JP6040175B2 - 径方向及び軸方向にギャップを有するバランス型電磁アクチュエータを備える骨伝導デバイス - Google Patents

Description

本発明は、広く聴覚補綴（hearing prostheses）に関し、より詳細には、径方向及び軸方向にギャップを有する電磁アクチュエータを備えた骨伝導デバイスに関する。

本出願は、２０１１年３月１６日に出願された米国特許出願第１３／０４９，５３５号からの優先権を主張するものである。

聴覚喪失は、様々な要因で発生するが、一般的には伝導性難聴と感音性難聴の２つのタイプがある。感音性難聴（sensorineural hearing loss）は、音響信号を神経パルスに変換する蝸牛内の有毛細胞の欠如又は破壊に起因する。感音性難聴を患う個人に音を知覚する能力を付与するための、様々な聴覚補綴が市販されている。例えば、蝸牛インプラントは、受容者の蝸牛に移植された電極アレイを用いて耳のメカニズムをバイパスする。より具体的には、電極アレイを介して電気刺激が聴覚神経に与えられ、これにより聴覚がもたらされる。

伝導性難聴（conductive hearing loss）は、蝸牛内において音響を有毛細胞に与える正常な機械的経路が、例えば耳小骨連鎖や外耳道の損傷により、阻害されることで発生する。伝導性難聴を患う人は、蝸牛内の有毛細胞が損傷することなく維持されていることがあるので、何らかの形で聴覚を保持している場合がある。

伝導性難聴を患う人は、通常、補聴器を付ける。補聴器は、空気伝導の原理に依拠して、音響信号を蝸牛に伝達する。特に、補聴器は、通常、受容者の外耳道内又は外耳上に配置されて、受容者の外耳により受信される音響を増幅する。この増幅された音響は、蝸牛に到達して、外リンパの動きと聴覚神経の刺激を引き起こす。

空気伝導の原理に主に依拠する補聴器とは対照的に、一般に骨伝導デバイスと称される或る種の聴覚補綴は、受信した音響を振動に変換する。この振動は、頭蓋を通って蝸牛まで伝達されて神経インパルスを生成し、これにより上記受信した音響が知覚される。骨伝導デバイスは、様々なタイプの聴覚喪失の治療に適しており、補聴器や蝸牛インプラントでは十分な治療効果が得られない人や、吃音を患う人に適している場合がある。

本発明の一の態様は、動磁束を発生するように構成された第１アセンブリと、静磁束を発生するように構成された第２アセンブリと、を備える骨伝導デバイスである。これらのアセンブリは、径方向エアギャップが第１アセンブリと第２アセンブリとの間に配されるように、かつ、前記骨伝導デバイスの動作中には前記静磁束が前記径方向エアギャップを通って流れて前記動磁束と前記静磁束とが前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとの間に相対的な動きを発生させるように、構成され且つ配置される。前記動磁束の実効量は、前記径方向エアギャップを通って流れない。

本発明の他の態様は、動磁束を発生する手段と、静磁束を発生する手段と、前記動磁束を発生する手段と前記静磁束を発生する手段との間で前記動磁束と前記静磁束とを導いて前記動磁束を発生する手段と前記静磁束を発生する手段との間の相対的な動きを発生させる手段と、を備える骨伝導デバイスである。

本発明の他の態様は、振動エネルギーを与える方法である。本方法は、静磁束と動磁束との相互作用により第２アセンブリに対し第１アセンブリを振動するように動かすことと、第２アセンブリに対して前記第１アセンブリが動いても一定である隙間距離を有するエアギャップを通るように前記静磁束を導くことと、を有し、前記動磁束の実効量は少なくとも一つの前記第２のエアギャップを通って流れない。

以下では、次の添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態が実装され得る骨伝導デバイスの一例の透視図である。 本発明の一実施形態に従う骨伝導デバイスの、或るコンポーネント（複数）を例示する概略図である。 図２に示す骨伝導デバイスの振動アクチュエータ結合アセンブリの一実施形態の断面図である。 図３Ａに示す振動アクチュエータ結合アセンブリの、ボビンアセンブリの断面図である。 図３Ａに示す振動アクチュエータ結合アセンブリの、平衡錘アセンブリの断面図である。 図３Ａに示す断面図の詳細を示す図である。 図２に示す骨伝導デバイスの、振動アクチュエータ結合アセンブリの他の実施形態の断面図である。 図３Ａに示す振動アクチュエータ結合アセンブリの一部を示す概略図である。 ボビンアセンブリと平衡錘アセンブリとがこれら２つの間に磁気的に誘起される動きに関してバランス位置にあるときの、コイルが励起された瞬間における振動アクチュエータ結合アセンブリ内の静磁束及び動磁束の詳細を示す模式図である。 ボビンアセンブリと平衡錘アセンブリとがこれら２つの間に磁気的に誘起される動きに関してバランス位置にあるときの、コイルが励起された瞬間における振動アクチュエータ結合アセンブリ内の静磁束及び動磁束の詳細を示す概略図である。 図３Ａに示す振動アクチュエータ結合アセンブリの、ボビンアセンブリに対する平衡錘アセンブリの動きを示す概略図である。 図３Ａに示す振動アクチュエータ結合アセンブリの、ボビンアセンブリに対する平衡錘アセンブリの動きであって、図６Ａに示す動きとは反対の方向への動きを示す概略図である。 本発明の一実施形態に従う、振動電磁アクチュエータの一の例示的な実施形態についての、電磁力対Ｚ成分（バランス位置からの偏差量）のグラフである。 径方向エアギャップを無くした振動電磁アクチュエータについての、電磁力対Ｚ成分（バランス位置からの偏差量）のグラフである。 本発明の一実施形態に従う、振動電磁アクチュエータの一の例示的な実施形態についての、ボビンのコア内の磁束対Ｚ成分（バランス位置からの偏差量）のグラフである。 径方向エアギャップを無くした振動電磁アクチュエータについての、ボビンのコア内の磁束対Ｚ成分（バランス位置からの偏差量）のグラフである。

本発明の実施形態は、概して、受容者の頭蓋に振動エネルギーを与えるよう構成された骨伝導デバイスに関するものである。本骨伝導デバイスは、当該骨伝導デバイスにより受信された音響信号に応答して振動するように構成された電磁アクチュエータを備える。本デバイスは、振動電磁アクチュエータにより生成された振動を、受容者の頭蓋に与える。本電磁アクチュエータは、電流が通電されたときに動磁束（dynamic magnetic flux）を生成するよう構成されたボビンアセンブリを有する。ボビンアセンブリは、ボビンと、当該ボビンの周りに巻かれたコイルと、を有する。本電磁アクチュエータは、さらに、静磁束（static magnetic flux）を生成するように構成された２つの永久磁石を備える平衡錘アセンブリ（counterweight assembly）を有する。これら２つのアセンブリは、電磁アクチュエータが振動したときに、互いに対して相対的に動く。

或る実施形態においては、２つの径方向エアギャップと２つの軸方向エアギャップが、ボビンアセンブリと平衡錘アセンブリとの間に設けられる。電磁アクチュエータは、骨伝導デバイスの動作中に、静磁束と動磁束の双方が軸方向エアギャップの少なくとも一方を通って流れるように構成されている。ただし、動作中は、静磁束のみが、一つ以上の径方向エアギャップを通って流れる。動磁束は、径方向エアギャップを通っては流れない。

したがって、本実施形態によると、径方向エアギャップは、永久磁石によって生成された静磁界を閉じるのに寄与する。さらに、後に詳述するように、電磁アクチュエータは、径方向エアギャップの隙間距離が、軸方向エアギャップとは対照的に、骨伝導デバイスの動作中に一定に維持されるように構成されるものとすることができる。

さらに、本実施形態によると、径方向エアギャップは、ボビンアセンブリを平衡錘アセンブリに結合しているスプリングが電磁アクチュエータの共振周波数を径方向エアギャップがない場合の当該電磁アクチュエータの共振周波数よりも減少させるような構成となるように、当該振動する電磁アクチュエータに設けられる。さらに、平衡錘アセンブリを振動電磁アクチュエータのバランス位置から離れるように動かす静磁束の傾向は、振動電磁アクチュエータに径方向エアギャップがない場合に比べて低減される。また、本実施形態によれば、振動電磁アクチュエータの動作中の、ボビンのコアにおける磁気飽和の比率は、径方向エアギャップのない振動電磁アクチュエータに比べて低減される。

図１は、本発明の実施形態が実装され得る骨伝導デバイス１００の透視図である。図示のように、受容者は、外耳１０１と、中耳１０２と、内耳１０３と、を有する。以下では、外耳１０１、中耳１０２、及び内耳１０３の部分について述べた後、骨伝導デバイス１００について説明する。

ヒトの完全に機能する解剖学的な聴覚構造においては、外耳１０１は耳殻１０５と外耳道１０６とを備える。音波又は音圧１０７は、耳殻１０５により集められ、外耳道１０６に入力されて当該外耳道１０６内を伝搬する。鼓膜１０４は、外耳道１０６の遠端を横切るように配され、音波１０７に応答して振動する。この振動は、中耳１０２の３つの骨を介して卵円窓１１０に伝わる。これら３つの骨は、槌骨１１２と、きぬた骨１１３と、あぶみ骨１１４とで構成され、これらは小骨１１１と総称される。中耳１０２の小骨１１１は、音波１０７をフィルタし及び増幅して、卵円窓１１０を振動させるように働く。このような振動は、蝸牛１３９内に体液動揺（fluid motion）の波を発生させる。このような体液動揺は、次々に、蝸牛１３９の内部に並んだ有毛細胞（不図示）を活性化する。この有毛細胞の活性化により、適切な神経インパルスが、螺旋状の神経節細胞と聴覚神経１１６とを通って脳（不図示）まで伝達され、音として知覚される。

図１は、骨伝導デバイス１００の受容者の外耳１０１、中耳１０２、及び内耳１０３に対する当該デバイス１００の位置も示している。図示のように、骨伝導デバイス１００は、受容者の外耳１０１の後ろに配されており、音響信号を受信する音響入力要素（sound input element）１２６を備えている。音響入力要素は、例えばマイクロホン、テレコイル等により構成されるものとすることができる。一の例示的な実施形態においては、音響入力要素１２６は、例えば、骨伝導デバイス１００上若しくは当該デバイスの内部に配されるか、又は骨伝導デバイス１００から延びるケーブル上に配されるものとすることができる。

また、骨伝導デバイス１００は、サウンドプロセッサ（不図示）、振動電磁アクチュエータ、及び又はその他の種々の演算コンポーネント（operational component）を備える。より詳細には、音響入力デバイス１２６（例えばマイクロフォン）は、受信した音響信号を電気信号に変換する。これらの電気信号は、サウンドプロセッサにより処理される。サウンドプロセッサは、アクチュエータを振動させる制御信号を生成する。言い換えれば、アクチュエータは、電気信号を機械的な動きに変換して、受容者の頭蓋に振動を与える。

図示のように、骨伝導デバイス１００は、さらに、当該デバイスを受容者に取り付けられるように構成された結合具（coupling apparatus）１４０を備える。図１に示す実施形態では、結合具１４０は、受容者に移植されたアンカーシステム（anchor system）（不図示）に取り付けられている。アンカーシステム（固定システムともいう）は、例えば、受容者の頭蓋骨１３６に固定された経皮支台部を備える。この支台部（abutment）は、結合具１４０が結合できるように、頭蓋骨１３６から筋肉１３４、脂肪１２８、及び皮膚１３２を通って延在する。このような経皮支台部は、機械力を効率的に伝達する結合具１４０の取付位置を提供する。ただし、これら以外の他のタイプの結合部材やアンカーシステムを用いるものとしてもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る骨伝導デバイス２００の実施形態である。骨伝導デバイス２００は、ハウジング２４２と、振動電磁アクチュエータ２５０と、結合具２４０と、を備える。結合具２４０は、ハウジング２４２から延在しており、振動電磁アクチュエータ２５０に機械的に結合されている。振動電磁アクチュエータ２５０と結合具２４０とは、全体として、振動アクチュエータ結合アセンブリ２８０を構成している。振動アクチュエータ結合アセンブリ２８０は、スプリング２４４によりハウジング２４２内に吊られている。或る例示的な実施形態では、スプリング２４４は、結合具２４０に接続され、振動電磁アクチュエータ２５０は結合具２４０によって支持される。

ここでは経皮貫通型の骨伝導デバイスに関連して実施形態を説明するが、ここに示す教示の一部又は全部は、振動電磁アクチュエータを用いる経皮非貫通型の骨伝導デバイス及び又はその他のデバイスに用いることができる。例えば、本発明の実施形態には、ここに示す電磁アクチュエータとその振動を用い、少なくとも一つの能動コンポーネント（例えば、電磁アクチュエータ）が皮下に移植される、経皮非貫通型の能動型骨伝導システムが含まれる。本発明の実施形態には、ここに示す電磁アクチュエータとその振動を用い、能動コンポーネント（例えば、電磁アクチュエータ）が皮下に移植されず（その代わりに外部デバイス内に配され）、移植部品が例えば磁気圧力プレートである、非貫通型の受動型骨伝導システムも含まれる。本発明に従う受動型非貫通骨伝導システムのいくつかの実施形態は、使用に際して、電磁アクチュエータを備える振動体（外部デバイス内に配置されている）が、当該振動体を受容者の皮膚に押し当てることにより固定されるように構成される。ある例示的な実施形態では、受容者の皮膚に骨伝導デバイスを押し付けるように構成された移植可能な固定用アセンブリが、受容者に移植される。他の実施形態では、振動体は磁気結合器を介して皮膚に固定される（磁気材料及び又は磁石が受容者に移植され、振動体は磁気回路を閉じる磁石及び又は磁気材料を備えており、これにより当該振動体が受容者に結合される）。

図３Ａは、振動アクチュエータ結合アセンブリ３８０の一実施形態の断面図である。この実施形態は、上に詳述した振動アクチュエータ結合アセンブリ２８０に相当し得る。

結合具３４０は、受容者のアンカーシステム（固定システム）に対し「スナップ結合（snap couple）」するように構成されたスナップ結合器を成す結合器３４１を有する。図１を参照して上述したように、アンカーシステムは、受容者の頭蓋に移植され皮膚を貫通して延在する固定ネジに取り付けられた支台部（abutment）を有するものとすることができる。これにより、スナップ結合器３４１は、アンカーシステムの当該支台部の結合器とスナップ結合することができる。図３Ａに示す実施形態では、振動アクチュエータ結合アセンブリ３８０が図２に示す骨伝導デバイス２００に設けられた場合には（すなわち、アセンブリ３８０が図２に示すエレメント２８０と置き換えられた場合には）、結合器３４１は、ハウジング２４２に対し結合具３４０の結合シャフト３４３の遠端に配される。一実施形態では、結合器３４１は、コクレアリミテッドに譲渡された米国特許出願番号１２／１７７，０９１に記載された結合器に対応する。更に他の実施形態では、上述したような他の代替的な結合器を用いるものとすることができる。

結合具３４０は、電気信号を振動に変換するよう構成された振動電磁アクチュエータ３５０に機械的に結合される。ある例示的な実施形態では、振動電磁アクチュエータ３５０は、上に詳述した振動電磁アクチュエータ２５０に相当する。動作の際には、音響入力要素１２６（図１）が、音を電気信号に変換する。上述したように、本骨伝導デバイスは、これらの電気信号をサウンドプロセッサに与える。サウンドプロセッサは、これらの信号を処理し、処理した信号を振動電磁アクチュエータ３５０に出力する。振動電磁アクチュエータ３５０は、電気信号（処理された信号又は処理されていない信号）を振動に変換する。振動電磁アクチュエータ３５０は結合具３４０に対し機械的に結合されているので、振動は、振動電磁アクチュエータ３５０から結合具３４０に伝わった後、アンカーシステム（不図示）を介して受容者に伝達される。

図３Ａに示すように、振動電磁アクチュエータ３５０は、ボビンアセンブリ３５４と、平衡錘アセンブリ３５５と、結合具３４０と、を備える。見やすいように、図３Ｂには、ボビンアセンブリ３５４が単独で示されている。図示のように、ボビンアセンブリ３５４は、ボビン３５４ａと、ボビン３５４ａのコア３５４ｃの周囲に巻かれたコイル３５４ｂと、有する。図示の実施形態では、ボビンアセンブリ３５４は、放射状に対称形である。

見やすいように、図３Ｃには、平衡錘アセンブリ３５５が単独で示されている。図示のように、平衡錘アセンブリ３５５は、スプリング３５６と、永久磁石３５８ａ及び３５８ｂと、ヨーク３６０ａ、３６０ｂ、及び３６０ｃと、スペーサ３６２と、を有する。スペーサ３６２は、スプリング３５６と、ここに詳述されている平衡錘アセンブリ３５５のその他の構成要素との間を、結合し支持している。スプリング３５６は、ボビンアセンブリ３５４を平衡錘アセンブリ３５５の残り部分に結合し、ボビンアセンブリ３５４により生成される動磁束の相互作用が発生したときに、平衡錘アセンブリ３５５がボビンアセンブリ３５４に対して動けるようにしている。この動磁束は、コイル３５４ｂに交流電流を通電することにより発生する。静磁束は、後に詳述するように、平衡錘アセンブリ３５５の永久磁石３５８ａ及び３５８ｂにより発生する。この点では、平衡錘アセンブリ３５５は静磁界発生器であり、ボビンアセンブリ３５４は動磁界発生器である。図３Ａ及び図３Ｃから解るように、スプリング３５６に設けられた孔３６４は、結合具３４０をボビンアセンブリ３５４に対ししっかりと結合できるようにするための構造部分である。

ここに示す実施形態は骨伝導デバイスに関するものであって、当該骨伝導デバイスでは、平衡錘アセンブリ３５５は、コイル３５４ｂを取り巻く永久磁石３５８ａ及び３５８ｂを備え、振動電磁アクチュエータ３５０の振動中は結合具３４０に対して相対的に運動する。他の実施形態として、平衡錘アセンブリ３５５にもコイルが配されて、平衡錘アセンブリ３５５に重みが付加されるものとすることもできる（付加される重みは、当該コイルの重量である）。

上述したように、ボビンアセンブリ３５４は、電流が通電されたときに動磁束を発生するように構成されている。この例示的な実施形態では、ボビン３５４ａは、軟鉄でできている。コイル３５４ｂは、交流電流が通電されたときに当該コイル３５４ｂの周囲に動磁束を生成し得る。ボビン３５４ａの軟鉄は、動磁束の磁気伝導経路の形成に資する。逆に、平衡錘アセンブリ３５５は、軟鉄でできたヨーク３６０ａ、３６０ｂ、及び３６０ｃと組み合わせて永久磁石３５８ａ及び３５８ｂを備えるので、当該永久磁石により静磁束を発生する。ボビンとヨークの軟鉄は、それぞれの磁界の磁気結合を強めるタイプの素材とすることができ、これにより、それぞれの磁界の磁気伝導経路を提供する。

図４は、図３Ａの一部を示している。図示のように、振動電磁アクチュエータ３５０は、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５との間に配された２つの軸方向エアギャップ（空隙）４７０ａ及び４７０ｂを有する。ここでは、「軸方向エアギャップ」とは、少なくともボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５との間の相対的な動きの方向（図３Ａでは矢印３００ａで示されている）に対し垂直な平面上に広がった部分を有するエアギャップであって、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とが、これら２つの部品の間の相対的な動きの方向における境界を構成しているものをいう。したがって、「軸方向エアギャップ」は、環状エアギャップには限定されず、構成部品の真っ直ぐな壁により形成されるエアギャップ（棒磁石と、円形でない（例えば矩形の）コア面を持つボビンとを用いる実施形態では、そのようなエアギャップが存在し得る）を包含する。図３Ａ−図４に断面図が示された放射状に対称形のボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５に関しては、エアギャップ４７０ａ及び４７０ｂは、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５との間の相対的な動きの方向に延びており、エアギャップ４７０ａと４７０ｂとは、上に詳述したように「軸」方向に対し境界を持つ。図４に関しては、軸方向エアギャップ４７０ｂの境界は、ボビン３５４ａの表面４５４ｂとヨーク３６０ａの表面４６０ｂとにより規定されている。

更に、図４に示すように、振動電磁アクチュエータ３５０は、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５との間に配された２つの径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂを有する。ここでは、「径方向エアギャップ」とは、少なくともボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５との間の相対的な動きの方向に対し垂直な平面上に広がった部分を有するエアギャップであって、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とが、これら２つの部品の間の相対的な動きの方向（図３Ａでは矢印３００ａで示されている）に対し垂直な方向における境界を構成しているものをいう。したがって、「径方向エアギャップ」は、環状エアギャップには限定されず、関係する部品の真っ直ぐな壁により形成されるエアギャップ（上述したような、棒磁石と、円形でない（例えば矩形の）コア面を持つボビンとを用いる実施形態では、そのようなエアギャップが存在し得る）を包含する。放射状に対称形のボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５に関しては、このエアギャップは、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５との間の相対的な動きの方向の回りに延在し、当該エアギャップは、上に詳述したように「径」方向に境界を持つ。図４に関しては、径方向エアギャップ４７２ａの境界は、ボビン３５４ａの表面４５４ｃとヨーク３６０ｂの表面４６０ｄとにより規定されている。図４から解るように、軸方向エアギャップ４７０ａ、４７０ｂは、それぞれ、径方向エアギャップ４７２ａ、４７２ｂの少なくとも一つと隣接しており、軸方向エアギャップ４７０ａ、４７０ｂは、それぞれ、位置４７４ａ及び４７４ｂにおいて径方向エアギャップ４７２ａ、４７２ｂと交差している。

図４から解るように、永久磁石３５８ａと３５８ｂとは、それぞれのＳ極が互いに対向し、それぞれのＮ極が互いに離れた位置となるように配置されている。ただし、他の実施形態では、それぞれのＳ極が互いに離れ、それぞれのＮ極が対向していてもよい。

図５Ａは、コイル３５４ｂに通電され、かつボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とが、磁気的に誘導されるこれら２つの部品間の相対的な動きに関するバランス位置（balance point）（以下、「バランス位置」という）にある場合の、永久磁石３５８ａの静磁束５８０と振動アクチュエータ結合アセンブリ３８０が備えるコイル３５４ｂの動磁束５８２の詳細を示す模式図である。すなわち、コイル３５４ｂが通電されているときには、平衡錘アセンブリ３５５はボビンアセンブリ３５４に対して振動するように動くと考えられるが、コイル３５４ｂに通電されていないときに平衡錘アセンブリ３５５が戻ってくる、ボビンアセンブリ３５４に対する相対的な位置であるバランス位置に対応した固定位置に、平衡点（equilibrium point）が存在する。図の明確性のため図５Ａには示されていないが、永久磁石３５８ｂの静磁束５８４も存在している。図５Ｂには、これに代えて、静磁束５８４を示し、静磁束５８０は示していない。図５Ｂに示す静磁束５８４は、図５Ａの図に重畳されて、振動電磁アクチュエータ３５０の静磁束（静磁束５８０と５８４とが合わさったもの）となることが理解されるであろう。

上述したように、図５Ａと図５Ｂとは、コイル３５４ｂが通電され、かつボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とがバランス位置にあるときの、磁束を示している。ただし、図５Ａ及び図５Ｂは、磁束の大きさ／スケールを示したものではない。実際に、本発明のいくつかの実施形態では、コイル３５４ｂに通電され、かつボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とがバランス位置にあるときには、あるとしてもほんの僅かな静磁束が、ボビン３５４ａのコア３５４ｃ／コイル３５４ｂの孔３５４ｄ（この孔は、ボビン３５４ａのコア３５４ｃの周囲にコイル３５４ｂが巻かれた結果として形成される）を通って流れる。動作中は、これらの構成部品を通って流れる静磁束の量は、ボビンアセンブリ３５４がバランス位置から遠ざかるにつれて（バランス位置の上方及び下方のいずれの方向に向かって遠ざかる場合にも）増加し、ボビンアセンブリ３５４がバランス位置に向かって移動するにつれて（バランス位置に向かって上方及び下方のいずれの方向に移動する場合にも）減少する。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、径方向エアギャップ４７２ａと４７２ｂは、静磁束５８０及び５８４を閉じる。「エアギャップ」とは、静磁界を生成する構成部品と、動磁界を生成する構成部品との間の隙間であって、比較的高い磁気抵抗（リラクタンス、reluctance）を有するが、それでも当該隙間にはまだ磁束が流れるような隙間をいう。エアギャップは、磁界を閉じる。ある例示的な実施形態では、エアギャップは、本質的に磁気相（magnetic aspect）を持つ物質がほとんど又は全く配されていないギャップである。したがって、エアギャップは、空気で満たされているギャップに限定されない。例えば、後で詳述するように、径方向エアギャップは、粘性液体のような粘性流動体で満たされているものとすることができる。さらに、径方向エアギャップは、非磁性スプリングなどの非磁性材料の形態で構成されるものとしてもよい。この非磁性スプリングは、スプリング３５６に代えて、及び又はスプリング３５６に追加して設けるものとすることができる。ただし、いくつかの実施形態では、スプリング３５６は磁性材料で構成されるものとすることができ、振動電磁アクチュエータ３５０は、スプリング３５６が、一つ又は複数の径方向エアギャップに代えて、及び又はこれらに加えて、静磁束を閉じるように構成されているものとすることができる。

図３Ａに示す振動電磁アクチュエータ３５０では、径方向エアギャップにおいては正味の磁力は発生しない。図５Ａ及び図５Ｂに示す磁束５８０、５８２、及び５８４は、振動アクチュエータ結合アセンブリ３８０が究極的には図６Ａに示す状態となるように、ボビンアセンブリ３５４に対して下方向（図６Ａには矢印６００ａで示されている）に向かう平衡錘アセンブリ３５５の動きを磁気的に誘発する。より具体的には、図３Ａに示す振動電磁アクチュエータ３５０は、振動電磁アクチュエータ３５０の動作中には（したがって、骨伝導デバイス２００の動作中は）、平衡錘アセンブリ３５５とボビンアセンブリ３５４との間の相対的な動きが実質的に発生するのに十分な、動磁束５８２の実効量と静磁束（磁束５８４と組み合わされた磁束５８０）の実効量が軸方向エアギャップ４７０ａ及び４７０ｂの少なくとも一つを通って流れ、かつ、静磁束５８２の実効量が、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂの少なくとも一つを通って流れるように、構成されている。

ここで、「磁束の実効量」とは、振動電磁アクチュエータ３５０の性能に強い影響を与える磁力を発生させる磁束をいい、感度の高い装置により検出できても振動電磁アクチュエータの性能に実質的な影響を与えない（例えば、効率に軽微な影響を与える程度の）トレースフラックス（trace flux）とは異なる。すなわち、トレースフラックスは、通常、電磁アクチュエータ３５０によって発生される振動には結び付かない。

さらに、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、静磁束（５８４と組み合わされた５８０）は、実質的に、動磁束５８２の経路の接線上の位置（複数）でのみ、当該接線と平行にボビン３５４ａに入る。後述するように、平衡錘アセンブリ３５５がバランス位置から離れている間にコイル３５４ｂのコア３５４ｃ／孔３５４ｄを通る静磁束の量は、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂがあることにより、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂを持たないアクチュエータ（これらのギャップが磁性材料で閉じられているもの、及び又は径方向ギャップが対応する数の付加的な軸方向エアギャップに置き換えられているものなど）に比べて大幅に減少する。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、動磁束は、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂの外側を流れるように導かれる。特に、動磁束の実効量は、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂ、又は平衡錘アセンブリ３５５の２つの永久磁石３５８ａ及び３５８ｂを通っては流れない。さらに、図示のように、静磁束（５８４と組み合わされた５８０）は、２つを超えない数の永久磁石３５８ａ及び３５８ｂから発生する。これにより、高さＨ_１（図３Ａ参照）の比較的小さい、より軽量な（軽量であることは、例えば受動型の経皮非貫通型骨伝導デバイスに関しては付加的な有用性を持つ。すなわち、より軽量な振動器を用いれば、当該振動器が結合位置から移動してしまう傾向が軽減され、及び又は、より弱い磁気結合で当該振動器を保持することができることとなる）、後に詳述するように一般的にはより効率の高い、小型の振動電磁アクチュエータ３５０を実現することができる。いくつかの実施形態では、これらの特徴の一つ又は複数及び又はその他の特徴により、振動電磁アクチュエータは、これと同等な電磁アクチュエータよりも比較的小さな体積／低い体積を持つものとなる。

平衡錘アセンブリ３５５がボビンアセンブリ３５４に対して下方向へ動くにつれて、図６Ａに示すように、軸方向エアギャップ４７０ａの隙間距離は増加し、軸方向エアギャップ４７０ｂの隙間距離は減少する。これにより、軸方向エアギャップ４７０ａを通る実効的な静磁束の量は減少し、軸方向エアギャップ４７０ｂを通る実効的な静磁束の量は増加する。ただし、いくつかの実施形態では、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂを通る実効的な静磁束の量は、平衡錘アセンブリ３５５とボビンアセンブリ３５４とがバランス位置にあるときと、実質的にほぼ同じままである（逆に、後で詳述するように、他の実施形態では、この量は異なる）。これは、エアギャップ４７２ａに関連する面４５４ｃ及び４６０ｄの間の距離（隙間距離）とエアギャップ４７２ｂの対応する面間の距離とが同じまま維持され、これらの面の動き（図６Ａ及び図６Ｂにおける図示上／下方向）が、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂを通る実効的な静磁束の量に実質的に影響を与えるような、これらの面の整列の乱れを実質的に発生させないことによるものである。すなわち、それぞれの面は、磁束の流れに実質的な影響を与えない程度に十分な状態で、互いに向き合っている。

図３Ａ及び図４を参照すると、上述したように、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂは、その片側が、ボビン３５４ａの対応する面４５４ｃと、平衡錘アセンブリ３５５の対応する面４６０ｄとにより境界づけられている。面４５４ｃは、平衡錘アセンブリ３５５に発生するボビンアセンブリ３５４に対する実質的に相対的な動きの方向（図３Ａには矢印３００ａで示されている）に対し直交する面で測ったボビン３５４ａの最大外周に位置する。ただし、他の実施形態では、そのようになっていなくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂの一方のみが、この最大外周に位置するものとしてもよい。

動磁束の方向が反転すると、動磁束は、コイル３５４ｂの周りを逆方向に流れる。しかしながら、静磁束の全体的な方向は変化しない。したがって、このような反転により、ボビンアセンブリ３５４に対し上方向（図６Ｂに矢印６００ｂで示されている）に向かう平衡錘アセンブリ３５５の動きが磁気的に誘発され、振動アクチュエータ結合アセンブリ３８０は、究極的には図６Ｂに示す状態となる。平衡錘アセンブリ３５５がボビンアセンブリ３５４に対し上方向に動くにつれて、軸方向エアギャップ４７０ｂの隙間距離は増加し、軸方向エアギャップ４７０ａの隙間距離は減少する。これにより、軸方向エアギャップ４７０ｂを通る実効的な静磁束の量は減少し、軸方向エアギャップ４７０ａを通る実効的な静磁束の量は増加する。ただし、径方向エアギャップ４７２ａ及び４７２ｂを通る実効的な静磁束の量は、ボビンアセンブリ３５４に対し下方向に向かう平衡錘アセンブリ３５５の動きに関連して上に詳述したのと同じ理由から、ボビンアセンブリ３５４に対する平衡錘アセンブリ３５５の相対的な動きにより軸方向エアギャップの隙間距離が変化しても、変化しない。

アクチュエータ３５０のような振動電磁アクチュエータの例示的な実施形態の、いくつかの具体的な構成について、以下、説明する。

或る例示的な実施形態では、径方向エアギャップの隙間距離（すなわち、径方向エアギャップを形成する面間の距離）は、軸方向エアギャップの隙間距離、及び又は平衡錘アセンブリ３５５がバランス位置から移動する最大距離と、ほぼ同じである。他の代替の例示的な実施形態では、径方向エアギャップの隙間距離は、軸方向エアギャップの隙間距離、及び又は平衡錘アセンブリ３５５がバランス位置から移動する最大距離と、その桁（order）がほぼ同じである。

ある例示的な実施形態では、径方向エアギャップの隙間距離は、軸方向エアギャップの隙間距離とほぼ同じである。

本発明の或る例示的な実施形態では、振動電磁アクチュエータ３５０の共振周波数は、およそ２００ＫＨｚから１０００ｋＨｚである。いくつかの実施形態では、この共振周波数は、およそ２００ｋＨｚから３００ｋＨｚ、およそ３００ｋＨｚから４００ｋＨｚ、およそ４００ｋＨｚから５００ｋＨｚ、又はおよそ５００ｋＨｚから６００ｋＨｚである。これにより、比較的低いバネ定数を持つスプリング３５６を用いることが可能となり、より高いバネ定数を持つスプリングを用いる振動電磁アクチュエータ３５０に比べて、効率が向上する。

径方向エアギャップは軸方向エアギャップに比べて相対的に崩れにくいので、バネ定数は、径方向エアギャップがない場合（すなわち、後に詳述するように、軸方向エアギャップのみが存在する場合）と同程度に高い必要はない。スプリング３５６は、平衡錘アセンブリ３５５に対し、バランス位置へ向かって戻る（バランス位置から離れる動きに抵抗する）駆動力を与えるように働くと共に、ボビンアセンブリ３５４に対する平衡錘アセンブリ３５５の動きを、スプリング３５６のバネ定数の下で許容する。振動電磁アクチュエータ３５０のいくつかの実施形態は、他の振動電磁アクチュエータ設計に比べて、（動磁束が存在しないときに）平衡錘アセンブリ３５５がバランス位置から離れる傾向がより少なくなるように構成される。すなわち、永久磁石は平衡錘アセンブリ３５５をバランス位置から離れる方向へ押しやる静磁束を生ずるが、この静磁束に対向するのに必要な力が比較的小さく、従って振動電磁アクチュエータ３５０には比較的柔らかいスプリング３５６を用いることが可能となって、振動電磁アクチュエータ３５０の効率を向上させることができる。これに代えて、又はこれに加えて、後に詳述するように、ここに示す径方向エアギャップを用いると、平衡錘アセンブリ３５５の、ボビンアセンブリ３５４に対する相対的な移動範囲の上限位置及び下限位置に張り付いてしまう傾向が、低減される。したがって、この傾向の低減により、より柔らかいスプリング３５６の使用が可能となる。比較的柔らかいスプリング３５６を適切に用いることができると、振動電磁アクチュエータ３５０の共振周波数を、より固いスプリング３５６を用いるアクチュエータに比べて相対的に低くするような設計が可能となる。

径方向エアギャップを用いる効果は、径方向エアギャップが環状の径方向エアギャップであって、径方向エアギャップ４７２ａ／４７２ｂの間隙範囲のほぼ中央について測った直径が約１２ｍｍで、その高さが約４ｍｍであり、且つ、結合スプリング（collective spring）が約１０４Ｎ／ｍｍのバネ定数を持つ、例示的な実施形態において見ることができる。ここで、径方向エアギャップの「高さ」とは、当該径方向エアギャップの面を互いに形成する平衡錘アセンブリ３５５とボビンアセンブリ３５４の面（例えば、径方向エアギャップ４７２ａに関する４５４ｃ及び４６０ｄ）に沿う、ボビンアセンブリ３５４に対する平衡錘アセンブリ３５５の相対的な動きの方向として定義される（図３ＤにおいてＨＳで示されている）。

図３Ａ−図４に示す実施形態では、静磁束（５８４と組み合わされた５８０）は、図示のように、たった２つの永久磁石３５８ａ及び３５８ｂのセット３５８ｃにより生成される。他の実施形態では、セット３５８ｃに追加の永久磁石を含めるものとしてもよい。さらに、図３Ａ−図３Ｃに示す実施形態では、平衡錘アセンブリ３５５とボビンアセンブリ３５４とは、軸Ａ_１の周りで回転対称形をなしている。すなわち、例えば、永久磁石３５８ａ及び３５８ｂは、環状マグネットである。ただし、他の実施形態では、平衡錘アセンブリ３５５とボビンアセンブリ３５４とは、軸Ａ_１の周りに回転対称形をなしていない。例えば、永久磁石３５８ａ及び３５８ｂは、図３Ｃの紙面を貫いて延びる棒磁石とすることができる。

或る例示的な実施形態では、図３Ｂ及び図３Ｄに関して、コイル３５４ｂの高さ（図３Ｂ及び３Ｄに示すＨ_２）は、永久磁石のセット３５８ｃの高さ（図３Ｄに示すＨ_４）とほぼ同じか、又はそれより大きい。この例では、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とがバランス位置にあるときには、セット３５８ｃの永久磁石は、コイル３５４ｂの高さ（図３Ｂ及び図３Ｄに示す矢印Ｈ_２）の方向と平行に測ると、コイル３５４ｂの外挿された上面と底面（図３Ｂ及び図３Ｄにおいて矢印Ｈ_２の寸法線により示されている）の間に、実質的に配置される。代替の例示的な実施形態では、また図３Ａ−図３Ｃに関連して、ボビン３５４ａの高さ（図３Ｂ及び図３Ｄに示すＨ_３）は、永久磁石のセット３５８ｃの高さ（図３Ｄに示すＨ_４）とほぼ同じか、又はそれより大きい。この点において、これらの図を参照すると、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５がバランス位置にあるときには、セット３５８ｃの永久磁石は、ボビン３５４ａの高さ（図３Ｂに示す矢印Ｈ_３）の方向と平行に測ると、ボビン３５４ａの外挿された上面と底面（図３Ｂ及び図３Ｄにおいて矢印Ｈ_３の寸法線により示されている）の間に、実質的に配置される。すなわち、セット３５８ｃの永久磁石は、ボビン３５４ａの、外挿された寸法Ｈ_３の範囲内に、実質的に配置される。

図３Ｅは、代替的な実施形態に従う振動アクチュエータ結合アセンブリ１３８０の代替的な実施形態を示している。図３Ｅに示すように、振動電磁アクチュエータ１３５０は、ボビンアセンブリ３５４と、平衡錘アセンブリ１３５５と、結合具３４０と、を有している。ただし、平衡錘アセンブリ１３５５は、図３Ｅに示すように、平衡錘アセンブリ１３５５上に第２スプリング３５６が配置されている点が、図３Ａの実施形態の平衡錘アセンブリ３５５と異なっている。ある実施形態では、振動電磁アクチュエータ１３５０は、図３Ｅに示すように、結合アセンブリの構成部品を除き、水平方向に対称形をなしている。

前述したように、平衡錘アセンブリ３５５は、一つ又は複数のヨーク（３６０ａ、３６０ｂ、及び３６０ｃ）を備えるヨークアセンブリ３５５ａを備える。これらのヨークは、静磁束の磁気伝導経路の形成に資する。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、平衡錘アセンブリ３５５に発生するボビンアセンブリ３５４に対し実質的に相対的な動きの方向と平行であって当該動きの方向上に存在する平面において、静磁束は、ヨークアセンブリ３５５ａに入り、ヨークアセンブリ３５５ａを通って流れ、４つを超えない数の、永久磁石３５８ａ及び３５８ｂの断面を通過するだけで、ヨークアセンブリ３５５ａから出てくる。図５Ａ及び図５Ｂに示すこれら４つの断面は、図示のような環状マグネットの場合には２つの永久磁石に対応し、棒磁石の場合には４つの永久磁石に対応する。ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とがバランス位置にあるときには、ヨークアセンブリ３５５ａの全てのヨークは、コイルの高さ方向（図３Ｂに示す矢印Ｈ_２）と平行に測ると、ボビン３５４ａの外挿された上面と底面（図３Ｂ及び図３Ｄにおいて矢印Ｈ_３の寸法線により示されている）の間に、実質的に配置される。さらに、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とがバランス位置にあるときには、静磁束５８２がヨークアセンブリ３５５ａに出入りする位置は、コイルの高さ方向（図３Ｂに示す矢印Ｈ_２）に平行に測ると、ボビン３５４ａの外挿された上面と底面（図３Ｂ及び図３Ｄにおいて矢印Ｈ_３の寸法線により示されている）の間にある。

さらなる例示的な実施形態では、静磁束５８２を生成するように構成された平衡錘アセンブリ３５５の全ての永久磁石は、ボビンアセンブリ３５４の側面に配置される。このような場合、このような永久磁石は、図３Ａに示す如く、平衡錘アセンブリ３５５に発生するボビンアセンブリ３５４に対し実質的に相対的な動きの方向（図３Ａには矢印３００ａにより示されている）と直交する平面上で測ったボビン３５４ａの最大外径よりも大きな内径をそれぞれ有する環状永久磁石とすることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、この平衡錘アセンブリ３５５の構成は、永久磁石の寸法の許容差に起因するエアギャップの面間の距離（隙間距離）の誤差を減少させ又は除去する。これに関して言えば、軸方向エアギャップ４７０ａ及び４７０ｂのそれぞれの隙間距離は、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５とがバランス位置にあるときに測った場合には、永久磁石３５８ａ及び３５８ｂの厚さには依存しない。

径方向エアギャップを形成する面（例えば、エアギャップ４７２ａに関する面４５４ｃ及び４６０ｄ）は一様に平坦に描かれているが、他の実施形態では、これらの面は、多くの、より小さな対向面に分割されているものとすることができる。さらに、径方向エアギャップを用いた場合には、振動電磁アクチュエータ３５０の外部からの径方向ギャップの検査が、例えば軸方向エアギャップに比べて、比較的容易になる。

本発明のいくつかの例示的な実施形態の、いくつかの性能特徴について、以下に説明する。

図７Ａは、振動電磁アクチュエータ３５０の例示的な実施形態についての、Ｚ成分（バランス位置からの偏差）に対する電磁力のグラフを示している。具体的には、Ｘ軸は、バランス位置からのボビンアセンブリ３５４の偏差を示し、Ｙ軸は、ボビンアセンブリ３５４を対応する距離だけ移動させるのに必要な、ニュートン単位の電磁力を示している。理解されるように、バランス位置からのボビンアセンブリ３５４の移動距離は、一方の軸方向エアギャップにおける隙間距離の当該移動距離分の減少と、他方の軸方向エアギャップにおける隙間距離の当該移動距離分の増加とに対応している。そうすると、図７Ａより、少なくとも一方の軸方向エアギャップの隙間距離を約８５マイクロメータだけ減少させるのに十分な振動電磁アクチュエータの静磁力は、約８ニュートンであることが判る。

前述のように、径方向エアギャップを用いることにより、所与の移動距離に対応する静磁力は、径方向エアギャップを無くし、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５との間の静磁界を閉じる追加の軸方向エアギャップにより当該径方向エアギャップを置き換えた場合の静磁力に比べて、低減され得る。同様に、図７Ｂは、図７Ａの情報に対応するグラフを示している。図７Ｂのグラフは、径方向エアギャップをなくして、ボビンアセンブリ３５４と平衡錘アセンブリ３５５との間の静磁界を閉じる軸方向エアギャップが追加されていること以外は、実質的にアクチュエータ３５０と同様の振動電磁アクチュエータについてのデータを示している。図示のように、少なくとも一つの軸方向エアギャップの隙間距離を約８５マイクロメータだけ減少させるのに十分な振動電磁アクチュエータ３５０の静磁力は、径方向エアギャップを有さない場合の移動に必要な振動電磁アクチュエータ３５０の静磁力よりも、約３５％少ない。すなわち、径方向エアギャップがない場合には、同じ移動（例えば、軸方向エアギャップの減少／増加）に必要とされる静磁力は約５０％大きくなる。いくつかの例示的な実施形態では、この必要とされる静磁力の減少は、平衡錘アセンブリ３５５からボビンアセンブリ３５４への静磁束の流れに対する磁気抵抗が径方向エアギャップにより減少することに起因する。径方向エアギャップがない場合（且つ、追加の径方向エアギャップにより静磁界が閉じられない場合）、それぞれの軸方向エアギャップにおける磁気抵抗は、平衡錘アセンブリ３５５がボビンアセンブリ３５４に対して移動するにつれて（すなわち、一方の軸方向エアギャップの隙間距離が、平衡錘アセンブリ３５５の移動により大きく減少するにつれて）、減少する。この磁気抵抗の減少により、全体としてボビンアセンブリ３５４に入る静磁束の増加、特にコア３５４ｃに入る静磁束の増加が起こる。これにより、平衡錘アセンブリ３５５を同じだけ移動させるのに必要な静磁力は増加する。さらに、これにより、平衡錘アセンブリ３５５がボビンアセンブリ３５４に対する相対的な移動範囲の上限部及び下限部で張り付く傾向が生まれる。

径方向エアギャップのため、平衡錘アセンブリ３５５のヨークとボビンアセンブリ３５４のボビンとの間には、常に有効なエアギャップが存在し、したがって、コイル３５４ｂの孔３５４ｄを通り且つボビン３５４のコア３５４ｃを通るように導かれる静磁束の量は、実質的に、より少なくなっている。これにより、コア３５４ｃの磁気材料は、そうでない場合に発生し得る磁気的な飽和を発生せず、ボビンアセンブリにより発生する動磁束は、そうでない場合に発生し得る抑制（磁気飽和の増加に起因する抑制）を受けないので、効率が増加する。或る例示的な実施形態では、孔３５４ｄを通るように導かれる静磁束の量の相対的な減少により、コア３５４ｃの厚さ（図３Ａに対し水平方向に測る）を相対的に減少させることが可能となり、したがって、ボビンアセンブリ３５４ａをより軽量かつ小型にすることができる。また、ボビンアセンブリ３５４ａがより小型になることにより、コイル３５４ｂを構成するワイヤのそれぞれの巻き回転に関連する電気抵抗を相対的に減少させることにもなり、したがって、振動電磁アクチュエータ３５０の効率が向上する。

いくつかの実施形態では、径方向エアギャップの磁気抵抗は、ボビンアセンブリ３５４に対する平衡錘アセンブリ３５５の移動範囲にわたって実質的に一定である。いくつかの実施形態では、これは、軸方向エアギャップと異なり、径方向エアギャップ間の距離（隙間距離）が、ボビンアセンブリ３５４に対する平衡錘アセンブリ３５５の移動範囲にわたって事実上一定であることによる。これにより、ボビンのコアにおける磁気飽和を防止することができる。ただし、他の実施形態では、径方向エアギャップにおける磁気抵抗は、平衡錘アセンブリ３５５がバランス位置から離れるにしたがって増加するものとしてもよい。この場合、径方向エアギャップの対向面は互いに対して移動し、ヨークアセンブリ３５５ａとボビン３５４ａの適切な寸法設計を行うことにより、移動時における当該面間の重なり量を制限することができる。例として、径方向エアギャップを形成する対向面（例えば、径方向エアギャップ４７２ａに関する４５４ｃ及び４６０ｄ）が、相対的な移動によりこれらの面の互いに対向する領域が実質的に減少する程度に十分小さな高さ（すなわち、図３Ａに示す矢印３００ａの方向におけるその面の寸法）を持っている場合には、ボビンアセンブリ３５４に対する平衡錘アセンブリ３５５の相対的な動きによりこの領域が減少するにつれて、静磁束が流れる領域はより狭くなり、したがって、磁気抵抗は増加する。ある例示的な実施形態では、これらのエアギャップは、ボビンアセンブリに対する平衡錘アセンブリの移動範囲に亘って、径方向エアギャップ４７２ａにおける磁気抵抗が径方向エアギャップ４７２ｂにおける磁気抵抗と実質的に同じとなるように、その大きさが決定される。したがって、いくつかの実施形態では、一の径方向エアギャップにおいて磁気抵抗が変化するにつれて、他の径方向エアギャップにおいて、これと同様の態様で磁気抵抗が変化する。

図８Ａは、振動電磁アクチュエータ３５０のある例示的な実施形態についての、Ｚ成分（バランス位置からの偏差）に対する、ボビン３５４ａのコア３５４ｃにおける磁束のグラフである。具体的には、Ｘ軸は、バランス位置からのボビンアセンブリ３５４の偏差を示し、Ｙ軸は、ボビンアセンブリ３５４を対応する距離だけ移動させるのに必要な力に対応するコア３５４ｃ内における磁束を示している。図８Ａに示すように、ボビンアセンブリ３５４に対して平衡錘アセンブリ３５５を約８５マイクロメータだけ移動させる（すなわち、少なくとも一方の軸方向エアギャップの隙間距離を約８５マイクロメータ減少させる）のに十分な動磁束を発生させる場合、振動電磁アクチュエータのコア３５４ｃ内の磁束は、約０．００１５ウェーバである。

上述したように、本発明のいくつかの実施形態では、径方向エアギャップの使用により、コアを通って流れる静磁束の量が減少する。図８Ｂは、図８Ａと同様の情報を示すグラフであるが、このグラフは、径方向エアギャップを無くして、対応する数の追加の軸方向エアギャップを設けたこと以外は、実質的にアクチュエータ３５０と同様の振動電磁アクチュエータについてのデータを示している。理解されるように、少なくとも一方の軸方向エアギャップの隙間距離を約８５マイクロメータだけ減少させるのに十分な動磁束が存在するときは、コイル３５４ｂの孔３５４ｄを通り且つボビン３５４ａのコア３５４ｃを通るように導かれる静磁束は、径方向エアギャップが静磁束を閉じる軸方向エアギャップに置き換えられて無くなっている場合には、約０．００２ウェーバである。すなわち、径方向エアギャップが存在することにより、コイル３５４ｂの孔３５４ｄを通るように（すなわち、ボビン３５４ａのコア３５４ｃを通るように）導かれる静磁束は、径方向エアギャップがない場合に対応する同じエアギャップの隙間距離を同じ距離だけ減少させたときに存在する静磁束の約２５％分減少する。

本発明の或る実施形態では、静磁束及び動磁束の実効量が流れる全ての軸方向エアギャップの総距離は、平衡錘アセンブリ３５５に発生するボビンアセンブリ３５４に対する相対的な動きの最大距離よりも実質的に大きくない。或る実施形態では、これにより、ボビンアセンブリ３５４に対して平衡錘アセンブリ３５５が動いたときに軸方向エアギャップから押し退けられる流体（例えば、空気）の総体積が低減される。軸方向エアギャップ内の流体は、ボビンアセンブリ３５４に対する平衡錘アセンブリ３５５の相対的な動きに対し抵抗力を発生するように働くので、これにより、スプリング３５６を硬くするのと同じ効果が発揮され、振動電磁アクチュエータ３５０の共振周波数が高くなる。

いくつかの実施形態では、径方向エアギャップ内に粘性流体が配されるものとすることができる。径方向エアギャップの隙間距離は変化しないので、ボビンアセンブリ３５４に対する平衡錘アセンブリ３５５の移動の結果として、径方向エアギャップ内には剪断効果のみが観測される。これにより、流体ダンピングが可能となり、骨伝導デバイス内部での音響フィードバック問題の発生リスクを低減することができる。この点については、流体ダンピングに関する米国特許第７，２４２，７８６号の教示を径方向エアギャップに関して用いて、当該特許に詳述されている結果の一部及び又は全てを実現することができる。例えば、強磁性流体を径方向エアギャップ内に挿入して、磁界により当該強磁性流体をその位置に保持するものとすることができる。

本発明の種々の実施形態について述べたが、これらの実施形態は単なる例であり、限定を意味するものではない。本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、その形態や細部について種々の変更を行い得ることは、当業者にとり明らかである。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上述したいずれかの例示的な実施形態に制限されることなく、以下に示す請求項及びこれらと等価な記載にしたがって定義されるべきである。

Claims (31)

1. 骨伝導デバイスであって、
   動磁束を発生するように構成された第１アセンブリと、
   静磁束を発生するように構成された第２アセンブリと、
   を備え、
   これらのアセンブリは、径方向エアギャップが第１アセンブリと第２アセンブリとの間に配され、かつ、前記骨伝導デバイスの動作中には前記静磁束が前記径方向エアギャップを通って流れ、これによって前記動磁束と前記静磁束とが前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとの間に相対的な動きを発生させるように構成され且つ配置され、
   前記動磁束の実効量は、前記径方向エアギャップを通って流れず、
   前記第１アセンブリがボビンを有し、
   前記径方向エアギャップは一方の側面において、前記ボビンの最大外径に位置する面が境界となっている、
   骨伝導デバイス。
2. 前記第２アセンブリは２つの永久磁石を含む、請求項１の骨伝導デバイス。
3. 前記骨伝導デバイスは、音響信号に応答して振動するよう構成された電磁アクチュエータを含み、前記電磁アクチュエータは、前記第１アセンブリと前記第２アセンブリを含む、請求項１の骨伝導デバイス。
4. 前記第１アセンブリは、電流が通電されたときに前記動磁束を発生するよう構成されている、請求項１の骨伝導デバイス。
5. 前記骨伝導デバイスは、受容者の頭蓋に振動エネルギを与えるよう構成されている、請求項１の骨伝導デバイス。
6. 前記第２アセンブリは平衡錘アセンブリである、請求項１の骨伝導デバイス。
7. 前記第１アセンブリは、磁気伝導材料でできた前記ボビンと、当該ボビンの周囲に巻かれたコイルと、を含み、
   前記静磁束は、２つの永久磁石のみにより生成される、
   請求項２の骨伝導デバイス。
8. ２つの径方向エアギャップが前記第１アセンブリと前記第２アセンブリの間に配されており、
   前記第１アセンブリに対する前記第２アセンブリの動きの範囲に亘って、前記２つの径方向エアギャップの第１のギャップにおける磁気抵抗が前記２つの径方向エアギャップの第２のギャップにおける磁気抵抗と実質的に同じである、
   請求項１の骨伝導デバイス。
9. 前記第２アセンブリは、前記静磁束の磁気伝導経路の形成に資する鉄でできた一つ又は複数のヨークを備えたヨークアセンブリを含み、
   第２アセンブリに発生する第１アセンブリに対する相対的な動きの方向に平行な平面に関し、前記骨伝導デバイスは、前記静磁束が前記ヨークアセンブリに入り、当該ヨークアセンブリを通って流れ、２つを超えない永久磁石を通過して前記ヨークアセンブリから出てくるように構成される、
   請求項１の骨伝導デバイス。
10. 前記第１アセンブリと前記第２アセンブリの間に配された少なくとも一つの軸方向エアギャップが少なくとも一つの径方向エアギャップに隣接しており、当該軸方向エアギャップは、前記径方向エアギャップと交差する、
    請求項１の骨伝導デバイス。
11. 前記ボビンは、鉄でできており、前記第２アセンブリに発生する前記第１アセンブリに対する相対的な動きの方向に直交する平面上に前記最大外径を持つ、
    請求項１の骨伝導デバイス。
12. 前記ボビンは、鉄でできており、前記第２アセンブリに発生する前記第１アセンブリに対する相対的な動きの方向に直交する平面上に前記最大外径を持ち、
    静磁束を発生するように構成された第２アセンブリの全ての永久磁石は、前記第２アセンブリに発生する前記第１アセンブリに対する相対的な動きの方向に直交する平面上で測ったそれぞれの内径を持ち、
    全ての前記永久磁石の前記内径は、前記ボビンの前記最大外径よりも大きい、
    請求項２の骨伝導デバイス。
13. 前記第１アセンブリは、前記ボビンの周囲に巻かれたコイルを含み、
    前記静磁束は、前記第２アセンブリの一組の２つ以上の永久磁石のセットにより実質的に完全に生成され、
    前記セットの永久磁石は、前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとがこれら２つの間に磁気的に誘発された相対的な動きに関するバランス位置にあるときには、前記第２アセンブリに発生する前記第１アセンブリに対する相対的な動きの方向に平行に測って、前記ボビンの上面と底面との間に位置している、
    請求項２の骨伝導デバイス。
14. 前記第１アセンブリは、磁気伝導材料でできたボビンと、当該ボビンの周囲に巻かれたコイルと、を含み、
    前記第２アセンブリは、前記静磁束の磁気伝導経路の形成に資する鉄でできた一つ又は複数のヨークを備えたヨークアセンブリを含み、
    前記骨伝導デバイスは、前記静磁束が前記ヨークアセンブリに入り、当該ヨークアセンブリを通って流れて、前記ヨークアセンブリから出て来るように構成されており、
    前記ヨークアセンブリの全ての前記ヨークは、前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとがこれら２つの間に磁気的に誘発される相対的な動きに関するバランス位置にあるときには、前記第２アセンブリに発生する前記第１アセンブリに対する相対的な動きの方向に平行に測って、前記ボビンの上面と底面との間に位置している、
    請求項１の骨伝導デバイス。
15. 前記第１アセンブリは、磁気伝導材料でできたボビンと、当該ボビンの周囲に巻かれたコイルと、を含み、
    前記第２アセンブリは、前記静磁束の磁気伝導経路の形成に資する鉄でできた一つ又は複数のヨークを備えたヨークアセンブリを含み、
    前記骨伝導デバイスは、前記静磁束が前記ヨークアセンブリに入り、当該ヨークアセンブリを通って流れて、前記ヨークアセンブリから出て来るように構成され、
    前記静磁束が前記ヨークアセンブリに入る位置及び出る位置は、前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとがこれら２つの間に磁気的に誘発された相対的な動きに関するバランス位置にあるときには、前記コイルの高さ方向に平行に測って、前記ボビンの上面と底面との間に位置している、
    請求項１の骨伝導デバイス。
16. 前記骨伝導デバイスは経皮貫通型の骨伝導デバイスである、請求項１の骨伝導デバイス。
17. 前記第１アセンブリ及び第２アセンブリは、スプリングにより互いに接続されており、
    前記電磁アクチュエータの共振周波数は、約３００ｋＨｚから１０００ｋＨｚである、
    請求項３の骨伝導デバイス。
18. 前記第１アセンブリ及び第２アセンブリは、スプリングにより接続されており、
    前記径方向エアギャップは、当該径方向エアギャップの隙間距離の中央回りから測った直径が約１２ｍｍであり、高さが約４ｍｍである環状の径方向エアギャップであり、
    前記スプリングは、バネ定数が約１４０Ｎ／ｍｍである、
    請求項１の骨伝導デバイス。
19. 前記第１アセンブリを第２アセンブリに接続するスプリングであって、当該スプリングのバネ定数の下でこれら２つの間の相対的な動きを許容するスプリングを更に備え、当該スプリングは、前記第２アセンブリをバランス位置に戻すのに必要な力を提供するものである、
    請求項１の骨伝導デバイス。
20. 前記径方向エアギャップにおける磁気抵抗は、前記第１アセンブリに対する前記第２アセンブリの動きの範囲に亘って実質的に一定である、
    請求項１の骨伝導デバイス。
21. 前記第１アセンブリは、前記ボビンの周囲に巻かれたコイルを含み、
    少なくとも２つの径方向エアギャップが、前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとの間に配され、前記コイルのコアを通るよう導かれる静磁束が減少されるよう構成されている、
    請求項１の骨伝導デバイス。
22. ２つの軸方向エアギャップが、第１アセンブリと第２アセンブリとの間に配されており、
    前記コイルのコアを通るよう導かれる静磁束が、少なくとも一つの前記軸方向エアギャップの隙間距離を約８５ミクロンだけ減少させるのに十分な動磁束の存在時に約０．００１５ウェーバであるよう構成されている、
    請求項２１の骨伝導デバイス。
23. 前記ボビンは、その周囲にコイルが巻かれており、
    少なくとも２つの軸方向エアギャップと２つの径方向エアギャップが、前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとの間に配されており、
    前記コイルのコアを通るように導かれる静磁束は、少なくとも一つの前記軸方向エアギャップの隙間距離を約８５ミクロンだけ減少させるのに十分な前記骨伝導デバイスにより発生される磁力の存在時に、約０．００１５ウェーバである、
    請求項１の骨伝導デバイス。
24. 前記骨伝導デバイスは能動型の経皮非貫通型骨伝導デバイスである、請求項１の骨伝導デバイス。
25. 前記骨伝導デバイスは受動型の経皮非貫通型骨伝導デバイスである、請求項１の骨伝導デバイス。
26. 前記第１アセンブリを前記第２アセンブリに接続するスプリングであって、当該スプリングのバネ定数の下でこれら２つの間の相対的な動きを可能とするスプリングを更に備え、
    前記静磁束は前記スプリングを通って流れる、
    請求項１の骨伝導デバイス。
27. 前記第２アセンブリの前記永久磁石は、前記静磁束を発生するよう構成されており、且つ、前記第１アセンブリの周囲において２つの個別の平行な平面上に配された複数の個別の棒磁石で構成される、
    請求項２の骨伝導デバイス。
28. 少なくとも一つの軸方向エアギャップが、前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとの間に配され、
    前記静磁束と前記動磁束が流れる全ての軸方向エアギャップの隙間距離の集合距離が、前記第２アセンブリに発生する前記第１アセンブリに対する相対的な動きの最大距離を実質的に超えない、
    請求項１の骨伝導デバイス。
29. ２つの軸方向エアギャップと２つの前記径方向エアギャップが、前記第１アセンブリと前記第２アセンブリとの間に配され、
    前記骨伝導デバイスの動作中は、前記動磁束と前記静磁束とが、前記軸方向エアギャップの少なくとも一つを通って流れ、且つ前記静磁束が前記径方向エアギャップの少なくとも一つを通って流れる、
    請求項１の骨伝導デバイス。
30. 前記骨伝導デバイスは、非貫通の経皮磁界を介して受容者の皮膚に対して保持されるよう構成されている、請求項１の骨伝導デバイス。
31. 前記径方向エアギャップ内には、磁気相を持つ材料が何も配されていない、請求項１の骨伝導デバイス。

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