JPH11155273A - Vibration device - Google Patents
Vibration deviceInfo
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- JPH11155273A JPH11155273A JP32165497A JP32165497A JPH11155273A JP H11155273 A JPH11155273 A JP H11155273A JP 32165497 A JP32165497 A JP 32165497A JP 32165497 A JP32165497 A JP 32165497A JP H11155273 A JPH11155273 A JP H11155273A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動電流によって
駆動される直線振動型の振動装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear vibration type vibration device driven by a drive current.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、電波を用いた無線電話（たとえば
携帯電話やＰＨＳ等）や無線呼出装置（たとえば商品名
ポケットベルやページャー等）などの携帯用端末機器に
おいて、電話や呼出の着信があった場合に、大きな電子
音を発して聴覚的に使用者に告知している。しかし、近
年、携帯電話等が急速に普及して、他人の着信を自己の
着信と誤認したり、電車や映画館等の公共施設で静寂を
妨害する点が社会問題化している。その対策として、着
信があると端末機器が振動を発生して、触覚的に携帯者
に知らせるバイブレータ方式が採用されつつある（たと
えば特開平６−２２４８１６号等）。2. Description of the Related Art Conventionally, in a portable terminal device such as a radio telephone (for example, a mobile phone or a PHS) using radio waves or a radio paging device (for example, a product name pager or pager), an incoming call or a call is received. In this case, a loud electronic sound is emitted to notify the user aurally. However, in recent years, mobile phones and the like have rapidly spread, and misrecognition of another person's incoming call as their own incoming call or obstructing silence in public facilities such as trains and movie theaters have become social problems. As a countermeasure, a vibrator system has been adopted in which a terminal device generates vibration when an incoming call is received and informs the carrier tactilely (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-224816).
【０００３】従来のバイブレータ方式では、小型モータ
の回転軸に偏心錘を取り付けて、回転運動によって振動
を発生する回転振動型の振動装置が採用されている（た
とえば特開平８−１８６６２６号、特開平８−２４２２
７３号等）。[0003] In the conventional vibrator system, a rotary vibration type vibration device that generates vibration by a rotational motion by attaching an eccentric weight to a rotating shaft of a small motor is employed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-186626 and 8-186626, and 8-2422
No. 73).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動装置では大きな重量物を回転させるため、ある程度
大きなトルクを出力するモータが必要になり、モータの
小型化や省電力化に自ずと限界がある。また、偏心回転
によって軸受の負担が大きくなるため、機械的寿命があ
まり長くない。However, in order to rotate a large heavy object, a conventional vibrating device requires a motor that outputs a relatively large torque, and there is naturally a limit in reducing the size and power consumption of the motor. In addition, since the load on the bearing is increased by the eccentric rotation, the mechanical life is not so long.
【０００５】本発明の目的は、電気から機械振動への変
換効率が高く、小型化・低消費電力化が可能で信頼性が
高い振動装置を提供することである。It is an object of the present invention to provide a highly reliable vibration device which has a high conversion efficiency from electric to mechanical vibration, can be reduced in size and consumes less power, and has high reliability.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、中空形状であ
って磁性材料から成る固定ヨークと、固定ヨーク内の中
心軸方向に沿って変位可能なように支持され、変位方向
と平行な方向に磁化され、固定ヨークとの磁気作用によ
って復元力が付与された振動子と、固定ヨークおよび振
動子が形成する磁気回路を通過する磁界に対して、駆動
磁界を重畳するための電磁コイルと、固定ヨークと振動
子との間に介在して、固定ヨークを通過する磁界を振動
子側に集束させるための集束ヨークとを備えることを特
徴とする振動装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a fixed yoke made of a magnetic material having a hollow shape, and supported so as to be displaceable along a central axis direction in the fixed yoke, in a direction parallel to the direction of displacement. A vibrator magnetized into a fixed yoke and a restoring force given by a magnetic action with the fixed yoke, an electromagnetic coil for superimposing a driving magnetic field on a magnetic field passing through a magnetic circuit formed by the fixed yoke and the vibrator, A vibrating device comprising: a focusing yoke interposed between a fixed yoke and a vibrator, for converging a magnetic field passing through the fixed yoke to the vibrator side.
【０００７】本発明に従えば、中空形状の固定ヨークの
内部に磁化振動子を配置することによって、磁化振動子
のＮ極から出た磁力線が固定ヨークを通過して、磁化振
動子のＳ極に戻る磁気回路が形成される。振動子は、全
体のポテンシャルエネルギーが最も低い状態で安定し、
またこの点を原点とした復元力が作用する。この現象
は、振動子がばねによって支持され、ばねの伸び縮みに
よる復元力が生じたことに相当する。According to the present invention, by arranging the magnetized oscillator inside the hollow fixed yoke, the magnetic field lines coming out of the N pole of the magnetized oscillator pass through the fixed yoke and the S pole of the magnetized oscillator. To form a magnetic circuit. The oscillator stabilizes with the lowest total potential energy,
Also, a restoring force with this point as the origin acts. This phenomenon corresponds to the fact that the vibrator is supported by the spring and a restoring force is generated by the expansion and contraction of the spring.
【０００８】この状態で磁気回路を通過する磁界に対し
て電磁コイルからの駆動磁界を周期的に重畳することに
よって、振動子に作用する磁界が周期的に変動するよう
になり、振動子が直線的に往復しながら振動するように
なる。こうして電気的振動を機械的振動に効率良く変換
できる。In this state, the driving magnetic field from the electromagnetic coil is periodically superimposed on the magnetic field passing through the magnetic circuit, so that the magnetic field acting on the vibrator periodically fluctuates. Vibrates while reciprocating. Thus, electric vibration can be efficiently converted into mechanical vibration.
【０００９】さらに、集束ヨークを固定ヨークと振動子
との間に介在させ、固定ヨークを通過する磁界を振動子
側に集束させることによって、固定ヨークと振動子との
間の磁気作用が増強され、振動子の復元力がより大きく
なる。そのため固定ヨーク単体の場合と比べて、振動子
の共振周波数Ｆｍと振動力をより高く設定できる。Furthermore, the magnetic action between the fixed yoke and the vibrator is enhanced by interposing the focusing yoke between the fixed yoke and the vibrator and converging the magnetic field passing through the fixed yoke to the vibrator. Therefore, the restoring force of the vibrator becomes larger. Therefore, the resonance frequency Fm and the vibration force of the vibrator can be set higher than in the case of the fixed yoke alone.
【００１０】また、集束ヨークの材質や寸法、形状等を
変化させることによって、共振周波数Ｆｍを任意に調整
できる。そのため振動装置の製造時に本体部品を共通化
して、種々の集束ヨークと組み合わせることによって、
所望の共振周波数Ｆｍを持つ振動装置が得られるため、
低コストで多品種少量生産にも容易に対応できる。The resonance frequency Fm can be arbitrarily adjusted by changing the material, size, shape, etc. of the focusing yoke. Therefore, the body parts are made common during the manufacture of the vibration device, and by combining with various focusing yokes,
Since a vibration device having a desired resonance frequency Fm can be obtained,
It can easily handle low-cost, high-mix low-volume production.
【００１１】また本発明は、振動子の復元力と質量によ
って規定される機械的共振周波数Ｆｍと駆動磁界の周波
数Ｆａとが略一致することを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the mechanical resonance frequency Fm defined by the restoring force and the mass of the vibrator substantially coincides with the frequency Fa of the driving magnetic field.
【００１２】本発明に従えば、振動子の質量および復元
力で機械的共振周波数Ｆｍが定まるため、この共振周波
数Ｆｍとほぼ一致する周波数Ｆａの駆動磁界を印加する
ことによって共振現象が発生し、僅かなエネルギー供給
によって大きな振幅の振動が持続するようになる。こう
して電気から機械振動への変換効率が高くなり、少ない
消費電力で大きな振動出力が得られるようになる。According to the present invention, the mechanical resonance frequency Fm is determined by the mass and the restoring force of the vibrator. Therefore, by applying a driving magnetic field having a frequency Fa substantially equal to the resonance frequency Fm, a resonance phenomenon occurs. A small supply of energy causes large amplitude oscillations to persist. Thus, the conversion efficiency from electric to mechanical vibration is increased, and a large vibration output can be obtained with low power consumption.
【００１３】また本発明は、前記電磁コイルは、固定ヨ
ークと同軸に配置されていることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the electromagnetic coil is arranged coaxially with a fixed yoke.
【００１４】本発明に従えば、駆動磁界を発生する電磁
コイルを固定ヨークと同軸で配置することによって、振
動子の磁化方向と交流磁界の方向とが一致するため、電
磁コイルから振動子への磁界伝達効率が向上する。According to the present invention, the magnetizing direction of the vibrator and the direction of the AC magnetic field coincide with each other by arranging the electromagnetic coil for generating the driving magnetic field coaxially with the fixed yoke. The magnetic field transmission efficiency is improved.
【００１５】また本発明は、振動子は同極性の磁極が対
向するように縦列配置された複数の磁石で構成され、電
磁コイルが振動子の復元力原点を取り囲むように配置さ
れ、電磁コイルを挟んで、複数の集束ヨークが復元力原
点を中心として対称配置されていることを特徴とする。Further, according to the present invention, the vibrator is constituted by a plurality of magnets arranged in tandem so that magnetic poles of the same polarity face each other, and the electromagnetic coil is disposed so as to surround the restoring force origin of the vibrator. A plurality of converging yokes are symmetrically arranged around the origin of the restoring force.
【００１６】本発明に従えば、複数の磁石を縦列配置
し、同極性の磁極（たとえばＮ極同士またはＳ極同士）
を対向させることによって、対向した各磁極からの磁力
線が互いに反発して、磁石配置方向に垂直な平面に沿っ
て放射状に磁界が分布するようになる。こうした平面状
の磁界は、単一の磁石が形成する磁界と比べて、磁力線
密度が格段に高くなるため、外側の磁気回路部品との相
互作用がより強くなる。According to the present invention, a plurality of magnets are arranged in tandem, and magnetic poles of the same polarity (for example, N poles or S poles)
Are opposed to each other, the lines of magnetic force from the opposed magnetic poles repel each other, and the magnetic field is distributed radially along a plane perpendicular to the magnet arrangement direction. Such a planar magnetic field has a much higher magnetic field line density than a magnetic field formed by a single magnet, and therefore has a stronger interaction with the outer magnetic circuit components.
【００１７】さらに、電磁コイルを振動中心に配置する
ことによって、振動子が形成する平面状磁界と電磁コイ
ルとの相互作用が強くなり、振動子へのエネルギー伝達
効率が向上する。また、電磁コイルを挟むように複数の
集束ヨークを対称配置することによって、振動子両端か
らの磁力線との相互作用を増強できる。こうして振動子
の駆動効率が向上するため、小さい電力で大きな振動を
発生できる。Further, by arranging the electromagnetic coil at the center of the vibration, the interaction between the planar magnetic field formed by the vibrator and the electromagnetic coil is increased, and the efficiency of energy transfer to the vibrator is improved. Further, by symmetrically arranging a plurality of focusing yokes so as to sandwich the electromagnetic coil, the interaction with magnetic lines of force from both ends of the vibrator can be enhanced. In this way, the driving efficiency of the vibrator is improved, so that large vibration can be generated with small electric power.
【００１８】また本発明は、振動子は同極性の磁極が対
向するように縦列配置された複数の磁石で構成され、集
束ヨークが振動子の復元力原点を取り囲むように配置さ
れ、集束ヨークを挟んで、複数の電磁コイルが復元力原
点を中心として対称配置されていることを特徴とする。Further, according to the present invention, the vibrator is constituted by a plurality of magnets arranged in tandem so that magnetic poles of the same polarity face each other, and the focusing yoke is arranged so as to surround the restoring force origin of the vibrator. A plurality of electromagnetic coils are symmetrically arranged about the restoring force origin.
【００１９】本発明に従えば、複数の磁石を縦列配置
し、同極性の磁極（たとえばＮ極同士またはＳ極同士）
を対向させることによって、対向した各磁極からの磁力
線が互いに反発して、磁石配置方向に垂直な平面に沿っ
て放射状に磁界が分布するようになる。こうした平面状
の磁界は、単一の磁石が形成する磁界と比べて、磁力線
密度が格段に高くなるため、外側の磁気回路部品との相
互作用がより強くなる。According to the present invention, a plurality of magnets are arranged in tandem and magnetic poles of the same polarity (for example, between N poles or between S poles)
Are opposed to each other, the lines of magnetic force from the opposed magnetic poles repel each other, and the magnetic field is distributed radially along a plane perpendicular to the magnet arrangement direction. Such a planar magnetic field has a much higher magnetic field line density than a magnetic field formed by a single magnet, and therefore has a stronger interaction with the outer magnetic circuit components.
【００２０】さらに、集束ヨークを振動中心に配置する
ことによって、振動子が形成する平面状磁界と集束ヨー
クとの相互作用が強くなり、振動子の復元力が強くな
る。また、集束ヨークを挟むように複数の電磁コイルを
対称配置することによって、振動子両端での磁界と電磁
コイルとの相互作用が強くなり、振動子へのエネルギー
伝達効率が向上する。こうして振動子の駆動効率が向上
するため、小さい電力で大きな振動を発生できる。Further, by disposing the focusing yoke at the center of vibration, the interaction between the planar magnetic field formed by the vibrator and the focusing yoke is enhanced, and the restoring force of the vibrator is enhanced. Further, by symmetrically arranging the plurality of electromagnetic coils so as to sandwich the focusing yoke, the interaction between the magnetic field and the electromagnetic coils at both ends of the vibrator is enhanced, and the efficiency of energy transfer to the vibrator is improved. In this way, the driving efficiency of the vibrator is improved, so that large vibration can be generated with small electric power.
【００２１】まず本発明の原理について説明する。振動
子の静止位置を原点Ｏとして、原点Ｏからの変位をｘと
し、振動子に作用する復元力をｆ、振動子の質量をＭと
すると、復元力ｆは変位ｘの関数となり、図１に示すよ
うに、一次近似ではｆ＝ｋ・ｘの線形関数となる。な
お、ｋはばね係数である。この場合、振動子の共振周波
数Ｆｍは次式（１）で表せる。First, the principle of the present invention will be described. Assuming that the rest position of the vibrator is the origin O, the displacement from the origin O is x, the restoring force acting on the vibrator is f, and the mass of the vibrator is M, the restoring force f is a function of the displacement x. As shown in (1), the linear approximation is a linear function of f = k · x. Note that k is a spring coefficient. In this case, the resonance frequency Fm of the vibrator can be expressed by the following equation (1).
【００２２】[0022]
【数１】 (Equation 1)
【００２３】この共振周波数Ｆｍと同じ周波数Ｆａの駆
動磁界を電磁コイルで発生させて振動子に印加すると、
振動子は共振振動を始める。電磁コイルの駆動電流波形
は周波数Ｆａの成分を含むもので、たとえば周波数Ｆａ
の正弦波電流やパルス電流が可能であり、また全波駆動
や半波駆動も可能である。When a driving magnetic field having the same frequency Fa as the resonance frequency Fm is generated by the electromagnetic coil and applied to the vibrator,
The vibrator starts resonance vibration. The driving current waveform of the electromagnetic coil includes a component of the frequency Fa.
Sine wave current and pulse current, and full-wave driving and half-wave driving are also possible.
【００２４】図２は、振動子の共振特性を示すグラフで
ある。縦軸は振動子の振幅Ａであり、横軸は駆動磁界の
周波数Ｆａである。グラフにおいて、共振周波数Ｆｍで
最大振幅となり、共振周波数Ｆｍから外れると振幅は減
少する共振カーブが見られ、共振ピークの鋭さを示すＱ
値は摩擦や空気抵抗等のエネルギー損失によって決定さ
れる。FIG. 2 is a graph showing resonance characteristics of the vibrator. The vertical axis is the amplitude A of the vibrator, and the horizontal axis is the frequency Fa of the driving magnetic field. In the graph, the resonance amplitude becomes maximum at the resonance frequency Fm, and the amplitude decreases when the resonance frequency Fm deviates from the resonance frequency Fm.
The value is determined by energy loss such as friction and air resistance.
【００２５】一方、復元力ｆと変位ｘとが非線形関係
で、ばね係数ｋが変位ｘの関数である場合は、ｆ＝ｋ
（ｘ）・ｘと表され、機械的周波数Ｆｍは振動子の振幅
に依存することになり、式（１）のように簡単には決ま
らない。しかしながら、このような振動装置に駆動磁界
を周期的に重畳した場合でも、振動子の質量Ｍと復元力
ｋ（ｘ）、振幅Ａに応じて振動子を直線的に往復振動さ
せることが可能である。On the other hand, if the restoring force f and the displacement x have a non-linear relationship and the spring coefficient k is a function of the displacement x, then f = k
(X) · x, and the mechanical frequency Fm depends on the amplitude of the vibrator, and is not easily determined as in equation (1). However, even when a driving magnetic field is periodically superimposed on such a vibrating device, the vibrator can be linearly reciprocated in accordance with the mass M of the vibrator, the restoring force k (x), and the amplitude A. is there.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】図３は、本発明の第１実施形態を
示す構成図である。振動装置は、中空形状の固定ヨーク
１１と、固定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って
変位可能なように支持された振動子３と、駆動磁界Ｈａ
を発生するための電磁コイル１２と、電磁コイル１２に
交流電流などの正弦波またはパルス波などの駆動電流Ｉ
を供給する発振器２０などで構成され、さらに固定ヨー
ク１１の内側に中空形状の集束ヨーク１６が配置されて
いる。FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The vibrating device includes a hollow fixed yoke 11, a vibrator 3 supported inside the fixed yoke 11 so as to be displaceable along a central axis X direction, and a driving magnetic field Ha.
And a driving current I such as a sine wave or a pulse wave such as an AC current.
And a hollow focusing yoke 16 is arranged inside the fixed yoke 11.
【００２７】固定ヨーク１１は、透磁率の大きな磁性材
料で形成され、たとえば円筒状に形成されている。振動
子３は、円柱状の永久磁石で形成され、磁化方向が変位
方向と平行になるように円柱の上面および下面がＮ極、
Ｓ極に着磁されている。また、振動子３の周囲には、振
動子３の直線運動を滑らかに案内するための案内部材
（不図示）が設けられる。The fixed yoke 11 is formed of a magnetic material having a high magnetic permeability, and is formed, for example, in a cylindrical shape. The vibrator 3 is formed of a columnar permanent magnet, and the upper and lower surfaces of the column are N poles so that the magnetization direction is parallel to the displacement direction.
The S pole is magnetized. A guide member (not shown) for guiding the linear motion of the vibrator 3 smoothly is provided around the vibrator 3.
【００２８】集束ヨーク１６は、固定ヨーク１１と同様
に透磁率の大きな磁性材料で形成され、固定ヨーク１１
と振動子３との間に介在して、固定ヨーク１１と振動子
３端部との磁気的距離を近づけることと大きな透磁率に
より、固定ヨーク１１を通過する磁界を振動子側に集束
させ、振動子との磁気作用を強くする機能を有する。な
お、図３では集束ヨーク１６を固定ヨーク１１とは別部
品で構成しているが、両者を一体的に形成することも可
能である。The focusing yoke 16 is made of a magnetic material having a high magnetic permeability, like the fixed yoke 11.
The magnetic field passing through the fixed yoke 11 is focused on the vibrator side by reducing the magnetic distance between the fixed yoke 11 and the end of the vibrator 3 by interposing the fixed yoke 11 and the end of the vibrator 3. It has the function of strengthening the magnetic action with the vibrator. In FIG. 3, the focusing yoke 16 is formed as a separate component from the fixed yoke 11, but both may be formed integrally.
【００２９】こうした中空形状の固定ヨーク１１の内部
に振動子３を配置することによって、振動子３のＮ極か
ら出た磁力線が固定ヨーク１１を通過して、振動子３の
Ｓ極に戻る磁気回路が形成される。磁力線は、固定ヨー
ク１１のＸ軸を中心として回転対称となるように分布
し、振動子３は全体のポテンシャルエネルギーが最も低
くなる位置（点Ｏ）で安定する。この安定位置は、外側
の磁性部品の特性や形状等によって定まり、集束ヨーク
１６が固定ヨーク１１の対称中心点に関して非対称に配
置されているため、点Ｏは固定ヨーク１１の対称中心点
よりシフトする。By arranging the vibrator 3 inside such a hollow fixed yoke 11, magnetic lines of magnetic force emitted from the N pole of the vibrator 3 pass through the fixed yoke 11 and return to the S pole of the vibrator 3. A circuit is formed. The lines of magnetic force are distributed so as to be rotationally symmetric about the X-axis of the fixed yoke 11, and the vibrator 3 is stabilized at a position (point O) where the overall potential energy is lowest. This stable position is determined by the characteristics, shape, and the like of the outer magnetic component. Since the focusing yoke 16 is asymmetrically disposed with respect to the center of symmetry of the fixed yoke 11, the point O is shifted from the center of symmetry of the fixed yoke 11. .
【００３０】この状態で、振動子３が原点Ｏから正また
は負の方向に変位すると、振動子３には原点Ｏに戻ろう
とする復元力が作用する。こうした復元力は、振動子３
の振幅範囲において変位量にほぼ比例させることが可能
なため、ちょうど振動子３がＸ軸に沿って線形ばねで支
持された現象に近似できる。In this state, when the vibrator 3 is displaced in the positive or negative direction from the origin O, a restoring force acts on the vibrator 3 to return to the origin O. Such a restoring force is applied to the vibrator 3
Can be almost proportional to the amount of displacement in the amplitude range of, so that it is possible to approximate the phenomenon in which the vibrator 3 is supported by a linear spring along the X axis.
【００３１】この状態で磁気回路を通過する磁界に対し
て電磁コイル１２からの駆動磁界を周期的に重畳するこ
とによって、振動子３に作用する磁界が周期的に変動す
るようになり、振動子３が直線的に往復しながら振動す
るようになる。In this state, the driving magnetic field from the electromagnetic coil 12 is periodically superimposed on the magnetic field passing through the magnetic circuit, so that the magnetic field acting on the vibrator 3 periodically fluctuates. 3 vibrates while reciprocating linearly.
【００３２】図３において、電磁コイル１２はＸ軸の周
りに導線を巻回するように構成され、固定ヨーク１１と
同軸に配置することによって、Ｘ軸と平行な駆動磁界Ｈ
ａを発生するため、効率的な磁界重畳が実現している。In FIG. 3, the electromagnetic coil 12 is constructed so as to wind a conductor around the X axis, and is arranged coaxially with the fixed yoke 11 so that a driving magnetic field H parallel to the X axis is provided.
Since a is generated, efficient magnetic field superposition is realized.
【００３３】図４（ａ）は振動子３の運動波形、図４
（ｂ）〜図４（ｅ）は電磁コイル１２の駆動電流波形の
各種例を示すグラフである。静止した振動子３に駆動磁
界Ｈａが作用すると、振動子３が振動を開始し、この振
動周期と同期するように磁界Ｈａが変動すると、共振現
象によって振動振幅が徐々に増加し、摩擦や空気抵抗等
に起因する共振ロスと電磁コイル１２からの注入エネル
ギーとが均衡した状態で振動子３は一定振幅で振動する
ようになる。FIG. 4A shows the motion waveform of the vibrator 3 and FIG.
4B to 4E are graphs showing various examples of the drive current waveform of the electromagnetic coil 12. When the driving magnetic field Ha acts on the stationary vibrator 3, the vibrator 3 starts to vibrate. When the magnetic field Ha fluctuates in synchronization with the vibration cycle, the vibration phenomenon gradually increases the vibration amplitude due to the resonance phenomenon, thereby causing friction and air. The vibrator 3 vibrates at a constant amplitude in a state where the resonance loss due to the resistance and the like and the energy injected from the electromagnetic coil 12 are balanced.
【００３４】図４（ｂ）は半波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３が原点ＯからＸ軸の正方向に
移動している４分の１周期だけオンとなるパルス電流を
電磁コイル１２に流している。半波パルス駆動は、単極
性の駆動波形で済むためパルス発振器２０の回路構成を
簡略化できる利点がある。FIG. 4B shows an example of half-wave pulse driving.
As shown in FIG. 4A, when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T, the vibrator 3 is turned on for a quarter period in which the vibrator 3 is moving in the positive direction of the X axis from the origin O. Pulse current is supplied to the electromagnetic coil 12. The half-wave pulse drive has an advantage that the circuit configuration of the pulse oscillator 20 can be simplified because a unipolar drive waveform is sufficient.
【００３５】図４（ｃ）は全波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３が原点ＯからＸ軸の正方向に
移動している４分の１周期だけ正極性となり、振動子３
が正の最大変位から原点Ｏに戻る次の４分の１周期だけ
負極性となるパルス電流を電磁コイル１２に流してい
る。全波パルス駆動は、半波パルス駆動と比べて２倍の
駆動期間を確保できるため、振動開始からの定常振動ま
で立上り時間を短縮できる利点がある。FIG. 4C shows an example of full-wave pulse driving.
As shown in FIG. 4A, when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T, the vibrator 3 has a positive polarity only for a quarter period in which the vibrator 3 moves from the origin O in the positive direction of the X axis. And vibrator 3
Flows through the electromagnetic coil 12 a negative pulse current for the next quarter period of returning to the origin O from the positive maximum displacement. Since the full-wave pulse driving can secure twice the driving period as compared with the half-wave pulse driving, there is an advantage that the rise time can be shortened from the start of the vibration to the steady vibration.
【００３６】図４（ｄ）は半波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３がＸ軸の正方向に移動してい
る２分の１周期だけオンとなるパルス電流を電磁コイル
１２に流している。半波パルス駆動は、単極性の駆動波
形で済むためパルス発振器２０の回路構成を簡略化でき
る利点がある。FIG. 4D shows an example of half-wave pulse driving.
As shown in FIG. 4A, when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T, a pulse current that is turned on for only a half period when the vibrator 3 is moving in the positive direction of the X axis. Through the electromagnetic coil 12. The half-wave pulse drive has an advantage that the circuit configuration of the pulse oscillator 20 can be simplified because a unipolar drive waveform is sufficient.
【００３７】図４（ｅ）は全波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３がＸ軸の正方向に移動してい
る２分の１周期だけ正極性となり、振動子３がＸ軸の負
方向に移動している２分の１周期だけ負極性となるパル
ス電流を電磁コイル１２に流している。この駆動波形
は、図４（ｄ）の半波パルス駆動と比べて２倍の駆動期
間を確保できるため、高効率の駆動を実現できる。FIG. 4E shows an example of full-wave pulse driving.
As shown in FIG. 4A, when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T, the vibrator 3 becomes positive for only one half of the period in which the vibrator 3 moves in the positive direction of the X-axis. A pulse current having a negative polarity is supplied to the electromagnetic coil 12 for a half cycle in which the child 3 moves in the negative direction of the X axis. This driving waveform can secure twice the driving period as compared with the half-wave pulse driving in FIG. 4D, so that highly efficient driving can be realized.
【００３８】なお、図４（ｂ）〜図４（ｅ）に示すパル
ス波形の代わりに、正弦波を４分の１周期あるいは２分
の１周期の単位でオン、オフした波形も使用でき、特に
図４（ｅ）では完全な正弦波駆動となる。Instead of the pulse waveforms shown in FIGS. 4 (b) to 4 (e), a waveform in which a sine wave is turned on and off in units of a quarter period or a half period can be used. In particular, in FIG. 4E, complete sine wave driving is performed.
【００３９】こうして振動子３の周期および位相と駆動
電流とが同期することによって、電気的振動から機械的
振動への変換が効率良く行われる。By synchronizing the period and phase of the vibrator 3 with the drive current, conversion from electrical vibration to mechanical vibration can be performed efficiently.
【００４０】図５は、本発明の第２実施形態を示す構成
図である。この振動装置は、中空形状の固定ヨーク１１
と、固定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位
可能なように支持された振動子３と、駆動磁界を発生す
るための電磁コイル１２と、電磁コイル１２に正弦波ま
たはパルス波の駆動電流Ｉを供給する発振器２０などで
構成され、さらに振動子３は２つの磁石４ａ、４ｂで構
成され、２つの集束ヨーク１６ａ、１６ｂが電磁コイル
１２を挟んで左右対称に配置されている。FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. This vibration device has a hollow fixed yoke 11.
A vibrator 3 supported inside the fixed yoke 11 so as to be displaceable along the central axis X direction; an electromagnetic coil 12 for generating a driving magnetic field; The vibrator 3 includes two magnets 4a and 4b, and two converging yokes 16a and 16b are arranged symmetrically with the electromagnetic coil 12 interposed therebetween.
【００４１】振動子３では、磁石４ａのＮ極と磁石４ｂ
のＮ極とが対向するように接着等で結合され２つの磁石
４ａ、４ｂが縦列配置され、各Ｎ極から出た磁力線が互
いに反発して、中心軸Ｘに垂直な平面状の磁界を形成す
る。In the vibrator 3, the N pole of the magnet 4a and the magnet 4b
And two magnets 4a and 4b are arranged in tandem so that the N poles thereof face each other, and the lines of magnetic force emitted from the respective N poles repel each other to form a planar magnetic field perpendicular to the central axis X. I do.
【００４２】電磁コイル１２は、Ｘ軸の周りに導線を巻
回するように構成され、振動子３が形成する平面状磁界
との相互作用が最大となるように、振動子３の振動中心
である原点Ｏを取り囲むように配置される。The electromagnetic coil 12 is configured so as to wind a conductive wire around the X axis, and at the vibration center of the vibrator 3 so that the interaction with the planar magnetic field formed by the vibrator 3 is maximized. It is arranged so as to surround a certain origin O.
【００４３】集束ヨーク１６ａ、１６ｂは、振動子３の
両端にそれぞれ対向するように原点Ｏを中心として対称
配置され、磁石４ａのＳ極と集束ヨーク１６ａとの間の
磁気作用および磁石４ｂのＳ極と集束ヨーク１６ｂとの
間の磁気作用を固定ヨーク１１と振動子３端部との磁気
的距離を近づけることと大きな透磁率により、それぞれ
増強している。なお、図５では集束ヨーク１６ａ、１６
ｂを固定ヨーク１１とは別部品で構成しているが、両者
を一体的に形成することも可能である。また、図５の構
成では各部品が対称的に配置されているため、対称中心
点と復元力の原点Ｏとが一致することになる。The focusing yokes 16a and 16b are symmetrically arranged around the origin O so as to face both ends of the vibrator 3, respectively. The magnetic action between the S pole of the magnet 4a and the focusing yoke 16a and the S The magnetic effect between the pole and the focusing yoke 16b is enhanced by reducing the magnetic distance between the fixed yoke 11 and the end of the vibrator 3 and by increasing the magnetic permeability. In FIG. 5, the focusing yokes 16a, 16a
Although b is formed as a separate component from the fixed yoke 11, both can be formed integrally. In addition, in the configuration of FIG. 5, since the components are symmetrically arranged, the center of symmetry coincides with the origin O of the restoring force.
【００４４】静止した振動子３に電磁コイル１２からの
駆動磁界が作用すると、振動子３が振動を開始し、この
振動周期と同期するように駆動磁界が変動すると、共振
現象によって振動振幅が徐々に増加し、摩擦や空気抵抗
等に起因する共振ロスと電磁コイル３からの注入エネル
ギーとが均衡した状態で振動子３は一定振幅で振動する
ようになる。When a driving magnetic field from the electromagnetic coil 12 acts on the stationary vibrator 3, the vibrator 3 starts to vibrate, and when the driving magnetic field fluctuates in synchronization with the vibration period, the vibration amplitude gradually increases due to the resonance phenomenon. The vibrator 3 vibrates at a constant amplitude in a state where the resonance loss caused by friction, air resistance, and the like, and the energy injected from the electromagnetic coil 3 are balanced.
【００４５】図５の構成においても、図４（ｂ）〜
（ｅ）に示す各種駆動電流波形が使用可能である。In the configuration shown in FIG. 5, also in FIGS.
Various drive current waveforms shown in (e) can be used.
【００４６】図６は、本発明の第３実施形態を示す構成
図である。この振動装置は、中空形状の固定ヨーク１１
と、固定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位
可能なように支持された振動子３と、駆動磁界Ｈａ、Ｈ
ｂを発生するための電磁コイル１２ａ、１２ｂと、電磁
コイル１２ａ、１２ｂに正弦波またはパルス波の駆動電
流Ｉを供給する発振器２０などで構成され、さらに振動
子３は２つの磁石４ａ、４ｂで構成され、２つの電磁コ
イル１２ａ、１２ｂが集束ヨーク１６を挟んで左右対称
に配置されている。FIG. 6 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. This vibration device has a hollow fixed yoke 11.
And a vibrator 3 supported inside the fixed yoke 11 so as to be displaceable along the central axis X direction, and driving magnetic fields Ha, H
b, an oscillator 20 for supplying a driving current I of a sine wave or a pulse wave to the electromagnetic coils 12a and 12b, and the vibrator 3 is composed of two magnets 4a and 4b. The two electromagnetic coils 12 a and 12 b are arranged symmetrically with respect to the focusing yoke 16.
【００４７】振動子３では、磁石４ａのＮ極と磁石４ｂ
のＮ極とが対向するように２つの磁石４ａ、４ｂが縦列
配置され、各Ｎ極から出た磁力線が互いに反発して、中
心軸Ｘに垂直な平面状の磁界を形成する。In the vibrator 3, the N pole of the magnet 4a and the magnet 4b
The two magnets 4a and 4b are arranged in tandem such that the N poles of the magnetic poles face each other, and the lines of magnetic force emitted from the respective N poles repel each other to form a planar magnetic field perpendicular to the central axis X.
【００４８】集束ヨーク１６は、固定ヨーク１１と振動
子３の磁石４ａと磁石４ｂの対向端部との磁気的距離を
近づけることと大きな透磁率により、振動子３が形成す
る平面状磁界との相互作用が最大となるように、振動子
３の振動中心である原点Ｏを取り囲むように配置され
る。なお、図６では集束ヨーク１６を固定ヨーク１１と
は別部品で構成しているが、両者を一体的に形成するこ
とも可能である。また、図６の構成では各部品が対称的
に配置されているため、対称中心点と復元力の原点Ｏと
が一致することになる。The converging yoke 16 reduces the magnetic distance between the fixed yoke 11 and the opposing ends of the magnets 4a and 4b of the vibrator 3 and the large magnetic permeability allows the converging yoke 16 to generate a flat magnetic field. It is arranged so as to surround the origin O which is the vibration center of the vibrator 3 so that the interaction becomes maximum. In FIG. 6, the converging yoke 16 is formed as a separate component from the fixed yoke 11, but both may be formed integrally. In addition, in the configuration of FIG. 6, since the components are symmetrically arranged, the center of symmetry coincides with the origin O of the restoring force.
【００４９】電磁コイル１２ａ、１２ｂはＸ軸の周りに
導線を巻回するように構成され、振動子３の両端にそれ
ぞれ対向するように、固定ヨーク１１と同軸かつ原点Ｏ
を中心として対称配置することによって、Ｘ軸と平行か
つ同方向の駆動磁界Ｈａ、Ｈｂを同時に発生するため、
効率的で強力な磁界重畳を実現できる。The electromagnetic coils 12a and 12b are configured so as to wind a conductor around the X axis, and are coaxial with the fixed yoke 11 and have an origin O so as to oppose both ends of the vibrator 3 respectively.
, The driving magnetic fields Ha and Hb in parallel with and in the same direction as the X axis are simultaneously generated.
Efficient and powerful magnetic field superposition can be realized.
【００５０】静止した振動子３に駆動磁界Ｈａ、Ｈｂが
作用すると、振動子３が振動を開始し、この振動周期と
同期するように磁界Ｈａ、Ｈｂが変動すると、共振現象
によって振動振幅が徐々に増加し、摩擦や空気抵抗等に
起因する共振ロスと電磁コイル３からの注入エネルギー
とが均衡した状態で振動子３は一定振幅で振動するよう
になる。When the driving magnetic fields Ha and Hb act on the stationary vibrator 3, the vibrator 3 starts to vibrate. When the magnetic fields Ha and Hb fluctuate in synchronization with the vibration period, the vibration amplitude gradually increases due to the resonance phenomenon. The vibrator 3 vibrates at a constant amplitude in a state where the resonance loss caused by friction, air resistance, and the like, and the energy injected from the electromagnetic coil 3 are balanced.
【００５１】図６の構成においても、図４（ｂ）〜
（ｅ）に示す各種駆動電流波形が使用可能である。特
に、図４（ｅ）に示す全波パルス駆動を用いた場合、図
４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振動
している場合、振動子３がＸ軸の正方向に移動している
２分の１周期だけ正極性となり、振動子３がＸ軸の負方
向に移動している２分の１周期だけ負極性となるパルス
電流を電磁コイル１２ａ、１２ｂに流している。全波パ
ルス駆動は、半波パルス駆動と比べて２倍の駆動期間を
確保でき、しかも２つの電磁コイル１２ａ、１２ｂによ
るプッシュプル駆動となるため、極めて高い効率の駆動
を実現できる。Also in the configuration of FIG. 6, FIGS.
Various drive current waveforms shown in (e) can be used. In particular, when the full-wave pulse drive shown in FIG. 4E is used, and when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T as shown in FIG. Pulse currents that become positive for one-half period of moving in the positive direction and become negative for one-half period of moving the oscillator 3 in the negative direction of the X-axis are supplied to the electromagnetic coils 12a and 12b. Shedding. The full-wave pulse drive can secure twice the drive period as compared with the half-wave pulse drive, and furthermore, it is a push-pull drive by the two electromagnetic coils 12a and 12b, so that extremely high-efficiency drive can be realized.
【００５２】図７は、本発明の第４実施形態の構成を示
す断面図である。この振動装置は、図３の構成をより具
体化したものであり、円筒形状の固定ヨーク１１と、固
定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位可能な
ように支持された振動子３と、振動子３の直線変位を案
内する円筒形状のボビン１３と、駆動磁界Ｈａを発生す
るための電磁コイル１２と、電磁コイル１２に正弦波ま
たはパルス波の駆動電流Ｉを供給する発振器（不図示）
などで構成され、さらに集束ヨーク１６は固定ヨーク１
１と一体的に形成されている。装置全体の寸法は、たと
えば長さが１０ｍｍ、外径は６ｍｍである。FIG. 7 is a sectional view showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention. This vibrating device is a more specific example of the configuration shown in FIG. 3, and includes a cylindrical fixed yoke 11 and a vibrator 3 supported inside the fixed yoke 11 so as to be displaceable along a central axis X direction. A cylindrical bobbin 13 for guiding the linear displacement of the vibrator 3, an electromagnetic coil 12 for generating a driving magnetic field Ha, and an oscillator (not shown) for supplying a driving current I of a sine wave or a pulse wave to the electromagnetic coil 12. Shown)
And the focusing yoke 16 is fixed to the fixed yoke 1.
1 and are formed integrally. The overall size of the device is, for example, 10 mm in length and 6 mm in outer diameter.
【００５３】ボビン１３はプラスチック等の非磁性材料
で形成され、電磁コイル１２の導線を巻回するためのベ
ースとなる。ボビン１３および電磁コイル１２の外周面
に固定ヨーク１１が装着され、さらに固定ヨーク１１の
外径と一致するキャップ１４、１５がボビン１３の両端
に接着剤等によって装着され、固定ヨーク１１を固定す
るとともに装置の気密性、水密性を確保している。The bobbin 13 is formed of a non-magnetic material such as plastic, and serves as a base for winding the conductor of the electromagnetic coil 12. The fixed yoke 11 is mounted on the outer peripheral surfaces of the bobbin 13 and the electromagnetic coil 12, and caps 14 and 15 that match the outer diameter of the fixed yoke 11 are mounted on both ends of the bobbin 13 with an adhesive or the like to fix the fixed yoke 11. In addition, the airtightness and watertightness of the device are ensured.
【００５４】振動子３は、磁化方向が変位方向と平行に
なるように上面および下面がＮ極、Ｓ極に着磁された円
柱状の磁石４と、透磁率の大きな磁性材料で形成され、
磁石４の上面および下面に密着固定された円柱状の移動
ヨーク５、６で構成される。移動ヨーク５、６の外径は
磁石４の外径より僅かに大きく、移動ヨーク５、６の周
面を滑らかにすることによって、ボビン１３の内面と移
動ヨーク５、６との摺動が低摩擦になり、円滑な振動を
実現している。The vibrator 3 is formed of a columnar magnet 4 whose upper and lower surfaces are magnetized to N pole and S pole so that the magnetization direction is parallel to the displacement direction, and a magnetic material having a high magnetic permeability.
It is composed of cylindrical moving yokes 5 and 6 which are fixed to the upper and lower surfaces of the magnet 4 in close contact. The outer diameters of the moving yokes 5, 6 are slightly larger than the outer diameters of the magnets 4. By smoothing the peripheral surfaces of the moving yokes 5, 6, the sliding between the inner surface of the bobbin 13 and the moving yokes 5, 6 is reduced. Due to friction, smooth vibration is realized.
【００５５】さらに、移動ヨーク５、６によって磁石４
からの磁束を固定ヨーク１１、集束ヨーク１６へ効率的
に導くことができるため、振動子３の復元力や電磁コイ
ル１２との相互作用を高めることができる。Further, the magnets 4 are moved by the moving yokes 5 and 6.
Can be efficiently guided to the fixed yoke 11 and the focusing yoke 16, so that the restoring force of the vibrator 3 and the interaction with the electromagnetic coil 12 can be increased.
【００５６】また、磁石４および移動ヨーク５、６に
は、両側の密閉空間同士を連通するための貫通孔８が形
成され、密閉空間内の気体が自由に移動できる構造によ
って振動子３の自由振動を確保している。The magnet 4 and the moving yokes 5 and 6 are formed with through holes 8 for communicating between the sealed spaces on both sides, and the vibrator 3 has a structure in which the gas in the sealed space can move freely. Vibration is secured.
【００５７】こうした構成において、振動子３のＮ極か
ら出た磁力線が固定ヨーク１１および集束ヨーク１６を
通過して、振動子３のＳ極に戻る磁気回路が形成され
る。振動子３は全体のポテンシャルエネルギーが最も低
くなる位置（点Ｏ）で安定する。この状態で、磁気回路
を通過する磁界に対して電磁コイル１２からの駆動磁界
Ｈａを周期的に重畳することによって、振動子３に作用
する磁界が周期的に変動するようになり、振動子３が直
線的に往復しながら振動する。In such a configuration, a magnetic circuit is formed in which the magnetic lines of force coming out of the N pole of the vibrator 3 pass through the fixed yoke 11 and the focusing yoke 16 and return to the S pole of the vibrator 3. The vibrator 3 is stabilized at a position (point O) where the overall potential energy is lowest. In this state, the driving magnetic field Ha from the electromagnetic coil 12 is periodically superimposed on the magnetic field passing through the magnetic circuit, so that the magnetic field acting on the vibrator 3 periodically fluctuates. Vibrates while reciprocating linearly.
【００５８】電磁コイル１２の駆動電流波形は、図４
（ｂ）〜図４（ｅ）に示す各種駆動波形が使用可能であ
り、振動子３の共振周波数Ｆｍと駆動電流の周波数Ｆａ
をほぼ一致させることによって、エネルギー効率に優れ
た機械的振動が得られる。The driving current waveform of the electromagnetic coil 12 is shown in FIG.
Various drive waveforms shown in (b) to FIG. 4 (e) can be used, and the resonance frequency Fm of the vibrator 3 and the drive current frequency Fa
, The mechanical vibration with excellent energy efficiency can be obtained.
【００５９】図８は、本発明の第５実施形態の構成を示
す断面図である。この振動装置は、図５の構成をより具
体化したものであり、円筒形状の固定ヨーク１１と、固
定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位可能な
ように支持された振動子３と、振動子３の直線変位を案
内する円筒形状のボビン１３と、駆動磁界を発生するた
めの電磁コイル１２と、電磁コイル１２に正弦波または
パルス波の駆動電流Ｉを供給する発振器（不図示）など
で構成され、さらに２つの集束ヨーク１６ａ、１６ｂは
電磁コイル１２を挟んで左右対称となるように、固定ヨ
ーク１１と一体的に形成されている。装置全体の寸法
は、たとえば長さが１６ｍｍ、外径は６ｍｍである。FIG. 8 is a sectional view showing the structure of the fifth embodiment of the present invention. This vibrating device is a more specific example of the configuration shown in FIG. 5, and includes a cylindrical fixed yoke 11 and a vibrator 3 supported inside the fixed yoke 11 so as to be displaceable along a central axis X direction. A cylindrical bobbin 13 for guiding the linear displacement of the vibrator 3, an electromagnetic coil 12 for generating a driving magnetic field, and an oscillator (not shown) for supplying a driving current I of a sine wave or a pulse wave to the electromagnetic coil 12. ), And the two focusing yokes 16 a and 16 b are formed integrally with the fixed yoke 11 so as to be symmetrical with respect to the electromagnetic coil 12. The dimensions of the entire apparatus are, for example, 16 mm in length and 6 mm in outer diameter.
【００６０】ボビン１３はプラスチック等の非磁性材料
で形成され、電磁コイル１２の導線を巻回するためのベ
ースとなる。ボビン１３および電磁コイル１２の外周面
に固定ヨーク１１が装着され、さらに固定ヨーク１１の
外径と一致するキャップ１４、１５がボビン１３の両端
に接着剤等によって装着され、固定ヨーク１１を固定す
るとともに装置の気密性、水密性を確保している。The bobbin 13 is formed of a non-magnetic material such as plastic and serves as a base for winding the conductor of the electromagnetic coil 12. The fixed yoke 11 is mounted on the outer peripheral surfaces of the bobbin 13 and the electromagnetic coil 12, and caps 14 and 15 that match the outer diameter of the fixed yoke 11 are mounted on both ends of the bobbin 13 with an adhesive or the like to fix the fixed yoke 11. In addition, the airtightness and watertightness of the device are ensured.
【００６１】振動子３は、磁化方向が変位方向と平行に
なるように上面および下面がＮ極、Ｓ極に着磁された円
柱状の磁石４ａ、４ｂと、透磁率の大きな磁性材料で形
成され、磁石４ａ、４ｂの中間、上面および下面に密着
固定された円柱状の移動ヨーク５、６、７で構成され
る。磁石４ａ、４ｂは同じ極性の磁極が対向するように
縦列配置され、図８では各Ｎ極から出た磁力線が互いに
反発しつつ移動ヨーク５を通過して、平面状磁界を発生
している。移動ヨーク５、６、７の外径は磁石４ａ、４
ｂの外径より僅かに大きく、移動ヨーク５、６、７の周
面を滑らかにすることによって、ボビン１３の内面と移
動ヨーク５、６、７との摺動が低摩擦になり、円滑な振
動を実現している。The vibrator 3 is formed of columnar magnets 4a and 4b whose upper and lower surfaces are magnetized to the north and south poles so that the magnetization direction is parallel to the displacement direction, and a magnetic material having a high magnetic permeability. The movable yokes 5, 6, 7 are fixed to the middle, upper and lower surfaces of the magnets 4 a, 4 b in close contact with each other. The magnets 4a and 4b are arranged in tandem such that magnetic poles of the same polarity face each other. In FIG. 8, the lines of magnetic force emitted from the respective N poles pass through the moving yoke 5 while repelling each other to generate a planar magnetic field. The outer diameters of the moving yokes 5, 6, 7 are the magnets 4a, 4
By slightly increasing the outer diameter of the movable yokes 5, 6, 7 by smoothing the peripheral surfaces of the movable yokes 5, 6, 7, the friction between the inner surface of the bobbin 13 and the movable yokes 5, 6, 7 is reduced, and smooth. Realizes vibration.
【００６２】さらに、移動ヨーク５、６、７によって磁
石４ａ、４ｂからの磁束を固定ヨーク１１、集束ヨーク
１６へ効率的に導くことができるため、振動子３の復元
力や電磁コイル１２との相互作用を高めることができ
る。Further, since the magnetic fluxes from the magnets 4a and 4b can be efficiently guided to the fixed yoke 11 and the focusing yoke 16 by the movable yokes 5, 6, and 7, the restoring force of the vibrator 3 and the electromagnetic coil 12 Interaction can be enhanced.
【００６３】また、磁石４ａ、４ｂおよび移動ヨーク
５、６、７には、両側の密閉空間同士を連通するための
貫通孔８が形成され、密閉空間内の気体が自由に移動で
きる構造によって振動子３の自由振動を確保している。The magnets 4a, 4b and the moving yokes 5, 6, 7 are formed with through holes 8 for communicating the sealed spaces on both sides, and vibrated by a structure in which gas in the sealed spaces can move freely. The free vibration of the child 3 is secured.
【００６４】こうした構成において、磁石４ａ、４ｂの
Ｎ極から出た磁力線が移動ヨーク５を経由して固定ヨー
ク１１および集束ヨーク１６ａ、１６ｂを通過し、さら
に移動ヨーク６、７を経由して振動子３のＳ極に戻る磁
気回路が形成される。振動子３は全体のポテンシャルエ
ネルギーが最も低くなる位置、すなわち固定ヨーク１１
の対称中心点となる点Ｏで安定する。この状態で、磁気
回路を通過する磁界に対して電磁コイル１２からの駆動
磁界を周期的に重畳することによって、振動子３に作用
する磁界が周期的に変動するようになり、振動子３が直
線的に往復しながら振動する。In such a configuration, the lines of magnetic force from the N poles of the magnets 4a and 4b pass through the fixed yoke 11 and the focusing yokes 16a and 16b via the moving yoke 5, and further vibrate via the moving yokes 6 and 7. A magnetic circuit returning to the south pole of the child 3 is formed. The vibrator 3 is located at the position where the overall potential energy is lowest, that is, the fixed yoke 11
Are stabilized at the point O which is the center point of symmetry of. In this state, the driving magnetic field from the electromagnetic coil 12 is periodically superimposed on the magnetic field passing through the magnetic circuit, so that the magnetic field acting on the vibrator 3 periodically fluctuates. Vibrates while reciprocating linearly.
【００６５】電磁コイル１２の駆動電流波形は、図４
（ｂ）〜図４（ｅ）に示す各種駆動波形が使用可能であ
り、振動子３の共振周波数Ｆｍと駆動電流の周波数Ｆａ
をほぼ一致させることによって、エネルギー効率に優れ
た機械的振動が得られる。The driving current waveform of the electromagnetic coil 12 is shown in FIG.
Various drive waveforms shown in (b) to FIG. 4 (e) can be used, and the resonance frequency Fm of the vibrator 3 and the drive current frequency Fa
, The mechanical vibration with excellent energy efficiency can be obtained.
【００６６】図９は、本発明の第６実施形態の構成を示
す断面図である。この振動装置は、図６の構成をより具
体化したものであり、円筒形状の固定ヨーク１１と、固
定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位可能な
ように支持された振動子３と、振動子３の直線変位を案
内する円筒形状のボビン１３と、駆動磁界を発生するた
めの電磁コイル１２ａ、１２ｂと、電磁コイル１２ａ、
１２ｂに正弦波またはパルス波の駆動電流Ｉを供給する
発振器（不図示）などで構成され、さらに集束ヨーク１
６は電磁コイル１２ａ、１２ｂの中間に固定ヨーク１１
と一体的に形成される。装置全体の寸法は、たとえば長
さが１６ｍｍ、外径は６ｍｍである。FIG. 9 is a sectional view showing the structure of the sixth embodiment of the present invention. This vibrating device is a more specific example of the configuration shown in FIG. 6, and includes a cylindrical fixed yoke 11 and a vibrator 3 supported inside the fixed yoke 11 so as to be displaceable along a central axis X direction. A cylindrical bobbin 13 for guiding the linear displacement of the vibrator 3, electromagnetic coils 12a and 12b for generating a driving magnetic field, and electromagnetic coils 12a and 12b.
An oscillator (not shown) for supplying a driving current I of a sine wave or a pulse wave to the reference yoke 12b, and the focusing yoke 1
6 is a fixed yoke 11 between the electromagnetic coils 12a and 12b.
And formed integrally with it. The dimensions of the entire apparatus are, for example, 16 mm in length and 6 mm in outer diameter.
【００６７】ボビン１３はプラスチック等の非磁性材料
で形成され、電磁コイル１２ａ、１２ｂの導線を巻回す
るためのベースとなる。ボビン１３および電磁コイル１
２ａ、１２ｂの外周面に固定ヨーク１１が装着され、さ
らに固定ヨーク１１の外径と一致するキャップ１４、１
５がボビン１３の両端に接着剤等によって装着され、固
定ヨーク１１を固定するとともに装置の気密性、水密性
を確保している。The bobbin 13 is formed of a non-magnetic material such as plastic and serves as a base for winding the conductive wires of the electromagnetic coils 12a and 12b. Bobbin 13 and electromagnetic coil 1
A fixed yoke 11 is mounted on the outer peripheral surface of each of the fixed yokes 2a and 12b.
Numerals 5 are attached to both ends of the bobbin 13 with an adhesive or the like to fix the fixing yoke 11 and secure the airtightness and watertightness of the device.
【００６８】振動子３は、磁化方向が変位方向と平行に
なるように上面および下面がＮ極、Ｓ極に着磁された円
柱状の磁石４ａ、４ｂと、透磁率の大きな磁性材料で形
成され、磁石４ａ、４ｂの中間、上面および下面に密着
固定された円柱状の移動ヨーク５、６、７で構成され
る。磁石４ａ、４ｂは同じ極性の磁極が対向するように
縦列配置され、図９では各Ｎ極から出た磁力線が互いに
反発しつつ移動ヨーク５を通過して、平面状磁界を発生
している。移動ヨーク５、６、７の外径は磁石４ａ、４
ｂの外径より僅かに大きく、移動ヨーク５、６、７の周
面を滑らかにすることによって、ボビン１３の内面と移
動ヨーク５、６、７との摺動が低摩擦になり、円滑な振
動を実現している。The vibrator 3 is formed of columnar magnets 4a and 4b whose upper and lower surfaces are magnetized to have N and S poles so that the magnetization direction is parallel to the displacement direction, and a magnetic material having high magnetic permeability. The movable yokes 5, 6, 7 are fixed to the middle, upper and lower surfaces of the magnets 4 a, 4 b in close contact with each other. The magnets 4a and 4b are arranged in tandem such that magnetic poles of the same polarity face each other. In FIG. 9, the lines of magnetic force emitted from the respective N poles pass through the moving yoke 5 while repelling each other to generate a planar magnetic field. The outer diameters of the moving yokes 5, 6, 7 are the magnets 4a, 4
By slightly increasing the outer diameter of the movable yokes 5, 6, 7 by smoothing the peripheral surfaces of the movable yokes 5, 6, 7, the friction between the inner surface of the bobbin 13 and the movable yokes 5, 6, 7 is reduced, and smooth. Realizes vibration.
【００６９】さらに、移動ヨーク５、６、７によって磁
石４ａ、４ｂからの磁束を固定ヨーク１１、集束ヨーク
１６へ効率的に導くことができるため、振動子３の復元
力や電磁コイル１２との相互作用を高めることができ
る。Furthermore, since the magnetic fluxes from the magnets 4a and 4b can be efficiently guided to the fixed yoke 11 and the focusing yoke 16 by the movable yokes 5, 6, and 7, the restoring force of the vibrator 3 and the electromagnetic coil 12 Interaction can be enhanced.
【００７０】また、磁石４ａ、４ｂおよび移動ヨーク
５、６、７には、両側の密閉空間同士を連通するための
貫通孔８が形成され、密閉空間内の気体が自由に移動で
きる構造によって振動子３の自由振動を確保している。The magnets 4a, 4b and the moving yokes 5, 6, 7 are formed with through holes 8 for communicating the sealed spaces on both sides, and vibrated by a structure in which gas in the sealed spaces can move freely. The free vibration of the child 3 is secured.
【００７１】こうした構成において、磁石４ａ、４ｂの
Ｎ極から出た磁力線が移動ヨーク５を経由して集束ヨー
ク１６および固定ヨーク１１を通過し、さらに移動ヨー
ク６、７を経由して振動子３のＳ極に戻る磁気回路が形
成される。振動子３は全体のポテンシャルエネルギーが
最も低くなる位置、すなわち固定ヨーク１１の対称中心
点となる点Ｏで安定する。この状態で、磁気回路を通過
する磁界に対して電磁コイル１２ａ、１２ｂからの駆動
磁界を周期的に重畳することによって、振動子３に作用
する磁界が周期的に変動するようになり、振動子３が直
線的に往復しながら振動する。In such a configuration, the magnetic lines of force coming out of the N poles of the magnets 4a and 4b pass through the focusing yoke 16 and the fixed yoke 11 via the moving yoke 5, and further pass through the moving yokes 6, 7 to the vibrator 3 The magnetic circuit which returns to the S pole of FIG. The vibrator 3 is stabilized at the position where the entire potential energy is lowest, that is, at the point O which is the center of symmetry of the fixed yoke 11. In this state, the driving magnetic field from the electromagnetic coils 12a and 12b is periodically superimposed on the magnetic field passing through the magnetic circuit, so that the magnetic field acting on the vibrator 3 periodically fluctuates. 3 vibrates while reciprocating linearly.
【００７２】電磁コイル１２ａ、１２ｂの駆動電流波形
は、図４（ｂ）〜図４（ｅ）に示す各種駆動波形が使用
可能であり、振動子３の共振周波数Ｆｍと駆動電流の周
波数Ｆａをほぼ一致させることによって、エネルギー効
率に優れた機械的振動が得られる。Various drive waveforms shown in FIGS. 4B to 4E can be used as drive current waveforms for the electromagnetic coils 12a and 12b, and the resonance frequency Fm of the vibrator 3 and the drive current frequency Fa are determined. By substantially matching, an energy efficient mechanical vibration can be obtained.
【００７３】なお、上記実施形態では円筒形状の固定ヨ
ークおよび振動子等で説明したが円筒形状に限定される
ものではなく、たとえば断面が四角形状のものやさらに
多角形のもので構成しても良い。さらに電磁コイルや集
束ヨークの磁性体、振動子の磁石の数など上記実施形態
に限定されるものではない。また磁石の極方向も上記実
施形態に限定されるものではない。In the above embodiment, the cylindrical fixed yoke, the vibrator, and the like have been described. However, the present invention is not limited to the cylindrical shape. For example, the cross section may have a square shape or a polygonal shape. good. Furthermore, the number of magnetic bodies of the electromagnetic coil and the focusing yoke and the number of magnets of the vibrator are not limited to the above embodiment. Further, the pole direction of the magnet is not limited to the above embodiment.
【００７４】[0074]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、振
動子に固定ヨークの中心付近を原点とした復元力が作用
するため、この状態で磁気回路を通過する磁界に対して
電磁コイルからの交流磁界を重畳することによって、振
動子が直線的に振動するようになる。さらに、集束ヨー
クを固定ヨークと振動子との間に介在させることによっ
て、固定ヨークと振動子端部との磁気的距離を近づける
ことと大きな透磁率により、固定ヨークと振動子との間
の磁気作用が増強され、振動子の復元力がより大きくな
る。こうして電気的振動を機械的振動に効率良く変換で
きる。As described above in detail, according to the present invention, since a restoring force acts on the vibrator with the origin near the center of the fixed yoke, the electromagnetic coil receives a magnetic field passing through the magnetic circuit in this state. By virtue of the superposition of the AC magnetic field, the vibrator vibrates linearly. Furthermore, by interposing a focusing yoke between the fixed yoke and the vibrator, the magnetic distance between the fixed yoke and the end of the vibrator is reduced, and the magnetic permeability between the fixed yoke and the vibrator is increased due to the large magnetic permeability. The action is enhanced, and the restoring force of the vibrator becomes larger. Thus, electric vibration can be efficiently converted into mechanical vibration.
【００７５】また、振動子の機械的共振周波数Ｆｍとほ
ぼ一致する周波数Ｆａの駆動磁界を印加することによっ
て共振現象が発生し、僅かなエネルギー供給によって大
きな振幅の振動が持続するようになる。こうして電気か
ら機械振動への変換効率が高くなり、少ない消費電力で
大きな振動出力が得られる。Further, when a driving magnetic field having a frequency Fa substantially equal to the mechanical resonance frequency Fm of the vibrator is applied, a resonance phenomenon occurs, and a vibration with a large amplitude is maintained by supplying a small amount of energy. Thus, the conversion efficiency from electric to mechanical vibration is increased, and a large vibration output can be obtained with low power consumption.
【００７６】また、電磁コイルを固定ヨークと同軸で配
置することによって、振動子の磁化方向と駆動磁界の方
向とが一致するため、電磁コイルから振動子への磁界伝
達効率が向上する。Further, by arranging the electromagnetic coil coaxially with the fixed yoke, the magnetization direction of the vibrator and the direction of the driving magnetic field coincide with each other, so that the efficiency of magnetic field transmission from the electromagnetic coil to the vibrator is improved.
【００７７】また、振動子を同極対向で配置された複数
の磁石で構成することによって、強力な平面状磁界が得
られる。Further, a strong planar magnetic field can be obtained by forming the vibrator with a plurality of magnets arranged in the same polarity.
【００７８】さらに、電磁コイルを振動中心に配置し、
複数の集束ヨークを対称配置することによって、振動子
へのエネルギー伝達効率が向上する。Further, an electromagnetic coil is arranged at the center of vibration,
By symmetrically arranging the plurality of focusing yokes, the efficiency of energy transfer to the vibrator is improved.
【００７９】さらに、集束ヨークを振動中心に配置し、
複数の電磁コイルを対称配置することによって、振動子
へのエネルギー伝達効率が向上する。Further, the focusing yoke is arranged at the center of vibration,
By symmetrically arranging a plurality of electromagnetic coils, the efficiency of energy transmission to the vibrator is improved.
【図１】振動子の変位と復元力の関係を示すグラフであ
る。FIG. 1 is a graph showing a relationship between a displacement of a vibrator and a restoring force.
【図２】振動子の共振特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing resonance characteristics of a vibrator.
【図３】本発明の第１実施形態を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図４】図４（ａ）は振動子３の運動波形、図４（ｂ）
〜図４（ｅ）は電磁コイル１２の駆動電流波形の各種例
を示すグラフである。FIG. 4 (a) is a movement waveform of the vibrator 3, and FIG. 4 (b)
4E are graphs showing various examples of the drive current waveform of the electromagnetic coil 12. FIG.
【図５】本発明の第２実施形態を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第３実施形態を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第４実施形態の構成を示す断面図であ
る。FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第５実施形態の構成を示す断面図であ
る。FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第６実施形態の構成を示す断面図であ
る。FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of a sixth embodiment of the present invention.
３ 振動子 ４、４ａ、４ｂ 磁石 ５、６、７ 移動ヨーク ８ 貫通孔 １１ 固定ヨーク １２、１２ａ、１２ｂ 電磁コイル １３ ボビン １４、１５ キャップ １６、１６ａ、１６ｂ 集束ヨーク ２０ 発振器 3 Vibrator 4, 4a, 4b Magnet 5, 6, 7 Moving yoke 8 Through hole 11 Fixed yoke 12, 12a, 12b Electromagnetic coil 13 Bobbin 14, 15 Cap 16, 16a, 16b Focusing yoke 20 Oscillator
Claims (5)
ヨークと、 固定ヨーク内の中心軸方向に沿って変位可能なように支
持され、変位方向と平行な方向に磁化され、固定ヨーク
との磁気作用によって復元力が付与された振動子と、 固定ヨークおよび振動子が形成する磁気回路を通過する
磁界に対して、駆動磁界を重畳するための電磁コイル
と、 固定ヨークと振動子との間に介在して、固定ヨークを通
過する磁界を振動子側に集束させるための集束ヨークと
を備えることを特徴とする振動装置。A fixed yoke having a hollow shape and made of a magnetic material; and a fixed yoke supported so as to be displaceable along a central axis direction in the fixed yoke and magnetized in a direction parallel to the displacement direction. A vibrator to which a restoring force is applied by a magnetic action; an electromagnetic coil for superimposing a driving magnetic field on a magnetic field passing through a magnetic circuit formed by the fixed yoke and the vibrator; and between the fixed yoke and the vibrator. And a converging yoke for converging the magnetic field passing through the fixed yoke to the vibrator side.
る機械的共振周波数Ｆｍと駆動磁界の周波数Ｆａとが略
一致することを特徴とする請求項１記載の振動装置。2. The vibration device according to claim 1, wherein the mechanical resonance frequency Fm defined by the restoring force and the mass of the vibrator substantially coincides with the frequency Fa of the driving magnetic field.
されていることを特徴とする請求項１記載の振動装置。3. The vibration device according to claim 1, wherein the electromagnetic coil is arranged coaxially with the fixed yoke.
縦列配置された複数の磁石で構成され、 電磁コイルが振動子の復元力原点を取り囲むように配置
され、 電磁コイルを挟んで、複数の集束ヨークが復元力原点を
中心として対称配置されていることを特徴とする請求項
３記載の振動装置。4. The vibrator is composed of a plurality of magnets arranged in cascade such that magnetic poles of the same polarity face each other, and an electromagnetic coil is disposed so as to surround a restoring force origin of the vibrator. The vibrating device according to claim 3, wherein the plurality of focusing yokes are symmetrically arranged around the origin of the restoring force.
縦列配置された複数の磁石で構成され、 集束ヨークが振動子の復元力原点を取り囲むように配置
され、 集束ヨークを挟んで、複数の電磁コイルが復元力原点を
中心として対称配置されていることを特徴とする請求項
３記載の振動装置。5. The vibrator is composed of a plurality of magnets arranged in cascade such that magnetic poles of the same polarity face each other, a focusing yoke is arranged so as to surround a restoring force origin of the vibrator, and the focusing yoke is interposed therebetween. 4. The vibration device according to claim 3, wherein the plurality of electromagnetic coils are symmetrically arranged around the origin of the restoring force.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32165497A JPH11155273A (en) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | Vibration device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32165497A JPH11155273A (en) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | Vibration device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11155273A true JPH11155273A (en) | 1999-06-08 |
Family
ID=18134926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32165497A Pending JPH11155273A (en) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | Vibration device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11155273A (en) |
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- 1997-11-21 JP JP32165497A patent/JPH11155273A/en active Pending
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