JP2005331450A - Micro-displacement controller, and device and method using the same - Google Patents

Micro-displacement controller, and device and method using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro-displacement controller capable of obtaining precisely a micro displacement, using an expansion controller for a supermagnetostrictive element, by constituting the expansion controller for the supermagnetostrictive element capable of controlling extremely precisely an expansion amount and the displacement accompanied thereto, without providing basically the supermagnetostrictive element in a coil. <P>SOLUTION: In this micro-displacement controller, the objective micro displacement is attained using the expansion controller for the supermagnetostrictive element constituted to output a displacement in a free end, with expansion and contraction of the supermagnetostrictive element by fixing its one end and by making magnetic force act on the supermagnetostrictive element in the free end of the other end, wherein the rodlike supermagnetostrictive element is arranged between both end plates comprising a nonmagnetic body, wherein magnetic force generating means by electromagnets are arranged in a fixed end side and a free end side of the supermagnetostrictive element, on a coaxial line, and wherein the supermagnetostrictive element is continuously expanded and contracted by controlling current values of the magnetic force generating means to output the displacement to the free end side of the supermagnetostrictive element, and a device and a method are provided also using the micro-displacement controller. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学機器、精密加工機械、レーザー機器、計測器、その他微小かつ精密な変位や送りが必要な機器に用いて好適な超磁歪素子を用いた微小変位制御装置に関し、とくに、ベルコビッチ圧子等を用いて、例えば薄膜の一回の押し込み試験によって、絶対的な硬さ値はもとより、固有の物性(例えば、弾性率、クリープ特性、ヤング率)についての補足データを得るのに適した硬さ等の測定などに好適な、微小変位制御装置およびそれを用いた装置と方法に関する。   The present invention relates to a micro displacement control apparatus using a giant magnetostrictive element suitable for use in optical equipment, precision processing machines, laser equipment, measuring instruments, and other equipment that requires minute and precise displacement and feed, and in particular, a Belkovic indenter. For example, by a single indentation test of a thin film, the hardness is suitable for obtaining supplementary data on specific physical properties (for example, elastic modulus, creep property, Young's modulus) as well as absolute hardness values. The present invention relates to a micro-displacement control device suitable for measuring the thickness and the like, and an apparatus and method using the same.

従来の微小変位制御による硬さ試験機は、例えば、荷重発生をコイルで行い、その力を伝達レバーにより測定圧子に伝え、試料へ圧子押し込みをはかり、この時の変位を静電容量型変位計で精密に計測するようにしている(たとえば、特許文献1)。   A conventional hardness tester using minute displacement control, for example, generates a load with a coil, transmits the force to a measurement indenter with a transmission lever, pushes the indenter into the sample, and measures the displacement at this time by a capacitance displacement meter. (For example, patent document 1).

また、超磁歪素子を用いた測定装置やアクチュエータとしては、次のようなものが知られている。たとえば特許文献2に開示の超磁歪アクチュエータでは、ケーシング内に、円筒形の永久磁石と、その中心軸に沿って配された超磁歪ロッドと、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を備えている。超磁歪ロッドに磁気バイアスをかけるため、永久磁石とヨークで囲まれた空間内には、超磁歪ロッドを中心にコイルを巻回して形成された電磁石が配されている。また、超磁歪ロッドにプリストレスをかけるためのスプリングがケーシングとヨークの間に配されている。   The following are known as measuring devices and actuators using giant magnetostrictive elements. For example, in the giant magnetostrictive actuator disclosed in Patent Document 2, a cylindrical permanent magnet, a giant magnetostrictive rod arranged along its central axis, and the upper end and the lower end of the casing are closed to form a closed magnetic circuit. A pair of upper and lower yokes are provided. In order to apply a magnetic bias to the giant magnetostrictive rod, an electromagnet formed by winding a coil around the giant magnetostrictive rod is disposed in a space surrounded by the permanent magnet and the yoke. A spring for prestressing the giant magnetostrictive rod is disposed between the casing and the yoke.

この超磁歪アクチュエータによれば、超磁歪ロッドに対して、永久磁石によりヨークを介して磁気バイアスを作用させると共に、スプリングによりプリストレスを作用させた状態で電磁石に電流を供給することにより、その磁力の大きさに応じて超磁歪ロッドが伸縮され、超磁歪ロッドの先端に設けたプッシュロッドが移動されてその変位が機械的動力として取り出される。   According to this giant magnetostrictive actuator, a magnetic bias is applied to the giant magnetostrictive rod through a yoke by a permanent magnet, and a current is supplied to the electromagnet in a state where a prestress is applied by a spring. The giant magnetostrictive rod is expanded and contracted according to the size of the rod, the push rod provided at the tip of the giant magnetostrictive rod is moved, and the displacement is taken out as mechanical power.

また、超磁歪素子を用いた測定装置やアクチュエータとしては、たとえば図1に示すようなものが知られている(たとえば、非特許文献1)。図1に示す超磁歪素子の伸縮制御装置では、コの字型のヨーク102の中心部分に電磁石103が設置され、ヨーク102の両端部の内側に超磁歪素子101が設置されている。この形態は、各種の磁場解析に好適であり、電磁石に電流を流しても超磁歪素子が熱の影響を受けにくくなっている。   Further, as a measuring device or actuator using a giant magnetostrictive element, for example, the one shown in FIG. 1 is known (for example, Non-Patent Document 1). In the giant magnetostrictive element expansion / contraction control apparatus shown in FIG. 1, an electromagnet 103 is installed at the center of a U-shaped yoke 102, and the giant magnetostrictive element 101 is installed inside both ends of the yoke 102. This form is suitable for various magnetic field analyses, and the giant magnetostrictive element is hardly affected by heat even when an electric current is passed through the electromagnet.

また、超磁歪素子内部の磁束密度を検出するコイルが設置されたアクチュエータとして、次のようなものが知られている。たとえば特許文献3に開示のワイヤクランプ機構では、超磁歪素子に磁束を与える駆動コイルと、超磁歪素子の磁束密度を検出する検出コイルが設置されている。検出コイルによって、超磁歪素子の磁束密度の変化を電気信号として取り出すことができる。
特開2001−124681号公報 特開2002−58269号公報 特開平10−178032号公報 A.E.クラーク、江田弘、「超磁歪材料」、日刊工業新聞社、p.103〜105、1995年
Moreover, the following is known as an actuator provided with a coil for detecting the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element. For example, in the wire clamp mechanism disclosed in Patent Document 3, a drive coil that applies a magnetic flux to the giant magnetostrictive element and a detection coil that detects the magnetic flux density of the giant magnetostrictive element are installed. The change in the magnetic flux density of the giant magnetostrictive element can be taken out as an electrical signal by the detection coil.
JP 2001-124681 A JP 2002-58269 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-178032 A. E. Clark, Hiroshi Eda, “Super Magnetostrictive Materials”, Nikkan Kogyo Shimbun, p. 103-105, 1995

しかしながら、上記特許文献1に開示されているような硬さ試験機では、圧子の変位測定に静電容量型変位計を用いている。静電容量型変位計は、測定分解能が非常に高くナノオーダーの計測が可能になるものとして一般的であるが、非接触式なので振動に非常に弱い。また、力伝達レバーは微小荷重において、支点を中心として、非常に不安定な状態で釣り合っている。これらのことから、除振台に相当コストをかけないと、所定の精度を確保することが難しくなる。よって、装置全体として非常に高価なものとなっていた。   However, the hardness tester disclosed in Patent Document 1 uses a capacitance displacement meter for measuring the displacement of the indenter. Capacitance displacement meters are common in that they have a very high measurement resolution and enable nano-order measurement, but they are very sensitive to vibration because they are non-contact type. Further, the force transmission lever is balanced in a very unstable state around a fulcrum at a minute load. For these reasons, it is difficult to ensure a predetermined accuracy unless a substantial cost is applied to the vibration isolation table. Therefore, the entire apparatus is very expensive.

また、上記特許文献2に開示されているような超磁歪アクチュエータにおいては、永久磁石による磁気バイアスにより電磁石への供給電流を減少させることができるものの、超磁歪ロッドの十分な伸縮を得るためには多くの電流の供給を必要とする。このことにより、コイルにはジュール熱が発生し、特に、コイル中心部で最も発熱量が大きくなる。一方、超磁歪素子は比透磁率が10程度と低いため、外部による磁力発生装置により強力な磁力を発生させないと、超磁歪素子を十分に磁化させることができず、伸縮量を大きくすることができない。このために、特許文献2のように、最も磁力の強いコイル中心部に超磁歪素子を配している。これにより、超磁歪素子はコイルのジュール熱をまともに受けてしまい、簡単に熱膨張をおこしてしまう。この問題点により精密な制御が難しかった。   Further, in the giant magnetostrictive actuator as disclosed in Patent Document 2, although the current supplied to the electromagnet can be reduced by the magnetic bias by the permanent magnet, in order to obtain sufficient expansion and contraction of the giant magnetostrictive rod. Requires a lot of current supply. As a result, Joule heat is generated in the coil, and the amount of heat generated is greatest at the center of the coil. On the other hand, the giant magnetostrictive element has a low relative magnetic permeability of about 10, so that unless a strong magnetic force is generated by an external magnetic force generator, the giant magnetostrictive element cannot be sufficiently magnetized and the amount of expansion and contraction can be increased. Can not. For this reason, as in Patent Document 2, a giant magnetostrictive element is arranged in the central part of the coil having the strongest magnetic force. As a result, the giant magnetostrictive element properly receives the Joule heat of the coil and easily undergoes thermal expansion. Due to this problem, precise control was difficult.

また、上記非特許文献1のような超磁歪素子の伸縮制御装置においては、超磁歪素子への電磁石よりのジュール熱の影響を低減できるものの、超磁歪素子の透磁率は空気中に対する値より10倍以下程度であり、実際にはヨークの端でかなりの磁力が漏れ、超磁歪素子をほとんど磁化することができなかった。   Moreover, in the expansion / contraction control device for the giant magnetostrictive element as in Non-Patent Document 1, although the influence of Joule heat from the electromagnet on the giant magnetostrictive element can be reduced, the permeability of the giant magnetostrictive element is 10 from the value in air. In actuality, a considerable magnetic force leaked at the end of the yoke, and the giant magnetostrictive element could hardly be magnetized.

また、上記特許文献3に開示されているような超磁歪アクチュエータにおいては、駆動用コイルのすぐ隣に検出コイルが設置されている。超磁歪素子は透磁率が低いので、駆動用コイルにはかなりの電流を流さないと、超磁歪素子を十分に磁化することができない。そのために、検出コイルが駆動用コイルから発生する漏れ磁束を簡単に検出してしまっていた。また、駆動用コイルと検出コイルの長さ(巾)はそのままに、超磁歪素子を長くして、超磁歪素子の両端に駆動用コイルと検出コイルを設置しそれぞれの間隔を広くした場合でも、超磁歪素子の透磁率が低いので、検出コイルに磁束がたどり着く前に多くの磁束が途中で漏れ、駆動用コイルにリターンしてしまう。これらにより、超磁歪素子内部の磁束密度を正確に検出することは難しかった。   Moreover, in the giant magnetostrictive actuator as disclosed in Patent Document 3, a detection coil is installed immediately next to the drive coil. Since the giant magnetostrictive element has a low magnetic permeability, the giant magnetostrictive element cannot be sufficiently magnetized unless a considerable current is supplied to the driving coil. For this reason, the detection coil simply detects the leakage magnetic flux generated from the driving coil. In addition, even when the length (width) of the driving coil and the detection coil is left as it is, the giant magnetostrictive element is lengthened, the driving coil and the detection coil are installed at both ends of the giant magnetostrictive element, and the distance between them is widened. Since the magnetic permeability of the giant magnetostrictive element is low, a large amount of magnetic flux leaks in the middle before the magnetic flux reaches the detection coil and returns to the driving coil. For these reasons, it has been difficult to accurately detect the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element.

上記のような従来技術における問題点に着目し、本発明の課題は、基本的にコイルの中に超磁歪素子を設置せず、極めて高精度に伸縮量、それに伴う変位を制御可能な超磁歪素子の伸縮制御装置を構成し、それを用いて目標とする微小変位を高精度で得ることができるようにした微小変位制御装置を提供することにある。   Focusing on the problems in the prior art as described above, the object of the present invention is basically a giant magnetostriction capable of controlling the amount of expansion and contraction and the displacement associated therewith without installing a giant magnetostrictive element in the coil. An object of the present invention is to provide an element expansion / contraction control apparatus, and to provide a minute displacement control apparatus that can obtain a target minute displacement with high accuracy using the element expansion / contraction control apparatus.

また、本発明の課題は、そのような微小変位制御装置を用いることにより、各種の測定や高精度位置決めを可能とすることにあり、例えば、静電容量型変位計等の非接触変位計および、力伝達レバーを使用することの上記のような問題点に着目し、基本的に非接触変位計および力伝達レバー等を使用せずに、超磁歪素子の伸縮制御装置を用いて極めて高精度に圧子押し込みを行い、それに伴う荷重を計測可能とした、硬さ測定装置および方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to enable various measurements and high-accuracy positioning by using such a minute displacement control device. For example, a non-contact displacement meter such as a capacitance displacement meter and Focusing on the above-mentioned problems of using a force transmission lever, basically using a magnetostrictive element expansion / contraction control device without using a non-contact displacement meter and force transmission lever, etc., extremely high accuracy It is an object of the present invention to provide a hardness measuring apparatus and method capable of measuring the load accompanying the pressing of the indenter.

上記課題を解決するために、本発明に係る微小変位制御装置は、一端が固定され、他端が自由端の超磁歪素子に磁力を作用させることにより前記超磁歪素子を伸縮させて、その自由端の変位を出力させるようにした超磁歪素子の伸縮制御装置であって、非磁性体からなる両端板の間に(内側に)、棒状の超磁歪素子を配するとともに、超磁歪素子の固定端側および自由端側に電磁石による磁力発生手段を同軸線上に配し、該磁力発生手段の電流値を制御することにより、前記超磁歪素子を連続的に伸縮させその変位を超磁歪素子の自由端側に出力させるようにした超磁歪素子の伸縮制御装置を用い、前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位により、目標とする微小変位を得るようにしたことを特徴とするものからなる。すなわち、基本的に超磁歪素子の両端からの電磁石による磁力の発生手段により超磁歪素子に作用させる磁力を制御し、超磁歪素子を連続的に伸縮させその変位を超磁歪素子の自由端側に連続的な変位として出力させるようにしたものである。   In order to solve the above-mentioned problems, a micro displacement control device according to the present invention has a free end that expands and contracts the giant magnetostrictive element by applying a magnetic force to the giant magnetostrictive element having one end fixed and the other end free. A device for controlling expansion and contraction of a giant magnetostrictive element that outputs an end displacement, wherein a rod-like giant magnetostrictive element is disposed between (inward) both end plates made of a non-magnetic material, and a fixed end side of the giant magnetostrictive element. Further, a magnetic force generating means by an electromagnet is arranged on the coaxial line on the free end side, and by controlling the current value of the magnetic force generating means, the super magnetostrictive element is continuously expanded and contracted so that the displacement is on the free end side of the super magnetostrictive element. The expansion and contraction control device for the giant magnetostrictive element is used to output a desired minute displacement by the displacement outputted to the free end side of the giant magnetostrictive element. That is, basically, the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element is controlled by the means for generating the magnetic force from both ends of the giant magnetostrictive element, the giant magnetostrictive element is continuously expanded and contracted, and the displacement is moved to the free end side of the giant magnetostrictive element. It is made to output as a continuous displacement.

ここで使用する両端板は非磁性体かつ熱伝導率の低い断熱板等が好ましい。このとき、超磁歪素子にかかる磁力を多くするために、超磁歪素子を電磁石になるべく近づける必要がある。このため、両端板に超磁歪素子と実質的に同径の止まり穴を、たとえば、自由端板および固定端板の厚さ1mm残すように超磁歪素子側から開け、超磁歪素子の端部を挿入する。これにより、磁力発生手段からの磁力を所定の位置関係の望ましい状態で超磁歪素子の両端に作用させることができ、かつ、非磁性体かつ熱伝導率の低い断熱板からなる端板とすることにより、磁力発生手段からの磁力のロスを抑え、電磁石からの発熱を遮断することができる。また、電磁石の鉄心と両端板の間には、超磁歪素子の自由端側に出力される変位よりも大きいギャップ、たとえば、0.1mm程度のギャップがあることが、好ましい。これにより、自由端側に出力される変位を確実に得ることができ、かつ、熱伝導に対する断熱に対してもさらなる効果を発揮することができる。   The both end plates used here are preferably non-magnetic and heat insulating plates with low thermal conductivity. At this time, in order to increase the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element, it is necessary to bring the giant magnetostrictive element as close as possible to the electromagnet. For this reason, a blind hole having substantially the same diameter as the giant magnetostrictive element is opened on both end plates, for example, from the giant magnetostrictive element side so as to leave a thickness of 1 mm of the free end plate and the fixed end plate, and the end of the giant magnetostrictive element is opened. insert. Thereby, the magnetic force from the magnetic force generating means can be applied to both ends of the giant magnetostrictive element in a desired state of a predetermined positional relationship, and the end plate is made of a non-magnetic material and a heat insulating plate having low thermal conductivity. Thus, the loss of magnetic force from the magnetic force generation means can be suppressed and the heat generation from the electromagnet can be blocked. Moreover, it is preferable that there is a gap larger than the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element, for example, a gap of about 0.1 mm, between the iron core of the electromagnet and both end plates. Thereby, the displacement output to a free end side can be obtained reliably, and the further effect can be exhibited also with respect to the heat insulation with respect to heat conduction.

このように、最もジュール熱の発熱が大きいコイル中心に超磁歪素子を配することなく、発熱体である電磁石のコイルと超磁歪素子を両端板を介して実質的に完全に熱的に遮断し、かつ、電磁石二つを向かい合わせて超磁歪素子の両端から効率よく磁化させることにより、十分な伸縮量を得ている。これにより、熱による影響がなく、極めて精密に超磁歪素子の伸縮制御を行うことが可能となっている。   In this way, without placing the giant magnetostrictive element in the center of the coil that generates the most Joule heat, the electromagnet coil, which is a heating element, and the giant magnetostrictive element are substantially completely thermally shut off via both end plates. And sufficient electromagnetism is obtained by making two electromagnets face each other and magnetizing efficiently from both ends of the giant magnetostrictive element. As a result, the expansion and contraction control of the giant magnetostrictive element can be performed very precisely without being affected by heat.

最も漏れ磁束が多くなるギャップ部に磁力発生手段である電磁石が配置されているので、漏れ磁束が多い中でも、より多くの磁束を超磁歪素子に伝えることができる。また、このときの漏れ磁束は、すぐにそれぞれの電磁石のリターン側へ吸収され、磁気回路としてはロスが少ない。   Since the electromagnet, which is a magnetic force generating means, is disposed in the gap portion where the leakage magnetic flux increases most, even when the leakage magnetic flux is large, more magnetic flux can be transmitted to the giant magnetostrictive element. Moreover, the leakage magnetic flux at this time is immediately absorbed by the return side of each electromagnet, and there is little loss as a magnetic circuit.

電磁石2つを対向させ、間に超磁歪素子を配する構成において、それぞれの電磁石の反超磁歪素子側の鉄心を磁気閉回路にするための電磁石端部保持板およびヨーク(板)を取り付けることが好ましい。これにより、超磁歪素子にかかる磁力の増大および電流値の低減をはかることができ、かつ、漏洩磁気を低減することが可能となる。このヨークは、超磁歪素子を備えた装置のフレームを兼ねることができる。   In a configuration in which two electromagnets are opposed to each other and a giant magnetostrictive element is disposed between them, an electromagnet end holding plate and a yoke (plate) for making the iron core of each electromagnet on the anti-giant magnetostrictive element side a magnetic closed circuit are attached. preferable. As a result, the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element can be increased and the current value can be reduced, and the leakage magnetism can be reduced. This yoke can also serve as a frame of a device provided with a giant magnetostrictive element.

また、電磁石の鉄心、電磁石端部保持板、ヨーク(板)には電磁軟鉄(純鉄)を磁気焼鈍したものを用いることが好ましい。これにより、さらなる、超磁歪素子にかかる磁力の増大および電流値の低減をはかることができる。   Moreover, it is preferable to use what annealed electromagnetic soft iron (pure iron) for the iron core of an electromagnet, an electromagnet edge holding plate, and a yoke (plate). As a result, it is possible to further increase the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element and reduce the current value.

磁力発生手段による磁力の方向については、向かい合う電磁石が異なる極性になるようにそれぞれの電磁石に電流を流す。このとき、自由端、固定端ともにS、Nどちらの極性でもよく、要するにそれぞれが異なる極性でありさえすればよい。このことにより、超磁歪素子にかかる磁力を効率的なものにしている。   About the direction of the magnetic force by a magnetic force generation means, an electric current is sent through each electromagnet so that the opposing electromagnets may have different polarities. At this time, both the free end and the fixed end may have either S or N polarity, and it is only necessary that each has a different polarity. As a result, the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element is made efficient.

電磁石のコイルの線径はジュール熱の発生を極力防ぐために、φ1mm程度であることが望ましい。また、このときのコイルの巻き数はそれぞれ600回以上でかつ両コイルの巻き数が同じであることが好ましく、これにより超磁歪素子に十分な磁力を与えることが可能となる。   The wire diameter of the electromagnet coil is preferably about φ1 mm in order to prevent the generation of Joule heat as much as possible. Further, at this time, the number of turns of the coil is preferably 600 times or more, and the number of turns of both the coils is preferably the same, whereby a sufficient magnetic force can be applied to the giant magnetostrictive element.

電磁石のコイルに流す電流は超磁歪素子のそれぞれの端面をなるべく均等に磁化させる意味で、常に2つの電磁石には実質的に同じ値の電流を流すことが好ましい。   The current flowing through the coil of the electromagnet means that each end face of the giant magnetostrictive element is magnetized as evenly as possible, and it is preferable to always pass substantially the same value of current through the two electromagnets.

自由端側の出力される変位は自由端板に伝わり、さらに、自由端板に連結された連結機構(たとえば、連結板)を介して、自由端側電磁石の反超磁歪素子側の出力ロッドに伝達される。このとき、出力ロッドは超磁歪素子と同軸線上に配置されていることが好ましく、スライドガイド等の1方向のみの自由度を持つガイドにより、直線的に出力されることが好ましい。これらのことにより、超磁歪素子の変位量が、誤差を含むことなくダイレクトに出力され、高精度な出力を得ることが可能となる。   The displacement output on the free end side is transmitted to the free end plate, and further transmitted to the output rod on the anti-super magnetostrictive element side of the free end side electromagnet via the connecting mechanism (for example, connecting plate) connected to the free end plate. Is done. At this time, the output rod is preferably arranged coaxially with the giant magnetostrictive element, and is preferably output linearly by a guide having a degree of freedom in only one direction such as a slide guide. As a result, the displacement amount of the giant magnetostrictive element is directly output without including an error, and a highly accurate output can be obtained.

出力ロッドが固定されている板としては、熱伝導率の低い断熱板が好ましく、これにより、電磁石コイルの反超磁歪素子側の熱による影響を防ぐことが可能となる。   As the plate to which the output rod is fixed, a heat insulating plate having a low thermal conductivity is preferable, and it is possible to prevent the influence of heat on the anti-super magnetostrictive element side of the electromagnetic coil.

また、超磁歪素子の自由端側から超磁歪素子にプリストレスを与える手段が設けられていることが好ましい。たとえば、上記自由端板またはその取り付け部材を介してスプリング等の付勢手段によりプリストレスを与えることが可能である。このような付勢手段を設ければ、自由端側となる自由端板を超磁歪素子に押しつけておくことが可能になり、このことにより、超磁歪素子にはプリストレスが与えられてその伸縮の特性が改善され、かつ、装置全体の送り方向の剛性が向上し、より精密な制御が可能になる。   Further, it is preferable that a means for applying prestress to the giant magnetostrictive element from the free end side of the giant magnetostrictive element is provided. For example, prestress can be applied by biasing means such as a spring through the free end plate or its attachment member. If such an urging means is provided, it becomes possible to press the free end plate on the free end side against the giant magnetostrictive element. And the rigidity of the entire apparatus in the feeding direction is improved, and more precise control is possible.

また、超磁歪素子の軸方向の中心部分に検出用コイルを設けることもできる。超磁歪素子は後述するある領域においては、磁束密度に比例し伸縮するので、超磁歪素子の内部の磁束密度を正確に計測することができれば伸縮量を正確に把握することが可能となる。本装置は磁力発生用電磁石が超磁歪素子の両端に配置されているため、超磁歪素子の軸方向の中心部に検出用コイルを設置することが可能となり、超磁歪素子を通る磁束を正確に計測することが可能となっている。また、十分に二つの電磁石から離れているので、電磁石からの漏れ磁束を検出することなく、超磁歪素子の内部の磁束密度を正確に計測することが可能となる。   Also, a detection coil can be provided in the central portion of the giant magnetostrictive element in the axial direction. Since the giant magnetostrictive element expands and contracts in proportion to the magnetic flux density in a certain area to be described later, if the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element can be accurately measured, the amount of expansion and contraction can be accurately grasped. In this device, electromagnets for generating magnetic force are arranged at both ends of the giant magnetostrictive element, so that it becomes possible to install a detection coil at the axial center of the giant magnetostrictive element, and the magnetic flux passing through the giant magnetostrictive element can be accurately measured. It is possible to measure. In addition, since the two electromagnets are sufficiently separated from each other, the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element can be accurately measured without detecting the leakage magnetic flux from the electromagnets.

また、電磁石の鉄心から超磁歪素子までのギャップ部により多くの漏れ磁束が発生するが、このときの漏れ磁束は、2つの電磁石のすぐ側で発生しているため、すぐにそれぞれの電磁石のリターン側に吸収される。また、漏れ磁束にならず超磁歪素子の内部に入った磁束は、超磁歪素子両端より2つの電磁石が異極を向き合わせて磁束を発生しているので、超磁歪素子内部の磁束のとおりが良くなり、ほとんど漏れ磁束にならない。よって、超磁歪素子の長さ方向中心付近は、十分に離れているので電磁石の磁束の影響を受けにくく、かつ、この装置においての最大の漏れ磁束発生部であるギャップ部の漏れ磁束の影響もなく、また、超磁歪素子内部の漏れ磁束も少ないので、超磁歪素子内部の磁束密度を検出するのに最適である。   In addition, a large amount of leakage magnetic flux is generated in the gap from the iron core of the electromagnet to the giant magnetostrictive element. At this time, the leakage magnetic flux is generated on the immediate side of the two electromagnets. Absorbed to the side. In addition, the magnetic flux that has entered the inside of the giant magnetostrictive element instead of leaking magnetic flux is generated by the two electromagnets facing opposite poles from both ends of the giant magnetostrictive element. It becomes better and almost no leakage flux. Therefore, the vicinity of the center in the longitudinal direction of the giant magnetostrictive element is sufficiently separated from the influence of the magnetic flux of the electromagnet, and the influence of the leakage magnetic flux of the gap portion which is the largest leakage magnetic flux generating portion in this apparatus is also affected. In addition, since the leakage magnetic flux inside the giant magnetostrictive element is small, it is optimal for detecting the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element.

また、超磁歪素子は伸縮ヒステリシスが大きいが、超磁歪素子内部の磁束密度を正確に計測しフィードバックしさえすれば、ヒステリシスの問題なく伸縮制御することが可能となる。   The giant magnetostrictive element has a large expansion / contraction hysteresis. However, if the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element is accurately measured and fed back, the expansion / contraction can be controlled without a problem of hysteresis.

超磁歪素子の軸方向にバイアス磁力をかけるために、永久磁石を設置することもできる。バイアス磁力が無い場合、超磁歪素子に電磁石により磁力をかけていくと、初めは、検出コイルによる超磁歪素子内部の磁束密度とこの装置の出力は比例しない。ある程度、磁力をかけると超磁歪素子内部の磁束密度とこの装置の出力は比例するようになる。超磁歪素子内部の磁束密度と変位量が比例する領域まであらかじめ電磁石または永久磁石によりバイアス磁力をかけておくと、超磁歪素子内部の磁束密度とこの装置の出力が比例した状態で制御を行うことが可能となる。要するに、検出コイルは、必ず、超磁歪素子にバイアス磁界をかけた状態で使用しなければならない。   A permanent magnet can be installed in order to apply a bias magnetic force in the axial direction of the giant magnetostrictive element. When there is no bias magnetic force, when a magnetic force is applied to the giant magnetostrictive element by an electromagnet, initially, the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element by the detection coil is not proportional to the output of this apparatus. When a magnetic force is applied to some extent, the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element is proportional to the output of this device. If a bias magnetic force is applied in advance by an electromagnet or permanent magnet to the area where the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element is proportional to the amount of displacement, control is performed with the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element and the output of this device in proportion. Is possible. In short, the detection coil must be used with a bias magnetic field applied to the giant magnetostrictive element.

電磁石によるバイアス磁界は、超磁歪素子の伸縮用の二つの電磁石により、超磁歪素子が伸縮するのと同方向の極性に、あらかじめ電磁石に通電させておく。   The bias magnetic field generated by the electromagnet is previously energized to the electromagnet by the two electromagnets for expansion / contraction of the giant magnetostrictive element in the same direction as the giant magnetostrictive element expands / contracts.

バイアス磁石の設置は、超磁歪素子の外側に軸方向に磁化された中空円柱形の永久磁石を設置してもよいし、両端に二つの円柱形の永久磁石を異極を向かい合わせに設置してもよい。要するに、超磁歪素子の軸方向で、かつ、電磁石と極性が同方向のバイアス磁力がかかるように設置すればよい。   The bias magnet may be installed by installing a hollow cylindrical permanent magnet magnetized in the axial direction outside the giant magnetostrictive element, or by installing two cylindrical permanent magnets at opposite ends with opposite poles facing each other. May be. In short, it may be installed so that a bias magnetic force is applied in the axial direction of the giant magnetostrictive element and in the same direction as the electromagnet.

また、超磁歪素子を二分割し、その分割部分に磁力測定装置、例えば非磁性体からなるガイドに内包された、ホール素子を設置することもできる。これにより、超磁歪素子を通る磁束を正確に計測することが可能となり、正確に伸縮制御することが可能となる。   Alternatively, the giant magnetostrictive element can be divided into two parts, and a Hall element enclosed in a magnetic force measuring device, for example, a guide made of a non-magnetic material, can be installed in the divided part. As a result, the magnetic flux passing through the giant magnetostrictive element can be accurately measured, and the expansion and contraction can be accurately controlled.

このような本発明に係る超磁歪素子の伸縮制御装置を備えた微小変位制御装置は、各種微小かつ精密な送りや出力が必要な機器に適用でき、たとえば、この微小変位制御装置を用いて、超微小硬さ測定装置を構成することができる。すなわち、本発明に係る硬さ等の測定装置は、上記のような微小変位制御装置における超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位を、被測定物への押し込み量とし、荷重計測装置を用いて、前記押し込み量に対応する荷重を計測し、被測定物の「押し込み量−荷重」特性と硬さ値等を得るようにしたことを特徴とするものからなる。   Such a micro displacement control device provided with the expansion / contraction control device for a giant magnetostrictive element according to the present invention can be applied to various devices that require fine and precise feeding and output, for example, using this micro displacement control device, An ultra-micro hardness measuring device can be configured. That is, the measurement device for hardness or the like according to the present invention is configured to transfer the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element by the expansion / contraction control device of the giant magnetostrictive element in the minute displacement control apparatus as described above to the object to be measured. The amount of indentation is measured using a load measuring device, and the load corresponding to the amount of indentation is measured to obtain the "indentation amount-load" characteristics and hardness value of the object to be measured. Consists of.

例えば後述の図に示すように、この超微小硬さ測定装置における測定では、この装置の出力軸と同軸線上に荷重計測装置、例えば、圧電型ロードセルが設置されている。さらに圧電型ロードセルの上部に、例えば、ベルコビッチダイアモンド圧子が上向きに取り付けられている。この時の圧子と測定試料との接触は、圧電型ロードセルにより検知し、この時の圧子の位置をゼロ点とする。また、測定試料を設置する試料設置板とベルコビッチダイアモンド圧子の位置関係については、例えば、φ2mm程度の穴が開いた試料設置板をベルコビッチダイアモンド圧子の上部に設置する。このとき、試料設置板に開いた穴とベルコビッチダイアモンド圧子を同軸線上に配置し、ベルコビッチダイアモンド圧子先端が試料設置板よりわずかに引っ込んでいるように設置する。測定前の状態はこの装置の伸縮ストロークの最短状態となっている。試料設置板に測定試料面を下向きに置き、例えば、永久磁石等で固定する。次に、この装置に電流を流し超磁歪素子を伸縮させると、試料設置板の穴よりベルコビッチダイアモンド圧子先端がでてきて、測定試料面に圧子を押し込む。この時の圧子の位置制御は、例えば、検出コイルによるフィードバック制御により一定速度になるように連続して行い、かつ、この時の荷重を前記荷重計により連続して読みとる。これを、圧子戻り方向にも同様に行い、荷重が0になるまで行う。これにより、「押し込み量−荷重」特性のグラフが作成でき、連続特性曲線を求めることができるとともに、それぞれの測定点の硬さ値を求めることができる。この特性曲線は材質により異なるので、物性評価の比較検討および、ヤング率等の物性データを得ることが可能となる。   For example, as shown in the drawings described later, in the measurement with this ultra-micro hardness measuring device, a load measuring device, for example, a piezoelectric load cell, is installed on the same axis as the output shaft of this device. Further, for example, a Belkovic diamond indenter is attached upward on the piezoelectric load cell. The contact between the indenter and the measurement sample at this time is detected by a piezoelectric load cell, and the position of the indenter at this time is set as a zero point. As for the positional relationship between the sample setting plate on which the measurement sample is set and the Belkovic diamond indenter, for example, a sample setting plate with a hole of about φ2 mm is set on the upper part of the Belkovic diamond indenter. At this time, the hole opened in the sample setting plate and the Belkovic diamond indenter are arranged on the coaxial line so that the tip of the Berkovich diamond indenter is slightly retracted from the sample setting plate. The state before the measurement is the shortest state of the expansion / contraction stroke of this apparatus. The sample surface to be measured is placed downward on the sample setting plate, and fixed with, for example, a permanent magnet. Next, when a current is passed through the device to expand and contract the giant magnetostrictive element, the tip of the Belkovic diamond indenter comes out of the hole in the sample setting plate, and the indenter is pushed into the measurement sample surface. The position control of the indenter at this time is continuously performed, for example, at a constant speed by feedback control by a detection coil, and the load at this time is continuously read by the load meter. This is similarly performed in the indenter return direction until the load becomes zero. Thereby, a graph of “push amount-load” characteristic can be created, a continuous characteristic curve can be obtained, and the hardness value of each measurement point can be obtained. Since this characteristic curve varies depending on the material, it becomes possible to obtain a comparative examination of physical property evaluation and physical property data such as Young's modulus.

この超微小硬さ測定装置においては、超磁歪素子、出力ロッド、圧電型ロードセル、圧子が同軸線上に並んでおり、非接触部分がない。これらのことは、アッベの原理から見ても精度的に有利であり、かつ、耐振動性能的にも好影響である。   In this microhardness measuring apparatus, the giant magnetostrictive element, the output rod, the piezoelectric load cell, and the indenter are arranged on the coaxial line, and there is no non-contact portion. These are advantageous in terms of accuracy in terms of Abbe's principle, and also have a positive effect on vibration resistance.

このような形態の超微小硬さ測定装置の別の押し込み方法として、圧子の位置制御を、例えば、検出コイルによるフィードバック制御により一定速度になるように連続して行い、かつ、この時の荷重を前記荷重計により連続して読みとる。これを設定押し込み量まで行う。次に、例えば戻り方向の圧子押し込み量および荷重は計測せずに、圧子を素早く引き抜き、続いて同じ部位に二回目の押し込みを一回目の押し込み量と同量まで行い、その時の荷重を連続して読みとる(戻り方向の圧子押し込み量・荷重は計測せず)。これにより、一回目は弾性・塑性変形の両方を含んだ曲線となるが、二回目は弾性変形のみの曲線を得ることができる。これにより、一回の押し込みで行き・戻り方向の両方を計測する前記方法と同等の測定曲線を得ることが可能となる。また、二回目の押し込みのタイミングをはかることにより、測定試料の弾性回復の時間関数を見ることも可能となる。   As another push-in method for the ultra-small hardness measuring device having such a configuration, the position control of the indenter is continuously performed at a constant speed by feedback control using, for example, a detection coil, and the load at this time Is continuously read by the load cell. This is performed up to the set push-in amount. Next, for example, without measuring the indenter push-in amount and load in the return direction, quickly pull out the indenter, and then perform the second push on the same part up to the same amount as the first push-in, and continue the load at that time. (Reading indenter push-in amount and load in the return direction are not measured). Thereby, the first time becomes a curve including both elastic and plastic deformation, but the second time can obtain a curve of only elastic deformation. As a result, it is possible to obtain a measurement curve equivalent to the above method of measuring both the going and returning directions with a single push. Also, by measuring the timing of the second push, it is possible to see the time function of the elastic recovery of the measurement sample.

このような測定方法に用いる圧子押し込み装置は、本微小変位制御装置でも当然可能であるが、ヒステリシスをもつ微小変位装置でも可能となる。例えば、ピエゾアクチュエータは伸び方向と戻り方向にヒステリシスを持つが、伸び方向のみであればオープンループによる制御でも直線的に伸長することが可能である。よって、精密に制御できる伸び方向の伸長を二回用いることにより、前記測定方法と同等な測定をおこなうことが可能となる。   The indenter pushing device used for such a measuring method is naturally possible with the present minute displacement control device, but can also be a minute displacement device having hysteresis. For example, a piezo actuator has hysteresis in the extension direction and the return direction. However, if only the extension direction is used, it can be extended linearly even by control using an open loop. Therefore, it is possible to perform the same measurement as the measurement method by using the extension in the extension direction that can be precisely controlled twice.

また、例えば図2に示すような形態をとることも可能である。この超微小硬さ測定装置における測定では、門型フレーム25とベース盤27が連結され、そのベース盤27上に例えば電子天秤26が載せられている。さらに粗調的に移動可能な手段(粗調移動部24)がその電子天秤26に載せられている。この装置は門型フレーム25の上面板に微小変位制御装置28の出力部分が下向きに固定されている。この装置の出力部分に、例えばベルコビッチダイアモンド圧子20を取り付け、測定試料23をセットした試料設置板21を移動可能な粗調移動部24に取り付ける。この装置の伸縮ストロークの最短位置に超磁歪素子を伸縮させる。次に、固定可能な粗調移動部24にて測定資料23に圧子20が接触するまで移動させ固定する。このときの接触確認は電子天秤26等の値を見て行う。次に、本装置により正確に圧子20を連続的に押し込む。そのときの荷重を連続的に電子天秤26等で読みとる。これを、設定した最終押し込み量まで行う。さらにこれを、圧子20の戻り方向にも同様に行い、荷重が0になるまで行う。これにより、「押し込み量−荷重」特性のグラフが作成でき、連続特性曲線を求めることができるとともに、それぞれの測定点の硬さ値を求めることができる。この特性曲線は材質により異なるので、物性評価の比較検討が可能となる。   For example, it is possible to take a form as shown in FIG. In the measurement by the ultra-small hardness measuring apparatus, the portal frame 25 and the base board 27 are connected, and an electronic balance 26 is placed on the base board 27, for example. Further, a means (coarse moving section 24) capable of moving coarsely is placed on the electronic balance 26. In this device, the output portion of the minute displacement control device 28 is fixed downward on the top plate of the portal frame 25. For example, a Berkovich diamond indenter 20 is attached to the output portion of this apparatus, and a sample setting plate 21 on which a measurement sample 23 is set is attached to a movable coarse adjustment unit 24. The giant magnetostrictive element is expanded and contracted at the shortest position of the expansion and contraction stroke of this apparatus. Next, the coarse adjustment moving unit 24 that can be fixed is moved and fixed until the indenter 20 contacts the measurement material 23. The contact confirmation at this time is performed by checking the value of the electronic balance 26 and the like. Next, the indenter 20 is continuously pushed in accurately by this apparatus. The load at that time is continuously read by the electronic balance 26 or the like. This is performed up to the set final push amount. Further, this is performed in the same manner in the return direction of the indenter 20 until the load becomes zero. Thereby, a graph of “push amount-load” characteristic can be created, a continuous characteristic curve can be obtained, and the hardness value of each measurement point can be obtained. Since this characteristic curve varies depending on the material, it is possible to compare and evaluate physical properties.

この微小変位制御装置においては、例えば、スプリング等の付勢手段によるプリストレスが約20kgfかけられているので、超磁歪素子および系全体の剛性は非常に高い。一方、微小押し込み時(数μm以下)の最高荷重は数十グラム以下とごくわずかなので、押し込み時の装置の弾性変形は無視できる。よって、「試料に接触してからのこの装置による変位量」=「圧子押し込み量」とみなすことができる。   In this minute displacement control device, for example, about 20 kgf of pre-stress by an urging means such as a spring is applied, so the rigidity of the giant magnetostrictive element and the entire system is very high. On the other hand, since the maximum load at the time of micro-indentation (several μm or less) is very small at several tens of grams or less, the elastic deformation of the device at the time of indentation can be ignored. Therefore, it can be regarded that “the amount of displacement by this device after contacting the sample” = “the amount of pressing the indenter”.

また、このような測定装置においては、変位を伴うことなく荷重計測が可能な荷重計測装置と組み合わせることが望ましい。そのためには、圧電素子、電子天秤等の荷重計測装置が好適である。   Moreover, in such a measuring apparatus, it is desirable to combine with a load measuring apparatus capable of measuring a load without accompanying displacement. For this purpose, a load measuring device such as a piezoelectric element or an electronic balance is suitable.

この微小変位制御装置により、ナノオーダーの押し込みが可能となるので、圧電素子等の微小荷重計測装置と併せて用いることにより、厚み数ミクロンオーダーの薄膜等の硬さ測定が可能となる。しかも、「押し込み量−荷重」特性の連続曲線が求まることにより、単に硬さだけにとどまらず、薄膜等の弾性率、ヤング率といった機械的性質を分析することも可能となる。   Since this minute displacement control device enables nano-order indentation, it can be used in combination with a minute load measuring device such as a piezoelectric element to measure the hardness of a thin film having a thickness of several microns. Moreover, by obtaining a continuous curve of the “push-in amount-load” characteristic, it is possible to analyze not only the hardness but also mechanical properties such as elastic modulus and Young's modulus of a thin film.

この圧子押し込みユニットに用いている微小変位制御装置は、超磁歪素子の物質としての伸縮を利用しているので、振動の影響を全く受けない。これにより、この超微小硬さ測定装置の除振台は、簡易なものでも問題はない。よって、測定装置全体として、高精度なものを安価に提供することが可能となる。   Since the micro displacement control device used in this indenter pushing unit uses expansion and contraction as a material of the giant magnetostrictive element, it is not affected by vibration at all. Thereby, even if the vibration isolator of this micro micro hardness measuring apparatus is simple, there is no problem. Therefore, it becomes possible to provide a highly accurate device at a low cost as the whole measuring apparatus.

さらに、上記のような本発明に係る超磁歪素子の伸縮制御装置を用いた微小変位制御装置は、各種微小かつ精密な送りや出力が必要な機器に適用でき、たとえば、この微小変位制御装置を用いて、変位センサ校正装置を構成することができる。すなわち、本発明に係る変位センサの校正装置は、上記のような微小変位制御装置における超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位を検出コイルにより読みとり、対象変位センサの出力とを対照することにより、該対象変位センサの出力の校正あるいは性能の試験を行うようにしたことを特徴とするものからなる。多くの場合、変位センサは測定変位の範囲内の任意の2〜3点の比例する点を入力し、校正する。   Further, the micro displacement control device using the super magnetostrictive element expansion / contraction control device according to the present invention as described above can be applied to various devices that require minute and precise feeding and output. By using it, a displacement sensor calibration device can be configured. That is, the displacement sensor calibration apparatus according to the present invention reads the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element by the giant magnetostrictive element expansion / contraction control apparatus in the minute displacement control apparatus as described above, By contrasting with the output of the displacement sensor, the output of the target displacement sensor is calibrated or the performance test is performed. In many cases, the displacement sensor inputs and calibrates any two or three proportional points within the measured displacement range.

たとえば、ナノオーダーの分解能を持つような高精度変位センサの場合でも、測定出力のゼロ点・スパン調整(出力直線の傾き)はブロックゲージの厚みを変えて行っているのが現状である。しかし、このような高精度変位センサとなるとサブミクロンオーダーのばらつきがあるブロックゲージでは精度的に校正の信頼性に乏しい。そこで、例えばレーザー変位センサの場合、本発明に係る微小変位制御装置の出力部分に、レーザーを照射する。そして、この微小変位制御装置を用いて出力が直線になるように出力する。そして、レーザー変位センサの出力と対象し、直線の傾きが一致するようにレーザー変位センサのゼロ点・スパン調整(出力直線の傾き)を行う。   For example, even in the case of a high-precision displacement sensor having nano-order resolution, the zero point / span adjustment of the measurement output (inclination of the output straight line) is performed by changing the thickness of the block gauge. However, with such a high-precision displacement sensor, the accuracy of calibration is poor in a block gauge with sub-micron order variations. Therefore, for example, in the case of a laser displacement sensor, a laser is irradiated to the output portion of the minute displacement control device according to the present invention. And it outputs so that an output may become a straight line using this micro displacement control apparatus. Then, the output of the laser displacement sensor is targeted, and the zero point / span adjustment (inclination of the output straight line) of the laser displacement sensor is performed so that the straight line inclinations coincide.

また、この微小変位制御装置の出力部分に(出力方向と同方向に)センサを設置することも可能である。この構成では、実際の被測定物を使い校正することが可能となる。あらかじめセンサおよびこの装置の出力部分の軸合わせを行っておけば、より迅速かつ高精度の校正が可能となる。ここでいうセンサは、変位センサ、絶対測長センサ、ひずみゲージ等であり、接触、非接触を問わない。   It is also possible to install a sensor (in the same direction as the output direction) at the output portion of the minute displacement control device. With this configuration, it is possible to calibrate using an actual object to be measured. If the sensor and the output portion of this apparatus are aligned in advance, it is possible to calibrate more quickly and accurately. A sensor here is a displacement sensor, an absolute length sensor, a strain gauge, etc., and does not ask | require contact and non-contact.

また、この微小変位制御装置の検出コイルによる信号をフィードバックし、微小変位制御装置への入力電流を制御することにより、ステップ状に駆動させることも可能である。このステップを細かくすることにより、対象センサの分解能を知ることができる。また、同様にフィードバック制御により、微小変位制御装置を一定速度になるように出力させることにより、対象センサの線形性を調べることができる。これらのように、対象センサの性能試験を行うことが可能となる。   Further, it is also possible to drive in steps by feeding back a signal from a detection coil of the minute displacement control device and controlling an input current to the minute displacement control device. By making this step fine, the resolution of the target sensor can be known. Similarly, the linearity of the target sensor can be examined by outputting the minute displacement control device at a constant speed by feedback control. As described above, the performance test of the target sensor can be performed.

さらに、上記のような本発明に係る超磁歪素子の伸縮制御装置を用いた微小変位制御装置は、各種微小かつ精密な送りや出力が必要な機器に適用でき、たとえば、この微小変位制御装置を用いて、位置決めステージを構成することができる。すなわち、本発明に係る位置決めステージは、上記のような微小変位制御装置における超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位により、ステージの位置決めを行うようにしたことを特徴とするものからなる。より具体的には、たとえば、この微小変位制御装置の出力部分と1方向のみ精密に摺動可能なスライドガイドを連結する。また、このとき、先の検出コイル等を設置した装置を用いれば、ヒステリシスの影響を受けることもなく精密に往復位置決め動作を行わせることが可能となる。さらに、この1方向ステージを90°ずらして重ね合わせることにより、X・Yステージの構成も可能となる。もちろん、垂直方向のステージをさらに組み合わせX・Y・Zステージとすることも可能であり、位置決め方向の組み合わせは任意に設定できる。   Further, the micro displacement control device using the super magnetostrictive element expansion / contraction control device according to the present invention as described above can be applied to various devices that require minute and precise feeding and output. By using it, a positioning stage can be configured. That is, in the positioning stage according to the present invention, the stage is positioned by the displacement output to the free end side of the super magnetostrictive element by the super magnetostrictive element expansion / contraction control apparatus in the micro displacement control apparatus as described above. It consists of what is characterized by this. More specifically, for example, an output portion of the minute displacement control device is connected to a slide guide that can slide precisely in only one direction. At this time, if a device provided with the previous detection coil or the like is used, the reciprocating positioning operation can be performed accurately without being affected by hysteresis. Furthermore, the X / Y stage can be configured by superimposing the one-direction stage by shifting by 90 °. Of course, the vertical stage can be further combined into an X, Y, and Z stage, and the combination of positioning directions can be set arbitrarily.

同様に、本発明に係る方法においても、本発明に係る超磁歪素子の伸縮制御装置を備えた微小変位制御装置を用いて各所測定や位置決めを行うことができる。   Similarly, in the method according to the present invention, it is possible to perform measurement and positioning at various places using the micro displacement control device provided with the expansion / contraction control device for the giant magnetostrictive element according to the present invention.

すなわち、本発明に係る硬さ等の測定方法は、上記のような微小変位制御装置を用い、前記超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位によって被測定物への押し込み量を制御し、荷重計測装置を用いて、前記押し込み量に対応する荷重を計測し、被測定物の「押し込み量−荷重」特性および硬さ値を得ることを特徴とする方法からなる。   That is, the measurement method of hardness or the like according to the present invention uses the minute displacement control device as described above, and is measured by the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element by the expansion and contraction control device of the giant magnetostrictive element. A method of controlling an amount of indentation into an object, measuring a load corresponding to the amount of indentation using a load measuring device, and obtaining a “indentation amount-load” characteristic and a hardness value of the object to be measured. Consists of.

また、本発明に係る変位センサの校正方法は、上記のような微小変位制御装置を用い、前記超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位と、対象変位センサの出力とを対照することにより、該対象変位センサの出力の校正あるいは性能の試験を行うことを特徴とする方法からなる。   Further, the displacement sensor calibration method according to the present invention uses the minute displacement control device as described above, the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element by the expansion and contraction control device of the giant magnetostrictive element, and the target displacement. The method is characterized in that the output of the target displacement sensor is calibrated or the performance is tested by contrasting with the output of the sensor.

さらに、本発明に係る位置決めステージの制御方法は、上記のような微小変位制御装置を用い、前記超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位により、ステージの位置決めを行うことを特徴とする方法からなる。   Furthermore, the positioning stage control method according to the present invention uses the above-described minute displacement control device, and the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element by the expansion and contraction control device of the giant magnetostrictive element causes the stage to move. It consists of the method characterized by performing positioning.

上記のような本発明に係る微小変位制御装置によれば、超磁歪素子の伸縮量を電磁石の発熱の影響を受けることなく、最大限引き出すことができ、かつ、検出コイルにより正確に超磁歪素子の伸縮を制御することが可能になるので、超磁歪素子のヒステリシスの影響を全く受けず、その電磁石の電流値を制御することにより伸縮量をナノオーダーまで極めて高精度に制御することが可能になる。また、簡単な装置構成で部品点数も少ないので、安価に製作することができる。   According to the micro displacement control device according to the present invention as described above, the amount of expansion / contraction of the giant magnetostrictive element can be maximized without being affected by the heat generated by the electromagnet, and the giant magnetostrictive element can be accurately detected by the detection coil. It is possible to control the amount of expansion and contraction to the nano order with high accuracy by controlling the current value of the electromagnet without being affected by the hysteresis of the giant magnetostrictive element. Become. Moreover, since the number of parts is small with a simple device configuration, it can be manufactured at low cost.

また、このような本発明に係る微小変位制御装置を利用した各種測定装置、校正装置、位置決め装置および方法によれば、所望の硬さ測定やセンサの校正、位置決め等を、極めて高精度でかつ容易に、しかも安価な装置にて行うことが可能となる。   Further, according to various measuring devices, calibration devices, positioning devices and methods using such a micro displacement control device according to the present invention, desired hardness measurement, sensor calibration, positioning, etc. can be performed with extremely high accuracy and It can be performed easily and with an inexpensive apparatus.

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図3は、本発明の一実施態様に係る超磁歪素子の伸縮制御装置を備えた微小変位制御装置を示している。図3に示した本発明に係る微小変位制御装置1における超磁歪素子2の伸縮制御装置は、一端が固定され他端が自由端となっている超磁歪素子2と二つの電磁石5を備えており、二つの電磁石5の電流値制御による磁力変化により超磁歪素子2を伸縮させて、その変位を自由端に出力させるようにしたものである。図3において、非磁性体よりなる自由端板4および固定端板3の間に(内側に)、棒状の超磁歪素子2を配するとともに、両端板の外側において、超磁歪素子2の固定端側および自由端側に電磁石5を同軸線上に配し、この電磁石5の電流値を制御することにより、前記超磁歪素子2を連続的に伸縮させその変位を超磁歪素子2の自由端側に出力させるようになっている。
Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
FIG. 3 shows a minute displacement control device provided with the expansion / contraction control device for a giant magnetostrictive element according to an embodiment of the present invention. The expansion / contraction control device for the giant magnetostrictive element 2 in the minute displacement control device 1 according to the present invention shown in FIG. 3 includes the giant magnetostrictive element 2 having one end fixed and the other end being a free end, and two electromagnets 5. The giant magnetostrictive element 2 is expanded and contracted by a magnetic force change by controlling the current values of the two electromagnets 5 and the displacement is output to the free end. In FIG. 3, a rod-shaped giant magnetostrictive element 2 is arranged (inside) between a free end plate 4 and a fixed end plate 3 made of a nonmagnetic material, and the fixed end of the giant magnetostrictive element 2 is outside the both end plates. The electromagnet 5 is arranged on the same line on the side and the free end side, and the current value of the electromagnet 5 is controlled, whereby the super magnetostrictive element 2 is continuously expanded and contracted, and the displacement is moved to the free end side of the super magnetostrictive element 2. It is made to output.

電磁石5は電磁石端部保持板13とともにフレームを兼ねているヨーク板12に取り付けられ、磁気閉回路を構成している。これにより、超磁歪素子2にかかる磁力の増大および電流値の低減をはかることができ、かつ、漏洩磁気を低減することが可能となる。また、連結板14は自由端板4と出力板8とを連結し、自由端板4の出力を出力ロッド11に伝えている。このとき、出力ロッド11は超磁歪素子2と同軸線上に配置され、軸方向のみの自由度を持つ、スライドハウジング9内に嵌挿されたスライドブッシュ10により、直線的に出力される。このような構成により、超磁歪素子2の変位量が、誤差を含むことなくダイレクトに出力され、高精度な出力を得ることが可能となっている。   The electromagnet 5 is attached to the yoke plate 12 which also serves as a frame together with the electromagnet end holding plate 13 to constitute a magnetic closed circuit. As a result, the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element 2 can be increased and the current value can be reduced, and the leakage magnetism can be reduced. The connecting plate 14 connects the free end plate 4 and the output plate 8, and transmits the output of the free end plate 4 to the output rod 11. At this time, the output rod 11 is arranged on the same axis as the giant magnetostrictive element 2 and is linearly output by the slide bush 10 fitted in the slide housing 9 having a degree of freedom only in the axial direction. With such a configuration, the displacement amount of the giant magnetostrictive element 2 is directly output without any error, and a highly accurate output can be obtained.

連結板14には、引っ張りバネ7による付勢手段が4個取り付けられている。このような付勢手段を設ければ、自由端側となる自由端板4を超磁歪素子2に押しつけておくことが可能になり、このことにより、超磁歪素子2にはプリストレスが与えられてその伸縮の特性が改善され、かつ、送り方向の剛性が向上し、より精密な制御が可能になる。   Four urging means by the tension spring 7 are attached to the connecting plate 14. If such an urging means is provided, it becomes possible to press the free end plate 4 on the free end side against the giant magnetostrictive element 2, whereby prestress is applied to the giant magnetostrictive element 2. The expansion and contraction characteristics are improved, and the rigidity in the feed direction is improved, enabling more precise control.

出力ロッド11が固定されている出力板8には、熱伝導率の低い断熱板が用いられている。これにより、電磁石5の反超磁歪素子側の熱による影響を防いでいる。   For the output plate 8 to which the output rod 11 is fixed, a heat insulating plate having a low thermal conductivity is used. Thereby, the influence by the heat | fever on the anti- super magnetostrictive element side of the electromagnet 5 is prevented.

超磁歪素子2としては、本実施態様では、円柱形のエトリーマ社製"ETREMATERFENOL-D"が用いられている。サイズは、φ6mm×25mmである。   As the giant magnetostrictive element 2, in the present embodiment, a cylindrical “ETREMATERFENOL-D” manufactured by Etorima is used. The size is φ6mm × 25mm.

このように、最もジュール熱の発熱が大きい電磁石5のコイル中心に超磁歪素子2を配することなく、発熱体である電磁石5のコイルと超磁歪素子2を熱的に遮断し、かつ、電磁石5二つの異極を向かい合わせて超磁歪素子2の両端から効率よく磁化させているので、十分な伸縮量を得ている。これにより、熱による影響がなく極めて精密に伸縮制御することが可能となっている。   In this way, the coil of the electromagnet 5 that is a heating element and the supermagnetostrictive element 2 are thermally cut off without arranging the supermagnetostrictive element 2 at the center of the coil of the electromagnet 5 that generates the largest amount of Joule heat, and the electromagnet Since the two different polarities face each other and are efficiently magnetized from both ends of the giant magnetostrictive element 2, a sufficient amount of expansion and contraction is obtained. Thereby, it is possible to control the expansion and contraction very precisely without being affected by heat.

ここで使用する自由端板4および固定端板3は非磁性体かつ熱伝導率の低い断熱板を用いている。このとき、超磁歪素子2にかかる磁力を多くするために、超磁歪素子2を電磁石5になるべく近づける必要がある。そこで、自由端板4および固定端板3に超磁歪素子2と同径(φ6mm)の止まり穴を、自由端板4および固定端板3の厚さ1mm残して超磁歪素子2側から開け、超磁歪素子2を配している。これにより、電磁石5からの磁力を所定の位置関係の望ましい状態で超磁歪素子2の両端に作用させることができ、かつ、非磁性体かつ熱伝導率の低い断熱板からなる板とすることにより、電磁石5からの磁力のロスを抑え、電磁石5からの発熱を遮断することができる。また、電磁石5の鉄心6と自由端板4および固定端板3は、0.1mm程度のギャップを設けている。これにより、自由端側の出力される変位を得ることができ、かつ、熱伝導対策にさらなる効果を発揮する。   The free end plate 4 and the fixed end plate 3 used here are non-magnetic and heat insulating plates having low thermal conductivity. At this time, in order to increase the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element 2, it is necessary to bring the giant magnetostrictive element 2 as close as possible to the electromagnet 5. Therefore, a blind hole having the same diameter (φ6 mm) as that of the giant magnetostrictive element 2 is formed in the free end plate 4 and the fixed end plate 3 from the giant magnetostrictive element 2 side while leaving the free end plate 4 and the fixed end plate 3 with a thickness of 1 mm. A giant magnetostrictive element 2 is provided. Thereby, the magnetic force from the electromagnet 5 can be applied to both ends of the giant magnetostrictive element 2 in a desired state of a predetermined positional relationship, and the plate is made of a heat insulating plate having a non-magnetic material and low thermal conductivity. The loss of magnetic force from the electromagnet 5 can be suppressed, and the heat generation from the electromagnet 5 can be blocked. Further, the iron core 6 of the electromagnet 5, the free end plate 4 and the fixed end plate 3 are provided with a gap of about 0.1 mm. Thereby, the displacement output to the free end side can be obtained, and a further effect can be exhibited in measures against heat conduction.

また、電磁石の鉄心6(φ6mm)、電磁石端部保持板13、ヨーク板12には、電磁軟鉄(純鉄)を磁気焼鈍したものを用いている。これにより、さらなる、超磁歪素子2にかかる磁力の増大および電流値の低減をはかることができる。   The electromagnet iron core 6 (φ6 mm), the electromagnet end holding plate 13 and the yoke plate 12 are magnetically annealed electromagnetic soft iron (pure iron). Thereby, it is possible to further increase the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element 2 and reduce the current value.

電磁石5による磁力の方向については、向かい合う電磁石5が異なる極性になるようにそれぞれのコイルに電流を流す。このことにより、超磁歪素子2にかかる磁力を効率的なものにしている。   About the direction of the magnetic force by the electromagnet 5, an electric current is sent through each coil so that the electromagnet 5 which opposes may become a different polarity. As a result, the magnetic force applied to the giant magnetostrictive element 2 is made efficient.

電磁石5のコイルの線径はジュール熱の発生を極力防ぐために、φ1mmのものを用いて、コイルの巻き数は約600回である。これにより超磁歪素子2に十分な磁力を与えることが可能となる。   In order to prevent the generation of Joule heat as much as possible, the coil diameter of the electromagnet 5 is φ1 mm, and the number of turns of the coil is about 600 times. As a result, a sufficient magnetic force can be applied to the giant magnetostrictive element 2.

電磁石5のコイルに流す電流は超磁歪素子2のそれぞれの端面をなるべく均等に磁化させる意味で、常に2つの電磁石5には同じ電流値を流すように制御を行う。   The current flowing through the coil of the electromagnet 5 means that the end faces of the giant magnetostrictive element 2 are magnetized as evenly as possible, and the two electromagnets 5 are always controlled to flow the same current value.

また、超磁歪素子2の軸方向の中心部分に検出用コイル15を設けている。超磁歪素子2の内部のみの磁束密度を精度よく検出するため、検出コイル15は両端の電磁石5からなるべく距離をとり、かつ、超磁歪素子2の外径(φ6mm)になるべく密着していなくてはならない。そこで、本装置は、線径φ0.03mm、内径φ6mm、外径φ6.45mm、巾2mm、巻き数300のコイルを用いている。   In addition, a detection coil 15 is provided in the central portion of the giant magnetostrictive element 2 in the axial direction. In order to accurately detect the magnetic flux density only inside the giant magnetostrictive element 2, the detection coil 15 is as far as possible from the electromagnets 5 at both ends and is not in close contact with the outer diameter (φ6 mm) of the giant magnetostrictive element 2. Must not. Therefore, this apparatus uses a coil having a wire diameter of φ0.03 mm, an inner diameter of φ6 mm, an outer diameter of φ6.45 mm, a width of 2 mm, and a winding number of 300.

超磁歪素子2は、後述する領域においては、磁束密度に比例し伸縮するので、超磁歪素子2の内部の磁束密度を正確に計測することができれば伸縮量を正確に把握することが可能となる。本装置は磁力発生用電磁石5が超磁歪素子2の両端に配置されているため、超磁歪素子2の軸方向の中心部に検出用コイル15を設置することが可能となり、超磁歪素子2の内部の磁束密度を正確に計測することが可能となっている。   Since the giant magnetostrictive element 2 expands and contracts in proportion to the magnetic flux density in the region described later, if the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element 2 can be accurately measured, the amount of expansion and contraction can be accurately grasped. . In this apparatus, since the electromagnets 5 for generating magnetic force are arranged at both ends of the giant magnetostrictive element 2, it is possible to install the detection coil 15 at the center in the axial direction of the giant magnetostrictive element 2. It is possible to accurately measure the internal magnetic flux density.

また、超磁歪素子2は例えば図4に示すように伸縮ヒステリシスが大きいが、超磁歪素子2の内部の磁束密度を正確に計測しフィードバックしさえすれば、ヒステリシスの問題なく伸縮制御することが可能となる。   For example, as shown in FIG. 4, the giant magnetostrictive element 2 has a large expansion / contraction hysteresis. However, if the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element 2 is accurately measured and fed back, the expansion / contraction can be controlled without a problem of hysteresis. It becomes.

超磁歪素子2の軸方向にバイアス磁力をかけるために、円筒形の永久磁石16を設置している。バイアス磁力が無い場合、超磁歪素子2に電磁石5により磁力をかけていくと初めは、検出コイル15による超磁歪素子2の内部の磁束密度とこの装置の出力は比例しない。ある程度磁力をかけると、超磁歪素子2の内部の磁束密度とこの装置の出力は比例するようになる(図5)。超磁歪素子2も強磁性体であるので、図6のような初磁化曲線のように磁化されると考えられる。初透磁率範囲では超磁歪素子2の内部の磁束密度とこの装置の出力は比例しないが、不可逆磁壁移動範囲においては比例するようになる。超磁歪素子2の内部の磁束密度と変位量が比例する領域まであらかじめ永久磁石16によりバイアス磁界をかけておくと、超磁歪素子2の内部の磁束密度とこの装置の出力が比例した制御を行うことが可能となる(図7)。要するに、検出コイルは必ず、超磁歪素子にバイアス磁界をかけて使用しなければならない。このときのバイアス磁力は約500Gである。   In order to apply a bias magnetic force in the axial direction of the giant magnetostrictive element 2, a cylindrical permanent magnet 16 is provided. When there is no bias magnetic force, when the magnetic force is applied to the giant magnetostrictive element 2 by the electromagnet 5, the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element 2 by the detection coil 15 is not proportional to the output of this apparatus. When a certain amount of magnetic force is applied, the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element 2 is proportional to the output of this device (FIG. 5). Since the giant magnetostrictive element 2 is also a ferromagnetic material, it is considered that it is magnetized like the initial magnetization curve as shown in FIG. In the initial permeability range, the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element 2 and the output of this device are not proportional, but in the irreversible domain wall movement range. When a bias magnetic field is applied in advance to the region where the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element 2 is proportional to the amount of displacement, control is performed in which the magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element 2 and the output of this device are proportional. (Fig. 7). In short, the detection coil must be used with a bias magnetic field applied to the giant magnetostrictive element. The bias magnetic force at this time is about 500G.

また、より高精度な伸縮制御を行う場合、図6における回転磁化範囲まで超磁歪素子を伸縮させずに、伸縮制御することが望ましい。図8は、静電容量型変位計に対する、検出コイルの静特性を表しているが、図8のように入力電流増加方向は初透磁率範囲を超えれば、静電容量型変位計との比較は線形となっている。しかし、図9のように、入力電流減少方向においては、やや曲線的な特性となっていて、入力電流増加方向と入力電流減少方向に若干のヒステリシスが見受けられる。このことから、厳密に高精度な伸縮制御を行うときは、回転磁化範囲まで超磁歪素子2を伸縮させず、不可逆磁壁移動範囲にて伸縮制御を行うことが望ましい。   Further, when performing more precise expansion / contraction control, it is desirable to perform expansion / contraction control without expanding / contracting the giant magnetostrictive element to the rotational magnetization range in FIG. FIG. 8 shows the static characteristics of the detection coil with respect to the capacitive displacement meter. As shown in FIG. 8, if the direction of increase in the input current exceeds the initial permeability range, a comparison with the capacitive displacement meter is made. Is linear. However, as shown in FIG. 9, the input current decreasing direction has a slightly curved characteristic, and a slight hysteresis is observed in the input current increasing direction and the input current decreasing direction. Therefore, when strictly controlling expansion / contraction with high accuracy, it is desirable to perform expansion / contraction control in the irreversible domain wall movement range without expanding / contracting the giant magnetostrictive element 2 to the rotational magnetization range.

バイアス磁界をかけ、回転磁化範囲まで超磁歪素子を伸縮させずに伸縮制御を行った場合、図10、図11に示すように、入力電流増加方向および入力電流減少方向ともに線形となり、フィードバックすることによりヒステリシスの無い高精度な伸縮制御が可能となる。なお、図8〜図11の静電容量型変位計の電圧値と変位量の換算は、1V=2.5μmである。   When the expansion / contraction control is performed without applying the bias magnetic field and expanding / contracting the giant magnetostrictive element to the rotational magnetization range, both the input current increasing direction and the input current decreasing direction are linear as shown in FIGS. Thus, high-precision expansion / contraction control without hysteresis becomes possible. In addition, conversion of the voltage value and displacement amount of the capacitive displacement meter of FIGS. 8 to 11 is 1 V = 2.5 μm.

また、超磁歪素子2を二分割し、その分割部分に磁力測定装置、例えば非磁性体からなるガイドに内包された、ホール素子を設置することもできる。これにより、超磁歪素子を通る磁束を正確に計測することが可能となり、正確に伸縮制御することが可能となる。   Also, the giant magnetostrictive element 2 can be divided into two parts, and a Hall element enclosed in a magnetic force measuring device, for example, a guide made of a non-magnetic material, can be installed in the divided part. As a result, the magnetic flux passing through the giant magnetostrictive element can be accurately measured, and the expansion and contraction can be accurately controlled.

図12に超微小硬さ測定装置を示すように、この超微小硬さ測定装置31における測定では、この装置の出力ロッド11と同軸線上に圧電型ロードセル22(たとえば、PCB社製:209C12型)が設置されている。さらに圧電型ロードセル22の上部に、ベルコビッチダイアモンド圧子20が上向きに取り付けられている。さらに、φ2mm程度の穴が開いた試料設置板21がベルコビッチダイアモンド圧子20の上部に設置されており、該試料設置板21は、表面平滑板30上に設置されたブロックゲージ29により図の上下方向に位置調整されている。このとき、試料設置板21に開いた穴とベルコビッチダイアモンド圧子20を同軸線上に配置し、ベルコビッチダイアモンド圧子20先端が試料設置板21よりわずかに引っ込んでいるように設置する。測定前の状態はこの装置の伸縮ストロークの最短状態となっている。試料設置板21に測定試料面を下向きに置き、永久磁石で固定する。次に、この装置に電流を流し超磁歪素子2を伸縮させると、試料設置板21の穴よりベルコビッチダイアモンド圧子20先端がでてきて、測定試料面にベルコビッチダイアモンド圧子20を押し込む。この時のベルコビッチダイアモンド圧子20の位置制御は、検出コイル15によるフィードバック制御により一定速度になるように連続して行い、かつ、この時の荷重を圧電型ロードセル22により連続して読みとる。これを、ベルコビッチダイアモンド圧子20の戻り方向にも同様に行い、荷重が0になるまで行う。   As shown in FIG. 12, in the measurement by the ultra-micro hardness measurement device 31, the piezoelectric load cell 22 (for example, manufactured by PCB: 209C12) is placed on the same axis as the output rod 11 of this device. Type) is installed. Further, a Belkovic diamond indenter 20 is mounted upward on the piezoelectric load cell 22. Further, a sample installation plate 21 having a hole of about φ2 mm is installed on the upper part of the Belkovic diamond indenter 20, and the sample installation plate 21 is vertically moved by a block gauge 29 installed on the surface smooth plate 30. The position is adjusted in the direction. At this time, the hole opened in the sample setting plate 21 and the Belkovic diamond indenter 20 are arranged on the coaxial line so that the tip of the Belkovic diamond indenter 20 is slightly retracted from the sample setting plate 21. The state before the measurement is the shortest state of the expansion / contraction stroke of this apparatus. The measurement sample surface is placed downward on the sample setting plate 21 and fixed with a permanent magnet. Next, when a current is passed through the device to expand and contract the giant magnetostrictive element 2, the tip of the Berkovich diamond indenter 20 comes out from the hole of the sample setting plate 21, and the Berkovich diamond indenter 20 is pushed into the measurement sample surface. At this time, the position control of the Belkovic diamond indenter 20 is continuously performed so as to become a constant speed by feedback control by the detection coil 15, and the load at this time is continuously read by the piezoelectric load cell 22. This is performed in the same manner in the returning direction of the Belkovic diamond indenter 20 until the load becomes zero.

これにより、「押し込み量−荷重」特性のグラフが作成でき、連続特性曲線を求めることができるとともに、それぞれの測定点の硬さ値を求めることができる。この特性曲線は材質により異なるので、物性評価の比較検討および、ヤング率等の物性データを得ることが可能となる。   Thereby, a graph of “push amount-load” characteristic can be created, a continuous characteristic curve can be obtained, and the hardness value of each measurement point can be obtained. Since this characteristic curve varies depending on the material, it becomes possible to obtain a comparative examination of physical property evaluation and physical property data such as Young's modulus.

この超微小硬さ測定装置においては、超磁歪素子、出力ロッド、圧電型ロードセル、圧子が同軸線上に並んでおり、非接触部分がない。これらのことは、アッベの原理から見ても精度的に有利であり、かつ、耐振動性能的にも好影響である。   In this microhardness measuring apparatus, the giant magnetostrictive element, the output rod, the piezoelectric load cell, and the indenter are arranged on the coaxial line, and there is no non-contact portion. These are advantageous in terms of accuracy in terms of Abbe's principle, and also have a positive effect on vibration resistance.

この装置は、例えば、引っ張りバネの付勢手段によるプリストレスが約20kgfかけられているので、超磁歪素子および系全体の剛性は非常に高い。一方、微小押し込み時(数μm以下)の最高荷重は数十グラム以下とごくわずかなので、押し込み時のこの装置の弾性変形は無視できる。よって、「試料に接触してからのこの装置による変位量」=「圧子押し込み量」とみなすことができる。   In this apparatus, for example, the prestress by the biasing means of the tension spring is applied by about 20 kgf, so that the rigidity of the giant magnetostrictive element and the entire system is very high. On the other hand, since the maximum load at the time of micro-indentation (several μm or less) is only a few tens of grams or less, the elastic deformation of this device at the time of indentation can be ignored. Therefore, it can be regarded that “the amount of displacement by this device after contacting the sample” = “the amount of pressing the indenter”.

また、このような測定装置においては、変位を伴うことなく荷重計測が可能な荷重計測装置と組み合わせることが望ましい。そのためには、圧電型ロードセル、電子天秤等の荷重計測装置が好適である。   Moreover, in such a measuring apparatus, it is desirable to combine with a load measuring apparatus capable of measuring a load without accompanying displacement. For this purpose, a load measuring device such as a piezoelectric load cell or an electronic balance is suitable.

この超磁歪素子の伸縮制御装置によりナノオーダーの押し込みが可能となるので、圧電型ロードセル等の微小荷重計測装置と併せて用いることにより、厚み数ミクロンオーダーの薄膜等の硬さ測定が可能となる。しかも、「押し込み量−荷重」特性の連続曲線が求まることにより、単に硬さだけにとどまらず、薄膜等の弾性率、ヤング率といった機械的性質を分析することも可能となる。   This super magnetostrictive element expansion / contraction control device enables nano-order push-in, so it can be used in conjunction with a micro-load measuring device such as a piezoelectric load cell to measure the hardness of thin films with a thickness of several microns. . Moreover, by obtaining a continuous curve of the “push-in amount-load” characteristic, it is possible to analyze not only the hardness but also mechanical properties such as elastic modulus and Young's modulus of a thin film.

また、本装置においては、図13に、圧子押し込み量および荷重のゼロ点を通る特性曲線は押し込み時の特性を示し、もう一方の特性曲線は押し込み量減少時(戻り方向)の特性を示すように、両者間にはヒステリシスがある。押し込み時の特性は「弾性成分+塑性成分」両方の硬さをもつが、押し込み量減少時(戻り方向)の特性は「弾性成分」のみの硬さを表す。このように、弾性成分、塑性成分を分けることができるので、単に硬さ値だけにとどまらず、ヤング率等の様々な物性データを得ることが可能となる。   Further, in this apparatus, in FIG. 13, the characteristic curve passing through the zero point of the indenter push amount and the load shows the characteristic at the time of push-in, and the other characteristic curve shows the characteristic at the time of the push-in amount decreasing (return direction). In addition, there is hysteresis between the two. The characteristic at the time of indentation has hardness of both “elastic component + plastic component”, but the characteristic at the time of indentation reduction (return direction) represents the hardness of only “elastic component”. As described above, since the elastic component and the plastic component can be separated, it is possible to obtain various physical property data such as Young's modulus as well as the hardness value.

この圧子押し込みユニットに用いている超磁歪素子の伸縮制御装置は、超磁歪素子の物質としての伸縮を利用しているので、振動の影響を全く受けない。これにより、この超微小硬さ測定機の除振台は、簡易なものでも問題は無い。よって、高精度なものを安価に提供することが可能となる。   The expansion / contraction control device for the giant magnetostrictive element used in this indenter pushing unit uses the extension / contraction as a material of the giant magnetostrictive element, and is not affected by vibration at all. Thereby, even if the vibration isolator of this ultra-micro hardness measuring machine is simple, there is no problem. Therefore, it is possible to provide highly accurate products at low cost.

なお、上記伸縮量の測定(図4、図5、図7〜図11)は、日本エー・ディー・イー株式会社、静電容量型変位計”マイクロセンス3401HR−01”を用いて行った。   In addition, the measurement of the said expansion-contraction amount (FIG.4, FIG.5, FIG.7-FIG. 11) was performed using the Japan ADI Co., Ltd. electrostatic capacitance type displacement meter "microsense 3401HR-01".

本発明に係る微小変位制御装置は、光学機器、精密加工機械、レーザー機器、計測器、その他微小かつ精密な変位や送りが必要なあらゆる分野の機器に適用でき、とくに、通常の方法では精度良く測定することが困難な薄膜等の硬さ測定や、弾性率、クリープ特性、ヤング率等の固有の物性の測定、微小変位センサの校正、微小位置決めステージ等に好適に適用できる。   The minute displacement control device according to the present invention can be applied to optical equipment, precision processing machines, laser equipment, measuring instruments, and other equipment in various fields that require minute and precise displacement and feeding. It can be suitably applied to hardness measurement of thin films that are difficult to measure, measurement of specific physical properties such as elastic modulus, creep characteristics, Young's modulus, calibration of a micro displacement sensor, micro positioning stage, and the like.

従来の超磁歪素子の伸縮制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the expansion-contraction control apparatus of the conventional giant magnetostrictive element. 超微小硬さ測定機の構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of an ultra micro hardness measuring machine. 本発明の一実施態様に係る微小変位制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the micro displacement control apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 超磁歪素子の伸縮量のヒステリシスの一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the hysteresis of the expansion-contraction amount of a giant magnetostrictive element. バイアス磁界がない場合の超磁歪素子の変位量に対する超磁歪素子内部の磁束密度(検出コイル出力電圧)の特性図である。It is a characteristic view of the magnetic flux density (detection coil output voltage) inside the giant magnetostrictive element with respect to the displacement amount of the giant magnetostrictive element when there is no bias magnetic field. 初磁化曲線である。It is an initial magnetization curve. バイアス磁界がある場合の超磁歪素子の変位量に対する超磁歪素子内部の磁束密度(検出コイル出力電圧)の特性図である。It is a characteristic view of the magnetic flux density (detection coil output voltage) inside the giant magnetostrictive element with respect to the displacement amount of the giant magnetostrictive element when there is a bias magnetic field. 回転磁化範囲まで超磁歪素子を伸縮させたときの入力電流増加方向の特性図である。It is a characteristic view of the input current increasing direction when the giant magnetostrictive element is expanded and contracted to the rotational magnetization range. 回転磁化範囲まで超磁歪素子を伸縮させたときの入力電流減少方向の特性図である。It is a characteristic view of the input current decreasing direction when the giant magnetostrictive element is expanded and contracted to the rotational magnetization range. バイアス磁界ありで回転磁化範囲まで超磁歪素子を伸縮させないときの入力電流増加方向の特性図である。It is a characteristic view of the input current increasing direction when the giant magnetostrictive element is not expanded and contracted to the rotational magnetization range with a bias magnetic field. バイアス磁界ありで回転磁化範囲まで超磁歪素子を伸縮させないときの入力電流減少方向の特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram in the direction of decreasing input current when the giant magnetostrictive element is not expanded and contracted to the rotational magnetization range with a bias magnetic field. 本発明の一実施態様に係る超微小硬さ測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ultra-micro hardness measuring apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本装置による「押し込み量−荷重」特性曲線の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the "push amount-load" characteristic curve by this apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 微小変位制御装置
2 超磁歪素子
3 固定端板
4 自由端板
5 電磁石
6 鉄心
7 引っ張りバネ
8 出力板
9 スライドハウジング
10 スライドブッシュ
11 出力ロッド
12 ヨーク板
13 電磁石端部保持板
14 連結板
15 検出コイル
16 永久磁石
20 ベルコビッチダイアモンド圧子
21 試料設置板
22 圧電型ロードセル
23 測定試料
24 粗調移動部
25 門型フレーム
26 電子天秤
27 ベース盤
28 微小変位制御装置
29 ブロックゲージ
30 表面平滑板
31 超微小硬さ測定装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Minute displacement control apparatus 2 Giant magnetostrictive element 3 Fixed end plate 4 Free end plate 5 Electromagnet 6 Iron core 7 Pull spring 8 Output plate 9 Slide housing 10 Slide bush 11 Output rod 12 Yoke plate 13 Electromagnet end holding plate 14 Connection plate 15 Detection Coil 16 Permanent magnet 20 Belkovic diamond indenter 21 Sample installation plate 22 Piezoelectric load cell 23 Measurement sample 24 Coarse moving unit 25 Portal frame 26 Electronic balance 27 Base panel 28 Micro displacement control device 29 Block gauge 30 Surface smooth plate 31 Super fine Small hardness measuring device

Claims (19)

一端が固定され、他端が自由端の超磁歪素子に磁力を作用させることにより前記超磁歪素子を伸縮させて、その自由端の変位を出力させるようにした超磁歪素子の伸縮制御装置であって、非磁性体からなる両端板の間に棒状の超磁歪素子を配するとともに、超磁歪素子の固定端側および自由端側でかつ前記両端板の外側に電磁石による磁力発生手段を同軸線上に配し、該磁力発生手段の電流値を制御することにより、前記超磁歪素子を連続的に伸縮させその変位を超磁歪素子の自由端側に出力させるようにした超磁歪素子の伸縮制御装置を用い、前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位により、目標とする微小変位を得るようにしたことを特徴とする微小変位制御装置。   A device for controlling expansion and contraction of a giant magnetostrictive element in which one end is fixed and the other end is freed by causing a magnetic force to act on the giant magnetostrictive element to expand and contract the giant magnetostrictive element and output the displacement of the free end. In addition, a rod-shaped super magnetostrictive element is arranged between both end plates made of a non-magnetic material, and a magnetic force generating means by an electromagnet is arranged on the coaxial line on the fixed end side and the free end side of the super magnetostrictive element and outside the both end plates. Then, by controlling the current value of the magnetic force generating means, using the expansion / contraction control device for the giant magnetostrictive element that continuously expands and contracts the giant magnetostrictive element and outputs the displacement to the free end side of the giant magnetostrictive element, A minute displacement control device characterized in that a target minute displacement is obtained by a displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element. 前記両端板が低熱伝導率の非磁性体からなる、請求項1の微小変位制御装置。   The minute displacement control device according to claim 1, wherein the both end plates are made of a nonmagnetic material having low thermal conductivity. 前記超磁歪素子の両端が、前記両端板に設けられた超磁歪素子と実質的に同径の止まり穴に挿入されている、請求項1または2の微小変位制御装置。   The minute displacement control device according to claim 1 or 2, wherein both ends of the giant magnetostrictive element are inserted into blind holes having substantially the same diameter as the giant magnetostrictive element provided on the both end plates. 前記超磁歪素子の自由端側において、電磁石の鉄心と端板の間に、前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位よりも大きいギャップが設けられている、請求項1〜3のいずれかに記載の微小変位制御装置。   The gap larger than the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element is provided between the iron core of the electromagnet and the end plate on the free end side of the giant magnetostrictive element. The micro displacement control device described. 前記同軸線上に配される両電磁石に対し、該両電磁石の反超磁歪素子側の鉄心を磁気閉回路にするためのヨークが設けられている、請求項1〜4のいずれかに記載の微小変位制御装置。   The micro displacement according to any one of claims 1 to 4, wherein a yoke for making the iron core on the side opposite to the super-magnetostrictive element of the two electromagnets into a magnetic closed circuit is provided for the two electromagnets arranged on the coaxial line. Control device. 電磁石の鉄心およびヨークに電磁軟鉄を磁気焼鈍したものが用いられている、請求項5の微小変位制御装置。   6. The minute displacement control device according to claim 5, wherein an electromagnetic soft iron that has been magnetically annealed is used for the iron core and yoke of the electromagnet. 両電磁石のコイルに実質的に同じ値の電流が流される、請求項1〜6のいずれかに記載の微小変位制御装置。   The minute displacement control device according to any one of claims 1 to 6, wherein substantially the same current flows in the coils of both electromagnets. 前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位が、自由端側の端板、該端板に連結された連結機構を介して、超磁歪素子と同軸線上に配置された出力ロッドに伝達される、請求項1〜7のいずれかに記載の微小変位制御装置。   The displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element is transmitted to the output rod disposed on the coaxial line with the giant magnetostrictive element via the end plate on the free end side and the connecting mechanism connected to the end plate. The micro displacement control device according to claim 1. 出力ロッドが低熱伝導率の部材に固定されている、請求項8の微小変位制御装置。   The micro displacement control device according to claim 8, wherein the output rod is fixed to a member having low thermal conductivity. 前記超磁歪素子の自由端側から超磁歪素子にプリストレスを与える手段が設けられている、請求項1〜9のいずれかに記載の微小変位制御装置。   The micro displacement control device according to any one of claims 1 to 9, further comprising means for prestressing the giant magnetostrictive element from a free end side of the giant magnetostrictive element. 前記超磁歪素子の軸方向の中央部に、超磁歪素子の内部の磁束密度を計測可能な検出用コイルが設けられている、請求項1〜10のいずれかに記載の微小変位制御装置。   The micro displacement control device according to claim 1, wherein a detection coil capable of measuring a magnetic flux density inside the giant magnetostrictive element is provided at a central portion in the axial direction of the giant magnetostrictive element. 前記超磁歪素子に対し、超磁歪素子の軸方向にバイアス磁力をかけることが可能な永久磁石が設けられている、請求項1〜11のいずれかに記載の微小変位制御装置。   The micro displacement control device according to claim 1, wherein a permanent magnet capable of applying a bias magnetic force to the super magnetostrictive element in an axial direction of the super magnetostrictive element is provided. 前記超磁歪素子の伸縮方向と同方向の極性に前記電磁石によるバイアス磁界が発生するように、前記電磁石があらかじめ通電されている、請求項1〜12のいずれかに記載の微小変位制御装置。   The micro displacement control device according to any one of claims 1 to 12, wherein the electromagnet is energized in advance so that a bias magnetic field is generated by the electromagnet with a polarity in the same direction as the expansion and contraction direction of the giant magnetostrictive element. 請求項1〜13のいずれかに記載の微小変位制御装置における超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位を、被測定物への押し込み量とし、荷重計測装置を用いて、前記押し込み量に対応する荷重を計測し、被測定物の「押し込み量−荷重」特性および硬さ値を得るようにしたことを特徴とする硬さ等の測定装置。   The displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element by the expansion / contraction control device of the giant magnetostrictive element in the minute displacement control apparatus according to any one of claims 1 to 13 is set as an indentation amount into the object to be measured, and load measurement An apparatus for measuring hardness or the like, characterized in that a load corresponding to the indentation amount is measured using an apparatus to obtain a “indentation amount-load” characteristic and a hardness value of an object to be measured. 請求項1〜13のいずれかに記載の微小変位制御装置における超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位と、対象変位センサの出力とを対照することにより、該対象変位センサの出力の校正あるいは性能の試験を行うようにしたことを特徴とする変位センサの校正装置。   By comparing the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element by the expansion / contraction control device of the giant magnetostrictive element in the minute displacement control device according to any one of claims 1 to 13, and the output of the target displacement sensor. An apparatus for calibrating a displacement sensor, wherein the output of the target displacement sensor is calibrated or a performance test is performed. 請求項1〜13のいずれかに記載の微小変位制御装置における超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位により、ステージの位置決めを行うようにしたことを特徴とする位置決めステージ。   The stage is positioned by the displacement output to the free end side of the super magnetostrictive element by the expansion / contraction control apparatus of the super magnetostrictive element in the micro displacement control apparatus according to any one of claims 1 to 13. A positioning stage. 請求項1〜13のいずれかに記載の微小変位制御装置を用い、前記超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位によって被測定物への押し込み量を制御し、荷重計測装置を用いて、前記押し込み量に対応する荷重を計測し、被測定物の「押し込み量−荷重」特性および硬さ値を得ることを特徴とする、硬さ等の測定方法。   The amount of indentation into the object to be measured is controlled by the displacement output to the free end side of the giant magnetostrictive element by the expansion and contraction control device of the giant magnetostrictive element using the micro displacement control apparatus according to any one of claims 1 to 13. And measuring a load corresponding to the indentation amount using a load measuring device to obtain a “indentation amount-load” characteristic and a hardness value of the object to be measured. 請求項1〜13のいずれかに記載の微小変位制御装置を用い、前記超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位と、対象変位センサの出力とを対照することにより、該対象変位センサの出力の校正あるいは性能の試験を行うことを特徴とする、変位センサの校正方法。   The displacement output to the free end side of the super magnetostrictive element by the expansion / contraction control apparatus of the super magnetostrictive element is compared with the output of the target displacement sensor using the micro displacement control apparatus according to claim 1. A calibration method for the displacement sensor, wherein the calibration of the output of the target displacement sensor or the performance test is performed. 請求項1〜13のいずれかに記載の微小変位制御装置を用い、前記超磁歪素子の伸縮制御装置による前記超磁歪素子の自由端側に出力される変位により、ステージの位置決めを行うことを特徴とする、位置決めステージの制御方法。   14. The stage is positioned by the displacement output to the free end side of the super magnetostrictive element by the super magnetostrictive element expansion / contraction control apparatus using the micro displacement control apparatus according to claim 1. A method for controlling the positioning stage.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008180669A (en) * 2007-01-26 2008-08-07 Mitsutoyo Corp Hardness testing machine
WO2013038682A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 国立大学法人金沢大学 Power generating element and power generation device
JP2014105998A (en) * 2012-11-22 2014-06-09 Horiuchi Denki Seisakusho:Kk Indentation test method and indentation test device
JPWO2015045987A1 (en) * 2013-09-30 2017-03-09 日立金属株式会社 Flow control valve and mass flow control device using the same
JP2018054318A (en) * 2016-09-26 2018-04-05 埼玉県 Indenter pushing device
CN110492783A (en) * 2019-08-05 2019-11-22 包头稀土研究院 The actuator with second level micro displacement magnifying mechanism of shell offer axial magnetic field

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008180669A (en) * 2007-01-26 2008-08-07 Mitsutoyo Corp Hardness testing machine
WO2013038682A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 国立大学法人金沢大学 Power generating element and power generation device
US9571011B2 (en) 2011-09-16 2017-02-14 National University Corporation Kanazawa University Power generating element and power generation device
JP2014105998A (en) * 2012-11-22 2014-06-09 Horiuchi Denki Seisakusho:Kk Indentation test method and indentation test device
JPWO2015045987A1 (en) * 2013-09-30 2017-03-09 日立金属株式会社 Flow control valve and mass flow control device using the same
JP2018054318A (en) * 2016-09-26 2018-04-05 埼玉県 Indenter pushing device
CN110492783A (en) * 2019-08-05 2019-11-22 包头稀土研究院 The actuator with second level micro displacement magnifying mechanism of shell offer axial magnetic field

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