JP7188851B2 - 振動アクチュエータ、及びこれを備える携帯型電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエータ、及びこれを備える携帯型電子機器に関する。

従来、携帯電話等の携帯情報端末の着信等を利用者に報知するための振動発生源として、或いは、タッチパネルの操作感触やゲーム機のコントローラ等の遊戯装置の臨場感を指や手足等に伝達する振動発生源として、振動アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示す振動アクチュエータは、支軸された可動部をシャフトにより摺動自在に支持した平板形状に形成されている。なお、この振動アクチュエータは、平板状にすることで小型化が図られている。

特許文献２に示す振動アクチュエータは、筐体及びコイルを備えた固定子と、筐体内に配置されたマグネットおよび錘部を有する可動子と、を有し、コイルとマグネットの協働により、シャフトに対して摺動自在な可動子が固定子に対して振動方向にリニアに振動する。コイルは、マグネットを含む可動部の外側に巻かれている。

また、特許文献３は、対向配置された扁平コイルと、扁平コイル上に配置される扁平マグネットとを有するＶＣＭ（Voice Coil Motor）原理のアクチュエータである。

これらどの振動アクチュエータにおいても可動子は、矩形板状の筐体内に横方向に向けて配置されたシャフトに摺動自在に設けられ、且つ、ばねにより横方向に振動可能に弾性支持されている。

特開２０１５－０９５９４３号公報 特開２０１５－１１２０１３号公報 特許第４８７５１３３号公報

ところで、振動アクチュエータを、携帯端末やウェアラブル端末等の携帯型電子機器に適用して、装着したユーザに着信を振動で付与する着信通知機能デバイス等として搭載する場合、ユーザに十分な体感を付与する振動をばらつきなく提供することが求められる。

特許文献１～３の振動アクチュエータはいずれも一軸方向に往復駆動することで、振動を付与している。よって、振動アクチュエータを搭載した携帯端末を衣服のポケット等に収容してユーザの体表面近傍に配置させても、その振動方向と体表面との配置状態によっては、振動アクチュエータは、ユーザに十分な体感を付与することができない。したがって、単に衣服のポケットに収容して体表面に近接配置した状態であれば、ユーザに十分な体感を付与できる構成であることが望まれている。

ユーザに十分な体感を付与できる構成としては、可動体が摺動する軸部を体表面に対して垂直に配置して、可動体の移動を体表面に直接的に付与する構成が、一例として考えられる。

しかしながら、この構成では、可動体の可動領域を確保するため、筐体の厚みを厚くする必要が生じ、そのため、搭載されるスマートフォン等の携帯型電子機器自体も厚くなる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、小型化を図りつつ、好適に十分に振動を付与できる振動アクチュエータ及び携帯型電子機器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、
コイルとマグネットとの協働により可動体を固定体に対して振動させる振動アクチュエータであって、
前記コイル及び前記コイルが巻回されるコアを有する前記固定体と、
軸部と、
前記マグネットを有し、前記軸部を介して前記固定体に可動自在に支持される前記可動体と、
を備え、
前記コアは、前記軸部の軸方向に沿って配置され、前記コイルへの通電により励磁されるコア側磁極を有し、
前記マグネットは、隙間を空けて前記コア側磁極に対向するように配置されたマグネット側磁極を有し、
前記可動体を前記固定体に対して、軸方向に往復直線移動自在及び軸回りに往復回転移動自在に弾性支持するばね部を有し、
前記可動体は、
前記軸部を挟み且つ前記軸方向に延在する両側部を有し前記両側部に夫々前記マグネット側磁極が設けられる胴部と、
前記胴部において前記軸方向で離間する両端部で、夫々両側方に張り出すように設けられた一対の張出部とを備え、
前記両側部及び前記一対の張出部はウェイト部であり、夫々の回転方向の厚みが、前記軸部が挿通される部位よりも薄くなるように構成される。

本発明の携帯型電子機器は、上記構成の振動アクチュエータを実装した構成を採る。

本発明によれば、小型化を図りつつ、好適に十分に振動を付与できる。

本発明に係る実施の形態１の振動アクチュエータの外観斜視図 本発明に係る実施の形態１の振動アクチュエータの内部構成を示す斜視図 同振動アクチュエータの内部構成を示す平面図 同振動アクチュエータの分解斜視図 可動体の右側面図 金属ばねにより発生する回転方向トルクの説明に供する図 同振動アクチュエータの金属ばねの変形例を示す斜視図 図３のＡ―Ａ線端面図 直線方向トルクを発生させる磁気回路構成を模式的に示す平面図 図１０Ａ～Ｃは、回転方向トルクを発生させる磁気回路構成を模式的に示す側面図 回転方向トルクと直線方向トルクとを発生させる共振周波数を示す図 回転方向トルクと直線方向トルクとを発生させる共振周波数を示す図 本発明に係る実施の形態２の振動アクチュエータの外観斜視図 本発明に係る実施の形態２の振動アクチュエータの内部構成を示す斜視図 同振動アクチュエータの内部構成を示す平面図 同振動アクチュエータの分解斜視図 直線方向トルクを発生させる磁気回路構成を模式的に示す平面図 振動アクチュエータの磁気回路構成を示す図１５のＢ―Ｂ線断面図 図１９Ａ及び図１９Ｂは、回転方向トルクを発生させる磁気回路構成を模式的に示す側面図 可動体の変形例を示す斜視図 図２０に示す可動体のマグネットとコアとの位置関係の説明に供する図 振動アクチュエータの実装形態の一例を示す図 振動アクチュエータの実装形態の一例を示す図

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１の振動アクチュエータの外観斜視図であり、図２は、本発明に係る実施の形態１の振動アクチュエータの内部構成を示す斜視図であり、図３は、同振動アクチュエータの内部構成を示す平面図であり、図４は、同振動アクチュエータの分解斜視図である。

なお、図１～図４に加えて、図５～図１９では、各実施の形態の振動アクチュエータを説明する場合、振動アクチュエータにおける可動体の軸部に沿った直線往復移動方向を、便宜上、Ｙ方向（振動アクチュエータの左右方向）で示す。このＹ方向は横方向に相当する。また、可動体の軸部を中心とした回転往復移動方向を、便宜上、Ｚ方向（振動アクチュエータ１０の厚み方向）で示し、これらＹ方向及びＺ方向と直交するＸ方向を前後方向として説明する。

＜振動アクチュエータ１０の全体構成＞
図１に示す振動アクチュエータ１０は、高さ（Ｚ方向であり、厚みに相当する）が縦（Ｘ方向であり、前後方向）及び横（Ｙ方向であり左右方向）よりも短い平板形状をなしている。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０は、図１～図３に示すように、固定体２０と、軸部８０と、軸部８０を介して固定体２０に対して可動自在に支持される可動体３０と、可動体３０を固定体２０に対して、軸方向に往復直線移動自在及び軸回りに往復回転移動自在に弾性支持するばね部と、を有する。

可動体３０は、マグネット６０（６１、６２）を有し、このマグネット６０と、固定体２０に設けられ、コア５０（５１、５２）に巻回されたコイル部７０（７１、７２）との協働により軸部８０の軸方向に沿って直線往復移動するとともに軸部８０の軸周りに回転往復移動する。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０には、可動体３０において軸方向に沿う両側部に、軸部８０の軸を挟むようにマグネット６１、６２がそれぞれ設けられ、それぞれのマグネット６１、６２とエアギャップを介して対向する位置に、コイル部７１、７２のコイルが巻回された凸部（磁極部）を有するコア５１、５２が設けられている。

マグネット６１、６２と、コイル部７１、７２が巻回されたコア５１、５２とは、互いの磁極（マグネット６１、６２の磁極（マグネット側磁極）６１１、６２１及びコア５１、５２の磁極（以下、「コア側磁極」という）５１１、５２１）を対向して配置されている。

具体的には、マグネット６１、６２の磁極６１１、６２１は軸部８０の軸に直交する方向で互いに外方（前後方向であり、Ｘ方向において背反する方向）に向けて配置され、これらに対向してコア５１、５２の磁極５１１、５２１が配置される。マグネット６１、６２と、コイル部７１、７２が巻回されたコア５１、５２により磁力発生部を構成する。磁力発生部は、軸部８０の両側（Ｘ方向、前後方向）でそれぞれ、磁気吸引力による磁気ばねとして機能する。磁気吸引力は、軸部８０を中心に前後方向で対称に発生する。コイル部７１、７２への非通電時において、可動体３０が両側方で発生する磁気吸引力により両側方に向かって吸引されることで相殺されて釣り合い、可動体３０は、その回転が抑制され、基準位置となる水平な状態となる位置で保持される。

また、本実施の形態では、磁気ばねに加えて、可動体３０は、金属ばね４０を介して、軸部８０の軸方向に移動した際の復帰自在に弾性支持する金属ばね４０を有する。
この磁気ばねと金属ばね４０とがばね部として機能し、可動体３０は、軸回りへの回転及び軸方向に沿う移動を抑制した状態で、且つ、軸回り及び軸方向に往復移動自在に弾性支持される。

振動アクチュエータ１０を具体的に説明する。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０は、軸部８０を固定体２０に固定し、軸部８０が挿入される軸受け８２ａ、８２ｂを可動体３０に備える。

＜振動アクチュエータ１０の固定体２０＞
固定体２０は、ベース２１と、カバー２２と、ばねホルダ２３ａ、２３ｂと、コイル部７１、７２と、コイル部７１、７２が巻回されたコア５１、５２と、電源供給部２５と、を有する。

ベース２１は、矩形板状の底面部を構成し、軸部８０とコア５１、５２とが固定される。ベース２１は、矩形箱状のカバー２２とともに筐体を構成し、筐体内に可動体３０が配置される。筐体は、中空の電子シールドとして機能する。

ベース２１では、本実施の形態では、四辺のうち横方向（Ｙ方向）で離間する辺部からそれぞれ軸固定壁２１２、２１４が立設され、これら軸固定壁２１２、２１４間に軸部８０が架設される。また、ベース２１では、四辺のうち前後方向（Ｘ方向）で離間する辺部からそれぞれコア固定壁２１６、２１８が立設され、コア固定壁２１６、２１８のそれぞれに沿ってコア５１、５２が固定される。

軸部８０は、ベース２１の横方向に沿って、且つ、ベース２１の前後方向の中心に配置され、軸固定壁２１２、２１４に支持されている。
軸部８０は、軸受け８２ａ、８２ｂを介して可動体３０を挿通して配置される。
軸部８０の両端部には、ばねホルダ２３ａ、２３ｂを介して金属ばね４０が、可動体３０を軸方向で挟持した状態で、軸固定壁２１２、２１４に固定されている。
なお、軸部８０は、ばねホルダ２３ａ、２３ｂの固定穴に圧入或いは、挿入後接着等で固定することで軸固定壁２１２、２１４に固定されてもよい。なお、軸受け８２ａ、８２ｂは、軸部８０が摺動自在に挿通されるものであるが、銅系、鉄系、或いは、鉄－銅系の含油軸受けであってもよく、磁性体であってもよい。

コア５１、５２は、それぞれ本実施の形態では磁性体であり、軸部８０の軸を挟むように対向して配置され、軸部８０を中心に対称な同形状に形成される。
コア５１、５２は、本実施の形態では、先端面がコア側磁極５１１、５２１となる複数の凸部を有する。本実施の形態ではコア５１、５２の凸部には、それぞれ外周にコイル部７１、７２の各コイルがボビン部２９を介して巻回されている。コア５１、５２は、具体的には、それぞれ矩形の金属板を直方形状となるように積層し、直方体の長手方向に沿う一辺を長手方向で３分割するようにスリットを形成して、一面側に凸部が並び配置される平面視Ｅ字状に形成されている。
尚、コア５１、５２は、前期コア側磁極５１１、５２１となる複数の凸部をボビン部２９に各々独立した複数のブロック部品を配置して形成しても良い。

コア側磁極５１１、５２１は、それぞれ横方向に並べて配置されている。コア側磁極５１１、５２１は、互いに対向する位置に配置され、軸部８０、ベース２１のコア固定部２１、２１８と平行であり、且つ、マグネット６１、６２の磁極６１１、６２１と互いに平行に配置されていることが好ましい。なお、コア５１、５２は、電磁ステンレス、焼結材、ＭＩＭ（メタルインジェクションモールド）材、積層鋼板、電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ）等により構成されてもよい。

コア５１、５２を巻回するコイル部７１、７２は、例えば、銅線等により構成される。コイル部７１、７２に電流が通じることで励磁されると、コア５１、５２では、それぞれの中央の凸部と、中央の凸部を挟む両側の凸部とは、逆の極性で励磁される。

コア５１、５２同士では、互いに対向する凸部同士のコア側磁極５１１、５２１は、それぞれ異なる極性となるように励磁されることが好ましい。例えば、コア５１の中央の凸部のコア側磁極５１１がＮ極であれば、この中央の凸部の両側の凸部のコア側磁極５１１がＳ極となり、且つ、コア５２の中央の凸部のコア側磁極５２１がＳ極、この中央部の凸部を挟む凸部の磁極がＮ極となるようにコイル部７１，７２は巻回される。

コア５１、５２のそれぞれの対向する側とは逆側の面には、ステフィナー２７ａ、２７ｂが配置され、コイル部７１、７２が巻回されたコア５１、５２は補強されている。

コイル部７１は、一本のコイル線により、コア５１を巻回する３つのコイルを構成し、コイル部７２は、一本のコイル線により、コア５２を巻回する３つのコイルを構成することにより、振動アクチュエータ１０における磁気回路構成が効率よく機能するものとしている。具体的には、コア５１，５２において、中央の凸部と、中央の凸部の両側の凸部とは、コイル線の巻回方向を異なる方向としている。なお、コイル７１、７２の各コイルは、それぞれ異なるコイル線により巻回して、それぞれの中央の凸部と、中央の凸部を挟む両側の凸部とは、逆の極性で励磁されるようにしてもよい。

コイル部７１、７２は、それぞれ電源供給部２５に接続されている。コイル部７１、７２は、電源供給部２５から給電されることで凸部をそれぞれ励磁し、コア５１、５２において、中央の凸部と、中央の凸部を挟む中央の凸部の両側の凸部を励磁し、異なる磁極となるように励磁する。

電源供給部２５は、コイル部７１、７２に電力供給する基板であり、外部電源に接続される基板、例えば、フレキシブル回路基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）等で構成される。電源供給部２５は、ベース２１上に配置されている。

＜可動体３０＞
可動体３０は、図１～図３に示すように、固定体２０の筐体内で、コア５１、５２との間で、且つ、金属ばね４０に軸方向で挟まれた状態で、軸部８０の延在方向と軸部８０の軸回り方向とに可動自在に配置されている。

可動体３０は、本実施の形態では、マグネット６１、６２と、マグネット６１、６２が取り付けられるウェイト部３２と、ウェイト部３２に取り付けられて、軸部８０が挿通される軸受け８２ａ、８２ｂと、を有する。

ウェイト部３２には、長手方向である横方向で離間する両端部の中央部に軸受け８２ａ，８２ｂがそれぞれ取り付けられ、コア５１、５２と対向する両側面にそれぞれマグネット６１、６２が取り付けられている。

ウェイト部３２は、可動体３０自体の質量を大きくして振動を増大させる。ウェイト部３２は、例えば、ＳＥＣＣ等の鉄、鉄を主成分とする合金、青銅、銅など比重が５以上である金属材料や、焼結材、ＭＩＭ（メタルインジェクションモールド）材を採用することが好ましい。

ウェイト部３２は、例えば、タングステン或いはタングステン合金などの高比重金属材料（好ましくは比重１０以上、より好ましくは比重１１以上）が好適である。本実施の形態では、ウェイト部３２は、主にタングステンにより構成されている。例えば、比重の目安として、ＳＥＣＣ：７．８、Ｎｄ焼結マグネット：７．４～７．６、銅：８．９、タングステン：１６～１９である。

ウェイト部３２は、軸部８０を挟み、且つ、軸部８０の軸方向に延在する両側部は、回転方向（Ｚ方向）の厚みが、軸部８０が挿通される部位（例えば胴部３２２）よりも薄くなるように構成されている。ウェイト部３２の両側部とは、軸部８０からＸ方向である前後方向に最も遠い部分である。この薄い部分によって、可動体３０は、軸部８０周りに回転しても、ベース２１とカバー２２の天面とに衝突することなく、可動体３０へのベース２１とカバー２２との干渉を回避している。

具体的には、ウェイト部３２は、前後方向の中央部に軸部８０が挿通される挿通孔３２２１を有する胴部３２２と、胴部３２２の軸方向で離間する両端部に設けられる張出部３２４、３２４とを有する。

胴部３２２は、軸方向に延在する長尺の部材であり、挿通孔３２２１が形成された筒状部３２２ａと、筒状部３２２ａの外周面において前後方向にそれぞれ突出する突条部３２２ｂとを有する。

突条部３２２ｂは、筒状部３２２ａの延在方向に沿って軸方向に延在して形成されている。突条部３２２ｂのＺ方向の厚みは、胴部３２２のＺ方向の長さよりも短く、突条部３２２ｂにおいて前後方向に突出する位置に位置する先端面には、マグネット６１、６２が着磁方向を前後方向に向けて取り付けられている。

突条部３２２ｂは、マグネット６１、６２と、張出部３２４の張出部分３２４４とともに可動体３０の両側部を構成する。

張出部３２４は、胴部３２２の突条部３２２ｂよりも前後方向（筒状部３２２ａの両側方であり、Ｘ方向）に張り出すように設けられている。

張出部３２４は、筐体内の矩形状の領域において、互いに対向するコア５１、５２とマグネット６１、６２との磁気回路部を、軸方向外側で挟む位置に配置されている。すなわち、振動アクチュエータ１０は、ベース２１にカバー２２を被せて形成される筐体内において、隙間を極力低減してコンパクト化が図られた構成となっている。

図５は可動体１０の右側面図である。
張出部３２４は、本実施の形態では、可動体３０のウェイトとしての機能とともに金属ばね４０に接続される機能を有する。
張出部３２４は、ウェイト部３２が軸部８０周りに回動する際に、Ｘ軸方向で最も振幅の大きい部位である張出部分３２４４を有する。

図３～図５に示すように、張出部３２４の張出部分３２４４は、胴部３２２の端面に固定される張出本体部３２４１から、軸部８０と直交するＸ方向に突出して設けられている。

張出本体部３２４１は、胴部３２２及びマグネット６１、６２と軸方向で重なる位置に配置され、中央部に胴部３２２の挿通孔３２２１に連続する開口部３２４１ａが形成されている。

張出本体部３２４１には、開口部３２４１ａを挟むように張出部分３２４４が別部品の接合、或いは一体部品の延出にて形成される。張出本体部３２４１は、両側の張出部分３２４４ととともに軸方向外方に窪む凹状の受け部３２４２を形成する。この受け部３２４２は内部で金属ばね４０の一端側を受けて金属ばね４０と接続している。

張出部分３２４４の軸方向外方には、可動体３０が軸方向に移動する際、軸固定壁２１２、２１４との直接の衝突を回避する緩衝材３６が設けられている。なお、緩衝材３６は、例えば、エラストマー、ゴム、樹脂、又は多孔質弾性体（例えば、スポンジ）などの軟質材料により形成される。
張出部分３２４４は、Ｚ方向で離間するベース２１及びカバー２２の天面のそれぞれに対向し、且つ、前後方向に張り出した先端部側の部位に、逃げ部３２４６を有する。

逃げ部３２４６は、張出部分３２４４の軸部８０側の基端側の面よりも長さＴ１分、非通電状態である常態時に対向するベース２１及びカバー２２の天面から離れるように設けられている。

これにより、可動体３０が軸部８０を中心に往復回転移動する場合、張出部分３２４４が大振幅時であっても、筐体（具体的には、ベース２１と、カバー２２の天面）に接触することがなく、筐体の干渉が回避される。よって、可動体３０の往復回転移動の際に、可動体３０が筐体と干渉することで音を発生することが無い。

また、可動体３０のウェイト部３２の胴部３２２では、筒状部３２２ａから前後方向に突出する突条部３２２ｂが、上下方向の厚みを筒状部３２２ａよりも薄い。
突条部３２２ｂの先端部には、マグネット６１、６２が固定され、突条部３２２ｂは、マグネット６１、６２と、張出部３２４の張出部分３２４４とともに可動体３０の両側部を構成する。

このようにウェイト部３２は、軸部８０をＸ方向で挟み、且つ、軸部８０の軸方向（例えばＹ方向）に延在する両側部は、回転方向（Ｚ方向）の厚みが、軸部８０が挿通される部位（例えば胴部３２２）よりも薄く（図５に示す長さＴ２分薄く）なるように構成されている。
よって、可動体３０が軸部８０を中心に軸回りに回転移動する場合、ウェイト部３２の両側部は、筐体に接触することなく、大振幅で回転往復移動できる。

軸受け８２ａ、８２ｂは、軸部８０が挿通されるものであり、例えば、焼結スリーブベアリングにより形成される。軸受け８２ａ、８２ｂは、ウェイト部３２の中心軸上に、軸部８０が位置するように、ウェイト部３２に設けられる。本実施の形態では、張出部３２４の開口部３２４１ａに形成された彫り部内に、ウェイト部３２の中心軸上で貫通する貫通孔３２ａの両端部に、同一軸心でそれぞれ固定された状態となっている。

金属ばね４０は、ウェイト部３２を軸方向で弾性支持するように配置される。すなわち、金属ばね４０は、軸部８０上に配置される可動体３０を、軸受け８２ａ、８２ｂを介して、長手方向の中央部分に位置するように付勢する。
これにより可動体３０は、コイル部７１、７２に給電されていない場合の磁気ばねの機能に加えて、金属ばね４０の機能により、横方向である長手方向の中心に位置するように付勢される。

金属ばね４０は、円筒状の圧縮コイルばね（「以下、「円筒コイルばね」という）であり、材料がらせん状に成形されているため、圧縮時には回転しようとする力が働き、金属ばね４０において螺旋方向へのトルク、つまり、回転方向のトルク（「回転方向トルク」）を発生する。なお、金属ばね４０は、可動体３０において軸部８０の延在方向の両側のそれぞれに、同じ巻線方向で配置されることが有効となる。

図６は、金属ばね４０により発生する回転方向トルクの説明に供する図である。
金属ばね４０は、可動体３０が駆動する際に、可動体３０側から荷重がかかり、図６に示すように、軸周りの回転方向トルクを発生する。これにより、可動体３０は軸回りに回転移動可能である。本実施の形態では、金属ばね４０の両端部が、軸固定壁２１２、２１４或いはばねホルダ２３ａ、２３ｂ及びウェイト部３２に固定され、発生する回転方向トルクが可動体３０に伝達されるように構成される。

金属ばね４０は、両端部のうち少なくとも一方の端部を、接続対象に接合固定する。例えば、金属ばね４０の両端部を接着或いは溶接等により固定する。これにより、金属ばね４０は設置個所で軸回りに滑ることがなく、発生する回転方向トルクを安定して可動体３０に伝達できる。尚、金属ばね４０の両端部を接着或いは溶接等により固定しなくても、軸固定壁２１２及びウェイト部３２と金属ばね４０との摩擦により固定できれば、発生する回転トルクを安定させることが可能であり、問題なく可動部３０に伝達できる。

なお、金属ばね４０は、図７に示すように、その両端部に、軸固定壁２１２、２１４或いはばねホルダ２３ａ、２３ｂとウェイト部３２とに対する接触面積が大きくなるように、軸方向と直交する面状の平面部４１２が設けられてもよい。金属ばね４０の両端部は、固定体２０の軸固定壁２１２、２１４或いはばねホルダ２３ａ、２３ｂと、可動体３０のウェイト部３２と、に当接する部位である。平面部４１２は、金属ばね４０において金属ばね４０の軸方向と直交する平面或いはほぼ平面に形成される。

この構成により、軸固定壁２１２、２１４或いはばねホルダ２３ａ、２３ｂと、ウェイト部３２との間に金属ばね４０が配置されると、両端部の平面部４１２で軸固定壁２１２、２１４或いはばねホルダ２３ａ、２３ｂと、ウェイト部３２とに面接触して押圧する。これにより金属ばね４０は、固定体２０と可動体３０とに接続された状態となる。よって、金属ばね４０の両端部が軸固定壁２１２、２１４或いはばねホルダ２３ａ、２３ｂとウェイト部３２とに固定されなくても、金属ばね４０は双方に接続した状態となり、回転方向トルクを発生して、可動体３０に伝達し、可動体３０を回転方向に駆動させることができる。

ここで、金属ばねとしての円筒コイルばねの端部がらせん状の巻ばね形状であることから端部形状は斜めであり、回転駆動時に、取付箇所に斜めに組み付くこととなって、組付けのばらつきの原因となる恐れがある。また、回転駆動時に、ばね内径部分が軸部８０に接触する場合も生じる。
これに対し、本実施の形態では、金属ばね４０の一例の円筒コイルばねの端部に平面部４１２を設けているので、円筒コイルばねの巻中心軸と、軸部８０の軸とを一致させることができ、ばらつきを抑え、金属ばね４０が軸部８０に接触しない組み立てが可能となる。

本実施の形態では、金属ばね４０を円筒コイルばねとし、可動体３０の直線方向への移動に伴い円筒コイルばねを直線方向に動かした際に回転する力を用いて、同時に可動体３０を回転方向に駆動している。この構成により、可動体３０を回転駆動させるための部品を別途追加する必要が無く、低コストで所望の可動体３０の駆動が可能となっている。

図８は、図３のＡ―Ａ線端面図である。図８では、コイル部７１、７２における３つのコイルのうち中央のコイル７１ｂ、７２ｂと、これに対向するマグネット６１、６２の磁極とを一例として示している。
図３、図４及び図８に示すように、マグネット６１、６２は、複数の磁極として磁極６１１、６２１を有し、互いの磁極６１１、６２１が軸部８０を挟み反対向きにして配置される。

本実施の形態では、軸部８０が挿通されたウェイト部３２において長手方向に沿う両側面に、且つ、軸部８０と平行に磁極６１１、６２１を前後に向けて固定されている。本実施の形態では、磁極６１１、６２１には、図３、図４及び図９に示すように、複数の異なる磁極が軸方向に交互に配置されている。本実施の形態では、マグネット６１、６２のそれぞれの磁極６１１、６２１において、４つの異なる極性が軸部８０と平行に交互に配置されている。マグネット６１、６２の各磁極は、軸部８０を挟み逆向き、つまりＸ方向では、異なる極性となるように配置されている（図９参照）。なお、マグネット６１、６２のそれぞれの複数の磁極は、複数の磁極の異なるマグネット（マグネット片）を交互に並べて構成してもよいし、交互に異なる磁性を持つように着磁されたものでもよい。後述する各実施の形態のマグネットも同様である。なお、マグネット６１、６２は、例えば、Ｎｄ焼結マグネット等により構成されてもよい。

マグネット６１、６２の磁極６１１、６２１は、コア５１、５２のコア側磁極５１１、５２１に対して所定間隔（エアギャップ）Ｇを空けて、対向して且つ平行に配置されている（図８参照）。

磁極６１１、６２１は、本実施の形態では、対向するコア側磁極５１１、５２１の高さ（Ｚ方向の長さ）よりも高くなるように構成され、非駆動時において、それぞれの高さ方向の中心の位置が略同じ高さ位置（高さ方向基準位置）となるように配置される。磁極６１１、６２１及びコア側磁極５１１、５２１の互いに対向する面積が極力大きくなるように構成されており、磁気回路を駆動させた際に、効率良く磁束が集中し、高出力化が図られる。

また磁極６１１、６２１の横方向（軸方向であり、Ｙ方向）の極性の切り替わる位置、つまり、磁極６１１の磁極の境界は、非駆動時において及びコア側磁極５１１、５２１の横方向（軸方向であり、Ｙ方向）の中心と対向する位置に配置する。

このように、本実施の形態では、軸部８０を挟み配置されるマグネット６１、６２のそれぞれに、磁性体であるコア５１、５２が対向して配置されているので、コア５１、５２とマグネット６１、６２間にそれぞれ磁気吸引力が発生する。発生した磁気吸引力は軸部８０の両側で、且つ、軸部８０を挟み前後方向、つまりＸ方向でそれぞれ逆向きに発生するので、互いに相殺され、軸部８０を中心に回動する可動体３０の傾きが無くなり、可動体３０は、軸部８０周りの回転が規制され（所謂回転止め）、高さ方向基準位置に位置される。また、本実施の形態では、可動体３０は、金属ばね４０により弾性支持されている。これにより、可動体３０は、コア５１、５２とマグネット６１、６２と間の磁気吸引力、所謂、磁気ばねと、可動体３０を軸方向で挟み込む金属ばね４０（機械ばね）とによって軸方向及び軸回りに可動自在に弾性支持される。なお、可動体３０は、磁気ばねにより軸方向及び軸回りに移動自在に弾性支持された構成としてもよい。

そして、コア５１、５２は、コイル部７１、７２に電源供給部２５から電源が供給されて励磁されることにより凸部の先端面が磁化され、コア側磁極５１１、５２１となり、対向配置されたマグネット６１、６２の磁極６１１、６２１と協働して、推力が発生する。コイル部７１、７２へ供給する電流の向きを変えることで、逆方向に推力が発生する。

本実施の形態では、マグネット６１、６２を備える可動体３０は、軸方向である長手方向、つまり、振動方向に往復移動（直線往復振動）する。また、マグネット６１、６２を備える可動体３０は、軸部８０の軸回りに回転方向に往復移動する。

振動アクチュエータ１０は、可動体３０を軸部８０の軸方向に直線往復移動させると同時に軸部８０の軸回りに回転往復移動させることができる。また、振動アクチュエータ１０は、直線往復移動と回転往復移動とを個々にさせることができる。本実施の形態では、振動アクチュエータ１０は可動体３０に直線往復移動及び回転往復移動を同時に行わせる。

図９は、直線の方向トルクを発生させる磁気回路構成を模式的に示す平面図である。
本実施の形態では、例えば、上述したように、図９に示すように、コア５１に対向するマグネット６１の磁極６１１の極性を右側から左側に向かってＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極の順に配置する。また、コア５２に対向するマグネット６２の磁極６２１の極性を、マグネット６１の極性の軸方向の並びとは異なる極性で、右側から左側に向かってＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｎ極、Ｓの順に配置する。
このようにマグネット６１、６２同士は、軸部８０を挟み互いに異なる極性で、それぞれ軸方向と直交する方向で、対応するコア５１、５２のコア側磁極５１１、５２１と対向するように配置される。本実施の形態では、マグネット６１、６２とコア５１、５２の対向する極性の数を、マグネット４：コア３としている。

また、各マグネット６１、６２における磁極６１１、６２１の磁極切り替わり位置は、常態時において、コア５１、５２のコア側磁極５１１、５２１の軸方向の中心と対向する位置（直線方向基準位置）に位置する。

図１０Ａ～Ｃは、回転方向トルクを発生させる磁気回路構成を模式的に示す側面図である。なお、図１０Ａ～図１０Ｃは、便宜上、図９に示すマグネット６１、６２の複数の磁極６１１、６２１及びコア５１、５２の複数のコア側磁極５１１、５２１のうちのコア側磁極５１１ａ、５２１ａ、６１１ｂ、６２１ｂを示す。また、各図の矢印ＡＦは回転方向基準位置に戻ろうとする磁気吸引力の方向、大きさを模式的に示す。
コア５１、５２の各コア側磁極５１１、５２１とこれに対向するマグネット６１、６２の各磁極６１１、６２１とを含む磁気回路では、マグネット６１、６２の極性が異なるだけで何れの磁極どうしの間でも同様の推力を発生させる。以下では、コア側磁極５１１ａ、５２１ａ、６１１ｂ、６２１ｂを用いて磁気回路による動作を説明する。

図１０Ａに示すように、可動体３０の非駆動時、つまり、コイル部７１、７２への非通電時においては、可動体３０のマグネット６１，６２は、コア５１、５２との間で発生する磁気吸引力（矢印ＡＦ）により、それぞれ回転方向基準位置に位置する。具体的には、マグネット６１、６２の磁極６１１、６２１と、コア５１、５２のコア側磁極５１１、５２１の双方のＺ方向（厚み方向であり、回転方向に相当）の中心位置同士が軸方向と直交す方向（Ｘ方向）で対向する位置に位置する。

このように非駆動時では、可動体３０は、金属ばね４０による付勢力と磁気ばねによる吸引力（付勢力に相当）が付与される。これにより可動体３０は、軸部８０に沿う左右方向（Ｙ方向）と、軸部８０周りの正逆回転する方向（Ｚ方向）という双方向のそれぞれにおいて、最大振幅で移動可能な位置に位置する。すなわち、可動体３０は、非駆動時では、図１０の矢印ＡＦで示すように、正逆方向に往復移動する際の正逆双方への移動範囲が同じとなるセンター位置としての回転方向基準位置であって、非駆動時の基準となる非駆動基準位置に戻ろうとする。なお、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、正逆方向に移動した際の通電方向切り換え時における、回転方向基準位置に戻ろうとする力の大きさを矢印ＡＦで示している。

そして、コイル部７１、７２に通電する。ここでは、コイル部７１、７２のそれぞれに図９に示すように電流を供給してコア５１、５２を励磁し、マグネット６１に対向するコア５１の中央の凸部（以下、便宜上、「中央凸部」）のコア側磁極５１１ａをＮ極に励磁し、マグネット６２に対向するコア５２の中央凸部のコア側磁極５２１ａをＳ極に励磁する。また、この通電により、各コア５１、５２の中央凸部を挟む中央凸部の両側の凸部（側凸部）のコア側磁極５１１ｂ、５１１ｃ、５２１ｂ、５２１ｃの極性は、それぞれの中央凸部の極性とは異なる極性となる。例えば、図９では、側凸部のコア側磁極５１１ｂ、５１１ｃはＳ極であり、側凸部のコア側磁極５２１ｂ、５２１ｃは、Ｎ極である。

すると、マグネット６１の磁極６１１ｂ、６２１ｂは、コア５１、５２の中央凸部のコア側磁極５１１ａ、５２１ａと反発し、側凸部のコア側磁極５１１ｂ、５２１ｂに吸引されてＦ方向の推力を得てＦ方向に移動する。

このように、コイル部７１、７２への通電により発生する、各マグネット６１、６２の磁極６１１、６２１とコア５１、５２のコア側磁極５１１、５２１との間に発生する磁気吸引力及び反発力により、金属ばね４０の付勢力に抗して、軸方向に沿う一方に推力（例えばＦ方向の推力）が発生する。これにより、マグネット６１、６２は、軸方向に沿うにＦ方向に駆動する。

また、マグネット６１、６２の磁極６１１ｂ、６２１ｂが、コア５１、５２側のコア側磁極５１１ａ、５２１ａに反発して回転方向基準位置から推力Ｆ方向に移動しようとしたときに、推力Ｆ方向、つまり軸方向への荷重がかかる金属ばね４０に軸回りの回転方向トルク（例えば、図６参照）が発生する。

更に、金属ばね４０の付勢力に加え、各マグネット６１、６２の磁極６１１、６２１とコア５１、５２のコア側磁極５１１、５２１との間に発生する磁気吸引力による回転方向トルク成分が加わる。

これにより、互いに引き合うコア側磁極５１１ｂ、５２１ｂはＦ方向に移動しつつ、回転し、つまり、Ｆ方向に沿って捻れるように回転駆動する。

また、コイル部７１、７２への通電方向を逆にしてコイル部７１、７２に給電する。このように給電が切り替わる際には、マグネット６１、６２の磁極６１１、６２１とコア５１、５２側のコア側磁極５１１、５２１と間の磁気吸引力および金属ばね４０の付勢力と、コア５１、５２側のコア側磁極５１１、５２１の極性が変わることにより、可動体３０は、推力－Ｆ方向に移動しつつ、Ｆ方向への移動とは異なる方向に回転する。つまり、推力Ｆ方向へ移動のときとは逆方向で捻れるように可動体３０は移動する。

すなわち、振動アクチュエータ１０では、電源供給部２５からコイル部７１、７２へ入力される交流波によりコア５１、５２のコア側磁極５１１、５２１（詳細には凸部の先端面の磁極）が励磁され、可動体３０側のマグネット６１、６２に対して、効果的に磁気吸引力及び反発力を発生する。これにより、可動体３０のマグネット６１、６２は、駆動基準位置となる位置（ここでは平面視してマグネット６１、６２の長手方向（軸方向）の中心と、対向するコア５１、５２側のコア側磁極５１１、５２１の中心とが重なり、且つ、マグネット６１、６２の高さ方向の中心と、コア５１、５２側のコア側磁極５１１、５２１の高さ方向の中心とが重なる位置）を基準にして、長手方向に沿って往復移動する。つまり、可動体３０は、固定体２０に対して、マグネット６１、６２とコア５１、５２との互いの磁極６１１、６２１、５１１、５２１に沿う方向と、軸回りの回転方向とに往復振動する（図９及び図１０参照）。

この駆動原理を以下に示す。なお、本実施の形態の振動アクチュエータ１０の駆動原理は、以下の各実施の形態の振動アクチュエータ１０，１０Ａ全てで実現される。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０における軸部８０方向に沿う振動では、可動体３０の質量ｍ［ｋｇ］、ねじり方向のばね定数Ｋ_ｓｐとした場合、可動体３０は、固定体２０に対して、下記式（１）によって算出される共振周波数ｆ_ｒ［Ｈｚ］で振動する。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０は、電源供給部２５からコイル部７１、７２に可動体３０の共振周波数ｆ_ｒと略等しい周波数の交流を供給してコイル部７１、７２を介して各コア５１、５２（詳細にはコア側磁極５１１、５２１）を励磁する。これにより、可動体３０を効率良く駆動させることができる。

本振動アクチュエータ１０における可動体３０は、コイル部７１、７２が巻回されたコア５１、５２及びマグネット６１、６２による磁気ばねと、金属ばね４０とを介して固定体２０により支持されるばねマス系構造で支持された状態となっている。よって、コイル部７１、７２に可動体３０の共振周波数ｆ_ｒに等しい周波数の交流が供給されると、可動体３０は共振状態で駆動される。

振動アクチュエータ１０の軸方向に沿う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、下記式（２）で示す運動方程式及び下記式（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／（ｍ／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、可動体３０の質量ｍと、金属ばね（弾性体、本実施の形態ではコイルばね）４０と磁気ばねとを重畳したばね定数Ｋ_ｓｐにより決まる共振周波数ｆ_ｒにおいて駆動した場合、軸部８０に沿う振動に関して効果的に大きな出力を得ることができる。

また、振動アクチュエータ１０の回転方向へ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３０の慣性モーメントをＪ［ｋｇ・ｍ^２］、金属ばね４０及び磁気ばねのねじり方向のばね定数をＫ_{ｓｐ＿ｒｏｔ}とした場合、可動体３０は、固定体２０に対して、下式（４）によって算出される共振周波数ｆ_{ｒ＿ｒｏｔ}［Ｈｚ］で振動する。

可動体３０は、ばねマス系の振動モデルにおけるマス部を構成するので、コイル１１に可動体３０の共振周波数ｆ_{ｒ＿ｒｏｔ}に等しい周波数の交流波が入力されると、可動体３０は共振状態となる。すなわち、電源供給部（例えば電源供給部２５、２５Ａ）からコイル部７１、７２に対して、可動体３０の共振周波数ｆ_{ｒ＿ｒｏｔ}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３０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の回転方向における駆動原理を示す運動方程式は、下記式（５）であり、振動アクチュエータ１０における可動体３０の回転方向への移動は、下記式（５）と上記式（３）の回路方程式とに基づいて駆動する。

すなわち、振動アクチュエータ１０における可動体３０の慣性モーメントＪ［ｋｇ・ｍ^２］、回転角度θ（ｔ）［ｒａｄ］、トルク定数Ｋ_ｔ［Ｎ・ｍ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、ばね定数Ｋ_{ｓｐ＿ｒｏｔ}［Ｎ・ｍ／ｒａｄ］、減衰係数Ｄ_ｒｏｔ［Ｎ・ｍ／（ｒａｄ／ｓ）］等は、式（５）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／（ｍ／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３０の慣性モーメントＪとばね部３３のばね定数Ｋ_{ｓｐ＿ｒｏｔ}により決まる共振周波数ｆ_{ｒ＿ｒｏｔ}に対応する交流波によりコイル部７１、７２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。

図１１は、軸方向に沿う振動と、軸回りの振動と同時に行うために、軸方向に沿う振動、つまり、直線方向の振動を発生させる共振周波数Ｌと、軸回りの振動、つまり、回転方向の共振周波数を略同一とした際の共振周波数Ｒを示す。
図１１に示す直線方向の共振周波数Ｌと回転方向の共振周波数Ｒを略同一とした単一の周波数を基本成分とした駆動信号でコイル部７１、７２を駆動する。
つまり、軸方向に沿う振動と軸回りの振動の双方の成分を含む共振周波数でコイル部７１、７２を通電する。

これにより、上述したように、可動体３０を、軸部８０の軸方向への往復移動と、軸回りの往復移動とを同時に行わせることできる駆動回路を容易に構成でき、この駆動回路により、容易に軸部８０の軸方向への往復移動と、軸回りの往復移動とを同時に行うことができる。これにより、直線方向と回転方向の２方向の振動が可能となり、ユーザの振動フィーリングを改善できる。

図１２は、軸方向に沿う振動と、軸回りの振動のそれぞれの共振周波数が異なる周波数とした駆動信号を示す図である。

すなわち、図１２では、直線方向の駆動周波数Ｌと直線方向とは異なる回転方向の駆動周波数Ｒを示す。

これら、直線方向の駆動周波数と直線方向とは異なる回転方向の駆動周波数を駆動信号として重畳してコイル部７１、７２に入力することによって、信号を重畳して入れることで、周波数の異なる2方向の振動を同じタイミングで発生させることができる。これにより、広い周波数で可動体３０を駆動させることができ、振動表現を増やすことができる。

振動アクチュエータ１０によれば、コイル部７１、７２と、マグネット６１、６２との協働により可動体３０を軸方向に振動する振動アクチュエータ１０である。

振動アクチュエータ１０は、コイル部７１、７２を有する固定体２０と、固定体２０に対して軸部８０を介して軸方向に可動自在に支持され、マグネット６１、６２を有する可動体３０とを有する。マグネット６１、６２は、可動体３０に、軸部８０を挟み互いに異なる方向に磁極を有して設けられ、コイル部７１、７２は、固定体２０に、可動体３０に設けられるマグネット６１、６２に対向して所定間隔Ｇを空けてそれぞれ配置される。

この構成によれば、軸部８０を挟みそれぞれのコイル部７１、７２が巻回されるコア５１、５２及びマグネット６１、６２間で発生する磁気吸引力は、可動体３０に対して軸部８０を挟み互いに逆方向に発生する。これにより、磁気吸引力による可動体３０の回転方向へ移動を規制して、可動体３０を往復回転移動する際の中立位置で保持して、回転往復動させる際の最大振幅を確保できる。また、軸方向にも往復振動可能であり、薄型化が可能であり、直線と回転の２方向の振動を行うことでより体感性の高い振動フィーリングを付与できる。よって、小型化を図りつつ、好適に十分に振動を付与できる。

従来、共振現象を利用した振動アクチュエータでは、ばね定数が線形（一定値）の場合、周波数に対する特性は、共振点付近で急峻な特性となるため、従来の振動アクチュエータを、周波数固定で駆動した場合、共振のずれにより振動特性のばらつきが大きくなることが知られている。これに対し、本実施の形態の振動アクチュエータ１０は、マグネット６１、６２とコイル部７１、７２とによる磁気ばねを用いているので、周波数特性が線形の場合の特性に比べ平坦になる駆動周波数にでき、振動出力をばらつきにくくすることができ、所望の振動出力を得ることが出来る。

金属ばね４０に加えて、磁性体であるコア５１、５２とマグネット６１、６２とを有する磁気ばねを有するので、コア５１、５２を基準位置で弾性支持する金属ばね４０のばね定数を下げることが可能となる。これにより、金属ばね４０の寿命が向上し振動アクチュエータ１０としての信頼性の向上を図ることができる。

ところで、従来の平面形状や円筒形状のアクチュエータを携帯電話、スマートフォン、ウェアラブル端末、或いは、リング型形状デバイス（ｅｘ．Φ１５～２５ｍｍ）等の携帯型電子機器に取り付けようとした場合、装着したユーザに十分な体感を付与する振動を発生させるためには、大きな振動デバイスが求められる。また、ばらつきの無い、安定した振動出力である振動特性が要求される。

これに対して本実施の形態の振動アクチュエータ１０では、可動体３０が軸部８０に沿って往復直線移動し、同時に、軸部８０周りに回転往復運動するように２軸で往復移動することにより振動を発生させることができ、十分な振動体感を付与できる。これにより、振動アクチュエータ１０をリング型形状デバイスに搭載すれば、小型化された振動アクチュエータ１０であっても、ユーザに、十分な振動をばらつくことなく効率良く付与できる。

可動体３０のウェイト部３２は、高比重のタングステンを用いて形成しているため、可動体自体の質量を増加させて、振動出力を増加することができる。

また、振動アクチュエータ１０によれば、筐体内で、可動体３０とのクリアランスを狭くしても干渉することなく組立が可能となる。また、可動体３０の軌跡が安定するため、設計が容易となり、且つ、可動体３０の安定した駆動が可能となる。また金属ばね４０にコイルばねを用いる場合、コイルばねの中央に軸部８０を通す構成となるので、組立性の向上及び安定したばね保持が可能となる。

実施の形態１、２では、対向する互いの極性の数を、マグネット４：コア３となるようにしている。なお、互いの極数の比は、マグネット：コア＝２：３、３：２でもよい。

（実施の形態２）
図１３は、本発明に係る実施の形態２の振動アクチュエータの構成を示す外観図であり、図１４は、同振動アクチュエータの内部構成を示す斜視図である。図１５は、同振動アクチュエータの内部構成を示す平面図であり、図１６は、同振動アクチュエータの分解斜視図であり、図１７は、直線方向トルクを発生させる磁気回路構成を模式的に示す側面図であり、図１８は、図１５のＢ―Ｂ線断面図である。図１８は、コイル部７１Ａ、７２Ａのそれぞれにおける複数のコイルのうちの一つのコイル７３、７４と、これに対向するマグネットの磁極とを一例として示している。また、図１９Ａ及び図１９Ｂは、回転方向トルクを発生させる磁気回路構成を模式的に示す側面図である。また、図１９の矢印ＡＦは回転方向基準位置に戻ろうとする磁気吸引力の方向、大きさを模式的に示す。

なお、実施の形態２の振動アクチュエータ１０Ａは、図１～図１０で説明した実施の形態１に対応する振動アクチュエータ１０と同様の基本的構成を有しているが、マグネット６１Ａ、６２Ａの磁極数とコア５１Ａ、５２Ａの磁極数の数が異なる。本実施の形態の振動アクチュエータ１０Ａは、マグネットとコアの磁極の極数を、３：２としたものであり、その他の構成は、振動アクチュエータ１０と同様の構成である。よって、振動アクチュエータ１０における構成要素と同様の機能を有する構成要素には、同名称と同符号に「Ａ」を付して示し、詳細な説明は省略する。

振動アクチュエータ１０Ａでは、可動体３０Ａの両側に設けられるマグネット６１Ａ、６２Ａの磁極数を３つずつにし、これに対向する固定体２０Ａ側のコア５１Ａ、５２Ａの磁極を２つずつにした構成である。

図１３に示す振動アクチュエータ１０Ａは、高さ（Ｚ方向であり、厚みに相当する）が縦（Ｘ方向であり、前後方向）及び横（Ｙ方向であり左右方向）よりも短い平板形状をなしている。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０Ａは、図１３～図１５に示すように、固定体２０と、軸部８０Ａと、固定体２０Ａの軸固定壁２１２Ａ、２１４Ａ間に架設された軸部８０Ａを介して固定体２０Ａに対して可動自在に支持される可動体３０Ａと、を有する。なお、軸固定壁２１２Ａ、２１４Ａは、固定体２０の軸固定壁２１２、２１４と同様に、ベース２１Ａの四辺のうち横方向（Ｙ方向）で離間する辺部から立設され、四辺のうち前後方向（Ｘ方向）で離間する辺部からそれぞれコア固定壁２１６Ａ、２１８Ａが立設されている。コア固定壁２１６Ａ、２１８Ａのそれぞれに沿ってコア５１Ａ、５２Ａが固定される。

可動体３０Ａは、マグネット６０Ａ（６１Ａ、６２Ａ）を有し、このマグネット６０Ａと、固定体２０Ａに設けられ、コア５０Ａ（５１Ａ、５２Ａ）に巻回されたコイル部７０Ａ（７１Ａ、７２Ａ）との協働により軸部８０Ａの軸方向に沿って直線往復移動するとともに軸部８０Ａの軸周りに回転往復移動する。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０Ａには、可動体３０Ａにおいて軸方向に沿う可動体本体として機能するウェイト部３２Ａの両側部に、軸部８０Ａの軸を挟むようにマグネット６１Ａ、６２Ａがそれぞれ設けられている。それぞれのマグネット６１Ａ、６２Ａと対向する位置に、コイル部７１Ａ、７２Ａ（図１５ではコイル部７３、７４で示す）が巻回されたコア５１Ａ、５２Ａが設けられている。

マグネット６１Ａ、６２Ａとコア５１Ａ、５２Ａは、互いの磁極（マグネット６１Ａ、６２Ａの磁極６１１Ａ、６２１Ａ及びコア５１Ａ、５２Ａのコア側磁極５１１Ａ、５２１Ａ）が、エアギャップＧを介して対向するように配置されている。

具体的には、マグネット６１Ａ、６２Ａの磁極６１１Ａ、６２１Ａは、軸部８０Ａの延在方向と直交する方向で互いに外方（前後方向であり、Ｘ方向において背反する方向）に向けて配置されている。

コア５１Ａ、５２Ａは、コイル部７１Ａ、７２Ａが巻回された複数の凸部を有し、コイル部７１Ａ、７２Ａ（図１５ではコイル部７３、７４）が通電されることで、凸部の先端面がコア側磁極５１１Ａ、５２１Ａとして励磁される。

コア側磁極５１１Ａ、５２１Ａは、マグネット６１Ａ、６２Ａの磁極６１１Ａ、６２１Ａに対向して配置されている。コイル部７１Ａ、７２Ａ、コア５１Ａ、５２Ａとマグネット６１Ａ、６２Ａは、磁力発生部を構成する。磁力発生部は、軸部８０の両側（Ｘ方向、前後方向）でそれぞれ、磁気吸引力による磁気ばねとして機能する。磁気吸引力は、軸部８０Ａを挟んで軸部８０を中心に対称に発生する。

可動体３０Ａが両側方で発生する磁気吸引力により両側方に向かって吸引されることで相殺されて釣り合い、可動体３０Ａは、その回転が抑制され、基準位置となる水平な状態となる位置で保持される。

振動アクチュエータ１０Ａでは、振動アクチュエータ１０と同様に、磁気ばねに加えて、可動体３０Ａを、軸部８０の軸方向に移動した際に基準位置に復帰自在に弾性支持する金属ばね４０を有する。この磁気ばねと金属ばね４０とにより、可動体３０は、軸回りへの回転及び軸方向に沿う移動を抑制した状態で、且つ、軸回り及び軸方向に往復移動自在に弾性支持される。

尚、振動アクチュエータ１０Ａにおける磁気回路による可動体３０Ａの可動は、振動アクチュエータ１０と同様である。

コイル部７１Ａ、７２Ａを通電すると、コア５１Ａ、５２Ａのコア側磁極５１１Ａ、５２１Ａは励磁される。これにより図１７に示すように、対向するマグネット６１Ａ、６２Ａの磁極６１１Ａ、６２１Ａにおいて軸方向で並ぶ異なる極性との間で発生する磁気吸引力及び磁気反発力により推力Ｆ１が発生し、可動体３０Ａは、軸部８０に沿う推力Ｆ１方向に移動する。この軸部８０Ａに沿う直線移動と同時に、図１８に示すように動作基準位置に位置する可動体３０Ａは、金属ばね４０により発生する回転方向トルクによって、図１９Ａに示すように、回転方向トルクの発生方向に移動する。

また、コイル部７１Ａ、７２Ａへの通電方向を変える、つまり、電流の供給方向を逆方向にすることにより、コア５１Ａ、５２Ａにおけるコア側磁極５１１Ａ、５２１Ａの極性を先の極性とは異なる極性にして、可動体３０Ａの移動方向を－Ｆ１方向に変更する。可動体３０Ａは、－Ｆ１方向に移動すると同時に、軸部８０Ａ周りを先の回転方向とは逆の方向で回転する。これを繰り返すことにより、可動体３０Ａのマグネット６０Ａは、駆動基準位置となる位置を基準にして、Ｙ方向（Ｆ１方向と－Ｆ１方向）に往復振動するとともに軸部８０周りに回転往復移動する。なお、この駆動原理は、上記式（１）～（５）によって実現される実施の形態１の振動アクチュエータ１０の同様の動作原理である。
可動体３０Ａは、軸部８０に沿って左右に捻れるように可動し、軸部の延在方向と、軸部８０周り方向との２方向に往復移動して振動する。

振動アクチュエータ１０Ａによれば、上述した振動アクチュエータ１０の効果１と同様の効果を奏することができる。加えて、本実施の形態２では、コイル部７１Ａ、７２Ａのそれぞれが巻回するコア５１Ａ、５２Ａでは、コイル部７１Ａ、７２Ａの通電により励磁されるコア側磁極５１１Ａ、５２１Ａは、それぞれ２極ずつであり、これに対向してマグネット６１Ａ、６２Ａはそれぞれ３つの磁極６１１Ａ、６２１Ａを有している。これにより振動アクチュエータ１０Ａは、振動アクチュエータ１０と比較して、外形の小さい振動アクチュエータを実現できる。

また、本実施の形態では、回転方向トルクの発生源としての金属ばね４０を円筒コイルばねとしたが、より一層、回転方向トルクを強力に発生させるために、各実施の形態における可動体３０、３０Ａを、図２０及び図２１に示す可動体３０Ｂとしてもよい。

図２０は、可動体の変形例を示す斜視図であり、図２１は、図２０に示す可動体のマグネットとコアとの位置関係の説明に供する図である。

図２０に示す可動体３０Ｂは、可動体３０の構成において、マグネット６１、６２をマグネット６１Ｂ、６２Ｂに変更している。なお、その他の構成は、可動体３０と同様であり同様の作用効果を有するので、同一の構成要素には同符号同名称を付して説明は省略する。

可動体３０Ｂでは、マグネット（マグネット６１Ｂ、６２Ｂ）に回転方向（ここではＺ方向）に部分的に突出する凸部を設け、コイル部７１、７２を通電により励磁したコア５１，５２の磁極（図１０参照）との協働により、回転方向トルクを磁気的に発生させる構造としている。

すなわち、可動体３０Ｂにおいて、軸部が挿通される貫通孔３２ａをＸ方向で挟むように配置されるマグネット６１Ｂでは、貫通孔３２ａの延在方向に沿って配置される複数の磁極６１Ｂのうち、軸方向での中心から左右に並ぶ磁極６１６１～６１６４、６２６１～６２６４がそれぞれ段階的にＺ方向に突出した形状を有している。具体的には、磁極６１６１～６１６４が一方向に向かって段階的に下り階段状に配置され、磁極６２６１～６２６４が、磁極６１６１～６１６４の階段形状が下る方向である一方向に向かって、上り階段形状となっている。

図２１に示すように、磁極６１６１～６１６４は、軸方向に略直線状に並ぶコア５１の複数のコア側磁極５１１に対して、図２１の図面上において中央部分を中心に右側の磁極６１６２、６１６１が順に上方に突出して配置されている。また図２１の図面上において中央部分を中心に左側の磁極６１６３、６１６４が順に下方に突出して配置されている。貫通孔３２ａを挟みマグネット６１Ｂと反対側に配置されるマグネット６２Ｂの磁極６２６１～６２６４は、磁極６１６１～６１６４とは逆に、一方向に向かって段階的に上り階段状に配置されている。

これにより、可動体３０Ｂのマグネット６１Ｂ、６２Ｂは、コア５１、５２（図３参照）が通電されると、コア５１、５２のコア側磁極５１１、５２１（図３参照）との間で、回転方向トルクを発生し、可動体３０Ｂは軸部を中心にねじり方向に往復回転振動を行う。

このように本実施の形態の変形例では、可動体３０Ｂのマグネット６１Ｂ、６２Ｂのレイアウトにおいて、回転方向（ここでは上下方向であるＺ方向）に凸部あるいは凸状の磁極６１６１～６１６４、６２６１～６２６４を設けている。
これにより、振動アクチュエータ１０において、変形例の可動体３０Ｂを可動体３０と換えた構成によれば、更に、磁気的にトルクを発生させて、回転方向の駆動源として可動体３０Ｂを回転方向に大きく動かすことができ、トルク発生源として円筒コイルばね４０（図３参照）の力だけでは振幅が限定される場合でも、ユーザに振動フィーリングを明確に付与できる。

（実施の形態３）
図２２は、本発明に係る実施の形態４のウェアラブル端末５００の要部構成を模式的に示す図である。ウェアラブル端末５００は、ユーザが身につけて使用するものである。ここでは、ウェアラブル端末５００は、接続された通信端末の着信の通知を装着したユーザに振動により通知する所謂ウェアラブルインプットデバイスとして機能する。

図２２に示すウェアラブル端末５００は、通信装置５１０と、処理装置５２０と、駆動装置としての振動アクチュエータ５３０と、筐体５４０と、有する。振動アクチュエータ５３０は、各実施の形態１～３に示す振動アクチュエータ１０、１０Ａのいずれかを適用している。振動アクチュエータ５３０の底面は、筐体５４０の内周面５４２に近接して配置される。ウェアラブル端末５００は、各実施の形態１、２に示す振動アクチュエータ１０、１０Ａを実装している。

筐体５４０は、リング状に形成され、ここでは、ユーザの指に装着する。このとき、振動アクチュエータ５３０の底面を、装着部位である指に重なるように位置させる。これにより、指に密着するように振動アクチュエータ５３０が装着される。通信装置５１０は、図示しない携帯電話、スマートフォン、携帯型遊技機等の無線通信端末と、無線通信により接続され、例えば、無線通信端末からの信号を受信して、処理装置５２０に出力する。

通信装置５１０は、例えば、無線通信端末からの信号は、例えば、Bluetooth（登録商標）等の通信方式で受信する無線通信端末の着信信号等である。処理装置５２０では、入力された信号を、振動アクチュエータ５３０の駆動信号に変換して、駆動回路部５２５を介して振動アクチュエータ５３０（１０、１０Ａ）の電源供給部（振動アクチュエータ１０、１０Ａの電源供給部２５、２５Ａ）に供給して振動アクチュエータ５３０を駆動する。

これにより、可動体（３０、３０Ａ、３０Ｂ）が振動してウェアラブル端末５００は振動する。ウェアラブル端末５００の筐体５４０は、リング形状をなしており、可動体（３０、３０Ａ、３０Ｂ）は、振動アクチュエータ５３０の底面（ベース２１の底面に相当）に沿って往復振動するとともに、底面と交差する方向に往復振動し、ダイレクトに指に伝達される。これにより、振動アクチュエータが指の背上に配置されたり、指腹部分から離れた位置、例えば、浮いた位置に振動アクチュエータが配置された構成と比較して、外形形状を変更することなく、所定の大きさで、ユーザの体感振動を一層大きくできる。

また、ウェアラブル端末５００の形状を小型化でき、使用時に違和感が無く使用感の向上を図ることができる。なお、ウェアラブル端末５００を、通信装置５１０と、処理装置５２０と、駆動装置としての振動アクチュエータ５３０と、を有する着信通知機能デバイスとしてもよい。これにより、着信機能デバイスは、携帯電話、スマートフォン、携帯型遊技機等の無線通信端末で取得した外部からの着信を、振動アクチュエータを駆動させてユーザに報知する構成としても良い。また、振動アクチュエータ５３０の振動を着信信号の他に、メール等の外部装置から情報通信端末への信号入力に対応する振動、ゲームの操作に応じた振動を体感振動として増加させてユーザに付与できる。なお、このウェアラブル端末５００に、空中で文字を描くように動かすだけで、無線で接続される装置に、文字や数字を入力したり、接続されたディスプレイ等の表示器に表示された情報を選択したりすることができる機能を設けても良い。

また、図２３に示すように、各実施の形態１、２に示す振動アクチュエータ１０、１０Ａのいずれかを適用したアクチュエータ５３０を、携帯端末６００に実装しても同様の効果を奏することができる。携帯端末６００は、筐体６４０内に、ウェアラブル端末５００と同様に、通信装置５１０と、処理装置５２０と、駆動回路部５２５と、駆動装置としての振動アクチュエータ５３０と有する。携帯端末６００では、振動アクチュエータ５３０を振動させることにより、携帯電話、スマートフォン、携帯型ゲーム端末機等の無線通信端末で取得した外部からの着信に加えて、携帯端末６００の各機能の信号を処理装置５２０で処理し、駆動回路部５２５を介して振動アクチュエータ５３０を振動してユーザに報知できる。

なお、実施の形態２の振動アクチュエータ１０Ａにおいて、可動体３０Ａに換えて可動体３０Ｂを設けた構成としてもよい。また、コイルにより励磁される磁極の数、マグネットの磁極の数は、上記実施の形態に限定されず、コア側の磁極とマグネット側の磁極との比は、コア側の磁極：コア側の磁極＋１であってもよいし、コア側の磁極：コア側の磁極－１であってもよく、コア側の磁極とマグネット側の磁極の一方の数が２以上であることが好ましい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係る振動アクチュエータは、小型化可能であり好適に効率良く振動する効果を有し、情報通信端末と通信可能なウェアラブル端末及び、携帯電話等の情報通信端末の着信通知をユーザに体感させることで報知する着信通知機能デバイスとして有用である。

１０、１０Ａ、５３０ 振動アクチュエータ
２０、２０Ａ 固定体
２１、２１Ａ ベース
２２、２２Ａ カバー
２３ａ、２３ｂ ばねホルダ
２５、２５Ａ 電源供給部
２７ａ、２７ｂ ステフィナー
２９ ボビン部
３０、３０Ａ、３０Ｂ 可動体
３２、３２Ａ ウェイト部
３２ａ 貫通孔
３６ 緩衝材
４０ 金属ばね
５０、５０Ａ、５１、５１Ａ、５２、５２Ａ コア
６０、６０Ａ、６１、６１Ａ、６１Ｂ、６２、６２Ａ、６２Ｂ マグネット
７０、７０Ａ、７１、７１ｂ、７１Ａ、７２、７２ｂ、７２Ａ、７３、７４ コイル部
８０、８０Ａ 軸部
８２ａ、８２ｂ 軸受け
２１２、２１４、２１２Ａ、２１４Ａ 軸固定壁
２１６、２１８、２１６Ａ、２１８Ａ コア固定壁
３２２ 胴部
３２２ａ 筒状部
３２２ｂ 突条部
３２４ 張出部
５１０ 通信装置
５１１、５１１Ａ、５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５２１、５２１Ａ、５２１ａ、５２１ｂ コア側磁極
５２０ 処理装置
５２５ 駆動回路部
５３０ アクチュエータ
５４０、６４０ 筐体
５４２ 内周面
６００ 携帯端末
６１１、６１１Ａ、６１１ｂ、６２１、６２１Ａ、６２１ｂ、６１６１、６１６２、６１６３、６１６４、６２６１、６２６２、６２６３、６２６４ 磁極（マグネット側磁極）
３２２１ 挿通孔
３２４１ 張出本体部
３２４２ 受け部
３２４４ 張出部分
３２４６ 逃げ部
３２４１ａ 開口部

Claims (10)

1. コイルとマグネットとの協働により可動体を固定体に対して振動させる振動アクチュエータであって、
   前記コイル及び前記コイルが巻回されるコアを有する前記固定体と、
   軸部と、
   前記マグネットを有し、前記軸部を介して前記固定体に可動自在に支持される前記可動体と、
   を備え、
   前記コアは、前記軸部の軸方向に沿って配置され、前記コイルへの通電により励磁されるコア側磁極を有し、
   前記マグネットは、隙間を空けて前記コア側磁極に対向するように配置されたマグネット側磁極を有し、
   前記可動体を前記固定体に対して、軸方向に往復直線移動自在及び軸回りに往復回転移動自在に弾性支持するばね部を有し、
   前記可動体は、
   前記軸部を挟み且つ前記軸方向に延在する両側部を有し前記両側部に夫々前記マグネット側磁極が設けられる胴部と、
   前記胴部において前記軸方向で離間する両端部で、夫々両側方に張り出すように設けられた一対の張出部とを備え、
   前記両側部及び前記一対の張出部はウェイト部であり、夫々の回転方向の厚みが、前記軸部が挿通される部位よりも薄くなるように構成される、
   振動アクチュエータ。
2. 前記ばね部は、前記コア側磁極と前記マグネット側磁極との間で発生する磁気吸引力による磁気ばねと、前記可動体と前記固定体との間で、前記可動体を軸方向に付勢するように配置される金属ばねとを有する、
   請求項１記載の振動アクチュエータ。
3. 前記金属ばねは、前記固定体と前記可動体との間で前記軸部に外挿され、前記コイルへの通電による前記可動体の軸方向への移動に伴い、コイルの巻回方向にトルクを発生する円筒コイルばねである、
   請求項２記載の振動アクチュエータ。
4. 前記円筒コイルばねは、前記固定体及び前記可動体の双方に接続する両端部のうちの少なくとも一方の端部が接続する前記固定体及び前記可動体の一方に接合固定されている、
   請求項３記載の振動アクチュエータ。
5. 前記円筒コイルばねは、前記固定体及び前記可動体に接続する両端部の少なくとも一方に前記固定体及び前記可動体の一方に面接触する平面部を有する、
   請求項３または４に記載の振動アクチュエータ。
6. 前記マグネット側磁極は、回転方向に部分的に突出して配置され、通電される前記コイルにより励磁される前記コア側磁極と協働して、回転方向にトルクを発生させる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
7. 前記コイルは、前記可動体を前記往復直線移動させる共振周波数と、前記可動体を前記往復回転移動させる共振周波数を略同一とした単一周波数の駆動信号により、駆動される、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
8. 前記コイルは、前記可動体を前記往復直線移動させる駆動周波数と直線方向とは異なる前記可動体を前記往復回転移動させる駆動周波数を重畳して入力される駆動信号により、駆動される、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
9. 前記可動体は高比重金属材を含む、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の振動アクチュエータを実装した、
    携帯型電子機器。

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