JP2017070018A - リニア振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】リニア振動モータの薄型化を可能にする。可動子を扁平状にした場合にも、可動子が振動軸周りに回転して作動音（異音）が発生するのを抑止し、がたつきの無い安定した振動を得る。【解決手段】リニア振動モータ１は、マグネット部４と錘部７とヨーク１１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、可動子１０を一軸方向に沿って往復振動させるように、マグネット部４に駆動力を付与するコイル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、枠体２の内面には、可動子１０の振動方向に沿って延設される磁性体部（磁性体片１２）が設けられ、ヨーク１１は、磁性体部（磁性体片１２）に近接する凸部１１Ａを有する。【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、可動子の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。従来のリニア振動モータは、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作用するローレンツ力が駆動力となり、振動方向に沿って弾性支持される可動子を往復振動させるものである（下記特許文献１参照）。

特開２０１１−９７７４７号公報

携帯電子機器の小型化・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、スマートフォ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。

リニア振動モータの薄型化を実現する際に、マグネット体積を十分に確保して所望の駆動力を得ると共に錘の質量を十分に確保して所望の慣性力を得ようとすると、マグネットと錘を備える可動子を扁平状にして、マグネットの体積と錘の質量を確保しながら薄厚化を図ることになる。この場合、仮に、直線的な振動軸周りに可動子が回転すると、扁平状の可動子は、回転によって側部が周囲の枠体に衝突しやすい形状になっているので、衝突による異音が発生して作動音になり、また、回転によるがたつきで安定した動作が得られない問題が生じる。

このため、従来技術は、２本の固定シャフトを設けて可動子の振動軸周りの回転を抑え、安定した直線振動を実現している。しかしながら、２本の固定シャフトを設けると、マグネットの両サイドに２本の固定シャフトが配置されるので、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。更に、２本のガイドシャフトの平行を確保する必要があり、組み付けに高い精度が求められるので、生産性の向上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、リニア振動モータの薄型化を可能にすること、可動子を扁平状にした場合にも、可動子が振動軸周りに回転して作動音（異音）が発生するのを抑止すること、がたつきの無い安定した振動を得ること、厚さ及び幅のコンパクト化を可能とし、生産性の向上を図ること、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とヨークを備える可動子と、前記可動子を収容する枠体と、前記枠体に固定され、前記可動子を一軸方向に沿って往復振動させるように、前記マグネット部に駆動力を付与するコイルと、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を備え、前記枠体の内面には、前記可動子の振動方向に沿って延設される磁性体部が設けられ、前記ヨークは、前記磁性体部に近接する凸部を有す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（組み立て状態の縦断面図）である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータを示した説明図（内部構成を示した平面図）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（図３におけるＡ−Ａ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〜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おり、図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図を示している。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。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、可動子１０、枠体２、コイル３、弾性部材６を備えている。可動子１０は、マグネット部４と錘部７とヨーク１１を備えている。枠体２は、一軸方向に往復振動する可動子１０を収容している。コイル３は、枠体２に固定され、可動子１０を一軸方向に沿って往復振動するように、マグネット部４に駆動力を付与する。弾性部材６は、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。

そして、このリニア振動モータ１は、枠体２の内面に、可動子１０の振動方向に沿って延設される磁性体部（磁性体片１２）が設けられ、ヨーク１１は、磁性体部（磁性体片１２）に近接する凸部１１Ａを有している（図４参照）。

このようなリニア振動モータ１は、可動子１０の形状によって薄型化を可能にし、扁平な断面形状の可動子１０にした場合にも、可動子１０に設けたヨーク１１の凸部１１Ａから磁性体部（磁性体片１２）に向けた、或いは磁性体部からヨーク１１の凸部１１Ａに向けた磁束によって、姿勢が保持された状態で可動子１０が往復振動するので、可動子１０と枠体２との無用な接触を避けることができる。これによって、可動子１０は、がたつき無く安定して往復振動することができる。

この際、従来技術のように、二本の軸で可動子の摺動を支持しなくても、可動子１０の安定した振動を得ることができるので、軸の平行調整を不要にして高い組み付け精度を排除でき、生産性の向上を図ることができる。また、従来技術のように、可動子の側方に設ける二本の軸を無くすことができるので、厚さ方向と幅方向のコンパクト化を実現することができる。

以下、図示の例に従って詳細を説明するが、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。

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。図示の例では、側壁２Ｄ，２Ｅを底面２Ａと一体にして、側壁２Ｂ，２Ｃを底面２Ａと別体にしているが、これに限らず、側壁２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅを底面２Ａと一体にしてもよい。

また、枠体２は、枠体２内の収容物を覆う蓋板２Ｑを備えている。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（例えば、可動子１０の質量と弾性部材６の弾性係数によって決まる共振周波数の交流電流）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）に沿って着磁された偏平矩形状のマグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃを互いに同極が近接するように複数配置して、スペーサ４Ｄ，４Ｅを間に挟んで結合したものである。ここでの、スペーサ４Ｄ，４Ｅは、磁性体、非磁性体のどちらであっても良く、マグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃの近接配置される同極間の距離を適正な距離に設定できるものであればよい。ここでは、マグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃを３個連ねているが、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。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、密度の高い金属材料（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方向の幅を有する矩形断面形状を有している。また、マグネット部４の一軸方向（図示Ｘ方向）両端部には、ヨーク１１が接続されている。ヨーク１１は、マグネット部４と錘部７とを連結する連結部材になっている。

枠体２には、一対のガイドシャフト８が軸支されている。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、その一端側が錘部７に固定され、他端側が互いに逆向きに突出して自由端を形成して、その自由端側が、枠体２の支持部２Ｓに装着された軸受９に軸支されている。図示の例では、支持部２Ｓを側壁２Ｂ，２Ｃと一体にしているが、支持部２Ｓを側壁２Ｂ，２Ｃと別体にして底面２Ａに固定するようにしてもよい。図示の例のように、支持部２Ｓを底面２Ａと別体の側壁２Ｂ，２Ｃと一体にして、底面２Ａに取り付けるようにすることで、ガイドシャフト８が固定された可動子１０を簡易に枠体２に組み付けることができる。側壁２Ｂ，２Ｃの内面には、ガイドシャフト８の端部が衝突したときの衝撃を吸収する緩衝部材１４が設けられている。

図示の例では、一対のガイドシャフト８を可動子１０側に固定しているが、一対のガイドシャフト８を枠体２側に固定して、可動子１０（錘部７）にガイドシャフト８を軸支する軸受９を装着してもよい。ガイドシャフト８は、可動子１０の重心軸と同軸に配置されることが好ましく、可動子１０の振動を一軸方向に沿って案内している。

図示の例では、ガイドシャフト８を分割配置しているが、一本のガイドシャフト８が、マグネット部４を貫通して可動子１０に固定され、枠体２に設けた軸受９に摺動自在に軸支されるものであってもよいし、マグネット部４を貫通して枠体２に固定されたガイドシャフトに、可動子１０が摺動自在に支持されるものであってもよい。また、可動子１０の安定振動が確保できる場合には、ガイドシャフト８は省くことができる。

図示の例では、錘部７は、ガイドシャフト８を支持するためのガイドシャフト支持部７Ｂを備えている。ガイドシャフト支持部７Ｂは、錘部７の端部７Ａから一軸方向に沿って凹んだ部分であり、このガイドシャフト支持部７Ｂに一端側が支持されたガイドシャフト８は、枠体２の底面２Ａに支持部２Ｓを介して取り付けられた軸受９に、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って摺動自在に支持されている。この際、錘部７のガイドシャフト支持部７Ｂは、軸受９を収容するだけの幅を備えており、このガイドシャフト支持部７Ｂ内に軸受９が入り込むことで、可動子１０の大きな振幅を確保している。

枠体２の側壁２Ｄ，２Ｅの内面には、一軸方向に延設される帯状の磁性体片１２が固定され、これによって磁性体部が構成されている。ここでは、枠体２自体は、非磁性体で形成されており、側壁２Ｄ，２Ｅの内面に図示Ｘ方向に延びる磁性体片１２を固定することで磁性体部を形成している。図示の磁性体片１２は、鉄板などで形成され、可動子１０の重心軸Ｇ（ガイドシャフト８の中心軸）と略平行に、ガイドシャフト８の両側に配置されている。磁性体片１２は、これに限らず、非磁性体の側壁２Ｄ，２Ｅに部分的に被着される磁性体膜や磁性体フィルムなどであってもよい。また、磁性体片１２を非磁性体の側壁２Ｄ，２Ｅに固定して磁性体部を形成することに換えて、磁性体の側壁２Ｄ，２Ｅに、部分的にＹ方向に突出し且つＸ方向に延設する部分を形成して磁性体部とすることもできる。

図４に示すように、可動子１０は、一軸方向（図示Ｘ方向）に交差する断面形状が長辺を備えている。具体的には、可動子１０は、長辺と短辺を有する長方形の断面を有している。そして、枠体２は、その長辺に沿って対面する一対の内面（蓋板２Ｑの内面と底面２Ａ）を備え、短辺に沿って対面する一対の内面（側壁２Ｄ，２Ｅの内面）を備えており、短辺に沿って対面する一対の内面に、Ｘ方向に延設される帯状の磁性体片１２を固定した磁性体部を設けている。

これに対して、マグネット部４と錘部７を連結している連結部材となっているヨーク１１は、マグネット部４の長辺と短辺に対して大きい長辺と短辺を有しており、ヨーク１１の短辺の中央部分に磁性体部に近接する凸部１１Ａが形成されている。図示の例では、凸部１１Ａと磁性体部（磁性体片１２）は、可動子１０の重心軸Ｇ（ガイドシャフト８を設ける場合には、ガイドシャフト８の中心軸）を挟んだ両側に設けられているが、可動子１０の姿勢を安定して保持できる場合には、片側のみに凸部１１Ａと磁性体部（磁性体片２１）を設けても良い。

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（図示Ｘ方向）に沿って往復振動する。

この際、可動子１０に設けたヨーク１１の凸部１１Ａが枠体２の側壁２Ｄ，２Ｅに設けた磁性体片１２からなる磁性体部に近接することで、凸部１１Ａと磁性体部との間で磁束が集中することになり、凸部１１Ａと磁性体部が引き合って、可動子１０の姿勢を安定化させる。ここで、ヨーク１１の凸部１１Ａを、可動子１０の重心軸Ｇの両側に設け、可動子１０の短辺の中央部分に設けることで、可動子１０の姿勢を枠体２の底面２Ａに対して平行に保持することができる。

これによると、可動子１０は、ガイドシャフト８に沿った往復振動時に、枠体２の底面２Ａに対して平行に保持されて、枠体２に無用に接触すること無く振動することができる。これによって、振動時の動作音（異音）を低減したリニア振動モータ１を得ることができる。

このリニア振動モータ１は、一対のガイドシャフト８が分割されていてマグネット部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。

更に、同軸上に配置した一対のガイドシャフト８で可動子１０を軸支持す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。

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。

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、可動子１０の厚さ寸法を幅寸法より小さくすることで、リニア振動モータの薄型化を可能にすることができ、このように可動子１０を扁平状にした場合にも、可動子１０が無闇に回転して作動音（異音）が発生するのを抑止することができる。これによって、がたつきの無い安定した振動を得ることができ、２軸の平行固定シャフトを設ける従来技術と比較して、生産性の向上を図ることができる。

また、一対の分割したガイドシャフト８によって可動子１０を一軸で軸支持した場合には、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、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，２Ｓ：支持部，
２Ｐ：支持突起，２Ｑ：蓋板，
３：コイル，４：マグネット部，
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ：マグネット片，
４Ｄ，４Ｅ：スペーサ，
５：補強板，６：弾性部材，
７：錘部，７Ａ：端部，７Ｂ：ガイドシャフト支持部，
８：ガイドシャフト，９：軸受，１０：可動子，
１１：ヨーク，１１Ａ：凸部，１２：磁性体片（磁性体部），１４：緩衝部材，
１００：携帯情報端末

Claims (6)

1. マグネット部と錘部とヨークを備える可動子と、
   前記可動子を収容する枠体と、
   前記枠体に固定され、前記可動子を一軸方向に沿って往復振動させるように、前記マグネット部に駆動力を付与するコイルと、
   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を備え、
   前記枠体の内面には、前記可動子の振動方向に沿って延設される磁性体部が設けられ、前記ヨークは、前記磁性体部に近接する凸部を有することを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記枠体には、前記可動子の重心軸と同軸に配置され、前記可動子の振動を案内するガイドシャフトが支持され、
   前記磁性体部は、前記ガイドシャフトを挟んだ両側に配置され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. 前記磁性体部は、前記枠体の内面に固定される帯状の磁性体片によって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. 前記可動子は、前記一軸方向に交差する断面形状が長辺と短辺を備え、
   前記磁性体部は、前記短辺に対向する前記枠体の内面に設けられ、
   前記ヨークの凸部は、前記短辺の中央部分に設けられ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. 前記マグネット部は、着磁方向を前記一軸方向に向けた複数のマグネット片が同極を近接するように配列されており、
   前記マグネット部の前記一軸方向両端部には、前記ヨークと前記錘部が接続されてい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た携帯電子機器。

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