JP2020195934A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の共振周波数の振動および複数の方向の振動を出力可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１は、可動体６および支持体２に接続された接続体９と、可動体６を支持体２に対して振動させる磁気駆動回路１０を備える。アクチュエータ１は、可動体６が支持体２に対して第１方向Ｚに交差する第２方向Ｘに振動する際の共振周波数ｆＡと、可動体６が支持体２に対して第２方向Ｘに直交する第３方向Ｙに振動する際の共振周波数ｆＢとが異なる。例えば、接続体９の一部（第２接続体９２）は、可動体６が第２方向Ｘに振動する際に、せん断方向に変形し、可動体６が第３方向Ｙに振動する際に、伸縮方向に変形する。これにより、粘弾性体のせん断方向のばね定数と伸縮方向のばね定数が相違することを利用して、振動方向による共振周波数の違いを作り出す。【選択図】図３

Description

本発明は、可動体を振動させるアクチュエータに関する。

従来から、磁石とコイルの一方を備えた可動体と、磁石とコイルの他方を備えた固定体とを備え、コイルに駆動電流を流すことにより、可動体を固定体に対して振動させるアクチュエータが用いられている。この種のアクチュエータは、固定体と可動体とを接続する接続体として弾性体や粘弾性体を用いる。

特許文献１には、錘体を振動させる振動発生装置が開示される。特許文献１の振動発生装置は、固定体である筐体の内部に、可動ベースおよび錘体と、磁気駆動部が配置される。錘体は、可動ベースに設けられた第１の弾性変形部に接続され、可動ベースに設けられた第２の弾性変形部は、筐体に接続される。磁気駆動部は、錘体に配置されるコイルと、可動ベースに配置される磁石を備える。

特開２００８−９３６２３号公報

可動体と固定体とを接続体によって接続したアクチュエータでは、可動体の質量と接続体のばね定数によって決まる共振周波数と、コイルへ流す駆動電流の周波数（駆動周波数）とが一致した際に可動体の加速度が最も大きくなるという振動特性を有する。そのため、大きな振動を出力できる周波数は共振周波数に限定され、様々な周波数の振動を出力できない。

特許文献１の振動発生装置は、可動ベースに対して錘が振動する際の共振周波数と、筐体に対して可動ベースおよび錘が振動する際の共振周波数が異なるように、第１の弾性変形部と第２の弾性変形部の曲げ弾性係数を設定している。従って、共振周波数が１つではなく複数存在するので、複数の周波数の振動を出力できる。

しかしながら、特許文献１の振動発生装置は、第１の共振周波数で振動する際と、第２の共振周波数で振動する際に、異なる弾性変形部が弾性変形する。従って、共振周波数ごとに異なる弾性変形部を設ける必要があるため、振動系の構成が複雑化する。また、第１の共振周波数で振動する際は、錘体が振動し、第２の共振周波数で振動する際は、可動ベースおよび錘体が振動しており、振動部分の範囲まで変わってしまう。従って、筐体に対して可動ベースが振動する場合と、可動ベースに対して錘が振動する場合があるため、さらに構成が複雑になっている。

また、特許文献１の振動発生装置は、磁気駆動部が錘を振動させる方向は１方向のみであるため、互いに異なる複数の方向の振動を発生させることができない。従来、複数の方向の振動を発生させるアクチュエータには、振動方向毎に磁気駆動部を設ける必要がある。従って、複数の磁気駆動部を設ける必要があるため、構成が複雑化し、制御も複雑化してしまう。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、アクチュエータの構成を複雑化させることな
く、複数の共振周波数の振動および複数の方向の振動を出力できる構成を提案することにある。

上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、支持体と、可動体と、前記可動体および前記支持体に接続された接続体と、コイルおよび前記コイルに第１方向で対向する磁石を備え、前記可動体を前記支持体に対して前記第１方向に交差する方向に相対的に振動させる磁気駆動回路と、を有し、前記接続体は、前記可動体が前記支持体に対して前記第１方向に交差する第２方向に振動する第１振動系を構成し、且つ、前記可動体が前記支持体に対して前記第２方向に直交する第３方向に振動する第２振動系を構成し、前記第１振動系の共振周波数と、前記第２振動系の共振周波数とが異なることを特徴とする。

本発明によれば、可動体、支持体、および接続体は、可動体が互いに直交する２方向に振動可能となっており、２方向のうちのいずれか一方側の方向（第２方向）に振動する際と、２方向のうちの他方側の方向（第３方向）に振動する際とでは、可動体を振動させる振動系の共振周波数が異なる。従って、共通の接続体によって、共振周波数が異なる複数の振動系を構成できる。また、共振周波数だけでなく、振動の方向も異なる。従って、簡素な構成で、２種類の共振周波数および２種類の方向の振動を出力することができる。

本発明において、前記接続体の少なくとも一部は、粘弾性体であり、前記粘弾性体は、前記可動体が前記第２方向と前記第３方向のうちの一方側の方向に振動する際に、せん断方向に変形し、前記可動体が前記第２方向と前記第３方向のうちの他方側の方向に振動する際に、伸縮方向に変形する位置に配置されることが好ましい。このようにすると、同一の粘弾性体が、可動体が一方側の方向へ振動する際は、せん断方向のばね定数を持つ部材として利用され、可動体が他方側の方向へ振動する際は、伸縮方向のばね定数を持つ部材として利用される。従って、粘弾性体のせん断方向のばね定数と伸縮方向のばね定数が相違することを利用して、振動方向によって接続体のばね定数の強弱を変えることができる。よって、簡素な構成で、第１振動系と第２振動系の共振周波数を変えることができる。

本発明において、前記接続体は、第１接続体と、前記第１接続体とは異なる位置に配置される第２接続体を備え、前記第２接続体は、前記可動体と前記支持体とが、前記第２方向もしくは前記第３方向のいずれかの方向で対向する位置に配置される粘弾性体であることが好ましい。このようにすると、第１接続体は、可動体が第２方向と第３方向のいずれの方向に振動してもせん断変形し、第２接続体は、可動体が第２方向と第３方向のいずれか一方側に振動する際にはせん断変形し、可動体が第２方向と第３方向の他方側に振動する際には伸縮方向に変形する。従って、可動体が第２方向と第３方向のいずれか一方側に振動する際には、第１接続体のせん断方向のばね定数と、粘弾性体（第２接続体）のせん断方向のばね定数の合成値が接続体全体としてのばね定数となり、可動体が第２方向と第３方向の他方側に振動する際には、第１接続体のせん断方向のばね定数と、粘弾性体の伸縮方向のばね定数の合成値が接続体全体としてのばね定数となる。従って、可動体の振動方向によって、接続体全体としてのばね定数が変わるので、振動方向による共振周波数の違いを作り出すことができる。

本発明において、前記第１接続体は、前記可動体と前記支持体とが、前記第１方向で対向する位置に配置される粘弾性体であることが好ましい。このようにすると、第１接続体によって、第２方向および第３方向へ振動可能な状態で可動体を支持できる。また、第１接続体は、第２方向および第３方向のいずれの方向へ振動する際もせん断変形するので、第１接続体のばね定数は変化しない。従って、第１接続体および第２接続体として同じ部材を用いた構成でありながら、振動方向によってばね定数が変化する構成を実現できる。

本発明において、前記接続体は、前記可動体と前記支持体とが、前記第２方向もしくは前記第３方向のいずれかの方向で対向する位置に配置される粘弾性体であることが好ましい。このように、接続体を第２方向もしくは第３方向に配置し、第１方向には配置しない構成であっても、振動方向によってばね定数が変化する構成を実現できる。また、接続体の数を少なくすることができる。

本発明において、前記磁気駆動回路は、前記第２方向および前記第３方向を含む面内方向であって、且つ、前記第２方向および前記第３方向とは異なる第４方向の駆動力を発生させることが好ましい。このように、２つの振動方向に対して斜めの方向を駆動方向とすることにより、駆動方向が１方向であっても、第２方向および第３方向の２方向に可動体を励振することができる。従って、駆動方向毎に異なる磁気駆動回路を設ける必要がなく、共通の磁気駆動回路の駆動周波数の制御によって、可動体の振動の方向および振動の周波数を変えることができる。よって、アクチュエータ１の構成および制御を簡素化できる。

本発明において、前記磁石は、前記第４方向に分極しており、前記コイルの中心は、前記磁石の着磁分極線上に位置することが好ましい。このようにすると、単純な構成で、第４方向の駆動力を発生させることができる。

本発明において、前記第１方向で対向する前記磁石および前記コイルの組を複数備え、前記複数組の前記磁石および前記コイルは、前記第２方向または前記第３方向に並んでいることが好ましい。このようにすると、アクチュエータが第２方向に長い平面形状である場合に、アクチュエータ内のスペースを有効利用して、多くの磁石とコイルの対を配置できる。これにより、大きな駆動力で可動体を振動させることができるので、大きな振動を出力することができる。

本発明によれば、可動体、支持体、および接続体は、可動体が互いに直交する２方向に振動可能となっており、２方向のうちのいずれか一方側の方向（第２方向）に振動する際と、２方向のうちの他方側の方向（第３方向）に振動する際とでは、可動体を振動させる振動系の共振周波数が異なる。従って、共通の接続体によって、共振周波数が異なる複数の振動系を構成できる。また、共振周波数だけでなく、振動の方向も異なる。従って、簡素な構成で、２種類の共振周波数および２種類の方向の振動を出力することができる。

本発明の実施形態に係るアクチュエータの外観斜視図である。 図１のアクチュエータの分解斜視図である。 外装ケースおよび給電基板を取り外したアクチュエータを第１方向の他方側から見た分解斜視図である。 外装ケースおよび給電基板を取り外したアクチュエータを第１方向の一方側から見た分解斜視図である。 外装ケースおよび給電基板を取り外した支持体の分解斜視図である。 コイルホルダ、接続体、および磁気駆動回路の平面図である。 アクチュエータの振動特性を模式的に示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明において、互いに直交する３つの方向を各々、第１方向Ｚ、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙとして説明する。また、第２方向Ｘの一方側にＸ１を付し、第２方向Ｘの他方側にＸ２を付し、第３方向Ｙの一方側にＹ１を付し、第３方向Ｙの他方側にＹ２を付し、第１方向Ｚの一方側に
Ｚ１を付し、第１方向Ｚの他方側にＺ２を付して説明する。

本発明を適用したアクチュエータ１は、可動体６を支持体２に対して相対移動させる磁気駆動回路１０を備える。磁気駆動回路１０は、磁石７と、磁石７に対向するコイル５を備える。磁気駆動回路１０は、コイル５が支持体２の側に設けられ、磁石７が可動体６の側に設けられた態様、および、磁石７が支持体２の側に設けられ、コイル５が可動体６の側に設けられた態様を採用することができる。以下に説明する実施形態は、コイル５が支持体２に設けられ、磁石７が可動体６に設けられている。

図１は、本発明の実施形態に係るアクチュエータ１の外観斜視図である。図２は、図１のアクチュエータ１の分解斜視図である。図３は、外装ケース３および給電基板３０を取り外したアクチュエータ１を第１方向Ｚの他方側Ｚ２から見た分解斜視図である。図４は、外装ケース３および給電基板３０を取り外したアクチュエータ１を第１方向の他方側から見た分解斜視図である。図５は、外装ケース３および給電基板３０を取り外した支持体２の分解斜視図である。図６は、コイルホルダ４、接続体９、および磁気駆動回路１０の平面図である。

（全体構成）
図１に示すように、実施形態１のアクチュエータ１は、第３方向Ｙに長手方向を向けた直方体形状である。図２に示すように、アクチュエータ１は、角形の外装ケース３を含む支持体２と、外装ケース３の内部において、支持体２に対して第２方向Ｘおよび第３方向Ｙに相対的に移動可能に支持された可動体６とを有する。支持体２は、外装ケース３、コイルホルダ４、コイル５（図５参照）、および給電基板３０を備える。可動体６は、磁石７（図３、図４参照）およびヨーク８を備える。

コイル５と磁石７は第１方向Ｚで対向しており、可動体６を第２方向Ｘおよび第３方向Ｙに振動させる磁気駆動回路１０（図６参照）を構成している。本形態では、磁気駆動回路１０が第３方向Ｙに２組並んでいる。

可動体６は、可動体６と支持体２との間に配置された接続体９を介して支持体２に支持される。図２〜図４に示すように、接続体９は、可動体６と支持体２とが第１方向Ｚで対向する位置に配置される第１接続体９１と、可動体６と支持体２とが第２方向Ｘで対向する位置に配置される第２接続体９２とを備える。本形態では、接続体９は、粘弾性体からなる。

アクチュエータ１は、可動体６が第２方向Ｘまたは第３方向Ｙに振動することにより、アクチュエータ１や、アクチュエータ１を取り付けた機器等を利用する者に触覚を与える振動デバイスとして使用することができる。例えば、アクチュエータ１は、ゲーム機の操作部材、操作パネル、自動車のハンドルや座席等に組み込んで使用することができる。アクチュエータ１を触覚デバイスとして使用する際、可動体６が第２方向Ｘに振動する際の共振周波数ｆＡ（図７参照）と、可動体６が第３方向Ｙに振動する際の共振周波数ｆＢ（図７参照）とが異なるため、コイル５に印加する交流波形の周波数を調整して、可動体６を２種類の方向および周波数で振動させることができる。従って、利用者に２種類の異なる振動を体感させることができる。また、コイル５に印加する交流波形を調整して、可動体６が一方側に移動する加速度と、可動体６が他方側に移動する加速度とを相違させれば、利用者は、方向性を有する振動を体感することができる。

（可動体）
図３、図４に示すように、可動体６において、磁石７は、第１永久磁石７１および第２永久磁石７２を備える。第１永久磁石７１は、コイル５に第１方向Ｚの一方側Ｚ１で対向
し、第２永久磁石７２は、コイル５に第１方向Ｚの他方側Ｚ２で対向する。第１永久磁石７１および第２永久磁石７２は各々、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙと交差する方向（後述する第４方向Ｆ）の一方側と他方側が異なる極に着磁されている。本形態では、第２方向Ｘの一方側Ｘ１および第３方向Ｙの他方側Ｙ２と、第２方向Ｘの他方側Ｘ２および第３方向Ｙの一方側Ｙ１とが異なる極に着磁されている。上記のように、本形態では、磁気駆動回路１０を２組備えているため、第１永久磁石７１および第２永久磁石７２は、それぞれ、第２方向Ｘに２個並んでいる。

ヨーク８は磁性板からなり、磁石７を保持している。図３、図４に示すように、ヨーク８は、第１ヨーク８１と、第１ヨーク８１の第１方向Ｚの他方側Ｚ２に位置する第２ヨーク８２の２部材を組み立てて構成される。第１ヨーク８１は、平板状の第１板部８１１を備える。第２ヨーク８２は、第１板部８１１と第１方向Ｚで対向する第２板部８２１を備える。第１板部８１１および第２板部８２１は、第３方向Ｙを長手方向とする略長方形である。図３に示すように、第１永久磁石７１は、第１板部８１１の第１方向Ｚの他方側Ｚ２の面に保持される。また、図４に示すように、第２永久磁石７２は、第２板部８２１の第１方向Ｚの一方側Ｚ１の面に保持される。

第１ヨーク８１は、第１板部８１１の第３方向Ｙの中央部分から第２方向Ｘの一方側Ｘ１および他方側Ｘ２へ張り出した一対の張り出し部８１２と、第１板部８１１の第３方向Ｙの両端から第１方向Ｚの他方側Ｚ２へ突出する第１接続部８１３を備える。また、第２ヨーク８２は、第２板部８２１の第３方向Ｙの中央部分から第２方向Ｘの一方側Ｘ１および他方側Ｘ２へ張り出した一対の張り出し部８２２と、第２板部８２１の第３方向Ｙの両端から第１方向Ｚの一方側Ｚ１へ突出する第２接続部８２３を備える。第１ヨーク８１と第２ヨーク８２は、第１接続部８１３の先端部分と第２接続部８２３の先端部分とが溶接等の方法で連結されている。

（支持体）
図１、図２に示すように、支持体２において、外装ケース３は、第１ケース部材３１および第２ケース部材３２を備える。第１ケース部材３１と第２ケース部材３２との間には、コイルホルダ４、コイル５および可動体６が収容される。外装ケース３は、第１ケース部材３１の第２方向Ｘの両側に設けられた一対の側板部３１１に、第２ケース部材３２の第２方向Ｘの両側に設けられた一対の側板部３２１が被さった状態に組み立てられる。外装ケース３の第３方向Ｙの両端は開口部になっており、第３方向Ｙの一方側Ｙ１の開口部に給電基板３０が配置される。

第１ケース部材３１の一対の側板部３１１には、第３方向Ｙの両端部に切欠き３３が形成されている。第２ケース部材３２の一対の側板部３２１には、第３方向Ｙの両端部に切欠き３４が形成されている。また、第２ケース部材３２の側板部３２１において第３方向Ｙで離間する２箇所には、係合穴３５が形成されている。

コイルホルダ４は、第１方向Ｚから見て第３方向Ｙの長さが第２方向Ｘの幅より長い長方形である。図２に示すように、コイルホルダ４の第２方向Ｘの他方側Ｘ２の側面には、第３方向Ｙの両端の２箇所に凸部４０１が形成されるとともに、第３方向Ｙで離間する２箇所に係合凸部４０２が形成されている。

図１に示すように、外装ケース３は、コイルホルダ４の凸部４０１が、第１ケース部材３１の切欠き３３および第２ケース部材３２の切欠き３４に嵌まるとともに、コイルホルダ４の係合凸部４０２が、第２ケース部材３２の係合穴３５に係合されるように組み立てられる。コイルホルダ４の第２方向Ｘの一方側Ｘ１の側面にも、同様に、第１ケース部材３１の切欠き３３および第２ケース部材３２の切欠き３４に嵌まる凸部が形成されるとと
もに、第２ケース部材３２の係合穴３５に係合される係合突部が形成されている。

コイルホルダ４は、第１方向Ｚから見て第３方向Ｙの長さが第２方向Ｘの幅より長い長方形である。コイルホルダ４は、第２方向Ｘの中央において第３方向Ｙに延びる板部４１を備える。図５に示すように、板部４１には、コイル配置穴４１０が第１方向Ｚで開口している。コイル配置穴４１０は、コイル５が内側に配置される円形の貫通穴であり、第３方向Ｙに２箇所並んでいる。コイル５は、円環状の平面形状を有する空芯コイルであり、コイルホルダ４に保持される。コイル５は、第３方向Ｙに２個並んで配置される。各コイル５には、第１方向Ｚの一方側Ｚ１で第１永久磁石７１が対向し、第１方向Ｚの他方側Ｚ２で第２永久磁石７２が対向する。

コイルホルダ４は、板部４１の第２方向Ｘの両側の縁を内側へ切り欠いた切欠き部４２、４３を備える。切欠き部４２、４３は、板部４１の第３方向Ｙの中間部分に設けられている。コイルホルダ４は、切欠き部４２、４３の第３方向Ｙの一方側Ｙ１において、板部４１の第３方向Ｙの一方側Ｙ１の縁から第１方向Ｚの一方側Ｚ１に向けて突出する側板部４１３を備えるとともに、板部４１の第２方向Ｘの一方側Ｘ１の縁、および第２方向Ｘの他方側Ｘ２の縁からは、第１方向Ｚの一方側Ｚ１、および他方側Ｚ２に向けて側板部４１４、４１５が突出している。また、切欠き部４２、４３の第３方向Ｙの他方側Ｙ２において、板部４１の第３方向Ｙの他方側Ｙ２の縁、第２方向Ｘの一方側Ｘ１の縁、および第２方向Ｘの他方側Ｘ２の縁からは、第１方向Ｚの一方側Ｚ１、および他方側Ｚ２に向けて側板部４１７、４１８、４１９が突出している。

コイルホルダ４において、板部４１の第３方向Ｙの一方側Ｙ１の縁に設けられた側板部４１３の内側（Ｙ２側）には、板部４１を第１方向Ｚに貫通する開口部４４が設けられている。また、板部４１の第３方向Ｙの他方側Ｙ２の縁に設けられた側板部４１７の内側（Ｙ１側）には、板部４１を第１方向Ｚに貫通する開口部４５が設けられている。開口部４４、４５には、第１ヨーク８１と第２ヨーク８２の接続部（第１接続部８１３の先端部分と第２接続部８２３の先端部分とが連結された部分）および第２接続体９２が配置される。第２接続体９２は、第１ヨーク８１と第２ヨーク８２の接続部と、コイルホルダ４の側板部４１３、４１７とが第３方向Ｙで対向する位置に配置される。

側板部４１４、４１５の内面４１４ｓ、４１５ｓ、および、側板部４１８、４１９の内面４１８ｓ、４１９ｓは、可動体６が第２方向Ｘに移動する際の可動範囲を規定する度当たり部として機能する。すなわち、板部４１の第１方向Ｚの一方側Ｚ１では、第１ヨーク８１と内面４１４ｓ、４１５ｓ、４１８ｓ、４１９ｓとが第２方向Ｘで対向する。また、板部４１の第１方向Ｚの他方側Ｚ２では、第２ヨーク８２と内面４１４ｓ、４１５ｓ、４１８ｓ、４１９ｓとが第２方向Ｘで対向する。

また、コイルホルダ４において第３方向Ｙで離間する側板部４１４と側板部４１８との間、および、側板部４１５と側板部４１９との間には、第２ヨーク８２の張り出し部８２２が配置される。従って、側板部４１４と側板部４１８、および、側板部４１５と側板部４１９は、可動体６が第３方向Ｙに移動する際の可動範囲を規定する度当たり部として機能する。

コイルホルダ４には、板部４１に対して第１方向Ｚの一方側Ｚ１および他方側Ｚ２から重なるように第１プレート４７および第２プレート４８が取り付けられる。第１プレート４７および第２プレート４８は、非磁性材料からなる。本形態では、第１プレート４７および第２プレート４８は、非磁性のステンレンス板からなる。

第１プレート４７は、第３方向Ｙの両端縁の中央を矩形に切り欠いた切欠き部４７１と
、第２方向Ｘの両側から第１方向Ｚの一方側Ｚ１に斜めに突出した爪部４７２を有する。同様に、第２プレート４８は、第３方向Ｙの両端縁の中央を矩形に切り欠いた切欠き部４８１と、第２方向Ｘの両側から第１方向Ｚの他方側Ｚ２に斜めに突出した爪部４８２を有する。切欠き部４７１、４８１は、コイルホルダ４の板部４１に設けられた開口部４４、４５と第１方向Ｚで重なっている。また、爪部４７２、４８２は、側板部４１４、４１５、４１８、４１９の内面４１４ｓ、４１５ｓ、４１８ｓ、４１９ｓに形成された溝状の凹部内部に弾性をもって当接する。これにより、第１プレート４７および第２プレート４８は、コイルホルダ４に保持されている。

コイル５は、接着剤により、コイルホルダ４に固定される。接着剤は、コイル５の空芯部５０に充填されて、コイル５とコイルホルダ４との間に流れ込んで硬化する。また、接着剤は、コイル５と第１プレート４７との間、第１プレート４７とコイルホルダ４との間、コイル５と第２プレート４８との間、および、第２プレート４８とコイルホルダ４との間に流れ込んで硬化する。従って、コイル５、第１プレート４７、第２プレート４８、およびコイルホルダ４は、接着剤が流れ込んで硬化した接着剤層によって固定される。コイル５をコイルホルダ４に固定する方法は、接着剤による方法以外にも、インサート一体成形等であってもよい。

アクチュエータ１は、給電基板３０を介して外部（上位の機器）からコイル５に給電する。図１、図２に示すように、給電基板３０は、コイルホルダ４のうち、第３方向Ｙの一方側で側板部４１３、４１４、４１５に囲まれた開口部に保持されている。コイル５から引き出されるコイル線（図示省略）は、コイルホルダ４の板部４１に沿って給電基板３０の第３方向Ｙの一方側Ｙ１へ引き出され、第１方向Ｚの他方側Ｚ２へ曲げられて給電基板３０に接続される。

（接続体）
可動体６は、可動体６および支持体２に接続された第１接続体９１および第２接続体９２によって、支持体２に対して第２方向Ｘおよび第３方向Ｙに相対移動可能に支持される。第１接続体９１は、可動体６と支持体２とが第１方向Ｚで対向する位置に配置される。また、第２接続体９２は、可動体６と支持体２とが第３方向Ｙで対向する位置に配置される。

第１接続体９１は、コイルホルダ４の第１方向Ｚの一方側Ｚ１および第１方向Ｚの他方側Ｚ２のそれぞれの位置において、第３方向Ｙで離間する２箇所に配置される。より詳細には、第１接続体９１は、図３に示すように、第１ヨーク８１の第１板部８１１と第１プレート４７の第３方向Ｙの一方側Ｙ１の端部との間、および、第１板部８１１と第１プレート４７の第３方向Ｙの他方側Ｙ２の端部との間の２箇所に配置される。また、第１接続体９１は、図４に示すように、第２ヨーク８２の第２板部８２１と第２プレート４８の第３方向Ｙの一方側Ｙ１の端部との間、および、第２板部８２１と第２プレート４８の第３方向Ｙの他方側Ｙ２の端部との間の２箇所に配置される。第１接続体９１は、第１方向Ｚの両面が各々、可動体６（第１板部８１１、第２板部８２１）および支持体（第１プレート４７、第２プレート４８）に接着等の方法で固定される。また、第１接続体９１は、可動体６と支持体２の間で、第１方向Ｚに圧縮された状態にある。

図３、図４に示すように、第２接続体９２は、コイルホルダ４の第３方向Ｙの両端部に設けられた開口部４４、４５に配置される。開口部４４に配置される第２接続体９２は、第３方向Ｙの一方側Ｙ１の面がコイルホルダ４の側板部４１３に接着等により固定され、第３方向Ｙの他方側Ｙ２の面は、ヨーク８の第３方向Ｙの一方側Ｙ１の端部に配置される第１接続部８１３および第２接続部８２３に接着等により固定される。また、開口部４５に配置される第２接続体９２は、第３方向Ｙの他方側Ｙ２の面がコイルホルダ４の側板部
４１７に接着等により固定され、第３方向Ｙの一方側Ｙ１の面は、ヨーク８の第３方向Ｙの他方側Ｙ２の端部に配置される第１接続部８１３および第２接続部８２３に接着等により固定される。第２接続体９２は、可動体６と支持体２の間で、第３方向Ｙに圧縮された状態にある。

可動体６が第２方向Ｘに振動する際、アクチュエータ１は、第１接続体９１がせん断方向に変形し、且つ、第２接続体９２もせん断方向に変形する第１振動系を構成する。従って、第１振動系における接続体９全体としてのばね定数は、第１接続体９１のせん断方向のばね定数と、第２接続体９２のせん断方向のばね定数とを合成した合成値となる。一方、可動体６が第３方向Ｙに振動する際、アクチュエータ１は、第１接続体９１がせん断方向に変形し、且つ、第２接続体９２は伸縮方向に変形する第２振動系を構成する。従って、第２振動系における接続体９全体としてのばね定数は、第１接続体９１のせん断方向のばね定数と、第２接続体９２の伸縮方向のばね定数とを合成した合成値となる。

第１接続体９１および第２接続体９２は、せん断方向に変形する際のばね定数と、伸縮方向に変形する際のばね定数が異なる。本形態では、第１接続体９１および第２接続体９２は粘弾性体である。例えば、第１接続体９１および第２接続体９２は、シリコーンゲル等からなるゲル状部材である。シリコーンゲルは、伸縮方向に変形する際のばね定数が、せん断方向に変形する際のばね定数の３倍程度になる粘弾性体である。粘弾性体は、厚さ方向と交差する方向（せん断方向）に変形する場合、引っ張られて伸びる方向の変形であるため、非線形の成分よりも線形の成分が大きい変形特性を備える。また、厚さ方向に押圧されて圧縮変形する際は、線形の成分よりも非線形の成分が大きい伸縮特性を備える一方、厚さ方向に引っ張られて伸びる場合は、非線形の成分よりも線形の成分が大きい伸縮特性を備える。

第１接続体９１および第２接続体９２として、天然ゴム、ジエン系ゴム（例えば、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等）、非ジエン系ゴム（例えば、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等）、熱可塑性エラストマー等の各種ゴム材料及びそれらの変性材料を用いてもよい。

（磁気駆動回路）
図６に示すように、アクチュエータ１は、円環状のコイル５と磁石７の対からなる磁気駆動回路１０を２組備える。各磁気駆動回路１０は、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙを含む面内方向であって、且つ、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙとは異なる第４方向Ｆの駆動力を発生させる。例えば、第４方向Ｆは、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙに対して４５°傾いた方向である。各磁気駆動回路１０において、磁石７は、コイル５と対向する面がＮ極とＳ極に着磁されており、その着磁分極線７０は、第４方向Ｆに対して直交する方向に延びている。本形態では、第４方向Ｆが第２方向Ｘおよび第３方向Ｙに対して４５°傾いた方向となるように、磁石７が着磁されている。上記のように、本形態では、磁石７として、コイル５に第１方向Ｚの一方側Ｚ１から対向する第１永久磁石７１と、コイル５に第１方向Ｚの他方側Ｚ２から対向する第２永久磁石７２を備えており、第１永久磁石７１および第２永久磁石７２は、コイル５に第１方向Ｚで対向する面が、第４方向Ｆと直交する着磁分極線７０を持つように着磁されている。

（アクチュエータの駆動方法）
図７は、アクチュエータ１の振動特性を模式的に示す説明図である。図７の横軸は磁気駆動回路１０の駆動周波数ｆであり、コイル５へ流す駆動電流の周波数である。また、図７の縦軸は、可動体６が振動する際の加速度である。上記のように、アクチュエータ１は
、可動体６が第２方向Ｘに振動する第１振動系を構成する場合と、可動体６が第３方向Ｙに振動する第２振動系を構成する場合とで、接続体９が全体として異なるばね定数で変形するように構成されている。そのため、アクチュエータ１は、第１振動系の共振周波数ｆＡと、第２振動系の共振周波数ｆＢとが異なり、図７に示すように、２つの共振周波数ｆＡ、ｆＢで可動体６の加速度最大周波数が大きくなっている。

磁気駆動回路１０が発生させる駆動力は、第２方向Ｘの成分と第３方向Ｙの成分を含む第４方向Ｆの駆動力である。従って、磁気駆動回路１０の駆動周波数を変化させると、共振周波数ｆＡと一致あるいは共振周波数ｆＡに近い値の駆動周波数にしたとき、可動体６が第２方向Ｘに大きく振動する。従って、アクチュエータ１は、共振周波数ｆＡの第２方向Ｘの振動を出力することができる。また、磁気駆動回路１０の駆動周波数を共振周波数ｆＢと一致あるいは共振周波数ｆＢに近い値にしたとき、可動体６が第３方向Ｙに大きく振動する、従って、アクチュエータ１は、共振周波数ｆＢの第３方向Ｙの振動を出力することができる。従って、アクチュエータ１は、共通の磁気駆動回路１０の駆動周波数を調節するだけで、異なる振動方向で、且つ、異なる周波数の振動を出力することができる。

（本形態の主な作用効果）
以上のように、本形態のアクチュエータ１は、支持体２と、可動体６と、可動体６および支持体２に接続された接続体９と、コイル５およびコイル５に第１方向Ｚで対向する磁石７を備え、可動体６を支持体２に対して第１方向Ｚに交差する方向に振動させる磁気駆動回路１０と、を有する。そして、接続体９は、可動体６が支持体２に対して第１方向Ｚに交差する第２方向Ｘに振動する第１振動系を構成し、且つ、可動体６が支持体２に対して第２方向Ｘに直交する第３方向Ｙに振動する第２振動系を構成し、第１振動系の共振周波数ｆＡと、第２振動系の共振周波数ｆＢとが異なる。

本形態によれば、可動体６、支持体２、および接続体９は、可動体６が互いに直交する２方向に振動可能となっており、２方向のうちのいずれか一方側の方向（第２方向Ｘ）に振動する際と、２方向のうちの他方側の方向（第３方向Ｙ）に振動する際とでは、共振周波数が異なる。従って、共通の接続体によって、共振周波数が異なる複数の振動系を構成できる。また、振動するのはいずれも可動体６であり、振動方向によって振動する部位が異なることはない。さらに、共振周波数だけでなく、振動の方向も異なる。従って、簡素な構成で、２種類の共振周波数の振動を出力することができる。これにより、本形態のアクチュエータ１を触覚デバイスとして使用した場合に、１つの触覚デバイスから複数の振動を出力でき、複数の触覚を利用者に与えることができる。また、共振する周波数がピンポイントでなくなるため、幅広い駆動周波数で大きな振動感を得ることができる。

本形態において、接続体９の少なくとも一部は、粘弾性体であり、接続体９の一部（第２接続体９２）は、可動体６が第２方向Ｘに振動する際に、せん断方向に変形し、可動体６が第３方向Ｙに振動する際に、伸縮方向に変形する位置に配置される。このような配置によって、同一の粘弾性体（第２接続体９２）が、可動体６が第２方向Ｘへ振動する際は、せん断方向のばね定数を持つ部材として利用され、可動体６が第３方向Ｙへ振動する際は、伸縮方向のばね定数を持つ部材として利用される。従って、粘弾性体のせん断方向のばね定数と伸縮方向のばね定数が相違することを利用して、振動方向によって接続体９のばね定数の強弱を変えることができる。よって、簡素な構成で、振動方向による共振周波数の違いを作り出すことができる。

本形態の接続体９は、第１接続体９１と、第１接続体９１とは異なる位置に配置される第２接続体９２を備え、第２接続体９２は、可動体６と支持体２とが、第３方向Ｙで対向する位置に配置される粘弾性体である。このようにすると、可動体６が第２方向Ｘに振動する際には、第１接続体９１のせん断方向のばね定数と、粘弾性体（第２接続体９２）の
せん断方向のばね定数の合成値が接続体９全体のばね定数となり、可動体６が第３方向Ｙの他方側に振動する際には、第１接続体９１のせん断方向のばね定数と、粘弾性体の伸縮方向のばね定数の合成値が接続体９全体のばね定数となる。従って、可動体６の振動方向によって、接続体９ばね定数が変わるので、第１振動系の共振周波数ｆＡと第２振動系の共振周波数ｆＢを変えることができる。

本形態の第１接続体９１は、可動体６と支持体２とが、第１方向Ｚで対向する位置に配置される粘弾性体である。このようにすると、第１接続体９１によって、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙへ振動可能な状態で可動体６を支持できる。また、第１接続体９１は、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙのいずれの方向へ振動する際もせん断変形するので、第１接続体９１のばね定数は変化しない。従って、第１接続体９１および第２接続体９２として同じ部材を用いた構成でありながら、振動方向によってばね定数が変化する構成を実現できる。

本形態の磁気駆動回路１０は、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙを含む面内方向であって、且つ、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙとは異なる第４方向Ｆの駆動力を発生させる。このように、２つの振動方向に対して斜めの方向を駆動方向とすることにより、駆動方向が１方向であっても、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙの２方向に可動体６を励振することができる。従って、駆動方向毎に異なる磁気駆動回路を設ける必要がなく、共通の磁気駆動回路１０の駆動周波数の制御によって、可動体６の振動の方向および振動の周波数を変えることができる。よって、アクチュエータ１の構成および制御を簡素化できる。

本形態の磁気駆動回路１０は、第４方向Ｆに分極した磁石７と、円形のコイル５を備えており、コイル５の中心は、磁石７の着磁分極線上に位置する。このようにすると、単純な構成で、第４方向の駆動力を発生させることができる。

本形態において、第１方向Ｚで対向する磁石７およびコイル５の組からなる磁気駆動回路１０を複数備え、複数の磁気駆動回路１０は、第３方向Ｙに並んでいる。このようにすると、第３方向Ｙに長いアクチュエータ１内のスペースを有効利用して、複数の磁石７とコイル５の組を配置できる。これにより、大きな駆動力で可動体６を振動させることができるので、大きな振動を出力することができる。なお、アクチュエータ１が第２方向Ｘに長い平面形状の場合は、複数の磁気駆動回路１０を第２方向Ｘに並べればよい。

（変形例）
（１）上記形態は、接続体９が全て粘弾性体であるが、接続体９の少なくとも一部（本形態では、第２接続体９２）が粘弾性体であれば、せん断方向の変形と伸縮方向の変形におけるばね定数の違いを利用して、振動方向によるばね定数の強弱を出すことができ、複数の共振周波数を持たせることができる。例えば、上記形態において、第１接続体９１は弾性体であってもよい。また、第１接続体９１を使用しない構成であってもよい。

（２）上記形態は、可動体６と支持体２とが第３方向Ｙで対向する位置に第２接続体９２を配置するものであったが、第２接続体９２の位置は、可動体６と支持体２とが第２方向Ｘで対向する位置であってもよい。この場合には、可動体６が第２方向Ｘに振動する際に、第２接続体９２が伸縮方向に変形し、可動体６が第３方向Ｙに振動する際に、第２接続体９２がせん断方向に変形する。従って、共振周波数と振動方向の組合せを上記形態とは逆にすることができる。また、第２接続体９２を配置する位置を、可動体６と支持体２とが第２方向Ｘで対向する位置、および、可動体６と支持体２とが第３方向Ｙで対向する位置の両方としてもよい。

（３）上記形態は、コイル５に対する第１方向Ｚの両側に磁石７（第１永久磁石７１およ
び第２永久磁石７２）を配置しているが、コイル５に対する第１方向Ｚの一方側Ｚ１または他方側Ｚ２のみに磁石７を配置してもよい。

（４）上記形態では、コイルホルダ４およびコイル５を支持体２に設け、磁石７（第１永久磁石７１および第２永久磁石７２）およびヨーク８（第１ヨーク８１および第２ヨーク８２）を可動体６に設けたが、コイルホルダ４およびコイル５を可動体６に設け、磁石７（第１永久磁石７１および第２永久磁石７２）およびヨーク８（第１ヨーク８１および第２ヨーク８２）を支持体２に設けたアクチュエータに本発明を適用してもよい。

（５）上記形態では、磁石７とコイル５の組を２組備えているが、１組もしくは３組以上であってもよい。また、磁石７とコイル５の組が３組以上である場合、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙにそれぞれ複数並んでいてもよい。

（６）コイル５の平面形状は、円形以外の形状とすることができる。例えば、長円形、楕円形、四角形、角丸四角形等であってもよい。なお、コイル５の大きさは磁石７とほぼ同等にすることが好ましい。例えば、円形のコイル５の場合、コイル５の直径を磁石７の１辺の長さとほぼ同じにすることが好ましい。

（７）上記形態では、第１接続体９１と第２接続体９２は同じ種類（材質）の粘弾性体であるが、異なる種類の粘弾性体であってもよい。第１接続体９１と第２接続体９２の種類が異なる場合、第１接続体９１のバネ定数が小さく、第２接続体９２のバネ定数が大きくなるような組み合わせが好ましい。

１…アクチュエータ、２…支持体、３…外装ケース、４…コイルホルダ、５…コイル、６…可動体、７…磁石、８…ヨーク、９…接続体、１０…磁気駆動回路、３０…給電基板、３１…第１ケース部材、３２…第２ケース部材、３３、３４…切欠き、３５…係合穴、４１…板部、４２、４３…切欠き部、４４、４５…開口部、４７…第１プレート、４８…第２プレート、５０…空芯部、７０…着磁分極線、７１…第１永久磁石、７２…第２永久磁石、８１…第１ヨーク、８２…第２ヨーク、９１…第１接続体、９２…第２接続体、３１１、３２１…側板部、４０１…凸部、４０２…係合凸部、４１０…コイル配置穴、４１３、４１４、４１５、４１６、４１７、４１８、４１９…側板部、４１４ｓ、４１５ｓ、４１８ｓ、４１９ｓ…内面、４７１、４８１…切欠き部、４７２、４８２…爪部、８１１…第１板部、８１２…張り出し部、８１３…第１接続部、８２１…第２板部、８２２…張り出し部、８２３…第２接続部、Ｆ…第４方向、Ｘ…第２方向、Ｙ…第３方向、Ｚ…第１方向

Claims (8)

1. 支持体と、
   可動体と、
   前記可動体および前記支持体に接続された接続体と、
   コイルおよび前記コイルに第１方向で対向する磁石を備え、前記可動体を前記支持体に対して前記第１方向に交差する方向に相対的に振動させる磁気駆動回路と、を有し、
   前記接続体は、前記可動体が前記支持体に対して前記第１方向に交差する第２方向に振動する第１振動系を構成し、且つ、前記可動体が前記支持体に対して前記第２方向に直交する第３方向に振動する第２振動系を構成し、
   前記第１振動系の共振周波数と、前記第２振動系の共振周波数とが異なることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記接続体の少なくとも一部は、粘弾性体であり、
   前記粘弾性体は、前記可動体が前記第２方向と前記第３方向のうちの一方側の方向に振動する際に、せん断方向に変形し、前記可動体が前記第２方向と前記第３方向のうちの他方側の方向に振動する際に、伸縮方向に変形する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記接続体は、第１接続体と、前記第１接続体とは異なる位置に配置される第２接続体を備え、
   前記第２接続体は、前記可動体と前記支持体とが、前記第２方向もしくは前記第３方向のいずれかの方向で対向する位置に配置される粘弾性体であることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第１接続体は、前記可動体と前記支持体とが、前記第１方向で対向する位置に配置される粘弾性体であることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記接続体は、前記可動体と前記支持体とが、前記第２方向もしくは前記第３方向のいずれかの方向で対向する位置に配置される粘弾性体であることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
6. 前記磁気駆動回路は、
   前記第２方向および前記第３方向を含む面内方向であって、且つ、前記第２方向および前記第３方向とは異なる第４方向の駆動力を発生させることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のアクチュエータ。
7. 前記磁石は、前記第４方向に分極しており、
   前記コイルの中心は、前記磁石の着磁分極線上に位置することを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
8. 前記第１方向で対向する前記磁石および前記コイルの組を複数備え、
   前記複数組の前記磁石および前記コイルは、前記第２方向または前記第３方向に並んでいることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。

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