(57)【要約】［要約］［課題］磁気回路の磁路長さの短縮化により高振動力の振動発生装置の提供。［解決手段］振動発生装置は、磁性材料の有底円筒状ケース１、第１軸受メタルＢ１を保持する端蓋２、ケース１の底板１ｂのバーリング部１ｃ内に保持された第２軸受メタルＢ２、第１軸受メタルＢ１及び第２軸受メタルＢ２に跨って軸方向移動可能に挿通された非磁性材料のスラスト可動軸Ｓ、ケース１の内周面にて連接固定された第１乃至第３トロイダルコイルＣ１〜Ｃ３、スラスト可動軸Ｓに固定された第１環状ポールピース３，アキシャル着磁の第１筒状永久磁石Ｍ１，第２環状ポールピース４，アキシャル着磁の第２筒状永久磁石Ｍ２及び第３環状ポールピース５、ケース１外でスラスト可動軸Ｓの両端固定された第１及び第２錘体Ｗ１，Ｗ２、端蓋２と第１錘体Ｗ１との間の第１コイルバネＱ１、底板１ｂと第２錘体Ｗ２との間の第２コイルバネＱ２を有する。［選択図］      図３
2012153631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料の筒状ケースと、この筒状ケースの軸方向一方端側の開口を塞いで第１軸受を保持する端蓋と、前記筒状ケースの軸方向他方端側に保持された第２軸受と、前記第１及び第２軸受に跨って軸方向移動可能に挿通された非磁性材料のスラスト可動軸と、前記筒状ケースの内周面に相隣接して固定された第１及び第２コイルと、前記筒状ケース内で前記スラスト可動軸が貫通して固定されたアキシャル着磁の第１筒状永久磁石と、前記筒状ケース内で前記スラスト可動軸が貫通して固定されており、前記第１筒状永久磁石の軸方向一端面に重ね合わせられ外周縁が第１コイルの内周面に臨む第１環状ポールピースと、前記筒状ケース内で前記スラスト可動軸が貫通して固定されており、前記第１筒状永久磁石の軸方向他端面に重ね合わせられ外周縁が第２コイルの内周面に臨む第２環状ポールピースと、前記筒状ケースの軸方向一方端又は他方端に対して前記スラスト可動軸を軸方向に付勢するバネ手段とを有することを特徴とする振動発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動発生装置において、前記第１コイルと前記第２コイルとは捲線が互い逆巻で直列接続して成ることを特徴とする振動発生装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動発生装置において、前記第２コイルを中央にして前記第１コイルとは軸方向の反対側で前記筒状ケースの内周面に固定された第３コイルと、前記第２環状ポールピースを中央にして前記第１筒状永久磁石とは軸方向の反対側に同磁極面で重ね合わせたアキシャル着磁の第２筒状永久磁石と、この第２筒状永久磁石の軸方向他端面に重ね合わせられ外周縁が前記第３コイルの内周面に臨む第３環状ポールピースを有することを特徴とする振動発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の振動発生装置において、前記第２コイルと前記第３コイルとは捲線が互い逆巻で直列接続して成ることを特徴とする振動発生装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の振動発生装置において、前記スラスト可動軸の軸方向一方端側に固定された第１錘体と、前記スラスト可動軸の軸方向他方端側に固定された第２錘体とを有することを特徴とする振動発生装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の振動発生装置において、前記筒状ケースは有底筒状ケースであって、前記第２軸受は前記有底筒状ケースの底板に保持されていることを特徴とする振動発生装置。
【請求項７】
請求項６に記載の振動発生装置において、前記バネ手段は、前記端蓋と前記第１錘体との間に介装された第１バネと、前記底板と前記第２錘体との間に介装された第２バネとから成ることを特徴とする振動発生装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動発生装置において、前記筒状ケースにその軸方向他端側から外嵌する金属製ブラケットを有し、この金属製ブラケットは半田固着用平坦面を備えることを特徴とする振動発生装置。
【請求項９】
請求項７に記載の振動発生装置において、前記端蓋は、前記開口を塞ぐ内蓋部と前記金属製ブラケットの軸方向一端側の開口に嵌る外蓋部とを一体的に有することを特徴とする振動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機などに内蔵される振動発生装置に関し、特に高振動力が得られる振動発生装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示の横方向駆動の振動体は、磁性材料の円筒状ケースの軸方向両端側の開口を塞いで磁性材料の固定軸の両端を保持する一対の端蓋と、円筒状ケースの内周面に固定された一方向巻きの円筒状コイルと、この円筒状コイルと外周側空隙を介して磁気的に結合するラジアル着磁の円筒状永久磁石と、この円筒状永久磁石の軸方向両端側に保持されて固定軸に対し軸方向摺動可能に嵌った一対のラジアル軸受と、一対の端蓋と円筒状永久磁石の軸方向両端側との間に介装された一対のバネとを有している。円筒状コイルに交番電流を給電することにより、円筒状永久磁石の外周面と円筒状ケースとの間に挟まれた円筒状コイルに対し磁束が貫通することから、駆動子としての円筒状永久磁石に交番する軸方向のローレンツ力が発生し、円筒状永久磁石が左右交互で横方向（軸方向）駆動するので、直線往復振動が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９３９６８（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の横方向駆動の振動体の磁気回路は、駆動子の円筒状永久磁石の外周面から放射方向へ出る磁束は、外周側空隙を介して円筒状コイルを貫き円筒状ケースに入った後、この円筒状ケース内をその軸方向外端へ向かってから、一対の端蓋内を介して固定軸の両端へ求心的に集まり、固定軸内の中央に向かってから円筒状永久磁石の内周面へ内周側空隙を介して戻る磁路を作るため、平均的磁路の長さは円筒状ケースの直径と軸方向長さの総和であって、ヨークとしての円筒状ケースの外形寸法に依存して長くなっている。このため、磁気抵抗が高くなる分、円筒状コイルを貫通する磁束密度が弱く、高振動力が得難い。また一方、外周側空隙間の外、軸方向に移動可能な円筒状永久磁石の内周面と固定軸との摺接を避けるために内周側空隙が存在している。この内周側空隙の分だけ、磁気抵抗が高くなる分、円筒状コイルを貫通する磁束密度が弱く、高振動力が得難い。【０００５】
そこで上記問題点に鑑み、本発明の第１の課題は、磁気回路の磁路長さの短縮化で磁気抵抗の減少を図り、強いローレンツ力による高振動力の振動発生装置を提供することにある。【０００６】
また本発明の第２の課題は、磁気回路の中の磁気抵抗が高くなる空隙部分を極力排除することで強いローレンツ力による高振動力の振動発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る振動発生装置は、磁性材料の筒状ケースと、この筒状ケースの軸方向一方端側の開口を塞いで第１軸受を保持する端蓋と、筒状ケースの軸方向他方端側に保持された第２軸受と、第１及び第２軸受に跨って軸方向移動可能に挿通された非磁性材料のスラスト可動軸と、筒状ケースの内周面に相隣接して固定された第１及び第２トロイダルコイルと、筒状ケース内でスラスト可動軸が貫通して固定されたアキシャル着磁の第１筒状永久磁石と、筒状ケース内でスラスト可動軸が貫通して固定されており、第１筒状永久磁石の軸方向一端面に重ね合わせられ外周縁が第１コイルの内周面に臨む第１環状ポールピースと、筒状ケース内でスラスト可動軸が貫通して固定されており、第１筒状永久磁石の軸方向他端面に重ね合わせられ外周縁が第２コイルの内周面に臨む第２環状ポールピースと、筒状ケースの軸方向一方端又は他方端に対してスラスト可動軸を軸方向に付勢するバネ手段を有することを特徴とする。【０００８】
斯かる構造において、第１筒状永久磁石の磁化方向が磁性材料の筒状ケースと平行な軸方向であるため、第１筒状永久磁石の軸方向他端面が例えばＮ極面であれば、そこから軸方向一端面のＳ極面へ向かう磁力線は、第２環状ポールピースの外周縁から外周側空隙を介して第２コイルに流れる電流を横切って筒状ケースに達した後、筒状ケース内を軸方向一端面側へ向かってから第１コイルに流れる電流（第２コイルに流れる電流とは逆方向に流れる電流）を横切り外周側隙間を介して第１環状ポールピースの外周縁に達して第１筒状永久磁石のＳ磁極面に戻ることになる。このため、筒状ケース全体を磁路とするよりも短い閉磁路が形成されるので磁気抵抗が低くなる。また、環状ポールピースの外周縁とコイルとの間に外周側空隙は形成されるものの、スラスト可動軸が非磁性材料で振動子の一部を構成し、内周側空隙などが磁気回路に含まれないことから、磁気抵抗を大幅に低くできる。しかも、環状ポールピースを用いて集中磁束を形成していることから、その外周縁と筒状ケースとの間で飛ぶ磁束の密度を大幅に高くできる。上記３点からして強いローレンツ力の発生により高振動力の振動発生装置を実現できる。加えて、第１筒状永久磁石と第１及び第２環状ポールピースが非磁性材料のスラスト可動軸に固定されているため、このスラスト可動軸も機械振動子として軸方向に往復運動するので、振動力を増強できる。  【０００９】
第１コイルと第２コイルとは並列接続でも構わないが、給電端末の本数を減らすためには、第１コイルと第２コイルとは捲線が互い逆巻で直列接続して成ることが望ましい。【００１０】
上記の場合は、インナー機械振動子が１マグネット／２ポールピース構成で、アウター固定子が２コイル構成であるが、一般論では、自然数をＮとすれば、インナー機械振動子がＮマグネット／（Ｎ＋１）ポールピース構成とすることができる。Ｎが大きくなるほど、高パワー化できるが、部品点数及び小型化の点からみて、Ｎ=２が実用上望ましい。【００１１】
このＮ=２の振動発生装置は、第２コイルを中央にして第１コイルとは軸方向の反対側で筒状ケースの内周面に固定された第３コイルと、第２環状ポールピースを中央にして第１筒状永久磁石とは軸方向の反対側に同磁極面で重ね合わせたアキシャル着磁の第２筒状永久磁石と、この第２筒状永久磁石の軸方向他端面に重ね合わせられ外周縁が第３コイルの内周面に臨む第３環状ポールピースを付加した構成である。第２筒状永久磁石の軸方向一端面が例えばＮ極面であれば、第２環状ポールピースの外周縁から第２コイルに流れる電流を横切って筒状ケースに入った磁束の一部は、筒状ケース内を軸方向他端側に向かってから第３コイルに流れる電流（第２コイルに流れる電流とは逆方向に流れる電流）を横切り外周側隙間を介して第３環状ポールピースの外周縁に達して第２筒状永久磁石のＳ磁極面に戻ることになる。１マグネットと１ポールピースと１コイルの増設で、ローレンス力を倍増できる。【００１２】
第２コイルと第３コイルとは並列接続でも構わないが、給電端末を減らすためには、第２コイルと第３コイルとは捲線が互い逆巻で直列接続して成ることが望ましい。【００１３】
第１軸受を保持する端蓋と同様に、筒状ケースの軸方向他方端側の開口を塞いで第２軸受を保持するための端蓋を用いても構わないが、部品点数を削減するためには、筒状ケースは有底筒状ケースであって、第２軸受はこの有底筒状ケースの底板に保持されていることが望ましい。【００１４】
機械振動子の重量を増し、振動力を更に増強するには、スラスト可動軸の軸方向一方端側に固定された第１錘体と、スラスト可動軸の軸方向他方端側に固定された第２錘体とを有することが望ましい。またバネ手段としては、端蓋と第１錘体との間に介装された第１バネと、底板と第２錘体との間に介装された第２バネとから成ることが望ましい。筒状ケースの外部に対称配置で第１錘体と第２錘体をスラスト可動軸に設けてあるので、振動子質量を確保できると共に落下時などの耐衝撃性が向上する。また、適宜な質量や形状の第１錘体及び第２錘体を後から取り付けることができる。【００１５】
このような振動発生装置を電子回路基板などにリフロー処理で面実装する場合、振動発生装置は、筒状ケースにその軸方向他端側から外嵌する金属製ブラケットを有し、この金属製ブラケットは半田固着用平坦面を備えることが望ましい。第１及び第２錘体は円筒状に限らず四角柱状でも構わない。また、第１及び第２錘体は金属製ブラケットの外径より大きくても構わない。電子回路基板に錘体可動空間としての孔を設ければ済む。【００１６】
また、端蓋は、筒状ケースの軸方向一方端側の開口を塞ぐ内蓋部と金属製ブラケットの開口に嵌る外蓋部とを一体的に有することが望ましい。部品点数を削減できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、磁気回路の磁路長さの短縮化と余分な空隙部分の排除で、磁気抵抗を大幅に下げることができ、強いローレンツ力による高振動力の振動発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る振動発生装置の外観を示す斜視図である。
【図２】同振動発生装置の組立斜視図である。
【図３】同振動発生装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
本例の振動発生装置は直線往復振動を発生するものであり、磁性材料の有底円筒状ケース１と、この有底円筒状ケース１の軸方向一方端側の開口１ａを塞いで第１軸受メタルＢ１を保持する樹脂製の端蓋（エンドブラケット）２と、この有底円筒状ケース１の軸方向他方端側である底板１ｂのバーリング部１ｃ内に保持された第２軸受メタルＢ２と、第１軸受メタルＢ１及び第２軸受メタルＢ２に跨って軸方向移動可能に挿通されたステンレスなどの非磁性材料のスラスト可動軸Ｓと、有底円筒状ケース１の内周面に間隔をあけて連接固定された第１乃至第３トロイダルコイルＣ１〜Ｃ３と、有底円筒状ケース１内でスラスト可動軸Ｓが貫通して固定されたアキシャル着磁の第１筒状永久磁石Ｍ１と、有底円筒状ケース１内でスラスト可動軸Ｓが貫通して固定されており、第１筒状永久磁石Ｍ１の軸方向一端面のＳ磁極面１Ｓに重ね合わせられ外周縁３ａが第１トロイダルコイルＣ１の内周面に臨む第１環状ポールピース３と、有底円筒状ケース１内でスラスト可動軸Ｓが貫通して固定されており、第１筒状永久磁石Ｍ１の軸方向他端面のＮ磁極面１Ｎに重ね合わせられ外周縁４ａが第２トロイダルコイルＣ２の内周面に臨む第２環状ポールピース４と、第１環状ポールピース３よりも厚い第２環状ポールピース４を中央にして第１筒状永久磁石Ｍ１とは反対側にＮ磁極面２Ｎで重ね合わせたアキシャル着磁の第２筒状永久磁石Ｍ２と、この第２筒状永久磁石Ｍ２の軸方向他端面であるＳ磁極面２Ｓに重ね合わせられ外周縁５ａが第３トロイダルコイルＣ３の内周面に臨む第３環状ポールピース５と、スラスト可動軸Ｓの軸方向一端側に挿入固定された四角柱状の第１錘体Ｗ１と、スラスト可動軸Ｓの軸方向他端側に挿入固定された第２錘体Ｗ２と、端蓋２と第１錘体Ｗ１との間に介装された渦巻き状の第１コイルバネＱ１と、有底円筒状ケース１の底板１ｂと第２錘体Ｗ２との間に介装された渦巻き状の第２コイルバネＱ２と、有底円筒状ケース１にその軸方向他端側から外嵌する基板実装用の金属製ブラケット６と、第１乃至第３トロイダルコイルＣ１〜Ｃ３を収納する樹脂製のコイルボビン７と、この樹脂製のコイルボビン７の軸方向一端側の外側鍔部７ｂに軸方向に植立した端子ピンＰ１，Ｐ２が端蓋２の貫通孔Ｈ１，Ｈ２を介して差し込まれて半田付けされるピン孔ｈ１，ｈ２を持つＬ形状の給電端子片Ｔ１，Ｔ２を備えている。
【００２１】
第１環状ポールピース３，アキシャル着磁の第１筒状永久磁石Ｍ１，第２環状ポールピース４，アキシャル着磁の第２筒状永久磁石Ｍ２及び第３環状ポールピース５は、有底円筒状ケース１内において非磁性材料のスラスト可動軸Ｓに固定されている。なお、第２環状ポールピース４はＳ磁極面１Ｓ，２Ｓ側で挟み込んでも構わない。本例では、第１錘体Ｗ１及び第２錘体Ｗ２は、有底円筒状ケース１外でスラスト可動軸Ｓの両端に固定されている。
【００２２】
金属製ブラケット６は、当該振動発生装置を電子回路基板にリフロー処理で面実装するための取付用部品であって、半田固着用平坦底面６ａを持つ６角筒状体である。
【００２３】
コイルボビン７は、捲き芯筒７ａに対し、軸方向一端側の外側鍔部７ｂ、第１トロイダルコイルＣ１と第２トロイダルコイルＣ２とを分離するための外側鍔部７ｃ、第２トロイダルコイルＣ２と第３トロイダルコイルＣ３とを分離するための外側鍔部７ｄ、並びに軸方向他端側の外側鍔部７ｅを一体的に有する。本例においては、第１乃至第３トロイダルコイルＣ１〜Ｃ３は１本の捲線で構成してあり、第１トロイダルコイルＣ１と第２トロイダルコイルＣ２とは捲線が互い逆巻で直列接続して成り、また第２トロイダルコイルＣ２と第３トロイダルコイルＣ３とは捲線が互い逆巻で直列接続して成る。このため、給電端末を絡げる端子ピンＰ１，Ｐ２が２本で足りる。なお、振動発生時には端子ピンＰ１，Ｐ２に交番電流を給電する。
【００２４】
端蓋２は、有底円筒状ケース１の開口１ａを塞ぐ内蓋部２ａと金属製ブラケット６の軸方向一端側の開口に嵌る外蓋部２ｂとを一体的に有する。
【００２５】
本例の構造において、第１筒状永久磁石Ｍ１及び第２筒状永久磁石Ｍ２の磁化方向が磁性材料の有底円筒状ケース１と平行な軸方向であるため、第１筒状永久磁石Ｍ１の軸方向他端面及び第２筒状永久磁石Ｍ２の軸方向一端面が図３に示すように例えばＮ極面１Ｎ，２Ｎであれば、そこから第１筒状永久磁石Ｍ１の軸方向一端面であるＳ極面１Ｓや第２筒状永久磁石Ｍ２の軸方向他端面であるＳ極面２Ｓへ磁力線は、第２環状ポールピース４の外周縁４ａから外周側空隙を介して第２トロイダルコイルＣ２に流れる電流を横切って有底円筒状ケース１に達した後、そこで二手に分岐し、その一方はヨークとしての有底円筒状ケース１内を軸方向一端面側へ向かってから第１トロイダルコイルＣ１に流れる電流（第２トロイダルコイルＣ２に流れる電流とは逆方向に流れる電流）を横切り外周側隙間を介して第１環状ポールピース３の外周縁３ａに達して第１筒状永久磁石Ｍ１のＳ磁極面１Ｓに戻ることになり、その他方は、有底円筒状ケース１内を軸方向他端側に向かってから第３トロイダルコイルＣ３に流れる電流（第２トロイダルコイルＣ２に流れる電流とは逆方向に流れる電流）を横切り外周側隙間を介して第３環状ポールピース５の外周縁５ａに達して第２筒状永久磁石Ｍ２のＳ磁極面２Ｓに戻ることになる。このため、有底円筒状ケース１全体を磁路とするよりも短い閉磁路が形成されるので磁気抵抗が低くなる。また、第１乃至第３環状ポールピース３〜５の外周縁３ａ〜５ａと第１乃至第３トロイダルコイルＣ１〜Ｃ３との間に外周側空隙は形成されるものの、スラスト可動軸Ｓが非磁性材料で振動子の一部を構成し、内周側空隙などが磁気回路に含まれないことから、磁気抵抗を大幅に低くできる。しかも、第１乃至第３環状ポールピース３〜５を用いて集中磁束を形成していることから、その外周縁３ａ〜５ａと有底円筒状ケース１との間で飛ぶ磁束の密度を大幅に高くできる。従って上記３点からして強いローレンツ力の発生により高振動力の振動発生装置を実現できる。そして、第１及び第２筒状永久磁石Ｍ１，Ｍ２と第１乃至第３環状ポールピース３〜５が非磁性材料のスラスト可動軸Ｓに固定されているため、このスラスト可動軸Ｓも機械振動子として軸方向に往復運動するので、振動力を増強できる。なお、非磁性材料のスラスト可動軸Ｓは金属製でも樹脂製でも構わない。
【００２６】
有底円筒状ケース１の代わりに無底円筒状ケースを用いても構わないが、部品点数を削減するためには、有底円筒状ケース１とし、その底板１ｂで第２軸受メタルＢ２を保持するのが良い。また、本例では、有底円筒状ケース１の外部に対称配置で第１錘体Ｗ１と第２錘体Ｗ２をスラスト可動軸Ｓに設けてあるので、振動子質量を確保できると共に落下時などの耐衝撃性が向上する。また、適宜な質量や形状の第１錘体Ｗ１及び第２錘体Ｗ２を後から取り付けることができる。
【００２７】
本例の振動発生装置を電子回路基板などにリフロー処理で面実装する場合、振動発生装置は有底筒状ケース１にその軸方向他端側から外嵌する金属製ブラケット６を有し、この金属製ブラケット６は半田固着用平坦底面６ａを備えている。振動発生装置を電子回路基板上に設置した際、第１錘体Ｗ１及び第２錘体Ｗ２でバランスしているため、転倒を防止できる。第１錘体Ｗ１及び第２錘体Ｗ２は金属製ブラケット６の外径より大きくても構わない。電子回路基板に錘体可動空間としての孔を設ければ済む。
【００２８】
また、端蓋２は、金属製ブラケット６の開口に嵌る外蓋部２ｂも一体的に有しているため、部品点数を削減できる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、第１錘体Ｗ１及び第２錘体Ｗ２と第１コイルバネＱ１及び第２コイルバネＱ２が有底円筒状ケース１の外部に露出しているが、大きな有底円筒状ケース１を用いればこの中に収めることができる。また、バネは１個でも構わない。
【符号の説明】
【００３０】
１  磁性材料の有底円筒状ケース
１ａ  開口
１ｂ  底板
１ｃ  バーリング部
１Ｓ，２Ｓ  Ｓ磁極面
１Ｎ，２Ｎ  Ｎ磁極面
２  樹脂製の端蓋
２ａ  内蓋部
２ｂ  外蓋部
３  第１環状ポールピース
３ａ，４ａ，５ａ  外周縁
４  第２環状ポールピース
５  第３環状ポールピース
６  基板実装用の金属製ブラケット
６ａ  半田固着用平坦底面
７  樹脂製のコイルボビン
７ａ  捲き芯筒
７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ  外側鍔部
Ｂ１  第１軸受メタル
Ｂ２  第２軸受メタル
Ｃ１  第１トロイダルコイル
Ｃ２  第２トロイダルコイル
Ｃ３  第３トロイダルコイル
Ｈ１，Ｈ２  貫通孔
ｈ１，ｈ２  ピン孔
Ｍ１  アキシャル着磁の第１筒状永久磁石
Ｍ２  アキシャル着磁の第２筒状永久磁石
Ｐ１，Ｐ２  端子ピン
Ｑ１  渦巻き状の第１コイルバネ
Ｑ２  渦巻き状の第２コイルバネ
Ｓ  スラスト可動軸
Ｔ１，Ｔ２  給電端子片
Ｗ１  第１錘体
Ｗ２  第２錘体
【図１】
2012153631.tif 000003
【図２】
2012153631.tif 000004
【図３】
2012153631.tif 000005
【国際調査報告】
2012153631.tif 000006
2012153631.tif 000007
2012153631.tif 000008
2012153631.tif 000009