(57)【要約】振動アクチュエータが開示されており、少なくとも１つの磁石（１）を含む磁石装置と、空洞（５）を横方向に包囲するコイルを有する少なくとも１つのコイル部材（２）を含む中空部材（４）であって、空洞が、磁石装置を収容し中空部材（４）と磁石装置との相対運動を可能にする長手方向の通路を形成する、中空部材と、磁石装置と中空部材（４）とを相互接続する弾性手段（６）とを備える。１つの態様では、弾性手段（６）は、対向する長辺に横方向のくぼみ（１０）を有する長方形の薄い膜である。別の態様では、少なくとも２つの磁石（１）は、磁石（１）を少なくとも部分的に取り囲む磁石フレーム（８）内で互いに対向する同じ極性で配置される。さらに、振動アクチュエータの磁石装置、振動アクチュエータの中空部材及び全体的な振動アクチュエータを組み立てる方法が開示される。【選択図】図８Ａ
2019518592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動アクチュエータであって、
少なくとも１つの磁石（１）を含む磁石装置と、
空洞（５）を横方向に包囲するコイルを有する少なくとも１つのコイル部材（２）を含む中空部材（４）であって、前記空洞が、前記磁石装置を収容し前記中空部材（４）と前記磁石装置との相対運動を可能にする長手方向の通路を形成する、中空部材と、
前記磁石装置と前記中空部材（４）とを相互接続する弾性手段（６）と、
を備え、
前記弾性手段（６）が、対向する長辺に横方向のくぼみ（１０）を有する長方形の薄い膜である、振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記くぼみ（１０）が凹状又は多角形の形状を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記弾性手段（６）がベリリウム銅から作られる、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記磁石装置が、互いに対向する同じ極性の２つの磁石（１）を備え、前記中空部材（４）が１つのコイル部材（２）を備える、前記請求項のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記磁石装置が、互いに対向する同じ極性の３つの磁石（１）を備え、前記中空部材（４）が、２つのコイル部材（２）とスペーサ（３）とを備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記コイル部材（２）の長手方向外側端部にコイル膜インターフェース（７）が設けられる、請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記磁石装置が、前記磁石（１）を少なくとも部分的に包囲する磁石フレーム（８）をさらに備える、請求項４ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記中空部材（４）が、シャシに固定されて静止し、前記磁石装置が長手方向線形振動運動を行う、前記請求項のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記磁石装置が、シャシに固定されて静止し、前記中空部材（４）が長手方向線形振動運動を行う、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記磁石装置及び前記中空部材（４）が平坦で長方形である、前記請求項のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
振動アクチュエータであって、
少なくとも２つの磁石（１）を含む磁石装置と、
空洞（５）を横方向に包囲するコイルを有する少なくとも１つのコイル部材（２）を含む中空部材（４）であって、前記空洞が、前記磁石装置を収容し前記中空部材（４）と前記磁石装置との相対運動を可能にする長手方向の通路を形成する、中空部材と、
前記磁石装置と前記中空部材（４）とを相互接続する弾性手段（６）と、
を備え、
前記少なくとも２つの磁石（１）が、前記磁石（１）を少なくとも部分的に取り囲む磁石フレーム（８）内に、互いに対向する同じ極性で配置される、振動アクチュエータ。
【請求項１２】
前記磁石装置が、互いに対向する同じ極性の３つの磁石（１）を備え、前記中空部材（４）が、２つのコイル部材（２）とスペーサ（３）とを備える、請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記コイル部材（２）の長手方向外側端部にコイル膜インターフェース（７）が設けられる、請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記弾性手段（６）が、対向する長辺に横方向のくぼみ（１０）を有する長方形の薄い膜である、請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記膜（６）がベリリウム銅から作られる、請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記中空部材（４）が、シャシに固定されて静止し、前記磁石装置が長手方向線形振動運動を行う、請求項１１ないし１５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記磁石装置が、シャシに固定されて静止し、前記中空部材（４）が長手方向線形振動運動を行う、請求項１１ないし１５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
前記磁石装置及び前記中空部材（４）が平坦で長方形である、請求項１１ないし１７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
振動アクチュエータの磁石装置を組み立てる方法であって、
磁石フレーム（８）を支持面上に位置決めする工程、及び、
少なくとも２つの磁石（１）を前記磁石フレーム（８）内に挿入し、前記磁石（１）を前記磁石フレーム（８）及び互いに接着する工程、
を備える方法。
【請求項２０】
少なくとも２つの磁石（１）を前記磁石フレーム（８）内に挿入し、前記磁石（１）を前記磁石フレーム（８）及び互いに接着する前記工程が、
２つの長手方向外側の前記磁石（１）を前記磁石フレーム（８）内に挿入し、前記磁石フレームの長手方向外側端部で前記磁石を前記磁石フレーム（８）に接着する工程、及び、
前記２つの長手方向外側の磁石（１）の間で第３の中央の磁石（１）を前記磁石フレーム（８）内に挿入し、前記中央の磁石（１）を前記長手方向外側の磁石（１）に接着する工程、
をさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
振動アクチュエータの中空部材を組み立てる方法であって、
長手方向の通路を形成する空洞（５）を横方向に取り囲むコイルをそれぞれ有する少なくとも２つのコイル部材（２）と、前記少なくとも２つのコイル部材（２）の前記空洞（５）と同じ形状の空洞（５）を有する少なくとも１つのスペーサ（３）とを準備する工程、
前記少なくとも２つのコイル部材（２）及び前記少なくとも１つのスペーサ（３）が中空部材組立ロッド（１１）に対して横方向に動くことができないように、前記少なくとも２つのコイル部材（２）及び前記少なくとも１つのスペーサ（３）の前記空洞（５）に幾つかの領域で係合するように寸法決めされた中空部材組立ロッド（１１）を準備する工程、
中空部材組立端部ピース（１２）が前記中空部材組立ロッドに対して横方向に動くことができないように、前記中空部材組立ロッドを収容する空洞を有する２つの中空部材組立端部ピース（１２）を準備する工程、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に
第１の前記中空部材組立端部ピース（１２）と、
前記少なくとも２つのコイル部材（２）のうちの第１のコイル部材と、
前記少なくとも１つのスペーサ（３）と、
前記少なくとも２つのコイル部材（２）のうちの第２のコイル部材と、
第２の前記中空部材組立端部ピース（１２）と
を連続的に載置し、前記２つの中空部材組立端部ピース（１２）によって包囲された前記部材間を接着する工程、
前記第１及び第２の中空部材組立端部ピース（１２）を圧縮する工程、
前記中空部材組立ロッド（１１）から前記第２の中空部材組立端部ピース（１２）を取り外す工程、及び、
前記少なくとも１つのスペーサ（３）と前記第１及び第２のコイル部材（２）を含む前記中空部材（４）を前記中空部材組立ロッド（１１）から取り外す工程、
を備える方法。
【請求項２２】
長手方向の通路を形成する空洞（５）を横方向に取り囲むコイルをそれぞれ有する少なくとも２つのコイル部材（２）と、前記少なくとも２つのコイル部材（２）の前記空洞（５）と同じ形状の空洞（５）を有する少なくとも１つのスペーサ（３）とを準備する前記工程には、
前記少なくとも２つのコイル部材（２）及び前記少なくとも１つのスペーサ（３）の前記空洞（５）と同じ形状の空洞（５）を有する２つのコイル膜インターフェース（７）を準備する工程
が続き、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に第１の前記中空部材組立端部ピース（１２）を載置する前記工程には、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に第１の前記コイル膜インターフェース（７）を載置する工程
が続き、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に前記少なくとも２つのコイル部材（２）のうちの第２のコイル部材を載置する前記工程には、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に第２の前記コイル膜インターフェース（７）を載置する工程
が続く、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
振動アクチュエータを組み立てる方法であって、
請求項１９に記載の方法に従って組み立てられた磁石装置を、請求項２１に記載の方法に従って組み立てられた中空部材（４）内に挿入し、あるいは、請求項２０に記載の方法に従って組み立てられた磁石装置を、請求項２２に記載の方法に従って組み立てられた中空部材（４）内に挿入する工程、及び、
前記磁石装置と前記中空部材（４）を相互連結する弾性手段（６）を、それぞれの長手方向外側端部に取付手段（９）を介して取り付ける工程、
を備える、方法。
【請求項２４】
前記弾性手段（６）が、対向する長辺に横方向のくぼみ（１０）を有する長方形の薄い膜である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記膜（６）がベリリウム銅から作られる、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ビデオ、ゲーム及び音楽のための没入感のある体験、その他の没入感のある体験を創出する高精細触覚フィードバックのための小型の振動触覚アクチュエータなどの様々な用途のための振動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
我々が伝統的に聴いている音楽の大部分は、複数の楽器や声のミックスされた音楽信号などの、幾つかの信号を加えて得られた複雑な信号とみなすことができる。特に複雑な音楽信号を電子的に記録及び再生することが可能になると、更なる態様、すなわち、電気信号を音響再生時に聴取者が知覚する音波に変換することが重要となる。再生時の歪みの問題を低減するために、米国特許第３，１１８，０２２号は、２つの導電性部材と、エレクトレット及び導電性材料を含み、２つの導電性部材の間に支持されたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムと２つの導電性部材とを電気的に接続するための機構とを備える電気音響変換器を開示している。
【０００３】
一方、音と振動の結合された知覚はよく知られた現象である。音は、気体（空気中の音）又は固体（構造上の音）のような圧縮可能な媒体を伝播する機械的な波であり、音響エネルギーは振動する分子を介して伝送され、聴取者の蝸牛の振動する有毛細胞によって受け取られる。他方、振動は、接触面を介して知覚者の身体の小部分又は大部分を励起する機械的刺激である。音と振動の結合された知覚は、人間の脳が耳だけでなく骨格を介して音を受け取り、コンサートホールや教会での測定で全身の振動の存在を確認するという事実に基づいている。低周波の体の知覚は、生き生きとした音楽や楽しいものが望まれる音楽感覚の没入感のある体験にとって特に重要である。
【０００４】
従って、高精細触覚フィードバックは、ビデオ、ゲーム及び音楽のための没入感のある体験、及び、振動が連続的な可聴（又は可視）信号に結合される他の没入感のある体験を創出するために使用することができる。デバイスが連続的な高精細触覚フィードバックを達成するための主な要件は次のとおりである。
１．特に音楽のために、この範囲にわたって良好な品質の振動を生成することができるように、理想的には２０〜１０００Ｈｚの広い周波数範囲、
２．効果的な加速のために重い移動質量、
３．携帯用又はウェアラブルなデバイスを作るために小型の、特にフラットなサイズ、
４．中断のない使用を可能にする高出力効率、
５．音響体験の妨害を避けるために静かな振動、
６．継続的な使用を可能にする安定した性能、
７．手頃な価格のデバイスを提供するために費用効率の高い製造。
【０００５】
人に一般的な触覚体験を実現するための異なる振動装置は、モーターの回転ロッドに取り付けられた偏心質量を使用する偏心モーター、圧電モーターに非常に類似しているが、より高い相対質量変位を有する電気活性ポリマー、通常は産業用途で使用され、一方が移動し他方が静止している２つの部分から成るボイスコイル又は移動磁石型アクチュエータを使用する振動性ボイスコイル又は可動磁石型アクチュエータなどが知られている。
【０００６】
本出願人のドイツ特許公開ＤＥ １０ ２０１５ １１１ ５２７．１は、互いに対向する同じ極性で配置された磁石を有する磁性部分と、磁性部分を収容する空洞を有する中空部材と、中空部材の周りに巻き付けられ固定された少なくとも１つのコイルを含む受け部分と、磁性部分と中空部材とを相互接続する弾性手段と、シャシとを備え、磁性部分が取付け手段を介してシャシに固定されて、磁性部分、取付け手段及びシャシが静止し、受け部分が直線振動運動を行う、振動アクチュエータを開示している。磁性部分と中空部材とを相互接続する弾性手段は、例えばベリリウム銅からなる平坦な弾性膜とすることができる。さらに、中空部材及びコイルを部分的に取り囲む強磁性材料の磁気誘導手段が、磁性部分の長手方向外側端部に取り付けられて、無駄な磁界を磁石に誘導することができる。振動アクチュエータ全体は、ロッドを用いて磁性部分の磁石を専用の組立治具に組み付け、中空部材の長手方向中央部分で中空部材の周りに自己結合性銅線のコイルを巻き付け、コイルが中空部材と強固に結合するように、コイル及び中空部材を加熱することによって可動部分を組み立て、可動部分に磁性部分を挿入し、弾性相互接続手段を磁性部分及び中空部材の長手方向の外側端部に取り付け、磁性部分をシャシに取り付けることによって、製造される。
【０００７】
上述した従来技術に鑑みて、可動部分の強化された案内と、膜に沿ったより良好な応力分布と、衝撃力に曝されたときに破損し難い、改善された、より簡単で安価な組立体とを可能にするよう修正された振動アクチュエータが依然として必要である。さらに、修正された振動アクチュエータは、本出願人のドイツ特許公開ＤＥ １０ ２０１５ １１１ ５２７．１に開示されているような「逆転した」構成、及び、受け部分が静止し且つ磁性部分が可動である標準的な構成で動作すべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、可動部分の強化された案内と、膜に沿ったより良好な応力分布と、加速度及び共振周波数を維持しながら、衝撃力に曝されたときに破損し難い、改善された、より簡単で安価な組立体とを可能にする、平坦な振動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、少なくとも１つの磁石を含む磁石装置と、空洞を横方向に包囲するコイルを有する少なくとも１つのコイル部材を含む中空部材であって、空洞が、磁石装置を収容し中空部材と磁石装置との相対運動を可能にする長手方向の通路を形成する、中空部材と、磁石装置と中空部材とを相互接続する弾性手段とを備え、弾性手段が、対向する長辺に横方向のくぼみを有する長方形の薄い膜である、振動アクチュエータを提供する。
【００１０】
別の態様では、本発明は、少なくとも２つの磁石を含む磁石装置と、空洞を横方向に包囲するコイルを有する少なくとも１つのコイル部材を含む中空部材であって、空洞が、磁石装置を収容し中空部材と磁石装置との相対運動を可能にする長手方向の通路を形成する、中空部材と、磁石装置と中空部材とを相互接続する弾性手段とを備え、少なくとも２つの磁石が、磁石を少なくとも部分的に取り囲む磁石フレーム内に、互いに対向する同じ極性で配置される、振動アクチュエータを提供する。
【００１１】
本発明はまた、振動アクチュエータの磁石装置を組み立てる方法であって、
磁石フレームを支持面上に位置決めする工程、及び、
少なくとも2つの磁石を磁石フレーム内に挿入し、磁石を磁石フレーム及び互いに接着する工程
を備える方法を提供する。
【００１２】
本発明はさらに、振動アクチュエータの中空部材を組み立てる方法であって、
長手方向の通路を形成する空洞を横方向に取り囲むコイルをそれぞれ有する少なくとも2つのコイル部材と、少なくとも2つのコイル部材の空洞と同じ形状の空洞を有する少なくとも1つのスペーサとを準備する工程、
少なくとも2つのコイル部材及び少なくとも1つのスペーサが中空部材組立ロッドに対して横方向に動くことができないように、少なくとも2つのコイル部材及び少なくとも1つのスペーサの空洞に幾つかの領域で係合するように寸法決めされた中空部材組立ロッドを準備する工程、
中空部材組立端部ピースが中空部材組立ロッドに対して横方向に動くことができないように、中空部材組立ロッドを収容する空洞を有する2つの中空部材組立端部ピースを準備する工程、
中空部材組立ロッド上に
第１の中空部材組立端部ピースと、
少なくとも２つのコイル部材のうちの第１のコイル部材と、
少なくとも１つのスペーサと、
少なくとも２つのコイル部材のうちの第２のコイル部材と、
第２の中空部材組立端部ピースと
を連続的に載置し、２つの中空部材組立端部ピースによって包囲された部材間を接着する工程、
第１及び第２の中空部材組立端部ピースを圧縮する工程、
中空部材組立ロッドから第２の中空部材組立端部ピースを取り外す工程、及び、
少なくとも１つのスペーサと第１及び第２のコイル部材を含む中空部材を中空部材組立ロッドから取り外す工程
を備える方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、振動アクチュエータを組み立てる方法であって、
上記に従って組み立てられた磁石装置を、上記に従って組み立てられた中空部材内に挿入する工程、及び、
磁石装置と中空部材を相互連結する弾性手段を、それぞれの長手方向外側端部に取付手段を介して取り付ける工程
を備える方法を提供する。
【００１４】
更なる有利な特徴は、本明細書及び特許請求の範囲から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】振動アクチュエータの断面図を示す。
【図２】膜の平面図を示す。
【図３】膜が取り付けられた振動アクチュエータの側面図を示す。
【図４】磁石フレームの斜視図を示す。
【図５Ａ】組立て前の磁石フレームと３つの磁石の斜視図を示す。
【図５Ｂ】２つの外側の磁石が磁石フレームに挿入されている、図５Ａの構成を示す。
【図５Ｃ】中央の磁石が２つの外側の磁石の間で磁石フレーム内に挿入されている、図５Ｂの構成を示す。
【図５Ｄ】図５Ｃの構成を平面図で示す。
【図６】中空部材組立ロッドの平面図を示す。
【図７Ａ】組立て前における中空部材組立ロッド、２つの中空部材組立端部ピース、２つのコイル膜インターフェース、２つのコイル部材及びスペーサの斜視図を示す。
【図７Ｂ】第１の中空部材組立端部ピースが中空部材組立ロッドに挿入されている、図７Ａの構成を示す。
【図７Ｃ】第１のコイル膜インターフェースが第１の中空部材組立端部ピースの上で中空部材組立ロッドに挿入されている、図７Ｂの構成を示す。
【図７Ｄ】第１のコイル部材が第１のコイル膜インターフェースの上で中空部材組立ロッドに挿入されている、図７Ｃの構成を示す。
【図７Ｅ】スペーサが第１のコイル部材の上で中空部材組立ロッドに挿入されている、図７Ｄの構成を示す。
【図７Ｆ】第２のコイル部材がスペーサの上で中空部材組立ロッドに挿入されている、図７Ｅの構成を示す。
【図７Ｇ】第２のコイル膜インターフェースが第２のコイル部材の上で中空部材組立ロッドに挿入されている、図７Ｆの構成を示す。
【図７Ｈ】第２の中空部材組立端部ピースが、第２のコイル膜インターフェースの上で中空部材組立ロッドに挿入されている、図７Ｇの構成を示す。
【図８Ａ】組立て前における、組み立てられた中空部材、組み立てられた磁石装置、２つの膜、及び、磁石装置と中空部材の外側に膜を固定するための手段を示す。
【図８Ｂ】磁石装置が中空部材に挿入されている、図８Ａの構成を示す。
【図８Ｃ】膜が固定手段で磁石装置及び中空部材の外側に取り付けられている、図８Ｂの構成を示す
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この出願において、用語「長手方向」は、アクチュエータの可動部分の直線運動の方向を意味する。従って、「横方向」という用語は、長手方向に直交する平面の方向を意味する。他方、長方形の膜に関連する用語「長い」は、短辺とは対照的に、膜の長辺を示す。
【００１７】
本発明は、様々な用途のための振動アクチュエータに関する。典型的な用途では、ビデオ、ゲーム及び音楽のための没入感のある体験、その他の没入感のある体験を創出する高精細触覚フィードバックのための振動触覚ボイスコイル又は可動磁石型アクチュエータは、ラウドスピーカのような増幅器を介し、また追加のローパスフィルタを介してオーディオ装置に接続され、オーディオ周波数範囲を皮膚の触覚的な知覚可能範囲に制限する。アクチュエータは、例えば、ブレスレットのようにユーザの手首又は他の身体部分の周りに装着することができる。
【００１８】
アクチュエータの好適な実施例の全体的な構成を図１に示す。本発明によれば、アクチュエータは、３つの磁石１と、磁石１を少なくとも部分的に取り囲むフレーム８とを含む磁石装置を備えており、磁石装置は中空部材４内に挿入され、中空部材は、２つのコイル部材２と、コイル部材２の間のスペーサ３と、コイル部材２を中空部材４の長手方向外側端部から包囲する中空部材４の長手方向外側端部の２つのコイル膜インターフェース７とを備える。中空部材４の各要素２，３及び７は、すべての要素に対して同じ横断面形状を有する内部空洞５を有する。各コイル部材２において、コイルは、コイル部材２の空洞５を横方向に包囲する。好適な実施例では、線形振動運動を行う可動部分は、磁石１とフレーム８とを含む磁石装置から成るのに対し、コイル部材２、スペーサ３及び２つのコイル膜インターフェース７を含む中空部材４は、シャシ（図示せず）に固定されて静止している。交流電流がコイルを通過すると、磁石１の磁場と相互作用し、磁石装置を含む可動部分の方向を変化させる機械的な力を発生させ、この結果、可動部分が方向を変化させることで直線的に移動し、振動が発生する。
【００１９】
磁石装置の３つの磁石１は、磁石フレーム８の内側に配置されており、磁石１は、それぞれ、互いに対向する、すなわち北が北に対向し又は南が南に対向する、同じ極性で配置されて、それらの間の平面に高密度の磁場を生成する。磁石フレーム８の詳細については後述する。
【００２０】
中空部材４は、磁力の損失を低減するために、コイルと磁石１との間の間隙が比較的小さいように、磁石装置の形状に応じて形作られる。例えば、中空部材４の各要素２，３及び７の内部空洞５並びに中空部材４の外形は、磁石１及びフレーム８を含む磁石装置が平坦で長方形である場合には平坦で長方形とし、あるいは、内部空洞５及び中空部材４の外形は、磁石装置が円筒形で長方形である場合には円筒形で長方形としなければならず、もちろん、磁石装置を中空部材４の要素２，３及び７の内部空洞５内で動かすことができるように、内部空洞５を画定する内面と磁石装置との間には一定の間隔が存在しなければならない。中空部材４は、ユーザが着用するブレスレット、又はアクチュエータと他の電子機器の両方を収容する少なくともケーシングとすることができるシャシに取り付けられる。取付け部材は、例えば、「クリップイン」タイプの取付けであってよく、中空部材４がシャシに取り付けることにより固定したままでコイルの位置を維持することを保証する。従って、固定部分は、コイル部材２と、スペーサ３と、コイル膜インターフェース７とを備える。アクチュエータの休止位置では、２つのコイル部材２は、コイル部材２の間のスペーサ３によって達成される磁石１の配列の全長ではなく、磁石１の同じ極性が互いに対向する少なくとも２つの領域を横切って取り囲む（上記参照）。２つの磁石１が互いに同じ極性で対向する領域毎に１つのコイル部材２を設けることが好ましく、すなわち、図１による本実施例では、３つの磁石１と２つのコイル部材２がある。
【００２１】
可動部分の直線運動は、アクチュエータの長手方向軸、すなわち、磁石１が挿入された磁石フレーム８を含む磁石装置及びコイル部材２を含む中空部材４の長手方向軸に沿って生じる。長方形の中空部材４の各端部は、中空部材４を形成する要素２，３及び７がチューブを形成するように開放していて、アクチュエータの両長手方向外側端部で、コイル膜インターフェース７と磁石フレーム８の長手方向外側端部の両方に２つの弾性要素６を取付けできるようする。弾性要素６の取付けは、接着剤、リベット又はねじ９を使用することによって得られ、コイル膜インターフェース７を省略する場合には、弾性要素６はコイル部材２に直接取り付けられる。弾性要素６は、固定部分、すなわち中空部材４及びシャシに当たることなく、可動磁石装置が前後に長手方向運動することを可能にする。
【００２２】
しかしながら、アクチュエータを本出願人のドイツ特許公開ＤＥ １０ ２０１５ １１１ ５２７．１に開示されているような「逆転した」構成とすることもできることに留意すべきであり、すなわち、コイルを含む中空部材４が可動部分であり、磁石装置が、例えば中空部材４内のスロットを通って延びる取付け部材を介してシャシに固定される固定部分である。新規な本発明の膜６、磁石フレーム８を含む磁石装置、及びアクチュエータの部分の製造プロセス、並びにそれらによって得られる有利な効果は、以下に詳細に説明するように、可動部分と固定部分の選択、すなわち、磁石装置が移動し、コイルを含む中空部材が静止するか、又はその逆であるかどうかによって影響されることはない。新規な本発明の膜６及びその有利な効果のために、磁石１の数又はそれらの極性の順序、あるいはスペーサ３及び／又はコイル膜インターフェース７の存在は不可欠ではなく、１つの磁石１と１つのコイル部材２のみを相互接続する膜６と、磁石１を少なくとも部分的に取り囲むコイルとを用いた最小限の構成でも可能である。本発明の磁石フレーム８、アクチュエータの部分の製造プロセス、及びそれらによる有利な効果を考慮して、磁石装置は、互いに対向する同じ極性の少なくとも２つの磁石１を備えるとともに、中空部材は、少なくとも２つのコイル部材２とスペーサ３とを備えるべきである。以下では、互いに対向する同じ極性で配置された３つの磁石１を含む磁石装置が可動部分である図１のアクチュエータの好適な実施例は、新規な本発明の膜６、磁石フレーム８、及び製造プロセスを例証するのに用いられる。しかしながら、この特定の実施例は、本発明の膜６、磁石フレーム８を含む磁石装置、及びアクチュエータの部分の製造プロセスの範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００２３】
膜
強い振動を得るため可動部分、すなわち、図１に示す実施例では磁石装置の十分な移動を可能にするために、弾性要素６は非常に柔軟なものでなければならない。同時に、弾性要素６は、アクチュエータが携帯用又はウェアラブルである場合には比較的小さな空間を占めなければならない。本出願人のドイツ特許公開ＤＥ １０ ２０１５ １１１ ５２７．１に開示されているように、ベリリウム銅からなる十分に薄い弾性膜６は、これらの目的のために理想的である。すなわち、アクチュエータの可動部分と固定部分との間の位置合わせは、圧縮ばね又は非金属膜よりも金属膜では遥かに正確であり、振動する際に、可動部分をその軌道を介して遥かに正確に案内する結果となる。ゴムなどの材料を使用する場合、可動部分はその軌道を通して揺れながら移動し、移動部分がその軌道を通って移動する際に可動部分と固定部分が衝突して、ノイズ及び摩擦を生じさせる振動を生起し、アクチュエータの効率を低下させる結果となる。
【００２４】
長期の性能試験は、膜材料としてのベリリウム銅が、高い降伏強さ及び高い動的疲労耐性のさらなる利点を有することを示している。しかし、性能試験では、可動部分の強い振動運動に起因するそれらの膜に課される応力によって、これらの膜も劣化し、破損する傾向があることも示されている。従って、本発明は、アクチュエータの可動部分と固定部分とを相互接続する新規な特殊形状の膜６をさらに提供することによる膜の設計を行う。本発明による膜６を図２及び３により詳細に示す。膜は、一方の端部では中空部材のコイル膜インターフェース７に取り付けられ、他方の端部では磁石装置、例えば磁石フレーム８にリベット、ねじ９又は同等物を介して取り付けられて、これらの２つのアクチュエータ部分を弾性的に相互接続し、これらの部分間の相対運動を可能にする。上述したように、コイル膜インターフェース７が設けられていない場合、膜６をコイル部材２に直接取り付けることができる。本発明の膜６は、全体的に長方形であり、対向する長辺には、膜６の骨のような形状をもたらす凹部又はくぼみ１０が設けられる。図２及び３において、これらのくぼみは凹形状を有するが、多角形（三角形、長方形及び高次多角形を含む）などの他の形状も可能である。これらのくぼみ１０が対向する長辺にある場合、膜６は従来技術の膜よりも遥かに良好な応力分布を有する。（原理的には、厚さ勾配を有する膜を使用することによっても良好な応力分布が得られるが、その正確な製造は非常に困難である。）例えば、くぼみのないほぼ長方形の膜は、その厚さの方向に力が加えられると、その外側端部で取付け点に接近して高い応力集中を示す。これは、アクチュエータが振動する場合、すなわち、可動部分が固定部分に対して長手方向に移動して、膜の厚さに沿った方向に膜を撓ませる（ビームの曲げに匹敵する）場合である。磁石装置及び中空部材に接近した取付け領域における膜のこの高い応力集中は、連続運転の場合に膜の破壊を容易に引き起こし得る。これとは対照的に、対向する長辺にくぼみを有する本発明の膜６は、撓んだときに膜６全体に沿って比較的均一な応力分布を示し、疲労に対してかなり高い抵抗を有するとともに、特定の地域での高い応力集中の回避により長い寿命を可能にする。湾曲したくぼみは、印加された応力に比例する膜６の各部分の横方向の幅につながる。高い応力に曝される部分は幅が広い（すなわち、横幅がより大きい）のに対し、低い応力に曝される部分は狭くなる（すなわち、横幅がより小さい）。
【００２５】
本発明の膜は、特に、アクチュエータがブレスレットのようにユーザの手首又は他の身体部分の周りに使用される場合のように、小さいサイズの適用に好適な平坦な矩形アクチュエータには理想的である。矩形の磁石装置の場合、摩擦を伴わずに、コイルを含む中空部材４の内部に磁石１を含む可動磁石装置を案内することは困難である。摩擦はノイズを生成し、従って、音楽体験などを向上させるように設計された装置にとって特に望ましくない。長手方向軸周りの磁石装置のわずかな回転は、可動磁石装置と中空部材４との間の摩擦をもたらす。その均等な応力分布のために、本発明の膜は、高い変位を可能にすると同時に、可動部分の正確な長手方向の案内を可能にする。
【００２６】
磁石フレーム
別の態様では、本発明は、磁石１を少なくとも部分的に取り囲む磁石フレーム８を提供する。上述したように、振動磁石型アクチュエータでは、少なくとも１つのコイル及びコイル部材２の内部に高密度の磁場を発生させ得るように、複数の磁石１を同じ極性で対向させて配置することができる。しかしながら、磁極によって生起される高い反発力のために、互いに対向して同じ極性の強い磁石を組み立てることは非常に困難である。図４に示す実施例では、磁石フレーム８は台形状（しかし、例えば基本的に長方形のような他の形状も可能である）であり、フレームのように磁石１を包囲し、すなわち、磁石装置の２つの対向する側面は開放している。結果として、これら開放した側面に磁石１をコイルに接近して配置することができ、平坦なアクチュエータの設計が可能となる。フレームは、磁石１の強い反発力に耐えるのに適した任意の剛性材料で作ることができる。アクチュエータの周波数応答は、材料の選択によって調整することができる。しかし、磁場の一部が誘導されないように、材料は磁性であってはならない。
【００２７】
磁石装置を組み立てる、すなわち、磁石１をフレーム８に連続して挿入することについては、以下でさらに詳細に説明する。本発明のフレーム８は、高価な接着剤及びカスタム形状の磁石を使用する代わりに、一般的な接着剤及び標準、すなわち容易に入手可能な標準形状の磁石を使用できるので、磁石フレーム８は材料／予備部品のコストを低減し、組立てを容易且つ安価にする。接着後、金属製のフレームは磁石を一緒に保持するとともに、上記の膜６に関連して既に説明したように、磁石１と膜６との間のインターフェースとしても働く。磁石１をフレーム８なしで一緒に接着すると、磁石１の間の継ぎ目が引っ張られたままになる。なぜなら、接着剤は引張荷重下で典型的に弱いので、ショック又は衝突後に継ぎ目の破壊の危険性が高いからである。従って、磁石フレーム８を設けることにより、組立体が衝撃力に曝されたときに破損の危険性が大幅に低減される。磁石１及びフレーム８を含む磁石装置が可動部分である場合、フレーム８はその質量に追加され、従って、アクチュエータの共振周波数を調整するために使用され得る。
【００２８】
製造方法
本発明のアクチュエータの製造は、（ｉ）磁石１を含む磁石装置、（ｉｉ）コイルを含む中空部材４、及び（ｉｉｉ）アクチュエータ全体を組み立てる３つの別個の部分に分割することができる。
【００２９】
（ｉ）磁石装置の組立て
図５Ａ−５Ｄは、磁石フレーム内に連続して挿入される３つの磁石１を有する図１の好適な実施例による磁石装置の組立てを示す。全体的な本発明の組立ては、以下の工程を含む。
−磁石フレーム８を支持面上に位置決めし、
−少なくとも２つの磁石１を磁石フレーム８内に挿入し、磁石１を磁石フレーム８及び互いに接着する。
【００３０】
３つの磁石を有する図１及び図５Ａ−５Ｄによる好適な実施例の場合には、磁石１を磁石フレーム８内に挿入し、磁石１を磁石フレーム８及び互いに接着する工程は、
−２つの長手方向外側の磁石１を磁石フレーム８内に挿入し、磁石フレームの長手方向外側端部で磁石を磁石フレームに接着し、
−２つの長手方向外側の磁石１の間で中央の磁石１を磁石フレーム８内に挿入し、中央の磁石１を長手方向外側の磁石１に接着する
ことを含む。
【００３１】
（ii）中空部材の組立て
図６は、中空部材組立ロッド１１の平面図を示し、図７Ａは、図１の好適な実施例による中空部材４を含む前記ロッド１１を示しており、２つのコイル部材２、スペーサ３及び２つのコイル膜インターフェース７を分解して示す。図示されているように、ロッド１１は、中空部材４の要素２，３及び７の空洞５を包囲する壁に６つの領域で、すなわち、各短い内壁の中心及び各長い内壁の２つの場所で係合する。このようにして、中空部材４の要素２，３及び７のいずれも、ロッド１１に対して横方向に移動することはできず、その長手方向に沿ってのみ移動することができる。ロッド１１の他の形状は、例えば、中空部材４の要素２，３及び７の空洞５と同一の形状が可能である。図７Ｂ−７Ｈは、この中空部材の組立てを示す。全体的な本発明の組立ては、以下の工程を含む。
−長手方向の通路を形成する空洞５を横方向に取り囲むコイルをそれぞれ有する少なくとも２つのコイル部材２と、少なくとも２つのコイル部材２の空洞５と同じ形状の空洞５を有する少なくとも１つのスペーサ３とを準備し、
−少なくとも２つのコイル部材２及び少なくとも１つのスペーサ３が中空部材組立ロッド１１に対して横方向に動くことができないように、少なくとも２つのコイル部材２及び少なくとも１つのスペーサ３の空洞５に幾つかの領域で係合するように寸法決めされた中空部材組立ロッド１１を準備し、
−中空部材組立端部ピース１２が中空部材組立ロッドに対して横方向に動くことができないように、中空部材組立ロッドを収容する空洞を有する２つの中空部材組立端部ピース１２を準備し、
−中空部材組立ロッド１１上に
−第１の中空部材組立端部ピース１２と、
−少なくとも２つのコイル部材２のうちの第１のコイル部材と、
−少なくとも１つのスペーサ３と、
−少なくとも２つのコイル部材２のうちの第２のコイル部材と、
−第２の中空部材組立端部ピース１２と
を連続的に載置し、２つの中空部材組立端部ピース１２によって包囲された部材間を接着し、
−第１及び第２の中空部材組立端部ピース１２を圧縮し、
−中空部材組立ロッド１１から第２の中空部材組立端部ピース１２を取り外し、そして、
−少なくとも１つのスペーサ３と第１及び第２のコイル部材２を含む中空部材４を中空部材組立ロッド１１から取り外す。
【００３２】
２つのコイル膜インターフェース７をさらに含む図１、図６及び図７Ａ−７Ｈによる好適な実施例の場合には、長手方向の通路を形成する空洞５を横方向に取り囲むコイルをそれぞれ有する少なくとも２つのコイル部材２と、少なくとも２つのコイル部材２の空洞５と同じ形状の空洞５を有する少なくとも１つのスペーサ３とを準備する工程には、
−少なくとも２つのコイル部材２及び少なくとも１つのスペーサ３の空洞５と同じ形状の空洞５を有する２つのコイル膜インターフェース７を準備する
工程が続き、
中空部材組立ロッド１１上に第１の中空部材組立端部ピース１２を載置する工程には、
−中空部材組立ロッド１１上に第１のコイル膜インターフェース７を載置する
工程が続き、
中空部材組立ロッド１１上に少なくとも２つのコイル部材２のうちの第２のコイル部材を載置する工程には、
−中空部材組立ロッド１１上に第２のコイル膜インターフェース７を載置する
工程が続く。
【００３３】
（iii）アクチュエータ全体の組み立て
図８Ａ−８Ｃは、３つの磁石１、２つのコイル部材２及びスペーサ３有する図１の好適な実施例によるアクチュエータ全体の組立てを示す。全体的な本発明の組立ては、以下の工程を含む。
−上記に従って組み立てられた磁石装置を、上記に従って組み立てられた中空部材４内に挿入し、
−磁石装置と中空部材４を相互連結する弾性手段６を、それぞれの長手方向外側端部に取付手段９を介して取り付ける。
【００３４】
上述したように、本発明の振動アクチュエータは、ビデオ、ゲーム及び音楽のための没入感のある体験、その他の没入感のある体験を創出する高精細触覚フィードバックを含むが、これに限定されない、様々な用途に使用することができる。一般に、バイブレータは、振動フィードバックが望まれる全ての用途に使用することができ、このフィードバックは、人間のユーザへの入力に限定されず、デバイスに提供することもできる。
【図１】
2019518592.tif 000003
【図２】
2019518592.tif 000004
【図３】
2019518592.tif 000005
【図４】
2019518592.tif 000006
【図５Ａ】
2019518592.tif 000007
【図５Ｂ】
2019518592.tif 000008
【図５Ｃ】
2019518592.tif 000009
【図５Ｄ】
2019518592.tif 000010
【図６】
2019518592.tif 000011
【図７Ａ】
2019518592.tif 000012
【図７Ｂ】
2019518592.tif 000013
【図７Ｃ】
2019518592.tif 000014
【図７Ｄ】
2019518592.tif 000015
【図７Ｅ】
2019518592.tif 000016
【図７Ｆ】
2019518592.tif 000017
【図７Ｇ】
2019518592.tif 000018
【図７Ｈ】
2019518592.tif 000019
【図８Ａ】
2019518592.tif 000020
【図８Ｂ】
2019518592.tif 000021
【図８Ｃ】
2019518592.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月11日(2019.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動アクチュエータであって、
少なくとも１つの磁石（１）を含む磁石装置と、
空洞（５）を横方向に包囲するコイルを有する少なくとも１つのコイル部材（２）を含む中空部材（４）であって、前記空洞が、前記磁石装置を収容し前記中空部材（４）と前記磁石装置との相対運動を可能にする長手方向の通路を形成する、中空部材と、
前記磁石装置と前記中空部材（４）とを相互接続する弾性手段（６）と、
を備え、
前記弾性手段（６）が、対向する長辺に横方向のくぼみ（１０）を有する長方形の薄い膜である、振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記くぼみ（１０）が凹状又は多角形の形状を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記弾性手段（６）がベリリウム銅から作られる、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記磁石装置が、互いに対向する同じ極性の２つの磁石（１）を備え、前記中空部材（４）が１つのコイル部材（２）を備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記磁石装置が、互いに対向する同じ極性の３つの磁石（１）を備え、前記中空部材（４）が、２つのコイル部材（２）とスペーサ（３）とを備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記コイル部材（２）の長手方向外側端部にコイル膜インターフェース（７）が設けられる、請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記磁石装置が、前記磁石（１）を少なくとも部分的に包囲する磁石フレーム（８）をさらに備える、請求項４ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記中空部材（４）が、シャシに固定されて静止し、前記磁石装置が長手方向線形振動運動を行う、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記磁石装置が、シャシに固定されて静止し、前記中空部材（４）が長手方向線形振動運動を行う、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記磁石装置及び前記中空部材（４）が平坦で長方形である、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項５に記載の振動アクチュエータの中空部材を組み立てる方法であって、
長手方向の通路を形成する空洞（５）を横方向に取り囲むコイルをそれぞれ有する少なくとも２つのコイル部材（２）と、前記少なくとも２つのコイル部材（２）の前記空洞（５）と同じ形状の空洞（５）を有する少なくとも１つのスペーサ（３）とを準備する工程、
前記少なくとも２つのコイル部材（２）及び前記少なくとも１つのスペーサ（３）が中空部材組立ロッド（１１）に対して横方向に動くことができないように、前記少なくとも２つのコイル部材（２）及び前記少なくとも１つのスペーサ（３）の前記空洞（５）に幾つかの領域で係合するように寸法決めされた中空部材組立ロッド（１１）を準備する工程、
中空部材組立端部ピース（１２）が前記中空部材組立ロッドに対して横方向に動くことができないように、前記中空部材組立ロッドを収容する空洞を有する２つの中空部材組立端部ピース（１２）を準備する工程、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に
第１の前記中空部材組立端部ピース（１２）と、
前記少なくとも２つのコイル部材（２）のうちの第１のコイル部材と、
前記少なくとも１つのスペーサ（３）と、
前記少なくとも２つのコイル部材（２）のうちの第２のコイル部材と、
第２の前記中空部材組立端部ピース（１２）と
を連続的に載置し、２つの前記中空部材組立端部ピース（１２）によって包囲された前記部材間を接着する工程、
前記第１及び第２の中空部材組立端部ピース（１２）を圧縮する工程、
前記中空部材組立ロッド（１１）から前記第２の中空部材組立端部ピース（１２）を取り外す工程、及び、
前記少なくとも１つのスペーサ（３）と前記第１及び第２のコイル部材（２）を含む前記中空部材（４）を前記中空部材組立ロッド（１１）から取り外す工程、
を備える方法。
【請求項１２】
長手方向の通路を形成する空洞（５）を横方向に取り囲むコイルをそれぞれ有する少なくとも２つのコイル部材（２）と、前記少なくとも２つのコイル部材（２）の前記空洞（５）と同じ形状の空洞（５）を有する少なくとも１つのスペーサ（３）とを準備する前記工程には、
前記少なくとも２つのコイル部材（２）及び前記少なくとも１つのスペーサ（３）の前記空洞（５）と同じ形状の空洞（５）を有する２つのコイル膜インターフェース（７）を準備する工程
が続き、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に第１の前記中空部材組立端部ピース（１２）を載置する前記工程には、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に第１の前記コイル膜インターフェース（７）を載置する工程
が続き、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に前記少なくとも２つのコイル部材（２）のうちの第２のコイル部材を載置する前記工程には、
前記中空部材組立ロッド（１１）上に第２の前記コイル膜インターフェース（７）を載置する工程
が続く、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
磁石フレーム（８）を支持面上に位置決めする工程、
２つの長手方向外側の磁石（１）を前記磁石フレーム（８）内に挿入し、前記磁石フレームの長手方向外側端部で前記磁石を前記磁石フレーム（８）に接着する工程、
前記２つの長手方向外側の磁石（１）の間で第３の中央の磁石（１）を前記磁石フレーム（８）内に挿入し、前記中央の磁石（１）を前記長手方向外側の磁石（１）に接着する工程、
磁石装置（１，８）を前記中空部材（４）内に挿入する工程、
前記磁石装置と前記中空部材（４）を相互連結する弾性手段（６）を、それぞれの長手方向外側端部に取付手段（９）を介して取り付ける工程、
をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記弾性手段（６）が、対向する長辺に横方向のくぼみ（１０）を有する長方形の薄い膜である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記膜（６）がベリリウム銅から作られる、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2019518592.tif 000023
2019518592.tif 000024
2019518592.tif 000025
2019518592.tif 000026