振動発生装置
【課題】 １種類の弾性支持部材で１個の振動体を支持して、振動体を異なる固有振動数で共振させることができる振動発生装置を提供する。
【解決手段】 振動体２０を支持する弾性支持部材３３は、第１の弾性変形部３６と第２の弾性変形部３９とが板ばね材料で一体に形成されている。第１の弾性変形部３６がＸ方向へ曲げ変形すると振動体２０がＸ方向へ振動し、第２の弾性変形部３９がＺ方向へ曲げ変形すると振動体２０がＺ方向へ振動する。第２の弾性変形部３９の弾性係数は、第１の弾性変形部３６の弾性係数よりも高い。振動体２０に磁芯２１とコイル４１が設けられ筐体側に磁石が設けられている。コイル４１に異なる周波数の駆動信号が与えられ、振動体２０は第１の方向であるＸ方向へ低い振動数で共振し、第２の方向であるＺ方向へ高い振動数で共振する。
【解決手段】 振動体２０を支持する弾性支持部材３３は、第１の弾性変形部３６と第２の弾性変形部３９とが板ばね材料で一体に形成されている。第１の弾性変形部３６がＸ方向へ曲げ変形すると振動体２０がＸ方向へ振動し、第２の弾性変形部３９がＺ方向へ曲げ変形すると振動体２０がＺ方向へ振動する。第２の弾性変形部３９の弾性係数は、第１の弾性変形部３６の弾性係数よりも高い。振動体２０に磁芯２１とコイル４１が設けられ筐体側に磁石が設けられている。コイル４１に異なる周波数の駆動信号が与えられ、振動体２０は第１の方向であるＸ方向へ低い振動数で共振し、第２の方向であるＺ方向へ高い振動数で共振する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の共振点を持つ振動モードで振動を発生する振動発生装置に係り、特に最少の部品点数で小型に構成できる振動発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電話機能を有する携帯機器に振動発生装置が搭載されている。この振動発生装置は、主に電話機能の着信を知らせるときに駆動される。
【０００３】
従来の振動発生装置は、小型モータの回転軸に質量が偏った錘が固定され、小型モータの回転軸を回転させたときの錘の反力によって振動を発生するものが主流であった。しかし、小型モータを用いた振動発生装置は、ローラの回転力を振動に変換しているので、エネルギーの変換効率が悪く、消費電力が大きい欠点があった。
【０００４】
最近の携帯機器は、電話機能の着信を振動で知らせるだけでなく、ディスプレイに表示された操作部に指を触れてタッチパッドによる操作入力を行うときに、その操作入力の反力を振動で伝えることも行われている。この場合、着信を知らせる振動と同じ振動数の振動で操作反力を伝えようとすると、振動数が低すぎて、先鋭な操作反力を与えることができない。
【０００５】
小型モータを用いた振動装置は、入力電圧を大きくし回転軸の回転数を高くすることで、高い振動数を出力することも可能である。しかし、この場合に、消費電力がさらに大きくなり、また低い振動数と高い振動数とを切り替えるときに要する時間が長くなる欠点がある。
【０００６】
以下の特許文献１に記載された振動発生装置は、第１の振動子が第１の板ばねで支持され、第２の振動子が第２の板ばねを介して第１の振動子に搭載されており、第１の板ばねのばね定数が第２の板ばねよりも大きくなっている。この振動発生装置は、第１の振動子の固有振動数と第２の振動子の固有振動数が相違しているため、第２の振動子に巻かれたコイルに異なる周波数の駆動信号を与えることで、２つの共振点を有する振動を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１１１６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された振動発生装置は、小型モータを用いた振動発生装置のように入力電圧を変化させる必要はなく、入力する駆動信号の周波数を変えることで、振動子を異なる共振点で振動させることが可能である。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された振動発生装置は、質量が相違する２つの振動子と、ばね定数が相違する２種の板ばねを使用しているため、部品点数が多く、大型なものしか構成できない。また、共振周波数を変えて駆動するときに、一方の振動子が共振しているときに、他方の振動子が単なる負荷となることがあり、全体として発生する振動エネルギーが小さくなりやすい。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、最少の部品点数で小型に構成でき、異なる共振点を有する振動モードを実現できる振動発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、筐体と、弾性支持部材を介して前記筐体に支持された振動体と、前記振動体に振動力を与える磁気駆動部とを有する振動発生装置において、
前記弾性支持部材は、前記振動体を第１の方向へ振動させる第１の弾性係数と、前記振動体を第１の方向と直交する第２の方向へ振動させる第２の弾性係数とを有し、第２の弾性係数と第１の弾性係数とが互いに相違しており、
前記磁気駆動部によって、前記振動体が、第１の方向へ向けて第１の振動数で駆動され、第２の方向へ向けて第１の振動数と相違する第２の振動数で駆動されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の振動発生装置は、１つの振動体を支持している１種類の弾性支持部材が、互いに直交する向きにおいて第１の弾性係数と第２の弾性係数を有している。そのため、１つの振動体と１種類の弾性支持部材とによる振動系によって、２つの固有振動数を有する振動モードを実現できる。振動体が１つで、弾性支持部材も１種類であるため、部品点数が少なく小型に構成することが可能である。
【００１３】
本発明の前記弾性支持部材は、第１の弾性係数を有して曲げ歪みを発生する第１の弾性変形部と、第２の弾性係数を有して曲げ歪みを発生する第２の弾性変形部とを有するものとして構成できる。
【００１４】
この場合に、前記第１の弾性変形部は、板厚方向が第１の方向に向けられて、第１の方向と第２の方向の双方に直交する第３の方向へ延びる板ばね部で、前記第２の弾性変形部は、板厚方向が第２の方向へ向けられて、第１の方向へ延びる板ばね部であり、第２の弾性変形部の曲げ方向が、第１の弾性変形部のせん断方向である構造が好ましい。
【００１５】
上記構造の弾性支持部材を用いた振動発生装置は、第２の弾性変形部に曲げ歪が発生して振動体が第２の方向へ振動しているときに、その振動方向が第１の弾性変形部の板ばね部のせん断方向となるため、第１の弾性変形部が第２の方向へ変形しにくくなっている。よって、振動体が第２の方向へ振動しているときに、第１の弾性変形部に不要な変形が生じにくくなって、第２の方向以外の不要な方向への振動ノイズを抑制でき、振動体を第２の方向へ駆動するときのエネルギー効率を向上させることができる。
【００１６】
また、第１の弾性変形部に曲げ歪みが発生して、振動体が第１の方向へ振動しているときに、その振動方向が第２の板ばね部のせん断方向であることが好ましい。このように構成することで、振動体が第１の方向へ振動しているときに、第１の方向以外の不要な振動ノイズを抑制しやすくなる。
【００１７】
なお、第２の弾性変形部の曲げ剛性を第１の弾性変形部の曲げ剛性よりも十分に大きくして、第１の弾性変形部が変形して振動体が第１の方向へ振動しているときに、第２の弾性変形部が不要な方向の変形を生じにくい構造としてもよい。
【００１８】
本発明は、前記弾性支持部材には、第２の弾性変形部の第１の方向の長さを設定する切欠き部が設けられているものとして構成できる。
【００１９】
上記切欠き部の深さを変えることで、第２の弾性変形部の弾性係数を変えて、振動体の第２の方向への固有振動数を可変することができる。前述のように、第２の弾性変形部の曲げ歪みの方向は第１の弾性変形部のせん断方向であるため、切欠き部の深さを可変しても、第１の弾性変形部の弾性係数に影響を与えることがない。
【００２０】
例えば、本発明では、第２の弾性係数が第１の弾性係数よりも大きく設定され、第２の振動数が第１の振動数よりも高く設定されている。あるいは、第１の弾性係数が第２の弾性係数よりも大きく設定されてもよい。
【００２１】
本発明は、前記磁気駆動部に設けられたコイルに、前記振動体を第１の振動数で駆動するための第１の周波数の駆動信号と、第２の振動数で駆動するための第２の周波数の駆動信号を切り替えて与える駆動回路が設けられているものとして構成できる。
【００２２】
本発明は、コイルに与える駆動信号の周波数を変えるだけで、振動体を異なる共振モードで駆動できる。
【００２３】
本発明は、電話機能を有する携帯機器に搭載されて、電話機能の着信があったときは、前記コイルに第１の周波数の駆動信号が与えられ、前記携帯機器に設けられた操作部が操作されたときに、前記コイルに第２の周波数の駆動信号が与えられるものとして構成できる。
【００２４】
この携帯機器は、電話機能の着信やメールの着信では、比較的低い周波数の振動でこれを通知でき、操作部を指で操作したときには、高い周波数で先鋭な操作反力を得ることが可能になる。
【００２５】
または、本発明の振動発生装置を、タッチパネルなどのように本来操作反力を発生できない操作部に設置し、または指で操作したときの操作感触が比較的鈍く感じられる操作部に設置して、指で操作したときに振動発生装置を動作させて、操作感触を増大させる目的で使用することができる。
【００２６】
また、機器に搭載されたプログラムによって、振動発生装置を振動させるときに、２つの共振モードのいずれかを選択し、または２つの共振モードを組み合わせることで、操作部を指で操作したときの操作反力を動作状態に応じて多様に変化させることも可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の振動発生装置は、１つの振動体と１種類の弾性支持部材を使用して、２つの固有振動数を有する振動モードで振動を発生することができる。そのため、部品点数が少なく小型に構成することができる。
【００２８】
弾性支持部材は、互いに直交する向きで第１の弾性係数と第２の弾性係数を有しており、振動体の第１の方向への振動と第２の方向への振動において固有振動数を相違させることができる。
【００２９】
その結果、１つの振動発生装置において、例えば電話機能やメール機能の着信を知らせる第１の振動と、操作部を指で操作したときの先鋭な第２の振動の操作反力を発揮することなどが可能になる。
【００３０】
さらに、携帯機器以外の電子機器において、種々の振動を発生させて、使用者に警報を発したり、動作状態の変化を告知させることなどが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の振動発生装置の分解斜視図、
【図２】図１に示す振動発生装置の振動体と弾性支持部材を示す底面図、
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図、
【図４】弾性支持部材の拡大平面図、
【図５】磁気駆動部の磁石の配置を示す説明図、
【図６】第２の実施の形態の振動発生装置に設けられた磁気駆動部の磁石の配置を示す説明図、
【図７】第３の実施の形態の振動発生装置に設けられた磁気駆動部のコイルと磁石の配置を示す説明図、
【図８】振動発生装置を搭載した携帯機器の説明図、
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１に示すように、本発明の実施の形態の振動発生装置１は、筐体１０と、振動体２０と、振動体２０を保持する支持体３０と、筐体１０に対して振動体２０および支持体３０を支持する弾性支持部材３３とを有している。筐体１０と振動体２０との間には、磁気駆動部４０が設けられている。
【００３３】
この振動発生装置１は、Ｘ方向が第１の方向、Ｚ方向が第２の方向、Ｙ方向が第３の方向である。
【００３４】
図１に示すように、筐体１０は、底板部１１と、底板部１１から直角に折り曲げられてＸ方向に対向する一対の固定板部１２，１２と、底板部１１から直角に折り曲げられてＹ方向に対向する一対の磁石支持板部１３，１３とが一体に形成されている。
【００３５】
振動体２０は、磁芯２１と、磁性ヨーク２２とを有している。磁芯２１は、磁性金属材料で板状に形成されており、その周囲に、磁気駆動部４０を構成するコイル４１が設けられている。コイル４１は、細い銅線が磁芯２１の周囲に多重に巻かれて構成されている。
【００３６】
磁性ヨーク２２は、磁芯２１と同じ磁性金属材料で形成されている。磁性ヨーク２２は、中央部に凹部２２ｂが形成され、凹部２２ｂを挟んでＹ方向の両側に上向きの接続面２２ａ，２２ａが形成されている。磁芯２１が磁性ヨーク２２の上に重ねられると、コイル４１の下半分が凹部２２ｂに収納され、磁芯２１のコイル４１から突出する突出部の下向きの接続面２１ａ，２１ａが、磁性ヨーク２２の接続面２２ａ，２２ａに重ねられて接続されて、接着剤などで固定されている。
【００３７】
振動体２０を支持する支持体３０は、板ばね材料を折り曲げて形成されている。例えば筐体１０は鉄系などの磁性材料の板材で形成され、支持体３０は、ステンレスなどの非磁性金属板で形成されている。支持体３０は、支持底部３１と、支持底部３１から直角に折り曲げられてＹ方向に対向する一対の対向板部３２，３２とを有している。それぞれの対向板部３２，３２には、Ｘ方向に向けて細長く形成された開口部３２ａ，３２ａが形成されている。
【００３８】
図２と図３に示すように、支持体３０に振動体２０が搭載される。図１に示すように、磁芯２１には、前記接続面２１ａ，２１ａよりもさらにＹ方向に突出する突出端部２１ｂ，２１ｂが一体に形成されており、突出端部２１ｂ，２１ｂが、対向板部３２，３２の開口部３２ａ，３２ａに嵌合して、振動体２０が、支持体３０に位置決めされて固定されている。
【００３９】
突出端部２１ｂ，２１ｂと開口部３２ａ，３２ａとの嵌合構造だけで、磁芯２１と支持体３０とが互いに固定されてもよいが、磁性ヨーク２２の下面２２ｃと、支持体３０の支持底部３１とが接着剤などによって部分的に固定されてもよい。
【００４０】
支持体３０には、Ｘ方向の両側において、支持底部３１から連続する弾性支持部材３３，３３が一体に形成されている。
【００４１】
図１と図２に示すように、支持底部３１からＸ方向の一方へ突出する弾性支持部材３３と、Ｘ方向の他方へ突出する弾性支持部材３３は、Ｙ−Ｚ面を挟んで互いに面対称構造である。
【００４２】
図４に拡大して示すように、弾性支持部材３３は、中間板部３４を有している。図３に示すように、中間板部３４は、支持体３０の支持底部３１のＸ方向に向く側部からＺ方向の上向きに直角に折り曲げられて形成されている。図４では、中間板部３４のＹ方向の長さ寸法がＷで示されている。
【００４３】
弾性支持部材３３では、前記中間板部３４からＸ方向の外側に間隔を空けた位置に挟持部３５が設けられている。図３に示すように、挟持部３５に、前記中間板部３４と平行な保持板部３５ａと、保持板部３５ａに対向するように曲げられた弾性保持片３５ｂとが一体に形成されている。図４に示すように、保持板部３５ａと弾性保持片３５ｂとで、筐体１０の固定板部１２が挟まれる。このとき、保持板部３５ａが固定板部１２の内面１２ａに密着し、弾性保持片３５ｂが固定板部１２の外面１２ｂに弾圧されて、挟持部３５が固定板部１２に固定される。
【００４４】
図４に示すように、中間板部３４の外面３４ａと保持板部３５ａの内面３５ｃは互いに平行であり、その間に、第１の弾性変形部３６が設けられている。第１の弾性変形部３６は、支持体３０を構成している板ばね材によって、中間板部３４および保持板部３５ａと一体に形成されている。
【００４５】
第１の弾性変形部３６は、２つの変形板部３６ａ，３６ｂを有している。変形板部３６ａ，３６ｂは、Ｚ方向の幅寸法よりも第３の方向であるＹ方向の長さ寸法が大きい帯板形状である。変形板部３６ａ，３６ｂは、板厚方向が第１の方向（Ｘ方向）に向けられて、幅方向が第２の方向であるＺ方向へ向けられ、長手方向が第３の方向であるＹ方向に向けられている。
【００４６】
変形板部３６ａの基部は、基部曲げ部３６ｃを介して中間板部３４と連続しており、変形板部３６ｂの基部は、基部曲げ部３６ｄを介して保持板部３５ａと連続している。変形板部３６ａの先部と変形板部３６ｂの先部は、中間曲げ部３６ｅを介して連続している。
【００４７】
変形板部３６ａと変形板部３６ｂはその長手方向がＹ方向に向けられ、板厚方向がＸ方向へ向けられているため、主に第１の方向であるＸ方向に曲げ歪みを発生し、その曲率方向はＹ方向である。基部曲げ部３６ｃと基部曲げ部３６ｄおよび中間曲げ部３６ｅは、折り曲げの中心線が第２の方向であるＺ方向へ向けられており、主に第１の方向であるＸ方向に曲げ歪みを発生する。
【００４８】
第１の弾性変形部３６は、変形板部３６ａ，３６ｂのそれぞれの曲げ歪みおよび基部曲げ部３６ｃ，３６ｄと中間曲げ部３６ｅのそれぞれの曲げ歪みによって、第１の方向であるＸ方向へ第１の弾性係数を有して弾性変形する。第１の弾性変形部３６に第１の方向への曲げ歪みを与えるのに要する曲げ応力は小さく、第１の弾性係数は比較的小さい値である。第１の弾性変形部３６のＸ方向の歪みによって、振動体２０およびこれを搭載した支持体３０がＸ方向へ振動可能である。このときの第１の固有振動数は、振動体２０および支持体３０の合計の質量と前記第１の弾性係数とで決まる。第１の弾性係数が比較的小さい値であるため、第１の固有振動数は比較的低い。
【００４９】
振動体２０が第１の方向であるＸ方向へ振動するとき、その振動方向は、第２の弾性変形部３９を構成する変形板部３８のせん断方向である。さらに、弾性変形部３９は、第１の弾性変形部３６に比較して曲げ剛性が十分に大きい。そのため、振動体２０および支持体３０が第１の方向であるＺ方向へ振動しているときに、第２の弾性変形部３９はほとんど変形しない。
【００５０】
振動体２０および支持体３０が第２の方向であるＺ方向へ移動するとき、第１の弾性変形部３６を構成する変形板部３６ａ，３６ｂおよび曲げ部３６ｃ，３６ｄ，３６ｅに対しては、幅方向（Ｚ方向）へせん断力が作用し、また、わずかに捩り力が作用する。第１の弾性変形部３６をせん断方向および捩り方向へ変形させるのに要する力は、第１の弾性変形部３６をＸ方向へ曲げ変形させるのに要する力に比べて十分に大きい。すなわち、第１の弾性変形部３６はＸ方向への第１の弾性係数に比べて、Ｚ方向への弾性係数はきわめて高い値となる。そのため、振動体２０および支持体３０が第１の方向であるＺ方向へ移動するとき、第１の弾性変形部３６に弾性歪みが発生しにくく、Ｚ方向へ振動しているときに第１の弾性変形部３６が不要な方向の振動ノイズを発生しにくい。
【００５１】
図４に示すように、弾性支持部材３３では、中間板部３４の両端部において、支持体３０の支持底部３１をＸ方向に切り込む切欠き部３７，３７が形成されている。図４では、切欠き部３７，３７の切り込み深さ寸法がＤで示されている。支持底部３１を構成する板ばね材であって、切欠き部３７，３７で挟まれた範囲、すなわち図４において幅寸法Ｗと切り込み深さ寸法Ｄで挟まれた部分の板ばね材が変形板部３８となっている。変形板部３８は、振動体２０を構成する磁性ヨーク２２の下面２２ｃに対して、接着剤などによって固定されていない。変形板部３８とこの変形板部３８から折り曲げられている前記中間板部３４とで第２の弾性変形部３９が構成されている。
【００５２】
振動体２０および支持体３０が、第２の方向であるＺ方向へ動くときに、第２の弾性変形部３９が弾性変形する。第２の弾性変形部３９の主な変形部は変形板部３８であり、振動体２０および支持体３０のＺ方向の移動に対して、変形板部３８がＺ方向へ曲げ歪みを発生する。このとき、中間板部３４と変形板部３８との曲げ境界部にも曲げ歪みが発生する。
【００５３】
変形板部３８は、幅方向であるＹ方向に長く、曲げられたときの曲率方向であるＸ方向の寸法が短い。そのため、振動体２０と支持体３０が第２の方向であるＺ方向へ移動して第２の弾性変形部３９が曲がるときの第２の弾性係数は、第１の弾性変形部３６のＸ方向での第１の弾性係数に比べてきわめて高い値になる。振動体２０および支持体３０がＺ方向へ振動する際の第２の固有振動数は、振動体２０および支持体３０の質量と第２の弾性係数とで決まるが、第２の固有振動数は、Ｘ方向へ振動するときに第１の固有振動数に比較してきわめて高い。
【００５４】
切欠き部３７，３７の切り込み深さＤを変化させると、変形板部３８のＸ方向の長さ寸法が変化し、第２の弾性係数が変化する。よって切り込み深さＤを変えることで、振動体２０および支持体３０の第２の方向であるＺ方向への固有振動数を調整することができる。ただし、切欠き部３７，３７の切り込み深さＤの変化は第１の弾性変形部３６に何ら変化を与えないため、第２の弾性係数を調整するときに、第１の弾性変形部３６の第１の弾性係数が変化することはない。
【００５５】
図１に示すように、筐体１０にはＹ方向に対向する対を成す磁石支持板部１３，１３が設けられている。一方の磁石支持板部１３の内面に、コイル４１と共に磁気駆動部４０を構成する磁界発生部材４２ａが固定され、他方の固定板部１２の内面に、同じくコイル４１と共に磁気駆動部４０を構成する磁界発生部材４２ｂが固定されている。
【００５６】
図５（Ａ）に示すように、一方の磁界発生部材４２ａは、上側に位置する上部磁石４３ａと、底板部１１側に位置する下部磁石４４ａとを有している。上部磁石４３ａと下部磁石４４ａは共に、Ｚ方向の幅寸法よりもＸ方向の長さ寸法が大きい細長形状である。上部磁石４３ａの中心Ｏ１は、図５（Ａ）において、左側に位置し、下部磁石４４ａの中心Ｏ２は、図５（Ａ）において、右側に位置している。上部磁石４３ａは、磁芯２１の突出端部２１ｂに対向する面がＮ極に着磁され、下部磁石４４ａは、突出端部２１ｂに対向する面がＳ極に着磁されている。
【００５７】
振動体２０に外力が作用しておらず、振動体２０が弾性支持部材３３，３３によって中立姿勢に支持されているとき、磁芯２１の突出端部２１ｂの中心Ｏ０は、前記中心Ｏ１と中心Ｏ２に対してＸ方向において中間点に位置し、Ｚ方向において中間点に位置している。
【００５８】
図５に示す磁界発生部材４２ａと対向している他方の磁界発生部材４２ｂは、Ｘ−Ｚ面を挟んで、前記磁界発生部材４２ａと面対称構造である。磁界発生部材４２ｂは、前記上部磁石４３ａと面対称の上部磁石４３ｂと、前記下部磁石４４ａと面対称の下部磁石４４ｂを有している。なお、図１には下部磁石４４ｂが図面に現れていない。磁界発生部材４２ｂの上部磁石４３ｂは、磁芯２１の突出端部２１ｂに対向する面がＳ極に着磁され、下部磁石４４ｂは、突出端部２１ｂに対向する面がＮ極に着磁されている。すなわち、対向する上部磁石４３ａと上部磁石４３ｂの表面が互いに逆の磁極であり、対向する下部磁石４４ａと下部磁石４４ｂの表面が互いに逆の磁極である。
【００５９】
図８に、前記振動発生装置１を搭載した携帯機器５０の一例が示されている。
携帯機器５０は電話機能やメール送受信機能を有しているものであり、振動発生装置１が筐体５１の内部に設置されている。また、筐体５１の内部に、振動発生装置１を駆動する駆動回路５２が内蔵されている。
【００６０】
振動発生装置１は２つの共振モードを有している。１つの共振モードは、振動体２０と支持体３０が第１の方向であるＸ方向へ振動するときの第１の固有振動数による振動である。第２の共振モードは、振動体２０と支持体３０が第２の方向であるＺ方向へ振動するときの第２の固有振動数による振動である。前述のように、第２の固有振動数は第１の固有振動数よりも十分に高い。
【００６１】
振動発生装置１を第１の共振モードで駆動するときは、駆動回路５２からコイル４１に対して、第１の固有振動数に一致する第１の周波数またはこれに近い周波数の駆動信号が与えられる。この駆動信号は、コイル４１に対して矩形波状のパルス電流が間欠的に与えられてもよいし、コイル４１に対して交流電流が与えられてもよい。このときに、磁芯２１の突出端部２１ｂの表面の磁極がＮ極またはＳ極に変わる周波数が、第１の固有振動数に一致しまたは第１の固有振動数に近い値となる。
【００６２】
コイル４１に通電されて磁芯２１の突出端部２１ｂが磁極として機能すると、図５（Ｂ）に示すように、突出端部２１ｂの中心Ｏ０に対して中心Ｏ１，Ｏ０，Ｏ２が並ぶ直線方向へ駆動力Ｆが作用する。駆動信号が第１の周波数またはこれに近い周波数のときは、駆動力ＦのＸ方向の分力Ｆｘによって、振動体２０と支持体３０がＸ方向へ第１の共振モードで共振する。
【００６３】
振動発生装置１を第２の共振モードで駆動するときは、駆動回路５２からコイル４１に対して、第２の固有振動数に一致する第２の周波数またはこれに近い周波数の駆動信号が与えられる。このとき、駆動力ＦのＺ方向の分力Ｆｚによって、振動体２０と支持体３０がＺ方向へ第２の共振モードで共振する。
【００６４】
例えば、第１の周波数を１５０〜２００Ｈｚ程度に設定しておくと、携帯機器５０の電話機能やメール送受信機能が着信状態となったときに所有者にその状態を知らせるのに適した振動となる。
【００６５】
第２の周波数を４００〜６００Ｈｚ程度に設定しておくと、操作部が指で操作されたときに指に与えられる操作反力の振動に適したものになる。
【００６６】
例えば、図８に示す携帯機器５０は、筐体５１に表示画面５３が設けられて、カラー液晶表示パネルなどに画像が表示される。表示画面５３には静電容量式または抵抗式などの座標入力が可能なタッチパッドが併設されている。表示画面５３に複数の操作釦５４の画像が表示されているときに、いずれかの操作釦５４に指を触れることで、前記入力パッドが検知状態となり、どの操作釦５４が操作されたのかが筐体５１に内蔵された制御回路で認識される。このとき、制御回路から駆動回路５２に指令が出され、コイル４１に第２の周波数の駆動信号が短い時間だけ与えられると、筐体５１が高い周波数で短時間だけ振動し、操作釦５４に触れている指に、鋭い感覚の操作反力が与えられる。
【００６７】
駆動回路５２では、駆動電圧を変動させる必要がなく、駆動信号の周波数を変化させるだけで、筐体５１を比較的低い振動数で振動させて、着信状態を知らせ、筐体５１を高い振動数で短時間振動させることで、指に鋭い操作反力を感じさせることが可能になる。
【００６８】
振動発生装置１を第２の駆動信号で振動させるときに、指に操作反力として感じさせる周波数はどの程度が最適であるかは、個々の筐体５１の大きさや振動伝達構造により相違する。
【００６９】
そこで、図４に示すように、支持体３０の支持底部３１に形成された切欠き部３７，３７の切り込み深さＤを変更し、第２の弾性変形部３９の第２の弾性係数を変えることで、それぞれの携帯機器において最適となる振動数の振動を発生でき、最適な操作反力を発揮させることができるようになる。この場合に、切欠き部３７の切り込み深さＤを変更しても、第１の弾性変形部３６の第１の弾性係数に影響は無いため、着信を知らせる振動モードが変わることはない。
【００７０】
また、第１の共振モードと第２の共振モードは、着信モードと操作釦５４の操作反力モードに限られるものではなく、他の操作を行ったときに、第１の共振モードまたは第２の共振モードで筐体５１を振動させることが可能である。例えば、表示画面５３にゲーム画像を表示してゲーム動作を行わせているときに、表示画面５３の表示内容の変化に応じて、第１の共振モードと第２の共振モードを切り替えて、あるいは組み合わせて、筐体５１を振動させることが可能である。
【００７１】
図６は第２の実施の形態の振動発生装置に設けられた磁界発生部材１４２を示している。
【００７２】
この磁界発生部材１４２は、上部磁石１４３の左側端部に、下部磁石１４４と重なる位置まで下方に延びる延長部１４３ａが一体に形成され、下部磁石１４４の右側端部に、上部磁石１４３と重なる位置まで延びる延長部１４４ａが一体に形成されている。なお、延長部１４３ａが、上部磁石１４３の本体部と別体に形成され、延長部１４４ａが、下部磁石１４４の本体部と別体に形成されているものであってもよい。
【００７３】
図６に示す磁界発生部材１４２は、Ｘ方向の両側に延長部１４３ａ，１４４ａが設けられているため、上部磁石１４３の中心（重心）Ｏ１と下部磁石１４４の中心（重心）Ｏ２のＸ方向の距離を長くできる。よって、図５（Ｂ）に示すＸ方向の駆動力の分力Ｆｘを大きくでき、振動体２０と支持体３０を第１の共振モードでＸ方向へ駆動するときの、Ｘ方向以外の不要な振動ノイズを低減しやすくなる。
【００７４】
図７は本発明の第３の実施の形態の振動発生装置に搭載された磁気駆動部２４０を示している。
【００７５】
この実施の形態では、振動体２２０に、２つの磁芯２２１ａ，２２１ｂとが設けられ、磁芯２２１ａにコイル２４１ａが巻かれ、磁芯２２１ｂにコイル２４１ｂが巻かれている。
【００７６】
筐体１０の磁石支持板部１３には、２組の磁界発生部材２４２ａ，２４２ｂが固定されている。一方の磁界発生部材２４２ａは、上部磁石２４３ａと下部磁石２４４ａがＺ方向に分かれて設けられ、振動体２２０に対向する表面が互いに逆の磁極となっている。他方の磁界発生部材２４２ｂは、左部磁石２４３ｂと右部磁石２４４ｂがＸ方向に分けれて設けられ、振動体２２０に対向する表面が互いに逆の磁極となっている。
【００７７】
図７に示す振動発生装置は、コイル２４１ｂに第１の周波数の駆動信号が与えられると、そのときの発生磁界および左部磁石２３４ｂと右部磁石２４４ｂによって振動体２２０が第１の方向であるＸ方向へ第１の固有振動数で振動させられる。コイル２４１ａに第２の周波数の駆動信号が与えられると、そのときの発生磁界および上部磁石２４３ａと下部磁石２４４ａとによって、振動体２２０が第２の方向であるＺ方向へ第２の固有振動数で振動させられる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 振動発生装置
１０ 筐体
１２ 固定板部
１３ 磁石支持板部
２０ 振動体
２１ 磁芯
２２ 磁性ヨーク
３０ 支持体
３１ 支持底部
３３ 弾性支持部材
３４ 中間板部
３５ 挟持部
３６ 第１の弾性変形部
３６ａ，３６ｂ 変形板部
３６ｃ，３６ｄ 基部曲げ部
３６ｅ 中間曲げ部
３７ 切欠き部
３８ 変形板部
３９ 第２の弾性変形部
４０ 磁気駆動部
４１ コイル
４２ａ，４２ｂ 磁界発生部材
４３ａ，４３ｂ 上部磁石
４４ａ，４４ｂ 下部磁石
５０ 携帯機器
５１ 筐体
５２ 駆動回路
５３ 表示画面
５４ 操作釦
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の共振点を持つ振動モードで振動を発生する振動発生装置に係り、特に最少の部品点数で小型に構成できる振動発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電話機能を有する携帯機器に振動発生装置が搭載されている。この振動発生装置は、主に電話機能の着信を知らせるときに駆動される。
【０００３】
従来の振動発生装置は、小型モータの回転軸に質量が偏った錘が固定され、小型モータの回転軸を回転させたときの錘の反力によって振動を発生するものが主流であった。しかし、小型モータを用いた振動発生装置は、ローラの回転力を振動に変換しているので、エネルギーの変換効率が悪く、消費電力が大きい欠点があった。
【０００４】
最近の携帯機器は、電話機能の着信を振動で知らせるだけでなく、ディスプレイに表示された操作部に指を触れてタッチパッドによる操作入力を行うときに、その操作入力の反力を振動で伝えることも行われている。この場合、着信を知らせる振動と同じ振動数の振動で操作反力を伝えようとすると、振動数が低すぎて、先鋭な操作反力を与えることができない。
【０００５】
小型モータを用いた振動装置は、入力電圧を大きくし回転軸の回転数を高くすることで、高い振動数を出力することも可能である。しかし、この場合に、消費電力がさらに大きくなり、また低い振動数と高い振動数とを切り替えるときに要する時間が長くなる欠点がある。
【０００６】
以下の特許文献１に記載された振動発生装置は、第１の振動子が第１の板ばねで支持され、第２の振動子が第２の板ばねを介して第１の振動子に搭載されており、第１の板ばねのばね定数が第２の板ばねよりも大きくなっている。この振動発生装置は、第１の振動子の固有振動数と第２の振動子の固有振動数が相違しているため、第２の振動子に巻かれたコイルに異なる周波数の駆動信号を与えることで、２つの共振点を有する振動を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１１１６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された振動発生装置は、小型モータを用いた振動発生装置のように入力電圧を変化させる必要はなく、入力する駆動信号の周波数を変えることで、振動子を異なる共振点で振動させることが可能である。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された振動発生装置は、質量が相違する２つの振動子と、ばね定数が相違する２種の板ばねを使用しているため、部品点数が多く、大型なものしか構成できない。また、共振周波数を変えて駆動するときに、一方の振動子が共振しているときに、他方の振動子が単なる負荷となることがあり、全体として発生する振動エネルギーが小さくなりやすい。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、最少の部品点数で小型に構成でき、異なる共振点を有する振動モードを実現できる振動発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、筐体と、弾性支持部材を介して前記筐体に支持された振動体と、前記振動体に振動力を与える磁気駆動部とを有する振動発生装置において、
前記弾性支持部材は、前記振動体を第１の方向へ振動させる第１の弾性係数と、前記振動体を第１の方向と直交する第２の方向へ振動させる第２の弾性係数とを有し、第２の弾性係数と第１の弾性係数とが互いに相違しており、
前記磁気駆動部によって、前記振動体が、第１の方向へ向けて第１の振動数で駆動され、第２の方向へ向けて第１の振動数と相違する第２の振動数で駆動されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の振動発生装置は、１つの振動体を支持している１種類の弾性支持部材が、互いに直交する向きにおいて第１の弾性係数と第２の弾性係数を有している。そのため、１つの振動体と１種類の弾性支持部材とによる振動系によって、２つの固有振動数を有する振動モードを実現できる。振動体が１つで、弾性支持部材も１種類であるため、部品点数が少なく小型に構成することが可能である。
【００１３】
本発明の前記弾性支持部材は、第１の弾性係数を有して曲げ歪みを発生する第１の弾性変形部と、第２の弾性係数を有して曲げ歪みを発生する第２の弾性変形部とを有するものとして構成できる。
【００１４】
この場合に、前記第１の弾性変形部は、板厚方向が第１の方向に向けられて、第１の方向と第２の方向の双方に直交する第３の方向へ延びる板ばね部で、前記第２の弾性変形部は、板厚方向が第２の方向へ向けられて、第１の方向へ延びる板ばね部であり、第２の弾性変形部の曲げ方向が、第１の弾性変形部のせん断方向である構造が好ましい。
【００１５】
上記構造の弾性支持部材を用いた振動発生装置は、第２の弾性変形部に曲げ歪が発生して振動体が第２の方向へ振動しているときに、その振動方向が第１の弾性変形部の板ばね部のせん断方向となるため、第１の弾性変形部が第２の方向へ変形しにくくなっている。よって、振動体が第２の方向へ振動しているときに、第１の弾性変形部に不要な変形が生じにくくなって、第２の方向以外の不要な方向への振動ノイズを抑制でき、振動体を第２の方向へ駆動するときのエネルギー効率を向上させることができる。
【００１６】
また、第１の弾性変形部に曲げ歪みが発生して、振動体が第１の方向へ振動しているときに、その振動方向が第２の板ばね部のせん断方向であることが好ましい。このように構成することで、振動体が第１の方向へ振動しているときに、第１の方向以外の不要な振動ノイズを抑制しやすくなる。
【００１７】
なお、第２の弾性変形部の曲げ剛性を第１の弾性変形部の曲げ剛性よりも十分に大きくして、第１の弾性変形部が変形して振動体が第１の方向へ振動しているときに、第２の弾性変形部が不要な方向の変形を生じにくい構造としてもよい。
【００１８】
本発明は、前記弾性支持部材には、第２の弾性変形部の第１の方向の長さを設定する切欠き部が設けられているものとして構成できる。
【００１９】
上記切欠き部の深さを変えることで、第２の弾性変形部の弾性係数を変えて、振動体の第２の方向への固有振動数を可変することができる。前述のように、第２の弾性変形部の曲げ歪みの方向は第１の弾性変形部のせん断方向であるため、切欠き部の深さを可変しても、第１の弾性変形部の弾性係数に影響を与えることがない。
【００２０】
例えば、本発明では、第２の弾性係数が第１の弾性係数よりも大きく設定され、第２の振動数が第１の振動数よりも高く設定されている。あるいは、第１の弾性係数が第２の弾性係数よりも大きく設定されてもよい。
【００２１】
本発明は、前記磁気駆動部に設けられたコイルに、前記振動体を第１の振動数で駆動するための第１の周波数の駆動信号と、第２の振動数で駆動するための第２の周波数の駆動信号を切り替えて与える駆動回路が設けられているものとして構成できる。
【００２２】
本発明は、コイルに与える駆動信号の周波数を変えるだけで、振動体を異なる共振モードで駆動できる。
【００２３】
本発明は、電話機能を有する携帯機器に搭載されて、電話機能の着信があったときは、前記コイルに第１の周波数の駆動信号が与えられ、前記携帯機器に設けられた操作部が操作されたときに、前記コイルに第２の周波数の駆動信号が与えられるものとして構成できる。
【００２４】
この携帯機器は、電話機能の着信やメールの着信では、比較的低い周波数の振動でこれを通知でき、操作部を指で操作したときには、高い周波数で先鋭な操作反力を得ることが可能になる。
【００２５】
または、本発明の振動発生装置を、タッチパネルなどのように本来操作反力を発生できない操作部に設置し、または指で操作したときの操作感触が比較的鈍く感じられる操作部に設置して、指で操作したときに振動発生装置を動作させて、操作感触を増大させる目的で使用することができる。
【００２６】
また、機器に搭載されたプログラムによって、振動発生装置を振動させるときに、２つの共振モードのいずれかを選択し、または２つの共振モードを組み合わせることで、操作部を指で操作したときの操作反力を動作状態に応じて多様に変化させることも可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の振動発生装置は、１つの振動体と１種類の弾性支持部材を使用して、２つの固有振動数を有する振動モードで振動を発生することができる。そのため、部品点数が少なく小型に構成することができる。
【００２８】
弾性支持部材は、互いに直交する向きで第１の弾性係数と第２の弾性係数を有しており、振動体の第１の方向への振動と第２の方向への振動において固有振動数を相違させることができる。
【００２９】
その結果、１つの振動発生装置において、例えば電話機能やメール機能の着信を知らせる第１の振動と、操作部を指で操作したときの先鋭な第２の振動の操作反力を発揮することなどが可能になる。
【００３０】
さらに、携帯機器以外の電子機器において、種々の振動を発生させて、使用者に警報を発したり、動作状態の変化を告知させることなどが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の振動発生装置の分解斜視図、
【図２】図１に示す振動発生装置の振動体と弾性支持部材を示す底面図、
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図、
【図４】弾性支持部材の拡大平面図、
【図５】磁気駆動部の磁石の配置を示す説明図、
【図６】第２の実施の形態の振動発生装置に設けられた磁気駆動部の磁石の配置を示す説明図、
【図７】第３の実施の形態の振動発生装置に設けられた磁気駆動部のコイルと磁石の配置を示す説明図、
【図８】振動発生装置を搭載した携帯機器の説明図、
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１に示すように、本発明の実施の形態の振動発生装置１は、筐体１０と、振動体２０と、振動体２０を保持する支持体３０と、筐体１０に対して振動体２０および支持体３０を支持する弾性支持部材３３とを有している。筐体１０と振動体２０との間には、磁気駆動部４０が設けられている。
【００３３】
この振動発生装置１は、Ｘ方向が第１の方向、Ｚ方向が第２の方向、Ｙ方向が第３の方向である。
【００３４】
図１に示すように、筐体１０は、底板部１１と、底板部１１から直角に折り曲げられてＸ方向に対向する一対の固定板部１２，１２と、底板部１１から直角に折り曲げられてＹ方向に対向する一対の磁石支持板部１３，１３とが一体に形成されている。
【００３５】
振動体２０は、磁芯２１と、磁性ヨーク２２とを有している。磁芯２１は、磁性金属材料で板状に形成されており、その周囲に、磁気駆動部４０を構成するコイル４１が設けられている。コイル４１は、細い銅線が磁芯２１の周囲に多重に巻かれて構成されている。
【００３６】
磁性ヨーク２２は、磁芯２１と同じ磁性金属材料で形成されている。磁性ヨーク２２は、中央部に凹部２２ｂが形成され、凹部２２ｂを挟んでＹ方向の両側に上向きの接続面２２ａ，２２ａが形成されている。磁芯２１が磁性ヨーク２２の上に重ねられると、コイル４１の下半分が凹部２２ｂに収納され、磁芯２１のコイル４１から突出する突出部の下向きの接続面２１ａ，２１ａが、磁性ヨーク２２の接続面２２ａ，２２ａに重ねられて接続されて、接着剤などで固定されている。
【００３７】
振動体２０を支持する支持体３０は、板ばね材料を折り曲げて形成されている。例えば筐体１０は鉄系などの磁性材料の板材で形成され、支持体３０は、ステンレスなどの非磁性金属板で形成されている。支持体３０は、支持底部３１と、支持底部３１から直角に折り曲げられてＹ方向に対向する一対の対向板部３２，３２とを有している。それぞれの対向板部３２，３２には、Ｘ方向に向けて細長く形成された開口部３２ａ，３２ａが形成されている。
【００３８】
図２と図３に示すように、支持体３０に振動体２０が搭載される。図１に示すように、磁芯２１には、前記接続面２１ａ，２１ａよりもさらにＹ方向に突出する突出端部２１ｂ，２１ｂが一体に形成されており、突出端部２１ｂ，２１ｂが、対向板部３２，３２の開口部３２ａ，３２ａに嵌合して、振動体２０が、支持体３０に位置決めされて固定されている。
【００３９】
突出端部２１ｂ，２１ｂと開口部３２ａ，３２ａとの嵌合構造だけで、磁芯２１と支持体３０とが互いに固定されてもよいが、磁性ヨーク２２の下面２２ｃと、支持体３０の支持底部３１とが接着剤などによって部分的に固定されてもよい。
【００４０】
支持体３０には、Ｘ方向の両側において、支持底部３１から連続する弾性支持部材３３，３３が一体に形成されている。
【００４１】
図１と図２に示すように、支持底部３１からＸ方向の一方へ突出する弾性支持部材３３と、Ｘ方向の他方へ突出する弾性支持部材３３は、Ｙ−Ｚ面を挟んで互いに面対称構造である。
【００４２】
図４に拡大して示すように、弾性支持部材３３は、中間板部３４を有している。図３に示すように、中間板部３４は、支持体３０の支持底部３１のＸ方向に向く側部からＺ方向の上向きに直角に折り曲げられて形成されている。図４では、中間板部３４のＹ方向の長さ寸法がＷで示されている。
【００４３】
弾性支持部材３３では、前記中間板部３４からＸ方向の外側に間隔を空けた位置に挟持部３５が設けられている。図３に示すように、挟持部３５に、前記中間板部３４と平行な保持板部３５ａと、保持板部３５ａに対向するように曲げられた弾性保持片３５ｂとが一体に形成されている。図４に示すように、保持板部３５ａと弾性保持片３５ｂとで、筐体１０の固定板部１２が挟まれる。このとき、保持板部３５ａが固定板部１２の内面１２ａに密着し、弾性保持片３５ｂが固定板部１２の外面１２ｂに弾圧されて、挟持部３５が固定板部１２に固定される。
【００４４】
図４に示すように、中間板部３４の外面３４ａと保持板部３５ａの内面３５ｃは互いに平行であり、その間に、第１の弾性変形部３６が設けられている。第１の弾性変形部３６は、支持体３０を構成している板ばね材によって、中間板部３４および保持板部３５ａと一体に形成されている。
【００４５】
第１の弾性変形部３６は、２つの変形板部３６ａ，３６ｂを有している。変形板部３６ａ，３６ｂは、Ｚ方向の幅寸法よりも第３の方向であるＹ方向の長さ寸法が大きい帯板形状である。変形板部３６ａ，３６ｂは、板厚方向が第１の方向（Ｘ方向）に向けられて、幅方向が第２の方向であるＺ方向へ向けられ、長手方向が第３の方向であるＹ方向に向けられている。
【００４６】
変形板部３６ａの基部は、基部曲げ部３６ｃを介して中間板部３４と連続しており、変形板部３６ｂの基部は、基部曲げ部３６ｄを介して保持板部３５ａと連続している。変形板部３６ａの先部と変形板部３６ｂの先部は、中間曲げ部３６ｅを介して連続している。
【００４７】
変形板部３６ａと変形板部３６ｂはその長手方向がＹ方向に向けられ、板厚方向がＸ方向へ向けられているため、主に第１の方向であるＸ方向に曲げ歪みを発生し、その曲率方向はＹ方向である。基部曲げ部３６ｃと基部曲げ部３６ｄおよび中間曲げ部３６ｅは、折り曲げの中心線が第２の方向であるＺ方向へ向けられており、主に第１の方向であるＸ方向に曲げ歪みを発生する。
【００４８】
第１の弾性変形部３６は、変形板部３６ａ，３６ｂのそれぞれの曲げ歪みおよび基部曲げ部３６ｃ，３６ｄと中間曲げ部３６ｅのそれぞれの曲げ歪みによって、第１の方向であるＸ方向へ第１の弾性係数を有して弾性変形する。第１の弾性変形部３６に第１の方向への曲げ歪みを与えるのに要する曲げ応力は小さく、第１の弾性係数は比較的小さい値である。第１の弾性変形部３６のＸ方向の歪みによって、振動体２０およびこれを搭載した支持体３０がＸ方向へ振動可能である。このときの第１の固有振動数は、振動体２０および支持体３０の合計の質量と前記第１の弾性係数とで決まる。第１の弾性係数が比較的小さい値であるため、第１の固有振動数は比較的低い。
【００４９】
振動体２０が第１の方向であるＸ方向へ振動するとき、その振動方向は、第２の弾性変形部３９を構成する変形板部３８のせん断方向である。さらに、弾性変形部３９は、第１の弾性変形部３６に比較して曲げ剛性が十分に大きい。そのため、振動体２０および支持体３０が第１の方向であるＺ方向へ振動しているときに、第２の弾性変形部３９はほとんど変形しない。
【００５０】
振動体２０および支持体３０が第２の方向であるＺ方向へ移動するとき、第１の弾性変形部３６を構成する変形板部３６ａ，３６ｂおよび曲げ部３６ｃ，３６ｄ，３６ｅに対しては、幅方向（Ｚ方向）へせん断力が作用し、また、わずかに捩り力が作用する。第１の弾性変形部３６をせん断方向および捩り方向へ変形させるのに要する力は、第１の弾性変形部３６をＸ方向へ曲げ変形させるのに要する力に比べて十分に大きい。すなわち、第１の弾性変形部３６はＸ方向への第１の弾性係数に比べて、Ｚ方向への弾性係数はきわめて高い値となる。そのため、振動体２０および支持体３０が第１の方向であるＺ方向へ移動するとき、第１の弾性変形部３６に弾性歪みが発生しにくく、Ｚ方向へ振動しているときに第１の弾性変形部３６が不要な方向の振動ノイズを発生しにくい。
【００５１】
図４に示すように、弾性支持部材３３では、中間板部３４の両端部において、支持体３０の支持底部３１をＸ方向に切り込む切欠き部３７，３７が形成されている。図４では、切欠き部３７，３７の切り込み深さ寸法がＤで示されている。支持底部３１を構成する板ばね材であって、切欠き部３７，３７で挟まれた範囲、すなわち図４において幅寸法Ｗと切り込み深さ寸法Ｄで挟まれた部分の板ばね材が変形板部３８となっている。変形板部３８は、振動体２０を構成する磁性ヨーク２２の下面２２ｃに対して、接着剤などによって固定されていない。変形板部３８とこの変形板部３８から折り曲げられている前記中間板部３４とで第２の弾性変形部３９が構成されている。
【００５２】
振動体２０および支持体３０が、第２の方向であるＺ方向へ動くときに、第２の弾性変形部３９が弾性変形する。第２の弾性変形部３９の主な変形部は変形板部３８であり、振動体２０および支持体３０のＺ方向の移動に対して、変形板部３８がＺ方向へ曲げ歪みを発生する。このとき、中間板部３４と変形板部３８との曲げ境界部にも曲げ歪みが発生する。
【００５３】
変形板部３８は、幅方向であるＹ方向に長く、曲げられたときの曲率方向であるＸ方向の寸法が短い。そのため、振動体２０と支持体３０が第２の方向であるＺ方向へ移動して第２の弾性変形部３９が曲がるときの第２の弾性係数は、第１の弾性変形部３６のＸ方向での第１の弾性係数に比べてきわめて高い値になる。振動体２０および支持体３０がＺ方向へ振動する際の第２の固有振動数は、振動体２０および支持体３０の質量と第２の弾性係数とで決まるが、第２の固有振動数は、Ｘ方向へ振動するときに第１の固有振動数に比較してきわめて高い。
【００５４】
切欠き部３７，３７の切り込み深さＤを変化させると、変形板部３８のＸ方向の長さ寸法が変化し、第２の弾性係数が変化する。よって切り込み深さＤを変えることで、振動体２０および支持体３０の第２の方向であるＺ方向への固有振動数を調整することができる。ただし、切欠き部３７，３７の切り込み深さＤの変化は第１の弾性変形部３６に何ら変化を与えないため、第２の弾性係数を調整するときに、第１の弾性変形部３６の第１の弾性係数が変化することはない。
【００５５】
図１に示すように、筐体１０にはＹ方向に対向する対を成す磁石支持板部１３，１３が設けられている。一方の磁石支持板部１３の内面に、コイル４１と共に磁気駆動部４０を構成する磁界発生部材４２ａが固定され、他方の固定板部１２の内面に、同じくコイル４１と共に磁気駆動部４０を構成する磁界発生部材４２ｂが固定されている。
【００５６】
図５（Ａ）に示すように、一方の磁界発生部材４２ａは、上側に位置する上部磁石４３ａと、底板部１１側に位置する下部磁石４４ａとを有している。上部磁石４３ａと下部磁石４４ａは共に、Ｚ方向の幅寸法よりもＸ方向の長さ寸法が大きい細長形状である。上部磁石４３ａの中心Ｏ１は、図５（Ａ）において、左側に位置し、下部磁石４４ａの中心Ｏ２は、図５（Ａ）において、右側に位置している。上部磁石４３ａは、磁芯２１の突出端部２１ｂに対向する面がＮ極に着磁され、下部磁石４４ａは、突出端部２１ｂに対向する面がＳ極に着磁されている。
【００５７】
振動体２０に外力が作用しておらず、振動体２０が弾性支持部材３３，３３によって中立姿勢に支持されているとき、磁芯２１の突出端部２１ｂの中心Ｏ０は、前記中心Ｏ１と中心Ｏ２に対してＸ方向において中間点に位置し、Ｚ方向において中間点に位置している。
【００５８】
図５に示す磁界発生部材４２ａと対向している他方の磁界発生部材４２ｂは、Ｘ−Ｚ面を挟んで、前記磁界発生部材４２ａと面対称構造である。磁界発生部材４２ｂは、前記上部磁石４３ａと面対称の上部磁石４３ｂと、前記下部磁石４４ａと面対称の下部磁石４４ｂを有している。なお、図１には下部磁石４４ｂが図面に現れていない。磁界発生部材４２ｂの上部磁石４３ｂは、磁芯２１の突出端部２１ｂに対向する面がＳ極に着磁され、下部磁石４４ｂは、突出端部２１ｂに対向する面がＮ極に着磁されている。すなわち、対向する上部磁石４３ａと上部磁石４３ｂの表面が互いに逆の磁極であり、対向する下部磁石４４ａと下部磁石４４ｂの表面が互いに逆の磁極である。
【００５９】
図８に、前記振動発生装置１を搭載した携帯機器５０の一例が示されている。
携帯機器５０は電話機能やメール送受信機能を有しているものであり、振動発生装置１が筐体５１の内部に設置されている。また、筐体５１の内部に、振動発生装置１を駆動する駆動回路５２が内蔵されている。
【００６０】
振動発生装置１は２つの共振モードを有している。１つの共振モードは、振動体２０と支持体３０が第１の方向であるＸ方向へ振動するときの第１の固有振動数による振動である。第２の共振モードは、振動体２０と支持体３０が第２の方向であるＺ方向へ振動するときの第２の固有振動数による振動である。前述のように、第２の固有振動数は第１の固有振動数よりも十分に高い。
【００６１】
振動発生装置１を第１の共振モードで駆動するときは、駆動回路５２からコイル４１に対して、第１の固有振動数に一致する第１の周波数またはこれに近い周波数の駆動信号が与えられる。この駆動信号は、コイル４１に対して矩形波状のパルス電流が間欠的に与えられてもよいし、コイル４１に対して交流電流が与えられてもよい。このときに、磁芯２１の突出端部２１ｂの表面の磁極がＮ極またはＳ極に変わる周波数が、第１の固有振動数に一致しまたは第１の固有振動数に近い値となる。
【００６２】
コイル４１に通電されて磁芯２１の突出端部２１ｂが磁極として機能すると、図５（Ｂ）に示すように、突出端部２１ｂの中心Ｏ０に対して中心Ｏ１，Ｏ０，Ｏ２が並ぶ直線方向へ駆動力Ｆが作用する。駆動信号が第１の周波数またはこれに近い周波数のときは、駆動力ＦのＸ方向の分力Ｆｘによって、振動体２０と支持体３０がＸ方向へ第１の共振モードで共振する。
【００６３】
振動発生装置１を第２の共振モードで駆動するときは、駆動回路５２からコイル４１に対して、第２の固有振動数に一致する第２の周波数またはこれに近い周波数の駆動信号が与えられる。このとき、駆動力ＦのＺ方向の分力Ｆｚによって、振動体２０と支持体３０がＺ方向へ第２の共振モードで共振する。
【００６４】
例えば、第１の周波数を１５０〜２００Ｈｚ程度に設定しておくと、携帯機器５０の電話機能やメール送受信機能が着信状態となったときに所有者にその状態を知らせるのに適した振動となる。
【００６５】
第２の周波数を４００〜６００Ｈｚ程度に設定しておくと、操作部が指で操作されたときに指に与えられる操作反力の振動に適したものになる。
【００６６】
例えば、図８に示す携帯機器５０は、筐体５１に表示画面５３が設けられて、カラー液晶表示パネルなどに画像が表示される。表示画面５３には静電容量式または抵抗式などの座標入力が可能なタッチパッドが併設されている。表示画面５３に複数の操作釦５４の画像が表示されているときに、いずれかの操作釦５４に指を触れることで、前記入力パッドが検知状態となり、どの操作釦５４が操作されたのかが筐体５１に内蔵された制御回路で認識される。このとき、制御回路から駆動回路５２に指令が出され、コイル４１に第２の周波数の駆動信号が短い時間だけ与えられると、筐体５１が高い周波数で短時間だけ振動し、操作釦５４に触れている指に、鋭い感覚の操作反力が与えられる。
【００６７】
駆動回路５２では、駆動電圧を変動させる必要がなく、駆動信号の周波数を変化させるだけで、筐体５１を比較的低い振動数で振動させて、着信状態を知らせ、筐体５１を高い振動数で短時間振動させることで、指に鋭い操作反力を感じさせることが可能になる。
【００６８】
振動発生装置１を第２の駆動信号で振動させるときに、指に操作反力として感じさせる周波数はどの程度が最適であるかは、個々の筐体５１の大きさや振動伝達構造により相違する。
【００６９】
そこで、図４に示すように、支持体３０の支持底部３１に形成された切欠き部３７，３７の切り込み深さＤを変更し、第２の弾性変形部３９の第２の弾性係数を変えることで、それぞれの携帯機器において最適となる振動数の振動を発生でき、最適な操作反力を発揮させることができるようになる。この場合に、切欠き部３７の切り込み深さＤを変更しても、第１の弾性変形部３６の第１の弾性係数に影響は無いため、着信を知らせる振動モードが変わることはない。
【００７０】
また、第１の共振モードと第２の共振モードは、着信モードと操作釦５４の操作反力モードに限られるものではなく、他の操作を行ったときに、第１の共振モードまたは第２の共振モードで筐体５１を振動させることが可能である。例えば、表示画面５３にゲーム画像を表示してゲーム動作を行わせているときに、表示画面５３の表示内容の変化に応じて、第１の共振モードと第２の共振モードを切り替えて、あるいは組み合わせて、筐体５１を振動させることが可能である。
【００７１】
図６は第２の実施の形態の振動発生装置に設けられた磁界発生部材１４２を示している。
【００７２】
この磁界発生部材１４２は、上部磁石１４３の左側端部に、下部磁石１４４と重なる位置まで下方に延びる延長部１４３ａが一体に形成され、下部磁石１４４の右側端部に、上部磁石１４３と重なる位置まで延びる延長部１４４ａが一体に形成されている。なお、延長部１４３ａが、上部磁石１４３の本体部と別体に形成され、延長部１４４ａが、下部磁石１４４の本体部と別体に形成されているものであってもよい。
【００７３】
図６に示す磁界発生部材１４２は、Ｘ方向の両側に延長部１４３ａ，１４４ａが設けられているため、上部磁石１４３の中心（重心）Ｏ１と下部磁石１４４の中心（重心）Ｏ２のＸ方向の距離を長くできる。よって、図５（Ｂ）に示すＸ方向の駆動力の分力Ｆｘを大きくでき、振動体２０と支持体３０を第１の共振モードでＸ方向へ駆動するときの、Ｘ方向以外の不要な振動ノイズを低減しやすくなる。
【００７４】
図７は本発明の第３の実施の形態の振動発生装置に搭載された磁気駆動部２４０を示している。
【００７５】
この実施の形態では、振動体２２０に、２つの磁芯２２１ａ，２２１ｂとが設けられ、磁芯２２１ａにコイル２４１ａが巻かれ、磁芯２２１ｂにコイル２４１ｂが巻かれている。
【００７６】
筐体１０の磁石支持板部１３には、２組の磁界発生部材２４２ａ，２４２ｂが固定されている。一方の磁界発生部材２４２ａは、上部磁石２４３ａと下部磁石２４４ａがＺ方向に分かれて設けられ、振動体２２０に対向する表面が互いに逆の磁極となっている。他方の磁界発生部材２４２ｂは、左部磁石２４３ｂと右部磁石２４４ｂがＸ方向に分けれて設けられ、振動体２２０に対向する表面が互いに逆の磁極となっている。
【００７７】
図７に示す振動発生装置は、コイル２４１ｂに第１の周波数の駆動信号が与えられると、そのときの発生磁界および左部磁石２３４ｂと右部磁石２４４ｂによって振動体２２０が第１の方向であるＸ方向へ第１の固有振動数で振動させられる。コイル２４１ａに第２の周波数の駆動信号が与えられると、そのときの発生磁界および上部磁石２４３ａと下部磁石２４４ａとによって、振動体２２０が第２の方向であるＺ方向へ第２の固有振動数で振動させられる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 振動発生装置
１０ 筐体
１２ 固定板部
１３ 磁石支持板部
２０ 振動体
２１ 磁芯
２２ 磁性ヨーク
３０ 支持体
３１ 支持底部
３３ 弾性支持部材
３４ 中間板部
３５ 挟持部
３６ 第１の弾性変形部
３６ａ，３６ｂ 変形板部
３６ｃ，３６ｄ 基部曲げ部
３６ｅ 中間曲げ部
３７ 切欠き部
３８ 変形板部
３９ 第２の弾性変形部
４０ 磁気駆動部
４１ コイル
４２ａ，４２ｂ 磁界発生部材
４３ａ，４３ｂ 上部磁石
４４ａ，４４ｂ 下部磁石
５０ 携帯機器
５１ 筐体
５２ 駆動回路
５３ 表示画面
５４ 操作釦
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、弾性支持部材を介して前記筐体に支持された振動体と、前記振動体に振動力を与える磁気駆動部とを有する振動発生装置において、
前記弾性支持部材は、前記振動体を第１の方向へ振動させる第１の弾性係数と、前記振動体を第１の方向と直交する第２の方向へ振動させる第２の弾性係数とを有し、第２の弾性係数と第１の弾性係数とが互いに相違しており、
前記磁気駆動部によって、前記振動体が、第１の方向へ向けて第１の振動数で駆動され、第２の方向へ向けて第１の振動数と相違する第２の振動数で駆動されることを特徴とする振動発生装置。
【請求項２】
前記弾性支持部材は、第１の弾性係数を有して曲げ歪みを発生する第１の弾性変形部と、第２の弾性係数を有して曲げ歪みを発生する第２の弾性変形部とを有する請求項１記載の振動発生装置。
【請求項３】
前記第１の弾性変形部は、板厚方向が第１の方向に向けられて、第１の方向と第２の方向の双方に直交する第３の方向へ延びる板ばね部で、前記第２の弾性変形部は、板厚方向が第２の方向へ向けられて、第１の方向へ延びる板ばね部であり、第２の弾性変形部の曲げ方向が、第１の弾性変形部のせん断方向である請求項２記載の振動発生装置。
【請求項４】
前記弾性支持部材には、第２の弾性変形部の第１の方向の長さを設定する切欠き部が設けられている請求項３記載の振動発生装置。
【請求項５】
第２の弾性係数が第１の弾性係数よりも大きく設定され、第２の振動数が第１の振動数よりも高い請求項１ないし４のいずれかに記載の振動発生装置。
【請求項６】
前記磁気駆動部に設けられたコイルに、前記振動体を第１の振動数で駆動するための第１の周波数の駆動信号と、第２の振動数で駆動するための第２の周波数の駆動信号を切り替えて与える駆動回路が設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載の振動発生装置。
【請求項７】
電話機能を有する携帯機器に搭載されて、電話機能の着信があったときは、前記コイルに第１の周波数の駆動信号が与えられ、前記携帯機器に設けられた操作部が操作されたときに、前記コイルに第２の周波数の駆動信号が与えられる請求項６記載の振動発生装置。
【請求項１】
筐体と、弾性支持部材を介して前記筐体に支持された振動体と、前記振動体に振動力を与える磁気駆動部とを有する振動発生装置において、
前記弾性支持部材は、前記振動体を第１の方向へ振動させる第１の弾性係数と、前記振動体を第１の方向と直交する第２の方向へ振動させる第２の弾性係数とを有し、第２の弾性係数と第１の弾性係数とが互いに相違しており、
前記磁気駆動部によって、前記振動体が、第１の方向へ向けて第１の振動数で駆動され、第２の方向へ向けて第１の振動数と相違する第２の振動数で駆動されることを特徴とする振動発生装置。
【請求項２】
前記弾性支持部材は、第１の弾性係数を有して曲げ歪みを発生する第１の弾性変形部と、第２の弾性係数を有して曲げ歪みを発生する第２の弾性変形部とを有する請求項１記載の振動発生装置。
【請求項３】
前記第１の弾性変形部は、板厚方向が第１の方向に向けられて、第１の方向と第２の方向の双方に直交する第３の方向へ延びる板ばね部で、前記第２の弾性変形部は、板厚方向が第２の方向へ向けられて、第１の方向へ延びる板ばね部であり、第２の弾性変形部の曲げ方向が、第１の弾性変形部のせん断方向である請求項２記載の振動発生装置。
【請求項４】
前記弾性支持部材には、第２の弾性変形部の第１の方向の長さを設定する切欠き部が設けられている請求項３記載の振動発生装置。
【請求項５】
第２の弾性係数が第１の弾性係数よりも大きく設定され、第２の振動数が第１の振動数よりも高い請求項１ないし４のいずれかに記載の振動発生装置。
【請求項６】
前記磁気駆動部に設けられたコイルに、前記振動体を第１の振動数で駆動するための第１の周波数の駆動信号と、第２の振動数で駆動するための第２の周波数の駆動信号を切り替えて与える駆動回路が設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載の振動発生装置。
【請求項７】
電話機能を有する携帯機器に搭載されて、電話機能の着信があったときは、前記コイルに第１の周波数の駆動信号が与えられ、前記携帯機器に設けられた操作部が操作されたときに、前記コイルに第２の周波数の駆動信号が与えられる請求項６記載の振動発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２５７３０（Ｐ２０１２−１２５７３０Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８１５５２（Ｐ２０１０−２８１５５２）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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