JP2010089061A - 振動モータおよびそれを用いた携帯端末装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄型化を図ることが可能な振動モータを提供する。
【解決手段】振動モータは、積層基板10と、移動子20と、ガイド枠30と、第1の板バネ42と、第2の板バネ44と、カバー(不図示)と、を備える。積層基板10は、第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bを含む。移動子20は、磁気シールド部材22と、永久磁石と、を含む。ガイド枠30の一方の短辺側に第1の板バネ42が、他方の短辺側に第2の板バネ44が設けられる。永久磁石のN極に対応する磁極面は積層基板10に接し、S極に対応する磁極面には磁気シールド部材22が取り付けられる。第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bは互いに逆向きの磁束を発生させる。第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bの磁束の向きを一定周期で切り換えることにより移動子20を往復移動させる。
【選択図】図1
【解決手段】振動モータは、積層基板10と、移動子20と、ガイド枠30と、第1の板バネ42と、第2の板バネ44と、カバー(不図示)と、を備える。積層基板10は、第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bを含む。移動子20は、磁気シールド部材22と、永久磁石と、を含む。ガイド枠30の一方の短辺側に第1の板バネ42が、他方の短辺側に第2の板バネ44が設けられる。永久磁石のN極に対応する磁極面は積層基板10に接し、S極に対応する磁極面には磁気シールド部材22が取り付けられる。第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bは互いに逆向きの磁束を発生させる。第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bの磁束の向きを一定周期で切り換えることにより移動子20を往復移動させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、振動を発生させる振動モータに関し、特に振動モータおよびそれを用いた携帯端末装置に関する。
筐体の振動によって、ユーザに電話やEメールの着信を知らせる機能を有する携帯電話やPDA(Personal Digital Assistant)などの携帯端末が知られている。そのような携帯端末には、振動を発生させる小型のモータが組み込まれることがある。こうしたモータとしては、従来、コイルからの電磁力により振動する可動子を備えたモータとしてのアクチュエータが知られている(例えば、下記の特許文献1および特許文献2参照)。
特許文献1に開示されたモータは、円板状のマグネットからなる可動子と、可動子を取り囲むように配置されたコイルとを備え、コイルからの電磁力により可動子が上下方向(可動子の厚み方向)に直線移動する。
特許文献2に開示された振動装置は、ガイドレールを備え、そのガイドレールには、走行子としての四角筒状に形成された可動コイルが外装されている。また、可動コイルの上面には、長方体状に形成された振動子(慣性体)が連結されている。また、可動コイルと離間して永久磁石が配設されており、可動コイルに通電する電流の方向を切り換えることで、可動コイルとともに振動子がガイドレールに沿って往復動する。
特開2006−68688号公報
特開2004−174309号公報
近年携帯端末の薄型化が進み、そのためそれに組み込まれるモータも薄くする必要がある。特許文献1に開示されたモータでは、円板状の可動子が上下方向に移動するように構成されているので、その上下方向に可動子の移動空間を設ける必要があり、構造的にモータの薄型化を図ることが困難であるという問題点がある。
特許文献2に開示されたモータでは、可動コイルおよび振動子の厚さ分だけケース本体を厚くする必要があり、やはり構造的にモータの薄型化を図ることが困難である。
また、永久磁石等の磁石を用いて駆動されるモータでは、モータから漏れ出す磁束が携帯端末の他の部分や携帯端末の周囲の機器に影響を与える場合がある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は薄型化を図ることが可能であるとともに、磁束の漏れ出しを軽減した振動モータの提供にある。
本発明のある態様は、振動モータに関する。この振動モータは、コイルを有する基板と、基板の一方の面側において、コイルと対向する磁極面を有し、基板上を移動する可動部と、基板の一方の面上に設けられ、可動部の移動を受けとめる伝達部と、可動部に伴って動く磁気シールド部材と、を備える。
本発明の別の態様は、携帯端末装置である。この携帯端末装置は、上述の振動モータと、振動モータを駆動し振動を発生せしめる駆動制御部と、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、振動モータの薄型化を図ることができる。また、磁束の漏れ出しを軽減した振動モータを提供できる。
以下各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において本発明に係る各実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係る振動モータ100は、携帯電話などの携帯端末装置における振動発生用のモータに好適に用いられるリニア駆動型振動モータ(リニアモータ)である。振動モータ100では、可動部を構成する永久磁石が、コイルとの間に働く引きつけ合う磁力(以降磁気引力と略す)および遠ざけ合う磁力(以降磁気斥力と略す)によって往復移動を行う。これにより、振動モータ100が振動する。その振動モータ100では、永久磁石の片面に磁気シールド部材を取り付けて、磁束の漏れを軽減する。
第1の実施の形態に係る振動モータ100は、携帯電話などの携帯端末装置における振動発生用のモータに好適に用いられるリニア駆動型振動モータ(リニアモータ)である。振動モータ100では、可動部を構成する永久磁石が、コイルとの間に働く引きつけ合う磁力(以降磁気引力と略す)および遠ざけ合う磁力(以降磁気斥力と略す)によって往復移動を行う。これにより、振動モータ100が振動する。その振動モータ100では、永久磁石の片面に磁気シールド部材を取り付けて、磁束の漏れを軽減する。
図1は、第1の実施の形態に係る振動モータ100の上面図である。図2は、図1のA−A線断面図である。以下では、図1および図2を使用しながら振動モータ100の構成を説明する。振動モータ100は、コイル12と総称される第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bを含む積層基板10と、移動子20と、ガイド枠30と、第1の板バネ42および第2の板バネ44と、カバー(不図示)と、を備える。以下、積層基板10の面のうち移動子20が搭載されている面を上面とし、その反対側の面を下面とする。また、説明の便宜上、積層基板10の下面が地表を向いており、重力は下方向に働く場合について考える。
積層基板10は、第1絶縁樹脂層52と、コイル12が形成される配線層54と、第2絶縁樹脂層56とを上面側からこの順番に積層してなる基板である。第1絶縁樹脂層52は、レジスト材料等によって形成される絶縁層である。第1絶縁樹脂層52の上面には、第1絶縁樹脂層52の表面が有する摩擦係数よりも低い摩擦係数を有する素材によって形成される低摩擦層58を設ける。これにより、移動子20との間の摩擦抵抗が軽減するので、電気エネルギーを振動へ変換する効率が上昇する。さらに、移動子20の応答時間(移動子20が所定の振動量に達するまでの時間)を短縮させることができる。ここで「振動量」とは、振動モータが取り付けられた物体(たとえば、携帯電話)の加速度、または加速度を重力加速度(9.8m/s2)で割った値である。低摩擦層を形成する材料としては、炭素系材料であるダイヤモンドライクカーボン(DLC)やフラーレンなど、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)など、ポリオレフィン樹脂であるポリエチレン、ポリプロピレンなど、チタン系材料であるチタン、窒化チタン、酸化チタンなど、が挙げられる。
配線層54は、第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bを含む。第1絶縁樹脂層52および第2絶縁樹脂層56は、配線層54に含まれる第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bを外部から絶縁する。
第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bはどちらも平らな渦巻状のコイルであり、そのコイルの面が積層基板10の上面10aに対して平行となるように配列される。ここで、平行とは、互いに平行な状態だけでなく、移動子20が移動する際の妨げとならない程度に平行な状態からずれた状態を含んでいる。第1の平面コイル12aの渦巻の中心に当たる一端は第1接続配線62と接続され、第1の平面コイル12aの渦巻の外側に当たる一端は第2接続配線64と接続される。第2の平面コイル12bの渦巻の中心に当たる一端は第4接続配線68と接続され、第2の平面コイル12bの渦巻の外側に当たる一端は第3接続配線66と接続される。第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bは、移動子20の移動方向に沿って互いに離間して配列される。
第1接続配線62および第4接続配線68は振動モータ100の駆動回路に適切な結線手段により接続される。第2接続配線64と、第3接続配線66は共に入力端16に接続される。第1の平面コイル12aの渦巻の巻回の方向と、第2の平面コイル12bの渦巻の巻回の方向は異なるように形成される。このようなコイル12の構成では、入力端16から駆動電流を流すと、第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bには互いに逆方向の磁束が発生する。そしてそれぞれのコイル12に発生する磁束の向きは、駆動電流の極性が反転すると反転する。その結果、駆動電流の極性の時間的変動に応じて、それぞれのコイル12によって発生される磁束の向きも時間的に変動する。
移動子20は、磁気シールド部材22と、永久磁石24とを含む。
永久磁石24は、フェライトやネオジウムなどの強磁性材料からなる直径10mm、厚さ1.4mmの円板形状に形成され、その厚み方向に1対の磁極が着磁されている。永久磁石24は、積層基板10に平行となるように対向して配置され、積層基板10に面しコイル12に対向する磁極面24NをN極とし、その反対側の磁極面24SをS極とする。その磁極面24Sには、磁気シールド部材22が取り付けられる。永久磁石24は、磁極面24Nと磁極面24Sとの間に側面24aを有する。
永久磁石24は、フェライトやネオジウムなどの強磁性材料からなる直径10mm、厚さ1.4mmの円板形状に形成され、その厚み方向に1対の磁極が着磁されている。永久磁石24は、積層基板10に平行となるように対向して配置され、積層基板10に面しコイル12に対向する磁極面24NをN極とし、その反対側の磁極面24SをS極とする。その磁極面24Sには、磁気シールド部材22が取り付けられる。永久磁石24は、磁極面24Nと磁極面24Sとの間に側面24aを有する。
永久磁石24はコイル12から及ぼされる磁力によって積層基板10の上面10a側を、コイル12の配列方向(矢印A1または矢印A2の方向)に沿って移動する。ここで、平行とは、互いに平行な状態だけでなく、永久磁石24が移動する際の妨げとならない程度に平行な状態からずれた状態(永久磁石24が積層基板10に対して所定の角度傾斜した状態)を含んでいる。
磁気シールド部材22は、円筒の一端を閉じた形のカップ状の部材であってその平均厚さは0.1mmであり、パーマロイなどの透磁率の比較的高い材料によって形成される。磁気シールド部材22は透磁率が高いので、周囲の磁束線をより多くその内部に閉じこめる。これにより、磁束源からの磁束が磁気シールド部材22を越えて広がることを抑制する。磁気シールド部材22の内側の底面22aは、永久磁石24の磁極面24Sと接する。磁気シールド部材22の内側の側面22bは円筒状であり、その直径は永久磁石24が嵌合するように形成される。また、その高さは永久磁石24の厚さに揃えるように形成される。したがって、磁気シールド部材22は、永久磁石24の側面24aのほぼ全面を覆うように形成される。
磁気シールド部材22と永久磁石24との間には比較的強い磁気引力が働くので、磁気シールド部材22は永久磁石24にこの磁気引力によって固定される。
ガイド枠30は、移動子20およびコイル12の配列を囲むように積層基板10の上面10a上に設けられる。ガイド枠30は、第1の板バネ42および第2の板バネ44と共に移動子20の往復移動を振動モータ100全体に伝達するように形成された、厚さが1.6mmで一定の幅を持つ長方形の枠であり、アルミニウムやプラスチックなどの非磁性素材によって形成される。ガイド枠30の内周面30aの短手方向の長さは10.5mmであり、移動子20の直径よりも僅かに大きくなるように形成される。また、その内周面30aの長手方向の長さは13.5mmであり、移動子20と内周面30aとの間の距離に余裕を持たせるように形成される。これにより移動子20はガイド枠30の長手方向矢印A1または矢印A2の方向に、積層基板10の上面10a上を往復移動する。
図2に示されるように、ガイド枠30の接着面30bに対応する積層基板10の上面10a上の領域では第1絶縁樹脂層52が除去される。そしてそこに露出している配線層54の面と、接着面30bとが接着される。
ガイド枠30の一方の短辺側に第1の板バネ42が、他方の短辺側に第2の板バネ44が設けられる。各板バネは、PET(PolyEthylene Terephthalate)などの非磁性材料からなる厚さ350μm、長さ10mm、幅1.2mmのバネである。第1の板バネ42および第2の板バネ44のそれぞれの一端はガイド枠30の内部に埋設される。また、第1の板バネ42および第2の板バネ44のそれぞれの他端により、移動子20をその側面から挟み込んでいる。このようにすることで、各板バネは、それぞれ、ガイド枠30への取り付け部分を支持点として撓み変形可能になり、移動子20を互いに他方の板バネ側に付勢する機能を有する。各板バネは、静止状態(コイル12に電流を流していない状態)においては移動子20をガイド枠30の長手方向略中央部に保持する。そして、積層基板10の上面10a上において移動子20が往復移動する際、第1の板バネ42および第2の板バネ44は交互に移動子20によって押される。これによりこれらの板バネからガイド枠30に振動が伝達される。その結果ガイド枠30およびそれを含む振動モータ100全体が振動する。
ガイド枠30の上面にはカバー(不図示)が接着され、移動子20の飛び出しを防止する。また、カバーの積層基板10側の面に、第1絶縁樹脂層52の表面が有する摩擦係数よりも低い摩擦係数を有する材料によって形成される低摩擦層を設けてもよい。このような低摩擦層を形成する材料としては、第1絶縁樹脂層52の上面に形成される低摩擦層58と同一の材料が用いられる。この場合、移動子20とカバーとの間の摩擦抵抗を軽減することができるので、電気エネルギーを振動へ変換する効率が上昇する。さらに、移動子20の応答時間(移動子20が所定の振動量に達するまでの時間)を短縮することができる。
以上のように構成された振動モータ100の動作について説明する。振動モータ100の静止状態においては第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bには駆動電流は流れず、第1の板バネ42および第2の板バネ44によって挟持された移動子20は、ガイド枠30の長手方向略中央部に図1のように静止する。
振動モータ100を駆動する際は、入力端16から、所定の周波数でその極性が反転する駆動電流(交流電流)が供給される。これにより第1の平面コイル12aと第2の平面コイル12bには、そのコイル面に垂直な方向、つまり積層基板10の上面10aに垂直な方向に磁束が発生する。ここで第1の平面コイル12aに発生する磁束の向きは第2の平面コイル12bに発生する磁束の向きと逆である。
入力端16から第1接続配線62および第4接続配線68に向けて駆動電流が流れる場合は、第1の平面コイル12aの上面はS極、第2の平面コイル12bの上面はN極となる。移動子20の積層基板10に対向する面はN極であるので、移動子20には第1の平面コイル12aによって磁気引力が、第2の平面コイル12bによって磁気斥力が加えられる。すると移動子20には、積層基板10の上面10a上を、ガイド枠30の長手方向に沿って、第1の板バネ42を押す形で第1の平面コイル12a側へ移動せしめる力が働く。駆動電流の向きが反転した場合は、第1の平面コイル12aの上面はN極、第2の平面コイル12bの上面はS極となる。したがって、移動子20には、積層基板10の上面10a上を、ガイド枠30の長手方向に沿って、第2の板バネ44を押す形で第2の平面コイル12b側へ移動せしめる力が働く。このようにして、駆動電流の反転とほぼ同じ周波数で移動子20がその周り、例えば積層基板10およびガイド枠30に対して往復移動する。移動子20の質量はその周りの質量に対して無視できないので、移動子20の往復移動に合わせて、その周りも振動する。
第1の実施の形態に係る振動モータ100では、例えば以下の効果を得ることができる。
(1)移動子20はコイル12の配列方向(矢印A1または矢印A2の方向)に沿って積層基板10の上面10a側を移動する構成とされる。したがって、従来の縦振動型(基板面と垂直な方向への振動)のみの振動モータに比べて、積層基板10の上面10aと垂直な方向への移動子20の移動空間を設ける必要がないので、その方向の厚みを小さくするための設計の自由度を確保することができる。その結果、薄型化を図ることが可能な振動モータを提供することができる。
(2)永久磁石24の磁極面24Sは磁気シールド部材22によって覆われている。したがって、磁極面24Sから振動モータ100の外部への磁束の漏れ出しを軽減することができる。
(3)磁気シールド部材22は永久磁石24に取り付けられ、磁気シールド部材22と永久磁石24は一体的に移動する。したがって、磁気シールド部材22と永久磁石24との間の磁気引力は移動子20の移動へ作用しないので、よりスムーズな動作が実現できる。
(4)平らなコイル12が用いられ、そのコイル12の面が積層基板10の上面10aに対して平行となるように配置される。したがって、積層基板10を薄くすることができるので振動モータ100全体の薄型化に貢献する。
(5)磁気シールド部材22と永久磁石24との間には比較的強い磁気引力が働くので、磁気シールド部材22は永久磁石24にこの磁気引力によって固定される。つまりなんら他の部材を介さずに互いに固定されるので、振動モータ100の製造工程の簡素化やコストダウンに貢献する。
(6)磁気シールド部材22の円筒状の側面22bは、その直径が永久磁石24と嵌合するよう形成されているため、永久磁石24を径方向に固定している。したがって、移動子20が往復移動する際、永久磁石24と磁気シールド部材22が径方向に互いにずれにくい。これにより磁気シールド部材22と永久磁石24との固定の信頼性が向上する。
(7)ガイド枠30は非磁性材料によって形成されるので、永久磁石24とガイド枠30との間に働く磁力は無視できるほど小さい。したがって、移動子20の往復移動はよりスムーズとなる。
(8)第1の板バネ42および第2の板バネ44は非磁性材料によって形成されるので、永久磁石24と第1および第2の板バネ42、44との間に働く磁力は無視できるほど小さい。したがって、移動子20のよりスムーズな往復移動が実現される。
(9)ガイド枠30の接着面30bは、低い摩擦係数を有する材料によって形成される低摩擦層58もしくはレジスト材料等によって形成される第1絶縁樹脂層52が除去された配線層54に接着される。そのため、接着面30bを低摩擦層58もしくは第1絶縁樹脂層52に接着する場合と比較して、ガイド枠30と積層基板10との接着強度を高めることができる。
(10)磁気シールド部材22は永久磁石24の磁極面24Sだけでなく永久磁石24の側面までも覆うように形成されている。これにより移動子20の径方向への磁束の漏れ出しを軽減することができる。また、磁気シールド部材22の内側の側面22bの高さは永久磁石24の厚さに揃えるように形成される。したがって、上記の径方向への磁束の漏れ出しはさらに軽減される。
(11)第1および第2の平面コイル12a、12bの表面に対向するように、永久磁石24の磁極面が配置されるように構成している。これにより、永久磁石24側から発生する磁力線(磁力線が生じる磁極面)と第1および第2の平面コイル12a、12bに電流を流すことにより発生する磁束線(磁束線が生じるコイル面)とが平行になる。これに対して、上記特許文献2に記載の構成では、磁石からの磁力線とコイルからの磁束線とは直交する。したがって、上記特許文献2に記載の構成に比べて振動モータ100における構成は、磁力線と磁束線とが重なる量が大きいので、その分、永久磁石24を移動させる際の駆動力を大きくすることができる。
上述の第1の実施の形態では、磁気シールド部材22の側面は永久磁石24の厚さに揃えるように形成されるが、これに限定されず、磁気シールド部材22は、永久磁石24の側面24aの少なくとも一部を覆うように形成されればよい。例えば以下の変形例が考えられる。
変形例に係る振動モータ200と第1の実施の形態に係る振動モータ100との差異は、磁気シールド部材の形状である。振動モータ200の上面図は図1と同様である。図3は、振動モータ200の主要部のA−A線断面図である。
変形例に係る振動モータ200と第1の実施の形態に係る振動モータ100との差異は、磁気シールド部材の形状である。振動モータ200の上面図は図1と同様である。図3は、振動モータ200の主要部のA−A線断面図である。
振動モータ200は移動子220を含み、移動子220は、磁気シールド部材222と、永久磁石24とを含む。磁気シールド部材222は、円筒の一端を閉じた形のカップ状の部材であり、パーマロイなどの透磁率の比較的高い材料によって形成される。磁気シールド部材222の内側の底面222aは、永久磁石24の磁極面24Sと接する。磁気シールド部材222の内側の側面222bもまた円筒状であり、その直径は永久磁石24が嵌合するように形成される。また、その高さは永久磁石24の厚さよりも小さくなるよう形成される。図3中の鎖線は、永久磁石24の磁極面から発して磁気シールド部材222の側面に吸収される代表的な磁束線を示す。
本変形例に係る振動モータ200によれば、例えば以下の効果を得ることができる。
(12)磁気シールド部材22は、永久磁石24の側面24aの少なくとも一部を覆うように形成される。したがって、永久磁石24のN極から発して磁気シールド部材222へ吸収されてゆく磁束線の径方向へのふくらみが、第1の実施の形態の場合よりも大きくなる。これにより、そのような磁束線のうち、N極から発して一度下向きに第1の平面コイル12aまたは第2の平面コイル12bのいずれか一方を通過した後に、磁気シールド部材222へ戻ってゆく過程で上向きに同じコイルを再び通過する磁束線の数を減らすことができる。これにより、その同じコイルによって移動子220に及ぼされる磁力のうち打ち消し合う成分が減少するので、より効率的に移動子220を往復移動させることができる。
(13)永久磁石24の厚さから磁気シールド部材222の内側の側面222bの高さを引いた差の値Δdは、径方向への磁束の漏れ出しを防止する度合いと上述の移動子220の往復移動の効率化の度合いとが拮抗する値となるように設計されてもよい。この場合その両者のバランスがとれた構成を実現できる。
(第2の実施の形態)
図4(a)は、第2の実施の形態に係る振動モータ300の上面図である。図4(b)は、図4(a)の振動モータ300の側面図である。図4(c)は、図4(a)の振動モータ300の下面図である。概略的に言うと、第2の実施の形態に係る振動モータ300は、積層基板310の両面に第1の実施の形態の移動子、ガイド枠および板バネを備える。
図4(a)は、第2の実施の形態に係る振動モータ300の上面図である。図4(b)は、図4(a)の振動モータ300の側面図である。図4(c)は、図4(a)の振動モータ300の下面図である。概略的に言うと、第2の実施の形態に係る振動モータ300は、積層基板310の両面に第1の実施の形態の移動子、ガイド枠および板バネを備える。
図5は、図4(a)のB−B線断面図である。振動モータ300の積層基板310は、第3絶縁樹脂層152と、配線層54と、第4絶縁樹脂層352とを積層してなる基板である。第3絶縁樹脂層152は、第1の実施の形態の第1絶縁樹脂層52と同等の構成とされる。説明を簡単にするため、低摩擦層は図示しない。積層基板310の第3絶縁樹脂層152側の面には、第1移動子120、第1ガイド枠130、第1の板バネ42および第2の板バネ44が設けられる。第1移動子120は、第1磁気シールド部材122と、第1永久磁石124とを含む。これらの部材のそれぞれは、対応する第1の実施の形態の部材と同等の構成とされる。配線層54は、第1の実施の形態と同様に第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bを含む。
積層基板310の第4絶縁樹脂層352側の面には、第2移動子320、第2ガイド枠330、第3の板バネ342および第4の板バネ344が設けられる。第2移動子320は、第2磁気シールド部材322と、第2永久磁石324とを含み、第2永久磁石324の磁極面324Sが積層基板310に対向して第4絶縁樹脂層352と接する点以外は第1の実施の形態に係る移動子20と同等の構成とされる。第2ガイド枠330、第3の板バネ342および第4の板バネ344は、そのそれぞれが対応する第1の実施の形態のガイド枠30、第1の板バネ42および第2の板バネ44と同等の構成とされる。
第2の実施の形態に係る振動モータ300によれば、第1の実施の形態に係る振動モータ100による効果に加えて例えば以下の効果を得ることができる。
(14)振動モータ300は、積層基板310の両面に第1の実施の形態の移動子、ガイド枠および板バネを備える。したがって、振動モータ300の一方の面のみでなく両面から外部への磁束の漏れ出しを軽減することができる。これにより例えば振動モータ300が組み込まれている携帯端末装置の他の部品への漏れ磁束の影響を軽減できる。
(15)第1永久磁石124のN極が積層基板310に対向し、第2永久磁石324のS極が積層基板310に対向する構成とされる。したがって、第1移動子120と第2移動子320は磁力により互いに引きつけ合う。これにより、それらの移動子が積層基板310の面から外れないようにする部材を使用しなくてもいいので、振動モータ300の製造がより容易となる。
(第3の実施の形態)
図6は、第3の実施の形態に係る携帯端末装置400を示す斜視図である。携帯端末装置400は、携帯電話やPDAなどの携帯端末であり、通信機能を有する。
図6は、第3の実施の形態に係る携帯端末装置400を示す斜視図である。携帯端末装置400は、携帯電話やPDAなどの携帯端末であり、通信機能を有する。
携帯端末装置400は、表示部402と、電源スイッチ404と、アンテナ406と、筐体408と、後述する制御基板410と、第1の実施の形態に係る振動モータ100と、を備える。これら以外の構成は、説明を明瞭にするために省略する。表示部402は、液晶パネルと、その上を覆うタッチパネルと、を含む。ユーザは、その液晶パネルに表示されるボタン等に対応するタッチパネルの部分を押し下げることで携帯端末装置400を操作する。ユーザは電源スイッチ404をオンにして携帯端末装置400に電源を入れる。アンテナ406は、無線信号を送受信する。
図7は、図6のC−C線断面図である。制御基板410は、筐体408に固定され、後述する駆動制御部412に対応する回路および後述する通信部414に対応する回路を含み、さらに携帯端末装置400の種々の機能を可能ならしめる他の回路を含む。
振動モータ100は、振動モータ100の面のうち磁気シールド部材22側の面が、その反対側の面よりも筐体408に近くなるように、制御基板410上に固定される。つまり図7において、カバー102の上面102aと筐体408との間の距離Δh1が、積層基板10の下面10bと筐体408との間の距離Δh2よりも小さくなるように設計される。振動モータ100の第1接続配線62、第4接続配線68および入力端16は、適切な結線手段により制御基板410の配線と結線され、駆動制御部412に対応する回路に接続される。
図8は、携帯端末装置400の機能ブロック図である。携帯端末装置400は、駆動制御部412および通信部414を備える。駆動制御部412は、入力端16、第1接続配線62および第4接続配線68を介して振動モータ100に駆動電流を供給してその振動を制御する。また、駆動制御部412は、供給する駆動電流の極性を所定の周波数で変える。通信部414は、アンテナ406を介して無線信号を送受信し、外部との通信を制御する。そして、この駆動制御部412により、振動モータ100は、タッチパネルの部分が押圧されたことを検知した場合や、電話やEメールを着信した際にマナーモードに設定されている場合などに振動する。
以上のように構成された携帯端末装置400の動作について説明する。通信部414がアンテナ406を通じて、携帯端末装置400への着信を知らせる無線信号を検知すると、通信部414は駆動制御部412へ振動を開始せしめる信号を発信する。駆動制御部412はその信号を受信すると、振動モータ100へ所定の周波数でその極性が反転する駆動電流を供給する。振動モータ100は第1の実施の形態の動作の項で述べた通りに振動する。振動モータ100と制御基板410とは固定され、さらに制御基板410は筐体408に固定されるので、振動モータ100の振動は筐体408に伝わり、筐体408が振動する。
また、タッチパネルの部分が押圧された場合、同様にして振動モータ100が振動し、筐体408が振動する。この際、着信を検知した場合の振動のモードとは異なる振動のモードで振動する。
また、タッチパネルの部分が押圧された場合、同様にして振動モータ100が振動し、筐体408が振動する。この際、着信を検知した場合の振動のモードとは異なる振動のモードで振動する。
第3の実施の形態に係る携帯端末装置400によれば、例えば以下の効果を得ることができる。
(16)上記の振動モータ100を振動源として搭載することで、振動モータ100が薄型化される分、装置全体の薄型化を図ることが可能となる。
(17)振動モータ100は、振動モータ100の面のうち磁気シールド部材22側の面が、その反対側の面よりも筐体408に近くなるように、制御基板410上に固定される。これにより携帯端末装置400の外部への磁束の漏れ出しをより軽減することができる。また、筐体408に鉄などの強磁性体が近づいた場合でも、それによる振動モータ100の動作への影響を軽減することができる。
なお、第2の実施の形態の項で述べた振動モータ300が携帯端末装置に組み込まれてもよい。この場合、薄型で漏れ磁束の少ない携帯端末装置が実現できる。
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態に係る振動モータ500は、第1の実施の形態に係る振動モータ100と同様にリニア駆動型振動モータ(リニアモータ)である。振動モータ500では、対となる磁極を2つ有し可動部を構成する永久磁石が、コイルとの間に働く引きつけ合う磁力(以降磁気引力と略す)および遠ざけ合う磁力(以降磁気斥力と略す)によって往復移動を行う。これにより、振動モータ500が振動する。その振動モータ500では、永久磁石の片面に磁気シールド部材を取り付けて、磁束の漏れを軽減する。なお、この磁気シールド部材は、ヨークとして機能してもよい。
第4の実施の形態に係る振動モータ500は、第1の実施の形態に係る振動モータ100と同様にリニア駆動型振動モータ(リニアモータ)である。振動モータ500では、対となる磁極を2つ有し可動部を構成する永久磁石が、コイルとの間に働く引きつけ合う磁力(以降磁気引力と略す)および遠ざけ合う磁力(以降磁気斥力と略す)によって往復移動を行う。これにより、振動モータ500が振動する。その振動モータ500では、永久磁石の片面に磁気シールド部材を取り付けて、磁束の漏れを軽減する。なお、この磁気シールド部材は、ヨークとして機能してもよい。
図10は、第4の実施の形態に係る振動モータ500の上面図である。図11は、図10のA−A線断面図である。図10ではカバー基板502を取り外した状態を示す。また、図10では、第1絶縁樹脂層551の下にある第1の平面コイル512a、第1ビア504および第2ビア506を示す。ガイド枠530および移動子520の下に隠れる部分を破線で、それ以外の部分を実線で示す。以下では、図10および図11を使用しながら振動モータ500の構成を説明する。
振動モータ500は、平面コイル512と総称される第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bを含む積層基板510と、移動子520と、ガイド枠530と、第1の板バネ542および第2の板バネ544と、カバー基板502と、を備える。以下、積層基板510の面のうち移動子520が搭載されている面を上面とし、その反対側の面を下面とする。また、説明の便宜上、積層基板510の下面が地表を向いており、重力は下方向に働く場合について考える。
積層基板510は、第1絶縁樹脂層551と、第1の平面コイル512aが形成される第1配線層552と、第2絶縁樹脂層553と、第2の平面コイル512bが形成される第2配線層554と、第3絶縁樹脂層555と、を上面側からこの順番に積層してなる基板である。第1絶縁樹脂層551、第2絶縁樹脂層553および第3絶縁樹脂層555は、レジスト材料等によって形成される絶縁層である。第2絶縁樹脂層553には、第1の平面コイル512aと第2の平面コイル512bとを電気的に接続する第1ビア504が設けられる。第1絶縁樹脂層551は第1の平面コイル512aを外部から絶縁する。第3絶縁樹脂層555は第2の平面コイル512bを外部から絶縁する。
第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bはどちらも平らな渦巻状のコイルであり、そのコイルの面が積層基板510の上面510aに対して平行となるように形成される。ここで、平行とは、互いに平行な状態だけでなく、移動子520が移動する際の妨げとならない程度に平行な状態からずれた状態を含んでいる。第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bはいずれも矩形であり、後述する移動子520の移動方向に沿う辺を有する。
第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bは、それらを積層基板510の上面510aへ投影した像が互いに重なり合うように形成される。
第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bは、それらを積層基板510の上面510aへ投影した像が互いに重なり合うように形成される。
第1の平面コイル512aの辺のうち、移動子520の移動方向に沿った辺に含まれる配線群の幅d2が、移動方向と交差する辺に含まれる配線群の幅d1よりも小さくなるように、第1の平面コイル512aが形成される。これは、移動方向に沿った辺に含まれる配線群の配線の幅、ピッチ又はその両方を、移動方向と交差する辺に含まれる配線群のそれよりも小さくすることにより達成される。
第2の平面コイル512bも同様に形成される。
平面コイル512のさらなる詳細は図12および図13で後述する。
第2の平面コイル512bも同様に形成される。
平面コイル512のさらなる詳細は図12および図13で後述する。
移動子520は、第1磁気シールド部材522と、第1の永久磁石524と、第2の永久磁石526と、を含む。
第1の永久磁石524および第2の永久磁石526はそれぞれ、フェライトやネオジウムなどの強磁性材料からなる矩形状に形成され、その厚み方向に1対の磁極を成すように着磁されている。第1の永久磁石524および第2の永久磁石526の面積および厚みはほぼ同じくなるよう形成される。
第1の永久磁石524および第2の永久磁石526はそれぞれ、フェライトやネオジウムなどの強磁性材料からなる矩形状に形成され、その厚み方向に1対の磁極を成すように着磁されている。第1の永久磁石524および第2の永久磁石526の面積および厚みはほぼ同じくなるよう形成される。
第1の永久磁石524と第2の永久磁石526とは、その厚み方向でずれがないよう接着固定される。そのようにして接着固定された第1の永久磁石524および第2の永久磁石526を総称して接着済み永久磁石と呼ぶ。第2の永久磁石526の重心から第1の永久磁石524の重心へ向かう方向を矢印A1で示し、その逆の方向を矢印A2で示す。
接着済み永久磁石は、積層基板510に面し平面コイル512のコイル面に対向する第1磁極面560と、その反対側の第2磁極面562と、を有する。第1の永久磁石524のN極と第2の永久磁石526のS極とが第1磁極面560に配置される。第1の永久磁石524のS極と第2の永久磁石526のN極とが第2磁極面562に配置される。
接着済み永久磁石の側面のうち第1の板バネ542が当接する部分を第1当接部分E、第2の板バネ544が当接する部分を第2当接部分Fと呼ぶ。
第2磁極面562には、第1磁気シールド部材522が取り付けられる。
接着済み永久磁石の側面のうち第1の板バネ542が当接する部分を第1当接部分E、第2の板バネ544が当接する部分を第2当接部分Fと呼ぶ。
第2磁極面562には、第1磁気シールド部材522が取り付けられる。
接着済み永久磁石を含む移動子520は、平面コイル512から接着済み永久磁石へ及ぼされる磁力によって積層基板510の上面510a側を、第1磁極面560における磁極の配置の方向(矢印A1または矢印A2の方向、以降磁極配置方向と略す)に沿って移動する。
第1磁気シールド部材522は、接着済み永久磁石の第2磁極面562からはみ出さないよう形成された矩形の板状部材であり、透磁率の比較的高い材料によって形成される。この材料としては、ソフトフェライト(軟鉄)、ケイ素鋼板、パーマロイ(鉄とニッケルの合金)、スーパーマロイ(鉄とニッケルとモリブデンの合金)、パーメンジュール(鉄とコバルトの合金)、センダスト(鉄とシリコンとアルミニウムの合金)などの軟磁性材料が適している。第1磁気シールド部材522は透磁率が高いので、周囲の磁束線がより多くその内部を選択的に通過する。これにより、接着済み永久磁石からの磁束が第1磁気シールド部材522を越えて広がることを抑制する。
なお、前述のごとく第1の永久磁石524および第2の永久磁石526は矩形であり、第1磁気シールド部材522は第2磁極面562からはみ出さないので、移動子520は全体として矩形状である。
以降、第1磁気シールド部材522の質量は、接着済み永久磁石の質量に比べて小さく、接着済み永久磁石の重心Gと移動子520の重心とがほぼ一致する場合を考える。したがって、移動子520の重心を便宜上重心Gと呼ぶ。
なお、前述のごとく第1の永久磁石524および第2の永久磁石526は矩形であり、第1磁気シールド部材522は第2磁極面562からはみ出さないので、移動子520は全体として矩形状である。
以降、第1磁気シールド部材522の質量は、接着済み永久磁石の質量に比べて小さく、接着済み永久磁石の重心Gと移動子520の重心とがほぼ一致する場合を考える。したがって、移動子520の重心を便宜上重心Gと呼ぶ。
第1磁気シールド部材522と接着済み永久磁石との間には比較的強い磁気引力が働くので、第1磁気シールド部材522は接着済み永久磁石にこの磁気引力によって固定される。
詳細は後述するが、第1の板バネ542および第2の板バネ544には折り返された折曲部が設けられている。その折曲部は、図10に示す第1当接部分Eおよび第2当接部分Fが磁極配置方向(矢印A1または矢印A2の方向)に沿って並び、振動モータ500の上面から見た場合にそれらを結ぶ線分EFが移動子520の重心Gを通過するよう形成される。また、移動子520の往復移動中、第1当接部分Eおよび第2当接部分Fは接着済み永久磁石の側面上でその位置を変えない。
なお、線分EFは移動子520の重心Gの十分近く、たとえば重心Gから接着済み永久磁石の短辺の10分の1程度の距離の範囲内を通過してもよい。また、第1当接部分Eおよび第2当接部分Fは幅を有する面であってもよい。
なお、線分EFは移動子520の重心Gの十分近く、たとえば重心Gから接着済み永久磁石の短辺の10分の1程度の距離の範囲内を通過してもよい。また、第1当接部分Eおよび第2当接部分Fは幅を有する面であってもよい。
移動子520を上から見たときの移動子520の4つの角部520aは、丸みを帯びた形状に加工されている。また、移動子520の移動方向側の縁部520bも、丸みを帯びた形状に加工されている。
ガイド枠530は、移動子520および平面コイル512を囲むように積層基板510の上面510a上に設けられる。ガイド枠530は、第1の板バネ542および第2の板バネ544と共に移動子520の往復移動を振動モータ500全体に伝達するように形成された、長方形の枠であり、アルミニウムやプラスチックなどの非磁性素材によって形成される。
ここで便宜的にガイド枠530を、磁極配置方向に沿う第1ガイド部532と、第1ガイド部532と対向し磁極配置方向に沿う第2ガイド部534と、磁極配置方向の一端側に位置する第1バネ取り付け部536と、磁極配置方向の他端側に位置する第2バネ取り付け部538と、に分ける。
図10に示されるとおり、第1ガイド部532および第2ガイド部534は、平面コイル512の辺のうち移動子520の移動方向に沿った辺に含まれる配線群と重複する。
なお、図10は移動方向に沿った配線群の全てが第1ガイド部532および第2ガイド部534の下になっている場合を示しているが、配線群の一部のみが重複してもよい。
なお、図10は移動方向に沿った配線群の全てが第1ガイド部532および第2ガイド部534の下になっている場合を示しているが、配線群の一部のみが重複してもよい。
第1バネ取り付け部536の内面536aに第1の板バネ542が取り付けられる。第1の板バネ542は、PETなどの非磁性材料からなるバネである。第1の板バネ542の一部は内面536aに接着固定される。第1の板バネ542のうち、内面536aから出て第1当接部分Eに至るまでの間には一度折り返された折曲部542aが設けられる。
第2バネ取り付け部538の内面538aに第2の板バネ544が取り付けられる。第2の板バネ544は、第1の板バネ542と同様、PETなどの非磁性材料からなるバネである。第2の板バネ544の一部は内面538aに接着固定される。第2の板バネ544のうち、内面538aから出て第2当接部分Fに至るまでの間には一度折り返された折曲部544aが設けられる。
第1の板バネ542および第2の板バネ544は、上から見ると、ガイド枠530の中心を通り積層基板510に垂直な軸に対して180度の回転対称となっている。
第1の板バネ542および第2の板バネ544は、上から見ると、ガイド枠530の中心を通り積層基板510に垂直な軸に対して180度の回転対称となっている。
各板バネは、図10のような静止状態(平面コイル512に電流を流していない状態)においては移動子520を磁極配置方向の略中央部に保持する。そして、積層基板510の上面510a上において移動子520が往復移動する際、第1の板バネ542および第2の板バネ544は交互に移動子520によって押される。これによりこれらの板バネからガイド枠530に圧力が伝達される。その結果、ガイド枠530およびそれを含む振動モータ500全体が振動する。
ガイド枠530の上面にはカバー基板502が接着され、移動子520の飛び出しを防止する。
積層基板510の下面510bには第2磁気シールド部材570が取り付けられる。第2磁気シールド部材570は、第1磁気シールド部材522と同様の材料によって形成される。第2磁気シールド部材570は透磁率が高いので、周囲の磁束線がより多くその内部を選択的に通過する。これにより、接着済み永久磁石からの磁束が第2磁気シールド部材570を越えて広がることを抑制する。
積層基板510の下面510bには第2磁気シールド部材570が取り付けられる。第2磁気シールド部材570は、第1磁気シールド部材522と同様の材料によって形成される。第2磁気シールド部材570は透磁率が高いので、周囲の磁束線がより多くその内部を選択的に通過する。これにより、接着済み永久磁石からの磁束が第2磁気シールド部材570を越えて広がることを抑制する。
図12は、図10の第1配線層552の上面図である。第1の平面コイル512aの渦巻の中心に当たる一端は第1ビア504を介して第2の平面コイル512bの渦巻の中心に当たる一端と接続される。第1の平面コイル512aの渦巻の外側に当たる一端は第2ビア506と接続される。第2ビア506は、積層基板510の下面510bに設けられた第1電極パッド506aに接続される。
図13は、図10の第2配線層554の上面図である。第2の平面コイル512bの渦巻の外側に当たる一端は第3ビア508と接続される。第3ビア508は、積層基板510の下面510bに設けられた第2電極パッド508aに接続される。
第2ビア506および第3ビア508は第1電極パッド506aおよび第2電極パッド508aを介してそれぞれ振動モータ500の駆動回路に接続される。図12および図13に示されるとおり、第1の平面コイル512aの渦巻の巻回の方向と、第2の平面コイル512bの渦巻の巻回の方向は異なるように形成される。このような平面コイル512の構成では、第2ビア506または第3ビア508から駆動電流を流すと、第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bには同じ向きの磁束が発生する。そしてそれぞれの平面コイル512に発生する磁束の向きは、駆動電流の極性が反転すると反転する。その結果、駆動電流の極性の時間的変動に応じて、それぞれの平面コイル512によって発生される磁束の向きも時間的に変動する。
図14は、図10の振動モータ500の下面図である。第2磁気シールド部材570には、第1電極パッド506aおよび第2電極パッド508aが覆われないよう切り欠き部分が設けられる。これにより外部から給電端子などを第1電極パッド506aおよび第2電極パッド508aへ接続することが可能となる。
図15は、移動子520が第1の板バネ542側に寄った状態を示す上面図である。移動子520は第1の板バネ542によって第2の板バネ544側に付勢される。また、第1の板バネ542の折曲部542aは、静止状態と比べて折りたたまれた状態となる。したがって、折曲部542aが元の状態に戻ろうとする力により、移動子520は第2の板バネ544側へさらに付勢される。図15のように移動子520が片方の板バネ側に寄った状態であっても移動子520は、振動モータ500の上面から見た場合に線分EFが移動子520の重心Gを通過する状態を維持しながら移動する。第2の板バネ544側に寄った場合についても同様である。
以上のように構成された振動モータ500の動作について説明する。振動モータ500の静止状態においては第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bには駆動電流は流れず、第1の板バネ542および第2の板バネ544によって挟持された移動子520は、ガイド枠530の磁極配置方向の略中央部に図10のように静止する。
振動モータ500を駆動する際は、第2ビア506または第3ビア508から、所定の周波数でその極性が反転する駆動電流(交流電流)が供給される。これにより第1の平面コイル512aと第2の平面コイル512bには、そのコイル面に垂直な方向、つまり積層基板510の上面510aに垂直な方向に磁束が発生する。ここで第1の平面コイル512aに発生する磁束の向きは第2の平面コイル512bに発生する磁束の向きと同じである。
上向きに磁束が発生するよう平面コイル512に駆動電流が流れる場合、平面コイル512に面する永久磁石のN極にはローレンツ力の反作用力の合力として平面コイル512の中心から遠ざかる向きの力が加えられる。反対にS極には平面コイル512の中心へ向かう向きの力が加えられる。下向きに磁束が発生するよう平面コイル512に駆動電流が流れる場合は、加えられる力の向きが逆になる。
したがって、第2ビア506から第3ビア508に向けて駆動電流が流れる場合は、N極が平面コイル512と対向する第1の永久磁石524には矢印A1の向きに力が加えられる。S極が平面コイル512と対向する第2の永久磁石526にも矢印A1の向きに力が加えられる。結果として移動子520には、積層基板510の上面510a上を、矢印A1の向きに、第1の板バネ542を押す形で移動せしめる力が働く。
駆動電流の向きが反転した場合は、N極が平面コイル512と対向する第1の永久磁石524には矢印A2の向きに力が加えられる。S極が平面コイル512と対向する第2の永久磁石526にも矢印A2の向きに力が加えられる。結果として移動子520には、積層基板510の上面510a上を、矢印A2の向きに、第2の板バネ544を押す形で移動せしめる力が働く。このようにして、駆動電流の反転とほぼ同じ周波数で移動子520がその周り、例えば積層基板510およびガイド枠530に対して往復移動する。移動子520の質量はその周りの質量に対して無視できないので、移動子520の往復移動に合わせて、その周りも振動する。
駆動電流の向きが反転した場合は、N極が平面コイル512と対向する第1の永久磁石524には矢印A2の向きに力が加えられる。S極が平面コイル512と対向する第2の永久磁石526にも矢印A2の向きに力が加えられる。結果として移動子520には、積層基板510の上面510a上を、矢印A2の向きに、第2の板バネ544を押す形で移動せしめる力が働く。このようにして、駆動電流の反転とほぼ同じ周波数で移動子520がその周り、例えば積層基板510およびガイド枠530に対して往復移動する。移動子520の質量はその周りの質量に対して無視できないので、移動子520の往復移動に合わせて、その周りも振動する。
第4の実施の形態に係る振動モータ500では、例えば以下の効果を得ることができる。
(18)移動子520は磁極配置方向(矢印A1または矢印A2の方向)に沿って積層基板510の上面510a側を移動する構成とされる。したがって、従来の縦振動型(基板面と垂直な方向への振動)のみの振動モータに比べて、積層基板510の上面510aと垂直な方向への移動子520の移動空間を設ける必要がないので、その方向の厚みを小さくするための設計の自由度を確保することができる。その結果、薄型化を図ることが可能な振動モータを提供することができる。
(19)平らな平面コイル512が用いられ、その平面コイル512の面が積層基板510の上面510aに対して平行となるように配置される。したがって、積層基板510を薄くすることができるので振動モータ500全体の薄型化に貢献する。
(20)第1の永久磁石524のN極と第2の永久磁石526のS極とが第1磁極面560に配置される。したがって、第1の永久磁石524のN極から出た磁束の多くは第2の永久磁石526のS極に帰るので、第1磁極面560から振動モータ500の外部への磁束の漏れ出しを軽減することができる。特に、積層基板510の下面510bに第2磁気シールド部材570を設けても、第2磁気シールド部材570と接着済み永久磁石との間の磁気引力によって移動子520の移動が阻害されない程度まで軽減することができる。
(21)第1の永久磁石524のS極と第2の永久磁石526のN極とが第2磁極面562に配置される。したがって、第2の永久磁石526のN極から出た磁束の多くは第1の永久磁石524のS極に帰るので、第2磁極面562から振動モータ500の外部への磁束の漏れ出しを軽減することができる。
(22)接着済み永久磁石の第2磁極面562は第1磁気シールド部材522によって覆われている。したがって、第2磁極面562から振動モータ500の外部への磁束の漏れ出しを軽減することができる。
(23)第1磁気シールド部材522は接着済み永久磁石に取り付けられ、第1磁気シールド部材522と接着済み永久磁石は一体的に移動する。したがって、第1磁気シールド部材522と接着済み永久磁石との間の磁気引力は移動子520の移動へ作用しないので、よりスムーズな動作が実現できる。
(24)第1磁気シールド部材522と接着済み永久磁石との間には比較的強い磁気引力が働くので、第1磁気シールド部材522は接着済み永久磁石にこの磁気引力によって固定される。つまりなんら他の部材を介さずに互いに固定されるので、振動モータ500の製造工程の簡素化やコストダウンに貢献する。
(25)積層基板510の下面510bには第2磁気シールド部材570が取り付けられる。したがって、第1磁極面560から振動モータ500の外部への磁束の漏れ出しを軽減することができる。
(26)移動子520を付勢する部材として板バネを用いている。したがって、たとえばつるまきバネを使用する場合と比べて、バネが占めるスペースを小さくすることができる。これは移動子520が移動方向に変位できる量の向上に寄与し、ひいては振動モータ500の振動量を増やすこともできる。
(27)第1の板バネ542には折曲部542aが、第2の板バネ544には折曲部544aが設けられる。したがって、その折曲部によって板バネの弾性力が向上し、移動子520の往復移動がより安定する。
(28)第1の板バネ542および第2の板バネ544は、上から見ると、ガイド枠530の中心を通り積層基板510に垂直な軸に対して180度の回転対称となっている。これにより、移動子520へ加えられる力の対称性が高まり、移動子520の移動がよりスムーズとなる。
(29)移動子520における第1当接部分Eおよび第2当接部分Fが磁極配置方向(矢印A1または矢印A2の方向)に沿って並ぶよう第1の板バネ542の折曲部542aおよび第2の板バネ544の折曲部544aが形成される。したがって、移動子520の往復移動中、移動子520にはその位置によらず移動方向に沿った力が加えられる。これにより、より効率良く移動子520を往復移動させることができる。また、移動子520の移動方向のぶれを小さくすることができ、より安定した振動モータ500の動作を実現できる。
(30)移動子520における第1当接部分Eおよび第2当接部分Fを結ぶ線分EFが移動子520の重心Gまたは重心Gの十分近くを通過するよう第1の板バネ542の折曲部542aおよび第2の板バネ544の折曲部544aが形成される。したがって、各板バネが移動子520に加える力は移動子520の重心Gを向いており、重心G周りの回転を誘導しない。これにより、移動子520の重心G周りの回転は起こりにくく、より効率良く安定した移動子520の往復移動を実現できる。
(31)振動モータ500では、板バネを一体的に構成して、さらにガイド枠530に沿ってはめ込むようにする。これにより、長期間振動動作を繰り返しても、支持点(支持部)となるガイド枠の切り込み部分が広がるなど変形することはなく、板バネの緩みなどによる振動モータの動作信頼性の低下(劣化)を防止できる。
(32)移動子520と積層基板510との接触部分に当たる、移動子520の移動方向側の縁部520bを丸みを帯びた形状に加工したことで、そこでの摩擦抵抗を角接触する場合に比べて軽減できる。
(33)移動子520が磁極配置方向に沿って移動するようガイド枠530が形成される。したがって、磁力による推力を移動子520により効率的に伝えることができる。
(34)平面コイル512のコイル面と第1磁極面560とが対向する構成とされる。したがって、平面コイル512をより薄くすることによってその分の振動モータ500のさらなる薄型化が可能となる。
(35)積層基板510は、矩形の移動子520を備える。したがって、移動子520の回転は第1ガイド部532および第2ガイド部534によってより抑制されるので、移動子520の移動がより安定する。また、矩形としたことで、たとえばその長辺と同じ直径を有する円形の移動子よりも重くすることができ、振動量を増やすことができる。
(36)移動子520を上から見たときの移動子520の4つの角部520aは、丸みを帯びた形状に加工されている。したがって、移動子520の角部520aがガイド枠530に突き当たったとしてもそこで引っかかりにくくなり、移動子520の移動がより安定する。
(37)第1の平面コイル512aの辺のうち、移動子520の移動方向に沿った辺に含まれる配線群の幅d2が、移動方向と交差する辺に含まれる配線群の幅d1よりも小さくなるように、第1の平面コイル512aが形成される。第2の平面コイル512bについても同様とされる。したがって、たとえば幅d1と幅d2とが等しい場合に比べて、幅d2を小さくした分、移動方向と交差する辺に含まれる配線群の長さを長くすることができる。これにより、同じ駆動電流でより大きな推力を移動子520に加えることができ、効率的である。
(38)第1ガイド部532および第2ガイド部534は、平面コイル512の辺のうち移動子520の移動方向に沿った辺に含まれる配線群と重複する。したがって、移動子520は移動方向に沿った辺に含まれる配線群からより遠くなる。その結果、移動子520に加わる力のうち、移動子520の移動方向以外の方向の成分を低減できるので、移動子520の移動がよりスムーズとなる。
(39)第1および第2の平面コイル512a、512bの表面に対向するように、移動子520の磁極面が配置されるように構成している。これにより、移動子520側から発生する磁力線(磁力線が生じる磁極面)と第1および第2の平面コイル512a、512bに電流を流すことにより発生する磁束線(磁束線が生じるコイル面)とが平行になる。これに対して、上記特許文献2に記載の構成では、磁石からの磁力線とコイルからの磁束線とは直交する。したがって、上記特許文献2に記載の構成に比べて振動モータ500における構成は、磁力線と磁束線とが重なる量が大きいので、その分、移動子520を移動させる際の駆動力を大きくすることができる。
(40)第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bは、それらを積層基板510の上面510aへ投影した像が互いに重なり合うように形成される。さらに第2ビア506または第3ビア508から駆動電流を流すと、第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bには同じ向きの磁束が発生する。したがって、平面コイル512に発生する磁界を増強することができるので、移動子520の駆動力が向上する。その結果、移動子520の応答時間(移動子520が所定の振動量に達するまでの時間)を短縮することができる。
また、平面コイルをひとつだけ備える場合は、平面コイルの2つの電極のうちひとつを平面コイルの中心から取り出さなければならない。したがって、積層基板の下面の中心付近に設けられる電極パッドに対応する開口部を第2磁気シールド部材に設ける必要がある。しかしながら第4の実施の形態に係る振動モータ500では平面コイルの2つの電極の両方を平面コイルの外側から取り出すことができる。したがって、図14に示されるとおり第2磁気シールド部材570に切り欠きを設けるだけでよく、開口部を設ける場合に比べて第2磁気シールド部材570の製造上有利である。
なお、第3の実施の形態において、携帯端末装置は、第1の実施の形態に係る振動モータ100の代わりに第4の実施の形態に係る振動モータ500を搭載してもよい。この場合、薄型で漏れ磁束の少ない携帯端末装置が実現できる。
以上、実施の形態に係る振動モータおよび携帯端末装置の構成と動作について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
第1の実施の形態および第2の実施の形態では、積層基板の配線層として単層のコイル12を採用する場合について説明したが、これに限られない。たとえば、コイル12として2層あるいは3層以上の積層コイルを採用してもよい。この場合、コイル12に発生する磁界を増強することができるので、永久磁石24の駆動力が向上する。その結果、移動子の応答時間(移動子が所定の振動量に達するまでの時間)を短縮することができる。
第1および第4の実施の形態では、永久磁石を用いる場合について説明したが、これに限られず、磁極を有する部材であればよい。また、永久磁石の磁極を反転させた場合でも同様の議論が成立することは言うまでもない。また第1の実施の形態では、永久磁石24は、1対の磁極を1つ有する場合について説明したが、これに限られず、1対の磁極をいくつ有してもよい。
第1および第4の実施の形態では、積層基板がコイルを2つ含む場合について説明したが、コイルの数はこれに限られない。
第1および第4の実施の形態では、振動モータの下面が地表を向いている場合について説明したが、これに限られず、振動モータの上面が地表を向いていてもよい。この場合、移動子はカバー(第4の実施の形態の場合はカバー基板)の内側の面に接して往復移動する。
第1の実施の形態では、ガイド枠30は、第1の板バネ42および第2の板バネ44と共に移動子20の往復移動を振動モータ100全体に伝達するように形成される場合について説明したが、これに限られず、移動子20の移動を受けとめるように形成されればよい。
第1の実施の形態では、磁気シールド部材22は円筒の一端を閉じた形のカップ状の部材である場合について説明したが、これに限られず、例えば円盤状の部材であってもよい。この場合、打ち抜き加工のみで磁気シールド部材を作成することが可能となり、シールドの製造が容易となりおよびコストダウンに貢献する。また、その円盤の縁部に複数の爪を設けてもよい。この場合、その爪が永久磁石を磁気シールド部材に対して径方向に固定するので、固定の信頼性が向上する。
第1の実施の形態では、第2接続配線64と、第3接続配線66は共に入力端16に接続され、第1の平面コイル12aの渦巻の巻回の方向と、第2の平面コイル12bの渦巻の巻回の方向が異なるように形成される場合について説明したが、これに限られず、例えば第1の平面コイル12aの一端と第2の平面コイル12bの一端が接続され、両コイルに共通する駆動電流を流すと両コイルが互いに異なる方向の磁束を発生する構成とされればよい。この場合、1つの駆動電流源によって同時に両方のコイルを駆動できるので、駆動回路の簡素化に貢献する。
第1および第2の実施の形態では、1つの駆動電流源が第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bのどちらにも駆動電流を供給する場合について説明したが、これに限られない。たとえば、第1の平面コイル12aおよび第2の平面コイル12bはそれぞれ別の駆動電流源を備えてもよい。この場合、両コイルは積層基板内に埋設されてしまっているのでその渦巻のピッチなどを変えることが困難な状況において、それぞれのコイルに流す駆動電流の量などを調節することにより、両コイル間の特性、例えばインダクタンス、の違いを、振動モータの性能が上がるように簡易に補償することができる。
第1および第2の実施の形態では、移動子が積層基板の面上を往復移動する場合について説明したが、これに限られず、移動子はコイルから及ぼされる磁力によって当該面上を移動すればよい。特に周期的に同じ位置に戻る運動であればよく、例えばガイド枠をリング状に形成すると共に複数のコイルを当該リングと同心円状に配置し、当該コイルを適切に駆動することで移動子をリング状のガイド枠に沿って円運動させてもよい。この場合、当該円運動がガイド枠から振動モータ全体に伝わり、振動モータ全体が当該円運動と同様の動きをする。このように様々なバリエーションの動きが可能となる。
第1および第4の実施の形態では、磁気シールド部材は永久磁石に磁気引力によって固定される場合について説明したが、これに限られず、例えば磁気シールド部材は接着剤などの固定手段によって永久磁石に固定されてもよい。この場合、磁気シールド部材と永久磁石との間の固定の信頼性を更に高めることができる。
第1の実施の形態では、第1の板バネ42および第2の板バネ44はどちらもPETなどの非磁性材料からなる厚さ350μm、長さ10mm、幅1.2mmのバネである場合について説明したが、これに限られず、コイル12の配列の両端部に設けられ、移動子20を支持する弾性部材であればよい。この場合、移動子20の往復移動がガイド枠30および積層基板10等に効率的に伝わるので、振動モータ100全体をより効率的に振動させることができる。また、積層基板10の上面10a上に設けられ、永久磁石24の移動を受けとめる伝達部であってもよい。
第1および第2の実施の形態では、永久磁石24の磁極面24Sに取り付けられた磁気シールド部材22の部分と、永久磁石24の側面24aを覆う部分とが、一体化している場合について説明したが、これに限られない。たとえば、それらの部分は連続して設けられていれば別々の部材であってもよい。
第1および第4の実施の形態では、磁気シールド部材と永久磁石とが接する場合について説明したが、これに限られず、磁気シールド部材は永久磁石に伴って動けばよい。
第1の実施の形態では、ガイド枠30が移動子20およびコイル12を囲むように積層基板10の上面10a上に設けられる場合について説明したが、これに限られない。たとえば、ガイド枠30がコイル12全体を囲む必要はなく、ガイド枠30の下にもコイル12が設けられてもよい。
第1および第2の実施の形態では、永久磁石は円板形状に形成される場合について説明したが、これに限られず、例えば小判型形状に形成されてもよい。図9は、変形例に係る永久磁石28を示す上面図である。永久磁石28は、円板から2つの互いに平行な弦に沿って2つの部分を切り落とした形状を有する。永久磁石28は図9の矢印A1および矢印A2の方向に移動するように振動モータに搭載される。この場合、切り落とした部分だけ永久磁石28の移動量(移動範囲)が拡がるので、その分、永久磁石28がさらに加速されるので、振動モータの振動量が増加する。また、永久磁石28がコイル12間を移動する際は、永久磁石28と積層基板10との接触部分は線状となるが、永久磁石28が傾斜せず面接触する場合よりも摩擦抵抗が軽減される。
第4の実施の形態に係る振動モータ500において、第1絶縁樹脂層551またはカバー基板502もしくはその両方の移動子520側の表面に、第1絶縁樹脂層551(またはカバー基板502)の表面が有する摩擦係数よりも低い摩擦係数を有する材料によって形成される低摩擦層が設けられてもよい。この場合、移動子520との間の摩擦抵抗を軽減することができるので、電気エネルギーを振動へ変換する効率が上昇する。さらに、移動子520の応答時間(移動子520が所定の振動量に達するまでの時間)を短縮することもできる。上述の低摩擦層を構成する材料としては、第1の実施の形態における低摩擦層58と同様の材料が用いられる。
第4の実施の形態では、第1磁気シールド部材522は、接着済み永久磁石の第2磁極面562からはみ出さないよう形成される場合について説明したが、これに限られない。たとえば、第1磁気シールド部材は、接着済み永久磁石の平面コイル512と対向する第1磁極面560とは反対側の第2磁極面562に取り付けられた部分から、接着済み永久磁石の側面の少なくとも一部を覆うように延在してもよい。この場合、第1磁気シールド部材は接着済み永久磁石を径方向に固定する。したがって、移動子520が往復移動する際、接着済み永久磁石と第1磁気シールド部材とが径方向に互いにずれにくい。これにより第1磁気シールド部材と接着済み永久磁石との固定の信頼性が向上する。
また、側面に延在する部分により、移動子520の径方向への磁束の漏れ出しを軽減することができる。また、第1磁気シールド部材の内側の側面の高さは接着済み永久磁石の厚さに揃えるように形成されてもよい。この場合、上記の径方向への磁束の漏れ出しはさらに軽減される。
第4の実施の形態では、積層基板510が第1の平面コイル512aおよび第2の平面コイル512bを含む場合について説明したが、これに限られない。たとえば、積層基板が平面コイルをひとつだけ含んでもよい。この場合、積層基板の構成が簡単となる。
第4の実施の形態では、第1の永久磁石524と第2の永久磁石526とが直接互いに接着固定される場合について説明したが、これに限られない。たとえば第1の永久磁石524と第2の永久磁石526との間にスペーサを挿入し、第1の永久磁石524および第2の永久磁石526をそのスペーサに接着固定してもよい。この場合、そのスペーサの質量分だけ移動子520の質量を増やすことができ、振動量の増加に寄与する。
第4の実施の形態では、移動子に板バネの一端を固定しておらず、これが当該移動子が積層基板に対して傾斜して移動する一因となっているが、当該移動子を傾斜させて移動させる手段はこれに限られない。たとえば、平面コイルの配線のピッチを、中央側を密に、外側を疎にしてもよい。また、第2磁気シールド部材を外すと、第2磁気シールド部材と移動子との間の磁気引力が無くなり、移動子はより傾斜しやすくなる。
第4の実施の形態では、接着済み永久磁石が2対の磁極を有する構成について説明したが、これに限らず、平面コイルと対向する面においてN極とS極とを有している構成であればよい。
第4の実施の形態では、第1の板バネ542および第2の板バネ544はどちらもPETなどの非磁性材料からなるバネである場合について説明したが、これに限られない。
100 振動モータ、 10 積層基板、 12 コイル、 12a 第1のコイル、 12b 第2のコイル、 16 入力端、 20 移動子、 22 磁気シールド部材、 24 永久磁石、 30 ガイド枠、 42 第1の板バネ、 44 第2の板バネ、 400 携帯端末装置。
Claims (8)
- コイルを有する基板と、
前記基板の一方の面側において、前記コイルと対向する磁極面を有し、前記基板上を移動する可動部と、
前記基板の一方の面上に設けられ、前記可動部の移動を受けとめる伝達部と、
前記可動部に伴って動く磁気シールド部材と、を備えることを特徴とする振動モータ。 - 前記可動部の前記磁極面には、前記可動部の移動方向においてN極とS極とが配置されることを特徴とする請求項1に記載の振動モータ。
- 前記磁気シールド部材は、前記可動部のうち、前記コイルと対向する磁極面とは反対側の面に取り付けられることを特徴とする請求項1または2に記載の振動モータ。
- 前記磁気シールド部材は、前記可動部のうち、前記コイルと対向する磁極面とは反対側の面に取り付けられた部分から、前記可動部の側面の少なくとも一部を覆うように延在していることを特徴とする請求項3に記載の振動モータ。
- 前記コイルは渦巻き状のコイルであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の振動モータ。
- 前記可動部は、単一のコイル上を移動することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の振動モータ。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の振動モータと、
前記振動モータを駆動し振動を発生せしめる駆動制御部と、を備えることを特徴とする携帯端末装置。 - 前記振動モータの面のうち前記磁気シールド部材側の面が、その反対側の面よりも当該携帯端末装置の筐体に近くなるように前記振動モータが前記筐体の内部に配置されることを特徴とする請求項7に記載の携帯端末装置。
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