(57)【要約】【課題】携帯電話やゲーム、情報携帯端末等に使用される振動リニアアクチュエータにおいて、共振周波数がずれることによる急激な振動量の減少を解決し、容易に高品位な振動を発生することを目的とする。【解決手段】一端を固定子に、他端を可動子に固定した板バネ６を配設して、この板バネ６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た振動リニアアクチュエータにおいて、前記可動子の軸方向の変位領域の両端でバネ定数を大きくする構成とする。これにより、上記課題を解消することができる。また、共振状態から速やかに離脱し、可動子の過大振幅を抑制することで、過負荷によるバネ性の悪化や破壊を防止し、振動の品位を上げ、高性能な振動リニアアクチュエータを提供するものである。【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のコアと同心に第１のコアに固定した永久磁石とを有する可動子と、この永久磁石とギャップを介して対向配置した第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、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振動リニアアクチュエータであって、前記板バネのバネ定数を、前記可動子の軸方向中心が前記固定子の軸方向中心近傍に位置する時に比べ、前記可動子が前記固定子に対する軸方向変位の両端近傍に位置する時の方が大きくする様に構成したことを特徴とする振動リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記固定子の軸方向中心近傍からの前記可動子の軸方向中心の軸方向変位が最大となる位置近傍で、前記板バネと前記可動子とが一部当接する様に構成されたことを特徴とする請求項１記載の振動リニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記板バネが中心に対して対称に形成した渦巻き状の腕を有することを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の振動リニアアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の振動リニア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】
本件発明は、携帯情報端末などに使用される振動リニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型、薄型でありながら、体感振動の向上を目指した振動発生装置としてリニア型のアクチュエータがある（例えば特許文献１参照）。リニア型のアクチュエータであれば、振動方向に対して直角に機器に取り付けることにより、備えられた機器、特に携帯電話の装着者に確実に振動を伝えることが可能となる。振動リニアアクチュエータの一例について図１０を用いて説明する。振動モジュール（振動発生装置）は、加振重量１００及び磁石１１０で構成された可動子と、駆動コイルブロック２００と駆動コイル枠２１０及び駆動コイル２２０とで構成された固定子とが、バネ３１０で縦軸方向に変位自在に支持されている。駆動コイル２２０に供給される駆動電流と磁石１１０により縦軸方向の電磁力を発生し、加振重量１００の重量とバネ３１０により決定される共振周波数近辺で、加振重量１００が振動モジュールの縦軸方向に振動する。加振力を向上させ十分な振動出力を得るため、  バネ３１０が加振重量１００の接合部を除くいかなる部分にも接触しないように形成されている。したがって、軸方向の変位全域にわたりバネ３１０のバネ定数は一定となり、振動モジュールの共振周波数も一定である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１１７７２１号公報（第５−６頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、可動子の軸方向の変位全域にわたりバネ定数が一定であるため、可動子の振動周波数が共振周波数においては振動振幅が大きく振動も大きくなるが、共振周波数からはずれると急激に振動振幅が小さくなり振動量も減少する。いわゆるＱ値が高い状態である。
【０００５】
バネ共振を利用した振動アクチュエータを搭載した携帯電話等の機器では、一般に振動を伝達する状態の変化等により共振周波数が微妙に変動する。また製品個々のばらつきにより、全て同じ共振周波数で駆動しても個々の振動のバラツキが大きい。
【０００６】
従って、良好な振動を得るために常に共振周波数で駆動できるよう共振周波数の追従制御が必要である。そのために駆動回路に追従制御機能を必要とするので、搭載する機器の制御が複雑となり、部品点数の増加、限られたスペースでの搭載が困難といった課題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、振動周波数に対する共振の鋭敏性を緩和し、共振周波数の変動、駆動周波数のばらつきに対して、駆動回路の追従制御機能を付加することなく共振を維持する高性能な振動リニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【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、可動子の軸方向の変位領域の両端でバネ定数を大きくする構成とする。これにより、上記課題を解消することができる。
【０００９】
また、共振状態から速やかに離脱し、可動子の過大振幅を抑制することで、過負荷によるバネ性の悪化や破壊を防止し、振動の品位を上げ、高性能な振動リニアアクチュエータを提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、リング状の第１のコアとこの第１のコアと同心に第１のコアに固定した永久磁石とを有する可動子と、この永久磁石とギャップを介して対向配置した第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、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振動リニアアクチュエータであって、前記板バネのバネ定数を、前記可動子の軸方向中心が前記固定子の軸方向中心近傍に位置する時に比べ、前記可動子が前記固定子に対する軸方向変位の両端近傍に位置する時の方が大きくする様に構成したことを特徴とする振動リニアアクチュエータであり、可動子のストロークに応じてバネ定数を可変とすることで周波数に対する共振の鋭敏性を緩和し、共振周波数の変動、駆動周波数のばらつきに対しても、駆動回路の追従制御機能が必要なく共振を維持できるという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記固定子の軸方向中心近傍からの前記可動子の軸方向中心の軸方向変位が最大となる位置近傍で、前記板バネと前記可動子とが一部当接する様に構成されたことを特徴とする請求項１記載の振動リニアアクチュエータであり、ストローク両端で共振状態から速やかに離脱し、可動子のオーバーストロークを抑制することで、過負荷によるバネ性の悪化や破壊を防止し、高信頼性と高品位な振動を発生するという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記板バネが中心に対して対称に形成した渦巻き状の腕を有することを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の振動リニアアクチュエータであり、可動子のストロークに応じてバネの腕が滑らかに変化し、バネ定数を可変とすることで周波数に対する共振の鋭敏性を緩和し、共振周波数の変化、駆動周波数のばらつきに対しても、駆動回路の追従制御機能が必要なく共振を維持できるという作用を有する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３に記載の振動リニアアクチュエータを搭載した携帯機器であり、ストローク両端で共振状態から速やかに離脱し、可動子のオーバーストロークを抑制することで、過負荷によるバネ性の悪化や破壊を防止し、高信頼性と高品位な振動を発生する携帯機器を提供するという作用を有する。
【００１４】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明を具体化した１例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１５】
（実施例１）
実施例１を図１、図２に示す。図１は本実施例の平面図（内部構造を説明するためカバー天面は透視している）、図２は同軸方向断面図である。振動リニアアクチュエータ１は、振動自在に支持された永久磁石２及び重量体３を可動子とし、該可動子の内側に位置する略円筒状の固定子コア５と、この固定子コアに巻線４を巻回し前記可動子に対して振動磁界を発生する巻線４とを有する固定子と、該可動子と該固定子とを連結する弾性体であるバネ６とを備え、巻線４へ交流、あるいは半波電流を通電すると発生する磁束に従い、可動子が上下に振動する。固定子の両端から、可動子の上下にバネ６により振動自在に支持されているので、運動エネルギーを振動として取り出す。
【００１６】
バネ６は、説明のため、外側バネ６ａと、内側バネ６ｂと異なるハッチングで表示しているが、一体のものである。
【００１７】
図３は可動子が固定子の上端へ移動したときの軸方向断面図を示す。下側のバネは伸びているが図１に示した外側バネ６ａと内側バネ６ｂともにバネとして有効に作用している。一方、上側のバネは重量体と一部当接しており、内側バネ６ｂのみがバネとして作用している。つまり、図２に示した固定子の中央近傍に可動子があるときのバネ６は、重量体３と接合部を除くいかなる部分も接触しないように形成されており、バネ６は外側バネ６ａ，内側バネ６ｂともに有効な状態である。その時のバネ定数をｋ１とする。図３に示した可動子が固定子の両端へ移動した状態では外側バネ６ａが重量体３と当接し、有効なバネは内側の６ｂのみとなる。このときのバネ定数をｋ２とする。バネの有効長さが短くなるのでｋ１＜ｋ２の関係となる。上下二枚のバネがストロークに応じ同様な振る舞いをするので、固定子中央でのバネ定数は２ｋ１であるが、外側バネ６ａが重量体３と当接する上下端では、ｋ１＋ｋ２となる。
【００１８】
図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）は、本発明の実施例１の可動子とバネの当接を説明する模式図で、２１は可動子、２２ａは上側の外側バネ、２２ｂは上側の内側バネ、２２ｃは下側の外側バネ、２２ｄは下側の内側バネ、２３は固定子を示す。図４（ａ）の固定子中央に可動子がある状態から可動子が上側へ移動していった場合の状態について説明する。この場合、下側のバネ２２ｃ、２２ｄは共に有効に作用しており、バネ定数は一定である。よって、上側のバネに着目して順に説明を行う。
【００１９】
図４（ａ）では、固定子中央に可動子がある場合を示し、上のバネ全体が有効作用している状態である。
【００２０】
図４（ｂ）は可動子が中央より上側へ移動した状態を示し、同様に上の全体が有効に作用している。
【００２１】
図４（ｃ）は、さらに可動子が上側に移動した場合であり、可動子上端のバネ取り付け位置と固定子上端のバネ取り付け位置が同じ高さとなった状態である。すなわち上側のバネがフラットとなっている。
【００２２】
図４（ｄ）は、さらに可動子が上側に移動し上死点まで移動した場合であり、可動子上端のバネ取り付け位置が固定子上端のバネ取り付け位置よりも高くなった状態である。上側の外側バネ２２ａは、可動子上面と当接しているので上側バネは２２ｂの内側バネのみで作用していることになる。
【００２３】
つまり図４（ｄ）においては、上側のバネ定数が大きく変化していることになる。
【００２４】
以上の説明を本実施例のバネにあてはめ、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）を用いて、説明する。
【００２５】
図５（ａ）は、本実施例のバネの斜視図で、変形していない平面状態を示す。図５（ｂ）は、バネ６の外側バネ６ａが重量体３と当接した状態を示す図で、図４（ｄ）の上側バネの状態に相当し、有効なバネは内側バネ６ｂのみである。一例として、このときのバネ定数ｋ２＝０．７９Ｎ／ｍｍである。一方図５（ｃ）は、バネ６が重量体３と当接していない状態であり、図４（ｄ）の下側バネの状態に相当し、このときのバネ定数ｋ２＝０．４８Ｎ／ｍｍである。従って、中央近傍ではバネ定数が０．９６Ｎ／ｍｍであり、両端近傍では１．２７Ｎ／ｍｍとなる。このようにストローク両端では、バネ定数が１．３２倍となっており、共振周波数が１５０Ｈｚの場合、１．３２の平方根倍の１７３Ｈｚとなり、共振状態から速やかにに離脱できる。
【００２６】
また、外側バネ６ａが重量体と完全に当接するまでは、重量体との接合部から序々に当接し始めるので、バネ定数は滑らかに変化する。
【００２７】
従って、可動子が中央近傍でのバネ定数が主でストロークによりわずかに高い方へ変動することとなり、共振周波数に幅を持たせることで、振動を伝達する状態の変化等により共振周波数の微妙な変動や、駆動周波数のばらつきにおいても、駆動回路の追従制御機能が必要なく共振を維持でき、容易に高品位な振動を発生することができる振動リニアアクチュエータを実現できる。
【００２８】
（実施例２）
実施例２を図６に示す。図６は本実施例の平面図（内部構造を説明するためカバー天面は透視している）実施例１との差異はバネ形状にある。すなわち、実施例１のバネは、バネ腕部に折り返し部があり、外側バネと内側バネにより構成していた。実施例２のバネは、バネ腕部に折り返し部がなく、渦形状であることが特徴である。その他構成、動作は実施例１と同一である。
【００２９】
振動リニアアクチュエータ１１は、振動自在に支持された永久磁石２及び重量体３を可動子とし、該可動子の内側に位置する略円筒状の固定子コア５と、この固定子コアに巻線４を巻回し前記可動子に対して振動磁界を発生する巻線４とを有する固定子と、該可動子と該固定子とを連結する弾性体であるバネ１６とを備え、巻線４へ交流、あるいは半波電流を通電すると発生する磁束に従い、可動子が上下に振動する。固定子の両端から、可動子の上下にバネ１６により振動自在に支持されているので、運動エネルギーを振動として取り出す。
【００３０】
本実施例のバネ１６の可動子である重量体３の上面に位置する（下側のバネの場合は、重量体３の下面に位置する）部分は、実施例１の外側バネと同様に可動子の上下移動により可動子と当接することを特徴とする。
【００３１】
実施例１同様に、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）にて、本発明の実施例２の可動子とバネの当接を説明する。２１は可動子、２２ａは重量体３の上面に位置する部分のバネ、２２ｂは重量体３の上面に位置しない部分のバネ、２２ｃは重量体３の下面に位置する部分のバネ、２２ｄは重量体３の下面に位置しない部分のバネ、２３は固定子と考えることで、実施例１と同様に説明できる。
【００３２】
この場合、下側のバネ２２ｃ、２２ｄは共に有効に作用しており、バネ定数は一定である。よって、上側のバネに着目して順に説明を行う。
【００３３】
図４（ａ）では、固定子中央に可動子がある場合を示し、上のバネ全体が有効作用している状態である。
【００３４】
図４（ｂ）は可動子が中央より上側へ移動した状態を示し、同様に上の全体が有効に作用している。
【００３５】
図４（ｃ）は、さらに可動子が上側に移動した場合であり、可動子上端のバネ取り付け位置と固定子上端のバネ取り付け位置が同じ高さとなった状態である。すなわち、可動子上端のバネ取り付け位置が固定子上端のバネ取り付け位置よりも高くなった状態である。重量体３の上面に位置する部分は、可動子上面と当接しているので、上側バネは重量体３の上面に位置しない部分のみで作用していることになる。つまり図４（ｄ）においては、上側のバネ定数が大きく変化していることになる。
【００３６】
以上の説明を本実施例のバネにあてはめ、図７（ａ）、７図（ｂ）、図７（ｃ）を用いて、説明する。図７（ａ）は、本実施例のバネの斜視図で、変形していない平面状態を示す。図７（ｂ）は、バネ１６の腕部Ｘ１〜Ｘ２が重量体３と当接した図４（ｄ）の上側バネの状態に相当し、有効なバネは重量体３の上面に位置しない部分のみとなる状態を示す図であり、有効なバネ長さが短くなっている。一例として、このときのバネ定数ｋ２＝１．２９Ｎ／ｍｍである。一方図７（ｃ）は、バネ１６が重量体３と当接していない状態であり、図４（ｄ）の下側のバネの状態に相当する。このときのバネ定数ｋ２＝０．４３Ｎ／ｍｍである。従って、中央近傍ではバネ定数が０．８６Ｎ／ｍｍであり、両端では１．７２Ｎ／ｍｍとなる。このようにストローク両端では、バネ定数が２倍となっており、共振周波数が１５０Ｈｚの場合、２の平方根倍の２１２Ｈｚとなり、共振状態から速やかにに離脱できる。バネ腕部に折り返しがないのでバネと重量体との当接が滑らかであり、可動子中央近傍でのストロークでは、バネ定数がｋ１からわずかに大きい程度であり、バネが平坦となってから急激にバネ定数がｋ２に変化する。
【００３７】
このようにバネ定数がｋ１からわずかに大きくなるのに対応して共振周波数もある程度の許容値を持つことで、振動を伝達する状態の変化等により共振周波数の微妙な変動、また製品個々のばらつきを許容することができる。
【００３８】
（実施例３）
実施例３を図８に示す。図８は本実施例の軸方向断面図である。実施例１との差異はカバー７１内部に設けられたバネ当接部８である。その他構成、動作は実施例１、実施例２と同一である。
【００３９】
振動リニアアクチュエータ１２は、振動自在に支持された永久磁石２及び重量体３を可動子とし、該可動子の内側に位置する略円筒状の固定子コア５と、この固定子コアに巻線４を巻回し前記可動子に対して振動磁界を発生する巻線４とを有する固定子と、該可動子と該固定子とを連結する弾性体であるバネ６とを備え、巻線４へ交流、あるいは半波電流を通電すると発生する磁束に従い、可動子が上下に振動する。固定子の両端から、可動子の上下にバネ６により振動自在に支持されているので、運動エネルギーを振動として取り出す。
【００４０】
図９は可動子が固定子の上端へ移動したときの軸方向断面図を示す。下側のバネは伸びているが図８に示した外側バネ６ａと内側バネ６ｂともにバネとして有効に作用している。一方、上側のバネはバネ当接部８と一部当接しており、外側バネ６ａのみがバネとして作用している。
【００４１】
つまり、図８に示した固定子の中央近傍に可動子があるときのバネ６は、重量体３と接合部を除くいかなる部分も接触しないように形成されており、バネ６は外側バネ６ａ，内側バネ６ｂともに有効な状態である。その時のバネ定数をｋ１とする。図９に示した可動子が固定子の両端へ移動した状態では内側バネ６ｂがバネ当接部８と当接し、有効なバネは外側の６ｂのみとなる。このときのバネ定数をｋ３とする。バネの有効長さが短くなるのでｋ１＜ｋ３の関係となる。上下二枚のバネがストロークに応じ同様な振る舞いをするので、固定子中央でのバネ定数は２ｋ１であるが、内側バネ６ｂがバネ当接部８と当接する上下端では、ｋ１＋ｋ３となる。
【００４２】
このように上端でバネ定数がｋ１からわずかに大きくなるのに対応して共振周波数もある程度の許容値を持つことで、振動を伝達する状態の変化等により共振周波数の微妙な変動、また製品個々のばらつきを許容することができる。
【００４３】
本実施例では、バネ当接部８をカバー内部に設け、可動子が上方向に移動した場合に上側バネと当接させているが、下側へ移動した場合に下側バネが当接する位置へバネ当接部を設けても良い。
【００４４】
なお、以上の説明では、可動子が外側、固定子が内側で構成した例で説明したが、固定子を外側、可動子を内側としても、ストロークに応じてバネの一部を可動子あるいは、固定子に当接させ、バネ定数を変化させることが実施可能である。
【００４５】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、請求項１乃至請求項２記載の発明によれば、周波数に対する共振の鋭敏性を緩和し、共振周波数の変化、駆動周波数のばらつきに対しても、駆動回路の追従制御機能が必要なく共振を維持できるという有利な効果が得られる。
【００４６】
また、請求項３乃至請求項４記載の発明によれば、ストローク両端で共振状態から速やかに離脱し、可動子のオーバーストロークを抑制することで、過負荷によるバネ性の悪化や破壊を防止し、高信頼性と高品位な振動を発生するという効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における平面図
【図２】本発明の実施例１の可動子中央での軸方向断面図
【図３】本発明の実施例１の可動子上端での軸方向断面図
【図４】（ａ）本発明の実施例１の可動子とバネの当接を説明する模式図
（ｂ）本発明の実施例１の可動子とバネの当接を説明する模式図
（ｃ）本発明の実施例１の可動子とバネの当接を説明する模式図
（ｄ）本発明の実施例１の可動子とバネの当接を説明する模式図
【図５】（ａ）本発明の実施例１のバネ形状を示す斜視図
（ｂ）本発明の実施例１の外側バネが重量体と当接した状態を示す斜視図
（ｃ）本発明の実施例１のバネと重量体とが当接していない状態を示す斜視図
【図６】本発明の実施例２における平面図
【図７】（ａ）本発明の実施例２のバネ形状を示す斜視図
（ｂ）本発明の実施例２の外側バネが重量体と当接した状態を示す斜視図
（ｃ）本発明の実施例２のバネと重量体とが当接していない状態を示す斜視図
【図８】本発明の実施例３の可動子中央での軸方向断面図
【図９】本発明の実施例３の可動子上端での軸方向断面図
【図１０】従来の振動リニアアクチュエータを示す縦断面図
【符号の説明】
１、１１、１２  振動リニアアクチュエータ
２、１１０  磁石
３  重量体
４  巻線
５  固定子コア
６、１６、３１０  バネ
６ａ、２２ａ、２２ｃ  外側バネ
６ｂ、２２ｂ、２２ｄ  内側バネ
７、７１  カバー
８  バネ当接部
１００  加振重量
２００  駆動コイルブロック
２１０  駆動コイル枠
２２０  駆動コイル
【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】
2005013836.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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