JPH11178304A - Oscillating device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oscillating device which is capable of attaining high conversion efficiency from electricity into mechanical oscillation, size reduction, lower power consumption, high reliability, and low operating noise. SOLUTION: An oscillating device is constituted of a fixed yoke 11 of hollow shape, consisting of magnetic material, an oscillator 3 which is supported so as to be capable of being displaced along a central axis direction X in the fixed yoke 11, magnetized in a direction parallel to the displaced direction, and has a restoring force applied by a magnetic action with the fixed yoke 11, a cylindrical bobbin 13 which guides the linear displacement of the oscillator 3, an electromagnetic coil 12 for periodically superimposing driving magnetic field to magnetic field which passes through a magnetic circuit formed by the fixed yoke 11 and the oscillator 3, a transmitter 20 for supplying drive current I to the electromagnetic coil 12, and reinforcing magnets 16a, 16b which are interposed between the fixed yoke 11 and the oscillator 3, so as to reinforce the magnetic field of the magnetic circuit, and is resonated by the driving magnetic field with a frequency Fa of almost identical the resonance frequency Fm of the resonator 3. The bobbin 13 is formed of a large liquid crystal polymer having vibration damping characteristic.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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
高く、動作音の小さい振動装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a vibration device which has high conversion efficiency from electricity to mechanical vibration, can be reduced in size and power consumption, has high reliability, and has low operating noise.

【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、振動子を変位自在
に支持するための支持部材とを備え、支持部材が液晶ポ
リマーで形成されてい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, And a support member for supporting the vibrator in a displaceable manner, wherein the support member is formed of a liquid crystal polymer.

【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する
ため、振動子には固定ヨークの対称中心点を原点とした
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. Since the vibrator is stabilized in a state where the entire potential energy is the lowest, a restoring force is applied to the vibrator with the origin being at the center of symmetry of the fixed yoke. 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、振動子を支持する支持部材を金属
材料またはポリアセタールなどの樹脂材料に比べ振動減
衰特性の大きな材料である液晶ポリマーで形成すること
によって、振動子の摺動によって生じる支持部材の振動
を速やかに減衰吸収し、振動装置から放出される動作音
を抑制できる。Further, by forming the supporting member for supporting the vibrator from a liquid crystal polymer having a larger vibration damping characteristic than a metal material or a resin material such as polyacetal, vibration of the supporting member caused by sliding of the vibrator is achieved. Can be quickly attenuated and absorbed, and the operating sound emitted from the vibration device can be suppressed.

【００１０】こうして、たとえば本装置が携帯用端末機
器に搭載された場合に他人への迷惑を確実に防止でき
る。In this way, for example, when the present apparatus is mounted on a portable terminal device, it is possible to reliably prevent inconvenience to others.

【００１１】また本発明は、振動子の復元力によって規
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, according to the present invention, the mechanical resonance frequency Fm defined by the restoring force of the vibrator and the driving magnetic field frequency Fa
Are substantially the same.

【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、前記磁気回路の磁界を増強
するための補強磁石とを備えることを特徴とする。Further, the present invention is characterized by comprising a reinforcing magnet for enhancing the magnetic field of the magnetic circuit.

【００１４】本発明に従えば、補強磁石をたとえば固定
ヨークと振動子との間に介在させ、磁気回路の磁界を増
強することによって、振動子へ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をより高
く設定できる。According to the present invention, a reinforcing magnet is interposed between, for example, a fixed yoke and a vibrator to enhance the magnetic field of the magnetic circuit, thereby enhancing the magnetic action on the vibrator.
The restoring force of the vibrator becomes larger. Therefore, the resonance frequency Fm of the vibrator can be set higher than in the case of the fixed yoke alone.

【００１５】また、補強磁石の材質や寸法、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、種々の補強磁石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 reinforcing magnet. Therefore, a vibration device having a desired resonance frequency Fm can be obtained by sharing a main body part and combining with various reinforcing magnets at the time of manufacturing the vibration device, so that it is possible to easily cope with low-cost, high-mix low-volume production.

【００１６】次に振動装置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。Next, the principle of the vibration device will be described. The stationary position of the vibrator is set as the origin O, and the displacement from the origin O is x
And the restoring force acting on the vibrator is f, and the mass of the vibrator is M
Then, the restoring force f is a function of the displacement x, and as shown in FIG. 1, is a linear function of f = k · x in the first-order approximation. 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).

【００１７】[0017]

【数１】 (Equation 1)

【００１８】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 an 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.

【００１９】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.

【００２０】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.

【００２１】[0021]

【発明の実施の形態】図３は、本発明の一実施形態を示
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、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２
０などで構成され、さらに振動子３は２つの磁石４ａ、
４ｂを含み、円環状の２つの補強磁石１６ａ、１６ｂが
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の内側に配置されている。装置全体の寸法は、
たとえば長さが１６ｍｍ、外径は６ｍｍである。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. This 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 cylindrical shape for guiding a linear displacement of the vibrator 3. , An electromagnetic coil 12 for generating a driving magnetic field, and an oscillator 2 for supplying a sine wave or pulse wave driving current I to the electromagnetic coil 12.
And the vibrator 3 has two magnets 4a,
The two annular reinforcing magnets 16a and 16b, including the reinforcing magnets 4b, are arranged inside the fixed yoke 11 so as to be symmetrical with respect to the electromagnetic coil 12. The dimensions of the whole device are
For example, the length is 16 mm and the outer diameter is 6 mm.

【００２２】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。The fixed yoke 11 is formed of a magnetic material having a high magnetic permeability, and is formed, for example, in a cylindrical shape.

【００２３】ボビン１３は振動減衰特性の大きな材料で
ある液晶ポリマーで形成され、その内径は振動子３の最
外径より僅かに大きくなるように設計され、振動子３の
直線運動を滑らかに案内する。ボビン１３の外周面は電
磁コイル１２の導線を巻回するためのベースとなる。The bobbin 13 is formed of a liquid crystal polymer which is a material having a large vibration damping characteristic, and its inner diameter is designed to be slightly larger than the outermost diameter of the vibrator 3 to smoothly guide the linear motion of the vibrator 3. I do. The outer peripheral surface of the bobbin 13 serves as a base for winding the conductive wire of the electromagnetic coil 12.

【００２４】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Ｈａを発生する
ため、効率的な磁界重畳を実現している。さらに、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
に電磁コイル１２を配置している。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 as to generate a driving magnetic field Ha parallel to the X axis. The superposition of the magnetic field is realized. Further, the electromagnetic coil 12 is arranged so as to surround the origin O, which is the center of vibration of the vibrator 3, so that the interaction with the planar magnetic field formed by the vibrator 3 is maximized.

【００２５】電磁コイル１２の外周面には固定ヨーク１
１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 fixed yoke 1 is provided on the outer peripheral surface of the electromagnetic coil 12.
1 are mounted, and caps 14 and 15 corresponding to 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 and secure the airtightness and watertightness of the device. I have.

【００２６】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
柱状の永久磁石４ａ、４ｂと、透磁率の大きな磁性材料
で形成され、永久磁石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とで
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３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、中心軸Ｘ
に垂直な平面状の磁界を発生している。移動ヨーク５、
６、７の外径は磁石４ａ、４ｂ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 composed of columnar permanent 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 a high magnetic permeability. The movable yokes 5, 6, and 7 are formed and fixed to the middle, upper and lower surfaces of the permanent magnets 4 a and 4 b in close contact with each other. The magnets 4a and 4b are arranged in tandem so that magnetic poles of the same polarity face each other. In FIG. 3, the lines of magnetic force emitted from the respective N poles pass through the moving yoke 5 while repelling each other, and the center axis X
And generates a planar magnetic field perpendicular to. Moving yoke 5,
The outer diameters of the movable yokes 5, 6, 7 are made slightly larger than the outer diameters of the magnets 4a, 4b by smoothing the peripheral surfaces of the movable yokes 5, 6, 7 so that the inner surfaces of the bobbin 13 and the movable yokes 5, 6, 7 are separated. Sliding is low friction, and smooth vibration is realized.

【００２７】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 between the sealed spaces on both sides, and are vibrated by a structure in which the gas in the sealed spaces can move freely. The free vibration of the child 3 is secured.

【００２８】補強磁石１６ａ、１６ｂは、円環形状の中
心から半径方向に沿って磁化された永久磁石で形成さ
れ、図３では円環形状の内面がＮ極に、外面がＳ極にそ
れぞれ着磁されている。こうした補強磁石１６ａ、１６
ｂは、固定ヨーク１１と振動子３との間に介在し、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、４ｂのＳ極と補強磁石１６
ａ、１６ｂのＮ極との間の磁気作用をそれぞれ増強して
いる。The reinforcing magnets 16a and 16b are formed of permanent magnets magnetized in the radial direction from the center of the annular shape. In FIG. 3, the inner surface of the annular shape is attached to the N pole, and the outer surface is attached to the S pole. Magnetized. Such reinforcing magnets 16a, 16
b is interposed between the fixed yoke 11 and the vibrator 3, is symmetrically disposed around the origin O so as to face both ends of the vibrator 3, and has the S poles of the magnets 4 a and 4 b and the reinforcing magnet 16.
The magnetic action between the N poles a and 16b is enhanced.

【００２９】振動子３を中空形状の固定ヨーク１１の内
部に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および補強磁石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。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、
補強磁石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は対称中心点より少し
シフトする。なお、図３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。By arranging the vibrator 3 inside the hollow fixed yoke 11, the lines of magnetic force from the N pole of the vibrator 3 pass through the fixed yoke 11 and the reinforcing magnet 16,
A magnetic circuit returning to the south pole of the vibrator 3 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 and shape of the outer magnetic parts,
Since the reinforcing magnets 16 are arranged asymmetrically with respect to the center of symmetry of the fixed yoke 11, the point O is slightly shifted from the center of symmetry. In the configuration shown in FIG. 3, since the components are symmetrically arranged, the center point of symmetry coincides with the origin O of the restoring force.

【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.

【００３３】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.

【００３４】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.

【００３５】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.

【００３６】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.

【００３７】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 / 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.

【００３８】こうして振動子３の周期および位相と駆動
電流とが同期するように共振させることによって、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 resonating in such a manner that the period and phase of the vibrator 3 and the drive current are synchronized, conversion from electrical vibration to mechanical vibration is efficiently performed.

【００３９】さらに本実施例では、振動子３を支持する
ボビン１３を液晶ポリマーで形成することによって、振
動装置から放出される動作音を抑制することが可能とな
る。Further, in this embodiment, by forming the bobbin 13 for supporting the vibrator 3 from a liquid crystal polymer, it is possible to suppress the operation noise emitted from the vibrating device.

【００４０】これは、ボビン１３の内面を振動子３の移
動ヨーク５、６、７の周面が摺動するとき、ボビン１３
に発生する振動が、ケース１１、キャップ１４、１５へ
固体音として伝わり、外部空間へ空気音として放出され
るのを、液晶ポリマーにより形成されたボビン１３が振
動を速やかに減衰させ外部へ放出する動作音を抑制する
からである。This is because when the peripheral surfaces of the moving yokes 5, 6, 7 of the vibrator 3 slide on the inner surface of the bobbin 13, the bobbin 13
Is transmitted to the case 11, the caps 14 and 15 as solid sound and is emitted to the outside space as air noise, whereas the bobbin 13 formed of the liquid crystal polymer rapidly attenuates the vibration and emits it to the outside. This is because the operation sound is suppressed.

【００４１】液晶ポリマーはその特異な微細構造によ
り、金属材料や他の樹脂材料（たとえばポリアセタール
等）に比べ振動を内部損失として吸収することが可能
で、振動減衰特性に優れている。また、ボビン１３の内
面と移動ヨーク５、６、７の周面の面粗度を小さくした
としても、振動の発生をなくすことは困難であるため、
発生した振動を速やかに減衰させることが動作音を抑制
する上で不可欠である。The liquid crystal polymer can absorb vibration as an internal loss and has excellent vibration damping characteristics as compared with a metal material or another resin material (for example, polyacetal) due to its unique fine structure. Further, even if the surface roughness of the inner surface of the bobbin 13 and the peripheral surfaces of the moving yokes 5, 6, 7 are reduced, it is difficult to eliminate the occurrence of vibration.
It is indispensable to attenuate the generated vibration promptly to suppress the operation noise.

【００４２】なお、液晶ポリマーとして、市販品では商
品名「ベクトラ」（ポリプラスチック社製）等が使用可
能である。また、特に液晶ポリマーの中でも、ガラス繊
維などを含まないものの方が振動減衰特性が劣化しない
ためなお良い。As a liquid crystal polymer, commercially available products such as Vectra (manufactured by Polyplastics) can be used. Further, among liquid crystal polymers, those containing no glass fiber or the like are more preferable because the vibration damping characteristics are not deteriorated.

【００４３】図５は、本発明の第２実施形態を示す断面
図である。この振動装置は、円筒状の固定ヨーク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、さらに円環状の補強磁石１６は
固定ヨーク１１の内側に配置されている。装置全体の寸
法は、たとえば長さが１０ｍｍ、外径は６ｍｍである。FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. This vibration device has a cylindrical fixed yoke 11
And a vibrator 3 supported inside the fixed yoke 11 so as to be displaceable along the central axis X direction, a cylindrical bobbin 13 for guiding the linear displacement of the vibrator 3, and 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, and an annular reinforcing magnet 16 is disposed inside the fixed yoke 11. I have. The overall size of the device is, for example, 10 mm in length and 6 mm in outer diameter.

【００４４】ボビン１３は振動減衰特性の大きな材料で
ある液晶ポリマーで形成され、その内径は振動子３の最
外径より僅かに大きくなるように設計され、振動子３の
直線運動を滑らかに案内する。ボビン１３の外周面は電
磁コイル１２の導線を巻回するためのベースとなる。The bobbin 13 is formed of a liquid crystal polymer which is a material having a large vibration damping characteristic, and its inner diameter is designed to be slightly larger than the outermost diameter of the vibrator 3 to smoothly guide the linear motion of the vibrator 3. I do. The outer peripheral surface of the bobbin 13 serves as a base for winding the conductive wire of the electromagnetic coil 12.

【００４５】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Ｈａを発生する
ため、効率的な磁界重畳を実現している。さらに、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
に電磁コイル１２と補強磁石１６を配置している。The electromagnetic coil 12 is configured to wind a conductive wire around the X axis, and is arranged coaxially with the fixed yoke 11 to generate a driving magnetic field Ha parallel to the X axis. The superposition of the magnetic field is realized. Furthermore, the electromagnetic coil 12 and the reinforcing magnet 16 are arranged so as to surround the origin O, which is the center of vibration of the vibrator 3, so that the interaction with the planar magnetic field formed by the vibrator 3 is maximized.

【００４６】電磁コイル１２の外周面には固定ヨーク１
１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 fixed yoke 1 is provided on the outer peripheral surface of the electromagnetic coil 12.
1 are mounted, and caps 14 and 15 corresponding to 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 and secure the airtightness and watertightness of the device. I have.

【００４７】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
柱状の永久磁石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 permanent magnet 4 whose upper and lower surfaces are magnetized to the 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. , The movable yokes 5 and 6 which are fixed to the upper and lower surfaces of the magnet 4 in close contact with each other. The outer diameter of the movable yokes 5, 6 is slightly larger than the outer diameter of the magnet 4, and the movable yokes 5, 6
Is smooth, the sliding between the inner surface of the bobbin 13 and the moving yokes 5, 6 is reduced, and smooth vibration is realized.

【００４８】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 can be freely moved by the structure in which the gas in the sealed space can move freely. Vibration is secured.

【００４９】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および補強磁石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 this 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 reinforcing magnet 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 applied to the magnetic field passing through the magnetic circuit.
Are periodically superposed, the magnetic field acting on the vibrator 3 periodically fluctuates, and the vibrator 3 vibrates while reciprocating linearly.

【００５０】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と駆動磁界の周波数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 FIGS. 4B to 4E can be used, and the resonance frequency Fm of the vibrator 3 and the drive magnetic field frequency Fa
, The mechanical vibration with excellent energy efficiency can be obtained.

【００５１】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を用いた例を説明したが、円筒形状
に限定されるものでなく、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よい。In the above embodiment, an example using a cylindrical fixed yoke, a vibrator, and the like has been described. However, the present invention is not limited to a cylindrical shape. May be configured.

【００５２】[0052]

【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
電磁コイルからの駆動磁界を周期的に重畳することによ
って、振動子が直線的に振動するようになる。さらに、
振動子を支持する支持部材を液晶ポリマーで形成するこ
とによって、振動子の摺動によって生じる支持部材の振
動を速やかに減衰吸収し、振動装置から放出される動作
音を抑制できる。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, a magnetic field passing through the magnetic circuit in this state is affected by the electromagnetic coil. The driving magnetic field is periodically superimposed, whereby the vibrator vibrates linearly. further,
By forming the support member that supports the vibrator from a liquid crystal polymer, the vibration of the support member caused by the sliding of the vibrator can be quickly attenuated and absorbed, and the operation sound emitted from the vibration device can be suppressed.

【００５３】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。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.

【００５４】また、磁気回路の磁界を増強する補強磁石
を設けることによって、振動子へ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。Further, by providing the reinforcing magnet for enhancing the magnetic field of the magnetic circuit, the magnetic action on the vibrator is enhanced, and the restoring force of the vibrator is further increased. Thus, electric vibration can be efficiently converted into mechanical vibration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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】本発明の一実施形態を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing one 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実施形態の構成を示す断面図であ
る。FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 補強磁石 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 Reinforced magnet 20 Oscillator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 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、 振動子を変位自在に支持するための支持部材とを備え、 支持部材が液晶ポリマーで形成されていることを特徴と
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 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 a vibrator that is displaceably supported. A vibrating device, comprising: a supporting member formed of a liquid crystal polymer. 【請求項２】 振動子の復元力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 of the vibrator substantially coincides with the frequency Fa of the driving magnetic field. 【請求項３】 前記磁気回路の磁界を増強するための補
強磁石とを備えることを特徴とする請求項１または２記
載の振動装置。3. The vibration device according to claim 1, further comprising a reinforcing magnet for enhancing a magnetic field of the magnetic circuit.