JP2003088806A

JP2003088806A - 振動発生器

Info

Publication number: JP2003088806A
Application number: JP2001285613A
Authority: JP
Inventors: Shin Odajima; 慎小田島; Shinichi Goto; 伸一後藤; Shotaro Takeuchi; 正太郎竹内
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2003-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】限られた振動スペース内で振動を効率よく発
生することができる振動発生器を提供する。【解決手段】本発明に係る振動発生器１は、マグネッ
ト４、ヨーク３、ポールピース５を含む磁気回路６及び
この磁気回路６の外周に固定された重り８を有する振動
体１１と、振動体１１が有する磁気回路６のヨーク３と
ポールピース５とで囲まれた磁極空隙Ｇに固定配置され
た駆動コイル７と、振動体１１と駆動コイル７とを収容
する筐体２と、この筐体２内で振動体１１を往復直線振
動可能に支持するスプリング９と、を備える振動発生器
であって、振動体１１の振動方向の厚さは、この振動体
１１が振動する筐体２内の振動スペースの振動方向の長
さの３５〜６５％であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話機等に利
用され、電圧の印加によって振動を発生させるための振
動発生器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術として、円
筒型直流モータの回転シャフトの先端に偏心重りを固定
させてなる振動発生器がある。この振動発生器は直流電
圧の印加により振動を発生させることができるので、機
構が単純でしかも使い勝手が良い。しかし、この振動発
生器は、ブラシ等が摩耗することにより寿命が比較的短
いという問題がある。

【０００３】そこで、例えば、特開昭６１−１３９００
号公報には、長寿命を可能とする振動発生器が開示され
ている。この公報に記載された振動発生器は、筐体内で
バネによって吊されたヨークと、このヨークに固定した
マグネットと、このマグネットに固定したポールピース
とからなる磁気回路部に設けられた磁極空隙内に駆動コ
イルを挿入させ、駆動コイルに外部から交流電圧を印加
して、磁気回路部（振動体）を往復直線振動させてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、携帯電話機等の
小型化に伴い、かかる振動発生器に対して一層の小型化
が要求されている。一方で、得られる振動の大きさは、
大きなまま維持されることが求められる。しかしなが
ら、前述した公報記載の振動発生器では、振動体は、筐
体内の振動スペースに見合った十分な振動を発生するこ
とができなかったため、振動発生器の小型化と大きな振
動の維持との両立には限界があった。

【０００５】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたもので、限られた振動スペース内で振動を効率よ
く発生することができる振動発生器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】本発明に係る振動発生器
は、マグネット、ヨーク、ポールピースを含む磁気回路
及びこの磁気回路の外周に固定された重りを有する振動
体と、振動体が有する磁気回路のヨークとポールピース
とで囲まれた磁極空隙に固定配置されたコイルと、振動
体とコイルとを収容する筐体と、この筐体内で振動体を
往復直線振動可能に支持するスプリングと、を備える振
動発生器であって、振動体の振動方向の厚さは、この振
動体が振動する筐体内の振動スペースの振動方向の長さ
の３５〜６５％であることを特徴とする。

【０００７】この振動発生器においては、筐体内におい
て振動体が振動する。このとき、振動体の振動方向の厚
さが、振動スペースの振動方向の長さの３５％から６５
％であるため、限られた振動スペース内において、極め
て効率よく振動を発生させることが可能である。

【０００８】また、ポールピースから離間させるように
対峙させて筐体に固定されると共に、ポールピースが接
近した際にマグネットの磁界を検出する電磁変換素子
と、電磁変換素子に対するポールピースの接近／離間に
基づいて、コイルへの直流電圧の印加をオン／オフさ
せ、振動体の往復直線振動を維持させる制御部とを更に
備えることが好ましい。この場合、電磁変換素子と制御
部との協働により、交流電圧ではなく直流電圧を印加し
た場合において、安定した振動を得ることができる。す
なわち、磁気回路を含む振動体を電磁変換素子へ引き寄
せる方向に力を発生させるように直流電圧がコイルに印
加（オン状態）される場合、電磁変換素子にポールピー
スが接近することに基づく電磁変換素子からの電気信号
によって、コイルへの印加を制御部でオフさせる。この
オフ状態において、振動体は、電磁変換素子から離間す
る方向にバネ力によって移動を開始するが、このとき、
電磁変換素子からポールピースが離間することに基づく
電磁変換素子からの電気信号によって、制御部でコイル
に直流電圧が再度印加（オン状態）され、バネ力に抗し
て、振動体が電磁変換素子の方へ引き寄せされることに
なる。このように、振動体の運動方向に同期して、コイ
ルをオン／オフ制御させるので、振動体の構成要素であ
る磁気回路と重りとで作り出される固有振動数にバラツ
キがあったとしても、振動は、その固有振動数に追従す
ることになり、簡便な直流電圧の印加でも常に安定した
振動が得られることになる。なお、振動体を電磁変換素
子から引き離すような力を発生させる直流電圧がコイル
に印加（オン状態）される場合には、オン／オフ状態が
前述とは逆になることはいうまでもない。

【０００９】また、筐体の材質が樹脂であり、スプリン
グは金属部材を介して筐体に固定されていることが好ま
しい。この場合、振動体の振動によって生じるスプリン
グの緩みを抑制することができる。さらに、筐体とスプ
リングとの固定部における、筐体内の温度上昇に伴って
増大する振動吸収を抑制することができる。

【００１０】また、電力を供給するためのバネ端子と、
筐体に設けられ、バネ端子を収容する収容部とを更に備
え、収容部に収容されたバネ端子の接触端子部は、筐体
の底面を含んだ接触基準面から突出しており、筐体の底
面に実装基板が押し当てられたとき、接触基準面に向か
って変位されることが好ましい。この場合、バネ端子に
より、制御部と実装基板との安定した導通を得ることが
できる上、収納部により、実装基板に実装させたときの
振動発生器の省スペース化を図ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係る振動発生器の好適な実施の形態について詳細に説
明する。

【００１２】図１は、本発明の実施形態に係る振動発生
器１の構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の振
動発生器１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図１
及び図２に示すように、振動発生器１は、携帯電話等の
小型の通信機器に組み込まれて利用されるものであり、
着信時に電話機本体を振動させるためのものである。

【００１３】この振動発生器１は、樹脂製の筐体２を備
えている。筐体２の典型的な寸法は、例えば、縦１１．
５ｍｍ×横１３．４ｍｍ×高さ４．０ｍｍである。この
筐体２は、平板状の蓋部筐体２Ａと方形容器状の収容部
筐体２Ｂとにより構成されている。収容部筐体２Ｂに
は、磁気回路部６が収容されており、収容部筐体２Ｂの
開口が蓋部筐体２Ａによって閉蓋されている。磁気回路
部６は、カップ状のヨーク３と、このヨーク３内に固定
した円柱状のマグネット４と、このマグネット４の頂部
に固定させた円板状のポールピース５とで構成されてい
る。したがって、筐体２内においては、ヨーク３を通じ
た磁束がマグネット４から常時供給され続けている。

【００１４】また、ヨーク３に設けられた円筒状の外周
壁３ａと円板状のポールピース５との間に形成される環
状な磁極空隙Ｇには、円筒状に巻かれた駆動コイル７の
遊端側が挿入されている。この駆動コイル７の基端側
は、蓋部筐体２Ａに固定されている。更に、磁気回路部
６の外周には、例えば、タングステン合金からなるリン
グ状の重り８が固定されている。この重り８は、磁気回
路部６と別個の部品であるため、その材質選択によって
所望の固有振動数を得やすくし、製品毎の質量の微調整
をも容易にしている。そして、磁気回路部６の外周に重
り８を固定させているので、安定した振動を得ることが
できる。

【００１５】更に、磁気回路部６と重り８との一体的且
つスムーズな往復直線運動を可能にするために、これら
部品は、筐体２内で渦巻状の複数の板バネ９によって吊
るされている。具体的には、これらの板バネ９は、振動
方向に対して直交する方向に延在し、その一端９ａは重
り８にカシメにより固定され、その他端９ｂは筐体２の
内壁面に金属製ポスト１０で固定されている。そのた
め、磁気回路部６と重り８とは板バネ９を介して筐体２
内で支持されることになり、この板バネ９と筐体２とが
金属部材である金属製ポスト１０を介して固定される。

【００１６】このように、板バネ９と筐体２とを金属製
ポスト１０によって確実に固定することにより、磁気回
路部６と重り８とが振動することによって生じる板バネ
９の緩みを抑制することができる。また、樹脂に比べて
高い耐熱性を有する金属製ポスト１０によって、板バネ
９と筐体２とが固定されているため、その固定された部
分における、筐体２の温度上昇に伴う振動吸収の増大を
抑制することができる。以下、説明の便宜上、磁気回路
部６と重り８とを併せて振動体１１と称する。ここで、
振動体１１は、図３に示すように、板バネ９で両持ち支
持しても良い。この場合、板バネ９の一端９ｂは、筐体
２の内壁面に金属製ポスト１０で固定されており、板バ
ネ９の他端９ａは、振動体１１にかしめ固定されてい
る。また、板バネ９は筐体２の厚さ方向の略中間位置で
振動体１１を支持している。

【００１７】蓋部筐体２Ａには、ホール素子と呼ばれて
いる電磁変換素子１２が固定されている。この電磁変換
素子１２は、ポールピース５から離間させるように対峙
されている。そして、この電磁変換素子１２は、ポール
ピース５が接近した際にマグネット４の磁界を検出して
出力信号を発生させる。更に、筐体２内には、電磁変換
素子１２の出力信号に基づいて、駆動コイル７への直流
電圧の印加をオン又はオフさせる制御部（図２等の１
３）が設けらている。なお、この制御部１３は、筐体２
から導出させる接続コード（図示せず）によって、直流
の電源（例えば充電池）に接続される。

【００１８】この振動発生器１は、交流電圧を利用する
のではなく、簡便な直流電圧を利用することを意図し、
電磁変換素子１２と制御部１３との協働によって、直流
電圧の印加でも安定した振動が得られるようにしたもの
である。

【００１９】ここで、図３に示す構造の振動発生器１Ａ
において、振動体１１が電磁変換素子１２へ引き寄せら
れる方向に力を発生させる場合について、図４を参照し
つつ説明する。なお、図４は、振動体１１の振動状態を
示した図である。

【００２０】接続コード及び制御部１３を介して駆動コ
イル７に所定の直流電圧が印加されると、電磁変換素子
１２に対してポールピース５が板バネ９のバネ力に抗し
て接近する（図４の一点鎖線参照）。そして、電磁変換
素子１２からの出力電圧に基づいて、制御部１３で駆動
コイル７への直流電圧の印加をオフさせる。このオフ状
態のとき、板バネ９のバネ力によって、振動体１１は、
電磁変換素子１２から離間する方向に移動する（図４の
二点鎖線参照）。この移動が開始されると、電磁変換素
子１２に対するポールピース５の離間に伴う、電磁変換
素子１２からの出力電圧が変化する。そして、この電圧
変化に基づき、制御部１３によって駆動コイル７に直流
電圧が印加（オン状態）され、振動体１１が電磁変換素
子１２の方へ再度引き寄せられることになる。よって、
電磁変換素子１２からの出力信号に基づき、駆動コイル
７のオン／オフ制御を繰り返すことで、振動体１１が筐
体２内で往復直線振動し、それに伴って、筐体２自体が
振動することになる。

【００２１】このように、振動体１１の構成要素である
磁気回路部６及び重り８の運動方向に同期して、駆動コ
イル７をオン／オフ制御させることができるので、磁気
回路部６と重り８とで作り出される固有振動数にバラツ
キがあったとしても、自励振動は、その固有振動数に追
従することになり、簡便な直流電流の印加でも常に安定
した振動を得ることになる。

【００２２】なお、前述の説明とは逆に、磁気回路部６
を電磁変換素子１２から引き離すような力を発生させる
直流電圧が駆動コイル７に印加（オン状態）される場合
には、制御部１３によるオン／オフ制御が前述の説明と
は逆になることはいうまでもない。

【００２３】本実施形態に係る振動発生器１では、振動
体１１の振動方向の厚さが、筐体２内の振動スペースの
振動方向の長さの３５〜６５％であることが極めて特徴
的である。ここで、「振動スペース」とは、振動体１１
が筐体２内において最大振幅で振動し得る空間を指す。
よって、図３に示した振動発生器１Ａにおいては、振動
スペースと筐体２の内部空間とは一致する。しかしなが
ら、図５に示すように、筐体２内に収容された電子素子
等の部材Ｄとの干渉を避けるため、振動体１１が筐体２
内で厚さ方向の中間位置に支持されていないような場合
には、振動スペースと筐体２の内部空間とは一致しな
い。この場合は、振動体１１が最大振幅で振動しうる筐
体２の内部空間の一部が振動スペースとされる。

【００２４】ここで、本実施形態に係る振動発生器１の
上記特徴的構成は、以下の知見に基づくものである。す
なわち、振動体１１の質量をｍ、単振動の振幅をｒ、単
振動の各速度をωとすると、振動の大きさ（Ｆ）は、下
記式：Ｆ＝ｍｒω²…（１）で表すことができる。一方、図３に示すように、振動ス
ペースの振動方向の長さをｈ、振動体１１の厚さをａと
すると、振動体１１が筐体２の内壁面に衝突しないため
には、下記式：ｒ＝（ｈ−ａ）／２…（２）の制限を受ける必要がある。また、振動体１１の平均密
度をρ、振動方向と直交する振動体１１の断面の面積を
Ｓとすると、下記式：ｍ＝Ｓａρ…（３）の関係が得られる。

【００２５】以上に挙げた（１）式、（２）式、（３）
式より、下記式：Ｆ＝Ｓρω²（ａｈ−ａ²）／２…（４）が求められる。（４）式に示すように、振動Ｆは、振動
体１１の厚さａについての２次関数であり、ａ＝ｈ／２
のときＦの値が最大となる。発明者は、かかる（４）式
に基づいて、実用化に耐えうる大きさの振動Ｆを得るた
めには、振動体１１の厚さａが振動スペースの長さｈの
３５〜６５％であることが必要であることを見出した。
ここで、振動体１１の厚さａは、振動スペースの長さｈ
の４０〜６０％であるとより好ましく、５０％であると
最適である。

【００２６】携帯電話機等に利用される振動発生器で
は、振動スペースの大きさが決定された後、振動体１１
の厚さなどの各種設計がなされる。よって、振動スペー
スの振動方向の長さｈが与えられたとき、振動体１１の
厚さａを長さｈの３５〜６５％とすることで、限られた
スペースで効率よく振動を発生させることができる。例
えば、かかる振動発生器１Ａにおいて、振動スペースの
振動方向の長さｈが３．２ｍｍとして決められたとき、
振動体１１の振動方向の厚さａを１．４ｍｍとすると、
振動体１１の厚さａが、振動スペースの長さｈの略４４
％となる。この場合は、上記したように、限られた振動
スペース内で実用に耐えうる大きさの振動を効率よく発
生させることができる。

【００２７】ここで、本実施形態に係る振動発生器１で
は、図６に示すように、制御部１３への電力供給用など
のランド部２０を２個ずつ、上述した接続ケーブルの代
わりとして設けてもよい。このランド部２０は、蓋部筐
体２Ａの側面から上面に回り込むように設けられる。そ
れにより、振動発生器１を面実装させることができる。
また、このとき、図７に示すように、振動発生器１の収
容部筐体２Ｂの対向する１対の側面のうち、蓋部筐体２
Ａのランド部２０に対応する部分に切り欠き部２１を設
けてもよい。このようにすれば、リフロー実装時におい
て、切り欠き部２１に嵌合されたランド部２０の端面に
おける半田付け状態を容易に確認することが可能とな
る。

【００２８】また、本実施形態に係る振動発生器１で
は、図８及び図９に示すように、収容部筐体２Ｂの底面
端部に直方体形状の凹部である収容部２２を設けると共
に、収容部２２に一部収容されるように、制御部１３と
電気的に接続されたバネ端子２３を、上述した接続ケー
ブルの代わりとして設けてもよい。なお、バネ端子２３
は、筐体２の厚さ方向に略沿う方向に弾性変形可能であ
るように、収容部２２内においてバネ端子２３は屈曲さ
れている。また、このバネ端子２３の一端２３ａは、蓋
部筐体２Ａの端部下面に半田付け接続されている。さら
に、バネ端子２３の他端側に設けられた楕円突起状の接
触端子部２３ｂは、収容部筐体２Ｂの底面を含んだ接触
基準面２４から筐体２の外方に突出している。また、収
容部筐体２Ｂの底面端部に設けられた収容部２２は、振
動体１１の振動スペースの側方に設けられており、その
ため、収容部２２によって振動スペースが短縮されるこ
とはない。そして、図１０に示すように、振動発生器１
の実装時、すなわち、収容部筐体２Ｂの底面がクッショ
ン材２５を介して実装基板に押し当てられたとき、バネ
端子２３は収容部２２内部にさらに収容され、接触端子
部２３ｂは接触基準面２４に接近するように変位する。

【００２９】このように、振動発生器１の実装時に、こ
のバネ端子２３の接触端子部２３ｂを実装基板（図示せ
ず）側の接続端子部に押しつけることにより、バネ端子
２３の押しつけ力量が安定化され、振動発生器１と実装
基板との安定した導通を図ることができると共に、振動
発生器１の実装が容易となる。また、振動発生器１の実
装時における厚さ方向の寸法拡大を抑えることができ、
省スペース化が図られることとなる。

【００３０】本発明の振動発生器１は、前述した実施形
態に限定されるものではない。例えば、重り８と筐体２
の内壁面との間において、振動方向に延在する一個又は
複数個の螺旋バネを配置させてもよい。また、金属部材
は、金属製ポストに限らず、金属製ネジ、リベット等で
もよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る振動発生器は、マグネッ
ト、ヨーク、ポールピースを含む磁気回路及びこの磁気
回路の外周に固定された重りを有する振動体と、振動体
が有する磁気回路のヨークとポールピースとで囲まれた
磁極空隙に固定配置されたコイルと、振動体とコイルと
を収容する筐体と、この筐体内で振動体を往復直線振動
可能に支持するスプリングと、を備える振動発生器であ
って、振動体の振動方向の厚さは、この振動体が振動す
る筐体内の振動スペースの振動方向の長さの３５〜６５
％であることを特徴とするため、限られた振動スペース
内において、極めて効率よく振動を発生させることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る振動発生器の構成を示
した分解斜視図である。

【図２】図１に示す振動発生器のＩＩ−ＩＩ線断面図で
ある。

【図３】振動体を板バネにより両持ち支持した構造の振
動発生器の断面図である。

【図４】図３に示す振動発生器の振動体の振動状態を示
した図である。

【図５】図３に示す振動発生器の一変形例を示す図であ
る。

【図６】本発明の実施形態に係る振動発生器の電源供給
用の端子の一例を示した図である。

【図７】図６に示す蓋部筐体を収容部筐体に嵌合させた
状態を示した図である。

【図８】本発明の実施形態に係る振動発生器の電源供給
用の端子の他の例を示した図である。

【図９】図８に示す振動発生器の収容部筐体の底面図で
ある。

【図１０】図８に示す振動発生器の実装時の状態を示し
た図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ…振動発生器、２…筐体、３…ヨーク、
４…マグネット、５…ポールピース、６…磁気回路部
（磁気回路）、７…駆動コイル（コイル）、８…重り、
９…板バネ（スプリング）、１０…金属製ポスト（金属
部材）、１１…振動体、１２…電磁変換素子、１３…制
御部、２０…ランド部、２１…切り欠き部、２２…収容
部、２３…バネ端子、２３ａ…接触端子部、２４…接触
基準面、Ｇ…磁極空隙。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内正太郎東京都板橋区志村２丁目18番10号日本電産コパル株式会社内Ｆターム(参考） 5D107 AA03 BB08 CC08 CC10 CD01 FF08 5H605 AA08 BB05 CC01 CC03 CC06 CC07 CC10 DD09 EC07 EC08 EC20 GG04 GG11 5H633 BB02 GG03 GG06 GG09 GG18 HH02 JA02 JB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネット、ヨーク、ポールピースを含
む磁気回路及びこの磁気回路の外周に固定された重りを
有する振動体と、前記振動体が有する前記磁気回路のヨ
ークとポールピースとで囲まれた磁極空隙に固定配置さ
れたコイルと、前記振動体と前記コイルとを収容する筐
体と、この筐体内で前記振動体を往復直線振動可能に支
持するスプリングと、を備える振動発生器であって、前記振動体の振動方向の厚さは、この振動体が振動する
前記筐体内の振動スペースの振動方向の長さの３５〜６
５％であることを特徴とする振動発生器。
【請求項２】前記ポールピースから離間させるように
対峙させて前記筐体に固定されると共に、前記ポールピ
ースが接近した際に前記マグネットの磁界を検出する電
磁変換素子と、前記電磁変換素子に対する前記ポールピースの接近／離
間に基づいて、前記コイルへの直流電圧の印加をオン／
オフさせ、前記振動体の往復直線振動を維持させる制御
部とを更に備えることを特徴とする請求項１記載の振動
発生器。
【請求項３】前記筐体の材質が樹脂であり、前記スプ
リングは金属部材を介して前記筐体に固定されているこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の振動発生器。
【請求項４】電力を供給するためのバネ端子と、前記
筐体に設けられ、前記バネ端子を収容する収容部とを更
に備え、前記収容部に収容された前記バネ端子の接触端子部は、
前記筐体の底面を含んだ接触基準面から突出しており、
前記筐体の前記底面に実装基板が押し当てられたとき、
前記接触基準面に向かって変位されることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動発生器。