JP6378127B2 - リニア振動モータ - Google Patents
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Description
本発明は、入力信号によって往復振動を発生するリニア振動モータに関する。
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・インターフェー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知られている。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)。
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重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形状にして、マグネットの体積と錘の重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、扁平形状の可動子は、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するなどして安定した動作が得られない。このため、従来技術は、2本のガイド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本のガイドシャフトを設けると、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、可動子を扁平形状にした場合にも、可動子が振動軸周りに回転して異音が発生するのを抑止すること、高精度の部品を用いること無く安定した振動を得ること、高い生産性を得ること、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、本発明のリニア振動モータは、以下の構成を具備するものである。
磁極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、前記枠体に対して固定され前記磁極部に駆動力を付与するコイルと、前記可動子の振動を一軸方向に規制するガイドシャフトと、前記枠体と前記可動子との間に設けられ、前記可動子の往復振動によって弾性変形する弾性部材とを備え、前記可動子は、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の幅が、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の厚さ以上の方形状であり、前記ガイドシャフトから前記可動子の幅方向に離れた位置で、前記可動子と前記枠体とが部分接触する接触部が設けられ、前記接触部では、前記可動子が前記磁極部の磁力によって前記枠体側に付勢されることを特徴とするリニア振動モータ。
磁極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、前記枠体に対して固定され前記磁極部に駆動力を付与するコイルと、前記可動子の振動を一軸方向に規制するガイドシャフトと、前記枠体と前記可動子との間に設けられ、前記可動子の往復振動によって弾性変形する弾性部材とを備え、前記可動子は、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の幅が、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の厚さ以上の方形状であり、前記ガイドシャフトから前記可動子の幅方向に離れた位置で、前記可動子と前記枠体とが部分接触する接触部が設けられ、前記接触部では、前記可動子が前記磁極部の磁力によって前記枠体側に付勢され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、可動子がガイドシャフトに沿って振動するが、その際、可動子は枠体側に磁力で付勢されて常時接触部で枠体側に接触した状態で振動する。これによって、可動子が振動軸周りに回転するのを抑止することができ、ガイドシャフトと接触部に沿った安定振動を得ることができる。
このようなリニア振動モータ1は、可動子を方形状にした場合にも、可動子が枠体に衝突して異音が発生するのを抑止でき、また、ガイドシャフトを2本用いる必要が無いので、高精度の部品を用いること無く安定した振動を得ることができる。また、高精度の組み付けを必要としないので、高い生産性を得ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。各図において、X方向が可動子の振動方向を示し、Y方向がX方向に垂直な可動子の幅方向を示し、Z方向がX方向に垂直な可動子の厚さ方向を示している。各図における共通部位には同一符号を付して重複説明を省略する。
図1〜図3は、本発明の第1実施形態に係るリニア振動モータ1を示している。リニア振動モータ1は、以下に示す各実施形態における共通の部位として、磁極部2と錘部3を備える可動子10と、可動子10を往復振動自在に支持する枠体4と、枠体4に対して固定され磁極部2に駆動力を付与するコイル5と、可動子10の振動を一軸方向に規制するガイドシャフト6と、枠体4と可動子10との間に設けられ、可動子10の往復振動によって弾性変形する弾性部材8とを備える。
可動子10は、錘部3を兼ねる可動枠11を備えており、その可動枠11に一対のマグネット2A,2Bが固定されている。可動子10は、図示Y方向の幅が図示X方向の厚さ以上の方形状を有している。具体的には、図示Y方向の幅が図示Z方向の厚さより大きい扁平形状を有している。磁極部2は、一対のマグネット2A,2Bと背面ヨーク2Sを備え、一対のマグネット2A,2Bは、Z方向(可動子10の厚さ方向)に沿って互いに逆向きに着磁されており、その背面にて背面ヨーク2Sに接続されている。
枠体4は、可動子10が収容されるケース枠40とケース枠40を被う蓋枠41とを備えている。ケース枠40内には、一本のガイドシャフト6の両端が支持され、可動子10は、ガイドシャフト6が挿通する挿通部10Aと軸受13を有し、ケース枠40内で、ガイドシャフト6に沿って摺動自在に支持されている。
枠体4の蓋枠41には、ケース枠40に向いた面にフレキシブル基板50を介してコイル5が固定されている。コイル5は、蓋枠41の支持面4A(ガイドシャフト6の軸方向と可動子10の幅方向で規定される面)に沿って巻き回れており、支持面4Aに沿った磁性体からなる蓋枠41に固定されている。
リニア振動モータ1は、ガイドシャフト6から可動子10の幅方向(図示Y方向)に離れた位置で、可動子10と枠体4とが部分接触する接触部20が設けられており、接触部20では、可動子10が磁極部2の磁力によって磁性体である蓋枠41(枠体4)側に付勢されている。接触部20の部分接触は、接触抵抗が小さい点接触であることが好ましい。
図1に示した例では、接触部20は、蓋枠41の支持面4Aと可動子10に転動自在に保持される転動体7によって構成されている。この例では、支持面4Aを蓋枠41(枠体4)側に設けて、転動体7を可動子10側で保持しているが、可動子10側に支持面4Aを設けて、蓋枠41(枠体4)側で転動体7を保持してもよい。以下の説明では、接触部20として転動体7を設けることを例にして説明するが、接触部20としては、これに限らず、可動子10側又は枠体4側に設けた凸部などで形成することができる。
図1に示した例では、可動子10は、転動体保持部12を備えている。転動体保持部12は、ガイドシャフト6に沿った(ガイドシャフト6と平行な)溝12Aを備えており、この溝12Aに転動体(ベアリング)7が保持されている。転動体7は、可動子10側の転動体保持部12に転動自在に保持され、枠体4(蓋枠41)の支持面4Aと可動子10との間に配置されている。転動体保持部12内には、必要に応じて、転動体7が摺動する摺動板(金属板)12Bが配備されている。
可動子10と枠体4との間に配置される弾性部材8は、図1〜図3の例はコイルバネであり、一対のコイルバネ8A,8Bがガイドシャフト6と同軸に配備され、一対のコイルバネ8C,8Dが可動枠11と枠体4(ケース枠40)との間に配置されている。
このようなリニア振動モータ1は、コイル5に、可動子10の重量と弾性部材8のバネ定数で決まる共振周波数の駆動電流を供給することで、可動子10がガイドシャフト6と溝12Aに沿った一軸方向に往復振動する。この際、可動子10は、磁極部2(マグネット2A,2B)と磁性体である蓋枠41との間に働く磁力(磁気吸着力)によって支持面4A側に付勢されるので、ガイドシャフト6は一本であるが、常に蓋枠41上の支持面4Aに沿って振動する。これによって、可動子10が枠体4やコイル5などに衝突して異音を発生する不具合を回避することができる。また、ガイドシャフト6に沿って摺動自在に振動する可動子10に設けた磁極部2は、転動体7によって、コイル5との間隔が一定に保持されているので、安定した往復振動を得ることができる。
図1〜図3に示したリニア振動モータ1は、ガイドシャフト6が可動子10の重心から一方側にシフトした位置に配置され、接触部20が重心から他方側にシフトした位置に配置されている。これによって、可動子10の重心周りの回転が、ガイドシャフト6と接触部20で抑えられることになり、安定した平面往復振動を実現することができる。
図2に示した例は、接触部20における転動体7を一つにしているが、図3に示すように、転動体7は複数個配置してもよい。転動体7を複数個配置する場合には、図3に示すように、複数の転動体保持部12を可動子10に設けて、その溝12Aを直線的に並べるように配備することが好ましい。
図4及び図5に示したリニア振動モータ1Aは、前述したリニア振動モータ1の変形例である。このリニア振動モータ1Aは、枠体4をX方向(振動方向)に細長形状にし、且つ、可動子10を、Z方向の厚さに対してY方向の幅を大きくした扁平形状にしている。
また、リニア振動モータ1Aは、ガイドシャフト6が、可動子10の端部に一端側が固定され、可動子10の両端部から互いに逆向きに突出して配置されている。そして、枠体4には、ガイドシャフト6を摺動自在に支持する軸受13が設けられ、ガイドシャフト6と同軸に配置されるコイルバネ8A,8Bが可動枠11と軸受13との間に配置されている。このようなリニア振動モータ1Aによると、ガイドシャフト6が可動子10を貫通しなくてよいので、可動子10の幅方向(Y方向)全体にマグネット2A,2Bを配備することでき、細幅の可動子10にした場合であっても十分な駆動力を得ることができる。
図6及び図7に示したリニア振動モータ1Bは、前述したリニア振動モータ1の他の変形例である。このリニア振動モータ1Bは、磁極部2が、ガイドシャフト6に沿って互いに逆向きに着磁された一対のマグネット2C,2Dと、その間に配置されたスペーサヨーク2Pとを備えている。また、コイル5は、スペーサヨーク2Pの周囲に巻き回されて、その周囲の枠体4に固定されている。また、蓋枠41には、可動子10の磁極部2に対向する位置に対向ヨーク43が設けられている。この対向ヨーク43は、ガイドシャフト6と転動体7の間に配置されるが、転動体7寄りに配置されている。
このリニア振動モータ1Bの可動子10は、磁極部2(マグネット2C,2D)と対向ヨーク43との間に働く磁力(磁気吸着力)によって支持面4A側に付勢されるので、ガイドシャフト6は一本であるが、常に蓋枠41上の支持面4Aに沿って振動することになり、可動子10が枠体4やコイル5などに衝突して異音を発生する不具合を回避することができる。この際、ガイドシャフト6の端部の支持位置と転動体7の大きさを適宜設定することで、コイル5内の磁極部2は、コイル5の内面に接触することなく振動する。
図8及び図9に示したリニア振動モータ1Cは、前述したリニア振動モータ1Bの変形例である。この例では、枠体4をX方向(振動方向)に細長形状にし、転動体7を磁極部2の左右に2個設けている。
以上説明したリニア振動モータ1〜1Cの可動子10は、一軸のガイドシャフト6に沿って摺動自在に支持されているので、ガイドシャフト6の回りに回転する自由度を有しているが、可動子10が備える磁極部2の磁力によって枠体4の支持面4A側に付勢されているので、可動子10がガイドシャフト6回りに回転するのを抑えて、可動子10を一軸方向に沿って往復振動させることができる。この際、可動子10は、ガイドシャフト6とは離れた位置で転動体7を介して支持面4A側に付勢されているので、転動体7の転がり摩擦を利用した低摩擦で支持面4A上を安定振動する。
このようなリニア振動モータ1〜1Cの組み立ては、従来技術のように2本の軸の平行度を高精度に調整する必要が無いので、比較的簡単な組み付けが可能になる。そのため、高精度の部品を使用しなくても、機械的な雑音の少ない高効率な扁平型リニア振動モータを実現することができる。
図10は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ1(1A〜1C)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(1A〜1C)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(1A〜1C)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(1A〜1C)は、厚さを抑えた直方体形状の枠体4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。前述した説明におけるコイルとマグネットの個数や配列は、リニア往復振動が可能な形態であれば、適宜の形態を選択することができる。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。
1,1A,1B,1C:リニア振動モータ,
2:磁極部,2A,2B,2C,2D:マグネット,
2S:背面ヨーク,2P:スペーサヨーク,
3:錘部,4:枠体,40:ケース枠,41:蓋枠,43:対向ヨーク,
4A:支持面,5:コイル,50:フレキシブル基板,
6:ガイドシャフト,7:転動体,
8:弾性部材,8A,8B,8C,8D:コイルバネ,
10:可動子,10A:挿通部,
11:可動枠,12:転動体保持部,12A:溝,12B:摺動板(金属板),
13:軸受,20:接触部,
100:携帯電子機器(携帯情報端末)
2:磁極部,2A,2B,2C,2D:マグネット,
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4A:支持面,5:コイル,50:フレキシブル基板,
6:ガイドシャフト,7:転動体,
8:弾性部材,8A,8B,8C,8D:コイルバネ,
10:可動子,10A:挿通部,
11:可動枠,12:転動体保持部,12A:溝,12B:摺動板(金属板),
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100:携帯電子機器(携帯情報端末)
Claims (8)
- 磁極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、
前記枠体に対して固定され前記磁極部に駆動力を付与するコイルと、
前記可動子の振動を一軸方向に規制するガイドシャフトと、
前記枠体と前記可動子との間に設けられ、前記可動子の往復振動によって弾性変形する弾性部材とを備え、
前記可動子は、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の幅が、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の厚さ以上の方形状であり、
前記ガイドシャフトから前記可動子の幅方向に離れた位置で、前記可動子と前記枠体とが部分接触する接触部が設けられ、
前記接触部では、前記可動子が前記磁極部の磁力によって前記枠体側に付勢されることを特徴とするリニア振動モータ。 - 前記接触部は、前記枠体と前記可動子の一方側に設けられる支持面と、前記枠体と前記可動子の他方側に転動自在に保持される転動体とを備え、前記支持面に前記転動体が接触することを特徴とする請求項1記載のリニア振動モータ。
- 前記ガイドシャフトは、前記可動子の重心から一方側にシフトした位置に配置され、前記接触部は、前記重心から他方側にシフトした位置に配置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。
- 前記磁極部は、前記可動子の厚さ方向に沿って互いに逆向きに着磁された一対のマグネットを備え、
前記コイルは、前記ガイドシャフトの軸方向と前記可動子の幅方向で規定される面に沿って巻き回され、磁性体の前記枠体に固定されてい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。 - 前記磁極部は、前記ガイドシャフトに沿って着磁されたマグネットを備え、
前記コイルは、前記磁極部の周囲に巻き回されてい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。 - 前記ガイドシャフトは、その両端が前記枠体に支持されており、
前記ガイドシャフトに沿って前記可動子が摺動自在に支持されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のリニア振動モータ。 - 前記ガイドシャフトは、前記可動子の端部に一端側が固定され、前記可動子の両端部から互いに逆向きに突出して配置され、
前記枠体には、前記ガイドシャフトを摺動自在に支持する軸受が設けられることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のリニア振動モータ。 - 請求項1〜7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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