JP7402006B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、可動体を振動させるアクチュエータおよび触覚デバイスに関する。

磁気駆動機構によって振動を発生させる機器として、第１方向で対向するコイルおよび磁石を備えた磁気駆動回路によって可動体を支持体に対して第１方向に対して交差する第２方向または第３方向に振動させるアクチュエータが提案されている。例えば、特許文献１に記載のアクチュエータにおいて、可動体はヨークを有し、ヨークには磁石が保持されている。支持体は、ホルダを有し、ホルダにはコイルが配置されている。磁気駆動機構は、磁石およびコイルで構成され、コイルへ給電されることで、磁気駆動機構が可動体を駆動する。このコイルは、直線部分と曲線部分とからなる長円形であり、直線部分は第２方向に沿って延在している。

特開２０１９－０１３０９０号公報

近年では、アクチュエータによって振動を発生させる機器をユーザが使用した際、ユーザが感じる振動の大きさがより大きいことが望まれており、それには、アクチュエータの振動を発生させる磁気駆動機構において、可動体が移動する距離を大きくすることも重要となる。この可動体の移動距離（移動量）は、コイルの大きさや磁石の磁力の大きさ等に依存するため、たとえば、コイルを大きくする場合は、コイルの長手方向が長くなるため、アクチュエータが大きくなるという問題がある。

以上の問題に鑑みて、本願発明の課題は、アクチュエータおよび触覚デバイスを大きくすることなく、可動体の移動距離を大きく確保することにある。

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、前記支持体および前記可動体に接続された接続体と、前記支持体および前記可動体の一方側に配置された磁石と、前記支持体および前記可動体の他方側に配置されるとともに、第１方向で前記磁石と対向するコイルとを有する磁気駆動回路とを備え、前記支持体は、前記第１方向と直交する第２方向において対向する一対の第１側辺部と、前記第１方向および前記第２方向に対して直交する第３方向において対向する一対の第２側辺部と、を有し、前記コイルは、前記第１方向から見たときに、前記第２方向および前記第３方向に対して斜めに交差する第４方向と直交する第５方向に延在する長円形であり、前記磁石は前記第４方向に着磁され、前記磁気駆動回路は、前記可動体を前記支持体に対して前記第４方向に駆動することを特徴とする。

本発明では、支持体は、第１方向と直交する第２方向において対向する一対の第１側辺部と、第１方向と直交するとともに第２方向と交差する第３方向において対向する一対の第２側辺部とを有し、磁気駆動回路は、可動体を支持体に対し、第２方向および第３方向とは異なる第４方向に駆動し、コイルは、第４方向に直交する第５方向に延びる長円形であり、磁石は、第４方向に着磁されている。したがって、このアクチュエータにおいては、磁気駆動回路が第４方向に駆動するため、可動体の移動距離（移動量）を大きく確保す
ることができる。

本発明において、前記コイルは、前記第１方向から見たときに前記第５方向に延在する直線部分を有し、前記磁石は、前記第１方向から見たときに前記コイルの前記直線部分の少なくとも一部と重なることが好ましい。このようにすれば、磁気駆動回路が発生させる第４方向への駆動力を効率的に大きくすることができる。

本発明において、前記接続体は、弾性体または粘弾性体であり、前記第２方向および前記第３方向の少なくともいずれか一方において前記支持体と前記可動体との間に配置される態様を採用することができる。

本発明において、前記接続体は、前記可動体が前記支持体に対して前記第２方向に振動する第１振動系を構成し、かつ、前記可動体が前記支持体に対して前記第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が好ましい。このようにすれば、可動体が第２方向に振動する際と、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。したがって、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。したがって、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、前記可動体は、ヨークを有し、前記ヨークは、前記磁石を位置決めする位置決め部を有することが好ましい。このようにすれば、磁石をヨークに位置決めすることが容易となる。

本発明において、前記ヨークは、前記第１方向で対向する一対の板部と、前記一対の板部の前記第２方向および前記第３方向の何れか一方の辺において前記一対の板部の間で前記一対の板部を連結する一対の連結部と、を有する態様を採用することができる。

本発明において、前記ヨークは、前記第１方向に重ねて配置された第１ヨークおよび第２ヨークからなり、前記第１ヨークおよび前記第２ヨークは同一形状であることが好ましい。このようにすれば、ヨークを構成する第１ヨークおよび第２ヨークを共通とすることができるので、部品点数を削減することができる。

本発明において、前記支持体は、前記一対の連結部の間で前記コイルを保持するコイルホルダを有し、前記接続体は、前記一対の連結部と前記コイルホルダとの各間に配置されることが望ましい。このようにすれば、ヨークが大きくなることで、ヨークの質量が増加する。この結果、可動体の質量が大きくなるので、アクチュエータの共振周波数を下げることができる。

本発明において、前記コイルホルダは、前記コイルを収容する凹部を有することが好ましい。このようにすれば、コイルホルダでコイルを保持することが容易となる。

本発明において、前記支持体は、前記可動体を収容するケースを有し、前記ケースおよび前記ヨークは、前記第２方向および前記第３方向のうち、前記接続体が配置された方向に穴または切り欠き部を有することが好ましい。このようにすれば、アクチュエータを組み立てる際に、可動体およびコイルホルダをケースに対して位置決めするための位置決め用ピンを用いることができるので、可動体およびコイルホルダがケースに対して位置決め調整することが容易となる。

本発明では、磁気駆動回路が第４方向に駆動するため、可動体の移動距離を大きく確保することができる。

本発明の実施形態１に係るアクチュエータの外観斜視図。 図１のアクチュエータの分解斜視図。 図１のアクチュエータの断面図。 ケース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。 ケースを取り外したアクチュエータを第１方向の一方側Ｚ１から見た分解斜視図。 コイル、コイルホルダおよび回路基板の分解斜視図。 コイルホルダ、接続体および磁気駆動回路の平面図。 アクチュエータの振動特性を模式的に示す説明図。 実施形態２のヨークの斜視図。 本発明の実施形態２の第１ヨークの斜視図。 本発明の実施形態３のアクチュエータの断面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の例示的なアクチュエータ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１方向Ｚからみたとき第２方向Ｘおよび第３方向Ｙに対して交差する方向を第４方向Ｆとし、第１方向Ｚからみたとき第４方向Ｆに対して直交する方向を第５方向Ｇとする。以下に説明する形態において、第４方向Ｆおよび第５方向Ｇは、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙによって規定される仮想面と平行であるため、第１方向Ｚに直交する。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。

以下に説明するアクチュエータ１は、可動体３を支持体２に対して相対移動させる磁気駆動回路１０を有する。磁気駆動回路１０は、磁石５と、第１方向Ｚで磁石５と対向するコイル６とを有する。磁気駆動回路１０は、コイル６が支持体２の側に設けられ、磁石５が可動体３の側に設けられる態様、および、磁石５が支持体２の側に設けられ、コイル６が可動体３の側に設けられる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６が支持体２に設けられ、磁石５が可動体３に設けられている。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１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、図１のアクチュエータ１の断面図である。図４は、ケース９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５は、ケース９を取り外したアクチュエータ１を第１方向Ｚの一方側Ｚ１から見た分解斜視図である。図６は、コイル６、コイルホルダ７および回路基板１１の分解斜視図である。図７は、コイルホルダ７、接続体４および磁気駆動回路１０の平面図である。

（全体構成）
図１および図２に示すように、本発明の実施形態１のアクチュエータは、多角形のケース９を含む支持体２と、ケース９の内部に収容された可動体３とを有する。図３に示すように、可動体３は、可動体３と支持体２との間に配置された接続体４を介して、支持体２に支持される。接続体４は、弾性体または粘弾性体からなり、可動体３は、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る。本形態では、接続
体４は粘弾性体からなる。

支持体２は、第２方向Ｘにおいて対向する一対の第１側辺部２１と、第３方向Ｙにおいて対向する一対の第２側辺部２２とを有する。すなわち、図１に示すように、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。支持体２は、コイル６、コイルホルダ７、ケース９および回路基板１１を有する。可動体３は、第３方向Ｙに長手方向を向けた形状である。可動体３は、磁石５（図４、図５参照）およびヨーク８を有する。

磁石５とコイル６は、可動体３を第４方向Ｆに駆動する磁気駆動回路１０（図７を参照）を構成する。後述するように、本形態では、接続体４は、可動体３が支持体２に対して第２方向Ｘに振動する第１振動系を構成し、かつ、可動体３が支持体２に対して第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と、第２振動系の共振周波数とが異なることから、磁気駆動回路１０が可動体３を第４方向Ｆに駆動した際、アクチュエータ１は、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙの振動を出力する。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。接続体４は、第１接続体４１および第２接続体４２を有する。

アクチュエータ１は、可動体３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触覚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３が第２方向Ｘに振動する際の共振周波数ｆＡ（図８参照）と、可動体３が第３方向Ｙに振動する際の共振周波数ｆＢ（図８参照）とが異なるため、コイル６に印加する交流波形の周波数を調整して、可動体３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。したがって、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６に印加する交流波形を調整して、可動体３が一方側に移動する加速度と、可動体３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３）
図４および図５に示すように、可動体３において、磁石５は、第１磁石５１および第２磁石５２を有する。第１磁石５１は、コイル６に第１方向Ｚの一方側Ｚ１で対向する。第２磁石５２は、コイル６に第１方向Ｚの他方側Ｚ２で対向する。第１磁石５１および第２磁石５２において、少なくともコイル６と対向する面は、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙと交差する第４方向Ｆの一方側と他方側とが異なる極に着磁されている。本形態において、第１磁石５１の少なくともコイル６と対向する面は、第２方向Ｘの一方側Ｘ１かつ第３方向Ｙの他方側Ｙ２がＮ極に着磁され、第２方向Ｘの他方側Ｘ２かつ第３方向Ｙの一方側Ｙ１がＳ極が着磁されている。これに対して、第２磁石５２の少なくともコイル６と対向する面は、第２方向Ｘの他方側Ｘ２かつ第３方向Ｙの一方側Ｙ１がＮ極に着磁され、第２方向Ｘの一方側Ｘ１かつ第３方向Ｙの他方側Ｙ２がＳ極に着磁されている。従って、第１磁石５１と第２磁石５２とにおいて、コイル６を介して互いに対向する面は異なる極になっている。本形態では、磁気駆動回路１０を２組有するため、第１磁石５１および第２磁石５２は、第４方向Ｆに傾いた状態で第３方向Ｙに２個並んでいる。

ヨーク８は磁性材料からなり、本形態ではプレス加工により形成される。ヨーク８は、磁石５を保持する。図４、および図５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とによって構成される。第１ヨーク８１は、第１板部８１１と、第１板部８１１の第３方向Ｙの両端の縁から第１方向Ｚの他方側Ｚ２に折れ曲がった連結部８１２とを有する。第２ヨーク８２は、平板
状の第２板部８２１を有する。

図４に示すように、第１磁石５１は、第１ヨーク８１の第１板部８１１の第１方向Ｚの他方側Ｚ２の面に保持される。この際、第１磁石５１は、第１板部８１１に設けられた位置決め部８３により、第１板部８１１に位置決めされる。本形態では、位置決め部８３は、半抜き加工により形成された複数のダボ８３１からなる。第１磁石５１は、ダボ８３１で区画された部分に嵌め込まれることで、第１磁石５１は、第１板部８１１に位置決めされる。

図５に示すように、第２磁石５２は、第２ヨーク８２の第２板部８２１の第１方向Ｚの一方側Ｚ１の面に保持される。この際、第２磁石５２は、第２板部８２１に設けられた位置決め部８３により、第２板部８２１に位置決めされる。本形態では、位置決め部８３は、半抜き加工により形成された複数のダボ８３１からなる。第２磁石５２は、ダボ８３１で区画された部分に嵌め込まれることで、第２磁石５２は、第２板部８２１に位置決めされる。

連結部８１２は、第３方向Ｙの一方側Ｙ１に配置された第１連結部８１２１と、第３方向Ｙの他方側Ｙ２に配置された第２連結部８１２２とを有する。第１連結部８１２１および第２連結部８１２２の第２方向Ｘの両端には、切り欠き部８１４が設けられる。第１連結部８１２１において、第１連結部８１２１の第２方向Ｘの一方側Ｘ１の端面に設けられた切り欠き部８１４は、第１方向Ｚの一方側Ｚ１に寄っており、第１連結部８１２１の第２方向Ｘの他方側Ｘ２の端部に設けられた切り欠き部８１４は、第１方向Ｚの他方側Ｚ２に寄っている。第２連結部８１２２において、第２連結部８１２２の第２方向Ｘの一方側Ｘ１の端面に設けられた切り欠き部８１４は、第１方向Ｚの他方側Ｚ２に寄っており、第２連結部８１２２の第２方向Ｘの他方側Ｘ２の端部に設けられた切り欠き部８１４は、第１方向Ｚの一方側Ｚ１に寄っている。

第１連結部８１２１、および第２連結部８１２２の第１方向Ｚの他方側Ｚ２の端部の中央部分には、凸部８１３が設けられる。第２板部８２１の第３方向Ｙの両端部の中央部分には凹部８２２が各々、設けられる。第１ヨーク８１と第２ヨーク８２は、凸部８１３と凹部８２２とが嵌合することで、連結される。そして、凸部８１３および凹部８２２を溶接等で固定することにより、第１ヨーク８１および第２ヨーク８２は連結されている。

（支持体２）
図１および図２に示すように、支持体２において、ケース９は、第１ケース部材９１と、第２ケース部材９２とを有する。第１ケース部材９１と第２ケース部材９２との間には、可動体３、コイル６およびコイルホルダ７が収容される。ケース９の第２方向Ｘの一方側Ｘ１の側面には、開口部９３が形成され、開口部９３から回路基板１１が露出する。第１ケース部材９１は、第３方向Ｙを向く底板部９１１と、底板部９１１の端縁から第３方向Ｙの他方側Ｙ２に突出する側板部９１２とを有する。底板部９１１には、２つの貫通穴９１３が設けられる。第２方向Ｘの一方側Ｘ１の側板部９１２の中央部分には、切り欠き部９１４が設けられる。同様に、第２ケース部材９２は、第３方向Ｙを向く底板部９２１と、底板部９２１の端縁から第３方向Ｙの一方側Ｙ１に突出する側板部９２２とを有する。底板部９２１には、２つの貫通穴９２３が設けられる。第２方向Ｘの一方側Ｘ１の側板部９２２の中央部には、切り欠き部９２４が設けられる。本形態では、第１ケース部材９１の側板部９１２、および第２ケース部材９２の側板部９２２のうち、第２方向Ｘにおいて対向する部分によって、支持体２の一対の第１側辺部２１が構成される。また、第１ケース部材９１の底板部９１１、および第２ケース部材９２の底板部９２１によって、支持体２の一対の第２側辺部２２が構成される。

貫通穴９１３は、第２方向Ｘにおいて、第１ヨーク８１の切り欠き部８１４に対応する位置に設けられ、貫通穴９２３は、第２方向Ｘにおいて、第２ヨーク８２の切り欠き部８１４に対応する位置に設けられる。具体的には、アクチュエータ１を組み立てる際に、可動体３およびコイルホルダ７をケース９に対して位置決めするために、位置決め用ピンが貫通穴９１３または貫通穴９２３から第３方向Ｙに挿入される。この時、貫通穴９１３、９２３から挿入された位置決め用ピンの側面が、第１ヨーク８１の切り欠き部８１４および第２ヨーク８２の切り欠き部８１４と嵌合する位置となるように、貫通穴９１３、９２３が設けられる。

第１ケース部材９１および第２ケース部材９２は、第２方向Ｘで組付けられた状態で、溶接等により固定される。第１ケース部材９１および第２ケース部材９２が固定されると、切り欠き部９１４および切り欠き部９２４は、開口部９３を構成する。

コイルホルダ７は、樹脂材料からなる。図４、図５、図６に示すように、コイルホルダ７は、コイル６と回路基板１１とを保持する。コイルホルダ７は、第１方向Ｚから見た形状が長方形の本体部７１と、本体部７１の端縁から第１方向Ｚに突出する側面部７２とを有する。本体部７１には、第１方向Ｚの一方側Ｚ１に凹んだ凹部７３を有する。凹部７３には、コイル６が配置される。凹部７３は、第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇが長手方向となる長円形であり、第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇが長くなっている。凹部７３は、中央部分が第１方向Ｚに貫通するとともに、第４方向Ｆの両端部分に底部７３１を有する。底部７３１は、コイル６と第１方向Ｚで当接することで、コイル６は凹部７３に対して第１方向Ｚにおいて位置決めされる。

側面部７２は、第２方向Ｘの一方側Ｘ１に位置する側壁７２１と、第２方向Ｘの他方側Ｘ２に位置する側壁７２２と、第３方向Ｙの一方側Ｙ１に位置する側壁７２３と、第３方向Ｙの他方側Ｙ２に位置する側壁７２４とを有する。側壁７２２には、第２方向Ｘの一方側Ｘ１に凹んだ位置決め段部７４０が設けられる。位置決め段部７４０には、回路基板１１が第２方向Ｘの一方側Ｘ１から嵌め込まれる。

側壁７２３の第２方向Ｘの両端部には、第３方向Ｙの一方側Ｙ１に突出するとともに、第１方向Ｚに延びる一対の第１柱状部７５が設けられる。図３に示すように、第１柱状部７５の第１方向Ｚの長さは、第１ケース部材９１の内壁部に第１柱状部７５が嵌合する寸法長さである。同様に、側壁７２４の第２方向Ｘの両端部には、第３方向Ｙの他方側Ｙ２に突出するとともに、第１方向Ｚに延びる一対の第２柱状部７６が設けられる。図３に示すように、第２柱状部７６の第１方向Ｚの長さは、第２ケース部材９２の内壁部に第２柱状部７６が嵌合する寸法長さである

コイルホルダ７において、側壁７２３は、ヨーク８の第１連結部８１２１と第３方向Ｙの他方側Ｙ２で対向し、側壁７２４は、ヨーク８の第２連結部８１２２と第３方向Ｙの一方側Ｙ１で対向する。したがって、側壁７２３および側壁７２４は、可動体３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７において、第１柱状部７５は、ヨーク８の第１連結部８１２１と第２方向Ｘで対向し、第２柱状部７６は、ヨーク８の第２連結部８１２２と第２方向Ｘで対向する。したがって、第１柱状部７５および第２柱状部７６は、可動体３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。

コイル６は、接着剤によって、コイルホルダ７の凹部７３に固定される。コイル６は、第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇが長手方向である長円形であり、第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇが長くなっている。すなわち、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙに延びる支持体２
および可動体３の形状に対して、コイル６の長手方向が第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇとなっているので、長手方向が第２方向Ｘまたは第３方向Ｙに延びるコイルと比べて、本形態のコイル６の長手方向は大きい。コイル６は、直線部分６１と曲線部分６２とを有する。直線部分６１は、第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇに延びる。コイル６は、第２方向Ｘの一方側Ｘ１から引き出された引き出し部分６３を有する。引き出し部分６３は、回路基板１１に電気的に接続する。

アクチュエータ１は、回路基板１１を介して外部（上位の機器）からコイル６に給電する。回路基板１１は、コイルホルダ７に保持されて、ケース９の開口部９３から露出する。

（接続体）
図２に示すように、可動体３は、可動体３および支持体２に接続された第１接続体４１および第２接続体４２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４１は、第１ケース部材９１とヨーク８の第１連結部８１２１との間に配置され、接着剤等により固定される。第２接続体４２は、第２ケース部材９２とヨーク８の第２連結部８１２２との間に配置され、接着剤等により固定される。第１接続体４１および第２接続体４２は、第３方向Ｙに圧縮された状態にある。

可動体３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４１および第２接続体４２がせん断方向に変形する第１振動系を構成する。可動体３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４１および第２接続体４２が伸縮方向に変形する第２振動系を構成する。

第１接続体４１および第２接続体４２は、伸縮方向に変形する際のばね定数とせん断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４１および第２接続体４２は粘弾性体である。例えば、第１接続体４１および第２接続体４２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４１および第２接続体４２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７に示すように、アクチュエータ１は、磁石５と長円形のコイル６の対からなる磁気駆動回路１０を２組有する。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、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙとは異なる第４方向Ｆに働く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５は、コイル６と対向する面がＮ極とＳ極に着磁され、その着磁分極線５０は、第４方向Ｆに対して直交する第５方向Ｇに延びる。本形態では、第４方向Ｆの方向に磁石５が着磁されている。第１磁石５１および第２磁石
５２は、第１方向Ｚから見たときに、第１方向Ｚで対向するコイル６の直線部分６１の一部と重なるように配置される。

（アクチュエータの位置決め調整）
アクチュエータ１を組み立てる際に、可動体３およびコイルホルダ７をケース９に対して位置決め調整を行う。位置決めするために、位置決め用ピン（不図示）が貫通穴９１３または貫通穴９２３から第３方向Ｙに挿入される。この時、貫通穴９１３、９２３から挿入された位置決め用ピンの側面が、第１ヨーク８１の切り欠き部８１４および第２ヨーク８２の切り欠き部８１４と嵌合するとともに、位置決め用ピンの先端が、コイルホルダ７と第２方向Ｘにおいて当接する。この結果、位置決め用ピンの位置を調整することで、可動体３およびコイルホルダ７がケース９に対して位置決め調整することが可能となる。

（アクチュエータの駆動方法）
図８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８の横軸は磁気駆動回路１０の駆動周波数ｆであり、コイル６へ流す駆動電流の周波数である。また、図８の縦軸は、可動体３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３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３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４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８に示すように、２つの共振周波数ｆＡ、ｆＢで可動体３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。したがって、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３が第２方向Ｘに大きく振動する。この結果、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３が第３方向Ｙに大きく振動する。この結果、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。よって、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。

（本形態の主な効果）
本形態では、支持体２は、第１方向Ｚと直交する第２方向Ｘにおいて対向する一対の第１側辺部２１と、第１方向Ｚと直交するとともに第２方向Ｘと交差する第３方向Ｙにおいて対向する一対の第２側辺部２２とを有する。磁気駆動回路１０は、可動体３を支持体２に対し、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙとは異なる第４方向Ｆに駆動する。コイル６は、第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇに延びる長円形である。磁石５は、第４方向Ｆに着磁されている。したがって、磁気駆動回路１０が第４方向Ｆに駆動するため、可動体３の移動距離（移動量）を大きく確保することができる。また、第２方向Ｘにおいて対向する一対の第１側辺部２１と、第３方向Ｙにおいて対向する一対の第２側辺部２２とを有する支持体２に対して、コイル６は第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇに延びる長円形である。このため、コイル６が第２方向Ｘおよび第３方向Ｙの何れかに延びる長円形に比べて、コイル６の長手方向の長さを大きくすることができる。この結果、アクチュエータ１において、磁気駆動回路１０が発生させる第４方向Ｆへの駆動力を大きくすることができる。

本形態では、コイル６は、第４方向Ｆに直交する第５方向Ｇに延びる直線部分６１を有し、磁石５は、第１方向Ｚから見たときに、コイル６の直線部分６１の少なくとも一部と重なる。このようにすれば、磁気駆動回路１０が発生させる第４方向Ｆへの駆動力を効率
的に大きくすることができる。

本形態では、接続体４は、可動体３が支持体２に対し、第２方向Ｘに振動する第１振動系を構成し、かつ、可動体３が支持体２に対し、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。このようにすれば、可動体３が第２方向Ｘに振動する際と、第３方向Ｙに振動する際とでは、可動体３を振動させる振動系の共振周波数が異なる。したがって、接続体４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。したがって、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。

本形態では、可動体３は、ヨーク８を有し、ヨーク８は、磁石５を位置決めする位置決め部８３を有する。このようにすれば、磁石５をヨーク８に位置決めすることが容易となる。

本発明において、ヨーク８は、第１方向Ｚで分割される、第１ヨーク８１および第２ヨーク８２からなり、第１ヨーク８１および第２ヨーク８２は同一形状である。このようにすれば、ヨーク８を構成する第１ヨーク８１および第２ヨーク８２を共通とすることができるので、部品点数を削減することができる。

本形態では、コイルホルダ７は、コイル６を収容する凹部８２２を有する。このようにすれば、コイルホルダ７でコイル６を保持することが容易となる。

本形態では、支持体２は、可動体３を収容するケース９を有し、ケース９は、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙのうち、接続体４が配置された方向に貫通穴９１３、９２３を有し、ヨーク８は、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙのうち、接続体４が配置された方向に切り欠き部８１４を有する。このようにすれば、アクチュエータ１を組み立てる際に、可動体３およびコイルホルダ７をケース９に対して位置決めするための位置決め用ピンを用いることができるので、可動体３およびコイルホルダ７がケース９に対して位置決め調整することが容易となる。

［実施形態２］
図９は、本発明の実施形態２のヨーク８の斜視図である。図１０は、実施形態２の第１ヨーク８６の斜視図である。実施形態２では、上記形態のヨーク８の第１ヨーク８１および第２ヨーク８２の形状とは異なる形状であり、他の構成は同一である。

図９に示すように、ヨーク８は、第１方向Ｚで重なる第１ヨーク８６および第２ヨーク８７からなる。第１ヨーク８６および第２ヨーク８７は同一形状である。具体的には、図１０に示すように、第１ヨーク８６は、第２方向Ｘから見たときの形状が、Ｌ字の形状である。第１ヨーク８６は、板部８８１と、板部８８１の第３方向Ｙの他方側Ｙ２の端縁から第１方向Ｚの他方側Ｚ２に突出した連結部８８２とを有する。連結部８８２の第１方向Ｚの一方側Ｚ１の端部の中央部分には、凸部８８３が設けられる。板部８８１の第３方向Ｙの一方側Ｙ１の端部の中央部分には、凹部８８４が設けられる。連結部８８２の第２方向Ｘの両端には、切り欠き部８８５が設けられる。ここで、第２ヨーク８７は、第１ヨーク８６と同一形状であるので、同一部分には同一の符号を付す。したがって、図９に示すように、第１ヨーク８６と第２ヨーク８７は、凸部８８３と凹部８８４とが嵌合することで、組み立てられる。そして、凸部８８３および凹部８８４を溶接等で固定することで、第１ヨーク８６および第２ヨーク８７は、連結している。このように、第１ヨーク８６と第２ヨーク８７は、同一形状であるので、部品点数を削減することができる。

［実施形態３］
図１１は、本発明の実施形態３のアクチュエータ１の断面図である。実施形態３は、上記形態２とは、接続体４の配置される位置が異なり、他の構成は同一である。図１１に示すように、実施形態３では、接続体４は、第１接続体４１と、第２接続体４２とを有する。第１接続体４１は、第２ヨーク８７の連結部８８２の内側（第３方向Ｙの他方側Ｙ２）において、第２ヨーク８７の連結部８８２とコイルホルダ７との間に配置される。第２接続体４２は、第１ヨーク８６の連結部８８２の内側（第３方向Ｙの一方側Ｙ１）において、第１ヨーク８６の連結部８８２とコイルホルダ７との間に配置される。より具体的には、第１接続体４１は、第２ヨーク８７の連結部８８２と側壁７２３との間に配置される。第２接続体４２は、第１ヨーク８６の連結部８８２と側壁７２４との間に配置される。このようにすることで、ヨーク８が第３方向Ｙに大きくなり、ヨーク８の質量が増加する。この結果、可動体３の質量を増大することができるので、可動体３の移動距離（移動量）が同程度または小さくても、推力を向上または維持できる。また、ケース９に外力が加わっても、外力が直接接続体４に伝わらないため、接続体４の変形を抑制することができる。また、本形態の第１ヨーク８６および第２ヨーク８７の形状であれば、接続体４をヨーク８の内側に配置することが容易となる。

［他の実施形態］
上記形態は、可動体３と支持体２とが第３方向Ｙで対向する位置に接続体４を配置するものであったが、接続体４の位置は、可動体３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。また、接続体４を配置する位置を、可動体３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３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。

上記形態は、コイル６に対する第１方向Ｚの両側に磁石５（第１磁石５１および第２磁石５２）を配置しているが、コイル６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５を配置してもよい。

上記形態では、コイル６およびコイルホルダ７を支持体２に設け、磁石５（第１磁石５１および第２磁石５２）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３に設けたが、コイル６およびコイルホルダ７を可動体３に設け、磁石５（第１磁石５１および第２磁石５２）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。

上記形態では、磁石５とコイル６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５とコイル６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。

上記形態では、第１ケース部材９１および第２ケース部材９２は、貫通穴９１３、９２３を有しているが、切り欠き部であってもよい。また、連結部８１２は、切り欠き部８１４を有しているが、穴であってもよい。何れの場合でも、アクチュエータ１を組み立てる際に、位置決め用ピンを用いて、可動体３およびコイルホルダ７をケース９に対して位置決めすることができる。

上記形態では、第４方向Ｆは、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙに対して４５°傾いた方向であったが、これに限定されない。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３０°傾いた方向であってもよい。このように構成しても、コイル６が第２方向Ｘおよび第３方向Ｙの何れかに延びる長円形に比べて、コイル６の長手方向の長さを大きくすることができる。

１…アクチュエータ、２…支持体、３…可動体、４…接続体、５…磁石、６…コイル、７…コイルホルダ、８…ヨーク、９…ケース、１０…磁気駆動回路、１１…回路基板、２１…第１側辺部、２２…第２側辺部、４１…第１接続体、４２…第２接続体、５０…着磁分極線、５１…第１磁石、５２…第２磁石、６１…直線部分、６２…曲線部分、６３…引き出し部分、７１…本体部、７２…側面部、７２１、７２２、７２３、７２４…側壁、７３…凹部、７３１…底部、７５…第１柱状部、７６…第２柱状部、７４０…位置決め段部、８１…第１ヨーク、８１１…第１板部、８１２…連結部、８１２１…第１連結部、８１２２…第２連結部、８１３…凸部、８１４…切り欠き部、８２…第２ヨーク、８２１…第２板部、８２２…凹部、８３…位置決め部、８３１…ダボ、８６…第１ヨーク、８７…第２ヨーク、８８１…板部、８８２…連結部、８８３…凸部、８８４…凹部、８８５…切り欠き部、９１…第１ケース部材、９１１…底板部、９１２…側板部、９１３…貫通穴、９１４…切り欠き部、９２…第２ケース部材、９２１…底板部、９２２…底板部、９２３…貫通穴、９２４…切り欠き部、９３…開口部

Claims (9)

1. 支持体と、
   可動体と、
   前記支持体および前記可動体に接続された接続体と、
   前記支持体および前記可動体の一方側に配置された磁石と、前記支持体および前記可動体の他方側に配置されるとともに、第１方向で前記磁石と対向するコイルとを有する磁気駆動回路とを備え、
   前記支持体は、前記第１方向と直交する第２方向において対向する一対の第１側辺部と、前記第１方向および前記第２方向に対して交差する第３方向において対向する一対の第２側辺部と、を有し、
   前記コイルは、前記第１方向から見たときに、前記第２方向および前記第３方向に対して斜めに交差する第４方向と直交する第５方向に延在する長円形であり、前記磁石は前記第４方向に着磁され、前記磁気駆動回路は、前記可動体を前記支持体に対して前記第４方向に駆動し、
   前記接続体は、弾性体または粘弾性体であり、前記第２方向および前記第３方向の少なくともいずれか一方において前記支持体と前記可動体との間に配置され、
   前記可動体は、ヨークを有し、
   前記ヨークは、前記磁石を位置決めする位置決め部を有し、
   前記ヨークは、前記第１方向で対向する一対の板部と、前記一対の板部の前記第２方向および前記第３方向の何れか一方の辺において前記一対の板部の間で前記一対の板部を連結する一対の連結部と、を有し、
   前記位置決め部は、前記一対の板部の板部のそれぞれから突出する複数の半抜き加工部であり、
   前記磁石は、前記半抜き加工部の間に嵌め込まれていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１において、
   前記ヨークは、前記第１方向に重ねて配置された第１ヨークおよび第２ヨークからなり、
   前記第１ヨークおよび前記第２ヨークは同一形状であることを特徴とするアクチュエータ。
3. 支持体と、
   可動体と、
   前記支持体および前記可動体に接続された接続体と、
   前記支持体および前記可動体の一方側に配置された磁石と、前記支持体および前記可動体の他方側に配置されるとともに、第１方向で前記磁石と対向するコイルとを有する磁気駆動回路とを備え、
   前記支持体は、前記第１方向と直交する第２方向において対向する一対の第１側辺部と、前記第１方向および前記第２方向に対して交差する第３方向において対向する一対の第２側辺部と、を有し、
   前記コイルは、前記第１方向から見たときに、前記第２方向および前記第３方向に対して斜めに交差する第４方向と直交する第５方向に延在する長円形であり、前記磁石は前記第４方向に着磁され、前記磁気駆動回路は、前記可動体を前記支持体に対して前記第４方向に駆動し、
   前記接続体は、弾性体または粘弾性体であり、前記第２方向および前記第３方向の少なくともいずれか一方において前記支持体と前記可動体との間に配置され、
   前記可動体は、ヨークを有し、
   前記ヨークは、前記第１方向で対向する一対の板部と、前記一対の板部の前記第２方向および前記第３方向の何れか一方の辺において前記一対の板部の間で前記一対の板部を連結する一対の連結部と、を有し、
   前記支持体は、前記一対の連結部の間で前記コイルを保持するコイルホルダを有し、
   前記接続体は、前記一対の連結部と前記コイルホルダとの各間に配置されることを特徴とするアクチュエータ。
4. 請求項３において、
   前記コイルホルダは、前記コイルを収容する凹部を有することを特徴とするアクチュエータ。
5. 支持体と、
   可動体と、
   前記支持体および前記可動体に接続された接続体と、
   前記支持体および前記可動体の一方側に配置された磁石と、前記支持体および前記可動体の他方側に配置されるとともに、第１方向で前記磁石と対向するコイルとを有する磁気駆動回路とを備え、
   前記支持体は、前記第１方向と直交する第２方向において対向する一対の第１側辺部と、前記第１方向および前記第２方向に対して交差する第３方向において対向する一対の第２側辺部と、を有し、
   前記コイルは、前記第１方向から見たときに、前記第２方向および前記第３方向に対して斜めに交差する第４方向と直交する第５方向に延在する長円形であり、前記磁石は前記第４方向に着磁され、前記磁気駆動回路は、前記可動体を前記支持体に対して前記第４方向に駆動し、
   前記接続体は、弾性体または粘弾性体であり、前記第２方向および前記第３方向の少なくともいずれか一方において前記支持体と前記可動体との間に配置され、
   前記可動体は、ヨークを有し、
   前記支持体は、前記可動体を収容するケースを有し、
   前記ケースおよび前記ヨークは、前記第２方向および前記第３方向のうち、前記接続体が配置された方向に穴または切り欠き部を有することを特徴とするアクチュエータ。
6. 請求項５において、
   前記ヨークは、前記第１方向で対向する一対の板部と、前記一対の板部の前記第２方向
   および前記第３方向の何れか一方の辺において前記一対の板部の間で前記一対の板部を連結する一対の連結部と、を有し、
   前記支持体は、前記一対の連結部の間で前記コイルを保持するコイルホルダを有し、
   前記ヨークに設けられた前記穴または前記切り欠き部は、前記ケースに設けられた前記穴または前記切り欠き部から挿入された位置決め用ピンが嵌合する位置に配置され、前記コイルホルダは、前記位置決め用ピンの先端が当接する位置に配置されることを特徴とするアクチュエータ。
7. 請求項１、３、５のいずれか一項において、
   前記コイルは、前記第１方向から見たときに前記第５方向に延在する直線部分を有し、
   前記磁石は、前記第１方向から見たときに、前記コイルの前記直線部分の少なくとも一部と重なることを特徴とするアクチュエータ。
8. 請求項１、３、５のいずれか一項において、
   前記接続体は、前記可動体が前記支持体に対して前記第２方向に振動する第１振動系を構成し、かつ、前記可動体が前記支持体に対して前記第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。
9. 請求項１から８のいずれか一項において、
   前記可動体が振動することにより触覚を与える触覚デバイスとして使用されることを特徴とするアクチュエータ。
   

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