(57)【要約】【課題】  超磁歪アクチュエータのシャフトにかかる抵抗を低減する。【解決手段】  超磁歪素子１１と、超磁歪素子１１に磁界を印加するコイル１２と、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に駆動されるシャフト１３と、シャフト１３の軸方向とは異なる方向への動きを制限するガイド部１５ａとを備える。ガイド部１５ａは凸型の曲面を有しており、これによりシャフト１３の本体部１３ａがガイド部１５ａに接触した場合であっても、これらは点接触することになるので、接触時の摩擦抵抗は非常に小さい。これにより、シャフト１３にかかる抵抗を低減しつつ、シャフト１３を正しい位置に保持することが可能となる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超磁歪素子と、前記超磁歪素子に磁界を印加する磁界印加手段と、磁界の印加に応じた前記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と、前記シャフトの前記軸方向とは異なる方向への動きを制限するガイド部とを備え、前記ガイド部と前記シャフトとは点接触可能に構成されていることを特徴とする超磁歪アクチュエータ。
【請求項２】
前記ガイド部は前記シャフトが貫入される筒型形状を有しており、前記ガイド部の内面と前記シャフトの外面との距離が不均一であることを特徴とする請求項１に記載の超磁歪アクチュエータ。
【請求項３】
前記ガイド部の内径が前記軸方向に不均一であることを特徴とする請求項２に記載の超磁歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記ガイド部の内面が凸型の曲面を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の超磁歪アクチュエータ。
【請求項５】
前記ガイド部に貫入されている部分における前記シャフトの外径が前記軸方向に不均一であることを特徴とする請求項２に記載の超磁歪アクチュエータ。
【請求項６】
前記ガイド部は前記シャフトが貫入される筒型形状を有しており、前記ガイド部の内面にはボールベアリングが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超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、超磁歪素子を用いた超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。この場合、シャフトが軸方向とは異なる方向へ動かないよう位置決めするためには、何らかの方法でシャフトを支持する必要があるが、特許文献１に記載された超磁歪アクチュエータでは、筒状の部材を用いてシャフトを摺接支持する代わりに、複数の円板状スプリングを用いることによってシャフトを懸架し、これによりシャフトを無摺動状態で変位可能としている。
【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シャフトの懸架に用いる部品の点数が多く、構造が複雑であることから、製品のコストが高くなりやすいという問題がある。しかも、シャフトが複数の円板状スプリングによって懸架されていることから、これら円板状スプリングが軸方向への変位に対する負荷となるおそれもある。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、比較的簡単な構造により、シャフトにかかる抵抗を低減可能な超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】
【０００６】
本発明による超磁歪アクチュエータは、超磁歪素子と、前記超磁歪素子に磁界を印加する磁界印加手段と、磁界の印加に応じた前記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と、前記シャフトの前記軸方向とは異なる方向への動きを制限するガイド部とを備え、前記ガイド部と前記シャフトとは点接触可能に構成されていることを特徴とする。本発明によれば、ガイド部とシャフトとが点接触可能に構成されていることから、接触時の摩擦抵抗を小さくすることができる。つまり、シャフトにかかる抵抗を低減しつつ、シャフトを正しい位置に保持することが可能となる。
【０００７】
本発明において、前記ガイド部は前記シャフトが貫入される筒型形状を有しており、前記ガイド部の内面と前記シャフトの外面との距離が不均一であることが好ましい。これによれば、非常に簡単な構造によりシャフトにかかる抵抗を低減することが可能となる。この場合、前記ガイド部の内径が前記軸方向に不均一であっても構わないし、前記ガイド部に貫入されている部分における前記シャフトの外径が前記軸方向に不均一であっても構わない。ガイド部の内径を軸方向に不均一とする場合には、前記ガイド部の内面が凸型の曲面を含んでいることが好ましい。これによれば、接触時におけるシャフトへのダメージを低減することが可能となる。
【０００８】
また、本発明において、前記ガイド部は前記シャフトが貫入される筒型形状を有しており、前記ガイド部の内面にはボールベアリングが設けられていることもまた好ましい。これによれば、シャフトを常にボールベアリングと点接触した状態とすることが可能であり、これにより軸方向とは異なる方向へのシャフトの動きをほぼ完全に阻止することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
このように、本発明による超磁歪アクチュエータでは、ガイド部とシャフトとが点接触可能に構成されていることから、接触時の摩擦抵抗を小さくすることができる。これにより、シャフトにかかる抵抗を低減しつつ、シャフトを正しい位置に保持することが可能となることから、特に、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の先端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のように、ガイド部とシャフトが接触した状態で使用される可能性のある超磁歪アクチュエータ（超磁歪スピーカ）への適用が非常に効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、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。
【００１３】
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。
【００１４】
シャフト１３は、棒状の本体部１３ａと、本体部１３ａの端部に設けられた鍔部１３ｂ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、その先端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の先端１３ｃに伝わることになる。シャフト１３の先端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の先端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。つまり任意の部材を振動板とすることが可能となる。
【００１５】
筐体１５の先端は、シャフト１３に対するガイド部１５ａを構成しており、これによりシャフト１３は軸方向とは異なる方向への動きが制限され、常に正しい位置に保持される。ガイド部１５ａは、シャフト１３の本体部１３ａが貫入される筒型形状を有しており、その内面１５ｂは、図１に示すように凸型の曲面を構成している。これにより、ガイド部１５ａの内面１５ｂと本体部１３ａの外面１３ｅとの距離は不均一となり、その結果、シャフト１３が軸方向とは異なる方向へ動いたとしても、ガイド部１５ａとシャフト１３の本体部１３ａとは点接触することになり、接触時の摩擦抵抗を小さくすることができる。つまり、非常に簡単な構造により、シャフト１３にかかる抵抗を低減しつつ、シャフト１３を正しい位置に保持することが可能となる。また、ガイド部１５ａの内面１５ｂが曲面であることから、接触時におけるシャフト１３へのダメージを低減することも可能となる。
【００１６】
ここで、ガイド部１５ａの内面１５ｂと本体部１３ａの外面１３ｅとの「距離」とは、シャフト１３の軸とは垂直な方向におけるこれらの距離を指す。本実施形態では、ガイド部１５ａの内面１５ｂが曲面を構成していることから、その内径が軸方向に不均一となり、その結果、ガイド部１５ａの内面１５ｂと本体部１３ａの外面１３ｅとの距離が不均一となっている。
【００１７】
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２に示すように、ユーザがシャフト１３の先端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の先端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。
【００１８】
尚、ガイド部１５ａの内面形状については、単一の凸型曲面である必要はなく、例えば、図３に示すように複数の曲面１８ａによって内面を構成しても構わないし、図４に示すように内面にくさび状の突起１８ｂを設けても構わないし、図５に示すように突起１８ｃを多数設けても構わない。さらに、図６に示すように、ガイド部１５ａの内面をシャフト１３の軸とは不平行なホーン形状としても構わない。すなわち、具体的形状にかかわらずガイド部１５ａの内径を軸方向に不均一とすれば、ガイド部１５ａの内面１５ｂと本体部１３ａの外面１３ｅとの距離を不均一とすることができ、その結果、本実施形態と同じ効果を得ることが可能となる。
【００１９】
また、ガイド部１５ａの内面１５ｂが円周方向に同じ形状を有している必要はない。つまり、軸方向から見た断面図である図７に示すように、部分的に突起が設けられた構造を有していても構わない。尚、ガイド部１５ａは筐体１５の一部である必要はなく、筐体１５に対して固定されている限り、ガイド部１５ａと筐体１５とが別部品であっても構わない。
【００２０】
図８は、本発明の好ましい他の実施形態による超磁歪アクチュエータ２０の構造を示す略断面図である。
【００２１】
本実施形態による超磁歪アクチュエータ２０は、ガイド部１５ａの内径を不均一とするのではなく、本体部１３ａのうち、ガイド部１５ａに貫入されている部分に突起２１を設けることよって、ガイド部１５ａの内面１５ｂと本体部１３ａの外面１３ｅとの距離を不均一としている点において、上記実施形態と相違している。すなわち、本実施形態においてはガイド部１５ａの内径が軸方向に均一であるが、本体部１３ａに設けられた突起２１により、本体部１３ａの外径が軸方向に不均一となっていることから、結果として、上記実施形態と同様、シャフト１３が軸方向とは異なる方向へ動いた場合にガイド部１５ａとシャフト１３の本体部１３ａが点接触することになり、接触時の摩擦抵抗を小さくすることが可能となる。
【００２２】
本実施形態においても、点接触が可能である限り本体部１３ａに設ける突起２１の形状については制限されず、例えば、図９に示すように突起２１をくさび状としても構わないし、さらに、軸方向から見た断面図である図１０に示すように、部分的に突起２１を設けても構わない。すなわち、具体的形状にかかわらず本体部１３ａの外径を軸方向に不均一とすれば、本実施形態と同じ効果を得ることが可能となる。
【００２３】
本実施形態では、ガイド部１５ａの内径を軸方向に均一とすることが可能であることから、ガイド部１５ａの内面の加工が困難である場合において特に効果的である。
【００２４】
図１１は、本発明の好ましいさらに他の実施形態による超磁歪アクチュエータ３０の構造を示す略断面図である。
【００２５】
本実施形態による超磁歪アクチュエータ３０は、ガイド部１５ａの内面とシャフト１３の本体部１３ａの外面との距離を不均一とするのではなく、ガイド部１５ａの内面にボールベアリング３１を設けることによってこれらを点接触させている点において、上記各実施形態と相違している。本実施形態では、シャフト１３の本体部１３ａを常にボールベアリング３１と点接触した状態とすることが可能であり、これにより軸方向とは異なる方向へのシャフト１３の動きをほぼ完全に阻止することが可能となる。
【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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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の使用例を説明するための模式図である。
【図３】ガイド部１５ａの内面を複数の曲面１８ａによって構成した例による筐体１５の部分断面図である。
【図４】ガイド部１５ａの内面にくさび状の突起１８ｂを設けた例による筐体１５の部分断面図である。
【図５】ガイド部１５ａの内面にくさび状の突起１８ｃを多数設けた例による筐体１５の部分断面図である。
【図６】ガイド部１５ａの内面をシャフト１３の軸とは不平行なホーン形状とした例による筐体１５の部分断面図である。
【図７】ガイド部１５ａの内面に部分的な突起１８ｄを設けた例によるガイド部１５ａ及びシャフト１３の略断面図である。
【図８】本発明の好ましい他の実施形態による超磁歪アクチュエータ２０の構造を示す略断面図である。
【図９】くさび状の突起２１を有するシャフト１３の略断面図である。
【図１０】本体部１３ａの外面に部分的な突起２１を設けた例によるガイド部１５ａ及びシャフト１３の略断面図である。
【図１１】本発明の好ましいさらに他の実施形態による超磁歪アクチュエータ３０の構造を示す略断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０，２０，３０    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    先端
１３ｄ    端面
１３ｅ    本体部の外面
１４      ヨーク
１５      筐体
１５ａ    ガイド部
１５ｂ    ガイド部の内面
１６ａ，１６ｂ    永久磁石
１７      スプリング
１８ａ    曲面
１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ    突起
１９      振動板となる部材
２１      突起
３１      ボールベアリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005223108.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005223108.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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