(57)【要約】【課題】  磁歪素子の特性評価を、圧力負荷の方法を変えて異なる条件で測定可能とする。【解決手段】  磁歪素子に圧力負荷をかけ、磁場をかけることによって磁歪素子の変位を測定する装置において、圧力負荷をかける手段を、装置の一部を取り替えるなどして適宜選択できるようする。例えば、磁歪素子を設置する設置台３と、該設置台３上に、前記磁歪素子１に接して荷重を加える当接部材１０を上下方向に移動可能に支持する当接部材支持手段５と、当接部材１０を所定位置で押圧可能な押圧手段２０を保持する押圧手段保持手段６を備える。当接部材支持手段５および押圧手段保持手段６は、当接部材および押圧手段の脱着が可能で、複数種の当接部材および押圧手段の支持および保持を可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪素子に圧力負荷をかけ、磁場をかけることによって磁歪素子の変位を測定する装置において、圧力負荷をかける手段を適宜選択できるようにしたことを特徴とする磁歪素子評価装置。
【請求項２】
圧力負荷手段の選択は、装置の一部を取り替えることによって行うことを特徴とする請求項１記載の磁歪素子評価装置。
【請求項３】
磁歪素子を設置する設置台と、該設置台上に設けられ、前記磁歪素子に接して荷重を加える当接部材を上下方向に移動可能に支持する当接部材支持手段と、前記当接部材を所定位置で押圧可能な押圧手段を保持する押圧手段保持手段とを備え、前記当接部材支持手段および押圧手段保持手段は、当接部材および押圧手段の脱着が可能であって、複数種の当接部材および押圧手段の支持および保持が可能になっていることを特徴とする磁歪素子評価装置。
【請求項４】
前記当接部材は、磁歪素子に当接する当接部が下端に設けられ、該当接部と当接部材本体とが伸縮可能な弾性部材によって連結されていることを特徴とする請求項３記載の磁歪素子評価装置。
【請求項５】
前記押圧手段は、内部ピストンが前記当接部材と連動するエアシリンダを備えることを特徴とする請求項３記載の磁歪素子評価装置。
【請求項６】
前記押圧手段は、重錘の重さを利用するものであることを特徴とする請求項３記載の磁歪素子評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁歪素子に負荷が加わった状態で磁場が作用した際の磁歪素子の特性を評価することができる磁歪素子評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁歪素子は、外部からの磁界によって変位（伸び）が発生する素子であり、アクチュエータやセンサなどに利用されている。磁歪素子間での特性の相違として、外部応力が加わっている際の素子の寸法変化量や素子の透磁率変化量が挙げられる。例えば、特定の負荷量において磁界が加わった際にその変位量が最大となる超磁歪素子も存在している。したがって、これら特性の把握は磁歪素子の性能評価として重要である。
上記特性評価方法としては、磁歪素子に対しプリストレス（予圧負荷）を与えた状態で磁界を加えて変位量や磁化量の変化を測定する。プリストレスは、磁界の印加前に磁歪素子に実際に負荷が与えられている状態でもよく、また、磁歪素子の変位に従って負荷が加わるものであってもよい。
プリストレスを加える方法としては、シリンダの推力を利用したシリンダ式による方法、おもりの自重を利用したおもり式による方法（例えば特許文献１）、スプリング弾性力を使用したスプリング式による方法などが知られている。
従来、磁歪素子評価装置は、上記したプリストレスの印加方法のいずれかを採用して、磁歪素子の特性を測定し、特性を評価するものとして提供されている。
【０００３】
図７は、重錘を利用した磁歪素子評価装置を示すものであり、てこの原理が応用されている。すなわち、磁歪素子台４０上に下ヨーク４１を介して配置された磁歪素子１の周囲に磁界印加コイル２が配置され、磁歪素子１の上方には、当接部として上ヨーク４２が位置している。上ヨーク４２を含む当接部材４３は、上下方向には非拘束であり、その上端には、てこ４４の作用点が当接している。てこ４４の力点には所定の重量の加重錘４５が載置可能とされ、当接部材４３に所定の荷重を付加可能となっている。なお、当接部材４３には、当接部材４３に加わる荷重を測定する荷重センサ４６が備えられており、さらにてこ４４の変位量を測定する変位計４８が配置されている。この評価装置では、上記てこ４４を用いて加重錘４５による荷重を磁歪素子１に与え、上記磁界印加コイル２に電圧印加して磁歪素子１に磁界を作用させる。これにより磁歪素子１は変位するため、変位量を変位計４８で測定する。この際に、磁歪素子１に加わる荷重を荷重センサ４６で測定したり、磁歪素子１周囲の磁界強度を測定したりして、磁歪素子の特性を評価する。
【０００４】
図８は、スプリング弾性力を利用した磁歪素子評価装置を示すものである。
磁歪素子台５０上に配置された磁歪素子１の周囲に磁界印加コイル２が配置され、磁歪素子１の上方には、当接部として上ヨーク５１が位置している。上ヨーク５１を含む当接部材５８は、上下方向には非拘束であり、その上端には、スプリング５２を介して押圧部材５３が配置されている。押圧部材５３は、ロードセル５７を介して位置固定されている。
なお、磁歪素子１の周囲には、磁歪素子１の歪みを測定する歪み計５５、磁界強度を測定するためのピックアップコイル５６が配置され、前記ロードセル５７の出力とともに各出力がＦＦＴ分析器５４に接続されている。
この評価装置では、上ヨーク５１が磁歪素子１上に当接した状態で、上記磁界印加コイル２に電圧印加して磁歪素子１に磁界を作用させる。これにより磁歪素子１は変位するため、スプリング５２が圧縮され、磁歪素子１に加わる荷重が変化する。この荷重や、磁歪素子１の歪み、磁界強度の変化が、ロードセル５７、歪み計５５、ピックアップコイル５６で測定される。測定結果をＦＦＴ分析器５４で分析して、磁歪素子の特性を評価する。
【特許文献１】特開２００２−２７７３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記に示すように、重錘の重さを利用したものと、スプリングの弾性力を利用したものとの間で、装置構成は全く異なっており、さらに、試験条件も異なったものになる。このため、各メーカなどによって個別に評価された磁歪素子の評価データを見ても、試験方法が異なったり、試験条件が異なったりするため、その特性を的確に判断することができないという問題がある。また、磁歪素子の特性は、環境（温度／周囲磁界／閉回路か開回路か、など）により大きく変化するため、実際に使用する環境における特性を把握することが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、実際に使用する環境を考慮して、最も実使用における特性を適正に評価することができる方式を任意に選択して評価試験を行うことができる磁歪素子評価装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の磁歪素子評価装置のうち、請求項１記載の発明は、磁歪素子に圧力負荷をかけ、磁場をかけることによって磁歪素子の変位を測定する装置において、圧力負荷をかける手段を適宜選択できるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の磁歪素子評価装置の発明は、請求項１記載の発明において、圧力負荷手段の選択は、装置の一部を取り替えることによって行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の磁歪素子評価装置の発明は、磁歪素子を設置する設置台と、該設置台上に設けられ、前記磁歪素子に接して荷重を加える当接部材を上下方向に移動可能に支持する当接部材支持手段と、前記当接部材を所定位置で押圧可能な押圧手段を保持する押圧手段保持手段とを備え、前記当接部材支持手段および押圧手段保持手段は、当接部材および押圧手段の脱着が可能であって、複数種の当接部材および押圧手段の支持および保持が可能になっていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の磁歪素子評価装置の発明は、請求項３記載の発明において、前記当接部材は、磁歪素子に当接する当接部が下端に設けられ、該当接部と当接部材本体とが伸縮可能な弾性部材によって連結されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の磁歪素子評価装置の発明は、請求項３記載の発明において、前記押圧手段は、内部ピストンが前記当接部材と連動するエアシリンダからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の磁歪素子評価装置の発明は、請求項３記載の発明において、前記押圧手段は、重錘の重さを利用するものであることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本発明の磁歪素子評価装置によれば、磁歪素子に圧力負荷をかける手段が適宜選択できるように構成されており、任意の手段、すなわち、任意の圧力負荷方式を選択して磁歪素子の特性を評価することが可能になる。
圧力負荷手段は、予め磁歪素子評価装置に複数を備え、それらの任意の一つを使用して評価を行えるものであってもよく、装置の一部を取り替えることによって適宜の圧力負荷手段を使用可能とするものであってもよい。圧力付加手段を複数備えるものは、構成が複雑になるが、装置の一部を取り替えるものでは、装置構成を簡易にすることができるという点で有利である。
【００１４】
圧力負荷手段は、例えば、前記磁歪素子に接して荷重を加える当接部材と、該当接部材を所定位置まで下降させる押圧手段とによって構成することができる。
当接部材としては、磁歪素子に当接する当接部と当接部材本体とが伸縮可能な弾性部材によって連結されたものが挙げられる。弾性部材としては、代表的にはばねを挙げることができる。
また、当接部材に所定の位置で押圧可能な押圧手段としては、当接部材に連結、当接または一体化されたシリンダロッドを有するシリンダを挙げることができる。また、押圧手段を上下に移動可能とし、該押圧手段に重錘の重さが付加されるようにしたものであってもよい。
当接部材と押圧手段とは、それぞれ別体で構成されるものであってもよく、一体になって構成されているものであってもよい。なお、それぞれが別体で構成される場合には、押圧力が伝達されるように両者を当接させたり、連結させたりすることができる。なお、押圧力は、磁界を作用させる前に磁歪素子に加わっているものであってもよく、また、磁界素子が磁界によって変位することによって押圧力が発生するものであってもよい。
【００１５】
磁歪素子評価装置では、上記当接部材および押圧手段を脱着可能にして、取り替え可能とすることで、複数の圧力負荷手段を適宜使用することができる。
上記当接部材および押圧手段を脱着可能とするため、当接部材を上下方向に移動可能に支持する当接部材支持手段と、押圧手段を保持する押圧手段保持手段とを備えることができる。当接部材支持手段と、押圧手段保持手段とは、例えば、フレームなどによって構成することができるが、本発明としては特定の構造に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の磁歪素子評価装置によれば、磁歪素子に圧力負荷をかけ、磁場をかけることによって磁歪素子の変位を測定する装置において、圧力負荷をかける手段を適宜選択できるようにしたので、実際の使用状態などによって適切な条件で評価を行うことが可能になる。また、異なる試験条件における複数の評価結果を得て対比などを行うことで磁歪素子の特性を多面的に把握することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図１〜３に基づいて説明する。なお、前記従来例と同様の構成については同一の符号を付して説明を行う。
磁歪素子台３を底板にして、４本の支柱４…４が底板四隅に立設されており、その高さ位置上方側に、当接部材支持手段として当接部材支持板５が水平方向に配置されて支柱４…４に固定され、天板位置に押圧手段保持手段として押圧手段保持板６が水平方向に配置されて支柱４…４に固定されている。
【００１８】
磁歪素子台３上には、該磁歪素子台３上に配置される磁歪素子１を囲むように、円筒状に形成した磁界印加コイル２が配置されており、該磁界印加コイル２に、図示しない電源が接続されている。磁歪素子１の配置位置の直上には、前記当接部材支持板５に支持された当接部材１０の当接部１１が位置している。当接部材１０は、前記当接部材支持板５に設けた軸部５ａ、５ａに摺動軸１２、１２が摺動自在に貫通しており、該摺動軸１２の先端係止部と軸部５ａとの間に圧縮ばね１３が介設されて該摺動軸１２が圧縮ばね１３を介して当接部支持板５に支持されている。該摺動軸１２、１２の下端には、連結板１４が固定され、該連結板１４にロードセル１０ａが固定されている。ロードセル１０ａと前記した当接部１１との間には、弾性部材として圧縮ばね１６が介設されている。また、ロードセル１０ａの上端面には、前記押圧手段保持板６で支持された押圧手段２０の押圧部２１が当接可能になっている。押圧手段２０は、固定板２４によって押圧手段保持板６の中央に固定されて垂下された状態にあり、下方伸長側では、押圧手段保持板６の中央に形成された貫通穴６ｂおよび当接部材支持板５の中央に形成された貫通穴５ｂを貫通し、先端側に押圧部２１が設けられている。なお、貫通穴５ｂ、６ｂは、押圧手段２０の外周面との間に間隙を有するように形成されている。なお、押圧手段２０は、上部構造のネジ部に下部構造のナット２３が螺合されることによって、上部構造と下部構造が繋がる構造となっており、ナット２３の締め付け位置を変更することによって、全体の長さ、すなわち、押圧部２１の上下位置を変更することができ、これにより当接部材１０を所望の位置にまで下降させることができる。
【００１９】
また、前記した支柱４には、当接部１１を挟んでデジタル寸法測定器の発光部３０と受光部３１とが設置されており、当接部１１の位置、すなわち、磁歪素子１が変位した際の変位量を検出することができる。なお、発光部３０と受光部３１とは、支柱４に沿って上下位置の調整が可能になっている。また、上記のように、変位量を透過型変位センサや渦電流センサ等のセンサを用いて測定することとしたことにより、圧力負荷手段の取り換えの容易さや被測定物の全長変化に柔軟に対応することができる。
【００２０】
上記磁歪素子評価装置では、固定板２４を押圧手段保持板６から取り外し、貫通穴５ｂ、６ｂから抜くなどの作業により、当接部材１０と押圧手段２０とを磁歪素子評価装置から容易に取り外すことができ、また、取り付けも同様に容易に行うことができる。
上記当接部材１０および押圧手段２０を取り付けた磁歪素子評価装置では、磁歪素子台３に磁歪素子１を設置し、前記したナット２３の締め付け位置の調整により、押圧部２１の上下位置を変更し、該押圧部２１で押圧されて下降する当接部材１０の上下位置を調整する。この調整に際しては、当接部材１０は、当接部材支持板５によって摺動軸１２を介して支持されつつ、圧縮ばね１３の付勢力に抗して下降する。この下降の際に、当接部１１の先端が磁歪素子１の上端に当接すると、下降を停止して押圧手段２０をナット２３によって固定する。
【００２１】
上記の状態で、磁界印加コイル２に電流を流すと磁界が発生し、この磁界の作用によって磁歪素子が変位する。この変位によって、磁歪素子１が伸長すると、磁歪素子１の上端に接している当接部１１が押し上げられ、圧縮ばね１６の圧縮を伴いながら、当接部材１０が上昇する。この際に磁歪素子１に加わっている荷重はロードセル１０ａによって測定される。磁歪素１の変位量は、前記したデジタル寸法測定器の発光部３０と受光部３１とによって測定することができる。また、磁歪素子の周囲には、図示しない歪み計や、磁界強度計などを配置して、磁歪素子の特性変化や磁界強度の変化を測定することができる。上記磁歪素子評価装置においては、従来と同様にして、測定結果に基づいて磁歪素子１の特性の評価を行うことができる。
なお、磁歪素子の特性測定の際には、パラメータを指示し運転を開始する。このパラメータとしては、磁歪形状（全長、断面積）、コイル仕様（全長、巻き数、径）、駆動周波数、駆動電流、駆動電流波形（ｓｉｎ波、三角波、Ｄｕｔｙ比付方形波）などが挙げられる（シリンダの場合は、推力設定も可能）。また、取得データとしては、時間に対する、電流変化／荷重変化／磁気変化／磁歪変位変化／温度変化などが挙げられる。
【００２２】
（実施形態２）
次に、当接部材および押圧手段を他種のものに取り替えた実施形態を図４、５に基づいて説明する。
なお、磁歪素子評価装置における磁界印加コイル２、磁歪素子台３、４本の支柱４…４、当接部材支持板５、押圧手段保持板６は前記実施形態と共通している。
この実施形態では、磁歪素子１が配置される位置の直上には、前記当接部材支持板５に支持された当接部材１１０の当接部１１１が位置している。当接部材１１０は、前記当接部材支持板５に設けた軸部５ａ、５ａに摺動軸１１２、１１２が摺動自在に貫通している。該摺動軸１１２、１１２の下端には、連結板１１４が固定され、該連結板１１４にロードセル１１０ａが固定されている。当接部材１１０は、当接部材支持板５に対し、上下に移動可能な状態にあるため、磁歪素子評価装置の使用時以外は、例えば、仮連結板などによって、当接部材１１０と当接部材支持板５とを仮固定しておく。なお、ロッド１２３と当接部材１１０とを連結しておくことにより、上記のような仮固定は不要になる。
【００２３】
また、ロードセル１１０ａの上端面には、前記押圧手段保持板６で支持された押圧手段１２０の押圧部１２１が当接可能になっている。押圧手段１２０は、押圧手段保持板６の中央に固定板１２４によって下向きに固定されたエアシリンダ１２５を有しており、該エアシリンダ１２５のロッド１２３は、前記押圧手段保持板６の貫通穴６ｂおよび当接部材支持板５の貫通穴５ｂを貫通し、その先端には前記押圧部１２１が取り付けられている。押圧手段１２０は、エアシリンダ１２５の動作によって、エアシリンダ１２５内の図示しないピストンが移動して、ロッド１２３を上下動することができ、先端の押圧部１２１の上下位置を調整することができる。なお、支柱４に取り付けられているデジタル寸法測定器の発光部３０と受光部３１とは、当接部１１１の位置などに合わせて、設置位置を変更しておくことができる。
【００２４】
次に、この実施形態の磁歪素子評価装置の動作について説明する。磁歪素子の評価を行う際には、磁歪素子台３に磁歪素子１を設置し、エアシリンダ１２５を作動させて、ロッド１２３を下降させる。なお、当接部材１１０が当接部材支持板５に仮固定されている場合には、その仮固定を解除する。押圧部１２１は、ロッド１２３とともに下降し、当接部材１１０を押し下げる。当接部材１１０の当接部１１１の先端が磁歪素子１の上端に接した状態でエアシリンダ１２５の動作を停止させる。この状態で、前記実施形態と同様にして、磁歪素子１に外部磁界を作用させて、磁歪素子１の変位量等を測定する。なお、磁歪素子１が伸長すると、これに接している当接部１１１を押し上げる。この動きは、当接部材１１０から押圧部１２１を通してロッド１２３に伝わり、エアシリンダ１２５内の図示しないピストンを移動させる。この際に、磁歪素子１に加わる荷重は、前記実施形態と同様にロードセル１１０ａによって測定することができる。
なお、この実施形態の当接部材１１０および押圧手段１２０も、上記固定板１２４を取り外すと、貫通穴６ｂ、５ｂから抜くなどして磁歪素子評価装置に対し容易に脱着することができる。この実施形態においては、前記実施形態と異なる圧力負荷の方法とタイミングによって磁歪素子に負荷を加えるので、前記実施形態とは異なる条件で磁歪素子の特性変化を測定することができる。
【００２５】
（実施形態３）
さらに、当接部材および押圧手段を他種のものに取り替えた実施例を、図６に基づいて説明する。
磁歪素子評価装置における磁界印加コイル２、磁歪素子台３、４本の支柱４…４、当接部材支持板５、押圧手段保持板６は前記各実施形態と共通している。
この実施形態では、磁歪素子１が配置される位置の直上には、前記当接部材支持板５に支持された当接部材２１０の当接部２１１が位置している。当接部材２１０は、前記当接部材支持板５に設けた軸部５ａ、５ａに摺動軸２１２、２１２が摺動自在に貫通している。該摺動軸２１２、２１２の下端には、連結板２１４が固定され、該連結板２１４にロードセル２１０ａが固定されている。該当接部材２１０において、当接部材支持板５に対し、上下に移動可能な状態にあるため、磁歪素子評価装置の使用時以外は、例えば、仮連結板などによって、当接部材２１０と、当接部材支持板５とを連結しておく。
【００２６】
また、ロードセル２１０ａの上端面には、前記押圧手段保持板６で支持された押圧手段２２０の押圧部２２１が当接可能になっている。押圧手段２２０は、押圧手段保持板６の中央に固定された保持板２２４によって軸部２２３が摺動自在に保持されており、軸部２２３の上端には、重錘２２５が載置されるように構成されている。軸部２２３は、下方においては、前記押圧手段保持板６の貫通穴６ｂおよび当接部材支持板５の貫通穴５ｂを貫通し、その先端には前記押圧部２２１が設けられている。押圧手段２２０は、重錘２２５の重さによって当接部材２１０を所定位置にまで押し下げることができる。
【００２７】
次に、この実施形態の磁歪素子評価装置の動作について説明する。磁歪素子の評価を行う際には、磁歪素子台３に磁歪素子１を設置し、当接部材２１０を下降させて、当接部２１１の先端を、磁歪素子１の上端に当接させる。さらに、重錘２２５を載置した押圧手段２２０を下降させて押圧部２２１を当接部材２１０の上端面に当接させる。なお、当接部材２１０と押圧手段２２０とを同時に下降させるものであってもよい。両者の下降によって、磁歪素子１には、重錘２２５による荷重が加わっている。この状態で、前記実施形態と同様にして、磁歪素子１に磁界を作用させて、磁歪素子１の変位量等を測定する。なお、磁歪素子１が伸長すると、これに接している当接部２１１が上昇し、これに伴って押圧手段２２０を押し上げる。この際に、磁歪素子１に加わる荷重は、前記実施形態と同様に押圧手段２２０に備えるロードセル２２２によって測定することができる。
なお、この実施形態の当接部材２１０および押圧手段２２０も、上記保持板２２４を取り外すと、容易に脱着することができる。この実施形態においても、磁歪素子の特性を、前記各実施形態と異なる条件で測定することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、磁歪素子評価装置として、弾性部材を用いるもの、エアシリンダを用いるもの、重錘を用いるものについて説明したが、磁歪素子評価装置としては、圧力負荷手段を適宜変更できるものであればよく、上記内容に限定されるものではなく、交換可能な数も特に限定されるものではない。
以上、本発明について、上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す正面図である。
【図２】同じく、側面図である。
【図３】同じく、一部拡大図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す正面図である。
【図５】同じく、側面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態を示す正面図である。
【図７】従来の磁歪素子評価装置の一例を示す概略図である。
【図８】従来の他の磁歪素子評価装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    磁歪素子
２    磁界印加コイル
３    磁歪素子台
５    当接部材支持板
６    押圧手段保持板
１０    当接部材
１０ａ  ロードセル
１１    当接部
１２    摺動軸
１４    連結板
１６    圧縮ばね
２０    押圧手段
２１    押圧部
２４    固定板
１１０    当接部材
１１０ａ  ロードセル
１１１    当接部
１１２    摺動軸
１１４    連結板
１２０    押圧手段
１２１    押圧部
１２３    ロッド
１２４    固定板
１２５    エアシリンダ
２１０    当接部材
２１０ａ  ロードセル
２１１    当接部
２１２    摺動軸
２１４    連結板
２２０    押圧手段
２２１    押圧部
２２３    軸部
２２４    保持板
２２５    重錘
【図１】
2006317175.tif 000003
【図２】
2006317175.tif 000004
【図３】
2006317175.tif 000005
【図４】
2006317175.tif 000006
【図５】
2006317175.tif 000007
【図６】
2006317175.tif 000008
【図７】
2006317175.tif 000009
【図８】
2006317175.tif 000010