(57)【要約】【課題】所望の振動を得ることが可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】この電磁アクチュエータ（アクチュエータ）１００は、４つの電磁石１２を含む固定部１と、固定部１に対向するように配置され、永久磁石２２を含む可動部２とを備える。また、可動部２は、固定部１に対向した状態で固定部１の４つの電磁石１２（コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄ）間の中心位置（中心線Ａ１および中心線Ａ２が交差する中心点Ａ）に対して偏心しながら移動するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１磁石を含む固定部と、
前記固定部に対向するように配置され、第２磁石を含む可動部とを備え、
前記可動部は、前記固定部に対向した状態で前記固定部の複数の第１磁石間の中心位置に対して偏心しながら移動するように構成されている、アクチュエータ。
【請求項２】
前記可動部を偏心可能に支持するための複数の支持部材をさらに備え、
前記可動部は、前記複数の支持部材に支持されながら、前記固定部に対向した状態で前記固定部の複数の第１磁石間の中心位置に対して偏心しながら移動するように構成されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記固定部の複数の第１磁石は、各々がコイルを有するとともに、平面的に見て環状に配置された複数の電磁石であり、
前記可動部は、前記固定部の複数の電磁石を構成するコイルに順次電流が印加されることにより、前記固定部に対向した状態で前記環状に配置された複数の電磁石に沿って、前記固定部の複数の電磁石間の中心位置に対して偏心しながら移動するように構成されている、請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動部の磁石は、前記固定部に対向する方向に極性を有する永久磁石であり、
前記可動部の永久磁石は、平面的に見て円形状を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記固定部は、前記可動部を挟み込むように配置された一対の固定部を含み、
前記一対の固定部には、それぞれ、コイルを有する複数の電磁石が設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、特に、磁石からなる固定部および可動部が設けられるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁石からなる固定部および可動部が設けられるアクチュエータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、筺体内部の周囲に配置された永久磁石（固定部）と、回転軸の周囲に設けられた巻き線コイルおよび巻き線コイル上に巻き線コイルの一部を覆うように設けられた重り（可動部）とを備えたモータ（アクチュエータ）が開示されている。このアクチュエータでは、永久磁石と、巻き線コイルおよび重りとが対向するように設けられている。また、巻き線コイルに電流を印加することにより巻き線コイルに磁力が発生し、永久磁石からの電磁力（推力）を受けることにより巻き線コイルとともに重りが回転軸を中心に回転する。これにより、重りの重心が回転軸を中心に偏心移動することによりアクチュエータが振動する。
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−１６８１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のアクチュエータは、重りの重心が回転軸を中心に偏心移動する一方で、重りの重さにより回転軸が変形してしまう場合がある。このように、重りが偏心移動した際に、回転軸が変形することに起因して、所望の振動を得ることが困難であるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、所望の振動を得ることが可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の一の局面によるアクチュエータは、複数の第１磁石を含む固定部と、固定部に対向するように配置され、第２磁石を含む可動部とを備え、可動部は、固定部に対向した状態で固定部の複数の第１磁石間の中心位置に対して偏心しながら移動するように構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの全体構成を示した平面図である。図２は、本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの断面図である。図３は、本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの制御部のブロック図である。まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータ１００の構成について説明する。なお、電磁アクチュエータ１００は、本発明の「アクチュエータ」の一例である。
【００１０】
本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータ１００は、図２に示すように、固定部１と、可動部２と、可動部２を支える枠部３と、枠部３に支えられる蓋部４と、電磁アクチュエータ１００の動作を制御する制御部５とから構成されている。
【００１１】
固定部１は、プリント基板１１と、プリント基板１１の上面上に形成される４つの電磁石１２とから形成されている。なお、電磁石１２は、本発明の「第１磁石」の一例である。第１実施形態では、４つの電磁石１２は、図１に示すように、各々がコイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄを有するとともに、平面的に見て、環状に配置されている。なお、コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄは、本発明の「コイル」の一例である。また、電磁石１２は、金属配線によって構成されており、金属配線はレジスト材料によりカバー（絶縁）されている。この電磁石１２のコイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄは、１層または多層の金属配線により構成されている。また、コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄは、平面的に見て、コイル部に流れる電流の方向（左巻きまたは右巻き）が同じになるように形成されている。また、コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄの一方端と他方端は、それぞれ、電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄに接続されている。この電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄは、制御部５に接続されている。
【００１２】
可動部２は、永久磁石２１と、４つのバネ部材２２とから構成されている。なお、永久磁石２１は、本発明の「第２磁石」の一例であり、バネ部材２２は、本発明の「支持部材」の一例である。また、可動部２は、固定部１に対向するように、固定部１の矢印Ｚ１方向側に配置されている。また、永久磁石２１は、図１に示すように、平面的に見て円板形状を有している。また、図２に示すように、永久磁石２１は、円板状の永久磁石２１の一方端部２１ａの厚みｔ１と、他方端部２１ｂの厚みｔ２とが等しくなるように構成されている。すなわち、永久磁石２１の上面は、平坦（水平）な形状を有している。この永久磁石２１の重さは、ユーザが振動を検知するのに必要な振動エネルギーを発生することが可能な重量を有する。また、第１実施形態では、永久磁石２１は、固定部１に対向する方向（矢印Ｚ方向）に極性を有している。具体的には、永久磁石２１のプリント基板１１と対向する側がＳ極になるとともに、蓋部４と対向する側がＮ極になるように着磁されている。
【００１３】
また、第１実施形態では、４つのバネ部材２２は、可動部２の永久磁石２１を固定部１の４つの電磁石１２（コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄ）間の中心位置（中心線Ａ１および中心線Ａ２が交差する中心点Ａ）に対して偏心可能に支持するために設けられている。このバネ部材２２は、所定の厚みを有する樹脂フィルムからなる板バネにより構成されている。このバネ部材２２の一方端は、それぞれ、枠部３に固定されている。また、永久磁石２１は、４つのバネ部材２２によって４方向側（矢印Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１およびＹ２方向側）により偏心可能（移動可能）に支持されており、プリント基板１１と蓋部４との間に浮いた状態で配置される。
【００１４】
また、第１実施形態では、可動部２の永久磁石２１は、固定部１の４つの電磁石１２を構成するコイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄに順次電流が印加されることにより、４つのバネ部材２２に支持されながら、固定部１のプリント基板１１に対向した状態で環状に配置された４つの電磁石１２に沿って、固定部１の４つの電磁石１２（コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄ）間の中心位置（中心線Ａ１および中心線Ａ２が交差する中心点Ａ）に対して偏心しながら移動するように構成されている。
【００１５】
制御部５は、図３に示すように、クロック発振回路５１と、カウンタ回路５２と、ステートマシン５４および分周回路５５を含む電流パルス制御部５３と、電流切替回路５６とから構成されている。なお、制御部５は、専用ＬＳＩや、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、または複数のＩＣの組合せなどによって構成されている。
【００１６】
クロック発振回路５１は、カウンタ回路５２に接続されているとともに、ステートマシン５４にも接続されている。また、カウンタ回路５２は、ステートマシン５４に接続されている。また、ステートマシン５４は、分周回路５５に接続されているとともに、分周回路５５は、電流切替回路５６に接続されている。電流切替回路５６は、電磁石１２に接続される電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄ（図１参照）に接続されている。
【００１７】
クロック発振回路（クロック生成部）５１は、たとえば遅延回路を含む奇数段のインバータや、ＮＡＮＤ素子などをリング状に接続したリングオシレータ回路などによって構成され、２００Ｈｚで発振したクロック信号を出力するように構成されている。なお、クロック信号は、制御部５の外部から印加するように構成してもよい。
【００１８】
カウンタ回路（クロック計数部）５２は、ＴＦＦ（Ｔｏｇｇｌｅ  Ｆｌｉｐ  Ｆｌｏｐ）をシリアル接続することにより構成されており、外部から入力される（または、電源の起動を検出して内部生成した）トリガー信号を起点としてクロック数を順次カウントする機能を有する。なお、カウンタ回路５２は、予め定められた回数までカウントするように構成されており、予め定められた回数は、ステートマシン５４から出力されるステート信号により変化するように構成されている。
【００１９】
電流パルス制御部５３は、ステートマシン５４と分周回路５５とから構成されている。ステートマシン５４は、ＤＦＦ（Ｄｅｌａｙ  Ｆｌｉｐ  Ｆｌｏｐ）をシリアル接続した同期型カウンタ回路などにより構成されており、トリガー信号を起点としてステート（状態）の遷移を制御している。ステートマシン５４は、カウンタ回路５２から出力される信号に基づいてステートを変化させる機能を有する。分周回路５５は、クロック信号の分周比をステートマシン５４によって定められるステートごとに切り替える機能を有する。
【００２０】
電流切替回路５６は、分周回路５５から出力される分周後のクロック信号（分周クロック）が入力され、分周クロックが「Ｈ」レベルの時と、「Ｌ」レベルの時とで、電磁石１２（コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄ）に流れる電流を順次切り替えるように電流を出力する機能を有する。
【００２１】
図４〜図７は、本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの動作を説明するための図である。次に、図４〜図７を参照して本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータ１００の動作について説明する。
【００２２】
制御部５により、図１に示す電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄをそれぞれ電流の入出力とするように、それぞれの電極に順次電流が印加される。まず、図４に示すように、コイル部１２ａと、永久磁石２１との間に引力が働くように、電極１３ａに電流を印加する。このとき、平面的に見て、電流が左巻きの方向に流れるように電流を印加する。これにより、図２の固定部１の矢印Ｚ１方向側にＮ極が発生する。これにより、コイル部１２ａと永久磁石２１のＳ極との間に引力が働く。これにより、永久磁石２１は、電流が印加されたコイル部１２ａの中心に向かって、引き寄せられるように移動される。
【００２３】
次に、制御部５の電流切替回路５６により、電極１３ａに電流を印加するのを中断する。そして、コイル部１２ａの反時計回りに隣接するコイル部１２ｂに接続されている電極１３ｂに電流を印加する（切り替える）。このとき、コイル部１２ａに電流を印加した場合と同様に、平面的に見て、電流が左巻きの方向に流れるように電流を印加する。これにより、図２の矢印Ｚ１方向側にＮ極が発生する。これにより、コイル部１２ｂと永久磁石２１のＳ極との間に引力が働く。これにより、図５に示すように、永久磁石２１は、電流が印加されたコイル部１２ｂの中心に向かって、引き寄せられるように移動される。
【００２４】
この後、コイル部１２ａおよび１２ｂに電流が印加された場合と同様に、コイル部１２ｃおよび１２ｄに接続されている電極１３ｃおよび１３ｄにも同様の方向に電流が印加され、図６および図７に示すように、永久磁石２１が反時計回りに偏心移動される。そして、図４に示すように、永久磁石２１は、コイル部１２ａ上に移動し、上記した動作を繰り返す。また、制御部５により、電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄへの電流の印加が中断されると、永久磁石２１の移動が中断される。
【００２５】
第１実施形態では、上記のように、可動部２を、固定部１に対向した状態で固定部１の４つの電磁石１２（コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄ）間の中心位置（中心線Ａ１および中心線Ａ２が交差する中心点Ａ）に対して偏心しながら移動するように構成することによって、可動部２の回転軸が不要になるので、可動部２が偏心することに起因した回転軸の変形（歪み）が発生することがなくなる。その結果、回転軸の変形に起因した振動の変動がなくなるので、所望の振動を得ることができる。
【００２６】
また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石２１を、４つのバネ部材２２に支持されながら、固定部１に対向した状態で固定部１の４つの電磁石１２（コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄ）間の中心位置（中心線Ａ１および中心線Ａ２が交差する中心点Ａ）に対して偏心しながら移動するように構成することによって、コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄに印加する電流を一定時間毎に切り替えることにより、永久磁石２１は一定の周波数で回転駆動される。これにより、電磁アクチュエータ１００全体に加えて電磁アクチュエータ１００が搭載される携帯機器の重量と、永久磁石２１の重量と、永久磁石２１の回転周波数とから一意的に決まる共振周波数に近い強度のばね強度を有するバネ部材２２を設けることにより、永久磁石２１の回転によって共振状態に近い状態になり、より多くの振動エネルギーを発生することができる。
【００２７】
また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石２１を、固定部１の４つの電磁石１２を構成するコイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄに順次電流が印加されることにより、固定部１に対向した状態で環状に配置された４つの電磁石１２に沿って、固定部１の４つの電磁石１２（コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄ）間の中心位置（中心線Ａ１および中心線Ａ２が交差する中心点Ａ）に対して偏心しながら移動するように構成することによって、偏心重りや偏心重りを取り付けるための回転軸が不要になるので、容易に、所望の振動を得ることができる。
【００２８】
また、第１実施形態では、上記のように、可動部２の永久磁石２１を、平面的に見て円形状を有することによって、永久磁石２１が回転移動する際に４つのバネ部材２２に与える衝撃を抑制することができるので、より容易に、所望の振動を得ることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータ１００ａの全体構成を示す平面図である。図９は、本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータ１００ａの断面図である。次に、図８および図９を参照して、第２実施形態では第１実施形態と異なり、可動部２を挟み込むように一対の固定部１および１０が配置された場合について説明する。
【００３０】
図９に示すように、第２実施形態では、電磁アクチュエータ１００ａは、可動部２の永久磁石２１を挟み込むように配置された一対の固定部１および１０を含んでいる。また、固定部１には、それぞれ、コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄを有する４つの電磁石１２が設けられ、固定部１０には、それぞれ、コイル部１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃおよび１２０ｄを有する４つの電磁石１２０が設けられている。具体的には、永久磁石２１を挟み込むようにして、永久磁石２１の矢印Ｚ１方向側および矢印Ｚ２方向側に、それぞれ、プリント基板１１および１１０が配置されている。なお、コイル部１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃおよび１２０ｄは、本発明の「コイル」の一例である。また、プリント基板１１、プリント基板１１０および永久磁石２１は、それぞれ、対向するように配置されている。また、プリント基板１１および１１０に形成されているコイル部１２ａおよび１２０ａは、配線２１ａにより、壁部３内で導通可能に接続されている。なお、コイル部１２ｂおよび１２０ｂと、コイル部１２ｃおよび１２０ｃと、コイル部１２ｄおよび１２０ｄとについても同様に接続されている。
【００３１】
なお、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００３２】
次に、図８および図９を参照して、本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータ１００ａの動作について説明する。
【００３３】
まず、第１実施形態と同様に、制御部５により、図８に示す電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄをそれぞれ電流の入出力とするように、それぞれの電極に順次電流が印加される。そして、第１実施形態と異なり、図９に示すように、矢印Ｚ２方向側のコイル部１２ａと、永久磁石２１との間に引力が働くように、電極１３ａに電流を印加する。また、平面的に見て、電流が左巻きの方向に流れるように電流を印加する。この時、コイル部１２ａと１２０ａとは、接続されているため、コイル部１２０ａにも電流が印加される。これにより、図９の固定部１の矢印Ｚ１方向側にＮ極が発生するとともに、図９の固定部１０の矢印Ｚ２方向側にＳ極が発生する。これにより、コイル部１２ａと永久磁石２１のＳ極との間およびコイル部１２０ａと永久磁石２１のＮ極との間に引力が働く。そして、永久磁石２１は、電流が印加されたコイル部１２ａの中心および電流が印加されたコイル部１２０ａの中心に向かって、引き寄せられるように移動される。
【００３４】
なお、第２実施形態のその他の動作は、第１実施形態と同様である。
【００３５】
第２実施形態では、上記のように、一対の固定部１および１０に、それぞれ、コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄおよびコイル部１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃおよび１２０ｄを有する、それぞれ、４つずつの電磁石１２および電磁石１２０を設けることによって、一方の固定部１のみに電磁石１２を設ける場合と異なり、より大きい磁力を発生させることができるので、永久磁石２１をより強力に偏心移動させることができる。これにより、より大きな振動エネルギーを発生させることができる。
【００３６】
なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００３７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３８】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、図２に示したように、円板状の永久磁石２１の一方端部２１ａの厚みｔ１と他方端部２１ｂの厚みｔ２とが等しい例を示したが、本発明はこれに限らず、図１０に示すように、永久磁石１２１の一方端部１２１ａの厚みｔ３が、他方端部１２１ｂの厚みｔ４よりも大きくなるように構成してもよい。具体的には、永久磁石１２１は、永久磁石１２１の直径方向の一方端部１２１ａの大きい厚みｔ３から他方端部１２１ｂの小さい厚みｔ４に向かって、永久磁石１２１の厚みが徐々に小さくなるように上面が傾斜した形状に構成されていてもよい。これにより、永久磁石１２１が回転移動した際の永久磁石１２１の重心移動をさらに大きくすることができるので、さらに大きい振動エネルギーを発生させることが可能である。
【００３９】
また、上記第１および第２実施形態では、図１に示したように、コイル部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄが略三角形状に形成される例を示したが、本発明はこれに限らず、図１１に示すように、電磁アクチュエータ１００ｂのコイル部１２ｅ、１２ｆ、１２ｇおよび１２ｈが、平面的に見て四角形状になるように形成してもよい。
【００４０】
また、上記第１および第２実施形態では、永久磁石が反時計回りに偏心移動する例を示したが、本発明はこれに限らず、永久磁石を時計回りに偏心移動させてもよい。
【００４１】
また、上記第１および第２実施形態では、プリント基板上に４つの電磁石が形成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、プリント基板上に３つまたは５つ以上の電磁石が形成されていてもよい。
【００４２】
また、上記第１および第２実施形態では、４つのバネ部材を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、４つ以外のバネ部材により構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの全体構成を示す平面図である。
【図２】図１の２００−２００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの制御部のブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの動作を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータの全体構成を示す平面図である。
【図９】図８の３００−３００線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の変形例を説明するための図である。
【図１１】本発明の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  固定部
２  可動部
１２  電磁石（第１磁石）
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  コイル部（コイル）
２１、１２１  永久磁石（第２磁石）
２２  バネ部材（支持部材）
１００、１００ａ、１００ｂ  電磁アクチュエータ（アクチュエータ）
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ  コイル部（コイル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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