(57)【要約】【課題】小型の磁歪アクチュエータを提供する【解決手段】入力アーム５０ａと出力アーム５０ｂを略Ｖ字形状に連結してレバー５０を構成する。入力アーム５０ａと出力アーム５０ｂの連結部に設けた取り付け軸５２を、ケーシング１２の内側壁に形成した保持ブラケット５８に回動自在に取り付ける。入力アーム５０ａと出力アーム５０ｂの２倍の長さで構成し、レバー５０の梃子作用により磁歪素子ロッド２２の伸張による押圧力を約２倍にして出力ロッド１４に伝達する。Ｖ字型のレバー５０により磁歪アクチュエータ１０がコンパクトにまとめられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に、磁力により伸縮変形する磁歪素子と、磁歪素子の伸縮に連動して回動し、対象物を移動させる梃子部材とが設けられた磁歪アクチュエータにおいて、
前記梃子部材は、前記ケーシングの内側壁に形成された保持部に回動自在に保持される支点部と、前記磁歪素子が変形した際の変形力が加えられる力点部と、前記変形力を前記対象物に伝達する作用点部とを有し、前記磁歪素子の伸縮方向とは垂直な前記ケーシングの幅方向において、前記支点部よりも内側に前記力点部、及び、前記作用点部が形成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】
前記梃子部材を、前記磁歪素子の伸縮軸を取り囲むように複数配置したことを特徴とする請求項１記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項３】
前記梃子部材は、前記支点部を中心に折り曲げられた略Ｖ形状に形成され、Ｖ字の開口部分を前記幅方向の内側へ向けて配置されることを特徴とする請求項１または２記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記梃子部材は、前記支点部から前記力点部までの距離が、前記支点部から前記作用点部までの距離よりも長く形成され、前記磁歪素子の変形力を増幅させて前記対象物に伝達することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項５】
ケーシング内に、伸縮変形することで透磁率が変化する磁歪素子と、対象物の移動に連動して回動し、前記磁歪素子を変形させる梃子部材とが設けられた磁歪センサにおいて、
前記梃子部材は、前記ケーシングの内側壁に形成された保持部に回動自在に保持される支点部と、前記対象物が移動した際の移動力が加えられる力点部と、前記移動力を前記磁歪素子に伝達する作用点部とを有し、前記磁歪素子の伸縮方向とは垂直な前記ケーシングの幅方向において、前記支点部よりも内側に前記力点部、及び、前記作用点部が形成されていることを特徴とする磁歪センサ。
【請求項６】
前記梃子部材を、前記磁歪素子の伸縮軸を取り囲むように複数配置したことを特徴とする請求項５記載の磁歪センサ。
【請求項７】
前記梃子部材は、前記支点部を中心に折り曲げられた略Ｖ形状に形成され、Ｖ字の開口部分を前記幅方向の内側へ向けて配置されることを特徴とする請求項５または６記載の磁歪センサ。
【請求項８】
前記梃子部材は、前記支点部から前記力点部までの距離が、前記支点部から前記作用点部までの距離よりも長く形成され、前記対象物の移動力を増幅させて前記磁歪素子に伝達することを特徴とする請求項５〜７いずれか記載の磁歪センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁力により磁歪素子を変形させて対象物を移動させる磁歪アクチュエータ、及び、磁歪素子の変形による透磁率の変化に基づいて対象物の移動を検知する磁歪センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁力により伸縮変形する磁歪素子を備え、コイルが発生させた磁力で磁歪素子を変形させて対象物を移動させる磁歪アクチュエータが知られている（特許文献１、２、３参照）。これら磁歪アクチュエータは、磁歪素子と対象物との間に、対象物に加える力の大きさや対象物の移動量を調節するための梃子を配置し、この梃子を介して磁歪素子の変形力を対象物に伝達している。
【特許文献１】特開平７−３９１７７号公報
【特許文献２】特開平７−２３６２９２号公報
【特許文献３】特開２００４−２５７８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の装置は、磁歪素子の伸縮方向とは垂直な装置の幅方向に関して、梃子の力点に該当する部位と、梃子の作用点に該当する部位とが、梃子の支点に該当する部位を挟んで反対側に形成されている。このため、装置が幅方向に大型化してしまうといった問題があった。
【０００４】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、小型の磁歪アクチュエータ及び磁歪センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の磁歪アクチュエータは、ケーシング内に、磁力により伸縮変形する磁歪素子と、磁歪素子の伸縮に連動して回動し、対象物を移動させる梃子部材とが設けられた磁歪アクチュエータにおいて、前記梃子部材は、前記ケーシングの内側壁に形成された保持部に回動自在に保持される支点部と、前記磁歪素子が変形した際の変形力が加えられる力点部と、前記変形力を前記対象物に伝達する作用点部とを有し、前記磁歪素子の伸縮方向とは垂直な前記ケーシングの幅方向において、前記支点部よりも内側に前記力点部、及び、前記作用点部が形成されていることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の磁歪センサは、ケーシング内に、伸縮変形することで透磁率が変化する磁歪素子と、対象物の移動に連動して回動し、前記磁歪素子を変形させる梃子部材とが設けられた磁歪センサにおいて、前記梃子部材は、前記ケーシングの内側壁に形成された保持部に回動自在に保持される支点部と、前記対象物が移動した際の移動力が加えられる力点部と、前記移動力を前記磁歪素子に伝達する作用点部とを有し、前記磁歪素子の伸縮方向とは垂直な前記ケーシングの幅方向において、前記支点部よりも内側に前記力点部、及び、前記作用点部が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
前記梃子部材を、前記磁歪素子の伸縮軸を取り囲むように複数配置してもよい。また、前記梃子部材は、前記支点部を中心に折り曲げられた略Ｖ形状に形成され、Ｖ字の開口部分を前記幅方向の内側へ向けて配置されるものでもよい。さらに、前記梃子部材は、前記支点部から前記力点部までの距離が、前記支点部から前記作用点部までの距離よりも長く形成されているものでもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、磁歪素子の変形方向とは垂直な装置の幅方向において、梃子の支点に該当する支点部よりも内側に、梃子の力点に該当する力点部、及び、梃子の作用点に該当する作用点部を配置したので、装置の幅を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１、図２において、本発明を実施した磁歪アクチュエータ１０は、その外殻を形成するケーシング１２から露呈された出力ロッド１４を、図１に示す退避位置と、図２に示す突出位置との間で移動させて、出力ロッド１４の上方に配置、または、出力ロッド１４に取り付けられた対象物を移動させるものである。
【００１０】
ケーシング１２の上部には開口１６が形成されており、この開口１６から出力ロッド１４の上端部が露呈されている。出力ロッド１４は、ケーシング１２内に配置された下端部に、開口１６よりも一回り大きなフランジ１８が形成され、ケーシング１２外に脱落しないようになっている。また、出力ロッド１４は、フランジ１８の上面とケーシング１２の天面との間に配置されたコイルバネ２０により退避位置へ向けて付勢されている。
【００１１】
ケーシング１２の内部には、磁歪素子ロッド２２と、この磁歪素子ロッド２２を取り囲むように設けられたコイル２４とが配置されている。磁歪素子ロッド２２は、下端部がケーシング１２の底面に固定されている。また、磁歪素子ロッド２２の上端部には、磁歪素子ロッド２２を保護するとともに、後述する一対のレバー５０のそれぞれへ均一な力を加えられるように保護板２６が配置されている。
【００１２】
磁歪素子ロッド２２は、例えば、希土類のテルビウム、ディスプロシウム、鉄からなる超磁歪素子から構成され、コイル２４が発生する磁力により伸縮軸２８に沿って伸縮変形して、保護板２６を上下に移動させる。コイル２４は、駆動回路３０により通電されて磁力を発生させる。駆動回路３０がコイル２４へ通電を行うと、コイル２４が発生した磁力により磁歪素子ロッド２２が伸張し、保護板２６が上方へ移動する。また、駆動回路３０がコイルへの通電を停止すると、磁歪素子ロッド２２が収縮し、保護板２６が下方へ移動する。
【００１３】
出力ロッド１４と保護板２６との間には、伸縮軸２８に垂直なケーシング１２の幅方向で向かい合うように一対のレバー５０が配置されている。レバー５０は、入力アーム５０ａと出力アーム５０ｂとを略Ｖ字形状に連結して構成され、Ｖ字の開口部を向かい合わせた状態で配置される。
【００１４】
入力アーム５０ａと、出力アーム５０ｂとの連結部分には、レバー５０の支点となる取り付け軸５２が形成されている。取り付け軸５２は、ケーシング１２の内側壁に一体に形成された保持ブラケット５８により回動自在に保持される。入力アーム５０ａの自由端は力点部５６とされ、保護板２６に当接している。また、出力アーム５０ｂに自由端は作用点部５４とされ、出力ロッド１４に当接している。また、入力アーム５０ａの長さは出力アーム５０ｂの長さの２倍に形成されている。
【００１５】
磁歪素子ロッド２２が伸張すると、保護板２６により力点部５４が押し上げられて、レバー５０が取り付け軸５２を中心に回動する。この回動の際に、レバー５０の作用点部５６が出力ロッド１４を押し上げて突出位置へ移動させる。入力アーム５０ａの長さは出力アーム５０ｂの長さの２倍であるので、磁歪素子ロッド２２が伸張する力の約２倍の力で出力ロッド１４が押し上げられる。また、磁歪素子ロッド２２が収縮すると、レバー５０からの押し上げる力がなくなるため、出力ロッド１４がコイルバネ２０の付勢により退避位置へ移動する。
【００１６】
このように、レバー５０は、力点部５４、作用点部５６の両方を、取り付け軸５２よりもケーシング１２の幅方向内側に配置している。こうすることで、磁歪アクチュエータの幅方向の厚みを抑えて小型化できる。また、レバー５０を保持する保持ブラケット５８を、ケーシング１２の内壁に一体に形成したので、より小型化が可能である。
【００１７】
このような、磁歪アクチュエータ１０は、例えば、スティックスリップ現象を利用してウェブを搬送する搬送装置に用いることができる。この場合、ウェブ搬送路を構成する剛性体の下方に複数の磁歪アクチュエータ１０を配列し、出力ロッド１４の移動に伴って剛性体が振動するように、出力ロッド１４と剛性体とを連結する。そして、各磁歪アクチュエータ１０に、剛性体の共振周波数に対応したパルス電圧を印加して出力ロッド１４を振動させる。これにより、剛性体の振動が増幅され、剛性体上に配置されたウェブが搬送される。もちろん、本発明の磁歪アクチュエータ１０は、前記搬送装置以外の各種装置に用いることができる。
【００１８】
なお、磁力により変形するという磁歪素子の性質を利用して対象物を移動させる磁歪アクチュエータに本発明を適用する例で説明をしたが、磁歪素子は変形した際に透磁率が変化するという性質も有するので、この性質を利用して対象物の移動（対象物から加えられた力）を検知する磁歪センサに本発明を適用することも可能である。以下、図３、４をもとに、本発明を適用した磁歪センサ７０について説明する。なお、図３以降の図面を用いた説明においては、上述した実施形態と同様の部材については同様の符号を付して説明を省略する。
【００１９】
磁歪センサ７０は、ケーシング１２から入力ロッド７１が露呈されている。入力ロッド７１は、入力ロッド７１の上方に配置、もしくは、入力ロッド７１に取り付けられた対象物により押圧されて図３に示す突出位置から図４に示す退避位置へ移動する。この移動力が入力ロッド７１と保護板２６との間に配置されたレバー７８を介して磁歪素子ロッド７９に伝達される。
【００２０】
レバー７８は、前述したレバー５０（図１、図２参照）の上下を反転させて用いたものであり、入力アーム７８ａと出力アーム７８ｂとの連結部分に、レバー７８の支点となる取り付け軸８０が形成されている。また、入力アーム７８ａの自由端は力点部８２とされ、入力ロッド７１に当接し、出力アーム７８ｂの自由端は作用点部８４とされ、保護板２６に当接している。
【００２１】
レバー７８は、入力ロッド７１が対象物から力が加えられて入力ロッド７１が退避位置へ移動するとこれに伴って回動し、磁歪素子ロッド７９を収縮させる。入力アーム７８ａの長さは出力アーム８７ｂの長さの２倍に形成されており、入力ロッド７１が押し下げられる力の約２倍の力で磁歪素子ロッド７９が押し下げられる。また、対象物から力が加えられていないときは磁歪素子ロッド７９が元の状態に戻り、入力ロッド７１が突出位置に移動する。そして、この磁歪素子ロッド７９の伸縮により、磁歪素子ロッド７９の透磁率が変化する。
【００２２】
検出回路８６は、コイル２４に接続されて、磁歪素子ロッド７９の透磁率とともに変化するコイル２４のインダクタンスを監視している。そして検出回路８６は、コイル２４のインダクタンスに基づいて、磁歪素子ロッド７９の変形、すなわち、対象物の移動を検知する。このように、本発明を磁歪センサ７０に適用した場合も、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
なお、本発明の磁歪アクチュエータ及び磁歪センサは、支点となる取り付け軸よりも装置本体の内側に力点部及び作用点部が形成されたレバーを備えていればよいので、細部の構成は適宜変更できる。例えば、上記実施形態では、一対（２本）のレバーを設ける例で説明をしたが、磁歪素子ロッドの伸縮軸を取り囲むように等角度に３本のレバーを設けるといったことも考えられる。もちろん、レバーは４本以上設けてもよいし、１本のみ設けてもよい。
【００２４】
また、上記実施形態では、入力アームの長さが出力アームの長さよりも長く、力点部に加えられた力よりも作用点部から出力する力を大きくする力増幅タイプのレバーを例に説明をしたが、出力アームの長さが入力アームの長さよりも長く、力点部の移動量よりも作用点部の移動量を大きくするストローク増幅タイプのレバーを用いてもよい。本発明は入力アームや出力アームの長さにより限定されるものではないので、これら各アームの長さは、磁歪アクチュエータや磁歪センサの用途に応じて適宜設定すればよい。
【００２５】
なお、入力アームと出力アームのなす角は鋭角であれば適宜設定できるが、装置の高さ方向（磁歪素子ロッドの伸縮方向）の大きさを抑えるために、入力アームと出力アームのなす角はできるだけ小さい方が好ましい。
【００２６】
さらに、上記実施形態では略Ｖ字形状のレバーを用いる例で説明をしたが、レバーの形状はこれに限定されるものではない。例えば、図５（Ａ）に示すような、取り付け軸９０、力点部９２、作用点部９４を備えたレバー９６を用いてもよい。また、同図（Ｂ）に示すような、取り付け軸１００、力点部１０２、作用点部１０４を備えたレバー１０６を用いてもよい。このようなレバー９６、１０６を用いても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】磁歪アクチュエータの断面図である。
【図２】磁歪アクチュエータの断面図である。
【図３】磁歪センサの断面図である。
【図４】磁歪センサの断面図である。
【図５】形状の異なるレバーを表す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  磁歪アクチュエータ
１２  ケーシング
１４  出力ロッド
２２、７９  磁歪素子ロッド
２４  コイル
２８  伸縮軸
３０  駆動回路
５０、７８、９６、１０６  レバー
５０ａ、７８ａ  入力アーム
５０ｂ、７８ｂ  出力アーム
５２、８０、９０、１００  取り付け軸
５４、８２、９２、１０２  力点部
５６、８４、９４、１０４  作用点部
７０  磁歪センサ
７１  入力ロッド
８６  検出回路
【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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