JP2000334377A

JP2000334377A - 電気振動変換器

Info

Publication number: JP2000334377A
Application number: JP2000102959A
Authority: JP
Inventors: Hideo Suyama; 英夫陶山
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-01-01
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2000-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ペイジャー用振動アクチュエータとして、振
動発生効率をよくすると同時に、音声も発生させる。ま
た振動検知センサーとしても可能にし、形状を扁平にし
やすくする。【解決手段】電気音響変換器の振動体を磁気回路のヨー
クにダンパで支持させ、ボイスコイルに音声周波数の信
号を流したときに振動体が発音し、音声周波数の低域周
波数以下の低周波の信号を流したとき、ヨークとコイル
の相対的な低周波振動をヨークを介して外部に取り出す
ようにした。磁気回路は薄い構成にし、全体を扁平化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯用電話機等に
内装され信号着信時の呼び出しのための音声を発する電
気音響変換器に低周波の振動を出力できるようにして、
振動によっても呼び出しを知らしめるために利用する電
気振動変換器であり、特に小型で軽量にする目的で用い
ることができる。

【０００２】

【従来の技術】従来のペイジャー用振動アクチュエータ
は、ペイジャー用振動モーターや振動発生アクチュエー
タとも称せられ、小型で薄く、低消費電力で振動を発生
でき、安価であることが必要である。しかし振動発生の
みを目的とするために、当然ながら音声で呼び出しをし
たり、会話音を発することができない。従って、着信情
報や音声発生のために少なくとも２個以上の装置部品が
必要になる。また多く使用されているペイジャー用振動
アクチュエータは、比較的大きい質量を回転させるため
に起動電力消費が大きい。さらに回転させる構成のため
に部品点数が多くなったり、信頼性や精度管理に問題が
ある。直流電流を用いる理由で電流切り替え用の刷子を
持つため、回転に際して動作不良を起こすこともあり、
また小型、扁平化にも限界を有する。

【０００３】図１５は従来最も普通に使用されているペ
イジャー用振動モーターを示すものである。円筒形のコ
アレスロータで構成された駆動モータ４５で駆動される
シャフト４６を介してカウンタウェイト４７が回転し、
振れ回り振動を発生させる。当然ながら振動以外の音声
を発生することはできない。駆動モータ４５は曲面形状
の永久磁石、円筒形状のコアレスロータで形成され、ま
た回転駆動力を得るには複数の磁極を形成する必要があ
り、細い径の駆動モータ４５を実現するためには精度管
理や製作コストで限界がある。

【０００４】図１６は円筒形のペイジャー用振動モータ
の振動の状態を示すものである。駆動モータ４５による
回転で、カウンタウェイト４７は回転中心４８の周りで
振れ回る。振動の方向はあらゆる方向に発生するため、
ペイジャー用振動モータの固定の仕方によっては有効に
振動が外部に伝わらない方向もあり、また振れ回りモー
メントは駆動モータ４５の回転スピードの２乗に比例す
るため起動力が必要で省電力化の限界がある。

【０００５】図１７は従来の扁平形のコアレスロータで
構成されたペイジャー用振動モータ４９の内部を示す斜
視図である。回転軸５２に重心を偏心させた円板状の巻
線コイル５０を設け、薄板状の永久磁石５１との間で回
転駆動力を発生させる。駆動電流は刷子５３から供給さ
れる。円筒型のものと異なり、カウンタウェイトのかわ
りに、重心を偏心させた巻線コイルを利用している。回
転の際に振動が発生する。当然ながら音声を出すことは
できない。また２０ｍｍ以下の外形で数ｍｍ以下の扁平
な形状にすることは難しい。

【０００６】図１８は扁平状のペイジャー用振動モータ
の最も有効な振動の状態を示したもので、振動中心軸５
４に対して軸方向の回転状態がペイジャー用振動モータ
本体の５５、５６、５７で示される。この他に軸方向の
厚さ振動や、軸に直角方向の径の振動があるが、この扁
平形のペイジャー用振動モータの固定の仕方によっては
外部への振動発生にはあまり寄与しないことが多い。こ
のことは巻線コイルに印加した駆動電流が外部への振動
エネルギーとして有効に利用されてないことを意味す
る。

【０００７】図１９と図２０に実用化されていないが、
振動発生の原理が異なるペイジャー用振動アクチュエー
タを示す。特開平４ー３５５６４１で開示されたよう
に、厚さ方向に着磁された永久磁石６１または６５と電
磁コイル６０または６４で磁気回路を構成し、非磁性の
ハウジング５８の中央に支持具５９で支持された可動板
５９を電磁コイル６０または６４に流す交流励磁電流で
上下に加振し振動を発生させるものである。特徴は外形
寸法が小さくできることであるが、発生する振動が可動
板５９や周辺に吸収されて外部に伝わるエネルギーが小
さい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のペイジャー用振
動アクチュエータでは振動を発生させることはできるが
音声を発生させることはできなかった。また起動電力を
必ずしも小さくできず、外形寸法を小さくするにはかな
り無理があり、また回転動作不良も起きやすいものもあ
った。

【０００９】本発明は振動と音声を発生させることがで
き、駆動電流を有効に振動エネルギーに変換できる電気
音響変換器を提供することを目的とし、さらに作りやす
く、扁平化しやすく、動作不良のないペイジャー用振動
アクチュエータとして最適な電気機械音響変換器を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、永久磁石とヨークとで環状磁気ギャップ
を備えた磁気回路を構成し、該磁気ギャップにコイルを
配置し、該コイルに振動体を取り付けて、該コイルに交
流電気信号を流して該振動体と磁気回路とに相対的な振
動を行わせる電気振動変換器において、前記ヨーク部
に、前記振動体をダンパーにて支持させたことを特徴と
する電気振動変換器である。

【００１１】前記振動変換器は、前記交流電気信号が、
音声周波数より低い低周波信号のとき、前記相対的な振
動は前記ヨークに伝達されることを特徴とするものであ
る。

【００１２】また、前記振動変換器は、前記交流電気信
号が高周波の音声信号であるとき、前記振動体が振動し
て発音することを特徴とするものである。

【００１３】前記電気振動変換器は、その磁気回路を介
して携帯用電話機に装着し、前記交流信号が音声周波数
より低周波信号であるとき前記相対的振動は該携帯用電
話機に伝達され、前記交流信号が高周波の音声信号であ
るとき前記振動体が振動して音声を発することを特徴と
するペイジャー用振動アクチュエータとして用いられ
る。

【００１４】前記電気振動変換器をペイジャー用振動ア
クチュエータとして用いる場合、前記コイルが円筒状で
上部が内側に曲げ成形されたボビンに巻回されており、
前記ボビンの曲げ成形部に前記ダンパと振動体を接着し
いることを特徴とする。

【００１５】前記電気振動変換器をペイジャー用振動ア
クチュエータとして用いる場合、前記振動体がドーム形
状に成形された振動体であることを特徴とする。これに
より、振動体の強度を上げることができる。

【００１６】前記電気振動変換器をペイジャー用振動ア
クチュエータとして用いる場合、前記振動体に、軽い弾
性材料を介し錘板を接着することを特徴とする。これに
より、外部振動による振動時のコイルの変位が大きくな
ることを防止できると共に、音声発生時には質量付加と
ならないですむ。

【００１７】更に、本発明によれば、永久磁石とヨーク
で磁気ギャップを持つ磁気回路を構成すると共に該磁気
回路にコイルを巻回し、前記磁気ギャップ近傍に磁性材
料を配置するとともに該磁性材料板をヨーク上に支持し
た振動体で支持し、前記コイルに交流電気信号を流して
該コイルからの交流磁界と前記永久磁石からの直流磁界
により前記磁性材料板を前記磁気回路に対して吸引反発
させて該磁性材料板および前記振動体と前記磁気回路と
の間に相対的な振動を行わせ、前記交流信号が音声信号
のとき前記振動体を振動させて発音させ、前記交流信号
が音声周波数より低い低周波信号のとき、前記相対的な
振動を前記支持部へ伝達させる構成を有することを特徴
とする電磁型電気振動変換器が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例をもと
に図面を参照して説明する。

【００１９】図１は本発明によるペイジャー用振動アク
チュエータの１例を示すもので、音声を発生するムービ
ングコイル型の電気音響変換器を用いている。振動体１
は軽いアルミ合金の板などでドーム状に成形され、振動
時に屈曲しにくくし、良い音声を発生できるものにして
いる。振動体１の中心位置と上下の位置を支持するた
め、上下方向に比較的柔らかく変位できるダンパ７に接
着される。また複数回導体細線を巻いた円筒状のコイル
３はボビン９の外周に形成される。ボビン９は上部で内
側に直角に曲げ成形することにより、振動体１とダンパ
７との接着を強固にでき、円環状平坦部８ができる。磁
気回路は、中央に孔の開いた柱状で厚さ方向に着磁され
た永久磁石４の片方の磁極に円板状磁性体のプレート６
を接着し、他方の磁極には成形加工された磁性板のヨー
ク５を接着して構成される。ヨーク５とプレート６の間
にはコイル３やボビン９が上下に動く円環状のギャップ
が形成され、磁束密度の大きい空間になる。音声の場合
は数百ヘルツから３キロヘルツと周波数が高く、比較的
大きい駆動電流がコイル３に入っても振動体１の変位量
が比較的小さく、衝突部２に当たらない位置にダンパ７
で支持する。数１０ヘルツの低周波数で駆動する場合
は、振動体１の変位が大きくなるため衝突部２に衝突す
る。衝突部２に衝突する振動体１等の円環状平坦部８は
構造的に丈夫で平均的に衝突する。衝突で生じた振動は
支持梁１２を伝わり、外周部１０からさらに外部に伝搬
していく。振動体１やダンパ７が低周波数で振動すると
きの空気の背圧を上げないために、プレート６には中央
の孔１３が、ヨーク５には複数の孔１４が設けられる。
断面構造は図２で示される。

【００２０】信号着信を知らせる音声や相手の会話音を
発生する場合は、振動体１の数百ヘルツから３キロヘル
ツの振動で実現し、着信信号を振動で知らせる場合に
は、数１０ヘルツで振動体１を駆動し、衝突部２との衝
突振動を外部に伝える。この時の振動方向は上下方向の
みで、効率的に振動エネルギーを外部に取り出すことが
できる。また衝突時に音の発生を押さえ、衝突の衝撃を
和らげ破損しにくくするため、ほかの実施例の断面図で
ある図３で示すように、ゴム等の弾性材料の衝突部１５
を設けるとよい。

【００２１】また、音声や振動を発生するとは逆に、外
部の振動を検出することも可能である。振動体１やコイ
ル３の振動方向の成分の外部振動が加わった場合、磁石
４、プレート６、ヨーク５および固定枠１１は一体化し
て動くが、振動体１やコイル３はダンパ７を介して上下
に変位しやすいため、遅れて動く。この時の相対速度に
よってコイル３の両端子には起電力が生じる。これを検
知することによって外部振動の有無、つまり携帯電話機
が静止しているか動いているかを判断できる。この目的
には振動する部分、とりわけほかの実施例の断面図の図
３のコイル１６のようにボビンのない構成で巻き数を多
くしたり、線径を大きくして重さを大きくすることも効
果がある。ただし、電気入力に対する音声への変換効率
は不利になる。

【００２２】本発明のペイジャー用振動アクチュエータ
を音声発生の目的で使用する場合、ペイジャー用振動ア
クチュエータとしての機能を犠牲にせず、音声用の電気
音響変換器として良いものにする必要がある。図４は本
発明のペイジャー用振動アクチュエータを携帯電話機に
装着した時の断面図を示す。低周波数で駆動される際に
衝突で発生する振動はイヤピース２２を伝わり、人体に
感知されるものとなる。音声を発生させる際の対策とし
て、中央の孔１３に第１制動材１８を、孔１４には第２
制動材１９を設け、振動体が振動する場合の共振を抑え
て音声を聴きやすいものにする。振動体１とイヤピース
２２からなる空間の第１前気室２１は、イヤピース２２
の複数の小孔２３を通じてイヤピース２２と耳との間に
できる空間である第２前気室２４とつながる。第２前気
室２４は密閉したものではなく、耳の当たり方によって
変化する。振動体１と磁気回路の間でできる空間は第１
背気室で、携帯電話機の内部で形成される空間は第２背
気室２０で表わされ、他の気室より大きい。

【００２３】本発明のペイジャー用振動アクチュエータ
を音声発生の電気音響変換器として使用した時の構成断
面図である図４を音響等価回路で表したものが図５であ
る。Ｍ０、Ｓ０、Ｒ０は振動体の質量、スティフネス、
抵抗を表し、ＡＩは電流Ｉを流した時の駆動力を示す。
Ｍ１、Ｒ１は孔１３での質量と、第１制動材１８と第２
制動材の抵抗を示す。Ｒ２、Ｍ２はイヤピース２２の小
孔２３の抵抗と質量を表す。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は
それぞれ第１背気室１７、第２背気室２０、第１前気室
２１、第２前気室２４の空間のスティフネスをあらわ
し、容積が大きいほど小さい値になる。

【００２４】図６はムービングコイル型の電気音響変換
器の周波数の出力音圧特性を示すものである。共振ピー
ク２５は図４で制動材の抵抗Ｒ１がない場合のもので、
適当な制動の抵抗Ｒ１を加えることでピークはなくな
る。第２前気室２４のＳ４は一定していないため密閉し
ている場合は２７の特性を、開放している場合は２６の
特性を示す。音を明瞭に聴くためには、適当な制動と比
較的に低い共振周波数が必要である。共振周波数はＳ０
／Ｍ０の２分の１乗に比例して決まるが、Ｍ０を大きく
すると位置決めするためＳ０も大きくする必要があり、
あまり自由度はない。振動体１の面積を大きくして音響
質量を振動体１に付加し、実効的にＭ０を大きくする必
要がある。ちなみに共振周波数を２００ヘルツから３０
０ヘルツほどにするにはダンパ７まで含んだ径を２５ｍ
ｍほどにする必要がある。図６の谷２８や凹凸部分２９
は振動体１等の分割振動で生じるもので、できれば２キ
ロヘルツから３キロヘルツ以上にすると、音声が明瞭に
なる。

【００２５】本発明のペイジャー型振動アクチュエータ
を振動検出センサーとして積極的に使用する場合も、音
声や振動発生の目的を犠牲にしてはならない。図７は他
の実施例である一部を切り欠いた斜視図を示す。振動体
１やボビン３１およびダンパ７の接着部に軽い弾性材料
３０を介して比重の大きい錘板３２を設ける。低い周波
数である振動を衝突で発生させる場合や、外部の振動を
検出する場合は、錘板３２の質量は振動する振動体１や
コイル３の質量に付加されたものになる。音声を扱う数
百ヘルツから数キロヘルツの比較的大きい周波数では錘
板３２はコイル３とは一体に動きにくく静止状態に近ず
く。図９の音響等価回路で説明すると、Ｍ５、Ｒ５は錘
板の質量と抵抗で、Ｓ５は軽い弾性材料３０のスティフ
ネスである。低い周波数ではＳ５による抵抗が大きく、
高い周波数ではＳ５による抵抗が小さくなるからであ
る。ちなみに２Ｚは振動する部分の両面に付加する音響
インピーダンスである。

【００２６】本発明であるペイジャー用振動アクチュエ
ータの他の実施例を図１０で示す。衝突部３３は振動体
１そのものに衝突せず、コイル３の巻き芯のボビン３１
と衝突し、振動エネルギーはヨーク５を伝わり、人体が
感知することになる。このとき、衝突部３１の一部、ま
たは全部を弾性材で構成してもよい。ただし図１で示し
た振動体１を直接に衝突させるものに比較し、磁石４他
の重量物に振動エネルギーが多少とも分散するため、外
部への伝搬は少な目になる。

【００２７】図１２は電磁型の電気音響変換器を使用し
た場合の本発明のペイジャー用振動アクチュエータの他
の実施例である。円筒状で厚さ方向に着磁された磁石３
７、ヨーク３８、プレート３９とで磁気回路が構成され
る。コイル４０はヨーク３８にボビン４１を介して巻か
れる。磁石３７による直流磁界と、コイル４０からの交
流磁界で磁性材料板３６を吸引、反発させ、接着された
振動体３５を振動させる。この振動で音声を発生させ、
また、低い周波数で衝突部４２に衝突させ、支持梁４３
で外部へ振動を伝搬させる。電磁型の電気音響変換器の
振動体３５は、直流磁界の吸引力に対して適当な位置で
静止させる必要があるため、振動体３５の上下動はかな
り固いものにする。このため、低い周波数での大きい振
幅をとれず、衝突部４２との間隔を小さく、精度が必要
になる。また振動検出センサーの用途には限界がある。

【００２８】図１３は本発明のペイジャー用振動アクチ
ュエータを、音声と振動発生の用途で使う場合の回路概
略図である。無線部で着信信号を検知すると、制御回路
で低周波発信回路から増幅回路で増幅し振動を発生させ
る。次に必要なら、中周波発信回路によって音声の着信
信号を発音させる。会話を始めると、受信音声処理回路
によって会話音を発生させる。

【００２９】図１４は本発明のペイジャー用振動アクチ
ュエータを、音声、振動発生および振動検知センサーと
して使う場合の回路概念図である。振動センサーからの
外部振動の有無を検知し、無線部で着信信号を検知する
と、外部振動がある場合は低周波発信回路から振動を発
生させ、外部振動がない場合は中周波発信回路によって
着信音声を発生させる。会話を始めると、受信音声処理
回路によって会話音を発生させる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３１】ムービングコイル型の電気音響変換器を使
用した場合は特に、良質な音声を発生できると同時に、
低い周波数で外部に振動を発生することができる。

【００３２】そして、振動体は上下方向のみに動き衝突
して振動を発生するため、振動エネルギーを有効に取り
だすことができる。また、起動電力も比較的小さいた
め、電力消費を少なくすることができる。

【００３３】さらに、振動体、コイルやボビンなどの質
量一体化してダンパで上下方向に動きやすい部分は、外
部からの上下方向成分の振動により動き、コイルに起電
力を発生し、外部振動の有無を検知できる。

【００３４】また、磁石、ヨークやプレートは薄いもの
でよいため、５ｍｍほどの薄い外形寸法にすることがで
きる。外周の径は音声の帯域との関係で決めるが、目安
として２５ｍｍほどになる。

【００３５】また、磁石は磁極が曲面形状でなく、コイ
ルも円筒状に同一方向に巻くことでよく、ヨークやプレ
ートもプレス加工で作られ、組立が簡単で、精度管理も
比較的簡単である。

【００３６】さらに、回転する部分がないため、刷子や
軸受け部分がなく、全体の部品数が少なくて済む。また
電気接点の位置によって回転起動しない欠点はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のペイジャー用振動アクチュエータの一
部切り欠け斜視図である。

【図２】図１の実施例の断面図である。

【図３】他の実施例の断面図である。

【図４】イヤピースに装着した状態の断面図である。

【図５】図４の構成の音響等価回路図である。

【図６】電気音響変換器の音圧周波数特性図である。

【図７】他の実施例の一部切り欠け斜視図である。

【図８】図７の実施例の断面図である。

【図９】図８の構成の音響等価回路図である。

【図１０】他の実施例の断面図である。

【図１１】他の実施例の断面図である。

【図１２】電気音響変換器の異なる他の実施例の断面図
である。

【図１３】本発明のペイジャー用振動アクチュエータを
用いた回路概略図である。

【図１４】他の回路概略図である。

【図１５】従来の円筒形のペイジャー用振動モータの斜
視図である。

【図１６】振動状態の説明図である。

【図１７】従来の扁平形のペイジャー用振動モータの内
部の斜視図である。

【図１８】振動状態の説明図である。

【図１９】従来の振動発生アクチュエータの斜視図であ
る。

【図２０】従来の他の振動発生アクチュエータの斜視図
である。

【符号の説明】

１、３５振動体２、１５、３３、４２衝突部３、１６、４０コイル４、３７磁石５、３８ヨーク６、３９プレート７ダンパ８円環状平坦部９、３１、４１ボビン１１支持枠１２、４３支持梁３０弾性材３２錘板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｍ 1/03 Ｈ０４Ｍ 1/03 ＣＨ０４Ｒ 9/02 １０２Ｈ０４Ｒ 9/02 １０２Ａ１０３１０３Ｚ 9/04 １０５ 9/04 １０５Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石とヨークとで環状磁気ギャップ
を備えた磁気回路を構成し、該磁気ギャップにコイルを
配置し、該コイルに振動体を取り付けて、該コイルに交
流電気信号を流して該振動体と磁気回路とに相対的な振
動を行わせる電気振動変換器において、前記ヨーク部
に、前記振動体をダンパーにて支持させたことを特徴と
する電気振動変換器。
【請求項２】前記交流電気信号が、音声周波数より低
い低周波信号のとき、前記相対的な振動は前記ヨークに
伝達されることを特徴とする請求項１の電気振動変換
器。
【請求項３】前記交流電気信号が高周波の音声信号で
あるとき、前記振動体が振動して発音することを特徴と
する請求項１の電気振動変換器。
【請求項４】請求項１の電気振動変換器をその磁気回
路を介して携帯用電話機に装着し、前記交流信号が音声
周波数より低周波信号であるとき前記相対的振動は該携
帯用電話機に伝達され、前記交流信号が高周波の音声信
号であるとき前記振動体が振動して音声を発することを
特徴とするペイジャー用振動アクチュエータ。
【請求項５】前記コイルが円筒状で上部が内側に曲げ
成形されたボビンに巻回されており、前記ボビンの曲げ
成形部に前記ダンパと振動体を接着したことを特徴とす
る請求項４記載のペイジャー用振動アクチュエータ。
【請求項６】前記振動体がドーム形状に成形された振
動体であることを特徴とする請求項４および５のいずれ
か一つに記載のペイジャー用振動アクチュエータ。
【請求項７】軽い弾性材料を介し錘板を振動体に接着
した請求項４および５のいずれか一つに記載のペイジャ
ー用振動アクチュエータ。
【請求項８】永久磁石とヨークで磁気ギャップを持つ
磁気回路を構成すると共に該磁気回路にコイルを巻回
し、前記磁気ギャップ近傍に磁性材料を配置するととも
に該磁性材料板をヨーク上に支持した振動体で支持し、
前記コイルに交流電気信号を流して該コイルからの交流
磁界と前記永久磁石からの直流磁界により前記磁性材料
板を前記磁気回路に対して吸引反発させて該磁性材料板
および前記振動体と前記磁気回路との間に相対的な振動
を行わせ、前記交流信号が音声信号のとき前記振動体を
振動させて発音させ、前記交流信号が音声周波数より低
い低周波信号のとき、前記相対的な振動を前記支持部へ
伝達させる構成を有することを特徴とする電磁型電気振
動変換器。