JP2014023238A

JP2014023238A - 振動発生器

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Publication number: JP2014023238A
Application number: JP2012158451A
Authority: JP
Inventors: Shinya Suzuki; 信也鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】小型であって大きな振動量を得られる振動発生器を提供する。
【解決手段】振動発生器１は、フレーム２０、フレーム２０に取り付けられている底板３０、コイル４０、及びホルダ５０を有する。ホルダ５０は、マグネット６０及びヨーク７０で構成された板状の振動子８０を、フレーム２０に対して運動可能に保持する。コイル４０は、底板３０の上方に、振動子８０に面対向するように配置されている。ヨーク７０は、その上面がフレーム２０の内面に対面するように配置されている。マグネット６０は、コイル４０に向けてマグネット６０が発生させる磁場が強まるように振動方向にハルバッハ配列で並ぶ、複数の主磁極６２，６４と副磁極６６〜６８とを有している。したがって、コイル４０が励磁されたとき、振動子８０について発生する推力を大きくすることができる。
【選択図】図６

Description

この発明は、振動発生器に関し、特に、コイルに電流を流して振動子を運動させることで振動を発生させる振動発生器に関する。

振動子を運動させて振動を発生させる振動発生器としては、マグネットを含む振動子を、バネ部を介して、筐体により支持した構造を有するものが種々用いられている。この種の振動発生器は、マグネットの下方にマグネットに対面するように配置されたコイルを備えている。振動子は、コイルが通電されて磁場が発生するのに伴って、略水平面内で往復運動を行う。

下記特許文献１には、マグネットを有する振動部を板ばねを介して支持した構造を有する振動発生器が開示されている。この振動発生器では、振動部のマグネットに対面するように、１つの平板状コイルが配置されている。板ばねの一端は、筐体にねじを用いて固定されている。板ばねの他端は、振動部の重りに、かしめによって固定されている。

下記特許文献２には、可動子ブロックにマグネットが取り付けられており、マグネットに沿うように配置された棒状のヨーク体にコイルが巻回されている振動発生装置が開示されている。この振動発生装置においては、可動子ブロックを支持するバネ部とフレームの枠部などとが樹脂材により一体成形されている。

なお、下記特許文献３には、円筒状の可動部をハルバッハ型磁石で構成し、励磁ヨークに巻回されたコイルに通電することで磁石を振動させる振動形モータが開示されている。

特開２００３−２４８７１号公報特開２０１０−９４５６７号公報特開２００９−２１３２１０号公報

ところで、上記のような振動発生器においては、小型であること及び大きな振動量が得られることが望まれる。大きな振動量を得るためには、振動子に大きな推力が与えられるようにする必要がある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、小型であって大きな振動量を得られる振動発生器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、振動発生器は、水平面に平行な板形状のマグネットを有する振動子と、筐体に取り付けられており、振動子を筐体に対して変位可能に保持するホルダと、薄型コイルであってマグネットに対して面対向に配置されており、振動子を筐体に対して所定の振動方向に変位させるための磁場を発生させるコイルとを備え、マグネットは、振動方向に並ぶ複数の磁極を有し、複数の磁極は、コイルに向けてマグネットが発生させる磁場が強まるようにハルバッハ配列で並ぶ。

好ましくはマグネットは、磁化方向が振動方向に平行となるように、振動方向に配列された３つ以上の副磁極と、磁化方向が水平面に直交するように、副磁極間にそれぞれ配置された２つ以上の主磁極とを含み、３つ以上の副磁極は、各副磁極の磁化方向が振動方向に沿ってその次に配置されている副磁極の磁化方向とは反対になるように配置されており、２つ以上の主磁極は、各主磁極の磁化方向が振動方向に沿ってその次に配置されている主磁極の磁化方向とは反対になるように配置されており、２つ以上の主磁極のうち磁化方向がコイルに向かう方向であるものは、３つ以上の副磁極のうち互いに磁化方向が向き合うように配置された２つの副磁極の間に配置されている。

好ましくはマグネットの振動方向の幅寸法は、コイルの振動方向の幅寸法よりも大きい。

好ましくはホルダは、振動子を保持する振動子保持部と、筐体に固定される固定部と、固定部と振動子保持部とを接続し、振動子保持部を固定部に対して変位可能に支持するアーム部とを有し、ホルダは、固定部、アーム部、及び振動子保持部が樹脂を用いて一体成形された構造を有する。

これらの発明に従うと、マグネットにおいて、振動方向に並ぶ複数の磁極が、コイルに向けてマグネットが発生させる磁場が強まるようにハルバッハ配列で並んでいる。したがって、小型であって大きな振動量を得られる振動発生器を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における振動発生器を示す平面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。ホルダを示す斜視図である。図１のＢ−Ｂ線におけるフレームの断面図である。図４のＣ−Ｃ線におけるフレームの断面図である。振動子及びコイルの側断面図である。振動子に加わる推力の大きさを振動子の構造毎に比較して示すグラフである。比較例の構造を有する振動子を示す側断面図である。第２の構造を有する振動子を示す側断面図である。本実施の形態に係る振動子が発生させる磁場を示す図である。磁極の配列が異なる振動子が発生させる磁場を示す図である。本実施の形態の一変型例に係る振動発生器の振動子及びコイルの構造を示す側断面図である。本実施の形態の上述とは異なる変型例に係る振動発生器のマグネットとコイルとの位置関係を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態における振動発生器について説明する。

振動発生器は、マグネットを保持する振動子が筐体に対して変位可能に、筐体に支持されている構造を有している。振動子の近くには、コイルが配置されている。コイルは、筐体に対する位置を変化させるための磁場を発生させる。振動発生器は、コイルの励磁に応じて振動子を往復運動させることで振動力を発生する、いわゆるリニアタイプのものである。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態における振動発生器を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。

図１においては、振動発生器１の部品レイアウトが容易に理解できるように、本来フレーム２０の上面によって隠れているホルダ５０などが、部分的に実線で表示されている。

以下の説明において、振動発生器１について、図１で示される座標のＸ軸方向を左右方向（原点から見てＸ軸で正となる方向が右方向）、Ｙ軸方向を前後方向（原点から見てＹ軸で正となる方向が後方向）ということがある。また、図２のＺ軸方向（図１のＸＹ平面に垂直な方向）を上下方向（原点から見てＺ軸で正となる方向が上方向）ということがある。

［振動発生器１の全体構造］

図１に示されるように、振動発生器１は、大まかに、両面基板１０と、フレーム（筐体の一例）２０と、底板３０と、コイル４０と、ホルダ５０とを有している。ホルダ５０は、本実施の形態において、４つの柱状体（固定部の一例）５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）と、４つのアーム部５３（５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ）と、１つの振動子保持部（以下、単に保持部ということがある。）５５とを有している。保持部５５には、マグネット６０と、ヨーク７０とで構成された振動子８０が保持されている。

振動発生器１は、全体として、上下の寸法が比較的小さい薄型の略直方体形状に形成されている。振動発生器１は、例えば、左右方向、前後方向のそれぞれの外形寸法が１０ミリメートル〜２０ミリメートル程度しかない、小型のものである。振動発生器１は、前後左右の側面及び上面がフレーム２０により構成され、両面基板１０により底面が覆われた、箱形の外形を有している。

本実施の形態において、フレーム２０及びヨーク７０は、例えば鉄などの軟磁性体を用いてある。

両面基板１０は、両面にパターンが設けられたプリント配線基板である。両面基板１０の上面の中央部には、２つの端子１１，１２が設けられている。端子１１，１２は、両面基板１０の底面に設けられたパターン（図示せず）に導通している。端子１１，１２には、コイル４０の巻回端部がはんだを用いて接続されており、両面基板１０の底面のパターンを介して、コイル４０に通電可能に構成されている。

底板３０は、両面基板１０の上面の略全域を覆うように、長方形の板状に形成されている。底板３０と両面基板１０とは、例えば粘着シートや接着剤などを介して、互いに固定されている。換言すると、両面基板１０は、底板３０に沿うように接続されている。底板３０の中央部には、２つの端子１１，１２が上方に露出するように、開口部３１が設けられている。底板３０の４辺には、４つの接合部３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ）が形成されている。図２に示されるように、各接合部３３は底板３０から略９０度上方に曲げられて形成され、底板３０の両面基板１０上の部位と共にＬ字形状の断面をなしている。各接合部３３は、その外側面がフレーム２０の側部内面に接触するように形成されている。底板３０は、振動子８０に対してコイル４０よりも離れた位置に配置されている。すなわち、底板３０は、フレーム２０と共に振動子８０やコイル４０などを覆っている。

本実施の形態において、底板３０は、非磁性材料を用いて構成されている。底板３０は、例えば非磁性ステンレス鋼など、非磁性の金属材料を用いて構成されている。なお、底板３０は、金属材料を用いたものに限られず、例えば樹脂製であってもよい。

フレーム２０は、全体として、底面部が開口する直方体形状を有している。フレーム２０は、例えば鉄板を絞り加工することにより形成されている。平面視で、フレーム２０の角部（各側面間の部位）は、Ｒ面状部分を挟んで繋がっている。図２に示されるように、フレーム２０は、両面基板１０の上方から両面基板１０の上面を覆うように配置される。フレーム２０は、各側面の内面が、底板３０の各接合部３３の側面に接触するようにして、各接合部３３に対して接着又は溶接などがされることで、底板３０に固定されている。換言すると、底板３０は、フレーム２０に取り付けられている。なお、フレーム２０は、接合部３３にはめ込まれたり、その他の方法で、底板３０に固定されていたりしてもよい。

このように、振動発生器１は、フレーム２０で囲まれた構造を有するので、周囲の磁場等に影響されにくい。また、振動発生器１内の磁束が外部に漏れにくく、外部の機器や回路などに影響が及ぶことが防止される。

また、振動発生器１は、フレーム２０と底板３０とで箱形に囲まれているので、振動発生器１自身の剛性が高くなる。したがって、振動発生器１は、確実に振動を発生することができる。また、振動発生器１は、外部機器等への取り付け作業時において取り扱いやすいものとなる。

コイル４０は、例えば導線を巻回してなる、全体として楕円形で平板状の空芯コイルである。すなわち、コイル４０は、巻回軸方向の寸法が、巻回軸方向に直交する方向の寸法よりも小さい薄型コイルである。なお、コイル４０は、金属箔を巻回したものをスライスしてなるものであったり、シートコイルを積層したものであったりしてもよい。また、コイル４０は、平面視で、円形や、四角形形状などの多角形形状を有していてもよい。

図２に示されるように、コイル４０は、巻回軸方向が上下方向となるようにして、底板３０の上面に配置されている。図１に示されるように、コイル４０は、平面視で、振動発生器１の中央部に、後述するように振動子８０に対して面対向に配置されている。コイル４０と底板３０とは、絶縁されている。コイル４０の２つの巻回端部は、共にコイル４０の内側から開口部３１を介して両面基板１０の上面側に配線され、端子１１，１２に接続されている。

ホルダ５０は、マグネット６０及びヨーク７０と共に、インサート成形により一体成形されている。すなわち、ホルダ５０と振動子８０とは、一体成形されている。本実施の形態において、柱状体５１、アーム部５３、及び保持部５５は、弾性体（樹脂の一例）を用いて一体成形されている。弾性体としては、例えば、熱に強いフッ素系やシリコン系のゴムを用いることができる。このようなゴムを用いてホルダ５０を形成することにより、振動発生器１の耐熱性を向上させることができる。弾性体はこれに限られず、種々のものを用いることができる。

［ホルダ５０及び振動子８０の構造］

図３は、ホルダ５０を示す斜視図である。

図３において示されているホルダ５０は、保持部５５にマグネット６０及びヨーク７０が取り付けられていない状態を示すものである。すなわち、本実施の形態において、ホルダ５０は、マグネット６０及びヨーク７０で構成される振動子８０と共に一体成形されているものであるが、図３においては、この部位について、振動子８０は示されず、弾性体により構成されているホルダ５０部分のみが示されている。

各柱状体５１は、高さ方向が上下方向となる円柱形状を有している。各柱状体５１の高さは、フレーム２０の内部の上下方向の寸法よりもやや小さくなっている。

図１に示されるように、４つの柱状体５１は、それぞれ、平面視でホルダ５０の四隅となる位置に配置されている。柱状体５１は、フレーム２０の側面のＲ面状部分に、それぞれ配置されている。

図１及び図２に示されるように、振動子８０は、水平面（図１においてＸＹ平面）に平行となる板形状を有している。振動子８０は、平面視で各辺が前後方向又は左右方向に対して平行な略長方形形状に形成されている。

図１に示されるように、振動子８０は、平面視でホルダ５０の中央部、すなわち振動発生器１の中央部に配置されている。図２に示されるように、振動子８０は、コイル４０と略平行に、コイル４０に対して面対向に配置されている。

マグネット６０は、永久磁石である。マグネット６０は、水平面に平行な、薄型の直方体形状すなわち板形状を有している。ヨーク７０は、マグネット６０の上面を覆うように取り付けられた、平面視で長方形の磁性板である。ヨーク７０の上面は、フレーム２０の上面の内面に対面するようにして配置されている。ヨーク７０は、左右の辺から部分的にそれぞれ左右方向に突出する耳部７１，７２を有している。ヨーク７０とマグネット６０とは、例えばスポット溶接や接着により、互いに接合されて、一体の振動子８０を構成している。ヨーク７０及びマグネット６０が接合されている状態で、これら振動子８０とホルダ５０とがインサート成形により一体に成形されている。

図３に示されるように、保持部５５は、内部に振動子８０が配置される略方形の孔部５５ａを形成する方形枠形状を有している。ここで、保持部５５には、左右方向側方に出っ張る２つの張出部５５ｂ，５５ｃが形成されている。図２に示されるように、ヨーク７０は、張出部５５ｂ，５５ｃのそれぞれに耳部７１，７２が埋入するようにして、マグネット６０と共に配置されている。このような構造を有することにより、振動子８０は、保持部５５から脱落しにくくなるように構成されている。

４つのアーム部５３は、それぞれ、保持部５５の各角部と、その角部に最も近い柱状体５１とを接続するようにして形成されている。各アーム部５３は、左右方向に延びる梁状に形成されている。図２に示されるように、アーム部５３の幅方向（前後方向）の寸法は、縦方向（上下方向）の寸法よりも小さくなっている。各アーム部５３は、弾性体により形成されているため、前後方向にたわみやすくなっている。なお、各アーム部５３の幅方向の寸法と縦方向の寸法との関係は、これに限定されない。各アーム部５３の幅方向の寸法は、縦方向の寸法と等しくてもよいし、縦方向の寸法よりも大きくてもよい。

このように４つのアーム部５３がそれぞれ前後方向にたわみやすく形成されていることにより、振動子８０は、柱状体５１に対して、主に前後方向に変位可能である。すなわち、振動子８０の振動方向は、前後方向（Ｙ軸方向）である。振動子８０は、水平面に略平行な方向に変位可能に、アーム部５３によって支持されている。

ホルダ５０は、４つの柱状体５１のそれぞれがフレーム２０に固定されていることにより、フレーム２０に取り付けられている。これにより、フレーム２０とは別に一体成形されたホルダ５０によって、振動子８０がフレーム２０に対して変位可能に支持された、振動発生器１の基本構造が構成されている。

振動発生器１において、コイル４０は、振動子８０をフレーム２０に対して往復運動させるための磁場を発生する。すなわち、コイル４０に電流が流れると、コイル４０が励磁し、上下方向に磁場が生じる。磁場が生じると、マグネット６０がこの磁場の影響を受けて反発・吸引の力が生じる。振動子８０には、磁場の方向及びマグネット６０の磁極の配置に応じて、前方又は後方へ変位させる力（推力ということがある。）が作用する。そのため、振動子８０は、各アーム部５３をたわませながら、前後方向のいずれかに変位する。換言すると、マグネット６０は、コイル４０を励磁させることにより振動子８０を前後方向に変位させることができるように着磁されている。振動発生器１がこのような構成を有していることにより、コイル４０に交流が流されると、その交流に応じて、振動子８０は、平面視で、フレーム２０に対して、前後方向に往復直線運動を行う。これにより、振動発生器１が振動力を発生する。

交流の電流値が小さくなり、磁場が弱くなったり磁場がなくなったりすると、アーム部５３の復元力により、振動子８０は平面視で振動発生器１の中央部に戻ろうとする。このとき、アーム部５３は弾性体であるところ、アーム部５３で消費されるエネルギは比較的大きくなる。したがって、振動は速やかに減衰される。

本実施の形態において、底板３０が非磁性材料を用いて構成されているので、振動子８０と底板３０との間に、マグネット６０による磁気吸引力は発生しない。振動子８０は、コイル４０が発生させた磁場に応じて、スムーズに、効率良く変位する。したがって、振動発生器１を、より薄型化でき、かつ、適正に動作させることができる。

［ホルダ５０のフレーム２０への取り付け構造］

ところで、本実施の形態において、柱状体５１は、フレーム２０に設けられた係合部２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）に係合することで、フレーム２０に取り付けられている。これにより、ホルダ５０は、フレーム２０に容易に取り付け可能に構成されている。

図４は、図１のＢ−Ｂ線におけるフレーム２０の断面図である。図５は、図４のＣ−Ｃ線におけるフレーム２０の断面図である。

本実施の形態において、図５に示されるように、係合部２１は、平面視でフレーム２０の隅部にそれぞれ設けられている。４つの係合部２１のそれぞれは、第１の爪部２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）と、第２の爪部２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）との２つの爪部２２，２３を有している。

図４に示されるように、各係合部２１において、２つの爪部２２，２３は、それぞれ、フレーム２０の側面の一部にＵ字状（コ字状）の切り欠きが設けられ、切り欠きの内部がフレーム２０の内側に向けて押し込まれることにより形成されている。したがって、各爪部２２，２３は、フレーム２０と一体に成形されている。各爪部２２，２３がこのようにして形成されることにより、フレーム２０の側面には、部分的に空隙２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ）が設けられている。

本実施の形態において、爪部２２，２３は、柱状体５１の形状に対応する形状に形成されている。すなわち、柱状体５１は円柱状であるところ、爪部２２，２３は、柱状体５１の側周面に沿うような形状に形成されている。図５に示されるように、各係合部２１は、平面視で、爪部２２，２３とフレーム２０の側面間のＲ面状部分とにより、その係合部２１に配置される柱状体５１の外周面のうち半周以上の部分を囲むように形成されている。

フレーム２０にホルダ５０を配置するとき、まず、４つの柱状体５１が、４つの係合部２１にはめ込まれる。これにより、各柱状体５１が係合部２１の爪部２２，２３間に挟まれた格好となる。換言すると、各柱状体５１は、側周面が係合部２１の爪部２２と爪部２３とにより把持された状態となる。このように柱状体５１と係合部２１が係合することで、柱状体５１がフレーム２０に固定され、ホルダ５０がフレーム２０に取り付けられる。

各爪部２２，２３は、各柱状体５１がそれぞれ係合部２１にはめ込まれた状態で、柱状体５１にかしめられる。例えば、図５に矢印で示されるように、例えば係合部２１ｄについて、第１の爪部２２ｄが、前方向（図５において下方向）に押し込まれ、第２の爪部２３ｄが、右方向（図５において右方向）に押し込まれる。このように爪部２２，２３がかしめられることにより、各柱状体５１に爪部２２，２３が食い込み、柱状体５１がより強固にフレーム２０に固定される。

従来の振動発生器では、筐体に取り付けられた板ばねを使用して振動子を支持するものであるところ、例えば板ばねが筐体にねじを用いて取り付けられているものなど、板ばねの筐体側への取り付け部分の構造が複雑になるという問題があった。そのため、振動発生器の組立て工数が複雑化し、部品点数も多くなり、振動発生器の製造コストが増大する。このような問題は、振動発生器の小型化、薄型化の要求が高まるのに伴い、より顕著なものになっている。すなわち、振動発生器の小型化に伴い、構成部品も小型化されるため、ねじ留めやかしめに代えてスポット溶接などの取り付け方法を用いる必要があり、部品間の取り付け部の構造が複雑化する。例えば、板ばねと筐体との取り付け部などにスポット溶接を施す場合には、振動発生器の信頼性を高く保つために、多くの箇所を溶接する必要があり、製造に手間がかかる場合がある。スポット溶接を行った部位は、比較的衝撃力に対して脆くなるからである。このような問題に対して、従来見られるような、バネ部とフレームの枠部とを一体成形した構造では、上記のようなバネ部と筐体の接合方法についての問題はそもそも発生しない。しかしながら、この場合、筐体に用いられる素材は、バネ部と一体成形することが可能なものに限られるという問題がある。

このような問題に対して、本実施の形態では、柱状体５１を含むホルダ５０が一体成形されており、ホルダ５０は、柱状体５１が係合部２１にはめ込まれることで、フレーム２０に対して取り付けられている。ホルダ５０をフレーム２０に容易に取り付けることができ、部品点数も少なく抑えられるので、振動発生器１の製造コストを低減できる。また、ホルダ５０及びフレーム２０はそれぞれ一体に形成されているので、ホルダ５０とフレーム２０との取り付け部は、脆くなることはない。したがって、振動発生器１の衝撃に対する信頼性を高めることができる。ホルダ５０のフレーム２０への取り付けに、ねじなどの別の部材を要することがないので、振動発生器１の小型化、薄型化、軽量化を進めることができる。

従来見られるような、振動子を支持するバネ部と筐体とが樹脂により一体成形される構造を用いた場合には、バネ部と筐体とを同素材とせざるを得なくなるという素材選択上の問題がある。しかしながら、本実施の形態では、ホルダ５０とフレーム２０とは、別部材で構成されているので、部品点数が少なくなる。また、容易に組立て可能な簡素な構造としながら、フレーム２０の材質を適宜選択できる。したがって、例えば別途磁気回路や磁気シールドとして機能する部材などを設けることなく、フレーム２０がその役割を果たすように構成することができる。

ホルダ５０は、柱状体５１と、アーム部５３と、振動子保持部５５とが弾性体により一体成形されて構成されている。したがって、部品点数を低減し、かつ、ホルダ５０を容易に製造することができる。本実施の形態では、マグネット６０及びヨーク７０がホルダ５０と共にインサート成形されているので、振動子８０を保持した状態のホルダ５０を容易に構成することができ、振動発生器１の製造工程をさらに簡素化できる。

係合部２１は、フレーム２０の側面の一部に切り欠きを設けて爪部２２，２３を形成することで、フレーム２０と一体に形成されている。したがって、部品点数をより少なくすることができ、製造コストをさらに低減することができる。

ホルダ５０のフレーム２０への取り付け構造は、円柱状の柱状体５１を２つの爪部２２，２３で把持したものである。したがって、振動発生器１の構造を簡素化しつつ、柱状体５１を確実にフレーム２０に位置決めし、ホルダ５０のフレーム２０への取り付け精度を高めることができる。柱状体５１に対して、爪部２２，２３がかしめられている構造を有するので、ホルダ５０がフレーム２０により強固に取り付けられる。

なお、ホルダ５０への振動子８０の取り付け構造、すなわちホルダ５０へのマグネット６０及びヨーク７０の取り付け構造は、インサート成形に限られるものではない。例えば、一体成形されたホルダ５０に、互いに溶接などにより接合されたマグネット６０及びヨーク７０を組み込み、接着などを行った構造を有していてもよい。また、ホルダ５０とヨーク７０を一体形成し、その後、ヨーク７０部分にマグネット６０を取り付けるようにしてもよい。

［マグネット６０の詳細構造］

図６は、振動子８０及びコイル４０の側断面図である。

図６に示される側断面図は、ＹＺ平面に平行で、振動子８０の略中央を通る平面におけるものである。すなわち、図６に示される側断面図は、図１のＢ−Ｂ線断面図に対応する。なお、図６において、ホルダ５０の図示は省略されており、マグネット６０、ヨーク７０、及びコイル４０のみが示されている。

図６に示されるように、本実施の形態において、マグネット６０及びヨーク７０の振動方向の幅寸法（図６に寸法Ｄ１で示す。）は、コイル４０の振動方向の幅寸法（図６に寸法Ｄ２で示す。）よりも大きくなっている。換言すると、平面視で、マグネット６０及びヨーク７０は、コイル４０の外側の端縁から振動方向にはみ出すように形成されている。具体的には、アーム部５３が変形しておらず、振動子８０が静止している自然状態において、マグネット６０及びヨーク７０は、平面視で、コイル４０の外側の端縁から前方及び後方に略等しい量だけはみ出すように形成されている。

ここで、マグネット６０は、振動方向に沿ってハルバッハ配列（ＨａｌｂａｃｈＡｒｒａｙ）で並ぶ５つの磁極６２，６４，６６，６７，６８を有している。これについて、次に説明する。

本実施の形態６０において、マグネット６０は、磁極として、２つの主磁極６２，６４と、３つの副磁極６６，６７，６８とを有している。図６において、各磁極６２，６４，６６，６７，６８に示されている矢印は、磁化方向を示す。主磁極６２，６４は、磁化方向が水平面に直交するように配置されている。副磁極６６，６７，６８は、磁化方向が振動方向と平行になるように配置されている。

主磁極６２，６４及び副磁極６６，６７，６８は、ハルバッハ配列をなすように、２つの副磁極６６，６７，６８間に主磁極６２，６４が位置するようにして配置されている。これらの磁極６２，６４，６６，６７，６８は、コイル４０に向けてマグネット６０が発生させる磁場が強まるように配置されている。

すなわち、副磁極６６は、前後方向の位置が、コイル４０の前端よりも例えば前方の向きとなるように配置されている。この場合、副磁極６７は、振動方向に沿って後方に、副磁極６６の次に配置されている。副磁極６７と副磁極６６とは、それらの間に主磁極６２が配置される分だけ離れている。副磁極６７は、前後方向の位置が、コイル４０の前方部４０ａと後方部４０ｂとの間になるように配置されている。副磁極６８は、振動方向に沿って後方に、副磁極６７の次に配置されている。副磁極６８は、前後方向の位置が、コイル４０の後端よりも後方となるように配置されている。副磁極６８と副磁極６７とは、それらの間に主磁極６２が配置される分だけ離れている。

換言すると、主磁極６２は副磁極６６と副磁極６７との間に、主磁極６４は副磁極６７と副磁極６８との間に、それぞれ配置されている。本実施の形態において、主磁極６２の振動方向の幅は、コイル４０の前方部４０ａの振動方向の幅と略同じである。主磁極６４の振動方向の幅は、コイル４０の後方部４０ｂの振動方向の幅と略同じである。なお、主磁極６２，６４の幅とコイル４０の前方部４０ａ、後方部４０ｂの幅との関係は、これに限られるものではない。

主磁極６２，６４は、主磁極６２の磁化方向が振動方向に沿ってその次に配置されている主磁極６４の磁化方向とは反対になるように配置されている。すなわち、本実施の形態において、主磁極６２は、例えば、コイル４０に面する側（下側）がＳ極となり、ヨーク７０側（上側）がＮ極となっている。これに対して、主磁極６４は、例えば、下側がＮ極となり、上側がＳ極となっている。

これに対し、副磁極６６，６７，６８は、各副磁極の磁化方向が振動方向に沿ってその次に配置されている副磁極の磁化方向とは反対になるように配置されている。すなわち、本実施の形態では、副磁極６６の磁化方向は前方であり、副磁極６６の次に配置されている副磁極６７の磁化方向は後方である。すなわち、副磁極６６の磁化方向と副磁極６７の磁化方向とは反対になっている。同様に、副磁極６７の次に配置されている副磁極６８の磁化方向は、副磁極６７の磁化方向とは反対の、前方である。

ここで、副磁極６７と副磁極６８とは、互いの磁化方向が向き合うように（図６において矢印が向き合うように）配置されている。換言すると、副磁極６７と副磁極６８とは、Ｎ極同士が対面するように配置されている。磁化方向がコイル４０に向かう方向（下方）である主磁極６４は、このように互いの磁化方向が向き合うように配置された副磁極６７と副磁極６８との間に配置されている。他方、磁化方向が上方である主磁極６２は、互いの磁化方向が向き合わないように配置された（Ｓ極同士が対面するように配置された）副磁極６６と副磁極６７との間に配置されている。

磁極６２，６４，６６，６７，６８が、このようにハルバッハ配列で配置されているので、マグネット６０が発生させる磁場は、コイル４０に向けて強まる。これにより、コイル４０が励磁したときに、振動子８０に加わる推力が大きくなる。

図７は、振動子８０に加わる推力の大きさを振動子８０の構造毎に比較して示すグラフである。

図７においては、本実施の形態における構造（第１の構造）を有する振動子８０と、後述の第２の構造を有する振動子と、比較対象として示す構造（比較例）を有する振動子とについて、移動量と推力との関係が示されている。図７は、計算機を用いて行ったシミュレーション結果によるものである。

図８は、比較例の構造を有する振動子を示す側断面図である。

図８に示されるように、比較例の構造を有する振動子８８０は、マグネット８６０とヨーク７０とを有している。なお、図８においては、図６に対応する態様で、振動子８８０の構造が示されている。

マグネット８６０及びヨーク７０の振動方向の幅は、コイル４０の振動方向の幅と略等しくなっている。また、マグネット８６０は、磁極として、前方の磁極８６２と後方の磁極８６４との２つを有している。すなわち、マグネット８６０は、前方部分が磁化方向が上方になるように着磁されており、後方部分が磁化方向が下方になるように着磁されている。

図９は、第２の構造を有する振動子を示す側断面図である。

図９に示されるように、第２の構造を有する振動子９８０は、マグネット９６０とヨーク７０とを有している。なお、図９においては、図６に対応する態様で、振動子９８０の構造が示されている。

振動子９８０は、比較例の構造を有する振動子８８０と比較して、マグネット９６０及びヨーク７０の振動方向の幅がコイル４０の振動方向の幅よりも大きい点で異なっている。マグネット９６０及びヨーク７０の振動方向の幅は、本実施の形態のマグネット６０及びヨーク７０の幅と略同じである。換言すると、振動子９８０は、振動子８０と比較して、マグネット９６０の磁極の配列が異なっている。マグネット９６０は、マグネット８６０と同様に、前方部分と後方部分とで磁化方向が上下で異なる２つの磁極９６２，９６４を有している。

なお、振動子８８０のマグネット８６０の幅に対して、振動子８０のマグネット６０の幅及び振動子９８０のマグネット９６０の幅は、共に２５％ほど大きくなっている。

図７に戻って、ここでは、移動量が０である状態（自然状態）の振動子８８０に生じる推力（比較例）を１とした場合における、振動子８０に生じる推力（第１の構造；図７で太線で示す）と、振動子９８０に生じる推力（第２の構造；図７で実線で示す）と、振動子８８０に生じる推力（比較例；図７で点線で示す）とが示されている。それぞれの推力は、各振動子の移動量に応じて変化する。

図７に示されるように、コイル４０が励磁したときに生じる推力は、振動子８０についてのものが最も大きくなる。振動子８０についての推力は、比較例に対して２０％ほど大きくなる。

振動子９８０について生じる推力は、振動子８０に次いで、比較例よりも大きくなる。振動子９８０についての推力は、比較例に対して、７％ほど大きくなる。

図１０は、本実施の形態に係る振動子８０が発生させる磁場を示す図である。図１１は磁極の配列が異なる振動子９８０が発生させる磁場を示す図である。

図１０、図１１に示される画像は、計算機を用いた磁界解析により得られたものである。図１０、図１１において、空間磁束密度分布が、磁束密度が大きいほど濃い色になるようにして、示されている。なお、解析に際しては、図１０の場合と図１１の場合と共に、ヨーク７０の大きさはマグネット６０，９６０よりも大きいものとされている。

図１０と図１１とを比較してわかるように、振動子８０では、ハルバッハ配列を採用することにより、マグネット６０からコイル４０に向けて、比較的強い磁場を発生させることができる。すなわち、図１１に示されるように、ハルバッハ配列を採用していない場合には、マグネット９６０の中央部下方の部分が比較的磁束密度が大きくなっているものの、その両脇のエリアＲ２においては、磁束密度が小さくなっている。これに対し、図１０に示されるように、マグネット６０は、ハルバッハ配列が採用されているので、マグネット６０の下方の広い部分で（特に、上記エリアＲ２に対応するエリアＲ１などで）、磁束密度が比較的大きくなっている。したがって、コイル４０が励磁したときに、振動子８０に生じる推力が、振動子９８０に生じる推力よりも大きくなる。

［実施の形態の効果の説明］

以上のように、本実施の形態においては、マグネット６０が、ハルバッハ型の配列で着磁されているので、振動子８０について高い推力が与えられるようにすることができる。したがって、振動子８０の上下方向の寸法を大きくする必要がないので、薄型であって高性能な小型の振動発生器１を得ることができる。

また、この振動発生器１では、マグネット６０の振動方向の幅がコイル４０の振動方向の幅よりも大きいので、振動子８０に生じる推力をさらに増大させることができる。したがって、小型な振動発生器１から、効率良く、大きな振動を発生させることができる。

従来の構造で、振動発生器で大きな振動量が得られるようにするには、振動発生器の小型化をある程度放棄し、十分な厚みを有するマグネットを用いることが必要となる。これは、次の理由による。すなわち、マグネットの磁化方向の厚みを薄くしたり、磁化方向に垂直な断面積が大きくなったりすると、マグネットの動作点が低くなる。そのため、より大きな振動量が得られるようにすることを目的として、マグネットの厚みを保持したままでマグネットの断面積を増大させると、振動子の推力を効率良く増大させることができない。しかも、この場合には、振動子の重量が増大し、また、マグネットに用いられる高価な希土類磁石材料の使用量が増えて製造コストが高くなる。そのため、小型な振動発生器の長所が損なわれる。

これに対して、本実施の形態の構造では、マグネット６０の厚みを薄く保持したままで、ハルバッハ配列を用いることにより、振動子８０で発生する推力を効率良く増大させることができる。これにより、高価なマグネット６０の材料の使用量を抑えつつ、大きな振動を得ることができる。したがって、振動発生器１を、小型で、製造コストが低く、高性能なものとすることができる。

［変型例の説明］

図１２は、本実施の形態の一変型例に係る振動発生器の振動子４８０及びコイル４０の構造を示す側断面図である。

図１２に示されるように、本変型例に係る振動子４８０は、マグネット４６０とヨーク７０とを有している。なお、図１２においては、図６に対応する態様で、振動子４８０の構造が示されている。

マグネット４６０は、上述の実施の形態におけるマグネット６０と比較して、より多くの磁極を含んでいるものである。すなわち、マグネット４６０は、４つの主磁極４６２，４６３，４６４，４６５と、６つの副磁極４６６ａ，４６６ｂ，４６７ａ，４６７ｂ，４６８ａ，４６８ｂとを有している。

マグネット４６０は、前方から後方に向けて、副磁極４６６ｂ、副磁極４６６ａ、主磁極４６３、主磁極４６２、副磁極４６７ｂ、副磁極４６７ａ、主磁極４６４、主磁極４６５、副磁極４６８ｂ、副磁極４６８ａの順で各磁極が並ぶようにして構成されている。

２つずつの主磁極４６２〜４６５と２つずつの副磁極４６６ａ〜４６８ｂとは、振動方向に沿って交互に並ぶようにして配置されている。主磁極４６４，４６５の磁化方向は下方であり、主磁極４６６，４６７の磁化方向は上方である。また、マグネット４６０の中央部に位置する副磁極４６７ａ，４６７ｂの磁化方向は、後方（磁化方向がコイルに向かっている主磁極４６４に向かう方向）である。副磁極４６６ａ，４６６ｂの磁化方向と、副磁極４６８ａ，４６８ｂの磁化方向とは、それぞれ副磁極４６７ａ，４６８ｂとは異なる、前方となっている。

このように構成されたマグネット４６０でも、上述のマグネット６０と同様に、ハルバッハ配列を備えているといえる。すなわち、本変型例でも、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。マグネット４６０からコイル４０に向かう磁場を強くすることができるので、コイル４０の励磁に伴って、振動子４８０には、大きな推力が発生する。

なお、マグネットの振動方向の幅は、コイルの振動方向の幅よりも大きくなくてもよい。マグネットが、上述のようなハルバッハ配列で並ぶ複数の磁極を有していることにより、従来の構造と比較して効率良く振動子の推力を増大させる効果を得ることができる。

図１３は、本実施の形態の上述とは異なる変型例に係る振動発生器のマグネット６６０とコイル４０との位置関係を説明する図である。

図１３において、上段は振動発生器の振動子が停止している状態を示す（静止位置）。中段は振動子が一方の振動方向（図１３において右方向）に変位している状態を示す（磁石右移動）。下段は振動子が他方の振動方向（図１３において左方向）に変位している状態を示す（磁石左移動）。

図１３に示されるように、マグネット６６０において、主磁極６６２，６６４及び副磁極６６６，６６７，６６８は、ハルバッハ配列をなすように、２つの副磁極６６６，６６７，６６８間に主磁極６６２，６６４が位置するようにして配置されている。これらの磁極６６２，６６４，６６６，６６７，６６８は、コイル４０に向けてマグネット６６０が発生させる磁場が強まるように配置されている。図１３の上段において示されるように、マグネット６６０の振動方向の幅寸法は、コイル４０のそれと略同じである。

マグネット６６０の振動方向両端部には副磁極６６０，６６８が配置されているが、この位置は、コイル４０が発生させる磁気の影響を比較的受けにくい部分である。図１３の中段、下段に示されているように、振動子が変位したときでも主磁極６６２，６６４の位置はコイル４０の中央付近から離れることはないので、コイル４０が発生させる磁気がマグネット６６０に効率良く作用して、振動子が運動を続けることができる。

このように、上述の実施の形態のマグネット６０よりも振動方向の幅寸法が小さいマグネット６６０を用いた場合においても、ハルバッハ配列が採用されていることにより、ハルバッハ配列を採用していないマグネットと比較して、効率良く振動子を駆動させることができる。

［その他］

フレームは鉄に限られず、他の素材を用いて構成されていてもよい。例えば、ホルダとは別体に構成された樹脂製であってもよい。フレームは、上面又は底面が設けられておらず、平面視でホルダの周囲を囲むようなものであってもよい。フレームは、平面視で正方形であってもよい。

回路基板は設けられていなくてもよい。回路基板に代えて、フレキシブルプリント基板を用いてもよい。この場合、例えば、振動発生器の底面を覆う底板の上下にフレキシブル基板が折れ曲がるようにして配置されることで、フレーム及び底板で覆われた内部のコイルに、振動発生器の外側から電流を流すことができる。

振動子に、ヨークは設けられていなくてもよい。ヨークが設けられていなくても、ハルバッハ配列のマグネットを利用することにより、マグネットが発生させる磁場を効率良くコイルに向けることができる。

ホルダに、マグネットと共にウエイトを保持させて、マグネットとウエイトとを含む振動子が構成されるようにしてもよい。振動子の重量を大きくすることができ、より大きな振動を得ることができる。

柱状体の数やアーム部の数は、それぞれ２つ以上であればよい。柱状体は、円柱形状でなくてもよく、多角柱形状であってもよい。ホルダは、一体成形されたものではなく、複数の部材を組み付けて構成されたものであってもよい。

ホルダのフレームへの取り付け構造は、柱状体とそれを挟むような２つずつの爪部が係合するものに限られず、ホルダ側の他の形状の固定部と、フレームに形成された係合部とが係合するものであればよい。例えば、フレームに穴状の係合部が形成されており、その係合部にホルダ側の突起部が嵌装されることで、ホルダがフレームに取り付けられるようにしてもよい。

ホルダは、単色成形されるものに限られない。例えば、柱状体及び保持部と、アーム部とを、互いに異なる素材を用いて、二色成形により一体成形したものであってもよい。

ホルダへの振動子の取り付け構造すなわちホルダへのマグネット及びヨークの取り付け構造は、インサート成形に限られるものではない。例えば、ホルダの成形とは別の工程において、一体成形されたホルダに、互いに溶接などにより接合されたマグネット及びヨークを組み込み、接着などを行った構造を有していてもよい。また、ホルダとヨークを一体形成し、その後、ヨーク部分にマグネットを取り付けるようにしてもよい。

上記のようなホルダの構成は、上記のような振動発生器用のホルダに限られず、広く適用可能である。すなわち、ホルダは、フレームに支持される部分に対して、マグネットが設けられた可動子（上述の実施の形態において振動子となる部分）がアーム部を介して変位可能となるように、構成される。このようなホルダは、磁気を利用して駆動されるアクチュエータや、可動子を適宜所定の向きに変位させたりして用いる装置など、他の様々な装置において利用することができるものである。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１振動発生器
１０両面基板
２０フレーム（筐体の一例）
２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）係合部
２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）第１の爪部
２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）第２の爪部
３０底板
４０コイル
５０ホルダ
５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）柱状体（固定部の一例）
５３（５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ）アーム部
５５振動子保持部
６０，４６０，６６０マグネット
６２，６４，４６２〜４６５，６６２，６６４主磁極
６６〜６８，４６７ａ〜４６８ｂ，６６６〜６６８副磁極
７０ヨーク
８０，４８０振動子

Claims

水平面に平行な板形状を有するマグネットを有する振動子と、
筐体に取り付けられており、前記振動子を前記筐体に対して変位可能に保持するホルダと、
薄型コイルであって前記マグネットに対して面対向に配置されており、前記振動子を前記筐体に対して所定の振動方向に変位させるための磁場を発生させるコイルとを備え、
前記マグネットは、前記振動方向に並ぶ複数の磁極を有し、
前記複数の磁極は、前記コイルに向けて前記マグネットが発生させる磁場が強まるようにハルバッハ配列で並ぶ、振動発生器。
前記マグネットは、
磁化方向が前記振動方向に平行となるように、前記振動方向に配列された３つ以上の副磁極と、
磁化方向が前記水平面に直交するように、前記副磁極間にそれぞれ配置された２つ以上の主磁極とを含み、
前記３つ以上の副磁極は、各副磁極の磁化方向が前記振動方向に沿ってその次に配置されている副磁極の磁化方向とは反対になるように配置されており、
前記２つ以上の主磁極は、各主磁極の磁化方向が前記振動方向に沿ってその次に配置されている主磁極の磁化方向とは反対になるように配置されており、
前記２つ以上の主磁極のうち磁化方向が前記コイルに向かう方向であるものは、前記３つ以上の副磁極のうち互いに磁化方向が向き合うように配置された２つの副磁極の間に配置されている、請求項１に記載の振動発生器。
前記マグネットの前記振動方向の幅寸法は、前記コイルの前記振動方向の幅寸法よりも大きい、請求項１又は２に記載の振動発生器。
前記ホルダは、
前記振動子を保持する振動子保持部と、
前記筐体に固定される固定部と、
前記固定部と前記振動子保持部とを接続し、前記振動子保持部を前記固定部に対して変位可能に支持するアーム部とを有し、
前記ホルダは、前記固定部、前記アーム部、及び前記振動子保持部が樹脂を用いて一体成形された構造を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の振動発生器。