JP2011200752A - 振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】電力効率の良い振動モータを提供する。
【解決手段】振動モータ１は、筒型形状の本体部分６Ａと、その両開口面を塞ぐ側面６Ｂとからなる筐体６と、筐体６内に収容され、筐体６に対して相対的に移動する可動部４と、筺体６の軸上に配置された磁性材料からなる棒状の鉄心７と、鉄心７に巻きつけられたコイル３とを備える。可動部４は、筒型形状であり、筒の内側と外側とで異なる磁極を有する磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂを含み、磁石の内側には鉄心７およびコイル３が配置されている。磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂは、その軸が同一線上に位置するように可動部４の進行方向に沿って配置され、隣接する各磁石の内側の磁極面が異なる極性を有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動モータに関する。

近年、ＰＤＡや携帯電話機等の携帯機器の小型化により、携帯機器を振動させるための装置にも小型化が要求されている。このような装置は、小型化に伴い振動量の低下が問題となる。携帯機器を振動させるための装置としては、一般に、コイルが発生する磁界により振動する可動部を備えた振動モータが用いられている。

従来の振動モータとして、特許文献１には振動アクチュエータの構成が開示されている。特許文献１に記載された振動アクチュエータは、固定部と、マグネットおよびヨークから構成される可動部と、可動部を固定部に対して可動自在に保持するＭ字型の弾性部材と、マグネットの磁束と鎖交する矩形状に巻かれたコイルとを備えており、コイルに電流を流すことにより可動部が直線移動する。
特開２００２−２００４６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された振動アクチュエータでは、矩形状のコイルのうち、可動部の移動方向と平行な方向に電流が流れる領域は可動部の移動に寄与しないため、電力効率が悪いという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力効率の良い振動モータを提供することである。

本発明の振動モータは、上記課題を解決するために、筒型形状の本体部分と、その両開口面を塞ぐ側面部分とからなる筐体と、筐体内に収容され、筐体に対して相対的に移動する可動部と、筺体の軸上に配置された磁性材料からなる棒状の軸部材と、軸部材に巻きつけられたコイルとを備え、可動部は、筒型形状であり、筒の内側と外側とで異なる磁極を有する少なくとも２つの磁石を含み、磁石の内側には軸部材およびコイルが配置されており、各磁石は、その軸が同一線上に位置するように可動部の進行方向に沿って配置され、隣接する各磁石の内側の磁極面が異なる極性を有することを特徴としている。

本発明の振動モータは、電力効率の良い振動モータを得ることができる。

（ａ）は第１実施形態に係る振動モータの構成を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面を矢印の方向から見た断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、上記振動モータの駆動方法を説明するための断面図である。 磁石の変形例を示す断面図である。 ヨークの変形例を示す断面図である。 鉄心の変形例を示す断面図である。 支持部材の変形例を示す断面図である。 振動モータを角型とした場合の磁石の配置を示す断面図である。 振動モータを角型とした場合の磁石の配置を示す断面図である。 振動モータの変形例を示す断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る振動モータ１の構成について、図１および図２を参照して説明する。図１（ａ）は振動モータ１の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面を矢印の方向から見た断面図である。

振動モータ１は、軸部２と、コイル３と、可動部４と、バネ部材５と、筐体６とから構成されている。筐体６は、円筒形状の本体部分６Ａと、その両端の開口部を塞ぐ側面６Ｂとから構成されている。筺体６の内部には、他の構成要素が収容されている。振動モータ１は、コイル３に電流を流すことにより、筐体６内において軸部２に沿って可動部４を往復移動させ、バネ部材５で可動部４の移動を受け止めて振動する構成である。

軸部２は、磁性材料からなる円柱状の鉄心７と、非磁性材料からなる円筒形状の支持部材８とからなる。鉄心７は、支持部材８の筒内部において、筐体６の軸上に配置される。また、鉄心７および支持部材８は、その両端部が筐体６の側面６Ｂに固定されている。なお、筐体６の軸とは、筐体６の両側面６Ｂの中心を結ぶ線のことを指す。

コイル３は、巻き線コイルであり、支持部材８の筒内部において、鉄心７に巻きつけられている。コイル３は、図１（ａ）の矢印の方向から見た場合、反時計回りに巻かれた領域３Ａと、時計回りに巻かれた領域３Ｂとを含む。領域３Ａは筐体６のＸ方向の中心よりもＸ２方向に配置されており、領域３ＢはＸ１方向に配置されている。コイル３の両端部は、筐体６の外部に引き出されており、図示しない制御装置に接続されている。制御装置は、コイル３に流れる電流の方向を周期的に切り替える。

可動部４は、ヨーク９と、磁石１０と、おもり１１とからなる。

ヨーク９は、円筒形状をしており、その筒内部を軸部２が貫通するとともに、その内周面上に円筒形状の磁石１０が設けられている。このとき、ヨーク９および磁石１０は、その軸（両側の開口面の中心を結ぶ線）が筐体６の軸に一致するように配置される。ヨーク９は、磁性材料から構成されており、パーマロイ、炭素鋼、普通鋼、珪素鋼、フェライト系ステンレス、パーメンジュール、マルテンサイト系ステンレス、析出硬化系ステンレス等が好適に用いられる。

磁石１０は、磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂの２つの磁石からなり、Ｘ方向に沿って並べて配置されている。磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂは、軸部２に面する側の部分（内周部）の磁極と、ヨーク９に面する側の部分（外周部）の磁極とがそれぞれ反対になっている。具体的には、磁石１０Ａは、内周部１０１がＮ極であり、外周部１０２がＳ極である。磁石１０Ｂは、内周部１０３がＳ極であり、外周部１０４がＮ極である。磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂは、各内周部の磁極面がコイル３の領域３Ａおよび領域３Ｂとそれぞれ面するように配置されている。

ここで、磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂは、磁石１０ＡのＮ極である内周部１０１からＳ極である外周部１０２に対して磁界を形成するとともに、磁石１０Ａの内周部１０１から磁石１０ＢのＳ極である内周部１０３に対しても磁界を形成する。また、磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂは、磁石１０ＢのＮ極である外周部１０４からＳ極である内周部１０３に対して磁界を形成するとともに、磁石１０Ｂの外周部１０４から磁石１０ＡのＳ極である外
周部１０２に対しても磁界を形成する。

磁石１０は、その内周面が軸部２の鉄心７と対向しており、外周面がヨーク９と対向している。鉄心７およびヨーク９は、磁性材料から構成されているため、磁石１０の磁束が優先的にその内部を通過する。そのため、磁石１０Ａの内周部１０１から外周部１０２へ向かう磁束は、まず、磁石１０Ａの内周面に対して垂直に、内周部１０１から鉄心７へ向かう。そして、鉄心７を通過してヨーク９へ向かい、ヨーク９を通過して外周部１０２へ向かう。また、磁石１０Ａの内周部１０１から磁石１０Ｂの内周部１０３へ向かう磁束は、まず、磁石１０Ａの内周面に対して垂直に、内周部１０１から鉄心７へ向かう。そして、鉄心７を通過して、鉄心７の外周面に対して垂直に、鉄心７から内周部１０３へ向かう。磁石１０Ｂの外周部１０４から内周部１０３および磁石１０Ａの外周部１０２へ向かう磁束も同様である。

おもり１１は、円筒形状をしており、ヨーク９の内周面上であって、磁石１０Ａと磁石１０Ｂとの間に配置されている。おもり１１は、非磁性材料から構成されており、タングステンおよびその合金、鉛、真鋳、銅、モリブデン等が好適である。磁石１０およびおもり１１の内周面は、軸部２の支持部材８の外周面と摺動可能に接触している。

バネ部材５は、軸部２を中心に円筒形状に巻かれたコイルバネであって、可動部４のＸ方向の両側端部と筐体６との間に配置されている。バネ部材５の一端は可動部４に接続されており、他端は筐体６に接続されている。なお、バネ部材５の直径は、可動部４の移動を効率良く受け止めるため、可動部４の直径に近い方が好ましい。

次に、振動モータ１の駆動方法について、図２を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、振動モータ１の駆動方法を説明するための断面図である。ここでは、可動部４をまずＸ１方向に移動させる場合について説明する。

可動部４をＸ１方向に移動させる場合、制御回路は、コイル３に対し図２（ａ）に示すＡ方向に電流を供給する。これにより、コイル３の領域３Ａには、矢印の方向から見て反時計回りに電流が流れる。また、コイル３の領域３Ｂには、矢印の方向から見て時計回りに電流が流れる。

ここで、磁石１０Ａの筒内部に形成される磁界の方向は、磁石１０Ａの内周面に対して垂直に、内周部１０１から鉄心７に向かった方向となる。また、磁石１０Ｂの筒内部に形成される磁界の方向は、鉄心７の外周面に対して垂直に、鉄心７から内周部１０３に向かった方向となる。このように、磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂにおいて発生する磁界は、コイル３の領域３Ａおよび領域３Ｂの電流の流れる方向と直交することとなる。

そのため、コイル３の領域３Ａを流れる電流は、磁石１０Ａの磁界からＸ２方向への力を受ける。また、コイル３の領域３Ｂを流れる電流は、磁石１０Ｂの磁界からＸ２方向への力を受ける。すなわち、コイル３には、Ｘ２方向への力が作用する。

しかし、コイル３は固定されているので、磁石１０は反作用によりＸ１方向への力を受けることになる。したがって、可動部４は、図２（ｂ）に示すように、Ｘ１方向に移動する。このとき、可動部４は、Ｘ１方向においてバネ部材５に支持されているために、バネ部材５が圧縮されて可動部４の移動を受け止める。

次に、制御回路は、コイル３に供給する電流の向きを、図２（ｃ）に示すＢ方向に切り替える。これにより、コイル３の領域３Ａには、矢印の方向から見て時計回りに電流が流れる。また、コイル３の領域３Ｂには、矢印の方向から見て反時計回りに電流が流れる。

そのため、コイル３の領域３Ａを流れる電流は、磁石１０Ａの磁界からＸ１方向への力を受ける。また、コイル３の領域３Ｂを流れる電流は、磁石１０Ｂの磁界からＸ１方向への力を受ける。これにより、可動部４は、図２（ｃ）に示すように、Ｘ２方向に移動する。このとき、可動部４は、Ｘ２方向においてバネ部材５に支持されているために、バネ部材５が可動部４の移動を受け止める。

以上のように、振動モータ１は、制御回路によりコイル３に供給する電流の方向を切り替えることにより、可動部４をＸ１方向及びＸ２方向に往復移動させる。このとき、制御回路がコイル３に電流を供給するタイミングを調節することにより、可動部４を共振させることができ、大きな振動量を得ることが可能である。

なお、可動部４をＸ１方向に最大に移動させたとき、磁石１０Ａがコイル３の領域３Ｂと重畳してしまうと、領域３Ｂを流れる電流が磁石１０Ａの磁界からＸ１方向の力を受け、磁石１０にＸ２方向への力が作用してしまう。すなわち、可動部４が移動しようとする方向とは逆方向に力が作用し、振動モータ１の振動量が低下してしまう。

そこで、磁石１０は、可動部４をＸ１方向に最大に移動させたとき、磁石１０Ａがコイル３の領域３Ａと重畳する領域が領域３Ｂと重畳する領域よりも大きくなるように、おもり１１の幅が調整されている。また、可動部４をＸ２方向に最大に移動させた場合も同様に、磁石１０Ｂがコイル３の領域３Ｂと重畳する領域が領域３Ａと重畳する領域よりも大きくなるように、おもり１１の幅が調節されている。

以下に、本実施形態の振動モータ１の効果について説明する。

（１）振動モータ１は、筐体６と、可動部４と、筺体６の軸上に配置された磁性材料からなる棒状の鉄心７と、鉄心７に巻きつけられたコイル３とを備える。可動部４は、筒型形状をしており、筒の内側と外側とで異なる磁極を有する磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂを含み、これらの内側には鉄心７およびコイル３が配置されている。また、磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂは、その軸が同一線上に位置するように可動部４の進行方向に沿って配置され、各磁石の内側の磁極面が異なる極性を有している。
上記構成により、磁石１０の磁束は、磁性材料からなる鉄心７を優先的に通過するため、磁石１０の内周面に対して垂直に、磁石１０から鉄心７へ向かった方向に形成される。そのため、磁石１０の磁束は、鉄心７に巻かれたコイル３の電流が流れる方向と直行する。すなわち、磁石１０と対向しているコイル３の領域全体が、コイル３に電流を供給した場合に可動部４を移動させる駆動力を生じるために寄与する。その結果、磁石に対向しているコイルの領域の一部しか駆動力を生じるために寄与しない従来の構成と比較して、振動モータ１の電力効率を著しく向上させることができ、振動量を増大させることができる。

（２）振動モータ１では、磁性材料からなる円筒形状のヨーク９の内周面上に、磁石１０が形成されている。これにより、磁石１０の磁束が優先的にヨーク９を通過するため、振動モータ１の外部に磁束が漏出することを抑制することができ、装置の信頼性を向上させることができる。

（３）振動モータ１は、磁石１０とコイル３との間に配置され、非磁性材料からなる円筒形状の支持部材８を備える。これにより、磁石１０とコイル３とが直接接触することを防止することができる。

（４）振動モータ１では、支持部材８の外周面と磁石１０の内周面とが摺動可能に接触している。これにより、可動部４を移動させた場合、可動部４はＸ方向に移動することは
できるが、Ｙ方向に移動することができない。そのため、可動部４がＹ方向に動くことにより筐体６と接触することを防止することができる。

以上のように、本実施形態の振動モータ１の構成について説明してきたが、本発明の振動モータは上述した構成に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。以下に、振動モータ１の変形例及びその効果について説明する。

本実施形態では、磁石１０は円筒形状の磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂから構成されているが、本発明はこれに限られない。図３は、磁石１０の変形例を示す断面図である。磁石１０Ａおよび磁石１０Ｂは、それぞれＹ方向およびＺ方向に４分割された４つの磁石から構成されていてもよい。また、磁石１０は、円筒形状であり、その軸が同一線上に位置するように可動部４の進行方向に配置された３つ以上の磁石から構成されていてもよい。この場合、隣接する磁石の鉄心７と対向する磁極面は互いに異なる極性を有する。

本実施形態では、ヨーク９のＸ方向の長さは、磁石１０のＸ方向の長さと略同一であるが、本発明はこれに限られない。図４は、ヨーク９の変形例を示す断面図である。ヨーク９は、Ｘ方向の長さが磁石１０のＸ方向の長さよりも長い構成であってもよい。これにより、磁石１０の磁束をより多くヨーク９内に閉じ込めることができるため、磁束漏れを抑制することができる。そのため、振動モータ３１の外部に磁束が漏出することを抑制することができ、装置の信頼性を向上させることができる。

本実施形態では、鉄心７のＸ方向の両端は、筐体６に固定されている構成であるが、本発明はこれに限られない。図５は、鉄心７の変形例を示す断面図である。鉄心７は、可動部４のＸ方向の長さと略同一であり、その両端が筐体６に固定されていない構成であってもよい。これにより、可動部４を移動させた場合、磁石１０との磁気引力により鉄心７も移動するため、可動部４の質量を増大することができる。そのため、振動モータ１の振動量を増大させることができる。

本実施形態では、支持部材８は、磁石１０の内周面上に、磁石１０と摺動可能に配置されているが、本発明はこれに限られない。図６は、支持部材８の変形例を示す断面図である。支持部材８は、筐体６の内周面上に設けられており、可動部４の外周面と摺動可能に接触している構成であってもよい。これにより、可動部４を移動させた場合、可動部４はＸ方向に移動することはできるが、Ｙ方向に移動することができない。そのため、可動部４がＹ方向に動くことにより筐体６と衝突することを防止することができる。

本実施形態では、鉄心７が円柱形状、その他の部材が円筒形状となっているが、本発明はこれに限られない。振動モータ１は、鉄心７が角柱形状、鉄心７および磁石１０以外の部材が直方体の筒型形状であってもよい。図７および図８は、振動モータ１が角型の場合の磁石の配置を示す断面図である。振動モータ１を角型にした場合、図７に示すように、磁石１０Ａは、支持部材８とヨーク９との間において、Ｙ方向の両側に配置された直方体形状の磁石２０１および磁石２０２から構成されていてもよい。さらに、磁石１０Ａは、図８に示すように、支持部材８とヨーク９との間において、Ｘ方向の両側に配置された直方体形状の磁石２０３および磁石２０４を含んでいてもよい。また、磁石１０Ｂも同様である。

本実施形態では、振動モータ１の各構成要素は、鉄心７を軸として同心円上に設けられているが、本発明はこれに限られない。図９は、振動モータ１の変形例を示す断面図である。振動モータ１は、鉄心７に対して筐体６のみを同心円上に配置し、その他の構成要素については軸が鉄心７の位置とは異なるように配置してもよい。上記構成により、筐体６の内周面とヨーク９の外周面とが接触する。その結果、制御回路がコイル３への電流の供給を停止した場合に、筐体６の内周面とヨーク９の外周面との摩擦により、可動子４の移動を迅速に止めることが可能である。なお、振動モータ１では、鉄心７に対し、コイル３、磁石１０、ヨーク９および筐体６の少なくとも１つの軸を異ならせることにより、上記効果を得ることが可能である。

本実施形態では、バネ部材５は円筒形状に巻かれたコイルバネを用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、バネ部材５として、その直径が可動部４側から筐体６側に向かって小さくなるように円錐形状に巻かれたコイルバネを用いてもよい。また、バネ部材５の直径が筐体６側から可動部４側に向かって小さくなるように円錐形状に巻かれたコイルバネを用いてもよい。上述した構成のバネ部材５を用いることにより、可動部４が移動することにより可動部４と筐体６との間でバネ部材５が圧縮された場合であっても、バネの線同士が重ならない。そのため、可動部４の移動量を確保したまま、振動モータ１を小型化することが可能となる。

１ 振動モータ
２ 軸部
３ コイル
４ 可動部
５ バネ部材
６ 筐体
７ 鉄心
８ 支持部材
９ ヨーク
１０ 磁石
１１ おもり

Claims (7)

1. 筒型形状の本体部分と、その両開口面を塞ぐ側面部分とからなる筐体と、
   前記筐体内に収容され、前記筐体に対して相対的に移動する可動部と、
   前記筺体の軸上に配置された磁性材料からなる棒状の軸部材と、
   前記軸部材に巻きつけられたコイルとを備え、
   前記可動部は、筒型形状であり、筒の内側と外側とで異なる磁極を有する少なくとも２つの磁石を含み、前記磁石の内側には前記軸部材および前記コイルが配置されており、
   前記各磁石は、その軸が同一線上に位置するように前記可動部の進行方向に沿って配置され、隣接する前記各磁石の内側の磁極面が異なる極性を有することを特徴とする振動モータ。
2. 前記可動部は、磁性材料からなる筒型形状のヨークをさらに備え、前記磁石は前記ヨークの内周面上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動モータ。
3. 前記磁石と前記コイルとの間に配置され、非磁性材料からなる筒型形状の支持部材をさらに備え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。
4. 前記支持部材は、その外周面と前記磁石の内周面とが摺動可能に接触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。
5. 前記筐体の内周面に設けられた非磁性材料からなる筒型形状の支持部材をさらに備え、
   前記可動部は、その外周面が前記支持部材の内周面と摺動可能に接触してい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。
6. 前記ヨークの両端の開口部間の長さは、前記磁石の両端の開口部間の長さよりも長いことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の振動モータ。
7. 前記軸部材に対し、前記コイル、前記可動部および前記筐体の少なくとも１つの軸の位置が異なることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動モータ。

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