(57)【要約】【課題】  磁歪アクチュエータに想定外の外力が加わることを防止する。【解決手段】  磁歪素子１１と、磁界を印加することによって磁歪素子１１を変位させるコイル１２と、磁界の印加に応じた磁歪素子１１の伸縮によって軸方向に駆動されるシャフト１３と、シャフト１３の出力端１３ｃの一部を覆うカバー１８とを備える。カバー１８は開口部１８ａを有しており、開口部１８ａの軸方向における位置Ａは、先端へ向かってシャフト１３の径が小さくなりはじめる径縮小開始部１３ｃｓの軸方向における位置Ｂと、先端１３ｅの軸方向における位置Ｃとの間に設定されている。これにより、シャフト１３の出力端１３ｃを振動板となる部材に密着させる場合に、当該部材の表面とシャフト１３の軸とが成す角度がカバー１８によって制限されることから、シャフトに想定外の外力が加わりにくくなる。【選択図】          図１
2006203590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪素子と、磁界の印加によって前記磁歪素子を変位させる手段と、磁界の印加に応じた前記磁歪素子の伸縮によって軸方向に駆動され、先端へ向かって径が小さくなる出力端を有するシャフトと、前記シャフトの前記出力端の一部を覆うカバーとを備えることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【請求項２】
前記カバーは開口部を有しており、前記開口部の軸方向における位置は、先端へ向かって前記シャフトの径が小さくなりはじめる径縮小開始部の軸方向における位置と、前記先端の軸方向における位置との間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項３】
前記開口部の径は、前記シャフトの前記径縮小開始部の径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記シャフトの前記出力端を軸方向から見た投影面及び前記カバーの前記開口部がいずれも円形であることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁歪アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界の印加に応じて伸縮する磁歪素子は古くから知られているが、これまでの磁歪素子は変位が小さく、このため実用的に使用されることはほとんどなかった。ところが近年、１５００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍといった非常に変位の大きな磁歪素子（超磁歪素子）が知られるようになり、現在、その様々な利用形態が提案されている。中でも、超磁歪素子が持つ応答性の高さや駆動力の大きさに注目して、これを音響スピーカの駆動部として利用するといった提案がいくつかなされている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された超磁歪アクチュエータは、超磁歪素子の伸縮によって軸方向に駆動されるシャフト（ロッド）と、シャフトに固定された振動板を有しており、超磁歪素子が伸縮すると、シャフトを介して振動板が振動するよう構成されている。したがって、再生すべき音響信号に応じた磁界を超磁歪素子に印加すれば、超磁歪素子の伸縮が振動板に伝わり、音波に変換することが可能となる。
【特許文献１】特開平１０−１４５８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された超磁歪アクチュエータは、振動板の近傍においてシャフトの側面が露出していることから、この部分に外力が加わると、超磁歪素子に強いストレスがかかってしまう。超磁歪材料は一般に脆性であることから、シャフトに大きな外力が加わると破損する可能性があり、磁歪アクチュエータの信頼性を損なう原因となり得る。
【０００５】
このような問題は、特許文献１に記載された超磁歪アクチュエータのように、シャフトと振動板が固定されている場合にはそれほど深刻ではないと考えられるが、シャフトに振動板が固定されておらず、ユーザが自らシャフトを何らかの部材に密着させ、この部材を振動板として利用するタイプの超磁歪アクチュエータでは、シャフトの先端が露出した状態となることから、シャフトに想定外の外力が加わる危険性が非常に高くなる。このような問題は、超磁歪素子を用いた超磁歪アクチュエータだけでなく、広く磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータ全般において生じる問題である。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、シャフトに想定外の外力が加わりにくい構造を有する磁歪アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による磁歪アクチュエータは、磁歪素子と、磁界の印加によって前記磁歪素子を変位させる手段と、磁界の印加に応じた前記磁歪素子の伸縮によって軸方向に駆動され、先端へ向かって径が小さくなる出力端を有するシャフトと、前記シャフトの前記出力端の一部を覆うカバーとを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、シャフトの出力端を振動板となる部材に密着させる場合に、当該部材の表面とシャフトの軸とが成す角度がカバーによって制限されることから、シャフトに想定外の外力が加わりにくくなる。これにより、想定外の外力によって磁歪素子が破損する危険性が大幅に低減することから、磁歪アクチュエータの信頼性を大幅に高めることが可能となる。
【０００９】
本発明において、前記カバーは開口部を有しており、開口部の軸方向における位置は、先端へ向かってシャフトの径が小さくなりはじめる径縮小開始部の軸方向における位置と、先端の軸方向における位置との間に設定されていることが好ましい。これによれば、振動板となる部材の表面が平坦である場合において、振動板となる部材の表面とシャフトの軸とが成す角度が、垂直又はこれに近い角度である場合に両者を接触させることが可能となり、それ未満の角度である場合には、カバーの干渉によって両者の接触を防止することが可能となる。
【００１０】
本発明において、開口部の径は、シャフトの径縮小開始部の径よりも小さいことが好ましい。これによれば、シャフトに想定外の外力が加わる状態を効果的に制限することが可能となる。
【００１１】
本発明において、シャフトの出力端を軸方向から見た投影面及びカバーの開口部は、いずれも円形であることがより好ましい。これによれば、出力端の表面とカバーの外表面とが成す角が、円周方向のあらゆる角度に関して一定となることから、磁歪アクチュエータの信頼性をよりいっそう高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
このように、本発明によれば、想定外の外力によって磁歪素子が破損する危険性が大幅に低減することから、磁歪アクチュエータの信頼性を大幅に高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の好ましい実施形態による超磁歪アクチュエータ１０の構造を示す略断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０は、棒状の超磁歪素子１１と、超磁歪素子１１の周囲に巻回されたコイル１２と、超磁歪素子１１の端部１１ａ側に配置され、磁界の印加に応じた超磁歪素子１１の伸縮によって軸方向（図１に示すＸ方向）に駆動されるシャフト１３と、超磁歪素子１１の端部１１ｂ側に配置され、これを固定するヨーク１４と、これら各部材を収容する筐体１５とを備えている。
【００１６】
超磁歪素子１１は、磁界の印加に応じて伸縮する超磁歪材料によって構成された棒状体であり、使用する超磁歪材料としては、特に限定されるものではないがＴｂ０．３４−Ｄｙ０．６６−Ｆｅ１．９０を中心組成とする超磁歪材料等を用いることができる。超磁歪素子のサイズについては、目的とする超磁歪アクチュエータ１０のサイズや出力に応じて適宜選択すれば良い。また、本実施形態においては、超磁歪素子１１の端部１１ａ，１１ｂにそれぞれ永久磁石１６ａ，１６ｂが配置されており、これによって超磁歪素子１１には常に磁気バイアスが印加されている。超磁歪素子１１は、磁界が印加されていない状態が最もサイズが小さく、磁界が強くなるにしたがって伸張する性質を有している。つまり、磁界が印加されていない状態からは超磁歪素子１１を収縮させることはできず、単に、伸張させることができるのみである。したがって、超磁歪素子１１を「伸縮」させるためには、通常時（ニュートラルな状態）において超磁歪素子１１に所定の「磁気バイアス」を印加する必要があり、永久磁石１６ａ，１６ｂはかかる目的のために設けられている。
【００１７】
コイル１２は、超磁歪素子１１に与える磁界を変化させることにより、超磁歪素子１１を変位させるために用いられる。つまり、図示しない制御回路によりコイル１２に流す電流を変化させると、超磁歪素子１１に与えられる磁界が変化するが、コイル１２は超磁歪素子１１の円周方向に巻回されているため、コイル１２を流れる電流により生じる磁束の方向は、超磁歪素子１１の軸方向となる。つまり、コイル１２に流す電流を変化させると、超磁歪素子１１に印加される磁界は主として軸方向に変化することになる。これにより、コイル１２に流す電流を変化させることによって、超磁歪素子１１を主として軸方向に変位させることが可能となる。
【００１８】
シャフト１３は、棒状の本体部１３ａと、超磁歪素子１１側の端部に設けられた鍔部１３ｂと、超磁歪素子１１とは反対側の端部に設けられた出力端１３ｃとを有している。本体部１３ａの軸は、超磁歪素子１１の軸とほぼ一致しており、出力端１３ｃは開放されている。鍔部１３ｂは、本体部１３ａよりも径が大きく、その端面１３ｄはスプリング１７の付勢により、少なくとも永久磁石１６ａを介して超磁歪素子１１に押しつけられている。これにより、再生すべき音響信号に応じた電流をコイル１２に流すと、磁界が超磁歪素子１１に印加され、磁界強度に応じた超磁歪素子１１の伸縮がシャフト１３の出力端１３ｃに伝わることになる。シャフト１３の出力端１３ｃには振動板が取り付けられておらず、ユーザ自らがシャフト１３の出力端１３ｃを何らかの部材に密着させることにより、この部材を振動板とすることができる。つまり本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、任意の部材を振動板として用いることができる。尚、本実施形態において「出力端１３ｃ」とは、シャフト１３の先端１３ｅへ向かって径が小さくなりはじめる径縮小開始部１３ｃｓから先端１３ｅまでの部分を指す。
【００１９】
また、図１に示すように、シャフト１３の周囲にはカバー１８が設けられており、これにより、シャフト１３に側面方向から外力が加わることを防止している。カバー１８は、シャフト１３の出力端１３ｃの一部を覆うように設けられており、開口部１８ａからシャフト１３の先端１３ｅが露出した状態とされている。開口部１８ａの軸方向における位置Ａは、径縮小開始部１３ｃｓの軸方向における位置Ｂと、先端１３ｅの軸方向における位置Ｃとの間に設定されている。これにより、出力端１３ｃの表面とカバー１８の外表面とが成す角はθ０となっている。本実施形態では、カバー１８と筐体１５は、組み合わせることにより一体化するように構成されている。組み合わせの方法としては、カバー１８の内周部と筐体１５の外周部にねじ山を設け、互いにネジ止めできるような構造としたり、あるいは接着剤により接着を行うことにより、容易に離脱しない方法で固定すればよい。また、シャフト１３は、軸受け１５ａによって軸方向とは異なる方向への動きが防止されている。
【００２０】
図２は、本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０を出力端１３ｃ側から軸方向に見た場合の略平面図である。図２に示すように、出力端１３ｃを軸方向から見た投影面及び開口部１８ａはいずれも円形であり、カバー１８の開口部１８ａの径φ１は、シャフト１３の径縮小開始部１３ｃｓの径φ２よりも小さく設定されている。
【００２１】
以上が、本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０の構造である。
【００２２】
このような構成により、本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、ユーザがシャフト１３の出力端１３ｃを振動板となる部材に密着させる場合に、当該部材の表面とシャフト１３の軸とが成す角度がカバー１８によって大きく制限される。つまり、図３に示すように、振動板となる部材１９とシャフト１３の軸とが成す角度θ１が、図１に示す角度θ０以上である場合には（θ１≧θ０）、カバー１８が干渉することなく、シャフト１３の出力端１３ｃを振動板となる部材１９に密着させることができるが、図４に示すように、振動板となる部材１９とシャフト１３の軸が成す角度θ２がθ０未満である場合には（θ２＜θ０）、カバー１８の干渉により、シャフト１３の出力端１３ｃを振動板となる部材１９に密着させることができなくなる。
【００２３】
このことは、振動板となる部材１９の表面とシャフト１３の軸とが成す角度が、垂直又はこれに近い角度でなければ両者を接触させることができないことを意味するため、軸に対して横方向の力や回転力など、シャフト１３に想定外の外力が加わりにくくなる。これにより、想定外の外力によって超磁歪素子１１が破損する危険性が大幅に低減することから、超磁歪アクチュエータ１０の信頼性を大幅に高めることが可能となる。
【００２４】
また、出力端１３ｃを軸方向から見た投影面及び開口部１８ａがいずれも円形であることから、出力端１３ｃの表面とカバー１８の外表面とが成す角θ０は、円周方向のあらゆる角度に関して一定となる。これにより、特定の方向から外力が加わりやすいといったことがなく、したがって、超磁歪アクチュエータ１０の信頼性をよりいっそう高めることが可能となる。
【００２５】
本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０は、筐体１５の内部に電池やアンプ等を内蔵することにより、携帯可能なペン型スピーカを構成することが可能である。このようなペン型スピーカは、図５に示すように、ユーザがシャフト１３の出力端１３ｃを所望の部材１９に密着させることにより、この部材１９を振動板として音を発生させることができる。そして、シャフト１３の出力端１３ｃを部材１９から離せば、振動板がなくなることから音をほぼ消すことが可能となる。
【００２６】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００２７】
例えば、上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、シャフト１３を構成する本体部１３ａと、鍔部１３ｂと、出力端１３ｃとが物理的に一体である場合を例に説明したが、これらが物理的に一体であることは必須でなく、例えば、図６に示すように、シャフト１３の本体部１３ａにキャップ１３ｘを被せ、このキャップ１３ｘを出力端として用いても構わない。
【００２８】
また、上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、シャフト１３の本体部１３ａの径が、出力端１３ｃの径縮小開始部１３ｃｓの径よりも小さい場合を例に説明したが、図７に示すように、これらの径が同じであっても構わない。また、シャフト１３の本体部１３ａの径の方が、出力端１３ｃの径縮小開始部１３ｃｓの径よりも大きくても構わない。
【００２９】
さらに、上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、シャフト１３の出力端１３ｃが半球状である場合を例に説明したが、シャフト１３の先端１３ｅへ向かって径が小さくなる形状である限り、例えば、図８に示すように円錐形であっても構わない。
【００３０】
さらに、シャフト１３に本体部１３ａや鍔部１３ｂが設けられていることは必須でなく、したがって、図９に示すように、シャフト１３の全体が出力端１３ｃを構成していても構わない。
【００３１】
さらに、上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、カバー１８の開口部１８ａが円形である場合を例に説明したが、振動板となる部材１９のとシャフト１３の出力端１３ｃとの接触角度が制限可能である限り、軸方向に見た略平面図である図１０に示すように、開口部１８ａがスリット状であっても構わない。
【００３２】
さらに、上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、開口部１８ａの軸方向における位置Ａが、径縮小開始部１３ｃｓの軸方向における位置Ｂと、シャフト１３の先端１３ｅの軸方向における位置Ｃとの間に設定されており、これによって、振動板となる部材１９の表面が平坦である場合を想定した接触角度が制限されている。しかしながら、振動板となる部材１９に設けられた突起にシャフト１３を押しつけるといった使用方法を想定すれば、シャフト１３の先端１３ｅの軸方向における位置Ｃは、開口部１８ａの軸方向における位置Ａよりもさらに内側（超磁歪素子１１側）であっても構わない。
【００３３】
さらに、上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、開口部１８ａの径がシャフト１３の径縮小開始部１３ｃｓの径よりも小さく設定されており、これによって、想定外の外力が加わる状態を効果的に制限しているが、本発明において上記の条件は必須でなく、開口部１８ａの径がシャフト１３の径縮小開始部１３ｃｓの径以上であっても構わない。
【００３４】
また、上記実施形態では超磁歪素子を用いて超磁歪アクチュエータを構成した場合を説明したが、振動板となる部材１９を駆動し得る程度の変位可能なものであれば、磁歪素子を用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の好ましい実施形態による超磁歪アクチュエータ１０の構造を示す略断面図である。
【図２】超磁歪アクチュエータ１０を出力端１３ｃ側から軸方向に見た場合の略平面図である。
【図３】振動板となる部材１９とシャフト１３の出力端１３ｃとが接触可能な状態を示す略側面図である。
【図４】振動板となる部材１９とシャフト１３の出力端１３ｃとが接触不可能な状態を示す略側面図である。
【図５】超磁歪アクチュエータ１０の使用例を説明するための模式図である。
【図６】キャップ１３ｘを出力端として用いた例によるシャフト１３の略側面図である。
【図７】本体部１３ａの径と出力端１３ｃの径縮小開始部１３ｃｓの径とが同じである例によるシャフト１３の略側面図である。
【図８】出力端１３ｃを円錐形とした例によるシャフト１３の略側面図である。
【図９】全体が出力端１３ｃによって構成された例によるシャフト１３の略側面図である。
【図１０】開口部１８ａをスリット状とした例を示す略平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０      超磁歪アクチュエータ
１１      超磁歪素子
１１ａ，１１ｂ    超磁歪素子の端部
１２      コイル
１３      シャフト
１３ａ    本体部
１３ｂ    鍔部
１３ｃ    出力端
１３ｃｓ  径縮小開始部
１３ｄ    鍔部の端面
１３ｅ    出力端の先端
１３ｘ    キャップ
１４      ヨーク
１５      筐体
１５ａ    軸受け
１６ａ，１６ｂ    永久磁石
１７      スプリング
１８      カバー
１８ａ    開口部
１９      振動板となる部材
Ａ        開口部の軸方向における位置
Ｂ        径縮小開始部の軸方向における位置
Ｃ        出力端の先端の軸方向における位置
【図１】
2006203590.tif 000003
【図２】
2006203590.tif 000004
【図３】
2006203590.tif 000005
【図４】
2006203590.tif 000006
【図５】
2006203590.tif 000007
【図６】
2006203590.tif 000008
【図７】
2006203590.tif 000009
【図８】
2006203590.tif 000010
【図９】
2006203590.tif 000011
【図１０】
2006203590.tif 000012