(57)【要約】【課題】超磁歪素子に効果的に磁界をかけ、超磁歪アクチュエータの小型化、省電力化を図る。【解決手段】超磁歪アクチュエータ１は、略Ｅ字状の一対のヨーク１０ａおよびヨーク１０ｂを備える。ヨーク１０ａに対してほぼ直交して突出されたアーム１４ａと、ヨーク１０ｂに対してほぼ直交して突出されたアーム１４ｂとの間には永久磁石２２が挿入される。永久磁石２２に対して軟磁性体からなる磁束収束部２３がギャップを介して対向し、磁束収束部２３には超磁歪素子１１の一端が支持される。磁気抵抗の小さい磁束収束部２３を設けることで、アーム１４ａと永久磁石２２との境界付近で発生する漏れ磁束を効果的に磁束収束部２３に収束できる。従って、電磁石２１にかける励磁電流を大きくせずに超磁歪素子１１に対して効率良く磁界をかけることができる。【選択図】  図１
2007159242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を発生する電磁石と、
上記電磁石を含む磁路中に存在する対向端面の間に挿入される永久磁石と、
上記永久磁石と所定のギャップを介して対向する磁束収束部と、
上記磁束収束部によってその一端が支持される超磁歪素子とを備え、
上記電磁石の通電時に上記対向端面の一方に生じる磁極と、上記対向端面の一方と接する上記永久磁石の磁極とが同一とされる超磁歪アクチュエータ。
【請求項２】
脚部に対して第１、第２および第３のアームがほぼ直交して突出された略Ｅ字状の一対のヨークと、
対向する上記第１のアームに対して装着された電磁石と、
上記第２のアームの対向端面の間に挿入された永久磁石と、
上記永久磁石と所定のギャップを介して対向する磁束収束部と、
上記磁束収束部によってその一端が支持される超磁歪素子とを備え、
対向する上記第３のアームの対向間隙に上記超磁歪素子の他端が摺動自在に支持された超磁歪アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超磁歪アクチュエータにおいて、
上記永久磁石の磁極方向の長さと、上記磁束収束部の上記永久磁石と対向する面の長さとがほぼ等しいものとされた超磁歪アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の超磁歪アクチュエータにおいて、
上記永久磁石の磁極方向と直交する厚みが上記対向端面の厚みに比べて小と設定された超磁歪アクチュエータ。
【請求項５】
少なくとも２個の超磁歪アクチュエータによって支持され、上記超磁歪アクチュエータの超磁歪素子が伸縮することで発生する変位によりチルト角が生じる角度機能付きテーブルであって、
上記超磁歪アクチュエータは、
磁界を発生する電磁石と、
上記電磁石を含む磁路中に存在する対向端面の間に挿入される永久磁石と、
上記永久磁石と所定のギャップを介して対向する磁束収束部と、
上記磁束収束部によってその一端が支持される超磁歪素子とを備え、
上記電磁石の通電時に上記対向端面の一方に生じる磁極と、上記対向端面の一方と接する上記永久磁石の磁極とが同一とされる角度機能付きテーブル。
【請求項６】
少なくとも２個の超磁歪アクチュエータによって支持され、上記超磁歪アクチュエータの超磁歪素子が伸縮することで発生する変位によりチルト角が生じる角度機能付きテーブルであって、
上記超磁歪アクチュエータは、
脚部に対して第１、第２および第３のアームがほぼ直交して突出された略Ｅ字状の一対のヨークと、
対向する上記第１のアームに対して装着された電磁石と、
上記第２のアームの対向端面の間に挿入された永久磁石と、
上記永久磁石と所定のギャップを介して対向する磁束収束部と、
上記磁束収束部によってその一端が支持される超磁歪素子とを備え、
対向する上記第３のアームの対向間隙に上記超磁歪素子の他端が摺動自在に支持された角度機能付きテーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超磁歪アクチュエータおよび超磁歪アクチュエータを使用した角度機能付きテーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性材料に磁界をかけると、強磁性材料が伸縮して外形の寸法が変化する磁歪と称される現象が知られている。中でも強磁性材料の寸法変化量に対して、およそ５０倍〜１００倍程度の寸法変化を示す材料は超磁歪材料と称される。
【０００３】
図７は、従来材の強磁性材料と超磁歪材料との磁歪による外形寸法の変化（変位量）の一例を比較して示したグラフである。図７において、横軸は磁界の強さＨ（Oe:CGS単位系）を示し、縦軸は磁歪による変位量λ(ppm)を示す。グラフから分かるように、加えられる磁界の強さＨに対して超磁歪材料の変位量は強磁性材料の変位量に比べて大きいことがわかる。このように、超磁歪材料は通常の強磁性材料に比べて磁歪による変位量が大きい。
【０００４】
従来から、この超磁歪材料からなる超磁歪素子を使用したアクチュエータ（以下、適宜、超磁歪アクチュエータと称する）が提案されている。超磁歪アクチュエータは、超磁歪素子に対して磁界をかけることで得られる変位を機械的エネルギーとして使用する装置である。
【０００５】
ところで、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するアクチュエータには、超磁歪素子を利用する方法以外に、例えばチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料（ピエゾ素子）を利用したピエゾアクチュエータが提案されている。しかしながら、ピエゾアクチュエータは高電圧により駆動されるため安全対策等を施す必要があり、装置の小型化が難しい。また、超磁歪アクチュエータは、ピエゾアクチュエータに比べて応答速度が高い、低電圧駆動が可能、キュリー温度が高く低温域から高温域までの温度特性に優れている、有害物質を含まず環境対策にも有効である等の利点を有する。このような超磁歪アクチュエータが有する利点を利用して、種々の超磁歪アクチュエータが提案されている。
【０００６】
下記の特許文献１および特許文献２には、コイルが巻回された中空部を有するボビンに超磁歪素子が挿入された超磁歪アクチュエータに関する発明が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１９２３６１号公報
【特許文献２】特開２００２−５８２６９号公報
【０００８】
また、下記特許文献３には、電磁石と永久磁石とを含み、永久磁石を軟磁性体からなる磁性部材に挟み込んだ構成を有するハイブリット型磁石が記載されている。このハイブリット型磁石では例えば[００２３]に記載されているように、電磁石の励磁コイルに通電したときに永久磁石の近傍に発生する漏れ磁束を利用して吸引力を得ることが記載されている。
【０００９】
【特許文献３】特許第３３４９９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したような従来の技術には、以下のような問題点があった。例えば、特許文献１に記載されている超磁歪アクチュエータでは、超磁歪素子に磁界をかけるための磁束の磁路がオープン磁路となるため、磁界を強くかけるには大電流を流す必要がある。従って、例えば乾電池などの小型の電源によって超磁歪アクチュエータを駆動することが困難であった。また、特許文献１や特許文献２に記載されている超磁歪アクチュエータでは超磁歪素子が挿入されるボビンに一定の強度が必要とされることからボビンの小型化が困難であり、超磁歪アクチュエータ全体の小型化が困難であった。
【００１１】
また、例えば特許文献３に記載されている構成を使用して漏れ磁束を発生させ、発生した漏れ磁束が超磁歪素子を通るようにして磁歪による変位を得ることも考えられるが、一般に超磁歪素子は透磁率が小さいため磁気抵抗が大きくなり、漏れ磁束が超磁歪素子を磁路として通るようにすることが困難であった。さらに、永久磁石の厚みが永久磁石の両端を支持する磁性部材の厚みと等しくされるため磁気抵抗が大きくなり、電磁石に対してより大きな励磁電流が必要になるという問題点があった。
【００１２】
従って、この発明の目的は、低電流で超磁歪素子に磁界をかけることができ、省電力、小型化を図れる超磁歪アクチュエータを提供することである。また、この発明の他の目的は、発生した漏れ磁束を効果的に超磁歪素子に収束することができる超磁歪アクチュエータおよび超磁歪アクチュエータを使用した角度機能付きテーブルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、この発明は、磁界を発生する電磁石と、
電磁石を含む磁路中に存在する対向端面の間に挿入される永久磁石と、
永久磁石と所定のギャップを介して対向する磁束収束部と、
磁束収束部によってその一端が支持される超磁歪素子とを備え、
電磁石の通電時に対向端面の一方に生じる磁極と、対向端面の一方と接する永久磁石の磁極とが同一とされる超磁歪アクチュエータである。
【００１４】
また、この発明は、脚部に対して第１、第２および第３のアームがほぼ直交して突出された略Ｅ字状の一対のヨークと、
対向する第１のアームに対して装着された電磁石と、
第２のアームの対向端面の間に挿入された永久磁石と、
永久磁石と所定のギャップを介して対向する磁束収束部と、
磁束収束部によってその一端が支持される超磁歪素子とを備え、
対向する第３のアームの対向間隙に超磁歪素子の他端が摺動自在に支持された超磁歪アクチュエータである。
【００１５】
また、この発明は、少なくとも２個の超磁歪アクチュエータによって支持され、超磁歪アクチュエータの超磁歪素子が伸縮することで発生する変位によりチルト角が生じる角度機能付きテーブルであって、
超磁歪アクチュエータは、
磁界を発生する電磁石と、
電磁石を含む磁路中に存在する対向端面の間に挿入される永久磁石と、
永久磁石と所定のギャップを介して対向する磁束収束部と、
磁束収束部によってその一端が支持される超磁歪素子とを備え、
電磁石の通電時に対向端面の一方に生じる磁極と、対向端面の一方と接する永久磁石の磁極とが同一とされる角度機能付きテーブルである。
【００１６】
また、この発明は、少なくとも２個の超磁歪アクチュエータによって支持され、超磁歪アクチュエータの超磁歪素子が伸縮することで発生する変位によりチルト角が生じる角度機能付きテーブルであって、
超磁歪アクチュエータは、
脚部に対して第１、第２および第３のアームがほぼ直交して突出された略Ｅ字状の一対のヨークと、
対向する第１のアームに対して装着された電磁石と、
第２のアームの対向端面の間に挿入された永久磁石と、
永久磁石と所定のギャップを介して対向する磁束収束部と、
磁束収束部によってその一端が支持される超磁歪素子とを備え、
対向する第３のアームの対向間隙に超磁歪素子の他端が摺動自在に支持された角度機能付きテーブルである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、超磁歪アクチュエータの省電力、小型化を図れる。従って、この発明による超磁歪アクチュエータを使用した光部品のレンズ調整機や半導体の露光機などのアプリケーション機器の省電力、小型化を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態について説明する。はじめにこの発明の一実施の形態における超磁歪アクチュエータ１の構成を説明する。図１は、超磁歪アクチュエータ１の構成（断面）を示す。超磁歪アクチュエータ１は、略Ｅ字状の一対のヨーク１０ａおよび１０ｂを備える。ヨーク１０ａは脚部１２ａを有し、この脚部１２ａに対してほぼ直交して突出された第１のアームの一例であるネジ１３ａ、第２のアーム１４ａ、第３のアーム１５ａを備える。この一実施の形態では、ネジ１３ａは脚部１２ａの端部付近を貫通している。また、アーム１５ａは脚部１２ａとネジ１６ａによって結合されている。
【００１９】
ヨーク１０ａと対のヨーク１０ｂも同様に脚部１２ｂを備え、脚部１２ｂに対してほぼ直交して突出された第１のアームの一例であるネジ１３ｂ、第２のアーム１４ｂ、第３のアーム１５ｂを備える。この一実施の形態では、ネジ１３ｂは脚部１２ｂの端部付近を貫通している。また、アーム１５ｂは脚部１２ｂとネジ１６ｂによって結合されている。ヨーク１０ａ、１０ｂは後述する閉磁路内における磁気抵抗を大きくしないため軟磁性材料により構成される。また、この一実施の形態のように、例えば各部材の結合のためのネジを使用するときは、同様の理由からそれぞれのネジは軟磁性材料により構成される。
【００２０】
参照符号２１は、ネジ１３ａとネジ１３ｂとに装着される電磁石である。電磁石２１は例えばコイルが巻回されたボビンに鉄心が挿入された構成とされる。この鉄心の略中央に穴部が設けられ、この穴部にネジ１３ａとネジ１３ｂとが挿入されることで電磁石２１はヨーク１０ａ、１０ｂに対して取り付けられている。電磁石２１の断面積は、アーム１４ａまたは１４ｂの断面積の１．５倍から５倍程度とされ、一例として１１３ｍｍ2とされる。
【００２１】
アーム１４ａと１４ｂの対向端面の間には、例えばフェライト磁石からなる永久磁石２２が挿入される。永久磁石２２はアーム１４ａと１４ｂのそれぞれの端面と接する両端がＮ極およびＳ極に着磁されたものである。永久磁石２２は後述する閉磁路内の磁気抵抗を大きくしないため、磁極方向と直交する方向の厚みがアーム１４ａおよび１４ｂの対向端面の厚みより小と設定される。例えば、永久磁石２２の厚みと、アーム１４ａおよび１４ｂの厚みとの比は１：３程度とされ、一例として永久磁石２２の厚みは２ｍｍでアーム１４ａ、１４ｂの厚みは６ｍｍとされる。また、永久磁石２２の断面積は例えば１０.３９ｍｍ2とされ、アーム１４ａ、１４ｂのそれぞれの端面の断面積は、例えば３１．２ｍｍ2とされる。このように永久磁石２２の形状を小さくすることで永久磁石２２の磁気抵抗が小さくなり、乾電池などの電源を使用して低電流による超磁歪アクチュエータ１の駆動が可能となる。
【００２２】
参照符号２３は、永久磁石２２とギャップｇを介して対向し、参照符号１１に示す超磁歪素子の一端が支持された磁束収束部である。図２は磁束収束部２３の周辺の主要な構成を示す。上述したようにアーム１４ａと１４ｂの対向端面の間には永久磁石２２が挿入されている。この永久磁石２２とギャップｇを介して磁束収束部２３が対向する。ギャップｇの大きさは例えば５０μｍ程度とされる。磁束収束部２３の永久磁石２２と対向する面２４の長さは、永久磁石２２の磁極方向の長さｗとほぼ等しいものとされる。
【００２３】
また、磁束収束部２３には超磁歪素子１１の一端が支持されている。例えば、磁束収束部２３に対して超磁歪素子１１の一端が圧入されても良いし、また熱硬化性接着剤等によって固着されても良い。この一実施の形態における超磁歪素子１１は、磁気モーメントの大きいランダノイド元素Ｒと鉄属元素とからなり、例えばＴｂＦｅ2、ＳｍＦｅ2、Ｔｂ0.74Ｄｙ0.26Ｆｅ2などの超磁歪材料が使用される。また、超磁歪素子１１の変位量は長手方向の長さの相対的な比率で決まるので、超磁歪素子１１の形状はその変位量に対応して決まる。一例として、変位量が０のときの超磁歪素子１１の形状は、断面の直径が６ｍｍ程度で長さが５０ｍｍ程度の円筒状の形状とされる。
【００２４】
磁束収束部２３は後述するように主としてアーム１４ａ、１４ｂと永久磁石２２との境界付近（図２において参照符号３１、３２に示す）で発生する漏れ磁束を効果的に集めるために設けられたものである。従って、磁束収束部２３は透磁率が１００〜１０００程度の透磁率の大きい軟磁性体が使用され、透磁率により規定される磁気抵抗が小さくなるようにされる。磁束収束部２３の材料には、例えばステンレス磁性鋼（東北特殊鋼株式会社製）が使用される。
【００２５】
再び、図１に戻り超磁歪アクチュエータ１の構成を説明する。超磁歪素子１１の一端が支持された磁束収束部２３は非磁性体からなるスペーサ２５ａおよびスペーサ２５ｂに挿入されて、全体としてヨーク１０ａ、１０ｂに支持される。磁束収束部２３にその一端が支持された超磁歪素子１１の他端は、アーム１５ａとアーム１５ｂとの対向間隙に摺動自在となるように支持される。アーム１５ａ、１５ｂにより支持される超磁歪素子１１の先端には非磁性体からなる連結部２７を介して推進部２８が設けられる。推進部２８は、外側のヨーク３０ａとヨーク３０ｂとの対向間隙に摺動自在となるように支持される。また、連結部２７とヨーク３０ａ、３０ｂのそれぞれとの間にはワッシャー２９ａ、２９ｂが設けられる。
【００２６】
超磁歪素子１１に磁界がかかると、超磁歪素子１１は磁歪により伸縮し変位が発生する。例えば、超磁歪素子１１が磁歪により伸張したとすると、発生した変位は連結部２７を介して推進部２８に伝達され、推進部２８は上方に移動して機械的な変位を得ることができる。一方、超磁歪素子１１にかかる磁界を減少させると超磁歪素子１１は徐々に収縮する。この一実施の形態における超磁歪アクチュエータ１ではワッシャー２９ａおよびワッシャー２９ｂが設けられるので、超磁歪素子１１の収縮時にはワッシャー２９ａ、２９ｂの反発力が作用して速やかに超磁歪素子１１が所定の位置に戻る。
【００２７】
以上、説明した構成を有する超磁歪アクチュエータ１では超磁歪素子１１をボビンに挿入したり、超磁歪素子１１に対してコイルを巻回する必要がない。従って、強度を確保するために大型のボビンを使用する必要がなく装置の小型化を図れる。また、コイルの中空部に直接超磁歪素子が挿入される超磁歪アクチュエータでは、超磁歪素子の伸縮時に生じる超磁歪素子とコイルとの摩擦によって巻線が破損するおそれがあるが、この一実施の形態による超磁歪アクチュエータ１では超磁歪素子１１にはコイルは巻回されないためそのような破損のおそれはない。
【００２８】
次に、上述した構成とされる超磁歪アクチュエータ１における磁束の流れを説明する。超磁歪アクチュエータ１では、電磁石２１に巻回されたコイルに通電することで磁界が発生し、発生した磁界によってヨーク１０ａ、１０ｂ、永久磁石２２、磁束収束部２３、超磁歪素子１１を磁路とする閉磁路が形成される。
【００２９】
電磁石２１の励磁コイルに永久磁石２２の磁力線の方向と反対方向に磁束を発生する電流を流すと、磁束は脚部１２ａ、アーム１４ａを通り、永久磁石２２に到達する。ここで、永久磁石２２の磁力線の方向と反対方向に磁束を発生する電流を流していることから、アーム１４ａの端面の極性と、アーム１４ａ側の永久磁石２２の端部の極性は例えばＮ極同士のように同じ極性となり反発力が作用する。さらに、アーム１４ａと永久磁石２２とでは磁界の強さが変化するため、磁界が変化するアーム１４ａと永久磁石２２の境界付近では外部の磁性材料を磁化させるエネルギーが強くなる。すると、アーム１４ａと永久磁石２２の境界付近では、アーム１４ａを磁路として通る磁束の漏れ磁束が著しく増加する。
【００３０】
この発明は、このようにして生じた漏れ磁束を超磁歪素子１１に作用させて生じる磁歪を利用するものである。すなわち、発生した漏れ磁束が超磁歪素子１１を磁路として通り、アーム１５ａから脚部１２ａへ、またアーム１５ｂから脚部１２ｂへとそれぞれを磁路として通り電磁石２１に戻る。この閉磁路において磁束が超磁歪素子１１を磁路として通るため、超磁歪素子１１は磁歪による変位を発生する。
【００３１】
しかしながら、漏れ磁束を直接、超磁歪素子１１に作用させることは困難である。その理由として、超磁歪素子１１は一般に透磁率が例えば８程度と小さいため、透磁率の大きさによって規定される磁気抵抗の値が大きくなってしまう。従って、生じた漏れ磁束が超磁歪素子１１を磁路として通るようにすることが困難となる。さらに、漏れ磁束はアーム１４ａと永久磁石２２の境界付近で著しく増加するため、境界付近で漏れ磁束を効率的に収束することが必要であるが、超磁歪素子１１は精密加工が困難であり、漏れ磁束を効果的に集めるようにする形状にしたり、正確に位置決めをすることが困難である。そこで、この発明では、上述した磁束収束部２３を設けた。
【００３２】
磁束収束部２３は上述したように軟磁性体によって構成されるため、例えば１００〜１０００程度と透磁率が大きい。従って、透磁率によって規定される磁気抵抗が小さくなる。従って、アーム１４ａと永久磁石２２の境界付近を中心に発生する漏れ磁束は、ギャップｇを介して磁束収束部２３に収束される。磁束収束部２３に収束された漏れ磁束は、磁束収束部２３にその一端が支持されている超磁歪素子１１を磁路として通る。このように磁束収束部２３を設けることで、漏れ磁束を効果的に集めることができ、漏れ磁束を超磁歪素子１１に作用させることができる。
【００３３】
また、軟磁性体からなる磁束収束部２３は超磁歪素子１１に比べて格段に加工が容易であることから、適切に加工された磁束収束部２３を設けることで磁束収束部２３に支持される超磁歪素子１１の位置決めを正確に行うことができる。
【００３４】
さらに、磁束収束部２３の面２４の長さを永久磁石２２の磁極方向の長さとほぼ等しくすることで、例えばアーム１４ａと永久磁石２２の境界付近において著しく増加する漏れ磁束を分散させることなく効果的に集めることができる。
【００３５】
次に、この一実施の形態における超磁歪アクチュエータ１の動作を説明する。図３は、超磁歪アクチュエータ１を制御する回路の等価回路４０を示す。回路４０は、電源４１、電流制御素子４２、コイル４３を含む。この一実施の形態における電源４１は、超磁歪素子１１に一定の磁界をかけるため、また乾電池による駆動を想定して直流電源とされる。回路４０においては、例えば可変抵抗からなる電流制限素子４２を制御して回路全体に流れる電流を調節する。回路４０に流れる電流を調節することでコイル４３に発生する磁界の強さを調節でき、超磁歪素子１１にかかる磁界の強さを制御できる。
【００３６】
例えば、超磁歪素子１１を伸張させるときは、電流制限素子４２の抵抗を小さくして回路全体に流れる電流を増加させてコイル４３に流れる電流を増やし、コイル４３に発生する磁界を強くする。すると超磁歪素子１１にかかる磁界が強くなり、超磁歪素子１１の磁歪による変位量が増加する。
【００３７】
図４は、励磁電流の変化に対する起電力および磁束密度の変化の一例を示すグラフである。図４において（ａ）は励磁電流の変化に対するコイル４３の両端に発生する電圧ｅ２(mV)の変化を示し、（ｂ）は励磁電流に対する磁束密度Ｂｍ(T)の変化を示す。図４からもわかるように、励磁電流に対して電圧および磁束密度は、共にほぼ比例して変化する。従って、励磁電流を大きくすることで超磁歪素子１１にかける磁界を強くすることができる。
【００３８】
一方、超磁歪素子１１を収縮させるときは、電流制限素子４２の抵抗を大きくして回路全体に流れる電流量を減少させてコイル４３に流れる電流を減らし、コイル４３に発生する磁界を弱める。すると超磁歪素子１１にかかる磁界が弱まり、超磁歪素子１１は収縮する。
【００３９】
このように回路４０に流れる電流を制御することで、超磁歪素子１１にかかる磁界の強さを制御できる。ところで、超磁歪素子１１の収縮させるときに回路４０に流れる電流を減らして磁界を弱めることは上述した通りであるが、このときコイル４３に鎖交する磁束が変化することで逆起電力がコイル４３に発生する。コイル４３に発生する逆起電力によって超磁歪素子１１にかかる磁界が変化し超磁歪アクチュエータ１の動作が不安定となるおそれがあるため、この逆起電力をキャンセルする必要がある。
【００４０】
この逆起電力を放出するために回路にダンパーダイオードを設けて放出経路を確保して回路を保護することが考えられるが、電源４１が乾電池等の直流電源であると、電流の変化により発生する逆起電力は２５０ｍＶ（ミリボルト）(０．２５Ｖ)程度である。一般的なダイオードの応答特性は０．６Ｖ程度であることから、回路にダンパーダイオードを使用しても動作せず逆起電力をキャンセルをすることができない。さらにダンパーダイオードを回路４０に使用すると、応答性が損なわれる問題がある。
【００４１】
しかしながら、この発明ではアーム１４ａおよび１４ｂの対向端面の間に永久磁石２２を挿入しているため、逆起電力を利用して超磁歪素子１１にかける磁界を制御できる。すなわち、励磁電流を減少させることで発生する逆起電力により、アーム１４ａ、１４ｂの端面の磁極の極性が反転し、反転した磁極は永久磁石２２のそれぞれ磁極の極性と反対になり、アーム１４ａと永久磁石２２との境界付近で発生する漏れ磁束を減少させることができる。漏れ磁束が減少することで超磁歪素子１１にかかる磁界が減少し、超磁歪素子１１は収縮する。従って、超磁歪アクチュエータ１の動作を安定的なものとし、また応答性を良くすることができる。
【００４２】
図５は、超磁歪アクチュエータ１を利用したアプリケーション機器の一例である角度機能付きのテーブル５１を示す。角度機能付きテーブル５１は、少なくとも２個の超磁歪アクチュエータによって支持される。この一実施の形態では、角度機能付きテーブル５１は２個の超磁歪アクチュエータ１および１’のそれぞれの推進部１３、１３’と、超磁歪アクチュエータ１および１’の間に位置する固定点である支持体６２とによって支持されている。推進部１３および１３’の端部は球面とされ、また支持体５２の端部も球面とされ、角度機能付きテーブル５１はそれらの球面を受けている。従って角度機能付きテーブル５１は任意の角度で動くことができる。なお、超磁歪アクチュエータ１’の構成は、超磁歪アクチュエータ１と同様の構成である。
【００４３】
超磁歪アクチュエータ１および１’の超磁歪素子に磁界がかけられていない状態では超磁歪アクチュエータ１および１’は変位を発生しないため、角度機能付きテーブル５１はほぼ水平の状態となる。
【００４４】
ここで、例えば超磁歪アクチュエータ１’の超磁歪素子に磁界をかけると磁歪による変位が発生し、その変位は推進部１３’に伝達されて推進部１３’は上方に移動し、角度機能付きテーブル５１が持ち上げられる。一方、超磁歪アクチュエータ１の超磁歪材料に対しては磁界をかけなければ変位は発生しない。すると、角度機能付きテーブル５１には支持体５２による固定点を中心として、角度（チルト）が発生する。このように、複数の超磁歪アクチュエータのそれぞれの超磁歪材料に対してかける磁界を制御することで異なる変位量を発生させて、角度機能付きテーブル５１に角度をつけることができる。例えば、超磁歪素子１１の磁歪による変位量が０．１mm程度であると、１０度前後のチルトが得られる。
【００４５】
なお、角度機能付きテーブル５１は上述した例と異なり、水平方向（Ｘ−Ｙ方向）に可動とされても良い。また、角度機能付きテーブル５１を支持する超磁歪アクチュエータは２個に限らず、例えば３個使用して角度機能付きテーブル５１を３点で支持するようにしても良い。また、推進部を設けず、テーブルとそれぞれの超磁歪アクチュエータの超磁歪素子とを直接密着させても良い。
【００４６】
図６は、発生した変位を増幅できる角度機能付きテーブル６１の概要を示す。角度機能付きテーブル６１は、超磁歪アクチュエータ１と変位増幅手段とが連結されたものである。変位増幅手段は連結部６３、支点６６、支点６６から伸びるアーム６４、６５を含む構成とされ、アーム６４の先端は可動台６２と密着され、アーム６５の先端は固定台６７と密着されている。そして、超磁歪アクチュエータ１は連結部６３を介して支点６６と連結されている。
【００４７】
変位増幅手段は、超磁歪アクチュエータ１の水平方向の変位を垂直方向に増幅して変換する動作を行う。この動作について説明する。超磁歪アクチュエータ１の超磁歪素子に磁界がかけられないときは、変位は発生せず可動台６２は水平の状態とされる。
【００４８】
超磁歪アクチュエータ１の超磁歪素子が磁歪によって伸張すると、伸張による変位は連結部６３を介して支点６６に伝達される。そして支点６６において伸張方向（図６では左方向）に力が働きアーム６４および６５のなす角が大きくなる。ここでアーム６５の先端は固定台６７に密着されていることから、変換された垂直方向への変位はアーム６４によって可動台６２に伝達され、可動台６２が上昇する。反対に、超磁歪素子１１が収縮すると、上述した動作と反対の動作がなされて可動台６２が下降する。
【００４９】
図６を参照して説明した変位を増幅できるようにされた超磁歪アクチュエータを、図５を参照して説明したように２個使用し、さらに固定点を設けた構成とすることで角度を発生させる機能を付加することができる。また、角度機能付きテーブルの角度を連続的に大きく変化させることができる。
【００５０】
図５および図６を参照して説明した角度機能付きテーブルは、光部品のレンズ調整や半導体の露光機等の高精度が要求される製品の検査、製造に使用できる。また、機械加工用のテーブルとしても使用できる。
【００５１】
以上、この発明の一実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述した一実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述した一実施の形態における超磁歪素子１１の形状は円筒状の形状として説明したが、例えば角型形状などの他の形状としても良い。
【００５２】
また、上述した一実施形態におけるヨーク１０ａ（ヨーク１０ｂも同様）は、ネジ等による結合ではなく、脚部１２ａと第１から第３のアームが一体成型された構成であっても良い。また、例えばコ字状の部材とＬ字状の部材などの複数の部材を組み合わせて略Ｅ字形状としても良い。また、第１のアームと第２のアーム間の長さや、第２のアームと第３のアームとの間の長さは超磁歪アクチュエータ１の大きさに応じて適切に設定される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の一実施の形態における超磁歪アクチュエータの断面図である。
【図２】この発明の一実施の形態における磁束収束部の周辺を拡大して示した略線図である。
【図３】この発明の一実施の形態における超磁歪アクチュエータの等価回路の略線図である。
【図４】励磁電流の変化に対するコイルの両端に生じる電圧の変化と磁束密度の変化を示すグラフである。
【図５】この発明の一実施の形態における超磁歪アクチュエータを使用した角度機能付きテーブルの一例を示す略線図である。
【図６】の発明の一実施の形態における超磁歪アクチュエータを使用した変位増幅機能を有する角度機能付きテーブルの一例を示す略線図である。
【図７】強磁性体材料と超磁歪材料の磁歪による変位量を比較して示したグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１              超磁歪アクチュエータ
１０ａ、１０ｂ  ヨーク
１１            超磁歪素子
１２ａ、１２ｂ  脚部
１３ａ、１３ｂ  ネジ
１４ａ、１４ｂ  アーム
１５ａ、１５ｂ  アーム
２１            電磁石
２２            永久磁石
２３            磁束収束部
５１、６１      角度機能付きテーブル
【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】
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