JP2005176122A - Magnetostriction displacement amplifier, and magnetostriction actuator and magnetostriction vibrating apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁歪部材を用いた磁歪変位増幅装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置に関する。 The present invention relates to a magnetostrictive displacement amplifying device using a magnetostrictive member, a magnetostrictive actuator and a magnetostrictive vibration device using the same.
従来、磁歪部材の変位を増幅して出力するようにした磁歪変位増幅装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetostrictive displacement amplifying apparatus that amplifies and outputs a displacement of a magnetostrictive member is known.
例えば、図9に示される従来公知の磁歪変位増幅装置100は、略棒状の磁歪素子102に連結された変位増幅機構103を備えている(特許文献1参照)。この変位増幅機構103は、磁歪素子102と結合する駆動体104に圧接された小ローラ105と、出力軸106と結合する被駆動体107に圧接された大ローラ108とを備え、これら小ローラ105と大ローラ108が同心状に結合されている。
For example, a conventionally known magnetostrictive
この磁歪変位増幅装置100では、小ローラ105と大ローラ108の半径比に比例して、磁歪素子102の変位が増幅され、出力軸106から出力されるようになっている。
In the magnetostrictive
一方、図10に示される磁歪変位増幅装置150は、略棒状の磁歪素子151に連結されたテコ式変位拡大機構152を備えている(特許文献2参照)。このテコ式変位拡大機構152は、支点153において支持された棒状部材からなり、その力点154には磁歪素子151の一端が、又、作用点155には出力軸156の一端がそれぞれ配置されている。
On the other hand, the magnetostrictive displacement amplifying device 150 shown in FIG. 10 includes a lever-type displacement enlarging mechanism 152 connected to a substantially rod-shaped magnetostrictive element 151 (see Patent Document 2). The lever-type displacement enlarging mechanism 152 is composed of a rod-like member supported at a fulcrum 153. One end of the magnetostrictive element 151 is disposed at the
この磁歪変位増幅装置150では、テコ式変位拡大機構152における力点154から支点153の間の長さと、支点153から作用点155の間の長さとの比に比例して、磁歪素子151の変位が増幅され、出力軸156から出力されるようになっている。
In the magnetostrictive displacement amplifying apparatus 150, the displacement of the magnetostrictive element 151 is proportional to the ratio of the length from the
しかしながら、これら従来公知の磁歪変位増幅装置100、150において変位の増幅率を高めるためには、小ローラ105と大ローラ108の半径比や、力点154及び支点153間の長さと支点153及び作用点155間の長さの比を大きくする必要があるため、変位増幅機構103及びテコ式変位拡大機構152が大型化し易く、装置のコンパクト化が困難であるといった問題点があった。
However, in order to increase the displacement amplification factor in these conventionally known magnetostrictive
又、その構造上、磁歪素子102、151の変位に対する出力軸106、156の追従性の向上には限界があり、特に、高い追従性が要求されるスピーカ駆動装置等には不向きであった。
Further, due to its structure, there is a limit to the improvement of the followability of the
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、小型、且つ、簡易な構造でありながら、変位の増幅率を容易に高めることができ、又、磁歪部材の変位に対する出力変位の追従性を向上することができる磁歪変位増幅装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and can easily increase the amplification factor of the displacement while having a small and simple structure. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive displacement amplifying device capable of improving the follow-up performance of an output displacement with respect to the magnetostrictive actuator, and a magnetostrictive actuator and a magnetostrictive vibration device using the same.
本発明の発明者は、小型、且つ、簡易な構造でありながら、変位の増幅率を高めることができ、又、磁歪素子の変位に対する出力変位の追従性を向上することができる磁歪変位増幅装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置を見出した。 The inventor of the present invention can increase the displacement amplification factor while having a small and simple structure, and can improve the followability of the output displacement with respect to the displacement of the magnetostrictive element. The present inventors have found a magnetostrictive actuator and a magnetostrictive vibration device using the same.
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。 That is, the above-described object can be achieved by the following present invention.
(1)磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を増幅するための変位増幅機構と、を有してなり、該変位増幅機構は、一端が前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、且つ、該一端側の内径よりも他端側の内径が小径とされた略筒状部材と、該略筒状部材における前記一端側に配設され、前記磁歪ロッドの軸方向の変位に応じて厚さ方向に弾性変形可能な板状の第1弾性部材と、前記筒状部材における前記他端側に配設され、厚さ方向に弾性変形可能な板状の第2弾性部材と、前記筒状部材及び前記第1、第2弾性部材によって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなることを特徴とする磁歪変位増幅装置。 (1) A substantially rod-shaped magnetostrictive rod having a magnetostrictive member, one end of which is fixed, and an outer periphery of the magnetostrictive rod. The magnetic field is applied in the axial direction of the magnetostrictive rod. And a displacement amplifying mechanism for amplifying the axial displacement of the magnetostrictive rod, one end of the displacement amplifying mechanism being disposed on the free end side of the magnetostrictive rod. And an approximately cylindrical member whose inner diameter on the other end side is smaller than the inner diameter on the one end side, and disposed on the one end side of the approximately cylindrical member, in accordance with the axial displacement of the magnetostrictive rod. A plate-like first elastic member elastically deformable in the thickness direction, a plate-like second elastic member disposed on the other end side of the cylindrical member and elastically deformable in the thickness direction, A fluid filled in a space sealed by a cylindrical member and the first and second elastic members; Magnetostrictive displacement amplification device characterized by comprising a.
(2)前記変位増幅機構における前記略筒状部材は、前記一端側から他端側に向かって小径となる略円筒形状の剛体からなることを特徴とする前記(1)に記載の磁歪変位増幅装置。 (2) The magnetostrictive displacement amplification according to (1), wherein the substantially cylindrical member in the displacement amplifying mechanism is formed of a substantially cylindrical rigid body having a small diameter from the one end side toward the other end side. apparatus.
(3)前記変位増幅機構における前記略筒状部材は、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と異なる方向の変位に変換するように屈曲され、前記第1弾性部材の表面における法線と前記第2弾性部材の表面における法線とが非平行とされていることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の磁歪変位増幅装置。 (3) The substantially cylindrical member in the displacement amplifying mechanism is bent so as to convert the displacement in the axial direction of the magnetostrictive rod into a displacement in a direction different from the axial direction, and is normal to the surface of the first elastic member. The magnetostrictive displacement amplifying device according to (1) or (2), wherein the normal line on the surface of the second elastic member is non-parallel.
(4)前記変位増幅機構における前記略筒状部材の径方向外周面を覆う部材を備えたことを特徴とする前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の磁歪変位増幅装置。 (4) The magnetostrictive displacement amplifying device according to any one of (1) to (3), further including a member that covers a radially outer peripheral surface of the substantially cylindrical member in the displacement amplifying mechanism.
(5)磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を増幅するための変位増幅機構と、を有してなり、該変位増幅機構は、一端が前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、且つ、該一端側の内径よりも他端側の内径が小径とされた貫通孔を有するシリンダと、該シリンダにおける前記貫通孔の両端に配設され、且つ、該貫通孔内を摺動可能な一対のピストンと、前記シリンダ及び一対のピストンによって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなることを特徴とする磁歪変位増幅装置。 (5) A substantially rod-shaped magnetostrictive rod having a magnetostrictive member and having one end fixed, and an outer periphery of the magnetostrictive rod are disposed, and a magnetic field is applied in the axial direction of the magnetostrictive rod. And a displacement amplifying mechanism for amplifying the axial displacement of the magnetostrictive rod, one end of the displacement amplifying mechanism being disposed on the free end side of the magnetostrictive rod. And a cylinder having a through hole in which the inner diameter on the other end side is smaller than the inner diameter on the one end side, and disposed at both ends of the through hole in the cylinder, and is slidable in the through hole. A magnetostrictive displacement amplifying device comprising: a pair of pistons, and a fluid filled in a space sealed by the cylinder and the pair of pistons.
(6)前記変位増幅機構における前記貫通孔は、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と異なる方向の変位に変換するように屈曲され、前記第1ピストンの軸方向と前記第2ピストンの軸方向とが非平行とされていることを特徴とする前記(5)に記載の磁歪変位増幅装置。 (6) The through hole in the displacement amplifying mechanism is bent so as to convert an axial displacement of the magnetostrictive rod into a displacement in a direction different from the axial direction, and the axial direction of the first piston and the second piston The magnetostrictive displacement amplifying device according to (5), wherein the axial direction of the magnetostrictive displacement amplifier is not parallel.
(7)前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の磁歪変位増幅装置。 (7) The magnetostrictive displacement amplifying device according to any one of (1) to (6), wherein the magnetostrictive member is a giant magnetostrictive member made of a giant magnetostrictive element.
(8)前記(1)乃至(7)のいずれかに記載された磁歪変位増幅装置を用いたことを特徴とする磁歪アクチュエータ。 (8) A magnetostrictive actuator using the magnetostrictive displacement amplifying device according to any one of (1) to (7).
(9)前記(1)乃至(7)のいずれかに記載された磁歪変位増幅装置を用いたことを特徴とする磁歪振動装置。 (9) A magnetostrictive vibration device using the magnetostrictive displacement amplifying device according to any one of (1) to (7).
本発明に係る磁歪変位増幅装置、これを用いた磁歪アクチュエータ及び磁歪振動装置によれば、小型、且つ、簡易な構造でありながら、変位の増幅率を高めることができ、又、磁歪素子の変位に対する出力変位の追従性を向上することができるという優れた効果を有する。 According to the magnetostrictive displacement amplifying device, the magnetostrictive actuator using the magnetostrictive displacement amplifying device according to the present invention, and the magnetostrictive vibrating device, the amplification factor of the displacement can be increased while having a small and simple structure. It has an excellent effect that the followability of the output displacement with respect to can be improved.
本発明は、磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を増幅するための変位増幅機構と、を有してなり、該変位増幅機構は、一端が前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、且つ、該一端側の内径よりも他端側の内径が小径とされた略筒状部材と、該略筒状部材における前記一端側に配設され、前記磁歪ロッドの軸方向の変位に応じて厚さ方向に弾性変形可能な板状の第1弾性部材と、前記筒状部材における前記他端側に配設され、厚さ方向に弾性変形可能な板状の第2弾性部材と、前記筒状部材及び前記第1、第2弾性部材によって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなる磁歪変位増幅装置によって、上記課題を解決したものである。 The present invention includes a magnetostrictive member having a substantially rod-like magnetostrictive rod having one end fixed, and an outer periphery of the magnetostrictive rod. A magnetic field is applied in the axial direction of the magnetostrictive rod. And a displacement amplifying mechanism for amplifying the axial displacement of the magnetostrictive rod, one end of the displacement amplifying mechanism being disposed on the free end side of the magnetostrictive rod. And a substantially cylindrical member having a smaller inner diameter on the other end side than the inner diameter on the one end side, and disposed on the one end side of the substantially cylindrical member so as to be displaced in the axial direction of the magnetostrictive rod. Accordingly, a plate-like first elastic member elastically deformable in the thickness direction, a plate-like second elastic member disposed on the other end side of the cylindrical member and elastically deformable in the thickness direction, A flow filled in a space sealed by the cylindrical member and the first and second elastic members. When, by magnetostrictive displacement amplifying device comprising a, it is obtained by solving the above problems.
又、本発明は、磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を増幅するための変位増幅機構と、を有してなり、該変位増幅機構は、一端が前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、且つ、該一端側の内径よりも他端側の内径が小径とされた貫通孔を有するシリンダと、該シリンダにおける前記貫通孔の両端に配設され、且つ、該貫通孔内を摺動可能な一対のピストンと、前記シリンダ及び一対のピストンによって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなる磁歪変位増幅装置によって、上記同様の課題を解決したものである。 The present invention also includes a magnetostrictive member having a magnetostrictive member and having a substantially rod-like magnetostrictive rod having one end fixed, and an outer periphery of the magnetostrictive rod, the axial direction of the magnetostrictive rod. A drive coil for applying a magnetic field, and a displacement amplifying mechanism for amplifying the axial displacement of the magnetostrictive rod, one end of the displacement amplifying mechanism on the free end side of the magnetostrictive rod. A cylinder having a through hole in which the inner diameter on the other end side is smaller than the inner diameter on the one end side, and disposed at both ends of the through hole in the cylinder, and inside the through hole A magnetostrictive displacement amplifying device having a pair of slidable pistons and a fluid filled in a space sealed by the cylinder and the pair of pistons solves the same problem as described above.
以下、本発明の実施例1及び実施例2を図面に基づいて詳細に説明する。
Hereinafter,
図1及び図2に示されるように、本発明の実施例1に係る磁歪変位増幅装置を適用した磁歪振動装置10は、略円筒形状のケーシング12を備えており、このケーシング12の内側空間内には、先端ガイド13側から、磁歪変位増幅装置14と、この磁歪変位増幅装置14の駆動源である複数の乾電池16と、ジャック18を介して入力される音声信号等の信号を増幅し、磁歪変位増幅装置14に出力する増幅回路20が、それぞれ略円板形状の隔壁22A、22Bによって仕切られ、収容されている。なお、磁歪変位増幅装置14と複数の乾電池16との間に配置された隔壁22Aは、軟磁性部材によって成形されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
磁歪変位増幅装置14は、図2に拡大して示されるように、一端24Aが隔壁22Aに固定された略棒状の超磁歪ロッド24と、この超磁歪ロッド24の外周を囲むように配設された駆動コイル26と、超磁歪ロッド24の軸方向L1の変位を増幅するための変位増幅機構30と、を有して構成されている。
2, the magnetostrictive displacement amplifying
超磁歪ロッド24は、この例では、3つの略円板形状のバイアス磁石32A〜32Cと、これら3つのバイアス磁石32A〜32Cに挟まれるように配設された2つの略円柱形状の超磁歪部材34A、34Bによって構成されており、バイアス磁石32A〜32C及び超磁歪部材34A、34Bは軸方向L1で接着され、一体化されている。
In this example, the giant
超磁歪部材34A、34Bは、超磁歪素子を材料として用いている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素および/または特定の遷移金属などを主成分(例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など)とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、外部から磁界が印加されると大きな変位を生じる性質を有している。 The giant magnetostrictive members 34A and 34B use giant magnetostrictive elements as materials. Here, the “super magnetostrictive element” means a magnetostrictive element made of a powder sintered alloy or a single crystal alloy containing a rare earth element and / or a specific transition metal as a main component (for example, terbium, dysprosium, iron, etc.). It has the property of causing large displacement when a magnetic field is applied from the outside.
駆動コイル26は、この超磁歪部材34A、34Bに軸方向L1の磁界を印加可能な構造となっている。又、この駆動コイル26は増幅回路20に接続されており、駆動コイル26の磁界は、外部からジャック18を介して入力される信号に基づいて変動するようになっている。
The
可動先端部28は、超磁歪ロッド24のバイアス磁石32Aに固着された略円板形状のフランジ部28Aと、このフランジ部28Aから超磁歪ロッド24の軸方向L1に沿って伸びるロッド部28Bとから形成されている。又、可動先端部28のフランジ部28Aと先端ガイド13との間には、2つのばね36A、36Bが縮設されており、可動先端部28は超磁歪ロッド24側に付勢されている。更に、可動先端部28のロッド部28Bは変位増幅機構30に当接されており、超磁歪ロッド24の軸方向L1の振動は可動先端部28を介して変位増幅機構30に伝達可能な構造となっている。
The
変位増幅機構30は、図3に示されるように、一端38A側の内径R1よりも他端38B側の内径R2が小径(R1>R2)とされた筒状部材38と、この筒状部材38における一端側38Aに配設され、超磁歪ロッド24の軸方向L1の変位に応じて厚さ方向に弾性変形可能な板状の第1弾性部材40と、筒状部材38における他端側38Bに配設され、厚さ方向に弾性変形可能な板状の第2弾性部材42と、筒状部材38及び第1、第2弾性部材40、42によって密閉された空間内に充填された流体44によって構成されている。
As shown in FIG. 3, the
又、変位増幅機構30の筒状部材38は、径方向外周面を先端ガイド13によって覆われており、この先端ガイド13によって径方向の変形が規制されている。
Further, the
なお、筒状部材38は、一端38A側から他端38B側に向かって小径となる円筒形状の剛体からなり、筒状部材38には、例えば、金属やプラスチック等の剛体を適用することができる。又、この筒状部材38の両端に配設された第1、第2弾性部材40、42には、例えば、ゴム等の弾性部材を適用することができる。
The
次に、実施例1に係る磁歪振動装置10の作用について説明する。
Next, the operation of the
磁歪振動装置10にジャック18を介して信号が入力されると、信号は増幅回路20によって増幅された後、磁歪変位増幅装置14の駆動コイル26に入力される。そして、この増幅後の信号によって駆動コイル26が駆動され、駆動コイル26のコイル磁界が変化する。その結果、超磁歪ロッド24が信号に応じて軸方向L1に変位(振動)する。この軸方向L1の変位は、可動先端部28を介して変位増幅機構30に入力され、変位増幅機構30によって増幅される。
When a signal is input to the
より具体的には、図3に示されるように、可動先端部28によって超磁歪ロッド24の軸方向L1の変位が伝達されると、変位増幅機構30の第1弾性部材40が押圧され、この第1弾性部材40が軸方向L1に最大で変位量X1だけ変位する。その結果、第2弾性部材42は、第1弾性部材40によって押し出された流体44の体積分だけ突出し、軸方向L1に最大で変位量X2だけ変位する。
More specifically, as shown in FIG. 3, when the displacement in the axial direction L1 of the giant
なお、第1弾性部材40の変位量X1は、第1弾性部材40と第2弾性部材42の厚さ方向の面積の比に基づいて増幅されることになるが、本発明における筒状部材38は、一端38A側の内径R1よりも他端38B側の内径R2が小径とされているため、第2弾性部材42の厚さ方向の面積は、第1弾性部材40の厚さ方向の面積よりも小さくなっている。従って、第2弾性部材42の変位量(出力変位量)X2は、第1弾性部材40の変位量(超磁歪ロッド24の変位量)X1よりも大きくなるようになっている。
The displacement amount X1 of the first
このように増幅された超磁歪ロッド24の変位は、変位増幅機構30の第2弾性部材42を介して外部に出力される。
The displacement of the giant
本発明の実施例1に係る磁歪変位増幅装置14によれば、超磁歪部材34A、34Bを有してなり、且つ、一端24Aが固定端とされた略棒状の超磁歪ロッド24と、この磁歪ロッド24の外周を囲むように配設され、超磁歪ロッド24の軸方向L1に磁界を印加するための駆動コイル26と、超磁歪ロッド24の軸方向L1の変位を増幅するための変位増幅機構30と、を有してなり、この変位増幅機構30は、一端38Aが超磁歪ロッド24の自由端24B側に配設され、且つ、一端38A側の内径R1よりも他端38B側の内径R2が小径とされている筒状部材38と、この筒状部材38における一端側38Aに配設され、超磁歪ロッド24の軸方向L1の変位に応じて厚さ方向に弾性変形可能な板状の第1弾性部材40と、筒状部材38における他端側38Bに配設され、厚さ方向に弾性変形可能な板状の第2弾性部材42と、筒状部材38及び第1、第2弾性部材40、42によって密閉された空間内に充填された流体44によって構成されているため、小型、且つ、簡易な構造でありながら、第1弾性部材40と第2弾性部材42の厚さ方向の面積の比を変えることによって、変位の増幅率を容易に高めることができる。又、流体44によって超磁歪ロッド24の変位を伝達しているため、磁歪部材の変位に対する出力変位の追従性を向上させることができる。
According to the magnetostriction
特に、筒状部材38は、一端38A側から他端38B側に向かって小径となる略円筒形状の剛体からなるため、磁歪部材の変位を、一層効率良く増幅することができる。
In particular, since the
又、筒状部材38の径方向外周面を覆う先端ガイド13を備えているため、先端ガイド13によって筒状部材38の径方向の変形を規制することができ、この点においても、磁歪部材の変位増幅の高効率化が図られている。
In addition, since the
なお、本発明に係る磁歪変位増幅装置は、上記実施例1に係る磁歪変位増幅装置10の構造や形状等に限定されるものではなく、例えば、変位増幅機構30における筒状部材38は、角筒形状等であってもよく、又、超磁歪ロッド24の軸方向L1の変位を伝達可能な程度に剛性を有した部材であればよい。
The magnetostrictive displacement amplifying apparatus according to the present invention is not limited to the structure and shape of the magnetostrictive
又、図4に示される変位増幅機構50における筒状部材52のように、超磁歪ロッド24の軸方向L1の変位を、この軸方向L1と異なる方向の変位に変換するように屈曲され、第1弾性部材40の表面における法線L1と第2弾性部材42の表面における法線L2とが非平行となるようにすれば、磁歪部材の変位の増幅に加え、変位方向の変換をも行うことができる。
Further, like the cylindrical member 52 in the
即ち、本発明に係る磁歪変位増幅装置は、磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を増幅するための変位増幅機構と、を有してなり、該変位増幅機構は、一端が前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、且つ、該一端側から他端側に向かって小径となる筒状部材と、該略筒状部材における前記一端側に配設され、前記磁歪ロッドの軸方向の変位に応じて厚さ方向に弾性変形可能な板状の第1弾性部材と、前記筒状部材における前記他端側に配設され、厚さ方向に弾性変形可能な板状の第2弾性部材と、前記筒状部材及び前記第1、第2弾性部材によって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなるものであればよい。 That is, a magnetostrictive displacement amplifying device according to the present invention includes a magnetostrictive member, and is disposed so as to surround a substantially rod-shaped magnetostrictive rod having one end fixed, and an outer periphery of the magnetostrictive rod, A driving coil for applying a magnetic field in the axial direction of the magnetostrictive rod; and a displacement amplifying mechanism for amplifying the axial displacement of the magnetostrictive rod. A cylindrical member disposed on the free end side of the rod and having a smaller diameter from the one end side toward the other end side, and disposed on the one end side of the substantially cylindrical member, and the axial direction of the magnetostrictive rod A plate-like first elastic member that can be elastically deformed in the thickness direction according to the displacement of the plate, and a plate-like second elasticity that is disposed on the other end side of the cylindrical member and can be elastically deformed in the thickness direction. A member, an empty space sealed by the cylindrical member and the first and second elastic members A fluid filled within, as long as it becomes a.
次に、本発明の実施例2に係る磁歪変位増幅装置を適用した磁歪アクチュエータAT1について説明する。
Next, a magnetostrictive actuator AT1 to which the magnetostrictive displacement amplifying apparatus according to
図5に示されるように、磁歪アクチュエータAT1は、磁歪変位増幅装置60を備えており、この磁歪変位増幅装置60は、一端61Aがケーシング64に固定された略棒状の超磁歪ロッド61と、この超磁歪ロッド61の外周を囲むように配設された駆動コイル66と、超磁歪ロッド61の軸方向L3の変位を増幅するための変位増幅機構68と、を有して構成されている。なお、駆動コイル66については上記磁歪スピーカSP1と同様であるため、その説明は省略する。
As shown in FIG. 5, the magnetostrictive actuator AT1 includes a magnetostrictive displacement amplifying device 60. The magnetostrictive displacement amplifying device 60 includes a substantially rod-shaped giant
超磁歪ロッド61は、この例では、2つの略円板形状のバイアス磁石62A、62Bと、これら2つのバイアス磁石62A、62Bに挟まれるように配設された略円柱形状の超磁歪部材63によって構成されており、バイアス磁石62A、62B及び超磁歪部材63は軸方向L3で接着され、一体化されている。
In this example, the giant
変位増幅機構68は、貫通孔70を有するシリンダ72と、このシリンダ72における貫通孔70の両端70A、70Bにそれぞれ配設され、且つ、貫通孔70内を摺動可能な一対のピストン74、76と、シリンダ72及び一対のピストン74、76によって密閉された空間内に充填された流体78と、を有して構成されている。
The displacement amplifying mechanism 68 is provided with a cylinder 72 having a through
又、シリンダ72の貫通孔70は、一端70Aが超磁歪ロッド61の自由端61B側に配設され、且つ、一端70A側の内径R3よりも他端70B側の内径R4が小径(R3>R4)とされている。
The through
次に、実施例2に係る磁歪アクチュエータAT1の作用について説明する。 Next, the operation of the magnetostrictive actuator AT1 according to the second embodiment will be described.
駆動コイル66に所定の電圧が印加されると、超磁歪ロッド24が駆動コイル66のコイル磁界の大きさに応じて軸方向L3に変位(伸長)する。この軸方向L3の変位は第1ピストン74に入力された後、流体78を介して第2ピストン76に伝達される。
When a predetermined voltage is applied to the
なお、第1ピストン74の変位量X3は、第1ピストン74と第2ピストン76の断面積の比に基づいて増幅されることになるが、本発明における貫通孔70は、一端70A側の内径R3よりも他端70B側の内径R4が小径とされているため、第2ピストン76の断面積は、第1ピストン74の断面積よりも小さくなっている。従って、第2ピストン76の変位量(出力変位量)X4は、第1ピストン74の変位量(超磁歪ロッド61の変位量)X3よりも大きくなるようになっている。
The displacement amount X3 of the
このように増幅された超磁歪ロッド61の変位は、変位増幅機構68の第2ピストン76を介して外部に出力される。
The amplified displacement of the giant
又、本発明の発明者らは駆動コイル66に印加する電圧の大きさと、第1、第2ピストン74、76の変位量の関係についてデータを採集した。なお、本実験においては、超磁歪部材63として直径7.4mm、長さ20mmの円柱形状の部材を適用し、又、駆動コイル66は、線種AWG、直径8mm、長さ20mm、巻数2000ターンとした。更に、駆動コイル66への供給電圧は0〜120Vとし、駆動コイル66に1KHzのパルス磁界を印加した。又、第1ピストン74は直径10mm、長さ10mm、第2ピストン76は直径3.2mm、長さ10mmとした。
The inventors of the present invention also collected data on the relationship between the magnitude of the voltage applied to the
その結果、図6に示されるように、データを採集した電圧10〜120Vの範囲において、磁歪アクチュエータAT1の出力変位量(第2ピストン76の変位量)X4は、超磁歪ロッド61の変位量(第1ピストン74の変位量)X3の約10倍に増幅されていることが見出された。
As a result, as shown in FIG. 6, the output displacement amount (displacement amount of the second piston 76) X4 of the magnetostrictive actuator AT1 is the displacement amount of the giant magnetostrictive rod 61 (the displacement amount of the giant magnetostrictive rod 61) in the voltage range of 10 to 120V collected data. It was found that the
このように、本発明の実施例2に係る磁歪変位増幅装置60によっても、上記実施例1に係る磁歪変位増幅装置14と同様の効果を得ることができる。
As described above, the magnetostrictive displacement amplifying apparatus 60 according to the second embodiment of the present invention can achieve the same effects as the magnetostrictive
又、磁歪アクチュエータAT1によれば、低い周波数の音圧が十分に得られないという従来の問題点を解決することができる。 Further, the magnetostrictive actuator AT1 can solve the conventional problem that a low-frequency sound pressure cannot be obtained sufficiently.
具体的には、音声の音圧は振動板の振幅と周波数で決まるため、同じ音圧を得るためには、低周波数では高周波数の振幅より大きな振幅が必要となる。又、一般に、磁歪アクチュエータでは、磁歪部材の寸法変化は印加する磁界の強度によって決まるため、音声周波数成分の大きさで決定される、夫々の周波数成分の大きさによる磁界強度に基づき寸法変化が生ずる。例えば、磁歪アクチュエータを板状スピーカに応用した場合、低周波数の振幅は電気信号の周波数成分で決まる振幅の振動を生ずるので、高周波数に比較して低い音圧しか得ることができないが、本発明の実施例2に係る磁歪アクチュエータAT1によれば、大きな振動を振動板に伝達し、低周波数の音圧を高周波数の音圧と同じレベルで得ることができる。 Specifically, since the sound pressure of sound is determined by the amplitude and frequency of the diaphragm, in order to obtain the same sound pressure, an amplitude larger than the amplitude of the high frequency is required at a low frequency. In general, in a magnetostrictive actuator, since the dimensional change of the magnetostrictive member is determined by the strength of the applied magnetic field, the dimensional change occurs based on the magnetic field strength depending on the magnitude of each frequency component, which is determined by the magnitude of the audio frequency component. . For example, when the magnetostrictive actuator is applied to a plate-like speaker, the low-frequency amplitude causes vibration with an amplitude determined by the frequency component of the electric signal, so that only a low sound pressure can be obtained compared to the high frequency. According to the magnetostrictive actuator AT1 according to the second embodiment, a large vibration can be transmitted to the diaphragm, and a low-frequency sound pressure can be obtained at the same level as a high-frequency sound pressure.
なお、本発明に係る磁歪変位増幅装置は、上記実施例2に係る磁歪変位増幅装置60の構造や形状等に限定されるものではなく、例えば、図7に示される磁歪アクチュエータAT2の変位増幅機構80のように、超磁歪ロッド61の軸方向L3の変位を軸方向L3と異なる方向L4の変位に変換するように屈曲された貫通孔82を有し、第1ピストン74の軸方向L3と第2ピストンの軸方向L4とが非平行となるようにすれば、上記磁歪アクチュエータAT1が有する効果を得ることができる上に、変位方向の変換をも行うことができる。
The magnetostrictive displacement amplifying apparatus according to the present invention is not limited to the structure and shape of the magnetostrictive displacement amplifying apparatus 60 according to the second embodiment. For example, the displacement amplifying mechanism of the magnetostrictive actuator AT2 shown in FIG. As shown in FIG. 80, the
なお、本発明の発明者らは、磁歪アクチュエータAT2についても、駆動コイル66に印加する電圧の大きさと、第1、第2ピストン74、76の変位量の関係についてデータを採集した。なお、本実験においては、超磁歪部材63として直径3mm、長さ16mmの円柱形状の部材を適用し、又、駆動コイル66は、線種AWG、直径4mm、長さ16mm、巻数1000ターンとした。更に、駆動コイル66への供給電圧は0〜5Vとし、駆動コイル66に1KHzのパルス磁界を印加した。又、第1ピストン74は直径5mm、長さ10mm、第2ピストン76は直径3.2mm、長さ10mmとした。
The inventors of the present invention also collected data on the relationship between the magnitude of the voltage applied to the
その結果、図8に示されるように、データを採集した電圧1〜5Vの範囲において、磁歪アクチュエータAT2の出力変位量(第2ピストン76の変位量)X6は、超磁歪ロッド61の変位量(第1ピストン74の変位量)X5の約2.5倍に増幅されていることが見出された。
As a result, as shown in FIG. 8, the output displacement amount (displacement amount of the second piston 76) X6 of the magnetostrictive actuator AT2 is within the displacement amount ( It was found that the
又、実施例2に係る磁歪変位増幅装置60では、装置のコンパクト化を図るため、第1ピストン74を超磁歪ロッド61に直接固着する構造としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、超磁歪ロッド61と第1ピストン74との間に、上記実施例1における可動先端部28のような変位伝達部材を介在させてもよい。
In the magnetostriction displacement amplifying apparatus 60 according to the second embodiment, the
即ち、本発明に係る磁歪変位増幅装置は、磁歪部材を有してなり、且つ、一端が固定端とされた略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設され、前記磁歪ロッドの軸方向に磁界を印加するための駆動コイルと、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を増幅するための変位増幅機構と、を有してなり、該変位増幅機構は、一端が前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、且つ、該一端側の内径よりも他端側の内径が小径とされた貫通孔を有するシリンダと、該シリンダにおける前記貫通孔の両端に配設され、且つ、該貫通孔内を摺動可能な一対のピストンと、前記シリンダ及び一対のピストンによって密閉された空間内に充填された流体と、を有してなるものであればよい。 That is, a magnetostrictive displacement amplifying device according to the present invention includes a magnetostrictive member, and is disposed so as to surround a substantially rod-shaped magnetostrictive rod having one end fixed, and an outer periphery of the magnetostrictive rod, A driving coil for applying a magnetic field in the axial direction of the magnetostrictive rod; and a displacement amplifying mechanism for amplifying the axial displacement of the magnetostrictive rod. A cylinder having a through hole disposed on the free end side of the rod and having a smaller inner diameter on the other end side than the inner diameter on the one end side, and disposed on both ends of the through hole in the cylinder; and What is necessary is just to have a pair of pistons slidable in the through hole and a fluid filled in a space sealed by the cylinder and the pair of pistons.
なお、上記実施例1及び実施例2に係る磁歪変位増幅装置14、60の変位量をそれ程高める必要が無い場合には、超磁歪部材の代わりに、磁歪素子からなる磁歪部材を適用してもよい。
If it is not necessary to increase the displacement of the magnetostrictive
L1〜L4…軸方向
R1〜R6…内径
X1〜X6…変位量
AT1、AT2…磁歪アクチュエータ
10、60…磁歪振動装置
12、64…ケーシング
13…先端ガイド
14、100、150…磁歪変位増幅装置
16…乾電池
18…ジャック
20…増幅回路
22A、22B…隔壁
24、61…超磁歪ロッド
26、66…駆動コイル
28A…フランジ部
28B…ロッド部
30、50、68、80、103…変位増幅機構
32A、32B、32C、62A、62B…バイアス磁石
34A、34B、63…超磁歪部材
36A、36B…ばね
38、52…筒状部材
40…第1弾性部材
42…第2弾性部材
44、78…流体
70、82…貫通孔
72…シリンダ
74…第1ピストン
76…第2ピストン
102、151…磁歪素子
104…駆動体
105…小ローラ
106、156…出力軸
107…被駆動体
108…大ローラ
152…テコ式変位拡大機構
153…支点
154…力点
155…作用点
L1 to L4 ... axial direction R1 to R6 ... inner diameter X1 to X6 ... displacement AT1, AT2 ...
Claims (9)
前記変位増幅機構における前記略筒状部材は、前記一端側から他端側に向かって小径となる略円筒形状の剛体からなることを特徴とする磁歪変位増幅装置。 In claim 1,
The magnetostrictive displacement amplifying apparatus according to claim 1, wherein the substantially cylindrical member in the displacement amplifying mechanism is formed of a substantially cylindrical rigid body having a small diameter from the one end side toward the other end side.
前記変位増幅機構における前記略筒状部材は、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と異なる方向の変位に変換するように屈曲され、前記第1弾性部材の表面における法線と前記第2弾性部材の表面における法線とが非平行とされていることを特徴とする磁歪変位増幅装置。 In claim 1 or 2,
The substantially cylindrical member in the displacement amplifying mechanism is bent so as to convert displacement in the axial direction of the magnetostrictive rod into displacement in a direction different from the axial direction, and the normal line on the surface of the first elastic member and the first 2. A magnetostrictive displacement amplifying device, wherein the normal line on the surface of the elastic member is non-parallel.
前記変位増幅機構における前記略筒状部材の径方向外周面を覆う部材を備えたことを特徴とする磁歪変位増幅装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
A magnetostrictive displacement amplifying apparatus comprising a member that covers a radially outer peripheral surface of the substantially cylindrical member in the displacement amplifying mechanism.
前記変位増幅機構における前記貫通孔は、前記磁歪ロッドの軸方向の変位を該軸方向と異なる方向の変位に変換するように屈曲され、前記第1ピストンの軸方向と前記第2ピストンの軸方向とが非平行とされていることを特徴とする磁歪変位増幅装置。 In claim 5,
The through hole in the displacement amplifying mechanism is bent so as to convert an axial displacement of the magnetostrictive rod into a displacement in a direction different from the axial direction, and the axial direction of the first piston and the axial direction of the second piston And a non-parallel magnetostrictive displacement amplifying device.
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする磁歪変位増幅装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6.
The magnetostrictive displacement amplifying apparatus, wherein the magnetostrictive member is a super magnetostrictive member made of a super magnetostrictive element.
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