(57)【要約】【課題】出力変位の振動や応答遅れを無くすことができる上に、信頼性を高めることができる磁歪アクチュエータを提供する。【解決手段】磁歪アクチュエータ１０は、超磁歪部材を備え、一端が固定ヨーク１４に固定された略棒状の超磁歪ロッド１６と、この超磁歪ロッド１６の外周を囲むように配設された駆動コイル１８と、超磁歪ロッド１６の自由端側に配設され、超磁歪ロッド１６の軸方向の伸縮を外部に伝達するための伝達部２４と、を有して構成されている。そして、伝達部２４を超磁歪ロッド１６の自由端に固定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪部材を備え、一端が固定部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設された駆動コイルと、前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、前記磁歪ロッドの軸方向の伸縮を外部に伝達するための伝達部と、を有してなり、且つ、該伝達部は、前記磁歪ロッドの自由端に固定されていることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記伝達部は、該伝達部と前記磁歪ロッドの自由端を連結するための連結部材を介して固定されていることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記伝達部は、前記磁歪ロッドの自由端に対して着脱可能とされていることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記伝達部は、磁性部材からなる可動ヨークを有してなり、且つ、前記磁歪ロッドの固定端は、磁性部材からなる固定ヨークに固定されていることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【請求項５】
請求項４において、
前記伝達部における可動ヨーク又は前記固定ヨークは、前記磁歪ロッドと略同一の軸径を有する略柱状の台座を有してなり、且つ、該台座及び前記磁歪ロッド端部を径方向外側から締結するための締結部材によって前記磁歪ロッド端部に固定されていることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記磁歪ロッドの軸方向に予荷重を印加するための予荷重ばねを備えたことを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪部材を用いた磁歪アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、応答速度が速く、大きな出力変位を得ることができるアクチュエータとして、磁歪部材を用いた磁歪アクチュエータが広く知られている。
【０００３】
例えば、図１１に示される従来公知の磁歪アクチュエータ１は、筒状のケーシング２を備えており、このケーシング２内には、信号供給部３からの電気信号が入力される磁界コイル４と、超磁歪材料からなり、磁界コイル４によって軸方向に駆動される駆動ロッド５と、この駆動ロッド５の変位を外部に伝達するためのアクチュエータロッド６と、が収容されている。また、アクチュエータロッド６は、ケーシング２との間に縮設された弾性体７によって駆動ロッド５側に付勢されており、駆動ロッド５の変位に追従して摺動するようになっている。
【０００４】
ところで、このような従来の磁歪アクチュエータにおいては、超磁歪材料からなる駆動ロッド５の応答速度が速いため、弾性体７の弾性変形が駆動ロッド５の変位に追従できず、アクチュエータロッド６の応答速度が遅くなったり、アクチュエータロッド６の出力変位がリンギング振動してしまうといった問題がある。
【０００５】
そこで、この磁歪アクチュエータ１では、アクチュエータロッド６の固有周期以上の立ち上がり時間を有する電気信号を磁界コイル４に供給し、駆動ロッド５を制御することで、アクチュエータロッド６の出力変位の振動を抑えるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１７１７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この磁歪アクチュエータ１では、駆動ロッド５の制御が複雑になってしまう上に、所定の立ち上がり時間を必要とするため、出力変位の応答時間の速さには限界があった。
【０００８】
又、アクチュエータロッド６が駆動ロッド５の変位に追従できない場合には、駆動ロッド５とアクチュエータ６とが軸方向で衝突する結果、駆動ロッド５やアクチュエータロッド６が疲労し、信頼性が低下してしまうといった問題点もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、出力変位の振動や応答遅れを無くすことができる上に、信頼性を高めることができる磁歪アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、出力変位の振動や応答遅れを無くすことができる上に、信頼性を高めることができる磁歪アクチュエータを見出した。
【００１１】
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。
【００１２】
（１）磁歪部材を備え、一端が固定部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設された駆動コイルと、前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、前記磁歪ロッドの軸方向の伸縮を外部に伝達するための伝達部と、を有してなり、且つ、該伝達部は、前記磁歪ロッドの自由端に固定されていることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【００１３】
（２）前記伝達部は、該伝達部と前記磁歪ロッドの自由端を連結するための連結部材を介して固定されていることを特徴とする前記（１）記載の磁歪アクチュエータ。
【００１４】
（３）前記伝達部は、前記磁歪ロッドの自由端に対して着脱可能とされていることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の磁歪アクチュエータ。
【００１５】
（４）前記伝達部は、磁性部材からなる可動ヨークを有してなり、且つ、前記磁歪ロッドの固定端は、磁性部材からなる固定ヨークに固定されていることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の磁歪アクチュエータ。
【００１６】
（５）前記伝達部における可動ヨーク又は前記固定ヨークは、前記磁歪ロッドと略同一の軸径を有する略柱状の台座を有してなり、且つ、該台座及び前記磁歪ロッド端部を径方向外側から締結するための締結部材によって前記磁歪ロッド端部に固定されていることを特徴とする前記（４）記載の磁歪アクチュエータ。
【００１７】
（６）前記磁歪ロッドの軸方向に予荷重を印加するための予荷重ばねを備えたことを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の磁歪アクチュエータ。
【００１８】
（７）前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の磁歪アクチュエータ。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る磁歪アクチュエータによれば、出力変位の振動や応答遅れを無くすことができる上に、信頼性を高めることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る磁歪アクチュエータは、磁歪部材を備え、一端が固定部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設された駆動コイルと、前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、前記磁歪ロッドの軸方向の伸縮を外部に伝達するための伝達部と、を有してなり、且つ、該伝達部は、前記磁歪ロッドの自由端に固定されていることによって、上記課題を解決したものである。
【００２１】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る磁歪アクチュエータについて詳細に説明する。
【００２２】
図１〜図３に示されるように、本発明の実施形態に係る磁歪アクチュエータ１０は、略筒状のケーシング１２内に収容・固定された、磁性部材からなる固定ヨーク１４と、この固定ヨーク１４に一端が固定された、超磁歪部材を有してなる略棒状の超磁歪ロッド１６と、この超磁歪ロッド１６の外周を囲むように配設された駆動コイル１８と、超磁歪ロッド１６の自由端側に配設された、可動ヨーク２０及び伝達ロッド２２からなる伝達部２４と、を有して構成されている。
【００２３】
固定ヨーク１４は、略円板形状の磁性部材によって構成され、その中心部には超磁歪ロッド１６と略同一の軸径を有する略柱状の台座１４Ａが設けられている。又、この台座１４Ａの周囲には円形溝１４Ｂが形成されていると共に、この円形溝１４Ｂから固定ヨーク１４の径方向外側に向けて２つのネジ穴１４Ｃが形成されている。固定ヨーク１４は、台座１４Ａが超磁歪ロッド１６と略同軸となるように配置され、台座１４Ａ及び超磁歪ロッド１６端部を径方向外側から締結するための締結部材２６によって超磁歪ロッド１６に固定されている。
【００２４】
図３に示されるように、締結部材２６は、円形溝１４Ｂ内に一部が収容され、略対向した位置に配置される２枚の爪部材２８と、ネジ穴１４Ｃに螺合される２つのネジ３０によって構成されている。この締結部材２６は、２つのネジ３０を固定ヨーク１４の径方向外側から円形溝１４Ｂに向けて締め付け、２枚の爪部材２８で超磁歪ロッド１６を径方向外側から挟み込むことによって、固定ヨーク１４を超磁歪ロッド１６に固定するようになっている。なお、固定ヨーク１４は、締結部材２６のネジ３０を調整することで超磁歪ロッド１６に対して着脱可能となっている。
【００２５】
超磁歪ロッド１６は、超磁歪素子を材料としている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素および／または特定の遷移金属などを主成分（例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など）とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、外部から磁界が印加されると大きな変位（伸縮）を生じる性質を有している。
【００２６】
駆動コイル１８は、この超磁歪ロッド１６の軸方向に所定の磁界を印加することによって、超磁歪ロッド１６を軸方向に伸縮可能である。
【００２７】
伝達部２４は、固定ヨーク１４と略同形状の可動ヨーク２０と、この可動ヨーク２０の上部に配設された伝達ロッド２２によって構成され、これら可動ヨーク２０及び伝達ロッド２２は、可動ヨーク２０の上部に形成された雌ネジと、伝達ロッド２２の下端に形成された雄ネジによって連結・固定されている。
【００２８】
可動ヨーク２０は、上述の固定ヨーク１４と同様に、締結部材２６によって超磁歪ロッド１６の自由端に固定されていると共に、締結部材２６のネジ３０を調整することで超磁歪ロッド１６に対して着脱可能となっている。なお、可動ヨーク２０とケーシング１２との間には、超磁歪ロッド１６の軸方向に予荷重を印加するための予荷重ばね３２が縮設されている。
【００２９】
伝達ロッド２２の上端は、ケーシング１２外に突出されており、超磁歪ロッド１６の軸方向の伸縮を外部に伝達可能な構造となっている。
【００３０】
次に、磁歪アクチュエータ１０の作用について説明する。
【００３１】
駆動コイル１８に所定の信号が入力されると、この信号に応じて超磁歪ロッド１６に軸方向の磁界が印加される。磁界が印加された超磁歪ロッド１６は、磁歪効果によって軸方向に伸縮（変位）し、この伸縮が伝達部２４を介して出力変位として外部に伝達されるようになっている。
【００３２】
本発明の実施形態に係る磁歪アクチュエータ１０によれば、超磁歪部材を備え、一端が固定ヨーク（固定部材）１４に固定された略棒状の超磁歪ロッド１６と、この超磁歪ロッド１６の外周を囲むように配設された駆動コイル１８と、超磁歪ロッド１６の自由端側に配設され、超磁歪ロッド１６の軸方向の伸縮を外部に伝達するための伝達部２４と、を有してなり、且つ、伝達部２４は、超磁歪ロッド１６の自由端に固定されているため、出力変位の振動や応答遅れを無くすことができる上に、信頼性を高めることができる。
【００３３】
特に、伝達部２４の可動ヨーク２０は、超磁歪ロッド１６と略同一の軸径を有する略柱状の台座２０Ａを有してなり、且つ、台座２０Ａ及び超磁歪ロッド１６端部を径方向外側から締結するための締結部材２６によって超磁歪ロッド１６に固定されているため、伝達部２４と超磁歪ロッド１６の連結部の破損等を未然に防止することができる。
【００３４】
即ち、超磁歪ロッド１６は体積一定の状態で変形するため、軸方向の伸縮に伴って径方向にも伸縮することになるが、伝達部２４は、この伝達部２４と超磁歪ロッド１６の自由端を連結するための締結部材（連結部材）２６を介して固定されているため、超磁歪ロッド１６の径方向の伸縮が直接的に伝達部２４に伝播することがない。従って、伝達部２４と超磁歪ロッド１６を固着したような場合に比べ、超磁歪ロッド１６の径方向の伸縮を許容しつつ、伝達部２４と超磁歪ロッド１６の連結部に加わる応力を緩和することができる。
【００３５】
又、伝達部２４は、超磁歪ロッド１６に対して着脱可能とされているため、磁歪アクチュエータ１０の組立やメンテナンスが容易である。
【００３６】
更に、伝達部２４は、超磁歪ロッド１６の自由端に固定された、磁性部材からなる可動ヨーク２０を有してなり、且つ、超磁歪ロッド１６の固定端は、磁性部材からなる固定ヨーク１４に固定されているため、超磁歪ロッド１６、駆動コイル１８、固定ヨーク１４、可動ヨーク２０によって磁気回路が構成され、駆動コイル１８の磁界を超磁歪ロッド１６の軸方向に効率良く導くことができ、磁歪アクチュエータ１０の出力変位を増大させることができる。
【００３７】
又、超磁歪ロッド１６の軸方向に予荷重を印加するための予荷重ばね３２を備えているため、磁歪アクチュエータ１０の出力変位をより一層増大させることができる。
【００３８】
なお、本発明に係る磁歪アクチュエータは、本実施形態に係る磁歪アクチュエータ１０の形状や構造等に限定されるものではない。
【００３９】
従って、例えば、図４に示されるように、１つの爪部材２８に対して複数（この例では２つ）のネジ３０を配設すれば、超磁歪ロッド１６と固定ヨーク１４をより一層強固に固定することができる。なお、可動ヨーク２０についても固定ヨーク１４と同じ構造にすることが可能であり、以下に説明する他の実施形態についても同様である。
【００４０】
更に、図５に示される固定ヨーク３４のように、爪部材２８の一方を固定ヨーク３４と一体化したり、又、図６に示される固定ヨーク３６のように、爪部材２８の双方を固定ヨーク３６と一体化して爪部３６Ａを形成し、この爪部３６Ａの弾性力によって超磁歪ロッド１６を挟んで固定すれば、上記実施形態に係る磁歪アクチュエータ１０に比べ、構造を簡易にすることができると共に、部品点数を削減することができる。
【００４１】
又、図７に示されるように、超磁歪ロッド３８の外周面に略リング状の凹部を形成すると共に、固定ヨーク４０の爪部４０Ａに、超磁歪ロッド３８の凹部に嵌合可能な凸部を設ければ、上記実施形態に係る磁歪アクチュエータ１０に比べ、構造が簡易で、部品点数の削減ができる上に、超磁歪ロッド３８の軸方向の固定をより強固にすることができる。
【００４２】
更に、図８に示されるように、超磁歪ロッド４２の下端に形成された雄ネジと、固定ヨーク４４の上部に形成された雌ネジによって、超磁歪ロッド４２と固定ヨーク４４を固定しても、構造の簡素化、部品点数の削減が可能である。
【００４３】
又、図９に示されるように、固定ヨーク４６に一体化された複数の爪部材４８と、リング状部材５０によって構成された連結部材５２によって、固定ヨーク３４を超磁性ロッド１６に固定する構造としてもよい。
【００４４】
又、上記実施形態においては、伝達部２４を可動ヨーク２０及び伝達ロッド２２によって構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、可動ヨーク２０及び伝達ロッド２２を一体化して伝達部を構成してもよく、更には、図１０に示される磁歪アクチュエータ６０のように、伝達部を伝達ロッド６２のみによって構成し、超磁歪ロッド１６と伝達ロッド６２を直接固定してもよい。
【００４５】
なお、磁歪アクチュエータ１０の小型化を重視する場合等には、固定ヨーク１４及び可動ヨーク２０を設けなくてもよく、例えば、超磁歪ロッド１６の固定端をケーシング１２に固定すると共に、超磁歪ロッド１６自由端を伝達ロッド２２に固定してもよい。
【００４６】
又、磁歪アクチュエータ１０の出力変位が十分得られる場合等には、超磁歪ロッド１６に代えて磁歪部材からなる磁歪ロッドを適用してもよく、又、予荷重ばね３２を設けなくてもよい。
【００４７】
即ち、本発明に係る磁歪アクチュエータは、磁歪部材を備え、一端が固定部材に固定された略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの外周を囲むように配設された駆動コイルと、前記磁歪ロッドの自由端側に配設され、前記磁歪ロッドの軸方向の伸縮を外部に伝達するための伝達部と、を有してなり、且つ、該伝達部は、前記磁歪ロッドの自由端に固定されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る磁歪アクチュエータの略示側断面図
【図２】図１におけるII−II線に沿う略示断面図
【図３】図１における固定ヨーク周辺の部分分解斜視図
【図４】図１における爪部材に対して２つのネジを配設した例を示す略示断面図
【図５】図１における爪部材の一方を固定ヨークと一体化した例を示す略示側断面図
【図６】図１における爪部材の双方を固定ヨークと一定化した例を示す略示側断面図
【図７】超磁歪ロッドの外周面に形成した凹部を用いて固定ヨークを固定した例を示す略示側断面図
【図８】超磁歪ロッドの雄ネジと固定ヨークの雌ネジによって超磁歪ロッドと固定ヨークを固定した例を示す略示側断面図
【図９】本発明に係る連結部材の他の例を示す部分分解斜視図
【図１０】伝達ロッドと超磁歪ロッドを直接連結した例を示す略示側断面図
【図１１】従来の磁歪アクチュエータの略示側断面図
【符号の説明】
【００４９】
１、１０、６０…磁歪アクチュエータ
２、１２…ケーシング
３…信号処理部
４…磁界コイル
５…駆動ロッド
６…アクチュエータロッド
７…弾性体
１４、３４、３６、４０、４４、４６、６４…固定ヨーク
１６、３８、４２…超磁歪ロッド
１８…駆動コイル
２０…可動ヨーク
２２、６２…伝達ロッド
２４…伝達部
２６…締結部材
２８、４８…爪部材
３０…ネジ
３２…予荷重ネジ
５０…リング状部材
５２…連結部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005253123.tif 000009
【図８】
2005253123.tif 000010
【図９】
2005253123.tif 000011
【図１０】
2005253123.tif 000012
【図１１】
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