JP4319213B2

JP4319213B2 - 振動発生装置

Info

Publication number: JP4319213B2
Application number: JP2006281175A
Authority: JP
Inventors: 真一樋口
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: US7960875B2; JP2008093623A; US20080089168A1

Description

本発明は、コイルと磁石とで構成される磁気駆動部から錘体に駆動力が与えられて錘体が振動する振動発生装置に係り、特に振動の共振点が２つの周波数となる振動発生装置に関する。

携帯電話やゲーム装置のコントローラなど各種電子機器には、振動発生装置を備えたものがある。この振動発生装置は、小型の筐体に錘体がばねにより支持されている。磁気駆動部を構成するコイルとマグネットの一方が、前記錘体に支持され、他方が筐体側に設けられている。前記コイルに交流電流が与えられると、磁気駆動部から錘体に振動力が与えられ、錘体が振動する。

この種の振動発生装置では、磁気駆動部のコイルに与えられる交番電流の周波数を、錘体の質量とばねの弾性係数とで決まる固有振動数に一致させることで、錘体を共振させて大きな振幅の振動を得ることができるようにしている。
特開２００５−９５７４０号公報

従来の振動発生装置では、共振周波数が１点となるように設定されていたため、コイルに与えられる交流信号の周波数が、固有振動数から大きく外れると、振動時の錘体の振動の振幅を大きくできなくなる。また、共振周波数が１点であると、振動発生装置が一種類の振動しか発生できず、振動周波数の相違する２種類の振動を発生させることはできない。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、簡単で且つ小型の構成で、共振周波数を２点に設定することができる振動発生装置を提供することを目的としている。

本発明は、金属板で形成された可動ベースと、前記可動ベースに支持された錘体と、前記錘体に振動を与える磁気駆動部とを有し、
前記可動ベースには、第１の弾性変形部と第２の弾性変形部が共通の前記金属板によって一体に形成され、前記錘体が前記第１の弾性変形部を介して支持され、前記可動ベースが前記第２の弾性変形部を介して筐体に支持されて、前記磁気駆動部が、前記可動ベースと前記錘体との間に設けられており、
前記第２の弾性変形部の曲げ弾性係数と前記第１の弾性変形部の曲げ弾性係数とが相違し、前記磁気駆動部から前記錘体に与えられる駆動力によって前記錘体が振動するときの固有振動数と、前記駆動力の反力によって前記可動ベースが振動するときの固有振動数とが相違していることを特徴とするものである。

本発明の振動発生装置は、２つ周波数の固有振動数を有している。そのため、磁気駆動部に与えるべき交流信号の周波数に広がりを持たせることができ、コイルに与える前記交流信号の広い周波数帯域で、比較的大きな振幅の振動を発生させることができる。また、コイルに与える交流電流の周波数を切換えることにより、２つの固有振動数に基づいて２種類の振動を発生させることもできる。

本発明は、前記可動ベースには、設置板部と、この設置板部から折り曲げられた支持板部とが一体に形成されて、前記設置板部の一部により前記第１の弾性変形部が形成され、前記設置板部と前記支持板部との間に前記第２の弾性変形部が形成されており、
前記磁気駆動部を構成するコイルと磁石の一方が、前記可動ベースに固定され、他方が前記錘体に固定されているものである。

本発明の振動発生装置は、可動ベースを構成する金属板により、２種類の弾性変形部を構成しているため、２種類の固有振動数を有する振動発生装置を、小型で簡単に構成することができる。

また、本発明は、例えば、前記第１の弾性変形部は、前記金属板で形成された変形腕と、この変形腕の自由端側に形成されて前記錘体が固定される固定部とを有しており、
前記第２の弾性変形部は、前記設置板部と前記支持板部との中間において、前記金属板の断面積を小さくすることにより形成されているものである。

その結果、前記第２の弾性変形部の曲げ弾性係数が前記第１の弾性変形部の曲げ弾性係数よりも大きく、前記磁気駆動部から前記錘体に与えられる駆動力によって前記錘体が振動するときの固有振動数よりも、前記駆動力の反力によって前記可動ベースが振動するときの固有振動数の方が高いものにできる。

本発明の振動発生装置は、２種類の共振周波数を有する振動発生装置を構成できる。また２つの弾性変形部を共通の可動ベースに形成しているために、小型で簡単な構造で、２つの固有振動数を有する構成にできる。

図１は本発明の振動発生装置の実施の形態を示す分解斜視図、図２は、図１に示す振動発生装置が組み立てられた状態をＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図、図３（Ａ）は図２に示す振動発生装置を構成する可動ベースの側面図、図３（Ｂ）は可動ベースの底面図である。

図１と図２に示すように、振動発生装置１は、細長い立方体形状の筐体２を有している。筐体２は、下部筐体３と上部筐体４を有しており、共に金属板で形成されている。下部筐体２は、互いに平行に対向する支持端板３ａ，３ｂと、両支持端板３ａ，３ｂの両側部どうしを繋ぐ側板３ｃ，３ｄを有し、さらに、底板３ｅを有している。前記支持端版３ａ，３ｂと側板３ｃ，３ｄは、前記底板３ｅから直角に折り曲げられている。

上部筐体４は、金属板で平面形状が長方形に形成されている。上部筐体４の短辺には端面折曲げ片４ａ，４ｂが形成され、長辺には側面折曲げ片４ｃ，４ｄが形成されている。端面折曲げ片４ａ，４ｂが、下部筐体３の支持端板３ａ，３ｂの外側に重ねられ、側面折曲げ片４ｃ，４ｄが、側板３ｃ，３ｄの外側に重ねられることで、下部筐体３上に上部筐体４が組み合わされる。また、下部筐体３の上縁部に一体に形成された複数の爪３ｆが、上部筐体４に形成された係止穴４ｆ内で折り曲げられることで、下部筐体３と上部筐体４とが固定される。

上部筐体４には、天井板４ｅが設けられており、この天井板４ｅに、長方形状の開口部４ｇが上下に貫通して形成されている。

筐体２の内部には、可動ベース１０が収納されている。可動ベース１０は、金属板で一体に形成されている。可動ベース１０は磁性を有する金属板で形成されていてもよいが、非磁性の金属板で形成されていることが好ましい。

図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、可動ベース１０は、長方形の設置板部１１を有している。設置板部１１の両端部からは、一対の支持板部１２ａ，１２ｂが直角に折り曲げられている。支持板部１２ａと１２ｂは互いに平行に対面している。可動ベース１０が筐体２の内部に収納されると、前記支持板部１２ａが、下部筐体３の支持端板３ａの内面に密着し、前記支持板部１２ｂが、下部筐体３の支持端板３ｂの内面に密着する。図１に示すように、下部筐体３の支持端板３ａにはそれぞれ内側に向く一対の爪３ｇが形成され、可動ベース１０の支持板部１２ａ，１２ｂには、それぞれ一対の位置決め溝１２ｃが形成されている。前記爪３ｇが前記位置決め溝１２ｃ内に入り込んで折り曲げられることにより、支持板部１２ａが支持端板３ａの内側に位置決めされて固定され、支持板部１２ｂが支持端板３ｂの内側に位置決めされて固定される。

可動ベース１０には、設置板部１１の両側の長辺のそれぞれから直角に折り曲げられた一対の側片１３ｃ，１３ｄが設けられている。可動ベース１０が、筐体２内に収納され、可動ベース１０の支持板部１２ａと１２ｂが、下部筐体３の支持端板３ａと３ｂの内面に固定された状態で、前記側片１３ｃ，１３ｄは、下部筐体３の側板３ｃ，３ｄの内面から十分に離れた位置に対面している。このとき、図２に示すように、可動ベース１０の設置板部１１は、下部筐体３の底板３ｅの内面から十分に離れた位置に対面している。

図３（Ｂ）に示すように、可動ベース１０の設置板部１１には、一対の第１の弾性変形部１４，１４が設けられている。この第１の弾性変形部１４，１４は、可動ベース１０を構成する金属板の一部で一体に形成されている。前記設置板部１１には、一対の切欠き部１１ａ，１１ａが形成されている。設置板部１１を構成する金属板が、前記切欠き部１１ａ内に延びており、この金属板で、前記第１の弾性変形部１４を構成する互いに平行な一対の変形腕１４ａ，１４ａと、それぞれの変形腕１４ａ，１４ａと一体の固定部１４ｂとが形成されている。第１の弾性変形部１４に外力が作用していないときに、変形腕１４ａおよび固定部１４ｂは、設置板部１１と同一面に位置している。また、前記固定部１４ｂには、一対の固定穴１４ｃが開口している。

可動ベース１０では、前記設置板部１１と、その両側の支持板部１２ａ，１２ｂとの間に、第２の弾性変形部１５が設けられている。前記設置板部１１は、その両側部に側片１３ｃ，１３ｄが折り曲げられているため、側片１３ｃ，１３ｃで補強されている設置板部１１は曲げ剛性が高くなっている。また、支持板部１２ａ，１２ｂは、下部筐体３の支持端板３ａ，３ｂに固定されている。よって、可動ベース１０では、主に前記設置板部１１のうちの前記側片１３ｃ，１３ｄが設けられていない部分で、且つ支持板部１２ａ，１２ｂを除いた部分が、前記第２の弾性変形部１５，１５として機能する。

第２の弾性変形部１５は、支持板部１２ａまたは支持板部１２ｂが折り曲げられている折曲部１５ａで、その幅寸法（断面積）が小さくなっている。前記折曲部１５ａの内側には、幅方向に直線状に延びるスリット１５ｂが形成され、このスリット１５ｂの両側部に幅細部１５ｃ，１５ｃが形成されている。また、折曲部１５ａとそれぞれの細幅部１５ｃ，１５ｃとの間に、細片１５ｄ，１５ｄが形成されている。第２の弾性変形部１５では、前記折曲部１５ａ、細幅部１５ｃ，１５ｃおよび細片１５ｄ，１５ｄが弾性変形可能である。ただし、支持板部１２ａ，１２ｂの下部の一部が、下部筐体３の支持端板３ａ，３ｂから内側へ少しだけ離れるように変形し、この支持板部１２ａ，１２ｂの下部分が第１の弾性変形部１４，１４の一部として機能するものであってもよい。

それぞれの第１の弾性変形部１４では、主に細長い一対の変形腕１４ａが曲げ弾性係数に寄与し、第２の弾性変形部１５では、主に前記折曲部１５ａと細幅部１５ｃ，１５ｃおよび細片１５ｄ，１５ｄが曲げ弾性係数に寄与する。図３に示す可動ベース１０の構造では、第２の弾性変形部１５の曲げ弾性係数が、第１の弾性変形部１４の曲げ弾性係数よりも大きい。

図１と図２に示すように、筐体２の内部には錘体２０が収納されている。錘体２０は、下部半体２１と上部半体２２とが組み合わされて構成されており、下部半体２１と上部半体２２との間には、磁気駆動部３０を構成する磁性材料の芯材３２とこの芯材３２に巻かれたコイル３１とが挟まれて収納されている。

上部半体２２の上面には固定金具２３が設けられている。この固定金具２３の両側部には、それぞれ直角に折り曲げられた保持片２３ａ，２３ａが設けられており、この保持片２３ａ，２３ａによって下部半体２１が保持されている。前記固定金具２３の両側部には、それぞれ前記保持片２３ａ，２３ａよりも芯材３２に近い位置で直角に折り曲げられた固定片２３ｂ，２３ｂが設けられている。図２に示すように、固定片２３ｂ，２３ｂは、下部半体２１の下面２１ａよりもさらに下側に延びている。この固定片２３ｂ，２３ｂの下端が、前記第１の弾性変形部１４の固定部１４ｂに開口する前記固定穴１４ｃ内に挿入され、折り曲げられており、これにより、それぞれの第１の弾性変形部１４の前記固定部１４ｂに、固定片２３ｂが固定されている。

図２に示すように、固定金具２３の固定片２３ｂが、第１の弾性変形部１４，１４の固定部１４ｂ，１４ｂに固定された状態で、錘体２０の下面すなわち下部半体２１の下面と、可動ベース１０の設置板部１１との間に十分な隙間が設けられており、第１の弾性変形部１４の変形腕１４ａが、図２において破線で示すように下向きに変形したときに、錘体２０の下方への移動領域を確保することができる。

図１に示すように、筐体２の上部筐体４に形成されている前記開口部４ｇの開口面積は、錘体２０の形状よりも大きくなっている。よって、第１の弾性変形部１４の変形腕１４ａが上向きに変形したときに、錘体２０と上部筐体４とが直接に当たるのを避けることができる。

前記磁気駆動部３０は、前記錘体２０と前記可動ベース１０との間に設けられている。前述のように、磁気駆動部３０を構成している芯材３２とコイル３１は、前記錘体２０内に保持されている。一方、磁気駆動部３０を構成している磁石３３は、磁性材料で形成されたブラケット３４，３４の内面に固定されている。

ブラケット３４の両側部には突起３４ａ，３４ａが突出しており、この突起３４ａ，３４ａが、可動ベース１０の側片１３ｃ，１３ｄに開口する固定穴１３ａ，１３ａに挿入されて固定されている。また、ブラケット３４の下部には、突起３４ｂ，３４ｂが突出しており、この突起３４ｂ，３４ｂが、可動ベース１０の設置板部１１に開口する固定穴１１ｃ，１１ｃに挿入されて固定されている。

図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、前記固定穴１３ａおよび固定穴１１ｃは、第２の弾性変形部１５，１５よりも内側に形成されており、よって、ブラケット３４は、第２の弾性変形部１５よりも内側に固定されている。

図２に示すように、磁気駆動部３０では、芯材３２の両端面が、その両側に位置する磁石３３，３３に対面している。磁石３３，３３の前記芯材３２に対向する面は、上半分と下半分とで磁極が相違している。よって、コイル３１に交番電流が与えられると、コイル３１が保持された錘体２０に対して図２における上下方向への駆動力が作用し、可動ベース１０の設置板部１１には、前記駆動力の反力が作用する。

図４は、振動発生装置１の振動モデルを示す模式図である。
この振動発生装置１は、振動時に２つの共振周波数を有している。ひとつの共振周波数は、可動ベース１０に形成された第１の弾性変形部１４の曲げ弾性係数ｋ１と、錘体２０の質量ｍ１とから決まる第１の固有振動数ｆ１に対応している。他方の共振周波数は、可動ベース１０に形成された第２の弾性変形部１５の曲げ弾性係数ｋ２と、可動ベース１０の設置板部１１上の全ての質量ｍ２、すなわち設置板部１１に搭載されている錘体２０と磁気駆動部３０の質量とで決まる第２の固有振動数ｆ２に対応している。

この実施の形態では、可動ベース１０に形成された第２の弾性変形部１５の曲げ弾性係数ｋ２が、第１の弾性変形部１５の曲げ弾性係数ｋ１よりも大きい。そして、第１の固有振動数ｆ１よりも第２の固有振動数ｆ２の方が高い。図５に示すように、例えば第１の固有振動数ｆ１は６０Ｈｚ付近であり、第２の固有振動数ｆ２は３００Ｈｚ付近である。

この振動発生装置は、コイル３１に交番電流が通電されると、芯材３２が磁化され、このとき芯材３２の両端面の磁極は、電流の周波数に応じて切換えられる。図２に示すように、芯材３２の両端面に対向している磁石３３，３３は上下方向に異なる磁極となるように着磁されているため、可動ベース１０に固定されている磁石３３から、コイル３１と芯材３２を保持している錘体２０に上下方向の振動駆動力Ｆ１が作用する。さらに、錘体２０に与えられる振動駆動力Ｆ１の反力Ｆ２が可動ベース１０の設置板部１１に作用する。

前記コイル３１に通電される交番電流の周波数が、第１の弾性変形部１４の曲げ弾性係数ｋ１と錘体２０の質量ｍ１とで決まる第１の固有振動数ｆ１と一致し、または前記第１の固有振動数ｆ１に近似している場合に、錘体２０が共振する。また、前記コイル３１に通電される交番電流の周波数が、第２の弾性変形部１５の曲げ弾性係数ｋ２と、可動ベース１０上の質量の総和ｍ２とで決まる前記第２の固有振動数ｆ２に一致し、または近似している場合にも、可動ベース１０の設置板部１１および、これに搭載されている錘体２０と磁気駆動部３０とが一緒に共振する。

このように、２種類の周波数帯の駆動信号を与えると、それぞれの周波数帯において共振し、しかも第１の固有振動数ｆ１と第２の固有振動数ｆ２とが当然に相違するため、発生する２種類の振動は、その振動音や振動の伝播状態が相違する。したがって、例えば携帯機器やゲーム機のコントローラなどにおいて、ある操作を行うとｆ１の周波数で共振し、他の操作を行うとｆ２の周波数で共振するなど、バラエティに富んだ振動を発振できる。

また、第１の固有振動数ｆ１と第２の固有振動数ｆ２の周波数を近似させておけば、前記周波数ｆ１と周波数ｆ２の双方を含む広い帯域のいずれかの周波数の信号をコイル３１に与えることにより、共振させることができる。つまり、振動発生装置１を共振させるのに必要な電流の周波数帯域を広くできる。

また、この実施の形態では、可動ベース１０の設置板部１１に磁石３３が搭載され、可動ベース１０上で第１の弾性変形部１４で支持された錘体２０に振動駆動力Ｆ１を与え、その反力で設置板部１１を振動させているため、磁気駆動部３０を１つ設ければよく、全体を小型に構成できる。

なお、設置板部１１側にコイルを配置し、錘体２０側に磁石を搭載してもよい。また、前記実施の形態とは逆に、第１の弾性変形部１４の曲げ弾性係数が第２の弾性変形部１５の曲げ弾性係数よりも大きく、錘体の質量と第１の弾性変形部の曲げ弾性係数で決まる第１の固有振動数が、第２の弾性変形部１５と設置板部１１上の質量とで決まる第２の固有振動数よりも高くてもよい。

本発明の振動発生装置の実施の形態を示す分解斜視図、組み立てられた振動発生装置を、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図、（Ａ）は可動ベースの側面図、（Ｂ）は可動ベースの底面図、振動発生装置の振動モデルを説明する模式図、振動発生装置の共振周波数を示す説明図、

符号の説明

１振動発生装置
２筐体
３下部筐体
４上部筐体
３ａ，３ｂ支持端面
１０可動ベース
１１設置板部
１２ａ，１２ｂ支持板部
１４第１の弾性変形部
１４ａ変形腕
１４ｂ固定部
１５第２の弾性変形部
２０錘体
２１下部半体
２２上部半体
３０磁気駆動部
３１コイル
３２芯材
３３磁石
３４ブラケット

Claims

金属板で形成された可動ベースと、前記可動ベースに支持された錘体と、前記錘体に振動を与える磁気駆動部とを有し、
前記可動ベースには、第１の弾性変形部と第２の弾性変形部が共通の前記金属板によって一体に形成され、前記錘体が前記第１の弾性変形部を介して支持され、前記可動ベースが前記第２の弾性変形部を介して筐体に支持されて、前記磁気駆動部が、前記可動ベースと前記錘体との間に設けられており、
前記第２の弾性変形部の曲げ弾性係数と前記第１の弾性変形部の曲げ弾性係数とが相違し、前記磁気駆動部から前記錘体に与えられる駆動力によって前記錘体が振動するときの固有振動数と、前記駆動力の反力によって前記可動ベースが振動するときの固有振動数とが相違していることを特徴とする振動発生装置。
前記可動ベースには、設置板部と、この設置板部から折り曲げられた支持板部とが一体に形成されて、前記設置板部の一部により前記第１の弾性変形部が形成され、前記設置板部と前記支持板部との間に前記第２の弾性変形部が形成されており、
前記磁気駆動部を構成するコイルと磁石の一方が、前記可動ベースに固定され、他方が前記錘体に固定されている請求項１記載の振動発生装置。
前記第１の弾性変形部は、前記金属板で形成された変形腕と、この変形腕の自由端側に形成されて前記錘体が固定される固定部とを有しており、
前記第２の弾性変形部は、前記設置板部と前記支持板部との中間において、前記金属板の断面積を小さくすることにより形成されている請求項１または２記載の振動発生装置。
前記第２の弾性変形部の曲げ弾性係数が前記第１の弾性変形部の曲げ弾性係数よりも大きく、前記磁気駆動部から前記錘体に与えられる駆動力によって前記錘体が振動するときの固有振動数よりも、前記駆動力の反力によって前記可動ベースが振動するときの固有振動数の方が高い請求項３記載の振動発生装置。