JP2974148B2 - 磁歪式アクチュエータ - Google Patents
磁歪式アクチュエータInfo
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- JP2974148B2 JP2974148B2 JP1107451A JP10745189A JP2974148B2 JP 2974148 B2 JP2974148 B2 JP 2974148B2 JP 1107451 A JP1107451 A JP 1107451A JP 10745189 A JP10745189 A JP 10745189A JP 2974148 B2 JP2974148 B2 JP 2974148B2
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- magnetic
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- magnetic material
- field generating
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、外部磁場の印加により磁化されると歪むす
なわち磁歪を有する磁性体を具備し、前記外部磁界の印
加により変位量を制御することができる磁歪式アクチュ
エータに関する。
なわち磁歪を有する磁性体を具備し、前記外部磁界の印
加により変位量を制御することができる磁歪式アクチュ
エータに関する。
（従来の技術） 近年の計測工学の進歩および精密機械分野の発展にと
もない、ミクロンオーダーの微小変位を発生する変位駆
動器（アクチュエータ）の開発が望まれている。
もない、ミクロンオーダーの微小変位を発生する変位駆
動器（アクチュエータ）の開発が望まれている。
この種のアクチュエータとして、PZTなどの圧電材料
を変位発生素子とし、この変位発生素子に制御電圧を印
加するものが知られている。この種の変位発生素子に対
しては、絶対駆動変位量，精密制御性，靭性等が良好で
あることが必要とされる。
を変位発生素子とし、この変位発生素子に制御電圧を印
加するものが知られている。この種の変位発生素子に対
しては、絶対駆動変位量，精密制御性，靭性等が良好で
あることが必要とされる。
ところで、上述のような要求を満たす前記変位発生素
子として、圧電材料より剛性が大きいことから、磁歪を
有する磁性体（磁歪材料）を用いることが検討されてい
る。この種の磁性体を用いる場合、アクチュエータとし
て、磁性体に制御磁界を印加する手段が具備されるが、
この磁界を印加する手段としては、電磁石等の磁気回路
が、制御電流の供給で容易に磁界を制御できるため用い
られることになる。
子として、圧電材料より剛性が大きいことから、磁歪を
有する磁性体（磁歪材料）を用いることが検討されてい
る。この種の磁性体を用いる場合、アクチュエータとし
て、磁性体に制御磁界を印加する手段が具備されるが、
この磁界を印加する手段としては、電磁石等の磁気回路
が、制御電流の供給で容易に磁界を制御できるため用い
られることになる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような磁気回路を具備するアクチ
ュエータにおいて、必要な変位範囲を確保することを図
って、前記磁気回路に制御電流を供給すると、この電流
の影響で磁気回路が発熱し、この熱の影響で磁性体が熱
膨張し、ミクロンオーダーの微小変位駆動においては、
安定性および制御性を低下させる大きな要因になってし
まう。
ュエータにおいて、必要な変位範囲を確保することを図
って、前記磁気回路に制御電流を供給すると、この電流
の影響で磁気回路が発熱し、この熱の影響で磁性体が熱
膨張し、ミクロンオーダーの微小変位駆動においては、
安定性および制御性を低下させる大きな要因になってし
まう。
本発明の目的は従来のかかる問題点を解決することで
あり、熱的外乱に左右されることなく、微小変位を安定
性および制御性良好応に駆動できる磁歪式アクチュエー
タを提供することにある。
あり、熱的外乱に左右されることなく、微小変位を安定
性および制御性良好応に駆動できる磁歪式アクチュエー
タを提供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するための本発明の第１の磁歪式ア
クチュエータは、 磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加
する磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体の外部からの
前記磁性体への熱伝導を遮蔽する手段と、 前記磁性体の長手方向に対峙して配設された永久磁石
と を具備することを特徴とするものである。
クチュエータは、 磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加
する磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体の外部からの
前記磁性体への熱伝導を遮蔽する手段と、 前記磁性体の長手方向に対峙して配設された永久磁石
と を具備することを特徴とするものである。
また、本発明の第２の磁歪式アクチュエータは、 磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され、前記磁性体に磁界を印
加する磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に巻回された冷却媒体が通過可能な
通路を有する、前記磁性体の外部からの前記磁性体への
熱伝導を遮蔽する手段と を具備することを特徴とするものである。
加する磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に巻回された冷却媒体が通過可能な
通路を有する、前記磁性体の外部からの前記磁性体への
熱伝導を遮蔽する手段と を具備することを特徴とするものである。
さらに、本発明の第３の磁歪式アクチュエータは、 磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加
する磁界発生手段と、 前記磁界発生手段と前記磁性体との間の空間で前記磁
界発生手段に近い側に配設された、前記磁性体の外部か
らの前記磁性体への熱伝導を遮蔽する手段と を具備することを特徴とするものである。
する磁界発生手段と、 前記磁界発生手段と前記磁性体との間の空間で前記磁
界発生手段に近い側に配設された、前記磁性体の外部か
らの前記磁性体への熱伝導を遮蔽する手段と を具備することを特徴とするものである。
また、本発明の第４の磁歪式アクチュエータは、 磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加
する磁界発生手段と、 前記磁性体を一定温度に保つ温度調節手段と、 前記磁性体の長手方向に対峙して配設された永久磁石
と を具備することを特徴とするものである。
する磁界発生手段と、 前記磁性体を一定温度に保つ温度調節手段と、 前記磁性体の長手方向に対峙して配設された永久磁石
と を具備することを特徴とするものである。
さらに、本発明の第５の磁歪式アクチュエータは、 磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加
する磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に巻回され、冷却媒体が通過可能な
通路を有する、前記磁性体を一定温度に保つ温度調節手
段と を具備することを特徴とするものである。
する磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に巻回され、冷却媒体が通過可能な
通路を有する、前記磁性体を一定温度に保つ温度調節手
段と を具備することを特徴とするものである。
また、本発明の第６の磁歪式アクチュエータは、 磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加
する磁界発生手段と、 前記磁界発生手段と前記磁性体との間の空間で前記磁
界発生手段に近い側に配設された、前記磁性体を一定温
度に保つ温度調節手段と を具備することを特徴とするものである。
する磁界発生手段と、 前記磁界発生手段と前記磁性体との間の空間で前記磁
界発生手段に近い側に配設された、前記磁性体を一定温
度に保つ温度調節手段と を具備することを特徴とするものである。
（作用） 上記構成を有する磁歪式アクチュエータによれば、磁
界発生手段に電磁石が用いられ、この電磁石に供給され
る電流により電磁石が発熱するなど、磁性体外部で温度
上昇が生じても、磁性体の周囲に配設された熱伝導を遮
蔽する手段が、この磁性体外部からこの磁性体への熱伝
導を遮蔽するため、熱的外乱に左右されることなく、微
小変位を安定性および制御性良好に駆動できる。
界発生手段に電磁石が用いられ、この電磁石に供給され
る電流により電磁石が発熱するなど、磁性体外部で温度
上昇が生じても、磁性体の周囲に配設された熱伝導を遮
蔽する手段が、この磁性体外部からこの磁性体への熱伝
導を遮蔽するため、熱的外乱に左右されることなく、微
小変位を安定性および制御性良好に駆動できる。
また、磁性体内部に冷却水を流す、磁性体を強制空冷
するなどの機構からなる温度調節手段を用いても同様で
ある。
するなどの機構からなる温度調節手段を用いても同様で
ある。
（実施例） 以下、本発明にかかる磁歪式アクチュエータについ
て、第１図および第２図を参照にしながら説明する。
て、第１図および第２図を参照にしながら説明する。
本発明にかかる磁歪式アクチュエータの一実施例を示
す第１図において、この磁歪式アクチュエータは、磁界
発生手段の一部としての空心コイル１と、磁歪を有する
磁性体としての磁歪棒３（径10mm,長さ50mm）と、前記
磁歪棒３の周囲に配設されてこの磁歪棒３外部からこの
磁歪棒３への熱伝導を遮蔽する手段としての熱絶縁層２
と、を具備している。
す第１図において、この磁歪式アクチュエータは、磁界
発生手段の一部としての空心コイル１と、磁歪を有する
磁性体としての磁歪棒３（径10mm,長さ50mm）と、前記
磁歪棒３の周囲に配設されてこの磁歪棒３外部からこの
磁歪棒３への熱伝導を遮蔽する手段としての熱絶縁層２
と、を具備している。
前記磁歪棒３としては、希土類・鉄系ラーベス型金属
間化合物であるTb0.3Dy0.7Fe1.9組成の磁性体等が用い
られる。この磁歪棒３片端部にはステー６が取り付けら
れており、磁歪棒３の変形量をXYステージ等の被駆動機
器と接続する際、ジョイント部となる。
間化合物であるTb0.3Dy0.7Fe1.9組成の磁性体等が用い
られる。この磁歪棒３片端部にはステー６が取り付けら
れており、磁歪棒３の変形量をXYステージ等の被駆動機
器と接続する際、ジョイント部となる。
また、前記空心コイル１には、この空心コイル１へ制
御電流を供給するための図示しない電源等が接続されて
いる。この空心コイル１と、磁歪棒３の長手方向に対峙
して配設される永久磁石4a,4とは磁気回路を構成してい
る。この永久磁石4a,4bは、磁歪棒３に予め直流磁気バ
イアスを加えており、前記制御電流と磁歪棒３の変位量
との関係の直線性良好化を図るとともに、前記変位を矢
印７方向で適宜設定される基準値に対して±で行うこと
を図っている。
御電流を供給するための図示しない電源等が接続されて
いる。この空心コイル１と、磁歪棒３の長手方向に対峙
して配設される永久磁石4a,4とは磁気回路を構成してい
る。この永久磁石4a,4bは、磁歪棒３に予め直流磁気バ
イアスを加えており、前記制御電流と磁歪棒３の変位量
との関係の直線性良好化を図るとともに、前記変位を矢
印７方向で適宜設定される基準値に対して±で行うこと
を図っている。
また、前記熱絶縁層２は、前記空心コイル１の内側に
水冷パイプ2aをスパイラル状に巻回した構成をとってお
り、この水冷パイプ2aには図示しない恒温槽等の水温管
理装置から一定温度に温度管理された冷却水で供給され
る。
水冷パイプ2aをスパイラル状に巻回した構成をとってお
り、この水冷パイプ2aには図示しない恒温槽等の水温管
理装置から一定温度に温度管理された冷却水で供給され
る。
したがって本実施例においては、水冷パイプ2a内に
は、温度管理された冷却水を供給することにより、空心
コイル１に供給された制御電流により空心コイル１に発
生する熱の磁歪棒３への伝導が遮断されるとともに、磁
歪棒３の温度管理もなされるため、熱的外乱に左右され
ることなく、微小変位を安定性および制御性良好に駆動
できることになる。
は、温度管理された冷却水を供給することにより、空心
コイル１に供給された制御電流により空心コイル１に発
生する熱の磁歪棒３への伝導が遮断されるとともに、磁
歪棒３の温度管理もなされるため、熱的外乱に左右され
ることなく、微小変位を安定性および制御性良好に駆動
できることになる。
このため、冷却水を例えば±１℃以下に温度管理しな
がら、ステップ制御を行ったところ、第２図に示すよう
な安定した良好な微少変位制御を行うことができ、ミク
ロンオーダーからサブミクロンオーダーの位置決め等の
微小変位制御に適用できることが明らかとなった。
がら、ステップ制御を行ったところ、第２図に示すよう
な安定した良好な微少変位制御を行うことができ、ミク
ロンオーダーからサブミクロンオーダーの位置決め等の
微小変位制御に適用できることが明らかとなった。
なお、上記実施例においては、磁歪棒３の周囲に水冷
パイプ2aを配設し、磁歪棒３外部からの熱伝導を遮蔽し
ているが、水冷パイプ2a内の冷却水の代わりに、空気，
窒素，酸素，アルゴン等の気体を用いたり、あるいはこ
れらの気体をパイプ内に挿入せずに雰囲気として用いた
りしてもよい。また、一般に知られている断熱材層を形
成しても良いことはいうまでもない。
パイプ2aを配設し、磁歪棒３外部からの熱伝導を遮蔽し
ているが、水冷パイプ2a内の冷却水の代わりに、空気，
窒素，酸素，アルゴン等の気体を用いたり、あるいはこ
れらの気体をパイプ内に挿入せずに雰囲気として用いた
りしてもよい。また、一般に知られている断熱材層を形
成しても良いことはいうまでもない。
［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明にかかる磁歪式アクチ
ュエータにおいては、磁界発生手段に電磁石が用いら
れ、この電磁石に供給される電流により電磁石が発熱す
るなど、磁性体外部で温度上昇が生じることがあって
も、磁性体の周囲に配設された熱伝導を遮蔽する手段
が、この磁性体外部からこの磁性体への熱伝導を遮蔽す
るため、また温度調節手段により一定温度に保たれるた
め、熱的外乱に左右されることなく、微小変位を安定性
良好に駆動できる。
ュエータにおいては、磁界発生手段に電磁石が用いら
れ、この電磁石に供給される電流により電磁石が発熱す
るなど、磁性体外部で温度上昇が生じることがあって
も、磁性体の周囲に配設された熱伝導を遮蔽する手段
が、この磁性体外部からこの磁性体への熱伝導を遮蔽す
るため、また温度調節手段により一定温度に保たれるた
め、熱的外乱に左右されることなく、微小変位を安定性
良好に駆動できる。
第１図は本発明にかかる磁歪式アクチュエータの一実施
例を示す要部断面図、第２図は微少変位制御を駆動して
得られた本発明にかかるアクチュエータの特性図であ
る。 １……空心コイル、２……熱絶縁層 ３……磁歪棒
例を示す要部断面図、第２図は微少変位制御を駆動して
得られた本発明にかかるアクチュエータの特性図であ
る。 １……空心コイル、２……熱絶縁層 ３……磁歪棒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 41/00
Claims (8)
- 【請求項１】磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手
段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加す
る磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体の外部からの前
記磁性体への熱伝導を遮蔽する手段と、 前記磁性体の長手方向に対峙して配設された永久磁石と を具備することを特徴する磁歪式アクチュエータ。 - 【請求項２】磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手
段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加す
る磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に巻回され、冷却媒体が通過可能な通
路を有する、前記磁性体の外部からの前記磁性体への熱
伝導を遮蔽する手段と を具備することを特徴とする磁歪式アクチュエータ。 - 【請求項３】磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手
段と、 前記磁性体の周囲に配設された前記磁性体に磁界を印加
する磁界発生手段と、 前記磁界発生手段と前記磁性体との間の空間で前記磁界
発生手段に近い側に配設された、前記磁性体の外部から
の前記磁性体への熱伝導を遮蔽する手段と を具備することを特徴とする磁歪式アクチュエータ。 - 【請求項４】前記磁性体の長手方向に対峙して配設され
た永久磁石を具備することを特徴とする請求項２または
３に記載の磁歪式アクチュエータ。 - 【請求項５】磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手
段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加す
る磁界発生手段と、 前記磁性体を一定温度に保つ温度調節手段と、 前記磁性体の長手方向に対峙して配設された永久磁石と を具備することを特徴とする磁歪式アクチュエータ。 - 【請求項６】磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手
段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加す
る磁界発生手段と、 前記磁性体の周囲に巻回され、冷却媒体が通過可能な通
路を有する、前記磁性体を一定温度に保つ温度調節手段
と を具備することを特徴とする磁歪式アクチュエータ。 - 【請求項７】磁歪を有する磁性体を用いた駆動力発生手
段と、 前記磁性体の周囲に配設され前記磁性体に磁界を印加す
る磁界発生手段と、 前記磁界発生手段と前記磁性体との間の空間で前記磁界
発生手段に近い側に配設された、前記磁性体を一定温度
に保つ温度調節手段と を具備することを特徴とする磁歪式アクチュエータ。 - 【請求項８】前記磁性体の長手方向に対峙して配設され
た永久磁石を具備することを特徴とする請求項６または
７に記載の磁歪式アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1107451A JP2974148B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 磁歪式アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1107451A JP2974148B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 磁歪式アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02288278A JPH02288278A (ja) | 1990-11-28 |
| JP2974148B2 true JP2974148B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=14459495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1107451A Expired - Lifetime JP2974148B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 磁歪式アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2974148B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103192287A (zh) * | 2013-03-18 | 2013-07-10 | 浙江大学 | 嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2612555B2 (ja) * | 1992-02-29 | 1997-05-21 | 茨城県 | 磁歪アクチュエータの温度補償法と装置 |
| JP3541996B2 (ja) * | 1995-09-26 | 2004-07-14 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁歪装置 |
| JP2004298751A (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Tdk Corp | 超音波振動子及びこれを用いた超音波振動装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59158574A (ja) * | 1983-03-01 | 1984-09-08 | Toshiba Corp | 磁歪合金 |
-
1989
- 1989-04-28 JP JP1107451A patent/JP2974148B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103192287A (zh) * | 2013-03-18 | 2013-07-10 | 浙江大学 | 嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构 |
| CN103192287B (zh) * | 2013-03-18 | 2015-05-20 | 浙江大学 | 嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02288278A (ja) | 1990-11-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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