JP3368419B2 - 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
る携帯電話機などの携帯機器には、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いて、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、図１０に示すように、小型のペンシル型モータ８０
の回転軸８１に偏芯させた錘８３を取り付け、この錘８
３を回転させることによって振動を発生させる構造のも
のがある。

【０００４】また上記振動発生器よりも実装密度を向上
させた振動発生器として、図１１に示すように、リング
状に配設した永久磁石９１の上に、３つのコイル９７を
軸９３に回転自在に取り付け、且つ該コイル９７上に偏
芯させた錘９８を取り付けて、前記コイル９７を回転す
ることで振動を発生させる構造のものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記何れの振
動発生器もその振動発生方法は、モータの偏心回転によ
る回転軸のブレをケースに伝えて該ケースの共振動現象
を利用する方法なので、モータの回転軸の軸受部分が最
も過酷な力を受けてしまい、該振動発生器の耐久性及び
信頼性に大きな課題があった。

【０００６】また振動を発生させている間はたえずモー
タを回転していなければならず、従ってたえず電流を流
し続けていなければならず、このため携帯機器の電源で
ある電池の消費量が大きくなってしまうという問題もあ
った。

【０００７】またモータを小型化すればするほど振動エ
ネルギーが小さくなるので流す電流を大きくしなければ
ならなくなり、発熱の問題も発生している。

【０００８】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、小型・薄型化が図れ、耐久性及び信頼
性が向上し、また低消費電力で機能させることができる
振動発生器を提供することにある。

【０００９】

【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、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、以下の
ように構成した。即ち、永久磁石のＮ極及びＳ極となる
両端面に可動子ヨークを取り付けてなる可動子と、略Ｅ
字状に構成されることでその両端部分を前記可動子ヨー
クの両端面にそれぞれ所定の隙間を介して対向する端面
にすると同時に、その中央に突出する中央ヨーク部分を
可動子の永久磁石の側面に所定の隙間を介して対向する
端面とし、巻き付けたコイルに電流を流すことで前記可
動子の永久磁石の側面と可動子の可動子ヨークの端面と
の間に磁路を形成する電磁石のヨークと、前記可動子を
そのＮ，Ｓ極方向に向けて振動可能に支持する弾発部材
とを具備し、前記弾発部材による可動子の変位に対する
推力と、前記永久磁石による可動子の変位に対する推力
の合力が、可動子の変位に対して略直線状に変化するよ
うに、中央ヨークの端面の可動子の振動方向の長さを可
動子の永久磁石の磁極間長さにほぼ等しくし、前記ヨー
クを励磁することで該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させるように構成し
た。

【００１０】

【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を示す斜視図である。同図に示す
ようにこの振動発生器１は略Ｅ字型に構成されたヨーク
１０と、ヨーク１０のほぼ中央にその下端を固定してな
る一対の板状バネ２０−１，２０−２と、該両板状バネ
２０−１，２０−２の上端の可動端に固定される可動子
３０とを具備して構成されている。

【００１１】ここでヨーク１０は純鉄等の軟磁性体から
なり、ヨーク１０の中央に突出する中央ヨーク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。

【００１２】可動子３０は１つの永久磁石３６のＮ極及
びＳ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３１，３３
をそれぞれＮ，Ｓ磁極にして構成されている。

【００１３】一対の板状バネ２０−１，２０−２は、例
えばベリリウム銅によって形成されており、中央ヨーク
１５部分を挟んでその両側の部分に該中央ヨーク１５部
分と平行になるようにその下端が図示しないかしめなど
の手段によって固定され、またその上端はそれぞれ可動
子３０を構成する可動子ヨーク３４，３５の下面に図示
しないかしめなどの手段によって固定されている。その
ときヨーク１０の両端面１１，１３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
間隙の隙間１２，１２が形成される。同時に可動子３０
を構成する永久磁石３６の下側の側面と中央ヨーク１５
部分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。

【００１４】なお前記板状バネ２０−１，２０−２の弾
発復元力は、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１１，１３に吸着しない程度の弾発復帰力に設定
されている。

【００１５】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。以下その動作原理について説明する。

【００１６】ここで図２は板状バネ２０−１，２０−２
の弾発復帰力と永久磁石３６の吸着力とコイル４０の起
磁力との関係を示す図であり、可動子３０の左右への変
位（mm）と、可動子３０に働く左右方向への推力Ｆ
（Ｎ）との関係を示している。なお可動子３０の両端面
３１，３３とヨーク１０の両端面１１，１３との隙間１
２，１２はそれぞれ１mmである。

【００１７】同図において黒四角の点は板状バネ２０−
１，２０−２の弾発復帰力（フックの法則）を示し、白
丸の点は可動子３０の永久磁石３６の磁力による力を示
し、白三角の点は両者の合力を示している。

【００１８】同図に示すように板状バネ２０−１，２０
−２は、変位量が増えれば増えるほど直線的に弾発復帰
力が増す。

【００１９】一方永久磁石３６による力の方も、この実
施形態では変位量が増えれば増えるほどほぼ直線的に吸
着力が増す。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１１，３１（又は端面１
３，３３）同士が接近して来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。

【００２０】しかしながら本実施形態の場合は、中央ヨ
ーク１５部分があるので、図３に示すように中央ヨーク
１５と可動子３０の永久磁石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１１，３１
（又は端面１３，３３）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、この結果、
前記図２に示すように、可動子３０に働く左右方向への
力は変位量に対してそれほど急激には上昇しなくなる。

【００２１】そして板状バネ２０−１，２０−２と永久
磁石３６による力の合力は常に板状バネ２０−１，２０
−２の方が強くなるように設定されているので、可動子
３０は中立位置を維持する。

【００２２】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、板状バネ２０−１，２０−２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。

【００２３】次に図２に示す黒丸の点はコイル４０に所
定の電流（±１００Ａ）を流したときの可動子３０に働
く左右方向への推力の関係を示している。

【００２４】コイル４０による可動子３０の推力は以下
のようになる。即ち例えば電流供給手段５０からコイル
４０に電流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１１，１３にＮ磁極を励磁する
と、図４（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、また同時に、端面１１のＮ磁極と永久磁石３６
端面のＮ磁極が反発し、且つ端面１３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１３方
向に向けて引き付ける方向の力となる。

【００２５】一方図４（ｂ）に示すように可動子３０が
端面１３方向に移動すると、中央ヨーク１５のＳ磁極の
ほぼ真上に永久磁石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、さ
らに端面１１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１３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
く推力は変位する各位置において図２に示すようにほぼ
フラットな推力にすることができる。

【００２６】次にこの振動発生器１の動作を説明する。
即ちコイル４０に電流を供給していないときは前述のよ
うに可動子３０は中立位置に静止している。次に電流供
給手段５０からコイル４０に電流（＋１００Ａ）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１１，１３にＮ磁極を励磁すると、可動子３０は端
面１３方向に向けて引き付けられていく。これは図２に
おいて上側の黒丸の点からなるコイル４０による力の方
が、白三角の点からなる板状バネ２０−１，２０−２と
永久磁石３６の合力よりも強いことによる。

【００２７】そして可動子３０の端面３３が端面１３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（−１００Ａ）させると、端面１１，１３がＳ磁極に
なり、中央ヨーク１５の端面がＮ磁極になるので、図２
において下側の黒丸の点と白三角の点の合力となって今
度は可動子３０は端面１３に強く反発されて逆方向に移
動させられる。

【００２８】なお白三角の点で示す板状バネ２０−１，
２０−２と永久磁石３６の合力は、可動子３０の端面３
３が端面１３に接近した状態でも可動子３０が端面１３
から引き離される方向の力となっているので、コイル４
０に供給する電流を反転するだけで極めて容易に可動子
３０を反転させることができる。

【００２９】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１１，１３に
当接する寸前で可動子３０を反転移動させ（つまり端面
１１，１３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。

【００３０】なお本実施形態のように中央ヨーク１５の
端面の可動子３０の振動方向の長さを、永久磁石３６の
Ｎ，Ｓ磁極間の長さとほぼ等しく構成した場合は、前記
図２に示すように板状バネ２０−１，２０−２と永久磁
石３６の合力である白三角の点からなる線は略直線状に
なり、これはフックの法則に従うバネの弾発力と同様の
特性であり、従って可動子３０はバネによる単振動とほ
ぼ同様に所定の共振周波数で振動を行なう。

【００３１】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１１，１３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３
０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。

【００３２】以上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すむ。

【００３３】なおこの実施形態にかかる可動子３０は、
一対の平行な板状バネ２０−１，２０−２に固定されて
いるので、略平行な振動を確保でき、これによって中央
ヨーク１５と可動子３０側面間の隙間を一定に保持でき
るので、磁気回路を乱さない構造で、安定した振動が確
保できる。

【００３４】図５は本発明の第二実施形態にかかる振動
発生器１−２を示す斜視図である。同図において前記第
一実施形態と同一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
前記図１に示す振動発生器１と相違する点は、ヨーク１
０の両端面１１，１３が可動子３０の端面３１，３３に
対向する部分から離れていく部分に、可動子３０の端面
３１，３３側に接近するような形状のテーパ面３７，３
９を設けた点のみである。

【００３５】図６は可動子３０の端面３３とテーパ面３
９との位置関係を示す要部拡大図である。

【００３６】同図に示すようにテーパ面３９はその傾斜
角度θが約４５°であり、これによってヨーク１０の端
面１３と端面３３との間の離間距離をｄ２とし、端面３
３とヨーク１０のテーパ面３９の下側の面との離間距離
をｄ１としている。

【００３７】なおθとｄ１とｄ２とは、１５°≦θ≦６
０°、１．２ｄ１≦ｄ２≦１．５ｄ１の範囲とすること
が好ましい。

【００３８】このようにテーパ面３７，３９を設けたの
は以下の理由による。 振動発生器１−２の機械的強度を維持しながら、小型
化を図るためである。即ち、可動子３０の振幅を所定の
幅で行なうためには、隙間１２，１２をある程度の寸法
取らなければならない。そして該隙間１２，１２を所定
寸法としたまま振動発生器１−２の小型化を図ろうとす
ると、ヨーク１０の両端面１１，１３を設けた部分の厚
みを薄くすることとなる。しかしながらヨーク１０の厚
みを薄くするとその強度が弱くなる。そこで端面３１，
３３と対向しているヨーク１０の端面１１，１３の部分
のみを薄くし、その下側の部分はテーパ面３７，３９を
介して厚くすることで、ヨーク１０の強度を強くしてい
るのである。

【００３９】磁力線が可動子３０の端面３１，３３の
下端角部に集中しないようにするためである。即ち図７
（ａ）に示すようにヨーク１０の端面１３が全て平面で
あるとすると、磁力線は可動子３０の端面３３の下端角
部に対向するヨーク１０部分に集中する。そこで該集中
する部分をテーパ面３９とすれば、図７（ｂ）に示すよ
うに集中しなくなる。これによって端面１３全体にほぼ
平均して磁力線が入力し、バランスの良い力が働くよう
になるのである。

【００４０】図８は本発明の第三実施形態にかかる振動
発生器１−３を示す斜視図である。同図において前記第
一実施形態と同一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
前記図１に示す振動発生器１と相違する点は、可動子３
０の上下両側面に、可動子ヨーク３４，３５と同じ材料
からなる４枚の平板状の可動子側面ヨーク４１を、両可
動子ヨーク３４，３５間を接続するように取り付けた点
のみである。

【００４１】このように構成すれば、可動子３０自身の
中に閉磁路が形成されるため、可動子３０全体としての
外部に対する磁力が低下する。言い替えれば可動子側面
ヨーク４１を取り付けることで可動子３０の磁力を容易
に調整できる。

【００４２】磁力の調整は可動子側面ヨーク４１の厚み
や形状や枚数や取り付け場所に応じて容易に行なえる。

【００４３】図９は本発明の第四実施形態にかかる振動
発生器１−４を示す斜視図である。同図において前記第
一実施形態と同一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１−４において
前記図１に示す振動発生器１と相違する点は、ヨーク１
０を略Ｆ字形状に構成することで一方の端面１１を省略
した点のみである。

【００４４】このように構成すれば、振動発生器１−４
の小型化が図れる。またこの振動発生器１−４の場合
は、ヨーク１０と可動子３０の一方の端面１３，３３同
士の吸着・反発力によってその振動が行なわれる。

【００４５】なおヨークの形状や可動子の形状は種々の
変形が可能である。要は巻き付けたコイルに電流を流す
ことで可動子の永久磁石の側面と可動子の可動子ヨーク
の端面との間に磁路を形成するような構造のヨーク及び
可動子であればどのような構造であっても良い。

【００４６】また上記実施形態ではバネとして板状バネ
を用いたが、棒状バネを用いても良い。

【００４７】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。

【００４８】

【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。 構造が簡単で小型化・薄型化が図れる。

【００４９】バネの振動を継続させるだけなので、モ
ータの偏心回転のように無理な力は加わらず、耐久性と
信頼性が向上する。

【００５０】基本的な振動エネルギーはバネへの初期
の変位から生じる振動であり、供給する電流は該振動を
継続させる補助的なものなので、その消費電力を極めて
小さくできる。電流供給を断続させればなおさらであ
る。

【００５１】可動子の永久磁石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
の端面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
のヨークの両端面方向への推力は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
によってバネ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。

【００５２】ヨークの端面が可動子ヨークの端面に対
向する部分から離れていく部分に可動子ヨークの端面側
に接近するような形状のテーパ面を設けた場合は、可動
子からの磁力線がヨークの端面全体にほぼ平均して入力
し、バランスの良い力が働くと同時に、振動発生器の小
型化が図れる。

【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】可動子３０の変位と各種推力との関係を示す図
である。

【図３】中央ヨーク１５の作用説明図である。

【図４】図４（ａ），（ｂ）は可動子３０に働く力の関
係を示す図である。

【図５】本発明の第二実施形態にかかる振動発生器１−
２を示す斜視図である。

【図６】可動子３０の端面３３とテーパ面３９との位置
関係を示す要部拡大図である。

【図７】図７（ａ），（ｂ）はテーパ面３９の作用説明
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を示す斜視図である。

【図９】本発明の第四実施形態にかかる振動発生器１−
４を示す斜視図である。

【図１０】従来例を示す図である。

【図１１】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 １１，１３ 端面 １２，１２ 隙間 １５ 中央ヨーク １７ 隙間 ２０−１，２０−２ 板状バネ（弾発部材） ３０ 可動子 ３１，３３ 端面 ３４，３５ 可動子ヨーク ３６ 永久磁石 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 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８−24787（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−98493（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−62530（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−226500（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−2773（ＪＰ，Ｕ) 特許3165856（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭49−10203（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B06B 1/00 - 1/20 H02K 33/00 - 33/18

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石のＮ極及びＳ極となる両端面に
   可動子ヨークを取り付けてなる可動子と、略Ｅ字状に構成されることでその両端部分を前記可動子
   ヨークの両端面にそれぞれ所定の隙間を介して対向する
   端面にすると同時に、その中央に突出する中央ヨーク部
   分を可動子の永久磁石の側面に所定の隙間を介して対向
   する端面とし、 巻き付けたコイルに電流を流すことで前
   記可動子の永久磁石の側面と可動子の可動子ヨークの端
   面との間に磁路を形成する電磁石のヨークと、 前記可動子をそのＮ，Ｓ極方向に向けて振動可能に支持
   する弾発部材とを具備し、前記弾発部材による可動子の変位に対する推力と、前記
   永久磁石による可動子の変位に対する推力の合力が、可
   動子の変位に対して略直線状に変化するように、中央ヨ
   ークの端面の可動子の振動方向の長さを可動子の永久磁
   石の磁極間長さにほぼ等しくし、 前記ヨークを励磁することで該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させること
   を特徴とする振動発生器。
2. 【請求項２】 前記ヨークの中央ヨークの両側の部分に
   該中央ヨークと平行になるように一対の板状又は棒状の
   バネのそれぞれの一端を固定すると共に、該一対のバネ
   の他方の可動端に前記可動子を固定したことを特徴とす
   る請求項１記載の振動発生器。
3. 【請求項３】 前記可動子の可動子ヨークの端面と該可
   動子ヨークの端面に対向するヨークの端面とは平行な平
   面に形成され、且つ該ヨークの端面が可動子ヨークの端
   面に対向する部分から離れていく部分には可動子ヨーク
   の端面側に接近するような形状のテーパ面が設けられて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載の振動発生
   器。