JP2020121277A - アクチュエータ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】板ばねの連結部分における応力の集中を抑制する。【解決手段】アクチュエータは、筐体部と、前記筐体部に対して移動自在な可動部と、前記可動部の往復運動によって弾性変形する板ばねと、を備え、前記筐体部及び前記可動部の一方は、永久磁石を含み、前記筐体部及び前記可動部の他方は、コイルを含み、前記板ばねは、波状に曲がった凸部を連結部分の近傍に有する。【選択図】図２

Description

本発明の一態様は、電子機器等に用いられるアクチュエータに関する。

携帯端末等の電子機器においては、着信や情報の受信をユーザに伝えるため、また、タッチパネルの操作の感触を指に伝えるために、電子機器を振動させる機能を有するものが多い。このような機能は、電子機器の内部に配置されたアクチュエータ等の動作により実現されている。このようなアクチュエータは、たとえば特許文献１などに開示されている。

特開２０１７−２２１９０９号公報

特許文献１に記載のアクチュエータでは、筐体に対して一方向に沿って往復運動する振動体が、当該振動体と筐体との間に位置する板ばねにより支持される構成を有する。板ばねは、変形することにより往復運動する振動体の運動エネルギーを吸収するが、板ばねと筐体または振動体との固定部に応力が集中することが多い。応力の集中部分では、板ばねの永久変形またはひび割れなどが発生することがあり、好ましくない。

本発明は、上記の課題などを解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
筐体部（４）と、
前記筐体部に対して移動自在な可動部（２）と、
前記可動部の往復運動によって弾性変形する板ばね（１０Ａ、１０Ｂ）と、を備え、
前記筐体部及び前記可動部の一方は、永久磁石（２６Ａ、２６Ｂ）を含み、
前記筐体部及び前記可動部の他方は、コイル（２８）を含み、
前記板ばねは、波状に曲がった凸部（１１ａ）を連結部分（１１ｂ）の近傍に有する、
アクチュエータである。

上記構成のアクチュエータによれば、板ばねが波状に曲がった凸部を連結部分の近傍に有する構成により、応力が集中しやすい連結部分における応力を分散させることができるので、板ばねの永久変形またはひび割れなどを抑制し、板ばねを長期にわたって良好に機能させることができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記連結部分は、溶接されている。

上記構成のアクチュエータによれば、応力が集中しやすい溶接部分における応力を効果的に分散させ、板ばねの永久変形またはひび割れなどを抑制することができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記連結部分において、前記筐体と前記板ばねとが連結される。

たとえば、アクチュエータの組み立て時などにおいて、作業スペースが制限された状況で筐体と板ばねとを溶接する場合、溶接される部分の面積が小さくなることがある。小さい面積の溶接部分には応力が特に集中するが、上記構成のアクチュエータによれば、このような溶接が施された場合においても、連結部分の応力を分散させることができるので、良好な品質のアクチュエータを製造することができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記凸部は、円弧に沿って曲がっている。

上記構成のアクチュエータによれば、凸部が円弧に沿って曲がっている簡易な形状で連結部分における応力を効果的に分散させることができるとともに、板ばねの生産コストを抑制することができる。

上記アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記円弧の曲率半径は、前記可動部の移動量より小さい。

上記構成のアクチュエータによれば、連結部分における応力を分散させるのに適した板ばねの形状を実現することができる。

上記いずれかのアクチュエータは、パーソナルコンピュータ、スマートフォン及びタブレットなどの電子機器（１００）に好適に適用される。

上記構成の電子機器によれば、アクチュエータにおいて、板ばねが波状に曲がった凸部を連結部分の近傍に有する構成により、応力が集中しやすい連結部分における応力を分散させることができるので、板ばねの永久変形またはひび割れなどを抑制し、板ばねを長期にわたって良好に機能させることができる。これにより、アクチュエータからの振動に基づく電子機器の良好な操作感を長期にわたって維持することができる。

図１は、本実施形態のリニアモータの斜視図である。 図２は、本実施形態のリニアモータの分解斜視図である。 図３は、本実施形態のリニアモータをｚ軸−側からｚ軸＋側へ見た分解図である。 図４は、図３におけるＩＶの部分拡大図である。 図５は、本実施形態の可動部及び板ばねの斜視図である。 図６は、本実施形態の板ばねの一部の平面図である。 図７は、本実施形態の携帯情報端末の斜視図である。

本発明のアクチュエータは、筐体部と、筐体部に対して移動自在な可動部と、可動部の往復運動によって弾性変形する板ばねと、を備える構成において、板ばねが、波状に曲がった凸部を連結部分の近傍に有する構成としている点を特徴のひとつとする。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
２．本実施形態の特徴
３．補足事項

＜１．実施形態＞
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のリニアモータの斜視図である。図２は、本実施形態のリニアモータの分解斜視図である。図３は、本実施形態のリニアモータをｚ軸−側からｚ軸＋側へ見た分解図である。図４は、図３におけるＩＶの部分拡大図である。図５は、本実施形態の可動部及び板ばねの斜視図である。図６は、本実施形態の板ばねの一部をｙ軸＋側からｙ軸−側へ見た平面図である。なお、図５及び図６では、板ばねが可動部に固定されている状態が示される。

各図面にはｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を示している。可動部２の移動する方向（以下、移動方向と称することがある。）に平行な軸であって、基板２９が地板２１から突出している方向を「ｚ軸」と定義する。ｚ軸に垂直な軸であって、地板２１から見てケース２２へ向いている軸を「ｙ軸」と定義する。また、ｙ軸およびｚ軸の両方に垂直な軸を「ｘ軸」と定義する。ここでは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、右手系の３次元の直交座標を形成する。以下、ｚ軸の矢印方向をｚ軸＋側、矢印とは逆方向をｚ軸−側と呼ぶことがあり、その他の軸についても同様である。

＜リニアモータ１＞
図１〜図６に示されるように、本実施形態のリニアモータ１は、可動部２、筐体部４、板ばね１０Ａ及び１０Ｂならびに保護プレート２７Ａ及び２７Ｂを含んで構成される。リニアモータ１は、たとえば、スマートフォン、タブレット、ノートＰＣまたはゲームコントローラなどの電子機器に取り付けられる。リニアモータ１は、本発明でいう「アクチュエータ」の一具体例である。

可動部２は、ヨーク２３、分銅２４Ａ及び２４Ｂならびにマグネット２６Ａ及び２６Ｂを含んで構成される。以下、板ばね１０Ａ及び１０Ｂの各々を、板ばね１０と称することがある。分銅２４Ａ及び２４Ｂの各々を、分銅２４と称することがある。マグネット２６Ａ及び２６Ｂの各々を、マグネット２６と称することがある。保護プレート２７Ａ及び２７Ｂの各々を、保護プレート２７と称することがある。

＜筐体部４＞
筐体部４は、地板２１、ケース２２、コイル２８及び基板２９を含んで構成される。筐体部４は、電子機器に固定される固定部として機能する。

＜地板２１及びケース２２＞
地板２１及びケース２２は、リニアモータ１の筐体を形成する部材であって金属または樹脂などで形成される。地板２１は、略矩形の断面を有する板状の部材であり、ｙ軸＋側に向いた第１面と、ｙ軸−側に向いた第２面と、を有する。ケース２２は、ｙ軸−側が地板２１と連結可能に開放されている。ケース２２は、略矩形の断面を有し、地板２１と対向する板状の対向部と、当該対向部の四辺からそれぞれｙ軸−側へ延びる４つの側板部と、を有している。以下、ｚ軸−側の側板部を側板部２２ａと定義する。側板部２２ａと対向する側板部、すなわちｚ軸＋側の側板部を側板部２２ｂと定義する。地板２１とケース２２とが連結されることで、可動部２、板ばね１０Ａ及び１０Ｂ、保護プレート２７Ａ及び２７Ｂ、コイル２８ならびに基板２９を収容する内部空間が形成される。

＜基板２９＞
基板２９は、コイル２８へ電流を供給する配線が設けられた板状の部材である。基板２９は、一部が地板２１に対してｚ軸＋側へ突出するように、地板２１のｙ軸＋側に向いた面すなわち地板２１の第１面に配置される。当該一部には、配線を介してコイル２８と電気的に接続される端子２９ａ及び２９ｂが配置される。端子２９ａ及び２９ｂには、たとえば、可動部２の質量ならびに板ばね１０Ａ及び１０Ｂの弾性係数などで定まる共振周波数（固有振動数）を有する交流電流またはパルス電流が、供給される。

＜コイル２８＞
コイル２８は、マグネット２６Ａ及び２６Ｂと地板２１との間に設けられる。詳細には、コイル２８は、マグネット２６Ａ及び２６Ｂと所定の間隔を空けて、基板２９のｙ軸＋側に固定される。コイル２８は、ｙ軸と平行な軸（以下、巻回軸と称することがある。）の回りに線材が巻回されることで形成され、環状を有する。

＜可動部２＞
上述したように、可動部２は、ヨーク２３、分銅２４Ａ及び２４Ｂならびにマグネット２６Ａ及び２６Ｂを含んで構成される。可動部２は、移動方向に沿って筐体部４に対して移動自在である。

＜マグネット２６＞
マグネット２６は、略直方体に形成された永久磁石であり、コイル２８の巻回軸方向すなわちｙ軸方向の一方及び他方にそれぞれＮ極及びＳ極を有する。マグネット２６Ａ及び２６Ｂは、長手方向がｘ軸と平行になり、磁極が互いに逆になるように、ｚ軸−側からｚ軸＋側へ向かってこの順に並ぶ。

＜ヨーク２３＞
ヨーク２３は、略矩形の断面を有し、ｚｘ面に平行な底板部と、底板部のｘ軸＋側の端面からｙ軸−側へ延びる側板部２３ａと、底板部のｘ軸−側の端面からｙ軸−側へ延びる側板部２３ｂと、を有する。ヨーク２３は、たとえば、透磁率の大きい板状の金属をコの字状に折り曲げることにより形成される。ヨーク２３は、側板部２３ａと側板部２３ｂとの間にマグネット２６Ａ及び２６Ｂを収容する。本実施形態では、移動方向から見たマグネット２６の両端が、接着剤によってそれぞれ側板部２３ａ及び２３ｂに接着される。

＜分銅２４＞
分銅２４は、略直方体の部材であり、たとえばタングステンなどの密度の大きい材料によって形成される。分銅２４Ａ及び２４Ｂは、マグネット２６に対するｘ軸＋側及びｘ軸−側にそれぞれ設けられる。本実施形態では、分銅２４Ａは、板ばね１０Ａを挟んでヨーク２３の側板部２３ａに固定される。分銅２４Ｂは、板ばね１０Ｂを挟んでヨーク２３の側板部２３ｂに固定される。分銅２４の固定方法については、後述する。

＜板ばね１０＞
板ばね１０は、可動部２の往復運動によって弾性変形し、凸部１１ａ、ケース側連結部１１ｂ、弾性変形部１１ｃ及び可動体側連結部１１ｄを含んで構成される。板ばね１０は、たとえば、可撓性を有する金属製の板材を略Ｌ字状に折り曲げることにより形成される。板ばね１０Ａは、マグネット２６に対するｚ軸−側に固定される。板ばね１０Ｂは、マグネット２６に対するｚ軸＋側に固定される。本実施形態では、板ばね１０Ａ及び１０Ｂは、同じ部品であるため、ここでは、板ばね１０Ａについて代表的に説明し、板ばね１０Ｂについては簡潔に説明する。

＜板ばね１０Ａ＞
板ばね１０Ａの可動体側連結部１１ｄは、可動部２のヨーク２３と板ばね１０Ａとを連結する。本実施形態では、可動体側連結部１１ｄは、ｙｚ面に略平行な板状の部材であり、ヨーク２３の側板部２３ａと分銅２４Ａとの間に挟まれて固定される。詳細には、可動体側連結部１１ｄは、ヨーク２３の側板部２３ａに溶接によって固定される。そして、分銅２４は、この可動体側連結部１１ｄに溶接によって固定される。

板ばね１０Ａのケース側連結部１１ｂは、筐体部４の側板部２２ａと板ばね１０Ａとを連結する。本実施形態では、ケース側連結部１１ｂは、ｘｙ面に略平行な板状の部材であり、ケース２２の側板部２２ａに溶接によって固定される。詳細には、ケース側連結部１１ｂの一部の領域（以下、溶接領域１１ｆと称することがある。）が、溶接によって側板部２２ａに固定される。溶接領域１１ｆは、本発明でいう「連結部分」の一具体例である。

板ばね１０Ａの弾性変形部１１ｃは、ケース２２の側板部２２ａとマグネット２６Ａとの間に位置する。弾性変形部１１ｃは、ケース側連結部１１ｂのｘ軸＋側の端部から可動体側連結部１１ｄへ近づく方向へ向かって延びる板状の部材であり、可動体側連結部１１ｄのｚ軸−側の端部に接続される。詳細には、弾性変形部１１ｃは、波状に曲がった凸部１１ａを溶接領域１１ｆの近傍に有する。より詳細には、弾性変形部１１ｃは、ケース側連結部１１ｂのｘ軸＋側の端部からｘ軸＋側へ少し離れた位置において、凸部１１ａを有する。当該位置では、弾性変形部１１ｃの延伸方向が、可動体側連結部１１ｄへ近づく方向、マグネット２６Ａへ近づく方向、マグネット２６Ａから離れる方向、及び可動体側連結部１１ｄへ近づく方向の順に変化することで、ｚ軸＋側へ波状に曲がった凸部１１ａが形成される。

ｚｘ面を平面視した場合における凸部１１ａの形状（以下、側面形状と称することがある。）は、円弧に沿って曲がっている。凸部１１ａの側面形状の曲率半径は、可動部２の移動量より小さい。本実施形態では、可動部２の移動量が最大で略１．８ミリメートルであるのに対して、凸部１１ａの側面形状の曲率半径は、略０．３ミリメートルである。また、弾性変形部１１ｃの厚さは、略０．１５ミリメートルである。

なお、凸部１１ａが、ｚ軸＋側すなわちマグネット２６Ａ側へ波状に曲がる構成について説明したが、凸部１１ａが、ｚ軸−側すなわち側板部２２ａ側へ曲がる構成であってもよい。しかしながら、凸部１１ａが、側板部２２ａ側へ曲がる構成では、凸部１１ａと側板部２２ａとが物理的に干渉する可能性が高まるので、凸部１１ａが、マグネット２６側へ波状に曲がる構成が好ましい。

板ばね１０Ａの弾性変形部１１ｃは、凸部１１ａから可動体側連結部１１ｄへ近づく方向へ向かって延伸しながら、ｙ軸方向の幅を徐々に小さくしてから徐々に大きくして元の幅に戻し、くびれ部を形成する。このくびれ部のｙ軸方向の幅を調整することで、弾性変形部１１ｃのばね定数を調整することができる。弾性変形部１１ｃは、折り曲げ部１１ｅにおいて延伸方向をｚ軸＋側へ変え、可動体側連結部１１ｄのｚ軸−側の端部に接続する。

＜板ばね１０Ｂ＞
板ばね１０Ｂの可動体側連結部１１ｄは、ヨーク２３の側板部２３ｂに溶接により固定される。板ばね１０Ｂのケース側連結部１１ｂは、ｘｙ面に略平行な板状の部材であり、ケース側連結部１１ｂの一部の領域すなわち溶接領域１１ｆが、溶接によって側板部２２ａに固定される。

板ばね１０Ｂの弾性変形部１１ｃは、溶接領域１１ｆの近傍すなわちケース側連結部１１ｂのｘ軸−側の端部からｘ軸−側へ少し離れた位置において、凸部１１ａを有する。当該位置では、弾性変形部１１ｃの延伸方向が、可動体側連結部１１ｄへ近づく方向、マグネット２６Ｂへ近づく方向、マグネット２６Ｂから離れる方向、及び可動体側連結部１１ｄへ近づく方向の順に変化することで、ｚ軸−側へ波状に曲がった凸部１１ａが形成される。板ばね１０Ｂの凸部１１ａの側面形状は、板ばね１０Ａの凸部１１ａの側面形状と同様である。弾性変形部１１ｃは、凸部１１ａから可動体側連結部１１ｄへ近づく方向へ向かってくびれ部を形成しながら延伸し、折り曲げ部１１ｅにおいて延伸方向をｚ軸−側へ変え、可動体側連結部１１ｄのｚ軸＋側の端部に接続する。

＜保護プレート２７＞
保護プレート２７は、略矩形の断面を有する板状の部材であり、衝突による衝撃を緩和するために板ばね１０とマグネット２６と間に設けられる。本実施形態では、保護プレート２７Ａは、板ばね１０Ａのケース側連結部１１ｂのｚ軸＋側に固定され、マグネット２６Ａとの衝突による衝撃を緩和する。保護プレート２７Ｂは、板ばね１０Ｂのケース側連結部１１ｂのｚ軸−側に固定され、マグネット２６Ｂとの衝突による衝撃を緩和する。

＜シミュレーション結果＞
板ばね１０における応力についてシミュレーションを行った結果、凸部１１ａを設けた場合における応力の最大値として６８８．５ニュートン毎平方ミリメートルが得られた。また、凸部１１ａを設けない場合における応力の最大値として７４３．８ニュートン毎平方ミリメートルが得られた。つまり、溶接領域１１ｆの近傍に凸部１１ａを設けることで、応力の最大値を約７．４％減少させることが可能となった。

＜携帯情報端末１００＞
図７は、本実施形態の携帯情報端末の斜視図である。携帯情報端末１００は、リニアモータ１及びタッチ操作パネル５０を含んで構成される。携帯情報端末１００は、タッチ操作パネル５０を備える家電製品である。具体的には、携帯情報端末１００は、たとえばスマートフォンである。なお、携帯情報端末１００は、タブレット、ノートＰＣまたはゲームコントローラなどであってもよい。携帯情報端末１００は、本発明でいう「電子機器」の一具体例である。

タッチ操作パネル５０は、たとえばタッチディスプレイである。携帯情報端末１００は、タッチ操作パネル５０のタッチ操作に応じてリニアモータ１を振動させるように構成される。板ばね１０に凸部１１ａを設けることで、振動時における板ばね１０の連結部分の応力を分散させることができるので、板ばね１０の永久変形またはひび割れなどを防ぎ、板ばね１０を長期にわたって良好に機能させることができる。これにより、リニアモータ１の製品寿命を延ばし、良好な性能を継続して持続させることができるので、携帯情報端末１００の良好な操作感を長期にわたって維持することができる。なお、タッチ操作パネル５０が、タッチパッドである構成であってもよい。また、リニアモータ１は、タッチ操作パネル５０を有しない電子機器に設けられる構成であってもよい。

＜２．本実施形態の特徴＞
上記構成のリニアモータによれば、板ばね１０が波状に曲がった凸部１１ａをケース側連結部１１ｂの近傍に有する構成により、応力が集中しやすいケース側連結部１１ｂにおける応力を分散させることができるので、板ばね１０の永久変形またはひび割れなどを抑制し、板ばね１０を長期にわたって良好に機能させることができる。

上記構成のリニアモータでは、ケース側連結部１１ｂが溶接されているため、応力が集中しやすいケース側連結部１１ｂにおける応力を効果的に分散させ、板ばね１０の永久変形またはひび割れなどを抑制することができる。

上記構成のリニアモータでは、ケース側連結部１１ｂにおいて、ケース２２と板ばね１０とが連結されるため、たとえば、リニアモータ１の組み立て時などにおいて、作業スペースが制限された状況でケース２２と板ばね１０とを溶接する場合、溶接される部分の面積が小さくなることがある。小さい面積の溶接部分には応力が特に集中するが、このような溶接がケース側連結部１１ｂに施された場合においても、ケース側連結部１１ｂの応力を分散させることができるので、良好な品質のリニアモータ１を製造することができる。

上記構成のリニアモータでは、凸部１１ａが円弧に沿って曲がっているため、簡易な形状でケース側連結部１１ｂにおける応力を効果的に分散させることができるとともに、板ばね１０の生産コストを抑制することができる。

上記構成のリニアモータでは、上記円弧の曲率半径が、可動部２の移動量より小さいため、ケース側連結部１１ｂにおける応力を分散させるのに適した板ばね１０の形状を実現することができる。

＜３．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

本実施形態のアクチュエータでは、可動部２がマグネット２６Ａ及び２６Ｂを含み、筐体部４がコイル２８を含む構成について説明したが、可動部２がコイルを含み、筐体部４が永久磁石を含む構成であってもよい。

また、本実施形態のアクチュエータでは、凸部１１ａが、溶接領域１１ｆの近傍に設けられる構成について説明したが、凸部は、可動体側連結部１１ｄの一部の領域であって溶接によってヨーク２３に固定される領域の近傍に設けられる構成であってもよい。

また、本実施形態のアクチュエータでは、板ばね１０のケース側連結部１１ｂとケース２２とが溶接によって固定される構成について説明したが、板ばね１０のケース側連結部１１ｂとケース２２とが、カシメなどの溶接と異なる方法により固定される構成であってもよい。

また、本実施形態のアクチュエータでは、板ばね１０の可動体側連結部１１ｄとヨーク２３とが溶接によって固定される構成について説明したが、板ばね１０の可動体側連結部１１ｄとヨーク２３とが、カシメなどの溶接と異なる方法により固定される構成であってもよい。

また、本実施形態のアクチュエータでは、１つの凸部１１ａが板ばね１０に設けられる構成について説明したが、複数の凸部が板ばね１０に設けられる構成であってもよい。

本発明は、スマートフォン、タブレット、ノートＰＣまたはゲームコントローラなどの電子機器において振動を発生させるアクチュエータとして好適に利用される。

１…リニアモータ
２…可動部
４…筐体部
１０Ａ、１０Ｂ…板ばね
１１ａ…凸部
１１ｂ…ケース側連結部
１１ｃ…弾性変形部
１１ｄ…可動体側連結部
１１ｅ…折り曲げ部
１１ｆ…溶接領域
２１…地板
２２…ケース
２２ａ、２２ｂ…側板部
２３…ヨーク
２３ａ、２３ｂ…側板部
２４Ａ、２４Ｂ…分銅
２６Ａ、２６Ｂ…マグネット
２７Ａ、２７Ｂ…保護プレート
２８…コイル
２９…基板
２９ａ、２９ｂ…端子

Claims (6)

1. 筐体部と、
   前記筐体部に対して移動自在な可動部と、
   前記可動部の往復運動によって弾性変形する板ばねと、を備え、
   前記筐体部及び前記可動部の一方は、永久磁石を含み、
   前記筐体部及び前記可動部の他方は、コイルを含み、
   前記板ばねは、波状に曲がった凸部を連結部分の近傍に有する、
   アクチュエータ。
2. 前記連結部分は、溶接されている、
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記連結部分において、前記筐体と前記板ばねとが連結される、
   請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記凸部は、円弧に沿って曲がっている、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
5. 前記円弧の曲率半径は、前記可動部の移動量より小さい、
   請求項４に記載のアクチュエータ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアクチュエータを備える、
   電子機器。

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