特開 2023-166661 振動発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023166661

(43)【公開日】2023-11-22

(54)【発明の名称】振動発生装置

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/04 20060101AFI20231115BHJP

   H02K 7/075 20060101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

B06B1/04 S

H02K7/075

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022077302

(22)【出願日】2022-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000001225

【氏名又は名称】ニデックプレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】連記 宏徳

(72)【発明者】

【氏名】木内 博之

【テーマコード（参考）】

5D107

5H607

【Ｆターム（参考）】

5D107AA08

5D107BB08

5D107CC09

5D107DD09

5H607BB01

5H607BB04

5H607BB14

5H607CC01

5H607EE57

(57)【要約】

【課題】指向性のある振動を発生させることができる振動発生装置を実現する。
【解決手段】一実施形態の振動発生装置１は、モータ軸と、重心から外れた位置で前記モータ軸に固定され、かつ、磁性を有する回転体３１，３２と、を備える２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌを有する。２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、それぞれが備える回転体３１，３２が隣接するように横並びで配置される。２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、互いの回転体３１，３２の同極部同士が周期的に向き合うように、それら回転体３１，３２を同速度で逆方向に回転させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの振動モータを有する振動発生装置であって、
それぞれの前記振動モータは、モータ軸と、重心から外れた位置で前記モータ軸に固定され、かつ、磁性を有する回転体と、を備え、
２つの前記振動モータは、互いの前記回転体が隣接するように横並びで配置されており、
２つの前記振動モータは、互いの前記回転体の同極部同士が周期的に向き合うように、それら回転体を同速度で逆方向に回転させる、振動発生装置。

【請求項2】

それぞれの前記振動モータが備える前記モータ軸の両端に、前記回転体がそれぞれ設けられている、請求項１に記載の振動発生装置。

【請求項3】

それぞれの前記振動モータは、互いに連結されて一体化している、請求項１に記載の振動発生装置。

【請求項4】

それぞれの前記振動モータは、共通の部材に固定されて一体化している、請求項１に記載の振動発生装置。

【請求項5】

前記回転体が永久磁石である、請求項１に記載の振動発生装置。

【請求項6】

前記回転体が永久磁石を内包している、請求項１に記載の振動発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

今日、様々な分野で振動発生装置が使われている。例えば、スマートフォン等の通信機器の多くは、電話の着信やメールの受信を知らせるための振動を発生させる振動発生装置を備えている。また、一部のゲーム機器には、遊戯性や臨場感を高めるための振動を発生させる振動発生装置が内蔵されている。さらに、自動車等の車両に、振動発生装置が発生させる振動によって運転手に危険を知らせたり、注意を促したりする安全システムが搭載されることもある。

【0003】

上記のような振動発生装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されている振動発生装置は、異なる速度で同時に連続回転される２つの振動モータを備えている。それぞれの振動モータは、重心から外れた位置でモータ軸に固定された分銅（回転体）を備えている。この結果、モータ軸の回転に伴って分銅が回転すると、遠心力（向心力と逆向きで大きさが等しい力）の作用によって振動が発生する。つまり、特許文献１に記載されている振動モータは、偏心回転質量方式の振動モータである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－２３６４６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

偏心回転質量方式の振動モータが備える回転体を等速回転させた場合、回転体の回転に伴って遠心力の方向は変化するが、遠心力の大きさは変化しない。このため、指向性のある振動を発生させることはできない。

【0006】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態の振動発生装置は、モータ軸と、重心から外れた位置で前記モータ軸に固定され、かつ、磁性を有する回転体と、を備える２つの振動モータを有する。２つの前記振動モータは、互いの前記回転体が隣接するように横並びで配置される。２つの前記振動モータは、互いの前記回転体の同極部同士が周期的に向き合うように、それら回転体を同速度で逆方向に回転させる。

【発明の効果】

【0008】

一実施形態の振動発生装置によれば、指向性のある振動を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】振動発生装置の外観を示す斜視図である。

【図2】振動発生装置の内部構造を示す平面図である。

【図3】モータユニットの拡大平面図である。

【図4】分銅の拡大斜視図である。

【図5】回転角度０度の分銅を示す平面図である。

【図6】回転角度４５度の分銅を示す平面図である。

【図7】回転角度９０度の分銅を示す平面図である。

【図8】回転角度１３５度の分銅を示す平面図である。

【図9】回転角度１８０度の分銅を示す平面図である。

【図10】回転角度２２５度の分銅を示す平面図である。

【図11】回転角度２７０度の分銅を示す平面図である。

【図12】回転角度３１５度の分銅を示す平面図である。

【図13】回転角度３６０度の分銅を示す平面図である。

【図14】モータユニットに作用するＹ軸方向の力と分銅の回転角度との関係を示すグラフ（波形図）である。

【図15】分銅の一変形例を示す拡大斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態を説明するために参照する全ての図面において、同一または実質的に同一の構成には同一の符号を用いる。また、既に説明した構成については、原則として繰り返しの説明は行わない。

【0011】

＜振動発生装置の概要＞
図１は、本実施形態に係る振動発生装置１の外観を示す斜視図である。振動発生装置１は、金属製のハウジング１０を備えている。ハウジング１０は、平板状のベース部材１１と、ベース部材１１の上に被せられたカバー部材１２と、から構成されている。別の見方をすると、ベース部材１１は、カバー部材１２の一面に設けられている開口部を閉塞しており、ハウジング１０の底面を形成している。

【0012】

以下の説明では、ベース部材１１によって形成されるハウジング底面の長辺方向を“前後方向”とし、ハウジング底面の短辺方向を“左右方向”とする。また、ハウジング底面の長辺方向および短辺方向の双方と直交する方向を“上下方向”とする。

【0013】

図２は、振動発生装置１の内部構造を示す平面図である。振動発生装置１は、ハウジング１０に収容された２つの振動モータ２０を備えている。以下の説明では、図２中で右側に示されている振動モータ２０を“振動モータ２０Ｒ”と呼び、図２中で左側に示されている振動モータ２０を“振動モータ２０Ｌ”と呼んで区別する場合がある。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。

【0014】

２つの振動モータ２０は、連結部材２１ａ，２１ｂを介して互いに連結されている。より特定的には、振動モータ２０Ｒには、一対の連結部材２１ａ，２１ｂが装着され、振動モータ２０Ｌにも一対の連結部材２１ａ，２１ｂが装着されている。そして、振動モータ２０Ｒに装着されている連結部材２１ａ，２１ｂと、振動モータ２０Ｌに装着されている連結部材２１ａ，２１ｂと、が突き合わされた状態で互いに固定されている。

【0015】

さらに、２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、ハウジング１０に固定されている。より特定的には、振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、ベース部材１１に固定され、カバー部材１２によって覆われている。つまりと、ベース部材１１は、２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌが固定されている共通の部材である。

【0016】

上記のように、振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、互いに連結されることによって一体化しており、ベース部材１１に固定されることによっても一体化している。以下の説明では、一体化された２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌを“モータユニット２０Ａ”と総称する場合がある。

【0017】

ここで、説明の便宜上、モータユニット２０Ａの中心を原点とする直交二軸座標を定める。直交二軸座標の一方の座標軸（Ｘ軸）は、モータユニット２０Ａの中心を通って左右に延びる軸であり、他方の座標軸（Ｙ軸）は、モータユニット２０Ａの中心を通って上下に延びる軸である。

【0018】

＜振動モータ＞
図３は、モータユニット２０Ａの拡大平面図である。上記のとおり、モータユニット２０Ａは、一体化された２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌから構成されている。もっとも、２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、同一または実質的に同一の構造を有する。

【0019】

振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、円筒形のモータハウジング２２と、モータハウジング２２を当該モータハウジング２２の長手方向（前後方向）に貫通するモータ軸２３と、を含むブラシ付きＤＣモータである。

【0020】

図示は省略するが、モータハウジング２２内には、モータ軸２３が固定されたロータが収容されている。さらに、モータハウジング２２の内周面上には、ロータを取り囲むように磁石が配置されている。図１に示されるプリント配線基板１３を通じて入力された電圧がコンミテータやブラシを介してロータ上のコイルに印加されると、ロータ及びモータ軸２３が回転する。

【0021】

モータ軸２３の一端側は、モータハウジング２２の一方の端面から外に突出しており、モータ軸２３の他端側は、モータハウジング２２の他方の端面から外に突出している。

【0022】

モータハウジング２２から突出しているモータ軸２３の両端には、回転体３１，３２がそれぞれ設けられている。回転体３１，３２は、モータ軸２３に固定された錘であって、モータ軸２３と一体的に回転する。以下の説明では、回転体３１を“分銅３１”と呼び、回転体３２を“分銅３２”と呼ぶ場合がある。

【0023】

＜回転体（分銅）＞
図４は、分銅３１，３２の拡大斜視図である。分銅３１，３２は、鉄などの磁性体によって柱状または棒状に形成されている。より特定的には、分銅３１，３２は、略扇形の断面を有する柱状または棒状に形成されている。

【0024】

分銅３１，３２には、それらを貫く貫通孔３３が設けられている。モータ軸２３の両端は、分銅３１，３２の貫通孔３３にそれぞれ挿入され、固定されている。より特定的には、モータ軸２３の一端は、分銅３１の貫通孔３３に挿入され、固定されている。また、モータ軸２３の他端は、分銅３２の貫通孔３３に挿入され、固定されている。

【0025】

それぞれの貫通孔３３は、分銅３１，３２の重心から外れた位置に設けられている。この結果、分銅３１，３２は、その重心から外れた位置でモータ軸２３に固定されている。言い換えれば、分銅３１，３２の重心は、これら分銅３１，３２の回転中心から離れている。つまり、分銅３１，３２は偏心している。

【0026】

さらに、分銅３１，３２は、磁性を有している。より特定的には、分銅３１、３２の径方向の半分または略半分はＮ極に着磁され、残りの半分または略半分はＳ極に着磁されている。別の見方をすると、分銅３１，３２は、永久磁石である。なお、分銅３１，３２のＮ極に着磁されている部分の質量とＳ極に着磁されている部分の質量とは、同一または略同一である。

【0027】

図２，図３に示されるように、２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、それぞれのモータ軸２３が互いに平行になるように、左右に横並びで配置されている。別の見方をすると、２つの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌは、左右方向（Ｘ軸方向）で隣接している。この結果、それぞれの振動モータ２０Ｒ，２０Ｌが備える分銅３１，３２も、左右方向（Ｘ軸方向）で隣接している。より特定的には、振動モータ２０Ｒが備える回転体３１と振動モータ２０Ｌが備える回転体３１とが隣接している。また、振動モータ２０Ｒが備える回転体３２と振動モータ２０Ｌが備える回転体３２とが隣接している。

【0028】

以下の説明では、振動モータ２０Ｒが備える分銅３１，分銅３２を“分銅３１Ｒ”，“分銅３２Ｒ”と呼び、振動モータ２０Ｌが備える分銅３１，分銅３２を“分銅３１Ｌ”，“分銅３２Ｌ”と呼んで区別する場合がある。また、分銅３１，３２のＮ極に着磁されている部分を“Ｎ極部”と呼び、分銅３１，３２のＳ極に着磁されている部分を“Ｓ極部”と呼んで区別する場合がある。もっとも、これら区別も説明の便宜上の区別に過ぎない。

【0029】

＜振動発生装置の動作＞
振動発生装置１が有する２つの振動モータ２０は、それぞれが備える分銅３１，３２を回転させることによって振動を発生させる。より特定的には、２つの振動モータ２０は、互いの分銅３１，３２を同期させて回転させることによって振動を発生させる。このとき、分銅３１，３２の回転に伴って発生する振動の態様（主に、振動の強さと方向）は、分銅３１，３２の回転角度に応じて変化する。

【0030】

以下、分銅３１，３２の回転角度と振動態様との関係について具体的に説明する。もっとも、振動モータ２０Ｒは、２つの分銅３１Ｒ，３２Ｒを同方向に同速度で回転させる。また、振動モータ２０Ｌも、２つの分銅３１Ｌ，３２Ｌを同方向に同速度で回転させる。

【0031】

そこで、振動モータ２０Ｒの分銅３１Ｒと振動モータ２０Ｌの分銅３１Ｌとを例にとって、分銅３１，３２の回転角度と振動態様との関係について説明する。

【0032】

図５～図１２は、回転角度が異なる分銅３１Ｒ，３１Ｌを示す平面図である。また、各図に示されている黒塗りの矢印は、分銅３１Ｒ，３１Ｌに作用する遠心力を模式的に示している。また、各図に示されている白抜きの矢印は、分銅３１Ｒ，３１Ｌに作用する磁力（磁気反発力）を模式的に示している。各図に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌには、黒塗りの矢印で示される遠心力と白抜きの矢印で示される磁力とが合わさった力（合成力）が作用する。

【0033】

＜回転角度０度＞
説明の便宜上、図５に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌの回転角度を０度と定義する。図５に示されている分銅３１Ｒは、反時計方向（－（マイナス）方向）に連続的に回転する。一方、図５に示されている分銅３１Ｌは、時計方向（＋（プラス）方向）に連続的に回転する。また、分銅３１Ｒ，３１Ｌは、同時に同速度で回転する。つまり、２つの分銅３１Ｒおよび分銅３１Ｌは、同時に同速度で逆方向に回転する。

【0034】

＜回転角度０度～９０度＞
図５に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌは、図６に示されている回転角度を経て図７に示されている回転角度に至る。図６に示されている分銅３１Ｒの回転角度は－４５度であり、同図に示されている分銅３１Ｌの回転角度は＋４５度である。また、図７に示されている分銅３１Ｒの回転角度は－９０度であり、同図に示されている分銅３１Ｌの回転角度は＋９０度である。

【0035】

図５に示されている分銅３１Ｒが－９０度回転し、同図に示されている分銅３１Ｌが＋９０度回転すると、分銅３１ＲのＮ極部と分銅３１ＬのＮ極部とが向き合う。つまり、分銅３１Ｒ，３１Ｌの同極部同士が向き合う。

【0036】

このとき、Ｘ軸方向で隣接している分銅３１Ｒ，３１Ｌには、互いに逆向きの遠心力が作用する。より特定的には、分銅３１Ｒには、Ｘ軸方向一方側に向かって遠心力が作用する。同時に、分銅３１Ｌには、Ｘ軸方向他方側に向かって遠心力が作用する。すると、それぞれの分銅３１Ｒ，３１Ｌに作用する遠心力が相殺される。この結果、モータユニット２０ＡにはＸ軸方向の力が作用しないか、作用したとしても、その強さ（大きさ）は、非常に弱い（小さい）ものとなる。

【0037】

＜回転角度９０度～１８０度＞
図７に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌは、図８に示されている回転角度を経て図９に示されている回転角度に至る。図８に示されている分銅３１Ｒの回転角度は－１３５度であり、同図に示されている分銅３１Ｌの回転角度は＋１３５度である。また、図９に示されている分銅３１Ｒの回転角度は－１８０度であり、同図に示されている分銅３１Ｌの回転角度は＋１８０度である。

【0038】

回転角度が９０度を超えて１８０度に至るまでの間、合成力は、Ｙ軸方向に作用する。さらに、その合成力は、磁力（磁気反発力）の変化に伴って次第に大きくなり、回転角度１３５度（図８）のときに最大になる。

【0039】

この結果、モータユニット２０ＡにＹ軸方向の力が作用する。より特定的には、分銅３１Ｒ，３１Ｌが磁性を有していない場合に比べて、より大きなＹ軸方向の力がモータユニット２０Ａに作用する。

【0040】

＜回転角度１８０度～２７０度＞
その後、図９に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌは、図１０に示されている回転角度を経て図１１に示されている回転角度に至る。図１０に示されている分銅３１Ｒの回転角度は－２２５度であり、同図に示されている分銅３１Ｌの回転角度は＋２２５度である。また、図１１に示されている分銅３１Ｒの回転角度は－２７０度であり、同図に示されている分銅３１Ｌの回転角度は＋２７０度である。

【0041】

別の見方をすると、図１１に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌは、図７に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌに対して１８０度回転している。すると、分銅３１ＲのＳ極部と分銅３１ＬのＳ極部とが向き合う。つまり、分銅３１Ｒ，３１Ｌの同極部同士が再び向き合う。

【0042】

このとき、Ｘ軸方向で隣接している分銅３１Ｒ，３１Ｌには、互いに逆向きの遠心力が作用する。より特定的には、分銅３１Ｒには、Ｘ軸方向一方側に向かって遠心力が作用する。同時に、分銅３１Ｌには、Ｘ軸方向他方側に向かって遠心力が作用する。すると、それぞれの分銅３１Ｒ，３１Ｌに作用する遠心力が相殺される。この結果、モータユニット２０ＡにはＸ軸方向の力が作用しないか、作用したとしても、その強さ（大きさ）は、非常に弱い（小さい）ものとなる。

【0043】

＜回転角度２７０度～３６０度＞
次いで、図１１に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌは、図１２に示されている回転角度を経て図１３に示されている回転角度に至る。図１２に示されている分銅３１Ｒの回転角度は－３１５度であり、同図に示されている分銅３１Ｌの回転角度は＋３１５度である。また、図１３に示されている分銅３１Ｒの回転角度は－３６０度（０度）であり、同図に示されている分銅３１Ｌの回転角度は＋３６０度（０度）である。

【0044】

回転角度が２７０度を超えて３６０度に至るまでの間、合成力は、Ｙ軸方向に作用する。さらに、その合成力は、磁力（磁気反発力）の変化に伴って次第に大きくなり、回転角度３１５度（図１２）のときに最大になる。

【0045】

この結果、モータユニット２０ＡにＹ軸方向の力が作用する。より特定的には、分銅３１Ｒ，３１Ｌが磁性を有していない場合に比べて、より大きなＹ軸方向の力がモータユニット２０Ａに作用する。

【0046】

もっとも、図１２に示されている分銅３１Ｒと分銅３１Ｌとの間の間隔は、図８に示されている分銅３１Ｒと分銅３１Ｌとの間の間隔よりも広い。別の見方をすると、図１２に示されている分銅３１Ｒと分銅３１Ｌとの間の磁気抵抗は、図８に示されている分銅３１Ｒと分銅３１Ｌとの間の磁気抵抗よりも大きい。

【0047】

したがって、図１２に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌに作用する合成力は、図８に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌに作用する合成力よりも小さい。しかし、図１２に示されている分銅３１Ｒ，３１Ｌに作用する合成力は、これら分銅３１Ｒ，３１Ｌが磁性を有していない場合よりも大きい。

【0048】

図１４は、モータユニット２０Ａに作用するＹ軸方向の力と分銅３１，３２の回転角度との関係を示すグラフ（波形図）である。

【0049】

これまでの説明および図１４より、モータユニット２０ＡにはＹ軸方向の力は作用するが、Ｘ軸方向の力は作用しないことが理解できる。さらに、モータユニット２０Ａに作用するＹ軸方向の力は、分銅３１，３２の回転角度に応じて増減することも理解できる。

【0050】

上記のように、本実施形態に係る振動発生装置１は、Ｘ軸方向で離接する２つの分銅３１，３２を有しており、それら分銅３１，３２は、同速度で逆方向に回転する。これにより、振動発生装置１は、Ｙ軸方向の振動は発生させるが、Ｘ軸方向の振動は発生させない。言い換えれば、振動発生装置１は指向性を有する。

【0051】

また、振動発生装置１の２つの分銅３１，３２は磁性を有しており、同極部同士が周期的に向き合うように回転する。これにより、振動発生装置１は、磁性を有していない分銅３１，３２が同速度で逆方向に回転する場合よりも大きなＹ軸方向の振動を発生させる。

【0052】

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、分銅３１，３２の構造，形状，材料などは、必要に応じて適宜変更することができる。図１５は、分銅３１，３２の一変形例を示す拡大斜視図である。図示されている分銅３１，３２は、永久磁石３５を内包しており、上記実施形態における分銅３１，３２と同様の磁性を有している。分銅３１，３２に内包される永久磁石３５によって分銅３１，３２に磁性を与えることにより、分銅３１、３２の材料選択の自由度が向上する。例えば、常磁性体や非磁性体によって分銅３１、３２を形成することもできる。

【0053】

上記実施形態におけるハウジング１０の構造，形状，材質などは、必要に応じて適宜変更することができる。また、振動モータ２０Ｒ，２０Ｌを連結するための部材の構造，形状，材質なども、必要に応じて適宜変更することができる。

【0054】

本技術は以下のような構成をとることが可能である。

【0055】

（１）
２つの振動モータを有する振動発生装置であって、
それぞれの前記振動モータは、モータ軸と、重心から外れた位置で前記モータ軸に固定され、かつ、磁性を有する回転体と、を備え、
２つの前記振動モータは、それぞれが備える前記回転体が隣接するように横並びで配置されており、
それぞれの前記回転体は、同極部同士が周期的に向き合うように、同速度で逆方向に回転される、振動発生装置。

【0056】

（２）
それぞれの前記振動モータが備える前記モータ軸の両端に、前記回転体がそれぞれ設けられている、（１）に記載の振動発生装置。

【0057】

（３）
それぞれの前記振動モータは、互いに連結されて一体化している、（１）又は（２）に記載の振動発生装置。

【0058】

（４）
それぞれの前記振動モータは、共通の部材に固定されて一体化している、（１）又は（２）に記載の振動発生装置。

【0059】

（５）
前記回転体が永久磁石である、（１）～（４）のいずれかに記載の振動発生装置。

【0060】

（６）
前記回転体が永久磁石を内包している、（１）～（４）のいずれかに記載の振動発生装置。

【符号の説明】

【0061】

１…振動発生装置、１０…ハウジング、１１…ベース部材、１２…カバー部材、１３…プリント配線基板、２０，２０Ｌ，２０Ｒ…振動モータ、２０Ａ…モータユニット、２１ａ，２１ｂ…連結部材、２２…モータハウジング、２３…モータ軸、３１，３２，３１Ｌ，３１Ｒ，３２Ｌ，３２Ｒ…回転体（分銅）、３３…貫通孔、３５…永久磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】