JPH04346278A - Magnetostriction/electrostriction converting element and converter - Google Patents

Magnetostriction/electrostriction converting element and converter

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JPH04346278A
JPH04346278A JP3149436A JP14943691A JPH04346278A JP H04346278 A JPH04346278 A JP H04346278A JP 3149436 A JP3149436 A JP 3149436A JP 14943691 A JP14943691 A JP 14943691A JP H04346278 A JPH04346278 A JP H04346278A
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electrostrictive
magnetostrictive
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Kenichi Arai
賢一 荒井
Masaru Saito
賢 齋藤
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Abstract

PURPOSE:To provide a small-sized and simple structure magnetostriction/ electrostriction conversion element which has no limit on a service frequency band and a converter employing the conversion element. CONSTITUTION:There is formed a magnetostriction element 3, which expands and constracts integrally with an electrostriction element 2, on this electrostriction element 2 in order to exhibit combined effect of electrostrictive effect and magnetostrictive effect, thus forming a magnetostriction/ electrostriction converting element 1. An input means is installed in one of the electrostriction element 2 or the magnetostriction element 3 whereas an output means is installed in the other element, thus fabricating a voltage/current converter or a current/voltage converter.

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に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element that can be used in voltage-controllable variable inductances, current transformers, modulators, filters, stress sensors capable of outputting both voltage and current, and the like.

【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
を解消できる画期的な素子を提供することにある。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, it has been common to use a wire-wound transformer or an active element to perform voltage-to-current conversion. However, the wire-wound transformer has a limited frequency band due to large high-frequency loss, and the use of the active element not only complicates the circuit but also requires a power source to drive it. An object of the present invention is to provide an epoch-making element that can solve the above conventional problems by integrating a magnetostrictive element and an electrostrictive element.

【0004】0004

【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
電歪相互変換素子を得ている。また、上記磁歪電歪相互
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。さらに、上記磁歪
電歪相互変換素子と、その磁歪素子に入力信号を供給す
る入力手段と、その電歪素子から出力信号を取り出す出
力手段とで電流電圧変換装置を構成している。また、上
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 a structure that is integrated with an electrostrictive element on an electrostrictive element so as to exhibit a mutual effect of an electrostrictive effect and a magnetostrictive effect. A magnetostrictive element that expands and contracts is formed to obtain a magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element that is a passive element. Further, a voltage-current conversion device is constituted by the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element, input means for supplying an input signal to the electrostrictive element, and output means for extracting an output signal from the magnetostrictive element. Furthermore, a current-voltage conversion device is constituted by the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element, input means for supplying an input signal to the magnetostrictive element, and output means for taking out an output signal from the electrostrictive element. The magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element, a first output means for taking out an output signal from the electrostrictive element, and a second output means for taking out an output signal from the magnetostrictive element, the electrostrictive element having: A mechanical-electric conversion device is configured by providing a displacement applying section to which mechanical displacement is applied from the outside.

【0005】[0005]

【作用】この発明の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。
[Operation] In the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention, when strain is generated in the electrostrictive element, the magnetostrictive element expands and contracts integrally with the electrostrictive element, and its magnetic properties change. On the contrary,
When strain is generated in the magnetostrictive element, the electrostrictive element expands and contracts together 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 together, the electrostrictive effect and the magnetostrictive effect mutually influence each other. Therefore, it is possible to give an input to one of the electrostrictive element or the magnetostrictive element and extract an output from the other according to the level of the input, and to generate distortion by applying mechanical displacement to the electrostrictive element, Various applications are possible, such as being able to extract voltage and current signals corresponding to this displacement from each of the electrostrictive element and the magnetostrictive element. Moreover, the structure is extremely simple and compact.

【0006】また、この発明の電圧電流変換装置および
電流電圧変換装置は、電歪素子または、磁歪素子に入力
信号を与えて、磁歪素子または電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。
Further, the voltage-current converter and current-voltage converter of the present invention apply an input signal to an electrostrictive element or a magnetostrictive element and extract an output signal from the magnetostrictive element or electrostrictive element, so that There is no frequency band limit, and there is no need for complex input and output circuits such as active elements.

【0007】さらに、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。
Furthermore, the electromechanical conversion device of the present invention includes:
When external displacement is applied to an electrostrictive element, a voltage output signal whose level changes according to the displacement can be extracted from the electrostrictive element, and a current output signal can be extracted from the magnetostrictive element. It is possible to adhere to a member to be measured, detect the stress generated in the member to be measured, and output the detection signal in both voltage and current.

【0008】[0008]

【実施例】まず、この発明に係る磁歪電歪相互変換素子
の第1実施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、Fe78Si
10B12 (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。
[Embodiment] First, a first embodiment of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element according to the present invention will be described. FIG. 1 shows an example of a magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1, in which Fe78Si is placed on the upper surface of an electrostrictive element 2 made of a thin plate-like PZT (lead zirconate titanate).
A magnetostrictive element 3 made of an amorphous magnetic film (magnetostrictive constant 15×10 −6 ) is formed by high-frequency sputtering using a target material having a composition of 10B12 (magnetostrictive constant 40×10 −6 ). In this way, the electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3 are integrally coupled, and therefore, the electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3 expand and contract integrally in the plane direction 5.

【0009】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。
The polarization direction P of the electrostrictive element 2 is set upward or downward. Therefore, when a voltage is applied to this electrostrictive element 2 in its polarization direction P, it expands in that direction, while shrinkage occurs in the plane direction 5 of the electrostrictive element 2, and when a voltage is applied in a direction opposite to the polarization direction P, , while shrinkage occurs in that direction, elongation occurs in the in-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 contract, but still expands according to the magnetic flux density.

【0010】図2は磁歪電歪相互変換素子1に係る第2
実施例を示し、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 a second structure of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1.
In this embodiment, an electrostrictive element 2 has a polarization direction P along a longitudinal direction 7, and a magnetostrictive element 3 is formed on the upper surface of the electrostrictive element 2. The electrostrictive element 2 has a large number of polarization unit regions 8 divided in the longitudinal direction 7, and adjacent regions 8 have polarization directions P opposite to each other. Therefore, when a voltage is applied to each region 8 of this electrostrictive element 2 in the polarization direction P, the electrostrictive element 2 extends in the longitudinal direction 7, and when a voltage is applied in the opposite direction to the polarization direction P, the longitudinal direction 7 Shrinks to

【0011】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 above, when strain is generated in the electrostrictive element 2,
The magnetostrictive element 3 expands and contracts integrally with the electrostrictive element 2, and its magnetic properties change. On the contrary, 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. In other words,
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 each other is obtained.

【0012】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, which shows how the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 of FIG. 1 is used, the electrostrictive element 2
An electrode film 6 is formed on the lower surface of the magnetostrictive element 3, and lead wires 11 and 12 are connected to the magnetostrictive element 3 and the electrode film 6.
An excitation coil 20 is arranged around the outer periphery of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 so as to surround the lead wires 11 and 12.
When the electrostrictive element 2 is expanded or contracted by applying an input voltage to the electrostrictive element 2 through the , the magnetostrictive element 3 also expands or contracts integrally with the electrostrictive element 2, thereby increasing or decreasing the magnetic permeability of the magnetostrictive element 3. As the inductance of the coil 20 changes,
An output corresponding to the input voltage can be extracted from this coil 20. This can be used in a voltage-current converter to be described later.

【0013】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。
On the contrary, when the magnetostrictive element 3 is expanded by supplying an input current to the coil 20 in FIG. Since the voltage across the strain 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 in a current-voltage converter to be described later.

【0014】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。
Furthermore, for example, by fixing the electrostrictive element 2 to a member that causes mechanical displacement, the electrostrictive element 2
It is also possible to apply a mechanical displacement to and extract a voltage signal and a current signal corresponding to this displacement from each of the electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3. This can be used in a stress sensor that can output both voltage and current, which will be described later.

【0015】つぎに、この発明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 actually measuring the magnetostrictive effect as a change in magnetic permeability with respect to applied voltage using the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention will be described. Figure 4 shows the equipment used for the actual measurements. In FIG. 4, the magnetostrictive and electrostrictive mutual conversion element 1 and lead wires 11 and 12 are the same as those shown in FIG. The excitation coil 20 is arranged near both ends of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 in the longitudinal direction 7 . The electrostrictive element 2 and the magnetostrictive element 3 of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 are made of the same material and manufactured by the same method as explained in FIG. 1, and the electrode film 6 is made of gold. The electrostrictive element 2 has a length of 15 mm, a width of 8 mm, and a thickness of 0.6 mm, and the magnetostrictive element 3 has a length of 9 mm, a width of 8 mm, and a thickness of 1 μm. Further, the electrode film 6 has a length of 9 mm and a width of 8 mm.

【0016】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 to the excitation coil 20 from an AC power source 14. Furthermore, an 8-shaped detection coil 15 is formed on the upper surface of the magnetostrictive element 3, and a detector 16 for detecting voltage changes is connected to this detection coil 15.

【0017】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10
mOe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, while a voltage in the range of -400V to +400V is applied to the electrostrictive element 2 from the DC variable voltage source 13, a voltage of 10 millielsteds is applied from the AC power supply 14 to the excitation coil 20. (mO
With the strength of e), 1MHz, 2MHz, 5MHz,
A magnetic field with a frequency of 10 MHz was applied to the magnetostrictive element 3. In this state, the voltage change occurring in the detection coil 15 was detected by the detector 16, and the relative magnetic permeability μ was calculated from this detected voltage value. The results are shown in FIG. In addition, the above 10
The amount of magnetostriction in the magnetostrictive element 3 caused by the AC magnetic field of 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 Figure 5,
It was confirmed that at any frequency, the relative magnetic permeability μ increases or decreases depending on the magnitude of the applied voltage. Note that the vertical axis on the right side of FIG. 5 indicates a value normalized by setting the inductance to 1 when the relative magnetic permeability μ is 100.

【0018】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 of wiring to the electrostrictive element 2 in the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 will be explained. FIG. 6 shows a wiring method to the electrostrictive element 2 in the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 of FIG. Also used as
A first lead wire 11 is connected to the upper surface of this magnetostrictive element 3. A gold electrode film 6 is formed on the lower surface of the electrostrictive element 2 by sputtering. A magnetostrictive element may be formed in place of this electrode film 6 and used as an electrode. A second lead wire 12 is connected to the electrode film 6 constituting the other electrode, and input to or output from the electrostrictive element 2 is performed via the lead wires 11 and 12. In this wiring method, both electrodes 3
, 6 and lead wires 11, 12 constitute input means or output means.

【0019】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 to the electrostrictive element 2 from the lead wires 11 and 12 through the electrodes 3 and 6, the thickness of the electrostrictive element 2 changes depending on the level of the applied voltage, and the thickness changes accordingly. It expands and contracts in the plane direction 5.

【0020】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 wiring method to the electrostrictive element 2 in the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 of FIG.
), first and second electrodes 22 and 23 arranged in a comb shape are formed on the upper surface of the electrostrictive element 2. These electrodes 22 and 23, as shown in FIG. 7(b),
They are alternately located at the boundaries of the polarization unit regions 8 of the electrostrictive element 2. The first lead wire 11 is led out from the first electrode 22 in FIG. 7A, and the second lead wire 12 is led out from the second electrode 23, and these lead wires 11, 12 and both electrodes 22, Input to or output from the electrostrictive element 2 is performed via 23 (input means or output means).

【0021】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 through the lead wires 11, 12 and both electrodes 22, 23, when the first electrode 22 is positive and the second electrode 23 is negative, the voltage shown in 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 the opposite direction to the polarization direction P of the electrostrictive element 2, so the electrostrictive element 2 contracts in the longitudinal direction 7. .

【0022】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, the wiring method for the magnetostrictive element 3 in the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 is as follows. Normally, the magnetostrictive element 3 is extremely thin, so it is difficult to utilize magnetostriction in the direction perpendicular to the plane direction 5 (vertical direction in FIG. 1) like the electrostrictive element 2 shown in FIG.
Only the magnetostriction along the plane direction 5 is utilized. This is shown in FIGS. 8 and 9.

【0023】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 surround the magnetostrictive element 3,
An excitation coil 20 is arranged around the outer periphery of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1, and input to or output from the magnetostrictive element 3 is performed via this coil 20 and lead wires 25 and 26 derived from the coil 20. 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 this magnetic flux H, the magnetostrictive element 3 is moved in the longitudinal direction 7 by an amount corresponding to the magnetic flux density. It grows to.

【0024】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11
,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1
0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 conducting wire 29 is formed on the upper surface of the magnetostrictive element 3 via an insulating layer 28, and first and second lead wires 25 and 26 led out from this folded conducting wire 29 are connected to each other via an insulating layer 28. input or output to the magnetostrictive element 3. In this wiring method, the lead wire 11
, 12 and the folded conducting wire 29 constitute input means or output means. For example, when a current is input to the folded conductor 29 via both the lead wires 11 and 12, as shown in FIG.
As shown in FIG. 0, since current flows in opposite directions between the adjacent conducting wires 29, the current flows in the magnetostrictive element 3 in its longitudinal direction 7.
Magnetic fluxes H along opposite directions are generated. As a result, the magnetostrictive element 3 extends in the longitudinal direction 7 by an amount corresponding to the magnetic flux density.

【0025】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 either of the two wiring methods for the electrostrictive element 2 shown in FIGS. 6 and 7. Figure 11 shows four models that combine these wiring methods.
14 to 14.

【0026】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. 11 shows a model M1 that combines the electrostrictive element side wiring method of FIG. 6 and the magnetostrictive element side wiring method of FIG. While lead wires 11 and 12 are connected to the formed magnetostrictive element 3 and the electrode film 6 formed on the lower surface, an excitation wire is connected to the outer periphery of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 so as to surround the magnetostrictive element 3. A coil 20 is arranged, and this coil 2
Lead wires 25 and 26 are derived from 0. The electrostrictive element 2
side lead wires 11, 12 and magnetostrictive element 3 side lead wire 25
, 26, and output signals from the other, an impedance conversion device is obtained.

【0027】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 that combines the wiring method on the electrostrictive element side shown in FIG. 6 and the wiring method on the magnetostrictive element side shown in FIG. While the lead wires 11 and 12 are connected to the formed magnetostrictive element 3 and the electrode film 6 formed on the lower surface, a folded conducting wire 29 is provided to the magnetostrictive element 3, and from this folded conducting wire 29, the lead wires 25, 12 are connected. 26 is derived. After all, if an input signal is supplied from one of the lead wires 11 and 12 on the electrostrictive element 2 side and lead wires 25 and 26 on the magnetostrictive element 3 side, and an output signal is taken out from the other, an impedance conversion device is obtained.

【0028】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 that combines the electrostrictive element side wiring method of FIG. 7 and the magnetostrictive element side wiring method of FIG. Lead wires 11,
12, while connecting the magnetostrictive element 3 to the bottom surface of the electrostrictive element 2.
An excitation coil 20 is arranged around 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 this coil 20. After all, if an input signal is supplied from one of the lead wires 11 and 12 on the electrostrictive element 2 side and lead wires 25 and 26 on the magnetostrictive element 3 side, and an output signal is taken out from the other, an impedance conversion device is obtained.

【0029】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 that combines the electrostrictive element side wiring method of FIG. 7 and the magnetostrictive element side wiring method of FIG. A magnetostrictive element 3 is formed in one half, a folded conducting wire 29 is formed on this magnetostrictive element 3, and comb-shaped electrodes 22, 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 with an electrostrictive element 2 provided with comb-shaped electrodes 22 and 23. If an input signal is supplied from one of the lead wires 11 and 12 on the electrostrictive element 2 side and the lead wires 25 and 26 on the magnetostrictive element 3 side, and an output signal is taken out from the other, an impedance conversion device is obtained.

【0030】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, either conversion from electrostriction to magnetostriction or from magnetostriction to electrostriction is performed, but since the conversion is via mechanical strain, mechanical resonance is used. You can perform the following conversions. Since the magnetostrictive element 3 is extremely thin compared to the electrostrictive element 2, only the mechanical resonance of the electrostrictive element 2 can actually be used.

【0031】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SAW
フィルターが得られる。
In other words, in any conversion from electrostriction to magnetostriction or from magnetostriction to electrostriction, the vibration mode of the electrostrictive element 2 at the same period as the period 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 complex operation in which input frequency selection is performed in conjunction with impedance conversion. However, even in the direct vibration mode, if 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 SAW that simultaneously performs impedance conversion
You get a filter.

【0032】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。
[0032]Moreover, model M1 in FIG. 11 and FIG.
In M2 of No. 2, magnetostrictive elements 3 may be formed on both upper and lower surfaces of the electrostrictive element 2, and input or output may be performed to both magnetostrictive elements 3. In that case, both magnetostrictive elements 3 can also be used as electrodes of the electrostrictive element 2.

【0033】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。
[0033] The voltage-current converter or current-voltage converter using the above models M1 to M4 has an input/output direction,
As shown in FIG. 15, it is divided into eight categories A to H according to the vibration mode. The operation of each of classifications A to H will be explained below.

【0034】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
て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11,12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。
Classification A, B Conversion from electrostriction to magnetostriction, that is, voltage-current conversion is performed using model M1 in FIG. 11 or model M2 in FIG. 12. When an AC input voltage is applied to the electrostrictive element 2 through the lead wires 11 and 12 of the electrostrictive element 2, the electrostrictive element 2 generates electrostriction in the polarization direction by an amount corresponding to the voltage level, and Expands and contracts to 7. Along with this expansion and contraction of the electrostrictive element 2, the magnetostrictive element 3 also expands and contracts in the longitudinal direction 7, and the magnetostrictive element 3
magnetic permeability changes.

【0035】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, whether a direct current is superimposed on the coil 20 of model M1 or the folded conductor 29 of model M2,
Alternatively, a magnetic bias is applied to the magnetostrictive element 3 in advance by applying magnetic flux from a permanent magnet. In this way, the inductance value of the coil 20 or the folded conducting wire 29 changes in accordance with the voltage change due to the change in magnetic permeability of the magnetostrictive element 3 in response to the voltage change in the AC input voltage. Here, since a magnetic bias is applied to the magnetostrictive element 3, the change in magnetic permeability causes a change in magnetic flux within the coil.
Similarly, an electromotive force is generated in the coil 20 or the folded conducting wire 29 in accordance with the above voltage change. A current due to this electromotive force is extracted as a current signal via lead wires 25 and 26. As a result, impedance conversion between voltage input and current output is performed, with the lead wires 11 and 12 of the electrostrictive element 2 serving as voltage input and the lead wires 25 and 26 of the magnetostrictive element 3 serving as current output (classifications A and B).

【0036】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)。
By the way, the electrostrictive element 2 has a fixed mechanical resonance frequency, and resonance occurs when the resonance frequency in the longitudinal direction 7 matches the frequency of the AC input voltage. Therefore, when this resonant frequency and the input frequency are far apart, only the above-mentioned impedance conversion is performed using the direct vibration mode (class A), but when the resonant frequency and the input frequency are close to each other, the resonant mode It has output selectivity with respect to input frequency, and in addition to its original impedance conversion, it also performs frequency selection operation (
Classification B).

【0037】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)。
Classifications C and D Conversion from magnetostriction to electrostriction, that is, current-voltage conversion is performed using model M1 in FIG. 11 or 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 and a magnetic field is applied to the magnetostrictive element 3, the magnetostrictive element 3 extends in the magnetic flux direction by an amount corresponding to the magnetic flux density ( positive magnetostriction). This elongation of the magnetostrictive element 3 causes the electrostrictive element 2 to bend as shown in FIG. As the thickness of the electrostrictive element 2 changes due to this bending, the voltage between the electrodes 3 and 6 changes, and this voltage change is extracted from the lead wires 11 and 12. As a result, impedance conversion between current input and voltage output is performed (classifications C and D).

【0038】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, if the resonance frequency of the electrostrictive element 2 and the input frequency are far apart, only the impedance conversion by the direct vibration mode of the electrostrictive element 2 is performed.
Class C): When the resonant frequency and the input frequency are close to each other, the resonant mode has output selectivity with respect to the input frequency, and in addition to the original impedance conversion, it also performs frequency selection operation. (Category D).

【0039】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。
Furthermore, the classifications C and D have the advantage that an output that is a multiplication of the input frequency can be obtained, as will be explained below. That is, as shown in FIG. 17(a), when an AC input current Ia with a constant bias is applied to the coil 20 in FIG. 11 or the folded conductor 29 in FIG.
Since the excitation field appears as an increase or decrease in one direction, the amount of elongation of the magnetostrictive element 3 increases or decreases accordingly, and the electrostrictive element 2 produces a voltage output Va with the same period as the input current, as shown in FIG. 17(b). is obtained.

【0040】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. 17(c),
The AC input current Ib without bias is applied to the coil 20.
Alternatively, when applied to the folded conductor 29, the direction of the excitation field is reversed every half cycle, but the magnetostrictive element 3 stretches by an amount corresponding to the magnetic flux density (positive magnetostriction) even when the magnetic field is reversed.
The period of expansion and contraction (vibration period) of the magnetostrictive element 3 and the electrostrictive element 2 is 1/2 of the input current Ib. Therefore, as shown in FIG. 17(d), a voltage output Vb having twice the frequency of the input current Ib is obtained.

【0041】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
て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)
Classification E, F Conversion from electrostriction to magnetostriction, that is, voltage-current conversion is performed using model M3 in FIG. 13 or model M4 in FIG. First, a case will be described in which model M3 in FIG. 13 is used. 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 is increased by an amount corresponding to the voltage level.
generates electrostriction in the polarization direction along the longitudinal direction 7, and expands and contracts in the longitudinal direction 7. Due to this expansion and contraction, the electrostrictive element 2 is bent, and the magnetostrictive element 3 is also bent integrally with the electrostrictive element 2, as shown in FIG. As a result, the magnetostrictive element 3 expands and contracts in the longitudinal direction 7, and its magnetic permeability changes. The inductance change due to this change in magnetic permeability is extracted as a current signal from the coil 20 via lead wires 25 and 26. This performs impedance conversion of voltage input and current output (classification E, F)

【0042】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)。
As described above, the model M4 shown in FIG. 14 corresponds to a structure in which the output side of the SAW filter is composed of an electrostrictive element. Therefore, when an AC input voltage is input to the comb-shaped electrodes 22 and 23 of the electrostrictive element 2, the electrostrictive element 2 expands and contracts in the longitudinal direction 7, and vibrations due to the expansion and contraction are transmitted through the surface layer of the electrostrictive element 2, and the electrostrictive element 2 3 and is taken out from the folded conducting wire 29 of the magnetostrictive element 3 via the lead wires 25 and 26 as an alternating current output current. As a result, an operation is performed in which impedance conversion of voltage input and current output is added to the selection operation of a conventional SAW filter (classifications E and F).

【0043】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 above models M3 and M4, when the resonance frequency of the electrostrictive element 2 and the input frequency are far apart, only the impedance conversion by the direct vibration mode of the electrostrictive element 2 is performed (classification). E) When the resonant frequency and the input frequency are close to each other, the resonant mode has selectivity of the output with respect to the input frequency, and in addition to the inherent impedance conversion,
It also performs frequency selection operations (class F).

【0044】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 Model M3 in FIG. 13 or model M4 in FIG. 14 is used to perform conversion from magnetostriction to electrostriction, that is, current-voltage conversion. The operation is opposite to that explained for 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 applied to the lead wires 11 and 26 on the electrostrictive element 2 side.
12 as an AC output voltage.

【0045】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 and the input frequency are far apart, only the impedance conversion by the direct vibration mode of the electrostrictive element 2 is performed.
Class G), when the resonant frequency and the input frequency are close to each other, the resonant mode has output selectivity with respect to the input frequency, and in addition to the original impedance conversion, it also performs frequency selection operation. (Class H).

【0046】ところで、この発明の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。その
場合、たとえば図18に示すように、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。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。
By the way, the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 of the present invention can be used in addition to the above-mentioned voltage-current or current-voltage conversion device.
It can also be used in stress sensors that can output both voltage and current. In that case, for example, as shown in FIG. 18, the lower surface of the electrostrictive element 2 is made into a displacement adding part 31, and the electrostrictive element 2 is attached to a member 32 that causes mechanical displacement via this adding part 31, such as by bonding. Fix it by some means. As a result, when a mechanical displacement is applied to the electrostrictive element 2 from the member 32, a voltage signal corresponding to this displacement is taken out from the lead wires 11 and 12 of the electrostrictive element 2, and a current corresponding to the displacement is taken out from the lead wires 11 and 12. Signals are taken out from the lead wires 25, 26 of the magnetostrictive element 3. Note that the member 32
A relief groove 33 is provided in the member 32 so that the magnetostrictive element 3 does not come into contact with the member 32 when the electrostrictive element 2 is fixed.

【0047】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。
Furthermore, the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element 1 of the present invention can also be used in an 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 that performs a type of voltage-current conversion operation. A capacitor C2 is connected in parallel to the variable inductance L1 to form a parallel resonant circuit 41, and a transistor 42 and a resistor R1 are connected in series to the parallel resonant circuit 41.

【0048】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4
7が供給されている。図20に示すように、C2・L1
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4
1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48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 with a frequency fa is supplied between input terminals 44 and 45 connected to both ends of the capacitor C1, and a carrier wave 4 with a frequency fc is supplied to the base of the transistor 42.
7 is supplied. As shown in FIG. 20, C2・L1
If the resonant frequency fo is set higher (or lower) than the carrier frequency fc, L1 changes according to the level of the input signal 46, and as a result, the resonant frequency fo changes due to C2·L1. Due to this change in fo, the impedance of the resonant circuit 41 with respect to the carrier frequency fc changes. In other words, the farther the resonant frequency fo is from the carrier frequency fc, the more the resonance circuit 4 for the carrier frequency fc
The impedance of 1 becomes smaller. When this impedance change is taken out from the output terminal 48 as a voltage change of the resistor R1, a modulation signal 49 AM-modulated by fa
is obtained.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の磁歪電
歪相互変換素子は、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、構造が極めて簡単なので信頼性が高く、しかも小
型である。
[Effects of the Invention] As explained above, the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention can provide an input to either the electrostrictive element or the magnetostrictive element and extract an output from the other according to the level of the input. However, it has a variety of applications, such as applying mechanical displacement to the electrostrictive element to generate strain, and extracting voltage and current signals corresponding to this displacement from the electrostrictive element and magnetostrictive element, respectively. It is possible. Moreover, it has an extremely simple structure, is highly reliable, and is small in size.

【0050】また、この発明の電圧電流変換装置および
電流電圧変換装置は、電歪素子または磁歪素子に入力信
号を与えて、磁歪素子または電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。
Furthermore, the voltage-current converter and current-voltage converter of the present invention apply an input signal to an electrostrictive element or magnetostrictive element and extract an output signal from the magnetostrictive element or electrostrictive element, so that it can be used as a wire-wound transformer. There are no limits on frequency bands, and there is no need for complex input and output circuits such as active elements.

【0051】さらに、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
Furthermore, the electromechanical conversion device of the present invention has the following features:
When a displacement is applied to the electrostrictive element from the outside, a voltage output signal whose level changes according to the displacement can be extracted from the electrostrictive element, and a current output signal can be extracted from the magnetostrictive element. Glue it to the part to be measured,
It is possible to realize a stress sensor that detects the stress generated in the member to be measured and outputs the detection signal as both voltage and current.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明に係る磁歪電歪相互変換素子の第1実
施例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element according to the present invention.

【図2】同第2実施例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the second embodiment.

【図3】この発明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 usage mode of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention.

【図4】この発明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 in a test to confirm the effect of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention.

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

【図6】この発明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。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a wiring method on the electrostrictive element side of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention.

【図7】(a)は同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。
[Fig. 7] (a) is a perspective view showing another example of the same wiring method, (b)
) is an enlarged sectional view showing the main part thereof.

【図8】この発明の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 of the present invention.

【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 same 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 cross-sectional view showing magnetic flux generated in the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of FIG. 9. FIG.

【図11】この発明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 provided to the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention.

【図12】この発明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 provided to the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention.

【図13】この発明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 provided to the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention.

【図14】この発明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 provided to the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of 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 chart categorizing models M1 to M4 according to usage.

【図16】この発明の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 of the present invention.

【図17】この発明の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 the input current to the magnetostrictive element and the output voltage from the electrostrictive element of the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention.

【図18】この発明の機械電気変換装置に係る第1実施
例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 a first embodiment of the electromechanical transducer of the present invention.

【図19】この発明の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 the magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of the present invention is used in 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. FIG.

【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、32…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... Planar direction, 6... Electrode, 7... Longitudinal direction, 11, 12
...Lead wire on the electrostrictive element side, 20...Coil, 22, 23...
Comb-shaped electrodes, 25, 26...Lead wires on the magnetostrictive element side, 29
...Folded conductor, 32...Displacement adding section, 3, 6, 11, 1
2, 20, 22, 23, 25, 26, 29...input/output means, P...polarization direction.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[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
1. A magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element, comprising an electrostrictive element and a magnetostrictive element that expands and contracts integrally with the electrostrictive element so as to exhibit a mutual effect of the electrostrictive effect and the magnetostrictive effect.
【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
電圧電流変換装置。
2. The magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of claim 1,
A voltage-current converter comprising an input means for supplying an input signal to the electrostrictive element, and an output means for extracting an output signal from the magnetostrictive element.
【請求項3】  請求項1の磁歪電歪相互変換素子と、
その磁歪素子に入力信号を供給する入力手段と、その電
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
電流電圧変換装置。
3. The magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of claim 1;
A current-voltage conversion device comprising an input means for supplying an input signal to the magnetostrictive element, and an output means for extracting an output signal from the electrostrictive element.
【請求項4】  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機械電気変換装置。
4. The magnetostrictive-electrostrictive mutual conversion element of claim 1;
The electrostrictive element includes a first output means for taking out an output signal from the electrostrictive element, and a second output means for taking out an output signal from the magnetostrictive element, Mechanical-electrical conversion device having a section.
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