JP2005218058A

JP2005218058A - 超磁歪アクチュエータ

Info

Publication number: JP2005218058A
Application number: JP2004025947A
Authority: JP
Inventors: Toshio Chamura; 俊夫茶村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】シャフトに回転力が加えられた場合であっても超磁歪素子やコイルの破損を防止可能な超磁歪アクチュエータを提供する。
【解決手段】超磁歪素子１１と、超磁歪素子１１に磁界を印加するコイル１２と、磁界の印加に応じた超磁歪素子１１の伸縮によって軸方向に駆動されるシャフト１３と、これら各部材を収容する筐体１５とを備える。シャフト１３は、本体部１３ａ及び鍔部１３ｂを有しており、筐体１５には、鍔部１３ｂの外周形状に対応する係合部１５ａが形成されている。係合部１５ａの内径は鍔部１３ｂの外径よりも僅かに大きく設定されており、これにより、シャフト１３の軸方向の動きを阻害することなく、軸を中心としたシャフト１３の回転を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超磁歪素子を用いた超磁歪アクチュエータに関する。

磁界の印加に応じて伸縮する磁歪素子は古くから知られているが、これまでの磁歪素子は変位が小さく、このため実用的に使用されることはほとんどなかった。ところが近年、１５００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍといった非常に変位の大きな磁歪素子（超磁歪素子）が知られるようになり、現在、その様々な利用形態が提案されている。中でも、超磁歪素子が持つ応答性の高さや駆動力の大きさに注目して、これを音響スピーカの駆動部として利用するといった提案がいくつかなされている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載された超磁歪アクチュエータは、超磁歪素子の伸縮によって軸方向に駆動されるシャフト（ロッド）と、シャフトに固定された振動板を有しており、超磁歪素子が伸縮すると、シャフトを介して振動板が振動するよう構成されている。したがって、再生すべき音響信号に応じた磁界を超磁歪素子に印加すれば、超磁歪素子の伸縮が振動板に伝わり、音波に変換することが可能となる。この場合、超磁歪素子の伸縮をシャフトに正しく伝達するためには、シャフトを直接或いは間接的に超磁歪素子に押しつけておく必要がある。
特開平１０−１４５８９２号公報

しかしながら、超磁歪素子は一般に脆性であることから、超磁歪素子に軸方向以外の力を加えると超磁歪素子が破損するおそれが生じる。このため、例えば、外部からシャフトに回転力が加えられた場合、シャフトに押しつけられている超磁歪素子はその端部において破損する可能性があり、超磁歪アクチュエータの信頼性を損なう原因となり得る。しかも、超磁歪素子の周囲には磁界を印加するためのコイルが巻回されていることから、シャフトとコイルが接している場合には、シャフトに対して回転力が加えられるとコイルの端部にもダメージが加わるおそれがある。

このような問題は、特許文献１に記載された超磁歪アクチュエータのように、シャフトと振動板が固定されている場合にはそれほど深刻ではないと考えられるが、シャフトに振動板が固定されておらず、ユーザが自らシャフトを何らかの部材に密着させ、この部材を振動板として利用するタイプの超磁歪アクチュエータでは、シャフトの先端が露出した状態となることから、シャフトに回転力が加わる危険性が非常に高くなる。

したがって、本発明の目的は、シャフトに回転力が加えられた場合であっても超磁歪素子やコイルの破損を効果的に防止することが可能な超磁歪アクチュエータを提供することである。

本発明による超磁歪アクチュエータは、超磁歪素子と、前記超磁歪素子に磁界を印加する磁界印加手段と、磁界の印加に応じた前記超磁歪素子の伸縮によって軸方向に駆動されるシャフトと、前記シャフトの前記軸を中心とした回転を防止する回転防止手段とを備えることを特徴とする。本発明によれば、回転防止手段によりシャフトの回転が防止されることから、シャフトに回転力が加えられた場合であっても超磁歪素子やコイル等の磁界印加手段の破損を防止することが可能となる。

本発明において、前記シャフトは、前記軸方向に延びる棒状の本体部と、前記本体部の前記超磁歪素子側の端部に設けられ、前記本体部よりも径の大きい鍔部とを含んでいることが好ましい。このような鍔部を設ければ、記超磁歪素子の伸縮を確実にシャフトに伝達することが可能となる。

この場合、前記鍔部の外周が非円形であり、前記回転防止手段が前記鍔部の外周形状に対応した係合部によって構成されていれば、鍔部と係合部との係合によってシャフトの回転を確実に防止することが可能となる。また、前記鍔部に貫通孔を設け、前記回転防止手段が前記貫通孔に挿入された回転防止ピンによって構成されていれば、鍔部と回転防止ピンとの係合によってシャフトの回転を確実に防止することが可能となる。

本発明において、前記シャフトは前記軸方向に延びその外周が非円形である棒状の本体部を含んでおり、前記回転防止手段が前記本体部の外周形状に対応した係合部によって構成されていることもまた好ましい。これによれば、鍔部と本体部との係合によってシャフトの回転を確実に防止することが可能となる。

このように、本発明による超磁歪アクチュエータでは、シャフトの回転が防止されていることから、外部からシャフトに回転力が加えられた場合であっても超磁歪素子やコイル等の磁界印加手段の破損を確実に防止することが可能となる。このため、超磁歪アクチュエータの信頼性を高めることが可能となり、特に、シャフトに振動板が固定されておらず、ユーザが自らシャフトの先端を何らかの部材に密着させ、この部材を振動板として利用するタイプの超磁歪アクチュエータ（超磁歪スピーカ）への適用が非常に効果的である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による超磁歪アクチュエータ１０の構造を示す略断面図である。

図１に示すように、本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０は、超磁歪素子１１と、超磁歪素子１１の周囲に巻回されたコイル１２と、超磁歪素子１１の端部１１ａ側に配置され、磁界の印加に応じた超磁歪素子１１の伸縮によって軸方向（図１に示すＸ方向）に駆動されるシャフト１３と、超磁歪素子１１の端部１１ｂ側に配置され、これを固定するヨーク１４と、これら各部材を収容する筐体１５とを備えている。

超磁歪素子１１は、磁界の印加に応じて伸縮する超磁歪材料によって構成された棒状体であり、使用する超磁歪材料としては、特に限定されるものではないがＴｂ_０．３４−Ｄｙ_０．６６−Ｆｅ_１．９０を中心組成とする超磁歪材料等を用いることができる。超磁歪素子のサイズについては、目的とする超磁歪アクチュエータ１０のサイズや出力に応じて適宜選択すれば良い。また、本実施形態においては、超磁歪素子１１の端部１１ａ，１１ｂにそれぞれ永久磁石１６ａ，１６ｂが配置されており、これによって超磁歪素子１１には常に磁気バイアスが印加されている。

シャフト１３は、棒状の本体部１３ａと、本体部１３ａの端部に設けられた鍔部１３ｂとを有している。本体部１３ａの軸は、超磁歪素子１１の軸とほぼ一致しており、その先端１３ｃは開放されている。鍔部１３ｂは、本体部１３ａよりも径が大きく、その端面１３ｄはスプリング１７の付勢により、少なくとも永久磁石１６ａを介して超磁歪素子１１に押しつけられている。これにより、再生すべき音響信号に応じた電流をコイル１２に流すと、磁界が超磁歪素子１１に印加され、磁界強度に応じた超磁歪素子１１の伸縮がシャフト１３の先端１３ｃに伝わることになる。シャフト１３の先端１３ｃには振動板が取り付けられておらず、ユーザ自らがシャフト１３の先端１３ｃを何らかの部材に密着させることにより、この部材を振動板とすることができる。つまり任意の部材を振動板とすることが可能となる。

図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。

図２に示すように、本実施形態ではシャフト１３の鍔部１３ｂの外周が四角形であり、また、超磁歪素子１１等を収容する筐体１５のうち、鍔部１３ｂに対応する部分には、鍔部１３ｂの外周形状に対応して内径が四角形とされた係合部１５ａが形成されている。係合部１５ａの内径は鍔部１３ｂの外径よりも僅かに大きく設定されており、これにより、シャフト１３の軸方向の動きを阻害することなく、軸を中心とした回転が確実に阻害される。したがって、例えばユーザが誤ってシャフト１３に回転力を加えた場合であっても、鍔部１３ｂと係合部１５ａの係合によりシャフト１３の回転が阻止されるので、超磁歪素子１１の破損を効果的に防止することが可能となる。また、シャフト１３とコイル１２が接している場合においては、コイル１２の破損を防止することも可能となる。

本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０は、筐体１５の内部に電池やアンプ等を内蔵することにより、携帯可能なペン型スピーカを構成することが可能である。このようなペン型スピーカは、図３に示すように、ユーザがシャフト１３の先端１３ｃを所望の部材１９に密着させることにより、この部材１９を振動板として音を発生させることができる。そして、シャフト１３の先端１３ｃを部材１９から離せば、振動板がなくなることから音をほぼ消すことが可能となる。

尚、シャフト１３の鍔部１３ｂの外周形状については四角形である必要はなく、例えば、図４に示すように六角形としても構わないし、図５に示すように複数の曲線によって構成しても構わないし、図６に示すように切り込み１３ｅを有する円形としても構わないし、図７に示すように突起１３ｆを有する円形としても構わない。さらに、図８に示すように楕円形としても構わない。すなわち、鍔部１３ｂの外周を非円形とし、係合部１５ａの内周形状を鍔部１３ｂの外周形状に対応した形状とすれば、本実施形態と同じ効果を得ることが可能となる。

また、係合部１５ａの内周形状の全部を鍔部１３ｂの外周形状に対応させる必要はなく、鍔部１３ｂと係合部１５ａとの係合によりシャフト１３の回転を阻止可能である限り、図１に示すＡ−Ａ線に沿った別の略断面図である図９に示すように、係合部１５ａの内周形状の一部のみを鍔部１３ｂの外周形状に対応させても構わない。さらに、係合部１５ａが筐体１５の一部である必要はなく、筐体１５に対して固定されている限り、図１０に示すように、係合部１５ａを筐体１５と別部品としても構わない。図１０には、別部品である係合部１５ａをネジ１５ｂによって筐体１５に固定した例が示されている。

図１１は、本発明の好ましい他の実施形態による超磁歪アクチュエータ２０の構造を示す略断面図である。

本実施形態による超磁歪アクチュエータ２０は、シャフト１３の回転防止を係合部１５ａによって行うのではなく、鍔部１３ｂの貫通孔２１に挿入された回転防止ピン２２によって行う点において、上記実施形態と相違している。すなわち、本実施形態において用いるシャフト１３は、図１２に示すように鍔部１３ｂの外周が円形であり、このため、上記実施形態の手法ではシャフト１３の回転を防止することができないが、本実施形態では鍔部１３ｂに貫通孔２１が設けられており、筐体１５に固定された回転防止ピン２２がこの貫通孔２１に挿入されている。これにより、上記実施形態と同様、シャフト１３の軸方向の動きを阻害することなく、軸を中心とした回転を防止することが可能となる。

尚、本実施形態において鍔部１３ｂの外周形状を円形とすることは必須でなく、任意の形状とすることが可能である。また、回転防止ピン２２が筐体１５と別部品である必要はなく、筐体１５の一部が回転防止ピン２２を構成していても構わない。

図１３は、本発明の好ましいさらに他の実施形態による超磁歪アクチュエータ３０の構造を示す略断面図である。

本実施形態による超磁歪アクチュエータ３０は、シャフト１３の回転防止を鍔部１３ｂの係合によって行うのではなく、本体部１３ａの係合によって行う点において、図１に示した実施形態と相違している。すなわち、本実施形態において用いるシャフト１３は、図１４に示すように鍔部１３ｂの外周が円形であり、このため、図１に示した実施形態の手法ではシャフト１３の回転を防止することができないが、本実施形態では本体部１３ａに突起３１が設けられており、この部分において本体部１３ａの外径が非円形とされている。また、筐体１５のうち突起３１に対応する部分には、本体部１３ａの外周形状に対応した係合部１５ａが形成されている。図１に示した実施形態と同様、係合部１５ａの内径は本体部１３ａのうち突起３１が設けられている部分の外径よりも僅かに大きく設定されており、これにより、シャフト１３の軸方向の動きを阻害することなく、軸を中心とした回転を防止することが可能となる。

また、本体部１３ａに突起３１を設けるのではなく、図１５に示すように、本体部１３ａの外周形状自体を非円形とし、筐体１５のうち本体部１３ａに対応する部分の少なくとも一部に、本体部１３ａの外周形状に対応した係合部１５ａを設けることによって回転を防止しても構わない。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

本発明の好ましい実施形態による超磁歪アクチュエータ１０の構造を示す略断面図である。図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。超磁歪アクチュエータ１０の使用例を説明するための模式図である。鍔部１３ｂの外周形状が六角形であるシャフト１３の略斜視図である。鍔部１３ｂの外周が複数の曲線によって構成されたシャフト１３の略斜視図である。鍔部１３ｂの外周に切り込み１３ｅが設けられたシャフト１３の略斜視図である。鍔部１３ｂの外周に突起１３ｆが設けられたシャフト１３の略斜視図である。鍔部１３ｂの外周形状が楕円形であるシャフト１３の略斜視図である。係合部１５ａの内周形状の一部のみを鍔部１３ｂの外周形状に対応させた例を示す略断面図である。係合部１５ａが筐体１５とは別部品である例を示す略断面図である。本発明の好ましい他の実施形態による超磁歪アクチュエータ２０の構造を示す略断面図である。鍔部１３ｂに貫通孔２１が設けられたシャフト１３の略斜視図である。本発明の好ましいさらに他の実施形態による超磁歪アクチュエータ３０の構造を示す略断面図である。本体部１３ａに突起３１が設けられたシャフト１３の略斜視図である。本体部１３ａの外周形状が四角形であるシャフト１３の略斜視図である。

符号の説明

１０，２０，３０超磁歪アクチュエータ
１１超磁歪素子
１１ａ，１１ｂ超磁歪素子の端部
１２コイル
１３シャフト
１３ａ本体部
１３ｂ鍔部
１３ｃ先端
１３ｄ端面
１３ｅ切り込み
１３ｆ突起
１４ヨーク
１５筐体
１５ａ係合部
１５ｂネジ
１６ａ，１６ｂ永久磁石
１７スプリング
１９振動板となる部材
２１貫通孔
２２回転防止ピン
３１突起

Claims

超磁歪素子と、前記超磁歪素子に磁界を印加する磁界印加手段と、磁界の印加に応じた前記超磁歪素子の伸縮によって軸方向に駆動されるシャフトと、前記シャフトの前記軸を中心とした回転を防止する回転防止手段とを備えることを特徴とする超磁歪アクチュエータ。
前記シャフトは、前記軸方向に延びる棒状の本体部と、前記本体部の前記超磁歪素子側の端部に設けられ、前記本体部よりも径の大きい鍔部とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の超磁歪アクチュエータ。
前記鍔部の外周が非円形であり、前記回転防止手段が前記鍔部の外周形状に対応した係合部によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超磁歪アクチュエータ。
前記鍔部には貫通孔が設けられており、前記回転防止手段が前記貫通孔に挿入された回転防止ピンによって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超磁歪アクチュエータ。
前記シャフトは、前記軸方向に延び、その外周が非円形である棒状の本体部を含んでおり、前記回転防止手段が前記本体部の外周形状に対応した係合部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超磁歪アクチュエータ。