JP7100239B2 - 振動アクチュエーター及び携帯機器 - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエーター及び携帯機器に関する。

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ーが実装されている。振動アクチュエーターを駆動してユーザー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。

特許文献１～３に開示の振動アクチュエーターは、コイルを有する固定体と、マグネットを有する可動体と、を備え、コイルとマグネットで構成されるボイスコイルモーターの駆動力を利用して、可動体を往復動させることにより、振動を生じさせる。この振動アクチュエーターは、可動体がシャフトに沿って直線移動するリニアアクチュエーターであり、振動方向が携帯機器の主面と平行になるように実装される。携帯機器と接触するユーザーの体表面には、体表面に沿う方向の振動が伝達される。

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

振動機能を有する携帯機器には、ユーザーに十分な体感振動を与えられることが要求される。しかしながら、特許文献１～３に開示の振動アクチュエーターの場合、体表面に沿う方向の振動であるため、十分な体感振動を与えられない虞がある。

本発明の目的は、サイズを大型化することなく、ユーザーに十分な体感振動を与えることができる振動アクチュエーター及び携帯機器を提供することである。

本発明の一態様に係る振動アクチュエーターは、
コイルを有する可動体、マグネットを有する固定体、及び前記固定体に対して前記可動体を可動自在に支持する弾性支持部を有し、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振動方向に往復動する振動アクチュエーターであって、
前記マグネットは、前記コイルに対して径方向内側に離間して配置され、
前記弾性支持部は、前記固定体に一端が固定されるとともに、前記可動体に他端が固定され、前記可動体を片持ちで支持する構造を有し、
前記可動体は、自由端側に設けられるウエイトと、前記ウエイトが接続されるウエイト接続部と、前記コイルが配置されるコイル配置部と、を有し、
前記ウエイトは、前記ウエイト接続部に対して、固定部材により固定され、
前記マグネットは、前記振動方向の中心を境界として逆向きに着磁されており、前記コイルを貫通するように配置されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る携帯機器は、上記の振動アクチュエーターを実装していることを特徴とする。

本発明によれば、サイズを大型化することなく、ユーザーに十分な体感振動を与えることができる振動アクチュエーター及び携帯機器を提供することができる。

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ーを示す外観斜視図である。 図２は、振動アクチューターのカバーを外した状態を示す斜視図である。 図３は、振動アクチュエーターの分解斜視図である。 図４は、振動アクチュエーターの要部構成を示す縦断面図である。 図５Ａ、図５Ｂは、コイル及びコイルホルダーの構造を示す斜視図である。 図６Ａ～図６Ｃは、コイル及びコイルホルダーの構造の他の一例を示す斜視図である。 図７Ａ～図７Ｃは、弾性支持体とウエイトとの接続工程を示す図である。 図８Ａ、図８Ｂは、マグネットの凹部の一例を示す斜視図である。 図９は、振動アクチュエーターの磁気回路を示す図である。 図１０Ａ～図１０Ｃは、可動体の動作を示す縦断面図である。 図１１Ａ、図１１Ｂは、振動アクチュエーターの実装形態の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、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ー１を示す外観斜視図である。図２は、振動アクチューター１のカバー２４を外した状態を示す斜視図である。図３は、振動アクチュエーター１の分解斜視図である。図４は、振動アクチュエーター１の要部構成を示す縦断面図である。

本実施の形態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用して説明する。後述する図においても共通の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で示している。以下において、振動アクチュエーター１の幅、奥行き、高さは、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の長さである。また、Ｚ方向プラス側を「上側」、Ｚ方向マイナス側を「下側」として説明する。

振動アクチュエーター１は、スマートフォン等の携帯機器（図１１Ａ、図１１Ｂ参照）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ー１は、例えば、ユーザー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。振動アクチュエーター１は、例えば、携帯機器の主面とＸＹ面が平行となるように実装される。携帯機器の主面とは、ユーザーに接触する振動伝達面であり、例えば、スマートフォンやタブレット端末の場合はタッチパネル面が主面である。

図１～図４に示すように、振動アクチュエーター１は、可動体１０、固定体２０及び弾性支持体３０を備える。可動体１０は、一端側を支点として他端側が往復動するように、弾性支持体３０を介して固定体２０と連結される。

可動体１０は、駆動時に振動（揺動）する部分である。固定体２０は、弾性支持体３０を介して可動体１０を支持する部分である。本実施の形態では、可動体１０はコイル１１を有し、固定体２０はマグネット２１を有する。すなわち、振動アクチュエーター１では、ムービングコイル方式のボイスコイルモーター（ＶＣＭ：Voice Coil Motor）が採用されている。なお、振動アクチュエーター１において、可動体１０がマグネットを有し、固定体２０がコイルを有する、ムービングマグネット方式のボイスコイルモーターを適用することもできる。

弾性支持体３０は、ウエイト接続部３１、コイルホルダー収容部３２及び板ばね部３３を有する。ウエイト接続部３１、コイルホルダー収容部３２及び板ばね部３３は、例えば、ステンレス鋼板の板金加工により一体的に形成される。なお、駆動時には、板ばね部３３が変形し、ウエイト接続部３１及びコイルホルダー収容部３２は、コイル１１やウエイト１３等と一体的に振動する。すなわち、ウエイト接続部３１及びコイルホルダー収容部３２は、可動体１０の一部を構成する。

なお、ウエイト接続部３１、コイルホルダー収容部３２及び板ばね部３３は、それぞれ別部材で形成されてもよいし、隣接する２つが一体的に形成され、残りの一つが別部材で形成されてもよい。

ウエイト接続部３１及びコイルホルダー収容部３２は、全体的に、Ｙ方向から見て下方が開放されたＵ字形状を有する。板ばね部３３は、Ｘ方向から見て側方が開放したＵ字形状を有する。

ウエイト接続部３１は、ウエイト１３が接続される部分である。ウエイト接続部３１は、ウエイト１３の弾性体接続部１３１を、上面及び側面で覆う形状を有する。ウエイト接続部３１は、上面に、固定部材であるリベット１４が挿通されるリベット穴(貫通孔)３１ａを有する。ウエイト接続部３１は、リベット１４によりウエイト１３と接続される。ウエイト１３と弾性支持体３０との接続構造については、後述する。

コイルホルダー収容部３２は、コイルホルダー１２を収容する部分である。コイルホルダー収容部３２の上面は切り欠かれており、コイルホルダー１２を収容するための開口３２ａが形成されている。コイルホルダー１３は、コイルホルダー収容部３２の内側面に、例えば接着により固定される。

板ばね部３３は、駆動時に変形する板状の部分である。板ばね部３３の一端は、固定体２０（ベースプレート２３）に、例えば溶接又は接着により固定される。板ばね部３３の他端は、コイルホルダー収容部３２に取り付けられたコイル１１及びウエイト接続部３１に取り付けられたウエイト１３に接続される。

可動体１０の一端（ここでは、コイルホルダー収容部３２の板ばね部３３側の端部）は、板ばね部３３を介して固定体２０のベースプレート２３と連結され、他端は自由端となっている。可動体１０は、筐体内部において、ベースプレート２３とカバー２４の上面との間の中間の位置に、それぞれと略平行に片持ち支持された状態で配置される。すなわち、弾性支持体３０は、可動体１０を振動方向（Ｚ方向）に可動自在に、片持ちで支持する構造を有する。

可動体１０は、コイル１１、コイルホルダー１２、及びウエイト１３を有する。なお、前述したように、本実施の形態では、弾性支持体３０のウエイト接続部３１及びコイルホルダー収容部３２も可動体１０の一部を構成する。可動体１０は、非通電状態において、ベースプレート２３に対向した状態となっており、コイル１１に通電が行われると、ベースプレート１２に対して接離するように高さ方向（Ｚ方向）に往復動する（図１０Ｂ、図１０Ｃ参照）。

コイルホルダー１２は、コイル１３を弾性支持体３０に接続するための接続部品である。コイルホルダー１２は、コイル１３を収容するコイル収容部１２ｂ及び絡げ部１２ａを有する（図５Ａ、図５Ｂ参照）。

本実施の形態では、コイルホルダー１２は、樹脂材料により形成される。これにより、金属製の他の部材（例えば、弾性支持体３０）との電気的絶縁を確保することができるので、信頼性が向上する。また、コイル１１をコイルホルダー１２に固定した状態で弾性支持体３０に取り付けるので、コイル１１の変形やほつれが抑制され、作業性及び取付性が向上する。

樹脂材料には、例えば、液晶ポリマー又はポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）が好適である。コイルホルダー１２の樹脂材料として、高流動性を有する液晶ポリマー又はＰＰＳを用いることにより、コイルホルダー１２の強度を確保しつつ肉厚を薄くすることができるため、スペースを低減できる。したがって、コイル１１とマグネット２１の設計の自由度が高まり、振動アクチュエーター１の振動出力の向上を図ることができる。また、液晶ポリマー及びＰＰＳ樹脂は、耐熱性及び機械的強度に優れるため、信頼性も向上する。

コイル収容部１２ｂは、本実施の形態では、箱形状に形成され、コイル収容部１２ｂの内面に、コイル１１の外周面及び上端面が固定されるようになっている。なお、コイル収容部１２ｂの上面には、マグネット２１を挿通するために開口１２ｃ（図５Ａ、図５Ｂ参照）が形成される。

コイル収容部１２ｂが箱形状を有することにより、コイル１１の取付け位置が安定し、取付け精度が向上するため、振動アクチュエーター１の製品間の振動出力が安定する。また、コイル１１の位置決めが容易となるため、作業性が向上する。さらに、コイル１１とマグネット２１との間に介在物がないため、後述するボビン形状のコイルホルダーを用いる場合に比較して、コイル１１とマグネット２１を近接させることができるので、振動アクチュエーター１の振動出力を増大させるのに好適である。

絡げ部１２ａは、コイル１１とフレキシブルプリント回路基板４１（以下、「ＦＰＣ４１」と称する）を電気的に接続するための接続部分である。絡げ部１２ａは、コイル収容部１２ｂから外側に突出するように形成される。絡げ部１２ａは、コイル１１の両端部及びＦＰＣ４１の配線に、例えば、半田付けにより接続される。

コイルホルダー１２が絡げ部１２ａを有することにより、ＦＰＣ４１に半田付けする位置が同じになるため、作業性が高く、安定した製造が可能となる。また、コイル１１の端部が絡げ部１２ａに固定されるため、コイル１１のほつれを抑制することができる。

コイル１１は、駆動時に通電される空芯コイルであり、マグネット２１とともにボイスコイルモーターを構成する。コイル１１は、自己融着線を巻線して融着することにより形成される。コイル１１は、コイルホルダー１２を介して弾性支持体３０のコイルホルダー収容部３２に取り付けられる。

本実施の形態では、コイル１１は、コイルホルダー１２の内周面の形状に対応する形状（ここでは、略正方形状）を有する。これにより、コイルホルダー１２に対してコイル１１を容易に取り付けることができる。具体的には、コイル１１の四隅を除く外周面が平坦となっているので、コイルホルダー１２の内周面に、例えば接着によりコイル１１を容易に固定することができる。

振動アクチュエーター１を組み立てた状態において、コイル１１の径方向内側には、所定間隔をあけてマグネット２１が配置される。このとき、コイル１１は、第１マグネット２１１と第２マグネット２１２の接合部分の周囲に位置する。ここで、「径方向」とは、コイル軸（Ｚ方向）に直交する方向である。また、「所定間隔」とは、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２に対するコイル１１のＺ方向の移動（揺動）を許容する間隔である。

コイル１１の両端は、それぞれ、コイルホルダー１２の絡げ部１２ａに絡げられる。コイル１２には、絡げ部１２ａに接続されたＦＰＣ４１を介して通電が行われる。

なお、図６Ａ～図６Ｃに示すように、振動アクチュエーター１において、筒部５２ｄ及び筒部５２ｄの両端に配置される鍔部５２ｂ、５２ｃを有するボビン形状のコイルホルダー５２を用い、筒部５２ｄの外周面にコイル５１を巻線する構造を適用してもよい。コイルホルダー５２において、一方の鍔部５２ｂに絡げ部５２ａが配置され、貫通孔５２ｅにマグネット２１２が挿通される。この場合、巻線したコイル５１がずれないので、耐衝撃性が向上する。また、実施の形態のコイル１１のように自己融着線を用いる必要がないので、低コスト化を図ることができるとともに、工程を自動化することができる。

ウエイト１３は、可動体１０の振動出力を増加させるための錘である。ウエイト１３は、本実施の形態では、略直方体形状を有し、弾性支持体３０のウエイト接続部３１に、ウエイト接続部３１の延在方向に沿って連設される。

ウエイト１３の弾性体接続部１３ａは、弾性支持体３０が接続される部分である。弾性体接続部１３ａは、ウエイト１３の弾性支持体３０から露出する部分よりも、弾性支持体３０の厚さ分だけ小さく形成されており、弾性支持体３０と連結されたときに外面が面一となるようになっている。ウエイト接続部３１は、固定部材であるリベット１４が挿通される貫通孔３１ａ（以下、「リベット穴３１ａ」と称する）を有する。

ウエイト１３は、電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ、鋼板の比重は７．８５）等の材料よりも比重の高い材料（例えば、比重が１６～１９程度）により形成されるのが好ましい。ウエイト１３の材料には、例えば、タングステンを適用できる。これにより、設計等において可動体１０の外形寸法が設定された場合でも、可動体１０の質量を比較的容易に増加させることができ、所望の振動出力を実現することができる。

ウエイト１３の上下面の先端部（ベースプレート２３又はカバー２４に衝突する部分）には、ダンパー材１５が配置される。ダンパー材１５は、可動体１０が振動した際に、ベースプレート２３及びカバー２４に接触する（図１０Ｂ、図１０Ｃ参照）。ダンパー材１５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。

これにより、可動体１０が振動してベースプレート２３又はカバー２４に接触する際の衝撃が緩和されるので、接触音や振動ノイズの発生を低減しつつ、ユーザーに振動を伝達することができる。また、振動する度に、可動体１０は、ダンパー材１５を介してベースプレート２３及びカバー２４に交互に接触（具体的には衝突）するので、振動出力が増幅される。これにより、実際の可動体１０による振動出力よりも大きな振動出力を、ユーザーに体感させることができる。

上述したように、可動体１０は、自由端側に設けられるウエイト１３と、ウエイト１３が接続されるウエイト接続部３１と、を有する。本実施の形態では、ウエイト１３は、ウエイト接続部３１（弾性支持体３０）に対して、固定部材であるリベット１４により固定される。

具体的には、図７Ａ～図７Ｃに示す接続工程に従って、ウエイト１３と弾性支持体３０が連結される。すなわち、まず、図７Ａに示すように、弾性支持体３０のウエイト接続部３１に、ウエイト１３の弾性体接続部１３ａを、リベット穴(貫通孔)３１ａ、１３ｂが合うように位置合わせして、嵌入する。ウエイト接続部３１と弾性体接続部１３ａの接触面は、熱硬化型接着剤により接着してもよい。

次に、弾性支持体３０側からリベット穴(貫通孔)３１ａ、１３ｂにリベット１４を挿通し、リベット１４の先端部（頭部とは反対側の端部）をかしめる。このとき、例えば、ハイスピンかしめ工法を適用することにより、かしめ部分をきれいに仕上げることができる。以上の工程により、弾性支持体３０とウエイト１３が連結される（図７Ｃ参照）。

固定部材にリベット１４を用いることにより、弾性支持体３０とウエイト１３とが機械的に固定されることとなるので、振動アクチュエーター１の信頼性が向上する。また、簡易な設備、工程により製造することができるので、タクトタイム及び製造コストの低減を図ることができ、生産性が向上する。

本実施の形態のように、ウエイト１３がタングステンを主成分とする材料で形成され、弾性支持体３０がステンレス材で形成される場合、両者の融点が異なる（タングステン：３４２２℃、ステンレス材：約１４００℃）ため、溶接による固定では広い面積が必要となり、設計の自由度が低下する虞がある。これに対して、リベット１４による固定では、所定強度を有するリベットを挿通できるリベット穴(貫通孔)１３ｂ、３１ａが形成されていればよいので、設計上の自由度が高い。

リベット１４は、例えば、銅系材料（銅又は銅合金）又はステンレス材料で形成される。リベット１４を銅系材料で形成する場合、材料が伸びやすく、リベット１４の先端部をかしめやすいため、作業性が向上する。また、銅系材料は強度が高いので、信頼性も高まる。さらには、銅系材料は入手が容易であり、低コスト化を図ることができる。また、銅系材料は非磁性であるため、磁気回路への影響はなく、振動アクチュエーター１の性能を阻害する虞がない。また、銅系材料は、ステンレス材料に比較して比重が高いので、可動体１０の質量を増加させるのに好適である。一方、リベット１４をステンレス材料で形成する場合、銅系材料に比較して固定部分の強度が高くなるので、信頼性が向上する。

固定体２０は、マグネット２１、マグネットホルダー２２、ベースプレート２３及びカバー２４を有する。

ベースプレート２３は、板形状（本実施の形態では矩形板状）を有し、振動アクチュエーター１の底面を形成する。カバー２４は、ベースプレート２３に対応する箱形状（本実施の形態では角箱状）を有し、振動アクチュエーター１の上面及び側面を形成する。ベースプレート２３にカバー２４が取り付けられることにより、振動アクチュエーター１の筐体が形成される。振動アクチュエーター１の外形及び寸法は特に制限されないが、本実施の形態では、幅（Ｘ方向）、奥行き（Ｙ方向）、高さ（Ｚ方向）のうち、奥行きが最も長く、高さが最も短い直方体形状を呈している。ベースプレート２３とカバー２４によって形成される空間に、可動体１０を含む構成要素が収容される。

ベースプレート２３及びカバー２４は、導電性を有する材料により形成されるのが好ましい。これにより、ベースプレート２３及びカバー２４は、電磁シールドとして機能するとともに、マグネット２１とともに磁気回路を形成するヨークとして機能する。

マグネット２１は、２つのマグネット２１１、２１２で構成される。マグネット２１１、２１２のうち、振動アクチュエーター１を組み立てた状態において上側（カバー２４側）に位置するマグネット２１１を第１マグネット２１１、下側（ベースプレート２３側）に位置するマグネット２１２を第２マグネット２１２と称する。

第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２は、略同一の柱形状（本実施の形態では直方体状）を有し、着磁方向が逆となるように接合される。すなわち、第１マグネット２１１及び第２マグネット２２は、同磁極で対向して配置され、接合される。ここでは、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２は、それぞれ、接合面側がＮ極、カバー２４側又はベースプレート２３側がＳ極となるように着磁されているものとする。なお、「略同一」とは、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２の外形は同じであるが、細部（例えば、接合面に形成される凹部２１１ａ、２１２ａ（図８Ａ、図８Ｂ参照））の構造は異なっていてもよいことを意味する。

コイル１１は、振動アクチュエーター１を組み立てた状態において、第１マグネット２１１と第２マグネット２１２の接合部分と高さ位置が同じになるように配置される。第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２において、接合面側がＮ極、カバー２４側又はベースプレート２３側がＳ極となるように着磁されている場合、マグネット２１のＺ方向中心部分（接合部分）から放射され、Ｚ方向両端部に入射する磁束が形成される。したがって、コイル１１のどの部分に対しても、内側から外側に磁束が横切るので、コイル１１に通電したときに同じ方向にローレンツ力が作用する。例えば、図１０Ｂに示すようにコイル１１への通電が行われた場合は、コイル１１には上方向のローレンツ力が作用し、図１０Ｃに示すようにコイル１１への通電が行われた場合は、コイル１１に下方向のローレンツ力が作用する。

第１マグネット２１１と第２マグネット２１２は、例えば、接着剤によって接着される。すなわち、第１マグネット２１１と第２マグネット２１２の間には、接着層（符号略）が介在する。接着剤には、例えば、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、又は嫌気硬化性樹脂からなる接着剤を適用できる。紫外線硬化型接着剤（アクリル樹脂系又はエポキシ樹脂系）の場合、紫外線照射により短時間で硬化させることができるので、タクトタイム及び工程を低減することができる。一方、熱硬化型接着剤（エポキシ樹脂系又はアクリル樹脂系）又は嫌気硬化型接着剤（アクリル樹脂系）の場合、接合強度を高めることができる。

特に、エポキシ樹脂系の熱硬化型接着剤が好適である。紫外線硬化型接着剤の場合、接着層の中心部に紫外線光が照射されにくいため、硬化が不十分となる虞がある。同様に、嫌気硬化型接着剤の場合、マグネット２１が小型であり、空気と接触しない部分が小さいために、硬化が不十分となる虞がある。これに対して、エポキシ樹脂系の熱硬化型接着剤の場合、加熱により確実に硬化させることができるので、安定した製造工程となり、製造性、信頼性が向上する。

本実施の形態では、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２は、それぞれの接合面に、凹部２１１ａ、２１２ａを有する。これにより、凹部２１１ａ、２１２ａが樹脂溜まりとなって接着面積が広くなり、接着強度が高まるため、耐衝撃性が改善され、信頼性が向上する。また、接着剤のはみ出しが低減されるため、作業性も改善される。さらには、凹部２１１ａ、２１２ａを、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２の着磁方向を判別するためのマーキングとして利用することもできる。

第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２を、着磁方向が逆となるように接着剤により接合する場合、接着剤の塗布量が多いとマグネット間の隙間が大きくなり振動特性に影響し、接着剤の塗布量が少ないと十分な接合強度が得られず振動時に破損する虞がある。本実施の形態では、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２のそれぞれの接合面に凹部２１１ａ、２１２ａを設けることにより、このような課題を解決している。

なお、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２の少なくとも一方が、凹部２１１ａ、２１２ａを有していればよく、凹部２１１ａ、２１２ａの形状は異なっていてもよい。

凹部２１１ａ、２１２ａの形状は、例えば、十字形状（図８Ａ参照）又は直線形状（図８Ｂ参照）であることが好ましい。凹部２１１ａ、２１２ａを十字形状とする場合、接着剤の溜まる量が多くなるので、効果的に接着強度を高めることができる。一方、凹部２１１ａ、２１２ａを直線形状とする場合、加工がしやすく、安定した形状を実現できるので、個体間のばらつきを抑制でき、安定した品質のマグネット２１を提供することができる。

マグネットホルダー２２は、マグネット２１を位置決めするための部品であり、第２マグネット２１２を囲む偏平の枠形状（本実施の形態では矩形枠形状）を有する。マグネットホルダー２２は、例えば、非磁性ステンレスにより形成される。マグネットホルダー２２は、金属、樹脂等、どのような材料で形成されてもよいが、マグネット２１（特に、第２マグネット２１２）から放射される磁束に影響を与えないように、非磁性体であることが好ましい。

第２マグネット２１２及びマグネットホルダー２２は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化型接着剤により、ベースプレート２３の所定の位置に固定される。また、第１マグネット２１１は、例えば、マグネット２１を可動体１０に挿通し、カバー２４を取り付けた後、カバー２４の注入穴（符号略）から接着剤を注入することにより、カバー２４の所定の位置に固定される。

コイルホルダー１２の絡げ部１２ａに接続されるＦＰＣ４１は、弾性支持体３０の板ばね部３３に沿って延在し、カバー２４の外側に引き出される。ＦＰＣ４１の一端部は、絡げ部１２ａと弾性支持体３０によって挟持される。ＦＰＣ４１は、可動体１０の振動に追従して変形する。

本実施の形態では、ＦＰＣ４１と弾性支持体３０との間に弾性部材１６が介在している。弾性部材１６は、例えば、弾性接着剤又は弾性接着テープで形成される。これにより、ＦＰＣ４１と弾性支持体３０が弾性的に固定されるので、振動時の衝撃は弾性部材１６によって吸収される。したがって、可動体１０が振動する際に、衝撃によって絡げ部１２ａにおける電気的接続が破壊される、具体的には、巻線の断線や半田の亀裂、損傷が生じるのを防止することができるので、振動アクチュエーター１の信頼性が向上する。

図９は、振動アクチュエーター１の磁気回路を示す図である。図１０Ａ～図１０Ｃは、可動体１０の動作を示す縦断面図である。図１０Ａ～図１０Ｃは、それぞれ、非通電時における可動体１０の状態（基準状態）、コイル１１に上方から見て時計回りに通電したときの可動体１０の状態、コイル１１に上方から見て反時計回りに通電したときの可動体１０の状態を示す。

振動アクチュエーター１において、可動体１０は、固定体２０のベースプレート２３とカバー２４との間に、弾性支持体３０の板ばね部３３により一端側を支持された状態で配置されている。加えて、マグネット２１は、可動体１０のコイル１１の径方向内側に配置され、かつ、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２は、互いに同極性の磁極面（図９、図１０Ａ～図１０ＣではＮ極同士）を対向させて接合されている。

可動体１０は、ＦＰＣ４１を介して電源供給部（図示略）からコイル１１が通電されることにより、Ｚ方向、つまり、ベースプレート２３及びカバー２４に対して接離する方向に往復動する。具体的には、可動体１０の他端部が揺動する。これにより、振動アクチュエーター１の振動出力が、振動アクチュエーター１を備える携帯機器のユーザーに伝達される。

振動アクチュエーター１では、図９に示す磁気回路が形成される。また、振動アクチュエーター１において、コイル１１は、第１マグネット２１１及び第２マグネット２１２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１０Ｂに示すように通電が行われると、マグネット２１の磁界とコイル１１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１１にローレンツ力Ｆが生じる。ローレンツ力Ｆの方向は、磁界の方向とコイル１１に流れる電流の方向に直交する方向（図１０ＢではＺ方向プラス側）である。このローレンツ力Ｆが推力となり、可動体１０が揺動する。具体的には、可動体１０は、一端部側が弾性支持体３０（板ばね部３３）により支持されているので、可動体１０の他端部、つまり、ウエイト１３側がＺ方向プラス側に揺動することになる。そして、可動体１０は、ウエイト１３の先端部に配置されたダンパー材１５を介してカバー２４に接触（具体的には、衝突）する。

また、コイル１１の通電方向が逆方向に切り替わり、図１０Ｃに示すように通電が行われると、逆向き（Ｚ方向マイナス側）のローレンツ力－Ｆが生じる。このローレンツ力－Ｆが推力となり、可動体が揺動する。具体的には、可動体１０の他端部、つまり、ウエイト１３側がＺ方向マイナス側に揺動し、ウエイト１３の先端部に配置されたダンパー材１５を介してベースプレート２３に接触（具体的には、衝突）する。

振動アクチュエーター１では、板ばね部３３の一端が可動体１０に固定され、他端が固定体２０に固定されることにより、可動体１０が可動自在に支持している。これにより、支持構造が単純であるため設計がシンプルになるとともに、省スペース化を図ることができ、振動アクチュエーター１の小型化を図ることができる。

また、振動アクチュエーター１では、コイル１１及びマグネット２１が、可動体１０の基端側（板ばね部３３が接合される側）に配置され、ウエイト１３が、可動体１０の先端側に配置されている。つまり、可動体１０の駆動トルクを発生させる磁気回路が揺動支点側に配置され、揺動する際に最も変位範囲が大きい可動体１０の先端側にウエイト１３が配置されている。これにより、コイル１１及びマグネット２１を可動体１０の先端側に配置した構成に比較して、先端側のウエイト１３の占める割合を増大して、可動体１０に付与する回転モーメント（回転系における質量）を増大することができるので、振動の高出力化を図ることができる。したがって、振動アクチュエーター１の低背化のためにＺ方向の高さが制限され、可動体１０の可動域（振動量）が制限を受ける場合にも対応することができる。

さらに、可動体が固定体と摺動しながら振動する振動アクチュエーターに比較して、可動体１０が固定体２０の一部に摺動することなく振動するので、振動の際に固定体２０との摩擦抵抗による推力の減衰は発生せず、好適な振動を得ることができる。

ここで、振動アクチュエーター１は、ＦＰＣ４１を介して電源供給部（図示略）からコイル１１へ入力される交流波によって駆動される。つまり、コイル１１の通電方向は周期的に切り替わり、可動体１０にはＺ方向プラス側の推力ＦとＺ方向マイナス側の推力－Ｆが交互に作用する。これにより、可動体１０の他端側は、ＹＺ面内で円弧状に振動する。

以下に、振動アクチュエーター１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ー１では、可動体１０の慣性モーメントをＪ［ｋｇ・ｍ^２］、板ばね部３３のねじり方向のバネ定数をＫ_ｓｐとした場合、可動体１０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１０は、バネ－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１０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１０は共振状態となる。すなわち、電源供給部からコイル１１に対して、可動体１０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１０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ー１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ー１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ー１における可動体１０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］、バネ定数Ｋ_ｓｐ［Ｎ・ｍ／ｒａｄ］、減衰係数Ｄ［Ｎ・ｍ／（ｒａｄ／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ー１では、可動体１０の慣性モーメントＪと板ばね部３３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１１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１１Ａ、図１１Ｂは、振動アクチュエーター１の実装形態の一例を示す図である。図１１Ａは、振動アクチュエーター１をウェアラブル端末Ｗに実装した例を示し、図１１Ｂは、振動アクチュエーター１を携帯端末Ｍに実装した例を示す。

ウェアラブル端末Ｗは、ユーザーが身につけて使用するものである。ウェアラブル端末Ｗは、ここではリング形状を有し、ユーザーの指に装着される。ウェアラブル端末Ｗは、無線通信により情報通信端末（例えば、携帯電話）に接続される。ウェアラブル端末Ｗは、振動により、情報通信端末における電話やメールの着信をユーザーに通知する。なお、ウェアラブル端末Ｗは、着信通知以外の機能（例えば、情報通信端末に対する入力操作）を備えていてもよい。

携帯端末Ｍは、例えば、携帯電話やスマートフォン等の携帯通信端末である。携帯端末Ｍは、振動により、外部の通信装置からの着信をユーザーに通知するとともに、携帯端末Ｍの各機能（例えば、操作感や臨場感を与える機能）を実現する。

図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、ウェアラブル端末Ｗ及び携帯端末Ｍは、それぞれ、通信部１０１、処理部１０２、駆動制御部１０３、及び駆動部１０４を有する。駆動部１０４に、振動アクチュエーター１が適用される。

ウェアラブル端末Ｗ及び携帯端末Ｍにおいて、振動アクチュエーター１は、端末の主面と振動アクチュエーター１のＸＹ面が平行となるように実装される。具体的には、ウェアラブル端末Ｗの場合は、筐体内周面とＸＹ面が平行となるように、振動アクチュエーター１が実装される。また、携帯端末Ｍの場合は、表示画面（タッチパネル面）とＸＹ面が平行となるように、振動アクチュエーター１が実装される。これにより、振動伝達面となるウェアラブル端末Ｗ及び携帯端末Ｍの主面に対して垂直な方向の振動が、ユーザーに伝達される。

通信部１０１は、外部の通信装置と無線通信により接続され、通信装置からの信号を受信して処理部１０２に出力する。ウェアラブル端末Ｗの場合、外部の通信装置は、例えば、携帯電話、スマートフォン、携帯型ゲーム端末等の情報通信端末であり、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信規格に従って通信が行われる。携帯端末Ｗの場合、外部の通信装置は、例えば基地局であり、移動体通信規格に従って通信が行われる。

処理部１０２は、入力された信号を、変換回路部（図示省略）により駆動部１０４（振動アクチュエーター１）を駆動するための駆動信号に変換して駆動制御部１０３に出力する。なお、携帯端末Ｍにおいては、処理部１０２は、通信部１０１から入力される信号の他、各種機能部（図示略、例えばタッチパネル等の操作部）から入力される信号に基づいて、駆動信号を生成する。

駆動制御部１０３は、駆動部１０４（振動アクチュエーター１のＦＰＣ４１）に接続されており、駆動部１０４を駆動するための回路が実装されている。駆動制御部１０３は、駆動部１０４に対して駆動信号を供給する。

駆動部１０４は、駆動制御部１０３からの駆動信号に従って駆動する。具体的には、駆動部１０４に適用される振動アクチュエーター１において、可動体１０は、ウェアラブル端末Ｗ及び携帯端末Ｍの主面に直交する方向に振動する。可動体１０は、振動する度に、ベースプレート２３又はカバー２４に接触するので、可動体１０の振動に伴うベースプレート２３又はカバー２４への衝撃が、ダイレクトにユーザーに振動として伝達される。ウェアラブル端末Ｗ又は携帯端末Ｍに接触するユーザーの体表面には、体表面に垂直な方向の振動が伝達されるので、ユーザーに対して十分な体感振動を与えることができる。

このように、本実施の形態に係る振動アクチュエーター１は、コイル１１（コイル及びマグネットの一方）を有する可動体１０、マグネット２１（コイル及びマグネットの他方）を有する固定体２０、及び固定体２０に対して可動体１０を可動自在に支持する板ばね部３３（弾性支持部）を有し、コイル１１とマグネット２１の協働により、可動体１０が固定体２０に対して振動方向に往復動する。マグネット２１は、コイル１１に対して径方向内側に離間して配置される。板ばね部３３は、固定体２０に一端が固定されるとともに、可動体１０に他端が固定され、可動体１０を片持ちで支持する構造を有する。可動体１０は、自由端側に設けられるウエイト１３と、ウエイト１３が接続されるウエイト接続部３１と、を有する。ウエイト１３は、ウエイト接続部３１に対して、リベット１４（固定部材）により固定されている。

振動アクチュエーター１によれば、サイズを大型化することなく、ユーザーに十分な体感振動を与えることができる。加えて、固定部材にリベット１４を用いることにより、弾性支持体３０とウエイト１３とが機械的に固定されることとなるので、振動アクチュエーター１の信頼性が向上する。また、簡易な設備、工程により製造することができるので、タクトタイム及び製造コストの低減を図ることができ、生産性が向上する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、実施の形態では、ウエイトとウエイト接続部を固定する固定部材として、個別部材であるリベットを適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、ウエイト及びウエイト接続部の一方に一体片として立設した突起部を固定部材として適用し、この突起部をウエイト及びウエイト接続部の他方に設けられた貫通孔に挿通させ、先端をかしめることで、ウエイトとウエイト接続部を固定するようにしてもよい。

また例えば、本発明に係る振動アクチュエーターは、実施の形態で示したウェアラブル端末Ｗ及び携帯端末Ｍ以外の携帯機器（例えば、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））に適用する場合に好適である。

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。

１ 振動アクチュエーター
１０ 可動体
１１ コイル
１２ コイルホルダー
１３ ウエイト
１４ リベット（固定部材）
１５ ダンパー材
１６ 弾性部材
２０ 固定体
２１ マグネット
２１１ 第１マグネット
２１２ 第２マグネット
３０ 弾性支持体
３１ ウエイト接続部
３２ コイルホルダー収容部
３３ 板ばね部（弾性支持部）
４１ フレキシブルプリント回路基板
Ｗ ウェアラブル端末
Ｍ 携帯端末

Claims (6)

1. コイルを有する可動体、マグネットを有する固定体、及び前記固定体に対して前記可動体を可動自在に支持する弾性支持部を有し、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振動方向に往復動する振動アクチュエーターであって、
   前記マグネットは、前記コイルに対して径方向内側に離間して配置され、
   前記弾性支持部は、前記固定体に一端が固定されるとともに、前記可動体に他端が固定され、前記可動体を片持ちで支持する構造を有し、
   前記可動体は、自由端側に設けられるウエイトと、前記ウエイトが接続されるウエイト接続部と、前記コイルが配置されるコイル配置部と、を有し、
   前記ウエイトは、前記ウエイト接続部に対して、固定部材により固定され、
   前記マグネットは、前記振動方向の中心を境界として逆向きに着磁されており、前記コイルを貫通するように配置されていることを特徴とする振動アクチュエーター。
2. 前記弾性支持部、前記コイル配置部及び前記ウエイト接続部は、一体的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエーター。
3. 前記固定部材は、リベットであり、
   前記リベットは、銅系材料で形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動アクチュエーター。
4. 前記固定部材は、リベットであり、
   前記リベットは、ステンレス材料で形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動アクチュエーター。
5. 前記ウエイトは、タングステンを主成分とする材料で形成され、
   前記ウエイト接続部は、ステンレス材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の振動アクチュエーター。
6. 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ーを実装していることを特徴とする携帯機器。

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