JP2002058268A - Supermagnetostrictive actuator - Google Patents

Supermagnetostrictive actuator

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JP2002058268A
JP2002058268A JP2000241830A JP2000241830A JP2002058268A JP 2002058268 A JP2002058268 A JP 2002058268A JP 2000241830 A JP2000241830 A JP 2000241830A JP 2000241830 A JP2000241830 A JP 2000241830A JP 2002058268 A JP2002058268 A JP 2002058268A
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JP
Japan
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giant magnetostrictive
spring
magnetostrictive rod
prestress
yoke
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Application number
JP2000241830A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Ota
田 一 義 大
Takaaki Makino
野 隆 明 牧
Masayoshi Tatsu
正 義 達
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Moritex Corp
Original Assignee
Moritex Corp
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit a suppression of a displacement of a supermagnetostrictive rod even by extending the rod in a state in which a prestress is actuated and to simultaneously enable a simple regulation of a prestress to an optimum set pressure. SOLUTION: A spring (8) having a smaller spring constant of a preset actuating deflecting range than that when its deflection is smaller than the preset range and having substantially predetermined nonlinear characteristics in which a spring force is equal to the set pressure of the prestress within the deflecting range and a pressurizing member (3T) for actuating the rod (2) in its axial direction with the spring force as the prestress are arranged at a free end side of the rod (2).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギーを
機械エネルギーに変換するために使用する超磁歪アクチ
ュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a giant magnetostrictive actuator used for converting electric energy into mechanical energy.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は、従来の超磁歪アクチュエータ3
0を示すもので、ケーシング31内に、円筒形の永久磁
石32と、その中心軸に沿って配された超磁歪ロッド3
3と、これらの上端同士及び下端同士を連結して閉磁路
を形成する上下一対のヨーク34、35を備えている。
FIG. 3 shows a conventional giant magnetostrictive actuator 3.
0, a cylindrical permanent magnet 32 and a giant magnetostrictive rod 3
3 and a pair of upper and lower yokes 34 and 35 for connecting these upper ends and lower ends thereof to form a closed magnetic path.

【0003】そして、超磁歪ロッド33に磁気バイアス
をかけるため、永久磁石32とヨーク34、35で囲ま
れた空間内には、超磁歪ロッド33を中心にコイルを巻
回して形成された電磁石36が配されている。また、超
磁歪ロッド33にプリストレスをかけるためのスプリン
グ37がケーシング31とヨーク35の間に配されてい
る。
In order to apply a magnetic bias to the giant magnetostrictive rod 33, an electromagnet 36 formed by winding a coil around the giant magnetostrictive rod 33 is provided in a space surrounded by the permanent magnet 32 and the yokes 34 and 35. Is arranged. Further, a spring 37 for applying a prestress to the giant magnetostrictive rod 33 is disposed between the casing 31 and the yoke 35.

【0004】これによれば、超磁歪ロッド33に対し
て、永久磁石32によりヨーク34、35を介して磁気
バイアスを作用させると共に、スプリング37によりプ
リストレスを作用させた状態で電磁石36に電流を供給
すると、その磁力の大きさに応じて超磁歪ロッド33が
伸縮して、超磁歪ロッド33の先端に設けたプッシュロ
ッド38が移動するので、その変位を機械的動力として
取り出すことができる。
According to this, a magnetic bias is applied to the giant magnetostrictive rod 33 via the yokes 34 and 35 by the permanent magnet 32, and a current is applied to the electromagnet 36 in a state where a prestress is applied by the spring 37. When supplied, the giant magnetostrictive rod 33 expands and contracts according to the magnitude of the magnetic force, and the push rod 38 provided at the tip of the giant magnetostrictive rod 33 moves, so that the displacement can be taken out as mechanical power.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、プリストレ
スは、超磁歪ロッド33内の磁区を一方向に揃えて変位
の飽和値を大きくすると共に、引張応力が作用しないよ
うにするという二つの目的から、7〜10MPa程度の
圧縮荷重をかけておくものである。そして、このプリス
トレスを生じさせるスプリング37としては、狭いスペ
ースで大荷重を作用させることができるという利点のあ
る皿バネを用いるのが一般的である。
By the way, the prestress is used for the two purposes of aligning the magnetic domains in the giant magnetostrictive rod 33 in one direction to increase the displacement saturation value and to prevent the tensile stress from acting. , 7 to 10 MPa. As the spring 37 for generating the prestress, a disc spring having an advantage that a large load can be applied in a narrow space is generally used.

【0006】しかしながら、スプリング37として皿バ
ネを用いた場合、そのバネ定数が極めて大きく荷重−た
わみ曲線の傾きが大きいことから、超磁歪ロッド33が
伸長したときに、スプリング37が撓んで超磁歪ロッド
33にプリストレスより大きな圧縮荷重が作用するの
で、変位が抑制されてしまうという問題があった。
However, when a disc spring is used as the spring 37, the spring constant is extremely large and the slope of the load-deflection curve is large. Since a compressive load larger than the prestress acts on 33, there is a problem that displacement is suppressed.

【0007】また、荷重−たわみ曲線の傾きが大きいの
で、スプリング37の撓み量の微妙な増減によりプリス
トレスが大きく変動し、最適な設定圧に調整するまでに
多大な時間と労力を要していた。
Further, since the slope of the load-deflection curve is large, the prestress fluctuates greatly due to a slight increase or decrease in the amount of deflection of the spring 37, and a great deal of time and effort is required to adjust the prestress to an optimal set pressure. Was.

【0008】一方、超磁歪ロッド33に磁界を作用させ
て超磁歪アクチュエータ30駆動させる場合に、永久磁
石32及び電磁石36により生じた磁力の主磁束は閉磁
路内を流れるものの、ヨーク34、35の間で漏洩磁束
φが生じやすいという問題があった。
On the other hand, when driving the giant magnetostrictive actuator 30 by applying a magnetic field to the giant magnetostrictive rod 33, the main magnetic flux of the magnetic force generated by the permanent magnet 32 and the electromagnet 36 flows in the closed magnetic path, but the yoke 34, 35 There is a problem that a leakage magnetic flux φ is easily generated between them.

【0009】すなわち、永久磁石32により生じた磁力
が、ヨーク35側からその中心に配された超磁歪ロッド
33を通り反対のヨーク34側に至る閉磁路が形成され
た場合に、その閉磁路内に超磁歪ロッド33が介装され
てヨーク34、35が上下に分断されているので、その
間で漏洩磁束φが生じやすい。
That is, when a magnetic force generated by the permanent magnet 32 forms a closed magnetic path extending from the yoke 35 side to the opposite yoke 34 side through the giant magnetostrictive rod 33 disposed at the center thereof, Since the giant magnetostrictive rod 33 is interposed and the yokes 34 and 35 are vertically divided, a leakage magnetic flux φ is easily generated therebetween.

【0010】また、電磁石36により生じた磁力が、ヨ
ーク34側からその周囲に配された永久磁石32を通り
反対のヨーク35側に達する閉磁路が形成された場合
に、その閉磁路内に永久磁石32が介装されてヨーク3
4、35が上下に分断されているので、その間で漏洩磁
束φが生じやすい。
When a magnetic force generated by the electromagnet 36 forms a closed magnetic path from the yoke 34 side to the opposite yoke 35 side through the permanent magnet 32 disposed around the yoke 34, a permanent magnetic path is formed in the closed magnetic path. The yoke 3 with the magnet 32 interposed
Since the portions 4 and 35 are vertically divided, a leakage magnetic flux φ is easily generated therebetween.

【0011】このため、アクチュエータ30の周囲に磁
場に影響されやすい測定器や設備がある場合に測定誤差
や動作不良を起こしたり、周囲に磁性体が存在する場合
に磁場がより漏れやすくなり、アクチュエータ30が動
作不良を起こすという問題があった。
For this reason, a measurement error or malfunction occurs when there is a measuring instrument or equipment around the actuator 30 which is susceptible to the magnetic field, and the magnetic field leaks more easily when there is a magnetic material around the actuator 30. 30 has a problem of causing a malfunction.

【0012】さらに、ヨーク35は、永久磁石32と一
体に取り付けられる環状部材35aと、超磁歪ロッド3
3の自由端に設けられるディスク部材35bの二つの部
材からなり、両者間には、超磁歪ロッド33が自由に伸
縮するように隙間Gが形成されているので、その隙間G
も磁気抵抗となり漏洩磁束を生ずる原因となっている。
Further, the yoke 35 includes an annular member 35a integrally attached to the permanent magnet 32 and a giant magnetostrictive rod 3
3, a gap G is formed between the two members so that the giant magnetostrictive rod 33 can freely expand and contract.
Is also a magnetic resistance, causing leakage magnetic flux.

【0013】そこで本発明は、プリストレスを作用させ
た状態で超磁歪ロッドを伸長させてもその変位が抑制さ
れることがないようにすると同時に、極めて簡単にプリ
ストレスを最適な設定圧に調整できるようにし、また、
これに加えて、漏洩磁束の発生を極力抑えて、周囲に測
定器や設備がある場合に測定誤差や動作不良を起こさせ
たり、近くに磁性体が存在する場合に動作不良を起こし
たりしない超磁歪アクチュエータを提供することを技術
的課題としている。
Therefore, the present invention is to prevent the displacement of the giant magnetostrictive rod even when it is extended in the state where the prestress is applied, and to adjust the prestress to the optimum set pressure extremely easily. To be able to
In addition, the generation of leakage magnetic flux is suppressed as much as possible, causing measurement errors and malfunctions when there are measuring instruments and equipment in the vicinity, and malfunctioning when there is a magnetic material nearby. It is a technical object to provide a magnetostrictive actuator.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、一端が固定された超磁歪ロッドの自由端
を軸方向に加圧してプリストレスをかけた状態で磁界を
作用させることにより、当該超磁歪ロッドを伸縮させて
その自由端の変位を出力させるようにした超磁歪アクチ
ュエータにおいて、超磁歪ロッドの自由端側に、予め設
定された動作撓み範囲のバネ定数がそれより撓みの小さ
いときのバネ定数より小さく、且つ、前記動作撓み範囲
内でスプリング力がプリストレスの設定圧と等しい略一
定の非線形特性を有するスプリングと、そのスプリング
力をプリストレスとして超磁歪ロッドの軸方向に作用さ
せる加圧部材を備えたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION To solve this problem, the present invention applies a magnetic field in a prestressed state by axially pressing a free end of a giant magnetostrictive rod having one end fixed. Thereby, in the giant magnetostrictive actuator configured to expand and contract the giant magnetostrictive rod to output the displacement of its free end, the spring constant of the preset operating bending range is further deflected toward the free end of the giant magnetostrictive rod. A spring having a substantially constant non-linear characteristic in which the spring force is equal to the prestress set pressure within the operation deflection range, and the spring force is the prestress in the axial direction of the giant magnetostrictive rod. And a pressurizing member for acting on

【0015】本発明によれば、超磁歪ロッドにプリスト
レスを作用させるために、予め設定された動作撓み範囲
のバネ定数がそれより撓みが小さいときのバネ定数より
小さく、且つ、前記動作撓み範囲内でスプリング力が略
一定の非線形特性を有するスプリングを使用している。
According to the present invention, in order to apply a prestress to the giant magnetostrictive rod, the spring constant of the preset operation bending range is smaller than the spring constant when the deflection is smaller than the predetermined range, and the operation bending range is smaller. A spring having a non-linear characteristic with a substantially constant spring force is used.

【0016】このスプリングは、撓みが0から動作撓み
範囲の下限値に至るまではバネ定数が大きく、動作撓み
範囲の下限値から上限値に達するまではバネ定数が0に
近い折線特性を有している。そして、動作撓み範囲内で
はバネ定数が0に近いことから、撓みが変化してもスプ
リング力が略一定に維持される。即ち、このスプリング
を弾性範囲内で変形させたときに、撓みが小さいときは
スプリング力はそのたわみに比例して増加していくもの
の、動作撓み範囲に達するとそれ以上撓ませてもスプリ
ング力は撓みに比例して増大せず略一定の値に維持され
る。
This spring has a linear characteristic in which the spring constant is large until the deflection reaches from 0 to the lower limit of the operation deflection range, and the spring constant is close to 0 until the deflection reaches from the lower limit to the upper limit of the operation deflection range. ing. Since the spring constant is close to 0 within the operation bending range, the spring force is maintained substantially constant even when the bending changes. That is, when the spring is deformed within the elastic range, when the deflection is small, the spring force increases in proportion to the deflection, but when the spring reaches the operation bending range, the spring force is further increased. It does not increase in proportion to the deflection and is maintained at a substantially constant value.

【0017】この動作撓み範囲におけるスプリング力が
プリストレスの大きさに等しいので、これを動作撓み範
囲まで撓ませれば、スプリングの撓みを正確に調整しな
くても、極めて簡単にプリストレスの最適な設定圧が得
られる。また、超磁歪ロッドが伸長してスプリングが撓
んでも、スプリング力は略一定に維持されるからその変
位が抑制されることがない。
Since the spring force in this operation bending range is equal to the magnitude of the pre-stress, if this is bent to the operation bending range, it is extremely easy to optimize the pre-stress without accurately adjusting the spring bending. A set pressure can be obtained. In addition, even if the giant magnetostrictive rod elongates and the spring bends, the displacement is not suppressed because the spring force is maintained substantially constant.

【0018】さらに、超磁歪ロッドを、その両端に同軸
的に設けられる磁気バイアス用の永久磁石を介して筒状
ヨークの底面部と上面部に当接させれば、磁気バイアス
用の永久磁石は超磁歪ロッドと同軸的に設けられること
となり、ヨークの周面部に筒状の永久磁石を配する必要
がないので、ヨークが上下に分断されることもない。す
なわち、筒状ヨークは、その周面部を介して底面部と上
面部が磁気的に接続されているので、漏洩磁束がほとん
ど生じない。
Further, if the giant magnetostrictive rod is brought into contact with the bottom surface and the top surface of the cylindrical yoke via the magnetic bias permanent magnets provided coaxially at both ends thereof, the magnetic bias permanent magnet is Since it is provided coaxially with the giant magnetostrictive rod and there is no need to arrange a cylindrical permanent magnet on the peripheral surface of the yoke, the yoke is not divided vertically. That is, since the bottom surface and the top surface of the cylindrical yoke are magnetically connected via the peripheral surface, little leakage magnetic flux is generated.

【0019】さらにまた、筒状ヨークを最大比透磁率1
000以上の高透磁材料で形成すれば磁界が通りやす
く、しかも、ヨークの表面に形成される角部をアール仕
上げすれば、漏洩磁束を生じやすい先鋭な角部もなくな
るので、材質的にも形状的にも漏洩磁束の発生が抑制さ
れる。したがって、超磁歪ロッドの周囲にコイルを巻回
して形成した電磁石に電流を流すと、その磁力がヨーク
を介して無駄なく超磁歪ロッドに作用し、比較的小さな
電流で大きな変位を得ることができる。
Further, the cylindrical yoke has a maximum relative magnetic permeability of 1.
If it is made of a material having a high magnetic permeability of 000 or more, it is easy to pass a magnetic field, and if the corners formed on the surface of the yoke are round-finished, there will be no sharp corners that easily cause leakage magnetic flux. Generation of the leakage magnetic flux is suppressed also in terms of shape. Therefore, when a current is applied to an electromagnet formed by winding a coil around the giant magnetostrictive rod, the magnetic force acts on the giant magnetostrictive rod without waste through the yoke, and a large displacement can be obtained with a relatively small current. .

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図1は本発明に係る超磁
歪アクチュエータを示す断面図、図2は本発明に用いる
スプリングの特性を示すグラフである。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a giant magnetostrictive actuator according to the present invention, and FIG. 2 is a graph showing characteristics of a spring used in the present invention.

【0021】本例の超磁歪アクチュエータ1は、一端が
固定された超磁歪ロッド2の自由端を軸方向に加圧して
プリストレスをかけた状態で磁界を作用させることによ
り、当該超磁歪ロッド2を伸縮させてその自由端の変位
を出力させるようにしたものであって、非磁性材料で形
成されたケーシング3内に筒状ヨーク4が配され、その
中心に超磁歪ロッド2が配され、当該超磁歪ロッド2の
周囲にコイルが巻回されて電磁石5が形成されている。
The giant magnetostrictive actuator 1 of the present embodiment operates by applying a magnetic field to the free end of the giant magnetostrictive rod 2 having one end fixed in the axial direction by applying a prestress to the free end of the giant magnetostrictive rod 2. The cylindrical yoke 4 is disposed in a casing 3 made of a non-magnetic material, and the giant magnetostrictive rod 2 is disposed at the center of the casing 3. An electromagnet 5 is formed by winding a coil around the giant magnetostrictive rod 2.

【0022】超磁歪ロッド2としては、円柱形のETR
EMATERFENOL−D(エトリーマ社の商品名)
が用いられており、その両端には、超磁歪ロッド2と同
径に形成された磁気バイアス用の永久磁石6B、6Tが
同軸的に設けられている。永久磁石6B、6Tとして
は、希土類磁石の中でも磁力が最強の部類に属するネオ
ジウム・鉄・ボロン磁石やSmCo磁石を用いている。
そして、超磁歪ロッド2は、永久磁石6B、6Tを介し
て筒状ヨーク4の底面部4Bと上面部4Tに当接され、
ヨーク4と共に閉磁路を形成している。
As the giant magnetostrictive rod 2, a cylindrical ETR is used.
EMATERFENOL-D (trade name of Etrimer)
And permanent magnets 6B and 6T for magnetic bias, which are formed to have the same diameter as the giant magnetostrictive rod 2, are provided coaxially at both ends. As the permanent magnets 6B and 6T, neodymium / iron / boron magnets or SmCo magnets belonging to the class having the strongest magnetic force among rare earth magnets are used.
The giant magnetostrictive rod 2 is in contact with the bottom surface 4B and the top surface 4T of the cylindrical yoke 4 via the permanent magnets 6B and 6T,
A closed magnetic path is formed together with the yoke 4.

【0023】筒状ヨーク4は、底面部4Bが筒状の周面
部4Sに対して固定されると共に、上面部4Tがディス
ク形に形成されて周面部4Sの内側に沿って軸方向に摺
動可能に嵌め合わされており、これにより超磁歪ロッド
2は底面部4B側が固定端となり、上面部4T側が自由
端となる。なお、この上面部4Tの表面全面と周面部4
Sの内面には、互いに摺動するときの摩擦係数を少なく
するためにフッ素樹脂のコーティング被膜7が形成され
ている。
The cylindrical yoke 4 has a bottom surface 4B fixed to the cylindrical peripheral surface 4S and an upper surface 4T formed in a disk shape, and slides axially along the inside of the peripheral surface 4S. As a result, the giant magnetostrictive rod 2 has a fixed end on the bottom surface 4B side and a free end on the top surface 4T side. The entire surface of the upper surface 4T and the peripheral surface 4
On the inner surface of S, a fluororesin coating film 7 is formed to reduce the coefficient of friction when sliding with each other.

【0024】また、底面部4B、周面部4S、上面部4
Tの各部材は、45パーマロイ、50パーマロイ、78
パーマロイ、純鉄、ケイ素鋼、軟磁性アモルファス、方
向性ケイ素鋼、パーメンジュール、アルパーム、センダ
スト、Mo入りスーパーマロイ、Cu入りスーパーマロ
イなどの最大比透磁率1000以上の高透磁材料で形成
されている。さらに、底面部4Bと周面部4Sが連続す
る部分4bや、周面部4Sの上端縁4s、上面部4Tの
周縁4tなど、先鋭な角部が露出することのないよう
に、隅部は全てアール仕上げされている。
Further, a bottom surface 4B, a peripheral surface 4S, and an upper surface 4
Each member of T is 45 permalloy, 50 permalloy, 78
Made of high magnetic permeability material with a maximum relative permeability of 1000 or more such as permalloy, pure iron, silicon steel, soft magnetic amorphous, directional silicon steel, permendur, alpalm, sendust, supermalloy with Mo, supermalloy with Cu, etc. ing. Further, all corners are rounded so that sharp corners such as a portion 4b where the bottom surface 4B and the peripheral surface 4S are continuous, an upper edge 4s of the peripheral surface 4S, and a periphery 4t of the upper surface 4T are not exposed. Finished.

【0025】このヨーク4は、シリンダ3Sの上下両端
がベース3Bと蓋体3Tで塞がれたケーシング3内に収
納され、上面部4Tには蓋体3Tとの間にスプリング8
を保持するスプリングガイド9が設けられると共に、超
磁歪ロッド2の変位を外部に伝達する非磁性材料のプッ
シュロッド10が前記スプリングガイド9と一体的に形
成されて蓋体3Tを貫通して設けられている。
The yoke 4 is accommodated in a casing 3 in which the upper and lower ends of a cylinder 3S are closed by a base 3B and a lid 3T, and a spring 8 is provided between the upper surface 4T and the lid 3T.
Is provided, and a push rod 10 made of a non-magnetic material for transmitting the displacement of the giant magnetostrictive rod 2 to the outside is formed integrally with the spring guide 9 and provided through the lid 3T. ing.

【0026】スプリング8は、図2に示すように、予め
設定された動作撓み範囲(例えば5〜35%)のバネ定
数がそれより撓みが小さいとき(0〜5%)のバネ定数
より小さく、且つ、前記動作撓み範囲内でスプリング力
が略一定の非線形特性を有する。
As shown in FIG. 2, the spring 8 has a spring constant in a preset operation bending range (for example, 5 to 35%) smaller than a spring constant when the bending is smaller (0 to 5%). In addition, the spring force has a substantially constant non-linear characteristic within the operation bending range.

【0027】本例では、動作撓み範囲内でスプリング力
がプリストレスの設定圧に略等しいバルシール(バルシ
ール社の商品名)等の斜め巻きコイルスプリングを用
い、このスプリング8をスプリングガイド9の上面に形
成された円周方向溝9aに入れて、ケーシング3の蓋体
3Tとの間に介装した。なお、蓋体3Tは、スプリング
8を撓ませる加圧部材としてシリンダ3Sに螺合されて
おり、これをねじ込むことによってそのスプリング力を
超磁歪ロッド2の軸方向に作用させることができる。
In this embodiment, an obliquely wound coil spring such as a valseal (trade name of balseal) whose spring force is substantially equal to the set pressure of the prestress within the range of the operation deflection is used, and this spring 8 is mounted on the upper surface of the spring guide 9. It was inserted into the formed circumferential groove 9a and interposed between the casing 3 and the lid 3T. The lid 3T is screwed to the cylinder 3S as a pressure member for bending the spring 8, and by screwing this, the spring force can be applied in the axial direction of the giant magnetostrictive rod 2.

【0028】以上が本発明の一構成例であって、次にそ
の作用を説明する。超磁歪ロッド2の両端に永久磁石6
B、6Tを配して、筒状ヨーク4の中心に取り付け、筒
状に巻回されたコイルを超磁歪ロッド2とヨーク4の隙
間に装着して電磁石5を形成する。
The above is one configuration example of the present invention, and its operation will be described below. Permanent magnets 6 at both ends of giant magnetostrictive rod 2
B and 6T are arranged and attached to the center of the cylindrical yoke 4, and the coil wound in a cylindrical shape is mounted in the gap between the giant magnetostrictive rod 2 and the yoke 4 to form the electromagnet 5.

【0029】次いで、超磁歪ロッド2の先端側に上面部
4Tを取り付けると共に、周面部4S内に嵌め込み、こ
れをケーシング3内に入れた後、スプリング8をスプリ
ングガイド9にセットし、最後にケーシング3の蓋体3
Tを締め付ける。スプリング8は、予め設定された動作
撓み範囲(例えば5〜35%)のバネ定数が、それより
撓みが小さいとき(0〜5%)のバネ定数より小さく、
且つ、前記動作撓み範囲内でスプリング力がプリストレ
スの設定圧に略等しい一定値に選定された非線形特性を
有する。したがって、蓋体3Tを締め付けることにより
スプリング8を動作撓み範囲まで撓ませれば、撓み量を
厳密に調整することなく、プリストレスを所定の設定圧
に維持できる。
Next, the upper surface 4T is attached to the distal end side of the giant magnetostrictive rod 2 and is fitted into the peripheral surface 4S. After being inserted into the casing 3, the spring 8 is set on the spring guide 9 and finally the casing 3 lids 3
Tighten T. The spring 8 has a spring constant in a preset operation bending range (for example, 5 to 35%) smaller than the spring constant when the bending is smaller (0 to 5%),
Further, it has a non-linear characteristic in which the spring force is set to a constant value substantially equal to the pre-stress set pressure within the operation bending range. Therefore, if the spring 8 is bent to the operating bending range by tightening the lid 3T, the prestress can be maintained at a predetermined set pressure without strictly adjusting the bending amount.

【0030】また、超磁歪ロッド2とヨーク4で閉磁路
が形成されるので、永久磁石6B、6Tの磁力が閉磁路
を通り、超磁歪ロッド2に磁気バイアスとして作用する
こととなる。このとき、磁気バイアス用の永久磁石は超
磁歪ロッド2と同軸的に設けられており、ヨーク4の周
面部4Sに筒状の永久磁石が配されていないので、ヨー
ク4が上下に分断されることもない。
Further, since the closed magnetic path is formed by the giant magnetostrictive rod 2 and the yoke 4, the magnetic force of the permanent magnets 6B and 6T passes through the closed magnetic path and acts on the giant magnetostrictive rod 2 as a magnetic bias. At this time, since the permanent magnet for magnetic bias is provided coaxially with the giant magnetostrictive rod 2 and the cylindrical permanent magnet is not disposed on the peripheral surface 4S of the yoke 4, the yoke 4 is vertically divided. Not even.

【0031】すなわち、筒状ヨーク4は、その周面部4
Sを介して底面部4Bと上面部4Tが磁気的に接続され
ているので、漏洩磁束がほとんど生じない。また、筒状
ヨーク4の上面部4Tが周面部4Sの内側に沿って軸方
向に摺動可能に嵌め合わされているので、上面部4Tと
周面部4Sが密接して、その隙間はほとんどなく、漏洩
磁束の発生も抑制される。
That is, the cylindrical yoke 4 has its peripheral surface 4
Since the bottom surface 4B and the top surface 4T are magnetically connected via S, almost no leakage magnetic flux is generated. Further, since the upper surface portion 4T of the cylindrical yoke 4 is fitted slidably in the axial direction along the inside of the peripheral surface portion 4S, the upper surface portion 4T and the peripheral surface portion 4S are in close contact with each other, and there is almost no gap therebetween. The generation of leakage magnetic flux is also suppressed.

【0032】さらに、筒状ヨークは最大比透磁率100
0以上の高透磁材料で形成されているので、磁界が通り
やすく、しかも、底面部4Bと周面部4Sが連続する部
分4bや、周面部4Sの上端縁4s、上面部4Tの周縁
4tなど、ヨークの表面に形成される角部がアール仕上
げされており、漏洩磁束を生じやすい先鋭な角部がない
ので、材質的にも形状的にも漏洩磁束の発生が抑制され
る。
Further, the cylindrical yoke has a maximum relative magnetic permeability of 100.
Since it is formed of a material having a high magnetic permeability of 0 or more, a magnetic field easily passes therethrough, and further, a portion 4b where the bottom surface portion 4B and the peripheral surface portion 4S are continuous, an upper edge 4s of the peripheral surface portion 4S, a peripheral edge 4t of the upper surface portion 4T, and the like. Since the corners formed on the surface of the yoke are rounded and there are no sharp corners that easily generate leakage magnetic flux, generation of leakage magnetic flux is suppressed both in material and shape.

【0033】次いで、電磁石5のコイルに直流又は交流
電流を通電すると、電磁石5により、超磁歪ロッド2と
筒状ヨーク4で構成される閉磁路を通る磁界が形成さ
れ、その磁界強度に応じて超磁歪ロッド2が伸縮する。
実験では、電磁石5のコイルに±1.7(A)の電流を
供給したところ、磁界強度450(Oe)の磁力が超磁
歪ロッド2に作用し、プッシュロッド9の先端で±約1
3μmの変位が生じ、直流から交流3kHzの範囲で使
用可能であることが確認された。
Next, when a DC or AC current is applied to the coil of the electromagnet 5, the electromagnet 5 forms a magnetic field that passes through a closed magnetic path composed of the giant magnetostrictive rod 2 and the cylindrical yoke 4, and the magnetic field varies depending on the magnetic field strength. The giant magnetostrictive rod 2 expands and contracts.
In the experiment, when a current of ± 1.7 (A) was supplied to the coil of the electromagnet 5, a magnetic force having a magnetic field strength of 450 (Oe) acted on the giant magnetostrictive rod 2 and the tip of the push rod 9 ±± 1.
A displacement of 3 μm was generated, and it was confirmed that it could be used in the range of DC to 3 kHz.

【0034】この場合も、スプリング8は、動作撓み範
囲内におけるスプリング力がプリストレスに等しい略一
定の値に維持されている。したがって、超磁歪ロッド2
が伸長することによりスプリング8の撓み量が増えて
も、超磁歪ロッド2に作用する負荷は略一定に維持され
て大きく変動せず、過大な圧縮力が作用しないので超磁
歪ロッドの変位が抑制されることもない。また、超磁歪
ロッド2が収縮することによりスプリング8の撓み量が
減少しても、超磁歪ロッド2に作用する負荷は略一定に
維持されて大きく変動しないので、超磁歪ロッド8の変
位量に拘わらず一定のプリストレスを作用させ続けるこ
とができる。
Also in this case, the spring 8 is maintained at a substantially constant value in which the spring force within the range of the operation deflection is equal to the prestress. Therefore, the giant magnetostrictive rod 2
Even if the amount of flexure of the spring 8 increases due to the extension of the extension, the load acting on the giant magnetostrictive rod 2 is maintained substantially constant and does not fluctuate greatly, and the displacement of the giant magnetostrictive rod is suppressed because no excessive compressive force acts. It will not be done. Further, even if the bending amount of the spring 8 is reduced by the contraction of the giant magnetostrictive rod 2, the load acting on the giant magnetostrictive rod 2 is maintained substantially constant and does not fluctuate greatly. Regardless, a certain prestress can be continuously applied.

【0035】さらに、電磁石5で磁界を作用させた場合
も、前述と同様に漏洩磁束の発生が抑えられるので、エ
ネルギー損失が少なく、また、アクチュエータ1の周囲
に磁場に影響されやすい測定器や設備がある場合に測定
誤差や動作不良を起こすこともない。さらに、アクチュ
エータ1の周囲に磁性体があっても、その影響により磁
束が漏れたり、アクチュエータ1が動作不良を起こすと
いうこともない。したがって、半導体製造設備や液晶関
連設備など微小な磁場によって影響を受けやすい設備に
おける位置決め用アクチュエータや高周波アクチュエー
タとして使用し得る。
Further, even when the magnetic field is applied by the electromagnet 5, the generation of the leakage magnetic flux is suppressed in the same manner as described above, so that the energy loss is small and the measuring instruments and equipment around the actuator 1 are susceptible to the magnetic field. If there is, no measurement error or malfunction occurs. Furthermore, even if there is a magnetic material around the actuator 1, there is no possibility that the magnetic flux leaks due to the influence of the magnetic substance or the actuator 1 does not malfunction. Therefore, it can be used as a positioning actuator or a high-frequency actuator in equipment that is easily affected by minute magnetic fields, such as semiconductor manufacturing equipment and liquid crystal-related equipment.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ス
プリングでプリストレスを作用させた状態で超磁歪ロッ
ドを伸長させてもそのスプリング力により変位が抑制さ
れることがなく定格通りの出力特性を得ることができ、
また、極めて簡単にプリストレスを最適な設定圧に調整
することができるという大変優れた効果を奏する。さら
に、永久磁石を超磁歪ロッドと同軸的に配すれば、ヨー
クが上下に分断されないので漏洩磁束の発生を極力抑え
ることができ、これにより、周囲に測定器や設備がある
場合に測定誤差や動作不良を起こさせることがなく、ま
た、近くに磁性体が存在する場合でも動作不良を起こさ
ずに定格通りの出力特性を得ることができるという大変
優れた効果を奏する。
As described above, according to the present invention, even if the giant magnetostrictive rod is extended while prestress is applied by the spring, the displacement is not suppressed by the spring force and the displacement is as rated. Output characteristics,
Also, there is an extremely excellent effect that the prestress can be adjusted to the optimum set pressure extremely easily. Furthermore, if the permanent magnet is arranged coaxially with the giant magnetostrictive rod, the yoke is not divided vertically so that the occurrence of magnetic flux leakage can be suppressed as much as possible. An extremely excellent effect is obtained in that no output failure is caused, and even when a magnetic substance is present nearby, output characteristics as rated can be obtained without occurrence of operation failure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る超磁歪アクチュエータの断面図。FIG. 1 is a sectional view of a giant magnetostrictive actuator according to the present invention.

【図2】スプリングの特性グラフ。FIG. 2 is a characteristic graph of a spring.

【図3】従来技術を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1………超磁歪アクチュエータ 2………超磁歪ロッド 3………ケーシング 3S……シリンダ 3B……ベース 3T……蓋体 4………筒状ヨーク 4B……底面部 4T……上面部 4S……周面部 5………電磁石 6B、6T………永久磁石 7………コーティング被膜 8………スプリング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Giant magnetostrictive actuator 2 ... Giant magnetostrictive rod 3 ... Casing 3S ... Cylinder 3B ... Base 3T ... Lid 4 ... Cylindrical yoke 4B ... Bottom part 4T ... Top part 4S ... Peripheral surface part 5 ... Electromagnet 6B, 6T ... Permanent magnet 7 ... Coating film 8 ... Spring

フロントページの続き (72)発明者 達 正 義 神奈川県横浜市青葉区あざみ野南1−3− 3 株式会社モリテックス横浜技術センタ ー内Continued on the front page (72) Inventor Masayoshi Tatsu 1-3-3 Minami Azamino Minami, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Moritex Yokohama Technical Center Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一端が固定された超磁歪ロッド(2)の自
由端を軸方向に加圧してプリストレスをかけた状態で磁
界を作用させることにより当該超磁歪ロッド(2)を伸
縮させて、その自由端の変位を出力させるようにした超
磁歪アクチュエータにおいて、 超磁歪ロッド(2)の自由端側に、予め設定された動作
撓み範囲のバネ定数がそれより撓みの小さいときのバネ
定数より小さく、且つ、前記動作撓み範囲内でスプリン
グ力がプリストレスの設定圧と等しい略一定の非線形特
性を有するスプリング(8)と、そのスプリング力をプ
リストレスとして超磁歪ロッド(2)の軸方向に作用さ
せる加圧部材(3T)を備えたことを特徴とする超磁歪
アクチュエータ。
1. A free end of a giant magnetostrictive rod (2), one end of which is fixed, is axially pressed to apply a magnetic field in a prestressed state, thereby expanding and contracting the giant magnetostrictive rod (2). In the giant magnetostrictive actuator configured to output the displacement of the free end, the spring constant of the preset operation bending range is set at the free end side of the giant magnetostrictive rod (2) from the spring constant when the bending is smaller than that. A spring (8) which is small and has a substantially constant non-linear characteristic in which the spring force is equal to the set pressure of the prestress within the operation bending range, and the spring force is used as the prestress in the axial direction of the giant magnetostrictive rod (2). A giant magnetostrictive actuator comprising a pressure member (3T) to act on.
【請求項2】前記超磁歪ロッド(2)が、その両端に同
軸的に設けられる磁気バイアス用の永久磁石(6B、6
T)を介して筒状ヨーク(4)の底面部(4B)と上面
部(4T)に当接されると共に、当該超磁歪ロッド
(2)の周囲にコイルが巻回されて電磁石(5)が形成
され、 前記筒状ヨーク(4)は、底面部(4B)が周面部(4
S)に対して固定されると共に、上面部(4T)が周面
部(4S)の内側に沿って軸方向に摺動可能に嵌め合わ
され、最大比透磁率1000以上の高透磁材料で形成さ
れると共に、当該ヨーク(4)の表面に形成される角部
(4b、4s、4t)がアール仕上げされた請求項1記
載の超磁歪アクチュエータ。
2. A magnetic biasing permanent magnet (6B, 6B) provided coaxially at both ends thereof with said giant magnetostrictive rod (2).
T), the bottom surface (4B) and the top surface (4T) of the cylindrical yoke (4) are brought into contact with each other, and a coil is wound around the giant magnetostrictive rod (2) to form an electromagnet (5). A bottom surface (4B) of the cylindrical yoke (4) has a peripheral surface (4).
S), the upper surface (4T) is fitted slidably in the axial direction along the inside of the peripheral surface (4S), and is formed of a high magnetic permeability material having a maximum relative magnetic permeability of 1000 or more. 2. The giant magnetostrictive actuator according to claim 1, wherein corner portions (4b, 4s, 4t) formed on the surface of the yoke (4) are rounded.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004023638A1 (en) * 2002-08-30 2004-03-18 Shinko Mechatronics Corporation Supermagnetostrictive device and applied apparatus comprising it
WO2004070930A1 (en) * 2003-02-03 2004-08-19 Tdk Corporation Linear actuator

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