JP2005210609A - Actuator - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an actuator using a magnetostrictive element.
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(骨導式音声伝達装置)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、柱状磁歪素子を駆動する際の磁気回路を構成する円板状磁性体および磁性部材とを備えている。この場合、この柱状磁歪素子は、一方の端部が円板状磁性体に当接し、かつ他方の端部が磁性部材の端部に当接するようにして配設されている。また、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。 As this type of actuator, an actuator (bone-conducting sound transmission device) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-261797 is known. This actuator includes a columnar magnetostrictive element, a drive coil wound around a bobbin around the columnar magnetostrictive element, and a disk-shaped magnetic body and a magnetic member that constitute a magnetic circuit when driving the columnar magnetostrictive element. ing. In this case, the columnar magnetostrictive element is disposed such that one end thereof is in contact with the disk-shaped magnetic body and the other end is in contact with the end of the magnetic member. The magnetic member has a flange, and an elastic member is inserted between the flange and the case. Therefore, the magnetic member is biased toward the columnar magnetostrictive element by the inserted elastic member, so that the magnetic member is maintained in a state of being able to advance and retract in a direction along the vibration direction of the columnar magnetostrictive element. As a result, the disk-shaped magnetic body, the columnar magnetostrictive element, and the magnetic member are integrally connected in a state that allows vibration of the columnar magnetostrictive element.
このアクチュエータでは、音響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し、円板状磁性体および磁性部材が柱状磁歪素子に磁束を集める磁気回路として機能する。この際に、柱状磁歪素子は、生成された磁界が印加されることで、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当てることにより、その振動が振動体に伝達されて、その振動体から音が出力される。
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、駆動コイルに通電している状態では、磁性部材によって磁気回路が構成されている。この場合、磁性部材の先端部分は、振動体に対する押し当てが可能となるようにケースから露出させられている。このため、磁性部材の先端部分が物品と接触し易い構成となっている結果、駆動コイルに通電している状態では、磁性部材を介してアクチュエータの外部に磁束が漏れ出し易くなっている。したがって、この磁性部材の先端部近傍に磁気カードや磁気テープなどの磁気に弱い物品があるときには、この漏れ出た磁束によって磁気情報が破壊されてしまうおそれがあるため、この磁束漏れを改善するのが好ましい。 However, this actuator has the following problems. That is, in this actuator, when the drive coil is energized, a magnetic circuit is constituted by the magnetic member. In this case, the tip portion of the magnetic member is exposed from the case so that it can be pressed against the vibrating body. For this reason, as a result of the structure in which the tip portion of the magnetic member is easily in contact with the article, the magnetic flux easily leaks to the outside of the actuator through the magnetic member when the drive coil is energized. Therefore, when there is a magnetically weak article such as a magnetic card or magnetic tape near the tip of the magnetic member, magnetic information may be destroyed by the leaked magnetic flux. Is preferred.
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、漏れ磁束を低減し得るアクチュエータを提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem to be solved, and a main object of the present invention is to provide an actuator capable of reducing leakage magnetic flux.
上記目的を達成すべく本発明に係るアクチュエータは、非磁性体のケースと、一端側にストッパが配設されて当該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、音響信号に基づく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生成部と、本体部に連結された先端当接部が振動対象体に当接して前記柱状磁歪素子の伸縮による振動を当該振動対象体に伝達可能に前記柱状磁歪素子の前記他端側に配設された振動伝達体と、前記軸線方向における前記柱状磁歪素子および前記振動伝達体における前記先端当接部の間に配設されたヨーク部とを備え、前記柱状磁歪素子、前記磁界生成部、および前記ヨーク部は前記ケース内に配設され、少なくとも前記振動伝達体の前記先端当接部は非磁性体で形成されているアクチュエータ。 In order to achieve the above object, an actuator according to the present invention includes a non-magnetic case, a stopper disposed on one end side, the one end defined as a fixed end, and the other end defined as a free end. A columnar magnetostrictive element that expands and contracts along a magnetic field, a magnetic field generation unit that generates a magnetic field that expands and contracts the columnar magnetostrictive element by a drive current based on an acoustic signal, and a tip contact part that is connected to the main body part abuts against the vibration object. A vibration transmitting body disposed on the other end side of the columnar magnetostrictive element so that vibration due to expansion and contraction of the columnar magnetostrictive element can be transmitted to the vibration target body, and the columnar magnetostrictive element and the vibration transmitting body in the axial direction. A yoke portion disposed between the tip abutting portions, and the columnar magnetostrictive element, the magnetic field generating portion, and the yoke portion are disposed in the case and at least in front of the vibration transmitting body. Actuator tip end abutting portion is formed of a non-magnetic material.
この場合、前記振動伝達体の前記本体部と前記ヨーク部を一体化して構成するのが好ましい。 In this case, it is preferable that the main body portion and the yoke portion of the vibration transmitting body are integrated.
また、前記振動伝達体の前記本体部に埋め込んだ強磁性体で前記ヨーク部を形成するのが好ましい。 Further, it is preferable that the yoke portion is formed of a ferromagnetic material embedded in the main body portion of the vibration transmitting body.
また、前記振動伝達体の前記本体部にメッキした強磁性体で前記ヨーク部を形成するのが好ましい。 Preferably, the yoke portion is formed of a ferromagnetic material plated on the main body portion of the vibration transmitting body.
本発明に係るアクチュエータによれば、柱状磁歪素子、磁界生成部、およびヨーク部を非磁性体のケース内に配設したことにより、磁気回路を構成する各部が非磁性体で覆われるため、ケースからの漏れ磁束を十分に低減することができる。また、少なくとも振動伝達体の先端当接部を非磁性体で形成したことにより、先端当接部が磁気回路から遠ざかるため、先端当接部からの漏れ磁束を十分に低減することができる。したがって、アクチュエータの先端当接部を磁気に弱い物品に近づけたとしても、磁気情報の破壊を有効に防止することができる。 According to the actuator of the present invention, since the columnar magnetostrictive element, the magnetic field generating unit, and the yoke unit are arranged in the nonmagnetic case, each part constituting the magnetic circuit is covered with the nonmagnetic material. The leakage magnetic flux from can be sufficiently reduced. Further, since at least the tip contact portion of the vibration transmitting body is made of a non-magnetic material, the tip contact portion moves away from the magnetic circuit, so that the leakage magnetic flux from the tip contact portion can be sufficiently reduced. Therefore, even if the tip contact portion of the actuator is brought close to an article that is weak against magnetism, destruction of magnetic information can be effectively prevented.
また、本発明に係るアクチュエータによれば、振動伝達体の本体部とヨーク部とを一体化して構成したことにより、部品数を低減することができるため、組立て時間を十分に低減することができ、ひいてはアクチュエータの製造コストを十分に低減することができる。 Further, according to the actuator according to the present invention, since the body portion and the yoke portion of the vibration transmitting body are integrated, the number of parts can be reduced, so that the assembly time can be sufficiently reduced. As a result, the manufacturing cost of the actuator can be sufficiently reduced.
また、振動伝達体の本体部に強磁性体を埋め込んでヨーク部を形成したことにより、ヨーク部を別体に構成した振動伝達体やヨーク部を本体部に埋め込まないで一体化した振動伝達体と比較して、振動伝達体の長さを十分に短縮することができるため、アクチュエータを十分に小形化することができる。この場合、ヨーク部から振動伝達体の先端当接部を一層遠ざけるためには、本体部における柱状磁歪素子側の端面にヨーク部を形成するのが好ましい。 Also, by forming a yoke part by embedding a ferromagnetic body in the main body part of the vibration transmission body, a vibration transmission body in which the yoke part is configured separately or a vibration transmission body integrated without embedding the yoke part in the main body part Compared to the above, the length of the vibration transmitting body can be sufficiently shortened, so that the actuator can be sufficiently downsized. In this case, in order to further move the tip contact portion of the vibration transmitting body away from the yoke portion, it is preferable to form the yoke portion on the end surface of the main body portion on the columnar magnetostrictive element side.
また、振動伝達体の本体部にメッキした強磁性体でヨーク部を形成したことにより、ヨーク部を薄く形成することができるため、ヨーク部を本体部に埋め込む構成と比較して、小形化および軽量化を実現することができる。この場合、ヨーク部から振動伝達体の先端当接部を一層遠ざけるためには、本体部における柱状磁歪素子側の端面にヨーク部を形成するのが好ましい。 In addition, since the yoke part is formed of a ferromagnetic material plated on the main body part of the vibration transmitting body, the yoke part can be formed thin, so that the size and size can be reduced compared to the structure in which the yoke part is embedded in the main body part. Weight reduction can be realized. In this case, in order to further move the tip contact portion of the vibration transmitting body away from the yoke portion, it is preferable to form the yoke portion on the end surface of the main body portion on the columnar magnetostrictive element side.
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。 Hereinafter, the best mode of an actuator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
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。
First, the configuration of the
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(本発明におけるケース)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8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、それぞれ本発明における非磁性体としての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(本発明におけるストッパ)22が固定されている。
As shown in FIG. 1, the pencil-
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7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後述する駆動コイル53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7のジャック71を挿入可能なプラグとして構成されている。
As shown in FIG. 2, the acoustic
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the power supply unit 4 includes, for example, three
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、バイアス磁石52a,52b、駆動コイル53、振動伝達体54、および例えば4つのスプリング58,58・・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54側の他端が、本発明における自由端に相当する。バイアス磁石52aは、その一端面が柱状磁歪素子51における上部筐体2a側の端面に対して当接し、かつその他端面が仕切り板22に当接可能な状態で固定(配設)されている。また、バイアス磁石52bは、その一端面が柱状磁歪素子51における振動伝達体54側の端面に対して当接し、かつその他端面が振動伝達体54のフランジ55(図1参照)に当接可能な状態で固定(配設)されている。この場合、バイアス磁石52a,52b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。
The
駆動コイル53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53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。
The
振動伝達体54は、図1に示すように、円板状のフランジ55、円柱状の軸56、および先端当接部57を備えて構成されている。フランジ55および軸56は、両者が相俟って本発明における振動伝達体の本体部を構成し、同図に示すように、一例として、フランジ55と軸56とが非磁性体の真鍮によって一体に形成されている。この場合、フランジ55には、一例として、図3に示すように、直径が柱状磁歪素子51の直径とほぼ同程度で深さが約2mmの凹部60がバイアス磁石52b側の上端面における中央部に形成されると共に、凹部60と同じ形状(相補的形状)に形成された強磁性体(一例として鉄)のヨーク部59がその凹部60に埋め込まれている。ヨーク部59は、高い透磁率を有するため、柱状磁歪素子51、バイアス磁石52a,52bおよび駆動コイル53と共に磁気回路を構成して、駆動コイル53によって生成される磁束を集めて柱状磁歪素子51に対してより均一にしかもより多く印加させる。また、フランジ55、軸56および先端当接部57は、非磁性体で形成されている。したがって、先端当接部57などをヨーク部として強磁性体で形成する構成と比較して、先端当接部57と磁気回路との間の距離が長くなるため、先端当接部57を介しての外部への漏れ磁束が低減されている。
As shown in FIG. 1, the
また、フランジ55は、図1に示すように、ヨーク部59が埋め込まれた上端面でバイアス磁石52bに当接し、その下端面でスプリング58,58・・に当接する。各スプリング58は、同図に示すように、一端がフランジ55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55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56は、その先端面に先端当接部57が固定されて、フランジ55の振動を先端当接部57に伝達する。先端当接部57は、同図に示すように、一例として、非磁性体の合成樹脂によって先端側が半球体状に形成されて、板体8に押し当てられた際には、振動伝達体54の振動を板体8に伝達する。したがって、同図に示すように、スプリング58によってフランジ55が付勢されることにより、フランジ55、バイアス磁石52b、柱状磁歪素子51、およびバイアス磁石52aが一体的に連結されると共に、振動伝達体54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。このため、振動伝達体54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54(フランジ55)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。
1, the
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。
Next, the overall operation of the
このペンシル型スピーカ1では、音響信号増幅部3が、音響信号ケーブル7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53に供給する。この場合、駆動コイル53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。この際に、ヨーク部59の透磁率が高いため、駆動コイル53によって生成された磁束がヨーク部59に集められる結果、より多くの磁束がより均一な状態で柱状磁歪素子51に印加される。このため、柱状磁歪素子51は、印加された磁界(磁束)に応じて軸線方向に伸縮する。この際に、ヨーク部59から主として先端当接部57側に向かう漏れ磁束が発生する。一方、このペンシル型スピーカ1では、ヨーク部59から先端当接部57までの距離が長く、しかも、フランジ55、軸56および先端当接部57が非磁性体で形成されている。したがって、先端当接部57からペンシル型スピーカ1の外部への漏れ磁束が十分に低減される。この結果、先端当接部57に磁気カードや磁気テープなどの磁気に弱い物品を近づけたとしても、磁気情報などの破壊が有効に防止される。
In the
一方、先端当接部57を板体8に押し当てたときには、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。このため、柱状磁歪素子51の伸縮による振動がバイアス磁石52b、フランジ55、軸56および先端当接部57を介して板体8に伝達される。この場合、板体8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8から出力される。
On the other hand, when the
このように、このペンシル型スピーカ1によれば、柱状磁歪素子51、駆動コイル53、およびヨーク部59を非磁性体の筐体部2内に配設したことにより、磁気回路を構成する各部が非磁性体で覆われるため、筐体部2からの漏れ磁束を十分に低減することができる。また、振動伝達体54の先端当接部57を非磁性体で形成したことにより、先端当接部57が磁気回路から遠ざかるため、先端当接部57からの漏れ磁束を十分に低減することができる。したがって、ペンシル型スピーカ1の先端当接部57を磁気に弱い物品に近づけたとしても、磁気情報の破壊を有効に防止することができる。
As described above, according to the
また、このペンシル型スピーカ1によれば、振動伝達体54のフランジ55とヨーク部59を一体化して構成したことにより、ペンシル型スピーカ1の部品数を低減することができるため、その組立て時間を十分に低減することができる結果、ペンシル型スピーカ1の製造コストを十分に低減することができる。加えて、振動伝達体54のフランジ55に強磁性体を埋め込んでヨーク部59を形成したことにより、ヨーク部を別体に構成した振動伝達体やヨーク部を本体部に埋め込まないで一体化した振動伝達体と比較して、振動伝達体54の長さを十分に短縮することができるため、ペンシル型スピーカ1を十分に小形化することができる。
Moreover, according to this
なお、本発明は、上記した構成に限定されない。例えば、フランジ55にヨーク部59を埋め込んだ構成について上記したが、図1,4に示すペンシル型スピーカ1Aにおける振動伝達体54A(フランジ55A)のように、フランジ55およびヨーク部59に代えて、非磁性体の真鍮で形成されたフランジ55Aにおけるバイアス磁石52b側の端面に強磁性体(一例としてニッケル)をメッキしてヨーク部61を形成する構成を採用することもできる。この場合、ペンシル型スピーカ1Aは、フランジ55Aの上端面にニッケルメッキでヨーク部61が形成されている点を除いて、ペンシル型スピーカ1と同様に構成されている。したがって、基本的な構成や動作自体はペンシル型スピーカ1と同様のため、同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、フランジ55Aおよび軸56は、一例として、円板状のフランジ55Aと円柱状の軸56とが非磁性体の真鍮によって一体に形成されている。
The present invention is not limited to the configuration described above. For example, the configuration in which the
このペンシル型スピーカ1Aによれば、ヨーク部61をフランジ55Aにメッキして形成したことにより、ヨーク部61を薄く形成することができるため、ヨーク部59を埋め込む構成と比較して、小形化および軽量化を実現することができる。
According to this pencil-
なお、ペンシル型スピーカ1,1Aとして、ヨーク部59,61をフランジ55,55Aの柱状磁歪素子51側の端面に一体に形成した構成について上記したが、ヨーク部59,61を軸56における先端当接部57側の端面に軸56と一体に形成する構成を採用することもできる。また、柱状磁歪素子51の振動伝達体54側にのみヨーク部59(または61)を配設した構成について上記したが、柱状磁歪素子51の両端にヨーク部を配設する構成を採用することもできる。また、フランジ55および軸56のいずれか一方または双方の内部にヨーク部59を配設する構成を採用することもできる。これらの構成であっても、先端当接部57からの漏れ磁束を十分に低減することができる。さらに、バイアス磁石52a,52bの双方を配設した構成について上記したが、バイアス磁石52a,52bの一方のみを配設する構成を採用することもできる。
In addition, as the
また、ペンシル型スピーカ1として、ヨーク部59をフランジ55と一体に形成して、バイアス磁石52bをフランジ55と別体に形成した構成について上記したが、ヨーク部59およびバイアス磁石52bの双方をフランジ55に埋め込んで一体化させる構成を採用することもできる。この構成によれば、ペンシル型スピーカ1を一層小形化することができる。
Further, as the
さらに、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を適宜配設してもよい。
Furthermore, although the
また、本発明に係るアクチュエータを音響機器に適用したペンシル型スピーカ1,1Aについて上記したが、本発明に係るアクチュエータは、音響機器に限らず振動を伝達させる各種機器に適用することができる。
Moreover, although the pencil-
1,1A ペンシル型スピーカ
5 振動変換部
51 柱状磁歪素子
53 駆動コイル
54,54A 振動伝達体
55,55A フランジ
56 軸
57 先端当接部
59,61 ヨーク部
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---|---|---|---|
JP2004017228A JP2005210609A (en) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | Actuator |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101614380B1 (en) | 2015-12-07 | 2016-05-02 | 민동훈 | Bone-Conduction Type Hearing Aid Device Having Self Tuning Function |
-
2004
- 2004-01-26 JP JP2004017228A patent/JP2005210609A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101614380B1 (en) | 2015-12-07 | 2016-05-02 | 민동훈 | Bone-Conduction Type Hearing Aid Device Having Self Tuning Function |
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Legal Events
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Effective date: 20061023 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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