JP2006238575A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができるアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ１０は、正超磁歪素子を有してなり、被駆動体１２の駆動面１２Ａに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド１４と、この駆動ロッド１４の外周を囲むように配設され、駆動ロッド１４の軸方向に磁界を印加するための駆動コイル１６と、駆動ロッド１４の軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石１８と、駆動ロッド１４の軸方向の変位を被駆動体１２に伝達するための変位伝達部材２０と、を有して構成されており、駆動ロッド１４の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材２０によって挟まれた状態で支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、正超磁歪素子又はスタック型圧電素子を用いたアクチュエータに関する。

従来、図１３に示されるような磁歪アクチュエータを適用したスピーカＳＰが種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この従来公知のスピーカＳＰは、超磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータ１と、この磁歪アクチュエータ１の軸方向に対して略垂直に配置され、磁歪アクチュエータ１に取付円板２Ａを介して固着された振動板２と、を備えている。

磁歪アクチュエータ１は、一端が固定端３Ａとされ、且つ、他端が自由端３Ｂとされた超磁歪ロッド３に、可動ヨーク４及びアクチュエータロッド５が一体的に連結されてなる駆動ロッド６と、この駆動ロッド６の超磁歪ロッド３に軸方向の磁界を印加する磁界発生コイル７と、によって構成されている。

このスピーカＳＰでは、磁界発生コイル７に信号に応じた駆動電流が供給されると、駆動電流によって磁界発生コイル７の発生する磁界が変化する。そして、この磁界の変化に伴って超磁歪ロッド３が軸方向に変位（伸縮）し、自由端３Ｂが振動する。その結果、この振動が可動ヨーク４及びアクチュエータロッド５を介して振動板２に伝達され、振動板２から音声が出力されるようになっている。

特開平１０−１４５８９２号公報

しかしながら、この従来公知のスピーカＳＰにおいては、磁歪アクチュエータ１を振動板（被駆動体）２に対して直交するように配置する必要がある上に、駆動ロッド６の軸長分だけ奥行きが必要なため、装置が大型化し易く、スピーカＳＰの薄型化には限界があった。

しかも、スピーカＳＰの出力を高めるためには、超磁歪ロッド３の軸長を長くすることによって、その変位量を増大させる必要があり、益々、装置のコンパクト化が困難になってしまうといった問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができるアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の発明者は、鋭意研究の結果、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができるアクチュエータを見出した。

即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。

（１）正超磁歪素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドの外周を囲むように配設され、前記駆動ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記駆動ロッドの軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることを特徴とするアクチュエータ。

（２）前記バイアス磁石は、前記正超磁歪素子に対して同軸的に直列に配設され、前記駆動ロッドの一部を構成していることを特徴とする前記（１）記載のアクチュエータ。

（３）前記バイアス磁石は、前記駆動ロッド及び前記駆動コイルの外周を囲むように配設されていることを特徴とする前記（１）記載のアクチュエータ。

（４）前記駆動ロッドの軸方向に予荷重を印加するための予荷重手段を更に備えたことを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載のアクチュエータ。

（５）前記予荷重手段は、前記予荷重を調整可能に構成されていることを特徴とする前記（４）記載のアクチュエータ。

（６）スタック型圧電素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドに電圧を印加するための電圧印加手段と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることを特徴とするアクチュエータ。

（７）前記変位伝達部材は、断面略Ｌ字形状のＬ字部材からなることを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれかに記載のアクチュエータ。

（８）前記Ｌ字部材は、該Ｌ字部材を構成する２面を連結する支持部材を更に備えていることを特徴とする前記（７）記載のアクチュエータ。

（９）前記変位伝達部材は、板状部材からなることを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれかに記載のアクチュエータ。

（１０）前記変位伝達部材は、前記被駆動体の一部からなることを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれかに記載のアクチュエータ。

（１１)前記変位伝達部材は、前記被駆動体の一部を折り曲げ加工してなる板状体からなることを特徴とする前記（１０）記載のアクチュエータ。

（１２）一対の前記板状体は前記駆動ロッドの軸方向長さよりも短い間隔で配設され、且つ、前記各板状体には前記駆動ロッドの端部を収容可能な凹部が形成され、前記駆動ロッドは前記一対の板状体の間に圧入されていることを特徴とする前記（１１）記載のアクチュエータ。

（１３）前記変位伝達部材は、前記被駆動体の前記駆動面に一体的に形成された凸部からなることを特徴とする前記（１０）記載のアクチュエータ。

本発明に係るアクチュエータは、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができるという優れた効果を有する。

本発明に係るアクチュエータは、超磁歪素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドの外周を囲むように配設され、前記駆動ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記駆動ロッドの軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることによって、上記課題を解決したものである。

又、本発明に係るアクチュエータは、スタック型圧電素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドに電圧を印加するための電圧印加手段と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることによって、上記同様の課題を解決したものである。

以下、図面を用いて、本発明の実施例１〜６に係るアクチュエータについて詳細に説明する。

まず最初に、図１及び図２を用いて、本発明の実施例１に係るアクチュエータ１０について説明する。なお、図１は本実施例１に係るアクチュエータ１０の略示平面図を、又、図２は図１におけるII−II線に沿う略示側断面図をそれぞれ示したものである。

図１及び図２に示されるように、本実施例１に係るアクチュエータ１０は、被駆動体１２の駆動面１２Ａに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド１４と、この駆動ロッド１４の外周を囲むように配設された駆動コイル１６と、駆動ロッド１４の軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石１８と、駆動ロッド１４の軸方向の変位を被駆動体１２に伝達するための変位伝達部材２０と、を有して構成されている。

駆動ロッド１４は、本実施例１では、２つの略円柱形状の正超磁歪部材２２と、この正超磁歪部材２２に対して同軸的に配設された３つの略円板形状のバイアス磁石１８と、によって構成され、これら正超磁歪部材２２及びバイアス磁石１８は軸方向で接着され、一体化されている。

この駆動ロッド１４の正超磁歪部材２２は、正超磁歪素子を材料として用いている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素及び／又は特定の遷移金属（例えば、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｆｅ（鉄））などを主成分とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、「正超磁歪素子」は、外部から磁界が印加されると磁界方向に伸長する性質を有している。

バイアス磁石１８は、例えばフェライト磁石によって構成され、正超磁歪部材２２の軸方向（長さ方向）に所定の静的磁界（バイアス磁界）を印加する。

駆動コイル１６は、交流電源２１から供給される電流を駆動源として駆動ロッド１４の軸方向に磁界を印加可能である。

変位伝達部材２０は、本実施例１では、断面略Ｌ字形状のＬ字部材によって構成されている。変位伝達部材２０における第１の面２０Ａは、それぞれ被駆動体１２にボルト２４によって固定されている。一方、変位伝達部材２０における第２の面２０Ｂは、互いに対向して配置され、駆動ロッド１４の軸方向両端部を挟んだ状態で２組のボルト２６及びナット２８によって固定されている。即ち、駆動ロッド１４の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材２０によって挟まれた状態で支持されている。

なお、これら変位伝達部材２０、ボルト２６及びナット２８は、駆動ロッド１４の軸方向に予荷重を印加するための予荷重手段としても機能しており、ボルト２６及びナット２８の締結力を調整することによって駆動ロッド１４に印加する予加重を調整可能な構成となっている。

次に、本実施例１に係るアクチュエータ１０の作用について説明する。

駆動コイル１６に所定周波数の交流電流が入力されると、この交流電流に応じて駆動ロッド１４に軸方向の磁界が印加される。磁界が印加された駆動ロッド１４は、磁歪効果によって軸方向に伸縮（変位）し、この伸縮が変位伝達部材２０を介して被駆動体１２に伝達され、被駆動体１２が駆動される。

本実施例１に係るアクチュエータ１０によれば、正超磁歪素子を有してなり、被駆動体１２の駆動面１２Ａに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド１４と、この駆動ロッド１４の外周を囲むように配設され、駆動ロッド１４の軸方向に磁界を印加するための駆動コイル１６と、駆動ロッド１４の軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石１８と、駆動ロッド１４の軸方向の変位を被駆動体１２に伝達するための変位伝達部材２０と、を含み、駆動ロッド１４の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材２０によって挟まれた状態で支持されているため、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができる。

特に、バイアス磁石１８は、正超磁歪素子に対して同軸的に直列に配設され、駆動ロッド１４の一部を構成しているため、更なるコンパクト化、省スペース化を実現することができる。

又、駆動ロッド１４の軸方向に予荷重を印加するための予荷重手段（本実施例１では、変位伝達部材２０、ボルト２６及びナット２８）を更に備えたため、駆動ロッド１４の変位量を増大させることができる。なお、本発明に係る予荷重手段は、ボルト及びナットに限定されるものではなく、例えば、バネなどを用いて駆動ロッド１４を支持してもよい。

更に、予荷重手段は、予荷重を調整可能に構成されているため、駆動ロッド１４の変位特性を使用用途に合わせて最適化することが可能である。

又、変位伝達部材２０は、断面略Ｌ字形状のＬ字部材からなるため、被駆動体１２への取り付け強度を確保しつつ、駆動ロッド１４の変位を被駆動体１２に確実に伝達することができる。

次に、図３を用いて、本発明の実施例２に係るアクチュエータについて説明する。

図３は本実施例２に係るアクチュエータ４０の略示側断面図を示したものであり、上記図２に相当するものである。

このアクチュエータ４０は、上記実施例１に係るアクチュエータ１０の駆動ロッド１４に代えて、略円柱形状の正超磁歪部材のみからなる駆動ロッド４２と、この駆動ロッド４２及び駆動コイル１６の外周を囲むように配設された略円筒形状からなるバイアス磁石４４と、を備えている。なお、上記実施例１に係るアクチュエータ１０と同一の部分については図中において同じ符号を付すと共に、その説明を省略する（以下の実施例についても同様）。

本実施例２に係るアクチュエータ４０によれば、バイアス磁石４４が駆動ロッド４２及び駆動コイル１６の外周を囲むように配設されているため、上記実施例１に係るアクチュエータ１０に比べ、バイアス磁界をより一層効率的に駆動ロッド４２に印加することができ、駆動ロッド４２の変位量を増大させることができる。

次に、図４を用いて、本発明の実施例３に係るアクチュエータについて説明する。

図４は本実施例３に係るアクチュエータ５０の略示側断面図を示したものであり、上記図２に相当するものである。

このアクチュエータ５０は、上記実施例１に係るアクチュエータ１０に加えて、変位伝達部材２０を構成する２面２０Ａ、２０Ｂを連結する支持部材５２を備えたものである。

本実施例３に係るアクチュエータ５０によれば、変位伝達部材２０がＬ字部材を構成する２面２０Ａ、２０Ｂを連結する支持部材５２を更に備えているため、上記実施例１に係るアクチュエータ１０に比べ、強度を高めることができる上に、駆動ロッド１４の変位をより効率的に被駆動体１２に伝達することができる。

なお、本実施例３では、変位伝達部材２０とサポート部材５２を別体としたが、本発明に係る変位伝達部材はこれに限定されるものではなく、例えば、変位伝達部材２０とサポート部材５２を一体的に形成してもよく、この場合、強度を更に高めることができる。

次に、図５及び図６を用いて、本発明の実施例４に係るアクチュエータについて説明する。

図５は本実施例４に係るアクチュエータ６０の略示側断面図を示したものであり、上記図２に相当するものである。

このアクチュエータ６０は、上記実施例１に係るアクチュエータ１０の変位伝達部材２０に代えて、板状部材からなる変位伝達部材６２を備えている。

本実施例４に係るアクチュエータ６０によれば、変位伝達部材６２が板状部材からなるため、上記実施例１に係るアクチュエータ１０に比べ、駆動ロッド１４の軸方向のコンパクト化を図ることができる。

なお、図６に示されるアクチュエータ６５のように、上記実施例２に係るアクチュエータ４０の変位伝達部材２０に代えて、本実施例４に係る変位伝達部材６２を適用しても同様の効果を得ることができる。

次に、図７〜図１０を用いて、本発明の実施例５に係るアクチュエータについて説明する。

図７は本実施例５に係るアクチュエータ７０の略示斜視図を示したものである。なお、説明の都合上、図７においては駆動コイルの図示を省略している。

このアクチュエータ７０は、略円筒形状の駆動ロッド７２と、この駆動ロッド７２の外周を囲むように配設された駆動コイル（図示省略）と、駆動ロッド７２の軸方向の変位を被駆動体１２に伝達するための変位伝達部材１２Ｂと、を有して構成されている。

駆動ロッド７２は、本実施例５では、２つの略円筒形状の正超磁歪部材７４と、この正超磁歪部材７４に対して同軸的に配設された３つの略円筒形状のバイアス磁石７６と、によって構成され、これら正超磁歪部材７４及びバイアス磁石７６は軸方向で接着され、一体化されている。又、この駆動ロッド７２の内側空間内にはボルト７８が貫通されており、駆動ロッド７２の軸方向両端部はボルト７４及びナット（図示省略）によって変位伝達部材１２Ｂに固定されている。

変位伝達部材１２Ｂは、被駆動体１２の一部を折り曲げ加工してなる一対の板状体によって構成されている。

本実施例５に係るアクチュエータ７０によれば、変位伝達部材１２Ｂが被駆動体１２の一部からなるため、部品点数の削減や低コスト化が実現可能である。

特に、変位伝達部材１２Ｂは、被駆動体１２の一部を折り曲げ加工してなる一対の板状体からなるため、製造が容易である。

なお、本実施例５に係る変位伝達部材１２Ｂは、図８に示されるように、被駆動体１２の一部を本実施例５とは逆方向に折り曲げ加工して形成してもよい。

又、図９（Ａ）に示されるように、一対の板状体１２Ｂを駆動ロッド７２の軸方向長さよりも短い間隔で配設すると共に、板状体１２Ｂに駆動ロッド７２の端部を収容可能な凹部１２Ｂ１を形成し、図９（Ｂ）に示されるように、駆動ロッド７２を一対の板状体１２Ｂの間に圧入して、図１０に示されるようなアクチュエータ８０を構成してもよい。このアクチュエータ８０によれば、駆動コイル７２の取り付けや取り外しが容易である。

次に、図１１を用いて、本発明の実施例６に係るアクチュエータについて説明する。

図１１は本実施例６に係るアクチュエータ９０の略示斜視図を示したものである。なお、説明の都合上、図１１においては駆動コイルの図示を省略している。

このアクチュエータ９０は、上記実施例５に係るアクチュエータ７０の変位伝達部材１２Ｂに代えて、被駆動体１２の駆動面１２Ａに一体的に形成された凸部からなる変位伝達部材１２Ｃを備えたものである。なお、変位伝達部材１２Ｃは、例えば、スピニング加工（へら絞り加工）によって形成することができる。

本実施例６に係るアクチュエータ９０によれば、変位伝達部材１２Ｃが被駆動体１２の駆動面１２Ａに一体的に成形された凸部からなるため、上記実施例５に係るアクチュエータ７０に比べ、強度を高めることができる上に、外観を良くすることができる。

次に、図１２を用いて、本発明の実施例７に係るアクチュエータについて説明する。

図１２は本実施例７に係るアクチュエータ１００の略示平面図を示したものであり、上記図１に相当するものである。

このアクチュエータ１００は、上記実施例１に係るアクチュエータ１０の駆動ロッド１４及び駆動コイル１６に代えて、スタック型（積層）圧電素子を有してなり、被駆動体１２の駆動面１２Ａに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド１０２と、この駆動ロッド１０２に電圧を印加するための電圧印加手段１０４を備えている。

このアクチュエータ１００では、電圧印加手段１０４から駆動ロッド１０２に所定の電圧が印加されると、駆動ロッド１０２が圧電効果によって軸方向に伸縮（変位）し、この伸縮が変位伝達部材２０を介して被駆動体１２に伝達され、被駆動体１２が駆動される。

本実施例７に係るアクチュエータ１００によれば、スタック型圧電素子を有してなり、被駆動体１２の駆動面１２Ａに対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッド１０２と、この駆動ロッド１０２に電圧を印加するための電圧印加手段１０４と、駆動ロッド１０２の軸方向の変位を被駆動体１２に伝達するための変位伝達部材２０と、を含み、駆動ロッド１０２の軸方向両端部は、一対の変位伝達部材２０によって挟まれた状態で支持されているため、上記実施例１に係るアクチュエータ１０と同様に、コンパクト化や省スペース化を実現しながら、同時に、大きな変位量を得ることができる。

本発明に係るアクチュエータは、例えば、スピーカの振動子等に適用することができる。

本発明の実施例１に係るアクチュエータの略示平面図 図１におけるII−II線に沿う略示側断面図 本発明の実施例２に係るアクチュエータの略示側断面図 本発明の実施例３に係るアクチュエータの略示側断面図 本発明の実施例４に係るアクチュエータの略示側断面図 本実施例２に係るアクチュエータの変位伝達部材に板状部材を適用した例を示す略示側断面図 本発明の実施例５に係るアクチュエータの略示斜視図 本実施例５に係るアクチュエータの変位伝達部材の他の加工例を示す略示斜視図 （Ａ）本実施例５に係るアクチュエータの変位伝達部材に形成した凹部を示す略示側面図、（Ｂ）変位伝達部材の凹部に駆動ロッドを圧入した様子を示す略示側面図 本実施例５に係るアクチュエータの変位伝達部材に駆動ロッドを圧入して固定した例を示す略示斜視図 本発明の実施例６に係るアクチュエータの略示斜視図 本発明の実施例７に係るアクチュエータの略示平面図 従来の磁歪アクチュエータを適用したスピーカの略示側断面図

符号の説明

１０、４０、５０、６０、６５、７０、８０、９０、１００…アクチュエータ
１２…被駆動体
１４、４２、７２、１０２…駆動ロッド
１６…駆動コイル
１８、４４、７６…バイアス磁石
１２Ｂ、２０、６２…変位伝達部材
２１…交流電源
２２、７４…正超磁歪部材
２４、２６、７８…ボルト
２８…ナット
５２…支持部材
１０４…電圧印加手段

Claims (13)

1. 正超磁歪素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドの外周を囲むように配設され、前記駆動ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記駆動ロッドの軸方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁石と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１において、
   前記バイアス磁石は、前記正超磁歪素子に対して同軸的に直列に配設され、前記駆動ロッドの一部を構成していることを特徴とするアクチュエータ。
3. 請求項１において、
   前記バイアス磁石は、前記駆動ロッド及び前記駆動コイルの外周を囲むように配設されていることを特徴とするアクチュエータ。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記駆動ロッドの軸方向に予荷重を印加するための予荷重手段を更に備えたことを特徴とするアクチュエータ。
5. 請求項４において、
   前記予荷重手段は、前記予荷重を調整可能に構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
6. スタック型圧電素子を有してなり、被駆動体の駆動面に対して略平行に配設された略棒状の駆動ロッドと、該駆動ロッドに電圧を印加するための電圧印加手段と、前記駆動ロッドの軸方向の変位を前記被駆動体に伝達するための変位伝達部材と、を含み、前記駆動ロッドの軸方向両端部は、一対の前記変位伝達部材によって挟まれた状態で支持されていることを特徴とするアクチュエータ。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記変位伝達部材は、断面略Ｌ字形状のＬ字部材からなることを特徴とするアクチュエータ。
8. 請求項７において、
   前記Ｌ字部材は、該Ｌ字部材を構成する２面を連結する支持部材を更に備えていることを特徴とするアクチュエータ。
9. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記変位伝達部材は、板状部材からなることを特徴とするアクチュエータ。
10. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
    前記変位伝達部材は、前記被駆動体の一部からなることを特徴とするアクチュエータ。
11. 請求項１０において、
    前記変位伝達部材は、前記被駆動体の一部を折り曲げ加工してなる板状体からなることを特徴とするアクチュエータ。
12. 請求項１１において、
    一対の前記板状体は前記駆動ロッドの軸方向長さよりも短い間隔で配設され、且つ、前記各板状体には前記駆動ロッドの端部を収容可能な凹部が形成され、前記駆動ロッドは前記一対の板状体の間に圧入されていることを特徴とするアクチュエータ。
13. 請求項１０において、
    前記変位伝達部材は、前記被駆動体の前記駆動面に一体的に形成された凸部からなることを特徴とするアクチュエータ。

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