JP2005278226A

JP2005278226A - 振動装置兼発電装置及びこれを用いた携帯電話

Info

Publication number: JP2005278226A
Application number: JP2004083605A
Authority: JP
Inventors: Teruo Mori; 輝夫森; Toshiro Usui; 敏郎碓井
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】小型、且つ、簡易な構造でありながら、単一の装置で複数の機能を実現することができる振動装置兼発電装置及びこれを用いた携帯電話を提供する。
【解決手段】振動装置兼発電装置１０を、超磁歪部材３０を備え、一端がフェライト１２に固定された略棒状の超磁歪ロッド１４と、この超磁歪ロッド１４の周囲に配設されたコイル１６と、このコイル１６に駆動信号を供給し、超磁歪ロッド１４を軸方向に振動させるための駆動部１８と、超磁歪ロッド１４の変形に基づくコイル１６の誘起電力を蓄えるための蓄電部２０と、を有して構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁歪部材を備えた振動装置兼発電装置及びこれを用いた携帯電話に関する。

近年、携帯電話の分野においては多機能化が進められており、通話機能の他に、発電機能等を備えた携帯電話が種々提案されている。

例えば、図８及び図９に示される携帯電話１は、両端が閉塞された筒状の容器２の両端側に圧電セラミックス板３が配置された圧電発電器４と、この圧電発電器４で発生した電圧を整流するための整流回路５と、発生した電力を蓄えるための充電池６と、を有して構成された圧電発電装置７を備えている（特許文献１参照）。

この圧電発電装置７は、パイプ８内に収容された鋼球９で圧電セラミックス３を殴打することによって、機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、発電を行うようにしたものである。

特開２００１−１８６６７８号公報

しかしながら、この従来公知の携帯電話１に適用された圧電発電装置７は、大きな設置スペースを必要とする上に、使用頻度の低い発電機能にのみに使用されるものであるため、携帯電話のような小型化や軽量化が要求される機器には必ずしも最適なものとは言えなかった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、小型、且つ、簡易な構造でありながら、単一の装置で複数の機能を実現することができる振動装置兼発電装置及びこれを用いた携帯電話を提供することを目的とする。

本発明の発明者は、鋭意研究の結果、小型、且つ、簡易な構造でありながら、単一の装置で複数の機能を実現することができる振動装置兼発電装置及びこれを用いた携帯電話を見出した。

即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。

（１）磁歪部材を備え、一端が質量部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの周囲に配設されたコイルと、該コイルに駆動信号を供給し、前記磁歪ロッドを軸方向に振動させるための駆動部と、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記コイルの誘起電力を蓄えるための蓄電部と、を有してなることを特徴とする振動装置兼発電装置。

（２）前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記（１）記載の振動装置兼発電装置。

（３）磁歪部材を備え、一端が質量部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの周囲に配設されたコイルと、該コイルに駆動信号を供給し、前記磁歪ロッドを軸方向に振動させるための駆動部と、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記コイルの誘起電力を蓄えるための蓄電部と、を有してなる振動装置兼発電装置を備えたことを特徴とする携帯電話。

（４）前記磁歪ロッド及びコイルはアンテナの端部近傍に収容され、前記振動装置兼発電装置は、前記アンテナを介して前記磁歪ロッドの振動を外部に伝達可能、且つ、前記アンテナを介して前記磁歪ロッドに外部応力を印加可能に構成されていることを特徴とする前記（３）記載の携帯電話。

（５）前記振動装置兼発電装置は、前記磁歪ロッドの振動を骨伝導によって伝達可能な骨伝導スピーカとされていることを特徴とする前記（３）又は（４）記載の携帯電話。

（６）前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記（３）乃至（５）のいずれかに記載の携帯電話。

本発明に係る振動装置兼発電装置及びこれを用いた携帯電話によれば、小型、且つ、簡易な構造でありながら、単一の装置で複数の機能を実現することができるという優れた効果を有する。

本発明に係る振動装置兼発電装置は、磁歪部材を備え、一端が質量部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの周囲に配設されたコイルと、該コイルに駆動信号を供給し、前記磁歪ロッドを軸方向に振動させるための駆動部と、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記コイルの誘起電力を蓄えるための蓄電部と、を有して構成したことによって、上記課題を解決したものである。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る振動装置兼発電装置について説明する。

図１に示されるように、本発明の実施形態に係る振動装置兼発電装置１０は、一端がフェライト（質量部材）１２に固定された略棒状の超磁歪ロッド１４と、この超磁歪ロッド１４の周囲に配設されたコイル１６と、このコイル１６に駆動信号を供給し、超磁歪ロッド１４を軸方向に振動させるための駆動部１８と、超磁歪ロッド１４の変形に基づくコイル１６の誘起電力を蓄えるための蓄電部２０と、を有して構成されている。

なお、振動装置兼発電装置１０の超磁歪ロッド１４及びコイル１６は、この例では、携帯電話（図示略）のアンテナ２２の端部近傍に配置されており、アンテナロッド２４の上端に固定された有底筒状体のキャップベース２６Ａと、このキャップベース２６Ａの上部にゴム２８を介して揺動可能に取り付けられた略柱状のアンテナ先端部２６Ｂによって構成されたアンテナキャップ２６内に収容されている。

超磁歪ロッド１４は、略棒状の超磁歪部材３０と、この超磁歪部材３０の軸方向両端に配設された略円板状の２つの磁石３２によって構成されている。又、超磁歪ロッド１４の上端はアンテナ先端部２６Ｂに接触可能に配置されており、振動装置兼発電装置１０は、このアンテナ先端部２６Ｂを介して超磁歪ロッド１４の振動を外部に伝達可能、且つ、アンテナ先端部２６Ｂを介して超磁歪ロッド１４に外部応力を印加可能に構成されている。

超磁歪部材３０は、超磁歪素子を材料としている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素および／または特定の遷移金属などを主成分（例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など）とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいう。この磁歪素子は、外部から磁界が印加されると大きな変位を生じ（ジュール効果）、又、外部から応力を受けて変形すると大きな透磁率又は残留磁化量の変化を生じる性質（ビラリ効果）を有している。

コイル１６は、リード線３４を介して駆動部１８及び蓄電部２０にそれぞれ接続可能とされていると共に、駆動部１８及び蓄電部２０との接続は、図示しない切換スイッチによって切換可能な構造となっている。なお、蓄電部２０には、例えば、充電池やコンデンサ等を適用することができる。

次に、振動装置兼発電装置１０の作用について説明する。

駆動部１８とコイル１６を接続し、駆動部１８からコイル１６に音声信号等の駆動信号を入力すると、この駆動信号に応じて超磁歪ロッド１４に軸方向の磁界が印加される。その結果、磁界が印加された超磁歪ロッド１４は、磁歪効果によって軸方向に振動（伸縮）する。

図２に、コイル１６の駆動電流と超磁歪ロッド１４の変位量との関係を示す。なお、本データの採取においては、軸径２ｍｍ、軸長１３ｍｍの超磁歪部材３０、及び外径３ｍｍ、厚さ１ｍｍの２つの磁石３２からなる超磁歪ロッド１４と、線種０．１２ｍｍのＵＥＷ、軸長１３ｍｍ、巻数４００ターンのコイル１６を用いた。

このように、振動装置兼発電装置１０は、コイル１６に供給する駆動信号を駆動部１８で制御することによって超磁歪ロッド１４を軸方向に振動（伸縮）可能であり、振動装置として機能するようになっている。

従って、例えば、図３に示される携帯電話３６のように、アンテナ３８内に収容された振動装置兼発電装置１０によって机や壁等の被振動体４０を振動させれば、被振動体４０から音楽や通話音等を発音させることができ、被振動体４０をボードスピーカとして機能させることができる。又、図４に示されるように、アンテナ３８内に収容された振動装置兼発電装置１０によって頭蓋骨等に機械的振動を与えれば、超磁歪ロッド１４の振動を骨伝導によって伝達可能な骨伝導スピーカとしても機能させることができる。

一方、外部からアンテナ先端部２６Ｂを介して超磁歪ロッド１４に変形を加えると、この超磁歪ロッド１４の変形に基づいてコイル１６に所定の電圧が誘起される。

図５に、コイル１６において誘起される電圧と時間の関係を示す。なお、本データの採取においては、図６に示されるような超磁歪ロッド１４及びコイル１６からなる実験装置を用い、重さ３ｇの球体４２を５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍの３種類の高さから超磁歪ロッド１４上に落下させ、超磁歪ロッド１４の変形に基づいてコイル１６に誘起される電圧をオシレータ４４で測定した。

このように、振動装置兼発電装置１０は、超磁歪ロッド１４に外部から変形を加えることによって、コイル１６に誘起電力を発生させ、この誘起電力を蓄電部２０に蓄えることが可能であり、発電装置としても機能するようになっている。

従って、例えば、携帯電話の充電量が不足したような場合には、図７に示されるように、アンテナ先端部２６Ｂに機械的な振動を与え、超磁歪ロッド１４に変形を加えれば、蓄電部２０にコイル１６から発生した誘起電力を蓄えることができ、通話等に必要な電力を得ることができる。

本実施形態に係る振動装置兼発電装置１０によれば、超磁歪部材３０を備え、一端がフェライト１２（質量部材）に固定された略棒状の超磁歪ロッド１４と、この超磁歪ロッド１４の周囲に配設されたコイル１６と、このコイル１６に駆動信号を供給し、超磁歪ロッド１４を軸方向に振動させるための駆動部１８と、超磁歪ロッド１４の変形に基づくコイル１６の誘起電力を蓄えるための蓄電部２０と、を有してなるため、小型、且つ、簡易な構造でありながら、ボードスピーカ、骨伝導スピーカ、発電装置など単一の装置で複数の機能を実現することができる。

特に、超磁歪ロッド１４は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材３０を備えているため、振動装置の振動量及び発電装置の発電量をそれぞれ増大させることができる。

又、超磁歪ロッド１４及びコイル１６はアンテナ２２の端部近傍に収容され、振動装置兼発電装置１０は、アンテナ２２を介して超磁歪ロッド１４の振動を外部に伝達可能、且つ、アンテナ２２を介して超磁歪ロッド１４に外部応力を印加可能に構成されているため、省スペース化を図ることができる。又、既存の携帯電話への適用も容易である。

なお、本発明に係る振動装置兼発電装置は、上記実施形態に係る振動装置兼発電装置１０の形状や構造等に限定されるものではない。

従って、例えば、上記実施形態においては超磁歪ロッド１４の一端をフェライト１２に固定したが、本発明はこれに限定されるものでなく、超磁歪ロッドの一端が質量部材に固定されていればよい。なお、本発明における「質量部材」は、超磁歪ロッド１４が伸縮駆動された時に、その伸縮による変位がアンテナ先端部２６Ｂ側にのみ生じるようにするためのもので、超磁歪ロッド１４が伸縮駆動されて振動が生じてもこれによって質量部がほとんど振動しない質量、例えば、少なくとも超磁歪ロッド１４の１００〜２００倍程度の質量を有している部材を適用するのが好ましい。換言すれば、質量部材は、超磁歪ロッド１４が伸縮する際に発生する力に対し、数百倍程度の慣性力を発揮できるだけの質量を有しているのが好ましい。

又、超磁歪ロッド１４及びコイル１６をアンテナキャップ２６に収容したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アンテナの基端部等、他の位置に配設してもよい。

更に、振動装置兼発電装置１０の振動量や発電量が十分得られる場合等には、超磁歪部材に代えて磁歪素子からなる磁歪部材を適用してもよい。

即ち、本発明に係る振動装置兼発電装置は、磁歪部材を備え、一端が質量部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの周囲に配設されたコイルと、該コイルに駆動信号を供給し、前記磁歪ロッドを軸方向に振動させるための駆動部と、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記コイルの誘起電力を蓄えるための蓄電部と、を有して構成されていればよい。

なお、本発明に係る振動装置兼発電装置は携帯電話に好適であるが、携帯電話以外の機器に適用可能なことは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る振動装置兼発電装置の略示側断面図同振動装置兼発電装置におけるコイルの電流と超磁歪ロッドの変位量の関係を示したグラフ同振動装置兼発電装置における振動装置兼発電装置をボードスピーカに適用した例を示す正面図同振動装置兼発電装置における振動装置兼発電装置を骨伝導スピーカに適用した例を示す正面図同振動装置兼発電装置における超磁歪ロッドの変形に伴ってコイルに誘起される電圧と時間との関係を示したグラフ同振動装置兼発電装置における超磁歪ロッド及びコイルからなる実験装置を示した正面図同振動装置兼発電装置における超磁歪ロッドに外部応力を印加した状態を示した略示部分断面図従来の圧電発電装置が適用された携帯電話を示す略示斜視図同圧電発電装置における圧電発電器の略示側面図

符号の説明

１、３６…携帯電話
２…容器
３…圧電セラミックス板
４…圧電発電器
５…整流回路
６…充電池
７…圧電発電装置
８…パイプ
９…鋼球
１０…振動装置兼発電装置
１２…フェライト
１４…超磁歪ロッド
１６…コイル
１８…駆動部
２０…蓄電部
２２、３８…アンテナ
２４…アンテナロッド
２６…アンテナキャップ
２６Ａ…キャップベース
２６Ｂ…アンテナ先端部
２８…ゴム
３０…超磁歪部材
３２…磁石
３４…リード線
４０…被振動体
４２…球体
４４…オシレータ

Claims

磁歪部材を備え、一端が質量部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの周囲に配設されたコイルと、該コイルに駆動信号を供給し、前記磁歪ロッドを軸方向に振動させるための駆動部と、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記コイルの誘起電力を蓄えるための蓄電部と、を有してなることを特徴とする振動装置兼発電装置。
請求項１において、
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする振動装置兼発電装置。
磁歪部材を備え、一端が質量部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの周囲に配設されたコイルと、該コイルに駆動信号を供給し、前記磁歪ロッドを軸方向に振動させるための駆動部と、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記コイルの誘起電力を蓄えるための蓄電部と、を有してなる振動装置兼発電装置を備えたことを特徴とする携帯電話。
請求項３において、
前記磁歪ロッド及びコイルはアンテナの端部近傍に収容され、前記振動装置兼発電装置は、前記アンテナを介して前記磁歪ロッドの振動を外部に伝達可能、且つ、前記アンテナを介して前記磁歪ロッドに外部応力を印加可能に構成されていることを特徴とする携帯電話。
請求項３又は４において、
前記振動装置兼発電装置は、前記磁歪ロッドの振動を骨伝導によって伝達可能な骨伝導スピーカとされていることを特徴とする携帯電話。
請求項３乃至５のいずれかにおいて、
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする携帯電話。