(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-13
(45)【発行日】2022-12-21
(54)【発明の名称】アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
F03G 7/06 20060101AFI20221214BHJP
【FI】
F03G7/06 E
(21)【出願番号】P 2018156050
(22)【出願日】2018-08-23
【審査請求日】2021-05-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000112565
【氏名又は名称】フォスター電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100187322
【氏名又は名称】前川 直輝
(72)【発明者】
【氏名】相川 武憲
【審査官】池田 匡利
(56)【参考文献】
【文献】特開2016-162328(JP,A)
【文献】特開2017-210909(JP,A)
【文献】特開2016-006309(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0284379(US,A1)
【文献】特開2014-088818(JP,A)
【文献】特開2019-143555(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F03G 7/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定子と、
この固定子の上部に、固定子に対し近接、離反自在に設けられた移動子と、
この移動子と前記固定子との間に挟持された形状記憶合金からなり収縮可能であって前記移動子を移動可能とするワイヤと
を備えたアクチュエータであって、
前記移動子に与圧バネを取付け、
前記移動子の一方の側面から他方の側面に向かって長さ方向に貫通する与圧バネ挿通孔を形成し、
この
与圧バネ挿通孔に前記与圧バネを貫設したこと
を特徴とするアクチュエータ。
【請求項2】
固定子と、
この固定子の上部に、固定子に対し近接、離反自在に設けられた移動子と、
この移動子と前記固定子との間に挟持された形状記憶合金からなり収縮可能であって前記移動子を移動可能とするワイヤと
を備えたアクチュエータであって、
前記固定子に与圧バネを取付け、
前記固定子の底部側に長さ方向に延びる与圧バネ挿通孔を形成し、
この
与圧バネ挿通孔に前記
与圧バネを貫設したこと
を特徴とするアクチュエータ。
【請求項3】
請求項1または2に記載のアクチュエータにおいて、前記移動子と前記固定子とは両側部側に設けられ、前記移動子と前記固定子とを連結する連結部材にて連結され、この連結部材は前記
与圧バネの与圧調整部材としての役割もなすことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項4】
請求項3記載のアクチュエータにおいて、前記連結部材兼与圧調整部材はボルトおよびナットからなることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項5】
請求項4記載のアクチュエータにおいて、前記移動子に設けられた前記与圧バネの両端部にはリング状の係合部が形成され、前記固定子の両側部には外側に向かって延びるアーム状をなし外端部にボルト挿通孔を有する支持板が設けられ、前記係合部に挿通された前記ボルトの先端部が前記ボルト挿通孔に挿通され、その突出部にナットを螺着し、ナットの締付により前記移動子に作用する前記与圧バネのバネ力を調整可能としたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項6】
請求項4記載のアクチュエータにおいて、前記固定子底部に外側に向かって延びる前記与圧バネが設けられ、前記移動子の両側面に外側に向かってアーム状に延び外端部にボルト挿通孔を有する支持板が設けられ、前記ボルトに形成した係合部に前記与圧バネの両端部を係合させ、前記ボルトの先端部を前記支持板のボルト挿通孔に挿通させその突出部に前記ナットを螺着し、ナットの締付により前記固定子に作用する前記与圧バネのバネ力を調整可能としたことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、形状記憶合金の熱による収縮性を利用して振動を発生させるアクチュエータ、詳しくは予め与圧バネが一体的に組み込まれ与圧バネをユニット化したアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、スマートフォンのような携帯端末や、いわゆるVR(仮想現実)のゲーム機器等において使用者に振動を伝達するアクチュエータ(振動装置)が搭載されているものがある。皮膚の触感を利用したユーザーインターフェースとしてのこの種のアクチュエータは小型軽量であって、加速度が大きいとユーザーに対し強い触感を与えることができるので、大きな加速度が得られることが望ましい。
【0003】
この種のアクチュエータとしては形状記憶合金を用い、移動部材を固定側から離反、近接させ振動を発生させるものがある。
【0004】
上記のアクチュエータとしては、例えば特許文献1、2が存在する。
【0005】
特許文献1、2は導電性のワイヤ状形状記憶合金を有し、通電での発熱、非通電での冷却によるワイヤ状形状記憶合金の伸縮作用によって固定側の部材に対し移動部材を離反させたり、元の位置に復帰させ、タッチパネルを操作した時に振動によるクリック感を与えるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特許第5878869号
【文献】特許第5836276号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1では移動部材を付勢するバネ材が設けられている。また、特許文献2でも移動部材であるパネルを付勢するバネ材が設けられ、ワイヤ状形状記憶合金が非通電になり冷却されるとパネルが元の位置に戻るように構成されている。
【0008】
これら従来例においてバネ部材は、アクチュエータの主要構成部材である固定部材または可動部材に対し別体構造となっており、アクチュエータで振動させるタッチパッド等の筺体側に与圧バネを設けるように構成されている。
【0009】
したがって、アクチュエータが搭載される製品を設計する際に最適な加速度を得るための付勢手段(与圧バネ)を筺体設計側で検討しなければならず、設計工数がかかる。
【0010】
製品の組立にあたっては、現場側では各部品をそれぞれ個別に調達する必要があり煩雑である。組立時には非常に小さな部品であるバネ材のバネ力を調整しながら組み立てる必要があり、組み合わせた場合の加速度の管理が難しく、組立後は製品毎にバラツキが生じるおそれがある。
【0011】
また、アクチュエータが故障した際、与圧バネが筺体とアクチュエータ間に設けられ、与圧バネの一端がアクチュエータに連結されているので、与圧バネまで分解しないと修理が難しいという課題がある。
【0012】
この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、アクチュエータの主要構成部品である固定子または移動子に、バネ力を容易に調整可能とした与圧バネを組み込み一体化し、そのユニット化された組立体(アクチュエータ)を筺体内に組み込むようにしたため、組立性が良好となり、製品毎の性能のバラツキも防止でき、また、故障時にはアクチュエータを交換するだけで対応可能としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的を達成するために請求項1に係る本発明は、固定子と、この固定子の上部に、固定子に対し近接、離反自在に設けられた移動子と、この移動子と前記固定子との間に挟持された形状記憶合金からなり収縮可能であって前記移動子を移動可能とするワイヤとを備えたアクチュエータであって、前記移動子に与圧バネを取付け、前記移動子の一方の側面から他方の側面に向かって長さ方向に貫通する与圧バネ挿通孔を形成し、この与圧バネ挿通孔に前記与圧バネを貫設したことを特徴とする。
上記目的を達成するために請求項2に係る発明は、固定子と、この固定子の上部に、固定子に対し近接、離反自在に設けられた移動子と、この移動子と前記固定子との間に挟持された形状記憶合金からなり収縮可能であって前記移動子を移動可能とするワイヤとを備えたアクチュエータであって、前記固定子に与圧バネを取付け、前記固定子の底部側に長さ方向に延びる与圧バネ挿通孔を形成し、この与圧バネ挿通孔に前記与圧バネを貫設したことを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載のアクチュエータにおいて、前記移動子と前記固定子とは両側部側に設けられ、前記移動子と前記固定子とを連結する連結部材にて連結され、この連結部材は前記与圧バネの与圧調整部材としての役割もなすことを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項3記載のアクチュエータにおいて、前記連結部材兼与圧調整部材はボルトおよびナットからなることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項4記載のアクチュエータにおいて、前記移動子に設けられた前記与圧バネの両端部にはリング状の係合部が形成され、前記固定子の両側部には外側に向かって延びるアーム状をなし外端部にボルト挿通孔を有する支持板が設けられ、前記係合部に挿通された前記ボルトの先端部が前記ボルト挿通孔に挿通され、その突出部にナットを螺着し、ナットの締付により前記移動子に作用する前記与圧バネのバネ力を調整可能としたことを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項4記載のアクチュエータにおいて、前記固定子底部に外側に向かって延びる前記与圧バネが設けられ、前記移動子の両側面に外側に向かってアーム状に延び外端部にボルト挿通孔を有する支持板が設けられ、前記ボルトに形成した係合部に前記与圧バネの両端部を係合させ、前記ボルトの先端部を前記支持板のボルト挿通孔に挿通させその突出部に前記ナットを螺着し、ナットの締付により前記固定子に作用する前記与圧バネのバネ力を調整可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
以上のように本発明によれば、アクチュエータの主要構成部材である固定子または移動子に与圧バネを予め調整可能とした与圧バネを設けてアクチュエータを構成したため、製品組立時にいちいち与圧バネの付勢力を調整する必要がないので、製品の組立性が良好となり、かつ製品毎のバラツキも防止でき、故障時にはアクチュエータのみ交換するだけで対応できるので経済的である。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】本発明の動作原理であって形状記憶合金からなるワイヤが冷えた状態を示す説明図である。
【
図2】同本発明の動作原理であってワイヤが熱により縮み移動子を押し上げた状態を示す説明図である。
【
図4】同本発明の動作原理であってワイヤが固定子によって冷却され移動子が元の位置に戻った状態を示す説明図である。
【
図11】本発明の第1実施例のアクチュエータをタッチパッドに組み込んだ状態を示す概略斜視図を示す。
【
図16】本発明の第2実施例のアクチュエータをタッチパネルに組み込んだ状態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
まず本発明の実施例に先立ち、
図1~
図4に添って本発明に用いられるアクチュエータの動作原理について説明する。
【0017】
図1において、10はアクチュエータを構成する主要部材の一つである固定子、20は移動子である。30は形状記憶合金からなるワイヤであり、固定子10と移動子20との間に配置される。40は形状記憶合金からなるワイヤ30に接続された電線、50は電源、60はオン、オフ用の電源スイッチで、オンすれば形状記憶合金からなるワイヤ30は通電される。
図1はスイッチ60がオフとなっており、電流がオフであって移動子20が固定子10側に位置している状態を示す。
【0018】
図2ではスイッチ60がオンされワイヤ30が通電された状態を示す。ワイヤ30に電流が流れてワイヤ30が発熱することでワイヤ30は縮み、矢印で示すように、移動子20を固定子10から離反させる方向の推力が発生する。
【0019】
スイッチ60をオフにすればワイヤ30に電流が流れなくなり固定子10によって冷却される。
図3はその状態を示す。冷却されると
図4に示すようにワイヤ30が伸び、再び移動子20は矢印で示すように固定子10側に位置し、元の状態となる。これらの一連の動作により振動が発生する。
【0020】
図5は本発明の第1実施例の平面図、
図6はその正面図、
図7は底面図、
図8は右側面図、
図9は斜視図である。また、
図10は部分分解斜視図である。
【0021】
まず、正面図を示す
図6および分解斜視図である
図10を参照して本発明のアクチュエータAを説明する。図中1は絶縁性熱伝導体からなる固定子で放熱性を有するアルミのような金属または樹脂からなる。2は図示の状態においてその上方に対向配置された移動子であり、その間に形状記憶合金からなるワイヤ3が設けられている。これは
図1~
図4に示した固定子10、移動子20、ワイヤ30に対応する。
【0022】
移動子2のほぼ中央部の長さ方向には与圧バネ挿通孔21aが貫設され、棒バネからなる丸棒状の与圧バネ4が挿通される。与圧バネ4としてはその他板バネ、あるいはクリップバネなどを用いても良い。この場合、与圧バネ挿通孔aの形状はそれらに対応した形状となる。
【0023】
固定子1は図示の状態において、横方向に細長い直方体の形状をなし、かつその上面の長さ方向には波状をなす複数個の固定子側突起部1aが間隔をあけて突設されている。固定子側突起部1aの形状は頂部が丸味をなし弧状に形成されている。また、固定子側突起部1aの厚み方向の中央部は凹んでおり、長さ方向に延びる溝1bが形成されている。この溝1bの頂部もまた弧状に形成されている。固定子側突起部1aの間には固定子側窪み部1cが形成され、その底面は下方に向かって凹んで弧状に形成されている。
【0024】
移動子2も絶縁性熱伝導体からなる。この移動子2もまた図示の状態において、横方向に細長い直方体の形状をなし、かつ底部であって長さ方向には波状をなす複数個の移動子側突起部2aが間隔をあけて突設されている。また、移動子側突起部2aの間にも移動子側窪み部2cが形成されている。
【0025】
移動子側突起部2aの形状は、頂部は丸味をなし弧状に形成されている。また、中央部は凹んでおり、溝2bが形成されている。この溝2bの頂部もまた弧状に形成されている。
【0026】
固定子1と移動子2の固定子側突起部1aと移動子側突起部2aは互い違いの位置にそれぞれ突設され、各突起部1a、2aはそれぞれの窪み部1c、2cに配置されるようになっている。
【0027】
ワイヤ3はニッケル・チタン合金のような形状記憶合金効果のある合金からなり、固定子1の固定子側突起部1aおよび固定子側窪み部1cの形状に対応して波状に形成されている。この波状のワイヤ3は、
図10においてその波状形状に対応して同じく波状に形成された固定子1の上面中央部の溝1b、移動子2の窪み部2cの溝(図示せず)の部分に位置される。すなわち、移動子2の窪み部2cの厚み方向の中央部には山形状(図示せず)が形成され、固定子1の溝1bに移動子2の山形状が嵌まり込むようになっている。
【0028】
次に移動子2、与圧バネ4について、
図6、
図9および
図10を参照して更に説明する。
【0029】
図示の状態において移動子2の一方の側部から他方の側部にかけて直線状に貫通する与圧用の与圧バネ4を挿通する与圧バネ挿通孔21aが形成され、この予圧バネ挿通孔21aに与圧バネ4が挿通され取付けられる。
【0030】
ワイヤ3は固定子1と与圧バネ4が組み込まれた移動子2との間に挟み込まれる。
【0031】
ワイヤ3の一端部は、固定子1の一端部に設けられた端子台1d側に端子部5を介し取付けられる。ワイヤ3の他端部も同様に固定子1の他端部に設けられた端子台1d側に端子部5を介し取付けられる。これについては追って詳述する。
【0032】
固定子1の各側部の底部には、
図6、
図7、
図8、
図9に示すように、外側に向かって延びるアーム状の支持板1eが設けられている。
【0033】
6、7は与圧調整部材として機能するボルトおよびナットである。ボルト6は、与圧バネ4と支持板1eとを連結するように設けられる。すなわち与圧バネ4の両端部にはそれぞれリング状の係合部4aが設けられ、これらの係合部4aにボルト6を挿通するようになっている。
【0034】
ボルト6の頭部6aの外径は係合部4aの内径より大きく、与圧バネ4の抜けを防止し、かつ与圧バネ4を押さえるようになしている。
【0035】
図6や
図9の図示の状態において、ボルト6の先端部にはネジが切られており、先端部は支持板1eの外端部に形成されたボルト挿通孔として機能する孔1fに挿通され、ボルト6の先端部は支持板1eの背面から下方に突出し、その突出した先端部にナット7が進退自在に螺着され、これらボルト6やナット7は与圧の付勢力調整手段として機能する。
【0036】
すなわち、移動子2のほぼ中央部に貫設された与圧バネ4のバネ力の調整はナット7を締めつければ移動子2が固定子1側に向かう付勢力を強めることができる。逆に緩めれば弱めることができる。なお、ボルト6およびナット7は固定子1と与圧バネ4を有する移動子2とを一体化する連結部材としての役割もなす。
【0037】
再び
図10において、5a~5cは端子部5の内側に設けられたワイヤ取付部である。このワイヤ取付部5a~5cは例えば第1~第3の3分割構造をなし、各取付部5a~5cにはワイヤ3を挿通して固定する溝bが形成されている。
【0038】
これらのうち第1、第3の取付部5a、5cは同位置に形成され、中央の第2の取付部5bは位置がズレている。これはワイヤ3をクランク状に取付けてカシメることによって簡単に固定できるようにし、また、ワイヤ3が伸縮動作する際のゆるみを防止するようにしたものである。
【0039】
8は端子部5の上面に設けられる移動子押さえ板である。この移動子押さえ板8はほぼL字状に折曲形成され、ネジ挿通孔dが形成された端子部5の上面側に取付けられる。この移動子押さえ板8は端子部5の本体上に取付けられる移動子押さえ板外端部8aと、ワイヤ取付部5a~5cの上面側に位置する移動子押さえ板内端部8bにて形成されている。
【0040】
移動子押さえ板外端部8aにもネジ9を挿通する孔cが形成されている。また、固定子1の端子台1dにも同じくネジ挿通用の孔eが形成されている。そして、ネジ9は押さえ板8の孔cと、端子部5の孔d及び端子台1dの孔eに挿通され、端子台1dの背面に位置するネジ固定部1gのネジ穴fに螺着される。
【0041】
なお、1f´は固定子1の端子台1dの内側上部に形成されたワイヤガイド部である。このワイヤガイド部1f´は一対の突部からなり、突部間にワイヤ3の直線部分が挿通、案内され、ワイヤ取付部5a~5c側に引き出される。
【0042】
また、5dは端子部5の外端部に形成された電線(図示せず)を通して接続するための孔である。
【0043】
また、
図5、
図8、
図9、
図10等に示すように、移動子2の一方の面2Aの上部の背面側には切欠き状の段部2Bが形成されている。この段部2Bの部分はタッチパッド(図示せず)取付部であり、タッチパッドが取付けられる。200は移動子2の上部に形成されたタッチパッド取付用のネジ孔である。
【0044】
組み立てにあたっては、固定子1の端子台1dの上には端子部5が設けられる。
【0045】
ワイヤ3の直線部分側の両端部は、上述のようにワイヤガイド部1f´、ワイヤ取付部5a~5cの各溝b内に挿通されカシメられる。ついで、移動子2の側面に設けられた移動子押さえ板支持部2dに形成された移動子側窪み部2cに移動子押さえ板内端部8bを取付た後に移動子押さえ板8を端子部5の上面に形成された取付部50A上に配置し、ネジ9が各孔c、d、eに挿通され、ネジ9の先端部はネジ固定部1gのネジ穴fに螺着され各部材は一体化される。
【0046】
固定子1の上方には移動子2に与圧バネ4が取付けられ、与圧バネ4はボルト6、ナット7等によって取付けられる。これについては後述する。
【0047】
なお、移動子押さえ板8の内端部8bは移動子2の側部に設けられた移動子押さえ板支持部2dの溝2eに挿通され、移動子押さえ板8の内端部8bは固定される。この移動子押さえ板支持部2dは与圧バネ挿通孔aの下側に位置する。
【0048】
しかる後、与圧バネ4のリング状の係合部4aに与圧バネ4の付勢力の調整部材として機能するボルト6を挿通し、ボルト6の下端部を固定子1側の支持板1eの孔1fに挿通し、支持板1eの背面に突出したネジ下端部にナット7を螺着し、ナット7の締め具合いを調整し、製品について要求される所望の付勢力を移動子2に付与させれば良い。また、ボルト6およびナット7等によって固定子1と移動子2とは一体化されアクチュエータAが構成される。
【0049】
前述のように、移動子押さえ板8は、与圧バネ4を移動子2の与圧バネ挿通孔aに通し、ボルト6とナット7によって固定子と移動子に与圧を掛けるまでの間、移動子2と固定子1とが外れないように移動子2と固定子1とを密着させる役割をなすため、組み立てる上で移動子2と固定子1が外れなければ後述する第2実施例のように移動子押さえ板8はなくても良い。
【0050】
動作にあたっては、ワイヤ3が通電され、発熱するとワイヤ3は縮み、その推力により
移動子2は与圧バネ4のバネ力に抗して固定子1から離反する動きをする。ワイヤ3が非通電になるとワイヤ3は固定子1、移動子2等を介し冷却され、与圧バネ4のバネ力が加わって瞬時に移動子2は固定子1側の位置に戻る。
【0051】
本発明ではアクチュエータAを付圧バネ4が予め組み込まれた組立体としたことに特徴を有している。
【0052】
換言すれば、与圧バネ4が予め組み込まれユニット化されており、付勢力調整部材を介し製品に対応した付勢力が予め調整された、アクチュエータAを構成することができ、アクチュエータ単体で与圧の管理ができる。
【0053】
したがって、アクチュエータアAを製品に組み込む際に付勢力を調整することは可能であるが、事前に調整しておけばわざわざ付勢力を調整する必要はない。仮に調整するにしても微調整ですみ、短時間で終了する。
【0054】
また、動作不良の場合、アクチュエータAを適正なものに交換すれば容易に動作不良を解決できる。
【0055】
図11はアクチュエータAにタッチパッドTを取付けた状態を示す。図示の状態においてタッチパッドTの右端部側には取付部(図示せず)が設けられ、この取付部は移動子の段部2Bの部分に位置し、かつネジNを用いて取付けられる。そして、アクチュエータAを駆動させることによりタッチパッドTは
図11に白抜き矢印で示すように移動する。
【0056】
なお、固定子1は特に図示しないが適宜の手段により筺体側に固定される。
【0057】
【0058】
この実施例では、与圧バネ4を固定子1側に設けたことに特徴を有している。
【0059】
すなわち固定子1の底部側の背面に与圧バネ取付部10Aが設けられている。この予圧バネ取付部10Aは固定子1の背面において固定子1の長さ方向に沿って設けられ、かつそのほぼ中央部には一端から他端に向かって貫通する与圧バネ挿通孔10Bが形成され、そこに棒状の与圧バネ4が挿通されている。
【0060】
また、移動子2の両側面には外端に向かって延びるアーム状の支持板2A´がそれぞれ設けられ、これらの支持板2A´の外端部にはボルト挿通孔が設けられている。
【0061】
この実施例でも与圧バネ4と支持板2A´との間に、予圧調整部材として機能するボルト6´、ナット7が設けられるが、ボルト6´の頭部にはリング状の係合部6Aが形成され、その係合部6Aに与圧バネ4が挿通される。ボルト6´の端部は支持板2A´のボルト挿通孔に挿通され、その突出部にナット7が螺着される。
【0062】
このナット7の締付具合を調整することにより容易に与圧バネ4のバネ力を調整することができる。
【0063】
なお、固定子1の背面に与圧バネ取付部10Aを設けているが、この予圧バネ取付部10Aは固定子1の底部の一部を下方に向かって膨設して形成すれば良い。あるいは別体の与圧バネ取付部10Aを固定子1の底部に一体化させても良い。
【0064】
他の構成、動作は前述の第1実施例と同様であるので説明は省略する。
【符号の説明】
【0065】
10 固定子
20 移動子
30 ワイヤ
40 電線
50 電源
60 電源スイッチ
A アクチュエータ
T タッチパッド
N ネジ
1 固定子
1a 固定子側突起部
1b 溝
1c 固定子側窪み部
1d 端子台
1e 支持板
1f 孔(ボルト挿通孔)
1f´ ワイヤガイド部
1g ネジ固定部
10A 与圧バネ取付部
10B 与圧バネ挿通孔
2 移動子
2A 移動子の一方の面
2B 段部(タッチパッド取付部)
2C ネジ孔(タッチパッド取付用)
2A‘ 支持板
a 与圧バネ挿通孔
2a 移動子側突起部
2b 溝
2c 移動子側窪み部
2d 移動子押さえ板支持部
2e 溝
21a 与圧バネ挿通孔
2B 段部
200 タッチパッド取付用ネジ孔
3 ワイヤ
4 与圧バネ
4a 係合部
5 端子部
5a~5c 第1~第3のワイヤ取付部
b 溝
6 ボルト
6‘ ボルト
6a 頭部
6A 係合部
7 ナット
8 移動子押さえ板
8a 移動子押さえ板外端部
8b 移動子押さえ板内端部
9 ネジ
c ネジ挿通孔
d ネジ挿通孔
e ネジ挿通孔
f ネジ穴