JP4587775B2 - 振動発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイル芯材を備えた振動発生装置に係わり、特に、コイルを形成する被覆導線に作用する応力の集中を軽減できるようにした振動発生装置に関する。

下記の特許文献１には、変圧器等の電磁機器に利用される巻鉄心が開示されている。
図６Ａは前記巻鉄心を示す平面図、図６Ｂは図６Ａの６−６線での切断断面図である。

巻鉄心１００の断面形状は、図６Ｂに示すように、円（図６Ｂの点線部）に内接する多角形の形状であり、４種類の鉄心１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄから構成される。

巻鉄心１００は、いわゆる内鉄型鉄心であり、導線が、図６Ｂに示す巻鉄心１００の断面の外周表面に沿い、かつ、図６Ａに示す巻鉄心１００の平面形状に沿って、巻鉄心１００が前記導線によって内包されるように巻き付けられる。
特公昭４４−２４６０５号公報

しかし、前記特許文献１に記載の発明では、巻鉄心１００の断面形状が多角形の形状である。このため、前記導線を巻鉄心１００に直接巻き付けると、巻き付けられる前記導線のうち、巻鉄心１００の角部１００ａ〜１００ｊに位置する部分が強固に折り曲げられる。その結果、前記折り曲げられた屈曲部に応力が集中して絶縁被覆が破れ、前記導線間に短絡が生じやすいという問題がある。

また、例えばコイルを振動子とするムービングコイル型の振動発生装置においては、振動回数が増えると、前記屈曲部に対し応力集中によるストレスが蓄積されやすくなるため、前記導線が金属疲労を起こして断線するという問題もある。

また、逆に、前記短絡や断線を防ぐためには、巻鉄心１００自体に絶縁層を形成したり、ボビンを使用したりする必要が生じ、部品点数の増大による製造コストの高騰という問題が生じる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、コイルを形成する被覆導線に作用する応力の集中を軽減できるようにしたコイル芯材を使用した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、振動子と、前記振動子を振動自在に支持する弾性支持部材と、前記振動子に対向する磁石とを有する振動発生装置において、
前記振動子が、磁界の向きを所定の方向に導くコイル芯材と、前記コイル芯材の外周面に被覆導線を巻き付けて形成されて前記磁界を発生するコイルとを有しており、
前記磁界の向きと直交する断面で前記コイル芯材を切断したときに、前記コイル芯材の断面形状の輪郭に鋭角な角部又は凹凸が設けられていないことを特徴とする。

本発明は、コイル芯材の外周表面に鋭角な角部や凹凸を有しない構造であるため、コイルを形成する被覆導線が部分的に鋭角に折り曲げられる屈曲部が形成されることがない。このため、被覆導線をコイル芯材の周囲に強固に巻き付けた場合であっても、被覆導線に応力が集中するのを回避することができる。このため、被覆の破れによる導線間の短絡の発生を防止することが可能である。

また、被覆導線をコイル芯材の外周表面に直接巻き付けることができるため、コイル芯材自体の外周表面に保護用の絶縁層等を設けることが不要となり、あるいはボビンを使用する必要がなくなるため、コイル芯材とコイルによって形成される振動子の製造コストを低減することが可能となる。また、前記保護用の絶縁層等あるいはボビンが不要となるため、被覆導線とコイル芯材との間の余分な
空間が減少して、被覆導線とコイル芯材とからなる振動子の性能を向上させることができる。

本発明では、前記コイル芯材は、断面が円い鋼線を押しつぶすことにより形成されていることが好ましい。

このようにすると、コイル芯材を薄型にできる。
また、本発明では、前記鋼線は、亜鉛めっき鋼線又は珪素鋼線から形成されることが好ましい。

鋼線として、亜鉛めっき鋼線から形成されたものを用いると、コイル芯材自体の腐食を防止することができ、振動子の性能劣化を防ぐことができる。また、鋼線として、透磁率の高い珪素鋼線から形成されたものを用いると、少ない駆動電流で効率良く振動子を振動させることができる。

本発明の振動発生装置は、コイルを形成する被覆導線に作用する応力の集中を軽減できる。また、本発明の製造方法によって、前記コイル芯材を製造することができる。さらに、本発明では、前記コイル芯材を備えた振動発生装置を提供することができる。

図１は本発明の実施の形態の振動発生装置を示す分解斜視図、図２は図１の振動発生装置の断面図、図３は本発明のコイル芯材の断面図である。

図１および図２に示す振動発生装置２０は、縦×横×長さの各寸法が、例えば５ｍｍ×５ｍｍ×１５ｍｍ角内に収まる程度の小型かつ薄型の筐体２３を有している。筐体２３の図示Ｘ１−Ｘ２方向の両端には磁石２１ａと磁石２１ｂが設けられている。磁石２１ａと磁石２１ｂの外側の端面には、それぞれヨーク部材２４ａ，２４ｂが設けられている。

図２に示すように、磁石２１ａ，２１ｂはＮ極とＳ極が上下２層に分かれ、且つ互いに異なる着磁方向となるように着磁されている。図２に示す実施の形態では、一方の磁石２１ａは内側の端面２１ａ１の下方部分がＮ極に、上方部分がＳ極になるように着磁されており、他方の磁石２１ｂは内側の端面２１ｂ１の下方部分がＳ極に、上方部分がＮ極になるように着磁されている。すなわち、一方の磁石２１ａと他方の磁石２１ｂは、筐体２３の両端の位置に対向配置されており、着磁方向は一方の磁石２１ａと他方の磁石２１ｂとの間で異なるように設定され、且つ上下の層においても互いに逆向きとなるように着磁されている。

一方の磁石２１ａと他方の磁石２１ｂとの間には振動子１０が設けられている。振動子１０は、筐体２３の一部を切り起して形成された弾性支持部材２２，２２に弾性的に固定されている。

図１に示すように、振動子１０は図示Ｘ１−Ｘ２方向に棒状に延びるコア（コイル芯材）１１と、コア１１の外周表面に設けられたコイル１２とによって形成されている。

コア１１は、例えば亜鉛めっき鋼線または珪素鋼線など鉄系の磁性材料で形成されている。コア１１の断面形状は、図３に点線で示すような円形でもよいが、薄型化を考慮した場合には図１や図３の実線に示すように、幅寸法（図示Ｙ１−Ｙ２方向の長さ）Ｌ０が、厚み寸法（厚さ方向の長さ）Ｌ１よりも長い略楕円形または扁平な円形状であってもよい。すなわち、コア１１の外周表面は滑らかな曲面で形成され、図５に示すように、磁界の向き（図示Ｘ１−Ｘ２方向）と直交する断面Ｓでコア１１を切断したときに、コア１１の断面内に鋭角な角部又は凹凸が設けられていない形状が好ましい。

コイル１２は、所定の径寸法からなる被覆導線１２ａをコア１１の外周表面に直接巻き付けることにより形成されている。なお、被覆導線１２ａは、銅など低抵抗の金属導線の表面をポリイミドなどの絶縁性樹脂材料で被覆することにより形成されている。

コア１１は、その外周表面に鋭角な角部や凹凸を有しない構造であるため、被覆導線１２ａが部分的に鋭角に折り曲げられる屈曲部が形成されることがない。このため、被覆導線１２ａをコア１１の周囲に強固に巻き付けた場合であっても、被覆導線１２ａに応力が集中するのを回避することができる。このため、被覆の破れによる導線間の短絡の発生を防止することが可能である。

また、被覆導線１２ａをコア１１の外周表面に直接巻き付けることができるため、コア１１自体の外周表面に保護用の絶縁層等を設けることが不要となり、あるいはボビンを使用する必要がなくなるため、振動子１０の製造コストを低減することが可能となる。また、前記保護用の絶縁層等あるいはボビンが不要となるため、コア１１とコイル１２との間の余分な空間が減少して、コア１１とコイル１２とからなる振動子１０の性能を向上させることができる。

なお、上記のようにコア１１に亜鉛めっき鋼線を用いると、コア１１自体の腐食を防止することができ、振動子１０の性能劣化を防ぐことができる。また、透磁率の高い珪素鋼線を用いると、少ない駆動電流Ｉで効率良く振動子１０を振動させることが可能となる。

次に、振動発生装置２０の動作を説明する。
図２に示すように、振動子１０が中立位置にあるときに、コイル１２を形成する被覆導線１２ａに駆動電流Ｉを流すと、コア１１内を長手方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に突き抜ける磁界が発生する。このとき、コア１１の両端部１１ａ，１１ｂの一方の端部がＮ極に、他方の端部がＳ極に磁化される。

例えば、コア１１の図示Ｘ２側の端部１１ａがＮ極に磁化される（したがって、図示Ｘ１側の端部１１ｂはＳ極に磁化される）と、図示Ｘ２側では端部１１ａと一方の磁石２１ａの端面２１ａ１の下方部分（Ｎ極部分）との間に反発力が作用し、同時に端部１１ａと端面２１ａ１の上方部分（Ｓ極部分）との間には吸引力が作用する。

また、図示Ｘ１側ではコア１１の端部１１ｂがＳ極に磁化されるため、端部１１ｂと他方の磁石２１ｂの端面２１ｂ１の下方部分（Ｓ極部分）との間には反発力が作用し、同時に端部１１ｂと磁石２１ｂの端面２１ｂ１の上方部分（Ｎ極部分）との間には吸引力が作用する。このため、コア１１の両端部１１ａ，１１ｂには前記反発力と吸引力との合力が駆動力として作用し、振動子１０が弾性支持部材２２，２２の弾性力に抗しながら上方（図示Ｚ１方向）に持ち上げられる。

この状態からコイル１２に流れる駆動電流Ｉを遮断すると、前記駆動力が消滅するため、振動子１０に作用している弾性支持部材２２の弾性力や重力により、振動子１０は図示Ｚ２方向の元の前記中立位置に復帰させられる。ただし、振動子１０には下向きの慣性力が作用するため、振動子１０は、前記中立位置を越えた図示Ｚ２方向の位置まで移動させられる。以後、前記のような駆動電流Ｉの供給と遮断とを所定の周期で繰り返すことにより、振動子１０に所定の振動を発生させることができる。

このような振動発生装置２０は、例えば携帯電話やＰＤＡなどの小型且つ薄型の電子機器に搭載され、タッチパネルやフェザータッチ式の入力装置等を操作したときに、操作確認のための振動（クリック振動）を発生させる装置として利用される。あるいは、携帯電話機が着信したこと、または／およびメールを受信したことをユーザーに知らせる合図用の装置として使用される。

このような電子部品においては、振動子１０は繰り返し振動させられることになるが、上記のようにコア１１の外面には鋭角な角部や凹凸を有しないため、被覆導線１２ａの一部に応力が集中することがなく、被覆導線１２ａの金属疲労による破損（断線）を効果的に防止することができる。

次に、コア（コイル芯材）の製造方法について説明する。
図４は、本発明のコア（コイル芯材）を製造する第１の工程を示す図、図５は
コア（コイル芯材）を製造する第２の工程を示す図である。

以下の実施の形態においては、コア１１の原料としては亜鉛めっき鋼線または珪素鋼線などからなる鋼線３０が用いられる。鋼線３０は断面が円い針金状の線材であり、ボビンに対してロール状に巻かれている。

第１の工程では、図４に示すように、鋼線３０を一対の圧延ローラ３１，３１の間に通して圧延する。このとき、一対の圧延ローラ３１，３１間の対向距離Ｈは、鋼線３０の直径よりも若干狭く設定されている。鋼線３０は、一対の圧延ローラ３１，３１間を通過すると、図３に示すように、鋼線３０は一方向に押しつぶされるため、鋼線３０を略楕円形状または扁平な円形状に変形させることができる。

なお、一度の圧延によっては、所定の幅寸法Ｌ０および厚み寸法Ｌ１に達しないような場合には、前記の工程を繰り返すとともに、繰り返しの度に所定の幅寸法Ｌ０および厚み寸法Ｌ１に達するように、各ローラ間の対向距離Ｈを徐々に狭めていくようにすればよい。なお、このときの圧延ローラ３１，３１の温度は常温に設定されており、いわゆる冷間圧延に近い状態で、鋼線３０を圧延することが可能である。

次に、図５に示す第２の工程では、鋼線３０を断面Ｓで切断機等によって切断し、所定の長さを有するコア（コイル芯材）１１とする。

上記のコアの製造方法では、円い鋼線３０が圧延工程によって略楕円形状または扁平な円形状に変形させられるため、できあがったコア１１の外周表面にバリ、角部、あるいはその他の凹凸が形成されにくく、滑らかな曲面とすることができる。

また、一対の圧延ローラ３１，３１の間に、鋼線３０を複数回通すことによって徐々に所定の断面形状に近づけることができるため、コア１１の外形を設計どおりの寸法に高精度に設定することが可能である。

本発明の実施の形態の振動発生装置を示す分解斜視図、 図１の振動発生装置の断面図、 本発明のコイル芯材の断面図、 本発明のコア（コイル芯材）を製造する第１の工程を示す図、 コア（コイル芯材）を製造する第２の工程を示す図、 図６Ａは前記巻鉄心を示す平面図、図６Ｂは図６Ａの６−６線での切断断面図

符号の説明

１０ 振動子
１１ コア
１２ コイル
１２ａ 被覆導線
２０ 振動発生装置
２１ａ，２１ｂ 磁石
２２ 弾性支持部材
２３ 筐体
３０ 鋼線
３１ 圧延ローラ
Ｌ０ 幅寸法
Ｌ１ 厚み寸法

Claims (5)

1. 振動子と、前記振動子を振動自在に支持する弾性支持部材と、前記振動子に対向する磁石とを有する振動発生装置において、
   前記振動子が、磁界の向きを所定の方向に導くコイル芯材と、前記コイル芯材の外周面に被覆導線を巻き付けて形成されて前記磁界を発生するコイルとを有しており、
   前記磁界の向きと直交する断面で前記コイル芯材を切断したときに、前記コイル芯材の断面形状の輪郭に鋭角な角部又は凹凸が設けられていないことを特徴とする振動発生装置。
2. 前記コイル芯材の断面形状が、円形または楕円形あるいは円が潰された扁平形状である請求項１記載の振動発生装置。
3. 前記コイル芯材は、断面が円形の鋼線を押しつぶすことにより形成されている請求項１記載の振動発生装置。
4. 前記鋼線は、亜鉛めっき鋼線又は珪素鋼線から形成される請求項３記載の振動発生装置。
5. 前記磁石が一対設けられ、前記磁石が、前記コイル芯材の端面に対向している請求項１ないし４のいずれかに記載の振動発生装置。