JP6010080B2

JP6010080B2 - リニア振動モータ

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Publication number: JP6010080B2
Application number: JP2014206787A
Authority: JP
Inventors: 雅也遠藤; 吏紗中里
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2034-10-07
Also published as: US20180236487A1; JP2016073941A; CN106660073A; CN106660073B; WO2016056507A1

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、通信機器の着信や各種電子機器のアラームなどの信号によって振動し、各種電子機器の携帯者や各種電子機器の操作面（表示面）に触れる操作者に対して振動によって信号発生を伝えるものであり、携帯電話を含む携帯情報端末などの各種電子機器に装備されている。

各種の形態が開発される振動モータの中で、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知られている。このリニア振動モータは、コイルを枠体に固定して、このコイルとの協働で一軸方向の駆動力（推力）を発生させるマグネットに分銅を装着した振動子を、枠体に対して一軸方向に振動自在にバネ支持する構造を備えている。以下の説明における「上」，「下」，「上下」は、天地の方向とは無関係であり、一軸方向に沿った振動方向の一方向側，他方向側，両方向側を指す。

リニア振動モータは、薄型の電子機器に装備され、その表示面（タッチパネル表示面）への接触に対して効果的に振動を与えることが求められており、自身を薄厚にして、その厚さ方向に沿って効果的に振動することが求められている。このような要求を満たすリニア振動モータとして、下記特許文献１に記載の従来技術が知られている。

この従来技術は、薄厚の内部空間を有するケースとその底面を形成するブラケット上に下端が固定されるコイルとを備える固定子と、ケースの上面部にバネ支持されるマグネットとヨークと重量体（分銅）からなり、ケースの内部空間内で上下に振動自在に支持される振動子とを備えており、振動方向の周りに円筒状に巻かれたコイルの内部でマグネットが振動自在に支持され、コイルの上端越しにマグネットを取り囲むヨークが配置され、マグネットとヨークとの間に円筒状のコイルに対応した磁気ギャップが形成されている。

特開２０１１−３０４０３号公報

この従来技術のような薄厚のリニア振動モータは、振幅がケースの上下厚さで規制されるので、分銅の重量を大きくして効果的な振動を得たいところであるが、ケース内の決められた内部空間で分銅の容積を大きくすると、構造上必然的にコイルの径を小さくせざるを得なくなり、また、振動時に磁気ギャップからコイルの大半が外れてしまう構造になっているので、大きな推力で振動子を振動させることができない問題がある。

また、前述した従来のリニア振動モータは、振動子がケースの上面部に宙吊り状にバネ支持されており、コイルは下端のみがブラケットに支持されて、その上端の上にヨークが配置される構造になっているので、ケースの上面部の中央部分が支持されていない構造になっている。これによってケースの上面部に不要な振動が生じて異音を発生させるなどの問題があった。

本発明は、このような問題に対処するものであり、厚さ方向に沿って振幅が規制されるリニア振動モータにおいて、分銅の重量を十分に確保しながら大きな推力で振動させることができ、ケース上面部の不要な振動を抑えて異音の発生を抑止すること、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。
上面部を有するケースと、前記上面部に対向する底板と、前記底板上に支持され、該底板と交差する面に沿って巻き回されたコイルと、前記コイルに流れる電流によって上下方向の推力を得る磁極部と、前記磁極部と一体に振動する分銅と、前記分銅を上下振動自在に支持する弾性部材とを備え、前記コイルは、前記上面部に沿って略平行な上側直線部と下側直線部を備えており、前記磁極部は、前記上側直線部を挟んで当該上側直線部に直交する第１磁力線を有する一対の第１マグネットと、前記下側直線部を挟んで当該下側直線部に直交し前記第１磁力線と逆向きの第２磁力線を有する一対の第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットが前記コイルの両側でそれぞれ接合されるヨーク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リニア振動モータは、厚さ方向に沿って振幅が規制されるリニア振動モータにおいて、分銅の重量を十分に確保しながら大きな推力で振動させることができる。また、ケース上面部の不要な振動を抑え異音の発生を抑止することができる。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態に係るリニア振動モータにおけるコイル及びコイルを固定する台座部を示した説明図（斜視図）であり、（ａ）が台座部でコイルを固定した状態を示し、（ｂ）が台座部のみを示している。本発明の実施形態に係るリニア振動モータにおける磁極部及びコイルを示した説明図（（ａ）が斜視図、（ｂ）が断面図）である。本発明の実施形態に係るリニア振動モータのケースを外した状態の平面図である。本発明の実施形態に係るリニア振動モータにおける底板上の構造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備えた電子機器（携帯情報端末）を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１（断面図）及び図２（分解斜視図）は、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ている。リニア振動モータ１は、ケース２、底板３、コイル４、磁極部１０、分銅６、弾性部材７を備えており、分銅６と磁極部１０によって振動子２０が構成され、この振動子２０がケース２内部の振動空間Ｓを上下に振動する。

ケース２は、少なくとも上面部２Ａを備えている。図示の例では、ケース２は上面部２Ａとこれを囲む側面部２Ｂを備えており、その内側に上下に薄厚状の振動空間Ｓを有している。底板３は、上面部２Ａに対向して配置され、コイル４を支持する平面状の支持面３Ａを備えている。図示の例は、上面部２Ａ及び底板３が略円形の平面形状を有しているが、これに限らず、上面部２Ａ及び底板３は矩形状など任意の平面形状にすることができる。

コイル４は、底板３上に支持され、底板３と交差する面に沿って巻き回されている。これによって、コイル４の巻き芯軸方向は底板３及び上面部２Ａに沿った方向になっている。このコイル４は、図３（ａ）に示すように、その下側外周面４ａが底板３上の台座部５に固定されている。台座部５は、図３（ｂ）に示すように、コイル４の下側外周面４ａの平面部と曲面部を支持する支持面部５ａを有すると共に、立てられたコイル４の下側面を左右両側で挟む支持壁部５ｂを有している。

コイル４の上側外周面４ｂはケース２の上面部２Ａに固定することができる。この場合には、台座部５の高さを含めたコイル４の高さをケース２の上面部２Ａと底板３の支持面３Ａとの間隔に合わせて設定する。コイル４の上側外周面４ｂとケース２の上面部２Ａとを固定することで、上面部２Ａの中央部が支持されることになり、また、上面部２Ａと底板３の支持面３Ａとの間に介在するコイル４が支柱の作用をなすので、ケース２の上面部２Ａの不要な振動を抑えることができ、異音の発生などを抑止することができる。

また、底板３と交差する面に沿って巻き回されているコイル４は、上面部２Ａ或いは底板３の支持面３Ａに沿って略平行な上側直線部４Ｌと下側直線部４Ｍを備えている。この上側直線部４Ｌと下側直線部４Ｍを備えることで、コイル４は長円状に巻かれている。上側直線部４Ｌと下側直線部４Ｍは、互いに方向が逆向きの電流が流れるコイル部分であり、これをより長く設定することで、後述する磁極部１０との協働で振動子２０をより大きな推力で上下振動させることができる。ここで、ケース２の上面部２Ａと底板３の支持面３Ａとの間隔を狭くして薄厚のリニア振動モータ１を得る場合にも、その厚さに関わらずに上側直線部４Ｌと下側直線部４Ｍを長く設定することができるので、薄厚のリニア振動モータ１において大きな推力で振動子２０を上下振動させることができる。

分銅６は、振動空間Ｓ内に配置され、振動空間Ｓの上下間隔に対して振動スペースを除いてより大きな厚さを有し、振動空間Ｓ内に収まるより大きな平面形状を有しており、これによって効果的な振動を得るのに十分な重量を確保している。分銅６の材料は、非磁性の高比重材料が用いられ、例えばタングステンなどを用いることができる。

磁極部１０と一体に振動する分銅６には、磁極部１０を装着すると共にコイル４が上下に貫通する開口部６Ａが形成されている。開口部６Ａは平面視で略矩形状に形成されており、後述する磁極部１０のヨーク１３Ａ，１３Ｂを互いに離間した状態で保持する突起部６Ａ１が設けられている。

分銅６は、弾性部材７によってケース２の上面部２Ａに上下振動自在に支持されている。弾性部材７は、上面部２Ａ側に固定される外周部７Ａと、分銅６の上面に固定される内周部７Ｂと、外周部７Ａと内周部７Ｂとの間に形成される弾性変形部７Ｃとを有する板バネである。この弾性部材７によって分銅６は上面部２Ａに宙吊り状に弾性支持されている。なお、図示の例は、分銅６を上面部２Ａ側に弾性部材７を介して支持しているが、分銅６は底板３の支持面３Ａ側に弾性部材７を介して支持することもできる。その場合は、弾性部材７の外周部７Ａが支持面３Ａ上に固定され、内周部７Ｂが分銅６の下面に固定される。

分銅６の開口部６Ａに装着される磁極部１０は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、一対の第１マグネット１１Ａ，１１Ｂ、一対の第２マグネット１２Ａ，１２Ｂ、一対のヨーク１３Ａ，１３Ｂを備えている。第１マグネット１１Ａと第２マグネット１２Ｂはヨーク１３Ａに接合されており、第１マグネット１１Ｂと第２マグネット１２Ａはヨーク１３Ｂに接合されている。

そして、一対の第１マグネット１１Ａ，１１Ｂは、コイル４の上側直線部４Ｌを挟む磁気ギャップを形成しており、一対の第２マグネット１２Ａ，１２Ｂは、コイル４の下側直線部４Ｍを挟む磁気ギャップを形成している。ここで、図４（ｂ）に示すように、一対の第１マグネット１１Ａ，１１Ｂ間の磁気ギャップにおいてコイル４の上側直線部４Ｌに直交する第１磁力線１０Ｘと、一対の第２マグネット１２Ａ，１２Ｂ間の磁気ギャップにおいてコイル４の下側直線部４Ｍに直交する第２磁力線１０Ｙは、互いに磁束の向きが逆向きになるように磁気回路が構成されている。磁極部１０がこのような磁気回路を構成することで、コイル４を流れる電流によって上下方向の推力が得られるようになっている。

ここで、コイル４の上側直線部４Ｌと下側直線部４Ｍには常に同方向の推力が作用することになるので、第１マグネット１１Ａ，１１Ｂによって生じる推力と第２マグネット１２Ａ，１２Ｂによって生じる推力が加算されて大きな推力で振動子２０を振動させることができる。また、コイル４は、ケース２の上面部２Ａと底板３の支持面３Ａの間に広く配置されているので、振動中に上側直線部４Ｌと下側直線部４Ｍが第１マグネット１１Ａ，１１Ｂ間及び第２マグネット１２Ａ，１２Ｂ間の磁気ギャップを外れることを極力少なくすることができ、これによっても大きな推力で振動子２０を振動させることができる。

図５に示すように、ヨーク１３Ａ（１３Ｂ）には、コイル４の片側で第１マグネットの一方１１Ａ（１１Ｂ）と第２マグネットの一方１２Ｂ（１２Ａ）が接合されており、そのヨーク１３Ａ（１３Ｂ）は、分銅６の開口部６Ａ内で突起部６Ａ１の外側の溝部に保持されている。このような突起部６Ａ１を設けることで、互いに引き合う第１マグネット１１Ａ，１１Ｂ及び第２マグネット１２Ａ，１２Ｂを備えるヨーク１３Ａ，１３Ｂを確実に分離して保持することができ、分銅６と磁極部１０とを一体化する接合工程をより簡易に行うことができる。

図６は、底板３上の構造を示している。底板３の支持面３Ａは平面状であり、その上に前述したように台座部５を介してコイル４を支持している。また、底板３の支持面３Ａの上には、コイル４に給電する回路基板（ＦＰＣ）８が設けられている。回路基板８は、コイル４の近くにコイル接続端子８Ａ，８Ｂを備えており、底板３の外側に外部接続端子８Ｃ，８Ｄを備えている。このように底板３を平面状にすることで、底板３の加工コストを低減させることができ、リニア振動モータ１を安価に製造することができる。

前述したように、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、底板３と交差する面に沿って巻回されたコイル４を底板３上に支持し、コイル４に流れる電流によって上下方向の推力を得る磁極部１０を分銅６と一体にして上下に振動する振動子２０を構成することで、厚さ方向に沿って振幅が規制されるリニア振動モータ１において、分銅６の重量を十分に確保しながら大きな推力で振動させることができる。

また、ケース２の上面部２Ａと底板３との間にコイル４を介在させて、コイル４の下側外周面４ａを底板３側に固定し、コイル４の上側外周面４ｂをケース２の上面部２Ａ側に固定するので、ケース２の上面部２Ａの中央部をコイル４によって支持することができ、上面部２Ａの不要な振動を抑え異音の発生を抑止することができる。この際、図４（ｂ）に示すように、コイル４の芯部４Ｐを樹脂材料などの非磁性材料からなる芯材４Ｑで埋めることで、コイル４の圧縮強度を高めることができ、ケース２の上面部２Ａをより安定に支持することができる。

図７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。薄型化が可能で薄厚の厚さ方向に沿って効果的に振動するコンパクト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、効果的な振動で使用者に伝えることができる。また、携帯情報端末１００は、リニア振動モータ１の薄型化によって高い携帯性或いはデザイン性を得ることができる。リニア振動モータ１は、薄型化された携帯情報端末１００の厚さ方向に沿って効果的な振動を与えることができるので、タッチパネル面を操作する操作者の指などに効果的に振動を与えて情報伝達することができる。

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。

１：リニア振動モータ，
２：ケース，２Ａ：上面部，２Ｂ：側面部，
３：底板，３Ａ：支持面，
４：コイル，４ａ：下側外周面，４ｂ：上側外周面，
４Ｌ：上側直線部，４Ｍ：下側直線部，４Ｐ：芯部，４Ｑ：芯材，
５：台座部，５ａ：支持面部，５ｂ：支持壁部，
６：分銅，６Ａ：開口部，６Ａ１：突起部，
７：弾性部材，７Ａ：外周部，７Ｂ：内周部，７Ｃ：弾性変形部，
８：回路基板（ＦＰＣ），
８Ａ，８Ｂ：コイル接続端子，８Ｃ，８Ｄ：外部接続端子，
１０：磁極部，１０Ｘ：第１磁力線，１０Ｙ：第２磁力線，
１１Ａ，１１Ｂ：第１マグネット，１２Ａ，１２Ｂ：第２マグネット，
１３Ａ，１３Ｂ：ヨーク，
２０：振動子，Ｓ：振動空間，１００：携帯情報端末（電子機器）

Claims

上面部を有するケースと、
前記上面部に対向する底板と、
前記底板上に支持され、該底板と交差する面に沿って巻き回されたコイルと、
前記コイルに流れる電流によって上下方向の推力を得る磁極部と、
前記磁極部と一体に振動する分銅と、
前記分銅を上下振動自在に支持する弾性部材とを備え、
前記コイルは、前記上面部に沿って略平行な上側直線部と下側直線部を備えており、
前記磁極部は、前記上側直線部を挟んで当該上側直線部に直交する第１磁力線を有する一対の第１マグネットと、前記下側直線部を挟んで当該下側直線部に直交し前記第１磁力線と逆向きの第２磁力線を有する一対の第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットが前記コイルの両側でそれぞれ接合されるヨークを備えることを特徴とするリニア振動モータ。
前記コイルの下側外周面が前記底板上の台座部に固定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。
前記コイルの上側外周面が前記ケースの上面部に固定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。
前記底板は、平面状の支持面を有し、該支持面上に前記コイルに給電する回路基板を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
前記ケースは、円形状の前記上面部と当該上面部を囲む側面部とを有し、前記上面部と前記側面部の内側に前記分銅が振動する薄厚状の振動空間を有す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。
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を備えた携帯情報端末。