(57)【要約】【課題】高い信頼性や耐久性を得ることができ、原理的に可動子と筐体との衝突が起こらない機構とすることで、より小型でより大きな振動振幅が得られる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、軸回りに回転自在に支持された磁石２と、磁石２と一体に回転自在に支持された分銅３と、磁石２と分銅３の回転を弾性自在に支持する弾性支持部材４とを備える可動子１０と、可動子１０の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給されるコイル５と、コイル５に流れる交流電流によって磁極を変化させて磁石２に異なる方向の回転トルクを交互に付与する磁極部材６とを備え、可動子１０を軸回りに往復回転振動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸回りに回転自在に支持された磁石と、該磁石と一体に回転自在に支持された分銅と、前記磁石と前記分銅の回転を弾性自在に支持する弾性支持部材とを備える可動子と、
前記可動子の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給されるコイルと、
該コイルに流れる交流電流によって磁極を変化させて前記磁石に異なる方向の回転トルクを交互に付与する磁極部材とを備え、
前記可動子を前記軸回りに往復回転振動させることを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記磁石は、前記軸回りに異なる磁極を備え、
前記磁極部材は、前記磁石の磁極に対向する複数の磁極片を有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。
【請求項３】
一対の軸受にて回転自在に支持された回転軸を備え、
前記磁石と前記分銅が前記回転軸に沿って配置されてい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。
【請求項４】
前記弾性支持部材が、内端部を前記回転軸に固定して外端部を前記軸受に固定したぜんまいばねであることを特徴とする請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
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を備えた携帯型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動を発生させる振動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話，携帯情報端末などの携帯型電子機器は、着信やアラームなどの信号発生を音を発することなく携帯者に伝える振動発生機能を備えており、この機能を発揮するために、携帯型電子機器には振動アクチュエータが内蔵されている。
【０００３】
このような携帯型電子機器に内蔵される振動アクチュエータとして、リニア共振アクチュエータ（ＬＲＡ：Linear Resonant Actuator）が知られている（下記特許文献１参照）。ＬＲＡは、ばねで吊した分銅の固有振動数に等しい交流電流を巻線に通電することにより磁石との相互作用で分銅を直線方向に往復直線振動させるものである。振動アクチュエータとしては、軸に偏芯分銅を着けて振れ回りの振動を得るＤＣモータ型のもの（ＥＲＭ：Eccentric Rotating Mass）も知られている（下記特許文献２参照）が、ＬＲＡは、ＥＲＭのような接点整流子を持たないので、信頼性や耐久性が高く、着信アラームに加えてタッチパネルのハプティックスも兼用するような動作頻度が高い用途に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０１６１５３号公報
【特許文献２】特開平１０−３３６９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＲＡの振動値は可動子質量とその振動振幅で決まるので、携帯型電子機器に内蔵するために限られたスペースで最大の振動値を得ようとすると、筐体の内部空間寸法の最大範囲まで振動振幅を設定することになり、可動子と筐体との接触が避けられない。可動子と筐体が接触すると、その際の衝突音や衝突が原因のビビリ音が発生することになり、無音で携帯者に信号発生を伝えるために設けられている振動アクチュエータの本来の目的を達成できない問題が生じる。
【０００６】
これに対しては、発生音を和らげるクッション材を可動子と筐体の間に設けることが一般になされているが、発生音を完全に消すことはできず、本質的な解決策にはなり得ない。また、構造上接触を回避しようとすると、可動子の振幅を筐体の内部空間に対して小さくするか、或いは可動子の振幅に対して筐体を大きくすることになり、より小型でより大きな振動振幅を得たいという要求を満たすことができなくなる。
【０００７】
本発明は、このような事情に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、高い信頼性や耐久性を得るために接点整流子を持たないＬＲＡの利点を生かしながら、原理的に可動子と筐体との衝突が起こらない機構とすることで、より小型でより大きな振動振幅が得られる振動アクチュエータを提供すること、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明による振動アクチュエータは、明細書に記載された幾つかの発明のうち以下の構成を具備するものである。
軸回りに回転自在に支持された磁石と、該磁石と一体に回転自在に支持された分銅と、前記磁石と前記分銅の回転を弾性自在に支持する弾性支持部材とを備える可動子と、前記可動子の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給されるコイルと、該コイルに流れる交流電流によって磁極を変化させて前記磁石に異なる方向の回転トルクを交互に付与する磁極部材とを備え、前記可動子を前記軸回りに往復回転振動させることを特徴とする振動アクチュエータ。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの全体構成を示した説明図（（ａ）が分解斜視図、（ｂ）が外観側面図）である。
【図２】本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの駆動部の動作を示した説明図である。（ａ）が無通電状態、（ｂ）がコイルに流れる電流方向が＋の場合、（ｃ）がコイルに流れる電流方向が−の場合をそれぞれ示している。
【図４】本発明の実施形態に係る振動アクチュエータにおける駆動部の他の形態例を示した説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの他の形態例を示した説明図である（（ａ）が全体断面図であり、（ｂ）が弾性部材であるぜんまいばねを示した斜視図である。）。
【図６】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型電子機器を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係る振動アクチュエータは、可動子を軸回りに往復回転振動させることで、振動振幅を最大にしてこの振動振幅にばらつきが生じた場合にも可動子の振動が一定の空間内に収まるようにしている。これによって、可動子がその周囲の筐体に接触して衝突音やビビリ音が発生することを原理的に防止している。また、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータは、磁石に異なる方向の回転トルクを交互に付与することで可動子を往復回転振動させる駆動部を、可動子の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給されるコイルと、コイルに流れる交流電流によって磁極を変化させる磁極部材によって構成している。これによって、ＥＲＭのように接点を持つ整流子と比較して高い信頼性と耐久性を得ることができる。
【００１１】
このような特徴を有する本発明の実施形態に係る振動アクチュエータは、高い信頼性や耐久性を得るために接点整流子を持たないＬＲＡの利点を生かしながら、原理的に可動子と筐体との衝突が起こらない機構とすることで、より小型でより大きな振動振幅が得られる振動アクチュエータを提供することができる。
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの全体構成を示した説明図（（ａ）が分解斜視図、（ｂ）が外観側面図）であり、図２は本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの断面図を示している。
【００１３】
振動アクチュエータ１は、軸Ｐ回りに回転自在に支持された磁石２と、磁石２と一体に回転自在に支持された分銅３と、磁石２と分銅３の回転を弾性自在に支持する弾性支持部材４とを備えた可動子１０を具備している。図示の例では、可動子１０でもある回転軸１１が一対の軸受１２，１３にて回転自在に支持されており、この回転軸１１に沿って磁石２と分銅３と弾性支持部材４が並べて配置され、磁石２と分銅３は回転軸１１に固定されている。また、弾性支持部材４としてのねじりコイルバネの一端が分銅３に固定されその他端が軸受１２を介して筐体に固定されており、可動子１０は、後述する駆動部の無通電時には弾性支持部材４であるねじりコイルバネに吊られた状態で往復回転運動が可能な状態になっている。
【００１４】
可動子１０を軸Ｐ回りに往復回転振動させる駆動部２０は、可動子１０の一部でもある磁石２とコイル５と磁極部材６によって構成される。コイル５には、コイル５の引出端子５１に接続される交流電流発生源２１から可動子１０の共振周波数と同等の周波数の交流電流が供給される。可動子１０の共振周波数は、可動子１０のイナーシャＪと弾性支持部材４のねじり方向のバネ定数ｋによって決まる固有振動周波数ｆ0であり、ｆ0＝（１／２π）・（ｋ／Ｊ）1/2によって算出することができる。磁極部材６は、磁石２の磁極に対向する複数の磁極片６０Ａ，６０Ｂを備えており、コイル５に流れる交流電流によって磁極を変化させて磁石２に異なる方向の回転トルクを交互に付与するものである。
【００１５】
コイル５は、回転軸１１が貫通する筒部５０Ａを有するコイル保持部材５０に保持されており、筒部５０Ａに巻かれることで回転軸１１（軸Ｐ）の周りに巻回されている。このコイル５は、磁石２と対向する磁極片６０Ａ，６０Ｂを有する磁極部材６（クローポール６Ａ，６Ｂ）のコイル収容部６１Ａ，６１Ｂ内に収容されることで、磁極部材６が形成するドーナツ状の磁気回路内に入っており、コイル５に電流を流すことで磁極片６０Ａ，６０Ｂに異なる磁極が誘起されるようになっている。
【００１６】
図示の例では、２つの磁極部材６（クローポール６Ａ，６Ｂ）は、それぞれの磁極片６０Ａ，６０Ｂをコイル保持部材５０の筒部５０Ａの内側に挿入固定することで、磁極部材６がコイル保持部材５０を支持している。また、磁石２と分銅３が固定された回転軸１１を支持する軸受１２，１３はそれぞれ軸受ケース１４，１５に固定され、この軸受ケース１４，１５が磁極部材６（クローポール６Ａ，６Ｂ）に溶接などで固定されている。ここで、軸受ケース１４は、内部に分銅３と弾性支持部材４を収容する空間を備えた筐体になっており、この軸受ケース１４内の空間が分銅３の振動空間になっている。
【００１７】
分銅３は、平面視半円状の偏芯錘であってその外周面が筐体である軸受ケース１４の内面に沿って回転振動するものであるが、回転軸１１回りに回転振動している限り振動振幅が変化しても分銅３と筐体である軸受ケース１４とが接触することはない機構になっている。
【００１８】
図３は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの駆動部の動作を示している。（ａ）が無通電状態、（ｂ）がコイルに流れる電流方向が＋の場合、（ｃ）がコイルに流れる電流方向が−の場合をそれぞれ示している。図示の例では、円柱状の磁石２は直径方向に１極着磁されており、軸Ｐ回りに異なる磁極を備えている。これに限らず、磁石２は周方向に沿って複数極に着磁されているものであってもよい。これに対して、磁石２の磁極に対向した複数の磁極片６０Ａ，６０Ｂが磁石２の外周に沿って近接配置されている。（ａ）に示した無通電状態では、磁極片６０Ａ，６０Ｂは着磁していないが、コイル５に電流を流すことによって磁極片６０Ａ，６０Ｂが互いに異なる磁極に着磁され、コイル５に交流電流を流すことで、（ｂ），（ｃ）に示すように、電流方向の正負によって磁極片６０Ａ，６０Ｂの極性が反転する。この磁極片６０Ａ，６０Ｂにおける極性の反転によって磁石２に作用する回転トルクの方向が反転することになり、可動子１０を軸Ｐ回りに往復回転振動させる。
【００１９】
図４は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータにおける駆動部の他の形態例を示している。この例では、磁石２は、前述した実施形態と同様に、回転軸１１に固定され直径方向に１極又は多極に着磁された円柱状磁石であるが、磁極部材６が磁石２を囲む環状であって、磁石２の外周に向けて突出した複数の磁極片６０Ｐ，６０Ｘを備えている。この磁極片６０Ｐ，６０Ｘには個別にコイル５Ｐ，５Ｘが互いに逆向きに巻かれている。このコイル５Ｐ，５Ｘに交流電流を流すことで、電流方向の正負によって磁極片６０Ｐ，６０Ｘの極性が反転する。この磁極片６０Ｐ，６０Ｘにおける極性の反転によって磁石２に作用する回転トルクの方向が反転することになり、可動子１０を軸Ｐ回りに往復回転振動させる。
【００２０】
図５は、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータにおける他の形態例を示している。この例は、磁石２（或いは可動子１０）の回転を弾性自在に支持する弾性支持部材４をぜんまいばね４Ａにしている。全体構成の断面図を（ａ）に示し、ぜんまいばね４Ａの構成を（ｂ）に示すが、図２に示した例と同一の部位には同一符号を付して重複説明を省略する。ぜんまいばね４Ａは薄板状の弾性部材を渦巻き状に巻いたものであり、回転軸１１の一方向の回転に対して捻り弾性を付与するように、その内端部４Ａ１が回転軸１１に固定され、その外端部４Ａ２が軸受１２に固定されている。
【００２１】
弾性支持部材４としてぜんまいばね４Ａを用いた振動アクチュエータ１は、ぜんまいばね４Ａが回転方向以外の向きに高い剛性を有することで、回転軸１１の回転に対して歪み無く捻れ、弾性支持部材４のエネルギーロスが少なく安定した回転振動を得ることができる。なお、図５には、ぜんまいばね４Ａの外端部４Ａ２を軸受１２に固定する例を示したが、外端部４Ａ２は軸受１２を支持する筐体（軸受ケース１４）に固定してもよい。ぜんまいばね４Ａの外端部４Ａ２は、軸受１２或いは軸受ケース１４との固定を図るために回転軸１１に沿って延設されている。
【００２２】
図６は、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型電子機器を示している。携帯電話や携帯情報端末のような携帯型電子機器１００は、薄型化の要求が高く、それに内蔵される振動アクチュエータ１は制限された設置占有スペースに対応できるような小型でありながら大きな振動振幅を有するものが要求されている。本発明の実施形態に係る振動アクチュエータ１は、接点整流子を持たないことで、高い信頼性や耐久性を備えており、原理的に可動子１０と筐体との衝突が起こらない機構であるから、衝突音などの異音の発生を抑え、より小型でより大きな振動振幅を得ることが可能になる。このような特徴を有する振動アクチュエータ１を備える携帯型電子機器１００は、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際に、音発生を最小限に抑えることができると共に大きな振動振幅で確実な信号伝達が可能になる。また、携帯型電子機器１００の更なる薄型化を可能にすることができる。
【００２３】
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。
【符号の説明】
【００２４】
１：振動アクチュエータ，２：磁石，３：分銅，
４：弾性支持部材（ねじりコイルバネ），４Ａ：ぜんまいばね，
５：コイル，５０：コイル保持部材，
５０Ａ：筒部，５１：引出端子，
６：磁極部材，６Ａ，６Ｂ：クローポール，６０Ａ，６０Ｂ：磁極片，
６１Ａ，６１Ｂ：コイル収容部，
１０：可動子，１１：回転軸，１２，１３：軸受，
１４，１５：軸受ケース（筐体），
２０：駆動部，２１：交流電流発生源，
Ｐ：軸
【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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