JP2005253139A - 超磁歪アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルの巻線の破損を防止しつつ、超磁歪アクチュエータ全体を小型化・軽量化する。
【解決手段】 コイル１２と、コイル１２の中空部１２ａに挿入された超磁歪素子１１と、コイル１２と超磁歪素子１１との間に配置された保護部材１８とを備え、保護部材１８の外径ａ２がコイル１２の中空部１２ａの内径ａ１よりも小さい。これにより、保護部材１８によって超磁歪素子１１とコイル１２との接触が防止されることから、超磁歪素子１１の伸縮によってコイル１２の巻線が破損することがない。しかも、保護部材１８の外径ａ２がコイル１２の中空部１２ａの内径ａ１よりも小さいことから、いわゆるボビンのようにコイルを支える機械的強度が必要とされず、このため、比較的肉厚の薄い部材を用いることが可能となる。これにより、超磁歪アクチュエータ全体を小型化・軽量化することが可能となる。
【選択図】 図３

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）。

超磁歪アクチュエータは、中空部を有するコイルと、コイルの中空部に挿入された超磁歪素子によって構成され、コイルに交流信号を流すことによって超磁歪素子に磁界を印加し、これによる超磁歪素子の伸縮を駆動力として利用するものである。超磁歪アクチュエータにおいて用いられるコイルは、通常、中空部を有するボビンに巻回された状態で用いられ、ボビンの中空部に超磁歪素子が挿入される（特許文献２参照）。
特開平１０−１４５８９２号公報 特開平６−２２５７１号公報

しかしながら、ボビンにはある程度の機械的強度が求められることから、ボビンの肉厚をあまり薄くすることはできない。その結果、コイルの外径が大きくなってしまうばかりか、特許文献２にも記載されているように、通常のボビンは両端に鍔が設けられていることから、軸方向のサイズについても鍔の分だけ大きくなってしまう。このため、ボビンに巻回されたコイルを用いると、超磁歪アクチュエータ全体を小型化・軽量化することが困難であるという問題があった。

このような問題を解決するためには、ボビンを用いることなく巻線が一体化されたタイプのコイルを用いることが考えられるが、超磁歪アクチュエータではコイルの中空部に挿入される超磁歪素子が軸方向に伸縮することから、このようなタイプのコイルを用いると、摩擦によって巻線が破損するおそれが生じる。つまり、この場合には超磁歪アクチュエータの信頼性を低下させてしまうという問題があった。

したがって、本発明の目的は、コイルの巻線の破損を防止しつつ、全体を小型化・軽量化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、中空部を有するコイルと、前記コイルの前記中空部に挿入された超磁歪素子と、前記コイルと前記超磁歪素子との間に配置された保護部材とを備え、前記保護部材の外径が前記コイルの前記中空部の内径よりも小さいことを特徴とする。本発明によれば、保護部材によって超磁歪素子とコイルとの接触が防止されていることから、超磁歪素子の伸縮によってコイルの巻線が破損することがない。しかも、保護部材の外径がコイルの中空部の内径よりも小さいことから、いわゆるボビンのようにコイルを支える機械的強度が必要とされず、このため、比較的肉厚の薄い部材を用いることが可能となる。これにより、超磁歪アクチュエータ全体を小型化・軽量化することが可能となる。

本発明において、前記保護部材の内径は前記超磁歪素子の外径よりも大きいことが好ましい。これによれば、超磁歪素子の伸縮時における抵抗を低減することが可能となる。また、本発明において、前記保護部材はチューブ状であることが好ましい。これによれば、超磁歪素子とコイルとの接触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、コイルと超磁歪素子との間に保護部材が配置されていることから、超磁歪素子の伸縮によってコイルの巻線が破損することがなく、これにより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る。また、保護部材の外径がコイルの中空部の内径よりも小さいことから、比較的肉厚の薄い部材を保護部材として用いることが可能となり、これにより、超磁歪アクチュエータ全体を小型化・軽量化することが可能となる。

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。

コイル１２は、ボビンを用いることなく巻線が一体化されたタイプのコイルであり、その中空部１２ａに超磁歪素子１１が挿入されている。このようなコイルは、巻線をボビンに巻回した後、接着剤等を用いて巻線を一体化させ、その後、ボビンを外すことによって作製することができる。

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とコイル１２との間に配置されたチューブ状の保護部材１８をさらに備えている。すなわち、本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、図２に示すように、巻線が一体化されたコイル１２の中空部１２ａに保護部材１８が挿入され、さらに、保護部材１８の中空部１８ａに超磁歪素子１１が挿入された構造を有している。保護部材１８は、超磁歪素子１１や永久磁石１６ａ，１６ｂがコイル１２に直接接触するのを防ぎ、これによってコイル１２の巻線が破損するのを防止するための部材である。保護部材１８の材料としては、コイル１２や超磁歪素子１１との摩擦の小さい材料を用いることが好ましく、具体的には、ＰＯＭ（ポリアセタールメタクリルやフッ素系樹脂）等を挙げることができる。

図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。

図３に示すように、コイル１２の中空部１２ａの内径をａ１、保護部材１８の外径をａ２とした場合、
ａ１>ａ２
に設定されている。このことは、いわゆるボビンのようにコイルを支える機械的強度が必要とされないことを意味し、したがって、比較的肉厚の薄い部材を保護部材１８として用いることが可能となる。これにより、超磁歪アクチュエータ全体を小型化・軽量化することが可能となる。また、保護部材１８の外径ａ２の方が小さいことから、超磁歪素子１１の伸縮によって保護部材１８が軸方向に振動したとしても、保護部材１８とコイル１２との接触による摩擦は小さくなり、このため、コイル１２の巻線が効果的に保護される。さらに、保護部材１８をコイル１２の中空部１２ａに容易に挿入することも可能となる。

また、本実施形態では、保護部材１８の内径をｂ１、超磁歪素子１１の外径をｂ２とした場合、
ｂ１>ｂ２
に設定されている。これにより、超磁歪素子１１の伸縮によって生じる保護部材１８との摩擦は小さくなり、このため、超磁歪素子１１の伸縮時における抵抗が低減されるとともに、超磁歪素子１１を保護部材１８の中空部１８ａに容易に挿入することが可能となる。

保護部材１８の軸方向における長さについては特に限定されないが、本実施形態においては、コイル１２の軸方向における長さよりもやや短く設定されている。これは、保護部材１８の軸方向における長さがコイル１２の軸方向における長さよりも大幅に長いと、保護部材１８がコイル１２の中空部１２ａから大きくはみ出してしまい、このはみ出し部分がシャフト１３の振動を阻害したり、超磁歪アクチュエータ１０全体のサイズを大型化する原因となるからである。

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４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、保護部材１８の形状としてはチューブ状である必要はなく、超磁歪素子１１を挿入可能であり、且つ、超磁歪素子１１とコイル１２との接触を防止可能である限り、例えば、図５に示すようにリング部１８ｂを複数の橋架部１８ｃでつないだ構造としても構わないし、図６に示すように螺旋状であっても構わない。さらに、超磁歪素子１１の表面に形成された伸縮性・平滑性のあるコーティングを保護部材１８として用いても構わない。

図７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、保護部材１８の軸方向における長さがコイル１２の軸方向における長さよりもやや長く設定されている点において、上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０と相違している。その他の点については、上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０と同一である。保護部材１８の軸方向における長さとコイル１２の軸方向における長さとの差は、ボビンの肉厚ほど大きくする必要はなく、僅かに大きい程度でよい。これにより、保護部材１８が軸方向に動いたとしてもコイル１２の内面がほぼ確実に覆われるので、鍔を有するボビンを用いた場合に比べて全体を小型化しつつ、コイル１２の巻線の破損をより確実に防止することが可能となる。

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。 超磁歪素子１１、コイル１２及び保護部材１８を分解した状態を示す略斜視図である。 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。 リング部１８ｂと橋架部１８ｃによって構成した例による保護部材１８の略斜視図である。 螺旋状とした例による保護部材１８の略斜視図である。 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。

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
１２ａ コイルの中空部
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
１６ａ，１６ｂ 永久磁石
１７ スプリング
１８ 保護部材
１８ａ 保護部材の中空部
１８ｂ リング部
１８ｃ 橋架部
１９ 振動板となる部材

Claims (3)

1. 中空部を有するコイルと、前記コイルの前記中空部に挿入された超磁歪素子と、前記コイルと前記超磁歪素子との間に配置された保護部材とを備え、前記保護部材の外径が前記コイルの前記中空部の内径よりも小さいことを特徴とする超磁歪アクチュエータ。
2. 前記保護部材の内径が前記超磁歪素子の外径よりも大きい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。
3. 前記保護部材がチューブ状であ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。

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