特開 2023-141851 電気機械変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023141851

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】電気機械変換器

(51)【国際特許分類】

   H04R 11/02 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

H04R11/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022048387

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000115636

【氏名又は名称】リオン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120592

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 崇裕

(74)【代理人】

【識別番号】100192223

【弁理士】

【氏名又は名称】加久田 典子

(72)【発明者】

【氏名】岩倉 行志

【テーマコード（参考）】

5D021

【Ｆターム（参考）】

5D021AA04

5D021AA11

(57)【要約】

【課題】アーマチュアの構造部に対する意図しない運動を抑制する技術の提供。
【解決手段】電気機械変換器１００は、１対のヨーク１１０、４対の磁石１２０、４つのコイル１３０等が一体的に配置された構造部と、その内部空間を貫くアーマチュア１４０と、構造部とアーマチュア１４０との間に配置される１対のバネ１５０等で構成される。コイル１３０に交流電流を流すと、アーマチュア１４０は磁気力とバネ１５０の復元力とを受けて、構造部に対し上下に交互に変位して振動し、構造部との間に駆動力を発生する。この駆動力は、上下で対をなす４対の磁石１２０とアーマチュア１４０とが対向する４か所に作用するため、磁石が２対配置されてこれらの磁石とアーマチュアとが対向する２か所に駆動力が作用する従来構造における場合よりも、アーマチュアの上下の面に垂直な方向への並進運動を安定させて、アーマチュアと構造部との間での意図しない運動を抑制できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも、２を超える数の対をなす磁石と前記磁石による磁束を導くヨークとが一体的に配置されて内部に貫通可能な空間を有した構造部と、
空芯のコイルと、
前記構造部の内部空間を貫通し、中央部から外方に突出した複数の腕部が前記対をなす磁石に空隙をおいて挟まれたアーマチュアと、
前記アーマチュアを挟んで対をなし、各々が前記構造部と前記アーマチュアとに接合した弾性部材と
を備えた電気機械変換器。

【請求項2】

請求項１に記載の電気機械変換器において、
前記磁石は、
偶数の対をなしており、隣接する対の磁化の向きが相互に逆向きになるように配置されていることを特徴とする電気機械変換器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電気機械変換器において、
前記弾性部材は、
前記中央部を挟んで１対配置されていることを特徴とする電気機械変換器。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の電気機械変換器において、
前記弾性部材は、
複数対配置されており、各対が前記複数の腕部を１つずつ挟んで配置されていることを特徴とする電気機械変換器。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の電気機械変換器において、
前記コイルは、
前記構造部と一体的に複数個配置されていることを特徴とする電気機械変換器。

【請求項6】

請求項１から４のいずれかに記載の電気機械変換器において、
前記コイルは、
複数個配置されており、各コイルはその空芯部を貫通した前記腕部に固定されていることを特徴とする電気機械変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気信号を機械振動に変換する電気機械変換器に関し、特に、いわゆるバランスドアーマチュア型の電気機械変換器のうち、アーマチュアに接合するバネの復元力を利用する構造を有した電気機械変換器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の電気機械変換器においては、板バネの復元力を利用していた。例えば、ヨーク、磁石、コイルが一体的に配置された構造部とアーマチュアとの間に１対の板バネが配置されたもの（特許文献１，２を参照。）や、２対の板バネが配置されたもの（特許文献３を参照。）が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１７９９４８号公報

【特許文献2】特開２０１８－１８６３７８号公報

【特許文献3】特開２０１５－１３９０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した各先行技術においては、略矩形形状をなすアーマチュアが２か所でそれぞれ対をなす２対の磁石に空隙を置いて挟まれており、これら２か所でアーマチュアの面に垂直な方向の駆動力が発生し、これに伴ってアーマチュアは構造部に対して（アーマチュアと構造部とが相対的に）、アーマチュアの面に垂直な方向に変位する。この方向への並進的な変位が意図した運動であるが、実際には、アーマチュアの面に平行な２つの軸回りの回転運動等の意図しない運動も発生しうる。そして、特に大きな出力を要する場合には、意図しない運動が無視できなくなる。

【0005】

本発明は、これらの課題を鑑みてなされたものであり、アーマチュアの構造部に対する意図しない運動を抑制する技術の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、本発明は以下の電気機械変換器を採用する。なお、以下の括弧書中の文言はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。

【0007】

本発明の電気機械変換器は、少なくとも、２を超える数の対をなす磁石と磁石による磁束を導くヨークとが一体的に配置されて内部に貫通可能な空間を有した構造部と、空芯のコイルと、構造部の内部空間を貫通し、中央部から外方に突出した複数の腕部が対をなす磁石に空隙をおいて挟まれたアーマチュアと、アーマチュアを挟んで対をなし、各々が構造部とアーマチュアとに接合した弾性部材とを備えている。

【0008】

この態様の電気機械変換器においては、２を超える数の対をなす磁石がアーマチュアの複数の腕部を挟むように配置されるとともに、対をなす弾性部材（例えば、コイルバネや板バネ）がアーマチュアを挟んで配置されるため、コイルに交流電流を流すと、アーマチュアは磁気力と弾性部材の復元力を受けて構造部に対して振動し、アーマチュアと構造部との間に生じる駆動力が２を超える複数の箇所に作用する。

【0009】

したがって、この態様の電気機械変換器によれば、磁石が２対配置されて駆動力が２か所に作用する従来構造と比較して、アーマチュアの面に垂直な方向への並進運動を安定させることができ、アーマチュアの構造部に対する運動方向のブレ（変動）を低減することができ、質の良い振動を発生させることができる。

【0010】

好ましくは、上記の電気機械変換器において、磁石は、偶数の対をなしており、隣接する対の磁化の向きが相互に逆向きになるように配置されている。

【0011】

この態様の電気機械変換器によれば、磁石は２を超える偶数の対、すなわち４以上の偶数の対をなしており、隣接する対の磁石の磁化の向きが相互に逆向きになるように配置されているため、効率のよい最短の磁路を形成することができるとともに、アーマチュアを構造部に対してバランスよく運動させることができる。

【0012】

より好ましくは、上記の電気機械変換器において、弾性部材は、中央部を挟んで１対配置されている。

【0013】

この態様の電気機械変換器によれば、弾性部材が１対だけ配置されるため、電気機械変換器の構成部品の数を最小限にすることができ、製造コストを抑制することができる。

【0014】

或いは、上記の電気機械変換器において、弾性部材は、複数対配置されており、各対が複数の腕部を１つずつ挟んで配置されている。

【0015】

この態様の電気機械変換器によれば、弾性部材が複数対配置されるため、アーマチュアの構造部に対する変位に対し複数の箇所で復元力を与えることができ、運動方向をより安定して制御することができる。また複数の弾性部材により目標のスティフネスを得るようにすればよいので、設計の自由度が増す。

【0016】

さらに好ましくは、上記の電気機械変換器において、コイルは、構造部と一体的に複数個配置されている。

【0017】

この態様の電気機械変換器によれば、コイルが構造部と一体的に配置されているため、構造部に対して変位する側（以下、「アーマチュア側」と称する。）の質量を最小限に抑えることができ、振動の高周波数域での出力特性をより大きくすることができる。

【0018】

或いは、上記の電気機械変換器において、コイルは、複数個配置されており、各コイルがその空芯部を貫通した腕部に固定されている。

【0019】

この態様の電気機械変換器によれば、複数の各コイルがその空芯部を貫通したアーマチュアの腕部に固定されており、コイルとアーマチュアとの間に空隙がないため、コイルの巻数に対する抵抗成分を小さく抑制することができ、コイルとアーマチュアとの間に空隙がある場合よりも駆動力の発生効率を高めることができる。

【発明の効果】

【0020】

以上のように、本発明によれば、アーマチュアの構造部に対する意図しない運動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態の電気機械変換器１００を示す斜視図である。

【図2】アーマチュア１４０を示す平面図である。

【図3】電気機械変換器１００の分解斜視図である。

【図4】電気機械変換器１００の断面図（図１中のIV－IV線に沿う断面図）である。

【図5】電気機械変換器１００における磁気回路の等価回路を示す図である。

【図6】第１実施形態の変形例としての電気機械変換器２００を示す斜視図である。

【図7】第２実施形態の電気機械変換器３００を示す斜視図である。

【図8】電気機械変換器３００の分解斜視図である。

【図9】第３実施形態の電気機械変換器４００を示す斜視図である。

【図10】電気機械変換器４００を一部の部品を取り除いて示す平面図である。

【図11】第４実施形態の電気機械変換器５００を示す図である。

【図12】アーマチュア５４０を示す平面図である。

【図13】電気機械変換器４００を用いたバイブレータ６００を示す図である。

【図14】電気機械変換器１００を用いたスピーカユニット７００を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態は好ましい例示であり、本発明はこの例示に限定されるものではない。また、説明の便宜のため、構造に関する方向を各図面の紙面上の方向に沿って、上、下、左、右として示す場合がある。

【0023】

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の電気機械変換器１００を示す斜視図である。
電気機械変換器１００は、上下に略対称な構造を有しており、１対（２つ）のヨーク１１０と、１対のヨーク１１０の内側に固定される４対（８つ）の磁石１２０と、１対のヨーク１１０の内側かつ４対の各磁石に近接する位置に固定される４つの空芯のコイル１３０と、１対のヨーク１１０の外側に固定される１対（２つ）の押さえ板１６０等で一体的に構成された構造部と、構造部の内部空間を貫いて配置されるアーマチュア１４０と、構造部とアーマチュア１４０との間に配置される１対（２つ）のコイルバネ１５０等からなる。

【0024】

図２は、アーマチュア１４０を示す平面図である。
アーマチュア１４０は、略十字形の平板形状をなしており、十字の縦横が交差した中央部１４０ａと、中央部１４０ａから四方に延びた４つの腕部１４０ｂと、中央部１４０ａの中心部に穿孔された貫通孔１４０ｃと、各腕部１４０ｂの端部から幅を狭めて外方に突き出た４つの突出部１４０ｄとを有している。

【0025】

図３は、電気機械変換器１００の分解斜視図である。
ヨーク１１０は、環状の形状をなしており、中心部にコイルバネ１５０の外径より大きい略円形の貫通孔を有している。各ヨーク１１０のアーマチュア１４０側の面、すなわち電気機械変換器１００の完成状態における内側（以下、完成状態における内側又は外側を、単に「内側」又は「外側」と称する場合がある。）の面に対しては、それぞれの中心軸について略４回対称な位置に４つの磁石１２０が接着剤で固定される。また、各ヨーク１１０の外側の面に対しては、貫通孔より大きい径を有した略円板状の押さえ板１６０が貫通孔を塞ぐようにして同軸上に配置され、レーザー溶接等で固定される。

【0026】

アーマチュア１４０に対しては、先ず貫通孔１４０ｃにブッシュ１４２が配置される。ブッシュ１４２は、その軸がアーマチュア１４０の上下の各面と垂直になるように配置され、接着剤又はレーザー溶接等で固定される。ブッシュ１４２には、樹脂製の滑りブッシュやボール循環型のリニアブッシュを用いることができる。ブッシュ１４２の内周側にはシャフト１４４が通され、外周側には上下の両側から１つずつコイルバネ１５０が配置される。また、４つの腕部１４０ｂがそれぞれコイル１３０の空芯部を貫通する。

【0027】

４つのコイル１３０は、各ヨーク１１０の内側の面に対して磁石１２０より中心側の位置に接着剤で固定される。１対の押さえ板１６０は、その中心部にてシャフト１４４を挟み込み、外側からボルト１６２でシャフト１４４の各端部のネジ穴に締結され固定される。各コイルバネ１５０は、その自由長よりも圧縮された状態で、一端側がアーマチュアの中央部１４０ａに接合し、他端側が押さえ板１６０に接合する。

【0028】

電気機械変換器１００においては、アーマチュア１４０、ブッシュ１４２、コイルバネ１５０を除いた部品が一体的に構成されて構造部をなしており、そのように構成された構造部が内部に有する空間（内部空間）を貫通してアーマチュア１４０が配置されており、アーマチュア１４０が構造部に対して相対的に変位可能である。また、構造部に対するアーマチュア１４０の運動は、シャフト１４４とブッシュ１４２との間に生じうるガタつきを無視すれば、コイルバネ１５０のたわみ量の変化を伴うシャフト１４４の軸方向の運動及び軸回りの運動に限られる。

【0029】

図４は、電気機械変換器１００の垂直断面図（図１中のIV－IV線に沿う断面図）である。
図４に示されるように、電気機械変換器１００においては、１対の押さえ板１６０間の距離がシャフト１４４の長さで決定され、これにより、図４の左右に図示された２対の各磁石１２０間の空隙距離Ｄ_１，Ｄ_２が略同一となる。なお、図４においては、図示された２対の磁石における空隙距離が示されているが、図示されていない他の２対の磁石についても同様であり、４か所の空隙距離が全て略同一となる。

【0030】

４対の磁石１２０は、２対を上向きに磁化しつつ他の２対を下向きに磁化させる必要があるが、磁路は短い方がよいため、通常は隣接する対の磁化の向きが相互に逆向きになるように磁化させる。また、４つのコイル１３０は、電気的に直列接続又は並列接続され、ある向きの電流を流したときに発生する磁気力が４か所の空隙（４対の各磁石１２０間の空隙）で同じ向きになるように接続される。各コイル１３０は、アーマチュア１４０が上下に変位してもアーマチュア１４０と接触しない程度の空隙を有している。また、ヨーク１１０、磁石１２０、コイル１３０及びアーマチュア１４０と磁石１２０との間の空隙１８０は、この変換器の磁気回路を構成する。

【0031】

図５は、電気機械変換器１００における磁気回路の等価回路を示す図である。
図５中の「Ｆｍ」は、磁石１２０による起磁力を示しており、「Ｆｃ」は、コイル１３０に電流が流れたときの起磁力を示しており、「Ｒｇ」は、磁石１２０とアーマチュア１４０との間の空隙における磁気抵抗を示しており、「Ｒａ」は、アーマチュア１４０の各部における磁気抵抗を示している。また、図５中の太矢印は、磁石１２０の磁化の向きを示しており、実線矢印は、対をなす磁石１２０が作る空隙磁路における磁束の向きを示しており、破線矢印は、コイル１３０にある向きの電流が流れたときにコイルが作る磁束の向きを示している。なお、図５に示した等価回路においては、ヨークの磁気抵抗や漏洩磁路等を無視している。

【0032】

図示された磁気回路においては、磁石１２０は隣接する対の磁化の向きが相互に逆向きになるように磁化され（太矢印の向き）、４か所の空隙（アーマチュア１４０を挟んで対をなす各磁石間の空隙を１か所とした）を貫通するこれらの磁石が作る磁束は、実線矢印の向きに流れる。電気入力端子にある向きの電流を流したとき、各コイル１３０が作る磁束が破線矢印の向きに発生したとすると、図５中の上側に示されたＲｇを貫通する磁束においては、磁石１２０が作る磁束の向き（実線矢印の向き）とコイル１３０が作る磁束の向き（破線矢印の向き）とが４か所とも同じになる一方、下側に示されたＲｇを貫通する磁束においては、これらが４か所とも逆になる。その結果、上側の空隙においては磁束が増える一方、下側の空隙においては磁束が減るため、アーマチュア１４０に対して上向きの磁気力が発生し、アーマチュア１４０は構造部に対して上側に変位する。また、電気入力端子に逆向きの電流を流したときは、アーマチュア１４０に対して下向きの磁気力が発生し、アーマチュア１４０は構造部に対して下側に変位する。

【0033】

アーマチュア１４０と構造部との間に配置される２つのコイルバネ１５０は、アーマチュア１４０と構造部との間での相対的な変位に対する復元力を発生し、アーマチュア１４０が構造部に対して変位したとき、コイルバネ１５０の力は変位を戻す方向に作用する。静的には、電気入力によりアーマチュア１４０と構造部との間に作用する磁気力とコイルバネ１５０による復元力とがつり合う位置まで、アーマチュア１４０が構造部に対して変位する。コイル１３０に交流電流を流せば、アーマチュア１４０は構造部に対し交互に変位して振動する。

【0034】

アーマチュア１４０と構造部との間で生じる駆動力は、４対の磁石１２０とアーマチュア１４０とが対向する４か所、言い換えるとアーマチュア１４０の中心軸について略４回対称な位置に作用する。したがって、本実施形態の構造によれば、２対の磁石を有し、駆動力が２か所に作用する上記の特許文献１－３の構造（以下、「従来構造」と称する。）における場合よりも、アーマチュアの上下の面に垂直な方向への並進運動を安定させることができる。

【0035】

ヨーク１１０及びアーマチュア１４０は、磁気回路の一部をなすため、例えば電磁純鉄又は３％ケイ素鋼等の軟磁性材料で形成される。また、例えば、磁石１２０にはネオジム磁石が使用され、コイル１３０には自己融着銅線が使用され、シャフト１４４には黄銅又はステンレス鋼が使用され、バネ１５０にはバネ用ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１等）が使用され、押さえ板１６０にはステンレス鋼が使用される。なお、シャフト１４４及び押さえ板１６０には、非磁性の材料を使用することが望ましい。また、ブッシュ１４２についても、非磁性の材料を使用することが望ましいが、磁石１２０からある程度離れた位置に配置される場合には磁性材料を用いても構わない。本実施形態においては、２つのヨーク１１０、８つの磁石１２０、４つのコイル１３０、２つのバネ１５０、２つの押さえ板１６０は、それぞれ同じ形状・材質であるが、異なる形状・材質であっても原理的には可能である。

【0036】

コイルバネ１５０の復元力は、磁気力より大きくする必要がある。コイルバネ１５０のスティフネス（バネ定数）が大きくなると、必要な変位量を確保するためにはその長さも長くなる。このように設計されたコイルバネ１５０をアーマチュア１４０と押さえ板１６０との間に配置するには、両者間の距離が短すぎる場合もある。そのような場合には、押さえ板１６０の形状を、コイルバネ１５０を収容する空間（長さ）を大きく確保できるように成形して対応することが可能である。

【0037】

〔第１実施形態の変形例〕
図６は、第１実施形態の変形例としての電気機械変換器２００を示している。このうち（Ａ）は、電気機械変換器２００を示す斜視図であり、（Ｂ）は、その内部構造を視認可能とするために一部の部品を取り除いて示す斜視図である。

【0038】

図６中（Ａ）：電気機械変換器２００を示す斜視図である。電気機械変換器２００は、外観上は第１実施形態の電気機械変換器１００（図１）とほとんど差異がないが、コイルバネに代えて板バネが配置されている点、及び、押さえ板が板バネを配置し易い形状に形成されている点において、電気機械変換器１００と異なっている。なお、電気機械変換器２００を構成する板バネ２５０及び押さえ板２６０以外の部品は、電気機械変換器１００と同じである。電気機械変換器１００における１対（２つ）のコイルバネ１５０と同様に、電気機械変換器２００においては、１対（２つ）の板バネ２５０がアーマチュア１４０と１対（２つ）の押さえ板１６０との間に挟み込んで配置される。

【0039】

図６中（Ｂ）：電気機械変換器２００の内部構造を視認可能とするために、その一部の部品、具体的には、上側の押さえ板２６０及びヨーク２１０、アーマチュア１４０が有する手前側の２つの腕部周辺に配置された磁石１２０及びコイル１３０を取り除いて示す斜視図である。板バネ２５０は、ブッシュ１４２が貫通する孔が中心部に穿孔された底板部２５０ａと、底板部２５０ａの外周上の４か所から略同一の幅で押さえ板２６０に向かって弧を描くように延びた曲板部２５０ｂと、各曲板部２５０ｂの先端部に穿孔された孔２５０ｃとを有しており、全体として４片の花びら状の形状をなしている。また、各押さえ板２６０の内側の面には、４つの孔２５０ｃに対応して、これらの位置決め用に４つの突起２６０ａが設けられている。板バネ２５０は、底板部２５０ａの貫通孔にブッシュ１４２を通して配置されて底板部２５０ａがアーマチュア１４０に接合するとともに、４つの孔２５０ｃにそれぞれ突起２６０ａが挿入されて、曲板部２５０ｂがたわんだ状態で押さえ板２６０に接合する。

【0040】

続いて、他の様々な実施形態の電気機械変換器について説明する。他の実施形態の電気機械変換器はいずれも、上下に略対称な構造を有しており、ヨーク、磁石、空芯のコイル等で一体的に構成された構造部の内部空間を貫いてアーマチュアが配置され、構造部とアーマチュアとの間にコイルバネが配置される点や、アーマチュアが上下に変位する原理等においては、第１実施形態の電気機械変換器１００と共通するが、コイルバネや磁石の個数（対の数）が電気機械変換器１００とは特に異なっている。

【0041】

以下の説明においては、第１実施形態と共通する点についての説明を適宜省略する。また、他の実施形態の構成部品のうち、第１実施形態の構成部品と同等のものについては、その符号の下２桁以下を第１実施形態の構成部品と同じ値で表すこととする。例えば、ヨークは下２桁が「１０」の符号で表され、アーマチュアは下２桁が「４０」の符号で表され、アーマチュアが有する各腕部（特殊なものを除く）は下２桁以下が「４０ｂ」の符号で表される。

【0042】

〔第２実施形態〕
図７は、第２実施形態の電気機械変換器３００を示す斜視図である。また、図８は、電気機械変換器３００の分解斜視図である。

【0043】

電気機械変換器３００は、コイルバネが配置される位置やコイルバネが４対（８つ）配置される点において、第１実施形態の電気機械変換器１００（図１）と特に異なっている。また、これらの相違点に関連して、ヨーク、アーマチュア、押さえ板等の構成部品も形状が異なっている。

【0044】

ヨーク３１０は、略十字形の形状をなしている。各ヨーク３１０の十字をなす縦横の各端部における内側の面に対しては、４つの磁石３２０が接着剤で固定される。また、各ヨーク３１０の外側の面に対しては、略十字形の平板形状をなした押さえ板３６０がレーザー溶接等で固定される。

【0045】

アーマチュア３４０もまた、略十字形の平板形状をなしている。アーマチュア３４０は、中央部から四方に延びた４つの腕部３４０ｂと、各腕部３４０ｂの端部から幅を少し狭めてさらに外方に延びた４つの突出部３４０ｄと、各突出部３４０ｄに穿孔された貫通孔３４０ｃとを有している。各腕部３４０ｂの中央部寄りの位置を取り囲むようにしてコイル３３０が１つずつ配置された後に、各貫通孔３４０ｃにブッシュ３４２が１つずつ配置され、接着剤又はレーザー溶接等で固定される。各ブッシュ３４２の内周側にはシャフト３４４が通され、外周側には上下の両側から１つずつコイルバネ３５０が配置される。

【0046】

４つのコイル３３０は、各ヨーク３１０の内側の面に対して磁石３２０より中心側の位置に接着剤で固定される。１対の押さえ板３６０は、４つの端部で４本のシャフト１４４を挟み込み、外側からボルト３６２でシャフト３４４の各端部のネジ穴に締結され固定される。各コイルバネ３５０は、その自由長よりも圧縮された状態で、一端側がアーマチュアの突出部３４０ｄに接合し、他端側が押さえ板３６０に接合する。

【0047】

このような構造により、電気機械変換器３００の構造部においては、１対の押さえ板３６０間の距離がシャフト３４４の長さで決定され、これにより、４対の各磁石３２０間の空隙距離が略同一となる。なお、電気機械変換器３００における、４対の磁石の磁化の態様や４つのコイルの接続態様、アーマチュア３４０の構造部に対する相対的な変位の態様は、第１実施形態の電気機械変換器１００と同様である。

【0048】

〔第３実施形態〕
図９は、第３実施形態の電気機械変換器４００を示す斜視図である。また、図１０は、電気機械変換器４００の内部構造を視認可能とするために、上側のヨーク４１０及びこれより上に配置された部品を取り除いて示す平面図である。

【0049】

第１実施形態の電気機械変換器１００（図１）においては、磁石が４対（８個）、コイルが４個配置され、コイルがヨークに固定されていたのに対し、電気機械変換器４００においては、磁石が６対（１２個）、コイルが６個配置され、コイルがアーマチュアに固定されている。また、これらの相違点に関連して、アーマチュアの形状や磁石の大きさ等も第１実施形態と異なっている。

【0050】

アーマチュア４４０は、中央部から放射状に突出した６つの腕部４４０ｂと、各腕部４４０ｂの端部から幅を狭めてさらに外方に突き出た６つの突出部４４０ｄとを有した、略星形の平板形状をなしている。また、図１０では視認できないが、アーマチュア４４０の中央部には貫通孔が穿孔されており、ここにブッシュ４４２が挿入されて接着剤又はレーザー溶接等で固定される。また、６つの腕部４４０ｂの中央部寄りの位置には、６つのコイル４３０が接着剤で固定され、アーマチュア４４０の中央部のいずれかの面（図示の例においては上面）には、端子板４７０が接着剤で固定され、端子板４７０には各コイル４３０の巻き始め側及び巻き終わり側の２つのリード線がはんだ付けされる。そして、端子板４７０の２つの電気入力端子にそれぞれリード線４７２がはんだ付けされ、リード線４７２を通して外部から電気信号を入力できるよう構成される。

【0051】

ヨーク４１０及び押さえ板４６０は、第１実施形態のヨーク１１０及び押さえ板１６０と同様の形状を有しており（図３参照）、各ヨーク４１０の内側の面に対しては、それぞれの中心軸について略６回対称な位置に６個の磁石４２０が接着剤で固定され、外側の面に対しては、押さえ板４６０が同軸上に配置されてレーザー溶接等で固定される。

【0052】

そして、アーマチュア４４０に固定されたブッシュ４４２には、その内周側にシャフト４４４が通され、外周側に上下の両側から１つずつコイルバネ４５０が配置される。この状態で、１対の押さえ板４６０が、その中心部にてシャフト４４４を挟み込み、外側からボルトでシャフト４４４の各端部に締結され固定される。このような構造により、電気機械変換器４００の構造部においては、６対の各磁石４２０間の空隙距離が略同一となる。

【0053】

第１実施形態の電気機械変換器１００においては、コイル１３０が構造部側に固定されているため、アーマチュア１４０がシャフト１４４の軸回りに大きく回転することはない。これに対し、第３実施形態の電気機械変換器４００においては、コイル４３０がアーマチュア４４０に固定されており、その分だけアーマチュア４４０と一体的に構成された部位の質量が大きいため、電気信号が入力されない状態では、アーマチュア４４０がシャフト４４４の軸回りに大きく回転する可能性があり、最悪の場合リード線を切断する虞がある。そこで、電気機械変換器４００においては、構造部とアーマチュア４４０との間での回転を規制するストッパーが設けられている（図１０には図示されていない）。

【0054】

電気機械変換器４００においては、アーマチュア４４０と構造部との間で生じる駆動力が、６対の磁石４２０とアーマチュア４４０とが対向する６か所、言い換えるとアーマチュア４４０の中心軸について略６回対称な位置に作用するため、磁石が２対配置されて駆動力が２か所に作用する従来構造における場合よりも、アーマチュア４４０の上下の面に垂直な方向への並進運動を安定させることができる。

【0055】

ところで、第１及び第２実施形態の電気機械変換器（図１、図６、図７）のように、コイルが構造部側に固定されている場合には、アーマチュア側の質量を最小限に抑えられる点でメリットがある一方、アーマチュアと構造部との間の変位量が大きくなると、コイルとアーマチュアとの間の空隙も大きくなり、結果としてコイルの巻数に対する抵抗成分が大きくなることから電気機械変換器の駆動効率（消費電力当たりの発生駆動力の大きさ）が悪くなる点でデメリットがある。これに対し、第３実施形態の電気機械変換器（図９）のように、コイルがアーマチュアに固定されている場合には、コイルとアーマチュアとの間に空隙がないため、コイルの巻数に対する抵抗成分を小さくすることができ、駆動効率を大きくすることができる点でメリットがある一方、アーマチュア側の質量がコイルの分だけ増加する点でデメリットがある。このように、コイルは、構造部又はアーマチュアのいずれに固定しても一長一短があるため、構造部に固定してもよいし、アーマチュアに固定してもよい。

【0056】

〔第４実施形態〕
図１１は、第４実施形態の電気機械変換器５００を示す図である。また、図１２は、アーマチュア５４０を示す平面図である。

【0057】

電気機械変換器５００は、第３実施形態の電気機械変換器４００（図９）を変形させたものである。電気機械変換器５００においては、電気機械変換器４００と同様に、磁石が６対（１２個）、コイルが６個配置され、コイルがアーマチュアに固定されているが、ヨーク、アーマチュア、押さえ板の各形状や、コイルバネの個数（対の数）や配置される位置が第３実施形態と大きく異なっている。

【0058】

具体的には、ヨーク５１０は、略六角形の中央部から外方に向かって軸対称に突出した６つの突出部を有した略星形形状をなしている。押さえ板５６０は、軸対称な３つの突出部を有した平板形状をなしている。各ヨーク５１０の内側の面に対しては、その６つの突出部に６つの磁石５２０が接着剤で固定される。また、各ヨーク５１０の外側の面に対しては、押さえ板５６０がレーザー溶接等で固定される。

【0059】

図１２に示されるように、アーマチュア５４０は、中央部５４０ａから外方に向かって略等間隔で突出した６つの腕部を有した略星形形状をなしている。また、６つの腕部は、３つの第１腕部５４０ｅが他の３つの第２腕部５４０ｆより長く形成されており、第１腕部５４０ｅと第２腕部５４０ｆとが交互に配置されている。６つの腕部（３つの第１腕部５４０ｅ及び３つの第２腕部５４０ｆ）の中央部寄りの位置には、６つのコイル５３０が接着剤で固定される。また、各第１腕部５４０ｅの端部には貫通孔５４０ｃが穿孔されており、貫通孔５４０ｃにブッシュ５４２が挿入されて接着剤又はレーザー溶接等で固定される。なお、図１１では視認できないが、アーマチュア５４０の中央部のいずれかの面には端子板が接着剤で固定され、各コイル５３０の巻き始め側及び巻き終わり側の２つのリード線が端子板にはんだ付けされる。

【0060】

各ブッシュ５４２の内周側にはシャフト５４４が通され、外周側には上下の両側から１つずつコイルバネ５５０が配置される。この状態で、１対の押さえ板５６０が、３つの突出部で３本のシャフト５４４を挟み込み、外側からボルトでシャフト５４４の各端部に締結され固定される。このような構造により、電気機械変換器５００の構造部においては、６対の各磁石５２０間の空隙距離が略同一となる。また、電気機械変換器５００においては、コイルバネ５５０が３対（６つ）配置され、各コイルバネ５５０は、その自由長より圧縮された状態で、一端側がアーマチュアの各第１腕部５４０ｅに接合し、他端側が押さえ板５６０に接合する。

【0061】

〔電気機械変換器の応用例〕
続いて、上述した実施形態の電気機械変換器の応用例について説明する。
電気機械変換器は、各種の機器の駆動部として組み込まれ、電気機械変換器で発生する振動（駆動力）がアーマチュアの先端部を介して伝達される。具体的には、第１実施形態又はその変形例の電気機械変換器（図１－６）が組み込まれると、アーマチュアが有する４つの突出部１４０ｄが振動伝達部として作用し、第２実施形態の電気機械変換器（図７－８）が組み込まれると、アーマチュアが有する４つの突出部３４０ｄにおける先端部が振動伝達部として作用し、第３実施形態の電気機械変換器（図９－１０）が組み込まれると、アーマチュアが有する６つの突出部４４０ｄが振動伝達部として作用し、第４実施形態の電気機械変換器（図１１）が組み込まれると、アーマチュアが有する長尺な３つの第１腕部５４０ｅにおける先端部が振動伝達部として作用することとなる。

【0062】

図１３は、第３実施形態の電気機械変換器４００（図９）を駆動部として用いたバイブレータ６００を示している。このうち、（Ａ）は、バイブレータ６００の斜視図であり、（Ｂ）は、バイブレータ６００の外殻をなすハウジング６１０の一部を破断してその内部の様子を示している。

【0063】

ハウジング６１０の内部には、電気機械変換器４００が配置されており、アーマチュアが有する６つの突出部４４０ｄは、上ハウジング６１０ａと下ハウジング６１０ｂとの間に挟まれて固定されている。また、端子板４７０の２つの電気入力端子にそれぞれはんだ付けされたリード線４７２が、ハウジング６１０の外に引き出されている。

【0064】

リード線４７２を通して電気信号を入力する（電流を流す）と、アーマチュア及びハウジング６１０と構造部との間に駆動力が発生する。交流信号を入力すれば（交流電流を流せば）、アーマチュア及びハウジング６１０と構造部との間に相対振動が発生し、ハウジング６１０を振動板等の物体に接触又は固定させれば、その物体を振動させることができる。

【0065】

図１４は、第１実施形態の電気機械変換器１００を駆動部として用いたスピーカユニット７００を示している。このうち、（Ａ）は、スピーカユニット７００を正面側から見た斜視図であり、（Ｂ）は、スピーカユニット７００を背面側から見た斜視図であり、（Ｃ）は、電気機械変換器１００の周辺部のみを拡大して示す斜視図である。

【0066】

本応用例においては、電気機械変換器１００における一方のヨーク１１０の外側の面に端子板１７０が接着剤で固定されている。端子板１７０には、４つの各コイル１３０の巻き始め側及び巻き終わり側の２つのリード線がはんだ付けされている。端子板１７０が固定されたヨーク１１０には、フレーム７１０に取り付けるためのフレーム取付リング７３０がレーザー溶接等で固定されている。フレーム取付リング７３０はまた、フレーム７１０にもレーザー溶接等で固定されている。すなわち、電気機械変換器１００の構造部は、フレーム取付リング７３０を介してフレーム７１０に固定されている。また、アーマチュアが有する４つの突出部１４０ｄは、略円筒形状をなす連結部７４０の一端側に接着剤で固定されており、振動板７２０は、連結部７４０の他端側に接着剤で固定されている。

【0067】

端子板１７０は２つの電気入力端子を有しており、交流信号を入力すると、フレーム７１０に固定された構造部に対してアーマチュア４４０が振動し、連結部７４０を通して振動板７２０を振動させ、これにより音圧を発生させることができる。

【0068】

上述したように、各実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
（１）第１実施形態及びその変形例、第２実施形態の電気機械変換器によれば、アーマチュアが略十字形の平板形状をなしており、その４つの腕部の両面に空隙を介して対向するように４対の磁石が配置されて、アーマチュアと構造部との間で生じる駆動力が４か所に作用するため、磁石が２対配置されて駆動力が２か所に作用する従来構造と比較して、アーマチュアの面に垂直な方向への並進運動を安定させることができ、アーマチュアと構造部との間での意図しない運動を抑制することができる。

【0069】

（２）第３実施形態、第４実施形態の電気機械変換器によれば、アーマチュアが略星形の平板形状をなしており、その６つの腕部の両面に空隙を介して対向するように６対の磁石が配置されて、アーマチュアと構造部との間で生じる駆動力が６か所に作用するため、磁石が２対配置されて駆動力が２か所に作用する従来構造と比較して、また、第１実施形態及びその変形例や第２実施形態と比較しても、アーマチュアの面に垂直な方向への並進運動をさらに安定させることができ、アーマチュアと構造部との間での意図しない運動をさらに抑制することができる。

【0070】

（３）各実施形態の電気機械変換器によれば、アーマチュアと構造部との間での意図しない運動を抑制することができるため、意図しない運動により生じうる損失を低減することができ、アーマチュアの振動、ひいては電気機械変換器が発生させる駆動力を最大限の大きさで得ることができ、所望の大きさの駆動力を効率よく発生させることができる。したがって、各実施形態によれば、大きな出力を要する機器や大きな変位量を必要とする機器においても、上記の従来構造よりも運動方向のブレ（変動）が小さい質の良い振動を発生させることができる。

【0071】

（４）各実施形態の電気機械変換器によれば、大きな出力を要するオーディオスピーカ等の機器において、上記の従来構造と比較して音質を改善することができ、バランスドアーマチュア型であっても所望の音質を確保することができる。

【0072】

（５）第１実施形態及びその変形例、第３実施形態の電気機械変換器によれば、コイルバネがアーマチュアの中央部を挟んで１対配置されるため、ブッシュ及びシャフトも１つずつで済み、電気機械変換器の構成部品の数を最小限とすることができるため、製造コストを抑制することができる。

【0073】

（６）第２実施形態、第４実施形態の電気機械変換器によれば、コイルバネがアーマチュアの各腕部を挟んで複数対配置されるため、アーマチュアの面に垂直な方向に対する変位に対し複数の箇所で復元力を与えることができ、アーマチュアの構造部に対する変位をより安定して制御することができる。

【0074】

（７）各実施形態の電気機械変換器によれば、アーマチュアの貫通孔にブッシュが固定されており、その内側をシャフトが貫通しているため、アーマチュアが構造部に対しシャフトの軸方向に沿って変位する際に、シャフトとの間に生じる摩擦を小さくして動きを滑らかにすることができる。

【0075】

本発明は、上述した各実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施することが可能である。

【0076】

上述した各実施形態においては、アーマチュアが単一の軟磁性材料で形成されているが、部位に応じて異なる材料で形成されてもよい。具体的には、アーマチュアのうち、磁石と空隙を介して対向する部分及びコイルを貫通して磁束を導く部分は磁気回路を構成するため軟磁性材料を用いる必要があるが、磁気回路を構成しないその他の部分（例えば、貫通孔の周辺部等）は磁性材料を用いる必要はない。また、アーマチュアを複数の部品で構成し、これらの部品が一体的に作用するようにしてもよい。このような構成とすることにより、コイルを配置した後にアーマチュアを一体的に組み立てることが可能となるため、アーマチュアを構成する各部品の板厚や形状等に関する設計の自由度を高めることができる。

【0077】

上述した実施形態においては、アーマチュアの両面に対向するように４対又は６対の磁石が配置されているが、配置される磁石の対の数はこれらに限定されず、２を超える任意の数の対（Ｎ対）の磁石を配置することができる。その場合には、アーマチュアを、その中心軸について略Ｎ回対称な位置でＮ対の各磁石と対向できるような形状に形成すればよい。また、磁路を考慮すると、磁石の対の数（Ｎ）は偶数が好ましい。偶数対の磁石を配置することにより、全ての磁石の対を、隣接する対の磁化の向きが相互に逆向きになるように配置することができ、結果として、効率のよい磁路を形成しながら、アーマチュアを構造部に対してバランスよく変位させることができる。

【0078】

各実施形態においては、アーマチュアと構造部との間での相対的な変位に対する復元力を得るために、コイルバネ又は板バネを用いているが、復元力が得られる部材であればよく、その他の種類のバネを用いてもよいし、バネ以外の弾性部材を用いてもよい。

【0079】

各実施形態に用いられるシャフトのネジ穴を除く部位（両端部のネジ穴の間に延びる部位）は、略円柱状に形成されていてもよいし、略円筒状に形成されていてもよい。

【0080】

その他、電気機械変換器１００，２００，３００，４００，５００の各構成部品の例として挙げた材料や数値等はあくまで例示であり、本発明の実施に際して適宜変更が可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0081】

１００ 電気機械変換器
１１０ ヨーク
１２０ 磁石
１３０ コイル
１４０ アーマチュア
１４２ ブッシュ
１４４ シャフト
１５０ コイルバネ（弾性部材）
１６０ 押さえ板
１７０ 端子板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】