JPH0360176A - Magnetostriction element - Google Patents
Magnetostriction elementInfo
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- JPH0360176A JPH0360176A JP1196084A JP19608489A JPH0360176A JP H0360176 A JPH0360176 A JP H0360176A JP 1196084 A JP1196084 A JP 1196084A JP 19608489 A JP19608489 A JP 19608489A JP H0360176 A JPH0360176 A JP H0360176A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、磁歪振動子、磁歪アクチュエータ、磁歪セン
サ等の磁歪素子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to magnetostrictive elements such as magnetostrictive vibrators, magnetostrictive actuators, and magnetostrictive sensors.
〈従来の技術〉
磁歪材料は、磁界印加により変位を生じる材料であり、
また、変位を与えることにより磁界が発生するという逆
磁歪(ヒラリー効果)を有する材料である。<Prior art> Magnetostrictive materials are materials that generate displacement when a magnetic field is applied.
Furthermore, it is a material that has inverse magnetostriction (Hillary effect) in which a magnetic field is generated by applying displacement.
磁歪材料のこのような性質を利用して、磁歪振動子、磁
歪アクチュエータ、磁歪センサ等の様々な能動素子や受
動素子が提案されている。Utilizing such properties of magnetostrictive materials, various active elements and passive elements such as magnetostrictive vibrators, magnetostrictive actuators, and magnetostrictive sensors have been proposed.
特に、Tb−Fe系などの希1類金属元素と鉄とを含有
する磁歪材料は磁歪量が大きいため、このような磁歪材
料を用いた磁歪素子が近年注目されている。In particular, magnetostrictive materials containing rare metal elements such as Tb--Fe and iron have a large amount of magnetostriction, so magnetostrictive elements using such magnetostrictive materials have attracted attention in recent years.
これらの磁歪素子の構成および作用は、通常、下記のよ
うなものである。The structure and operation of these magnetostrictive elements are usually as follows.
(磁歪センサ)
磁歪材とバイアス発生用の永久磁石とを通常、直列に接
触して配置し、これらにコイルを巻回して磁歪センサを
構成する。(Magnetostrictive sensor) A magnetostrictive sensor is usually constructed by arranging a magnetostrictive material and a permanent magnet for generating a bias in series so as to be in contact with each other, and winding a coil around them.
このような磁歪センサに、外部振動や衝撃など磁歪材を
変形させる力が加わると、ヒラリー効果によりコイルに
電流が誘導される。 この電流または端部電圧を測定す
ることにより、印加された力を知ることができる。When a force that deforms the magnetostrictive material, such as external vibration or impact, is applied to such a magnetostrictive sensor, a current is induced in the coil due to the Hillary effect. By measuring this current or end voltage, the applied force can be determined.
(磁歪振動子、磁歪アクチュエータ)
磁歪材、永久磁石およびコイルを上記磁歪センサと同様
に配置し、コイルに交流電流、パルス電流、直流電流な
どを印加して磁界を発生させる。 この磁界により生じ
た振動、変位などを利用して、振動子やアクチュエータ
として用いる。 また、このような構成の磁歪素子を、
発音体として利用することもできる。(Magnetostrictive vibrator, magnetostrictive actuator) A magnetostrictive material, a permanent magnet, and a coil are arranged in the same manner as in the magnetostrictive sensor, and an alternating current, pulsed current, direct current, etc. is applied to the coil to generate a magnetic field. It is used as a vibrator or actuator by utilizing vibrations, displacements, etc. caused by this magnetic field. In addition, a magnetostrictive element with such a configuration,
It can also be used as a sounding body.
また、これらの磁歪素子において、磁歪材や永久磁石と
接触するように、磁性材料を直列に挿入することにより
、閉磁気回路を任意の形状とすることができる。Further, in these magnetostrictive elements, by inserting a magnetic material in series so as to make contact with the magnetostrictive material or the permanent magnet, the closed magnetic circuit can be formed into an arbitrary shape.
磁歪材は、印加磁界強度が変化すると磁歪量もそれに応
じて変化するが、このときの変位量は印加磁界強度には
必ずしも比例しない。 このため、磁歪振動子や磁歪ア
クチュエータなどでは印加磁界強度の変化に対する変位
量の大きい部分を使うために、また、磁歪センサなとで
は印加磁界強度の変化に対して磁歪材の変位量が直線的
に変化するように、通常、直流バイアス磁界が印加され
る。In a magnetostrictive material, when the applied magnetic field intensity changes, the amount of magnetostriction changes accordingly, but the amount of displacement at this time is not necessarily proportional to the applied magnetic field intensity. For this reason, in magnetostrictive vibrators and magnetostrictive actuators, the displacement of the magnetostrictive material is linear in response to changes in the applied magnetic field strength, and in magnetostrictive sensors, the displacement of the magnetostrictive material is linear in response to changes in the applied magnetic field strength. Typically, a DC bias magnetic field is applied to change the current.
直流バイアス磁界の強度は磁歪振動子などでは固定され
ていても構わないが、磁歪アクチュエータや磁歪センサ
なと、特に変位の絶対量および印加磁界強度変化に対す
る変位の直線性が問題とされる用途においては、変更可
能であることが好ましい。The strength of the DC bias magnetic field may be fixed in magnetostrictive vibrators, etc., but in magnetostrictive actuators and magnetostrictive sensors, it is particularly important in applications where the absolute amount of displacement and the linearity of displacement with respect to changes in applied magnetic field strength are issues. is preferably changeable.
すなわち、磁歪材はその特性に応じてバイアス磁界の最
適強度が異なるが、製造時に特性がバラついた場合、素
子に組み込む際にその最適バイアス磁界強度に調整する
ことが必要となるからである。That is, magnetostrictive materials have different optimal bias magnetic field strengths depending on their characteristics, but if the characteristics vary during manufacturing, it is necessary to adjust the bias magnetic field strength to the optimal bias magnetic field strength when incorporating it into an element.
また、一部の磁歪アクチュエータなど、駆動用電流とし
て交流電流および直流電流を兼用する素子においては、
直流電流使用時の最大変位量を大きくとるために、バイ
アス磁界強度を交流電流使用時に比べて小さく設定する
必要が生じることもあるからである。In addition, in elements that use both alternating current and direct current as the driving current, such as some magnetostrictive actuators,
This is because, in order to increase the maximum displacement when using direct current, it may be necessary to set the bias magnetic field strength smaller than when using alternating current.
〈発明が解決しようとする課題〉
直流バイアス磁界を印加する方法としては、コイルに直
流電流を印加する方法や永久磁石を用いる方法が挙げら
れる。<Problems to be Solved by the Invention> Methods of applying a DC bias magnetic field include a method of applying a DC current to a coil and a method of using a permanent magnet.
コイルに直流電流を印加する方法では、電流強度を変え
ることにより容易にバイアス磁界強度を変更することが
できる。 しかし、磁歪材駆動用の交流電流が流れるコ
イルに直流電流を重畳する場合、交流電源と直流電源と
の干渉を避けるためにチョークやコンデンサが必要とな
り、素子の構成が複雑化し、大型化してしまう。 また
、バイアス磁界用コイルを磁歪材駆動用コイルと別に設
ける場合も、やはり素子の複雑化および大型化を招く。In the method of applying a direct current to the coil, the bias magnetic field strength can be easily changed by changing the current strength. However, when direct current is superimposed on a coil through which alternating current flows to drive the magnetostrictive material, chokes and capacitors are required to avoid interference between the alternating current and direct current power supplies, making the element configuration complex and large. . Furthermore, when the bias magnetic field coil is provided separately from the magnetostrictive material drive coil, the element becomes more complicated and larger.
一方、バイアス磁界発生に永久磁石を用いる場合、素子
構成が簡単になり、小型の磁歪素子が実現できるが、バ
イアス磁界強度を変更することができない。On the other hand, when a permanent magnet is used to generate the bias magnetic field, the element configuration becomes simple and a compact magnetostrictive element can be realized, but the bias magnetic field strength cannot be changed.
また、永久磁石を用いる場合、永久磁石は磁歪材に接触
して変位方向に直列に設けられるため、両者の境界面で
磁歪材の変位が吸収されてしまい、正確な変位量を得る
ことが難しくなる。In addition, when using permanent magnets, the permanent magnets are placed in series in the direction of displacement in contact with the magnetostrictive material, so the displacement of the magnetostrictive material is absorbed at the interface between the two, making it difficult to obtain an accurate amount of displacement. Become.
本発明は、このような事情からなされたものであり、バ
イアス磁界発生源として永久磁石を用いるために構成が
簡素で小型化でき、しかも、バイアス磁界強度が変更可
能であり、かっ、正確な変位量が得られる磁歪素子を実
現することを目的とする。The present invention was developed under these circumstances, and because it uses a permanent magnet as a bias magnetic field generation source, the structure is simple and compact, and the bias magnetic field strength can be changed, and accurate displacement can be achieved. The purpose is to realize a magnetostrictive element that can obtain a large amount of energy.
く課題を解決するための手段〉
このような目的は、下記(1)〜(3)の本発明により
達成される。Means for Solving the Problems> Such objects are achieved by the present invention as described in (1) to (3) below.
(1)希土類金属元素と鉄とを含有する磁歪材と、バイ
アス磁界発生用の永久磁石と、コイルとを有し、
前記永久磁石が少なくとも一端が開放された筒状であっ
て、前記磁歪材と前記永久磁石とが同軸的に配設されて
おり、
前記永久磁石と前記磁歪材とを相対的に移動させること
により、前記磁歪材内におけるバイアス磁界強度を変更
できるように構成したことを特徴とする磁歪素子。(1) A magnetostrictive material containing a rare earth metal element and iron, a permanent magnet for generating a bias magnetic field, and a coil, the permanent magnet having a cylindrical shape with at least one end open, and the magnetostrictive material and the permanent magnet are arranged coaxially, and the bias magnetic field strength within the magnetostrictive material can be changed by relatively moving the permanent magnet and the magnetostrictive material. magnetostrictive element.
(2)前記磁歪材と前記永久磁石とが非接触である上記
(1)に記載の磁歪素子。(2) The magnetostrictive element according to (1) above, wherein the magnetostrictive material and the permanent magnet are not in contact with each other.
(3)前記永久磁石が、リング状永久磁石とリング状非
磁性材との積層体である上記(1)または(2)に記載
の磁歪素子。(3) The magnetostrictive element according to (1) or (2) above, wherein the permanent magnet is a laminate of a ring-shaped permanent magnet and a ring-shaped nonmagnetic material.
〈実施例〉
以下、本発明を、図面に示す好適実施例に基づいて詳細
に説明する。<Example> Hereinafter, the present invention will be described in detail based on a preferred example shown in the drawings.
第1図に、本発明の磁歪素子の好適実施例を示す。FIG. 1 shows a preferred embodiment of the magnetostrictive element of the present invention.
第1図に示される磁歪素子1は、磁歪材2と、磁歪材2
に絶縁材6を介して巻回されたコイル3と、磁歪材2と
同軸的に配設された円筒状の永久磁石4と、永久磁石4
の外周側面に接着された内筒7と、内筒7と螺合する外
筒5とを有する。 そして、磁歪材2およびコイル3は
、図示しない接続部材等により外筒5に対して固定ない
し固定的に配置されており、永久磁石4および内筒7は
、図示しない駆動手段により回転するように構成されて
いる。The magnetostrictive element 1 shown in FIG. 1 includes a magnetostrictive material 2 and a magnetostrictive material 2.
a coil 3 wound through an insulating material 6, a cylindrical permanent magnet 4 disposed coaxially with the magnetostrictive material 2, and a permanent magnet 4.
It has an inner cylinder 7 adhered to the outer circumferential side of the cylinder, and an outer cylinder 5 which is screwed into the inner cylinder 7. The magnetostrictive material 2 and the coil 3 are fixed or fixedly arranged with respect to the outer cylinder 5 by a connecting member (not shown) or the like, and the permanent magnet 4 and the inner cylinder 7 are rotated by a driving means (not shown). It is configured.
なお、磁歪材2の軸とは、第1図における長手方向、す
なわち磁歪による変位方向の軸のことである。Note that the axis of the magnetostrictive material 2 refers to the longitudinal direction in FIG. 1, that is, the axis in the direction of displacement due to magnetostriction.
このような磁歪素子1を、磁歪アクチュエータ、磁歪振
動子等の能動素子として用いる場合、コイル3には、交
流電源および/または直流電源が接続される。When such a magnetostrictive element 1 is used as an active element such as a magnetostrictive actuator or a magnetostrictive vibrator, the coil 3 is connected to an AC power source and/or a DC power source.
また、磁歪素子1を、磁歪センサ等の受動素子として用
いる場合、コイル3に誘導される電流、電圧等を検出す
るための各種測定器がコイル3に接続される。Further, when the magnetostrictive element 1 is used as a passive element such as a magnetostrictive sensor, various measuring instruments for detecting current, voltage, etc. induced in the coil 3 are connected to the coil 3.
永久磁石4は、磁歪材2に直流バイアス磁界を印加する
ために設けられる。 永久磁石4により印加されるバイ
アス磁界によっで磁歪材2には予め一定量の磁歪が発生
している。Permanent magnet 4 is provided to apply a DC bias magnetic field to magnetostrictive material 2 . A certain amount of magnetostriction is generated in advance in the magnetostrictive material 2 by the bias magnetic field applied by the permanent magnet 4.
そして、永久磁石4を駆動手段により回転させると、永
久磁石4は磁歪材2に対して軸方向に移動する。Then, when the permanent magnet 4 is rotated by the driving means, the permanent magnet 4 moves in the axial direction with respect to the magnetostrictive material 2.
永久磁石4が磁歪材2から遠ざかると、磁歪材2へ印加
されるバイアス磁界強度は減少し、逆に、永久磁石4が
磁歪材2へ近づくと、磁歪材2へ印加されるバイアス磁
界強度は増加する。 このようにして、磁歪材2の初期
磁歪値を変更することができる。As the permanent magnet 4 moves away from the magnetostrictive material 2, the intensity of the bias magnetic field applied to the magnetostrictive material 2 decreases, and conversely, as the permanent magnet 4 approaches the magnetostrictive material 2, the intensity of the bias magnetic field applied to the magnetostrictive material 2 decreases. To increase. In this way, the initial magnetostriction value of the magnetostrictive material 2 can be changed.
なお、第1図では磁歪材2を素子内で固定し、これに対
して永久磁石4を移動させているが、磁歪材2と永久磁
石4とが相対的に移動すれば本発明の効果は実現する。In addition, in FIG. 1, the magnetostrictive material 2 is fixed within the element and the permanent magnet 4 is moved relative to it, but the effect of the present invention will be improved if the magnetostrictive material 2 and the permanent magnet 4 move relative to each other. Realize.
従って、磁歪材2を移動可能に構成してもよく、永久
磁石4と磁歪材2との両者を移動可能に構成してもよい
。Therefore, the magnetostrictive material 2 may be configured to be movable, or both the permanent magnet 4 and the magnetostrictive material 2 may be configured to be movable.
上記したいずれの場合でも、永久磁石4および/または
磁歪材2は、筒状の永久磁石4の軸方向に移動するよう
に構成することが好ましい。 これにより、移動機構を
簡単な構成とすることができる。 また、移動による印
加磁界強度の変化プロファイルを、比較的単純なものと
することができる。 さらに、磁石と磁歪材とを近接し
て配置できるので、磁石を効率よく利用でき、また、素
子を小型化することができる。In any of the above cases, it is preferable that the permanent magnet 4 and/or the magnetostrictive material 2 be configured to move in the axial direction of the cylindrical permanent magnet 4. This allows the moving mechanism to have a simple configuration. Furthermore, the change profile of the applied magnetic field strength due to movement can be made relatively simple. Furthermore, since the magnet and the magnetostrictive material can be placed close to each other, the magnet can be used efficiently and the element can be miniaturized.
なお、永久磁石4を複数のリング状永久磁石から構成し
、少なくとも一個のリング状永久磁石を移動可能に構成
してもよい。 このような構成でも、磁歪材2へ印加さ
れる磁界強度を変更することが可能である。Note that the permanent magnet 4 may be composed of a plurality of ring-shaped permanent magnets, and at least one ring-shaped permanent magnet may be configured to be movable. Even with such a configuration, it is possible to change the magnetic field strength applied to the magnetostrictive material 2.
本発明の磁歪素子において、永久磁石4は、少なくとも
一端が開放された筒状であればよく、その他、形状に特
に制限はない。In the magnetostrictive element of the present invention, the permanent magnet 4 may have a cylindrical shape with at least one end open, and other than that, the shape is not particularly limited.
例えば、外側面および/または内側面が多面体であって
もよく、また、一端が閉塞された壷状であってもよい。For example, the outer surface and/or the inner surface may be polyhedral, or may be pot-shaped with one end closed.
ただし、これらのうち、製造が容易であること、着磁
が容易であることなどから、第1図に示すように、両端
が開放された円筒状磁石であることが好ましい。However, among these, a cylindrical magnet with both ends open as shown in FIG. 1 is preferred because it is easy to manufacture and easy to magnetize.
なお、磁歪材2と永久磁石4とを同軸的に設けるのは、
永久磁石4からの磁束を効率的に利用するためであり、
また、素子の小型化をはかるためである。In addition, the reason why the magnetostrictive material 2 and the permanent magnet 4 are provided coaxially is as follows.
This is to efficiently utilize the magnetic flux from the permanent magnet 4,
This is also to reduce the size of the element.
コイル3は、永久磁石4の移動が容易となること、磁歪
材2に効率よく磁界が印加できることなどから、第1図
に示されるように永久磁石4と磁歪材2との間に設けら
れることが好ましいが、永久磁石4の外側に設けられて
もよい。The coil 3 is provided between the permanent magnet 4 and the magnetostrictive material 2 as shown in FIG. 1 because it facilitates the movement of the permanent magnet 4 and allows efficient application of a magnetic field to the magnetostrictive material 2. is preferable, but it may be provided outside the permanent magnet 4.
磁歪材2と永久磁石4とは、接触しないように配設され
ていることが好ましい。 これは、磁歪材2と永久磁石
4とが接触して、かつ磁歪材2の変位方向に直列に接続
されている場合、磁歪材2および永久磁石4の接触面の
粗さのために変位が吸収されてしまうからである。It is preferable that the magnetostrictive material 2 and the permanent magnet 4 are arranged so as not to come into contact with each other. This is because when the magnetostrictive material 2 and the permanent magnet 4 are in contact with each other and are connected in series in the displacement direction of the magnetostrictive material 2, the displacement is caused by the roughness of the contact surfaces of the magnetostrictive material 2 and the permanent magnet 4. This is because it gets absorbed.
本発明において、永久磁石4は、第1図に示すようにリ
ング状永久磁石41とリング状非磁性材42との積層体
であることが好ましい。In the present invention, the permanent magnet 4 is preferably a laminate of a ring-shaped permanent magnet 41 and a ring-shaped nonmagnetic material 42, as shown in FIG.
永久磁石4を単一の永久磁石から構成した場合、第2b
図に示されるように、永久磁石4の両端近傍、すなわち
磁極近傍において磁界が強くなり、その中間では磁界が
弱くなってしまう。 しかし、永久磁石4を、リング状
永久磁石41とリング状非磁性体42との積層体とした
場合、永久磁石4の軸方向に複数の磁極が存在すること
になるため、第2a図に示されるように、磁歪材に比較
的均一な強度の磁界を印加することができる。 なお、
第2a図および第2b図のグラフに示される磁界の変化
は、永久磁石4の軸上でのものである。When the permanent magnet 4 is composed of a single permanent magnet, the second b
As shown in the figure, the magnetic field becomes strong near both ends of the permanent magnet 4, that is, near the magnetic poles, and becomes weak in the middle. However, if the permanent magnet 4 is made of a laminate of a ring-shaped permanent magnet 41 and a ring-shaped non-magnetic material 42, a plurality of magnetic poles will exist in the axial direction of the permanent magnet 4, which is not shown in FIG. 2a. Thus, a magnetic field of relatively uniform strength can be applied to the magnetostrictive material. In addition,
The variation of the magnetic field shown in the graphs of FIGS. 2a and 2b is on the axis of the permanent magnet 4.
このような構成は、永久磁石4が長い場合、例えば20
nm以上、特に30mm以上であるときに極めて有効で
ある。In such a configuration, if the permanent magnet 4 is long, for example, 20
It is extremely effective when the thickness is 30 mm or more, especially 30 mm or more.
本発明で用いる永久磁石の組成に制限はなく、各種フェ
ライト系磁石、金属磁石などを用いればよい。There is no limit to the composition of the permanent magnet used in the present invention, and various ferrite magnets, metal magnets, etc. may be used.
また、リング状非磁性体42は、非磁性であればその材
質に特に制限はなく、ナイロン等の各種樹脂、ステンレ
ス等の各種非磁性金属などを用いることができる。Further, the material of the ring-shaped nonmagnetic body 42 is not particularly limited as long as it is nonmagnetic, and various resins such as nylon, various nonmagnetic metals such as stainless steel, etc. can be used.
リング状永久磁石41とリング状非磁性体42との長さ
の比に特に制限はないが、上記のような効果を実現し、
かつ永久磁石4の非磁性部分をできるだけ少なくするた
めには、リング状非磁性体42の長さは、リング状永久
磁石41の長さの0.5〜1倍程度とすることが好まし
い。 また、リング状永久磁石の長さに特に制限はなく
、磁歪材の寸法に応じて適当な長さとすればよいが、通
常、3〜10mm程度である。Although there is no particular restriction on the ratio of the lengths of the ring-shaped permanent magnet 41 and the ring-shaped nonmagnetic body 42, it is possible to achieve the above effects,
In order to minimize the non-magnetic portion of the permanent magnet 4, the length of the ring-shaped non-magnetic body 42 is preferably about 0.5 to 1 times the length of the ring-shaped permanent magnet 41. Further, there is no particular restriction on the length of the ring-shaped permanent magnet, and it may be set to an appropriate length depending on the dimensions of the magnetostrictive material, but it is usually about 3 to 10 mm.
永久磁石4の寸法に特に制限はないが、軸方向の全長を
磁歪材の長さと同程度、あるいはそれ以上とすることが
好ましい。Although there is no particular restriction on the dimensions of the permanent magnet 4, it is preferable that the total length in the axial direction be equal to or longer than the length of the magnetostrictive material.
磁歪材2の形状に特に制限はなく、棒状、環状、円筒状
等の通常の形状であってよい。There is no particular restriction on the shape of the magnetostrictive material 2, and it may be a normal shape such as a rod, annular, or cylindrical shape.
なお、磁歪材2は、薄板の積層接着によって形成しても
よく、線材を束ねて接着することにより形成してもよい
。In addition, the magnetostrictive material 2 may be formed by laminating and adhering thin plates, or may be formed by bundling and adhering wire rods.
また、磁歪材2の寸法にも特に制限はなく、目的とする
素子に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、長さ1
0〜70mm程度である。Further, there is no particular restriction on the dimensions of the magnetostrictive material 2, and it may be set to an appropriate dimension depending on the intended element, but usually the length is 1.
It is about 0 to 70 mm.
そして、コイル3の長さにも特に制限はないが、磁界を
有効に印加するために磁歪材の0.8倍程度以上とする
ことが好ましく、また、素子の設計によっても異なるが
、磁歪材の変位を素子外部に取り出すことが困難でない
寸法とすればよい。There is no particular restriction on the length of the coil 3, but it is preferably about 0.8 times or more the length of the magnetostrictive material in order to effectively apply the magnetic field. The dimensions may be such that it is not difficult to extract the displacement to the outside of the element.
なお、本発明の効果は磁歪材2と永久磁石4とが相対的
に移動すれば実現するため、移動手段としては第1図に
示すような螺子を利用する手段に限らず、これらを相対
的に移動させることができればどのようなものであって
もよい。Note that the effect of the present invention is achieved when the magnetostrictive material 2 and the permanent magnet 4 move relative to each other, so the moving means is not limited to a means using a screw as shown in FIG. Any object may be used as long as it can be moved.
また、これらの移動のための駆動手段にも特に制限はな
く、各種モータ、伝達ギア等を用いた自動式の各種手段
を好適に用いることができる。 また、手動式の各種手
段を用いることもできる。Further, there is no particular restriction on the driving means for these movements, and various automatic means using various motors, transmission gears, etc. can be suitably used. Moreover, various manual means can also be used.
なお、希土類金属元素と鉄とを含有する磁歪材は、印加
磁界強度の変化に応じて共振周波数が変化する。 この
ため、交流磁界で駆動する際には、その周波数をバイア
ス磁界強度の変更に対応する磁歪材2の共振周波数の変
移に連動して変えることが好ましい。 このような交流
磁界を印加するためには、自動追尾周波数発振器を用い
ることが好ましい。 これにより、バイアス磁界強度変
化に対応する共振周波数の変化を自動的に追尾し、常に
共振周波数と等しい周波数の交流磁界を印加することが
できる。Note that the resonance frequency of a magnetostrictive material containing a rare earth metal element and iron changes according to changes in the applied magnetic field strength. Therefore, when driving with an alternating magnetic field, it is preferable to change the frequency in conjunction with a change in the resonant frequency of the magnetostrictive material 2 that corresponds to a change in the bias magnetic field strength. In order to apply such an alternating magnetic field, it is preferable to use an automatic tracking frequency oscillator. Thereby, it is possible to automatically track changes in the resonant frequency corresponding to changes in the bias magnetic field strength, and to always apply an alternating current magnetic field with a frequency equal to the resonant frequency.
本発明をアクチュエータ、振動子等の能動素子に適用す
る場合、コイル3から駆動磁界を印加することにより、
その磁界強度に応じて磁歪量が重畳される。 なお、コ
イル3から印加される磁界が交流である場合、磁歪材は
印加交流磁界と等しい周波数で振動する。When applying the present invention to active elements such as actuators and vibrators, by applying a driving magnetic field from the coil 3,
The amount of magnetostriction is superimposed according to the magnetic field strength. Note that when the magnetic field applied from the coil 3 is alternating current, the magnetostrictive material vibrates at a frequency equal to the applied alternating magnetic field.
また、受動素子に適用する場合、磁歪材2が受けた外部
振動や衝撃などが、ヒラリー効果によりコイル3に電流
および電圧を誘導する。Furthermore, when applied to a passive element, external vibrations or shocks received by the magnetostrictive material 2 induce current and voltage in the coil 3 due to the Hillary effect.
磁歪材2に印加されるバイアス磁界の強度は、磁歪アク
チュエータ、磁歪振動子等の能動素子では、磁歪量の変
化率が最も高い磁界強度とすることが好ましい。 なお
、駆動磁界が直流である場合は必ずしもこのようなバイ
アス磁界強度とする必要はなく、バイアス磁界強度をよ
り低い値に設定し、変位量を大きくとるように構成する
こともできる。For active elements such as magnetostrictive actuators and magnetostrictive vibrators, the intensity of the bias magnetic field applied to the magnetostrictive material 2 is preferably set to a magnetic field intensity that provides the highest rate of change in the amount of magnetostriction. Note that when the drive magnetic field is a direct current, it is not necessary to set the bias magnetic field strength to such a value, and it is also possible to set the bias magnetic field strength to a lower value to increase the amount of displacement.
また、磁歪センサでは、印加磁界強度と磁歪量とがほぼ
比例関係にあるような磁界強度とすることが好ましい。Further, in the magnetostrictive sensor, it is preferable that the magnetic field intensity is such that the applied magnetic field intensity and the amount of magnetostriction are in a substantially proportional relationship.
本発明の磁歪素子において、印加するバイアス磁界の強
度は、上記した条件を満足するように磁歪材の特性に応
じて決定すればよく、その範囲に特に制限はないが、通
常6000e程度以下である。 また、バイアス磁界強
度の変化範囲にも特に制限はなく、目的に応じて決定す
ればよいが、通常、2000e程度以下である。In the magnetostrictive element of the present invention, the strength of the bias magnetic field to be applied may be determined according to the characteristics of the magnetostrictive material so as to satisfy the above-mentioned conditions, and its range is not particularly limited, but is usually about 6000e or less. . Further, there is no particular limit to the range of change in the bias magnetic field strength, and it may be determined depending on the purpose, but it is usually about 2000e or less.
本発明の磁歪素子を能動素子として用いる場合、バイア
ス磁界に重畳される交流磁界や直流磁界の強度は通常1
5000e程度以下であり、その周波数は通常、上記し
た磁歪材の共振周波数に合わせて決定される。 なお、
交流磁界発生手段のコイルの巻線数は、印加する磁界の
強度に応じて適宜決定すればよい。When the magnetostrictive element of the present invention is used as an active element, the strength of the alternating current magnetic field or direct current magnetic field superimposed on the bias magnetic field is usually 1
It is about 5000e or less, and its frequency is usually determined according to the resonant frequency of the magnetostrictive material described above. In addition,
The number of turns of the coil of the alternating current magnetic field generating means may be appropriately determined depending on the strength of the applied magnetic field.
なお、本発明では、永久磁石4と磁歪材2とが軸方向に
相対的に移動する構成に限らず、永久磁石4が、軸と直
角方向に移動するように構成することもできる。Note that the present invention is not limited to a configuration in which the permanent magnet 4 and the magnetostrictive material 2 move relative to each other in the axial direction, but may also be configured so that the permanent magnet 4 moves in a direction perpendicular to the axis.
この場合、永久磁石4は、筒状体を少なくとも径方向に
分割して得られる複数の小片から構成され、少なくとも
1個の小片が磁歪材2の軸と直角方向に移動可能に構成
される。In this case, the permanent magnet 4 is composed of a plurality of small pieces obtained by dividing a cylindrical body at least in the radial direction, and at least one small piece is configured to be movable in a direction perpendicular to the axis of the magnetostrictive material 2.
このような構成でも本発明の効果は実現し、また、軸方
向に移動することが困難な構成の素子に適用する場合に
有用である。Even with such a configuration, the effects of the present invention can be achieved, and it is useful when applied to an element whose configuration is difficult to move in the axial direction.
本発明で用いる磁歪材2は、希土類金属元素および鉄を
含有する。 このような磁歪材は磁歪量が大きいため、
磁歪アクチュエータ等の能動素子、磁歪センサ等の受動
素子のいずれにも好適である。The magnetostrictive material 2 used in the present invention contains a rare earth metal element and iron. Since such magnetostrictive materials have a large amount of magnetostriction,
It is suitable for both active elements such as magnetostrictive actuators and passive elements such as magnetostrictive sensors.
希土類元素および鉄を含有する希土類元素に特に制限は
ないが、1 kOeの直流磁界下での磁歪量ΔI2/氾
が400ppm以上であることが好ましい。 これらの
うち特に、下記の組成を有するものを用いた時、より良
好な磁歪素子を得ることができる。Although there are no particular limitations on rare earth elements and rare earth elements containing iron, it is preferable that the magnetostriction amount ΔI2/flooding under a DC magnetic field of 1 kOe is 400 ppm or more. In particular, when those having the following compositions are used, better magnetostrictive elements can be obtained.
[式■] RT。[Formula■] RT.
ここでRは、イツトリウム(Y)を含む希土類元素のう
ちの1種以上を表わし、TはFe、NiおよびCoのう
ちの1種以上を表わす。Here, R represents one or more rare earth elements including yttrium (Y), and T represents one or more of Fe, Ni, and Co.
上記組成において、1.5≦X≦2.5、特に1.85
≦X≦2.00であることが好ましい。In the above composition, 1.5≦X≦2.5, especially 1.85
It is preferable that ≦X≦2.00.
Xが上記範囲外となると、高磁界における磁歪量および
単位磁界強度あたりの磁歪変化量dλ/dHが低下する
。When X is outside the above range, the amount of magnetostriction in a high magnetic field and the amount of change in magnetostriction dλ/dH per unit magnetic field strength decrease.
希土類元素としては、La、Nd、Pm、Sm、Gd%
Tb%Eu%Dy、Ho%Er。Rare earth elements include La, Nd, Pm, Sm, Gd%
Tb%Eu%Dy, Ho%Er.
Yb%Lu%Tmのランタノイド元素が好ましく、これ
らから選ばれる1種以上の元素の組合せとしては、Sm
、Tb、Dy%Ho%ErおよびTm単独、TbGd、
TbDy、TbHo%TbHoDy%SmTb。Lanthanide elements of Yb%Lu%Tm are preferred, and combinations of one or more elements selected from these include Sm
, Tb, Dy%Ho%Er and Tm alone, TbGd,
TbDy, TbHo%TbHoDy%SmTb.
SmDy、SmHo、SmEr1
5mHoDy、HoErならびにHo s E rおよ
びDyの2種以上の組合せが好ましく、さらに、常温で
高磁界および低磁界での磁歪量が優れている点から、こ
れらのうち特に、Tb単独、Tbの一部をDyおよび/
またはHoで置換したもの、Sm単独、Smの一部をD
yおよび/またはHoで置換したものが好ましい。Combinations of two or more of SmDy, SmHo, SmEr1 5mHoDy, HoEr and HosE r and Dy are preferred, and among these, Tb is particularly preferred since it has excellent magnetostriction in high and low magnetic fields at room temperature. alone, part of Tb is Dy and/
Or substituted with Ho, Sm alone, part of Sm replaced with D
Those substituted with y and/or Ho are preferred.
なお、Tbを含有するものは正の磁歪を示し、Smを含
有するものは負の磁歪を示す。Note that those containing Tb exhibit positive magnetostriction, and those containing Sm exhibit negative magnetostriction.
なお、このような組成中には、さらに全体の30at%
以内で遷移金属元素やZn等が含有されていてもよい。In addition, in such a composition, 30 at% of the total
A transition metal element, Zn, etc. may be contained within the range.
遷移金属元素としては、5c1Ti、V、Cr%Mn%
Fe%Co%Ni%Cu%Y。As transition metal elements, 5c1Ti, V, Cr%Mn%
Fe%Co%Ni%Cu%Y.
Zr%Nb%Mo、Tc%Ru、Rh%Pd。Zr%Nb%Mo, Tc%Ru, Rh%Pd.
Ag%Cd、Hf、Ta、W、Re、Os。Ag%Cd, Hf, Ta, W, Re, Os.
Ir%pt%Au%Hgが使用可能である。Ir%pt%Au%Hg can be used.
このような磁歪材料は、米国特許第4375372号明
細書、同第4152178号明細書、同第394935
1号明細書、同第4308474号明細書、同第437
8258号明細書等、特開昭53−64798号公報、
本出願人による特願昭62−172376号、同62−
227962号、同62−227963号、同63−2
84133号、同63−284134号、特願平1−4
1171号等に開示されている。Such magnetostrictive materials are described in US Pat. No. 4,375,372, US Pat. No. 4,152,178, and US Pat.
Specification No. 1, Specification No. 4308474, Specification No. 437
Specification No. 8258, etc., Japanese Patent Application Laid-open No. 53-64798,
Japanese Patent Application No. 62-172376 filed by the present applicant, No. 62-
No. 227962, No. 62-227963, No. 63-2
No. 84133, No. 63-284134, Patent Application No. 1-4
No. 1171, etc.
このような磁歪材料は、−船釣な合金製造法、例えば、
アークメルト法、一方向性凝固法、ゾーンメルト法、高
周波溶解法、粉末冶金法等によって製造され、所定の形
状および寸法に成型加工され、磁歪素子の磁歪材として
用いられる。Such magnetostrictive materials can be manufactured by - simple alloy manufacturing methods, e.g.
It is manufactured by an arc melt method, a unidirectional solidification method, a zone melt method, a high frequency melting method, a powder metallurgy method, etc., is molded into a predetermined shape and size, and is used as a magnetostrictive material for a magnetostrictive element.
〈発明の作用効果〉
本発明の磁歪素子は、バイアス磁界の発生に永久磁石を
用いる。<Operations and Effects of the Invention> The magnetostrictive element of the present invention uses a permanent magnet to generate a bias magnetic field.
このため、バイアス磁界発生に交流を用いる場合と異な
りチョークやコンデンサ等の必要がなく、構成が簡素で
小型化が可能である。Therefore, unlike the case where alternating current is used to generate the bias magnetic field, there is no need for chokes, capacitors, etc., and the structure is simple and can be made smaller.
そして、本発明では、永久磁石と磁歪材とを相対的に移
動可能に構成するため、バイアス磁界発生に永久磁石を
用いるにも関わらず、磁歪材内におけるバイアス磁界強
度を変更することが可能である。Furthermore, in the present invention, since the permanent magnet and the magnetostrictive material are configured to be relatively movable, it is possible to change the bias magnetic field strength within the magnetostrictive material even though the permanent magnet is used to generate the bias magnetic field. be.
このため、磁歪材の特性がバラついていても、素子に組
み込んだ後にその最適バイアス磁界強度に容易に調整す
ることができ、生産性が良好となる。Therefore, even if the properties of the magnetostrictive material vary, the strength of the bias magnetic field can be easily adjusted to the optimum bias field strength after being incorporated into an element, resulting in good productivity.
また、バイアス磁界強度の変更により任意の初期磁歪値
を得ることができるため、磁歪アクチュエータや磁歪セ
ンサなと、特に変位の絶対量および磁界強度変化に対す
る変位の直線性が問題とされる用途に極めて有用である
。In addition, since any initial magnetostriction value can be obtained by changing the bias magnetic field strength, it is extremely suitable for applications such as magnetostrictive actuators and magnetostrictive sensors, where the absolute amount of displacement and the linearity of displacement with respect to changes in magnetic field strength are issues. Useful.
さらに、従来の磁歪素子では、永久磁石が磁歪材に接触
して変位方向に直列に設けられるため、両者の境界面で
磁歪材の変位が吸収されてしまい正確な変位量を得るこ
とが困難であったが、本発明では磁歪材と永久磁石とが
非接触に構成されるので、正確な変位量が得られる。Furthermore, in conventional magnetostrictive elements, the permanent magnet is placed in series in the displacement direction in contact with the magnetostrictive material, so the displacement of the magnetostrictive material is absorbed at the interface between the two, making it difficult to obtain an accurate amount of displacement. However, in the present invention, since the magnetostrictive material and the permanent magnet are configured in a non-contact manner, an accurate amount of displacement can be obtained.
そして、リング状永久磁石とリング状非磁性材とを積層
して永久磁石を構成した場合、磁歪材に強力かつ均一に
バイアス磁界を印加することができる。When a permanent magnet is constructed by laminating a ring-shaped permanent magnet and a ring-shaped nonmagnetic material, a bias magnetic field can be strongly and uniformly applied to the magnetostrictive material.
4、4,
第1図は、本発明の磁歪素子の好適実施例の概略断面図
である。
第2a図は、リング状永久磁石とリング状非磁性体との
積層体である筒状永久磁石の軸上における磁界強度を表
わすグラフである。
第2b図は、単一の材料から構成される筒状永久磁石の
軸上における磁界強度を表わすグラフである。
符号の説明
1・・・磁歪素子
2・・・磁歪材
3・・・コイル
4・・・永久磁石
41・・・リング状永久磁石
42・・・リング状非磁性体
5・・・外筒
6・・・絶縁体
7・・・内筒
出 願 人 ティーデイ−ケイ株式会社代 理 人
弁理士 石 井 隔間 弁理士
増 1) 達 哉FIG、1
FIG、20
1−IG、2bFIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of the magnetostrictive element of the present invention. FIG. 2a is a graph showing the magnetic field strength on the axis of a cylindrical permanent magnet which is a laminate of a ring-shaped permanent magnet and a ring-shaped nonmagnetic material. FIG. 2b is a graph showing the magnetic field strength on the axis of a cylindrical permanent magnet made of a single material. Explanation of symbols 1...Magnetostrictive element 2...Magnetostrictive material 3...Coil 4...Permanent magnet 41...Ring-shaped permanent magnet 42...Ring-shaped nonmagnetic material 5...Outer tube 6 ...Insulator 7...Inner cylinder Applicant: TDT-K Co., Ltd., agent Patent attorney Seika Ishii, patent attorney
Increase 1) Tatsuya FIG, 1 FIG, 20 1-IG, 2b
Claims (3)
アス磁界発生用の永久磁石と、コイルとを有し、 前記永久磁石が少なくとも一端が開放された筒状であっ
て、前記磁歪材と前記永久磁石とが同軸的に配設されて
おり、 前記永久磁石と前記磁歪材とを相対的に移動させること
により、前記磁歪材内におけるバイアス磁界強度を変更
できるように構成したことを特徴とする磁歪素子。(1) A magnetostrictive material containing a rare earth metal element and iron, a permanent magnet for generating a bias magnetic field, and a coil, the permanent magnet having a cylindrical shape with at least one end open, and the magnetostrictive material and the permanent magnet are arranged coaxially, and the bias magnetic field strength within the magnetostrictive material can be changed by relatively moving the permanent magnet and the magnetostrictive material. magnetostrictive element.
項1に記載の磁歪素子。(2) The magnetostrictive element according to claim 1, wherein the magnetostrictive material and the permanent magnet are not in contact with each other.
磁性材との積層体である請求項1または2に記載の磁歪
素子。(3) The magnetostrictive element according to claim 1 or 2, wherein the permanent magnet is a laminate of a ring-shaped permanent magnet and a ring-shaped nonmagnetic material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1196084A JPH0360176A (en) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | Magnetostriction element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1196084A JPH0360176A (en) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | Magnetostriction element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0360176A true JPH0360176A (en) | 1991-03-15 |
Family
ID=16351942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1196084A Pending JPH0360176A (en) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | Magnetostriction element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0360176A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006186659A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Opt Kk | Control unit of super-magnetostriction actuator |
| US7456530B2 (en) * | 2004-03-19 | 2008-11-25 | Sony Corporation | Magnetostrictive actuator |
| CN108242501A (en) * | 2016-12-27 | 2018-07-03 | 有研稀土新材料股份有限公司 | magnetostrictive device and preparation method thereof |
-
1989
- 1989-07-28 JP JP1196084A patent/JPH0360176A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7456530B2 (en) * | 2004-03-19 | 2008-11-25 | Sony Corporation | Magnetostrictive actuator |
| JP2006186659A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Opt Kk | Control unit of super-magnetostriction actuator |
| CN108242501A (en) * | 2016-12-27 | 2018-07-03 | 有研稀土新材料股份有限公司 | magnetostrictive device and preparation method thereof |
| JP2018137427A (en) * | 2016-12-27 | 2018-08-30 | 有研稀土新材料股▲フン▼有限公司 | Magnetostriction device and manufacturing method therefor |
| CN108242501B (en) * | 2016-12-27 | 2022-02-22 | 有研稀土新材料股份有限公司 | Magnetostrictive device and preparation method thereof |
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