JP2010067734A

JP2010067734A - 磁歪アクチュエータ

Info

Publication number: JP2010067734A
Application number: JP2008231722A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Fujioka; 一馬藤岡; Takafumi Yuasa; 孝文湯浅; Teruo Doi; 輝夫土井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】機器の厚みを増すことなく不要振動の抑制と防水性の向上、並びにアクチュエータの線形性を改善する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は、可動部１６と上部ヨーク１７を同一平面上に配置すると共に、これら両者の間の空隙に接着剤１９を充填することと、磁歪素子１２の外周にコイル１４を、更に、そのコイル１４の外周に磁石１３を配置したことにより、アクチュエータの薄型化及び防水性性能と線形性能を向上させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種音響機器に使用される磁歪アクチュエータに関するものである。

従来の磁歪アクチュエータについて図８により説明する。

図８は従来の磁歪アクチュエータの構造断面図を示したものである。

同図において１は磁歪素子であり、この磁歪素子１の周囲にコイル２が巻回されたボビン３を配置しており、この磁歪素子１の上端には上部磁石４、下端には下部磁石５をそれぞれ配置している。また、前記上部磁石４の上部には可動部６が接合され、この可動部６の外周に上部ヨーク７を、さらにはこの上部ヨーク７および下部磁石５の底面とに接合し、且つ前記コイル２の外周を迂回する下部ヨーク８を配置している。また前記可動部６の底面外周にはフランジ部９が形成されており、このフランジ部９と前記上部ヨーク７との間に可動部６の振動方向に対して挟みこまれるようにクッション１０を配置している。

以上のように構成された磁歪アクチュエータについて、以下にその動作を説明する。前述の上部磁石４、下部磁石５、可動部６、上部ヨーク７、下部ヨーク８により閉磁気回路１１を形成し磁歪素子１にバイアス磁界を与えている。当然のことながら可動部６、上部ヨーク７、下部ヨーク８は鉄を始めとした磁性材料である。

前記コイル２は入力された信号の変化に応じて磁界の変化を生じさせ、磁歪素子１はその磁界の変化に応じて寸法変化を生じる。その寸法変化は上部磁石４及び可動部６を介し、振動として外部に伝達する。

なお、前記クッション１０は弾性体から成り前記可動部６の不要振動を抑制し性能安定化を実現させている。

この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００６−３１１２５５号公報

前述の磁歪アクチュエータにおいては、可動部６の振動方向に対して上部ヨーク７と可動部６の間に一定厚みの配置スペースを必要とする前記クッション１０があるため、アクチュエータ自身の薄型化が困難であるという課題を有すると共に、可動部６の外周側面と上部ヨーク７の内周側面の間に空隙が必要なため水滴や異物などの進入による信頼性面での課題をも有していた。

また、前記磁歪素子１の透磁率が低いため、バイアス磁界を発生させる前記上部磁石４と下部磁石５を前記磁歪素子１の両端部に設けると、前記磁歪素子１の中心部に充分磁束が通過せず均一な磁束密度分布が得られないため、アクチュエータとしての線形性が悪化するという課題も有していた。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、アクチュエータの厚みを増すことなく不要振動を抑制すると共に、素子の磁束密度分布を均一にして、アクチュエータの線形性を改善することを目的とするものである。

前記目的を達成するために本発明は、特に、可動部とこの可動部と同一平面上の外周に配置した上部ヨークとの間にある空隙に弾性体を設けるとともに、コイル外周に磁石を設けた構成を有する。

本発明の磁歪アクチュエータは、可動部と上部ヨーク間の空隙へ弾性体を配置することで、従来例の様にクッションを磁歪アクチュエータの厚み方向に設置することなく、不要振動を抑制することができるという効果を奏すると共に、空隙が弾性体にて封止されるため水滴や異物などが内部に進入することを防いでいる。また、磁歪素子の長さと等しい厚みを有した円筒形状を有する磁石を用いてバイアス磁界を与えるため、磁石から発生した磁束が磁歪素子全体を通過し、良好な線形性とエネルギー効率を得られるという効果も奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態を図１から図７を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における磁歪アクチュエータの構造断面図である。

同図において１２は磁歪素子であり、１３はこの磁歪素子１２の長さと等しい厚みを有した円筒形状の磁石であり、この磁石１３が前記磁歪素子１２及びコイル１４を巻回したボビン１５の周囲に配置され前記磁歪素子１２へバイアス磁界を供給している。

また、１６は前記磁歪素子１２の上端と接合され前記磁歪素子１２の変位を外部へ伝達する可動部、１７は上端が前記磁石１３の上端と接合された上部ヨーク、１８は前記磁歪素子１２及び磁石１３の下端に接合した下部ヨークである。前記可動部１６の外周側面上側及び上部ヨーク１７の内周側面上側にそれぞれトリミング加工を施すことにより両者間に空隙が形成され、この空隙に弾力性のある接着剤１９が充填されている。

ここで、前記可動部１６と上部ヨーク１７を同一平面上に配置することによりアクチュエータの薄型化が可能となると共に、前記可動部１６と前記上部ヨーク１７の間にある空隙を接着剤１９によって封止するため水滴や異物などが内部に進入して生じる製品劣化を防止することも可能になっている。

以上のように構成された磁歪アクチュエータについて以下にその動作を説明する。

磁歪素子１２が前記コイル１４から発生した磁界により磁歪変位を生じ、その変位に追従して前記可動部１６が振動するが、この可動部の外周には弾力性を有する前記接着剤１９が構成されているため不要振動を抑制し性能を安定させることができる。

さらに前記磁石１３の厚みを前記磁歪素子１２の厚みと等しくすることで、磁歪素子１２の材質が低透磁率の場合でもコイル１４の中心、すなわち磁歪素子１２の中心に磁束が収束するような閉磁気回路を形成することができ、前記磁歪素子１２全体に効率よく磁束を通過させることにより磁歪素子１２内部の磁束密度のバラツキを抑え、良好なアクチュエータの線形特性を得ることが可能となっている。

なお、本実施の形態において、前記可動部１６と、前記上部ヨーク１７間の空隙に充填する接着剤としては、シリコンゴム系接着剤を始めとした未反応時に粘性をある程度有し、反応後はある程度の弾力性を有する接着剤が適している。その際、前記可動部１６と前記上部ヨーク１７にそれぞれ施されたトリミング加工により、接着剤充填の作業性向上が図れると共に、接着剤自身の粘性により所望の箇所以外への接着剤の広がりを防ぐことが可能となる。

また、前記磁歪素子１２は圧縮荷重をかけることで透磁率が変化すると共に磁界に対する変位特性も変化するという性質を有するため、アクチュエータ内部に最適な荷重を付加する構造を設けたり、アクチュエータの自重により荷重を付加したりする方法も考えられるが、本発明では外部より荷重を加えることを前提としているため、アクチュエータ内部に荷重を付加する構造を設ける必要がないためアクチュエータの厚みも増大しない。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における磁歪アクチュエータの構造断面図であり、実施の形態１と同一部分については同一番号を省略して説明する。

同図２において、実施の形態１と相違する点は、可動部１６ａの外周部側面と、上部ヨーク１７ａの内周側面それぞれの側面もしくはどちらかの側面に溝を設け、この溝にシリコンゴムのような弾力性のあるオーリング２０が挿入されている点である。

この構成により前記可動部１６ａの位置を安定して保持することができると共に、前記オーリング２０が制動体として働き、不要振動を抑制することが可能となる。さらに、前記オーリング２０の材質を適切に選択することで制振性を制御することができ、被振動体の物性の違いに適応させた性能調整を行うことも可能となる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における、磁歪アクチュエータの構造断面図であり、実施の形態１と同一部分については同一番号を省略して説明する。

同図において、実施の形態１、実施の形態２と相違する点は、可動部１６ｂの外周側面下側にフランジを設けたことと、上部ヨーク１７ｂの内周側面上側にフランジを設けたことによって形成される空間内に、弾力性のある接着剤１９ｂが充填されている点である。

ここで、これらのフランジの構成においては可動部１６ｂと上部ヨーク１７ｂのどちらかに形成されていれば上述の形態と同じ機能となるのは明らかである。

また、この構成により、前記可動部１６ｂと前記上部ヨーク１７ｂ間に充填される接着剤の量を増やすことができ機器の強度をより高めることが可能となる。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における、磁歪アクチュエータの構造断面図であり、実施の形態１と同一部分については同一番号を省略して説明する。

同図において、実施の形態１と相違する点は、可動部１６ｃの上端に、この可動部１６ｃとは異なる物性値を有する振動伝達部材２１を接合した点である。

この構成により、パネルスピーカ等の音響用途で使用する際、被振動体であるパネルの材質やサイズ等の条件差により前記振動伝達部材２１を適宜選択することで、被振動体に適合した音声再生をすることが可能となる。

なお、前記振動伝達部材２１の材質については、アルミ、樹脂、ゴム等の非磁性体であることが望ましい。

ここで、本実施の形態は実施の形態１に対して上述の相違点のみを説明しているが、実施の形態２及び実施の形態３の磁歪アクチュエータにおいても上述の相違点のみを変更することができ、上述同様の機能が追加できる。

（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５における、磁歪アクチュエータの構造断面図であり、実施の形態１と同一部分については同一番号を省略して説明する。

同図において、実施の形態１と相違する点は、可動部１６ｄの底面に凹部２２と下部ヨーク１８ｄ上面に凹部２３を磁歪素子１２ｄの形状に合わせて形成している点である。

この構成により、機器の薄型化が図れると共に、前記磁歪素子１２ｄと前記可動部１６ｄ、前記下部ヨーク１８ｄとの位置合わせが容易となる。

ここで、本実施の形態は実施の形態１に対して上述の相違点のみ説明しているが、実施の形態２、実施の形態３、実施の形態４の磁歪アクチュエータにおいても上述の相違点のみを変更することができ、上述同様の機能が追加できる。

（実施の形態６）
図６は、本発明の実施の形態６における、磁歪アクチュエータの構造断面図であり、実施の形態１と同一部分については同一番号を省略して説明する。

同図において、実施の形態１と相違する点は、前記磁歪素子１２ｅが、ボビン１５ｅと一体にインサート成型されて構成している点である。

この構成により、アクチュエータの組み立て工数を削減できると共に、磁歪素子１２ｅがボビン１５ｅと接触することで発生する異常音を防ぐことが可能となる。

ここで、本実施の形態は実施の形態１に対して上述の相違点のみ説明しているが、実施の形態２から実施の形態５の磁歪アクチュエータにおいても上述の相違点のみを変更することができ、上述同様の機能が追加できる。

（実施の形態７）
図７は、本発明の実施の形態７における、磁歪アクチュエータの構造断面図であり、実施の形態１と同一部分については同一番号を省略して説明する。

同図において、実施の形態１〜実施の形態６と相違する点は、アクチュエータ全体が樹脂２４で封止されている点である。

この構成によりアクチュエータ自身の防水性、耐塵性を始めとした耐久性が向上し、使用場所を選ばずに音楽を楽しむことができると共に、車や家電といった過酷な状況に晒される機器に音声ガイダンス機能を付加することが可能となる。

なお、封止する樹脂の材質としては、耐熱性に優れ、ある程度の柔軟性を備えたＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）等の樹脂が適している。

ここで、本実施の形態は実施の形態１に対して上述の相違点のみ説明しているが、実施の形態２から実施の形態６の磁歪アクチュエータにおいても上述の相違点のみを変更することができ、上述同様の機能が追加できる。

本発明による磁歪アクチュエータは機器自身の薄型化と優れた線形性とを実現できるため、省スペース空間への設置が容易になり、パネルスピーカ等の音響用途として有用であると共にテレビ等のＡＶ機器に搭載される音響機器としても有用である。

本発明の実施の形態１における磁歪アクチュエータの構造断面図本発明の実施の形態２における磁歪アクチュエータの構造断面図本発明の実施の形態３における磁歪アクチュエータの構造断面図本発明の実施の形態４における磁歪アクチュエータの構造断面図本発明の実施の形態５における磁歪アクチュエータの構造断面図本発明の実施の形態６における磁歪アクチュエータの構造断面図本発明の実施の形態７における磁歪アクチュエータの構造断面図従来の磁歪アクチュエータの例を示す構造断面図

符号の説明

１２、１２ｄ、１２ｅ磁歪素子
１３磁石
１４コイル
１５、１５ｅボビン
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ可動部
１７、１７ａ、１７ｂ上部ヨーク
１８、１８ｄ下部ヨーク
１９、１９ｂ接着剤
２０オーリング
２１振動伝達部材
２２可動部凹部
２３下部ヨーク凹部

Claims

磁歪素子と、この磁歪素子の上端に固定され磁歪素子の磁歪変位に追従して変位する可動部と、前記磁歪素子の周囲に配置するボビン及びこのボビンに巻回されたコイルと、このコイルの周囲に配置する磁石と、この磁石下端と前記磁歪素子の下端とを結合されるように配置する下部ヨーク、前記磁石の上端に結合され前記可動部の外周に且つ前記可動部とほぼ同一平面上に配置する上部ヨークとを有し前記磁石の磁束を前記磁歪素子へ導く閉磁気回路を構成した磁歪アクチュエータにおいて、前記可動部の外周部上面と上部ヨーク内周部上面にそれぞれ切り欠き部を設け、その切り欠き部に弾力性のある接着剤を充填してなる磁歪アクチュエータ。
前記可動部の外周側面と、前記上部ヨークの内周側面にそれぞれ溝を設け、この溝に弾力性のあるオーリングを挿入した請求項１に記載の磁歪アクチュエータ。
前記可動部の外周側面と、前記上部ヨークの内周側面との間の空隙部に前記接着剤を充填し、この接着剤を一定の位置に配置するために前記可動部の外周もしくは前記上部ヨークの内周のどちらかに上記接着剤を上下に挟み込むようなフランジを形成した請求項１に記載の磁歪アクチュエータ。
前記磁石が円筒形状を成し且つ前記磁歪素子と等しい厚みである請求項１から請求項３のいずれか記載の磁歪アクチュエータ。
前記磁歪素子の形状に合わせて前記可動部底面と下部ヨーク上面のどちらか一端もしくは両端に凹みを持たせた請求項１から請求項３のいずれか記載の磁歪アクチュエータ。
前記可動部先端に前記可動部材とは異なる物性を有する振動伝達部材を接合した請求項１から請求項５のいずれか記載の磁歪アクチュエータ。
前記磁歪素子が樹脂製のボビンにインサート成型された請求項１から請求項６のいずれか記載の磁歪アクチュエータ。
外周面全体を樹脂などの封止剤にて密閉した請求項１から請求項７のいずれか記載の磁歪アクチュエータ。