(57)【要約】【課題】小型化・低コスト化が可能であり、組立も容易な磁歪アクチュエータを提供する。【解決手段】磁歪アクチュエータ１０は、磁歪素子１１と、磁歪素子１１の両端に設けられたバイアス磁石１２ａ、１２ｂと、アクチュエートコイル１３が巻回されたボビン１４と、これらの部材を収容するための外ケース１５及び内ケース１６とを備えている。磁歪素子１１がケースに収容された状態では、磁歪素子１１は、バイアス磁石１２を介して、外ケース１５及び内ケース１６の天板部分１５ａ、１６ａに挟み込まれた状態となっている。ケースの板バネ性によって磁歪素子１１には適切な予圧が付与されているので、磁歪素子１１による振動を外部に正確に伝えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内ケースと、
前記内ケースと嵌合する外ケースと、
両端部が前記内ケースの天板部分と前記外ケースの天板部分に直接又は他の部材を介して挟み込まれるように配置された磁歪素子を含む振動素子と、
音響信号に基づく磁界を前記磁歪素子に与えるコイル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】
前記内ケースは、前記天板部分と、前記天板部分の端部から当該天板部分と直交する方向に延出された複数の側板部分とを備え、
前記外ケースは、前記天板部分と、前記天板部分の端部から当該天板部分と直交する方向に延出された複数の側板部分とを備え、
前記内ケース又は前記外ケースのうちいずれか一方の側板部分に設けられた嵌合用突起と、前記嵌合用突起に対応して他方の側板部分に設けられた嵌合用孔とを備え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】
前記他の部材は、前記磁歪素子の両端に配置されたバイアス磁石である特徴とする請求項１又は２に記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記内ケース及び前記外ケースは共に、隣り合う前記側板部分の間に隙間を有し、
前記内ケース側の前記側板部分の間の隙間が、前記外ケース側の前記側板部分の間の隙間よりも広いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項５】
前記コイルのリード部分が前記内ケース及び前記外ケースの隙間から引き出されていることを特徴とする請求項４に記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項６】
前記コイルが巻回されたボビンをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項７】
前記コイルと前記内ケースとの間に充填された熱伝導性樹脂をさらに備え、
前記熱伝導性樹脂の熱伝導率は、前記ボビンの熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項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、磁歪アクチュエータに関し、特に、磁歪アクチュエータのケース構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁歪素子を用いて音響信号を機械的な振動に変換する磁歪アクチュエータが知られている。この種のアクチュエータでは、磁歪素子に予圧を付与するバネ材などの予圧部材を必要とするほか、磁歪素子の機械的振動を外部の振動板に伝達するためのロッドが用いられている（例えば、特許文献１参照）。さらに、これらは頑丈な筐体に収容され、ねじ止めによって確実に封止される。これにより、磁歪素子の破損が防止され、磁歪素子の十分な伸縮が可能となり、アクチュエータとしての性能を十分な発揮させることができる。
【特許文献１】特開２００４−３２０６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最近、磁歪アクチュエータには電子機器に内蔵される種々のアプリケーションが提案されつつあり、他の電子部品と同様に小型化・低コスト化への要求が高まっている。しかしながら、従来の磁歪アクチュエータは、構造が複雑であり、また頑丈な筐体に収容されていることから、小型化・低コスト化には限界があった。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、小型化・低コスト化が可能であり、組立も容易な磁歪アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記目的は、内ケースと、内ケースと嵌合する外ケースと、両端部が内ケースの天板部分と外ケースの天板部分に直接又は他の部材を介して挟み込まれるように配置された磁歪素子を含む振動素子と、音響信号に基づく磁界を磁歪素子に与えるコイルとを備えることを特徴とする磁歪アクチュエータによって達成される。
【０００６】
本発明によれば、磁歪素子が直接又は間接的に内ケースと外ケースの天板部分に当接していることから、内ケース及び外ケースを予圧部材やロッドとして機能させることができ、それらを省略することができる。これにより、部品点数の減少を図ることができ、装置全体の小型化及びコスト削減を図ることができる。
【０００７】
本発明において、内ケースは、天板部分と、天板部分の端部から当該天板部分と直交する方向に延出された複数の側板部分とを備え、外ケースは、天板部分と、天板部分の端部から当該天板部分と直交する方向に延出された複数の側板部分とを備え、内ケース又は外ケースのうちいずれか一方の側板部分に設けられた嵌合用突起と、嵌合用突起に対応して他方の側板部分に設けられた嵌合用孔とを備えることが好ましい。これによれば、極めて簡単な構成でありながら、磁歪素子を容易に収容することができる。
【０００８】
本発明において、他の部材は、磁歪素子の両端に配置されたバイアス磁石であることが好ましい。これによれば、磁歪素子に適切な磁気バイアスを与えることができる。また、磁歪素子及びバイアス磁石を一本の振動素子として一体的に取り扱うことが可能となるため、ケース内での磁歪素子及びバイアス磁石の位置決めを容易にすることができる。
【０００９】
本発明において、内ケース及び外ケースは共に、隣り合う側板部分の間に隙間を有し、内ケース側の側板部分の間の隙間が、外ケース側の側板部分の間の隙間よりも広いことが好ましい。これによれば、外ケースに内ケースを容易に被せることができる。
【００１０】
本発明においては、コイルのリード部分が内ケース及び外ケースの隙間から引き出されていることが好ましい。これによれば、ケースに特別な加工を施すことなく、コイルのリード部分を外側に容易に引き出すことができる。
【００１１】
本発明の磁歪アクチュエータは、コイルが巻回されたボビンをさらに備えることが好ましい。これによれば、磁歪素子の周囲にコイルを容易に配置することができる。また、ボビンの中空部に磁歪素子を挿入することにより、ケース内での位置決めを容易にすることができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータは、コイルと内ケースとの間に充填された熱伝導性樹脂をさらに備え、熱伝導性樹脂の熱伝導率は、ボビンの熱伝導率よりも高いことが好ましい。これによれば、コイルへの通電によって発生する熱をケース側へ速やかに逃がすことができる。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明によれば、小型化・低コスト化が可能であり、組立も容易な磁歪アクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、本発明の好ましい実施形態に係る磁歪アクチュエータ１０の構成を示す分解斜視図であり、図２はその組立完成図である。また、図３は、図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【００１６】
図１乃至図３に示すように、磁歪アクチュエータ１０は、磁歪素子１１と、磁歪素子１１の両端に設けられたバイアス磁石１２（１２ａ、１２ｂ）と、アクチュエートコイル１３が巻回されたボビン１４と、これらの部材を収容するための第１のケース（外ケース）１５及び第２のケース（内ケース）１６とを備えている。
【００１７】
磁歪素子１１は、磁歪材料で構成された略円柱状の部材である。磁歪材料は、外部から応力を加えると透磁率が変化し、外部から磁界を印加すると磁歪量が変化するという特性を有している。本実施形態においては、そのような磁歪材料の特性を活かしてアクチュエータとして用いている。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を中心組成とする材料を用いることができる。磁歪素子１１の寸法は、目的とする磁歪量に応じて適宜選択すればよい。例えば１０００ｐｐｍ程度の磁歪量が得られる材料を用いて磁歪素子１１を構成する場合において、１０μｍ程度の伸縮を得たい場合には、磁歪素子１１の長さを１ｃｍ程度にすればよい。なお、磁歪素子１１だけでは全体の長さが十分でない場合には、必要に応じて、非磁歪材料の補間部材を挿入してもよい。
【００１８】
バイアス磁石１２は、磁歪素子１１に磁気バイアスを与えるための永久磁石である。磁歪素子１１は、磁界が印加されていないときに最も短く、磁界が強くなるほど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磁歪素子１１を収縮させることはできず、単に伸張するだけである。したがって、磁歪素子１１を収縮させるためには、通常時（ニュートラルな状態）において所定の磁気バイアスを印加する必要があり、バイアス磁石１２はそのために設けられている。バイアス磁石１２による磁界は、磁歪素子１１をその軸方向（長手方向）に貫いている。
【００１９】
特に限定されるものではないが、バイアス磁石１２は磁歪素子１１と同様に円柱状（或いは円板状）であることが好ましく、バイアス磁石１２の径は、磁歪素子１１の径と同一であることが好ましい。このようにすれば、バイアス磁石１２を磁歪素子１１と共に１本の振動素子として一体的に取り扱うことができ、磁歪素子１１及びバイアス磁石１２のボビン１４内に収容することができるからである。また、バイアス磁石１２の厚みは、所望の磁気バイアスを与えることができ、且つ十分な機械的強度を確保できる限りにおいてできるだけ薄いほうが好ましい。バイアス磁石１２の薄型化は磁歪アクチュエータ１０全体の低背化に寄与するからである。
【００２０】
アクチュエートコイル１３は、磁歪素子１１を駆動するために設けられている。これにより、アクチュエートコイル１３は、ボビン１４に巻回された状態で磁歪素子１１の外周に配置される。アクチュエートコイル１３に電流を流すと、磁歪素子１１の軸方向（長手方向）を貫く磁界が発生するので、これにより磁歪素子１１を伸縮させることができる。アクチュエートコイル１３による磁界の向きがバイアス磁石による磁界の向きと同じ場合には伸張、逆の場合には収縮となる。したがって、例えば、音響信号によって変調された磁界変化を与えた場合には電気音響変換器として使用することができる。
【００２１】
ボビン１４は、アクチュエートコイル１３が巻回される略円筒状の部材である。ボビン１４の中空部には磁歪素子１１及びバイアス磁石１２が挿入されている。そのため、ボビン１４は磁歪素子１１及びバイアス磁石１２を収容するための位置決め部材（サブケース）としても機能する。ボビン１４の両端には円形のフランジ部１４ａが設けられており、フランジ部１４ａの径は、内ケース１５にぴったりと嵌るように、内ケース１５の幅と等しく設定されている。したがって、ボビン１４に収容された磁歪素子１１及びバイアス磁石１２をケース内の中央部に配置することができる。なお、フランジ部１４ａは円形に限らず、矩形状（正方形状）のものであってもよい。矩形状であれば、内ケースにさらに精度良く嵌め込むことが可能である。
【００２２】
図４は、外ケース１５の展開図である。
【００２３】
外ケース１５は、内ケース１６と共に磁歪素子１１等を収容する部材であり、図４に示すように、板バネ性を有する略正方形状の天板部分１５ａと、天板部分１５ａの端部から天板部分１５ａと直交する方向に延出された４つの側板部分１５ｂとで構成されている。外ケース１５の材料としては、非磁性金属材料が用いることが好ましく、例えばＳＵＳ３０３等のステンレス材料を用いることができる。
【００２４】
各側板部分１５ｂの略中央には、嵌合用孔１７が設けられている。この嵌合用孔は、内ケース１６の嵌合用突起を嵌め込むためのものである。また、互いに隣り合う２つの側板部分１５ｂ、１５ｂの間には隙間１５ｃが存在している。この隙間１５ｃは、コイル１４のリード部分１４ａを外側に引き出すための引出口として利用されるものである。なお、外ケース１５は、略十字状に打ち抜かれた金属板の折り曲げ加工により成形することができる。
【００２５】
図５は、内ケース１６の展開図である。
【００２６】
内ケース１６は、外ケース１５と共に磁歪素子１１等を収容する部材であり、図５に示すように、板バネ性を有する略正方形状の天板部分１６ａと、天板部分１６ａの端部から天板部分１６ａと直交する方向に延出された４つの側板部分１６ｂとで構成されている。内ケース１６は、外ケース１５の内側に入り込むものであるため、その平面寸法は外ケース１５よりも一回り小さい。内ケース１６の材料としては、外ケース１５と同じ材料を用いることが好ましい。すなわち、非磁性金属材料が用いることが好ましく、例えばＳＵＳ３０３等のステンレス材料を用いることができる。
【００２７】
各側板部分１６ｂの略中央には、上述の嵌合用孔１７に対応した嵌合用突起１８が設けられている。特に限定されるものではないが、この勘合用突起１８は、金属板の打ち出し加工により成形することができる。この嵌合用突起１８が外ケース１５の嵌合用孔に嵌り込むことにより、内ケース１６は外ケース１５に固定される。このように、本実施形態のケースは、ねじ止め等を必要とせず、単に嵌合するだけの極めてシンプルな構造である。したがって、ケース自体の製造が容易であり、簡単且つ低コストのケースを提供することができる。
【００２８】
また、互いに隣り合う２つの側板部分１６ｂ、１６ｂの間には隙間１６ｃが存在している。本実施形態においては、内ケース１６側の互いに隣り合う側板部分１６ｂ、１６ｂの間の隙間１６ｃが、外ケース１５側の互いに隣り合う側板部分の間の隙間１５ｆよりも広いことが好ましい。これによれば、外ケース１５に対して内ケース１６を容易に嵌合させることができるだけでなく、コイル１４のリード部分１４ａの引き出し作業も容易となる。なお、内ケース１６は、略十字状に打ち抜かれた金属板の折り曲げ加工により成形することができる。
【００２９】
図３に示すように、ボビン１４に巻回されたコイル１４と内ケース１６の側板部分１６ｂとの間には空間が存在しているが、この空間には熱伝導性樹脂１９が充填されていることが好ましい。コイル１４に通電すると多量の熱が発生するが、コイル１４と内ケースとの間が中空のままでは蓄熱してしまい、磁歪素子１１の特性に悪影響を与えることから、熱伝導性樹脂１９を介してケース側に逃がすことにより、ケース内の蓄熱を防止することができる。なお、熱伝導性樹脂１９の熱伝導率は、ボビンの熱伝導率よりも高いことが好ましい。これによれば、コイル１４で発生した熱が熱伝導性樹脂１９、内ケース１６の側板部分１６ｂ及び外ケース１５の側板部分１５ｂを介して放熱され、ボビンの熱伝導率よりも小さい熱伝導性樹脂或いは空気を介在させたときのようにボビン経由で放熱される場合より高い放熱効果を得ることができる。
【００３０】
磁歪アクチュエータ１０を組み立てる場合には、図１に示したように、まずアクチュエートコイル１３が巻回されたボビン１４を用意し、このボビン１４を外ケース１５内に収容した後、ボビン１４の中空部にバイアス磁石１２ａ、磁歪素子１１、バイアス磁石１２ｂを順に挿入する。或いは、コイル１３が巻回され、且つバイアス磁石１２ａ、１２ｂや磁歪素子１１が収容された状態のボビン１４を外ケース１５内に収容してもよい。なお、磁歪素子１１の両端にバイアス磁石１２が配置されていれば、ボビン１４の中空部の２の開口のどちらからどのように挿入してもかまわない。その後、熱伝導性樹脂１９を充填した後、内ケース１６を被せることにより、本実施形態の磁歪アクチュエータ１０が完成する。
【００３１】
磁歪素子１１が外ケース１５及び内ケース１６からなるケースに収容された状態では、磁歪素子１１の一方の端面がバイアス磁石１２ａを介して外ケース１５の天板部分１５ａに当接しており、他方の端面がバイアス磁石１２ｂを介して内ケース１６の天板部分１６ａに当接している。すなわち、磁歪素子１１は、バイアス磁石１２を介して、外ケース１５及び内ケース１６の天板部分１５ａ、１６ａに挟み込まれた状態となっている。外ケース１５及び内ケース１６は共に金属板の折り曲げ加工により成形されており、板バネ性を有している。また、磁歪素子１１、バイアス磁石１２ａ、１２ｂを合わせた長さが外ケース１５の天板部分１５ａと内ケース１６の天板部分１６ａとの間の長さよりも僅かに長くなるように設計されているため、磁歪素子１１にはその軸方向に予圧が与えられた状態となっている。このように、本実施形態によれば、内ケース１６及び外ケース１５の組み合わせが予圧部材としての役割を果たすことから、スプリングなどの専用の予圧部材を省略することができる。
【００３２】
以上の構成において、アクチュエートコイル１３に電流を流して磁気バイアスと同じ向きの磁界を印加すると磁歪素子１１が伸張し、逆向きの磁界を印加すると磁歪素子１１が収縮する。したがって、音響信号で変調された電流をコイルに印加した場合には、音響信号を機械的振動に変換することができる。
【００３３】
また、磁歪素子１１及びバイアス磁石１２により構成される振動素子は、外ケース１５及び内ケース１６に当接しており、ケースの板バネ性によって磁歪素子１１には適切な予圧が付与されているので、磁歪素子１１による振動を外部に正確に伝えることができる。つまり、磁歪素子１１の振動はケース全体の振動となって外部に直接的に伝えられるので、ロッド等の部材を使用せずにアクチュエータを構成することができる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、磁歪素子１１のケース部材として外ケース１５と内ケース１６とを用い、両者を嵌合させる構造としたので、ケースを封止するためのネジなどの締結部材が不要となり、小型化、低コスト化を図ることができる。また、本実施形態によれば、ケース自体が板バネ材としての機能を有し、磁歪素子１１及びバイアス磁石１２を挟み込んでいることから、従来の予圧用バネやロッドを省略することによる部品点数の削減が可能であり、極めて簡素化された磁歪アクチュエータを実現することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、外ケース１５及び内ケース１６を金属板の折り曲げ加工によって成形し、隣り合う側板部分の間に隙間が設けているので、配線スペースを確保することができ、コイル１４のリード部分１４ａを容易に引き出すことができる。特に、外ケース１５の隙間よりも内ケース１６の隙間のほうが広くなっていることから、内ケース１６を外ケース１５に挿入した際に嵌合用突起１８によって当該内ケース１６の側板部分１６ｂの先端が内側につぼまったとしても、コイル１４のリード部分１４ａをケース外側へ引き出した状態での封止を簡単に行うことができる。
【００３６】
以上、本発明をその好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。
【００３７】
例えば、上記実施形態においては、外ケース１５側の嵌合用孔１７と内ケース１６側の嵌合用突起１８とが嵌合することにより、外ケース１５と内ケース１６とが固定されるが、本発明はこのような構造に限定されるものではなく、両者がガタつきなく嵌合しさえすれば、どのような構造であってもかまわない。
【００３８】
また、上記実施形態においては、外ケース１５側に嵌合用孔１７が設けられ、内ケース１６側に嵌合用突起１８が設けられているが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、外ケース１５側に嵌合用突起１８、内ケース１６側に嵌合用孔１７が設けられていてもよい。さらに、嵌合用孔１７や嵌合用突起１８といった嵌合手段を各側面部分に１つだけ設けているが、複数設けてもかまわない。
【００３９】
また、上記実施形態においては、側板部分の間の隙間からコイルのリード部分を引き出しているが、本発明においてそのようにすることは必須ではなく、例えば、側板部分に設けた専用の孔にリード部分を通すことも可能である。
【００４０】
また、上記実施形態においては、コイルがボビンに巻回されているが、そのような構成に限定されるものではなく、ボビンレスコイルを使用することも可能である。その場合には、コイル及び磁歪素子を位置決めするための専用部材を別途用いてそれらを収容することが好ましい。
【００４１】
また、上記実施形態においては、磁歪素子１１の両端にバイアス磁石１２ａ、１２ｂを配置した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば筒状のバイアス磁石を用いて当該筒状のバイアス磁石の中空部分に磁歪素子を配置してバイアス磁界を印加するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態に係る磁歪アクチュエータ１０の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した磁歪アクチュエータ１０の完成状態を示す略斜視図である。
【図３】図３は、図２のＸ−Ｘ線に沿った磁歪アクチュエータ１０の断面図である。
【図４】図４は、外ケース１５の展開図である。
【図５】図５は、内ケース１６の展開図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０    磁歪アクチュエータ
１１    磁歪素子
１２    バイアス磁石
１３    アクチュエートコイル
１４    ボビン
１５    外ケース
１５ａ    外ケースの天板部分
１５ｂ    外ケースの側板部分
１５ｃ    隙間
１６    内ケース
１６ａ    内ケースの天板部分
１６ｂ    内ケースの側板部分
１６ｃ    隙間
１７    嵌合用孔
１８    嵌合用突起
１９    熱伝導性樹脂
【図１】
2008236662.tif 000003
【図２】
2008236662.tif 000004
【図３】
2008236662.tif 000005
【図４】
2008236662.tif 000006
【図５】
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