JP6712898B2 - 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。このような従来のリニア振動モータにおいて、振動方向に沿ったシャフトを配置し、可動子の振動方向両側にコイルバネを配置して、可動子をシャフトでガイドしながら振動させるものが知られている（下記特許文献１参照）。

特開２０１６−１３５５４号公報

前述した従来のリニア振動モータは、シャフトでガイドしながら可動子を振動させることで、往復振動の安定した直進性が得られ、また、落下衝撃時にもシャフトが可動子を保持するので損傷しにくい利点がある。しかしながら、可動子が円柱状に形成されており、その中心軸に沿ってシャフトを貫通させているので、リニア振動モータの厚さを薄厚にするには構造的に限界がある。これに対して、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おり、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ことから、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。

このような薄型化の要求に対応可能なリニア振動モータの構造として、可動子の形状を薄厚状（例えば、矩形断面形状）にすることが検討されている。しかしながら、このような薄厚状の可動子をシャフトに沿って振動させる場合には、可動子がシャフトの回りに回転振動すると、可動子のシャフトから遠い側部が可動子を囲む枠体などに繰り返し衝突して異音を発生し易くなる問題がある。

このような事情に対処することが、本発明の課題である。すなわち、リニア振動モータの薄型化を可能にすること、シャフトに沿って可動子を振動させる場合にも可動子のシャフト回りの回転振動を抑えて異音の発生を抑止すること、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。

マグネットと錘を備える可動子と、通電により前記マグネットに駆動力を付与するコイルと、前記コイルが固定された枠体と、前記枠体に軸支又は固定され、前記可動子を一軸方向に沿って振動自在に支持するシャフトと、前記可動子と前記枠体との間に配置され、前記可動子の一軸方向に沿った振動を前記可動子の振動方向両側で弾性支持するコイルバネとを備え、前記可動子が、前記シャフト回りの一方向に回転付勢されるように、前記コイルバネの巻き方向が設定され、一軸方向に沿って往復振動している前記可動子が、前記枠体に片当たり状態で振動させるようにしたことを特徴とするリニア振動モータ。
及び、マグネットと錘を備える可動子と、通電により前記マグネットに駆動力を付与するコイルと、前記コイルが固定された枠体と、前記枠体に軸支又は固定され、前記可動子を一軸方向に沿って振動自在に支持するシャフトと、前記可動子と前記枠体との間に配置され、前記可動子の一軸方向に沿った振動を前記可動子の振動方向両側で弾性支持すると共に、前記シャフトの左右に一対配置されるコイルバネとを備え、前記一対配置される前記コイルバネは、圧縮によって前記可動子に付与される互いの回転力が相殺されるように、前記コイルバネの巻き方向が設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（第１実施形態）に係るリニア振動モータの内部構造を示した斜視図である。 本発明の実施形態（第１実施形態）に係るリニア振動モータの内部構造を示した平面図である。 本発明の実施形態（第１実施形態）に係るリニア振動モータの内部構造を示した平面図である。 本発明の実施形態（第１実施形態）に係るリニア振動モータにおけるコイルバネの巻方向を示した断面図である。 本発明の実施形態（第２実施形態）に係るリニア振動モータの内部構造を示した平面図である。 本発明の実施形態（第２実施形態）に係るリニア振動モータの内部構造を示した平面図である。 本発明の実施形態（第２実施形態）に係るリニア振動モータの内部構造を示した平面図である。 本発明の実施形態（第２実施形態）に係るリニア振動モータの内部構造を示した平面図である。 本発明の実施形態（第２実施形態）に係るリニア振動モータにおけるコイルバネの巻方向を示した断面図である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータを備えて携帯電子機器を示した斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図面における同一符号は共通部位を指し、重複説明を適宜省略する。各図において、矢印の±Ｘ方向が可動子の振動方向（一軸方向）を示しており、矢印の±Ｙ方向が可動子の振動方向に直交する幅方向を示している。また、矢印の±Ｚ方向が可動子の厚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、図１〜図８に示すように、マグネット２０と錘２１を備える可動子２と、通電によりマグネット２０に駆動力を付与するコイル４と、コイル４が固定された枠体３と、枠体３に軸支又は固定され、可動子２を一軸方向に沿って振動自在に支持するシャフト５と、可動子２と枠体３との間に配置され、可動子２の一軸方向に沿った振動を可動子２の振動方向両側で弾性支持するコイルバネ１１，１２，１３，１４とを備えている。

このようなリニア振動モータ１は、可動子２をシャフト５に沿って往復振動させる際に、可動子２がシャフト５回りに回転振動すると、厚さ方向（図示±Ｚ方向）に対して幅方向（図示±Ｙ方向）の寸法が大きい薄厚断面形状（矩形断面形状）を有する可動子２の場合には、シャフト５の中心から遠い可動子２の側部が枠体３の底枠３Ａなどに繰り返し衝突することになり、異音を発生し易くなる。

本発明の実施形態におけるリニア振動モータ１は、このような可動子２のシャフト５回りの回転振動の一つの原因が、コイルバネ１１〜１４の巻き方向に由来する与圧（回転力）にあるという新たな知見に基づき、シャフト５（一軸方向）に沿って往復振動している可動子２が、シャフト５回りに回転振動するのを抑止するように、コイルバネ１１〜１４の巻き方向を設定したものである。以下、図面の例に従って詳細を説明するが、本発明は特にこれに限定されるものではない。

先ず、図１〜図８に示した例の共通した全体構成を説明する。可動子２が備えるマグネット２０は、コイル４への通電で±Ｘ方向への駆動力が付与されるものであれば良い。図示の例では、±Ｘ方向に沿って着磁され、同極が互いに近接配置された３つのマグネット２０を備え、そのマグネット２０の同極間にスペーサ２２を配置している。

枠体３に固定されたコイル４は、スペーサ２２の周囲に巻き回されている。これによって、コイル４への通電で生じるローレンツ力が駆動力となって、可動子２を±Ｘ方向に振動させる。コイル４には、可動子４の重量とコイルバネ１１〜１４のバネ定数によって設定される共振周波数のパルス又は交流電流を入力することで、可動子２を効果的に振動させることができる。

可動子２は、重量を高めるための錘２１を備える。錘２１には、タングステンなどの高比重材料が用いられる。図示の例では錘２１は、マグネット２０の振動方向両側に取り付けられている。マグネット２０とスペーサ２２は、連結補強枠２４で一体に補強され、この連結補強枠２４を一方の錘２１に連結し、連結補強枠２４の端部が連結される連結枠２３が他方の錘２１に連結されている。これによって、マグネット２０とスペーサ２２と錘２１が一体になって、剛性の高い可動子２が形成されている。

図示±Ｘ方向に沿って配置されるシャフト５は、錘２１の振動方向外側に向けて設けられた凹部２１Ｂ内に固定されている。シャフト５は、図示の例では、可動子２側に固定され、枠体３の軸受支持枠３Ｄに取り付けられた軸受６に軸支されている。錘２１の凹部２１Ｂは、軸受支持枠３Ｄを収容できる幅を備えており、これによって可動子２の振幅を充分に確保している。シャフト５は、このような例に限らず、枠体３側に固定して、可動子２側に軸受を設けるようにしてもよいし、シャフト５の両端を枠体３に固定して、可動子２を貫通させるようにしてもよい。

枠体３は、コイル４が固定される底枠３Ａを備えると共に、±Ｘ方向に対面する一対のバネ支持枠３Ｂ、±Ｙ方向に対面する一対の側枠３Ｃを備えている。底枠３Ａからはコイル４の端子部が接続される入力端子部３Ｅが延設されている。図示省略しているが、バネ支持枠３Ｂ及び側枠３Ｃの上縁に当接して、底枠３Ａに対面する蓋枠を設けることができる。

可動子２における錘２１の端部にはバネ支持端２１Ａが設けられており、このバネ支持端２１Ａと枠体３のバネ支持枠３Ｂとの間に、コイルバネ（圧縮コイルバネ）１１，１２，１３，１４が配置されている。また、バネ支持枠３Ｂの内面側には、シャフト５の端部の衝突を緩衝する緩衝部材３Ｆが配置されている。

このような全体構成を備えるリニア振動モータ１の第１実施形態を図１〜図４によって説明する。以下の説明で、コイルバネ１１〜１４の巻き方向を「Ｒ」又は「Ｌ」と示す。ここでの「Ｒ」は、可動子２側からみてコイルバネの圧縮方向に向いた巻き方向が右巻きであることを示しており、「Ｌ」は、可動子２側からみてコイルバネの圧縮方向に向いた巻き方向が左巻きであることを示している。

第１の実施形態は、シャフト５（一軸方向）に沿って往復振動している可動子２が、シャフト５回りの一方向に回転付勢されるように、コイルバネ１１〜１４の巻き方向が設定されている。図示の例ではコイルバネを４個設けた例を示しているが、この実施形態においては、可動子２の振動方向両側にそれぞれ１個以上のコイルバネが配置されていれば良い。

コイルバネ１１〜１４は、圧縮される際にコイルバネ１１〜１４の巻き方向に沿った与圧が生じるが、第１実施形態においては、この与圧を利用して、可動子２を積極的にシャフト５回りに回転させ、枠体３に片当たり状態で振動させることで、回転振動を抑制して異音の発生を抑止している。この実施形態では、枠体３における可動子２の接触箇所を滑面とすることで、接触異音を生じない円滑な振動が可能になる。

図１及び図２に示した例では、可動子２の振動方向一方側のコイルバネ１１とコイルバネ１２を共に左巻き（Ｌ）としており、可動子２の振動方向他方側のコイルバネ１３とコイルバネ１４を共に右巻き（Ｒ）としている。また、図３に示した例では、可動子２の振動方向一方側のコイルバネ１１とコイルバネ１２を共に右巻き（Ｒ）としており、可動子２の振動方向他方側のコイルバネ１３とコイルバネ１４を共に左巻き（Ｌ）としている。

このような第１実施形態では、可動子２のシャフト５に沿った一方側に配置されるコイルバネ（１１，１２）と、可動子２のシャフト５に沿った他方側に配置されるコイルバネ（１３，１４）とでは、コイルバネの巻き方向が、可動子２側からみて互いに逆方向に巻かれている。これによって、可動子２が振動方向一方側のコイルバネ（１１，１２）を圧縮させる際に受ける回転力と、可動子２が振動方向他方側のコイルバネ（１３，１４）を圧縮させる際に受ける回転力が同方向になり、可動子２は往復振動時に回転振動を起こすこと無く、一方向に回転付勢された状態で常時振動することができる。

図４は、可動子側からコイルバネをみた断面図であり、第１実施形態における動作原理を示してる。可動子２の振動でコイルバネ１１（１４）とコイルバネ１２（１３）が圧縮されると、図示の矢印に示すように右巻き（Ｒ）のコイルバネには、右回りの回転力Ｆが生じることになるが、シャフト５に軸支されている可動子２に対しては、この回転力Ｆによってシャフト５からの距離に応じた力のモーメントが加わることになる。これによって、シャフト５から遠い距離で働く回転力Ｆの方向に支配される力のモーメントが可動子２に加わることになり、図示状態では、可動子２はシャフト５に対して右回りに回転付勢されることになる。

図４に示すように、可動子２と枠体３との間に、複数のコイルバネ１１，１２（或いは１３，１４）を配置している場合には、これらのコイルバネ１１，１２（或いは１３，１４）の巻き方向を同方向にすることで、可動子２にシャフト５回りの回転付勢を効果的に加えることができる。このように加えられる回転付勢が可動子２の往復振動時に切り替わらないように、可動子２の振動方向両側のコイルバネの巻き方向を設定することで、可動子２のシャフト５回りの回転振動を抑止することが可能になる。

図５〜図８は、リニア振動モータ１の第２実施形態を示している。この実施形態では、コイルバネ１１〜１４の圧縮によって可動子２に付与される回転力が相殺されるように、コイルバネ１１〜１４の巻き方向が設定されている。これによると、可動子２と枠体３との間に複数配置されるコイルバネ１１，１２（或いは１３，１４）の回転力をバランスさせることで、可動子２の回転振動を抑止している。

具体的には、図５〜図８に示すように、シャフト５の左右に一対配置されるコイルバネ１１，１２（或いは１３，１４）は、可動子２側からみて互いに逆向きに巻き方向が設定されている。すなわち、図５に示した例では、可動子２の一方側への移動で同時に圧縮されるコイルバネ１１，１２は、コイルバネ１１が左巻き（Ｌ）であり、コイルバネ１２は右巻き（Ｒ）に設定されている。また、可動子２の他方側への移動で同時に圧縮されるコイルバネ１３，１４は、コイルバネ１３が左巻き（Ｌ）であり、コイルバネ１４は右巻き（Ｒ）に設定されている。

図６に示した例では、可動子２の一方側への移動で同時に圧縮されるコイルバネ１１，１２は、コイルバネ１１が左巻き（Ｌ）であり、コイルバネ１２は右巻き（Ｒ）に設定されており、可動子２の他方側への移動で同時に圧縮されるコイルバネ１３，１４は、コイルバネ１３が右巻き（Ｒ）であり、コイルバネ１４は左巻き（Ｌ）に設定されている。

図７に示した例では、可動子２の一方側への移動で同時に圧縮されるコイルバネ１１，１２は、コイルバネ１１が右巻き（Ｒ）であり、コイルバネ１２は左巻き（Ｌ）に設定されており、可動子２の他方への移動で同時に圧縮されるコイルバネ１３，１４は、コイルバネ１３が左巻き（Ｌ）であり、コイルバネ１４は右巻き（Ｒ）に設定されている。

図８に示した例では、可動子２の一方側への移動で同時に圧縮されるコイルバネ１１，１２は、コイルバネ１１が右巻き（Ｒ）であり、コイルバネ１２は左巻き（Ｌ）に設定されており、可動子２の他方側への移動で同時に圧縮されるコイルバネ１３，１４は、コイルバネ１３が右巻き（Ｒ）であり、コイルバネ１４は左巻き（Ｌ）に設定されている。

図９は、可動子側からコイルバネをみた断面図であり、第２実施形態の動作原理を示している。可動子２の振動でコイルバネ１１（１４）とコイルバネ１２（１３）が同時に圧縮されると、図示の矢印に示すように右巻き（Ｒ）のコイルバネには、右回りの回転力Ｆが生じることになるが、シャフト５に軸支されている可動子２に対しては、この回転力Ｆによってシャフト５からの距離に応じた力のモーメントが加わることになる。これによって、シャフト５から遠い距離で働く回転力Ｆの方向に支配される力のモーメントが可動子２に加わることになるが、図示のように、シャフト５に対してコイルバネ１１（１４）とコイルバネ１２（１３）の回転力Ｆを逆向きに等しく作用させることで、可動子２は振動時に回転力が相殺されてバランスした状態を維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、シャフト５（一軸方向）に沿って往復振動している可動子２が、シャフト５回りに回転振動するのを抑止するように、コイルバネ１１〜１４の巻き方向が設定されている。これによって、可動子２を薄厚断面形状にした場合にも、可動子２がシャフト５回りに回転振動して異音を発生する不具合を解消することができる。このように本発明の実施形態によると、シャフト５に沿った安定した直進振動を得ながら、耐落下損傷性が高く、異音発生を抑止した、薄厚のリニア振動モータ１を得ることができる。

図１０は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１を装備した電子機器の一例として、携帯情報端末（携帯電子機器）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：リニア振動モータ，２：可動子，
３：枠体，３Ａ：底枠，３Ｂ：バネ支持枠，
３Ｃ：側枠，３Ｄ：軸受支持枠，３Ｅ：入力端子部，３Ｆ：緩衝部材，
２０：マグネット，２１：錘，２１Ａ：バネ支持端，２１Ｂ：凹部，
２２：スペーサ，２３：連結枠，２４：連結補強枠，
４：コイル，５：シャフト，６：軸受，
１１，１２，１３，１４：コイルバネ，
１００：携帯情報端末

Claims (7)

1. マグネットと錘を備える可動子と、
   通電により前記マグネットに駆動力を付与するコイルと、
   前記コイルが固定された枠体と、
   前記枠体に軸支又は固定され、前記可動子を一軸方向に沿って振動自在に支持するシャフトと、
   前記可動子と前記枠体との間に配置され、前記可動子の一軸方向に沿った振動を前記可動子の振動方向両側で弾性支持するコイルバネとを備え、
   前記可動子が、前記シャフト回りの一方向に回転付勢されるように、前記コイルバネの巻き方向が設定され、一軸方向に沿って往復振動している前記可動子が、前記枠体に片当たり状態で振動させるようにしたことを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記可動子の前記シャフトに沿った一方側に配置される前記コイルバネと、前記可動子の前記シャフトに沿った他方側に配置される前記コイルバネとでは、前記コイルバネの巻き方向が、前記可動子側からみて互いに逆方向に巻か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. 前記可動子と前記枠体との間には、前記可動子側からみて同方向に巻かれた複数の前記コイルバネが配置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. マグネットと錘を備える可動子と、
   通電により前記マグネットに駆動力を付与するコイルと、
   前記コイルが固定された枠体と、
   前記枠体に軸支又は固定され、前記可動子を一軸方向に沿って振動自在に支持するシャフトと、
   前記可動子と前記枠体との間に配置され、前記可動子の一軸方向に沿った振動を前記可動子の振動方向両側で弾性支持すると共に、前記シャフトの左右に一対配置されるコイルバネとを備え、
   前記一対配置される前記コイルバネは、圧縮によって前記可動子に付与される互いの回転力が相殺されるように、前記コイルバネの巻き方向が設定されていることを特徴とするリニア振動モータ。
5. 前記一対配置される前記コイルバネは、前記可動子側からみて互いに逆向きに巻き方向が設定されていることを特徴とする請求項４記載のリニア振動モータ。
6. 前記可動子は、薄厚断面形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のリニア振動モータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項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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