JP6479595B2 - 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、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。このリニア振動モータは、直線状の固定シャフトを設け、これに沿って可動子を振動させることで、安定した振動を得ることができ、また固定シャフトで可動子を保持することができるので、落下衝撃時の耐損傷性を得ることができる。

固定シャフトを備えるリニア振動モータの従来技術は、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駆動力（ローレンツ力）を与えるものにおいて、可動子に振動方向に沿った貫通孔を形成し、この貫通孔に一本の固定シャフトを通したもの（下記特許文献１参照）、或いは、振動方向に沿って２本の固定シャフトを設け、２本の固定シャフトの間にコイルとマグネットを配置して可動子を２本の固定シャフトによって摺動自在に支持したもの（下記特許文献２参照）などが提案されている。

特開２０１２−１６１５３号公報 特開２０１１−９７７４７号公報

携帯電子機器やウエアラブル電子機器の小型化・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、スマートホ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。

固定シャフトを備えるリニア振動モータの薄型化を考えた場合、前者の従来技術のように、振動方向に沿ってマグネットに錘部を連結した可動子に、振動方向に沿った貫通孔を形成するものでは、マグネット自体に貫通孔を形成することになり、所望の駆動力を得るのに十分なマグネットの体積を確保するためには、固定シャフトの直径に対してマグネットの厚さを十分に厚くすることが必要になる。更に、このマグネットの周囲に更にコイルを配備して駆動部を構成するので、薄型化に対しては十分に対応することができない問題がある。

前述した後者の従来技術のように、２本の固定シャフトを設けてその間にコイルとマグネットを配置するものでは、マグネットに貫通孔を形成する必要が無いのでマグネットの薄型化が可能になる。しかしながら、マグネットの両サイドに２本の固定シャフトを設けているので、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。

これに対しては、マグネットの一軸方向両側にてシャフトを分割配置して、同軸上に配置したガイドシャフトに沿って可動子を振動させることが考えられる。この場合には、マグネットをシャフトが貫通しないので、貫通孔によるマグネットの体積減少を無くすことができる。しかしながら、シャフトが貫通しないことで、衝撃付与時などにラジアル荷重を可動子のみで受けることになり、マグネットと錘の連結部分が分断し易くなる。錘がタングステン合金などの溶接し難い金属の場合には、マグネットと錘との溶接強度を高くできないので、この問題がより顕在化することになる。

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、ガイドシャフトを備えることで、安定した振動が得られると共に耐衝撃強度に優れる利点を享受しながら、薄型化或いは幅方向のコンパクト化を可能にすること、更には、マグネットの体積減少を抑えた上で、衝撃付加時にもマグネットと錘が分断し難い可動子を得ること、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、前記可動子を収容する枠体と、前記枠体に固定され前記マグネット部を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、前記マグネット部の前記一軸方向両側に配置され、前記可動子の前記一軸方向に沿った振動を案内するガイドシャフトと、前記マグネット部と前記錘部とを連結する連結部材とを備え、前記連結部材は、嵌合孔が開口しており、該嵌合孔に前記マグネット部の端部が嵌合してい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、安定した振動が得られ、薄型化或いは幅方向のコンパクト化が可能なる。特に、マグネット部にシャフトを貫通させない構造にして、マグネット部の体積減少を抑えながら、錘部に溶接し難い金属を用いた場合にも、マグネット部と錘部とを連結部材を介して強固に溶接接合することができ、耐衝撃強度を高めることができる。

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の可動子を示した説明図（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の可動子を示した説明図（横断面図）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４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を収容する枠体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を必要に応じて備えている。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の側面には補強部材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）に沿って分割して配置されており、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。尚、一対のガイドシャフト８は、一軸方向に沿っていればよく、その中心軸が平行に並べて設けられていてもよい。

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。

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７Ａ１に係止されている。

マグネット部４には、一軸方向（図示Ｘ方向）に沿って配置される金属製の補強部材５が接着などで固着されている。これによって、複数のマグネット片４Ａ，４Ｂ，４Ｃとスペーサヨーク４Ｄ，４Ｅが一体に補強されている。これに対して、マグネット部４と錘部７とを連結する連結部材１１は、金属製であり、図４に示すように、接続箇所Ｐ１において、補強部材５と連結部材１１がレーザ溶接されている。また、接続箇所Ｐ２において、連結部材１１と錘部７がレーザ溶接されている。

接続箇所Ｐ２は、連結部材１１の端面と錘部７の側面とが溶接面であって、面一になっている。そして、接続箇所Ｐ２におけるレーザ照射は、一軸方向に直交する連結部材１１の延在方向に行う。このように連結部材１１と錘部７をレーザ溶接することで、錘部７がタングステン合金のような溶接し難い（融点の高い）金属材料であっても、錘部７より先に連結部材１１が溶解することなく、レーザ溶接によって強固な接合が可能になる。連結部材１１の金属材料としては、錘部７の金属材料と補強部材５の金属材料の中間的な融点を有する材料を選択することが好ましい。また、連結部材１１は、補強部材５だけでなく、マグネット部４（マグネット片４Ａ，４Ｃ）に対して直接溶接することもできる。

連結部材１１は、中央部に嵌合孔１１Ｂが開口しており、この嵌合孔１１Ｂにマグネット部４（マグネット片４Ａ，４Ｃ）の端部が嵌合している。このように、連結部材１１の嵌合孔１１Ｂにマグネット部４の端部を嵌合させることで、錘部７とマグネット部４の重心軸を合わせる位置決めを簡易に行うことができ、錘部７とマグネット部４との連結作業を効率的に行うことができる。

連結部材１１は、枠体２の内面側（底面２Ａ側）に突出した当接部１１Ａを備えている。この当接部１１Ａを設けることで、可動子１０がガイドシャフト８回りに回転すると、連結部材１１の一部である当接部１１Ａのみが底面２Ａ上の摺動受け部２Ｒに当接し、錘部７が枠体２の内面に接触しない構造になる。錘部７は、表面を低摩擦に加工することが難しいので、錘部７が枠体２の内面に接触して摺動すると、摺動負荷が大きくなると共に異音の発生も大きくなるが、滑らかに加工しやすい連結部材１１の当接部１１Ａが摺動受け部２Ｒ上を摺動することで、スムース且つ静かな振動が得られ、更にはリニア振動モータ１の長寿命化が可能になる。

図５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。このように、一対のガイドシャフト８は、枠体２に対して片持ち保持され、自由端側（他端側）の延長線上にマグネット４が配置されている。

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７Ｃ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。

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が一軸方向に沿って往復振動する。

リニア振動モータ１は、一対のガイドシャフト８がマグネット部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、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。

この際、一対のガイドシャフト８によって軸支持される可動子１０は、一対のガイドシャフト８の回りに回転して、可動子１０の左右両側が上下に揺動することが考えられる。これに対しては、錘部７とマグネット部４とを連結する連結部材１１の下部を錘部７から突出するように設けて当接部１１Ａとし、枠体２の内面に、連結部材１１の当接部１１Ａが摺動接触する摺動受け部２Ｒを設けている。これによると、摺動受け部２Ｒを樹脂材料などで形成することで、連結部材１１の当接部１１Ａが枠体２の内面に接触した場合にも異音の発生などを抑制することができ、安定した振動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、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。

図６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。また、リニア振動モータ１は、耐衝撃強度が高く、耐久性も高いので、高寿命且つ故障し難い携帯情報端末１００を得ることができる。

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，２Ｒ：摺動受け部，
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：補強部材，６：弾性部材，
７：錘部，７Ａ：端部，７Ａ１：支持突起，
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，１１Ｂ：嵌合孔，
１００：携帯情報端末

Claims (5)

1. マグネット部と錘部を備える可動子と、
   前記可動子を収容する枠体と、
   前記枠体に固定され前記マグネット部を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、
   前記マグネット部の前記一軸方向両側に配置され、前記可動子の前記一軸方向に沿った振動を案内するガイドシャフトと、
   前記マグネット部と前記錘部とを連結する連結部材とを備え、
   前記連結部材は、嵌合孔が開口しており、該嵌合孔に前記マグネット部の端部が嵌合していることを特徴とするリニア振動モータ。
2. 前記連結部材は金属製であり、金属製の前記錘部に溶接さ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. 前記マグネット部には、前記一軸方向に沿って配置される金属製の補強部材が固着されており、
   前記連結部材は、前記補強部材に溶接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. 前記連結部材は、前記枠体の内面側に突出した当接部を備え、該当接部が前記枠体の内面に設けた摺動受け部に当接することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニア振動モータを備える携帯情報端末。
   

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