JP2010036131A - リニアモータおよびリニアモータを備えた携帯機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄型化を図ることが可能なリニアモータを提供する。
【解決手段】このリニアモータ10は、互いに離間して配列されたコイル部4aおよび4bを有する固定部2と、コイル部4aおよびコイル部4bと対向する磁極面を有し、コイル部4aおよびコイル部4bの配列方向に沿ってコイル部4aおよびコイル部4b上を移動可能に設けられた磁石1と、コイル部4aおよびコイル部4bの配列の両端部に設けられ、磁石1を初期の位置(枠部2a内の中間部分)に支持する板バネ部3と、磁石1の表面に配置された磁性流体5と、磁石1を往復移動させる制御部15と、を備える。そして、制御部15は、磁石1を板バネ部3の復元力に抗する方向に初期の位置から移動した状態に保持した後、磁石1の往復移動を開始するように制御する。
【選択図】図2
【解決手段】このリニアモータ10は、互いに離間して配列されたコイル部4aおよび4bを有する固定部2と、コイル部4aおよびコイル部4bと対向する磁極面を有し、コイル部4aおよびコイル部4bの配列方向に沿ってコイル部4aおよびコイル部4b上を移動可能に設けられた磁石1と、コイル部4aおよびコイル部4bの配列の両端部に設けられ、磁石1を初期の位置(枠部2a内の中間部分)に支持する板バネ部3と、磁石1の表面に配置された磁性流体5と、磁石1を往復移動させる制御部15と、を備える。そして、制御部15は、磁石1を板バネ部3の復元力に抗する方向に初期の位置から移動した状態に保持した後、磁石1の往復移動を開始するように制御する。
【選択図】図2
Description
本発明は、リニアモータおよびリニアモータを備えた携帯機器に関する。
従来、コイルからの電磁力により振動する可動部を備えた振動モータが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1には、円板状のマグネットからなる可動子と、可動子を取り囲むように配置されたコイルとを備えた振動アクチュエータ(振動モータ)が開示されている。上記特許文献1に記載の振動アクチュエータでは、円板状の可動部を取り囲むように上下方向に厚みが大きいコイルが配置されているとともに、そのコイルからの電磁力により円板状の可動部を上下方向(可動部の厚み方向)に直線移動させるように構成されている。
特開2006−68688号公報
上記特許文献1に開示された振動アクチュエータでは、上下方向に厚みが大きいコイルを用いて円板状の可動部が上下方向(可動部の厚み方向)に移動するように構成されているので、装置の薄型化を図ることが困難であるという問題点がある。
この発明は、薄型化を図ることが可能な振動アクチュエータ(リニアモータ)を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面によるリニアモータは、互いに離間して配列された電流線を有する固定部と、電流線と対向する磁極面を有し、電流線の配列方向に沿って電流線上を移動可能に設けられた可動部と、可動部を往復移動させる移動手段と、可動部の往復移動の際に、可動部を移動方向に付勢する弾性部材と、可動部をその初期の位置から弾性部材の復元力に抗する方向に移動した状態に保持する保持手段と、を備えることを特徴とする。
この発明の第2の局面による携帯機器は、上記第1の局面によるリニアモータを備えることを特徴とする。
この発明の第1の局面によるリニアモータでは、上記の構成により、薄型化を図ることを可能にしながら、可動部の応答時間を短縮することができる。
この発明の第2の局面による携帯機器では、上記のリニアモータを備えることにより、携帯機器の薄型化および振動の応答時間の短縮を図ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態によるリニアモータを説明するための斜視図である。図2〜図4は、本発明の第1実施形態によるリニアモータを説明するための図である。図5
は、本発明の第1実施形態によるリニアモータの動作制御を説明するための図である。図6は、本発明の第1実施形態によるリニアモータの可動部が所定量移動して保持された状態を示す図である。
図1は、本発明の第1実施形態によるリニアモータを説明するための斜視図である。図2〜図4は、本発明の第1実施形態によるリニアモータを説明するための図である。図5
は、本発明の第1実施形態によるリニアモータの動作制御を説明するための図である。図6は、本発明の第1実施形態によるリニアモータの可動部が所定量移動して保持された状態を示す図である。
リニアモータ(リニア駆動型振動モータ)10は、図1〜図3に示すように、可動部を構成する磁石1と、固定部2とを備えている。固定部2は、磁石1を内部に配置する枠部2aと、枠部2aの開口部分を塞ぐようにそれぞれ配置される第1基板2bおよび第2基板2cとを備えている。また、磁石1は、枠部2aの内部側において2つの板バネ部3により移動可能に支持されている。つまり、磁石1は、固定部2内の密閉された空間に2つの板バネ部3の付勢力により往復移動可能に保持されている。なお、固定部2は本発明の「固定部」および磁石1は本発明の「可動部」の一例である。
磁石1は、フェライトやネオジウムなどの強磁性材料からなる磁石(永久磁石)で構成され、約10mmの直径と、約1.5mmの厚みとを有する円板形状に形成されている。
2つの板バネ部3は、それぞれ、一方端部が枠部2aの内側面側の角部分に設けられた切込み部2dにより保持されている。また、各板バネ部3の他方端部側の部分により磁石1を挟むように構成されている。このようにすることで、各板バネ部3は、それぞれ、枠部2aの取り付け部を支持点として撓み変形可能になり、磁石1を互いに他方の板バネ部3側に付勢する機能を有する。さらに、2つの板バネ部3は、その形状やバネ定数などの特性が略同等に形成されているので、後述する平面コイル4に電流を流していない状態で、磁石1は枠部2a内の中間部分で挟持されている。なお、板バネ部3は本発明の「弾性部材」の一例である。
第1基板2bおよび第2基板2cには、それぞれ、扁平状に形成されるとともに、互いにY方向に離間して配列されたコイル部4aおよびコイル部4bからなる平面コイル4が設けられている。平面コイル4は、約0.2mmの厚みを有する。コイル部4aおよびコイル部4bは、それぞれ、平面的に見て、略矩形状の渦巻形状を有するとともに、コイル部4aおよびコイル部4bに電流が印加された際には互いに逆方向の磁界が発生するように構成されている。上述の板バネ部3は、平面コイル4の配列の両端部側に位置し、両端部の2つの板バネ部3により磁石1を枠部2aの中間部分に挟持している。なお、平面コイル4は本発明の「電流線」、Y方向は本発明の「配列方向」、及びコイル部4aとコイル部4bは本発明の「一対の平面コイル」の一例である。
また、リニアモータ10には、図5に示すように、リニアモータ10の動作を制御するための制御ICを有する制御部15が接続さている。この制御部15は、電流線15aを介してリニアモータ10の平面コイル4(コイル部4a、コイル部4b)に対して、磁石1を駆動するための電流(駆動電流)を供給する機能を有する。特に、本実施形態では、制御部15は、駆動電流として直流電流と交流電流を切り替えて供給できるように構成されている。すなわち、リニアモータ10には、制御部15から、直流電流として、たとえば、矢印A方向(図5参照)の駆動電流が供給され、さらに交流電流として、矢印A方向の駆動電流と、矢印A方向とは反対方向の駆動電流とが交互に供給される。なお、制御部15は本発明の「移動手段」および「保持手段」の一例である。
こうした制御部15は、リニアモータ10の外部に別途設けてもよいが、第1基板2bまたは第2基板2cに搭載してリニアモータ10と一体的に設けることが好ましい。このようにすることで、電流線15aの配線長が短くなり、制御部15から平面コイル4に流す電流を増加させることができる。このため、平面コイル4により発生する電磁力が増大し、その結果、磁石1の駆動力を増大させることができるとともに、磁石1の応答時間を短縮することができる。
磁石1は、図4に示すように、永久磁石の厚み方向に着磁されており、上面1a側はN極に、下面1b側はS極に着磁されている。また、磁石1の上面1aおよび下面1bと平面コイル4とは互いに対向するように配置されている。これにより、平面コイル4に電流が流れた際に、平面コイル4に発生する磁場と磁石1から発生する磁場とにより、引力または斥力が発生して、磁石1が第1基板2bおよび第2基板2cに対してY方向(図3参照)に移動する。
特に、平面コイル4に交流電流が流れる場合には、電流の流れる方向によって磁石1の移動する方向が切り替わるので、電流が流れている間、磁石1はY方向に往復移動する。これにより、リニアモータ10は振動する。
一方、平面コイル4に直流電流が流れる場合には、電流が流れている間、磁石1はY方向のいずれか一方に移動する電磁力が作用する。そして、図6に示すように、磁石1は、板バネ部3の復元力に抗する方向に移動量Sだけ移動した位置で保持(ラッチ)される。この移動量Sは平面コイル4に流す電流量などで容易に制御することができる。なお、移動量Sは、たとえば、磁石1の中心点が移動した量(平面コイル4に電流を流していない状態における磁石1の中心M0から平面コイル4に直流電流を流した状態における中心M1に磁石1が移動した量)で規定される。また、平面コイル4に電流を流していない状態における磁石1の中心M0の位置が本発明の「初期の位置」である。
磁石1が配置される枠部2aの内側面のX方向に沿った長さLは約12mm程度の大きさを有し、内側面のY方向に沿った長さWは約16mm程度の大きさを有する。したがって、直径約10mmの磁石1は、移動方向と直交する方向(X方向)において、枠部2aの内側面との間に片側約1mmずつの隙間を有し、移動方向(Y方向)において、枠部2aの内側面との間に片側約3mmずつの隙間を有する。
磁石1には、磁石1と板バネ部3との間の側面を含む表面(上面1a、下面1bおよび側面1c)の全域を覆うように磁性流体5が配置されている。磁性流体5は、たとえば、ナノメートルオーダーの鉄などの強磁性材料と、油などの溶媒とを混合することにより形成されている。磁性流体5は、磁場の分布に応じて磁石1に配置されるものであり、磁石1の磁場が強い部分においてより多く保持される。つまり、磁性流体5は、磁石1の上面1aおよび下面1bの中央部分よりも、磁石1の角部1dに対応する位置(磁石1の磁場が強い部分)により多く保持されている。また、磁石1は、移動方向(Y方向)に延びる中心線C1(図3参照)に対して磁場が左右対称に発生するように構成されているとともに、磁性流体5は磁石1の磁場を反映して配置されることから、磁石1の移動方向(Y方向)の中心線C1に対して左右対称に配置される。同様に、磁性流体5は、磁石の移動方向(Y方向)とは垂直方向(Z方向)の中心線C2に対しても左右対称に配置される。
リニアモータ10では、制御部15を用いて平面コイル4(コイル部4a、コイル部4b)に直流電流を流し続け、図6に示したように、磁石1を移動量Sだけ移動した位置で保持した後、制御部15にて平面コイル4に流す電流を直流電流から交流電流に切り替えて、磁石1をY方向に往復移動させる。これにより、往復移動の開始時点での磁石1の駆動力として板バネ部3の復元力が加わるので、磁石1の加速度が増強され、所定の振動量に達するまでの時間(起動時間)が短縮される。
ここで、リニアモータ10について、磁石1の起動時間を算出するために行ったシミュレーションの結果について説明する。図7は、リニアモータ10のシミュレーション結果を説明するための図である。シミュレーションでは、磁石1の半径を5mm、磁石1の質量を0.836g、磁石1と枠部2aとの間隔を2mm、板バネ部3の厚さを0.1mm
、板バネ部3のバネ定数を0.39N/mm、角振動数(交流電流の周波数)を150Hzと設定し、さらにリニアモータ10が所定の振動量に達するのに必要な加速度を1.5Gと設定した。その上で、磁石1のラッチ量(磁石1の初期位置からの移動量)を0mmとした比較例に対して、磁石1のラッチ量を0.5mm、1.0mm、1.5mmと変動させてシミュレーションを行った。なお、図7では、横軸を磁石1のラッチ初期位置(磁石1のラッチ量に相当し、磁石1の初期位置からの移動量をマイナス表記した値)とし、縦軸を起動時間(比較例を用いて規格化した値)としている。
、板バネ部3のバネ定数を0.39N/mm、角振動数(交流電流の周波数)を150Hzと設定し、さらにリニアモータ10が所定の振動量に達するのに必要な加速度を1.5Gと設定した。その上で、磁石1のラッチ量(磁石1の初期位置からの移動量)を0mmとした比較例に対して、磁石1のラッチ量を0.5mm、1.0mm、1.5mmと変動させてシミュレーションを行った。なお、図7では、横軸を磁石1のラッチ初期位置(磁石1のラッチ量に相当し、磁石1の初期位置からの移動量をマイナス表記した値)とし、縦軸を起動時間(比較例を用いて規格化した値)としている。
リニアモータ10では、図7に示すように、磁石1のラッチ量が増加するにともない、起動時間が短縮されている。たとえば、磁石1を枠部2a側に1.0mm移動させてラッチした状態から往復移動(振動)を開始した場合には、起動時間が磁石1を移動させていない場合の約35%にまで短縮される。このように、磁石1を所定の位置に移動させてラッチした状態から往復移動を開始することは、磁石1の起動時間の短縮に有効であることが分かる。
本発明の第1実施形態によるリニアモータ10では、以下の効果を得ることができる。
(1)横振動型(Y方向への振動)のリニアモータ10を構成することにより、縦振動型(Z方向への振動)のリニアモータに比べて、薄型化が図りやすい。
(2)第1基板2bおよび第2基板2cに扁平状の平面コイル4を配置するとともに、平面コイル4と対向する磁極面を有し、平面コイル4上をコイル部4aおよびコイル部4bの配列方向に沿って直線移動するように振動する磁石1を設ける。これによって、上下方向に厚みが大きいコイルを用いて上下方向に磁石を直線移動させる場合に比べて、磁石1の上下方向(Z方向)への移動範囲(移動空間)を設ける必要がなくなり、Z方向の厚みを小さくすることができる。その結果、リニアモータ10の薄型化を図ることができる。
(3)磁石1を板バネ部3の復元力に抗する方向に初期の位置(枠部2aの中間部分)から移動した状態に保持できるようにした。これにより、磁石1を往復移動させる際に、往復移動の開始時点での磁石1の駆動力として板バネ部3の復元力を加え、磁石1の加速度を増強させることができるようになる。
(4)磁石1を板バネ部3の復元力に抗して初期の位置(枠部2aの中間部分)から移動した状態に保持した後、磁石1の往復移動を開始するようにした。これにより、往復移動の開始時点での磁石1の駆動力として板バネ部3の復元力が加わり、磁石1の加速度が増強される。その結果、磁石1の起動時間が短縮され、リニアモータ10における振動動作の応答時間を短縮することができる。
(5)平面コイル4に直流電流を流した状態から、平面コイル4に流す電流を交流電流に切り替えて磁石1の往復移動を行うようにしたことで、容易に上記(4)の効果を享受することができる。
(6)平面コイル4に電流が印加された際に、コイル部4aとコイル部4bとでは互いに逆方向の磁界が形成されるように構成したことで、コイル部4aと磁石1との間、および、コイル部4bと磁石1との間に、容易に引力および斥力を加えることができる。
(7)磁石1の表面を覆うように磁性流体5を配置することで、磁性流体5の潤滑作用によって磁石1の固定部2に対する摩擦を低減することができる。その結果、磁石1をスムースに往復移動させることができ、磁石1の応答時間をさらに短縮することができる。
(8)磁性流体5は、磁石1を覆うように配置されていることから磁石1の緩衝部材として機能させることができる。これにより、磁石1の移動時に発生する音を低減することができる。
(9)可動部を構成する磁石1が円板形状であり、磁石1は枠部2aの内側面と対向する凸状の曲面を有するので、外力を受けて磁石1が傾斜して枠部2aの内側面と接触する状態となっても、磁石1はスムースに安定して移動させることができる。また、磁石1は枠部2aの内側面と対向する凸状の曲面を有するので、磁石1が傾斜して枠部2aの内側面と接触しても、矩形形状の磁石(直方体形状からなる薄板磁石)を採用した場合のように角接触することはない。すなわち、枠部2aの内側面と凸状の曲面との接触に起因する抵抗は、角接触に起因する抵抗に比べて小さい。そのため、角接触による摩擦抵抗の増加に対抗するに足りる推力を発生させる電流をコイルにさらに印加して磁石1の推力を増加させる必要はなく、消費電力の増加を抑制することができる。この結果、消費電力の増加が抑制され、駆動信頼性の向上したリニアモータが提供される。
(10)磁石1が枠部2aの内側面と対向する凸状の曲面を有するので、外力を受けて位置ずれした場合であっても、磁石1と枠部2aの内側面との接触部分は線接触となり、矩形形状の磁石を採用した場合のように平面同士の面接触とはならない。そのため、接触時の摩擦抵抗が矩形形状の磁石を採用した場合に比べて小さく、消費電力の増加をさらに抑制することができる。
(第2実施形態)
図8および図9は、それぞれ、本発明の第2実施形態におけるリニアモータを用いた携帯機器の一例を説明するための図である。なお、図9は、図8のリニアモータを含む部分の一断面である。
図8および図9は、それぞれ、本発明の第2実施形態におけるリニアモータを用いた携帯機器の一例を説明するための図である。なお、図9は、図8のリニアモータを含む部分の一断面である。
第2実施形態において、本発明の第1実施形態によるリニアモータ10は、図8および図9に示すように、携帯電話50などに用いることが可能である。携帯電話50は、リニアモータ10と、CPU20と、表示部30とを備えている。リニアモータ10は、携帯電話50の表示部30が配置された側とは反対側の面に配置されている。表示部30は、タッチパネル方式のパネルにより構成されているとともに、表示部30に表示されたボタン部30aを押圧することにより携帯電話50を操作するように構成されている。そして、リニアモータ10は、表示部30に表示されたボタン部30aが押圧されたことを検知した場合や、電話を着信した際にマナーモードに設定されている場合などに振動するようにCPU20で制御される。
特に、表示部30に表示されたボタン部30aが押圧されたことを検知してリニアモータ10を振動させる場合には、表示部30がアクティブな状態(ボタン部30aが視認できる状態)を維持している間中、リニアモータ10の平面コイル4に直流電流を流し、ボタン部30aが押圧された直後に、平面コイル4に交流電流を所定の時間だけ流すように制御される。
本発明の第2実施形態によるリニアモータを備えた携帯機器(リニアモータ10を備えた携帯電話50)では、以下の効果を得ることができる。
(11)上記のリニアモータ10を備えることによって、携帯電話50の薄型化および振動の応答時間の短縮を図ることができる。
(12)表示部30がアクティブな状態の間中のみ、リニアモータ10の平面コイル4
に直流電流を流すようにしたことで、表示部30の状態に関係なく直流電流を流す場合に比べて、携帯電話50の消費電力の低減することができる。
に直流電流を流すようにしたことで、表示部30の状態に関係なく直流電流を流す場合に比べて、携帯電話50の消費電力の低減することができる。
(13)上記のリニアモータ10を備えることによって、上記(11)の効果に加え、さらに消費電力の増加の抑制と駆動信頼性の向上を図ることができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
上記第1実施形態では、2つの平面コイル(コイル部4aおよびコイル部4b)により磁石1を振動(往復移動)させる例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、3つ以上の平面コイルを並べた状態で磁石1を振動(往復移動)させるようにしてもよい。
上記第1実施形態では、弾性部材の一例として2つの板バネ部3により磁石1を移動可能に支持する例を示したが、本発明はこれに限らず、コイルバネまたはゴム部材などの板バネ以外の弾性部材を使用してもよい。また、3つ以上の板バネ部3により磁石1を支持してもよい。
上記第1実施形態では、第1基板2bおよび第2基板2cの両方の基板に平面コイル4を配置する例を示したが、本発明はこれに限らず、平面コイル4は第1基板2bおよび第2基板2cの一方の基板のみに配置されていてもよい。
上記第1実施形態では、ナノメートルオーダーの強磁性材料である鉄に油を混合した磁性流体5を用いる例を示したが、本発明ではこれに限らず、鉄以外の強磁性材料により磁性流体5を構成してもよい。
上記第1実施形態では、磁性流体5を磁石1の表面の全域を覆うように配置する例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、磁石1の角部分など、磁石1の表面の少なくとも一部を覆うように配置されていてもよい。
上記第1実施形態において、第1基板2bおよび第2基板2cの磁石1と対向する側の表面に対して、低摩擦材料を形成しておいてもよい。あるいは、枠部2aの内側壁に低摩擦材料を形成しておいてもよい。こうした低摩擦材料としては、炭素系材料であるダイヤモンドライクカーボン(DLC)やフラーレンなど、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)など、ポリオレフィン樹脂であるポリエチレン、ポリプロピレンなど、チタン系材料であるチタン、窒化チタン、酸化チタンなど、が挙げられる。このような構成とした場合には、磁石1と固定部2との間の摩擦抵抗がさらに低減されるために、磁石1の応答時間をさらに短縮することができる。
上記第1実施形態では、可動部を構成する磁石1として円板形状のものを採用した例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、互いに反対側にある2つの凸状の曲面と、互いに反対側にある2つの平坦側面とを有する平坦な樽形状の磁石を採用し、この磁石の平坦側面を板バネ部3が弾性的に押圧するように配置してもよい。
1 磁石(可動部)、2 固定部、2a 枠部、2b 第1基板、2c 第2基板、4 平面コイル(電流線)、4a コイル部、4b コイル部、5 磁性流体、10 リニアモータ。
Claims (6)
- 互いに離間して配列された電流線を有する固定部と、
前記電流線と対向する磁極面を有し、前記電流線の配列方向に沿って前記電流線上を移動可能に設けられた可動部と、
前記可動部を往復移動させる移動手段と、
前記可動部の往復移動の際に、前記可動部を移動方向に付勢する弾性部材と、
前記可動部をその初期の位置から前記弾性部材の復元力に抗する方向に移動した状態に保持する保持手段と、を備えるリニアモータ。 - 前記電流線は、一対の平面コイルを含み、
前記一対の平面コイルは電流が印加された際に、互いに逆方向の磁界を形成するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。 - 前記保持手段は、前記電流線に直流電流を流して前記可動部を前記状態に保持することを特徴とする請求項1または2に記載のリニアモータ。
- 前記移動手段は、前記可動部を前記状態に保持した後、前記電流線に交流電流を流して前記可動部の往復移動を開始することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のリニアモータ。
- 前記可動部は、その表面の少なくとも一部に配置された磁性流体を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のリニアモータ。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のリニアモータを備えた携帯機器。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2008
- 2008-08-06 JP JP2008203283A patent/JP2010036131A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9543816B2 (en) | 2012-05-22 | 2017-01-10 | Mineabea Co., Ltd. | Vibration generator having swing unit, frame and elastic member |
US10305357B2 (en) | 2012-05-22 | 2019-05-28 | Minebea Co., Ltd. | Vibration generator having swing unit, frame and elastic member |
US10848043B2 (en) | 2012-05-22 | 2020-11-24 | Minebea Mitsumi Inc. | Vibration generator having swing unit, frame and elastic member |
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