動体7の可動領域や弾性支持部5に用いた板ばね等の弾性支持部の自由度を高めることができる。
 スペーサ76は、その厚み(Z方向の長さ)で、エアギャップGを設定でき、エアギャップGの精度の向上を図ることができる。
 なお、スペーサ76は、可動体7を可動させる場合、ウエイトとして機能することも可能である。例えば、スペーサ76に高比重材料を用いることで、可動重量増となり、発生する振動を増加できる。
<カバー9>
 カバー9は、アクチュエータ本体2を上方から覆うものである。カバー9は、ベース部材42にカバー9の底面を閉塞するように取り付けることで筐体を可動体7と電磁石部3とを被覆する筐体を構成する。カバー9は、磁性ベース部材42に固定され、磁性ヨーク(磁性部材)72を振動可能に収容する。
 カバー9は、可動体7及び電磁石部3に対する外部からの干渉を防ぎ保護する。
 カバー9は、矩形の天面部92と、天面部92の外縁部から垂下される側壁部94、96とを有する。側壁部94、96の夫々には形状が異なり、ベース部材42の被係合凹部422と、被係合凸部424の夫々に係合する係合部(係合凸部942、係合凹部962)を有する。なお、側壁部96は、側壁部94との識別のため、端壁部96と称してもよい。係合部の形状が異なる係合凸部942、係合凹部962であるので、組み立て時に、ベース部材42にはめ込む際に、カバー9の向きを間違えることなく容易に嵌め込むことができる。
 カバー9は、天面が可動体7の抜け方向のハードストップとして機能する。
 また、カバー9は、ウエイト部74と対向する面に、ダンパー(緩衝材)を設けて、ダンパーにハードストップの機能を持たせる構成としてもよい。
 カバー9内にダンパーを配置することで、デバイス単体でキレの良い触感実現を可能にする。また、カバー9を介して振動アクチュエータ1を製品にどの向きでもどの位置にでも搭載することができ、部品のレイアウトの自由度を高めることができる。
<振動アクチュエータ1の磁気回路と動作>
 図8A、図8B及び図8Cは振動アクチュエータの動作の説明に供する図である。なお、図8では、便宜上カバー9を省略している。図5の部分断面図に対応し、図8Aは、無励磁状態の振動アクチュエータを示し、図8Bでは、励磁状態で推力を発生した振動アクチュエータと、磁束の流れMを示す。図8Cは、励磁後の無励磁状態の振動アクチュエータを示す。
 図8Aに示す無励磁状態、つまり、コイルに通電していない非通電状態の振動アクチュエータ1では、可動体7は、ベース部材42に対してデフォルトの所定間隔L1を開けて、下面722と磁極面341との間にギャップGを形成した状態で配置される。この状態において、例えば、図8Bに示すようにコイル32に電流を流して電磁石部3を励磁する。これにより、磁極コア34の磁極面(頂面)341は、N極、ベース部材42との接合面はS極として可動体7を通る磁界(磁束の流れM)が発生する。
 電磁ソレノイドの原理により、可動体7と、磁極コア34の磁極面341、ばね止め部44及びベース部材42の表面が引き合い、図に示す磁気回路が形成される。磁極コア34、ばね止め部44及びベース部材42は固定されているので、可動体7には白矢印方向に推力が発生し、可動体7は、磁極コア34の磁極面341に近接する方向に可動する。
 次いで、コイル32への通電を解除すると、磁界は消滅し、電磁石部3の磁気吸引力は無くなり、無励磁状態となる。すると、ベース部材42側に変形した弾性支持部5a、5bの付勢力が解放される。すなわち、図8Cに示すように、弾性支持部5a、5bとしてのばねの反力が発生し、弾性支持部5a、5bの反力により可動体7は、元の位置に移動するように移動する。このとき可動体7は、弾性支持部5a、5bの反力により、非可動状態である静止位置(所定間隔L1で示す)よりも磁極コア34から離間する方向に変位した位置まで移動し、強い振動を発生する。
 この振動は、付勢力の減衰に伴い、減衰しながらZ方向の往復移動を繰り返して自由振動する。また、コイル32への通電、解除を繰り返して可動体7をZ方向に往復移動して振動を発生するようにしてもよい。このように振動アクチュエータ1では、電磁石部3に対して弾性支持部5a、5bで吊られた状態で支持された可動体7は、通電すると対向する電磁石部3との間で発生する磁気吸引力により、機械的に変位し、その後、自由振動する。
 この磁気吸引力により、ベース部材42及び電磁石部3と可動体7の一方が他方に近接するよう移動して変位する。この移動は、弾性支持部5a、5bに発生する弾性力(付勢力)により可動体7の振動を発生して、ユーザに触感を付与する。
 振動アクチュエータ1では、カバー9内で、平板状のベース部材42上に、扁平円環状のコイル32と、コイル32の内側に配置され円盤状の磁極コア34のコア本体342とが配設されている。
 振動アクチュエータ1では、ベース部材42と、コイル32、ボビン36及び磁極コア34を有する電磁石部3は、板状の弾性支持部5a、5bを介して、平板状の可動体7を接近、離間方向に移動自在に支持する。
 この構成により、カバー9の開口は、薄板状のベース部材42で閉塞され、その内部において、ベース部材42上で、コイル32と磁極コア34とばね止め部44とを同層で配置されている。加えて、ばね止め部44に積層する層で弾性支持部5a、5bを、磁極面341(電磁石部3の上面)と面一となるように配置し、その層上に、スペーサ76によりエアギャップGを含む層を積層する。エアギャップGの層上に移動自在に可動体7の磁性ヨーク72とウエイト部74の層が配置され、薄型化が図られた振動アクチュエータ1となっている。このように、部品の重ね合わせで組立精度が決まるので、高精度組立が可能となる。
 振動アクチュエータ1は、カバー9により、可動体7が覆われているので、アクチュエータ内部への外部からの接触等の干渉を防止でき、且つ、配線を引き出す面(延出部384)を除く筐体の外面を製品に対して取り付けることができる。これにより、製品への実装時におけるレイアウト性の向上、並びに、アクチュエータの振動方向を変更することが可能となる。
 また、振動アクチュエータ1は、薄板化(コイル32、磁極コア34及び弾性支持部5(5a、5b)が積層される構成と比較して薄い平板状)をなした構成であり、配置スペースの省スペース化を実現できる。振動アクチュエータ1によれば、薄型化が図られ、省スペースで好適に振動する。
 また、振動アクチュエータ1は、弾性支持部5(5a、5b)の可動領域は、弾性支持部5(5a、5b)の厚みで可動範囲のギャップGとして確保できる。また、スペーサ76の厚みは、弾性支持部5(5a、5b)の厚み及び磁極コア34の厚みとともに、電磁石部3と可動体7とが引き合う磁極面間のエアギャップGを設定する。エアギャップGは、電磁石部3の磁極コア34と磁性ヨーク72とを接近、離間させる弾性支持部5(5a、5b)の可動領域となる振動アクチュエータの振動特性を確保する。
 このように、夫々の可動範囲となるギャップGを形成するための部材を個別に設けることなく、好適な振動特性を有することができ、簡易な構成でさらなる薄肉化、組み立ての簡易化、低コスト化を図ることができる。また、各構成要素を平板状とすることで、例えば磁性ヨーク72を加工しない鋼板を適用する等でき、薄型化かつ低コスト化が可能となる。
 さらに、弾性支持部5(5a、5b)は、製造上、厚みの精度が高い板ばねであるので、ベース部材42とスペーサ76との間の隙間のバラツキが抑制され、安定した隙間となり可動領域を確保し、エアギャップGを設定できる。また、振動アクチュエータ1では、コイル32を周方向に流れる電流の向きは右向き、左向きどちらでもよい。
(実施の形態2)
 図9は、本発明の実施の形態2に係る振動アクチュエータにおいてカバーと可動体とを取り外した状態を上方から見た分解斜視図であり、図10は、図9に示す状態を下方から見た斜視図である。また、図11は、本発明の実施の形態2に係る振動アクチュエータを上方から見た分解斜視図であり、図12は、図11の状態を下方から見た分解斜視図である。
 実施の形態2に係る振動アクチュエータ1Aは、実施の形態1の振動アクチュエータ1において構成の一部を変更、追加等して形成されたものであり、上述の構成要素と同じ機能を有する際には、同名称、同符号を付して説明は省略する。また、ほぼ同様な機能を有する構成要素には、同名称で、同符号の語尾に「A」を付して説明する。
 図9~図12に示す実施の形態2に係る振動アクチュエータ1Aに示すように、実施の形態1の振動アクチュエータ1において、可動体7のウエイト部74の重量を調整し増加してもよい。
 振動アクチュエータ1Aは、振動アクチュエータ1において、ウエイト部74Aの構成のみ異なる。振動アクチュエータ1Aは、振動提示装置10(図1参照)に、振動アクチュエータ1に換えて搭載される。
 振動アクチュエータ1Aは、アクチュエータ本体2Aの板状のベース部材42にカバー9を覆うように取り付けて構成される筐体を有し、薄板状の振動体であり、振動アクチュエータ1と同様の機能を有する。
 アクチュエータ本体2Aは、筐体内部において固定体4に対して板状の可動体7Aを、厚み方向(上下方向、Z、-Z方向)に移動自在に配置した構成を有する。
 アクチュエータ本体2Aは、ベース部材42と、ばね止め部44と、円盤状の電磁石部3とを有する固定体4と、弾性支持部5(5a、5b)と、可動体7Aとを有する。
 可動体7Aは、固定体4のばね止め部44に接続された弾性支持部5a、5bにスペーサ76を介して取り付ける。
 可動体7Aは、磁性ヨーク72上にウエイト部74Aを有し、ウエイト部74Aは、ウエイト部本体77と、高比重の材料からなる補助ウエイト部78とを有する。
 ウエイト部本体77は、中央に開口部771を有する矩形枠状に形成され、角部に設けられた接合孔774を介して磁性ヨーク72、弾性支持部5a、5bに接合される。取り付けられる。
 接合孔774は座彫り部772に形成され、弾性支持部5a、5bに止着部材64で取り付けられた際の止着部材64の頭部を配置し、表面773と同じ高さレベル若しくは表面よりも低い高さレベルとする。これより可動体7Aが振動する際に、ベース部材42から離間する方に移動しても離間する方向に止着部材64が突出することがない。
 ウエイト部本体77は、SUSや銅等で構成され、補助ウエイト部78とともに、可動体の重量を増加して振動出力を高める。
 補助ウエイト部78は、ウエイト部本体77の開口部771内に配置され、ウエイト部本体77よりも比重の大きい材料により形成される。
 補助ウエイト部78は、高比重の材料、リン青銅、SUS、タングステン等により形成される。ウエイト部74Aは、高比重材料よりなる補助ウエイト部78を有するので、可動体7Aの重量増をさらに増加でき、発生する振動を増加できる。また、ウエイト部74Aでは、ウエイト部本体77も高比重材料により形成したり、ウエイト部74Aを一つの高比重材料で形成したりすることにより、可動体の発生する振動を増加するようにしてもよい。
 このように、ウエイト部74Aでは、ウエイト部本体77と、補助ウエイト部78との割合を適宜変更することにより、可動体重量を増加して、振動出力を高める、つまり高出力化を図ることができる。また、これらウエイト部74Aの重量を調整して、可動体の固有振動数を設定できる。
<振動アクチュエータ1の駆動原理>
 以下に、振動アクチュエータ1(振動アクチュエータ1A)の駆動原理について簡単に説明する。振動アクチュエータ1、1Aは、下記の運動方程式および回路方程式を用いてパルスを用いて共振現象を発生させて駆動することもできる。なお、動作としては共振駆動ではなく、所定の操作に対応する体感を表現するものであり、例えば、図示しない制御部を介して電流パルス(単数でも複数でも良い)を入力することにより駆動してもよい。
 なお、振動アクチュエータ1において、可動体7は、式(1)、(2)に基づいて往復運動を行う。
 すなわち、振動アクチュエータ1における質量m[kg]、変位x(t)[m]、推力定数K[N/A]、電流i(t)[A]、ばね定数Ksp[N/m]、減衰係数D[N/(m/s)]等は、式(1)を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧e(t)[V]、抵抗R[Ω]、インダクタンスL[H]、逆起電力定数K[V/(rad/s)]は、式(2)を満たす範囲内で適宜変更できる。
 このように、振動アクチュエータ1における振動は、可動体7の質量mと、弾性支持部5(5a、5b)としての金属ばね(本実施の形態では板ばね)のばね定数Kspにより決まる。また、振動アクチュエータ1により発生する振動は、入力電圧(パルス)により、設定変更可能となる。
 また、振動アクチュエータ1では、ベース部材42と弾性支持部5(5a、5b)との接合、及び、弾性支持部5(5a、5b)と可動体7との接合には、止着部材としての接着剤や溶接等を用いて止着される。止着部材としてねじを用いてもよい。
<振動アクチュエータ1の駆動回路>
 図13に、アクチュエータ本体の駆動回路の一例を示す。
 図13に示す駆動回路は、例えば、制御部に含まれる。駆動回路は、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)18により構成される電流パルス供給部(スイッチング素子)をアクチュエータ(「Actuator」:振動アクチュエータ)1に接続している。回路部は、MOSFETの他、電圧パルスを印加する信号発生部(Signal generation)等のポート1(「Port-1」)15、ゲート抵抗RG13、ゲート・ソース間抵抗RGS14を有する。
 制御部では、ポート1(「Port-1」)15は、MOSFET18のゲートにゲート抵抗RGを介して接続されている。MOSFET18は、放電切換スイッチ等であり、電源部Vinから電圧が供給される振動アクチュエータ(図13では[Actuator]で示す)1、1A、ゲート・ソース間抵抗RGS14に接続される。アクチュエータ1に入力されるアクチュエータ駆動信号としての一例として入力電圧を図14に示す。
 この振動アクチュエータ1、1Aは、アクチュエータ駆動信号の入力が停止されることにより、振動アクチュエータ1、1Aは、付勢力を解放し、可動体7を、付勢力により他方向側(Z方向プラス側)に移動する。振動アクチュエータ1、1Aは、アクチュエータ駆動信号の入力と停止により可動体7を振動させる。振動アクチュエータ1、1Aは、マグネットを用いることなく、可動体7を振動させている。
 なお、アクチュエータ駆動信号は、実施の形態では、可動部及び操作機器を駆動する駆動電流としてコイル32に供給される駆動電流パルス(「電流パルス」とも称する)に相当する。振動アクチュエータ1では、電流パルスがコイル32に供給されると、電磁石部3と、可動体7との間の磁気吸引力により、可動体7は一方向に電磁石部3側に移動して、機械的に変位し、供給を停止して、その後、自由振動させる。これにより発生する振動を操作機器に付与する。弾性支持部5(5a、5b)は、磁気吸引力による変位及び自由振動周期を制御できる。
 またアクチュエータ駆動信号は、操作者の操作を検知する検知部からの信号の入力により生成される。検知部は、例えば、操作者の操作による押圧を圧力信号として感知し、その圧力信号を電気信号に変換して出力する感圧センサ等を用いてもよい。また、検知部は、静電容量式のタイプや、振動提示部を押圧操作する操作者の指(押圧物)の位置を、操作者の指との間の容量結合を検出して指の位置を検知する近接センサ等としてもよい。
 なお、図5に示すように可動体7と、固定体4(具体的には電磁石部3の表面)との間に、シリコーンゲル等の弾性体であるダンパー(減衰部材)79を設けて振動を減衰するようにしてもよい。ダンパー79をアクチュエータ内に実装することで、振動アクチュエータ1自体、つまり、デバイス単体での余韻の振動抑制を実現し、可動体7の耐衝撃性を向上させることができる。また、ダンパーと同様の材質(例えば、低弾性、且つ、減衰性を有する材料)のものを抑制部材791として、カバー9と、可動体(磁性部材に相当してもよい)7との間にハードストップ材としても設けてもよい。
 ダンパーをハードストップ材としての抑制部材791とすることで、可動体7による叩き音を抑止でき、低弾性、且つ、減衰性を持たせて可動体7の振動のキレを向上させることができる。すなわち、ダンパーを抑制部材791として、カバー9と、可動体7との間に設けられることにより、ダンパーを吸引力と反対方向の飛び出し方向へのハードストップとして機能させることができる。
<変形例>
 図15は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの変形例を示す図である。
 図15に示す振動アクチュエータのアクチュエータ本体2は、アクチュエータ本体2において、歪み検出部(歪み検出センサ)82と近接検出部としての静電容量検出部(近接センサ)84とを備える。なお、操作荷重検出する場合、振動アクチュエータは、歪み検出部82と、静電容量検出部84のうちの一方を有した構成であってもよい。
 アクチュエータ本体2は、弾性支持部5aに、歪みゲージを有する歪み検出部82を有する。歪み検出部82は、可動部とした可動体7が、開口部の底面側(押圧操作方向)に押し込まれた際に変形する弾性支持部5aのヨーク側アーム564の歪みを検出する。検出した歪みは、制御部等に出力されて、この歪みに対応した可動部(例えば、可動体7)の移動量となるように、コイル32が通電され、磁性ヨーク72を吸引して移動させる。なお、歪み検出部82は弾性支持部5bに同様に設けられてもよい。
 具体的には、歪み検出部82を用いて、操作者の接触操作、つまり、可動部(例えば可動体7)の押し込み量を検出する。
 歪み検出部82のセンサ検出結果に基づいて、ポート1(電流パルス供給部)15による駆動電流パルスを供給した際の可動部(例えば、可動体7)の振動周期を調整してもよい。すなわち、歪み検出結果に応じて駆動により発生する振動を調整することができる。
 静電容量検出部84は、ベース部材42上に設けて、可動体7の移動によるベース部材42における静電容量の変化を検知する。静電容量検出部84は、可動体7(磁性ヨーク72、スペーサ76等)と、電磁石部3の一部との相対距離、つまり、近接を検出するものであれば、どのように設けられてもよい。これにより、可動部が操作者による押圧操作を検出し、制御部を介して操作に応じた振動を振動アクチュエータで生成して操作者に付与できる。このように、静電容量検出結果に応じて振動を調整することができ、振動アクチュエータを操作荷重により静電容量が変化するように配置した場合、操作荷重の検出も行うことができる。
<他の各実施の形態及び変形例>
 また、以下の各実施の形態、変形例は、上記の振動アクチュエータ1において構成の一部を変更、追加等して形成されるものであり、上述の構成要素と同じ機能を有する際には、同名称、同符号を付して説明は省略する。
 以下の各振動アクチュエータは、振動アクチュエータ1と同様の基本的構成を有する。各振動アクチュエータは、基本的には、板状の磁性体であるベース部材と、ベース部材上の電磁石部と、電磁石部の外周の外部ヨークと、電磁石と対向配置される磁性ヨークと、磁性ヨークとベース部材とを接続する弾性体(弾性支持部)と、を備える。
 上記構成の振動アクチュエータ1、コイル32及び磁極コア34の外周に配置した外部ヨーク75の磁性体としての機能を、可動体側に設けてもよい。なお、以下の実施の形態において、上述した名称と同様の名称の構成要素は、上述した名称の構成部材と基本的に同様の機能を有する。
(実施の形態3)
 図16は、本発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータの外観斜視図であり、図17は、本発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータの側面図である。また、図18は、本発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータにおいてカバーと可動体とを取り外した状態を上方から見た分解斜視図であり、図19は、図18に示す状態を下方から見た斜視図である。図20は、本発明の実施の形態3に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。
 図16~図20に示す振動アクチュエータ1Bは、振動アクチュエータ1と同様に、例えば、電気機器として、図1に示す振動提示装置10に搭載される。
 振動アクチュエータ1Bは、平板或いは薄板状の振動アクチュエータであり、座部11の座面に対向するように配置される。
 振動アクチュエータ1Bは、天面部92Bの角部900にRが付けられた(R形状)直方体形状のカバー9Bを有する。振動アクチュエータ1Bは、天面部92Bに角部が無く、厚み方向(Z方向)で、座部11(図1参照)の座面に対向するように配置され、座面に着座するユーザに異物感を与えることがなく、違和感なく好適な座り心地を付与できる。なお、カバー9Bについての詳細は後述する。
 振動アクチュエータ1Bは、カバー9Bの他、固定体4B、可動体7B及び弾性支持部5B(50a、50b)を有する薄板状のアクチュエータ本体2Bを有する。
 振動アクチュエータ1Bは、薄板状の振動体であり、カバー9Bは、固定体4Bの板状のベース部材42Bとで筐体を構成する。振動アクチュエータ1Bは、発生した振動を、接続された接続対象、例えば、載置されるシートに伝達する。
 アクチュエータ本体2Bは、筐体を構成する一部(ベース部材42B)に電磁石部3Bを固定し、カバー9B内で、弾性支持部5B(50a、50b)を介して、可動体7Bを上下方向(Z方向)に振動可能に支持する。
<固定体4B>
 固定体4Bは、平板状の磁性体であるベース部材42Bと、ベース部材42Bに固定された電磁石部3Bとを有する。ベース部材42Bは、円柱状に構成された電磁石部3B(コイル32B、磁極コア34B、ボビン36B、基板部38B)と、外部ヨーク75とともに磁気吸引力を発生する。
 ベース部材42Bは、両側辺部に、カバー9Bの係合凸部942に係合する被係合凹部422を有し、先端部及び基端部(Y方向で離間する端辺部)に、カバー9Bの係合凹部962Bと係合する被係合凸部424を有する。
 ベース部材42Bには、接合孔421を介して電磁石部3が固定されている。接合孔421は、ベース部材42Bの中央部に形成され、磁極コア34Bの接合凸部344が嵌合する。これにより、ベース部材42Bは、その上面の中央部に、磁極コア34Bのコア本体342が一体的に設けられた磁性体として機能する。ベース部材42Bは、ベース部材42と同様の材料を加工して形成され、同様の効果を有する。
 電磁石部3Bは、円柱状の磁極コア34Bの外周にボビン36Bを介してコイル32Bが配設されている。電磁石部3Bは、円柱状(円盤状)に形成されている。
 磁極コア34Bは、磁性体であり、上面が磁極面である円盤状のコア本体342の下面中央から接合凸部344が下方に突設されている。コア本体342は、扁平の円柱状に形成され、コイル32に囲まれている。
 磁極コア34Bは、ボビン36Bの筒状ボビン本体361の内側に配置され、筒状ボビン本体361内に配置されている。磁極コア34Bは、筒状ボビン本体(筒状本体)361の下面側開口縁部に形成された段差部(内側フランジ部)364上に位置した状態で収容されている。接合凸部344が接合孔421に嵌合することで、磁極コア34Bは、段差部364をベース部材42Bとともに挟み、ボビン36Bをベース部材42Bに固定している。
 磁極コア34Bは、例えば、Fe等の金属を焼結して形成される。磁極コア34Bは、焼結して構成されるので、形状の自由度が高い。
 磁極コア34Bは、接合孔421に嵌合することにより、ベース部材42Bの中央部に配置され、且つ、ベース部材42Bの中央で突出した状態で配置される。
 ボビン36Bは、ボビン36と同様の材料で構成され同様の機能を有する。筒状ボビン本体361の上側開口縁部には径方向外側に突出するフランジ(外側フランジ)362Bが形成され、フランジ362Bには、磁極コア34Bの高さを確認、測定するための切り欠き部3622が設けられている。磁極コア34Bは、ボビン上面よりも上方に突出するよう構成される。
 フランジ362B(図21A参照)は、磁極コア34の接合凸部344が接合孔421に内嵌して接合することにより、コイル32Bをベース部材42Bとで挟持した状態で保持している。これにより、電磁石部3Bのベース部材42Bへの取り付けは、磁極コア34Bをベース部材42Bにカシメることで、ボビン36Bとともに、コイル32Bを抜け止めした状態でベース部材42Bに固定できる。
 具体的には、段差部364は平板環状であり、内部を接合凸部344が挿通し、その上面でコア本体342の外縁部が係合した状態で配置されている。コア本体342の下部の接合凸部344がベース部材42Bの接合孔421に嵌合することにより、コア本体342の外周部がボビン36Bの段差部364をベース部材42Bとで挟持した状態で固定する。また、ボビン36Bのフランジ362Bがコイル32Bをベース部材42Bとで挟持した状態で固定される。
 コイル32Bは、円環状に形成されている。コイル32Bは、ベース部材42B上に基板部38Bの環状本体部382を介して配置されている。コイル32Bの軸は磁極コア34Bの軸と一致する。コイル32Bは、例えば、UEWで形成され、両端のコイル巻線で基板部38Bの配線部に接続されている。
 なお、磁極コア34Bの外周には、コイル32Bとベース部材42Bとの間に基板部38Bの一部である環状本体部382が配置されている。また、コイル32B内に磁極コア34Bが配置されるので、磁気回路が改善し、電磁変換効率が向上する。
 基板部38Bは、基板部38と同様の基本的な構成、機能を有し、開口部381を有する環状本体部382と、環状本体部382の一部から径方向外方に延出する延出部384とを有する。
 環状本体部382は絶縁性を有するシート状に形成され、コイル32Bとベース部材42Bとを絶縁する。延出部384は、延出部384の有する配線部を介してコイル32Bと外部機器等とを接続し、外部機器等を介してコイル32Bを通電して、磁極コア34Bを励磁する。
 基板部38Bの環状本体部382は、コイル32Bの形状に対応してリング状に形成されている。環状本体部382は、開口部381内に磁極コア34Bを配置した状態でベース部材42Bに取り付けられている。環状本体部382は、ベース部材42B上に固定され、その上面にコイル32Bが載置される。環状本体部382は、ベース部材42Bの間に介設され、コイル32Bとベース部材42Bとを絶縁する絶縁フィルム(絶縁体)として機能する。
 基板部38Bは、絶縁機能と、コイル32Bへの導通機能(配線部による)を有するので、絶縁破壊の回避と、コイル32Bへ電力供給する配線の引き回しの改善、コイル断線の抑制を実現できる。また、コネクタ等を用いて接続する場合、その接続を容易に行うことができる。
 スペーサ60は、弾性支持部5B(50a、50b)を受けるばね受けとして機能し、可動体7Bの可動領域となるエアギャップGを確保する。スペーサ60は、電磁石部3Bの外側で、ベース部材42Bと、弾性支持部5B(50a、50b)との間に配置され、可動体7Bを、電磁石部3Bに対して上下方向で離間させる。
 スペーサ60は、接続する弾性支持部5B(50a、50b)の可動領域を確保するために、弾性支持部5B(50a、50b)をベース部材42Bから離間して位置させる。スペーサ60は、所定の高さ(厚み)を有し、例えば、筒状体である。スペーサ60は、振動方向(Z方向)でベース部材42Bと、弾性支持部5Bとの間に配置され、止着部材620であるリベットを介して固定されている。スペーサ60は、弾性支持部5Bをベース部材42Bに、振動方向で、可動領域に含まれる所定の間隔を空けて取り付けている。
 スペーサ60は、ベース部材42B上で電磁石部3Bの側方で、電磁石部3Bと同じ層に配置されている。スペーサ60は、その厚みにより、弾性支持部5Bをベース部材42B及びコア本体342から離間させて、可動体7B(詳細には、磁性ヨーク72B及び外部ヨーク75)と、コア本体342の上面(磁極面341)とを離間させる。
 スペーサ60の厚みが、磁性ヨーク72Bと磁極面341との間隔、つまりエアギャップGを形成し、エアギャップGを設定、管理できる。これにより、振動アクチュエータ1Bにおける可動体7Bの可動領域が十分に設定され、好適な振動特性を発生することができる。なお、このエアギャップは後述する各実施の形態でも同様に形成される。このとき、コア本体342が、磁極面341が磁性ヨーク72Bに当接することにより、磁性ヨーク72Bの下方への移動(ベース部材42B側への移動)を規制するハードストップとしても機能する。
 スペーサ60は、非磁性体としたが、磁性体であってもよい。スペーサ60は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼(SUS)等の材料で形成される。
 また、スペーサ60の設計に応じて、可動体7Bの可動領域や弾性支持部5Bに用いた板ばね等の弾性支持部の自由度を高めることができる。
 スペーサ60は、その厚み(Z方向の長さ)で、エアギャップGを設定でき、エアギャップGの精度の向上を図ることができる。
<弾性支持部5B>
 弾性支持部5B(50a、50b)は、板状ばねであり、固定体4Bと可動体7Bとを接続して可動体7Bを可動自在に弾性支持する。弾性支持部5Bは、具体的には、電磁石部3B(コイル32B)の外側で、電磁石部3Bを挟むように配置され、スペーサ60を介した固定体4Bと、外部ヨーク75を介した可動体7Bとを接続する。
 弾性支持部5B(50a、50b)は、弾性支持部5と同様に、SUS等により形成され、弾性変形する一対の板ばねであり、所定の厚み(Z方向の厚み)で可動体7Bの可動領域の一部を確保する。弾性支持部5Bは、電磁石部3Bを挟み、対称に配置される。
 弾性支持部5B(50a、50b)は、外部ヨーク75の下面の四隅と、四隅からY方向両側で離間して配置されたベース部材42B上のスペーサ60とに、止着部材620、640であるリベットを介して固定されている。
 具体的には、弾性支持部5B(50a、50b)は、厚み方向(Z方向)でスペーサ60と外部ヨーク75との間に、例えば、水平に、且つ、スペーサ60によりベース部材42Bから所定間隔を空けて配置される。
 弾性支持部5B(50a、50b)は、板厚、ばね長を変更することにより、弾性支持部5Bの変形領域を確保できるとともに、共振周波数を調整する。また、弾性支持部5Bは、可動体7Bが固定体4Bに対して可動する場合、ばね定数の設定により、可動体7Bの変位量、固有振動数を決めることができる。
 弾性支持部50a、50bは、一対の固定側固定端部520の夫々と、一対の可動側固定端部540の夫々を、ベース部材42Bの幅方向に離間して配置し、互いを変形アーム56で接続することで構成されている。なお、固定側固定端部520は、上述のコア側固定端部52と同様の機能を有し、可動側固定端部540は、上述のヨーク側固定端部54と同様の機能を有する。
 変形アーム56は、X方向(幅方向)で離間する一対の固定側固定端部520を接続する線状のコア側アーム562に、水平に直交方向(Y方向)で可動側アーム5640を延出して構成される。可動側アーム5640の端部には、一対の可動側固定端部540を設けられている。
 変形アーム56の弾性変形により、固定側アーム5620及び可動側アーム5640は、Z方向(板厚方向)に相対移動可能であり、夫々の両端の一対の固定側固定端部520と、一対の可動側固定端部540とがZ方向に変位する。固定側アーム5620は、コア側アーム562と同様の機能を有し、可動側アーム5640は、可動側アーム5640と同様の機能を有する。
 一対の固定側固定端部520は、電磁石部3Bから離間する位置で、スペーサ60を介してベース部材42Bに対して所定の高さで固定されている。
 一対の可動側固定端部540は、固定側固定端部520よりも電磁石部3Bに近い位置で、例えば、電磁石部3Bの外周近傍で、外部ヨーク75を介して、止着部材640でウエイト部74B(可動体7B)に止着されている。弾性支持部50a、50bは、ベース部材42B上において、電磁石部3とは干渉しない位置に配置される。
 これにより、弾性支持部50a、50bは、可動体7Bを、固定体4Bに固定した一対の固定側固定端部520に対して、一対の可動側固定端部540で弾性支持するので、可動体7をバランス良く支持し、安定して振動できる。
 弾性支持部50a、50bにおいて、一対の可動側固定端部540と、変形アーム56の蛇行部及び可動側アーム5640は、ベース部材42B上において、電磁石部3とは干渉しない位置に配置されており、相対的にZ方向に変位する。湾曲してばね長を長くとる変形アーム56は、可動体7Bを安定して振動可能に支持する。
 このように、弾性支持部50a、50bは、磁極コア34Bを中心に、Y方向で離間して、X方向で左右対称に可動体7Bを弾性支持することにより、バランス良く支持でき、駆動が安定する。また、平行な可動側アーム5640と固定側アーム5620を設けて弾性変形に十分な長さを確保しているので、スペースの有効活用(小型化)が可能となる。
 弾性支持部50a、50bは、板金によって形成され、可動体7Bと固定体4Bとを、直接もしくはスペーサ60を介して連結する長い複数のアームを有し、これにより安定した組立を行うことができる。
<可動体7B>
 可動体7Bは、振動アクチュエータ1の可動体7と比較して重量を増加した構成である。可動体7Bは、電磁石部3Bを有する固定体4Bに対して、上下方向で移動する板状体である。
 可動体7Bは、本体となるウエイト部74Bと、磁性ヨーク72Bと、電磁石部3Bの外周に配置される外部ヨーク75とを有する。なお、可動体7Bは、その外周部に、各弾性支持部50a、50bの固定側固定端部520を外部ヨーク75に止着する止着部材620の頭部を避けるための切り欠き7aを有する。
 ウエイト部74Bは、具体的には、長方形の平板状体であり、本体部741の下面に下方に開口する凹部745が形成されている。凹部745内には、磁性ヨーク72B、外部ヨーク75が取り付けられている。
 ウエイト部74Bは、可動体7Bの重量増として、発生する振動を増加する。ウエイト部74Bは、その重量を調整して、可動体7Bの固有振動数を設定できる。ウエイト部74Bは、高比重材を用いることが好ましい。
 ウエイト部74Bは、上面の角部に座彫り部742が形成され、座彫り部742に接合孔744が形成されている。接合孔744にリベット等の止着部材640が挿入されて、止着部材640は、外部ヨーク75の貫通孔754を挿通し、弾性支持部5Bの可動側固定端部540に接合される。
 ウエイト部74Bは、その上面でカバー9Bの天面部92Bに所定間隔を空けて対向するように配置されている。止着部材640の上面には、可動体7Bの残振を抑制するとともに可動体7Bの可動変位量を抑制するダンパー部790が設けられている。また、ダンパー部790は、可動体7Bを天面部92Bに衝突させてハードストップを行う際の衝撃を和らげる。ダンパー部790は、例えば、シリコーンゲル等により構成され、振動アクチュエータ1B単体での残振抑制を行うことができる。
 磁性ヨーク72Bは、磁性体であり、電磁石部3BにZ方向で対向する位置に配置されて、電磁石部3Bとの間で磁気吸引力を発生する。主に、磁性ヨーク72Bの移動に伴い可動体7Bが可動し、振動アクチュエータ1Bは、振動を発生する。
 磁性ヨーク72Bは、一枚の板金部品により形成された磁性薄板であり、面精度を確保し易い構成であり、高平面度を有し、低コスト化を実現している。
 磁性ヨーク72Bは、電磁石部3Bの上面、つまり、コイル32B及び磁極コア34Bの上面全面を覆うように対向配置され、コイル通電時に、電磁石部3Bとの間で磁気吸引力が発生する。また、磁性ヨーク72Bは、電磁石部3Bとのギャップを全面で構成するので、磁気抵抗が小さく磁気効率が良い。
 磁性ヨーク72Bは、電磁石部3Bの形状に対応した円盤であり、外部ヨーク75の開口部752の上縁のリブ753上に配置されて、開口部752を上面で覆う。
 磁性ヨーク72Bは、凹部745の底面の突起746に係合する中央孔726を有し、突起746を中央孔726に係合することで可動体7Bの中央に位置決め固定される。
 磁性ヨーク72Bは、外部ヨーク75とともに、ベース部材42Bにおいて電磁石部3Bの外周部分と、磁極コア34Bとの間で発生する磁気吸引力により引き合う。
 磁性ヨーク72Bは、磁性ヨーク72と同様の材料で構成され、特に、ケイ素鋼板或いはSECCで構成されることが好ましい。磁性ヨーク72Bは、可動体側のウエイトとしても機能する。
 外部ヨーク75は、電磁石部3Bの周囲を囲むように配置される磁性体であり、可動体7B側に設けられている。外部ヨーク75は、電磁石部3B、磁性ヨーク72B、及びベース部材42Bとともに磁気回路を構成する。
 外部ヨーク75は、中央部に、コイル32B及び磁極コア34Bが配置される開口部752を有し、矩形枠状(例えば正方形状)に形成される。外部ヨーク75の開口部752内では、磁極コア34Bの上面と磁性ヨーク72Bとの間のギャップが可動範囲を設定する。
 外部ヨーク75では、矩形枠状の本体部分の角部であって開口部752を囲む位置に貫通孔754が設けられている。外部ヨーク75は、ばね固定部として機能し、貫通孔754に止着部材640を挿通して、外部ヨーク75の下面で、弾性支持部5B(50a、50b)がY方向で外方に延びるように固定されている。
 また、外部ヨーク75は、ウエイトとして用いることもでき、焼結部品による形状とすることにより、その形状の自由度を確保することができる。
 外部ヨーク75は、電磁石部3Bを囲む位置で、弾性支持部5Bを介して上下方向(Z方向)に移動自在に配置されている。外部ヨーク75は、ベース部材42B上に、スペーサ60、弾性支持部5Bの順に積層するように配置され、スペーサ60の厚み範囲でZ方向に移動可能である。
 外部ヨーク75の上面には、開口部752の上縁に内側に張り出す環状のリブ753が設けられている。リブ753上には、リブ753の内側の開口を塞ぐように磁性ヨーク72Bが配置されている。
 外部ヨーク75は、リブ753により磁性ヨーク72Bとの接触面を増加することより、より磁気効率に優れた磁気回路を実現できる。
 止着部材620は、頭部を弾性支持部5B(50a、50b)の固定側固定端部520に係合して、固定側固定端部520と、スペーサ60とを挿通して、ベース部材42Bに止着されている。これにより、外部ヨーク75は、弾性支持部5Bとともにベース部材42Bに積層した状態で固定されている。止着部材620は、例えば、リベット等である。
 カバー9Bは、アクチュエータ本体2Bを上方から覆い、アクチュエータ本体2Bの可動体7B及び電磁石部3Bに対する外部からの干渉を防ぎ保護する。カバー9Bは、下方に開口する箱状に形成され、ベース部材42Bにカバー9Bの底面を閉塞するように取り付けることで筐体を可動体7Bと電磁石部3Bとを被覆する筐体を構成する。
 カバー9Bは、矩形の天面部92Bの外周部から垂下される側壁部94B、端壁部96Bを有する。カバー9Bでは、天面部92Bと、側壁部94B及び端壁部96Bとで構成される角部900の全てが、R形状に構成されている。側壁部94B、端壁部96Bの夫々には、形状が異なり、ベース部材42Bの被係合凹部422及び被係合凸部424の夫々に係合する係合部(係合凸部942、係合凹部962B)が設けられている。
 係合凸部942と係合凹部962Bは形状が異なるので、組み立て時に、ベース部材42Bに嵌め込む際に、カバー9Bの向きを間違えることなく容易に嵌め込むことができる。
 カバー9Bの天面部92Bは、可動体7Bがベース部材42Bから離間する方向(抜け方向)に移動する際のハードストップとして機能する。なお、カバー9Bの天面部92Bの裏面に対向する可動体7Bの天面(ウエイト部74B)にダンパー部790を有するので、振動アクチュエータというデバイス単体でキレの良い触感実現を可能にする。また、カバー9Bを介して振動アクチュエータ1Bを製品にどの向きでもどの位置にでも搭載することができ、その他の部品のレイアウトの自由度を高めることができる。また、ゲーム用椅子等の座部に配置する場合、振動アクチュエータ1Bが、角部900を座面側に向くように配置されることにより、ユーザに異物感を付与することがない。
<振動アクチュエータ1Bの磁気回路と動作>
 振動アクチュエータ1Bの磁気回路と動作について図21を参照して説明する。
 図21A、図21B及び図21Cは、振動アクチュエータの動作の説明に供する図であり、夫々縦断面図である。なお、Y方向と平行でありX方向で中心を通る部分断面図であり、図21Aは、無励磁状態の振動アクチュエータを示す。また、図21Bでは、励磁状態で推力を発生した振動アクチュエータと、磁束の流れMを示す。図21Cでは、励磁後の無励磁状態の振動アクチュエータを示す。図21A~図21Cでは、便宜上カバー9Bを省略している。
 図21Aは、無励磁状態、つまり、コイル32Bに通電していない非通電状態の振動アクチュエータ1Bを示す。この状態の振動アクチュエータ1Bの可動体7Bは、ベース部材42Bに対してデフォルトの所定間隔L2を開けて、磁性ヨーク72Bと磁極面341との間にギャップGを形成した状態で位置する。
 例えば、図21Bに示す振動アクチュエータ1Bのように、コイル32Bに通電して電磁石部3Bを励磁すると、磁極コア34Bの磁極面(頂面)341は、N極として、ベース部材42Bとの接合面はS極として可動体7Bを通る磁界(磁束の流れM)が発生する。
 電磁ソレノイドの原理により、可動体7Bの磁性ヨーク72B、外部ヨーク75と、磁極コア34Bの磁極面341、ベース部材42Bの表面(外部ヨーク75の下端部と対向する部分)とが引き合い、図21Bに示す磁気回路が形成される。磁極コア34Bはベース部材42Bに固定されているので、可動体7Bでは白矢印方向に推力が発生する。外部ヨーク75内で磁極コア34Bが磁性ヨーク72Bに接近し、可動体7Bは、磁極コア34Bの磁極面341に近接する方向に可動する。
 次いで、コイル32Bへの通電を解除すると、磁界は消滅し、電磁石部3Bの磁気吸引力は無くなり、無励磁状態となり、ベース部材42B側に変形した弾性支持部50a、50bの付勢力が解放される。図21Cに示すように、弾性支持部50a、50bとしてのばねの反力が発生して、可動体7Bを元の位置に戻るように移動する。このとき可動体7Bは、弾性支持部50a、50bの反力により、非可動状態である静止位置(所定間隔L2で示す)よりも磁極コア34Bから離間する方向に変位した位置まで移動し、強い振動を発生する。この振動は、実施の形態1と同様に、付勢力の減衰に伴い、減衰しながらZ方向の往復移動を繰り返して自由振動となり、可動体7Bを振動する。
 磁性ヨーク72B、外部ヨーク75を有する可動体7Bと、電磁石部3Bとの間で発生する磁気吸引力により、可動体7Bが電磁石部3Bに近接するよう移動して変位する。この移動は、弾性支持部50a、50bに発生する弾性力(付勢力)により可動体7Bの振動を発生して、ユーザに触感を付与する。作用効果は振動アクチュエータ1と同様であるので説明は省略する。
 振動アクチュエータ1Bでは、外部ヨーク75を可動体7B側に備え、外部ヨーク75が覆う電磁石部3Bの側方向で、可動体7Bに接続された弾性支持部50a、50bが、固定側固定端部520でスペーサ60を介してベース部材42Bに固定されている。スペーサ60は、弾性支持部50a、50bの可動クリアランスを確保する厚みを有する。これにより、弾性支持部50a、50b上で、可動クリアランスを設ける必要がなく、弾性支持部50a、50b下に設けて、そのデッドスペースを減少させることができ、一層の薄型化を図ることができる。
(実施の形態4~8)
 上記の実施の形態3の振動アクチュエータ1Bにおける複数の構成要素の一部を変更してもよい。
 以下、図22~図31に示す実施の形態4~8の振動アクチュエータ1C~1Gは、実施の形態3の振動アクチュエータ1Bの構成において、各構成要素の一部を変更したものである。
 図22は、本発明の実施の形態4に係る振動アクチュエータにおいて弾性部、可動体及び固定体を示す分解斜視図であり、図23は、同振動アクチュエータの分解斜視図である。また、図24は、本発明の実施の形態5に係る振動アクチュエータの分解斜視図であり、図25は、同振動アクチュエータの縦断面図である。
 図26は、本発明の実施の形態6に係る振動アクチュエータの分解斜視図であり、図27は、同振動アクチュエータの縦断面図である。図28は、本発明の実施の形態7に係る振動アクチュエータの分解斜視図であり、図29は、本発明の実施の形態7に係る振動アクチュエータの縦断面図である。図30は、本発明の実施の形態8に係る振動アクチュエータの分解斜視図であり、図31は、本発明の実施の形態8に係る振動アクチュエータの縦断面図である。
 例えば、図22及び図23の振動アクチュエータ1Cのように、振動アクチュエータ1Bの構成においてウエイト部74Bに換えて、ウエイト部74Bよりも重いウエイト部74Cを設けた構成としてもよい。
 なお、図22及び図23に示す振動アクチュエータ1Cは、振動アクチュエータ1Bと比較して、可動体のウエイト部74Cの構成のみ異なり、その他の構成は同様である。
 振動アクチュエータ1Cでは、外部ヨーク75を有する可動体7Cにおいて、ウエイト部74Cが、ウエイト部74Bと同様の外形を有するウエイト部本体77Cと、補助ウエイト部78C(782、784、786)とを有する。
 ウエイト部本体77Cと補助ウエイト部78C(782、784、786)は、ウエイト部本体77と補助ウエイト部78と同様の機能を有する。
 ウエイト部本体77Cは、本体部分に凹状に設けられた或いは貫通して設けられた収容部775、776、777を有する。収容部775、776、777に、補助ウエイト部78Cの主ウエイト部782、副ウエイト部784、786が夫々収容されている。主ウエイト部782、副ウエイト部784、786の形状は、ウエイト部本体77Cに設けられることができる所定の重量に応じて決定される。
 補助ウエイト部78C(782、784、786)は、ウエイト部本体77Cとは別体であり、補助ウエイト部78C(782、784、786)は、ウエイト部本体77Cと比較して高比重材料で構成される。
 主ウエイト部782及び副ウエイト部784、786は、ウエイト部本体77Cに対して、移動方向(Z方向)である軸心を中心に左右に(XY方向で)対称となるように配置されている。これにより可動体7Cは、バランスよく移動方向(Z方向)で移動できる。
 このように、可動体7Cとして、外部ヨーク75、磁性ヨーク72Bに加えて、ウエイト部74Cとしてのウエイト部本体77Cに補助ウエイト部78Cを加えて重量を増加するので、触感を高めるために、振動の更なる高出力化が可能である。
 また、図24及び図25の振動アクチュエータ1Dのように、振動アクチュエータ1Bの構成における外部ヨーク75と磁性ヨーク72Bとを一体にした外部ヨーク750を有する構成としてもよい。
 図24及び図25に示す振動アクチュエータ1Dでは、可動体7Dにおいて、ウエイト部74Bと同様に構成されるウエイト部74Dの下面の凹部745に、外部ヨーク750が固定されている。
 外部ヨーク750は、外部ヨーク75の開口部752の上部を、磁性ヨーク72Bで閉塞するように一体にした構成である。すなわち、外部ヨーク750は、振動アクチュエータ1Bの外部ヨーク75と同様の構成、機能を有するヨーク本体7501と、磁性ヨーク72Bと同様の構成、機能を有するヨーク天面部7502とを有する。
 ヨーク天面部7502は、ヨーク本体7501の中央に設けられた開口部752(図25参照)の上面を覆うように、開口部752を囲むリブ部分(リブ753に相当)上に一体に設けられている。ヨーク天面部7502は、開口部752と同様の機能を有する凹部7504を有する。凹部7504は、ヨーク本体7501で下方に開口して形成される。凹部7504は、電磁石部3Bを囲み上方から覆い、凹部7504と電磁石部3Bの外面との間の隙間と、リブ部分で囲まれる隙間との間で可動体7Dの移動領域を形成している。また、外部ヨーク750は、電磁石部3Bを上方から全面的に囲む磁性体であるので、効率のよい磁気回路を実現できる。
 このように、振動アクチュエータ1Dにおいて、可動体の重量を維持できる。さらに、外部ヨーク750は、外部ヨーク75と磁性ヨーク72Bとの双方の機能し一体に設けられた形状であるので、部品点数を減らすことができ、制作期間を短くできる。
 また、振動アクチュエータ1Bの構成において、ウエイト部74Bと外部ヨーク75とを一体にして、図26及び図27の振動アクチュエータ1Eのように可動体本体740を有する構成としてもよい。
 可動体本体740は、振動アクチュエータ1Bにおける可動体7Bのウエイト部74Bと外部ヨーク75を一体化したものである。
 可動体本体740は、ウエイト部74Bと同様の外形、機能を有する矩形板状体であり、下面の中央部に下方に開口し、開口部752(図19参照)に相当する切欠き部7520(図27参照)が設けられている。切欠き部7520は、電磁石部3Bを収容するものであり、底面部に磁性ヨーク72Bと同様に構成される磁性ヨーク72Eを有する。
 磁性ヨーク72Eは、磁性体であり、コイル32B及び磁極コア34Bの上面に対向して配置される。
 振動アクチュエータ1Eは、振動アクチュエータ1と同様の作用効果を得ることができるともに、振動アクチュエータ1Dと同様に、可動体の重量を確保できるとともに、部品点数を減らすことができ、デバイスとしての組立期間を短くできる。
 例えば、図28及び図29に示す振動アクチュエータ1Fのように、振動アクチュエータ1Bの構成において、ウエイト部74Bと磁性ヨーク72Bとを一体にした構成としてもよい。
 振動アクチュエータ1Fでは、可動体7Fは、ウエイト部740Fと外部ヨーク75とを有する。ウエイト部740Fは磁性体で構成され、下面に下方に開口して凹部745が設けられている。凹部745には、外部ヨーク75が篏合して取り付けられている。凹部745の底面7402は、外部ヨーク75内の電磁石部3Bの磁極面341と対向するヨークとして機能する。
 これにより、振動アクチュエータ1Fによれば、可動体7Fは外部ヨーク75を有するので可動体の重量を確保できるともに、部品点数を少なくして組立を容易にできる。
 また、例えば、図30及び図31に示す振動アクチュエータ1Gのように、振動アクチュエータ1Bの構成において、ウエイト部74B、磁性ヨーク72B及び外部ヨーク75を一体にした構成としてもよい。
 振動アクチュエータ1Gでは、可動体7Gが、ウエイト部、磁性ヨーク及び外部ヨークを一体にした形状の可動体本体700を有する。可動体本体700は、磁性体であり比重の大きい材料で構成され、ウエイト部、磁性ヨーク及び外部ヨークの夫々の機能を有する。
 可動体本体700は、下面に下方に開口する凹部7005で、電磁石部3Bのコイル32B及び磁極コア34Bを移動自在に収容する。凹部7005には、外部ヨークが篏合して取り付けられている。凹部7005の底面は、凹部7005内の電磁石部3Bの磁極面341と対向して配置され、電磁石部3Bとで磁気吸引力を発生する。この構成によれば、可動体本体700の重量を確保できるとともに可動体における部品点数が最小となり、より組立が容易となる。
 <ベース部材42Bの変形例>
 図32のベース部材42Bに示すように、振動アクチュエータ1B~1Gにおいて、ベース部材42Bとスペーサ60とを一体に設けてもよい。このように、スペーサ60は、ベース部材42Bの面上で、可動体7B側(磁性ヨーク72B、外部ヨーク75、ウエイト部74B)と、固定体4B(ベース部材42B)側とが対向する領域内で、ベース部材42Bに夫々一体に設けられている。これにより、ベース部材42B単体の寸法精度で、弾性支持部50a、50bの取付位置を設定できるので、その取付を安定させることができる。
 <センサ部の位置>
 図33は、歪み検出部と、静電容量検出部の配置例を示す固定体の斜視図であり、図33では、振動アクチュエータ1B~1Gにおいて、歪み検出部82と静電容量検出部84とを配置した一例を示す。
 なお、歪み検出部82及び静電容量検出部84による機能は、図15に示すものと同様である。歪み検出部82は、歪みゲージを有し、固定側アーム5620に設けられ、可動体7Bが、開口部752の底面側(押圧操作方向)に押し込まれた際に変形する弾性支持部50a(50b)の固定側アーム5620の歪みを検出する。
 検出された歪みは、制御部等に出力されて、この歪みに対応した可動体7Bの移動量となるように、コイル32Bが通電されて、磁性ヨーク72Bを吸引して移動させる。これにより、歪み検出部82は、歪み検出結果に応じて振動を調整可能であり、操作荷重によりばねに歪みが発生するように配置した場合、操作荷重の検出を行うことができる。
 また、静電容量検出部84は、ベース部材42B上に設けて、図15で示す静電容量検出部84と同様に、静電容量を検出し、振動の際の可動体7Bの移動を検出して、対応する振動を生成できる。このように、振動アクチュエータ1B~1Gによれば、静電容量検出結果に応じて振動を調整することができ、振動アクチュエータを操作荷重により静電容量が変化するように配置した場合、操作荷重の検出も行うことができる。
 <ダンパー部790の変形例>
 振動アクチュエータ1B~1Gでは、ダンパー部790は、リベット等の止着部材640の頭部に配置されているが、可動体が可動して筐体に接触する際の衝撃を緩和すればどの位置に設けられてもよい。
 例えば、図34A及び図34Bの振動アクチュエータで示すように、止着部材640上に配置されるダンパー部790に変えて、弾性支持部50a、50bの下部にダンパー部792が配置される構成としてもよい。また、ダンパー部792は、図35A及び図35Bの振動アクチュエータで示すように、可動体7Bのウエイト部74Bの天面に複数配置してもよい。
 また、図36A及び図36Bの振動アクチュエータで示すように、ダンパー部790、792は、可動体7Bの上面(ウエイト部74Bの天面)と、弾性支持部50a、50bの下に夫々配置されてもよい。ダンパー部792は、詳細には、弾性支持部50a、50bの下として、特に変形する部位である可動側アーム5640の下に配置されてもよい。
 このようにダンパー部790、792を、振動アクチュエータ内部に実装することで、振動アクチュエータ(デバイス)単体での残振動を抑制することができ、可動体の耐衝撃性を確保できる。
<カバー9Bのバリエーション>
 さらに、振動アクチュエータ1B~1Gにおけるカバー9Bを、例えば、図37Aに示すカバー902のように、天面922の角部900をR形状部にしてもよい。また、カバー9Bを、図37Bに示すカバー903のように、天面923を幅方向に凸状にして角部900を面取りした形状にしてもよい。また、カバー9Bを、図37Cに示すカバー904のように天面924が長手方向で中央が膨らみ凸状となるように、長手方向で離間する両端部の角部900に傾斜をつけた形状にしてもよい。
 また、図38Aに示すカバー905のように、矩形状の天面925の角部900を面取りした形状にしてもよく、また、図38Bに示すカバー906のように、天面926を幅方向に凸状に湾曲した湾曲面形状にした構成としてもよい。天面926の四方の角部900はR形状である。
 これらのいずれの形状のカバー902~906を有する振動アクチュエータ1B~1Gは、座部内に配置した場合、座面に着座するユーザに異物感を与えることがなく、違和感なく好適な座り心地を付与できる。
 また、上述の実施の形態3~8、変形例の振動アクチュエータ1B~1Gは、振動アクチュエータ1、1Aと同様に、図13に示す制御回路で、図14に示す駆動信号を用いて駆動制御される。
 2024年6月28日出願の特願2024-105640の日本出願および2025年2月14日出願の特願2025-22741の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
 本発明に係る振動アクチュエータ及び振動提示装置は、組立が容易であり、省スペースに配置して好適に振動できる効果を有し、例えば、着座したユーザに振動を付与するシート、PCB、トラックパッド、操作パネル等に用いるものとして有用なものである。
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G 振動アクチュエータ、 2、2A アクチュエータ本体、 3、3B 電磁石部、 4、4B 固定体、 5、5B、5a、5b、50a、50b 弾性支持部、 7、7A、7B、7C、7D、7F、7G 可動体、 7a、447 切り欠き、 9、9B、902 カバー、 10 振動提示装置 、11 座部、 11a 収容空間、 12 背もたれ部、 18 MOSFET、 32、32B コイル、 34、34B 磁極コア、 36、36B ボビン、 38、38B 基板部、 42、42B ベース部材(磁性ベース部)、 44 ばね止め部、52 コア側固定端部、 54 ヨーク側固定端部、 56 変形アーム(アーム部)、 60,76 スペーサ、 62、64 止着部材、 72、72B、72E 磁性ヨーク、 74、74A、74B、74C、74D、740F ウエイト部、 75 外部ヨーク、 77、77C ウエイト部本体(ウエイト本体)、 78、78C 補助ウエイト部、 79 ダンパー(減衰部材、抑制部材)、 82 歪み検出部(歪み検出センサ)、 84 静電容量検出部(近接センサ)、 92、92B 天面部、 94、94B、96 側壁部、 96B 端壁部、 341 磁極面、 342 コア本体、 344 接合凸部、 361 筒状ボビン本体、 362、362B フランジ、 364 段差部、 381 開口部、 382 環状本体部、 384 延出部、 421 接合孔、 422 被係合凹部、 424 被係合凸部、 426 接合孔、 441 開口部、 443 枠状本体、 445 取付孔、 520 固定側固定端部、 540 可動側固定端部、 562 コア側アーム、 564 ヨーク側アーム、 620、640 止着部材、 700 可動体本体、 722 下面、 724 貫通孔、 742、772 座彫り部、 744 接合孔、 752 開口部、 771 開口部、 773 表面、 774 接合孔、790、792 ダンパー部、 791 抑制部材、 900 角部、 942 係合凸部、 962、962B 係合凹部、 5620 固定側アーム、 5640 可動側アーム、 7501 ヨーク本体、 7502 ヨーク天面部

Claims (17)

  1.  コアと前記コアを囲むコイルを有し、板状の磁性ベース部の板面上に配置される電磁石部と、
     前記コイルに上方から対向する下面を有する磁性部材と、
     前記コイルの外側で前記下面が接続され、前記磁性部材と前記電磁石部とを上下方向で離間させて前記磁性部材の可動領域を形成するスペーサと、
     前記磁性ベース部上で、前記コイルの外側に設けられたばね止め部と、
     一端部の下面で前記ばね止め部に接続され、他端部の上面で、前記スペーサに接続する弾性支持部と、
     を有し、
     前記コイルへの通電により前記磁性部材が前記電磁石部に近接するよう変位して振動する、
     振動アクチュエータ。
  2.  前記磁性ベース部に固定され、前記磁性部材を振動可能に収容するカバーを更に有する、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  3.  前記電磁石部は、扁平円環状の前記コアを有する平板状であり、
     前記磁性部材は平板状部材であり、
     前記弾性支持部は、板ばねである、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  4.  前記コアは、前記コイル内で上方に突出する円盤状の磁性体である、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  5.  前記ばね止め部は、磁性体である、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  6.  前記磁性部材は、ウエイトを有する、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  7.  前記ウエイトは、ウエイト本体と、ウエイト本体よりも高比重の材料からなる補助ウエイト部を有する、
     請求項6記載の振動アクチュエータ。
  8.  前記弾性支持部は、前記一端部と前記他端部とに架設される弾性変形可能なアーム部を複数備える、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  9.  前記ばね止め部は、前記コイルを囲む枠状体であり、
     前記枠状体の同一高さの上面で前記弾性支持部の複数の前記アーム部の一端部に接合されている、
     請求項8記載の振動アクチュエータ。
  10.  前記電磁石部は、
     前記コアを囲む筒状本体を有し、前記筒状本体の外周に前記コイルが配置されるボビンを有し、
     前記ボビンは、
     前記筒状本体から径方向内側に突出して設けられ、上面で前記コアに係合する内側フランジ部と、
     前記筒状本体から径方向外側に突出して設けられ、下面で前記コイルの内周縁部に係合する外側フランジ部を有する、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  11.  前記コアは、コア本体と、前記コア本体の下面から突出し、前記磁性ベース部の接合孔に嵌合する接合凸部とを有し、
     前記ボビンの前記内側フランジ部は、前記コア本体と前記磁性ベース部に挟持され、
     前記外側フランジ部は、前記コイルを前記磁性ベース部とで挟持した状態で固定する、
     請求項10記載の振動アクチュエータ。
  12.  前記磁性部材と前記電磁石部との間に減衰部材を有する、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  13.  前記カバーと前記磁性部材との間に、前記磁性部材の変位を抑制する抑制部材を備える、請求項2記載の振動アクチュエータ。
  14.  前記抑制部材は、低弾性且つ減衰性を持つ材料からなる、
     請求項13記載の振動アクチュエータ。
  15.  前記コアと前記磁性部材の間に静電容量検出部が配設されている、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  16.  前記弾性支持部は、板ばねであり、ばねの歪みを検出する歪み検出部を有する、
     請求項1記載の振動アクチュエータ。
  17.  請求項1から16のいずれか一項の振動アクチュエータと、
     前記振動アクチュエータの振動を提示する振動提示部とを有する、
     振動提示装置。
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