JP2005176121A

JP2005176121A - 磁歪変位方向変換装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置

Info

Publication number: JP2005176121A
Application number: JP2003415648A
Authority: JP
Inventors: Toshio Chamura; 俊夫茶村; Nobuo Kaihara; 伸男海原
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】被駆動体に対して使用態様に応じた様々な配置が可能で、装置全体のコンパクト化や省スペース化を図ることができる磁歪変位方向変換装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置を提供する。
【解決手段】磁歪変位方向変換装置１４を、超磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の超磁歪ロッド２４と、この超磁歪ロッド２４の外周を囲むように配設され、この超磁歪ロッド２４の軸方向に磁界を印加するための駆動コイル２６と、超磁歪ロッド２４の自由端側に配設され、この超磁歪ロッド２４の軸方向の変位を、この軸方向と異なる方向の変位に変換するための変位方向変換機構３０と、によって構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁歪部材を用いた磁歪変位方向変換装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置に関する。

従来、図１２に示されるような磁歪振動装置を適用したスピーカが種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この従来公知のスピーカＳＰは、超磁歪部材を用いた磁歪振動装置１と、この磁歪振動装置１の軸方向に対して略垂直に配置され、且つ、磁歪振動装置１に取付円板２Ａを介して固着された振動板２と、を備えている。

磁歪振動装置１は、一端が固定端３Ａとされ、且つ、他端が自由端３Ｂとされた超磁歪ロッド３に、可動ヨーク４及びアクチュエータロッド５が一体的に連結されてなる駆動ロッド６と、この駆動ロッド６の超磁歪ロッド３に軸方向の磁界を印加する磁界発生コイル７と、によって構成されている。

このスピーカＳＰでは、磁界発生コイル７に信号に応じた駆動電流が供給されると、駆動電流によって磁界発生コイル７の発生する磁界が変化する。そして、この磁界の変化に伴って超磁歪ロッド３が軸方向に変位（伸縮）し、自由端３Ｂが振動する。その結果、この振動が可動ヨーク４及びアクチュエータロッド５を介して振動板２に伝達され、振動板２から音声が出力されるようになっている。

特開平１０−１４５８９２号公報

しかしながら、この従来公知のスピーカＳＰにおいては、磁歪振動装置１を振動板（被駆動体）２に対して直交するように配置する必要がある上に、駆動ロッド６の軸長分だけ奥行きが必要なため、装置が大型化し易く、スピーカＳＰの薄型化には限界があった。

しかも、スピーカＳＰの出力を高めるためには、超磁歪ロッド３の軸長を長くすることによって、その変位量を増大させる必要があり、益々、装置のコンパクト化が困難になってしまうといった問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、被駆動体に対して使用態様に応じた様々な配置が可能で、装置全体のコンパクト化や省スペース化を図ることができる磁歪変位方向変換装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置を提供することを目的とする。

本発明の発明者は、研究の結果、被駆動体に対して使用態様に応じた様々な配置が可能で、装置全体のコンパクト化や省スペース化を図ることができる磁歪変位方向変換装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置を見出した。

即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。

（１）磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、該磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と異なる方向の変位に変換するための変位方向変換機構と、を有してなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。

（２）前記変位方向変換機構は、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と略直交する方向の変位に変換するように構成されていることを特徴とする前記（１）に記載の磁歪変位方向変換装置。

（３）前記変位方向変換機構は、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を逆方向の変位に変換するように構成されていることを特徴とする前記（１）に記載の磁歪変位方向変換装置。

（４）前記変位方向変換機構は、折り曲げ自在な略筒状のチューブと、該チューブの内側空間内に摺動可能に配設され、且つ、一端が前記磁歪ロッドの自由端側に固定された可動ワイヤと、を有してなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の磁歪変位方向変換装置。

（５）前記変位方向変換機構は、軸方向端部に所定角度で傾斜するテーパ面が形成され、且つ、軸方向に移動自在とされた第１棒状部材と、軸方向端部に該第１棒状部材のテーパ面と係合可能なテーパ面が形成され、且つ、前記第１棒状部材の軸方向の移動に伴って該第１棒状部材の前記テーパ面に案内されつつ軸方向に駆動される第２棒状部材と、を有してなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の磁歪変位方向変換装置。

（６）前記変位方向変換機構は、軸方向端部に被駆動体に形成されたテーパ面と係合可能なテーパ面が形成され、且つ、軸方向に移動自在とされた棒状部材を有してなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の磁歪変位方向変換装置。

（７）前記変位方向変換機構は、１つの支点において回動自在に支持され、且つ、力点の作用方向と作用点の作用方向が異なるように構成されたテコ部材を有してなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の磁歪変位方向変換装置。

（８）前記変位方向変換機構は、屈曲された略筒状の剛性部材と、該剛性部材の軸方向両端に配設された一対の弾性部材と、前記剛性部材及び一対の弾性部材によって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の磁歪変位方向変換装置。

（９）前記変位方向変換機構は、屈曲した貫通孔を有するシリンダと、該シリンダにおける前記貫通孔の両端に配設され、且つ、該貫通孔内を摺動可能な一対のピストンと、前記シリンダ及び一対のピストンによって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の磁歪変位方向変換装置。

（１０）前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の磁歪変位方向変換装置。

（１１）前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載された磁歪変位方向変換装置を用いたことを特徴とする磁歪アクチュエータ。

（１２）前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載された磁歪変位方向変換装置を用いたことを特徴とする磁歪振動装置。

（１３）前記磁歪変位方向変換装置における前記変位方向変換機構は、前記磁歪ロッド及び駆動コイルが配設される被振動体の設置面と、該設置面と異なる面とを跨ぐように配設され、該異なる面を振動可能とされていることを特徴とする前記（１２）に記載の磁歪振動装置。

（１４）更に、被振動体に取り付けるためのフックを備えたことを特徴とする前記（１２）又は（１３）に記載の磁歪振動装置。

本発明に係る磁歪変位方向変換装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置によれば、被駆動体に対して使用態様に応じた様々な配置が可能で、装置全体のコンパクト化や省スペース化を図ることができるという優れた効果を有する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に示されるように、本発明の実施形態に係る磁歪変位方向変換装置が適用された磁歪振動装置１０は、略円筒形状のケーシング１２を備えており、このケーシング１２の内側空間内には、先端ガイド１３側から、磁歪変位方向変換装置１４と、この磁歪変位方向変換装置１４の駆動源である複数の乾電池１６と、ジャック１８を介して入力される音声信号等の信号を増幅し、磁歪変位方向変換装置１４に出力する増幅回路２０が、それぞれ円板形状の隔壁２２Ａ、２２Ｂによって仕切られ、収容されている。なお、磁歪変位方向変換装置１４と複数の乾電池１６との間に配置された隔壁２２Ａは、軟磁性部材によって成形されている。

磁歪変位方向変換装置１４は、図２に拡大して示されるように、一端２４Ａが隔壁２２Ａに固定された略棒状の超磁歪ロッド２４と、この超磁歪ロッド２４の外周を囲むように配設された駆動コイル２６と、超磁歪ロッド２４の自由端２４Ｂ側に可動先端部２８を介して配設され、且つ、超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１の変位を、この軸方向Ｌ１と異なる方向の変位に変換するための変位方向変換機構３０と、を有して構成されている。

超磁歪ロッド２４は、この例では、３つの略円板形状のバイアス磁石３２Ａ〜３２Ｃと、これら３つのバイアス磁石３２Ａ〜３２Ｃに挟まれるように配設された２つの略円柱形状の超磁歪部材３４Ａ、３４Ｂによって構成されており、バイアス磁石３２Ａ〜３２Ｃ及び超磁歪部材３４Ａ、３４Ｂは軸方向Ｌ１で接着され、一体化されている。

超磁歪部材３４Ａ、３４Ｂは、超磁歪素子を材料として用いている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素および／または特定の遷移金属などを主成分（例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など）とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、外部から磁界が印加されると大きな変位を生じる性質を有している。

駆動コイル２６は、この超磁歪部材３４Ａ、３４Ｂに軸方向Ｌ１の磁界を印加可能な構造となっている。又、この駆動コイル２６は増幅回路２０に接続されており、駆動コイル２６の磁界は、外部からジャック１８を介して入力される信号に基づいて変動するようになっている。

可動先端部２８は、超磁歪ロッド２４のバイアス磁石３２Ａに固着された略円板形状のフランジ部２８Ａと、このフランジ部２８Ａから超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１に沿って伸びるロッド部２８Ｂとから形成されている。又、可動先端部２８のフランジ部２８Ａと先端ガイド１３との間には、２つのばね３６Ａ、３６Ｂが縮設されており、可動先端部２８は超磁歪ロッド２４側に付勢されている。更に、可動先端部２８のロッド部２８Ｂは変位方向変換機構３０に連結されており、超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１の変位は可動先端部２８を介して変位方向変換機構３０に伝達可能な構造となっている。

変位方向変換機構３０は、折り曲げ自在な略筒状のチューブ３８と、このチューブ３８の内側空間内に摺動可能に配設され、且つ、一端４０Ａが可動先端部２８を介して超磁歪ロッド２４の自由端２４Ｂに連結された可動ワイヤ４０によって構成されている。なお、チューブ３８は、略９０度の角度に折り曲げられた状態で先端ガイド１３内に固定されており、可動ワイヤ４０の自由端４０Ｂは、チューブ３８によって超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１と略直交する方向Ｌ２に突出されている。

次に、磁歪振動装置１０の作用について説明する。

磁歪振動装置１０にジャック１８を介して信号が入力されると、信号は増幅回路２０によって増幅された後、磁歪変位方向変換装置１４の駆動コイル２６に入力される。そして、この増幅後の信号によって駆動コイル２６が駆動され、駆動コイル２６のコイル磁界が変化する。その結果、超磁歪ロッド２４が信号に応じて軸方向Ｌ１に変位（振動）する。この軸方向Ｌ１の変位は可動先端部２８を介して変位方向変換機構３０の可動ワイヤ４０に伝達されると共に、この可動ワイヤ４０によってその変位方向が変換されるようになっている。なお、この例では、変位方向変換機構３０によって、超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１の変位は、この軸方向Ｌ１と略直交する方向Ｌ２の変位に変換され、図示しない被駆動体に伝達される。

本発明の実施形態に係る磁歪変位方向変換装置１４によれば、超磁歪部材３４Ａ、３４Ｂを有してなり、且つ、一端２４Ａが固定端とされた略棒状の超磁歪ロッド２４と、この超磁歪ロッド２４の外周を囲むように配設され、この超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１に磁界を印加するための駆動コイル２６と、超磁歪ロッド２４の自由端２４Ｂ側に配設され、この超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１の変位を、この軸方向Ｌ１と異なる方向Ｌ２の変位に変換するための変位方向変換機構３０と、を有して構成されているため、被駆動体に対して使用態様に応じた様々な配置が可能である。

従って、従来の磁歪振動装置のように、必ずしも超磁歪ロッド２４を被振動体に対して直交するように配置する必要がなく、例えば、図３に示される磁歪振動装置１０のように、超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１と被振動体４２の振動面４２Ａが略平行となるように配設することができ、装置全体の小型化や省スペース化を図ることができる。特に、変位方向変換機構３０は、超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１の変位を、この軸方向Ｌ１と略直交する方向Ｌ２の変位に変換するように構成されているため、より一層、装置全体の小型化や省スペース化が容易となっている。

なお、本発明に係る磁歪変位方向変換装置は、上記実施形態に係る磁歪変位方向変換装置１４の構造や形状等に限定されるものではなく、例えば、磁歪変位方向変換装置１４の変位方向変換機構３０は、図４に示される変位方向変換機構５０のように、軸方向Ｌ３端部に所定角度で傾斜するテーパ面５２Ａが形成され、且つ、軸方向Ｌ３に移動自在とされた第１棒状部材５２と、軸方向Ｌ４端部に第１棒状部材５２のテーパ面５２Ａと係合可能なテーパ面５４Ａが形成され、且つ、第１棒状部材５２の軸方向Ｌ３の移動に伴って第１棒状部材５２のテーパ面５２Ａに案内されつつ軸方向Ｌ４に駆動される第２棒状部材５４と、を有して構成されていてもよい。

又、図５に示される変位方向変換機構６０のように、軸方向Ｌ５端部に被駆動体６２に形成されたテーパ面６２Ａと係合可能なテーパ面６４Ａが形成され、且つ、軸方向Ｌ５に移動自在とされた棒状部材６４を有して構成されていてもよい。

更に、図６に示される変位方向変換機構７０のように、１つの支点Ｏ１において回動自在に支持され、且つ、力点の作用方向Ｌ６と作用点の作用方向Ｌ７が異なるように構成されたテコ部材７２を有して構成されていてもよい。

更に又、図７に示される変位方向変換機構８０のように、屈曲された略筒状の剛性部材８２と、この剛性部材８２の軸方向両端に配設された一対の弾性部材８４、８６と、剛性部材８２及び一対の弾性部材８４、８６によって密閉された空間内に充填された流体８８と、を有して構成されていてもよい。なお、この場合、剛性部材８２には、金属やプラスチック等の剛体を適用することができ、又、弾性部材８４（８６）には、ゴム等の弾性体を適用することができる。

又、図８に示される変位方向変換機構９０のように、屈曲した貫通孔９２Ａを有するシリンダ（兼先端ガイド１３）９２と、このシリンダ９２における貫通孔９２Ａの両端に配設され、且つ、貫通孔９２Ａ内を摺動可能な一対の第１ピストン（兼可動先端部２８）９４及び第２ピストン９６と、シリンダ９２及び一対の第１、第２ピストン９４、９６によって密閉された空間内に充填された流体９８と、を有して構成されていてもよい。

なお、上記実施形態における変位方向変換機構３０（５０、６０、７０、８０、９０）は、超磁歪ロッドの軸方向の変位を、この軸方向と略直交する方向の変位に変換するように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。

又、本発明に係る磁歪変位方向変換装置の用途は、上記磁歪振動装置１０に限定されるものではなく、例えば、磁歪アクチュエータ等に適用することもできる。

従って、例えば、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示される磁歪振動装置１００のように、超磁歪ロッド２４及び駆動コイル２６が配設される被振動体１０２の設置面１０２Ａと、この設置面１０２Ａと異なる面１０２Ｂとを跨ぐように配設され、この異なる面１０２Ｂを振動可能な変位方向変換機構１０４を備えれば、より一層、磁歪振動装置１００の設置場所の自由度を向上させることができる。

又、図１０に示される磁歪アクチュエータ１１０のように、超磁歪ロッド２４の軸方向Ｌ１の変位Ｘ１を逆方向の変位Ｘ２に変換する変位方向変換機構１１２を備えれば、磁歪アクチュエータを引き型タイプのものに容易に変更することができる。

なお、磁歪変位方向変換装置の変位量をそれ程高める必要が無い場合には、超磁歪部材の代わりに、磁歪素子からなる磁歪部材を適用してもよい。

即ち、本発明に係る磁歪変位方向変換装置は、磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記該磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、該磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と異なる方向の変位に変換するための変位方向変換機構と、を有してなるものであればよい。

なお、図１１に示される磁歪振動装置１２０のように、被振動体１２２に取り付けるためのフック１２４を設ければ、磁歪振動装置１２０の取り付けや取り外しが容易となり、利便性の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る磁歪振動装置を示す概略側断面図図１における磁歪変位方向変換装置の周辺部を拡大して示す概略部分拡大図図１における磁歪振動装置を被振動体に取り付けた例を示す概略側面図図１における磁歪振動装置に第１、第２棒状部材を有してなる変位方向変換機構を適用した例を示す概略部分拡大図図１における磁歪振動装置に棒状部材を有してなる変位方向変換機構を適用した例を示す概略部分拡大図図１における磁歪振動装置にテコ部材を有してなる変位方向変換機構を適用した例を示す概略部分拡大図図１における磁歪振動装置に剛性部材、一対の弾性部材及び流体を有してなる変位方向変換機構を適用した例を示す概略部分拡大図図１における磁歪振動装置にシリンダ、一対のピストン及び流体を有してなる変位方向変換機構を適用した例を示す概略部分拡大図図１における磁歪振動装置の他の態様を示す概略側断面図本発明に係る磁歪変位方向変換装置を磁歪アクチュエータに適用した例を示す概略側断面図本発明に係る磁歪振動装置にフックを設けた例を示す概略斜視図従来の磁歪振動装置を適用したスピーカを示す概略側断面図

符号の説明

ＳＰ…スピーカ
Ｌ１〜Ｌ７…軸方向
Ｘ１、Ｘ２…変位
１、１０、１００、１２０…磁歪振動装置
２…振動板
２Ａ…取付円板
３、２４…超磁歪ロッド
４…可動ヨーク
５…アクチュエータロッド
６…駆動ロッド
１２…ケーシング
１３…先端ガイド
１４…磁歪変位方向変換装置
１６…乾電池
１８…ジャック
２０…増幅回路
２２Ａ、２２Ｂ…隔壁
２６…駆動コイル
２８…可動先端部
２８Ａ…フランジ部
２８Ｂ…ロッド部
３０、５０、６０、７０、８０、９０、１０４、１１２…変位方向変換機構
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ…バイアス磁石
３４Ａ、３４Ｂ…超磁歪部材
３６Ａ、３６Ｂ…ばね
３８…チューブ
４０…可動ワイヤ
５２…第１棒状部材
５４…第２棒状部材
５２Ａ、５４Ａ、６２Ａ…テーパ面
４２、１０２、１２２…被振動体
６２…被駆動体
６４…棒状部材
７２…テコ部材
８２…剛性部材
８４、８６…弾性部材
８８、９８…流体
９２、１１４…シリンダ
９２Ａ…貫通孔
９４、１１６…第１ピストン
９６、１１８…第２ピストン
１１０…磁歪アクチュエータ
１１９…ケーシング
１２４…フック

Claims

磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、該磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と異なる方向の変位に変換するための変位方向変換機構と、を有してなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１において、
前記変位方向変換機構は、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と略直交する方向の変位に変換するように構成されていることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１において、
前記変位方向変換機構は、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を逆方向の変位に変換するように構成されていることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記変位方向変換機構は、折り曲げ自在な略筒状のチューブと、該チューブの内側空間内に摺動可能に配設され、且つ、一端が前記磁歪ロッドの自由端側に固定された可動ワイヤと、を有してなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記変位方向変換機構は、軸方向端部に所定角度で傾斜するテーパ面が形成され、且つ、軸方向に移動自在とされた第１棒状部材と、軸方向端部に該第１棒状部材のテーパ面と係合可能なテーパ面が形成され、且つ、前記第１棒状部材の軸方向の移動に伴って該第１棒状部材の前記テーパ面に案内されつつ軸方向に駆動される第２棒状部材と、を有してなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記変位方向変換機構は、軸方向端部に被駆動体に形成されたテーパ面と係合可能なテーパ面が形成され、且つ、軸方向に移動自在とされた棒状部材を有してなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記変位方向変換機構は、１つの支点において回動自在に支持され、且つ、力点の作用方向と作用点の作用方向が異なるように構成されたテコ部材を有してなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記変位方向変換機構は、屈曲された略筒状の剛性部材と、該剛性部材の軸方向両端に配設された一対の弾性部材と、前記剛性部材及び一対の弾性部材によって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記変位方向変換機構は、屈曲した貫通孔を有するシリンダと、該シリンダにおける前記貫通孔の両端に配設され、且つ、該貫通孔内を摺動可能な一対のピストンと、前記シリンダ及び一対のピストンによって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする磁歪変位方向変換装置。
請求項１乃至１０のいずれかに記載された磁歪変位方向変換装置を用いたことを特徴とする磁歪アクチュエータ。
請求項１乃至１０のいずれかに記載された磁歪変位方向変換装置を用いたことを特徴とする磁歪振動装置。
請求項１２において、
前記磁歪変位方向変換装置における前記変位方向変換機構は、前記磁歪ロッド及び駆動コイルが配設される被振動体の設置面と、該設置面と異なる面とを跨ぐように配設され、該異なる面を振動可能とされていることを特徴とする磁歪振動装置。
請求項１２又は１３において、
更に、被振動体に取り付けるためのフックを備えたことを特徴とする磁歪振動装置。