JP6378127B2 - リニア振動モータ - Google Patents

Description

本発明は、入力信号によって往復振動を発生するリニア振動モータに関する。

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・インターフェー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、可動子の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知られている。従来のリニア振動モータは、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作用するローレンツ力が駆動力となり、振動方向に沿って弾性支持される可動子を往復振動させるものである（下記特許文献１参照）。

特開２０１１−９７７４７号公報

携帯電子機器の小型化・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実現する際に、マグネット体積を十分に確保して所望の駆動力を得ると共に錘の重量を十分に確保して所望の慣性力を得ようとすると、マグネットと錘を備える可動子を扁平形状にして、マグネットの体積と錘の重量を確保しながら薄厚化を図ることになる。この場合、仮に、直線的な振動軸周りに可動子が回転すると、扁平形状の可動子は、回転によって側部が周囲の枠体に衝突しやすい形状になっているので、衝突による異音が発生するなどして安定した動作が得られない。このため、従来技術は、２本のガイドシャフトを設けて可動子の振動軸周りの回転を抑え、安定した直線振動を実現している。しかしながら、２本のガイドシャフトを設けると、２本のガイドシャフトの平行を確保する必要があり、組み付けに高い精度が求められるので、生産性の向上が困難になる問題があった。

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、リニア振動モータの薄型化を可能にすること、可動子を扁平形状にした場合にも、可動子が振動軸周りに回転して異音が発生するのを抑止すること、高精度の部品を用いること無く安定した振動を得ること、高い生産性を得ること、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、本発明のリニア振動モータは、以下の構成を具備するものである。
磁極部と錘部を備える可動子と、前記可動子を往復振動自在に支持する枠体と、前記枠体に対して固定され前記磁極部に駆動力を付与するコイルと、前記可動子の振動を一軸方向に規制するガイドシャフトと、前記枠体と前記可動子との間に設けられ、前記可動子の往復振動によって弾性変形する弾性部材とを備え、前記可動子は、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の幅が、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の厚さ以上の方形状であり、前記ガイドシャフトから前記可動子の幅方向に離れた位置で、前記可動子と前記枠体とが部分接触する接触部が設けられ、前記接触部では、前記可動子が前記磁極部の磁力によって前記枠体側に付勢され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、可動子がガイドシャフトに沿って振動するが、その際、可動子は枠体側に磁力で付勢されて常時接触部で枠体側に接触した状態で振動する。これによって、可動子が振動軸周りに回転するのを抑止することができ、ガイドシャフトと接触部に沿った安定振動を得ることができる。

このようなリニア振動モータ１は、可動子を方形状にした場合にも、可動子が枠体に衝突して異音が発生するのを抑止でき、また、ガイドシャフトを２本用いる必要が無いので、高精度の部品を用いること無く安定した振動を得ることができる。また、高精度の組み付けを必要としないので、高い生産性を得ることができる。

本発明の第１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）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図）である。 本発明の第１実施形態に係るリニア振動モータ（一つの転動体を設けた例）の内部構造を示す説明図（蓋枠を除いた状態の平面図）である。 本発明の第１実施形態に係るリニア振動モータ（複数の転動体を設けた例）の内部構造を示す説明図（蓋枠を除いた状態の平面図）である。 本発明の第２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）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図）である。 本発明の第２実施形態に係るリニア振動モータの内部構造を示す説明図（蓋枠を除いた状態の平面図）である。 本発明の第３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）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図）である。 本発明の第３実施形態に係るリニア振動モータの内部構造を示す説明図（蓋枠を除いた状態の平面図）である。 本発明の第４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）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図）である。 本発明の第４実施形態に係るリニア振動モータの内部構造を示す説明図（蓋枠を除いた状態の平面図）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携帯電子機器（携帯情報端末）を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。各図において、Ｘ方向が可動子の振動方向を示し、Ｙ方向がＸ方向に垂直な可動子の幅方向を示し、Ｚ方向がＸ方向に垂直な可動子の厚さ方向を示している。各図における共通部位には同一符号を付して重複説明を省略する。

図１〜図３は、本発明の第１実施形態に係るリニア振動モータ１を示している。リニア振動モータ１は、以下に示す各実施形態における共通の部位として、磁極部２と錘部３を備える可動子１０と、可動子１０を往復振動自在に支持する枠体４と、枠体４に対して固定され磁極部２に駆動力を付与するコイル５と、可動子１０の振動を一軸方向に規制するガイドシャフト６と、枠体４と可動子１０との間に設けられ、可動子１０の往復振動によって弾性変形する弾性部材８とを備える。

可動子１０は、錘部３を兼ねる可動枠１１を備えており、その可動枠１１に一対のマグネット２Ａ，２Ｂが固定されている。可動子１０は、図示Ｙ方向の幅が図示Ｘ方向の厚さ以上の方形状を有している。具体的には、図示Ｙ方向の幅が図示Ｚ方向の厚さより大きい扁平形状を有している。磁極部２は、一対のマグネット２Ａ，２Ｂと背面ヨーク２Ｓを備え、一対のマグネット２Ａ，２Ｂは、Ｚ方向（可動子１０の厚さ方向）に沿って互いに逆向きに着磁されており、その背面にて背面ヨーク２Ｓに接続されている。

枠体４は、可動子１０が収容されるケース枠４０とケース枠４０を被う蓋枠４１とを備えている。ケース枠４０内には、一本のガイドシャフト６の両端が支持され、可動子１０は、ガイドシャフト６が挿通する挿通部１０Ａと軸受１３を有し、ケース枠４０内で、ガイドシャフト６に沿って摺動自在に支持されている。

枠体４の蓋枠４１には、ケース枠４０に向いた面にフレキシブル基板５０を介してコイル５が固定されている。コイル５は、蓋枠４１の支持面４Ａ（ガイドシャフト６の軸方向と可動子１０の幅方向で規定される面）に沿って巻き回れており、支持面４Ａに沿った磁性体からなる蓋枠４１に固定されている。

リニア振動モータ１は、ガイドシャフト６から可動子１０の幅方向（図示Ｙ方向）に離れた位置で、可動子１０と枠体４とが部分接触する接触部２０が設けられており、接触部２０では、可動子１０が磁極部２の磁力によって磁性体である蓋枠４１（枠体４）側に付勢されている。接触部２０の部分接触は、接触抵抗が小さい点接触であることが好ましい。

図１に示した例では、接触部２０は、蓋枠４１の支持面４Ａと可動子１０に転動自在に保持される転動体７によって構成されている。この例では、支持面４Ａを蓋枠４１（枠体４）側に設けて、転動体７を可動子１０側で保持しているが、可動子１０側に支持面４Ａを設けて、蓋枠４１（枠体４）側で転動体７を保持してもよい。以下の説明では、接触部２０として転動体７を設けることを例にして説明するが、接触部２０としては、これに限らず、可動子１０側又は枠体４側に設けた凸部などで形成することができる。

図１に示した例では、可動子１０は、転動体保持部１２を備えている。転動体保持部１２は、ガイドシャフト６に沿った（ガイドシャフト６と平行な）溝１２Ａを備えており、この溝１２Ａに転動体（ベアリング）７が保持されている。転動体７は、可動子１０側の転動体保持部１２に転動自在に保持され、枠体４（蓋枠４１）の支持面４Ａと可動子１０との間に配置されている。転動体保持部１２内には、必要に応じて、転動体７が摺動する摺動板（金属板）１２Ｂが配備されている。

可動子１０と枠体４との間に配置される弾性部材８は、図１〜図３の例はコイルバネであり、一対のコイルバネ８Ａ，８Ｂがガイドシャフト６と同軸に配備され、一対のコイルバネ８Ｃ，８Ｄが可動枠１１と枠体４（ケース枠４０）との間に配置されている。

このようなリニア振動モータ１は、コイル５に、可動子１０の重量と弾性部材８のバネ定数で決まる共振周波数の駆動電流を供給することで、可動子１０がガイドシャフト６と溝１２Ａに沿った一軸方向に往復振動する。この際、可動子１０は、磁極部２（マグネット２Ａ，２Ｂ）と磁性体である蓋枠４１との間に働く磁力（磁気吸着力）によって支持面４Ａ側に付勢されるので、ガイドシャフト６は一本であるが、常に蓋枠４１上の支持面４Ａに沿って振動する。これによって、可動子１０が枠体４やコイル５などに衝突して異音を発生する不具合を回避することができる。また、ガイドシャフト６に沿って摺動自在に振動する可動子１０に設けた磁極部２は、転動体７によって、コイル５との間隔が一定に保持されているので、安定した往復振動を得ることができる。

図１〜図３に示したリニア振動モータ１は、ガイドシャフト６が可動子１０の重心から一方側にシフトした位置に配置され、接触部２０が重心から他方側にシフトした位置に配置されている。これによって、可動子１０の重心周りの回転が、ガイドシャフト６と接触部２０で抑えられることになり、安定した平面往復振動を実現することができる。

図２に示した例は、接触部２０における転動体７を一つにしているが、図３に示すように、転動体７は複数個配置してもよい。転動体７を複数個配置する場合には、図３に示すように、複数の転動体保持部１２を可動子１０に設けて、その溝１２Ａを直線的に並べるように配備することが好ましい。

図４及び図５に示したリニア振動モータ１Ａは、前述したリニア振動モータ１の変形例である。このリニア振動モータ１Ａは、枠体４をＸ方向（振動方向）に細長形状にし、且つ、可動子１０を、Ｚ方向の厚さに対してＹ方向の幅を大きくした扁平形状にしている。

また、リニア振動モータ１Ａは、ガイドシャフト６が、可動子１０の端部に一端側が固定され、可動子１０の両端部から互いに逆向きに突出して配置されている。そして、枠体４には、ガイドシャフト６を摺動自在に支持する軸受１３が設けられ、ガイドシャフト６と同軸に配置されるコイルバネ８Ａ，８Ｂが可動枠１１と軸受１３との間に配置されている。このようなリニア振動モータ１Ａによると、ガイドシャフト６が可動子１０を貫通しなくてよいので、可動子１０の幅方向（Ｙ方向）全体にマグネット２Ａ，２Ｂを配備することでき、細幅の可動子１０にした場合であっても十分な駆動力を得ることができる。

図６及び図７に示したリニア振動モータ１Ｂは、前述したリニア振動モータ１の他の変形例である。このリニア振動モータ１Ｂは、磁極部２が、ガイドシャフト６に沿って互いに逆向きに着磁された一対のマグネット２Ｃ，２Ｄと、その間に配置されたスペーサヨーク２Ｐとを備えている。また、コイル５は、スペーサヨーク２Ｐの周囲に巻き回されて、その周囲の枠体４に固定されている。また、蓋枠４１には、可動子１０の磁極部２に対向する位置に対向ヨーク４３が設けられている。この対向ヨーク４３は、ガイドシャフト６と転動体７の間に配置されるが、転動体７寄りに配置されている。

このリニア振動モータ１Ｂの可動子１０は、磁極部２（マグネット２Ｃ，２Ｄ）と対向ヨーク４３との間に働く磁力（磁気吸着力）によって支持面４Ａ側に付勢されるので、ガイドシャフト６は一本であるが、常に蓋枠４１上の支持面４Ａに沿って振動することになり、可動子１０が枠体４やコイル５などに衝突して異音を発生する不具合を回避することができる。この際、ガイドシャフト６の端部の支持位置と転動体７の大きさを適宜設定することで、コイル５内の磁極部２は、コイル５の内面に接触することなく振動する。

図８及び図９に示したリニア振動モータ１Ｃは、前述したリニア振動モータ１Ｂの変形例である。この例では、枠体４をＸ方向（振動方向）に細長形状にし、転動体７を磁極部２の左右に２個設けている。

以上説明したリニア振動モータ１〜１Ｃの可動子１０は、一軸のガイドシャフト６に沿って摺動自在に支持されているので、ガイドシャフト６の回りに回転する自由度を有しているが、可動子１０が備える磁極部２の磁力によって枠体４の支持面４Ａ側に付勢されているので、可動子１０がガイドシャフト６回りに回転するのを抑えて、可動子１０を一軸方向に沿って往復振動させることができる。この際、可動子１０は、ガイドシャフト６とは離れた位置で転動体７を介して支持面４Ａ側に付勢されているので、転動体７の転がり摩擦を利用した低摩擦で支持面４Ａ上を安定振動する。

このようなリニア振動モータ１〜１Ｃの組み立ては、従来技術のように２本の軸の平行度を高精度に調整する必要が無いので、比較的簡単な組み付けが可能になる。そのため、高精度の部品を使用しなくても、機械的な雑音の少ない高効率な扁平型リニア振動モータを実現することができる。

図１０は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１（１Ａ〜１Ｃ）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〜１Ｃ）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（１Ａ〜１Ｃ）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〜１Ｃ）は、厚さを抑えた直方体形状の枠体４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。前述した説明におけるコイルとマグネットの個数や配列は、リニア往復振動が可能な形態であれば、適宜の形態を選択することができる。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，１Ｂ，１Ｃ：リニア振動モータ，
２：磁極部，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ：マグネット，
２Ｓ：背面ヨーク，２Ｐ：スペーサヨーク，
３：錘部，４：枠体，４０：ケース枠，４１：蓋枠，４３：対向ヨーク，
４Ａ：支持面，５：コイル，５０：フレキシブル基板，
６：ガイドシャフト，７：転動体，
８：弾性部材，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ：コイルバネ，
１０：可動子，１０Ａ：挿通部，
１１：可動枠，１２：転動体保持部，１２Ａ：溝，１２Ｂ：摺動板（金属板），
１３：軸受，２０：接触部，
１００：携帯電子機器（携帯情報端末）

Claims (8)

1. 磁極部と錘部を備える可動子と、
   前記可動子を往復振動自在に支持する枠体と、
   前記枠体に対して固定され前記磁極部に駆動力を付与するコイルと、
   前記可動子の振動を一軸方向に規制するガイドシャフトと、
   前記枠体と前記可動子との間に設けられ、前記可動子の往復振動によって弾性変形する弾性部材とを備え、
   前記可動子は、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の幅が、前記ガイドシャフトの軸方向に対して交差する方向の厚さ以上の方形状であり、
   前記ガイドシャフトから前記可動子の幅方向に離れた位置で、前記可動子と前記枠体とが部分接触する接触部が設けられ、
   前記接触部では、前記可動子が前記磁極部の磁力によって前記枠体側に付勢されることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記接触部は、前記枠体と前記可動子の一方側に設けられる支持面と、前記枠体と前記可動子の他方側に転動自在に保持される転動体とを備え、前記支持面に前記転動体が接触す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. 前記ガイドシャフトは、前記可動子の重心から一方側にシフトした位置に配置され、前記接触部は、前記重心から他方側にシフトした位置に配置され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。
4. 前記磁極部は、前記可動子の厚さ方向に沿って互いに逆向きに着磁された一対のマグネットを備え、
   前記コイルは、前記ガイドシャフトの軸方向と前記可動子の幅方向で規定される面に沿って巻き回され、磁性体の前記枠体に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
5. 前記磁極部は、前記ガイドシャフトに沿って着磁されたマグネットを備え、
   前記コイルは、前記磁極部の周囲に巻き回されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
6. 前記ガイドシャフトは、その両端が前記枠体に支持されており、
   前記ガイドシャフトに沿って前記可動子が摺動自在に支持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
7. 前記ガイドシャフトは、前記可動子の端部に一端側が固定され、前記可動子の両端部から互いに逆向きに突出して配置され、
   前記枠体には、前記ガイドシャフトを摺動自在に支持する軸受が設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のリニア振動モータを備えた携帯電子機器。

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