JP2005303462A - 超磁歪アクチュエータの取り付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の板状体を振動板として放音させるための超磁歪アクチュエータの簡易な取り付け構造を提供する。
【解決手段】 収容部５１と、その収容部５１の開口側にフランジ５２を有するケース５０の収容部５１に超磁歪アクチュエータ２０のハウジング２１を収容固定し、フランジ５２を板状体４０に対向させ、固定部材（係止ピン６１）により緩衝材６２を介してフランジ５２を板状体４０に固定し、ハウジング２１から突出している超磁歪アクチュエータ２０の可動ロッド２７を板状体４０に圧接させる。可動ロッド２７の振動により板状体４０は振動し、空間に音を放射する。
【選択図】 図１

Description

この発明は超磁歪アクチュエータを板状体に取り付けることにより、その板状体を振動させて放音させるための超磁歪アクチュエータの取り付け構造に関する。

超磁歪アクチュエータは磁界の強さに応じて生ずる超磁歪素子の寸法変化（伸縮）を利用するもので、高速かつ大変位・高パワーなアクチュエータとして近年注目されている。
図７は音声振動発生源として超磁歪アクチュエータを使用したスピーカ（超磁歪スピーカ）の従来構成例を示したものであり、ハウジング１１内に音声信号が供給されるコイル１２と、コイル１２の生じる磁界変化により伸縮する柱状の超磁歪素子１３と、超磁歪素子１３に圧縮方向に荷重（プリストレス）を加えるバネ１４と、超磁歪素子１３にバイアス磁界を印加する磁石（永久磁石）１５が収納されている。バネ１４はこの例では皿バネとされている。

超磁歪素子１３の自由端１３ａには可動ロッド１６が連結されており、ハウジング１１の外部に突出された可動ロッド１６の先端に振動板１７が取り付けられて固定されている。可動ロッド１６は超磁歪素子１３の伸縮に伴って変位し、よってコイル１２に音声信号を供給することにより、音声信号に応じた変位が可動ロッド１６を介して振動板１７に伝達され、振動板１７が振動して空間に放音されるものとなっている。図７中、１８は筐体を示し、超磁歪アクチュエータのハウジング１１を重く、剛性の高い筐体１８に固定することにより、超磁歪素子１３の固定端１３ｂ側で生ずる反作用によって自由端１３ａ側の変位が損われることのないようにされる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２６６４９６号公報

上述したように、音声振動発生源として超磁歪アクチュエータを使用する従来のスピーカは超磁歪アクチュエータと、それに固定一体化された振動板とよりなるものであって、このようなスピーカを設置する場合には当然のこととして超磁歪アクチュエータと専用の振動板が必要であり、また図７における筐体１８のように超磁歪アクチュエータを設置するための慣性の大きい構造体を一般に必要とするものとなっていた。
この発明はこのような従来の超磁歪スピーカの構成・設置形態と異なる形態を提案するものであって、専用の振動板は不要であり、既存の板状体に超磁歪アクチュエータを取り付けることによって、その板状体から放音させるための超磁歪アクチュエータの簡易な取り付け構造を提供することを目的とする。

請求項１の発明によれば、超磁歪アクチュエータを板状体に取り付けることにより、その板状体を振動させて放音させるための超磁歪アクチュエータの取り付け構造は、収容部とその収容部の開口側にフランジを有するケースの収容部に超磁歪アクチュエータのハウジングを収容固定し、上記フランジを板状体に対向させ、固定部材により緩衝材を介して上記フランジを板状体に固定することにより、ハウジングから突出している超磁歪アクチュエータの可動ロッドを板状体に圧接させる構造とされる。
請求項２の発明では請求項１の発明において、固定部材は頭部と軸部を有し、軸部が上記フランジ及び緩衝材に設けられた穴を挿通して板状体に入り込んでいるものとされる。

請求項３の発明では請求項２の発明において、上記頭部とフランジとの間にフランジを板状体方向に押圧するバネ部材が配置される。
請求項４の発明によれば、超磁歪アクチュエータをほぼ水平な板状体の下面に取り付けることにより、その板状体を振動させて放音させるための超磁歪アクチュエータの取り付け構造は、収容部とその収容部の開口側に複数の係止部を有するケースの収容部に超磁歪アクチュエータのハウジングを収容固定し、板状体の下面に複数の中継部材を取り付け、その中継部材に中継され、一端が上記係止部に係止され、他端に重錘体が取り付けられた複数のワイヤ材によってケースを吊り上げることにより、ハウジングから突出している超磁歪アクチュエータの可動ロッドを板状体の下面に圧接させる構造とされる。

この発明によれば、既存の板状体に超磁歪アクチュエータを簡単に取り付けることができ、その板状体を超磁歪アクチュエータによって振動させることにより、板状体から放音させることができる。
従って、従来のスピーカ（超磁歪スピーカ）のように専用の振動板を必要とせず、どこにでも簡単に取り付けてスピーカを構成することができ、その点で汎用性に優れ、極めて有益なものとなる。なお、好適な使用形態としては、例えばユニットバスの天井板や側壁への取り付けが挙げられる。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による超磁歪アクチュエータの取り付け構造の一実施例を示したものであり、図２はその超磁歪アクチュエータのみを示したものである。まず、図２を参照して、ここで使用する超磁歪アクチュエータ２０の構成を説明する。
超磁歪アクチュエータ２０はこの例では一端が開放された円筒形をなすハウジング２１内に、音声信号が供給されるコイル２２と、そのコイル２２の生ずる磁界変化により伸縮する超磁歪素子２３と、超磁歪素子２３にバイアス磁界を印加する一対の磁石（永久磁石）２４，２５と、超磁歪素子２３に圧縮荷重を加える静荷重用バネ２６と、可動ロッド２７と、慣性質量２８とが収容された構造とされ、コイル２２はボビン２９に巻回されて収容されている。

超磁歪素子２３は円柱状とされて、ハウジング２１の中心軸上に位置されており、磁石２４，２５はこの超磁歪素子２３の両端にそれぞれ対接配置されている。超磁歪素子２３の下端側に位置する磁石２５はハウジング２１の内部底面上に配置固定された慣性質量２８と対接され、慣性質量２８上に搭載されて固定されている。慣性質量２８は円板状とされ、磁石２４，２５も円板状をなすものとされている。
コイル２２が巻回されたボビン２９は超磁歪素子２３の回りをわずかな間隙を介して囲むように配置され、その下端側のフランジ２９ａは磁石２５上に、その内周側部分が搭載されて固定されている。ボビン２９の磁石２５への固定は例えば接着固定とされる。

可動ロッド２７の基端側にはフランジ３１が一体形成されており、このフランジ３１が超磁歪素子２３の上端側に位置する磁石２４に対接配置されて磁石２４上に可動ロッド２７が搭載される。なお、フランジ３１の下面には凹部３２が形成されており、磁石２４はこの凹部３２に嵌め込まれている。可動ロッド２７はその中心軸が超磁歪素子２３の中心軸と一致され、ハウジング２１の開放面を蓋する蓋３３に設けられている貫通孔３４を介して先端側が外部に突出されており、先端面２７ａはこの例では球面状をなすものとされている。

静荷重用バネ２６はこの例では圧縮コイルバネとされ、蓋３３の内面と可動ロッド２７のフランジ３１との間に挟まれて配置されており、このように配置することによって超磁歪素子２３に圧縮方向に荷重（プリストレス）が加えられる。なお、蓋３３の内面及びフランジ３１の上面には静荷重用バネ２６の端部を収容固定するための凹部３３ａ及び３１ａがそれぞれ形成されており、静荷重用バネ２６はこれら凹部３３ａ，３１ａの内周面に形成されている溝３３ｂ，３１ｂに端部がそれぞれ挿入されることによって蓋３３及びフランジ３１に位置決めされる。

蓋３３はこの例ではキャップ３５によって抜け止め固定されており、キャップ３５とハウジング２１とはその円筒周面部分において例えばネジ止め（図示せず）されて固定されている。図２中、３６はキャップ３５に設けられている開口を示す。
上記のような構造において、超磁歪素子２３の材料には例えばＴＤＫ（株）製のＰＭＳ−１を用いることができる。ハウジング２１、ボビン２９及びキャップ３５は例えばアルミニウム製とされ、可動ロッド２７及び慣性質量２８は黄銅製とされる。また、蓋３３は樹脂製とされる。

次に、この超磁歪アクチュエータ２０の取り付け構造を図１を参照して説明する。
この例では超磁歪アクチュエータ２０を既存の水平な板状体４０の上面に取り付けるものであって、超磁歪アクチュエータ２０はケース５０に収容され、このケース５０が板状体４０に取り付けられる。
ケース５０は超磁歪アクチュエータ２０のハウジング２１を収容する円筒状の収容部５１を有し、その収容部５１の開口側にはフランジ５２を有するものとなっており、超磁歪アクチュエータ２０はそのハウジング２１が収容部５１に収容されて固定される。固定はハウジング２１の底面部を収容部５１の底面部に例えばネジ止め固定することによって行われる。図１中、一点鎖線５３はネジ止め部を示す。なお、ネジの図示は省略している。ケース５０は例えばアルミニウム等の金属製とされるが、樹脂製としてもよい。

超磁歪アクチュエータ２０を保持したケース５０はそのフランジ５２が板状体４０に対向され、固定部材を使用して板状体４０に取り付けられる。固定部材として、この例では頭部６１ａと軸部６１ｂを有し、軸部６１ｂの先端にいわゆる銛形状の係止部６１ｃを有する樹脂製の係止ピン６１を使用するものとなっている。
フランジ５２の板状体４０への固定において、それらの間にはウレタンゴム等よりなる緩衝材６２が介在され、係止ピン６１はその軸部６１ｂがこれらフランジ５２及び緩衝材６２に設けられた穴５２ａ，６２ａを挿通し、さらに板状体４０に形成された穴４０ａに入り込んで穴４０ａを挿通し、係止部６１ｃが板状体４０の裏面（下面）に係止されることによって、フランジ５２を板状体４０に固定するものとなっている。なお、この例では４本の係止ピン６１を用い、フランジ５２を９０°間隔で４点、板状体４０に固定するものとなっているが、１２０°間隔、３点で固定するものとしてもよい。

このようにしてケース５０を板状体４０に取り付けることにより、超磁歪アクチュエータ２０のハウジング２１から突出している可動ロッド２７は図１に示したように板状体４０と接触し、この可動ロッド２７の先端に超磁歪アクチュエータ２０の自重及びケース５０の重量が加わることによって可動ロッド２７は板状体４０と圧接した状態となる。緩衝材６２の厚さはこのような可動ロッド２７の圧接状態が得られるように選定される。
図１中、３７は超磁歪アクチュエータ２０のコイル２２から導出されている信号線を示し、この例では係止ピン６１の頭部６１ａに中継基板６３が取り付けられ、信号線３７はこの中継基板６３に中継され、つまり中継基板６３に一旦、固定されるものとなっており、これにより不測の外力が信号線導出部に加わらないようにされている。なお、５１ａはケース５０の収容部５１に設けられている信号線３７取り出し用の穴を示す。

上記のようにして取り付けた超磁歪アクチュエータ２０のコイル２２に音声信号を供給すれば、超磁歪素子２３はコイル２２の発生する磁界に応じて伸縮し、よって超磁歪素子２３の自由端側に結合されている可動ロッド２７が振動し、この振動によって板状体４０が振動して板状体４０は空間に音を放射するものとなる。
つまり、この例では既存の板状体４０を振動させて放音させるものであって、専用の振動板は不要であり、また超磁歪アクチュエータ２０の取り付けにおいて、振動させる板状体４０には穴４０ａをあけるのみであって、この例のように係止ピン６１を使用すれば板状体４０に対して一方向から超磁歪アクチュエータ２０を極めて簡単に取り付けることができる。なお、板状体４０とケース５０のフランジ５２との間には緩衝材６２が配設されているため、板状体４０の振動がケース５０に伝わることはない。

また、超磁歪アクチュエータ２０の可動ロッド２７はこの例ではその基端側に一体形成されているフランジ３１が磁石２４と係合されて位置決めされ、さらに静荷重用バネ２６を介して蓋３３にも位置決めされているため、可動ロッド２７の中心軸が超磁歪素子２３の中心軸とずれることはなく、その位置が保たれるものとなっており、よって良好な振動状態が維持され、例えば蓋３３と接触するといったことも発生しない。
上記のような取り付けにおいて、板状体４０は振動しうるものであればよく、この図１に示したような取り付け構造の対象となる板状体４０の具体的な例としては、例えば建築構造物の天井板やユニットバスの天井板等が挙げられる。

上述した例では水平な板状体４０の上面に超磁歪アクチュエータ２０を取り付け、その自重及びケース５０の重量によって可動ロッド２７を振動板となる板状体４０に圧接させる構造となっているが、このような重力による圧接力が加わる限り、板状体４０は水平に対してある程度傾いていてもよい。
次に、超磁歪アクチュエータを水平な板状体の下面や垂直な板状体に取り付ける場合の構造について説明する。
図３はこのような場合の取り付け構造を示したものであり、図３Ａに示したように水平な板状体４０の下面や図３Ｂに示したように垂直な板状体４０に超磁歪アクチュエータ２０を取り付ける場合には、超磁歪アクチュエータ２０とケース５０の重量による可動ロッド２７と板状体４０との圧接力が得られないため、バネ部材を用いることによって圧接力を得るものとする。

バネ部材として図３Ａ，Ｂではコイルバネ６４を用いており、コイルバネ６４は係止ピン６１の頭部６１ａとケース５０のフランジ５２との間に介在されてフランジ５２を板状体４０方向に押圧するものとされる。このようにコイルバネ６４を配置することにより、超磁歪アクチュエータ２０の可動ロッド２７と板状体４０との所要の圧接力が得られるものとなる。なお、バネ部材としては、コイルバネ６４に限らず、皿バネ等の他のバネ部材を用いてもよい。
図４は上述した例における係止ピン６１に替えて木ネジ６５を用いる例を示したものであり、板状体４０が例えば樹脂製の場合や表面に薄い樹脂板が貼り付けられた木製の場合にはケース５０のフランジ５２を板状体４０に固定する固定部材として、この例のように木ネジ６５を使用することもできる。

次に、図５に示した取り付け構造について説明する。この例は水平な板状体４０の下面に超磁歪アクチュエータ２０を取り付けるものであって、超磁歪アクチュエータ２０はそのハウジング２１が図１と同様、ケース５０の収容部５１に収容されて固定されている。
ケース５０のフランジ５２には小孔よりなる係止部５２ｂが複数形成されており、これら係止部５２ｂは例えば９０°間隔で４箇所あるいは１２０°間隔で３箇所形成されている。この例ではこれら係止部５２ｂにワイヤ材６６の一端が係止され、複数のワイヤ材６６によってケース５０を吊り上げる構造とされる。図５中、６７は吊り上げ用の中継部材を示し、６８は重錘体を示す。

中継部材６７は頭にリング状部を有するネジとされ、板状体４０の下面に図５に示したように取り付けられる。重錘体６８はこの例では下端面が閉塞された円筒形とされてケース５０を囲む形状とされる。
一端がケース５０の係止部５２ｂに係止されたワイヤ材６６は中継部材６７に中継されて他端に重錘体６８が取り付けられており、このような構造によってケース５０が吊り上げられることにより、超磁歪アクチュエータ２０の可動ロッド２７が板状体４０の下面に圧接され、つまり超磁歪アクチュエータ２０が板状体４０の下面に取り付けられる。なお、この例では重錘体６８はカバーとして機能し、超磁歪アクチュエータ２０を保持したケース５０が見えないようにされている。

図６は円筒状をなす構造体７１の内部に超磁歪アクチュエータ２０を配置した構成を示したものであり、この例では構造体７１内の板状体４０に超磁歪アクチュエータ２０が取り付けられている。図６中、７２は板状体４０を構造体７１に固定している金具を示す。このような取り付け構造の場合、筒状の構造体７１をスピーカホーンとして機能させることができる。

請求項１の発明による超磁歪アクチュエータの取り付け構造の一実施例を示す断面図。 図１における超磁歪アクチュエータの構成を説明するための図、Ａは平面図、Ｂは断面図。 請求項３の発明による超磁歪アクチュエータの取り付け構造の実施例を示す断面図、Ａは水平な板状体の下面に取り付けた場合、Ｂは垂直な板状体に取り付けた場合を示す。 請求項３の発明による超磁歪アクチュエータの取り付け構造の他の実施例を示す断面図。 請求項４の発明による超磁歪アクチュエータの取り付け構造の実施例を示す断面図。 円筒状構造体内に超磁歪アクチュエータが取り付けられている状態を示す断面図。 超磁歪アクチュエータを使用したスピーカの従来構成例を示す断面図。

Claims (4)

1. 超磁歪アクチュエータを板状体に取り付けることにより、その板状体を振動させて放音させるための超磁歪アクチュエータの取り付け構造であって、
   収容部と、その収容部の開口側にフランジを有するケースの上記収容部に上記超磁歪アクチュエータのハウジングを収容固定し、
   上記フランジを上記板状体に対向させ、
   固定部材により、緩衝材を介して上記フランジを上記板状体に固定することにより、上記ハウジングから突出している上記超磁歪アクチュエータの可動ロッドを上記板状体に圧接させることを特徴とする超磁歪アクチュエータの取り付け構造。
2. 請求項１記載の超磁歪アクチュエータの取り付け構造において、
   上記固定部材は頭部と軸部を有し、軸部が上記フランジ及び緩衝材に設けられた穴を挿通して上記板状体に入り込んでいることを特徴とする超磁歪アクチュエータの取り付け構造。
3. 請求項２記載の超磁歪アクチュエータの取り付け構造において、
   上記頭部とフランジとの間にフランジを上記板状体方向に押圧するバネ部材が配置されていることを特徴とする超磁歪アクチュエータの取り付け構造。
4. 超磁歪アクチュエータをほぼ水平な板状体の下面に取り付けることにより、その板状体を振動させて放音させるための超磁歪アクチュエータの取り付け構造であって、
   収容部と、その収容部の開口側に複数の係止部を有するケースの上記収容部に上記超磁歪アクチュエータのハウジングを収容固定し、
   上記板状体の下面に複数の中継部材を取り付け、
   上記中継部材に中継され、一端が上記係止部に係止され、他端に重錘体が取り付けられた複数のワイヤ材によって上記ケースを吊り上げることにより、上記ハウジングから突出している上記超磁歪アクチュエータの可動ロッドを上記板状体の下面に圧接させることを特徴とする超磁歪アクチュエータの取り付け構造。

Images