WO2016163446A1

WO2016163446A1 - リニア振動モータ

Info

Publication number: WO2016163446A1
Application number: PCT/JP2016/061367
Authority: WO
Inventors: 片田　好紀; 慎小田島
Original assignee: 日本電産コパル株式会社
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2016-10-13
Also published as: CN107431425A; JP2016198733A; JP6378125B2; CN107431425B

Abstract

バネ端部の支持位置のずれを解消して、リニア振動モータの動作特性の安定化を図る。リニア振動モータ１は、マグネット２と錘３を備える可動子１０と、可動子１０を往復振動自在に支持する枠体４と、枠体４に固定され、マグネット２に可動子１０を振動させる駆動力を付与するコイル５と、枠体４と可動子１０との間に設けられるコイルバネ６とを備え、可動子１０と枠体４の一方又は両方には、コイルバネ６の端部６Ａを支持する支持部２０が設けられ、支持部２０は、コイルバネ６の中心軸６Ｐに対して一定角度で傾斜したテーパ面２１を備え、コイルバネ６の端部６Ａがテーパ面２１に当接して支持される。

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往復振動させるリニア振動モータに関する。

　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・インターフェー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る中で、可動子を直線的に往復振動させることで比較的大きな振動を得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、マグネットと錘を備えた可動子をバネで往復振動可能に支持し、バネと可動子の固有振動数に等しい周波数の交流電流を、固定したコイルに通電して、マグネットに往復振動のための駆動力を付与するものである（下記特許文献１参照）。

特開２０１２－０１６１５３号公報

　従来のリニア振動モータは、可動子と枠体の間にバネを配置して、可動子を弾性支持しており、枠体や可動子に設けた凸状又は凹状のバネ受け部にバネの端部（座巻き部）を係合してバネの支持位置を位置決めしている。この際、バネ端部の内・外径の公差と、バネ受け部の凹凸径の公差の範囲で、バネ受け部に対するバネ端部の位置にずれが生じてしまう問題があった。

　このようなずれは、バネ端部の径方向に生じるので、バネの弾性力の方向が可動子の振動方向に対して傾斜したり、可動子の振動中にバネ端部の位置移動が生じてバネの弾性力の方向が変化したりすることで、リニア振動モータの動作特性に悪影響を及ぼす可能性がある。

　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。すなわち、バネ端部の支持位置のずれを解消して、リニア振動モータの動作特性の安定化を図ること、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、本発明のリニア振動モータは、以下の構成を具備するものである。
　マグネットと錘を備える可動子と、前記可動子を往復振動自在に支持する枠体と、前記枠体に固定され、前記マグネットに前記可動子を振動させる駆動力を付与するコイルと、前記枠体と前記可動子との間に設けられるコイルバネとを備え、前記可動子と前記枠体の一方又は両方には、前記コイルバネの端部を支持する支持部が設けられ、前記支持部は、前記コイルバネの中心軸に対して一定角度で傾斜したテーパ面を備え、前記コイルバネの端部が前記テーパ面に当接して支持されることを特徴とするリニア振動モータ。

　このような特徴を有する本発明のリニア振動モータは、可動子を往復振動させるコイルバネの端部を位置ずれ無く支持することができ、リニア振動モータの動作特性を安定化させることができる。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータの分解斜視図である。本発明の実施形態係るリニア振動モータの説明図（（ａ）が正面図、（ｂ）がＡ－Ａ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支持部を示した説明図（（ａ）がコイルバネに対して凸状の支持部、（ｂ）がコイルバネに対して凹状の支持部）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支持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説明図（（ａ）が正面図、（ｂ）がＡ－Ａ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（携帯情報端末）を示した説明図である。

　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、各図における共通部位には同一符号を付しており、図毎の重複説明を省略している。

　本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、マグネット２と錘３を備える可動子１０と、可動子１０を往復振動自在に支持する枠体４と、枠体４に固定されるコイル５と、可動子１０と枠体４との間に配置されるコイルバネ６とを備えている。図において、Ｘ方向が振動方向、Ｙ方向が振動方向と交差する幅方向、Ｚ方向が高さ（厚さ）方向を示している。

　図１及び図２に示すリニア振動モータ１（１Ａ）は、マグネット２として、振動方向に沿って配置される３つのマグネット２Ａ，２Ｂ，２Ｃを備える。マグネット２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間にはそれぞれスペーサヨーク７が配置されている。マグネット２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、振動方向（図示Ｘ方向）に沿って着磁されており、互いに対向する磁極が同極になるように配置されている。すなわち、Ｘ方向に沿って、マグネット２Ａの一方の磁極がＮ極、他方の磁極がＳ極であれば、その隣にスペーサヨーク７を介して配置されるマグネット２Ｂの磁極は、マグネット２Ａ側の磁極がＳ極、その逆側の磁極がＮ極になっており、その隣にスペーサヨーク７を介して配置されるマグネット２Ｃの磁極は、マグネット２Ｂ側の磁極がＮ極、その逆側の磁極がＳ極になっている。

　駆動電流が通電されるコイル５は、スペーサヨーク７の周囲に間隙を持って配置され、枠体４に固定されている。このコイル５は、スペーサヨーク７からその周囲に配置される磁性体（枠体４）に向かう磁束、或いは周囲の磁性体（枠体４）からスペーサヨーク７に向かう磁束が横切るように巻き回されている。これにより、スペーサヨーク７を含むマグネット２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）には、Ｘ軸方向に沿った駆動力（ローレンツ力）が付与されることになる。スペーサヨーク７を含むマグネット２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）は、Ｘ軸方向に沿って延設される補強部材８によって一体に連結補強されている。

　一体に連結補強されたマグネット２のＸ方向両端部には、一対の錘３が取り付けられている。これにより、マグネット２と錘３を備える可動子１０が形成されている。図１及び図２に示した例では、錘３には、錘３の両端からＸ方向に沿って延びるガイドシャフト１１が固着されている。

　枠体４は、ガイドシャフト１１を摺動自在に支持する軸受１２を備えることで、ガイドシャフト１１が固着された可動子１０をＸ方向に沿って往復振動自在に支持している。図示の例では、枠体４は、底面部４Ａと側壁部４Ｂ，４Ｃとを備える屈折された板体に、一対の板片からなる正面部４Ｄ，４Ｅを固着し、更に平板の上蓋部４Ｆを取り付けて形成され、振動方向（Ｘ方向）に長く、厚さ方向（Ｚ方向）に薄い箱形の形状を有している。

　コイルバネ６は、Ｘ方向に沿って圧縮弾性変形自在に、可動子１０と枠体４との間に設けられ、この例では、Ｘ方向の左右に２個づつ合計４個のコイルバネ６が配置されている。４個のコイルバネ６は、ガイドシャフト１１が延びる軸に対して対称な位置に配置されている。

　可動子１０と枠体４の両方には、コイルバネ６の端部６Ａを支持する支持部２０が設けられている。図示の例では、可動子１０と枠体４の両方に支持部２０を設けているが、可動子１０と枠体４の一方のみに支持部２０を設けて、コイルバネ６の一方の端部６Ａを支持部２０に支持し、コイルバネ６の他方の端部６Ａを可動子１０と枠体４の他方に溶接などで固着してもよい。支持部２０は、図示の例では、枠体４の正面部４Ｄ，４Ｅと、可動子１０における錘３の端部に設けられている。

　図３（ａ）に、支持部２０の具体的な構成を示している。支持部２０は、コイルバネ６の端部６Ａが当接するテーパ面２１を備えている。図３（ａ）に示した例は、支持部２０は、コイルバネ６の端部６Ａ内に入る凸部を備え、この凸部の外側面に端部６Ａの内側が当接するテーパ面２１が設けられている。

　テーパ面２１は、コイルバネ６の中心軸６Ｐに対して、一定角度（テーパ角θ）で傾斜している。このテーパ面２１は、中心軸６Ｐの周り全周に、又はコイルバネ６の端部６Ａが位置決めできる程度に部分的に設けられ、全ての面で中心軸６Ｐに対して一定のテーパ角θになっている。

　支持部２０にこのようなテーパ面２１を設けて、そのテーパ面２１にコイルバネ６の端部６Ａの内側を当接させると、コイルバネ６の端部６Ａの内側径Ｗ１の寸法がある程度設定値から外れた場合にも、その外れ度合いがテーパ面２１の最小径Ｔ１と最大径Ｔ２の範囲内であれば、テーパ面２１に当接する位置を変えて、テーパ面２１で端部６Ａをずれなく支持することができる。テーパ面２１の最大径Ｔ２と最小径Ｔ１の差は、コイルバネ６の端部６Ａの内側径Ｗ１の公差とテーパ面２１の寸法公差を考慮して適宜に設定される。

　図３（ｂ）は、支持部２０の他の形態例を示している。この例では、支持部２０は、コイルバネ６の端部６Ａを収容する凹部を備え、この凹部の内側面にコイルバネ６の端部６Ａの外側が接するテーパ面２１を設けている。この例も前述した例と同様に、テーパ面２１は、コイルバネ６の中心軸６Ｐに対して、一定角度（テーパ角θ）で傾斜している。

　この例においても、支持部２０にテーパ面２１を設けて、そのテーパ面２１にコイルバネ６の端部６Ａの外側を当接させることで、コイルバネ６の端部６Ａの外側径Ｗ２の寸法がある程度設定値から外れた場合にも、その外れ度合いがテーパ面２１の最小径Ｔ１と最大径Ｔ２の範囲内であれば、テーパ面２１に当接する位置を変えて、テーパ面２１で端部６Ａをずれなく支持することができる。

　図１及び図２に示すリニア振動モータ１（１Ａ）は、コイルバネ６と可動子１０の固有振動数に等しい周波数の交流電流をコイル５に通電することで、スペーサヨーク７を含むマグネット２に往復振動のための駆動力が付与され、可動子１０がＸ方向に沿って往復振動する。その際、コイルバネ６の端部６Ａはずれることなく支持部２０に支持されるので、コイルバネ６による弾性力の方向が一定になり、安定した動作特性を示すことができる。

　特に、支持部２０の中心軸をガイドシャフト１１の軸方向と一致させることで、全てのコイルバネ６の弾性力の方向がガイドシャフト１１の軸方向と平行になり、ガイドシャフト１１の軸方向に沿った安定した往復振動を実現することができる。その際、コイルバネ６はその中心軸６Ｐに沿って弾性変形することになり、コイルバネ６が座屈変形して枠体４に接触する不具合を回避することができる。また、コイルバネ６の弾性力をガイドシャフト１１に対して対称に作用させることができるので、往復振動時にガイドシャフト１１の軸周りに可動子１０が回転してしまう不具合を解消することができる。

　図４及び図５に示すリニア振動モータ１（１Ｂ）は、図１及び図２に示した形態とは異なるものであり、可動子１０が転動体（ベアリング）１３を介して枠体４に往復振動自在に支持されている。転動体１３は、可動子１０における錘３の一面側に分散して複数（図示の例では３個）配置されている。錘３の一面には振動方向（Ｘ方向）に沿って溝３Ｐが形成されており、溝３Ｐ内に転動体１３が保持されている。また、枠体４の上蓋部４Ｆには、溝３Ｐに対向する位置に溝部４Ｆ１が形成されており、溝３Ｐと溝部４Ｆ１とで転動体１３を挟むように保持している。

　可動子１０は、可動枠１４を有しており、可動枠１４上に２つの錘３と２つのマグネット２Ｄ，２Ｅが固定されている。２つのマグネット２Ｄ，２ＥはＸ方向に並べて配置されており、Ｚ方向に沿って互いに逆向きに着磁されている。この２つのマグネット２Ｄ，２Ｅに対してＹ方向に延びる一対の直線部を有するコイル５が上蓋部４Ｆに固定されており、２つのマグネット２Ｄ，２Ｅの一方から磁性体である上蓋部４Ｆを通って２つのマグネット２Ｄ，２Ｅの他方に至る磁束を横切るように、上蓋部４Ｆに固定されたコイル５が配置されている。

　このようなリニア振動モータ１（１Ｂ）において、可動枠１４の端部と枠体４の正面部４Ｄ，４Ｅに、前述した支持部２０が設けられており、この支持部２０にコイルバネ６の端部６Ａが支持されている。リニア振動モータ１（１Ｂ）においても、コイルバネ６と可動子１０の固有振動数に等しい周波数の交流電流をコイル５に通電することで、マグネット２（２Ｄ，２Ｅ）に往復振動のための駆動力が付与され、可動子１０が、溝３Ｐ或いは溝部４Ｆ１に沿って往復振動する。その際、コイルバネ６の端部６Ａはずれることなく支持部２０に支持されるので、コイルバネ６による弾性力の方向が一定になり、安定した動作特性を得ることができる。

　本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１の形態は、前述した例に限定されるものではなく、マグネット２と錘３を備える可動子１０と、可動子１０を往復振動自在に支持する枠体４と、枠体４に固定され、マグネット２に可動子１０を振動させる駆動力を付与するコイル５と、枠体４と可動子１０との間に設けられ、可動子１０の振動によって弾性変形するコイルバネ６を備える形態であれば、支持部２０を備える本発明の実施形態になり得る。

　本発明の実施形態係るリニア振動モータ１は、扁平な箱形の形状を有する枠体４を用いることで、薄型化され且つ安定した往復振動を得ることができる。特に、枠体４を可動子１０の厚さに近い薄厚にした場合にも、コイルバネ６と枠体４とが接触することを極力回避することができ、薄型ながら異音発生の少ないリニア振動モータ１を得ることができる。

　図６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４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（１Ａ，１Ｂ）：リニア振動モータ，
２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ）：マグネット，
３：錘，３Ｐ：溝，
４：枠体，４Ａ：底面部，４Ｂ，４Ｃ：側壁部，４Ｄ，４Ｅ：正面部，
４Ｆ：上蓋部，４Ｆ１：溝部，
５：コイル，６：コイルバネ，６Ａ：端部，６Ｐ：中心軸，
７：スペーサヨーク，８：補強部材，
１０：可動子，１１：ガイドシャフト，１２：軸受，
１３：転動体（ベアリング），１４：可動枠，
２０：支持部，２１：テーパ面，θ：テーパ角，

Claims

　マグネットと錘を備える可動子と、
　前記可動子を往復振動自在に支持する枠体と、
　前記枠体に固定され、前記マグネットに前記可動子を振動させる駆動力を付与するコイルと、
　前記枠体と前記可動子との間に設けられるコイルバネとを備え、
　前記可動子と前記枠体の一方又は両方には、前記コイルバネの端部を支持する支持部が設けられ、
　前記支持部は、前記コイルバネの中心軸に対して一定角度で傾斜したテーパ面を備え、前記コイルバネの端部が前記テーパ面に当接して支持されることを特徴とするリニア振動モータ。
　前記支持部は、前記コイルバネの端部内に入る凸部を備え、該凸部の外側面に前記端部の内側が接する前記テーパ面が設けら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。
　前記支持部は、前記コイルバネの端部を収容する凹部を備え、該凹部の内側面に前記端部の外側が接する前記テーパ面が設けら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。
　前記枠体に支持されるガイドシャフトを備え、前記可動子は、前記ガイドシャフトに沿って一軸方向に往復振動す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。
　前記可動子は、前記枠体に対して滑動支持又は転動支持されることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
　請求項１～５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電子機器。