JP2017047415A - ハプティックアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動力を維持すると共に、印加される電力が遮断された後、振動のフォーリングタイムを減少させて振動性能を向上させることのできるハプティックアクチュエータを提供する。【解決手段】ハプティックアクチュエータは、磁石とコイルにより発生する電磁気力を利用して振動するもので、内部に収容空間が形成されているケース１０と、前記ケースに固定装着される固定部材２０と、前記収容空間から前記固定部材を中心に左右方向に振動する振動体３０と、数回折り曲げられて前記振動体が初期位置を維持するように前記振動体を弾性支持する弾性部材４０と、及び前記弾性部材が折り曲げられて形成された皺状空間に挿入配置される挿入部材５０と、を有し、前記電磁気力が除去された後、前記弾性部材の弾性力により前記振動体が左右に振動する時、前記挿入部材は前記弾性部材の弾性力に対抗して前記振動体のフォーリングタイムを減少させることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、振動を発生させるハプティックアクチュエータであって、特に振動力を維持すると共に、印加される電力が遮断された後、振動のフォーリングタイム（ｆａｌｌｉｎｇ ｔｉｍｅ）を減少させることのできる振動アクチュエータに関する。

一般的に通信機器で着信をするために多く使用されるのが着信音と振動である。振動のためには、小型の振動発生装置を駆動させて駆動力が機器のケースに伝達されるようにして機器全体の振動を可能にすることが一般的である。

現在、携帯電話などの通信機器に適用されている着信手段の一つである振動発生装置は、電磁気的な力の発生原理を利用して電気的エネルギーを機械的振動に変換する部品であって、携帯電話に搭載されて無音着信報知用に使用されている。

また、これらの振動発生装置はゲーム装置などにも搭載されてユーザにゲームの進行状況を知らせたり、タッチフォンなどに装着されてユーザをしてキーがタッチされたことを感じられるようにする目的で使用される。

大韓民国公開特許公報第１０−２０１１−００３７３３５号公報には振動を発生させるための従来の水平リニア振動子が開示されている。図１は、従来の水平リニア振動子の斜視図である。

従来のリニア振動子は、ケース２００と組み立てられて内部空間を形成するブラケット３００、前記ブラケット上に設けられて水平方向の軸を備える内部中空型コイル４００を有する固定子と、前記コイルの内部を貫通して磁性体コアの両側に極性を相対するマグネットが形成されたマグネット部５１０と、前記コイルを有して前記マグネット部の外部を覆って前記マグネット部の両端を固定するヨーク５５０と、及び前記ヨークの外部に形成され、前記ヨークと一体に固定されて動く重量体６００を有する振動子７００と、及び前記ケース又はブラケットの内側両面にそれぞれ一側が連結されて前記振動子を前記コイルの軸と平行に弾性支持する板バネ部８００と、を有し、水平に振動しながら振動量を増大させる。

しかし、上記のような従来のリニア振動子は、コイルに印加された電力が遮断されると、振動子が板バネ部の弾性力によって振動し、振動子が初期位置に停止するまでに一定時間が所要される。つまり、振動のフォーリングタイムが発生することになるが、前記フォーリングタイムが長くなるほど振動を精密に制御することは難しく、繊細な振動を実現することはできない。一例として、短い間隔で二回の振動を連続的に発生させる時、振動のフォーリングタイムが長くなると、一回目の振動が完全に終わる前に二回目の振動が発生するので、二回の振動を区別することは難しい。この場合、二回の振動を区分して表現するためには、フォーリングタイムに合わせて振動発生の間隔を増やすしかないので、振動の精密な制御及び繊細な実装は不可能になる。

本発明は、上述した問題点を解決するためのものであって、振動力を維持すると共に、印加される電力が遮断された後、振動のフォーリングタイムを減少させて振動性能を向上させることのできるハプティックアクチュエータを提供する。

上記の目的を達成するために、本発明のハプティックアクチュエータは、磁石とコイルにより発生する電磁気力を利用して振動するものであって、内部に収容空間が形成されているケースと、前記ケースに固定装着される固定部材と、前記収容空間から前記固定部材を中心に左右方向に振動する振動体と、数回折り曲げられて前記振動体が初期位置を維持するように前記振動体を弾性支持する弾性部材と、及び前記弾性部材が折り曲げられて形成された皺状空間に挿入配置される挿入部材と、を有し、前記電磁気力が除去された後、前記弾性部材の弾性力により前記振動体が左右に振動する時、前記挿入部材は前記弾性部材の弾性力に対抗して前記振動体のフォーリングタイムを減少させて前記振動体を停止させる。
前記挿入部材はゴム又はスポンジ材質であり、前記挿入部材の厚さは、前記弾性部材が前記収容空間で最大限に膨張した時に、前記皺状空間の幅よりも厚い。
また、前記弾性部材には複数の皺状空間が形成され、前記挿入部材は偶数番目の皺状空間にそれぞれ挿入配置される。

前記固定部材は軸部材に巻き取られているコイルを有し、前記振動体は前記コイルの周囲に磁界を形成する複数の磁石と、複数の前記磁石を連結する複数の磁性体と、前記磁性体に装着される重量体と、前記磁石、磁性体、重量体を一体に結合させ、左右両側にそれぞれ前記弾性部材が連結されるホルダーで構成され、前記ホルダーは、上部板と、前記上部板から下方に折り曲げられて前記磁石を覆う一対の側面板と、前記上部板の左右両側から下方に折り曲げられて前記弾性部材の一端が挿入される結合溝を形成し、前記結合溝に挿入された前記弾性部材の一端を前記ホルダーの内側方向に加圧して固定させる一対の加圧板から成り、前記側面板の下端には前記ホルダーの外側方向に傾斜された傾斜部が形成され、前記加圧板の下端には前記ホルダーの内側方向に突出するように曲面状に折り曲げられて前記重量体に接触する突出部が形成されている。
また、前記側面板のうちいずれか一つの側面板の左右両側には、前記結合溝に挿入される前記弾性部材の挿入の深さを制限する係止部が突出形成されている。

本発明に係る振動アクチュエータは、左右に振動する振動体を弾性支持する弾性部材に皺状空間を形成し、皺状空間に挿入部材を挿入配置することによって、電磁気力により振動する振動部の振動力の低下を最小化して高い振動力を維持すると共に、コイルに印加される電力が遮断された後、弾性部材の弾性力によって左右に振動する振動体のフォーリングタイムを減少させることができ、振動体が停止するまでにかかる時間を最小化することにより、振動の精密な制御及び繊細な実装が可能になる。

従来の水平リニア振動子の斜視図である。 本発明の実施形態に係るハプティックアクチュエータの斜視図である。 本発明の実施形態に係るハプティックアクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るハプティックアクチュエータの断面図である。 本発明の実施形態に係る磁力構造を示した図である。 本発明の実施形態に係るホルダーを示した斜視図である。 本発明の実施形態に係るホルダーの断面図である。

本発明は振動を発生させるハプティックアクチュエータであって、電磁気力によって振動する振動部の振動力の低下を最小化して高い振動力を維持すると共に、コイルに印加される電力が遮断された後、弾性部材の弾性力によって左右に振動する振動体のフォーリングタイムを減少させることができ、振動体が停止するまでにかかる時間を最小化することにより、振動の精密な制御及び細かな実装が可能になる。
以下、添付された図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図２（ａ）はハプティックアクチュエータの斜視図であり、図２（ｂ）はベースと蓋とを分離してケースの内部構造を示す斜視図である。また、図４（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線を切った断面図であり、図４（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ線を切った断面図である。図７（ａ）は図６のＣ−Ｃ線を切った断面図、図７（ｂ）は図６のＤ−Ｄ線を切った断面図である。

本発明の実施形態に係るハプティックアクチュエータは、図２ないし図７に示すようにケース１０、固定部材２０、振動体３０、弾性部材４０及び挿入部材５０を有する。

ケース１０は、内部に固定部材２０、振動体３０、弾性部材４０及び挿入部材５０が配置される収容空間が形成されており、携帯端末などの電子機器に装着される。前記ケース１０は、図２に示すようにベース１１とベース１１の上部に結合される蓋１２で構成される。

固定部材２０は、ケース１０の内側に固定装着されて収容空間に配置される。詳細には、図３に示すように固定部材２０は、ベース１１の上部に固定装着される軸部材２１と、前記軸部材２１に巻き取られているコイル２２とから成る。
コイル２２は、回路基板（ＰＣＢ）と電気的に接続されて電力が印加された時に電流が発生する。
振動体３０は、収容空間で固定部材２０を中心に左右方向に振動する。前記振動体３０は、複数の磁石、磁性体、重量体３３及びホルダー３４で構成される。
磁石は、図４（ａ）に示すように第１ないし第３の磁石（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と第４ないし第６の磁石（３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ）とに区分される。

図５に示すように、第１の磁石３１ａと第２の磁石３１ｂは左右に分極されており、相対する方向にＮ極が形成される。また、第３の磁石３１ｃは、第１の磁石３１ａと第２の磁石３１ｂとの間に位置する。前記第３の磁石３１ｃは、コイル２２が位置した方向にＮ極が形成され、反対方向にＳ極が形成される。

第４の磁石３１ｄと第５の磁石３１ｅは、第１の磁石３１ａ及び第２の磁石３１ｂのように左右に分極されており、相対する方向にＮ極が形成される。また、第６の磁石３１ｆは、第４の磁石３１ｄと第５の磁石３１ｅとの間に位置する。尚、第６の磁石３１ｆは、コイル２２が位置した方向にＮ極が形成され、反対方向にＳ極が形成される。

上述した第１ないし第３の磁石（３１ａ、３１ｂ，３１ｃ）と第４ないし第６の磁石（３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ）は、図４（ａ）に示すようにコイル２２を中心に互いに離隔しており、コイル２２の周囲に磁場を形成する。

磁性体は、第１の磁性体３２ａと第２の磁性体３２ｂで構成される。詳細には、第１の磁性体３２ａは第１の磁石３１ａと第３の磁石３１ｃとを連結し、第２の磁性体３２ｂは第２の磁石３１ｂと第５の磁石３１ｅとを連結する。これにより、第１ないし第６の磁石３１ｆと第１の磁性体３２ａ及び第２の磁性体３２ｂとの間の内部空間にコイル２２が位置する。また、第１の磁性体３２ａ及び第２の磁性体３２ｂには、図３に示すように半円形状の磁力強化溝Ｈが形成されている。磁力強化溝Ｈは、第１の磁性体３２ａと第２の磁性体３２ｂが磁化された時、磁力の強度を強化させて振動体３０の駆動力を向上させることができる。尚、第１の磁性体３２ａと第２の磁性体３２ｂには重量体３３がそれぞれ装着されている。

ホルダー３４は、磁石、磁性体、重量体３３を一体に結合させ、左右両側にそれぞれ弾性部材４０が連結される。前記ホルダー３４は、図６に示すように上部板３４ａ、側面板３４ｂ及び加圧板３４ｃから成る。

上部板３４ａは、磁石、磁性体及び重量体の上部を覆い、相対する一対の側面板３４ｂは、上部板３４ａから下方に折り曲げられて磁石を覆う。また、相対する一対の加圧板３４ｃは、上部板３４ａの左右両側から下方に折り曲げられて弾性部材４０の一端が挿入される結合溝３４ｄを形成し、結合溝３４ｄに挿入された弾性部材４０の一端をホルダー３４の内側方向に加圧して固定させる。

さらには、図７（ａ）に示すように側面板３４ｂの下端には、ホルダー３４の外側方向に傾斜された傾斜部３５が形成される。このように側面板３４ｂの下端にホルダー３４の外側方向に傾斜された傾斜部３５が形成されることによって、ホルダー３４と磁石、磁性体及び重量体３３を結合し易くなる。

また、図６に示すように一対の側面板３４ｂのうちいずれか一つの側面板３４ｂの左右両側には結合溝３４ｄに挿入される弾性部材４０の挿入の深さを制限する係止部３６が突出形成される。これにより、弾性部材４０の一端は結合溝３４ｄに一定の深さに挿入される。（図２（ｂ）を参照）。尚、図７（ｂ）に示すように加圧板３４ｃの下端には、ホルダー３４の内側方向に突出するように曲面状に折り曲げられて重量体３３に接触する突出部３７が形成されている。これにより、弾性部材４０を結合溝３４ｄに挿入したり、結合溝３４ｄから分離し易くなる。

弾性部材４０は、振動体３０が初期位置を維持するように振動体３０を弾性支持する。前記弾性部材４０は、数回折り曲げられて多数の皺状空間４１を形成する。上述したように、弾性部材４０の一端は結合溝３４ｄに挿入されてホルダー３４に連結される。また、前記弾性部材４０の他端はケース１０に連結される。前記弾性部材４０は、二つから成り、振動体３０の左右両側から振動体３０を弾性支持する。

挿入部材５０は、ゴム又はスポンジ材質であり、弾性部材４０に形成されている皺状空間４１に挿入配置される。前記挿入部材５０の厚さは、弾性部材４０が収容空間で最大膨張した時、皺状空間４１の幅よりも厚く形成される。これにより、皺状空間４１に挿入される挿入部材５０は、別途の固定手段無しに弾性部材４０により加圧されて、皺状空間４１に挿入された状態のまま維持される。本実施形態では、挿入部材５０は、弾性部材４０に形成されている皺状空間４１のうち偶数番目の皺状空間４１に挿入配置される。これにより、挿入部材５０が挿入配置される皺状空間４１の左右に形成されている皺状空間４１は、空きスペースのまま残る。

前記挿入部材５０は、電磁気力によって振動体３０が左右に振動する時、弾性部材４０によって圧縮及び膨張する。また、前記挿入部材５０は、電磁気力が除去された後、弾性部材４０の弾性力によって振動体３０が左右に振動する時、弾性部材４０の弾性力に対抗して振動体３０のフォーリングタイムを減少させて振動体３０を停止させる。つまり、前記弾性部材４０に形成されている皺状空間４１に挿入部材５０を挿入配置することによって、振動する振動体３０が初期位置から停止するまでにかかる時間を減少させる。このように振動体３０が停止するまでにかかる時間を最小化することにより、振動の精密な制御及び繊細な実装が可能になる。

一方、電磁気力により振動体３０が振動する時、弾性部材４０の圧縮時に弾性部材４０の弾性力に対抗して発生する挿入部材５０の抵抗力は、振動体３０を振動させる電磁気力に比べて遥かに小さいので、挿入部材５０による振動力の損失は無視することができる。
本発明に係るハプティックアクチュエータは、上述した実施形態に限定されず、本発明の技術思想が許容される範囲内で様々に変形して実施することができる。

１０ ケース
１１ ベース
１２ 蓋
２０ 固定部材
２１ 軸部材
２２ コイル
３０ 振動体
３１ａ 第１の磁石
３１ｂ 第２の磁石
３１ｃ 第３の磁石
３１ｄ 第４の磁石
３１ｅ 第５の磁石
３１ｆ 第６の磁石
３２ａ 第１の磁性体
３２ｂ 第２の磁性体
３３ 重量体
３４ ホルダー
３４ａ 上部板
３４ｂ 側面板
３４ｃ 加圧板
３４ｄ 結合溝
３５ 傾斜部
３６ 係止部
３７ 突出部
４０ 弾性部材
４１ 皺状空間
５０ 挿入部材

Claims (5)

1. 磁石とコイルにより発生する電磁気力を利用して振動するハプティックアクチュエータにおいて、
   内部に収容空間が形成されているケースと、
   前記ケースに固定装着される固定部材と、
   前記収容空間から前記固定部材を中心に左右方向に振動する振動体と、
   数回折り曲げられて前記振動体が初期位置を維持するように前記振動体を弾性支持する弾性部材と、及び
   前記弾性部材が折り曲げられて形成された皺状空間に挿入配置される挿入部材と、を有し、
   前記電磁気力が除去された後、前記弾性部材の弾性力により前記振動体が左右に振動する時、前記挿入部材は前記弾性部材の弾性力に対抗して前記振動体のフォーリングタイム（ｆａｌｌｉｎｇ ｔｉｍｅ）を減少させることを特徴とするハプティックアクチュエータ。
2. 前記挿入部材はゴム（ｒｕｂｂｅｒ）又はスポンジ（ｓｐｏｎｇｅ）材質であり、
   前記挿入部材の厚さは、前記弾性部材が前記収容空間で最大膨張した時に前記皺状空間の幅よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載のハプティックアクチュエータ。
3. 前記弾性部材は、複数の皺状空間が形成され、
   前記挿入部材は偶数番目の皺状空間にそれぞれ挿入配置されることを特徴とする請求項１に記載のハプティックアクチュエータ。
4. 前記固定部材は、軸部材に巻き取られているコイルを有し、
   前記振動体は、前記コイルの周囲に磁場を形成する複数の磁石と、
   複数の前記磁石を連結する複数の磁性体と、
   前記磁性体に装着される重量体と、
   前記磁石、磁性体、重量体を一体に結合させ、左右両側にそれぞれ前記弾性部材が連結されるホルダーで構成され、
   前記ホルダーは、上部板と、前記上部板から下方に折り曲げられて前記磁石を覆う一対の側面板と、前記上部板の左右両側から下方に折り曲げられて前記弾性部材の一端が挿入される結合溝を形成し、前記結合溝に挿入された前記弾性部材の一端を前記ホルダーの内側方向に加圧して固定させる一対の加圧板から成り、
   前記側面板の下端には、前記ホルダーの外側方向に傾斜された傾斜部が形成され、
   前記加圧板の下端には、前記ホルダーの内側方向に突出するように曲面状に折り曲げられて前記重量体に接触する突出部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハプティックアクチュエータ。
5. 前記側面板のうちいずれか一つの側面板の左右両側には、前記結合溝に挿入される前記弾性部材の挿入の深さを制限する係止部が突出形成されていることを特徴とする請求項４に記載のハプティックアクチュエータ。
   
   

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