JP2018061942A

JP2018061942A - リニア振動モータ

Info

Publication number: JP2018061942A
Application number: JP2016201948A
Authority: JP
Inventors: 秀永　洋之; Hiroyuki Hidenaga; 洋之秀永
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2018-04-19
Also published as: WO2018070386A1; US20190260323A1

Abstract

【課題】振動特性にばらつきがある量産製品の歩留まりを向上させて生産コストの低減を図る。
【解決手段】リニア振動モータ１は、枠体２と、マグネット４と錘５とを具備すると共に、枠体２に対して一軸方向に沿って振動自在に弾性支持された可動子１０と、枠体２に固定され、通電によってマグネット４に一軸方向に沿った推力を付与する駆動コイル６とを備え、駆動コイル６への通電によって計測された振動特性を、枠体２に設けた記録媒体２０に記録している。
【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、可動子側にマグネットと錘を設け、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一軸方向に往復振動させるものである（下記特許文献１参照）。

特開２０１６−１３５５４号公報

このようなリニア振動モータは、量産すると、品質管理を徹底したとしても、振動特性に若干のばらつきが生じる。ばらつきの原因は、部品精度や加工条件など多岐にわたるので、ばらつきを完全に抑えることは困難である。これに対しては、検査基準を設定して、その基準を満たすものだけを良品として出荷することがなされており、検査基準を満たさない不良品の発生率が製品原価に大きく影響している。

一方、量産品における振動特性のばらつきを駆動信号の補正で平準化することがなされている。現在、駆動信号の補正は、振動の挙動を各種センサ（ホールセンサーや３軸加速度センサーなど）で把握し、各種センサで検出したデータに基づいて、出力電圧，周波数，立ち上がりスロープなどをリアルタイムで補正している。このため、高価な各種センサを付設することが必要になり、補正による平準化によって歩留まりの向上は可能であっても、各種センサの付設を含めた実装コストが高くなる問題が生じる。また、各種センサを配備するためのスペース確保が問題になる。

このような駆動信号の補正は、これをリニア振動モータが実装される電子機器本体の制御部（制御プロセッサー）に行わせると、その制御部が、各種センサーの検出データを演算処理し、それに応じて駆動信号の周波数及び電圧値をリアルタイムで制御することになり、制御部の処理能力の多くがリニア振動モータの駆動信号の補正に費やされることになって、電子機器自体の動作制御に十分な処理能力を割り振ることができなくなる。

また、リニア振動モータにおける駆動信号の補正は、振動特性のばらつきを平準化するためだけでなく、様々な用途に応じた振動特性の補正が求められている。例えば、ハプティクスの触覚効果を有効に得るためには、感覚をフィードバックする状況に応じて様々な振動特性が求められる。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、振動特性にばらつきがある量産品の歩留まりを向上させて生産コストの低減を図ること、リニア振動モータの実装に際して、実装コストを抑え、スペース効率の向上を図ること、リニア振動モータが実装される電子機器の動作制御能力を奪うこと無く、各種の振動特性を得る駆動信号の補正を可能にすること、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。
枠体と、マグネットと錘とを具備すると共に、前記枠体に対して一軸方向に沿って振動自在に弾性支持された可動子と、前記枠体に固定され、通電によって前記マグネットに前記一軸方向に沿った推力を付与する駆動コイルとを備え、前記駆動コイルへの通電によって計測された振動特性を、前記枠体に設けた記録媒体に記録してい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である。本発明の他の実施形態に係るリニア振動モータを示した説明図である。演算処理部における特性補正の態様を示した説明図である。演算処理部における特性補正の一例を示した説明図である。本発明の実施形態に係るリニア振動モータを備えた携帯電子機器を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で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適宜省略する。

リニア振動モータ１は、固定子となる枠体２と、枠体２内に収容される可動子１０とを備えている。枠体２は、図において、矩形枠（箱形）の例を示しているが、外観形状はこれに限定されない。可動子１０は、枠体２に対して一軸方向に沿って振動自在に弾性支持されている。一例では、可動子１０は、一軸方向に沿ったガイドシャフトなどに沿って摺動自在に軸支され、可動子１０と枠体２との間には弾性部材３（例えば、圧縮コイルバネや板バネ）が配置されて、可動子１０が一軸方向に振動すると、可動子１０に対して弾性反発力が付与される。

可動子１０は、マグネット４と錘５とを備えている。図示の例では、可動子１０は、一軸方向に沿って一対の錘５を備えており、一対の錘５の間にマグネット４が配置されている。これに対して、枠体２には、駆動コイル６が固定されている。駆動コイル６とマグネット４は、駆動コイル６への通電によって生じるローレンツ力により、可動子１０に固定されているマグネット４に一軸方向に沿った推力が付与されるように配備されている。図示の例では、一軸方向に沿って着磁された一対のマグネット４を同極が近接するように配置して、一対のマグネット間にスペーサ（或いはヨーク）４Ｓを配置し、そのスペーサ４Ｓの周囲に駆動コイル６が巻き回されている。駆動コイル６とマグネット４の配置関係は図示の例に限定されない。

このようなリニア振動モータ１は、駆動コイル６に交番電流（例えば、パルス電流）を通電させることで、可動子１０は一軸方向に沿って往復振動する。ここで、駆動コイル６に入力される所定の駆動信号に対する可動子１０の振動特性は、前述したリニア振動モータ１の構成要素の部品精度や加工条件、或いは組み付け精度などによって変わってくる。このため、リニア振動モータ１を量産する場合には、振動特性に若干のばらつきが生じることは避けられず、また、様々な振動特性を有するリニア振動モータ１を他品種生産する場合は、所望の振動特性に対して製造誤差が生じることも避けられない。

これに対して、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、個体毎の振動特性を記録する記録媒体２０が、枠体２に設けられている。個体毎の振動特性は、リニア振動モータ１を組み立てた後に、駆動コイル６に所定の駆動信号を入力することによって計測され、計測された振動特性のデータが記録媒体２０に記録される。記録媒体２０の一例は半導体メモリ２０Ｍであるが、記録媒体２０は、これに限定されるものではなく、文字、バーコード、ＱＲコード（登録商標）など、読み取り可能な情報が記録できるものであればよい。

記録媒体２０に記録される振動特性の情報は、例えば、駆動電圧（Ｖ）に対する振動量（Ｇrms）のデータ、駆動電圧（Ｖ）に対する振動量（Ｇrms）の環境温度（Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，…）毎のデータ、駆動周波数（ｆ）に対する振動量（Ｇrms）のデータ、振動量（Ｇrms）がピークになる駆動周波数（共振周波数ｆ₀）のデータ、駆動電圧（Ｖ）に対する立ち上がり時間（ｔｓ）のデータ、始動からのパルス数（ｎパルス）に対する応答時間（ｔ）のデータ（ステップパルスの応答特性）などである。

このようなリニア振動モータ１によると、振動特性にばらつきがある個々のリニア振動モータ１の枠体２に、個体毎の振動特性のデータが記録された記録媒体２０が設けられているので、このデータを利用して駆動信号を補正することで、量産品における振動特性のばらつきを平準化することができる。この補正によって、検査基準を満たさない不良品の発生率を抑えることができるので、リニア振動モータ１は、振動特性にばらつきがある量産品の歩留まりを向上させて生産コストの低減を図ることができる。

また、リニア振動モータ１は、駆動コイル６に通電することで得られる振動特性を計測して、その計測データを記録媒体２０に記録しており、予め記録されているデータを用いて駆動信号を補正することができるので、駆動信号の補正に、振動の挙動をリアルタイムで検出する各種センサが不要になる。これによって、リニア振動モータ１の実装に際しては、高価な各種センサを付設する必要が無く、また、各種センサの付設スペースを確保する必要も無いので、実装コストを抑えることができると共に、実装の際のスペース効率向上を図ることができる。

図２は、リニア振動モータ１の他の実施形態を示している。このリニア振動モータ１は、枠体２に、記録媒体２０（半導体メモリ２０Ｍ）と演算処理ユニット２１を設けている。演算処理ユニット２１は、記録媒体２０である半導体メモリ２０Ｍに記録されているデータを読み取って、このデータに応じて演算処理された駆動信号を駆動コイル６に出力する。

演算処理ユニット２１は、演算処理部２１Ａを備えている。演算処理部２１Ａは、記録媒体２０である半導体メモリ２０Ｍからデータを読み取って、駆動信号に様々な特性補正（特性補正１，特性補正２，特性補正３，…，特性補正ｎ）を行う特性補正部（特性補正プログラム）２１Ｂを備えている。

図３に示すように、前述した特性補正（特性補正１，特性補正２，特性補正３，…，特性補正５）を行うと、個々のリニア振動モータ１に対して、各振動特性（振動特性１，振動特性２，…，振動特性５）を得るための駆動電圧（Ｖ）が出力される。

ここでの振動特性を例示する。例えば、振動特性１は、共振周波数ｆ₀の駆動信号で、立ち上がり１０ｍｓ時の振動量が設定値（２Ｇrms）になる特性であり、その特性を得るための駆動電圧（Ｖ）が、特性補正１によって、モータ１，モータ２，モータ３に対して、それぞれＶ₁₁，Ｖ₁₂，Ｖ₁₃に設定される。

振動特性２は、共振周波数ｆ₀の駆動信号で連続振動をさせた場合に、可動子１０が枠体２に衝突するのを回避する特性であり、その特性を得るための最大の駆動電圧（Ｖ）が、特性補正２によって、モータ１，モータ２，モータ３に対して、それぞれＶ₂₁，Ｖ₂₂，Ｖ₂₃に設定される。

振動特性３，４，５は、ハプティクスの接触効果に有効な特性であって、パルス駆動で、２パルス駆動時，３パルス駆動時，４パルス駆動時にそれぞれ規程振動量（例えば、１Ｇrms，１．５Ｇrms，２Ｇrms）となる特性である。その特性を得るための駆動電圧（Ｖ）は、特性補正３，４，５によって、モータ１に対しては、それぞれＶ₃₁，Ｖ₄₁，Ｖ₅₁に設定され、モータ２に対しては、それぞれＶ₃₂，Ｖ₄₂，Ｖ₅₂に設定され、モータ３に対しては、それぞれＶ₃₃，Ｖ₄₃，Ｖ₅₃に設定される。

図４は、前述した演算処理部２１Ａが行う特性補正の他の例を示している。この例では、補正前のリニア振動モータ１が、駆動周波数に対して一定の駆動電圧の駆動信号を駆動コイル６に通電した場合に、振動量のピークが共振周波数ｆ₀の近くで急峻になる振動特性を有しており、このリニア振動モータ１に対して、より広い周波数応答を得る特性補正を行っている。ここでは、駆動周波数に対する駆動電圧を補正することで、補正後の駆動周波数に対する振動量の変化を平坦化している。

具体的には、共振周波数ｆ₀から遠い周波数では、駆動電圧を上げることで振動量を上げて、共振周波数ｆ₀に近い周波数では、駆動電圧を下げることで振動量を下げている。このような駆動電圧の補正を行うことで、よりフラットな周波数応答を有するリニア振動モータ１を得ることができる。このような広い周波数応答特性は、ハプティクスの触覚再現のために有効な特性補正である。

図５は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１が実装された携帯電子機器（例えば、スマートフォンやタブレット端末などの携帯情報端末）１００を示している。リニア振動モータ１は、歩留まり向上によって生産コストを抑えることができるので、これが実装された携帯電子機器１００も高機能でありながらコストを抑えることができる。

また、リニア振動モータ１は、前述した演算処理ユニット２１の設置によって、様々な振動特性での駆動が可能になり、効果的なハプティクスの触覚効果を実現することができる。携帯電子機器１００内への実装に際しては、振動の挙動を検出する各種センサが不要になることで、実装コストの低減が可能であり、また、実装スペースの省スペース化が可能になる。また、リニア振動モータ１が備える演算処理ユニット２１によって、振動特性の補正を行うので、携帯電子機器１００自体の制御ユニットは、自身の動作制御に十分な能力を発揮することができる。

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。特に、前述した駆動コイル６とマグネット４は、駆動コイル６を可動子１０側に設けて、マグネット４を枠体２側に設けても良い。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，３：弾性部材，
４：マグネット，４Ｓ：スペーサ（ヨーク），５：錘，６：駆動コイル，
１０：可動子，２０：記録媒体，２０Ｍ：半導体メモリー，
２１：演算処理ユニット，２１Ａ：演算処理部，２１Ｂ：特性補正部，
１００：携帯電子機器

Claims

枠体と、
マグネットと錘とを具備すると共に、前記枠体に対して一軸方向に沿って振動自在に弾性支持された可動子と、
前記枠体に固定され、通電によって前記マグネットに前記一軸方向に沿った推力を付与する駆動コイルとを備え、
前記駆動コイルへの通電によって計測された振動特性を、前記枠体に設けた記録媒体に記録していることを特徴とするリニア振動モータ。
前記記録媒体は、半導体メモリであることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータ。
前記枠体には、前記記録媒体に記録されているデータを読み取って、当該データに応じて演算処理された駆動信号を前記駆動コイルに出力する演算処理ユニットが設けられていることを特徴とする請求項２記載のリニア振動モータ。
前記振動特性の１つは、共振周波数であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載されたリニア振動モータ。
前記振動特性の１つは、駆動電圧に対する振動量であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載されたリニア振動モータ。
前記振動特性の１つは、駆動電圧に対する立ち上がり時間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載されたリニア振動モータ。
前記演算処理ユニットは、前記記録媒体に記録されている振動特性のデータに基づいて、振動特性を補正する演算処理を行う演算処理部を備えることを特徴とする請求項３記載のリニア振動モータ。
前記演算処理部によって補正された振動特性を得るための駆動信号は、前記可動子が前記枠体に衝突するのを回避するように設定された信号であることを特徴とする請求項７に記載されたリニア振動モータ。
請求項１〜８のいずれか１項に記載されたリニア振動モータを備える携帯電子機器。
弾性部材を介して枠体に可動子を弾性支持し、前記枠体と前記可動子の一方に駆動コイルを設け、前記枠体と前記可動子の他方にマグネットを設けたリニア振動モータの駆動方法であって、
前記駆動コイルへの通電によって計測された振動特性を、前記枠体に設けた記録媒体に記録し、
前記記録媒体に記録されているデータを読み取って、当該データに応じて演算処理された駆動信号を前記駆動コイルに出力することを特徴とするリニア振動モータの駆動方法。