JP3548474B2

JP3548474B2 - 振動発生器

Info

Publication number: JP3548474B2
Application number: JP36587899A
Authority: JP
Inventors: 弘之脇若; 光晴江澤; 久志矢島; 直紀福田; 治雄伊藤; 勝仁松廣
Original assignee: 帝国通信工業株式会社
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP2001179178A

Description

【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携帯機器の付属品内に振動発生器を収納しておき、この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１０−１８０１８６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８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２３０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】
さらに従来の振動発生器の場合、振動の推力が不足しており、さらに強い推力が得られる振動発生器が求められていた。
【００１１】
【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、耐久性があって強い推力が得られ、さらに小型化、コストの低減化、軽量化が図れる振動発生器を提供することにある。
【００１２】
【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、永久磁石を取り付けてなる可動子と、可動子の端面に対して所定の隙間を介して対向する端面を有し取り付けたコイルに電流を流して励磁することで前記可動子との間に磁路を形成する固定子と、一端を可動子側に他端を固定子側に取り付けることで可動子をコイルによる固定子の磁化方向に向けて振動可能に支持する弾性支持部材とを具備し、前記永久磁石の一方の磁極面を、固定子に取り付けた前記コイルの外周側面に対向するように設置することで、永久磁石の磁極面から出る磁束がコイルの外周側面を通してコイル内に入射した後にコイルによる固定子の磁化方向を向くように導かれる磁路を形成し、前記固定子をコイルによって励磁することで固定子の端面を所望の磁極にして前記可動子をコイルによる固定子の磁化方向に向けて所定の振動数で振動せしめることを特徴とする。
また前記永久磁石のコイルの外周側面に対向する側の磁極面には、該磁極面に磁束を集める高透磁率部材が取りつけられていることを特徴とする。
また永久磁石を取り付けてなる可動子と、可動子の端面に対して所定の隙間を介して対向する端面を有し取り付けたコイルに電流を流して励磁することで前記可動子との間に磁路を形成する固定子と、一端を可動子側に他端を固定子側に取り付けることで可動子をコイルによる固定子の磁化方向に向けて振動可能に支持する弾性支持部材とを具備し、前記可動子は、その両側に固定子側に向かって延びる腕部を設け、該腕部の内側面を固定子の両端面とそれぞれ所定の隙間を介して対向する端面としたことを特徴とする。
また前記弾性支持部材はコイルバネ製であり、前記可動子は前記コイルによる固定子の磁化方向に向けて振動するように、一対の弾性支持部材によって支持されていることを特徴とする。
また前記固定子は、コイルを取り付けた固定子ヨークを樹脂製の基台部に固定することによって構成されていることを特徴とする。
【００１３】
【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１実施形態にかかる振動発生器１を示す斜視図、図２（ａ）は概略正面図、図２（ｂ）は概略側面図、図３は分解斜視図である。これらの図に示すように振動発生器１は、固定子１０の中央上部に可動子５０を２つの弾性支持部材８０，８０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。
【００１４】
図３に示すように固定子１０は、固定子ヨーク１１とコイル３０と基台部３１とを具備して構成されている。固定子ヨーク１１は純鉄等の軟磁性体からなり、縦方向に向かう左右ヨーク部１３，１５間を１本の横方向に向かう中央ヨーク部１７によって連結した形状（略Ｈ形状）に形成されており、中央ヨーク部１７にコイル３０を巻きつけることで電磁石を構成している。なお左右ヨーク部１３，１５の下部は固定部１９，２１、左右ヨーク部１３，１５の上部の両外側面は磁路の端面２３，２５となっている。コイル３０の両端は電流供給手段１００（図１参照）に接続されている。
【００１５】
基台部３１はモールド樹脂製であり、前記固定子ヨーク１１の固定部１９，２１を挿入して固定する凹状の固定部３３，３５と、スリット状に横方向に延びる溝３７，３７（図３では手前側のみ示す）と、溝３７の中央近傍を上方向に向けて設けた溝３９とを設けて構成されている。
【００１６】
弾性支持部材８０，８０は、何れも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、略１回転半ほど巻き回した２つのコイル部８１，８１のそれぞれ両側から２本ずつのほぼ平行なアーム部８３，８３とアーム部８５，８５とを突出し、一方の方向に延ばしたアーム部８３，８３間は連結部８２によって連結し、他方のアーム部８５，８５は先端を上側に折り曲げて係止端部８５１，８５１として構成されている。
【００１７】
可動子５０は、前記固定子ヨーク１１と同等の材質からなる可動子ヨーク５１に永久磁石６０を取り付けて構成されている。可動子ヨーク５１は略コ字状であってその両端の腕５２，５２の内側面を前記固定子ヨーク１１の端面２３，２５と所定の隙間を介して対向する端面５３，５４とし、また前記永久磁石６０はその一方の磁極面（この実施形態ではＳ磁極面）を可動子ヨーク５１の中央下面に当接して取り付けている。また可動子ヨーク５１の腕５２，５２の両外側側面の上部には、前記弾性支持部材８０，８０の連結部８２，８２を係止する溝状の係止部５５，５５が設けられている。また永久磁石６０の反対側の磁極面（即ちこの実施形態ではＮ磁極面である。言い換えれば前記コイル３０の外周側面に対向する側の磁極面）には、該磁極面に磁束を集めるための板状の高透磁率部材５７が取りつけられている。高透磁率部材５７の材質としては、例えば純鉄などが使用される。
【００１８】
そしてこの振動発生器１を組み立てるには、まず基台部３１の固定部３３，３５に、固定子ヨーク１１の固定部１９，２１を挿入して固定する。次に基台部３１の取付部３９にその両側から弾性支持部材８０，８０の係止端部８５１，８５１を挿入して係止する。このとき弾性支持部材８０，８０のアーム部８５，８５の先端側の部分は基台部３１の溝３７，３７内に挿入される。そして前記２本の弾性支持部材８０，８０の連結部８２，８２を、可動子５０の係止部５５，５５に係止すれば、この振動発生器１が完成する。
【００１９】
このとき図２に示すように固定子１０の両端面２３，２５は可動子５０の両端面５３，５４に対して所定の隙間２８，２９（左右両方の隙間寸法は同一）を介してそれぞれ対向面が平行となるように構成されている。可動子５０は前記弾性支持部材８０，８０によって前記コイル３０による固定子１０の磁化方向（即ち図２（ａ）の左右方向）に向けて振動可能に支持されている。このとき永久磁石６０の高透磁率部材５７を取り付けた側の磁極面は、前記コイル３０の外周側面に対向するように隙間２７を介して設置され、該対向面は平行となるように構成されている。
【００２０】
以上のように構成された振動発生器１の磁路は、永久磁石６０の高透磁率部材５７を取り付けた側の磁極面からコイル３０の外周側面を通して固定子ヨーク１１の中央ヨーク部１７内に入り中央ヨーク部１７においてコイル３０による固定子１０の磁化方向（ＮＳ磁極方向、即ち両端面２３，２５方向）を向くように導かれ、さらに固定子１０の両端面２３，２５から隙間２８，２９を通って可動子５０の両端面５３，５４に入り可動子ヨーク５１中央から永久磁石６０の他方の磁極面に入射するように形成される。
【００２１】
そして電流供給手段１００によってコイル３０に所定の電流を流すと、可動子５０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。
【００２２】
ここでまず図４は可動子５０の左右への変位ｘ（ｍｍ）と、可動子５０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（ａ）の右方向への力、マイナスは左方向への力を示している。また変位ｘはプラスは図２（ａ）の右方向の変位、マイナスは図２（ａ）の左方向への変位を示している。なおこの実施形態では隙間２８，２９の寸法はそれぞれ１．５ｍｍである。
【００２３】
そして円形の点はコイル３０に電流を流さない永久磁石６０の磁力と弾性支持部材８０，８０による弾発力との合力の状態を示し、三角の点はコイル３０にＮＩ＝＋１００（ＡＴ）の電流を流した場合の電磁力に前記永久磁石６０の磁力と弾性支持部材８０，８０による弾発力とを合計した合力の状態を示し、四角の点はコイル３０にＮＩ＝−１００（ＡＴ）の電流を流した場合の電磁力に前記永久磁石６０の磁力と弾性支持部材８０，８０による弾発力とを合計した合力の状態を示している。
【００２４】
同図に示すように、何れの状態においても、可動子５０に印加される推力は略直線状であり、これは可動子５０を単振動させるのに好適な状態であることを示している。このような推力となるのは以下の理由による。
【００２５】
即ち図５の線ａに示すように、弾性支持部材８０，８０のみによる推力は、変位量が増せば増すほど直線的に可動子５０を中立位置に戻そうとする力となる。一方図５の線ｂに示すように、永久磁石６０のみによる推力は弾性支持部材８０，８０の推力と反対方向の推力であるが、変位量が小さい場合はほとんど働かず、変位量が増えて左右何れかの隙間２８，２９が小さくなると小さくなった方に向けて急激に増加する。従って両者の推力を合わせれば、図４の円形の点に示すような略直線状の推力になるのである。なお永久磁石６０のみによる推力が図５の線ｂに示すようになるのは、可動子５０の両端面５３，５４は何れもＳ極となっているので可動子５０が中立位置にある場合は左右何れにも吸引されないからである。但し何れかの端面５３，５４が固定子１０の何れかの端面２３，２５に接近した場合は、その端面に吸着しようとする推力が指数関数的に増加していく。このように永久磁石６０のみによる推力は中立点近傍では小さいので、弾性支持部材８０，８０の弾発力をそれほど大きくしなくても、コイル３０に電流を流さないときに可動子５０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える。
【００２６】
そして電流供給手段１００からコイル３０にＮＩ＝＋１００（ＡＴ）の電流を流して固定子１０の左右の端面２３，２５にＮＳ磁極を励磁した場合は、図４に示すように永久磁石６０と弾性支持部材８０，８０による推力をそのまま所定の幅で上方向にほぼ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６０と弾性支持部材８０，８０による推力よりもほぼ一定の変位量だけ大きい推力となる。ＮＩ＝−１００ＡＴの電流を流した場合はこれとは逆に下方向に略平行移動する。
【００２７】
これは以下の理由による。即ちコイル３０に電流を流すことで図６に示すように固定子１０の両端面２３，２５にＮＳ磁極が発生すると、左側の端面２３，５３間には斥力、右側の端面２５，５４間には吸引力が働き、従って可動子５０には左方向に向かう推力が働く。一方可動子５０が左方向に移動していくと、右側の端面２５，５４間に働く吸引力は増加するが、左側の端面２３，５３間に働く斥力は減少する。従って全体として可動子５０を左方向に移動しようとする推力は何れの位置においてもほぼ一定となる。
【００２８】
また本発明においては、さらに別の推力が働いている。即ち図６に示すように永久磁石６０の高透磁率部材５７を取り付けた側の磁極面からの磁束Ｇはコイル３０の外周側面を通してコイル３０内に入って中央ヨーク部１７においてコイル３０のＮＳ磁極方向に向くように導かれる。従ってコイル３０に電流が流れると、図７（図７はコイル３０を図６に示す右側から見た状態を示している。なお図６に示すようにコイル３０によってＮＳ磁極が形成されるときは図７に示す方向に電流が流れる。）に示すようにフレミングの法則によって、コイル３０の上辺３０１には紙面手前側（即ち図６では右方向）の推力が働き、コイル３０の左右両辺３０３，３０５には推力が働かず、下辺３０７には紙面奥側（即ち図６では左方向）の推力が働くが、コイル３０上辺３０１を通る磁束に比べてコイル３０下辺３０７を通る磁束の方が非常に少ないので、結局このコイル３０には図６の右方向へ向かう推力が働く。固定子１０は固定されているので、反作用によって可動子５０に左方向へ向かう推力が働く。従って前記コイル３０の電磁力による推力の他にこのフレミングの法則による推力が同じ方向に加わるので、可動子５０を駆動しようとする全体の推力が増大するのである。コイル３０に逆方向の電流が流れた場合は、フレミングの法則による推力も逆方向となる。なおこの実施形態の場合、永久磁石６０のコイル３０の外周側面に対向する側の磁極面に高透磁率部材５７を取りつけたので、該磁極面に集中して磁束を集めることができ、これをコイル３０の外周側面を通してその内部に効果的に導くことができる。従って前記フレミングの法則による推力が増大する。
【００２９】
次にこの振動発生器１の駆動方法を説明する。図２に示すようにコイル３０に電流を流していないときは、弾性支持部材８０，８０が可動子５０を中立位置に維持する。
【００３０】
次に電流供給手段１００からコイル３０に電流（ＮＩ＝−１００ＡＴ）を供給すると固定子１０の両端面２３，２５に図６に示すようにＮＳ磁極が励磁され、可動子３０の端面５４は端面２５方向（左方向）に向けて引き付けられていく。これは図４において四角の点が変位ｘ＝０ｍｍにおいてマイナスの推力になっているからである。そして可動子５０の端面５４が端面２５に接近したときに、コイル３０に供給する電流の方向を反転（ＮＩ＝＋１００ＡＴ）すると、図４において三角の点の推力になり、これは可動子５０を逆方向（右方向）に引っ張る推力なので、可動子５０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５０の振動周波数に合わせて繰り返し行うことで、可動子３０の両端面５３，５４が固定子１０の端面２３，２５に当接する寸前で可動子５０を反転移動させ（つまり端面２３，２５と端面５３，５４とは常に当接しない）、可動子５０の振動を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５０を左右一対の弾性支持部材８０，８０で支持しているので、可動子５０の動きを左右方向への略平行移動にすることができ、固定子１０の端面２３，２５に対する可動子５０の端面５３，５４の動きを略平行移動にすることができ、また高透磁率部材５７と固定子１０との隙間２７も略一定のままとなり、従って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３０に電流を流して一度可動子５０を何れかの端面２３，２５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５０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３０に電流を流して可動子５０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、省電力化が図れる。
【００３４】
またこの実施形態においては弾性支持部材８０，８０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８１がねじれるためにコイル部８１両側のアーム部８３，８３，８５，８５の撓み量が少なくて済み、従って前記図８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。特にこの実施形態ではコイル部８１を軸支部材のようなもので軸支せず、フリーの状態としているので、軸支した場合に生じる摩擦が無くなり、好適である。
【００３５】
またこの実施形態においては可動子５０を構成する永久磁石６０を１つとしたので、図８に示す従来例の場合に比べて永久磁石の数が少なくてすみ、コストの低減化が図れる。
【００３６】
また本実施形態においては、可動子の両側に固定子側に向かって延びる腕部を設け、該腕部の内側面を固定子の両端面とそれぞれ所定の隙間を介して対向する端面としたので、その形状から可動子の重心が低く安定した左右対象の形状になり振動が安定する。
【００３７】
以上本発明の実施形態を詳細に説明したが本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面全体に記載した技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお実施形態中に現れる形状、数、材質はこれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する形状、数、材質であればどのような形状、数、材質であっても良い。
【００３８】
例えば固定子や可動子やコイルや高透磁率部材等の形状・構造・材質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。
【００３９】
【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。
▲１▼永久磁石の一方の磁極面を固定子側に対向させたので、可動子を１個の永久磁石でバランス良く構成できる。
【００４０】
▲２▼永久磁石の一方の磁極面をコイルの外周側面に対向するように設置することで、永久磁石の磁極面から出る磁束がコイルの外周側面を通ってコイル内に入射した後にコイルによる固定子の磁化方向を向くように導かれる磁路を形成したので、コイルに電流を流したときにコイルの電磁力による推力の他にフレミングの法則による推力が加わり、可動子を駆動する全体の推力が増大する。
【００４１】
▲３▼永久磁石のコイルの外周側面に対向する側の磁極面に該磁極面に磁束を集める高透磁率部材を取りつけた場合は、該磁極面に集中して磁束を集めることができ、これをコイルの外周側面を通してその内部に効果的に導くことができる。従って前記フレミングの法則による推力を増大することができ、さらに可動子を駆動する推力を増大することができる。
【００４２】
▲４▼可動子の両側に固定子側に向かって延びる腕部を設け、該腕部の内側面を固定子の両端面とそれぞれ所定の隙間を介して対向する端面としたので、その形状から可動子の重心が低く安定した左右対象の形状になり振動が安定する。
【００４３】
▲５▼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。
【００４４】
▲６▼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。
【００４５】
▲７▼固定子は、コイルを取り付けた固定子ヨークを樹脂製の基台部に固定することによって構成したので、固定子全体の重量の軽量化が図れる。
【００４６】
▲８▼可動子を構成する永久磁石を１つにできるのでコストの低減化が図れる。
【００４７】
▲９▼構造が簡単で小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１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】本発明の１実施形態にかかる振動発生器１を示す概略正面図である。
【図３】本発明の１実施形態にかかる振動発生器１を示す分解斜視図である。
【図４】可動子５０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】永久磁石６０による推力及び弾性支持部材８０，８０による推力と変位との関係を示す図である。
【図６】可動子５０に働く力の関係を示す図である。
【図７】フレミングの法則によってコイル３０に働く力の関係を示す図である。
【図８】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１振動発生器
１０固定子
１１固定子ヨーク
１３，１５左右ヨーク部
１７中央ヨーク部
２３，２５端面
３０コイル
３１基台部
５０可動子
５１可動子ヨーク
５３，５４端面
５７高透磁率部材
６０永久磁石
８０弾性支持部材
１００電流供給手段

Claims

永久磁石を取り付けてなる可動子と、
可動子の端面に対して所定の隙間を介して対向する端面を有し、取り付けたコイルに電流を流して励磁することで前記可動子との間に磁路を形成する固定子と、
一端を可動子側に他端を固定子側に取り付けることで可動子をコイルによる固定子の磁化方向に向けて振動可能に支持する弾性支持部材とを具備し、
前記永久磁石の一方の磁極面を、固定子に取り付けた前記コイルの外周側面に対向するように設置することで、永久磁石の磁極面から出る磁束がコイルの外周側面を通してコイル内に入射した後にコイルによる固定子の磁化方向を向くように導かれる磁路を形成し、
前記固定子をコイルによって励磁することで固定子の端面を所望の磁極にして前記可動子をコイルによる固定子の磁化方向に向けて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。
前記永久磁石のコイルの外周側面に対向する側の磁極面には、該磁極面に磁束を集める高透磁率部材が取りつけられていることを特徴とする請求項１記載の振動発生器。
永久磁石を取り付けてなる可動子と、
可動子の端面に対して所定の隙間を介して対向する端面を有し、取り付けたコイルに電流を流して励磁することで前記可動子との間に磁路を形成する固定子と、
一端を可動子側に他端を固定子側に取り付けることで可動子をコイルによる固定子の磁化方向に向けて振動可能に支持する弾性支持部材とを具備し、
前記可動子は、その両側に固定子側に向かって延びる腕部を設け、該腕部の内側面を固定子の両端面とそれぞれ所定の隙間を介して対向する端面としたことを特徴とする振動発生器。
前記弾性支持部材はコイルバネ製であり、前記可動子は前記コイルによる固定子の磁化方向に向けて振動するように、一対の弾性支持部材によって支持されていることを特徴とする請求項１乃至３の内の何れか１項記載の振動発生器。
前記固定子は、コイルを取り付けた固定子ヨークを樹脂製の基台部に固定することによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の内の何れか１項記載の振動発生器。