JP2005183565A

JP2005183565A - アクチュエータ

Info

Publication number: JP2005183565A
Application number: JP2003420401A
Authority: JP
Inventors: Toshio Chamura; 俊夫茶村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-07
Also published as: WO2005062397A1; TW200537717A; US20070114855A1

Abstract

【課題】柱状磁歪素子の破損を回避し得るアクチュエータを提供する。
【解決手段】一端が固定端に規定されると共に他端が自由端に規定されて軸線方向に沿って伸縮する柱状磁歪素子５１と、駆動電流によって柱状磁歪素子５１を伸縮させる磁界を生成する駆動コイル５４と、柱状磁歪素子５１の両端面に配設された弾性部材（スポンジ５２ａ，５２ｂ）とを備え、柱状磁歪素子５１の伸縮によって対象物（板体７）を駆動可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁歪素子を利用したアクチュエータに関するものである。

この種のアクチュエータとして、特開平９−２６１７９７号公報に開示されたアクチュエータが知られている。このアクチュエータは、柱状磁歪素子と、この柱状磁歪素子を中心としてボビンに巻線された駆動コイルとを備えている。この場合、この柱状磁歪素子は、一方の端面が円板状磁性体に当接し、かつ他方の端面が磁性部材の端面に当接するようにして配設されている。この場合、磁性部材には、フランジが形成されており、このフランジとケースとの間に弾性部材が挿入されている。したがって、磁性部材は、この挿入されている弾性部材によって柱状磁歪素子に向けて付勢されることで、柱状磁歪素子の振動方向に沿った方向に進退自在な状態に維持されている。この結果、円板状磁性体、柱状磁歪素子および磁性部材が、柱状磁歪素子の振動を許容する状態で一体的に連結されている。

このアクチュエータでは、入力信号に基づく駆動電流が供給されたときに、駆動コイルが柱状磁歪素子の軸方向に沿った向きの磁界を生成する。この際に、柱状磁歪素子は、生成された磁界が加わることで、その軸方向に伸縮する。このため、磁性部材が、柱状磁歪素子の伸縮に応じて、その軸方向に振動する。したがって、この磁性部材を振動板などの振動体に押し付けることにより、その振動が振動体に伝達される。
特開平９−２６１７９７号公報（第３頁、第１図）

ところが、このアクチュエータには、以下の課題がある。すなわち、このアクチュエータでは、柱状磁歪素子が破損する（割れる）可能性のある材質で形成されている。また、柱状磁歪素子は、軸方向に沿って磁界が加えられた際に、その端面の縁部に近い部分における伸縮の際の変位が中心部における伸縮の際の変位よりも大きいという特性を有している。したがって、柱状磁歪素子は、その両端面が平面に形成されていたとしても、磁界を加えることによって、その伸長時には、両端面の中心部分が目に見えない程度の僅かに凹んだすり鉢状の形状に変化する。この際に、柱状磁歪素子は、円板状磁性体および磁性部材の各端面と柱状磁歪素子の端面縁部のみとで当接することになる。したがって、柱状磁歪素子の伸長による応力が、柱状磁歪素子の端面縁部に集中する。この結果、このアクチュエータには、長期間に亘って使用したときに、応力集中の繰り返しに起因して、端面縁部が割れたりして破損するおそれがある。また、柱状磁歪素子の端面にゴミ等の異物が付着しているときにおいても、柱状磁歪素子の伸長による応力が異物の付着している部分に集中して柱状磁歪素子が破損するおそれがある。また、落下等によって外力が端面に加わった際にも、柱状磁歪素子が破損するおそれがある。さらに、柱状磁歪素子の端面には微少な凹凸が存在しており、異物の付着している部分に応力が集中するのと同様にして、この凹凸に応力が集中し易いため、破損の理由の１つとなっている。

本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、柱状磁歪素子の破損を回避し得るアクチュエータを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく本発明に係るアクチュエータは、一端が固定端に規定されると共に他端が自由端に規定されて軸線方向に沿って伸縮する柱状磁歪素子と、駆動電流によって前記柱状磁歪素子を伸縮させる磁界を生成する磁界発生部と、前記柱状磁歪素子の少なくとも一方の端面に配設された弾性部材とを備え、前記柱状磁歪素子の伸縮によって対象物を駆動可能に構成されている。

この場合、前記柱状磁歪素子の両端面に前記弾性部材を配設するのが好ましい。

本発明に係るアクチュエータでは、柱状磁歪素子の少なくとも一方の端面に弾性部材を配設したことにより、弾性部材が、柱状磁歪素子の端面に加わる応力を吸収する。したがって、このアクチュエータによれば、柱状磁歪素子の端面縁部に対する応力の集中、異物の付着に起因する柱状磁歪素子の端面に対する応力の集中、および落下等による端面への外力の集中に起因する柱状磁歪素子の破損の発生を回避することができる。また、たとえ破損が発生したときであっても、その破損の程度を軽減することができる。

また、本発明に係るアクチュエータによれば、柱状磁歪素子の両端面に弾性部材を配設したことにより、柱状磁歪素子の応力や外力に起因する柱状磁歪素子の破損をより効果的に回避することができる。また、破損が発生したときであっても、その破損の程度を一層軽減することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るアクチュエータの最良の形態について説明する。

最初に、本発明に係るアクチュエータを適用したペンシル型スピーカ１の構成について、図面を参照して説明する。

ペンシル型スピーカ１は、図１に示すように、円筒状の筐体部２、音響信号増幅部３、電源部４および振動変換部５を備え、その先端部が振動体としての例えば板体７に押し当てられたときに音響信号を出力可能に構成されている。筐体部２は、同図に示すように、それぞれ合成樹脂で形成された上部筐体２ａと下部筐体２ｂとを備えて構成され、この両筐体２ａ，２ｂの各々の端部に形成された嵌合部によって嵌合されて一体に連結されることにより、全体として細長のペンシル型に構成されている。また、上部筐体２ａには仕切り板２１が設けられており、音響信号増幅部３は、この仕切り板２１によって区画された後端部側の内部空間に収納され、電源部４は、仕切り板２１によって区画された先端部側の内部空間に収納されている。一方、下部筐体２ｂには、電源部４と振動変換部５とを区画する仕切り板２２が固定されている。

音響信号増幅部３は、図２に示すように、音響信号ケーブル６を介して外部から入力された音響信号を増幅して生成した駆動電流を図示しない接続ケーブルを介して駆動コイル５４に出力する。また、音響信号増幅部３は、図１に示すように、上部筐体２ａの後端部側に配設されたアンプ基板３１を備え、このアンプ基板３１には、同図に示すように、電源スイッチ３２および音響信号入力コネクタ３３が実装されている。この場合、電源スイッチ３２は、同図に示すように、切り替え操作することによってペンシル型スピーカ１の電源をオン／オフ可能なつまみ３４を備えて構成されている。また、音響信号入力コネクタ３３は、同図に示すように、外部から音響信号を入力する音響信号ケーブル６のプラグ６１を挿入可能なジャックとして構成されている。

電源部４は、図１，２に示すように、一例として、３本の乾電池４１，４１，４１と、仕切り板２１に固定された乾電池端子４２と、仕切り板２２に固定された乾電池端子４３とを備えて構成され、乾電池端子４２，４３に接続された接続ケーブルを介して音響信号増幅部３に電源を供給する。この場合、乾電池４１は、嵌合部を外して下部筐体２ｂと分離した状態の上部筐体２ａにおける先端部側の開口部から出し入れされる。

振動変換部５は、下部筐体２ｂの内部空間に配設され、図１，２に示すように、柱状磁歪素子５１、スポンジ５２ａ，５２ｂ、バイアス磁石５３ａ，５３ｂ、駆動コイル５４、振動伝達体５５、および例えば４つのスプリング５６，５６・・を備えて構成されている。柱状磁歪素子５１は、軸線方向に沿った方向に磁界が加えられることによって軸線方向に伸縮して、磁界変動を機械的な振動に変換する素子として機能する。また、柱状磁歪素子５１は、一例として、磁界中において軸線方向に対して１５００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ以下程度の大変位を生じるＴｂ０．３４−Ｄｙ０．６６−Ｆｅ１．９０を中心組成とする超磁歪材料で形成されている。なお、柱状磁歪素子５１における仕切り板２２側の一端が、本発明における固定端に相当し、振動伝達体５５側の他端が、本発明における自由端に相当する。

スポンジ５２ａ，５２ｂは、本発明における弾性部材に相当し、所定圧力が加わるまでは弾性体として機能する。一方、所定圧力以上の外力が加わった際には、スポンジ５２ａ，５２ｂは、殆ど弾性体として機能しないで、振動は伝えるものの、端面に集中する応力を吸収可能な程度の硬さを有する非弾性板体として機能する。この場合、スポンジ５２ａは、その一端面が柱状磁歪素子５１における上部筐体２ａ側の端面（本発明における柱状磁歪素子の一方の端面に相当する）に当接し、かつその他端面がバイアス磁石５３ａに当接可能な状態で配設されている。また、スポンジ５２ｂは、その一端面が柱状磁歪素子５１における振動伝達体５５側の端面（本発明における柱状磁歪素子の一方の端面に相当する）に対して当接し、かつその他端面がバイアス磁石５３ｂに当接可能な状態で配設されている。

バイアス磁石５３ａは、上記したように、スポンジ５２ａの他端面に当接可能な状態でスポンジ５２ａおよび仕切り板２２の間に配設され、バイアス磁石５３ｂは、スポンジ５２ｂの他端面に当接可能な状態でスポンジ５２ｂおよび後述するフランジ５５ａの間に配設されている。この場合、バイアス磁石５３ａ，５３ｂは、軸線方向の磁界の変動に対してほぼリニアに伸縮（振動）する動作点で柱状磁歪素子５１を作動可能にバイアス磁界を印加する。したがって、柱状磁歪素子５１は、バイアス磁界の印加により、ほぼリニアに伸縮する動作点に相当する長さまで伸長している。駆動コイル５４は、本発明における磁界生成部に相当し、図１，２に示すように、その中心軸が柱状磁歪素子５１の中心軸と同軸となるようにして配設されている。また、駆動コイル５４は、図２に示すように、接続ケーブルを介して音響信号増幅部３から駆動電流を入力して、その軸線上（柱状磁歪素子５１の軸線上）に磁界を発生させる。

振動伝達体５５は、図１に示すように、円板状のフランジ５５ａ、軸５５ｂおよび先端当接部５５ｃを備えて一体に構成されている。フランジ５５ａは、同図に示すように、その上端面で磁石５３ｂに当接し、その下端面でスプリング５６，５６・・に当接する。各スプリング５６は、同図に示すように、一端がフランジ５５ａに当接させられると共に他端が下部筐体２ｂの内壁に当接させられて、かつフランジ５５ａを柱状磁歪素子５１側に付勢するように縮められた状態で、下部筐体２ｂの内部空間に配設されている。軸５５ｂは、その先端面に先端当接部５５ｃが固定されて、フランジ５５ａの振動を先端当接部５５ｃに伝達する。先端当接部５５ｃは、同図に示すように、一例として、先端側が半球体状に形成されて、板体７（本発明における対象物）に押し当てられた際には、振動伝達体５５の振動を板体７に伝達する。したがって、同図に示すように、スプリング５６によってフランジ５５ａが付勢されることにより、フランジ５５ａ、バイアス磁石５３ｂ、スポンジ５２ｂ、柱状磁歪素子５１、スポンジ５２ａおよびバイアス磁石５３ａが一体的に連結されると共に、振動伝達体５５が、その軸線方向に沿って進退可能（振動可能）な状態に維持されている。この結果、振動伝達体５５は、柱状磁歪素子５１が伸長した際には、仕切り板２２から遠ざかる方向に移動し、柱状磁歪素子５１が縮小した際には、仕切り板２２に近づく方向に移動する。この結果、振動伝達体５５（フランジ５５ａ）は、柱状磁歪素子５１の伸縮に応じて、その伸縮方向に沿った方向で振動する。

次に、ペンシル型スピーカ１の全体的な動作について説明する。

この、ペンシル型スピーカ１では、音響信号増幅部３は、音響信号ケーブル６を介して外部から入力した音響信号を増幅して駆動電流を駆動コイル５４に供給する。この際に、駆動コイル５４は、供給された駆動電流に基づいて生成した磁界を柱状磁歪素子５１に印加する。このため、柱状磁歪素子５１は、印加された磁界に応じて軸線方向に伸縮する。この際に、スポンジ５２ａ，５２ｂが弾性を保持し得る限界よりも縮むように所定圧力で先端当接部５５ｃを板体７に押し付けたときには、仕切り板２２がストッパ（つまり、人の手およびペンシル型スピーカ１の重量と共に慣性質量）として機能することにより、スポンジ５２ａ，５２ｂは、縮んだ状態となって上記したように非弾性板体として機能する。したがって、この際には、柱状磁歪素子５１の伸縮による振動が、スポンジ５２ｂ、バイアス磁石５３ｂ、フランジ５５ａ、軸５５ｂおよび先端当接部５５ｃを介して板体７に伝達される。この状態では、板体７が振動することによって、外部から入力した音響信号が十分に聴取可能な音として板体７から出力される。

また、このペンシル型スピーカ１では、バイアス磁石５３ａ，５３ｂによってバイアス磁界が印加されることにより、柱状磁歪素子５１が、ほぼリニアに伸縮可能な長さまで伸長（変位）させられている。この場合、柱状磁歪素子５１は、その端面縁部に近い部分の変位が中心部の変位よりも大きいため、その端面がすり鉢状の形状に変化している。この状態において、駆動電流に基づいて生成された磁界が柱状磁歪素子５１に印加されたときには、柱状磁歪素子５１は、印加された磁界に応じて軸線方向に伸縮する。この場合、柱状磁歪素子５１の端面は、印加された磁界が順方向に大きいほどすり鉢が深くなる形状に変化し、印加された磁界が逆方向に大きいほどすり鉢が浅くなる形状に変化する。したがって、柱状磁歪素子５１の端面は、浅い深いが変化するものの常にすり鉢の形状を維持している。この結果、柱状磁歪素子５１では、その両端面に硬質かつ平面の部材が当接しているときには、その伸長による応力の殆どがその端面縁部に集中することとなる。一方、このペンシル型スピーカ１では、柱状磁歪素子５１の両端面に配設されているスポンジ５２ａ，５２ｂが、柱状磁歪素子５１の両端面における縁部に集中している応力を十分に吸収する。したがって、このペンシル型スピーカ１によれば、柱状磁歪素子５１の端面縁部に対する応力の集中に起因する柱状磁歪素子５１の破損の発生を回避することができる。また、たとえ破損が発生したときであっても、その破損の程度を軽減することができる。

また、柱状磁歪素子５１の端面にゴミ等の異物が付着しているときには、柱状磁歪素子５１の伸長による応力が異物の付着している部分や端面の微少な凹凸に集中することになる。一方、このペンシル型スピーカ１では、柱状磁歪素子５１の両端面に配設されているスポンジ５２ａ，５２ｂが、異物の付着している部分や端面の微少な凹凸に集中している応力を吸収する。したがって、異物の付着や端面における微少な凹凸の存在に起因する柱状磁歪素子５１の破損の発生を回避することができる。また、たとえ破損が発生したときであっても、その破損の程度を軽減することができる。

また、落下等によって先端当接部５５ｃに外力が加わったときには、柱状磁歪素子５１の端面にその外力が集中して柱状磁歪素子５１が破損することがある。一方、このペンシル型スピーカ１では、柱状磁歪素子５１の両端面に配設されているスポンジ５２ａ，５２ｂが、その外力を吸収する。したがって、落下等に起因する柱状磁歪素子５１の破損の発生を回避することができる。また、たとえ破損が発生したときであっても、その破損の程度を軽減することができる。

なお、本発明は、上記した構成に限定されない。例えば、上記の構成では、スポンジ５２ａ，５２ｂの２つを配設した構成について説明したが、スポンジ５２ａ，５２ｂのいずれか一方のみを配設する構成を採用することもでき、この構成であっても、応力や外力の集中に起因する柱状磁歪素子５１の破損を回避することができる。また、破損が発生したときであっても、その破損の程度を軽減することができる。

また、バイアス磁石５３ａ，５３ｂを配設した構成について上記したが、バイアス磁石５３ａ，５３ｂを配設せずに、柱状磁歪素子５１の少なくともいずれか一方の端面に当接可能にスポンジ５２ａ，５２ｂの少なくとも一方を配設する構成を採用することもできる。この構成であっても、応力や外力の集中に起因する柱状磁歪素子５１の破損を回避することができる。また、破損が発生したときであっても、その破損の程度を軽減することができる。

また、本発明に係る弾性部材としてスポンジ５２ａ，５２ｂを採用した構成について上記したが、スポンジに代えて、ゴム等を用いる構成を採用することもできる。この構成であっても、柱状磁歪素子５１の応力や外力の集中に起因する柱状磁歪素子５１の破損を回避することができる。また、破損が発生したときであっても、その破損の程度を軽減することができる。

また、柱状磁歪素子５１を１つ配設した構成のペンシル型スピーカ１について上記したが、柱状磁歪素子５１の数は１つに限定されず、複数配設することもできる。また、この構成において、各柱状磁歪素子５１，５１の間にバイアス磁石やスポンジを適宜配設してもよいのは勿論である。

さらに、本発明に係るアクチュエータをペンシル型スピーカ１に適用した例について上記したが、ペンシル型スピーカ等の音響機器への適用に限定されず、対象物を駆動するもの広く一般に適用することができる。

ペンシル型スピーカ１の構成を示す断面図である。ペンシル型スピーカ１の電気回路を示すブロック図である。

符号の説明

１ペンシル型スピーカ
２２仕切り板
５１柱状磁歪素子
５４駆動コイル
５５振動伝達体
５２ａ，５２ｂスポンジ

Claims

一端が固定端に規定されると共に他端が自由端に規定されて軸線方向に沿って伸縮する柱状磁歪素子と、駆動電流によって前記柱状磁歪素子を伸縮させる磁界を生成する磁界発生部と、前記柱状磁歪素子の少なくとも一方の端面に配設された弾性部材とを備え、前記柱状磁歪素子の伸縮によって対象物を駆動可能に構成されているアクチュエータ。
前記弾性部材は、前記柱状磁歪素子の両端面に配設されている請求項１記載のアクチュエータ。