JPH02261575A - 磁歪振動子 - Google Patents

磁歪振動子

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JPH02261575A
JPH02261575A JP8275289A JP8275289A JPH02261575A JP H02261575 A JPH02261575 A JP H02261575A JP 8275289 A JP8275289 A JP 8275289A JP 8275289 A JP8275289 A JP 8275289A JP H02261575 A JPH02261575 A JP H02261575A
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JP
Japan
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magnetic field
magnetostrictive material
magnetostrictive
bias magnetic
generating means
Prior art date
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Pending
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JP8275289A
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English (en)
Inventor
Shigeo Okamoto
岡本 重夫
Naoyoshi Sato
直義 佐藤
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は磁歪振動子に関する。
〈従来の技術〉 磁界印加により歪を生じる磁歪材を利用した磁歪振動子
は、交流磁界を印加することによりその交流磁界の周波
数と等しい周波数の振動を磁歪材に発生させるものであ
る。 このような磁歪振動子は、魚群探知器、超音波洗
浄器などの超音波発生用振動子として用いられている。
磁歪振動子では、印加磁界強度が変化すると磁歪量もそ
れに応じて変化するが、印加磁界強度の変化に対する磁
歪量の変化率が大きい部分を使うために、通常、直流バ
イアス磁界が印加される。
また、直流バイアス磁界に重畳して印加される交流磁界
の周波数は、用いる磁歪材の共振周波数と同一とされる
〈発明が解決しようとする課題〉 磁歪材の共振周波数は、磁歪材の組成および寸法により
決定される。 従って、従来の磁歪振動子は振動数が変
更不可能であった。 従って、共振周波数を変更するた
めには磁歪振動子自体を交換する必要があり、共振周波
数の迅速な変更は困難である。 また、共振周波数をほ
ぼ連続的に変化させるためには、多数の磁歪振動子を準
備する必要があり、コストが高(なる。
例えば、魚群探知器では、探知する目標により超音波の
最適周波数が異なるため、共振周波数がほぼ連続的にし
かも迅速に変更できることが望ましい。
本発明は、このような事情からなされたものであり、共
振周波数をほぼ連続的かつ迅速に変化させることができ
る磁歪振動子を提供することを目的とする。
く課題を解決するための手段〉 このような目的は、下記(1)〜(4)の本発明により
達成される。
(1)希土類金属元素と鉄とを含有する磁歪材と、この
磁歪材にバイアス磁界を印加するバイアス磁界発生手段
と、この磁歪材に交流磁界を印加する交流磁界発生手段
とを有し、前記バイアス磁界に重畳して交流磁界を印加
することにより前記磁歪材を振動させるように構成され
た磁歪振動子であって、 前記磁歪材に印加されるバイアス磁界強度を変更するこ
とにより共振周波数を変更可能に構成したことを特徴と
する磁歪振動子。
(2)前記バイアス磁界発生手段が磁界発生源としての
永久磁石を含み、前記バイアス磁界強度の変更が、この
永久磁石と前記磁歪材との距離を変更することにより行
なわれる上記(1)に記載の磁歪振動子。
(3)前記バイアス磁界発生手段が磁界発生源としての
電磁石を含み、前記バイアス磁界強度の変更が、この電
磁石に印加される直流電流強度を変更することにより行
なわれる上記(1)に記載′の磁歪振動子。
(4)前記交流磁界発生手段が前記磁歪材に巻回された
コイルを含み、このコイルに交流電流を印加することに
より前記磁歪材に交流磁界を印加する上記(1)ないし
く3)のいずれかに記載の磁歪振動子。
く作用〉 本発明の磁歪振動子は、希土類金属元素と鉄とを含有す
る磁歪材を用いる。 このような組成の磁歪材は印加さ
れる磁界強度により共振周波数が変化する。
本発明の磁歪振動子では磁歪材に印加されるバイアス磁
界強度が変更可能に構成されているので、磁歪材の共振
周波数を迅速に変化させることができる。
く具体的構成〉 以下、本発明の具体的構成を、詳細に説明する。
本発明の磁歪振動子の好適実施例を、第1図に示す。
第1図において、磁歪振動子1は、磁歪材2、交流磁界
発生手段3およびバイアス磁界発生手段4から構成され
る装 交流磁界発生手段3は、磁歪材2に巻回されたコイル3
1と、このコイル31に接続された交流電源32とから
構成される。
バイアス磁界発生手段4は、磁歪材2に直流バイアス磁
界を印加するための手段であり、磁界発生源としての永
久磁石41およびこの永久磁石41に接続された駆動手
段42から構成される。 永久磁石41の組成に制限は
な(、各種フェライト系磁石、金属磁石などを用いれば
よい。
バイアス磁界発生手段4により印加されるバイアス磁界
によって磁歪材2には予め一定量の磁歪が発生しており
、さらに交流磁界発生手段3から交流磁界を印加するこ
とにより、磁歪材は印加交流磁界と等しい周波数で振動
する。
永久磁石41は駆動手段42により図中矢印方向に移動
することができる。 永久磁石41が磁歪材2から遠ざ
かると、磁歪材2へ印加されるバイアス磁界強度は減少
し、その結果、磁歪材2の共振周波数は低くなる。 逆
に、永久磁石41が磁歪材2へ近づくと、磁歪材2へ印
加されるバイアス磁界強度は増加し、磁歪材2の共振周
波数は高くなる。
このような構成の磁歪振動子1において、永久磁石41
の移動を連続的に行なうように構成すれば、共振周波数
を連続的に変更することができる。
駆動手段42の構成に特に制限はなく、各種モータ、伝
達ギア等を用いた公知の構成の自動式駆動手段を好適に
用いることができる。 また、公知の手動式の駆動手段
も用いることができる。
なお、磁歪振動子1には、永久磁石41の移動に連動し
て作動する共振周波数指示計が設けられることが好まし
い。 この場合、共振周波数指示計は、バイアス磁界強
度、すなわち永久磁石41の磁歪材2からの距離と、そ
のバイアス磁界中における磁歪材2の共振周波数との関
係に従って作動するように構成する。
また、このとき、交流磁界発生手段の交流磁界周波数を
、磁歪材2の共振周波数の変移に連動して変えることが
好ましい。
なお、本発明の磁歪振動子では、交流磁界発生手段とし
て自動追尾周波数発振器を用いることが好ましい、 こ
れにより、バイアス磁界強度変化に対応する共振周波数
の変化を自動的に追尾し、常に共振周波数と等しい周波
数の交流磁界を印加することができる。
本発明の磁歪振動子は、磁歪材2に印加されるバイアス
磁界強度を変更できるような構成を有するものであれば
よ(、第1図に示される構成に限定されるものではない
例えば、バイアス磁界発生手段4におけるバイアス磁界
発生源として、電磁石を用いてもよい。
バイアス磁界発生源に電磁石を用いる場合、第1図にお
ける永久磁石41と同様にして、電磁石を磁歪材2と独
立して設けてもよく、交流磁界発生手段3のコイル31
に、交流電流に重畳して直流電流を印加することにより
バイアス磁界を発生させることもできる。
これらの場合、磁歪材2へ印加されるバイアス磁界強度
の変更は、電磁石へ印加される直流電流強度を変更する
ことにより行なうことができる。
本発明の磁歪振動子において、印加するバイアス磁界の
強度は通常50〜40000e程度、バイアス磁界の変
化量は100〜35000e程度である。
また、用いる磁歪材の無磁場中での共振周波数は20〜
200 kHz程度である。 そして、バイアス磁界の
変化による共振周波数の変化は30%以下程度である。
バイアス磁界に重畳される交流磁界の強度は通常500
0程度以下であり、その周波数は上記した磁歪材の共振
周波数に合わせて決定される。 なお、交流磁界発生手
段のコイルの巻線数は、印加する磁界の強度に応じて適
宜決定すればよい。
磁歪材2の形状に特に制限はな(、環状、棒状、円筒状
等の通常の形状であってよい。
また、磁歪材2の寸法にも特に制限はなく、目的とする
共振周波数などに応じて適当な寸法とすればよいが、通
常、長さ10〜30mm程度とする。
なお、磁歪材2の表面には、必要に応じて絶縁膜等が形
成されていてもよい。 また、磁歪材2を薄板の積層接
着によって形成してもよ(、線材を束ねて接着すること
により形成してもよい。
磁歪材2は、印加される磁界の強度に応じて共振周波数
が変化する磁歪材料から構成される。
本発明では、このような磁歪材料として希土類金属元素
および鉄を含有する磁歪材料を用いる。
希土類元素および鉄を含有する希土類元素に特に制限は
ないが、1 koeの直流磁界下での磁歪量Δβ/βが
400ppm以上であることが好ましい。 これらのう
ち特に、下記の組成を有するものを用いた時、より良好
な磁歪振動子を得ることができる。
[式I] RT +−− ここでRは、イツトリウム(Y)を含む希土類元素のう
ちの1種以上を表わし、TはFe、NiおよびCOのう
ちの1種以上を表わす。
上記組成において、1.5≦X≦2.5、特に1.85
≦X≦2.00であることが好ましい。
Xが上記範囲外となると、高磁界における磁歪量および
単位磁界強度あたりの磁歪変化量dλ/dHが低下する
希土類元素としては、la、Nd、Pm、’Sm%Gd
%Tb、Eu、Dy、Ho、” Er。
Yb、Lu、Tmのランタノイド元素が好ましく、これ
らから選ばれる1種以上の元素の組合せとしては、3m
%Tb%Dy%Ho%ErおよびTm単独、TbGd%
TbDy、TbHo、TbHoDy、SmTb。
SmDy % SmHo 、 SmEr。
SmHoDy、HoErならびにHo% ErおよびD
yの2種以上の組合せが好ましく、さらに、常温で高磁
界および低磁界での磁歪量が優れている点から、これら
のうち特に、Tb単独、Tbの一部をDyおよび/また
はHoで置換したもの、Sm単独、Smの一部をDyお
よび/またはHoで置換したものが好ましい。
なお、Tbを含有するものは正の磁歪を示し、Smを含
有するものは負の磁歪を示す。
なお、このような組成中には、さらに全体の30at%
以内で遷移金属元素やZn等が含有されていてもよい。
遷移金属元素としては、Sc、Ti、■、Cr%Mn、
Fe、Co%Ni、Cu%Y。
Zr、Nb%Mo1Tc%Ru、Rh、Pd。
Ag%Cd%Hf、Ta% W% Re、Os。
Ir、Pt、Au%Hgが使用可能である。
このような磁歪材料は、米国特許第4375372号明
細書、同第4152178号明細書、同第394935
1号明細書、同第4308474号明細書、同第437
8258号明細書等、特開昭53−64798号公報、
本出願人による特願昭62−172376号、同62−
227962号、同62−227963号、同63−2
84133号、同63−284134号、特願平1−4
1171号等に開示されている。
このような磁歪材料は、−船釣な合金製造法、例えば、
アークメルト法、一方向性凝固法、ゾーンメルト法、高
周波溶解法、粉末冶金法等によって製造され、所定の形
状および寸法に成型加工され、磁歪振動子の磁歪材とし
て用いられる。
上記のような構成を有する本発明の磁歪振動子は、魚群
探知器、超音波洗浄器、ソナー等の超音波を利用する各
種機器に好適に利用することができる。 また、交流磁
界の周波数センサとして用いることも可能である。
〈発明の効果〉 本発明の磁歪振動子は、バイアス磁界強度を変更するこ
とにより共振周波数を変更することができる。 このた
め、本発明の磁歪振動子は振動数の変更が極めて容易で
あり、また、振動数を連続的に変更することができる。
本発明者らは、本発明の効果を確認するために、種々実
験を行なった、以下にその一例を示す。
[実験例] 10.2Tb−23,50y−0,6Mo−bajFe
  (数字はat%を表わす)の組成を有し、長さ16
mm、幅5mm、厚さ5mmの寸法を有する直方体状の
磁歪材サンプルN001を作製した。 このサンプルの
密度は9 、 16 g/cm”であった。 このサン
プルについて、下記のようにして共振周波数を測定した
磁歪材にコイルを30ターン巻回し、このコイルに周波
数発振器から0.003Vの交流電圧を印加した。 回
路に接続した電圧計を監視しながら周波数を変化させ、
利得が上昇したときの周波数を共振周波数とした。
なお、測定に際しては、磁歪材サンプルに直流バイアス
磁界を印加し、このバイアス磁界強度を表1に示すよう
に変化させて、各バイアス磁界強度における共振周波数
を測定した。 バイアス磁界の印加は電磁石により行な
い、バイアス磁界強度の変更は、電磁石に印加する直流
電流の強度を変更することにより行なった。
また、バイアス磁界強度は、磁歪材付近に設置したガウ
スメータにより測定した。
結果を表1に示す。
また、サンプルN001と同寸法で組成が10.2Tb
−23,4Dy−0,6Mo−bajFe  (数字は
at%を表わす)である磁歪材サンプルNo、2を作製
し、サンプルN001と同様な測定を行なった。 サン
プルNO12の密度は9.18g/Cll1″であった
結果を表2に示す。
表    1 70 。
72 。
78゜ 79 。
80 。
80 。
表 70゜ 71゜ 76 。
80 。
81 。
82 。
表1および表2に示されるように、印加磁界強度がO〜
5000eまで増加したとき、サンプルNo、1の共振
周波数は13.92%増加し、サンプルN002では1
7.62%増加している。
なお、サンプルN011およびサンプルNo、2は、上
記交流磁界の印加により発生した振動により、水面を振
動させることが可能であった。
また、交流磁界発生源として自動追尾周波数発振器を用
いた他は上記と同様にして磁歪振動子を作製した。 こ
の磁歪振動子を、バイアス磁界強度を変化させながら作
動させたところ、磁歪材の共振周波数の変化に応じて交
流磁界周波数が変化することが確認された。
これらの結果から、本発明の効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の磁歪振動子の概略構成を表わす模式
図である。 符号の説明 1・・・磁歪振動子 2・・・磁歪材 3・・・交流磁界発生手段 31・・・コイル 32・・・交流電源 4・・・バイアス磁界発生手段 41・・・永久磁石 42・・・駆動手段 FIG、1

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)希土類金属元素と鉄とを含有する磁歪材と、この
    磁歪材にバイアス磁界を印加するバイアス磁界発生手段
    と、この磁歪材に交流磁界を印加する交流磁界発生手段
    とを有し、前記バイアス磁界に重畳して交流磁界を印加
    することにより前記磁歪材を振動させるように構成され
    た磁歪振動子であって、 前記磁歪材に印加されるバイアス磁界強度を変更するこ
    とにより共振周波数を変更可能に構成したことを特徴と
    する磁歪振動子。
  2. (2)前記バイアス磁界発生手段が磁界発生源としての
    永久磁石を含み、前記バイアス磁界強度の変更が、この
    永久磁石と前記磁歪材との距離を変更することにより行
    なわれる請求項1に記載の磁歪振動子。
  3. (3)前記バイアス磁界発生手段が磁界発生源としての
    電磁石を含み、前記バイアス磁界強度の変更が、この電
    磁石に印加される直流電流強度を変更することにより行
    なわれる請求項1に記載の磁歪振動子。
  4. (4)前記交流磁界発生手段が前記磁歪材に巻回された
    コイルを含み、このコイルに交流電流を印加することに
    より前記磁歪材に交流磁界を印加する請求項1ないし3
    のいずれかに記載の磁歪振動子。
JP8275289A 1989-03-31 1989-03-31 磁歪振動子 Pending JPH02261575A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992012401A2 (en) * 1991-01-04 1992-07-23 Scientific Generics Limited Indicating devices and apparatus
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WO2010065974A1 (de) * 2008-12-11 2010-06-17 Dieter Suess Sensor zum messen mechanischer spannungen

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