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JP2010069470A - リニアモータおよびリニアモータを備えた携帯機器 - Google Patents

リニアモータおよびリニアモータを備えた携帯機器 Download PDF

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JP2010069470A
JP2010069470A JP2008278620A JP2008278620A JP2010069470A JP 2010069470 A JP2010069470 A JP 2010069470A JP 2008278620 A JP2008278620 A JP 2008278620A JP 2008278620 A JP2008278620 A JP 2008278620A JP 2010069470 A JP2010069470 A JP 2010069470A
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magnet
vibration
input operation
coil
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JP2008278620A
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English (en)
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Yoshikane Shishida
佳謙 宍田
Hideaki Miyamoto
英明 宮本
Kazuya Honma
運也 本間
Noriaki Kojima
則章 児島
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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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、互いに離間して配列された扁平形状の渦巻状のコイル部4aおよび4bを有する固定部2と、コイル部4aおよびコイル部4bと対向する磁極面を有し、コイル部4aおよびコイル部4bの表面(配列方向)に沿ってコイル部4aおよびコイル部4b上を移動可能に設けられた磁石1と、コイル部4aおよびコイル部4bの配列の両端部に設けられ、磁石1を枠部2a内の中間部分に挟持する板バネ部3と、磁石1の表面に配置された磁性流体5と、磁石1を往復移動させる制御部15と、を備える。そして、制御部15を用いてコイル部4aおよびコイル部4bに交流電流を流し、磁石1を2つの板バネ部3が磁石1を挟持した状態でY方向に往復移動させる。
【選択図】図2

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としてのアクチュエ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に開示された振動モータは、円板状のマグネットからなる可動部と、可動部を取り囲むように配置されたコイルとを備え、コイルからの電磁力により可動部が上下方向(可動部の厚み方向)に直線移動する。
また、上記特許文献2に開示された振動装置では、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る。そして、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の振動モータでは、円板状の可動部が上下方向に移動するように構成されているので、その上下方向に可動部の移動空間を設ける必要があり、構造的に振動モータ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の振動装置では、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、装置全体の薄型化を図ることが困難であるという問題がある。
この発明は、薄型化を図ることが可能な振動モータ(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、渦巻状の電流線を有する固定部と、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って渦巻状の電流線上を移動可能に設けられた可動部と、可動部を往復移動させる移動手段と、渦巻状の電流線の両端部に設けられ、可動部を挟持する弾性部材と、を備え、可動部が、可動部の往復移動の際に、弾性部材によって挟持された状態を維持しながら移動することを特徴とする。
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とを特徴とする。
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、薄型化を図ることを可能にしながら、可動部の移動時の音を低減することができる。
この発明の第2の局面による携帯機器では、上記のリニアモータを備えることにより、携帯機器の薄型化および動作時の静音化を図ることができる。
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。図5は、本発明の第1実施形態によるリニアモータの動作制御を説明するための図である。
リニアモータ(リニア駆動型振動モータ)10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(挟持)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の付勢力により往復移動可能に保持されている。そして、本実施形態では、こうした2つの板バネ部3による磁石1の挟持状態を維持しながら磁石1を往復移動させる。なお、固定部2は本発明の「固定部」および磁石1は本発明の「可動部」の一例である。
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10mmの直径と、約1.5mmの厚みとを有する円板形状に形成されている。
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。このようにすることで、各板バネ部3は、それぞれ、枠部2aの取り付け部を支持点として撓み、磁石1を互いに他方の板バネ部3側に付勢する。さらに、2つの板バネ部3は、その形状やバネ定数などの特性が略同等に形成されているので、後述する平面コイル4に電流を流していない状態で、磁石1は枠部2a内の中間部分で挟持される。特に、本実施形態では、磁石1の往復移動の際にも、2つの板バネ部3による磁石1の挟持状態が維持されるように枠部2aの内寸法と板バネ部3の取り付け角度などを調整している。つまり、一方の板バネ部3が枠部2aの内壁に押し付けられるまで撓み変形したとしても、他方の板バネ部3が撓み変形した状態で磁石1を挟持するように構成されている。なお、板バネ部3は本発明の「弾性部材」の一例である。
第1基板2bおよび第2基板2cには、それぞれ、約0.2mmの厚みで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、コイル部4aおよびコイル部4b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。上述の板バネ部3は、平面コイル4の配列の両端部側に位置し、初期状態(平面コイル4に電流を流していない状態)において、両端部の2つの板バネ部3により磁石1を枠部2aの中間部分に挟持している。そして、動作状態(平面コイル4に交流電流を流した状態)において、磁石1の挟持状態を維持しながら磁石1を互いに他方の板バネ部3側に付勢する。なお、平面コイル4は本発明の「渦巻状の電流線」、Y方向は本発明の「移動方向」、及びびコイル部4aとコイル部4bは本発明の「一対の平面コイル」の一例である。
また、リニアモータ10には、図5に示すように、リニアモータ10の動作を制御するための制御ICを有する制御部15が接続されている。この制御部15は、電流線15aを介してリニアモータ10の平面コイル4(コイル部4a、コイル部4b)に対して、磁石1を駆動するための電流(駆動電流)を供給する機能を有する。本実施形態では、制御部15は、駆動電流として交流電流を供給できるように構成されている。すなわち、リニアモータ10には、制御部15から、矢印A方向の駆動電流と、矢印A方向とは反対方向の駆動電流とが交互に供給される。なお、制御部15は本発明の「移動手段」の一例である。
こうした制御部15は、リニアモータ10の外部に別途設けてもよいが、第1基板2bまたは第2基板2cに搭載してリニアモータ10と一体的に設けることが好ましい。このようにすることで、電流線15aの配線長が短くなり、制御部15から平面コイル4に流す電流を増加させることができる。このため、平面コイル4により発生する電磁力が増大し、その結果、磁石1の駆動力を増大させることができるとともに、磁石1の応答時間を短縮することができる。
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1a側はN極に、下面1b側はS極に着磁されている。また、磁石1の上面1aおよび下面1bと平面コイル4とは互い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)に移動する。
本実施形態では、平面コイル4に交流電流が流れると、電流の流れる方向によって磁石1の移動する方向が切り替わるので、電流が流れている間、磁石1はY方向に往復移動する。これにより、リニアモータ10は振動する。
磁石1が配置される枠部2aの内側面のX方向に沿った長さLは約12mm程度の大きさを有し、内側面のY方向に沿った長さWは約16mm程度の大きさを有する。したがって、直径約10mmの磁石1は、移動方向と直交する方向(X方向)において、枠部2aの内側面との間に片側約1mmずつの隙間を有し、移動方向(Y方向)において、枠部2aの内側面との間に片側約3mmずつの隙間を有する。また、2つの板バネ部3は、それぞれ、約10mmの長さを有し、約45度の角度で枠部2の切込み部2dに取り付けられている。そして、2つの板バネ部3がいずれも撓み変形した状態で磁石1を枠部2aの中間部分に挟持している。
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1a、下面1bおよび側面1c)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、磁石1の上面1aおよび下面1bの中央部分よりも、磁石1の角部1d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。
リニアモータ10では、制御部15を用いて平面コイル4(コイル部4a、コイル部4b)に交流電流を流し、磁石1をY方向に往復移動させる。この際、2つの板バネ部3が
磁石1を挟持した状態で往復移動するので、磁石1と板バネ部3とが互いに離れて、再度接触することにより発生する騒音が確実に防止される。この結果、リニアモータ10の動作時の静音化を図ることができる。
また、磁性流体5が磁石1と板バネ部3との間に介在することで、磁石1の往復移動の際に磁性流体5がダンパーとして機能し、磁石1の共振ピークがブロード化される。このため、リニアモータ10が共振状態を維持しやすくなり、必要な振幅(または加速度)を確保することができる。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。
ここで、リニアモータ10について、磁石1の共振周波数を算出するために行ったシミュレーションの結果について説明する。図6は、リニアモータ10のシミュレーション結果を説明するための図である。シミュレーションでは、磁石1の直径を10mm、磁石1の厚さを1.4mm、磁石1の質量を0.82g、磁石1と枠部2aとの間隔を2.5mm、板バネ部3の長さを9mm、板バネ部3の幅を1.5mm、板バネ部3の厚さを0.35mm、板バネ部3のバネ定数を0.39N/mmと設定した。その上で、磁石1の表面を被覆する磁性流体5の有無についてシミュレーションを行った。なお、図6では、横軸を磁石1の駆動周波数(交流電流の周波数)とし、縦軸を磁石1の振動量(共振周波数における振動量で規格化)としている。
図6(A)に示すように、磁石1の表面に磁性流体がない比較例では、共振周波数(共振ピーク)の前後で振動量が激減しており、共振状態が得られる範囲が狭いことが分かる。一方、図6(B)に示すように、磁石1の表面に磁性流体を被覆した実施例では、比較例と比べて、共振周波数(共振ピーク)の前後での振動量の変化が緩和(ブロード化)され、共振状態が得られる範囲が広がっていることが分かる。これらは以下の理由によるものと推察される。
一般に、磁石1の運動エネルギーがすべて板バネ部3の位置エネルギーに変換されたタイミングで電磁力の方向が切り替わると、板バネ部3の位置エネルギーと電磁力の方向が一致し、エネルギー損失がなく往復移動できる。こうした状態が共振の状態である。しかしながら、板バネ部3の移動方向は急激に切り替わるため、上述のタイミングがずれると電磁力と板バネ部3のエネルギーとが打ち消しあうことになり、磁石1の振動量が急激に減少することになる。比較例の場合ではこうした状況を反映したものと推察される。
一方、実施例の場合には、磁石1の運動エネルギーは、板バネ部3の位置エネルギーに変換されるだけでなく、その一部が磁性流体5の変形にも用いられる。すなわち、板バネ部3の移動方向が切り替わるタイミングが電磁力の方向が切り替わるタイミングとずれたとしても、磁性流体5が変形する期間だけ電磁力と板バネ部3のエネルギーとが打ち消しあうことが抑制される。この結果、共振周波数(共振ピーク)の前後での振動量の変化が緩和され、共振状態が得られる範囲が広がったものと推察される。
本発明の第1実施形態によるリニアモータ10では、以下の効果を得ることができる。
(1)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。すなわち、本実施形態では、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と対向する磁極面を有し、平面コイル4上をコイル部4aおよびコイル部4bの配列方向に沿って直線移動するように振動する磁石1を設けた。これによって、従来のように磁石1の上下方向(Z方向)への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した。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はなくなり、Z方向の厚みを小さくすることができる。これらの結果、薄型化を実現しやすいリニアモータ10を提供できる。
(2)磁石1を往復移動させる際、2つの板バネ部3が磁石1を挟持した状態で移動するので、磁石1と板バネ部3とが互いに離れて、再度接触することにより発生する騒音が確実に防止される。この結果、リニアモータ10の動作時の静音化を図ることができる。
(3)磁性流体5を、磁石1と板バネ部3との間の磁石1の表面に配置したことで、磁石1を往復移動させる際に、磁性流体5が磁石1の緩衝部材として機能する。これによって、リニアモータ10の動作時の静音化を図ることができる。
(4)磁性流体5を、磁石1と板バネ部3との間の磁石1の表面に配置したことで、磁性流体5が、板バネ部3の移動方向が切り替わる際のダンパーとして作用するので、たとえば、リニアモータ10の共振周波数よりも大きい周波数で振動した際にも共振状態が得られやすい。したがって、リニアモータ10の共振状態を維持することができ、必要な振動量を確保することができる。
(5)磁石1を往復移動させる際に、2つの板バネ部3を用いて挟持するようにしたことで、2つのコイルバネ(細長い金属線を螺旋状に巻いたもの)を用いて行う場合に比べて、バネ自体を小型化することが可能になり、リニアモータ10の薄型化がさらに図りやすくなる。
(6)平面コイル4に電流が印加された際に、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したことで、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。
(7)磁石1と板バネ部3との間以外にも、磁石1の表面を覆うように磁性流体5を配置することで、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。その結果、磁石1をスムースに往復移動させることができ、磁石1の応答時間を短縮することができる。
(8)可動部を構成する磁石1が円板形状であり、磁石1は枠部2aの内側面と対向する凸状の曲面を有するので、外力を受けて磁石1が傾斜して枠部2aの内側面と接触する状態となっても、磁石1はスムースに安定して移動させることができる。また、磁石1は枠部2aの内側面と対向する凸状の曲面を有するので、磁石1が傾斜して枠部2aの内側面と接触しても、矩形形状の磁石(直方体形状からなる薄板磁石)を採用した場合のように角接触することはない。すなわち、枠部2aの内側面と凸状の曲面との接触に起因する抵抗は、角接触に起因する抵抗に比べて小さい。そのため、角接触による摩擦抵抗の増加に対抗するに足りる推力を発生させる電流をコイルにさらに印加して磁石1の推力を増加させる必要はなく、消費電力の増加を抑制することができる。この結果、消費電力の増加が抑制され、駆動信頼性の向上したリニアモータが提供される。
(9)磁石1が枠部2aの内側面と対向する凸状の曲面を有するので、外力を受けて位置ずれした場合であっても、磁石1と枠部2aの内側面との接触部分は線接触となり、矩形形状の磁石を採用した場合のように平面同士の面接触とはならない。そのため、接触時の摩擦抵抗が矩形形状の磁石を採用した場合に比べて小さく、消費電力の増加を抑制することができる。
(10)平面コイル4の表面に対向するように磁石1の磁極面を配置したことで、磁石1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、リニアモータ10における構成は、上記特許文献2に記載の構成に比べて、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。
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2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。この第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、磁石1の表面を覆う磁性流体5が配置されていない例について説明する。
第2実施形態では、図7に示すように、磁石1aは、初期状態(平面コイル4に電流を流していない状態)において、平面コイル4の配列の両端部側に位置する板バネ部3により直接挟持される。そして、磁石1の往復移動の際にも、2つの板バネ部3による磁石1の挟持状態が維持される。なお、第2実施形態のその他の構成および動作は、第1実施形態と同様である。
本発明の第2実施形態によるリニアモータ10では、少なくとも上記(1)、(2)、及び(6)〜(10)の効果を得ることができる。
(第3実施形態)
図8および図9は、それぞれ、本発明の第3実施形態におけるリニアモータ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9は、図8のリニアモータを含む部分の一断面である。
第3実施形態において、本発明の第1実施形態によるリニアモータ10は、図8および図9に示すように、携帯電話50などに用いることが可能である。携帯電話50は、リニアモータ10と、CPU20と、表示部30とを備えている。リニアモータ10は、携帯電話50の表示部30が配置された側とは反対側の面に固定されている。表示部30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30に表示されたボタン部30aを押圧することにより携帯電話50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は、表示部30に表示されたボタン部30a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CPU20で制御される。なお、リニアモータ10は本発明の「リニアモータ」および携帯電話50は本発明の「携帯機器」の一例である。
本発明の第3実施形態によるリニアモータを備えた携帯機器(リニアモータ10を備えた携帯電話50)では、以下の効果を得ることができる。
(11)上記のリニアモータ10を搭載することによって、上記(1)に記載のようにリニアモータ10が薄型化される分、携帯電話50の薄型化を図ることが可能になり、さらに上記(2)、(3)に記載のようにリニアモータ10の動作が静音化される分、携帯電話50の動作時(マナーモードでの着信時やボタン部30aの操作時など)の静音化を図ることができる。
(12)上記のリニアモータ10を備えることによって、上記(11)の効果に加え、さらにリニアモータ10の消費電力の増加が抑制される分、携帯電話50の消費電力を低減すること可能になる。
(第4実施形態)
図10は、本発明の第4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11〜図14は、図10に示した第4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4実施形態によるリニアモータ200は、図10および図11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。なお、可動部120は本発明の「可動部」および板バネ130は本発明の「弾性部材」の一例である。
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110d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、及び底板150は、ガラスエポキシ樹脂により形成されている。なお、枠体110、プリント基板140、及び底板150は、本発明の「固定部」の一例である。
可動部120は、図11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12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、図12に示すように、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11参照)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Z2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。なお、N極面121aおよびS極面122aは、本発明の「磁極面」の一例である。
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11参照)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。
一対の板バネ130は、図10および図11に示すように、それぞれ、枠体110の第2側壁部110d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110d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12〜図14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「電流線」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13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14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13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。その結果、第1部分141aおよび141bに流れる電流により発生する磁場の磁束の大きさが、第2部分141cおよび141dに流れる電流により発生する磁場の磁束の大きさよりも大きくなる。
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14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13〜図16を参照して、本発明の第4実施形態によるリニアモータ200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15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15の破線矢印を参照)と直交する方向(図12および図14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16に示すように、図15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4実施形態によるリニアモータ200では、以下の効果を得ることができる。
(13)横振動型(Y方向への振動)のリニアモータ200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。すなわち、本実施形態では、平面コイル141および142の表面に沿った方向(矢印X1およびX2方向)に沿って移動可能な可動部120を設けた。これによって、上記特許文献1のように上下方向(Z方向)に厚みが大きいコイルを用いて上下方向に可動部を直線移動させる場合に比べて、可動部の移動範囲(移動空間)を設ける必要がないので、その方向の厚みを小さくするための設計の自由度を確保することができる。また、平面コイル141および142を可動部120の移動方向に沿って扁平状になるように渦巻状に形成した。これによって、上記特許文献2のように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はなくなり、上下方向の厚みを小さくすることができる。これらの結果、薄型化を実現しやすいリニアモータ200を提供できる。
(14)可動部120を往復移動させる際、一対板バネ130が可動部120を支持した状態で移動するので、可動部120と板バネ130とが互いに離れて、再度接触することにより発生する騒音が確実に防止される。この結果、リニアモータ200の動作時の静音化を図ることができる。
(15)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。
(16)平面コイル141(142)の表面に対向するように、可動部120のN磁極面121aおよびS磁極面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200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。
(17)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122
a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200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200を種々の装置内に配置した場合に、リニアモータ200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。
(18)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200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200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。
(19)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200を安定して動作させることができる。
(20)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。
(21)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および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および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L2が、第1部分141a、141b(142a、142b)の隣接する電流線143a(143b)のピッチL1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L2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方向の長さが長くなるので、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。
(22)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L2が、第1部分141a、141b(142a、142b)の隣接する電流線143a(143b)間のピッチL1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。
(23)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200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を移動させ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。
(24)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5実施形態)
本発明の第5実施形態に係る携帯端末装置(携帯電話)は振動を発生するリニアモータを備え、タッチパネル操作や着信などの入力動作に対して振動する。そして着信に対応する強めの振動のモードと、タッチパネル操作に対応する弱めの振動のモードとの間でそのリニアモータを共用する。
図17は、本発明の第5実施形態に係る携帯端末装置300を示す斜視図である。携帯端末装置300は、表示部202と、電源スイッチ204と、アンテナ206と、筐体208と、リニアモータ10と、を備える。これら以外の構成は、説明を明瞭にするために図17では省略する。ユーザは電源スイッチ204をオンにして携帯端末装置300に電源を入れる。表示部202は、液晶パネルと、その上を覆うタッチパネル216(以降両者を総称してタッチパネル216と呼ぶ)と、を含む。ユーザは、そのタッチパネル216に表示されるボタン等に対応する部分を押し下げることで携帯端末装置300を操作する。タッチパネル216は、そのようなユーザからのタッチを受け付け、携帯端末装置300はユーザからのタッチに応じてソフトウエアプログラムを実行する。アンテナ206は、無線信号を送受信する。なお、リニアモータ10は本発明の「リニアモータ」および携帯端末装置300は本発明の「携帯機器」の一例である。
リニアモータ10は、筐体208に対して固定され、携帯端末装置300に着信があった際や、ユーザがタッチパネル216にタッチする際にはリニアモータ10が振動することで筐体208が振動する。この振動によりユーザは、Eメールの着信やタッチパネル216へのタッチなどの複数種類の入力動作のうちの1つの入力動作が行われたことを感じ取れる。
図18は、携帯端末装置300の機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハ
ードウェア的には、集積回路をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
携帯端末装置300は、受付部212と、制御部214と、タッチパネル216と、タッチ入力部217と、アンテナ206に接続された通信部218と、処理部250と、表示制御部252と、リニアモータ10と、を含む。なお、受付部212は本発明の「受付部」、制御部214は本発明の「制御部」、タッチ入力部217は本発明の「入力部」、及び通信部218は本発明の「通信部」の一例である。
受付部212は、着信感知部219と、タッチ感知部220と、を含み、携帯端末装置300への着信による入力動作またはユーザによるタッチパネル216へのタッチによる入力動作を受け付ける。
制御部214は、着信制御部222と、振動期間設定部224と、電圧生成部226と、第1スイッチ228と、振動制御部230と、第2スイッチ232と、を含む。制御部214は、受付部212によってユーザによるタッチパネル216へのタッチが受け付けられると、タッチパネル操作振動モードを選択する。Eメールの着信が受け付けられると、着信振動モードを選択する。制御部214は、タッチパネル操作振動モードを選択した場合、第1周波数f1を有する駆動電圧によってリニアモータ10を振動せしめる。また、制御部214は、着信振動モードを選択した場合、第2周波数f2を有する駆動電圧によってリニアモータ10を振動せしめる。
以下タッチパネル216へのタッチがある場合を説明し、次にEメールの着信がある場合を説明し、その次に他の処理を実行する場合を説明する。
タッチ入力部217は、ユーザによるタッチパネル216へのタッチを受け付け、それを電気的な信号としてタッチ感知部220へ出力する。これは既知の手段によって達成される。タッチ感知部220は、ユーザのタッチに対応する電気的な信号をタッチ入力部217から受け取る。そしてタッチ感知部220は、振動期間設定部224に対して、1回のタッチの感知に対して1つパルスが生成されるタッチ感知信号S1を出力する。
振動期間設定部224は、タッチ感知信号S1または後述する着信振動開始信号S8に現れるパルスを検出し、第2スイッチ232へ第2制御信号S2を出力して第2スイッチ232のオンオフを制御する。タッチ感知信号S1および着信振動開始信号S8のいずれにもパルスが検出されない状態では、第2制御信号S2はローレベルとなる。振動期間設定部224がタッチ感知信号S1にパルスを検出すると、振動期間設定部224は所定のタッチ振動期間T1の間にわたって第2制御信号S2をハイレベルとする。
タッチ振動期間T1は、ユーザが振動を感知するために必要な範囲で設定される。
電圧生成部226は、タッチパネル操作振動モードに対応する一定の第1電圧V1、および着信振動モードに対応する一定の第2電圧V2を生成する。電圧生成部226は、第1スイッチ228の第1端子234に第1電圧V1を印加する。また、第1スイッチ228の第2端子236に第2電圧V2を印加する。
第1スイッチ228は、第1端子234と、第2端子236と、第3端子238と、を有する。第1端子234には電圧生成部226によって第1電圧V1が印加され、第2端
子236には第2電圧V2が印加される。第3端子238は振動制御部230に接続される。第1スイッチ228は、後述する第1制御信号S7がローレベルのとき、第1端子234と第3端子238とを接続し、第1制御信号S7がハイレベルのとき、第2端子236と第3端子238とを接続する。したがってタッチパネル216の操作時は、詳細は後述するが、Eメールの着信がない限り第3端子238は第1端子234に接続されているので振動制御部230には第1電圧V1が供給される。
振動制御部230は、第1スイッチ228の第3端子238と接続され、そこに現れるモード電圧信号S3を受信する。そして第2スイッチ232へ原駆動電圧S4を供給する。モード電圧信号S3は上述の説明より、第1電圧V1もしくは第2電圧V2となる。振動制御部230はそのそれぞれの電圧値に応じて原駆動電圧S4の周波数を変える。つまり、モード電圧信号S3が第1電圧V1であるときは、原駆動電圧S4の周波数を第1周波数f1とし、モード電圧信号S3が第2電圧V2であるときは、原駆動電圧S4の周波数を第2周波数f2とする。ここでその理由は後述するが、f1<f2に設定される。原駆動電圧S4の振幅は一定のまま維持する。
第2スイッチ232は、振動制御部230から供給される原駆動電圧S4を、リニアモータ10に供給するためのスイッチである。第2制御信号S2がローレベルのときはオフとなる。第2制御信号S2がハイレベルのときはオンとなり、リニアモータ10の入力端15aに駆動電圧S5が供給される。
次にEメールの着信がある場合について説明する。通信部218は、アンテナ206を介して無線信号を送受信し、図示しない外部の無線装置と通信する。ここで通信部218は、無線LAN(Local Area Network)システムや携帯電話システムに対応するが、それらには公知の技術が使用されればよいので説明を省略する。通信部218は、図示しない外部の無線装置から、Eメールの着信通知を受信すると、着信感知部219に対してEメールを着信したことを知らせる電気的な信号を出力する。着信感知部219は、その電気的な信号を受け付けると、着信制御部222および振動期間設定部224に対して、着信を受信してから一定期間T4に亘ってハイレベルとなる着信信号S6を出力する。
着信制御部222は、着信感知部219から着信信号S6を受信し、第1スイッチ228へ第1制御信号S7を出力してその接続を制御する。着信信号S6がローレベルである、つまりEメールの着信が無い状態では、第1制御信号S7はローレベルとなる。Eメールの着信があり、着信信号S6がハイレベルとなると、第1制御信号S7もハイレベルとなる。そして着信信号S6がハイレベルである間、つまり着信を受信してから一定期間に亘って第1制御信号S7もまたハイレベルとなる。
また、着信制御部222は振動期間設定部224に対して、着信信号S6がハイレベルとなる際の立ち上がりエッジから所定の遅延時間τだけ経過した後にパルスが生成される着信振動開始信号S8を出力する。
この所定の遅延時間τは、第1スイッチ228および振動制御部230における処理時間を考慮して決定される。
振動期間設定部224に関して、着信信号S6がハイレベルとなり、振動期間設定部224が着信振動開始信号S8にパルスを検出すると、振動期間設定部224は所定の着信振動周期T3で第2制御信号S2を所定の着信振動期間T2の間ハイレベルとする。ここでは当然T4>T3>T2である。そして着信を受信してから一定期間T4後に着信信号S6がローレベルとなると、第2制御信号S2を周期的にハイレベルとする動作を終了す
る。
なお、タッチ感知信号S1および着信振動開始信号S8にほぼ同時にパルスが検出された場合は、振動期間設定部224はタッチ感知信号S1にパルスが検出された場合の処理を優先する。
着信振動期間T2および着信振動周期T3は、ユーザが着信を振動によって感知できるように選択される。
Eメールの着信時の電圧生成部226、第1スイッチ228、振動制御部230および第2スイッチ232の動作はタッチパネル216へのタッチがある場合に説明した通りである。なお、第1スイッチ228では第1制御信号S7がハイレベルとなる間、第2端子236と第3端子238とが接続されるので、その間モード電圧信号S3は第1電圧V1から第2電圧V2に切り替わる。
リニアモータ10は、その入力端15aに入力される駆動電圧S5によって振動する。説明は後述するが、駆動電圧S5の周波数が第2周波数f2の場合の振動の度合いは、周波数が第1周波数f1の場合の振動の度合いよりも大きい。したがって、Eメールの着信時における振動の度合いの方が、タッチパネル操作時の振動の度合いよりも大きくなる。なお、振動の度合いとは、例えばユーザが体感する振動の強さであり、具体的には、振動の振幅、エネルギー、周期などによって表される。以下では説明を明瞭にするため、振動の振幅に着目して説明する。
次に振動以外の他の処理を実行する場合について説明する。通信部218およびタッチ入力部217は、処理部250に接続される。処理部250は、タッチパネル216へのタッチの情報をタッチ入力部217から取得し、対応するソフトウエアプログラムを実行する。例えば、処理部250は、ユーザのタッチによって指定された項目に対応した処理を実行する。また、処理部250は、通信部218からEメールの着信通知を受け取ると、Eメールの取得を指示する。処理部250は表示制御部252にタッチパネル216に表示すべき情報を指示し、表示制御部252は当該情報をタッチパネル216に表示せしめる。
ここでリニアモータ10の振動の振幅と駆動電圧の周波数との関係について説明する。リニアモータ10の振動の振幅はリニアモータ10の共振現象を用いて調節される。一般にモータに同じ振幅の駆動電圧を供給しても、その周波数によってモータの振動の振幅に違いがあることが知られている。特にその振動の振幅が極大値をとるような駆動電圧の周波数が1つ若しくは複数存在することが知られており、このような現象はモータの共振と呼ばれる。その振動の振幅が極大値をとるような駆動電圧の周波数は共振周波数f0と呼ばれる。
図19は、リニアモータ10の共振の様子を示す模式的なグラフである。横軸は駆動電圧の周波数を示し、縦軸はリニアモータ10の振動の振幅を示す。この図19では、いずれの周波数においても駆動電圧の振幅は一定である場合を考える。上述のごとく、リニアモータ10の振動の振幅は、共振周波数f0にピークを有する。振動制御部230は、タッチパネル216へのユーザのタッチに対応する第1周波数f1を、図19に示されるように、共振周波数f0から外れるように設定する。また、着信に対応する第2周波数f2を、共振周波数f0に設定する。またはリニアモータ10の振動の振幅のピークの頂上付近に対応するように設定する。
以上のように構成された携帯端末装置300の動作について説明する。図20は、携帯
端末装置300における処理を示すフローチャートである。受付部212は、ユーザによるタッチパネル216への入力やEメールの着信などによる入力動作を受け付ける(S202)。受付部212はその入力動作が、タッチによるものであるか、着信によるものであるか判別する(S204)。それがタッチによるものである場合(S204のタッチ)、制御部214は第2スイッチ232をオンにする(S206)。リニアモータ10は振幅Vd、第1周波数f1の駆動電圧S5で駆動される(S208)。ここで図19より第1周波数f1でのリニアモータ10の振動の振幅は、Eメールの着信時の第2周波数f2での振動の振幅よりも小さい。制御部214はタッチ振動期間T1経過後第2スイッチ232をオフにする(S210)。
受付部212で受け付けられた入力動作が着信によるものである場合(S204の着信)、制御部214は第1スイッチ228を第2端子236と第3端子238が接続されるように切り替える(S212)。振動制御部230に入力されるモード電圧信号S3は第1電圧V1から第2電圧V2に切り替わる(S214)。振動制御部230は出力する原駆動電圧S4の周波数を第1周波数f1から第2周波数f2へ切り替える(S216)。着信を感知してから遅延時間τだけ経過した後に、制御部214は第2スイッチ232をオンにする(S218)。リニアモータ10は振幅Vd、第1周波数f2の駆動電圧S5で駆動される(S220)。ここで図19より第2周波数f2はリニアモータ10の共振周波数f0に設定されるので、タッチパネル216へのタッチ時のリニアモータ10の振動よりもより振幅の大きい、ユーザが感知しやすい振動となる。
制御部214は着信振動期間T2経過後第2スイッチ232をオフにする(S222)。制御部214は第2スイッチ232のオンオフを繰り返す(S224)。この際、オンオフの繰り返しの周期は着信振動周期T3である。制御部214は、着信を受信してから一定期間T4後に第2スイッチ232をオフとしてこのオンオフの繰り返しを終了し、第1スイッチ228を第1端子234と第3端子238とが接続されるように切り替える(S226)。振動制御部230に入力されるモード電圧信号S3は第2電圧V2から第1電圧V1に切り替わる(S228)。振動制御部230は出力する原駆動電圧S4の周波数を第2周波数f2から第1周波数f1へ切り替える(S230)。こうして制御部214はタッチパネル216のタッチ待ち受け状態に復帰する。
本発明の第5実施形態によるリニアモータを備えた携帯機器(リニアモータ10を備えた携帯端末装置300)では、上記(11)および(12)の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
(25)制御部214は、受付部212がEメールの着信による入力動作を受け付けた場合とタッチパネル操作による入力動作を受け付けた場合とで同じリニアモータ10を用いる構成としている。したがって、振動のモード毎に別々のモータを用意する必要が無く、携帯端末装置300内で振動発生用のモータが占める体積を減らすことができる。また、制御用の回路構成が簡単となると共に、携帯端末装置300の小型化および部品点数を削減できる。
(26)タッチパネル操作等の手入力時の振動の振幅が、Eメールの着信時の振動の振幅よりも小さくなる構成としている。これにより、タッチパネル操作時にはリニアモータ10が所定の振動の振幅に達するのに要する時間である応答速度を高めることができると同時に、Eメールの着信時にはより大きな振動の振幅でより確実にユーザにEメールの着信を知らせることができる。また、タッチパネル操作時等の手入力時は、着信時ほど大きな振動が発生しないので、入力操作を行い易い。したがって、携帯端末装置300の操作性が向上し、延いては商品的価値が高くなる。
(27)モータの共振現象を利用し、駆動電圧の周波数を変えるだけで、駆動電圧の振幅は一定のまま振動の振幅を変更する構成としている。したがって、より簡易な回路で所望の振動制御を実現できる。
(28)振動制御部230は、受付部212が入力動作を待ち受けている状態では、タッチパネル操作時の振動のモードに対応する駆動電圧(Vd、f1)を第2スイッチ232に出力する。したがって、タッチパネルへのタッチに対して携帯端末装置300を振動させる際、第2スイッチ232をオンにするだけでよい。これにより反応速度が早く操作性の高い携帯端末装置300が実現できる。
(29)タッチパネル216へのタッチの受け付けと着信の受け付けとがほぼ同時に起こった場合、携帯端末装置300はタッチの受け付けに基づく振動モータの駆動を優先する。したがって、文字入力などのタッチパネル操作中に、タッチ感覚が着信信号で中断されることがなくなるので、タッチパネル操作を違和感なく続行させることができる。
(30)着信制御部222において、遅延時間τは、第1スイッチ228および振動制御部230における処理時間を考慮して決定される。これにより、振動制御部230がEメールの着信に対応する第2周波数f2の駆動電圧を生成するタイミングと、振動期間設定部224が第2スイッチ232をオンにするタイミングとを調整することができる。なお、この所定の遅延時間τを、着信制御部222が着信信号S6の立ち上がりエッジを検出してから、振動制御部230がEメールの着信に対応する第2周波数f2の駆動電圧の生成を完了するまでの時間よりも長く設定してもよい。この場合、振動制御部230がEメールの着信に対応する第2周波数f2の駆動電圧を生成する前に、振動期間設定部224が第2スイッチ232をオンにすることを防ぐことができる。
(31)携帯端末装置300は、着信時の振動の振幅(度合い)とタッチパネル操作時の振動の振幅とを異ならせているので、使用者にとって、どのような操作を行っているのか判別しやすく、操作性に優れ商品的価値が高い。
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。
上記第1および第2実施形態では、2つの平面コイル(コイル部4aおよびコイル部4b)により磁石1を振動(往復移動)させる例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、3つ以上の平面コイルを並べた状態で磁石1を振動(往復移動)させるようにしてもよい。
上記第1および第2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。
上記第1および第2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。
上記第1および第2実施形態では、磁性流体5を磁石1の表面の全域を覆うように配置する例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、磁石1と板バネ部3との間のみ、あるいは磁石1と板バネ部3との間に加え、磁石1の角部分などを部分的に覆うように
配置されていてもよい。
上記第1および第2実施形態において、第1基板2bおよび第2基板2cの磁石1と対向する側の表面に対して、低摩擦材料を形成しておいてもよい。あるいは、枠部2aの内側壁に低摩擦材料を形成しておいてもよい。こうした低摩擦材料としては、炭素系材料であるダイヤモンドライクカーボン(DLC)やフラーレンなど、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)など、ポリオレフィン樹脂であるポリエチレン、ポリプロピレンなど、チタン系材料であるチタン、窒化チタン、酸化チタンなど、が挙げられる。このような構成とした場合には、磁石1と固定部2との間の摩擦抵抗がさらに低減されるために、磁石1の応答時間をさらに短縮することができる。
上記第1および第2実施形態では、可動部を構成する磁石1として円板形状のものを採用した例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、互いに反対側にある2つの凸状の曲面と、互いに反対側にある2つの平坦側面とを有する平坦な樽形状の磁石を採用し、この磁石の平坦側面を板バネ部3が弾性的に押圧するように配置してもよい。
上記第2実施形態では、2つの板バネ部3を撓み変形させた状態で磁石1を挟持することにより、初期状態だけでなく動作中も磁石1の挟持状態を保持するようにした例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、板バネ部3と磁石1とを接着剤で物理的に接続して磁石1の挟持状態を保持するようにしてもよい。また、板バネ部3を磁性材料(たとえば、SUSなど)で構成し、磁石1と磁性材料との間に作用する磁気により磁石1の挟持状態を保持するようにしてもよい。
上記第4実施形態では、角部が面取りされた矩形形状の可動部を採用した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、平面的に見て、円形形状の両端が切り落とされたような形状の可動部を採用してもよい。この場合には、円形形状の可動部を用いる場合に比べて、切り落とした部分の範囲だけ可動部の移動量(移動範囲)が広がるので、その分、可動部を加速させる範囲を広げることができる。したがって、リニアモータの振動量を増加させることができる。
上記第4実施形態では、可動部120を、N極面121a、S極面122a、S極面121b、及び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。
上記第4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。
上記第4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12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。
上記第4実施形態では、弾性部材の一例として2つの板バネ130により可動部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であってもよい。また、3つ以上の板バネにより可動部を支持してもよい。
上記第4実施形態では、一対の板バネ139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、可動部が円形に近い形状であるほど接着した方が好ましい。

上記第5実施形態では、リニアモータ10を駆動する駆動電圧の振幅を一定とし、その周波数を変えることで振動の振幅を調節する場合について説明したが、これに限られない。例えば、リニアモータ10に供給する電力を、電圧、電流などを変えることで調節してもよい。このように様々なバリエーションの制御形態が可能である。
上記第5実施形態では、タッチ感知部220はユーザのタッチパネル216へのタッチに対してパルスをタッチ感知信号S1に生成し、振動期間設定部224はタッチ感知信号S1にパルスを検知すると所定のタッチ振動期間T1だけ第2制御信号S2をハイレベルとする場合について説明したが、これに限られない。例えば、ユーザがタッチしている間だけ継続してリニアモータ10を振動させる場合、タッチ感知部220はタッチを感知している間継続してタッチ感知信号S1をハイレベルとする。そして振動期間設定部224はタッチ感知信号S1がハイレベルである間第2制御信号S2をハイレベルとしてもよい。この場合、ユーザがタッチパネルに触れた瞬間に振動が発生し、タッチパネルから指を離した瞬間に振動が停止する。したがって、より操作性の高い携帯端末装置300が実現される。
上記第5実施形態では、携帯端末装置300はタッチパネル操作振動モードと着信振動モードの2つのモードを備える場合について説明したが、これに限られず、その他の振動モードが設定されてもよい。この際、電圧生成部226および第1スイッチ228によって第1電圧V1および第2電圧V2以外の第3電圧V3を選択可能とする構成とすれば、簡易にそのような他の振動モードを設定できる。さらには、タッチパネル操作振動モードにおける振動の振幅が最小となるように設定されてもよい。この場合、より即応性の求められるタッチ動作に対して反応速度を高めることができるので、操作性の高い携帯端末装置が実現される。
上記第3および第5実施形態では、第1実施形態のリニアモータ10を採用した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第4実施形態のリニアモータ200を採用してもよい。この場合にも同様の効果を享受することができる。
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。 (A)比較例によるリニアモータのシミュレーション結果を説明するための図、(B)実施例によるリニアモータのシミュレーション結果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実施形態におけ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実施形態におけ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。 本発明の第4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。 本発明の第4実施形態によるリニアモータの平面図である。 本発明の第4実施形態によるリニアモータの断面図である。 本発明の第4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。 本発明の第4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。 本発明の第4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4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5実施形態におけるリニアモータを備えた携帯端末装置を示す斜視図である。 本発明の第5実施形態の携帯端末装置の機能ブロック図である。 本発明の第1実施形態によるリニアモータの共振の様子を示す模式的なグラフである。 本発明の第5実施形態の携帯端末装置における処理を示すフローチャートである。
符号の説明
1 磁石(可動部)、2 固定部、2a 枠部、2b 第1基板、2c 第2基板、3 板バネ部、4 平面コイル(電流線)、4a コイル部、4b コイル部、5 磁性流体、10 リニアモータ。

Claims (8)

  1. 渦巻状の電流線を有する固定部と、
    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って前記渦巻状の電流線上を移動可能に設けられた可動部と、
    前記可動部を往復移動させる移動手段と、
    前記渦巻状の電流線の両端部に設けられ、前記可動部を挟持する弾性部材と、
    を備え、
    前記可動部が、前記可動部の往復移動の際に、前記弾性部材によって挟持された状態を維持しながら移動する、リニアモータ。
  2. 前記可動部はその表面に配置された磁性流体を有し、
    前記弾性部材は前記磁性流体を介して前記可動部を挟持していることを特徴とする請求項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ことを特徴とする請求項1または2に記載のリニアモータ。
  4. 前記渦巻状の電流線は、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ことを特徴とする請求項1または2に記載のリニアモータ。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のリニアモータを備えた、携帯機器。
  6. 第1の入力動作と第2の入力動作とを受け付ける受付部と、
    前記受付部が前記第1の入力動作を受け付けた場合と前記第2の入力動作を受け付けた場合とで、前記リニアモータの振動の度合いが異なるよう前記リニアモータの駆動を制御する制御部とを具備したことを特徴とする請求項5に記載の携帯機器。
  7. 前記第1の入力動作はユーザによる手入力動作であり、前記第2の入力動作は前記手入力動作以外の動作であり、前記制御部は、前記第1の入力動作を受け付けた場合の前記振動モータの振動の度合いが、前記第2の入力動作を受け付けた場合の前記振動モータの振動の度合いよりも小さくなるように前記振動モータの駆動を制御することを特徴とする請求項6に記載の携帯機器。
  8. タッチパネルからのタッチを受け付ける入力部と、外部からの着信を受け付ける通信部とを更に備え、
    前記第1の入力動作は前記入力部からの入力動作であり、前記第2の入力動作は前記通信部からの入力動作であることを特徴とする請求項7に記載の携帯機器。
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