(57)【要約】【課題】高性能の振動装置を提供する。【解決手段】非線形ばね７と、非線形ばね７に支持される振動子５と、振動子５に連結され振動子５とともに往復動される可動コイル４と、可動コイル４と対向配置される永久磁石１３とを備え、可動コイル４への通電により可動コイル４とともに振動子５を往復動する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ばねと、このばねに支持される振動子と、この振動子に連結され前記振動子とともに往復動される可動コイルと、この可動コイルと対向配置される永久磁石とを有し、前記可動コイルへの通電により前記可動コイルとともに前記振動子を往復動させる振動装置であって、
前記ばねが、非線形ばねであることを特徴とする振動装置。
【請求項２】
前記非線形ばねが、不等ピッチコイルばねであることを特徴とする請求項１に記載の振動装置。
【請求項３】
複数の非線形ばねが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動コイルへの通電により可動コイルとともに振動子を往復動させて振動を得ることのできる振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ばねによって振動子（慣性体）を支持するとともに、永久磁石とこの永久磁石に対して対向配置された可動コイルを振動子に連結し、可動コイルに通電することにより、可動コイルとともに振動子を往復動させて振動を得ることのできる振動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０９−１７８４９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年においては各種の装置において高性能化が常に図られており、各種の装置の高性能化の１つとして、振動装置においても高性能化が求められている。
【０００５】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、高性能の振動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため本発明に係る振動装置の特徴は、ばねと、このばねに支持される振動子と、この振動子に連結され振動子とともに往復動される可動コイルと、この可動コイルと対向配置される永久磁石とを有し、可動コイルへの通電により可動コイルとともに振動子を往復動させる振動装置であって、ばねが、非線形ばねである点にある。ここで、非線形ばねとしては不等ピッチコイルばねを用いることができる。また、複数の非線形ばねを用いることができる。そして、このような構成を採用したことにより、高性能化を容易に図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る振動装置の実施形態の要部を示す断面図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施形態の振動装置１は、上下１対の上ケース２ａおよび下ケース２ｂにより形成されたケース本体２を有している。このケース本体２の内部の図１上下に示す高さ方向の中央部分には、平板状のガイドレール３がその厚さ方向をケース本体２の高さ方向に向けて水平に配設されている。このガイドレール３の両端部分は、ケース本体２に支持されている。
【００１０】
前記ガイドレール３には、走行子としての四角筒状に形成された可動コイル４が外装されている。また、可動コイル４の上面には、長方体状に形成された振動子（慣性体）５が連結されている。なお、可動コイル４と振動子５とは、嵌合、固着などにより連結してもよいし、可動コイル４に振動子５を一体成形してもよい。また、可動コイル４は、銅線などの非磁性体により形成されているので、後述する永久磁石１３に吸引されない。したがって、可動コイル４と永久磁石１３との位置関係を厳密に規制しなくても円滑な動作を得ることができる。
【００１１】
前記振動子５の左右両側面には、振動子側ばね受け６がそれぞれ配設されている。そして、両振動子側ばね受け６には、２つの非線形ばねとしての不等ピッチコイルばね７の一端がそれぞれ支持されている。さらに、各不等ピッチコイルばね７の他端は、上ケース２ａの内側面に配設されたケース側ばね受け８にそれぞれ支持されている。
【００１２】
なお、振動子５は、２つの不等ピッチコイルばね７のそれぞれの中心を連通するようにして上ケース２ａの内部に水平配置された図１に２点鎖線で示すガイドロッド９に摺動自在に装着する構成としてもよい。また、図１に長い破線で示すように、振動子５の回転方向への移動を規制する１対のガイド板１０（一方のみ図示）を上ケース２ａの内部の底面に設けることが好ましい。
【００１３】
本実施形態の不等ピッチコイルばね７は、ピッチが小・大の２種類とされた２段ピッチばねとされている。そして、不等ピッチコイルばね７のピッチの小さい側の端面が振動子５と対向するように振動子側ばね受け６によって支持されており、ピッチの大きい側の端面が上ケース２ａの内側面と対向するように、ケース側ばね受け８によって支持されている。
【００１４】
なお、不等ピッチコイルばね７としては、設計コンセプトなどの必要に応じて、コイル径を変化させずにピッチを小から大まで漸増させる構成や、異なる３つ以上のばね常数を組み合わせた構成などの各種の構成から選択することができる。
【００１５】
また、非線形ばねとしては、不等ピッチコイルばね７に限定されるものではなく、ばね特性が非線形特性をもつ構成、例えば高さの異なる２重コイルばねの如く、コイルばねを２重、３重に組み合わせる構成や、円すいコイルばね、つづみ形コイルばね、たる形コイルばね、竹の子ばねなどの如くコイル径を変化させる構成や、線径を変化させる構成のものであってもよい。
【００１６】
さらにまた、振動子５の一側面に、不等ピッチコイルばね７を配置する構成としてもよい。この場合、複数の不等ピッチコイルばね７を並列に配置することがばねの非線形特性を加算して強調することができるという意味で好ましい。
【００１７】
前記両不等ピッチコイルばね７の上ケース２ａの内側面と対向する端部には外部リード１１の一端がそれぞれ電気的に接続されている。これらの外部リード１１の他端はケース本体２の外側に延出されており、図示しない電源制御装置の駆動ドライバと電気的に接続されている。また、両不等ピッチコイルばね７の振動子５と対向する端部には内部リード１２の一端がそれぞれ電気的に接続されており、これらの内部リード１２の他端は可動コイル４の電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１８】
前記下ケース２ｂの内部の底面には、永久磁石１３が配設されており、可動コイル４に通電する電流の方向を切り換えることで、可動コイル４とともに振動子５をガイドレール３に沿って往復動させることができるようになっている。
【００１９】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００２０】
本実施形態の振動装置１によれば、可動コイル４に対して所定のタイミングで電流の方向を切り換えながら通電することで、可動コイル４とともに振動子５をガイドレール３に沿って往復動させることができる。そして、可動コイル４および振動子５の運動エネルギを不等ピッチコイルばね７に蓄積することで大きな振動を容易に得ることができる。すなわち、可動コイル４に供給する電力の周波数にしたがって、振動子５の駆動周波数をかえることができる。よって、振動子５の駆動周波数を容易に制御することができる。
【００２１】
この時、振動子５および可動コイル４の運動エネルギ（荷重）を受けて不等ピッチコイルばね７がたわむと、ばね定数および固有振動数が変わるので、単一固有振動数でなく外力が作用しても共振を起こすことはない。
【００２２】
すなわち、通常のコイルばねの場合、ばね常数が一定のため、この様なコイルばねでは何か物体を支持した場合、必ず
ｆｎ＝（１／２π）×√（ｋ／ｍ）
で表される固有振動数をもっている。但し、ｆｎ：固有振動数（Ｈｚ）、ｍ：物体の質量、ｋ：ばね常数を示す。
【００２３】
このような、ばね常数一定の従来のコイルばねで物体を支持した場合、その固有振動数に近い振動数の外力が作用すると、共振状態となり、物体の変位（振幅）が非常に大きくなり、各部の破損その他いろいろな不具合を発生する。
【００２４】
これに対して、本実施形態の振動装置１においては、不等ピッチコイルばね７が非線形特性をもつため、ばね常数と質量とによって規定される固有振動数が変位（不等ピッチコイルばね７のたわみ：可動コイル４とともに往復動する振動子５の振幅）によって変化するので、外力が作用しても共振を起こすのを容易に防止することができる。
【００２５】
また、本実施形態の振動装置１によれば、可動コイル４とともに振動（往復動）する振動子５の駆動周波数を、固有振動数にて駆動しているとすると、時間経過にともなって振動子５の変位が増大するが、ある一定の変位となった場合、ばね特性が変化して、固有振動数が高い周波数へとシフトするので、結果として発生する変位を抑えることができる。その結果、振動子５および可動コイル４の振幅がコイル間が完全密着する限界範囲に到達するのを抑制することができる。
【００２６】
したがって、本実施形態の振動装置１によれば、外部に特別な制御手段を用いることなく振動子５の振幅の抑制ができる。
【００２７】
また、本実施形態の振動装置１によれば、変位によって固有振動数がシフトするので、非線形特性を変化させることによって、変位と固有周波数との関係を制御することができる。
【００２８】
さらに、本実施形態の振動装置１によれば、複数、本実施形態においては２つの不等ピッチコイルばね７を用いているので、２つの不等ピッチコイルばね７の特性を加算あるいは減算により結合することで、非線形特性を変化させることが容易かつ確実にできる。
【００２９】
一方の２つの不等ピッチコイルばね７の特性を加算して結合することで非線形特性を変化させる構成としては、２つの不等ピッチコイルばね７を振動子５の一側面に平行に並べる並列配置により実現することができる。そして、このような構成を採用した場合には、振動子５および可動コイル４の振幅が小さい場合であっても非線形性を強調して多段とすることができる。すなわち、振動子５および可動コイル４の振幅が小さい場合には、図２の荷重と変位との関係を示す線図に示すように、２つの不等ピッチコイルばね７のばね特性を加算してばね常数および固有振動数を３段階に変化させることができる。なお、図２中の２つの細い実線はそれぞれ不等ピッチコイルばね７の荷重と変位との関係を示し、図２中の太い実線は２つの不等ピッチコイルばね７を加算により結合した時の荷重と変位との関係を示す。
【００３０】
他方の２つの不等ピッチコイルばね７の特性を減算して結合することで非線形特性を変化させる構成としては、図１に示すように、２つの不等ピッチコイルばね７が振動子５の両側面に対向するように並べる直列配置により実現できる。そして、このような構成を採用すると、与圧を発生させることができるとともに、図３の荷重と変位との関係を示す線図に示すように、変位が大きくなるとばね常数が下がる特性を得ることができる。これにより、変位の増大にともなって固有振動数を下げる特性をもたせることができる。なお、図３中の２つの細い実線はそれぞれ不等ピッチコイルばね７の荷重と変位との関係を示し、図３中の太い実線は２つの不等ピッチコイルばね７を減算により結合した時の荷重と変位との関係を示す。
【００３１】
このように、本実施形態の振動装置１によれば、２つの不等ピッチコイルばね７の特性を加算あるいは減算により結合することにより、一定周波数の共振駆動の場合には特別な制御を行うことなく可動コイル４とともに往復動する振動子５の振幅の抑制ができ、可動コイル４とともに往復動する振動子５の振幅が一定の振幅を越えた場合には振動子５の駆動周波数を制御することで可動コイル４とともに往復動する振動子５の振幅を変化させることができる。
【００３２】
よって、本実施形態の振動装置１によれば、従来の振動子をばねで支持する構成の振動装置にはない特性を付与することができるので、高性能化を容易かつ確実に図ることができる。さらに、本実施形態の振動装置１は、構造が簡単なので、小型化を容易に図ることもできる。
【００３３】
なお、本発明の振動装置は、固有振動数の変化を任意に制御できるので、発生Ｇ値（重力加速度）が振動子の駆動周波数によって変化しない振動器を得ることもできる。
【００３４】
また、本発明の振動装置は、携帯電話器のバイブレータ、電気カミソリのリニア振動モータ、コンプレッサ用アクチュエータなどの多種多様の用途に用いることができる。
【００３５】
さらにまた、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る振動装置によれば、高性能化を容易に図ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動装置の実施形態の要部を示す断面図
【図２】２つの不等ピッチコイルばねを加算により結合した時の荷重と変位との関係の一例を示す線図
【図３】２つの不等ピッチコイルばねを減算により結合した時の荷重と変位との関係の一例を示す線図
【符号の説明】
１  振動装置
２  ケース本体
３  ガイドレール
４  可動コイル
５  振動子
７  不等ピッチコイルばね
１１  外部リード
１２  内部リード
１３  永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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