专利名称：线性振动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及活动部进行轴向的往复运动的线性振动器。
在此场合，运动方向转换机构中产生的机械损失，或噪音会成为问题，并且也难于减小整个体积。
另外，还具有下述形式，即不采用运动方向转换机构，通过电磁驱动力，使活动部进行轴向的往复运动，此时，以共振频率，使该活动部作往复运动，该共振频率由使活动部形成弹簧振动系统的弹簧部件的弹力和活动部质量确定，但是，在这种形式中，由于活动部的惯性力的作用，具有振动较大的问题。
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的是在于提供一种可实现低振动，低噪音，整体体积小的线性振动器。
本发明之2所述的线性振动器，包括本发明之1在内，其特征在于，具有在所述外壳内接纳并使活动部往复运动的电磁驱动部，和至少在外壳与活动部之间以及在外壳与振幅控制锤之间设置并形成弹簧振动系统的弹簧部件；弹簧振动系统的共振频率为线性振动器的共振频率或其接近的频率。
本发明之3所述的线性振动器，包括本发明之1在内，其特征在于，所述活动部和所述振幅控制锤按照相反相位运动的共振频率进行往复运动。
本发明之4所述的线性振动器，包括本发明之2在内，其特征在于，所述弹簧部件是由在外壳与电磁驱动部形成的固定部与活动部之间设置的第1弹簧，和在活动部与振幅控制锤之间设置的第2弹簧，以及在振幅控制锤与固定部之间设置的第3弹簧构成的。
本发明之5所述的线性振动器，包括本发明之1在内，其特征在于，所述电磁驱动部具有线圈，通过线圈的电流能够控制往复运动。
本发明之6所述的线性振动器，包括本发明之5在内，其特征在于，所述电磁驱动部是由围绕活动部的外周的线圈，和在线圈两端分别设置的第2磁轭，和设置在各第2磁轭端面上相对于线圈的中间部并沿对称方向受到磁化的一对永久磁铁，以及与各永久磁铁的第2磁轭构成的。
本发明之7所述的线性振动器，包括本发明之1在内，其特征在于，将运动输出轴作为连接部件与活动部或振幅控制锤连接。
本发明之8所述的线性振动器，包括本发明之4在内，其特征在于，第2弹簧的强度大于第1弹簧和第3弹簧的强度。
本发明之9所述的线性振动器，包括本发明之1在内，其特征在于，设置有防止振幅控制锤摆动的摆动防止机构。
本发明之10所述的线性振动器，包括本发明之2在内，其特征在于，通过螺旋弹簧形成弹簧部件，同时振幅控制锤及其连接部件的质量大于活动部及其连接部件的质量。
本发明之11所述的线性振动器，包括本发明之2在内，其特征在于，通过板簧形成弹簧部件，同时振幅控制锤及其连接部件的质量小于活动部及其连接部件的质量。
本发明之12所述的线性振动器，包括本发明之6在内，其特征在于，使用至少在外壳中相对于电磁驱动部的部分由磁性体形成，并且相对于电磁驱动部的部分的磁性体厚度，为具有永久磁铁外径7％以上的厚度。
本发明之13所述的线性振动器，包括本发明之6在内，其特征在于，设置有使围绕活动部一侧的磁通量增加的磁通量增加机构。
本发明之14所述的线性振动器，包括本发明之6在内，其特征在于，第1磁轭的截面呈使外壳一侧为斜面的三角形状。
本发明之15所述的线性振动器，包括本发明之7在内，其特征在于，轴的一部分或全部为非磁性的。
本发明之16所述的线性振动器，包括本发明之15在内，其特征在于，只是轴的活动部内的贯通部为非磁性的。
本发明之17所述的线性振动器，包括本发明之6在内，其特征在于，在磁轭或活动部设置有使涡流损耗减少的涡流损耗减少机构。
本发明之18所述的线性振动器，包括本发明之17在内，其特征在于，在活动部，沿振幅方向，开设有槽。
本发明之19所述的线性振动器，包括本发明之6在内，其特征在于，活动部在其往复运动方向两端具有大直径部，在中间部具有小直径部，使大直径部与小直径部的边界部基本上与第2磁轭线圈一侧的端面保持一致，使活动部往复运动方向两端面基本上与永久磁铁的第1磁轭一侧的端面保持一致。
本发明之20所述的线性振动器，包括本发明之6在内，其特征在于，活动部外周面与磁轭内周面之间的间隙沿旋转方向是不均匀的。
本发明之21所述的线性振动器，包括本发明之7在内，其特征在于，设置有限制绕轴旋转的旋转限制机构。
本发明之22所述的线性振动器，包括本发明之21在内，其特征在于，将弹簧部件作为旋转限制机构。
图2为上述实施例的模型图。
图3为另一实施例的剖视图。
图4为又一实施例的剖视图。
图5为还一实施例的剖视图。
图6为再一实施例的剖视图。
图7为另一实施例的剖视图。
图8为又一实施例的剖视图。
图9为还一实施例的剖视图。
图10为再一实施例的剖视图。
图11为另一实施例的剖视图。
图12为又一实施例的剖视图。
图13为还一实施例的剖视图。
图14为再一实施例的剖视图。
图15为另一实施例的插棒式铁心透视图。
图16(a)为沿上述实施例的A线剖视的和图16(b)为沿上述实施例的B线剖视的以及图16(c)为沿上述C线剖视的分别表示插棒式铁心与磁轭位置关系的图。
图17为又一实施例的剖视图。
图18为不同实施例的剖视图。
图19为再一实施例的剖视图。
图20为另一实施例的剖视图。
图21表示又一实施例的剖视图，图21(a)为剖视图，图21(b)为剖分端视图。
图22为还一实施例的剖视图。
在上述附图中，1—插棒式铁心，5—线圈，7—轴，9—振幅控制锤，10—屏蔽外壳。
在没有电流流过线圈5时，在永久磁铁40、41通过磁轭20、30、21、31作用于插棒式铁心1的磁力和弹簧60、61、62的弹力保持平衡的图示的位置，插棒式铁心1静止。另外，如果一个方向的电流流过线圈5，由于使两个永磁铁40、41中的其中一个的磁通量减弱，所以插棒式铁心1抵抗弹簧60朝向另一磁铁一侧移动，如果反向电流流过线圈5，则该铁心1仍然低抗弹簧60，朝向相反方向移动，由此，通过在线圈5中流过交变电流，插棒式铁心1进行轴向的往复运动，通过线圈电流可控制往复运动。
在这里，在关注由插棒式铁心1与轴7和振幅控制锤9的轴向运动的场合，由于具有由螺旋弹簧形成的上述弹簧60、61、62，所以线性振动器可作为图2所示的3质点系的振动模型而操作，将以线圈5为主体的电磁驱动部与屏蔽外壳10作为固定部，当m1表示活动部质量，m2表示振幅控制锤质量，m3表示固定部质量，k1表示弹簧60的弹簧常数，k2表示弹簧61的弹簧常数，k3表示弹簧62的弹簧常数，c1表示弹簧60的衰减系数，c2表示弹簧61的衰减系数，c3表示弹簧62的衰减系数时，上述振动系的各质点的自由振动时的运动方程式可由(1)、(2)、(3)式表示，另外在假定m1＝m2，k1＝k3，c1＝c3，3eem1及m2十分大的场合，通过求解上述方程，可获得式(4)的解与式(5)的解(另外，在式(4)、(5)中，省略衰减项目。)。m1x..(x.1-x.3)+(x.1-x.2)+k1(x1-x3)+k2(x1-x2)=0·····(1)]]>m2x..2+c2(x.2-x.1)+c3(x.2-x.3)+k2(x2-x1)+k3(x2-x3)=0·····(2)]]>m3x..3+c1(x.3-x.1)+c3(x.3-x.2)+k1(x3-x1)+k3(x3-x2)=0····(3)]]>f1=12πk1m1·····(4)]]>f2=12πk1+2k2m1·····(5)]]>在这里获得的2个解的频率f1、f2为共振频率，式(4)的第1次(次级侧)的固有振动数量f1的振动模式是指活动部与振幅控制锤9按照相同相位运动的振动模式，式(5)的第2次(高级侧)的固有振动次数f2的振动模式是指活动部与振幅控制锤9按照相反相位运动的振动模式，在通过向线圈5，施加该第2次的固有振动次数f2附近的频率的电流，使活动部进行轴向的往复运动的场合，进行相反相位的运动的振幅控制锤9抵消活动部的惯性力，与此相反，活动部不抵消振幅控制锤9的惯性力。另外，在此状态，作为2个质点的活动部的振幅控制锤9的惯性力按照平衡的方式运动，平衡块动作造成的惯性力的抵消效果较高，为此，传递给固定部一侧的2个质点(活动部与振幅控制锤9)产生的力极小，由此，线性振动器的振动极小。
但是，从上述式(5)还可知道，在第2次的固有振动次数f2保持在一定频率的场合，必须使弹簧61的弹性常数k2增加，使弹簧60、62的弹性常数k1、k3减小。如果弹簧60、62的弹性常数k1、k3较小，则振幅控制锤9承受来自固定部的弹力变小，其结果是，可进一步增加活动部的行程。
另外，最好是振幅控制锤9的质量大于活动部的质量，由于在第2次固有振动次数f2附近，作为2个质点的活动部与振幅控制锤9的惯性力按照平衡的方式运动，所以质量较小的活动部与质量较大的振幅控制锤9相比较，振动振幅进一步增加，可使活动部的行程加大。尤其，在以次级侧共振频率运动时，振幅控制锤9沿着与活动部相同方向运动，因此，可增大活动部的振幅。此外，在使次级侧与高级侧转换运动成为可能时，可根据用途转换使用减振与增大振幅。
图3表示另一实施例。在这里，弹簧60、61、62均采用板簧。在此场合，最好是振幅控制锤9的质量小于活动部的质量。由于采用板簧，所以不仅容易减小弹簧个体的质量，而且容易缩短整个长度，另外，由于振幅控制锤9的质量小于活动部的质量，所以在使整体的重量减轻的同时，可获得振动极小的线性振动器。
图4表示对应于本发明之17的又一实施例，在这里，作为连接部件输出用的轴7不位于插棒式铁心1上面设置于振幅控制锤9上。同样在此场合，除了获得与上述的线性振动器相同的动作以外，通常认为质量较大的永久磁铁5等的磁路部分的位置与图1所示的场合相比较，可位于相反的位置，可提高作为整体装置的重心位置，或与电源的距离等的商品设计上的自由度。另外，将振幅控制锤9的重量减轻会导致线性振动器行程的增加，可以容易同时确保重量减轻和行程增加，此外，还可将安装于输出用的轴7上的部件作为振幅控制锤9质量的一部分设计，由此，还可减小初始的振幅控制锤9的质量，从而可获得更加轻质的抵振动的线性振动器。
图5表示对应于本发明之5的实施例，在这里，由磁性体形成的屏蔽外壳10的厚度为永久磁铁40、41的外径的7％以上的厚度，并且在屏蔽外壳10的内面，与永久磁铁40、41和磁轭20、21、30、31的外面之间，形成空隙，从而获得充分的屏蔽效果，可获得也不会对主体装置等造成影响的线性振动器。此外，屏蔽外壳10的外壳至少相对于电磁驱动部的部分由磁性体形成，而相对于电磁驱动部的部分的磁性体的厚度若为永久磁铁外径的7％以上的厚度，则提高屏蔽效果。
图6表示对应于本发明之6的实施例，磁轭20、31的截面形状为三角形，以便使磁轭20、31的屏蔽外壳10一侧的面为斜面。由于可在磁轭20、31与屏蔽外壳10之间，形成距离，所以可减小穿过屏蔽外壳10的磁通量，由此，可使活动部插棒式铁心1的驱动用推力提高。
如图7所示，即使在磁轭20、21的外径小于磁铁5的外径，取到屏蔽外壳10的距离的情况下，仍获得相同的效果。此外，如图8所示，通过在磁轭20、21上设置覆盖整个永磁铁5表面的较薄的磁性体层，可抑制永久磁换40、41的退磁效果。
此外，如图9所示，即使在永久磁铁40、41为圆锥台形状的情况下，仍可增加环绕有助于推力的活动部插棒式铁心1一侧的磁通量。
图10表示对应于本发明之15的实施例，穿过活动部插棒式铁心1的轴7采用非磁性体的轴。由此，可提高推力，并且可消除穿过轴7的磁通量的泄漏。
图11表示对应于本发明之15及16的实施例，采用下述轴7，该轴7中的，仅仅穿过活动部插棒式铁心1的部分为非磁性的。在插棒式铁心1的外部露出的部分采用耐磨性较高的金属材料，压入插棒式铁心1内的部分为非磁性的，由此，不会降低耐磨性，可提高推力。
图12表示对应于本发明之17的实施例，由于磁轭20、21、30、31为薄板的叠层结构，所以使涡流损耗减少。涡流损耗减小，其效果随着动作频率的增加而加大。另外，即使在插棒式铁心1一侧为叠层结构的情况下，仍可获得相同的效果。还有，形成叠层结构也可通过对材料进行冲压加工而形成，另外可减低制造成本。
图13表示对应于本发明之18的实施例，为了减小涡流损耗，在这里，在活动部插棒式铁心1中，形成多个振幅方向的槽11。通过该槽11，可大大减小沿作为主要的磁通方向的插棒式铁心1的轴向流动时的涡流。同样在此场合，如果通过磁性体的叠层形成插棒式铁心1，可在减轻加工的困难方面，增加铁心损耗的降低效果。
图14表示对应本发明之19的实施例，在其往复运动方向两端具有较大直径部，在中间部具有较小直径部的插棒式铁心(活动部)1位于中立位置时，可使该较大直径部与较小直径部之间的边界部基本上与磁轭30、31的线图5一侧的端面保持一致，使插棒式铁心1的轴向端面基本上与永磁铁40、41的磁轭20、21一侧的端面保持一致。为了可基本上使靠近中立位置的边处的止动力为零，所以在设计共振系统时，可忽略止动力，而仅仅考虑弹簧部件的弹性常数，容易进行共振系统的设计。
图15和图16表示对应于本发明之20的实施例，沿旋转方向，活动部插棒式铁心1的外周面与磁轭20、21的内周面之间的空隙是不均匀的。另外，图16(a)表示图15的A线的剖视面中的插棒式铁心与磁轭位置关系图，图16(b)为B线的剖视面中的插棒式铁心与磁轭位置关系图，图16(c)为C线的剖视面中的插棒式铁心与磁轭位置关系图。由于伴随行程位置，插棒式铁心1与磁轭20、21之间的空隙沿旋转方向变化，所以可伴随插棒式铁心1的轴向移动，在插棒式铁心1中还产生旋转方向的力，可同时获得直线运动，以及旋转运动。
图17表示对应于本发明之9的实施例，在屏蔽外壳10的内面，设置防止振幅控制锤9的摆动的导向件(防止摆动部件)15。在弹簧部件采用螺旋弹簧的体系的应力的平衡的方面中，具有振幅控制锤9不进行所需的直线运动，而伴随摆动的情况，此时，无法充分地获得吸振等的振幅控制效果，但是，通过导向件15防止振幅控制锤9的摆动，由此可使振幅控制锤9进行所需的运动。
如图18所示，振幅控制锤9的摆动也可通过下述方式防止，该方式为形成多个设置于振幅控制锤9与屏蔽外壳10之间的弹簧62。
另外，如图19所示，通过在振幅控制锤9的内部，设置有可相对轴7滑动自如的轴承80、81，也可防止摆动。另外，在弹簧部件采用板簧的场合，由于板簧防止摆动，所以如图20所示，弹簧部件中的、其一端固定于振幅控制锤9上的弹簧61、62由板簧形成，这样也是有效的。
图21表示对应于本发明之21的实施例，在这里，使开设于轴7中的槽70与设置于屏蔽外壳10上的凸部嵌合，由此，限制轴7和插棒式铁心1绕轴的旋转(旋转控制部件)。可抑制不需要的绕轴的旋转。
图22表示对应于本发明之22的实施例，其中作为螺旋弹簧的弹簧60的一端以阻止旋转的方式固定于屏蔽外壳10上，弹簧60的另一端同样以阻止旋转的方式固定于插棒式铁心1上。在此场合，作为螺旋弹簧的弹簧60不仅沿插棒式铁心1的轴向，产生弹力，而且伴随轴向伸缩，将小角度的绕轴的旋转供给插棒式铁心1，不仅可获得轴向振动，而且还获得绕轴的小角度的往复运动。此时，由于在旋转方向也具有弹性，所以通过与旋转方向的共振频率保持一致，对于旋转来说，也可实现可靠的运动。
如果按照上述方式采用本发明，则可将电能直接转换为插棒式铁心1的直线往复运动，无需用于将旋转运动转换为直线运动的运动转换机构，并且可通过振幅控制锤，抵消不需要的振动，因此可获得低噪音的、小型的、极小振动的线性振动器，可最适合用于机械控制用的驱动部、电剃刀或电动牙刷的驱动部等。
根据本发明之8所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，可使活动部的行程更大。
根据本发明之9所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，控制振幅控制锤摆动，可使振幅控制锤进行理想的直线运动，因此可得到充分降低振动的效果。
根据本发明之10所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，具有使活动部行程更大的效果。
根据本发明之11所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，可得到重量轻且使用方便的线性振动器。
根据本发明之12所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，可得到磁效率高，而且磁泄漏水平为不影响主体装置等水平的线性振动器。
根据本发明之13所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，可更能提高推力。
根据本发明之14所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，可更进一步提高推力。
根据本发明之15所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，可提高推力，并可消除穿过轴的磁通量的泄漏。
根据本发明之16所述的线性振动器，包括上述本发明之15的效果在内，不降低耐磨性，可提高推力。
根据本发明之17所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，可减少涡流损耗。
根据本发明之18所述的线性振动器，包括上述发明之17的效果在内，通过槽，可大大减小磁通量沿活动部方向流动时涡流。
根据本发明之19所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，可基本上使靠近中立位置附近的止动力为零，可容易进行共振系统的设计。
根据本发明之20所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，根据行程位置产生旋转方向的力，可使直线运动与旋转运动同时进行。
根据本发明之21所述的线性振动器，包括上述的发明效果在内，限制轴的旋转，可抑制不需要的轴旋转力。
根据本发明之22所述的线性振动器，包括本发明之21的效果在内，可不需另外部件进行旋转控制。
权利要求
1.一种线性振动器，具有往复运动的活动部、和内部接纳活动部的外壳以及在外壳内自由支承的振幅控制锤，其特征在于，以线性振动器的共振频率或其接近的频率使活动部与振幅控制锤进行往复运动。
2.根据权利要求1所述的线性振动器，其特征在于，具有在所述外壳内接纳并使活动部往复运动的电磁驱动部，和至少在外壳与活动部之间以及在外壳与振幅控制锤之间设置并形成弹簧振动系统的弹簧部件；弹簧振动系统的共振频率为线性振动器的共振频率或其附近的频率。
3.根据权利要求1所述的线性振动器，其特征在于，所述活动部和所述振幅控制锤按照相反相位运动的共振频率进行往复运动。
4.根据权利要求2所述的线性振动器，其特征在于，所述弹簧部件是由在外壳与电磁驱动部形成的固定部与活动部之间设置的第1弹簧，和在活动部与振幅控制锤之间设置的第2弹簧，以及在振幅控制锤与固定部之间设置的第3弹簧构成的。
5.根据权利要求2所述的线性振动器，其特征在于，所述电磁驱动部具有线圈，通过线圈电流能够控制往复运动。
6.根据权利要求5所述的线性振动器，其特征在于，所述电磁驱动部是由围绕活动部的外周的线圈，和在线圈两端分别设置的第2磁轭，和设置在各第2磁轭端面上相对于线圈的中间部并沿对称方向受到磁化的一对永久磁铁，以及与各永久磁铁的第1磁轭构成的。
7.根据权利要求1所述的线性振动器，其特征在于，将运动输出辐作为连接部件与活动部或振幅控制锤连接。
8.根据权利要求4所述的线性振动器，其特征在于，第2弹簧的强度大于第1弹簧和第3弹簧的强度。
9.根据权利要求1所述的线性振动器，其特征在于，设置有防止振幅控制锤摆动的摆动防止机构。
10.根据权利要求2所述的线性振动器，其特征在于，通过螺旋弹簧形成弹簧部件，同时振幅控制锤及其连接部件的质量大于活动部及其连接部件的质量。
11.根据权利要求2所述的线性振动器，其特征在于，通过板簧形成弹簧部件，同时振幅控制锤及其连接部件的质量小于活动部及其连接部件的质量。
12.根据权利要求6所述的线性振动器，其特征在于，使用至少在外壳中相对于电磁驱动部的部分由磁性体形成，并且相对于电磁驱动部的部分的磁性体厚度，为具有永久磁铁外径7％以上的厚度。
13.根据权利要求6所述的线性振动器，其特征在于，设置有使围绕活动部一侧的磁通量增加的磁通量增加机构。
14.根据权利要求6所述的线性振动器，其特征在于，第1磁轭的截面呈使外壳一侧为斜面的三角形状。
15.根据权利要求7所述的线性振动器，其特征在于，轴的一部分或全部为非磁性的。
16.根据权利要求15所述的线性振动器，其特征在于，只是轴的活动部内的贯通部为非磁性的。
17.根据权利要求6所述的线性振动器，其特征在于，在磁轭或活动部设置有使涡流损耗减少的涡流损耗减少机构。
18.根据权利要求17所述的线性振动器，其特征在于，在活动部，沿振幅方向，开设有槽。
19.根据权利要求6所述的线性振动器，其特征在于，活动部在其往复运动方向两端具有大直径部，在中间部具有小直径部，使大直径部与小直径部的边界部基本上与第2磁轭线圈一侧的端面保持一致，使活动部往复运动方向两端面基本上与永久磁铁的第1磁轭一侧的端面保持一致。
20.根据权利要求6所述的线性振动器，其特征在于，活动部外周面与磁轭内周面之间的间隙沿旋转方向是不均匀的。
21.根据权利要求7所述的线性振动器，其特征在于，设置有限制绕轴旋转的旋转限制机构。
22.根据权利要求21所述的线性振动器，其特征在于，将弹簧部件作为旋转限制机构。
全文摘要
一种线性振动器,包括:具有往复运动的活动部、和内部接纳活动部的屏蔽外壳,以及在该外壳内自由支承的振幅控制锤,其特征在于,以线性振动器的共振频率或其接近的频率使活动部与振幅控制锤进行往复运动;还具有在所述屏蔽外壳内接纳并使活动部往复运动的电磁驱动部,和至少在屏蔽外壳与活动部之间以及屏蔽外壳与振幅控制锤之间设置并形成弹簧振动系统的弹簧部件。该线性振动器可实现抵振动、低噪音并减少整体的体积。
文档编号B26B19/28GK1346171SQ0111995
公开日2002年4月24日 申请日期2001年7月3日 优先权日2000年9月29日
发明者一井义孝, 平田胜弘, 有川泰史, 山田富男, 薮内英一, 井上弘干 申请人:松下电工株式会社