特許 7079590 リニア振動モータ及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-25

(45)【発行日】2022-06-02

(54)【発明の名称】リニア振動モータ及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/04 20060101AFI20220526BHJP

   H02K 33/16 20060101ALI20220526BHJP

【ＦＩ】

B06B1/04 S

H02K33/16 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017224513

(22)【出願日】2017-11-22

(65)【公開番号】P2019093336

(43)【公開日】2019-06-20

【審査請求日】2020-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000001225

【氏名又は名称】日本電産コパル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000626

【氏名又は名称】弁理士法人英知国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】片田 好紀

(72)【発明者】

【氏名】福田 大祐

【審査官】津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８８５２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０５７０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００８２５４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０６Ｂ １／０４

Ｈ０２Ｋ ３３／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

錘体及びコイルを一体的に有する可動子と、前記可動子を振動可能に支持する板バネと、前記可動子の振動方向に対する交差方向の一方側で前記コイルに対向する第一のマグネットと、同交差方向の他方側で前記コイルに対向する第二のマグネットと、各マグネットを固定する磁性部材と、前記コイルに電力を供給する可撓性の給電配線とを具備し、
前記給電配線は、前記板バネに沿って設けられており、前記可動子の振動に伴い撓むように、一端側端子が前記コイルに電気的に接続されるとともに、他端側端子が外部に露出され、
前記コイルに通電した際に生じる磁気力により前記可動子を振動させるようにしたリニア振動モータ。

【請求項2】

錘体及びコイルを一体的に有する可動子と、前記可動子を振動可能に支持する板バネと、前記可動子の振動方向に対する交差方向の一方側で前記コイルに対向する第一のマグネットと、同交差方向の他方側で前記コイルに対向する第二のマグネットと、各マグネットを固定する磁性部材と、前記コイルに電力を供給する可撓性の給電配線とを具備し、
前記給電配線は、前記錐体の厚み方向にずれた位置で前記板バネに沿って設けられており、前記可動子の振動に伴い撓むように、一端側端子が前記コイルに電気的に接続されるとともに、他端側端子が外部に露出され、
前記コイルに通電した際に生じる磁気力により前記可動子を振動させるようにしたリニア振動モータ。

【請求項3】

前記磁性部材は、前記交差方向において前記第一及び第二のマグネットを間に置いた両側に設けられてい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。

【請求項4】

前記コイルは、空芯部を挟む片半部側と他半部側を、前記振動方向の両側に配設した空芯コイルであり、
前記第一のマグネットと前記第二のマグネットの各々は、一方の磁極を前記片半部側に対向させるとともに、反対向きの磁極を前記他半部側に対向させていることを特徴とする請求項１～３何れか１記載のリニア振動モータ。

【請求項5】

前記錘体には、前記交差方向の一方側と他方側を開口した中空部が設けられ、
前記中空部は、一方側の開口に前記第一のマグネットを挿入するとともに他方側の開口に前記第二のマグネットを挿入し、これら第一のマグネット及び第二のマグネットの周囲に、前記錘体を振動させるための空間を確保していることを特徴とする請求項１～４何れか１項記載のリニア振動モータ。

【請求項6】

請求項１～５何れか１項記載のリニア振動モータを備えた電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニア振動モータ、及びこのリニア振動モータを備えた電子機器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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等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）を実現する装置である。

【0003】

このような振動モータについて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には、例えば特許文献１に記載されるように、錘体及び二つのマグネットを一体的に備えた可動子と、この可動子を振動可能に支持する板バネと、可動子の振動方向に対する交差方向の一方側でマグネットに対向するコイルとを具備し、コイルに通電した際のローレンツ力により、可動子を往復振動させるようにしたものがある。前記二つのマグネットは、扁平な直方体状に形成され、その一方のマグネットの平面側がＮ極であるのに対し、他方のマグネットの同平面側がＳ極になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１８９５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記従来のリニア振動モータでは、可動子と一体のマグネットの磁束が、ケース外に漏れて、外部の機器（例えば送受信機やＳＩＭカード）等に悪影響を与える可能性がある。そこで、ケースを磁性材にして磁気シールドすることが考えられるが、このようにした場合には、マグネットがケースに磁気吸引されて、可動子が所望とする振動方向に対し交差方向へ振れて、当接音や振動音の原因となる場合がある。
また、上記従来のリニア振動モータでは、振動に伴う可動子の移動によりマグネットがコイルに対し偏った位置になると、コイルの電流方向に対し、この電流方向に直交するマグネットの磁力線方向が変わるため、振動方向に対する交差方向のローレンツ力が発生し、このローレンツ力により可動子が前記交差方向へ振れて、静音性や耐久性を損ねてしまう場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このような課題を解決するために、本発明は以下の構成を具備するものである。
錘体及びコイルを一体的に有する可動子と、前記可動子を振動可能に支持する板バネと、前記可動子の振動方向に対する交差方向の一方側で前記コイルに対向する第一のマグネットと、同交差方向の他方側で前記コイルに対向する第二のマグネットと、各マグネットを固定する磁性部材と、前記コイルに電力を供給する可撓性の給電配線とを具備し、前記給電配線は、前記板バネに沿って設けられており、前記可動子の振動に伴い撓むように、一端側端子が前記コイルに電気的に接続されるとともに、他端側端子が外部に露出され、前記コイルに通電した際に生じる磁気力により前記可動子を振動させるようにしたリニア振動モータ。
または、錘体及びコイルを一体的に有する可動子と、前記可動子を振動可能に支持する板バネと、前記可動子の振動方向に対する交差方向の一方側で前記コイルに対向する第一のマグネットと、同交差方向の他方側で前記コイルに対向する第二のマグネットと、各マグネットを固定する磁性部材と、前記コイルに電力を供給する可撓性の給電配線とを具備し、前記給電配線は、前記錐体の厚み方向にずれた位置で前記板バネに沿って設けられており、前記可動子の振動に伴い撓むように、一端側端子が前記コイルに電気的に接続されるとともに、他端側端子が外部に露出され、前記コイルに通電した際に生じる磁気力により前記可動子を振動させるようにしたリニア振動モータ。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明に係るリニア振動モータの一例を示す分解斜視図である。

【図2】同リニア振動モータを短手方向の中央部で切断した縦断面図である。

【図3】同リニア振動モータを長手方向の中央部で切断した縦断面図である。

【図4】同リニア振動モータについてカバー部材及び磁性部材を外した状態を示す平面図である。

【図5】同リニア振動モータについてカバー部材及び磁性部材を外した状態を示す斜視図である。

【図6】同リニア振動モータの作用を示す模式図であり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は可動子（コイル）が移動した状態を示す。

【図7】電子機器の一例を示す斜視図である。

【図8】本発明に係るリニア振動モータの他例について、作用を示す模式図であり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は可動子（コイル）が移動した状態を示す。

【図9】本発明に係るリニア振動モータの他例についてカバー部材及び磁性部材を外した状態を示す斜視図である。

【図10】本発明に係るリニア振動モータの他例についてカバー部材及び磁性部材を外した状態を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

リニア振動モータ１は、図１～図６に示すように、錘体１１及びコイル１２を一体的に有する可動子１０と、可動子１０を振動可能に支持する弾性体２０と、可動子１０の振動方向（図示例によればＸ方向）に対する直交方向（図示例によればＺ方向）の一方側でコイル１２端面に対向する第一のマグネット３０と、同直交方向の他方側でコイル１２端面に対向する第二のマグネット４０と、前記直交方向において第一及び第二のマグネット３０，４０を間に置いてその両側から固定する磁性部材５１，５２と、コイル１２に電力を供給する可撓性の給電配線６０と、これらの部材を覆うカバー部材７０とを具備し、コイル１２に通電した際に生じる磁気力により可動子１０を一軸方向へ直線的に往復振動させる。

【0010】

可動子１０は、錘体１１にコイル１２を一体的に固定してなる。

【0011】

錘体１１は、比重の高い金属材料（例えば、タングステン）からなり、図示例によれば振動方向へ長尺な枠状に形成される。そして、この錘体１１の平面視中央側には、振動方向に直交する厚み方向の一方側と他方側を開口した中空部１１ａが設けられる。また、錘体１１を構成する両側の側壁には、コイル固定部１１ｂが形成される。

【0012】

中空部１１ａは、一方側の開口に第一のマグネット３０を挿入するとともに他方側の開口に第二のマグネット４０を挿入し、これら第一のマグネット３０及び第二のマグネット４０の周囲に、錘体１１を振動させるための空間を確保している（図２～図４参照）。
第一のマグネット３０及び第二のマグネット４０は、中空部１１ａ内に、振動方向の遊びを有する非接触状態で挿入される。

【0013】

コイル固定部１１ｂは、錘体１１の一方と他方の側壁にそれぞれ位置するように、二つ設けられる。各コイル固定部１１ｂは、錘体１１の側壁に形成された凹状に切欠部であり、コイル１２の側端側を載置している。

【0014】

コイル１２は、空芯部を挟む片半部側１２ａと他半部側１２ｂを、振動方向の両側に配設した扁平状の空芯コイルであり、その中心軸を錘体１１の厚み方向に略一致させて、錘体１１の振動方向及び厚み方向の中央寄りに止着固定されている。
詳細に説明すれば、コイル１２は、中空部１１ａを跨る架橋状に設けられるとともに、その一端側と他端側が、それぞれ、錘体１１の各コイル固定部１１ｂに嵌め合わせられ接着固定される。

【0015】

弾性体２０は、可動子１０の振動方向の一端側と他端側に、平面視上において点対称に二つ設けられる。
各弾性体２０は、弾性的に撓み可能な板材を所定の曲げ形状に形成した板バネであり、図４に示す一例によれば、錘体１１の振動方向端部寄りの外側面に止着された止着片部２１と、カバー部材７０の側壁部７２（又は７３）内面に止着された止着片部２２と、これら止着片部２１，２２の一端側を連結する連結片部２３とを有し、錘体１１の振動方向の端部側に沿う平面視コ字状に形成されている。
この弾性体２０は、止着片部２１と連結片部２３の間の曲げ部分、及び連結片部２３と止着片部２２の間の曲げ部分を、弾性的に撓ませて変形する。

【0016】

第一のマグネット３０は、一方の磁極（例えばＮ極）を、コイル１２の片半部側１２ａ（図２によれば左半部側）に対向させたマグネット片３１と、反対向きの他方の磁極（例えばＳ極）をコイル１２の他半部側１２ｂ（図２によれば右半部側）に対向させたマグネット片３２とから構成される。
二つのマグネット片３１，３２は、同形状かつ同材質の永久磁石であり、振動方向に間隔を置いて、上記のように磁極が逆向きになるように配設される。そして、これらマグネット片３１，３２は、コイル１２の端面との間に所定のクリアランスを確保して、磁性部材５１のコイル側面に接着固定されている。

【0017】

また、第二のマグネット４０は、振動方向に対する交差方向（図示例によれば錘体１１の厚み方向）において、第一のマグネット３０に対し磁極の向きを逆にするように点対象に配設された二つのマグネット片４１，４２から構成される（図２参照）。
これらマグネット片４１，４２は、マグネット片３１，３２と同部材であり、コイル１２との間に所定のクリアランスを確保して、磁性部材５２のコイル側面に接着固定されている。

【0018】

磁性部材５１，５２は、それぞれ、第一のマグネット３０と第二のマグネット４０の反コイル側（換言すれば、コイル側に対する反対側）の面を覆う平板状の磁性材（鉄や磁性ステンレス等）であり、各マグネット３０，４０の磁力を増大するとともに、磁束が反コイル側へ漏洩するのを阻む。
一方の磁性部材５１は、その反コイル側の面がカバー部材７０の内面に接着固定されている。
他方の磁性部材５２は、カバー部材７０の開口部を覆って固定され、ケース部材としても機能する。

【0019】

また、給電配線６０は、コイル１２に電力を供給する可撓性の電気配線材であり、本実施の形態の好ましい一例によれば、テープ状のフレキシブル配線用基板（ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）と呼称される場合がある。）を用いている。
この給電配線６０は、可動子１０の振動に伴い撓むように、一方の弾性体２０（板バネ）に沿って設けられる。図４及び図５に示す一例によれば、給電配線６０は、弾性体２０の止着片部２１及び連結片部２３の外面に略Ｌ字状に重ね合わせられ、その一端側端子がコイル１２に電気的に接続されるとともに、他端側端子が、カバー部５１と基部５２の間から外部に露出される。

【0020】

カバー部材７０は、下方を開口した箱状に形成され、矩形状の天壁部７１と、この天壁部７１の両側端から下方へ突出する側壁部７２，７３と、天壁部７１の前後端部から下方へ突出する前壁部７４及び後壁部７５とを有する。
このカバー部材７０は、上述した各部材を覆うようにして、磁性部材５２の周端部に接続されている。

【0021】

次に上記構成のリニア振動モータ１について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
先ず、コイル１２が通電されていない初期状態では、可動子１０は、両側の弾性体２０により略均等に付勢され、カバー部材７０内の略中央に位置する。このため、図６（ａ）に示すように、第一のマグネット３０のマグネット片３１と第二のマグネット４０のマグネット片４２の間には、コイル１２の片半部側１２ａが位置し、第一のマグネット３０のマグネット片３２と第二のマグネット４０のマグネット片４１の間には、同コイル１２の他半部側１２ｂが位置する。

【0022】

前記初期状態において、コイル１２に交流電力が供給されると、コイル１２と第一のマグネット３０及び第二のマグネット４０との間の磁気作用により、可動子１０がＸ方向と反Ｘ方向へ往復振動する。
この往復振動中に発生する磁束は、磁性部材５１，５２により磁気シールドされ、外部へは漏洩し難い。

【0023】

詳細に説明すれば、図６（ａ）に示すように、コイル１２に一方向の電流が流れた際、コイル１２の片半部側１２ａの電流の向き（反Ｙ方向）と、マグネット片３１とマグネット片４２の間の磁力線Ｍ１の向きとの関係、及びコイル１２の他半部側１２ｂの電流の向き（Ｙ方向）と、マグネット片３２とマグネット片４１の間の磁力線Ｍ２の向きとの関係により、コイル１２にＸ方向のローレンツ力が発生し、可動子１０がＸ方向へ移動する。コイル１２に逆方向の電流が流れた際には、可動子１０の移動方向が逆になる。

【0024】

前述したコイル１２の一方向への移動中、図６（ｂ）に示すように、コイル１２の片半部側１２ａが、振動方向の一方のマグネット片３１，４２と他方のマグネット片３２，４１との間に位置すると、この片半部側１２ａを流れる電流の向き（反Ｙ方向）に対し、第一のマグネット３０の両側のマグネット片３１，３２間の磁力線Ｍ３の向きがＸ方向であるため、片半部側１２ａにはＺ方向のローレンツ力が発生するが、第二のマグネット４０の両側のマグネット片４１，４２間の磁力線Ｍ４の向きが反Ｘ方向であるため、同片半部側１２ａには反Ｚ方向のローレンツ力も発生し、これら二つの逆向きのローレンツ力が相殺される。したがって、可動子１０が、前記一方向への移動中にＺ方向又は反Ｚ方向へ振れるのを防ぐことができる。

【0025】

よって、上記構成のリニア振動モータ１によれば、漏洩磁束を低減することができ、その上、可動子１０が所望とする振動方向に対し交差する方向へ振れるのを抑制して、可動子１０をスムーズに直線状に往復振動させることができ、ひいては、可動子１０の動作を安定させて、静音化することができる。

【0026】

次に、リニア振動モータ１を備えた電子機器について説明する。
図７は、本発明の実施形態に係るリニア振動モータ１を備えた電子機器として、携帯情報端末１００を例示している。
この携帯情報端末１００は、外部信号の受信や、タッチ操作パネル（タッチディスプレイを含む）のタッチ操作等に応じてリニア振動モータ１を振動させるように構成され、リニア振動モータ１からの磁束漏洩による送受機やＳＩＭカードへの悪影響を軽減することができる上、リニア振動モータ１の振動時のノイズや騒音等を低減することができる。

【0027】

なお、リニア振動モータ１が搭載される電子機器の他例としては、ウェアラブルコンピュータや、タブレットパソコン、ゲーム機等、図示例以外のものとすることも可能である。

【0028】

また、上記構成のリニア振動モータ１では、第一のマグネット３０と第二のマグネット４０の各々を、二つのマグネット片により構成したが、他例としては、図８に示すリニア振動モータ２のように、第一のマグネット３０と第二のマグネット４０を、それぞれ、単一のマグネット片からなる第一のマグネット３０’と第二のマグネット４０’に置換することも可能である。

【0029】

第一のマグネット３０’は、振動方向の一端側にＮ極を有するとともに他端側にＳ極を有する一体状の永久磁石であり、コイル１２の端面との間に所定のクリアランスを確保して、磁性部材５１に接着固定されている。
また、第二のマグネット４０’は、第一のマグネット３０’と同形状かつ同材質の永久磁石であり、第一のマグネット３０’に対し磁極の向きを逆にするように点対称に配設され、コイル１２との間に所定のクリアランスを確保して、磁性部材５２に接着固定されている。

【0030】

よって、リニア振動モータ２によれば、リニア振動モータ１と同様に、磁性部材５１，５２によって磁束漏洩を低減できる上、図８（ａ）（ｂ）に示すように、Ｚ方向と反Ｚ方向のローレンツ力を相殺して、可動子１０をスムーズに直線状に往復振動させることができる。

【0031】

また、上記構成のリニア振動モータ１では、給電配線６０を弾性体２０に重ね合わせたが、他例としては、図９に示すリニア振動モータ３や、図１０に示すリニア振動モータ４のように、給電配線を構成することが可能である。

【0032】

図９に示すリニア振動モータ３は、リニア振動モータ１における給電配線６０を給電配線６０’に置換したものである。
給電配線６０’は、上記給電配線６０と同様のＬ字状のフレキシブル配線用基板（ＴＡＢ）であり、一方の弾性体２０に対し、錘体１１の厚み方向（図９によれば反Ｚ方向）へずれた位置で撓み変形するように設けられる。
よって、リニア振動モータ３によれば、給電配線６０’が弾性体２０に干渉するのを低減し、静音性及び耐久性等を向上することができる。

【0033】

また、図１０に示すリニア振動モータ４は、リニア振動モータ１における給電配線６０を給電配線６０”に置換したものである。
給電配線６０”は、フレキシブル配線用基板（ＴＡＢ）から形成され、錘体１１の側面に沿うとともにその一端側がコイル１２に電気的に接続された接続片部６１”と、接続片部６１”の他端側に略Ｌ字状に曲げられて延設された第一の延設片部６２”と、さらに第一の延設片部６２”に対し略Ｖ字状に曲げられて延設された第二の延設片部６３”とを備える。
そして、この給電配線６０”は、一方の弾性体２０に対し、錘体１１の厚み方向（図１０によれば反Ｚ方向）へずれた位置で撓み変形するように設けられ、第二の延設片部６３”の端側の端子を外部に露出している。
よって、リニア振動モータ３によれば、給電配線６０”が弾性体２０に干渉するのを低減できる上、給電配線６０”を第一の延設片部６２”及び第二の延設片部６３”等でより柔軟に撓ませることができ、ひいては、静音性及び耐久性等をより向上することができる。

【0034】

なお、上記実施の形態では、特に好ましい態様として、弾性体２０を板バネとしたが、この弾性体２０の他例としては、ゴムや、コイルスプリング等を用いることも可能である。

【0035】

また、上記実施の形態では、第一のマグネット３０側の磁性部材５１を平板状に形成したが、他例としては、この磁性部材５１を省いて、カバー部材７０を磁性材料から形成し、このカバー部材７０の天壁部７１の内面に第一のマグネット３０を接着固定した態様とすることも可能である。

【0036】

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、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。

【符号の説明】

【0037】

１，２，３，４：リニア振動モータ
１０：可動子
１１：錘体
１１ａ：中空部
１２：コイル
１２ａ：片半部側
１２ｂ：他半部側
２０：弾性体
３０，３０’：第一のマグネット
４０，４０’：第二のマグネット
５１，５２：磁性部材
６０，６０’，６０”：給電配線
７０：カバー部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】