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JP6803685B2 - 振動アクチュエータ - Google Patents

振動アクチュエータ Download PDF

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Description

本発明は、振動アクチュエータに関するものである。
振動アクチュエータ(或いは振動モータ)は、携帯電子機器に内蔵され、着信やアラームなどの信号発生を振動によって携帯者に伝える装置として広く普及しており、携帯者が身につけて持ち運ぶウエアラブル電子機器においては、不可欠な装置になっている。また、振動アクチュエータは、タッチパネルなどのヒューマン・インターフェイスにおけるハプティクス(皮膚感覚フィードバック)を実現する装置として、近年注目されている。
振動アクチュエータは、各種の形態が開発されている中で、可動子の直線的な往復振動によって比較的大きな振動を発生させることができるものが注目されている。このような振動アクチュエータは、可動子側に錘とマグネットを設け、固定子側に設けたコイルに通電することでマグネットに作用するローレンツ力が駆動力となり、振動方向に沿って弾性支持される可動子を一軸方向に往復振動させるものである(下記特許文献1参照)。
特開2016−73941号公報
このような振動アクチュエータは、可動子を弾性支持するバネのバネ定数と可動子(錘)の質量とによって設定される共振周波数の交番電流又はパルス電流をコイルに通電することで、大きな振幅の振動を得ることができる。しかしながら、共振周波数が振動アクチュエータにとって唯一の値であるため、一つの振動アクチュエータでは、一種類の有効な振動しか得られず、一つの振動アクチュエータで他種類の振動感覚を与えることができない問題があった。
本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであり、一つの振動アクチュエータで他種類の振動感覚を与えることができるようにすること、その際に設定される振動の周波数設定を高い自由度で行うことができること、などが本発明の課題である。
このような課題を解決するために、本発明による振動アクチュエータは、以下の構成を具備するものである。
枠体と、前記枠体内に一端側が支持され他端側が一軸方向に沿って振動自在な第1バネと、前記枠体内に一端側が支持され他端側が前記一軸方向に沿って振動自在な第2バネと、前記第1バネの前記他端側に接続され、前記第1バネと第1の共振周波数の振動系を形成し、内部に後記第2の錘の一部又は全部を収容自在な凹部が形成された第1の錘と、前記第2バネの前記他端側に接続され、前記第2バネと第2の共振周波数の振動系を形成し、中心部に開口が形成された第2の錘とを備え、前記第1の錘には前記一軸方向に、前記第2の錘の前記開口内に突出するマグネット部が設けられ、前記第2の錘の前記開口の内周面と前記マグネット部の外周面との間に巻回されたコイルが設けられ、前記コイルには、前記第1バネのバネ定数と前記第1の錘の質量で設定される前記第1共振周波数と、前記第2バネのバネ定数と前記第2の錘の質量で設定される前記第2共振周波数の一方の周波数の駆動電流が通電されることを特徴とする振動アクチュエータ。
本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの断面図である。 本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る振動アクチュエータを備えた携帯電子機器(携帯情報端末)を示した説明図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
図1及び図2において、振動アクチュエータ1は、枠体2と、枠体2内に一端側が支持され他端側が一軸方向(図示軸Oに沿った方向)に沿って振動自在な第1バネ3と、枠体2内に一端側が支持され他端側が一軸方向(図示軸Oに沿った方向)に沿って振動自在な第2バネ4と、第1バネ3の他端側に接続される第1の錘5と、第2バネ4の他端側に接続される第2の錘6とを備えている。枠体2は、固定子であり、可動子である第1バネ3と第1の錘5及び第2バネ4と第2の錘6を共に収容している。
枠体2の形状は特に限定されるものではないが、図示の例では、天面2Aと底面2Bと側面2Cを有する円筒形状をなしている。また、図2に示すように、枠体2は、側面2Cが一軸方向(図示軸Oに沿った方向)に分離しており、天面2Aを有する第1枠体2Xと底面2Bを有する第2枠体2Yを有している。図示の軸Oは、円筒形状の枠体2の中心軸であり、第1枠体2Xと第2枠体2Yは、同軸に接続されている。図示の例では、第1枠体2Xの側面2Cには、嵌合凸部2C1が設けられ、第2枠体2Yの側面2Cには嵌合凹部2C2が設けられており、第1枠体2Xと第2枠体2Yを接続する際には、嵌合凹部2C2に嵌合凸部2C1を嵌合させる。
図示の例では、第1バネ3は、外周縁部3Aが枠体2の天面2Aに固定され、一端側が第1枠体2X側に支持されており、内周縁部3Bが第1の錘5の上端面に固定されている円板状板バネである。また、第2バネ4は、外周縁部4Aが枠体2の側面2Cに固定され、一端側が第2枠体2Y側に支持されており、内周縁部4Bが第2の錘6に固定されている円板状板バネである。
第2バネ4の外周縁部4Aには凸部4A1が設けられており、凸部4A1は、第2枠体2Yの側面2Cに設けた嵌合凹部2C2に嵌合する。そして、第1枠体2Xと第2枠体2Yを接続する際に、嵌合凹部2C2内の凸部4A1上に第1枠体2Xの側面2Cに設けた嵌合凸部2C1が嵌められることで、第2バネ4の外周縁部4Aは枠体2の側面2Cに固定される。
第1バネ3に接続される第1の錘5と第2バネ4に接続される第2の錘6は、同軸上に配置されており、第1の錘5には、第2の錘6の一部又は全部を収容自在な凹部5Aが一軸方向(軸Oの方向)に沿って形成されており、第2の錘6には中心部に開口6Aが形成されている。
そして、第1の錘5には一軸方向(軸Oの方向)に突出するマグネット部7が設けられ、第2の錘6にはマグネット部6の周りに巻回されたコイル8が設けられている。マグネット部7は、第1の錘5の中心部に接続されており、一軸方向(軸Oの方向)に沿って着磁された一対のマグネット7A,7Bがセンターヨーク7Cを介して互いに逆向きに接続されている。コイル8は、第2の錘6の開口6A内に取り付けられ、コイル8の外周にはバックヨーク9が配置されている。
このような振動アクチュエータ1は、コイル8に駆動電流を通電することで、マグネット部7とコイル8に一軸方向(軸Oの方向)に沿った駆動力が作用・反作用として加わり、錘5と錘6が一軸方向に逆位相の振動を起こす。コイル8への通電は、フレキシブル基板10を介して行われ、フレキシブル基板10の可動端がコイル8の端子部に接続され、フレキシブル基板10の固定端が枠体2の底面2Bから延出される入端子部2B1に接続される。
ここで、コイル8には、第1バネ3のバネ定数と第1の錘5の質量で設定される第1共振周波数f1と、第2バネ4のバネ定数と第2の錘6の質量で設定される第2共振周波数f2の一方の周波数の駆動電流が通電される。これによって、第1共振周波数f1の駆動電流が通電された場合には、第1の錘5側が大きな振幅で振動することになり、第2共振周波数f2の駆動電流が通電された場合には、第2の錘6側が大きな振幅で振動することになる。
振動アクチュエータ1は、第1共振周波数f1の駆動電流と第2共振周波数f2の駆動電流を使い分けることで、2種類の振動感覚を与えることができる。この際、第1共振周波数f1と第2共振周波数f2の周波数差を大きく設定することで、効果的に異なる振動感覚を与えることができる。
この振動アクチュエータ1の特徴としては、第1共振周波数f1と第2共振周波数f2を設定する要素が独立している。すなわち、第1の錘5を支持する第1バネ3と第2の錘6を支持する第2バネ4がそれぞれ独立して枠体2に接続されている。これによって、第1共振周波数f1と第2共振周波数f2を高い自由度で設定することができる。
また、図示の例では、第1枠体2Xと第2枠体2Yが分離されているので、第1枠体2X側に、第1バネ3と第1の錘5とマグネット部7を取り付け、第2枠体2Y側に、第2バネ4と第2の錘6とコイル8とフレキシブル基板10を取り付けて、その後に、第1枠体2Xと第2枠体2Yを接続することができる。これによって、簡単な組み付けが可能になる。更に、図示の例では、第1の錘5が軸Oの方向(振動方向)に凹む凹部5Aを備えており、振動時に第2の錘6が凹部5Aに収容されるようにしているので、振動方向の厚さを抑えながら効果的な振動を行うことができる。
図3は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータ1を備えた携帯電子機器の一例である携帯情報端末100を示している。振動アクチュエータ1を備えた携帯情報端末100は、発信する信号の種類や信号が持つ情報の違い(例えば、着信者の違いや緊急性の高低の違いなど)よって、異なる感覚の振動を発生させることができる。これによって、効果的な振動による情報伝達が可能になる。また、携帯情報端末側が発する信号の種類に応じて振動感覚を異ならせることができるので、タッチ操作などで効果的な皮膚感覚フィードバック(ハプティクス)が可能になる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
1:振動アクチュエータ,2:枠体,2A:天面,2B:底面,2C:側面,
2X:第1枠体,2Y:第2枠体,2B1:入力端子部,
3:第1バネ,4:第2バネ,3A,4A:外周縁部,3B,4B:内周縁部,
5,6:錘,5A:凹部,6A:開口,
7:マグネット部,7A,7B:マグネット,7C:センターヨーク,
8:コイル,9:バックヨーク,10:フレキシブル基板,
O:軸

Claims (6)

  1. 枠体と、
    前記枠体内に一端側が支持され他端側が一軸方向に沿って振動自在な第1バネと、
    前記枠体内に一端側が支持され他端側が前記一軸方向に沿って振動自在な第2バネと、
    前記第1バネの前記他端側に接続され、前記第1バネと第1の共振周波数の振動系を形成し、内部に後記第2の錘の一部又は全部を収容自在な凹部が形成された第1の錘と、
    前記第2バネの前記他端側に接続され、前記第2バネと第2の共振周波数の振動系を形成し、中心部に開口が形成された第2の錘とを備え、
    前記第1の錘には前記一軸方向に、前記第2の錘の前記開口内に突出するマグネット部が設けられ、
    前記第2の錘の前記開口の内周面と前記マグネット部の外周面との間に巻回されたコイルが設けられ、
    前記コイルには、前記第1バネのバネ定数と前記第1の錘の質量で設定される前記第1共振周波数と、前記第2バネのバネ定数と前記第2の錘の質量で設定される前記第2共振周波数の一方の周波数の駆動電流が通電されることを特徴とする振動アクチュエータ。
  2. 前記第2バネは、前記体の内壁に固定される外周縁部と前記コイルが固定される内周縁部を有する円板状板バネであることを特徴とする請求項1記載の振動アクチュエータ。
  3. 前記体は、前記第1バネの一端側を支持する第1体と、前記第2バネの一端側を支持する第2体とを備え、前記第1体と前記第2体とが同軸に接続されることを特徴とする請求項1又は2記載の振動アクチュエータ。
  4. 前記マグネット部は、前記一軸方向に沿って着磁された一対のマグネットをセンターヨークを介して互いに逆向きに接続してなり、前記コイルの外周にはバックヨークが配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の振動アクチュエータ。
  5. 前記第1の錘には、振動する第2の錘を収容する凹部が前記一軸方向に沿って設けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の振動アクチュエータ。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の振動アクチュエータを備えた携帯電子機器。
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