【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動コイルへの通電により可動コイルとともに振動子を往復動させて振動を得ることのできる振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ばねによって振動子（慣性体）を支持するとともに、永久磁石とこの永久磁石に対して対向配置された可動コイルを振動子に連結し、可動コイルに通電することにより、可動コイルとともに振動子を往復動させて振動を得ることのできる振動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０９−１７８４９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年においては各種の装置において高性能化が常に図られており、各種の装置の高性能化の１つとして、振動装置においても高性能化が求められている。
【０００５】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、高性能の振動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため本発明に係る振動装置の特徴は、ばねと、このばねに支持される振動子と、この振動子に連結され振動子とともに往復動される可動コイルと、この可動コイルと対向配置される永久磁石とを有し、可動コイルへの通電により可動コイルとともに振動子を往復動させる振動装置であって、ばねが、非線形ばねである点にある。ここで、非線形ばねとしては不等ピッチコイルばねを用いることができる。また、複数の非線形ばねを用いることができる。そして、このような構成を採用したことにより、高性能化を容易に図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る振動装置の実施形態の要部を示す断面図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施形態の振動装置１は、上下１対の上ケース２ａおよび下ケース２ｂにより形成されたケース本体２を有している。このケース本体２の内部の図１上下に示す高さ方向の中央部分には、平板状のガイドレール３がその厚さ方向をケース本体２の高さ方向に向けて水平に配設されている。このガイドレール３の両端部分は、ケース本体２に支持されている。
【００１０】
前記ガイドレール３には、走行子としての四角筒状に形成された可動コイル４が外装されている。また、可動コイル４の上面には、長方体状に形成された振動子（慣性体）５が連結されている。なお、可動コイル４と振動子５とは、嵌合、固着などにより連結してもよいし、可動コイル４に振動子５を一体成形してもよい。また、可動コイル４は、銅線などの非磁性体により形成されているので、後述する永久磁石１３に吸引されない。したがって、可動コイル４と永久磁石１３との位置関係を厳密に規制しなくても円滑な動作を得ることができる。
【００１１】
前記振動子５の左右両側面には、振動子側ばね受け６がそれぞれ配設されている。そして、両振動子側ばね受け６には、２つの非線形ばねとしての不等ピッチコイルばね７の一端がそれぞれ支持されている。さらに、各不等ピッチコイルばね７の他端は、上ケース２ａの内側面に配設されたケース側ばね受け８にそれぞれ支持されている。
【００１２】
なお、振動子５は、２つの不等ピッチコイルばね７のそれぞれの中心を連通するようにして上ケース２ａの内部に水平配置された図１に２点鎖線で示すガイドロッド９に摺動自在に装着する構成としてもよい。また、図１に長い破線で示すように、振動子５の回転方向への移動を規制する１対のガイド板１０（一方のみ図示）を上ケース２ａの内部の底面に設けることが好ましい。
【００１３】
本実施形態の不等ピッチコイルばね７は、ピッチが小・大の２種類とされた２段ピッチばねとされている。そして、不等ピッチコイルばね７のピッチの小さい側の端面が振動子５と対向するように振動子側ばね受け６によって支持されており、ピッチの大きい側の端面が上ケース２ａの内側面と対向するように、ケース側ばね受け８によって支持されている。
【００１４】
なお、不等ピッチコイルばね７としては、設計コンセプトなどの必要に応じて、コイル径を変化させずにピッチを小から大まで漸増させる構成や、異なる３つ以上のばね常数を組み合わせた構成などの各種の構成から選択することができる。
【００１５】
また、非線形ばねとしては、不等ピッチコイルばね７に限定されるものではなく、ばね特性が非線形特性をもつ構成、例えば高さの異なる２重コイルばねの如く、コイルばねを２重、３重に組み合わせる構成や、円すいコイルばね、つづみ形コイルばね、たる形コイルばね、竹の子ばねなどの如くコイル径を変化させる構成や、線径を変化させる構成のものであってもよい。
【００１６】
さらにまた、振動子５の一側面に、不等ピッチコイルばね７を配置する構成としてもよい。この場合、複数の不等ピッチコイルばね７を並列に配置することがばねの非線形特性を加算して強調することができるという意味で好ましい。
【００１７】
前記両不等ピッチコイルばね７の上ケース２ａの内側面と対向する端部には外部リード１１の一端がそれぞれ電気的に接続されている。これらの外部リード１１の他端はケース本体２の外側に延出されており、図示しない電源制御装置の駆動ドライバと電気的に接続されている。また、両不等ピッチコイルばね７の振動子５と対向する端部には内部リード１２の一端がそれぞれ電気的に接続されており、これらの内部リード１２の他端は可動コイル４の電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１８】
前記下ケース２ｂの内部の底面には、永久磁石１３が配設されており、可動コイル４に通電する電流の方向を切り換えることで、可動コイル４とともに振動子５をガイドレール３に沿って往復動させることができるようになっている。
【００１９】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００２０】
本実施形態の振動装置１によれば、可動コイル４に対して所定のタイミングで電流の方向を切り換えながら通電することで、可動コイル４とともに振動子５をガイドレール３に沿って往復動させることができる。そして、可動コイル４および振動子５の運動エネルギを不等ピッチコイルばね７に蓄積することで大きな振動を容易に得ることができる。すなわち、可動コイル４に供給する電力の周波数にしたがって、振動子５の駆動周波数をかえることができる。よって、振動子５の駆動周波数を容易に制御することができる。
【００２１】
この時、振動子５および可動コイル４の運動エネルギ（荷重）を受けて不等ピッチコイルばね７がたわむと、ばね定数および固有振動数が変わるので、単一固有振動数でなく外力が作用しても共振を起こすことはない。
【００２２】
すなわち、通常のコイルばねの場合、ばね常数が一定のため、この様なコイルばねでは何か物体を支持した場合、必ず
ｆｎ＝（１／２π）×√（ｋ／ｍ）
で表される固有振動数をもっている。但し、ｆｎ：固有振動数（Ｈｚ）、ｍ：物体の質量、ｋ：ばね常数を示す。
【００２３】
このような、ばね常数一定の従来のコイルばねで物体を支持した場合、その固有振動数に近い振動数の外力が作用すると、共振状態となり、物体の変位（振幅）が非常に大きくなり、各部の破損その他いろいろな不具合を発生する。
【００２４】
これに対して、本実施形態の振動装置１においては、不等ピッチコイルばね７が非線形特性をもつため、ばね常数と質量とによって規定される固有振動数が変位（不等ピッチコイルばね７のたわみ：可動コイル４とともに往復動する振動子５の振幅）によって変化するので、外力が作用しても共振を起こすのを容易に防止することができる。
【００２５】
また、本実施形態の振動装置１によれば、可動コイル４とともに振動（往復動）する振動子５の駆動周波数を、固有振動数にて駆動しているとすると、時間経過にともなって振動子５の変位が増大するが、ある一定の変位となった場合、ばね特性が変化して、固有振動数が高い周波数へとシフトするので、結果として発生する変位を抑えることができる。その結果、振動子５および可動コイル４の振幅がコイル間が完全密着する限界範囲に到達するのを抑制することができる。
【００２６】
したがって、本実施形態の振動装置１によれば、外部に特別な制御手段を用いることなく振動子５の振幅の抑制ができる。
【００２７】
また、本実施形態の振動装置１によれば、変位によって固有振動数がシフトするので、非線形特性を変化させることによって、変位と固有周波数との関係を制御することができる。
【００２８】
さらに、本実施形態の振動装置１によれば、複数、本実施形態においては２つの不等ピッチコイルばね７を用いているので、２つの不等ピッチコイルばね７の特性を加算あるいは減算により結合することで、非線形特性を変化させることが容易かつ確実にできる。
【００２９】
一方の２つの不等ピッチコイルばね７の特性を加算して結合することで非線形特性を変化させる構成としては、２つの不等ピッチコイルばね７を振動子５の一側面に平行に並べる並列配置により実現することができる。そして、このような構成を採用した場合には、振動子５および可動コイル４の振幅が小さい場合であっても非線形性を強調して多段とすることができる。すなわち、振動子５および可動コイル４の振幅が小さい場合には、図２の荷重と変位との関係を示す線図に示すように、２つの不等ピッチコイルばね７のばね特性を加算してばね常数および固有振動数を３段階に変化させることができる。なお、図２中の２つの細い実線はそれぞれ不等ピッチコイルばね７の荷重と変位との関係を示し、図２中の太い実線は２つの不等ピッチコイルばね７を加算により結合した時の荷重と変位との関係を示す。
【００３０】
他方の２つの不等ピッチコイルばね７の特性を減算して結合することで非線形特性を変化させる構成としては、図１に示すように、２つの不等ピッチコイルばね７が振動子５の両側面に対向するように並べる直列配置により実現できる。そして、このような構成を採用すると、与圧を発生させることができるとともに、図３の荷重と変位との関係を示す線図に示すように、変位が大きくなるとばね常数が下がる特性を得ることができる。これにより、変位の増大にともなって固有振動数を下げる特性をもたせることができる。なお、図３中の２つの細い実線はそれぞれ不等ピッチコイルばね７の荷重と変位との関係を示し、図３中の太い実線は２つの不等ピッチコイルばね７を減算により結合した時の荷重と変位との関係を示す。
【００３１】
このように、本実施形態の振動装置１によれば、２つの不等ピッチコイルばね７の特性を加算あるいは減算により結合することにより、一定周波数の共振駆動の場合には特別な制御を行うことなく可動コイル４とともに往復動する振動子５の振幅の抑制ができ、可動コイル４とともに往復動する振動子５の振幅が一定の振幅を越えた場合には振動子５の駆動周波数を制御することで可動コイル４とともに往復動する振動子５の振幅を変化させることができる。
【００３２】
よって、本実施形態の振動装置１によれば、従来の振動子をばねで支持する構成の振動装置にはない特性を付与することができるので、高性能化を容易かつ確実に図ることができる。さらに、本実施形態の振動装置１は、構造が簡単なので、小型化を容易に図ることもできる。
【００３３】
なお、本発明の振動装置は、固有振動数の変化を任意に制御できるので、発生Ｇ値（重力加速度）が振動子の駆動周波数によって変化しない振動器を得ることもできる。
【００３４】
また、本発明の振動装置は、携帯電話器のバイブレータ、電気カミソリのリニア振動モータ、コンプレッサ用アクチュエータなどの多種多様の用途に用いることができる。
【００３５】
さらにまた、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る振動装置によれば、高性能化を容易に図ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動装置の実施形態の要部を示す断面図
【図２】２つの不等ピッチコイルばねを加算により結合した時の荷重と変位との関係の一例を示す線図
【図３】２つの不等ピッチコイルばねを減算により結合した時の荷重と変位との関係の一例を示す線図
【符号の説明】
１ 振動装置
２ ケース本体
３ ガイドレール
４ 可動コイル
５ 振動子
７ 不等ピッチコイルばね
１１ 外部リード
１２ 内部リード
１３ 永久磁石[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration device capable of obtaining vibration by reciprocating a vibrator together with a movable coil by energizing the movable coil.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a vibrator (inertial body) is supported by a spring, and a permanent magnet and a movable coil opposed to the permanent magnet are connected to the vibrator, and the movable coil is energized to vibrate together with the movable coil. A vibration device capable of obtaining vibration by reciprocating a child has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-178493
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, the performance of various devices has always been improved, and as one of the performances of various devices, the performance of vibration devices has also been required.
[0005]
The present invention has been made in view of this point, and has as its object to provide a high-performance vibration device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the features of the vibration device according to the present invention include a spring, a vibrator supported by the spring, a movable coil connected to the vibrator and reciprocated with the vibrator, and a movable coil. And a permanent magnet opposed to the movable coil, wherein the vibrator reciprocates with the movable coil by energizing the movable coil, wherein the spring is a non-linear spring. Here, an unequal-pitch coil spring can be used as the non-linear spring. Also, a plurality of non-linear springs can be used. And by adopting such a configuration, it is possible to easily achieve high performance.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments shown in the drawings.
[0008]
FIG. 1 is a sectional view showing a main part of an embodiment of a vibration device according to the present invention.
[0009]
As shown in FIG. 1, the vibration device 1 of the present embodiment has a case main body 2 formed by a pair of upper and lower cases 2a and 2b. At the center of the inside of the case main body 2 in the height direction shown in the upper and lower directions of FIG. 1, a flat guide rail 3 is horizontally disposed with its thickness direction directed to the height direction of the case main body 2. . Both end portions of the guide rail 3 are supported by the case body 2.
[0010]
The guide rail 3 is provided with a movable coil 4 formed in a rectangular tube shape as a traveling element. A vibrator (inertia body) 5 formed in a rectangular shape is connected to the upper surface of the movable coil 4. The movable coil 4 and the vibrator 5 may be connected by fitting, fixing, or the like, or the vibrator 5 may be integrally formed with the movable coil 4. Further, since the movable coil 4 is formed of a non-magnetic material such as a copper wire, the movable coil 4 is not attracted to a permanent magnet 13 described later. Therefore, a smooth operation can be obtained without strictly controlling the positional relationship between the movable coil 4 and the permanent magnet 13.
[0011]
On both left and right sides of the vibrator 5, vibrator-side spring receivers 6 are provided, respectively. One end of each of the unequal-pitch coil springs 7 as two non-linear springs is supported by each of the oscillator-side spring receivers 6. Further, the other end of each unequal-pitch coil spring 7 is supported by a case-side spring receiver 8 disposed on the inner surface of the upper case 2a.
[0012]
The vibrator 5 is slidable on a guide rod 9 shown by a two-dot chain line in FIG. 1 horizontally arranged inside the upper case 2a so as to communicate the centers of the two unequal pitch coil springs 7 with each other. It is good also as a structure attached to. Further, as shown by a long broken line in FIG. 1, a pair of guide plates 10 (only one is shown) for restricting the movement of the vibrator 5 in the rotation direction is preferably provided on the bottom surface inside the upper case 2a.
[0013]
The unequal pitch coil spring 7 of the present embodiment is a two-stage pitch spring having two types of small and large pitches. The end face of the unequal-pitch coil spring 7 on the small pitch side is supported by the vibrator-side spring receiver 6 so as to face the vibrator 5, and the end face on the large pitch side is in contact with the inner surface of the upper case 2 a. It is supported by the case-side spring receiver 8 so as to face the same.
[0014]
The unequal-pitch coil spring 7 may have a configuration in which the pitch is gradually increased from small to large without changing the coil diameter, or a configuration in which three or more different spring constants are combined as required, such as a design concept. Can be selected from various configurations.
[0015]
Further, the non-linear spring is not limited to the unequal-pitch coil spring 7, but may have a configuration in which the spring characteristic has a non-linear characteristic, for example, a double or triple coil spring such as a double coil spring having different heights. Or a configuration in which the coil diameter is changed, such as a conical coil spring, a conical coil spring, a barrel coil spring, a bamboo shoot spring, or a configuration in which the wire diameter is changed.
[0016]
Furthermore, a configuration may be employed in which the unequal-pitch coil spring 7 is disposed on one side surface of the vibrator 5. In this case, it is preferable to arrange a plurality of unequal-pitch coil springs 7 in parallel from the viewpoint that the nonlinear characteristics of the springs can be added and emphasized.
[0017]
One end of an external lead 11 is electrically connected to an end of the unequal-pitch coil spring 7 which faces the inner surface of the upper case 2a. The other ends of these external leads 11 extend outside the case body 2 and are electrically connected to a drive driver of a power supply control device (not shown). One end of each of the internal leads 12 is electrically connected to an end of each of the unequal pitch coil springs 7 facing the vibrator 5. The other ends of these internal leads 12 are connected to the electrodes of the movable coil 4. Each is electrically connected.
[0018]
A permanent magnet 13 is provided on the bottom surface inside the lower case 2b. By switching the direction of the current flowing through the movable coil 4, the vibrator 5 reciprocates along with the movable coil 4 along the guide rail 3. It can be moved.
[0019]
Next, the operation of the present embodiment having the above-described configuration will be described.
[0020]
According to the vibration device 1 of the present embodiment, by energizing the movable coil 4 while switching the direction of current at a predetermined timing, the vibrator 5 reciprocates along the guide rail 3 together with the movable coil 4. Can be. By storing the kinetic energy of the movable coil 4 and the vibrator 5 in the unequal-pitch coil spring 7, a large vibration can be easily obtained. That is, the driving frequency of the vibrator 5 can be changed according to the frequency of the power supplied to the movable coil 4. Therefore, the driving frequency of the vibrator 5 can be easily controlled.
[0021]
At this time, if the unequal-pitch coil spring 7 bends under the kinetic energy (load) of the vibrator 5 and the movable coil 4, the spring constant and the natural frequency change, so that an external force acts instead of a single natural frequency. However, no resonance occurs.
[0022]
That is, in the case of a normal coil spring, since the spring constant is constant, if any object is supported by such a coil spring, fn = (1 / 2π) × √ (k / m)
Has a natural frequency represented by Here, fn: natural frequency (Hz), m: mass of the object, k: spring constant.
[0023]
When an object is supported by such a conventional coil spring having a constant spring constant, when an external force having a frequency close to the natural frequency is applied, a resonance state occurs, and the displacement (amplitude) of the object becomes extremely large. Damage and various other problems.
[0024]
On the other hand, in the vibration device 1 of the present embodiment, since the unequal-pitch coil spring 7 has a non-linear characteristic, the natural frequency defined by the spring constant and the mass is displaced (for the unequal-pitch coil spring 7). (The deflection: the amplitude of the vibrator 5 reciprocating with the movable coil 4), so that resonance can be easily prevented even when an external force acts.
[0025]
Further, according to the vibration device 1 of the present embodiment, if the driving frequency of the vibrator 5 that vibrates (reciprocates) together with the movable coil 4 is driven at the natural frequency, the vibrator 5 moves with time. Although the displacement of No. 5 increases, when a certain displacement is obtained, the spring characteristic changes and the natural frequency shifts to a higher frequency, so that the resulting displacement can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the amplitude of the vibrator 5 and the movable coil 4 from reaching the limit range where the coils are completely in close contact with each other.
[0026]
Therefore, according to the vibration device 1 of the present embodiment, the amplitude of the vibrator 5 can be suppressed without using any special external control means.
[0027]
Further, according to the vibration device 1 of the present embodiment, the natural frequency is shifted by the displacement, so that the relationship between the displacement and the natural frequency can be controlled by changing the nonlinear characteristic.
[0028]
Furthermore, according to the vibration device 1 of the present embodiment, since a plurality of, in this embodiment, two unequal pitch coil springs 7 are used, the characteristics of the two unequal pitch coil springs 7 are combined by addition or subtraction. By doing so, it is possible to easily and reliably change the nonlinear characteristic.
[0029]
A configuration in which the non-linear characteristics are changed by adding and combining the characteristics of one of the two unequal-pitch coil springs 7 is a parallel arrangement in which the two unequal-pitch coil springs 7 are arranged parallel to one side of the vibrator 5. Can be realized. When such a configuration is employed, even when the amplitudes of the vibrator 5 and the movable coil 4 are small, nonlinearity can be emphasized and the number of stages can be increased. That is, when the amplitudes of the vibrator 5 and the movable coil 4 are small, the spring characteristics of the two unequal-pitch coil springs 7 are added as shown in the diagram showing the relationship between the load and the displacement in FIG. The spring constant and the natural frequency can be changed in three stages. The two thin solid lines in FIG. 2 show the relationship between the load and the displacement of the unequal pitch coil spring 7, respectively, and the thick solid line in FIG. 2 shows the result when the two unequal pitch coil springs 7 are combined by addition. 3 shows the relationship between load and displacement.
[0030]
As shown in FIG. 1, two non-uniform pitch coil springs 7 are arranged on both sides of the vibrator 5 to change the nonlinear characteristic by subtracting and combining the characteristics of the other two non-uniform pitch coil springs 7. This can be realized by a serial arrangement in which the surfaces are arranged so as to face each other. By employing such a configuration, it is possible to generate a preload, and to obtain a characteristic in which the spring constant decreases as the displacement increases, as shown in the graph of FIG. 3 showing the relationship between the load and the displacement. Can be. As a result, a characteristic of lowering the natural frequency as the displacement increases can be provided. The two thin solid lines in FIG. 3 show the relationship between the load and the displacement of the unequal pitch coil spring 7, respectively, and the thick solid line in FIG. 3 shows the result when the two unequal pitch coil springs 7 are combined by subtraction. 3 shows the relationship between load and displacement.
[0031]
As described above, according to the vibration device 1 of the present embodiment, by combining the characteristics of the two unequal-pitch coil springs 7 by addition or subtraction, special control is performed in the case of resonance driving at a constant frequency. It is possible to suppress the amplitude of the vibrator 5 reciprocating with the movable coil 4 and control the driving frequency of the vibrator 5 when the amplitude of the vibrator 5 reciprocating with the movable coil 4 exceeds a certain amplitude. Thus, the amplitude of the vibrator 5 reciprocating with the movable coil 4 can be changed.
[0032]
Therefore, according to the vibration device 1 of the present embodiment, characteristics that are not provided in a vibration device having a configuration in which a conventional vibrator is supported by a spring can be imparted, and high performance can be easily and reliably achieved. . Furthermore, since the vibration device 1 of the present embodiment has a simple structure, the size can be easily reduced.
[0033]
Since the vibration device of the present invention can arbitrarily control the change of the natural frequency, it is also possible to obtain a vibrator whose generated G value (gravitational acceleration) does not change depending on the driving frequency of the vibrator.
[0034]
Further, the vibration device of the present invention can be used for a wide variety of applications such as a vibrator for a mobile phone, a linear vibration motor for an electric razor, and an actuator for a compressor.
[0035]
Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as needed.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the vibration device of the present invention, extremely excellent effects such as high performance can be easily achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of an embodiment of a vibration device according to the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a relationship between a load and a displacement when two unequal-pitch coil springs are combined by addition. FIG. 3 is a diagram showing an example of a relationship between a load and a displacement when two unequal-pitch coil springs are combined by subtraction.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration device 2 Case main body 3 Guide rail 4 Moving coil 5 Vibrator 7 Irregular pitch coil spring 11 External lead 12 Internal lead 13 Permanent magnet
