JP2017035650A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

【課題】 可動子を薄肉化した上で、可動子の生産性を向上し、マグネット部の強度を十分に保持する。
【解決手段】 マグネット部4と錘部7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、マグネット部4を前記一軸方向に沿って駆動するコイル3と、マグネット部4に付与される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、可動子10の前記往復動を案内するシャフト8とを備え、マグネット部4は、シャフト8を間に挿通するようにして分離した一片部M1と他片部M2により構成されている。
【選択図】 図1

Description

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。
このリニア振動モータの従来技術は、例えば特許文献1に開示されるように、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挿通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薄型化の高い要求がある。
リニア振動モータの薄型化を考えた場合、上記従来技術のように、可動子にシャフトを挿通した構造では、薄肉なマグネット自体に振動方向に沿った貫通孔を形成する必要があるので、前記貫通孔を加工する際にマグネットが破損することのないように高精度な加工を要する。また、落下衝撃等に起因してマグネットの前記貫通孔周りが破損することのないように、マグネットの厚みを十分に確保する必要がある。
本発明は、このような事情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、可動子を薄肉化した上で、可動子の生産性を向上すること、マグネット部の強度を十分に保持すること、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有する可動子と、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、前記マグネット部を前記一軸方向に沿って駆動するコイルと、前記マグネット部に付与される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、前記可動子の前記往復動を案内するシャフトとを備え、前記マグネット部は、前記シャフトを間に挿通するようにして分離した一片部と他片部により構成されてい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、マグネット部に穿孔を施す必要がないため、可動子を薄肉化した上で、該可動子の生産性を向上することができ、しかも、マグネット部の強度を十分に保持することができる。
本発明の実施形態に係るリニア振動モータの一例を示した説明図(分解斜視図)である。 同リニア振動モータを、蓋板を外した状態で示した説明図(平面図)である。 (a)は、同リニア振動モータを、蓋板を装着した状態で示した説明図(平面図)であり、(b)は、(a)におけるA−A線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの他例を、蓋板を外した状態で示した説明図(平面図)である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの他例を、蓋板を外した状態で示した説明図(平面図)である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの他例を、蓋板を外した状態で示した説明図(平面図)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。
リニア振動モータ1は、マグネット部4及び錘部7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、マグネット部4を前記一軸方向に沿って駆動するコイル3と、マグネット部4に付与される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、可動子10の前記往復動を案内するシャフト8とを具備している。
可動子10は、前記一軸方向に沿う断面略矩形状のマグネット部4と、マグネット部4の前後端及び両側面に接着固定された連結部材20と、連結部材20の前後に接続された錘部7とを一体的に有する。
マグネット部4は、可動子10の振動方向に直交する方向へ分離した一片部M1と他片部M2からなり、これら一片部M1と他片部M2の間には、シャフト8が遊挿され貫通している。
一片部M1と他片部M2の各々は、一軸方向(図示のX方向)に沿って、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、隣接するマグネット片4Aと4B(又は4Bと4C)間にスペーサヨーク4D(又は4E)を挟むようにして、接着剤により結合したものである。
これら一片部M1と他片部M2は、シャフト8の外周面に対し隙間を置くようにして、シャフト8の両側に略平行に分割配置される。すなわち、一片部M1と他片部M2の間隔は、シャフト8の外径よりも若干大きく設定される。そして、これら一片部M1と他片部M2は、これらを跨る連結部材20により連結されている。
連結部材20は、一片部M1及び他片部M2を内在する矩形枠状に形成され、その内側の面を一片部M1及び他片部M2に接着固定している。
詳細に説明すれば、この連結部材20は、前記一軸方向の一端側で一片部M1と他片部M2を連結する一方の連結片部21と、この連結片部21の両端側から延設されて一片部M1及び他片部M2の外側の側面に接着固定された二つの補強片部22と、これら二つの補強片部22の両先端部間にわたる他方の連結片部21’とを有する一体の矩形枠状に形成されている。
一方の連結片部21は、前記一軸方向の一端側において、一片部M1の端面と他片部M2の端面とに跨る平板状に形成され、可動子10幅方向(図示のY方向)の略中央部に、シャフト8を遊挿する貫通孔21Aを有する。この連結片部21は、一片部M1の端面及び他片部M2の端面に接着固定されている。
この連結片部21には、必要に応じて、可動子10の重心軸から離れた位置で枠体2の底面2A側へ突出するように、当接部20C(図3(b)参照)が設けられる。この当接部20Cは、可動子10がシャフト8回りに回転した場合に、枠体2側の摺動受け部2Rに当接して、錘部7が枠体2の内面に直接接触するのを防ぐ。
補強片部22は、前記一方の連結片部21の両端側から一軸方向に沿って突出するように二つ設けられる。これら二つの補強片部22は、それぞれ、複数のマグネット片4A,4B,4C及びスペーサヨーク4D,4Eを跨る平板状に形成される。
一方の補強片部22は、一片部M1の外側の側面に沿って延設され、複数のマグネット片4A,4B,4C及びスペーサヨーク4D,4Eを跨るようにして、これらの側面に接着固定される。
他方の補強片部22は、他片部M2の外側の側面に沿って延設され、複数のマグネット片4A,4B,4C及びスペーサヨーク4D,4Eを跨るようにして、これらの側面に接着固定される。
また、他方の連結片部21’は、前記一軸方向の他端側において、一片部M1の端面と他片部M2の端面とに跨る平板状に形成され、可動子10幅方向(図示のY方向)の略中央部に、シャフト8を遊挿する貫通孔21A’を有する。この連結片部21’は、一片部M1の端面及び他片部M2の端面に接着固定されている。
なお、図示例の連結部材20は、切れ目のない一体矩形枠状に形成されているが、加工方法等によっては連結片部21,21’又は補強片部22の一部に切れ目を有する態様としてもよい。
また、錘部7は、上述した連結片部21,21’の外面に接続固定されている。
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には、中心軸線上に貫通孔が設けられ、この貫通孔には軸受9が嵌合固定されている。軸受9は、略円筒状の滑り軸受であり、シャフト8を挿通して軸方向に摺動させるように支持する。
なお、連結片部21(又は21’)と錘部7の接続は、好ましくは接着と溶接の併用とされるが、接着のみ、又は溶接のみとすることも可能である。
また、連結片部21(又は21’)とマグネット部4の接続は、接着剤を用いた接着とすればよいが、接着及び溶接の併用、又は溶接のみとすることも可能である。
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、非磁性体の金属板を加工(プレス加工など)することで形成される。図示例では、枠体2は、幅方向(図示のY方向)の寸法に対して、厚さ方向(図示のZ方向)の寸法を小さく、振動方向(図示の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。
壁部2B,2C,2D,2Eのうち、一端側の壁部2Cは、隣接する壁部2E,2D及び底面2Aとは別部材で構成される。この壁部2Cは、可動子10及びシャフト8等が枠体2内に組み付けられた後に、壁部2E,2D及び底面2Aに対し接続固定される。
また、枠体2は、必要に応じて、枠体2内の収容物を覆う蓋板2Qや、可動子10をシャフト8回りの一方向に磁力吸引する磁力吸引部(磁性板12)、可動子10の当接部20Cを受ける摺動受け部2Rなどを備える。
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。
磁性板12は、鉄板などで形成され、可動子10の重心軸から離れた位置で、蓋板2Qの裏面に取り付けられている。
摺動受け部2Rは、可動子10が磁性板12に吸引されてシャフト8回りに回転した場合に、連結部材20の当接部20Cを受ける(図3(b)参照)。
すなわち、図示例のリニア振動モータ1では、磁性板12の吸引力により可動子10に一方向への回転力を付与し、可動子10の当接部20Cを摺動受け部2Rに対し強制的に摺接させることで、可動子10の回転方向のがたつきを無くし、振動時の動作音(異音)を低減するようにしている。
コイル3は、磁極の向きをX方向に向けたマグネット部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3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3をコイルボビンに巻いて該コイルボビンを枠体2に固定してもよい。
このコイル3は、図示例によれば、前記一軸方向に並ぶように二つ設けられる。これら二つのコイル3の一方と他方は、電線の巻方向が互いに逆になっている。そして、各コイル3は、隣接するマグネット片4A,4B(又は4B,4C)を跨るようにしてこれら隣接するマグネット間の中央寄り配置される。
二つのコイル3は、直列に接続され、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の端子に、電気的に接続している。
また、弾性部材6は、一軸方向に沿ったシャフト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)に沿って伸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。
シャフト8は、可動子10の重心軸上(詳細には、錘部7内の軸受9内、マグネット部4の一片部M1と他片部M2の間、連結部材20の貫通孔21A等)に貫通状に挿通され、その両端部が、枠体2の両端の壁部2B,2Cに接続固定されている。
シャフト8と壁部2B,2Cの接続は、圧入及び溶接とすればよいが、圧入のみ、又は溶接のみとすることも可能である。
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がシャフト8に沿って安定した往復振動をする。
このリニア振動モータ1では、マグネット部4の一片部M1と他片部M2を幅方向(図示のY方向)の両側に分離配置しているため、従来技術のようにマグネットに穿孔を施す必要がない。
したがって、マグネット部4を比較的薄肉に形成した場合であっても、マグネット部4の強度を十分に保持することができ、製造中や、落下衝撃を受けた際などに、マグネット部4が損傷するようなことを防ぐことができる。
次に、本願発明に係る実施の形態の他例について説明する。なお、以下に示す実施の形態は、上述したリニア振動モータ1に対し一部を変更したものであるため、主にその変更部分について説明し、上記リニア振動モータ1のものと略同一の部分については、同一の符号を付けて重複する説明を省略する。
図4に示すリニア振動モータ1Aは、上記リニア振動モータ1(図1及び図2に示す態様)に対し、各弾性部材6を板バネ状の弾性部材6Aに置換したものである。各弾性部材6Aは、シャフト8とは非同軸の位置にて、一端を枠体2の壁部2B又は2Cに当接するとともに、その他端を錘部7に当接して、これら壁部2B又は2Cと錘部7の間を弾発している。
図5に示すリニア振動モータ1Bは、上記リニア振動モータ1A(図4に示す態様)に対し、シャフト8と同軸にコイルバネ状の弾性部材6を追加したものである。弾性部材6は、壁部2B又は2Cと錘部7の間において、シャフト8に対し環状に装着され、一端を錘部7に当接するとともに、他端を壁部2B又は2Cに当接している。すなわち、このリニア振動モータ1Bでは、二種類の弾性部材6,弾性部材6Aを用いて、壁部2B又は2Cと錘部7の間を弾発している。
これらリニア振動モータ1A,1Bにおいても、上述したリニア振動モータ1と同様に、可動子10に貫通孔を設けない構造であるため、マグネット部4を比較的薄肉に形成した場合であっても、このマグネット部4の強度を十分に保持することができる。
また、図6に示すリニア振動モータ1Cは、上記リニア振動モータ1(図1及び図2に示す態様)に対し、枠体2に固定されたシャフト8を省き、可動子10にシャフト8Cを固定するとともに、このシャフト8Cを、枠体2側の軸受9Cにより軸方向摺動自在に支持したものである。
詳細に説明すれば、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9Cが嵌合されている。各軸受9Cは、シャフト8を挿通し軸方向へ自在に摺動する。
シャフト8Cは、可動子10に対し貫通状に挿入され不動に固定され、その両端部を可動子10から突出した自由端部としている。そして、このシャフト8Cの両自由端側は、それぞれ、枠体2側の軸受9Cによって摺動自在に支持される。
マグネット部4を構成する一片部M1と他片部M2は、シャフト8Cを径方向の両側から挟むようにして、該シャフト8Cの外周面に接触している。
このリニア振動モータ1Cにおいて、シャフト8Cを可動子10に固定する手段は、連結片部21(又は21’)の貫通孔21Aに対するシャフト8Cの圧入や、該貫通孔21Aに対するシャフト8Cの接着又は溶接、マグネット部4の一片部M1と他片部M2間の内壁面に対するシャフト8Cの接着又は溶接等とすることが可能である。さらには、これら複数種類の固定手段を適宜に組み合わせるようにしてもよい。
よって、上記構成のリニア振動モータ1Cにおいても、上述したリニア振動モータ1と同様に、マグネット部4に貫通孔を設けない構造であるため、マグネット部4を比較的薄肉に形成した場合であっても、このマグネット部4の強度を十分に保持することができる。
しかも、マグネット部4の一片部M1と他片部M2間の内壁面にシャフト8Cが接触するまで、一片部M1と他片部Mの幅方向(図示のY方向)の寸法を大きくできるため、マグネット部4の体積を増加して、駆動力を増大することも可能になる。
次に、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ1(1A,1B又は1C)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7参照)。
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(1A,1B又は1C)を装着して、携帯電子機器(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(1A,1B又は1C)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・終了時に、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(1A,1B又は1C)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(1A,1B又は1C)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(1A,1B又は1C)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、本願発明に係るリニア振動モータについて、図示例以外の他例としては、リニア振動モータ1B(図5)から一方の弾性部材6Aを省いた態様や、弾性部材の一部又は全部をゴム等の弾性体や、図示例以外の弾性部材に置換することが可能である。
また、上記実施の形態では、連結部材20が、軸方向の一端側で一片部M1及び他片部M2を跨ってこれらに接続される態様としたが、連結部材20の他例としては、マグネット部4の厚み方向の一端側又は両端側で、一片部M1及び他片部M2を跨ってこれらに接続される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の一片部M1(又は他片部M2)を3つのマグネット片4A,4B,4C及びこれらの間のスペーサヨーク4D,4Eから構成したが、他例としては、一片部M1(又は他片部M2)を単数又は2つのマグネット片から構成した態様や、一片部M1(又は他片部M2)を4以上のマグネット片から構成した態様とすることも可能である。このような他例においては、コイル3の数も、一片部M1(又は他片部M2)を構成するマグネット片の数に応じて、単数や3以上等とすればよい。
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3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、上記実施の形態では、筒状のコイル3内で可動子10のマグネット部4を直線的に駆動するリニア振動モータについて、上述したマグネット部4の分離構造を適用したが、本願発明に係る他の実施の形態としては、偏平状のコイル(図示せず)に対し略平行に可動子10を備え、前記コイルの磁界を変化させて可動子10のマグネット部4を直線的に駆動するようにしたリニア振動モータについて、上述したマグネット部4の分離構造を適用することも可能である。
また、上記実施の形態では、一片部M1と他片部M2を連結部材20を介して錘部7に接続したが、他例としては、一片部M1と他片部M2を錘部7に直接固定することでこれらを連結した態様とすることも可能である。
また、図7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(1A,1B又は1C)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(1A,1B又は1C)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。
1,1A,1B,1C:リニア振動モータ, 2:枠体, 3:コイル
4:マグネット部, 4A,4B,4C:マグネット片
4D,4E:スペーサヨーク 6,6A:弾性部材, 7:錘部
8,8C:シャフト, 9,9C:軸受, 10:可動子
20:連結部材, 21:連結片部, 22:補強片部
M1:一片部, M2:他片部

Claims (7)

  1. マグネット部と錘部を有する可動子と、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、前記マグネット部を前記一軸方向に沿って駆動するコイルと、前記マグネット部に付与される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、前記可動子の前記往復動を案内するシャフトとを備え、前記マグネット部は、前記シャフトを間に挿通するようにして分離した一片部と他片部により構成されていることを特徴とするリニア振動モータ。
  2. 前記一片部と前記他片部は、これらを跨る錘部により連結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。
  3. 前記一片部と前記他片部を跨る連結部材を備え、この連結部材は、前記一片部及び前記他片部に接続されるとともに、前記シャフトを挿通するように形成されることを特徴とする請求項2記載のリニア振動モータ。
  4. 前記連結部材は、前記マグネット部を内在する枠状に形成され、その内側の面を前記一片部及び前記他片部に接続していることを特徴とする請求項3記載のリニア振動モータ。
  5. 前記シャフトは、前記可動子に対し摺動自在に挿入されるとともに、その端部側が前記枠体に固定され、前記一片部と前記他片部は、前記シャフトに対し隙間を置いて分割配置されていることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載のリニア振動モータ。
  6. 前記シャフトは、前記可動子に対し挿入され固定されるとともに、その端部側が前記枠体に固定された軸受により摺動自在に支持され、前記一片部と前記他片部は、前記シャフトの外周面に接触するように分割配置されていることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載のリニア振動モータ。
  7. 請求項1〜6いずれか1項記載のリニア振動モータを備える携帯電子機器。
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