JP2010089042A - Mounting structure of magnetostriction actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁歪アクチュエータの取付構造に関するものであり、特に炊飯器、洗濯機、ノートパソコンなどの電子機器に搭載される磁歪アクチュエータの取付構造に関する。 The present invention relates to a magnetostrictive actuator mounting structure, and more particularly to a magnetostrictive actuator mounting structure mounted on an electronic device such as a rice cooker, a washing machine, or a laptop computer.
従来より磁歪アクチュエータを用いて壁面を駆動し、壁面自身から音を発生させる技術は見られたが、近年の機器の小型化、薄型化に伴い、機器に内蔵される磁歪アクチュエータ自身にも薄型化の要求が高まっている。 Conventionally, there has been technology to drive the wall surface using a magnetostrictive actuator and generate sound from the wall surface itself, but with the recent downsizing and thinning of equipment, the magnetostrictive actuator built into the equipment has also become thin. The demand is growing.
従来の磁歪アクチュエータの取付構造について、図面を用いて説明する。 A conventional magnetostrictive actuator mounting structure will be described with reference to the drawings.
図13は、従来の磁歪アクチュエータの取付構造を示した断面図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing a conventional magnetostrictive actuator mounting structure.
図13において、磁歪素子101と、コイルボビン102と、コイル103と、磁石104と、振動伝達部105と、磁気回路を形成するヨーク106と、ばね107と、外装ケース108と、ネジ109と、ナット110から構成される磁歪アクチュエータ100が壁面111に取り付けられている。
In FIG. 13, a
磁歪素子101とコイルボビン102とは、同心円状になるように配置されている。コイルボビン102には、コイル103が巻回される。磁歪素子101の上面と下面には、それぞれ磁石104が接合される。磁歪素子101の下面に接合された磁石104には、振動伝達部105が接合される。振動伝達部105は中心部に外周部よりも突出した突出部を有する。振動伝達部105の外周部には、ばね107の一端が結合される。コイル103の外周を迂回し、ばね107のもう一端と結合されたヨーク106は、磁歪素子101へ磁束を導いている。また、ヨーク106は、一部が開口し、この開口部から振動伝達部105の中心部に設けられた突出部が突出する。振動伝達部105の中心部に設けられた突出部の先端は壁面111と結合する。また、外装ケース108は、ヨーク106の上面と接合されると共に、ネジ109およびナット110によって磁歪アクチュエータ100を壁面111へ取付可能としている(例えば、以下の特許文献1を参照)。
しかし、従来の磁歪アクチュエータおよび壁面への取付構造は、磁歪素子に適切な圧縮応力を与え、磁歪素子の磁歪量を拡大して特性を改善するばねと、磁歪アクチュエータを固定すると共に防水や防塵を行う外装ケースとが別部材であったため、部品点数の削減や小型化の妨げとなっていた。特に、炊飯器や洗濯機などの家電製品にはより小型のデバイスが必要とされており、従来の磁歪アクチュエータの取付構造では、磁歪素子を短くするなどの方法によってアクチュエータの小型化を実現しなければならなかったため、性能の低下を招いていた。 However, the conventional magnetostrictive actuator and the mounting structure on the wall surface provide a suitable compressive stress to the magnetostrictive element, expands the magnetostriction amount of the magnetostrictive element and improves the characteristics, and fixes the magnetostrictive actuator and is waterproof and dustproof. Since the exterior case to be performed was a separate member, it was an obstacle to the reduction in the number of parts and the miniaturization. In particular, home appliances such as rice cookers and washing machines require smaller devices, and with conventional magnetostrictive actuator mounting structures, the actuator must be miniaturized by shortening the magnetostrictive element. As a result, the performance was degraded.
本発明の目的は、小型化と性能の維持の実現とを両立することができる磁歪アクチュエータの取付構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a mounting structure for a magnetostrictive actuator that can achieve both miniaturization and performance maintenance.
本発明の磁歪アクチュエータの取付構造は、磁歪現象による振動を伝える磁歪アクチュエータが、一方の面がこの磁歪アクチュエータの振動伝達部に結合された壁面と、外周部がこの壁面の、磁歪アクチュエータが結合されているのと同じ面と結合すると共に、中心部が磁歪アクチュエータの上面に結合され、壁面と共に磁歪アクチュエータを押圧する弾性体とによって前記壁面に取り付けられたことを特徴とする。 In the magnetostrictive actuator mounting structure of the present invention, a magnetostrictive actuator for transmitting vibration due to a magnetostriction phenomenon is formed by connecting a magnetostrictive actuator having one wall connected to the vibration transmitting portion of the magnetostrictive actuator and an outer peripheral portion of the wall. The center portion is coupled to the upper surface of the magnetostrictive actuator and is attached to the wall surface by an elastic body that presses the magnetostrictive actuator together with the wall surface.
本発明によれば、磁歪素子に適切な圧縮応力をかけると共に、壁面への取付を可能にした弾性体を用いることで、磁歪アクチュエータを構成していたばねが不要となり、小型化と性能の維持の実現とを両立することができる。 According to the present invention, by applying an appropriate compressive stress to the magnetostrictive element and using an elastic body that can be attached to the wall surface, the spring constituting the magnetostrictive actuator is no longer required, and miniaturization and performance maintenance can be achieved. Both realization can be achieved.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における磁歪アクチュエータの取付構造について図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
A magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態1における磁歪アクチュエータの取付構造を示した斜視図、図2は同実施の形態の平面図、図3は同実施の形態の正面図、図4は図2のA−A´における構造断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the same embodiment, FIG. 3 is a front view of the same embodiment, and FIG. It is structural sectional drawing in AA '.
図1から図4において、磁歪アクチュエータ200は、磁歪素子201と、コイルボビン202と、コイル203と、磁石204と、振動吸収材205と、振動伝達部206と、ヨーク207とを備える。
1 to 4, the
磁歪素子201は、外部磁界の大きさに応じて寸法変化を生じるものであり、ニッケル、コバルト、鉄といった強磁性材料や、それらを基にした合金で構成される。磁歪アクチュエータは、この磁歪素子の寸法変化を振動として利用するデバイスである。磁歪素子201は、特に、鉄(Fe)と、テルビウム(Tb)やジスプロシウム(Dy)などの希土類との合金で構成される超磁性材料が望ましい。このような超磁性材料が用いられたとき、磁歪素子201は、超磁歪素子に、磁歪アクチュエータ200は、超磁歪アクチュエータに、また、磁歪素子201は、加圧されると磁歪量や透磁率が変化する。
The
コイルボビン202は、樹脂などの非磁性体で構成され、筒状部と上下のフランジ部とからなる。コイルボビン202の上側のフランジ部は、ヨーク207と結合する。コイルボビン202は、筒状部の内周で超磁歪素子201の側面と結合してもよいし、結合しなくてもよい。また、コイル203は、コイルボビン202の筒状部の外周に巻回されている。
The
磁石204は、リング状に構成され、磁歪素子201にバイアス磁界を与えて予め動作点を高めておき、振動子としての振る舞いを可能とするものである。振動吸収材205は、リング状のゴムやバネなどの振動を吸収する樹脂で構成される。したがって、振動吸収材205が不要振動を抑制するため、磁歪アクチュエータ200は入力信号により忠実な動作を行うことができる。振動伝達部206は、壁面209の材質に合わせた最適な樹脂または金属で構成され、音質をコントロールすることができる。振動伝達部206の下面は、壁面209の上面と結合している。
The
ヨーク207は、鉄等の磁性材料で構成され、略円板状の蓋部207aと、略円板状の第1の底部207bと、略リング状の第2の底部207cとを備える。ヨーク207は、バイアス磁石204で発生した磁束を磁歪素子201に導く。
The
蓋部207aの中心側の下面は、磁歪素子201の上面と結合している。蓋部207aの外周側の下面は、バイアス磁石204の上面と結合している。
The lower surface on the center side of the
第1の底部207bの上面は、磁歪素子201の下面と結合している。第1の底部207bの側面は、振動吸収材205の内周と結合している。第一の底部207bは、振動吸収材205によって、第1の底部207bの横方向における中心位置を保持されている。第1の底部207bの下面は、振動伝達部206の上面と結合している。
The upper surface of the
第2の底部207cの上面は、磁石204の下面と結合している。第2の底部207cの内周は、振動吸収材205の外周と結合している。なお、第1の底部207bの上面側に設けられるとともに外径方向に突出したフランジと、第2の底部207cの下面側に設けられるとともに中心方向に突出したフランジとによって、振動吸収材205は、段差がつけられている。この二つのフランジによって、振動吸収材205と、第1の底部207bおよび第2の底部207cとの接触面積が増える。したがって、振動吸収材205と第1の底部207bおよび第2の底部207cとの結合強度を高めることができる。
The upper surface of the
板ばね208は、中心側が盛り上がった中心部208aと外周側が平坦な外周部208bとを備える。中心部208aは、中心近傍で、その周囲よりも窪んでいる。そして、この窪んだ部分の下面で蓋部207aの上面が固定される。
The
この点について、図5を用いて詳細に説明する。図5は、壁面209と板ばね208とを結合する前の状態と結合した後の磁歪アクチュエータ200の状態を示す状態図である。図5(a)に示されるように、壁面209と結合する前の板ばね208は、復元力が加わっていない。板ばね208と壁面209との間には、空隙がある。図5(a)に示されるように、壁面209と板ばね208とを結合する前の状態から、板ばね208の外周部208bが、下方に引っ張られて、図5(b)に示されるように壁面209と板ばね208とが結合される。このとき、板ばね208には、図5(a)に示されるような、復元力がかかっていない元の状態に戻ろうとする復元力が働く。この復元力の反作用として、板ばね208の中心部208aには下方に力が加わり、板ばね208の中心部208aと固定されている磁歪アクチュエータ200の蓋部207aに圧縮応力を加え続ける。
This point will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5 is a state diagram illustrating a state before the
また、中心部208aと蓋部207aとの接触面積が小さいほど、適切な圧力をかけるための外力が小さくなるため、板ばね208が弾性限界を超えて変形する故障を抑制することができる。
In addition, the smaller the contact area between the
一方、中心部208aと蓋部207aとが一点で結合し、磁歪アクチュエータ200が固定されると、板ばね208は、磁歪素子201に適切な圧縮応力を加え続けるので、磁歪現象による磁歪量を増加することができる。なお、中心部208aは、下面で蓋部207aの上面と結合して磁歪アクチュエータ200を固定すればよく、一点で固定しなくてもよい。外周部208bの下面全体に接着剤が塗布されて壁面209と結合している。
On the other hand, when the
以上のように、磁歪アクチュエータ200は、壁面209と板ばね208とによって押圧されて、内部の磁歪素子201に適切な圧縮応力が加え続けられている。これにより、磁歪アクチュエータ200は、磁歪素子201の磁歪現象による磁歪量をより増加させることができ、大きなストロークが取れるようになるため、この磁歪アクチュエータが取り付けられた壁面からは、内部にばねを有していた従来構造の磁歪アクチュエータを取り付けた場合と同等の音を発生することが可能となり、従来よりも薄型化を実現することが出来る。
As described above, the
また、図6に示すような密閉空間を形成する板ばねを用いることで、家庭内の劣悪な環境下でも塵や水や温度等から磁歪アクチュエータ200を守り、長期使用においても故障を防止することができる。
Further, by using a leaf spring that forms a sealed space as shown in FIG. 6, the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における磁歪アクチュエータの取付構造について図面を用いて説明する。なお、実施の形態1と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 2)
A magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same part as Embodiment 1 attaches | subjects the same number, and abbreviate | omits description.
図7は、本発明の実施の形態2における磁歪アクチュエータの取付構造を示した構造断面図である。磁歪アクチュエータ300は、弾性体であるクッション301をさらに備える。このクッション301は、下面が蓋部207aと結合し、上面が板ばね208の中心部208aと結合する。板ばね208は、復元力によってクッション301を介して磁歪アクチュエータ300を壁面方向に押し付ける。このため、クッション301の厚みを変えることで少ない種類の板バネを様々な厚みのアクチュエータにそのまま用いることが可能になり、部品としての汎用性が向上する。
FIG. 7 is a structural cross-sectional view showing a magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 2 of the present invention. The
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3における磁歪アクチュエータの取付構造について図面を用いて説明する。なお、実施の形態1、実施の形態2と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same part as Embodiment 1 and Embodiment 2 attaches | subjects the same number, and abbreviate | omits description.
図8は、本発明の実施の形態3における磁歪アクチュエータ400の取付構造を示した平面図である。図9は、図8中のB−B´における構造断面図である。図8、図9に示されるように、壁面209は、複数のクランプ部401を備える。
FIG. 8 is a plan view showing a mounting structure of the
次に、板ばね208を壁面209に取り付ける手順について説明する。まず、板ばね208は、クランプ部401が設けられていない壁面209上に配置される。そして、図8の紙面に垂直に引いた直線を回転軸にして板ばね208を回転させて、クランプ部401にそれぞれ差し込んで固定する。そして、接着剤を用いて板ばね208とクランプ部401とを結合する。
Next, a procedure for attaching the
これにより、壁面209と板ばね208を機械的に接合することができるため、接着剤のみを用いて接合した場合と比べて接合強度が増す。
Thereby, since the
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4における磁歪アクチュエータの取付構造について図面を用いて説明する。なお、実施の形態1から実施の形態3と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, a magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図10は、本発明の実施の形態4における磁歪アクチュエータ500の取付構造を示した構造断面図である。板ばね208の外周部208bと、壁面209の外周側には、ネジ501とナット502を通すために複数の穴が設けられている。そして、板ばね208は、ネジ501とナット502によって壁面209に固定されている。
FIG. 10 is a structural sectional view showing a mounting structure of the
これにより、壁面209と板ばね208を機械的に接合することができるため、接着剤のみを用いて接合した場合と比べて接合強度が増す。
Thereby, since the
(実施の形態5)
以下、本発明の実施の形態5における磁歪アクチュエータの取付構造について図面を用いて説明する。なお、実施の形態1から実施の形態4と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 5)
Hereinafter, a magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図11は、本発明の実施の形態5における磁歪アクチュエータ600の取付構造を示した構造断面図である。板ばね208は、外周部208bの外側全体の縁に雄ネジ部601を備える。また、壁面209は、板バネ208の雄ネジ部601の大きさに合わせた凹加工が設けられており、この凹加工部外径内周の縁の全体に雌ネジ部602を備える。壁面209の雌ネジ部602に、板ばね208の雄ネジ部601が螺合されて、壁面209と板ばね208とが固定される。
FIG. 11 is a structural sectional view showing a mounting structure of the
これにより、壁面209と板ばね208を機械的に接合することができるため、接着剤のみを用いて接合した場合と比べて接合強度が増す。
Thereby, since the
(実施の形態6)
以下、本発明の実施の形態6における磁歪アクチュエータの取付構造を用いた移動体について図面を用いて説明する。なお、実施の形態1から実施の形態5と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 6)
Hereinafter, a moving body using the magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図12は、本発明の実施の形態6における磁歪アクチュエータの取付構造を用いた自動車の断面図である。例えば、磁歪アクチュエータ700は、移動体である自動車701を構成するドアや窓に取り付けられている。
FIG. 12 is a sectional view of an automobile using the magnetostrictive actuator mounting structure according to Embodiment 6 of the present invention. For example, the
これにより、従来よりも狭い空間内に磁歪アクチュエータを設置できるようになり、また密閉空間を形成する板ばねを用いることで、外部から熱や埃や水等が入り込まず、故障しにくいため、劣悪な使用環境下においても故障を抑えて音響機器として機能させることができる。 This makes it possible to install the magnetostrictive actuator in a narrower space than in the past, and by using a leaf spring that forms a sealed space, heat, dust, water, etc. do not enter from the outside and it is difficult to break down. It is possible to function as an acoustic device while suppressing breakdown even in a use environment.
また、磁歪アクチュエータを、炊飯器や冷蔵庫等の家電製品を構成する面部やパーソナルコンピュータや携帯電話等の電子機器を構成する面部に取り付けたり、住宅用天井材、壁材等の建築物に取り付けたり、家具、浴槽やトイレといった家庭内設備を構成する面部に取り付けてもよい。 In addition, the magnetostrictive actuator may be attached to a surface part constituting a home appliance such as a rice cooker or a refrigerator, or a surface part constituting an electronic device such as a personal computer or a mobile phone, or to a building such as a ceiling material for a house or a wall material. You may attach to the surface part which comprises household equipment, such as furniture, a bathtub, and a toilet.
本発明の磁歪アクチュエータの取付構造は、住居空間内に設置される炊飯器や洗濯機などの家電製品、テレビ等のAV機器に搭載される、音響用途で使用される磁歪アクチュエータの取付構造として有用である。 The mounting structure of the magnetostrictive actuator of the present invention is useful as a mounting structure of a magnetostrictive actuator used in acoustic applications, which is mounted on home appliances such as rice cookers and washing machines installed in residential spaces, and AV equipment such as a television set. It is.
100、200,300,400,500,600,700 磁歪アクチュエータ
101、201 磁歪素子
102、202 コイルボビン
103、203 ボイスコイル
104、204 バイアス磁石
105 振動伝達部
106 ヨーク
107 ばね
108 外装ケース
109、501 ネジ
110、502 ナット
111、209 壁面
205 振動吸収材
206 振動伝達部
207 ヨーク
207a 蓋部
207b 第1の底部
207c 第2の底部
208 板ばね
208a 中心部
208b 外周部
301 クッション
401 クランプ部
601 雄ネジ部
602 雌ネジ部
701 自動車
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700
Claims (11)
一方の面がこの磁歪アクチュエータの振動伝達部に結合された壁面と、
外周部がこの壁面の、前記磁歪アクチュエータが結合されているのと同じ面と結合すると共に、中心部が前記磁歪アクチュエータの上面に結合され、前記壁面と共に前記磁歪アクチュエータを押圧する弾性体とによって
前記壁面に取り付けられたことを特徴とする磁歪アクチュエータの取付構造。 A magnetostrictive actuator that transmits vibration due to the magnetostriction phenomenon
A wall whose one surface is coupled to the vibration transmitting portion of the magnetostrictive actuator;
The outer peripheral portion is coupled to the same surface of the wall surface to which the magnetostrictive actuator is coupled, and the central portion is coupled to the upper surface of the magnetostrictive actuator, and the elastic body presses the magnetostrictive actuator together with the wall surface. A magnetostrictive actuator mounting structure characterized by being mounted on a wall surface.
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