JP3822600B2 - 任意の機械的な衝撃に対して改善した耐性を有する磁気トランスデューサー - Google Patents

Description

本願は本出願と同一の発明者によって発明され、同一の出願人によって２００１年６月１２日に出願された米国特許出願No.09/879,331「MAGNETIC TRANSDUCERS OF IMPROVED RESISTANCE TO ARBITRARY MECHANICAL SHOCK」の優先権を主張する。（なお、上記の出願は本願にも参照として組み込まれるものとする。）

本発明は均衡のとれた移動電機子磁気トランスデューサー（balanced moving armature magnetic transducer）に関し、特に、移動電機子（moving armature）をトランスデューサーの動作に影響を与える、機械的な衝撃によって生ずる損傷から保護するための手段に関する。

現存の、磁気的に均衡のとれた（または、磁気的に平衡している）移動電機子磁気トランスデューサーにおいて、電機子（または、アーマチュア）を構成している部材は通常、復元用のバネ（restoring spring）として機能し、機械的な安定性及び、動作休止中の、電機子の近似的な（または、実質的な）磁気的均衡状態を与える。通常、電機子の一部は電気信号コイルによって囲まれており、コイルを介して磁気信号フラックス（または、磁束）を伝達（または、透過）するために機能する。したがって、電機子は上述の復元バネとしての機能に加え、高い透磁率及び抗磁力（または、保磁力）を持つことが要求される。

このような電機子の磁気的特性を得るために電機子を構成する材料が熱処理された場合、一般的に、それらの材料の機械的な降伏強さ（yield strength）は制限されてしまう。そして、材料の強度の制限は、結果的に電機子の復元バネ（restore spring）としての機能の強度を制限してしまう。したがって、このような材料の電機子を利用する磁気トランスデューサー（または、磁気変換器）の機械的衝撃に対する耐性は望まれない制限を持つ。特に、外力による衝撃は塑性的な損傷（plastic damage）によって電機子の位置を復元不可能な状態に変えてしまい、電機子の磁気的な均衡（または、平衡）を壊してしまう。

上述の問題は、（レシーバー（receiver）と呼ばれる）音声出力生成装置が均衡のとれた移動電機子磁気トランスデューサーの技術を使用して作製される補聴器や補聴用の器具等で特に問題となることが多い。実際、この分野において、機械的衝撃に対する耐性（または、感受性）はレシーバーの故障の２番目に多い原因であると考えられており、そして、このようなレシーバーの故障は結果的に、補聴器全体の故障となる。

これらのトランスデューサーの衝撃耐性を増大させるための従来の技法は、衝撃が与えられたときに電機子の振動性部分の移動や変位の大きさを制限するスナッバー構造（snubbing structure）（または、緩衝構造）を使用することである。例えば、Carlsonの米国特許No.4,272,654は本願の出願人に譲渡された米国特許No.3,515,818に開示されているタイプの、折返し式電機子（folded armature）の内部アームに対するスナッバー手段（または、固定手段）として、コイルのカプセルを形成する（または、コイルのカプセル材料から形成された）、複数の離散的な、または連続的な隆起部（または、ひだ）を開示している。Salvageらの米国特許No.5,647,013及びVan Halterenらの米国特許No.5,757,947はTibbettsらの米国特許No.3,617,653に開示されているタイプの電機子のためのスナッバー手段（または、固定手段）を開示している。

また、米国特許No.5,647,013は電機子本体の平面から離れる方向に押し付けられた構造、電機子に適用された少量の接着剤や他の設置用材料（settable material）、コイルと永久磁石構造との間に配置された、制限された開口部を持ったスペーサー、及び、コイルのトンネルの形状を変形させるための手段を含む、複数の形式のスナッバー手段を開示している。さらに、米国特許No.5,757,947はトランスデューサーをダイアフラム（または、振動板）と接続する駆動ピン（drive pin）の一部を形成するスナッバー手段、及び、磁石部材のコイルに対して反対側を向いている側面に配置されたＵ型部材を形成するスナッバー手段を開示している。これらの多様なスナッバー手段は電機子の所定の位置に備えられ、スナッバーの方向は駆動ピンと平行な方向を向いている。すなわち、これらのスナッバー手段は電機子が永久磁石の磁束の方向の移動（または、変位）を制限するために使用されている。そして、一般に、この方向は電機子の主面に対して垂直である。

しかしながら、機械的衝撃の分析により、機械的衝撃の影響は複雑であり、衝撃のベクトルの方向に依存することが判明している。例えば、補聴器を不意に床に落としてしまった場合等の、外部に原因を持つ衝撃は本質的に任意に方向を持つ。本願の出願人（または、発明者）は、任意の衝撃による動作特性への影響及び衝撃に対する耐性が衝撃の大きさだけではなく、衝撃の方向にも大きく依存することを突き止めた。出願人（または、発明者）はさらに、電機子に対して磁石や磁極片（pole piece）の材質や構造によって本質的に備わっている駆動ピン方向の緩衝能力や、上述の特許に開示されているような電機子に対する駆動ピン方向の付加的なスナッバー（または、緩衝能力）が電機子の損傷に対して部分的な保護しか与えないことを突き止めた。この事実は、米国特許No.3,515,818に開示されている折返し式電機子（folded armature）のタイプに対して特に当てはまる。

米国特許No.3,515,818に開示されているような、基本的な折返し式電機子（folded armature）を使用するタイプのトランスデューサーが縁方向（または、横方向）、すなわち、磁束場の向きに垂直かつトランスデューサーの振動性部分の拡張方向に垂直な方向の衝撃を受けた場合、上述の特許に開示されているような平行な保護用スナッバー（parallel protective snubbing）の有無にかかわらず、電機子に対して深刻な塑性的損傷（plastic damage）が容易に起こる可能性があることが判明している。このような損傷は、トランスデューサーの磁気的均衡（または、磁気的平衡）に対して小さな移動または変位しか起こさないが、このような小さな移動または変位はトランスデューサーが、その後に他のベクトル方向の衝撃を受けたときの耐性を大幅に低下させる可能性がある。したがって、電機子は縁方向（または、横方向）の衝撃に対しても緩衝が施されている（または、固定されている）必要がある。（本願において、このような緩衝または固定を以降、単に縁方向緩衝（edgewise snubbing）と呼ぶ。）

出願人（または、発明者）は磁束の方向に垂直かつ電機子の振動性部分の拡張方向に対して垂直な縁方向（または、横方向）の衝撃、及び、他の可能なベクトル方向の衝撃に対して電機子を保護するために十分な程度の縁方向緩衝の大きさの決定を行うための分析を行った。この分析によると、縁方向（または、横方向）の任意の強度の衝撃に対して、電機子が弾性的に復元可能であるように、対応する緩衝余裕（snubbing clearance）（すなわち、スナッバー手段と電機子の対応する縁との間の空間）を決定することができることが判った。しかしながら、同一の強度を持った他の可能なベクトル方向の衝撃に対し、このような大きさの縁方向緩衝が電機子を保護し、磁気的な均衡の変位を防止するために十分ではないことも判明した。実際、縁方向緩衝余裕（edgewise snubbing clearance）は実質的に（または、使用上）十分な保護を与えるために、例えば、３桁程度の、大きな因子（または、率）で減少させることが必要であることが判明した。

上述の結果に基づき、本発明は電機子の縁方向（または、横方向）、すなわち、永久磁石の磁束の方向に垂直かつ電機子の振動性部分の拡張方向に垂直な方向の移動または変位を制限するために方向付けられた（または、構成された）、１つまたは複数の表面を持った、独特なスナッバー手段（または、緩衝手段）を備えることを含む。

このような縁方向緩衝を与えるために、磁束の方向及び電機子の振動性部分の拡張する方向に垂直な方向への、電機子の移動または変位を制限する手段を含む、多様な手段が与えられる。

本発明の縁方向緩衝手段は所望の縁方向緩衝余裕（edgewise snubbing clearance）を与えるための充填用の部材（filler piece）（または、不必要な空間を埋めるための部材）、または、電機子が拡張する空間を挟む、対向した面を持つ部材を含む、多様な形式の１つまたは複数の形式で備えられる。

図１から図３は本発明を適用した、２００１年２月８日に本願の出願人により出願された米国特許出願No.09/779920に開示されているタイプのトランスデューサーモーター装置（または、電磁トランスデューサー装置）１０を図示している。電機子１２は透磁性のシート材料（または、板部材）の平らな片を折り返し、その後に熱処理することによって形成され、支持された細長の振動性外側アーム１４、細長の振動性内側アーム１６、及び、一体型の接続部分１８を備えている。内側アーム１６は電機信号コア（または、電気信号コイル）２０の開口部を通って拡張している。外側アーム１４は橋部２２によって支持されており、橋部２２は溶接２８等によって磁石用片２６に溶接された羽部またはパッド２４と一体的に形成されている。必要であれば、橋部２２の壁を通して穴３０が形成され、穴を通して、橋部２２と磁石用片２６の向かい合った面の間の余裕空間（clearance space）３２にエポキシ接着剤等が流し込まれてもよい。接着剤の硬化後、この接着剤は特に、衝撃の（図３に示されている方向から見たときに）垂直方向（平行方向）の成分に対する、電機子１２の衝撃耐性を向上させる。

電機子の内側アーム１６は磁石用片２６に固定されている永久磁石３４と永久磁石３６との間の作用空間（working gap）の中に拡張している。作用空間は一組の空間３８から構成されている。

駆動ピン４０はアーム１６の外側の端のノッチ（または、切れ目）内に溶接され、この分野で周知な様式でトランスデューサーの一部を形成するダイアフラム（または、振動板）（図示せず）まで拡張する。

充填用部材（または、不必要な空間を埋めるための部材）４２及び４４は接着剤によって磁石用片２６の垂直な内壁に接着されている。充填用部材の厚さは、充填部材に面しているアーム１６の対応する横方向の縁に対して、予め決められた緩衝余裕（snubbing clearance）を与える（すなわち、充填用部材とアーム１６の縁との間に所望の距離の緩衝用余裕を与える）ことができるように選択される。また、充填用部材は磁石３４及び３６が磁石用片２６に接着されるときに、磁石３４及び３６を所定の位置に配置するために利用されてもよい。

トランスデューサーの組立て時、パッド２４を磁石用片２６に溶接したときに、アーム１６の両端の余裕４６が実質的に等しくなるように、アーム１６が磁石用片に対して縁方向（または、横方向）に中央に配置されるように注意する必要がある。

図４から図６は図１から図３の実施例の余裕４６に対応する、実質的に等しい縁方向の余裕を与えるために、スナッバー手段５０をアーム１６に対して中央に配置することを援助するための、異なった形式の縁方向緩衝を備えたトランスデューサー４８を図示している。図４から図６において、図１から図３の実施例と同一または同様な部材または構成は同一の番号で示されている。

この実施例の場合、最初に、ブランキング（または、打抜き）によって金属の板から形成された、互いに間隔の開いたアーム５２を持ったＵ型のスナッバー５０が低抵抗溶接（small resistance weld）５４によって磁石用片２６に取り付けられる。トランスデューサー４８の製造において、まず、磁石３４及び３６を磁石用片２６の内面に接着剤等で固定することによって下位組立品が作製され、好まれるものとして、この段階で、磁石用片２６の開口の中央に配置されたスナッバー５０との溶接５４を形成することによってスナッバー５０が磁石用片２６に取り付けられる。図４は、その後に組立てられた、これらの下位組立品、適所に配置された電機子１２、及び、スナッバーの両側のアーム５２の中央に配置されたアーム１６から成る組立品を示している。そして、その後に、スナッバー５０を半永久的に磁石用片２６に取り付けるために、レーザー溶接５６が形成される。

必要であれば、スナッバー手段は図示されているようなＵ型ではなく、両端が閉じたワッシャー型（または、座金型）またはループ型に構成されてもよい。

図６は図４の実施例において、アーム１６の端部が磁石用片２６、磁石３４及び３６、及びスナッバー５０から成る下位組立品に対して、縁方向（または、横方向）に中央から外れて組立てられた場合の実施例を図示している。このような場合、スナッバー５０は、図示されているように、アーム１６の両側の、アーム１６とスナッバーのアーム５２との間の縁方向余裕が実質的に等しくなるまで溶接５４を塑性的（plastic）にねじる（または、ゆがめる）ことによって（または、溶接５４を塑性変形させるために適当な力でねじる（または、ゆがめる）ことによって）、スナッバーが配置されている平面上で回転させられる。そして、その後に、レーザー溶接５６を形成することによって組立品が完成される。

本発明の図示された実施例は上述の特許に開示されているような平行型（parallel type）のスナッバー手段を含んでいないが、電機子に機械的衝撃による損傷に対して必要な保護を与えるために、そのようなタイプのスナッバー手段に対しても本発明の縁方向緩衝を組み込むことができることは明白であるだろう。

また、本発明に従った縁方向緩衝手段（または、縁方向スナッバー手段）は上述の米国特許No.3,515,818に開示されているような折返し式電機子を備えたトランスデューサーだけではなく、例えば上述の米国特許No.3,617,653に開示されているようなタイプの、他のタイプの電機子を備えたトランスデューサーにも適用可能であることは理解されなければならない。

本発明の折返し式電機子トランスデューサーの（folded armature transducer）第１の実施例の等距離図（または、斜視図）である。 図１の実施例の平面図である。 図１の実施例の前面図である。 本発明の第２の実施例の折返し式電機子トランスデューサーの前面図である。 図４の実施例の等距離図（または、斜視図）である。 図４の実施例の変動を図示している前面図である。

符号の説明

１０ トランスデューサーモーター装置
１２ 電機子
１４ 外側アーム
１６ 内側アーム
１８ 接続部分
２０ 電機信号コア
２２ 橋部
２４ パッド
２６ 磁石用片
２８ 溶接
３０ 接着剤用の穴
３４，３６ 永久磁石
３８ 作用空間
４０ 駆動ピン
４２，４４ 充填用部材
４６ 縁方向の余裕
４８ 電磁トランスデューサー
５０ スナッバー
５２ アーム
５４ 溶接
５６ レーザー溶接

Claims (11)

1. 電磁トランスデューサーであって：
   作用空間の両側に配置された磁極面の間の方向に拡張する磁束場を形成する永久磁石手段；
   電気信号コイル；
   前記コイルを通って拡張し、一方の端で支持され、他方の端が前記作用空間内に拡張する細長の電機子であって、前記他方の端が前記磁極面の間の方向に振動性を持ち、前記他方の端がダイアフラムへ接続されるように構成され、前記他方の端が前記磁極面の各々に面した、一組の横方向の縁の間に拡張する面を備えている電機子；
   前記電機子の前記他方の端を前記磁束場の方向に平行な両方向の変位を制限するために方向付けられた、一組の面を備えた第１スナッバー；及び、
   前記永久磁石手段に取り付けられる部分を持つ第２スナッバーであって、前記永久磁石手段に取り付けられる前記部分が前記電機子の前記他方の端を前記磁束場の方向に垂直な両方向の変位を制限するために、前記電機子の前記一組の横方向の縁から予め決められた長さの余裕を形成する表面を備えている第２スナッバー、
   を備える電磁トランスデューサー。
2. 前記電機子の前記一方の端が前記永久磁石手段から前記他方の端と概略平行に拡張する外側アーム及び、前記一方の端と前記他方の端を一体的に接続する接続部分から構成される、請求項１に記載の電磁トランスデューサー。
3. 前記第２スナッバーが前記余裕を形成するために前記永久磁石手段の適当な位置に取り付けられた充填用部材から構成される、請求項１に記載の電磁トランスデューサー。
4. 前記永久磁石手段が磁石用片及び、前記磁石用片に取り付けられた一組の永久磁石から構成され、前記充填用部材が前記磁石用片に取り付けられている、請求項３に記載の電磁トランスデューサー。
5. 前記磁石用片が閉じたループ形状（または、環状）を形成し、前記第２スナッバーが前記ループ内で互いに面するような関係で前記ループ内に取り付けられた２つの前記充填用部材から構成される、請求項４に記載の電磁トランスデューサー。
6. 前記充填用部材が、前記磁石を前記磁石用片に取り付けるときに前記磁石を前記磁石用片の適当な位置に位置付けるために、前記磁石用片と前記磁石の側面との間に拡張する、請求項４に記載の電磁トランスデューサー。
7. 前記第２スナッバーが前記永久磁石手段に取り付けられた、互いに間隔の開いた平行な緩衝用面を備えた単一部材から構成され、前記電機子が前記平行な緩衝用面の間に拡張する、請求項１に記載の電磁トランスデューサー。
8. 前記永久磁石手段が磁石用片及び、前記磁石用片に取り付けられた一組の永久磁石から構成され、前記単一部材が前記磁石用片に取り付けられている、請求項７に記載の電磁トランスデューサー。
9. 前記単一部材が、前記平行な面の、前記磁極面の間の方向に垂直な軸の回りの、予備的な（または、使用前の）回転性の調節を行うために、前記磁石用片に対して塑性的に変形可能な状態で固定されている、請求項８に記載の電磁トランスデューサー。
10. 前記単一部材が前記平行な面の付近で前記磁石用片に堅く固定されている、請求項９に記載の電磁トランスデューサー。
11. 前記電機子の前記他方の端から拡張し、前記磁束場の方向に振動性を持ったダイアフラム用駆動ピンをさらに備える、請求項１に記載の電磁トランスデューサー。

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