JP2017063583A - リニア振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】リニア振動モータにおける組立手順の制約を無くし、コイル断線などの生産不良の発生を抑止し、薄型化に対応したリニア振動モータにおいて、組立時の作業性を改善する。
【解決手段】リニア振動モータ１は、マグネット部２Ａと錘部２Ｂを備える可動子２と、可動子２を収容する筐体３と、可動子２を振動させる駆動力を、マグネット部２Ａに付与する一対のコイル４Ａ，４Ｂと、筐体３内に設けられ、駆動力に反発する弾性力を可動子２に付与する弾性部材５とを備え、筐体３は、可動子２の振動方向に沿った支持面３Ａ，３Ｂを一対備え、一対のコイル４Ａ，４Ｂは、マグネット部２Ｂを間にして、一対の支持面３Ａ，３Ｂにそれぞれ固定されている。
【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エ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、筐体及びコイルを備えた固定子と、マグネット及び錘部（分銅）を備えた可動子とを備え、コイルに駆動電流を通電することでマグネットに加わる駆動力（ローレンツ力）で可動子をリニア振動させている（下記特許文献１参照）。

特開２０１５−９５９４３号公報

前述したリニア振動モータは、筐体内でバネを介して可動子を一軸方向に振動自在に支持しており、筐体内に固定されるコイルは可動子の振動軸周りに巻回されている。このようなリニア振動モータでは、コイルの内側に可動子のマグネットを配置することになるので、可動子の錘部を大きくして錘部の質量を十分に確保しようとすると、錘部とマグネットとを連結する前にマグネットをコイルの内側に配置しておくことが必要になり、組み付け手順が制約されて良好な生産性が得られない問題が生じる。また、コイルの内側に可動子を通す際に、可動子とコイルが接触してコイルの断線などの不良を起こしやすい問題もある。

また、携帯電子機器の小型化・薄型化に伴い、それに装備されるリニア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、表示面と交差する厚さ方向の機器内でスペースが限られているので、そこに配備されるリニア振動モータには薄型化の高い要求がある。前述したリニア振動モータの薄型化を考えた場合には、振動軸周りに巻回されるコイルを扁平状にせざるを得ないので、コイルに接触すること無く、その内側に可動子を通す作業が、更に困難になり、組立時の良好な作業性が得られない問題があった。

本発明の課題は、このような問題を解決することにある。すなわち、リニア振動モータにおける組立手順の制約を少なくすること、コイル断線などの生産不良の発生を抑止すること、薄型化に対応したリニア振動モータにおいて、組立時の作業性を改善すること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、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、前記可動子を収容する筐体と、前記可動子を振動させる駆動力を、前記マグネット部に付与する一対のコイルと、前記筐体内に設けられ、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、前記筐体は、前記可動子の振動方向に沿った支持面を一対備え、前記一対のコイルは、前記マグネット部を間にして、一対の前記支持面にそれぞれ固定されていることを特徴とするリニア振動モータ。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示す説明図（（ａ）が外観平面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図）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）が蓋体を開放した状態の斜視図、（ｂ）が蓋体を開放した状態の平面図）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機能の部位を示しており、各図における重複説明は省略する。）。図１及び図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２Ａと錘部２Ｂを備える可動子２と、可動子２を収容する筐体３と、筐体３の一対の支持面３Ａ，３Ｂにそれぞれ固定される一対のコイル４Ａ，４Ｂと、筐体３内に設けられる弾性部材５とを備えている。一対のコイル４Ａ，４Ｂは、駆動電流の通電によって、可動子２を振動させる駆動力をマグネット部２Ａに付与し、弾性部材５は、一対のコイル４Ａ，４Ｂへの通電で発生する駆動力に反発する弾性力を可動子２に付与する。

このようなリニア振動モータ１は、筐体３が、可動子２の振動方向に沿った支持面３Ａ，３Ｂを一対備えており、一対のコイル４Ａ，４Ｂが、マグネット部２Ａを間にして、一対の支持面３Ａ，３Ｂにそれぞれ固定されているので、可動子２のマグネット部２Ａをコイル内に通す作業が不要になる。これによって、リニア振動モータ１における組立手順の制約を少なくすることができる。また、コイル４Ａ，４Ｂに触れること無く、簡易に可動子２を筐体３内に配備することができるので、コイル断線などの生産不良の発生を抑止することができる。また、薄型化に対応したリニア振動モータにおいても、扁平状のコイル内に可動子を通す作業を行う必要が無いので、組立時の作業性を改善することができる。

以下、図示の例に沿って細部を説明するが、本発明の実施形態は、特にこれに限定されるものではない。

可動子２のマグネット部２Ａは、３つのマグネット片１１，１２，１３とそれらの間に配置される２つのスペーサ１４，１５を備えている。図示のマグネット片１１，１２，１３は、図示Ｘ方向（可動子２の振動方向）に沿って着磁されており、マグネット片１１，１２の互いに近接する磁極とマグネット片１２，１３の互いに近接する磁極が同極になるように、着磁方向が設定されている。マグネット片１１，１２間に配置されるスペーサ１４とマグネット片１２，１３間に配置されるスペーサ１５は、磁性体（ヨーク）であっても、非磁性体であってもよい。また、マグネット片１１，１２，１３を所定の間隔で保持する保持部材を別途設ける場合には、スペーサ１４，１５を省いてその間隔を空隙にすることもできる。

マグネット部２Ａに駆動力を付与する一対のコイル４Ａ，４Ｂは、それぞれ、図示Ｘ方向（可動子２の振動方向）及び図示Ｙ方向（可動子２の幅方向）に沿って巻回されている。一対のコイル４Ａ，４Ｂは、双方の電流方向が相反するように駆動電流が通電され、スペーサ１４，１５が配置されている部分の上にコイル４Ａ，４Ｂの図示Ｙ方向巻部分が配置されるように、筐体３における一対の支持面３Ａ，３Ｂにそれぞれ固定されている。

可動子２の錘部２Ｂは、可動子２の振動方向（図示Ｘ方向）の両側に錘体２０を配置しており、錘体２０とマグネット部２Ｂとは、連結部材２１を介して連結されている。錘体２０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２Ｂ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２Ｂの幅より大きいＹ方向の幅を有する矩形断面形状を有している。

一対の連結部材２１の間には、マグネット部２Ｂの両側方に補強部材２２が配置されている。補強部材２２のその両端が連結部材２１に連結されて、複数のマグネット片１１，１２，１３や複数のスペーサ１４，１５を備えるマグネット部２Ａと複数の錘体２０を備える錘部２Ｂを一体に補強して、可動子２の剛性を高めている。

可動子２は、直線的な振動方向（図示Ｘ方向）に交差する幅方向（図示Ｙ方向）の寸法に対して、振動方向（図示Ｘ方向）及び幅方向（図示Ｙ方向）に交差する厚さ方向（図示Ｚ方向）の寸法が小さい薄厚形状を有している。これに対して、図示Ｘ方向及び図示Ｙ方向に沿って巻回されている一対のコイル４Ａ，４Ｂの図示Ｚ方向の厚さを薄厚にすることで、筐体３内に収容する収容物（可動子２とコイル４Ａ，４Ｂ）の薄型化が可能になる。

筐体３内には、一対のコイル４Ａ，４Ｂの間で可動子２を一軸方向に沿って振動自在に支持するガイドシャフト６が設けられている。ガイドシャフト６は、図示の例では、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って分割配置されており、その一端側が錘体２０に固定され、他端側が互いに逆向きに突出して自由端を形成している。このガイドシャフト６は、可動子２の重心軸と同軸に配置されており、可動子２の振動を一軸方向に沿って案内している。ここでは、ガイドシャフト６を分割配置しているが、ガイドシャフト６がマグネット部２Ｂを貫通して固定されたり、マグネット部２Ｂを貫通して摺動自在に支持されたものであってもよい。

図示の例では、錘体２０は、ガイドシャフト６を支持するためのガイドシャフト支持部２０Ａを備えている。ガイドシャフト支持部２０Ａは、錘体２０の端部２０Ｂから一軸方向に沿って凹んだ部分であり、このガイドシャフト支持部２０Ａに一端側が支持されたガイドシャフト６は、筐体３の支持面３Ａに軸受支持部７Ａを介して取り付けられた軸受７に、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って摺動自在に支持されている。この際、錘体２０のガイドシャフト支持部２０Ａは、軸受７を収容するだけの幅を備えており、このガイドシャフト支持部２０Ａ内に軸受７が入り込むことで、可動子２の大きな振幅を確保している。

なお、図示の例では、ガイドシャフト６の一端側を可動子２側（錘体２０）に固定して、ガイドシャフト６の他端側を筐体３に設けた軸受７にて摺動自在に支持する例を示したが、これに代えて、ガイドシャフト６の一端側を筐体３側に固定して、ガイドシャフト６の他端側を可動子２（錘体２０）に設けた軸受にて摺動自在に支持するようにしてもよい。

弾性部材５は、可動子２と筐体３との間に配置されている。図示の例では、弾性部材５は、一軸方向に沿った一対のガイドシャフト６とは非同軸に配置され、コイル４Ａ，４Ｂとマグネット部２Ｂとによって生じる駆動力に反発する弾性力を、可動子２に付与している。図示の例では、弾性部材５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５を錘体２０の端部２０Ｂと筐体３との間に介在させている。ここでは、弾性部材５は一対のガイドシャフト６と平行に配置されている。そして、弾性部材５の一端は筐体３に設けられる支持突起１６に支持されており、弾性部材５の他端は錘体２０の端部２０Ｂに設けた支持突起１７に支持されている。

筐体３は、各部を収容することができるケース状の構成を有していればよいが、図示の例では、収容部を有する枠体３０と蓋体３１とによって構成されている。枠体３０は、矩形状の底面３０Ａを有し、その周辺に立設される側壁３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅを備え、底面３０Ａが開放されている箱形状を有している。蓋体３１は、開放された底面３０Ａを覆う板状部材である。

枠体３０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３０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薄厚状の略直方体形状（箱形形状）になっている。これに対して、蓋体３１は、枠体３０の側壁３０Ｂ〜３０Ｅの上端面に取り付けられる矩形板状に形成されている。

そして、筐体３の支持面３Ａは、枠体３０の底面３０Ａに設けられ、筐体３の支持面３Ｂは、蓋体３１の内側面３１Ａに設けられており、一対のコイル４Ａ，４Ｂの一方のコイル４Ａが枠体３０側に固定され、他方のコイル４Ｂが蓋体３１側に固定されている。これによると、枠体３０に対して蓋体３１を取り付けるだけで、一対のコイル４Ａ，４Ｂの配置が可能になる。

また、枠体３０の側壁３０Ｂ，３０Ｄには、弾性部材５の一端側を支持する前述した支持突起１６が設けられており、側壁３０Ｂ，３０Ｄの内面側には、必要に応じて、ガイドシャフト６の端部が衝突する場合の緩衝となる緩衝部材（ゴム材など）３４が取り付けられている。

筐体３内には、必要に応じて、吸引板（磁性板）３２と摺動板３３が配置される。吸引板３２は、磁性体の板であり、ガイドシャフト６回りの一方向に可動子２を予め回転付勢するために、マグネット部２Ａの一部を吸引する部材である。摺動板３３は、予め一方向側に回転付勢された可動子２が片当たりする部分に配置して、可動子２の滑らかな摺動を可能にする部材である。図示の例では、吸引板３２を蓋体３１の内側面３１Ａに取り付け、摺動板３３を枠体３０の底面３０Ａに取り付けている。

このようにリニア振動モータ１の組み付け方法の一例を説明する。先ず、筐体３の枠体３０における底面３０Ａにコイル４Ａを固定する。前述した摺動板３３を設ける場合には、底面３０Ａに摺動板３３を取り付ける。これに対して、可動子２は、予めマグネット部２Ａと錘部２Ｂを一体化しておき、ガイドシャフト６を設ける場合には、ガイドシャフト６も予め可動子２に固定しておく。そして、ガイドシャフト６を軸受７に軸支して、枠体３０の底面３０Ａに軸受支持部７Ａを取り付けることで、枠体３０内に可動子２を組み付ける。その後、可動子２における錘体２０の端部２０Ｂと枠体３０の側壁３０Ｂ，３０Ｄとの間に、弾性部材５を装着する。この状態で、枠体３０内への収容物の組み付けが完了する。

一方、蓋体３１には、予めその内側面３１Ａにコイル４Ｂを固定しておき、必要に応じて内側面３１Ａに吸引板３２を取り付けておく。前述したように、枠体３０内への収容物の組み付けが完了した後に、コイル４Ｂが固定された蓋体３１を、内側面３１Ａを底面３０Ａに対面させて、枠体３０に取り付ける。この状態で、筐体３内への収容物の組み付けが完了する。その後、枠体３０における入力端子部３０Ｆにコイル４Ａ，４Ｂの引き出し配線を接続するなどして、リニア振動モータ１の組み付け工程が終了する。

このようなリニア振動モータ１の動作を説明する。リニア振動モータ１は、筐体３の支持面３Ａ，３Ｂに固定されたコイル４Ａ，４Ｂと可動子２のマグネット部２Ａによって駆動部が構成されている。非駆動時には、可動子２は弾性部材５の弾性力が釣り合う振動中心位置で静止している。そして、コイル４Ａ，４Ｂに、電流方向が相反し且つ同期した駆動電流を通電すると、マグネット部２ＡにＸ方向の駆動力（ローレンツ力）が付与され、この駆動力と弾性部材５の弾性反発力によって、可動子２が一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って往復振動する。この際コイル４Ａ，４Ｂに通電される駆動電流は、可動子２の質量と弾性部材５の弾性係数で決まる共振周波数の交流電流とすることが好ましい。

図３は、本発明の他の実施形態に係るリニア振動モータを示している。このリニア振動モータ１Ａは、可動子２が錘部２Ｂとして側方錘体２３を備えている。側方錘体２３は、マグネット部２Ａの図示Ｙ方向（幅方向）両側に設けられる。この側方錘体２３は、図示Ｘ方向（振動方向）両側に設けられる錘体２０に対して接合されるか、或いは一体に形成される。側方錘体２３は、可動子２の質量をより高めるためのものであり、錘体２０と同様に、タングステンなどの比重の高い材料によって形成される。なお、図示の例では、可動子２は、図示Ｙ方向（幅方向）の幅を側方錘体２３が設けられた部分と錘体２０を設けた部分とで同じにしている。

このリニア振動モータ１Ａは、前述した実施形態と同様に、一対のコイル４Ａ，４Ｂの間に可動子２のマグネット部２Ａを配置した構造にしていることで、マグネット部２Ａの幅方向両側方に側方錘体２３を配置するためのスペースを確保できる。このようなリニア振動モータ１Ａは、前述した実施形態と同様の駆動力で、可動子２の質量を高めた効果的な振動を発生することができる。

以上説明したリニア振動モータ１，１Ａは、可動子２及び筐体３の幅方向（図示Ｙ方向）の寸法に対して厚さ方向（図示Ｚ方向）の寸法を小さくすることで、薄型化が可能である。この際、筐体３内に配置される一対のコイル４Ａ，４Ｂの間に可動子２のマグネット部２Ａを配置しているので、薄型化された構造であっても、コイル４Ａ，４Ｂに接触することなく、簡易に可動子２を筐体３内に配置することができる。これによって、リニア振動モータ１，１Ａは、組立時の作業性が良く、コイル断線などの不良発生を抑止することで、歩留まりの高い生産が可能になる。

図４は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１，１Ａ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１，１Ａ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１，１Ａは、厚さを抑えた直方体形状の筐体３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：リニア振動モータ，
２：可動子，２Ａ：マグネット部，２Ｂ：錘部，
３：筐体，３Ａ，３Ｂ：支持面，
４Ａ，４Ｂ：一対のコイル，
５：弾性部材，６：ガイドシャフト，７：軸受，７Ａ：軸受支持部，
１１，１２，１３：マグネット片，１４，１５：スペーサ，
１６，１７：支持突起，
２０：錘体，２０Ａ：ガイドシャフト支持部，２０Ｂ：端部，
２１：連結部材，２２：補強部材，２３：側方錘体，
３０：枠体，３０Ａ：底面，３０Ｂ〜３０Ｅ：側壁，３０Ｆ：入力端子部，
３１：蓋体，３１Ａ：内側面，３２：吸引板（磁性板），３３：摺動板，
３４：緩衝部材，

Claims (5)

1. マグネット部と錘部を備える可動子と、
   前記可動子を収容する筐体と、
   前記可動子を振動させる駆動力を、前記マグネット部に付与する一対のコイルと、
   前記筐体内に設けられ、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、
   前記筐体は、前記可動子の振動方向に沿った支持面を一対備え、
   前記一対のコイルは、前記マグネット部を間にして、一対の前記支持面にそれぞれ固定されていることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記筐体は、底面が開放された枠体と該底面上を覆う蓋体とを備え、
   一対の前記支持面の一方が前記底面に設けられ、一対の前記支持面の他方が前記蓋体の内側面に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。
3. 前記可動子は、直線的な振動方向に交差する幅方向の寸法に対して前記振動方向及び前記幅方向に交差する厚さ方向の寸法が小さい薄厚形状を有し、
   前記コイルは、前記幅方向及び前記振動方向に沿って巻回されてい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. 前記筐体内には、前記一対のコイルの間で前記可動子を一軸方向に沿って振動自在に支持するガイドシャフトが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のリニア振動モータ。
5. 請求項１〜４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情報端末。

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