JP6421089B2 - リニア振動モータ及び該リニア振動モータを備える携帯電子機器 - Google Patents

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ェ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、直線状の固定シャフトを設け、これに沿って可動子を振動させることで、安定した振動を得ることができ、また固定シャフトで可動子を保持することができるので、落下衝撃時の耐損傷性を得ることができる。

固定シャフトを備えるリニア振動モータの従来技術は、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駆動力（ローレンツ力）を与えるものにおいて、可動子に振動方向に沿った貫通孔を形成し、この貫通孔に一本の固定シャフトを通したもの（下記特許文献１参照）、或いは、振動方向に沿って２本の固定シャフトを設け、２本の固定シャフトの間にコイルとマグネットを配置して可動子を２本の固定シャフトによって摺動自在に支持したもの（下記特許文献２参照）などが提案されている。

特開２０１２−１６１５３号公報 特開２０１１−９７７４７号公報

携帯電子機器やウェアラブル電子機器の小型化・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。

固定シャフトを備えるリニア振動モータの薄型化を考えた場合、前者の従来技術のように、振動方向に沿ってマグネットに錘部を連結した可動子に、振動方向に沿った貫通孔を形成するものでは、マグネット自体に固定シャフトとマグネットが干渉しない大きさの貫通孔を形成することになり、所望の駆動力を得るのに十分なマグネットの体積を確保するためには、固定シャフトの直径に対してマグネットの厚さを十分に厚くすることが必要になる。

前述した後者の従来技術のように、２本の固定シャフトを設けてその間にコイルとマグネットを配置するものでは、マグネットに貫通孔を形成する必要が無いのでマグネットの薄型化が可能になる。しかしながら、マグネットの両サイドに２本の固定シャフトを設けているので、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。

これに対しては、マグネットの一軸方向の両側にシャフトを分割配置して固定し、分割された各シャフトに錘部を環装し、錘部から突出する各シャフトの先端側を固定子側の軸受により支持し、これらマグネット、一対のシャフト及び錘部を一体的に振動させることが考えられる。この場合には、マグネットをシャフトが貫通しないので、貫通孔によるマグネットの体積減少を無くすことができる。
しかしながら、このような構造では、錘部が固定子側の軸受に干渉しないように、錘部と軸受との間に軸方向のスペースを確保しておく必要が生じ、これにより、全体の軸方向寸法が長くなってしまうおそれがある。

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。特に軸方向の寸法を短縮することでコンパクト化すること、さらには可動子側にシャフトを備えて所望の駆動力を得るのに十分なマグネットの体積を確保すること、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。
マグネット部、錘部及びシャフトを一体的に有する可動子と、前記可動子を一軸方向に沿って往復動するように収容する枠体と、前記枠体に固定され前記マグネット部を前記一軸方向に沿って駆動するコイルと、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、前記シャフトは、前記一軸方向に沿う一方へ延設されるとともにその先端を自由端とし、前記枠体には、前記シャフトの自由端側を摺動自在に支持する軸受が固定され、前記錘部は、前記一軸方向に沿って凹んだ凹部を有し、この凹部内の空間に、前記シャフト及び前記軸受を配置していることを特徴とするリニア振動モータ。

本発明は、以上説明したように構成されているので、特に軸方向の寸法を短縮することでコンパクト化すること、さらには可動子側にシャフトを備えて所望の駆動力を得るのに十分なマグネットの体積を確保することなどの目的を達成することができる。

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（中心軸線に沿う垂直平面で切断した断面図）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（中心軸線に沿う水平平面で切断した断面図）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携帯電子機器の一例を示した説明図（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。

リニア振動モータ１は、マグネット部４、錘部７及びシャフト８を一体的に有する可動子１０と、可動子１０を一軸方向に沿って往復動するように収容する枠体２と、枠体２に固定されマグネット部４を前記一軸方向に沿って駆動するコイル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とを具備している。

可動子１０は、マグネット部４における前記一軸方向の一端側と他端側に、それぞれ、連結片２１を介して錘部７を接続するとともに、錘部７の重心軸線上にシャフト８の一端側を挿入し接続している（図２及び図３参照）。シャフト８の他端側は自由端となっている（図１及び図２参照）。

マグネット部４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４Ａ，４Ｂを互いに同極が向き合うように複数配置して、スペーサヨーク４Ｃを間に挟んで結合したものである。マグネット部４には補強片２２が固着されており、これらによってマグネット部４の剛性が高められている。

連結片２１は、マグネット部４の両端側にそれぞれ嵌め合せられた矩形環状の部材である。各連結片２１は、矩形状の板材の中央寄りに矩形状の貫通孔２１Ａを形成してなり、前記貫通孔２１Ａにマグネット部４の端部側を挿通して嵌合している。この連結片２１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。
各連結片２１は、可動子１０幅方向（図示のＹ方向）の両端側において、シャフト８側の面が錘部７に溶接され、反対側の面が二つの補強片２２に溶接されている。
この連結片２１における枠体２底面側の端部は、錘部７の同方向側の端面よりも枠体２底面側へ突出している（図２参照）。この突出部分は、可動子１０が回転した場合に、後述する摺動受け部２Ｒに当接する当接部２１Ｂとして機能する。

二つの補強片２２は、マグネット部４を幅方向に挟むようにして、その両側に設けられる。各補強片２２は、マグネット片４Ａ，４Ｂ及びスペーサヨーク４Ｃに跨るとともに、これらの側面に接着されている。

錘部７は、マグネット部４の一軸方向（図示Ｘ方向）両端部に、連結片２１を介して連結されている。この錘部７は、比重の高い金属材料（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に形成される。
この錘部７には、中心軸線上にシャフト８を挿入して嵌め合せるための嵌合孔７Ａ（図２参照）が設けられる。シャフト８は、嵌合孔７Ａに対し、圧入及び／又は溶接によって接続固定される。なお、嵌合孔７Ａは、図示例によれば、貫通孔としているが、他例としては有底孔とすることも可能である。

錘部７におけるシャフト突出方向側には、前記一軸方向に沿ってマグネット部４側へ凹むように凹部７Ｃが設けられ、この凹部７Ｃ内の空間にシャフト８、弾性部材６及び軸受９の一部を配置している。
凹部７Ｃは、弾性部材６を遊挿可能な凹状に形成され、そのマグネット部４寄りの底面に形成した支持突起７Ｂを、弾性部材６の内周部に嵌め合せて該弾性部材６を支持している。

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壁部２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅを備えている。また、枠体２は、枠体２内の収容物を覆う蓋板２Ｑを必要に応じて備えている。蓋板２Ｑは壁部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偏平状（扁平状）の略直方体形状（箱形形状）になっている。

枠体２の両端の壁部２Ｂ，２Ｃ（端壁部）には、それぞれ、シャフト８を摺動自在に支持するように軸受９が固定される。詳細に説明すれば、壁部２Ｂ，２Ｃには、それぞれ貫通状の嵌合孔２Ｂ１，２Ｃ１が設けられる。各嵌合孔２Ｂ１，２Ｃ１には、軸受９の一端側が挿入され、圧入及び／又は溶接によって固定される。各軸受９は、シャフト８を摺動自在に挿通する。

また、枠体２の底面２Ａ上には、それぞれ、連結片２１の位置に対応するように、二つの摺動受け部２Ｒが設けられる。
これら摺動受け部２Ｒは、可動子１０がシャフト８回りに回転した場合に、連結片２１の当接部２１Ｂを受けて、錘部７が枠体２の内面に直接接触するのを防ぐ。錘部７は、表面を低摩擦に加工することが難しいので、仮に錘部７が枠体２の内面に接触して摺動すると、摺動負荷が大きくなると共に異音の発生も大きくなるおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、滑らかに加工しやすい連結片２１の当接部２１Ｂを摺動受け部２Ｒ上に摺動させるようにしているため、可動子１０をスムーズ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。

軸受９は、略円筒状の滑り軸受であり、シャフト８と同芯状に配置されて、基端側を枠体２の端壁部（壁部２Ｃ）に固定するとともに、その逆端側を、枠体２内側へ突出させて錘部７の凹部７Ｃ内に挿入している。

軸受９の内周面には、シャフト８の外周面に摺接して該外周面を往復動自在に支持する環状の支持突部９Ａが設けられる。この支持突部９Ａは、錘部７の凹部７Ｃ内に位置するように、軸受９の突端寄りに配置される。

また、軸受９の外周部には、圧縮コイルバネである弾性部材６が環状に装着される。
この弾性部材６は、シャフト８に対し同軸状且つ環状に設けられ、一方側の端部を軸受９に当接するとともに他方側の端部を錘部７の凹部７Ｃ内底部に当接させて、これら軸受９と錘部７の間を弾発している。
軸受９は、前記一方側（基端側）の外周面に、弾性部材６の内周部に接触して嵌り合う環状の係合突部９Ｂを有し、この係合突部９Ｂよりも他方側の外周面と、弾性部材６の内周部との間に隙間Ｓを有する。この隙間Ｓは、弾性部材６の内周部が、軸受９外周面に摺接するのを防ぎ、弾性部材６をスムーズに伸縮させる。

軸受９の内部は、貫通孔状に形成され、無通電状態における前記一方側（基端側）の端部とシャフト８の突端との間隔Ｗ１を、可動子１０の前記一方側への最大振幅量Ｗ２以上に設定している。なお、前記最大振幅量Ｗ２は、図示例によれば、錘部７の端部と壁部２Ｂ，２Ｃとの間の寸法である（図３参照）。
この構成によれば、可動子１０が振動した際に、シャフト８の突端が、軸受９の基端側から外部に突出するのを防ぐことができる。

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。
このコイル３は、一軸方向において隣り合う二つのマグネット片４Ａ，４Ｂを跨るようにして、これら二つのマグネット間の中央寄り配置される。コイル３を構成する電線の両端部は、枠体２から外部に露出した信号入力部２Ａ１の端子に、電気的に接続される。

コイル３内に可動子１０を組み込む作業は、可動子１０から一方側の連結片２１、錘部７及びシャフト８が外された状態において、マグネット部４の部分がコイル３内に挿通され、この後で、両補強片２２の前記一方側の端部に連結片２１が接続され、さらに連結片２９に錘部７及びシャフト８が接続される。

次に、上記構成のリニア振動モータ１について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
非駆動時（無通電状態）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。
枠体２の信号入力部２Ａ１を介してコイル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が入力されると、マグネット部４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６の弾性反発力によって可動子１０が一軸方向に沿って安定した往復振動をする。
この往復振動の際、往復動するシャフト８と、軸受９との摺接支持箇所（支持突部９Ａ等）は、錘部７の凹部７Ｃ内の空間に位置する。このため、本実施の形態によれば、仮に前記摺接支持箇所を錘部７の外部に設けた場合と比較し、可動子１０及び軸受９を含む全長を短めに設定した場合でも大きな振幅を確保することができ、ひいては、当該リニア振動モータ１全体をコンパクト化することができる。
しかも、マグネット部４の両側にシャフト８を一体的に分割配置した構造であるため、枠側に固定されたシャフトをマグネット部に挿通するようにした従来技術等と比較し、所望の駆動力を得るのに十分なマグネット体積を確保できる。

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により安定した振動が得られ薄型化及び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・終了時を異音が発生し難い安定した振動を応答性よく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。

なお、上記実施の形態では、軸受９を枠体２の壁部２Ｂ，２Ｃに固定して錘部７の凹部７Ｃ内に挿入したが、他例としては、軸受９を枠体２の底面２Ａに固定して錘部７の凹部７Ｃ内に挿入した態様とすることも可能である。

また、上記実施の形態では、上記作用効果を顕著に発揮する好ましい態様として、マグネット部４を二つのマグネット片４Ａ，４Ｂ及びスペーサヨーク４Ｃから構成し、このマグネット部４の周囲に単数のコイル３を設けたが、他例としては、単数又は３以上のマグネット片からマグネット部４を構成したり、コイル３を複数にしたりすることも可能である。

また、上記実施の形態では、特に好ましい対応として弾性部材６にコイルバネを用い、このコイルバネをシャフト８と同軸状に単数設けたが、他例としては、弾性部材６として、板バネやゴム等の弾性体を用いた態様、コイルバネ、板バネ、前記弾性体等を適宜に組み合わせた態様、前記弾性体をシャフト８と非同軸状に複数設けた態様等とすることも可能であり、この他例においても、シャフト８と軸受９との摺接支持箇所を錘部７の凹部７内に配置することで、コンパクト化が可能である。

また、上記実施の形態では、特に好ましい態様として、マグネット部４の両端側にシャフト８を接続し、これら二つのシャフト８をそれぞれ軸受９により摺動自在に支持したが、他例としては、マグネット部４の一端側のみにシャフト８を接続し、この単一のシャフト８を軸受９により支持した態様とすることも可能である。
さらに、他例としては、マグネット部４の両端側に分割配置されたシャフト８を、マグネット部４を貫通して連続する一体のシャフト（図示せず）に置換することも可能である。

また、上記実施の形態では、特に携帯電子機器１００に収納し易い好ましい態様として、マグネット部４、コイル３及び枠体２等を、一軸方向に直交する断面が矩形状（方形状）になるように形成して、リニア振動モータ１全体の同断面が矩形状（方形状）になるようにしたが、他例としては、前記各部位やリニア振動モータ１全体の断面形状を、円形や、正方形、多角形等、図示例以外の形状にすることも可能である。

また、図６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。

１：リニア振動モータ， ２：枠体
２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ：壁部， ３：コイル
４：マグネット部， ６：弾性部材
７：錘部， ７Ｃ：凹部， ８：シャフト
９：軸受， ９Ａ：支持突部， ９Ｂ：係合突部
１０：可動子， ２１：連結片， ２２：補強片

Claims (7)

1. マグネット部、錘部及びシャフトを一体的に有する可動子と、前記可動子を一軸方向に沿って往復動するように収容する枠体と、前記枠体に固定され前記マグネット部を前記一軸方向に沿って駆動するコイルと、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、
   前記シャフトは、前記一軸方向に沿う一方へ延設されるとともにその先端を自由端とし、前記枠体には、前記シャフトの自由端側を摺動自在に支持する軸受が固定され、
   前記錘部は、前記一軸方向に沿って凹んだ凹部を有し、この凹部内の空間に、前記シャフト及び前記軸受を配置していることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記軸受は、筒状に形成されるとともに前記シャフトに対向して前記枠体の端壁部に固定され、内部に前記シャフトを挿入し支持してい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. 前記軸受の内周面には、前記シャフトの外周面に摺接して該外周面を支持する支持突部が設けられ、この支持突部は、前記凹部内に配置さ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。
4. 前記軸受の外周部には、コイルバネ状の前記弾性部材が環状に装着され、この弾性部材は、一方側の端部を前記軸受に係止するとともに他方側の端部を前記錘部に係止していることを特徴とする請求項２又は３記載のリニア振動モータ。
5. 前記軸受は、前記一方側の外周面に、前記弾性部材の内周部に接触して嵌り合う係合突部を有し、前記係合突部よりも他方側の外周面と、前記弾性部材の内周部との間に隙間を有することを特徴とする請求項４記載のリニア振動モータ。
6. 前記軸部の内部は、貫通孔状に形成され、無通電状態における前記一方側の端部と前記シャフトの突端との間隔を、前記可動子の前記一方側への最大振幅量以上に設定していることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項記載のリニア振動モータ。
7. 請求項１〜６いずれか１項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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