JP2003236467A - 振動アクチュエータ及び電気音響変換器 - Google Patents

振動アクチュエータ及び電気音響変換器

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JP2003236467A
JP2003236467A JP2002036991A JP2002036991A JP2003236467A JP 2003236467 A JP2003236467 A JP 2003236467A JP 2002036991 A JP2002036991 A JP 2002036991A JP 2002036991 A JP2002036991 A JP 2002036991A JP 2003236467 A JP2003236467 A JP 2003236467A
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vibration
magnetic circuit
vibration actuator
plate
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Makoto Tejima
信 手嶋
Takashi Handa
崇 半田
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Tokin Corp
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NEC Tokin Corp
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  • Details Of Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型、小口径でありながら低音から高音まで
の広帯域な音響（音楽・音声）出力でき、また携帯電話
等のバイブレーションモードと着メロモードの同時駆動
モードを実現できる振動アクチュエータ及び電気音響変
換器を提供すること。 【解決手段】 永久磁石３２とヨーク３１と前記永久磁
石３２の磁束を集中させるために用いられるプレート３
３とから構成された磁気回路と、前記磁気回路の空隙に
配置したコイル３６と、前記コイル３６が取り付けられ
前記コイル３６によって駆動力が与えられる振動板３５
と、柔軟なばねからなるサスペンション１０４を介し
て、前記磁気回路を柔軟に支持する振動伝達部３５とを
備えた電気音響変換器を有する振動アクチュエータにお
いて、前記コイル３６の前記磁気回路空隙内の位置につ
いて、前記プレート３３とほぼ対向する位置に配置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小口径、小型にて
低音から高音まで広帯域な音域を発生できる電気音響変
換器であり、また体感振動と音楽（音声）を同時に出力
できる振動アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、図５に示す振動アクチュエータが
用いられている。図５は従来技術の一例による振動アク
チュエータを示す断面図である。図５に示すように、ヨ
ーク１０１、永久磁石１０２、プレート１０３で構成さ
れる磁気回路は、振動伝達部１０８に固定した円弧状の
螺旋形板ばねのサスペンション１０４で柔軟に支持され
ている。サスペンション１０４は磁気回路のヨーク１０
１の外周部及び振動伝達部１０８に固定されている。振
動板１０５に設けられたコイル固定部１０９は、凹形状
となっており、接着剤等によりコイル１０６が固着さ
れ、コイル１０６は磁気回路の空隙に配されている。
【０００３】振動板１０５は、サスペンション１０４と
同様、振動伝達部１０８に固定されコイル１０６に駆動
電流を流すと磁気回路あるいはコイル１０６は軸方向を
上下に移動し、振動伝達部１０８は低周波においては固
定部、高周波においては弾性体と化して振動板１０５の
一部となって振動し、振動及び音響の各モードで磁気回
路と振動板１０５は相互に干渉しながら動作を行い外部
に振動を伝えるような構造である。なお、１０７は磁気
回路の中心穴を貫通させて嵌入した中心軸である。ま
た、振動伝達部１０８には、ストッパー１１０が設けら
れており、ストッパー１１０は、振動アクチュエータに
過大な電力が印加された際に磁気回路と振動体１０５が
衝突するのを防ぐ役割を持つ。
【０００４】ところで、磁気回路の空隙の磁束密度は、
ヨークとプレートを最短で結ぶ直線上で最も大きくな
り、この直線から遠ざかるにつれて急激に小さくなって
ゆく。
【０００５】したがって、コイルはヨークとプレートを
最短で結ぶ直線上に集中して配置されるのが理想的で、
この場合もっとも駆動力が大きくなる。
【０００６】しかしながら、図５で示す従来技術による
振動アクチュエータの場合、コイル１０６の一方の端は
磁束密度の大きい部分に配置されているものの、一方の
端は磁束密度の小さい部分に配置されている。
【０００７】磁束密度の小さい部分に配置されたコイル
の一部は、駆動力向上への寄与が小さいだけでなく、そ
の質量によって振動板の振動を小さくしてしまい、振動
アクチュエータの特性を低下させていた。
【０００８】これら振動アクチュエータは小型のもので
（例えば、１８ｍｍや１５ｍｍ口径で、高さ４〜５ｍ
ｍ）、主に携帯電話に用いられているが、最近の携帯電
話の着信メロディ（いわゆる着メロ）ブームにより、そ
の音質向上のため、音源としては数百Ｈｚからの低音が
含まれている。また、携帯電話の着信を知らせる機能と
してはバイブレーションモードを動作した状態でメロデ
ィリンガーを同時駆動させる機能が好んで使われるよう
になっている。以前の携帯電話ではバイブレーションモ
ードはバイブモーターにより、着メロはマイクロスピー
カと別々のデバイスにより各々の機能が出力されていた
ので、振動と着メロの同時出力は問題なかったが、最近
はコストダウンと省スペース化のため、振動と音響を一
つのデバイスで出力しバイブモーターを削除する振動ア
クチュエータが携帯電話に使われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した従
来の振動アクチュエータ（図５参照）に振動と音楽の同
時駆動入力をすると、磁気回路側が上下に動作した状
態、つまり磁束がコイルに対して減少、増加を繰り返す
なかでコイルが着メロ信号により振動し音楽を出力する
ことになるから、プレートからコイルの一端が外れた図
５構造（ロングコイル）では、図４の出力波形に示すよ
うな低周波でモジュレーションをかけられたような音楽
出力となり、着メロの音質を損なってしまっていた。
尚、図４は振動アクチュエータから１０ｃｍ離れた距離
にマイクを置いて測定した波形である。
【００１０】そこで、本発明の技術的課題は、小型、小
口径でありながら低音から高音までの広帯域な音響（音
楽・音声）出力でき、また携帯電話等のバイブレーショ
ンモードと着メロモードの同時駆動モードを実現できる
振動アクチュエータ及び電気音響変換器を提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の振動アクチュエータは、永久磁石とヨーク
と前記永久磁石の磁束を集中させるために用いられるプ
レートとから構成された磁気回路と、前記磁気回路の空
隙に配置したコイルと、前記コイルが取り付けられ前記
コイルによって駆動力が与えられる振動板と、柔軟なば
ねからなるサスペンションを介して、前記磁気回路を柔
軟に支持する振動伝達部とを備えた電気音響変換器を有
する振動アクチュエータにおいて、前記コイルの前記磁
気回路空隙内の位置について、前記プレートとほぼ対向
する位置に配置したことを特徴としている。
【００１２】また、本発明の振動アクチュエータでは、
前記コイル長 Ｌ１は、前記プレートの厚み Ｌ２とほ
ぼ同じ長さ、Ｌ１ ≒ Ｌ２、であることを特徴として
いる。
【００１３】また、本発明の振動アクチュエータでは、
前記コイル長 Ｌ１は、前記プレートの厚み Ｌ２に対
して、Ｌ１ ＜ Ｌ２なる関係を有することを特徴とし
ている。
【００１４】また、本発明の振動アクチュエータでは、
前記振動体に凹状のコイル固定部を設け、前記コイルを
前記コイル固定部に埋め込んで固定したことを特徴とし
ている。
【００１５】また、本発明の振動アクチュエータでは、
前記コイル固定部に前記コイルを挿入し、前記コイル固
定部に充填剤を充填し硬化させることによって、前記コ
イルを前記振動板に固定したことを特徴としている。
【００１６】また、本発明の振動アクチュエータでは、
前記充填剤は、前記コイルを完全に覆っていることを特
徴としている。
【００１７】また、本発明の振動アクチュエータでは、
前記コイルのリード線引き出し部に、前記充填剤が触れ
ないように前記充填剤を充填したことを特徴としてい
る。
【００１８】また、本発明の振動アクチュエータでは、
前記充填剤は前記コイル固定部をほぼ完全に充填してい
ることを特徴としている。
【００１９】また、本発明の振動アクチュエータでは、
前記いずれかの振動アクチュエータにおいて、前記充填
剤は紫外線硬化型樹脂であることを特徴としている。
【００２０】また、本発明の振動アクチュエータでは、
永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるた
めに用いられるプレートとから構成された磁気回路と、
前記磁気回路の空隙に配置したコイルと、前記コイルが
取り付けられ前記コイルによって駆動力が与えられる振
動板と、柔軟なばねからなるサスペンションを介して、
前記磁気回路を柔軟に支持する振動伝達部とを備えた電
気音響変換器を有する振動アクチュエータにおいて、振
動を発生させる低周波信号ｆｖと音を発生する信号ｆｖ
よりも高い周波数の信号を同時に入力することで、音と
振動を同時に発生することを可能としたことを特徴とし
ている。
【００２１】ここで、本発明において、音とは聴覚によ
って感じとられるものであり、振動とは体感振動等の触
覚によって感じ取られるものを呼ぶ。
【００２２】また、本発明の振動アクチュエータでは、
永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるた
めに用いられるプレートとから構成された磁気回路と、
該磁気回路の空隙に配置したコイルと、前記コイルが取
り付けられ前記コイルによって駆動力が与えられる振動
板と、柔軟なばねからなるサスペンションを介して前記
磁気回路を柔軟に支持する振動伝達部とを備えた振動ア
クチュエータにおいて、体感振動、低音を表現する低周
波から高音を発生する高周波にわたる広帯域入力信号に
よって前記磁気回路が振動して低音を振動板と磁気回路
の双方が振動して中音を、そして振動板が振動して高音
を発生するように構成したことを特徴とする２ウェイ
（ｗａｙ）型又は３ウェイ（ｗａｙ）型電気音響変換器
である。
【００２３】ここで、本発明においては、低音として
は、重低音であることが好ましい。
【００２４】即ち、より具体的には、本発明の振動アク
チュエータは、コイルに広帯域信号を印加することによ
り磁気回路の中にあるコイルが振動し、あるいは磁気回
路が振動し、あるいはコイルと磁気回路が双方振動し支
持台を介して外部へ振動を伝え、また振動板の振動によ
り空気振動による音響出力として伝達する振動アクチュ
エータにおいて、振動と音響を同時出力可能を特徴とす
るものである。
【００２５】これによって、従来技術にない音と振動
（聴覚、触覚）で情報伝達（喜怒哀楽等）を可能とす
る、従来にないメディアを提供するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００２７】図１は本発明の実施の形態による振動アク
チュエータの断面図である。また、図２は従来の振動ア
クチュエータと本発明の振動アクチュエータを１０ｃｍ
離れたマイクにて測定比較した音圧特性例である。
【００２８】図１を参照すると、本発明の実施の形態に
よるの振動アクチュエータは、円盤状の永久磁石３２を
挟み込むようにヨーク３１とプレート３３で磁気回路が
形成されており、内磁構造である。ボルトやピン等の形
状をした中心軸３７は、磁気回路の中心穴を貫通させて
嵌入しており、ヨーク３１、永久磁石３２、プレート３
３を同軸上に位置決めしている。サスペンション３４
は、１枚の円弧状の螺旋形板バネで磁気回路を柔軟に支
持しており、粘着剤、接着剤もしくは樹脂等の弾性材も
しくは、かしめ等によりヨーク３１外周部に固定され、
もう一端は振動伝達部３８に固定されている。
【００２９】一方、コイル３６は凹形状をなすコイル固
定部３９を形成した振動板３５に固定され、必要に応じ
て接着剤等により固着され、磁気回路の空隙に配置され
ている。
【００３０】コイル長 Ｌ１はプレート厚み Ｌ２とほ
ぼ等しいか、Ｌ１＜Ｌ２である所謂ショートコイル型で
ある。
【００３１】また、振動伝達部３８にはストッパー４０
が設けられており、ストッパー４０は振動アクチュエー
タに過大な電力が印加された際に、磁気回路と振動体が
衝突するのを防ぐ役割を持つ。
【００３２】磁気回路の構造は、図１の内磁型構造の他
に、外磁型もしくはラジアル構造であっても良い。ま
た、磁気回路のヨーク３１の先端部は、内磁型や外磁型
でも高磁束密度が発生しやすいように突起、凹凸等の形
状にしている。永久磁石３２の磁極の向きはどちらを向
いていてもかまわない。
【００３３】サスペンション３４は振動伝達部３８とイ
ンサートモールド成形、溶着・接着等により一体化され
ている。
【００３４】振動板３５は、平面状、皿板状、曲面状、
コルゲーションもしくは各々を組み合わせた形状により
任意の板厚で、曲面状の場合には単一曲率もしくは異種
曲率の組み合わせにより、所定の音響特性が得られるよ
うにしている。また、振動板３５の外周部は振動板３５
の振幅をより大きく得るために、必要に応じて粘着剤、
接着剤、もしくは樹脂等の弾性材を介して振動伝達部３
８へ固定されている。
【００３５】振動伝達部３８は弾性作用をもたらす樹脂
等で作られており、ヘルムホルツの共鳴器の原理を満た
すように任意に放音孔を設けられ、このとき放音孔以外
に空気の流入出がないように設けられている。
【００３６】このようにして構成された本発明の振動ア
クチュエータはコイル長 Ｌ１がプレート厚み Ｌ２と
ほぼ等しいか、Ｌ１＜Ｌ２である所謂ショートコイル型
であり、磁気回路の空隙内の最大磁束が集中するポイン
トにコイルが配置されているため、従来振動アクチュエ
ータ（ロングコイルタイプ）に対して、図２のとおり音
響特性で１０ｄＢｓｐｌ以上の高い音圧を示した。
【００３７】また、本発明の振動アクチュエータは例え
ば振動と着メロの同時信号入力に対して、磁気回路が動
作振動していても磁気回路空隙内に配置されたコイルは
最大磁束密度位置から大きく外れることはなく、磁気回
路の動作による低周波のモジュレーションによる悪影響
がすくなく、着メロ出力を損なうことがないためバイブ
レーションモードと着メロの同時動作が可能となる。
【００３８】図３は本発明の振動アクチュエータに振動
の低周波と音響信号を同時入力したときの出力波形を１
０ｃｍ離れたマイクにて測定した例を示す図である。図
３及び図４の比較から図４に示す従来の振動アクチュエ
ータの波形に比べると図３に示す本発明の低周波の影響
が少なく（従来は４２％に対して、本発明は１２％）、
バイブレーションモードと着メロの同時動作が可能であ
ることがわかる。
【００３９】今、コイル３６に１００Ｈｚ前後の単一周
波数の信号を入力すると、コイル３６は磁気回路の空隙
にあるため、フレミングの左手の法則に従い、コイル３
６と磁気回路は相対的に入力周波数に同期して振動し、
その振動は振動伝達部３８を経由して外部へ出力され
る。これは体感振動であり音としては低音（重低音）で
ある。
【００４０】次にコイル３６に２ＫＨｚ前後の単一周波
数を入力すると、コイル３６と磁気回路は相対的に入力
周波数に同期して振動し、コイル３６の振動が振動板３
５へ伝わり振動板３５を振動させるが、周波数が高いた
め人の可聴域に入り音となって聞こえる。このとき、同
時に磁気回路の振動も振動伝達部をとおして伝達され
る。
【００４１】更に、コイル３６に数百から数千ＨＺの音
声（または音楽）信号を入力すると、同様に振動板３５
が振動するが、振動板が振動板フィルム（あるいはコー
ン紙）であるから、振動アクチュエータは、通常のスピ
ーカと同様に音声（または音楽）を出力することにな
る。以上のように振動アクチュエータの振動は広帯域周
波数の特性（スペクトラム）をもつことから、音（スペ
クトラム）の出力と振動の（スペクトラム）出力ができ
るので、従来のバイブレーションモーターがブゥーン、
ブゥーンという、モーター音しか出せないのに比べる
と、非常に多彩な表現をしかも音と振動と同時に出力す
ることができる。
【００４２】あるいは振動アクチュエータの磁気回路の
重量とサスペンションのバネ定数からなる振動共振ｆｖ
０を音楽の重低音にシンクロさせて、曲にアクセントを
つけることも可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明によれば、振
動体に構成されたコイルの配置をプレートと対向させコ
イルの長さＬ１とプレートの厚みＬ２の関係をＬ１ ≦
Ｌ２とすることで振動アクチュエータから出力される
音の出力音圧を向上させることができ、また、例えば、
バイブレーションモードと着メロモードを同時駆動可能
な振動アクチュエータを提供することができる。
【００４４】さらに、本発明によれば、小型のオーディ
オシステムとして低音（重低音）から高音まで、一つの
デバイスで出力可能な２ｗａｙ（３ｗａｙ） ｓｐｅａ
ｋｅｒ型の電気音響変換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による振動アクチュエータ
の断面図である。
【図２】従来の振動アクチュエータと本発明の振動アク
チュエータを１０ｃｍ離れたマイクにて測定比較した音
圧特性例を示す図である。
【図３】本発明の振動アクチュエータに振動の低周波と
音響信号を同時入力したときの出力波形を１０ｃｍ離れ
たマイクにて測定した例を示す図である。
【図４】従来の振動アクチュエータの出力波形の説明に
供せられる図である。
【図５】従来技術の一例による振動アクチュエータを示
す断面図である。
【符号の説明】
３１ ヨーク ３２ 永久磁石 ３３ プレート ３４ サスペンション ３５ 振動板 ３６ コイル ３８ 振動伝達部 ３９ コイル固定部 ４０ ストッパー １０１ ヨーク １０２ 永久磁石 １０３ プレート １０４ サスペンション １０５ 振動板 １０６ コイル １０７ 中心軸 １０８ 振動伝達部 １０９ コイル固定部 １１０ ストッパー
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） Ｈ０４Ｒ 9/00 Ｈ０４Ｒ 9/00 Ｃ 9/02 １０２ 9/02 １０２Ｄ Ｆターム(参考） 5D012 GA01 5D016 AA01 5D017 AA11 5D107 AA03 AA14 BB08 CC08 DD03 DD12 FF10 5H633 BB02 GG03 GG06 GG09 HH02 HH04 HH16 JA02 JA05

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束
    を集中させるために用いられるプレートとから構成され
    た磁気回路と、前記磁気回路の空隙に配置したコイル
    と、前記コイルが取り付けられ前記コイルによって駆動
    力が与えられる振動板と、柔軟なばねからなるサスペン
    ションを介して、前記磁気回路を柔軟に支持する振動伝
    達部とを備えた電気音響変換器を有する振動アクチュエ
    ータにおいて、 前記コイルの前記磁気回路空隙内の位置について、前記
    プレートとほぼ対向する位置に配置したことを特徴とす
    る振動アクチュエータ。
  2. 【請求項２】 前記コイル長 Ｌ１は、前記プレートの
    厚み Ｌ２とほぼ同じ長さ、Ｌ１ ≒ Ｌ２、であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエータ。
  3. 【請求項３】 前記コイル長 Ｌ１は、前記プレート
    の厚み Ｌ２に対して、Ｌ１ ＜ Ｌ２なる関係を有す
    ることを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエー
    タ。
  4. 【請求項４】 前記振動体に凹状のコイル固定部を設
    け、前記コイルを前記コイル固定部に埋め込んで固定し
    たことを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエー
    タ。
  5. 【請求項５】 前記コイル固定部に前記コイルを挿入
    し、前記コイル固定部に充填剤を充填し硬化させること
    によって、前記コイルを前記振動板に固定したことを特
    徴とする請求項１記載の振動アクチュエータ。
  6. 【請求項６】 前記充填剤は、前記コイルを完全に覆っ
    ていることを特徴とする請求項５記載の振動アクチュエ
    ータ。
  7. 【請求項７】 前記コイルのリード線引き出し部に、前
    記充填剤が触れないように前記充填剤を充填したことを
    特徴とする請求項５記載の振動アクチュエータ。
  8. 【請求項８】 前記充填剤は前記コイル固定部をほぼ完
    全に充填していることを特徴とする請求項５記載の振動
    アクチュエータ。
  9. 【請求項９】 前記充填剤は紫外線硬化型樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項５から８の内のいずれか一つに記
    載の振動アクチュエータ。
  10. 【請求項１０】 永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁
    束を集中させるために用いられるプレートとから構成さ
    れた磁気回路と、前記磁気回路の空隙に配置したコイル
    と、前記コイルが取り付けられ前記コイルによって駆動
    力が与えられる振動板と、柔軟なばねからなるサスペン
    ションを介して、前記磁気回路を柔軟に支持する振動伝
    達部とを備えた電気音響変換器を有する振動アクチュエ
    ータにおいて、 振動を発生させる低周波信号ｆｖと音を発生する信号ｆ
    ｖよりも高い周波数の信号を同時に入力することで、音
    と振動を同時に発生することを可能としたことを特徴と
    する振動アクチュエータ。
  11. 【請求項１１】 永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁
    束を集中させるために用いられるプレートとから構成さ
    れた磁気回路と、該磁気回路の空隙に配置したコイル
    と、前記コイルが取り付けられ前記コイルによって駆動
    力が与えられる振動板と、柔軟なばねからなるサスペン
    ションを介して前記磁気回路を柔軟に支持する振動伝達
    部とを備えた振動アクチュエータにおいて、体感振動、
    低音を表現する低周波から高音を発生する高周波にわた
    る広帯域入力信号によって前記磁気回路が振動して低音
    を振動板と磁気回路の双方が振動して中音を、そして振
    動板が振動して高音を発生するように構成したことを特
    徴とする２ウェイ型又は３ウェイ型電気音響変換器。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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