WO2016017584A1

WO2016017584A1 - リニア振動モータ

Info

Publication number: WO2016017584A1
Application number: PCT/JP2015/071254
Authority: WO
Inventors: 片田　好紀
Original assignee: 日本電産コパル株式会社
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2016-02-04
Also published as: JPWO2016017584A1; CN106537742A; US10270326B2; CN106537742B; US20170214307A1

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

リニア振動モータ

　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。

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（（ａ）が蓋板を除いた状態の平面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ１－Ａ１断面図、（ｃ）が（ａ）におけるＡ２－Ａ２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（（ａ）が（ｂ）におけるＢ－Ｂ断面図、（ｂ）が正面図）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全体構成を示した断面図である。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

Claims

　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。