JP2017017873A - リニア振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】固定シャフトを備えることで、安定した振動が得られると共に耐衝撃強度に優れる利点を享受しながら、薄型化或いは幅方向のコンパクト化を可能にする。【解決手段】リニア振動モータ１は、マグネット部４と錘部７を備える可動子１０と、可動子１０を収容する枠体２と、枠体２に固定されマグネット部４を一軸方向に沿って駆動するコイル３と、マグネット部４に付与される駆動力に反発する弾性力を可動子１０に付与する弾性部材６と、一軸方向に沿って配置され、一端側が枠体に固定されると共に、自由端側が可動子１０を摺動自在に支持する一対のガイドシャフト８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、リニア振動モータに関するものである。

振動モータ（或いは振動アクチュエータ）は、携帯電子機器に内蔵され、着信やアラームなどの信号発生を振動によって携帯者に伝える装置として広く普及しており、携帯者が身につけて持ち運ぶウエアラブル電子機器においては、不可欠な装置になっている。また、振動モータは、タッチパネルなどのヒューマン・インターフェイスにおけるハプティクス（皮膚感覚フィードバック）を実現する装置として、近年注目されている。

振動モータは、各種の形態が開発されている中で、直線的な往復振動によって比較的大きな振動を発生させることができるリニア振動モータが注目されている。このリニア振動モータは、直線状の固定シャフトを設け、これに沿って可動子を振動させることで、安定した振動を得ることができ、また固定シャフトで可動子を保持することができるので、落下衝撃時の耐損傷性を得ることができる。

固定シャフトを備えるリニア振動モータの従来技術は、可動子側に錘とマグネットを設け、固定子側に設けたコイルに通電することでマグネットに駆動力（ローレンツ力）を与えるものにおいて、可動子に振動方向に沿った貫通孔を形成し、この貫通孔に一本の固定シャフトを通したもの（下記特許文献１参照）、或いは、振動方向に沿って２本の固定シャフトを設け、２本の固定シャフトの間にコイルとマグネットを配置して可動子を２本の固定シャフトによって摺動自在に支持したもの（下記特許文献２参照）などが提案されている。

特開２０１２−１６１５３号公報 特開２０１１−９７７４７号公報

携帯電子機器やウエアラブル電子機器の小型化・薄型化に伴い、それに装備される振動モータには一層の小型化・薄型化の要求がなされている。特に、スマートホンなどのフラットパネル表示部を備える電子機器においては、表示面と直交する厚さ方向の機器内スペースが限られているので、そこに配備される振動モータには薄型化の高い要求がある。

固定シャフトを備えるリニア振動モータの薄型化を考えた場合、前者の従来技術のように、振動方向に沿ってマグネットに錘部を連結した可動子に、振動方向に沿った貫通孔を形成するものでは、マグネット自体に貫通孔を形成することになり、所望の駆動力を得るのに十分なマグネットの体積を確保するためには、固定シャフトの直径に対してマグネットの厚さを十分に厚くすることが必要になる。更に、このマグネットの周囲に更にコイルを配備して駆動部を構成するので、薄型化に対しては十分に対応することができない問題がある。

前述した後者の従来技術のように、２本の固定シャフトを設けてその間にコイルとマグネットを配置するものでは、マグネットに貫通孔を形成する必要が無いのでマグネットの薄型化が可能になる。しかしながら、マグネットの両サイドに２本の固定シャフトを設けているので、リニア振動モータの幅が大きくなる問題が生じる。近年の小型化した電子機器に装備するリニア振動モータとしては、厚さ方向だけで無く幅方向に関してもよりコンパクトなものが求められている。

また、前述した従来技術はいずれも固定シャフトの回りにコイルバネを配置しているので、コイルバネの径を固定シャフトの直径より大きくする必要がある。固定シャフトの直径は部品の加工性及び安定した振動を得るためにはある程度の大きさが必要になるので、それに対してさらに大きい径のコイルバネが配置されることによって薄型化への対応が困難になる問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、固定シャフトを備えることで、安定した振動が得られると共に耐衝撃強度に優れる利点を享受しながら、薄型化或いは幅方向のコンパクト化を可能にすること、更には、マグネットの体積減少や錘の体積減少を抑えた上で、薄型化或いは幅方向のコンパクト化を可能にすること、などが本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明によるリニア振動モータは、以下の構成を具備するものである。
マグネット部と錘部を備える可動子と、前記可動子を収容する枠体と、前記枠体に固定され前記マグネット部を一軸方向に沿って駆動するコイルと、前記マグネット部に付与される駆動力に反発する弾性力を前記可動子に付与する弾性部材と、前記一軸方向に沿って配置され、一端側が前記枠体に固定されると共に、自由端側が前記可動子を摺動自在に支持する一対のガイドシャフトとを備えることを特徴とするリニア振動モータ。

このような特徴を有する本発明のリニア振動モータは、安定した振動が得られ、耐衝撃強度に優れており、薄型化或いは幅方向のコンパクト化が可能なる。また、マグネット部の体積減少や錘部の体積減少を抑えることができる。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータを示した説明図（分解斜視図）である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータを示した説明図（断面図）である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータのガイドシャフトとガイドシャフト支持部材を示した説明図（斜視図）である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの他の形態例を示した説明図（分解斜視図）である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータを装備した電子機器（携帯情報端末）を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する（以下、異なる図における同一符号は同一部位を示しており、各図における重複説明は省略する。）。図１〜図３は、本発明の一実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示している。各図におけるＸ方向が振動方向（一軸方向）を示しており、Ｙ方向が幅方向、Ｚ方向が厚さ（高さ）方向を示している。

リニア振動モータ１は、マグネット部４と錘部７を備える可動子１０と、可動子１０を収容する枠体２と、枠体２に固定されマグネット部４を一軸方向に沿って駆動するコイル３と、マグネット部４に付与される駆動力に反発する弾性力を可動子１０に付与する弾性部材６とを備えている。

枠体２は、各部を収容することができる枠構成を有していればよいが、図示の例では、矩形状の底面２Ａの周辺に立設される側壁２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅを備えている。また、枠体２は、枠体２内の収容物を覆う蓋板２Ｑを必要に応じて備えている。蓋板２Ｑは側壁２Ｂ〜２Ｅの上端面に取り付けられる矩形板状に形成される。枠体２は、金属板を加工（プレス加工など）することで形成することができる。図示の例では、枠体２は、幅方向（図示Ｙ方向）の寸法に対して、厚さ方向（図示Ｚ方向）の寸法を小さく、振動方向（図示Ｘ方向）の寸法を大きくした薄厚状の略直方体形状（箱形形状）になっている。

リニア振動モータ１は、枠体２に固定されたコイル３と可動子１０の一部であるマグネット部４によって駆動部が構成されている。枠体２に固定されたコイル３に、枠体２に設けた信号入力部２Ａ１から振動発生電流を入力することで、マグネット部４に一軸方向（図示Ｘ方向）に沿ったローレンツ力（駆動力）が作用する。

マグネット部４は、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿った極性を有する偏平矩形状のマグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃを互いに同極が向き合うように複数配置して、スペーサヨーク４Ｄ，４Ｅを間に挟んで結合したものである。マグネット部４の側面には必要に応じて補強板５が固着されており、これによってマグネット部４の剛性を高めている。

コイル３は、磁極の向きをＸ方向に向けたマグネット部４の回りに、Ｙ，Ｚ方向に沿って電線を巻いたものであり、その上面と下面の一方又は両方、更には必要に応じて側面を、枠体２の内面に固定している。コイル３の枠体２への固定は、枠体２に直接固定してもよいし、コイル３をコイルボビンに巻いてコイルボビンを枠体２に固定してもよい。

可動子１０は、図示の例では、錘部７がマグネット部４の一軸方向（図示Ｘ方向）両端部に連結されている。錘部７は、比重の高い金属材料（例えば、タングステン）などによって構成することができ、図示の例では、マグネット部４の厚さよりも大きいＺ方向高さを有すると共にマグネット部４の幅より大きいＹ方向の幅を有する略直方体形状を有している。錘部７は、連結部材１２を介してマグネット部４に連結されている。

枠体２には、一対のガイドシャフト８が固定されている。一対のガイドシャフト８は、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って分割配置されており、その一端側が枠体２に固定されると共に、他端側（自由端側）が可動子１０に摺動自在に支持されている。図示の例では、一対のガイドシャフト８は、その中心が一致するように配置されている。尚、一対のガイドシャフト８は、一軸方向に沿っていればよく、その中心軸が平行になるように並べて設けられていてもよい。

一対のガイドシャフト８の一端側は、図示の例では、２点で枠体２に支持されている。具体的には、ガイドシャフト８の端部が枠体２の側壁２Ｂ，２Ｃに固定されており、更に、ガイドシャフト８の端部から離れたところで支持部２Ｓによって支持されている。

図３に示すように、側壁２Ｂ，２Ｃと支持部２Ｓは一つのガイドシャフト支持部材１１として一体に形成することができる。図示の例では、側壁２Ｂ，２Ｃに軸方向に延びる延設部を設けてその先端部を折り曲げることで支持部２Ｓを形成している。図示のように、ガイドシャフト支持部１１がガイドシャフト８を支持した状態で、一つの組み付け部品として構成することができる。

可動子１０には、ガイドシャフト８の自由端側（他端側）が挿入される孔７Ｂが一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って設けられている。孔７Ｂ内には、ガイドシャフト８がＸ方向に摺動自在な軸受９を設けており、これによって、ガイドシャフト８の他端側は可動子１０の軸受９に摺動自在に支持されている。可動子１０に設けられる孔７Ｂは、可動子１０の錘部７に設けており、可動子１０のマグネット部４には孔を設けていない。このように、一対のガイドシャフト８は、枠体２に対して片持ち保持され、自由端側（他端側）に延長線上にマグネット部４が配置されている。

弾性部材６は、一軸方向に沿った一対のガイドシャフト８とは非同軸に配置され、コイル３とマグネット部４とによって生じる駆動力に反発する弾性力を、可動子１０に付与している。図示の例では、弾性部材６として一軸方向（Ｘ方向）に沿って延び縮みするコイルバネを用いており、片側２個の弾性部材６を錘部７と枠体２の側壁２Ｂ，２Ｃの間に介在させている。図示の例では、弾性部材６は一対のガイドシャフト８と平行に配置されている。そして、弾性部材６の一端は枠体２の側壁２Ｂ，２Ｃに設けた支持突起２Ｐに係止されており、弾性部材６の他端は錘部７の端部７Ａに設けた支持突起７Ａ１に係止されている。

このようなリニア振動モータ１の動作を説明する。非駆動時には、可動子１０は弾性部材６の弾性力が釣り合う振動中心位置で静止している。そして、コイル３に、可動子１０の質量と弾性部材６の弾性係数で決まる共振周波数の振動発生電流を入力すると、マグネット部４にＸ方向の駆動力が付与され、この駆動力と弾性部材６の弾性反発力によって可動子１０が一軸方向に沿って往復振動する。

このようなリニア振動モータ１によると、一対のガイドシャフト８がマグネット部４を貫通しないので、一対のガイドシャフト８の直径とは無関係にＹ方向に幅広でＺ方向には薄いマグネット部４によって十分な駆動力が得られるマグネット体積を確保することができる。これによって十分な駆動力が得られる薄型のリニア振動モータ１を得ることができる。これに対して、従来技術のように固定シャフトがマグネット部を貫通するものでは、十分な駆動力を得るためにはマグネット部の厚さを固定シャフトよりかなり大きくする必要があり、更にその回りにコイルが巻かれることになるので、固定シャフトの直径と駆動力を基準に考えた場合に十分な薄型化が困難になる。

更に、一対のガイドシャフト８で可動子１０を軸支持する本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、マグネットの左右両サイドに振動方向に沿った一対の固定シャフトを設ける従来技術と比較すると、マグネット部４の左右には軸配置のスペースが不要になるので左右の幅をコンパクト化することが可能になる。

そして、本発明の実施形態におけるリニア振動モータ１の錘部７は、直方体形状に形成することができ、その内部にガイドシャフト８が通る分だけの孔７Ｂを形成すればよいので、錘部７の体積を十分に大きくすることができる。これによって、振動の慣性力となる可動子１０の質量を十分に確保することができる。

更には、弾性部材６を一対のガイドシャフト８に対して非同軸に配置しているので、弾性部材６の直径を一対のガイドシャフト８の直径とは無関係に細径化することができる。弾性部材６を細径化した場合の弾性力の設定は、弾性部材６の材料選択や弾性部材６を多数並列させることなどで適宜設定することができる。これによっても、可動子１０を軸支持したリニア振動モータ１の薄型化が可能になる。

この際、一対のガイドシャフト８によって軸支持される可動子１０は、一対のガイドシャフト８の回りに回転して、可動子１０の左右両側が上下に揺動することが考えられる。これに対しては、錘部７とマグネット部４とを連結する連結部材１２の下部を錘部７から突出するように設けて、当接部１２Ａとしており、枠体２の内面に、連結部材１２の当接部１２Ａが摺動接触する摺動受け部２Ｒを設けている。これによると、摺動受け部２Ｒを樹脂材料などで形成することで、連結部材１２の当接部１２Ａが枠体２の内面に接触した場合にも異音の発生などを抑制することができ、安定した振動を維持することができる。

このようなリニア振動モータ１は、可動子１０の錘部７に連結されるマグネット部４の位置を錘部７の軸方向中心に配置することが好ましい。このようにマグネット部４を配置することで、金属製の枠体２の底面２Ａとマグネット部４との間に働く磁気吸引力が左右均等に働くことになり、左右の一方に偏って磁気吸引力が働く場合と比較して可動子１０の振動を安定にすることができる。

図４は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１の他の形態例を示している。この形態例は、マグネット部４とコイル３の配置構成が異なるが、その他の構成は前述した形態例と同様である。この例では、可動子１０におけるマグネット部４は、図示Ｚ方向に沿って互いに逆向きに着磁されたマグネット片４Ｘ，４Ｙがマグネット支持部材４Ｐに支持されて、錘部７に連結されている。これに対して、図示Ｙ方向に沿った直線部３Ｘ，３Ｙを有するコイル３が枠体２の底面２Ａに固定されており、コイル３の直線部３Ｘ，３Ｙがマグネット片４Ｘ，４Ｙにそれぞれ対向して配置されている。このようなマグネット部４とコイル３によっても、前述した例と同様に、コイル３に振動発生電流を入力することで、マグネット部４にＸ方向の駆動力が付与され、この駆動力と弾性部材６の弾性反発力によって可動子１０が一軸方向に沿って往復振動する。

以上説明したように、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、一対のガイドシャフト８によって可動子１０を軸支持して振動させることで、固定シャフトを設ける場合と同様に安定した振動を得ることができると共に落下衝撃時の耐損傷性を得ることができる。そして、このようなリニア振動モータ１において、またマグネット部４や錘部７の体積減少を抑えた上で薄型化や幅方向のコンパクト化を達成することができる。

図５は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１を装備した電子機器の一例として、携帯情報端末１００を示している。安定した振動が得られ薄型化や幅方向のコンパクト化が可能なリニア振動モータ１を備える携帯情報端末１００は、通信機能における着信やアラーム機能などの動作開始・終了時を異音が発生しにくい安定した振動で使用者に伝えることができる。また、リニア振動モータ１の薄型化・幅方向のコンパクト化によって高い携帯性或いはデザイン性を追求した携帯情報端末１００を得ることができる。更に、リニア振動モータ１は、厚さを抑えた直方体形状の枠体２内に各部を収容したコンパクト形状であるから、薄型化された携帯情報端末１００の内部にスペース効率よく装備することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：リニア振動モータ，
２：枠体，２Ａ：底面，２Ａ１：信号入力部，
２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ：側壁，
２Ｐ：支持突起，２Ｑ：蓋板，２Ｒ：摺動受け部，２Ｓ：支持部，
３：コイル，３Ｘ，３Ｙ：直線部，４：マグネット部，
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｘ，４Ｙ：マグネット片，
４Ｄ，４Ｅ：スペーサヨーク，４Ｐ：マグネット支持部材，
５：補強板，６：弾性部材，
７：錘部，７Ａ：端部，７Ａ１：支持突起，７Ｂ：孔，
８：ガイドシャフト，９：軸受，１０：可動子，
１１：ガイドシャフト支持部材，１２：連結部材，１２Ａ：当接部，
１００：携帯情報端末

Claims (6)

1. マグネット部と錘部を備える可動子と、
   前記可動子を収容する枠体と、
   前記枠体に固定され前記マグネット部を一軸方向に沿って駆動するコイルと、
   前記マグネット部に付与される駆動力に反発する弾性力を前記可動子に付与する弾性部材と、
   前記一軸方向に沿って配置され、一端側が前記枠体に固定されると共に、自由端側が前記可動子を摺動自在に支持する一対のガイドシャフトとを備えることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記可動子は、前記錘部に前記ガイドシャフトを挿通する孔と前記ガイドシャフトを摺動自在に支持する軸受を設けたことを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータ。
3. 前記ガイドシャフトは、前記一端側で２点支持されていることを特徴とする請求項１又は２記載のリニア振動モータ。
4. 前記ガイドシャフトは、前記一軸方向に交差する前記枠体の側壁と、該側壁と一体の支持部によって２点支持されていることを特徴とする請求項３記載のリニア振動モータ。
5. 前記一対のガイドシャフトと前記弾性部材は非同軸に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のリニア振動モータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のリニア振動モータを備える携帯情報端末。

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