JP5296912B1 - 振動発生システム - Google Patents

Abstract

【課題】骨伝導理論の振動発生システムの構築。
【解決手段】全体が同じ素材で、又どの部分も同じ性質のあるところの本体２に直接、あるいは固定具などを介して設置された発振体１の可動部分３は、間にバネ４または弾性体を直列的に介して同じく本体２上の発振体１を接続設置した場所とは異なる場所に直接、あるいは固定具５などで接続されていて、バネ４あるいは弾性体の共振作用を得ながら動作し、振動を与えるべき対象を本体２に接触させる使い方をする振動発生システム。
【選択図】図１

Description

振動の発生システムの発明である。

最近、振動発生関連分野のスピーカーに関して電磁アクチュエータあるいは超磁歪素子アクチュエータを利用し、従来からの技術であるコーン紙で空気に振動を与えて音を出す理論ではなく、物質に直接振動を与えるところの骨伝導理論スピーカーなるものがあり、物体内部に直接振動を与えて、例えばドアやテーブルなどいろいろな物をスピーカーにしてしまう発明も存在する。

本願発明はこの骨伝導理論の振動発生システムに関するものである。

特開２００７−１９６２３ 特開２００９−２９０７２７ 実用新案登録第３１３６２０７号 特開２００１−２５８０９５ 特開２００４−２６６３０７ 特開平１０−１４５８９２ 特開２００１−１３７７７８ 特開平１１−１６４５４０ 特開２００５−１４８００６ 特開２０１２−１３９６４７ 特開２０１２−４９６５３

骨伝導理論スピーカーには、電磁アクチュエータを利用したものと超磁歪素子アクチュエータを利用したものとがあるが、どちらに関しても低い周波数の再生などの音質に関してなど、音声再生能力にはまだまだ課題が多い。
これらの問題を解決する振動発生システムを構築し、この結果をもう一つの振動発生関連分野である振動機に応用する。

全体が同じ素材で、又どの部分も同じ性質のあるところの本体（２）に直接、あるいは固定具などを介して設置された発振体（１）の可動部分（３）は、間にバネ（４）または弾性体を直列的に介して同じく本体（２）上の発振体（１）を接続設置した場所とは異なる場所に直接、あるいは固定具（５）などで接続されていて、バネ（４）あるいは弾性体の共振作用を得ながら動作し、振動を与えるべき対象を本体（２）に接触させる使い方をするところの振動発生システムを採用する。

なお、発振体（１）とは従来からある電磁アクチュエータあるいは超磁歪素子アクチュエータとする。

オルゴールの原理

本願発明の振動発生システムは、図１（Ａ）において、シリンダー（６）に植えられたピン（７）が櫛歯（８）をはじいて音が出る仕組みのオルゴールの動作原理を応用したものであり、オルゴールのピン（７）にあたるのが図１（Ｂ）本願発明振動発生システムの動作原理での可動部分（３）で、オルゴールの櫛歯（８）に該当するのが本願発明のバネ（４）である。

オルゴールの場合、オルゴール本体（９）に設置されている櫛歯（８）はピン（７）ではじかれてその振動がオルゴール本体（９）に伝わり、本願発明の場合、同じく本体に設置されているバネ（４）は可動部分（３）で強制的に動かされ、言わばはじかれて、その振動が本体（２）に伝わり、どちらも本体そのものの振動は小さいけれど、本体を、振動を伝えるべき物体へ接触させ設置することにより振動が伝わり、オルゴールの場合は音が大きく聞こえる。

又、構造に着目すると、オルゴールの場合、これらの部品の他ゼンマイなども含めて、主要な部品はすべて一つの金属容器内にまとめて設置されている。同じく本願発明の振動発生システムも、発振体（１）バネ（４）などの主要部品はすべて一つの本体（２）に設置されている。

そして、オルゴールの場合、櫛歯（８）の振動は一旦はじかれた後自然と減衰して行くが、本願発明の振動発生システムの場合、発振体（１）へ入力される信号に従いバネ（４）の固有振動と影響し合って振動を続けるのである。

バネ（４）あるいは弾性体の素材や大きさ、形を選択することなどで共振作用を調整し、発生する振動を大きくしたり、周波数特性を改良したり出来る。

振動を与えるには本体（２）を対象へ接触させるだけで良いので、大きさや形にとらわれず色々な物に振動を与える事が出来る。

振動を与えたい物体を直接動かす必要がなく、実際に動くのは可動部分（３）のみで、これらは軽い素材でも良いので、振動を与えたい物体への遠心力は殆どかからず、運動エネルーの無駄な消費は少ない。

発振体（１）への入力信号がなくなるとバネ（４）の戻る力で、もともと軽い可動部分（３）は直ちに停止するので、入力応答性がきわめて高い。

発振体（１）への入力信号はどのように変化する波形にも対応可能である。

主要なシステム構成要素である発振体（１）とバネ（４）、これらそれぞれは本体（２）と一体化されて設置されているので、発生する振動エネルギーは他の第三の物体へ無駄に伝わる事は無い。

構造が単純なので微小な構造のものから、巨大なものまで、応用利用範囲は広い。

振動の大きさなども自由に設計出来るので、振動試験機や、振動機などの分野への応用も可能である。

なお、従来からある電磁アクチュエータのダンパはバネの一種ではあるが、可動部分を支え保持する目的で、可動部分と並列に接続されているもので、本願発明の様に直列に接続されている訳ではない。

以下先行技術と比較して説明する。
特許文献１ 特開２００７−１９６２３
この文献中の（００１６）に、（外部の電流供給回路からボイスコイルに駆動電流を流すことにより、振動伝達材を介して、振動板１の板面に対して平行に振動
を与える。）とあり、可動部分が接続具を介して振動版に接続されているので、他の振動を与えたい物に振動を与える機能は無い。
この点本願発明はどんな物にも本体に接触させることで振動を与える事ができる。

特許文献２ 特開２００９−２９０７２７
この文献中の（０００９）に、（振動部カバーＦの先端面を両面着シート２５を介して適宜物品に接着してある状態から、）
とある様に、可動部分であるところの振動部カバーを物品に接着して使用するものである。これでは振動は物品に伝わる代わりに、非可動部分でもある筈のケース本体へも反動で振動が伝わってしまい、振動エネルギーが無駄に消費されてしまう。

又、緩衝材として弾性体を可動部分の先に設置するようになっているけれど、ケース本体は振動を与えるべきものには接続していないので、弾性体の共振作用を有効に利用することが出来ない。

これに比べて本願発明に於いては主要な構成要素であるところの、発振体（１）とバネ（４）、これらそれぞれは本体（２）と一体化されて設置されているので、発生する振動エネルギーは、他の第三の物体へ無駄に伝わることなどは無く、有効に利用されている。

特許文献３ 実用新案登録第３１３６２０７号
この文献中の（請求項１）に
（前記上蓋との間に共振空間を形成するように、前記収容部が前記下磁石に当接する下蓋と、）
とあり、同じく（請求項４）には、
（前記上蓋との間に共振空間を形成するように、前記収容部が前記下磁気伝導具に当接する下蓋と、）

とある様に、上蓋と下蓋との間に共振空間を形成する構成になっているが、この空間は本体の大きさに比べて狭いので十分で効果的な共振作用は期待出来ない。

又、（００２１）には、
（前 記下蓋７０は、弾性を持つ金属素材で一体成形されたものであり、
、、、、中略、、、、
且つ前記下蓋７０が前記下磁石６０、前記磁気駆動伸縮子４０、前記位置決め具３０
と前記上磁石２０を圧制して前記上蓋１０に押付けるように、前記下蓋７０の収容部７１を前記下磁石６０に当接し、）

とある様に、下蓋が弾性を持つのはそれぞれの部品を押し付ける為にあるもので、このような構成ではせっかく弾性を持つ部品を使いながらも、共振作用を利用する為の考察や配慮が足らない。

又、この構成では下蓋に弾性があるため上蓋である本体も反作用で動いてしまい振動エネルギーが無駄に消費されてしまう。

この点本願発明振動発生システムにおいては、バネや弾性体の共振作用を利用したりなどしているので、振動エネルギーを有効に活用している。

なお、下蓋が弾性体と見ることが出来るが、これは可動部分に並列に接続されているもので、本願発明の振動発生システムでは弾性体を直列に接続するので、弾性体の使い方が違う。

特許文献４ 特開２００１−２５８０９５
この先行技術において超磁歪素子に接しているキャップに関する記述を見ると、
文献中（０００７）で（超磁歪素子に予め圧力プレストレスをかけておくことで、高い変換効率を得られることに気が付いた。）又、

文献中（００２６）には、（このキャップは、それに対向するケースの底部よりも、大きな弾性を有するようにして形成されている。）とあり、同じく文献中（００３４）には、（超磁歪素子にキャップによりプレストレスが与えられ、それにより高い変換効率を得ることができ）とある。

つまりこの先行技術に於けるキャップは、超磁歪素子にプレスストレスを加えるために弾性を有するのであり、これらを含めてせっかく弾性を有する部品を使いながらも、この先行技術では本願発明の振動発生システムに比べて、共振作用に関しての考察が足らない組立構成になっている。

又、キャップ自体に弾性があると、この構造では反動で本体も動いてしまい、振動エネルギーが無駄に消費されてしまう。この点、本願発明の振動システムでは、上蓋部分も本体と同じ材質で構成されているのでそのような事にはならない。

特許文献５ 特開２００４−２６６３０７
この先行技術の文献中（００２５）に、
（振動素子１２が伸縮駆動されて振動が生じてもこれによってカウンタマス１８がほとんど振動しない質量、例えば、少なくとも振動素子の１００〜２００倍程度の質量を有しているのが好ましい。）とあり、振動素子の質量と比べているが、これはスピーカコア単独の動きに関して述べているだけで、この先行技術において実際の使われ方は文献中

（００３１）に、（つまり、スピーカコアを、振動板として機能させる対象物に接触させたり、対象物上に置いたりするだけで音声を出力させることのできる、ハンディタイプのスピーカとして用いることが可能となるのである。）とあり、実際には振動は振動素子だけではなく、振動板やあるいはそれと同じ機能をする対象物も振動する訳で、カウンタマスの質量の比較の対象としてそれらの質量を無視している事になり、

文献中（０００７）の、（カウンタマスが、振動体が変位する力に対し、十分に大きな慣性力を発揮し）とあるのは単なる机上の空論であり、この先行技術では、慣性の力を有効に利用してはいない。

又、慣性の力を無駄にしない為にある筈のブラケットに関しての記述がこの文献中（００３０）に、（ブラケットも特に強固なものとする必要が無く）、とあるが、これではなぜブラケットが必要なのか判らないし、この様なブラケットの使い方で、どの様に慣性の力を有効に使うことが出来るのかは理解できない。

これに比べて本願発明に於いては主要な構成要素であるところの、発振体（１）とバネ（４）、これらそれぞれは本体（２）と一体化されて設置されているので、発生する振動エネルギーは、他の第三の物体へ慣性の力として無駄に伝わることなどは無く、有効に利用されている。

特許文献６ 特開平１０−１４５８９２
この文献中の（請求項１）に、（超磁歪ロッド（４）が伸縮したときにハウジング（３）の空間内を無摺動状態で変位するように前記各板バネ（13，14）で懸架されたことを特徴とする超磁歪アクチュエータ。）
とあるように、この板バネは本願発明の振動発生システムとは異なり可動部分に対して並列に接続されていて、アクチュエータロッドを摺動させないようには働くが、振動エネルギーを大きくするように構成されている訳ではなく、せっかく板バネを部品として利用しているのにかかわらず、振動エネルギーを有効に利用する考慮が足りない。

この点、本願発明に於いては可動部分に対して直列に接続された板バネ、あるいは弾性体の共振作用を利用して、振動エネルギーを有効に利用する構成になっている。

特許文献７ 特開２００１−１３７７７８
この先行技術では（請 求項１）に（電磁石の吸引力とバネの復元力とを利用して被振動体を振動させる）とあるように、被振動体に直接バネが設置してある。又、バネの他端は第三の物体に接続されている。

この構造だと被振動体にすべき物として、形や大きさ、磁石の取り付け方、バネの取り付け方などいろいろと制限が出てくる。

この点、本願発明の振動発生システムに於いては、どんな被振動体でも、特にバネなどを接続する必要もなく、ただ単に本体を接触させるだけで動作するので、応用利用範囲はこの先行技術よりも広い。

特許文献８ 特開平１１−１６４５４０
この先行技術は、この文献中（００１３）を見ると、（電磁振動装置を収納するケースの側壁に板ばねの隆起部を衝突させるようにすれば、該ケースには振動が生じ、目的を達成することができる）とあるように、板バネはケースに衝突させるためのものであり、他の振動を与えたい物に簡単に振動を与えられる機能は無い。もし他のものに振動を与えようとするには、この発振装置を、振動を与えたい物体に付け替えなくてはならない。

同じようにバネの共振作用を利用するものではあるが、本願発明はどんな物にも本体に接触させることで振動を与える事が可能になる構造になっているので、応用利用範囲はこの先行技術より広い。

特許文献９ 特開２００５−１４８００６
この文献中の（請求項１）に、
（供試体が載置され、直線往復動可能な可動部と、）とあるように、振動を与える供試体を可動部に乗せる必要がある。これでは、供試体の形や大きさに制限が出てきて、本願発明のように振動を与えるものには本体を接して設置すれば良いのとは違い、本願発明に比べて応用利用範囲が狭い。

特許文献１０ 特開２０１２−１３９６４７
この文献によると、本願発明の振動発生システムと同じようにバネを使う構造としてあるが、振動体がバネ二つで挟まれていて固定されていない。このため、本体と振動体がお互いに反作用で動いてしまい、発振体は本体に固定されている本願発明の振動発生システムに比べて、振動エネルギーを無駄に消費してしまう。

特許文献１１ 特開２０１２−４９６５３
この先行技術では、振動版に本体や可動子が接続されているので、他の振動を与えたい物に振動を与える機能は無い。
もし、他の物に振動を与えようとするならば、本体や可動子を、振動を与えようとする物に付け代えなくてはならない。
この点本願発明はどんな物にも本体に接触させることで振動を与える事ができる。

は、原理説明図 は、実施例１の本願発明振動発生システム断面図 は、実施例１の本願発明振動発生システム分解立体図 は、実施例２の本願発明振動発生システム断面図。 は、実施例３の本願発明振動発生システム断面図とバネ（４）の立体図。 は、実施例４の本願発明振動発生システム断面図とバネ部分の立体図。 は、実施例５の本願発明振動発生システム断面図とバネ部分と上蓋の立体図。 は、実施例６の本願発明振動発生システム平面図。 は、実施例６の本願発明振動発生システム断面図と、蝶ダンパ型のバネ（１１）の立体図。 は、実施例７の本願発明振動発生システム断面図。 は、実施例８の本願発明振動発生システム断面図。 は、実施例９の本願発明振動発生システム立体図。 は、実施例１０の本願発明振動発生システム立体図。 は、実施例１１の本願発明振動発生システム立体図。 は、実施例１２の本願発明振動発生システム断面図と蝶ダンパ型のバネ（２０）の平面図。 は、実施例１３の本願発明振動発生システム断面図。 は、実施例１４の本願発明振動発生システム断面図。 は、実施例１５の本願発明振動発生システム立体図。 は、実施例１６の本願発明振動発生システム立体図。

以下、本願発明の実施形態を説明する。

バネ（４）を短い少しカーブのある板バネにし、固定具（５）を添えて本体上蓋（２b）に接続した本願発明の振動発生システムを図２に、分解立体図を図３に示す。

有下蓋略円筒状の本体（２a）の中央に略円柱状の電磁式、あるいは超磁歪素子を利用したアクチュエータである発振体（１）を立てて設置してある。この可動部分（３）である可動子（３a）には同じく可動部分（３）である振動アーム（３b）が接続されていて、その先にはバネ（４）が接続されている。本体（２a）と同じ材質で、本体（２a）と一体化している上蓋（２b）にバネ（４）は固定具（５）を添えて接続され一体化されている。これら、可動部分（３）とバネ（４）及び上蓋（２b）は直列に接続されている。

この様な構成で、まず、発振体（１）への入力信号に応じて可動部分（３）である可動子（３a）、及びこれに直結された振動アーム（３b）が伸縮する形で振動が発生する。
この振動は、振動アーム（３b）に直結されているバネ（４）の共振作用を得ながら固定具（５）で接続されているところの、上蓋（２b）に伝わる。
この事で、発振体（１）の設置されている場所と、バネ（４）の設置されている場所と、これら二つの場所の間の本体（２）部分がたわみ伸縮される形で振動が発生する。
しかるに、振動を与えたい物体に本体（２）を接触させることにより、振動が伝わる。

実施例１のバネ（４）を金属製の代わりに、弾性のある、たとえば合成ゴム製のものなどの弾性体（１０）で代用した例の断面図を図４に示した。
この弾性体（１０）は可動部分（３）と上蓋（２b）の間に配置され、其々と直列配列で一体化して接続されている。

実施例１のバネ（４）の形態を変えたものの断面図、及びバネ（４）の立体図を図５に示す。

実施例１のバネ（４）の代わりに、性質の異なる２つのバネ（４a）（４b）を直列接続にしたものの断面図、及びバネ部分の立体図を図６に示す。２つのバネは結合部（５b）で結合されている。

実施例１のバネ（４）の代わりに、性質の異なる２つのバネ（４a）（４b）を並列接続にしたものを、可動部分（３）と上蓋（２b）の間に配置し、可動部分（３）、バネ（４a）（４b）、上蓋（２b）と、それぞれを直列接続したものの断面図、及びバネ部分の立体図を図７に示す。２つのバネは上蓋（２b）に埋め込まれ一体化している。

実施例１のバネ（４）の代わりに、蝶ダンパ型のバネ（１１）にし、上蓋（２b）の形を変えて取り付け穴（１２）を備えた形態にしたものの平面図を図８に、A-A’の断面図と、蝶ダンパ型のバネ（１１）の立体図を図９に示した。
４つの取り付け穴（１２）を利用して振動板を取り付けて使用する。

実施例１の発振体を従来からある超磁歪アクチュエータで構成し、バネ（４）を実施例３のものにした例を図１０に示した。
略円柱状の超磁歪素子（１a）は、円盤状の下バイアス磁石（１b）と、上バイアス磁石(１c)に挟まれて本体（２a）の底面中央に立てて設置してある。その周りにボビン（１d）に巻かれたコイル（１e）が設置してある。

このような形態で、入力信号に応じて本体（２）に振動が発生する。

実施例１における振動発生システムの発振体（１）をボイスコイルアクチュエータとし、バネ（４）は実施例６の蝶ダンパ型のバネと同じものとし、上蓋(２b)を削除し本体（２）の上部を解放したもので構成した例を、図１１に示す。

円盤状で真ん中が円柱状に形成されている鉄芯（１f）は本体（２）の底面中央に設置される。鉄芯（１f）の中心柱の周りにはリング状のマグネット（１g）そしてその上に金属リング（１h）が設置され、鉄芯（１f）と金属リング（１h）の間には可動子（３a）に巻かれて一体化されているボイスコイル（１i）が設置されている。金属リング（１h）上にはリング状の固定具（１k）が設置されていて、この固定具（１k）の内周に沿って設置されているダンパ（１j）により、可動子（３a）は保持されている。

そして、入力信号に応じて本体（２）に振動が発生する。

実施例１の本体（２）の形態を変えた例の立体図を図１２に示す。

実施例１の本体（２）の形態を変えた例の立体図を図１３に示す。本体（２）を長くして接触面積が広くなるように構成したものである。

実施例１の本体（２）の形態を変え、バネを実施例４で構成した例の立体図を図１４に示す。

適宜物品に接触させて使用する骨伝導スピーカーの例の断面図と、ここで使用されている蝶ダンパ型のバネ（２０）の平面図を図１５に示す。
有上蓋有下蓋で略円筒状での本体（１３）内底面中央に、略円盤状のヨーク（１４）を設置する。その上には略円柱状のマグネット（１５）、略円筒状のボイスコイル（１６）、略リング状のダンパ（１７）を設置し、振動発生アクチュエータを形成する。この可動部分（１８）に接続された略リング状の固定具（１９）と、本体内面円周上に設置された固定具（２１）に支えられて蝶ダンパ型のバネ（２０）が設置されている。

入力された信号に従い本体自体に振動が発生するので、使用するには上蓋部分あるいは下蓋部分を両面テープで適宜物品に接着させて使用する。

適宜物品に接触させて使用する超磁歪素子を利用した骨伝導スピーカーの例を図１６に示す。
有下蓋略円筒状の本体（２１）内部中央に、略円柱状の超磁歪素子（２２）は深さ方向に立てて固定して設置される。超磁歪素子（２２）の周りにはコイル（２３）が固定設置され又その周りにはバイアス磁石（２４）が固定設置される。
次に、超磁歪素子（２２）上部の可動部分には弾性体（２６）が結合一体化されていて、その先は、ネジ結合部（２７）で本体（２１）と一体化されていて本体と同じ材質より成る、略円盤状の上蓋（２５）に、結合一体化されている。

これを利用するには本体（２１）の、どの部分でも良いので、適宜物品の上に置くなどをして使用する。

振動板に取り付けて使用する超磁歪素子を利用した骨伝導スピーカーの例の断面図を図１７に示す。
有下蓋略円筒状の本体（２８）内部中央に設置された円盤状の下バイアス磁石略（２９）の上に円柱状の超磁歪素子（３０）は深さ方向に立てて固定して設置されその周りにはコイル（３１）が設置されている。超磁歪素子（３０）の上には円盤状の上バイアス磁石（３２）が設置されていて、その先に結合されている可動部分（３３）と、真ん中に穴のある円盤状で、本体（２８）と同じ材質で本体（２８）と一体化している上蓋（３４）との間にはコイルバネ（３５）がそれぞれと一体化されながら結合されている。
そして、上蓋（３４）部分を振動板（３６）に結合させるのを固定具（３７）が支え、スピーカーが形成される。

略半円球上の振動共鳴体（３８）に本願発明の振動発生システム（３９）を組み込んだスピーカー例の立体図を図１８に示した。

前面が開放されている共鳴箱（４０）に本願発明の振動発生システム（４１）を組み込んだスピーカー例の前面立体図と、背面立体図を図１９に示す。

バネや弾性体は複数設置しても良いし、場所も可動部分と本体の間のみに限らず、本体を複数に分けた間などに挿入設置する事も可能である。

本体（２）のどの部分も同じ素材で同じ性質を持つのが望ましいが、本体（２）にペイントしたり、違う素材のカバーを追加設置したり、素材原料には着色原料などを入れたりするなどでデザインを加えたり、あるいは性能向上のため本体の一部の材質を変更改善したりすることは可能である。

１ 電磁アクチュエータ、あるいは超磁歪素子アクチュエータである略円柱状の発振体
１a 超磁歪素子
１b 下バイアス磁石
１c 上バイアス磁石
１d ボビン
１e コイル
１f 鉄芯
１g マグネット
１h 金属リング
１i コイル
１j ダンパ
１k 固定具
２ 本体
２a 本体
２b 上蓋
３ 可動部分
３a 可動子
３b 振動アーム
４ バネ
４a バネ
４b バネ（４a）と性質の異なるバネ
５ 固定具
５a 固定具
５b 結合部
６ ドラム
７ ピン
８ 櫛歯
９ オルゴール本体
１０ 弾性体
１１ 蝶ダンパ型のバネ
１２ 取り付け穴
１３ 本体
１４ ヨーク
１５ マグネット
１６ ボイスコイル
１７ ダンパ
１８ 可動部分
１９ 固定具
２０ 蝶ダンパ型のバネ
２１ 本体
２２ 超磁歪素子
２３ コイル
２４ バイアス磁石
２５ 上蓋
２６ 弾性体
２７ ネジ結合部
２８ 本体
２９ 下バイアス磁石
３０ 超磁歪素子
３１ コイル
３２ 上バイアス磁石
３３ 可動部分
３４ 上蓋
３５ コイルバネ
３６ 振動板
３７ 固定具
３８ 振動共鳴体
３９ 本願発明の振動発生システム
４０ 共鳴箱
４１ 本願発明の振動発生システム

Claims (1)

1. 全体が同じ素材で、又どの部分も同じ性質のあるところの本体（２）に直接、あるいは固定具などを介して設置された発振体（１）の可動部分（３）は、間にバネ（４）または弾性体を直列的に介して同じく本体（２）上の発振体（１）を接続設置した場所とは異なる場所に直接、あるいは固定具（５）などで接続されていて、バネ（４）あるいは弾性体の共振作用を得ながら動作し、振動を与えるべき対象を本体（２）のどの部分に接触させても振動を取り出すことが出来る骨伝導振動発生システム。