JP2011183290A - 振動発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】
人が感じやすい所定の振動量を確保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。
【解決手段】
磁石２２を有する可動子２０と、可動子２０を所定の振動方向に振動させるための振動磁界を可動子２０に供給する磁界供給部１２と、可動子２０を支持する弾性部材３０と、を備えた振動発生器１において、弾性部材３０のバネ定数は、振動方向において可動子２０の静止位置を中心に非対称となるようにバネ定数変化部５４で変化することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動発生器、及びそれを備えた携帯電話等の電子機器に関する。

従来、携帯電話を振動させるために、小型の振動発生器が用いられている。この様な振動発生器は、永久磁石及び錘からなる可動子と、この可動子に対して振動磁界を発生するコイルを有する固定子と、この固定子と前記可動子を連結する２枚の板バネとを備えている。この様な振動発生器は、固定子のコイルに交流電力を供給することにより可動子に対して振動磁界を発生し、この振動磁界によって前記永久磁石に磁力が働き、前記可動子が振動方向に力学的な力が作用して振動する。（特許文献１）

特開２００３−１８１３７６号公報

ところで、上述のような振動発生器は、所定の振動量以上の振動を人間の触覚が感じやすい、即ち、人間が振動を知覚しやすい周波数(例えば、１５０Ｈｚ付近)で振動させる必要がある。そのためには、錘と板バネを用いて、振動が一番大きくなる機械的な共振周波数を、人間が知覚しやすい振動の周波数（以下、「知覚周波数帯域」と称する）に一致させ、その知覚周波数帯域において所定の振動量を確保する必要がある。
このような、知覚周波数帯域において、十分な振動量を確保するために、振動発生器の設計時において磁気回路の最適化を行い、発生する振動量を大きくし、多少共振周波数が知覚周波数帯域から外れたとしても、知覚周波数帯域において、必要な振動量が得られるように設計している。
しかしながら、振動発生器の構成部品である錘や板バネの製造時において、これらの錘や板バネの大きさ、及び重さにバラツキが生じる場合には、これらを組み込んだ振動発生器において共振周波数がずれるため、前述の知覚周波数帯において所定の振動量が得られず、不良品となる不都合があった。

本発明は、上記の従来例の不都合に鑑みて成された発明であり、知覚周波数帯域において、人が知覚できる所定の振動量を確保する振動発生器を提供することを目的とする。

本発明の振動発生器は、磁石を有する可動子と、前記可動子を所定の振動方向に振動させるための振動磁界を前記可動子に供給する磁界供給部と、前記可動子を支持する弾性部材と、を備えた振動発生器において、前記弾性部材のバネ定数は、前記振動方向において前記可動子の静止位置を中心に非対称となるようにバネ定数変化部で変化することを特徴とする。

このような本発明の振動発生器では、弾性部材のバネ定数が、振動方向において可動子の静止位置を中心に非対称となるようにバネ定数変化部で変化しているため、静止位置から振動方向一方に可動子が変位する量と、振動方向他方に可動子が変位する量とのバランスが崩れる（即ち、静止位置から振動方向一方に可動子が変位する量と、振動方向他方に可動子が変位する量とが異なる）。このため、静止位置から振動方向一方、或いは振動方向他方のうち何れか片方に可動子がある場合に可動子の最大加速度が大きくなり、所定の振動量が発生する共振周波数帯域が広がるので、知覚周波数帯域において、人が知覚できる所定の振動量を確保することができるようになる。

また、上述の振動発生器において、前記バネ定数は、前記可動子の振動位置が前記バネ定数変化部より一方側である場合に第１の値ｋｐとなり、他方側である場合に第２の値ｋｍとなることを特徴とする。

また、上述の振動発生器において、前記第１の値ｋｐは、前記可動子の振動周波数よりも大きい共振周波数を発生させるバネ定数の値であり、前記第２の値ｋｍは、前記振動周波数よりも小さい共振周波数を発生させるバネ定数の値であることを特徴とする。

また、上述の振動発生器において、前記弾性部材は、第１のバネ定数を有し、前記可動子の前記振動方向の一端側に配置され、前記可動子の前記振動方向の一端を支持する第１のバネと、第２のバネ定数を有し、前記可動子の前記振動方向の他端側に配置され、前記可動子の前記振動方向の他端を支持する第２のバネと、第３のバネ定数を有し、前記可動子の前記振動方向の一端側に配置され、前記所定位置よりも前記振動方向の一方側において前記可動子と接する第３のバネとを有することを特徴とする。

また、上述の振動発生器において、前記バネ定数変化部は、前記静止位置に位置することを特徴とする。

また、上述の振動発生器において、前記バネ定数変化部は、前記静止位置から外れて位置することを特徴とする。

さらに、本発明の電子機器は、上述の振動発生器と、前記振動発生器を収容するための収容筐体とを備えるものである。この電子機器としては、前記振動発生器に所定の周波数の電力を供給するための駆動回路を備えていてもよい。

本発明に依れば、知覚周波数帯域において、人が知覚できる所定の振動量を確保する振動発生器、及びそれを備えた電子機器を提供することができる。

本発明の実施例の振動発生器における外観斜視図である。 本発明の実施例の振動発生器における分解斜視図である。 本発明の実施例の振動発生器における図１に示すＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例の振動発生器における固定子の断面図である。 本発明の実施例の振動発生器における固定子の分解斜視図である。 本発明の実施例の振動発生器における第１のバネの外観図である。 本発明の実施例の振動発生器における第３のバネの外観図である。 本発明の実施例の振動発生器をバネ−マス系の振動モデルで表したモデル図である。 本発明の実施例の振動発生器における可動子の位置と可動子の推力の関係、及び可動子の位置とバネ定数の関係を表した図である。 本発明の実施例の振動モデルの振動シミュレーションにおいて時間−変位量の結果を表す図である。 本発明の実施例の振動モデルの振動シミュレーションにおいて時間−加速度の結果を表す図である。 本発明の実施例の振動モデルの振動シミュレーションにおいて周波数−加速度の結果を表す図である。 本発明の変形例１の振動発生器における断面図である。 本発明の変形例２の振動発生器における断面図である。 本発明の変形例２の振動発生器における可動子の位置と可動子の推力の関係、及び可動子の位置とバネ定数の関係を表した図である。 本発明の変形例２の振動モデルの振動シミュレーションにおいて周波数−加速度の結果を表す図である。 本発明の変形例３の振動発生器における断面図である。 本発明の変形例４の振動発生器における断面図である。 本発明の振動発生器を搭載した携帯電話の外観を示す外観図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例の振動発生器における外観斜視図を示す。図２は、本発明の実施例の振動発生器における分解斜視図を示す。図３は、本発明の実施例の振動発生器における図１に示すＡ−Ａ断面図である。

振動発生器１の外観は、図１に示すように円柱形状をしており一方の端面からは後述する固定子１０のコイル１２が引き出されている。便宜上、コイル１２が引き出されている円柱端面を下側と呼ぶこととする。この振動発生器１は、例えば、外径が２０[ｍｍ]以下、高さが６．０[ｍｍ]以下程度の小型の振動発生器１であり、携帯電話やゲームのコントローラ等に搭載され、搭載された機器を振動させるために利用される。

この実施例において、図２、図３に示すように、振動発生器１は、固定子１０と、可動子２０と、弾性部材３０と、筐体４０を構成要素として備えている。以下に、斯かる実施例における各構成要素について詳述する。

（各構成要素の説明）
振動発生器１を構成する構成要素について図面を用いて説明する。図４に本発明の実施例の振動発生器における固定子の断面図を示し、図５に本発明の実施例の振動発生器における固定子の分解斜視図を示す。尚、図５では分かり易くするために、一部隠れた部分を点線を用いて示している。固定子１０は、バックヨーク１１と、コイル１２と、上側ヨーク１３と、下側ヨーク１４とを用いて構成される。

バックヨーク１１は、円柱形状のバックヨーク本体１１０と、バックヨーク本体１１０の上側端面及び下側端面にそれぞれ突出する上側凸部１１１と、下側凸部１１２とを有して構成されている。上側凸部１１１と下側凸部１１２は、円柱形状に形成されバックヨーク本体１１０と同心を成している。また、バックヨーク１１の材料としては、磁性材料が用いられ、たとえば、鉄が好ましい。

コイル１２は、バックヨーク本体１１０に巻かれ、バックヨーク本体１１０の円柱の軸の周りにコイルが巻かれることになる。また、コイル１２の材料には、たとえば、銅が使用されている。

上側ヨーク１３は、円板形状の底部（以後、上底部１３１と呼ぶ）である上底部１３１と、上底部１３１の外周縁から上底部１３１に対して鉛直下側方向に延びるように形成されている上側ヨーク壁１３２とによって構成されている。言い換えると、上側ヨーク１３は、外径が上底部１３１と同じリング状の上側ヨーク壁１３２の一方（上側）を上底部１３１で覆う形状を有している。また、上側ヨーク壁１３２の内径は、バックヨーク本体１１０の外径よりも大きいため、バックヨーク本体１１０と上側ヨーク壁１３２の間にもコイル１２が巻き回し可能となっている。また、上側ヨーク１３の材料には、磁性材料が用いられ、たとえば、鉄が好ましい。

図４、図５に示すように、上底部１３１は、その中心にバックヨーク１１の上側凸部１１１を貫通させるための貫通孔１３３を有している。バックヨーク１１と、上側ヨーク１３は、上側凸部１１１を貫通孔１３３に貫通させた状態で接着材を使用して固定される。

下側ヨーク１４は、上側ヨーク１３と同じ形に形成され、同じ材料を用いて構成されているが、底部に挿通孔１４４、１４４を有している点で異なる。

即ち、下側ヨーク１４は、円板形状の底部（以後、下底部１４１と呼ぶ）と、下底部１４１の外周縁から下底部１４１に対して鉛直上側方向に延びるように形成されている。下側ヨーク壁１４２とで構成されている。言い換えると、下側ヨーク１４は、外径が下底部１４１と同じリング状の下側ヨーク壁１４２の一方（下側）を下底部１４１で覆う形状を有している。また、下側ヨーク壁１４２の内径は、バックヨーク本体１１０の外径よりも大きいため、バックヨーク本体１１０と下側ヨーク壁１４２の間にもコイルが巻き回し可能となっている。

また、図４、図５に示すように、下底部１４１は、その中心にバックヨーク１１の下側凸部１１２を貫通させるための貫通孔１４３を有しており、貫通孔１４３を挟んで両側には、夫々コイル１２を挿通させるための挿通孔１４４、１４４を有している。バックヨーク１１と、下側ヨーク１４は、下側凸部１１２を貫通孔１４３に貫通させた状態で接着材を使用して固定される。接着の際には予めバックヨーク本体１１０に巻かれたコイル１２の端部を挿通孔１４４に挿通しておく。

上述のように固定子１０を構成することにより、バックヨーク１１と、コイル１２と、上側ヨーク１３と、下側ヨーク１４とは夫々同心に構成される。

図２、図３に示すように、可動子２０は、磁性部材２１と、永久磁石２２と、錘２３とを有して構成される。

磁性部材２１は、リング状に形成され、その内径は、固定子１０の外径よりも大きく形成されている。また、磁性部材の材料には、たとえば、鉄が使用されている。

永久磁石２２は、リング状に形成され、その内径は、磁性部材２１の外形と同じ長さに形成されている。永久磁石２２は、リング状の中心から外側方向に向かって着磁しているラジアル磁石を用いる。

錘２３は、リング状に形成され、その内径は、永久磁石２２の外形と同じ長さに形成されている。また、錘２３の材料には、非磁性材料が用いられ、タングステンが好ましい。

可動子２０は、錘２３に永久磁石２２をはめ込み、永久磁石２２に磁性部材２１をはめ込み、錘２３と永久磁石２２の間、永久磁石２２と磁性部材２１との間を接着剤で接着して固定している。この様にすることにより、可動子２０は、磁性部材２１と、永久磁石２２と、錘２３とを合わせた１つの大きなリング状を形成する。

弾性部材３０は、第１のバネ定数ｋ₁を有する第１のバネ３１と、第２のバネ定数ｋ₂を有する第２のバネ３２と、第３のバネ定数ｋ₃を有する第３のバネ３３を有して構成されている。第１のバネ３１、第２のバネ３２、及び第３のバネ３３は、非磁性体からなり、例えば、樹脂や非磁性のステンレスが用いられる。

図６に本発明の実施例の振動発生器における第１のバネの外観図を示す。第１のバネ３１は、中空の円錐台形状に形成されており、リング形状の小底面部３１１と、小底面部３１１よりも径の大きいリング形状の大底面部３１２と、小底面部３１１と大底面部３１２とを繋ぐ外周側面部３１３とを有する。

本実施例において第２のバネ３２は、第１のバネ３１と全く同じものを使用している。そのため、第１のバネ定数ｋ₁と第２のバネ定数ｋ₂は同じ値になる。尚、便宜上、第２のバネが有する小底面部の符号を３２１、第２のバネが有する大底面部の符号を３２２とし、第２のバネが有する外周側面部の符号を３２３とする。

図７に本発明の実施例の振動発生器における第３のバネの外観図を示す。第３のバネ３３は、中空の円錐台形状に形成されており、リング形状の小底面部３３１と、小底面部３３１よりも径の大きいリング形状の大底面部３３２と、小底面部３３１と大底面部３３２とを繋ぐ外周側面部３３３とを有する。小底面部３３１の内径は、バックヨーク１１の上側凸部１１１の外径と同じ長さを有しており、小底面部３３１のリング内側の孔は、上側凸部１１が貫通する貫通孔３３４となる。また、第３のバネ定数ｋ₃は第１のバネ定数よりも小さい値となる。

第１のバネ、第２のバネ、及び第３のバネは、円錐台の軸方向に伸縮可能なバネとして機能する。

筐体４０は、上側筐体４１と、下側筐体４２とから構成される。上側筐体４１、下側筺体４２は、非磁性体からなり、例えば、アルミが用いられる。

図２、図３に示すように、上側筐体４１は、中空円筒の一端面が覆われている形状を有している。下側筐体４２は、円板形状を有しており、中心には下側凸部１１２が貫通する円形の貫通孔４２３が形成されている。また、下側筐体４２は、貫通孔４２３を挟んで両側に、夫々コイル１２を挿通させるための挿通孔４２４、４２４を有している。上側筐体４１は、中空部分に固定子１０、可動子２０、弾性部材３０を収容し、下側筐体４２を使用して他端面が封止される。

（各構成要素の配置）

次に振動発生器１を構成する固定子１０、可動子２０、弾性部材３０、筺体４０の配置について説明する。

図２、図３に示すように、固定子１０、可動子２０、弾性部材３０、筐体４０は、軸Ｘに対して互いに同心となるように配置され、夫々を構成する各要素１１、１２、１３、１４、２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２も、軸Ｘに対して互いに同心となるように配置される。

リング状の可動子２０の中空部分に固定子１０を配置することにより、固定子１０の外周に可動子２０が配置される。

第１のバネ３１は可動子２０の軸Ｘ方向一端側（上側）に配置され、小底面部３１１と上側筐体４１の内壁、大底面部３１２と可動子２０の上側が、夫々接着剤を用いて接着される。この様にして、第１のバネ３１は、可動子２０の振動方向の一端を支持する。

第２のバネ３２は可動子２０の軸Ｘ方向他端側（下側）に配置され、小底面部３２１と上側筐体４１の内壁、大底面部３２２と可動子２０の下側が、夫々接着剤を用いて接着される。この様にして、第２のバネ３２は、可動子２０の振動方向の他端を支持する。

第３のバネ３３は、可動子２０の軸Ｘ方向一端側（上側）であり、第１のバネ３１の中空空間内部に配置され、小底面部３３１と上側筐体４１の内壁とが接着材を用いて接着されている。また、第３のバネ３３が有する大底面部３３２の外径の大きさを、第１のバネ３１が有する小底面部３３１の内径よりも小さくすることにより、第３のバネが縮んだ時に、第３のバネ３３が第１のバネ３１に干渉する（接触する）ことを防止している。

弾性部材３０を構成する第１のバネ３１〜第３のバネ３３を上述の位置に配置することにより、弾性部材３０は、可動子を軸Ｘ方向（振動方向）に振動可能に支持している。

固定子１０は接着剤を用いて筐体４０の内部に固定される。具体的には、固定子１０の上側凸部１１１を、第３のバネ３３の小底面部３３１が有する貫通孔３３４に貫通し、上側ヨーク１３の上底部１３１と第３のバネ３３の小底面部３３１とを接着材を用いて固定している。また、固定子１０の下側凸部１１２を、下側筺体４２の貫通孔４２３に貫通し、下側ヨーク１４の下底部１４１と下側筐体４２の内壁とを接着材を用いて固定している。

固定子１０を筐体４０内部に固定するときには、下側ヨーク１４の挿通孔１４４と、下側筺体４２の挿通孔４２４の位置を合わせ、コイル１２の両端の導線を固定子１０内部から、挿通孔１４４、４２４を通して図１に示すように筐体４０外部へと引き出している。

このように配置することにより、バックヨーク１１、上側ヨーク１３、磁性部材２１、永久磁石２２、及び下側ヨーク１４が磁気回路を構成する。そして、コイル１２（具体的には、引き出されたコイル１２の導線）に交流電流を供給することにより、可動子２０に軸Ｘ方向（振動方向）に振動するための振動磁界が発生し、可動子２０が所定の周期で変化する力を受けて振動する。尚、コイル１２やコイル１２を有する固定子１０は、可動子に対して振動磁界を供給するため磁界供給部といえる。また、コイル１に交流電流を供給していない状態においては、可動子２０に対して振動磁界が発生しないため、第１のバネ３１と第２のバネ３２の作用によって基準位置で釣り合って静止する。この基準位置は、可動子２０が静止する位置であるため静止位置といえる。このとき、第３のバネ３３は、可動子２０の上側に接する状態になる。ここでは、第３のバネ３３は、可動子２０の永久磁石２２に接している。また、第３のバネ３３は、可動子２０に単に接しているだけであり、第３のバネ３３から可動子２０に力は加わっていない。

（振動発生器の動作）
次に、図面を用いて、本実施例の動作について説明する。図８は、本発明の実施例の振動発生器をバネ−マス系の振動モデルで表したモデル図である。図８に示すように、振動発生器１は、可動子２０、第１のバネ３１、第２のバネ３２、第３のバネ３３、上側筐体４１、下側筺体４２を用いてバネ−マス系の振動モデルとして表すことができる。

この振動発生器の振動モデルは、具体的に、以下に示すような構成となる。上側筐体４１に第１のバネ３１の一端が固定されおり、第１のバネの他端が可動子２０の一端（上側）に固定されている。第２のバネ３２の一端は下側筐体４２の一端に固定され、第２のバネ３２の他端は可動子２０の他端（下側）に固定されている。また、第３のバネ３３の一端が上側筐体４１固定されており、第３のバネ３３の他端は、可動子２０が静止状態において、可動子２０の一端に接している。ここで、可動子の静止状態とは、振動発生器１（コイル１２）に交流電力が供給されていない場合に、可動子２０が弾性部材３０に支持されて静止している状態を示す。また、この場合に可動子２０が弾性部材３０に支持されて静止する位置を静止位置と呼ぶこととする。以下、第１、第２のバネ３１、３２のように両端を夫々筐体４０、可動子２０に固定しているバネを両側固定バネと呼び、第３のバネ３３のように片端のみを固定しているバネを片端固定バネと呼ぶ。

振動発生器１に交流電流が供給されると、静止位置から上下方向に可動子２０が変位して交流電流の周波数で振動する。上下方向は、上述の軸Ｘ方向に一致する。可動子２０は交流電流の周波数で振動するため、供給される交流電流の周波数と、振動発生器１のバネ−マス系の共振周波数は同じ周波数に設定するとよい。バネ−マス系の共振周波数は、弾性部材３０のバネ定数に関連しており、バネ定数を調整してバネ−マス系の共振周波数を所望の周波数に設定することにより、振動発生器１（可動子２０）の共振周波数を所望の値に設定することができる。

本実施例の振動発生器が有する可動子２０の位置と弾性部材３０のバネ定数について説明する。図９（ａ）は、本発明の実施例の振動発生器における可動子の位置と可動子の推力の関係を表した図である。図９（ｂ）は、本発明の実施例の振動発生器における可動子の位置[ｍｍ]とバネ定数[Ｎ/ｍｍ]の関係を表した図である。図９（ａ）の横軸は可動子２０の位置[ｍｍ]を示し、縦軸は弾性部材３０が可動子２０に与える推力[Ｎ]を示している。また、可動子２０の位置と推力の関係をプロットしたものを実線５２で結んでいる。実線５２の傾きは弾性部材３０のバネ定数ｋを示している。傾きの絶対値が大きいほど弾性部材３０のバネ定数ｋが大きい事を示し、傾きの絶対値が小さいほど弾性部材３０のバネ定数ｋが小さい事を示す。ここで、可動子２０の静止位置を原点Ｏとし、静止位置より一方側（上方側）にある場合をプラスとし、静止位置より他方側（下方側）にある場合をマイナスとする座標系を定める。図９（ｂ）の横軸は可動子２０の位置[ｍｍ]を示し、縦軸は弾性部材３０のバネ定数[Ｎ/ｍｍ]を示している。

図９（ｂ）に示すように、弾性部材３０のバネ定数は、可動子２０が振動方向に振動するときの位置（振動位置）に応じて異なり、振動方向において可動子２０の静止位置を中心に非対称となる（原点Ｏを通る軸に対してバネ定数を示す線分５２ｋが左右非対称である）ようにバネ定数変化部５４で変化している。具体的には、バネ定数変化部５４は、静止位置に位置しており、可動子２０の振動位置がプラス側である場合に、弾性部材３０のバネ定数は第１の値ｋｐとなり、マイナス側である場合に第２の値ｋｍになる。また、可動子２０の振動位置がマイナス側である場合の方がプラス側である場合よりも弾性部材３０のバネ定数の値は小さくなっている（ｋｐ＞ｋｍ）。これは、可動子２０の振動位置がプラス側である場合に、可動子２０が、第１、第２、第３のバネ３１、３２、３３全てのバネの影響を受けることに対し、可動子２０の振動位置がマイナス側である場合は、可動子２０から第３のバネの他端が離れるため、可動子２０が第３のバネの影響を受けないからである。

具体的には、可動子２０の振動位置が静止位置より他方向側（マイナス側）である場合の弾性部材３０のバネ定数は、第１のバネ３１と、第２のバネ３２の影響しか受けないため、第３のバネ定数ｋ₃を含まない第１のバネ定数ｋ₁と、第２のバネ定数ｋ₂とを合わせた第２の値（ｋｍ＝ｋ₁+ｋ₂）となる。また、可動子２０の振動位置が静止位置より一方向側（プラス側）である場合の弾性部材３０のバネ定数の値ｋｐは、第１のバネのバネ定数である第１のバネ定数ｋ₁と、第２のバネのバネ定数である第２のバネ定数ｋ₂と、第３のバネのバネ定数である第３のバネ定数ｋ₃とを合わせた第１の値（ｋｐ＝ｋ₁+ｋ₂+ｋ₃）となる。従って、バネ定数は、可動子２０の振動位置がバネ定数変化部５４より一方側（プラス）である場合に第１の値ｋｐとなり、他方側（マイナス）である場合に第２の値ｋｍとなる。

このように弾性部材３０のバネ定数ｋが可動子の振動位置に応じて異なり、弾性部材３０のバネ定数が、振動方向において可動子の静止位置を中心に非対称となるようにバネ定数変化部５４で変化しているため、バネ定数変化部５４（本実施例における静止位置）においてバネ定数ｋが変化し、静止位置から一方向（プラス方向）に可動子２０が変位する量（可動子２０の振動位置の内プラス側の最大の変位量）と、他方向（マイナス方向）に可動子２０が変位する量（可動子２０の振動位置の内マイナス側の最大の変位量）とのバランスが崩れ、静止位置から振動方向一方、或いは振動方向他方のうち何れか片方に可動子がある場合に可動子２０の最大加速度が大きくなるので、所定の振動量（加速度）が発生する周波数帯域が広がることとなり、人が感じやすい所定の振動量を確保することができる。

また、バネ定数変化部５４は、静止位置に位置しているため、可動子２０が振動する際に必ずバネ定数の変化する位置を通るので、可動子２０が振動する振動範囲内において必ずバネ定数が変化する点が存在することになり、共振周波数のずれ難い振動発生器を提供することができる。

以下、本実施例の振動モデルを用いて行なった振動シミュレーションの結果について図面を用いて説明する。振動シミュレーションは従来の如くバネ定数が一定のバネ−マス系の振動モデル（以後、従来モデル）と、本実施例の振動モデル（以後、実施例モデル）とで行い夫々を比較している。従来モデルは、実施例モデルから第３のバネを取り除き、バネ定数を図９に示す点線５１に示すものを使用している。

図１０に本発明の実施例の振動モデルの振動シミュレーションにおいて時間−変位量の結果を表す図を示す。図１１に本発明の実施例の振動モデルの振動シミュレーションにおいて時間−加速度の結果を表す図を示す。図１２に本発明の実施例の振動モデルの振動シミュレーションにおいて周波数−加速度の結果を表す図を示す。図１０の横軸は、時間[ｍｓｅｃ]を示し、縦軸は、変位量[ｍｍ]を示す。また、点線７１は、従来モデルにおける時間−変位量の結果を示し、実線７２は、実施例モデルの時間−変位量の結果を示す。図１１の横軸は、時間[ｍｓｅｃ]を示し、縦軸は、振動発生器１を携帯電話等の小型機器に搭載した場合の小型機器の加速度[Ｇ]を示す。また、点線８１は、従来モデルにおける時間−加速度の結果を示し、実線８２は、実施例モデルの時間−加速度の結果を示す。図１２の横軸は、可動子２０の振動周波数を示し、縦軸は、振動発生器１を携帯電話等の小型機器に搭載した場合の小型機器の加速度を示す。また、点線６１は、本実施例モデルの周波数−加速度の結果を示し、実線６２は、実施例モデル周波数−加速度の結果を示している。

図１０〜図１２を参照すると、実施例モデルは、変位量が従来モデルと比較して、プラス側の可動子２０の振動位置の最大値が小さくなり変位量のバランスが崩れ（図１０参照）、可動子２０の振動位置がプラス側である場合とマイナス側である場合とではプラス側である場合の方が可動子２０の最大加速度が大きくなっている（図１１参照）。その結果、人が感知できる小型機器の加速度（約１[Ｇ]以上）を維持可能な周波数帯域を従来モデルと実施例モデルとで比較すると、従来例モデルの周波数帯域Ｆｐに対して実施例モデルの周波数帯域Ｆｄは、Ｆｄ＞Ｆｐとなっており（図１２）、実施例モデルは、従来モデルと比べて、人が感知できる小型機器の加速度（約１[Ｇ]以上）を維持可能な周波数帯域が広がっている。

（振動周波数の設定）
振動発生器１の共振周波数は、バネ定数を調整する（所望のバネ定数を持つバネを選定する）ことにより行なう事ができる。バネ定数を調整する上での留意点について述べる。第１のバネ定数ｋ₁と第２のバネ定数ｋ₂とを合わせた第２の値ｋｍ（全ての両端固定バネの合成バネ定数）は可動子の振動周波数を発生させるバネ定数ｋｇより小さく設定される。このバネ定数ｋｇは、実施例モデルと同じ共振周波数ｆ₀（共振周波数ｆ₀は、可動子の振動周波数と同じ周波数である。）を有し、片側固定バネを含ない両端固定バネのみで構成されるバネ−マス系のモデルの合成バネ定数ｋｇの値である。バネ定数ｋｇは以下の式を用いることにより得られる。

ここでπは円周率であり、ｍは可動子２０の質量である。小型の振動発生器１において、可動子２０の重さは約２[ｇ]〜５[ｇ]になるため、人が感知しやすい周波数帯１５０[Hz]で振動させるためには、バネ定数Kｇは１７７７[N/ｍ]〜４４４１[N/ｍ]になる。

また、第１のバネ定数ｋ₁と第２のバネ定数ｋ₂と第３のバネ定数ｋ₃とを合わせた第１の値ｋｐ（全てのバネの合成バネ定数）は、可動子の振動周波数を発生させるバネ定数ｋｇより大きく設定される。（１）式を参照して分かるように、バネ−マス系の共振周波数は、バネ定数が小さくなるほど共振周波数が小さくなる。このため、本実施例のように、可動子２０の振動位置が基準位置からプラス側である場合とマイナス側である場合とでバネ定数が異なる場合は、第２の値ｋｍを可動子の振動周波数を発生させるバネ定数ｋｇより小さくした場合、振動発生器１の共振周波数が小さくなるので、所望の可動子２０の振動周波数を得るためには、第１の値ｋｐを可動子の振動周波数を発生させるバネ定数ｋｇより大きくして、振動発生器１の共振周波数を大きくする必要がある。

この様にすることにより、振動発生器１が振動する周波数帯域を所望の周波数に設定することができるとともに、人が感知できる加速度を維持可能な周波数帯域を広げることができる。特に、本実施例では、振動発生器の共振周波数を人が感知しやすい周波数帯（約１５０Ｈｚ）に設定している。

（変形例１）
本実施例では、コイル１２の外側に可動子２０が配置される構造を採用したが、図１３の本発明の変形例１の振動発生器における断面図に示すように、コイル１２ａの内側に可動子２０ａが配置される構造を採用することもできる。

（変形例２）
本実施例では、バネ定数変化部５４は、前記静止位置に位置することにより、弾性部材３０のバネ定数が振動方向において静止位置を中心に非対称とする構成をとっているが、バネ定数変化部５４は、前記静止位置から外れて位置するようにしても、同様に、バネ定数が振動方向において静止位置を中心に非対称となり、所定の振動量（加速度）が発生する周波数帯域を広げることが可能である。

以下に図面を用いてこの変形例２について説明する。図１４に本発明の変形例２の振動発生器における断面図を示す。図１５（ａ）に本発明の変形例２の振動発生器における可動子の位置と可動子の推力の関係を表した図を示し、図１５（ｂ）に本発明の変形例２の振動発生器における可動子の位置とバネ定数の関係を表した図を表した図を示す。

この変形例の振動発生器１ｂは、第３のバネ３３ｂの高さを変えることにより実現できる。第３のバネ３３ｂの高さを第１のバネ３１の高さよりも高くすれば、バネ定数変化部５４がマイナス側に設定され、可動子２０の振動位置がマイナス側にある場合に弾性部材３０のバネ定数が変化する。また、第３のバネ３３ｂの高さを第１のバネ３１の高さよりも低くすれば、バネ定数変化部５４がプラス側に設定され、可動子２０の振動位置がプラス側にある場合に弾性部材３０のバネ定数が変化する。本変形例では、第３のバネ３３ｂの高さをＬｓだけ第１のバネよりも低くした第３のバネ３３ｂを用いているので、図１４、図１５に示すように、バネ定数変化部５４がＬｓの長さ分プラス側に設定されている。また、図１５（ｂ）に示すように、弾性部材３０ｂのバネ定数が、振動方向において可動子の静止位置を中心に非対称となる（原点Ｏを通る軸に対してバネ定数を示す線分５３ｋが左右非対称である）ようにバネ定数変化部で変化している。

図１６に本発明の変形例２の振動モデルの振動シミュレーションにおいて周波数−加速度の結果を表す図を示す。図１６の横軸は、時間[ｍｓｅｃ]を示し、縦軸は、振動発生器１を携帯電話等の小型機器に搭載した場合の小型機器の加速度[Ｇ]を示す。この図を参照して分かるように、人が感知できる加速度（約１[Ｇ]以上）を維持可能な周波数帯域を従来モデルと変形例モデルとで比較すると、従来モデルの周波数帯域Ｆｐに対して変形例モデルの周波数帯域Ｆｄ´は、Ｆｄ´＞Ｆｐとなっており、変形例モデルは、従来モデルと比べて、人が感知できる加速度（約１[Ｇ]以上）を維持可能な周波数帯域が広がっている。

（変形例３）
本実施例において、第３のバネ３３は、永久磁石２２に接するように構成されているが、図１７の本発明の変形例３の振動発生器における断面図に示すように、錘２３に接するようにしても良い。この様にすることにより、第３のバネ３３ｃが第１のバネ３１と同じ部材に接することになるため、振動によって、第３のバネ３３ｃが可動子２０に接したり離れたりするときの衝撃を同じ部材で受けることになり、可動子２０を構成する永久磁石２２と錘２３の接着面に働くせん断力が小さくなる。このため、永久磁石２２と錘２３とがせん断力によって分離されてしまう事態を抑制できる。

（変形例４）
本実施例において、第３のバネ３３は、上側筐体４１に接着されているが、図１８の本発明の変形例４の振動発生器における断面図に示すように、可動子２０に接着するように構成しても良い。この様に構成する場合には、第３のバネ３３ｄの貫通孔３３４の径を上側ヨーク１３の外径よりも大きくする。この様にすることにより、振動の際には、可動子２０が貫通孔３３４の中に収まるため振動が可能になる。第３のバネ３３ｄを、可動子２０に接着することにより、振動時には第３のバネと上側筐体４１が振動時に衝突することになり、可動子２０に直接衝撃が加わらないため可動子２０が衝撃によって壊れにくくなる。

（変形例５）
本実施例における振動発生器１は、例えば、携帯電話、ゲーム用コントローラなどの電子機器に搭載可能である。本変形例では携帯電話に搭載した場合について以下に図面を用いて説明する。図１９は、本発明の振動発生器を搭載した携帯電話の外観を示す外観図である。図に示すように、携帯電話７０の収容筐体７１の内部に振動発生器１が収容される（固定されている）。また、収容筐体７１内には、振動発生器１に電力を供給するための電源７３（例えば、二次電池など）、電源７３の電力を所定の周波数の電力に変換して振動発生器１のコイル１２に供給するための駆動回路７２、振動が必要な場合を判断し、必要と判断した場合に、駆動回路７２を駆動制御するための制御回路７４が収容されている。この様な構成を有することにより、制御回路７４が振動が必要と判断した場合（例えば、着信がなされたり、ユーザーによって特定の操作がなされたりした場合）に、制御回路７４が駆動回路７２が動作するための電気信号を駆動回路７２に送り、駆動回路７２は、それを受けて電源７３からの電力を所定の周波数の電力に変換して振動発生器１へ供給する。振動発生器１に電力が供給されると振動し、その振動は収容筐体７１に伝わってユーザーに知覚される。この様にして、携帯電話７０は、例えば、着信がなされたり、ユーザーによって特定の操作がなされたりした場合に、それらの動作がなされたことをユーザーに知らせることができる。
（その他の変形例）
本実施例では、永久磁石２２はラジアル磁石を用いたが、リング形状を半分に割った形状の磁石を２枚使用し、互いに向い合う方向に着磁されているパラレル磁石を用いることもできる。

本実施例では、第３のバネを軸Ｘ方向一端側（上側）に配置される第１のバネ３１の中空空間内部に配置していたが、軸Ｘ方向他端側（下側）に配置される第２のバネ３２の中空空間内部に配置するようにしても良い。

１ 振動発生器
１０ 固定子
１１ バックヨーク
１２ コイル
１３ 上側ヨーク
１４ 下側ヨーク
２０ 可動子
２１ 磁性部材
２２ 永久磁石
２３ 錘
３０ 弾性部材
３１ 第１のバネ
３２ 第２のバネ
３３ 第３のバネ
４０ 筐体
４１ 上側筐体
４２ 下側筐体
５４ バネ定数変化部
１１０ バックヨーク本体
１１１ 上側凸部
１１２ 下側凸部
１３１ 上底部
１３２ 上側ヨーク壁
１３３ 上側ヨークの貫通孔
１４１ 下底部
１４２ 下側ヨーク壁
１４３ 下側ヨークの貫通孔
１４４ 下側ヨークの挿通孔
３１１ 第１のバネの小底面部
３１２ 第１のバネの大底面部
３１３ 第１のバネの外周側面部
３２１ 第２のバネの小底面部
３２２ 第２のバネの大底面部
３２３ 第２のバネの外周側面部
３３１ 第３のバネの小底面部
３３２ 第３のバネの大底面部
３３３ 第３のバネの外周側面部
３３４ 第３のバネの貫通孔
４２３ 下側筐体の貫通孔
４２４ 下側筐体の挿通孔
７０ 携帯電話
７１ 収容筐体
７２ 駆動回路
７３ 電源
７４ 制御回路

Claims (7)

1. 磁石を有する可動子と、
   前記可動子を所定の振動方向に振動させるための振動磁界を前記可動子に供給する磁界供給部と、
   前記可動子を支持する弾性部材と、を備えた振動発生器において、
   前記弾性部材のバネ定数は、前記振動方向において前記可動子の静止位置を中心に非対称となるようにバネ定数変化部で変化することを特徴とする振動発生器。
2. 前記バネ定数は、
   前記可動子の振動位置が前記バネ定数変化部より一方側である場合に第１の値ｋｐとなり、他方側である場合に第２の値ｋｍとなることを特徴とする請求項１に記載の振動発生器。
3. 前記第１の値ｋｐは、前記可動子の振動周波数よりも大きい共振周波数を発生させるバネ定数の値であり、前記第２の値ｋｍは、前記振動周波数よりも小さい共振周波数を発生させるバネ定数の値であることを特徴とする請求項２に記載の振動発生器。
4. 前記弾性部材は、
   第１のバネ定数を有し、前記可動子の前記振動方向の一端側に配置され、前記可動子の前記振動方向の一端を支持する第１のバネと、
   第２のバネ定数を有し、前記可動子の前記振動方向の他端側に配置され、前記可動子の前記振動方向の他端を支持する第２のバネと、
   第３のバネ定数を有し、前記可動子の前記振動方向の一端側に配置され、前記所定位置よりも前記振動方向の一方側において前記可動子と接する第３のバネとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の振動発生器。
5. 前記バネ定数変化部は、前記静止位置に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の振動発生器。
6. 前記バネ定数変化部は、前記静止位置から外れて位置することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の振動発生器。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の振動発生器と、
   前記振動発生器を収容するための収容筐体とを備えたことを特徴とする電子機器。

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