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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen multifunktionalen Schwingungserreger,
der in einem mobilen Kommunikationsgerät wie ein tragbares Telefon angebracht
ist, zum Erzeugen eines Klingeltons, eines Sprachtons und einer
Vibration.
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Ein
Schwingungserreger dieser Art weist eine magnetische Schaltungskomponente
mit einem Spalt auf einer Seite in einer vorbestimmten Richtung,
eine in dem Spalt der magnetischen Schaltungskomponente angeordnete
Spule, eine die magnetische Schaltungskomponente und die Spule so tragende
Trageinheit, daß die
magnetische Schaltungskomponente die Spule getrennt in der vorbestimmten
Richtung bewegbar sind, und einen Vibrationsübertragungsabschnitt, der aus
einem elastischen Material wie Gummi hergestellt ist und die Trageinheit
befestigt, auf. Die magnetische Schaltungskomponente weist einen
Permanentmagnet und ein damit verbundenes Joch auf. Die Trageinheit
weist eine Blattfeder, durch die die magnetische Schaltungskomponente
auf dem Vibrationsübertragungsabschnitt
gelagert ist, und ein Vibrationsteil, durch das die Spule auf dem
Vibrationsübertragungsabschnitt
gelagert ist, auf.
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Wenn
die Spule mit einem Treiberstrom beliefert wird, führt die
magnetische Schaltungskomponente oder die Spule eine Hin- und Herbewegung
in der vorbestimmten Richtung durch. Wenn der Treiberstrom eine
niedrige Frequenz aufweist, dient der Vibrationsübertragungsabschnitt als befestigter
Abschnitt. Wenn andererseits der Treiberstrom eine hohe Frequenz
aufweist, dient der Vibrationsübertragungsabschnitt
als ein elastischer Körper,
der als ein Teil des Vibrationsteils vibriert. Somit werden sowohl in
einem Vibrationsmodus als einem Tonmodus die magnetische Schaltungskomponente
und das Vibrationsteil unter gegenseitiger Einwirkung zum Übertragen
eines Tons oder einer Vibration zu der Außenseite betrieben.
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Da
jedoch die magnetische Schaltungskomponente einfach durch die Blattfeder
getragen ist, wird der Betrieb um eine Resonanzfrequenz instabil. Dieses
resultiert in der Erzeugung einer großen harmonischen Störungskomponente.
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Die
EP 0 970 758 A offenbart
den Oberbegriffsabschnitt der in Anspruch 1 beanspruchten Erfindung.
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Die
US 5 406 038 A offenbart
einen abgeschirmten Lautsprecher, der ein Diaphragma als Vibrationsteil
aufweist, das aus einem Kunststoffilm wie Polyimid usw. hergestellt
ist.
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Die
EP 0 065 883 offenbart einen
Ringradiator, der für
die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
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Die
Europäische
Patentanmeldung
EP 1
149 636 A (nicht vorveröffentlicht)
beschreibt einen multifunktionalen Schwingungserreger mit einer
magnetischen Schaltung, die flexibel getragen ist durch einen Träger, der
an einem Vibrationsübertragungsabschnitt
befestigt ist, eine Spule, die an einem Spalt der magnetischen Schaltung
angeordnet ist, und den Vibrationsübertragungsabschnitt. Der Vibrationsübertragungsabschnitt
weist eine erste Abdeckung und eine zweite Abdeckung als Schutz
für einen
funktionalen Teil auf, der Vibrationen vorsieht. Die erste Abdeckung,
die an dem Vibrationsübertragungsabschnitt
befestigt ist, weist ein oder mehrere Tonabstrahlungslöcher ei nes
zufälligen
Durchmessers zur Luftviskositätsdämpfungstätigkeit
auf zum Verhindern der nichtlinearen instabilen Betriebe des Vibrationsteils.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen multifunktionalen
Schwingungserreger vorzusehen, der einen instabilen Betrieb um eine
Resonanzfrequenz zum Verringern einer harmonischen Störungskomponente
unterdrücken
kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch den Schwingungserreger des unabhängigen Anspruchs 1.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1A ist
eine vertikale Schnittansicht eines Schwingungserregers gemäß einer
ersten Ausführungsform
dieser Erfindung;
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1B ist
eine teilweise weggeschnittene Bodenansicht des in 1A dargestellten
Schwingungserregers;
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2 ist
eine Bodenansicht einer Abdeckung, die in dem in 1A und 1B dargestellten
Schwingungserreger benutzt ist;
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Schalldruckpegel
und einer Frequenzeigenschaft des Schwingungserregers zeigt;
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4 ist
eine vertikale Schnittansicht eines Schwingungserregers gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung;
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5 ist
eine vertikale Schnittansicht eines Schwingungserregers gemäß einer
dritten Ausführungsform
dieser Erfindung;
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6A ist
eine vertikale Schnittansicht eines Schwingungserregers gemäß einer
vierten Ausführungsform
dieser Erfindung; und
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6B ist
eine teilweise weggeschnittene Bodenansicht des in 6A dargestellten
Schwingungserregers.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Bezug
nehmend auf 1A und 1B wird
eine Beschreibung eines Schwingungserregers gemäß einer ersten Ausführungsform
dieser Erfindung gegeben.
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Der
Schwingungserreger weist eine interne Magnetstruktur auf und weist
eine magnetische Schaltungskomponente 10 mit einem Joch 11,
einer Platte 12 und einem scheibenförmigen Permanentmagnet 13,
der zwischen das Joch 11 und die Platte 12 eingefügt ist,
auf. Der Schwingungserreger weist weiter eine Zentralwelle 15,
einen Träger 16 einer Plattenform,
eine Spule 17 einer Ringform, ein Vibrationsteil 18 einer
Plattenform, ein Vibrationsübertragungsabschnitt 19 einer
Ringform auf. Die Zentralwelle 15 weist eine bolzenartige
Form oder eine stiftartige Form auf und ist in ein Zentralloch der
magnetischen Schaltungskomponente 10 zum koaxialen Positionieren
des Jochs 11, der Platte 12 und des Permanentmagneten 13 eingefügt und an
dem Joch 11, der Platte 12 und dem Permanentmagnet 13 durch
Verstemmen oder Verkerben befestigt. Sowohl das Joch 11 als
auch die Platte 12 sind an dem Permanentmagnet 13 unter
anziehender Kraft der Permanentmagneten 13 durch eine Kombination
der Anziehungskraft und eines Klebstoffs oder durch Verstemmen oder
Verkerben befestigt. Die Zentralwelle 15 kann entfernt
werden, nachdem das Joch 11, die Platte 12 und
der Permanentmagnet 13 koaxial positioniert sind. Die magnetische
Schaltungskomponente 10 ist mit einem Spalt 14 auf
einer Seite in einer vorbestimmten Richtung, d. h. einer oberen
Seite versehen.
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Der
Träger 16 weist
eine ringförmige
Platte auf, die mit einer Mehrzahl von spiralförmigen Blattfedern versehen
ist, die zwischen einem inneren Umfang und einem äußeren Umfang
davon gebildet sind. Der Träger 16 weist
einen inneren Umfangsabschnitt auf, der an einem äußeren Umfangsabschnitt des
Jochs 11 unter Benutung eines elastischen Materials 21 wie
ein Anheftmittel, ein Klebstoff oder ein Harz oder mittels Verstemmen
oder Verkerben befestigt ist. Durch Befestigen des Trägers 16 an
dem äußeren Umfangsabschnitt
des Jochs 11 wird die magnetische Schaltungskomponente 10 daran
gehindert, geschüttelt
zu werden. Der Träger 16 weist
einen äußeren Umfangsabschnitt
auf, der an dem Vibrationsübertragungsabschnitt 19 befestigt
ist. Somit trägt der
Träger 16 flexibel
die magnetische Schaltungskomponente 10 an dem Vibrationsübertragungsabschnitt 19.
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Zum
Verhindern, daß die
magnetische Schaltungskomponente 10 in Kontakt mit dem
Vibrationsteil 18 aufgrund einer übermäßigen Amplitude der Vibration
gebracht wird, ist der Vibrationsübertragungsabschnitt 19 mit
mindestens einem Anschlag 22 versehen, der auf seinem inneren
Umfangsabschnitt gebildet ist. Die Zahl der Anschläge 22 kann jede
gewünschte
Zahl sein. Der Anschlag 22 kann durch den inneren Umfangsabschnitt
des Vibrationsübertragungsabschnitts 19 gebildet
werden.
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Das
Vibrationsteil 18 weist an der unteren Oberfläche davon
einen L-förmigen
Abschnitt 23 auf, der in einer L-Form im Schnitt zum Herstellen
zweier spezieller Oberflächen
senkrecht zueinander geformt ist. Eine der speziellen Oberflächen ist
nach außen
in einer radialen Richtung des Schwingungserregers gerichtet. Ein
Klebstoff oder ähnliches
befestigt fest die Spule 17 an den speziellen Oberflächen des L-förmigen Abschnitts 23 des
Vibrationsteils 18. Die Spule 17 ist in dem Spalt 14 der
magnetischen Schaltungskomponente 10 vorgesehen. Da das
Vibrationsteil 18 mit der fest daran angebrachten Spule 17 eine
L-Form aufweist, wird die Spule 17 in Kontakt mit dem Vibrationsteil 18 an
zwei Oberflächen
gehalten. Somit wird die Spule 17 kaum freigegeben im Vergleich
mit dem Fall, in dem die Spule 17 an dem Vibrationsteil 18 an
einer einzelnen Oberfläche
angebracht ist.
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Ein
Spulendraht 24 ist aus der Spule 17 herausgeführt. Der
Spulendraht 24 haftet an der Oberfläche des Vibrationsteils 18 durch
einen Klebstoff oder ein Anheftmittel an, so daß kein nachteilhaftiger Einfluß auf die
Vibration des Vibrationsteils 18 verursacht wird. Weiter
ist der Spulendraht 24 durch einen Lötmittel 27 mit einem
Anschluß 26 eines
Anschlußträgers 25 verbunden,
der auf einem äußeren Umfangsabschnitt
des Vibrationsübertragungsabschnitts 19 vorgesehen
ist. Der Spulendraht 24 und ein Verbindungsabschnitt davon
sind durch ein Schutzteil 28 bedeckt.
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Der
Vibrationsübertragungsabschnitt 19 ist durch
ein elastisches Material wie Harz gebildet und weist eine zylindrische Form
mit einer oberen Öffnung
und einer unteren Öffnung
auf. Der Vibrationsübertragungsabschnitt 19 weist
ein oberes Teil und ein unteres Teil auf, an denen eine obere Abdeckung 31 bzw.
eine untere Abdeckung 32 befestigt sind. Die obere Abdeckung 31 bedeckt
vollständig
die obere Öffnung
des Vibrationsübertragungsabschnitts 19. Auf
der anderen Seite bedeckt die untere Abdeckung 32 die untere Öffnung des
Vibrationsübertragungsabschnitts 19,
weist jedoch eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 33 mit einem
relativ kleinen Durchmesser auf. Die Durchganglöcher 33 dienen gemeinsam als
Tonfreigabeloch oder Tonemissionsloch zum Freigeben oder Emittieren
eines Tons, der durch den Schwingungserreger erzeugt wird. Jedes
der Durchgangslöcher 33 weist
eine kreisförmige
Form in dem dargestellten Beispiel auf, es kann jedoch eine Form einer
Ellipse, eines länglichen
Kreises, eines Polygones oder einer Kombination davon aufweisen.
Alternativ braucht nur ein einzelnes Durchgangsloch 33 gebildet
zu sein. Während
des Betriebes zeigen die Durchgangslöcher 33 eine Vibrationsabschwächungsfunktion
unter Benutzung von Luftviskosität. Die
obere und die untere Abdeckung 31 und 32 wirken
mit dem Vibrationsübertragungsabschnitt 19 zusammen
zum Dienen als ein raumdefinierendes Bauelement, das einen Aufnahmeraum 34 definiert,
der die magnetische Schaltungskomponente 10 und die Spule 17 aufnimmt
und als ein Schutzteil für
einen funktionalen Körper
dient, der die Vibration vorsieht.
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Das
Joch 11 weist einen unteren Teil auf, der nach außen zum
Annähern
an eine innere Umfangsoberfläche
des Vibrationsübertragungsabschnitts 19 vorsteht.
Als Konsequenz wirkt das Joch 11 mit der unteren Abdeckung 32 zusammen
zum Definieren eines Dämpfungsraums 35,
der zwischen dem Joch 11 und der unteren Abdeckung 32 angeordnet
ist und mit den Durchgangslöchern 33 in
Verbindung steht. Wie später
im Zusammenhang mit einem spe ziellen Beispiel beschrieben wird,
ist die Gesamtfläche
der Tonfreigabelöcher
so gewählt,
daß sie
in einen Bereich zwischen ungefähr
1,3% und ungefähr
3,5% der Bodenfläche
der unteren Abdeckung 32 fällt.
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Das
Vibrationsteil 18 weist eine flache Form, eine Untertassenform,
eine gekrümmte
Form, eine geriffelte Form oder eine Kombination davon auf. Wenn
das Vibrationsteil 18 eine gekrümmte Form aufweist, wird ein
einzelner Krümmungsradius
oder eine Kombination verschiedener Krümmungsradien geeignet gewählt zum
Erzielen einer vorbestimmten Toneigenschaft. Durch Erhöhen der
Steifigkeit des Vibrationsteils 18 innerhalb der Spule 17 kann
eine harmonische Störung
in einem Hochfrequenzbereich verringert werden.
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Das
Vibrationsteil 18 ist aus Polyetherimid (PEI) hergestellt.
Alternativ kann das Vibrationsteil 18 aus einem anderen
Kunststoffüllmaterial
wie Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC), Polyphenylensulfid
(PPS), Polyarylat (PAR), Polyimid (PI) und Aramid (PPTA), Poly-(Paraphenylenterephthalamid))
hergestellt sein.
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Zum
Sicherstellen einer weiten Amplitude des Vibrationsteils 18 ist
ein äußerer Umfangsabschnitt
des Vibrationsteils 18 an dem Vibrationsübertragungsabschnitt 19 durch
ein elastisches Material wie ein Anheftmittel, ein Klebstoff oder
ein Harz befestigt.
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Wenn
die Spule 17 mit einem Treiberstrom beliefert wird, trägt die magnetische
Schaltungskomponente 10 flexibel das Vibrationsteil 18,
und der Träger 16 schwingt.
Zu dieser Zeit dient der Vibrationsübertragungsabschnitt 19 als
ein fester Abschnitt bei einer niedrigen Frequenz und dient andererseits als ein
elastischer Körper
bei einer hohen Frequenz zum Schwingen als ein Teil des Vibrationsteils 18.
Somit werden in sowohl einem Vibrationsmodus als auch in einem Tonmodus
das magnetische Schaltungsteil 10 und das Vibrationsteil
unter gegenseitiger Beeinflussung betätigt. Hierin zeigen die Durchgangslöcher 33 eine
Vibrationsabschwächungsfunktion
unter Benutzung von Luftviskosität.
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Bezug
nehmend auf 2 wird eine Beschreibung der
unteren Abdeckung 32 gegeben.
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Die
untere Abdeckung 32 weist einen Außendurchmesser von 17 mm und
eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 33,
fünf in
der Anzahl, auf, die an gewünschten
Positionen der Bodenoberfläche
gebildet sind, so daß sie
als Tonfreigabelöcher
dienen. Die Gesamtfläche
der Tonfreigabelöcher
fällt in
einen Bereich zwischen ungefähr
3 und ungefähr
8 mm2. Die Zahl der Durchgangslöcher 33 kann
4 oder weniger oder 6 oder mehr sein. Der Schwingungserreger als Ganzes
weist eine äußere Abmessung
einschließlich des
Außendurchmessers
von 17 mm im wesentlichen gleich dem der unteren Abdeckung 32 und
die Dicke (Länge
in der senkrechten Richtung) von 4 mm auf.
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Bezug
nehmend auf 3 wird eine Beschreibung der
Beziehung zwischen einem Schalldruckpegel und einer Frequenzeigenschaft
gegeben, d. h. einer Toneigenschaft des Schwingungserregers.
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In 3 stellen
eine strichpunktierte Linie (a) und eine punktierte Linie (b) eine
fundamentale Welle und eine harmonische Störung in dem Fall dar, in dem
die untere Abdeckung 32 nicht benutzt wird. In dem Fall,
in dem die untere Abdeckung 32 nicht benutzt wird, ist
ein gewünschter
Schalldruckpegel ausreichend. Die harmonische Störung einer großen Größe wird aufgrund
eines instabilen nichtlinearen Betriebes des Vibrationsteils 18 um
eine Resonanzfrequenz (f0) erzeugt.
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Eine
dicke durchgezogene Linie (c) und eine dicke gestrichelte Linie
(d) stellen eine Fundamentalwelle und eine harmonische Störung in
dem Fall dar, in dem die untere Abdeckung 32 in 2 benutzt wird.
In dem Fall, in dem die untere Abdeckung 32 benutzt wird,
ist es möglich,
den instabilen nichtlinearen Betrieb des Vibrationsteils 18 um
die Resonanzfrequenz (f0) zu unterdrücken, so
daß die
harmonische Störungskomponente
verringert wird. Zusätzlich
ist es möglich,
die Eigenschaft in einem Niederfrequenzbereich abzuflachen.
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Bezug
nehmend auf 4 wird eine Beschreibung eines
Schwingungserregers gemäß einer zweiten
Ausführungsform
dieser Erfindung gegeben. Ähnliche
Teile werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
weiter beschrieben.
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Der
L-förmige
Abschnitt 23 ist in einer L-Form im Schnitt geformt zum
Herstellen zweier spezieller Oberflächen senkrecht zueinander.
Die speziellen Oberflächen
sind nach innen in der radialen Richtung des Schwingungserregers
gerichtet. Ein Klebstoff oder ähnliches
befestigt fest die Spule 17 an den speziellen Oberflächen des
L-förmigen
Abschnitts 23 des Vibrationsteils 18.
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Bezug
nehmend auf 5 wird eine Beschreibung eines
Schwingungserregers gemäß einer dritten
Ausführungsform
dieser Erfindung gegeben. Ähnliche
Teile sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
weiter beschrieben.
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Der
Schwingungserreger von 5 unterscheidet sich von dem
von 1A und 1B darin, daß der L-förmige Abschnitt 23 des Vibrationsteils 18 in 1A durch
einen U-förmigen
Abschnitt 36 ersetzt ist. Mit dieser Struktur ist die Spule 17 in
den U-förmigen Abschnitt 36 gepaßt und in
Kontakt mit dem Vibrationsteil 18 an drei Oberflächen gehalten. Daher
wird die Spule 17 kaum von dem Vibrationsteil 18 im
Vergleich mit der in 1A oder 4 dargestellten
L-Form freigegeben, die zwei Oberflächen als Kontaktoberflächen vorsehen.
Somit ist diese Struktur hoch zuverlässig.
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Bezug
nehmend auf 6A und 6B wird
die Beschreibung eines Schwingungserregers gemäß einer dritten Ausführungsform
dieser Erfindung gegeben. Ähnliche
Teile sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
weiter beschrieben.
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Bei
dem Schwingungserreger von 6A und 6B ist
die untere Abdeckung 32 mit einem einzelnen Durchgangsloch 37 mit
einem relativ großen
Durchmesser versehen. Das Durchgangsloch 37 ist der magnetischen
Schaltungskomponente 10 zugewandt und dient als Tonfreigabeloch.
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Während die
vorliegende Erfindung soweit in Zusammenhang mit einigen Ausführungsformen
davon beschrieben worden ist, ist es leicht für den Fachmann möglich, diese
Erfindung in die Praxis auf verschiedene andere Weisen umzusetzen.
Zum Beispiel kann anstelle der oben erwähnten inneren Magnetstruktur
die magnetische Schaltungskomponente 10 eine externe Magnetstruktur
aufweisen, die im Stand der Technik gut bekannt ist. Bei der magnetischen
Schaltungskomponente 10 kann ein Endabschnitt des Jochs
eine unebene oder nicht flache Form mit einem Vorsprung oder einer
Ausnehmung aufweisen zum Erleichtern der Erzeugung einer hohen Magnetflußdichte.
Ein Magnetpol des Permanentmagneten 13 kann in jede Richtung
orientiert sein. Der Träger 16 kann
einstückig
mit dem Vibrationsübertragungsabschnitt
durch Spritzgießen, Schweißen, Ankleben,
oder ähnliches
gebildet werden.
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Bei
den oben erwähnten
Ausführungsformen weist
das Tonfreigabeloch 33 eine gesamte Fläche entsprechend zu ungefähr 1,3 bis
3,5% der Bodenfläche
der Abdeckung 32 auf.