(57)【要約】【課題】振動周波数についてある程度の幅を持たせて可動子を振動させることができるリニア振動アクチュエータを提供する。【解決手段】リニア振動アクチュエータ１が、筐体１１に収容されて振動方向Ｄ１１に直線配列された複数の磁石１２２を有する可動子１２と、可動子１２を直進移動可能に保持するガイド部１３と、可動子１２を挟む一対の平面１５１のうち少なくとも一方の平面１５１の内で平板状に巻かれる平板状コイル１４と、可動子１２における振動方向Ｄ１１の両端部それぞれに配置された一対の第１付勢用磁石１６１と、筐体１１の内部において、一対の第１付勢用磁石１６１それぞれと対向するように配置され、当該一対の第１付勢用磁石１６１それぞれの極性と同じ極性を有することで、可動子１２を振動方向Ｄ１１に付勢する一対の第２付勢用磁石１６２とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の振動方向に延在する筐体と、
前記筐体に収容され、前記振動方向に延在するとともに当該振動方向に直線配列された複数の磁石を有する可動子と、
前記筐体に収容され、前記可動子を前記振動方向に直進移動可能に保持するガイド部と、
前記筐体に収容され、前記振動方向に沿うとともに前記可動子に対向する平面で平板状に巻かれ、駆動電流が流されることで前記可動子を前記振動方向に直進振動させる複数の平板状コイルと、
前記可動子における前記振動方向の両端部それぞれに配置された一対の第１付勢用磁石と、
前記筐体の内部において、前記一対の第１付勢用磁石それぞれと対向するように配置され、当該一対の第１付勢用磁石それぞれの極性と同じ極性を有することで、前記可動子を前記振動方向に付勢する一対の第２付勢用磁石と、
を備え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】
前記可動子は、外枠部を備え、
前記外枠部と一体に、前記振動方向に直線配列された複数の磁石と、前記一対の第１付勢用磁石とが保持されていることを特徴とする請求項１に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記振動方向に直線配列された複数の磁石は、少なくとも四方を囲まれて、前記外枠部の内側に固定配置されており、
前記一対の第１付勢用磁石は、前記振動方向であって前記外枠部の外側に固定配置されていることを特徴とする請求項２に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記可動子における前記複数の磁石の配列は、隣り合う２つの磁石それぞれの着磁方向が前記平面と直交するとともに互いに逆向きとなるＮ−Ｓ配列を含んだ配列であることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記可動子における前記複数の磁石の配列は、隣り合う２つの磁石のうち一方の磁石の着磁方向が前記平面と直交して他方の磁石の着磁方向が前記振動方向と平行となるハルバッハ配列を含んだ配列であることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１付勢用磁石が、前記振動方向で構成する前記ハルバッハ配列の両端部として前記他方の磁石を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記平板状コイルの前記振動方向における巻線の幅が前記ハルバッハ配列を構成する前記一方の磁石の前記振動方向における長さ以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記平面は、相互間に前記可動子を挟む一対の平面で構成されることを特徴とする請求項１〜７のうち何れか一項に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項９】
前記ガイド部が、前記可動子における前記振動方向に沿った端縁が、当該振動方向に直進移動可能に嵌め込まれるガイド溝を有するレール部材を備えており、
前記可動子の前記端縁に配置された第１浮上用磁石と、
前記ガイド溝の内面に、前記第１浮上用磁石と対向するように配置され、当該第１浮上用磁石の極性と同じ極性を有することで、前記端縁を前記ガイド溝の内面から浮かせる第２浮上用磁石と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜８のうち何れか一項に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項１０】
前記ガイド部が、前記可動子における前記振動方向に沿った端縁が、当該振動方向に直進移動可能に嵌め込まれるガイド溝を有するレール部材を備えており、
複数の前記平板状コイルが配置される前記平面は１つであり、当該平面と対向する側とは反対側の前記可動子における面に配置された第１浮上用部材と、
前記筐体の内面に、前記第１浮上用磁石と対向するように配置される第２浮上用部材とを備え、
前記第１浮上用部材と前記第２浮上用部材とは、その組合せにより、前記可動子の前記端縁を前記ガイド溝の内面から浮かせるものであり、
前記第１浮上用部材と前記第２浮上用部材との前記組合せは、互いに逆極性を有する磁石同士又は、磁石と磁性体或いは磁性体と磁石であることを特徴とする請求項５〜７に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項１１】
前記ガイド部は、棒状のガイドシャフトであって、前記ガイドシャフトは前記可動子を摺動可能に保持し、前記可動子の前記枠体に、前記ガイドシャフトとの間で摺動可能な保持部が形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のうち何れか一項に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項１２】
前記可動子が、前記振動方向に配列されて、隣り合うものどうしが弾性的に連結された複数の可動子部分を有していることを特徴とする請求項１〜１１のうち何れか一項に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項１３】
前記筐体が周壁部、底板部および天井板部から構成され、前記周壁部が軟磁性材料で形成されることを特徴とする請求項１〜１２のうち何れか一項に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項１４】
前記底板部および前記天井板部において、少なくとも前記振動方向に直線配列された複数の磁石と対向する部分が非磁性材料で形成されることを特徴とする請求項１３に記載のリニア振動アクチュエータ。
【請求項１５】
前記底板部および前記天井板部がそれぞれ３つに分割され、３つのうち両端部が軟磁性材料で形成されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のリニア振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動子を直進振動させるリニア振動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばスマートフォン等の携帯機器におけるバイブレーション機能を構成する装置として、リニア振動アクチュエータが広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のリニア振動アクチュエータでは、磁石を備える可動子を設け、この磁石の近傍に配置したコイルに交流の駆動電流を流すことで可動子を直進振動させるように構成されている。【０００３】
このようなリニア振動アクチュエータでは、多くの場合、可動子における振動方向の両端部と筐体の内壁との間にコイルバネや板バネ等の機械バネが配置されている。可動子は、このバネによる付勢を受けながら振動する。このとき、この可動子は、筐体の内部において、両端部のバネのバネ定数によって決まる共振周波数を有する。そして、このようなリニア振動アクチュエータの多くでは、駆動用のコイルには、可動子の共振周波数に応じた周波数の交流電流が駆動電流として流される。このような駆動電流が流されることで、可動子を共振させることができ、可動子を振動させるための大きな駆動力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−６３５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記のリニア振動アクチュエータでは、上記の機械バネによって決まる共振周波数が非常に狭い帯域での周波数となる。一方で、リニア振動アクチュエータの分野では、可動子を、振動周波数についてある程度の幅を持たせて振動させたいとの要望がある。また、機械バネは弾性限の範囲内でも何千万回と繰り返し応力を負荷すると最終的に疲労破壊に至る可能性があるので、そのリスクを低減することが望まれる。【０００６】
従って、本発明は、上記のような事情に着目し、振動周波数についてある程度の幅を持たせて可動子を振動させることができるとともに、バネ部等の劣化のおそれが少なく高寿命のリニア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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のリニア振動アクチュエータは、所定の振動方向に延在する筐体と、前記筐体に収容され、前記振動方向に延在するとともに当該振動方向に直線配列された複数の磁石を有する可動子と、前記筐体に収容され、前記可動子を前記振動方向に直進移動可能に保持するガイド部と、前記筐体に収容され、前記振動方向に沿うとともに前記可動子に対向する平面で平板状に巻かれ、駆動電流が流されることで前記可動子を前記振動方向に直進振動させる複数の平板状コイルと、前記可動子における前記振動方向の両端部それぞれに配置された一対の第１付勢用磁石と、前記筐体の内部において、前記一対の第１付勢用磁石それぞれと対向するように配置され、当該一対の第１付勢用磁石それぞれの極性と同じ極性を有することで、前記可動子を前記振動方向に付勢する一対の第２付勢用磁石と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のリニア振動アクチュエータでは、可動子は、その両端に配置された第１付勢用磁石と、これと対面配置された第２付勢用磁石と、の反発力によって振動方向に付勢される。このように磁石の反発力を利用した付勢構造をバネに見立てた場合、バネ力が変形量に比例する一般的な線形バネと異なり、磁石によるバネ（磁気バネと呼ぶ）は非線形バネとなる。このとき、一般的な線形バネで可動子を付勢するリニア振動アクチュエータでは、可動子の共振周波数が上述したように非常に狭い帯域の周波数となる。これに対し、磁気バネで可動子を付勢する本発明のリニア振動アクチュエータでは、磁気バネが非線形バネとなることにより可動子の共振周波数が広い帯域の周波数となる。このため、本発明のリニア振動アクチュエータによれば、その広い帯域において振動周波数についてある程度の幅を持たせて可動子を振動させることができる。【０００９】
また、本発明とは異なりコイルバネや板バネ等の機械バネを用いる場合には、それら機械バネと可動子や筐体との接続部に、可動子の振動に伴う応力が掛かり、接続部の劣化を招く恐れがある。これに対し、本発明のリニア振動アクチュエータによれば可動子の付勢に上記の磁気バネが用いられ、可動子の振動による応力が掛かるような機械的な接続部が存在しない。また、機械バネのように、バネ自体が疲労破壊に至るおそれも無い。従って、本発明のリニア振動アクチュエータによれば、可動子の付勢による上記のような劣化の懸念が払拭されるため装置寿命を延ばすこともできる。【００１０】
本発明によれば小型で高性能且つ高寿命なリニア振動アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にかかるリニア振動アクチュエータを示す図である。
【図２】図１に示されているリニア振動アクチュエータの分解斜視図である。
【図３】図１及び図２に示されているリニア振動アクチュエータにおいて可動子が一対の磁気バネで付勢される構成を模式的に表した図である。
【図４】図１に示されているリニア振動アクチュエータに用いる平板状コイルの電気的な接続方法の一例を示す模式図である。
【図５】図１〜図３に示されている可動子における複数の磁石の配列としてＮ−Ｓ配列が採用された場合について説明する模式図である。
【図６】図１に示されているリニア振動アクチュエータの、図中のＶ１１−Ｖ１１線に沿った断面を示す断面図である。
【図７】図１〜図３に示されている可動子における複数の磁石の配列としてハルバッハ配列が採用された場合について説明する模式図である。
【図８】ハルバッハ配列を採用した可動子に対する平板状コイルの配置の変形例を示す図である。
【図９】可動子の端縁とガイド溝との接触を抑えるための第１の構造を示す模式図である。
【図１０】可動子の端縁とガイド溝との接触を抑えるための第２の構造を示す模式図である。
【図１１】可動子の端縁とガイド溝との接触を抑えるための第３の構造を示す模式図である。
【図１２】図１〜図３に示されている可動子に対する変形例を、図３と同様の模式図で示す図である。
【図１３】図１２に示されている可動子が有することとなる振動特性を表すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態にかかるリニア振動アクチュエータを示す図である。
【図１５】図１４に示されているリニア振動アクチュエータの分解斜視図である。
【図１６】ハルバッハ配列を採用した可動子の磁石の磁極の向きを示す図である。
【図１７】第１付勢用磁石がハルバッハ配列の一部を担っている可動子の磁石の磁極の向きを示す図である。
【図１８】図１４に示されているリニア振動アクチュエータにおいて、コイルの幅と磁石の幅の関係と、磁石とコイルとのエアギャップ、とを示す断面図である。
【図１９】底壁部と天井壁部がそれぞれ３分割された、図１４および図１５に示されているリニア振動アクチュエータを示す図である。
【図２０】３分割された底壁部と天井壁部の両端が磁性材料／非磁性材料で構成された図１９に示されるリニア振動アクチュエータにおける、可動子の変位に対する付勢力を示したグラフである。
【図２１】３分割された底壁部と天井壁部の両端が磁性材料／非磁性材料で構成された図１９に示されるリニア振動アクチュエータにおける、振動方向の両端面における漏洩磁束密度の分布を示したグラフである。
【図２２】本発明の実施形態にかかるリニア振動アクチュエータを示す図である。
【図２３】図２２に示されているリニア振動アクチュエータにおける、複数の磁石とコイルとのエアギャップを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態のリニア振動アクチュエータは、所定の振動方向に延在する筐体と、前記筐体に収容され、前記振動方向に延在するとともに当該振動方向に直線配列された複数の磁石を有する可動子と、前記筐体に収容され、前記可動子を前記振動方向に直進移動可能に保持するガイド部と、前記筐体に収容され、前記振動方向に沿うとともに前記可動子に対向する平面で平板状に巻かれ、駆動電流が流されることで前記可動子を前記振動方向に直進振動させる複数の平板状コイルと、前記可動子における前記振動方向の両端部それぞれに配置された一対の第１付勢用磁石と、前記筐体の内部において、前記一対の第１付勢用磁石それぞれと対向するように配置され、当該一対の第１付勢用磁石それぞれの極性と同じ極性を有することで、前記可動子を前記振動方向に付勢する一対の第２付勢用磁石とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、リニア振動アクチュエータの可動子は、その両端に配置された第１付勢用磁石と、これと対面配置された第２付勢用磁石と、の反発力によって振動方向に付勢される。このように磁石の反発力を利用した付勢構造をバネに見立てた場合、バネ力が変形量に比例する一般的な線形バネと異なり、磁石によるバネ（磁気バネと呼ぶ）は非線形バネとなる。このとき、一般的な線形バネで可動子を付勢するリニア振動アクチュエータでは、可動子の共振周波数が上述したように非常に狭い帯域の周波数となる。これに対し、磁気バネで可動子を付勢する本発明のリニア振動アクチュエータでは、磁気バネが非線形バネとなることにより可動子の共振周波数が広い帯域の周波数となる。このため、本発明のリニア振動アクチュエータによれば、その広い帯域において振動周波数についてある程度の幅を持たせて可動子を振動させることができる。
【００１３】
他の特徴としては、上記の特徴に加え、可動子が外枠部を備え、この外枠部と一体に、前記振動方向に直線配列された複数の磁石と、前記一対の第１付勢用磁石とが保持されていることにある。
この構成によれば、外枠部によって、直線配列された複数の磁石と、一対の第１付勢用磁石を、精度よく確実に位置決めして保持することができる。
【００１４】
他の特徴としては、上記の特徴に加え、前記振動方向に直線配列された複数の磁石は、少なくとも四方を囲まれて、前記外枠部の内側に固定配置されており、前記一対の第１付勢用磁石は、前記振動方向であって前記枠体の外側に固定配置されていることにある。
この構成によれば、直線配列された複数の磁石と、一対の第１付勢用磁石を、容易に配置できるとともに、高精度且つ確実に位置決めして保持することができる。
【００１５】
他の特徴としては、前記可動子における前記複数の磁石の配列を、隣り合う２つの磁石それぞれの着磁方向が前記平面と直交するとともに互いに逆向きとなるＮ−Ｓ配列を含んだ配列としたことにある。
この構成によれば、可動子が、平板状コイルが配置される平面それぞれに向かう略均等な大きさの磁力を得ることができるので、可動子の位置を安定させ易く、安定的に振動させることができる。
【００１６】
他の特徴としては、前記可動子における前記複数の磁石の配列を、隣り合う２つの磁石のうち一方の磁石の着磁方向が前記平面と直交して他方の磁石の着磁方向が前記振動方向と平行となるハルバッハ配列を含んだ配列としたことにある。
この構成によれば、可動子が、ハルバッハ配列によって所望の方向に向かう磁力が強まるように設定されるので、磁力が強められた一方の平面に配置された平板状コイルから大きな駆動力を得ることができる。
【００１７】
他の特徴としては、前記複数の磁石の配列をハルバッハ配列とした構成において、前記第１付勢用磁石が、前記振動方向で構成する前記ハルバッハ配列の両端部として前記他方の磁石を兼ねるようにしたことにある。
この構成によれば、第１付勢用磁石がハルバッハ配列を構成する磁石の役割も兼ねるため、可動子に使用する磁石の総数を減らしても、コイルに鎖交する磁束密度を大きくすることが出来る。
【００１８】
他の特徴としては、前記平板状コイルの前記振動方向における巻線の幅が前記ハルバッハ配列を構成する前記一方の磁石の前記振動方向における長さ以下としたことにある。
この構成によれば、振動によって可動子が中点から移動してもコイルにより多くの磁束が鎖交するので、振動1周期の間のより長い区間で、可動子に推力を発生させることができる。
【００１９】
他の特徴としては、前記平面を、相互間に前記可動子を挟む一対の平面で構成することにある。
この構成によれば、一対となる両平面に平板状コイルが配置されることにより、一方の平面にのみ平板状コイルを配置する場合と比較して、可動子により大きな推力を発生することができる。
【００２０】
他の特徴としては、ガイド部の構成において、前記可動子の振動方向に沿った端縁が、当該振動方向に直進移動可能に嵌め込まれるガイド溝を有するレール部材を備えており、前記可動子の前記端縁に配置された第１浮上用磁石と、前記ガイド溝の内面に、前記第１浮上用磁石と対向するように配置され、当該第１浮上用磁石の極性と同じ極性を有することで、前記端縁を前記ガイド溝の内面から浮かせる第２浮上用磁石とを備えることにある。
この構成によれば、可動子の動作状況によって可動子とガイド溝とが摺動する場合に、ガイド溝からガイドが浮上するため、また、たとえ接触したとしても互いの接触面積が小さくなるため、摩擦を低減できる。
【００２１】
他の特徴としては、ガイド部の構成において、可動子の振動方向に沿った端縁が振動方向に直進移動可能に嵌め込まれるガイド溝を有するレール部材を備える。そして、複数の前記平板状コイルが配置される前記平面は１つであり、この平面と対向する側とは反対側の前記可動子における面に配置された第１浮上用部材と、前記筐体の内面に、前記第１浮上用磁石と対向するように配置される第２浮上用部材とを備える。そして、前記第１浮上用部材と前記第２浮上用部材とは、その組合せにより、前記可動子の前記端縁を前記ガイド溝の内面から浮かせるものであり、前記第１浮上用部材と前記第２浮上用部材との前記組合せは、互いに逆極性を有する磁石同士又は、磁石と磁性体或いは磁性体と磁石となるようにしたことにある。
この構成によれば、可動子を滑らかに直進振動させることができるうえに磁石の使用数を抑えることができるので、製造コストを削減することができる。
【００２２】
他の特徴としては、ガイド部の構成において、ガイド部は、棒状のガイドシャフトであって、このガイドシャフトは前記可動子を摺動可能に保持し、前記可動子の前記外枠部に、前記ガイドシャフトとの間で摺動可能な保持部が形成されていることにある。
この構成によれば、容易に可動子を高精度に位置決めして保持することができる。
【００２３】
他の特徴としては、複数の可動子が、振動方向に配列されて、隣り合うものどうしが弾性的に連結されていることにある。
この構成によれば、複数の共振周波数を発生することができるので、広い帯域の範囲内において、可動子の振幅を大きくすることができる。
【００２４】
他の特徴としては、前記筐体が周壁部、底板部および天井板部から構成されており、周壁部を軟磁性材料で形成することにある。
この構成によれば、筐体内に配置された永久磁石からの漏洩磁束を抑えることができるので、より効率良く可動子を振動させることができるとともに、外部機器への磁気ノイズによる影響を抑えることができる。
【００２５】
他の特徴としては、前記底板部および前記天井板部の材質について、少なくとも前記振動方向に直線配列された複数の磁石と対向する部分を非磁性材料としたことにある。
この構成によれば、可動子に配列された磁石との磁気吸引により駆動力が減少することを回避することができる。
【００２６】
他の特徴としては、前記底板部および前記天井板部がそれぞれ３つに分割され、３つのうち両端部が軟磁性材料で形成したことにある。
この構成によれば、第１付勢用磁石と第２付勢用磁石とによる磁気バネからの漏洩磁束を抑えることができるので、より大きな付勢力を得ることが出来るとともに磁石同士の衝突を回避することができる。
【００２７】
次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
尚、各実施例を説明する図面において、一部の共通する構成要素については同じ符号を用いている。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態にかかるリニア振動アクチュエータを示す図である。また、図２は、図１に示されているリニア振動アクチュエータの分解斜視図である。【００２９】
本実施形態のリニア振動アクチュエータ１は、可動子１２を所定の振動方向Ｄ１１に直進振動させるものであり、筐体１１、可動子１２、ガイド部１３、平板状コイル１４、コイル保持部１５、及び、一対の磁気バネ１６を備えている。【００３０】
筐体１１は、振動方向Ｄ１１に延在する直方体状の箱であり、少なくとも一部が磁性材料で形成されている。筐体１１は、周壁部１１１と、底壁部１１２と、天井壁部１１３と、を備えている。尚、図１は、リニア振動アクチュエータ１の内部構造が見えるように、天井壁部１１３及びコイル保持部１５の図示が省略されている。【００３１】
可動子１２は、筐体１１に収容される、振動方向Ｄ１１に延在する直方体状の部材であり、外枠部１２１と、複数の磁石１２２と、を備えている。複数の磁石１２２は、振動方向Ｄ１１に直線配列された状態で外枠部１２１に嵌め込まれている。この磁石１２２の配列については後で詳細に説明する。外枠部１２１は、これら複数の磁石１２２を内側に収める長方形の枠である。外枠部１２１における振動方向Ｄ１１に沿った一対の端縁１２３は、各々、振動方向Ｄ１１に対する直交断面が、外枠部１２１の外側に向かって凸のＶ字形状となるように突出している。【００３２】
ガイド部１３は、筐体１１に収容され、可動子１２を振動方向Ｄ１１に直進移動可能に保持するものであり、一対のレール部材１３１を備えている。各レール部材１３１は、可動子１２における断面Ｖ字状の端縁１２３が、振動方向Ｄ１１に直進移動可能に嵌め込まれるガイド溝１３２を有する。ガイド溝１３２は、振動方向Ｄ１１に対する直交断面が、筐体１１の外側に向かって凹となったＶ字溝である。
尚、外枠部１２１とガイド溝１３２の振動方向Ｄ１１に対する直交断面の形状の組合せは、凸Ｖ字形状と凹Ｖ字形状に限定されるものでは無く、例えば、凸Ｕ字形状と凹Ｕ字形状とによる組合せや、他の凸形状と凹形状の組合せとしてもよい。
また、振動方向Ｄ１１に対する外枠部１２１又はガイド溝１３２の直交断面の形状は、一部の範囲で切り欠きや、部分的に窪みがある形状となるようにしてもよい。このとき、可動子１２の動作状況によって外枠部１２１とガイド溝１３２とが摺動する場合に、互いの接触面積が小さくなる分、摩擦を低減できる。【００３３】
平板状コイル１４は、振動方向Ｄ１１に沿うとともに相互間に可動子１２を挟む一対の平面１５１それぞれに３つずつ配置された部材である。各平板状コイル１４は、各平面１５１において面内方向に平板状に延在するようにリング状に巻かれている。ここで、平板状コイル１４が配置される一対の平面１５１は、後述のコイル保持部１５の一部位である。平板状コイル１４は、交流電流が駆動電流として流されることで、可動子１２における複数の磁石１２２との間に作用するローレンツ力により、この可動子１２を振動方向Ｄ１１に直進振動させる。
尚、各平板状コイル１４は、複数のコイルを並列に接続して形成してもよい。例えば、図４の模式図で示すように、コイル１４ａとコイル１４ｂとを並列に接続して平板状コイル１４を形成し、この平板状コイル１４を平面１５１上に３つ直列で配置する。このようにコイル１４ａとコイル１４ｂの２つのコイル並列にすることで、並列接続しない場合と比較して最大許容電流を流すことのできる巻線のターン数を２倍にできる。その結果として、可動子１２の推力についても並列接続しない場合と比較して、２倍の推力を得ることができる。【００３４】
コイル保持部１５は、筐体１１に収容され、振動方向Ｄ１１に延在するとともに相互間に可動子１２を挟む一対の長方形板部１５２と、これら一対の長方形板部１５２を繋ぐ連結部１５３と、を有する一体のフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）である。各長方形板部１５２において可動子１２の方を向いた面が、上記の平板状コイル１４が配置される平面１５１となっている。連結部１５３は、長方形板部１５２における振動方向Ｄ１１に沿った縁で、この振動方向Ｄ１１における端部どうしを繋いでいる。連結部１５３は、ＦＰＣの柔軟性によって折り曲げられている。【００３５】
本実施例では、一体のＦＰＣを用いて一対の長方形板部１５２と連結部１５３を有するコイル保持部１５を形成したが、一対の長方形板部１５２の各々をガラスエポキシ基板など柔軟性の無い別体の基板で形成してもよい。このとき、連結部１５３にはＦＰＣ或いは電線を用いて、一対の長方形板部１５２を接続する。
また、後述する、ハルバッハ配列を採用して磁力を一方の面に強めた可動子を使用する場合や、リニア振動アクチュエータ１の薄型化を優先する場合などには、複数の平板状コイル１４を配置する長方形板部１５２を一方のみに配置する形態とすることもできる。【００３６】
一対の磁気バネ１６は、磁石の反発力によって可動子１２を振動方向Ｄ１１に付勢する部材であり、可動子１２における振動方向Ｄ１１の両端部それぞれに配置されている。各磁気バネ１６は、第１付勢用磁石１６１と、第２付勢用磁石１６２と、を備えている。第１付勢用磁石１６１は、可動子１２における振動方向Ｄ１１の各端部に１つずつ配置されている。第２付勢用磁石１６２は、筐体１１の内部において、各第１付勢用磁石１６１それぞれと対向するように配置されている。第２付勢用磁石１６２は、第１付勢用磁石１６１の極性と同じ極性を有する。各磁気バネ１６は、互いに同極性の第１付勢用磁石１６１及び第２付勢用磁石１６２の相互間に発生する反発力により、可動子１２を振動方向Ｄ１１について筐体１１の内壁面から離す向きに付勢している。【００３７】
以上に説明したリニア振動アクチュエータ１では、一対の磁気バネ１６で付勢されていることで、可動子１２が以下に説明するような振動特性を有する。【００３８】
図３は、図１及び図２に示されているリニア振動アクチュエータにおいて可動子が一対の磁気バネで付勢される構成を模式的に表した図である。【００３９】
一般に、コイルや板バネ等といった機械バネは、バネ力が、バネの変位量に比例する線形バネとなる。これに対し、本実施形態において可動子１２の付勢に採用されている磁気バネ１６では、バネ力に相当する磁石間の反発力Ｆ１１が、バネの変位量に相当するバネ間距離の変化量の２乗に反比例する。つまり、磁気バネ１６は非線形バネとなる。【００４０】
磁気バネ１６を機械バネに置き換えた場合の可動子１２の振動特性は、途中に急峻なピークを有することとなる。つまり、この場合には、非常に狭い帯域の共振周波数を有する振動特性となる。【００４１】
これに対し、磁気バネ１６を採用した本実施形態では、振動特性では、緩やかに加速度が上昇してピークに至ることから、共振周波数が広い帯域の周波数となる。【００４２】
リニア振動アクチュエータ１では、加速度ａが一定の値を超える帯域の周波数ｆで可動子１２を振動させることで、例えばスマートフォン等のバイブレーション機能等で要求される振動強度が実現される。このとき、リニア振動アクチュエータ１では、可動子１２の共振周波数が上記のように広い帯域の周波数となるので、バイブレーション機能等で要求される振動強度が得られるような帯域も広くなる。本実施形態によれば、このような広い帯域において振動周波数についてある程度の幅を持たせて可動子１２を振動させることができる。【００４３】
また、本実施形態とは異なりコイルバネや板バネ等の機械バネを用いる場合には、それら機械バネと可動子１２や筐体１１との接続部に、可動子１２の振動に伴う応力が掛かり、接続部の劣化を招く恐れがある。これに対し、本実施形態では、可動子１２の付勢に上記の磁気バネ１６が用いられ、可動子１２の振動による応力が掛かるような機械的な接続部が存在しない。従って、本実施形態によれば、可動子１２の付勢による上記のような劣化の懸念が払拭されるため装置寿命を延ばすこともできる。【００４４】
次に、可動子１２における複数の磁石１２２の配列について、Ｎ−Ｓ配列とハルバッハ配列との二例を挙げて説明する。【００４５】
図５は、図１〜図３に示されている可動子における複数の磁石の配列としてＮ−Ｓ配列が採用された場合について説明する模式図である。また、図６は、図１に示されているリニア振動アクチュエータの、図中のＶ１１−Ｖ１１線に沿った断面を示す断面図である。尚、図６では、図１において図示が省略されていた天井壁部１１３及びコイル保持部１５が示されている。【００４６】
図５に示されるように、Ｎ−Ｓ配列は、可動子１２において隣り合う２つの磁石１２２それぞれの着磁方向Ｄ１２，Ｄ１３が、平板状コイル１４が配置される一対の平面１５１と直交するとともに互いに逆向きとなる配列である。このＮ−Ｓ配列では、可動子１２において各平面１５１の方を向く表面には、Ｎ極とＳ極とが交互に現れる。そして、このＮ−Ｓ配列を採用した可動子１２では、上記の一対の平面１５１それぞれに向かう略均等な大きさの磁力を得ることができる。このため、筐体１１の内部において、上記の一対の平面１５１と交差する方向について可動子１２の位置を安定させ易く、可動子１２を安定的に振動させることができる。【００４７】
図７は、図１〜図３に示されている可動子における複数の磁石の配列としてハルバッハ配列が採用された場合について説明する模式図である。【００４８】
ハルバッハ配列は、所望の方向に向かう磁力が強まるように設定された磁石配列である。本実施形態では、振動方向Ｄ１１に沿うとともに相互間に可動子１２を挟む一対の平面のうちの一方の平面へと向かう、図７中上側の磁力が強まるように設定された磁石配列となっている。このように磁力を強めるために、本実施形態のハルバッハ配列では、図７に示されているように、隣り合う２つの磁石１２２の着磁方向Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７が、次のような方向を向く。即ち、一方の磁石１２２ａの着磁方向Ｄ１４，Ｄ１６が、平板状コイル１４が配置される平面１５１と直交する。そして、他方の磁石１２２ｂの着磁方向Ｄ１５、Ｄ１７が振動方向Ｄ１１と平行となる。このように磁石の磁極が９０°ずつ回転するように配列されている。このようなハルバッハ配列により、可動子１２の周囲では、図７中上側に向かう磁力が強められる。一例の試算によると、この図７に示されているハルバッハ配列の可動子１２では、図５に示されているＮ−Ｓ配列の可動子１２に比べて、同じ磁極ピッチにおいて、図７中上側に向かう磁力が、表面磁束密度で約１．７倍に強められることとなる。【００４９】
このようなハルバッハ配列を採用した可動子１２によれば、磁力が強められた一方の平面１５１に配置された平板状コイル１４から大きな駆動力を得ることができる。これにより、可動子１２をより強力に振動させることができ、例えばスマートフォン等におけるバイブレーション機能に適用する場合に、使用者に対する通知の確実性を高めることができる。【００５０】
ここで、ハルバッハ配列を採用した可動子１２を用いる場合、上記のように磁力が強められた平面１５１とは反対側へと向かう磁力については弱められることとなる。可動子１２におけるこのような磁力の偏りを受けて、駆動力を発生させるための平板状コイル１４を、図１，２，６に示されている本実施形態の配置とは異なり、次の変形例のように配置してもよい。【００５１】
図８は、ハルバッハ配列を採用した可動子に対する平板状コイルの配置の変形例を示す図である。【００５２】
この図８に示されている変形例のリニア振動アクチュエータ１’では、平板状コイル１４は、磁力が強められている図８中上側の一方の平面１５１においてのみで巻かれている。このような変形例であっても、強められた磁力と、一方の平面１５１にのみ配置された平板状コイル１４との間には十分に強力なローレンツ力が発生することから、可動子１２を強力に振動させることができる。また、この変形例では、筐体１１の底壁部１１２の側について平板状コイル１４の配置が省略される。これを受けて、この変形例ではコイル保持部１５’が、平板状コイル１４が配置される天井壁部１１３の側にのみ長方形板部１５２を有する形状となっている。【００５３】
また、この変形例のリニア振動アクチュエータ１’では、筐体１１の内部において、平板状コイル１４が配置されない底壁部１１２の側の空間Ｓ１１が空くこととなる。これにより、この空いた空間Ｓ１１の分だけリニア振動アクチュエータ１’の薄型化を図る等といった運用や、この空いた空間Ｓ１１を利用して、例えば可動子１２の重量調整のための錘を配置する等いった運用を行うことができる。【００５４】
ここで、上述したように、筐体１１は、少なくとも一部が磁性材料で構成されている。これは、可動子１２や平板状コイル１４からの磁力を筐体１１の内部に閉じ込めることを目的としている。その結果、磁石１２２を有する可動子１２と筐体１１との間に吸引力が作用する。可動子１２は、断面Ｖ字状の端縁１２３が、ガイド部１３のレール部材１３１に設けられた断面Ｖ字状のガイド溝１３２に嵌め込まれて振動方向Ｄ１１に直進移動可能に保持されている。このとき、上記の吸引力により、可動子１２が筐体１１における底壁部１１２、天井壁部１１３の何れかに引き寄せられると端縁１２３がガイド溝１３２に、大きな負荷をかけるかたちで接触する可能性がある。このような接触は、可動子１２の滑らかな振動を阻害する要因となるので抑えられることが望ましい。【００５５】
以下では、可動子１２の端縁１２３とガイド溝１３２との接触を抑えるための構造について、３つの例を挙げて説明する。【００５６】
図９は、可動子の端縁とガイド溝との接触を抑えるための第１の構造を示す模式図である。この図９には、上記の第１の構造が、図６や図８に示されている断面図を簡略化した模式図で示されている。また、この簡略化においては、ガイド部１３における一対のレール部材１３１の一方のみが図示されている。【００５７】
この図９に示されている第１の構造では、可動子１２の一対の端縁１２３それぞれに第１浮上用磁石１７１が配置され、一対のレール部材１３１それぞれのガイド溝１３２に第２浮上用磁石１７２が配置される。第１浮上用磁石１７１は、可動子１２の各端縁１２３において、コイル保持部１５の一対の平面１５１それぞれの側を向く部位に配置される。第２浮上用磁石１７２は、各ガイド溝１３２の内面に、第１浮上用磁石１７１と対向するように配置される。この第２浮上用磁石１７２は、第１浮上用磁石１７１の極性と同じ極性を有している。この第１の構造では、これら２つの磁石の反発により、可動子１２の各端縁１２３において、コイル保持部１５の一対の平面１５１それぞれの側を向く部位を、ガイド溝１３２の内面から離す浮上力Ｆ１２が生じる。この浮上力Ｆ１２により、可動子１２の各端縁１２３が、ガイド溝１３２の内面から浮くこととなる。これにより、上記のような吸引力が作用しても、可動子１２の端縁１２３がガイド溝１３２の内面に強く接することなく、可動子１２を滑らかに直進振動させることができる。【００５８】
この図９に示されている第１の構造は、図５及び図６のＮ−Ｓ配列を採用したリニア振動アクチュエータ１と、図７及び図８のハルバッハ配列を採用したリニア振動アクチュエータ１’と、の何れについても適用可能である。ここで、ハルバッハ配列を採用したリニア振動アクチュエータ１’では、可動子１２からの磁力に偏りが生じるので可動子１２と筐体１１との間に作用する吸引力にも偏りが生じる。このとき、可動子１２の端縁１２３とガイド溝１３２の内面との距離が非常に近く、第２浮上用磁石１７２と第１浮上用磁石１７１との反発による浮上力Ｆ１２は吸引力の偏りを無視できる程に大きく設定することができる。このため、図９に示されている第１の構造は、ハルバッハ配列を採用したリニア振動アクチュエータ１’にも適用可能となっている。【００５９】
図１０は、可動子の端縁とガイド溝との接触を抑えるための第２の構造を示す模式図である。この図１０には、上記の第２の構造が、図８に示されている断面図を簡略化した模式図で示されている。また、この簡略化においても、ガイド部１３における一対のレール部材１３１の一方のみが図示されている。【００６０】
この図１０に示されている第２の構造は、図７及び図８のハルバッハ配列を採用したリニア振動アクチュエータ１’への適用を想定したものである。このリニア振動アクチュエータ１’では、上述したように可動子１２と筐体１１との間に働く吸引力に偏りが生じる。ここでの例では、可動子１２から天井壁部１１３へと向かう吸引力Ｆ１３が大きくなる。第２の構造は、このような吸引力の偏りを前提としたものである。【００６１】
この第２の構造では、可動子１２の端縁１２３では、強い吸引力Ｆ１３が働く天井壁部１１３の側を向く部位にのみ第１浮上用磁石１７１が配置される。そして、ガイド溝１３２の内面には、この天井壁部１１３の側の第１浮上用磁石１７１と対向する部位にのみ第２浮上用磁石１７２が配置される。このとき、第２浮上用磁石１７２と第１浮上用磁石１７１との反発による浮上力Ｆ１２は、上記の吸引力Ｆ１３よりも大きくなり過ぎて、端縁１２３が、ガイド溝１３２における底壁部１１２の側の内面に強く接触しない大きさに設定されている。【００６２】
以上に説明した第２の構造によれば、磁石の使用数を抑えて製造コストを削減しつつも、ガイド溝１３２の内面から可動子１２の端縁１２３を浮かせて可動子１２を滑らかに直進振動させることができる。【００６３】
図１１は、可動子の端縁とガイド溝との接触を抑えるための第３の構造を示す模式図である。この図１１には、上記の第３の構造が、図８に示されている断面図を簡略化した模式図で示されている。また、この簡略化においても、ガイド部１３における一対のレール部材１３１の一方のみが図示されている。【００６４】
この図１１に示されている第３の構造も、図１０に示されている第２の構造と同様に、図７及び図８のハルバッハ配列を採用したリニア振動アクチュエータ１’への適用を想定したものである。即ち、この第３の構造も、可動子１２から筐体１１の天井壁部１１３へと向かう吸引力Ｆ１３が大きくなるという吸引力の偏りを前提としたものである。【００６５】
この第３の構造では、図８に示されているように可動子１２から見て、底壁部１１２の側には平板状コイル１４を搭載しないことで空いた空間Ｓ１１が活用されている。第３の構造では、可動子１２において、平板状コイル１４が配置される平面１５１とは反対側となる底壁部１１２を向く面に第１浮上用部材１８１が配置される。この第１浮上用部材１８１は、可動子１２の重量調整のための錘の役割も果たす。そして、筐体１１の内面において、第１浮上用部材１８１と対向する底壁部１１２には、第２浮上用部材１８２が配置される。第１浮上用部材１８１と第２浮上用部材１８２とは、その組合せにより互いに吸引することで、可動子１２の端縁１２３をガイド溝１３２の内面から浮かせるものである。そして、この第１浮上用部材１８１と第２浮上用部材１８２との組合せは、例えば、互いに逆極性を有する磁石同士又は、磁石と磁性体或いは磁性体と磁石である。【００６６】
空間Ｓ１１に更に余裕がある場合、可動子１２と第１浮上用部材１８１との間に別の錘部材を可動子と一体に配置しても良い。錘部材の材質としては、タングステンなどの高比重の材質が適している。可動子１２を含む振動体の質量を大きくすることで、より大きな振動エネルギーを得ることができる。
錘を増やして振動エネルギーを高める必要が無く、空間Ｓ１１に更に余裕がある場合は、振動アクチュエータの薄型化、小型化を図ることができる。【００６７】
以上に説明した第３の構造では、リニア振動アクチュエータ１’において、第１浮上用部材１８１と第２浮上用部材１８２との間に吸引力Ｆ１４が作用する。このとき、第１浮上用部材１８１と第２浮上用部材１８２との吸引力Ｆ１４が、上記のように可動子１２から天井壁部１１３の側へと向かう吸引力Ｆ１３と逆向きの力となる。そして、第３の構造では、第１浮上用部材１８１と第２浮上用部材１８２との吸引力Ｆ１４が、可動子１２から天井壁部１１３の側へと向かう吸引力Ｆ１３と釣り合うように設定されている。これにより、磁石の使用数を抑えて製造コストを削減しつつも、ガイド溝１３２の内面から可動子１２の端縁１２３を浮かせて可動子１２を滑らかに直進振動させることができる。【００６８】
以上で、可動子１２の端縁１２３をガイド溝１３２の内面から浮かせるための３つの構造についての説明を終了し、次に、可動子それ自体の変形例について説明する。【００６９】
図１２は、図１〜図３に示されている可動子に対する変形例を、図３と同様の模式図で示す図である。【００７０】
この変形例の可動子２２は、振動方向Ｄ１１に配列されて、隣り合うものどうしが弾性的に連結された２つの可動子部分２２１を有している。各可動子部分２２１は、複数の磁石２２２が配列されたものであり、その配列としては上述のＮ−Ｓ配列とハルバッハ配列との何れについても採用可能である。また、これら２つの可動子部分２２１を有する可動子２２の両端には、上述した磁気バネ１６が配置されている。そして、この変形例の可動子２２では、２つの可動子部分２２１の弾性的な連結が、端部の磁気バネ１６と同様の磁気バネ２２３を介して行われる。この磁気バネ２２３も互いに同極性で向き合った２つの付勢用磁石２２３ａを備えており、両者間に反発力Ｆ１５が生じている。２つの可動子部分２２１は、不図示のレール部材によって端縁が保持されつつ、可動子２２の両端の磁気バネ１６における反発力Ｆ１１によって互いに近づけられる方向に付勢されている。この変形例の可動子２２では、不図示のレール部材による保持、両端の磁気バネ１６による付勢、及び中央の磁気バネ２２３による反発付勢によって、２つの可動子部分２２１が弾性的に連結されている。【００７１】
ここで、この変形例の可動子２２は、弾性的に連結された２つの可動子部分２２１を有していることから、以下に説明するように２つの共振周波数を有する振動特性を有する。【００７２】
図１３は、図１２に示されている可動子が有することとなる振動特性を表すグラフである。ここで、２つの可動子部分２２１の質量は同じで、磁気バネ１６も同じ場合である。図１３に示されているグラフＧ２１では、縦軸に可動子２２の振動時に生ずる加速度ａ［Ｇ＝９．８ｍ／ｓ２］がとられ、横軸に振動周波数ｆ［Ｈｚ］がとられている。そして、可動子２２の振動特性が、振動時の加速度ａの振動周波数ｆに対する変化曲線Ｌ２１で示されている。【００７３】
ここで、図１２に示されている可動子２２では、両端部の付勢と、２つの可動子部分２２１の弾性的な連結が磁気バネ１６，２２３によって行われる。これに対し、図１３に示されているグラフＧ２１は、図１２の可動子２２の振動特性を、磁気バネ１６，２２３を、コイルバネや板バネ等といった線形バネに置き換えて示したものである。これは、非線形バネである磁気バネ１６，２２３を有する構成では、急峻なピークを有する共振が現れないためである。ここでは、２つの可動子部分２２１を設けることで２つの共振が現れる様子を明瞭に示すべく上記のようなバネの置き換えを行なっている。また、例として２つの同じ質量の可動子部分２２１と２つの同じバネ定数の磁気バネ１６を用いたが、異なる質量、異なるバネ定数を採用することで共振周波数を増やすことができ、ワイドバンドの振動を実現できる。【００７４】
図１３のグラフＧ２１において変化曲線Ｌ２１が描いているように、２つの可動子部分２２１を設けることで２つの共振が現れる。尚、この変化曲線Ｌ２１が描く２つの共振のピークＰ１，Ｐ２は、上記のように線形バネを用いていることから何れも急峻なものとなる。実際には、磁気バネ１６，２２３を用いているので、各共振周波数が広い帯域の周波数となる。つまり、図１２に示されている変形例の可動子２２によれば、２つの共振周波数の発生と、各共振周波数が広い帯域の周波数となることと、が相俟って、一定以上の振動強度が得られる広い帯域を得ることができる。これにより、このような広い帯域の範囲内において、振動周波数について幅を持たせて可動子２２を振動させることができる。
【実施例２】
【００７５】
図１４は、本実施例にかかるリニア振動アクチュエータ１”を示す図である。また、図１５は、このリニア振動アクチュエータ１”の分解斜視図である。【００７６】
また、図１６及び図１７は、リニア振動アクチュエータ１”に適用される可動子の構成例を、磁極の向きを含め示した図である。図１８は、リニア振動アクチュエータ１”の平板状コイルと可動子磁石を示しており、図１８（ａ）の平面図で示すＡ−Ａの断面を図１８（ｂ）で示している。【００７７】
リニア振動アクチュエータ１”は、可動子３２を実施例１と同様の振動方向Ｄ１１に直進振動させるものであり、筐体１１、可動子３２、ガイドシャフト１７、バックヨーク１８、平板状コイル１４、コイル保持部１５、及び、一対の磁気バネ１６を備えている。【００７８】
筐体１１は、振動方向Ｄ１１に延在する直方体状の箱であり、少なくとも一部が磁性材料で形成されている。筐体１１は、周壁部１１１と、底壁部１１２と、天井壁部１１３と、を備えている。尚、図１４は、リニア振動アクチュエータ１”の内部構造が見えるように、天井壁部１１３及びコイル保持部１５の図示が省略されている。【００７９】
可動子３２は、筐体１１に収容される、振動方向Ｄ１１に延在する直方体状の部材であり、外枠部１２１’と、複数の磁石１２２と、を備えている。複数の磁石１２２は、振動方向Ｄ１１に直線配列された状態で外枠部１２１’に嵌め込まれている。この複数の磁石１２２の配列については後で詳細に説明する。外枠部１２１’は、これら複数の磁石１２２を内側に収める長方形の枠である。また、外枠部１２１’における振動方向Ｄ１１に沿った両端部には、第一付勢用磁石１６１を可動子３２の中心に高精度に固定するための凹部が設けられる。【００８０】
外枠部１２１’における振動方向Ｄ１１に沿った一対の保持部１２４は、各々、ガイドシャフト１７を摺動可能に保持する。外枠部１２１’の振動方向Ｄ１１に沿った全長を保持部１２４とする必要は必ずしも無く、図１５のように外枠部１２１’における中央部が切り取られても良い。【００８１】
外枠部１２１’の素材は特に限定されないが、可動子３２の共振周波数を適宜設計するのに必要な重量が得られるように選択すれば良い。例えばガイドシャフト１７との摺動が良好な樹脂であっても良いし、振動力を得るためにタングステンのような高比重の金属としても良い。【００８２】
ガイドシャフト１７は円柱形状であり、筐体１１の振動方向Ｄ１１に沿った両端部に設けられた穴に挿入されるように収容され、保持部１２４と協働して、可動子３２を振動方向Ｄ１１に直進移動可能に保持する。ガイドシャフト１７の素材としては可動子を構成する磁石との磁気吸引による抵抗が生じるのを回避するために、オーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３０４のような非磁性シャフトが好ましい。【００８３】
尚、図１５における保持部１２４の振動方向Ｄ１１に対する直交断面の形状は、凹Ｕ字形状に描かれているがこれに限定されるものでは無く、例えば円形状でも良い。【００８４】
可動子３２の摺動を良好にするために、保持部１２４とガイドシャフト１７との間にスリーブ状に部品を介在させても良い。このスリーブ状部品の素材は、ＳＵＳ３０４シャフトとの組み合わせにおいては真鍮もしくはＰＥＥＫやＰＯＭのような樹脂が好ましい。【００８５】
コイルおよび磁気バネを構成する付勢用磁石の作用については実施例１と同様であるので説明を省略するが、コイルと協働して可動子に駆動力を生じさせる複数の磁石１２２については、NS配列でも良いし、ハルバッハ配列を採用すればコイルに鎖交する磁束密度が大きくなり駆動力を強くすることが出来る。【００８６】
外枠部１２１’に収容されるハルバッハ配列を形成する磁石は、実施例１で説明したのと同様に、図１６中のＤ３〜Ｄ９に示す様な磁極の配列でも良いし、図１７のようにハルバッハ配列の両端の磁石１２２ｂを省略しても良い。この場合は、第１付勢用磁石１６１が磁石１２２ｂの役割も兼ねるため、可動子に使用する磁石の総数を減らしても、コイルに鎖交する磁束密度を大きくすることが出来る。【００８７】
磁石１２２ａが偶数個の場合は、両端の第１付勢用磁石１６１の磁極を同じ向きに設定し、奇数個の場合は両端の第１付勢用磁石１６１の磁極を互いに反対向きに設定するのが、ハルバッハ配列磁石の表面磁束密度を大きくする上で好適である。この時の磁石１２２ａと第一付勢用磁石１６１との距離は、駆動力と付勢力が最適になるように設定すれば良い。【００８８】
以上に説明したリニア振動アクチュエータ１”では、以下の特徴を有する。
外枠部１２１’が、第一付勢用磁石１６１と磁石１２２とを可動子３２の中心に、高精度位置決めできる形状となっているため、可動子３２の振動方向と直交する方向において第１付勢用磁石１６１の表面の磁束密度分布が対称となる。また、ガイドシャフト１７と保持部１２４とが協働してガイド部を形成することで、可動子３２を筐体１１の中心に保持することが容易になり、磁気バネを構成する第１付勢用磁石１６１と第２付勢用磁石１６２同士の中心を一致するように組み立てることが容易になる。これにより、高い加速度を得ることが出来る。【００８９】
また、ガイドシャフトでガイド部を構成することによって、表面の平滑な摺動面を低コストで形成することが容易になり、高い加速度を得ることが出来る。【００９０】
また、ハルバッハ配列を構成する駆動用の磁石の両端部１２２ｂを第１付勢用磁石１６１にて兼ねることにより、使用する磁石の数量を減らして低コストでリニア振動アクチュエータを提供することが出来るだけでなく、省略した磁石の替わりにタングステンのような高比重材料を配置することでより大きな加速度を得ることが出来るし、もしくは、可動子を小型化することでより小型のリニア振動アクチュエータを提供することが出来る。【００９１】
また、図１８に示される平板状コイル１４と複数の磁石１２２との位置関係の様に、平板状コイル１４の振動方向における巻線の幅Ｌｃを、前記ハルバッハ配列を構成する前記一方の磁石１２２ａの前記振動方向における長さＬｍ以下とすることにより、アクチュエータの駆動によって可動子が中点から移動してもコイルにより多くの磁束が鎖交するので、振動１周期の間のより長い区間で、可動子により大きな推力を発生させることができる。
【実施例３】
【００９２】
主に図１９〜２１を用いて実施例３について説明する。本実施例のリニア振動アクチュエータは、基本的に実施例２と同じ構成であるが、底壁部と天井壁部がそれぞれ分割された構成となっている。図１９は、本実施例のリニア振動アクチュエータの外観斜視図である。図２０は、本実施例のリニア振動アクチュエータにおける、可動子の変位に対する付勢力を示したグラフである。同じく図２１は、振動方向の両端面における漏洩磁束密度の分布を示したグラフである。【００９３】
図１９に示す様に、周壁部１１１’は軟磁性材料で構成されており、底壁部１１２’と天井壁部１１３’はそれぞれ３つに分割され、中央部１１２ａおよび１１３ａをオーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３０４の様な非磁性材料にて構成することで、駆動磁石との磁気吸引により駆動力が減少することを回避することが出来る。【００９４】
３分割された底壁部１１２’および天井壁部１１３’のうち、振動方向Ｄ１１に沿った両端部１１２ｂおよび１１３ｂは、磁気バネからの漏洩磁束を抑えるために、軟磁性材料を使用することで、磁気バネを構成する付勢用磁石の表面磁束密度が大きくなり、より大きな付勢力を得ることが出来るだけでなく、磁石同士の衝突を回避することができる。この時の軟磁性材料の振動方向における長さは、第一付勢用磁石１６１の長さ以上であり、第一付勢用磁石１６１の長さと第二付勢用磁石１６２の長さとの合計以下であることが好ましい。【００９５】
以上に説明したリニア振動アクチュエータでは、駆動磁石との磁気吸引により駆動力が減少することを回避することが出来るので、高い加速度を得ることが出来る。【００９６】
更に、磁気バネからの漏洩磁束が抑えられるため、磁気バネを構成する付勢用磁石の表面磁束密度が大きくなり、図２０に示す様に、より大きな付勢力を得ることが出来るので、高い加速度を得ることが出来る。一方で、磁石同士の反発力が大きくなるため、落下等により可動子が意図せず大きく振動した場合でも、磁石同士が衝突し破壊することを回避し易くでき、装置寿命を延ばすこともできる。【００９７】
更に、図２１に示す様に、リニア振動アクチュエータの振動方向の両端面の中央部、筐体から0.1mm離れた場所をＤ２方向に走査したときの漏洩磁束密度を低減することができるので、スマートフォンのような薄型の電子機器に組み込まれた際に、周壁部からの漏洩磁束が周辺部品へ及ぼす悪影響を低減することが出来る。
【実施例４】
【００９８】
主に図２２と図２３を用いて実施例４について説明する。図２２は、本実施例のリニア振動アクチュエータの内部を示す図である。図２３は、図２２のリニア振動アクチュエータ１”の平板状コイルと複数の磁石（可動子）を示しており、図２３（ａ）の平面図で示すＢ−Ｂの断面を図２３（ｂ）で示している。【００９９】
複数の平板状コイル１４を並列に接続する際に、図１８に示す様に駆動用の磁石１２２とコイル１４とが対向する方向に複数のコイルを並列に並べると、それぞれのコイルと磁石とのエアギャップである距離Lag1とLag2とが異なり、磁石から遠いコイルの鎖交磁束密度はもう一方のコイルと比較して小さくなってしまうが、図２２および図２３に示す様に、並列に接続する複数のコイル１４を振動方向に隣り合うように並べることで、Lag2をLag1に一致させることが出来るので、コイル全体でより多くの鎖交磁束を得ることができる。従って、使用する磁石１２２の表面磁束密度が同等で複数のコイルの巻数の合計が同じ条件においては、より少ない電流で所定の推力を得ることが出来る。このとき筐体内において可動子に割り当て可能な体積が変わることは無いので重量が維持されるため、より少ない電流で所定の振動力を得ることが出来る。【０１００】
スマートフォン用のリニア振動アクチュエータのような用途においては、小型であることは言うまでもなく、大きな加速度と低消費電流の両立が求められる中で、以上に説明したリニア振動アクチュエータでは、可動子体積および重量を維持しつつより少ない電流で所定の推力を得ることが出来るので、上記要求に応えることが出来る。【０１０１】
以上、説明した実施形態及び具体的な複数の実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明のリニア振動アクチュエータの構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。【０１０２】
また、上述した実施例等では、本発明のリニア振動アクチュエータの一例として、例えばスマートフォン等のバイブレーション機能等に適用されるリニア振動アクチュエータ１，１’，１”が例示されている。しかしながら、本発明にいうリニア振動アクチュエータは、その適用態様を問うものではない。【０１０３】
また、上述した実施例等では、本発明のリニア振動アクチュエータの一例として、直方体状の箱である筐体１１に、直方体状の可動子１２が収容されたリニア振動アクチュエータ１が例示されている。しかしながら、本発明のリニア振動アクチュエータはこれに限るものではなく、振動方向に延在する筐体に、振動方向に延在する可動子が収容されたものであれば、各部の具体的な形状を問うものではない。【０１０４】
また、上述した実施例等では、本発明における可動子の一例として、直線配列された磁石１２２の個数について特には言及せずに可動子１２，２２が例示されている。本発明にいう可動子は、振動方向に直線配列された複数の磁石を有するものであれば、磁石の個数については任意に設定し得る。【０１０５】
また、上述した実施例等では、本発明における平板状コイルの一例として、平面１５１における配置数について特には言及せずに平板状コイル１４が例示されている。本発明における平板状コイルは、振動方向に沿うとともに可動子に対向する平面内で平板状に巻かれるものであれば、その平面における配置数については任意に設定し得る。また、平板状コイルが配置される平面は、必ずしも実体的な基板等の平面に限定されるものではなく、複数の平板状コイルの配置によって定まる仮想的な平面として解釈することもできる。【０１０６】
また、上述した実施例等では、本発明におけるハルバッハ配列が適用された可動子の一例として、ハルバッハ配列が１列のみ設けられて片面についてのみ磁力が強められた可動子１２（図７）が例示されている。しかしながら、本発明におけるハルバッハ配列が適用された可動子はこれに限るものではない。本発明におけるハルバッハ配列が適用された可動子は、両面それぞれについて磁力が強められるようにハルバッハ配列が２列に設けられたもの等であってもよい。このとき、平板状コイルが配置される平面を、相互間に可動子を挟む一対の平面で構成とすることで、より大きな振動エネルギーを得ることができる。【０１０７】
また、上述した実施例等では、底壁部側に平板状コイル１４を搭載しないことで空いた空間Ｓ１１（図８）を活用する方法の１つとして、可動子１２と第１浮上用部材１８１との間に別の錘部材を配置することに言及したが、条件によっては第１浮上用部材１８１を省略して、錘部材のみを可動子と一体にしてもよい。例えば、ハルバッハ配列の可動子と可動子から筐体の天井壁部へと向かう吸引力が問題とならない場合は、第１浮上用部材１８１を省略して、錘部材のみを可動子と一体として、振動エネルギーを増大できる。【０１０８】
また、図１２及び図１３を参照して説明した例では、本発明にいう複数の可動子部分を有する可動子の一例として、２つの可動子部分２２１を有する可動子２２が例示されている。しかしながら、本発明における複数の可動子部分を有する可動子は、これに限るものではなく、可動子部分の個数については任意に設定し得る。また、この変形例では、複数の可動子部分の弾性的な連結の一例として、磁気バネ２２３を介した連結が例示されている。しかしながら、ここでの弾性的な連結は、磁気バネを介した連結に限るものではなく、例えばコイルバネや板バネ等といった機械バネを介した連結等であってもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１，１’，１”      リニア振動アクチュエータ
１１    筐体
１２，２２    可動子
１３    ガイド部
１４    平板状コイル
１５，１５’    コイル保持部
１６，２２３    磁気バネ
１１１，１１１’  周壁部
１１２，１１２’  底壁部
１１３，１１３’  天井壁部
１２１，１２１’  外枠部
１２２，１２２ａ，１２２ｂ，２２２  磁石
１２３  端縁
１３１  レール部材
１３２  ガイド溝
１５１  平面
１５２  長方形板部
１５３  連結部
１６１  第１付勢用磁石
１６２  第２付勢用磁石
１７１  第１浮上用磁石
１７２  第２浮上用磁石
１８１  第１浮上用部材
１８２  第２浮上用部材
２２１  可動子部分
２２３ａ  付勢用磁石
Ｄ１１  振動方向
Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７    着磁方向
Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９    着磁方向
Ｄ２  振動方向両端面から漏洩する磁束の走査方向
Ｆ１１，Ｆ１５  反発力
Ｆ１２  浮上力
Ｆ１３，Ｆ１４  吸引力
Ｇ２１  グラフ
Ｌ２１  変化曲線
Ｐ１，Ｐ２  ピーク
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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