WO2017018443A1

WO2017018443A1 - リニア振動モータ及び該リニア振動モータを備える携帯電子機器

Info

Publication number: WO2017018443A1
Application number: PCT/JP2016/071991
Authority: WO
Inventors: 片田　好紀; 慎小田島; 栞石井; 昇生川
Original assignee: 日本電産コパル株式会社
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2017-02-02
Also published as: JP2017029889A

Abstract

薄型化及びコンパクト化を可能にした上で、複数のコイルの装着作業を容易にし、複数のコイルの耐振動性や耐衝撃性を向上する。マグネット部４と錘部７を備える可動子１０と、可動子１０を一軸方向に沿って往復動するように収容する枠体２と、前記一軸方向に対し交差する方向に沿ってマグネット部４の周囲に巻回されマグネット部４に前記一軸方向に沿う駆動力を付与するコイル３Ａ，３Ｂと、前記駆動力に反発する弾性力を可動子１０に付与する弾性部材６とを備え、コイル３Ａ，３Ｂは、前記一軸方向に沿って複数配設されるとともに、隣接する他のコイルとの間を接触させて一体化され、枠体２に固定されている。

Description

リニア振動モータ及び該リニア振動モータを備える携帯電子機器

　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ェ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。

　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注目されている。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ことで、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、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駆動力（ローレンツ力）を与えるものにおいて、可動子に振動方向に沿った貫通孔を形成し、この貫通孔に一本の固定シャフトを通したものが提案されている。特に、下記特許文献１に開示された従来技術では、前記コイルをボビンに巻回するようにして振動方向へ複数並べ設け、可動子を振動させる前記駆動力を大きく確保するようにしている。

特開２０１２－１６１５３号公報

　携帯電子機器やウェアラブル電子機器の小型化・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、スマートフォ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小型化且つ薄型化の高い要求がある。

　そこで、上記特許文献１に示す従来構造からボビンを省いて小型且つ薄型化することが提案される。しかしながら、ボビンを省く場合には、小型且つ薄型のコイルを振動方向に複数並べて筐体に固定したり、これら複数のコイルを可動子に対し環状に配置したりする作業に高い精度が求められる。複数のコイルの相対関係位置がずれている場合には、所望とする振動が得られない可能性があった。

　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、薄型化及びコンパクト化を可能にした上で、複数のコイルの装着作業を容易にすること、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。
　マグネット部と錘部を備える可動子と、前記可動子を一軸方向に沿って往復動するように収容する枠体と、前記一軸方向に対し交差する方向に沿って前記マグネット部の周囲に巻回され前記マグネット部に前記一軸方向に沿う駆動力を付与するコイルと、前記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、前記コイルは、前記一軸方向に沿って複数配設されるとともに、隣接する他のコイルとの間を接触させて一体化され、前記枠体に固定されていることを特徴とするリニア振動モータ。

　本発明は、以上説明したように構成されているので、薄型化及びコンパクト化を可能にした上で、複数のコイルの装着作業を容易にすること、などの目的を達成することができる。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータを示した説明図（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を示した説明図（断面図）である。融着前のコイルの一部分を示した説明図（断面図）である。融着後のコイルの一部分を示した説明図（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の一例を示した説明図（斜視図）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２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、マグネット部４、錘部７、シャフト８、これらを連結する連結部材２０及び連結片２９を有する可動子１０と、可動子１０を一軸方向に沿って往復動するように収容する枠体２と、前記一軸方向に対し交差する方向に沿ってマグネット部４の周囲に巻回されマグネット部４に前記一軸方向に沿う駆動力を付与する複数のコイル３Ａ，３Ｂと、前記駆動力に反発する弾性力を可動子１０に付与する弾性部材６とを具備している。

　可動子１０は、マグネット部４における前記一軸方向の一端側に連結部材２０を接続するとともに、その他端側には連結片２９を接続している。連結部材２０と連結片２９には、それぞれ、錘部７及びシャフト８が接続されている。錘部７及びシャフト８は、マグネット部４を間に置くようにして、前記一軸方向に沿う一方側と他方側に配設され、錘部７から突出するシャフト８の突端側は自由端となっている（図１及び図２参照）。

　マグネット部４は、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿った極性を有する偏平矩形状のマグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃを互いに同極が向き合うように複数配置して、スペーサヨーク４Ｄ，４Ｅを間に挟んで結合したものである。マグネット部４の側部には連結部材２０の補強片部２２が固着されており、これらによってマグネット部４の剛性が高められている。

　連結部材２０は、マグネット部４の一端部を覆うとともに一方のシャフト８に接続された連結片部２１と、この連結片部２１の両端側から延設されマグネット部４の両側面に接着剤を介して接着された二つ補強片部２２とを一体に有するコの字状に形成される。この連結部材２０は、例えば、非磁性のステンレス等、比較的剛性の高い非磁性金属材料から形成される。

　連結片２９は、マグネット部４における連結片部２１と逆側の端部を覆う平板状の部材であり、中心軸線に沿って他方のシャフト８を挿入し接続するとともに、中心軸線から離れた位置で錘部７に接続されている。この連結片２９は、例えば、非磁性のステンレス等、比較的剛性の高い非磁性金属材料から形成される。
　この連結片２９における枠体２底面側の端部は、錘部７の同方向側の端面よりも枠体２底面側へ突出している（図２参照）。この突出部分は、可動子１０が回転した場合に、摺動受け部２Ｒに当接する当接部２９Ｃとして機能する。

　錘部７は、マグネット部４の一軸方向（図示Ｘ方向）両端部に、連結片部２１及び連結片２９を介して連結されている。この錘部７は、比重の高い金属材料（例えば、タングステン）などによって構成することができ、図示の例では、マグネット部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部４の幅より大きいＹ方向の幅を有する矩形断面形状に形成される。
　この錘部７におけるシャフト突出方向側には、前記一軸方向に沿ってマグネット部４側へ凹むように凹部７Ｃが設けられ、この凹部７Ｃ内の空間にシャフト８が配置される。シャフト８は、凹部７Ｃ内の底面を通るようにして、錘部７の中心部を貫通している。
　また、この凹部７Ｃは、軸受９の一部又は全部を内在しており、可動子１０の比較的大きな振幅を確保する。

　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壁部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は壁部２Ｂ～２Ｅの上端面に取り付けられる矩形板状に形成される。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。図示の例では、枠体２は、幅方向（図示Ｙ方向）の寸法に対して、厚さ方向（図示Ｚ方向）の寸法を小さく、振動方向（図示Ｘ方向）の寸法を大きくした偏平状（扁平状）の略直方体形状（箱形形状）になっている。

　枠体２の底面２Ａにおける前記一軸方向の両側には、二つのシャフト８をそれぞれ摺動自在に支持するように軸受９が固定される。詳細に説明すれば、前記一軸方向の一方側と他方側の各々において、枠体２の底面２Ａには、垂直板状に軸受支持部２Ａ２が設けられ、この軸受支持部２Ａ２を貫通するようにして略円筒状の軸受９が嵌合されている。各軸受９は、シャフト８を挿通し軸方向へ自在に摺動する。

　また、枠体２の底面２Ａ上には、連結片２９の位置に対応するように、摺動受け部２Ｒが設けられる。
　摺動受け部２Ｒは、可動子１０がシャフト８回りに回転した場合に、連結片２９の当接部２９Ｃを受けて、錘部７が枠体２の内面に直接接触するのを防ぐ。錘部７は、表面を低摩擦に加工することが難しいので、仮に錘部７が枠体２の内面に接触して摺動すると、摺動負荷が大きくなると共に異音の発生も大きくなるおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、滑らかに加工しやすい連結片２９の当接部２９Ｃを摺動受け部２Ｒ上に摺動させるようにしているため、可動子１０をスムース且つ静かに振動させることができ、更にはリニア振動モータ１の長寿命化をはかることが可能になる。

　コイル３Ａ，３Ｂは、前記一軸方向に沿って複数配設され、枠体２に固定されている。
　二つのコイル３Ａ，３Ｂは、それぞれ、芯材を具備しない空芯コイルであり、マグネット部４の断面を囲む矩形状に巻回されている。
　これら二つのコイル３Ａ，３Ｂは、通電された際の磁極が逆になるように、巻方向が逆の状態で直列に接続されている。直列接続された二つのコイル３Ａ，３Ｂは、その電線の両端部を、枠体２から外部に露出した信号入力部２Ａ１の端子Ｔ１，Ｔ２に、電気的に接続している。

　そして、二つのコイル３Ａ，３Ｂは、隣接する端部同士が接続され一体化され、枠体２に固定される。各コイル３Ａ（又は３Ｂ）は、隣接するマグネット片４Ａ，４Ｂ（又は４Ｂ，４Ｃ）を跨るようにして配置される。
　特に本実施の形態の好ましい一例では、図２に示すように、無通電状態にて、隣接するマグネット片４Ａ，４Ｂ（又は４Ｂ，４Ｃ）の境界部分（スペーサヨーク４Ｄ又は４Ｅ）が、該境界部分を跨る一方のコイル３Ａ（又は３Ｂ）の軸方向中心部Ｐ１（又はＰ２）に対し、他方のコイル３Ｂ（又は３Ａ）から離れる方向へ偏って配置される。
　この構成によれば、コイル３Ａ，３Ｂへの通電により、可動子１０が一軸方向に沿って一方向へ移動した際に、隣接するマグネット片４Ａ，４Ｂ（又は４Ｂ，４Ｃ）の前記境界部分側の磁極が、前記他方のコイル３Ｂ（又は３Ａ）の磁界の影響を受け、可動子１０に前記一方向に対する逆方向の力が作用するのを軽減することができる。すなわち、最大振幅位置近傍での磁気干渉による損失を低減して、可動子１０を高効率に往復振動させることができる。

　コイル３Ａ，３Ｂ内に可動子１０を組み込む作業は、可動子１０から一方側の連結片２９、錘部７及びシャフト８が外された状態において、マグネット部４の部分が、一体状のコイル３Ａ，３Ｂ内に挿通され、この後で、連結部材２０の両補強片部２２の端部に連結片２９が接続され、次に連結片２９にシャフト８が接続され、さらに、錘部７が、シャフト８に環状に装着されるとともに連結片２９に接続される。

　また、弾性部材６は、一軸方向に沿った一対のシャフト８とは非同軸に配置され、コイル３とマグネット部４とによって生じる駆動力に反発する弾性力を、可動子１０に付与している。図示の例では、弾性部材６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６を錘部７と枠体２の壁部２Ｂ，２Ｃの間に介在させている。図示の例では、弾性部材６は一対のシャフト８と平行に配置されている。そして、弾性部材６の一端は枠体２の壁部２Ｂ，２Ｃに設けた支持突起２Ｐ（図１参照）に係止されており、弾性部材６の他端は錘部７の端部に設けた支持突起（図示せず）に係止されている。

　次に、上述したコイル３Ａ，３Ｂの製造工程について詳細に説明する。
　コイル３Ａ，３Ｂを構成する線材Ｌは、図３に示すように、中心部に位置する線状導体Ｌ１と、線状導体Ｌ１の外周面を覆う絶縁被覆層Ｌ２と、前記絶縁被覆層の外周面を覆う熱溶融層Ｌ３とを有する。この線材Ｌは、コイル状に巻かれた状態で隣接する線材Ｌ間の熱溶融層Ｌ３同士が熱融着される。
　線状導体Ｌ１は、例えば銅線等であり、絶縁被覆層Ｌ２は、例えばポリウレタン樹脂である。これら線状導体Ｌ１及び絶縁被覆層Ｌ２には、周知のポリウレタン銅線や、他のエナメル線等を用いることができる。
　また、熱溶融層Ｌ３は、例えばポリアミド系の熱溶融性樹脂の層であり、絶縁被覆層Ｌ２の全周を覆っている。

　コイル３Ａ，３Ｂは、線材Ｌをコイル状に巻回する巻回工程と、線材Ｌを加熱して隣接する線材Ｌ間の熱溶融層Ｌ３同士を融着させる融着工程とを同時進行することにより、一体コイル状に構成される。
　詳細に説明すれば、図３及び図４に示すように、線材Ｌは、断面矩形状の仮芯材Ｃの外周面に密着状に巻回されながら、同時に温度１４０～１７０℃の温風で加熱される。このため、熱溶融層Ｌ３が溶融して、隣接する線材Ｌ同士が熱融着する。線材Ｌは、各コイル３Ａ（又は３Ｂ）を構成するようにして、仮芯材Ｃの外周に複数層状（図示例によれば３層状）に巻かれる。
　前記巻回工程及び前記融着工程により一方のコイル３Ａが完成した後、線材Ｌを逆方向に巻くようにして前記巻回工程及び前記融着工程を行い、他方のコイル３Ｂが形成される。そして、二つのコイル３Ａ，３Ｂの巻回及び融着作業を全て完了した後、コイル３Ａ，３Ｂから仮芯材Ｃが抜かれる。
　よって、コイル３Ａとコイル３Ｂは、互いに逆方向に巻かれ、隣接する端部間が熱融着され、且つ隣接する線材Ｌ同士も熱融着され、一体筒状に構成される。

　上記構成のリニア振動モータ１によれば、一軸方向に沿って複数配設されたコイル３Ａ，３Ｂを断面矩形状の空芯状に一体化したため、これらコイル３Ａ，３Ｂを含む各部品を薄型化及びコンパクト化することができ、その上、複数のコイル３Ａ，３Ｂを、マグネット部４周囲に環装する作業や、枠体２に固定する作業等も容易である。
　しかも、複数のコイル３Ａ，３Ｂを熱融着により一体化しているため、独立した複数のコイルを用いる場合と比較し、コイル間やコイルと枠体２の間の接合強度に優れており、ひいては、耐振動性や耐衝撃性を向上することができる。

　そして、上記構成のリニア振動モータ１によれば、非駆動時（無通電状態）には、可動子１０は弾性部材６の弾性力が釣り合う振動中心位置で静止している。
　枠体２の信号入力部２Ａ１を介してコイル３に、可動子１０の質量と弾性部材６の弾性係数で決まる共振周波数の振動発生電流が入力されると、マグネット部４に一軸方向（図示のＸ方向）の駆動力（ローレンツ力）が作用し、この駆動力と弾性部材６の弾性反発力によって可動子１０が一軸方向に沿って安定した往復振動をする。

　次に、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である携帯電子機器１００について説明する（図４参照）。
　携帯電子機器１００は、薄厚な偏平箱状の筐体内にリニア振動モータ１を装着して、携帯情報端末（例えば、スマートフォンやタブレットパソコン等）を構成している。
　この構成によれば、リニア振動モータ１により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であり、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難い安定した振動を応答性よく使用者に伝えることができる。また、リニア振動モータ１の薄型化及び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電子機器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、薄型化された携帯電子機器１００の内部にスペース効率よく装備することができる。また、リニア振動モータ１は、耐衝撃強度が高く、耐久性も高いので、高寿命且つ故障し難い携帯電子機器１００を得ることができる。

　なお、上記実施の形態によれば、シャフト８を可動子１０に具備したが、他例としては、シャフト８を枠体２側に固定し、この固定されたシャフト８に沿って、マグネット部４及び錘部７等を振動させる態様とすることも可能である。

　また、上記実施の形態によれば、巻方向が異なる複数のコイル３Ａ，３Ｂを直列接続したが、他例としては、同巻方向の複数のコイル３Ａ，３Ｂを連結した態様や、複数のコイル３Ａ，３Ｂを並列接続した態様とすることも可能である。なお、これら他例においては、可動子１０が往復振動するようにマグネット部４の磁極位置を変更する。

　また、上記実施の形態によれば、線材Ｌをコイル状に巻回する巻回工程と、線材Ｌを加熱して隣接する線材Ｌ間の熱溶融層Ｌ３同士を融着させる融着工程とを同時進行して線材Ｌ間を熱融着するようにしたが、他例としては、前記巻回工程と前記融着工程とを交互に繰り返したり、あるいは前記巻回工程の完了後に加熱による前記融着工程を行ったりして、線材Ｌ間を熱融着することも可能である。

　また、上記実施の形態によれば、複数のコイル３Ａ，３Ｂを熱融着により一体化したが、他例としては、複数のコイル３Ａ，３Ｂを接着剤により接着し一体化した態様や、複数のコイル３Ａ，３Ｂを嵌合接続により一体化した態様等とすることも可能である。

　また、上記実施の形態では、弾性部材６としてコイルバネを用いたが、弾性部材６の他例としては、板バネを用いた態様や、ゴム等の弾性体を用いた態様、コイルバネ、板バネ、前記弾性体等を適宜に組み合わせた態様等とすることも可能である。

　また、上記実施の形態では、特に好ましい態様として、マグネット部４の両端側にシャフト８を接続し、これら二つのシャフト８をそれぞれ軸受９により摺動自在に支持したが、他例としては、マグネット部４の一端側のみにシャフト８を接続し、この単一のシャフト８を軸受９により支持した態様とすることも可能である。

　また、上記実施の形態では、マグネット部４の両端側に分割配置されたシャフト８を一体的に有するように可動子１０を構成したが、本願発明はシャフト８の態様に限定されるものでなく、本願発明に係る他の実施の形態としては、前記分割配置されたシャフト８を、マグネット部４を貫通して連続する一体のシャフトに置換した態様（図示せず）や、上記可動子１０からシャフト８が省かれた可動子を、枠体２に固定されたシャフトに係合して一軸方向へ案内するようにした態様（図示せず）、上記可動子１０からシャフト８を省いた可動子を、シャフトを用いずに弾性部材６によって往復動自在に支持した態様等とすることも可能である。

　また、上記実施の形態では、特に携帯電子機器１００に収納し易い好ましい態様として、マグネット部４、コイル３Ａ，３Ｂ及び枠体２等を、一軸方向に直交する断面が矩形状（方形状）になるように形成して、リニア振動モータ１全体の同断面が矩形状（方形状）になるようにしたが、他例としては、前記各部位やリニア振動モータ１全体の断面形状を、円形や、正方形、多角形等、図示例以外の形状にすることも可能である。

　また、図５の携帯電子機器１００は、好ましい一例として、リニア振動モータ１を内在したスマートフォン又はタブレットパソコンを示しているが、この携帯電子機器１００の他例としては、リニア振動モータ１を内在するようにして、携帯電話や、携帯ゲーム機、携帯型通信時計、ウェアラブル通信端末を含むウェアラブル電子機器、その他のポータブル電子機器を構成することが可能である。

１：リニア振動モータ，　２：枠体，　３Ａ，３Ｂ：コイル
４：マグネット部，　６：弾性部材，　７：錘部
８：シャフト，　９：軸受，　１０：可動子
２０：連結部材，　２１：連結片部，　２２：補強片部，　２９：連結片
Ｌ：線材，　Ｌ１：線状導体，　Ｌ２：絶縁被覆層，　Ｌ３：熱溶融層

Claims

　マグネット部と錘部を備える可動子と、前記可動子を一軸方向に沿って往復動するように収容する枠体と、前記一軸方向に対し交差する方向に沿って前記マグネット部の周囲に巻回され前記マグネット部に前記一軸方向に沿う駆動力を付与するコイルと、前記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、
　前記コイルは、前記一軸方向に沿って複数配設されるとともに、隣接する他のコイルとの間を接触させて一体化され、前記枠体に固定されていることを特徴とするリニア振動モータ。
　前記コイルが芯材を具備しない空芯コイルであることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータ。
　前記マグネット部が、矩形状の断面を前記一軸方向に連続させた形状に構成され、前記コイルが、前記マグネット部の前記断面を囲む矩形状に巻回されて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。
　前記コイルを構成する線材は、中心部に位置する線状導体と、前記線状導体の外周面を覆う絶縁被覆層と、前記絶縁被覆層の外周面を覆う熱溶融層とを有し、コイル状に巻かれた状態で隣接する線材間の前記熱溶融層同士を融着させていることを特徴とする請求項１～３いずれか１項記載のリニア振動モータ。
　前記線材をコイル状に巻回する巻回工程と、前記線材を加熱して隣接する線材間の前記熱溶融層同士を融着させる融着工程とを含む製造工程より、前記複数のコイルを形成するようにしたことを特徴とする請求項４記載のリニア振動モータの製造方法。
　隣接する前記コイルの一方を前記製造工程により形成した後、隣接する前記コイルの他方を逆巻にして前記製造工程により形成するようにしたことを特徴とする請求項５記載のリニア振動モータの製造方法。
　請求項１～４いずれか１項記載のリニア振動モータを備える携帯情報端末。