WO2016153029A1

WO2016153029A1 - 振動アクチュエータ

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Publication number: WO2016153029A1
Application number: PCT/JP2016/059591
Authority: WO
Inventors: 慎小田島; 昇生川; 片田　好紀; 栞石井
Original assignee: 日本電産コパル株式会社
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2016-09-29
Also published as: JP2016182569A; CN207746087U

Abstract

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。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。

Description

振動アクチュエータ

　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）。

特開２０１１－９７７４７号公報

　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。

　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。

本発明の実施形態に係る振動アクチュエータの説明図（（ａ）が外観平面図、（ｂ）がＸ－Ｘ断面図）である。本発明の実施形態（第１実施形態）に係る振動アクチュエータの内部平面図（カバー開放状態）である。本発明の実施形態（第１実施形態）に係る振動アクチュエータの内部平面図（（ａ）が可動子を除いた状態、（ｂ）がコイルとマグネットからなる駆動部を示した図）である。本発明の実施形態（第２実施形態）に係る振動アクチュエータの内部平面図（カバー開放状態）である。本発明の実施形態（第２実施形態）に係る振動アクチュエータの内部平面図（（ａ）が可動子を除いた状態、（ｂ）がコイルとマグネットからなる駆動部を示した図）である。本発明の実施形態に係る振動アクチュエータを備えた携帯電子機器（携帯情報端末）を示した説明図である。

　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

Claims

　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。