JP2017017875A - リニア振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】リニア振動モータの薄型化を可能にする。可動子を扁平状にした場合にも、可動子が振動軸周りに回転して作動音（異音）が発生するのを抑止し、がたつきの無い安定した振動を得る。【解決手段】リニア振動モータ１は、マグネット部４と錘部７を備える可動子１０と、可動子１０を一軸方向に沿って摺動自在に支持する枠体２と、枠体２に固定されマグネット部４を一軸方向に沿って駆動するコイル３と、マグネット部４に付与される駆動力に反発する弾性力を可動子１０に付与する弾性部材６と、可動子１０の重心軸と同軸に配置され、可動子１０の振動を案内するガイドシャフト８とを備え、枠体２は、可動子１０をガイドシャフト８回りの一方向に磁力吸引する磁力吸引部（磁性板１２）と、可動子１０の一部を摺動支持する摺動支持部（非磁性摺動板１３）を備える。【選択図】図１

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質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状にして、マグネットの体積と錘の質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して作動音になり、また、回転によるがたつきで安定した動作が得られない問題が生じる。

このため、従来技術は、２本の固定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本の固定シャフトを設けると、マグネットの両サイドに２本の固定シャフトが配置されるので、リニア振動モータの幅が大きくなる問題が生じる。近年の小型化した電子機器に装備するリニア振動モータとしては、厚さ方向だけで無く幅方向に関してもよりコンパクトなものが求められている。更に、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、可動子を扁平状にした場合にも、可動子が振動軸周りに回転して作動音（異音）が発生するのを抑止すること、がたつきの無い安定した振動を得ること、厚さ及び幅のコンパクト化を可能とし、生産性の向上を図ること、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。
マグネット部と錘部を備える可動子と、前記可動子を一軸方向に沿って摺動自在に支持する枠体と、前記枠体に固定され前記マグネット部を前記一軸方向に沿って駆動するコイルと、前記マグネット部に付与される駆動力に反発する弾性力を前記可動子に付与する弾性部材と、前記可動子の重心軸と同軸に配置され、前記可動子の振動を案内するガイドシャフトとを備え、前記枠体は、前記可動子を前記ガイドシャフト回りの一方向に磁力吸引する磁力吸引部と、前記可動子の一部を摺動支持する摺動支持部を備え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、可動子の形状によって薄型化を可能にし、扁平な断面形状の可動子にした場合にも、可動子の一部が摺動支持部を摺動しながら振動するので、可動子が振動軸周りに回転して作動音（異音）が発生するのを抑止することができ、がたつきの無い安定した振動を得ることができる。この際、一軸のガイドシャフトによって軸の平行調整を不要にできるので、高い組み付け精度を排除でき、生産性の向上を図ることができる。また、一軸のガイドシャフトにすることで、厚さ方向と幅方向のコンパクト化を実現することができる。

本発明の実施形態に係るリニア振動モータを示した説明図（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を示した説明図（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示した説明図（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他の形態例を示した説明図（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を装備した電子機器（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、異なる図における同一符号は同一部位を示しており、各図における重複説明は省略する。）。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。

リニア振動モータ１は、マグネット部４と錘部７を備える可動子１０と、可動子１０を一軸方向に沿って摺動自在に支持する枠体２と、枠体２に固定されマグネット部４を一軸方向に沿って駆動するコイル３と、マグネット部４に付与される駆動力に反発する弾性力を可動子１０に付与する弾性部材６とを備えている。

枠体２は、各部を収容することができる枠構成を有していればよいが、図示の例では、矩形状の底面２Ａの周辺に立設される側壁２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅを備えている。また、枠体２は、枠体２内の収容物を覆う蓋板２Ｑを備えている。蓋板２Ｑは側壁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、枠体２に固定されたコイル３と可動子１０の一部であるマグネット部４によって駆動部が構成されている。枠体２に固定されたコイル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）に沿った極性を有する偏平矩形状のマグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃを互いに同極が向き合うように複数配置して、スペーサヨーク４Ｄ，４Ｅを間に挟んで結合したものである。マグネット部４の側面には必要に応じて補強板５が固着されており、これによってマグネット部４の剛性を高めている。

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、図示の例では、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、比重の高い金属材料（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。錘部７は、連結部材１１を介してマグネット部４に連結されている。

枠体２には、一対のガイドシャフト８が軸支されている。一対のガイドシャフト８は、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。このガイドシャフト８は、可動子１０の重心軸と同軸に配置されており、可動子１０の振動を一軸方向に沿って案内している。ここでは、ガイドシャフト８を分割配置しているが、ガイドシャフト８がマグネット部４を貫通して固定されたり、マグネット部４を貫通して摺動自在に支持されたものであってもよい。

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り、このガイドシャフト支持部７Ｂに一端側が支持されたガイドシャフト８は、枠体２の底面２Ａに支持部２Ｓを介して取り付けられた軸受９に、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って摺動自在に支持されている。この際、錘部７のガイドシャフト支持部７Ｂは、軸受９を収容するだけの幅を備えており、このガイドシャフト支持部７Ｂ内に軸受９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。

枠体２は、可動子１０をガイドシャフト８回りの一方向に磁力吸引する磁力吸引部（磁性板１２）と、可動子１０の一部を摺動支持する摺動支持部（非磁性摺動板１３）を備えている。すなわち、枠体２自体は、非磁性体で形成されており、蓋板２Ｑの内面における図示Ｙ方向の端に図示Ｘ方向に延びる磁性板１２を配置することで磁力吸引部を形成しており、枠体２の底面（内面）２Ａ上に、非磁性摺動板１３を配置することで、摺動支持部を形成している。

磁性板１２は、鉄板などで形成され、可動子１０の重心軸Ｇから離れた位置に取り付けられている。また、非磁性摺動板１３は、チタン，銅などの非磁性且つ高強度の母材に、クロムメッキなどの高硬度且つ高摺動（低摩擦）の表面被覆を施したものなどを用いることができる。

図示の例では、磁性板１２によって磁力吸引部を形成し、非磁性摺動板１３によって摺動支持部を形成しているが、それに限らず、蓋板２Ｑの内面に部分的に磁性体膜や磁性体フィルムを被着して磁力吸引部を形成してもよいし、底板２Ａの一部に低摩擦・高強度被覆を施して摺動支持部にしてもよい。

図３に示すように、可動子１０は、一軸方向（図示Ｘ方向）に交差する断面形状が長辺を備えている。具体的には、可動子１０は、長辺と短辺を有する長方形の断面を有している。そして、枠体２は、その長辺に沿って対面する一対の内面（蓋板２Ｑの内面と底面２Ａ）を備え、その内面の一方側（図示の例では、蓋板２Ｑの内面側）にマグネット部４を吸引する磁力吸引部（磁性板１２）が設けられ、内面の他方側（底面２Ａ側）に摺動支持部（非磁性摺動板１３）が設けられている。

マグネット部４と錘部７を連結している連結部材１１は、マグネット部４及び錘部７に対して底面２Ａ側に突出した形状を備えている。これによって、可動子１０が重心軸Ｇと同軸上のガイドシャフト８回りに回転すると、連結部材１１の一部が底面２Ａ上の摺動支持部（非磁性摺動板１３）に当接することになる。

また、図示の例では、マグネット部４と錘部７の一軸方向（図示Ｘ方向）に交差する断面形状が、長辺（及び短辺）を備えており、連結部材１１は、その一部（当接部１１Ａ）が摺動支持部（非磁性摺動板１３）に当接した状態で、マグネット部４と錘部７の長辺が枠体２の内面（蓋板２Ｑの内面と底面２Ａ）と略平行になるように、マグネット部４と錘部７とを連結している。

弾性部材６は、一軸方向に沿った一対のガイドシャフト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と枠体２の側壁２Ｂ，２Ｃの間に介在させている。図示の例では、弾性部材６は一対のガイドシャフト８と平行に配置されている。そして、弾性部材６の一端は枠体２の側壁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に設けた支持突起に係止されている。

このようなリニア振動モータ１の動作を説明する。非駆動時には、可動子１０は弾性部材６の弾性力が釣り合う振動中心位置で静止している。そして、コイル３に、可動子１０の質量と弾性部材６の弾性係数で決まる共振周波数の振動発生電流を入力すると、マグネット部４にＸ方向の駆動力が付与され、この駆動力と弾性部材６の弾性反発力によって可動子１０が一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って往復振動する。

この際、可動子１０の重心軸Ｇから離れた位置に配置されている磁性板１２とマグネット部４との磁力吸引によって、可動子１０には、重心軸Ｇと同軸のガイドシャフト８回りに一方向の回転力が付与され、可動子１０の断面形状における長辺の端が蓋板２Ｑ側に引き寄せられる。可動子１０は、例えば、ガイドシャフト５に直交する断面形状が方形状になっている。

また、可動子１０のマグネット部４と錘部７とを連結する連結部材１１が、下方に突出する当接部１１Ａを備えているので、ガイドシャフト８回りの回転力によって、当接部１１Ａが底面２Ａ上に設けた非磁性摺動板１３上に当接することになり、非磁性摺動板１３上に低摩擦で接触してその上を摺動することになる。この際、可動子１０の上方は、蓋板２Ｑの内面とは非接触の状態になっている。

これによると、可動子１０は、ガイドシャフト８に沿った往復振動時に、磁性板１２とマグネット部４との磁力吸引でガイドシャフト８回りの一方向に回転付勢され、可動子１０の一部である当接部１１Ａが非磁性摺動板１３上に常時当接した状態で摺動することになる。これによって、可動子１０はがたつきが無く安定した動作をすることができ、振動時の動作音（異音）を低減したリニア振動モータ１を得ることができる。

このようなリニア振動モータ１によると、当接部１１Ａが摺動する非磁性摺動板１３は、摺動摩耗の低減化がなされているので、リニア振動モータ１の高寿命化が可能になる。また、ガイドシャフト８回りに可動子１０が回転した場合には、必ず当接部１１Ａが非磁性摺動板１３上に当たることになり、可動子１０が枠体２の他部分に接触するのを避けることができるので、衝撃時の変形抑制が可能になり、耐衝撃構造を有したリニア振動モータ１を得ることができる。また、非磁性摺動板１３は、枠体２よりも高強度の母材で高硬度の表面被覆（表面処理）を施しているので、枠体２の材質に影響されること無く耐衝撃構造を向上させることができる。

また、このリニア振動モータ１は、一対のガイドシャフト８が分割されていてマグネット部４を貫通しないので、一対のガイドシャフト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、同軸上に配置した一対のガイドシャフト８で可動子１０を軸支持するリニア振動モータ１は、マグネットの左右両サイドに振動方向に沿った一対の固定シャフトを設ける従来技術と比較すると、マグネット部４の左右には軸配置のスペースが不要になるので左右の幅をコンパクト化することが可能になる。

更には、弾性部材６を一対のガイドシャフト８に対して非同軸に配置しているので、弾性部材６の直径を一対のガイドシャフト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。

図４は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１の他の形態例を示している。この例は、一対のガイドシャフト８の一端側が枠体２に固定され、他端側が可動子１０側に摺動自在に軸支されているが、その他の構成は前述した例と同様である。

一対のガイドシャフト８の一端側は、図示の例では、２点で枠体２に支持されている。具体的には、ガイドシャフト８の端部が枠体２の側壁２Ｂ，２Ｃに固定されており、更に、ガイドシャフト８の端部から離れたところで支持部２Ｓによって支持されている。

可動子１０には、ガイドシャフト８の自由端側（他端側）が挿入される孔７Ｃが一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って設けられている。孔７Ｃ内には、ガイドシャフト８がＸ方向に摺動自在な軸受９を設けており、これによって、ガイドシャフト８の他端側は可動子１０の軸受９に摺動自在に支持されている。可動子１０に設けられる孔７Ｃは、可動子１０の錘部７に設けており、可動子１０のマグネット部４には孔を設けていない。

このようなリニア振動モータ１の錘部７は、直方体形状に形成することができ、その内部にガイドシャフト８が通る分だけの孔７Ｂを形成すればよいので、錘部７の体積を十分に大きくすることができる。これによって、振動の慣性力となる可動子１０の質量を十分に確保することができる。

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、可動子１０の厚さ寸法を幅寸法より小さくすることで、リニア振動モータの薄型化を可能にすることができ、このように可動子１０を扁平状にした場合にも、可動子１０がガイドシャフト８周りに無闇に回転して作動音（異音）が発生するのを抑止することができる。これによって、がたつきの無い安定した振動を得ることができ、２軸の平行固定シャフトを設ける場合と比較して、生産性の向上を図ることができる。

また、一対のガイドシャフト８によって可動子１０を軸支持して振動させることで、固定シャフトを設ける場合と同様に安定した振動を得ることができると共に落下衝撃時の耐損傷性を得ることができる。そして、このようなリニア振動モータ１において、マグネット部４や錘部７の体積減少を抑えた上で薄型化や幅方向のコンパクト化を達成することができる。

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幅方向のコンパクト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・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，２Ａ：底面，２Ａ１：信号入力部，
２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ：側壁，２Ｓ：支持部，
２Ｐ：支持突起，２Ｑ：蓋板，
３：コイル，４：マグネット部，
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ：マグネット片，
４Ｄ，４Ｅ：スペーサヨーク，
５：補強板，６：弾性部材，
７：錘部，７Ａ：端部，７Ｂ：ガイドシャフト支持部，７Ｃ：孔，
８：ガイドシャフト，９：軸受，１０：可動子，
１１：連結部材，１１Ａ：当接部，１２：磁性板，１３：非磁性摺動板，
１００：携帯情報端末

Claims (7)

1. マグネット部と錘部を備える可動子と、
   前記可動子を一軸方向に沿って摺動自在に支持する枠体と、
   前記枠体に固定され前記マグネット部を前記一軸方向に沿って駆動するコイルと、
   前記マグネット部に付与される駆動力に反発する弾性力を前記可動子に付与する弾性部材と、
   前記可動子の重心軸と同軸に配置され、前記可動子の振動を案内するガイドシャフトとを備え、
   前記枠体は、前記可動子を前記ガイドシャフト回りの一方向に磁力吸引する磁力吸引部と、前記可動子の一部を摺動支持する摺動支持部を備えることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記可動子は、前記一軸方向に交差する断面形状が長辺を備え、
   前記枠体は、前記長辺に沿って対面する一対の内面を備え、
   前記内面の一方側に前記マグネット部を吸引する前記磁力吸引部が設けられ、前記内面の他方側に前記摺動支持部が設けられ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. 前記枠体は、非磁性体であり、
   前記磁力吸引部は、前記重心軸から離れた位置に取り付けられる磁性板であ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. 前記摺動支持部には、低摩擦被覆が施された非磁性摺動板が配備され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. 前記マグネット部と前記錘部は、連結部材を介して連結され、前記連結部材の一部が前記摺動支持部に当接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
6. 前記マグネット部と前記錘部は、前記一軸方向に交差する断面形状が長辺を備え、
   前記当接部が前記摺動支持部に当接した状態で、前記長辺が前記枠体の内面と略平行になることを特徴とする請求項５記載のリニア振動モータ。
7. 請求項１〜６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。

Images