JP6434028B2 - リニア振動モータ - Google Patents

Description

本発明は、信号入力によって可動子を直線的に往復振動させて振動を発生させる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発信などによって振動を発生させ、通信機器の携帯者や各種電子機器に触れる操作者に対して振動によって信号入力の状況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。

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知られている。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構成を採用することで、片当たりなどによる音発生の少ない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、筐体に固定したコイルとこのコイル内に配置されるマグネットによって駆動部を構成し、振動方向に沿ってマグネットに錘部を連結して可動子を構成し、この可動子に振動方向に沿った貫通孔を形成して、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からなる駆動部を配置し、錘部を備えて駆動部によって駆動される可動子を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。これらの従来技術は、いずれも固定シャフトの回りにコイルバネを配備しており、駆動部による一方向に向けた駆動力とこの駆動力に反発するコイルバネの弾性力によって、可動子を固定シャフトに沿って往復振動させている。

特開２０１２−１６１５３号公報 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、スマートホ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、前述した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、マグネット自体に貫通孔を形成することになるが、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。また、このマグネットの周囲に更にコイルを配備して駆動部を構成するので、薄型化に対しては十分に対応することができない問題がある。また、固定シャフトの左右にマグネットを分割することでマグネット自体に貫通孔を開けないことも考えられるが、これによるとマグネットの部品点数が多くなって良好な生産性が得られなくなると共に、十分な駆動力を得るためのマグネット体積を確保するのが困難になる問題が生じる。

これに対して、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駆動部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。

また、前述した従来技術はいずれも固定シャフトの回りにコイルバネを配置しているので、コイルバネの径を固定シャフトの直径より大きくする必要がある。固定シャフトの直径は部品の加工性及び安定した振動を得るためにはある程度の大きさが必要になるので、それに対してさらに大きい径のコイルバネが配置されることによって薄型化への対応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、固定シャフトを備えるリニア振動モータのように、安定した振動が得られると共に耐衝撃強度に優れる利点を享受しながら、薄型化或いは幅方向のコンパクト化を可能にすること、更には、マグネットの部品点数を増やさず、マグネットの体積減少を抑えた上で、薄型化或いは幅方向のコンパクト化を可能にすること、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。
マグネットと錘部を備える可動子と、前記可動子を収容する枠体と、前記枠体に固定され前記マグネット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、前記可動子は、前記一軸方向に沿って互いに逆向きに突出する一対の軸部を備え、前記枠体は、前記一対の軸部をそれぞれ摺動自在に支持する軸受部を備え、前記枠体は、前記弾性部材の一端を支持する固定バネ受け部を備え、前記軸受部と前記固定バネ受け部とが一体部品に設けられ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の全体構成を示した分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示した説明図（組立側面図）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した説明図（図２におけるＡ１−Ａ１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した説明図（図２におけるＡ２−Ａ２断面図）である。 本発明の他の実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示した分解斜視図である。 本発明の他の実施形態に係るリニア振動モータの要部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の全体構成を示した説明図（組み立て断面図）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４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４と錘部７を備える可動子２０と、可動子２０を一軸方向に沿って摺動自在に支持する枠体２と、枠体２に固定されマグネット４を一軸方向に沿って駆動するコイル６と、マグネット４に付与される駆動力に反発する弾性力を可動子２０に付与する弾性部材９とを備えている。

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側壁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。この枠体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。

枠体２に固定されたコイル６と可動子２０の一部であるマグネット４によって駆動部１０が構成されている。固定されたコイル６に電流を流すことによってマグネット４に作用するローレンツ力が一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って可動子２０を振動させる駆動力になる。

マグネット４は、図３に示すように、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿った極性を有する２つの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４の剛性を高めている。

コイル６は、磁極の向きをＸ方向に向けたマグネット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６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６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２０は、図示の例では、錘部７がマグネット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、比重の高い金属材料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４の幅より大きいＹ方向の幅を有する略直方体形状を有している。

可動子２０は、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って互いに逆向きに突出する一対の軸部８を備えている。軸部８は、可動子２０の一軸方向両端部から片持ち状に突出して設けられる。図示の例では、マグネット４の一軸方向両端部に連結される錘部７の両端部（一軸方向両端部）から一対の軸部８が突出しており、ここでは錘部７に設けた固着孔７Ｃに軸部８の一端側を挿入して固着している。

枠体２は、一対の軸部８をそれぞれ摺動自在に支持する軸受部３を備えている。一対の軸部８が軸受部３に摺動自在に支持されることで、可動子２０が枠体２に対して摺動自在に支持されている。軸受部３は、枠体２に一体に形成することができる。また、軸受部３は、軸受３Ａと軸受支持部材３Ｂによって構成され、軸受支持部材３Ｂが枠体２の底面２Ａ或いは蓋板２Ｑに取り付けられ、この軸受支持部材３Ｂの立ち上がり部に軸受３Ａが取り付けられる。枠体２の底面２Ａや蓋板２Ｑには位置決め用に突出した取り付け部２Ｓが設けられ、この取り付け部２Ｓに軸受支持部材３Ｂが取り付けられる。

軸部８が突出した錘部７の端部（一軸方向端部）７Ａには、軸受部３が挿入可能な幅を有する凹部７Ａ１が一軸方向（Ｘ方向）に沿って形成されている。このような凹部７Ａ１を設けることで、可動子２０の大きな振幅を確保しながらリニア振動モータ１のＸ方向長さを短く抑えることができる。

弾性部材９は、一対の軸部８とは非同軸に配置され、駆動部１０の駆動力に反発する弾性力を可動子２０に付与している。図示の例では、弾性部材９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９を錘部７と側壁２Ｂ（２Ｃ）の間に介在させている。

図示の例では、弾性部材９は一対の軸部８と平行に配置されている。そして、弾性部材９の一端は側壁２Ｂ，２Ｃに設けた支持突起２Ｐに係止されており、弾性部材９の他端は錘部７の端部７Ａに設けた支持突起７Ａ２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２０は弾性部材９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６に振動発生信号の電流入力がなされると、マグネット４にＸ方向の駆動力が付与され、この駆動力と弾性部材９の弾性反発力によって可動子２０が一軸方向に沿って往復振動する。

このようなリニア振動モータ１によると、一対の軸部８がマグネット４を貫通しないので、一対の軸部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。これに対して、従来技術のように固定シャフトがマグネットを貫通するタイプでは、十分な駆動力を得るためにはマグネットの厚さを固定シャフトよりかなり大きくする必要があり、更にその回りにコイルが巻かれることになるので、固定シャフトの直径と駆動力を基準に考えた場合に十分な薄型化が困難になる。

更に、一対の軸部８で可動子２０を軸支持する本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、マグネットの左右両サイドに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。

また、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、一対の軸部８がマグネット４に何ら干渉しないので、マグネット４を分割すること無く十分な駆動力を得るためのマグネット体積を確保することができる。これによって、マグネット４の部品点数を増やすこと無く、マグネット４の体積減少を抑えた構造で、可動子２０を摺動自在に軸支持するリニア振動モータ１を得ることができる。

更には、弾性部材９を一対の軸部８に対して非同軸に配置しているので、弾性部材９の直径を一対の軸部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９を細径化した場合の弾性力の設定は、弾性部材９の材料選択や弾性部材９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２０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。

この際、一対の軸部８によって軸支持される可動子２０は、一対の軸部８の回りに回転して、可動子２０の左右両側が上下に揺動することが考えられる。これに対しては、枠体２の内面に可動子２０の左右両側が摺動接触する摺動受け部２Ｒを設け、可動子２０における錘部７の表面に、摺動受け部２Ｒに接触する摺動突起７Ｂを設ける。これによると、摺動受け部２Ｒを樹脂材料などで形成することで、可動子２０の左右両側が枠体２の内面に接触した場合にも異音の発生などを抑制することができ安定した振動を維持することができる。この際、摺動受け部２Ｒを錘部７側に設け、摺動突起７Ｂを枠体２側に設けてもよい。

このようなリニア振動モータ１は、可動子２０の錘部７に連結されるマグネット４の位置を錘部７の軸方向中心に配置することが好ましい。このようにマグネット４を配置することで、金属製の枠体２の底面２Ａとマグネット４との間に働く磁気吸引力が左右均等に働くことになり、左右の一方に偏って磁気吸引力が働く場合と比較して可動子２０の振動を安定にすることができる。

図５〜図７は、本発明の他の実施形態に係るリニア振動モータを示している。前述した説明と共通する部位には同一符号を付して重複説明を省略する。このリニア振動モータ１は、枠体２の一部として、一体部品である取り付け部品３０を設けている。これにより、枠体２は、弾性部材９の一端を支持する固定バネ受け部３１を備えており、軸受部３と固定バネ受け部３１とが一体部品である取り付け部品３０に設けられている。

一体部品である取り付け部品３０は、図６に示すように、枠体２の側壁２Ｂ又は２Ｃになる第１板片部分３０Ａと、枠体２の底面２Ａに立設される第２板片部分３０Ｂと、それらを連結する連結部分３０Ｃを備えている。第１板片部分３０Ａに固定バネ受け部３１が設けられ、第２板片部分３０Ｂに軸受部３（軸受３Ａ）が設けられている。取り付け部品３０の連結部分３０Ｃは、枠体２の底面２Ａに突出して設けた取り付け部２Ｓに嵌合する孔部２０Ｄを備えている。

固定バネ受け部３１は、第１板片部分３０Ａから枠体２の内側に向けて突出した凸状部であり、軸部８の左右両側に配置された一対の弾性部材（コイルバネ）の端部に嵌合するように、軸受部３の左右両側に一対配置されている。また、一対の固定バネ受け部３１の間の中心位置に軸受部３の中心軸が交わるように、一対の固定バネ受け部３１が設けられる第１板片部分３０Ａと軸受部３が設けられる第２板片部分３０Ｂが連結部分３０Ｃにて連結されている。

そして、図７に示すように、可動子２０の端部（錘部７の端部７Ａ）には、軸部８の中心８Ｐから設定寸法Ｔだけ離れた位置に弾性部材９の他端を支持する可動バネ受け部３２の中心３２Ｐが設けられ、軸受部３の中心３Ｐと固定バネ受け部３１の中心３１Ｐとは同じ設定寸法Ｔだけ離れた位置に配置されている。これによって、軸受部３に軸部８を軸支することで、固定バネ受け部３１と可動バネ受け部３２とが同軸上に配置されることになり、同時に弾性部材９が軸部８と平行に配置される。

図５〜図７に示した実施形態では、マグネット４は、３つのマグネット片４Ｘ，４Ｙ，４Ｚから構成され、これらがスペーサヨーク４Ｃを介して連結されている。マグネット片４Ｘ，４Ｙ，４Ｚは、軸部８の軸方向に沿って着磁されており、隣り合うマグネット片４Ｘ，４Ｙ（４Ｙ，４Ｚ）が互いに逆向きに着磁されている。そして、２つのスペーサヨーク４Ｃの回りに２つのコイル６が直列且つ逆巻きに巻かれ、直列に接続された２つのコイル６の端部が入力端子部２Ｔに接続されている。

補強板５によって一体に固定されたマグネット片４Ｘ，４Ｙ，４Ｚとスペーサヨーク４Ｃは、連結部材３３を介して錘部７に連結されている。連結部材３３を設けることで、マグネット片４Ｘ，４Ｚや補強板５を直接錘部７にレーザ溶接することなく、マグネット片４Ｘ，４Ｚや補強板５を連結部材３３にレーザ溶接し、錘部７を連結部材３３にレーザ溶接して、これらを一体化することができる。このように連結部材３３を介してレーザ溶接することで、錘部７がタングステン合金のような溶接し難い（融点の高い）金属材料であっても、マグネット片４Ｘ，４Ｚに熱による悪影響を及ぼすこと無く、レーザ溶接によって強固な接合が可能になる。連結部材３３の金属材料としては、錘部７の金属材料と補強板５やマグネット片４Ｘ，４Ｚの金属材料の中間的な融点を有する材料を選択することが好ましい。

図５〜図７に示したリニア振動モータ１は、取り付け部品３０を枠体２の底面２Ａに取り付け固定するだけで、軸受部３と固定バネ受け部３１の位置決め固定が可能になり、軸受部３と固定バネ受け部３１とが一体部品に設けられているので、可動部２０の軸部８と固定バネ受け部３１との位置精度を高めることができる。これによって、リニア振動モータ１は、簡易に弾性部材９を軸部８と平行に配置することができ、弾性部材９による弾性力で可動子２０に軸部８回りの回転力が働くのを抑止することができ、安定したリニア振動を得ることができる。

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、一対の軸部８によって可動子２０を軸支持して振動させることで、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４の部品点数を増やさず、またマグネット４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。また、軸受部３と固定バネ受け部３１とを一体化することで、簡易に弾性部材９を軸部８に対してバランス良く配置することができ、安定したリニア振動を得ることができる。

図８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。

１：リニア振動モータ，
２：枠体，２Ａ：底面，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ：側壁，
２Ｐ：支持突起，２Ｑ：蓋板，２Ｒ：摺動受け部，２Ｓ：取り付け部，
２Ｔ：入力端子部，
３：軸受部，３Ａ：軸受，３Ｂ：軸受支持部材，
４：マグネット，４Ａ，４Ｂ，４Ｘ，４Ｙ，４Ｚ：マグネット片，
４Ｃ：スペーサヨーク，
５：補強板，６：コイル，
７：錘部，７Ａ：端部，７Ａ１：凹部，７Ａ２：支持突起，
７Ｂ：摺動突起，７Ｃ：固着孔，
８：軸部，９：弾性部材，１０：駆動部，２０：可動子，
３０：取り付け部品（一体部品），
３０Ａ：第１板片部分，３０Ｂ：第２板片部分，３０Ｃ：連結部分，
３０Ｄ：孔部，
３１：固定バネ受け部，３２：可動バネ受け部，３３：連結部材，
Ｔ：設定寸法，
１００：携帯情報端末

Claims (9)

1. マグネットと錘部を備える可動子と、
   前記可動子を収容する枠体と、
   前記枠体に固定され前記マグネット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、
   前記可動子は、前記一軸方向に沿って互いに逆向きに突出する一対の軸部を備え、
   前記枠体は、前記一対の軸部をそれぞれ摺動自在に支持する軸受部を備え、
   前記枠体は、前記弾性部材の一端を支持する固定バネ受け部を備え、
   前記軸受部と前記固定バネ受け部とが一体部品に設けられることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記一対の軸部と前記弾性部材は非同軸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. 前記枠体は、矩形状の底面の周囲に側壁を備え、前記一軸方向に向いた前記側壁と前記可動子との間に前記弾性部材が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。
4. 前記一体部品は、前記枠体の底面に突出して設けた取り付け部に嵌合する孔部を備え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. 前記一体部品は、前記枠体の側壁になる第１板片部分と、前記枠体の底面に立設される第２板片部分とを備え、前記第１板片部分に前記固定バネ受け部が設けられ、前記第２板片部分に前記軸受部が設けられ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. 前記可動子の端部には前記軸部から設定寸法だけ離れた位置に前記弾性部材の他端を支持する可動バネ受け部が設けられ、
   前記軸受部と前記固定バネ受け部とは前記設定寸法だけ離れた位置に配置されてい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。
7. 前記マグネットの前記一軸方向両端部に前記錘部が連結され、
   前記錘部の前記一軸方向両端部から前記一対の軸部が突出していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
8. 前記錘部の前記軸部が突出した端部には、前記軸受部が挿入可能な幅を有する凹部が前記一軸方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項７記載のリニア振動モータ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に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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