特開 2023-138893 振動デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023138893

(43)【公開日】2023-10-03

(54)【発明の名称】振動デバイス

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/04 20060101AFI20230926BHJP

【ＦＩ】

B06B1/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044799

(22)【出願日】2022-03-21

(71)【出願人】

【識別番号】592056908

【氏名又は名称】浜名湖電装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096998

【弁理士】

【氏名又は名称】碓氷 裕彦

(72)【発明者】

【氏名】寺本 福章

【テーマコード（参考）】

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D107BB08

5D107CC09

5D107DD03

5D107DD12

(57)【要約】

【課題】コイルが励磁した直後から、ムービングコアがステータコアから離れる方向に振動を開始することができるようにする。
【解決手段】コイルの励磁時にはハウジング、ステータコア、ムービングコア及び振動板で磁気回路を構成する。そして、コイルの非励磁時には、永久磁石の磁力によりムービングコアがステータコアに向かう側に変位する。一方、コイルの励磁時には、磁気回路が永久磁石の磁力に反発して、ムービングコアがステータコアから離れる側に変位する。その為、コイルを励磁させると直ちにムービングコアをステータコアから離れる側に変位させることができる。即ち、ムービングコアを一旦ステータコア側に変位させてから、改めてステータコアから離れる方向に変移させる必要がない。これにより、振動デバイスの応答性を高めることができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボビンに巻装され通電により励磁するコイルと、
このコイルを保持するハウジングと、
前記コイルの内周に配置されるステータコアと、
前記コイルの内周に前記ステータコアと対向配置され、前記コイルの励磁、非励磁に応じて往復移動するムービングコアと、
内周部でこのムービングコアと接続して前記ムービングコアと共に往復移動可能であり、外周が前記ハウジングに接続される振動板と、
前記ステータコア及び前記ムービングコアのいずれか一方に固定され、自身の磁力により前記ムービングコアを前記ステータコア側に吸引する永久磁石とを備え、
前記コイルの励磁時には前記ハウジング、前記ステータコア、前記ムービングコア及び前記振動板で磁気回路を構成し、
前記コイルの非励磁時には、前記永久磁石の磁力により前記ムービングコアが前記ステータコアに向かう側に変位し、
前記コイルの励磁時には、前記磁気回路が前記永久磁石の磁力に反発して、前記ムービングコアが前記ステータコアから離れる側に変位する
ことを特徴とする振動デバイス。

【請求項2】

前記振動板は、前記ムービングコアを前記ステータコアから引き離す方向に付勢するバネ力を有しており、
前記コイルの非励磁時には、前記永久磁石は、前記振動板の付勢力に反して前記ムービングコアを前記ステータコアに向かう側に変位させる
ことを特徴とする請求項１に記載の振動デバイス。

【請求項3】

前記振動板は、前記ムービングコアを前記ステータコアに向かう方向に付勢するバネ力を有しており、
前記コイルの非励磁時には、前記永久磁石の磁力と前記振動板の付勢力によって前記ムービングコアを前記ステータコアに向かう側に変位させる
ことを特徴とする請求項１に記載の振動デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、振動デバイスに関し、例えば、機器を使用する者に対して振動による情報を提供する装置として用いて好適である。

【背景技術】

【0002】

振動デバイスのニーズとして、振動開始時の応答性をより素早くすることが挙げられる。ただ、振動デバイスはコイルに通電してコイルが励磁されると、まず、ムービングコアがステータコア側に変位し、コイルへの通電が終了して初めてムービングコアがステータコアから離れる方向に変移する構造となっている。このような構造の振動デバイスとしては、例えば、特許文献１が挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－１７６４９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、ムービングコア及びムービングコアと一体に振動する振動板の振動量に着目してなされたものである。即ち、本開示では、振動量はムービングコアがステータコア側に移動する際より、ムービングコアがステータコアから離れる方向に移動するときの方が大きくなることを前提としている。この前提の下で、コイルに通電してコイルが励磁した直後から、ムービングコアがステータコアから離れる方向に振動を開始することができるようにすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１は、ボビンに巻装され通電により励磁するコイルと、このコイルを保持するハウジングと、コイルの内周に配置されるステータコアと、コイルの内周にステータコアと対向配置され、コイルの励磁、非励磁に応じて往復移動するムービングコアとを備える振動デバイスである。また、本開示の第１の振動デバイスは、内周部でムービングコアと接続してムービングコアと共に往復移動可能であり外周がハウジングに接続される振動板と、ステータコア及びムービングコアのいずれか一方に固定され自身の磁力によりムービングコアをステータコア側に吸引する永久磁石も備えている。

【0006】

本開示の第１の振動デバイスは、コイルの励磁時にはハウジング、ステータコア、ムービングコア及び振動板で磁気回路を構成する。そして、コイルの非励磁時には、永久磁石の磁力によりムービングコアはステータコアに向かう側に変位する。一方、コイルの励磁時には、磁気回路が永久磁石の磁力に反発して、ムービングコアがステータコアから離れる側に変位する。

【0007】

本開示の第１の振動デバイスでは、ムービングコアがステータコアから離れる方向の振動量が、ムービングコアがステータコア側に向かう際の振動量より大きな振動となる。そして、本開示の第１の振動デバイスは、コイルの非励磁時に、永久磁石の磁力によりムービングコアがステータコアに向かう側に変位しているので、コイルを励磁させると直ちにムービングコアをステータコアから離れる側に変位させることができる。即ち、ムービングコアを一旦ステータコア側に変位させてから、改めてステータコアから離れる方向に変移させる必要がない。これにより、振動デバイスの応答性を高めることができている。

【0008】

本開示の第２では、振動板はムービングコアをステータコアから引き離す方向に付勢するバネ力を有している。その為、コイルの非励磁時には、永久磁石は、振動板の付勢力に反してムービングコアをステータコアに向かう側に変位させることとなる。これにより、コイルの励磁時には、磁気回路と磁石の反発力のみでなく、振動板の付勢力も利用してムービングコアを変位させることができる。これにより、コイルの励磁時の応答性をより良くすることができる。

【0009】

本開示の第３では、振動板はムービングコアをステータコアに向かう方向に付勢するバネ力を有している。その為、コイルの非励磁時には、永久磁石の磁力と振動板の付勢力によってムービングコアをステータコアに向かう側に変位させることになる。永久磁石の磁力を小さくしても、コイルの非励磁時の状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、振動デバイスのコイル非励磁時の断面図である。

【図2】図２は、振動デバイスのコイル励磁時の断面図である。

【図3】図３は、図１図示振動デバイスの振動特性を示す図である。

【図4】図４は、比較例の振動特性を示す図である。

【図5】図５は、振動デバイスの他の例のコイル非励磁時の断面図である。

【図6】図６は、図５図示振動デバイスのコイル励磁時の断面図である。

【図7】図７は、振動デバイスの更に他の例のコイル非励磁時の断面図である。

【図8】図８は、図７図示振動デバイスのコイル励磁時の断面図である。

【図9】図９は、振動デバイスの使用例を示す構成図である。

【図10】図１０は、振動デバイスの他の使用例を示す構成図である。

【図11】図１１は、振動デバイスの更に他の使用例を示す構成図である。

【図12】図１２は、振動デバイスの更に他の例のコイル励磁時の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１及び図２で、１００は振動デバイスであり、振動デバイス１００は、図９に示すように、例えば自動車のシート２００の座面や背面に配置される。振動デバイス１００はコントローラ２１０によって制御され、乗員に対して、シートベルトの締め忘れや危険予知の情報を振動によって伝達するのに用いられる。振動デバイス１００からの振動情報は、乗員に直接伝えることができる情報である。そして、視覚や聴覚といった通常の信号情報とは異なる情報であるので、特に、危険予知情報として有用な情報伝達手段である。

【0012】

振動デバイス１００のハウジング１１０は、直径が３０ミリメートル程度の円筒形状をしている。ハウジング１１０の高さは１０～１５ミリメートル程度である。また、ハウジング１１０は磁気を通す鉄系材料でできている。ハウジング１１０は小径の円筒形状をしたコイル保持部１１１と、このコイル保持部１１１より大径の円筒形状をした大径部１１２を備えている。大径部１１２の先端は、後述する振動板１６０の外周１６１を巻き締め固定している。

【0013】

ハウジング１１０のコイル保持部１１１の内部には、ナイロン等の絶縁樹脂材料製のボビン１３０が配置されている。ボビン１３０は両端に鍔部１３１を有する円筒形状をしている。ボビン１３０にはエナメル被覆された銅線が多数回（３００ターン程度）巻装され、コイル１４０を形成している。

【0014】

ボビン１３０の内周には円柱形状をしたステータコア１２０が配置されている。ステータコア１２０も、ハウジング１１０と同様、磁気を通す鉄系材料でできている。ステータコア１２０はコイル保持部１１１に、接着剤やボルト等によって固定されている。そして、ステータコア１２０の外周にボビン１３０の内周が嵌り込み、ボビン１３０の鍔部１３１がコイル保持部１１１に嵌り込むことによって、コイル１４０はハウジング１１０内で固定される。

【0015】

ボビン１３０の内周には、ムービングコア１５０も配置されている。ムービングコア１５０はステータコア１２０とギャップを介して対向配置されている。ムービングコア１５０も、ハウジング１１０やステータコア１２０と同様の鉄系材料製である。ムービングコア１５０は、ボビン１３０の内周に位置する円柱状部１５１と、振動板１６０の内周１６２を保持する振動板保持部１５２とからなる。振動板保持部１５２も円柱形状をしている。

【0016】

ムービングコア１５０は振動板１６０の内周１６２に固定されている。上述の通り、振動板１６０の外周１６１は、ハウジング１１０の大径部１１２に固定されているので、ムービングコア１５０は振動板１６０により、ハウジング１１０に保持される。振動板１６０は、ムービングコア１５０をステータコア１２０に向かう方向とステータコア１２０から引き離す方向に移動可能に保持している。従って、振動板１６０の保持により、ムービングコア１５０は、ステータコア１２０に向かう方向及び離れる方向に振動することができる。

【0017】

ムービングコア１５０とステータコア１２０とのギャップには永久磁石１７０が配置されている。永久磁石１７０のうち接着面１７１はステータコア１２０に対向する面で、接着剤によりステータコア１２０に固定されている。永久磁石１７０のうち反発面１７２はムービングコア１５０と対向する面で、ムービングコア１５０との間で固定はされていない。

【0018】

ただ、図１に示すように、コイル１４０に通電がされていない状態では、ムービングコア１５０は永久磁石１７０の磁力により永久磁石１７０側に変位している。かつ、図１のコイル１４０非通電状態では、ムービングコア１５０は振動板１６０の弾性力によっても、永久磁石１７０側に変位している。

【0019】

次に、上記構成からなる振動デバイス１００の作動を説明する。振動デバイス１００のコイル１４０には図示しないバッテリから電力が供給される。この電力供給はコントローラ２１０によって制御され、５０～１００ヘルツ程度の矩形波でデューティ比が５０パーセントとなるようにして供給される。即ち、コントローラ２１０は、５～１０ミリ秒間電流がコイル１４０を通電し、その後５～１０ミリ秒は非通電となるように通電を制御している。この通電、非通電がコントローラ２１０で制御される振動期間中連続する。

【0020】

コントローラ２１０が振動を制御しないオフ期間は、コイル１４０には通電されない。この状態では、上述の通り、永久磁石１７０の磁力及び振動板１６０の弾性力によって、ムービングコア１５０はステータコア１２０側に変位している。

【0021】

コントローラ２１０が振動制御を開始して、コイル１４０に通電されると、コイル１４０は励磁し磁気回路がコイル１４０の回りに作られる。本例では、ハウジング１１０、ステータコア１２０、永久磁石１７０、ムービングコア１５０及び振動板１６０により磁気回路が形成される。

【0022】

コントローラ２１０はこの磁気回路の中で、ムービングコア１５０の永久磁石１７０と対向する面での極性が特定の極性となるように通電方向を制御する。具体的には、ムービングコア１５０の永久磁石対向面の磁極が、永久磁石１７０の反発面１７２の磁極と同一となるように制御する。例えば、永久磁石１７０の反発面１７２の磁極がＮ極である場合、通電が無ければムービングコア１５０には極性は永久磁石１７０の極性にならい、上述の通り、ムービングコア１５０はＮ極に向って吸引される。一方、永久磁石１７０の磁界の向きとは逆方向となるような通電がされるとムービングコア１５０にＮ極の磁性が生じ、ムービングコア１５０は永久磁石１７０と反発する。

【0023】

コイル１４０の通電による反発力は振動板１６０の弾性力よりも大きく、図２に示すように、ムービングコア１５０をステータコア１２０（永久磁石１７０）から引き離す方向に変移させる。なお、図２はムービングコア１５０及び振動板１６０の振動途中であり、ムービングコア１５０及び振動板１６０は図２の状態から更に上方に変位する。これにより、図３に示すように、ムービングコア１５０及び振動板１６０は直ちに振動を開始する。なお、図３はコントローラ２１０からのコイル１４０への通電信号の１パルス（電圧波形）と振動板１６０の加速度との関係を示している。１パルスの中で振動板１６０は複数回振動する。

【0024】

即ち、コイル１４０の通電による反発力はムービングコア１５０がステータコア１２０から離れるほど小さくなる。一方で、ムービングコア１５０がステータコア１２０から離れるほど、振動板１６０の弾性力は大きくなる。この力のバランスによって、ムービングコア１５０をステータコア１２０側に引き戻そうとする。この間の力のバランスは、ムービングコア１５０及び振動板１６０の位置によって振動板１６０の弾性力が大きくなったり、永久磁石１７０との反発力が大きくなったりする。この力のバランスの変動を受けて、ムービングコア１５０及び振動板１６０は振動を繰り返す（図３図示）。

【0025】

比較例として、ムービングコア１５０とステータコア１２０との磁気ギャップに永久磁石１７０を配置しない例を図４に示す。図４もコイル１４０への通電信号の１パルス（電圧波形）と振動板１６０の加速度とを示している。永久磁石１７０が配置されていなければ、ムービングコア１５０はステータコア１２０から磁気ギャップ分は離れている。その状態でコイル１４０に通電して励磁されると、磁気回路の磁力によりムービングコア１５０はステータコア１２０側に変位する。

【0026】

コントローラ２１０は、ムービングコア１５０がステータコア１２０に衝突しないように磁力を制御するので、ムービングコア１５０及び振動板１６０はステータコア１２０に近づいたり離れたりして、多少の振動は行う（図４のＡ）。ただ、この際の振動は、全体としてムービングコア１５０及び振動板１６０がステータコア１２０に近づいた状態で行う振動であるので、振動幅は小さい。図４の例で、コイル１４０への通電を停止すると、振動板１６０の弾性力によってムービングコア１５０及び振動板１６０はステータコア１２０から離れる。次いで、ムービングコア１５０及び振動板１６０は振動を開始する。この状態での振動は、ステータコア１２０から離れた状態での振動であるので、その振幅は大きい（図４のＢ）。

【0027】

図４の比較例に示すように、ムービングコア１５０及び振動板１６０の振動は、ステータコア１２０側での振動に比して、ステータコア１２０から離れた側での振動の方が、振幅が大きくなる。振動デバイス１００としては、この振幅の大きい振動をできる限り有効に活用すべきである。本開示によれば、図３にＣで示すように、コントローラ２１０の振動制御開始直後より、振幅の大きいステータコア１２０から離れた側での振動を利用することができる。即ち、図４の比較例では１パルスの通電の終了後に初めて大きな振動が生じるのに対し、図３で示す本開示では１パルスの通電開示時点から大きな振動が得られるので、振動デバイス１００の応答性を高めることができる。

【0028】

コイル１４０の通電によるムービングコア１５０及び振動板１６０の振動はやがて減衰するので、コントローラ２１０はコイル１４０を非通電とする。コイル１４０への通電が終了すると、ムービングコア１５０及び振動板１６０は、振動板１６０の弾性力と永久磁石１７０の磁気吸引力とによって、ステータコア１２０側に引き戻される方向に移動する。この移動に伴い、本開示のムービングコア１５０及び振動板１６０も図３のＤで示すような小さな振動は行うが、この振動は早期に減衰する。

【0029】

なお、図３及び図４はデューティ比制御の１パルス分のみ記載しているが、上記の通り、コントローラ２１０は所定の周波数でコイル１４０通電、非通電を繰り返す。そのため、ムービングコア１５０及び振動板１６０の振動は制御装置で制御される振動期間継続する。この際のムービングコア１５０の加速度は１０Ｇ程度となっている。自動車のシート２００に取り付けられた状態では、乗員に対して振動を確実に伝えることができている。なお、コントローラ２１０は情報に応じてムービングコア１５０及び振動板１６０の振幅を異なるように制御しても良い。また、コントローラ２１０は情報に応じてムービングコア１５０及び振動板１６０の振動パターンを異なるように制御しても良い。振動パターンを可変するには、１パルスの駆動周波数を変えたり、通電時間と非通電時間とのデューティ比を変更したりすればよい。

【0030】

なお、上述した例では、コイル１４０の非通電時に振動板１６０の弾性力はムービングコア１５０をステータコア１２０（永久磁石１７０）側に向かう方向に付勢していた。永久磁石１７０に必要とされる磁力を小さくすることができて有効である。

【0031】

ただ、コイル１４０の非通電時での振動板１６０の弾性力の方向を逆としても良い。即ち、図５に示すように、振動板１６０の弾性力が、ムービングコア１５０をステータコア１２０（永久磁石１７０）から離れる方向に付勢してもよい。この場合、永久磁石１７０にはより多くの磁力が求められるが、コイル１４０通電時のムービングコア１５０及び振動板１６０の振幅をより大きくすることができる。

【0032】

コイル１４０に通電すると、図６に示すように、コイル１４０励磁に伴う磁気反発力に振動板１６０の弾性力が加わって、より大きな力でムービングコア１５０及び振動板１６０をステータコア１２０から引き離すことができる。図６も図２と同様、ムービングコア１５０及び振動板１６０の振動途中であり、実際には、図６の状態から更に上方に変位する。そのため、第１回目のムービングコア１５０及び振動板１６０の振動より大きくなり、振幅も増大する。

【0033】

上述の例では、永久磁石１７０の接着面１７１をステータコア１２０と対向する面として、永久磁石１７０はステータコア１２０に接着していた。ただ、永久磁石１７０はコイル１４０の励磁時に反発力を発揮できれば良い。図７に示すように、永久磁石１７０をムービングコア１５０に接着しても良い。

【0034】

コイル１４０の励磁時には反発面１７２はステータコア１２０と対向する面となる。即ち、図８に示すように、例えば反発面１７２がＮ極であるとすると、ステータコア１２０の反発面１７２と対向する面もＮ極となるよう磁界が発生して、ムービングコア１５０をステータコア１２０から引き離される方向に移動させる。なお、図８の状態はムービングコア１５０が変移している途中の状態であることは、図２や図６の例と同様である。

【0035】

上述の例では、永久磁石１７０をムービングコア１５０やステータコア１２０と同径としていた。永久磁石１７０を大きくして磁力を高める上では望ましい。ただ、永久磁石１７０は所定の磁力が発揮できればよく、ムービングコア１５０やステータコア１２０より小径としても良い。図１２は永久磁石１７０を小径としてステータコア１２０に埋め込んだ例である。

【0036】

また、上述した例では、ムービングコア１５０をステータコア１２０の上方に配置した。ムービングコア１５０は、重力によってもステータコア１２０（永久磁石１７０）側に向かうこととなる。永久磁石１７０に必要とされる磁力を小さくすることができて、有効である。ただ、図に示した配置は一例で、振動デバイス１００の配置はシート２００の位置に応じて種々に変更される。シート２００の背面に配置されればムービングコア１５０とステータコア１２０とは概略水平方向に配置されることとなる。一般には、ムービングコア１５０と振動板１６０が乗員に向かう方向に配置される。

【0037】

また、上述した例では、ステータコア１２０をハウジング１１０内でボルト等によって固定していた。ただ、ステータコア１２０とハウジング１１０とを一体に成形することも可能である。また、上述した例では、永久磁石１７０を接着剤によりステータコア１２０に接着していた。これを、カシメやねじ締め等によって、固定するようにしても良い。

【0038】

更に、上述した例では、コントローラ２１０はムービングコア１５０がステータコア１２０と衝突しないように制御していた。振動デバイス１００の振動特性を良くする上でも望ましい制御である。また、衝突しないことで、振動デバイス１００の耐久性を高めることもできる。ただ、必要に応じ、ムービングコア１５０とステータコア１２０との衝突を許容する設計とすることは許される。ムービングコア１５０をステータコア１２０に衝突させることによって、異なる振動を発生させることができるし、音を発生させることもできる。その場合には、ムービングコア１５０とステータコア１２０との双方に表面硬化層を被覆することが望ましい。

【0039】

上述した例では、振動デバイス１００を自動車のシート２００に設置していた。シート２００からの振動情報伝達は、振動デバイス１００の用法として望ましい例である。その為、図１０に示すように、シート２００に複数の振動デバイス１００を配置しても良い。例えば、シート２００の背面の左右にそれぞれ振動デバイス１００を配置すれば、危険予知を乗員に放置する際に、左右いずれかの方向であるかを示すことができる。また、座面に配置した振動デバイス１００の振動を、背面に配置した振動デバイス１００の振動より大きくすることで、乗員に与える影響を変化させることもできる。

【0040】

ただ、本開示の振動デバイス１００は必ずしも自動車用に限定されるものではない。モバイル装置として人が持ち運ぶ機器に組み込むことも可能である。例えば、図１１に示すように、タッチパネル２２０に配置しても良い。図１１の例では、タッチパネル２２０の使用者がタッチパネル２２０に触れたり、タッチパネル２２０上で特別な動作をしたりした際に振動デバイス１００が動作に応じた振動を行う。また、自動車用として用いる場合でも、ハプティック等他の使用法もある。

【0041】

また、上述した素材や大きさは、一例であり、要求される性能に応じて適宜選択可能である。この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。

【符号の説明】

【0042】

１００ 振動デバイス
１１０ ハウジング
１２０ ステータコア
１４０ コイル
１５０ ムービングコア
１６０ 振動板
１７０ 永久磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】