JP6663762B2 - リニア振動モータ - Google Patents

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、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注目されている。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一軸方向に往復振動させるものである（下記特許文献１参照）。

特開２０１６−１３５５４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。

一方、作動音の発生を抑えて、安定した状態でリニア振動モータを作動させるためには、前述した従来例のように、一軸方向に延設したガイドシャフトに沿って可動子を振動させることが有効である。しかしながら、従来技術のように固定シャフトに沿って可動子を振動させるものでは、可動子内のシャフト貫通部分でマグネット体積が減じられ、その分駆動力が低下する問題が生じる。

これに対しては、可動子の両端に分割したガイドシャフトをそれぞれ突設させ、可動子側に設けたガイドシャフトを固定子側に設けた軸受で軸支することが考えられる。この場合、組み立ての手順としては、少なくとも一方側の軸受は、軸受にガイドシャフトを通した後に、軸受を固定子に取り付けることが必要になる。この際、枠状（箱形）の固定子を備えるものでは、枠内への軸受の取り付け作業が困難にならざるを得ない問題がある。また、可動子の安定した振動を得るためには、枠内に取り付けられる軸受を安定した状態で確実に保持することが望まれており、更に薄型化の要求に応えるためには、軸受の保持をより枠の底面に近い位置で保持することが望まれている。

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、リニア振動モータにおいて、小型・薄型化を可能にして、駆動力の低下を抑えながら安定した振動を得ること、可動子側に設けたガイドシャフトを枠状の固定子側に取り付けられる軸受で軸支するに際して、軸受の取り付けを簡易化すること、枠状の固定子に取り付けられる軸受を安定した状態で確実に保持すること、軸受をより枠の底面に近い位置で保持して薄型化を可能にすること、などが本発明の課題である。

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。
コイルが固定された枠体と、マグネット部と錘部を備え、前記枠体内に弾性支持される可動子とを備え、前記可動子は、一軸方向両側に突設したガイドシャフトを備え、前記枠体は、前記一軸方向に沿った底板部を有する底枠体と、前記一軸方向に面する側板部を有する一対の側枠体とを備え、前記側枠体は、前記ガイドシャフトを軸支する軸受が保持される軸受保持部と、該軸受保持部を前記側板部に連結する連結部とを有し、前記軸受保持部と前記連結部とが前記側板部と一体に構成され、前記底板部は、前記軸受保持部が係合する開口部を有し、前記軸受保持部の前記軸受を挟んだ両側縁は、前記開口部の内側縁に当接し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した説明図（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した説明図（内部平面図）である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの全体構成を示した説明図（図２におけるＡ−Ａ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要部を示した説明図（（ａ）は内部平面図、（ｂ）内部断面図（（ａ）におけるＡ１−Ａ１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を備える携帯電子機器（携帯情報端末）を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の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適宜省略する。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。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、枠体２と可動子１０を備えている。枠体２には、コイル３が固定されており、可動子１０は、マグネット部４と錘部７を備え、枠体２内に弾性部材（バネ）６を介して弾性支持されている。

枠体２は、一軸方向に沿った底板部２Ａを有する底枠体２０と、一軸方向に面する側板部２Ｂ，２Ｃを有する一対の側枠体２１とを備えている。側枠体２１は底枠体２０に溶接などで一体に接合されて、枠体２を構成する。底枠体２０は、底板部２Ａとの両側縁に一軸方向に沿った側板部２Ｄ，２Ｅを一体に備えている。

また、枠体２は、枠体２内の収容物を覆う蓋板２Ｔを備えている。蓋板２Ｔは側板部２Ｂ〜２Ｅの上端面に取り付けられる矩形板状に形成される。枠体２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２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。

リニア振動モータ１は、コイル３とマグネット部４によって駆動部が構成されている。コイル３に、枠体２に設けた信号入力部２Ａ１から振動発生電流（例えば、可動子１０の質量と弾性部材６の弾性係数によって決まる共振周波数のパルス電流）を入力することで、マグネット部４に一軸方向（図示Ｘ方向）に沿ったローレンツ力（駆動力）が作用する。

マグネット部４は、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って着磁された偏平矩形状のマグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃを互いに同極が近接するように複数配置して、スペーサ４Ｄ，４Ｅを間に挟んで結合したものである。ここでの、スペーサ４Ｄ，４Ｅは、磁性体、非磁性体のどちらであっても良く、マグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃの近接配置される同極間の距離を適正な距離に設定できるものであればよい。図示の例では、マグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃを３個連ねているが、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。マグネット部４は必要に応じて補強部材５によって一体化されている。

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コイルボビンを枠体２に固定してもよい。

可動子１０は、錘部７がマグネット部４の一軸方向（図示Ｘ方向）両端部に連結されている。錘部７は、密度の高い金属材料（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を有している。マグネット部４は、補強部材５と連結部材１１を介して、その一軸方向（図示Ｘ方向）両端部に錘部７が連結されている。

可動子１０は、一軸方向両側に突設したガイドシャフト８を備えている。ガイドシャフト８は、例えば、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って分割配置されており、その一端側が錘部７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。ガイドシャフト８は、可動子１０の重心軸と同軸に配置されることが好ましく、可動子１０の振動を一軸方向に沿って案内している。図示の例では、錘部７は、ガイドシャフト８を支持するためのガイドシャフト支持部７Ｂを備えている。ガイドシャフト支持部７Ｂは、錘部７の端部７Ａから一軸方向に沿って凹んだ部分である。

ガイドシャフト８は、枠体２に保持される軸受９に軸支される。軸受９は、側枠体２１における軸受保持部２Ｓに保持されている。側枠体２１は、この軸受保持部２Ｓと、軸受保持部２Ｓを側板部２Ｂ，２Ｃに連結する連結部２Ｑとを備えており、側板部２Ｂ（２Ｃ）と軸受保持部２Ｓと連結部２Ｑが一体に構成されている。側板部２Ｂ，２Ｃの内面には、ガイドシャフト８の端部が衝突したときの衝撃を吸収する緩衝部材１４が設けられている。

弾性部材６は、一軸方向に沿ったガイドシャフト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６を錘部７の端部７Ａと側枠体２１の側板部２Ｂ，２Ｃの間に介在させている。図示の例では、弾性部材６はガイドシャフト８と平行に配置され、弾性部材６の一端は側板部２Ｂ，２Ｃに設けた支持突起２Ｐに係止されており、弾性部材６の他端は錘部７の端部７Ａに係止されている。

このようなリニア振動モータ１の組み立て手順の一例を説明する。底枠体２０にコイル３を固定した後、マグネット部４の両端に錘部７を連結する前に、コイル３内にマグネット部４を挿入する。この際、マグネット部４の一端側に一方の錘部７を連結した状態で、マグネット部４をコイル３内に挿入して、その後、マグネット部４の他端側に他方の錘部７を連結する。その後は、側枠体２１の軸受保持部２Ｓに保持されている軸受９に、錘部７から突出しているガイドシャフト８を挿入しながら、側枠体２１の側板部２Ｂ，２Ｃの側縁を、底枠体２０における側板部２Ｄ，２Ｅの側縁に溶接などで接合する。底枠体２０に側枠体２１が接合された後、錘部７の端部７Ａと側板部２Ｂ，２Ｃの内側との間に弾性部材６を装着する。

底枠体２０と側枠体２１とを接合するに際して、底枠体２０の底板部２Ａは、側枠体２１の軸受保持部２Ｓが係合する（嵌まる）開口部２Ａ２を有しており、軸受９が保持された軸受保持部２Ｓは、その下方部分が開口部２Ａ２に嵌まり込む。

図４は、底枠体２０と側枠体２１との接合状態を詳しく示している（錘部、ガイドシャフト、弾性部材は、図示省略）。側枠体２１の軸受保持部２Ｓは、連結部２Ｑの端部から立設される支持板部分２Ｓ１と、支持板部分２Ｓ１に開口して、内部に軸受９が固定される孔部分２Ｓ２とを有している。また、連結部２Ｑは、側板部２Ｃ（２Ｂ）から底枠体２０の底板部２Ａに沿って延設される延設部分２Ｑ１と、軸受保持部２Ｓの下方部分を底板部２Ａの開口部２Ａ２に導く段差部分２Ｑ２とを有している。

このように、側枠体２１における軸受保持部２Ｓの下方部分を底枠体２０の開口部２Ａ２に嵌め込む係合構造にすることで、軸受保持部２Ｓの軸受９を挟んだ両側縁が、開口部２Ａ２の内側縁に当接する状態になり、軸受９を安定した状態で保持することができる。また、軸受保持部２Ｓの下方部分が開口部２Ａ２に嵌まり込むことで、軸受９の中心軸９Ｐを底板部２Ａに近づけた場合にも、支持板部分２Ｓ１における孔部分２Ｓ２の下方部分の幅を十分に確保することができることになり、支持板部分２Ｓ１を連結部２Ｑから曲げ加工して形成する際に、孔部分２Ｓ２の変形を抑止することができる。これによっても、軸受９を安定して保持することができる。そして、軸受９の中心軸９Ｐを底板部２Ａに近づけて配備することができるので、リニア振動モータ１の薄型化も可能になる。

このようなリニア振動モータ１は、ガイドシャフト８が分割されていてマグネット部４を貫通しないので、ガイドシャフト８の直径とは無関係にＹ方向に幅広でＺ方向には薄いマグネット部４によって、十分な駆動力が得られるだけのマグネット体積を確保することができる。これによって十分な駆動力が得られる薄型のリニア振動モータ１を得ることができる。

更に図示の例では、弾性部材６をガイドシャフト８に対して非同軸に配置しているので、弾性部材６の直径をガイドシャフト８の直径とは無関係に細径化することができる。弾性部材６を細径化した場合の弾性力の設定は、弾性部材６の材料選択や弾性部材６を多数並列させることなどで適宜設定することができる。これによっても、可動子１０を軸支持したリニア振動モータ１の薄型化が可能になる。

また、リニア振動モータ１における可動子１０の振幅は、個々のガイドシャフト８の突出長さによって制限されることになる。図示の例では、錘部７に端部７Ａから凹んだガイドシャフト支持部７Ｂを設けて、そこからガイドシャフト８を突出させているので、十分な振幅を確保しながら、リニア振動モータ１の一軸方向長さを抑え、小型化を可能にしている。錘部７のガイドシャフト支持部７Ｂは、軸受保持部２Ｓを収容するだけの幅を備えており、ガイドシャフト支持部７Ｂ内に軸受保持部２Ｓが入り込むことで、可動子１０の大きな振幅を確保している。

そして、リニア振動モータ１は、ガイドシャフト８を備える可動子１０を枠体２に組み付ける際に、軸受９が予め側枠体２１に保持されていることで、ガイドシャフト８を軸受９に通しながら、側枠体２１を底枠体２０の接合することができ、枠体２内にガイドシャフト８が通った軸受９を配備する組み付け作業の簡素化が可能になる。また、この際、軸受保持部２Ｓが底板部２Ａの開口部２Ａ２に嵌まり込むので、安定した状態で軸受９を保持することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１は、小型・薄型化を可能にして、駆動力の低下を抑えながら安定した振動を得ることができる。また、可動子側に設けたガイドシャフト８を枠体２側に取り付けられる軸受９で軸支するに際して、軸受９の取り付けを簡易化することができる。更に、枠体２に取り付けられる軸受９を安定した状態で確実に保持することができ、また軸受９をより枠体２の底板部２Ａに近い位置で保持して薄型化を可能にすることができる。

図５は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１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小型化が可能なリニア振動モータ１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・小型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：リニア振動モータ，
２：枠体，２０：底枠体，２１：側枠体，
２Ａ：底板部，２Ａ１：信号入力部，２Ａ２：開口部，
２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ：側板部，
２Ｓ：軸受支持部，２Ｓ１：支持板部分，２Ｓ２：孔部分，２Ｐ：支持突起，
２Ｔ：蓋板，２Ｑ：連結部，２Ｑ１：延設部分，２Ｑ２：段差部分，
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，
５：補強部材，６：弾性部材，
７：錘部，７Ａ：端部，７Ｂ：ガイドシャフト支持部，
８：ガイドシャフト，９：軸受，１０：可動子，
１１：連結部材，１４：緩衝部材，
１００：携帯情報端末

Claims (5)

1. コイルが固定された枠体と、マグネット部と錘部を備え、前記枠体内に弾性支持される可動子とを備え、
   前記可動子は、一軸方向両側に突設したガイドシャフトを備え、
   前記枠体は、前記一軸方向に沿った底板部を有する底枠体と、前記一軸方向に面する側板部を有する一対の側枠体とを備え、
   前記側枠体は、前記ガイドシャフトを軸支する軸受が保持される軸受保持部と、該軸受保持部を前記側板部に連結する連結部とを有し、前記軸受保持部と前記連結部とが前記側板部と一体に構成され、
   前記底板部は、前記軸受保持部が係合する開口部を有し、
   前記軸受保持部の前記軸受を挟んだ両側縁は、前記開口部の内側縁に当接していることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記連結部は、前記側板部から前記底板部に沿って延設される延設部分と、前記軸受保持部を前記開口部に導く段差部分とを有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. 前記底枠体は、前記底板部の両側縁に前記一軸方向に沿った側板部を一体に備え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. 前記軸受保持部は、前記連結部の端部から立設される支持板部分と、該支持板部分に開口して、内部に前記軸受が固定される孔部分とを有す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た携帯電子機器。

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