JP2018051434A - リニア振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】フル振動までの立ち上がりの時間が短く、可動子を安定保持するリニア振動モータを得る。
【解決手段】リニア振動モータ１は、錘４とマグネット５を備える可動子３と、通電によって可動子３を一軸方向に沿って振動させる駆動力をマグネット５に付与するコイル６と、コイル６が固定される枠体２とを備え、可動子３には、可動子３の静止時には枠体２から離間しており、可動子３の振動時に枠体２から一軸方向に沿った反力を受けるバネ７が装着され、枠体２には、可動子３が備えるマグネット５との間に生じる磁力で可動子３の姿勢を保持する磁性体（例えば、固定マグネット８）が設けられる。
【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

このようなリニア振動モータは、コイルに通電する駆動信号を、可動子の質量と可動子を弾性支持するバネのバネ定数とで決まる共振周波数の信号とすることで、大きな振幅の振動を得ることができる。ここで共振周波数を高めるためには、バネのバネ定数を大きく設定する必要がある。この際、バネのバネ定数を大きくすると、可動子が振動を始める初期振動で可動子はバネの大きな反発力を受けながら動き始めることになるので、可動子が共振周波数でフル振動を始めるまでの立ち上がり時間が長くなってしまう問題がある。

携帯電子機器やウエアラブル電子機器に装備されるリニア振動モータでは、信号発生を即座に操作者の皮膚感覚に反映させる必要があるので、信号発生後にリニア振動モータがフル振動を始めるまでの立ち上がり時間を極力短くすることが求められている。

これに対して、可動子を弾性支持するバネのバネ定数を小さくすると、前述した共振周波数が低くなるだけでなく、静止時に可動子が安定して支持されなくなり、携帯中の僅かな振動で可動子が動いて異音を発するなどの問題が生じ易くなる。

本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであり、リニア振動モータがフル振動を始める立ち上がり時間を短くすること、更には、静止時に可動子の姿勢を安定に保つこと、などを課題とするものである。

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。

錘とマグネットを備える可動子と、通電によって可動子を一軸方向に沿って振動させる駆動力を前記マグネットに付与するコイルと、前記コイルが固定される枠体とを備え、前記可動子には、当該可動子の静止時には前記枠体から離間しており、当該可動子の振動時に前記枠体から前記一軸方向に沿った反力を受けるバネが装着され、前記枠体には、前記可動子が備える前記マグネットとの間に生じる磁力で前記可動子の姿勢を保持する固定マグネットが設けられ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（蓋枠体を開放した組み立て平面図）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（（ａ）が（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）が側面図）である。 本発明の実施形態に係るリニア振動モータの断面図（図２におけるＢ−Ｂ断面図）である。 本発明の他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平面図である。 図５におけるＣ−Ｃ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た携帯電子機器（携帯情報端末）を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で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。各図における矢印のＸ方向が振動方向を指し、矢印のＹ方向がＸ方向に垂直な幅方向を指し、矢印のＺ方向がＸ，Ｙ方向に垂直な高さ方向を指している。

図１〜図４に示すように、リニア振動モータ１は、錘４とマグネット５を備える可動子３と、通電によって可動子３を一軸方向に沿って振動させる駆動力をマグネット５に付与するコイル６と、コイル６が固定される枠体２とを備え、可動子３には、可動子３の静止時には枠体２から離間しており、可動子３の振動時に枠体２から一軸方向に沿った反力を受けるバネ７が装着され、枠体２には、可動子３が備えるマグネット５との間に生じる磁力で可動子３の姿勢を保持する固定マグネット８が設けられる。

このような特徴を有するリニア振動モータ１は、可動子３に装着されたバネ７が静止時には枠体２から離間しているので、コイル６に通電した直後の初期振動では、可動子３はバネ７の反発力を受けない。これによって、振動の立ち上がり時間を短くすることが可能になる。また、振動が開始されると可動子３は、バネ７の反力を受けながら振動するので、コイル６への通電をバネ７のバネ定数と後述する固定マグネット８及びマグネット５による磁力と錘４の質量によって決まる共振周波数の交番電流とすることで、効果的な大振幅の振動を得ることができる。そして、静止時の可動子３は、マグネット５と固定マグネット８との間には働く磁力で安定した状態で保持されるので、無通電時に可動子３が動いて異音を発生するような不具合が生じない。

以下、実施形態のより詳細な構成を説明する。リニア振動モータ１は、平行に配置された２本のシャフト１０（１０Ａ，１０Ｂ）を備えている。枠体２は、シャフト１０の端部を支持している。可動子３は、シャフト１０に摺動自在に支持されている。

枠体２は、リニア振動モータ１の固定子であり、固定軸である２本のシャフト１０（１０Ａ，１０Ｂ）を平行に保持している。図示の例では、枠体２は、底面２０Ａ及び一対の側面２０Ｂ，２０Ｃを有する底枠体２０と、底面２０Ａに対して垂直に取り付けられて互いに対面する一対の側枠体２１，２２とを備え、更に、枠体２内の可動子３を覆う蓋枠体２３を備えている。

枠体２は、例えば、板材をプレス成形した部品（プレス部品）で構成することができる。特に、２本のシャフト１０（１０Ａ，１０Ｂ）を平行に支持するための一対の側枠体２１，２２は、同一のプレス部品で構成され、側枠体２１はシャフト１０の一方側の端部を支持するシャフト支持部２１Ａ，２１Ｂを有し、側枠体２２はシャフト１０の他方側の端部を支持するシャフト支持部２２Ａ，２２Ｂを有している。シャフト支持部２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂは、側枠体２１，２２に形成された加工穴である。また、側枠体２１，２２におけるシャフト支持部２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの周囲には、バネ７の端部を受けるバネ受け部２１Ｃ，２２Ｃが取り付けられている。

可動子３は、一対の摺動軸受３１，３２と、一対の摺動軸受３１，３２を支持する軸受支持体３０とを備える。摺動軸受３１，３２は、シャフト１０Ａ，１０Ｂ毎に設けられ、シャフト１０Ａ，１０Ｂに沿って摺動する。図示の例では、軸受支持体３０は、単一部品の板状体であり、摺動軸受３１，３２は、軸受支持体３０の板厚よりも大きい支持長を有している。単一部品の軸受支持体３０に摺動軸受３１，３２を取り付け固定することで、一対の摺動軸受３１，３２を一体に摺動させることができる。支持長が比較的長い摺動軸受３１，３２が一体に摺動することで、シャフト１０に対して可動子３が傾斜するのを抑止することができる。軸受支持体３０は、図示Ｙ方向の両端部に軸受支持部（支持穴）３０Ａを有しており、その軸受支持部３０Ａに摺動軸受３１，３２が固定されている。

可動子３には、軸受支持体３０を挟むようにマグネット５（５０，５１）が設けられると共に、軸受支持体３０を挟むように錘４（４０，４１，４２，４３）が設けられる。図示の例では、軸受支持体３０の両端部に摺動軸受３１，３２が支持され、軸受支持体３０の中央部にマグネット５（５０，５１）が固定され、そのＹ方向両側に錘４（４０，４１，４２，４３）がそれぞれ固定されている。これによって、軸受支持体３０に固定されるマグネット５と錘４は、重量バランスが軸受支持体３０の中心軸に対して対称になっている。また、図示の例に限らず、摺動軸受３１，３２の外側に錘４を設けるようにしてもよい。

可動子３に装着されたバネ７（７０，７１，７２，７３）は、コイルバネであり、シャフト１０と同軸に配置されている。バネ７は、振動時には、一端側が枠体２の側枠体２１，２２におけるバネ受け部２１Ｃ，２２Ｃから反力を受けるが、静止時には、一端側がバネ受け部２１Ｃ，２２Ｃから離間している。

図示の例ではコイル６は、枠体２の底枠体２０における底面２０Ａに固定されている。コイル６は、図示Ｙ方向に向けた一対の直線部分を有するように巻き回されている。これに対して、可動子３に固定されたマグネット５（５０，５１）は、図示Ｚ方向に着磁されており、互いに逆向きに着磁された一対のマグネット５（５０，５１）と、コイル６に対して逆側に配置されるヨーク９によって、コイル６の直線部分を磁束が通過する磁気回路が構成されている。コイル６の端子は、底枠体２０における入力端子部２０Ｄに接続されている。コイル６に、例えば、可動子３（錘４）の質量とバネ７の弾性係数と後述する固定マグネット８及びマグネット５による磁力で決まる共振周波数（固有振動数）の交番電流又はパルス電流からなる駆動信号を通電することで、可動子３は、シャフト１０に沿って往復振動する。

このようなリニア振動モータ１は、２本のシャフト１０（１０Ａ，１０Ｂ）に沿って可動子３を振動させるので、可動子３は、振動軸周りの回転が抑止された往復振動を行うことができる。これによって、可動子３が枠体２の内面に接触することによる異音の発生を抑止することができる。また、可動子３は、２本のシャフト１０（１０Ａ，１０Ｂ）を摺動する一対の摺動軸受３１，３２を単一部品である軸受支持体３０で一体に支持しており、摺動軸受３１，３２が比較的長い支持長を有しているので、シャフト１０に対して傾くこと無く円滑に振動することができる。そして、２本のシャフト１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、底枠体２０に位置決めされる同一部品の側枠体２１，２２に支持されることで、枠体２の組み付けによって、調整無く平行に支持することができる。これによって、簡易な組み付けで、異音などの発生を抑え、円滑な往復振動が可能なリニア振動モータ１を提供することができる。

また、図示のリニア振動モータ１は、図示Ｘ方向の寸法が図示Ｙ方向の寸法に対して短い箱形の外観形状を有しており、２本のシャフト１０（１０Ａ，１０Ｂ）間の間隔に対してシャフト１０の長さが短い構造になっている。このようにシャフト１０の長さを可動子３の幅方向（図示Ｙ方向）に対して短くすることで、枠体２内におけるシャフト１０の占有スペースを小さくして、可動子３の重さや駆動力を担うマグネット５の大きさを有効に確保することができる。

固定マグネット８（８０，８１）は、枠体２の側枠体２１，２２の内面にそれぞれ固定されている。固定マグネット８（８０，８１）と可動子３に設けられるマグネット５（５０，５１）の磁極配置は、対面する固定マグネット８０とマグネット５０、固定マグネット８１とマグネット５１が反発磁力を受けるように配置されている。これによって、可動子３は、シャフト１０に沿った振動方向両側から反発磁力を受けることになり、コイル６の無通電時には、バネ７の他端側が枠体２から離間する位置、すなわちシャフト１０の中立位置で安定的に保持される。

図５及び図６は、本発明の他の実施形態を示している。この実施形態に係るリニア振動モータ１は、振動方向Ｘ方向に縦長な平面形状を有しており、シャフト１０が一軸であるが、基本構造は、前述した実施形態と同様であって、錘４とマグネット５を備える可動子３と、通電によって可動子３を一軸方向に沿って振動させる駆動力をマグネット５に付与するコイル６と、コイル６が固定される枠体２とを備え、可動子３にはバネ７が装着され、枠体２には固定マグネット８が設けられている。

図５及び図６に示した例では、コイル６は、Ｘ方向の周りに巻回されて枠体２（底枠体２０）に固定されており、可動子３のマグネット５（５２，５３，５４）がコイル６内に挿入するように配置されている。マグネット５は、Ｘ方向に沿って着磁された複数のマグネット５２，５３，５４が同極が対向するように配置されており、各マグネット５２，５３，５４の間にはスペーサ５５が配置され、このスペーサ５５を囲むようにコイル６が配置されている。

可動子３が備える錘４は、Ｘ方向の両側に備えられており、マグネット５と錘４とが、連結部材３３によって一体に連結されている。一軸のシャフト１０は、一端側に錘４に固定され、他端側にＸ方向に沿って突出しており、枠体２に固定されている摺動軸受３４に摺動自在に支持されている。錘４には、Ｘ方向に沿った凹部４Ａが設けられ、凹部４Ａ内に摺動軸受３４が収まることで、可動子３のＸ方向の振幅が確保されている。

バネ７（７４，７５，７６，７７）は、一端側が錘４に固定され、シャフト１０に対して対称位置に４個設けられており、可動子３の静止時には、バネ７の他端側は枠体２（側枠体２１，２２）から離間している。入力端子部２０Ｅを介してコイル６に前述した駆動電流を通電することで、可動子３はＸ方向に沿って往復振動し、振動時にはバネ７の他端は枠体２（側枠体２１，２２）から反力を受ける。

固定マグネット８（８２，８３）は、枠体２（蓋枠体２３及び底枠体２０）に固定されている。この固定マグネット８（８２，８３）は、可動子３に設けられるマグネット５（５２，５３，５４）との間に生じる磁力で可動子３のＸ方向の動きを抑え、バネ７の他端側が枠体２から離間する位置、すなわち振動の中立位置に安定的に保持している。

図５及び図６に示した例においても、図１〜図４に示した例と同様に、リニア振動モータ１がフル振動を始める立ち上がり時間を短くすることができると共に、静止時に可動子３の姿勢を安定に保つことができる。

本発明の実施形態において、固定マグネット８はそれ自体に磁極を有していることで可動子３を確実に安定保持できる。しかしながらこれに限定されるものではなく、例えば鉄等の軟磁性体を含む磁性体であればよい。

図７は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１を装備した携帯電子機器の一例として、携帯情報端末１００を示している。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を静かに使用者に伝えることができ、フル振動を始める立ち上がり時間を短くできるので、情報を素早く且つ確実に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、高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，２０Ａ：底面，２０Ｂ，２０Ｃ：側面，
２０Ｄ，２０Ｅ：入力端子部，
２１，２２：側枠体，２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ：シャフト支持部，
２１Ｃ，２２Ｃ：バネ受け部，
２３：蓋枠体，
３：可動子，３０：軸受支持体，３０Ａ：軸受支持部，
３１，３２，３４：摺動軸受，３３：連結部材，
４（４０，４１，４２，４３）：錘，４Ａ：凹部，
５（５０，５１，５２，５３，５４）：マグネット，
５５：スペーサ，
６：コイル，７（７０，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７）：バネ，
８（８０，８１，８２，８３）：固定マグネット，
９：ヨーク，
１０（１０Ａ，１０Ｂ）：シャフト，
１００：携帯情報端末

Claims (4)

1. 錘とマグネットを備える可動子と、
   通電によって可動子を一軸方向に沿って振動させる駆動力を前記マグネットに付与するコイルと、
   前記コイルが固定される枠体とを備え、
   前記可動子には、当該可動子の静止時には前記枠体から離間しており、当該可動子の振動時に前記枠体から前記一軸方向に沿った反力を受けるバネが装着され、
   前記枠体には、前記可動子が備える前記マグネットとの間に生じる磁力で前記可動子の姿勢を保持する磁性体が設けられることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記可動子は、端部が前記枠体に支持され平行に配置された２本のシャフトに摺動自在に支持され、
   前記磁性体は、前記２本のシャフトの間で前記可動子の振動方向両側に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. 前記磁性体は固定マグネットであって、
   前記マグネットとそれに対面する前記固定マグネットは、互いに反発磁力が作用す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. 請求項１〜３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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