(57)【要約】【課題】内側に永久磁石を固定した中空状可動子の永久磁石と磁気ギャップを介して固定子を配し、可動子を板バネで軸方向へ変位可能に支持されたリニア振動アクチュエータにおいて、振動ストロークを大きくして大きな振動を発生させる際板バネに局所的に応力が集中し、バネ特性の劣化やバネが破断するといった課題があった。【解決手段】板バネ７の外周側腕部７１と内周側腕部７２との略Ｕ字形状の接続部７３のＵ字底部空隙幅を前記外周側の腕部７１と内周側の腕部７２との間の空隙幅以上に形成する。または、前記腕部のＵ字底部空隙幅を外周側の腕部の幅と内周側の腕部の幅ならびに略Ｕ字形状である接続部の幅のいずれよりも大きく形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の第１のコアとこの第１のコアの内周側に永久磁石を固定した可動子と、この永久磁石の内周側にギャップを介して対向配置され、その外周中央部に切り欠き部を有する断面形状で軸対称形状の第２のコアとこの第２のコアの中心部分をとりかこむように巻装されたコイル部である固定子をもち、内側には一端を前記固定子に、他端を前記可動子に固定した板バネを配設して、この板バネにより前記固定子に対し前記可動子が軸方向に変位自在に支持される構成を有するリニア振動アクチュエータであって、前記板バネは、前記固定子の中心に対して同心で円弧形状の腕部を前記板バネの外周部から前記固定子の中心に向けて複数形成し、前記腕部の接続部のＵ字底部空隙幅を前記外周側の腕部と内周側の腕部との間の空隙幅以上に形成したことを特徴とするリニア振動アクチュエータ。
【請求項２】
リング状の第１のコアとこの第１のコアの内周側に永久磁石を固定した可動子と、この永久磁石の内周側にギャップを介して対向配置され、その外周中央部に切り欠き部を有する断面形状で軸対称形状の第２のコアとこの第２のコアの中心部分をとりかこむように巻装されたコイル部である固定子をもち、内側には一端を前記固定子に、他端を前記可動子に固定した板バネを配設して、この板バネにより前記固定子に対し前記可動子が軸方向に変位自在に支持される構成を有するリニア振動アクチュエータであって、前記板バネは、前記固定子の中心に対して同心で円弧形状の腕部を前記板バネの外周部から前記固定子の中心に向けて複数形成し、前記腕部のＵ字底部空隙幅を外周側の腕部の幅と内周側の腕部の幅ならびに略Ｕ字形状である接続部の幅のいずれよりも大きく形成したことを特徴とするリニア振動アクチュエータ。
【請求項３】
板バネの外周側の円弧形状の腕部先端と第１のコアとの固定部と第２のコアの中心とを結んだ線上に、板バネの内周側の円弧形状の腕部と第２の接続部により接続されて板バネと第２のコアとの固定部に向かって形成される第２の腕部を有することを特徴とする請求項１または２記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項４】
板バネの外周側の円弧形状の腕部と内周側の円弧形状の腕部と略Ｕ字形状の第１の接続部と第２の接続部と第２の腕部からなる支持片を、板バネの中心に対して点対称に円周方向に複数形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項５】
板バネの外周側の円弧形状の腕部と内周側の円弧形状の腕部と略Ｕ字形状の第１の接続部と第２の接続部と第２の腕部からなる支持片を、板バネの中心に対して同心に円周方向に支持片が３箇所形状されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項６】
第１のコアを固定子に、第２のコアを可動子にしたことを特徴とする請求項１乃至５記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のリニア振動アクチュエータを搭載した携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、ＰＤＡ，ゲーム機器、時計、情報携帯端末等の各種携帯機器に搭載されるリニア振動アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のリニア振動アクチュエータとして、磁石と磁性ヨークとで磁気ギャップを有する磁気回路を形成し、その磁気ギャップに可動素子としてムービングコイルを配したもの、あるいは磁石と磁性ヨークとこの磁性ヨークに設置した駆動用コイルとで磁気ギャップを有する磁気回路を形成し、この磁気ギャップ中に可動素子としての磁性アーマチャ即ち磁性片を配置したものにおいて、上記磁気回路を剛性の支持体に高コンプライアンス部を有するダンパを介して支持し、可動素子をこの支持体に固定した構造にしたものがある。コイルに音声周波数より低い低周波の駆動電流を印加すると、磁気回路がダンパにスパイラル状に形成された高コンプライアンスのスプリング部により柔軟に支持されるので、この低周波信号で振動し、ダンパを介して支持体に低周波の振動が伝達され、この支持体を介して人体に振動を伝達することができる。コイルに音声周波数の交流駆動電流を印加すると、磁気回路がダンパの高コンプライアンス部で支持されるので、磁気回路ではなく可動素子が音声周波数で振動し、その振動が支持体に伝達され、支持体に結合された薄板あるいはダイアフラムが振動し、可聴音を発生する。即ち可聴周波数振動と体感振動を一つの機構で発生可能にすることを目的としたリニア振動アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１６２６８号公報（第２−５頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年の携帯機器の小型化、薄型化の要望に応えるにはリニア振動アクチュエータの更なる小型化、薄型化を図る必要がある。薄型化を図るためには、振動振幅（ストローク）の確保が困難となるので、可動部の質量を大きくする必要が有る。しかしながら、上記特許文献１に開示されたリニア振動アクチュエータは、可聴周波数振動と体感振動を一つの機構で発生可能にするため、磁気回路が高コンプライアンス部を有するダンパを介して支持体に支持され、低周波の体感振動発生時には磁気回路自体が可動部となる構成であるので振動方向が支持体に対して不安定となり易く、可動部の重量を大きくすることに制約があり、十分な体感振動を発生することが困難であるという課題を有していた。この課題を解決するために、本発明では体感振動の発生に特化することで小型化、薄型化でありながら十分な体感振動を得ることを可能にするリニア振動モータを開発した。そこで先ず、磁気回路の一部を可動部に、残りを固定部とする構成とし、可動部の振動方向の両端を固定部に対して弾性体で支持する構成とすることで、固定部に対する振動方向を確実にさだめられるようにした。その上で、可動部の質量を大きくするためにリング状のコアとその内周側に固定した永久磁石により可動子を構成し、固定部側には、永久磁石とギャップを介して対向する磁気回路の残部を配した。
【０００５】
上記の構成により可動部の固定部に対する振動方向が確実に定まるので、上記磁気回路の永久磁石とのギャップは小さくすることができるため、効率の良い磁気回路を構成することができる。コイルは固定部側の磁気回路の残部を構成する上記コアとは別のコアに巻回されている。
【０００６】
その構成について図７（ａ）、図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ａ）は開発の初期におけるリニア振動アクチュエータの平面図（カバーは透視）、図７（ｂ）は同軸断面図を示す。リング状の第１のコア４３とこの第１のコア４３の内周側に永久磁石４２を固定した可動子４１と、この永久磁石４２の内周側にギャップを介して対向配置され、外周中央部に切欠き部を有する工字状断面で軸対称形状の第２のコア４５とこの第２のコアの中心部分をとりかこむように巻装されたコイル部４４を有する固定子４６と、一端を固定子４６の第２のコア４５、他端を可動子４１の第１のコア４３に固定した板バネ４７を可動子４１の上下に備え、この板バネ４７により固定子４６に対し可動子４１が軸方向に変位可能に支持される構成である。可動子４１の内周側の永久磁石４２はその内周側が同一極となり、外周側と異極となるように単極に着磁されている。例えば、内周側をＮ極、外周側をＳ極に着磁されている。コイル部４４へ交流あるいは、パルス電流を通電すると発生する磁束に従い、可動子４１が上下に振動し、可動子４１の運動エネルギーを振動として取り出す。
【０００７】
開発の初期において、板バネ４７は図７（ａ）に示すようにその中心から外周の円環部４７１へ４本の腕部４７２を有する形状とし、その中心部を固定子４６に、外周の円環部４７１を可動子４１の第１のコア４３に固定している。しかしながら、体感振動レベルを大きくするためには、可動子４１の質量を大きくするだけでは不十分であって、可動子４１の振動振幅すなわちストロークも大きくすることが必要であることが判明し、板バネ４７の腕部４７２を長くする必要が生じた。そこで図８に示すように、板バネ５６を外周部から固定子の中心に向けて同心で円弧形状の外周側の腕部５６１と内周側の腕部５６２とこの外周側の腕部５６１と内周側の腕部５６２とを接続する略Ｕ字形状の接続部５６３とを備える構成にすることによりバネの有効長を長くしストロークを大きくすることを試みた。この構成のバネは、円弧形状の腕部を複数形成することができるのでバネの有効長を長くするためには非常に有効な形状である。しかしながら、携帯機器は取り扱い上落下する可能性が高く、この落下衝撃に対する耐性を要求されている。上記図８に示す板バネ５６の形状では、外周側の腕部５６１と内周側の腕部５６２との接続部５６３に応力が集中し、バネ特性の劣化や、バネが破断するといった課題があり、小型で大きなストローク、すなはち大きな振動を得ることが困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、固定子とリング状の可動子を備え、この可動子の上下両側に、一端を前記固定子に他端を前記可動子に固定した板バネを配設して、この板バネにより前記固定子に対し前記可動子が軸方向に変位自在に支持される構成を有し、前記板バネは、前記固定子の中心に対して同心で円弧形状の腕部を前記板バネの外周側から前記固定子の中心に向けて複数形成し、前記腕部の外周側の腕部と内周側の腕部とを略Ｕ字形状の接続部により接続して構成され、前記略Ｕ字形状の接続部のＵ字底部の空隙幅を前記外周側の腕部と内周側の腕部との間の空隙幅以上に形成するか、または、前記略Ｕ字形状の接続部のＵ字底部空隙幅を前記外周側の腕部の幅と内周側の腕部の幅ならびに略Ｕ字形状接続部の幅のいずれよりも大きく形成したリニア振動アクチュエータである。
【０００９】
本構成より、可動子の質量を大きく、かつ、可動子の振動ストロークも大きくできるのみならず、板バネの局所的な応力集中を緩和し、バネ特性の劣化や、バネが破断するといった課題を解決した小型・薄型で高性能なリニア振動アクチュエータを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に係る発明は、リング状の第１のコアとこの第１のコアの内周側に永久磁石を固定した可動子と、この永久磁石の内周側にギャップを介して対向配置され、その外周中央部に切欠き部を有する断面工字状で軸対称形状の第２のコアとこの第２のコアの中心部分をとりかこむように巻装されたコイル部を有する固定子とを備え、前記可動子の上下両側には、一端を前記固定子に他端を前記可動子に固定した板バネを配設して、この板バネにより前記固定子に対し前記可動子が軸方向に変位自在に支持される構成を有するリニア振動アクチュエータであって、前記板バネは、前記固定子の中心に対して同心で円弧形状の腕部を前記板バネの外周部から前記固定子の中心に向けて複数形成し、前記腕部の外周側の腕部と内周側の腕部とを略Ｕ字形状の接続部により接続して構成され、前記略Ｕ字形状の接続部のＵ字底部の空隙幅を前記外周側の腕部と内周側の腕部との間の空隙幅以上に形成したことを特徴とするリニア振動アクチュエータである。
【００１１】
また、この発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載されたものにおいて、前記外周側の腕部と内周側の腕部との空隙幅を、前記外周側及び内周側の腕部の幅ならびに前記接続部の幅のいずれよりも大きく形成したことを特徴とするリニア振動アクチュエータである。
【００１２】
また、この発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載されたものにおいて、板バネの外周部の円弧形状の腕部の先端と第１のコアとの固定部と第２のコアの中心とを結んだ線上に、板バネの内周側の円弧形状の腕部と第２の接続部により接続されて板バネと第２のコアとの固定部に向かって形成される第２の腕部を有する構成としたものである。
【００１３】
また、この発明の請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３に記載されたものであって、板バネの外周側の円弧形状の腕部と内周側の円弧形状の腕部と略Ｕ字形状の第１の接続部と第２の接続部と第２の腕部からなる支持片を、板バネの中心に対して点対称に円周方向に複数形成したものである。
【００１４】
また、この発明の請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３に記載されたものにおいて、板バネの外周側の円弧形状の腕部と内周側の円弧形状の腕部と略Ｕ字形状の第１の接続部と第２の接続部と第２の腕部からなる支持片を、板バネの中心に対して同心に円周方向に支持片が３箇所形状したものである。
【００１５】
また、この発明の請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５に記載されたものにおいて、第１のコアを固定子に第２のコアを可動子にしたものである。
【００１６】
また、請求項７に係る発明は請求項１乃至請求項６に記載されたリニア振動アクチュエータを携帯機器に搭載したものであり、小型高性能な、携帯機器が実現できるものである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１（ａ）、図１（ｂ）に本発明によるリニア振動アクチュエータの一実施例の構成を示す。図１（ａ）は、本実施例におけるリニア振動アクチュエータの平面図（カバーは透視）、図１（ｂ）は同軸断面図を示す。
【００１９】
リング状の第１のコア３とその内側に固定された永久磁石２とからなる可動子１と、その内側にギャップを介して、工字状断面をもつ軸対称の第２のコア５に対して、中心部分をとりかこむように巻かれたコイル部４を有する固定子６とを軸方向へ変位可能に弾性体である板バネ７で可動子１の上下両側から支持した構成を有している。板バネ７は、それぞれその一端を固定子６、他端を可動子１に固定されている。可動子１の内側の永久磁石２は、内周側が同一極となり、外周側と異極となるよう単極に着磁されている。（例えば内周側をＮ極、外周側をＳ極）そして、コイル部４へ交流あるいはパルス電流を通電すると発生する磁束に従い、可動子１が上下に振動し、可動子１の運動エネルギーを振動として取り出す。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、本実施例の板バネ７は、その外周部から固定子６の中心に向けて同心で円弧形状の外周部の腕部７１と内周側の腕部７２とこの外周側の腕部７１と内周側の腕部７２とを接続する略Ｕ字形状の接続部７３とを備え、板バネ７中心部を固定子６に、板バネ７の外周に位置する腕部先端部を可動子１に固定し、可動子１が軸方向へ変位可能に支持した構成である。
【００２１】
この構成により、板バネ７の有効長が大きくできるので可動子１の振動振幅を大きくできて、小型で大きな振動量を得ることができる。しかし、軸方向に変形した場合、バネ部は、幅が狭い外周側の腕部７１で最も大きく変形し、ばねは腕部が振動し、また同様に内周側の腕部７２も変位方向に運動するため、外周側の腕部７１と内周側の腕部７２との接続部７３は運動の支点となり、局所的に応力が集中することになる。このように、バネの一箇所に応力が集中し過ぎると、その箇所から破壊が始まり、最悪の場合バネが破断してしまう。そこで、振動量を落とさずに応力集中を回避するためには、局所的に剛性を大きく変化させなければ良い。そこで接続部７３のバネの幅を適当に細くすることで、この接続部７３の応力集中が緩和できる。よって、実験的に求めた結果、図２に示すように略Ｕ字形状の接続部７３の幅ａ１を前記外周側の腕部と内周側の腕部の間の空隙幅ｄ１以上に形成すれば、この接続部７３の応力集中を外周側の腕部７１または内周側の腕部７２に分散でき、接続部７３の応力集中は緩和できることがわかった。よって、振動量を小さくすることなくバネ特性の劣化や、バネが破断するといった課題を解決した小型で高性能なリニア振動アクチュエータを提供することができる。
【００２２】
（実施例２）
図３に本発明によるリニア振動アクチュエータの一実施例の構成（平面図、カバーは透視）を示す。
【００２３】
アクチュエータの基本部材の構成は、実施例１と同一である。
【００２４】
この構成において、振動量を落とさないで、応力集中を回避するためには、応力を応力が集中していない他の領域に分散することができれば良い。本実施例においては、外周側の腕部７１と内周側の腕部７２との接続部７３に応力が集中しているため、この接続部７３に応力を外周側の腕部７１または内周側の腕部７２にある程度分散させればよい。そこで、内周側の腕部７２の幅ｂ２、及び外周側の腕部７１の幅ｃ２を、板バネ７の外周側の腕部７１と内周側の腕部７２との間のスリット部の幅ａ２よりも大きく形成した。この構成により、板バネの外周側の腕部７１と内腕側の部７１との接続部７３に集中した応力は、細くした外周側の腕部７１と内周側の腕部７２に分散され、接続部７３の局所的な最大応力は緩和し、耐応力限界値を向上できた。
【００２５】
一般的に、板バネ７の外周側の腕部７１と内周側の腕部７２との間のスリット部の幅ａ２を内周側の腕部７２の幅ｂ２、及び外周側の腕部７１の幅ｃ２よりも大きく形成すれば、接続部７３の応力集中は緩和できることがわかった。実験的にその効果を確認した結果を図４に示す。
【００２６】
よって、振動量を小さくすることなくバネ特性の劣化や、バネが破断するといった課題を解決した小型で高性能なリニア振動アクチュエータを提供することができる。
【００２７】
なお、本実施例では、板バネの外径φ７．４ｍｍに対して、可動子の振幅±０．８ｍｍを実現し、１Ｇ以上の振動を達成している。
【００２８】
（実施例３）
本発明の第２の実施例は、第１の実施例と同様の構成で板バネ形状が異なる。図５、図６は、第２の実施例に用いる板バネの平面図である。本実施例の板バネ７は、板バネの外周部の円弧形状の腕部と内周側の円弧形状の腕部と略Ｕ字形状の第１の接続部７３と第２の接続部７４と第２の腕部７５からなる支持片を、板バネの中心に対して点対称に円周方向に複数形成したことを特徴とし、板バネの中心部を固定子に、板バネの外周に位置する腕部先端部を可動子に固定し、可動子を軸方向へ変位可能にした構成である。
【００２９】
図５は板バネのラジアル剛性が高まり、可動子と固定子の同軸性を良くすることができる。また、内周側腕部と外周側腕部との間のスリット部の幅ａ３が板バネの各腕部の幅ｂ３、ｃ３よりも大きく形成したので、板バネに局所的に応力が集中しないため、小型・薄型で大きなストローク、すなわち大きな振動を発生する高性能なリニア振動アクチュエータを提供することができる。
【００３０】
同様に図６は板バネの支持片が４本の例を示す。内周側の腕部と外周側の腕部との間のスリット部の幅ａ４が板バネの腕部の幅ｂ４、ｃ４よりも大きく形成したので、板バネに局所的に応力が集中しないため、小型・薄型で大きなストローク、すなわち大きな振動を発生する高性能なリニア振動アクチュエータを提供することができる。
【００３１】
なお、上記実施例１乃至実施例２によるリニア振動アクチュエータの可動部と固定部を逆の構成にした場合でも、可動子の振動方向両端を板バネで保持し、上述の板バネ形状とした場合においても上記と同様な効果が得られることは明らかである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、上記構成にすることにより、可動子の質量を大きく、かつ、可動子の振動ストロークも大きくできるだけではなく、板バネの局所的な応力集中を緩和し、バネ特性の劣化や、バネが破断するといった課題を解決した小型・薄型で大きな振動が得られ信頼性の高い高性能なリニア振動アクチュエータを提供することができる。
【００３３】
また、発明のリニア振動アクチュエータを搭載することで、小型高性能な、携帯電話、ＰＤＡ，ゲーム、時計、情報機器端末等の携帯機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施例１のリニア振動アクチュエータの平面図
（ｂ）本発明の実施例１のリニア振動アクチュエータの軸断面図
【図２】本発明の実施例１の効果を示す応力特性図
【図３】本発明の実施例２のリニア振動アクチュエータの平面図
【図４】本発明の実施例２の効果を示す応力特性図
【図５】本発明の実施例３のリニア振動アクチュエータの板バネ平面図
【図６】本発明の実施例３のリニア振動アクチュエータの板バネ平面図
【図７】（ａ）本発明の開発初期のリニア振動アクチュエータの平面図
（ｂ）本発明の開発初期のリニア振動アクチュエータの軸断面図
【図８】本発明の開発途上のリニア振動アクチュエータの平面図
【符号の説明】
１、４１  可動子
２、４２  永久磁石
３、４３  第１のコア
４、４４  コイル部
５、４５  第２のコア
６、４６  固定子
７、４７、５６  板バネ
８  カバー
７１、５６１  外周側の腕部
７２、５６２  内周側の腕部
７３、５６３  略Ｕ字形状接続部（第１の接続部）
７４  略Ｕ字形状接続部（第２の接続部）
７５  第２の腕部
４７１  円環部
４７２  ４本の腕部
【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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