JPH03285577A

JPH03285577A - 磁歪式振動ファン

Info

Publication number: JPH03285577A
Application number: JP2083228A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Kobayashi; 忠彦小林; Masashi Sahashi; 政司佐橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、磁歪式アクチュエータを用いた磁歪式振動フ
ァンに関する。

（従来の技術）従来から、流体撹拌用などの振動ファンとして、ＰＺＴ
などの圧電材料を変位発生素子とし、この変位発生素子
に制御電圧を印加する圧電式のものが知られている。ま
た、スピーカの原理を用いた電磁式アクチュエータなど
、各種方式の振動ファンが開発されてきている。

ところで、上述したような圧電式振動ファンなどは、小
型化は可能であるものの、高出力が得られないため、粘
性の高いゲル状液体などの撹拌を十分に行うことかでき
ないという難点があった。

そこで、振動ファンに用いられる振動子としては、小型
で高出力が得られる強力な振動子が強く望まれており、
これらの要求を満たす変位発生素子として、圧電材料よ
り剛性が大きいことから、磁歪を有する磁性体（磁歪材
料）を用いることが検討されている。

このような磁歪式振動子に用いられる磁歪材料としては
、従来、Ｎｌ系合金、Ｆｅ−＾！系合金、フェライト系
材料が主に用いられてきた。また最近になって、上述し
たような磁歪材料に比べて、１桁以上大きな変位が発生
可能な希土類金属−遷移金属系超磁歪合金も報告されて
おり、実用化が進められている。また、磁歪式振動子に
は、磁歪材料に制御磁界を印加する手段が具備されるが
、この磁界を印加する手段としては、電磁石などの磁気
回路か、制御電流の供給で容易に磁界を制御できるため
主に用いられている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、磁歪材料を用いた磁歪式振動ファンにおいて
、強力振動波を発生しようとする場合、磁歪材料を大き
く変位させるためには、制御電流を増大させる必要があ
り、投入パワーが大きくなるとともに、振動子自体も大
型化させる必要があるという難点がある。さらには、従
来から用いられているＮｉ系合金などの磁歪材料を用い
た場合には、変位発生量が十分に得られないため、大変
位量が得られる希土類−鉄系磁歪合金が注目されている
ものの、このような超磁歪合金を用いる場合においても
、投入パワーを最大限に活用できるよう、その構造を最
適化することが望まれているか、現状においてはこれら
を十分に満足するまでには至っていおらず、小型、高出
力化の達成が強く望まれている。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、最適構造化により小型、高出力化を達成した磁歪
式アクチュエータによる振動を効率よく伝達し、強力な
振動の発生を可能にした磁歪式振動ファンを提供するこ
とを目的とするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明に係る磁歪式振動フ
ァンは、磁歪を有する磁性体からなる駆動力発生手段と
、この磁性体の周囲に配設され、前記磁性体に磁界を印
加する磁界発生手段と、前記磁性体の変位方向両側に設
置された出力部とを有する磁歪式アクチュエータと、こ
の磁歪式アクチュエータの出力部にそれぞれ固定され、
かつ対向配置された一対の振動板と、この一対の振動板
の駆動部側端部を、前記磁性体の変位方向と逆方向に張
力を付与するよう保持した弾性体とを具備することを特
徴とするものである。

（作　用）本発明の磁歪式振動ファンにおいては、磁歪を有する磁
性体がもつ大きな変位率を駆動源とした磁歪式アクチュ
エータによって振動板を振動させる際に、対向配置した
振動板の駆動部側端に弾性体によって磁性体の変位方向
と逆方向の張力を付与することで、てこの拡大原理を利
用して振動の拡大を図っている。これにより、簡単な構
造で、強力な振動波を発生させることができる。

（実施例）以下、本発明の磁歪式振動ファンの実施例を図面を参照
して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の磁歪式振動ファンの構成
を示す図である。

同図において、１は磁歪を有する磁性体からなる磁歪棒
２（たとえば外径５ＩＩＩ１１長さ２５■）の変位を駆
動力とする磁歪式アクチュエータであり、この磁歪式ア
クチュエータ１が振動源となる。

上記磁歪棒２の材質としては、従来から磁歪材料として
使用されているＮｉ系合金、Ｆｅ−Ａ　Ｉ系合金、フェ
ライト系材料などを用いることも可能であるか、磁歪の
大きな材料を用いることが小型化、高出力化につながる
ため、希土類金属−遷移金属系のラーベス型金属間化合
物からなる超磁歪合金を使用することか好ましい。この
ような超磁歪合金としては、原子比でＲ（Ｆｅ　　　　Ｃｏｄ）１−ｘ−ｙ　　ｘ　　ｙ　　ｚ（式中、ＲはＹを含む希土類元素から選ばれた少なくと
も一種の元素を、ＸはＭｎ、　Ｎｉ、　Ｍｇ、＾１、Ｇ
ａ。

Ｚｎ、Ｖ　、Ｚｒ、Ｈｒ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｃｕ、＾
ｇ、　Ｓｎ、　Ｎｏ、　ＳｊおよびＢから選ばれた少な
くとも一種の元素を示すし、ｘＳｙ、ｚは以下の式を満
足する数を示す。

０≦Ｘ≦０．９５．０≦ｙ≦０．６．１．５≦Ｚ≦４．
０）を満足する組成を有する合金が例示され、具体的に
はＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ系合金、Ｔｂ−Ｄｙ−ｒｅ−Ｍｎ系
合金などである。なお、この実施例では、印加した磁界
に対して伸びる方向の磁歪を示す正の磁歪を有する磁歪
合金を使用したが、５ＩＦｅ２やＥｒＰｅ２系などの印
加した磁界に対して縮む方向の磁歪を示す負の磁歪を有
する磁歪合金の使用も可能である。

また、磁歪棒２としては、円柱形状のロッドに限らず、
円筒状、角柱状、積層状などの各種形状のロッドを用い
ることが可能である。なお、振動周波数が数ｋＨｚ以上
では、円筒状、積層状が表皮効果、渦電流損失の観点か
ら好ましい。

上記磁歪棒２の外周囲には空心コイル３が、また磁歪棒
２の長手方向両端部には各々永久磁石４ａ、４ｂか、そ
れぞれ磁界発生手段として配設されている。上記永久磁
石４　ａ　ｓ　４　ｂは、磁歪棒２に対して所定の直流
磁気バイアスを印加するものであり、これにより空心コ
イル３に流す制御電流の正負に対応した振動が得られる
とともに、低磁界で磁歪棒２の最大変位が得られ、制御
電流と変位との関係を直線的とすることが可能となる。

これら永久磁石４ａ、４ｂは、磁歪棒２の長手方向両端
部側に配設された可動ヨーク５ａ、５ｂそれぞれに設置
されている。また、磁歪棒２の長手方向両端面は、スペ
ーサー６ａ、、、６ｂを介して可動ヨーク５ａ、５ｂに
それぞれ接している。

そして、上記した各機構部品２．３．４．５が分割式の
円筒型ヨーク７に内蔵された一体型構造とされている。

分割式の円筒型ヨーク７と可動ヨーク５　ａ　ｓ　５　
ｂとの間には、それぞれ弾性部材８ａ、８ｂが介在され
ており、可動ヨーク５ａ、５ｂは上記弾性部材８ａ、８
ｂの弾性力によって磁歪棒２の変位方向に移動可能とさ
れている。

また、磁歪棒２に対しては、分割式の円筒型ヨーク７に
設けられたネジ部７ａて内側方向に締め付けることによ
って、圧縮応力か印加されるよう構成されており、かつ
磁歪棒２は弾性部材８ａ。

８ｂの弾性力が付与された可動ヨーク５　ａ　％　５　
ｂに対して押圧固定されている。

上記弾性部材３ａ、８ｂとしては、バネ系や樹脂系など
が用いられ、樹脂系であればフッ素系ゴム（たとえばパ
イトン）やシリコーンゴムなどが例示される。また、ス
ペーサー６ａ、６ｂは、磁歪棒２の両端部を保護するも
のであるが、弾性部材８ａ、８ｂとの相乗効果を得るた
めに、弾性部材により形成することも可能であり、たと
えば樹脂系ではアセタール樹脂（たとえばデルリン）な
どが挙げられる。たたし、あまり軟質材料を用いると、
損失か大きくなり、振動子としての効率が低下するため
、適当な材質を選択する必要がある。

また、可動ヨーク５ａ、５ｂおよび円筒型ヨク７は、閉
磁気回路を構成している。この閉磁気回路は、磁歪棒２
に対する空心コイル３からの磁界の印加効率、および一
対の永久磁石４ａｓ４ｂからの直流磁気バイアスの印加
効率を高めているとともに、外部に対する漏れ磁界の発
生を抑制する防磁部材を兼ねている。なお、上記閉磁気
回路を構成する上で、可動ヨーク５ａ、５ｂと円筒型ヨ
ーク７との間隙は、狭間隙とすることが磁気抵抗を低減
する上で好ましい。

そして、可動ヨーク５ａ、５ｂそれぞれに、振動を伝達
するための出力端９ａ、９ｂが固定されて、磁歪式アク
チュエータ１が構成されている。

なお、上記出力端９ａ、９ｂは、円筒型ヨーク７の両端
面に穿設された出力孔７ｂから外部に対して突出して設
けられている。

上記構成の磁歪式アクチュエータ１の各出力端９ａ、９
ｂには、磁歪棒２の変位が伝達されるよう一対の振動板
１０．１１がボルト１２によってそれぞれ固定されてお
り、がっ上記一対の振動板１０．１１は対向して配置さ
れている。これら振動板１０．１１の出力端９ａ、９ｂ
に対する固定位置は、振動伝達側端部１０ａｓ　］、１
ａまでの距離か、駆動部側端部１０ｂ、１．１　ｂまて
の距離より十分に長くなるよう設定されている。

また、上記振動板１０，１１の駆動部側端部１０ｂ、ｌ
ｌｂは、質量１３がそれぞれ付加されているとともに、
対向方向内側すなわち磁歪棒２の変位方向と逆方向に引
き合うよう、バネ系やゴム系などからなる弾性体１４に
よって保持されており、これらによってこの実施例の磁
歪式振動ファン１５が構成されている。

上記構成の磁歪式振動ファン１５においては、磁歪式ア
クチエータ］の空心コイル３に所定の周波数の電流を供
給することにより、磁歪棒２に磁界が印加され、この磁
歪棒２の長手方向が変位して、所定の周波数に相当した
振動が出力端９　ａ　ｓ９ｂから振動板１０．１１に伝
達される。

ここで、振動板１０．１１の磁歪式アクチエータ１に対
する固定位置は、てこの原理の支点となっているととも
に、振動板１０．１１の駆動部側端部１０ｂ、ｌｌｂに
は弾性体１４によって引き合うような力が付与されてい
るため、振動板１０．１１にはてこの原理によって、図
中矢印Ｘで示す方向に拡大されて変位が発生する。

そして、磁歪式アクチエータ１による振動板１０．１１
の振動は、上記弾性体１４による振動板１０．１１の変
位をてこの拡大原理によって利用して拡大されるため、
強力な振動を得ることが可能となる。なお、当然のこと
ながら、振動に相当する高周波数電流を供給せず、直流
電流を印加することにより、変位拡大機構となる。

なお、上記構成の磁歪式振動ファン１５において、磁歪
棒２としてＴｂＯ，２８ＤｙＯ，７２Ｆｅ１．９５の超
磁歪ロッド、同結晶配向ロッドを使用したところ、良好
な振動子が得られた。さらに、ＴＩ）ｏ、ｓ　ＤｙＯ，
５（Ｆｅ　　　Ｍｎ　　　）　　　の超磁歪ロッドにつ
いても０．８　０．２　１．９良好な結果を得た。

上記構成の磁歪式振動ファン１５において、振動源とし
て使用した磁歪式アクチュエータ１は、各機構部品を閉
磁気回路で覆った一体構造としていることから、磁歪棒
２に対する駆動磁界および直流磁気バイアスを効率よく
印加することができ、よって高出力が得られるとともに
、小型化を可能にしている。

そして、このような高出力の磁歪式アクチュエータ１を
振動源として使用し、かつ、てこの拡大原理によって振
動を拡大しているため、上記実施例の磁歪式振動ファン
１５によれば、比較的小さな投入パワーで強力な振動を
得ることができる。

このよ、うに、強力な振動が得られるため、気体撹拌用
の振動ファン以外に、液体撹拌にも使用でき、かつ粘性
の高いゲル状液体、ペースト状液体へも適用することが
できる。

なお、上記実施例では正の磁歪を有する磁性体を使用し
た例について説明したが、本発明においては負の磁歪を
有する磁性体を使用することも可能であり、この際には
一対の振動板を外側方向に押圧するような力を弾性体に
よって付与する。

［発明の効果］以上説明したように本発明の磁歪振動ファンにおいては
、磁歪を有する磁性体の強力な変位を振動伝達対照物で
ある振動板に効率よく伝達させることのできるとともに
、弾性体によって変位拡大を図っているため、強力な振
動発生が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の磁歪振動ファンの構成を示
す図である。１・・・・・・磁歪式アクチュエータ、２・・・・・・
磁歪を有する磁性体からなる駆動力発生手段、３・・・
・・・空心コイル、４ａ、４ｂ・・・・・・永久磁石、
５ａ、５ｂ・・・・・・可動ヨーク、７・・・・・・円
筒型ヨーク、８　ａ　ｓ　８　ｂ・・・・・・弾性部材
、９ａ、９ｂ・・・・・・出力端、１０．１１・・・・
・・振動板、１４・・・・・弾性体。ｊｌｌ　ロ

Claims

【特許請求の範囲】磁歪を有する磁性体からなる駆動力発生手段と、この磁
性体の周囲に配設され、前記磁性体に磁界を印加する磁
界発生手段と、前記磁性体の変位方向両側に設置された
出力部とを有する磁歪式アクチュエータと、この磁歪式アクチュエータの出力部にそれぞれ固定され
、かつ対向配置された一対の振動板と、この一対の振動
板の駆動部側端部を、前記磁性体の変位方向と逆方向に
張力を付与するよう保持した弾性体とを具備することを特徴とする磁歪式振動ファン。