JPH11155274A

JPH11155274A - 振動装置

Info

Publication number: JPH11155274A
Application number: JP32165597A
Authority: JP
Inventors: Ikunori Moritake; 郁紀森竹; Kiyoshi Urushibata; 潔漆畑
Original assignee: Star Micronics Co Ltd
Current assignee: Star Micronics Co Ltd
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】電気から機械振動への変換効率が高く、小型
化・低消費電力化が可能で信頼性が高い振動装置を提供
する。【解決手段】振動装置は、中空形状であって磁性材料
から成る固定ヨーク１１と、固定ヨーク１１内の中心軸
Ｘ方向に沿って変位可能なように支持され、変位方向と
平行な方向に磁化され、固定ヨーク１１との磁気作用に
よって復元力が付与された振動子３と、固定ヨーク１１
および振動子３が形成する磁気回路を通過する磁界に対
して駆動磁界を周期的に重畳するための電磁コイル１２
と、電磁コイル１２に駆動電流Ｉを供給する発振器２０
と、固定ヨーク１１と振動子３との間に介在して、磁気
回路の磁界を増強するための補強磁石１６などで構成さ
れ、振動子３の共振周波数Ｆｍとほぼ一致する周波数Ｆ
ａの駆動磁界を印加することによって共振させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動電流によって
駆動される直線振動型の振動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電波を用いた無線電話（たとえば
携帯電話やＰＨＳ等）や無線呼出装置（たとえば商品名
ポケットベルやページャー等）などの携帯用端末機器に
おいて、電話や呼出の着信があった場合に、大きな電子
音を発して聴覚的に使用者に告知している。しかし、近
年、携帯電話等が急速に普及して、他人の着信を自己の
着信と誤認したり、電車や映画館等の公共施設で静寂を
妨害する点が社会問題化している。その対策として、着
信があると端末機器が振動を発生して、触覚的に携帯者
に知らせるバイブレータ方式が採用されつつある（たと
えば特開平６−２２４８１６号等）。

【０００３】従来のバイブレータ方式では、小型モータ
の回転軸に偏心錘を取り付けて、回転運動によって振動
を発生する回転振動型の振動装置が採用されている（た
とえば特開平８−１８６６２６号、特開平８−２４２２
７３号等）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動装置では大きな重量物を回転させるため、ある程度
大きなトルクを出力するモータが必要になり、モータの
小型化や省電力化に自ずと限界がある。また、偏心回転
によって軸受の負担が大きくなるため、機械的寿命があ
まり長くない。

【０００５】本発明の目的は、電気から機械振動への変
換効率が高く、小型化・低消費電力化が可能で信頼性が
高い振動装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、中空形状であ
って磁性材料から成る固定ヨークと、固定ヨーク内の中
心軸方向に沿って変位可能なように支持され、変位方向
と平行な方向に磁化され、固定ヨークとの磁気作用によ
って復元力が付与された振動子と、固定ヨークおよび振
動子が形成する磁気回路を通過する磁界に対して、駆動
磁界を重畳するための電磁コイルと、固定ヨークと振動
子との間に介在して、前記磁気回路の磁界を増強するた
めの補強磁石とを備えることを特徴とする振動装置であ
る。

【０００７】本発明に従えば、中空形状の固定ヨークの
内部に磁化振動子を配置することによって、磁化振動子
のＮ極から出た磁力線が固定ヨークを通過して、磁化振
動子のＳ極に戻る磁気回路が形成される。振動子は、全
体のポテンシャルエネルギーが最も低い状態で安定し、
またこの点を原点とした復元力が作用する。この現象
は、振動子がばねによって支持され、ばねの伸び縮みに
よる復元力が生じたことに相当する。

【０００８】この状態で磁気回路を通過する磁界に対し
て電磁コイルからの駆動磁界を周期的に重畳することに
よって、振動子に作用する磁界が周期的に変動するよう
になり、振動子が直線的に往復しながら振動するように
なる。こうして電気的振動を機械的振動に効率良く変換
できる。

【０００９】さらに、補強磁石をたとえば固定ヨークと
振動子との間に介在させ、磁気回路の磁界を増強するこ
とによって、振動子への磁気作用が増強され、振動子の
復元力がより大きくなる。そのため固定ヨーク単体の場
合と比べて、振動子の共振周波数Ｆｍと振動力をより高
く設定できる。

【００１０】また、補強磁石の材質や寸法、形状等を変
化させることによって、共振周波数Ｆｍを任意に調整で
きる。そのため振動装置の製造時に本体部品を共通化し
て、種々の補強磁石と組み合わせることによって、所望
の共振周波数Ｆｍを持つ振動装置が得られるため、低コ
ストで多品種少量生産にも容易に対応できる。

【００１１】また本発明は、振動子の復元力と質量によ
って規定される機械的共振周波数Ｆｍと駆動磁界の周波
数Ｆａとが略一致することを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、振動子の質量および復元
力で機械的共振周波数Ｆｍが定まるため、この共振周波
数Ｆｍとほぼ一致する周波数Ｆａの駆動磁界を印加する
ことによって共振現象が発生し、僅かなエネルギー供給
によって大きな振幅の振動が持続するようになる。こう
して電気から機械振動への変換効率が高くなり、少ない
消費電力で大きな振動出力が得られるようになる。

【００１３】また本発明は、前記電磁コイルは、固定ヨ
ークと同軸に配置されていることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、駆動磁界を発生する電磁
コイルを固定ヨークと同軸で配置することによって、振
動子の磁化方向と駆動磁界の方向とが一致するため、電
磁コイルから振動子への磁界伝達効率が向上する。

【００１５】また本発明は、振動子は同極性の磁極が対
向するように縦列配置された複数の磁石で構成され、電
磁コイルが振動子の復元力原点を取り囲むように配置さ
れ、電磁コイルを挟んで、複数の補強磁石が復元力原点
を中心として対称配置されていることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、複数の磁石を縦列配置
し、同極性の磁極（たとえばＮ極同士またはＳ極同士）
を対向させることによって、対向した各磁極からの磁力
線が互いに反発して、磁石配置方向に垂直な平面に沿っ
て放射状に磁界が分布するようになる。こうした平面状
の磁界は、単一の磁石が形成する磁界と比べて、磁力線
密度が格段に高くなるため、外側の磁気回路部品との相
互作用がより強くなる。

【００１７】さらに、電磁コイルを振動中心に配置する
ことによって、振動子が形成する平面状磁界と電磁コイ
ルとの相互作用が強くなり、振動子へのエネルギー伝達
効率が向上する。また、電磁コイルを挟むように複数の
補強磁石を対称配置することによって、振動子両端から
の磁力線との相互作用を増強できる。こうして振動子の
駆動効率が向上するため、小さい電力で大きな振動を発
生できる。

【００１８】また本発明は、振動子は同極性の磁極が対
向するように縦列配置された複数の磁石で構成され、補
強磁石が振動子の復元力原点を取り囲むように配置さ
れ、補強磁石を挟んで、複数の電磁コイルが復元力原点
を中心として対称配置されていることを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、複数の磁石を縦列配置
し、同極性の磁極（たとえばＮ極同士またはＳ極同士）
を対向させることによって、対向した各磁極からの磁力
線が互いに反発して、磁石配置方向に垂直な平面に沿っ
て放射状に磁界が分布するようになる。こうした平面状
の磁界は、単一の磁石が形成する磁界と比べて、磁力線
密度が格段に高くなるため、外側の磁気回路部品との相
互作用がより強くなる。

【００２０】さらに、補強磁石を振動中心に配置するこ
とによって、振動子が形成する平面状磁界と補強磁石と
の相互作用が強くなり、振動子の復元力が強くなる。ま
た、補強磁石を挟むように複数の電磁コイルを対称配置
することによって、振動子両端での磁界と電磁コイルと
の相互作用が強くなり、振動子へのエネルギー伝達効率
が向上する。こうして振動子の駆動効率が向上するた
め、小さい電力で大きな振動を発生できる。

【００２１】まず本発明の原理について説明する。振動
子の静止位置を原点Ｏとして、原点Ｏからの変位をｘと
し、振動子に作用する復元力をｆ、振動子の質量をＭと
すると、復元力ｆは変位ｘの関数となり、図１に示すよ
うに、一次近似ではｆ＝ｋ・ｘの線形関数となる。な
お、ｋはばね係数である。この場合、振動子の共振周波
数Ｆｍは次式（１）で表せる。

【００２２】

【数１】

【００２３】この共振周波数Ｆｍと同じ周波数Ｆａの駆
動磁界を電磁コイルで発生させて振動子に印加すると、
振動子は共振振動を始める。電磁コイルの駆動電流波形
は周波数Ｆａの成分を含むもので、たとえば周波数Ｆａ
の正弦波電流やパルス電流が可能であり、また全波駆動
や半波駆動も可能である。

【００２４】図２は、振動子の共振特性を示すグラフで
ある。縦軸は振動子の振幅Ａであり、横軸は駆動磁界の
周波数Ｆａである。グラフにおいて、共振周波数Ｆｍで
最大振幅となり、共振周波数Ｆｍから外れると振幅は減
少する共振カーブが見られ、共振ピークの鋭さを示すＱ
値は摩擦や空気抵抗等のエネルギー損失によって決定さ
れる。

【００２５】一方、復元力ｆと変位ｘとが非線形関係
で、ばね係数ｋが変位ｘの関数である場合は、ｆ＝ｋ
（ｘ）・ｘと表され、機械的周波数Ｆｍは振動子の振幅
に依存することになり、式（１）のように簡単には決ま
らない。しかしながら、このような振動装置に駆動磁界
を周期的に重畳した場合でも、振動子の質量Ｍと復元力
ｋ（ｘ）、振幅Ａに応じて振動子を直線的に往復振動さ
せることが可能である。

【００２６】

【発明の実施の形態】図３は、本発明の第１実施形態を
示す構成図である。振動装置は、中空形状の固定ヨーク
１１と、固定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って
変位可能なように支持された振動子３と、駆動磁界Ｈａ
を発生するための電磁コイル１２と、電磁コイル１２に
交流電流などの正弦波またはパルス波などの駆動電流Ｉ
を供給する発振器２０などで構成され、さらに固定ヨー
ク１１の内側に円環状の補強磁石１６が配置されてい
る。

【００２７】固定ヨーク１１は、透磁率の大きな磁性材
料で形成され、たとえば円筒状に形成されている。振動
子３は、円柱状の永久磁石で形成され、磁化方向が変位
方向と平行になるように円柱の上面および下面がＮ極、
Ｓ極に着磁されている。また、振動子３の周囲には、振
動子３の直線運動を滑らかに案内するための案内部材
（不図示）が設けられる。

【００２８】補強磁石１６は、円環形状の中心から半径
方向に沿って磁化された永久磁石で形成され、振動子３
の補強磁石１６と対向する端面側の磁極と反対になるよ
うに形成されている。たとえば、図３では円環形状の内
面がＮ極に、外面がＳ極にそれぞれ着磁されている。こ
うした補強磁石１６は、固定ヨーク１１と振動子３との
間に介在して、固定ヨーク１１と振動子３端部との磁気
的距離を近づけることと補強磁石１６の磁力により、振
動子３に印加される磁界を増強する機能を有する。

【００２９】こうした中空形状の固定ヨーク１１の内部
に振動子３を配置することによって、振動子３のＮ極か
ら出た磁力線が固定ヨーク１１および補強磁石１６を通
過して、振動子３のＳ極に戻る磁気回路が形成される。
磁力線は、固定ヨーク１１のＸ軸を中心として回転対称
となるように分布し、振動子３は全体のポテンシャルエ
ネルギーが最も低くなる位置（点Ｏ）で安定する。この
安定位置は、外側の磁性部品の特性や形状等によって定
まり、補強磁石１６が固定ヨーク１１の対称中心点に関
して非対称に配置されているため、点Ｏは固定ヨーク１
１の対称中心点よりシフトする。

【００３０】この状態で、振動子３が原点Ｏから正また
は負の方向に変位すると、振動子３には原点Ｏに戻ろう
とする復元力が作用する。こうした復元力は、振動子３
の振幅範囲において変位量にほぼ比例させることが可能
なため、ちょうど振動子３がＸ軸に沿って線形ばねで支
持された現象に近似できる。

【００３１】この状態で磁気回路を通過する磁界に対し
て電磁コイル１２からの駆動磁界を周期的に重畳するこ
とによって、振動子３に作用する磁界が周期的に変動す
るようになり、振動子３が直線的に往復しながら振動す
るようになる。

【００３２】図３において、電磁コイル１２はＸ軸の周
りに導線を巻回するように構成され、固定ヨーク１１と
同軸に配置することによって、Ｘ軸と平行な駆動磁界Ｈ
ａを発生するため、効率的な磁界重畳が実現している。

【００３３】図４（ａ）は振動子３の運動波形、図４
（ｂ）〜図４（ｅ）は電磁コイル１２の駆動電流波形の
各種例を示すグラフである。静止した振動子３に駆動磁
界Ｈａが作用すると、振動子３が振動を開始し、この振
動周期と同期するように磁界Ｈａが変動すると、共振現
象によって振動振幅が徐々に増加し、摩擦や空気抵抗等
に起因する共振ロスと電磁コイル１２からの注入エネル
ギーとが均衡した状態で振動子３は一定振幅で振動する
ようになる。

【００３４】図４（ｂ）は半波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３が原点ＯからＸ軸の正方向に
移動している４分の１周期だけオンとなるパルス電流を
電磁コイル１２に流している。半波パルス駆動は、単極
性の駆動波形で済むためパルス発振器２０の回路構成を
簡略化できる利点がある。

【００３５】図４（ｃ）は全波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３が原点ＯからＸ軸の正方向に
移動している４分の１周期だけ正極性となり、振動子３
が正の最大変位から原点Ｏに戻る次の４分の１周期だけ
負極性となるパルス電流を電磁コイル１２に流してい
る。全波パルス駆動は、半波パルス駆動と比べて２倍の
駆動期間を確保できるため、振動開始からの定常振動ま
で立上り時間を短縮できる利点がある。

【００３６】図４（ｄ）は半波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３がＸ軸の正方向に移動してい
る２分の１周期だけオンとなるパルス電流を電磁コイル
１２に流している。半波パルス駆動は、単極性の駆動波
形で済むためパルス発振器２０の回路構成を簡略化でき
る利点がある。

【００３７】図４（ｅ）は全波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３がＸ軸の正方向に移動してい
る２分の１周期だけ正極性となり、振動子３がＸ軸の負
方向に移動している２分の１周期だけ負極性となるパル
ス電流を電磁コイル１２に流している。この駆動波形
は、図４（ｄ）の半波パルス駆動と比べて２倍の駆動期
間を確保できるため、高効率の駆動を実現できる。

【００３８】なお、図４（ｂ）〜図４（ｅ）に示すパル
ス波形の代わりに、正弦波を４分の１周期あるいは２分
の１周期の単位でオン、オフした波形も使用でき、特に
図４（ｅ）では完全な正弦波駆動となる。

【００３９】こうして振動子３の周期および位相と駆動
電流とが同期することによって、電気的振動から機械的
振動への変換が効率良く行われる。

【００４０】図５は、本発明の第２実施形態を示す構成
図である。この振動装置は、中空形状の固定ヨーク１１
と、固定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位
可能なように支持された振動子３と、駆動磁界を発生す
るための電磁コイル１２と、電磁コイル１２に正弦波ま
たはパルス波の駆動電流Ｉを供給する発振器２０などで
構成され、さらに振動子３は２つの磁石４ａ、４ｂで構
成され、２つの補強磁石１６ａ、１６ｂが電磁コイル１
２を挟んで左右対称に配置されている。

【００４１】振動子３では、磁石４ａのＮ極と磁石４ｂ
のＮ極とが対向するように２つの磁石４ａ、４ｂが縦列
配置され、各Ｎ極から出た磁力線が互いに反発して、中
心軸Ｘに垂直な平面状の磁界を形成する。

【００４２】電磁コイル１２は、Ｘ軸の周りに導線を巻
回するように構成され、振動子３が形成する平面状磁界
との相互作用が最大となるように、振動子３の振動中心
である原点Ｏを取り囲むように配置される。

【００４３】補強磁石１６ａ、１６ｂは、円環形状の中
心から半径方向に沿って磁化された永久磁石で形成さ
れ、振動子３の端面の磁極と反対になるように形成され
ている。たとえば、図５では円環形状の内面がＮ極に、
外面がＳ極にそれぞれ着磁されている。こうした補強磁
石１６ａ、１６ｂは、振動子３の両端にそれぞれ対向す
るように原点Ｏを中心として対称配置され、固定ヨーク
１１と振動子３端部との磁気的距離を近づけることと補
強磁石１６の磁力により、磁石４ａ、４ｂのＳ極と補強
磁石１６ａ、１６ｂのＮ極のとの間の磁気作用をそれぞ
れ増強している。なお、図５の構成では各部品が対称的
に配置されているため、対称中心点と復元力の原点Ｏと
が一致することになる。

【００４４】静止した振動子３に電磁コイル１２からの
駆動磁界が作用すると、振動子３が振動を開始し、この
振動周期と同期するように駆動磁界が変動すると、共振
現象によって振動振幅が徐々に増加し、摩擦や空気抵抗
等に起因する共振ロスと電磁コイル３からの注入エネル
ギーとが均衡した状態で振動子３は一定振幅で振動する
ようになる。

【００４５】図５の構成においても、図４（ｂ）〜
（ｅ）に示す各種駆動電流波形が使用可能である。

【００４６】図６は、本発明の第３実施形態を示す構成
図である。この振動装置は、中空形状の固定ヨーク１１
と、固定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位
可能なように支持された振動子３と、駆動磁界Ｈａ、Ｈ
ｂを発生するための電磁コイル１２ａ、１２ｂと、電磁
コイル１２ａ、１２ｂに正弦波またはパルス波の駆動電
流Ｉを供給する発振器２０などで構成され、さらに振動
子３は２つの磁石４ａ、４ｂで構成され、２つの電磁コ
イル１２ａ、１２ｂが補強磁石１６を挟んで左右対称に
配置されている。

【００４７】振動子３では、磁石４ａのＮ極と磁石４ｂ
のＮ極とが対向するように２つの磁石４ａ、４ｂが縦列
配置され、各Ｎ極から出た磁力線が互いに反発して、中
心軸Ｘに垂直な平面状の磁界を形成する。

【００４８】補強磁石１６は、円環形状の中心から半径
方向に沿って磁化された永久磁石で形成され、振動子３
の磁石４ａと磁石４ｂの対向端部の磁極と反対になるよ
うに形成されている。たとえば、図６では円環形状の内
面がＳ極に、外面がＮ極にそれぞれ着磁されており、さ
らに振動子３が形成する平面状磁界との相互作用が最大
となるように、振動子３の振動中心である原点Ｏを取り
囲むように配置される。なお、図６の構成では各部品が
対称的に配置されているため、対称中心点と復元力の原
点Ｏとが一致することになる。

【００４９】電磁コイル１２ａ、１２ｂはＸ軸の周りに
導線を巻回するように構成され、振動子３の両端にそれ
ぞれ対向するように、固定ヨーク１１と同軸かつ原点Ｏ
を中心として対称配置することによって、Ｘ軸と平行か
つ同方向の駆動磁界Ｈａ、Ｈｂを同時に発生するため、
効率的で強力な磁界重畳を実現できる。

【００５０】静止した振動子３に駆動磁界Ｈａ、Ｈｂが
作用すると、振動子３が振動を開始し、この振動周期と
同期するように磁界Ｈａ、Ｈｂが変動すると、共振現象
によって振動振幅が徐々に増加し、摩擦や空気抵抗等に
起因する共振ロスと電磁コイル３からの注入エネルギー
とが均衡した状態で振動子３は一定振幅で振動するよう
になる。

【００５１】図６の構成においても、図４（ｂ）〜
（ｅ）に示す各種駆動電流波形が使用可能である。特
に、図４（ｅ）に示す全波パルス駆動を用いた場合、図
４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振動
している場合、振動子３がＸ軸の正方向に移動している
２分の１周期だけ正極性となり、振動子３がＸ軸の負方
向に移動している２分の１周期だけ負極性となるパルス
電流を電磁コイル１２ａ、１２ｂに流している。全波パ
ルス駆動は、半波パルス駆動と比べて２倍の駆動期間を
確保でき、しかも２つの電磁コイル１２ａ、１２ｂによ
るプッシュプル駆動となるため、極めて高い効率の駆動
を実現できる。

【００５２】図７は、本発明の第４実施形態の構成を示
す断面図である。この振動装置は、図３の構成をより具
体化したものであり、円筒形状の固定ヨーク１１と、固
定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位可能な
ように支持された振動子３と、振動子３の直線変位を案
内する円筒形状のボビン１３と、駆動磁界Ｈａを発生す
るための電磁コイル１２と、電磁コイル１２に正弦波ま
たはパルス波の駆動電流Ｉを供給する発振器（不図示）
などで構成され、さらに円環状の補強磁石１６は固定ヨ
ーク１１の内面に配置されている。装置全体の寸法は、
たとえば長さが１０ｍｍ、外径は６ｍｍである。

【００５３】ボビン１３はプラスチック等の非磁性材料
で形成され、電磁コイル１２の導線を巻回するためのベ
ースとなる。ボビン１３および電磁コイル１２の外周面
に固定ヨーク１１が装着され、さらに固定ヨーク１１の
外径と一致するキャップ１４、１５がボビン１３の両端
に接着剤等によって装着され、固定ヨーク１１を固定す
るとともに装置の気密性、水密性を確保している。

【００５４】振動子３は、磁化方向が変位方向と平行に
なるように上面および下面がＮ極、Ｓ極に着磁された円
柱状の磁石４と、透磁率の大きな磁性材料で形成され、
磁石４の上面および下面に密着固定された円柱状の移動
ヨーク５、６で構成される。移動ヨーク５、６の外径は
磁石４の外径より僅かに大きく、移動ヨーク５、６の周
面を滑らかにすることによって、ボビン１３の内面と移
動ヨーク５、６との摺動が低摩擦になり、円滑な振動を
実現している。

【００５５】さらに、移動ヨーク５、６によって磁石４
からの磁束を固定ヨーク１１、補強磁石１６へ効率的に
導くことができるため、振動子３の復元力や電磁コイル
１２との相互作用を高めることができる。

【００５６】また、磁石４および移動ヨーク５、６に
は、両側の密閉空間同士を連通するための貫通孔８が形
成され、密閉空間内の気体が自由に移動できる構造によ
って振動子３の自由振動を確保している。

【００５７】こうした構成において、振動子３のＮ極か
ら出た磁力線が固定ヨーク１１および補強磁石１６を通
過して、振動子３のＳ極に戻る磁気回路が形成される。
振動子３は全体のポテンシャルエネルギーが最も低くな
る位置（点Ｏ）で安定する。この状態で、磁気回路を通
過する磁界に対して電磁コイル１２からの駆動磁界Ｈａ
を周期的に重畳することによって、振動子３に作用する
磁界が周期的に変動するようになり、振動子３が直線的
に往復しながら振動する。

【００５８】電磁コイル１２の駆動電流波形は、図４
（ｂ）〜図４（ｅ）に示す各種駆動波形が使用可能であ
り、振動子３の共振周波数Ｆｍと駆動磁界の周波数Ｆａ
をほぼ一致させることによって、エネルギー効率に優れ
た機械的振動が得られる。

【００５９】図８は、本発明の第５実施形態の構成を示
す断面図である。この振動装置は、図５の構成をより具
体化したものであり、円筒形状の固定ヨーク１１と、固
定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位可能な
ように支持された振動子３と、振動子３の直線変位を案
内する円筒形状のボビン１３と、駆動磁界を発生するた
めの電磁コイル１２と、電磁コイル１２に正弦波または
パルス波の駆動電流Ｉを供給する発振器（不図示）など
で構成され、さらに円環状の２つの補強磁石１６ａ、１
６ｂは電磁コイル１２を挟んで左右対称となるように、
固定ヨーク１１の内側に配置されている。装置全体の寸
法は、たとえば長さが１６ｍｍ、外径は６ｍｍである。

【００６０】ボビン１３はプラスチック等の非磁性材料
で形成され、電磁コイル１２の導線を巻回するためのベ
ースとなる。ボビン１３および電磁コイル１２の外周面
に固定ヨーク１１が装着され、さらに固定ヨーク１１の
外径と一致するキャップ１４、１５がボビン１３の両端
に接着剤等によって装着され、固定ヨーク１１を固定す
るとともに装置の気密性、水密性を確保している。

【００６１】振動子３は、磁化方向が変位方向と平行に
なるように上面および下面がＮ極、Ｓ極に着磁された円
柱状の磁石４ａ、４ｂと、透磁率の大きな磁性材料で形
成され、磁石４ａ、４ｂの中間、上面および下面に密着
固定された円柱状の移動ヨーク５、６、７で構成され
る。磁石４ａ、４ｂは同じ極性の磁極が対向するように
縦列配置され、図８では各Ｎ極から出た磁力線が互いに
反発しつつ移動ヨーク５を通過して、平面状磁界を発生
している。移動ヨーク５、６、７の外径は磁石４ａ、４
ｂの外径より僅かに大きく、移動ヨーク５、６、７の周
面を滑らかにすることによって、ボビン１３の内面と移
動ヨーク５、６、７との摺動が低摩擦になり、円滑な振
動を実現している。

【００６２】さらに、移動ヨーク５、６、７によって磁
石４ａ、４ｂからの磁束を固定ヨーク１１、補強磁石１
６ａ、１６ｂへ効率的に導くことができるため、振動子
３の復元力や電磁コイル１２との相互作用を高めること
ができる。

【００６３】また、磁石４ａ、４ｂおよび移動ヨーク
５、６、７には、両側の密閉空間同士を連通するための
貫通孔８が形成され、密閉空間内の気体が自由に移動で
きる構造によって振動子３の自由振動を確保している。

【００６４】こうした構成において、磁石４ａ、４ｂの
Ｎ極から出た磁力線が移動ヨーク５を経由して固定ヨー
ク１１および補強磁石１６ａ、１６ｂを通過し、さらに
移動ヨーク６、７を経由して振動子３のＳ極に戻る磁気
回路が形成される。振動子３は全体のポテンシャルエネ
ルギーが最も低くなる位置、すなわち固定ヨーク１１の
対称中心点となる点Ｏで安定する。この状態で、磁気回
路を通過する磁界に対して電磁コイル１２からの駆動磁
界を周期的に重畳することによって、振動子３に作用す
る磁界が周期的に変動するようになり、振動子３が直線
的に往復しながら振動する。

【００６５】電磁コイル１２の駆動電流波形は、図４
（ｂ）〜図４（ｅ）に示す各種駆動波形が使用可能であ
り、振動子３の共振周波数Ｆｍと駆動磁界の周波数Ｆａ
をほぼ一致させることによって、エネルギー効率に優れ
た機械的振動が得られる。

【００６６】図９は、本発明の第６実施形態の構成を示
す断面図である。この振動装置は、図６の構成をより具
体化したものであり、円筒形状の固定ヨーク１１と、固
定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿って変位可能な
ように支持された振動子３と、振動子３の直線変位を案
内する円筒形状のボビン１３と、駆動磁界を発生するた
めの電磁コイル１２ａ、１２ｂと、電磁コイル１２ａ、
１２ｂに正弦波またはパルス波の駆動電流Ｉを供給する
発振器（不図示）などで構成され、さらに円環形状の補
強磁石１６は電磁コイル１２ａ、１２ｂの中間で固定ヨ
ーク１１の内側に配置される。装置全体の寸法は、たと
えば長さが１６ｍｍ、外径は６ｍｍである。

【００６７】ボビン１３はプラスチック等の非磁性材料
で形成され、電磁コイル１２ａ、１２ｂの導線を巻回す
るためのベースとなる。ボビン１３および電磁コイル１
２ａ、１２ｂの外周面に固定ヨーク１１が装着され、さ
らに固定ヨーク１１の外径と一致するキャップ１４、１
５がボビン１３の両端に接着剤等によって装着され、固
定ヨーク１１を固定するとともに装置の気密性、水密性
を確保している。

【００６８】振動子３は、磁化方向が変位方向と平行に
なるように上面および下面がＮ極、Ｓ極に着磁された円
柱状の磁石４ａ、４ｂと、透磁率の大きな磁性材料で形
成され、磁石４ａ、４ｂの中間、上面および下面に密着
固定された円柱状の移動ヨーク５、６、７で構成され
る。磁石４ａ、４ｂは同じ極性の磁極が対向するように
縦列配置され、図９では各Ｎ極から出た磁力線が互いに
反発しつつ移動ヨーク５を通過して、平面状磁界を発生
している。移動ヨーク５、６、７の外径は磁石４ａ、４
ｂの外径より僅かに大きく、移動ヨーク５、６、７の周
面を滑らかにすることによって、ボビン１３の内面と移
動ヨーク５、６、７との摺動が低摩擦になり、円滑な振
動を実現している。

【００６９】さらに、移動ヨーク５、６、７によって磁
石４ａ、４ｂからの磁束を固定ヨーク１１、補強磁石１
６ａ、１６ｂへ効率的に導くことができるため、振動子
３の復元力や電磁コイル１２との相互作用を高めること
ができる。

【００７０】また、磁石４ａ、４ｂおよび移動ヨーク
５、６、７には、両側の密閉空間同士を連通するための
貫通孔８が形成され、密閉空間内の気体が自由に移動で
きる構造によって振動子３の自由振動を確保している。

【００７１】こうした構成において、磁石４ａ、４ｂの
Ｎ極から出た磁力線が移動ヨーク５を経由して補強磁石
１６および固定ヨーク１１を通過し、さらに移動ヨーク
６、７を経由して振動子３のＳ極に戻る磁気回路が形成
される。振動子３は全体のポテンシャルエネルギーが最
も低くなる位置、すなわち固定ヨーク１１の対称中心点
となる点Ｏで安定する。この状態で、磁気回路を通過す
る磁界に対して電磁コイル１２ａ、１２ｂからの駆動磁
界を周期的に重畳することによって、振動子３に作用す
る磁界が周期的に変動するようになり、振動子３が直線
的に往復しながら振動する。

【００７２】電磁コイル１２ａ、１２ｂの駆動電流波形
は、図４（ｂ）〜図４（ｅ）に示す各種駆動波形が使用
可能であり、振動子３の共振周波数Ｆｍと駆動磁界の周
波数Ｆａをほぼ一致させることによって、エネルギー効
率に優れた機械的振動が得られる。

【００７３】なお、上記実施形態では円筒形状の固定ヨ
ークおよび振動子等を用いた例を説明したが、円筒形状
に限定されるものでなく、たとえば断面が四角形状のも
のやさらに多角形のもので構成してもよい。

【００７４】さらに、電磁コイルや集束ヨークの磁性
体、振動子の磁石の数など上記実施形態に限定されるも
のではない。また磁石の極方向も上記実施形態に限定さ
れるものではない。

【００７５】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、振
動子に固定ヨークの中心付近を原点とした復元力が作用
するため、この状態で磁気回路を通過する磁界に対して
電磁コイルからの駆動磁界を周期的に重畳することによ
って、振動子が直線的に振動するようになる。さらに、
磁気回路の磁界を増強する補強磁石を設けることによっ
て、振動子への磁気作用が増強され、振動子の復元力が
より大きくなる。こうして電気的振動を機械的振動に効
率良く変換できる。

【００７６】また、振動子の機械的共振周波数Ｆｍとほ
ぼ一致する周波数Ｆａの駆動磁界を印加することによっ
て共振現象が発生し、僅かなエネルギー供給によって大
きな振幅の振動が持続するようになる。こうして電気か
ら機械振動への変換効率が高くなり、少ない消費電力で
大きな振動出力が得られる。

【００７７】また、電磁コイルを固定ヨークと同軸で配
置することによって、振動子の磁化方向と交流磁界の方
向とが一致するため、電磁コイルから振動子への磁界伝
達効率が向上する。

【００７８】また、振動子を同極対向で配置された複数
の磁石で構成することによって、強力な平面状磁界が得
られる。

【００７９】さらに、電磁コイルを振動中心に配置し、
複数の補強磁石を対称配置することによって、振動子へ
のエネルギー伝達効率が向上する。

【００８０】さらに、補強磁石を振動中心に配置し、複
数の電磁コイルを対称配置することによって、振動子へ
のエネルギー伝達効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動子の変位と復元力の関係を示すグラフであ
る。

【図２】振動子の共振特性を示すグラフである。

【図３】本発明の第１実施形態を示す構成図である。

【図４】図４（ａ）は振動子３の運動波形、図４（ｂ）
〜図４（ｅ）は電磁コイル１２の駆動電流波形の各種例
を示すグラフである。

【図５】本発明の第２実施形態を示す構成図である。

【図６】本発明の第３実施形態を示す構成図である。

【図７】本発明の第４実施形態の構成を示す断面図であ
る。

【図８】本発明の第５実施形態の構成を示す断面図であ
る。

【図９】本発明の第６実施形態の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

３振動子４、４ａ、４ｂ磁石５、６、７移動ヨーク８貫通孔１１固定ヨーク１２、１２ａ、１２ｂ電磁コイル１３ボビン１４、１５キャップ１６、１６ａ、１６ｂ補強磁石２０発振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空形状であって磁性材料から成る固定
ヨークと、固定ヨーク内の中心軸方向に沿って変位可能なように支
持され、変位方向と平行な方向に磁化され、固定ヨーク
との磁気作用によって復元力が付与された振動子と、固定ヨークおよび振動子が形成する磁気回路を通過する
磁界に対して、駆動磁界を重畳するための電磁コイル
と、前記磁気回路の磁界を増強するための補強磁石とを備え
ることを特徴とする振動装置。
【請求項２】振動子の復元力と質量によって規定され
る機械的共振周波数Ｆｍと駆動磁界の周波数Ｆａとが略
一致することを特徴とする請求項１記載の振動装置。
【請求項３】電磁コイルは、固定ヨークと同軸に配置
されていることを特徴とする請求項１記載の振動装置。
【請求項４】振動子は同極性の磁極が対向するように
縦列配置された複数の磁石で構成され、電磁コイルが振動子の復元力原点を取り囲むように配置
され、電磁コイルを挟んで、複数の補強磁石が復元力原点を中
心として対称配置されていることを特徴とする請求項３
記載の振動装置。
【請求項５】振動子は同極性の磁極が対向するように
縦列配置された複数の磁石で構成され、補強磁石が振動子の復元力原点を取り囲むように配置さ
れ、補強磁石を挟んで、複数の電磁コイルが復元力原点を中
心として対称配置されていることを特徴とする請求項３
記載の振動装置。