JPH0739105A - 携帯機器用振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 電池の消費電流が少なく、厚さの薄い携帯
機器用振動アクチュエータで、異なる方向の振動によっ
て、人体に感じ易くさせることができる。 【構 成】 基板（１１１）には、ステータ部（１１）
が形成されており、当該ステータ部（１１）上に駆動コ
イル（１２１）および位置検出コイル（１２２）が取り
付けられている。ロータ部（１３）は、回動自在に取り
付けられた永久磁石（１３１）と、当該永久磁石（１３
１）に取り付けられたバックヨーク（１３２、１３３）
を介して取り付けられた二つの振動子（１３４、１３
５）と、前記各振動子（１３４、１３５）を片持ち梁と
して支持すると共に、捩じれ振動となるように基板（１
１１）の両端に取り付けられた支持部（１４、１５）と
から構成される。

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。図４は従来例におけ
る振動発生装置を説明するための図である。図４におい
て、振動発生装置は、円筒型モータ４１と、当該円筒型
モータ４１の回転軸４２と、当該回転軸４２に取り付け
られた高比重合金からなる偏心した振動子４３とから構
成される。そして、回転軸４２と振動子４３との取り付
けは、振動子４３の軸孔４５に、たとえば黄銅製のブッ
シュ４４が圧入される。その後、円筒型モータ４１の回
転軸４２は、前記ブッシュ４４の軸孔４６に圧入され
る。上記振動発生装置は、円筒型モータ４１の回転軸４
２の先端に取り付けられた半月状の振動子４３を高速回
転させることによって振動を得ていた。

【０００３】しかし、上記のような円筒型モータ４１
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た。
すなわち、本出願人は、特願平３−１５６２７０号（平
成３年５月３１日出願）として、情報伝達装置に使用す
る携帯機器用振動アクチュエータを提案した。図５は従
来例における携帯機器用振動アクチュエータの概略図で
ある。図５において、携帯機器用振動アクチュエータ
は、ケース５０と、振動部６０と、ステータ部７０とか
ら構成されている。

【０００４】ケース５０は、携帯機器用振動アクチュエ
ータのバックヨークを兼ねており、内側の所定位置に永
久磁石５１が取り付けられている。振動部６０は、駆動
コイル６２と位置検出コイル６３とからなるコイル６１
と、駆動コイル６２に電流を断続的に流すための駆動回
路６４と、前記コイル６１と駆動回路６４とが取り付け
られている印刷配線板６５と、印刷配線板６５が振動可
能となるように支持するバネ部材６６と、当該バネ部材
６６に給電する端子６７、６８とから構成される。

【０００５】ステータ部７０は、ケース５０と共に振動
部６０を収容する。また、ステータ部７０は、ステータ
基板７１と、所定位置に形成されたステータヨーク７２
と、駆動コイル６２あるいは駆動回路６４に電流を給電
するための給電端子７３、７４と、当該給電端子７３、
７４から所定位置に配線する配線パターン７５、７６
と、当該配線パターン７５、７６と前記振動部６０にお
ける端子６７、６８とを接続する接続端子７７、７８と
から構成されている。

【０００６】そして、振動部６０は、前記ケース５０と
ステータ部７０とによって収容される。また、この時、
印刷配線板６５は、一端が固定されたバネ部材６６、６
７の他端である自由端に固定されているため、振動可能
状態にある。さらに、コイル６１と永久磁石５１、およ
びコイル６１とステータヨーク７２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６２に電流が流れると、駆動コイル６２を流れる電流
と永久磁石５１とによって、駆動コイル６２に電磁力を
発生させ、駆動コイル６２が設けられている印刷配線板
６５は、バネ部材６６の一端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６２と同心的に巻回
された位置検出コイル６３は、印刷配線板６５が移動し
たことを検出して、図示されていない駆動回路によっ
て、駆動コイル６２に流れる電流を遮断する。その後、
駆動コイル６２に電流が流れなくなると、印刷配線板６
５は、バネ部材６６の力によって元の位置に復元する。
すなわち、駆動コイル６２に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ
によって、前記印刷配線板６５は、その同一平面内で連
続して往復運動を繰り返す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】円筒型モータ４１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
スな質量をもった振動子４３を高速回転させているた
め、円筒型モータ４１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、上記の円筒型モータ４１は、回転振動によ
りシャフト等の回転部分で磨耗するため寿命が短く、振
動子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、上記振動モータは、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、上記円筒型モータ４１は、その直径を５ｍｍにする
のが限度であるが、携帯機器用振動アクチュエータとし
て２ｍｍないし４ｍｍの厚さのものが要望されている。

【０００８】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、本出願人が提案した携帯機
器用振動アクチュエータは、バネ部材６６によって一方
向に振動を与える。このような一方向の振動は、たとえ
ばポケットベル用にして、ワイシャツのポケットに入れ
た場合、人間の体に対して、平行であるため、振動を感
じ難いという問題を有した。携帯機器用振動アクチュエ
ータは、バッテリの関係で、１０ｍＡ程度の消費電流
で、振動が体に確実に伝達する必要がある。

【０００９】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（約
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。本発明は、異なる方向に振動させることに
よって、この振動が人体に感じ易くすることができる携
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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（第１発明）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、ステータ部（１１）が形成されている基板（１１
１）と、当該基板（１１１）上に取り付けられた駆動コ
イル（１２１）および位置検出コイル（１２２）と、回
動自在に取り付けられた永久磁石（１３１）とから構成
されるロータ部（１３）と、当該ロータ部（１３）にバ
ックヨーク（１３２、１３３）を介して取り付けられた
二つの振動子（１３４、１３５）と、前記各振動子（１
３４、１３５）を片持ち梁として支持すると共に、捩じ
れ振動となるように基板（１１１）の両端に取り付けら
れた支持部（１４、１５）とから構成される。

【００１１】（第２発明）本発明の携帯機器用振動アク
チュエータにおけるロータ部（１３）は、前記永久磁石
（１３１）と第１バックヨーク（１３２）を介して一体
に構成された第１振動子（１３４）と、当該永久磁石
（１３１）に対向すると共に、第１バックヨーク（１３
２）と連結されている第２バックヨーク（１３３）に取
り付けられた第２振動子（１３５）とから構成されてい
る。

【００１２】（第３発明）本発明の携帯機器用振動アク
チュエータにおける振動子（１３４、１３５）および永
久磁石（１３１）は、半円筒状で、駆動コイル（１２
１）および位置検出コイル（１２２）は、三角形状に同
心的に巻回され、その一辺が基板（１１１）に固定され
ると共に、駆動コイル（１２１）の他辺が前記永久磁石
（１３１）と一番多い面積で対向する形状に構成され
る。

【００１３】（第４発明）本発明の携帯機器用振動アク
チュエータにおける各振動子（１３４、１３５）は、一
端を板バネ（１４３、１５３）でそれぞれ支持されてい
ると共に、前記各板バネ（１４３、１５３）の向きが異
なるように構成される。

【００１４】（第５発明）本発明の携帯機器用振動アク
チュエータにおける振動子（１３４、１３５）の捩じれ
往復運動の周期は、振動部の質量と各板バネ（１４３、
１５３）のバネ定数とによって決定されることを特徴と
する。

【００１５】（第６発明）本発明の携帯機器用振動アク
チュエータにおける第１振動子（１３４）および第２振
動子（１３５）には、各板バネ（１４３、１５３）の高
さを低くするための溝（１３４１、１３５１）が形成さ
れていることを特徴とする。

【００１６】

【作 用】（第１発明）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、基板上に取
り付けられた駆動コイルに通電されると、永久磁石へフ
レミングの法則にしたがって、吸引力または反発力が生
じる。そして、この力による永久磁石の移動は、位置検
出コイルによって検出される。永久磁石の移動を検出し
た位置検出コイルは、駆動コイルの通電を停止する。前
記永久磁石と一体にバックヨークを介して取り付けられ
た二つの振動子は、一端が支持された片持ち梁として固
定されていると共に、たとえば向きの異なる板バネによ
って捩じれ振動となるように取り付けられる。本発明の
携帯機器用振動アクチュエータから発生する振動は、一
方向と異なる捩じれ振動となるため、少ないエネルギー
によって人体に感じ易い。

【００１７】（第２発明）前記駆動コイルに通電される
と、第１および第２バックヨークに磁界が発生する。こ
の磁界と永久磁石の極性とが反発して、第１および第２
バックヨークに取り付けられた第１および第２振動子と
は、一方向に移動する。

【００１８】（第３発明）前記振動子および永久磁石
は、半円筒状である。そして、同様に、駆動コイルおよ
び位置検出コイルは、三角形で同心的に巻回されている
ため、上記各コイルを円形にするより、駆動コイルの一
辺が永久磁石と一番多い面積で対向することができる。
したがって、本発明における永久磁石とコイルの形状が
一番効率的である。

【００１９】（第４発明）前記各振動子は、一端を板バ
ネでそれぞれ支持されていると共に、前記各板バネの向
きが、たとえば９０度異なる向きで構成されているた
め、互いに９０度異なる方向に移動し易くなっている。
すなわち、二つの振動子は、同方向に移動しようとする
が、板バネの移動し易い方向が９０度異なるため、一方
の振動子が移動方向と移動し易い方向との分力方向に捩
じれて移動する。この結果、この振動源を携帯機器用振
動アクチュエータに適用すると、振動は、水平方向以外
に人体に対して直角方向の成分を持っているため、感じ
易くなる。

【００２０】（第５発明）前記各振動子の捩じれ往復運
動の周期は、第１および第２振動部の質量と各板バネの
バネ定数とによって決定されるため、携帯機器用振動ア
クチュエータに適用した場合、人体に一番感じ易くする
ことができる。

【００２１】（第６発明）第１振動子および第２振動子
には、溝が形成されている。そして、各振動子を支持し
ている各板バネは、前記溝の中で振動可能な状態で支持
されている。したがって、振動子全体の高さを低くする
ことができる。

【００２２】

【実 施 例】図１ないし図３を参照しつつ本発明の一
実施例を説明する。図１は本発明における携帯機器用振
動アクチュエータの一実施例斜視図である。図２は本発
明における永久磁石と駆動コイルとの関係を説明するた
めの図である。図３は本発明における携帯機器用振動ア
クチュエータの駆動回路の一実施例を説明するための図
である。携帯機器用振動アクチュエータは、ステータ部
１１と、駆動コイル１２１および位置検出コイル１２２
からなる駆動部１２と、後述の二つの振動子を備えたロ
ータ部１３と、これらの振動子を支持する第１および第
２支持部１４、１５とから構成される。

【００２３】ステータ部１１は、携帯機器用振動アクチ
ュエータが載置される基板１１１と、当該基板１１１の
上に磁性材からなり、ステータとなるステータ部材１１
２とから構成されている。駆動部１２は、たとえば三角
形に巻回された駆動コイル１２１と、当該駆動コイル１
２１と同心的に巻回された位置検出コイル１２２と、図
示されていない駆動回路とから構成される。

【００２４】ロータ部１３は、たとえばネオジウム−鉄
−ボロン系部材からなり、回動自在な半円筒状の永久磁
石１３１と、当該永久磁石１３１と一体に固定されてい
る第１バックヨーク１３２と、当該第１バックヨーク１
３２に連結部１３６によって連結されている第２バック
ヨーク１３３と、前記第１バックヨーク１３２に固定さ
れている半円筒状の第１振動子１３４と、前記第２バッ
クヨーク１３３に固定されている半円筒状の第２振動子
１３５とから構成されている。また、第１振動子１３４
および第２振動子１３５には、溝１３４１、１３５１が
形成されている。

【００２５】第１支持部１４は、基板１１１の一端に支
持されている第１支持バネ１４１と、当該第１支持バネ
１４１によって一端が第１支点１４２によって固定され
ていると共に、他端が第１固定部１４４によって第１振
動子１３４と固定されている第１板バネ１４３とから構
成される。第２支持部１５は、基板１１１の他端に支持
されている第２支持バネ１５１と、当該第２支持バネ１
５１によって一端が第２支点１５２によって固定されて
いると共に、他端が第２固定部１５４によって第２振動
子１３５と固定されている第２板バネ１５３とから構成
される。そして、第１板バネ１４３は、図示の矢印１６
の方向に、第２板バネ１５３は、図示矢印１８の方向に
移動し易いように、互いにたとえば９０度異なる向きに
設けられている。また、第１板バネ１４３および第２板
バネ１５３は、前記溝１３４１、１３５１内において、
振動が可能である。このため、ロータ部１３の全体の高
さを低く設定できる。

【００２６】図２において、駆動コイル１２１は、三角
形に巻回されていると共に、同心的に永久磁石１３１の
位置を検出する位置検出コイル１２２が巻回されてい
る。そして、駆動コイル１２１および位置検出コイル１
２２は、三角形の一辺が前記基板１１１上に固定され
る。図３において、駆動回路は、第１および第２振動子
１３４、１３５を振動させる駆動コイル１２１と、永久
磁石１３１の位置を検出する位置検出コイル１２２と、
駆動コイル１２１を駆動するための、たとえばリチウム
電池等からなる電源１２３と、駆動コイル１２１に流れ
る電流を断続的に供給するためのスイッチング・トラン
ジスタ１２４と、位置検出コイル１２２に発生する起電
力を一方の端子に、駆動コイル１２１の電圧を帰還する
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
１２５とから構成される。

【００２７】そして、駆動回路は、図示されていない電
源スイッチにより電源１２３が投入されると、電流が駆
動コイル１２１に流れる。駆動コイル１２１に流れる電
流と永久磁石１３１による磁界とによって、第１および
第２バックヨーク１３２、１３３には、電磁力が働き、
第１支点１４２、および第２支点１５２を中心に一方向
に移動する。永久磁石１３１と駆動コイル１２１との相
対位置がずれるため、位置検出コイル１２２は、発生す
る起電力が減少し、この電圧をコンパレータ１２５の一
方の端子に入力する。コンパレータ１２５の他方の端子
に入力する電圧は、駆動コイル１２１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１２５の出力電圧は、駆動コイル１２１と電源１
２３との間にあるスイッチング・トランジスタ１２４が
ＯＦＦになるように働く。この結果、駆動コイル１２１
に電流が流れなくなると、駆動コイル１２１は、第１板
バネ１４３および第２板バネ１５３の復元力により元の
位置に戻り、最初の状態となる。これを繰り返して図示
矢印１６、１７方向の往復運動が行われる。しかし、第
１板バネ１４３と第２板バネ１５３とは、厚さ方向の向
きが、たとえば９０度異なるため、第１振動子１３４と
第２振動子１３５の運動が捩じり運動となる。この時、
第１板バネ１４３と第２板バネ１５３とは、第１振動子
１３４と第２振動子１３５に設けられた溝１３４１、１
３５１の内側で振動することができる。そのため、携帯
機器用振動アクチュエータの高さを低くすることができ
る。

【００２８】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、板バネ、振動子、および永久磁石の形状は、捩じ
れ振動を起こすものであれば、図１に示す以外に断面を
変形することができる。また、板バネおよび永久磁石の
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。

【００２９】

【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。本発明によれば、振動子における往復運動
の一方向に移動する時にのみ電流は流れ、バネ部材の力
を利用して復元するため、消費電流が少なく、ロータ部
および駆動回路を簡単にすることができる。本発明によ
れば、永久磁石と対向するバックヨークは、共に振子運
動を行なうため、ステータ部への磁気吸引や鉄損がな
く、支持する板状バネのバネ圧が少なくて済む。

【００３０】本発明によれば、ロータ部を支持する板バ
ネは、それぞれ片持ち梁として支持されていると共に、
捩じれ運動を行なうようになっているため、振子運動の
中心を支持することができ、軸受あるいはシャフト等の
支持体が不要である。本発明によれば、振子運動の周期
は、板バネの捩じれ復元力となるバネ定数とロータ部の
質量で決まる共振周波数によるため、安定な振動周期を
得ることができると共に、人体に感じ易い方向に振動す
る薄型の携帯機器用振動アクチュエータを提供できる。
本発明によれば、板バネが振動子に形成されている溝内
で振動できるため、携帯機器用アクチュエータ全体の高
さを低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における携帯機器用振動アクチュエータ
の一実施例斜視図である。

【図２】本発明における永久磁石と駆動コイルとの関係
を説明するための図である。

【図３】本発明における携帯機器用振動アクチュエータ
の駆動回路の一実施例を説明するための図である。

【図４】従来例における振動発生装置を説明するための
図である。

【図５】従来例における携帯機器用振動アクチュエータ
の概略図である。

【符号の説明】

１１・・・ステータ部 １１１・・・基板 １１２・・・ステータ部材 １２・・・駆動部 １２１・・・駆動コイル １２２・・・位置検出コイル １２３・・・電源 １２４・・・スイッチング・トランジスタ １２５・・・コンパレータ １３・・・ロータ部 １３１・・・永久磁石 １３２・・・第１バックヨーク １３３・・・第２バックヨーク １３４・・・第１振動子 １３５・・・第２振動子 １３４１、１３５１・・・溝 １３６・・・連結部 １４・・・第１支持部 １４１・・・第１支持バネ １４２・・・第１支点 １４３・・・第１板バネ １４４・・・第１固定部 １５・・・第２支持部 １５１・・・第２支持バネ １５２・・・第２支点 １５３・・・第２板バネ １５４・・・第２固定部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ部が形成されている基板と、 当該基板上に取り付けられた駆動コイルおよび位置検出
   コイルと、 回動自在に取り付けられた永久磁石とから構成されるロ
   ータ部と、 当該ロータ部にバックヨークを介して取り付けられた二
   つの振動子と、 前記各振動子を片持ち梁として支持すると共に、捩じれ
   振動となるように基板の両端に取り付けられた支持部
   と、 を備えた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】 前記ロータ部は、 前記永久磁石と第１バックヨークを介して一体に構成さ
   れた第１振動子と、 当該永久磁石に対向すると共に、第１バックヨークと連
   結されている第２バックヨークに取り付けられた第２振
   動子と、 から構成されることを特徴とする請求項１記載の携帯機
   器用振動アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記振動子および永久磁石は、半円筒状
   で、 駆動コイルおよび位置検出コイルは、三角形状に同心的
   に巻回され、その一辺が基板に固定されると共に、駆動
   コイルの他辺が前記永久磁石と一番多い面積で対向する
   形状であることを特徴とする請求項１記載の携帯機器用
   振動アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記各振動子は、一端を板バネでそれぞ
   れ支持されていると共に、前記各板バネの向きが異なる
   ことを特徴とする請求項１記載の携帯機器用振動アクチ
   ュエータ。
5. 【請求項５】 前記振動子の捩じれ往復運動の周期は、
   振動部の質量と各板バネ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記載の携帯機器用振動アク
   チュエータ。
6. 【請求項６】 前記第１振動子および第２振動子には、
   各板バネの高さを低くするための溝が形成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の携帯機器用振動アクチュ
   エータ。