JP2005253129A

JP2005253129A - 超磁歪アクチュエータ

Info

Publication number: JP2005253129A
Application number: JP2004056139A
Authority: JP
Inventors: Toshio Chamura; 俊夫茶村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】超磁歪アクチュエータのシャフトにかかる抵抗を低減する。
【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、シャフト１３の軸方向とは異なる方向への動きを制限するガイド部１５ａとを備える。ガイド部１５ａには、シャフト１３との接触時における摩擦を低減する潤滑部材１８が設けられており、これによりシャフト１３の本体部１３ａがガイド部１５ａに接触した場合であっても、接触時の摩擦抵抗は非常に小さい。これにより、シャフト１３にかかる抵抗を低減しつつ、シャフト１３を正しい位置に保持することが可能となる。
【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。例えば、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（超磁歪アクチュエータ）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、シャフトが軸方向とは異なる方向へ動かないよう位置決めするためには、何らかの方法でシャフトを支持する必要があるが、特許文献１に記載された超磁歪アクチュエータでは、筒状の部材を用いてシャフトを摺接支持する代わりに、複数の円板状スプリングを用いることによってシャフトを懸架し、これによりシャフトを無摺動状態で変位可能としている。
特開平１０−１４５８９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された超磁歪アクチュエータはシャフトの懸架に用いる部品の点数が多く、構造が複雑であることから、製品のコストが高くなりやすいという問題がある。しかも、シャフトが複数の円板状スプリングによって懸架されていることから、これら円板状スプリングが軸方向への変位に対する負荷となるおそれもある。

したがって、本発明の目的は、比較的簡単な構造により、シャフトにかかる抵抗を低減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方向とは異なる方向への動きを制限するガイド部とを備え、前記ガイド部及び前記シャフトの少なくとも一方には、これらの接触時における摩擦を低減する潤滑部材が設けられていることを特徴とする。本発明によれば、ガイド部とシャフトの接触部分に潤滑部材が設けられていることから、接触時の摩擦抵抗を小さくすることができる。つまり、シャフトにかかる抵抗を低減しつつ、シャフトを正しい位置に保持することが可能となる。

本発明において、前記ガイド部は前記シャフトが貫入される筒型形状を有していることが好ましく、前記潤滑部材は前記ガイド部の内面及び／又は前記シャフトの外面に設けられていることが好ましい。これによれば、接触時にガイド部又はシャフトを確実に潤滑部材に接触させることが可能となる。

また、本発明において、前記ガイド部の内面と前記シャフトの外面との距離が不均一であることが好ましい。これによれば、ガイド部とシャフトが点接触することから、シャフトにかかる抵抗をよりいっそう低減することが可能となる。この場合、ガイド部の内径が軸方向に不均一であっても構わないし、ガイド部に貫入されている部分におけるシャフトの外径が軸方向に不均一であっても構わない。

このように、本発明による超磁歪アクチュエータでは、ガイド部とシャフトの接触部分に潤滑部材が設けられていることから、接触時の摩擦抵抗を小さくすることができる。これにより、シャフトにかかる抵抗を低減しつつ、シャフトを正しい位置に保持することが可能となることから、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のように、ガイド部とシャフトが接触した状態で使用される可能性のある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。

筐体１５の先端は、シャフト１３に対するガイド部１５ａを構成しており、これによりシャフト１３は軸方向とは異なる方向への動きが制限され、常に正しい位置に保持される。ガイド部１５ａは、シャフト１３の本体部１３ａが貫入される筒型形状を有しており、その内面には、シャフト１３との接触時における摩擦を低減する潤滑部材１８が設けられている。潤滑部材１８はガイド部１５ａの一部を構成しており、その材料としては、ＰＯＭ（ポリアセタールメタクリルやフッ素系樹脂）など潤滑性の高い材料を用いる必要がある。具体的な摩擦抵抗値については特に限定されないが、少なくとも、潤滑部材１８以外の部分におけるガイド部１５ａとシャフト１３とが直接接触した場合の摩擦抵抗値よりも低い必要がある。これにより、シャフト１３が軸方向とは異なる方向へ動いたとしても、シャフト１３の本体部１３ａは潤滑部材１８と接触することから、接触時の摩擦抵抗を小さくすることができる。つまり、非常に簡単な構造により、シャフト１３にかかる抵抗を低減しつつ、シャフト１３を正しい位置に保持することが可能となる。

尚、筐体１５自体を潤滑部材によって構成すれば、本実施形態と同じ効果が得られるが、筐体に求められる各種特性（機械的強度など）を潤滑部材によって満足させることは困難であり、また、大幅なコスト増をもたらすおそれがある。これに対し、本実施形態では、ガイド部１５ａに潤滑部材１８を部分的に設けていることから、このような問題が生じることはない。

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２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。

ここで、潤滑部材１８の形状として、内径が軸方向に均一な筒型形状ではなく、内径が軸方向に不均一な筒型形状とすれば、ガイド部１５ａの内面（本実施形態では潤滑部材１８の内面）とシャフト１３の外面との距離が不均一となり、その結果、シャフト１３と潤滑部材１８との接触が点接触となることから、接触時の摩擦抵抗をよりいっそう小さくすることが可能となる。ここで、ガイド部１５ａの内面とシャフト１３の外面との「距離」とは、シャフト１３の軸とは垂直な方向におけるこれらの距離を指す。

潤滑部材１８の内径を軸方向に不均一とするためには、例えば、図３に示すように潤滑部材１８の内面に凸型の曲面１８ａを設けたり、図４に示すように潤滑部材１８の内面に複数の凸型曲面１８ｂを設けたり、図５に示すように潤滑部材１８の内面にくさび状の突起１８ｃを設けたり、図６に示すように潤滑部材１８の内面に多数の突起１８ｄを設けたり、図７に示すように潤滑部材１８の内面をシャフト１３の軸とは不平行なホーン形状とすればよい。また、潤滑部材１８の内面を円周方向に同じ形状とするのではなく、軸方向から見た断面図である図８に示すように、突起状の潤滑部材１８を部分的に複数設けても構わない。

図９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、ガイド部１５ａに潤滑部材を設けるのではなく、シャフト１３の本体部１３ａのうち、ガイド部１５ａに貫入されている部分の外面に潤滑部材２１を設けている点において、上記実施形態と相違している。本実施形態においては、シャフト１３が軸方向とは異なる方向へ動いたとしても、ガイド部１５ａが潤滑部材２１と接触することから、接触時の摩擦抵抗を小さくすることができる。

尚、シャフト１３自体を潤滑部材によって構成すれば、本実施形態と同じ効果が得られるが、シャフトに求められる各種特性（機械的強度など）を潤滑部材によって満足させることは困難であり、また、大幅なコスト増をもたらすおそれがある。これに対し、本実施形態では、シャフト１３に潤滑部材２１を部分的に設けていることから、このような問題が生じることはない。

ここで、潤滑部材２１の外径を軸方向に均一とするのではなく、外径を軸方向に不均一とすれば、ガイド部１５ａとシャフト１３の外面（本実施形態では潤滑部材２１の外面）との距離が不均一となり、その結果、ガイド部１５ａと潤滑部材２１との接触が点接触となることから、接触時の摩擦抵抗をよりいっそう小さくすることが可能となる。

潤滑部材２１の外径を軸方向に不均一とするためには、例えば、図１０に示すように潤滑部材２１の外面に凸型の曲面２１ａを設けたり、図１１に示すように潤滑部材２１の外面にくさび状の突起２１ｂを設ければよい。また、潤滑部材２１の外面を円周方向に同じ形状とするのではなく、軸方向から見た断面図である図１２に示すように、突起状の潤滑部材２１を部分的に複数設けても構わない。

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。

例えば、図１に示す超磁歪アクチュエータ１０では、ガイド部１５ａの内面に潤滑部材１８が設けられており、図９に示す超磁歪アクチュエータ２０では、シャフトの外面に潤滑部材２１が設けられているが、これらの両方に潤滑部材をそれぞれ設けることも可能である。

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。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。潤滑部材１８の内面に凸型の曲面１８ａを設けた例による筐体１５の部分断面図である。潤滑部材１８の内面に複数の曲面１８ｂを設けた例による筐体１５の部分断面図である。潤滑部材１８の内面にくさび状の突起１８ｃを設けた例による筐体１５の部分断面図である。潤滑部材１８の内面にくさび状の突起１８ｄを多数設けた例による筐体１５の部分断面図である。潤滑部材１８の内面をシャフト１３の軸とは不平行なホーン形状とした例による筐体１５の部分断面図である。ガイド部１５ａの内面に突起状の潤滑部材１８を部分的に複数設けた例によるガイド部１５ａ及びシャフト１３の略断面図である。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。潤滑部材２１の外面に凸型の曲面２１ａを設けた例によるシャフト１３の略断面図である。潤滑部材２１の外面にくさび状の突起２１ｂを設けた例によるシャフト１３の略断面図である。本体部１３ａの外面に突起状の潤滑部材２１を部分的に複数設けた例によるガイド部１５ａ及びシャフト１３の略断面図である。

符号の説明

１０，２０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
１４ヨーク
１５筐体
１５ａガイド部
１６ａ，１６ｂ永久磁石
１７スプリング
１８，２１潤滑部材
１８ａ，１８ｂ，２１ａ曲面
１８ｃ，１８ｄ，２１ｂ突起
１９振動板となる部材

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方向とは異なる方向への動きを制限するガイド部とを備え、前記ガイド部及び前記シャフトの少なくとも一方には、これらの接触時における摩擦を低減する潤滑部材が設けられていることを特徴とする超磁歪アクチュエータ。
前記ガイド部は前記シャフトが貫入される筒型形状を有しており、前記潤滑部材は、前記ガイド部の内面に設けら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。
前記ガイド部は前記シャフトが貫入される筒型形状を有しており、前記潤滑部材は、前記シャフトの外面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超磁歪アクチュエータ。
前記ガイド部の内面と前記シャフトの外面との距離が不均一であることを特徴とする請求項２又は３に記載の超磁歪アクチュエータ。