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JP7628406B2 - Electromechanical Converter - Google Patents
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Description

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する。 The present invention relates to an electromechanical transducer that converts an electrical signal into a mechanical vibration.

この種の電気機械変換器としては、例えば二対の磁石、これら磁石による磁束を導くヨーク、そして電気信号が供給されるコイルを一体的に配置して構造部を構成するとともに、その内部空間にアーマチュアを貫通させて配置し、アーマチュアを挟んで対称に配置した二対の弾性部材でアーマチュアを変位可能に支持したものや(例えば、特許文献1,3参照。)、一対の弾性部材で同様に支持したもの(例えば、特許文献2参照。)が知られている。 Known examples of this type of electromechanical converter include a structural unit that is formed by arranging two pairs of magnets, a yoke that guides the magnetic flux produced by these magnets, and a coil to which an electric signal is supplied, and an armature that passes through the internal space and is supported so that the armature can be displaced by two pairs of elastic members that are symmetrically arranged on either side of the armature (see, for example, Patent Documents 1 and 3), and a similar support by a pair of elastic members (see, for example, Patent Document 2).

上記の一対又は二対をなす弾性部材(ばね)は、いずれもヨークとアーマチュアとの間に挟み込まれて変形しつつ、互いの弾性力(復元力)がバランスするポイントでヨークに対してアーマチュアを相対的に位置決めする。このとき、アーマチュアはヨークとの関係から構造上(設計上)の中心軸に添って正しく位置していることを求められるが、弾性部材の加工精度のばらつき等でアーマチュアに作用する弾性力がアンバランスになると、アーマチュアに中心軸からの傾きが生じて正規に位置決めされなくなることがある。このようなアーマチュアの傾きは、例えばアーマチュアに働く中心軸回りのモーメントがなるべく小さくなる構造を採用することで、ある程度まで抑制することが可能である(特許文献3の技術事項参照。)。 The pair or pairs of elastic members (springs) described above are sandwiched between the yoke and the armature and deform, positioning the armature relative to the yoke at a point where their elastic forces (restoring forces) are balanced. At this time, the armature is required to be correctly positioned along the structural (design) central axis in relation to the yoke, but if the elastic forces acting on the armature become unbalanced due to variations in the processing accuracy of the elastic members, etc., the armature may tilt from the central axis and not be positioned correctly. Such tilting of the armature can be suppressed to a certain extent, for example, by adopting a structure that minimizes the moment around the central axis acting on the armature (see technical matters in Patent Document 3).

特開2015-139041号公報JP 2015-139041 A 特開2018-186378号公報JP 2018-186378 A 特開2019-193218号公報JP 2019-193218 A

上述したアーマチュアが中心軸回りに受けるモーメントを小さくする手法(特許文献3)は、具体的には二対の弾性部材を用いた構造(特許文献1)に関するものであり、一対の弾性部材を用いた構造(特許文献2)には直ちに適用できない。また、機械加工にはある程度のばらつきが避けられないことから、中心軸から完全に対称な距離でアーマチュアに弾性力を作用させる完璧な精度での加工は実現困難である。そして、どちらの構造においても、ヨークと弾性部材との間に作用する力のアンバランスがアーマチュアを正規の位置から傾け、電気機械変換器としての性能に悪影響を及ぼすことから、製造過程での歩留り(不良品の発生率)が悪くなるという問題がある。 The above-mentioned method for reducing the moment that the armature receives around the central axis (Patent Document 3) specifically relates to a structure using two pairs of elastic members (Patent Document 1), and cannot be immediately applied to a structure using a pair of elastic members (Patent Document 2). In addition, since a certain degree of variation is unavoidable in machining, it is difficult to achieve machining with perfect precision that applies elastic forces to the armature at perfectly symmetrical distances from the central axis. In either structure, an imbalance in the forces acting between the yoke and the elastic members tilts the armature from its normal position, adversely affecting its performance as an electromechanical transducer, resulting in a poor yield (rate of defective products) during the manufacturing process.

本発明は、性能に悪影響を及ぼすことを抑える技術を提供するものである。 The present invention provides technology that reduces adverse effects on performance.

本発明は、電気機械変換器を提供する。電気機械変換器は、磁石、ヨーク及びコイルからなる構造部の内部空間にアーマチュアを配置し、これを挟んでヨークとの間に対をなす弾性部材の弾性力でアーマチュアを変位可能に支持したものである。このような基本構成において、電気機械変換器は特有の構成として「当接部」を備える。 The present invention provides an electromechanical converter. The electromechanical converter has an armature disposed in the internal space of a structural part consisting of a magnet, a yoke, and a coil, and supports the armature so that it can be displaced by the elastic force of an elastic member that is paired with the yoke and sandwiches the armature. In this basic configuration, the electromechanical converter has a unique component, an "abutment portion."

すなわち、上記構成の「当接部」は、弾性部材との接触領域を線状として、弾性部材とヨークとを接触(当接)させるものである。この場合、ヨークと弾性部材との間での力の作用点を線状の範囲内に集中させることができるので、力の作用点が距離を空けて幅広に分散することがない。したがって、このような力の作用点が集中する範囲をアーマチュアを挟んで対称に配置することにより、アーマチュアの傾きの原因となる力のトルクを非常に小さく抑えることができる。 In other words, the "contact portion" in the above configuration makes the contact area with the elastic member linear, and brings the elastic member into contact (abuts) with the yoke. In this case, the point of application of force between the yoke and the elastic member can be concentrated within a linear range, so the point of application of force does not disperse widely with distance between them. Therefore, by arranging the range where such a point of application of force is concentrated symmetrically on either side of the armature, the torque of the force that causes the armature to tilt can be kept very small.

このため「当接部」は、構造部の中心軸線を挟んで対称であり、かつ、互いに平行な軸線上に弾性部材との接触領域を配置している態様が好ましい。なお、構造部の中心軸線は、アーマチュアの貫通方向に添う中心軸線か、もしくはアーマチュアの貫通方向と直交する中心軸線のいずれでもよい。いずれにしても、「当接部」が構造部の中心軸線を挟んで対称に、線状の接触領域を互いに平行な軸線上に配置することにより、上記のように力の作用点が中心軸線と対称、かつ平行な軸線上に集中して位置付けられる。これにより、ヨークと弾性部材との間に働く力のアンバランスで中心軸線回りのトルクが生じることを防止し、アーマチュアの傾きを抑えることで電気機械変換器の性能悪化を防止して製造過程での歩留まり悪化を防止することができる。 For this reason, it is preferable that the "contact portion" is symmetrical with respect to the central axis of the structural portion, and that the contact areas with the elastic member are arranged on parallel axes. The central axis of the structural portion may be either a central axis along the penetration direction of the armature, or a central axis perpendicular to the penetration direction of the armature. In either case, by arranging the linear contact areas on parallel axes symmetrically with respect to the central axis of the structural portion, the point of application of the force is positioned symmetrical with respect to the central axis, as described above, and concentrated on the parallel axis. This prevents torque around the central axis due to an imbalance in the forces acting between the yoke and the elastic member, and suppresses tilting of the armature, thereby preventing deterioration in the performance of the electromechanical converter and preventing a decrease in yield during the manufacturing process.

また、「当接部」については、弾性部材との関係から以下の好ましい態様を採用することができる。
〔第1の態様〕
第1の態様は、「当接部」が曲面で弾性部材と接触する態様である。
すなわち、弾性部材は、アーマチュアとヨークとの間に挟み込まれて変形した状態で、「当接部」の曲面と接触して弾性力を作用させる板ばね状の対向部位を有している。この場合、弾性部材の変形状態では対向部位が湾曲して撓むことになるが、このとき対向部位に現れる曲率半径をR1とすると、「当接部」が有する曲面の曲率半径R2の方が小さい(R1>R2)。これにより、湾曲して撓んだ状態(曲面の状態)の対向部位と「当接部」の曲面との接触領域を好適に線状として、力の作用点を接触領域に集中させることができる。
As for the "contact portion," the following preferable aspects can be adopted in relation to the elastic member.
[First aspect]
The first mode is a mode in which the "contact portion" comes into contact with the elastic member via a curved surface.
That is, the elastic member has a leaf spring-like opposing portion that, when it is sandwiched between the armature and the yoke and deformed, comes into contact with the curved surface of the "contact portion" and exerts an elastic force. In this case, when the elastic member is in a deformed state, the opposing portion is curved and bent, and when the radius of curvature appearing at the opposing portion at this time is R1, the radius of curvature R2 of the curved surface of the "contact portion" is smaller (R1>R2). This allows the contact area between the opposing portion in the curved and bent state (curved surface state) and the curved surface of the "contact portion" to be suitably linear, and the point of application of the force can be concentrated on the contact area.

〔第2の態様〕
第2の態様は、「当接部」がエッジ(端縁)で弾性部材と接触する態様である。
すなわち、弾性部材は、第1の態様と同様に板ばね状の対向部位を有するが、「当接部」は、板ばね状の対向部位に対して凸形状となるエッジを有している。この場合、「当接部」は、エッジの形状そのままに弾性部材との接触領域を好適に線状として、力の作用点を接触領域に集中させることができる。
[Second aspect]
The second mode is a mode in which the "contact portion" comes into contact with the elastic member at an edge (end edge).
That is, the elastic member has a leaf spring-like opposing portion as in the first embodiment, but the "contact portion" has an edge that is convex with respect to the leaf spring-like opposing portion. In this case, the "contact portion" has a linear contact area with the elastic member while keeping the shape of the edge, so that the point of application of force can be concentrated on the contact area.

また、上記第2の態様では、弾性部材の変形状態で対向部位が湾曲して撓むことになるが、このとき対向部位に現れる接触領域を中心とした開き角をθ1とすると、エッジの開き角θ2の方が小さい(θ1>θ2)。したがって、板ばね状の対向部位は、撓み状態でより鋭角なエッジと接触し、力の作用点を接触領域に集中させることができる。 In the second embodiment, the opposing parts are curved and bent when the elastic member is deformed, but if the opening angle θ1 is centered on the contact area that appears at the opposing parts, the opening angle θ2 of the edge is smaller (θ1>θ2). Therefore, the leaf spring-like opposing parts come into contact with the sharper edge in the bent state, and the point of application of force can be concentrated at the contact area.

以上のように本発明によれば、電気機械変換器としての性能に悪影響を及ぼすことを抑えることができる。 As described above, the present invention can prevent adverse effects on the performance of the electromechanical transducer.

第1実施形態の電気機械変換器100を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an electromechanical transducer 100 according to a first embodiment. 電気機械変換器100の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the electromechanical transducer 100. 図1中のIII-III線に沿う電気機械変換器100の断面図である。3 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 100 taken along line III-III in FIG. 図1中のIV-IV線に沿う電気機械変換器100の断面図である。4 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 100 taken along line IV-IV in FIG. 図1中のV-V線に沿う位置での電気機械変換器100の断面図である。2 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 100 taken along line VV in FIG. 1. 図5と同じ断面位置において構造の第2態様を示す図である。FIG. 6 shows a second embodiment of the structure at the same cross-sectional position as FIG. 5 . 第2実施形態の電気機械変換器200を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing an electromechanical transducer 200 according to a second embodiment. 電気機械変換器200の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the electromechanical transducer 200. 図7中のIX-IX線に沿う電気機械変換器200の断面図である。9 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 200 taken along line IX-IX in FIG. 7. 図7中のX-X線に沿う電気機械変換器200の断面図である。8 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 200 taken along line XX in FIG. 7. 図7中のXI-XI線に沿う位置での電気機械変換器200の断面図である。10 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 200 taken along line XI-XI in FIG. 7. 図11と同じ断面位置において構造の第2態様を示す図である。FIG. 12 shows a second embodiment of the structure at the same cross-sectional position as FIG. 11 .

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。以下にいくつかの実施形態で示す電気機械変換器は、例えば電気信号を機械振動に変換する用途の他に、その機械振動で電気信号を音(音響)に変換するスピーカ、イヤホン等の電気音響変換器への適用が可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The electromechanical transducers shown in the following embodiments can be used to convert electrical signals into mechanical vibrations, and can also be used in electroacoustic transducers such as speakers and earphones that convert electrical signals into sound (acoustics) using mechanical vibrations.

〔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。また図2は、電気機械変換器100の分解斜視図である。電気機械変換器100の基本構造は、磁石110,112,114,116、ヨーク102,104及びコイル118を一体的に配置した構造部の内部空間(ともに参照符号なし)を貫いてアーマチュア120を配置し、ヨーク102,104との間に挟み込んだ二対の弾性部材106,108でアーマチュア120を支持したものである。
First Embodiment
Fig. 1 is a perspective view showing an electromechanical transducer 100 of the first embodiment. Fig. 2 is an exploded perspective view of the electromechanical transducer 100. The basic structure of the electromechanical transducer 100 is such that an armature 120 is disposed through an internal space (all without reference numbers) of a structural part in which magnets 110, 112, 114, 116, yokes 102, 104, and a coil 118 are integrally disposed, and the armature 120 is supported by two pairs of elastic members 106, 108 sandwiched between the yokes 102, 104.

このような基本構造は、既に公知であるため詳細については省略するが、図1及び図2でみて上下に一対をなす2つのヨーク102,104の両側縁には、それぞれ互いの組み合わせ方向に屈曲された曲げ部102a,104aが2つずつ対称に形成されている。図1の完成状態では、これら曲げ部102a,104aの対向する接合面にて上下のヨーク102,104が圧接され、一体的に接合(例えばレーザー溶接)されている。 This basic structure is already known, so details will be omitted, but as seen in Figures 1 and 2, two bent portions 102a, 104a bent in the direction of assembly are formed symmetrically on both side edges of the two yokes 102, 104 that form a pair above and below. In the completed state shown in Figure 1, the upper and lower yokes 102, 104 are pressed together at the opposing joint surfaces of these bent portions 102a, 104a and joined together (for example, by laser welding).

また、上側のヨーク102の内側面には、その長手方向に間隔を空けて2個の磁石110,112が接着により固定されており、下側のヨーク104の内側面にも、長手方向に間隔を空けて2個の磁石114,116が接着により固定されている。完成状態では、長手方向の片側で上下に対向する角板状の磁石110,114が1つの対をなし、もう片側でも上下に対向する角板状の磁石112,116がもう1つの対をなしている。なお、対をなす磁石110,114及び磁石112,116は互いに異極同士(S極-N極)を対向させており、さらに同一の各ヨーク102,104の内面で長手方向に並んで配置された2個の磁石110,112及び磁石114,116については、互いの極性が逆向きに磁化されている。これにより、完成状態で2つのヨーク102,104は、上下で二対をなす磁石110,114及び磁石112,116による磁束を閉回路状に導いている。 In addition, two magnets 110, 112 are fixed by adhesive to the inner surface of the upper yoke 102 with a gap in the longitudinal direction, and two magnets 114, 116 are fixed by adhesive to the inner surface of the lower yoke 104 with a gap in the longitudinal direction. In the completed state, the rectangular plate-shaped magnets 110, 114 facing each other vertically on one side in the longitudinal direction form one pair, and the rectangular plate-shaped magnets 112, 116 facing each other vertically on the other side form another pair. The paired magnets 110, 114 and magnets 112, 116 face each other with opposite poles (south pole - north pole), and the two magnets 110, 112 and magnets 114, 116 arranged side by side in the longitudinal direction on the inner surface of the same yokes 102, 104 are magnetized with polarities opposite to each other. As a result, in the completed state, the two yokes 102, 104 conduct the magnetic flux from the two pairs of magnets 110, 114 and 112, 116 in a closed circuit.

コイル118は、ヨーク102,104に囲まれた内部空間で長手方向の中央、すなわち磁石110,114の対と磁石112,116の対との間に配置されている。コイル118はコアを有しない空芯タイプであり、その巻中心の方向は、構造部全体の長手方向に合致している。コイル118の外周面は、部分的に曲げ部102a,104aの間から構造部の短手方向(長手方向と直交する方向)へ両側に表出しており、このような表出した2箇所には、それぞれコイル端子122,124が半田付けされている。コイル端子122,124は、コイル118の巻始め端と巻終わり端をそれぞれ外部に接続可能としている。なお、コイル118は絶縁された状態で、ヨーク102,104の内面と接着により固定されている。 The coil 118 is disposed in the center of the longitudinal direction in the internal space surrounded by the yokes 102 and 104, that is, between the pair of magnets 110 and 114 and the pair of magnets 112 and 116. The coil 118 is an air-core type coil that does not have a core, and the direction of the winding center coincides with the longitudinal direction of the entire structure. The outer peripheral surface of the coil 118 is partially exposed on both sides in the short direction (direction perpendicular to the longitudinal direction) of the structure from between the bent portions 102a and 104a, and coil terminals 122 and 124 are soldered to these two exposed locations. The coil terminals 122 and 124 allow the start and end of the coil 118 to be connected to the outside, respectively. The coil 118 is fixed to the inner surface of the yokes 102 and 104 by adhesive while being insulated.

アーマチュア120は、構造部の内部空間を長手方向、つまりコイル118の巻心方向に貫通するようにして配置されている。アーマチュア120は、上側及び下側の角板状の磁石110,112及び磁石114,116にそれぞれ両面が対向する平板状をなしており、長手方向の両端部が内部空間から外側に突出している。このような突出したアーマチュア120の両端部には、上面及び下面にそれぞれ弾性部材106,108との当接部120a,120bが形成されている。 The armature 120 is arranged so as to penetrate the internal space of the structural part in the longitudinal direction, i.e., in the direction of the winding core of the coil 118. The armature 120 is flat with both sides facing the upper and lower rectangular plate-shaped magnets 110, 112 and magnets 114, 116, respectively, and both ends in the longitudinal direction protrude outward from the internal space. At both ends of the protruding armature 120, abutment parts 120a, 120b with the elastic members 106, 108 are formed on the upper and lower surfaces, respectively.

一方、上下のヨーク102,104には、長手方向の両側に内部空間よりも突出した当接部102b,104bが形成されており、ヨーク102,104は、それぞれ当接部102b,104bにて弾性部材106,108と接触する。これら当接部102b,104bは、それぞれヨーク102,104の長手方向の中心軸線上で、かつ短手方向の中央に位置している。なお、この点についてはさらに後述する。 On the other hand, the upper and lower yokes 102, 104 are formed with abutment portions 102b, 104b on both sides in the longitudinal direction that protrude from the internal space, and the yokes 102, 104 come into contact with the elastic members 106, 108 at the abutment portions 102b, 104b, respectively. These abutment portions 102b, 104b are located on the central axis of the longitudinal direction of the yokes 102, 104, respectively, and in the center in the lateral direction. This point will be described in more detail later.

上下二対の弾性部材106,108は、薄板状のばね部材を曲げ加工して形成されており、単体では全体が切欠楕円形状、あるいは「ε」字断面形状や「3」字断面形状といった形状をなしている。各弾性部材106,108は、上下のヨーク102,104とはそれぞれ当接部102b,104bの1箇所だけで接触する。このため各弾性部材106,108は、当接部102b,104bに対応する中央の部位が溝型断面形状に加工されており、その溝底に相当する部位が板ばね状をなす対向部位106a,108aとして形成されている。 The two pairs of upper and lower elastic members 106, 108 are formed by bending thin plate-like spring material, and when used alone, they have an overall notched elliptical shape, or an "ε"-shaped or "3"-shaped cross-sectional shape. Each elastic member 106, 108 contacts the upper and lower yokes 102, 104 at only one point, the abutment portion 102b, 104b, respectively. For this reason, the central portion of each elastic member 106, 108 corresponding to the abutment portion 102b, 104b is machined into a groove-shaped cross-sectional shape, and the portion corresponding to the bottom of the groove is formed as the opposing portion 106a, 108a that is shaped like a leaf spring.

また、各弾性部材106,108は、中央の対向部位106a,108aから両側に延びた部位がそれぞれU字断面形状に屈曲された湾曲部106c,108cとして形成されるとともに、各湾曲部106c,108cに連なる末端の部位がそれぞれ鍵(Γ)型断面形状をなす当接部106b,108bとして形成されている。各弾性部材106,108は、末端の当接部106b,108bにてアーマチュア120と上下両面それぞれの2箇所で接触し、上側の弾性部材106が当接部106bでアーマチュア120上面側の当接部120aと接触し、下側の弾性部材108が当接部108bでアーマチュア120下面側の当接部120bと接触する。 The elastic members 106, 108 are formed as curved portions 106c, 108c that extend from the central opposing portions 106a, 108a on both sides and are bent into a U-shaped cross section, and the terminal portions connected to the curved portions 106c, 108c are formed as abutment portions 106b, 108b that form a key (Γ) cross section. Each elastic member 106, 108 contacts the armature 120 at two points on each of the upper and lower surfaces at the terminal abutment portions 106b, 108b, with the upper elastic member 106 contacting the abutment portion 120a on the upper surface of the armature 120 at the abutment portion 106b, and the lower elastic member 108 contacting the abutment portion 120b on the lower surface of the armature 120 at the abutment portion 108b.

電気機械変換器100の完成状態において、各弾性部材106,108は所定の変位量(変形量)をもって上下のヨーク102,104とアーマチュア120との間に挟まれる。これにより、アーマチュア120は上下二対の弾性部材106,108の弾性力(反発力)を受けつつ、これらの力が平衡する位置で支持され、構造部との間に適当な空隙(エアギャップ)を持って配置される。なお、図2の分解状態においても、図1と同様に各弾性部材106,108が変形状態で示されているが、自由状態(無負荷)において各弾性部材106,108の対向部位106a,108aは平板状であり、全体的に潰れることなく、対向部位106a,108aと末端の当接部106b,108bとが平行となる。 In the completed state of the electromechanical transducer 100, each elastic member 106, 108 is sandwiched between the upper and lower yokes 102, 104 and the armature 120 with a predetermined amount of displacement (deformation). As a result, the armature 120 is supported at a position where the elastic forces (repulsive forces) of the two pairs of upper and lower elastic members 106, 108 are balanced, and is arranged with an appropriate gap (air gap) between the structural parts. In the disassembled state of FIG. 2, each elastic member 106, 108 is shown in a deformed state as in FIG. 1, but in the free state (unloaded), the opposing parts 106a, 108a of each elastic member 106, 108 are flat and are not crushed overall, and the opposing parts 106a, 108a and the abutting parts 106b, 108b at the ends are parallel.

なお、ヨーク102,104及びアーマチュア120には例えば45%Niのパーマロイ等の軟磁性材料が用いられ、弾性部材106,108には、ばね用SUS301材等のステンレス鋼材が用いられる。 The yokes 102, 104 and the armature 120 are made of a soft magnetic material such as 45% Ni permalloy, and the elastic members 106, 108 are made of stainless steel such as SUS301 spring material.

〔中心軸線との関係〕
次に、電気機械変換器100の構造部に規定されるいくつかの中心軸線との関係について説明する。中心軸線は、構造部を立体的に捉えた場合に例えば3方向に規定される(いわゆるX-Y-Z軸)。
[Relationship with central axis]
Next, a description will be given of the relationship with several central axes defined in the structural portion of the electromechanical transducer 100. When the structural portion is viewed three-dimensionally, the central axes are defined in, for example, three directions (so-called XYZ axes).

〔中心軸線A1〕
図3は、図1中のIII-III線に沿う電気機械変換器100の断面図である。図1でみた構造部の長手方向を例えば水平方向とすると、図3に示される断面は電気機械変換器100の水平断面(X-Y軸方向断面)となる。この図3に示されているように、電気機械変換器100の構造部には長手方向の水平な中心軸線A1を規定することができる。磁石110,112,114,116やヨーク102,104、コイル118といった構造部を構成する部材は、いずれも水平方向(X-Y平面)において中心軸線A1を共通のものとして対称に配置されている。
[Central axis A1]
Fig. 3 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 100 taken along line III-III in Fig. 1. If the longitudinal direction of the structural part as viewed in Fig. 1 is taken as the horizontal direction, for example, the cross section shown in Fig. 3 is a horizontal cross section (cross section in the X-Y axis direction) of the electromechanical transducer 100. As shown in Fig. 3, a horizontal central axis A1 in the longitudinal direction can be defined for the structural part of the electromechanical transducer 100. All of the members constituting the structural part, such as the magnets 110, 112, 114, 116, the yokes 102, 104, and the coil 118, are arranged symmetrically in the horizontal direction (X-Y plane) with the central axis A1 being the common axis.

〔アーマチュアの傾き(1)〕
ここで、電気機械変換器100の性能に悪影響を及ぼすアーマチュア120の傾きに関し、中心軸線A1に対して図3中の矢印H方向(水平方向)にアーマチュア120が傾くことは構造上生じ難い。これは、アーマチュア120を支持している弾性部材106,108がヨーク102,104との間で矢印H方向への力を作用させていないため、構造上、力のアンバランスが起こり難いからである。
[Armature tilt (1)]
Regarding tilt of the armature 120, which may adversely affect the performance of the electromechanical transducer 100, the structure makes it difficult for the armature 120 to tilt in the direction of arrow H in Fig. 3 (horizontal direction) with respect to the central axis A1. This is because the elastic members 106, 108 supporting the armature 120 do not apply force in the direction of arrow H between the yokes 102, 104, and therefore force imbalance is unlikely to occur in the structure.

図4は、図1中のIV-IV線に沿う電気機械変換器100の断面図である。図3を水平断面図とすると、図4は長手方向の垂直断面図(X-Z軸方向断面図)となる。図4に示されているように、同じく磁石110,112,114,116やヨーク102,104、コイル118といった構造部を構成する部材は、いずれも垂直方向(Y-Z方向)において中心軸線A1を共通のものとして対称に配置されていることが分かる。 Figure 4 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 100 taken along line IV-IV in Figure 1. Whereas Figure 3 is a horizontal cross-sectional view, Figure 4 is a vertical cross-sectional view in the longitudinal direction (cross-sectional view in the X-Z axis direction). As shown in Figure 4, it can be seen that the components constituting the structural parts, such as magnets 110, 112, 114, and 116, yokes 102 and 104, and coil 118, are all arranged symmetrically in the vertical direction (Y-Z direction) with a common central axis A1.

〔アーマチュアの傾き(2)〕
ここでは、中心軸線A1に対して図4中の矢印V方向(垂直方向)にアーマチュア120が傾くことはあり得るが、ほとんど問題にならない。矢印V方向のアーマチュア120の傾きは、本実施形態の構造において上下の弾性部材106,108とヨーク102,104との間に作用する力のアンバランスが極端に大きい場合に生じるが、通常はこのような力のアンバランスは小さく抑えられるので、機械加工のばらつきを考慮に入れたとしても問題にならないためである。
[Armature tilt (2)]
4 (vertical direction) with respect to the central axis A1, tilting of the armature 120 in the direction of the arrow V in Fig. 4 will occur if there is an extremely large imbalance in the forces acting between the upper and lower elastic members 106, 108 and the yokes 102, 104 in the structure of this embodiment, but such an imbalance in forces is usually kept small and will not be a problem even when variations in machining are taken into consideration.

〔中心軸線A2,A3〕
次に図5は、図1中のV-V線に沿う位置での電気機械変換器100の断面図である。図4を長手方向の垂直断面図(X-Z軸方向断面図)とすると、図5は短手方向の垂直断面図(Y-Z軸方向断面図)となる。また、図5中(A)が全体の断面図であり、図5中(B)が図5中(A)の一点鎖線で囲まれた範囲を拡大した部分断面図である。図5中(A)に示されているように、電気機械変換器100の構造部には、短手方向の水平な中心軸線A2を規定することができ、さらに垂直方向の中心軸線A3を規定することができる。そして、構造部を構成する各種の部材は、いずれも垂直方向(Y-Z平面)において中心軸線A2及び中心軸線A3を共通のものとして対称に配置されていることが分かる。なお、長手方向の中心軸線A1は、中心軸線A2と中心軸線A3との交点上に位置する(図5では参照符号なし)。
[Central axis A2, A3]
Next, FIG. 5 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 100 at a position along the V-V line in FIG. 1. If FIG. 4 is a vertical cross-sectional view in the longitudinal direction (X-Z axis direction cross-sectional view), FIG. 5 is a vertical cross-sectional view in the lateral direction (Y-Z axis direction cross-sectional view). FIG. 5(A) is a cross-sectional view of the whole, and FIG. 5(B) is a partial cross-sectional view enlarging the area surrounded by the dashed line in FIG. 5(A). As shown in FIG. 5(A), the structural part of the electromechanical transducer 100 can be defined with a horizontal central axis A2 in the lateral direction, and further with a vertical central axis A3. It can be seen that the various members constituting the structural part are all symmetrically arranged in the vertical direction (Y-Z plane) with the central axis A2 and the central axis A3 in common. The central axis A1 in the longitudinal direction is located at the intersection of the central axis A2 and the central axis A3 (no reference symbol in FIG. 5).

〔アーマチュアの傾き(3)〕
ここでは、中心軸線A2に対して図5中(A)の矢印L方向(垂直方向)のアーマチュア120の傾きが問題になり得る。矢印L方向のアーマチュア120の傾きは、中心軸線A3についても同じ意味であるが、中心軸線A1に関して言えば、中心軸線A1回り(回転方向)の傾きということになる。そして、このような傾きが問題になるのは、主に中心軸線A2方向でヨーク102,104と弾性部材106,108との間に作用する力のアンバランスが起こり得る場合であることが既に分かっている(先行技術文献の特許文献3参照。)。
[Armature tilt (3)]
Here, the inclination of the armature 120 in the direction of the arrow L in Fig. 5 (A) (vertical direction) relative to the central axis A2 can be problematic. The inclination of the armature 120 in the direction of the arrow L has the same meaning for the central axis A3, but in terms of the central axis A1, it is a inclination around the central axis A1 (in the direction of rotation). It has already been found that such inclination becomes a problem mainly when an imbalance in the forces acting between the yokes 102, 104 and the elastic members 106, 108 in the direction of the central axis A2 can occur (see Patent Document 3, a prior art document).

本発明の発明者は、上述したアーマチュア120に傾きを生じさせる構造上の要因に鑑み、ヨーク102,104と弾性部材106,108との間に作用する力にアンバランスを生じさせない構造を実現するに至ったものである。その構造は、以下に挙げた複数の態様により実現されている。 The inventors of the present invention have taken into consideration the structural factors that cause the armature 120 to tilt as described above, and have come up with a structure that does not cause an imbalance in the forces acting between the yokes 102, 104 and the elastic members 106, 108. This structure is realized in the following ways:

〔第1態様〕
図5中(A):本構造の第1態様は、ヨーク102,104の当接部102b,104bが弾性部材106,108と曲面で接触する構造である。すなわち、弾性部材106,108の図示しない自由状態において対向部位106a,108aが平板状であるとすると、これらと接触する当接部102b,104bは平面ではなく曲面に形成されている。したがって、当接部102b,104bと対向部位106a,108aとの接触領域は、中心軸線A1方向に延びる直線状となっている。これにより、ヨーク102,104の当接部102b,104bからそれぞれ弾性部材106,108に作用する力Fの作用点が実質的に線状に狭められて集中するため、中心軸線A2方向に力Fの作用点が分散することがない。このため、先行技術(特許文献3等)で問題となった中心軸線A2方向に拡がる力の作用点間の幅をほぼ無(ゼロ)とし、前記課題を解決することができる。
[First aspect]
5A: In the first embodiment of this structure, the contact portions 102b, 104b of the yokes 102, 104 contact the elastic members 106, 108 with curved surfaces. In other words, if the opposing portions 106a, 108a of the elastic members 106, 108 are flat in a free state (not shown), the contact portions 102b, 104b that contact these portions are formed as curved surfaces rather than flat surfaces. Therefore, the contact areas between the contact portions 102b, 104b and the opposing portions 106a, 108a are linear and extend in the direction of the central axis A1. As a result, the points of application of the force F acting on the elastic members 106, 108 from the contact portions 102b, 104b of the yokes 102, 104 are narrowed and concentrated in a substantially linear manner, so that the points of application of the force F are not dispersed in the direction of the central axis A2. Therefore, the width between the points of application of the force spreading in the direction of the central axis A2, which was a problem in the prior art (Patent Document 3, etc.), can be made almost zero, thereby solving the above-mentioned problem.

図5中(B):当接部102b,104bに形成する曲面は、以下の指標により好適に規定することができる。例えば、上側の当接部102bを例に挙げると、弾性部材106の変形状態で対向部位106aには撓みによる変形が生じているが、この撓み状態で対向部位106aに現れる曲率半径R1よりも、当接部102bに形成する曲面の曲率半径R2を小さくする(R1>R2)。これにより、上記のようにヨーク102側の当接部102bと弾性部材106の対向部位106aとの接触領域は中心軸線A2方向に線状に狭められ、力Fの作用点の分散がほぼ無(ゼロ)に抑えられる。 Figure 5 (B): The curved surfaces formed on the contact portions 102b and 104b can be suitably defined according to the following criteria. For example, in the case of the upper contact portion 102b, when the elastic member 106 is in a deformed state, the opposing portion 106a is deformed due to bending, but the radius of curvature R2 of the curved surface formed on the contact portion 102b is made smaller than the radius of curvature R1 that appears on the opposing portion 106a in this bending state (R1>R2). As a result, the contact area between the contact portion 102b on the yoke 102 side and the opposing portion 106a of the elastic member 106 is linearly narrowed in the direction of the central axis A2 as described above, and the dispersion of the point of application of the force F is suppressed to almost zero.

そして、ヨーク102,104の当接部102b,104bは、構造部の中心軸線A1,A2を中心として上下対称に配置されるので、上下のヨーク102,104から弾性部材106,108が受ける力Fが中心軸線A1,A3から互い違いにずれることがなく、図5中(A)に示したアーマチュア120の矢印L方向の傾きの原因となるトルクの発生を非常に小さく抑えることができる。 The contact portions 102b, 104b of the yokes 102, 104 are arranged symmetrically above and below the central axes A1, A2 of the structural portion, so that the force F that the elastic members 106, 108 receive from the upper and lower yokes 102, 104 does not deviate from the central axes A1, A3 alternately, and the generation of torque that causes the armature 120 to tilt in the direction of the arrow L shown in Figure 5 (A) can be kept very small.

〔第2態様〕
図6は、図5と同じ断面位置において本構造の第2態様を示す図である。このうち、図6中(A)が全体の断面図であり、図6中(B)が図6中(A)の一点鎖線で囲まれた範囲を拡大した部分断面図である。
[Second aspect]
Fig. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present structure at the same cross-sectional position as in Fig. 5. Of these, Fig. 6(A) is an overall cross-sectional view, and Fig. 6(B) is a partial cross-sectional view in which the area surrounded by the dashed line in Fig. 6(A) is enlarged.

図6中(A):第2態様では、ヨーク102,104に第1態様と異なる当接部302b,304bを形成するが、その他は第1態様と同じである。このような第2態様では、当接部302b,304bが弾性部材106,108とエッジ(端縁)で接触する構造である。ここでも同様に、弾性部材106,108の図示しない自由状態において対向部位106a,108aが平板状であるとすると、これらと接触する当接部302b,304bは平面形状ではなく、対向部位106a,108aに対して凸形状(山形状)に形成されており、その接触部分がエッジ形状となっている。したがって、当接部302b,304bと対向部位106a,108aとの接触領域は、同じく中心軸線A1方向に延びる直線状となっている。これにより、ヨーク102,104の当接部302b,304bからそれぞれ弾性部材106,108に作用する力Fの作用点が実質的に線状に狭められて集中するため、中心軸線A2方向に力Fの作用点が分散することがなく、同様に中心軸線A2方向に拡がる力の作用点間の幅をほぼ無(ゼロ)とし、前記課題を解決することができる。 6 (A): In the second embodiment, the yokes 102 and 104 are provided with abutment portions 302b and 304b different from those in the first embodiment, but otherwise are the same as those in the first embodiment. In this second embodiment, the abutment portions 302b and 304b contact the elastic members 106 and 108 at their edges (edges). Similarly, if the opposing portions 106a and 108a are flat in the free state of the elastic members 106 and 108 (not shown), the abutment portions 302b and 304b that contact these are not flat, but are formed in a convex shape (mountain shape) relative to the opposing portions 106a and 108a, and the contact portions are edge-shaped. Therefore, the contact areas between the abutment portions 302b and 304b and the opposing portions 106a and 108a are also linearly extending in the direction of the central axis A1. As a result, the points of application of force F acting on elastic members 106 and 108 from contact portions 302b and 304b of yokes 102 and 104 are narrowed and concentrated in a substantially linear fashion, so that the points of application of force F do not disperse in the direction of central axis A2, and similarly, the width between the points of application of the force spreading in the direction of central axis A2 is made almost zero, thereby solving the above-mentioned problem.

図6中(B):当接部302b,304bに形成するエッジは、以下の指標により好適に規定することができる。ここでも同様に、例えば上側の当接部302bを例に挙げると、弾性部材106の変形状態で対向部位106aには撓みによる変形が生じているが、この撓み状態で対向部位106aに現れる接触領域を中心とした開き角θ1よりも、当接部302bに形成するエッジの開き角θ2を小さくする(θ1>θ2)。これにより、上記のようにヨーク102側の当接部302bと弾性部材106の対向部位106aとの接触領域は中心軸線A2方向に線状に狭められ、力Fの作用点の分散がほぼ無(ゼロ)に抑えられる。 Figure 6 (B): The edges formed on the contact portions 302b and 304b can be suitably defined by the following index. Similarly, taking the upper contact portion 302b as an example, when the elastic member 106 is in a deformed state, the opposing portion 106a is deformed due to bending, but the opening angle θ2 of the edge formed on the contact portion 302b is made smaller than the opening angle θ1 centered on the contact area that appears on the opposing portion 106a in this bending state (θ1>θ2). As a result, the contact area between the contact portion 302b on the yoke 102 side and the opposing portion 106a of the elastic member 106 is linearly narrowed in the direction of the central axis A2 as described above, and the dispersion of the application point of the force F is suppressed to almost zero.

そして、ヨーク102,104の当接部302b,304bは、構造部の中心軸線A1,A2を中心として上下対称に配置されるので、上下のヨーク102,104から弾性部材106,108が受ける力Fが中心軸線A1,A3から互い違いにずれることがなく、図6中(A)に示したアーマチュア120の矢印L方向の傾きの原因となるトルクの発生を非常に小さく抑えることができる。 The contact portions 302b, 304b of the yokes 102, 104 are arranged symmetrically above and below the central axes A1, A2 of the structural portion, so that the force F that the elastic members 106, 108 receive from the upper and lower yokes 102, 104 does not deviate from the central axes A1, A3 alternately, and the generation of torque that causes the armature 120 to tilt in the direction of the arrow L shown in Figure 6 (A) can be kept very small.

〔第2実施形態〕
次に、電気機械変換器の第2実施形態について説明する。
図7は、第2実施形態の電気機械変換器200を示す斜視図である。また図8は、電気機械変換器200の分解斜視図である。電気機械変換器200の基本構造は、磁石210,212,214,216、ヨーク202,204及びコイル218を一体的に配置した構造部の内部空間(ともに参照符号なし)を貫いてアーマチュア220を配置し、ヨーク202,204との間に挟み込んだ一対の弾性部材206,208でアーマチュア220を支持したものである。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the electromechanical transducer will be described.
Fig. 7 is a perspective view showing an electromechanical transducer 200 of the second embodiment. Fig. 8 is an exploded perspective view of the electromechanical transducer 200. The basic structure of the electromechanical transducer 200 is such that an armature 220 is disposed through an internal space (all without reference numbers) of a structural part in which magnets 210, 212, 214, 216, yokes 202, 204, and a coil 218 are integrally disposed, and the armature 220 is supported by a pair of elastic members 206, 208 sandwiched between the yokes 202, 204.

このように、第2実施形態の電気機械変換器200は、一対の弾性部材206,208でアーマチュア220を支持する点が第1実施形態と異なっている。ただし、弾性部材206,208とヨーク202,204との接触以外の構成は第1実施形態と共通する部分が多いため、以下では第1実施形態の説明により得られた理解が大いに活用されることとなる(参照符号は、第1実施形態の100番台を200番台に変更。)。 As described above, the electromechanical transducer 200 of the second embodiment differs from the first embodiment in that the armature 220 is supported by a pair of elastic members 206, 208. However, since the configuration other than the contact between the elastic members 206, 208 and the yokes 202, 204 has much in common with the first embodiment, the understanding gained from the explanation of the first embodiment will be fully utilized below (reference numbers have been changed from the 100s in the first embodiment to the 200s).

第2実施形態においても、図7及び図8でみて上下に一対をなす2つのヨーク202,204の両側縁には、それぞれ互いの組み合わせ方向に屈曲された曲げ部202a,204aが2つずつ対称に形成されている。図7の完成状態では、これら曲げ部202a,204aの対向する接合面にて上下のヨーク202,204が圧接され、一体的に接合(例えばレーザー溶接)されている。 In the second embodiment, as seen in Figures 7 and 8, two bent portions 202a, 204a are formed symmetrically on both side edges of the two yokes 202, 204 that are bent in the direction of assembly. In the completed state shown in Figure 7, the upper and lower yokes 202, 204 are pressed together at the opposing joint surfaces of the bent portions 202a, 204a and joined together (e.g., by laser welding).

また、上側のヨーク202の内側面には、その長手方向に間隔を空けて2個の磁石210,212が接着により固定されており、下側のヨーク204の内側面にも、長手方向に間隔を空けて2個の磁石214,216が接着により固定されている。完成状態では、長手方向の片側で上下に対向する角板状の磁石210,214が1つの対をなし、もう片側でも上下に対向する角板状の磁石212,216がもう1つの対をなしている。なお、対をなす磁石210,214及び磁石212,216は互いに異極同士(S極-N極)を対向させており、さらに同一の各ヨーク202,204の内面で長手方向に並んで配置された2個の磁石210,212及び磁石214,216については、互いの極性が逆向きに磁化されている。これにより、完成状態で2つのヨーク202,204は、上下で二対をなす磁石210,214及び磁石212,216による磁束を閉回路状に導いている。 In addition, two magnets 210, 212 are fixed by adhesive to the inner surface of the upper yoke 202 with a gap in the longitudinal direction, and two magnets 214, 216 are fixed by adhesive to the inner surface of the lower yoke 204 with a gap in the longitudinal direction. In the completed state, the rectangular plate-shaped magnets 210, 214 facing each other vertically on one side in the longitudinal direction form one pair, and the rectangular plate-shaped magnets 212, 216 facing each other vertically on the other side form another pair. The paired magnets 210, 214 and magnets 212, 216 face each other with opposite poles (south pole - north pole), and the two magnets 210, 212 and magnets 214, 216 arranged side by side in the longitudinal direction on the inner surface of each of the same yokes 202, 204 are magnetized with polarities opposite to each other. As a result, in the completed state, the two yokes 202 and 204 conduct the magnetic flux from the two pairs of magnets 210, 214 and 212, 216 in a closed circuit.

コイル218は、ヨーク202,204に囲まれた内部空間で長手方向の中央、すなわち磁石210,214の対と磁石212,216の対との間に配置されている。コイル218はコアを有しない空芯タイプであり、その巻中心の方向は、構造部全体の長手方向に合致している。コイル218の外周面は、部分的に曲げ部202a,204aの間から構造部の短手方向(長手方向と直交する方向)へ両側に表出しており、このような表出した2箇所には、それぞれコイル端子222,224が半田付けされている。コイル端子222,224は、コイル218の巻始め端と巻終わり端をそれぞれ外部に接続可能としている。なお、コイル218は絶縁された状態で、ヨーク202,204の内面と接着により固定されている。 The coil 218 is disposed in the center of the longitudinal direction in the internal space surrounded by the yokes 202 and 204, that is, between the pair of magnets 210 and 214 and the pair of magnets 212 and 216. The coil 218 is an air-core type coil that does not have a core, and the direction of the winding center coincides with the longitudinal direction of the entire structure. The outer peripheral surface of the coil 218 is partially exposed on both sides in the short direction (direction perpendicular to the longitudinal direction) of the structure from between the bent portions 202a and 204a, and coil terminals 222 and 224 are soldered to these two exposed locations. The coil terminals 222 and 224 allow the start and end of the coil 218 to be connected to the outside, respectively. The coil 218 is fixed to the inner surface of the yokes 202 and 204 by adhesive while being insulated.

アーマチュア220は、構造部の内部空間を長手方向、つまりコイル218の巻心方向に貫通するようにして配置されている。アーマチュア220は、上側及び下側の角板状の磁石210,212及び磁石214,216にそれぞれ両面が対向する平板状をなしており、長手方向の両端部が内部空間から外側に突出している。このような突出したアーマチュア220の両端部には、上面及び下面にそれぞれ弾性部材206,208との当接部220a,220bが形成されている。 The armature 220 is arranged so as to penetrate the internal space of the structural part in the longitudinal direction, i.e., in the direction of the winding core of the coil 218. The armature 220 is flat with both sides facing the upper and lower rectangular plate-shaped magnets 210, 212 and magnets 214, 216, respectively, and both ends in the longitudinal direction protrude outward from the internal space. At both ends of the protruding armature 220, abutment parts 220a, 220b with the elastic members 206, 208 are formed on the upper and lower surfaces, respectively.

一方、上下のヨーク202,204には、短手方向の両側に内部空間よりも突出した当接部202b,204bが形成されており、ヨーク202,204は、それぞれ当接部202b,204bにて一対の弾性部材206,208と接触する。これら当接部202b,204bは、それぞれヨーク202,204の短手方向の中心軸線上で、かつ長手方向の中央に位置している点が第1実施形態とは異なっている。なお、この点についてもさらに後述する。 On the other hand, the upper and lower yokes 202 and 204 are formed with abutment portions 202b and 204b that protrude from the internal space on both sides in the short side direction, and the yokes 202 and 204 come into contact with a pair of elastic members 206 and 208 at the abutment portions 202b and 204b, respectively. These abutment portions 202b and 204b differ from the first embodiment in that they are located on the central axis of the yokes 202 and 204 in the short side direction and in the center in the longitudinal direction. This point will be described further below.

〔一対の弾性部材〕
第2実施形態に用いられる上下一対の弾性部材206,208は、薄板状のばね部材を略角リング形状に打ち抜き、その両側の短辺部を長辺部に対して曲げ加工して形成されており、短辺部と長辺部とをつなぐ各4つのコーナー部位が湾曲部206c,208cとなっている。各弾性部材206,208は、上下のヨーク202,204とはそれぞれ当接部202b,204bの2箇所で接触し、この点も第1実施形態と異なっている。すなわち、各弾性部材206,208は、当接部202b,204bに対応する長辺部の中央の部位が板ばね状をなす対向部位206a,208aとしてそれぞれ形成されている。
[Pair of Elastic Members]
The pair of upper and lower elastic members 206, 208 used in the second embodiment are formed by punching out a thin plate-like spring material into a substantially square ring shape and bending the short sides on both sides relative to the long sides, with the four corners connecting the short sides and the long sides being curved portions 206c, 208c. Each of the elastic members 206, 208 contacts the upper and lower yokes 202, 204 at two points, the contact portions 202b, 204b, which is also different from the first embodiment. That is, the central portions of the long sides of each of the elastic members 206, 208 corresponding to the contact portions 202b, 204b are formed as opposed portions 206a, 208a in the shape of a leaf spring.

また、各弾性部材206,208は、上記のように両側の短辺部が長辺部に対して屈曲されることにより、その屈曲方向の側端縁(厚み方向の側面)をアーマチュア220に対向させている。そして、各弾性部材206,208は、短辺部の中央の部位が当接部206b,208bとして形成されている。各弾性部材206,208は、短辺部の中央に形成された当接部206b,208bにてアーマチュア220と上下両面それぞれの2箇所で接触し、上側の弾性部材206が両側の当接部206bでアーマチュア220上面で両側の当接部220aとそれぞれ接触し、下側の弾性部材208が両側の当接部208bでアーマチュア220下面で両側の当接部220bとそれぞれ接触する。このように、第2実施形態では弾性部材206,208とアーマチュア220との接触関係が第1実施形態と異なっている。 In addition, each of the elastic members 206, 208 has both short sides bent relative to the long sides as described above, so that the side edges in the bending direction (side surfaces in the thickness direction) face the armature 220. The center of the short sides of each of the elastic members 206, 208 are formed as abutment parts 206b, 208b. Each of the elastic members 206, 208 contacts the armature 220 at two points on each of the upper and lower surfaces at the abutment parts 206b, 208b formed in the center of the short sides, and the upper elastic member 206 contacts the abutment parts 220a on both sides on the upper surface of the armature 220 at the abutment parts 206b on both sides, and the lower elastic member 208 contacts the abutment parts 220b on both sides on the lower surface of the armature 220 at the abutment parts 208b on both sides. In this way, the contact relationship between the elastic members 206, 208 and the armature 220 in the second embodiment is different from that in the first embodiment.

そして、第2実施形態においても、電気機械変換器200の完成状態において、各弾性部材206,208は所定の変位量(変形量)をもって上下のヨーク202,204とアーマチュア220との間に挟まれる。これにより、アーマチュア220は上下一対の弾性部材206,208の弾性力(反発力)を受けつつ、これらの力が平衡する位置で支持され、構造部との間に適当な空隙(エアギャップ)を持って配置される。なお、図8の分解状態においても、図7と同様に各弾性部材206,208が変形状態で示されているが、自由状態(無負荷)において各弾性部材206,208の対向部位206a,208aは平板状であり、その長辺部は撓み変形していない。 In the second embodiment, in the completed state of the electromechanical transducer 200, each elastic member 206, 208 is sandwiched between the upper and lower yokes 202, 204 and the armature 220 with a predetermined amount of displacement (deformation). As a result, the armature 220 is supported at a position where the elastic forces (repulsive forces) of the pair of upper and lower elastic members 206, 208 are balanced, and is disposed with an appropriate gap (air gap) between the structural parts. In the disassembled state of FIG. 8, each elastic member 206, 208 is shown in a deformed state as in FIG. 7, but in the free state (unloaded), the opposing portions 206a, 208a of each elastic member 206, 208 are flat, and their long sides are not flexed or deformed.

なお、第2実施形態においても、ヨーク202,204及びアーマチュア220には例えば45%Niのパーマロイ等の軟磁性材料が用いられ、弾性部材206,208には、ばね用SUS301材等のステンレス鋼材が用いられる。 In the second embodiment, the yokes 202, 204 and the armature 220 are made of a soft magnetic material such as 45% Ni permalloy, and the elastic members 206, 208 are made of stainless steel such as SUS301 spring material.

〔中心軸線との関係〕
次に、第2実施形態において電気機械変換器200の構造部に規定されるいくつかの中心軸線との関係について説明する。なお、中心軸線が例えば3方向に規定される点は第1実施形態と同様である。
[Relationship with central axis]
Next, a description will be given of the relationship between the several central axes defined in the structural portion of the electromechanical transducer 200 in the second embodiment. Note that the central axes are defined in, for example, three directions, as in the first embodiment.

〔中心軸線A1〕
図9は、図7中のIX-IX線に沿う電気機械変換器200の断面図である。図7でみた構造部の長手方向を例えば水平方向とすると、図9に示される断面は電気機械変換器200の水平断面(X-Y軸方向断面)となる。第2実施形態においても、電気機械変換器200の構造部には長手方向の水平な中心軸線A1を規定することができる。
[Central axis A1]
Fig. 9 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 200 taken along line IX-IX in Fig. 7. If the longitudinal direction of the structure in Fig. 7 is taken as the horizontal direction, for example, the cross section shown in Fig. 9 is a horizontal cross section (cross section in the XY axis direction) of the electromechanical transducer 200. In the second embodiment as well, a central axis A1 that is horizontal in the longitudinal direction can be defined for the structure of the electromechanical transducer 200.

〔アーマチュアの傾き(1)〕
第2実施形態においても同様に、中心軸線A1に対して図9中の矢印H方向(水平方向)にアーマチュア220が傾くことは構造上生じ難い。これは、同じくアーマチュア220を支持している弾性部材206,208がヨーク202,204との間で矢印H方向への力を作用させていないため、構造上、力のアンバランスが起こり難いからである。
[Armature tilt (1)]
Similarly, in the second embodiment, the armature 220 is structurally unlikely to tilt in the direction of arrow H in Fig. 9 (horizontal direction) with respect to the central axis A1. This is because the elastic members 206, 208, which also support the armature 220, do not apply a force in the direction of arrow H between the yokes 202, 204, and therefore, structurally, a force imbalance is unlikely to occur.

図10は、図7中のX-X線に沿う電気機械変換器200の断面図である。図9を水平断面図とすると、図10は短手方向の垂直断面図(Y-Z軸方向断面図)となる。図10に示されているように、構造部には短手方向の水平な中心軸線A2を規定することができる。第1実施形態と断面の方向が異なるのは、断面をとる当接部202b,204bの配置が第1実施形態と水平方向で90°違っていることによる。そして、ヨーク202,204やコイル218といった構造部を構成する部材は、いずれも水平方向(Y-Z平面)において中心軸線A2を共通のものとして対称に配置されていることが分かる。 Figure 10 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 200 taken along line X-X in Figure 7. If Figure 9 is a horizontal cross-sectional view, Figure 10 is a vertical cross-sectional view in the short side direction (cross-sectional view in the Y-Z axis direction). As shown in Figure 10, the structural part can be defined with a horizontal central axis A2 in the short side direction. The reason why the direction of the cross section differs from that of the first embodiment is that the arrangement of the abutment parts 202b, 204b that form the cross section differs by 90° in the horizontal direction from that of the first embodiment. It can also be seen that the members that make up the structural part, such as the yokes 202, 204 and the coil 218, are all symmetrically arranged in the horizontal direction (Y-Z plane) with the central axis A2 in common.

〔アーマチュアの傾き(2)〕
第2実施形態において、中心軸線A2に対して図10中の矢印V方向(垂直方向)にアーマチュア220が傾くことは構造上生じ難いので、問題とはならない。
[Armature tilt (2)]
In the second embodiment, the armature 220 is structurally unlikely to tilt in the direction of arrow V in FIG. 10 (vertical direction) with respect to the central axis A2, and this does not pose a problem.

〔中心軸線A1,A3〕
次に図11は、図7中のXI-XI線に沿う位置での電気機械変換器200の断面図である。図10を短手方向の垂直断面図(Y-Z軸方向断面図)とすると、図11は長手方向の垂直断面図(X-Z軸方向断面図)となる。また、図11中(A)が全体の断面図であり、図11中(B)が図11中(A)の一点鎖線で囲まれた範囲を拡大した部分断面図である。図11中(A)に示されているように、構造部には、短手方向の水平な中心軸線A1とともに垂直方向の中心軸線A3を規定することができる。なお、短手方向の中心軸線A2は、中心軸線A1と中心軸線A3との交点上に位置する(図11では参照符号なし)。
[Central axis A1, A3]
Next, FIG. 11 is a cross-sectional view of the electromechanical transducer 200 at a position along line XI-XI in FIG. 7. If FIG. 10 is a vertical cross-sectional view in the short side direction (Y-Z axis direction cross-sectional view), FIG. 11 is a vertical cross-sectional view in the long side direction (X-Z axis direction cross-sectional view). Also, FIG. 11 (A) is an overall cross-sectional view, and FIG. 11 (B) is a partial cross-sectional view in which the area surrounded by the dashed line in FIG. 11 (A) is enlarged. As shown in FIG. 11 (A), the structure can be defined with a horizontal central axis A1 in the short side direction and a vertical central axis A3. The central axis A2 in the short side direction is located at the intersection of the central axis A1 and the central axis A3 (no reference symbol in FIG. 11).

〔アーマチュアの傾き(3)〕
第2実施形態では、中心軸線A1に対して図11中(A)の矢印L方向(垂直方向)のアーマチュア220の傾きが問題になり得る。矢印L方向のアーマチュア220の傾きは、中心軸線A3についても同じ意味であるが、中心軸線A2に関して言えば、中心軸線A2回り(回転方向)の傾きということになる。そして、先行技術文献として挙げた特許文献3の技術事項から得られる知見によると、このような傾きが問題になるのは、主に中心軸線A1方向でヨーク202,204と弾性部材206,208との間に作用する力のアンバランスが起こり得る場合であることが分かる。
[Armature tilt (3)]
In the second embodiment, the inclination of the armature 220 in the direction of the arrow L (vertical direction) in Fig. 11 (A) with respect to the central axis A1 can be a problem. The inclination of the armature 220 in the direction of the arrow L has the same meaning for the central axis A3, but in terms of the central axis A2, it is an inclination around the central axis A2 (in the direction of rotation). According to the knowledge obtained from the technical matters of Patent Document 3, which is listed as a prior art document, it can be seen that such an inclination becomes a problem mainly when an imbalance of forces acting between the yokes 202, 204 and the elastic members 206, 208 in the direction of the central axis A1 can occur.

本発明の発明者は、第2実施形態のように一対の弾性部材206,208でアーマチュア220を支持する場合においても、そのアーマチュア220に傾きを生じさせる構造上の要因に鑑み、ヨーク202,204と弾性部材206,208との間に作用する力にアンバランスを生じさせない構造を実現するに至ったものである。その構造は、以下に挙げた複数の態様により実現されている。 The inventors of the present invention have taken into consideration the structural factors that cause the armature 220 to tilt, even when the armature 220 is supported by a pair of elastic members 206, 208 as in the second embodiment, and have come up with a structure that does not cause an imbalance in the forces acting between the yokes 202, 204 and the elastic members 206, 208. The structure is realized in the following manner.

〔第1態様〕
図11中(A):本構造の第1態様は、ヨーク202,204の当接部202b,204bが弾性部材206,208と曲面で接触する構造である。すなわち、弾性部材206,208の図示しない自由状態において対向部位206a,208aが平板状であるとすると、これらと接触する当接部202b,204bは平面ではなく曲面に形成されている。したがって、当接部202b,204bと対向部位206a,208aとの接触領域は、中心軸線A2方向に延びる直線状となっている。これにより、ヨーク202,204の当接部202b,204bからそれぞれ弾性部材206,208に作用する力Fの作用点が実質的に線状に狭められて集中するため、中心軸線A1方向に力Fの作用点が分散することがない。このため、第2実施形態の構造を想定した場合において、先行技術(特許文献3等)で問題となる中心軸線A1方向に拡がる力の作用点間の幅をほぼ無(ゼロ)とし、前記同様の課題を解決することができる。
[First aspect]
11A: In the first embodiment of this structure, the contact portions 202b, 204b of the yokes 202, 204 contact the elastic members 206, 208 with curved surfaces. In other words, if the opposing portions 206a, 208a of the elastic members 206, 208 are flat in a free state (not shown), the contact portions 202b, 204b that contact these portions are formed as curved surfaces rather than flat surfaces. Therefore, the contact areas between the contact portions 202b, 204b and the opposing portions 206a, 208a are linear extending in the direction of the central axis A2. As a result, the points of application of the force F acting on the elastic members 206, 208 from the contact portions 202b, 204b of the yokes 202, 204 are narrowed and concentrated substantially linearly, so that the points of application of the force F are not dispersed in the direction of the central axis A1. Therefore, when assuming the structure of the second embodiment, the width between the points of application of the force expanding in the direction of the central axis A1, which is a problem in the prior art (Patent Document 3, etc.), can be made to be almost zero, thereby solving the same problem as described above.

図11中(B):当接部202b,204bに形成する曲面は、以下の指標により好適に規定することができる。例えば、上側の当接部202bを例に挙げると、弾性部材206の変形状態で対向部位206aには撓みによる変形が生じているが、この撓み状態で対向部位206aに現れる曲率半径R1よりも、当接部202bに形成する曲面の曲率半径R2を小さくする(R1>R2)。これにより、上記のようにヨーク202側の当接部202bと弾性部材206の対向部位206aとの接触領域は中心軸線A1方向に線状に狭められ、力Fの作用点の分散がほぼ無(ゼロ)に抑えられる。 Figure 11 (B): The curved surfaces formed on the contact portions 202b and 204b can be suitably defined according to the following criteria. For example, in the case of the upper contact portion 202b, when the elastic member 206 is in a deformed state, the opposing portion 206a is deformed due to bending, but the radius of curvature R2 of the curved surface formed on the contact portion 202b is made smaller than the radius of curvature R1 that appears on the opposing portion 206a in this bending state (R1>R2). As a result, the contact area between the contact portion 202b on the yoke 202 side and the opposing portion 206a of the elastic member 206 is linearly narrowed in the direction of the central axis A1 as described above, and the dispersion of the point of application of the force F is suppressed to almost zero.

そして、ヨーク202,204の当接部202b,204bは、構造部の中心軸線A1,A2を中心として上下対称に配置されるので、上下のヨーク202,204から弾性部材206,208が受ける力Fが中心軸線A2,A3から互い違いにずれることがなく、図11中(A)に示したアーマチュア220の矢印L方向の傾きの原因となるトルクの発生を非常に小さく抑えることができる。 The contact portions 202b, 204b of the yokes 202, 204 are arranged symmetrically above and below the central axes A1, A2 of the structural portion, so that the force F that the elastic members 206, 208 receive from the upper and lower yokes 202, 204 does not deviate from the central axes A2, A3 alternately, and the generation of torque that causes the armature 220 to tilt in the direction of the arrow L shown in Figure 11 (A) can be kept very small.

〔第2態様〕
図12は、図11と同じ断面位置において本構造の第2態様を示す図である。このうち、図12中(A)が全体の断面図であり、図12中(B)が図12中(A)の一点鎖線で囲まれた範囲を拡大した部分断面図である。
[Second aspect]
Fig. 12 is a diagram showing a second embodiment of the present structure at the same cross-sectional position as Fig. 11. Of these, Fig. 12(A) is an overall cross-sectional view, and Fig. 12(B) is a partial cross-sectional view in which the area surrounded by the dashed line in Fig. 12(A) is enlarged.

図12中(A):第2態様では、ヨーク202,204に第1態様と異なる当接部402b,404bを形成するが、その他は第1態様と同じである。このような第2態様では、当接部402b,404bが弾性部材206,208とエッジ(端縁)で接触する構造である。ここでも同様に、弾性部材206,208の図示しない自由状態において対向部位206a,208aが平板状であるとすると、これらと接触する当接部402b,404bは平面形状ではなく、対向部位206a,208aに対して凸形状(山形状)に形成されており、その接触部分がエッジ形状となっている。したがって、当接部402b,404bと対向部位206a,208aとの接触領域は、同じく中心軸線A2方向に延びる直線状となっている。これにより、ヨーク202,204の当接部402b,404bからそれぞれ弾性部材206,208に作用する力Fの作用点が実質的に線状に狭められて集中するため、中心軸線A1方向に力Fの作用点が分散することがなく、同様に中心軸線A1方向に拡がる力の作用点間の幅をほぼ無(ゼロ)とし、前記と同様の課題を解決することができる。 In FIG. 12 (A): In the second embodiment, the yokes 202 and 204 are provided with abutment portions 402b and 404b different from those in the first embodiment, but otherwise are the same as those in the first embodiment. In such a second embodiment, the abutment portions 402b and 404b contact the elastic members 206 and 208 at their edges (edges). Similarly, if the opposing portions 206a and 208a are flat in the free state of the elastic members 206 and 208 (not shown), the abutment portions 402b and 404b that contact them are not flat, but are formed in a convex shape (mountain shape) relative to the opposing portions 206a and 208a, and the contact portions are edge-shaped. Therefore, the contact areas between the abutment portions 402b and 404b and the opposing portions 206a and 208a are also linearly extending in the direction of the central axis A2. As a result, the points of application of force F acting on elastic members 206 and 208 from contact portions 402b and 404b of yokes 202 and 204 are narrowed and concentrated in a substantially linear fashion, so that the points of application of force F do not disperse in the direction of central axis A1, and similarly, the width between the points of application of the force spreading in the direction of central axis A1 is made nearly zero, solving the same problem as above.

図12中(B):当接部402b,404bに形成するエッジは、以下の指標により好適に規定することができる。ここでも同様に、例えば上側の当接部402bを例に挙げると、弾性部材206の変形状態で対向部位206aには撓みによる変形が生じているが、この撓み状態で対向部位206aに現れる接触領域を中心とした開き角θ1よりも、当接部402bに形成するエッジの開き角θ2を小さくする(θ1>θ2)。これにより、上記のようにヨーク202側の当接部402bと弾性部材206の対向部位206aとの接触領域は中心軸線A1方向に線状に狭められ、力Fの作用点の分散がほぼ無(ゼロ)に抑えられる。 Figure 12 (B): The edges formed on the contact portions 402b and 404b can be suitably defined by the following index. Similarly, taking the upper contact portion 402b as an example, when the elastic member 206 is in a deformed state, the opposing portion 206a is deformed due to bending, but the opening angle θ2 of the edge formed on the contact portion 402b is made smaller than the opening angle θ1 centered on the contact area that appears on the opposing portion 206a in this bending state (θ1>θ2). As a result, the contact area between the contact portion 402b on the yoke 202 side and the opposing portion 206a of the elastic member 206 is linearly narrowed in the direction of the central axis A1 as described above, and the dispersion of the application point of the force F is suppressed to almost zero.

そして、ヨーク202,204の当接部402b,404bは、構造部の中心軸線A1,A2を中心として上下対称に配置されるので、上下のヨーク202,204から弾性部材206,208が受ける力Fが中心軸線A2,A3から互い違いにずれることがなく、図12中(A)に示したアーマチュア220の矢印L方向の傾きの原因となるトルクの発生を非常に小さく抑えることができる。 The contact portions 402b, 404b of the yokes 202, 204 are arranged symmetrically above and below the central axes A1, A2 of the structural portion, so that the force F that the elastic members 206, 208 receive from the upper and lower yokes 202, 204 does not deviate from the central axes A2, A3 alternately, and the generation of torque that causes the armature 220 to tilt in the direction of the arrow L shown in Figure 12 (A) can be kept very small.

上述した複数の実施形態によれば、以下の利点が得られる。
(1)第1実施形態で例示した第1及び第2態様の構造を導入することにより、電気機械変換器100のヨーク102,104と弾性部材106,108との間に働く力のアンバランスによるアーマチュア120の傾きを改善し、電気機械変換器100の性能に悪影響を及ぼし歩留りが悪くなるという問題を解決する。
(2)上記は、第1実施形態のように二対の弾性部材106,108で構成される構造について示しているが、第2実施形態によれば、一対の弾性部材206,208で構成される構造の場合にも適用することができる。これにより、電気機械変換器200のヨーク202,204と一対の弾性部材206,208との間に働く力のアンバランスによるアーマチュア220の傾きを改善し、電気機械変換器200の性能に悪影響を及ぼし歩留りが悪くなるという問題を解決する。
The above-described embodiments provide the following advantages.
(1) By introducing the first and second structures exemplified in the first embodiment, the inclination of the armature 120 caused by the imbalance of forces acting between the yokes 102, 104 and the elastic members 106, 108 of the electromechanical converter 100 is improved, thereby solving the problem of adversely affecting the performance of the electromechanical converter 100 and reducing yields.
(2) Although the above describes a structure constituted by two pairs of elastic members 106, 108 as in the first embodiment, the second embodiment can also be applied to a structure constituted by a pair of elastic members 206, 208. This improves the inclination of the armature 220 caused by the imbalance of forces acting between the yokes 202, 204 of the electromechanical transducer 200 and the pair of elastic members 206, 208, and solves the problem of adversely affecting the performance of the electromechanical transducer 200 and reducing the yield.

本発明は上述した複数の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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and can be implemented in various modifications.

第1実施形態では、弾性部材106,108の対向部位106a,108aが溝形状に形成されている例を挙げたが、第2実施形態のように全幅にわたって平板状の部位を対向部位106a,108aとしてもよい。 In the first embodiment, an example was given in which the opposing portions 106a, 108a of the elastic members 106, 108 are formed in a groove shape, but as in the second embodiment, the opposing portions 106a, 108a may be flat portions across the entire width.

各実施形態とも、構造部を構成する各種の部材(磁石、ヨーク、コイル等)の形状や大きさ、細部について特に制約はなく、適宜に変形したり変更したりすることが可能である。 In each embodiment, there are no particular restrictions on the shape, size, or details of the various components (magnets, yokes, coils, etc.) that make up the structural part, and they can be modified or changed as appropriate.

当接部102b,104b等をエッジ形状とする場合、開き角θ2が例示の場合よりもさらに鋭角であってもよいし、エッジが単なる山形ではなく、多段階に角度が付いたエッジであってもよい。 When the contact portions 102b, 104b, etc. are formed into an edge shape, the opening angle θ2 may be even more acute than in the example, and the edge may not be simply a mountain shape but may have multiple angles.

また、当接部102b,104b等を曲面とする場合、対向部位106a,108a等と接触する部分だけを曲面形状とし、非接触の部位は曲面でない構造としてもよい。 In addition, when the contact portions 102b, 104b, etc. are curved, only the portions that come into contact with the opposing portions 106a, 108a, etc. may be curved, and the non-contacting portions may be non-curved.

100 電気機械変換器
102,104 ヨーク
102b,104b 当接部
106,108 弾性部材
106a,108a 対向部位
110,112,114,116 磁石
118 コイル
120 アーマチュア
100 Electromechanical converter 102, 104 Yoke 102b, 104b Abutment portion 106, 108 Elastic member 106a, 108a Opposing portion 110, 112, 114, 116 Magnet 118 Coil 120 Armature

Claims (5)

異極同士を対向させた二対の磁石と、前記二対の磁石による磁束を閉回路状に導くヨークと、前記ヨークに囲まれた内部空間に配置されたコイルとを有する構造部と、
前記構造部の内部空間を前記コイルの巻心方向に貫通して配置されたアーマチュアと、
前記アーマチュアを挟んで前記ヨークとの間に対をなして配置され、前記アーマチュアを前記内部空間にて支持する弾性部材と、
前記弾性部材との接触領域を線状として、前記弾性部材と前記ヨークとを当接させる当接部と
を備えた電気機械変換器。
A structural part including two pairs of magnets with opposite poles facing each other, a yoke that guides the magnetic flux of the two pairs of magnets in a closed circuit, and a coil disposed in an internal space surrounded by the yoke;
an armature disposed to penetrate an internal space of the structural portion in a direction toward a winding core of the coil;
a pair of elastic members disposed between the yoke and the armature to support the armature in the internal space;
An electromechanical transducer comprising: a contact portion that brings the elastic member into contact with the yoke, the contact portion having a linear contact area with the elastic member.
請求項1に記載の電気機械変換器において、
前記弾性部材は、
前記アーマチュアと前記ヨークとの間に挟み込まれて変形した状態で、前記当接部に接触する板ばね状の対向部位を有しており、
前記当接部は、
前記弾性部材の変形状態で前記対向部位に現れる曲率半径よりも曲率半径が小さい曲面を有することを特徴とする電気機械変換器。
2. The electromechanical transducer of claim 1,
The elastic member is
a leaf spring-shaped opposing portion that contacts the abutment portion when the armature is sandwiched between the armature and the yoke and deformed,
The abutment portion is
An electromechanical transducer comprising: a curved surface having a radius of curvature smaller than a radius of curvature appearing at the opposing portion when the elastic member is in a deformed state.
請求項1に記載の電気機械変換器において、
前記弾性部材は、
前記アーマチュアと前記ヨークとの間に挟み込まれて変形した状態で、前記当接部に接触する板ばね状の対向部位を有しており、
前記当接部は、
前記対向部位に対して凸形状となるエッジを有することを特徴とする電気機械変換器。
2. The electromechanical transducer of claim 1,
The elastic member is
a leaf spring-shaped opposing portion that contacts the abutment portion when the armature is sandwiched between the armature and the yoke and deformed,
The abutment portion is
An electromechanical transducer having an edge that is convex with respect to the opposing portion.
請求項3に記載の電気機械換器において、
前記エッジは、
前記弾性部材の変形状態で前記対向部位に現れる前記接触領域を中心とした開き角よりも小さい開き角を有することを特徴とする電気機械変換器。
4. The electromechanical switch according to claim 3,
The edge is
An electromechanical transducer having an opening angle smaller than an opening angle centered on the contact area that appears at the opposing portion when the elastic member is deformed.
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、
前記当接部は、
前記アーマチュアの貫通方向に添う前記構造部の中心軸線か、もしくは貫通方向と直交する前記構造部の中心軸線を挟んで対称であり、かつ、互いに平行な軸線上に前記弾性部材との前記接触領域を配置していることを特徴とする電気機械変換器。
5. The electromechanical transducer according to claim 1,
The abutment portion is
An electromechanical transducer, characterized in that the contact area with the elastic member is arranged on axes that are symmetrical about a central axis of the structural part that is along the penetration direction of the armature or perpendicular to the penetration direction and are parallel to each other.
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