JP2006049516A - Magnetostrictive element and bias magnetic field applying method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁歪アクチュエータや磁歪センサ等の磁歪素子に関するものであり、特に、永久磁石によりバイアス磁界を印加する構造及び方法の改良に関する。 The present invention relates to a magnetostrictive element such as a magnetostrictive actuator or a magnetostrictive sensor, and more particularly to an improved structure and method for applying a bias magnetic field with a permanent magnet.
ジュール効果(磁界印加による変形)やビラリ効果(応力変化による透磁率変化)を有する磁歪材料は、各種アクチュエータやセンサへの応用が期待されており、変位量が大きく低価格ないわゆる超磁歪材料が開発されるに至って、その需要は益々拡大する傾向にある。 Magnetostrictive materials with Joule effect (deformation by applying a magnetic field) and barrier effect (change in permeability due to stress change) are expected to be applied to various actuators and sensors. As it is developed, its demand tends to increase more and more.
ここで、磁歪材料の具体的な用途としては、リニアアクチュエータ、振動子、圧力トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等を挙げることができる。リニアアクチュエータや振動子等に用いた場合、印加する磁界の変化に伴い寸法が変化し、駆動力を発生する。圧力トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等に用いた場合、外部から加わる応力の変化に伴い透磁率が変化し、これをセンシングすることで圧力、トルク、振動等が検出される。 Here, specific applications of the magnetostrictive material include a linear actuator, a vibrator, a pressure torque sensor, a vibration sensor, a gyro sensor, and the like. When used in a linear actuator, vibrator, etc., the dimensions change with changes in the applied magnetic field and generate a driving force. When used in a pressure torque sensor, vibration sensor, gyro sensor, etc., the magnetic permeability changes with a change in externally applied stress, and pressure, torque, vibration, etc. are detected by sensing this.
ところで、前記磁歪素子を例えば振動子として使用する場合、コイル等による信号磁界の入力の他、バイアス磁界の印加が必要である。磁歪材料の特性上、バイアス磁界を印加しないで信号磁界を印加すると、例えば信号磁界1サイクルに対して2サイクルの振動が出力されてしまい、実使用上、支障をきたすおそれがある。そこで、通常、この種の磁歪素子では、何らかの手段により所定のバイアス磁界を印加するようにしている。 When the magnetostrictive element is used as a vibrator, for example, it is necessary to apply a bias magnetic field in addition to the input of a signal magnetic field by a coil or the like. Due to the characteristics of the magnetostrictive material, if a signal magnetic field is applied without applying a bias magnetic field, for example, two cycles of vibration are output for one cycle of the signal magnetic field, which may cause problems in actual use. Therefore, normally, in this type of magnetostrictive element, a predetermined bias magnetic field is applied by some means.
バイアス磁界形成の代表的な方法としては、コイルに一定の直流電流を印加し、バイアス磁界を発生する方法や、永久磁石を配置する方法等がある。ただし、前者の場合、コイルが直流電流によるジュール熱のため過熱し、磁歪素子の振動量の低下をもたらすおそれがあり、この点で後者の方が有利である。 As a typical method for forming the bias magnetic field, there are a method of generating a bias magnetic field by applying a constant direct current to the coil, a method of arranging a permanent magnet, and the like. However, in the former case, the coil may be overheated due to Joule heat caused by a direct current, which may cause a decrease in the amount of vibration of the magnetostrictive element. In this respect, the latter is advantageous.
また、永久磁石によりバイアス磁界を印加する方法としては、複数の永久磁石を磁歪材の振動方向両端部に設置する方法や、円筒形状の永久磁石を磁歪材及びコイルの外側に配置する方法等が知られているが、永久磁石を磁歪材の振動方向両端部に設置する方法の場合、永久磁石が素子の振動方向において長さを拡大することになり、素子全体の長さの増加を招き、小型化の妨げになるという不都合がある。しかも、永久磁石自体も振動することになり、振動する部材の質量(振動質量)が増加し、振動エネルギーの低下をもたらすという不都合もある。 In addition, as a method of applying a bias magnetic field by a permanent magnet, there are a method of installing a plurality of permanent magnets at both ends in the vibration direction of the magnetostrictive material, a method of arranging a cylindrical permanent magnet outside the magnetostrictive material and the coil, and the like. As is known, in the case of the method of installing permanent magnets at both ends in the vibration direction of the magnetostrictive material, the permanent magnet will increase the length in the vibration direction of the element, leading to an increase in the length of the entire element, There is an inconvenience that miniaturization is hindered. In addition, the permanent magnet itself vibrates, and the mass (vibrating mass) of the vibrating member increases, resulting in a disadvantage that vibration energy is reduced.
このような状況から、円筒形状の永久磁石を用いる方法が広く採用されている(例えば、特許文献1等を参照)。特許文献1記載の発明では、永久磁石を少なくとも一端が開放された筒状とし、これを図示の通りコイルの外側に配置している。
しかしながら、永久磁石をコイルの外側に配置すると、永久磁石から発生する磁束が磁歪材に有効に作用せず、磁歪材に印加される磁束の割合が低くなって、所定のバイアス磁界を印加するためには、前記割合に応じて大きな磁石体積を有する永久磁石を用いる必要が生ずる。また、永久磁石を外側に配置すると、永久磁石で発生する磁束は、円筒状の永久磁石の内側ばかりでなく外側にも漏洩し、この永久磁石の外側に漏洩した磁束が、他の部品等、周囲に悪影響を及ぼすおそれもある。 However, if the permanent magnet is disposed outside the coil, the magnetic flux generated from the permanent magnet does not effectively act on the magnetostrictive material, and the ratio of the magnetic flux applied to the magnetostrictive material is reduced, so that a predetermined bias magnetic field is applied. Therefore, it is necessary to use a permanent magnet having a large magnet volume according to the ratio. In addition, when the permanent magnet is arranged outside, the magnetic flux generated by the permanent magnet leaks not only inside the cylindrical permanent magnet but also outside, and the magnetic flux leaking outside the permanent magnet may be reduced to other parts, etc. There is also a risk of adverse effects on the surroundings.
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、バイアス磁界形成に当たって発熱せず、振動質量の増加をもたらさず、しかも永久磁石から発生する磁束を効率的に磁歪材に印加することができ、漏洩磁束の割合を低く抑えることが可能な磁歪素子を提供することを目的とし、さらには、バイアス磁界印加方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, does not generate heat when forming a bias magnetic field, does not increase vibration mass, and efficiently generates magnetic flux generated from a permanent magnet as a magnetostrictive material. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive element that can be applied and that can keep the ratio of leakage magnetic flux low, and further to provide a bias magnetic field application method.
上述した目的を達成するために、本発明に係る磁歪素子は、磁歪材と、当該磁歪材にバイアス磁界を印加する永久磁石と、電磁変換を行うコイルとを備える磁歪素子であって、前記永久磁石は筒状の永久磁石であり、この筒状の永久磁石をボビンとしてその周囲にコイルが巻回されていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a magnetostrictive element according to the present invention is a magnetostrictive element including a magnetostrictive material, a permanent magnet that applies a bias magnetic field to the magnetostrictive material, and a coil that performs electromagnetic conversion. The magnet is a cylindrical permanent magnet, and a coil is wound around the cylindrical permanent magnet as a bobbin.
また、本発明に係るバイアス磁界印加方法は、磁歪材の周囲に筒状の永久磁石を配置するとともに、前記筒状の永久磁石をボビンとしてその周囲にコイルを巻回し、前記永久磁石により磁歪材に対してバイアス磁界を印加することを特徴とする。 Further, the bias magnetic field applying method according to the present invention includes arranging a cylindrical permanent magnet around the magnetostrictive material, winding a coil around the cylindrical permanent magnet as a bobbin, and using the permanent magnet to magnetostrictive material A bias magnetic field is applied to the above.
前記の通り、本発明では、コイルの内側にバイアス磁界を印加する円筒状の永久磁石を配置し、さらに、これをボビンとして利用し、その周囲にコイルを巻回していることが大きな特徴である。このような構成を採用することで、この筒状の永久磁石と磁歪材の間の距離は、永久磁石をコイルの外側に配置した場合と比べて大幅に小さくすることができる。ここで、例えば円筒端部が磁極となるような円筒状の永久磁石であれば、円筒内部を通る磁束が効率的に磁歪材に印加され、例えば磁石体積の削減等に繋がる。すなわち、永久磁石の小型化が実現される。また、永久磁石をボビンとして利用し、その周囲に直接コイルを巻回することで、別途ボビンを用意する必要がなく、部品点数が削減されるばかりでなく、永久磁石とコイルとを合わせた体積の削減にも繋がり、前記理由による永久磁石の小型化と相俟って、磁歪素子の小型化が実現される。なお、永久磁石の外側にコイルを設けることに関しては、前記特許文献1にも一言記載されているが、特許文献1ではその優位性は認識されておらず(コイルは永久磁石と磁歪材の間に設けられることが好ましいとされている。)、本願発明のように、永久磁石をボビンとして利用し、より一層の小型化を図ることに関しては、全く記載されていない。
As described above, the present invention is characterized in that a cylindrical permanent magnet for applying a bias magnetic field is arranged inside the coil, and further, this is used as a bobbin and the coil is wound around it. . By adopting such a configuration, the distance between the cylindrical permanent magnet and the magnetostrictive material can be significantly reduced as compared with the case where the permanent magnet is disposed outside the coil. Here, for example, in the case of a cylindrical permanent magnet having a cylindrical end as a magnetic pole, the magnetic flux passing through the inside of the cylinder is efficiently applied to the magnetostrictive material, leading to, for example, reduction of the magnet volume. That is, downsizing of the permanent magnet is realized. In addition, by using a permanent magnet as a bobbin and winding a coil directly around it, there is no need to prepare a separate bobbin, the number of parts is reduced, and the combined volume of the permanent magnet and the coil This also leads to a reduction in the magnetostrictive element in combination with the downsizing of the permanent magnet for the above reason. In addition, regarding the provision of the coil on the outside of the permanent magnet, one word is also described in
本発明の磁歪素子、バイアス磁界印加方法は、前記に加えて、次のような利点も有する。先ず第1に、バイアス磁界は永久磁石によって印加するようにしており、コイルに一定の直流電圧を流す必要がないので、コイルの発熱による性能低下が回避される。第2に、前記のように永久磁石をコイルの内部に配置すれば、永久磁石からの漏洩磁束が外部に影響を及ぼすこともない。第3に、前記永久磁石は、磁歪材と非接触であることから、例えば振動の質量とならず、小型で磁気機械変換効率の高い振動子等が実現される。 In addition to the above, the magnetostrictive element and bias magnetic field applying method of the present invention also have the following advantages. First of all, the bias magnetic field is applied by a permanent magnet, and it is not necessary to pass a constant DC voltage through the coil, so that performance degradation due to heat generation of the coil is avoided. Secondly, if the permanent magnet is arranged inside the coil as described above, the leakage magnetic flux from the permanent magnet does not affect the outside. Thirdly, since the permanent magnet is not in contact with the magnetostrictive material, for example, a vibrator having a small size and high magnetomechanical conversion efficiency is realized without the mass of vibration.
本発明によれば、バイアス磁界形成に当たって発熱せず、永久磁石から発生する磁束を効率的に磁歪材に印加することが可能な磁歪素子、バイアス磁界印加方法を提供することが可能である。また、本発明によれば、永久磁石の設置が長さの拡大や振動質量の増加等をもたらすことがなく、さらには磁石体積や部品点数を削減することができ、磁歪素子の小型化を図ることが可能である。さらに、本発明の磁歪素子は、外部への漏洩磁束の影響が小さいことから、高密度実装を実現することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetostrictive element and a bias magnetic field applying method capable of efficiently applying a magnetic flux generated from a permanent magnet to a magnetostrictive material without generating heat when forming a bias magnetic field. Further, according to the present invention, the installation of the permanent magnet does not cause an increase in length, an increase in vibration mass, and the like, and further, the magnet volume and the number of parts can be reduced, and the magnetostrictive element can be reduced in size. It is possible. Furthermore, since the magnetostrictive element of the present invention is less affected by the leakage magnetic flux to the outside, it is possible to realize high-density mounting.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、磁歪素子として磁歪振動子を例にして説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a magnetostrictive vibrator will be described as an example of the magnetostrictive element.
本発明を適用した磁歪素子(磁歪振動子)は、図1に示すように、外部磁界の印加により変位し、振動子として機能する磁歪材1と、この磁歪材1に対して信号磁界を印加するコイル2、及び磁歪材1に対してバイアス磁界を印加する永久磁石3とを主な構成要素として備えるものである。
As shown in FIG. 1, a magnetostrictive element (magnetostrictive vibrator) to which the present invention is applied is displaced by applying an external magnetic field and applies a signal magnetic field to the
ここで、磁歪材1には、いわゆる超磁歪特性を有する磁歪材料を用いることが好ましく、例えば、粉末冶金法を用いて低廉なコストのもとに製造することができることから、テルビウム−ディスプロシウム−鉄(Tb−Dy−Fe)系合金粉末の焼結体からなる磁歪材料等が好適である。
Here, the
粉末冶金法を用いて製造される磁歪材料について説明すると、係る磁歪材料は、例えば式RTy(ここで、Rは1種類以上の希土類元素、Tは1種類以上の遷移金属であり、yは1<y<4である。)で示される組成の合金粉を焼結することによって得られる。 The magnetostrictive material manufactured using the powder metallurgy method will be described. For example, the magnetostrictive material is represented by the formula RT y (where R is one or more rare earth elements, T is one or more transition metals, and y is 1 <y <4.) Obtained by sintering an alloy powder having a composition represented by:
式中、Rは、Yを含むランタノイド系列、アクチノイド系列の希土類元素から選択される1種以上を表している。これらの中で、Rとしては、特にNd、Pr、Sm、Tb、Dy、Ho等の希土類元素が好ましく、Tb、Dyがより一層好ましく、これらを混合して用いることができる。式中、Tは、1種以上の遷移金属を表している。これらの中で、Tとしては、特に、Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Mo等の遷移金属が好ましく、これらを混合して用いることができる。 In the formula, R represents one or more selected from lanthanoid series and actinoid series rare earth elements including Y. Among these, R is preferably a rare earth element such as Nd, Pr, Sm, Tb, Dy, or Ho, more preferably Tb or Dy, and these can be used in combination. In the formula, T represents one or more transition metals. Among these, as T, transition metals such as Fe, Co, Ni, Mn, Cr, and Mo are particularly preferable, and these can be mixed and used.
式RTyで表される合金のうち、y=2であるRT2ラーベス型金属間化合物は、キュリー温度が高く、磁歪値が大きいため、磁歪素子に適する。ここで、yが1以下では、焼結後の熱処理でRT相が析出して磁歪値が低下する。また、yが4以上では、RT3相又はRT6相が多くなり、磁歪値が低下する。このため、RT2がリッチな相を多くするために、yは1<y<4の範囲が好ましい。 Of the alloys represented by the formula RT y , the RT 2 Laves type intermetallic compound in which y = 2 is suitable for a magnetostrictive element because it has a high Curie temperature and a large magnetostriction value. Here, when y is 1 or less, the RT phase is precipitated by the heat treatment after sintering, and the magnetostriction value is lowered. When y is 4 or more, the RT 3 phase or the RT 6 phase increases and the magnetostriction value decreases. Therefore, in order to RT 2 is more rich phase, y is 1 <range of y <4 is preferable.
前記Rは、2種以上の希土類元素を混合してもよく、特に、TbとDyを混合して用いることが好ましい。具体的には、TbaDy(1-a)で表される合金で、aは0.27<a≦0.50の範囲にあることが一層好ましい。これにより、(TbaDy(1-a))Tyなる合金で、飽和磁歪定数が大きく、大きな磁歪値が得られる。ここで、aが0.27以下では室温以下では十分な磁歪値を示さず、逆に0.50を越えると室温付近では十分な磁歪値を示さない。 R may be a mixture of two or more rare earth elements, and it is particularly preferable to use a mixture of Tb and Dy. Specifically, in the alloy represented by Tb a Dy (1-a) , a is more preferably in the range of 0.27 <a ≦ 0.50. As a result, (Tb a Dy (1-a) ) T y alloy has a large saturation magnetostriction constant and a large magnetostriction value. Here, when a is 0.27 or less, a sufficient magnetostriction value is not exhibited at room temperature or less, and conversely when it exceeds 0.50, a sufficient magnetostriction value is not exhibited near room temperature.
前記Tとしては、特にFeが好ましく、FeはTb、Dyと(Tb、Dy)Fe2金属間化合物を形成して、大きな磁歪値を有し磁歪特性の高い焼結体が得られる。このときに、Feの一部をCo、Niで置換するものであってもよいが、Coは磁気異方性を大きくするが透磁率を低くし、また、Niはキュリー温度を下げ、結果として常温・高磁場での磁歪値を低下させる。したがって、Feは70重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることがより好ましい。 As T, Fe is particularly preferable, and Fe forms a Tb, Dy and (Tb, Dy) Fe 2 intermetallic compound to obtain a sintered body having a large magnetostriction value and high magnetostriction characteristics. At this time, a part of Fe may be substituted with Co and Ni. However, Co increases magnetic anisotropy but decreases magnetic permeability, and Ni lowers the Curie temperature. Reduce the magnetostriction value at room temperature and high magnetic field. Therefore, Fe is preferably 70% by weight or more, and more preferably 80% by weight or more.
前記磁歪材1は、例えば円柱状であり、その周囲にコイル2及び永久磁石3が同心円状に配置されている。勿論、磁歪材1の形状は、前記円柱状に限らず、各種断面形状の棒状、円筒状等の筒状、環状等、任意である。また、その形態も、単一の焼結体等の他、薄板状の磁歪材料を複数積層して接着したもの、線状の磁歪材料を束ねて接着したもの等、任意である。
The
一方、磁歪材1に対してバイアス磁界を印加する永久磁石3は、前記磁歪材1の周囲に配置する必要があり、また磁歪材1に対して効率的に磁界を印加し得るように、筒状、例えば円筒状とされている。なお、永久磁石3の形状としては、前記円筒状に限らず、筒状の形態を有するものであれば如何なるものであってもよい。例えば、外周面あるいは内周面が多面体で構成される断面多角形状の筒状体や、一端面が閉塞された筒状体であってもよい。ただし、製造が容易であること、着磁が容易であること等の理由から、両端が開放された円筒状の永久磁石であることが好ましい。
On the other hand, the
ここで、従来の磁歪素子では、コイル2が内側、円筒状の永久磁石3が外側に配置されるのが通常であるが、このように配置した場合、永久磁石3の磁束が磁歪材1に有効に作用せず、また永久磁石3から発生する磁束が常に周囲に漏洩することになる。そこで、本実施形態の磁歪振動子では、内側に円筒状の永久磁石3を配置し、その外側にコイル2を配置している。
Here, in the conventional magnetostrictive element, it is normal that the
この場合、永久磁石3は、できる限り磁歪材1に近づけることが好ましい。ただし、磁歪材1に永久磁石3が接触すると、摩擦等により振動エネルギーが無駄に消費されるそれがあるので、磁歪材1と永久磁石3は互いに接触せず、最小限の間隔を保つ必要がある。
In this case, the
前記のように、磁歪材1と永久磁石3が互いに接触せず、最小限の間隔を保持させるためには、例えばOリングを磁歪材1と永久磁石3の間に介在させることが有効である。図2は、Oリング4を磁歪材1と永久磁石3の間に介在させた状態を示すものであり、Oリング4を介在させることでスペーサとして機能し、磁歪材1と永久磁石3の接触を防止する。Oリング4は、前記磁歪材1の振動方向に2箇所以上設ければよく、これにより安定に磁歪材1と円筒状の永久磁石3の間隔を維持することができる。また、Oリング4は、ゴム製のOリング等が好適であり、ゴム製のOリング4を用いることで磁歪材1の振動が妨げられることがなく、円滑な振動を実現することが可能である。
As described above, in order to keep the
一方、コイル2についても、磁歪材1にできる限り近づけることが好ましく、したがって、前記円筒状の永久磁石3をコイルボビンとし、その外周面にコイル2を直接巻回することは、好ましい形態の一つである。この場合、換言すれば、駆動のためのコイル2のボビンの筒状部分が永久磁石で構成され、この部分でバイアス磁界を印加するということになる。なお、永久磁石3が金属磁石である場合、コイル3の短絡等が懸念されるが、通常、コイル2の巻線は絶縁被膜で覆われており、特に問題となることはない。また、必要あれば、前記永久磁石3の表面を絶縁被膜で覆ってもよい。
On the other hand, it is preferable that the
なお、コイル2を永久磁石3の外側に配置すると、信号磁界を印加する上で不利であるように思われるが、後述の実施例において実証されているように、実際にはコイル2を永久磁石3の内側に配置した場合とほとんど変わらない。したがって、前記配置の変更は、信号磁界を印加する上でほとんど支障とはならない。
Although it seems that placing the
前記コイル2は磁歪材1に対して信号磁界を印加し、永久磁石3は磁歪材1に対してバイアス磁界を印加する。以下、これら磁界の印加及び振動子である磁歪材1の動作について説明する。
The
磁歪材1においては、その長さlは、外部磁界Hに応じてΔlだけ伸縮する。この外部磁界Hと変位量Δlの関係は、例えば図3に示すように、外部磁界Hがプラス側とマイナス側で対称であり、外部磁界Hが大きいほど非線形的に大きくなる傾向がある。ここで、コイル2に交流電流(正弦波の電流)を流し信号磁界SHを印加する場合、バイアス磁界が加わらない状態では、図3(a)に示すように、信号磁界SH1サイクルに対して、2サイクルの出力(振動)が発生することになる。このように、信号磁界SHと出力が1対1で対応していないと、実使用上、大きな問題である。
In the
これに対して、図3(b)に示すように、前記信号磁界SHがマイナスにならないようなバイアス磁界BHを印加すると、信号磁界SH1サイクルに対して、1サイクルの出力(振動)が発生し、信号磁界SHと出力が1対1で対応することになる。
In contrast, as shown in FIG. 3 (b), when the signal magnetic field S H applies a bias magnetic field B H as not negative, with respect to the signal
また、前記バイアス磁界BHの印加は、出力(振幅)を向上する上でも有効である。バイアス磁界BHを印加していない場合、変位量Δlの勾配が緩やかな0点付近の領域を用いて振動が行われることになる。換言すれば、磁歪振動子においては、磁歪材1の振動における振幅が小さくなり、十分な出力が得られなくなる可能性がある。これに対して、バイアス磁界BHを印加し、変位量Δlの勾配が大きい領域を用いて振動を行うようにすれば、同じ信号磁界で大きな変位量が得られ、大きな出力を得ることが可能である。
The application of the bias magnetic field B H is also effective for improving the output (amplitude). When the bias magnetic field B H is not applied, vibration is performed using a region near the zero point where the gradient of the displacement Δl is gentle. In other words, in the magnetostrictive vibrator, the amplitude of vibration of the
先の図1、あるいは図2に示す構造の磁歪素子においては、前述の事項を考慮してバイアス磁界の大きさを設定することが好ましい。したがって、前記円筒状の永久磁石3には、必要なバイアス磁界を印加し得る磁石材料を用いればよく、例えばフェライト磁石や金属磁石等から適宜選択して使用すればよい。
In the magnetostrictive element having the structure shown in FIG. 1 or FIG. 2, it is preferable to set the magnitude of the bias magnetic field in consideration of the aforementioned matters. Therefore, a magnet material capable of applying a necessary bias magnetic field may be used for the cylindrical
以上の構成を有する磁歪素子(磁歪振動子)においては、コイル2の内側に永久磁石3が配置され、バイアス磁界が効率的に印加されるので、永久磁石3の大きさを小さなものとすることができ、コイルボビンも別途設ける必要もないので、磁歪素子全体の大きさを小型化することが可能である。また、常に磁束を発生している永久磁石3が内側に配置されているので、磁歪素子の外部に漏洩する漏洩磁束が抑えられ、その悪影響を抑えることが可能である。さらに、永久磁石3を内側に配置し、コイル2を外側に配置しても、コイル2により印加される信号磁界が低下することはない。
In the magnetostrictive element (magnetostrictive vibrator) having the above-described configuration, the
以上、本発明を適用した磁歪素子の実施形態について、磁歪振動子を例にして説明したが、本発明がこの実施形態に限定されるものないことは言うまでもない。例えば、磁歪素子としては、リニアアクチュエータ等、コイルから発生する磁界により磁歪材を変位させる各種アクチュエータや、圧力トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等、磁歪材に加わる応力変化に伴う透磁率変化をコイルにより検出する磁歪センサ等にも適用可能である。 As described above, the embodiments of the magnetostrictive element to which the present invention is applied have been described taking the magnetostrictive vibrator as an example, but it goes without saying that the present invention is not limited to this embodiment. For example, as a magnetostrictive element, various actuators that displace a magnetostrictive material by a magnetic field generated from a coil, such as a linear actuator, and a magnetic permeability change accompanying a stress change applied to the magnetostrictive material such as a pressure torque sensor, a vibration sensor, a gyro sensor, etc. The present invention can also be applied to a magnetostrictive sensor or the like that is detected by the above.
以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果をもとに説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described based on experimental results.
比較例
図4(a),(b)に示すように、円柱棒状の磁歪材11を中心に配置し、その外側にコイル12、さらにその外側に円筒状の永久磁石13を配置した。また、磁歪材11の両端には、鉄製の押さえ板14を設け、この押さえ板14に形成されたザグリにより、前記磁歪材11や永久磁石13の位置決めを行った。
Comparative Example As shown in FIGS. 4A and 4B, a cylindrical rod-shaped
図4(a)に示す寸法A(磁歪素子の最外径である永久磁石13の外径)は12mm、寸法B(コイル12の外径)は8mm、寸法C(磁歪材11の外径)は3.5mmである。また、磁歪材11の長さは30mm、永久磁石13の長さは29mmとした。
The dimension A (the outer diameter of the
実施例
図5(a),(b)に示すように、円柱棒状の磁歪材11を中心に配置し、その外側に円筒状の永久磁石13、さらにその外側にコイル12を配置した。また、磁歪材11の両端には、鉄製の押さえ板14を設け、この押さえ板14に形成されたザグリにより、前記磁歪材11や永久磁石13の位置決めを行った。
EXAMPLE As shown in FIGS. 5A and 5B, a cylindrical rod-shaped
図5(a)に示す寸法A(磁歪素子の最外径であるコイル12の外径)は11mm、寸法B(永久磁石13の外径)は8mm、寸法C(磁歪材11の外径)は3.5mmである。また、比較例と同様、磁歪材11の長さは30mm、永久磁石13の長さは29mmとした。
Dimension A (the outer diameter of the
評価
作製した磁歪素子(比較例及び実施例)について、λ−H特性を調べた。λ−H特性は、バイアス磁界を400(Oe)とし、条件1ではコイル12により±1000(Oe)、条件2ではコイル12により±300(Oe)、条件3ではコイル12により±100(Oe)の正弦波信号磁界を印加し、そのときの磁歪材11の変位量Δl(ppm)を測定した。比較例におけるλ−H特性を図6に、実施例におけるλ−H特性を図7に示す。
The λ-H characteristics of the magnetostrictive elements (comparative examples and examples) produced by evaluation were examined. In the λ-H characteristic, the bias magnetic field is 400 (Oe), and in
これら図6及び図7を比較すると、比較例と実施例とでλ−H特性にほとんど変わりがない。したがって、実施例では、永久磁石13をコイル12の内側に配置することで、磁歪素子の最外径寸法を小さくしながら、比較例と同等の特性が得られることになり、本発明が素子の小型化に有効であることが実証された。
Comparing FIG. 6 and FIG. 7, there is almost no change in the λ-H characteristic between the comparative example and the example. Therefore, in the example, by disposing the
1,11 磁歪材、2,12 コイル、3、13 永久磁石、4 Oリング、14 押さえ板 1,11 magnetostrictive material, 2,12 coil, 3,13 permanent magnet, 4 O-ring, 14 holding plate
Claims (6)
前記永久磁石は筒状の永久磁石であり、この筒状の永久磁石をボビンとしてその周囲にコイルが巻回されていることを特徴とする磁歪素子。 A magnetostrictive element comprising a magnetostrictive material, a permanent magnet that applies a bias magnetic field to the magnetostrictive material, and a coil that performs electromagnetic conversion,
The permanent magnet is a cylindrical permanent magnet, and a coil is wound around the cylindrical permanent magnet as a bobbin.
前記永久磁石により磁歪材に対してバイアス磁界を印加することを特徴とするバイアス磁界印加方法。 A cylindrical permanent magnet is arranged around the magnetostrictive material, and a coil is wound around the cylindrical permanent magnet as a bobbin,
A bias magnetic field applying method, wherein a bias magnetic field is applied to the magnetostrictive material by the permanent magnet.
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