(57)【要約】【課題】薄型化の要求に対応できる薄厚の振動アクチュエータを提供し、大きな駆動力で分銅を振動させる。【解決手段】振動アクチュエータ１は、軸受１２，１３に回転自在に軸支された回転軸１１と、回転軸１１に固定され、回転軸１１周りに異なる磁極を有する磁石２と、回転軸１１に固定される分銅３と、軸受１２，１３を支持する筐体部３０と、回転軸１１の駆動回転に対して弾性復元力を付与する弾性部材４と、交番電流が供給されるコイル５と、磁石２の周囲に配置されコイル５に供給される交番電流によって互いに異なる磁極に着磁される複数の磁極片６０Ａ，６０Ｂを有する磁極部材６とを備え、磁極部材６はコイル５が周囲に巻かれるコア６２を回転軸１１の外側に備え、磁石２と磁極部材６との磁気反発力と弾性部材４の弾性復元力によって、回転軸１１を往復回転振動させる。【選択図】図２
2016103881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受に回転自在に軸支された回転軸と、
前記回転軸に固定され、当該回転軸周りに異なる磁極を有する磁石と、
前記回転軸に固定される分銅と、
前記軸受を支持する筐体部と、
前記回転軸の駆動回転に対して弾性復元力を付与する弾性部材と、
交番電流が供給されるコイルと、
前記磁石の周囲に配置され前記コイルに供給される交番電流によって互いに異なる磁極に着磁される複数の磁極片を有する磁極部材とを備え、
前記磁極部材は、前記コイルが周囲に巻かれるコアを前記回転軸の外側に備え、前記磁石と前記磁極部材との磁気反発力と前記弾性部材の弾性復元力によって、前記回転軸を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】
前記コイルと前記磁石と前記分銅を前記回転軸に沿って並列配置し、一対の前記軸受の一方から突出した前記回転軸に前記分銅が固定されてい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】
前記筐体部は、前記磁極片と一体に又は前記磁極片に連結して設けられ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】
前記交番電流は、前記磁石と共に往復回転振動する可動子の共振周波数と同等の周波数を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記弾性部材は、前記筐体部と前記回転軸との間に初期捻れ角で捻れた状態で固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載された振動アクチュエータを備える携帯型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復回転振動を行う振動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータは、通信機器の着信や各種電子機器のアラーム発信などによって振動を発生させ、通信機器の携帯者や各種電子機器に触れる操作者に対して振動によって信号入力の状況を伝えるものであり、携帯電話を含む携帯情報端末などの各種電子機器に装備されている。
【０００３】
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、バネ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。また、別の形態の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２００６−２２４０６８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】
また、携帯型電子機器は、ウェアラブル（wearable）機器への対応など、薄型化の要求がより高くなっている。これに対して、従来のＬＲＡは、可動子の一部である磁石の周囲にコイルを巻く構造を基本としているため、より薄型化された携帯型電子機器に内蔵するために必要な薄厚を得るには構造上の限界があった。
【０００８】
本発明は、このような問題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、より高い薄型化の要求に対応できる薄厚の振動アクチュエータを提供すること、より大きな駆動力で分銅を振動させることで、効果的な往復回転振動を得ること、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
軸受に回転自在に軸支された回転軸と、前記回転軸に固定され、当該回転軸周りに異なる磁極を有する磁石と、前記回転軸に固定される分銅と、前記軸受を支持する筐体部と、前記回転軸の駆動回転に対して弾性復元力を付与する弾性部材と、交番電流が供給されるコイルと、前記磁石の周囲に配置され前記コイルに供給される交番電流によって互いに異なる磁極に着磁される複数の磁極片を有する磁極部材とを備え、前記磁極部材は、前記コイルが周囲に巻かれるコアを前記回転軸の外側に備え、前記磁石と前記磁極部材との磁気反発力と前記弾性部材の弾性復元力によって、前記回転軸を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。
【発明の効果】
【００１０】
より小型でより大きな振動振幅が得られ、より高い薄型化の要求に対応できる薄厚の振動アクチュエータを提供することができ、また、大きな駆動力で分銅を振動させることで、効果的な往復回転振動を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの全体構成を示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る振動アクチュエータにおける駆動部の動作を示した説明図である（（ａ）は無通電状態、（ｂ）はコイルに流れる電流の方向が＋の場合、（ｃ）はコイルに流れる電流の方向が−の場合）。
【図４】本発明の他の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断面図である。
【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】
【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及び図２に示すように、振動アクチュエータ１は、一対の軸受１２，１３に回転自在に支持された回転軸１１と、回転軸１１に固定された磁石２と、回転軸１１に固定された分銅３と、回転軸１１の駆動回転に対して弾性復元力を付与する弾性部材（捻りコイルバネ）４と、回転軸１１と弾性部材４とを連結する端部支持部材１８を備える可動子１０を具備している。
【００１３】
図示の例では、一対の軸受１２，１３にて回転自在に支持された回転軸１１に沿って磁石２と弾性部材４と分銅３が並べて配置されている。また、磁石２と弾性部材４は一対の軸受１２，１３の間に配置されているが、分銅３は一対の軸受１２，１３の外側に突出した回転軸１１に固定されている。
【００１４】
弾性部材４としての捻りコイルバネは、一端が端部支持部材１７を介して軸受支持部材１４に固定され、他端が端部支持部材１８を介して回転軸１１或いは磁石２に固定されている。
【００１５】
可動子１０を回転軸１１の回転中心である軸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、引出端子５１に接続される交番電流発生源から可動子１０の共振周波数と同等の周波数の交番電流が供給される。可動子１０の共振周波数は、可動子１０のイナーシャＪと弾性部材４の捻り方向のバネ定数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。このような固有振動周波数ｆ0が算出できれば、弾性部材４は捻りコイルバネに限らず、例えば、ぜんまいばねなどでもよい。
【００１６】
磁極部材６は、磁石２の周囲に配置され、回転軸１１の周りに異なる磁極を有する磁石２の磁極に対向する複数の磁極片６０Ａ，６０Ｂを有しており、コイル５に流れる交番電流によって磁極を変化させて、磁石２と磁極部材６との磁気反発力により、磁石２が固定された回転軸１１に異なる方向の回転トルクを交互に付与する。
【００１７】
コイル５は、コイル保持部材５０に巻かれることで軸Ｐの周りに巻回されている。磁極部材６における複数の磁極片６０Ａ，６０Ｂは、それぞれ連結部６１Ａ，６１Ｂを介してコイル保持部材５０を支持すると共に、磁石２の外側に沿って延設されている。コイル保持部材５０の芯部には磁極部材６を構成するコア６２が配置され、その両端がそれぞれ連結部６１Ａ，６１Ｂを介して磁極片６０Ａ，６０Ｂに連結されている。
【００１８】
ここで、コイル５は、磁石２の固定位置から軸方向にシフトした位置でコイル保持部材５０に保持され、コイル５が周囲に巻かれるコア６２は、回転軸１１の外側に設けられており、コイル５に交番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。このように、コイル５の位置を磁石２の固定位置に対して軸方向にシフトさせることで、コイル５と磁石２と分銅３を回転軸１１に沿って並列配置する構造が可能になる。
【００１９】
回転軸１１を支持する軸受１２，１３はそれぞれ軸受支持部材１４，１５に固定され、この軸受支持部材１４は磁極片６０Ａ，６０Ｂに溶接などで固定され、軸受支持部材１５が磁極片６０Ａに固定されている。ここでの軸受支持部材１４，１５，磁極片６０Ａ，６０Ｂが軸受１２，１３或いは弾性部材４の一端側を支持する筐体部３０となっている。
【００２０】
この筐体部３０の内部には、磁石２や弾性部材４の収容空間が形成されており、筐体部３０の外側には分銅３の振動空間が形成されている。分銅３は、平面視半円状の偏芯錘であるが、その外周面の振動軌跡は筐体部３０の外径寸法と同等であるかそれより内側に形成することが好ましい。図示の例では、軸受支持部材１４，１５を磁極片６０Ａ，６０Ｂに連結固定しているが、軸受支持部材１４，１５を磁極片６０Ａ，６０Ｂと一体に形成してもよい。
【００２１】
図３は、振動アクチュエータ１の駆動部２０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の方向が＋の場合、（ｃ）がコイルに流れる電流の方向が−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に交番電流を流すことで、（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に作用する磁気反発力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ことができる。
【００２２】
この振動アクチュエータ１は、可動子１０を軸Ｐ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１０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１０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、振動アクチュエータ１は、磁石２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１０を往復回転振動させる駆動部２０を、可動子１０の共振周波数と同等の周波数の交番電流が供給されるコイル５と、コイル５に流れる交番電流によって磁極を変化させる磁極部材６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。
【００２３】
そして、一対の軸受１２，１３に回転自在に支持された回転軸１１に沿ってコイル５と磁石２と分銅３を並列配置しているので、磁石２の周囲にコイル５を巻回すものと比較して、振動アクチュエータ１の薄型化が可能になる。これによって、携帯型電子機器に内蔵するために、より高い薄型化の要求に対応できる振動アクチュエータ１を提供することができる。
【００２４】
また、コイル５が周囲に巻かれる磁極部材６のコア６２を回転軸１１の外側に設けて、コイル５の中を磁極部材６で充実させている。これによって、磁極部材６の体積容量確保とコイル５の巻き幅確保を筐体部３０の全体径を大きくすること無く行うことができ、振動アクチュエータ１の薄型化を実現しながら、大きな駆動力で分銅３を往復回転振動させることができる。
【００２５】
図４は、本発明の他の実施形態に係る振動アクチュエータを示している。前述した実施形態と同一部位には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施形態は、弾性部材４の両端が端部支持部材１７，１８を介して筐体部３０に固定されており、弾性部材４の両端の中間位置が中間位置支持部材１９を介して回転軸１１に固定されている。そして、弾性部材４は、その一端と他端が無通電状態で初期捻れ角θ0で捻れた状態で筐体部３０と回転軸１１との間に固定されている。図４に示した例では、弾性部材４の両端が筐体部３０に固定され、弾性部材４における両端の中間位置が回転軸１１に固定されているが、弾性部材４の両端が筐体部３０又は回転軸１１のいずれか一方に固定され、その両端の中間位置が筐体部３０又は回転軸１１のいずれか他方に固定されていればよい。そして、この場合も弾性部材４は、その一端と他端が無通電状態で初期捻れ角θ0だけ捻れた状態で固定されている。
【００２６】
ここで、初期捻れ角θ0を回転軸１１の往復回転振動における片側振れ角θの２倍より大きく設定することで、弾性部材４が常に効果的な弾性復元力を発揮することができる一方向の捻りの範囲内で、回転軸１１（可動子１０）を往復回転振動させることができる。これによって、可動子１０を往復回転振動させる際に、弾性部材４の弾性復元力を回転方向の正逆に拘わらず効果的に作用させることができ、バランスの良い大きな回転振幅を得ることができる。
【００２７】
図５は、振動アクチュエータ１を備えた携帯型電子機器１００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。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。また、磁石２とコイル５の位置を回転軸１１に沿ってシフトさせることで、より薄厚化することが可能になっている。
【００２８】
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。
【００２９】
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】
【００３０】
１：振動アクチュエータ，２：磁石，３：分銅，
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ：弾性部材（捻りコイルバネ），
５：コイル，５０：コイル保持部材，５１：引出端子，
６：磁極部材，６０Ａ，６０Ｂ：磁極片，
６１Ａ，６１Ｂ：連結部，６２：コア，
１０：可動子，１１：回転軸，１２，１３：軸受，
１４，１５：軸受支持部材，
１７，１８：端部支持部材，１９：中間位置支持部材，
２０：駆動部，３０：筐体部，
Ｐ：軸
【図１】
2016103881.tif 000003
【図２】
2016103881.tif 000004
【図３】
2016103881.tif 000005
【図４】
2016103881.tif 000006
【図５】
2016103881.tif 000007