JP2017064581A - リニア振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】リニア振動モータにおいて、駆動力の低下を抑えながら、可動子全体の質量を高めて、効果的な振動を得る。【解決手段】リニア振動モータ１は、マグネット部２Ａと錘部２Ｂを備える可動子２と、可動子２を往復振動自在に支持する枠体３と、枠体３に固定され、可動子２を振動させる駆動力をマグネット部２Ａに付与するコイル４と、駆動力に反発する弾性力を可動子２に付与する弾性部材５とを備え、マグネット部２Ａは、可動子２の振動方向に沿って着磁された複数のマグネット片１１，１２，１３が、互いに近接する磁極が同極になるように、可動子２の振動方向に沿って並べて配列され、錘部２Ｂは、可動子２の振動方向両端部に配置される端部錘体２０と、複数配置されるマグネット片１１，１２，１３の間に配置される中間錘体２１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、筐体及びコイルを備えた固定子と、マグネット及び錘部（分銅）を備えた可動子とを備え、コイルに駆動電流を通電することでマグネットに加わる駆動力（ローレンツ力）で可動子をリニア振動させている（下記特許文献１参照）。

特開２０１５−９５９４３号公報

前述したリニア振動モータは、駆動電流に可動子の質量と可動子を支持するバネ（弾性部材）の弾性係数で決まる共振周波数の交流が用いられるので、可動子の質量をより大きくすることで効果的な振動を得ることができる。

しかしながら、リニア振動モータにおける可動子は、高密材料を選択し難いマグネットを高密度材料からなる錘部に連結して構成しているので、可動子全体の設定された体積内で錘部の体積割合を増やして可動子全体の質量を高めようとすると、その分マグネットの体積が減ることになり、十分な駆動力を得ることができなくなる。

本発明の課題は、このような問題を解決することにある。すなわち、リニア振動モータにおいて、駆動力の低下を抑えながら、可動子全体の質量を高めて、効果的な振動を得ること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、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、前記可動子を往復振動自在に支持する枠体と、前記枠体に固定され、前記可動子を振動させる駆動力を前記マグネット部に付与するコイルと、前記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を備え、前記マグネット部は、前記可動子の振動方向に沿って着磁された複数のマグネット片が、互いに近接する磁極が同極になるように、前記可動子の振動方向に沿って並べて配列され、前記錘部は、前記可動子の振動方向両端部に配置される端部錘体と、複数配置される前記マグネット片の間に配置される中間錘体とを備えることを特徴とするリニア振動モータ。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示した分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの断面図である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの可動子の全体構成を示した分解斜視図である。 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の一例（携帯電子機器）を示した説明図（斜視図）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機能の部位を示しており、各図における重複説明は省略する。）。図１及び図２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。また、図３は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータの可動子の全体構成を示している。各図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向は互いに直交する方向を示しており、Ｘ方向が可動子の振動方向（一軸方向）、Ｙ方向がリニア振動モータ（可動子）の幅方向、Ｚ方向がリニア振動モータ（可動子）の厚さ（高さ）方向をそれぞれ示している。

リニア振動モータ１は、マグネット部２Ａと錘部２Ｂを備える可動子２と、可動子２を往復振動自在に支持する枠体３と、枠体３に固定され、可動子２を振動させる駆動力をマグネット部２Ａに付与するコイル４と、駆動力に反発する弾性力を可動子２に付与する弾性部材５とを備える。そして、マグネット部２Ａは、可動子２の振動方向に沿って着磁された複数のマグネット片１１，１２，１３が、互いに近接する磁極が同極になるように、可動子２の振動方向（図示Ｘ方向）に沿って並べて配列されている。更に、錘部２Ｂは、可動子２の振動方向両端部に配置される端部錘体２０と、複数配置されるマグネット片１１，１２，１３の間に配置される中間錘体２１とを備える。

このようなリニア振動モータ１は、可動子２のマグネット部２Ａが、可動子２の振動方向（図示Ｘ方向）に沿って着磁された複数のマグネット片１１，１２，１３を備えており、その複数のマグネット片１１，１２，１３が、互いに近接する磁極が同極になるように、可動子２の振動方向（図示Ｘ方向）に沿って並べて配列されており、複数のマグネット片１１，１２，１３の同極間に中間錘体２１が配置されている。これによって、マグネット部２Ａの駆動力を維持しながら、可動子２全体の質量を高めて、効果的な振動を得ることができる。ここでは、複数のマグネット片１１，１２，１３が３個配列される例を示しているが、これに限らず、マグネット片は２個又は４個以上であってもよい。その場合には、隣り合うマグネット片の間には全て中間錘体２１が配置される。

従来のリニア振動モータは、マグネット部を構成する際に、可動子の振動方向に沿って着磁された複数のマグネット片を、同極が互いに近接するように可動子の振動方向に沿って配列した場合には、複数のマグネット片の同極間にヨーク（磁性体）を配置して、マグネット片の磁力線がヨークを介して周囲に放射されるようにしていた。このような従来技術では、ヨークに対して高密度の材料を用いていなかったので、可動子の質量を十分に高めることができなかった。

これに対して、本発明の実施形態は、ヨークに代えて鉄（鉄の密度は７．９ｇ／ｃｍ³）よりも高密度材料からなる中間錘体２１を配置することで、可動子２の質量を高めている。本発明の発明者は、隣り合うマグネット片１１，１２，１３における同極間の距離を適正に確保すれば、その間に磁性体であるヨークを配置しなくても、その周囲に配置されるコイル４を横切る磁力線を十分に確保することができることを、磁力線解析の結果見出し、本発明に至った。本発明の実施形態によると、従来技術に対してマグネット部２Ａの駆動能力と可動子２全体の体積を同等にしながら、可動子２の質量を高め、効果的な振動を得ることができる。

この際、中間錘体２１の振動方向（図示Ｘ方向）の幅は、マグネット部２Ａの磁力線が効果的にコイル４を横切るように、適正に設定されている。すなわわち、中間錘体２１は、近接するマグネット片１１，１２，１３の磁極間隔を規制するスペーサを兼ねている。

以下、図示の例に沿って細部を説明するが、本発明の実施形態は、特にこれに限定されるものではない。

リニア振動モータ１は、マグネット部２Ａ、錘部２Ｂ、ガイドシャフト６、連結部材２２及び連結片２３が一体的になった可動子２と、可動子２を一軸方向に沿って往復振動自在に支持する枠体３と、枠体３に固定されマグネット部２Ａを一軸方向に沿って駆動するコイル４と、マグネット部２Ａに付与される駆動力に反発する弾性力を可動子２に付与する弾性部材５とを具備している。

前述したように、可動子２のマグネット部２Ａは、複数のマグネット片１１，１２，１３を備えており、可動子２の錘部２Ｂは、端部錘体２０と中間錘体２１を備えている。ここで、錘部２Ｂの端部錘体２０と中間錘体２１は、マグネット片１１，１２，１３に対して高密度の材料が用いられており、例えば、密度が１８ｇ／ｃｍ³程度のタングステン合金などを用いることができる。このように中間錘体２１は、端部錘体２０と同一の材料（タングステン）を含むことで、可動子２の質量増加に寄与している。尚、中間錘体２１と端部錘体２０の両方は同一のタングステン合金にしてもよい。

可動子２は、マグネット部２Ａにおける一軸方向の一端側に連結部材２２を接続するとともに、その他端側には連結片２３を接続している。連結部材２２と連結片２３には、それぞれ、端部錘体２０及びガイドシャフト６が接続されている。端部錘体２０及びガイドシャフト６は、マグネット部２Ａを間に置くようにして、一軸方向に沿う一方側と他方側に配設され、端部錘体２０から突出するガイドシャフト６の突端側は自由端となっている。

マグネット部２Ａ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１１，１２，１３を互いに同極が近接するように複数配置している。これに対して、錘部２Ｂは、マグネット片１１，１２，１３の間に中間錘体２１をそれぞれ配置し、マグネット部２Ａの両端に端部錘体２０を接続している。マグネット片１１，１２，１３と中間錘体２１の側部には、連結部材２２の補強片部２２Ｂが接続されており、これによってマグネット片１１，１２，１３と中間錘体２１との接合の剛性が高められている。

ここでの連結部材２２は、マグネット部２Ａの一端部に接着固定されるとともに一方のガイドシャフト６に接続された連結片部２２Ａと、連結片部２２Ａの両端側から延設されマグネット片１１，１２，１３と中間錘部２１の両側面に接着剤を介して接着された二つ補強片部２２Ｂとを一体に有するコの字状に形成される。この連結部材２２は、例えば、非磁性のステンレス等、比較的剛性の高い非磁性金属材料から形成される。

連結片部２２Ａには、中心軸線に沿ってガイドシャフト６を挿入し接続する孔２２Ａ１と、中心軸線から離れた位置で端部錘体２０の凸部２０Ｘを嵌合する嵌合孔２２Ａ２とが設けられる。孔２１Ａとガイドシャフト６の接続は、好ましくは圧入と溶接の併用とされるが、圧入のみ、又は溶接のみとすることも可能である。また、連結片部２２Ａと端部錘体２０の接続は、好ましくは接着と溶接の併用とされるが、接着のみ、又は溶接のみとすることも可能である。また、連結片部２２Ａとマグネット部２Ａの接続は、接着剤を用いた接着とされるが、接着及び溶接の併用、又は溶接のみとすることも可能である。

補強片部２２Ｂは、連結片部２２Ａの一端側から一軸方向に沿って延設され、複数のマグネット片１１，１２，１３及び中間錘体２１を跨るようにして、これらの側面に接着固定される。この補強片部２２Ｂにおける一軸方向の中央寄りの部分は、他の部分よりもマグネットの厚さ方向（図示Ｚ方向）に幅狭に形成され、これによってコイル４に干渉し難くしている。

連結片２３は、マグネット部２Ａにおける連結片部２２Ａと逆側の端部に接着固定される平板状の部材であり、中心軸線に沿って他方のガイドシャフト６を挿入し接続する孔２３Ａと、中心軸線から離れた位置で端部錘体２０の凸部２０Ｘを嵌合する嵌合孔２３Ｂとを有する。これら孔２３Ａ及び嵌合孔２３Ｂは、連結片部２２Ａと同様にして、他方の端部錘体２０及びガイドシャフト６を接続している。また、連結片２３は連結片部２２Ａと同様にして、マグネット部２Ａと接続されている。この連結片２３は、例えば、非磁性のステンレス等、比較的剛性の高い非磁性金属材料から形成される。

端部錘体２０は、マグネット部２Ａの一軸方向（図示Ｘ方向）両端部に、連結片部２２Ａ及び連結片２３を介して連結されている。この端部錘体２０は、図示の例では、マグネット部２Ａ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２Ａの幅より大きいＹ方向の幅を有する矩形断面形状に形成される。

この端部錘体２０には、中心軸線上にガイドシャフト６を挿通するための貫通孔２０Ｙが設けられ、中心軸線から離れた位置に、凸部２０Ｘが設けられる。また、この端部錘体２０におけるシャフト突出方向側には、一軸方向に沿ってマグネット部２Ａ側へ凹むようにガイドシャフト支持部２０Ａが設けられ、このガイドシャフト支持部２０Ａの凹部内の空間にガイドシャフト６が配置される。そして、ガイドシャフト支持部２０Ａは、ガイドシャフト６を摺動自在に軸支する軸受７の一部又は全部を内在しており、可動子２の比較的大きな振幅を確保する。

枠体３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３０Ａを有し、その周辺に立設される壁部３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅを備えた収容枠３０と、収容枠３０内の収容物を覆う蓋体３１を備えている。蓋体３１は、壁部３０Ｂ〜３０Ｅの上端面に取り付けられる矩形板状に形成される。収容枠３０及び蓋体３１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、収容枠３０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偏平状（扁平状）の略直方体形状（箱形形状）になっている。

収容枠３０の底面３０Ａにおける一軸方向の両側には、二つのガイドシャフト６をそれぞれ摺動自在に支持するように軸受７が固定される。収容枠３０の底面３０Ａには、軸受支持部７Ａが設けられ、この軸受支持部７Ａに軸受７が取り付けられている。ここでは、ガイドシャフト６を可動子２側に固定して、軸受７を枠体３側に固定した例を示しているが、その逆に、ガイドシャフト６を枠体３側に固定して、可動子２（端部錘体２０）に軸受７を固定するようにしてもよい。収容枠３０の壁部３０Ｂ，３０Ｄの内面には、ガイドシャフト６の端部が衝突する際の衝撃を吸収する緩衝部材３２が装着されている。

また、収容枠３０の底面３０Ａ上には、連結片２３の位置に対応するように、摺動受け部３０Ｒが設けられる。摺動受け部３０Ｒは、可動子２がガイドシャフト６回りに回転した場合に、連結片２３の当接部を受けて、端部錘体２０が収容枠３０の内面に直接接触するのを防いでいる。このように、滑らかに加工しやすい連結片２３の当接部を摺動受け部３０Ｒ上に摺動させるようにしているため、可動子２をスムース且つ静かに振動させることができ、更にはリニア振動モータ１の長寿命化をはかることが可能になる。

コイル４は、図示の例では、磁極の向きをＸ方向に向けたマグネット部２Ａ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３の内面に固定している。コイル４の枠体３への固定は、枠体３に直接固定してもよいし、コイル４をコイルボビンに巻いてコイルボビンを枠体３に固定してもよい。

このコイル４は、図示例によれば、一軸方向に並ぶように二つ設けられる。これら二つのコイル４の一方と他方は、電線の巻方向が互いに逆になっている。そして、各コイル４は、隣接するマグネット片１１，１２（又は１２，１３）を跨るようにしてこれら隣接するマグネット間の中央寄り配置される。二つのコイル４は、直列に接続され、その電線の両端部を、枠体３から外部に露出した入力端子部３０Ｆに電気的に接続している。

コイル４内に可動子２を組み込む作業は、可動子２から一方側の連結片２３、端部錘体２０及びガイドシャフト６が外された状態において、マグネット部２Ａの部分がコイル４内に挿通される。また、別途、連結片２３にガイドシャフト６が接続され、さらに、端部錘体２０が、ガイドシャフト６に装着され、その後で、連結部材２２の両補強片部２２Ｂの端部に連結片２３が接続される。

また、弾性部材５は、一軸方向に沿った一対のガイドシャフト６とは非同軸に配置され、コイル４とマグネット部２Ａとによって生じる駆動力に反発する弾性力を、可動子２に付与している。図示の例では、弾性部材５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５を端部錘体２０と枠体３の壁部３０Ｂ，３０Ｄの間に介在させている。図示の例では、弾性部材５は一対のガイドシャフト６と平行に配置されている。そして、弾性部材５の一端は枠体３の壁部３０Ｂ，３０Ｄに設けた支持突起１４に係止されており、弾性部材５の他端は端部錘体２０の端部２０Ｂに設けた支持突起１５に係止されている。

このようなリニア振動モータ１は、非駆動時（無通電状態）には、可動子２は弾性部材５の弾性力が釣り合う振動中心位置で静止している。枠体３の入力端子部３０Ｆを介してコイル４に、可動子２の質量と弾性部材５の弾性係数で決まる共振周波数の駆動電流が入力されると、マグネット部２Ａに一軸方向（図示のＸ方向）の駆動力（ローレンツ力）が作用し、この駆動力と弾性部材５の弾性反発力によって、可動子２が一軸方向に沿って往復振動する。

この際、可動子２の錘部２Ｂは、振動方向両側の端部錘体２０に加えて、マグネット片１１，１２，１３の間に配置される中間錘体２１を備えているので、高い質量で効果的な振動を発生させることができる。そして、可動子２のマグネット部２Ａは、中間錘体２１をマグネット片１１，１２，１３の間に配置させることで、マグネット片１１，１２，１３の対向する同磁極間距離を適正に設定することができるので、マグネット部２Ａの駆動力を低下させることなく、可動子２の質量を高めることができる。

また、リニア振動モータ１は、この往復振動の際や、落下等により衝撃を受けた際に、可動子２を構成する複数のマグネット片１１，１２，１３、中間錘体２１、端部錘体２０及びガイドシャフト６等は、連結部材２２及び連結片２３により頑強に一体化されているため、その接続箇所等が容易に離脱するようなことがなく、耐震動性及び耐衝撃性に優れている。

次に、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である携帯電子機器１００について説明する（図４参照）。携帯電子機器１００は、薄厚な偏平箱状の筐体内にリニア振動モータ１を装着して、携帯情報端末（例えば、スマートフォンやタブレットパソコン等）を構成している。

この構成によれば、リニア振動モータ１により効果的且つ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であり、通信機能における着信やアラーム機能などの動作開始・終了時を効果的に使用者に伝えることができる。また、リニア振動モータ１の薄型化及び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電子機器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３内に各部を収容したコンパクト形状であるから、薄型化された携帯電子機器１００の内部にスペース効率よく装備することができる。また、リニア振動モータ１は、耐衝撃強度が高く、耐久性も高いので、高寿命且つ故障し難い携帯電子機器１００を得ることができる。

図４の携帯電子機器１００は、好ましい一例として、リニア振動モータ１を内在したスマートフォン又はタブレットパソコンを示しているが、この携帯電子機器１００の他例としては、リニア振動モータ１を内在するようにして、携帯電話や、携帯ゲーム機、携帯型通信時計、ウェアラブル通信端末を含むウェアラブル電子機器、その他のポータブル電子機器を構成することが可能である。

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：可動子，２Ａ：マグネット部，２Ｂ：錘部，
３：枠体，４：コイル，５：弾性部材，６：ガイドシャフト，
７：軸受，７Ａ：軸受支持部，１１，１２，１３：マグネット片，
１４，１５：支持突起，
２０：端部錘体，２０Ａ：ガイドシャフト支持部，２０Ｂ：端部，
２０Ｘ：凸部，２０Ｙ：貫通孔，２１：中間錘体，
２２：連結部材，２２Ａ：連結片部，２２Ａ１：孔，２２Ａ２：嵌合孔，
２２Ｂ：補強片部，２３：連結片，２３Ａ：孔，２３Ｂ：嵌合孔，
３０：収容枠，３０Ａ：底面，３０Ｂ〜３０Ｅ：壁部，３０Ｆ：入力端子部，
３０Ｒ：摺動受け部，
３１：蓋体，３２：緩衝部材，
１００：携帯電子機器（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、
   前記可動子を往復振動自在に支持する枠体と、
   前記枠体に固定され、前記可動子を振動させる駆動力を前記マグネット部に付与するコイルと、
   前記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を備え、
   前記マグネット部は、前記可動子の振動方向に沿って着磁された複数のマグネット片が、互いに近接する磁極が同極になるように、前記可動子の振動方向に沿って並べて配列され、
   前記錘部は、前記可動子の振動方向両端部に配置される端部錘体と、複数配置される前記マグネット片の間に配置される中間錘体とを備えることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記中間錘体は、近接する前記マグネット片の磁極間隔を規制するスペーサを兼ねることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータ。
3. 前記錘部は、前記マグネット部に対して高密度の材料で構成され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. 前記枠体には、前記可動子を一軸方向に沿って振動自在に支持するガイドシャフトが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のリニア振動モータ。
5. 前記可動子は、直線的な振動方向に交差する幅方向の寸法に対して前記振動方向及び前記幅方向に交差する厚さ方向の寸法が小さい薄厚形状を有す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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