特開 2024-94531 アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094531

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/04 20060101AFI20240703BHJP

【ＦＩ】

B06B1/04 A

B06B1/04 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211132

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002233

【氏名又は名称】ニデックインスツルメンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142619

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100153316

【弁理士】

【氏名又は名称】河口 伸子

(74)【代理人】

【識別番号】100196140

【弁理士】

【氏名又は名称】岩垂 裕司

(72)【発明者】

【氏名】羽多野 慎司

(72)【発明者】

【氏名】安藤 正明

【テーマコード（参考）】

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D107AA02

5D107AA07

5D107BB08

5D107CC09

5D107CC10

5D107CD03

5D107FF10

(57)【要約】

【課題】広い周波数帯で大きな加速度を得られるようにしつつ、可動体と支持体との衝突を回避する。
【解決手段】アクチュエータ１は、可動体３と支持体２とに接続される接続体９として、目標周波数帯域（例えば、５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下）で、目標加速度Ａｔ（例えば、Ａｔ＝２．５Ｇａｌ）以上の加速度が得られるような、減衰係数が高い粘弾性体を選定する。アクチュエータ１の制御部１Ａは、目標周波数帯域において目標加速度Ａｔを得られる電圧を第１電圧ＶＨとして、可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘを上回らない限りは第１電圧ＶＨの電流を供給することにより、大きな加速度を得られるようにする。その一方で、第１電圧ＶＨで駆動すると可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘを上回る周波数帯域では、駆動電流の電圧を第１電圧ＶＨより低くすることで、可動体３と支持体２との衝突を回避する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持体および可動体と、
前記可動体と前記支持体とに接続される接続体と、
前記可動体を前記支持体に対して振動させる磁気駆動回路と、
前記磁気駆動回路に供給する駆動電流を制御する制御部と、を有し、
前記接続体は、粘弾性体であり、
前記支持体と衝突しない前記可動体の最大振幅を上限振幅とし、
前記駆動電流の電圧を一定値とした場合に前記可動体の加速度または振幅が最大となる周波数をピーク周波数とし、
前記ピーク周波数を含む目標周波数帯域において前記可動体の加速度が予め定めた目標加速度以上となる電圧であって、且つ、前記ピーク周波数では前記可動体の振幅が前記上限振幅を越える電圧を第１電圧とし、
前記駆動電流の電圧を前記第１電圧とした場合に前記可動体の振幅が前記上限振幅以上となる周波数帯域が、前記ピーク周波数よりも低い第１周波数から前記ピーク周波数よりも高い第２周波数までの中間周波数帯域である場合に、
前記制御部は、
前記第１周波数以下の低周波数帯域、および、前記第２周波数以上の高周波数帯域で駆動するときは、前記駆動電流の電圧を前記第１電圧とし、
前記中間周波数帯域で駆動するときは、前記駆動電流の電圧を、前記第１電圧よりも低く、且つ、前記可動体の振幅が前記上限振幅以下となる電圧とすることを特徴とするアクチュエータ。

【請求項2】

前記制御部は、前記中間周波数帯域の周波数で駆動するときは、前記駆動電流の電圧を、前記可動体の振幅が前記上限振幅と一致する電圧とすることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記目標周波数帯域は、５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記ピーク周波数は、前記駆動電流の電圧を一定値とした場合に前記可動体の加速度が最大となる加速度ピーク周波数であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記制御部は、
前記低周波数帯域の周波数で駆動するときは、周波数が高くなるに従って前記駆動電流の電圧を低くし、
前記ピーク周波数で駆動するときは、前記駆動電流の電圧を前記可動体の振幅が前記上限振幅と一致する電圧とし、
前記高周波数帯域の周波数で駆動するときは、周波数が高くなるに従って前記駆動電流の電圧を高くすることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記磁気駆動回路は、コイルおよび前記コイルに第１方向で対向する磁石を備え、前記可動体を前記支持体に対して前記第１方向に交差する第２方向に振動させ、
前記粘弾性体は、前記支持体と前記可動体とが前記第１方向で対向する個所に、前記第１方向を厚み方向として配置され、前記可動体が前記支持体に対して前記第２方向に移動する際、せん断方向に変形することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項7】

前記粘弾性体は、シリコーンゲルであることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可動体を振動させるアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、支持体および可動体と、可動体を支持体に接続する接続体と、可動体を支持体に対して相対移動させる磁気駆動回路を有するアクチュエータが記載される。磁気駆動回路は、可動体および支持体の一方に搭載される磁石と、可動体および支持体の他方に搭載されるコイルを備える。磁石は、コイルに対して振動方向と直交する方向で対向する。接続体は、シリコーンゲルなどの粘弾性体である。

【0003】

特許文献１のアクチュエータは、例えば、ゲーム機の操作部材、操作パネル等に組み込むことができ、可動体の振動によって利用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。その場合、利用者は、可動体の重量と加速度に応じた強さの振動を体感する。従来、この種のアクチュエータでは、コイルに供給する駆動電流の周波数を共振周波数付近の周波数とすることで大きな加速度を得るようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－０１３０９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アクチュエータを触覚デバイスとして使用する際、利用者に体感させる触覚を様々な需要に合わせるため、共振周波数付近に限定されずに広い周波数帯で大きな加速度を得たいという要望がある。本発明者らは、粘弾性体の種類を変えることにより、粘弾性体の特性（ばね要素と粘性要素）が変わることに着目し、粘性要素の増大により、広い周波数帯で加速度を上げることを試みたが、その場合、最大振幅が大きくなりすぎて可動体が支持体に衝突してしまうという問題がある。

【0006】

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、広い周波数帯で大きな加速度を得ることができ、且つ、可動体と支持体との衝突を回避できるアクチュエータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係るアクチュエータは、支持体および可動体と、前記可動体と前記支持体とに接続される接続体と、前記可動体を前記支持体に対して振動させる磁気駆動回路と、前記磁気駆動回路に供給する駆動電流を制御する制御部と、を有し、前記接続体は、粘弾性体であり、前記支持体と衝突しない前記可動体の最大振幅を上限振幅とし、前記駆動電流の電圧を一定値とした場合に前記可動体の加速度または振幅が最大となる周波数をピーク周波数とし、前記ピーク周波数を含む目標周波数帯域において前記可動体の加速度が予め定めた目標加速度以上となる電圧であって、且つ、前記ピーク周波数では前記可動体の振幅が前記上限振幅を越える電圧を第１電圧とし、前記駆動電流の電圧を前記第１電圧とした場合に前記可動体の振幅が前記上限振幅以上となる周波数帯域が、前記ピーク周波数よりも低い第１周波数から前記ピーク周波数よりも高い第２周波数までの中間周波数帯域である場合に、前記制御部は、前記第１周波数以下の低周波数帯域、および、前記第２周波数以上の高周波数帯域で駆動するときは、前記駆動電流の電圧を前記第１電圧とし、前記中間周波数帯域で駆動するときは、前記駆動電流の電圧を、前記第１電圧よりも低く、且つ、前記可動体の振幅が前記上限振幅以下となる電圧とするこ
とを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、ピーク周波数付近の周波数だけでなく、より広い範囲の周波数でも、可動体の加速度を大きくすることができる。すなわち、目標周波数帯域において目標加速度を得られる電圧を第１電圧として、可動体の振幅が上限振幅を上回らない限りは第１電圧の電流を供給することにより、大きな加速度を得られるようにする。その一方で、第１電圧で駆動すると可動体の振幅が上限振幅を上回る周波数帯域では、駆動電流の電圧を第１電圧より低くすることで、可動体と支持体との衝突を回避する。これにより、要望に応じて、目標周波数帯域では目標加速度を得ることができ、且つ、可動体と支持体との衝突を回避できるアクチュエータを提供できる。

【0009】

従来のアクチュエータの設計は、可動体をピーク周波数付近の周波数で駆動することにより大きな加速度が得られるようにしていたが、本発明者らは、接続体として用いる粘弾性体の特性を調整して、粘性要素を増大させたものを用いれば、広い周波数帯で加速度を大きくできることに着目した。そして、ピーク周波数付近では電圧を低くすることによって可動体の振幅が大きくなりすぎることを回避して支持体との衝突を回避すれば、広い周波数帯で大きな加速度を得ることができる、という技術思想に至ったものである。

【0010】

本発明において、前記制御部は、前記中間周波数帯域の周波数で駆動するときは、前記駆動電流の電圧を、前記可動体の振幅が前記上限振幅と一致する電圧とすることが好ましい。このようにすると、可動体の加速度を最大限に大きくすることができる。従って、利用者が体感する振動を大きくすることができる。

【0011】

本発明において、前記ピーク周波数として、前記駆動電流の電圧を一定値とした場合に前記可動体の加速度が最大となる加速度ピーク周波数を用いることができる。

【0012】

本発明において、前記目標周波数帯域は、５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下とすることができる。このように、本発明のような電圧制御を行うことにより、ピーク周波数付近の周波数だけでなく、広い範囲で目標加速度を得ることができる。

【0013】

本発明において、前記制御部は、前記第１周波数から前記ピーク周波数までの範囲の周波数で駆動するときは、周波数が高くなるに従って前記駆動電流の電圧を低くし、前記ピーク周波数で駆動するときは、前記駆動電流の電圧を前記可動体の振幅が前記上限振幅と一致する電圧とし、前記ピーク周波数から前記第１周波数までの範囲の周波数で駆動するときは、周波数が高くなるに従って前記駆動電流の電圧を高くすることが好ましい。このように、ピーク周波数で最も電圧が低くなる電圧パターンを用いれば、可動体の加速度が広い範囲で目標値を上回るようにすることができる。

【0014】

本発明において、前記磁気駆動回路は、コイルおよび前記コイルに第１方向で対向する磁石を備え、前記可動体を前記支持体に対して前記第１方向に交差する第２方向に振動させ、前記粘弾性体は、前記支持体と前記可動体とが前記第１方向で対向する個所に、前記第１方向を厚み方向として配置され、前記可動体が前記支持体に対して前記第２方向に移動する際、せん断方向に変形することが好ましい。このような構成では、粘弾性体の特性の調整によって、可動体の加速度を広い周波数帯域で大きくすることができる。従って、駆動電流の電圧調整により、可動体の振幅が大きくなりすぎないようにして、可動体と支持体との衝突を回避できる。

【0015】

本発明において、前記粘弾性体として、シリコーンゲルを用いることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ピーク周波数付近の周波数だけでなく、より広い範囲の周波数でも、可動体の加速度を大きくすることができる。すなわち、目標周波数帯域において目標加速度を得られる電圧を第１電圧として、可動体の振幅が上限振幅を上回らない限りは第１電圧の電流を供給することにより、大きな加速度を得られるようにする。その一方で、第１電圧で駆動すると可動体の振幅が上限振幅を上回る周波数帯域では、駆動電流の電圧を第１電圧より低くすることで、可動体と支持体との衝突を回避する。これにより、要望に応じて、目標周波数帯域では目標加速度を得ることができ、且つ、可動体と支持体との衝突を回避できるアクチュエータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係るアクチュエータの外観斜視図である。

【図2】図１のアクチュエータのＸＺ断面図である。

【図3】図１のアクチュエータのＹＺ断面図である。

【図4】図１のアクチュエータの分解斜視図である。

【図5】アクチュエータの電圧特性、振幅特性、および加速度特性の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、図面を参照して、本発明に係るアクチュエータ１の実施形態を説明する。以下の説明において、互いに交差する３つの方向を、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。本形態では、第１方向Ｚ、第２方向Ｘおよび第３方向Ｙは、互いに直交する方向である。第２方向Ｘは、可動体３の振動方向である。

【0019】

図１は、本発明に係るアクチュエータ１の斜視図である。図２は、図１のアクチュエータ１のＸＺ断面図である。図３は、図１のアクチュエータ１のＹＺ断面図である。図４は、図１のアクチュエータ１の分解斜視図である。

【0020】

図１に示すように、アクチュエータ１は、全体として、第２方向Ｘの寸法が第３方向Ｙの寸法および第１方向Ｚの寸法より大きい直方体形状である。図２、図３、図４に示すように、アクチュエータ１は、支持体２と、可動体３と、磁気駆動回路４と、配線基板５とを有する。磁気駆動回路４は、第１方向Ｚに対向するコイル６および磁石７を備えており、可動体３を第２方向Ｘに振動させる。コイル６は、支持体２の外周面に固定される配線基板５に接続されており、配線基板５を介してコイル６に電流が流れる。

【0021】

アクチュエータ１は、支持体２と可動体３とに接続される接続体９を備える。可動体３は、接続体９を介して支持体２に支持される。後述するように、アクチュエータ１は、接続体９としてゲル状部材（粘弾性体）を用いている。

【0022】

アクチュエータ１は、可動体３が第２方向Ｘ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の身体を通して利用者に情報を報知する。アクチュエータ１は、例えば、ゲーム機の操作部材、操作パネル、自動車のハンドルやいす等に組み込んで利用することができ、可動体３の第２方向Ｘの振動によって利用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。

【0023】

アクチュエータ１は、磁気駆動回路４のコイル６に供給する駆動電流を制御する制御部１Ａ（図２参照）を備える。制御部１Ａは、配線基板５を介してコイル６に駆動電流を供給する。アクチュエータ１を触覚デバイスとして使用する際、コイル６に駆動電流として交流電流を供給する。制御部１Ａは、交流電流の周波数および電圧を制御することにより
、アクチュエータの利用者に体感させる振動を制御する。例えば、交流電流の周波数および電圧の組み合わせを制御することにより、可動体３の加速度の大きさを制御し、利用者が体感する振動の強さを制御する。なお、交流電流の変動のパターンを制御することも可能である。例えば、可動体３が第２方向Ｘの一方側Ｘ１に移動する加速度と、可動体３が第２方向の他方側Ｘ２に移動する加速度とを相違させれば、利用者は、第２方向Ｘにおいて方向性を有する振動を体感することができる。

【0024】

支持体２は、第１方向Ｚの一方側Ｚ１から他方側Ｚ２に順に重ねられた第１ケース部材１０、コイルホルダ３０、および第２ケース部材２０を有する。第１ケース部材１０と第２ケース部材２０との間に可動体３および磁気駆動回路４が配置される。本形態では、第１ケース部材１０、コイルホルダ３０、および第２ケース部材２０は各々、樹脂製である。

【0025】

図４に示すように、コイルホルダ３０は、４箇所の角部にそれぞれ、第１ケース部材１０側へ突出する凸部３０ａと、第２ケース部材２０側へ突出する凸部３０ｂが設けられている。支持体２を組み立てる際には、コイルホルダ３０の凸部３０ａは第１ケース部材１０の穴１０ａに嵌まり、コイルホルダ３０の凸部３０ｂは第２ケース部材２０の穴（図示せず）に嵌まる。従って、第１ケース部材１０、コイルホルダ３０および第２ケース部材２０は互いに位置決めされた状態で連結される。第１ケース部材１０、コイルホルダ３０、および第２ケース部材２０は、例えば、接着剤により結合される。あるいは、図示しない筒状のカバーの内側に第１ケース部材１０、コイルホルダ３０、および第２ケース部材２０を保持させる構造を採用してもよい。

【0026】

第１ケース部材１０は、第２方向Ｘで並ぶ２つの凹部１３が形成された第１端板部１１と、第１端板部１１の外周縁からＺ２方向に延びる第１側板部１２を備える。第２ケース部材２０は、第２方向Ｘで並ぶ２つの凹部２３が形成された第２端板部２１と、第２端板部２１の外周縁からＺ１方向に延びる第２側板部２２を備える。コイルホルダ３０の凸部３０ａが嵌まる穴１０ａは、第１側板部１２における４箇所の角部の先端面に開口し、コイルホルダ３０の凸部３０ｂが嵌まる穴（図示せず）は、第２側板部２２における４箇所の角部の先端面に開口する。

【0027】

コイルホルダ３０のＸ２方向の側面には、配線基板５が固定される。第２ケース部材２０のＸ２方向の側面には、コイルホルダ３０からＺ２方向に突出する配線基板５の上端部分を配置する凹部２４が形成されている。コイル６から引き出したコイル線（図示せず）は、コイルホルダ３０のＺ２方向の表面に沿って引き回され、配線基板５に接続される。

【0028】

コイルホルダ３０には、第１コイル配置穴３１および第２コイル配置穴３２が第２方向Ｘに並んで設けられている。第１コイル配置穴３１はＸ１方向に配置され、第２コイル配置穴３２は第１コイル配置穴３１のＸ２方向に配置される。コイルホルダ３０は、ＸＹ面に平行な板部３３を備えており、第１コイル配置穴３１および第２コイル配置穴３２は、板部３３を第１方向Ｚに貫通する。第１コイル配置穴３１と第２コイル配置穴３２の間には、第３方向Ｙに延びる仕切り部３４が設けられている。仕切り部３４は、コイルホルダ３０の第２方向Ｘの略中央に位置する。

【0029】

コイルホルダ３０には、第１コイル配置穴３１のＸ１方向に切欠き部３０１が形成され、第２コイル配置穴３２のＸ２方向に開口部３０２が形成されている。切欠き部３０１、および開口部３０２は板部３３を第１方向Ｚで貫通している。板部３３のＹ１方向の側面には、Ｙ２方向に凹んだ凹部３０３、３０４が設けられている。凹部３０３は、板部３３の第２方向Ｘの略中央に設けられ、凹部３０４は、板部３３のＸ２方向の端部に近い位置に設けられている。板部３３のＹ２方向の側面には、Ｙ１方向に凹んだ凹部３０５が第２
方向Ｘの略中央に設けられている。凹部３０３、３０４、３０５は、コイル６からコイル線（図示せず）を引き出して配線基板５まで引き回す際、配線スペースとして利用される。

【0030】

図１に示すように、アクチュエータ１のＸ１方向の外周面には、コイルホルダ３０の切欠き部３０１を塞ぐシール部材２０１が貼付される。アクチュエータ１の製造工程において、内部を検査する際、切欠き部３０１から検査光を照射する。また、アクチュエータ１のＹ１方向の外周面には、凹部３０３、３０４を塞ぐシール部材２０２が貼付され、アクチュエータ１のＹ２方向の外周面には、凹部３０５を塞ぐシール部材２０３が貼付される。

【0031】

支持体２は、コイルホルダ３０の板部３３およびコイル６にＺ１方向から重ねられた金属製のプレート４０を備える。プレート４０は、第１コイル配置穴３１および第２コイル配置穴３２に重なるが、切欠き部３０１および開口部３０２には重ならない。コイルホルダ３０にコイル６を固定する際、プレート４０とコイルホルダ３０とを積層し、接着剤を入れた第１コイル配置穴３１および第２コイル配置穴３２にコイル６を配置して固定する。

【0032】

図４に示すように、コイルホルダ３０は、コイル６の外周面を押圧して位置決めするばね部５０を２箇所に備える。ばね部５０は、コイルホルダ３０と一体に形成された樹脂ばねである。ばね部５０は、第１コイル配置穴３１のＸ２方向の内周面、および第２コイル配置穴３２のＸ１方向の内周面に１箇所ずつ設けられている。

【0033】

コイルホルダ３０は、第１コイル配置穴３１のＸ１方向の内周面、および第２コイル配置穴３２のＸ２方向の内周面には、それぞれ、第３方向Ｙに離れた２箇所に受け部５５が設けられている。第１コイル６１は、第１コイル配置穴３１においてばね部５０によりＸ１方向に押圧され、受け部５５に押し付けられている。第２コイル６２は、第２コイル配置穴３２においてばね部５０によりＸ２方向に押圧され、受け部５５に押し付けられている。従って、第１コイル６１および第２コイル６２には、いずれも、２箇所の受け部５５と１箇所のばね部５０が有効辺６０１の部分に接触しており、３点で支持される。

【0034】

ばね部５０は、コイルホルダ３０の第２方向Ｘの中央に配置される仕切り部３４のＸ１方向の側面、および仕切り部３４のＸ２方向の側面に配置される。仕切り部３４のＸ１方向の側面には、Ｘ２方向に凹む凹部３５が設けられている。ばね部５０は、凹部３５のＹ１方向の開口縁からＹ２方向の開口縁に向かって延びている。仕切り部３４のＸ２方向の側面には、Ｘ１方向に凹む凹部３６が設けられている。ばね部５０は、凹部３６のＹ２方向の開口縁からＹ１方向の開口縁に向かって延びている。従って、ばね部５０は、第２方向Ｘに弾性変形可能である。

【0035】

各ばね部５０の先端には、コイル６が位置する側に突出する凸部５１が設けられている。凸部５１の先端は、各コイル配置穴の内周面よりも内周側に突出している。従って、ばね部５０は、凸部５１の先端によってコイル６を押圧する。また、各ばね部５０は、凸部５１のＺ２方向の端部から突出する係止部５２を備える。係止部５２は、第１コイル６１のＸ２方向の外周縁をＺ２方向から係止する。同様に、受け部５５のＺ２方向の端部から突出する係止部５６が第１コイル６１のＸ１方向の外周縁をＺ２方向から係止する。これにより、第１コイル６１が第１コイル配置穴３１から抜けないように保持される。第２コイル配置穴３２においても、同様に、第２コイル６２が第２コイル配置穴３２から抜けないように保持される。

【0036】

磁気駆動回路４は、コイル６として、第１コイル６１および第２コイル６２を備える。
第１コイル６１は、第１コイル配置穴３１に配置される。第２コイル６２は、第２コイル配置穴３２に配置される。コイル６は、第３方向Ｙに延在する２本の有効辺６０１を備える長円形状の空芯コイルである。コイル６の中央には、第３方向Ｙに延びる中央穴６０２が設けられている。

【0037】

磁石７は、コイル６の有効辺６０１と第１方向Ｚで対向する。磁石７は、第１コイル６１および第２コイル６２の有効辺６０１にＺ１方向から対向する２個の第１磁石７１、７２と、第１コイル６１および第２コイル６２の有効辺６０１にＺ２方向から対向する２個の第２磁石７３、７４を備える。第１磁石７１、７２および第２磁石７３、７４は、第３方向Ｙで分極着磁される。本形態では、第１コイル６１と第２コイル６２は、同一のコイルである。また、第１磁石７１、７２、および第２磁石７３、７４は、全て同一の磁石である。

【0038】

なお、本形態では、コイル６に対する第１方向Ｚの両側に磁石７を配置しているが、磁気駆動回路４は、コイル６に対してＺ１方向およびＺ２方向の一方側にのみ磁石７を配置した構成を採用してもよい。また、本形態では、コイル６と磁石７を第１方向Ｚで対向させた磁気駆動回路４を２組備えているが、本発明は、磁気駆動回路４を１組、あるいは３組以上備えたアクチュエータに適用できる。

【0039】

可動体３は、磁石７を保持するヨーク８０を備える。図２、図３、図４に示すように、ヨーク８０は、コイルホルダ３０の板部３３に対してＺ１方向から対向する第１板部８１と、板部３３に対してＺ２方向から対向する第２板部８２と、板部３３の第３方向Ｙの両側において第１方向Ｚに延びて第１板部８１と第２板部８２とを接続する一対の連結板部８３、８４を備える。第１板部８１のＺ２方向の表面には、第１磁石７１、７２が第２方向Ｘに並んで固定される。第２板部８２のＺ１方向の表面には、第２磁石７３、７４が第２方向Ｘに並んで固定される。第１磁石７１、７２および第２磁石７３、７４は、接着等の方法でヨーク８０に固定される。

【0040】

ヨーク８０は、第１板部８１および第１板部８１の第３方向Ｙの両端からＺ２方向に屈曲した一対の連結板部８３、８４を備える第１ヨーク８５と、第２板部８２からなる第２ヨーク８６の２部品を接合して製造される。連結板部８３は、第１コイル６１に対してＸ１方向でコイルホルダ３０の切欠き部３０１を通ってＺ２方向に延在し、連結板部８４は、第２コイル６２に対してＺ２方向でコイルホルダ３０の開口部３０２を通ってＺ２方向に延在する。一対の連結板部８３、８４のＺ２方向の端部は、溶接により第２板部８２の第３方向Ｙの両端部に連結される。

【0041】

（接続体）
図２に示すように、接続体９は、支持体２と可動体３とが第１方向Ｚで対向する個所に配置される。可動体３は、接続体９によって第２方向Ｘに移動可能に支持される。本形態では、接続体９は、第１ヨーク８５と第１ケース部材１０とが第１方向Ｚで対向する個所に配置される第１接続体９１、および、第２ヨーク８６と第２ケース部材２０とが第１方向Ｚで対向する個所に配置される第２接続体９２を備える。

【0042】

第１接続体９１は、第１ヨーク８５の第１板部８１と第１ケース部材１０の凹部１３の底面との間で第１方向Ｚに圧縮された状態で配置される。本形態では、２個の第１接続体９１が第２方向Ｘで並列して配置される。また、第２接続体９２は、第２ヨーク８６の第２板部８２と第２ケース部材２０の凹部２３の底面との間で第１方向Ｚに圧縮された状態で配置される。本形態では、２個の第２接続体９２が第２方向Ｘで並列して配置される。

【0043】

本形態では、接続体９は粘弾性体である。例えば、接続体９（粘弾性体）は、針入度が
１０度から１１０度であるシリコーンゲルである。針入度とは、ＪＩＳ－Ｋ－２２０７やＪＩＳ－Ｋ－２２２０で規定されており、この値が小さい程、硬いことを意味する。なお、シリコーンゲルの粘弾性特性は、上記のものに限定されない。例えば、後述するように、粘性成分が多く、減衰係数が高いシリコーンゲルを用いることができる。また、粘弾性を備えた接続体９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。

【0044】

接続体９は、その伸縮方向によって、線形あるいは非線形の伸縮特性を備える。例えば、接続体９は、その厚さ方向（軸方向）に押圧されて圧縮変形する際は、線形の成分（ばね成分）よりも非線形の成分（粘性成分）が大きい伸縮特性を備える。これに対して、厚さ方向（軸方向）に引っ張られて伸びる場合は、非線形の成分（粘性成分）よりも線形の成分（ばね成分）が大きい伸縮特性を備える。また、接続体９は、厚さ方向（軸方向）と交差する方向（せん断方向）に変形する場合、いずれの方向に動いても、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（粘性成分）よりも線形の成分（ばね成分）が大きい変形特性を持つ。

【0045】

可動体３が第２方向Ｘに振動した際、接続体９は、せん断方向に変形する。従って、接続体９では、可動体３が第２方向Ｘに振動した際、せん断方向の変形特性を用いることにより、入力信号に対する振動加速度の再現性を向上することができるので、微妙なニュアンスをもった振動を実現することができる。

【0046】

（粘弾性体の選定、および、駆動制御に用いる電圧特性）
図５は、アクチュエータ１の電圧特性、振幅特性、および加速度特性の説明図である。図５（ａ）は電圧特性のグラフであり、図５（ｂ）は振幅特性のグラフであり、図５（ｃ）は加速度特性のグラフである。図５（ａ）-（ｃ）において、実線で示す電圧特性Ｖ、振幅特性Ｗ、加速度特性Ａが本形態のアクチュエータ１の特性を示す。破線で示す電圧特性Ｖ１、振幅特性Ｗ１、加速度特性Ａ１は、比較例１の特性を示す。二点鎖線で示す電圧特性Ｖ２、振幅特性Ｗ２、加速度特性Ａ２は、比較例２の特性を示す。

【0047】

図５（ｂ）に示す振幅特性Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、および、図５（ｃ）に示す加速度特性Ａ、Ａ１、Ａ２は、可動体３の重量、接続体９の粘弾性特性（ばね要素＋減衰要素）、磁気駆動回路のローレンツ力（すなわち、可動体３を振動させる推力）から、１自由度の振動系の運動方程式の解として求めることができる。従って、アクチュエータ１の具体的構成が決まれば、電圧特性Ｖ、Ｖ１、Ｖ２をパラメータとして、運動方程式から、振幅特性Ｗ、Ｗ１、Ｗ０および加速度特性Ａ、Ａ１、Ａ２を求めることができる。あるいは、試作品の可動体３を電圧特性Ｖ、Ｖ１、Ｖ２で駆動して計測により振幅特性Ｗ、Ｗ１、Ｗ２および加速度特性Ａ、Ａ１、Ａ２を求めることもできる。

【0048】

本形態では、加速度特性Ａ、Ａ１、Ａ２を規定するパラメータの１つである接続体９の粘弾性特性（ばね要素＋減衰要素）に着目して、アクチュエータの利用者が要望する目標周波数帯域（例えば、５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下）で、目標加速度Ａｔ（例えば、Ａｔ＝２．５Ｇａｌ）以上の加速度が得られるように、接続体９として用いる粘弾性体の種類を選定した。その際、減衰係数が高い粘弾性体を用いれば、広い周波数帯域で、全体として加速度のレベルが高いレベルにシフトすることに着目して、粘弾性体の選定を行った。

【0049】

比較例１の特性は、上記の条件を満たすように選定した粘弾性体を用いたアクチュエータ１の構成において、全ての周波数帯において第１電圧ＶＨ（ＶＨ＝５．９Ｖ）で駆動し
た場合の特性である。すなわち、比較例１の電圧特性は、全周波数帯域で「電圧制御なし」とするものである。図５（ｃ）に示すように、駆動電流の電圧を一定値にした場合に、可動体３の加速度が最大加速度となる周波数をピーク周波数ｆｐとする。図５（ｂ）に示すように、可動体３の振幅は、ピーク周波数ｆｐもしくはその付近で最大振幅となる。

【0050】

比較例１の振幅特性Ｗ１からわかるように、全周波数帯域を第１電圧ＶＨで駆動すると、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの中間周波数帯域では、可動体３の振幅が、本形態のアクチュエータ１における上限振幅Ｗｍａｘを超える。上限振幅Ｗｍａｘは、本形態のアクチュエータ１において、可動体３が支持体２に衝突せずに振動できる最大振幅である。最大振幅は、可動体３と支持体２とが第２方向Ｘで対向する箇所の最小の隙間により決まる。例えば、本形態では、上限振幅Ｗｍａｘ＝１．３ｍｍと設定する。なお、上限振幅Ｗｍａｘは、最大振幅と一致していなくてもよく、外乱などによる振幅の乱れを考慮して、最大振幅よりも小さい値に設定することもできる。

【0051】

本形態では、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの中間周波数帯域では、駆動電流の電圧を第１電圧ＶＨよりも低い値とするように電圧特性Ｖを設定する（図５（ａ）参照）。すなわち、本形態の電圧特性は、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの中間周波数帯域を電圧制御区間として、電圧制御区間では「電圧制御あり」とし、他の区間では「電圧制御なし（すなわち、電圧を一定値とする）」とするものである。これにより、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの中間周波数帯域では、可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘを超えないようにしている。

【0052】

より具体的には、第１周波数ｆ１からピーク周波数までの周波数帯域では、周波数が高くなるに従って電圧を下げるような特性を採用する。一方、ピーク周波数から第２周波数ｆ２までの周波数帯域では、周波数が高くなるに従って電圧を上げるような特性を採用する。電圧特性のカーブの形状は、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの中間周波数帯域の全ての周波数で、可動体３の振幅を上限振幅Ｗｍａｘと一致させるように設定している。

【0053】

この結果、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの中間周波数帯域における加速度特性Ａは、電圧を下げる制御を行っていない比較例１の加速度特性Ａ１と比較して、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの範囲で、周波数の増大に伴う加速度の上昇が緩やかになっており、加速度のピーク値が下がっている。また、加速度のピーク値が得られる周波数は、上記のピーク周波数ｆｐよりも高い周波数となっている。そのような点で比較例１との違いはあるものの、本形態の電圧特性Ｖにより得られる加速度特性Ａは、目標周波数帯域（５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下）で、目標加速度Ａｔ（２．５Ｇａｌ）以上の加速度を得るという条件は満たしている。

【0054】

比較例２の電圧特性Ｖ２は、ピーク周波数ｆｐでの振幅が上限振幅Ｗｍａｘを超えない第２電圧ＶＬ（例えば、２．６Ｖ）を決定し、全ての周波数帯において第２電圧ＶＬで駆動するものである。すなわち、比較例２の電圧特性は、全周波数帯域で「電圧制御なし（但し、低電圧）」とするものである。しかしながら、この場合、振幅特性Ｗ０が上限振幅Ｗｍａｘを超えないという必要条件を満たすものの、加速度特性Ａ２は、目標周波数帯域（５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下）の一部で、目標加速度（２．５Ｇａｌ）を満たすことができないものになってしまう。

【0055】

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のアクチュエータ１は、支持体２および可動体３と、可動体３と支持体２とに接続される接続体９と、可動体３を支持体２に対して振動させる磁気駆動回路４と、磁気駆動回路４に供給する駆動電流を制御する制御部１Ａと、を有する。
接続体９は、粘弾性体である。支持体２と衝突しない可動体３の最大振幅を上限振幅Ｗｍａｘとし、駆動電流の電圧を一定値とした場合に可動体３の加速度または振幅が最大となる周波数をピーク周波数ｆｐとし、ピーク周波数ｆｐを含む目標周波数帯域において可動体３の加速度が予め定めた目標加速度Ａｔ以上となる電圧であって、且つ、ピーク周波数ｆｐでは可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘを越える電圧を第１電圧ＶＨとし、駆動電流の電圧を第１電圧ＶＨとした場合に可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘ以上となる周波数帯域が、ピーク周波数ｆｐよりも低い第１周波数ｆ１からピーク周波数ｆｐよりも高い第２周波数ｆ２までの中間周波数帯域である場合に、制御部１Ａは、第１周波数ｆ１以下の低周波数帯域、および、第２周波数ｆ２以上の高周波数帯域で駆動するときは、駆動電流の電圧を第１電圧ＶＨとし、中間周波数帯域で駆動するときは、駆動電流の電圧を、第１電圧ＶＨよりも低く、且つ、可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘ以下となる電圧とする。

【0056】

本形態によれば、ピーク周波数ｆｐ付近の周波数だけでなく、より広い範囲の周波数でも、可動体３の加速度を大きくすることができる。すなわち、目標周波数帯域において目標加速度Ａｔを得られる電圧を第１電圧ＶＨとして、可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘを上回らない限りは第１電圧ＶＨの電流を供給することにより、大きな加速度を得られるようにする。その一方で、第１電圧ＶＨで駆動すると可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘを上回る周波数帯域では、駆動電流の電圧を第１電圧ＶＨより低くすることで、可動体３と支持体２との衝突を回避する。これにより、目標周波数帯域では目標加速度Ａｔを得ることができ、且つ、可動体３と支持体２との衝突を回避できるアクチュエータ１を提供できる。

【0057】

本形態では、制御部１Ａは、中間周波数帯域（すなわち、第１電圧ＶＨの電流を供給すると、可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘ以上になってしまう周波数帯域）の周波数で駆動するときは、駆動電流の電圧を、可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘと一致する電圧まで下げる制御を行う。このようにすると、可動体３の加速度を最大限に大きくすることができる。従って、利用者が体感する振動を大きくすることができる。

【0058】

本形態では、ピーク周波数ｆｐとして、駆動電流の電圧を一定値とした場合に可動体３の加速度が最大となる加速度ピーク周波数を用いる。なお、駆動電流の電圧を一定値とした場合の可動体３の振幅特性から、可動体３の振幅が最大となる振幅ピーク周波数を求め、振幅ピーク周波数をピーク周波数ｆｐとして扱うこともできる。

【0059】

本形態では、目標周波数帯域は、５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下とする。本形態のような電圧制御を行うことにより、ピーク周波数ｆｐ付近の周波数だけでなく、５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下のような広い範囲で、目標加速度Ａｔ（例えば、Ａｔ＝２．５Ｇａｌ）を得ることができる。

【0060】

本形態では、制御部１Ａは、第１周波数ｆ１からピーク周波数ｆｐまでの範囲の周波数で駆動するときは、周波数が高くなるに従って駆動電流の電圧を低くし、ピーク周波数ｆｐで駆動するときは、駆動電流の電圧を可動体３の振幅が上限振幅Ｗｍａｘと一致する電圧とし、ピーク周波数ｆｐから第１周波数ｆ１までの範囲の周波数で駆動するときは、周波数が高くなるに従って駆動電流の電圧を高くする。このように、ピーク周波数ｆｐで最も電圧が低くなる電圧パターンを用いれば、可動体３の加速度が広い範囲で目標値を上回るようにすることができる。また、可動体３の振幅を広い周波数帯域で上限振幅Ｗｍａｘに一致させることができ、広い周波数帯域で可動体３の加速度を大きくすることができる。

【0061】

本形態では、磁気駆動回路４は、コイル６およびコイル６に第１方向Ｚで対向する磁石７を備え、可動体３を支持体２に対して第１方向Ｚに交差する第２方向Ｘに振動させ、粘
弾性体は、支持体２と可動体３とが第１方向Ｚで対向する個所に、第１方向Ｚを厚み方向として配置され、可動体３が支持体２に対して第２方向Ｘに移動する際、せん断方向に変形する。このような構成では、粘弾性体の特性の調整によって、可動体３の加速度を広い周波数帯域で大きくすることができる。従って、駆動電流の電圧調整により、可動体３の振幅が大きくなりすぎないようにして、可動体３と支持体２との衝突を回避できる。

【0062】

本形態では、粘弾性体として、シリコーンゲルを用いることができる。シリコーンゲルは、材料の配合比の調整により、粘弾性特性（ばね要素＋減衰要素）を調整できる。従って、減衰係数が高い粘弾性体を選定することができる。

【符号の説明】

【0063】

１…アクチュエータ、１Ａ…制御部、２…支持体、３…可動体、４…磁気駆動回路、５…配線基板、６…コイル、７…磁石、９…接続体、１０…第１ケース部材、１０ａ…穴、１１…第１端板部、１２…第１側板部、１３…凹部、２０…第２ケース部材、２１…第２端板部、２２…第２側板部、２３…凹部、２４…凹部、３０…コイルホルダ、３０ａ、３０ｂ…凸部、３１…第１コイル配置穴、３２…第２コイル配置穴、３３…板部、３４…仕切り部、３５、３６…凹部、４０…プレート、５０…ばね部、５１…凸部、５２…係止部、５５…受け部、５６…係止部、６１…第１コイル、６２…第１コイル、７１、７２…第１磁石、７３、７４…第２磁石、８０…ヨーク、８１…第１板部、８２…第２板部、８３、８４…連結板部、８５…第１ヨーク、８６…第２ヨーク、９１…第１接続体、９２…第２接続体、２０１、２０２、２０３…シール部材、３０１…切欠き部、３０２…開口部、３０３、３０４、３０５…凹部、６０１…有効辺、６０２…中央穴、Ｘ…第２方向、Ｙ…第３方向、Ｚ…第１方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】