JP2006159139A - 振動モータ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
ユーザにとって振動を感じやすい振動モータ及びこれを搭載した電子機器を提供すること。
【解決手段】
振動用コイル７ｂ−１には、ロータ１７が３０°回転するごとに正方向の電圧が印加されるように、電圧印加のＯＮ／ＯＦＦが交互に繰り返される。この振動用コイル７ｂ−１のＯＮ及びＯＦＦのタイミングに同期して、振動用コイル７ｂ−２には、負方向の電圧印加のＯＮ／ＯＦＦが交互に繰り返される。すなわち、振動用コイル７ｂ−１及び７ｂ−２には、同じタイミングで、逆方向の電流が流れることになり、その結果、互いに逆方向の磁場が発生する。これにより、回転するロータ１７にスラスト方向の振動を与えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動を発生する振動モータ及びこれを搭載した電子機器に関し、特に、回転の軸方向で薄型、扁平型の振動モータ及びこれを搭載した電子機器に関する。

従来から、例えば携帯電話機器等にバイブレーション機能を発揮させるために、当該機器に振動モータが搭載されたものが数多く存在する。振動モータとしては、例えば一般的な円筒型の振動モータが採用されているものがある。この振動モータは、アンバランスを形成する錘をモータ本体から延びる回転軸の先端に取り付け、この錘を回転させることにより、モータの回転径方向の振動を発生するものである。

また、近年では、携帯電話機器に代表されるような機器の薄型に伴い、扁平型振動モータが使用されるようになってきた（例えば、特許文献１参照。）。扁平型振動モータの中にはブラシレスの振動モータも現れ、耐久性、信頼性を向上させている。

さらに、扁平型振動モータの中には、ロータに取り付けられたマグネットと、このマグネットに対向するステータヨークとが備えられたモータであって、そのステータヨークの一部が他部よりマグネットに近づけられた構成とされているモータもある。これは、磁気のクーロンの法則により、その一部においてマグネットとの間に発生する磁気吸引力が、他部より強くなるので、ロータの回転が滑らかにならず、結果的に振動を発生するというものである。（例えば、特許文献２参照。）。
特開平９−２９８８５９号公報（段落[００１６]、図１等） 特公平７−８３５８２号公報（[作用]、第１図等）

しかしながら、上記特許文献２に記載の振動モータでは、その振動の方向は、モータの回転径方向と決まっているため、例えば薄型の電子機器等に、特許文献２に記載の扁平型の振動モータが搭載される場合、当該モータの振動方向は薄型機器の厚さ方向に対して垂直方向に振動しやすく、ユーザが振動を感じやすい厚さ方向の振動が発生しにくいという特性がある。したがって、これでは機器としては振動を感じにくい構造となってしまう。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ユーザにとって振動を感じやすい振動モータ及びこれを搭載した電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る振動モータは、ステータと、前記ステータに対して回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向に該ロータを振動させながら回転駆動するための駆動機構とを具備する。

本発明では、ロータに軸方向の振動を与えることができるので、例えば、薄型の機器に振動モータが搭載される場合に、機器の厚さ方向に振動させることができる。これにより、ユーザは機器の振動を感じやすくなる。例えば、本発明に係る振動モータが扁平型の振動モータである場合には、ユーザが、薄型の機器を携帯する場合に、上記軸方向を人体に向くようにして機器を着衣のポケット等に入れておく場合があるので、軸方向に振動することによってユーザは振動を感じやすくなる。

本発明の一の形態によれば、前記駆動機構は、前記ロータの回転方向に着磁されたマグネットと、前記マグネットに対向して配置された回転駆動用コイルと、前記マグネットに対向して配置された振動用コイルと、前記ロータを回転させるために前記回転駆動用コイルに電圧を印加するように、かつ、前記ロータを前記回転軸方向に振動させるために前記振動用コイルに電圧を印加するように制御する制御部とを有する。これにより、例えば振動用コイルに対して、該振動用コイルとマグネットとの間に吸引力及び反発力を交互に発生させるように電圧が印加されれば、ロータを軸方向に振動させることができる。また、電圧の印加のタイミングによって、振動数を変化させることができるので、容易に様々な振動数の振動が得られ、例えばユーザがその振動数を設定できるようにすることも可能である。本発明の場合、ロータがステータに対して、上下動可能に、あるいは後述するように傾斜可能に設けられていればよい。上下動可能にする手段としては、例えばロータとステータ（カバー等の静止した部材も含む）との間であって軸部分に例えばバネ等の弾性体が設けられていればよい。また、言うまでもないが、振動用コイルは１つであっても複数であってもよい。

本発明の一の形態によれば、前記ロータの中央に装着された球体と、前記球体を前記回転軸方向で挟持することで前記ロータを傾斜可能に支持する支持部材とをさらに具備する。このようにロータが傾斜可能となることにより、ロータが回転しているとき、上述のように振動用コイルに電圧が印加されれば、ロータが傾斜した後、元の姿勢に戻ったり、あるいは、ロータが傾斜した後、逆方向に傾斜したりすることにより軸方向の振動を発生させることができる。

本発明の一の形態によれば、前記振動用コイルは、第１のコイルと、前記球体を中心として前記第１のコイルに対向するように配置された第２のコイルとを有し、前記制御部は、前記第１のコイルに対向する前記マグネットの一側が該第１のコイルに近づくように電圧を印加するとともに、該第１のコイルに対する電圧印加のタイミングで、前記第２のコイルに対向する前記マグネットの他側が該第２のコイルに遠ざかるように電圧を印加するように制御する。これにより、ロータを大きく傾斜させることができるので、その分大きな振動が得られ、ユーザは振動をより感じやすくなる。

本発明の一の形態によれば、前記駆動機構は、前記ロータの回転方向に着磁された第１のマグネットと、前記マグネットに対向して配置されたコイルと、前記マグネットに対向して配置され、前記回転軸方向に着磁された第２のマグネットとを有する。これにより、例えばロータが回転するとき、第１のマグネットと第２のマグネットとの間に吸引力及び反発力を交互に発生させることができ、ロータを軸方向に振動させることができる。第１のマグネットがロータ側にある場合、第２のマグネットはステータ側にあればよい。逆に、第１のマグネットがステータにある場合、第２のマグネットはロータ側にあればよい。また、この場合、ロータがステータに対して、上下動、あるいは後述するように傾斜可能に設けられていればよい。また、言うまでもないが、第２のマグネットは１つであっても複数であってもよい。振動モータの設計段階において、第２のマグネットの数、第１のマグネットの着磁数、あるいはこれらの組み合わせに応じて、様々な振動数の振動を設定することができる。

本発明の一の形態によれば、振動モータは、前記ロータの中心に装着された球体と、前記球体を前記回転軸方向で挟持することで前記ロータを傾斜可能に支持する支持部材とをさらに具備する。このようにロータが傾斜可能となることにより、ロータが回転しているとき、上述のように振動用コイルに電圧が印加されれば、ロータが傾斜した後、元の姿勢に戻ったり、あるいは、ロータが傾斜した後、逆方向に傾斜したりすることにより軸方向の振動を発生させることができる。

本発明の一の形態によれば、前記第２のマグネットは、第３のマグネットと、前記球体を中心として前記第３のマグネットに対向するように配置された第４のマグネットとを有し、前記第１のマグネットは、前記第３のマグネットに対向する前記第１のマグネットの一側と該第３のマグネットとの間で吸引力が作用するとき、前記第４のマグネットに対向する前記第１のマグネットの他側と該第４のマグネットとの間で反発力が作用するように着磁されている。これにより、ロータを大きく傾斜させることができるので、その分大きな振動が得られ、ユーザは振動をより感じやすくなる。

本発明の一の形態によれば、振動モータは、前記ロータに装着され、前記ロータの回転径方向に該ロータを振動させるためのウェイトをさらに具備する。これにより、結果的に３次元的な方向で振動が得られるため、ユーザは振動を感じやすくなる。

本発明に係る電子機器は、ステータと、前記ステータに対して回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向に該ロータを振動させながら回転駆動するための駆動機構とを有する振動モータと、前記振動モータを内蔵する筐体とを具備する。

本発明では、ロータに軸方向の振動を与えることができるので、例えば、電子機器が薄型の機器である場合には、機器の厚さ方向に振動させることができ、ユーザは機器の振動を感じやすくなる。電子機器としては、携帯電話機器、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、時計、ポケットベル、その他携帯型の電子機器が挙げられる。以下、同様である。

以上のように、本発明によれば、ユーザにとって振動を感じやすくなり、また様々な振動数の振動を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動モータを示す斜視図である。図２は、図１に示す振動モータの分解斜視図であり、図３は、図１に示す振動モータの断面図である。

振動モータ１０には、円板状のステータヨーク１と、同じく円板状のロータヨーク２とが備えられている。図３に示すように、円筒カバー状のケース１１が上部から被せられるように、ケース１１はステータヨーク１に取り付けられている。

ロータヨーク２には、図２に示すように、回転方向（Ｘ−Ｙ平面内）に着磁されたマグネット９が取り付けられている。このロータヨーク２、マグネット９等によりロータ１７が構成される。図２に示す例では、１２分割で着磁され、Ｎ極及びＳ極がそれぞれ６極ずつに分割されている。このような着磁によって、１８０°離れて対向する極性が同じ極性になる。しかし、このような１２分割の着磁に限らず、４分割、６分割、８分割等の着磁であってもよい。ロータヨーク２の中央には穴部２ａが設けられ、この穴部２ａには、図３に示すように球体３が嵌合して固定されている。この球体３は、その一部がロータヨーク２の上面より高い位置に露出するように設けられている。

ステータヨーク１上には、マグネット９に対向するように配置された、複数の回転駆動用のコイル７ａが設けられている。これら回転駆動用コイル７ａは、マグネット９との間の電磁気的な作用によりロータ１７を回転させるためのものである。各コイル７ａは、フレキシブル基板５に搭載され、また、フレキシブル基板５は、マグネット９の極性を検出する例えばホール素子１２を搭載している。フレキシブル基板５には、図示しない制御回路が電気的に接続され、この制御回路は、ホール素子１２の検出信号に基づきコイル７ａに電圧を印加してロータ１７を回転させる。この例では、６つの回転駆動用コイル７ａが設けられ、例えば３相２極で駆動が制御される。コイル数、極数等は３相２極に限られるものではない。

なお、ホール素子１２はなくてもよく、制御回路から所定のタイミングで各コイル７ａに順に電流を流すことで、ロータ１７を回転させることができる。

ステータヨーク１の中央には穴部１ａが設けられ、この穴部１ａには、上記球体３の下部を受けるための第１の受け部材８が嵌合して固定されている。ステータヨーク１、第１の受け部材８等によりステータ１５が構成される。この第１の受け部材８は、球体３と接する部分８ａが、例えば円錐状に形成されている。一方、ケース１１に設けられた穴部１１ａには、球体３の上部を受けるための第２の受け部材４が嵌合して固定されている。第２の受け部材４も、第１の受け部材８と同様に、球体３と接する部分４ａが例えば円錐状に形成されている。このような第１の受け部材８及び第２の受け部材４により球体３が挟持されることで、球体３は、Ｘ−Ｙ平面で回転可能となる。その結果、球体３に固定されたロータヨーク２が回転する。

第１の受け部材８や第２の受け部材４は、例えば焼結含油金属等でなり、球体３との接触に対して磨耗を抑制することができ、また、球体３の動きを滑らかにすることができる。

フレキシブル基板５上には、ロータ１７を、回転軸方向であるスラスト方向（Ｚ方向）に振動させるための振動用コイル７ｂが設けられている。振動用コイル７ｂは、例えば２つのコイル７ｂ−１及び７ｂ−２でなり、各コイル７ｂ−１及び７ｂ−２は例えば１８０°の間隔をあけて設けられている。各コイル７ｂ−１及び７ｂ−２は、ホール素子１２の検出信号に基づき、上記制御回路によってマグネット９との間に吸引力または反発力を発生させるように電圧が印加される。このような構成により、ロータ１７が回転しながら傾斜したり元の水平姿勢に戻ったりするので、結果的にスラスト方向の振動が得られることになる。この動作の詳細は後述する。

第２の受け部材４とロータヨーク２との間には、ロータヨーク２が傾斜できるように、隙間ｔ（図３参照）が設けられている。ロータヨーク２が傾斜したときに、第１の受け部材８の上端、または、第２の受け部材４の下端に当接することにより、ロータ１７のそれ以上の傾斜が規制されるようになっている。

なお、ホール素子１２がなくても、所定のタイミングで振動用コイル７ｂ−１及び７ｂ−２に電流が流されることでロータ１７を振動させることができる。

ロータヨーク２の側面にはウェイト６が取り付けられている。このウェイト６は、ロータ１７を重量的に偏心させるためのものである。ウェイト６が取り付けられることで、ロータ１７が回転するときに、ロータ１７を回転径方向に振動させることができる。ウェイト６は、例えば比重の大きい金属等でなる。

ケース１１とステータヨーク１との固定、ケース１１と第２の受け部材４との固定、ステータヨーク１と第１の受け部材８との固定、球体３とロータヨーク２との固定等は、例えばカシメ、溶着、接着、あるいは熱圧着等、様々な手法により行われる。

以上のように構成された振動モータ１０の動作について説明する。

図４は、回転駆動用コイル７ａ（３相のコイル（ｕ，ｖ，ｗ）×２極）及び振動用コイル７ｂに印加される電圧値の時間変化の一例を示す図である。この例では、一般的な３相モータと同様に、回転駆動用コイルｕ，ｖ，ｗにそれぞれ３０°ごとに正負が交代するように矩形波の交流電圧が印加されている。これにより、ロータ１７は回転する。

一方、振動用コイル７ｂ−１には、図４に示すように、ロータ１７が例えば３０°回転するごとに正方向の電圧が印加されるように、電圧印加のＯＮ／ＯＦＦが交互に繰り返される。この振動用コイル７ｂ−１のＯＮ及びＯＦＦのタイミングに同期して、振動用コイル７ｂ−２には、負方向の電圧印加のＯＮ／ＯＦＦが交互に繰り返される。すなわち、振動用コイル７ｂ−１及び７ｂ−２には、同じタイミングで、逆方向の電流が流れることになり、その結果、互いに逆方向の磁場が発生する。マグネット９の１８０°対向する位置に存在する極性は、同じ極性同士である。したがって、あるときには、マグネット９の一側とコイル７ｂ−１との間に吸引力が生じてその一側がコイル７ｂ−１に引き寄せられ、マグネット９の他側とコイル７ｂ−２との間に反発力が生じてその他側がコイル７ｂ−２から遠ざかる。またあるときには、その逆で、マグネット９の上記一側がコイル７ｂ−１から遠ざかり、そのタイミングでマグネット９の上記他側がコイル７ｂ−２に引き寄せられる。その結果、ロータ１７は、図５に示すように回転しながら周期的に傾斜したり、水平姿勢に戻ったりすることにより、つまり、ロータ１７にいわゆる面ぶれが起こることにより、ステータヨーク１にその振動が伝達され、振動モータ１０にスラスト方向の振動が発生する。またもちろん、振動モータ１０は、ウェイト６により径方向にも振動する。

以上説明したようなタイミング及び極性でコイル７ｂ−１及び７ｂ−２に電圧が印加されてもよいが、両コイル７ｂ−１及び７ｂ−２がともに正負の交流で、かつ、同じタイミングで正負逆となるように制御されてもよい。また、ロータ１回転の間のコイル７ｂ−１及び７ｂ−２の電圧ＯＮの回数を、図４に示すパターンよりも少なくしたり、あるいは多くしたりすることで振動数を制御することができる。さらに、加える電圧の大きさが制御されることで、ロータの傾き、つまり振幅も制御することも可能となる。このように、適宜、様々な振動パターンを得ることができる。

図８に示すように、従来の円筒型の振動モータは、モータ本体１００から延びるモータ軸１０１に偏心のためのウェイト１０２が取り付けられていた。この場合、回転の径方向にしか振動を得ることができなかった。

しかしながら、本実施の形態によれば、ロータ１７にスラスト方向の振動を与えることができるので、例えば、図示しない薄型の機器に振動モータ１０が搭載される場合に、機器の厚さ方向に振動させることができる。これにより、ユーザは機器の振動を感じやすくなる。

また、振動用コイル７ｂ−１及び７ｂ−２の電圧の印加のタイミングによって、振動数を変化させることができるので、容易に様々な振動数の振動が得られ、例えばユーザがその振動数を設定できるようにすることも可能である。

さらに、１８０°間隔で振動用コイル７ｂ−１及び７ｂ−２が配置され、かつ、同じタイミングでその電流方向が逆であるので、ロータ１７を大きく傾斜させることができる。したがって、その分大きな振動が得られ、ユーザは振動をより感じやすくなる。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る振動モータを示す分解斜視図である。図７は、図６に示す振動モータの断面図である。この第２の実施の形態において、上記第１の実施の形態に係る振動モータ１０の部材や機能等について、同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。

この振動モータ２０のステータヨーク２１は円板状でなり、ステータヨーク２１の中央に円錐状に形成され穴状に形成された第１の受け部２１ａに、球体３の下部側面が接している。また、ロータヨーク２２も円板状でなり、例えばその中央に円錐状に形成され穴状に形成された第２の受け部２２ａに、球体３の上部側面が接している。さらに、球体３の上端部は、ケース３１の裏面３１ａのほぼ中央に接している。ロータヨーク２２及びマグネット９の側面には、回転径方向のアンバランスを形成するウェイト２６が取り付けられている。

ロータヨーク２２の第２の受け部２２ａの上端２２ｂと、ケース３１の裏面３１ａとの間には、ロータ１７が傾斜できるように隙間ｓが形成されている。ロータ１７が傾斜したときに、上端２２ｂがケース３１の裏面３１ａに当接することでロータ１７のそれ以上の傾斜が規制されるようになっている。このような振動モータ２０の構成により、上記第１の実施の形態に係る振動モータ１０より厚さを薄くすることができる。

フレキシブル基板５には、回転駆動用のコイル７が設けられ、また、ロータ１７をスラスト方向に振動させるための振動用マグネット２７ａ及び２７ｂが例えば１８０°離れて対向するように配置されている。振動用マグネット２７の着磁方向はスラスト方向（Ｚ方向あるいは回転軸方向）であり、振動用マグネット２７ａと２７ｂとで極性が逆になるように着磁されている。つまり、振動用マグネット２７ａ及び２７ｂの、マグネット９に対面する側の極性が互いに逆になるように着磁されている。

このような構成によれば、ロータ１７が回転するとき、あるときは、マグネット９の一側と振動用マグネット２７ａとの間に吸引力が発生し、その同じタイミングで、マグネット９の他側と振動用マグネット２７ｂとの間に反発力が発生する。またあるときは、マグネット９の上記一側と振動用マグネット２７ａとの間に反発力が発生し、その同じタイミングで、マグネット９の上記他側と振動用マグネット２７ｂとの間に吸引力が発生する。このような動作の繰り返しによってロータ１７が回転しながら振動することにより、振動モータ２０はスラスト方向に振動する。またもちろん、振動モータ２０は、ウェイト２６により径方向にも振動する。

本実施の形態に係る振動モータ２０によれば、上記の振動モータ１０と同様の効果を得ることができる。また、振動モータ１０の振動用コイル７ｂに代えてマグネット２７が設けられているので省電力にも寄与する。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

上記各実施の形態では、ウェイト６、２６がロータヨーク２等に装着された例を示した。しかし、ウェイト６、２６がなく、ロータ１７がスラスト方向のみに振動するような構成とされていてもよい。

上記第１の実施の形態では、例えば図４に示すように、振動用コイル７ｂ−１及び７ｂ−２に矩形波状の電圧が印加される例を示した。しかし、これに限らず、三角波、台形波、あるいはその他の波形であってもよい。

例えば第１の実施の形態に係る振動モータ１０において、振動用コイル７ｂの代わりに第２の実施の形態の振動用マグネット２７が設けられていてもよい。あるいは、その逆で、第２の実施の形態に係る振動モータ２０において、振動用マグネット２７の代わりに第１の実施の形態の振動用コイル７ｂが設けられていてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る振動モータを示す斜視図である。 図１に示す振動モータの分解斜視図である。 図１に示す振動モータの断面図である。 回転駆動用コイル及び振動用コイルに印加される電圧値の時間変化の一例を示す図である。 ロータが回転するときに傾斜する状態を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る振動モータを示す分解斜視図である。 図６に示す振動モータの断面図である。 従来の円筒型の振動モータを示す斜視図である。

符号の説明

１、２１…ステータヨーク
２、２２…ロータヨーク
３…球体
４、８…受け部材
６、２６…ウェイト
７ａ…回転駆動用コイル
７ｂ…振動用コイル
９…マグネット
１０、２０…振動モータ
１１ａ…穴部
２１ａ、２２ａ…受け部
２７（２７ａ、２７ｂ）…振動用マグネット

Claims (9)

1. ステータと、
   前記ステータに対して回転可能なロータと、
   前記ロータの回転軸方向に該ロータを振動させながら回転駆動するための駆動機構と
   を具備することを特徴とする振動モータ。
2. 請求項１に記載の振動モータであって、
   前記駆動機構は、
   前記ロータの回転方向に着磁されたマグネットと、
   前記マグネットに対向して配置された回転駆動用コイルと、
   前記マグネットに対向して配置された振動用コイルと、
   前記ロータを回転させるために前記回転駆動用コイルに電圧を印加するように、かつ、前記ロータを前記回転軸方向に振動させるために前記振動用コイルに電圧を印加するように制御する制御部と
   を有することを特徴とする振動モータ。
3. 請求項２に記載の振動モータであって、
   前記ロータの中央に装着された球体と、
   前記球体を前記回転軸方向で挟持することで前記ロータを傾斜可能に支持する支持部材と
   をさらに具備することを特徴とする振動モータ。
4. 請求項３に記載の振動モータであって、
   前記振動用コイルは、
   第１のコイルと、
   前記球体を中心として前記第１のコイルに対向するように配置された第２のコイルとを有し、
   前記制御部は、前記第１のコイルに対向する前記マグネットの一側が該第１のコイルに近づくように電圧を印加するとともに、該第１のコイルに対する電圧印加のタイミングで、前記第２のコイルに対向する前記マグネットの他側が該第２のコイルに遠ざかるように電圧を印加するように制御することを特徴とする振動モータ。
5. 請求項１に記載の振動モータであって、
   前記駆動機構は、
   前記ロータの回転方向に着磁された第１のマグネットと、
   前記マグネットに対向して配置されたコイルと、
   前記マグネットに対向して配置され、前記回転軸方向に着磁された第２のマグネットと
   を有することを特徴とする振動モータ。
6. 請求項５に記載の振動モータであって、
   前記ロータの中心に装着された球体と、
   前記球体を前記回転軸方向で挟持することで前記ロータを傾斜可能に支持する支持部材と
   をさらに具備することを特徴とする振動モータ。
7. 請求項６に記載の振動モータであって、
   前記第２のマグネットは、
   第３のマグネットと、
   前記球体を中心として前記第３のマグネットに対向するように配置された第４のマグネットとを有し、
   前記第１のマグネットは、前記第３のマグネットに対向する前記第１のマグネットの一側と該第３のマグネットとの間で吸引力が作用するとき、前記第４のマグネットに対向する前記第１のマグネットの他側と該第４のマグネットとの間で反発力が作用するように着磁されていることを特徴とする振動モータ。
8. 請求項１に記載の振動モータであって、
   前記ロータに装着され、前記ロータの回転径方向に該ロータを振動させるためのウェイトをさらに具備することを特徴とする振動モータ。
9. ステータと、前記ステータに対して回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向に該ロータを振動させながら回転駆動するための駆動機構とを有する振動モータと、
   前記振動モータを内蔵する筐体と
   を具備することを特徴とする電子機器。

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