JP2006238575A - アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができるアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ10は、正超磁歪素子を有してなり、被駆動体12の駆動面12Aに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド14と、この駆動ロッド14の外周を囲むように配設され、駆動ロッド14の軸方向に磁界を印加するための駆動コイル16と、駆動ロッド14の軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石18と、駆動ロッド14の軸方向の変位を被駆動体12に伝達するための変位伝達部材20と、を有して構成されており、駆動ロッド14の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材20によって挟まれた状態で支持されている。
【選択図】図1
【解決手段】アクチュエータ10は、正超磁歪素子を有してなり、被駆動体12の駆動面12Aに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド14と、この駆動ロッド14の外周を囲むように配設され、駆動ロッド14の軸方向に磁界を印加するための駆動コイル16と、駆動ロッド14の軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石18と、駆動ロッド14の軸方向の変位を被駆動体12に伝達するための変位伝達部材20と、を有して構成されており、駆動ロッド14の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材20によって挟まれた状態で支持されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、正超磁歪素子又はスタック型圧電素子を用いたアクチュエータに関する。
従来、図13に示されるような磁歪アクチュエータを適用したスピーカSPが種々提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この従来公知のスピーカSPは、超磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータ1と、この磁歪アクチュエータ1の軸方向に対して略垂直に配置され、磁歪アクチュエータ1に取付円板2Aを介して固着された振動板2と、を備えている。
磁歪アクチュエータ1は、一端が固定端3Aとされ、且つ、他端が自由端3Bとされた超磁歪ロッド3に、可動ヨーク4及びアクチュエータロッド5が一体的に連結されてなる駆動ロッド6と、この駆動ロッド6の超磁歪ロッド3に軸方向の磁界を印加する磁界発生コイル7と、によって構成されている。
このスピーカSPでは、磁界発生コイル7に信号に応じた駆動電流が供給されると、駆動電流によって磁界発生コイル7の発生する磁界が変化する。そして、この磁界の変化に伴って超磁歪ロッド3が軸方向に変位(伸縮)し、自由端3Bが振動する。その結果、この振動が可動ヨーク4及びアクチュエータロッド5を介して振動板2に伝達され、振動板2から音声が出力されるようになっている。
しかしながら、この従来公知のスピーカSPにおいては、磁歪アクチュエータ1を振動板(被駆動体)2に対して直交するように配置する必要がある上に、駆動ロッド6の軸長分だけ奥行きが必要なため、装置が大型化し易く、スピーカSPの薄型化には限界があった。
しかも、スピーカSPの出力を高めるためには、超磁歪ロッド3の軸長を長くすることによって、その変位量を増大させる必要があり、益々、装置のコンパクト化が困難になってしまうといった問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができるアクチュエータを提供することを目的とする。
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができるアクチュエータを見出した。
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。
(1)正超磁歪素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドの外周を囲むように配設され、前記駆動ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記駆動ロッドの軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることを特徴とするアクチュエータ。
(2)前記バイアス磁石は、前記正超磁歪素子に対して同軸的に直列に配設され、前記駆動ロッドの一部を構成していることを特徴とする前記(1)記載のアクチュエータ。
(3)前記バイアス磁石は、前記駆動ロッド及び前記駆動コイルの外周を囲むように配設されていることを特徴とする前記(1)記載のアクチュエータ。
(4)前記駆動ロッドの軸方向に予荷重を印加するための予荷重手段を更に備えたことを特徴とする前記(1)乃至(3)のいずれかに記載のアクチュエータ。
(5)前記予荷重手段は、前記予荷重を調整可能に構成されていることを特徴とする前記(4)記載のアクチュエータ。
(6)スタック型圧電素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドに電圧を印加するための電圧印加手段と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることを特徴とするアクチュエータ。
(7)前記変位伝達部材は、断面略L字形状のL字部材からなることを特徴とする前記(1)乃至(6)のいずれかに記載のアクチュエータ。
(8)前記L字部材は、該L字部材を構成する2面を連結する支持部材を更に備えていることを特徴とする前記(7)記載のアクチュエータ。
(9)前記変位伝達部材は、板状部材からなることを特徴とする前記(1)乃至(6)のいずれかに記載のアクチュエータ。
(10)前記変位伝達部材は、前記被駆動体の一部からなることを特徴とする前記(1)乃至(6)のいずれかに記載のアクチュエータ。
(11)前記変位伝達部材は、前記被駆動体の一部を折り曲げ加工してなる板状体からなることを特徴とする前記(10)記載のアクチュエータ。
(12)一対の前記板状体は前記駆動ロッドの軸方向長さよりも短い間隔で配設され、且つ、前記各板状体には前記駆動ロッドの端部を収容可能な凹部が形成され、前記駆動ロッドは前記一対の板状体の間に圧入されていることを特徴とする前記(11)記載のアクチュエータ。
(13)前記変位伝達部材は、前記被駆動体の前記駆動面に一体的に形成された凸部からなることを特徴とする前記(10)記載のアクチュエータ。
本発明に係るアクチュエータは、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができるという優れた効果を有する。
本発明に係るアクチュエータは、超磁歪素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドの外周を囲むように配設され、前記駆動ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記駆動ロッドの軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることによって、上記課題を解決したものである。
又、本発明に係るアクチュエータは、スタック型圧電素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドに電圧を印加するための電圧印加手段と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることによって、上記同様の課題を解決したものである。
以下、図面を用いて、本発明の実施例1〜6に係るアクチュエータについて詳細に説明する。
まず最初に、図1及び図2を用いて、本発明の実施例1に係るアクチュエータ10について説明する。なお、図1は本実施例1に係るアクチュエータ10の略示平面図を、又、図2は図1におけるII−II線に沿う略示側断面図をそれぞれ示したものである。
図1及び図2に示されるように、本実施例1に係るアクチュエータ10は、被駆動体12の駆動面12Aに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド14と、この駆動ロッド14の外周を囲むように配設された駆動コイル16と、駆動ロッド14の軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石18と、駆動ロッド14の軸方向の変位を被駆動体12に伝達するための変位伝達部材20と、を有して構成されている。
駆動ロッド14は、本実施例1では、2つの略円柱形状の正超磁歪部材22と、この正超磁歪部材22に対して同軸的に配設された3つの略円板形状のバイアス磁石18と、によって構成され、これら正超磁歪部材22及びバイアス磁石18は軸方向で接着され、一体化されている。
この駆動ロッド14の正超磁歪部材22は、正超磁歪素子を材料として用いている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素及び/又は特定の遷移金属(例えば、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Fe(鉄))などを主成分とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、「正超磁歪素子」は、外部から磁界が印加されると磁界方向に伸長する性質を有している。
バイアス磁石18は、例えばフェライト磁石によって構成され、正超磁歪部材22の軸方向(長さ方向)に所定の静的磁界(バイアス磁界)を印加する。
駆動コイル16は、交流電源21から供給される電流を駆動源として駆動ロッド14の軸方向に磁界を印加可能である。
変位伝達部材20は、本実施例1では、断面略L字形状のL字部材によって構成されている。変位伝達部材20における第1の面20Aは、それぞれ被駆動体12にボルト24によって固定されている。一方、変位伝達部材20における第2の面20Bは、互いに対向して配置され、駆動ロッド14の軸方向両端部を挟んだ状態で2組のボルト26及びナット28によって固定されている。即ち、駆動ロッド14の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材20によって挟まれた状態で支持されている。
なお、これら変位伝達部材20、ボルト26及びナット28は、駆動ロッド14の軸方向に予荷重を印加するための予荷重手段としても機能しており、ボルト26及びナット28の締結力を調整することによって駆動ロッド14に印加する予加重を調整可能な構成となっている。
次に、本実施例1に係るアクチュエータ10の作用について説明する。
駆動コイル16に所定周波数の交流電流が入力されると、この交流電流に応じて駆動ロッド14に軸方向の磁界が印加される。磁界が印加された駆動ロッド14は、磁歪効果によって軸方向に伸縮(変位)し、この伸縮が変位伝達部材20を介して被駆動体12に伝達され、被駆動体12が駆動される。
本実施例1に係るアクチュエータ10によれば、正超磁歪素子を有してなり、被駆動体12の駆動面12Aに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド14と、この駆動ロッド14の外周を囲むように配設され、駆動ロッド14の軸方向に磁界を印加するための駆動コイル16と、駆動ロッド14の軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石18と、駆動ロッド14の軸方向の変位を被駆動体12に伝達するための変位伝達部材20と、を含み、駆動ロッド14の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材20によって挟まれた状態で支持されているため、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができる。
特に、バイアス磁石18は、正超磁歪素子に対して同軸的に直列に配設され、駆動ロッド14の一部を構成しているため、更なるコンパクト化、省スペース化を実現することができる。
又、駆動ロッド14の軸方向に予荷重を印加するための予荷重手段(本実施例1では、変位伝達部材20、ボルト26及びナット28)を更に備えたため、駆動ロッド14の変位量を増大させることができる。なお、本発明に係る予荷重手段は、ボルト及びナットに限定されるものではなく、例えば、バネなどを用いて駆動ロッド14を支持してもよい。
更に、予荷重手段は、予荷重を調整可能に構成されているため、駆動ロッド14の変位特性を使用用途に合わせて最適化することが可能である。
又、変位伝達部材20は、断面略L字形状のL字部材からなるため、被駆動体12への取り付け強度を確保しつつ、駆動ロッド14の変位を被駆動体12に確実に伝達することができる。
次に、図3を用いて、本発明の実施例2に係るアクチュエータについて説明する。
図3は本実施例2に係るアクチュエータ40の略示側断面図を示したものであり、上記図2に相当するものである。
このアクチュエータ40は、上記実施例1に係るアクチュエータ10の駆動ロッド14に代えて、略円柱形状の正超磁歪部材のみからなる駆動ロッド42と、この駆動ロッド42及び駆動コイル16の外周を囲むように配設された略円筒形状からなるバイアス磁石44と、を備えている。なお、上記実施例1に係るアクチュエータ10と同一の部分については図中において同じ符号を付すと共に、その説明を省略する(以下の実施例についても同様)。
本実施例2に係るアクチュエータ40によれば、バイアス磁石44が駆動ロッド42及び駆動コイル16の外周を囲むように配設されているため、上記実施例1に係るアクチュエータ10に比べ、バイアス磁界をより一層効率的に駆動ロッド42に印加することができ、駆動ロッド42の変位量を増大させることができる。
次に、図4を用いて、本発明の実施例3に係るアクチュエータについて説明する。
図4は本実施例3に係るアクチュエータ50の略示側断面図を示したものであり、上記図2に相当するものである。
このアクチュエータ50は、上記実施例1に係るアクチュエータ10に加えて、変位伝達部材20を構成する2面20A、20Bを連結する支持部材52を備えたものである。
本実施例3に係るアクチュエータ50によれば、変位伝達部材20がL字部材を構成する2面20A、20Bを連結する支持部材52を更に備えているため、上記実施例1に係るアクチュエータ10に比べ、強度を高めることができる上に、駆動ロッド14の変位をより効率的に被駆動体12に伝達することができる。
なお、本実施例3では、変位伝達部材20とサポート部材52を別体としたが、本発明に係る変位伝達部材はこれに限定されるものではなく、例えば、変位伝達部材20とサポート部材52を一体的に形成してもよく、この場合、強度を更に高めることができる。
次に、図5及び図6を用いて、本発明の実施例4に係るアクチュエータについて説明する。
図5は本実施例4に係るアクチュエータ60の略示側断面図を示したものであり、上記図2に相当するものである。
このアクチュエータ60は、上記実施例1に係るアクチュエータ10の変位伝達部材20に代えて、板状部材からなる変位伝達部材62を備えている。
本実施例4に係るアクチュエータ60によれば、変位伝達部材62が板状部材からなるため、上記実施例1に係るアクチュエータ10に比べ、駆動ロッド14の軸方向のコンパクト化を図ることができる。
なお、図6に示されるアクチュエータ65のように、上記実施例2に係るアクチュエータ40の変位伝達部材20に代えて、本実施例4に係る変位伝達部材62を適用しても同様の効果を得ることができる。
次に、図7〜図10を用いて、本発明の実施例5に係るアクチュエータについて説明する。
図7は本実施例5に係るアクチュエータ70の略示斜視図を示したものである。なお、説明の都合上、図7においては駆動コイルの図示を省略している。
このアクチュエータ70は、略円筒形状の駆動ロッド72と、この駆動ロッド72の外周を囲むように配設された駆動コイル(図示省略)と、駆動ロッド72の軸方向の変位を被駆動体12に伝達するための変位伝達部材12Bと、を有して構成されている。
駆動ロッド72は、本実施例5では、2つの略円筒形状の正超磁歪部材74と、この正超磁歪部材74に対して同軸的に配設された3つの略円筒形状のバイアス磁石76と、によって構成され、これら正超磁歪部材74及びバイアス磁石76は軸方向で接着され、一体化されている。又、この駆動ロッド72の内側空間内にはボルト78が貫通されており、駆動ロッド72の軸方向両端部はボルト74及びナット(図示省略)によって変位伝達部材12Bに固定されている。
変位伝達部材12Bは、被駆動体12の一部を折り曲げ加工してなる一対の板状体によって構成されている。
本実施例5に係るアクチュエータ70によれば、変位伝達部材12Bが被駆動体12の一部からなるため、部品点数の削減や低コスト化が実現可能である。
特に、変位伝達部材12Bは、被駆動体12の一部を折り曲げ加工してなる一対の板状体からなるため、製造が容易である。
なお、本実施例5に係る変位伝達部材12Bは、図8に示されるように、被駆動体12の一部を本実施例5とは逆方向に折り曲げ加工して形成してもよい。
又、図9(A)に示されるように、一対の板状体12Bを駆動ロッド72の軸方向長さよりも短い間隔で配設すると共に、板状体12Bに駆動ロッド72の端部を収容可能な凹部12B1を形成し、図9(B)に示されるように、駆動ロッド72を一対の板状体12Bの間に圧入して、図10に示されるようなアクチュエータ80を構成してもよい。このアクチュエータ80によれば、駆動コイル72の取り付けや取り外しが容易である。
次に、図11を用いて、本発明の実施例6に係るアクチュエータについて説明する。
図11は本実施例6に係るアクチュエータ90の略示斜視図を示したものである。なお、説明の都合上、図11においては駆動コイルの図示を省略している。
このアクチュエータ90は、上記実施例5に係るアクチュエータ70の変位伝達部材12Bに代えて、被駆動体12の駆動面12Aに一体的に形成された凸部からなる変位伝達部材12Cを備えたものである。なお、変位伝達部材12Cは、例えば、スピニング加工(へら絞り加工)によって形成することができる。
本実施例6に係るアクチュエータ90によれば、変位伝達部材12Cが被駆動体12の駆動面12Aに一体的に成形された凸部からなるため、上記実施例5に係るアクチュエータ70に比べ、強度を高めることができる上に、外観を良くすることができる。
次に、図12を用いて、本発明の実施例7に係るアクチュエータについて説明する。
図12は本実施例7に係るアクチュエータ100の略示平面図を示したものであり、上記図1に相当するものである。
このアクチュエータ100は、上記実施例1に係るアクチュエータ10の駆動ロッド14及び駆動コイル16に代えて、スタック型(積層)圧電素子を有してなり、被駆動体12の駆動面12Aに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド102と、この駆動ロッド102に電圧を印加するための電圧印加手段104を備えている。
このアクチュエータ100では、電圧印加手段104から駆動ロッド102に所定の電圧が印加されると、駆動ロッド102が圧電効果によって軸方向に伸縮(変位)し、この伸縮が変位伝達部材20を介して被駆動体12に伝達され、被駆動体12が駆動される。
本実施例7に係るアクチュエータ100によれば、スタック型圧電素子を有してなり、被駆動体12の駆動面12Aに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド102と、この駆動ロッド102に電圧を印加するための電圧印加手段104と、駆動ロッド102の軸方向の変位を被駆動体12に伝達するための変位伝達部材20と、を含み、駆動ロッド102の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材20によって挟まれた状態で支持されているため、上記実施例1に係るアクチュエータ10と同様に、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができる。
本発明に係るアクチュエータは、例えば、スピーカの振動子等に適用することができる。
10、40、50、60、65、70、80、90、100…アクチュエータ
12…被駆動体
14、42、72、102…駆動ロッド
16…駆動コイル
18、44、76…バイアス磁石
12B、20、62…変位伝達部材
21…交流電源
22、74…正超磁歪部材
24、26、78…ボルト
28…ナット
52…支持部材
104…電圧印加手段
12…被駆動体
14、42、72、102…駆動ロッド
16…駆動コイル
18、44、76…バイアス磁石
12B、20、62…変位伝達部材
21…交流電源
22、74…正超磁歪部材
24、26、78…ボルト
28…ナット
52…支持部材
104…電圧印加手段
Claims (13)
- 正超磁歪素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドの外周を囲むように配設され、前記駆動ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記駆動ロッドの軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1において、
前記バイアス磁石は、前記正超磁歪素子に対して同軸的に直列に配設され、前記駆動ロッドの一部を構成していることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1において、
前記バイアス磁石は、前記駆動ロッド及び前記駆動コイルの外周を囲むように配設されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記駆動ロッドの軸方向に予荷重を印加するための予荷重手段を更に備えたことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項4において、
前記予荷重手段は、前記予荷重を調整可能に構成されていることを特徴とするアクチュエータ。 - スタック型圧電素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドに電圧を印加するための電圧印加手段と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記変位伝達部材は、断面略L字形状のL字部材からなることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項7において、
前記L字部材は、該L字部材を構成する2面を連結する支持部材を更に備えていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記変位伝達部材は、板状部材からなることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記変位伝達部材は、前記被駆動体の一部からなることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項10において、
前記変位伝達部材は、前記被駆動体の一部を折り曲げ加工してなる板状体からなることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項11において、
一対の前記板状体は前記駆動ロッドの軸方向長さよりも短い間隔で配設され、且つ、前記各板状体には前記駆動ロッドの端部を収容可能な凹部が形成され、前記駆動ロッドは前記一対の板状体の間に圧入されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項10において、
前記変位伝達部材は、前記被駆動体の前記駆動面に一体的に形成された凸部からなることを特徴とするアクチュエータ。
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- 2005-02-24 JP JP2005048196A patent/JP2006238575A/ja not_active Withdrawn
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