JP7677704B2 - 振動アクチュエータ及び振動呈示装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエータ及びこれを備える振動呈示装置に関する。

従来、感知パネルであるタッチパネルの操作の際に、タッチパネルに表示された表示画面をユーザの指腹等が接触した際に振動アクチュエータにより指腹に振動を付与する構成が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１には、タッチパネルの裏面に、振動伝達部を介して振動アクチュエータが取り付けられた携帯端末装置が開示されている。この振動アクチュエータは、振動伝達部に固定されるハウジング内に、可動子が、タッチパネルに対して垂直に配置されたガイドシャフトに沿って往復移動可能に配置されている。この振動アクチュエータでは、タッチパネルへの操作に対応して可動子をハウジングに衝突させることで、振動伝達部を介してタッチパネルに接触する指腹に振動を付与する。

また、特許文献２では、タッチパネルへの操作に対応して振動を付与する振動呈示装置が開示されている。この振動呈示装置では、振動を呈示する振動部である振動パネルと振動パネルを支持する筐体との間に、振動を発生させるボイスコイルモータと、振動パネルと配置されて所定の力で圧縮される支持部と、振動部の振動に制動作用を付与するダンパと、支持部及びダンパに圧縮力を付与するばねと、が並行して介設されている。

特開２０１５－０７０７２９号公報 特開２０１６－１６３８５４号公報

ところで、タッチパネルの表示画面等のような接触して操作する操作接触面に、振動を用いて操作感を付与する装置では、極力薄型の装置が望まれる。

特許文献１、２の装置のように、タッチパネルへの操作に対応して、可動子をタッチパネルに対して垂直に往復動させる装置では、タッチパネルと平行に振動させる装置よりもタッチパネルに接触する指腹に強い振動を付与できる。

しかしながら、可動子をタッチパネルに対して垂直に移動させるために、特許文献１ではシャフト及びシャフトの支持機構が必要であり、特許文献２では、筐体及び振動パネル間に支持部、ダンパ及びばねを介設する必要があり、それぞれを配置するスペースを確保できる厚みが必要になる。

また、特許文献１及び特許文献２では、マグネットが必須構成要素であり、マグネットを装着せず極力低コスト化を図りたいという要望がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、タッチパネルに取り付けた場合でも、薄型化及び低コスト化を図りつつ、タッチパネルの操作時にユーザに好適な操作感を付与できる振動アクチュエータおよびこれを備える振動呈示装置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は、
コアとコイルからなる板状の電磁石が配置された板状のベース部と、
前記電磁石と前記電磁石の板厚方向でギャップを設けて配置された板状の磁性ヨークを含む可動体と、
前記電磁石への通電により前記磁性ヨークが前記板厚方向で前記ベース部に近接するよう前記ベース部に前記磁性ヨークを支持する弾性体と、を備え、
前記可動体は、前記コイルと対向する位置に、前記コイルの一部を収容可能な形状を有する構成を採る。

本発明の振動呈示装置は、
上記構成の振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータを実装したタッチパネルと、
を有する構成を採る。

本発明によれば、タッチパネルに取り付けた場合でも、タッチパネルの操作時にユーザに好適な操作感を付与できるとともに、薄型化を実現できる。

本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの平面側外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの底面側外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの平面図である。 図３のＡ―Ａ線矢視断面図である。 本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータにセンサを設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータにセンサを設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの磁気回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの動作の説明に供する図である。 振動アクチュエータの変形例１の平面側外観斜視図である。 振動アクチュエータの変形例１の底面側外観斜視図である。 振動アクチュエータの変形例１の要部構成を示す断面図である。 振動アクチュエータの変形例１の分解斜視図である。 振動アクチュエータの変形例２の平面側外観斜視図である。 振動アクチュエータの変形例２の底面側外観斜視図である。 振動アクチュエータの変形例２の分解斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータを有するタッチパネル装置の斜視図である。

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。

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１０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。

（実施の形態）
＜振動アクチュエータ１０の全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの平面側外観斜視図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの底面側外観斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの平面図である。また、図４は、図３のＡ―Ａ線矢視断面図であり、図５は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータの分解斜視図である。

図１～図５に示す振動アクチュエータ１０は，操作接触面部の一例であるタッチパネル１４０（図１７参照）の振動発生源として電子機器に実装されて、電子機器の振動機能を実現する。

振動アクチュエータ１０は、本実施の形態では、電子機器として、カーナビゲーションシステムのタッチパネル装置（図１７参照）に実装されて、タッチパネル１４０にユーザに振動を呈示する振動呈示装置として機能する。なお、タッチパネル装置１００は、振動呈示装置の一例であり、本実施の形態では、手や指等でユーザが触れることのできるパネルとしてのタッチパネル１４０を有する。このタッチパネル１４０は、ユーザが触れることのできる画像等を表示する表記機能を有するパネルであってもよいし、表示機能がなく、単にユーザが触れて操作可能な操作接触面部を有する構成であってもよい。

本実施の形態における振動アクチュエータ１０は、例えば、画像を表示するタッチパネル（操作接触面部）１４０（図１７参照）に実装され、画面上での接触操作に対応して振動をユーザに伝達して体感させることで、タッチパネル１４０を触れたユーザに直感的な操作を可能とするタッチパネル装置１００に適用される。なお、タッチパネル装置１００のタッチパネル１４０は、タッチパネル１４０上におけるユーザによる接触操作を受け付けて、その接触位置を出力する接触位置出力部を有する。

振動アクチュエータ１０は、タッチパネル１４０に接合され、制御部（図示省略）からの駆動信号を受けて、タッチパネル１４０から出力された接触位置に対応した振動を発生して駆動し、タッチパネル１４０に伝達して、タッチパネル１４０を直接振動させる。

すなわち、タッチパネル１４０で受けたユーザの操作を受け付けて、それに応じて振動アクチュエータ１０は駆動する。

振動アクチュエータ１０は、コア２４にコイル２２が巻回されてなるコア組立体２０と、ベース部３２とを有する固定体３０と、磁性体のヨーク４１を有する可動体４０と、固定体３０に対して可動体４０を振動方向に可動可能に弾性支持する板状弾性部５０（５０－１、５０－２）と、を有する。

振動アクチュエータ１０は、コア組立体２０により、可動体４０のヨーク４１を振動させる。具体的には、通電されるコイル２２および通電されるコイル２２により励磁されるコア２４の吸着力と、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）による付勢力とにより、可動体４０を振動させる。

振動アクチュエータ１０は、Ｚ方向を厚み方向とした扁平形状に構成される。振動アクチュエータ１０は、可動体４０を、固定体３０に対して、Ｚ方向、つまり、厚み方向を振動方向として振動させ、振動アクチュエータ１０自体の厚み方向で離れて配置される表裏面のうちの一方の面を他方の面に対してＺ方向に接近、離間させる。振動アクチュエータ１０は、本実施の形態では、コア２４の吸着力により可動体４０をマイナスＺ方向に移動し、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）による付勢力により、可動体４０をプラスＺ方向に移動する。

本実施の形態の振動アクチュエータ１０では、可動体４０は、可動体４０の可動中心に対して点対称の位置で、Ｚ方向と直交する方向に沿って複数配置された板状弾性部５０（５０－１、５０－２）により弾性支持されているが、この構成に限らない。板状弾性部５０は、可動体４０と固定体３０との間に固定され、且つ、弾性変形する蛇腹形状部を有し固定体３０に対して可動体４０を、少なくともコア２４の両端部（磁極部２４２、２４４）のうちの一方の端部と対向する方向で移動自在に弾性支持する構成であれば、どのように設けられてもよい。例えば、板状弾性部５０は、固定体３０（コア組立体２０）に対して可動体４０を、コア２４の一方の端部（磁極部２４２或いは磁極部２４４）と対向する方向で移動自在に弾性支持するようにしてもよい。また、板状弾性部５０－１、５０－２は、可動体４０の中心に対し、線対称で配置されてもよく、２つ以上の複数の板状弾性部５０を用いてもよい。それぞれの板状弾性部５０－１、５０－２は、一端側で固定体３０に固定され、他端側で可動体４０に固定され、可動体４０を固定体３０に対して振動方向（Ｚ方向であり、ここでは上下方向）に移動可能に支持している。

＜固定体３０＞
固定体３０は、図５に示すように、コイル２２及びコア２４を有するコア組立体２０と、ベース部３２とを有する。

ベース部３２は、コア組立体２０が固定され、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）を介して可動体４０を振動自在に支持する。ベース部３２は、扁平状の部材であり、振動アクチュエータ１０の底面を形成する。ベース部３２は、コア組立体２０を挟むように、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）の一端部が固定される取付部３２ａを有する。取付部３２ａは、それぞれコア組立体２０から同じ間隔を空けて配置される。なお、この間隔は板状弾性部５０（５０－１、５０－２）の変形領域となる間隔である。

取付部３２ａは、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）を固定する固定孔３２１と、ベース部３２を基材に固定するための固定孔３２２とを有する。固定孔３２２は、固定孔３２１を挟むように、取付部３２ａの両端部に設けられている。これにより、ベース部３２は、基材（例えば、図１７に示す裏面板１２０）に対して全面的に安定して固定される。

ベース部３２は、本実施の形態では、板金を加工して、取付部３２ａである一辺部と他辺部とが底面部３２ｂを挟み、奥行き方向で離れて位置するよう構成されている。取付部３２ａ間には、取付部３２ａよりも高さの低い底面部３２ｂを有する凹状部が設けられている。凹状部内、つまり底面部３２ｂの表面側の空間は、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）の弾性変形領域を確保するものであり、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）により支持される可動体４０の可動領域を確保するための空間である。

底面部３２ｂは矩形状であり、その中央部には、開口部３６が形成され、この開口部３６内にコア組立体２０が位置されている。

開口部３６内にコア組立体２０が、一部挿入された状態で固定されている。具体的には、開口部３６内には、コア組立体２０の下側のボビン２６の分割体２６ｂ及びコイル２２の下側部分が挿入され、側面視して底面部３２ｂ上にコア２４が位置するように固定される。これにより、底面部３２ｂ上にコア組立体２０が取り付けられる構成と比較して、Ｚ方向の長さ（厚み）が薄くなっている。また、コア組立体２０の一部、ここでは底面側の一部が開口部３６内に嵌まり込んだ状態で固定されるので、コア組立体２０は底面部３２ｂから外れにくい状態で強固に固定される。

開口部３６は、コア組立体２０の形状に対応した形状である。開口部３６は、本実施の形態では、正方形状に形成されている。これにより、コア組立体２０と可動体４０とを振動アクチュエータ１０の中央部に配置させて、振動アクチュエータ１０全体を平面視して略正方形状にすることができる。なお、開口部３６は、矩形状（正方形状を含む）であってもよい。

コア組立体２０は、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）との協働により、可動体４０のヨーク４１を振動（Ｚ方向に往復直線運動）する。

コア組立体２０は、本実施の形態では、矩形板状に形成されている。矩形板状の長手方向で離間する両辺部分に磁極部２４２、２４４が配置されている。これら磁極部２４２、２４４は、Ｘ方向でギャップＧ（図６参照）をあけて可動体４０の被吸着面部４６、４７の下面が対向するように配置されて、上面である対向面（対向面部）２０ａ、２０ｂで、可動体４０の振動方向でヨーク４１の被吸着面部４６、４７の下面と対向する。

コア組立体２０は、本実施の形態では、矩形板状に形成され、長手方向で離間する両辺部分に磁極部２４２、２４４を有する。これら磁極部２４２、２４４は、Ｘ方向でギャップＧをあけて可動体４０の被吸着面部４６、４７が対向するように配置されている。

コア組立体２０は、図１及び図３に示すように、コイル２２の巻回軸を、ベース部３２において離間する取付部３２ａどうしの対向方向に向けて、ベース部３２に固定されている。

コア組立体２０は、本実施の形態では、ベース部３２の中央部、具体的には底面部３２ｂの中央部に配置されている。

コア組立体２０は、コア２４の外周にボビン２６を介してコイル２２が巻回されることにより構成されている。

コア組立体２０は、図４に示すように、コア２４が底面部３２ｂと平行に、底面上に開口部３６を跨いで位置するように、底面部３２ｂに固定されている。コア組立体２０は、止着部材であるねじ６８（図１、図３～図７参照）により、コイル２２及びコイル２２に巻回される部位（コア本体２４１）をベース部３２の開口部３６内に位置させた状態で、固定されている。

具体的には、コア組立体２０は、底面部３２ｂに対して、コイル２２を開口部３６内に配置した状態で、ねじ６８を固定孔２８と底面部３２ｂの止着孔３３（図５参照）とを通して締結することで固定されている。コア組立体２０と底面部３２ｂとは、Ｙ方向で離間する開口部３６の両辺部と磁極部２４２、２４４とで、ねじ６８により、コイル２２を挟み、コイル２２の軸心上の二箇所で接合された状態となっている。

コイル２２は、振動アクチュエータ１０の駆動時に通電されて、磁界を発生するソレノイドである。コイル２２は、コア２４及び可動体４０とともに、可動体４０を吸い寄せて移動させる磁気回路（磁路）を構成する。なお、コイル２２には、図示しない制御部を介して、外部電源から電力供給される。例えば、制御部に駆動信号が供給されることでコイル２２に電力を供給して振動アクチュエータ１０を駆動する。

コア２４は、コイル２２が巻回されるコア本体２４１と、コア本体２４１の両端部に設けられ、コイル２２を通電することにより励磁する磁極部２４２、２４４とを有する。

コア２４は、コイル２２の通電により両端部が磁極部２４２、２４４となる長さを有する構造であれば、どのような構造でもよい。例えば、ストレート型（Ｉ型）平板状に形成されてもよいが、本実施の形態のコア２４は、平面視Ｈ型の平板状に形成されている。

Ｉ型のコアとした場合、Ｉ型コアの両端部（磁極部）において、エアギャップＧを空けて対向する被吸着面部４６、４７側の面（エアギャップ側面）の面積が狭くなる。これにより、磁気回路における磁気抵抗が高まり、変換効率が低下する恐れがある。また、コアにボビンを取り付ける際に、コアの長手方向におけるボビンの位置決めが無くなるまたは小さくなるので、別途設ける必要が生じる。これに対し、コア２４は、Ｈ型であるので、コア本体２４１の両端部でエアギャップ側面を、コイル２２が巻回されるコア本体の幅よりも長く前後方向（Ｙ方向）に拡大することができ、磁気抵抗を低下させて、磁気回路の効率の改善を図ることができる。また、磁極部２４２、２４４においてコア本体２４１から張り出した部位の間に、ボビン２６を嵌め込むだけでコイル２２の位置決めを行うことができ、コア２４に対するボビン２６の位置決め部材を別途設ける必要が無い。

コア２４は、コイル２２が巻回される板状のコア本体２４１の両端部のそれぞれに、磁極部２４２、２４４が、コイル２２の巻回軸と直交する方向に突出して設けられている。

コア２４は、磁性体であり、例えば、ケイ素鋼板、パーマロイ、フェライト等により形成される。また、コア２４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。

磁極部２４２、２４４は、コイル２２の両開口部内からＹ方向でそれぞれ突出して設けられている。

磁極部２４２、２４４は、コイル２２への通電により励磁されて、振動方向（Ｚ方向）で離間する可動体４０のヨーク４１を吸引し、移動する。具体的には、磁極部２４２、２４４は、発生する磁束により、ギャップＧを介して対向配置された可動体４０の被吸着面部４６、４７を吸着する。

磁極部２４２、２４４は、Ｘ方向に延在するコア本体２４１に対して垂直方向であるＹ方向に延在する板状体である。磁極部２４２、２４４は、Ｙ方向に長いため、コア本体２４１の両端部に形成される構成よりも、ヨーク４１に対向する対向面２０ａ、２０ｂの面積が広い。

磁極部２４２、２４４には、Ｙ方向の中央部分に固定孔２８が形成され、固定孔２８に挿入するねじ６８によりベース部３２に固定されている。

ボビン２６は、コア２４のコア本体２４１を囲むように配置されている。ボビン２６は、例えば、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、コア２４）との電気的絶縁を確保することができるので、電気回路としての信頼性が向上する。樹脂材料には、高流動の樹脂を用いることにより成形性が良くなり、ボビン２６の強度を確保しつつ肉厚を薄くすることができる。なお、ボビン２６は、コア本体２４１を挟むように分割体２６ａ、２６ｂを組み付けることにより、コア本体２４１の周囲を覆う筒状体に形成されている。なお、ボビン２６には、筒状体の両端部にフランジが設けられ、コイル２２がコア本体２４１の外周上に位置するように規定している。

＜可動体４０＞
可動体４０は、コア組立体２０に振動方向（Ｚ方向）と直交する方向でギャップＧを空けて、対向するように配置される。可動体４０は、コア組立体２０に対して、振動方向に往復振動自在に設けられている。

可動体４０は、ヨーク４１を有し、ヨーク４１に固定される板状弾性部５０－１、５０－２の可動体側固定部５４を含む。

可動体４０は、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）を介して、底面部３２ｂに対して接離方向（Ｚ方向）に移動可能に、略平行に離間して吊られた状態で配置されている。

ヨーク４１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）等の磁性体から構成される板状体である。ヨーク４１は本実施の形態では、ＳＥＣＣ板を加工して形成されている。

ヨーク４１は、Ｘ方向で離間する被吸着面部４６、４７のそれぞれに固定される板状弾性部５０（５０－１、５０－２）により、コア組立体２０に対して、振動方向（Ｚ方向）にギャップＧ（図６参照）を空けて対向する様に吊設されている。

ヨーク４１は、操作接触面部（図１７に示すタッチパネル１４０参照）を取り付ける面部固定部４４と、磁極部２４２、２４４に対向配置される被吸着面部４６、４７とを有する。

ヨーク４１は、本実施の形態では、中央部に開口部４８を有する。ヨーク４１が形成された矩形枠状にしている。ヨーク４１は、面部固定部４４と被吸着面部４６、４７とで開口部４８を囲む枠状に形成されている。

開口部４８は、コイル２２と対向する。本実施の形態では、開口部４８は、コイル２２の真上に位置し、開口部４８の開口形状は、ヨーク４１が底面部３２ｂ側に移動した際に、コア組立体２０のコイル２２部分が挿入可能な形状に形成されている。

ヨーク４１は開口部４８を有する構成にすることより、開口部４８が無い場合と比較して、振動アクチュエータ全体の厚みを薄くできる。

また、開口部４８内に、コア組立体２０を位置させるため、コイル２２近傍にヨーク４１が配置されることがなく、コイル２２から漏れる漏えい磁束による変換効率の低下を抑制でき、高出力を図ることができる。

面部固定部４４は、操作接触面部の一例であるタッチパネル１４０を面接触して固定する固定面４４ａを有する。固定面４４ａは平面視台形状をなしており、面部固定孔４２に挿入されるねじ等の止着材を介して面部固定部４４に固定されるタッチパネル１４０と面接触する。

被吸着面部４６、４７は、コア組立体２０において磁化された磁極部２４２、２４４に吸い寄せられるとともに、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）が固定される。

被吸着面部４６、４７には、それぞれ、板状弾性部５０－１、５０－２の可動体側固定部５４が積層された状態で固定される。被吸着面部４６、４７には、底面部３２ｂ側に移動した際に、コア組立体２０のねじ６４の頭部を逃げる切欠部４９が設けられている。

これにより、可動体４０が底面部３２ｂ側に移動して、被吸着面部４６、４７が磁極部２４２、２４４に接近しても、磁極部２４２、２４４を底面部３２ｂに固定するねじ６８に接触することがなく、その分のＺ方向のヨーク４１の可動領域を確保できる。

＜板状弾性部５０（５０－１、５０－２）＞
板状弾性部５０（５０－１、５０－２）は、固定体３０に対して可動体４０を可動自在に支持する。板状弾性部５０（５０－１、５０－２）は、可動体４０の上面を、コア固定体３０の上面と同じ高さ、もしくは、固定体３０の上面（本実施の形態では、コア組立体２０の上面）よりも下面側で、互いに平行となるように支持する。なお、板状弾性部５０－１、５０－２は、可動体４０の中心に対して対称の形状を有し、本実施の形態では、同様に形成された部材である。

板状弾性部５０は、ヨーク４１を、コア固定体３０のコア２４の磁極部２４２、２４４に対してギャップＧを空けて対向するように、略平行に配置される。板状弾性部５０は、可動体４０の下面をコア組立体２０の上面の高さレベルと略同じレベルよりも、底面部３２ｂ側の位置で、振動方向に移動自在に支持する。

板状弾性部５０は、固定体側固定部５２、可動体側固定部５４、固定体側固定部５２と可動体側固定部５４とを連絡する蛇腹状弾性アーム部５６を有する板ばねである。

板状弾性部５０は、取付部３２ａの表面に固定体側固定部５２を取り付け、ヨーク４１の被吸着面部４６、４７の表面に、可動体側固定部５４を取り付けて、蛇腹状弾性アーム部５６を底面部３２ｂと平行にして、可動体４０を取り付ける。

固定体側固定部５２は、取付部３２ａに面接触してねじ６２により接合して固定され、可動体側固定部５４は被吸着面部４６、４７に面接触してねじ６４により接合して固定されている。

蛇腹状弾性アーム部５６は、蛇腹形状部を有するアーム部である。蛇腹状アーム部５６は、蛇腹形状部を有することにより、固定体側固定部５２と可動体側固定部５４との間で、且つ、振動方向と直交する面（Ｘ方向及びＹ方向で形成される面）において、可動体４０の振動に必要な変形が可能である長さを確保している。

蛇腹状弾性アーム部５６は、本実施の形態では、固定体側固定部５２と可動体側固定部５４との対向方向に伸びて折り返し、固定体側固定部５２と可動体側固定部５４とにそれぞれ接合される端部は、Ｙ方向でずれた位置に形成されている。

蛇腹状弾性アーム部５６は、可動体４０の中心に対して、点対称或いは線対称の位置に配置されている。

これにより、可動体４０は、蛇腹形状のばねを有する蛇腹状弾性アーム部５６により両側方で支持されるため、弾性変形する際の応力分散が可能となる。すなわち、板状弾性部５０は、可動体４０を、コア組立体２０に対して傾斜することなく、振動方向（Ｚ方向）に移動させることができ、振動状態の信頼性の向上を図ることができる。

板状弾性部５０は、それぞれ、少なくとも２つ以上の蛇腹状弾性アーム部５６を有する。これにより、蛇腹状弾性アーム部５６がそれぞれ一つの場合と比較して、弾性変形する際の応力が分散され、信頼性の向上を図ることができるとともに、可動体４０に対する支持のバランスが良くなり、安定性の改善を図ることができる。

板状弾性部５０としての板ばねは、本実施の形態では、磁性体からなる。また、板状弾性部５０の可動体側固定部５４は、コアの両端部（磁極部２４２、２４４）とのコイル巻回軸方向で対向する位置ないしその上側に配置され、磁路として機能されている。本実施の形態では、可動体側固定部５４は被吸着面部４６、４７の上側に積層した状態で固定されている。これによりコア組立体の磁極部２４２、２４４に対向する被吸着面部４６、４７の厚みＨ（図６参照）を磁性体の厚みとして大きくできる。板状弾性部５０の厚みと、ヨーク４１の厚みを同じであるので、磁極部２４２、２４４に対向する磁性体の部位の断面積を２倍にできる。これにより、板ばねが非磁性の場合と比較して、磁気回路の磁路を拡張して、磁気回路における磁気飽和による特性の低下を緩和し、出力向上を図ることができる。

なお、本実施の形態の振動アクチュエータ１０において、面部固定部４４で固定される操作面部が操作された際の可動体４０の押し込み量を検知する検出部を設けてもよい。

例えば、図６に示すように、検出部として、板状弾性部５０の歪みを検出する歪み検出センサ７０を設けてもよい。

歪み検出センサ７０は、面部固定部４４が、底面部３２ｂ側に押し込まれた際に変形する板状弾性部５０の歪みを検出する。検出した歪みは、制御部等に出力されて、この歪みに対応した可動体４０の移動量となるように、コイル２２が通電され、ヨーク４１を吸引して移動させる。

本実施の形態では、操作される操作接触面部の移動量を判定しなくても、操作接触面部への接触が検出できれば機能できるものの、実際の操作接触面部の移動量に対応した移動量で、板状弾性部５０に対する押し込み量を検出できるとより自然な感触の表現を実現できる。

歪み検出センサ７０は、板状弾性部５０の蛇腹状弾性アーム部５６上においてねじ６２、６４の頭部間に取り付けられており、他部材の邪魔にならない領域である、所謂、デットスペースに配置されている。

また、図７に示すように、デッドスペースである板状弾性部５０の下部に押し込み検出用の検出部を配置してもよい。この場合、検出センサは、押し込み量検出用の静電容量センサ８０とし、板状弾性部５０と対向する底面部３２ｂ上に配置する。押し込まれて変位する板状弾性部５０との間の距離を測定する。これにより操作接触面部の押し込みに追従して変形し、変形した際の距離を測定する。この静電容量を用いる方法でも、板状弾性部５０或いは可動体４０の変動を、板状弾性部５０の下側で検出することができ、振動アクチュエータ１０の外形寸法を維持したまま、操作接触面部の押し込み量の検出を実現し、押し込み量に対応した可動体４０の振動を発生させることができる。

図８は、振動アクチュエータ１０の磁気回路を示す図である。なお、図８は、図３のＡ－Ａ線で切断した振動アクチュエータ１０の斜視図であり、磁気回路は、図示しない部分も図示された部分と同様の磁束の流れＭを有する。また、図９は、磁気回路による可動体の移動を模式的に示す断面図である。図９Ａは板状弾性部５０により、可動体４０が、コア組立体２０から離間した位置に保持されている状態の図であり、図９Ｂは、磁気回路による起磁力によりコア組立体２０側に吸引されて移動した可動体４０を示す。

具体的には、コイル２２を通電すると、コア２４が励磁されて磁場が発生し、コア２４の両端部が磁極となる。例えば、図８に示すように、コア２４において、磁極部２４２がＮ極となり、磁極部２４４がＳ極となる。すると、コア組立体２０とヨーク４１との間には、磁束の流れＭで示す磁気回路が形成される。この磁気回路における磁束の流れＭは、磁極部２４２から対向するヨーク４１の被吸着面部４６に流れ、ヨーク４１の面部固定部４４を通り、被吸着面部４７から、被吸着面部４７に対向する磁極部２４４に至る。本実施の形態では、板状弾性部５０も磁性体であるので、被吸着面部４６に流れた磁束（磁束の流れＭで示す）は、ヨーク４１の被吸着面部４６及び可動体側固定部５４を通り、被吸着面部４６の両端から、４４を介して被吸着面部４６及び、板状弾性部５０－２の可動体側固定部５４の両端に至る。

これにより、電磁ソレノイドの原理により、コア組立体２０の磁極部２４２、２４４は、ヨーク４１の被吸着面部４６、４７を吸着する吸着力Ｆを発生する。すると、ヨーク４１の被吸着面部４６、４７は、コア組立体２０の磁極部２４２、２４４の双方で引き寄せられ、ヨーク４１の開口部４８内に、コイル２２が挿入されて、ヨーク４１を含む可動体４０は、板状弾性部５０の付勢力に抗して、Ｆ方向に移動する（図９Ａ及び図９Ｂ参照）。

また、コイル２２への通電を解除すると、磁界は消滅し、コア組立体２０による可動体４０の吸引力Ｆは無くなり、板状弾性部５０の付勢力により、元の位置に移動（－Ｆ方向に移動）する。

これを繰り返すことで、振動アクチュエータ１０は、可動体４０を往復揺動して振動方向（Ｚ方向）の振動を発生する。

振動アクチュエータ１０では、コア組立体２０の磁極部２４２、２４４に、ヨーク４１の被吸着面部４６、４７を近接設置することで、磁気回路効率を上げ、高出力を図ることができる。また、振動アクチュエータ１０では、マグネットを用いることがないので、低コストの構造となる。板状弾性部５０（５０－１、５０－２）である蛇腹形状のばねにより、応力分散が可能となり、信頼性の向上を図ることができる。特に、複数の板状弾性部５０（５０－１、５０－２）により可動体４０を支持しているため、より効果的に応力分散を可能にしている。このように、振動アクチュエータ１０は、上下方向駆動によりダイレクトな感触を提供できる。

コイル２２が巻回されるコア２４と、コア組立体２０が固定体３０に固定されていることにより、可動体４０を可動自在に支持する。これにより、Ｚ方向に磁気発生部を設けることがなく、支持構造が単純であるため設計がシンプルになり、省スペース化を図ることができ、振動アクチュエータ１０の薄型化を図ることができる。

以下に、振動アクチュエータ１０の駆動原理について簡単に説明する。なお、後述する本実施の形態の振動アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂも同様であり、振動アクチュエータ１０、１０Ａ、１０Ｂは、下記の運動方程式および回路方程式を用いてパルスを用いて共振現象を発生させて駆動することもできる。なお、動作としては共振駆動ではなく、操作接触面部に表示される機械式スイッチの操作感を表現するものであり、本実施の形態では、図示しない制御部を介して短パルスを入力することにより駆動するが、短パルスを用いずに任意の振動を発生するように駆動してもよい。機械式スイッチとしては、例えば、タクタイルスイッチ、オルタネイト型スイッチ、モーメンタリスイッチ、トグルスイッチ、スライドスイッチ、ロータリースイッチ、ＤＩＰスイッチ、ロッカスイッチが挙げられる。

なお、振動アクチュエータ１０における可動体４０は、式（１）、（２）に基づいて往復運動を行う。

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（１）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（２）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と、可動体４０の質量ｍと、板状弾性部５０としての金属ばね（弾性体、本実施の形態では板ばね）のばね定数Ｋ_ｓｐにより決まる。

また、振動アクチュエータ１０では、ベース部３２と板状弾性部５０との固定、及び、板状弾性部５０と可動体４０との固定には、ねじ６２、６４が用いられている。これにより、可動体４０が駆動するために、固定体３０及び可動体４０に対して強固に固定する必要がある板状弾性部５０を、リワークを可能とした状態で機械的に強固に固定することができる。

この振動アクチュエータ１０によれば、コイル２２と、コイル２２が巻回され、両端部がコイル２２から突出するコア２４とを有する固定体３０を有する。また、振動アクチュエータ１０は、コア２４の両端部である磁極部２４２、２４４の対向面２０ａ、２０ｂに対して、コイル２２の巻回軸と交わる方向でギャップＧを空けて対向して近接配置され、且つ、磁性体からなるヨーク４１、４１Ａを有し、接触により操作される操作接触面部に固定可能な可動体４０を有する。振動アクチュエータ１０は、可動体４０と固定体３０との間に固定され、且つ、弾性変形する蛇腹状アーム部５６を有し固定体３０に対して可動体４０を、磁極部２４２、２４４と対向する方向で移動自在に弾性支持する板状弾性部５０を有する。板状弾性部５０は、可動体４０の中心に対して対称な位置に複数固定されていることが好ましいが、上述したように、一つの板状弾性部５０で、可動体４０を固定体３０に対して振動可能に支持するようにしてもよい。

板状弾性部５０は、可動体４０と固定体３０とを連結し、且つ、蛇腹状アーム部５６を有するアーム部を少なくとも２つ以上備えてもよい。板状弾性部５０は、磁性体で構成されてもよい。この場合、板状弾性部５０の可動部側取付け部５４は、コア２４の両端部に対してそれぞれコイル２２の巻回軸方向または、巻回軸方向と直交する方向に配置され、コイル２２に通電された際に、コア２４とともに磁路を構成する。
これにより、操作接触面部であるタッチパネルに取り付けた場合でも、薄型化及び低コスト化を図りつつ、タッチパネルの操作時にユーザに好適な操作感を付与できる。

（変形例１）
図１０は、振動アクチュエータの変形例１の平面側外観斜視図であり、図１１は、振動アクチュエータの変形例１の底面側外観斜視図である。図１２は、振動アクチュエータの変形例１の分解斜視図であり、図１３は、振動アクチュエータの変形例１の要部構成を示す断面図である。

図１０～図１３に示す変形例１としての振動アクチュエータ１０Ａは、振動アクチュエータ１０の構成において、ベース部３２と板状弾性部５０との固定、及び、板状弾性部５０と可動体４０との固定に用いたねじ６２、６４、６８に変えて、リベット９２、９４、９８を用いて構成されている。リベット９２、９４、９８は、それぞれ頭部とねじ部のない胴部からなり、穴を空けた部材に差し込み、反対側の端部をかしめて塑性変形させることで穴を空けた部材同士を接合する。かしめは、例えば、プレス加工機や専用の工具等を用いておこなってもよい。

リベット９２は、固定体３０の３２ａと板状弾性部５０とを固定し、リベット９４は、板状弾性部５０とヨーク４１とを固定する。また、リベット９８は、コア組立体２０のコイル２２を底面部３２ｂの止着孔３３に配置した状態で、固定体３０を底面部３２ｂに固定している。これにより、板状弾性部５０の固定について、ねじ６２、６４、６８よりも強固に固定することができ、板状弾性部５０を固定体３０と可動体４０とに安定して固定できる。

（変形例２）
図１４は、振動アクチュエータの変形例２の平面側外観斜視図であり、図１５は、振動アクチュエータの変形例２の底面側外観斜視図であり、図１６は、振動アクチュエータの変形例２の分解斜視図である。

変形例２の振動アクチュエータ１０Ｂは、振動アクチュエータ１０の構成において、板状弾性部５０と、ヨーク４１とを一体化した一部材である可動ヨーク４０Ａを有するものである。振動アクチュエータ１０Ｂは、振動アクチュエータ１０の構成における固定体３０と、固定体３０に対して移動自在な可動ヨーク４０Ａとを有する。

可動ヨーク４０Ａは、ヨーク４１と同様の機能を有するヨーク４１Ａと、板状弾性部５０（５０－１、５０－２）と同様の機能を有する板状弾性部４５０－１、４５０－２とを有する。

ヨーク４１Ａは、ヨーク４１の被吸着面部４６、４７と板状弾性部５０－１、５０－２の可動体側固定部５４とを同一の部材としてなる。

可動ヨーク４０Ａでは、ヨーク４１Ａは、面部固定部４４、被吸着面部４６Ａ、４７Ａにより開口部４８（図１６参照）を囲む枠状をなし、板状弾性部４５０－１、４５０－２は、被吸着面部４６Ａ、４７ＡのそれぞれからＸ方向で突出するように設けられている。

板状弾性部４５０－１、４５０－２は、板状弾性部５０の固定体側固定部５２と同様の機能を有する固定体固定部４５２と、蛇腹状弾性アーム部５６と同様の機能を有する蛇腹状弾性アーム部４５６とを有する。
このような構成により、ヨーク４１Ａと板状弾性部４５０とを、固定体３０の底面部３２ｂに対して同じ高さレベルにすることができ、その分、振動アクチュエータ１０Ｂ自体の厚み（Ｚ方向の高さ)を薄くできる。

また、振動アクチュエータ１０と比較して、部品点数を少なくでき、製造工程を省略できる。

（実施の形態２）
図１７は、本発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０を有するタッチパネル装置の斜視図である。

図１７は、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータ１０を有するタッチパネル装置１００の斜視図であり、図１７Ａは、本発明の実施の形態に係る振動アクチュエータ１１０を有するタッチパネル装置１００の斜視図であり、図１７Ｂは、同装置の右側面図である。図１７に示すタッチパネル装置１００は、振動呈示装置の一例である。振動アクチュエータ１１０は、振動アクチュエータ１０であり、画像を表示するタッチパネル１４０の裏面板１２０に接続用の支柱部１６０を介して固定される。また、振動アクチュエータ１１０として、振動アクチュエータ１０を用いたが、これに限らず、振動アクチュエータ１１０は、振動アクチュエータ１０Ａ或いは、振動アクチュエータ１０Ｂであってもよい。

タッチパネル１４０を有するタッチパネル装置１００では、タッチパネル１４０は、裏面板１２０の中央部に固定体３０を固定した振動アクチュエータ１１０の可動体４０に固定されている。なお、タッチパネル１４０は、操作接触面部の一例であり、裏面側で、可動体４０の面部固定部４４に面接触するように固定されている。これにより、タッチパネル１４０自体は、可動体４０と一体に駆動する。タッチパネル１４０において、操作者が操作の際に画面と接触する方向は、振動アクチュエータ１１０における可動体４０、可動ヨーク４０Ａの振動方向と同じ方向である。

このように、振動アクチュエータ１０を実装したタッチパネル装置１００によれば、タッチパネル１４０を直接動作させる、つまり可動体４０とともにタッチパネル１４０を指の接触方向と同方向で駆動させるため、強い振動でタッチパネル１４０を直接駆動できる。

よって、タッチパネル１４０に表示される機械式スイッチ等の画像に接触して操作する際に、可動体４０を可動して、画像に応じた操作感、例えば実際の機械式スイッチを操作する際の操作感を付与して使い心地の良い操作を実現することができる。

特に、車載製品や産業機器において、画面上の画像に指等を接触させることにより操作を入力する操作装置に適用して、画像の接触操作に対応して振動を発生させて、画像に表示した機械式スイッチ等の画像に触れた際の操作感と同様の操作感をフィードバックするタッチパネル装置が搭載されるタッチディスプレイ装置や操作装置に有用なものである。

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、タッチパネルに取り付けた場合でも、タッチパネルの操作時にユーザに好適な操作感を付与できるとともに、薄型化を実現できる効果を有し、例えば、カーナビゲーション装置等でタッチパネル自体を可動させる場合に用いるものとして有用である。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１１０ 振動アクチュエータ
２０ コア組立体
２２ コイル
２４ コア
２６ ボビン
２６ａ、２６ｂ 分割体
２８ 固定孔
３０ 固定体
３２ ベース部
３２ａ 取付部
３２ｂ 底面部
３３ 止着孔
３６、４８ 開口部
４０ 可動体
４０Ａ 可動ヨーク
４１、４１Ａ ヨーク
４４ 面部固定部
４４ａ 固定面
４６、４７、４６Ａ、４７Ａ 被吸着面部
４９ 切欠部
５０、５０－１、５０－２、４５０－１、４５０－２ 板状弾性部
５２、４５２ 固定体側固定部
５４ 可動体側固定部
５６、４５６ 蛇腹状弾性アーム部
６２、６４、６８ ねじ
７０、８０ センサ
９２、９４、９８ リベット
１００ タッチパネル装置
１２０ 裏面板
１４０ タッチパネル（操作接触面部）
１６０ 支柱部
２４１ コア本体
２４２、２４４ 磁極部

Claims (5)

1. コアとコイルからなる板状の電磁石が配置された板状のベース部と、
   前記電磁石と前記電磁石の板厚方向でギャップを設けて配置された板状の磁性ヨークを含む可動体と、
   前記電磁石への通電により前記磁性ヨークが前記板厚方向で前記ベース部に近接するよう前記ベース部に前記磁性ヨークを支持する弾性体と、を備え、
   前記可動体は、前記コイルと対向する位置に、前記コイルの一部を収容可能な形状を有する、
   振動アクチュエータ。
2. 前記弾性体は、前記ベース部の対向する一対の辺で、前記ベース部と前記可動体とを接続する、
   請求項１記載の振動アクチュエータ。
3. 前記ベース部は、対向する一対の辺に、弾性体支持部を有する、
   請求項１記載の振動アクチュエータ。
4. 前記可動体は、前記コイルの一部を収容する厚さを有する、
   請求項１記載の振動アクチュエータ。
5. 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と、
   前記振動アクチュエータを実装したタッチパネルと、
   を有する、
   振動呈示装置。

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