(57)【要約】 【課題】     高磁歪材料を用いて、小型化や簡素化が可能な、スピーカや超音波発生源として好適な面状振動子を提供する。【解決手段】  平板状の磁歪部材２と、磁歪部材の平面方向Ｌの異なる位置にそれぞれ配置されるバイアス磁界発生磁石４及びコイル６と、磁歪部材の周縁から磁歪部材の平面方向と垂直な方向Ｔに配置され、少なくともバイアス磁界発生磁石と同じ高さまで延設されるヨーク８とを備え、コイル６に供給される信号によって、磁歪部材が平面方向に伸縮することにより振動子として機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の磁歪部材と、
前記磁歪部材の平面方向の異なる位置にそれぞれ配置されるバイアス磁界発生磁石及びコイルと、
前記磁歪部材の周縁から前記磁歪部材の平面方向と垂直な方向に延設され、少なくとも前記バイアス磁界発生磁石と同じ高さを有するヨークとを備え、
前記コイルに供給される信号により、前記磁歪部材が前記平面方向に伸縮する面状振動子。
【請求項２】
前記ヨークに代えて、前記磁歪部材がその周縁から前記垂直な方向に延設されている請求項１記載の面状振動子。
【請求項３】
前記磁歪部材が平板状の正磁歪材料と平板状の負磁歪材料とを積層してなるバイモルフである請求項１又は２記載の面状振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪材料を用いた振動子に関し、例えばスピーカや超音波発生源に用いて好適な振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、平板圧電素子を用いた面状スピーカが知られている（特許文献１参照）。又、圧電素子に代えて磁歪材料を用いたスピーカも知られている（特許文献２，３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平10−117397号公報
【特許文献２】特開平11−266496号公報
【特許文献３】特許第3615883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、上記した特許文献１記載の技術の場合、圧電素子の厚み方向の変位を利用しているため変位量が小さい。更に高電圧駆動でインピーダンス変換が必要であるため、電源の小型化に限界があるという問題がある。又、圧電素子自体の機械的強度が低く、曲げ応力や衝撃力に弱い。
【０００５】
一方、上記した特許文献２，３記載の技術の場合、磁歪材料がロッド形状であり、長さ方向の振動を利用しているので、大きなスピーカ音量を得るにはある程度のロッド長さが必要であるため、スピーカの厚みが厚くなり、薄型の面状スピーカを製造するのが難しいという問題がある。
【０００６】
また、面状スピーカの磁歪材料として、従来の磁歪材料、例えば鉄やニッケルでは磁歪量が小さく、大きなスピーカ音量を得ることが困難である。さらに、超磁歪材料Terfenol-Dは脆いため円板状へ加工することが難しい。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、平板状の磁歪材料を用い、小型化や簡素化が可能で平面方向に大きく変位させることができる面状振動子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の面状振動子は、優れた加工性を有する鉄系の合金から成る磁歪材料を使用する。
【０００９】
これにより平板状に加工した磁歪部材と、前記磁歪部材の平面方向の異なる位置にそれぞれ配置されるバイアス磁界発生磁石及びコイルと、前記磁歪部材の周縁から前記磁歪部材の平面方向と垂直な方向に配置され、少なくとも前記バイアス磁界発生磁石と同じ高さまで延設されるヨークとを備え、前記コイルに供給される信号により、前記磁歪部材が前記平面方向に伸縮する。
【００１０】
このような構成とすると、磁歪部材が平面方向に伸縮するため、従来の圧電素子を用いた厚み方向に変位する面状振動子に比べて変位量を大きくすることができ、例えばスピーカの音量を大きくすることができる。
【００１１】
さらに圧電素子と比較して、磁歪材料の方が機械的強度が高いので、曲げ応力や衝撃力に耐性を持たせることができる。
【００１２】
又、従来のロッド状の磁歪部材を用いたスピーカに比べ、スピーカの厚みを薄くすることができ、面状振動子の形状の自由度が高くなる。さらに、磁歪部材そのものが振動板として作用する。
【００１３】
より大音量を得るためには振動板を別個に設ける必要があるが、スピーカ内に配置されたバイアス磁界発生用磁石の漏れ磁束を利用して、磁性体からなる振動板に吸引固定させることができ、小型化や簡素化が図られる。
【００１４】
前記ヨークに代えて、前記磁歪部材がその周縁から前記垂直な方向に延設されていてもよい。
【００１５】
前記磁歪部材は平板状の正磁歪材料と平板状の負磁歪材料とを積層してなるバイモルフであり、前記正磁歪材料が表面側に位置し、前記コイルに供給される信号により磁束が印加されて、前記磁歪部材が前記表面側に隆起する変位が重畳されるようにしてもよい。
【００１６】
このような構成とすると、コイルに供給される信号により、磁歪部材は平面方向への伸縮に加え、表面側（正磁歪材料側）に隆起する変位が重畳されるので、変位量がさらに大きくなり、例えばスピーカの音量をより一層大きくすることができる。
【００１７】
前記磁歪部材及び／又は前記ヨークの少なくとも一部に、渦電流損を減少させるためのスリットが形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、平板状の磁歪材料を用い、面状振動子の小型化や簡素化が可能で平面方向に大きく変位させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る面状振動子と振動の対象物との構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面の斜視図である。この図において、面状振動子２０は、円板状の磁歪部材２と、バイアス磁界発生磁石４と、コイル６と、磁歪部材２の上面に配置されるヨーク８とを備え、対象物（鉄板）１０に吸着している。
【００２０】
バイアス磁界発生磁石４はリング状をなし、磁歪部材２の中心２ｃと同心にしてヨーク８の下面に配置されている。又、コイル６もリング状をなし、バイアス磁界発生磁石４より外側で、かつ磁歪部材２の中心２ｃと同心にしてヨーク８の下面に配置されている。このように、バイアス磁界発生磁石４及びコイル６は、磁歪部材２の平面方向Ｌの異なる位置にそれぞれ配置される。
【００２１】
ヨーク８は磁歪部材２と同寸の円板をなし、磁歪部材２の下面に同心に積層されている。又、ヨーク８は、その周縁から磁歪部材の平面方向Ｌと垂直な方向Ｔに配置され、少なくともバイアス磁界発生磁石４と同じ厚み（高さ）まで延設されている。そして、ヨーク８の延設部の内側にコイル６の外縁が位置している。
【００２２】
なお、この実施形態においては、バイアス磁界発生磁石４の中心部の空隙に第２のヨーク８ｂが配置されているが、第２のヨーク８ｂは必ずしも設けられなくてもよい。一方、磁歪部材２の平面方向に充分なバイアス磁界を印加するため、ヨーク８は第１の実施形態で必須の構成である。
【００２３】
磁歪部材２としては、薄肉の円板状に加工が可能で、さらに磁歪量が大きな高磁歪材料を用いることが好ましい。高磁歪材料としては、例えばFe-Ga合金、Fe-Co合金、Fe-Al合金が挙げられる。
【００２４】
次に、磁歪部材２が磁界によって変位する態様について図２を参照して説明する。バイアス磁界発生磁石４から、磁歪部材２の表面（平面方向Ｌ）では中心２ｃ側から周縁側に向かうバイアス磁界Ｈｍが印加される。
【００２５】
ここで、コイル６に電流を印加して、平面方向Ｌにおいて中心２ｃ側から周縁側に向かう磁界Ｈｃを発生させると、磁歪部材２の平面方向Ｌには全体として中心２ｃ側から周縁側に向かうＨｍ＋Ｈｃの磁界が印加される。従って、磁歪部材２は、中心２ｃから周縁に向かって平面方向Ｌに伸びるように変位する。
【００２６】
一方、コイル６に逆位相の磁界−Ｈｃを印加すれば、磁歪部材２の平面方向Ｌには全体として中心２ｃ側から周縁側に向かうＨｍ−Ｈｃの磁界が印加される。従って、磁歪部材２は、（Ｈｍ＋Ｈｃの磁界が印加された時に比べて）平面方向Ｌに縮む。このようにして、磁歪部材２は、交流磁界の周波数で平面方向Ｌに周期的に収縮する。
【００２７】
なお、コイル６に印加する交流磁界と磁歪部材２の変位との関係は、例えば特許第2652644号公報の明細書及び図２に記載されている。
【００２８】
このように磁歪部材２が平面方向Ｌに伸縮するため、従来の圧電素子を用いた厚み方向に変位する面状振動子に比べて変位量を大きくすることができ、例えばスピーカの音量を大きくすることができる。
【００２９】
又、磁歪材料は異方性が大きく、平板状とした場合に厚み方向の変位を一定にすることが困難であるが、本発明においては平板状の磁歪材料を平面方向に変位させるため、かかる問題を回避できる。
【００３０】
なお、磁歪部材２の変位は、面状振動子２０を吸着した対象体１０に伝達され、対象体１０が振動することにより音波が発生することになる。
【００３１】
又、本発明においては従来のロッド状の磁歪部材を用いたスピーカに比べ、スピーカの厚みを薄くすることができ、面状振動子の形状の自由度が高くなる。
【００３２】
さらに、磁歪部材そのものが振動板として作用するので、振動板を別個に設ける従来の磁歪部材を用いたスピーカに比べ、小型化や簡素化が図られる。
【００３３】
これらに加え、ヨークがその周縁から磁歪部材の平面方向と垂直な方向に延び、少なくともバイアス磁界発生磁石と同じ厚み（位置）まで延設されているので、面状振動子の裏面に磁束が回り込み、面状振動子の裏面に置いた対象物（磁性体）１０に面状振動子を磁力で吸着固定できる。
【００３４】
又、面状振動子の裏面に置いた対象物１０が非磁性体の場合は、その裏面に磁性体を設置すれば、面状振動子を対象物１０に固定できる。
【００３５】
本発明の第１の実施形態に係る面状振動子の大きさは特に制限されないが、例えば磁歪部材２の直径２〜１０ｍｍ、面状振動子の厚み１〜５ｍｍ程度、とすることができる。
【００３６】
又、第１の実施形態において、磁歪部材２の周縁とヨーク８の側面の両方又は、どちらか一方にスリットも設けることにより、渦電流損を減少させる効果を得られる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る面状振動子について、その構成を示す断面斜視図である図３を参照して説明する。この図において、面状振動子２１は、円板状の磁歪部材３と、バイアス磁界発生磁石４ｂと、コイル６とを備えているが、ヨークを備えていない。
【００３８】
尚、第２の実施形態においては、磁歪部材３がバイモルフであること、バイアス磁界発生磁石４ｂがリング状でなく円板状（中実）であること、及びヨークを備えていないこと以外は第１の実施形態と変わるところがないので、第１の実施形態と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
磁歪部材３は円板状の正磁歪材料３ｘと、これと同寸の負磁歪材料３ｙとを同心に積層し、正磁歪材料３ｘが表面側に位置するバイモルフである。バイモルフに磁界を印加すると負磁歪材料３ｙが収縮し、正磁歪材料３ｘが伸長し、バイモルフの表面は正磁歪材料３ｘ側（図４の上側）へ変位（隆起）する。
【００４０】
一方、磁歪部材３を構成する正磁歪材料３ｘ自体は、第１の実施形態と同様にしてコイル６に供給される信号により、平面方向Ｌへ伸縮する。
【００４１】
従ってコイル６に供給される信号により、磁歪部材３は平面方向Ｌへの伸縮に加え、表面側（正磁歪材料３ｘ側）に隆起する変位が重畳されるので、変位量がさらに大きくなり、例えばスピーカの音量をより一層大きくすることができる。
【００４２】
負磁歪材料３ｙとしては、Ｎｉ系合金が挙げられる。又、負磁歪材料３ｘと正磁歪材料３ｙとを接着又は溶接（スポット溶接等）することにより、これらを積層することができる。
【００４３】
尚、負磁歪材料３ｙ側が表面に位置する場合、コイル６への信号により磁歪部材３が表面側に隆起せず、変位量を大きくしないので不適である。
【００４４】
又、第２の実施形態においては、ヨークの代わりに、磁歪部材３を構成する正磁歪材料３ｘがその周縁から垂直な方向Ｔに延設され、延設部の内側に負磁歪材料３ｙの外縁及びコイル６の外縁が位置している。
【００４５】
そして、正磁歪材料３ｘの延設部がヨークとして作用し、バイアス磁界発生磁石４ｂの磁束密度を高めて磁力を有効に利用することができる。
【００４６】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、磁歪部材の平面形状は制限されず、円板状の他、例えば矩形板状とすることができる。
【００４７】
又、上記第１の実施形態においてヨークの形状は制限されず、磁歪部材の周縁からその垂直な方向に延びるものであればよく、例えばリング状のヨークや、中心部分がドーナツ状に開口したリングを用いることができる。
【００４８】
又、上記第１の実施形態においてヨークを磁歪部材の下面に配置し、ヨークの下面を対象物に吸着させてもよく、この場合も同様に振動子として機能させることができる。
【００４９】
又、上記第１の実施形態において、磁歪部材とヨークの間に負磁歪部材を介装し、磁歪部材をバイモルフとして構成し、第２の実施形態と同様の作用を付加させてもよい。
【００５０】
又、上記第２の実施形態において、その周縁から垂直な方向Ｔに対象物１０に向かって延設される正磁歪材料３ｘを、周縁から垂直な方向ではなく、対象物１０に向かって末広がりとなるように角度をつけて延設させてもよい。
【００５１】
又、上記第２の実施形態において、負磁歪部材をなくしたもの、つまり第１の実施形態においてヨークの代わりに磁歪部材の周縁を対象物１０に向かって垂直な方向あるいは、末広がりとなる方向に延設したものとすることができる。さらに、第２の実施形態において、正磁歪部材でなく負磁歪部材の周縁を対象物１０に向かって延設させてもよい。
【００５２】
本発明は、磁歪部材をその平面に伸縮させるあらゆる用途に適用することができ、特に厚みを薄くすることができる点で利点がある。特に、スピーカや超音波発信源として本発明は有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る面状振動子の構成を示す斜視図（ａ）及び断面斜視図（ｂ）である。
【図２】磁歪部材が磁束によって変位する態様を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る面状振動子の構成を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
２、３                      磁歪部材
２ｃ                    （磁歪部材２の）中心
３ｘ                        正磁歪材料
３ｙ                        負磁歪材料
４、４ｂ                    バイアス磁界発生磁石
６                          コイル
８、８ｂ                    ヨーク
１０                       対象物（鉄板）
２０、２１                  面状振動子
Ｈｍ、Ｈｃ                  磁界
Ｌ                          磁歪部材の平面方向
Ｔ                          平面方向に垂直な方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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