JP6803722B2

JP6803722B2 - リニア振動モータ

Info

Publication number: JP6803722B2
Application number: JP2016212971A
Authority: JP
Inventors: 片田　好紀; 好紀片田
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: WO2018079251A1; US20190314860A1; CN109891727A; JP2018074781A

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等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。

このような振動モータについて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。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一軸方向に往復振動させるものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１３１９１５号公報

ところで、特許文献１に示す従来技術によれば、リニア振動モータ全体を振動方向に沿って長尺状に構成し、その長手方向の中央寄りにコイル及び一対のマグネットを配置しているため、一対のマグネットがコイルから往復駆動のための磁気作用を受ける有効面積が、リニア振動モータ全体の面積に比べて著しく小さい。このような従来構造において、振動量を増大し立上り特性を向上するためには、供給電力を増大する回路を別途設けたり、一対のマグネットとコイルを複数組並設したりすることが考えられるが、コストアップおよび大型化を招いてしまうおそれがある。
特に、タッチ操作に応じて振動を発生させるタッチ操作バイブレーション機能を有するタッチパネル等では、省スペースな構造に加えて、良好な応答性が求められる。

このような課題を解決するために、本発明は以下の構成を具備するものである。
長尺状の一対のマグネットの長手方向端部側に錘体を固定した可動子と、前記一対のマグネットの長手方向に沿って長尺状に設けられ通電時の磁気作用によって前記可動子を短手方向へ往復駆動するコイルと、前記コイルが固定された基体と、前記可動子の往復動により弾性変形する弾性部材とを備え、前記弾性部材は、一片部と、該一片部に交差する他片部を有し、前記一片部が不動部位に支持されるとともに、前記他片部が前記マグネットと前記錘体の間に挟まれて固定されていることを特徴とするリニア振動モータ。
また、本発明の他例としては、以下の構成を具備する。
長尺状の一対のマグネットの長手方向端部側に錘体を固定した可動子と、前記一対のマグネットの長手方向に沿って長尺状に設けられ通電時の磁気作用によって前記可動子を短手方向へ往復駆動するコイルと、前記コイルが固定された基体と、前記可動子の往復動により弾性変形する弾性部材とを備え、前記弾性部材は、前記マグネットの短手方向の端面に沿う一片部と、該一片部に交差する他片部を有し、前記一片部が不動部位に支持されるとともに、前記他片部が前記マグネットと前記錘体の間に挟まれて固定されていることを特徴とするリニア振動モータ。

本発明に係るリニア振動モータの一例を示す分解斜視図である。同リニア振動モータの平面図であり、カバー部を二点鎖線で示している。同リニア振動モータを短手方向の中央で切断した断面図である。同リニア振動モータを厚み方向の中央で切断した断面図である。ヨークの一例を、マグネット取付面側から示す斜視図である。本発明に係るリニア振動モータの他例を短手方向の中央で切断した断面図である。リニア振動モータを備えた携帯電子機器の一例を示す斜視図である。

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、長尺状の可動子１０と、この可動子１０をその長手方向（図示例によればＸ方向）に直交する短手方向（図示例によればＹ方向）へ弾発し支持する弾性部材２０，２０と、通電時の磁気作用によって可動子１０を短手方向へ往復駆動するコイル３０と、コイル３０が固定された基体４０とを備えている（図１〜図５参照）。

可動子１０は、長尺状の一対のマグネット１１，１１と、これらマグネット１１，１１の長手方向の両端側に固定された錘体１２，１２と、一対のマグネット１１，１１の反コイル側の面に長手方向へわたって固定されたヨーク１３とを備え、弾性部材２０，２０によって短手方向へ振動するように支持されている。

各マグネット１１は、長尺な直方体状に形成され、コイル３０面に対し直交する方向（図示例によればＺ方向）の一方をＮ極、他方をＳ極としている。
一対のマグネット１１，１１は、隙間Ｓを置いて略平行に設けられる。一方のマグネット１１は、他方のマグネット１１に対し磁極が逆になっている。
これら一対のマグネット１１，１１は、ヨーク１３によって一体に固定されている。

ヨーク１３は、一対のマグネット１１，１１の反コイル側面を覆う長尺状に形成され、その長手方向の両端側に、コイル３０側へ突出する突片部１３Ａ，１３Ａを有する。このヨーク１３は、例えば、磁性金属材料からなる略矩形状の板材を曲げ加工することによって、断面略凹状に形成される。

各突片部１３Ａは、一対のマグネット１１，１１の端部に対し、接着剤を介して接着されている。この突片部１３Ａは、幅方向（図示例によればＹ方向）の中央寄りに嵌合片部１３Ａ１を有する。

嵌合片部１３Ａ１は、一対のマグネット１１，１１間に入り込んで嵌り合うことで、一対のマグネット１１，１１の間隔を一定にしている。
図３に示す好ましい一例では、この嵌合片部１３Ａ１を、マグネット１１の厚み方向（図示のＺ方向）の中央寄りに配置している。この配置によれば、図５に示すように、突片部１３Ａにおいて、嵌合片部１３Ａ１を間に置く両側部分ａ，ｂが、嵌合片部１３Ａ１の付け根側部分ｃにより連続するため、両側部分ａ，ｂの平行度、および本体面ｄに対する直角度を高精度に保持することができる。

弾性部材２０は、弾性的に撓み可能な金属製の長尺板材から折り曲げ形成される。図示の一例では略Ｌ字状に形成されている。詳細に説明すれば、この弾性部材２０は、一対のマグネット１１，１１の短手方向の端面に沿う一片部２１と、一片部２１に略直交する他片部２２とを備える。マグネット１１の短手方向の端面１１Ｂと基体４０（カバー部４２）の側壁とが直接対面しており、この間に、一片部２１が延在している。この一片部２１は、不動部位である基体４０に支持されている。
また、他片部２２は、各マグネット１１（詳細には突片部１３Ａ外面）と錘体１２の間に挟まれて固定されている。この固定手段には、例えば溶接が適用される。すなわち、ヨーク１３の突片部１３Ａに対し弾性部材２０の他片部２２が溶接固定され、この他片部２２に対し錘体１２が溶接固定されている。
この固定構造によれば、振動等により弾性部材２０と可動子１０の接続部分が損傷するようなことを防ぐことができる。

弾性部材２０の一片部２１には、その長手方向の中央寄りに、可動子１０厚み方向の寸法を縮小するように括れ部２１Ａが設けられる。この括れ部２１Ａは、可動子１０の振動によって一片部２１と基体４０の接続部分や、一片部２１と他片部２２間の曲げ形状部分等に加わる応力を分散する。

長手方向の両側の錘体１２，１２は、比重の高い金属材料（例えば、タングステン）などによって形成され、図示例によれば、一対のマグネット１１，１１の厚さよりも大きいＺ方向高さを有するとともに一対のマグネット１１，１１の幅より大きいＹ方向の幅を有する略直方体状に形成される。
各錘体１２は、平面視上においてコイル３０の直線状部分３１に重ならないように配置される。すなわち、各錘体１２は、可動子１０の長手方向において、一端側をコイル３０の接続部分３２に重ねるようにして、他端側をコイル３０外へ延設している（図４参照）。

また、各錘体１２におけるコイル３０側の角部分には、可動子１０の振動方向（Ｙ方向）へ貫通する切欠部１２Ａが設けられている（図１及び図３参照）。
この切欠部１２Ａは、コイル３０の長手方向の端部側における端面及び表面に対し、所定の隙間を置くように形成される。すなわち、錘体１２は、図３に示すように、切欠部１２Ａを接続部分３２におけるＺ方向の端面とＸ方向の端面に近接させて、断面略逆Ｌ字状に設けられる。この構成によれば、基体４０内の限られたスペースを有効に利用して、可動子１０の往復動を妨げることなく錘体１２を配設することができる。

コイル３０は、芯材を具備しない空芯コイルであり、長尺扁平状に巻回され、一対のマグネット１１，１１の反ヨーク１３側の面に対し、隙間を置いて略平行に設けられる。
このコイル３０は、一対のマグネット１１，１１の長手方向に沿う二つの直線状部分３１，３１と、これら直線状部分３１，３１の両端側をそれぞれ接続する接続部分３２，３２とを有する。

各直線状部分３１は、一対のマグネット１１，１１の長手方向に沿って略直線状に延設された部分である。この直線状部分３１の長手方向の寸法Ｌ１は、コイル３０の中心側における中空部の長手方向の寸法と略同一である。

二つの直線状部分３１，３１は、それぞれ、一対のマグネット１１，１１に沿うように位置する。各直線状部分３１の寸法Ｌ１は、マグネット１１の全長よりも若干短く設定される。そして、各マグネット１１は、平面視上において、各直線状部分３１を長手方向に跨るように設けられる。すなわち、各マグネット１１の長手方向の端部は、コイル３０の接続部分３２内に位置している（図４参照）。
この配置によれば、通電時に直線状部分３１に発生する磁界を各マグネット部に有効に作用させることができ、長手方向の寸法誤差の悪影響を受け難い。

前記長手方向に直交する短手方向（Ｘ方向）において、コイル３０の幅Ｗ１は、一対のマグネット１１，１１の同方向の幅よりも広く設定され、一対のマグネット１１，１１における短手方向の端面１１Ｂ，１１Ｂは、それぞれ、対向する直線状部分３１の幅Ｗ３内に位置する。
そして、二つの直線状部分３1，３１の間の幅Ｗ２は、一対のマグネット１１，１１間の隙間Ｓよりも大きく設定され、一対のマグネット１１，１１間の内縁部１１Ａ，１１Ａは、幅Ｗ２内に位置する。
この配置により、リニア振動モータ１は、通電により可動子１０が短手方向へ移動した場合でも、平面視上において一対のマグネット１１，１１とコイル３０とが重なり合う面積を略一定に保持し、安定した駆動力を得るようにしている。

また、基体４０は、コイル３０を支持し固定する基板部４１と、可動子１０の周囲及び反コイル側面を覆うカバー部４２とを備え、コイル３０及び可動子１０に沿う長尺状に構成される。

基板部４１は、略長尺矩形板状に形成され、その長辺部分に端子Ｔ，Ｔを突出させている。端子Ｔ，Ｔは、それぞれ、コイル３０の両端部に接続され、例えば、可動子１０の質量と弾性部材２０の弾性係数で決まる共振周波数（固有振動数）を有する交番電流又はパルス電流からなる駆動信号が供給される。

カバー部４２は、基板部４１側を開口した略矩形箱状に形成され、基板部４１の周縁側に接続固定されている。
このカバー部４２は、短尺方向の両端の側壁内面に、それぞれ、弾性部材２０における一片部２１の先端側を、溶接によって止着し固定している。

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。
コイル３０に交流電力が供給されると、コイル３０の直線状部分３１に磁束を直交させた磁気回路が構成され、コイル３０と一対のマグネット１１，１１間の磁気作用によって可動子１０が短手方向へ往復動し、この往復動に伴い弾性部材２０，２０が弾性変形し、この往復動による振動が基体４０に伝達される。

本実施形態のリニア振動モータ１では、長尺状のコイル３０の長手方向に沿って一対のマグネット１１，１１を設け、一対のマグネット１１，１１の両端部に錘体１２，１２を固定しているため、例えば、コイルと一対の可動子を長尺状に複数組並べてその並び方向へ可動子を往復動させるようにした構成等に比較し、一対のマグネット１１，１１がコイル３０から往復駆動のための磁気作用を受ける有効面積（換言すれば、平面視上において、一対のマグネット１１，１１とコイル３０が重なり合う面積）を広く確保することができる。
よって、コイル３０と一対のマグネット１１，１１間の磁気特性及び立上り特性を改善することができ、通電された際の応答性を向上することができる。

しかも、コイル３０の接続部分３２は可動子１０の短手方向への駆動に寄与しないが、この接続部分３２に一部が重なるように錘体１２を配置しているため、例えば短手方向の両端部に錘体を設けた構成と比較し、平面視上の全体面積を小さくでき、当該リニア振動モータ１全体の小型化が可能である。

また、図７は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１を備えたタッチ操作パネル５０（タッチ入力装置）、及びこのタッチ操作パネル５０を装備した電子機器として、携帯情報端末１００を例示している。
この携帯情報端末１００は、タッチ操作パネル５０（タッチディスプレイを含む）のタッチ操作に応じてリニア振動モータ１を振動させるように構成され、その応答性が良好である。また、リニア振動モータ１の薄型化・小型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、高さを抑えた直方体形状の基体４０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。
なお、他例としては、タッチ操作パネル５０を具備しない電子機器にリニア振動モータ１を装備することも可能である。

また、上記実施態様によれば、特に好ましい態様として、ヨーク１３の嵌合片部１３Ａ１を、厚み方向（図示のＺ方向）の中央寄りに配置したが、他例としては、図６に示すように、重ね折り状の嵌合片部１３Ａ１’を有する構成とすることも可能である。
図６に示すリニア振動モータ２は、上述したリニア振動モータ１に対し、ヨーク１３をヨーク１３’に置換したものであり、ヨーク１３’は、上記嵌合片部１３Ａ１に換えて嵌合片部１３Ａ１’を有する。
このリニア振動モータ２によっても、磁気特性及び立上り特性を改善して応答性を向上することができる。

また、上記実施態様によれば、可動子１０を板バネ状の弾性部材２０によって支持するようにしたが、他例としては、可動子１０をコイルバネや弾性合成樹脂などの弾性部材（図示せず）によって支持した態様や、可動子１０を直進運動可能に支持するシャフトを別途具備した態様等とすることも可能である。

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。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。

１，２：リニア振動モータ１１，１１：マグネット
１２：錘体１３，１３’：ヨーク
１３Ａ：突片部１３Ａ１，１３Ａ１’：嵌合片部
１０：可動子２０：弾性部材
２１：一片部２２：他片部
３０：コイル３１：直線状部分
３２：接続部分４０：基体
４１：基板部４２：カバー部

Claims

長尺状の一対のマグネットの長手方向端部側に錘体を固定した可動子と、前記一対のマグネットの長手方向に沿って長尺状に設けられ通電時の磁気作用によって前記可動子を短手方向へ往復駆動するコイルと、前記コイルが固定された基体と、前記可動子の往復動により弾性変形する弾性部材とを備え、
前記弾性部材は、一片部と、該一片部に交差する他片部を有し、前記一片部が不動部位に支持されるとともに、前記他片部が前記マグネットと前記錘体の間に挟まれて固定されていることを特徴とするリニア振動モータ。
長尺状の一対のマグネットの長手方向端部側に錘体を固定した可動子と、前記一対のマグネットの長手方向に沿って長尺状に設けられ通電時の磁気作用によって前記可動子を短手方向へ往復駆動するコイルと、前記コイルが固定された基体と、前記可動子の往復動により弾性変形する弾性部材とを備え、
前記弾性部材は、前記マグネットの短手方向の端面に沿う一片部と、該一片部に交差する他片部を有し、前記一片部が不動部位に支持されるとともに、前記他片部が前記マグネットと前記錘体の間に挟まれて固定されていることを特徴とするリニア振動モータ。
前記マグネットの反コイル側の面には、長手方向に沿ってヨークが固定され、
前記ヨークは、長手方向の端部側に、前記マグネットの長手方向端面に沿う突片部を有し、この突片部と前記錘体との間に、前記弾性部材の他片部を挟んでい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。
前記一対のマグネットは、短手方向に隙間を置いて設けられ、
前記ヨークには、前記一対のマグネットの前記隙間に嵌り合う嵌合片部が設けられていることを特徴とする請求項３記載のリニア振動モータ。
前記コイルは、前記長手方向に沿う二つの直線状部分と、これら直線状部分の両端側をそれぞれ接続する接続部分とを有し
前記一対のマグネットは、それぞれ、前記二つの直線状部分に沿って設けられ、各マグネットは、平面視上において前記各直線状部分を長手方向に跨るように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載のリニア振動モータ。
前記錘体は、平面視上において前記直線状部分に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項５記載のリニア振動モータ。
前記基体が、前記コイルの長手方向に沿って長尺状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載のリニア振動モータ。
請求項１乃至７何れか１項記載のリニア振動モータを備えたタッチ入力装置。
請求項１乃至７何れか１項記載のリニア振動モータを備えた電子機器。