(57)【要約】【課題】小さいストロークを制御可能なアクチュエータとして応用された双安定なアクチュエータを提供する。【解決手段】本発明は、固定子５０および可動子７０を形成するために構成され、１つ以上の磁束回路８０，８０’を提供するために配置された、１つ以上の永久磁石１０および１つ以上の透磁部２０を含み、当該磁束回路は、座部５２において、縦Ａ−Ａ’軸に沿った可動子７０のための不安定な均衡位置と、可動子が柔軟部の有効剛性を低減する、柔軟部の不安定化を起こす力を柔軟部に与える、縦Ａ−Ａ’軸に沿った不安定な均衡位置の一側領域とを発生させる、補聴応用のための電気機械的アクチュエータ１００に関する。本発明はまた、電気機械的アクチュエータを組み込む補聴システムに関する。【選択図】図１
2013539351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦（Ａ−Ａ’）軸に沿って変位する縦軸（４０）を有する補聴応用のための電気機械的アクチュエータ（１００）であって、
−固定子（５０）および可動子（７０）を形成するために構成された、１つ以上の永久磁石（１０）および１つ以上の透磁部（２０，２０’）を含み、
前記固定子（５０）は、前記可動子（７０）を受けるため、および、前記固定子（５０）に対する前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った前記可動子（７０）の変位のために構成された座部（５２）を提供し、
−前記座部（５２）の前記縦（Ａ−Ａ’）端部間の中立位置において前記可動子（７０）を付勢するために、当該可動子（７０）に力を提供する１つ以上の柔軟部（６０）と、
−前記可動子（７０）に固く取り付けられた縦軸（４０）と、をさらに含み、
前記１つ以上の永久磁石（１０）および透磁部（２０，２０’）は、
前記１つ以上の永久磁石（１０）によって生成される磁束の大部分が、ただ１つの磁石（１０）を通過する磁束回路にわたって分布されるように、
−前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った前記可動子（７０）のための不安定な均衡位置と、
−前記可動子が、前記柔軟部の有効剛性を低減する、前記柔軟部の不安定化を起こす力を前記柔軟部に与える、前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った不安定な均衡位置の一側領域と、
を前記座部（５２）において発生させるように構成された１つ以上の磁束回路を提供し、
−前記可動子（７０）を通る磁束を変調するために、電気信号に反応する磁束を生成するように適応された前記固定子（５０）に組み込まれた１つ以上のコイル（３０）をさらに含み、前記不安定化を起こす力によって有効剛性が低減された前記柔軟部（６０）の力に対抗して、中立位置から前記可動子（７０）を変位させる電流誘起力を生成し、したがって、前記可動子（７０）が、前記信号の振幅に依存する制御可能な振幅により変位される、アクチュエータ（１００）。
【請求項２】
前記磁束の大部分は、合計磁束の５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または９５％、または１００％より大きいか、またはいかなる前記２つの値の間の範囲内の値である、請求項１に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項３】
１つの前記永久磁石（１０）があり、当該永久磁石（１０）によって生成された磁束の大部分は、ただ１つの磁石を含む回路にわたって分布される、請求項１または２に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項４】
２つの前記永久磁石（１０）があり、第１および第２磁石について：
−前記第１磁石のみを含む回路にわたって分布された、当該第１磁石によって生成された磁束と、
−前記第２磁石のみを含む回路にわたって分布された、第２磁石によって生成された磁束と、
の和が、前記磁束合計の大部分を形成する、請求項１または２に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項５】
前記１つ以上の永久磁石（１０）が前記可動子（７０）に配置されることで、動く磁気アクチュエータを形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項６】
前記可動子（７０）の前記１つ以上の永久磁石（１０）の縦Ａ−Ａ’方向の各端部側面には、透磁部（２０，２０’）が配置される、請求項５に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項７】
前記不安定化を起こす力および電流誘起力は、本質的に線形であり、前記コイルの電流と前記可動子の所望範囲における変位とにわたって本質的に相互にから分離されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項８】
前記柔軟部は、１つ以上の隔膜、膜およびバネベアリングを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項９】
前記可動子（７０）は、
−軸対称性と、
−円形、矩形、楕円形、多角形の横断プロファイルと、の少なくともいずれかを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項１０】
少なくとも部分的に前記固定子（５０）および可動子（７０）を囲う筐体（１５）が備えられ、
前記筐体は、軸対称性、円形、矩形、楕円形、多角形の横断プロファイルの少なくともいずれかを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項１１】
隔膜（６２，６２’）の一組を含む２つの前記柔軟部があり、一方は前記アクチュエータの各縦（Ａ−Ａ’）端部に設けられ、各々は前記軸（４０）に機械的に接続され、
各前記膜はアクチュエータを気密性に密封し、各当該膜は大気圧にさらされる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項１２】
補聴システムに組み込まれる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１００）。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアクチュエータを含む補聴システム。
【請求項１４】
縦（Ａ−Ａ’）軸に沿って変位する縦軸（４０）を有する補聴応用のための電気機械的アクチュエータ（１００）を準備する方法であって、
−固定子（５０）および可動子（７０）を形成するために構成された、１つ以上の永久磁石（１０）および１つ以上の透磁部（２０，２０’）と、
前記可動子（７０）を受けるため、および、前記固定子（５０）に対する前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った前記可動子（７０）の変位のための、前記固定子（５０）内の座部（５２）と、を提供し、
−前記座部（５２）の前記縦（Ａ−Ａ’）端部間の中立位置において前記可動子（７０）を付勢するために、当該可動子（７０）に力を提供するように構成された１つ以上の柔軟部を提供し、
−前記可動子（７０）に固く取り付けられた縦軸（４０）を提供する、ことを含み、
前記１つ以上の永久磁石（１０）および透磁部（２０，２０’）は：
−前記１つ以上の永久磁石（１０）によって生成される磁束の大部分が、ただ１つの磁石（１０）を通過する磁束回路にわたって分布されるように、
−前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った前記可動子（７０）のための不安定な均衡位置と、
−前記可動子が、前記柔軟部の有効剛性を低減する、前記柔軟部の不安定化を起こす力を前記柔軟部に与える、前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った不安定な均衡位置の一側領域と、
を前記座部（５２）において発生させるように構成された１つ以上の磁束回路を提供し、
−前記可動子（７０）を通る磁束を変調するために、電気信号に反応する磁束を生成するように適応された前記固定子（５０）に組み込まれた１つ以上のコイル（３０）を提供することで、前記不安定化を起こす力によって有効剛性が低減された前記柔軟部（６０）の力に対抗して、中立位置から前記可動子（７０）を変位させる電流誘起力を生成し、したがって、前記可動子（７０）が、前記信号の振幅に依存する制御可能な振幅により変位される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補聴の分野に関し、特に、電磁気的に動作する埋め込み可能なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
線形的に制御可能なアクチュエータ、すなわち、印加された電気的刺激に比例する力を発生するアクチュエータが必要とされる補聴応用において、この技術分野には２つの主な形態がある。
【０００３】
１つ目の可能性は、大きな力を生成できるが、特にアクチュエータが小型化される場合にその変位振幅が制限されており、十分な機械的な刺激を提供しない圧電アクチュエータである。さらに、それは、高い駆動電圧と電流制御を提供するドライバとを必要とする。小型化されたアクチュエータには、機械的な増幅が利用される時でさえ、１から１０μｍのオーダーの変位を得るために、通常の電池の駆動電圧よりも高い駆動電圧が必要とされる。原則、電池電圧は、ある程度は高電圧に上方変換されうるが、上方変換および電流制御の両方は、効率性の制限を伴う追加的な電子機器を必要とする。これは、コントローラ等の追加的な電力消費が電池寿命を制限することを示唆する。
【０００４】
他方の主な可能性は、大きな変位振幅が必要とされる場合に適した電磁動作である。電磁アクチュエータは、アクチュエータが発生できる力を代償に、この目的のために最適化されて使用されうる。アクチュエータによって必要とされる力は、聴覚器官の関連した聴覚機構を変位させるためだけではなく、たとえば封止膜やリングによって引き起こされるアクチュエータの内力を克服するために十分でなくてはならない。したがって、電磁動作も制限を有する。
【０００５】
従来技術は、ＷＯ２００６／０５８３６８  Ａ１、ＵＳ  ７，１６６，０６９  Ｂ２、ＵＳ  ７，４６８，０２８  Ｂ２、ＷＯ  ２００６／０７５１６９  Ａ１、ＵＳ  ６,１６２，１６９、ＵＳ  ５，２７７，６９４、ＵＳ  ６，５５４，７６２、ＵＳ  ６，８５５，  １０４、およびＷＯ  ２００８／０７７９４３  Ａ２において、様々にアクチュエータを記載する。本発明は、比較的低い電力消費量で十分に大きな力および変位提供する一方、補聴応用における小型化に適したアクチュエータを提供することによって、従来技術の問題を克服することを目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記観点から、本発明は、適用された電気的刺激に比例する力を提供するように応用された、双安定なアクチュエータに関連する。特に、従来技術に知られた双安定なアクチュエータは、電流が統合コイルに適用されるまで、可動子が不安定な磁気平衡を維持する中心の中立位置を有する。適用された電流は、可動子を不安定化し、一方向または他方向にそれを駆動する。そのようなアクチュエータは、中立位置が動作中回避される３つだけの位置（中立、および動作の両極端）を有する。個別位置の限定された数は、補聴応用へのダイナミックレンジを提供するには適切ではない。
【０００７】
本発明は、中心中立位置近傍で動作し、コイル電流および可動子変位の両方について実質的に線形に振舞う、小さいストロークを制御可能なアクチュエータとして応用された双安定なアクチュエータである、電気機械的なアクチュエータを提供する。不安定な磁気平衡位置から離れる可動子を駆動する傾向がある力は、たとえば封止膜およびリングから発生するアクチュエータの内力に対向することによって、アクチュエータ内において補聴のために利点をもたらすように使用される。その結果、得られた力は、電流誘起された力単独で得られた力よりずっと大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明の一形態は、縦（Ａ−Ａ’）軸に沿って変位する縦軸（４０）を有する補聴応用のための電気機械的アクチュエータ（１００）であって、固定子（５０）および可動子（７０）を形成するために配置された、１つ以上の永久磁石（１０）、１つ以上の透磁部（５０）を含む。前記固定子（５０）は、可動子（７０）を受け取る座部（５２）を提供し、座部（５２）は、固定子（５０）に対して縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った可動子（７０）の縦方向の変位のために構成される。一側面によれば、可動子（７０）は、軸対称性を有し、および／または円形、長方形、楕円形、多角形の横断プロファイルを有する。本側面の一特徴では、１つ以上の柔軟部（６０）は、前記座部（５２）の前記縦（Ａ−Ａ’）端部間の中立位置において前記可動子（７０）を付勢するために、当該可動子（７０）に力を提供する。一形態では、前記柔軟部は、１つ以上の隔膜、膜およびバネベアリングを含む。その他の側面によれば、隔膜（６２，６２’）の一組を含む２つの前記柔軟部があり、一方は前記アクチュエータの各縦（Ａ−Ａ’）端部に設けられ、各々は前記軸（４０）に機械的に接続され、各前記膜はアクチュエータを気密性に密封し、各当該膜は大気圧にさらされる。
【０００９】
本側面のその他の特徴では、前記縦軸（４０）は、前記可動子（７０）に固く取り付けられる。
【００１０】
本側面のその他の特徴では、前記１つ以上の永久磁石（１０）および１つ以上の透磁部（２０）は、前記可動子座部（５２）において１つ以上の磁束回路を提供するように配置される。前記磁束回路は、縦（Ａ−Ａ’）軸に沿って、前記可動子（７０）のための不安定な均衡位置を発生させるように構成される。前記不安定な均衡位置は、前記座部（５２）の前記縦（Ａ−Ａ’）端部間の前記中立位置と本質的に一致する。
【００１１】
前記磁束回路は、前記可動子が、前記柔軟部の有効剛性を低減する、前記柔軟部の不安定化を起こす力を前記柔軟部に与える、前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った不安定な均衡位置の一側領域を発生させるようにさらに構成される。換言すると、前記柔軟部に与えられた前記不安定化を起こす力は、当該柔軟部の有効剛性を減少する。本側面のその他の特徴は、前記１つ以上の永久磁石（１０）および１つ以上の透磁部（２０）は、前記１つ以上の永久磁石（１０）によって生成される磁束の大部分が、ただ１つの磁石（１０）を通過する磁束回路にわたって分布されるように配置される。一側面では、前記磁束回路の大部分は、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または９５％、または１００％より大きいか、またはいかなる前記２つの値の間の範囲内の値である。一側面では、１つの前記永久磁石（１０）があり、当該永久磁石（１０）によって生成された磁束の大部分は、ただ１つの磁石を含む回路にわたって分布される。その他の側面によれば、２つの前記永久磁石（１０）があり、第１および第２磁石について：
−前記第１磁石のみを含む回路にわたって分布された、当該第１磁石によって生成された磁束と、
−前記第２磁石のみを含む回路にわたって分布された、第２磁石によって生成された磁束と、
の和が、前記磁束合計の大部分を形成する。
【００１２】
その他の側面によれば、前記１つ以上の永久磁石（１０）および１つ以上の透磁部が前記可動子（７０）に配置されることにより、動く磁気アクチュエータが形成される。その他の側面によれば、前記可動子（７０）の前記１つ以上の永久磁石（１０）の縦Ａ−Ａ’方向の各端部側面には、透磁部（２０，２０’）が配置される。
【００１３】
本側面のその他の特徴では、前記１つ以上のコイル（３０）は、前記固定子（５０）に組み込まれる。これらは、前記可動子（７０）を通る磁束を変調するために、電気信号に反応する磁束を生成するように適応される。磁束の変調は、前記不安定化を起こす力によって有効剛性が低減された前記柔軟部（６０）の力に対抗して、中立位置から前記可動子（７０）を変位させる電流誘起力を生成する。本側面のその他の特徴では、前記可動子（７０）は、前記信号の振幅に依存する制御可能な振幅により変位される。
【００１４】
一側面によれば、前記アクチュエータ（１００）は、前記不安定化を起こす力および電流誘起力が本質的に線形であり、前記コイルの電流と前記可動子の所望範囲における変位とにわたって本質的に相互にから分離されている。
【００１５】
ここに記載されるアクチュエータは、補聴システムに組み込まれ得る。本発明の一側面は、補聴システムであり、ここに記載されるアクチュエータを含む。
【００１６】
本発明の一側面は、縦（Ａ−Ａ’）軸に沿って変位する縦軸（４０）を有する補聴応用のための電気機械的アクチュエータ（１００）を準備する方法であって、
−固定子（５０）および可動子（７０）を形成するために構成された、１つ以上の永久磁石（１０）および１つ以上の透磁部（２０，２０’）と、
前記可動子（７０）を受けるため、および、前記固定子（５０）に対する前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った前記可動子（７０）の変位のための、前記固定子（５０）内の座部（５２）と、を提供し、
−前記座部（５２）の前記縦（Ａ−Ａ’）端部間の中立位置において前記可動子（７０）を付勢するために、当該可動子（７０）に力を提供するように構成された１つ以上の柔軟部を提供し、
−前記可動子（７０）に固く取り付けられた縦軸（４０）を提供する、ことを含み、
前記１つ以上の永久磁石（１０）および透磁部（２０，２０’）は：
−前記１つ以上の永久磁石（１０）によって生成される磁束の大部分が、ただ１つの磁石（１０）を通過する磁束回路にわたって分布されるように、
−前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った前記可動子（７０）のための不安定な均衡位置と、
−前記可動子が、前記柔軟部の有効剛性を低減する、前記柔軟部の不安定化を起こす力を前記柔軟部に与える、前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った不安定な均衡位置の一側領域と、
を前記座部（５２）において発生させるように構成された１つ以上の磁束回路を提供し、
−前記可動子（７０）を通る磁束を変調するために、電気信号に反応する磁束を生成するように適応された、前記固定子（５０）に組み込まれた１つ以上のコイル（３０）を提供することで、前記不安定化を起こす力によって有効剛性が低減された前記柔軟部（６０）の力に対抗して、中立位置から前記可動子（７０）を変位させる電流誘起力を生成し、したがって、前記可動子（７０）が前記信号の振幅に依存する制御可能な振幅により変位される。
【００１７】
変位によって誘発された力は、一定電流密度において電流誘起力より低い電力のスケール則に従うので、変移依存の不安定化力は、装置を小型化する際に顕著となる。
【００１８】
関連する変位は、１０μｍのオーダーにあり、アクチュエータの動きは、弾性、気密性の筐体によりその標的（中耳または内耳）に伝達される。これは、アクチュエータの振動を伝達するために克服されなくてはならない弾性力が、残負荷よりもずっと大きいことを示唆する。電力を浪費することなく利用可能な不安定化力は、本発明において、これらの弾性力を克服するために使用され、他の種類の電磁アクチュエータよりもよりエネルギー効率が高く、よりコンパクトなアクチュエータを可能とする。不安定化力は、電流誘起力が類似であるにも関わらず、（長いストロークの）動く鉄製で制御可能なアクチュエータに対して、本アクチュエータへ利点を与える。
【００１９】
ボイスコイルアクチュエータと比較して、本アクチュエータは、比較できる容量および電流のためにより大きな電流誘起力を生成し、よりエネルギー効率が高く、より小さい直径／長さ率を有する。これらはより容易な装置小型化を可能とし、さもなければ達成不可能な、中耳および内耳へのアクセス経路を可能とするので、外科的視点からはそれらは有利な特徴である。低電力消費は、より長い電池寿命と、人体内でのより少ない熱発散とをもたらす。圧電アクチュエータに対しは、本電磁アクチュエータは、適切に設計される場合、電池電圧（以下）の電圧で制御可能とされ、制御部の電子工学をより簡単にそしてより効率的にするという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の縦断面図である。
【図２】図１に示された実施形態の固定子の縦断面図である。
【図３】図１に示された実施形態の可動子の縦断面図である。
【図４】図３と比較して、軸のための経路がない他の構成の縦断面図である。
【図５】図１に示された実施形態の軸の縦断面図である。
【図６】変位および変位力のための力、バネ荷重、並びにこれらの付加の間の関係を示すグラフである。
【図７】主な磁束回路が示された、図１のアクチュエータである。
【図８】追加的な構成が参照された、図１のアクチュエータである。
【図９】側部にピストンおよび電気的接続がさらに提供された、図１のアクチュエータの縦断面図である。
【図１０】近位端にピストンおよび電気的接続がさらに提供された、図１のアクチュエータの縦断面図である。
【図１１】本発明のアクチュエータの他の実施形態の縦断面図である。
【図１２】主な磁束回路が示された、図１１のアクチュエータである。
【図１３】本発明のアクチュエータの他の実施形態の縦断面図である。
【図１４】主な磁束回路が示された、図１３のアクチュエータである。
【図１５】本発明のアクチュエータの他の実施形態の縦断面図である。
【図１６】主な磁束回路が示された、図１５のアクチュエータである。
【図１７】本発明のアクチュエータ筐体の一端に設けられた、基本的に均一な厚さを有する隔膜の構成の斜視図である。
【図１８Ａ】隔膜の周辺部近傍においてより厚さのある、本発明に係る隔膜の他の構成の斜視図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの隔膜の縦断面図を示す。
【図１９】有限要素シミュレーションプログラムを用いて算出された、外形として示された磁束回路を有する、図１３のアクチュエータである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
定義されない限り、ここで用いられる技術的および科学的用語の全ては、当業者によって通常理解される意味と同じ意味を有する。ここで参照される全ての刊行物は、参照によりここに組み込まれる。ここで参照される全ての米国特許および特許出願は、図面を含め、その全体にわたってここに参照によって組み込まれる。
【００２２】
冠詞“ａ”および“ａｎ”は、ここでは、１つまたは１つ以上、すなわち冠詞の文法上の対象の少なくとも１つを意味する。
【００２３】
本出願の全体を通して、用語「約」は、値が、値を決定するために採用された装置または方法における誤差の標準偏差を含むことを示すために用いられる。
【００２４】
終点による数値範囲の記述は、全ての整数、および適切な場合、その範囲内に包含される端数を含む（たとえば、１から５は、要素の数を参照している場合には１、２、３、４を含み、計測値を参照している場合には１．５、２、２．７５および３．８０をも含みうる）。終点の記述はまた、終点の値自体を含む（たとえば、１．０から５．０は、１．０および５．０の両方を含む）。
【００２５】
用語「遠位」および「近位」は、本明細書全体にわたって使用され、一般的にこの分野では、外科医側に向かう装置の側（近位）または離れる側（遠位）を意味すると解される。したがって、「近位」は、外科医側に向かう側のアクチュエータの端部を意味し、したがって、聴覚器官に力を与える端部から離れた側を意味する。反対に、「遠位」は、聴覚器官に力を与える端部に向かう側、したがって、外科医から離れる側を意味する。
【００２６】
本発明の以下の詳細な説明では、これに関して一部を構成する添付の図面への参照がなされる。図面は、本発明が実施される特定の実施形態のみの図解という方法により示される。その他の実施形態が利用されることもあり、本発明の範囲から逸脱することなく、構造的または論理的変更がなされることもあると解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、制限する意味に解されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。図１から５は、本発明に係る補聴の応用のための電気機械的アクチュエータ１００の一例を示す。図１は、筐体１５および隔膜６２，６２’により保護されたアクチュエータ１００を示し、図２から５は、いくつかの主要素、すなわち固定子５０（図２）、可動子７０（２つの異なる変形図３または４）、および軸（４０、図５）を示す。電気機械的アクチュエータ１００は、１つ以上の永久磁石１０と、固定子５０および可動子７０を形成するように構成された、１つ以上の透磁部２０とを含む。図面では、永久磁石１０は交差陰影線を有し、透磁部２０は垂直陰影線を有する。
【００２７】
固定子５０は、可動子７０を受ける座部５２を提供し、座部５２は、固定子５０に対する（中心）縦Ａ−Ａ’軸に沿った可動子７０の変位のために構成される。１つ以上の柔軟部６０，６０’は、座部５２の縦Ａ−Ａ’軸端の間の中立位置において可動子７０を付勢するために、前記可動子７０に力を提供する。縦Ａ−Ａ’軸４０に沿った縦方向の変位のために構成された縦軸４０は、可動子７０に固く取り付けられている。縦軸４０は、固定子５０内に形成された経路５４内にあり、固定子５０の縦Ａ−Ａ’軸と平行にされるかまたは整列される。
【００２８】
１つ以上の永久磁石１０および１つ以上の透磁部２０は、１つ以上の磁束回路８０，８０’を提供するように配置される。図１の構成により生成された主磁束回路８０，８０’は、図７に示されている。前記磁束回路８０，８０’は、可動子の座部５２において、縦Ａ−Ａ’軸に沿った、可動子７０のための不安定な均衡位置を生じる。前記磁束回路８０，８０’は、縦Ａ−Ａ’軸に沿った不安定な均衡位置の一側の領域を生じるようにさらに構成される。縦Ａ−Ａ’軸では、可動子は、柔軟部の有効剛性を減少する、不安定化により起こる力を柔軟部に与える。
【００２９】
本発明の一側面によれば、１つ以上の永久磁石１０によって生成された磁束の大部分が、ただ１つの磁石１０を通過するこれら磁束回路８０，８０’にわたって配分されるように、１つ以上の永久磁石１０および１つ以上の透磁部２０が配置される。コイルを流れる電流がない場合にも、この状態が適用される。
【００３０】
１つ以上のコイル３０，３０’は、固定子５０に組み込まれる；図面では、コイル３０，３０’は水平陰影線を有する。コイル３０，３０’は、可動子７０を通る磁束を変調する電気信号に反応する磁束を生成するように適応される。電気信号の結果、不安定化により起こる力により有効剛性が低減された柔軟部６０の力に対して中立位置から可動子７０を変位させる、電流により誘発された力が生成される。可動子７０は、信号の振幅に依存する制御可能な振幅により変位される。図面全体を通して示されるように、可動子７０および固定子５０は、筐体１５内に包含される。筐体１５が、気密性を有するように密閉される囲いおよび生体適合性のある外部を提供することが望ましい一方、同じ効果が、気密性を有するように密閉された、生体適合性の塗装膜によりコーティングされた最外部の透磁部を採用することによって達成される。
【００３１】
可動子の不安定な均衡位置では、コイル３０に印加される電流がない状態で、可動子動作の軸に対する実質的に等しいまたは反対の態様、たとえば実質的にバランスがとれた態様で、磁界または磁束が可動子７０に作用する磁石によって生成されるように、１つ以上の永久磁石１０および１つ以上の透磁部２０が配置される。この点、コイルへの電流がない状態において、可動子７０は、たとえば力において等しいように、そして、たとえば方向において反対なように、静的で不安定な均衡状態に留まる。柔軟部６０は、可動子７０の不安定な均衡位置と基本的に合致する中立位置に可動子７０を維持する。
【００３２】
可動子７０が一度不安定均衡の位置から、すなわち不安定均衡のいずれか一側の領域へ変位されると、磁力がそれに作用することで、中心位置から可動子がさらに離れる方向に移動される。この力は、変位と共に増加する。力と変位との間の関係は、非線形または線形である。アクチュエータが双安定のアクチュエータとして動作する場合、不安定均衡の位置は望ましくない。反対に、本発明は、可動子がその移動の端部においてラッチされる位置に到達することを防止する一方、動作制御可能なモードでそれを使用する。
【００３３】
電流がコイルを流れる時、可動子は、コイルに流れる電流の方向に依存して、アクチュエータの一端または他端に磁気的に引き付けられる。可動子７０は、コイル３０に与えられた電流量の関数として増加または減少された力により、Ａ−Ａ’軸に沿って引き寄せられる。換言すると、可動子７０は、コイル３０に与えられた電流量の関数として中心軸Ａ−Ａ’に沿った上下の縦運動にさらされる。
【００３４】
しかしながら、アクチュエータ１００は、中立位置からの可動子の不安定化に起因する力を利用するように構成される。したがって、一度、電流によって誘発された力が中心中立位置から離れる方向への可動子の動きを開始させると、不安定化により起こる力が加わり、可動子への力を強める。不安定化により起こる力は、可動子の変位と実質的に線形であり、所望の範囲にわたって電流によって誘発された力とは分離される。
【００３５】
柔軟部に与えられる不安定化によって起こる力は、その有効剛性を低減させる。不安定化によって起こる力は、可動子と接触している柔軟部の剛性を効果的に変更する。換言すると、柔軟部の剛性は、通常、可動子の変位に向かう抵抗を引き起こす；不安定化により起こる力のため、可動子の変位への抵抗は低減される。したがって、柔軟部の有効剛性も低減される。
【００３６】
その結果、アクチュエータは、電流によって誘起された力単独によるよりもより大きなバネ荷重を駆動することができる。または、追加的な力が、同じバネ荷重の変位を増大させるために利用されうる。これは、変位誘発の力４、バネ荷重３、前二者の重なり５、電流誘起の力のピーク値６、電流誘起力のみによって得られる制御可能ストローク１、力の両要素による制御可能ストローク２により図６に示されている。コイルを流れるＡＣ電流は、ストローク２にわたって振動運動を駆動する。曲線５の傾きが３の傾きよりも緩くなるに連れて、位置に敏感な力は、バネ荷重の弾性力を効果的に和らげており、これは、この力がシステムの周波数反応を調整することに使用されうることも示唆する。
【００３７】
中立的な中央位置近傍の位置に敏感な力は、双安定なアクチュエータとして設計された装置では小さく、アクチュエータの要素の寸法に依存して相当な大きさになりうる。同じ比率を維持したままアクチュエータを小型化することは、異なるスケール則のため、電流誘起力に対して、変位に敏感な力に有利である。
【００３８】
アクチュエータのこれらの特徴は、小型化が重要となる、補聴のための中耳または内耳の刺激を有用とする。また、アクチュエータは、大気圧変化およびショック等の外的影響に対してアクチュエータの性能を無反応にする、気密性を有して生体適合な筐体の強い弾性力によって負荷がかけられる。これらの必要性の観点から、変位に敏感な力は、アクチュエータのエネルギー効率を改善し、および／またはダイナミックレンジの向上（増大した音量）し、小型化の一助となる。
【００３９】
さらに、より狭いプロファイルを有するより小さい構成は、外科移植を促す。たとえば蝸牛の正円窓等への特定の有益なアクセス経路は、いくつかの構造および神経の通路によって妨害される。本発明に係るアクチュエータは、従前には利用不可能だった、刺激点まで遮られずに導く狭い外科的な経路という利点を享受することを初めて可能にする。
【００４０】
本発明のアクチュエータに使用される透磁部は、磁気的に伝導性の材料からなる。それは、永久磁石によって生成された磁束に対する最小抵抗の経路を提供する。磁気透過部は、いかなる高透磁性の材料から形成してもよい。一例として、透磁部は、Ｐｅｒｍｅｎｄｕｒ  ２Ｖとして当該分野に知れられる４９／４９／２の割合のＦｅ／Ｃｏ／Ｖ合金等、高い飽和磁束を有する合金材料からなる。
【００４１】
本発明のアクチュエータに使用される永久磁石１０は、作動間隙内において分極磁束を提供する。永久磁石は、強磁性またはフェリ磁性の材料等、いかなる適切な磁性材料からなりうる。または、永久磁石１０は、ＮｄＦｅＢから形成される。これは、アクチュエータが比較的低温において動作し、磁石がチタン製筐体によって提供される保護環境に囲われるので、適切である。ＮｄＦｅＢの高磁束密度は、アクチュエータの小型化に利点を提供できる。
【００４２】
本発明のアクチュエータ１００に使用される１つ以上のコイル３０，３０’は、可動子７０を通る磁束を変調する電気信号に反応性のある磁束を生成する。コイルは、柔軟部６０の力に対抗する、中立位置から可動子７０を移動させる電流誘起の力を生成する。電流誘起の力は、信号の振幅に依存する制御可能な振幅により、可動子７０を変位させる。
【００４３】
コイル３０，３０’は、その縦軸がアクチュエータの縦軸Ａ−Ａ’に平行または同軸である、環状形状を有する。コイルは、経路５４および／または座部５２の少なくとも一部周辺において巻かれている。理解されるように、コイル３０，３０’の巻き数は、活性化された時のコイル３０，３０’により生成された電磁場の強度と、磁気的に柔軟な部材の配置との決定要因である。コイル３０，３０’に沿った巻方向に直角な電磁場を生成するために交流電流がコイル３０，３０’に流されるように、コイル３０，３０’が巻かれる。この特性化によれば、磁束流方向は、コイル３０，３０’に流された入力電流の方向の関数である。換言すると、電磁場の経路が同一に留まる一方、磁束の通過方向は、コイル３０に流される電流の方向の関数として切り替えられる。
【００４４】
本発明のアクチュエータに使用される１つ以上の柔軟部６０，６０’は、座部５２の縦軸Ａ−Ａ’の端部間の中立位置において可動子７０を付勢するために、前記可動子７０に力を加える。不安定化により起こる力によるアクチュエータの動作中、柔軟部６０の有効剛性は低減される。柔軟部は、アクチュエータ１００の縦軸の一端または両端に配置された、バネ（たとえば、螺旋バネワッシャーまたはバネ板）、隔膜６２，６２’またはその両方である。
【００４５】
１つ以上の柔軟部６０が隔膜６２，６２’である場合、これらは、気密性の筐体内でアクチュエータを気密性に密封するように実装される。１つ以上の柔軟部６０は、軸と共に屈曲するが外部影響に抵抗するには十分に硬い、十分な柔軟性がある。これらは、いかなる生体適合性のある材料からなり、またはそれによってコーティングされる。強度、耐久性および媒体の不浸透性のため、隔膜材料は好ましくは金属製であり、サージカル・スチール、プラチナ、イリジウム、チタニウム、金、銀、ニッケル、コバルト、タンタル、モリブデン、またはこれらの生体適合性合金等のいかなる適切な金属である。または、それは、ポリカーボネート、ポリプロピレン、またはポリ（テトラフルオロエタン）（ＰＴＦＥ）等の重合体物質からなる。好ましくは、それはチタンである。
【００４６】
隔膜６２，６２’は、力が加わる時には変形し、力が除かれる時に元型に戻るように薄い。最も狭い領域における隔膜６２，６２’の厚さは、望まれる応用に依存するが、補聴応用のためには典型的に、２ミクロン、５ミクロン、１０ミクロン、１５ミクロン、２０ミクロン、４０ミクロン、５０ミクロン、１００ミクロン、１５０ミクロン、２００ミクロン、またはこれらのいかなる２つの値の間における範囲の値以下であり、好ましくは１０ミクロンおよび３０ミクロンの間である。当業者であれば、膜の直径、所望の動き、動きの力および周波数範囲によって、必要に応じて膜厚を変化させることを理解するであろう。
【００４７】
本発明の一実施形態によれば、（たとえば図１０）アクチュエータの近位端における隔膜は、より柔軟性の少ないまたは非柔軟性の後端キャップ２７４によって、外部から保護されている。これは、変換器の近位端部からの電線のフィードスルーがアクチュエータ１００の縦軸と並ぶことを可能とする。後端キャップ２７４が在る場合、それは密封機能を果たし、この場合、近位端における隔膜２６４は、スプリングワッシャーまたはその他のベアリング手段によって代替されうる。これは、変換器の近位端を通して電線を導出する可能性を提供する。
【００４８】
アクチュエータが気密性をもって密封されるので、大気圧にさらされた１つの隔膜がある場合、可動子の中立位置は、さらされた隔膜の弾性に比例して大気圧の変化により変動する。したがって、隔膜の設計パラメータは、大気圧変化等の外的条件に対する非感受性、アクチュエータモータによって生成された動きへの伸展性、隔膜の線形反応、隔膜の屈曲範囲内の圧力制限、および製造可能性間の妥協によって決定される。隔膜に対する制限は、たとえば、両方の隔膜が大気圧にさらされる、図９に示される構成によってある程度解かれる。そのような構成では、隔膜は、それらの有効領域が同一である限り、大気（外）圧変化の下、等しいしかし反対の力を可動子に与える。これは、２つの同一の隔膜の場合に特に当てはまる。その結果、可動子の安静位は、人体がたとえば海面高度上の異なる高さ、圧力下の飛行機、水面下等、自然にさらされる大気圧変化を伴って変化しない。可動子の安定的な安静位によっては、アクチュエータの特性は影響されない。その結果、たとえば、隔膜および電磁気モータが線形に動作すべき変位範囲は、低減される。また、中耳または内耳刺激領域への望まれない変位の伝達が回避され、患者の心地よさに貢献する。
【００４９】
軸４０は、その動きを内耳または中耳に伝達するために、可動子に直接または間接的に機械的に結合される。その形状は、活性化される標的に依存するが、たとえば、耳小骨、あぶみ骨底、正円窓、または第３の窓である。それは、標的への振動の伝達のために、十分な硬さを有するいかなる材料から形成される。当該材料は、好ましくは、非磁性である。軸４０は、好ましくは、柔軟部６０，６０’（たとえば各隔膜６２，６２’）のそれぞれに機械的に結合される。軸４０は、好ましくは、柔軟部６０，６０’（たとえば各隔膜６２，６２’）のそれぞれに固定的に取り付けられる。軸４０は、平坦、ドーム形状または先鋭、若しくはピストン形状の端部を有する遠位隔膜を通って延伸する。軸が筐体１５内に終端を有する場合、転位部は、動きを内耳または中耳に伝達する遠位隔膜６２の外側に取り付けられる。転位部は、棒形状であり、平坦、ドーム形状または先鋭、若しくはピストン形状の端部を有する。
【００５０】
１つ以上の永久磁石１０および１つ以上の透磁部２０は、本発明によれば、複数の方法で固定子５０および可動子７０を形成するように構成される。様々な可動子の構成が図１、８から１１、１３および１５に示されている。アクチュエータ１００を形成する全般的な構造は、これらの図面を参照して以下に記載され、これらの個別の図示例示実施形態は、より詳細に以下記載される。可動子７０は、たとえば図１３および１５に示されるように、基本的に１つ以上の透磁部２０から形成される。換言すると、それは永久磁石を全く含まない。または、それは、図１および８から１１に示されるように、１つ以上の透磁部および１つ以上の永久磁石１０から形成される。または、それは、１つ以上の永久磁石１０から形成される；それは、透磁部２０を全く含まない。永久磁石１０は、構成によっては、縦方向または半径方向に分極される。
【００５１】
組合せが在る場合、１つの透磁部２０は、可動子７０の各端部の縦Ａ−Ａ’方向側面に位置する。１つの永久磁石がある場合、磁石１０の縦Ａ−Ａ’方向の側面には、たとえば図１、８から１０に示されるように、各端部において透磁部が配置される。１つ以上の永久磁石がある場合、たとえば図１１に示されるように、交互配列された永久磁石１０と透磁部２０との積層を形成するように、各磁石の縦Ａ−Ａ’方向の側面には、各端部において透磁部２０が配置される。
【００５２】
可動子７０は、一般的に円筒形状を有し、より好ましくは環状である。外側横方向断面プロファイル、すなわち可動子７０のＡ−Ａ’軸に直角な方向のプロファイルは、好ましくは円形であるが、長方形（正方形または矩形）、楕円形、正または非正多角形を含むその他の形状が想定される。固定子５０の座部５２は、作動間隙を提供すると同時に、可動子７０の外形を収容するように適応される。作動間隙は、図７に例示されており、半径方向作動間隙１４および２つの縦方向間隙１２’，１２’’が、可動子７０を囲う。
【００５３】
可動子７０を通して、その縦Ａ−Ａ’軸方向に、軸４０を収容するのに適した経路７２が提供される。経路７２の外側横方向断面、すなわちＡ−Ａ’軸に直角な方向のプロファイルは、好ましくは円形であるが、長方形（正方形または矩形）、楕円形、正または非正多角形を含むその他の形状が想定される。軸４０は経路７２の形状を収容するように適応され、またはその逆を含む。
【００５４】
可動子７０の縦Ａ’−Ａ断面外側プロファイルは、好ましくは、縦Ａ’−Ａに沿った対称性の中心軸を有する。当該プロファイルの一の対称の半分は、四角形の「Ｃ」字形状を有する（図１３および１５）。固定子５０は、縦Ａ’−Ａ軸周辺で可動子７０を囲い、固定子５０内に座部５２を提供する。座部５２は、可動子７０が所在する空洞であり、固定子５０に対して縦Ａ−Ａ’軸に沿って変位されうる。固定子５０と座部５２の側壁との間の直接接触を防止するために、固定子５０が座部５２に在る場合、一般的に固定子５０の周辺に間隙がある。好ましくは、固定子５０および可動子７０は、同軸配列にあり、固定子５０は、内側可動子７０に対して外側の要素である。
【００５５】
固定子５０を通して、その縦Ａ−Ａ’軸の方向に、軸４０を収容するのに適した経路５４が提供される。外側横方向断面、すなわち経路５４のＡ−Ａ’軸に直角方向のプロファイルは、好ましくは円形であるが、長方形（正方形または矩形）、楕円形、正または非正多角形を含むその他の形状が想定される。軸４０は経路５４の形状を含むように適応され、またはその逆を含む。
【００５６】
固定子５０は、基本的に、１つ以上の環状コイル３０と１つ以上の環状透磁部２０とから形成され、選択的に１つ以上の環状永久磁石１０と組み合わせられる。固定子５０は、基本的に、たとえば図１、８から１１に示されるように、１つ以上の透磁部２０と１つ以上の環状コイル３０から形成される。換言すると、それは永久磁石を全く含まなくても良い。または、それは、たとえば図１３および１５に示されるように、１つ以上の透磁部２０と、１つ以上の環状コイル３０と、１つ以上の永久磁石１０とから形成される。
【００５７】
本発明の一側面によれば、１つ以上の永久磁石１０および１つ以上の透磁部２０は、１つ以上の永久磁石１０によって生成された磁束の大部分がただ１つの磁石１０を通過するそれら磁束回路にわたって分布されるように構成される。換言すると、ただ１つの磁石を通過するそれらの磁束回路は、磁束分布の大部分を含む。この条件は、コイルを流れる電流がない時にも適用される。可動子または固定子に接続された磁石は、各磁石によって生成された磁束の大部分が、生成している磁石のみを通る磁束回路にわたって分布されるように配置される。「ただ１つの磁石」は、回路内に１つ以上の磁石があるべきではない（たとえば、２、３、４ではない）と解される。そして、磁束回路はまた、１つ以上の透磁部または場合によってはその他の要素を通過し、それらの数は、本発明によって制限されないと解される。
【００５８】
磁束の大部分と言及される時、合計磁束の５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または９５％、または１００％より大きいことを意味する。
【００５９】
磁束線は、その点の各々における磁束密度（Ｂ磁場（Ｂ−ｆｉｅｌｄ））の接線である閉ループであり、磁束が続く回路を定義する。当業者であれば、磁束密度（Ｂ−ｆｉｅｌｄ）を算出した後、磁石の表面における磁束線を構築開始できることを理解できるであろう。ここで、Ｂ−ｆｉｅｌｄは、磁石の外側を指し、Ｂ−ｆｉｅｌｄに比例する（表面）密度を有する。これらの各線は、それらをＢ−ｆｉｅｌｄの接線であるように維持しつつ、始点が到達されるまで続く。磁束線の密度がＢ−ｆｉｅｌｄに比例するように選択されるので、各磁束線は、同量の磁束を伝達すると考えられる。したがって、１つの磁石のみを通過する磁束の比率または割合は、１つの磁石を通過する磁束線の数を数えて、これを全磁束線数によって割ることによって決定される。磁束線は、有限要素シミュレーションプログラムを使用して標準的に決定されうる。これらは、図１３のアクチュエータについて磁束線（８２，８２’）の組が示される図１９に例示されるように、たとえばカラーマップおよび／または磁束線として、Ｂ−ｆｉｅｌｄの大きさを視覚的に示す。当該線は、磁束関数の等距離値における磁束関数の等高線図である。
【００６０】
【数１】
2013539351.tif 000003
【００６１】
本発明のアクチュエータの構成の場合では、シミュレーションを実行する必要はない。１つより多くの磁石を含む構成では、対称性により、磁束線が１つより多くの磁石を通過できない。ただ１つの磁石を含む構成では、磁束線がただ１つの磁石を通過することは明らかである。本発明のいくつかの例示的な構成に係る主磁束回路は、図７，１２，１４および１６に示されている。図７には、基本的に１つの主磁束回路８０および１つの２次的（副次的）磁束回路８０’があり、両回路は、ドーナッツ形状を有している。図１２、１４および１６では、基本的に２つの主磁束回路８０，８０’があり、各々はドーナッツ形状を有している。全ての場合において、各磁束回路は、ただ１つの永久磁石を通過する。
【００６２】
２つの永久磁石１０がある場合、第１および第２磁石について：
−第１磁石（しかし第２磁石ではない）のみを通る（のみを含む）回路にわたって分布された第１磁石によって生成された磁束
−第２磁石（しかし第１磁石ではない）のみを通る（のみを含む）回路にわたって分布された第２磁石によって生成された磁束
の和が、全磁束の大部分を形成する。他で述べられたように、アクチュエータの気密性を有して密封された筐体は、大気圧にさらされた１つの隔膜がある場合、さらされた隔膜の弾性に比例して、大気圧変化の下で可動子の中立位置を変化させる。当該効果は、たとえば図９に示されるように、それぞれが軸４０に固定して取り付けられ、外（大気）圧にさらされた、２つの隔膜６２，６２’を採用することによっていくらか軽減される。隔膜６２，６２’は、外圧変化の下で、可動子７０に等しいしかし対向する力を加え、中立位置を維持する。当該効果は、隔膜６２，６２’の有効領域が基本的に同じ時に最適となる。
【００６３】
両隔膜６２，６２’の使用は、ここに記載されたアクチュエータに限定されず、気密性を有して密封されたアクチュエータのいかなる種類にも適用される。たとえば、アクチュエータは、電磁気変換器、静電変換器、磁歪変換器、電歪変換器、積層圧電集合体、圧電屈曲円盤型、または熱膨張差に基づく変換器を含む。アクチュエータは、不安定化により起こる力の利点を用いることなく動作するように構成される。アクチュエータは、補聴に採用される。２重隔膜６２，６２’は、本発明にあるように、たとえば機械的ないかなる手段を用いて結合される。または、それらは、アクチュエータの空洞を液体等の非圧縮性の流体によって満たすことによって結合される。結果として、性能特性は、その動きの結果生成された圧力、または大気（外）圧によって影響されない。
【００６４】
本発明に係るアクチュエータ１００の一実施形態は、図８に示されている。可動子７０は、縦方向の分極を有する、ディスク形状の永久磁石２１０によって形成された、主円筒形状要素を縦方向に含む。選択的に、ディスクとして形成された透磁部２２０，２２２は、永久磁石２１０の各円筒端部の側面に位置する。円筒形状を有する縦軸２４０である伸延部は、可動子２７０の中心縦軸を通るように配置される。軸２４０は、永久磁石２１０および／または可動子２７０の透磁部２２０，２２２に固く取り付けられている。
【００６５】
固定子２５０は、縦方向に円筒の形状体から形成され、複数要素を含む。２つの中空円筒コイル２３０，２３２は、固定子体の縦方向に平行な同軸軸配列に配置される。縦方向配置にあるコイル間には間隙が存在し、当該間隙に可動子の座部２５２が存在する。透磁性材料の外側円筒スリーブ２２４は、コイル２３０，２３２の外側周りに同軸に配置される；外側円筒スリーブの各円筒端部の側面には、透磁性材料の平リング２２６，２２８（短絡環として知られる）が配置される；各短絡環は、好ましくは、一方のコイル２３０または他方のコイル２３２の円筒端部に接触する。コイル２３０，２３２の外径および円筒スリーブ２２４の内径は、好ましくは合わせられ、これによりこれらの要素が相互に接触される。透磁性材料の内側円筒スリーブ２３６，２３８は、各コイル２３０，２３２の内側の空洞周りに同軸に配置され、それに接触する。選択的に、内側円筒スリーブ２３６，２３８の相互に対向する端部には、透磁性材料の平リング（座部短絡環として知られる）がそれぞれ備えられる。座部短絡環２４２，２４４の外径は、コイル２３０，２３２のそれよりも小さいので、外側円筒スリーブ２２４と直接的に接続することがない。座部２５２の縦方向端部間の中間には、外側円筒軸スリーブ２２４の内壁に取り付けられた透磁性のリング２４６（座部中央リングとして知られる）が配置される。座部中央リング２４６は、可動子２７０および外側円筒スリーブ２２４の間の間隙を減少し、その結果、コイルによって生成された磁界のためのより効率的な磁束回路をもたらす。
【００６６】
外側円筒筐体２６０は、外側円筒スリーブの周りに同軸に配置される。これは、たとえばチタンまたはその他の生体適合性のある材料等、いかなる耐久性および生体適合性のある材料から形成される。外側円筒筐体２６０の各円筒端部の側面には、軸２４０の端部に機械的に接続された円形隔膜２６２，２６４が配置される。示された実施形態では、軸２４０は隔膜を通過していないが、アクチュエータは、一または両方の端部隔膜２６２，２６４を通る軸２４０という可能性を含むように適応されると解される（以下を参照）。隔膜２６２，２６４は、筐体２６０を気密性のあるように密封する。他の実施形態（不図示）では、筐体２６０がなく、透磁部の外部（外側スリーブ２２４および短絡環２２６，２２８）は、隔膜が外側スリーブ２２４に直接的に設けられるように生体適合性のある塗装膜によって覆われる。
【００６７】
図９に示されるように、図８のアクチュエータは、補聴用アクチュエータの仕様に実装される。縦軸２４０は、アクチュエータ端部における遠位隔膜２６２を通って伸延し、ピストン２５６に終端を有する。ピストン２５６は、たとえば第３の窓等の人体構造に機械的力を与えるために使用される。また、アクチュエータ１００の近位端に向かう、コイルへの電気接続のための結合２５９が示されている。結合２５９は、２本の電気接続ピン２５８，２５８’が埋め込まれるアクチュエータの筐体２６０の円筒壁に対する密封剤２６８を含む。ピンは、電線２７２を使用して、コイルに接続する。近位側隔膜２６４は、電気的結合２５９を囲む。
【００６８】
図１０には、補聴用アクチュエータの他の仕様に実装される、図８のアクチュエータが示されている。縦軸２４０はまた、遠位側隔膜２６２を通って伸延し、ピストン２５６に終端を有する。ピストン２５６は、人体構造に機械的力を与えるために使用される。また、コイルへの電気接続のための結合２５９が示されている。結合は、アクチュエータ１００の円形近位端に配置される。結合２５９は、２つの電気接続ピン２５８，２５８’が埋め込まれるアクチュエータの筐体２６０の後端キャップに対する密封剤２６８を含む。ピンは、電線２７２を用いてコイルに接続する。結合は、近位側隔膜２６４の近位側に配置される；筐体の円形円筒端は、電気結合２５９のための密封剤２６８が着座する、本質的に固い後端キャップ２７４に終端を有する。
【００６９】
本発明に係るアクチュエータ１００の他の実施形態は、図１１に示されている。可動子３７０は、２枚のディスク形状の永久磁石３１０，３１２によって形成された主円筒要素を縦方向に含む。各永久磁石は縦方向の分極を有し、３枚のディスク形状の透磁部３２０，３２１，３２２が縦方向に交互に配置（積層）される。磁石３１０，３１２は、これらが反対方向に分極されるように配置される。３枚の透磁部３２０，３２２うち２枚は、可動子３７０の縦方向端部の側面に配置される。円筒形状を有する縦軸３４０である伸延部は、可動子３７０の中央縦軸を通って配置される。軸３４０は、可動子３７０の永久磁石３１０，３１２および／または透磁部３２０，３２１，３２２に固く取り付けられている。
【００７０】
固定子３５０は、縦方向の円筒体に形成され、複数要素を含む。２つの中空円筒コイル３３０，３３２は、固定子本体の縦方向に平行な、同軸構成に配置される。縦方向に配置されたコイル間には間隙があり、この間隙に可動子の座部３５２がある。透磁性材料の外側円筒スリーブ３２４は、コイル３３０，３３２および間隙３５２の周りに同軸に配置される；外側円筒スリーブの各円筒端部の側面には、透磁性材料の平リング３２６，３２８（短絡環として知られる）が配置される；各短絡環は、好ましくは、一方のコイル３３０または他方のコイル３３２の円筒端部に接触する。コイル３３０，３３２の外径および円筒スリーブ３２４の内径は、好ましくは合わせられ、これによりこれらの要素が相互に接触される。透磁性材料の内側円筒スリーブ３３６，３３８は、各コイル３３０，２３２内側の空洞の周りに同軸に配置され、それに接触する。座部３５２の縦方向端部間の中間には、外側円筒軸スリーブ３２４の内壁に取り付けられた透磁性のリング３４６（座部中央リングとして知られる）が配置される。座部中央リング３４６は、可動子３７０および外側円筒スリーブ３２４の間の間隙を減少する。
【００７１】
外側円筒筐体３６０は、外側円筒スリーブの周りに同軸に配置される；これは、たとえばチタンまたはその他の生体適合性のある材料等、いかなる耐久性および生体適合性のある材料から形成される。外側円筒筐体３６０の各円筒端部の側面には、軸３４０の端部に機械的に接続された円形隔膜３６２，３６４が配置される。示された実施形態では、軸３４０は隔膜を通過していないが、アクチュエータは、一または両方の端部隔膜３６２，３６４を通る軸３４０という可能性を含むように適応されると解される。隔膜３６２，３６４は、筐体２６０を気密性のあるように密封する。
【００７２】
他の実施形態（不図示）では、筐体３６０がなく、透磁部の外部（外側スリーブ３２４および短絡環３２６，３２８）は、隔膜が外側スリーブ３２４に直接的に設けられるように生体適合性のある塗装膜によって覆われる。
【００７３】
図９および１０並びに他の箇所に示された、伸延された軸、ピストン、電気的結合および後端キャップを含む１つ以上の変形は、上記実施形態に選択的に適用される。
【００７４】
本発明に係るその他の実施形態のアクチュエータ１００は、図１３に示されている。可動子４７０は、中央円筒透磁部４２１によって形成された、主円筒要素を縦方向に含む。当該中央円筒透磁部４２１の側面には、２枚のディスク形状の永久磁石４２０，４２２が配置される。２枚のディスク形状の永久磁石４２０，４２２の直径は同一であり、中央円筒透磁部４２１の直径よりも大きい。可動子４７０の縦断面は、大文字“Ｉ”の形状を有する。円筒形状を有する縦軸４４０である伸延部は、可動子４７０の一側において縦軸に沿って伸延している。軸４４０は、可動子４７０の透磁部４２０，４２１，４２２に固く取り付けられている。
【００７５】
固定子４５０は、縦方向の円筒体に形成され、複数要素を含む。中空円筒コイル４３２は、固定子本体の縦軸と同軸に配置され、縦方向の固定子本体に対して基本的に中央に位置する。透磁性材料の平リング４４２，４４４（磁気短絡環として知られる）は、コイル４３２の各円筒端部に接触して隣接する。縦方向に分極されたリング形状の永久磁石４１０，４１２は、中央コイル４３２から離れる方向に動く磁気短絡環４４２，４４４それぞれに軸方向に接触して隣接する。可動子座部の一部が配置される円筒間隙４７２，４８４は、中央コイル４３２から離れる方向に動く各リング形状の永久磁石４１０，４１２に軸方向に隣接する。各リング形状の永久磁石４１０，４１２は、反対方向に縦方向分極を有する。透磁性材料の平リング４４６，４４８（座部短絡環として知られる）は、各間隙４７２，４８４に軸方向に隣接し、中央コイル４３２から離れる方向に動く。透磁性材料の外側円筒スリーブ４２４は、コイル４３２、磁気短絡環４４２，４４４、リング形状の永久磁石４１０，４１２、円筒空隙４７２，４８４および座部リング４４６，４４８の外側の周りに同軸に配置される；外側円筒スリーブ４２４の各円筒端部の側面には、透磁性材料の平リング４５４，４５６（スリーブ端リングとして知られる）が配置される；各スリーブ端リング４５４，４５６は、座部短絡環４４６，４４８に隣接して接触する。各磁気短絡環４４２，４４４の外径は、外側円筒スリーブ３２４の内径に合わせられており、これによりこれらの透磁性要素を接続する。リング形状の永久磁石４１０，４１２、座部短絡環４４６，４４８およびコイル４３２の外径は、これらの要素とスリーブとの直接的な接触が防止されるように、円筒筐体の内径よりも小さい。
【００７６】
固定子の座部４５２は、可動子の形状に相応し、
−コイル４３２の中空部４７８、磁気短絡環４４２，４４４の中央開口４７６，４８０、およびリング形状の永久磁石４１０，４１２の中央開口４７４，４８２を接続する経路、および
−中空間隙４７２から形成される。したがって、固定子４５０の座部４５２は、縦断面において大文字“Ｉ”の形状プロファイルを有する。円筒間隙４７２の直径は、経路の直径よりも大きい。前者が２枚のディスク形状の透磁部４２０，４２２を収容する一方、後者は中央円筒透磁部４２１を収容する。座部は、着座された可動子の本体周りの間隙が作動中に摩擦効果を低減させる大きさに形成される。
【００７７】
外側円筒筐体４６０は、外側円筒スリーブの周りに同軸に配置される；これは、たとえばチタンまたはその他の生体適合性のある材料等、いかなる耐久性および生体適合性のある材料から形成される。外側円筒筐体４６０の各円筒端部の側面には、軸４４０の端部に機械的に接続する円形隔膜４６２，４６４が配置される。示された実施形態では、軸４４０は隔膜を通過していないが、アクチュエータは、一または両方の端部隔膜４６２，４６４を通る軸４４０という可能性を含むように適応されると解される。隔膜４６２，４６４は、筐体４６０を気密性のあるように密封する。
【００７８】
その他の実施形態では（不図示）、筐体４６０がなく、透磁部（外側スリーブ４２４および短絡環４２６，４２８）は、隔膜が外側スリーブ４２４に直接設けられるように、生体適合性の塗装膜によってコーティングされる。
【００７９】
図９および１０並びに他の箇所に示された、伸延された軸、ピストン、電気的結合および後端キャップの存在を含む、１つ以上の変形は、選択的に上記実施形態に適用される。本発明に係るアクチュエータ１００の他の実施形態が図１５に示されている。可動子５７０は、２枚のディスク形状の透磁部５２０，５２２が側面にある中央円筒透磁部５２１によって形成された、縦方向の主円筒要素を含む。１枚のディスク形状の透磁部５２０，５２２の直径は同一であり、中央円筒透磁部５２１の直径よりも大きい。可動子５７０の縦断面は、大文字“Ｉ”形状のプロファイルを有する。円筒形状を有する縦軸５４０である伸延部は、可動子５７０の一側において縦軸に沿って伸延している。軸５４０は、可動子５７０の透磁部５２０，５２１，５２２に固く取り付けられている。
【００８０】
固定子５５０は、縦方向の円筒体に形成され、複数要素を含む。２つの中空円筒コイル５３０，５３２は、固定子本体の縦軸と同軸に配置され、縦方向の固定子本体に対して基本的に中央に位置する。縦方向配置のコイル間には、円筒間隙があり、当該間隙に、可動子座部５５２がある。透磁性材料の外側円筒スリーブ５２４が、コイル５３０，５３２の外側の周りに同軸に配置される；外側円筒スリーブ５２４の各円筒端部の側面には、透磁性材料の平リング５２６，５２８（短絡環として知られる）が配置される；各短絡環は、好ましくは、一方のコイル５３０または他方のコイル５３２の円筒端部に接触する。コイル５３０，５３２の外径および円筒スリーブ４２３の内径は、好ましくはあっており、これによりこれらの要素を相互に接触させうる。透磁性材料の内側円筒スリーブ５３６，５３８は、各コイル５３０，５３２の内側円筒空洞の周りに同軸に配置され、それに接触している。内側円筒スリーブ５３６，５３８の相互に対向する端部には、透磁性の平リング（座部短絡環として知られる）が備えられる。座部短絡環５４２，５４４の外径は、コイル４３０，４３２のそれよりも小さく、したがって、外側円筒スリーブ２２４による直接的な接触の必要をなくしている。座部５５２の縦方向端部間の中間には、外側円筒スリーブ２２４の内壁に取り付けられた透磁性材料の平短絡環５４６（座部中央リングとして知られる）が配置される。座部中央リング５４６の側面には、縦方向の各側に、リング形状の磁石５１０，５１２が配置される。各リング形状の磁石５１０，５１２は、反対方向の縦方向分極を有する。リング形状の永久磁石５１０，５１２および座部短絡環５４６，５４８の外径は、コイル５３０，５３２のそれよりも小さく、したがって外側円筒スリーブ５２４の直接接触の必要性をなくす。
【００８１】
固定子の座部５５２は、可動子の形状に相応する。したがって、固定子４５０の座部４５２は、縦断面の大文字“Ｉ”の形状プロファイルを含む。座部は、着座された可動子の本体周りの間隙が作動中に摩擦効果を低減させる大きさいに形成される。
【００８２】
外側円筒筐体５６０が、外側円筒スリーブの周りに同軸に配置される；これは、たとえばチタンまたはその他の生体適合性のある材料等、いかなる耐久性および生体適合性のある材料から形成される。外側円筒筐体５６０の各円筒端部の側面には、軸５４０の端部に機械的に接続された円形隔膜５６２，５６４が配置される。示された実施形態では、軸５４０は隔膜を通過していないが、アクチュエータは、一または両方の端部隔膜５６２，５６４を通る軸５４０という可能性を含むように適応されると解される。隔膜５６２，５６４は、筐体５６０を気密性のあるように密封する。
【００８３】
その他の実施形態では（不図示）、筐体５６０がなく、透磁部（外側スリーブ５２４および短絡環５２６，５２８）は、隔膜が外側スリーブ５２４に直接設けられるように、生体適合性のある塗装膜によってコーティングされる。
【００８４】
図９および１０並びに他の箇所に示された、伸延された軸、ピストン、電気的結合および後端キャップの存在を含む、１つ以上の変形は、選択的に上記実施形態に適用される。本発明のアクチュエータ１００は、それ自体であり、または補聴変換器に組み込まれる。生体液にさらされることによって構成要素へのダメージを防止するために、そしてアクチュエータ構成要素に使用された非生体適合性物質による汚染から人体を守るために、典型的に、変換器は、前記筐体１５を含む本発明のアクチュエータ１００を含む。筐体１５は、移植領域の固定された位置に載置されるように構成される。筐体は、固定子５０が固く配置されるように維持する。筐体１５の縦方向端部の一または両方は、気密性があるように筐体１５を密封する隔膜６０がそれぞれ備えられる。上述されたように、隔膜は、柔軟部材として作用する。筐体１５および隔膜６２，６２’は、たとえばチタンまたはその他の生体適合性のある材料を含む、耐久性および生体適合性材料から形成される。
筐体１５は気密性を有する密封された囲いおよび生体適合性の外装を提供する一方、生体適合性の塗装膜によりコーティングされた、最外層の透磁部を用いることによって同じ効果が達成される。たとえば、図８の透過性スリーブ２２４および短絡環２２６，２２８は、隔膜が透磁性スリーブ２２４上に直接設けられるように、生体適合性の塗装膜によりコーティングされる。
【００８５】
本アクチュエータ１００は、完全に移植可能であり、患者の顔面神経管の乳突部内に（たとえば、頭蓋骨を通してドリルによって開けられた穴を通して）設けられる。搭載装置が採用される；それは、たとえば丸窓等の所望の聴覚要素に対する所望の位置に、変換器の安全な取付けを可能にする様々な固定システムの１つである。
【００８６】
理解されるように、本発明のアクチュエータ１００はまた、完全にまたは半移植可能な補聴システムと共に実装される。前者では、補聴システムの全ての他の構成要素は皮下に配置される一方、半移植可能な補聴システムでは、補聴システムのいくつかの構成要素のみが皮下に配置される。
【００８７】
一側面によれば、当該補聴システムは、移植可能または外的に装着されるマイクロフォン要素を含む。
【００８８】
他の側面によれば、マイクロフォンからの信号を受信してアクチュエータ１００を駆動するための信号を出力するように構成された音声信号処理（ＳＳＰ）ユニットを含む。ＳＳＰユニットは、たとえば、処理回路および／またはマイクロプロセッサ、およびいかなる通信回路を含む。ＳＳＰユニットは、移植可能または外的に装着される。通常動作中、音響信号は、マイクロフォンによって受信され、ＳＳＰユニットによって処理される。想定されるように、ＳＳＰユニットは、患者特有の適切なパラメータに基づく調整を含む、周波数シェーピング、増幅、圧縮およびその他の信号調整を提供するデジタル処理を利用する。駆動信号は、患者の楕円窓、丸窓、第３の窓または耳小骨の１つへの機械的刺激により所望の音感覚をもたらす音響周波数で、アクチュエータ１００を振動させる。
【００８９】
完全に移植可能なシステムでは、マイクロフォンおよびＳＳＰユニットは、全て皮下に配置される。マイクロフォン、ＳＳＰユニットおよびアクチュエータ間の信号は、１つ以上の電線を用いて好適に伝導される。
【００９０】
半移植可能なシステムの一実施形態によれば、マイクロフォンは外的に装着され、ＳＳＰユニットは皮下に移植される。マイクロフォンおよびＳＳＰユニット間の信号は、（たとえば、無線周波数またはインダクタンスを用いる）無線により好適に伝導されるが、他の形態では、経皮的なコネクタが使用される。ＳＳＰユニットおよびアクチュエータ間の信号は、電線を用いて伝導される。
【００９１】
半移植可能なシステムの他の実施形態によれば、マイクロフォンおよびＳＳＰユニットの両方は、外的に装着される。マイクロフォンおよびＳＳＰユニット間の信号は、電線を用いて伝導される。ＳＳＰユニットおよびアクチュエータ間の信号は、（たとえば、無線周波数またはインダクタンスを用いる）無線により伝導される。これは、アクチュエータに動作可能に接続される、電源供給される無線インタフェースを必要とする。他の形態では、経皮的なコネクタが使用される。
【００９２】
アクチュエータの準備は、様々な方法によって実行される。備えられた縦筐体１５は、両端において内部空洞に導く開口を有する。アクチュエータ１００は、筐体空洞に挿入され、固定子５０は、中空壁に固く取り付けられる。筐体が実装されない場合、外部の透磁部は、生体適合性の塗装膜によってコーティングされる。本質的に均一な厚さを有する、薄く丸いチタニウム箔の隔膜６２，６２’は、一開口にわたって溶接される；例示の実施形態が、図１７に示されている。当該図では、隔膜６０４は、溶接前に、筐体６０２の開口端に揃えられる。または、隔膜６２，６２’は、リング開口上に膜が提供された、比較的厚い外辺を有するリングを用いて作成される；例示的な実施形態が図１８Ａおよび１８Ｂに示されている。当該図では、隔膜６０６のリング状外辺は、リング開口上に配置される膜６０８よりも厚い。軸４０に揃えて結合された結合６１０は、膜６０８の中央に配置される。この種の隔膜は、機械加工、放電加工または（ＤＲＩ  Ｅ）エッチングによって準備される。選択的な表面最終処理（機械的または電解研磨、ショットピーーニング等）が、表面構造および表面応力を除去するために使用される。チタニウム筐体、ピストンまたはアクチュエータ軸への隔膜の溶接は、この場合、硬い外側リングおよび中実中心においてなされる。
したがって、それは隔膜の薄い能動部に、より小さい影響を有し、溶接による残留応力は低減される。構造は中央において連続的であるので、ピストンの溶接およびアクチュエータ軸は、機械的に固いべきであるが、気密性の密封は条件ではなくなる。これらの側面は、機械的性能、寿命および組立て容易性という点で、隔膜構造を興味深いものとする。
【００９３】
本発明の一実施形態は、縦（Ａ−Ａ’）軸に沿って変位する縦軸（４０）を有する補聴応用のための電気機械的アクチュエータ（１００）を準備する方法であって、
−固定子（５０）および可動子（７０）を形成するために構成された、１つ以上の永久磁石（１０）および１つ以上の透磁部（２０，２０’）と、
前記可動子（７０）を受けるため、および、前記固定子（５０）に対する前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った前記可動子（７０）の変位のための、前記固定子（５０）内の座部（５２）と、を提供し、
−前記座部（５２）の前記縦（Ａ−Ａ’）端部間の中立位置において前記可動子（７０）を付勢するために、当該可動子（７０）に力を提供するように構成された１つ以上の柔軟部を提供し、
−前記可動子（７０）に固く取り付けられた縦軸（４０）を提供する、ことを含み、
前記１つ以上の永久磁石（１０）および透磁部（２０，２０’）は：
−前記１つ以上の永久磁石（１０）によって生成される磁束の大部分が、ただ１つの磁石（１０）を通過する磁束回路にわたって分布されるように、
−前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った前記可動子（７０）のための不安定な均衡位置と、
−前記可動子が、前記柔軟部の有効剛性を低減する、前記柔軟部の不安定化を起こす力を前記柔軟部に与える、前記縦（Ａ−Ａ’）軸に沿った不安定な均衡位置の一側領域と、
を前記座部（５２）において発生させるように構成された１つ以上の磁束回路を提供し、
−前記可動子（７０）を通る磁束を変調するために、電気信号に反応する磁束を生成するように適応された前記固定子（５０）に組み込まれた１つ以上のコイル（３０）を提供することで、前記不安定化を起こす力によって有効剛性が低減された前記柔軟部（６０）の力に対抗して、中立位置から前記可動子（７０）を変位させる電流誘起力を生成し、したがって、前記可動子（７０）が、前記信号の振幅に依存する制御可能な振幅により変位される、方法に関する。
【００９４】
可動子は、柔軟部に不安定化を起こす力を与え、当該不安定化を起こす力は柔軟部の有効剛性の減少を引き起こすと解される。当業者であれば、本発明の範囲内にある上記実施形態の変更を認識するであろう。その結果、本発明は、上述された特定の例および説明に限定されず、以下のクレームおよびその均等物によってのみ限定される。
【図１】
2013539351.tif 000004
【図２】
2013539351.tif 000005
【図３】
2013539351.tif 000006
【図４】
2013539351.tif 000007
【図５】
2013539351.tif 000008
【図６】
2013539351.tif 000009
【図７】
2013539351.tif 000010
【図８】
2013539351.tif 000011
【図９】
2013539351.tif 000012
【図１０】
2013539351.tif 000013
【図１１】
2013539351.tif 000014
【図１２】
2013539351.tif 000015
【図１３】
2013539351.tif 000016
【図１４】
2013539351.tif 000017
【図１５】
2013539351.tif 000018
【図１６】
2013539351.tif 000019
【図１７】
2013539351.tif 000020
【図１８Ａ】
2013539351.tif 000021
【図１８Ｂ】
2013539351.tif 000022
【図１９】
2013539351.tif 000023
【国際調査報告】
2013539351.tif 000024
2013539351.tif 000025