JPH08206599A

JPH08206599A - 振動による信号報知装置

Info

Publication number: JPH08206599A
Application number: JP1957595A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hayashizaki; 伸一林崎
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1996-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】振動による信号報知装置を効率よく、安定に
駆動するために、ヒステリシスが生じる低周波側の周波
数よりも低い周波数で振動モジュールを駆動する。【構成】信号発生部と増幅部よりなる駆動部と、加振
力または、加振力の代替信号を検出する検出部と、制御
目標とする信号を発生する設定部と、前記設定部の信号
と検出部よりの信号を比較する比較部と、比較された信
号により信号発生部の周波数を制御する信号を生成する
信号処理部により構成される駆動回路によって、ヒステ
リシスが発生する周波数より低い周波数で、振動モジュ
ールを駆動する。【効果】ヒステリシスが生じる低周波側の周波数より
も低い周波数で振動モジュールを駆動することにより、
非線形性、ヒステリシスの影響を受けない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポケットベル、腕時
計、携帯電話あるいは盲人用信号受信機等の携帯機器を
携帯する者に対して、電子ブザーの音による発呼の代わ
りに振動による報知信号を発生する振動モジュールの駆
動方法に関するものである。

【０００２】

【発明の概要】本発明は、携帯機器の報知信号を発生す
る振動モジュールとして、バネと加振重量として磁石、
付加質量を使用し、コイルに流す電流により磁石を直線
的な往復運動で振動させて小型、薄型、低コストで消費
電力が少なく、耐衝撃性のある振動モジュールをヒステ
リシスが生じる周波数より低い周波数で駆動する手段を
構成するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、携帯機器を代表するポケットベル
は、発信者からの呼出信号に応じて、特定の受信者が携
帯するポケットベル内部に備えられた報知装置が、アラ
ーム音を発生し、報知するシステムがある。このアラー
ム音は、使用者本人以外の周囲の者に対して、不快感を
与える欠点があった。

【０００４】このために、アラーム音を発生せず装置自
体を振動させて、使用者本人だけに直接アラームを報知
する無音報知信号発生装置として、振動モジュールが提
供されている。図９に従来のモータを使用した振動モジ
ュールの外観図を示し、モータ９００のシャフトに偏重
心加重１２０をつけ、モータの回転によって報知信号と
しての振動を発生させていた。

【０００５】また、バネと加振重量として永久磁石、付
加質量を使用し、コイルに流す電流により磁石を直線的
な往復運動で振動させる振動モジュールとして特開平２
−７１２９８号、特開平５−５０００２２号公報があ
る。またラジアル方向に着磁された振動モジュールの例
として、例えばアメリカ特許５，３２７，１２０号があ
る。

【０００６】前述した従来の振動モジュールの例では、
構成、構造については前記の従来例があるが、駆動方法
についての従来例は見あたらない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
於いて、モータによる振動モジュールは、円筒モータま
たは偏平モータが使用されるが、円筒モータは薄型化が
困難なため薄型のカード型携帯機器には使用できず、偏
平モータを使用する場合は、厚み方向の振動を得ること
が困難である。またモータによる振動モジュールは、シ
ャフトに偏重心加重を取り付けて高速で回転させるた
め、軸受けに大きな負担が掛かり、寿命が短いだけでな
く、落下等による衝撃によってシャフトが変形するとい
う欠点があった。

【０００８】また、バネと加振重量として永久磁石、付
加質量を使用し、コイルに流す電流により、磁石を直線
的な往復運動で共振周波数近辺で振動させる振動モジュ
ールでは、振動モジュールとして必要な加振力を得るた
めに、振動振幅を大きくとる必要がある。

【０００９】振動モジュールは、一種の機械振動子であ
り、振動振幅を大きく取ると非線形となり、周波数を低
周波から高周波へ変化させた場合と、周波数を高周波か
ら低周波へ変化させた場合とでは、振動特性が変化する
いわゆるヒステリシス現象が生じる。

【００１０】振動モジュールは、特に振幅を大きく取る
ことを目的としているため、周波数を低周波から高周波
へ変化させた場合と、周波数を高周波から低周波へ変化
させた場合とでは、加振力の周波数特性が非可逆性変化
を示すヒステリシスの生じる範囲が広く、ヒステリシス
が生じる範囲内の周波数では、駆動信号をＯＮにして
も、正常な振幅が得られないという欠点がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ヒステリシスが生じる低周波側の周波数
より低い周波数で駆動する回路構成とした。

【００１２】

【作用】上記のように構成された本発明では、ヒステリ
シスが生じる低周波側の周波数より低い周波数で駆動す
る回路構成としたために、駆動信号が印加されたときに
必要とされる振幅が発生しないという問題が解決され
る。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例の構成を図に基づい
て説明する。なお実施例の各図において、同様の部位に
は同一の符号を付し、重複した説明は省略する。図１
は、本発明の構成を示すブロック図である。図１に示す
ように、本発明の振動による信号報知装置は、振動モジ
ュール１０と，駆動回路６０で構成される。本発明の振
動モジュール１０の外観は、ほぼ円盤状であり、図２は
その中心部の縦断面図であり、図３は本発明の他の実施
例の振動モジュールの中心部の縦断面図である。

【００１４】図２，図３において、バネ３１０は、加振
重量１００とカシメ等により接合され、コイルブロック
２００に溶着等の接合により固着される。コイルブロッ
ク２００は、コイル２２０を樹脂製のコイル枠２１０で
保持して構成される。また、加振重量１００を構成して
いる磁石１１０と、コイルブロック２００のコイル２２
０は、微小な間隙を有して、各々の径方向で対向してお
り、コイル２２０に端子５１０を通して供給される電流
と磁石により電磁力を発生し、加振重量１００の重量と
バネ３１０により決定される周波数で、振動モジュール
の縦軸方向に振動する。上ケース４１０、下ケース４２
０は、前記バネと加振重量を接合されたコイルブロック
２００を収納する。端子５１０はコイルブロック２００
に設けられ、コイル２２０の端末と接続されて、外部よ
りコイルに電流を供給する。

【００１５】加振重量１００は、単一の磁石１１０に、
重り１２０を接着剤等で接合されている。磁石１１０は
フェライトまたは、サマリウムコバルト、ネオジ鉄ボロ
ン等の希土類磁石材料を焼結したもの、または、磁石材
料粉末に樹脂を混合して射出成型等により成型した、い
わゆるプラスチックマグネット（ボンド磁石）を一体成
型して使用される。焼結型の希土類磁石は表面が欠け易
い、錆びる等の問題があるために、メッキ等の表面処理
が施されて使用されるのが好ましい。また磁石の端部の
欠けを防ぎ、重り１２０への挿入を容易にするために、
磁石端部には適当な面取りを施す。また、成型時にはラ
ジアル方向に配向するように磁場中で成型され、成型後
必要な場合には、表面処理を施し、ラジアル方向に着磁
される。以上により一体成型されたラジアル異方性、ラ
ジアル方向着磁のラジアル磁石が製造される。たとえ
ば、本発明の振動モジュールに使用されるラジアル磁石
は、本出願人が別に出願している特願平５−５２４７３
の応用に関するものである。また、着磁の場合には、図
２、図３に示すように単一磁極対になるように着磁し
た。

【００１６】振動モジュールの共振周波数は、バネ３１
０と加振重量１００の重量により決定されるので、重り
１２０は磁石１１０を支持し、加振重量の重量を調整す
る目的を有し、小型、薄型の振動モジュールを構成する
ために、体積が小になっても必要な重量を確保できるよ
うにするため、タングステン合金、鉛合金等の比重が大
きな金属材料により構成される。本発明の振動モジュー
ルの共振周波数は、前記のバネ３１０と加振重量１００
により、約８０Ｈｚ〜１５０Ｈｚに調整した。

【００１７】また、前記タングステン合金では、比重１
９程度にすることも可能であるが、経済性をも加味し
て、比重が１０以上になるように調整される。タングス
テン合金の場合にはタングステン、ニッケル、銅より成
る合金を焼結して製造される。しかし、焼結による製造
方法では、焼結時の収縮等により精度を確保することが
困難である。従って、精度を確保するために、サイジン
グにより仕上げ加工をを行う。また、経済性、加工性を
加味してタングステンの重量比を４０％〜９７％にし
た。

【００１８】重りの形状は図２、図３に示すように、バ
ネ３１０との接触部１２１を一段高くしてバネとの接触
面積を最適に設定できるようにした。加振重量１００と
バネ３１０との接合は、図２の場合は、バネ２枚で重り
をはさみ、重りの中心に設けた穴１２５にピン１３０を
差し込み、図４に示すバネ３１０の中心穴３１１にピン
１３０を通し、カシメ等によりピンの先端を変形させて
接合する。図３の場合は、重り１２０に凸部１２２を設
け、図４に示すバネ３１０の中心穴３１１に重り１２０
を通し、カシメ等により凸部の先端を変形させて接合す
る。

【００１９】重りとバネの接合方法は前述のカシメだけ
ではなく、接着剤、ブッシュ打ち込み、ワッシャ打ち込
み等の方法も可能である。バネと加振重量による周波数
の設計は、梁の中央に荷重を加えた両端固定梁〜両端支
持のモデルにより設計できる。従って、加振重量の重量
が軽い場合には、バネの厚みは薄くなり、強度的な問題
も生じる。またバネ形状によっても、疲労による寿命を
考慮しなければならない。

【００２０】図４に本発明のバネ３１０の平面図を示
す。前述のようにバネ３１０の中心穴は、バネを加振重
量に接合するためのものであり、止め穴３１２は、コイ
ル枠にバネを接合するためのものである。梁部３１３は
前記計算モデルの梁であり、この部分がバネ本来の働き
をする。

【００２１】バネの平面図としては、図２に示す本発明
の実施例と図３に示す本発明の実施例ではほぼ同一であ
るが、最大の相違点は、バネ３１０の立体的な形状であ
る。図２に示す本発明の実施例では、バネ３１０の中央
部が狭くなるように、立体形状としている。図３に示す
本発明の別の実施例では、バネ３１０は同一平面上にあ
る。振動モジュールの加振力は、加振重量の重量と振
幅、振動周波数の２乗に比例する。

【００２２】図３の実施例では、加振重量１００とバネ
３１０、バネ３１０とケース４１０およびケース４２０
との間隔は、設計された振動振幅以上の間隔を取らねば
ならない。従って振動モジュールの加振力を大きくする
ためには、前記間隔を大きく取らねばならず、結果的に
振動モジュールの厚みが厚くなる。

【００２３】図２の実施例では、バネ３１０の中央部が
狭くなるように、立体形状としているため、バネとケー
ス間隔を狭くすることが可能となり、薄型の振動モジュ
ールが構成できる。特にバネの加振重量との接合部とバ
ネとコイルブロックとの接合部との高さの差が振動モジ
ュールの設計振幅より大きくなるように、中央部を狭く
した場合には、理論的にはケース４１０とバネ３１０、
ケース４２０とバネ３１０との間隔はゼロでも可能とな
る。従って図２の実施例では振動モジュールの厚みを薄
くすることが可能となる。

【００２４】コイルブロック２００は前述したように、
コイル２２０を樹脂製のコイル枠２１０で保持する構成
である。図２では、コイル２２０は、端子５１０ととも
にコイル枠２１０になるように一体成型されているが、
図３では、コイル２２０は２個のコイル枠２１１、２１
２挟まれて、機械的はめあいまたは接着等により接合さ
れ、接合されたコイル枠２枚が一体となってコイル枠２
１０となる。さらに、コイル枠２１２には、端子５１０
が設けられる。端子５１０とコイル２２０とは電気的に
接続され、外部よりの駆動電流によりコイル２２０には
磁束が発生する。

【００２５】コイルへの電流供給経路として図２、図３
では端子としたが、他の方法としては、リード線、フレ
キシブル基板も使用可能である。なお、図２、図３の実
施例では、端子は３本であるが、１本は基板等への固定
用であり、電気的には不要である。

【００２６】コイルブロック２００には、バネ３１０が
２枚接合される。接合の方法としては、コイル枠２１０
に、バネの止め穴３１２に合わせて突起部を設け、前記
突起部にバネの止め穴３１２を挿入して、突起部を熱溶
着または超音波溶着等によりバネとコイル枠を接合す
る。接合の方法は、前記の方法だけでなく、接着、機械
的な方法等の他の方法でも可能である。

【００２７】基本的には、前記端子５１０付きコイルブ
ロック２００、加振重量１００、バネ３１０だけで、本
発明の目的である直線的な往復運動で振動する振動モジ
ュールを構成できるが、電磁気的効率を向上するため
に、磁石１１０とコイル２２０とのギャップは可能な限
り狭くする。従って、前記ギャップの中にゴミ等の異物
が進入する場合と、バネ３１０に外部の物体が接触する
場合には、振動が制限されたり、停止したりするので、
これを防ぐためにケース４１０、４２０が設けられる。

【００２８】また、本発明の振動モジュールは、薄型の
携帯機器に使用することを目的としているので、ケース
４１０、ケース４２０と磁石１１０のギャップも当然小
となり、ケース４１０、４２０が磁性体の場合には、磁
石とケースとの間に磁気的な吸引力が働き、振動体であ
る加振重量の振動が制限されるので、ケース４１０、ケ
ース４２０の材質は非磁性のものでなければならない。
ケースの材質としては例えば、金属の場合には非磁性の
ＳＵＳ材（ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等）か、アルミ
等が適している。また、プラスチック製のケースも使用
可能である。

【００２９】金属ケースの場合にはカシメ、クリンプ等
の機械的接合が有利であるが、接着等の方法も可能であ
る。プラスチック製のケースの場合でも溶着等の機械的
接合および接着剤等の接合も可能である。次ぎに、駆動
回路について説明する前に、振動モジュールのヒステリ
シスと、非線形性について予め説明をする。

【００３０】前述した如く、振動モジュールは、一種の
機械振動子であるが、一般の機械振動子を線形領域とな
る低駆動レベルで駆動した場合の振幅特性は、共振周波
数に対してほぼ対称になり、大きな振動振幅を発生させ
ても、対称性がやや崩れる程度である。

【００３１】振動モジュールは、振動力を外部に取り出
すことを目的としているため、過大な振動振幅を発生さ
せる機構としており、振動モジュールの振幅の周波数特
性は、非線形性と、ヒステリシス現象が生じる。この特
性を図５、図６に示す。図５は、本発明の振動モジュー
ルを、図１に示す駆動回路６０の駆動部６１０の信号発
生部６２０を外部より制御して、一定の駆動電圧で駆動
した場合の加振力の周波数特性を示すグラフであり、図
６は、その時の駆動回路の電流の周波数特性を示すグラ
フである。

【００３２】前述の如く、本発明の振動モジュールは、
大きな振幅を発生させる機構としているため、図５に示
すように、振動モジュールの振幅の周波数特性は、低周
波側では周波数を高周波側に変化させたとき、振幅は線
形に増大するが、高周波側では急に振幅が激減する非線
形特性となる。

【００３３】また、周波数を低周波から高周波へ変化さ
せた場合と、周波数を高周波から低周波へ変化させた場
合とでは、加振力の周波数特性において、振幅が激変す
る周波数が異なるという、非可逆性変化を示すヒステリ
シスの生じる範囲が、一般の機械振動子とは、比較にな
らないほど広い。

【００３４】また、図６の駆動回路の電流の周波数特性
も、加振力の周波数特性と同様に、非線形性とヒステリ
シス特性があることがわかる。前述したヒステリシス特
性と周波数の非線形性は、振動モジュールとしては、問
題がある。ヒステリシスは、ヒステリシスが生じる範囲
内の周波数では、駆動信号をＯＮにしても、図５に示す
周波数を高周波から低周波へ変化させた場合の周波数特
性における加振力と同一レベルの低い加振力しか得られ
ない。また、周波数の非線形性は、高周波側では特性が
不安定となることを示す。

【００３５】振動モジュールは、大きな振幅を発生させ
ることを目的としているため、前記ヒステリシスおよ
び、非線形性が生じることを防ぐのは困難である。従っ
て、前記ヒステリシスと、非線形性に影響されない対策
が必要となる。本発明では、この対策として、前記ヒス
テリシスと非線形性に影響されない周波数領域である、
ヒステリシスが生じる低周波側の周波数（図５の実施例
の場合、約９０Ｈｚより低い周波数で駆動する。

【００３６】本発明の駆動回路の実施例を、図１により
説明する。図１の駆動回路６０は、ヒステリシスが生じ
る周波数を検知し、ヒステリシスが発生する周波数より
駆動周波数が低くなるよう、駆動周波数を制御して駆動
する駆動回路である。駆動回路６０の基本形は、信号発
生部６２０と、増幅部６３０よりなる駆動部６１０であ
る。信号発生部６２０は、それ自体で、駆動周波数の発
生と、正弦波、矩形波等の波形成形機能を有し、さら
に、外部信号による周波数制御、矩形波のｄｕｔｙ制
御、信号出力のＯＮ，ＯＦＦ機能をも有す。増幅部６３
０は信号発生部６２０で生成された駆動信号を増幅し、
インピーダンス変換を行う機能を有す。

【００３７】振動モジュール１０は、駆動部６１０のみ
でも、駆動可能である。振動モジュール１０は、駆動の
初期には、駆動部６１０により、ヒステリシスが発生す
る周波数より十分低い周波数で駆動され、振動を開始す
ると、そのときの駆動周波数により、図６に示す特性に
従って、回路に流れる電流が変化し、その回路電流を検
出部６４０が検出し、検出された電流は、設定部６５０
で設定されている設定電流値と、比較部６６０で比較さ
れ、比較された結果としての比較信号が、信号処理部６
７０に伝達される。

【００３８】設定部６５０の電流の設定は、図６に示す
駆動電流の周波数特性によりヒステリシスが発生する周
波数の電流よりもやや高く設定される。信号処理部６７
０では、設定電流値より検出電流が大の時には、駆動周
波数が高くなるように、設定電流より検出電流が小の時
には、駆動周波数を低くするように、比較信号に応じ
て、信号発生部６２０の駆動周波数を設定するための信
号を発生する。この駆動周波数により、振動モジュール
は駆動され、振幅が変化する。

【００３９】前記、制御ループにより振動モジュール
は、電流が設定部６５０で設定された電流に限りなく近
ずくように周波数が制御され、制御された周波数はヒス
テリシスが発生する周波数を越えることがない。本実施
例では、検出部６４０で検出するヒステリシスの発生す
る周波数を検出する手段として、駆動電流を検出する手
段としたが、加振力を直接測定する手段、振動振幅を測
定する手段等も可能である。

【００４０】次に、本発明の電流検知の手段について、
図７、図８により説明する。図７は、直流電源７００よ
り駆動回路６０に流れる駆動電流を検出する手段を示す
ブロック図であり、図８は、駆動回路６０から振動モジ
ュール１０へ流れる電流を検出する手段を示すブロック
図である。

【００４１】電流を検出する手段は種々考えられるが、
最も容易で安価な手段は、測定すべき電流の流れる回路
に直列に低抵抗を挿入し、前記低抵抗の両端の電圧値を
測定することである。本発明では電流そのものを測定す
ることが目的ではなく、検出した電流値より、ヒステリ
シスの発生する周波数を検出することが目的であるの
で、前記の手段として、回路に直列に低抵抗を挿入し、
電流を検出する手段で十分である。

【００４２】図７に示す本発明の実施例では、直流電源
７００と駆動回路６０に低抵抗値の電流検出抵抗６４１
を挿入し、前記電流検出抵抗６４１の両端の電圧を測定
して、駆動電流を検出する。図８は、駆動回路６０と振
動モジュール１０の間に低抵抗値の電流検出抵抗６４１
を挿入し、前記電流検出抵抗６４１の両端の電圧を測定
して、電流を検出する。

【００４３】電流検出抵抗６４１は、チップ抵抗等の小
型の抵抗として、振動モジュールに内蔵することも可能
である。また、本発明の別の単純な実施例としては、ロ
ット毎の周波数特性を測定し、信号発生部６２０の周波
数設定部を調整して、製造ロット毎に、ヒステリシスの
発生する周波数より低い一定周波数で駆動する。さら
に、ロット内の周波数特性のばらつきが大きい場合に
は、ヒステリシスの発生する周波数より低い一定周波数
に、個別調整をする方法も可能である。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、リング
形のラジアル異方性永久磁石を備えた加振重量を、往復
運動させて振動を発生させるようにした振動モジュール
とすることにより、部品点数が少なく、部品費、加工費
が削減され、薄型となり、前記本発明の振動モジュール
をヒステリシスが生じる低周波側の周波数よりやや低い
周波数で駆動することにより、振動モジュールの非線形
性、およびヒステリシスの影響を避け、安定に駆動する
ことができる信号報知装置を提供可能とした効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動モジュールの駆動手段を示したブ
ロック図である。

【図２】本発明の振動モジュールの構造の実施例を示し
た断面図である。

【図３】本発明の振動モジュールの構造の他の実施例を
示した断面図である。

【図４】本発明の振動モジュールに使用されるバネの構
造の実施例を示した平面図である。

【図５】本発明の振動モジュールの加振力の周波数特性
を示したグラフである。

【図６】本発明の振動モジュールの駆動電流の周波数特
性を示したグラフである。

【図７】本発明の振動モジュールの電流検出手段を示し
たブロック図である。

【図８】本発明の振動モジュールの別の電流検出手段を
示したブロック図である。

【図９】従来モータを使用した振動モジュールの外観図
である。

【符号の説明】

１０振動モジュール６０駆動回路１００加振重量１１０磁石１２０重り１３０ピン２００コイルブロック２１０コイル枠２２０コイル３１０バネ３１２バネの止め穴４１０上ケース４２０下ケース５１０端子６１０駆動部６２０信号発生部６３０増幅部６４０検出部６４１電流検出抵抗６５０設定部６６０比較部６７０信号処理部７００直流電源９００モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】保持部を固定されたバネで保持された永
久磁石を備えた加振重量と、前記加振重量をバネと共動
して往復運動させる駆動コイルと、駆動コイルに電気信
号を供給する手段と、加振重量の振動をバネを介して外
部に伝達する手段とを備えた報知信号を発生する信号報
知装置において、加振力の周波数特性におけるヒステリ
シスが生じる周波数より低い周波数で駆動する手段を備
えたことを特徴とする報知信号を発生する振動による信
号報知装置。
【請求項２】前記駆動手段は、駆動信号発生部と、駆
動信号発生部の信号を増幅する増幅部を備えた駆動回路
により駆動することを特徴とする請求項１記載の振動に
よる信号報知装置。
【請求項３】前記駆動手段は、ヒステリシスが発生す
る周波数を検知する手段を備え、ヒステリシスが発生す
る周波数を越えないように駆動周波数を制御する手段を
備えたことを特徴とする請求項１乃至２記載の振動によ
る信号報知装置。
【請求項４】前記ヒステリシスが発生する周波数を検
知する手段が、駆動電流を検出する手段であることを特
徴とする請求項１乃至３記載の振動による信号報知装
置。
【請求項５】前記駆動電流を検出する手段が、直流電
源より駆動回路に供給される電流を検出する手段を備え
ることを特徴とする請求項４記載の振動による信号報知
装置。
【請求項６】前記駆動回路の電流を検出する手段が、
直流電源と駆動回路の間に抵抗を設け、抵抗の両端の電
圧を検出することを特徴とする請求項５記載の振動によ
る信号報知装置。
【請求項７】前記電流を検出する抵抗を振動モジュー
ルに内臓したことを特徴とする請求項６記載の振動によ
る信号報知装置。
【請求項８】前記ヒステリシスが発生する周波数を検
知する手段が、振動モジュールを駆動する電流を検出す
る手段を備えることを特徴とする請求項４記載の振動に
よる信号報知装置。
【請求項９】前記振動モジュールを駆動する電流を検
出する手段が、振動モジュールに直列に抵抗を設け、抵
抗の両端の電圧を検出することを特徴とする請求項８記
載の振動による信号報知装置。
【請求項１０】前記電流を検出する抵抗を振動モジュ
ールに内臓したことを特徴とする請求項９記載の振動に
よる信号報知装置。