JPH08308201A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気回路のロスが少なく、簡単な構成で、充
分な大きさの振動を発生して外部に取り出すことが可能
な振動アクチュエータを実現する。 【構成】 ベース部の中心部に垂直に支持された固定軸
３３と、この固定軸と平行するように固定軸周囲に取り
付けられたソレノイドコイル３６と、それぞれの平面に
着磁されたリング状磁石４２と、中空円筒部とつば部と
を有し、保持手段を介して中空円筒部が固定軸の軸方向
に移動可能に支持され、つば部がリング状磁石の一方の
着磁面と密着し、中空円筒部の外周面がソレノイドコイ
ル内周面と対向するように配設された第１のヨーク４１
と、リング状磁石の他方の着磁面と密着し、内周部がソ
レノイドコイルの外周面と対向するように配設されたリ
ング状の第２のヨーク４３と、第１のヨークを固定軸上
でベース部に対して移動可能な状態で所定の位置に静止
させるスプリング４５，４６とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動アクチュエータに関
し、更に、詳しくは、振動キャンセラー用アクチュエー
タの駆動源等に好適なムービングマグネット型の振動ア
クチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ムービングコイル型の振動アクチュエー
タとして、実開平１−１７１５７８号公報に開示された
ものがある。図４は上述の実開平１−１７１５７８号公
報に記載された振動アクチュエータの構成を示す構成図
である。この図４において、１は中空円筒状のサイドヨ
ーク、２はサイドヨークの内壁面に対して、外筒面が一
定の間隔を持って配設される中空円筒状のセンターヨー
クである。

【０００３】サイドヨーク１の内壁面には、第１及び第
２のコイル３，４が所定の間隔を持って設けられてい
る。また、センターヨークの外筒面には、第１のコイル
３に対向する第３のコイル５と、第２のコイル４に対向
する第４のコイル６とが設けられている。

【０００４】可動子８はサイドヨーク１の内筒面とセン
ターヨーク２の外筒面との間の空間で軸方向に移動可能
に支持されており、非磁性体の材質で構成されている。
第１のコイル３と第３のコイル５との間の可動子８の円
筒部には、実質的には可動子の８の円筒面を構成する第
１の磁石９が、第２のコイル４と第４のコイル６との間
の可動子８の円筒部には、実質的には可動子８の円筒面
を構成し、第１の磁石９とは着磁方向が逆の第２の磁石
１０がそれぞれ設けられている。

【０００５】そして、図４において、破線で示すよう
に、第１のコイル３→第１の磁石９→第３のコイル５→
センターヨーク２→第４のコイル６→第２の磁石１０→
第２のコイル４→サイドヨーク１を経由して一巡する磁
束流を有する磁気回路が形成されている。

【０００６】次に、上記構成の動作を説明する。図４に
示すような磁気極性になるように第１のコイル３，第２
のコイル４，第３のコイル５及び第４のコイル６に電流
を流すと、フレミング左手の法則により第１〜第４のコ
イル３〜６に推力が発生する。ここで、サイドヨーク１
及びセンターヨーク２は固定されているため、前記推力
の反作用によって、可動子８が矢印Ａ方向及びＢ方向に
移動する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の振
動アクチュエータにおいては、下記のような問題点があ
る。

【０００８】：磁気回路中に磁気ギャップが２ヵ所あ
り、磁気ギャップのギャップ長が大きく、しかも、第１
及び第２の磁石９，１０はサイドヨーク１及びセンター
ヨーク２に対して空間を介して配設されているので、磁
気抵抗が大きく、ロスが大きい。

【０００９】：また、第１及び第２の磁石９，１０を
可動子８の円筒面に形成した溝に取り付ける構造なの
で、製造が難しい。 ：磁気回路が１つしか形成されないので、所定のパワ
ーを出すためには、可動子の移動方向の薄型化が難し
い。

【００１０】：また、可動子の移動方向への薄型化が
困難なことにより、可動子の移動方向の長さが長くな
り、可動子を支持する構造が複雑になる。 以上の〜のような問題を有している。また、以上の
ような振動アクチュエータにおいては、固定軸等を介し
て可動子からの振動を取り出すような構成になってい
る。しかし、重量のある物体の振動をキャンセルする振
動キャンセラー用アクチュエータなどでは、図４のよう
な構成ではなくハウジング全体から振動を取り出すよう
な構成にする必要がある。

【００１１】このようなハウジング全体を振動させる振
動アクチュエータとして、実開平５−２８４６４号公報
に記載されたものがある。図５は実開平５−２８４６４
号公報に記載された振動アクチュエータの構成を示す構
成図である。この図５において、磁性ヨーク２２で永久
磁石２１を囲むように四面に配置し、永久磁石２１とこ
の永久磁石２１を支えるためのスプリング２４を両端部
に収めたボビン２５により構成されている。

【００１２】このような振動アクチュエータにパルス波
状の交番電流を流すことにより、永久磁石の運動により
振動を発生する。このような構成によればアクチュエー
タ全体に振動を発生することができるものの、ボビン２
５内でスプリング２４により支えられた永久磁石２１の
重量をあまり大きくすることができないため、ページャ
用などの軽微な振動を発生するにとどまる。

【００１３】更に、永久磁石２１周囲のボビン２５によ
り磁気ギャップ，磁気抵抗が大きくなり、ロスが大きい
ことも問題となる。このため、重量の大きな可動子を用
いて大きな力の振動を取り出す用途として使用すること
は困難である。

【００１４】また、図６は実開昭６０−１２４１９２号
公報に記載された振動アクチュエータの構成を示す構成
図である。この構成では、リング状磁石１０２とヨーク
１０１，１０４からなる可動子がダンパ１０５で保持さ
れているため、可動子の重量を大きくすることができな
い。このため、軽微な振動を発生するにとどまる。

【００１５】すなわち、振動アクチュエータとして充分
な振動をハウジング側に発生するには、重量のある可動
子を用いる必要がある。このためには、可動子を確実に
保持すると共に、磁気回路の効率にも配慮する必要があ
る。

【００１６】このような課題を解決するために、本件出
願人は既に実用新案登録願５−６９７９３号において、
固定軸に沿って磁石が移動するムービングマグネット型
の振動アクチュエータについて提案を行なっている。こ
の提案の振動アクチュエータによれば、スプリングで保
持された可動子（マグネット，ヨーク等）が固定軸に沿
って移動するために、可動子を安定した状態で駆動でき
て大きな振動を得ることができる。

【００１７】しかし、この先願の振動アクチュエータは
小型で大きな振動を発生させるためにマグネットやヨー
クなどの構造が若干複雑になっており、それ程大きな振
動を必要としない場合においては改良の余地が残されて
いた。

【００１８】本発明は、上記の各種問題点に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、磁気回路のロスが少なく、簡
単な構成で、充分な大きさの振動を発生して外部に取り
出すことが可能な振動アクチュエータを提供することに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本件出願の発明者は、従
来の振動アクチュエータにおいて予想される不具合を改
良すべく鋭意研究を行った結果、簡単な構成で充分な大
きさの振動を発生して外部に取り出せる構成を見出し、
本発明を完成させたものである。

【００２０】上記の課題を解決する第１の手段である本
発明は、ベース部の中心部に垂直に支持された固定軸
と、この固定軸と平行するように固定軸周囲に取り付け
られたソレノイドコイルと、それぞれの平面に着磁され
たリング状磁石と、中空円筒部とつば部とを有し、保持
手段を介して中空円筒部が前記固定軸の軸方向に移動可
能に支持され、つば部が前記リング状磁石の一方の着磁
面と密着し、中空円筒部の外周面が前記ソレノイドコイ
ル内周面と対向するように配設された第１のヨークと、
前記リング状磁石の他方の着磁面と密着し、内周部が前
記ソレノイドコイルの外周面と対向するように配設され
たリング状の第２のヨークと、前記第１のヨークを固定
軸上でベース部に対して移動可能な状態で所定の位置に
静止させるスプリングと、から構成されたことを特徴と
する振動アクチュエータである。

【００２１】上記の課題を解決する第２の手段である本
発明は、ベース部の中心部に垂直に支持された固定軸
と、この固定軸と平行するように固定軸周囲に取り付け
られたソレノイドコイルと、それぞれの平面に着磁され
たリング状磁石と、中空円筒部とつば部とを有し、保持
手段を介して中空円筒部が前記固定軸の軸方向に移動可
能に支持され、つば部が前記リング状磁石の一方の着磁
面と密着し、中空円筒部の外周面が前記ソレノイドコイ
ル内周面と対向するように配設された第１のヨークと、
前記リング状磁石の他方の着磁面と密着し、内周部が前
記ソレノイドコイルの外周面と対向するように配設され
たリング状の第２のヨークと、前記第１のヨークを固定
軸上でベース部に対して移動可能な状態で所定の位置に
静止させると共に、前記第１のヨークが固定軸上で前記
ベース部に近づくときと遠ざかるときとで等しい加速度
が得られるように設定されたスプリングと、から構成さ
れたことを特徴とする振動アクチュエータである。

【００２２】

【作用】課題を解決する第１の手段である振動アクチュ
エータにおいて、リング状のマグネットの一方の着磁
面，第１のヨーク，ソレノイドコイル，第２のヨーク，
リング状のマグネットの他方の着磁面で磁気回路が形成
されており、ソレノイドコイルを流れる電流と磁気回路
の磁力線とが直角に交わっている。そこで、ソレノイド
コイルに電流を流すと、ソレノイドコイルに推力が発生
し、固定軸に移動可能に取り付けられたヨークに推力の
反作用が生じる。従って、ベース部側が移動する。

【００２３】課題を解決する第２の手段である振動アク
チュエータにおいて、リング状のマグネットの一方の着
磁面，第１のヨーク，ソレノイドコイル，第２のヨー
ク，リング状のマグネットの他方の着磁面で磁気回路が
形成されており、ソレノイドコイルを流れる電流と磁気
回路の磁力線とが直角に交わっている。そこで、ソレノ
イドコイルに電流を流すと、ソレノイドコイルに推力が
発生し、固定軸に移動可能に取り付けられたヨークに推
力の反作用が生じる。従って、ベース部側が移動する。
このとき、ヨークが固定軸上でベース部に近づくときと
遠ざかるときとで等しい加速度が得られるように設定さ
れたスプリングでヨークが保持されているので、ソレノ
イドコイルへの入力に応じた振幅や加速度の振動が得ら
れる。

【００２４】

【実施例】次に図面を用いて本発明の一実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例の断面図である。

【００２５】この図１において、ベース部３１は円盤状
の部材で構成されており、中心部に後述する固定軸を取
り付ける穴が設けられている。このベース部３１の一方
の面には後述する可動子を覆うような有底中空円筒状の
カバー３２が設けられている。固定軸３３は後述する可
動子を支持するための軸であり、ベース部３１の中心部
の穴に固着されている。リング３４は固定軸３３の末端
部に取り付けられたつば部を有するリング状の部材であ
る。筒部３５はベース部３１に取り付けられた筒状部材
であって、その中心に固定軸３３が位置するように構成
されている。そして、この筒部３５の先端付近にボイス
コイル状のソレノイドコイル３６が巻回されている。

【００２６】尚、固定軸３３はベース部３１の穴を用い
て支持するように構成したが、このような穴を設けずに
固定できるような構成にしても構わない。第１のヨーク
４１は固定軸３３の周囲を覆うような中空円筒部とつば
部とから構成され、磁性体の部材で構成されている。こ
の第１のヨーク４１のつば部にリング状磁石４２の着磁
面の一端が密着している。また、このリング状磁石４２
の他の着磁面にはリング状の磁性体の第２のヨークが密
着しており、この第２のヨーク４３の内周部と第１のヨ
ーク４１の中空円筒部の外周部との間のリング状の空間
に前記ソレノイドコイル３６が位置するように配置され
ている。そして、ベアリング４４が第１のヨークの中空
円筒部の内周面に取り付けられており、固定軸３３に対
して滑らかに移動可能に構成されている。更に、コイル
スプリング４５がベース部３１と第１のヨークとの間に
設けられ、リング３４と第１のヨーク４１との間にコイ
ルスプリング４６が設けられており、第１のヨーク４１
は所定の位置に静止するようにされている。リード線５
１はソレノイドコイル３６に電流を供給するための配線
である。

【００２７】よって、リング状磁石４２の一方の着磁面
→第１のヨーク４１（つば部→中空円筒部）→ソレノイ
ドコイル３６→第２のヨーク→リング状磁石４２の他方
の着磁面のように一巡する第１の磁気回路が形成されて
いる。

【００２８】次に、上記した構成の振動アクチュエータ
の動作を説明する。リード線５１を用いて、ソレノイド
コイル３６に所定の電流を流すと、磁気回路中に配設さ
れているソレノイドコイル３６にフレミング左手の法則
に従って推力が発生する。

【００２９】そして、この推力の反作用として、可動子
（第１のヨーク４１，リング状磁石４２，第２のヨーク
４３）が移動しようとする。この場合において、可動子
側の重量を大きくしておくことにより、ベース部３１及
びそのベース部３１が取り付けられた機器全体もコイル
に発生する推力で振動する。すなわち、ソレノイドコイ
ル３６に交流電流を流すことにより、ベース部３１は電
流波形に従った振動を発生する。

【００３０】ところで、このような振動アクチュエータ
を水平状態にして使用することがある。その様な場合に
は、可動子の重量により振動振幅（変位量）が上側移動
と下側移動とで異なる振幅や加速度になることがある。

【００３１】図２（ａ）はソレノイドコイル３６に供給
する電流の波形であり、中心０の上下に対象な正弦波を
示している。このような電流を供給した場合であって
も、重力の影響を受けて、可動子の振幅や加速度が図２
（ｂ）のように、非対称な振動振幅になることがある。
この図２（ｂ）では加速度を測定したものを示してい
る。この場合、重力の影響により、下側移動の加速度が
上側に比較して大きくなる傾向を示している。

【００３２】このような状態では、振動アクチュエータ
として他の機器の振動を打ち消す等の用途の場合には所
望の性能を期待できない場合がある。そこで、伸び側の
ばね定数と縮み側のばね定数、取り付け時の長さにおけ
る荷重，ばね定数，応力のいずれか、または、これらの
組み合わせを調整することにより、図２（ｃ）に示すよ
うに、重力が作用した状態でも上下対象な加速度を得る
ことができるようになる。

【００３３】従って、振動アクチュエータの配置状態が
予め分かる場合には、その状態に適したばね定数になる
ようにコイルスプリング４５，４６を構成することが可
能である。従って、図１の振動アクチュエータを垂直に
使用する場合には調整が不要であるが、それ以外のいか
なる傾きであっても、設置方向が予め分かる場合には対
処することが可能である。

【００３４】図３は本発明の第２の実施例の構成を示す
構成図である。既に説明した図１のものはコイルの外側
に磁石が位置する外磁型のものであったが、この図３に
示すものはコイルの内側に磁石が位置する内磁型のもの
である。

【００３５】基本的な構成は図１のものと同一であり、
同一部分には同一番号を付してある。筒部３５’はベー
ス部３１の外周部付近に設けられており、この筒部３
５’にソレノイドコイル３６が巻回されている。そし
て、コイルスプリング４５’によりスペーサ６１が固定
軸３３に沿って移動可能に保持されており、このスペー
サ６１に有底中空円筒形状の第１のヨーク６２，リング
状磁石４２及び第２のヨーク６３が取り付けられてい
る。そして、第１のヨーク６１の中空円筒部と第２のヨ
ーク６３の外周部との間のギャップにソレノイドコイル
３６が位置するように配置されている。

【００３６】このような構成の振動アクチュエータの動
作については、前述の図１に示したものと同一である。
尚、この内磁型のものは可動子（リング状磁石とヨー
ク）を軽量にすることができるので、比較的小さな振動
を発生するものに適している。また、コイルスプリング
を１個にすることも可能であるので、構成を簡略化でき
る利点も有している。

【００３７】この図３の内磁型の振動アクチュエータに
ついても、コイルスプリング４５’のばね定数を調整す
ることにより、図２で説明したように設置方向に係わら
ず一定の振動振幅や加速度を得ることができる。

【００３８】振動アクチュエータを上記のような構成に
することにより、 ：可動子が固定軸に沿ってスムーズに移動できるよう
な構造なので、可動子の重量を大きくすることが可能に
なる。これにより、ベース部３１から大きな振動を取り
出すことが容易になる。

【００３９】：単純な形状でボイスコイル状のソレノ
イドコイル１個と、リング状マグネット１個とヨークと
で磁気回路を構成でき、構造が極めて簡単にできる。特
に、ソレノイドコイルとリング状マグネットとヨークと
は、スピーカ用の部品を用いることができるので、部品
の調達や製造設備の準備が簡単になる利点を有してい
る。

【００４０】：可動子を固定軸に沿って移動可能にす
る際に、スプリングで初期位置を決めるようにしている
ので、可動子を確実に磁気的な中央位置（中性点）に保
持できる。このため、重量の大きい可動子を使用する場
合にも、磁気回路の効率が落ちることはない。これによ
り、可動子の重量を大きくすることが可能になり、ベー
ス部３１から大きな振動を取り出すことが容易になる。

【００４１】：コイルスプリング４５，４６（４
５’）のばね定数の最適化により、重力の影響にかかわ
らず、上下に等しい加速度の振動を発生することができ
る。 ：各磁気回路中に磁気ギャップが１ヵ所しかなく、磁
気ギャップのギャップ長が小さく、しかも、磁石４２は
各ヨークに固着しているので、磁気抵抗が小さく、ロス
も少ない。

【００４２】：リング状磁石４２は第１のヨーク及び
第２のヨークに自分自身の磁気吸着力で取り付けられる
構造なので、組み付けが容易である。 ：既存のスピーカの磁気回路の部品を使用することが
可能であり、部品調達や製造が容易になる。

【００４３】以上説明したように、上記の各実施例によ
れば、磁気回路のロスが少なく、充分な大きさの振動を
発生して外部に取り出すことが可能な振動アクチュエー
タを実現することができる。

【００４４】尚、以上の振動アクチュエータは振動キャ
ンセラに好適であるが、それ以外にも振動を用いる各種
の用途に使用することが可能である。例えば、任意の振
動を発生できる特性に鑑みて、計測器等のアクチュエー
タなどの用途に使用することも可能である。また、小型
にしてページャ等に内蔵することも可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、リング状のマグネッ
トの一方の着磁面，第１のヨーク，ソレノイドコイル，
第２のヨーク，リング状のマグネットの他方の着磁面で
磁気回路を形成し、ソレノイドコイルを流れる電流と磁
気回路の磁力線とが直角に交わるようにし、ソレノイド
コイルに電流を流すことで、磁気回路のロスが少なく、
簡単な構成で、充分な大きさの振動を発生して外部に取
り出すことが可能な振動アクチュエータを実現できる。

【００４６】また、ヨークが固定軸上でベース部に近づ
くときと遠ざかるときとで等しい加速度が得られるよう
に設定されたスプリングでヨークを保持することで、可
動子の重量や重力の影響に係わらずソレノイドコイルへ
の入力に応じた振幅や加速度の振動が得られるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の振動アクチュエータの
断面図である。

【図２】ソレノイドコイルに供給する電力と可動子に発
生する加速度との関係を示す特性図である。

【図３】本発明の第２の実施例の振動アクチュエータの
断面図である。

【図４】実開平１−１７１５７８号公報に記載された振
動アクチュエータの構成を示す構成図である。

【図５】実開平５−２８４６４号公報に記載された振動
アクチュエータの構成を示す構成図である。

【図６】実開昭６０−１２４１９２号公報に記載された
振動アクチュエータの構成を示す構成図である。

【符号の説明】

３１ ベース部 ３２ カバー ３３ 固定軸 ３４ リング ３５ 筒部 ３６ ソレノイドコイル ４１ 第１のヨーク ４２ リング状磁石 ４３ 第２のヨーク ４４ ベアリング ５１ リード線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース部の中心部に垂直に支持された固
   定軸と、 この固定軸と平行するように固定軸周囲に取り付けられ
   たソレノイドコイルと、 それぞれの平面に着磁されたリング状磁石と、 中空円筒部とつば部とを有し、保持手段を介して中空円
   筒部が前記固定軸の軸方向に移動可能に支持され、つば
   部が前記リング状磁石の一方の着磁面と密着し、中空円
   筒部の外周面が前記ソレノイドコイル内周面と対向する
   ように配設された第１のヨークと、 前記リング状磁石の他方の着磁面と密着し、内周部が前
   記ソレノイドコイルの外周面と対向するように配設され
   たリング状の第２のヨークと、 前記第１のヨークを固定軸上でベース部に対して移動可
   能な状態で所定の位置に静止させるスプリングと、から
   構成されたことを特徴とする振動アクチュエータ。
2. 【請求項２】 ベース部の中心部に垂直に支持された固
   定軸と、 この固定軸と平行するように固定軸周囲に取り付けられ
   たソレノイドコイルと、 ベース部の中心部に前記ソレノイドコイルと平行するよ
   うに支持された固定軸と、 それぞれの平面に着磁されたリング状磁石と、 中空円筒部とつば部とを有し、保持手段を介して中空円
   筒部が前記固定軸の軸方向に移動可能に支持され、つば
   部が前記リング状磁石の一方の着磁面と密着し、中空円
   筒部の外周面が前記ソレノイドコイル内周面と対向する
   ように配設された第１のヨークと、 前記リング状磁石の他方の着磁面と密着し、内周部が前
   記ソレノイドコイルの外周面と対向するように配設され
   たリング状の第２のヨークと、 前記第１のヨークを固定軸上でベース部に対して移動可
   能な状態で所定の位置に静止させると共に、 前記第１のヨークが固定軸上で前記ベース部に近づくと
   きと遠ざかるときとで等しい加速度が得られるように設
   定されたスプリングと、から構成されたことを特徴とす
   る振動アクチュエータ。