JPH04355653A - 薄型情報伝達装置用振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、携帯機器、たとえばカ
ード型ページャー、腕時計、携帯電話、あるいは盲人用
信号受信機等の情報伝達装置において、振動アクチュエ
ータから発生する振動を人体に伝えることによりある種
の情報を携帯機器の携帯者に伝達する携帯機器用振動ア
クチュエータに関するものである。以下、本明細書では
、振動を人体に伝達することによりある種の情報を伝達
する機器を単に「情報伝達装置」と記載する。

【０００２】

【従来の技術】振動モータを使用した情報伝達装置は、
振動のみによってある種の情報を周囲の者に迷惑をかけ
ずに伝達できるため、近年、ポケットベルに変わるペー
ジャー、腕時計、携帯電話、あるいは盲人用信号受信機
等に使用されるようになってきた。従来例における振動
モータは、円筒型モータのモータシャフトの先端にたと
えば、半月状の分銅を取り付け、モータを高速回転させ
て振動を得ていた。このような円筒型モータは、カード
型の携帯用情報伝達装置として薄型にすることが困難で
あるため、偏平型振動モータが開発されている。たとえ
ば、図５は従来例における情報伝達装置に使用する偏平
型ブラシレスモータの断面概略図である。図５において
、ステータヨーク基板５１上には、複数のステータコイ
ル５２、たとえば３相６コイル、を形成したプリント配
線板５１′が載置されていると共に、その中心部に軸受
５３が装着されている。また、ステータヨーク基板５１
は、磁性体からなるモータ・ケースを兼ねており、図示
上部の部分において、モータ・ケースは、省略されてい
る。軸受５３には、シャフト５４が回転自在に挿入され
ている。当該シャフト５４には、ロータブッシュ５５を
介して板状のロータマグネット５７が固定されている。 当該ロータマグネット５７は、所望数の磁極、たとえば
８極に着磁され、前記ステータコイル５２と対向してい
る。このような構成の偏平型ブラシレスモータは、ロー
タマグネット５７の位置を検出して、ステータコイル５
２に回転磁界を順次発生させる図示されていない制御回
路により、ロータマグネット５７に回転力を発生させて
いる。上記のような偏平型ブラシレスモータを使用して
回転振動装置を得る場合には、上記モータの回転軸にた
とえば、タングステン等の比重の高い偏心した分銅を取
り付けて振動を発生させている。また、このような偏平
型ブラシレスモータのステータヨーク基板５１の一部に
図示されていない突設された磁気吸引部を設けると、こ
の磁気吸引部では、ロータマグネット５７の吸引力が変
わることを利用して、ロータの回転に振動を与える。

【０００３】図６は電気かみそりに使用する振動源の従
来例が示されている。図６において、断面コ字状のヨー
ク６１は、その内面に一対の永久磁石６２、６２′が固
着されて可動子６３を構成している。ステータ６４は、
一対のコイル６５、６５′を互いに逆方向に且つ略平面
状に巻回しておく。そして、上記コイル６５、６５′は
、前記一対の永久磁石６２、６２′の磁界によって電磁
力を発生するように配置されている。一対のバネ６６、
６６′は、その一端で可動子６３の両端に振動し易いよ
うに取り付けられ、他端でステータ６４と共に固定ビス
６９、６９′によって図示されていない基板に固定され
ている。位置検出器６７は、コイル６５、６５′の中央
部の空所に配置され、コイル６５、６５′と一体に固定
されている。また、位置検出器６７は、可動子６３に設
けられた摺動子６８によって加圧されると、この加圧に
よって抵抗値が変化してコイル６５、６５′の位置を検
出する。

【０００４】図７は図６に示す振動源の駆動回路である
。図６に示す位置に位置検出器６７と摺動子６８とがあ
る場合、位置検出器６７は、摺動子６８に加圧されて、
低い抵抗値を示す。可動子６３が点線または実線矢印の
示す方向に移動すると、位置検出器６７は、摺動子６８
によって加圧されなくなり、高い抵抗値を示す。図６に
示す状態において、位置検出器６７は、摺動子６８によ
って加圧されており、抵抗値が低い。その結果、トラン
ジスタ７１のベースはＬレベルになり、フリップ・フロ
ップ７４のＴ端子の入力およびＱ端子の出力がＨレベル
となる。また、フリップ・フロップ７４のＱ′端子の出
力がＬレベルになるため、ＡＮＤ回路７５の出力はＨレ
ベルとなって、トランジスタ７２をＯＮさせる。したが
って、コイル６５には電流が流れる。一方、フリップ・
フロップ７４のＱ′端子の出力は、Ｌレベルであるため
、トランジスタ７３をＯＦＦにして、コイル６５′には
電流が流れない。そして、コイル６５に流れる電流と永
久磁石６２、６２′の磁界とにより、可動子６３には電
磁力が働き、図６の点線矢印の方向に動く。この力によ
って、摺動子６８は、前記位置検出器６７から外れて位
置検出器６７を加圧しなくなる。この結果、位置検出器
６７の抵抗値は高くなり、トランジスタ７１のベース電
位が高くなり、トランジスタ７１はＯＮして、フリップ
・フロップ７４のＴ端子の入力および、ＡＮＤ回路７５
の入力をＬレベルとする。したがって、トランジスタ７
２には電流が流れない。この時、フリップ・フロップ７
４のＱ′端子の出力は、Ｈレベルとなり、ＡＮＤ回路７
６を通りトランジスタ７３をＯＮしてコイル６５′に電
流を流す。コイル６５と６５′とは、逆方向に巻回され
ているため、コイル６５′に電流が流れた場合、コイル
６５′を流れる電流と永久磁石６２とによって可動子６
３に働く電磁力は前記と反対方向になる。したがって、
摺動子６８の移動により、位置検出器６７の抵抗が変化
して、コイル６５、６５′に接続されているトランジス
タ７２、７３は、交互にＯＮ／ＯＦＦする毎に、コイル
６５、６５′に流れる電流を切り換え、可動子６３の往
復運動を継続させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】円筒型モータまたは偏
平型モータを使用した振動源は、そのシャフトに取り付
けたアンバランスな質量をもった分銅を高速回転させて
いるため、モータを駆動する電池容量が大きく、携帯機
器用の振動源として、小型かつ薄型に製作できなかった
。また、上記のモータは、振動回転によりシャフト等の
回転部分で磨耗するため寿命が短く、分銅に高価なタン
グステン等を使用するため、高価な振動源となった。 また、上記振動モータで、ブラシや整流子がある場合、
これらによる摺動音、軸受への衝撃音、あるいは機械的
騒音が大きいという問題を有した。さらに、上記問題の
一部を解決した偏平型モータは、コアレスにしたため、
トルク発生効率が悪く、消費電流が多い。また、図６に
示すような振動源の場合、電気かみそりのように大きい
振動を得るにはよい。しかし、情報伝達装置を携帯して
いる者に対して単純な情報を伝達するだけの振動源とし
ては、消費電流が多く、小型に製作することは不可能で
あった。さらに、上記振動源にはコイル、永久磁石、お
よびバネがそれぞれ一対必要であり、駆動回路にもトラ
ンジスタおよびＡＮＤ回路がそれぞれ一対必要である。 そのため、構造が簡単で、安価な振動源を得ることはで
きなかった。従来例における回転振動部あるいは往復振
動部には、コイルと永久磁石との間にエアギャップがあ
り、さらに、永久磁石を備えた振動部とこれを覆うケー
スとの間にもエアギャップが存在する。そのため、振動
源の厚さを薄型にするためには限度があった。

【０００６】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、たとえば、リチュウム電池の消費電流（数
１０ｍＡ）で済むと共に、その厚さ（２ｍｍ）に見合う
薄型の携帯機器用振動アクチュエータを提供することを
目的とする。また、本発明は、構造および駆動回路が簡
単な携帯機器用振動アクチュエータを提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の携帯機器用振動アクチュエータは、同芯的
に巻回された駆動コイルおよび位置検出コイルから構成
されたコイルを設けた印刷配線板と、当該印刷配線板が
同じ平面内において往復運動を行えるようにその一端を
片持ち梁として支持するバネ部材と、前記コイルの一面
にギャップをもって対向するように配置された永久磁石
を形成したバックヨークを兼ねるケースと、上記コイル
の他面にギャップをもって対向するように配置されたス
テータヨークを形成したステータ基板とから構成される
。

【０００８】本発明の携帯機器用振動アクチュエータに
おけるバネ部材は、前記印刷配線板に設けられたコイル
とバネ支持部に設けられた端子とを電気的に接続するリ
ード線を兼ねるように構成される。

【０００９】本発明の携帯機器用振動アクチュエータに
おけるコイルは、印刷配線板上に印刷されるように構成
される。

【００１０】本発明の携帯機器用振動アクチュエータに
おける駆動回路は、駆動コイルに印加された電圧および
位置検出コイルに発生した電圧をそれぞれ比較するコン
パレータと、当該コンパレータの出力によって駆動コイ
ルに印加する電圧をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ手段とか
ら構成される。

【００１１】本発明の携帯機器用振動アクチュエータに
おける印刷配線板の往復運動の周期は、印刷配線板の質
量とバネ部材のバネ定数とによって決定されるように構
成される。

【００１２】

【作　　　　用】駆動コイルおよび位置検出コイルは、
たとえば、同芯的に巻回された空芯コイルを印刷配線板
上に設けるか、あるいは印刷して形成される。　　そし
て、この印刷配線板は、その一端がバネ部材からなる片
持ち梁によって支持される。また、上記コイルに印加す
る電圧は、上記バネ部材をリード線として利用すること
ができる。すなわち、バネ部材の一方は、印刷配線板上
のコイルに、他方はバネ支持部に設けられた端子にそれ
ぞれ接続されている。そして、永久磁石が形成されてい
るバックヨークを兼ねるケースの中に、前記印刷配線板
およびバネ部材等を収納した後、ステータヨークが形成
されているステータ基板で前記ケースの開口部に蓋をす
る。この時、コイルと永久磁石およびコイルとステータ
ヨークとの間にエアギャップが介在している。このよう
な状態において、駆動コイルに電流が流れると、コイル
を流れる電流と永久磁石とによって、コイルに電磁力を
発生させ、コイルが設けられている印刷配線板は、バネ
部材の他方を支点としてその同一平面内で移動する。そ
して、駆動コイルに電流が流れなくなった後、印刷配線
板は、バネ部材の力によって元の位置に復元する。すな
わち、駆動コイルに流れる電流のＯＮ／ＯＦＦによって
、前記印刷配線板は、その同一平面内で連続して往復運
動を繰り返す。そして、この往復運動の周期は、前記印
刷配線板および印刷配線板に取り付けられているコイル
や駆動回路の回路部品等の質量とバネ部材のバネ定数と
による共振状態で決められる。バネ定数は、バネ部材の
形状、たとえば、断面が丸あるいは角状にしたり、ある
いは材質によって変えられる。駆動コイルに電流を流す
と、前述のごとく印刷配線板が移動し、位置検出コイル
に発生する起電力が減少し、この電圧をコンパレータに
入力する。コンパレータの他方の入力には、駆動コイル
にかかる電圧が帰還されている。このときのコンパレー
タの出力は、駆動コイルと電源との間に設けられたスイ
ッチがＯＦＦとなるように働く。駆動コイルに電流が流
れなくなると、印刷配線板は、バネ部材の復元力により
元の位置に戻り、最初の状態となる。これを繰り返して
往復運動を行う。印刷配線板は、上記のようにコイルに
電流が流れている間、同一平面内で移動する力を受ける
。そして、コイルに電流が流れなくなると、バネ部材の
力だけで元の位置に戻るので、消費電流は少なく、制御
回路が簡単である。振動アクチュエータとした場合の構
造は、ステータヨークおよびバックヨークがケースを兼
ねているため、従来、ケースと振動アクチュエータとの
間にあったエアギャップの分、厚さを薄型にできる。以
上のように、本発明の携帯機器用振動アクチュエータは
、構造が簡単で、しかもリチウム電池を使用できる程度
の消費電流であると共に、リチウム電池と略同じ厚さに
することができる。また、効率良く印刷配線板の往復運
動を行わせるために、支持しているバネ部材は、印刷配
線板とバネ部材との質量、およびバネ部材の材質とその
断面積とを適当に選択することによって共振させるよう
にしている。

【００１３】

【実　　施　　例】図１ないし図４を参照しつつ本発明
の一実施例を説明する。図１は本発明におけるバックヨ
ークを兼ねたケースの一実施例斜視図である。図２は本
発明におけるコイルを実装した印刷配線板の一実施例を
示す。図３は本発明におけるステータ基板の一実施例を
示す。図４は本発明における振動アクチュエータの駆動
回路の一実施例を説明する図である。図１において、永
久磁石１１は、たとえばネオジウム−鉄−ボロン系永久
磁石で、たとえば鉄からなるケース１２の内面における
後述のコイル２１と対応する位置に形成されている。ま
た、ケース１２は、鉄から構成されているため、後述の
駆動コイル２２に対してバックヨークを兼ねることがで
きる。図２において、コイル２１は、駆動コイル２２と
位置検出コイル２３とから構成され、同芯的でしかも空
芯に巻回されている。駆動コイル２２と位置検出コイル
２３とは、同一平面または重ねるようにすることもでき
る。また、このようにして巻回されているコイル２１は
、たとえば、印刷配線板２５上に形成された溝等に埋め
込まれている。また、上記コイル２１は、印刷配線板２
５上に印刷して形成することもできる。コイル２１は、
印刷により形成されると、印刷配線板２５上に形成した
駆動回路４１とリード線によって接続することなく、印
刷配線板２５の図示されていない配線パターンによって
それぞれ接続できる。印刷配線板２５の一端には、たと
えば、ステンレスまたは燐青銅等からなるバネ部材２６
の一方が取り付けられており、バネ部材２６の他方はバ
ネ支持部２７に固定されている。したがって、印刷配線
板２５は、バネ支持部２７を支点として、印刷配線板２
５と同一平面内を移動できる可動子２０となる。また、
バネ部材２６は、印刷配線板２５の支持だけでなく、電
気的接続用とすることができる。この場合、バネ部材２
６は、図２に示すごとく、２本を一組にして一方をバネ
支持部２７に形成されている端子２８、２９に接続され
、他方を図示されていない配線パターンを介してコイル
２１に接続されている。また、電気的な接続を行う場合
、バネ部材２６は、電気の良導体からなることはいうま
でもないことである。図３において、ステータ基板３１
は、前記印刷配線板２５およびバネ部材２６等をケース
１２に収容した後に、ケース１２の開口部側を閉塞する
蓋に相当するものである。ステータ基板３１には、前記
コイル２１と対応する位置にたとえば、鉄からなるステ
ータヨーク３２が形成されている。また、ステータ基板
３１のたとえば、両端に給電端子３３および３４が設け
られている。ステータ基板３１における接続端子３７、
３８は、前記バネ部材２６に接続されている端子２８お
よび２９と対応する位置に設けられると共に、前記給電
端子３３、３４と配線パターン３５、３６によって電気
的に接続されている。図２に示すコイル２１、駆動回路
２４、バネ部材２６、およびバネ支持部２７等をケース
１２に収容して、ステータ基板３１でケース１２の開口
部を閉塞した際に、前記コイル２１と対向する永久磁石
１１およびステータヨーク３２の間に僅かなエアギャッ
プが存在する。そのため、印刷配線板２５は、ケース１
２内でバネ支持部２７を支点として図２に示す白抜き矢
印方向に移動することができる。

【００１４】次に、図４にしたがって振動アクチュエー
タの駆動回路４１を説明する。図４において、駆動回路
４１は、可動子２０に振動を与える駆動コイル２２と、
可動子２０の位置を検出する位置検出コイル２３と、駆
動コイル２２に電源４２、たとえばリチウム電池、を接
続するトランジスタ４３と、位置検出コイル２３に発生
する起電力を一方の端子に、駆動コイル２２の電圧を帰
還抵抗Ｒｆと抵抗Ｒａとを介して他方の端子にそれぞれ
入力するたとえば、差動増幅器からなるコンパレータ４
４と、コンパレータ４４の出力を前記トランジスタ４３
のベースに加えるベース抵抗Ｒｂと、駆動コイル２２に
電流を供給する電源スイッチ４５とから構成されている
。電源スイッチ４５により電源４２が投入されると、電
流は駆動コイル２２に流れる。駆動コイル２２に流れる
電流と永久磁石１１による磁界とによって、可動子２０
には電磁力が働き、可動子２０は、バネ支持部２７を支
点として同一平面内を移動する。可動子２０が移動する
と、可動子２０に形成されているコイル２１と永久磁石
１１との相対位置がずれる。そのため、位置検出コイル
２３に発生する起電力が減少し、この電圧がコンパレー
タ４４の一方の端子に入力する。コンパレータ４４の他
方の端子に入力する電圧は、駆動コイル２２にかかる電
圧が帰還抵抗Ｒｆによって帰還されている。このときの
コンパレータ４４の出力電圧は、駆動コイル２２と電源
４２との間にあるトランジスタ４３がＯＦＦになるよう
に働く。この結果、駆動コイル２２に電流が流れなくな
ると、コイル２１は、バネ部材２６の復元力により元の
位置に戻り、最初の状態となる。これを繰り返して往復
運動が行われる。

【００１５】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、
特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがな
ければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たと
えば、バネ部材の形状は、図２に示す以外に断面を変形
することができ、コイルと同一平面方向に移動できるも
のであれば、どのようなものでも良い。また、バネ部材
および永久磁石の材質は、実施例に記載されたもの以外
に如何なるものをも採用することができる。また、駆動
回路においても同様に実施例に限定されず、同等な機能
を有する回路部品に変えることが可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、機械的摩擦部分がなく
、機械的損失はバネ部材のみであるため、構造が簡単で
、低騒音、長寿命の携帯機器用振動アクチュエータを提
供できる。また、可動子が往復運動の一方向に移動する
時のみ電流を流し、復元する時、リード線を兼ねるバネ
部材の力を利用しているため、消費電流が少なく、可動
子および駆動回路を簡単にする。さらに、コイルは、同
一平面内で空芯に巻回された場合、携帯機器用振動アク
チュエータの厚さを薄型に製造できると共に、鉄損と永
久磁石を拘束する磁気吸引とがないので、バネ部材のバ
ネ圧が少なくて済む。本発明によれば、印刷配線板にコ
イルを印刷したり、あるいは印刷配線板の配線パターン
を利用してコイル、駆動回路、バネ部材との接続、ある
いは接続端子と給電端子等の接続ができるので、携帯機
器用振動アクチュエータの製造が簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明におけるバックヨークを兼ねたケー
スの一実施例斜視図である。

【図２】　　本発明におけるコイルを実装した印刷配線
板の一実施例を示す。

【図３】　　本発明におけるステータ基板の一実施例を
示す。

【図４】　　本発明における振動アクチュエータの駆動
回路の一実施例を説明する図である。

【図５】　　従来例における情報伝達装置に使用する偏
平型ブラシレスモータの断面概略図である。

【図６】　　電気かみそりに使用する振動源の従来例が
示されている。

【図７】　　図６に示す振動源の駆動回路である。

【符号の説明】

１１　　永久磁石 １２　　ケース（バックヨーク） ２０　　可動子 ２１　　コイル ２２　　駆動コイル ２３　　位置検出コイル ２４　　駆動回路 ２５　　印刷配線板 ２６　　バネ部材 ２７　　バネ支持部 ２８、２９　　端子 ３１　　ステータ基板 ３２　　ステータヨーク ３３、３４　　給電端子 ３５、３６　　配線パターン ３７、３８　　接続端子 ４１　　駆動回路 ４２　　電源 ４３　　トランジスタ ４４　　コンパレータ ４５　　電源スイッチ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同芯的に巻回された駆動コイル２２お
   よび位置検出コイル２３から構成されたコイル２１を設
   けた印刷配線板２５と、当該印刷配線板２５が同じ平面
   内において往復運動を行えるようにその一端を片持ち梁
   として支持するバネ部材２６と、前記コイル２１の一面
   にギャップをもって対向するように配置された永久磁石
   １１を形成したバックヨークを兼ねるケース１２と、上
   記コイル２１の他面にギャップをもって対向するように
   配置されたステータヨーク３２を形成したステータ基板
   ３１と、を備えていることを特徴とする携帯機器用振動
   アクチュエータ。
2. 【請求項２】　　前記バネ部材２６は、前記印刷配線板
   ２５に設けられたコイル２１とバネ支持部２７に設けら
   れた端子２８、２９とを電気的に接続するリード線を兼
   ねていることを特徴とする請求項１の携帯機器用振動ア
   クチュエータ。
3. 【請求項３】　　前記コイル２１は、印刷配線板２５上
   に印刷されていることを特徴とする請求項１の携帯機器
   用振動アクチュエータ。
4. 【請求項４】　　駆動コイル２２に印加された電圧およ
   び位置検出コイル２３に発生した電圧をそれぞれ比較す
   るコンパレータ４４と、当該コンパレータ４４の出力に
   よって駆動コイル２２に印加する電圧をＯＮ／ＯＦＦす
   るスイッチ手段４３と、からなる印刷配線板２５の駆動
   回路４１を備えたことを特徴とする請求項１の携帯機器
   用振動アクチュエータ。
5. 【請求項５】　　前記印刷配線板２５の往復運動の周期
   は、印刷配線板２５の質量とバネ部材２６のバネ定数と
   によって決定されることを特徴とする請求項１の携帯機
   器用振動アクチュエータ。