JP2019150742A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】溶接スペース等の接合のためのスペースを確保する必要が無く、確実に可動体と、可動体を弾性支持するばねとを接合でき、ばねの設計自由度も高い振動アクチュエータを提供する。【解決手段】コイル及びマグネットのうちの一方を有する可動体、コイル及びマグネットのうちの他方を有する固定体、及び可動体を固定体に対して可動自在に支持する弾性支持部を有し、給電されるコイルとマグネットの協働により、可動体が固定体に対してマグネットの着磁方向で振動する振動アクチュエータである。固定体は、可動体を着磁方向と交差する方向で囲むように配置される周壁部を有し、弾性支持部は、周壁部の内面と対向する可動体の外周に一端部が固定され、他端部が周壁部に固定された可動体の外周から放射方向に配置される板ばねであり、弾性支持部の一端部は、可動体に設けられた固定部により接合されている。【選択図】図１２

Description

本発明は、振動アクチュエータに関する。

従来、振動機能を有する携帯機器には、振動発生源として振動アクチュエータが実装されている。振動アクチュエータを駆動してユーザに振動を伝達することにより、着信を通知したり、操作感や臨場感を向上したりすることができる。ここで、携帯機器は、携帯電話やスマートフォンなどの携帯通信端末、タブレットＰＣなどの携帯情報端末、携帯型ゲーム端末、据置型ゲーム機のコントローラー（ゲームパッド）、服や腕などに装着されるウェアラブル端末を含む。

振動アクチュエータとして、小型化が図られたものとして、例えば、特許文献１に示すように、ページャー等に用いられる振動アクチュエータが知られている。
この振動アクチュエータは、１対の板状弾性体を相対向するようにして枠体に支持させ、渦巻型形状である一方の板状弾性体の盛り上がった中央部分に、磁石を取り付けたヨークを固定して支持している。ヨークは磁石とともに磁界発生体を構成し、この磁界発生体内に、他方の板状弾性体に取り付けたコイルが配置されている。このコイルに発振回路を通じて周波数の異なる電流を切替えて付与して一対の板状弾性体を選択的に共振させて振動を発生させることにより、ヨークは枠体の中心線方向で振動する。

特開平１０−１１７４７２号公報

ところで、従来の振動アクチュエータでは、可動体であるヨークと、ヨークを振動可能に枠体に弾性支持する板状弾性体との接合は、板状弾性体の盛り上がった中央部分の中央孔に、ヨークの底面の凸部を挿入することで行われている。
このように凹凸を嵌合して板状弾性体と可動体とを接合して固定する場合、凸部を中央孔に圧入したり、双方を溶接、接着、或いは、これらを組み合わせて固定することが考えられる。
しかしながら、圧入或いは接着では、可動体の駆動時において接合部分に力が加わり、板状弾性体からヨークが外れる恐れがある。また，溶接によって固定する場合、両者を強固に接合できるものの、接合する部位において、溶接するスペースを確保する必要があり、板状弾性体、つまり、ばねの設計自由度が低下するという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、溶接スペース等の接合のためのスペースを確保する必要が無く、確実に可動体と、可動体を弾性支持するばねとを接合でき、ばねの設計自由度も高い振動アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の振動アクチュエータの一つの態様は、コイル及び前記コイルの半径方内側に間隔をあけて配置されるマグネットのうちの一方を有する可動体、前記コイル及び前記マグネットのうちの他方を有する固定体、及び前記可動体を前記固定体に対して可動自在に支持する弾性支持部を有し、給電される前記コイルと前記マグネットの協働により、前記可動体が前記固定体に対して前記マグネットの着磁方向で振動する振動アクチュエータであって、前記固定体は、前記可動体を前記着磁方向と交差する方向で囲むように配置される囲み壁部を有し、前記弾性支持部は、前記囲み壁部の内面と対向する前記可動体の外周に一端部が固定され、他端部が前記囲み壁部に固定された、前記可動体の外周から放射方向に配置される板ばねであり、前記弾性支持部の一端部は、前記可動体に設けられた固定部により接合されている構成を採る。

本発明によれば、溶接スペース等の接合のためのスペースを確保する必要が無く、確実に可動体と、可動体を弾性支持するばねとを接合でき、ばねの設計自由度も高くできる。

本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータを示す斜視図である。 同振動アクチュエータの底面側斜視図である。 同振動アクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図である。 同振動アクチュエータにおける固定体と可動体とを示す上面側分解図である。 同振動アクチュエータにおける固定体と可動体とを示す底面側分解図である。 同振動アクチュエータの上側固定体の上面側分解斜視図である。 同振動アクチュエータの上側固定体の底面側分解斜視図である。 同振動アクチュエータの下側固定体の上面側分解斜視図である。 同振動アクチュエータの下側固定体の底面側分解斜視図である。 同振動アクチュエータの可動ユニットの上面側分解斜視図である。 同振動アクチュエータの可動ユニットの底面側上側分解斜視図である。 弾性支持部と可動体のリングコアとの接合部を示す斜視図である。 弾性支持部と可動体のリングコアとの接合部の説明に供する図である。 同振動アクチュエータの磁気回路構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る振動アクチュエータ１０を示す斜視図であり、図２は、同振動アクチュエータ１０の底面側斜視図であり、図３は、同振動アクチュエータ１０における要部構成を示す概略断面図である。また、図４及び図５は、同振動アクチュエータ１０における固定体２０と可動体６０とを示す上面側分解図及び底面側分解図である。なお、本実施の形態における「上」側、「下」側は、理解しやすくするために便宜上付与したものであり、振動アクチュエータ１０における可動体６０（図３参照）の振動方向の一方、他方を意味する。すなわち、振動アクチュエータ１０を機器に搭載する際には上下が逆になっても左右になっても構わない。

図１及び図２に示す振動アクチュエータ１０は、スマートフォン等の携帯機器に振動発生源として実装され、携帯機器の振動機能を実現する。振動アクチュエータ１０は、例えば、ユーザに対して着信を通知したり、操作感や臨場感を与えたりする場合に駆動される。

図１〜図５に示す振動アクチュエータ１０は、固定体２０と、弾性支持部５０と、固定体２０のケース３２内で、弾性支持部５０を介して往復動自在に配置される可動体６０とを有する。振動アクチュエータ１０は、電源供給部（図示省略）からコイル４８が通電されることで、コイル４８とマグネット６５とが協働して、可動体６０を往復振動させる磁気回路構成を有する。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０は、コイル４８を固定体２０側に設け、マグネット６５を可動体６０側に設けて、所謂ムービングマグネット式の構成としているが、これに限らない。コイル４８を可動体６０に設けたムービングコイル式とした構成としてもよい。

振動アクチュエータ１０では、固定体２０は、２つのユニット（上側固定体３０及び下側固定体４０）を有し、可動体６０と弾性支持部５０とを一つの可動ユニット７０とし、これら３つのユニットを組み立てることで振動アクチュエータ１０は、容易に形成される。

固定体２０は、上側固定体（第１固定体）３０と下側固定体（第２固定体）４０とにより可動ユニット７０の弾性支持部５０の他端部（図１２に示す外周側接合部５０２）を挟むことで、可動ユニット７０の可動体６０を着磁方向（本実施の形態ではコイル軸方向にも相当）、ここでは挟持方向に移動可能に支持している。この挟持方向は、振動アクチュエータ１０における可動体６０の振動方向に相当する。また、弾性支持部５０は、板状の弾性体であり、本実施の形態では、板ばねである。弾性支持部５０は、可動体６０に一端部が固定されるとともに、可動体６０の外周から放射方向に配置され、他端部が固定体２０の囲み壁部２０ａに固定される。固定体２０の囲み壁部２０ａは、上側固定体３０の上側ばね固定部３４と、下側固定体４０のコイルホルダ４２おける下側当接部４４４とにより構成される。なお、弾性支持部５０についての詳細は後述する。

＜上側固定体３０＞
図６及び図７は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータ１０の上側固定体３０の上面側分解斜視図及び底面側分解斜視図である。
上側固定体３０は、可動体６０を覆うように振動方向の一方側に配置される。
上側固定体３０は、図３、図６及び図７に示すように、ケース３２、上側ばね固定部３４、シャフト３６、緩衝部材３８を有する。

ケース３２は、振動アクチュエータ１０の外形を構成し、内部に可動体６０を収容する。
本実施の形態では、ケース３２は、下側固定体４０のベースプレート４２とともに中空の円柱状の外形を構成し、内部に、可動ユニット７０、つまり、弾性支持部５０及び可動体６０を収容している。

ケース３２は、耐衝撃性を有するＳＵＳ（ステンレス）等の金属材料で構成される。ケース３２は、絞り加工により金属板を凹状に成形されたものでもよい。ケース３２は、ベースプレート４２と同種の金属（例えば、ＳＵＳ（ステンレス）３０４）により構成されることが好ましい。

ケース３２は、円盤状の上面部３２２の外周から垂下する円筒状の周壁部３２４を有し、周壁部３２４の下端部に設けられた突状の爪部３２４１で、ベースプレート４２の外周縁に係合しつつ固定されている。爪部３２４１は、ベースプレート４２の外周縁にカシメ、溶接、或いはカシメと溶接の双方で互いに固定されている。本実施の形態では、ケース３２とベースプレート４２とが同種の金属で構成されているので、カシメ或いは溶接により強固に固定することができる。特に、溶接で固定する場合、ケース３２とベースプレート４２の双方の融点が揃うため、双方を更に強固に固定できる。なお、ケース３２は、磁性体であっても被磁性体であってもよい。
ケース３２の上面部３２２の中央には、コイル４８と同一軸上でシャフト３６が垂設されている。

シャフト３６に沿って可動体６０が移動するよう構成されており、一端部（本実施の形態では上端部）で、上面部３２２に固定され、他端部で下側固定体４０のベースプレート４２に固定されている。
シャフト３６は、上面部３２２及びベースプレート４２に対して、それぞれに接着、溶接、或いは、圧入のいずれかの接合方法で固定されている。本実施の形態では、シャフト３６は、上面部３２２及びベースプレート４２のそれぞれに形成された開口部に挿入され、接着、溶接、或いは、圧入のいずれか、或いは少なくとも２つの接合方法で固定されていてもよい。また、図４〜図７では、シャフト３６は、上側固定体３０に固定されているものとしているが、下側固定体４０側のベースプレート４２に固定されていても良い。
上側ばね固定部３４は、ケース３２内において、一端部（上側当接部３４２）で、可動ユニット７０の弾性支持部５０に可動体６０の振動方向の上側から当接し、他端側で上面部３２２に接触する。

具体的には、上側ばね固定部３４は、周壁部３２４の内周面に配置され、上側当接部３４２で可動ユニット７０の弾性支持部５０の他端部として弾性支持部５０の外周縁を構成する外周側接合部５０２を、下側固定体４０のコイルホルダ（下側ばね固定部）４４とで挟持して固定する。

また、上側ばね固定部３４は、その他端部（上端部）には、塑性変形或いは弾性変形可能な突状の複数の撓み部３４４が設けられ、この撓み部３４４で上面部３２２に当接する。撓み部３４４は、上側ばね固定部３４とコイルホルダ４４とで弾性支持部５０を互いに挟持する方向に押圧した際に、ケース３２の上面部３２２の可動体収容側に当接して撓む。これにより上側ばね固定部３４は、ケース３２内において、上面部３２２と弾性支持部５０との間で、その位置を調整可能である。すなわち、撓み部３４４は、弾性支持部５０を押圧する上側ばね固定部３４の高さ寸法の調整を可能とする。
本実施の形態では、上側ばね固定部３４は、変形可能な樹脂材により形成されており、ケース３２とベースプレート４２との間で、弾性支持部５０をコイルホルダ４４とともに確実に挟持する。

緩衝部材３８は、可動する可動体６０とケース３２の上面部３２２との間に配置され、可動体６０の最大振幅時の可動体６０に接触する。緩衝部材３８は、例えば、スポンジ等で形成されるダンパーであり、本実施の形態では、リング状に形成され、シャフト３６が挿通された状態で、上面部３２２の可動体収容側に取り付けられている。緩衝部材３８は、振動アクチュエータ１０における可動体６０の可動振幅が大きくなった場合、または、外部より衝撃が加わった際に、可動体６０がケース３２に接触して、異音が発生したり、衝撃により各部品が破損することを防止する。

＜下側固定体４０＞
図８及び図９は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータ１０の下側固定体４０の上面側分解斜視図及び底面側分解斜視図である。

下側固定体４０は、可動体６０を覆うように振動方向の他方側（下側）に配置され、上側固定体３０に接合して可動体６０を振動可能に収容する。
本実施の形態では、下側固定体４０にマグネット６５とともに磁気回路を構成する筒状のコイル４８が設けられている。
下側固定体４０は、コイル４８の他、ベースプレート４２、コイルホルダ４４、緩衝部材４６を有する。

ベースプレート４２は、振動アクチュエータ１０の底面部を構成するものである。ベースプレート４２は、ケース３２とともに振動アクチュエータ１０の筐体を構成する。
ベースプレート４２は、ケース３２の形状、つまり、ケース３２における周壁部３２４の開口形状に対応して円盤状に形成され、且つ、上面部３２２と対向する円盤状のベース本体部分を有する。このベース本体部分の外周の一部から半径方向外方に突出する突出板部４２２が設けられる。

ベースプレート４２は、耐衝撃性を有するＳＵＳ（ステンレス）等の金属材料で構成され、外周縁部に、ケース３２の周壁部３２４の下端部に係合する被係合部が形成されている。この被係合部に、ケース３２の周壁部３２４の下端部がカシメ及び溶接の一方または双方により固定されている。なお、ベースプレート４２は、本実施の形態では、上述したようにケース３２と同種の金属（例えば、ＳＵＳ（ステンレス）３０４）により構成されており、ケース３２に固定され、内部での可動体６０の振動に耐えうる構造となっている。

ベースプレート４２上には、コイルホルダ４４を介してコイル４８が設けられている。
コイルホルダ４４は、コイル４８を保持し、マグネット６５が、コイル４８の半径方向内側で、所定間隔を空けて同一軸心で位置するようにしている。
また、コイルホルダ４４は、弾性支持部５０に下側で当接し、上側ばね固定部３４とともに弾性支持部５０を挟持する下側ばね固定部として機能する。

コイルホルダ４４は、コイル４８とベースプレート４２との間に介設される非磁性体である。また、コイルホルダ４４は、樹脂等の非電導材料で構成されることが好ましい。
これにより、ベースプレート４２とコイル４８の間に非電導性の材料が配置される構成となり、固定体４０として、コイル４８を組み立てる際に、電気的な絶縁をした状態でコイル４８をコイルホルダ４４に固定できる。また、コイルホルダ４４を樹脂部品としてボビン構造としても組立性の向上を図ることができる。

コイルホルダ４４は、円盤状のホルダ本体４４２と、弾性支持部５０に当接する下側当接部４４４と、コイル４８に接続された配線を導出する導出部４４６とを有する。
ホルダ本体４４２は、外径がケース３２の内径と略同じであり、ケース３２内に挿入される円盤状に形成されている。ホルダ本体４４２は、ベースプレート４２のベース本体部分上に取りつけられる。ホルダ本体４４２には、コイル４８が固定される凹状のコイル固定部が設けられ、このコイル固定部にコイル４８が接着等により固定されている。また、ホルダ本体４４２には、中央部に形成された開口部に挿入されるシャフト３６が固定される。

下側当接部４４４は、弾性支持部５０に当接するものであり、ホルダ本体４４２の外周縁部に立ち上がるように設けられている。ここでは、下側当接部４４４は、環状の周壁状に形成されている。これにより弾性支持部５０は、ホルダ本体４４２から離れた位置で固定体２０に固定される。弾性支持部５０（具体的には、弾性支持部５０の外側接合部５０２）と、ホルダ本体４４２との間隔は、可動体６０の常態位置から振動方向の他方側への可動範囲となる。

導出部４４６は、コイル４８に接続された配線を導出する。導出部４４６は、ホルダ本体４４２の一端部から突出して設けられ、ベースプレート４２の突出板部４２２上に配置される。導出部４４６の配線を介して、外部からコイル４８に電源が供給される。
なお、コイルホルダ４４とベースプレート４２とは、それぞれに設けられた複数組の位置決め凸部４４８と位置決め凹部４２８とが嵌合することで位置決めされた状態で重なる。例えば、本実施の形態では、コイルホルダ４４は、非磁性体であり非電導材料として樹脂により非電導部として成形され、属製のベースプレート４２の位置決め凹部４２８を貫通孔としている。これにより、コイルホルダ４４側の位置決め凸部４４８を位置決め凹部４２８としての貫通孔に挿入して嵌合し、挿入した樹脂製の位置決め凸部４４８を溶かして貫通孔に容易に固定できる。

緩衝部材４６は、可動する可動体６０とコイルホルダ４４のホルダ本体４４２との間に配置され、可動体６０の最大振幅時の可動体６０に接触する。例えば、スポンジ等で形成されるダンパーであり、本実施の形態では、リング状に形成され、シャフト３６が挿通された状態で、ホルダ本体４４２上に取り付けられている。緩衝部材４６は、振動アクチュエータ１０における可動体６０の可動振幅が大きくなった場合、または、外部より衝撃が加わった際に、可動体６０がベースプレート４２に接触して、異音が発生したり、衝撃により各部品が破損することを防止する。

コイル４８は、組み立てられた振動アクチュエータ１０において、軸方向（マグネット６５の着磁方向）を振動方向として、マグネット６５とともに、振動アクチュエータ１０の駆動源の発生に用いられる。コイル４８の軸は、例えば、後述するマグネット６５及びシャフト３６のうち少なくともマグネット６５の軸と同軸上に配置される。

コイル４８の両端部は、導出部４４６に配線され、電源供給部（図示省略）に接続される。ここでは、導出部４４６に配線されるコイル４８の両端部は、交流供給部に接続され、交流供給部からコイル４８に交流電源（交流電圧）が供給される。これにより、コイル４８はマグネットとの間に、互いの軸方向で互いに接離方向に移動可能な推力を発生できる。具体的には、コイル４８は、その上端部で、半径方向内側のマグネット６５の軸方向の中心部分に対向するように配置され、コイル４８の軸方向の中心部分で、センターヨーク６３と対向するように配置されている。マグネット６５において平板コア６１４側（本実施の形態では上側）がＳ極、センターヨーク６３側がＮ極となるように着磁されている場合、マグネット６５とセンターヨーク６３との接合部分から放射され、平板コア６１４側から入射する磁束が形成される。したがって、マグネット６５及びセンターヨーク６３を囲むように配置されるコイル４８のどの部分に対しても、コイル４８の径方向の内側から外側に磁束が横切るので、コイル４８に通電したときに同じ方向（図１４で示すＦ方向、或いは−Ｆ方向）にローレンツ力が作用する。

＜可動ユニット７０＞
図１０及び図１１は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータ１０の可動ユニット７０の上面側分解斜視図及び底面側上側分解斜視図である。
可動ユニット７０は、コイル４８及びマグネット６５のうちの一方を有する。可動ユニット７０は、本実施の形態では、マグネット６５を有している。
可動ユニット７０は、弾性支持部５０により固定体２０のケース３２及びベースプレート４２内において、上面部３２２とベースプレート４２との間で、上面部３２２とベースプレート４２とが対向する方向に往復移動可能に支持される。

可動ユニット７０は、円盤状に形成された可動体６０の外周から弾性支持部５０が放射状に張り出すように設けられ、張り出した弾性支持部５０の外周部で、上側ばね固定部３４とコイルホルダ４４とで挟持されることにより固定体２０に固定されている。
可動ユニット７０では、可動体６０は、弾性支持部５０を、下側（コイル４８側）の端部で固定している。

可動体６０は、可動部コア６１、センターヨーク６３、下側軸受け６４、マグネット６５、上側軸受け６７を有する。

可動部コア６１は、コイル４８及びマグネット６５のうちの一方が固定されるとともに、コイル４８及びマグネット６５の双方を囲むように配置され、可動体６０の外周を構成する。

可動部コア６１は、本実施の形態では、有蓋筒状の磁性体であり、ヨークとして機能する。可動部コア６１は、例えば、センターヨーク６３と同種の磁性材料により構成されており、コイル４８、マグネット６５及びセンターヨーク６３とともに磁気回路を構成する。また、可動部コア６１は、リングコア６１２及び平板コア６１４を有し、可動体６０において、可動体６０の本体部分としての機能と、ウェイトとしての機能も有する。

可動部コア６１は、中央にシャフト３６が挿通される開口部を有する円環板状の平板コア６１４に、その外周部から下方に突出するように、リングコア６１２を固定して構成される。なお、リングコア６１２と平板コア６１４により有蓋筒状に形成されているがこれに限らず一体構造として構成されてもよい。しかしながら、可動部コア６１を一体構造とした場合、切削加工が必要であり、材料の廃棄が多く、加工工数も多くなり、コストが高くなる。これに対し、本実施の形態の可動部コア６１は、筒状のリングコア６１２と、板状の平板コア６１４とに分割されたものどうしを組み合わせることで構成しているので、プレス加工にて作成することが可能となり、一体構造よりも、コスト低減化を図ることができる。
可動部コア６１内、具体的には、リングコア６１２内に、平板コア６１４からマグネット６５、センターヨーク６３が順に、それぞれ中央の開口部が同軸上で連続するように配置されている。これら連続する開口部に、シャフト３６が移動自在に挿通されている。

マグネット６５は、コイル４８の軸方向を着磁方向にし、着磁面を向けて配置される。マグネット６５は、円筒状に形成され、開口する２方向、つまり、振動方向（シャフト３６の軸方向であり、コイルの軸方向に相当）に着磁されている。マグネット６５は、本実施の形態では、コイル４８に対して、コイル４８の半径方向内側で所定間隔を空けて位置するように配置される。この半径方向における所定間隔は、マグネット６５及びコイル４８が着磁方向に互いに抜き差しするように移動可能な間隔である。図３に示すように、マグネット６５は、本実施の形態では、下側固定体４０のコイル４８の上端面が、その着磁方向の中心位置に位置するように、配置されている。なお、マグネット６５は、コイル４８の内側で、コイル４８の軸方向に着磁面をそれぞれ向けて配置されるものであれば、円筒状以外の形状であってもよい。

センターヨーク６３は、マグネット６５に密着して配置され、マグネット６５の磁束を集中させ、漏らすことなく効率良く通す。本実施の形態では、センターヨーク６３は、コイル４８の内側において、コイル４８の軸方向（振動方向）の中央部分に対して軸方向と直交する方向で対向するように位置する。

これらセンターヨーク６３及び平板コア６１４のそれぞれの中央の開口部には、下側軸受け６４及び上側軸受け６７が嵌め込まれている。

下側軸受け６４及び上側軸受け６７には、それぞれ、シャフト３６が軸方向で移動自在に挿通され、可動体６０自体を、シャフト３６に沿って振動方向に円滑に移動自在にする。
下側軸受け６４及び上側軸受け６７は、センターヨーク６３及び平板コア６１４内で、マグネット６５を軸方向、つまり振動方向で挟むように配置されている。
下側軸受け６４及び上側軸受け６７は、それぞれ筒状に形成されており、それぞれのマグネット６５側の端部の外周は、フランジ状に放射方向に突出して設けられ、抜け止め部６４２、６７２を構成している。
下側軸受け６４は、センターヨーク６３の開口部に挿入（ここでは圧入）された際に、センターヨーク６３の開口部においてマグネット６５側の面に形成された凹状の段差部６３２に抜け止め部６４２が係合する。

これにより、下側軸受け６４は、センターヨーク６３とマグネット６５との間に挟まれた状態で配置され、シャフト３６との摺動、外部からの衝撃或いは振動アクチュエータの駆動によってセンターヨーク６３から外れることがない。また、組立時及び設計寸法誤差が生じても外れることがない。

上側軸受け６７は、平板コア６１４の開口部に挿入（ここでは圧入）された際に、平板コア６１４に形成された凹状の段差部６１４２に抜け止め６７２が係合する。
これにより、上側軸受け６７は、平板コア６１４とマグネット６５との間に挟まれた状態で配置され、シャフト３６との摺動、外部からの衝撃或いは振動アクチュエータの駆動によって平板コア６１４から外れることがない。また、組立時及び設計寸法誤差が生じても外れることがない。

このように、下側軸受け６４及び上側軸受け６７は、これらで挟むように配置されるマグネット６５側、つまり、可動体６０の中心側にそれぞれ抜け止め部６４２、６７２を有する。下側軸受け６４及び上側軸受け６７の抜け止め部の６４２、６７２は、センターヨーク６３及び平板コア６１４の段差部６３２、６１４２に、それぞれ係合するので、可動体６０において下側軸受け６４及び上側軸受け６７は、抜け止めされた状態で配置されている。

リングコア６１２は、筒状体であり、本実施の形態では、弾性支持部５０が接合されている。具体的には、リングコア６１２は、底面側、つまり、平板コア６１４とは逆側の端部である固定部６１２４で、弾性支持部５０が接合されている。固定部６１２４は、本実施の形態では、リングコア６１２の開口する下端部であり、開口縁部に沿って周方向に環状に形成されており、弾性支持部５０を接合して固定する。固定部６１２４は、開口方向、ここでは下方に突出する筒状のカシメ爪部６１２４ａと、カシメ爪部６１２４ａの基端部側で、カシメ爪部６１２４ａと直交する固定段差面６１２４ｂとを有する。

リングコア６１２の外周面の一部には、リングコア６１２の中心とした対称の位置に平面部（固定用平面部）６１２８が設けられている。平面部６１２８は、対象物を挟んで固定する固定治具により円筒状であるリングコア６１２を確実に挟持できる部位である。平面部６１２８により、固定部６１２４と弾性支持部５０の内周側接合部５０６との接合する際に、リングコア６１２が円筒状であっても、固定治具により容易に確実に挟持して固定させることができる。例えば、弾性支持部５０の内周側接合部５０６に対して固定部６１２４をカシメて（所謂、変形させて）固定する際に、その工程を安定して行うことができる。

リングコア６１２は、弾性支持部５０との接合部分近傍の外周、ここでは、固定部６１２４に隣接して配置され、変形時の弾性支持部５０の干渉を回避する切欠状の逃げ部６１２２を有する。
リングコア６１２において、固定部６１２４のカシメ爪部６１２４ａと固定段差面６１２４ｂは、逃げ部６１２２よりも下端側に設けられている。

逃げ部６１２２は、可動体６０がベースプレート４２側に移動する際の弾性支持部５０の干渉を逃げて回避する。なお、弾性支持部５０が、可動体６０の下端部（固定部６１２４）で接合されているので、可動体６０が平板コア６１４側に移動しても、可動体６０は弾性支持部５０の変形部分から離れる方向に移動するので、その際の逃げ部は不要である。

逃げ部６１２２の軸方向、つまり振動方向の長さは、逃げ部６１２２の一端側（ここでは下端側）の開口端部で接合される弾性支持部５０、具体的には、ばねの可動範囲により設定される。

逃げ部６１２２の振動方向の長さ（開口範囲）は、弾性支持部５０である板ばねの可動範囲、つまり、可動体６０の可動範囲の１／２〜２／３の長さ（変形時における弾性支持部５０の干渉を回避するための寸法として「逃げ寸法」とも称する）で設定される。逃げ寸法を可動範囲の１／２〜２／３とすることにより、弾性支持部５０である板ばねが変形時に干渉することなく、可動体６０の質量を維持した状態で駆動させることができる。

図１２は、弾性支持部５０と可動体６０のリングコア６１２との接合部を示す斜視図であり、図１３は、弾性支持部５０と可動体６０のリングコア６１２との接合部の説明に供する図であり、図１３Ａは円環状の内周側接合部５０６をリングコア６１２の固定部６１２４に嵌め込んだ状態を示し、図１３Ｂは、円環状の内周側接合部５０６をリングコア６１２に接合した状態を示す。まず、図１２を参照して弾性支持部５０について説明する。

弾性支持部５０は、外周側の他端部としての外周側接合部５０２と内周側の一端部としての内周側接合部５０６とが、弾性変形により厚み方向に変位可能である。弾性支持部５０は、常態時において、可動体６０の移動方向と直交するよう（ここでは水平方向）に配置されている。
具体的には、弾性支持部５０は、中央に開口を有するリング状の板ばねであり、外周側に配置される外周側接合部５０２と、内周側に配置される内周側接合部５０６を、外周側接合部５０２と内周側接合部５０６とを接続するアーム部５０４とを有する。

本実施の形態では、弾性支持部５０において、外周側接合部５０２及び内周側接合部５０６は、それぞれ円環状に形成され、間隔を空けて配置されている。この間隔内に配置された円弧状のアーム部５０４は、アーム部５０４の両端部で外周側接合部５０２及び内周側接合部５０６にそれぞれ接続され、弾性変形する。主にこのアーム部５０４の弾性変形により、外周側接合部５０２と内周側接合部５０６とは厚み方向で変位自在である。なお、外周側接合部５０２と内周側接合部５０６の変位量は、アーム部５０４の長さにより調整できる。

弾性支持部５０は、図３に示すように、内周側の内周側接合部５０６で可動体６０に接合され、外周側の外周側接合部５０２で固定体２０に固定される。
弾性支持部５０の円環状の内周側接合部５０６は、リングコア６１２の固定部６１２４（詳細には、カシメ爪部６１２４ａ）に外嵌して接合され、リングコア６１２からリングコア６１２の半径方向外側に延在するように固定されている。

本実施の形態では、図１３に示すように、弾性支持部５０の他端部をリングコア６１２のカシメ爪部６１２４ａに外嵌してカシメ爪部６１２４ａをカシメることで接合されている。

具体的には、図１３Ａに示すように、リングコア６１２の下端部６１２４に弾性支持部５０の内周側接合部５０６を外嵌して、環状の固定段差面６１２４ｂ上に位置させる。
次いで、図１３Ｂに示すように、カシメ爪部６１２４ａを打ったり締めたりすることにより、内周側接合部５０６は、固定段差面６１２４ｂとで挟むようにして強固に留められる。カシメ爪部６１２４ａは、リングコア６１２の開口縁の全周に渡って内周側接合部５０６をカシメて接合している。

これにより、内周側接合部５０６は、リングコア６１２を全周カシメ加工することにより確実に固定されている。よって、接着を用いた場合において駆動時に外れるような力か掛かっても、外れることがない。また、溶接を用いた場合と異なり、溶接するスペースを可動体６０の各部品或いは弾性支持部５０に設ける必要が無い。これにより、そのスペースを確保するために弾性支持部５０である板ばねの設計自由度が低下することがない。
さらに、円筒状のリングコア６１２の下端部に固定部６１２４は設けられているので、円筒状のリングコア６１２の中央部分に固定部６１２４を設けた場合よりも、弾性支持部５０である板ばねの設計スペースを振動方向にも広げることができ、固定部６１２４の全周に亘るカシメ作業も容易に行うことができる。
このように、弾性支持部５０である板ばねと可動体６０とを強固に接続でき、弾性支持部５０の設計自由度を高くすることができる。

振動アクチュエータ１０では、図１４に示す磁気回路が形成される。また、振動アクチュエータ１０において、コイル４８は、可動体６０のマグネット６５及びセンターヨーク６３からの磁束に直交するように配置されている。したがって、図１４に示すように通電が行われると、マグネット６５の磁界とコイル４８に流れる電流との相互作用により、フレミング左手の法則に従ってコイル４８に−Ｆ方向のローレンツ力が生じる。

−Ｆ方向のローレンツ力の方向は、磁界の方向とコイル４８に流れる電流の方向に直交する方向（図１４ではベースプレート４２側）である。コイル４８はベースプレート４２側（下側固定部であるコイルホルダ４４）に固定されているので、作用反作用の法則に則り、この−Ｆ方向のローレンツ力と反対の力が、マグネット６５を有する可動体６０にＦ方向の推力として発生し、マグネット６５を有する可動体側がＦ方向、つまり平板コア６１４（上部固定体３０）側に移動する。可動体６０は、図示しない制御部からの駆動信号に従い駆動し、Ｆ方向に移動した際に、駆動条件によっては、緩衝部材３８に接触（具体的には、衝突）する。

また、コイル４８の通電方向が逆方向に切り替わり、コイル４８に通電が行われると、逆向きのＦ方向のローレンツ力が生じる。このＦ方向のローレンツ力の発生により、作用反作用の法則に則り、このＦ方向のローレンツ力と反対の力が、可動体６０に推力（−Ｆ方向の推力）として発生し、可動体６０は、−Ｆ方向、つまり、ベースプレート４２（下部固定体４０）側に移動する。可動体６０は、駆動信号に従い駆動し、−Ｆ方向に移動した際に、駆動条件によっては、緩衝部材４６に接触（具体的には、衝突）する。

振動アクチュエータ１０は、コイル４８を有する固定体２０と、コイル４８の軸方向（ＡＬ）に磁化され、コイル４８の半径方向内側に配置されるマグネット６５を有し、弾性支持部５０により弾性保持された状態でコイル４８の内側でコイル４８の軸方向に移動可能に配置される可動体６０とを備える。

振動アクチュエータ１０では、内周側接合部５０６が可動体６０に固定された板ばねとしての弾性支持部５０の外周側接合部５０２が、固定体２０を構成する上側固定体３０と下側固定体４０とに挟み込まれることで固定されている。これにより、弾性支持部５０は、振動アクチュエータ１０の天面（平板コア６１４）と底面（ベースプレート４２）とから離間した状態で固定され、可動体６０を可動自在に支持している。

これにより、可動体６０を有する可動ユニット７０が、ケース３２とベースプレート４２とからなる固定体２０の筐体の内部で、上側ばね固定部３４とコイルホルダ４４により挟み込みにて固定されるので、所望の振動を得つつ、組立性が良く、構造が簡単であり、工程コストの低減を図ることができる。また、シャフト３６を有しているので、一層、耐衝撃性が高く、十分な体感振動を得ることができる。

ここで、振動アクチュエータ１０は、電源供給部（図示略）からコイル４８へ入力される交流波によって駆動される。つまり、コイル４８の通電方向は周期的に切り替わり、可動体６０には、平板コア６１４側のＦ方向の推力とベースプレート４２側のＦ方向の推力が交互に作用する。これにより、可動体６０は、コイル４８の巻回軸方向、つまり、シャフト３６の延在方向に振動する。

以下に、振動アクチュエータ１０の駆動原理について簡単に説明する。本実施の形態の振動アクチュエータ１０では、可動体６０の質量をｍ［ｋｇ］、ばね（板ばね）のねじり方向のバネ定数をＫ_ｓｐとした場合、可動体６０は、固定体２０に対して、下式（１）によって算出される共振周波数ｆ_ｒ［Ｈｚ］で振動する。

可動体６０は、バネ−マス系の振動モデルにおけるマス部を構成すると考えられるので、コイル４８に可動体６０の共振周波数ｆ_ｒに等しい周波数の交流波が入力されると、可動体６０は共振状態となる。すなわち、電源供給部からコイル４８に対して、可動体６０の共振周波数ｆ_ｒと略等しい周波数の交流波を入力することにより、可動体６０を効率良く振動させることができる。

振動アクチュエータ１０の駆動原理を示す運動方程式及び回路方程式を以下に示す。振動アクチュエータ１０は、下式（２）で示す運動方程式及び下式（３）で示す回路方程式に基づいて駆動する。

すなわち、振動アクチュエータ１０における質量ｍ［ｋｇ］、変位ｘ（ｔ）［ｍ］、推力定数Ｋ_f［Ｎ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、ばね定数Ｋ_sp［Ｎ／ｍ］、減衰係数Ｄ［Ｎ／（ｍ／ｓ）］等は、式（２）を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧ｅ（ｔ）［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、インダクタンスＬ［Ｈ］、逆起電力定数Ｋ_ｅ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）］は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。

このように、振動アクチュエータ１０では、可動体６０の質量ｍと板ばねである弾性支持部５０のバネ定数Ｋ_ｓｐにより決まる共振周波数ｆ_ｒに対応する交流波によりコイル４８への通電を行った場合に、効率的に大きな振動出力を得ることができる。

また、振動アクチュエータ１０は、式（２）、（３）を満たし、式（１）で示す共振周波数を用いた共振現象により駆動する。これにより、振動アクチュエータ１０では、定常状態において消費される電力は負荷トルクによる損失及び摩擦などによる損失だけとなり、低消費電力で駆動、つまり、可動体６０を低消費電力で直線往復振動させることができる。

本実施の形態によれば、振動アクチュエータ１０は、可動ユニット７０の弾性支持部５０を、上側ばね固定部３４を有する上側固定体３０と、コイルホルダ４４を有する下側固定体４０とで挟持することで組み立てることができる。つまり、組立時において、上側固定体３０、下側固定体４０及び可動ユニット７０を予め組み立てた後で、これらを組み付けるだけで振動アクチュエータ１０を組み立てることができる。

また、本実施の形態によれば、一端部（下端部）で弾性支持部５０の外周側接合部５０２をコイルホルダ４４とともに挟持する上側ばね固定部３４の他端部（上端部）には、複数の撓み部（突起）３４４が設けられている。これにより、振動アクチュエータ１０の組立時において、撓み部３４４が撓むことにより高さ寸法の調整が可能である。すなわち、振動アクチュエータ１０の組立時において、ケース３２内に、上側ばね固定部３４とコイルホルダ４４とで可動ユニット７０の外周部分から張り出す弾性支持部５０の外周側接合部５０２を挟持して収める際に、各部品の累積公差により、部品（例えば、コイルホルダ４４が外側にはみ出す場合でも、撓み部３４４が撓むことにより、これら部品を好適に収容して組みつけることができ、強制的に組み付けを行う必要が無く、ケース３２が変形することがない。

また、アクチュエータの構成として、円柱状の可動体と、その外周を囲むように配置される固定体との間に、双方に取りつけられる弾性支持部が配置される構成では、可動体の可動時に変形する弾性支持部が可動体に干渉する恐れがある。

これに対し、本実施の形態の振動アクチュエータ１０では、弾性支持部５０が、可動体６０の振動方向の一端部、ここでは下端部である固定部６１２４に接合され、且つ、固定部６１２４に隣接して逃げ部６１２２が設けられている。これにより、可動体６０が振動方向に可動して変位しても、その変位した状態を変形することで支持する弾性支持部５０が、可動体６０に干渉することがない。

また、この逃げ部６１２２は、可動体６０の振動方向（コイル４８の軸方向）における可動範囲の１／２〜２／３の長さで窪むように形成されている。これにより、逃げ部６１２２を形成するために可動部コア６１の一部であるリングコア６１２の質量を必要以上に小さくすることなく、可動体６０の可動範囲において好適な質量を確保して振動出力の低下を防止できる。

また、本実施の形態の振動アクチュエータ１０は、上述した携帯機器の他、振動を必要とする美顔マッサージ器等の電動理美容器具に用いることができる。

なお、上記本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、種々の改変をなすことができ、そして本発明が該改変させたものに及ぶことは当然である。たとえば、固定部６１２４と弾性支持部５０の接合は、カシメ爪部６１２４ａをカシメることに限定されるものではなく、固定部６１２４と弾性支持部５０の接触箇所あるいはその近傍に接着剤を塗布し固定することや、溶接による固定、固定部６１２４と別部材により、弾性支持部５０を挟持固定してもよい。

本発明に係る振動アクチュエータは、溶接スペース等の接合のためのスペースを確保する必要が無く、確実に可動体と、可動体を弾性支持するばねとを接合でき、ばねの設計自由度も高くできる振動発生源として有用である。

１０ 振動アクチュエータ
２０ 固定体
２０ａ 囲み壁部
３０ 上側固定体
３２ ケース
３４ 上側ばね固定部
３６ シャフト
３８ 緩衝部材
４０ 下側固定体
４２ ベースプレート
４４ コイルホルダ（下側ばね固定部）
４６ 緩衝部材
４８ コイル
５０ 弾性支持部
６０ 可動体
６１ 可動部コア（コア部）
６３ センターヨーク
６４ 下側軸受け
６５ マグネット
６７ 上側軸受け
７０ 可動ユニット
３２２ 上面部
３２４ 周壁部
３４２ 上側当接部
３４４ 撓み部
４２２ 突出板部
４２８ 位置決め凹部
４４２ ホルダ本体
４４４ 下側当接部
４４６ 導出部
４４８ 位置決め凸部
５０２ 外周側接合部
５０４ アーム部
５０６ 内周側接合部
６１２ リングコア（リング状部材）
６１４ 平板コア（板状部材）
６３２ 段差部
６４２、６７２ 抜け止め部
３２４１ 爪部
６１２２ 逃げ部(窪み)
６１２４ 固定部
６１２４ａ カシメ爪部
６１２４ｂ 固定段差面
６１２８ 平面部（固定用平面部）
６１４２ 段差部

Claims (6)

1. コイル及び前記コイルの半径方内側に間隔をあけて配置されるマグネットのうちの一方を有する可動体、前記コイル及び前記マグネットのうちの他方を有する固定体、及び前記可動体を前記固定体に対して可動自在に支持する弾性支持部を有し、給電される前記コイルと前記マグネットの協働により、前記可動体が前記固定体に対して前記マグネットの着磁方向で振動する振動アクチュエータであって、
   前記固定体は、前記可動体を前記着磁方向と交差する方向で囲むように配置される囲み壁部を有し、
   前記弾性支持部は、前記囲み壁部の内面と対向する前記可動体の外周に一端部が固定され、他端部が前記囲み壁部に固定された、前記可動体の外周から放射方向に配置される板ばねであり、
   前記弾性支持部の一端部は、前記可動体に設けられた固定部により接合されている、
   振動アクチュエータ。
2. 前記固定部は、前記可動体の振動方向において前記コイル及び前記マグネットのうちの他方側の端部に設けられている、
   請求項１記載の振動アクチュエータ。
3. 前記可動体の外周に、固定治具により挟持固定可能な固定用平面部が設けられている、
   請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
4. 前記可動体は、前記コイル及び前記マグネットのうちの一方が固定されるとともに、前記コイル及び前記マグネットの双方を囲むように配置され、前記可動体の外周を構成する有蓋筒状の磁性体からなるコア部を有し、
   前記コア部は、板状部材とリング状部材とからなる、
   請求項１から３のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
5. 前記固定部は、前記リング状部材の開口縁部に設けられ、
   前記リング状部材には、前記弾性支持部の変形時の干渉を回避するための窪みが設けられている、
   請求項４に記載の振動アクチュエータ。
6. 前記窪みの振動方向での開口範囲は、前記可動体の可動範囲の１／２〜２／３である、 請求項５に記載の振動アクチュエータ。

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