JP2003220363A - 軸方向駆動の振動体 - Google Patents

軸方向駆動の振動体

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JP2003220363A
JP2003220363A JP2002020793A JP2002020793A JP2003220363A JP 2003220363 A JP2003220363 A JP 2003220363A JP 2002020793 A JP2002020793 A JP 2002020793A JP 2002020793 A JP2002020793 A JP 2002020793A JP 2003220363 A JP2003220363 A JP 2003220363A
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Kazumi Miyamoto
一美 宮本
Kenji Aihara
健志 相原
Masaki Miura
巨樹 三浦
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型、高性能の携帯用の振動体を構成する。 【解決手段】 軸方向駆動の振動体１０は、円筒状のフ
レーム１１の一側端に円筒状の駆動コイル１２を固定
し、該駆動コイル１２と空隙を介して磁気的に係合する
磁性材料からなるカップ状ヨーク２１と先端部に同軸に
配設したポールピース２３と円柱状永久磁石２２とで形
成され、錘２８が搭載された駆動子２０が固定された軸
２９をフレーム１１の両側端部に設けた軸受で支持する
と共に一対のコイルばね２４，２５によって駆動子２０
が軸方向に１００〜１６０Hzで振動するように構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、着信を無音で携帯
者に感知させる携帯機器等に用いられる振動体の構成に
関するものである。
【従来の技術】従来から公共の場所、病院、電車・バス
等の乗り物では、携帯機器の使用は制限されている場合
が多い。特に、携帯機器の使用が許されている場合で
も、所謂マナーモード（無音・体感振動）で着信を携帯
者に感知させる方法が行われている。携帯機器には、最
近の日進月歩の技術革新を反映して種々の商品が普及し
てきており、例えば携帯電話、PDA、ウエアラブル（身
につける）コンピューティング機器等がある。これらに
は、無音で体感振動を感知させる振動モータやそれに近
い機能を有するマルチファンクションデバイス（スピー
カと振動体機能を併せ持つ）等が用いられている。以下
では、従来の振動モータの代表例と思われるものについ
て説明する。
【０００２】従来例としては、公開実用平成３−８３６
８１号（以下では文献Aと称す）、特開平７−１０７６
９９号（文献B）、特公平８−１０９７２号（文献C）を
挙げて説明する。文献Aは、ブラシとコンミテータを有
する軸長型の直流モータを用いたものであり、振動モー
タの回転軸に装着する断面が扇型形状の偏心錘に関する
ものである。偏心錘として高比重ではあるものの加工が
困難なタングステンのバルク材を用いずに、タングステ
ンや鉛を含む金属の粉末焼結合金によって形成して回転
軸への偏心錘の嵌着を容易にして振動出力を大きくしよ
うとするものである。
【０００３】文献Bは、図６に概要を示すようにブラシ
とコンミュテータを有する軸長型の直流モータを用いた
振動モータであり、偏心錘の構成と回転軸への固定方法
の開示に関するものである。図６において、直流モータ
１３１の軸受け１３３に支持された回転軸１３６には回
転軸１３６の外径より小さい溝１３５が設けられ、高比
重材で形成されたタングステン等の粉末焼結合金からな
る偏心錘１３４をカシメ部１４０で回転軸１３６の溝１
３５にカシメる。そのため、偏心錘１３４の軸方向の両
端部が盛りあがらずに偏心錘１３４は確実に回転軸１３
６に固定されるので小型にも拘わらず出力を大きくする
ことができるとしている。また、多孔質な偏心錘１３４
にはオイルが含浸されておりメッキによる表面処理なし
で防錆効果があると記載されている。
【０００４】文献Cは、ブラシとコンミュテータを有す
る偏平型の直流モータに関するもので、少なくとも3個
の開き角が６０〜８０°のコイルを重複しないように扇
形に配設して回転子の構成で偏心錘を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】文献A、B、Cは直流モ
ータの回転を前提としたものであり長軸型、扁平型の相
違はあるものの、以下のような難点があった。（１）ブ
ラシとコンミュテータを用いるのでコストもかかりまた
整流の際のマイクロアークによる損傷で寿命と品質の維
持に問題がある。（２）７０００〜８０００ｒｐｍまで
の立ち上がりに時間がかかり音楽に合わせた振動を発生
させる機器には向いていない。そして、最近のように振
動モータを搭載する携帯機器にはスペース効率を向上さ
せて小型化、薄型化を図ると同時に振動特性の向上、即
ち低消費電力で振動力の増大が振動モータに求められて
いる。このような要求に応える一つとして本願と同一の
出願人による特願2001−341285号（以下文献D）に記載
された技術内容が提案されている。以下では、図面に基
づいて説明する。
【０００６】図４、図５において振動体２１０は、合成
樹脂からなる円筒状のフレーム２１１と駆動コイル２１
２と駆動子２２０とで構成される。フレーム２１１の軸
方向の一側端には、金属材料例えば熱伝道性のよいアル
ミニュウムを陽極処理して表面を電気絶縁処理した円筒
状のコイルボビン２１３にマグネットワイヤを巻回して
形成され、端子２３５，２３６を有する駆動コイル２１
２を片持ち状に固定する。駆動子２２０は、磁性材料か
らなるカップ状ヨーク２２１の中心部には軸方向に単磁
極に着磁された円柱状の永久磁石２２２を片持ち状に固
定し、カップ状ヨーク２２１の内外周底面には質量の大
きい例えばタングステン粉末を樹脂成型して形成された
錘２２３が接着剤等で固着される。駆動子２２０が軸方
向にスムーズに駆動できるようにフレーム２１１の内周
面には軸方向に複数列（実施例では３列）のガイド凸部
２１４a、２１４b,２１４cが配設されている。また、駆
動コイル２１２と駆動子２２０は、軸方向に平行な円周
状の空隙２２６，２２７を介して磁気的に係合する。即
ち、円柱状永久磁石２２２が発生する磁束は先端部で直
径方向に広がり、空隙２２６，２２７を介して駆動コイ
ル２１２と鎖交してカップ状ヨーク２２１の外周部と底
部を経て閉磁路を形成する。更に、駆動子２２０はフレ
ーム２１１の両側端に設けたコイルばね２２４，２２５
によって支持される。駆動子２２０の1次共振周波数は
駆動子２２０の質量とコイルばね２２４，２２５のステ
ィッフネスで決まり、携帯者への体感性がよいとされる
１００〜１６０Ｈｚに設定される。駆動子２２０は、一
対のコイルばね２２４，２２５によって平衡点で通常は
停止している。
【０００７】また詳細図は省略するが、円柱状永久磁石
２２２の駆動コイル２１２と磁気的に係合する先端部に
磁性材料からなる円柱状のポールピースを配設する実施
例が文献Dに示されている。実施例によればポールピー
スからの磁束分布が駆動コイル２１２の直径方向に広が
るので駆動コイル２１２の磁束鎖交数を大幅に増加させ
ることができて振動エネルギーへの変換効率を向上させ
ることができる。
【０００８】しかしながら、図４、図５では駆動力の増
大と軸方向の振動を円滑にする作用に特徴があるもの
の、フレーム２１１の内周と駆動子２２０の外周との固
体摩擦が生じてしまい、いま一つ特性の向上が望まれて
いた。本発明の目的は、前述の欠点を除去して、固体摩
擦を低減できて効率が改善され、簡単な構成で多様化す
る携帯機器に最適な軸方向の振動体を提案するものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】課題を解決するためにな
された本発明の請求項１の振動体は、円筒状のフレーム
の一側端に円筒状の駆動コイルを固定し、該駆動コイル
と空隙を介して磁気的に係合する磁性材料からなるカッ
プ状ヨークと円柱状永久磁石とで形成された駆動子を前
記フレームの両側端に設けた一対のコイルばねによって
前記駆動子が軸方向に振動するように配設したことを特
徴とするものである。
【００１０】課題を解決するためになされた本発明の請
求項２の振動体は、磁性材料からなるカップ状のヨーク
と該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁された中空
円柱状の永久磁石と磁性材料からなる中空円柱状の駆動
用のポールピースを同軸に固定して片持ち状に中心軸に
保持され、前記駆動子の中心軸が機械的にしゅう動する
ように前記フレームの両側端部にある一対の軸受で支持
されたことを特徴とするものである。
【００１１】課題を解決するためになされた本発明の請
求項３の振動体は、磁性材料からなるカップ状のヨーク
と該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁された中空
円柱状の永久磁石と中空円柱状の磁性材料からなるポー
ルピースを同軸に固定して片持ち状に保持された、前記
駆動子が前記フレームの両側端部にある一対の軸固定部
で固定された軸上を機械的にしゅう動するように配設し
たことを特徴とするものである。
【００１２】課題を解決するためになされた本発明の請
求項４の振動体は、磁性材料からなる後端部にしゅう動
軸を有するカップ状のヨークと該カップ状ヨークの中心
部に軸方向に着磁された円柱状の永久磁石と磁性材料か
らなり先端部にしゅう動軸を有する円柱状のポールピー
スを同軸上に固定して、前記駆動子の中心軸が機械的に
しゅう動するように前記フレームの両側端部にある一対
の軸受けで支持されたことを特徴とするものである。
【００１３】課題を解決するためになされた本発明の請
求項５に示す振動体の駆動子は、前記カップ状ヨークの
内外周底面に錘を配設したことを特徴とするものであ
る。
【００１４】課題を解決するためになされた本発明の請
求項６に示す振動体の駆動子は、前記円柱状の永久磁石
の前部に磁性材料からなる円柱状の駆動用ポールピース
を形成したことを特徴とするものである。
【００１５】課題を解決するためになされた本発明の請
求項７に示す振動体の駆動コイルは、円筒状の絶縁処理
した金属材料の上に巻回したことを特徴とするものであ
る。
【００１６】課題を解決するためになされた本発明の請
求項８に示す振動体の駆動は、ブリッジ回路で駆動する
ことを特徴とするものである。
【００１７】課題を解決するためになされた本発明の請
求項９に示す振動体の駆動は、正弦波または方形波の入
力で駆動されることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下では、本発明の軸方向駆動の
振動体の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は
本発明の軸方向駆動の振動体（以下では振動体と略称）
の構成半断面図である。図２は本発明の軸方向駆動の振
動体の他の実施例の構成半断面図である。図３は本発明
の軸方向駆動の振動体の他の実施例の構成半断面図であ
る。
【００１９】図１において、本発明の振動体１０は、合
成樹脂からなる円筒状のフレーム１１と駆動コイル１２
と駆動子２０とで構成される。フレーム１１の軸方向の
一側端には、形成されたフレーム軸受１１aと同軸状
に、金属材料例えば熱伝道性のよいアルミニュウムを陽
極処理して表面を電気絶縁処理した円筒状のコイルボビ
ン１３にマグネットワイヤを巻回して形成された、端子
３５，３６を有する駆動コイル１２を片持ち状に固定す
る。駆動子２０は、磁性材料からなるカップ状ヨーク２
１の中心部には軸方向に磁性材料からなる中空円柱状の
ポールピース２３を単磁極に着磁された中空円柱状の永
久磁石２２と同軸状に軸２９上に配設して片持ち状に固
定し、カップ状ヨーク２１の内外周底面には質量の大き
い例えばタングステン粉末を樹脂成型して形成された錘
２８が接着剤等で固着される。フレーム１１の他端部に
は、フレーム軸受１１aと同軸上になるブラケット軸受
３２aを有するブラケット３２が配設されている。そし
てフレーム11の一端とブラケット３２の間には駆動子２
０の軸２９が軸方向にフレーム軸受１１a,ブラケット軸
受３２aのしゅう動面をスムーズに駆動できるようにコ
イルばね２４，２５で保持されている。この場合、駆動
子２０の振動振幅の大きさがフレーム軸受１１aとブラ
ケット軸受３２aのしゅう動面内に収まるように構成さ
れる。円柱状の永久磁石による磁束は、空隙３０，３１
を介してポールピース２３、カップ状ヨーク２１を経由
して駆動コイル１２と係合する。固体摩擦は軸２９とフ
レーム軸受１１aとブラケット軸受３２aとで生じるので
引用文献Dと比べて極端に減少することがわかる。
【００２０】図２において、図１と符号を共通にして説
明すれば本発明の振動体４０は、合成樹脂からなる円筒
状のフレーム１１と駆動コイル１２と駆動子４５とで構
成される。フレーム１１の軸方向の一側端には、形成さ
れたフレーム軸受固定１１bと同心状に、金属材料例え
ば熱伝道性のよいアルミニュウムを陽極処理して表面を
電気絶縁処理した円筒状のコイルボビン１３にマグネッ
トワイヤを巻回して形成された、端子３５，３６を有す
る駆動コイル１２を片持ち状に固定する。駆動子４５
は、磁性材料からなるカップ状ヨーク２１の中心部には
軸方向に磁性材料からなる中空円柱状のポールピース２
３を単磁極に着磁された中空円柱状の永久磁石２２と同
軸状に軸２９上に配設して片持ち状に固定し、カップ状
ヨーク２１の内外周底面には質量の大きい例えばタング
ステン粉末を樹脂成型して形成された錘２８が接着剤等
で固着される。フレーム１１の両側端部には、段部２９
aを有する軸２９を固定するフレーム軸固定部１１bと同
軸上になるブラケット軸固定部３２bを有するブラケッ
ト３２が配設されている。そして駆動子４５は固定軸２
９上で軸方向に駆動できるようにコイルばね２４，２５
で保持されている。円柱状の永久磁石２２による磁束
は、空隙３０，３１を介してポールピース２３、カップ
状ヨーク２１を経由して駆動コイル１２と係合する。固
体摩擦は軸２９の径がやや縮小された段部２９aを除い
て駆動子４５の中心孔がしゅう動するので引用文献Dと
比べて極端に減少することがわかる。
【００２１】図３において、本発明の振動体５０は、合
成樹脂からなる円筒状のフレーム１１と駆動コイル１２
と駆動子５５とで構成される。フレーム１１の軸方向の
一側端には、形成されたフレーム軸受１１aと同心状
に、金属材料例えば熱伝道性のよいアルミニュウムを陽
極処理して表面を電気絶縁処理した円筒状のコイルボビ
ン１３にマグネットワイヤを巻回して形成された、端子
３５，３６を有する駆動コイル１２を片持ち状に固定す
る。駆動子５５は、磁性材料からなり後端部にカップ状
ヨーク軸２１aを有するカップ状ヨーク２１の中心部に
は軸方向に磁性材料からなり先端部にポールピース軸２
３aを有する円柱状のポールピース２３を単磁極に着磁
された円柱状の永久磁石２２と同軸状に配設して片持ち
状に固定し、カップ状ヨーク２１の内外周底面には質量
の大きい例えばタングステン粉末を樹脂成型して形成さ
れた錘２８が接着剤等で固着される。フレーム１１の両
側端部には、フレーム軸受１１aと同軸上になるブラケ
ット軸受３２aを有するブラケット３２が配設されてい
る。そしてフレーム１１の一端とブラケット３２の間に
は駆動子５５の同軸上にあるポールピース軸２３aとカ
ップ状ヨーク軸２１aが軸方向にフレーム軸受１１a,ブ
ラケット軸受３２aのしゅう動面をスムーズに駆動でき
るようにコイルばね２４，２５で保持されている。この
場合、駆動子５５の振動振幅の大きさがフレーム軸受１
１aとブラケット軸受３２aのしゅう動面内に収まるよう
に構成される。円柱状の永久磁石による磁束は、空隙３
０，３１を介してポールピース２３、カップ状ヨーク２
１を経由して駆動コイル１２と係合する。固体摩擦はポ
ールピース軸２３a、カップ状ヨーク軸２１aとフレーム
軸受１１a、ブラケット軸受３２aとで生じるので引用文
献Dと比べて極端に減少することがわかる。
【００２２】今までの本発明の振動体の説明では、フレ
ーム１１、駆動コイル１２、駆動子２０，４５、５５等
の軸方向の断面形状を製造が容易な円筒状としている
が、これに限定される必要はなく、楕円形状、方形状等
携帯機器への取り付け配置等を考慮して軸方向への駆動
子１０，４５，５５の運動を妨げないのであれば任意の
形状でよい。
【００２３】駆動子２０，４５，５５の駆動は、駆動コ
イル１２の端子３５，３６間に駆動子２０，４５，５５
の1次共振周波数とほぼ同一の基本周波数を有する正弦
波または方形波等の交流信号でブリッジ回路等によって
付勢されて駆動される。無論、正弦波または方形波によ
るユニポーラ駆動でも駆動することができる。
【００２４】駆動子２０，４５，５５にはコイルばね２
４，２５が一対用いられているが、コイルばねは1個で
もよい。この場合は、駆動動子２０，４５，５５は1方
向に押し付けられるように設定され、駆動はコイルばね
の静的な力に打ち勝つように駆動される。この方法によ
れば、携帯機器の振動、衝撃等によって駆動子２０，４
５，５５が1方向に保持されているので振動体が保護さ
れる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、簡単な構成で個体摩擦
が少なく振動発生効率のよいコスト/パフォーマンスが
優れた、無音で体感特性の優れた携帯機器用の振動体が
容易に実現できる。
【００２６】また、本発明によれば、直流モータを用い
ないので直流モータ特有のブラシ・コンミテータ間の長
寿命化や品質維持を課題としなくてよいので製造管理が
容易である。
【００２７】また、本発明によれば、駆動子の共振を用
いるので運動変換効率がよく小型で高性能な振動体を実
現することができる。
【００２８】また、本発明によれば、通常の振動モータ
のように立ち上がりに時間がかかることが少なく、音楽
に合わせてリズムを奏することも可能であり、携帯機器
の機能を豊富にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動体の構成半断面図である。
【図２】本発明の振動体の他の実施例図である。
【図３】本発明の振動体の他の実施例図である。
【図４】特願２００１−３４１２８５号の概念図であ
る。
【図５】図４のXX線断面図である。
【図６】従来例の振動モータである。
【符号の説明】
１０、４０，５０ 振動体 １１ フレーム １１a フレーム軸受 １１b フレーム軸固定部 １２ 駆動コイル １３ コイルボビン ２０，４５、５５ 駆動子 ２１ カップ状ヨーク ２１a カップ状ヨーク軸 ２２ 円柱状永久磁石 ２３ ポールピース ２３a ポールピース軸 ２４ ２５ コイルばね ２８ 錘 ２９ 軸 ３０、３１ 空隙 ３２ ブラケット ３２ａ ブラケット軸受 ３２b ブラケット固定部 ３５、３６ 端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 巨樹 山梨県富士吉田市上暮地１丁目23番１号 株式会社シチズン電子内 Ｆターム(参考） 5D107 AA03 AA09 AA12 BB08 CC08 CC09 CC10 DD03 DD12 FF05 FF07 FF08 5H633 BB03 GG02 GG05 GG06 GG09 HH03 HH07 HH14 HH25 JA02 JA08 JA10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円筒状のフレームの一側端に円筒状の駆
    動コイルを固定し、該駆動コイルと空隙を介して磁気的
    に係合する磁性材料からなるカップ状ヨークと円柱状永
    久磁石とで形成された駆動子を前記フレームの両側端に
    設けた一対のコイルばねによって前記駆動子が軸方向に
    振動するように配設したことを特徴とする軸方向駆動の
    振動体。
  2. 【請求項２】 前記軸方向駆動の振動体は、磁性材料か
    らなるカップ状のヨークと該カップ状ヨークの中心部に
    軸方向に着磁された中空円柱状の永久磁石と磁性材料か
    らなる中空円柱状の駆動用のポールピースを同軸に固定
    して片持ち状に中心軸に保持され、前記駆動子の中心軸
    が機械的にしゅう動するように一対の前記フレームの両
    側端部の軸受で支持されたことを特徴とする請求項１に
    記載の軸方向駆動の振動体。
  3. 【請求項３】 前記軸方向駆動の振動体は、磁性材料か
    らなるカップ状のヨークと該カップ状ヨークの中心部に
    軸方向に着磁された中空円柱状の永久磁石と中空円柱状
    の磁性材料からなるポールピースを同軸に固定して片持
    ち状に保持された、前記駆動子が前記フレームの両側端
    部にある一対の軸固定部で固定された軸上を機械的にし
    ゅう動するように配設したことを特徴とする請求項１に
    記載の軸方向駆動の振動体。
  4. 【請求項４】 前記軸方向駆動の振動体は、磁性材料か
    らなる後端部にしゅう動軸を有するカップ状のヨークと
    該カップ状ヨークの中心部に軸方向に着磁された円柱状
    の永久磁石と磁性材料からなる先端部にしゅう動軸を有
    する円柱状のポールピースを同軸上に固定して、前記駆
    動子の中心軸が機械的にしゅう動するように前記フレー
    ムの両側端部にある一対の軸受けで支持されたことを特
    徴とする請求項３に記載の軸方向駆動の振動体。
  5. 【請求項５】 前記軸方向駆動の振動体を構成する駆動
    子は、前記カップ状ヨークの内外周底面に錘を配設した
    ことを特徴とする請求項１または請求項４のいずれかに
    記載の軸方向駆動の振動体。
  6. 【請求項６】 前記軸方向駆動の振動体を構成する駆動
    子は、前記円柱状の永久磁石の前部に磁性材料からなる
    円柱状の駆動用ポールピースを形成したことを特徴とす
    る請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の軸方向駆動
    の振動体。
  7. 【請求項７】 前記軸方向駆動の振動体の駆動コイル
    は、円筒状の絶縁処理した金属材料の上に巻回したこと
    を特徴とする請求項１乃至請求項６いずれかに記載の軸
    方向駆動の振動体。
  8. 【請求項８】 前記軸方向駆動の振動体の駆動は、ブリ
    ッジ回路で駆動することを特徴とする請求項１乃至請求
    項７のいずれかに記載の軸方向駆動の振動体。
  9. 【請求項９】 前記軸方向駆動の振動体の駆動は、正弦
    波または方形波の入力で駆動されることを特徴とする請
    求項１乃至請求項８のいずれかに記載の軸方向駆動の振
    動体。
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