JPWO2016017584A1 - リニア振動モータ - Google Patents
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- B06B1/045—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism using vibrating magnet, armature or coil system
Abstract
固定シャフトを備えるリニア振動モータにおいて、薄型化を可能にする。リニア振動モータ1は、枠体2と、枠体2に固定され一軸方向に沿って延設される一つの固定シャフト3と、固定シャフト3に並列して配置されるマグネット4と枠体2に固定されるコイル6を備え、マグネット4を一軸方向に沿って駆動する駆動部10と、マグネット4とマグネット4に連結される錘部7とを備え、固定シャフト3によって一軸方向に沿って摺動自在に支持される可動子20と、固定シャフト3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に付与する弾性部材8とを備える。
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。
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。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、2本の固定シャフトを設けているので、これらの軸合わせに高い精度が要求されて製造工程が煩雑になる問題があり、軸合わせの精度を疎かにした場合には、固定シャフトを通すガイド孔内での片当たりやがたつきによって安定した振動が得られなくなる。
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、シャフトを備えるリニア振動モータにおいて、薄型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、またマグネットの体積減少を抑え、安定した振動を確保した上で薄型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。
枠体と、該枠体に一軸方向に沿って延設されるシャフトと、マグネットと前記枠体に固定されるコイルを備え、前記マグネットを前記一軸方向に沿って駆動する駆動部と、前記マグネットと当該マグネットに連結される錘部とを備え、前記シャフトによって前記一軸方向に沿って摺動自在に支持される可動子と、前記枠体内で前記シャフトとは非同軸に配置され、前記駆動部の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ることを特徴とするリニア振動モータ。
枠体と、該枠体に一軸方向に沿って延設されるシャフトと、マグネットと前記枠体に固定されるコイルを備え、前記マグネットを前記一軸方向に沿って駆動する駆動部と、前記マグネットと当該マグネットに連結される錘部とを備え、前記シャフトによって前記一軸方向に沿って摺動自在に支持される可動子と、前記枠体内で前記シャフトとは非同軸に配置され、前記駆動部の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ることを特徴とするリニア振動モータ。
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。本発明の実施形態に係るリニア振動モータ1はZ方向の薄型化を課題としている。
リニア振動モータ1は、枠体2と、枠体2に固定され一軸方向(図示X方向)に延設される一つの固定シャフト3と、固定シャフト3によって一軸方向(図示X方向)に沿って摺動自在に支持される可動子20と、可動子20を一軸方向(図示X方向)に駆動する駆動部10と、弾性部材8とを備えている。
枠体2は、一本の固定シャフト3を固定することができ、前述した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を備えており、互いに対面する側壁2B,2Cに固定シャフト3の両端を固定するシャフト固定部2B1,2C1を設けている。また、枠体2は、枠体2内の収容物を覆う蓋板2Qを必要に応じて設けている。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。
固定シャフト3は、可動子20を安定的に振動させるために必要な剛性を有する直線状の円柱又は角柱部材である。ここでは軸調整を不要にするために固定シャフト3を単体にしている。
駆動部10は、可動子20の一部を構成するマグネット4と枠体2に固定されるコイル6を備えている。マグネット4は、枠体2内で固定シャフト3に並列して配置されており、固定シャフト3はマグネット4を貫通すること無く一軸方向(図示X方向)に沿って延在している。
マグネット4は、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。コイル6に電流を流すことでマグネット4はX方向に沿って駆動される。図示の例では、コイル6の内側にマグネット4と固定シャフト3を配置しているが、図示のY方向にスペースの余裕がある場合には、コイル6の外側に固定シャフト3を配置してもよい。
可動子20は、マグネット4とマグネット4に連結される錘部7とを備える。図示の例では、錘部7はマグネット4の一軸方向(図示X方向)両側に連結されている。そして、固定シャフト3が錘部7に形成されたガイド孔7Aを貫通することで可動子20を一軸方向(図示X方向)に摺動自在に支持している。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方向高さを有する略直方体形状を有している。
図示の例に換えて、可動子20に軸受を連結し、その軸受が固定シャフト3に摺動自在に支持される構成にしても良いが、図示の例のように錘部7に直接ガイド孔7Aを設けて、そのガイド孔7Aに固定シャフト3を貫通させることで、Y方向のスペース効率を高めることができ、リニア振動モータ1の幅をコンパクト化することができる。更には、ガイド孔7Aを直接錘部7に設けると軸受やそれを可動子20に連結する連結部材などを省くことができるので、部品点数の減少が可能になる。
弾性部材8は、枠体2内で固定シャフト3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に付与するものである。図示の例では、弾性部材8として一軸方向(X方向)に沿って伸び縮みするコイルバネを用いており、弾性部材8は、可動子20の振動方向両側にて同軸上に配置されており、この例では、2個の弾性部材8をそれぞれ錘部7と側壁2B,2Cとの間に介在させている。
図示の例では、弾性部材8の中心軸は固定シャフト3の中心軸と平行に配置されている。そして、弾性部材8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8の他端は錘部7に設けた取り付け凹部7C内に挿入されて取り付け凹部7C内の支持突起7C1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2つの弾性部材8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8の弾性反発力によって可動子20が固定シャフト3に沿って往復振動する。振動発生信号は、可動子20の質量と弾性部材8の弾性係数で決まる共振周波数の交流電流であることが好ましい。
このようなリニア振動モータ1によると、固定シャフト3がマグネット4を貫通しないので、固定シャフト3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。
また、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ1は、固定シャフト3の片側にマグネット4を並列配置しているので、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、固定シャフト3に可動子20を摺動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8を固定シャフト3に対して非同軸に配置しているので、弾性部材8の直径を固定シャフト3の直径とは無関係に細径化することができる。弾性部材8を細径化した場合の弾性力の設定は、弾性部材8の材料選択や弾性部材8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、固定シャフト3を備えたリニア振動モータ1の薄型化が可能になる。
そして、図示の例は、図2(a)に示すように、可動子20の一軸方向(図示X方向)に沿った可動子中心軸Oに対して、左右一方側に固定シャフト3を配置している。このように固定シャフト3を可動子20の片側に寄せて配置することで、マグネット4を配置するためのY方向スペースを広くすることができる。これによって、マグネット4は、Z方向の厚さを薄くした場合にもY方向の幅を拡げて、所望の駆動力を得るための体積を確保することができる。
この際、可動子20がその左右一方側にシフトして配置された固定シャフト3の回りを回転して、可動子20の左右他方側が上下に揺動することが考えられる。これに対しては、左右他方側における枠体2の内面に可動子20が摺動接触する摺動受け部21を設け、可動子20における錘部7の表面に、摺動受け部21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21を樹脂材料などで形成することで、可動子20の左右他方側が枠体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。
可動子20の錘部7に連結されるマグネット4の位置を上下いずれかにシフトさせると、マグネット4と枠体2との間に働く磁気吸引力によって可動子20を枠体2の上下一方側に吸着させることができるので、このようなマグネット4の連結位置を採用する場合には、前述した摺動受け部21と摺動突起7Bは上下の一方側のみに設ければよい。
図4〜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た説明図である。前述した実施形態と同一部位には同一符号を付して重複説明を省略する。図4及び図5に示したリニア振動モータ1は、前述した固定シャフト3に換えて可動子20側に固定される移動シャフト30を枠体2内に備えている。移動シャフト30は、可動子20に固定されて可動子20と共に一軸方向に沿って移動する。枠体2には、移動シャフト30の摺動自在に支持する軸受31が設けられている。軸受31は、軸受支持部材32に取り付けられて、枠体2の底面2Aに固定されている。
図4及び図5に示した例では、移動シャフト30は、可動子20の錘部7に固定されている。移動シャフト30は単体のシャフトであり、その両端部が軸受31に軸支されている。図示の例では、駆動部10となるマグネット4は、枠体2内で移動シャフト30に並列して配置される。ここでは、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、移動シャフト30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の回りに駆動部10となる2つのコイル6が直列且つ逆巻きに巻かれている。
移動シャフト30とは非同軸に配置される弾性部材8は、その中心軸が移動シャフト30の中心軸と平行に片側2本、合わせて4本配置されている。複数の弾性部材8は、それぞれ一端(固定端)が枠体2の側壁2B,2Cに設けた支持突起2Pに支持され、他端(移動端)が錘部7の端部に設けた支持突起7Dに支持されている。
図6に示した例は、図4及び図5に示した例の変形例であり、リニア振動モータ1は、移動シャフト30が一軸方向に沿って配置される2本のシャフト30A,30Bに分割されている。すなわち、シャフト30A,30Bの中心軸は一致している。このように移動シャフト30を分割して一方のシャフト30Aを一方の錘部7に固定し、他方のシャフト30Bを他方の錘部7に固定することで、一対の錘部7の間に配置されるマグネット4は移動シャフト30と交差するY方向に幅広に設けることができ、これによって駆動力を高めることができる。
図7に示した例は、図6に示した例を更に変形した例であり、リニア振動モータ1は、一軸方向に沿って分割されたシャフト3A,3Bが枠体2に固定された固定シャフト3になっている。すなわち、シャフト3A,3Bの中心軸は一致している。このシャフト3A,3Bは、枠体2の側壁2B,2Cに一端が支持され、他端が自由端になっており、その自由端が錘部7に形成されたガイド孔7Aに摺動自在に挿通されている。シャフト3A,3Bの固定端部は、枠体2の側壁2B,2Cから軸方向に離れた支持部2B1,2C1によって安定に支持されている。
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、枠体2に一軸方向に延設したシャフト(固定シャフト3又は移動シャフト30)に沿って可動子20を振動させることで、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、枠体2内でシャフト(固定シャフト3又は移動シャフト30)と非同軸に弾性部材8を配置しているので、コイルバネによって形成される弾性部材8の径をシャフト径より大きく設定するようがなくその分薄型化が可能になる。これにより、シャフト(固定シャフト3又は移動シャフト30)を備えるリニア振動モータ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を達成することができる。
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。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:リニア振動モータ,
2:枠体,2A:底面,2B,2C,2D,2E:側壁,
2B1,2C1:シャフト固定部,2P:支持突起,
2Q:蓋板,21:摺動受け部,
3:固定シャフト,10:駆動部,
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,20:可動子,
7:錘部,7A:ガイド孔,7B:摺動突起,7C:取り付け凹部,
7C1,7D:支持突起,8:弾性部材,
30:移動シャフト,31:軸受,32:軸受支持部材,
3A,3B,30A,30B:シャフト,
100:携帯情報端末
2:枠体,2A:底面,2B,2C,2D,2E:側壁,
2B1,2C1:シャフト固定部,2P:支持突起,
2Q:蓋板,21:摺動受け部,
3:固定シャフト,10:駆動部,
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,20:可動子,
7:錘部,7A:ガイド孔,7B:摺動突起,7C:取り付け凹部,
7C1,7D:支持突起,8:弾性部材,
30:移動シャフト,31:軸受,32:軸受支持部材,
3A,3B,30A,30B:シャフト,
100:携帯情報端末
Claims (12)
- 枠体と、
該枠体内で一軸方向に沿って延設されるシャフトと、
マグネットと前記枠体に固定されるコイルを備え、前記マグネットを前記一軸方向に沿って駆動する駆動部と、
前記マグネットと当該マグネットに連結される錘部とを備え、前記シャフトによって前記一軸方向に沿って摺動自在に支持される可動子と、
前記枠体内で前記シャフトとは非同軸に配置され、前記駆動部の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ることを特徴とするリニア振動モータ。 - 前記シャフトの中心軸と前記弾性部材の中心軸が平行に配置され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。
- 前記弾性部材は、前記可動子の振動方向両側にて同軸上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。
- 前記シャフトは、前記可動子の前記一軸方向に沿った可動子中心軸に対して左右一方にシフトした位置に配置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。
- 前記可動子中心軸に対して左右他方側における前記枠体の内面に前記可動子が摺動接触する摺動受け部を設けたことを特徴とする請求項4記載のリニア振動モータ。
- 前記可動子における前記錘部の表面に、前記摺動受け部に接触する摺動突起を設けたことを特徴とする請求項5記載のリニア振動モータ。
- 前記シャフトは、前記枠体に固定され一軸方向に沿って延設される固定シャフトであり、
前記マグネットは、前記固定シャフトに並列して配置されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載のリニア振動モータ。 - 前記固定シャフトは、前記錘部に形成されたガイド孔を貫通することで前記可動子を摺動自在に支持することを特徴とする請求項7記載のリニア振動モータ。
- 前記枠体は、矩形状の底面の周辺に側壁を備え、互いに対面する前記側壁に前記固定シャフトの両端がそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項7又は8に記載のリニア振動モータ。
- 前記シャフトは、前記可動子に固定されて前記可動子と共に前記一軸方向に沿って移動する移動シャフトであり、
前記枠体には、前記移動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1〜6のいずれか1項記載のリニア振動モータ。 - 前記移動シャフトは、前記可動子の前記錘部に固定され、
前記マグネットは、前記移動シャフトに並列して配置されることを特徴とする請求項10記載のリニア振動モータ。 - 請求項1〜11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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