トップ :: B 処理操作 運輸 :: B06 機械的振動の発生または伝達一般

【発明の名称】 振動発生装置
【発明者】 【氏名】樋口 真一

【要約】 【課題】2つの異なる周波数で共振振動する小型の振動発生装置を提供する。

【解決手段】筐体2の内部に可動ベース10が収納されている。この可動ベース10は、設置板部11とその両端から直角に折り曲げられた支持板部12a,12bを有している。設置板部11には、第1の弾性変形部14が一体に形成されて、この第1の弾性変形部14に錘体20が支持されている。可動ベース10には、前記設置板部11と前記支持板部12a,12bとの間に第2の弾性変形部15が設けられ、前記支持板部12a,12bが、筐体2の支持端板3a,3bに固定されている。第2の弾性変形部15の曲げ弾性係数は、第1の弾性変形部14の曲げ弾性係数よりも高く、磁気駆動部30により錘体20に駆動力が与えられたときに、2つの固有振動数で共振する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属板で形成された可動ベースと、前記可動ベースに支持された錘体と、前記錘体に振動を与える磁気駆動部とを有し、
前記可動ベースには、第1の弾性変形部と第2の弾性変形部が前記金属板によって一体に形成され、前記錘体が前記第1の弾性変形部を介して支持され、前記可動ベースが前記第2の弾性変形部を介して筐体に支持されて、前記磁気駆動部が、前記可動ベースと前記錘体との間に設けられており、
前記第2の弾性変形部の曲げ弾性係数と前記第1の弾性変形部の曲げ弾性係数とが相違し、前記磁気駆動部から前記錘体に与えられる駆動力によって前記錘体が振動するときの固有振動数と、前記駆動力の反力によって前記可動ベースが振動するときの固有振動数とが相違していることを特徴とする振動発生装置。
【請求項2】
前記可動ベースには、設置板部と、この設置板部から折り曲げられた支持板部とが一体に形成されて、前記設置板部の一部により前記第1の弾性変形部が形成され、前記設置板部と前記支持板部との間に前記第2の弾性変形部が形成されており、
前記磁気駆動部を構成するコイルと磁石の一方が、前記可動ベースに固定され、他方が前記錘体に固定されている請求項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、前記金属板で形成された変形腕と、この変形腕の自由端側に形成されて前記錘体が固定される固定部とを有しており、
前記第2の弾性変形部は、前記設置板部と前記支持板部との中間において、前記金属板の断面積を小さくすることにより形成されている請求項1または2記載の振動発生装置。
【請求項4】
前記第2の弾性変形部の曲げ弾性係数が前記第1の弾性変形部の曲げ弾性係数よりも大きく、前記磁気駆動部から前記錘体に与えられる駆動力によって前記錘体が振動するときの固有振動数よりも、前記駆動力の反力によって前記可動ベースが振動するときの固有振動数の方が高い請求項3記載の振動発生装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、コイルと磁石とで構成される磁気駆動部から錘体に駆動力が与えられて錘体が振動する振動発生装置に係り、特に振動の共振点が2つの周波数となる振動発生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯電話やゲーム装置のコントローラなど各種電子機器には、振動発生装置を備えたものがある。この振動発生装置は、小型の筐体に錘体がばねにより支持されている。磁気駆動部を構成するコイルとマグネットの一方が、前記錘体に支持され、他方が筐体側に設けられている。前記コイルに交流電流が与えられると、磁気駆動部から錘体に振動力が与えられ、錘体が振動する。
【0003】
この種の振動発生装置では、磁気駆動部のコイルに与えられる交番電流の周波数を、錘体の質量とばねの弾性係数とで決まる固有振動数に一致させることで、錘体を共振させて大きな振幅の振動を得ることができるようにしている。
【特許文献1】特開2005−95740号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の振動発生装置では、共振周波数が1点となるように設定されていたため、コイルに与えられる交流信号の周波数が、固有振動数から大きく外れると、振動時の錘体の振動の振幅を大きくできなくなる。また、共振周波数が1点であると、振動発生装置が一種類の振動しか発生できず、振動周波数の相違する2種類の振動を発生させることはできない。
【0005】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、簡単で且つ小型の構成で、共振周波数を2点に設定することが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】
【0006】
本発明は、金属板で形成された可動ベースと、前記可動ベースに支持された錘体と、前記錘体に振動を与える磁気駆動部とを有し、
前記可動ベースには、第1の弾性変形部と第2の弾性変形部が前記金属板によって一体に形成され、前記錘体が前記第1の弾性変形部を介して支持され、前記可動ベースが前記第2の弾性変形部を介して筐体に支持されて、前記磁気駆動部が、前記可動ベースと前記錘体との間に設けられており、
前記第2の弾性変形部の曲げ弾性係数と前記第1の弾性変形部の曲げ弾性係数とが相違し、前記磁気駆動部から前記錘体に与えられる駆動力によって前記錘体が振動するときの固有振動数と、前記駆動力の反力によって前記可動ベースが振動するときの固有振動数とが相違していることを特徴とするものである。
【0007】
本発明の振動発生装置は、2つ周波数の固有振動数を有している。そのため、磁気駆動部に与えるべき交流信号の周波数に広がりを持たせることができ、コイルに与える前記交流信号の広い周波数帯域で、比較的大きな振幅の振動を発生させることができる。また、コイルに与える交流電流の周波数を切換えることにより、2つの固有振動数に基づいて2種類の振動を発生させることもできる。
【0008】
本発明は、前記可動ベースには、設置板部と、この設置板部から折り曲げられた支持板部とが一体に形成されて、前記設置板部の一部により前記第1の弾性変形部が形成され、前記設置板部と前記支持板部との間に前記第2の弾性変形部が形成されており、
前記磁気駆動部を構成するコイルと磁石の一方が、前記可動ベースに固定され、他方が前記錘体に固定されているものである。
【0009】
本発明の振動発生装置は、可動ベースを構成する金属板により、2種類の弾性変形部を構成しているため、2種類の固有振動数を有する振動発生装置を、小型で簡単に構成することができる。
【0010】
また、本発明は、例えば、前記第1の弾性変形部は、前記金属板で形成された変形腕と、この変形腕の自由端側に形成されて前記錘体が固定される固定部とを有しており、
前記第2の弾性変形部は、前記設置板部と前記支持板部との中間において、前記金属板の断面積を小さくすることにより形成されているものである。
【0011】
その結果、前記第2の弾性変形部の曲げ弾性係数が前記第1の弾性変形部の曲げ弾性係数よりも大きく、前記磁気駆動部から前記錘体に与えられる駆動力によって前記錘体が振動するときの固有振動数よりも、前記駆動力の反力によって前記可動ベースが振動するときの固有振動数の方が高いものにできる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の振動発生装置は、2種類の共振周波数を有する振動発生装置を構成できる。また2つの弾性変形部を共通の可動ベースに形成しているために、小型で簡単な構造で、2つの固有振動数を有する構成にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
図1は本発明の振動発生装置の実施の形態を示す分解斜視図、図2は、図1に示す振動発生装置が組み立てられた状態をII−II線で切断した断面図、図3(A)は図2に示す振動発生装置を構成する可動ベースの側面図、図3(B)は可動ベースの底面図である。
【0014】
図1と図2に示すように、振動発生装置1は、細長い立方体形状の筐体2を有している。筐体2は、下部筐体3と上部筐体4を有しており、共に金属板で形成されている。下部筐体2は、互いに平行に対向する支持端板3a,3bと、両支持端板3a,3bの両側部どうしを繋ぐ側板3c,3dを有し、さらに、底板3eを有している。前記支持端版3a,3bと側板3c,3dは、前記底板3eから直角に折り曲げられている。
【0015】
上部筐体4は、金属板で平面形状が長方形に形成されている。上部筐体4の短辺には端面折曲げ片4a,4bが形成され、長辺には側面折曲げ片4c,4dが形成されている。端面折曲げ片4a,4bが、下部筐体3の支持端板3a,3bの外側に重ねられ、側面折曲げ片4c,4dが、側板3c,3dの外側に重ねられることで、下部筐体3上に上部筐体4が組み合わされる。また、下部筐体3の上縁部に一体に形成された複数の爪3fが、上部筐体4に形成された係止穴4f内で折り曲げられることで、下部筐体3と上部筐体4とが固定される。
【0016】
上部筐体4には、天井板4eが設けられており、この天井板4eに、長方形状の開口部4gが上下に貫通して形成されている。
【0017】
筐体2の内部には、可動ベース10が収納されている。可動ベース10は、金属板で一体に形成されている。可動ベース10は磁性を有する金属板で形成されていてもよいが、非磁性の金属板で形成されていることが好ましい。
【0018】
図3(A)(B)に示すように、可動ベース10は、長方形の設置板部11を有している。設置板部11の両端部からは、一対の支持板部12a,12bが直角に折り曲げられている。支持板部12aと12bは互いに平行に対面している。可動ベース10が筐体2の内部に収納されると、前記支持板部12aが、下部筐体3の支持端板3aの内面に密着し、前記支持板部12bが、下部筐体3の支持端板3bの内面に密着する。図1に示すように、下部筐体3の支持端板3aにはそれぞれ内側に向く一対の爪3gが形成され、可動ベース10の支持板部12a,12bには、それぞれ一対の位置決め溝12cが形成されている。前記爪3gが前記位置決め溝12c内に入り込んで折り曲げられることにより、支持板部12aが支持端板3aの内側に位置決めされて固定され、支持板部12bが支持端板3bの内側に位置決めされて固定される。
【0019】
可動ベース10には、設置板部11の両側の長辺のそれぞれから直角に折り曲げられた一対の側片13c,13dが設けられている。可動ベース10が、筐体2内に収納され、可動ベース10の支持板部12aと12bが、下部筐体3の支持端板3aと3bの内面に固定された状態で、前記側片13c,13dは、下部筐体3の側板3c,3dの内面から十分に離れた位置に対面している。このとき、図2に示すように、可動ベース10の設置板部11は、下部筐体3の底板3eの内面から十分に離れた位置に対面している。
【0020】
図3(B)に示すように、可動ベース10の設置板部11には、一対の第1の弾性変形部14,14が設けられている。この第1の弾性変形部14,14は、可動ベース10を構成する金属板の一部で一体に形成されている。前記設置板部11には、一対の切欠き部11a,11aが形成されている。設置板部11を構成する金属板が、前記切欠き部11a内に延びており、この金属板で、前記第1の弾性変形部14を構成する互いに平行な一対の変形腕14a,14aと、それぞれの変形腕14a,14aと一体の固定部14bとが形成されている。第1の弾性変形部14に外力が作用していないときに、変形腕14aおよび固定部14bは、設置板部11と同一面に位置している。また、前記固定部14bには、一対の固定穴14cが開口している。
【0021】
可動ベース10では、前記設置板部11と、その両側の支持板部12a,12bとの間に、第2の弾性変形部15が設けられている。前記設置板部11は、その両側部に側片13c,13dが折り曲げられているため、側片13c,13cで補強されている設置板部11は曲げ剛性が高くなっている。また、支持板部12a,12bは、下部筐体3の支持端板3a,3bに固定されている。よって、可動ベース10では、主に前記設置板部11のうちの前記側片13c,13dが設けられていない部分で、且つ支持板部12a,12bを除いた部分が、前記第2の弾性変形部15,15として機能する。
【0022】
第2の弾性変形部15は、支持板部12aまたは支持板部12bが折り曲げられている折曲部15aで、その幅寸法(断面積)が小さくなっている。前記折曲部15aの内側には、幅方向に直線状に延びるスリット15bが形成され、このスリット15bの両側部に幅細部15c,15cが形成されている。また、折曲部15aとそれぞれの細幅部15c,15cとの間に、細片15d,15dが形成されている。第2の弾性変形部15では、前記折曲部15a、細幅部15c,15cおよび細片15d,15dが弾性変形可能である。ただし、支持板部12a,12bの下部の一部が、下部筐体3の支持端板3a,3bから内側へ少しだけ離れるように変形し、この支持板部12a,12bの下部分が第1の弾性変形部14,14の一部として機能するものであってもよい。
【0023】
それぞれの第1の弾性変形部14では、主に細長い一対の変形腕14aが曲げ弾性係数に寄与し、第2の弾性変形部15では、主に前記折曲部15aと細幅部15c,15cおよび細片15d,15dが曲げ弾性係数に寄与する。図3に示す可動ベース10の構造では、第2の弾性変形部15の曲げ弾性係数が、第1の弾性変形部14の曲げ弾性係数よりも大きい。
【0024】
図1と図2に示すように、筐体2の内部には錘体20が収納されている。錘体20は、下部半体21と上部半体22とが組み合わされて構成されており、下部半体21と上部半体22との間には、磁気駆動部30を構成する磁性材料の芯材32とこの芯材32に巻かれたコイル31とが挟まれて収納されている。
【0025】
上部半体22の上面には固定金具23が設けられている。この固定金具23の両側部には、それぞれ直角に折り曲げられた保持片23a,23aが設けられており、この保持片23a,23aによって下部半体21が保持されている。前記固定金具23の両側部には、それぞれ前記保持片23a,23aよりも芯材32に近い位置で直角に折り曲げられた固定片23b,23bが設けられている。図2に示すように、固定片23b,23bは、下部半体21の下面21aよりもさらに下側に延びている。この固定片23b,23bの下端が、前記第1の弾性変形部14の固定部14bに開口する前記固定穴14c内に挿入され、折り曲げられており、これにより、それぞれの第1の弾性変形部14の前記固定部14bに、固定片23bが固定されている。
【0026】
図2に示すように、固定金具23の固定片23bが、第1の弾性変形部14,14の固定部14b,14bに固定された状態で、錘体20の下面すなわち下部半体21の下面と、可動ベース10の設置板部11との間に十分な隙間が設けられており、第1の弾性変形部14の変形腕14aが、図2において破線で示すように下向きに変形したときに、錘体20の下方への移動領域を確保することができる。
【0027】
図1に示すように、筐体2の上部筐体4に形成されている前記開口部4gの開口面積は、錘体20の形状よりも大きくなっている。よって、第1の弾性変形部14の変形腕14aが上向きに変形したときに、錘体20と上部筐体4とが直接に当たるのを避けることができる。
【0028】
前記磁気駆動部30は、前記錘体20と前記可動ベース10との間に設けられている。前述のように、磁気駆動部30を構成している芯材32とコイル31は、前記錘体20内に保持されている。一方、磁気駆動部30を構成している磁石33は、磁性材料で形成されたブラケット34,34の内面に固定されている。
【0029】
ブラケット34の両側部には突起34a,34aが突出しており、この突起34a,34aが、可動ベース10の側片13c,13dに開口する固定穴13a,13aに挿入されて固定されている。また、ブラケット34の下部には、突起34b,34bが突出しており、この突起34b,34bが、可動ベース10の設置板部11に開口する固定穴11c,11cに挿入されて固定されている。
【0030】
図3(A)(B)に示すように、前記固定穴13aおよび固定穴11cは、第2の弾性変形部15,15よりも内側に形成されており、よって、ブラケット34は、第2の弾性変形部15よりも内側に固定されている。
【0031】
図2に示すように、磁気駆動部30では、芯材32の両端面が、その両側に位置する磁石33,33に対面している。磁石33,33の前記芯材32に対向する面は、上半分と下半分とで磁極が相違している。よって、コイル31に交番電流が与えられると、コイル31が保持された錘体20に対して図2における上下方向への駆動力が作用し、可動ベース10の設置板部11には、前記駆動力の反力が作用する。
【0032】
図4は、振動発生装置1の振動モデルを示す模式図である。
この振動発生装置1は、振動時に2つの共振周波数を有している。ひとつの共振周波数は、可動ベース10に形成された第1の弾性変形部14の曲げ弾性係数k1と、錘体20の質量m1とから決まる第1の固有振動数f1に対応している。他方の共振周波数は、可動ベース10に形成された第2の弾性変形部15の曲げ弾性係数k2と、可動ベース10の設置板部11上の全ての質量m2、すなわち設置板部11に搭載されている錘体20と磁気駆動部30の質量とで決まる第2の固有振動数f2に対応している。
【0033】
この実施の形態では、可動ベース10に形成された第2の弾性変形部15の曲げ弾性係数k2が、第1の弾性変形部15の曲げ弾性係数k1よりも大きい。そして、第1の固有振動数f1よりも第2の固有振動数f2の方が高い。図5に示すように、例えば第1の固有振動数f1は60Hz付近であり、第2の固有振動数f2は300Hz付近である。
【0034】
この振動発生装置は、コイル31に交番電流が通電されると、芯材32が磁化され、このとき芯材32の両端面の磁極は、電流の周波数に応じて切換えられる。図2に示すように、芯材32の両端面に対向している磁石33,33は上下方向に異なる磁極となるように着磁されているため、可動ベース10に固定されている磁石33から、コイル31と芯材32を保持している錘体20に上下方向の振動駆動力F1が作用する。さらに、錘体20に与えられる振動駆動力F1の反力F2が可動ベース10の設置板部11に作用する。
【0035】
前記コイル31に通電される交番電流の周波数が、第1の弾性変形部14の曲げ弾性係数k1と錘体20の質量m1とで決まる第1の固有振動数f1と一致し、または前記第1の固有振動数f1に近似している場合に、錘体20が共振する。また、前記コイル31に通電される交番電流の周波数が、第2の弾性変形部15の曲げ弾性係数k2と、可動ベース10上の質量の総和m2とで決まる前記第2の固有振動数f2に一致し、または近似している場合にも、可動ベース10の設置板部11および、これに搭載されている錘体20と磁気駆動部30とが一緒に共振する。
【0036】
このように、2種類の周波数帯の駆動信号を与えると、それぞれの周波数帯において共振し、しかも第1の固有振動数f1と第2の固有振動数f2とが当然に相違するため、発生する2種類の振動は、その振動音や振動の伝播状態が相違する。したがって、例えば携帯機器やゲーム機のコントローラなどにおいて、ある操作を行うとf1の周波数で共振し、他の操作を行うとf2の周波数で共振するなど、バラエティに富んだ振動を発振できる。
【0037】
また、第1の固有振動数f1と第2の固有振動数f2の周波数を近似させておけば、前記周波数f1と周波数f2の双方を含む広い帯域のいずれかの周波数の信号をコイル31に与えることにより、共振させることができる。つまり、振動発生装置1を共振させるのに必要な電流の周波数帯域を広くできる。
【0038】
また、この実施の形態では、可動ベース10の設置板部11に磁石33が搭載され、可動ベース10上で第1の弾性変形部14で支持された錘体20に振動駆動力F1を与え、その反力で設置板部11を振動させているため、磁気駆動部30を1つ設ければよく、全体を小型に構成できる。
【0039】
なお、設置板部11側にコイルを配置し、錘体20側に磁石を搭載してもよい。また、前記実施の形態とは逆に、第1の弾性変形部14の曲げ弾性係数が第2の弾性変形部15の曲げ弾性係数よりも大きく、錘体の質量と第1の弾性変形部の曲げ弾性係数で決まる第1の固有振動数が、第2の弾性変形部15と設置板部11上の質量とで決まる第2の固有振動数よりも高くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の振動発生装置の実施の形態を示す分解斜視図、
【図2】組み立てられた振動発生装置を、図1のII−II線で切断した断面図、
【図3】(A)は可動ベースの側面図、(B)は可動ベースの底面図、
【図4】振動発生装置の振動モデルを説明する模式図、
【図5】振動発生装置の共振周波数を示す説明図、
【符号の説明】
【0041】
1 振動発生装置
2 筐体
3 下部筐体
4 上部筐体
3a,3b 支持端面
10 可動ベース
11 設置板部
12a,12b 支持板部
14 第1の弾性変形部
14a 変形腕
14b 固定部
15 第2の弾性変形部
20 錘体
21 下部半体
22 上部半体
30 磁気駆動部
31 コイル
32 芯材
33 磁石
34 ブラケット
【出願人】 【識別番号】000010098
【氏名又は名称】アルプス電気株式会社
【出願日】 平成18年10月16日(2006.10.16)
【代理人】 【識別番号】100085453
【弁理士】
【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

【識別番号】100121049
【弁理士】
【氏名又は名称】三輪 正義


【公開番号】 特開2008−93623(P2008−93623A)
【公開日】 平成20年4月24日(2008.4.24)
【出願番号】 特願2006−281175(P2006−281175)