JP2877758B2

JP2877758B2 - 報知用振動発生装置

Info

Publication number: JP2877758B2
Application number: JP16139996A
Authority: JP
Inventors: 浩一川上; 俊英浜口
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2016-06-21
Also published as: JPH1014194A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話、ページ
ャー等の携帯用通信機器、或いは腕時計、玩具等の小型
機器に内蔵する報知用振動発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯用通信機器等の小型機器には、例え
ば、着信の報知、所定の時刻の報知等の報知手段が配備
されている。前記報知手段には、ベル等の音によるもの
が最も多い。しかしながら、近年、周囲の人々への配慮
から、音による報知手段だけでなく、機器を振動するこ
とによる報知手段も内蔵して、状況に応じて、両方の報
知手段を使用する、または、何れかの報知手段を選択使
用するようにした小型機器が増加している。従来からよ
く使用されている発音装置には、図４（ａ）及び（ｂ）
のようなリンガ(８)がある。これは、永久磁石(81)及び
ヨーク(82)によって構成される磁気回路部を、ケース(8
4)中に固定する。そして、ヨーク(82)にコイル(83)を固
定し、ヨーク(82)に対向する位置に、振動板(80)を配備
する。該振動板(80)の周縁をケース(84)に固定し、開口
部を有する上ぶた(85)を、ケース(84)に固定する。コイ
ル(83)に電流を流すと、ヨーク(82)は電磁石化され、先
端に磁極が発生する。このヨーク(82)に発生した磁極と
振動板(80)の有する磁極により、振動板(80)は、異極で
あればヨーク(82)に吸引され、同極であれば、ヨーク(8
2)より反発される。従って、コイル(83)に断続的に電流
を流すことにより、振動板(80)は、前記動作を繰り返
し、空気を振動させて音波を生成し、該音波が上ぶた(8
5)の開口部を通って外部に伝搬する。振動板(80)の振動
数を可聴域の振動数（約20Hz〜約20kHz）に設定するこ
とにより、音による報知が実現できる。また、従来の振
動発生装置としては、図５のような、回転軸(91)に偏心
おもり(92)を配備した円筒型直流モータ(90)が、最も多
く使用されている。該モータ(90)に通電すると、偏心お
もり(92)が回転軸(91)と共に回転することにより、振動
が発生し、該振動を機器に伝達することによって、振動
による報知が実現できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、音による報知手
段及び振動による報知手段の両方を内蔵する機器におい
ては、上記のように、音を発生する発音装置及び振動を
発生する振動発生装置の２つをそれぞれ配備する必要が
あった。従って、１つの報知装置のみを使用するときよ
りも、機器内に広いスペースが必要であった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、発音機能と振動発生機能を併
せ持つ報知用振動発生装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため、
本発明は、永久磁石を具え、第１バネ体によって固定部
材に支持された第１振動体と、前記永久磁石の磁束と交
差するように配置されたコイルを具え、第２バネ体によ
って固定部材に支持された第２振動体と、前記コイルに
接続され、設定された所定周波数の電流をコイルに通電
する通電部とから構成される。前記第１振動体及び第１
バネ体によって形成された第１振動系と、前記第２振動
体及び第２バネ体によって形成された第２振動系のうち
の一方は、周波数が可聴範囲である音波を生成して外部
に伝搬する音源として使用され、他方の振動系は、固定
部材に振動を伝達して機器を振動させる振動源として使
用される。さらに、本発明は、前記通電部に接続され、
通電部が前記コイルに通電する電流の周波数を、前記第
１振動系の固有振動数ｆ₀₁に略一致する周波数、また
は、前記第２振動系の固有振動数ｆ₀₂に略一致する周波
数に切り替える切替回路を具えることができる。

【０００６】

【作用】上記構成の報知用振動発生装置に対して、通電
部がコイルに通電すると、永久磁石を具える第１振動体
とコイルを具える第２振動体の間には、電流と磁界の相
互作用による電磁力が働く。従って、電流値が周期的に
変化する電流をコイルに通電することによって、第１振
動系及び第２振動系には、それぞれ、前記電磁力を周期
的な強制力とする強制振動が発生する。該強制振動によ
り、音源として使用される振動系は、周波数が可聴範囲
である音波を生成して外部に伝搬し、振動源として使用
される振動系は、固定部材に振動を伝達して機器を振動
させる。また、本発明の報知用振動発生装置に上記切替
回路を具えることにより、通電部は、第１振動系及び第
２振動系の中の何れか一方の固有振動数に略一致する周
波数の電流をコイルに通電することになる。このとき、
該固有振動数を有する振動系には、共鳴現象が起こっ
て、該振動系の振幅が最大となる。

【０００７】

【発明の効果】本発明の報知用振動発生装置は、１つの
電磁駆動部品によって、２つの振動系に強制振動を発生
し、該振動によって、一方の振動系が音源として発音機
能を提供でき、他方の振動系が振動源として機器の振動
機能を提供できる。その結果、報知用の装置を小型化及
び低価格化できることになる。また、切替回路によっ
て、一方の振動系に共鳴現象を発生させることができ、
専ら、音または機器の振動の何れか一方を発生させるこ
とができる。従って、切替回路によって、発音機能また
は機器の振動機能の何れかを提供することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面に沿って詳述する。なお、所定周波数の電流を
コイル(40)に通電する通電部(６)と、該周波数を切り替
える切替回路(60)に関しては、従来から一般的な回路と
して知られている。図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形
態の報知用振動発生装置を示し、該振動発生装置は、２
つの振動系と、振動系を支持する固定部材(５)を具え
る。固定部材(５)は、本実施形態では、第１振動系を支
持する下ケース(50)と、第２振動系を支持し且つ下ケー
ス(50)と結合する上ケース(51)とによって構成され、下
ケース(50)及び上ケース(51)の結合によって内部に形成
される空間に、２つの振動系が収納される。上ケース(5
1)の中央部には、外部に音波を伝搬するための開口部(5
2)が開いている。

【０００９】第１振動系は、金属薄板、ゴム、樹脂等の
弾性材を用いて、面と垂直方向に変形可能に形成された
第１バネ体(１)と、永久磁石(30)を具える第１振動体
(３)とによって構成され、第１バネ体(１)の内周側に、
第１振動体(３)が接着等により取り付けられ、第１バネ
体(１)の外周側が下ケース(50)に接着等により取り付け
られる。これにより、第１振動系は、下ケース(50)に対
して上下に振動可能となる。第１バネ体(１)には、図１
（ａ）に示すように、固定部材(５)と第１振動体(３)と
に固定される部分の間に、渦巻状の切込みが施されてい
る。永久磁石(30)を具える第１振動体(３)には、外部へ
の磁界の漏れを防ぎ、且つ、電流と磁界の相互作用によ
って働く電磁力を効率よく発生させるために、永久磁石
(30)の上下にそれぞれ上ヨーク(31)及び下ヨーク(32)が
配備され、これにより磁気回路が形成される。永久磁石
(30)は、上面がＮ極、下面がＳ極となるように、環状に
形成され、上ヨーク(31)は、内周に垂直壁を有するリン
グ体形状に形成され、且つ下ヨーク(32)は、中央に***
部を有する円板形状に形成される。上ヨーク(31)の垂直
壁と下ヨーク(32)の中央***部との間には、後記する第
２振動体(４)が上下動可能となるような磁気ギャップ(3
3)が形成される。

【００１０】一方、第２振動系は、第１バネ体(１)と同
様の弾性材を用いて、面と垂直方向に変形可能に形成さ
れた第２バネ体(２)と、コイル(40)を具える第２振動体
(４)とによって構成され、第２バネ体(２)の内周側に、
第２振動体(４)が接着等により取り付けられ、第２バネ
体(２)の外周側が上ケース(51)に接着等により取り付け
られる。これにより、第２振動体(４)は、上ケース(51)
に対して上下に振動可能となる。第２振動体(４)は、コ
イル(40)、該コイル(40)を支持するボビン(41)、及び音
波を発生するための振動板(43)によって構成される。ボ
ビン(41)は、円筒形状で、第２バネ体(２)に取り付けら
れ、ボビン(41)の外周にコイル(40)が巻回されている。
ボビン(41)の上面には、振動板(43)が配備される。コイ
ル(40)及びボビン(41)は、第１振動体(３)の磁気ギャッ
プ(33)内を移動可能に配備される。

【００１１】以上のように、各振動系が配備された下ケ
ース(50)及び上ケース(51)を結合し、コイル(40)の端子
(42)(42)を、設定された所定周波数の電流をコイル(40)
に流す通電部(６)（図１には示さず）に電気的に接続す
る。このとき、第１振動体(３)において、図２（ａ）及
び（ｂ）に矢印で示す方向の磁気回路が、永久磁石(3
0)、上ヨーク(31)、下ヨーク(32)及び磁気ギャップ(33)
を含んで形成され、磁気ギャップ(33)内の磁界は、径方
向内向きとなる。また、コイル(40)に流れる電流の向き
が、装置の上から見て反時計回りであるとすると、磁界
と該磁界に交差する電流との相互作用によって、図２
（ａ）のように、第１振動体(３)及び第２振動体(４)の
間に斥力が働く。逆に、コイル(40)に流す電流の向きを
反対にすると、図２（ｂ）のように、第１振動体(３)及
び第２振動体(４)の間に引力が働く。従って、コイル(4
0)に通電する電流値を周期的に変化させることにより、
第１振動体(３)及び第２振動体(４)にそれぞれ外力とし
て周期的な電磁力を働かせることになり、１組の永久磁
石(30)及びコイル(40)によって、第１振動系及び第２振
動系に、それぞれ強制振動を発生させることができる。
この強制振動によって、第１振動系は、第１振動体(３)
をケース(50)(51)に衝突させるか、或いは、第１バネ体
(１)の復元力によって、ケース(50)(51)に振動を伝達し
て、機器を振動させ、振動による報知が実現できる。ま
た、この強制振動によって、第２振動系は、第２振動体
(４)の振動板(43)が空気を振動させて音波を生成し、該
音波が上ケース(51)の開口部(52)を通って外部に伝搬す
る。音波の振動数が可聴域（約20Hz〜約20kHz）であれ
ば、音による報知が実現できる。

【００１２】ある振動系が発音源として効果的に機能す
るには、人間の聴感上最も感度が高い２〜３kHzの周波
数で、できる限り大きく振動させることが望ましい。ま
た、従来から機器の振動源として用いられている振動発
生装置の周波数は、概ね100Hz前後である。従って、あ
る振動系が振動源として効果的に機能するには、100Hz
前後の周波数で、できる限り大きく振動させることが望
ましい。本実施形態の２つの振動系は、何れも１自由度
振動系であり、その固有振動数ｆ₀は、粘性率を微小で
あるため無視し、且つバネ体の質量を、振動体の質量よ
りもはるかに小さいとして無視すると、ｆ₀＝（１／２π）（ｋ／ｍ）^1/2 で表わされる。ここで、πは円周率、ｋはバネ体のバネ
係数、且つｍは振動体の質量である。従って、各振動系
におけるバネ体のバネ係数と振動体の質量を適当に設定
することにより、所望の固有振動数を得ることができ
る。以下、第１振動系の固有振動数ｆ₀₁を３ｋHzとし、
第２振動系の固有振動数ｆ₀₂を100Hzとし、第１振動体
(３)及び第２振動体(４)の質量が略等しいとして、コイ
ル(40)に通電する電流の周波数と、第１振動体(３)及び
第２振動体(４)それぞれの振幅との関係を説明する。

【００１３】１自由度振動系において、電流と磁界によ
る周期的な外力を振動体に加えるとき、振動体の振幅Ｇ
は、コイルのインダクタンスを無視すると、｜Ｇ｜＝（ＫＢＬ）／｛ｒ²（ｋ−ｍω²）²＋Ｋ⁴Ｂ⁴Ｌ⁴
ω²｝^1/2 で表わされる。ここで、Ｋは比例定数、Ｂは磁気ギャッ
プ(33)内の磁束密度、Ｌはコイル(40)の有効長さ、ｒは
コイル(40)の直流抵抗、且つωはコイル(40)に通電する
電流の角周波数（＝２πｆ）である。このときの振動体
の振幅と電流周波数との関係を示すグラフが図３であ
る。図３を参照すると、振動体の振幅は、電流周波数が
約100Hz以下の領域では、第１振動体の方が、第２振動
体(４)よりもはるかに大きく、その差が約59dBである。
電流周波数が約100Hzのときに、第１振動体(３)の振幅
が最大となる。周波数が約100Hzを超えると、第１振動
体(３)の振幅は、指数関数的に減少する。一方、第２振
動体(４)の振幅は、周波数が約３kHzに近づくにつれて
増加し、約３kHzのときに最大となり、第１振動体(３)
よりも大きくなる。そして、周波数が約３kHzを超える
と、第１振動体(３)と同様に第２振動体(４)の振幅も、
指数関数的に減少していく。

【００１４】従って、通電部(６)がコイル(40)に通電す
る電流の周波数を、第１振動系の固有振動数ｆ₀₁≒100H
z、または、第２振動系の固有振動数ｆ₀₂≒３kHzに切り
替える切替回路(60)を通電部(６)に接続し、該切替回路
(60)によって、通電部(６)がコイル(40)に通電する電流
の周波数を約100Hzにすると、第１振動体(３)が第２振
動体(４)よりも大きく振動して、専ら、機器の振動によ
る報知を実現できる。また、切替回路(60)によって、通
電部(６)がコイル(40)に通電する電流の周波数を約３kH
zにすると、第２振動体(４)が第１振動体(３)よりも大
きく振動して、専ら、音の発生による報知を実現でき
る。

【００１５】なお、第１振動体(３)がケース(50)(51)に
衝突することにより振動を伝達する場合、第１振動体
(３)及びケース(50)(51)が衝突によって破損することを
防ぐために、図１（ａ）及び（ｂ）のように、第１振動
体(３)における衝突する部分にゴム等の緩衝材(７)を配
備することが望ましい。前記緩衝材(７)は、ケース(50)
(51)における衝突する部分に配備してもよい。

【００１６】上記実施形態の説明は、本発明を説明する
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、
本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の
範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であるこ
とは勿論である。例えば、本実施形態では、各部材の形
状を円形にし、第１振動体(３)の上方に第２振動体(４)
を配備したが、永久磁石(30)による磁界とコイル(40)に
流れる電流とによって、第１振動体(３)及び第２振動体
(４)が振動可能な方向に電磁力が働くように配置しさえ
すれば、各部材の形状及び位置は任意に選択できる。同
様に、第１振動系に音波を発生するための振動板を配備
して音源とし、第２振動系をケース(50)(51)を介して機
器に振動を伝達する振動源とすることもできる。なお、
ケース(50)(51)に形成される開口部(52)の位置は、音源
の近くであることが望ましい。また、機器の振動または
音が使用者によって感知できさえすれば、各振動系の質
量またはバネ係数を任意に設定できる。また、通電部
(６)が生成する電流は、図２（ａ）及び（ｂ）のよう
に、周期的に電流の向きが変わる交流波形であるのが望
ましい。しかしながら、ある物体を強制的に振動させる
には、該物体に周期的に変化する外力を加えればよく、
従って、コイル(40)通電する電流は、周波数が一定であ
りさえすれば、交流波形のように、１周期の間の平均電
流値がゼロである必要はなく、さらに、電流の波形も、
正弦波、三角波等任意の周期的に変化する波形が利用で
きる。さらに、各振動系は、本実施形態では、ケース(5
0)(51)内に収納されたが、機器に直接配備することもで
きる。すなわち、固定部材(５)は、機器自体または機器
に固定される部材であれば、任意に選択できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における報知用振動発生装置を示す
図であり、（ａ）は分解図、（ｂ）は縦端面図である。

【図２】本実施形態における動作を示す図１（ｂ）の要
部拡大図であり、（ａ）はコイルの一方向に電流を流し
たときを示し、（ｂ）はその反対方向に流したときを示
す。

【図３】本実施形態において、コイルに流す電流の周波
数に対する振動体の振幅特性を示すグラフである。

【図４】従来の発音装置を示す図であり、（ａ）は分解
図、（ｂ）は縦端面図である。

【図５】従来の振動発生装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

(１) 第１バネ体 (２) 第２バネ体 (３) 第１振動体 (４) 第２振動体 (５) 固定部材 (６) 通電部 (30) 永久磁石 (40) コイル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石(30)を含む第１振動体(３)を、
第１バネ体(１)によって固定部材(５)に支持された第１
振動系と、前記永久磁石(30)の磁束と交差するように配
置されたコイル(40)を含む第２振動体(４)を、第２バネ
体(２)によって固定部材(５)に支持された第２振動系と
を具え、前記第１振動系は、固定部材(５)に振動を伝達して機器
を振動させる振動源として使用され、前記第２振動系
は、周波数が可聴範囲である音波を生成して外部に伝搬
する音源として使用されることを特徴とする報知用振動
発生装置。
【請求項２】コイル(40)に接続され、設定された所定
周波数の電流をコイル(40)に通電する通電部(６)を具え
ており、通電部(６)には、コイル(40)に通電する電流の周波数
を、第１振動系の固有振動数ｆ₀₁に略一致する周波数、
及び、第２振動系の固有振動数ｆ₀₂に略一致する周波数
に切り替える切替回路が配備された請求項１に記載の報
知用振動発生装置。
【請求項３】第１振動体(３)は、衝突によって固定部
材(５)に振動を伝達することを特徴とする、請求項１ま
たは請求項２に記載の報知用振動発生装置。
【請求項４】第１振動体(３)または固定部材(５)に
は、振動の際に衝突する部分に緩衝材(７)を配備するこ
とを特徴とする、請求項３に記載の報知用振動発生装
置。
【請求項５】第１振動系及び第２振動系は、上面に開
口部(52)を有する固定部材(５)に収容されている、請求
項１乃至請求項４の何れかに記載の報知用振動発生装
置。
【請求項６】第１バネ体(１)は、固定部材(５)と第１
振動体(３)とに固定される部分の間に、渦巻状の切込み
が施されている、請求項１乃至請求項５の何れかに記載
の報知用振動発生装置。