JP2016184901A - 磁性粒子含有高分子弾性体、動作機構、および、その構成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】劣化による意図しない流動が発生しにくい支持部材や動作機構を提供する。
【解決手段】筒状又は柱状の躯体１０と、躯体における筒状の内周面または柱状の外周面に沿って所定範囲で往復動作可能な柱状又は筒状の動作部２０と、躯体及び動作部の間に介在する支持部材３０とからなり、支持部材を介して躯体から動作部に至る磁気回路が形成される動作機構１において、支持部材として使用可能な高分子弾性体は、高分子材料と磁性粒子とが含有されている。磁性粒子それぞれは、動作機構が使用される磁場環境における交流磁界の周期Ｔよりも磁気応答の速度で規定される緩和時間τが短くなる（τ＜Ｔ）ように定められた粒径で形成され、動作部の動作を妨げないものとして定められた粘弾性率を超えない濃度にて高分子材料中に分散される。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁性粒子含有高分子弾性体、動作機構、および、その構成方法に関する。

近年、例えばスピーカの躯体側とこれを取り囲む（またはこれの内周面に位置する）動作部となるボイスコイルとからなる動作機構や、筒状のヨークである躯体側とその内周面に沿って配置されるレンズ（を保持するケース）とからなる動作機構などでは、この動作部を支持する支持部材を躯体と動作部との間に介在させる構成を採用したものがあり、この支持部材として磁性流体を採用することも提案されている（特許文献１参照）。

この構成であれば、磁性流体である支持部材が、外部磁場により動作部を躯体に対して位置決めするように作用する（センタリング力が働く）ため、動作機構を組み立てる際の組立精度を高める点でも有利となる。

特許第５１０１９０３号公報

しかし、この種の動作機構においては、液体成分を含む磁性流体を支持部材として用いている関係上、その液体成分の劣化や想定外の使用方法などによる意図しない流動を防止すべく、その使用環境が限られるという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来よりも、支持部材の劣化による意図しない流動が発生しにくい支持部材や動作機構を提供することである。

上記課題を解決するため第１の構成（請求項１）は、筒状または柱状の躯体と、該躯体における筒状の内周面または柱状の外周面に沿って所定範囲で往復動作可能な柱状または筒状の動作部と、前記躯体および前記動作部の間に介在する支持部材と、からなり、該支持部材を介して前記躯体から前記動作部に至る磁気回路が形成される動作機構において、前記支持部材として使用可能な高分子弾性体である。

また、高分子弾性体は、高分子材料と磁性粒子とが含有されており、前記磁性粒子それぞれは、前記動作機構が使用される磁場環境における交流磁界の周期Tよりも、磁気応答の速度で規定されるニール緩和時間τｎが短くなる（τｎ＜T）ように定められた粒径で形成され、前記動作部の動作を妨げないものとして定められた弾性率を超えない濃度にて前記高分子材料中に分散されている。

また、この構成における高分子弾性体を得る方法として、硬化または加硫後の高分子弾性体の弾性率が、前記動作部の動作を妨げないものとして定められた弾性率を超えないものであれば、特に制限なく用いることができる。例えば、第２の構成（請求項２）のように、高分子材料として液状から固体状へと硬化または加硫する材料を使用することが考えらえる。この種の材料は硬化剤または加硫剤を加える方法で硬化または加硫させればよい。なお、前記した固体状には、ゲル状も含まれるものとする。

また、高分子弾性体を得る他の方法としては、高分子材料と硬化剤または加硫剤の他に、可塑剤、発泡剤、可とう性付与樹脂等の材料を加えて、液状から固体状へと硬化または加硫させる方法であってもよい。

また、上記各構成は、第３の構成（請求項３）のようにしてもよい。
第３の構成において、前記磁性粒子それぞれは、前記高分子材料そのものの弾性率に、該磁性粒子の含有量に応じた弾性率の上昇分を加えた弾性率が、前記弾性率を超えない濃度にて前記高分子材料中に分散されている。

これらのように構成された磁性粒子含有高分子弾性体であれば、磁性流体と同様に動作部の躯体に対する位置決めを実現できることに加え、成分の意図しない流動による機能の低下といった問題を防止することができる。こうして、動作機構としての機能を適切に維持することができる。

また、支持部材の磁性粒子は、それぞれが残留磁化を生じない粒子径となっており、磁場環境下でも磁性粒子が凝集することなく分散した状態が維持されるため、磁性粒子の凝集により支持部材としての機能が損なわれることもない。

また、第２の構成のように、高分子材料として、液状から固体状へと硬化または加硫する材料を使用した構成であれば、硬化または加硫する前は磁性流体として振る舞うため、液体材料の注入という自由度の高い作業で簡単に必要箇所へと配置することができる。さらに、硬化または加硫することにより高分子弾性体となると外部磁場による動作部の位置決めによって高い組立精度を実現できるため、こうして、高い組立精度と動作機構としての機能維持とを両立することができる。

また、上記課題を解決するため第４の構成（請求項４）は、筒状または柱状の躯体と、該躯体における筒状の内周面または柱状の外周面に沿って所定範囲で往復動作可能な柱状または筒状の動作部と、前記躯体および前記動作部の間に介在する支持部材と、からなり、該支持部材を介して前記躯体から前記動作部に至る磁気回路が形成される動作機構であって、前記支持部材は、高分子材料と磁性粒子が含有された高分子弾性体であり、前記磁性粒子それぞれは、前記動作機構が使用される磁場環境における交流磁界の周期Tよりも、磁気応答の速度で規定されるニール緩和時間τｎが短くなる（τｎ＜T）ように定められた粒径で形成され、前記動作部の動作を妨げないものとして定められた弾性率を超えない濃度にて前記高分子材料中に分散されている。

この構成であれば、上記と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記課題を解決するためには、筒状または柱状の躯体と、該躯体における筒状の内周面または柱状の外周面に沿って所定範囲で往復動作可能な柱状または筒状の動作部と、前記躯体および前記動作部の間に介在する支持部材と、からなり、該支持部材を介して前記躯体から前記動作部に至る磁気回路が形成される動作機構を構成する方法であって、前記支持部材には、前記動作機構が使用される磁場環境における交流磁界の周期Tよりも、磁気応答の速度で規定されるニール緩和時間τｎが短くなる（τｎ＜T）ように定められた粒径で形成された磁性粒子が、前記動作部の動作を妨げないものとして定められた弾性率を超えない濃度にて、高分子材料中に分散された状態で含有されているものを用いる、といった動作機構の構成方法（請求項５）が考えられる。

この構成方法であれば、上述した動作機構を構成するのに好適である。

動作機構を示す断面図（１） 動作機構を示す断面図（２） 動作機構を示す断面図（３） 動作機構を採用したスピーカの構造を示す断面図（１） 動作機構を採用したスピーカの構造を示す断面図（２） 動作機構を採用したスピーカの構造を示す断面図（３） 動作機構を採用したスピーカの構造を示す断面図（４） 動作機構を採用したフォーカス機構の構造を示す断面図 弾性率σ（＝ａｘ＋σ０）のグラフ例

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
動作機構１は、図１に示すように、筒状の躯体１０と、躯体１０の外周面を取り囲んだ（図１Ａ,Ｃ）または躯体１０における筒状の内周面に沿った（図１Ｂ,Ｃ）状態で躯体１０を基準として筒状の長さ方向（図１における上下方向）に沿って所定範囲で往復動作可能な動作部２０と、躯体１０および動作部２０の間に介在する支持部材３０と、からなり、支持部材３０を介して躯体１０から動作部２０に至る磁気回路が形成される。なお、この磁気回路は、躯体１０側または動作部２０側に磁石を配置することで形成される。

具体的な例としては、図２、図３に示すように、本発明の動作機構１をスピーカ２に適用し、躯体１０である柱状のセンターポールまたはヨークにおける外周面に沿って動作部２０であるボイスコイルが配置された構成や、図４に示すように、本発明の動作機構１をカメラのフォーカス機構３に適用し、躯体１０である筒状のヨークにおける内周面に沿うようにして、動作部２０であるレンズ群（を保持するケース）が配置された構成など、が考えられる。なお、図２Ａ，図３Ａ,図４は、動作部２０が躯体１０の外周面を取り囲むとともに、躯体１０における筒状の内周面に沿って配置された構成となっており、図２Ｂ，図３Ｂは、動作部２０が躯体１０における筒状の内周面に沿って配置された構成となっている。

その他、記録ディスク読取用のピックアップ、洗濯機の洗濯槽、車両における車輪などにおけるダンパー機構など、躯体と動作部と支持部材３０とを有する他の動作機構にも適用できることはいうまでもない。

支持部材３０は、高分子材料と磁性粒子とが含有された高分子弾性体であり、この磁性粒子それぞれは、硬化または加硫後において、動作部２０の動作を妨げないものとして定められた弾性率を超えない濃度にて高分子材料中に分散されている。

ここで、高分子材料としては、液状から固体状へと硬化または加硫する樹脂材料が使用されているものとしてもよく、その場合、硬化剤や加硫剤などをその硬化時間に応じた配合にて添加したものを用いればよい。ここでいう「固体状」とは、ゲル状も含む概念である。また、高分子材料としては、加硫により弾性率が変化するゴム系材料が使用されたものとしてもよい。

本実施形態において、高分子材料には、支持部材３０としてウレタン系の樹脂材料が用いられているが、その他、ポリエチレン系の樹脂材料またはポリプロピレン系の樹脂材料等のオレフィン系の樹脂材料、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂等の各種樹脂材料や、ＮＢＲ(アクリロニトリルブタジエン共重合体)、ＳＢＲ(スチレンブタジエン共重合体)、ＥＰＤＭ(エチレンプロピレンジエン三元共重合体)、ＥＰＭ(エチレンプロピレン共重合体)、シリコーンゴム等の各種ゴム系の材料を用いることもでき、動作機構１に求められる弾性率を実現できるものを選択的に用いればよい。

また、磁性粒子としては、酸化鉄系の粒子が用いられているが、その他、フェロ磁性を示す粒子、反フェロ磁性を示す粒子、常磁性または超常磁性を示す粒子のうちの１種類以上の粒子からなるもの、より具体的には、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、カルボニル鉄、鉄合金、酸化鉄、窒化鉄、炭化鉄、低炭素鋼、希土類、これらの混合物、または、これら１種類以上の合金を材料とするものを用いることもできる。

また、上述した磁性粒子は、動作機構１が使用される磁場環境における交流磁界の周期Ｔよりも、磁気応答の速度で規定される緩和時間τが短くなる（τ＜T）ように定められた粒径で形成され、これにより、使用環境下で残留磁化が生じないようにしている。

なお、磁気応答は、粒子そのものが反転するブラウン機構、および、粒子における磁気スピンが反転するニール機構それぞれによるものであり、その速度は、ブラウン機構およびニール機構それぞれにおいて反転が起こる時間（緩和時間）τで決まる。このような特性に照らし、本実施形態では、少なくとも、磁性粒子における緩和時間τが、使用環境における交流磁界の周期Ｔよりも短くなる（τ＜Ｔ）ように磁性粒子の粒径が定められている。

本実施形態では、特に高分子材料中で安定分散可能な粒子径のものとして、酸化鉄系の磁性粒子としてポテンシャル曲線（粒子間磁気的吸引力ＥＭ、ロンドンーファンデルワールス力ＥＬおよび表面被覆層による反発力ＥＲで規定）上のポテンシャル障壁が生じて凝集を起こさない（分散する）最大の粒子径である２０ｎｍを限界として（斎藤進六監修、「微粒子ハンドブック」602-603頁、1990年、フジテクノシステム）、これ以下の粒子径の磁性粒子が選択される。

また、上述した支持部材３０の弾性率σは、高分子材料そのものの弾性率σ0に加え、磁性粒子の濃度ｘ（重量％）に応じて大きくなる弾性率ｆ（ｘ）により決まるため（例えば、σ＝ｆ（ｘ）＋σ０）、この弾性率σが弾性率σｍａｘを超えない濃度ｘが定められている。

なお、図５に、磁性粒子の濃度ｘに応じた弾性率ｆ（ｘ）が磁性粒子ｘの濃度に比例する場合（傾きはａ）の同一条件下での対応関係を示す（σ＝ａｘ＋σ０）。
以上説明した支持部材３０であれば、磁性流体と同様に動作部の躯体に対する位置決めを実現できることに加え、成分の意図しない流動による機能の低下といった問題を防止することができる。こうして、動作機構としての機能を適切に維持することができる。

また、支持部材３０の磁性粒子は、それぞれが残留磁化を生じない粒子径となっており、磁場環境下でも磁性粒子が凝集することなく分散した状態が維持されるため、磁性粒子の凝集により支持部材としての機能が損なわれることもない。

また、高分子材料として、液状から固体状へと硬化または加硫する材料を使用した構成においては、硬化または加硫する前は磁性流体として振る舞うため、液体材料の注入という自由度の高い作業で簡単に必要箇所へと配置することができる。さらに、硬化または加硫することにより高分子弾性体となると外部磁場の影響による動作部２０の位置決めにより高い組立精度を実現できるため、こうして、高い組立精度と動作機構としての機能維持とを両立することができる。

また、上述した動作機構１であれば、躯体１０と動作部２０との間に支持部材３０が介在していることにより、これが両者の動作や通電により発生する熱を空気中または動作機構１の構成要素へと伝達させる結果、放熱による装置の劣化を防止する効果が期待できる。

１…動作機構、２…スピーカ、３…フォーカス機構、１０…躯体、２０…動作部、３０…支持部材。

Claims (5)

1. 筒状または柱状の躯体と、該躯体における筒状の内周面または柱状の外周面に沿って所定範囲で往復動作可能な柱状または筒状の動作部と、前記躯体および前記動作部の間に介在する支持部材と、からなり、該支持部材を介して前記躯体から前記動作部に至る磁気回路が形成される動作機構において、前記支持部材として使用可能な高分子弾性体であり、
   高分子材料と磁性粒子とが含有されており、
   前記磁性粒子それぞれは、前記動作機構が使用される磁場環境における交流磁界の周期Tよりも、磁気応答の速度で規定される緩和時間τが短くなる（τ＜T）ように定められた粒径で形成され、前記動作部の動作を妨げないものとして定められた弾性率を超えない濃度にて前記高分子材料中に分散されている
   ことを特徴とする磁性粒子含有高分子弾性体。
2. 前記高分子材料として、液状から固体状へと硬化または加硫する材料が使用されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁性粒子含有高分子弾性体。
3. 前記磁性粒子それぞれは、前記高分子材料そのものの弾性率に、該磁性粒子の含有量に応じた弾性率の上昇分を加えた弾性率が、前記弾性率を超えない濃度にて前記高分子材料中に分散されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性粒子含有高分子弾性体。
4. 筒状または柱状の躯体と、該躯体における筒状の内周面または柱状の外周面に沿って所定範囲で往復動作可能な柱状または筒状の動作部と、前記躯体および前記動作部の間に介在する支持部材と、からなり、該支持部材を介して前記躯体から前記動作部に至る磁気回路が形成される動作機構であって、
   前記支持部材は、高分子材料と磁性粒子が含有された高分子弾性体であり、
   前記磁性粒子それぞれは、前記動作機構が使用される磁場環境における交流磁界の周期Tよりも、磁気応答の速度で規定される緩和時間τが短くなる（τ＜T）ように定められた粒径で形成され、前記動作部の動作を妨げないものとして定められた弾性率を超えない濃度にて前記高分子材料中に分散されている
   ことを特徴とする動作機構。
5. 筒状または柱状の躯体と、該躯体における筒状の内周面または柱状の外周面に沿って所定範囲で往復動作可能な柱状または筒状の動作部と、前記躯体および前記動作部の間に介在する支持部材と、からなり、該支持部材を介して前記躯体から前記動作部に至る磁気回路が形成される動作機構の構成方法であって、
   前記支持部材には、前記動作機構が使用される磁場環境における交流磁界の周期Tよりも、磁気応答の速度で規定される緩和時間τが短くなる（τ＜T）ように定められた粒径で形成された磁性粒子が、前記動作部の動作を妨げないものとして定められた弾性率を超えない濃度にて、高分子材料中に分散された状態で含有されているものを用いる
   ことを特徴とする動作機構の構成方法。