用于振動致動器的懸掛部件的制作方法

專利名稱：用于振動致動器的懸掛部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及振動致動器，更具體地，涉及適合用于移動電話或其他個人電子設備的振動致動器。
背景技術：
在許多移動應用中用作鬧鈴或“安靜”呼入通知的振動功能是通過在設備內電機械地激勵質塊(mass)來實現的。過去，這通常利用偏心質塊的旋轉來實現。致動裝置是電動機。最近，電動機由其中質塊線性振蕩的機械諧振器(質塊彈簧系統)代替。典型地通過電磁激勵，以其諧振頻率驅動該系統。該技術方案的一個優點是振動致動器可以與電動式揚聲器共用元件。驅動揚聲器所需的強磁體系統也可以包括用于振動器的質塊，導致總成本的降低和更有效地使用移動設備內的空間。采用機械諧振器的已知振動器包括由金屬制成的平面(板)彈簧元件。這種彈簧在諧振頻率具有較小的阻尼效果。該設備的重要機械特性，如諧振頻率和質塊的最大偏移，也對彈簧的物理尺寸的變化高度敏感。結果，金屬彈簧具有相對薄的、復雜的且專門的幾何形狀，必須非常精確地制造以獲得一致性的產品。此外，通過從金屬片沖壓而制造彈簧元件，這(在材料的浪費方面)是相對低效的并且是昂貴的。已經提出借助于附加的手段(如空氣阻尼)或者利用彈簧元件和框架之間的合適阻尼物質來獲得所需的阻尼。例如，可以使用粘性粘合劑將彈簧附加到框架。另一種替代方式是偏移的剛性機械限制。JP 2002 345061公開了一種體感聲學設備，其中通過由橡膠制成的圍繞物將磁路附加到背殼。圍繞物是沒有任何開口的連續環狀膜。US 6, 618, 487公開了一種電動式慣性振動激勵器,具有由彈性環狀懸掛膜懸掛的磁體組件，該彈性環狀懸掛膜例如是橡膠之類的材料。這也形成為沒有任何開口。

發明內容
根據本發明的一方面，提供一種彈性懸掛部件，用于從框架懸掛振動致動器的質塊元件，其特征在于懸掛部件由硅橡膠形成。與其他類型的橡膠相比，硅橡膠的彈性模量在溫度變化的條件下更加穩定。這意味著該系統的機械性能將保持基本恒定，而不論工作溫度如何改變。優選地，懸掛部件包括用于連接質塊元件和框架的多個支撐臂；和/或懸掛部件限定具有內周邊和外周邊的連續環，并且包括在內周邊和外周邊之間的多個孔。具有與該限定匹配的形狀的懸掛部件不是連續膜或實心(solid)膜，而是在其不同部分具有開口。在一種情形中，分立的臂之間的空間限定開口 ；在另一種情形中，連續環中的孔限定開口。也即，優選地，質塊元件、框架和懸掛部件(在一個或多個部分中)配合以限定多個開口。開口可以僅由懸掛部件限定，在這種情形中，包括懸掛部件中的開口。替代地，開口可以在懸掛部件的邊緣和質塊和/或框架之間延伸，在這種情形中開口如上所述限定多個支撐臂。當將實心膜(例如，在US 6，618，487中的那樣)用于懸掛質塊元件時，膜的材料必須延展以允許質塊移動。相反，具有開口的硅樹脂懸掛部件可以設計為延展(延伸)或彎折(彎曲)，或者優選地兩者皆可，以允許質塊位移。這也可以允許對質塊的動態行為進行更多的控制。已知在金屬彈簧中提供開口。然而，開口還沒有預先應用到硅樹脂懸掛部件。金屬彈簧明顯地不能形成為實心膜，因為諸如鋼的金屬的彈性模量過高。結果，絕對必要的是包含一些開口將金屬削弱到對于用作彈簧足夠柔韌的程度。然后金屬彈簧在彎曲模式下工 作。相反，因為其彈性模量較低，橡膠膜足夠柔韌而不需要包含開口。因此，過去在設計中沒有理由包含開口。本發明人認識到在硅樹脂懸掛部件中提供開口使得能夠控制質塊元件的動力學以獲得更多的優點。這是因為具有開口的硅樹脂部件能夠在位移的有用范圍內以兩種不同的彈性變形模式(或者兩種模式的疊加)工作。在金屬彈簧中，不論是否存在開口，彈性的延伸模式是不可用的，因為這種模式需要太大的作用力以產生金屬的彈性延伸。也即，金屬彈簧中的開口與本發明的硅樹脂部件中的開口相比滿足不同的目的。不同于金屬彈簧，本發明的懸掛部件彈性延展，所產生的拉伸提供作用為將質塊回復到其中間位置(neutral position)的力。在已知的振動致動器中使用的金屬彈簧通過彈性地彎折(彎曲)工作，如常規的螺旋彈簧或板彈簧。這反映了典型的金屬的機械性質，其彈性模量過高而不能通過延展獲得實質的位移。高彈性模量(也已知為楊氏模量)還意味著已知的金屬彈簧需要很薄以通過彎折獲得足夠的位移。需要精確地控制較薄的金屬彈簧的厚度使得可靠地制造已知的彈簧困難且昂貴。因此，通過材料的延伸而工作的懸掛部件可能比僅僅通過彎折而工作的懸掛部件更便宜且容易地制造。優選地，懸掛部件表現出漸進彈簧特性。此處，漸進彈簧特性意味著由懸掛部件施加的回復(抵抗)力的增加偏離與質塊位移的線性比例。這與基本上線性的常規金屬彈簧的彈簧特性相反。因而，漸進懸掛部件的特性回復力-位移曲線是非線性的。以不同的項定義該曲線回復力的增加率在較小的位移處低，而在較大的位移處較高。這種特性有利于保持振蕩質塊的偏移穩定，而不需要獨立的阻尼措施。這允許最大化利用用于移動質塊元件的可用空間，而避免了質塊和設備的其他部分之間的碰撞。這種碰撞可能減小工作的壽命期以及導致不期望的聲音。如果可以去除對獨立的阻尼措施的需要，則整個設備的成本也可以降低。優選地，懸掛部件配置為當質塊位移第一距離時彈性地彎曲，以提供彎曲回復力；以及當質塊位移更大的第二距離時彈性地延伸，以提供拉伸回復力，其中，拉伸回復力隨質塊位移增加的增加率大于彎曲回復力的增加率。此處，懸掛部件的偏移包括兩種變形模式。在第一種模式中，對于較小的偏移，懸掛部件彎折(彎曲)。在偏移(位移)增加時，變形改變為第二模式，其中懸掛部件延展。延伸變形(延展)導致比彎曲變形更強的回復力。這提供了實現如上所述的漸進彈簧常數的一種有益方式。這種具有兩種變形模式的特征曲線在懸掛部件用于組合的揚聲器和振動致動器的情形中特別有用。提供給揚聲器的音頻信號將激勵質塊的小幅度振動。然后，懸掛部件將主要以彎曲模式變形。在該模式中，回復力-位移曲線可能是實質上線性的。這是有益的，因為這可以導致聲音的線性重現以及因此的低的總諧波失真(THD)。當施加大幅度的振動信號(以使致動器振動或蜂鳴)時，懸掛部件移動至線性的彎曲模式之外，進入延伸模式。因為延展導致回復力更快地增加，這允許更大的位移，并且表現出硬化的或者漸進的特征。這種(相對于遞增的位移的)增加的回復力導致穩定的自限制振動。因為振動器的驅動越硬其抵抗越強，該最大偏移受到更好的控制。同時，由于與金屬相比硅樹脂的材料阻尼更大，振動是阻尼的。這些效果一起實現了質塊元件的動力學的優異控制。更大的阻尼對應于設計上的更低的品質(Q)因子。優選地，根據該實施例的硅樹脂懸掛部件的Q因子在15-20的范圍內。注意，通過考慮在懸掛部件的截面上作用的力，可以分辨彎曲和延伸當彎曲時，懸掛部件的凸側延伸而凹側壓縮，當延伸時，懸掛部件的兩側均延伸。可以通過懸掛部件的不同部分提供彎曲和延伸，或者可以通過相同的部分提供彎曲和延伸。懸掛部件由楊氏模量小于50MPa的娃樹脂材料形成,優選地小于20MPa。低彈性模量是有益的，因為這允許懸掛部件采用較厚的材料來制造。這典型地意味著在制造期間的精度要求可以放松，因為對于相同的百分比的容限可以接受厚度上的更大的絕對變化。也即，懸掛部件對于制造工藝變化更魯棒。(此處，在室溫下測量彈性模
fio )懸掛部件的材料是硅橡膠。諸如硅樹脂的彈性體具有在I至50MPa范圍內的典型彈性模量。這允許較厚的懸掛部件通過彎曲和延伸變形而工作。具體地，對于硅樹脂，彈性模量對于溫度的變化是穩定的。這意味著懸掛部件的機械特性在工作溫度范圍上可以是實質上恒定的。在下文中討論彈性體的進一步的優點。懸掛部件可以配置為從框架通過質塊元件的周邊來懸掛質塊元件，其中質塊和框架同軸布置，并且質塊可以沿著軸向相對于框架位移。質塊和框架可以具有圓形的周邊，在這種情形中該布置使得質塊和框架的同心安裝。懸掛部件可以包括用于連接質塊和框架的多個支撐臂。支撐臂可以在質塊和框架之間徑向延伸。懸掛部件可以限定具有內周邊和外周邊的連續環，并且在內周邊和外周邊之間還可以包括多個孔。
優選地，孔占據內周邊和外周邊之間超過15%的面積。如果孔過小，則懸掛部件可能不能正確地提供雙模式變形，因為即使對于質塊的小位移懸掛部件的材料也將延展。
因而，懸掛部件包括位于質塊和框架之間的環或帶。該環可以是環形的。孔的數量、尺寸、形狀和位置可以用于進一步調整系統的振動特性。這提供了附加的設計自由度。孔也可以提供通氣功能，尤其在將振動致動器與電動式揚聲器集成為單個元件時。可以相對于內周邊和外周邊中的至少一個等距地布置孔。這提供了對稱布置，趨向于自動平衡懸掛部件的材料中的力。孔可以是圓形的。優選地，圍繞內周邊或外周邊實質上均勻地間隔開孔。這也有利于力的對稱分布。優選地，懸掛部件的形狀設置為使得當質塊沿軸向位移時，由懸掛部件施加的任何切向力被平衡。
優選地，在質塊位移時不旋轉。也即，質塊的移動應當是純線性移動，而沒有任何旋轉元件。然而，當使用已知的金屬彈簧時，將質塊安裝在全部類似地相對于徑向成角度的臂上。這意味著當質塊沿軸向位移時，臂的彎曲導致質塊的旋轉，并且由彎曲臂施加的回復力包括周邊(切向)分量。在該情形中，這通過確保切向力或者消除，或者如果未消除也至少被平衡而得以避免。該懸掛部件還可以包括在懸掛部件的松弛狀態具有拱形截面的至少一個部分。懸掛部件在其中間的松弛配置中是彎折或折疊的。該至少一個拱形部分還有利于懸掛部件的兩種彈性模式。在質塊位移時，拱形部分變平和變直，以提供彎曲回復力。在質塊進一步位移時，變平的部分也必須延伸，以提供延伸回復力。根據本發明的另一方面，提供一種振動致動器，包括框架；質塊元件，通過如上所述的彈性懸掛部件可移動地連接至框架；以及致動裝置，用于激勵質塊和本體的相對移動。質塊元件可以與本體同軸地懸掛。這提供了對稱的懸掛布置。致動裝置可以是電磁致動裝置；質塊元件可以包括磁體；以及磁體還可以包括揚聲器的一部分。如果揚聲器和振動功能組合在單個設備中，本發明的懸掛部件尤其有益，因為這允許精確且可靠地控制最大偏移。這使得更高效地利用移動設備中的有限空間(體積)。如果懸掛部件具有漸近彈簧特征，則這在振動和音頻功能使用共用的元件時尤其有益，因為即使在同時使用這些功能時磁體系統的偏移也可以保持穩定。正如上面已經注意到的那樣，在組合揚聲器和振動器功能時雙模式彈性變形(彎曲之后延伸)也是尤其有益的。根據本發明的另一方面，提供一種個人移動通信設備，包括如上所述的振動致動器。根據本發明，懸掛部件的材料是硅樹脂。這種材料具有高本征阻尼，并且有利地還具有高的溫度穩定性。此外，通過彈性體而不是金屬彈簧懸掛質塊元件使得懸掛部件能夠更厚并具有對制造變化不敏感的機械性能。硅樹脂表現出特別良好的溫度穩定性，尤其是與用于在已知的振動致動器中阻尼的粘性粘合劑相比。因此，諸如柔韌性(給定作用力產生的位移量)、諧振頻率和阻尼性能的機械參數不隨溫度發生明顯的變化。這確保在設備的工作溫度范圍上更一致的行為。可以通過諸如注射成型的技術制造彈性體環，注射成型比用于金屬彈簧的沖壓工藝更簡單且更便宜。懸掛部件可以是板彈簧。也即，懸掛部件可以在其松弛狀態是實質上平面狀的。


現在將參照附圖以示例的方式描述本發明，其中圖I示意性地說明振動致動器的結構。圖2示出根據現有技術的用于圖I中的振動致動器的金屬板彈簧。圖3在平面圖和正視圖中示出根據本發明的第一實施例的懸掛部件。圖4在截面圖和平面圖中示出根據第二實施例的懸掛部件。
具體實施例方式圖I示出振動致動器。這包括懸掛在框架或籃組件20中的質塊元件10、12、14、16。通過彈簧30從框架懸掛可移動質塊。質塊包括磁性系統，該磁性系統包括磁體10、重 物(weight) 12、頂板14和罐狀物(pot) 16。彈簧30是彈性懸掛部件，該部件允許質塊元件在框架內振蕩(沿垂直方向，如圖I所示)。在圖2中更詳細地示出已知的彈簧。該彈簧包括由三個臂36連接的內環32和外環34。質塊附加到內環32，而外環34附加到框架。臂36的彎曲使得質塊能夠在板彈簧30的平面外振蕩。然而，臂36的不對稱導致在彈簧平面內的旋轉運動。在這種情形中金屬彈簧的厚度小于100微米(0. I毫米)。這樣薄的厚度使得金屬彈簧對工藝變化敏感從標稱尺寸的小絕對值偏差可以導致機械特性的明顯偏差。圖3示出根據本發明的第一實施例的懸掛部件100的示例。選擇形狀和尺寸，使得該懸掛部件100可以代替金屬彈簧30，不必對振動致動器的其他元件進行實質的修改。懸掛部件100包括平面狀的硅樹脂環形環。在該示例中，材料是Elastosil SL 3003/60。這具有60的肖氏A級硬度以及大約4MPa的彈性模量。在圖中以毫米為度量。硅樹脂環為
0.35毫米厚。其內徑為10. 7毫米，外徑為17毫米。在該示例中，內周邊110和外周邊120是圓形的且同心。十五個直徑I. 5毫米的孔均勻地分布在環周圍，與內周邊110稍間隔開。相鄰孔之間的角間隔是24°。圖3示出處于其松弛的中間形狀的懸掛部件。當質塊相對于框架20位移時，懸掛部件100彈性變形。開始，硅樹脂彈性彎曲，使得每一個孔的圓形形狀變形。該彎曲產生弱回復力，作用為使質塊返回其中間位置。當質塊的位移增加時，懸掛部件進入第二變形模式。在該模式中，硅樹脂彈性延伸，平面狀環延展成截錐形狀。材料的延伸使得回復力以比懸掛部件100僅僅彎曲時更快的速率增加。這導致漸進的硬化的彈簧特性。圖4示出根據本發明的第二實施例的懸掛部件200的示例。這可以看作包括第一環形內環210和第二環形外環220。通過五個臂235按照同心的布置可移動地且彈性地連接這些環。每一個臂由硅樹脂的網(web)組成，在平面圖中形成環形段或條帶。每一個網段的張角是42°并且沿徑向具有實質上均勻的拱形截面。硅樹脂的厚度是0. 25毫米，并且拱形具有大約0. 5毫米的半徑。內環的外徑是11. 6毫米，而外環的內徑是14. 8毫米。懸掛部件200的內周邊和外周邊與第一實施例相同。然而，在該實施例中硅樹脂材料是ElastosilSL 3003/80。這具有80的肖氏A級硬度以及大約12MPa的彈性模量。注意，圖4中的上部圖示出沿下部圖中示出的水平線穿過懸掛部件的截面。在第二實施例中，拱形臂235有利于初始的彎折變形模式。在質塊位移時，材料首先彎折，使得在徑向平面中，臂235的曲線型的截面逐漸變直。最終，臂235是直的，并且在截錐的壁中形成區段。此時，質塊的進一步位移不能由彎折來適應。代替地，臂235開始彈性延伸。這提供了該實施例中的第二變形模式，并且導致懸掛部件200的漸進彈簧特性。可以在一個步驟中(例如通過注射成型)容易且便宜地制造任一實施例的懸掛部件。與圖2的已知金屬彈簧設計相比，環可以更厚，并且對制造容限更魯棒。硅樹脂提供了高材料阻尼，并且還提供了良好的溫度穩定性。這意味著諸如柔韌性、諧振頻率和阻尼性能的參數不會隨溫度明顯變化，以確保在整個工作溫度范圍的均勻行為。因為這些實施例的懸掛部件具有漸進彈簧特性，在振動致動器中不需要附加的阻尼裝置。而且，因為質塊的偏移受到精確地控制，可以實現對可用體積的最佳利用。(也即，不需要提供大的誤差裕量以適應未預期的大幅度振動)。圖5說明圖2的金屬彈簧以及圖3和4的實施例的回復力-位移曲線。回復力(以牛頓為單位)位于X軸上，質塊的位移(以毫米為單位)位于y軸上。金屬彈簧的曲線 310是實質上線性的。圖3的硅樹脂懸掛部件的曲線320是漸進的(變硬)。在小位移處，它大致地符合金屬彈簧的線性特性310。然而，在回復力增加時，所產生的遞增位移減小。也即，曲線的斜率變平。這表明回復力如何增加偏離與位移的線性比例。圖4的硅樹脂懸掛部件的曲線330在小數值的回復力和位移處具有輕微增加的斜率。這對應于輕微軟化或“反漸進的”特性。然而，在該區域中，非線性是輕微的并且曲線可以近似為線性。在該區域中，懸掛部件以彎曲模式變形。對于更大的回復力，曲線通過一個拐點并且變成漸進的(較淺的斜率)。該階段對應于變形的偏移模式，如同前面上文解釋的那樣。圖5中示出的曲線320和330特別適合于組合揚聲器和振動器功能的設備。在線性(小位移)區域，THD最小化。同時，在曲線更漸進的部分(大位移)，回復力增加而振蕩受到阻尼，以控制偏移。最大期望偏移大約是0.8毫米。盡管已經在附圖和前述的說明書中詳細說明和描述了本發明，但這樣的說明和描述認為是說明性的或示例性的，而非限制性的，本發明不限于所公開的實施例。例如，在描述的實施例中，將懸掛部件的內周邊連接至外周邊的臂徑向布置。然而，這并非必須的。連接臂或網可以與徑向成非零角度取向。然而，仍然有益的是臂施加的凈力位于徑向平面中，即周邊(切向)力被平衡。這確保在質塊沿徑向移動(在懸掛部件的平面外)時，質塊不發生旋轉。從而，所得到的運動應當是純線性運動。圖3示出了包括位于環形懸掛部件中的多個孔的實施例。在其他實施例中，可以有附加組的孔。例如，在一些實施例中，可以有兩組或更多組的孔，每組位于不同的半徑上。優選地，與(沿徑向)相鄰組的孔的中心相比，一組孔的中心沿周邊方向偏移。這些孔可以具有不同于圓形的形狀。這些形狀在縱橫比方面可以是偏心的或不是偏心的。具體地，這些孔可以沿周邊方向拉長。本領域的技術人員在實現該要求保護的發明時，通過研究附圖、公開內容和所附的權利要求，可以理解和實現所公開的實施例的其它變型。在權利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一個”不排除多個。權利要求中的任何參考標記不應理解為限制范圍。
權利要求
1.一種彈性懸掛部件，用于從框架懸掛振動致動器的質塊元件，其特征在于 懸掛部件由硅橡膠形成。
2.根據權利要求I所述的彈性懸掛部件,其中 所述懸掛部件包括用于連接質塊元件和框架的多個支撐臂；和/或所述懸掛部件限定具有內周邊和外周邊的連續環，并且在內周邊和外周邊之間包括多個孔。
3.根據權利要求I或2所述的彈性懸掛部件，其中所述懸掛部件表現出漸進彈簧特性。
4.根據權利要求3所述的彈性懸掛部件，懸掛部件配置為 當質塊位移第一距離時，彈性地彎曲以提供彎曲回復力；以及 當質塊位移更大的第二距離時，彈性地延伸以提供拉伸回復力， 其中，拉伸回復力隨質塊位移增加的增加率大于彎曲回復力的增加率。
5.根據任一項前述權利要求所述的懸掛部件，配置為從框架通過質塊元件的周邊來懸掛質塊元件，其中質塊和框架同軸布置，并且質塊可以沿著軸向相對于框架位移。
6.根據任一項前述權利要求所述的懸掛部件，限定具有內周邊和外周邊的連續環，并且在內周邊和外周邊之間包括多個孔， 其中，相對于內周邊和外周邊中至少之一等距地布置孔。
7.根據任一項前述權利要求所述的懸掛部件，限定具有內周邊和外周邊的連續環，并且在內周邊和外周邊之間包括多個孔， 其中圍繞內周邊或外周邊實質上均勻地間隔開孔。
8.根據任一項前述權利要求所述的懸掛部件，形狀設置為使得當質塊沿軸向位移時，由懸掛部件施加的任何切向力被平衡。
9.根據任一項前述權利要求所述的懸掛部件，進一步包括在懸掛部件的松弛狀態具有拱形截面的至少一個部分。
10.根據任一項前述權利要求的懸掛部件，具有至少0.Imm的厚度。
11.根據任一項前述權利要求的懸掛部件，具有在15至20范圍內的Q因子。
12.—種振動致動器，包括 框架； 質塊元件，通過根據任一項前述權利要求的彈性懸掛部件可移動地連接至框架；以及 致動裝置，用于激勵質塊和本體的相對移動。
13.根據權利要求12所述的振動致動器，其中 致動裝置是電磁致動裝置； 質塊元件包括磁體；以及 磁體還包括揚聲器的一部分。
14.一種個人移動通信設備，包括根據權利要求12或13所述的振動致動器。
全文摘要
一種用于懸掛振動致動器的質塊元件的彈性懸掛部件。該懸掛部件配置為當質塊位移時彈性地延伸以提供拉伸回復力。該懸掛部件由硅橡膠形成。
文檔編號B06B1/04GK102714770SQ201080057886
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月20日 優先權日2009年12月21日
發明者弗洛里安·朗, 雅斯帕·盧茨, 馬里亞·帕帕科里亞科 申請人:樓氏電子亞洲有限公司