JP2016182569A - 振動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】薄厚扁平形状の可動子であっても、安定した振動を可能にすること、これによって、組み立ての煩雑さを解消すること、ハプティクスを実現できるような様々な態様の振動を発生させることができること。
【解決手段】錘部2Aを備える可動子2と、支持平面30を備える枠体3と、可動子2と支持平面30との間に介在して転動自在に保持される複数の転動体4と、可動子2と枠体3との間に配置され、可動子2を支持平面30上の異なる方向に沿って弾性支持する複数の弾性部材5と、可動子2側に固定されたマグネット8と支持平面30側に固定されたコイル7との組み合わせで、可動子2を支持平面30に沿った異なる方向に駆動する複数の駆動部6とを備え、コイル7には、可動子2の重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流が入力される。
【選択図】図3
【解決手段】錘部2Aを備える可動子2と、支持平面30を備える枠体3と、可動子2と支持平面30との間に介在して転動自在に保持される複数の転動体4と、可動子2と枠体3との間に配置され、可動子2を支持平面30上の異なる方向に沿って弾性支持する複数の弾性部材5と、可動子2側に固定されたマグネット8と支持平面30側に固定されたコイル7との組み合わせで、可動子2を支持平面30に沿った異なる方向に駆動する複数の駆動部6とを備え、コイル7には、可動子2の重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流が入力される。
【選択図】図3
Description
本発明は、振動アクチュエータに関するものである。
振動アクチュエータは、電子機器が発生する信号を振動によって電子機器の操作者或いは携帯者に伝える装置であり、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。
振動アクチュエータは、コイルとマグネットの一方を可動子側に取り付け、他方を固定子側に取り付けて、コイルに共振周波数の交流電流を流すことで、バネ支持された可動子を振動させる電磁駆動型のアクチュエータが知られている。従来、このような振動アクチュエータは、振動方向に延在して、両端が筐体に固定された2本のシャフトと、筐体に設けられると共に、シャフトが貫通するバネ受け部と、シャフトが貫通すると共に、マグネットに連結されて、バネ受け部と筐体との間に配置された錘部と、一端が錘部で支持され、他端がバネ受け部で支持されるバネとを備えている(下記特許文献1参照)。
振動アクチュエータの振動を効果的に電子機器の操作者や携帯者に伝えるためには、可動子の重量を大きくすることが必要になる。一方、電子機器の薄型化に伴ってその内部に配備される振動アクチュエータには高い薄型化の要求がある。このため、振動アクチュエータの可動子は、平面的な大きさでその重量を確保しながら厚さを薄くした薄厚扁平形状にすることで、効果的な振動を得ることと薄型化への対応の両立を図っている。
このような薄厚扁平形状の可動子を備える振動アクチュエータは、可動子を安定した状態で振動させることが難しい。前述した従来の振動アクチュエータは、可動子の振動を2本のシャフトによって規制することで、筐体内での可動子の安定した振動を得ている。しかしながら、2本のシャフトで可動子を摺動支持して安定した振動を得るためには、高い位置精度で2本のシャフトの平行度を調整することが必要になり、組み立てが煩雑になる問題があった。
また、振動アクチュエータは、ハプティクス(皮膚感覚フィードバック)を実現するためのアクチュエータとして期待されており、そのためには様々な態様の振動を発生させることが求められている。これに対して、従来の振動アクチュエータは、シャフトに沿った単純な一軸振動しか得られないので、このような要求に対応できない問題があった。
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、薄厚扁平形状の可動子であっても、2本のシャフトを用いること無く、安定した振動を可能にすること、これによって、組み立ての煩雑さを解消すること、ハプティクスを実現できるような様々な態様の振動を発生させることができること、などが本発明の目的である。
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、以下の構成を具備するものである。
錘部を備える可動子と、支持平面を備える枠体と、前記可動子と前記支持平面との間に介在して転動自在に保持される複数の転動体と、前記可動子と前記枠体との間に配置され、前記可動子を前記支持平面上の異なる方向に沿って弾性支持する複数の弾性部材と、前記可動子側に固定されたマグネットと前記支持平面側に固定されたコイルとの組み合わせで、前記可動子を前記支持平面に沿った異なる方向に駆動する複数の駆動部とを備え、前記コイルには、前記可動子の重量と前記弾性部材の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流が入力されることを特徴とする振動アクチュエータ。
錘部を備える可動子と、支持平面を備える枠体と、前記可動子と前記支持平面との間に介在して転動自在に保持される複数の転動体と、前記可動子と前記枠体との間に配置され、前記可動子を前記支持平面上の異なる方向に沿って弾性支持する複数の弾性部材と、前記可動子側に固定されたマグネットと前記支持平面側に固定されたコイルとの組み合わせで、前記可動子を前記支持平面に沿った異なる方向に駆動する複数の駆動部とを備え、前記コイルには、前記可動子の重量と前記弾性部材の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流が入力されることを特徴とする振動アクチュエータ。
このような特徴を有する本発明の振動アクチュエータは、転動体を介して支持平面上で可動子を振動させるので、薄厚扁平形状の可動子であっても、2本のシャフトを用いること無く、支持平面に沿って安定した振動を得ることができる。転動体は、可動子や支持平面に対しての精緻な位置調整が不要であるから、組み立ての煩雑さを解消することができる。支持平面上の異なる方向に可動子を駆動して、様々な態様の振動を発生させることができるので、ハプティクスの実現が可能になる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1〜3によって、本発明の振動アクチュエータの一実施形態(第1実施形態)を説明する。振動アクチュエータ1は、可動子2、枠体3、転動体4、弾性部材5、駆動部6を備えている。
可動子2は、所要の重量を持って枠体3内で振動する部材であり、錘部2Aを備えている。ここでの可動子2は、錘部2Aと一体になって振動する部材全てを指している。可動子2は、所要の重量を確保しながら薄型化の要求に対応するように、平面的には大きく薄厚の扁平形状を有している。
枠体3は、可動子2の振動を支持する部材であり、図示の例は、底部3A、カバー3B、側壁3Cを備える箱状になっている。底部3Aには、支持平面30が形成されており、支持平面30に沿って可動子2が振動する。
転動体4は、複数配置され、可動子2と支持平面30との間に介在して転動自在に保持されており、図示のような球状体などで形成することができる。転動体4は、図示の例では、支持平面30に設けた保持部4Aに転動自在に保持されているが、可動子2側に保持部4Aを設けてもよい。
弾性部材5は、複数配置されており、可動子2と枠体3との間に配置され、可動子2を支持平面30上の異なる方向に沿って弾性支持している。この弾性部材5は、一端が枠体3の側壁3Cに取り付けられ、他端が可動子2に取り付けられることで、支持平面30上を任意の方向に移動する可動子2を常に弾性支持している。
図2に示す例は、弾性部材5がコイルバネ5A〜5Dであり、2つのコイルバネ5A,5Bが支持平面30上の一軸方向(軸P1方向)に沿って配置され、他の2つのコイルバネ5C,5Dが支持平面30上の他軸方向(軸P2方向)に沿って配置されている。ここでの軸P1と軸P2は、支持平面30上で互いに直交する軸である。
駆動部6は、コイル7とマグネット8との組み合わせで構成され、コイル7が枠体3の支持平面30側に固定されており、マグネット8が可動子2側に固定されている。図3(a)に示すように、支持平面30上に固定されるコイル7は、支持平面30に沿って巻かれており、直線部が前述した軸P1に沿って配置されるコイル7Aと、直線部が前述した軸P2(軸P1と直交する軸)に沿って配置されるコイル7Bを備えている。コイル7(7A,7B)の各コイル端は、支持平面30上に配置された回路基板9の配線を介して枠体3の外側に引き出された入力端子9Aに接続されている。
図3(b)に示すように、2つのコイル7A,7Bに対応して、可動子2側には2つのマグネット8A,8Bが配置されており、コイル7Aとマグネット8Aとで第1駆動部6Aが構成され、コイル7Bとマグネット8Bとで第2駆動部6Bが構成されている。マグネット8Aは、軸P2に沿った着磁方向を有しており、マグネット8Bは、それと直交する軸P1に沿った着磁方向を有している。
図3に示すように、支持平面30上に複数配置された転動体4に可動子2が支持されることで、可動子2側に固定されているマグネット8と支持平面30とは設定された間隔を保持しており、その間隔内にコイル7が配置されている。支持平面30を磁性体として、マグネット8のコイル7に対向する側とは逆側にヨーク10を配置することで、マグネット8からコイル7の直線部を通過して支持平面30に向かう磁束が形成され、コイル7に電流を流すことで、マグネット8に支持平面30に沿った駆動力(ローレンツ力)が作用する。第1駆動部6Aの駆動力の方向は軸P2の方向であり、第2駆動部6Bの駆動力の方向は軸P1の方向になる。
そして、コイル7に、可動子2の重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流を入力することで、マグネット8が固定された可動子2は、支持平面30に沿って振動する。
この際、支持平面30を磁性体にすることで、マグネット8と支持平面30との間に生じる磁気吸引力によって、可動子2は、支持平面30側に引き寄せられ、複数の転動体4から離れること無く、支持平面30上を安定的に振動する。支持平面30は、コイル7に対応する部分が磁性体であればよい。或いは、支持平面30とコイル7との間に磁性体であるコイルヨークを設けてもよい。
このような弾性部材5(コイルバネ5A〜5D)と駆動部6(第1駆動部6A,第2駆動部6B)を備える振動アクチュエータ1は、駆動部6のコイル7に入力する電流によって、可動子2に様々な形態の振動を付与することができる。
一例としては、複数の駆動部6の一部を選択的に駆動することで、異なる方向の直線振動を得る。具体的には、第1駆動部6Aのコイル7Aへの電流入力をオフにして、第2駆動部6Bには、可動子2の重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流を入力することで、軸P1に沿った直線振動を得ることができる。また、第1駆動部6Aのコイル7Aに、可動子2の重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流を入力し、第2駆動部6Bに入力する電流をオフにすることで、軸P2に沿った直線振動を得ることができる。
別の例としては、第1駆動部6Aのコイル7Aと第2駆動部6Bのコイル7Bのそれぞれに、可動子2の重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流を入力して、それら交流電流を同位相とする。これによると、コイル7A,7Bに入力される電流の実効値を任意に設定することで、可動子2を支持平面30上の任意の方向に直線振動させることができる。
他の例としては、第1駆動部6Aのコイル7Aと第2駆動部6Bのコイル7Bのそれぞれに、可動子2の重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流を入力し、それらを位相差のある交流電流とする。これによると、コイル7A,7Bに入力される電流の実効値を任意に設定し、その位相差を任意に設定することで、可動子2を支持平面30上で円振動又は楕円振動させることができる。
このように、振動アクチュエータ1は、コイル7A,7Bに入力する交流電流(可動子2に重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流)を適宜に制御することで、支持平面30に沿った安定振動であって、且つ様々な態様の振動を発生することができる。
図4及び図5は、本発明の振動アクチュエータの他の実施形態(第2実施形態)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。この形態例では、複数の駆動部6は、一軸方向(軸P1方向)に沿って駆動する2つの駆動部6(第1駆動部6A,第2駆動部6B)と、一軸方向と直交する他軸方向(軸P2方向)に沿って駆動する2つの駆動部6(第3駆動部6C,第4駆動部6D)とからなる。
ここでの第1駆動部6Aと第2駆動部6Bは、支持平面30上の軸P2に沿った直線部を有するコイル7A,7Bと、それに対応して、支持平面30上の軸P1に沿った着磁方向を有するマグネット8A,8Bを備える。これに対して、第3駆動部6Cと第4駆動部6Dは、支持平面30上の軸P1に沿った直線部を有するコイル7C,7Dと、それに対応して、支持平面30上の軸P2に沿った着磁方向を有するマグネット8C,8Dを備える。
この例では、第1駆動部6Aと第2駆動部6Bは同一方向(軸P1方向)の駆動力を可動子2に付与し、第3駆動部6Cと第4駆動部6Dは同一方向(軸P2方向)の駆動力を可動子2に付与する。したがって、前述した実施形態と同様に、コイル7A〜7Dに入力する交流電流(可動子2に重量と弾性部材5の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流)を適宜制御することで、様々な態様の振動を得ることができる。
また、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータ1は、支持平面30上に沿って複数の転動体4を介して可動子2を振動させるので、調整の困難なシャフトなどを用いること無く、平面的な安定振動を得ることができる。この際、可動子側にマグネット8を設け、支持平面30側にコイル7を設けているので、コイル7への給電を振動に影響なく行うことができる。
更に、本発明の実施形態係る振動アクチュエータ1は、枠体3の支持平面30上に転動体4を配備し、その上に可動子2を配備するように、部品を積み上げていく簡単な組み立てが可能になる。これにより、精緻な位置調整を省くことができるので、組み立ての煩雑さを解消することができる。
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る電子機器の一例として、携帯情報端末100を示している。安定した振動が得られ薄型化が可能な振動アクチュエータ1を備える携帯情報端末100は、通信機能における着信やアラーム機能などの動作開始・終了時を安定した振動で使用者に伝えることができる。また、振動アクチュエータ1の薄型化によって高い携帯性或いはデザイン性を追求した携帯情報端末100を得ることができる。
更に、振動アクチュエータ1は、様々な態様の振動を発生させることができるので、着信相手の違いや、発生する信号の種類の違いなどに応じて、振動の形態を変えて使用者に伝えることができる。また、タッチパネルの入力情報や表示情報を振動の違いによって操作者に伝えることができる。このように、様々な形態の振動を発生することができる振動アクチュエータ1の搭載で、ハプティクス機能を有する携帯情報端末を提供することができる。
電子機器の一例として、ゲーム機のコントローラや携帯用ゲーム機器に振動アクチュエータ1を搭載してもよい。振動アクチュエータ1を様々な態様で振動させることで、ゲームの進行に応じて、振動の形態を変えて使用者に伝えることができる。
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。特に、前述した実施形態では、駆動部6の駆動方向を軸P1,P2の直交した2軸にしているが、軸P1,P2は任意の角度で交差した軸であればよく、また、駆動方向は2軸に限らず3軸以上の多軸にすることができる。
1:振動アクチュエータ,2:可動子,2A:錘部,
3:枠体,3A:底部,3B:カバー,3C:側壁,30:支持平面,
4:転動体,4A:保持部,5:弾性部材,5A〜5D:コイルバネ,
6:駆動部,
6A:第1駆動部,6B:第2駆動部,6C:第3駆動部,6D第4駆動部,
7(7A,7B):コイル,8(8A,8B):マグネット,
9:回路基板,9A:入力端子,10:ヨーク
3:枠体,3A:底部,3B:カバー,3C:側壁,30:支持平面,
4:転動体,4A:保持部,5:弾性部材,5A〜5D:コイルバネ,
6:駆動部,
6A:第1駆動部,6B:第2駆動部,6C:第3駆動部,6D第4駆動部,
7(7A,7B):コイル,8(8A,8B):マグネット,
9:回路基板,9A:入力端子,10:ヨーク
Claims (6)
- 錘部を備える可動子と、
支持平面を備える枠体と、
前記可動子と前記支持平面との間に介在して転動自在に保持される複数の転動体と、
前記可動子と前記枠体との間に配置され、前記可動子を前記支持平面上の異なる方向に沿って弾性支持する複数の弾性部材と、
前記可動子側に固定されたマグネットと前記支持平面側に固定されたコイルとの組み合わせで、前記可動子を前記支持平面に沿った異なる方向に駆動する複数の駆動部とを備え、
前記コイルには、前記可動子の重量と前記弾性部材の弾性係数とで設定される共振周波数の交流電流が入力されることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 前記支持平面を磁性体とし、又は、前記支持平面上に磁性体を設け、前記マグネットの前記コイルに対向する側とは逆側にヨークを配置したことを特徴とする請求項1記載の振動アクチュエータ。
- 前記複数の駆動部の一部を選択的に駆動す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。
- 前記複数の駆動部における各コイルには、位相差のある交流電流が入力さ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。
- 前記複数の駆動部は、一軸方向に沿って駆動する2つの駆動部と、前記一軸方向と直交する他軸方向に沿って駆動する2つの駆動部とからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の振動アクチュエータ。
- 請求項1〜5にいずれか1項に記載された振動アクチュエータを備える携帯情報端末。
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