Die beigefügten Figuren, welche hierin aufgenommen werden und Teil dieser Beschreibung sind, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung. Zusammen mit den oben angeführten allgemeinen Erläuterungen und der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen dienen sie dazu, das Prinzip der Erfindung zu erläutern.

1 ist eine Draufsicht, die die innere Struktur einer Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.

2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall entlang der Linie A-A' in 1 illustriert.

3 ist ein Graph, der die Abhängigkeit des spezifischen Gewichts und der magnetischen Permeabilität von dem Gewichtsanteil an Wolfram illustriert.

4 ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand des magnetischen Flusses, der in einer konventionellen Vorrichtung zur Erzeugung von Vibrationen/Schall durch die Schwingspule tritt, illustriert.

5 ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand der erhöhten magnetischen Flussdichte, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Schwingspule tritt, illustriert.

6 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

7 ist eine Querschnittsansicht, die das Erzeugen von Schall bzw. Vibrationen nach der weiteren Ausführungsform der folgenden Erfindung illustriert.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben. Dabei werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gleiche oder korrespondierende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und redundante Erläuterungen werden ausgespart.

1 ist eine Draufsicht, die die innere Struktur einer Vorrichtung zur Erzeugung von Vibrationen/Schall nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, und

2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 1. Die Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall nach dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Membran 10, ein Vibrationselement 30, eine Aufhängung 50, ein Halteelement 71 und eine Schwingspule 91.

Wie in 2 dargestellt, ist die Membran 10 an der Oberseite des Halteelements 71 befestigt. Die Membran 10 ist aus Titan oder Polycarbonat gemacht und hat eine Dicke von 10 bis 50 &mgr;m. Die an der Schwingspule 91 befestigte Membran 10 vibriert und erzeugt Schall; dies liegt daran, dass die Veränderung des elektrischen Signals, das der Schwingspule 91 zugefügt wird, eine elektromagnetische Kraft bewirkt.

Die Aufhängung 50 befestigt das Vibrationselement 30 am Halteelement 71 und überträgt die Oszillationen des Vibrationselementes 30 zum Halteelement 71. Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, ist die Aufhängung 50 an den Unterseiten des Vibrationselements 30 und des Halteelementes 71 befestigt und hat vier Arme 51, die das Vibrationselement 30 mit dem Halteelement 71 verbinden. Die Anzahl der Arme 51 ist vorzugsweise größer als drei, um ein Rollen des Vibrationselementes 30 zu verhindern. Die Aufhängung 50 kann beliebig gestaltet werden, solange sie das Vibrationselement 30 mit dem Halteelement 71 verbindet und die von dem Vibrationselement 30 erzeugten Vibrationen an das Halteelement 71 überträgt. Beispielsweise kann die Aufhängung 50 auch eine Feder sein, die das Vibrationselement 30 mit dem Halteelement 71 verbindet.

Das Halteelement 71 hat die Form eines kurzen Zylinders und trägt die Membran 10 sowie das Vibrationselement 30. Das Halteelement 71 kann aus bruchfestem Plastik, wie z.B. Fiberglasverstärktem Plastik (FRP), gefertigt werden. Das Halteelement 71 ist im Allgemeinen in einer Aufnahme des Endgerätes angeordnet. Das Halteelement 71 ist vorzugsweise oval, um das Volumen der Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall zu verringern.

Die Schwingspule 91 kann hergestellt werden, indem eine mit einer isolierenden Schicht und einer Klebeschicht beschichtete Spule um einen Leiter, wie z.B. Kupfer oder Aluminium, gewickelt wird. Die Schwingspule 91 ist zwischen dem Magneten 31 und dem unteren Joch 35 angeordnet. Die Schwingspule 91 erzeugt Schall, indem sie die Vibrationen zur Membran 10 überträgt, wobei die Vibrationen durch die Wechselwirkung zwischen einem vom Magneten 31 erzeugten Magnetfeld und einem von den Strömen durch die Schwingspule 91 erzeugten elektrischen Feld erzeugt werden. Die Vibrationen der Membran 10 werden in Übereinstimmung mit der Flemingschen Linke-Hand-Regel durch die Ströme in der Schwingspule 91 erzeugt. Da ein Wechselstrom mit variablem Basisband in die Schwingspule 91 gegeben wird, vibriert das Vibrationselement 30 und erzeugt mechanische Vibrationen, und die Membran 10 vibriert und erzeugt Schall, in Übereinstimmung mit dem Wechsel der Frequenz.

Das Vibrationselement 30 enthält den Magneten 31, ein oberes Joch 33 und ein unteres Joch 35 und wird von der Schwingspule 91 vibriert aufgrund der elastischen Halterung durch die Aufhängung 50. Das untere Joch 35 kann oval geformt sein, um das Volumen der Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall zu verringern.

Vorzugsweise ist der Magnet 31 ein Permanentmagnet aus Ferrit oder Neodym und ist scheibenförmig. Der Magnet 31 ist an der Unterseite des oberen Jochs 33 und der Oberseite des unteren Jochs 35 befestigt. Der Nordpol des Magneten 31 ist in Kontakt mit dem oberen Joch 33, wohingegen der Südpol mit dem unteren Joch 35 in Kontakt ist. Dementsprechend tritt der vom Nordpol kommende magnetische Fluss in den Südpol ein, nachdem er, wie in 6 dargestellte, das untere Joch 35 und die Schwingspule 91 passiert hat.

Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist das obere Joch 33 scheibenförmig, wobei die Form der Scheibe der Querschnittsform des Magneten 31 entspricht, und das obere Joch 33 ist auf dem Magneten 31 befestigt. Das untere Joch 35 ist zylinderförmig mit einem offenen Oberteil. Das Unterteil des unteren Jochs 35 wird von der Aufhängung 50 getragen und somit mit dem Halteelement 71 verbunden.

Das obere Joch 33 und das untere Joch 35 bestehen aus Eisen sowie Materialien mit einem höheren spezifischen Gewicht und einer höheren magnetischen Permeabilität als Eisen, um somit die Vibrationsleistung und die Lautsprecherleistung zu verbessern. Materialien mit einem höheren spezifischen Gewicht und höherer magnetischer Permeabilität als Eisen (spezifisches Gewicht: 7,8) sind Osmium (spezifisches Gewicht: 22,5), Platin (spezifisches Gewicht: 21,45), Wolfram (spezifisches Gewicht: 19,3), Gold (spezifisches Gewicht: 19,29) und so weiter. Beispiele für ferromagnetische Materialien sind Eisen, Nickel, Kobalt, usw. Um das spezifische Gewicht und die magnetische Permeabilität des Jochs zu verbessern, wird das Joch folglich aus Eisen, einem Element aus der Gruppe bestehend aus Osmium, Platin und Gold, sowie einem Element aus der Gruppe bestehend aus Nickel und Kobalt gebildet.

3 illustriert das spezifische Gewicht und die magnetische Permeabilität des Jochs in Abhängigkeit des Wolframanteils. In 3 repräsentiert die x-Achse den Gewichtsanteil (Gew.-%) von Wolfram (hierbei liegen Eisen und Nickel in einem Verhältnis von vier zu eins vor), und die y-Achse repräsentiert magnetische Permeabilität (B/H) sowie das spezifische Gewicht.

Wolfram (W) hat ein spezifisches Gewicht von 19,3 bei 0°C, was doppelt so hoch ist wie das von Eisen (7,8) und ist ferner kostengünstig. Wie aus 3 ersichtlich ist, steigt das spezifische Gewicht des Jochs, wenn der Gewichtsanteil von Wolfram im Vergleich mit dem von Eisen und Nickel erhöht wird. Hingegen sinkt das spezifische Gewicht des Jochs, wenn der Gewichtsanteil von Wolfram verringert wird und die Gewichtsanteile von Eisen und Nickel erhöht werden. Um also das gewünschte spezifische Gewicht und die gewünschte magnetische Permeabilität zu erhalten, ist es notwendig, die Gewichtsanteile von Wolfram und Nickel entsprechend zu kontrollieren. Um in der vorliegenden Ausführungsform ein spezifisches Gewicht von mehr als 8,5 und eine magnetische Permeabilität von mehr als 4000 B/H zu erzielen, kann der Gewichtsanteil von Wolfram, wie in 3 dargestellt, im Bereich von 4,4 Gew.-% bis 50 Gew.-% liegen. Das bedeutet, dass wenn das Joch 4,4 Gew.-% Wolfram, 76,5 Gew.-% Eisen und 19,1 Gew.-% Nickel enthält, sein spezifisches Gewichts dann 8,5 beträgt. Um ein Joch mit einem spezifischen Gewicht von mehr als 8,5 zu erzielen, ist es folglich notwendig, den Gewichtsanteil von Wolfram auf mehr als 4,4 Gew.-% zu erhöhen. Da ein Joch mit 50 Gew.-%, 40 Gew.-Eisen und 10 Gew.-% Nickel eine Permeabilität von 4000 B/H aufweist, muss der Gewichtsanteil von Wolfram auf weniger als 50 Gew.-% gesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben angegebenen Gewichtsanteile beschränkt, und die Gewichtsanteile von Wolfram und Nickel können, je nachdem, ob mehr Wert auf die Vibrationsleistung oder auf die Lautsprecherleistung gelegt wird, angepasst werden. Mit anderen Worten kann der Gewichtsanteil von Wolfram erhöht werden, um die Vibrationsleistung zu steigern. Andererseits können die Gewichtsanteile von Nickel erhöht werden, um die Lautsprecherleistung zu steigern.

Das obere Joch 33 und das untere Joch 35 können aus einer Legierung aus Wolfram und Nickel, wie z.B. Permalloy, Mo-Permalloy oder Supermalloy gebildet werden. Permalloy aus Eisen und 75 Gew.-% bis 79 Gew.-% Nickel hat eine maximale Permeabilität von 105.000 (B/H), die somit viel größer ist als die von gewöhnlichen Eisenlegierungen. Eine Verbesserung gegenüber Permalloy ist Mo-Permalloy, worin ein Teil des Eisens des Permalloys durch Molybdän oder Chrom ersetzt wird und welches eine anfängliche Permeabilität von 20.000 (B/H) und eine maximale Permeabilität von 90.000 (B/H) aufweist. Supermalloy, welches eine Art von MO-Permalloy ist, besteht aus 79 Gew.-% Nickel, 1,5 Gew.-% Chrom und 5 Gew.-% Kupfer und hat eine anfängliche Permeabilität von 120.000 (B/H) und eine maximale Permeabilität von 900.000 (B/H).

Das obere Joch 33 und das untere Joch 35 können durch Spritzgießen mit einer Mischung von Eisen-, Wolfram- und Nickelpulver sowie einem Sinterprozess bei einer Temperatur von ungefähr 1250°C gebildet werden.

4 ist eine Querschnittsansicht des magnetischen Flusses durch die Schwingspule in der herkömmlichen Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall, und 5 ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand von vergrößerter magnetischer Flussdichte durch die Schwingspule in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Falls das obere Joch 33 und das untere Joch 35 aus einem Material mit hoher Permeabilität gebildet sind, wie z.B. Nickel und Permalloy, dann konzentriert sich der vom Nordpol des Magneten 31 kommende magnetische Fluss an der Seite des unteren Jochs 5. Folglich ist die magnetische Flussdichte durch die Schwingspule 91 im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall, wie in 4 dargestellt, gesteigert, so dass die auf die Schwingspule 91 wirkende Kraft in Übereinstimmung mit der Flemingschen Linke-Hand-Regel gesteigert wird, nämlich: F = BIL wobei B die magnetische Flussdichte ist, I die Dichte des Stroms durch die Schwingspule 91, L die Länge der Schwingspule und F die auf die Schwingspule 91 wirkende Kraft ist. Die Dichte des magnetischen Flusses B ist gesteigert, da das aus Nickel oder einer Nickellegierung gebildete Joch dem magnetischen Fluss erleichtert, sich in der Schwingspule 91 zu konzentrieren. Dementsprechend wird die auf die Schwingspule 19 ausgeübte Kraft gesteigert und die Stärke der Vibrationen der Schwingspule 91 wird erhöht. Als Ergebnis wird die Lautsprecherleistung verbessert.

Wenn ein Wechselstrom in die Schwingspule 91 gespeist wird, so wird eine treibende Kraft zwischen der Schwingspule 91 und dem Vibrationselement 30 erzeugt. Da sich diese treibende Kraft mit der Stärke des in die Schwingspule 91 gespeisten Wechselstroms verändert, oszilliert das Vibrationselement 30. Als Ergebnis der Oszillation des Vibrationselementes 30 vibrieren die Aufhängung 50 sowie das Halteelement 71, welche mit dem Vibrationselement 30 verbunden sind. Dabei kann die Vibrationsstärke des oberen Jochs 33 und des unteren Jochs 35 erhöht werden, da die Joche ein höheres spezifisches Gewicht als herkömmliche Joche aufweisen.

Im Allgemeinen wird in die Schwingspule 91 ein Wechselstrom mit einer Frequenz, die der Resonanzfrequenz des Vibrationselements 30 entspricht, gespeist, um das Vibrationselement 30 anzutreiben. Die Resonanzfrequenz des Vibrationselementes 30 liegt im Bereich von 100 Hz bis 250 Hz, wobei dieser Bereich jedoch natürlich in Abhängigkeit von den Design-Bedingungen verändert werden kann.

Wenn der Wechselstrom in die Schwingspule 91 gespeist wird, wird auf die Schwingspule 91 eine Kraft ausgeübt; durch diese Kraft wird die Membran, welche an der Schwingspule 91 befestigt ist, im hörbaren Frequenzbereich vibriert. Wenn in die Schwingspule 91 ein Wechselstrom mit einer Frequenz, die höher ist als die Resonanzfrequenz von 250 Hz des Vibrationselementes 30, gespeist wird, dann vibriert das Vibrationselement 30 fast überhaupt nicht, da dies außerhalb der Resonanzfrequenz liegt. Da jedoch die Membran 10 mit einer hörbaren Frequenz vibriert wird, erzeugt sie Schall bzw. einen Klang.

Da das obere Joch 33 und das untere Joch 35 Nickel enthalten, welches eine höhere magnetische Permeabilität als Eisen aufweist, wird der magnetische Fluss durch die Schwingspule 91 gesteigert. Da somit eine größere Kraft auf die Schwingspule 91 ausgeübt wird, wird die Lautsprecherleistung verbessert.

Wie in 6 dargestellt ist, enthält die Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Membran 10, ein Vibrationselement 30', eine Haltung 50, ein Halteelement 71, eine Schwingspule 91 und eine Vibrationsspule 93. Die Membran 10, die Aufhängung 50, das Halteelement 71 und die Schwingspule 91 haben dieselbe Struktur und Funktion wie in der obigen Ausführungsform; im Folgenden werden das Vibrationselement 30' und die Vibrationsspule 93 erläutert.

Wie in 6 dargestellt, umfasst das Vibrationselement 30' einen Magneten 31', ein oberes Joch 33' und ein unteres Joch 35'. Der Magnet 31' ist torusförmig, und das obere Joch 33' und das untere Joch 35' sind respektive auf der Oberseite bzw. der Unterseite des Magneten 31' befestigt.

Das obere Joch 33' wird von der Aufhängung 50 elastisch mit dem Halteelement 71 verbunden. Das untere Joch 35', welches am Magneten 31' befestigt ist, ist auf der Unterseite der Aufhängung 50 vorgesehen. Die Schwingspule 91 ist an der Unterseite der Membran 10 befestigt und ragt zwischen den Magneten 31' und das untere Joch 35'. Die Vibrationsspule 93 ist auf der unteren Abdeckung 75 befestigt und ragt zwischen den Magneten 31' und das obere Joch 33'. Das obere Joch 33' und das untere Joch 35' sind aus einem Material mit hohem spezifischen Gewicht und hoher magnetischer Permeabilität gebildet, wie in der ersten Ausführungsform. In 6 bezeichnet "73" eine obere Abdeckung, die die Membran 10 schützt.

Wie in 7 dargestellt, bildet der magnetische Fluss ein Magnetfeld, welches vom Nordpol des Magneten 31' ausgeht, durch das obere Joch 33' und das untere Joch 35' tritt und dann auf den Südpol des Magneten 30' gerichtet ist. Wenn ein Strom mit hoher Frequenz in die Schwingspule 91 gespeist wird, dann vibriert die Schwingspule 91 hoch und nieder, aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem vom Magneten 31' erzeugten magnetischen Feld und dem von der Schwingspule 91 erzeugten elektrischen Feld. Dadurch wird die Membran 10 hoch und nieder vibriert und erzeugt Schall bzw. einen Klang.

Wenn Strom mit einer niedrigen Frequenz in die Vibrationsspule 93 gespeist wird, dann vibriert das Vibrationselement 30' hoch und nieder, aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem von dem Magneten 31' erzeugten magnetischen Feld und dem von der Schwingspule 91 erzeugten elektrischen Feld. Als Ergebnis vibriert die Vorrichtung zum Erzeugen von Vibrationen/Schall.

Obwohl oben stehend verschiedene Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen lediglich Beispiele für das Ausführen der Erfindung darstellen und dass auch veränderte bzw. modifizierte Beispiele im Umfang der Erfindung verbleiben, solange sie nicht vom Geist der Erfindung abweichen.

Die vorliegende Erfindung stellt Vorrichtungen zum Erzeugen von Vibrationen/Schall sowie Joche für dieselben bereit, wobei die Vibrationsleistung und die Schallleistung verbessert sind, da das Joch ein hohes spezifisches Gewicht und eine hohe magnetische Permeabilität aufweist.

Ferner kann das Volumen der Vorrichtungen zum Erzeugen von Vibrationen/Schall und der Joche für dieselben aufgrund der Verbesserung der Vibrationsleistung und der Schallleistung verbessert werden. Somit vereinfacht die vorliegende Erfindung das Design von mobilen Endgeräten, wie z.B. Mobiltelefonen und PDAs.