JP2654525B2 - Converter using magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element - Google Patents

Converter using magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element

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JP2654525B2
JP2654525B2 JP3149436A JP14943691A JP2654525B2 JP 2654525 B2 JP2654525 B2 JP 2654525B2 JP 3149436 A JP3149436 A JP 3149436A JP 14943691 A JP14943691 A JP 14943691A JP 2654525 B2 JP2654525 B2 JP 2654525B2
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magnetostrictive
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電圧制御可能な可変
インダクタンス、カレントトランス、変調器、フィル
タ、電圧電流両出力可能な応力センサなどに使用できる
磁歪電歪相互変換素子を用いた変換装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a converter using a magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element which can be used for a voltage controllable variable inductance, a current transformer, a modulator, a filter, a stress sensor capable of outputting both voltage and current, and the like. Things.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電圧
・電流変換を行うのに、従来、巻線トランスを用いるか
またはアクティブ素子を用いるのが一般的である。しか
しながら、上記巻線トランスでは、高周波ロスが大きい
ために、周波数帯域に限界があり、また、上記アクティ
ブ素子を用いると、回路が複雑になるうえに、これを駆
動する電源が必要になる。この発明の目的は、磁歪素子
と電歪素子を一体化することにより、上記従来の問題点
を解消できる磁歪電歪相互変換素子を用いた変換装置
提供することにある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a winding transformer or an active element is generally used to perform voltage / current conversion. However, in the above-mentioned winding transformer, a high-frequency loss is large, so there is a limit in a frequency band. Further, when the above-mentioned active element is used, a circuit becomes complicated and a power supply for driving this is required. An object of the present invention is to provide a converter using a magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element which can solve the above-mentioned conventional problems by integrating the magnetostrictive element and the electrostrictive element.

【0003】[0003]

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、この発明は、電歪効果と磁歪効果の相互効果を発
揮するように、電歪素子上に、この電歪素子と一体的に
伸縮する磁歪素子を形成して、パッシブ素子である磁歪
電歪相互変換素子と、その電歪素子に入力信号を供給す
る入力手段と、その磁歪素子から出力信号を取り出す出
力手段とで電圧電流変換装置を構成している。また、
記磁歪電歪相互変換素子と、その電歪素子から出力信号
を取り出す第1の出力手段と、その磁歪素子から出力信
号を取り出す第2の出力手段とを備え、上記電歪素子
に、外部から機械的変位が付加される変位付加部を設け
て、機械電気変換装置を構成している。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides an electrostrictive element and an electrostrictive element integrated with the electrostrictive element so as to exhibit a mutual effect of the electrostrictive effect and the magnetostrictive effect. forming a magnetostrictive element which expands and contracts in a magnetostrictive electrostrictive interconversion element is passive element, the voltage current and input means for supplying an input signal to the electrostrictive element, and output means for extracting an output signal from the magnetostrictive element A conversion device is configured. Further, with the above-described magnetostrictive electrostrictive interconversion element, a first output means for taking out an output signal from the electrostrictive element, and a second output means for extracting an output signal from the magnetostrictive element, the said electrostrictive element, A mechanical-electrical conversion device is provided by providing a displacement applying unit to which a mechanical displacement is added from the outside.

【0004】[0004]

【作用】この発明の電圧電流変換装置は、磁歪電歪相互
変換素子の電歪素子に入力信号を与えて、その磁歪素子
から出力信号を取り出すので、巻線トランスのような周
波数帯域の限界がなく、アクティブ素子のような複雑な
入力回路および出力回路も必要としない。 上記磁歪電歪
相互変換素子は、電歪素子に歪を発生させると、この電
歪素子と一体的に磁歪素子が伸縮して、その磁気特性が
変化する。これとは逆に、磁歪素子に歪を発生させる
と、この磁歪素子と一体的に電歪素子が伸縮して、電歪
素子の電気特性が変化する。つまり、電歪素子と磁歪素
子とが一体的に伸縮する結果、電歪効果と磁歪効果が相
互に影響し合う。したがって、電歪素子または磁歪素子
の一方に入力を与えて、他方から上記入力のレベルに応
じた出力を取り出すことができるし、電歪素子に機械的
な変位を付加して歪みを発生させ、この変位に応じた電
圧信号および電流信号を、電歪素子と磁歪素子のそれぞ
れから取り出すこともできるなど、多様な応用が可能で
ある。そのうえ、構造が極めて簡単で小型である。
The voltage-to-current converter according to the present invention has a magnetostrictive electrostrictive
An input signal is given to the electrostrictive element of the conversion element, and the magnetostrictive element is provided.
The output signal is extracted from the
There is no limit to the wavenumber band,
Neither input nor output circuits are required. In the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element, when a distortion is generated in the electrostrictive element, the magnetostrictive element expands and contracts integrally with the electrostrictive element, and its magnetic characteristics change. Conversely, when strain is generated in the magnetostrictive element, the electrostrictive element expands and contracts integrally with the magnetostrictive element, and the electrical characteristics of the electrostrictive element change. That is, as a result of the electrostrictive element and the magnetostrictive element expanding and contracting integrally, the electrostrictive effect and the magnetostrictive effect mutually affect each other. Therefore, an input can be given to one of the electrostrictive element or the magnetostrictive element and an output corresponding to the level of the input can be taken out from the other, and a distortion can be generated by adding a mechanical displacement to the electrostrictive element, Various applications are possible, such as a voltage signal and a current signal corresponding to the displacement can be extracted from each of the electrostrictive element and the magnetostrictive element. Moreover, the structure is extremely simple and compact.

【0005】また、この発明の機械電気変換装置は、外
部から電歪素子に変位が付加されると、その変位に応じ
てレベルが変化する電圧出力信号を電歪素子から、電流
出力信号を磁歪素子からそれぞれ取り出すことができる
ので、たとえば電歪素子を被測定部材に接着して、この
被測定部材に発生する応力を検知し、その検知信号を電
圧、電流の両方で出力することが可能である。
Also, in the electromechanical transducer of the present invention, when a displacement is added to the electrostrictive element from the outside, a voltage output signal whose level changes according to the displacement is output from the electrostrictive element, and a current output signal is magnetostricted. Since it is possible to take out each element from the element, for example, it is possible to bond the electrostrictive element to the member to be measured, detect the stress generated in the member to be measured, and output the detection signal as both voltage and current. is there.

【0006】[0006]

【実施例】まず、この発明に係る電圧電流変換装置およ
び機械電気変換装置に用いられる磁歪電歪相互変換素子
一例について説明する。図1は磁歪電歪相互変換素子
1の一例を示し、薄板状のPZT(チタン酸ジルコン酸
鉛)からなる電歪素子2の上面に、Fe78Si10B12 (磁歪
定数40×10-6)を組成とするターゲット材を用いた
高周波スパッタ法により、アモルファス磁性膜(磁歪定
数15×10-6)からなる磁歪素子3が形成されてい
る。こうして、電歪素子2と磁歪素子3とが一体的に結
合されており、したがって、電歪素子2と磁歪素子3は
面方向5に一体的に伸縮する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a voltage-current converter according to the present invention and
An example of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element used for the electromechanical conversion device will be described. FIG. 1 shows an example of a magnetostrictive electrostrictive interconversion element 1, in which Fe 78 Si 10 B 12 (magnetostriction constant 40 × 10 −6) The magnetostrictive element 3 made of an amorphous magnetic film (magnetostriction constant: 15 × 10 −6 ) is formed by a high-frequency sputtering method using a target material having a composition of (1). Thus, the electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3 are integrally connected, and therefore, the electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3 expand and contract integrally in the plane direction 5.

【0007】上記電歪素子2の分極方向Pは、上向きま
たは下向きに設定されている。したがって、この電歪素
子2にその分極方向Pに電圧を印加すると、その方向に
伸びが生じる一方、電歪素子2の面方向5に縮みが生
じ、分極方向Pと逆方向に電圧を印加すると、その方向
に縮みが生じる一方、電歪素子2の面方向5に伸びが生
じる。他方、磁歪素子3に磁界を付加すると、その磁束
密度に応じて磁歪素子3が磁束の方向に伸びる。磁束が
反転しても、磁歪素子3が縮むことはなく、やはりその
磁束密度に応じて伸びる。
[0007] The polarization direction P of the electrostrictive element 2 is set upward or downward. Therefore, when a voltage is applied to the electrostrictive element 2 in the polarization direction P, the elongation occurs in that direction, while the electrostriction element 2 contracts in the plane direction 5 of the electrostriction element 2, and when a voltage is applied in the opposite direction to the polarization direction P, , While contraction occurs in that direction, while elongation occurs in the plane direction 5 of the electrostrictive element 2. On the other hand, when a magnetic field is applied to the magnetostrictive element 3, the magnetostrictive element 3 extends in the direction of the magnetic flux according to the magnetic flux density. Even if the magnetic flux is reversed, the magnetostrictive element 3 does not shrink, but also expands according to the magnetic flux density.

【0008】図2は磁歪電歪相互変換素子1の他の例
示し、電歪素子2は、長手方向7に沿った分極方向Pを
有しており、この電歪素子2の上面に磁歪素子3が形成
されている。上記電歪素子2は、長手方向7に分割され
た多数の分極単位領域8を有し、隣接する領域8,8同
士は、互いに逆向きの分極方向Pを持つ。したがって、
この電歪素子2の各領域8ごとに、その分極方向Pに電
圧を印加すると、電歪素子2が長手方向7に伸び、分極
方向Pと逆方向に電圧を印加すると、長手方向7に縮
む。
FIG. 2 shows another example of the magnetostrictive electrostrictive interconversion element 1. The electrostriction element 2 has a polarization direction P along the longitudinal direction 7, and the magnetostriction An element 3 is formed. The electrostrictive element 2 has a large number of polarization unit regions 8 divided in the longitudinal direction 7, and the adjacent regions 8, 8 have polarization directions P opposite to each other. Therefore,
When a voltage is applied in the polarization direction P for each region 8 of the electrostrictive element 2, the electrostrictive element 2 expands in the longitudinal direction 7 and contracts in the longitudinal direction 7 when a voltage is applied in the opposite direction to the polarization direction P. .

【0009】上記図1および図2に示した磁歪電歪相互
変換素子1において、電歪素子2に歪を発生させると、
この電歪素子2と一体的に磁歪素子3が伸縮して、その
磁気特性が変化する。これとは逆に、磁歪素子3に歪を
発生させると、この磁歪素子3と一体的に電歪素子2が
伸縮して、電歪素子2の電気特性が変化する。つまり、
電歪素子2と磁歪素子3とが一体的に伸縮する結果、電
歪効果と磁歪効果が相互に影響し合う相互効果が得られ
る。
In the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 shown in FIGS. 1 and 2, when a distortion is generated in the electrostrictive element 2,
The magnetostrictive element 3 expands and contracts integrally with the electrostrictive element 2, and its magnetic characteristics change. Conversely, when strain is generated in the magnetostrictive element 3, the electrostrictive element 2 expands and contracts integrally with the magnetostrictive element 3, and the electrical characteristics of the electrostrictive element 2 change. That is,
As a result of the electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3 expanding and contracting integrally, a mutual effect in which the electrostrictive effect and the magnetostrictive effect mutually influence is obtained.

【0010】したがって、たとえば図1の磁歪電歪相互
変換素子1の利用態様を示す図3のように、電歪素子2
の下面に電極膜6を形成して、磁歪素子3と電極膜6と
にリード線11,12を接続するとともに、磁歪素子3
を包むように、磁歪電歪相互変換素子1の外周に励磁用
のコイル20を配置しておき、上記リード線11,12
を介して電歪素子2に入力電圧を印加することにより電
歪素子2を伸縮させると、この電歪素子2と一体的に磁
歪素子3も伸縮し、これにより磁歪素子3の透磁率が増
減して、コイル20のインダクタンスが変化するので、
このコイル20から、上記入力電圧に応じた出力を取り
出すことができる。これは、後述する電圧電流変換装置
に利用できる。
Therefore, for example, as shown in FIG. 3 showing an application mode of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 shown in FIG.
An electrode film 6 is formed on the lower surface of the device, lead wires 11 and 12 are connected to the magnetostrictive element 3 and the electrode film 6, and the magnetostrictive element 3
A coil 20 for excitation is arranged on the outer periphery of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 so as to enclose the lead wires 11 and 12.
When the electrostrictive element 2 is expanded and contracted by applying an input voltage to the electrostrictive element 2 through the element, the magnetostrictive element 3 also expands and contracts integrally with the electrostrictive element 2, thereby increasing or decreasing the magnetic permeability of the magnetostrictive element 3. Then, since the inductance of the coil 20 changes,
From the coil 20, an output corresponding to the input voltage can be taken out. This can be used for a voltage-current converter described later.

【0011】これとは逆に、図3のコイル20に入力電
流を供給することにより磁歪素子3を伸長させると、こ
の磁歪素子3と一体的に電歪素子2も伸長し、これによ
り、電歪素子2の両端の電圧が変化するので、リード線
11,12から、上記入力電流に応じた出力を取り出す
ことができる。これは、後述する電流電圧変換装置に利
用できる。
Contrary to this, when the magnetostrictive element 3 is expanded by supplying an input current to the coil 20 shown in FIG. 3, the electrostrictive element 2 is also expanded integrally with the magnetostrictive element 3, and the Since the voltage at both ends of the distortion element 2 changes, an output corresponding to the input current can be taken out from the lead wires 11 and 12. This can be used for a current-to-voltage converter described later.

【0012】また、たとえば、機械的な変位を生じる部
材に電歪素子2を固定しておくことにより、電歪素子2
に機械的な変位を付加し、この変位に応じた電圧信号お
よび電流信号を、電歪素子2と磁歪素子3のそれぞれか
ら取り出すこともできる。これは、後述する電圧電流両
出力可能な応力センサに利用できる。
Also, for example, by fixing the electrostrictive element 2 to a member that causes mechanical displacement,
, A voltage signal and a current signal corresponding to the displacement can be extracted from each of the electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3. This can be used for a stress sensor capable of outputting both voltage and current, which will be described later.

【0013】つぎに、図1の磁歪電歪相互変換素子を用
いて、印加電圧に対する磁歪効果を透磁率の変化として
実測した結果について説明する。実測の際に使用した装
置を図4に示す。図4において、磁歪電歪相互変換素子
1およびリード線11,12は、図3に示したものと同
じである。励磁用コイル20は、磁歪電歪相互変換素子
1の長手方向7の両端部近傍に配置されている。磁歪電
歪相互変換素子1の電歪素子2および磁歪素子3は、図
1で説明したのと同じ材料で、同じ方法によって製造さ
れており、また、電極膜6は金製である。電歪素子2
は、長さ15mm、幅8mm、厚さ0.6mmであり、
磁歪素子3は、長さ9mm、幅8mm、厚さ1μmであ
る。また、電極膜6は、長さ9mm、幅8mmである。
Next, the results of actual measurement of the magnetostriction effect on the applied voltage as a change in the magnetic permeability using the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element of FIG. 1 will be described. FIG. 4 shows the apparatus used for the actual measurement. 4, the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 and the lead wires 11 and 12 are the same as those shown in FIG. The exciting coils 20 are arranged near both ends in the longitudinal direction 7 of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1. The electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3 of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 are manufactured by the same method using the same material as described with reference to FIG. 1, and the electrode film 6 is made of gold. Electrostrictive element 2
Has a length of 15 mm, a width of 8 mm, and a thickness of 0.6 mm,
The magnetostrictive element 3 has a length of 9 mm, a width of 8 mm, and a thickness of 1 μm. The electrode film 6 has a length of 9 mm and a width of 8 mm.

【0014】リード線11,12を介して直流可変電圧
源13から、電歪素子2に電圧が印加され、励磁用コイ
ル20へは、交流電源14から交流電流が供給されてい
る。さらに、磁歪素子3の上面には、8の字形の検出用
コイル15が形成されており、この検出用コイル15
に、その電圧変化を検出する検出器16が接続されてい
る。
A voltage is applied to the electrostrictive element 2 from a DC variable voltage source 13 via lead wires 11 and 12, and an AC current is supplied from an AC power supply 14 to an exciting coil 20. Further, on the upper surface of the magnetostrictive element 3, a figure-of-eight detection coil 15 is formed.
Is connected to a detector 16 for detecting the voltage change.

【0015】実測にあたっては、直流可変電圧源13か
ら−400V〜+400Vの範囲で電圧を電歪素子2に
印加する一方で、上記交流電源14から上記励磁用コイ
ル20への通電によって、10ミリエルステッド(mO
e)の強さで、1MHz ,2MHz ,5MHz ,10MHz の周
波数を持つ磁界を磁歪素子3に付加した。この状態で、
検出用コイル15に発生する電圧変化を検出器16で検
出し、この検出電圧値から、比透磁率μを算出した。そ
の結果を図5に示す。なお、上記10mOeの交流磁界
によって生じる磁歪素子3の磁歪量は、電歪素子2の電
歪によって生じる磁歪素子3の伸縮量に対して、無視で
きる程度の微小量である。図5より、いずれの周波数に
おいても、印加電圧の大小に応じて比透磁率μが増減す
ることが確認された。なお、図5の右側の縦軸は、比透
磁率μが100の場合のインダクタンスを1として、規
格化した値を示している。
In the actual measurement, a voltage in the range of -400 V to +400 V is applied from the DC variable voltage source 13 to the electrostrictive element 2, while the AC power supply 14 supplies a current to the exciting coil 20 to supply 10 mOe. (MO
A magnetic field having a frequency of 1 MHz, 2 MHz, 5 MHz, or 10 MHz was applied to the magnetostrictive element 3 with the strength of e). In this state,
A voltage change generated in the detection coil 15 was detected by the detector 16, and the relative magnetic permeability μ was calculated from the detected voltage value. The result is shown in FIG. The amount of magnetostriction of the magnetostrictive element 3 caused by the AC magnetic field of 10 mOe is negligible compared to the amount of expansion and contraction of the magnetostrictive element 3 caused by the electrostriction of the electrostrictive element 2. From FIG. 5, it was confirmed that the relative magnetic permeability μ increased or decreased according to the magnitude of the applied voltage at any frequency. Note that the vertical axis on the right side of FIG. 5 shows a value normalized by setting the inductance to 1 when the relative magnetic permeability μ is 100.

【0016】つぎに、上記磁歪電歪相互変換素子1にお
ける電歪素子2への配線方法について説明する。図6
は、図1の磁歪電歪相互変換素子1における電歪素子2
への配線方法を示すもので、電歪素子2の上面に形成さ
れた磁歪素子3を電歪素子2の一方の電極として兼用
し、この磁歪素子3の上面に第1のリード線11を接続
する。電歪素子2の下面には金製の電極膜6を、スパッ
タ法により形成する。この電極膜6の代わりに磁歪素子
を形成して、これを電極として利用してもよい。他方の
電極を構成する上記電極膜6に第2のリード線12を接
続し、上記リード線11,12を介して、電歪素子2に
対する入力または出力を行う。この配線方法では、両電
極3,6およびリード線11,12が入力手段または出
力手段を構成している。
Next, a method for wiring the electrostrictive element 2 in the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 will be described. FIG.
Is the electrostrictive element 2 in the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 of FIG.
This shows the method of wiring to the magnetostrictive element 2, wherein the magnetostrictive element 3 formed on the upper surface of the electrostrictive element 2 is also used as one electrode of the electrostrictive element 2, and the first lead wire 11 is connected to the upper surface of the magnetostrictive element 3. I do. An electrode film 6 made of gold is formed on the lower surface of the electrostrictive element 2 by a sputtering method. Instead of this electrode film 6, a magnetostrictive element may be formed and used as an electrode. A second lead wire 12 is connected to the electrode film 6 constituting the other electrode, and input or output to the electrostrictive element 2 is performed via the lead wires 11 and 12. In this wiring method, both electrodes 3 and 6 and lead wires 11 and 12 constitute input means or output means.

【0017】たとえば、上記リード線11,12から電
極3,6を介して電歪素子2に電圧を入力すると、電歪
素子2は、印加電圧のレベルに応じて厚さが変化し、そ
れに伴って面方向5に伸縮する。
For example, when a voltage is input from the lead wires 11 and 12 to the electrostrictive element 2 via the electrodes 3 and 6, the thickness of the electrostrictive element 2 changes according to the level of the applied voltage. To expand and contract in the plane direction 5.

【0018】図7は、図2の磁歪電歪相互変換素子1に
おける電歪素子2への配線方法を示すもので、図7
(a)に示すように、電歪素子2の上面に、くし形に配
置された第1および第2の電極22,23が形成されて
いる。これら電極22,23は、図7(b)に示すよう
に、電歪素子2の分極単位領域8の境界部に交互に位置
している。図7(a)の第1の電極22から第1のリー
ド線11が、第2の電極23から第2のリード線12が
それぞれ導出されており、これらリード線11,12お
よび両電極22,23(入力手段または出力手段)を介
して、電歪素子2に対する入力または出力を行う。
FIG. 7 shows a method of wiring to the electrostrictive element 2 in the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 of FIG.
As shown in (a), first and second electrodes 22 and 23 arranged in a comb shape are formed on the upper surface of the electrostrictive element 2. As shown in FIG. 7B, these electrodes 22 and 23 are alternately located at the boundaries between the polarization unit regions 8 of the electrostrictive element 2. In FIG. 7A, a first lead wire 11 is derived from a first electrode 22 and a second lead wire 12 is derived from a second electrode 23. These lead wires 11, 12 and both electrodes 22, Input or output to the electrostrictive element 2 is performed via 23 (input means or output means).

【0019】たとえば、上記リード線11,12および
両電極22,23を介して電歪素子2に電圧を入力する
と、第1の電極22がプラスで第2の電極23がマイナ
スのとき、図7(b)の電歪素子2の分極方向Pに電圧
が印加されるので、電歪素子2が長手方向7に伸びる。
逆に、第1の電極22がマイナスで第2の電極23がプ
ラスのとき、電歪素子2の分極方向Pと逆方向に電圧が
印加されるので、電歪素子2が長手方向7に縮む。
For example, when a voltage is input to the electrostrictive element 2 via the lead wires 11 and 12 and the two electrodes 22 and 23, when the first electrode 22 is positive and the second electrode 23 is negative, FIG. Since a voltage is applied in the polarization direction P of the electrostrictive element 2 in (b), the electrostrictive element 2 extends in the longitudinal direction 7.
Conversely, when the first electrode 22 is negative and the second electrode 23 is positive, a voltage is applied in a direction opposite to the polarization direction P of the electrostrictive element 2, so that the electrostrictive element 2 contracts in the longitudinal direction 7. .

【0020】他方、上記磁歪電歪相互変換素子1におけ
る磁歪素子3への配線方法は、つぎのとおりである。通
常、磁歪素子3は極めて薄いので、図1に示した電歪素
子2のような面方向5と直交する方向(図1の上下方
向)への磁歪を利用することは困難であり、したがっ
て、面方向5に沿う磁歪のみの利用となる。これを、図
8および図9に示す。
On the other hand, a wiring method for the magnetostrictive element 3 in the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 is as follows. Normally, since the magnetostrictive element 3 is extremely thin, it is difficult to use magnetostriction in a direction (vertical direction in FIG. 1) orthogonal to the plane direction 5 like the electrostrictive element 2 shown in FIG. Only the magnetostriction along the plane direction 5 is used. This is shown in FIGS.

【0021】図8において、磁歪素子3を包むように、
磁歪電歪相互変換素子1の外周に励磁用のコイル20を
配置し、このコイル20およびこれから導出されたリー
ド線25,26を介して、磁歪素子3に対する入力また
は出力を行う。この配線方法では、コイル20およびリ
ード線25,26が入力手段または出力手段を構成す
る。たとえば、上記コイル20に電流を入力すると、磁
歪素子3の長手方向7に磁束Hが発生し、この磁束Hの
反転とは無関係に、その磁束密度に応じた量だけ磁歪素
子3が長手方向7に伸びる。
In FIG. 8, so as to enclose the magnetostrictive element 3,
An exciting coil 20 is arranged on the outer periphery of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1, and input or output to the magnetostrictive element 3 is performed via the coil 20 and leads 25 and 26 derived therefrom. In this wiring method, the coil 20 and the lead wires 25 and 26 constitute input means or output means. For example, when a current is input to the coil 20, a magnetic flux H is generated in the longitudinal direction 7 of the magnetostrictive element 3, and regardless of the reversal of the magnetic flux H, the magnetostrictive element 3 is moved in the longitudinal direction 7 by an amount corresponding to the magnetic flux density. Stretches.

【0022】図9においては、磁歪素子3の上面に絶縁
層28を介して折り返し導線29が形成されており、こ
の折り返し導線29から導出された第1および第2のリ
ード線25,26を介して、磁歪素子3に対する入力ま
たは出力を行う。この配線方法では、上記リード線1
1,12および折り返し導線29が入力手段または出力
手段を構成する。たとえば、上記両リード線11,12
を介して上記折り返し導線29に電流を入力すると、図
10に示すように、隣接する導線29同士に、互いに逆
方向に電流が流れるから、磁歪素子3に、その長手方向
7に沿った互いに逆向きの磁束Hが生成される。これに
より、その磁束密度に応じた量だけ磁歪素子3が長手方
向7に伸びる。
In FIG. 9, a folded conductive wire 29 is formed on the upper surface of the magnetostrictive element 3 with an insulating layer 28 interposed therebetween, and through first and second lead wires 25 and 26 derived from the folded conductive wire 29. Then, input or output to the magnetostrictive element 3 is performed. In this wiring method, the lead 1
1, 12 and the folded conductor 29 constitute input means or output means. For example, both lead wires 11 and 12
When a current is input to the folded conductive wire 29 through the wire, as shown in FIG. 10, currents flow in mutually opposite directions between the adjacent conductive wires 29, so that the magnetostrictive element 3 has opposite currents along the longitudinal direction 7 thereof. A magnetic flux H in the direction is generated. Thereby, the magnetostrictive element 3 extends in the longitudinal direction 7 by an amount corresponding to the magnetic flux density.

【0023】上記図8および図9に示した磁歪素子3に
対する2つ配線方法は、図6および図7に示した電歪素
子2に対する2つの配線方法のいずれにも適用できる。
これら配線方法を組み合わせた4つのモデルを、図11
ないし図14に示す。
The two wiring methods for the magnetostrictive element 3 shown in FIGS. 8 and 9 can be applied to any of the two wiring methods for the electrostrictive element 2 shown in FIGS. 6 and 7.
FIG. 11 shows four models obtained by combining these wiring methods.
To FIG.

【0024】図11は、図6の電歪素子側配線方法と図
8の磁歪素子側配線方法とを組み合わせたモデルM1で
あり、上向きまたは下向きに分極方向Pを持つ電歪素子
2の上面に形成された磁歪素子3と、下面に形成された
電極膜6のそれぞれにリード線11,12を接続する一
方で、磁歪素子3を包むように、磁歪電歪相互変換素子
1の外周に励磁用のコイル20を配置し、このコイル2
0からリード線25,26を導出する。上記電歪素子2
側のリード線11,12と磁歪素子3側のリード線2
5,26の一方から入力信号を供給し、他方から出力信
号を取り出せば、インピーダンス変換装置となる。
FIG. 11 shows a model M1 obtained by combining the electrostrictive element-side wiring method shown in FIG. 6 and the magnetostrictive element-side wiring method shown in FIG. The lead wires 11 and 12 are connected to the formed magnetostrictive element 3 and the electrode film 6 formed on the lower surface, respectively, while the outer periphery of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 is surrounded by the magnetostrictive element 3 so as to enclose the magnetostrictive element 3. The coil 20 is arranged, and this coil 2
The lead wires 25 and 26 are derived from 0. Electrostrictive element 2
Lead wires 11 and 12 on the side and lead wire 2 on the magnetostrictive element 3 side
If an input signal is supplied from one of the terminals 5 and 26 and an output signal is extracted from the other, an impedance conversion device is obtained.

【0025】図12は、図6の電歪素子側配線方法と図
9の磁歪素子側配線方法とを組み合わせたモデルM2で
あり、上向きまたは下向きに分極方向Pを持つ電歪素子
2の上面に形成された磁歪素子3と、下面に形成された
電極膜6のそれぞれにリード線11,12を接続する一
方で、磁歪素子3に折り返し導線29を設けて、この折
り返し導線29からリード線25,26を導出する。や
はり電歪素子2側のリード線11,12と磁歪素子3側
のリード線25,26の一方から入力信号を供給し、他
方から出力信号を取り出せば、インピーダンス変換装置
となる。
FIG. 12 shows a model M2 in which the wiring method on the electrostrictive element side shown in FIG. 6 and the wiring method on the magnetostrictive element side shown in FIG. 9 are combined. The lead wires 11 and 12 are connected to the formed magnetostrictive element 3 and the electrode film 6 formed on the lower surface, respectively, while the folded conductive wire 29 is provided on the magnetostrictive element 3 and the lead wire 25 and 26 is derived. Similarly, when an input signal is supplied from one of the lead wires 11 and 12 on the electrostrictive element 2 side and one of the lead wires 25 and 26 on the magnetostrictive element 3 side, and an output signal is extracted from the other, an impedance conversion device is obtained.

【0026】図13は、図7の電歪素子側配線方法と図
8の磁歪素子側配線方法とを組み合わせたモデルM3で
あり、長手方向7に分極方向Pを持つ電歪素子2の上面
に設けられたくし形電極22,23に、リード線11,
12を接続する一方で、電歪素子2の下面に磁歪素子3
を形成し、磁歪素子3を包むように、磁歪電歪相互変換
素子1の外周に励磁用のコイル20を配置して、このコ
イル20からリード線25,26を導出する。やはり電
歪素子2側のリード線11,12と磁歪素子3側のリー
ド線25,26の一方から入力信号を供給し、他方から
出力信号を取り出せば、インピーダンス変換装置とな
る。
FIG. 13 shows a model M3 obtained by combining the electrostrictive element side wiring method of FIG. 7 and the magnetostrictive element side wiring method of FIG. The lead wires 11,
12 is connected, the magnetostrictive element 3
Is formed, and an exciting coil 20 is arranged on the outer periphery of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 so as to surround the magnetostrictive element 3, and lead wires 25 and 26 are led out from the coil 20. Similarly, when an input signal is supplied from one of the lead wires 11 and 12 on the electrostrictive element 2 side and one of the lead wires 25 and 26 on the magnetostrictive element 3 side, and an output signal is extracted from the other, an impedance conversion device is obtained.

【0027】図14は、図7の電歪素子側配線方法と図
9の磁歪素子側配線方法とを組み合わせたモデルM4で
あり、長手方向7に分極方向Pを持つ電歪素子2の上面
の半分に磁歪素子3を形成して、この磁歪素子3に折り
返し導線29を形成するとともに、電歪素子2にくし形
電極22,23を形成している。このモデルM4は、現
在実用化されているSAWフィルターの出力側を、くし
形電極22,23を備えた電歪素子2で構成した構造に
相当する。電歪素子2側のリード線11,12と磁歪素
子3側のリード線25,26の一方から入力信号を供給
し、他方から出力信号を取り出せば、インピーダンス変
換装置となる。
FIG. 14 shows a model M4 in which the wiring method on the electrostrictive element side in FIG. 7 and the wiring method on the magnetostrictive element side in FIG. 9 are combined, and the upper surface of the electrostrictive element 2 having the polarization direction P in the longitudinal direction 7 is shown. The magnetostrictive element 3 is formed in half, the folded conductive wire 29 is formed on the magnetostrictive element 3, and the comb-shaped electrodes 22 and 23 are formed on the electrostrictive element 2. This model M4 corresponds to a structure in which the output side of a SAW filter currently in practical use is configured by the electrostrictive element 2 having the comb-shaped electrodes 22 and 23. When an input signal is supplied from one of the lead wires 11 and 12 on the electrostrictive element 2 side and one of the lead wires 25 and 26 on the magnetostrictive element 3 side, and an output signal is extracted from the other, an impedance conversion device is obtained.

【0028】上記モデルM1〜M4においては、電歪か
ら磁歪、または磁歪から電歪へのいずれの変換も行われ
るが、その変換は機械歪を介しての変換であるから、機
械的共振を利用した変換を行うことができる。磁歪素子
3は電歪素子2に比べて極めて薄いため、実際に利用で
きるのは、電歪素子2の機械的共振のみである。
In the above models M1 to M4, any conversion from electrostriction to magnetostriction or from magnetostriction to electrostriction is performed. Since the conversion is conversion through mechanical strain, mechanical resonance is utilized. Conversion can be performed. Since the magnetostrictive element 3 is extremely thin compared to the electrostrictive element 2, only the mechanical resonance of the electrostrictive element 2 can be actually used.

【0029】つまり、電歪から磁歪、磁歪から電歪への
いずれの変換においても、交流入力信号の周期と同じ周
期での電歪素子2の振動モード、すなわち直接振動モー
ドを伴った変換と、電歪素子2の機械的な共振モードを
伴った変換の2つがある。前者はインピーダンス変換動
作であり、後者は、インピーダンス変換と併せて入力周
波数に対する選択を行うという複合動作である。ただ
し、直接振動モードにおいても、電歪素子2にくし形電
極25,26を用い、磁歪素子3に折り返し導線29を
用いた場合には、インピーダンス変換を同時に行うSA
Wフィルターが得られる。
That is, in any conversion from electrostriction to magnetostriction and from magnetostriction to electrostriction, the vibration mode of the electrostrictive element 2 at the same cycle as the cycle of the AC input signal, that is, the conversion accompanied by the direct vibration mode, There are two types of conversion involving the mechanical resonance mode of the electrostrictive element 2. The former is an impedance conversion operation, and the latter is a composite operation of selecting an input frequency in conjunction with impedance conversion. However, even in the direct vibration mode, when the comb-shaped electrodes 25 and 26 are used for the electrostrictive element 2 and the folded conducting wire 29 is used for the magnetostrictive element 3, the SA that performs the impedance conversion simultaneously is used.
A W filter is obtained.

【0030】また、上記図11のモデルM1および図1
2のM2においては、電歪素子2の上下両面に磁歪素子
3を形成し、両磁歪素子3に対して入力または出力を行
ってもよい。その場合、両磁歪素子3を電歪素子2の電
極として使用することも可能になる。
The model M1 shown in FIG.
In M2 of No. 2, the magnetostrictive elements 3 may be formed on both the upper and lower surfaces of the electrostrictive element 2, and input or output may be performed to both magnetostrictive elements 3. In this case, both magnetostrictive elements 3 can be used as electrodes of the electrostrictive element 2.

【0031】上記モデルM1〜M4を使用した電圧電流
変換装置または電流電圧変換装置は、その入出力方向、
および振動モードによって、図15に示すように、8つ
の分類A〜Hに分けられる。以下、分類A〜Hのそれぞ
れについて、その動作を説明する。
The voltage-current converter or the current-voltage converter using the models M1 to M4 has input / output directions,
As shown in FIG. 15, the data is divided into eight categories A to H according to the vibration mode. Hereinafter, the operation of each of the classifications A to H will be described.

【0032】分類A,B 図11のモデルM1または図12のモデルM2を使用し
この発明に係る電歪から磁歪への変換、つまり、電圧
電流変換を行うものである。電歪素子2のリード線1
1,12を介して電歪素子2に交流入力電圧を印加する
と、その電圧レベルに応じた量だけ電歪素子2が分極方
向に電歪を発生し、その長手方向7に伸縮する。この電
歪素子2の伸縮と一体的に磁歪素子3も長手方向7に伸
縮し、磁歪素子3の透磁率が変化する。
The classification A, conversion using a model M2 model M1 or 12 of the B 11 to the magnetostrictive from according electrostrictive to the present invention, i.e., performs a voltage-current conversion. Lead wire 1 of electrostrictive element 2
When an AC input voltage is applied to the electrostrictive element 2 via the elements 1 and 12, the electrostrictive element 2 generates electrostriction in the polarization direction by an amount corresponding to the voltage level, and expands and contracts in the longitudinal direction 7. The magnetostrictive element 3 expands and contracts in the longitudinal direction 7 integrally with the expansion and contraction of the electrostrictive element 2, and the magnetic permeability of the magnetostrictive element 3 changes.

【0033】他方、モデルM1のコイル20またはモデ
ルM2の折り返し導線29に直流電流を重畳させるか、
または永久磁石による磁束を加えることで、予め磁歪素
子3に磁気バイアスを付加しておく。こうすると、上記
交流入力電圧が持つ電圧変化に応じた磁歪素子3の透磁
率変化によって、コイル20または折り返し導線29の
インダクタンス値が、上記電圧変化に応じて変化する。
ここで、磁歪素子3には磁気バイアスが与えられている
ため、上記透磁率変化によりコイル内磁束変化が生じ、
コイル20または折り返し導線29には、同じく上記電
圧変化に応じた起電力が発生する。この起電力による電
流を、リード線25,26を介して電流信号として取り
出す。これにより、電歪素子2のリード線11,12を
電圧入力とし、磁歪素子3のリード線25,26を電流
出力とした電圧入力・電流出力のインピーダンス変換が
行われる(分類A,B)。
On the other hand, a DC current is superimposed on the coil 20 of the model M1 or the folded conductor 29 of the model M2,
Alternatively, a magnetic bias is previously applied to the magnetostrictive element 3 by applying a magnetic flux by a permanent magnet. Then, the inductance value of the coil 20 or the folded conductor 29 changes according to the voltage change due to the change in the magnetic permeability of the magnetostrictive element 3 according to the voltage change of the AC input voltage.
Here, since a magnetic bias is applied to the magnetostrictive element 3, a change in magnetic flux in the coil occurs due to the change in magnetic permeability,
An electromotive force corresponding to the voltage change is generated in the coil 20 or the folded conducting wire 29. The current due to the electromotive force is extracted as a current signal via the lead wires 25 and 26. As a result, voltage input and current output impedance conversion is performed with the lead wires 11 and 12 of the electrostrictive element 2 as voltage input and the lead wires 25 and 26 of the magnetostrictive element 3 as current output (classification A and B).

【0034】ところで、電歪素子2は機械的な一定の共
振周波数を持ち、その長手方向7の共振周波数と交流入
力電圧の周波数とが一致するとき、共振が起こる。した
がって、この共振周波数と入力周波数とが離れていると
きは、直接振動モードによる上記インピーダンス変換の
みを行うが(分類A)、共振周波数と入力周波数とが接
近しているときは、共振モードにより、入力周波数に対
する出力の選択性を有することになり、本来持っている
インピーダンス変換に加えて、周波数選択動作も行う
(分類B)。
The electrostrictive element 2 has a mechanically constant resonance frequency, and resonance occurs when the resonance frequency in the longitudinal direction 7 and the frequency of the AC input voltage match. Therefore, when the resonance frequency is apart from the input frequency, only the impedance conversion in the direct vibration mode is performed (class A). When the resonance frequency is near the input frequency, The output has selectivity with respect to the input frequency, and performs a frequency selection operation in addition to the inherent impedance conversion (class B).

【0035】分類C,D 図11のモデルM1または図12のモデルM2を使用し
て磁歪から電歪への変換、つまり、電流電圧変換を行う
ものである。磁歪素子3のリード線25,26を介して
磁歪素子3に交流入力電流を印加して、磁歪素子3に磁
界を付加すると、その磁束密度に応じた量だけ磁歪素子
3が磁束方向に伸び(正磁歪)を発生する。この磁歪素
子3の伸びにより、図16に示すように、電歪素子2に
曲がりが生じる。この曲がりによる電歪素子2の厚さの
変化により、電極3,6間の電圧が変化するので、この
電圧変化をリード線11,12から取り出す。これによ
り、電流入力・電圧出力のインピーダンス変換が行われ
る(分類C,D)。
Classification C, D Conversion from magnetostriction to electrostriction, that is, current-voltage conversion, is performed using the model M1 in FIG. 11 or the model M2 in FIG. When an AC input current is applied to the magnetostrictive element 3 via the lead wires 25 and 26 of the magnetostrictive element 3 to apply a magnetic field to the magnetostrictive element 3, the magnetostrictive element 3 extends in the direction of the magnetic flux by an amount corresponding to the magnetic flux density ( (Positive magnetostriction). Due to the extension of the magnetostrictive element 3, the electrostrictive element 2 is bent as shown in FIG. The change in the thickness of the electrostrictive element 2 due to the bending changes the voltage between the electrodes 3 and 6, and this voltage change is taken out from the lead wires 11 and 12. Thereby, impedance conversion of current input / voltage output is performed (classification C, D).

【0036】このとき、やはり、電歪素子2の共振周波
数と入力周波数とが離れているときは、電歪素子2の直
接振動モードによるインピーダンス変換のみを行うが
(分類C)、共振周波数と入力周波数とが接近している
ときは、共振モードにより、入力周波数に対する出力の
選択性を有することになり、本来持っているインピーダ
ンス変換に加えて、周波数選択動作も行う(分類D)。
At this time, when the resonance frequency of the electrostrictive element 2 is far from the input frequency, only the impedance conversion in the direct vibration mode of the electrostrictive element 2 is performed (class C). When the frequency is close, the output mode has selectivity with respect to the input frequency due to the resonance mode, and the frequency selection operation is performed in addition to the inherent impedance conversion (class D).

【0037】さらに、この分類C,Dでは、つぎに説明
するように、入力周波数の逓倍の出力が得られるという
特長もある。すなわち、図17(a)に示すように、一
定のバイアスをかけた交流入力電流Iaを図11のコイ
ル20または図12の折り返し導線29にかけた場合、
励磁界は一方向の増減としてあらわれるので、これに応
じて磁歪素子3の伸び量が増減し、電歪素子2から、図
17(b)に示すように、入力電流と同一周期の電圧出
力Vaが得られる。
Further, in the classifications C and D, as described below, there is a feature that an output obtained by multiplying the input frequency can be obtained. That is, as shown in FIG. 17A, when an AC input current Ia with a constant bias is applied to the coil 20 of FIG. 11 or the folded conductor 29 of FIG.
Since the exciting magnetic field appears as an increase or decrease in one direction, the amount of expansion of the magnetostrictive element 3 increases or decreases accordingly, and the voltage output Va of the same cycle as the input current is output from the electrostrictive element 2 as shown in FIG. Is obtained.

【0038】これに対し、図17(c)に示すように、
バイアスをかけない交流入力電流Ibを上記コイル20
または折り返し導線29にかけた場合、励磁界は半周期
ごとに方向が反転するが、磁歪素子3は、磁界が反転し
ても、磁束密度に応じた量だけ伸びる(正磁歪)ので、
この磁歪素子3および電歪素子2の伸縮の周期(振動周
期)は、入力電流Ibの1/2となる。したがって、図
17(d)に示すように、入力電流Ibの2倍の周波
数を持つ電圧出力Vbが得られる。
On the other hand, as shown in FIG.
The AC input current Ib without bias is applied to the coil 20
Alternatively, when the excitation magnetic field is applied to the folded conducting wire 29, the direction of the excitation magnetic field is inverted every half cycle, but the magnetostrictive element 3 extends by an amount corresponding to the magnetic flux density (positive magnetostriction) even if the magnetic field is inverted.
The expansion / contraction cycle (vibration cycle) of the magnetostrictive element 3 and the electrostrictive element 2 is の of the input current Ib. Therefore, as shown in FIG. 17D, a voltage output Vb having twice the frequency of the input current Ib is obtained.

【0039】分類E,F 図13のモデルM3または図14のモデルM4を使用し
分類A,Bと同様にこの発明に係る電歪から磁歪への
変換、つまり、電圧電流変換を行うものである。まず、
図13のモデルM3を使用した場合を説明する。電歪素
子2のリード線11,12からくし形電極22,23を
介して電歪素子2に交流入力電圧を印加すると、その電
圧レベルに応じた量だけ電歪素子2が、長手方向7に沿
った分極方向に電歪を発生し、長手方向7に伸縮する。
この伸縮によって、図16で示したのと同様に、電歪素
子2に曲がりが生じ、磁歪素子3も電歪素子2と一体的
に曲がる。その結果、磁歪素子3が長手方向7に伸縮
し、その透磁率が変化する。この透磁率変化によるイン
ダクタンス変化を、コイル20からリード線25,26
を介して、電流信号として取り出す。これにより、電圧
入力・電流出力のインピーダンス変換が行われる(分類
E,F)
Classifications E and F The conversion from electrostriction to magnetostriction, that is, voltage-current conversion according to the present invention is performed in the same manner as classifications A and B using the model M3 in FIG. 13 or the model M4 in FIG. is there. First,
A case where the model M3 in FIG. 13 is used will be described. When an AC input voltage is applied to the electrostrictive element 2 from the lead wires 11 and 12 of the electrostrictive element 2 through the comb-shaped electrodes 22 and 23, the electrostrictive element 2 moves in the longitudinal direction 7 by an amount corresponding to the voltage level. Electrostriction occurs in the polarization direction along the direction, and expands and contracts in the longitudinal direction 7.
Due to the expansion and contraction, the electrostrictive element 2 bends similarly to the case shown in FIG. 16, and the magnetostrictive element 3 also bends integrally with the electrostrictive element 2. As a result, the magnetostrictive element 3 expands and contracts in the longitudinal direction 7, and its magnetic permeability changes. The change in inductance due to the change in magnetic permeability is transferred from the coil 20 to the lead wires 25 and 26.
And is taken out as a current signal via. Thereby, impedance conversion of voltage input / current output is performed (classification E, F).

【0040】図14に示したモデルM4は、前述のとお
り、SAWフィルターの出力側を電歪素子で構成した構
造に相当するものである。したがって、電歪素子2のく
し形電極22,23に交流入力電圧を入力すると、電歪
素子2が長手方向7に伸縮し、その伸縮による振動が電
歪素子2の表層部を伝わって磁歪素子3に達し、磁歪素
子3の折り返し導線29からリード線25,26を介し
て、交流出力電流として取り出される。これにより、従
来のSAWフィルターとしての選択動作に電圧入力・電
流出力のインピーダンス変換を付加した動作を行う(分
類E,F)。
The model M4 shown in FIG. 14 corresponds to a structure in which the output side of the SAW filter is constituted by an electrostrictive element, as described above. Therefore, when an AC input voltage is input to the interdigital electrodes 22 and 23 of the electrostrictive element 2, the electrostrictive element 2 expands and contracts in the longitudinal direction 7, and the vibration caused by the expansion and contraction propagates through the surface layer of the electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3 and is extracted as an AC output current from the folded conducting wire 29 of the magnetostrictive element 3 via the lead wires 25 and 26. As a result, the operation of adding the impedance conversion of the voltage input / current output to the selection operation as the conventional SAW filter is performed (classification E, F).

【0041】上記モデルM3およびM4のいずれにおい
ても、やはり、電歪素子2の共振周波数と入力周波数と
が離れているときは、電歪素子2の直接振動モードによ
るインピーダンス変換のみを行うが(分類E)、共振周
波数と入力周波数とが接近しているときは、共振モード
により、入力周波数に対する出力の選択性を有すること
になり、本来持っているインピーダンス変換に加えて、
周波数選択動作も行う(分類F)。
In both of the models M3 and M4, when the resonance frequency of the electrostrictive element 2 is far from the input frequency, only impedance conversion in the direct vibration mode of the electrostrictive element 2 is performed. E) When the resonance frequency and the input frequency are close to each other, the resonance mode has selectivity of the output with respect to the input frequency. In addition to the inherent impedance conversion,
A frequency selection operation is also performed (class F).

【0042】分類G,H 図13のモデルM3または図14のモデルM4を使用し
て磁歪から電歪への変換、つまり、電流電圧変換を行う
ものである。その動作は、上記分類E,Fで説明したの
と逆であり、磁歪素子3側のリード線25,26から供
給した交流入力電流が、電歪素子2側のリード線11,
12から交流出力電圧として取り出される。
Classification G, H Conversion from magnetostriction to electrostriction, that is, current-voltage conversion, is performed using the model M3 in FIG. 13 or the model M4 in FIG. The operation is the reverse of that described in the above classifications E and F, and the AC input current supplied from the lead wires 25 and 26 on the magnetostrictive element 3 side is changed to the lead wire 11 on the electrostrictive element 2 side.
12 is taken out as an AC output voltage.

【0043】このとき、やはり、電歪素子2の共振周波
数と入力周波数とが離れているときは、電歪素子2の直
接振動モードによるインピーダンス変換のみを行うが
(分類G)、共振周波数と入力周波数とが接近している
ときは、共振モードにより、入力周波数に対する出力の
選択性を有することになり、本来持っているインピーダ
ンス変換に加えて、周波数選択動作も行う(分類H)。
At this time, when the resonance frequency of the electrostrictive element 2 is far from the input frequency, only the impedance conversion in the direct vibration mode of the electrostrictive element 2 is performed (class G). When the frequency is close, the output has selectivity with respect to the input frequency due to the resonance mode. In addition to the inherent impedance conversion, the frequency selection operation is also performed (class H).

【0044】ところで、上記磁歪電歪相互変換素子1
は、上記電圧電流または電流電圧変換装置のほか、電圧
電流両出力可能な応力センサにも使用できる。図18に
この発明に係る機械電気変換装置を示す。同図におい
て、電歪素子2の下面を変位付加部31とし、この付加
部31を介して電歪素子2を、機械的な変位を生じる部
材32に接着のような手段で固定しておく。これによ
り、上記部材32から電歪素子2に機械的な変位が付加
されると、この変位に応じた電圧信号が電歪素子2のリ
ード線11,12から取り出される一方、変位に応じた
電流信号が磁歪素子3のリード線25,26から取り出
される。リード線11,12が第1の出力手段を構成
し、リード線25,26が第2の出力手段を構成する。
なお、部材32には、電歪素子2を固定したときに、磁
歪素子3が部材32に接触しないように、逃がし溝33
が設けられている。
[0044] By the way, the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1
Can be used not only for the voltage-current or current-voltage converter, but also for a stress sensor capable of outputting both voltage and current. In FIG.
1 shows a electromechanical converter according to the present invention. Smell
Then, the lower surface of the electrostrictive element 2 is used as a displacement applying section 31, and the electrostrictive element 2 is fixed to a member 32 that causes mechanical displacement by means of an adhesive or the like via the adding section 31. Accordingly, when a mechanical displacement is applied to the electrostrictive element 2 from the member 32, a voltage signal corresponding to the displacement is extracted from the lead wires 11 and 12 of the electrostrictive element 2, while a current corresponding to the displacement is output. A signal is taken out from the lead wires 25 and 26 of the magnetostrictive element 3. Lead wires 11 and 12 constitute first output means
Then, the lead wires 25 and 26 constitute the second output means.
The member 32 has a relief groove 33 so that the magnetostrictive element 3 does not contact the member 32 when the electrostrictive element 2 is fixed.
Is provided.

【0045】さらに、この発明の磁歪電歪相互変換素子
1は、図19に示すAM変調器にも使用することができ
る。図19において、磁歪電歪相互変換素子1は、コン
デンサC1と可変インダクタンスL1を備えた等価回路
で表わされており、一種の電圧電流変換動作を伴う可変
インダクタンスとして機能する。上記可変インダスタン
スL1にはコンデンサC2が並列接続されて、並列共振
回路41が形成されており、この並列共振回路41にト
ランジスタ42および抵抗R1が直列接続されている。
Further, the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 of the present invention can be used also for the AM modulator shown in FIG. In FIG. 19, the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element 1 is represented by an equivalent circuit including a capacitor C1 and a variable inductance L1, and functions as a variable inductance accompanied by a kind of voltage-current conversion operation. A capacitor C2 is connected in parallel to the variable inductance L1 to form a parallel resonance circuit 41, and a transistor 42 and a resistor R1 are connected in series to the parallel resonance circuit 41.

【0046】コンデンサC1の両端につながる入力端子
44,45間に、周波数faの入力信号46が供給さ
れ、トランジスタ42のベースに、周波数fcの搬送波
47が供給されている。図20に示すように、C2・L
1による共振周波数foを搬送周波数fcよりも高く
(もしくは低く)設定しておくと、L1が入力信号46
のレベルに応じて変化する結果、C2・L1による上記
共振周波数foの変化が起こる。このfoの変化によ
り、搬送周波数fcに対する共振回路41のインピーダ
ンスが変化する。つまり、共振周波数foが搬送周波数
fcから遠く離れるほど、搬送周波数fcに対する共振
回路41のインピーダンスが小さくなる。このインピー
ダンス変化を、抵抗R1の電圧変化として、出力端子4
8から取り出すと、faによってAM変調された変調信
号49が得られる。
An input signal 46 having a frequency fa is supplied between input terminals 44 and 45 connected to both ends of the capacitor C 1, and a carrier 47 having a frequency fc is supplied to the base of the transistor 42. As shown in FIG.
1 is set higher (or lower) than the carrier frequency fc, L1 becomes the input signal 46.
As a result, the resonance frequency fo changes due to C2 · L1. This change in fo changes the impedance of the resonance circuit 41 with respect to the carrier frequency fc. That is, the farther the resonance frequency fo is from the carrier frequency fc, the smaller the impedance of the resonance circuit 41 with respect to the carrier frequency fc. This impedance change is regarded as a voltage change of the resistor R1, and
Extracted from 8, a modulated signal 49 AM-modulated by fa is obtained.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の電圧電
流変換装置は、磁歪電歪相互変換素子の電歪素子に入力
信号を与えて、その磁歪素子から出力信号を取り出すの
で、巻線トランスのような周波数帯域の限界がなく、ア
クティブ素子のような複雑な入力回路および出力回路も
必要としない。
As described above, the voltage and voltage of the present invention
The current converter gives an input signal to the electrostrictive element of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element and takes out the output signal from the magnetostrictive element , so that there is no limit of the frequency band like a winding transformer, and like an active element. No complicated input and output circuits are required.

【0048】また、この発明の機械電気変換装置は、外
部から電歪素子に変位が付加されると、その変位に応じ
てレベルが変化する電圧出力信号を電歪素子から、電流
出力信号を磁歪素子から、それぞれ取り出すことができ
るので、たとえば電歪素子を被測定部材に接着して、こ
の被測定部材に発生する応力を検知し、その検知信号を
電圧、電流の両方で出力する応力センサを実現できる。
Further , in the electromechanical transducer of the present invention, when a displacement is added to the electrostrictive element from the outside, a voltage output signal whose level changes according to the displacement is output from the electrostrictive element, and a current output signal is magnetostricted. Since each element can be taken out of the element, for example, an electrostrictive element is bonded to a member to be measured, a stress sensor that detects a stress generated in the member to be measured, and outputs a detection signal as both a voltage and a current. realizable.

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

【図1】この発明に係る電圧電流変換装置および機械電
気変換装置に用いられる磁歪電歪相互変換素子の一例
示す斜視図である。
FIG. 1 is a diagram showing a voltage-current converter and a mechanical electric device according to the present invention.
It is a perspective view showing an example of a magnetostriction electrostriction mutual conversion element used for a gas converter .

【図2】同他の例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing another example .

【図3】図1の磁歪電歪相互変換素子の利用態様の一例
を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a mode of using the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element of FIG . 1 ;

【図4】図1の磁歪電歪相互変換素子の効果を確認する
ための試験に使用された装置を示す概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an apparatus used for a test for confirming the effect of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element of FIG . 1 ;

【図5】同試験による実測値を示す図である。FIG. 5 is a view showing measured values by the same test.

【図6】図1の磁歪電歪相互変換素子の電歪素子側の配
線方法の一例を示す斜視図である。
6 is a perspective view showing one example of a wiring method on the electrostrictive element side of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element in FIG . 1 ;

【図7】(a)は図2の磁歪電歪相互変換素子の電歪素
子側の配線方法の他例を示す斜視図、(b)はその要部
を示す拡大断面図である。
7 (a) is an electrostrictive element of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element of FIG. 2;
FIG. 4 is a perspective view showing another example of the wiring method on the slave side, and FIG. 4 (b) is an enlarged sectional view showing a main part thereof.

【図8】磁歪電歪相互変換素子の磁歪素子側の配線方法
の一例を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing an example of a wiring method on the magnetostrictive element side of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element.

【図9】同配線方法の他の例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing another example of the wiring method.

【図10】図9の磁歪電歪相互変換素子に発生する磁束
を示す断面図である。
10 is a sectional view showing a magnetic flux generated in the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element in FIG.

【図11】この発明に係る電圧電流変換装置の磁歪電歪
相互変換素子に配線を施したモデルM1を示す斜視図で
ある。
FIG. 11 is a perspective view showing a model M1 in which wiring is applied to the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element of the voltage-current converter according to the present invention.

【図12】この発明に係る電圧電流変換装置の磁歪電歪
相互変換素子に配線を施したモデルM2を示す斜視図で
ある。
FIG. 12 is a perspective view showing a model M2 in which wiring is applied to the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element of the voltage-current converter according to the present invention.

【図13】この発明に係る電圧電流変換装置の磁歪電歪
相互変換素子に配線を施したモデルM3を示す斜視図で
ある。
FIG. 13 is a perspective view showing a model M3 in which wiring is applied to the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element of the voltage-current converter according to the present invention.

【図14】この発明に係る電圧電流変換装置の磁歪電歪
相互変換素子に配線を施したモデルM4を示す斜視図で
ある。
FIG. 14 is a perspective view showing a model M4 in which wiring is applied to the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element of the voltage-current converter according to the present invention.

【図15】モデルM1〜M4を使用態様によって分類し
た図表である。
FIG. 15 is a table in which models M1 to M4 are classified according to use modes.

【図16】電流電圧変換装置における磁歪電歪相互変換
素子の動作を示す側面図である。
FIG. 16 is a side view showing the operation of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element in the current-voltage converter .

【図17】磁歪電歪相互変換素子の磁歪素子への入力
電流と電歪素子からの出力電圧を示す信号波形図であ
る。
FIG. 17 is a signal waveform diagram showing an input current to the magnetostrictive element and an output voltage from the electrostrictive element of the magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element.

【図18】この発明に係る機械電気変換装置を示す応力
センサの斜視図である。
FIG. 18 is a perspective view of a stress sensor showing the electromechanical converter according to the present invention.

【図19】磁歪電歪相互変換素子をAM変調器に使用し
た例を示す回路図である。
FIG. 19 is a circuit diagram showing an example in which a magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element is used for an AM modulator.

【図20】図19のAM変調器における共振モードの波
形を示す図である。
20 is a diagram showing a waveform of a resonance mode in the AM modulator of FIG. 19;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁歪電歪相互変換素子、2…電歪素子、3…磁歪素
子、5…面方向、6…電極、7…長手方向、11,12
…電歪素子側のリード線、20…コイル、22,23…
くし形電極、25,26…磁歪素子側のリード線、29
…折り返し導線、31…変位付加部、3,6,11,1
2,20,22,23,25,26,29…入出力手
段、P…分極方向。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element, 2 ... Electrostrictive element, 3 ... Magnetostrictive element, 5 ... Surface direction, 6 ... Electrode, 7 ... Longitudinal direction, 11, 12
... Lead wires on the electrostrictive element side, 20 ... Coils, 22, 23 ...
Comb-shaped electrode, 25, 26 ... lead wire on magnetostrictive element side, 29
... Folding wire, 31 ... Displacement adding part, 3,6,11,1
2, 20, 22, 23, 25, 26, 29 ... input / output means, P ... polarization direction.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電歪効果と磁歪効果の相互効果を発揮す
るように、電歪素子上に、この電歪素子と一体的に伸縮
する磁歪素子が形成されてなる磁歪電歪相互変換素子
と、その電歪素子に入力信号を供給する入力手段と、そ
の磁歪素子から出力信号を取り出す出力手段とを備えて
なる磁歪電歪相互変換素子を用いた電圧電流変換装置。
1. A magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element comprising a magnetostrictive element formed on an electrostrictive element so as to expand and contract integrally with the electrostrictive element so as to exhibit a mutual effect between the electrostrictive effect and the magnetostrictive effect.
Input means for supplying an input signal to the electrostrictive element;
Output means for extracting an output signal from the magnetostrictive element of
Voltage-current converter using a magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element.
【請求項2】 請求項1の磁歪電歪相互変換素子と、そ
の電歪素子から出力信号を取り出す第1の出力手段と、
その磁歪素子から出力信号を取り出す第2の出力手段と
を備え、上記電歪素子は、外部から機械的変位が付加さ
れる変位付加部を有している磁歪電歪相互変換素子を用
いた機械電気変換装置。
2. The magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element according to claim 1, and first output means for extracting an output signal from the electrostrictive element .
Second output means for extracting an output signal from the magnetostrictive element;
The electrostrictive element has a mechanical displacement added from the outside.
Using a magnetostrictive electrostrictive mutual conversion element
Had a mechanical-electrical conversion device.
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