JPH0257350B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電流から電圧、あるいは電圧から電流
への変換を圧電材料を利用して行うトランスデユ
ーサに関する。

（発明の概要） 本発明は磁性材料と圧電材料とを２層構造もし
くは多層構造にしてビームを形成し、永久磁石に
より、あるいはコイルに電流を流して外部から磁
界を与えることにより磁性材料を駆動して圧電材
料に振動を与え、圧電材料から電圧を発生せし
め、また逆に、圧電材料に電圧を印加して圧電材
料を駆動し、その振動により磁性材料を介して外
部の磁気回路に電流を発生するようにした、電流
←→電圧間のトランスデユーサである。

（背景技術） 第７図イは圧電材料を用いた従来のトランスデ
ユーサの一例を示す構成図であり、２１，２２は
圧電材料、２３，２４，２５は蒸着もしくは導電
塗料等により形成された電極、２６，２７は端子
である。また、圧電材料の電圧の発生する向きの
組み合わせによりいくつかの態様があり、第７図
はそのうちパラレル仕様となる場合を示してい
る。シリーズ仕様とする場合には同一方向のスト
レスが加わつた際に発生する電圧の向きを互いに
逆方向となるように接続すればよい。なお、その
場合、両圧電材料間の電極２４は不要となる。

しかして、第７図イの矢印の如く発生する電圧
の向き（横方向から圧縮を受けた場合に発生する
電圧の向き）を選ぶものとすると、ロの如く外部
から機械的な変形を加えて圧電材料２１，２２か
ら形成されるビームを上に凸となるようにたわま
せると、中立軸を境に上側が引張、下側が圧縮と
なり、圧電材料２１，２２の分極作用により、図
示の極性で電圧が発生し、端子２６，２７間に電
圧信号が取り出される。一方、ハの如く逆方向に
たわませると端子２６，２７に発生する電圧の極
性が反転する。

また、上記の動作は機械的な変形を電圧に変換
する場合であるが、逆に端子２６，２７に信号電
圧を加えることにより、ビームを機械的に変形さ
せることも可能である。

なお、第７図のように圧電材料を２層構造にし
てビームを形成するのは、１層では内部で発生す
る電圧が打ち消し合い、電圧が取り出せないから
である。すなわち、第８図イは１層でビームを構
成した場合を示しているが、ロ，ハの如くたわま
せた場合、中立軸ｌを境に互いに逆極性の電圧が
内部で発生することになるため、電極２９，３０
の両端から見た場合、電圧は互いに打ち消し合
い、端子３１，３２から取り出すことはできな
い。

ところで、従来のトランスデユーサは上記の如
く動作するものであつたが、その変換機能は機械
的変位←→電圧の相互間のみであり、デバイスとし
ての応用性に欠けるものであつた。

（発明の目的） 本発明は上記の点に鑑み提案されたものであ
り、その目的とするところは、圧電材料を用いて
電流←→電圧の相互間の変換を可能にしたトランス
デユーサを提供することにある。

（発明の構成） 以下、実施例を示す図面に沿つて本発明を詳述
する。

第１図は本発明のトランスデユーサの一実施例
を示す構成図であり、イは外観斜視図、ロは長手
方向で切つて見た断面図である。図において構成
を説明すると、１は第１のビームを形成する磁性
材料であり、セラミツク・マグネツトもしくは通
常のマグネツト等が使用可能である。また、２は
第２のビームを形成する圧電材料であり、その両
面には蒸着もしくは導電塗料等により電極３，４
が形成され、電極３を介して磁性材料１よりなる
第１のビームと接合され、全体として２層構造の
ビームを達成している。なお、電極３，４は圧電
材料２の両端に発生した電圧を端子５，６に取り
出す、あるいは圧電材料２の両端に電圧を印加す
るためのものであるので、磁性材料１に導電性の
あるものを使用した場合には第２図に示す如く電
極３を省略し、磁性材料１に直接端子５を接続す
るようにしてもよい。

第１図に戻り構成を説明すると、磁性材料１、
圧電材料２、電極３，４で構成されるビームは固
定壁１０に一端部が固定されるようになつてお
り、いわゆる片持構造となつている。なお、片持
構造に限られるものでなく、第３図に示すように
固定壁１０，１１により両側で固定する構造をと
つてもよい。

一方、第１図において、７はコイルであり、電
流から電圧へ変換を行う場合には端子８，９から
励磁電流が供給され、逆に電圧から電流へ変換を
行う場合は磁性材料１の振動による起電力が端子
８，９間に発生する。

しかして、第４図は第１図のトランスデユーサ
を電流から電圧への変換に使用した場合の動作を
示しており、コイル７の端子８，９には信号源Ｓ
が接続されている。動作にあつては、信号源Ｓか
ら供給される電流ｉによつて生じる磁束φがビー
ムの磁性材料１と反発する場合にはイの如くビー
ムは下方へたわみ、その変形の方向に応じた極性
の電圧が端子５，６に発生する。また、信号源Ｓ
から供給される電流ｉによつて生じる磁束φがビ
ームの磁性材料１と吸引し合う場合にはロの如く
ビームは上方へたわみ、端子５，６には上記とは
逆極性の電圧が発生する。そして、これらの繰り
返しによつて信号源Ｓの電流に比例した電圧が端
子５，６から得られる。

なお、本発明では圧電材料２は１層となつてい
るが、磁性材料１の存在により中立軸が圧電材料
２の中心部からズレるので、圧電材料２の内部で
電圧が打ち消し合うことはなく、変形に応じた電
圧が取り出せるものである。

また、電圧から電流へ変換を行う場合には、端
子５，６に信号電圧を印加することにより、圧電
材料２、ひいては磁性材料１が振動し、この振動
により外部に設けたコイル７に電流を誘起させ
る。

このように、本発明のトランスデユーサでは、
特に電流から電圧へ変換を行う場合、ビームと非
接触の状態で外部から磁界を与えることにより、
電圧を発生させることができるので、従来にない
様々な応用が考えられる。例えば、生態組織内に
本発明のトランスデユーサを埋め込み、発生する
電圧を神経系に与えるようにすれば、外部から非
接触の状態にして神経系への刺激を制御すること
も可能となり、医学の分野への応用が図れる。ま
た、電子部品の分野においては、マイクロリレー
等の可動接点に適用することにより、接点の変位
を電流もしくは電圧のバイアスを加えて制御する
等の応用が可能である。

次に、第５図は本発明の他の実施例を示したも
のであり、磁性材料１、圧電材料２、電極３，４
等から構成されるビームの一端を固定することな
く、一端に錘１２を設けることにより、外部から
磁界が作用した際にビームの変形が起こるように
したものである。すなわち、生態組織内等におい
ては安定な固定方法がないが、このように重量的
なアンバランスを与えておくことにより、磁界が
作用した場合に錘１２側は動きにくくなり、よつ
て片持構造と略同様の動作となる。

次に第６図も同様な視点から考えられたもので
あり、第１のビームの半分を非磁性材料１３で形
成し、ビームの半分は磁界が働いても力が作用し
ないようにして、ビーム全体が変形するようにし
たものである。なお、同様な考えを適用して更に
別の構成を得ることも可能である。

（発明の効果） 以上のように、本発明にあつては、磁性材料と
圧電材料とを２層構造もしくは多層構造にしてビ
ームを形成し、永久磁石により、あるいはコイル
に電流を流して外部から磁界を与えることにより
磁性材料を駆動して圧電材料に振動を与え、圧電
材料から電圧を発生せしめ、また逆に、圧電材料
に電圧を印加して圧電材料を駆動し、その振動に
より磁性材料を介して外部の磁気回路に電流を発
生させるようにしたので、電流←→電圧間の変換が
容易に行え、様々な応用が期待できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトランスデユーサの一実施例
を示す構成図であり、イは外観斜視図、ロは長手
方向の断面図、第２図および第３図は他の実施例
を示す構成図、第４図は第１図の実施例に係る動
作説明図、第５図および第６図は他の実施例を示
す構成図、第７図および第８図は従来における圧
電材料を用いたトランスデユーサの説明図であ
る。 １……磁性材料、２……圧電材料、３，４……
電極、５，６，８，９……端子、７……コイル、
１０，１１……固定壁、１２……錘、１３……非
磁性材料、Ｓ……信号源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁性材料により形成された第１のビームと、
   圧電材料により形成された第２のビームとを接合
   して２層構造もしくは多層構造とし、コイルに電
   流を流して得た磁界もしくは永久磁石により得た
   磁界を外部から与えることにより前記第１のビー
   ムを駆動して両ビームを変形せしめ、前記第２の
   ビームの一対の面より変形に応じた電圧を得ると
   共に、前記第２のビームの一対の面に加えた電圧
   により前記第２のビームを駆動して両ビームを変
   形せしめ、外部の磁気回路より変形に応じた電流
   を得ることを特徴としたトランスデユーサ。