JP3493592B2 - ペイジャー用振動アクチュエータ - Google Patents

ペイジャー用振動アクチュエータ

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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯用電話機等に
内装され、信号着信時の呼び出しを音声だけでなく、振
動によっても知らしめるために利用するものであり、特
に小型で軽量にする目的で用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】従来のペイジャー用振動アクチュエータ
は、ペイジャー用振動モーターや振動発生アクチュエー
タとも称せられ、小型で薄く、低消費電力で振動を発生
でき、安価であることが必要である。しかし振動発生の
みを目的とするために、当然ながら音声で呼び出しをし
たり、会話音を発することができない。従って、着信情
報や音声発生のために少なくとも２個以上の装置部品が
必要になる。また多く使用されているペイジャー用振動
アクチュエータは、比較的大きい質量を回転させるため
に起動電力消費が大きい。さらに回転させる構成のため
に部品点数が多くなったり、信頼性や精度管理に問題が
ある。直流電流を用いる理由で電流切り替え用の刷子を
持つため、回転に際して動作不良を起こすこともあり、
また小型、扁平化にも限界を有する。
【０００３】図１５は従来最も普通に使用されているペ
イジャー用振動モーターを示すものである。円筒形のコ
アレスロータで構成された駆動モータ４５で駆動される
シャフト４６を介してカウンタウェイト４７が回転し、
振れ回り振動を発生させる。当然ながら振動以外の音声
を発生することはできない。駆動モータ４５は曲面形状
の永久磁石、円筒形状のコアレスロータで形成され、ま
た回転駆動力を得るには複数の磁極を形成する必要があ
り、細い径の駆動モータ４５を実現するためには精度管
理や製作コストで限界がある。
【０００４】図１６は円筒形のペイジャー用振動モータ
の振動の状態を示すものである。駆動モータ４５による
回転で、カウンタウェイト４７は回転中心４８の周りで
振れ回る。振動の方向はあらゆる方向に発生するため、
ペイジャー用振動モータの固定の仕方によっては有効に
振動が外部に伝わらない方向もあり、また振れ回りモー
メントは駆動モータ４５の回転スピードの２乗に比例す
るため起動力が必要で省電力化の限界がある。
【０００５】図１７は従来の扁平形のコアレスロータで
構成されたペイジャー用振動モータ４９の内部を示す斜
視図である。回転軸５２に重心を偏心させた円板状の巻
線コイル５０を設け、薄板状の永久磁石５１との間で回
転駆動力を発生させる。駆動電流は刷子５３から供給さ
れる。円筒型のものと異なり、カウンタウェイトのかわ
りに、重心を偏心させた巻線コイルを利用している。回
転の際に振動が発生する。当然ながら音声を出すことは
できない。また２０ｍｍ以下の外形で数ｍｍ以下の扁平
な形状にすることは難しい。
【０００６】図１８は扁平状のペイジャー用振動モータ
の最も有効な振動の状態を示したもので、振動中心軸５
４に対して軸方向の回転状態がペイジャー用振動モータ
本体の５５、５６、５７で示される。この他に軸方向の
厚さ振動や、軸に直角方向の径の振動があるが、この扁
平形のペイジャー用振動モータの固定の仕方によっては
外部への振動発生にはあまり寄与しないことが多い。こ
のことは巻線コイルに印加した駆動電流が外部への振動
エネルギーとして有効に利用されてないことを意味す
る。
【０００７】図１９と図２０に実用化されていないが、
振動発生の原理が異なるペイジャー用振動アクチュエー
タを示す。特開平４ー３５５６４１で開示されたよう
に、厚さ方向に着磁された永久磁石６１または６５と電
磁コイル６０または６４で磁気回路を構成し、非磁性の
ハウジング５８の中央に支持具５９で支持された可動板
５９を電磁コイル６０または６４に流す交流励磁電流で
上下に加振し振動を発生させるものである。特徴は外形
寸法が小さくできることであるが、発生する振動が可動
板５９や周辺に吸収されて外部に伝わるエネルギーが小
さい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のペイジャー用振
動アクチュエータでは振動を発生させることはできるが
音声を発生させることはできなかった。また起動電力を
必ずしも小さくできず、外形寸法を小さくするにはかな
り無理があり、また回転動作不良も起きやすいものもあ
った。
【０００９】本発明は振動と音声を発生させることがで
き、駆動電流を有効に振動エネルギーに変換できるペイ
ジャー用振動アクチュエータを得ることを目的とし、さ
らに振動検出センサーとしても使用でき、作りやすく、
扁平化しやすく、動作不良の少ないペイジャー用振動ア
クチュエータを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のペイジャー用振動アクチュエータにおいて
は、従来は音声発生に使用される電気音響変換器の上下
に振動する振動体を、近接して固定した部分に衝突させ
外部に振動を発生させる。また振動体が振動することに
よる振動センサーとして使用できる構成にする。
【００１１】上記電気音響変換器として、駆動のコイル
が磁石との相互作用で上下に動き、振動体がコイルと一
体化して動くムービングコイル型の電気音響変換器を使
用するのが最適である。
【００１２】あるいは、駆動のコイルを磁気回路に固定
して巻き、磁気回路が開いて磁界が強く漏れる部分に近
接して磁性材料板を配置し動かし、振動体が磁性材料板
と一体化して動く電磁型電気音響変換器を使用すること
も可能である。
【００１３】また、電気音響変換装置の振動体に近接し
て、樹脂材料などで成形された衝突部を設け電気音響変
換器の外枠に固定する。
【００１４】また、衝突部を円環状に形成して、ムービ
ングコイル型のコイルの径とほぼ同じ大きさにし、振動
体の衝突を構造強度の強い部分で分散させる。
【００１５】さらに、ムービングコイル型のコイル巻き
芯の円筒形のボビン上部を内側に曲げ成形し、曲げた部
分で振動体と接着して構造強度をあげ、衝突時の耐久性
を持たせる。
【００１６】そして、振動体や振動体と一体化して動く
ボビンと衝突する部分に、衝突音の発生を押さえ、衝突
の衝撃を緩和させるためゴム等の弾性材料を設けるとよ
い。
【００１７】振動体の構造強度を上げるためアルミ合金
の薄板をドーム形状に成形し、接着部分は円環状に平ら
にするとよい。
【００１８】外部振動による振動時のコイルの変位を大
きく、音声発生時には質量付加にしないため、ムービン
グコイル型の電気音響変換器のコイルや振動体とは軽い
弾性材料を介して錘板を接着した構成をとる。
【００１９】さらに、軽い弾性材料と錘板を円環状にム
ービングコイル型のコイル近傍に接着し、振動体はドー
ム状に構成するとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例をもと
に図面を参照して説明する。図１は本発明によるペイジ
ャー用振動アクチュエータの１例を示すもので、音声を
発生するムービングコイル型の電気音響変換器を用いて
いる。振動体１は軽いアルミ合金の板などでドーム状に
成形され、振動時に屈曲しにくくし、良い音声を発生で
きるものにしている。振動体１の中心位置と上下の位置
を支持するため、上下方向に比較的柔らかく変位できる
ダンパ７に接着される。また複数回導体細線を巻いた円
筒状のコイル３はボビン９の外周に形成される。ボビン
９は上部で内側に直角に曲げ成形することにより、振動
体１とダンパ７との接着を強固にでき、円環状平坦部８
ができる。磁気回路は、中央に孔の開いた柱状で厚さ方
向に着磁された永久磁石４の片方の磁極に円板状磁性体
のプレート６を接着し、他方の磁極には成形加工された
磁性板のヨーク５を接着して構成される。ヨーク５とプ
レート６の間にはコイル３やボビン９が上下に動く円環
状のギャップが形成され、磁束密度の大きい空間にな
る。音声の場合は数百ヘルツから３キロヘルツと周波数
が高く、比較的大きい駆動電流がコイル３に入っても振
動体１の変位量が比較的小さく、衝突部２に当たらない
位置にダンパ７で支持する。数１０ヘルツの低周波数で
駆動する場合は、振動体１の変位が大きくなるため衝突
部２に衝突する。衝突部２に衝突する振動体１等の円環
状平坦部８は構造的に丈夫で平均的に衝突する。衝突で
生じた振動は支持梁１２を伝わり、外周部１０からさら
に外部に伝搬していく。振動体１やダンパ７が低周波数
で振動するときの空気の背圧を上げないために、プレー
ト６には中央の孔１３が、ヨーク５には複数の孔１４が
設けられる。断面構造は図２で示される。
【００２１】信号着信を知らせる音声や相手の会話音を
発生する場合は、振動体１の数百ヘルツから３キロヘル
ツの振動で実現し、着信信号を振動で知らせる場合に
は、数１０ヘルツで振動体１を駆動し、衝突部２との衝
突振動を外部に伝える。この時の振動方向は上下方向の
みで、効率的に振動エネルギーを外部に取り出すことが
できる。また衝突時に音の発生を押さえ、衝突の衝撃を
和らげ破損しにくくするため、ほかの実施例の断面図で
ある図３で示すように、ゴム等の弾性材料の衝突部１５
を設けるとよい。
【００２２】また、音声や振動を発生するとは逆に、外
部の振動を検出することも可能である。振動体１やコイ
ル３の振動方向の成分の外部振動が加わった場合、磁石
４、プレート６、ヨーク５および固定枠１１は一体化し
て動くが、振動体１やコイル３はダンパ７を介して上下
に変位しやすいため、遅れて動く。この時の相対速度に
よってコイル３の両端子には起電力が生じる。これを検
知することによって外部振動の有無、つまり携帯電話機
が静止しているか動いているかを判断できる。この目的
には振動する部分、とりわけほかの実施例の断面図の図
３のコイル１６のようにボビンのない構成で巻き数を多
くしたり、線径を大きくして重さを大きくすることも効
果がある。ただし、電気入力に対する音声への変換効率
は不利になる。
【００２３】本発明のペイジャー用振動アクチュエータ
を音声発生の目的で使用する場合、ペイジャー用振動ア
クチュエータとしての機能を犠牲にせず、音声用の電気
音響変換器として良いものにする必要がある。図４は本
発明のペイジャー用振動アクチュエータを携帯電話機に
装着した時の断面図を示す。低周波数で駆動される際に
衝突で発生する振動はイヤピース２２を伝わり、人体に
感知されるものとなる。音声を発生させる際の対策とし
て、中央の孔１３に第１制動材１８を、孔１４には第２
制動材１９を設け、振動体が振動する場合の共振を抑え
て音声を聴きやすいものにする。振動体１とイヤピース
２２からなる空間の第１前気室２１は、イヤピース２２
の複数の小孔２３を通じてイヤピース２２と耳との間に
できる空間である第２前気室２４とつながる。第２前気
室２４は密閉したものではなく、耳の当たり方によって
変化する。振動体１と磁気回路の間でできる空間は第１
背気室で、携帯電話機の内部で形成される空間は第２背
気室２０で表わされ、他の気室より大きい。
【００２４】本発明のペイジャー用振動アクチュエータ
を音声発生の電気音響変換器として使用した時の構成断
面図である図４を音響等価回路で表したものが図５であ
る。Ｍ０、Ｓ０、Ｒ０は振動体の質量、スティフネス、
抵抗を表し、ＡＩは電流Ｉを流した時の駆動力を示す。
Ｍ１、Ｒ１は孔１３での質量と、第１制動材１８と第２
制動材の抵抗を示す。Ｒ２、Ｍ２はイヤピース２２の小
孔２３の抵抗と質量を表す。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は
それぞれ第１背気室１７、第２背気室２０、第１前気室
２１、第２前気室２４の空間のスティフネスをあらわ
し、容積が大きいほど小さい値になる。
【００２５】図６はムービングコイル型の電気音響変換
器の周波数の出力音圧特性を示すものである。共振ピー
ク２５は図４で制動材の抵抗Ｒ１がない場合のもので、
適当な制動の抵抗Ｒ１を加えることでピークはなくな
る。第２前気室２４のＳ４は一定していないため密閉し
ている場合は２７の特性を、開放している場合は２６の
特性を示す。音を明瞭に聴くためには、適当な制動と比
較的に低い共振周波数が必要である。共振周波数はＳ０
／Ｍ０の２分の１乗に比例して決まるが、Ｍ０を大きく
すると位置決めするためＳ０も大きくする必要があり、
あまり自由度はない。振動体１の面積を大きくして音響
質量を振動体１に付加し、実効的にＭ０を大きくする必
要がある。ちなみに共振周波数を２００ヘルツから３０
０ヘルツほどにするにはダンパ７まで含んだ径を２５ｍ
ｍほどにする必要がある。図６の谷２８や凹凸部分２９
は振動体１等の分割振動で生じるもので、できれば２キ
ロヘルツから３キロヘルツ以上にすると、音声が明瞭に
なる。
【００２６】本発明のペイジャー型振動アクチュエータ
を振動検出センサーとして積極的に使用する場合も、音
声や振動発生の目的を犠牲にしてはならない。図７は他
の実施例である一部を切り欠いた斜視図を示す。振動体
１やボビン３１およびダンパ７の接着部に軽い弾性材料
３０を介して比重の大きい錘板３２を設ける。低い周波
数である振動を衝突で発生させる場合や、外部の振動を
検出する場合は、錘板３２の質量は振動する振動体１や
コイル３の質量に付加されたものになる。音声を扱う数
百ヘルツから数キロヘルツの比較的大きい周波数では錘
板３２はコイル３とは一体に動きにくく静止状態に近ず
く。図９の音響等価回路で説明すると、Ｍ５、Ｒ５は錘
板の質量と抵抗で、Ｓ５は軽い弾性材料３０のスティフ
ネスである。低い周波数ではＳ５による抵抗が大きく、
高い周波数ではＳ５による抵抗が小さくなるからであ
る。ちなみに２Ｚは振動する部分の両面に付加する音響
インピーダンスである。
【００２７】 本発明であるペイジャー用振動アクチュ
エータの他の実施例を図１０及び１１で示す。図１０で
は、衝突部３３は振動体１そのものに衝突せず、コイル
３の巻き芯のボビン３１と衝突し、振動エネルギーはヨ
ーク５を伝わり、人体が感知すことになる。このとき、
衝突部３１の一部、または全部を弾性材で構成してもよ
い。ただし図１で示した振動体１を直接に衝突させるも
のに比較して、磁石４他の重量物に振動エネルギーが多
少とも分散するため、外部への伝播は少なめになる。図
１１の例では、錘板３２が振動板１のドームの中央部に
設けられていることで図１のものと相違する。
【００２８】図１２は電磁型の電気音響変換器を使用し
た場合の本発明のペイジャー用振動アクチュエータの他
の実施例である。円筒状で厚さ方向に着磁された磁石３
７、ヨーク３８、プレート３９とで磁気回路が構成され
る。コイル４０はヨーク３８にボビン４１を介して巻か
れる。磁石３７による直流磁界と、コイル４０からの交
流磁界で磁性材料板３６を吸引、反発させ、接着された
振動体３５を振動させる。この振動で音声を発生させ、
また、低い周波数で衝突部４２に衝突させ、支持梁４３
で外部へ振動を伝搬させる。電磁型の電気音響変換器の
振動体３５は、直流磁界の吸引力に対して適当な位置で
静止させる必要があるため、振動体３５の上下動はかな
り固いものにする。このため、低い周波数での大きい振
幅をとれず、衝突部４２との間隔を小さく、精度が必要
になる。また振動検出センサーの用途には限界がある。
【００２９】図１３は本発明のペイジャー用振動アクチ
ュエータを、音声と振動発生の用途で使う場合の回路概
略図である。無線部で着信信号を検知すると、制御回路
で低周波発信回路から増幅回路で増幅し振動を発生させ
る。次に必要なら、中周波発信回路によって音声の着信
信号を発音させる。会話を始めると、受信音声処理回路
によって会話音を発生させる。
【００３０】図１４は本発明のペイジャー用振動アクチ
ュエータを、音声、振動発生および振動検知センサーと
して使う場合の回路概念図である。振動センサーからの
外部振動の有無を検知し、無線部で着信信号を検知する
と、外部振動がある場合は低周波発信回路から振動を発
生させ、外部振動がない場合は中周波発信回路によって
着信音声を発生させる。会話を始めると、受信音声処理
回路によって会話音を発生させる。
【００３１】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３２】ムービングコイル型の電気音響変換器を使
用した場合は特に、良質な音声を発生できると同時に、
低い周波数で外部に振動を発生することができる。
【００３３】そして、振動体は上下方向のみに動き衝突
して振動を発生するため、振動エネルギーを有効に取り
だすことができる。また、起動電力も比較的小さいた
め、電力消費を少なくすることができる。
【００３４】さらに、振動体、コイルやボビンなどの質
量一体化してダンパで上下方向に動きやすい部分は、外
部からの上下方向成分の振動により動き、コイルに起電
力を発生し、外部振動の有無を検知できる。
【００３５】また、磁石、ヨークやプレートは薄いもの
でよいため、５ｍｍほどの薄い外形寸法にすることがで
きる。外周の径は音声の帯域との関係で決めるが、目安
として２５ｍｍほどになる。
【００３６】また、磁石は磁極が曲面形状でなく、コイ
ルも円筒状に同一方向に巻くことでよく、ヨークやプレ
ートもプレス加工で作られ、組立が簡単で、精度管理も
比較的簡単である。
【００３７】さらに、回転する部分がないため、刷子や
軸受け部分がなく、全体の部品数が少なくて済む。また
電気接点の位置によって回転起動しない欠点はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のペイジャー用振動アクチュエータの一
部切り欠け斜視図である。
【図２】図１の実施例の断面図である。
【図３】他の実施例の断面図である。
【図４】イヤピースに装着した状態の断面図である。
【図５】図４の構成の音響等価回路である。
【図６】電気音響変換器の音圧周波数特性である。
【図７】他の実施例の一部切り欠け斜視図である。
【図８】図７の実施例の断面図である。
【図９】図８の構成の音響等価回路である。
【図１０】他の実施例の断面図である。
【図１１】他の実施例の断面図である。
【図１２】電気音響変換器の異なる他の実施例である。
【図１３】本発明のペイジャー用振動アクチュエータを
用いた回路概略図である。
【図１４】他の回路概略図である。
【図１５】従来の円筒形のペイジャー用振動モータの斜
視図である。
【図１６】振動状態の説明図である。
【図１７】従来の扁平形のペイジャー用振動モータの内
部の斜視図である。
【図１８】振動状態の説明図である。
【図１９】従来の振動発生アクチュエータの斜視図であ
る。
【図２０】従来の他の振動発生アクチュエータの斜視図
である。
【符号の説明】
１、３５ 振動体 ２、１５、３３、３４、４２ 衝突部 ３、１６、４０ コイル ４、３７ 磁石 ５、３８ ヨーク ６、３９ プレート ７ ダンパ ８ 円環状平坦部 ９、３１、４１ ボビン １１ 支持枠 １２、４３ 支持梁 ３０ 弾性材 ３２ 錘板

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 永久磁石とコイルで磁気回路を形成し、
    上下に可動な振動体からなる電気音響変換器において、
    低周波電気信号入力で前記振動体と一体に動く部分を固
    定した衝突部に衝突させることにより、外部に振動を発
    生させることを特徴とするペイジャー用振動アクチュエ
    ータ。
  2. 【請求項２】 振動体とコイルを接合した構成のムービ
    ングコイル型の電気音響変換器よりなる請求項１記載の
    ペイジャー用振動アクチュエータ。
  3. 【請求項３】 磁性材料板を中央部に固着した振動体
    と、コイルを磁気回路に巻き固定した構成の電磁型電気
    音響変換器よりなる請求項１記載のペイジャー用振動ア
    クチュエータ。
  4. 【請求項４】 コイルの径と近似した径の円環状衝突部
    を設けた請求項１又は２記載のペイジャー用振動アクチ
    ュエータ。
  5. 【請求項５】 円筒状で上部が内側に曲げ成形されたボ
    ビンにコイルを巻き、前記ボビンの曲げ成形部にダンパ
    と振動体を接着した請求項１、２又は４記載のペイジャ
    ー用振動アクチュエータ。
  6. 【請求項６】 ドーム形状に成形した振動体を有する請
    求項１、２、４又は５記載のペイジャー用振動アクチュ
    エータ。
  7. 【請求項７】 衝突部を振動体と反対側のコイル下部の
    位置で、磁石とヨークの間に配置した請求項１又は２記
    載のペイジャー用振動アクチュエータ。
  8. 【請求項８】 衝突部に弾性材料を設けた請求項１から
    ７のいずれかに記載のペイジャー用振動アクチュエー
    タ。
  9. 【請求項９】 軽い弾性材料を介し錘板を振動体に接着
    した請求項１、２、４、５又は８記載のペイジャー用振
    動アクチュエータ。
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