JP7451897B2 - 振動発生装置 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の一側面に係る振動発生装置は、ボビンおよび該ボビンに巻回されたコイルを有する固定部と、永久磁石およびヨークを有し、前記永久磁石による磁束が前記コイルと鎖交するように前記固定部に組み合された可動部と、前記ボビンおよび前記可動部にそれぞれ形成された前記可動部の可動方向を軸方向とする同軸の穴部に配置され、前記固定部および前記可動部を連結するコイルばねと、を備える。
上記一側面に係る振動発生装置において、前記コイルばねは一端部に他の部分よりも径が大きい大径部を有し、前記ボビンに形成された前記穴部は貫通穴であり、該穴部の周囲に座繰り加工部が設けられている構成としてもよい。
上記一側面に係る振動発生装置において、前記コイルばねと前記可動部とは螺子締結されている構成としてもよい。これによれば、コイルばねの端部と可動部とを簡単に接続することができる。
上記一側面に係る振動発生装置において、前記可動部と前記コイルばねとの接続部分に制振材が配置されている構成としてもよい。これによれば、制振材にて通電終了後の残留振動が速やかに吸収されるため、キレの良い振動を得ることができる。
上記一側面に係る振動発生装置において、前記ヨークは、前記永久磁石と同径をなすバックヨークと、該バックヨークよりも大径の有底円筒状のケースヨークとを含み、前記永久磁石は、前記可動方向と平行に着磁され、前記ケースヨークの内側の底部中央に配置され、前記ケースヨークと前記バックヨークとで挟持され、前記穴部は、前記永久磁石および前記バックヨークに形成され、前記コイルは、前記永久磁石および前記バックヨークと前記ケースヨークとの間に配置されている構成としてもよい。
上記一側面に係る振動発生装置において、前記ヨークは、大径円筒部と、前記大径円筒部の内側中央に位置し前記穴部を有する小径円筒部と、前記大径円筒部と前記小径円筒部とを繋ぐ底部とを有し、前記永久磁石は円筒状をなし、着磁方向を前記可動方向と直交する方向に着磁されると共に前記大径円筒部の内側に配置され、前記コイルは、前記永久磁石と前記小径円筒部との間に配置されている構成としてもよい。
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。図1、図2に示すように、本実施の形態に係る振動発生装置1は、振動対象物60に固定部10が、例えば螺子90等を用いて固定される。振動発生装置1は、固定部10と可動部20と備える。固定部10は、ボビン11およびボビン11に巻回されたコイル12を有する。可動部20は、磁石21と該磁石21を着磁方向に挟むケースヨーク22およびバックヨーク23を有する。固定部10と可動部20とは、固定部10および可動部20に亘って形成された可動方向に長い軸状の穴部に配置されたコイルばね30にて連結されている。コイルばね30のばね定数kは、可動部20の質量Mを考慮して、所望の共振周波数にて可動部20を共振させるように設定されている。
〔実施の形態1〕
以下、本発明の一側面における実施の形態を、図1~図10に基づいて例示する。
図1は、本実施の形態に係る振動発生装置1の斜視図である。図2は、上記振動発生装置1のデフォルトの縦断面図である。
コイルばね30のばね定数kは、可動部20の質量Mと可動部20を共振させる所望の共振周波数(固有振動数)Fnとに応じて予め設定されている。具体的には、可動部20の質量Mと、所望の共振周波数とに基づいて、コイルばね30のばね定数が以下のように設定される。
図2、図3を用いて、振動発生装置1の組み立て方の一例について説明する。図3は、上記振動発生装置1の分解斜視図である。図3に示すように、ボビン11にコイル12を巻回して固定部10を形成する。また、図2に示すように、ケースヨーク22の底部22aの内側中央に形成された凸部22dに合せてリング状の磁石21を吸着(又は接着)にて固定させ、その上にバックヨーク23を吸着(又は接着)にて固定させる。次に、ケースヨーク22の凸部22dを貫通する螺子穴22cにワッシャ32を介して止螺子31を挿入する。
図4は、上記振動発生装置1のコイル12に流す駆動電流の一例の波形図である。図4に示すように、コイル12に流す駆動電流は、正弦波の交番電流であり、コイルばね30のばね定数kと可動部20の質量Mとで決定される共振周波数Fnの正弦波の交番電流となる。図4は、共振周波数Fnが200Hzに設定されている場合の交番電流の波形を示している。
図2を用いて、振動発生装置1の動きを説明する。図2中、矢印Xは磁束線を示し、D1はコイル12に流れる電流の向きを示している。図2に示すように、コイル12に交番電流を流すと、フレミング左手の法則に従って上下方向に推力(ローレンツ力)が発生し、可動部20がデフォルトの位置を中心に上下動する。
図5は、共振周波数Fnに対する通電周波数と振幅比との関係を示す共振曲線図である。共振周波数Fnは200Hzに設定している。図5に示すように、通電周波数を共振周波数Fnと同じ200Hzとすることで振幅比が最大となる。振幅比は、通電周波数が200Hzからずれるに従って低下し、また振幅比の最大値は減衰比に依存する。図5から、減衰比を0.10とすることで、共振なしの振幅比の10倍の振幅比を得ることができることがわかる。また、減衰比を0.06とすることで、共振なしの振幅比の16倍以上もの振幅比を得ることができることがわかる。
上記振動発生装置1は、可動部20を振動対象物60に衝突させて振動対象物60を振動させる従来の振動発生装置と部品共用できるように設計されている。
上記構成では、固定部10と可動部20とがコイルばね30にて連結されている。したがって、可動部20の質量Mとコイルばね30のばね定数kによって決まる共振周波数と同じ通電周波数の電流をコイル12に流すことで、共振現象を利用した振動を発生させることができる。これにより、ローレンツ力のみを推力とする従来の振動発生装置に比べて、高効率の駆動が可能となり、同じ入力電力にてより大きな振動量を得ることができる。
以下、本発明の一側面における他の実施形態を、図11、図12に基づいて例示する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
10、10A 固定部
11、11A ボビン
11a、22a、40c 底部
12 コイル
15 固定側軸穴(穴部)
16 座繰り加工部
20、20A 可動部
21、21A 磁石(永久磁石)
22 ケースヨーク
23 バックヨーク
24 可動側軸穴(穴部)
30 コイルばね
30a 大径部
31 止螺子
33 制振材
40 ヨーク
40a 大径円筒部
40b 小径円筒部
40c 底部
60 振動対象物
Fn 共振周波数
k ばね定数
Claims (5)
- ボビンおよび該ボビンに巻回されたコイルを有する固定部と、
永久磁石およびヨークを有し、前記永久磁石による磁束が前記コイルと鎖交するように前記固定部に組み合された可動部と、
前記ボビンおよび前記可動部にそれぞれ形成された前記可動部の可動方向を軸方向とする同軸の穴部に配置され、前記固定部および前記可動部を連結するコイルばねと、
を備え、
前記コイルばねは一端部に他の部分よりも径が大きい大径部を有し、
前記ボビンに形成された前記穴部は貫通穴であり、前記穴部における、前記可動部とは反対側の穴の入口の周囲に座繰り加工部が設けられ、
前記コイルばねは、前記穴部に挿通されており、前記大径部が前記座繰り加工部に係止され、前記大径部とは反対側の他端部が前記可動部と接続され、
前記コイルに印加する交番電流の周波数として所定の周波数が予め設定されており、
前記コイルばねのばね定数は、前記可動部の質量および前記所定の周波数に基づいて、前記コイルに前記所定の周波数の交番電流が印加されることで前記可動部が共振する値に設定されている振動発生装置。 - 前記コイルばねと前記可動部とは螺子締結されている請求項1に記載の振動発生装置。
- 前記可動部と前記コイルばねとの接続部分に制振材が配置されている請求項1又は2に記載の振動発生装置。
- 前記ヨークは、前記永久磁石と同径をなすバックヨークと、該バックヨークよりも大径の有底円筒状のケースヨークとを含み、
前記永久磁石は、前記可動方向と平行に着磁され、前記ケースヨークの内側の底部中央に配置され、前記ケースヨークと前記バックヨークとで挟持され、
前記穴部は、前記永久磁石および前記バックヨークに形成され、
前記コイルは、前記永久磁石および前記バックヨークと前記ケースヨークとの間に配置されている請求項1から3の何れか1項に記載の振動発生装置。 - 前記ヨークは、大径円筒部と、前記大径円筒部の内側中央に位置し前記穴部を有する小径円筒部と、前記大径円筒部と前記小径円筒部とを繋ぐ底部とを有し、
前記永久磁石は円筒状をなし、着磁方向を前記可動方向と直交する方向に着磁されると共に前記大径円筒部の内側に配置され、
前記コイルは、前記永久磁石と前記小径円筒部との間に配置されている請求項1から3の何れか1項に記載の振動発生装置。
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