JPH0993900A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気回路としてロスが少なく、大きな振幅を
得ることが可能な振動アクチュエータを実現する。 【解決手段】 有底中空円筒状の磁性体のハウジング３
１と、ハウジング底部の中空円筒部３３と、中空円筒部
の内筒部で移動可能なスピンドル４１と、ハウジングの
開放端面側でスピンドルの一端が取り付けられたカバー
４０と、中空円筒部の周囲に取り付けられ、外周部に円
筒状の切りおこし部を有する円盤状の第一及び第二のヨ
ーク３４ａ，３４ｂと、第一及び第二のヨークの間で軸
方向に着磁されたリング状の磁石３５と、ハウジングと
第一のヨーク及び第二のヨークとの間の空間内でカバー
に取り付けられたコイルボビン４２と、第一のヨークと
ハウジングとの間のコイルボビン上で円周方向に巻回さ
れた第一のコイル４３ａと、第二のヨークとハウジング
との間のコイルボビン上で第一のコイルと逆方向に巻回
された第二のコイル４３ｂと、中空円筒部とカバーとが
所定の位置にあるように位置決めする位置決め手段５０
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、振動アクチュエー
タに関し、更に、詳しくは、振動キャンセラーの駆動源
等に好適なムービングコイル型の振動アクチュエータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】振動アクチュエータとして、実開平１−
１７１５７８号公報に開示されたものがある。図５は上
述の実開平１−１７１５７８号公報に記載された振動ア
クチュエータの構成を示す構成図である。この図５にお
いて、１は中空円筒状のサイドヨーク、２はサイドヨー
クの内壁面に対して、外筒面が一定の間隔を持って配設
される中空円筒状のセンターヨークである。

【０００３】サイドヨーク１の内壁面には、第一及び第
二のコイル３，４が所定の間隔を持って設けられてい
る。また、センターヨークの外筒面には、第一のコイル
３に対向する第三のコイル５と、第二のコイル４に対向
する第四のコイル６とが設けられている。

【０００４】可動子８はサイドヨーク１の内筒面とセン
ターヨーク２の外筒面との間の空間で軸方向に移動可能
に支持されており、非磁性体の材質で構成されている。
第一のコイル３と第三のコイル５との間の可動子８の円
筒部には、実質的には可動子の８の円筒面を構成する半
径方向に着磁された第一の磁石９が、第二のコイル４と
第四のコイル６との間の可動子８の円筒部には、実質的
には可動子８の円筒面を構成し、第一の磁石９とは着磁
方向が逆の第二の磁石１０がそれぞれ設けられている。

【０００５】そして、図５において、破線で示すよう
に、第一のコイル３→第一の磁石９→第三のコイル５→
センターヨーク２→第四のコイル６→第二の磁石１０→
第二のコイル４→サイドヨーク１を経由して一巡する磁
束を有する磁気回路が形成されている。

【０００６】次に、上記構成の動作を説明する。図５に
示すような磁気極性になるように第一のコイル３，第二
のコイル４，第三のコイル５及び第四のコイル６に電流
を流すと、フレミング左手の法則により第一のコイル３
〜第四のコイル６に推力が発生する。ここで、サイドヨ
ーク１及びセンターヨーク２は固定されているため、前
記推力の反作用によって、可動子８が矢印Ａ方向及びＢ
方向に移動する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の振
動アクチュエータにおいては、下記のような問題点があ
る。

【０００８】磁気回路中に磁気ギャップが２ヵ所あり、
磁気ギャップのギャップ長が大きく、しかも、第一及び
第二の磁石９，１０はサイドヨーク１及びセンターヨー
ク２に対して空間を介して配設されているので、磁気抵
抗が大きく、ロスが大きい。

【０００９】磁石の着磁方向が半径方向であるために、
所定のパワーを出すためには軸方向に所定の大きさを確
保する必要が有り、可動子の小型化が困難である。ま
た、第一及び第二の磁石９，１０を可動子８の円筒面に
形成した溝に取り付ける構造なので、製造が難しい。更
に、可動子の移動方向への薄型化が困難なことにより、
可動子の移動方向の長さが長くなり、可動子を支持する
構造が複雑になる。

【００１０】そこで、このような各種問題点を解決する
ために本件出願人は実願平5-69800 号として、ハウジン
グにコイルを固定しておき、磁石及びヨークを有する可
動子をスピンドルで支持するムービングマグネット型の
振動アクチュエータを提案している。

【００１１】ところが、このような構成では可動子が磁
石を有する形式になっている。この場合、可動子の重量
が大きくなるため、所定の入力を供給した場合に振動振
幅を大きくすることができない問題を有している。

【００１２】振動アクチュエータの用途によっては、各
種エンジンの振動を打ち消すため等に大きな振幅（振動
のストローク）が必要な場合が有る。このため、上述し
た振動アクチュエータでは充分な振幅を得ることができ
ない。

【００１３】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、磁気回路としてロスが少なく、大
きな振幅を得ることが可能な振動アクチュエータを提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】課題を解決する手段であ
る本発明は以下に説明するようなものである。本発明
は、一方の端面が開放され、他方の端面に底部を有する
有底中空円筒状の磁性体のハウジングと、このハウジン
グの底部に設けられ、ハウジングの内部に延出する中空
円筒部と、前記中空円筒部の内筒部に軸方向に移動可能
に支持されたスピンドルと、前記ハウジングの開放され
た端面を覆うように、前記スピンドルの一端が中心部に
取り付けられたカバーと、前記ハウジングの内筒面と前
記中空円筒部の外筒面との間の空間内で、前記中空円筒
部の周囲に取り付けられ、外周部に円筒状の切りおこし
部を有する円盤状の第一のヨークと、前記ハウジングの
内筒面と前記中空円筒部の外筒面との間の空間内で、前
記中空円筒部の周囲に取り付けられ、外周部に円筒状の
切りおこし部を有する円盤状の第二のヨークと、前記第
一のヨーク及び前記第二のヨークとの間に配置され、ス
ピンドルの軸方向に着磁されたリング状の磁石と、前記
ハウジングと第一のヨーク及び第二のヨークとの間の空
間内に配設され、前記カバーに取り付けられたコイルボ
ビンと、前記第一のヨークと前記ハウジングとの間の前
記コイルボビン上で円周方向に巻回された第一のコイル
と、前記第二のヨークと前記ハウジングとの間の前記コ
イルボビン上で前記第一のコイルと逆方向に巻回された
第二のコイルと、前記中空円筒部と前記カバーとが所定
の位置にあるように位置決めする位置決め手段とを有す
ることを特徴とする振動アクチュエータである。

【００１５】この振動アクチュエータにおいては、磁石
の一方の面，第一のヨーク，第一のコイル，ハウジン
グ，第二のコイル，第二のヨーク，磁石の他方の面を一
巡する磁気回路が形成される。この磁気回路中のコイル
に電流を流すと、コイルに推力が発生し、コイルボビン
を介してカバーが振動する。

【００１６】この場合、コイルとコイルボビンとカバー
とから構成されたムービングコイル型の振動子は、ムー
ビングマグネット型の振動子と比較すると軽量であるた
め、所定の力を発生する際に充分大きな振幅を発生する
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施の
形態例を説明する。図１は本発明の実施の形態例の断面
図、図２は図１における上面図である。

【００１８】次に図面を用いて本発明の実施の形態例を
説明する。図１は本発明の第一の実施の形態例の断面図
である。また、図２は図１の左方向から見た場合の正面
図である。

【００１９】これらの図において、ハウジング３１は一
方の端面が開放された有底中空円筒状の磁性体で構成さ
れている。このハウジング３１の底部には、ハウジング
３１の内部に延出する中空円筒部３２が形成されてい
る。この中空円筒部３２の中心穴の内周面には軸受け３
３が設けられており、後述するスピンドル４１が軸方向
に移動可能に設けられる。

【００２０】第一のヨーク３４ａはハウジング３１の開
放端面側に向けた円筒状の切りおこし部を外周部に有
し、中心部に中空円筒部３２と同じ径の穴が穿設された
円盤状磁性体で構成され、ハウジング３１の内筒面と中
空円筒部３２の外筒面との間の空間で、中空円筒部３２
側に取り付けられて配設されている。

【００２１】第二のヨーク３４ｂはハウジング３１の底
部に向けた円筒状の切りおこし部を外周部に有し、中心
部に中空円筒部３２と同じ径の穴が穿設された円盤状磁
性体で構成され、ハウジング３１の内筒面と中空円筒部
３２の外筒面との間の空間で、第一のヨーク３４ａと間
隔をもって隣り合うように、中空円筒部３２側に取り付
けられて配設されている。

【００２２】磁石３５は円盤状の第一のヨーク３４ａ及
び第二のヨーク３４ｂに挟まれるようにして設けられ、
軸方向に着磁（例えば、ヨーク３４ａ側がＮ極，ヨーク
３４ｂ側がＳ極に着磁）されている。

【００２３】尚、第一のヨーク３４ａ，第二のヨーク３
４ｂ及び磁石３５は、この図１に示す実施の形態におい
ては、ねじ３６ａ及び３６ｂにより中空円筒部３２及び
ハウジング３１に取付けられているが、接着などの他の
取り付け方法を用いることも可能である。

【００２４】ハウジング３１の開放端面側には、この開
放端面を覆う程度の大きさで、中心部の穴にスピンドル
４１が取付けられたカバー４０が設けられている。従っ
て、カバー４０はハウジング３１の開放端面側で移動可
能に設けられている。 コイルボビン４２はハウジング
３１と第一のヨーク３４ａ及び第二のヨーク３４ｂとの
間の空間内に配設され、カバー４０に取り付けられてい
る。

【００２５】第一のコイル４３ａはコイルボビンの筒面
上で円周方向に巻回されている。第二のコイル４３ｂは
コイルボビンの筒面上で第一のコイル４３ａに軸方向に
間隔をもって隣り合うように配設され、第一のコイル４
３と逆方向に巻回されている。尚、第一のコイル４３ａ
は第一のヨーク３４ａの切りおこし部と対向する位置に
あるように、また、第二のコイル４３ｂは第二のヨーク
３４ｂの切りおこし部と対向する位置にあるように設け
られている。

【００２６】この中空円筒部３２の中心穴の内周面には
軸受け３３が設けられており、この軸受け３３を介して
スピンドル４１が軸方向に移動可能に設けられている。
位置決め手段としてのスプリング５０ａ，５０ｂがカバ
ー４０と中空円筒部３２との間及びスピンドル４１の端
部と中空円筒部３２との間に設けられ、振動子（カバー
４０，スピンドル４１，コイルボビン４２，第一のコイ
ル４３ａ，第二のコイル４３ｂ）が移動可能な状態を保
ちつつ、所定の位置に静止するように保持されている。

【００２７】リード線５１は第一のコイル４３ａ及び第
二のコイル４３ｂへ電流を供給するものであり、カバー
４０側若しくはハウジング３１側から外部へ導出され
る。この図ではカバー４０を経由している。

【００２８】よって、磁石３５→第一のヨーク３４ａ→
第一のコイル４３ａ→ハウジング３１→第二のコイル４
３ｂ→第二のヨーク３４ｂ→磁石３５のように磁束が経
由して一巡する磁気回路が形成されている。

【００２９】次に、上記した構成の振動アクチュエータ
の動作を説明する。リード線５１を介して、第一のコイ
ル４３ａ及び第二のコイル４３ｂへ電流を流すと、それ
ぞれの巻き方向に従って電流が流れる。この場合には、
それぞれ逆向きの円周方向に電流が流れる。

【００３０】第一のコイルと第二のコイルとにはそれぞ
れ逆向きの磁界が作用しているため、互いに逆向きの電
流が流れることで、両方のコイルにフレミング左手の法
則に従って同じ方向の推力が発生する。

【００３１】そして、この推力により、振動子（カバー
４０，スピンドル４１，コイルボビン４２，第一のコイ
ル４３ａ，第二のコイル４３ｂ）が移動しようとする。
この場合において、第一及び第二のコイル４３ａ，４３
ｂに交流電流を流すことにより、振動子は電流波形に従
った振動を発生する。

【００３２】また、ムービングコイル型の構成にしたこ
とで、振動子に磁石やヨーク等の重量物を含まないため
振動子が軽量になる。従って、ムービングマグネット型
の振動アクチュエータと同じ電力で駆動した場合に、振
動振幅（ストローク）を大きくとれるようになる。

【００３３】すなわち、Ｆ＝ｍ・αの式によれば、供給
電力により力Ｆが決定される。そして、ムービングコイ
ル型としたことで質量ｍを小さくできる。従って、加速
度αが大きくなる。ここで、供給する電流の周波数が従
来と同じであれば、振動の周期が同じであるので、振動
振幅が大きくなることで加速度αが大きくなる。

【００３４】発明者が実験を行って確認をしたところ、
この実施の形態のムービングコイル（ＭＣ）型の振動ア
クチュエータはムービングマグネット（ＭＭ）型のもの
に比較して、同じ力Ｆを外部に与える場合に少ない入力
電力で済むことが確認できた。この様子を図３に示す。
尚、この図３では縦軸を対数目盛にした場合を示してい
る。

【００３５】同様にして発明者が実験を行って確認をし
たところ、この実施の形態のＭＣ型の振動アクチュエー
タはＭＭ型のものに比較して、振動子の重量を１／４〜
１／５とすることができた。このため、同じ電力で４倍
〜５倍のストロークを得ることが可能になる。また、同
じストロークを得るのに要する入力は、図４に示すよう
に、１／４〜１／５程度で済むことが確認された。尚、
この図４において、縦軸の入力を対数目盛にした場合を
示している。

【００３６】従って、この実施の形態における振動アク
チュエータの特徴をまとめると以下のようになる。 １．ムービングコイル型の構成にしたことで、振動子に
磁石やヨーク等の重量物を含まないため振動子が軽量に
なる。従って、ムービングマグネット型の振動アクチュ
エータと同じ電力で駆動した場合に、振動振幅（ストロ
ーク）を大きくとれるようになる。

【００３７】２．振動子（可動部品）が軽量であるた
め、振動子自体での損失を小さく抑えることができる。 ３．振動子（可動部品）が軽量であるため、外部からの
振動や衝撃に対しても耐久性が高い。

【００３８】４．振動子（可動部品）が軽量であるた
め、供給される電流の波形に忠実に従った振動を、ムー
ビングマグネット型の振動アクチュエータよりも高い周
波数まで実現することができる。

【００３９】５．電流供給によりコイルが発熱するが、
コイル自身の動きにより風があたり、放熱が促進され
る。特に、上述のように振動振幅が大きいので放熱効果
も大きい。そして、コイルがハウジング３１に近接して
おり、また、コイルの表面積が大きいことも放熱効果を
大きくすることに寄与している。

【００４０】６．コイルと一体に形成された固定鉄心が
存在しないため、無励磁保持力が働くような問題も生じ
ないため、損失を発生することなく、低入力を加えられ
た時でも忠実に振動する。

【００４１】７．ハウジング３１と各ヨークの切りおこ
し部とは共に固定子であり、かつ、スピンドル４１を中
心にして同心円状に配置できるので、精度を向上させ易
い。従って、エアギャップを小さくすることが可能であ
り、効率を高めることが可能である。従って、磁気回路
としてロスが少ない。

【００４２】８．ハウジング３１と各ヨークの切りおこ
し部とは共に固定子であり精度を向上させ易く、また、
振動子としてのコイルは軽量であるので、振動子のブレ
などによって振動子と固定子とが接触する可能性は小さ
い。

【００４３】９．磁石３５には軸方向に着磁された偏平
型リングマグネットを使用しているので、振動子を薄型
にすることができる。従って、振動アクチュエータ全体
の薄型化が容易である。

【００４４】１０．円盤状のヨークの外周部に円筒状の
切りおこしを設けて、この切りおこしをコイルと対向さ
せるようにしたことで、洩れ磁束が少なくなり、効率が
良くなる。また、半径方向に着磁された磁石を用いる必
要がなくなり、軸方向に着磁された偏平型リングマグネ
ットを用いることが可能になる。

【００４５】１１．軸方向に着磁された偏平型リングマ
グネットとしては、スピーカ用等に用いられる汎用品を
使用することが可能である。このため、半径方向に着磁
された磁石を用いる振動アクチュエータに比較して製造
コストを下げることが可能であり、部品の入手も容易で
ある。

【００４６】１２．スプリングなどの位置決め手段で振
動子の初期位置を決めるようにしているので、振動子を
確実に磁気的な中央位置（中性点）に保持できる。この
ため、磁気回路の効率が落ちることがない。尚、この位
置決め手段は、金属や樹脂のダイヤフラムや板ばね等の
各種弾性部材を使用することも可能である。

【００４７】以上説明したように、この実施の形態例の
振動アクチュエータによれば、磁気回路としてロスが少
なく、大きな振幅を得ることが可能な振動アクチュエー
タを実現することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように、軸方向に着磁された
磁石と、その磁石の着磁面に取付けられて切りおこし部
を有する２つのヨークと、これら２つのヨークとその外
周に位置する磁性体のハウジングと、これらヨークとハ
ウジングとの間にコイルを備えた振動子から構成された
振動アクチュエータによれば、磁気回路としてロスが少
なく、大きな振幅を得ることが可能な振動アクチュエー
タを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の振動アクチュエー
タの断面図である。

【図２】本発明の第一の実施の形態の振動アクチュエー
タの正面図である。

【図３】本発明の第一の実施の形態の振動アクチュエー
タにおいて、外部に与える力と入力電力との関係を示す
特性図である。

【図４】本発明の第一の実施の形態の振動アクチュエー
タにおいて、ストロークと入力電力との関係を示す特性
図である。

【図５】実開平１−１７１５７８号公報に記載された振
動アクチュエータの構成を示す構成図である。

【符号の説明】

３１ ハウジング ３２ 中空円筒部 ３３ 軸受け ３４ａ 第一のヨーク ３４ｂ 第二のヨーク ３５ 磁石 ３６ ねじ ４０ カバー ４１ スピンドル ４２ コイルボビン ４３ａ 第一のコイル ４３ｂ 第二のコイル ５０ スプリング ５１ リード線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の端面が開放され、他方の端面に底
   部を有する有底中空円筒状の磁性体のハウジングと、 このハウジングの底部に設けられ、ハウジングの内部に
   延出する中空円筒部と、 前記中空円筒部の内筒部に軸方向に移動可能に支持され
   たスピンドルと、 前記ハウジングの開放された端面を覆うように、前記ス
   ピンドルの一端が中心部に取り付けられたカバーと、 前記ハウジングの内筒面と前記中空円筒部の外筒面との
   間の空間内で、前記中空円筒部の周囲に取り付けられ、
   外周部に円筒状の切りおこし部を有する円盤状の第一の
   ヨークと、 前記ハウジングの内筒面と前記中空円筒部の外筒面との
   間の空間内で、前記中空円筒部の周囲に取り付けられ、
   外周部に円筒状の切りおこし部を有する円盤状の第二の
   ヨークと、 前記第一のヨーク及び前記第二のヨークとの間に配置さ
   れ、スピンドルの軸方向に着磁されたリング状の磁石
   と、 前記ハウジングと第一のヨーク及び第二のヨークとの間
   の空間内に配設され、前記カバーに取り付けられたコイ
   ルボビンと、 前記第一のヨークと前記ハウジングとの間の前記コイル
   ボビン上で円周方向に巻回された第一のコイルと、 前記第二のヨークと前記ハウジングとの間の前記コイル
   ボビン上で前記第一のコイルと逆方向に巻回された第二
   のコイルと、 前記中空円筒部と前記カバーとが所定の位置にあるよう
   に位置決めする位置決め手段とを有することを特徴とす
   る振動アクチュエータ。