JPH04127699A - 超磁歪材素子に対するプリストレス印加方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、超磁歪材素子を用いた水中用送波器やアクチ
ュエータ等において、その超磁歪材素子に対してプリス
トレス（圧縮荷重）を印加するための超磁歪材素子に対
するプリストレス印加方法に関するものである。

（従来の技術） 超磁歪材素子は、電気工ネルキーと機械エネルギーとの
変換を行うもので、希土類合金等でできている。この超
磁正材素子は、低周波数（数百Ｈ７程度）で、ヤング率
か小さく（つまり、磁歪特性か良り）、さらに小型化に
適する等の利点を有しているため、水中用送波器やアク
チュエータ等といった種々の装置に用いられている。

例えば、次の文献には、超磁歪材素子を水中用送波器に
用いた例か示されている。

文献：（シーイーアールデーニスエム、デーキンツーロ
ン、デーシーエヌ、リー　ブリッゾ。

フランス）　ＧＥＲＤＳＭ、　ＤＣＡＮ　Ｔｏｕｌｏｎ
、　ＤＣＮ、Ｌｅ　Ｂｒｕｓｃ、Ｆｒａｎｃｅ　（１９
８８−１０−２６＞　（米）Ｆ、ＣＩａｅｙｓｓｅｎ　
、　Ｄ、Ｂｏｕｃｈｅｒ　、　Ｃ，Ｐｏｈｌｅｎｚ著“
′（アプリケーション　オブ　マグネットストラクティ
ブ　レアー　アース−アイロン　アロイス　ツー　ソー
ナー　トランスデューサーズ＞　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯ
Ｎ　ＯＦ　ＭＡＧＮＥＴＯ３ＴＲＩＣＴＩＶＥ　ＲＡＲ
Ｅ　ＥＡＲＴＨ−ＩＲＯＮ　ＡＬＬＯＹＳ　Ｔｏ　５Ｏ
ＮＡＲＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ８”　Ｐ、　７１１−７１
３第２図は、前記文献に記載された従来の水中用送波器
の一構成例を示す縦断面図、及び第３図は第２図の左側
面図である。

この送波器は、一対のイナーシャマス１．２を有し、そ
の一対のイナーシャマス１．２かスティール棒３及びナ
ツト４，５によって連結されている。イナーシャマス１
，２の内側にはそれぞれ磁気カプラ６．７か装着され、
その磁気カプラ６゜７間には棒状の超磁歪材素子８，９
が接触状態で設けられている。各超磁歪材素子８，９に
は、それぞれ直流、交流（ＤＣ，ＡＣ）用のコイル１０
゜１１かそれぞれ巻装されている。

この種の送波器では、駆動素子として用いている超磁歪
材素子８，９に対し、スティール棒３をナツト４．５で
締め付けることにより、強力プリテンションを与えてい
る。また、この送波器を低周波用送波器として用いる場
合、低いスチノネス（柔軟性）を実現させるため、ステ
イール棒３には、細いものを用いている。

次に、この送波器の動作を説明する。

先ず、コイル１０．１１に直流電流を供給すると、その
コイル１０．１１、超磁歪材素子８，９及び磁気カプラ
６．７の経路て閉磁路か形成され、該超磁歪材素子８，
９内に磁化か起こる。そして、コイル１０，１］に交流
電流を供給して超磁歪材素子８，９に交番磁化を重畳さ
せれば、その交番磁化の変化に対応して超磁歪材素子８
，９の中心軸方向に長さの変化か表われ、その変化に伴
なって両側のイナーシャマス１，２が振動する。この振
動により、音波が放射され、水中を伝搬していく。

（発明か解決しようとする課題） しかしなから、上記送波器における超磁歪材素子８，９
に対するプリストレス印加方法では、次のような課題が
あった。

従来の方法では、スティール棒３をナツト４゜５で締め
付けることにより、超磁歪材素子８，９に対するプリス
トレスを印加しているため、ナツト４，５の締め付は強
度を微調整等することにより、超磁歪材素子８，９に対
するプリストレスの中心軸がずれるおそれがあり、その
超磁歪材素子８．９に対して一様な中心軸方向の応力を
与えることが困難であった。そのため、２本の超磁歪材
素子８，９に対してプリストレスが加わらないという問
題が生じる他に、脆い超磁歪材素子８，９が折れるおそ
れがあるという可能性もおった。さらに、超磁歪材素子
８，９を駆動する際に、その超磁歪材素子８，９内に生
じる応力分布系が一様でないため、該超磁歪材素子８，
９、磁気カプラ６．７及びイナーシャマス１，２からな
る駆動伝達系に対する伝達損失か生じ、低能率送波器と
なってしまう等の問題があった。

本発明は前記従来技術が持っていた課題として、プリス
トレス印加の際にその超磁歪材素子内に生じる応力分布
系か不均一になるという点について解決した超磁歪材素
子に対するプリストレス印加方法を提供するものである
。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、棒状の超磁歪材素
子の両端からプリストレスを印加しておき、前記超磁歪
材素子に交番磁界を与えて前記超磁歪材素子をその中心
軸方向に振動させる装置において、前記超磁歪材素子の
両端面に、それと面接触する平板を介して、前記超磁歪
材素子の中心軸上にそれぞれ１個または複数個の球状体
を配設し、その両側の球状体に対して外側から内側へ、
バネの弾性力を利用してプリストレスを印加するように
したものである。

なお、前記超磁歪材素子の両端に、エツジ補強用のリン
グを装＠するようにしても良い。

（作　用） 本発明によれば、以上のように超磁歪材素子に対するプ
リストレス印加方法を構成したので、バネの弾性力によ
って与えられるプリストレスは、球状体と平板との接触
箇所の一点に集中し、その位置が起磁歪材系子の中心軸
上になるようにすれば、該起磁歪材系子に対する応力中
心軸のずれかなくなり、該超磁歪材素子内に−様な応力
が加わる。従って、前記課題を解決できるのでおる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すもので、起磁歪材系子
に対するプリストレス印加方法を用いた水中用送波器の
縦断面図、及び第４図は第１図の左側面図である。

この送波器は、希土類合金等で形成された棒状の起磁歪
材系子２０を有し、その起磁歪材系子２０の両端には真
鍮製等のエツジ補強用のリング２１．２２が装着されて
いる。起磁歪材系子２０の両端及びリング２１．２２に
は、ヘットマス２３゜２４かそれぞれ接触状態で配置さ
れている。ヘッドマス２３．２４は、起磁歪材系子２０
の両端面に面接触する円板状の薄い平板２３ａ、２４ａ
を有し、その各平板２３ａ、２４ａには、バネ装着孔２
３ｂ−１，２４ｂ−１を有するバネ装着部材２３ｂ、２
４ｂ、永久磁石２３Ｇ、２４Ｇ、及び黄銅製等の保護部
材２３ｄ、２４ｄか、それぞれ積層状態に固着されてい
る。

バネ装着孔２３ｂ−１，２４ｂ−１内において、起磁歪
材系子２０の中心軸上にはステンレス製等の球状体２５
．２６かそれぞれ配置されると共に、該バネ装着孔２３
ｂ−１，２４ｂ−１内には仮ハネ２７．２８がそれぞれ
挿入され、その仮バネ２７．２８によって球状体２５．
２６か起磁歪材系子２０の両端側に押圧されるようにな
っている。

即ち、板ハネ２７．２８の各両端は、止め具２９・３０
．３１・３２により、左右に分かれたボルト３３．３４
にそれぞれ固定され、その仮ハネ２７．２８によって球
状体２５．２６か起磁歪材系子２０の両端側に圧縮荷重
か印加されるようになっている。

また、起磁歪材系子２０の外周には、ソレノイドコイル
３５か装＠されている。

この送波器において、板ハネ２７．２８の各両端がボル
ト３３．３４にそれぞれ固定され、その板バネ２７．２
８の起磁歪材系子２０側への弾性力によって球状体２５
．２６が平板２３ａ、２４ａに圧接され、それによって
平板２３ａ、２４ａが起磁歪材系子２０の両端面に圧接
して該起磁歪材系子２０に１〜２　（Ｋｐｓ　ｉ　）程
度のプリストレスが印加されている。

そして、永久磁石２３Ｇ、２４Ｇにより、起磁歪材系子
２０に４　（ＫＧ）程度の磁気バイアスか印加されてい
る。ソレノイドコイル３５に交流電流を供給すると、起
磁歪材系子２０に交番磁界が印加され、その交番磁界が
前記の磁気バイアスに重畳されるので、その交番磁界の
変化に対応して起磁歪材系子２０に長さの変化か表われ
る。この長さの変化は、共撮系を構成するヘッドマス２
３゜２４に伝達され、そのヘッドマス２３．２４が振動
することにより、音波か水中に放射される。

本実施例では、次のような利点を有している。

板バネ２７．２８の弾性力を利用して球状体２５．２６
を起磁歪材系子２０の両端側に押圧するようにしたので
、該板バネ２７．２８から与えられるプリストレスは、
球状体２５．２６の一点に集中し、その位置か起磁歪材
系子２０の中心軸上になるように該球状体２５．２６か
配置されている。そのため、平板２３ａ、２４ａを介し
て起磁歪材系子２０の中心軸方向に均一な応力が印加さ
れる。従って、ツレノドコイル３５に交流電流を供給し
た場合、最適な磁歪特性を発揮して起磁歪材系子２０か
その中心軸方向に振動し、その振動か効率良くヘッドマ
ス２３．２４に伝達される。

また、球状体２５．２６と起磁歪材系子２０の両端面と
の間には平板２３ａ、２４ａがそれぞれ設けられている
ので、該球状体２５．２６の位置決めか容易になると共
に、球状体２５．２６からの応力を起磁歪材系子２０の
両端面に均一に印加てきる。ざらに、起磁歪材系子２０
は非常に脆いか、その両端の外周にリング２１．２２か
装着されているので、該起磁歪材系子２０の両端面のピ
ッチング（欠損）を的確に防止することかできる。

なお、本発明は上記実施例に限定されず、種々の変形が
可能である。

（ａ＞　　上記実施例ては、超磁歪材素子２０の両端側
に各１個の球状体２５．２６をそれぞれ設けているか、
該超磁歪材素子２０の中心軸上において、２個〜５個等
といった複数個の球状体を両端側にそれぞれ設けてもよ
い。これにより、板ハネ２７．２８からの応力を、それ
ら複数の球状体を介して広い面積で平板２３ａ、２４ａ
に伝達し、均一なプリストレスを該超磁歪材素子２０に
印加することかできる。

（ｂ）　　上記実施例では、板バネ２７．２８を用いて
いるが、コイルバネ等の他のハネの弾性力を利用して球
状体２５．２６に応力を７ＪＯえるようにしても、上記
実施例とほぼ＠１様の利点か得られる。

コイルバネ等の他のハネを使用する場合には、止め具２
９〜３２及びホルト３３．３４に代えて、他のハネＨ！
１％造に変形すれば良い。

（Ｃ）　　上記実施例では、超磁歪材素子２０にあける
中心軸方向の駆動力を利用して送波器に用いた場合を説
明したが、この超磁歪材素子２０の駆動力を利用してア
クチュエータ等といった他の装置に適用することもてき
る。しかも、本発明のプリストレス印カ０方法は、超磁
歪材素子２０のみならず、ｐＺｔ、ＢａＴ　ｉ　Ｏ−等
といった圧電性の素子にも、応用か可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、バネの弾
性力によって球状体に応力を加え、その球状体の応力を
平板を介して超磁歪材素子の両端面に印加するようにし
ている。そのため、ハネの弾性力によって与えられる応
力は、球状体に一点集中、つまり支点集中し、その位置
が超磁歪ｖＪ素子の中心軸上になるように設定すること
により、従来のような応力中心軸のずれかなくなり、該
超磁歪材素子内に均一でかつ強いプリストレスを与える
ことかできる。従って、超磁歪材素子の中心軸方向の駆
動力を利用して例えば送波器に適用すれば、交流による
振動を効率良くヘッドマスに伝達することかできる。さ
らに、送波器以外のアクチュエータ等といった他の装置
に応用した場合でも、該超磁歪材素子の中心軸方向の駆
動力を効率良く伝達することができる。

しかも、本発明では、球状体を、平板を介して超磁歪材
素子の両端面に押圧するようにしているので、該平板に
よって超磁歪材素子の両端面に、より均一な応力を加え
ることかできると共に、その平板によって球状体の配置
位置の位置決めか容易になる。

また、超磁歪材素子の両端にリングを装着すれば、該リ
ングによって超磁歪材素子の両端部か補強され、欠損等
を的確に防止することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブリストレス印加、方法
を説明するための送波器の縦断面図、第２図は従来のプ
リストレスの印り０方法を説明するための送波器の縦断
面図、第３図は第２図の左側面図、第４図は第１図の左
側面図でおる。 ２０・・・・・・超磁歪材素子、２１．２２・・・・・
・リング、２３．２４・・・・・・ヘッドマス、２３ａ
、２４ａ・・・・・・平板、２３０．２４Ｇ・・・・・
・永久磁石、２５．２６・・・・・・球状体、２７．２
８・・・・・・板バネ、３５・・・・・・ソレノイドコ
イル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、棒状の超磁歪材素子の両端からプリストレスを印加
   しておき、前記超磁歪材素子に交番磁界を与えて前記超
   磁歪材素子をその中心軸方向に振動させる装置において
   、 前記超磁歪材素子の両端面に、それと面接触する平板を
   介して、前記超磁歪材素子の中心軸上にそれぞれ１個ま
   たは複数個の球状体を配設し、その両側の球状体に対し
   て外側から内側へ、バネの弾性力を利用してプリストレ
   スを印加することを特徴とする超磁歪材素子に対するプ
   リストレス印加方法。 ２、請求項１記載の超磁歪材素子の両端に、エッジ補強
   用のリングを装着した超磁歪材素子に対するプリストレ
   ス印加方法。