JP2010051163A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化を図ることが可能なリニアモータを提供する。
【解決手段】このリニアモータ１０は、扁平状の渦巻状のコイル部４ａおよびコイル部４ｂからなる平面コイル４と、直線状に延びるように形成された内側面２ｅを有する枠部２ａとを含む固定部２と、平面コイル４と対向する磁極面を有し、平面コイル４の表面に沿うとともに、枠部２ａの内側面２ｅに沿って移動可能に設けられた磁石１とを備え、磁石１は、枠部２ａの内側面２ｅと対向し、磁石１の移動方向に延びる平面部１ｂを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、リニアモータおよびリニアモータを備えた携帯機器に関する。

従来、コイルからの電磁力により振動する可動部を備えた振動モータが知られている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。

上記特許文献１には、円板状のマグネットからなる可動子と、可動子を取り囲むように配置されたコイルとを備えた振動アクチュエータ（振動モータ）が開示されている。上記特許文献１に記載の振動アクチュエータでは、円板状の可動部を取り囲むように上下方向に厚みが大きいコイルが配置されているとともに、そのコイルからの電磁力により円板状の可動部を上下方向（可動部の厚み方向）に直線移動させるように構成されている。

また、上記特許文献２には、永久磁石と、永久磁石に対向するように配置された振動子と、振動子に連結されるとともに筒状に形成された可動コイルとを備えた振動装置が開示されている。上記特許文献２に記載の振動装置では、可動コイルは、振動子の移動方向に延びる棒状のガイドレールに対して直交する方向にコイルの巻き面が配置されるとともに、ガイドレールに沿った方向に振動子とともに振動するように構成されている。

特開２００６−６８６８８号公報 特開２００４−１７４３０９号公報

上記特許文献１に開示された振動アクチュエータでは、上下方向に厚みが大きいコイルを用いて円板状の可動部が上下方向（可動部の厚み方向）に移動するように構成されているので、装置の薄型化を図ることが困難であるという問題点がある。

上記特許文献２に開示された振動装置では、可動コイルの移動方向（ガイドレールに沿った方向）に対して直交する方向に筒状の可動コイルの巻き面が配置されることになる。このため、可動コイルの巻き面の高さ方向の長さが大きくなるので、装置の薄型化を図ることが困難であるという問題点がある。

この発明は、薄型化を図ることが可能なリニアモータを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面によるリニアモータは、渦巻状の電流線と、直線状に延びるように形成されたガイド面を有するガイド部とを含む固定部と、渦巻状の電流線と対向する磁極面を有し、渦巻状の電流線の表面に沿うとともにガイド面に沿って移動可能に設けられた可動部とを備え、可動部は、固定部のガイド面と対向し、可動部の移動方向に延びる直線状部を有している。

この発明の第２の局面による携帯機器は、上記第１の局面によるリニアモータを備える。

この発明の第１の局面によるリニアモータでは、上記の構成により、薄型化を図ることが可能であるとともに、可動部の移動動作（振動動作）を安定化させることができる。

この発明の第２の局面による携帯機器では、上記の構成により、薄型化および振動動作の安定化を図ることが可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるリニアモータを説明するための斜視図である。図２〜図４は、本発明の第１実施形態によるリニアモータを説明するための図である。

本発明のリニアモータ１０（リニア駆動型振動モータ）は、図１〜図３に示すように、可動部を構成する磁石１と、固定部２とを備えている。固定部２は、磁石１を内部に配置する枠部２ａと、枠部２ａの開口部分を塞ぐようにそれぞれ配置される第１基板２ｂおよび第２基板２ｃとを備えている。また、磁石１は、枠部２ａの内部側において２つの板バネ部３により移動可能に支持されている。つまり、磁石１は、固定部２内の密閉された空間に２つの板バネ部３の付勢力により移動可能に保持されている。なお、磁石１は、本発明の「可動部」の一例である。

２つの板バネ部３は、それぞれ、一方端部が枠部２ａの内側面側の角部分に設けられた切込み部２ｄにより保持されている。また、各板バネ部３の他方端部側の部分により磁石１を挟むように構成されている。第１基板２ｂおよび第２基板２ｃには、それぞれ、扁平状に形成されるとともに、互いにＹ方向に離間して配列されたコイル部４ａおよびコイル部４ｂからなる平面コイル４が設けられている。平面コイル４は、約０．２ｍｍの厚みを有する。コイル部４ａおよびコイル部４ｂは、それぞれ、平面的に見て、略矩形状の渦巻形状を有するとともに、電流が印加された際には互いに逆方向の磁界が発生するように構成されている。なお、平面コイル４は、本発明の「電流線」の一例である。また、Ｙ方向は、本発明の「配列方向」の一例であるとともに、Ｘ方向およびＹ方向は、本発明の「所定の方向」である。

磁石１は、フェライトやネオジウムなどの強磁性材料からなる磁石（永久磁石）で構成され、約１．５ｍｍの厚みを有する。磁石１は、平面的に見て、互いに対向する辺が円弧形状に形成された円弧部１ａと平面形状に形成された平面部１ｂとにより構成されている。そして、磁石１は、平面部１ｂが枠部２ａのＹ方向（磁石１の移動方向）に沿った側の内側面２ｅと平行になるように配置され、枠部２ａの内側面２ｅが、磁石１のＹ方向への移動時におけるガイド面として機能する。ここで、平行とは、互いに平行な状態だけでなく、磁石１が往復直線移動（振動）する際の妨げにならない程度に平行な状態からずれた状態を含んでいる。なお、平面部１ｂは、本発明の「直線状部」の一例である。

磁石１の円弧部１ａと平面部１ｂとの境界部分１ｃは、全体として丸みを帯びた形状を有する。なお、内側面２ｅは、本発明の「ガイド部」および「ガイド面」の一例である。

磁石１は、図４に示すように、永久磁石の厚み方向に着磁されており、上面１ｄ側はＮ極に、下面１ｅ側はＳ極に着磁されている。磁石１の上面１ｄおよび下面１ｅと平面コイル４とは互いに平行に対向するように配置されている。これにより、平面コイル４に電流が流れた際に、平面コイル４に発生する磁場と磁石１から発生する磁場とにより、引力または斥力が発生して、磁石１が第１基板２ｂおよび第２基板２ｃに対してＹ方向（図３参照）に往復直線移動（振動）する。また、枠部２ａの内側面２ｆのＸ方向に沿った長さＬ１は、約１２ｍｍの大きさを有するとともに、磁石１の平面部１ｂ間の長さＬ２は、約１０ｍｍの大きさを有する。したがって、磁石１は、移動方向と直交する方向（Ｘ方向）において、枠部２ａの内側面２ｅとの間に、片側約１ｍｍずつの隙間を有する。

磁石１には、磁石１と板バネ部３との間の側面を含む表面（上面１ｄ、下面１ｅおよび側面１ｆ）の全域を覆うように磁性流体５が配置されている。磁性流体５は、たとえば、ナノメートルオーダーの鉄などの強磁性材料と、油などの溶媒とを混合することにより形成されている。磁性流体５は、磁場の分布に応じて磁石１に配置されるものであり、磁石１の磁場が強い部分においてより多く保持される。つまり、磁性流体５は、図４に示すように、磁石１の上面１ｄおよび下面１ｅの中央部分よりも、磁石１の角部１ｇに対応する位置（磁石１の磁場が強い部分）により多く保持されている。また、磁石１は、移動方向（Ｙ方向）に延びる中心線Ｃ１（図３参照）に対して磁場が左右対称に発生するように構成されているとともに、磁性流体５は磁石１の磁場を反映して配置されることから、磁石１の移動方向（Ｙ方向）の中心線Ｃ１に対して左右対称に配置される。同様に、磁性流体５は、磁石１の移動方向（Ｙ方向）とは垂直方向（Ｚ方向）の中心線Ｃ２に対しても左右対称に配置される。

以上により、第１実施形態では、横振動型（Ｙ方向への振動）のリニアモータ１０を構成することにより、縦振動型（Ｚ方向への振動）のリニアモータに比べて、薄型化が図りやすい。

本発明の第１実施形態に係るリニアモータによれば、以下の効果を得ることができる。

（１）第１基板２ｂおよび第２基板２ｃに扁平状の平面コイル４を配置するとともに、平面コイル４に対して平行な方向に直線移動するように振動する磁石１を設ける。これによって、上下方向に厚みが大きいコイルを用いて上下方向に磁石を直線移動させる場合に比べて、磁石１の上下方向（Ｚ方向）への移動範囲（移動空間）を設ける必要がなくなり、Ｚ方向の厚みを小さくすることができる。また、平面コイル４を磁石１の移動方向に沿って扁平状になるように渦巻状に形成する。これによって、コイルの巻き面が可動部の移動方向に対して直交する方向に配置される場合に比べて、コイルの巻き面による高さ方向（上下方向）への領域を設ける必要がなくなり、Ｚ方向の厚みを小さくすることができる。これらの結果、リニアモータ１０の薄型化を図ることができる。

（２）磁石１の上面１ｄおよび下面１ｅと平面コイル４の表面とを、互いに平行に対向するように配置した。これにより、磁石１側から発生する磁力線（磁力線が生じる磁極面）と平面コイル４に電流を流すことにより発生する磁束線（磁束線が生じるコイル面）とが平行になる。これに対して、上記特許文献２に記載の構成では、磁石からの磁力線とコイルからの磁束線とは直交する。したがって、上記特許文献２に記載の構成に比べてリニアモータ１０における構成は、磁力線と磁束線とが重なる量が大きいので、その分、磁石１を移動させる際の駆動力を大きくすることができる。

（３）平面的に見て、平面部１ｂを含むように磁石１を形成し、平面部１ｂが磁石１の移動方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）の枠部２ａの内側面２ｅと平行になるように形成する。これによって、磁石１のＹ方向への移動時に、枠部２ａの内側面２ｅが磁石１の平面部１ｂに対してガイド面として機能する。したがって、引力のみならず斥力からなる電磁力を用いて磁石１をＹ方向に直線移動させる場合に磁石１が回転するのを抑制することができる。その結果、磁石１の移動動作（振動動作）を安定化させることができる。

（４）磁石１の側面のうち、平面部１ｂを、枠部２ａの内側面２ｅに最も近い位置に設けることによって、磁石１の移動時に枠部２ａの内側面２ｅによって確実にガイドすることができる。

（５）磁石１の円弧部１ａと平面部１ｂとの境界部分１ｃが丸みを帯びた形状を有する。これによって、磁石１のＹ方向への移動時に円弧部１ａと平面部１ｂとの境界部分１ｃが枠部２ａと衝突したとしても、境界部分１ｃが丸みを帯びているので、境界部分１ｃと枠部２ａとの間に引っかかりが生じるのを抑制することができる。したがって、磁石１を直線移動させた場合に境界部分１ｃと枠部２ａとの引っかかりに起因して磁石１が回転するのをより確実に抑制することができる。

（６）磁石１の表面を覆うように磁性流体５を配置することによって、磁性流体５の潤滑作用によって磁石１の固定部２に対する摩擦を低減することができる。

（７）磁性流体５が磁石１を覆うように配置されることによって、磁石１の緩衝部材として機能させることができる。これにより、磁石１の移動時に発生する音を低減することができる。

（８）磁性流体５を磁石１の表面（上面１ｄ、下面１ｅおよび側面１ｆ）の全域を覆うように配置することによって、磁性流体５による摩擦の低減効果および音の低減効果をより向上させることができる。

（９）磁性流体５を磁石１の中心線Ｃ１およびＣ２に対して左右対称に配置することによって、磁石１と枠部２ａとの間の隙間に配置される磁性流体５の量も左右均等にすることができる。したがって、枠部２ａに対する左右の摩擦力が等しくなる。その結果、リニアモータ１０の動作を安定化させることができる。

（１０）磁性流体５を磁石１の平面部１ｂの全域を覆うように配置する。これによって、磁石１の平面部１ｂと枠部２ａとの間に磁性流体５が配置されるので、磁性流体５による摩擦の低減効果により、磁石１のＹ方向への移動を容易にガイドすることができる。

（１１）磁石１の平面部１ｂと枠部２ａとの間に磁性流体５が配置される。これによって、たとえば、外力などによりリニアモータ１０がＸ方向に振動した場合、磁石１の平面部１ｂが対向する枠部２ａの内側面２ｅに衝突した場合であっても、枠部２ａに沿うように設けられた平面部１ｂに対して磁性流体５が均一に配置されているので、この部分の磁性流体５全域により衝突した際の衝撃を吸収することができる。その結果、磁石１が回るのをより確実に抑制することができるとともに、リニアモータ１０の動作を安定化させることができる。

（１２）平面コイル４を、電流を印加した際にコイル部４ａとコイル部４ｂとでは互いに逆方向の磁界が形成されるように構成する。これによって、コイル部４ａと磁石１との間、および、コイル部４ｂと磁石１との間に、容易に引力および斥力を加えることができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態によるリニアモータの構造を示した斜視図である。図６〜図９は、図５に示した第２実施形態によるリニアモータの構造を説明するための図である。

本発明の第２実施形態によるリニアモータ（リニア駆動型振動モータ）１００は、図５および図６に示すように、収納部１１０ａが設けられた枠体１１０と、収納部１１０ａに配置された可動部１２０と、可動部１２０を支持する一対の板バネ１３０とを備えている。

枠体１１０は、平面的に見て、矢印Ｘ１およびＸ２方向に延びる第１側壁部１１０ｂと矢印Ｙ１およびＹ２方向に延びる第２側壁部１１０ｃとにより実質的に矩形形状（正方形形状）に形成されているとともに、枠体１１０の収納部１１０ａは、上下方向（矢印Ｚ１およびＺ２方向）に貫通する矩形形状の開口部からなる。また、枠体１１０には、収納部１１０ａの上方向側（矢印Ｚ１方向側）の開口部を塞ぐようにプリント基板１４０が配置されているとともに、下方向側（矢印Ｚ２方向側）の開口部を塞ぐように底板１５０が配置されている。また、枠体１１０、プリント基板１４０および底板１５０は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂により形成されている。

可動部１２０は、図６に示すように、平面的に見て角部が面取りされた矩形形状（長方形状）に形成されているとともに、平板状の永久磁石（フェライトやネオジウムなどの強磁性材料からなる磁石）により構成されている。可動部１２０は、矢印Ｘ１およびＸ２方向に沿って約８ｍｍの長さを有するとともに、矢印Ｙ１およびＹ２方向に沿って約１０ｍｍの長さを有する。また、可動部１２０は、平面的に見て、枠体１１０の収納部１１０ａの略中央に位置するように一対の板バネ１３０により側面が支持されている。また、図７に示すように、可動部１２０は、収納部１１０ａの高さよりも低い高さ（小さい厚み）を有している。

可動部１２０は、第１磁石１２１および第２磁石１２２からなる２つの永久磁石により構成されている。具体的には、可動部１２０の中心線Ｃ３−Ｃ３近傍（図６参照）を境界として矢印Ｘ１方向側に第１磁石１２１が配置されるとともに、矢印Ｘ２方向側に第２磁石１２２が配置されるように構成されている。第１磁石１２１のプリント基板１４０に対向する側には、厚み方向にＮ極に着磁されたＮ極面１２１ａが設けられている。また、第２磁石１２２のプリント基板１４０に対向する側には、厚み方向にＳ極に着磁されたＳ極面１２２ａが設けられている。

第１磁石１２１の底板１５０に対向する側には、厚み方向にＳ極に着磁されたＳ極面１２１ｂが設けられている。同様に、第２磁石１２２の底板１５０に対向する側には、厚み方向にＮ極に着磁されたＮ極面１２２ｂが設けられている。

また、第１磁石１２１と第２磁石１２２とは、プリント基板１４０側の表面において、Ｎ極面１２１ａとＳ極面１２２ａとが隣接するとともに、底板１５０側の表面において、Ｓ極面１２１ｂとＮ極面１２２ｂとが隣接するように配置されている。そして、第１磁石１２１と第２磁石１２２とは、それぞれ、互いに隣接するＮ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａ間による引力と、Ｓ極面１２１ｂおよびＮ極面１２２ｂ間による引力とにより密着した状態で保持されているとともに、接着剤などにより互いに固定されている。

以上により、可動部１２０は、一対の板バネ１３０に支持された状態で、収納部１１０ａの内部においてプリント基板１４０に対して平行な矢印Ｘ１およびＸ２方向に直線移動する。ここで、平行とは、互いに平行な状態だけでなく、可動部１２０が直線移動する際の妨げにならない程度に平行な状態からずれた状態（所定の角度傾斜した状態）を含んでいる。また、このとき、第１側壁部１１０ｂ（図６参照）は、可動部１２０が矢印Ｘ１およびＸ２方向に移動する際のガイドとしての機能を有する。なお、第１側壁部１１０ｂは、本発明の「ガイド部」の一例である。

一対の板バネ１３０は、図５および図６に示すように、それぞれ、枠体１１０の第２側壁部１１０ｃの内側面に配置されている。具体的には、一対の板バネ１３０は、それぞれ、枠体１１０に固定される固定部１３０ａと、撓み部１３０ｂと、可動部１２０の支持部１３０ｃとにより構成されている。固定部１３０ａは、矢印Ｙ１およびＹ２方向に沿って延びるように形成されているとともに、枠体１１０の第２側壁部１１０ｃに接着剤などにより固定されている。また、撓み部１３０ｂは、固定部１３０ａとの境界部分から支持部１３０ｃまでの間に複数回（２回）折り曲げられることによって、一対の板バネ１３０の支持部１３０ｃの軌跡が中心線Ｃ４−Ｃ４上を矢印Ｘ１およびＸ２方向に沿って直線的に移動するように撓み可能に構成されており、可動部１２０を互いに他方側の板バネ１３０に付勢する機能を有している。また、各板バネ１３０の支持部１３０ｃは、それぞれ、枠部１１０の収納部１１０ａの中心線Ｃ４−Ｃ４上近傍において可動部１２０を挟むようにして支持するように構成されている。

第１磁石１２１および第２磁石１２２における底板１５０に対向する側の表面には、鉄板などからなるヨーク１６０ａが設けられている。また、プリント基板１４０の可動部１２０と対向する側とは反対側の表面にも、同様に、鉄板などからなるヨーク１６０ｂが設けられている。ヨーク１６０ａおよび１６０ｂは、装置本体から外部へ磁気が漏れるのを抑制するための磁気シールドとしての機能を有する。

プリント基板１４０の内部には、図７〜図９に示すように、２層配線構造からなる扁平形状の平面コイル１４１および１４２が配置されている。平面コイル１４１および１４２は、それぞれ、平面的に見て、矩形形状の輪郭を有するとともに、内側から外側に向かってＸＹ面（矢印Ｘ１（Ｘ２）方向と矢印Ｙ１（Ｙ２）方向とにより形成される面）方向に広がるように渦巻状に形成されている。なお、平面コイル１４１および１４２は、それぞれ、本発明の「コイル」の一例である。

平面コイル１４１および１４２は、１本の電流線１４３により互いに電気的に直列接続されている。具体的には、平面コイル１４１を構成する第１層目電流線１４３ａは、図８に示すように、外側から内側に向かって反時計回りに渦巻状に巻回されている。平面コイル１４１の第１層目電流線１４３ａの外側の端部は、プリント基板１４０上に設けられた電極パッド１７０ａに接続されている。

平面コイル１４２を構成する第２層目電流線１４３ｂは、図９に示すように、内側から外側に向かって反時計回りに渦巻状に巻回されている。平面コイル１４２の第２層目電流線１４３ｂの外側の端部は、プリント基板１４０上に設けられた電極パッド１７０ｂに接続されている。そして、平面コイル１４１を構成する第１層目電流線１４３ａの内側の端部と、平面コイル１４２を構成する第２層目電流線１４３ｂの内側の端部とが、それぞれの中心部分近傍においてプリント基板１４０に設けられたコンタクトホールを介して互いに接続されている。なお、ヨーク１６０ｂには、プリント基板１４０上の電極パッド１７０ａおよび１７０ｂに対応する位置にそれぞれ開口部１６０ｃおよび１６０ｄが設けられており、ヨーク１６０ｂと、電極パッド１７０ａおよび１７０ｂとは接触していない。

図８に示すように、平面コイル１４１は、それぞれ、矢印Ｙ１およびＹ２方向に延びる第１部分１４１ａおよび１４１ｂと、矢印Ｘ１およびＸ２方向に延びる第２部分１４１ｃおよび１４１ｄとを有している。第２部分１４１ｃおよび１４１ｄを構成する電流線１４３ａの幅Ｗ２が、平面コイル１４１の第１部分１４１ａおよび１４１ｂを構成する電流線１４３ａの幅Ｗ１よりも小さくなるように形成されている。これにより、第２部分１４１ｃおよび１４１ｄを構成する電流線１４３ａのピッチ（隣接する電流線１４３ａの中心間の距離）Ｌ４が、第１部分１４１ａおよび１４１ｂを構成する電流線１４３ａのピッチＬ３よりも小さくなる。

また、平面的に見て、第２部分１４１ｃおよび１４１ｄの少なくとも一部は、それぞれ、枠体１１０の第１側壁部１１０ｂに重なるように配置されている。つまり、平面コイル１４１の配置領域は、平面的に見て可動部１２０よりも大きく、可動部１２０全体を覆っている。

図９に示すように、平面コイル１４２も、平面コイル１４１と同様の構成であり、矢印Ｙ１およびＹ２方向に延びるとともに幅Ｗ１を有する第１部分１４２ａおよび１４２ｂと、矢印Ｘ１およびＸ２方向に延びるとともに幅Ｗ２を有する第２部分１４２ｃおよび１４２ｄとを有している。また、平面的に見て、第２部分１４２ｃおよび１４２ｄの一部は、それぞれ、枠体１１０の第１側壁部１１０ｂに重なるように配置されている。

以上により、平面コイル１４１および１４２に駆動電流が供給された際には、第１部分１４１ａ（１４２ａ）と第１部分１４１ｂ（１４２ｂ）とにおいて電流方向は相反する方向となる。そして、第１部分１４１ａ（１４２ａ）、および、第１部分１４１ｂ（１４２ｂ）による電磁力が、可動部１２０を移動させるための駆動力となる。

次に、図８〜図１１を参照して、本発明の第１実施形態によるリニアモータ１００の動作を説明する。

まず、電極パッド１７０ａおよび１７０ｂを介して、電流線１４３に駆動電流が供給される。これにより、図１０に示すように、可動部１２０のＮ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａ間において発生する矢印Ｚ１およびＺ２方向の磁界（図１０の破線矢印を参照）と直交する方向（図７および図９の矢印Ｙ１およびＹ２方向）の電流が平面コイル１４１の第１部分１４１ａおよび１４１ｂと、平面コイル１４２の第１部分１４２ａおよび１４２ｂに流れる。そして、平面コイル１４１（１４２）の第１部分１４１ａ（１４２ａ）を流れる電流が寄与するローレンツ力が第１磁石１２１のＮ極面１２１ａに矢印Ｘ２方向に働く。同時に、平面コイル１４１（１４２）の第１部分１４１ｂ（１４２ｂ）を流れる電流が寄与するローレンツ力が第２磁石１２２のＳ極面１２２ａに矢印Ｘ２方向に働く。以上により、可動部１２０が矢印Ｘ２方向に直線移動される。

そして、所定時間後、図１１に示すように、図１０に示す状態とは反対方向の駆動電流を供給することによって、上記と同様の作用により、可動部１２０が矢印Ｘ１方向に直線移動される。このようにして、所定の周波数で駆動電流の方向を切り替えることによって、可動部１２０は、矢印Ｘ１方向と矢印Ｘ２方向とに交互に直線移動されて共振運動される。この際、第１磁石１２１のＳ極面１２１ｂと第２磁石１２２のＮ極面１２２ｂとの間に発生する磁束は、ヨーク１６０ａに吸収されてヨーク１６０ａ内を選択的に通過するので、底板１５０を貫いて外側にまで及ぶようには発生しない。また、第１磁石１２１のＮ極面１２１ａと第２磁石１２２のＳ極面１２２ａとの間に発生する磁束は、プリント基板１４０を貫いた場合にヨーク１６０ｂに吸収されてヨーク１６０ｂ内を選択的に通過するので、ヨーク１６０ｂの外側にまで及ぶようには発生しない。

また、このとき、可動部１２０には、平面コイル１４１（１４２）において互いに対向する第２部分１４１ｃ（１４２ｃ）および１４１ｄ（１４２ｄ）から発生する電磁力により、それぞれ、矢印Ｙ１およびＹ２方向に沿った中心に向かう方向の力、または、中心から矢印Ｙ１およびＹ２方向に沿った外側に引っ張る方向の力が加えられている。

本発明の第２実施形態によるリニアモータ１００では、上記（１）〜（３）の効果に加え、以下の効果を得ることができる。

（１３）平面コイル１４１（１４２）に対向する側の表面に互いに異なる極性のＮ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａを含む可動部１２０を備え、Ｎ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａにそれぞれ対応する位置に、互いに電流の流れる方向が反対である平面コイル１４１（１４２）の第１部分１４１ａおよび１４１ｂ（１４２ａおよび１４２ｂ）を配置した。これにより、平面コイル１４１（１４２）に電流が流れた際に発生する電磁力によりＮ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａに加わる力が同じ方向になるので、その方向に可動部１２０を移動させることができる。すなわち、１つの渦巻状の平面コイルによりリニアモータを構成することができるので、その分、装置を小型化（小面積化）することが可能になる。

なお、コイルに対向する側の永久磁石の極性が１種類のみからなる場合では、可動部を一方方向および他方方向に移動させるために両側にそれぞれコイルを配置する必要があるため、装置の小型化（小面積化）には一定の限界がある。

（１４）平面コイル１４１（１４２）の表面に対向するように、可動部１２０のＮ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａが配置されるように構成した。これにより、可動部１２０側から発生する磁力線（磁力線が生じる磁極面）と平面コイル１４１（１４２）に電流を流すことにより発生する磁束線（磁束線が生じるコイル面）とが平行になる。これに対して、上記特許文献２に記載の構成では、磁石からの磁力線とコイルからの磁束線とは直交する。したがって、上記特許文献２に記載の構成に比べてリニアモータ１００における構成は、磁力線と磁束線とが重なる量が大きいので、その分、可動部１２０を移動させる際の駆動力を大きくすることができる。

（１５）可動部１２０の平面コイル１４１（１４２）と対向する面とは反対側の面において、Ｎ極面１２１ａに対応する位置にＳ極面１２１ｂを設けるとともに、Ｓ極面１２２ａに対応する位置にＮ極面１２２ｂを設けた。これによって、可動部１２０のＮ極面１２１ａ、Ｓ極面１２２ａ、Ｓ極面１２１ｂおよびＮ極面１２２ｂは、互いに、可動部１２０の移動方向（矢印Ｘ１およびＸ２方向）および厚み方向（矢印Ｚ１およびＺ２方向）において異なる磁極が隣接するように配置される。したがって、それぞれの磁極面の間において発生する磁束の長さが小さくなるので、その分、リニアモータ１００の外部に磁束が漏れるのを抑制することができる。その結果、リニアモータ１００を種々の装置内に配置した場合に、リニアモータ１００からの磁束漏れに起因して装置の動作不良が発生するのを抑制することができる。

（１６）可動部１２０のＳ極面１２１ｂおよびＮ極面１２２ｂの表面に磁気シールドとしての機能を有するヨーク１６０ａを設けることによって、Ｓ極面１２１ｂおよびＮ極面１２２ｂ間に発生する磁束がリニアモータ１００の底板１５０側から外部に漏れるのを確実に抑制することができる。また、プリント基板１４０の表面にもヨーク１６０ｂを配置することによって、Ｎ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａ間において、平面コイル１４１および１４２を貫きつつ、ヨーク１６０ｂ内を通過するようにして磁束が発生する。したがって、Ｎ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａ間に発生する磁束がプリント基板１４０側から外部に漏れるのを確実に抑制することができる。以上により、リニアモータ１００からの外部への磁束漏れを容易に抑制することができる。

（１７）可動部１２０を両側から支持する一対の板バネ１３０を、可動部１２０との支持部１３０ｃが可動部１２０の移動方向（矢印Ｘ１およびＸ２方向）に沿って撓むように折り曲げられた形状に設けることによって、板バネ１３０は、支持部１３０ｃの軌跡が矢印Ｘ１およびＸ２方向に沿って直線的に移動する。これによって、支持部１３０ｃが矢印Ｘ１およびＸ２方向に沿って直線的に移動しながら可動部１２０を支持するので、可動部１２０が移動する際に支持部１３０ｃと可動部１２０との接触部分にずれが発生するのを抑制することができる。その結果、可動部１２０が移動しながら回転するのを抑制することができるので、リニアモータ１００を安定して動作させることができる。

（１８）可動部１２０を角部が面取りされた矩形形状にすることによって、面取りしない場合に比べて、可動部１２０が移動する際に、枠部１１０の第１側壁部１１０ｂとの間に引っかかりが生じるのを抑制することができる。したがって、こうした引っかかりに起因して可動部１２０が回転するのをより確実に抑制することができる。

（１９）平面コイル１４１（１４２）に、可動部１２０が移動する方向と交差する方向（矢印Ｙ１方向および矢印Ｙ２方向）に延びる第１部分１４１ａ、１４１ｂ（１４２ａ、１４２ｂ）と、可動部１２０が移動する方向（矢印Ｘ１方向および矢印Ｘ２方向）に延びる第２部分１４１ｃ、１４１ｄ（１４２ｃ、１４２ｄ）とを設けた。そして、第２部分１４１ｃ、１４１ｄ（１４２ｃ、１４２ｄ）の隣接する電流線１４３ａ（１４３ｂ）のピッチＬ４が、第１部分１４１ａ、１４１ｂ（１４２ａ、１４２ｂ）の隣接する電流線１４３ａ（１４３ｂ）のピッチＬ３よりも小さくなるように構成した。

これにより、第２部分１４１ｃ、１４１ｄ（１４２ｃ、１４２ｄ）のピッチＬ４が小さくなった分、第１部分１４１ａ、１４１ｂ（１４２ａ、１４２ｂ）の矢印Ｙ１方向および矢印Ｙ２方向の長さが大きくなるので、可動部１２０を移動するための電磁力を増大させることができるとともに、可動部１２０の応答時間を短縮することができる。

（２０）第２部分１４１ｃ、１４１ｄ（１４２ｃ、１４２ｄ）の電流線１４３ａ（１４３ｂ）の幅Ｗ２を小さくすることにより、第２部分１４１ｃ、１４１ｄ（１４２ｃ、１４２ｄ）の隣接する電流線１４３ａ（１４３ｂ）間のピッチＬ４が、第１部分１４１ａ、１４１ｂ（１４２ａ、１４２ｂ）の隣接する電流線１４３ａ（１４３ｂ）間のピッチＬ３よりも小さくなるように構成した。これによって、第１部分１４１ａ、１４１ｂ（１４２ａ、１４２ｂ）の電流線１４３ａ（１４３ｂ）の幅Ｗ１が大きい分、電流線１４３ａ（１４３ｂ）の抵抗を小さくすることができるので、電流線１４３ａ（１４３ｂ）を流れる電流量を大きくすることができる。その結果、可動部１２０の駆動力を増大させることができる。

（２１）平面的に見て、平面コイル１４１（１４２）の第２部分１４１ｃ（１４２ｃ）および１４１ｄ（１４２ｄ）の一部を第１側壁部１１０ｂに重なるように配置した。これによって、可動部１２０に矢印Ｙ１およびＹ２方向の力が作用する領域を小さくすることができるので、可動部１２０が矢印Ｘ１およびＸ２方向に直線移動する際に、矢印Ｙ１およびＹ２方向の力に起因して直線状の移動経路からずれるのを抑制することができる。その結果、リニアモータ１００を安定して動作させることができる。また、第２部分１４１ｃ、１４１ｄ（１４２ｃ、１４２ｄ）の一部が枠体１１０の第１側壁部１１０ｂに重なる分、可動部１２０を移動するための電磁力の発生に寄与する第１部分１４１ａ、１４１ｂ（１４２ａ、１４２ｂ）の長さをより大きくすることができるので、可動部１２０の駆動力を増大させることができる。

（２２）Ｎ極面１２１ａと対向する平面コイル１４１（１４２）の第１部分１４１ａ（１４２ａ）に流れる電流の方向と、Ｓ極面１２２ａと対向する平面コイル１４１（１４２）の第１部分１４１ｂ（１４２ｂ）に流れる電流の方向とは、略反対の方向である。これによって、Ｎ極面１２１ａと対向する平面コイル１４１（１４２）の第１部分１４１ａ（１４２ａ）と、Ｓ極面１２２ａと対向する平面コイル１４１（１４２）の第１部分１４１ｂ（１４２ｂ）とには、同じ方向の力が働くので、容易に可動部１２０を駆動することができる。

（第３実施形態）
図１２および図１３は、それぞれ、本発明の第１および第２実施形態によるリニアモータ１０（１００）を用いた携帯機器の一例を説明するための図である。なお、図１３は、図１２のリニアモータ１０（１００）を含む部分の一断面である。

本発明の第１および第２実施形態によるリニアモータ１０（１００）は、図１２および図１３に示すように、携帯電話２００などに用いることが可能である。携帯電話２００は、リニアモータ１０（１００）と、ＣＰＵ２１０と、表示部２２０とを備えている。リニアモータ１０（１００）は、携帯電話２００の表示部２２０が配置された側とは反対側の面に配置されている。表示部２２０は、タッチパネル方式のパネルにより構成されているとともに、表示部２２０に表示されたボタン部２２０ａを押圧することにより携帯電話２００を操作するように構成されている。そして、リニアモータ１０（１００）は、表示部２２０に表示されたボタン部２２０ａが押圧されたことを検知した場合や、電話を着信した際にマナーモードに設定されている場合などに振動するようにＣＰＵ２１０により制御される。

本発明の第１および第２実施形態に係るリニアモータ１０（１００）を備える携帯電話２００によれば、以下の効果を得ることができる。

（２３）上記第１および第２実施形態において示した薄型化が可能なリニアモータ１０（１００）を備えることによって、携帯電話２００の薄型化を図ることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、第１および第２実施形態では、２つの板バネ部３（板バネ１３０）により磁石１（可動部１２０）を移動可能に支持する例を示したが、本発明はこれに限らず、コイルバネまたはゴム部材などの板バネ以外の弾性部材を使用してもよい。また、３つ以上の板バネ部３（板バネ１３０）により磁石１（可動部１２０）を支持してもよい。

また、第１実施形態では、磁石１の円弧部１ａと平面部１ｂとの境界部分１ｃが丸みを帯びた形状を有するように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、円弧部１ａと平面部１ｂとの境界部分が尖った形状であってもよい。

また、第１実施形態では、磁石１に磁性流体５を配置することにより、磁石１の直線移動時に枠部２ａに対して平面部１ｂと磁性流体５とによってガイドする例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、磁石１に磁性流体５を配置することなく、枠部２ａに対して磁石１の平面部１ｂのみによりガイドするように構成してもよい。

また、第１実施形態では、ナノメートルオーダーの強磁性材料である鉄に油を混合した磁性流体５を用いる例を示したが、本発明ではこれに限らず、鉄以外の強磁性材料により磁性流体５を構成してもよい。

また、第１実施形態では、第１基板２ｂおよび第２基板２ｃの両方の基板に平面コイル４を配置する例を示したが、本発明はこれに限らず、平面コイル４は第１基板２ｂおよび第２基板２ｃの一方の基板のみに配置されていてもよい。

また、第１実施形態では、第１基板２ｂおよび第２基板２ｃのそれぞれの一方の面に平面コイル４を配置する例を示したが、本発明はこれに限らず、各基板の両面に平面コイルを２層重ねた状態で形成してもよい。

また、第１実施形態では、磁石１の直線状の側面が平面部１ｂを有するとともに、磁石１の平面部１ｂを覆う磁性流体５が枠部２ａの内側面２ｅに面接触することによって磁石１をガイドする例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、磁石１の直線状の側面を丸みを帯びた形状にするとともに、その磁石１の丸みを帯びた形状である直線状の側面を覆う磁性流体５が枠部２ａの内側面２ｅに線接触することによって磁石１をガイドしてもよい。

また、第２実施形態では、平面的に見て、角部が面取りされた矩形状の可動部１２０を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、第１側壁部１１０ｂに対向する可動部１２０の側面が第１側壁部１１０ｂに平行であれば、第２側壁部１１０ｃに対向する可動部１２０の側面が円弧形状などであってもよい。また、面取りされていない矩形状の可動部を用いてもよいし、可動部１２０をたとえば円形形状など矩形状以外の形状にしてもよい。

また、第２実施形態では、可動部１２０を、Ｎ極面１２１ａ、Ｓ極面１２２ａ、Ｓ極面１２１ｂおよびＮ極面１２２ｂにより構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、可動部１２０をＮ極面１２１ａおよびＳ極面１２２ａのみから構成し、Ｓ極面１２１ｂおよびＮ極面１２２ｂは設けないようにしてもよい。つまり、平面コイル１４１および１４２に対向する面に沿って、互いに異なる磁性に着磁された磁極面が設けられていればよい。

また、第２実施形態では、可動部１２０を第１磁石１２１と第２磁石１２２とを隣接させるように設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、第１磁石１２１と第２磁石１２２との間に、たとえば、タングステンなどの錘を配置してもよい。この場合、錘を配置した分、可動部１２０をより安定して動作させることができる。また、このとき、可動部１２０の容積を変えずに錘を配置することにより、錘を配置していない場合に比べて同じ容積のまま可動部１２０の重量を増加させることができる。これにより、可動部１２０の振動量を容易に増加させることができる。

また、第２実施形態では、ヨーク１６０ａを、可動部１２０のＳ極面１２１ｂおよびＮ極面１２２ｂの表面上に設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、ヨーク１６０ａを、Ｓ極面１２１ｂおよびＮ極面１２２ｂの表面から側面の部分にまで延びるように配置してもよい。この場合、可動部１２０の側面方向（図７の矢印Ｘ１およびＸ２方向）の磁束漏れを確実に抑制することができる。

また、第２実施形態では、平面コイル１４１および１４２が配置されたプリント基板１４０を可動部１２０の一方の表面側にのみ配置する例を示したが、本発明はこれに限らず、可動部１２０の両側の表面にそれぞれ配置してもよい。これにより、可動部１２０の両側から駆動されるので、可動部１２０の駆動力を向上させることができる。その結果、可動部１２０の応答時間（可動部１２０が所定の振動量に達するまでの時間）を短縮させることができる。なお、プリント基板１４０を可動部１２０の両側の表面に配置する場合には、可動部１２０にヨーク１６０ａを取りつけず、その代わりにヨーク１６０ｂを装置本体の両側に設けることにより、リニアモータ１００（２００〜４００）からの外部への磁束漏れを抑制することが好ましい。

また、第２実施形態では、一対の板バネ１３０の支持部１３０ｃにより可動部１２０を挟むように支持する例を示したが、本発明はこれに限らず、板バネ１３０の支持部１３０ｃと可動部１２０との接触部分を接着してもよい。なお、可動部１２０が円形に近い形状であるほど接着した方が好ましい。

また、第２実施形態では、可動部１２０を直接板バネ１３０により支持する例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、可動部１２０の表面に磁性流体を配置した状態で板バネ１３０により支持してもよい。この場合、磁性流体を配置した分、可動部１２０と第１側壁部１１０ｂとの間の摩擦力、および、可動部１２０と底板１５０との間の摩擦力がそれぞれ低減されるので、可動部１２０の応答時間を短縮することができる。

また、第２実施形態では、平面的に見て、平面コイル１４１の第２部分１４１ｃ（１４１ｄ）の全てのピッチＬ４が、第１部分１４１ａ（１４１ｂ）のピッチＬ３よりも小さくなるように形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、第２部分１４１ｃ（１４１ｄ）の一部分のピッチＬ４を第１部分１４１ａ（１４１ｂ）のピッチＬ３よりも小さくなるように形成してもよい。

また、第２実施形態では、平面的に見て、平面コイル１４１の第２部分１４１ｃ（１４１ｄ）の一部を、それぞれ、枠体１１０の第１側壁部１１０ｂに重なるように配置する例を示したが、本発明はこれに限らず、第２部分１４１ｃ（１４１ｄ）の全てを枠体１１０の第１側壁部１１０ｂと重なるように設けてもよい。

本発明の第１実施形態によるリニアモータについて説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態によるリニアモータについて説明するための分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるリニアモータについて説明するための平面図である。 図３の１００−１００線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態によるリニアモータの構造を示した斜視図である。 第２実施形態によるリニアモータの平面図である。 第２実施形態によるリニアモータの断面図である。 第２実施形態によるリニアモータの平面コイルの第１層を示した平面図である。 第２実施形態によるリニアモータの平面コイルの第２層を示した平面図である。 第２実施形態によるリニアモータの動作を説明するための断面図である。 第２実施形態によるリニアモータの動作を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態において、第１および第２実施形態によるリニアモータを備えた携帯電話について説明するための平面図である。 本発明の第３実施形態において、第１および第２実施形態によるリニアモータを備えた携帯電話について説明するための断面図である。

符号の説明

１ 磁石（可動部）
１ｂ 平面部（直線状部）
２ 固定部
２ｅ 内側面（ガイド部）（ガイド面）
４、１４１、１４２ 平面コイル
５ 磁性流体
１０、１００ リニアモータ
１１０ｂ 第１側壁部（ガイド部）
１２０ 可動部
１２０ａ 側面（平面部）
２００ 携帯電話（携帯機器）

Claims (8)

1. 渦巻状の電流線と、直線状に延びるように形成されたガイド面を有するガイド部とを含む固定部と、
   前記渦巻状の電流線と対向する磁極面を有し、前記渦巻状の電流線の表面に沿うとともに前記ガイド面に沿って移動可能に設けられた可動部とを備え、
   前記可動部は、前記固定部のガイド面と対向し、前記可動部の移動方向に延びる直線状部を有している、リニアモータ。
2. 前記可動部の直線状部は、平面部を有する、請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記渦巻状の電流線は、渦巻状の１つのコイルを含み、
   前記可動部は、前記渦巻状の１つのコイルにより形成される磁界に基づいて移動するように構成されている、請求項１または２に記載のリニアモータ。
4. 前記電流線は、前記可動部の移動方向に沿って互いに離間して配列された一対の平面コイルを含み、前記一対の平面コイルは電流が印加された際に、互いに逆方向の磁界を形成するように構成されている、請求項１または２に記載のリニアモータ。
5. 前記可動部の直線状部は、前記ガイド部に最も近い位置に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
6. 前記可動部の表面に配置された磁性流体をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
7. 前記可動部の平面形状は、丸みを帯びた形状を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリニアモータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のリニアモータを備えた、携帯機器。

Images