JP3766683B2

JP3766683B2 - 軸方向駆動の振動体

Info

Publication number: JP3766683B2
Application number: JP2002014894A
Authority: JP
Inventors: 一美宮本; 健志相原; 巨樹三浦
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: JP2003211088A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、着信を無音で携帯者に感知させる携帯機器等に用いられる振動体の構成に関するものである。
【従来の技術】
従来から公共の場所、病院、電車・バス等の乗り物では、携帯機器の使用は制限されている場合が多い。特に、携帯機器の使用が許されている場合でも、所謂マナーモード（無音・体感振動）で着信を携帯者に感知させる方法が行われている。携帯機器には、最近の日進月歩の技術革新を反映して種々の商品が普及してきており、例えば携帯電話、PDA、ウエアラブル（身につける）コンピューティング機器等がある。これらには、無音で体感振動を感知させる振動モータやそれに近い機能を有するマルチファンクションデバイス（スピーカと振動体機能を併せ持つ）等が用いられている。以下では、従来の振動モータの代表例と思われるものについて説明する。
【０００２】
従来例としては、実用公開平成３−８３６８１号（以下では文献Ａと称す）、特開平７−１０７６９９号（文献Ｂ）、特公平８−１０９７２号（文献Ｃ）を挙げて説明する。文献Aは、ブラシとコンミテータを有する軸長型の直流モータを用いたものであり、振動モータの回転軸に装着する断面が扇型形状の偏心錘に関するものである。偏心錘として高比重ではあるものの加工が困難なタングステンのバルク材を用いずに、タングステンや鉛を含む金属の粉末焼結合金によって形成して回転軸への偏心錘の嵌着を容易にして振動出力を大きくしようとするものである。
【０００３】
文献Ｂは、図４に概要を示すようにブラシとコンミテータを有する軸長型の直流モータを用いた振動モータであり、偏心錘の構成と回転軸への固定方法の開示に関するものである。図４において、直流モータ１３１の軸受け１３３に支持された回転軸１３６には回転軸１３６の外径より小さい溝１３５が設けられ、高比重材で形成されたタングステン等の粉末焼結合金からなる偏心錘１３４をカシメ部１４０で回転軸１３６の溝１３５にカシメる。そのため、偏心錘１３４の軸方向の両端部が盛りあがらずに偏心錘１３４は確実に回転軸１３６に固定されるので小型にも拘わらず出力を大きくすることができるとしている。また、多孔質な偏心錘１３４にはオイルが含浸されておりメッキによる表面処理なしで防錆効果があると記載されている。
【０００４】
文献Ｃは、ブラシとコンミテータを有する偏平型の直流モータに関するもので、少なくとも3個の開き角が６０〜８０°のコイルを重複しないように扇形に配設して回転子の構成で偏心錘を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
文献Ａ、Ｂ、Ｃは直流モータの回転を前提としたものであり長軸型、扁平型の相違はあるものの、以下のような難点があった。（１）ブラシとコンミテータを用いるのでコストもかかりまた整流の際のマイクロアークによる損傷で寿命と品質の維持に問題がある。（２）７０００〜８０００ｒｐｍまでの立ち上がりに時間がかかり音楽に合わせた振動を発生させる機器には向いていない。
本発明の目的は、前述の欠点を除去して、簡単な構成で多様化する携帯機器の機能を豊富にする小型で高性能な軸方向駆動の振動体を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するためになされた本発明の請求項１は、円筒状フレームの一側端に円筒状の駆動コイルを固定し、該駆動コイルと空隙を介して磁気的に係合する磁性材料からなるカップ状ヨークと円柱状永久磁石とで形成された駆動子を前記フレームの両端側に設けた一対のコイルばねによって軸方向に振動するように配設した振動体において、
該振動体は、磁性材料からなるカップ状ヨークと該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁されて同一磁極面が対向する一対の円柱状の第１永久磁石と第２永久磁石が円柱状の駆動用のポールピースを挟持すると同時にセンタヨークを介して片持状に固定されて形成される駆動子と前記駆動コイルからなり、該駆動子の外周側面に軸方向に複数個の溝を形成し、フレームの内周に軸方向に沿って複数個の凸部を形成し、フレームの前記凸部に対して駆動子の前記溝が軸方向に摺動可能に構成されたことを特徴とするものである。
【０００７】
課題を解決するためになされた本発明の請求項２は、軸方向駆動の振動体は、磁性材料からなるカップ状ヨークと該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁されて同一磁極面が対向する一対の円柱状の第１永久磁石と第２永久磁石が円柱状の駆動用のポールピースを挟持すると同時にセンタヨークを介して片持状に固定されて形成される駆動子と前記駆動コイルからなり、該駆動子の外周側面に軸方向に複数個の溝を形成し、フレームの内周に軸方向に沿って複数個の凸部を形成し、フレームの前記凸部に対して駆動子の前記溝が軸方向に摺動可能に構成し、前記カップ状ヨークの底面に錘を搭載したことを特徴とするものである。
【０００８】
課題を解決するためになされた本発明の請求項３は、軸方向駆動の振動体は、磁性材料からなるカップ状ヨークと該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁されて同一磁極面が対向する一対の円柱状の第１永久磁石と第２永久磁石が円柱状の駆動用のポールピースを挟持すると同時に一対のセンタヨーク間に該第１永久磁石と第２永久磁石と円柱状の駆動用のポールピースが挟持されて片持状にカップ状ヨークの中心部に固定されて形成される駆動子と前記駆動コイルからなり、該駆動子の外周側面に軸方向に複数個の溝を形成し、フレームの内周に軸方向に沿って複数個の凸部を形成し、フレームの前記凸部に対して駆動子の前記溝が軸方向に摺動可能に構成し、前記カップ状ヨークの底面に錘を搭載したことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の軸方向駆動の振動体の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の軸方向駆動の振動体（以下では振動体と略称）の構成半断面図である。図２は図１のＸＸ線断面図である。図３は本発明である他の実施例の断面図である。図１R>１、図２において本発明の振動体１０は、合成樹脂からなる円筒状のフレーム１１と駆動コイル１２と駆動子２０とで構成される。フレーム１１の軸方向の一側端には、金属材料例えば熱伝導性のよいアルミニウムを陽極処理して表面を電気絶縁処理した円筒状のコイルボビン１３にマグネットワイヤを巻回して形成され、端子３５，３６を有する駆動コイル１２を片持ち状に固定する。駆動子２０は、磁性材料からなるカップ状ヨーク２１の中心部には軸方向に単磁極に着磁された一対の円柱状の第１永久磁石２８と第２永久磁石２９の磁極が磁性材料からなる円盤状の駆動用のポールピース３０を挟持して同一磁極性で対向するように固定して片持ち状に保持され、前記駆動子２０の外周面と円柱状の第２永久磁石２９をセンタヨークa３２と磁気的及び機械的に接続されて片持ち状に固定し、カップ状ヨーク２１の内外周底面には質量の大きい例えばタングステン粉末を樹脂成型して形成された錘２３が接着剤等で固着される。駆動子２０が軸方向にスムーズに駆動できるようにフレーム１１の内周面には軸方向に直角にガイド凸部（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）が配設されている。そして、軸方向と平行に凸部（１４ａ），（１４ｂ），（１４ｃ）が並列に形成されている。また、駆動子２０のポールピース３０の外周部に生じる磁束は、互いに対向する第１永久磁石２８と第２永久磁石２９の同一磁極から生じる磁束が反撥して点線表示したように駆動コイル１２、軸方向に平行な円周状の空隙２６，２７を経由してカップ状ヨーク２１に向かい、センタヨークａ３２を介して磁気回路を閉じるので高い磁束密度を発生させる。その結果、駆動子２０の駆動力が増大する。更に、駆動子２０はフレーム１１の両側端に設けたコイルばね２４，２５によって支持される。駆動子２０の１次共振周波数は駆動子２０の質量とコイルばね２４，２５のスティッフネスで決まり、携帯者への体感性がよいとされる１００〜１６０Ｈｚに設定される。駆動子２０は、一対のコイルばね２４，２５によって平衡点で通常は停止している。
【００１７】
図２において、駆動子２０には軸方向と平行に溝３１ａ，３１ｂ，３１ｃが設けられ、フレーム１１の凸部（１４ａ），（１４ｂ），（１４ｃ）が夫々溝３１ａ，３１ｂ，３１ｃに対応して機械的にしゅう動係合する。この結果、駆動子２０が軸方向に往復振動する際にピッチング、ローリング及びヨーイングが生じることもなく効率の良い軸方向の往復振動を発生する。また、錘２３が搭載されている場合は、振動加震力を更に大きくすることができる。
【００１８】
図２、図３において、本発明の振動体１０は、合成樹脂からなる円筒状のフレーム１１と駆動コイル１２と駆動子４０とで構成される。フレーム１１の軸方向の一側端には、金属材料例えば熱伝道性のよいアルミニウムを陽極処理して表面を電気絶縁処理した円筒状のコイルボビン１３にマグネットワイヤを巻回して形成され、端子３５，３６を有する駆動コイル１２を片持ち状に固定する。駆動子４０は、磁性材料からなるカップ状ヨーク２１の中心部には円柱状のセンタヨークｂ３３を外端に配設した軸方向に単磁極に着磁された一対の円柱状の第１永久磁石２８と第２永久磁石２９の磁極が磁性材料からなる円柱状の駆動用のポールピース３０を挟持して同一磁極性で対向するように固定して片持ち状に保持され、前記駆動子４０の外周面と円柱状の第2永久磁石２９をセンタヨークａ３２と磁気的及び機械的に接続されて片持ち状に固定し、カップ状ヨーク２１の内外周底面には質量の大きい例えばタングステン粉末を樹脂成型して形成された錘２３が接着剤等で固着される。駆動子４０が軸方向にスムーズに駆動できるようにフレーム１１の内周面には軸方向に直角にガイド凸部（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）が配設されている。そして、軸方向と平行に凸部（１４ａ），（１４ｂ），（１４ｃ）が並列に形成されている。また、駆動子４０のポールピース３０の外周部に生じる磁束は、第１永久磁石２８の外端部に配設されたセンタヨークｂ３３によって磁気回路の磁気抵抗が小さくなるので、互いに対向する第１永久磁石２８と第２永久磁石２９の同一磁極から生じる磁束がさらに強く反撥して点線表示したように駆動コイル１２、軸方向に平行な円周状の空隙２６，２７を経由してカップ状ヨーク２１に向かい、センタヨークａ３２を介して磁気回路を閉じるので更に高い磁束密度を発生させる。その結果、駆動子４０の駆動力が増大する。本発明の実施例によればポールピース３０からの磁束分布が駆動コイル１２の直径方向に広がるので駆動コイル１２の磁束鎖交数を大幅に増加させることができて振動エネルギーへの変換効率を向上させることができる。
【００１９】
今までの本発明の振動体の説明では、フレーム１１、駆動コイル１２、駆動子２０，４０等の軸方向の断面形状を製造が容易な円筒状としているが、これに限定される必要はなく、楕円形状、方形状等携帯機器への取り付け配置等を考慮して軸方向への駆動子２０，４０の運動を妨げないのであれば任意の形状でよい。また、図１、図３の実施例ではセンタヨークａ３２をカップ状ヨーク２１に固定しているが小型化設計によっては省略してもよい。
【００２０】
駆動子２０，４０の駆動は、駆動コイル１２の端子３５，３６間に駆動子２０，４０の１次共振周波数とほぼ同一の基本周波数を有する正弦波または方形波等の交流信号でブリッジ回路等によって付勢されて駆動される。無論、正弦波または方形波によるユニポーラ駆動でも駆動することができる。
【００２１】
駆動子２０，４０にはコイルばね２４，２５が一対用いられているが、コイルばねは１個でもよい。この場合は、駆動子２０，４０は１方向に押し付けられるように設定され、駆動はコイルばねの静的な力に打ち勝つように駆動される。この方法によれば、携帯機器の振動、衝撃等によって駆動子２０，３０が１方向に保持されているので振動体が保護される。
【００２２】
更にまた、本発明の駆動方法はバイポーラのブリッジ回路またはユニポーラ回路のいずれでも適用でき、そして駆動のための入力波形は正弦波または方形波のいずれでもよく、コスト／パフォーマンスを考慮して選択される。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成でコスト／パフォーマンスがよく、無音で体感特性の優れた携帯機器用の振動体が容易に実現できる。
【００２４】
また、本発明によれば、直流モータを用いないので直流モータ特有のブラシ・コンミテータ間の長寿命化や品質維持を課題としなくてよいので製造管理が容易である。
【００２５】
また、本発明によれば、駆動子の共振を用いるので運動変換効率がよく小型で高性能な振動体を実現することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、通常の振動モータのように立ち上がりに時間がかかることが少なく、音楽に合わせてリズムを奏することも可能であり、携帯機器の機能を豊富にすることができる。
【００２７】
また、本発明によれば、駆動子の磁気回路は円筒状ヨークと円柱状永久磁石との間でよく閉じているので漏洩磁束が少なく本発明の振動体が搭載される機器への電磁障害を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸方向駆動の振動体の構成半断面図である。
【図２】図１及び図３のＸＸ線断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の断面図である。
【図４】従来例のブラシとコンミテータを有する軸長型の直流モータを用いた振動モータの構成図である。
【符号の説明】
１０振動体
１１フレーム
１２駆動コイル
１３コイルボビン
１４ａ，１４ｂ，１４ｃガイド凸部
２０，４０駆動子
２１カップ状ヨーク
２３錘
２４２５コイルばね
２６，２７空隙
２８第１永久磁石
２９第２永久磁石
３０ポールピース
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ溝
３２センタヨークａ
３３センタヨークｂ
３５，３６端子

Claims

円筒状フレームの一側端に円筒状の駆動コイルを固定し、該駆動コイルと空隙を介して磁気的に係合する磁性材料からなるカップ状ヨークと円柱状永久磁石とで形成された駆動子を前記フレームの両端側に設けた一対のコイルばねによって軸方向に振動するように配設した振動体において、
該振動体は、磁性材料からなるカップ状ヨークと該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁されて同一磁極面が対向する一対の円柱状の第１永久磁石と第２永久磁石が円柱状の駆動用のポールピースを挟持すると同時にセンタヨークを介して片持状に固定されて形成される駆動子と前記駆動コイルからなり、該駆動子の外周側面に軸方向に複数個の溝を形成し、フレームの内周に軸方向に沿って複数個の凸部を形成し、フレームの前記凸部に対して駆動子の前記溝が軸方向に摺動可能に構成されたことを特徴とする軸方向駆動の振動体。
軸方向駆動の振動体は、磁性材料からなるカップ状ヨークと該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁されて同一磁極面が対向する一対の円柱状の第１永久磁石と第２永久磁石が円柱状の駆動用のポールピースを挟持すると同時にセンタヨークを介して片持状に固定されて形成される駆動子と前記駆動コイルからなり、該駆動子の外周側面に軸方向に複数個の溝を形成し、フレームの内周に軸方向に沿って複数個の凸部を形成し、フレームの前記凸部に対して駆動子の前記溝が軸方向に摺動可能に構成し、前記カップ状ヨークの底面に錘を搭載したことを特徴とする請求項１に記載の軸方向駆動の振動体。
軸方向駆動の振動体は、磁性材料からなるカップ状ヨークと該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁されて同一磁極面が対向する一対の円柱状の第１永久磁石と第２永久磁石が円柱状の駆動用のポールピースを挟持すると同時に一対のセンタヨーク間に該第１永久磁石と第２永久磁石と円柱状の駆動用のポールピースが挟持されて片持状にカップ状ヨークの中心部に固定されて形成される駆動子と前記駆動コイルからなり、該駆動子の外周側面に軸方向に複数個の溝を形成し、フレームの内周に軸方向に沿って複数個の凸部を形成し、フレームの前記凸部に対して駆動子の前記溝が軸方向に摺動可能に構成し、前記カップ状ヨークの底面に錘を搭載したことを特徴とする請求項１に記載の軸方向駆動の振動体。