JPH04346278A - 磁歪電歪相互変換素子を用いた変換装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電圧制御可能な可変
インダクタンス、カレントトランス、変調器、フィルタ
、電圧電流両出力可能な応力センサなどに使用できる磁
歪電歪相互変換素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電圧
・電流変換を行うのに、従来、巻線トランスを用いるか
またはアクティブ素子を用いるのが一般的である。しか
しながら、上記巻線トランスでは、高周波ロスが大きい
ために、周波数帯域に限界があり、また、上記アクティ
ブ素子を用いると、回路が複雑になるうえに、これを駆
動する電源が必要になる。この発明の目的は、磁歪素子
と電歪素子を一体化することにより、上記従来の問題点
を解消できる画期的な素子を提供することにある。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、この発明は、電歪効果と磁歪効果の相互効果を発
揮するように、電歪素子上に、この電歪素子と一体的に
伸縮する磁歪素子を形成して、パッシブ素子である磁歪
電歪相互変換素子を得ている。また、上記磁歪電歪相互
変換素子と、その電歪素子に入力信号を供給する入力手
段と、その磁歪素子から出力信号を取り出す出力手段と
で電圧電流変換装置を構成している。さらに、上記磁歪
電歪相互変換素子と、その磁歪素子に入力信号を供給す
る入力手段と、その電歪素子から出力信号を取り出す出
力手段とで電流電圧変換装置を構成している。また、上
記磁歪電歪相互変換素子と、その電歪素子から出力信号
を取り出す第１の出力手段と、その磁歪素子から出力信
号を取り出す第２の出力手段とを備え、上記電歪素子に
、外部から機械的変位が付加される変位付加部を設けて
、機械電気変換装置を構成している。

【０００５】

【作用】この発明の磁歪電歪相互変換素子は、電歪素子
に歪を発生させると、この電歪素子と一体的に磁歪素子
が伸縮して、その磁気特性が変化する。これとは逆に、
磁歪素子に歪を発生させると、この磁歪素子と一体的に
電歪素子が伸縮して、電歪素子の電気特性が変化する。 つまり、電歪素子と磁歪素子とが一体的に伸縮する結果
、電歪効果と磁歪効果が相互に影響し合う。したがって
、電歪素子または磁歪素子の一方に入力を与えて、他方
から上記入力のレベルに応じた出力を取り出すことがで
きるし、電歪素子に機械的な変位を付加して歪みを発生
させ、この変位に応じた電圧信号および電流信号を、電
歪素子と磁歪素子のそれぞれから取り出すこともできる
など、多様な応用が可能である。そのうえ、構造が極め
て簡単で小型である。

【０００６】また、この発明の電圧電流変換装置および
電流電圧変換装置は、電歪素子または、磁歪素子に入力
信号を与えて、磁歪素子または電歪素子から出力信号を
取り出すので、巻線トランスのような周波数帯域の限界
がなく、アクティブ素子のような複雑な入力回路および
出力回路も必要としない。

【０００７】さらに、この発明の機械電気変換装置は、
外部から電歪素子に変位が付加されると、その変位に応
じてレベルが変化する電圧出力信号を電歪素子から、電
流出力信号を磁歪素子からそれぞれ取り出すことができ
るので、たとえば電歪素子を被測定部材に接着して、こ
の被測定部材に発生する応力を検知し、その検知信号を
電圧、電流の両方で出力することが可能である。

【０００８】

【実施例】まず、この発明に係る磁歪電歪相互変換素子
の第１実施例について説明する。図１は磁歪電歪相互変
換素子１の一例を示し、薄板状のＰＺＴ（チタン酸ジル
コン酸鉛）からなる電歪素子２の上面に、Ｆｅ７８Ｓｉ
１０Ｂ１２　（磁歪定数４０×１０−６）を組成とする
ターゲット材を用いた高周波スパッタ法により、アモル
ファス磁性膜（磁歪定数１５×１０−６）からなる磁歪
素子３が形成されている。こうして、電歪素子２と磁歪
素子３とが一体的に結合されており、したがって、電歪
素子２と磁歪素子３は面方向５に一体的に伸縮する。

【０００９】上記電歪素子２の分極方向Ｐは、上向きま
たは下向きに設定されている。したがって、この電歪素
子２にその分極方向Ｐに電圧を印加すると、その方向に
伸びが生じる一方、電歪素子２の面方向５に縮みが生じ
、分極方向Ｐと逆方向に電圧を印加すると、その方向に
縮みが生じる一方、電歪素子２の面方向５に伸びが生じ
る。他方、磁歪素子３に磁界を付加すると、その磁束密
度に応じて磁歪素子３が磁束の方向に伸びる。磁束が反
転しても、磁歪素子３が縮むことはなく、やはりその磁
束密度に応じて伸びる。

【００１０】図２は磁歪電歪相互変換素子１に係る第２
実施例を示し、電歪素子２は、長手方向７に沿った分極
方向Ｐを有しており、この電歪素子２の上面に磁歪素子
３が形成されている。上記電歪素子２は、長手方向７に
分割された多数の分極単位領域８を有し、隣接する領域
８，８同士は、互いに逆向きの分極方向Ｐを持つ。した
がって、この電歪素子２の各領域８ごとに、その分極方
向Ｐに電圧を印加すると、電歪素子２が長手方向７に伸
び、分極方向Ｐと逆方向に電圧を印加すると、長手方向
７に縮む。

【００１１】上記図１および図２に示した磁歪電歪相互
変換素子１において、電歪素子２に歪を発生させると、
この電歪素子２と一体的に磁歪素子３が伸縮して、その
磁気特性が変化する。これとは逆に、磁歪素子３に歪を
発生させると、この磁歪素子３と一体的に電歪素子２が
伸縮して、電歪素子２の電気特性が変化する。つまり、
電歪素子２と磁歪素子３とが一体的に伸縮する結果、電
歪効果と磁歪効果が相互に影響し合う相互効果が得られ
る。

【００１２】したがって、たとえば図１の磁歪電歪相互
変換素子１の利用態様を示す図３のように、電歪素子２
の下面に電極膜６を形成して、磁歪素子３と電極膜６と
にリード線１１，１２を接続するとともに、磁歪素子３
を包むように、磁歪電歪相互変換素子１の外周に励磁用
のコイル２０を配置しておき、上記リード線１１，１２
を介して電歪素子２に入力電圧を印加することにより電
歪素子２を伸縮させると、この電歪素子２と一体的に磁
歪素子３も伸縮し、これにより磁歪素子３の透磁率が増
減して、コイル２０のインダクタンスが変化するので、
このコイル２０から、上記入力電圧に応じた出力を取り
出すことができる。これは、後述する電圧電流変換装置
に利用できる。

【００１３】これとは逆に、図３のコイル２０に入力電
流を供給することにより磁歪素子３を伸長させると、こ
の磁歪素子３と一体的に電歪素子２も伸長し、これによ
り、電歪素子２の両端の電圧が変化するので、リード線
１１，１２から、上記入力電流に応じた出力を取り出す
ことができる。これは、後述する電流電圧変換装置に利
用できる。

【００１４】また、たとえば、機械的な変位を生じる部
材に電歪素子２を固定しておくことにより、電歪素子２
に機械的な変位を付加し、この変位に応じた電圧信号お
よび電流信号を、電歪素子２と磁歪素子３のそれぞれか
ら取り出すこともできる。これは、後述する電圧電流両
出力可能な応力センサに利用できる。

【００１５】つぎに、この発明の磁歪電歪相互変換素子
を用いて、印加電圧に対する磁歪効果を透磁率の変化と
して実測した結果について説明する。実測の際に使用し
た装置を図４に示す。図４において、磁歪電歪相互変換
素子１およびリード線１１，１２は、図３に示したもの
と同じである。励磁用コイル２０は、磁歪電歪相互変換
素子１の長手方向７の両端部近傍に配置されている。磁
歪電歪相互変換素子１の電歪素子２および磁歪素子３は
、図１で説明したのと同じ材料で、同じ方法によって製
造されており、また、電極膜６は金製である。電歪素子
２は、長さ１５ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍであり
、磁歪素子３は、長さ９ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ１μｍで
ある。また、電極膜６は、長さ９ｍｍ、幅８ｍｍである
。

【００１６】リード線１１，１２を介して直流可変電圧
源１３から、電歪素子２に電圧が印加され、励磁用コイ
ル２０へは、交流電源１４から交流電流が供給されてい
る。さらに、磁歪素子３の上面には、８の字形の検出用
コイル１５が形成されており、この検出用コイル１５に
、その電圧変化を検出する検出器１６が接続されている
。

【００１７】実測にあたっては、直流可変電圧源１３か
ら−４００Ｖ〜＋４００Ｖの範囲で電圧を電歪素子２に
印加する一方で、上記交流電源１４から上記励磁用コイ
ル２０への通電によって、１０ミリエルステッド（ｍＯ
ｅ）の強さで、１ＭＨｚ　，２ＭＨｚ　，５ＭＨｚ　，
１０ＭＨｚ　の周波数を持つ磁界を磁歪素子３に付加し
た。この状態で、検出用コイル１５に発生する電圧変化
を検出器１６で検出し、この検出電圧値から、比透磁率
μを算出した。その結果を図５に示す。なお、上記１０
ｍＯｅの交流磁界によって生じる磁歪素子３の磁歪量は
、電歪素子２の電歪によって生じる磁歪素子３の伸縮量
に対して、無視できる程度の微小量である。図５より、
いずれの周波数においても、印加電圧の大小に応じて比
透磁率μが増減することが確認された。なお、図５の右
側の縦軸は、比透磁率μが１００の場合のインダクタン
スを１として、規格化した値を示している。

【００１８】つぎに、上記磁歪電歪相互変換素子１にお
ける電歪素子２への配線方法について説明する。図６は
、図１の磁歪電歪相互変換素子１における電歪素子２へ
の配線方法を示すもので、電歪素子２の上面に形成され
た磁歪素子３を電歪素子２の一方の電極として兼用し、
この磁歪素子３の上面に第１のリード線１１を接続する
。電歪素子２の下面には金製の電極膜６を、スパッタ法
により形成する。この電極膜６の代わりに磁歪素子を形
成して、これを電極として利用してもよい。他方の電極
を構成する上記電極膜６に第２のリード線１２を接続し
、上記リード線１１，１２を介して、電歪素子２に対す
る入力または出力を行う。この配線方法では、両電極３
，６およびリード線１１，１２が入力手段または出力手
段を構成している。

【００１９】たとえば、上記リード線１１，１２から電
極３，６を介して電歪素子２に電圧を入力すると、電歪
素子２は、印加電圧のレベルに応じて厚さが変化し、そ
れに伴って面方向５に伸縮する。

【００２０】図７は、図２の磁歪電歪相互変換素子１に
おける電歪素子２への配線方法を示すもので、図７（ａ
）に示すように、電歪素子２の上面に、くし形に配置さ
れた第１および第２の電極２２，２３が形成されている
。これら電極２２，２３は、図７（ｂ）に示すように、
電歪素子２の分極単位領域８の境界部に交互に位置して
いる。図７（ａ）の第１の電極２２から第１のリード線
１１が、第２の電極２３から第２のリード線１２がそれ
ぞれ導出されており、これらリード線１１，１２および
両電極２２，２３（入力手段または出力手段）を介して
、電歪素子２に対する入力または出力を行う。

【００２１】たとえば、上記リード線１１，１２および
両電極２２，２３を介して電歪素子２に電圧を入力する
と、第１の電極２２がプラスで第２の電極２３がマイナ
スのとき、図７（ｂ）の電歪素子２の分極方向Ｐに電圧
が印加されるので、電歪素子２が長手方向７に伸びる。 逆に、第１の電極２２がマイナスで第２の電極２３がプ
ラスのとき、電歪素子２の分極方向Ｐと逆方向に電圧が
印加されるので、電歪素子２が長手方向７に縮む。

【００２２】他方、上記磁歪電歪相互変換素子１におけ
る磁歪素子３への配線方法は、つぎのとおりである。通
常、磁歪素子３は極めて薄いので、図１に示した電歪素
子２のような面方向５と直交する方向（図１の上下方向
）への磁歪を利用することは困難であり、したがって、
面方向５に沿う磁歪のみの利用となる。これを、図８お
よび図９に示す。

【００２３】図８において、磁歪素子３を包むように、
磁歪電歪相互変換素子１の外周に励磁用のコイル２０を
配置し、このコイル２０およびこれから導出されたリー
ド線２５，２６を介して、磁歪素子３に対する入力また
は出力を行う。この配線方法では、コイル２０およびリ
ード線２５，２６が入力手段または出力手段を構成する
。たとえば、上記コイル２０に電流を入力すると、磁歪
素子３の長手方向７に磁束Ｈが発生し、この磁束Ｈの反
転とは無関係に、その磁束密度に応じた量だけ磁歪素子
３が長手方向７に伸びる。

【００２４】図９においては、磁歪素子３の上面に絶縁
層２８を介して折り返し導線２９が形成されており、こ
の折り返し導線２９から導出された第１および第２のリ
ード線２５，２６を介して、磁歪素子３に対する入力ま
たは出力を行う。この配線方法では、上記リード線１１
，１２および折り返し導線２９が入力手段または出力手
段を構成する。たとえば、上記両リード線１１，１２を
介して上記折り返し導線２９に電流を入力すると、図１
０に示すように、隣接する導線２９同士に、互いに逆方
向に電流が流れるから、磁歪素子３に、その長手方向７
に沿った互いに逆向きの磁束Ｈが生成される。これによ
り、その磁束密度に応じた量だけ磁歪素子３が長手方向
７に伸びる。

【００２５】上記図８および図９に示した磁歪素子３に
対する２つ配線方法は、図６および図７に示した電歪素
子２に対する２つの配線方法のいずれにも適用できる。 これら配線方法を組み合わせた４つのモデルを、図１１
ないし図１４に示す。

【００２６】図１１は、図６の電歪素子側配線方法と図
８の磁歪素子側配線方法とを組み合わせたモデルＭ１で
あり、上向きまたは下向きに分極方向Ｐを持つ電歪素子
２の上面に形成された磁歪素子３と、下面に形成された
電極膜６のそれぞれにリード線１１，１２を接続する一
方で、磁歪素子３を包むように、磁歪電歪相互変換素子
１の外周に励磁用のコイル２０を配置し、このコイル２
０からリード線２５，２６を導出する。上記電歪素子２
側のリード線１１，１２と磁歪素子３側のリード線２５
，２６の一方から入力信号を供給し、他方から出力信号
を取り出せば、インピーダンス変換装置となる。

【００２７】図１２は、図６の電歪素子側配線方法と図
９の磁歪素子側配線方法とを組み合わせたモデルＭ２で
あり、上向きまたは下向きに分極方向Ｐを持つ電歪素子
２の上面に形成された磁歪素子３と、下面に形成された
電極膜６のそれぞれにリード線１１，１２を接続する一
方で、磁歪素子３に折り返し導線２９を設けて、この折
り返し導線２９からリード線２５，２６を導出する。や
はり電歪素子２側のリード線１１，１２と磁歪素子３側
のリード線２５，２６の一方から入力信号を供給し、他
方から出力信号を取り出せば、インピーダンス変換装置
となる。

【００２８】図１３は、図７の電歪素子側配線方法と図
８の磁歪素子側配線方法とを組み合わせたモデルＭ３で
あり、長手方向７に分極方向Ｐを持つ電歪素子２の上面
に設けられたくし形電極２２，２３に、リード線１１，
１２を接続する一方で、電歪素子２の下面に磁歪素子３
を形成し、磁歪素子３を包むように、磁歪電歪相互変換
素子１の外周に励磁用のコイル２０を配置して、このコ
イル２０からリード線２５，２６を導出する。やはり電
歪素子２側のリード線１１，１２と磁歪素子３側のリー
ド線２５，２６の一方から入力信号を供給し、他方から
出力信号を取り出せば、インピーダンス変換装置となる
。

【００２９】図１４は、図７の電歪素子側配線方法と図
９の磁歪素子側配線方法とを組み合わせたモデルＭ４で
あり、長手方向７に分極方向Ｐを持つ電歪素子２の上面
の半分に磁歪素子３を形成して、この磁歪素子３に折り
返し導線２９を形成するとともに、電歪素子２にくし形
電極２２，２３を形成している。このモデルＭ４は、現
在実用化されているＳＡＷフィルターの出力側を、くし
形電極２２，２３を備えた電歪素子２で構成した構造に
相当する。電歪素子２側のリード線１１，１２と磁歪素
子３側のリード線２５，２６の一方から入力信号を供給
し、他方から出力信号を取り出せば、インピーダンス変
換装置となる。

【００３０】上記モデルＭ１〜Ｍ４においては、電歪か
ら磁歪、または磁歪から電歪へのいずれの変換も行われ
るが、その変換は機械歪を介しての変換であるから、機
械的共振を利用した変換を行うことができる。磁歪素子
３は電歪素子２に比べて極めて薄いため、実際に利用で
きるのは、電歪素子２の機械的共振のみである。

【００３１】つまり、電歪から磁歪、磁歪から電歪への
いずれの変換においても、交流入力信号の周期と同じ周
期での電歪素子２の振動モード、すなわち直接振動モー
ドを伴った変換と、電歪素子２の機械的な共振モードを
伴った変換の２つがある。前者はインピーダンス変換動
作であり、後者は、インピーダンス変換と併せて入力周
波数に対する選択を行うという複合動作である。ただし
、直接振動モードにおいても、電歪素子２にくし形電極
２５，２６を用い、磁歪素子３に折り返し導線２９を用
いた場合には、インピーダンス変換を同時に行うＳＡＷ
フィルターが得られる。

【００３２】また、上記図１１のモデルＭ１および図１
２のＭ２においては、電歪素子２の上下両面に磁歪素子
３を形成し、両磁歪素子３に対して入力または出力を行
ってもよい。その場合、両磁歪素子３を電歪素子２の電
極として使用することも可能になる。

【００３３】上記モデルＭ１〜Ｍ４を使用した電圧電流
変換装置または電流電圧変換装置は、その入出力方向、
および振動モードによって、図１５に示すように、８つ
の分類Ａ〜Ｈに分けられる。以下、分類Ａ〜Ｈのそれぞ
れについて、その動作を説明する。

【００３４】分類Ａ，Ｂ 図１１のモデルＭ１または図１２のモデルＭ２を使用し
て電歪から磁歪への変換、つまり、電圧電流変換を行う
ものである。電歪素子２のリード線１１，１２を介して
電歪素子２に交流入力電圧を印加すると、その電圧レベ
ルに応じた量だけ電歪素子２が分極方向に電歪を発生し
、その長手方向７に伸縮する。この電歪素子２の伸縮と
一体的に磁歪素子３も長手方向７に伸縮し、磁歪素子３
の透磁率が変化する。

【００３５】他方、モデルＭ１のコイル２０またはモデ
ルＭ２の折り返し導線２９に直流電流を重畳させるか、
または永久磁石による磁束を加えることで、予め磁歪素
子３に磁気バイアスを付加しておく。こうすると、上記
交流入力電圧が持つ電圧変化に応じた磁歪素子３の透磁
率変化によって、コイル２０または折り返し導線２９の
インダクタンス値が、上記電圧変化に応じて変化する。 ここで、磁歪素子３には磁気バイアスが与えられている
ため、上記透磁率変化によりコイル内磁束変化が生じ、
コイル２０または折り返し導線２９には、同じく上記電
圧変化に応じた起電力が発生する。この起電力による電
流を、リード線２５，２６を介して電流信号として取り
出す。これにより、電歪素子２のリード線１１，１２を
電圧入力とし、磁歪素子３のリード線２５，２６を電流
出力とした電圧入力・電流出力のインピーダンス変換が
行われる（分類Ａ，Ｂ）。

【００３６】ところで、電歪素子２は機械的な一定の共
振周波数を持ち、その長手方向７の共振周波数と交流入
力電圧の周波数とが一致するとき、共振が起こる。した
がって、この共振周波数と入力周波数とが離れていると
きは、直接振動モードによる上記インピーダンス変換の
みを行うが（分類Ａ）、共振周波数と入力周波数とが接
近しているときは、共振モードにより、入力周波数に対
する出力の選択性を有することになり、本来持っている
インピーダンス変換に加えて、周波数選択動作も行う（
分類Ｂ）。

【００３７】分類Ｃ，Ｄ 図１１のモデルＭ１または図１２のモデルＭ２を使用し
て磁歪から電歪への変換、つまり、電流電圧変換を行う
ものである。磁歪素子３のリード線２５，２６を介して
磁歪素子３に交流入力電流を印加して、磁歪素子３に磁
界を付加すると、その磁束密度に応じた量だけ磁歪素子
３が磁束方向に伸び（正磁歪）を発生する。この磁歪素
子３の伸びにより、図１６に示すように、電歪素子２に
曲がりが生じる。この曲がりによる電歪素子２の厚さの
変化により、電極３，６間の電圧が変化するので、この
電圧変化をリード線１１，１２から取り出す。これによ
り、電流入力・電圧出力のインピーダンス変換が行われ
る（分類Ｃ，Ｄ）。

【００３８】このとき、やはり、電歪素子２の共振周波
数と入力周波数とが離れているときは、電歪素子２の直
接振動モードによるインピーダンス変換のみを行うが（
分類Ｃ）、共振周波数と入力周波数とが接近していると
きは、共振モードにより、入力周波数に対する出力の選
択性を有することになり、本来持っているインピーダン
ス変換に加えて、周波数選択動作も行う（分類Ｄ）。

【００３９】さらに、この分類Ｃ，Ｄでは、つぎに説明
するように、入力周波数の逓倍の出力が得られるという
特長もある。すなわち、図１７（ａ）に示すように、一
定のバイアスをかけた交流入力電流Ｉａを図１１のコイ
ル２０または図１２の折り返し導線２９にかけた場合、
励磁界は一方向の増減としてあらわれるので、これに応
じて磁歪素子３の伸び量が増減し、電歪素子２から、図
１７（ｂ）に示すように、入力電流と同一周期の電圧出
力Ｖａが得られる。

【００４０】これに対し、図１７（ｃ）に示すように、
バイアスをかけない交流入力電流Ｉｂを上記コイル２０
または折り返し導線２９にかけた場合、励磁界は半周期
ごとに方向が反転するが、磁歪素子３は、磁界が反転し
ても、磁束密度に応じた量だけ伸びる（正磁歪）ので、
この磁歪素子３および電歪素子２の伸縮の周期（振動周
期）は、入力電流Ｉｂの１／２となる。したがって、図
　　１７（ｄ）に示すように、入力電流Ｉｂの２倍の周
波数を持つ電圧出力Ｖｂが得られる。

【００４１】分類Ｅ，Ｆ 図１３のモデルＭ３または図１４のモデルＭ４を使用し
て電歪から磁歪への変換、つまり、電圧電流変換を行う
ものである。まず、図１３のモデルＭ３を使用した場合
を説明する。電歪素子２のリード線１１，１２からくし
形電極２２，２３を介して電歪素子２に交流入力電圧を
印加すると、その電圧レベルに応じた量だけ電歪素子２
が、長手方向７に沿った分極方向に電歪を発生し、長手
方向７に伸縮する。この伸縮によって、図１６で示した
のと同様に、電歪素子２に曲がりが生じ、磁歪素子３も
電歪素子２と一体的に曲がる。その結果、磁歪素子３が
長手方向７に伸縮し、その透磁率が変化する。この透磁
率変化によるインダクタンス変化を、コイル２０からリ
ード線２５，２６を介して、電流信号として取り出す。 これにより、電圧入力・電流出力のインピーダンス変換
が行われる（分類Ｅ，Ｆ）

【００４２】図１４に示したモデルＭ４は、前述のとお
り、ＳＡＷフィルターの出力側を電歪素子で構成した構
造に相当するものである。したがって、電歪素子２のく
し形電極２２，２３に交流入力電圧を入力すると、電歪
素子２が長手方向７に伸縮し、その伸縮による振動が電
歪素子２の表層部を伝わって磁歪素子３に達し、磁歪素
子３の折り返し導線２９からリード線２５，２６を介し
て、交流出力電流として取り出される。これにより、従
来のＳＡＷフィルターとしての選択動作に電圧入力・電
流出力のインピーダンス変換を付加した動作を行う（分
類Ｅ，Ｆ）。

【００４３】上記モデルＭ３およびＭ４のいずれにおい
ても、やはり、電歪素子２の共振周波数と入力周波数と
が離れているときは、電歪素子２の直接振動モードによ
るインピーダンス変換のみを行うが（分類Ｅ）、共振周
波数と入力周波数とが接近しているときは、共振モード
により、入力周波数に対する出力の選択性を有すること
になり、本来持っているインピーダンス変換に加えて、
周波数選択動作も行う（分類Ｆ）。

【００４４】分類Ｇ，Ｈ 図１３のモデルＭ３または図１４のモデルＭ４を使用し
て磁歪から電歪への変換、つまり、電流電圧変換を行う
ものである。その動作は、上記分類Ｅ，Ｆで説明したの
と逆であり、磁歪素子３側のリード線２５，２６から供
給した交流入力電流が、電歪素子２側のリード線１１，
１２から交流出力電圧として取り出される。

【００４５】このとき、やはり、電歪素子２の共振周波
数と入力周波数とが離れているときは、電歪素子２の直
接振動モードによるインピーダンス変換のみを行うが（
分類Ｇ）、共振周波数と入力周波数とが接近していると
きは、共振モードにより、入力周波数に対する出力の選
択性を有することになり、本来持っているインピーダン
ス変換に加えて、周波数選択動作も行う（分類Ｈ）。

【００４６】ところで、この発明の磁歪電歪相互変換素
子１は、上記電圧電流または電流電圧変換装置のほか、
電圧電流両出力可能な応力センサにも使用できる。その
場合、たとえば図１８に示すように、電歪素子２の下面
を変位付加部３１とし、この付加部３１を介して電歪素
子２を、機械的な変位を生じる部材３２に接着のような
手段で固定しておく。これにより、上記部材３２から電
歪素子２に機械的な変位が付加されると、この変位に応
じた電圧信号が電歪素子２のリード線１１，１２から取
り出される一方、変位に応じた電流信号が磁歪素子３の
リード線２５，２６から取り出される。なお、部材３２
には、電歪素子２を固定したときに、磁歪素子３が部材
３２に接触しないように、逃がし溝３３が設けられてい
る。

【００４７】さらに、この発明の磁歪電歪相互変換素子
１は、図１９に示すＡＭ変調器にも使用することができ
る。図１９において、磁歪電歪相互変換素子１は、コン
デンサＣ１と可変インダクタンスＬ１を備えた等価回路
で表わされており、一種の電圧電流変換動作を伴う可変
インダクタンスとして機能する。上記可変インダスタン
スＬ１にはコンデンサＣ２が並列接続されて、並列共振
回路４１が形成されており、この並列共振回路４１にト
ランジスタ４２および抵抗Ｒ１が直列接続されている。

【００４８】コンデンサＣ１の両端につながる入力端子
４４，４５間に、周波数ｆａの入力信号４６が供給され
、トランジスタ４２のベースに、周波数ｆｃの搬送波４
７が供給されている。図２０に示すように、Ｃ２・Ｌ１
による共振周波数ｆｏを搬送周波数ｆｃよりも高く（も
しくは低く）設定しておくと、Ｌ１が入力信号４６のレ
ベルに応じて変化する結果、Ｃ２・Ｌ１による上記共振
周波数ｆｏの変化が起こる。このｆｏの変化により、搬
送周波数ｆｃに対する共振回路４１のインピーダンスが
変化する。つまり、共振周波数ｆｏが搬送周波数ｆｃか
ら遠く離れるほど、搬送周波数ｆｃに対する共振回路４
１のインピーダンスが小さくなる。このインピーダンス
変化を、抵抗Ｒ１の電圧変化として、出力端子４８から
取り出すと、ｆａによってＡＭ変調された変調信号４９
が得られる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の磁歪電
歪相互変換素子は、電歪素子または磁歪素子の一方に入
力を与えて、他方から上記入力のレベルに応じた出力を
取り出すことができるし、電歪素子に機械的な変位を付
加して歪みを発生させ、この変位に応じた電圧信号およ
び電流信号を、電歪素子と磁歪素子のそれぞれから取り
出すこともできるなど、多様な応用が可能である。その
うえ、構造が極めて簡単なので信頼性が高く、しかも小
型である。

【００５０】また、この発明の電圧電流変換装置および
電流電圧変換装置は、電歪素子または磁歪素子に入力信
号を与えて、磁歪素子または電歪素子から出力信号を取
り出すので、巻線トランスのような周波数帯域の限界が
なく、アクティブ素子のような複雑な入力回路および出
力回路も必要としない。

【００５１】さらに、この発明の機械電気変換装置は、
外部から電歪素子に変位が付加されると、その変位に応
じてレベルが変化する電圧出力信号を電歪素子から、電
流出力信号を磁歪素子から、それぞれ取り出すことがで
きるので、たとえば電歪素子を被測定部材に接着して、
この被測定部材に発生する応力を検知し、その検知信号
を電圧、電流の両方で出力する応力センサを実現できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る磁歪電歪相互変換素子の第１実
施例を示す斜視図である。

【図２】同第２実施例を示す斜視図である。

【図３】この発明の磁歪電歪相互変換素子の利用態様の
一例を示す斜視図である。

【図４】この発明の磁歪電歪相互変換素子の効果を確認
するための試験に使用された装置を示す概略構成図であ
る。

【図５】同試験による実測値を示す図である。

【図６】この発明の磁歪電歪相互変換素子の電歪素子側
の配線方法の一例を示す斜視図である。

【図７】（ａ）は同配線方法の他例を示す斜視図、（ｂ
）はその要部を示す拡大断面図である。

【図８】この発明の磁歪電歪相互変換素子の磁歪素子側
の配線方法の一例を示す斜視図である。

【図９】同配線方法の他の例を示す斜視図である。

【図１０】図９の磁歪電歪相互変換素子に発生する磁束
を示す断面図である。

【図１１】この発明の磁歪電歪相互変換素子に配線を施
したモデルＭ１を示す斜視図である。

【図１２】この発明の磁歪電歪相互変換素子に配線を施
したモデルＭ２を示す斜視図である。

【図１３】この発明の磁歪電歪相互変換素子に配線を施
したモデルＭ３を示す斜視図である。

【図１４】この発明の磁歪電歪相互変換素子に配線を施
したモデルＭ４を示す斜視図である。

【図１５】モデルＭ１〜Ｍ４を使用態様によって分類し
た図表である。

【図１６】この発明の磁歪電歪相互変換素子の動作を示
す側面図である。

【図１７】この発明の磁歪電歪相互変換素子の磁歪素子
への入力電流と電歪素子からの出力電圧を示す信号波形
図である。

【図１８】この発明の機械電気変換装置に係る第１実施
例を示す応力センサの斜視図である。

【図１９】この発明の磁歪電歪相互変換素子をＡＭ変調
器に使用した例を示す回路図である。

【図２０】図１９のＡＭ変調器における共振モードの波
形を示す図である。

【符号の説明】

１…磁歪電歪相互変換素子、２…電歪素子、３…磁歪素
子、５…面方向、６…電極、７…長手方向、１１，１２
…電歪素子側のリード線、２０…コイル、２２，２３…
くし形電極、２５，２６…磁歪素子側のリード線、２９
…折り返し導線、３２…変位付加部、３，６，１１，１
２，２０，２２，２３，２５，２６，２９…入出力手段
、Ｐ…分極方向。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電歪効果と磁歪効果の相互効果を発揮
   するように、電歪素子上に、この電歪素子と一体的に伸
   縮する磁歪素子が形成されてなる磁歪電歪相互変換素子
   。
2. 【請求項２】　　請求項１の磁歪電歪相互変換素子と、
   その電歪素子に入力信号を供給する入力手段と、その磁
   歪素子から出力信号を取り出す出力手段とを備えてなる
   電圧電流変換装置。
3. 【請求項３】　　請求項１の磁歪電歪相互変換素子と、
   その磁歪素子に入力信号を供給する入力手段と、その電
   歪素子から出力信号を取り出す出力手段とを備えてなる
   電流電圧変換装置。
4. 【請求項４】　　請求項１の磁歪電歪相互変換素子と、
   その電歪素子から出力信号を取り出す第１の出力手段と
   、その磁歪素子から出力信号を取り出す第２の出力手段
   とを備え、上記電歪素子は、外部から機械的変位が付加
   される変位付加部を有している機械電気変換装置。