WO2004023638A1 - 超磁歪デバイスおよびそれを用いた応用機器 - Google Patents
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- WO2004023638A1 WO2004023638A1 PCT/JP2002/008802 JP0208802W WO2004023638A1 WO 2004023638 A1 WO2004023638 A1 WO 2004023638A1 JP 0208802 W JP0208802 W JP 0208802W WO 2004023638 A1 WO2004023638 A1 WO 2004023638A1
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- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/08—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R15/00—Magnetostrictive transducers
Definitions
- the present invention relates to a giant magnetostrictive device and an applied technology using the same, and particularly to a giant magnetostrictive device using a giant magnetostrictive element that vibrates in a predetermined direction by a magnetic field corresponding to an electric signal, and an applied device using the giant magnetostrictive device. Effective technology. Background art
- a giant magnetostrictive device that vibrates in a predetermined direction by a magnetic field corresponding to an electric signal is used for a giant magnetostrictive device.
- This giant magnetostrictive element has the property of being greatly displaced in the direction of the magnetic field when subjected to a magnetic field, and has the advantage that it generates large stress, has a fast response speed, and can be driven at a low voltage. It has been used for various purposes.
- a giant magnetostrictive element has been used in general-purpose audio equipment such as a speaker, for example, by utilizing the characteristics of the giant magnetostrictive element.
- a coil is arranged around a substantially cylindrical giant magnetostrictive element, a magnet is further arranged around the coil, and the magnet is housed in a substantially cylindrical case. It has a structure in which a cap for transmitting vibration is engaged with the upper part. Therefore, this giant magnetostrictive device can be miniaturized because only the cap is arranged in the axial direction. However, no consideration is given in the radial direction, and there is room for improvement.
- the present inventor has paid particular attention to the radial direction of the giant magnetostrictive device, and has conceived of disposing only a coil around the giant magnetostrictive element and storing it in a substantially cylindrical case. In that case, we found that high conversion efficiency could be maintained by arranging magnets at both ends of the giant magnetostrictive element and making pins that contact the object directly contact the magnets.
- the giant magnetostrictive actuator using a giant magnetostrictive element is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2002-582868 and 200-582869. A technique of disposing magnets at both ends is disclosed, but both have a structure in which they are housed in a cylindrical yoke in order to suppress the generation of leakage magnetic flux.
- an object of the present invention is to provide a giant magnetostrictive device capable of achieving high conversion efficiency while achieving downsizing of the giant magnetostrictive device, particularly, downsizing in the radial direction, and to expand applications using the device. It is to provide applied equipment that can perform
- the present invention provides: It has the following characteristics.
- the giant magnetostrictive device includes a giant magnetostrictive element that expands and contracts according to a magnetic field, and a magnetic field that is arranged around the giant magnetostrictive element and generates a magnetic field in response to a voice signal input as an electric signal through an input signal line. And a first bias magnet and a second bias magnet arranged at both ends of the giant magnetostrictive element to adjust the magnetic field generated by the coils. It has a pin for transmitting the vibration obtained by conversion to the object, and a case for projecting the other end of the pin and accommodating the giant magnetostrictive element, the coil, the first bias magnet and the second bias magnet. .
- the first bias magnet and a second bias magnet arranged at both ends of the giant magnetostrictive element to adjust the magnetic field generated by the coils. It has a pin for transmitting the vibration obtained by conversion to the object, and a case for projecting the other end of the pin and accommodating the giant magnetostrictive element, the coil, the first bias magnet and the second bias magnet.
- vibration transmission can be improved.
- the giant magnetostrictive device one end of the pin is brought into contact with the first bias magnet at a predetermined pressure by an elastic member interposed between a large diameter portion of the pin and a cap for sealing the case.
- the prestress can be applied to the giant magnetostrictive element by the elastic member.
- the pre-stress is applied to the giant magnetostrictive element, so that a high conversion efficiency of the giant magnetostrictive device can be obtained.
- the present invention provides a device as described below, wherein the object comprises a device that generates a recognizable sound by bone conduction or nose and eardrum vibration using a giant magnetostrictive device having the above characteristics. It is applied.
- FIG. 1 is a sectional view showing a giant magnetostrictive device according to an embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a sectional view showing a giant magnetostrictive device according to a modification of the embodiment of the present invention
- FIGS. FIGS. 3A and 3B show applied equipment using the giant magnetostrictive device of one embodiment, wherein FIG. 3 is a hearing aid, FIG. 4 is a wheelchair, FIG. 5 is a cushion, FIG. 6 is a white board, FIG. Fig. 8 shows a desk, Fig. 9 shows a table, Fig. 10 shows the board speed of a wall, Fig. 11 shows an intercom, Fig. 12 shows a mobile phone, Fig. 13 shows a telegram, Fig.
- Fig. 14 shows a personal computer, and a keyboard.
- Fig. 15 is a television
- Fig. 16 is a helmet
- Fig. 17 is a bicycle
- Fig. 18 is an airplane chair
- Fig. 19 is a massage machine
- Fig. 20 is a headphone
- Fig. 21 Is a speaker
- Figure 22 is a karaoke
- Figure 23 is a watch
- Figure 24 is a vase
- Figure 25 is a minicar
- Figure 26 is a doll
- 27 is a flag
- Fig. 28 is a show window
- Fig. 29 is listening to music
- Fig. 30 is swimming instruction
- Fig. 31 is diving information
- Fig. 32 is a bath
- Fig. 33 is an aquarium
- Fig. 3 4 is a cosmic signal
- Fig. 3 4 is a cosmic signal
- FIG. 3 5 is a vehicle
- Fig. 3 6 is playground equipment
- Fig. 3 7 is a theater or hall chair
- Fig. 3 8 is an exhibit
- Fig. 3 9 is a traffic light
- Fig. 4 is a brewery It is explanatory drawing applied to the sake barrel.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of the giant magnetostrictive device of the present embodiment, and FIG. The sectional view of the giant magnetostrictive device of a form is shown, respectively.
- the giant magnetostrictive device D of the present embodiment is used, for example, in application equipment of various business applications, and as shown in FIG. 1, a giant magnetostrictive element 1 that expands and contracts in accordance with a magnetic field, and an electric signal through an input signal line.
- a coil 2 that generates a magnetic field according to a voice signal input as a signal, bias magnets 3 and 4 that adjust the magnetic field generated by the coil 2, and a vibration obtained by converting a voice signal is transmitted to an object. It is composed of a pin 5 to be mounted, a case 6 for storing these, and a cap 7 for sealing the case 6.
- the giant magnetostrictive element 1 has a substantially columnar shape, and is arranged at the center of the case 6 so as to extend in the depth direction of the case 6.
- a coil 2 is arranged around the giant magnetostrictive element 1.
- bias magnets 3 and 4 are disposed at both ends of the giant magnetostrictive element 1, respectively.
- one end of a substantially cylindrical pin 5 having a large diameter portion 5a is directly in contact with the bias magnet 3 on the cap 7 side.
- the other end of the pin 5 projects from a cap 7 that seals the opening of the case 6.
- the cap 7 has an opening at the center, and a bush 8 is interposed in this opening.
- the bush 8 is fixed to the case 6 by screws 9 or the like.
- a through hole is formed in the bush 8, and the pin 5 slides through the through hole to be displaced.
- a spring 10 as an elastic member is interposed between the cap 7 and the large-diameter portion 5a of the pin 5, and the giant magnetostrictive element 1 is prestressed by the spring 10.
- a yoke 11 that forms a closed magnetic path together with the bias magnets 3 and 4 is disposed around the large diameter portion 5a of the pin 5.
- a hole is formed for introducing the input signal line 12 from the outside of the giant magnetostrictive device D to the inside, and the input signal line 12 guided inside through this hole is electrically connected to the coil 2.
- the input signal line 12 is electrically connected to a sound source (not shown) for generating a sound recognizable by bone conduction and / or eardrum vibration.
- a sound source not shown
- a magnetic field is generated by coil 2, device magnets 3, 4, yoke 11, etc. Is generated, and the giant magnetostrictive element 1 expands and contracts according to a change in the generated magnetic field. Due to the expansion and contraction of the giant magnetostrictive element 1, the vibration obtained by converting the audio signal is transmitted from the pin 5 to the object.
- the outer diameter is about 28 mm
- the length of the case 6 is about 25 mm, and up to the tip of the pin 5. Is formed with a length of about 32 mm.
- the size of the giant magnetostrictive element 1 is, for example, about 3.5 mm in outer diameter and about 6 mm in length. As described above, the size of the giant magnetostrictive device D can be reduced because only the coil 2 is arranged around the giant magnetostrictive element 1 and housed in the case 6, so that the outer diameter is reduced and the diameter is reduced. This is because downsizing in the direction can be realized.
- the material of each member is, for example, iron 5 for pin 5, case 6 for iron, cap 7 for iron, push 8 for polyacetal, and yoke 11 for iron. Is formed.
- the bias magnets 3 and 4 for example, rare earth magnets, iron chromium cobalt magnets, and the like are used.
- the prestress is applied to the giant magnetostrictive element 1.
- the giant magnetostrictive device D can obtain high conversion efficiency. Furthermore, the conversion efficiency can be improved by adding a prestress and directly contacting the pin 5 that transmits vibration to the target object with the bias magnet 3 placed at one end of the giant magnetostrictive element 1. This also increases the transmission of vibration.
- the device magnets 3, 4 and the yoke 11 including the case 6 were formed.
- the dimensions are thicker. Therefore, for example, as shown in Fig. 2, a yoke 14 is arranged inside the case 13 to reduce the thickness of the case 13 and similarly to the outer diameter of the giant magnetostrictive device D. Can be reduced to achieve a reduction in the radial direction. Mochi Of course, high conversion efficiency can be obtained.
- a pad 15 is arranged at the tip of the pin 5 for contacting the object over a wide range.
- there is a method of directly transmitting the vibration of the pin 5 to the target object without passing through a pad and a method of transmitting the vibration through a high-viscosity jaw.
- the method of fixing the vibration of the pin 5 directly to the object may be a method using a screw or a method using a fixing device devised so that the device applies pressure to the object.
- a viscous girder the reproduction frequency characteristics of the input audio signal are improved. By wrapping the device in a jewel case or the like, it can contribute to the prevention of sound leakage.
- the giant magnetostrictive device D (FIGS. 1 and 2) of the present embodiment configured as described above generates and expands sound using a vibrating material (hard material, metal, wood, bone, etc.) as a medium. Can be adopted. Therefore, the user can hear the sound only by touching the familiar substance. Also, if you want to listen on your own (when you do not want others to hear it), you can do so by touching the bones and teeth behind the ears. In addition, by seeking a substitute for the speaker cone paper around the body, its usage can be expanded indefinitely. This will be specifically described below.
- a vibrating material hard material, metal, wood, bone, etc.
- This applied device is various devices that generate a recognizable sound from the object by bone conduction or / and eardrum vibration.
- Hearing impairment can be broadly classified into conductive hearing loss and sensory hearing loss depending on the cause and mechanism of hearing loss. Of these, conductive hearing loss is caused by the malfunction of the eardrum, etc., and does not mean that bone conduction hearing has been lost.
- FIG. 3 shows an example of application to hearing aids.
- a giant magnetostrictive device D is embedded in a hearing aid 21 and attached to the back of the head, and the part of the giant magnetostrictive device D is brought into contact with the bone of the back of the ear.
- voice, music, and the like can be recognized as sounds along a bone-conducted transmission path.
- Figure 4 shows an example applied to a wheelchair.
- the giant magnetostrictive device D is embedded in the part of the wheelchair 22 where the occipital area hits, and in the same way, the part of the giant magnetostrictive device D is brought into contact with the bone part of the occipital region, so that voice and music are guided by bone conduction. It can be recognized as sound.
- This applied device can also be applied to walkers and the like.
- Figure 5 shows an example applied to a cushion.
- This applied device is applied to the cushion 23 on which the head is placed during treatment at a hospital or the like, during an aesthetic or massage.
- the giant magnetostrictive device D is buried in a portion corresponding to the back of the head, and this portion is brought into contact with a bone portion, so that music or the like can be recognized as sound by bone conduction.
- This applied device can also be applied to beds and the like.
- FIG. 6 shows an example of application to a whiteboard.
- This application device can generate sound and music such as announcements from the entire white board 24 by attaching the giant magnetostrictive device D to the white board 24 so that it can be recognized as sound. . That is, the white board 24 functions as a speaker, and in this case, the sound is recognized by eardrum vibration.
- Figure 7 shows an example applied to a writing instrument.
- this application device By embedding the giant magnetostrictive device D in the ballpoint pen 25 of a writing instrument, this application device functions as a speaker from the tip that comes into contact with paper when writing characters and lines, and emits music, etc. ⁇ It can be generated and recognized as sound.
- Figure 8 shows an example applied to a desk.
- a giant magnetostrictive device D inside the desk 26, this applied device can also function as a speed force, generate music, etc., and recognize it as sound.
- Figure 9 shows an example applied to a table.
- the giant magnetostrictive device D is attached to the back side of the table 27, etc., so that it can function similarly as a slide, generating BGM etc. for each table 27 at home, coffee shops, restaurants, etc. Can be recognized as sound.
- FIG. 10 shows an example in which the present invention is applied to board sliding of a wall.
- this applied device by attaching the giant magnetostrictive device D to the front side or the back side of the wall 28, the entire wall 28 can function as a speaker, generate music, etc., and be recognized as sound.
- This applied device can be applied not only to the wall 28 but also to the floor and glass.
- Fig. 11 shows an example applied to the in-the-sun cam.
- This applied device attaches the giant magnetostrictive device D to the back part of the ear of the in-cam cam 29, and brings the part of the giant magnetostrictive device D into contact with the bone part on the back side of the ear. Voice and music can be recognized as sound on the transmission path.
- This application device replaces the conventional speaker and is bone-conducted, so you can listen to it for a long time without getting tired.
- Figure 12 shows an example applied to a mobile phone.
- the giant magnetostrictive device D is attached to the part of the mobile phone 30 that is to be a speaker, and the giant magnetostrictive device D is similarly brought into contact with the bones on the back side of the ear to allow bone conduction. Voices and music can be recognized as sounds. With this applied equipment, it can also be applied to fixed phones, pagers, and so on.
- Figure 13 shows an example applied to telegrams.
- This applied device has a giant magnetostrictive device D embedded in the telegram 31 and the telegram 31 is placed on a table or the like. By functioning as a beaker, messages and music can be generated and recognized as sound.
- This applied device can be applied not only to telegrams 31 but also to letters.
- PC-related equipment personal console, keyboard, mouse, etc.
- Figure 14 shows an example of application to a personal computer, keyboard, and mouse.
- the giant magnetostrictive device D is embedded in the personal computer main body 32, the keyboard 33, and the mouse 34 while being in contact with the case, and these are spun when the power is turned on. It can function as one and generate sound as a substitute for a conventional speaker to be recognized.
- Figure 15 shows an example applied to television.
- This applied device has a giant magnetostrictive device D embedded in contact with the housing of the TV 35, and functions as a speaker when the power is turned on, and generates sound as a substitute for a conventional speaker. Can be recognized.
- This applied device can also be applied to radios, car navigation, and so on.
- these devices when applied to refrigerators, washing machines, desk lamps, etc., these devices can be made to have a function as a speaker, and these devices can generate music and the like.
- FIG. 16 shows an example applied to a helmet.
- This application device attaches the giant magnetostrictive device D to the back part of the ear of the helmet 36, and makes the part of the giant magnetostrictive device D come into contact with the bone part of the back of the ear. Voices and music can be recognized as sounds.
- Figure 17 shows an example applied to a bicycle.
- This application device allows a person to attach a giant magnetostrictive device D inside the saddle of bicycle 37 When the user sits down, it can function as a speaker, generate music, etc., and recognize it as sound.
- This applied device can also be applied to automobiles and motorcycles.
- Figure 18 shows an example applied to an airplane chair.
- This application device embeds a giant magnetostrictive device D in the area where the back of the head of the aircraft 38 touches the back of the head, and makes the part of the giant magnetostrictive device D contact the bones of the back of the head. Can be recognized as sound.
- This applied device can be applied to train chairs, bus chairs, and ship chairs.
- Figure 19 shows an example applied to a massage machine.
- a giant magnetostrictive device D is embedded in the part where the occipital region of the surge device 39 hits, and this part is brought into contact with the bone part of the occipital region, so that music etc. can be recognized as sound by bone conduction. Can be.
- FIG. 20 shows an example applied to a headphone.
- This applied device attaches a giant magnetostrictive device D to the back part of the ear of the headphone 40 and brings the part of the giant magnetostrictive device D into contact with the bone part of the back of the ear. Can be recognized as sound.
- this headphone 40 it is possible to monitor with a bone conduction sound that oneself usually listens to when confirming a recording with a microphone.
- Figure 21 shows an example applied to a speaker.
- This applied device allows various objects such as metal glass and ceramics to function as the speaker 41.
- a giant magnetostrictive device D is embedded in the object, and this part is brought into contact with a part of the object, thereby generating music and the like and recognizing the sound.
- This speed 41 can change the concept of conventional speaker design.
- Figure 22 shows an example applied to karaoke.
- This applied device is applied to karaoke, for example, to make various kinds of furniture in a home function as a speaker 42.
- the giant magnetostrictive device D It can function as a speaker 42 by attaching it to a tool, glass, etc., and generate its own singing voice to be recognized as sound.
- the karaoke using the speakers 42 it is possible to easily transform one's own room into a karaoke room, and to produce various audio scenes using the speakers 42.
- FIG 23 shows an example applied to a watch.
- This application device has a giant magnetostrictive device D embedded in contact with the case of the watch 43, and functions as a speaker for giving notice at a set time, etc., as an alternative to the conventional speed. Sound can be recognized.
- Figure 24 shows an example applied to a vase.
- a giant magnetostrictive device D is attached to a vase 44 to function as a speaker, generate music or the like, and recognize it as sound.
- This applied device can be applied to the amount of money.
- Figure 25 shows an example applied to a minicar.
- the giant magnetostrictive device D is attached to the minicar 45 to function as a speaker, and an engine sound or the like can be generated and recognized as sound.
- the giant magnetostrictive device D is mounted at the same height as the wheels, the thing with the mini force 45 can be transformed into a speaker.
- this mini power button is attached to a window such as a car, it becomes a car stereo.
- This applied device can also be applied to board games.
- Figure 26 shows an example applied to a doll.
- This applied device can function as a speaker by embedding the giant magnetostrictive device D in the doll 46, and can generate sound effects and the like to be recognized as sound. Also, in such a doll 46, there is no sound when the switch is put in and touching the doll with the giant magnetostrictive device D in the body, in the arm, etc. The part of the bone behind the ear that comes in contact with the surrounding window glass, tape, steel can, etc. You can make communication by generating sound by pressing against the surface or touching the teeth.
- FIG 27 shows an example applied to a banner.
- a giant magnetostrictive device D is attached to the tip of the pole of the flag 47, etc., and the pole itself functions as a speaker, which can generate advertisements and recognize it as sound.
- Figure 28 shows an example applied to a show window.
- This application equipment has a giant magnetostrictive device D attached to the inside of the glass of the shop window 48, etc., and the glass can function as a speaker, and guidance and BGM can be generated simultaneously on the outside and inside to be recognized as sound. .
- Figure 29 shows an example of application to music appreciation.
- This application equipment attaches a giant magnetostrictive device D to a mouthpiece 49 for diving underwater, etc., and inserts the mouthpiece 49 with teeth to allow music flowing from a music player 50 or the like to be transmitted from the teeth. It can be recognized as sound by bone conduction.
- Figure 30 shows an example applied to swimming instruction.
- This applied device can sink a giant magnetostrictive device D at the bottom of the pool 51 or the like in swimming guidance in water, function as a speaker via water, and recognize instructions and the like as sounds.
- Figure 31 shows an example applied to a dive notification signal.
- This application equipment attaches a giant magnetostrictive device D to a cylinder 52 when diving, and presses a switch 53 to apply vibration to the cylinder 52 to generate sound and to inform others about something. It can be used as a signal for time.
- Figure 32 shows an example of application to a bath.
- This applied device is capable of embedding a giant magnetostrictive device: D in a bathtub 54 of a bath, transmitting vibrations using water as a medium, and allowing a user to recognize music and the like as sounds.
- a sound is wrapped around the whole body, and in addition to music, natural sounds Can be used to provide a relaxation effect.
- Figure 33 shows an example applied to an aquarium.
- This applied device can generate music or the like and recognize it as sound by attaching a giant magnetostrictive device D to the inside of the water tank 55 or the like and applying vibration.
- Figure 34 shows an example applied to the cosmic signal.
- the giant magnetostrictive device D is brought into contact with the outer wall of the space station 56, and the outer space of the space station 56 is vibrated by the sound of the built-in microphone 57 of the space suit.
- the voice can be recognized as a sound inside the space station 56.
- a signal such as a signal can be transmitted from the outside of the space station 56 to the inside in an emergency such as when wireless communication becomes unavailable.
- Amusement equipment (vehicles, playground equipment, etc.)
- Figure 35 shows an example applied to vehicles.
- a giant magnetostrictive device D is attached to the rail 59 of the vehicle 58, etc., and when the vehicle 58 passes through the attached part, the rail 59 functions as a speaker, and even if sound is likely to be output normally, By generating sound effects and other sounds from places that are not present, unexpectedness can be imparted.
- FIG 36 shows an example of application to playground equipment.
- This application device embeds multiple giant magnetostrictive devices D in playground equipment 60 such as objects, which generate different sounds such as music, announcements, animal sounds, insect sounds, etc. By hitting the play equipment 60 with the head or ears, the sounds can be recognized by bone conduction.
- Event equipment (chairs in theaters and halls, exhibits, etc.)
- Figure 37 shows an example of application to a theater or hall chair.
- This application equipment covers a chair 61 in a theater or hall with a bone-conducting sheet 62 embedded with a giant magnetostrictive device; D. This part is brought into contact with the bone part of the occipital region, so that music etc. Can be recognized as a sound.
- the bone seat 6 2 of the chair 6 1 is not wearable, so there is no discomfort when wearing it. Barrier-free applications for ordinary people and people with tympanic disorders, and a more natural sound field than spy sounds.
- Figure 38 shows an example applied to an exhibit.
- This applied device uses the giant magnetostrictive device D attached to the companion's fingertip or pointing rod, etc., to the panel 63 or car 64 of the exhibit to make the panel 63 or car 64 a speaker. When activated, it can generate companion sounds and recognize them as sounds. This applied device can also be used for presentations.
- Figure 39 shows an example applied to a traffic light.
- the giant magnetostrictive device D is installed inside the traffic light 65, etc., and the traffic light 65 is made to function as a speaker.
- the traffic light 65 is made to function as a speaker.
- music etc. is generated and it can be recognized as sound. it can.
- Fig. 40 shows an example applied to sake breweries.
- This applied device has a giant magnetostrictive device D attached to the outside of the casks 66, makes the casks 66 function as speakers, and allows music to flow inside, thereby promoting aging and producing high-quality sake. it can.
- the giant magnetostrictive device of the present embodiment can be used for various kinds of equipment, so that the use of the giant magnetostrictive device as applied equipment can be expanded.
- an example of the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment.
- the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say,
- the giant magnetostrictive device By constructing the giant magnetostrictive device by placing only the coil around the giant magnetostrictive element and storing it in the case, it is possible to realize a radially compact giant magnetostrictive device. . (2) By configuring the giant magnetostrictive device by directly contacting the pin for transmitting vibration to the object with the first bias magnet located at one end of the giant magnetostrictive element, It is possible to improve the transmissibility.
- the prestress is applied to the giant magnetostrictive element.
- high conversion efficiency of the giant magnetostrictive device can be obtained.
- a giant magnetostrictive device As described above, a giant magnetostrictive device according to the present invention and an applied device using the same are a giant magnetostrictive device using a giant magnetostrictive element that vibrates in a predetermined direction by a magnetic field corresponding to an electric signal, and an applied device using the same.
- Useful, giant magnetostrictive device that can achieve high conversion efficiency while achieving downsizing of the giant magnetostrictive device, especially downsizing in the radial direction, and applied equipment that can be used to expand applications (Medical equipment, furniture and office equipment, construction equipment, communication equipment, PC equipment, home appliances equipment, mobile equipment, relaxation equipment, audio equipment, accessory equipment, toy equipment, Broadly applicable to advertising equipment, underwater equipment, vacuum equipment, amusement equipment, event equipment, transportation equipment, industrial equipment, etc. o
Landscapes
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Description
明 細 書 超磁歪デバイスおよびそれを用いた応用機器 技術分野
本発明は、 超磁歪デバイスおよびそれを用いた応用技術に関し、 特に 電気信号に応じた磁界により所定方向に振動する超磁歪素子を利用し た超磁歪デバイス、 およびそれを用いた応用機器に適用して有効な技術 に関する。 背景技術
本発明者が検討したところによれば、 超磁歪デバイスに関しては、 以 下のような技術が考えられる。
たとえば、 超磁歪デバイスには、 電気信号に応じた磁界により所定方 向に振動する超磁歪素子が用いられる。 この超磁歪素子は、 磁界をかけ られると、 その磁界方向に大きく変位する特性を有する素子であり、 し かもその発生応力は大きく、 応答速度も早く、 低電圧で駆動することが できるなどの利点を有することから、 様々な用途に利用されてきている。 従来、 この超磁歪素子の特性を利用して、 たとえばスピーカなどの一 般向け音響機器において、 超磁歪素子が用いられている。 このような音 響機器においては、 音声信号としての電気信号が入力されると、 それに 応じた磁界を発生し、 さらにその磁界により超磁歪素子を伸縮させて、 それにより振動板を振動させることにより、 空気を震わせて音を出力し ている。
このような音響機器に関する技術としては、 たとえば特開 2 0 0 1— 2 5 8 0 9 5号公報に記載される技術などが挙げられる。 この公報には、 音響機器の超磁歪デパイスの小型化を図るために、 超磁歪素子に予め圧 力 (プレス トレス) をかけておくことで、 小型化に対しても高い変換効 率が得られるようにした技術が開示されている。
P2002/008802
発明の開示
しかしながら、 前記のような超磁歪素子を用いた音響機器について、 本発明者が検討した結果、 以下のようなことが明らかとなった。
たとえば、 前記公報に記載の超磁歪デバイスは、 略円柱形状の超磁歪 素子の周囲にコイルを配置し、 さらにそのコイルの周囲に磁石を配置し て、 これを略円筒形状のケースに収納して、 その上部に振動を伝達する ためのキャップを係合させた構造となっている。 そのため、 この超磁歪 デバイスは、 軸方向についてはキヤップのみしか配置されていないので 小型化が可能となるものの、 径方向については配慮がなされておらず、 改善の余地が残されている。
そこで、 本発明者は、 特に超磁歪デバイスの径方向について着目し、 超磁歪素子の周囲にコイルのみを配置して、 これを略円筒形状のケース に収納することを考え付いた。 その場合に、 変換効率に関しては、 磁石 を超磁歪素子の両端に配置し、 さらに対象物に接触するピンを磁石に直 接的に接触させることで、 高い変換効率が維持できることも見出した。 なお、 超磁歪素子を用いた超磁歪ァクチユエータについて、 たとえば 特開 2 0 0 2— 5 8 2 6 8号、 特開 2 0 0 2— 5 8 2 6 9号の各公報に は、 超磁歪素子の両端に磁石を配置する技術が開示されているが、 いず れも漏洩磁束の発生を抑えるために筒状ヨークに収納する構造になつ ている。 そのため、 磁石とロットの間には筒状ヨークが介在されている ので、 本発明のような高い変換効率が要求される技術には適用できない。 また、 超磁歪ァクチユエータの変位を機械的動力として使用するため、 外観的にも大きな形状となっている。
そこで、 本発明の目的は、 超磁歪デバイスの小型化、 特に径方向の小 型化を実現しながら、 高い変換効率を得ることができる超磁歪デバイス、 およびそれを用いて用途の拡大を図ることができる応用機器を提供す ることにある。
本発明は、 前記目的を達成するために、 超磁歪デバイスとして、 以下
のような特徴を有するものである。
すなわち、 本発明による超磁歪デバイスは、 磁界に応じて伸縮する超 磁歪素子と、 この超磁歪素子の周囲に配置され、 入力信号線を通じて電 気信号として入力される音声信号に応じて磁界を発生するコイルと、 超 磁歪素子の両端にそれぞれ配置され、 コイルにより発生する磁界を調整 する第 1バイアス用磁石および第 2バイアス用磁石と、 第 1バイアス用 磁石に一端が直接接触され、 音声信号を変換して得られる振動を対象物 に伝達するピンと、 このピンの他端が突出され、 超磁歪素子、 コイル、 第 1バイアス用磁石および第 2バイアス用磁石を収納するケースとを 有するものである。 これにより、 超磁歪素子の周囲にコイルのみを配置 してケース内に収納することで、 超磁歪デパイスの径方向の小型化を実 現することができるようになる。 また、 超磁歪素子の一端に配置した第
1バイアス用磁石に、 対象物に振動を伝達するピンを直接的に接触させ ることで、 振動の伝達性を高めることができるようになる。
さらに、 前記超磁歪デバイスにおいて、 ピンの一端は、 ピンの大径部 とケースを封するキヤップとの間に介在された弾性部材により第 1バ ィァス用磁石に所定の圧力で接触されることで、 弾性部材により超磁歪 素子にプレス ト レスをかけた状態にすることができる。 これにより、 振 動の伝達性を高めることに加え、 超磁歪素子にプレストレスがかけられ ているので、 超磁歪デバイスの高い変換効率を得ることができるように なる。
また、 本発明は、 前記のような特徴を有する超磁歪デバイスを用い、 対象物が、 骨導またはノおよび鼓膜振動により認識可能な音を発生する 機器からなることで、 以下のような機器に応用されるものである。
すなわち、 本発明の超磁歪デバイスを用いた応用機器として、 ( 1 ) 医療系機器、 (2) 家具 ·事務系機器、 ( 3) 建築系機器、 (4) 通信系 機器、 (5) P C系機器、 (6) 家電系機器、 (7) 移動系機器、 (8) リ ラクゼーション系機器、 (9)音響系機器、 (1 0) アクセサリ一系機器、 ( 1 1 ) 玩具系機器、 ( 1 2) 広告系機器、 ( 1 3) 水中系機器、 (1 4)
真空中系機器、 ( 1 5 ) アミューズメン ト系機器、 ( 1 6 ) イベント系機 器、 ( 1 7 )交通系機器、 ( 1 8 )産業系機器などに適用することにより、 超磁歪デバイスを各種機器に用いて、 応用機器として用途の拡大を図る ことができるようになる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の一実施の形態の超磁歪デバイスを示す断面図、 図 2は 本発明の一実施の形態の変形例の超磁歪デバイスを示す断面図、 図 3 ~ 図 4 0は本発明の一実施の形態の超磁歪デバイスを用いた応用機器を 示す図であり、 それぞれ、 図 3は補聴器、 図 4は車椅子、 図 5はクッシ ヨ ン、 図 6はホワイ トボード、 図 7は筆記具、 図 8は机、 図 9はテープ ル、 図 1 0は壁のボードスピー力、 図 1 1はィンターカム、 図 1 2は携 帯電話、 図 1 3は電報、 図 1 4はパーソナルコンピュータ本体、 キーボ ード、マウス、 図 1 5はテレビ、図 1 6はヘルメ ッ ト、 図 1 7は自転車、 図 1 8は飛行機の椅子、 図 1 9はマッサージ機、 図 2 0はヘッ ドホン、 図 2 1はスピーカ、 図 2 2はカラオケ、 図 2 3は時計、 図 2 4は花瓶、 図 2 5はミニカー、 図 2 6は人形、 図 2 7は幟、 図 2 8はショーウィン ドウ、 図 2 9は音楽鑑賞、 図 3 0は水泳指導、 図 3 1はダイビングの連 絡合図、 図 3 2は風呂、 図 3 3は水槽、 図 3 4は宇宙の連絡合図、 図 3 5は乗り物、 図 3 6は遊具、 図 3 7は劇場やホールの椅子、 図 3 8は展 示物、 図 3 9は信号機、 図 4 0は酒造の酒樽に応用した説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 なお、 実施の形態を説明するための全図において、 同一の機能を有する構成要 素には同一の符号を付し、 その繰り返しの説明は省略する。
まず、 図 1により、 本発明の一実施の形態の超磁歪デパイスの構成の 一例を説明する。 併せて、 図 2により、 変形例の超磁歪デバイスの構成 も説明する。 図 1は本実施の形態の超磁歪デパイスの断面図、 図 2は変
形例の超磁歪デバイスの断面図をそれぞれ示す。
本実施の形態の超磁歪デパイス Dは、 たとえば各種業務用アプリケー シヨ ンの応用機器に用いられ、 図 1に示すように、 磁界に応じて伸縮す る超磁歪素子 1 と、 入力信号線を通じて電気信号として入力される音声 信号に応じて磁界を発生するコイル 2と、 このコイル 2により発生する 磁界を調整するバイアス用磁石 3, 4と、 音声信号を変換して得られる 振動を対象物に伝達するピン 5と、 これらを収納するケース 6と、 この ケース 6を封するキャップ 7などから構成される。
超磁歪素子 1は、 略円柱形状を有し、 ケース 6の中央部に、 このケー ス 6の深さ方向に延びるようにして配置されている。 この超磁歪素子 1 の周囲には、 コイル 2が配置されている。 また、 超磁歪素子 1の両端に は、 バイアス用磁石 3, 4がそれぞれ配置されている。 このバイアス用 磁石 3, 4のうち、 キャップ 7側のバイアス用磁石 3には、 大径部 5 a を有する略円柱形状のピン 5の一端が直接接触されている。 このピン 5 の他端は、 ケース 6の開口部を封するキャップ 7から突出されている。 キャップ 7は、 中央部が開口され、 この開口部にブッシュ 8が介在さ れている。 このブッシュ 8は、 ねじ 9などによりケース 6に固定されて いる。 また、 ブッシュ 8には貫通孔が形成され、 この貫通孔をピン 5が 摺動して変位される。 このキヤップ 7とピン 5の大径部 5 aとの間には 弾性部材であるスプリング 1 0が介在され、 このスプリング 1 0により 超磁歪素子 1にプレス トレスをかけた状態になっている。 また、 ピン 5 の大径部 5 aの周囲には、 バイアス用磁石 3, 4などとともに閉磁路を 形成するヨーク 1 1が配置されている。
ケース 6には、 入力信号線 1 2を超磁歪デパイス Dの外部から内部に 導入するための孔が形成され、 この孔を通り内部に導かれた入力信号線 1 2がコイル 2に電気的に接続される。 この入力信号線 1 2は、 骨導ま たは/および鼓膜振動により認識可能な音を発生するための音源 (図示 せず) に電気的に接続される。 この音源からの電気信号 (音声信号) に 応じて、 コイル 2、 デバイス用磁石 3 , 4、 ヨーク 1 1などにより磁界
を発生し、 この発生した磁界の変化に応じて超磁歪素子 1が伸縮する。 この超磁歪素子 1の伸縮により、 音声信号を変換して得られる振動をピ ン 5から対象物に伝達するように構成されている。
本実施の形態の超磁歪デバイス Dにおいては、 これに限定されるもの ではないが、 たとえば一例として、 外径が約 2 8 m m、 ケース 6の長さ が約 2 5 m m、 ピン 5の先端までの長さが約 3 2 m mで形成されている。 また、 超磁歪素子 1の寸法は、 たとえば一例として、 外径が約 3 . 5 m m、 長さが約 6 m mのものが用いられている。 このように、 超磁歪デバ イス Dの小型化が可能となるのは、 超磁歪素子 1の周囲にコイル 2のみ を配置してケース 6内に収納することで、 外径寸法が小さくなり、 径方 向の小型化が実現できるためである。
また、 本実施の形態の超磁歪デパイス Dでは、 各部材の材質がたとえ ば一例として、 ピン 5が鉄、 ケース 6が鉄、 キャップ 7が鉄、 プッシュ 8がポリアセタール、 ヨーク 1 1が鉄などから形成されている。 また、 バイアス用磁石 3 , 4には、 たとえば一例として、 希土類磁石、 鉄クロ ムコバルト磁石などが用いられている。
また、 本実施の形態の超磁歪デバイス Dにおいて、 超磁歪素子 1に対 してプレス トレスがかけられている。 このように、 超磁歪素子 1にプレ ス トレスがかけられているので、 超磁歪デバイス Dは高い変換効率を得 ることができる。 さらに、 変換効率の向上が可能となるのは、 プレス ト レストを加えるとともに、 超磁歪素子 1 の一端に配置したバイアス用磁 石 3に、 対象物に振動を伝達するピン 5を直接的に接触させることで、 振動の伝達性が高まることも要因となっている。
なお、 前述した超磁歪デバイス Dにおいては、 ケース 6を含めて、 コ ィル 2、 デバイス用磁石 3 , 4、 ヨーク 1 1などにより閉磁路を形成す るために、 ケース 6の側面および底面の寸法が厚くなっている。 そこで、 たとえば、 図 2に示すように、 ケース 1 3の内側にヨーク 1 4を配置す. ることで、 ケース 1 3の厚さを薄く して、 同じように超磁歪デパイス D の外径寸法を小さく して径方向の小型化を実現することができる。 もち
ろん、 変換効率についても、 高い変換効率を得ることができるようにな つている。 なお、 図 2においては、 ピン 5の先端に対象物に広い範囲で 接触するためのパヅ ド 1 5が配置されている。 また、 パヅ ドを介さず、 直接対象物にピン 5の振動を伝達する方法と高い粘性のジエルを介す る方法がある。
また、 ピン 5の振動を直接対象物に伝達する固定方法は、 ねじによる 場合と、 当該デバイスを対象物に圧力がかかるように工夫した固定器具 を用いる場合がある。 また、 粘性の高いジエルを介することで、 入力さ れた音声信号の再生周波数特性が向上する。 当該デバイスをジエルケ一 スなどに包み込むことにより、 音漏れの防止にも貢献できる。
以上のように構成される本実施の形態の超磁歪デバイス D (図 1 , 図 2 ) は、 振動するもの (硬質素材、 金属、 木材、 骨など) を媒体として 音を発生させ拡大する使用形態を採ることができる。 よって、 ユーザは 身近な物質に接触させるだけで音を聞くことができる。 また、 自分だけ で聞きたい時 (他人に聞かせたくない時) は、 耳の裏の骨の部分や歯に 触れさせることで可能となる。 さらに、 スピーカのコーン紙の代替物質 を身の廻りに求めることで、 その使用方法は無限に広げることができる。 以下において具体的に説明する。
次に、 図 3〜図 4 0により、 本実施の形態の超磁歪デバイス Dを用い た応用機器の具体例を説明する。
この応用機器は、 対象物が骨導または/および鼓膜振動により認識可 能な音を発生する各種機器となる。 音に対する聴力に関して、 聴力障害 は、 その原因やメカニズムにより伝音性難聴と感音性難聴に大別するこ とができる。 このうち、 伝音性難聴は、 鼓膜などがうまく機能しないた めに起こるものであり、 骨導聴力までも失っているわけではない。
そこで、 鼓膜振動による音の認識ができないユーザに対しては、 骨導 による音の認識を可能とする応用機器を提供することにより、 健常者と 同様にして音を認識させることができるようになる。 もちろん、 鼓膜振 動により音を認識できるユーザでも、 骨導による音の認識は可能であり、
よってここでは骨導により認識可能な音を発生する機器、 鼓膜振動によ り認識可能な音を発生する機器、 さらに両方の機能を合わせ持つ各種機 器を応用機器の例として挙げている。
( 1 ) 医療系機器 (補聴器、 車椅子、 クッション、 ベッ ト、 歩行機など) 図 3は、 補聴器に応用した例を示す。 この応用機器は、 補聴器 2 1に 超磁歪デバイス Dを埋め込み、 これを頭部の後側に装着し、 超磁歪デバ イス Dの部分を耳の後側の骨の部分に接触させる。 これにより、 骨導に よる伝達経路で音声や音楽などを音として認識させることができる。
図 4は、 車椅子に応用した例を示す。 この応用機器は、 車椅子 2 2の 後頭部が当たる部分に超磁歪デバイス Dを埋め込み、 同じように超磁歪 デバイス Dの部分を後頭部の骨の部分に接触させることで、 骨導により 音声や音楽などを音として認識させることができる。 この応用機器では、 歩行機などにも適用できる。
図 5は、 クッションに応用した例を示す。 この応用機器は、 病院など での治療中、 エステ、 マッサージなどの最中において、 頭部を置くクッ シヨン 2 3に適用される。 このクッション 2 3も、 同じように後頭部が 当たる部分に超磁歪デバイス Dを埋め込み、 この部分を骨の部分に接触 させることで、 骨導により音楽などを音として認識させることができる。 この応用機器では、 ベッ トなどにも適用できる。
( 2 ) 家具 ·事務系機器 (ホワイ トボ一ド、 筆記具、 机、 テ一ブルなど) 図 6は、 ホワイ トボードに応用した例を示す。 この応用機器は、 ホヮ イ トボード 2 4に超磁歪デバイス Dを接触させて取り付けることで、 ホ ワイ トボード 2 4の全体からアナウンスなどの音声や音楽などを発生 させ、 音として認識させることができる。 すなわち、 ホワイ トボード 2 4がスピーカとして機能し、 この場合には鼓膜振動による音の認識とな る ο
図 7は、 筆記具に応用した例を示す。 この応用機器は、 筆記具のボ一 ルペン 2 5に超磁歪デバイス Dを埋め込むことで、 文字や線を書くとき に紙などに接触する先端から、 スピーカとして機能させて音楽などを発
^ 生させ、 音として認識させることができる。
図 8は、 机に応用した例を示す。 この応用機器は、 机 2 6の内部に超 磁歪デバイス Dを取り付けることで、 同じようにスピー力として機能さ せ、 音楽などを発生させて音として認識させることができる。
図 9は、 テーブルに応用した例を示す。 この応用機器は、 テーブル 2 7の裏側などに超磁歪デバイス Dを取り付けることで、 同じようにスビ 一力として機能させて、 家庭や喫茶店、 レストランなどで各テーブル 2 7毎に B G Mなどを発生させて音として認識させることができる。
( 3 ) 建築系機器 (壁や床やガラスのボードスピーカなど)
図 1 0は、壁のボードスビ一力に応用した例を示す。この応用機器は、 壁 2 8の表側や裏側などに超磁歪デバイス Dを取り付けることで、 壁 2 8の全体をスピーカとして機能させ、 音楽などを発生させて音として認 識させることができる。 この応用機器では、 壁 2 8の他に、 床やガラス などにも適用できる。
( 4 ) 通信系機器 (ィ ン夕一カム、 携帯電話、 電報、 手紙、 固定電話、 ポケッ トベルなど)
図 1 1は、 イン夕一カムに応用した例を示す。 この応用機器は、 イン 夕一カム 2 9の耳の後側の部分に超磁歪デバイス Dを取り付け、 超磁歪 デバイス Dの部分を耳の後側の骨の部分に接触させることにより、 骨導 による伝達経路で音声や音楽などを音として認識させることができる。 この応用機器では、 従来のスピーカに代わり、 骨導によるため長時間聞 いていても疲れることがない。
図 1 2は、 携帯電話に応用した例を示す。 この応用機器は、 携帯電話 3 0のスピーカとなるべき部分に超磁歪デバイス Dを取り付け、 同じよ うに超磁歪デバイス Dの部分を耳の後側の骨の部分に接触させること で、 骨導により音声や音楽などを音として認識させることができる。 こ の応用機器では、 固定電話、 ポケッ トベルなどにも適用できる。
図 1 3は、 電報に応用した例を示す。 この応用機器は、 電報 3 1に超 磁歪デバイス Dを埋め込み、 電報 3 1をテ一ブルなどに置いたときにス
ビーカとして機能させて、 メヅセージや音楽などを発生させて音として 認識させることができる。 この応用機器では、 電報 3 1の他に、 手紙な どにも適用できる。
( 5 ) P C系機器 (パーソナルコンビュ一夕本体、 キーボード、 マウス など)
図 1 4は、 パーソナルコンピュータ本体、 キ一ボード、 マウスに応用 した例を示す。 この応用機器は、 パーソナルコンピュータ本体 3 2、 キ 一ボード 3 3、 マウス 3 4に、 それそれケースに接触させた状態で超磁 歪デバイス Dを埋め込んでおき、 電源を投入したときにこれらをスピ一 力として機能させ、 従来型のスピーカの代替として音を発生させて認識 させることができる。
( 6 ) 家電系機器 (テレビ、 ラジオ、 冷蔵庫、 洗濯機、 電気スタンド、 力—ナビゲ―シヨンなど)
図 1 5は、 テレビに応用した例を示す。 この応用機器は、 テレビ 3 5 の筐体に接触させた状態で超磁歪デバイス Dを埋め込んでおき、 電源を 投入したときにスピーカとして機能させ、 従来型のスピーカの代替とし て音を発生させて認識させることができる。この応用機器では、 ラジオ、 カーナビゲーシヨンなどにも適用できる。
また、 冷蔵庫、 洗濯機、 電気スタンドなどに適用した場合には、 これ らの機器にスピーカとしての機能を持たせ、 これらの機器から音楽など を発生させることができる。
( 7 ) 移動系機器 (ヘルメッ ト、 自転車、 飛行機の椅子、 列車の椅子、 バスの椅子、 船舶の椅子、 自動車、 バイクなど)
図 1 6は、 ヘルメヅ トに応用した例を示す。 この応用機器は、 ヘルメ ッ ト 3 6の耳の後側の部分に超磁歪デバイス Dを取り付け、 超磁歪デバ イス Dの部分を耳の後側の骨の部分に接触させることで、 骨導により音 声や音楽などを音として認識させることができる。
図 1 7は、 自転車に応用した例を示す。 この応用機器は、 自転車 3 7 のサドルの内部に超磁歪デバイス Dを取り付けることで、 人がサドルに
腰をかけたときにスピーカとして機能させ、 音楽などを発生させて音と して認識させることができる。 この応用機器では、 自動車、 バイクなど にも適用できる。
図 1 8は、 飛行機の椅子に応用した例を示す。 この応用機器は、 飛行 機の椅子 3 8の後頭部が当たる部分に超磁歪デバイス Dを埋め込み、 超 磁歪デバイス Dの部分を後頭部の骨の部分に接触させることで、 骨導に より各種情報や音楽などを音として認識させることができる。 この応用 機器では、 列車の椅子、 バスの椅子、 船舶の椅子などにも適用できる。
( 8 ) リラクゼーション系機器 (マッサ一ジ機など)
図 1 9は、 マヅサ一ジ機に応用した例を示す。 この応用機器は、 マヅ サージ機 3 9の後頭部が当たる部分に超磁歪デバイス Dを埋め込み、 こ の部分を後頭部の骨の部分に接触させることで、 骨導により音楽などを 音として認識させることができる。
( 9 ) 音響系機器 (へッ ドホン、 スピーカ、 カラオケなど)
図 2 0は、 へヅ ドホンに応用した例を示す。 この応用機器は、 へヅ ド ホン 4 0の耳の後側の部分に超磁歪デバイス Dを取り付け、 超磁歪デバ イス Dの部分を耳の後側の骨の部分に接触させることで、 骨導により音 として認識させることができる。 このヘッ ドホン 4 0では、 マイクによ る録音などの確認において、 自分自身が普段聞いている骨導による音で モニタリングすることができるようになる。
図 2 1は、 スピーカに応用した例を示す。 この応用機器は、 金属ゃガ ラス、 陶器などの各種のオブジェをスピーカ 4 1として機能させるもの である。 このスピーカ 4 1においても、 オブジェの内部に超磁歪デバイ ス Dを埋め込み、 この部分をオブジェの一部に接触させることで音楽な どを発生させ、 音として認識させることができる。 このスピ一力 4 1で は、 従来のスピーカのデザィンの概念を変えることができる。
図 2 2は、 カラオケに応用した例を示す。 この応用機器は、 カラオケ に適用され、 たとえば家庭内の各種の家具などをスピーカ 4 2 として機 能させるものである。 このカラオケにおいても、 超磁歪デバイス Dを家
具、 ガラスなどに接触させて取り付けることでスピーカ 4 2 として機能 させ、 自分の歌声を発生させて音として認識させることができる。 この スピーカ 4 2によるカラオケでは、 手軽に自分の部屋をカラオケルーム に変身させたり、 このようなスピーカ 4 2によって様々な音声シーンを 演出することができる。
( 1 0 ) アクセサリ一系機器 (時計、 花瓶、 額など)
図 2 3は、 時計に応用した例を示す。 この応用機器は、 時計 4 3のケ —スに接触させた状態で超磁歪デバイス Dを埋め込んでおき、 設定した 時間などにお知らせなどを行うスピーカとして機能させ、 従来型のスピ 一力の代替として音を認識させることができる。
図 2 4は、 花瓶に応用した例を示す。 この応用機器は、 花瓶 4 4に超 磁歪デバイス Dを取り付けてスピーカとして機能させ、 音楽などを発生 させて音として認識させることができる。 この応用機器では、 額などに も適用できる。
( 1 1 ) 玩具系機器 (ミニ力一、 人形、 ボードゲームなど)
図 2 5は、 ミニカーに応用した例を示す。 この応用機器は、 ミニカー 4 5に超磁歪デバイス Dを取り付けてスピーカとして機能させ、 ェンジ ン音などを発生させて音として認識させることができる。 また、 このよ うなミニ力一 4 5では、 超磁歪デバイス Dを車輪と同じ高さに取り付け た場合には、 ミニ力一 4 5を置いたもの、 付けたものをスピーカに変身 させることができる。 たとえば、 このミニ力一 4 5を自動車などのウイ ンドウなどに付けた場合にはカーステレオとなる。 この応用機器では、 ボードゲームなどにも適用できる。
図 2 6は、 人形に応用した例を示す。 この応用機器は、 人形 4 6に超 磁歪デバイス Dを埋め込んでスピーカとして機能させ、 効果音などを発 生させて音として認識させることができる。 また、 このような人形 4 6 では、 超磁歪デバイス Dをボディの中、 腕の中などに入れた状態で、 ス ィツチを入れて人形に触れても音はしないが、 人形 4 6を身の廻りの窓 ガラス、 テ一プル、 スチール缶などに接触させる、 耳の後側の骨の部分
に押しつける、 歯に触れるなど、 により音を発生させてコミュニケ一シ ヨンをとることができる。
( 1 2 ) 広告系機器 (幟、 ショ一ウィンドウなど)
図 2 7は、 幟に応用した例を示す。 この応用機器は、 幟 4 7の竿の先 端などに超磁歪デバイス Dを取り付け、 竿自体をスピーカとして機能さ せ、 広告などを発生させて音として認識させることができる。
図 2 8は、 ショ一ウィンドウに応用した例を示す。 この応用機器は、 ショーウインドウ 4 8のガラスの内側などに超磁歪デバイス Dを取り 付け、 ガラスをスピーカとして機能させ、 外側および内側に同時に案内 や B G Mなどを発生させて音として認識させることができる。
( 1 3 ) 水中系機器 (音楽鑑賞、 水泳指導、 ダイビングの連絡合図、 風 呂、 水槽など)
図 2 9は、 音楽鑑賞に応用した例を示す。 この応用機器は、 水中での ダイビングなどにおいて、 マウスピース 4 9に超磁歪デバイス Dを取り 付け、 このマウスピース 4 9を歯で嚙むことによって、 音楽プレーヤ 5 0などから流れる音楽を歯からの骨導により音として認識させること ができる。
図 3 0は、 水泳指導に応用した例を示す。 この応用機器は、 水中での 水泳指導などにおいて、 プール 5 1などの底に超磁歪デバイス Dを沈め、 水を介してスピーカとして機能させ、 指示などを音として認識させるこ とができる。
図 3 1は、 ダイビングの連絡合図に応用した例を示す。 この応用機器 は、 ダイビングにおいて、 ボンべ 5 2に超磁歪デバイス Dを取り付け、 スィ ツチ 5 3を押すことによってボンべ 5 2に振動を与えて音を発生 させ、 他の人に何か知らせたい時の合図などに用いることができる。
図 3 2は、 風呂に応用した例を示す。 この応用機器は、 風呂の浴槽 5 4に超磁歪デバイス: Dを埋め込み、 振動を水を媒体として伝達し、 ユー ザに音楽などを音として認識させることができる。 この風呂への応用で は、 全身を音が包み込むといった状況を実現し、 音楽以外に自然音など
を利用してリラクゼ一ション効果を与えることができる。
図 3 3は、 水槽に応用した例を示す。 この応用機器は、 水槽 5 5の内 側などに超磁歪デバイス Dを取り付けて振動を与えることで、 音楽など を発生させて音として認識させることができる。
( 1 4 ) 真空中系機器 (宇宙の連絡合図など)
図 3 4は、 宇宙の連絡合図に応用した例を示す。 この応用機器は、 宇 宙ステ一シヨン 5 6の外壁に超磁歪デバイス Dを接触させ、 宇宙服の内 蔵マイク 5 7の音声により宇宙ステ一シヨン 5 6の外壁に振動を与え ることで、 音声を宇宙ステ一シヨン 5 6の内部に音として認識させるこ とができる。 この宇宙への応用では、 無線が使用できなくなった時など の非常時に、 宇宙ステーション 5 6の外部から内部に合図などの連絡を 伝えることができる。
( 1 5 ) アミューズメント系機器 (乗り物、 遊具など)
図 3 5は、 乗り物に応用した例を示す。 この応用機器は、 乗り物 5 8 のレール 5 9などに超磁歪デバイス Dを取り付け、 この取り付けた部分 を乗り物 5 8が通過したときにレール 5 9をスピーカとして機能させ、 普通は音が出そうもないところから効果音などを音として発生させる ことで、 意外性を持たせることができる。
図 3 6は、 遊具に応用した例を示す。 この応用機器は、 オブジェなど の遊具 6 0に複数の超磁歪デバイス Dを埋め込み、 それそれが音楽、 ァ ナウンス、 動物の鳴き声、 虫の声などの別々の音を発生させることで、 子供たちが遊具 6 0に頭や耳を当てることによって骨導によりそれそ れの音を認識させることができる。
( 1 6 ) イベント系機器 (劇場やホールの椅子、 展示物など)
図 3 7は、劇場やホールの椅子に応用した例を示す。この応用機器は、 劇場やホールの椅子 6 1に、 超磁歪デバイス; Dを埋め込んだ骨導シート 6 2を被せて、 この部分を後頭部の骨の部分に接触させることで、 骨導 により音楽などを音として認識させることができる。 この椅子 6 1の骨 導シート 6 2では、 ウェアラブルでないために装着の不快感がなく、 健
常者、 鼓膜障害者の用途をバリアフリーにすることができ、 さらにスピ —力音より自然な音場を作ることができる。
図 3 8は、 展示物に応用した例を示す。 この応用機器は、 展示物のパ ネル 6 3や車 6 4に、 コンパニオンの指先や指し棒などに取り付けた超 磁歪デバイス Dを接触させることで、 パネル 6 3や車 6 4をスピーカと して機能させ、 コンパニオンの音声などを発生させて音として認識させ ることができる。 この応用機器は、 プレゼンテーションなどにも適用で ぎる。
( 1 7 ) 交通系機器 (信号機など)
図 3 9は、 信号機に応用した例を示す。 この応用機器は、 信号機 6 5 の内側などに超磁歪デバイス Dを取り付け、 信号機 6 5をスピーカとし て機能させ、 歩行者が横断するときなどに音楽などを発生させて音とし て認識させることができる。
( 1 8 ) 産業系機器 (酒造の酒樽など)
図 4 0は、 酒造の酒樽に応用した例を示す。 この応用機器は、 酒樽 6 6の外側などに超磁歪デバイス Dを取り付け、 酒樽 6 6をスピーカとし て機能させ、 内部に音楽などを流すことにより、 熟成が促されて良質な 酒を造ることができる。
以上のように、 本実施の形態の超磁歪デバイスは、 各種機器に用いる ことができるので、 応用機器として用途の拡大を図ることができる。 以上、 本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき一例 を具体的に説明したが、 本発明は前記実施の形態に限定されるものでは なく、 その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまで もない。
以上説明したように、 本発明の超磁歪デバイス、 およびそれを用いた 応用機器によれば、 以下のような効果を得ることができる。
( 1 ) 超磁歪デバイスを、 超磁歪素子の周囲にコイルのみを配置してケ ース内に収納して構成することで、 超磁歪デバイスの径方向の小型化を 実現することが可能となる。
( 2 ) 超磁歪デバイスを、 超磁歪素子の一端に配置した第 1バイアス用 磁石に、 対象物に振動を伝達するピンを直接的に接触させて構成するこ とで、 超磁歪素子による振動の伝達性を高めることが可能となる。
( 3 ) 超磁歪デバイスを、 弾性部材により超磁歪素子にプレストレスを かけた状態に構成することで、 振動の伝達性を高めることに加え、 超磁 歪素子にプレス トレスがかけられているので、 超磁歪デバイスの高い変 換効率を得ることが可能となる。
( 4 ) 超磁歪デバイスを用いた応用機器において、 骨導または/および 鼓膜振動により認識可能な音を発生する各種機器に適用することで、 応 用機器として用途の拡大を図ることが可能となる。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明による超磁歪デバイスおよびそれを用いた応用 機器は、 電気信号に応じた磁界により所定方向に振動する超磁歪素子を 利用した超磁歪デバイス、 およびそれを用いた応用機器に有用であり、 超磁歪デバイスの小型化、 特に径方向の小型化を実現しながら、 高い変 換効率を得ることができる超磁歪デバイス、 およびそれを用いて用途の 拡大を図ることができる応用機器 (医療系機器、 家具 ·事務系機器、 建 築系機器、 通信系機器、 P C系機器、 家電系機器、 移動系機器、 リラク ゼーシヨン系機器、 音響系機器、 アクセサリ一系機器、 玩具系機器、 広 告系機器、 水中系機器、 真空中系機器、 アミューズメント系機器、 ィべ ント系機器、 交通系機器、 産業系機器など) に広く適用することができ る o
Claims
1 . 磁界に応じて伸縮する超磁歪素子と、
前記超磁歪素子の周囲に配置され、 入力信号線を通じて電気信号とし て入力される音声信号に応じて前記磁界を発生するコイルと、
前記超磁歪素子の両端にそれぞれ配置され、 前記コイルにより発生す る磁界を調整する第 1バイアス用磁石おょぴ第 2バイアス用磁石と、 前記第 1バイアス用磁石に一端が直接接触され、 前記音声信号を変換 して得られる振動を対象物に伝達するピンと、
前記ピンの他端が突出され、 前記超磁歪素子、 前記コイル、 前記第 1 バイアス用磁石および前記第 2パイァス用磁石を収納するケースとを 有することを特徴とする超磁歪デバイス。
2 . 請求項 1記載の超磁歪デバイスにおいて、
前記ピンの一端は、 前記ピンの大径部と前記ケースを封するキャップ との間に介在された弾性部材により前記第 1バイアス用磁石に所定の 圧力で接触され、 前記弾性部材により前記超磁歪素子がプレス トレスを かけられた状態であることを特徴とする超磁歪デバイス。
3 . 請求項 1または 2記載の超磁歪デバイスを用いた応用機器であって、 前記対象物は、 骨導または/および鼓膜振動により認識可能な音を発 生する機器からなることを特徴とする超磁歪デバイスを用いた応用機
4 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 補聴器、 車椅子、 ク ッション、 ベット、 歩行機の医療系 機器であることを特徴とする応用機器。
5 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 ホワイ トボード、 筆記具、 机、 テーブルの家具 ·事務系 機器であることを特徴とする応用機器。
6 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 壁や床やガラスのボードスピー力の建築系機器であるこ
とを特徴とする応用機器。
7 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 インターカム、 携帯電話、 電報、 手紙、 固定電話、 ボケ ットベルの通信系機器であることを特徴とする応用機器。
8 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 パーソナルコンピュータ本体、 キーボード、 マウスの P C系機器であることを特徴とする応用機器。
9 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 テレビ、 ラジオ、 冷蔵庫、 洗濯機、 電気スタンド、 カー ナビグーションの家電系機器であることを特徴とする応用機器。
1 0 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 ヘルメット、 自転車、 飛行機の椅子、 列車の椅子、 バス の椅子、 船舶の椅子、 自動車、 バイクの移動系機器であることを特徴と する応用機器。
1 1 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 マッサージ機のリラクゼ一ション系機器であることを特 徴とする応用機器。
1 2 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 ヘッ ドホン、 スピーカ、 カラオケの音響系機器であるこ とを特徴とする応用機器。
1 3 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 時計、 花瓶、 額のアクセサリ一系機器であることを特徴 とする応用機器。
1 4 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 ミニカー、 人形、 ボードゲームの玩具系機器であること を特徴とする応用機器。
1 5 . 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 幟、 ショーウィンドウの広告系機器であることを特徴と する応用機器。
1 6. 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 音楽鑑賞、 水泳指導、 ダイビングの連絡合図、 風呂、 水 槽の水中系機器であることを特徴とする応用機器。
1 7. 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 宇宙の連絡合図の真空中系機器であることを特徴とする 応用機器。
1 8. 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 乗り物、 遊具のアミューズメント系機器であることを特 徴とする応用機器。
1 9. 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 劇場やホールの椅子、 展示物のイベント系機器であるこ とを特徴とする応用機器。
2 0. 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 信号機の交通系機器であることを特徴とする応用機器。
2 1. 請求項 3記載の応用機器において、
前記機器は、 酒造の酒樽の産業系機器であることを特徴とする応用機
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