(57)【要約】  【課題】  簡易な構造で騒音の少ないリニアモータ型振動アクチュエータを提供する。あるいは、振動の振幅や強さを調整可能な振動アクチュエータを提供する。  【解決手段】  振動アクチュエータ１は、軸方向に延びる中空筒状のシャフト11を備える。シャフト11の軸方向の両端部には、左右の固定マグネット15・17が配置されている。また、シャフト11内において、左右の固定マグネット15・17の間には、軸方向スライド可能に、固定マグネットに反発する磁気を帯びた移動マグネット13が配置されている。移動マグネット13の移動領域におけるシャフト11の外周部には、周期的に変動する電流を印加されるコイル21が配置されている。移動マグネット13がシャフト11内を左右に往復移動して振動を発生する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる中空筒状のシャフト（11）と、
該シャフト（11）の軸方向の両端部に各々配置された固定マグネット（15・17）と、
前記シャフト（11）内において、前記固定マグネット（15・17）の相互の間で軸方向スライド可能に配置された、前記固定マグネット（15・17）の各々に反発する磁気を帯びた移動マグネット（13・63）と、
前記移動マグネット（13・63）の移動領域における前記シャフト（11）の外周部に配置された、周期的に変動する電流を印加されるコイル（21）と、を備え、
前記移動マグネット（13・63）が前記シャフト（11）内を左右に往復移動して振動を発生することを特徴とする振動アクチュエータ（１・51）。
【請求項２】
前記移動マグネット（13・63）の往復動における方向逆転時に、前記固定マグネット（15・17）の反発力によって前記移動マグネット（13・63）に対する磁気ブレーキが作動して、前記移動マグネット（13・63）が前記固定マグネット（15・17）に衝突せずに停止し、その後に前記移動マグネット（13・63）が逆方向に移動開始す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（１・51）。
【請求項３】
前記固定マグネット（17）の軸方向の位置を調整する調整部材（19）を備え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（１・51）。
【請求項４】
前記移動マグネット（63）が、左右両端部（65・65´）は永久磁石からなり、中央部（67）が高密度の磁性材からなる複合構造を有することを特徴とする請求項１，２又は３記載の振動アクチュエータ（51）。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の振動アクチュエータを有する機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や遊戯機器などの機器を振動させる振動アクチュエータに関する。特には、簡易な構造のリニアモータ型振動アクチュエータに関する。本発明の振動アクチュエータが用いられる機器あるいは用途は、携帯電話の着信通知や腕時計のタイマー通知、遊戯機器や自動車の操作部（ボタンやチャンネル、タッチパネル）などの触覚による判別、視覚不自由者とのコミュニケーションなど、様々なものに対応可能である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、リニアモータシャフトモータの原理に基づく振動アクチュエータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１３７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡易な構造のリニアモータ型振動アクチュエータを提供することを目的とする。あるいは、振動の振幅や強さを調整可能な振動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】
【０００５】
この「課題を解決するための手段」、及び、「特許請求の範囲」においては、添付図各部の参照符号を括弧書きして示すが、これは単に参考のためであって、権利範囲を添付図のものに限定する意図はない。
【０００６】
本発明の振動アクチュエータ（１・51）は、  軸方向に延びる中空筒状のシャフト（11）と、  該シャフト（11）の軸方向の両端部に各々配置された固定マグネット（15・17）と、  前記シャフト（11）内において、前記固定マグネット（15・17）の相互の間で軸方向スライド可能に配置された、前記固定マグネット（15・17）の各々に反発する磁気を帯びた移動マグネット（13・63）と、  前記移動マグネット（13・63）の移動領域における前記シャフト（11）の外周部に配置された、周期的に変動する電流を印加されるコイル（21）と、を備え、  前記移動マグネット（13）が前記シャフト（11）内を左右に往復移動して振動を発生することを特徴とする。本発明は、いわば、シャフトモータの構成を展開し、ソレノイドの単純な吸引と反発の磁気特性を組合せた新機構である。
【０００７】
本発明の振動アクチュエータ（１・51）においては、  前記移動マグネット（13・63）の往復動における方向逆転時に、前記固定マグネット（15・17）の反発力によって前記移動マグネット（13・63）に対する磁気ブレーキが作動して、前記移動マグネット（13・63）が前記固定マグネット（15・17）に衝突せずに停止し、その後に前記移動マグネット（13・63）が逆方向に移動開始するものとできる。この形態は、いわば磁気的なブレーキ・ストッパーを搭載した低騒音の機構である。
【０００８】
本発明の振動アクチュエータ（１・51）においては、  前記固定マグネット（17）の前記軸方向の位置を調整する調整部材（セットスクリュー）（19）を備えることが好ましい。この形態は、振動調整機構を備えた形態である。振動調整機構により、コイルの駆動条件が同じでも、移動マグネットの移動幅が異なる、様々な振動の仕様が可能である。
【０００９】
本発明の振動アクチュエータ（51）においては、  前記移動マグネット（63）が、左右両端部（65・65´）は永久磁石からなり、中央部（67）が高密度の磁性材からなる複合構造を有するものとすることができる。この複合構造により、移動マグネット（63）を重くすることができ（後述の例では同じ寸法で重量40％ＵＰ）、移動マグネットの往復運動時の運動量変動、すなわち、振動の強度を大きくすることができる。さらに、移動マグネット（63）の部品コストを下げることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の振動アクチュエータは、前述の特許文献の技術とは異なり、圧縮コイルばねや軸受などが不要であり、構造が簡易で、部品点数が少ない。また、ばねの踊りによる騒音はない。上記の磁気的なストッパーを有する形態においては、移動マグネットの移動中、両サイドの固定マグネットの反発力によって、磁気ブレーキ・ストッパーが作動し、機械的な衝撃音は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る振動アクチュエータ１の断面図である。
【図２】図１の振動アクチュエータ１の分解斜視図（一部部品省略）である。
【図３】本発明の第二の実施の形態に係る振動アクチュエータ１の断面図である。
【符号の説明】
【００１２】
１；振動アクチュエータ、11；シャフト、11b；内孔、
13；移動マグネット、15・17；固定マグネット、
16・18；バックヨーク、16b；溝、18c；右端面、
19；調整部材（セットスクリュー）、21；コイル、
23；左ブラケット、23b；内孔、23f；右端面、23r；外周面
25；右ブラケット、25b；内孔、25f；内段部、25h；メネジ、25k；右側部分、
25p；中央部分、25s；左端面、
27；シールドカバー、29；端子
51；振動アクチュエータ、63；移動マグネット、65・65´；左右両端部、67；中央部
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２を参照しつつ、本発明の第一実施形態の振動アクチュエータ１を説明する。
【００１４】
この振動アクチュエータ１は、軸方向に延びる中空円筒状のシャフト11を備える。シャフト11は、非磁性のステンレス鋼などからなる。シャフト11は、通常のシャフトモータのシャフトと異なり、磁気的なバランス及びエアーギャップなどの管理が不要である                        ので、寸法的に高精度でなくてもよい。シャフト11の製造方法は、ステンレス鋼丸棒材の削り出しでもよい。削り出しは、薄肉の冷間引き抜きパイプよりも安価である。シャフト11は、左右のブラケット23・25の内孔に、嵌め込まれて、接着剤で固定されている。
【００１５】
シャフト11の軸方向の両端部には、左右の固定マグネット15・17が、各々配置されている。固定マグネット15・17は、基本的には、シャフト11に対し固定されている（右側の固定マグネット17は位置調整可能であるが、それについては後述する）。左側の固定マグネット15の左側（外側）には、軟鉄材製のバックヨーク16が接着されている。右側の固定マグネット17の右側（外側）にもバックヨーク18が接着されている。この例では、左右の固定マグネット15・17、及び、バックヨーク16・18は、材質及び寸法ともに同じである。
【００１６】
固定マグネット15・17とバックヨーク16・18は、図２に分かり易く示すように、全体として丸い軸の形であり、シャフト11の内孔11bの端部に嵌め込まれている。左側の固定マグネット15及びバックヨーク16の外周と、シャフト内孔11bとの間は、接着剤で固定されている。左側のバックヨー16の外周には、円周方向に溝16bが形成されている。この溝16bは、接着剤溜まりとなって、接着強度を上げている。
【００１７】
右側のバックヨーク18の右側（外側）には、セットスクリュー19が配置されている。セットスクリュー19は、固定マグネット17の、シャフト軸方向の位置を調整する調整部材である。セットスクリュー19は、後述する右側ブラケット25の右端部の軸芯に貫通するメネジ25hにネジ込まれている。このセットスクリュー19の軸方向位置を移動させることにより、右側固定マグネット17の軸方向の位置を調整して、振動アクチュエータ１の特性を変更できる（詳細後述）。
【００１８】
両固定マグネット15・17の間の、シャフト11の中空部には、移動マグネット13が、軸方向スライド可能に配置されている。移動マグネット13は、上述の固定マグネット15・17の各々に反発する磁気を帯びている。この磁気反発力により、移動マグネット13は、左右の固定マグネット15・16の間において、均衡する部位に位置する。後述するコイル21の発生する周期性のある電磁力が移動マグネット13に加わると、移動マグネット13は左右に移動し、その反作用がコイル21や振動アクチュエータ１にかかって、振動アクチュエータ１が振動する。
【００１９】
これらのマグネットの材質は、振動アクチュエータの要求性能に応じて、ネオジ系やフェライト系の、シンター、コンプレッション、インジェクションなどを選択できる。
【００２０】
空芯コイル21は、シャフト11の外周を包囲するように、移動マグネット13の移動領域の外側に配置されている。この例では、コイル21の軸方向位置は、移動マグネット13の中立位置（コイル21の非通電時の位置、固定マグネット15・17の間の中央位置）から、図の左側にオフセンターしている。
【００２１】
コイル21の右側のシャフト11の外周には、右ブラケット25が配置されている。右ブラケット25は、全体として円筒状である。右ブラケット25の左端面25sは、コイル21の右端面に接している。右ブラケット25の左側部分及び中央部分25pの内孔25bには、シャフト11が嵌合して、接着固定されている。右ブラケット25の右側部分25kの内孔には、メネジ25hが形成されている。このメネジ25hには、セットスクリュー19がネジ込まれている。セットスクリュー19の位置調整による振動形態の制御については後述する。
【００２２】
メネジ25hの内径は、シャフト11の内径よりも少し小さい。そして、右ブラケット25の内孔25bとメネジ25hの間には、内段部25fが形成されている。セットスクリュー19が右側に抜けた場合は、バックヨーク18の右端面18cの外周部が内段部25fに当たり、バックヨーク18及び固定マグネット17の右側への脱出が防止される。なお、固定マグネット17は、移動マグネット13との間に働く磁気反発力により、右側に向けて付勢されている。
【００２３】
コイル21の左側のシャフト11の外周には、左ブラケット23が配置されている。左ブラケット23は、全体として円筒状である。左ブラケット23の右端面23fは、コイル21の左端面に接している。左ブラケット23の内孔23bには、シャフト11が嵌合して、接着固定されている。左ブラケット23の外周面23rには、図２の左上に示す二本の端子29が圧入されている。この端子29には、コイル21に給電する銅線が半田付けされている。
【００２４】
この例の左右のブラケット23・25は、いわゆるエンジニアリングプラスチックや液晶ポリマーなどの高強度プラスチック製を採用できる。          
【００２５】
左右のブラケット23・25の外面は、図２に分かり易く示すように、端子29周辺部を除いて、磁気シールドカバー27によって覆われている。磁気シールドカバー27は、磁性軟鉄やケイ素鋼板などの磁性金属製であり、エネルギー積の高いパイプ内の永久磁石の漏れ磁束を遮蔽している。
【００２６】
この振動アクチュエータ１の作用を、まとめて説明する。コイル21の非通電状態では、移動マグネット13と左右の固定マグネット15・17は、反発力にて均衡を保っている。そこに、空芯コイル21に周期的に変動する電流を印加することにより、変動磁界が発生し、上記の均衡が崩れ、移動マグネット13がシャフト11内を左右に移動する。このとき、移動マグネット13の質量及び運動特性（時定数と慣性力）により振動が発生する。同周波数条件下での振動量は、永久磁石の反発力と電磁石の磁力のバランスにより決まる。たとえば、コイルに印加する電圧を上げると、電磁石の磁力が上がり、移動マグネットの移動量が増え、振動量が上がる。本発明は、周波数、電圧の変化に伴う、振動量の変化だけでなく、磁石間の距離の変化で振動量の変化が可能である。
【００２７】
セットスクリュー19を図の右側に移動させると（抜き出すと）、固定マグネット17と移動マグネット13との距離が離れて、移動マグネット13の移動可能寸法が大きくなる。すると、運動エネルギーが大きくなり、振動アクチュエータの振動は荒い感じになる。一方、セットスクリュー19を図の左側に移動させると（ネジ込むと）、固定マグネット17と移動マグネット13との距離が近くなって、移動マグネット13の移動可能寸法が小さくなる。すると、振動アクチュエータの振動は、感覚的に細かい振動になる。
【００２８】
本発明の振動アクチュエータにおいては、前述の特許文献の技術とは異なり、圧縮コイルバネや軸受などが不要であり、構造が簡易で、部品点数が少ない。また、前述のように、振動量のニーズに応じて、安い材料等の使用が可能な低コスト仕様にも対応できる。また、部品的にも高精度は不要であり、管理が楽で信頼性が高い。
【００２９】
また、バネの踊りによる騒音の心配もない。すなわち、センターの移動マグネット13に対し、左右の固定マグネット15・17は、同じ極が対向して（S対S、N対N）セットされている。移動マグネットの移動に対して、両サイドの固定マグネットの反発力にて、磁気ブレーキが作動して移動マグネットにブレーキがかり停止する。そのため、本発明の振動アクチュエータにおいては、機械的な衝撃音の発生は発生しない。
【００３０】
図３は、第二実施形態の振動アクチュエータ51の断面図である。この第二実施形態の特徴部分は、複合構造の移動マグネット63である。その他の部分は、第一実施形態と同様であり、同じ符号で示し、説明は省略する。
【００３１】
この実施形態の移動マグネット63は、左右両端部65・65´は永久磁石であり、中央部67は純鉄である。左端部65と中央部67の間、及び、中央部67と右端部65´の間は、接着剤で固定されている。この例では、左右両端部65・65´は、密度５．３ｇ/cm3のネオジウム系磁石であり、中央部67は密度７．９ｇ/cm3の純鉄である。第一実施形態の全体がネオジウム系磁石の移動マグネット13に比べて、第二実施形態の複合構造の移動マグネット63は、同じ寸法で重量が40％大きくなっている。これにより、移動マグネットの運動量変動も４０％アップとなり、振動の強度が大きくなる。端部65・65´の永久磁石材の部分の厚さは、移動マグネット63全体の厚さの１０％以下、あるいは２０％以下とすることができる。
【００３２】
本発明の振動アクチュエータの特性調整方法について、まとめて説明する。本発明の振動アクチュエータは、移動マグネット13・63の質量及び運動特性（時定数と慣性力）により振動が定まる。ここで、移動マグネット13・63の同周波数条件下での振動特性は、永久磁石の反発力と電磁石の磁力のバランスにより決まる。つまり、コイルに印加する電圧を上げると振動量が上がる。本発明は、周波数、電圧を同じ条件とし振動量を変化させることもできる。
【００３３】
具体的には、以下の手段により振動特性を調整できる。
a)セットスクリュー19による調整；  振動子（移動マグネット13・63）の移動範囲の調整
b)マグネットの材質；  磁束密度の強弱
c)コイル仕様の変更；  トルク定数である巻き線のターン数
d)振動子の質量；  比重の高い磁性材の使用。上述の複合構造の例では、質量が40％上がり、より高い振動量が得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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