JP3096771B2 - 振動発生器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動発生器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば移動体通信機器の端末であ
る携帯電話機等の携帯機器には、着信を呼出音で知らせ
る代わりに、携帯機器そのもの又は該携帯機器の付属品
内に振動発生器を収納しておき、該振動発生器を振動さ
せることで人体に着信を感知させるものがある。

【０００３】そしてこの種の従来の振動発生器として
は、モータの回転軸に回転体を取り付け、その際回転体
の重心を該回転軸とは異なる位置となるようにし、回転
体を回転することで振動を発生させる構造のものがあっ
た。

【０００４】しかしながらこのような構造の振動発生器
は、回転体を回転する際の回転軸のブレを振動として利
用する方法なので、モータの回転軸の軸受部分が過酷な
力を受け、その耐久性や信頼性を阻害するという問題等
があった。

【０００５】そこで本願出願人は、先の出願（特開平１
０−１８０１８６号公報）において、バネの自由端（可
動端）に固定される可動子の単振動現象に着目し、図９
に示すように、コイル２４０を巻き付けた略コ字型のヨ
ーク２１０と、ヨーク２１０の略中央部にその下端を固
定してなる板状バネ２２０と、板状バネ２２０の上端の
可動端に固定される可動子２３０とを具備してなる振動
発生器を提案した。

【０００６】ここで可動子２３０はヨーク２３４の両側
に２つの永久磁石２３５，２３６を取り付けて構成され
ている。そしてコイル２４０に所定の電流を流すと、可
動子３０が単振動をし、板状バネ２２０が左右に撓む。

【０００７】しかしながらこの振動発生器においても以
下のような問題点があった。即ち、可動子２３０を支持
する弾性部材として板状バネ２２０を用いているが、板
状バネ２２０は剛性が強いので、長時間これを運転した
ような場合は、折れてしまう恐れがあった。これを防止
するためには板状バネ２２０の長さを長くすれば良い
が、そうすると振動発生器の小型化が図れない。

【０００８】また板状バネ２２０のヨーク２１０や可動
子２３０への固定は、ネジ止めやカシメ等によって行な
う必要があるので、その固定作業が煩雑であった。

【０００９】また永久磁石２３５，２３６を２個用いて
いるので、コストの低減化が阻害されるという問題点も
あった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたものでありその目的は、耐久性があって且
つ小型化が図れ、コストの低減化も図れる振動発生器を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明にかかる振動発生器は、永久磁石を有する可動
子と、前記可動子のＮ，Ｓ磁極方向の両端面にそれぞれ
所定の隙間を介して対向する端面を有し、コイルに電流
を流すことで前記可動子との間に磁路を形成する電磁石
のヨークと、線材の所定部分にこれを巻き回してなるコ
イル部を設け、コイル部の両側の引き伸ばした部分をそ
れぞれアーム部としてなる一対の弾性部材とを具備し、
各弾性部材の一方のアーム部を可動子側に取り付け、他
方のアーム部をヨーク側に取り付けることで、前記コイ
ル部の捻じれによって前記可動子を略平行に揺動するよ
うに支持し、前記ヨークを励磁することでヨークの各端
面を所望の磁極にして前記可動子を所定の振動数で振動
せしめることを特徴とする。前記可動子には錘を取り付
けることが好ましい。 また前記ヨークには前記可動子の
両端面にそれぞれ所定の隙間を介して対向する端面の他
に、前記可動子の側面に所定の隙間を介して対向する中
央ヨークをこの中央ヨークと可動子の永久磁石とが磁路
のループを形成するように設けることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第一実施形態
にかかる振動発生器１を示す斜視図、図２（ａ）は平面
図、図２（ｂ）は正面図である。これらの図に示すよう
に振動発生器１は略Ｅ字型に構成されたヨーク１０の中
央上部に可動子３０を２つの弾性部材２０，２０によっ
て保持して構成されている。以下各構成部品について説
明する。

【００１３】ヨーク１０は純鉄等の軟磁性体からなり、
その左右と中央からそれぞれ突出する左右ヨーク１１，
１３と中央ヨーク１５とを具備し、中央ヨーク１５にコ
イル４０を巻き付けることで電磁石を構成している。コ
イル４０の両端は電流供給手段５０に接続されている。
ヨーク１０下部の左右両側には、下記する弾性部材２
０，２０のコイル部２１，２１を取り付けるための支持
棒４５，４５がヨーク１０の厚み方向に貫通して取り付
けられている。即ち支持棒４５の両端は何れもヨーク１
０の両側面から少しずつ突出して固定されている。支持
棒４５，４５は例えば鉄材で構成される。また左右ヨー
ク１１，１３の上部の外側面には、Ｌ字状の切欠き１
７，１７が設けられている。

【００１４】可動子３０は１つの永久磁石３６のＮ磁極
及びＳ磁極となる両端面に、それぞれ前記ヨーク１０と
同等の材質からなる可動子ヨーク３４，３５を取り付
け、これによって可動子ヨーク３４，３５の両端面３
１，３３をそれぞれＮ，Ｓ磁極にし、さらにこれら永久
磁石３６及び可動子ヨーク３４，３５の上部に錘３８を
取り付けて構成されている。錘３８の材質は例えばタン
グステン合金であり、その重さは可動子３０全体の重さ
がヨーク１０全体の重さと略同一になるようにしてい
る。可動子ヨーク３４，３５の左右対称な位置にはそれ
ぞれ下記する弾性部材２０，２０の係止端部２６，２６
を挿入するために可動子ヨーク３４，３５を厚み方向に
貫通する（なお貫通しなくても良い）孔３４１，３５１
が設けられている。

【００１５】図３は弾性部材２０，２０を示す斜視図で
あり、図１に示すと同等の位置に設置した状態を示して
いる。同図に示すように弾性部材２０は１本の線材を折
り曲げることによって構成されたいわゆるダブルトーシ
ョンコイルバネであり、一回転半ほど巻き回した２つの
コイル部２１，２１のそれぞれ両側の４本のアーム部２
１ａ，２１ａ，２１ａ，２１ａを上方向に向かって略同
一寸法だけ延ばしてその一方のアーム部２１ａ，２１ａ
をコ字状に折り曲げて連結部２５とし、他方のアーム部
２１ａ，２１ａの先端を内側に折り曲げて係止端部２
６，２６としている。

【００１６】そしてこれら弾性部材２０，２０の各コイ
ル部２１，２１をそれぞれヨーク１０両面から突出する
支持棒４５の両端外周に取り付け、また連結部２５，２
５をそれぞれ切欠き１７，１７に係合し、さらに各係止
端部２６，２６を可動子３０の孔３４１，３５１に挿入
し、これによって可動子３０を中央ヨーク１５上に保持
する。これによってヨーク１０の両端面１１ａ，１３ａ
と可動子３０の両端面３１，３３の間には、それぞれ対
向面が平行となる同一寸法の隙間１２，１２が形成され
る。同時に永久磁石３６の下側の側面と中央ヨーク１５
の端面との間にも対向面が平行となる隙間１７が形成さ
れる。

【００１７】なお前記弾性部材２０，２０の弾発力は、
コイル４０に電流を流さないときに、可動子３０の端面
３１，３３の何れかが対向するヨーク１０の端面１１
ａ，１３ａに吸着しない程度の弾発力、即ち図示の位置
に停止するだけの弾発力に設定されている。

【００１８】そして前記電流供給手段５０によってコイ
ル４０に所定の電流を流すと、可動子３０が左右に単振
動を開始する。以下その動作原理を説明する。

【００１９】ここで図４は可動子３０の左右への変位ｘ
（ｍｍ）と、可動子３０に働く左右方向への推力Ｆ
（Ｎ）との関係を示す図である。なおこの推力Ｆはプラ
スは図２（ｂ）の右方向への力、マイナスは左方向への
力を示している。なおこの実施形態では隙間１２，１２
の寸法はそれぞれ１．５ｍｍである。

【００２０】そして白抜きの正方形の点は永久磁石３６
の磁力による力を示し、白抜きの円形の点は永久磁石３
６の磁力とコイル４０にＮＩ＝＋２００（ＡＴ）の電流
を流した場合の電磁力との合力を示し、白抜きの三角の
点は永久磁石３６の磁力とコイル４０にＮＩ＝−２００
（ＡＴ）の電流を流した場合の電磁力との合力を示し、
黒塗りの正方形の点は弾性部材２０，２０の弾発復帰力
を示している。なお図の点線は前記弾性部材２０，２０
の弾発復帰力をｘ軸中心に反転させた仮想線である。

【００２１】同図からわかるように弾性部材２０，２０
は、変位量が増えれば増えるほど直線的に可動子３０を
中立位置に戻そうとする弾発力が増す。

【００２２】一方永久磁石３６による力の方は、変位量
が増えれば増えるほどほぼ直線的に吸着力（弾性部材２
０，２０の弾発力とは逆方向の力）が増す。これは以下
の作用による。即ちもし中央ヨーク１５部分がないとし
たならば、直線的にはならず、変位量が少ないうちは吸
着力は小さく徐々に増加して行き、変位量が増えて一方
の端面１１ａ，３１（又は端面１３ａ，３３）同士が接
近してくると急速にその吸着力が増加するようになる。
つまり略指数関数的な曲線となる。

【００２３】しかしながら本実施形態の場合は、中央ヨ
ーク１５があるので、図５に示すように中央ヨーク１５
と永久磁石３６との間に磁路のループが形成され、この
ループが最小磁気抵抗となるように安定しようとする
力、即ち可動子３０を中央位置に維持させようとする力
が働く。この力は前記端面１１ａ，３１（又は端面１３
ａ，３３）同士が接近して急速に強くなるその吸着力を
打ち消す方向の力として働き、その結果前記図４に示す
ように、可動子３０に働く左右方向（Ｎ，Ｓ磁極方向）
への推力は変位量に対してそれほど急激には上昇せず、
略リニアになる。

【００２４】次に電流供給手段５０からコイル４０にＮ
Ｉ＝＋２００（ＡＴ）の電流を流して中央ヨーク１５の
端面にＳ磁極を、ヨーク１０の両端面１１，１３にＮ磁
極を励磁した場合は、この実施形態では前記永久磁石３
６のみによる推力（図４の白抜きの正方形の点）をその
まま所定の幅で上方向に略平行移動した状態の推力にな
る。即ち何れの変位位置においても前記永久磁石３６の
みによる推力よりも略一定の変位量だけ大きい推力とな
る。

【００２５】これは以下の理由による。即ち図６（ａ）
に示すように中立位置の可動子３０には、そのＮ磁極と
中央ヨーク１５のＳ磁極とが引き付け合い、同時にその
Ｓ磁極と中央ヨーク１５のＳ磁極とが反発し合い、また
同時に端面１１ａのＮ磁極と永久磁石３６端面のＮ磁極
が反発し、且つ端面１３ａのＮ磁極と永久磁石３６のＳ
磁極が吸引し、全て可動子３０を端面１３ａ方向に向け
て引き付ける方向の力となっている。

【００２６】一方図６（ｂ）に示すように可動子３０が
端面１３ａ方向に移動すると、中央ヨーク１５のＳ磁極
の略真上に永久磁石３６のＮ磁極が位置してそれ以上可
動子３０を右方向に移動する力は働かなくなり、同時に
中央ヨーク１５のＳ磁極と永久磁石３６のＳ磁極は離れ
るので可動子３０を右方向へ反発する力も弱くなり、更
に端面１１ａのＮ磁極と永久磁石３６のＮ磁極の距離も
離れるのでこの反発力も弱くなる。一方端面１３ａと永
久磁石３６のＳ磁極の距離は接近するのでこの吸引力は
強くなり、これらの力のバランスによって可動子３０に
働く推力は変位する何れの位置においても略同じ推力と
なり図４に示すようになる。

【００２７】次にこの振動発生器１の動作を説明する。
即ち図２に示すようにコイル４０に電流を流していない
ときは、弾性部材２０，２０が可動子３０を中立位置に
戻そうとする力の方が、永久磁石３６が左右何れかの端
面１１ａ，３１（又は端面１３ａ，３３）に引き付けら
れる力よりも大きくなるように設定されているので（図
４参照）、可動子３０は中立位置を維持する。

【００２８】言い替えればこの実施形態のように中央ヨ
ーク１５を可動子３０の永久磁石３６の側面に設置すれ
ば、前述の図５の説明のように、可動子３０を中央位置
に維持しようとする磁力が働くので、弾性部材２０，２
０の弾発力をそれほど大きくしなくても、コイル４０に
電流を流さないときに可動子３０を中立位置に保持した
ままの状態に維持しておくことが可能になる。

【００２９】次に電流供給手段５０からコイル４０に電
流（ＮＩ＝＋２００ＡＴ）を供給して中央ヨーク１５の
端面にＳ磁極を、ヨーク１０の両端面１１ａ，１３ａに
Ｎ磁極を励磁すると、可動子３０は端面１３ａ方向に向
けて引き付けられていく。これは図４においてコイル４
０の励磁よる推力（白抜きの円形の点）の方が、弾性部
材２０，２０による推力よりも強いからである。

【００３０】そして可動子３０の端面３３が端面１３ａ
に接近したときに、コイル４０に供給する電流の方向を
反転（ＮＩ＝−２００ＡＴ）すると、図４において白抜
き三角の点の推力となり、これは弾性部材２０，２０の
推力よりも小さいので、可動子３０は逆方向に移動を始
める。

【００３１】そして前記電流の反転を可動子３０の振動
周波数に合わせて繰り返して行なうことで、可動子３０
の両端面３１，３３がヨーク１０の両端面１１ａ，１３
ａに当接する寸前で可動子３０を反転移動させ（つまり
端面１１ａ，１３ａと端面３１，３３とは常に当接しな
い）、可動子３０の振動を継続的に繰り返すことができ
る。

【００３２】なおこの実施形態においては可動子３０を
左右の一対の弾性部材２０，２０で支持しているので、
可動子３０の動きを左右方向への略平行移動にすること
ができ、可動子３０側面と中央ヨーク１５の端面との隙
間１７の変化と傾きの変化を略なくすことができ、磁気
回路を乱さない構造で、安定した振動が確保できる。

【００３３】なおコイル４０に電流を流して一度可動子
３０を何れかのヨーク１０の端面１１ａ，１３ａに引き
寄せておき、その後該電流の供給を停止したままとする
ことで可動子３０を所定の共振周波数で振動させ、該振
動が減衰してきたらまたコイル４０に電流を流して可動
子３０の振幅を大きくした後に再び電流を停止するとい
う操作を繰り返すようにしても良い。またそれ以外のタ
イミングでパルス状に電流を供給しても良い。このよう
に構成すれば、電流は常に流しておく必要はなく、パル
ス状に供給するだけで済む。

【００３４】なおこの可動子３０には錘３８を取り付け
ることで可動子３０全体の重さがヨーク１０全体の重さ
と略同一になるように構成しているので、可動子３０の
振動がヨーク１０に伝わり易くなっている。即ち可動子
３０の重さが軽すぎるとその振動がヨーク１０に伝わり
にくく、重過ぎるとこれを振動させるのが困難になるの
で、可動子３０が振動し易くて且つその振動がヨーク１
０に伝わり易い最も効果的な重量になるような錘３８を
可動子３０に取り付けるように構成したのである。

【００３５】またこの実施形態においては弾性部材２
０，２０としてコイルバネを用いたが、コイルバネはそ
のコイル部２１が捻じれるためにコイル部２１両端のア
ーム部２１ａ，２１ａの撓み量が少なくて済み、従って
前記図９に示す板状バネ２２０に比べてこれを振動させ
たときの耐久性が格段に向上し、長時間これを振動させ
ても何ら折れるなどの問題が生じない。

【００３６】またこの実施形態においては可動子３０を
構成する永久磁石３６を１つとしたので、前記図９に示
す従来例の場合に比べて永久磁石の数が少なくて済み、
コストの低減化が図れる。

【００３７】図７は本発明の第二実施形態にかかる振動
発生器１−２を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同
図（ｂ）は正面図である。同図において第一実施形態と
同一部分又は相当部分には同一符号を付してその詳細な
説明は省略する。同図に示す振動発生器１−２において
図１に示す振動発生器１と相違する点は、可動子３０の
形状と、可動子３０への弾性部材２０，２０の取り付け
位置である。

【００３８】即ちこの可動子３０の場合、取り付ける錘
３８の長さ（振動方向）を、その下に取り付ける左右の
可動子ヨーク３４，３５の両端から張り出す寸法に構成
している。また弾性部材２０，２０の係止端部２６，２
６はこの錘３８の張り出し部分の左右対称な位置に設け
た貫通孔３４１，３５１に挿入して係止されている。こ
のとき係止端部２６，２６の中心位置は、コイル部２
１，２１の中心２１Ａ，２１Ａの垂直真上の位置になる
ようにしている。

【００３９】錘３８の部分を支えることとしたのは、可
動子３０の重心Ｇは比重の大きい錘３８近傍にあるが、
重心Ｇの略水平方向両側を支持することで可動子３０が
振動したときに重心Ｇを中心とする回転モーメントが生
じないようにするためである。

【００４０】また係止端部２６，２６の位置をコイル部
２１，２１の中心２１Ａ，２１Ａの垂直真上位置にした
のは、コイルバネはそのアーム部２１ａ，２１ａの端部
即ち係止端部２６，２６を左右に移動した場合に、該係
止端部２６，２６がコイル部２１，２１の中心２１Ａ，
２１Ａを中心にして回転するように、即ち矢印Ａ又はＢ
方向に揺動するように製作されている。従ってコイル部
２１，２１の中心２１Ａ，２１Ａの真上に係止端部２
６，２６を位置しておけば、可動子３０が左右に移動し
た際は左右の係止端部２６，２６は何れも同じ軌跡を描
くので、可動子３０は常に確実に水平な状態を維持で
き、第一実施形態よりもさらに精度良くスムーズな振動
が行なえるからである。

【００４１】図８は本発明の第三実施形態にかかる振動
発生器１−３を示す正面図である。同図において第一実
施形態と同一部分又は相当部分には同一符号を付してそ
の詳細な説明は省略する。同図に示す振動発生器１−３
において図１に示す振動発生器１と相違する点は、左右
ヨーク１１，１３の内の左ヨーク１１を短くして端面１
１ａを省略した点と、弾性部材２０，２０の外側のアー
ム部２１ａ，２１ａを短くした点のみである。左右ヨー
ク１１，１３の根元には短くなったアーム部２１ａ，２
１ａの連結部２５，２５を係合する係合部１８，１８が
設けられている。

【００４２】このように構成すれば、振動発生器１−３
の小型化が図れる。なおこの振動発生器１−３の場合
は、ヨーク１０と可動子３０の一方の端面１３ａ，３３
同士の吸引・反発力のみによってその振動が行なわれ
る。

【００４３】なおヨークや可動子の形状・構造は種々の
変形が可能である。また本発明にかかる振動発生器は、
携帯機器に用いることに限定されるものではなく、振動
を発生させたいものであればどのようなものにでも適用
できることは言うまでもない。

【００４４】また本発明にかかるコイルバネ製の弾性部
材は、図９に示す構造の振動発生器にも適用できる。即
ち板状バネ２２０をコイルバネに代えれば良い。また本
発明にかかる錘は図９に示す構造の振動発生器にも適用
できる。即ち可動子２３０に錘を取り付ければ良い。

【００４５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば以下のような優れた効果を有する。 弾性部材としてコイルバネ製のものを用いたので、可
動子を長時間振動させても何ら問題なく、耐久性が格段
に向上する。しかもコイルバネはこのように振動に対す
る耐久性に優れているので、その長さを短くすることが
でき、小型化が図れる。またコイルバネの取り付け作業
は容易で簡便である。

【００４６】可動子を構成する永久磁石を１つとした
のでコストの低減化が図れる。

【００４７】可動子に錘を取り付けることとしたの
で、可動子全体の重さを可動子が振動し易くてその振動
がヨークに伝わり易い最も効果的な重量にすることが容
易に行なえる。

【００４８】構造が簡単で小型化・薄型化が図れる。

【００４９】可動子の側面に所定の隙間を介して中央
ヨークの端面を対向させたので、中央ヨークと可動子の
永久磁石との間に磁路のループが形成されて可動子はそ
の中立位置で安定し、このため可動子にかかる永久磁石
による推力は中立位置からの変位量が増えても急激には
上昇せず、なだらかに上昇させることができ、これによ
って弾性部材の弾発力をそれほど大きくしなくても、コ
イルに電流を流さないときに可動子を中立位置に保持し
たままの状態にしておくことが容易に行なえる。

【００５０】可動子を一対の弾性部材で支持したの
で、可動子の動きを左右方向への略平行移動にすること
ができ、磁気回路を乱さない構造で、安定した振動が確
保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態にかかる振動発生器１を
示す斜視図である。

【図２】図２（ａ）は振動発生器１の平面図、図２
（ｂ）は正面図である。

【図３】弾性部材２０，２０を示す斜視図である。

【図４】可動子３０の変位と可動子３０に働く推力との
関係を示す図である。

【図５】中央ヨーク１５の作用説明図である。

【図６】図６（ａ），（ｂ）は可動子３０に働く力の関
係を示す図である。

【図７】本発明の第二実施形態にかかる振動発生器１−
２を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
正面図である。

【図８】本発明の第三実施形態にかかる振動発生器１−
３を示す正面図である。

【図９】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ 振動発生器 １０ ヨーク １１ａ，１３ａ 端面 １２，１２ 隙間 １５ 中央ヨーク １７ 隙間 ２０，２０ 弾性部材 ３０ 可動子 ３１，３３ 端面 ３４，３５ 可動子ヨーク ３６ 永久磁石 ３８ 錘 ４０ コイル ５０ 電流供給手段

フロントページの続き (72)発明者 春山 勝彦 神奈川県川崎市中原区苅宿335番地 帝 国通信工業株式会社内 (72)発明者 伊藤 治雄 神奈川県川崎市中原区苅宿335番地 帝 国通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−180186（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−94813（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭45−30034（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭47−2934（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 33/00 - 33/18

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を有する可動子と、 前記可動子のＮ，Ｓ磁極方向の両端面にそれぞれ所定の
   隙間を介して対向する端面を有し、コイルに電流を流す
   ことで前記可動子との間に磁路を形成する電磁石のヨー
   クと、線材の所定部分に線材を巻き回してなるコイル部を設
   け、コイル部の両側の引き伸ばした部分をそれぞれアー
   ム部としてなる一対の弾性部材とを具備し、 各弾性部材
   の一方のアーム部を可動子側に取り付け、他方のアーム
   部をヨーク 側に取り付けることで、前記コイル部の捻じれによって
   前記可動子を略平行に揺動するように支持し、 前記ヨークを励磁することでヨークの各端面を所望の磁
   極にして前記可動子を所定の振動数で振動せしめること
   を特徴とする振動発生器。
2. 【請求項２】 前記可動子には錘を取り付けたことを特
   徴とする請求項１記載の振動発生器。
3. 【請求項３】 前記ヨークには前記可動子の両端面にそ
   れぞれ所定の隙間を介して対向する端面の他に、前記可
   動子の側面に所定の隙間を介して対向する中央ヨークを
   この中央ヨークと可動子の永久磁石とが磁路のループを
   形成するように設けたことを特徴とする請求項１又は２
   記載の振動発生器。