JP2518745B2 - 薄型情報伝達装置用振動アクチュエ―タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、携帯機器、たとえばカ
ード型ページャー、腕時計、携帯電話、あるいは盲人用
信号受信機等の情報伝達装置において、振動アクチュエ
ータから発生する振動を人体に伝えることにより、ある
種の情報を情報伝達装置の携帯者に伝達する薄型情報伝
達装置用振動アクチュエータに関するものである。以
下、本明細書では、振動を人体に伝達することにより、
ある種の情報を伝達する機器を単に「情報伝達装置」と
記載する。

【０００２】

【従来の技術】振動モータを使用した情報伝達装置は、
振動のみによってある種の情報を周囲の者に迷惑をかけ
ずに伝達できるため、近年、ポケットベルに変わるペー
ジャー、腕時計、携帯電話、あるいは盲人用信号受信機
等に使用されるようになってきた。従来例における振動
モータは、円筒型モータのモータシャフトの先端にたと
えば、半月状の分銅を取り付け、モータを高速回転させ
て振動を得ていた。このような円筒型モータは、カード
型の携帯用情報伝達装置として薄型にすることが困難で
あるため、偏平型振動モータが開発されている。たとえ
ば、図５は従来例における情報伝達装置に使用する偏平
型ブラシレスモータの断面概略図である。図５におい
て、ステータヨーク基板５１上には、複数のステータコ
イル５２、たとえば３相６コイル、を形成したプリント
配線板５１′が載置されていると共に、その中心部に軸
受５３が装着されている。また、ステータヨーク基板５
１は、磁性体からなるモータ・ケースを兼ねており、図
示上部の部分において、モータ・ケースは、省略されて
いる。軸受５３には、シャフト５４が回転自在に挿入さ
れている。当該シャフト５４には、ロータブッシュ５５
を介して板状のロータマグネット５７が固定されてい
る。当該ロータマグネット５７は、所望数の磁極、たと
えば８極に着磁され、前記ステータコイル５２と対向し
ている。このような構成の偏平型ブラシレスモータは、
ロータマグネット５７の位置を検出して、ステータコイ
ル５２に回転磁界を順次発生させる図示されていない制
御回路により、ロータマグネット５７に回転力を発生さ
せている。上記のような偏平型ブラシレスモータを使用
して回転振動装置を得る場合には、上記モータの回転軸
にたとえば、タングステン等の比重の高い偏心した分銅
を取り付けて振動を発生させている。また、このような
偏平型ブラシレスモータのステータヨーク基板５１の一
部に図示されていない突設された磁気吸引部を設ける
と、この磁気吸引部では、ロータマグネット５７の吸引
力が変わることを利用して、ロータの回転に振動を与え
る。

【０００３】図６は電気かみそりに使用する振動源の従
来例が示されている。図６において、断面コ字状のヨー
ク６１は、その内面に一対の永久磁石６２、６２′が固
着されて可動子６３を構成している。ステータ６４は、
一対のコイル６５、６５′を互いに逆方向に且つ略平面
状に巻回しておく。そして、上記コイル６５、６５′
は、前記一対の永久磁石６２、６２′の磁界によって電
磁力を発生するように配置されている。一対のバネ６
６、６６′は、その一端で可動子６３の両端に振動し易
いように取り付けられ、他端でステータ６４と共に固定
ビス６９、６９′によって図示されていない基板に固定
されている。位置検出器６７は、コイル６５、６５′の
中央部の空所に配置され、コイル６５、６５′と一体に
固定されている。また、位置検出器６７は、可動子６３
に設けられた摺動子６８によって加圧されると、この加
圧によって抵抗値が変化してコイル６５、６５′の位置
を検出する。

【０００４】図７は図６に示す振動源の駆動回路であ
る。図６に示す位置に位置検出器６７と摺動子６８とが
ある場合、位置検出器６７は、摺動子６８に加圧され
て、低い抵抗値を示す。可動子６３が点線または実線矢
印の示す方向に移動すると、位置検出器６７は、摺動子
６８によって加圧されなくなり、高い抵抗値を示す。図
６に示す状態において、位置検出器６７は、摺動子６８
によって加圧されており、抵抗値が低い。その結果、ト
ランジスタ７１のベースはＬレベルになり、フリップ・
フロップ７４のＴ端子の入力およびＱ端子の出力がＨレ
ベルとなる。また、フリップ・フロップ７４のＱ′端子
の出力がＬレベルになるため、ＡＮＤ回路７５の出力は
Ｈレベルとなって、トランジスタ７２をＯＮさせる。し
たがって、コイル６５には電流が流れる。一方、フリッ
プ・フロップ７４のＱ′端子の出力は、Ｌレベルである
ため、トランジスタ７３がＯＦＦとなって、コイル６
５′に電流は流れない。そして、コイル６５に流れる電
流と永久磁石６２、６２′の磁界とにより、可動子６３
には電磁力が働き、図６の点線矢印の方向に動く。この
力によって、摺動子６８は、前記位置検出器６７から外
れて位置検出器６７を加圧しなくなる。この結果、位置
検出器６７の抵抗値は高くなり、トランジスタ７１のベ
ース電位が高くなり、トランジスタ７１はＯＮして、フ
リップ・フロップ７４のＴ端子の入力および、ＡＮＤ回
路７５の入力をＬレベルとする。したがって、トランジ
スタ７２には電流が流れない。この時、フリップ・フロ
ップ７４のＱ′端子の出力は、Ｈレベルとなり、ＡＮＤ
回路７６を通りトランジスタ７３をＯＮしてコイル６
５′に電流を流す。コイル６５と６５′とは、逆方向に
巻回されているため、コイル６５′に電流が流れた場
合、コイル６５′を流れる電流と永久磁石６２とによっ
て可動子６３に働く電磁力は、前記と反対方向になる。
したがって、摺動子６８の移動により、位置検出器６
７の抵抗が変化して、コイル６５、６５′に接続されて
いるトランジスタ７２、７３は、交互にＯＮ／ＯＦＦす
る毎に、コイル６５、６５′に流れる電流を切り換え、
可動子６３の往復運動を継続させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】円筒型モータまたは偏
平型モータを使用した振動源は、そのシャフトに取り付
けたアンバランスな質量をもった分銅により、振動モー
タを高速回転させているため、モータを駆動する電池容
量が大きく、携帯機器用の振動源として、小型かつ薄型
に製作できなかった。また、上記のモータでは、振動回
転によりシャフト等の回転部分で磨耗するため寿命が短
く、分銅に高価なタングステン等を使用するため、高価
な振動源となった。また、上記振動モータで、ブラシや
整流子がある場合、これらによる摺動音、軸受への衝撃
音、あるいは機械的騒音が大きいという問題を有した。
さらに、上記問題の一部を解決した偏平型モータは、コ
アレスにしたため、トルク発生効率が悪く、消費電流が
多い。また、図６に示すような振動源の場合、電気かみ
そりのように大きく、しかも強力な振動を得るにはよ
い。しかし、情報伝達装置を携帯している者に対して単
純な情報を伝達するだけの振動源としては、消費電流が
多く、小型に製作することは不可能であった。さらに、
上記振動源にはコイル、永久磁石、およびバネがそれぞ
れ一対必要であり、駆動回路にもトランジスタおよびＡ
ＮＤ回路がそれぞれ一対必要である。そのため、安価な
振動源を得ることはできない。

【０００６】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、たとえば、リチュウム電池の消費電流（数
１０ｍＡ）で済むと共に、その厚さ（２ｍｍ）と略同程
度の厚さの薄型情報伝達装置用振動アクチュエータを提
供することを目的とする。また、本発明は、構造および
駆動回路が簡単な薄型情報伝達装置用振動アクチュエー
タを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の薄型情報伝達装置用振動アクチュエータ
は、同芯的に巻回されると共に水平に固定配置された駆
動用および位置検出用コイルからなる固定子と、前記コ
イルが巻回されている上下の面に対して、ギャップをも
って対向するように配置された平面状の永久磁石および
対向ヨークからなる可動子と、上記永久磁石および対向
ヨークからなる可動子が前記固定子と同一平面内で往復
運動を行なえるようにその一端を片持ち梁として支持す
るバネ部材とから構成される。

【０００８】本発明の薄型情報伝達装置用振動アクチュ
エータは、同芯的に巻回された駆動用および位置検出用
コイルからなる可動子と、当該可動子におけるコイルの
巻回されている面と同一な水平面内で、往復運動が行な
えるように、コイルの一端を片持ち梁として支持するバ
ネ部材と、前記コイルが巻回されている上下の面に対し
て、ギャップをもって対向するように固定配置された平
面状の永久磁石および対向ヨークからなる固定子とから
構成される。

【０００９】本発明における薄型情報伝達装置用振動ア
クチュエータの駆動回路は、駆動コイルに印加された電
圧および位置検出コイルに発生した電圧をそれぞれ比較
するコンパレータと、当該コンパレータの出力によって
駆動コイルに供給される電力をＯＮ／ＯＦＦするスイッ
チ手段とから構成される。

【００１０】本発明における薄型情報伝達装置用振動ア
クチュエータの往復運動の周期は、前記往復運動を行な
う可動部分の質量とバネ部材の材質および断面形状によ
るバネ定数とによって決定されるように構成される。

【００１１】

【作 用】駆動用および位置検出用コイルは、たとえ
ば、同芯的でかつ水平面内に巻回される空芯型である。
そして、上記コイルは、永久磁石と対向ヨークとの間に
エアギャップを介して水平に固定された固定子となる。
また、永久磁石および対向ヨークは、その一端を片持ち
梁としたバネ部材により支持され、水平面内で往復運動
を行なえる可動子として構成されている。前記可動子を
駆動する駆動コイルに電流が流れると、当該電流と永久
磁石の磁界とによって、駆動コイルに電磁力が発生し、
前記可動子は、前記コイルが巻回されている上下の面に
対して、ギャップをもって対向する平行な面内を移動す
る。そして、駆動コイルに電流が流れなくなった後、前
記可動子は、このバネ部材の力によって元の位置に復元
する。すなわち、駆動コイルに流れる電流のＯＮ／ＯＦ
Ｆとバネ部材とによって、前記可動子は、コイルの巻回
されている面と平行な水平面内で連続した往復運動を繰
り返す。そして、この往復運動の周期は、前記永久磁
石、対向ヨーク等の質量とバネ部材の材質と断面形状に
よるバネ定数とによって決まる。バネ定数は、バネ部材
の形状、たとえば、正面から見て略コ字状等によっても
変えられる。位置検出コイルは、可動子が移動すると、
起電力が減少し、この電圧をコンパレータに入力する。
コンパレータの他方の入力には、駆動コイルにかかる電
圧が帰還されている。このときのコンパレータの出力
は、駆動コイルと電源との間にあるスイッチがＯＦＦと
なるように働く。駆動コイルに電流が流れなくなると、
可動子は、バネ部材の復元力により元の位置に戻り、最
初の状態となる。これを繰り返して往復運動を行なう。
可動子は、上記のように駆動コイルに電流が流れている
間、コイルの巻回されている面と平行な水平面内で移動
する力を受け、電流が流れなくなると、バネ部材の力だ
けで元の位置に戻る。そのために、消費電流は少なく、
制御回路が簡単である。薄型情報伝達装置用振動アクチ
ュエータの厚さは、同一な水平面で巻回されたコイル、
永久磁石、バックヨーク、および対向ヨークの厚さを合
計したものと略同じ厚さになる。また、上記永久磁石お
よび対向ヨークを固定して、コイル側をバネ部材の一端
に取り付け、バネ部材の他端を片持ち梁として支持し、
コイルを可動子とすることも可能である。したがって、
本発明の薄型情報伝達装置用振動アクチュエータは、構
造が簡単で、しかもリチュウム電池を使用できる程度の
消費電力であると共に、リチュウム電池と略同じ厚さに
することができる。また、効率の良い可動子の往復運動
を行わせるために、支持しているバネ部材は、可動子と
バネ部材との質量およびバネ部材の材質を適当に選択す
ることによって共振させるようにしている。

【００１２】

【実 施 例】図１ないし図４を参照しつつ本発明の一
実施例を説明する。図１は本発明における一実施例の斜
視図である。図２は本発明におけるコイルの一実施例を
示す。図３は本発明における永久磁石の一実施例を示
す。図４は本発明における振動アクチュエータの駆動回
路の一実施例を説明する図である。図２において、コイ
ル２１は、駆動コイル２２と位置検出コイル２３とから
構成され、たとえば、同一平面上に同芯的でしかも空芯
に巻回されている。また、図３に示すように、永久磁石
３１は、たとえばネオジウム−鉄−ボロン系永久磁石
で、同一平面上においてＮ極とＳ極とに着磁されてい
る。図１において、板バネ１１は、たとえばステンレス
または燐青銅等からなり、略コ字状に形成されており、
取り付け部となる基部１１−１と、上側支持部１１−２
と下側支持部１１−３とから構成されている。そして、
板バネ１１の上側支持部１１−２には、永久磁石３１と
バックヨーク１２とが取り付けられている。また、板バ
ネ１１の下側支持部１１−３には、対向ヨーク１３が取
り付けられている。バックヨーク１２と対向ヨーク１３
とは、図１に示すように接続されているが、分離するこ
とにより、いずれか一方のみを可動子１０とすることが
できる。前記コイル２１は、対向ヨーク１３と永久磁石
３１の間に僅かなエアギャップを介して挿入された状態
で図示されていない支持手段により固定されている。当
該支持手段および板バネ１１の一方を支持する板バネ支
持台１４は、図示されていない携帯機器用振動アクチュ
エータの基板あるいはハウジング等に取り付けられてい
る。すなわち、可動子１０は、図１において、白抜き矢
印の方向に往復運動が可能なように取り付けられてい
る。また、前記対向ヨーク１３と永久磁石３１と図示さ
れていない支持部に固定し、コイル２１側を可動子１０
として図示されていない板バネ支持台１４に一端を固定
した板バネにより支持することもできる。この場合に
は、コイル２１の質量が小さいため大きい振動力が得ら
れないため接着剤で重さを調整する。以上のようにして
可動子１０は、所望の振動力を得るために、次のような
組み合わせを選択することができる。すなわち、可動子
１０には、対向ヨーク１３のみ、永久磁石３１のみ、対
向ヨーク１３と永久磁石３１、コイル２１のみの場合等
がある。

【００１３】図４にしたがって振動アクチュエータの駆
動回路４１を説明する。図４において、駆動回路４１
は、可動子１０に振動を与える駆動コイル２２と、可動
子１０の位置を検出する位置検出コイル２３と、駆動コ
イル２２に電源４２、たとえばリチュウム電池、を接続
するトランジスタ４３と、位置検出コイル２３に発生す
る起電力を一方の端子に、駆動コイル２２の電圧を帰還
抵抗Ｒｆと抵抗Ｒａとを介して他方の端子にそれぞれ入
力するコンパレータ４４と、コンパレータ４４の出力を
前記トランジスタ４３のベースに加えるベース抵抗Ｒｂ
と、駆動コイル２２に電流を供給する電源スイッチ４５
とから構成されている。電源スイッチ４５により電源４
２が投入されると、電流は駆動コイル２２に流れる。駆
動コイル２２に流れる電流と永久磁石３１による磁界と
によって、可動子１０には電磁力が働き、可動子１０
は、板バネ１１を支持する板バネ支持台１４を支点とし
てコイル２１と同一平面内を移動する。可動子１０が移
動すると、可動子１０の永久磁石３１とコイル２１との
相対位置がずれる。そのため、位置検出コイル２３に発
生する起電力が減少し、この電圧がコンパレータ４４の
一方の端子に入力する。コンパレータ４４の他方に入力
する電圧は、駆動コイル２２にかかる電圧が帰還抵抗Ｒ
ｆによって帰還されている。このときのコンパレータ４
４の出力電圧は、駆動コイル２２と電源４２との間にあ
るトランジスタ４３をＯＦＦとするように働く。この結
果、駆動コイル２２に電流が流れなくなると、コイル２
１は、板バネ１１の復元力により元の位置に戻り、最初
の状態となる。これを繰り返して往復運動が行われる。

【００１４】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、
特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがな
ければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たと
えば、実施例では、駆動コイルと位置検出コイルとを同
一平面に巻回したが、これらを重ねるように巻回するこ
とも可能である。この場合コイルの厚さは厚くなる。ま
た、実施例では、バネ部材を板バネで説明したが、板バ
ネ以外に杆状でも良く、図１に示す以外にコイルと同一
平面内を移動できるものであれば、実施例の形状に限定
されない。また、バネ部材および永久磁石の材質は、実
施例に記載されたもの以外に如何なるものをも採用する
ことができる。また、駆動回路においても同様に実施例
に限定されず、同等な機能を有する回路部品に変えるこ
とが可能である。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、永久磁石およびバック
ヨークと対向ヨークと、駆動コイルとの間に機械的摩擦
部分がなく、機械的損失はバネ部材のみであるため、構
造が簡単で、低騒音、長寿命の薄型情報伝達装置用振動
アクチュエータを提供できる。本発明によれば、可動子
が往復運動の一方向に移動する時にのみ電流を流し、可
動子の復元は、バネ部材の力を利用しているため、駆動
回路を簡単にできると共に、リチュウム電池を使用でき
る程度の少ない消費電流とすることができる。 本発明に
よれば、コイルは、水平面内で空芯に巻回されているた
め、薄型情報伝達装置用振動アクチュエータの厚さをリ
チュウム電池の厚さと同程度の薄型に製造できると共
に、鉄損がなく永久磁石を拘束する磁気吸引がないの
で、バネ部材のバネ圧を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における一実施例の斜視図である。

【図２】 本発明におけるコイルの一実施例を示す。

【図３】 本発明における永久磁石の一実施例を示す。

【図４】 本発明における振動アクチュエータの駆動回
路の一実施例を説明する図である。

【図５】 従来例における情報伝達装置に使用する偏平
型ブラシレスモータの断面概略図である。

【図６】 電気かみそりに使用する振動源の従来例が示
されている。

【図７】 図６に示す振動源の駆動回路である。

【符号の説明】

１０ 可動子 １１ 板バネ １２ バックヨーク １３ 対向ヨーク １４ 板バネ支持台 ２１ コイル ２２ 駆動コイル ２３ 位置検出コイル ３１ 永久磁石 ４１ 駆動回路 ４２ 電源 ４３ トランジスタ ４４ コンパレータ ４５ 電源スイッチ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同芯的に巻回されると共に水平に固定配
   置された駆動用および位置検出用コイル２１からなる固
   定子と、 前記コイル２１が巻回されている上下の面に対して、ギ
   ャップをもって対向するように配置された平面状の永久
   磁石３１および対向ヨーク１３からなる可動子１０と、 上記永久磁石３１および対向ヨーク１３からなる可動子
   １０が前記固定子と同一平面内で往復運動を行なえるよ
   うにその一端を片持ち梁として支持するバネ部材１１
   と、 を備えていることを特徴とする薄型情報伝達装置用振動
   アクチュエータ。
2. 【請求項２】 同芯的に巻回された駆動用および位置検
   出用コイル２１からなる可動子１０と、 当該可動子１０におけるコイル２１の巻回されている面
   と同一な水平面内で、往復運動が行なえるように、コイ
   ル２１の一端を片持ち梁として支持するバネ部材１１
   と、 前記コイル２１が巻回されている上下の面に対して、ギ
   ャップをもって対向するように固定配置された平面状の
   永久磁石３１および対向ヨーク１３からなる固定子と、 を備えていることを特徴とする薄型情報伝達装置用振動
   アクチュエータ。
3. 【請求項３】 駆動コイル２２に印加された電圧および
   位置検出コイル２３に発生した電圧をそれぞれ比較する
   コンパレータ４４と、 当該コンパレータ４４の出力によって駆動コイル２２に
   供給される電力をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ手段４３
   と、 を有する駆動回路４１を備えたことを特徴とする請求項
   １または請求項２記載の薄型情報伝達装置用振動アクチ
   ュエータ。
4. 【請求項４】 前記往復運動の周期は、前記往復運動を
   行なう可動部分の質量とバネ部材１１の材質および断面
   形状によるバネ定数とによって決定されることを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の薄型情報伝達装置用
   振動アクチュエータ。