(57)【要約】【課題】  超磁歪アクチュエータから外部への磁気漏れを低減する。【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、超磁歪素子１１に磁気バイアスを印加する磁気バイアス印加手段とを備えている。磁気バイアス印加手段は、実質的に残留磁束のない磁性体１６ａと永久磁石１６ｂとを含んでおり、磁性体１６ａは超磁歪素子１１のシャフト１３側の端部に配置され、永久磁石１６ｂは超磁歪素子１１のシャフト１３とは反対側の端部に配置されている。このように、シャフト１３側の端部に設けられているのは実質的に残留磁束のない磁性体１６ａであることから、シャフト１３側における磁気漏れを効果的に抑制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、電気信号に応じた磁界を前記超磁歪素子に印加する磁界印加手段と、前記磁界印加手段による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、前記超磁歪素子に磁気バイアスを印加する磁気バイアス印加手段とを備え、前記磁気バイアス印加手段は、実質的に残留磁束のない磁性体と永久磁石とを含んでおり、前記磁性体は前記超磁歪素子の前記シャフト側の端部に配置され、前記永久磁石は前記超磁歪素子の前記シャフトとは反対側の端部に配置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】
少なくとも前記超磁歪素子、前記磁界印加手段及び前記磁気バイアス印加手段を収容する筐体をさらに備え、前記シャフトの先端は、前記筐体に設けられたガイド孔から前記筐体の外部へ開放さ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。
【請求項３】
前記永久磁石の径が前記磁性体の径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の超磁歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記超磁歪素子は、前記軸方向に配列された少なくとも第１及び第２の部分を含んでおり、前記第１の部分と前記第２の部分の間には別の永久磁石が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超磁歪アクチュエータ。
【請求項５】
前記超磁歪素子の前記第１の部分と前記第２の部分の長さが互いに異なることを特徴とする請求項４に記載の超磁歪アクチュエータ。
【請求項６】
前記超磁歪素子の前記第１の部分と前記第２の部分のうち、長さの短い方が前記シャフト側に位置していることを特徴とする請求項５に記載の超磁歪アクチュエータ。
【請求項７】
前記超磁歪素子には、前記磁気バイアス印加手段によって必要な予加重が与えられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項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。例えば、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（超磁歪アクチュエータ）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】
超磁歪素子の変位は磁界の極性に対して方向性がなく、このため、超磁歪アクチュエータを音響スピーカの駆動部等として利用する場合には、磁気バイアスの印加が必須となる。磁気バイアスの印加方法としては、特許文献１に記載されているように超磁歪素子の円周方向に永久磁石を配置したり、特許文献２に記載されているように超磁歪素子の軸方向に永久磁石を配置する方法が挙げられる。
【特許文献１】特開平１０−１４５８９２号公報
【特許文献２】実開平５−７６１９４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に記載されているように、永久磁石を超磁歪素子の円周方向に配置すると、超磁歪アクチュエータの小型化が困難となるという問題が生じる一方、特許文献２に記載されているように、永久磁石を超磁歪素子の軸方向に配置すると、構造によっては外部への磁気漏れが発生しやすいという問題が生じる。
【０００５】
磁気漏れの問題は、特許文献２に記載された超磁歪アクチュエータのように、超磁歪素子の両端に振動体が固定された構造である場合にはそれほど深刻ではないと考えられるが、超磁歪素子の伸縮によって駆動されるシャフトの先端が開放され、ユーザが自らシャフト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、シャフトを通すガイド孔から磁気漏れが発生する可能性が非常に高くなってしまう。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、小型であり且つ外部への磁気漏れが効果的に低減された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】
【０００７】
本発明による超磁歪アクチュエータは、超磁歪素子と、電気信号に応じた磁界を前記超磁歪素子に印加する磁界印加手段と、前記磁界印加手段による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、前記超磁歪素子に磁気バイアスを印加する磁気バイアス印加手段とを備え、前記磁気バイアス印加手段は、実質的に残留磁束のない磁性体と永久磁石とを含んでおり、前記磁性体は前記超磁歪素子の前記シャフト側の端部に配置され、前記永久磁石は前記超磁歪素子の前記シャフトとは反対側の端部に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、磁気バイアス印加手段が超磁歪素子の軸方向に配置されていることから、全体のサイズを小型化することが可能となるばかりでなく、磁気バイアス印加手段のうち、シャフト側の端部に設けられているのは実質的に残留磁束のない磁性体であることから、シャフト側における磁気漏れを効果的に抑制することが可能となる。これにより、少なくとも前記超磁歪素子、前記磁界印加手段及び前記磁気バイアス印加手段を収容する筐体をさらに備え、前記シャフトの先端が前記筐体に設けられたガイド孔から前記筐体の外部へ開放された構造であっても、永久磁石は筐体とシャフトの隙間から遠い位置に配置されることになるので、このような隙間からの磁気漏れを効果的に抑制することが可能となる。
【０００９】
本発明において、前記永久磁石の径は前記磁性体の径よりも大きくすることも可能である。これによれば、外部への磁気漏れを防止しつつ、より強力な磁気バイアスを印加することが可能となるとともに、より強力な予加重を与えることが可能となる。
【００１０】
本発明において、前記超磁歪素子は、前記軸方向に配列された少なくとも第１及び第２の部分を含み、前記第１の部分と前記第２の部分の間には別の永久磁石が挿入された構造とすることも可能である。これによれば、大型の永久磁石を用いなくても、強力な磁気バイアスを印加することが可能となるとともに、強力な予加重を与えることが可能となる。
【００１１】
前記超磁歪素子の前記第１の部分と前記第２の部分の長さは互いに異なってもよく、この場合、前記超磁歪素子の前記第１の部分と前記第２の部分のうち、長さの短い方が前記シャフト側に位置していることが好ましい。これによれば、挿入された永久磁石によって効率よく磁束の中継を行うことが可能となる。
【００１２】
尚、前記超磁歪素子には、前記磁気バイアス印加手段によって必要な予加重が与えられていることが好ましい。これによれば、予加重を与えるスプリング等が不要となることから、部品点数を削減することが可能となるばかりでなく、本発明による超磁歪アクチュエータをスピーカに応用した場合、スプリングに固有のバネ定数による音質劣化を防止することも可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明によれば、超磁歪アクチュエータのサイズを小型化できるとともに、シャフト側における磁気漏れを効果的に抑制することが可能となる。このため、本発明による超磁歪アクチュエータは、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】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。超磁歪素子１１の端部のうち、シャフト１３側の端部１１ａには、実質的に残留磁束のない磁性体１６ａが配置され、シャフト１３とは反対側の端部１１ｂには、永久磁石１６ｂが配置されている。これら磁性体１６ａ及び永久磁石１６ｂは、超磁歪素子１１に磁気バイアスを印加する磁気バイアス印加手段として機能する。
【００１８】
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、少なくとも磁性体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。
【００１９】
筐体１５の先端には、シャフト１３の本体部１３ａが貫入されたガイド孔１５ａが設けられており、これによりシャフト１３の先端１３ｃは、ガイド孔１５ａから筐体１５の外部へと開放されている。シャフト１３は、ガイド孔１５ａによって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。ガイド孔１５ａは、シャフト１３の軸方向への動きを阻害しないよう、その径がシャフト１３の本体部１３ａの径よりも大きく設定されており、このため、シャフト１３の本体部１３ａと筐体１５との間には、多少の隙間が不可避的に生じることとなる。しかしながら、本実施形態では、シャフト１３側の端部１１ａに設けられているのは実質的に残留磁束のない磁性体１６ａであり、永久磁石１６ｂはこの隙間から遠い位置に配置されていることから、隙間からの磁気漏れを効果的に抑制することが可能となる。
【００２０】
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。しかも、本実施形態による超磁歪アクチュエータ１０では、磁気バイアス印加手段（１６ａ，１６ｂ）が超磁歪素子１１の軸方向に配置されていることから、ペン型スピーカの外径を容易に細くすることが可能となる。
【００２１】
尚、永久磁石１６ｂとして磁力の強い材料を用いれば、図３に示すように、スプリング１７を用いることなく、永久磁石１６ｂと磁性体１６ａとの引力によって、必要な予加重を超磁歪素子１１に与えることも可能である。これによれば、スプリングが不要となることから、部品点数を削減することが可能となるばかりでなく、これを図２に示すペン型スピーカに応用した場合、スプリングに固有のバネ定数による音質劣化を防止することも可能となる。
【００２２】
図４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。
【００２３】
本実施形態による超磁歪アクチュエータ２０は、スプリング１７の省略に加え、永久磁石１６ｂの径を大型化した点において上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０と異なり、その他の点は超磁歪アクチュエータ１０と同一である。このように、本実施形態では、磁性体１６ａよりも径の大きな永久磁石１６ｂを用いていることから、外部への磁気漏れを防止しつつ、より強力な磁気バイアスを印加することが可能となるとともに、より強力な予加重を与えることが可能となる。
【００２４】
図５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、スプリング１７の省略に加え、超磁歪素子１１が第１の部分３１及び第２の部分３２に分割されており、第１の部分３１と第２の部分３２の間に別の永久磁石３３が挿入されている点において上記実施形態による超磁歪アクチュエータ１０と異なる。その他の点は超磁歪アクチュエータ１０と同一である。超磁歪材料は一般に透磁率が低く、このため超磁歪素子１１に多くの磁束を通すことは困難であるが、本実施形態では、超磁歪素子１１を２つの部分（３１，３２）に分割し、これらの間に永久磁石３３を挿入していることから、超磁歪素子１１により多くの磁束を通すことが可能となる。これにより、本実施形態では、大型の永久磁石を用いなくても、強力な磁気バイアスを印加することが可能となるとともに、強力な予加重を与えることが可能となる。もちろん、図４に示した超磁歪アクチュエータ２０のように、超磁歪素子１１の端部１１ｂに大型の永久磁石１６ｂを用いれば、いっそう強力な磁気バイアスを印加することが可能となるとともに、いっそう強力な予加重を与えることが可能となる。
【００２６】
ここで、超磁歪素子１１の第１の部分３１の長さと、第２の部分３２の長さは同じである必要はなく、互いに異なっていても構わない。このことは、製造過程で折れた超磁歪素子１１であっても、これを廃棄することなく使用可能であることを意味する。本実施形態では、図５に示すように、第１の部分３１と第２の部分３２のうち、長さの短い第１の部分３１をシャフト１３側に配置している。これは、超磁歪素子１１のシャフト側の端部１１ａに配置されているのが永久磁石ではなく、単なる磁性体１６ａである点を考慮したものであり、これにより、挿入された永久磁石３３によって効率よく磁束の中継を行うことが可能となる。
【００２７】
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。
【００２８】
例えば、図５に示した超磁歪アクチュエータ３０では、超磁歪素子１１を２つの部分（３１，３２）に分割しているが、超磁歪素子１１を分割する場合、分割数としては２つに限定されず、３つ以上であっても構わない。この場合、シャフト１３側から短い順にこれらを配置するとともに、これら各部分の間にそれぞれ永久磁石を挿入することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】超磁歪アクチュエータ１０の変形例を示す略断面図である。
【図４】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５】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３０の構造を示す略断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
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
１４      ヨーク
１５      筐体
１５ａ    ガイド孔
１６ａ    磁性体
１６ｂ    永久磁石
１７      スプリング
１９      振動板となる部材
３１      第１の部分
３２      第２の部分
３３      永久磁石
【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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