专利名称：牵引式促动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过向磁致伸缩杆上施加磁场使之沿轴向方向收缩的牵引式促动器，特别是，涉及小型且结构简单，同时能够对磁致伸缩杆有效且均匀地外加偏置磁场、可以获得大的牵引量的牵引式促动器。
背景技术：
过去，利用当施加磁场时在磁性体上产生应变的磁致伸缩元件的特性，通过控制外加在磁致伸缩构件上的磁场的大小，能够使该磁致伸缩构件伸缩的促动器，是广为人知的。利用这些磁致伸缩元件的促动器，广泛应用于精密仪器及汽车的燃料喷射阀等领域。
例如，在特开平11-22587号公报中，公开了一种牵引式促动器，该促动器，将偏置磁场施加在圆柱形的超磁致伸缩杆上，预先使该超磁致伸缩杆伸长，借助螺线管外加与偏置磁场相反方向的磁场，使超磁致伸缩杆收缩(使之进行牵引动作)。
不过，应用于这种牵引式促动器的磁致伸缩杆，由于防止发生因牵引量(位移量)的增大、小型化、形状引起的反磁场等原因，一般地都制成细长的圆柱形。同时，将该圆柱形的磁致伸缩杆配置在大致圆筒状的偏置磁铁的内侧空间，对该磁致伸缩杆外加一定方向的偏置磁场。
但是，在这些现有公知的牵引式促动器中，由于偏置磁铁是大致为圆筒状的磁铁，所以，与外加在配置有偏置磁致伸缩杆的内侧空间的偏置磁场相比，外加(放出)在偏置磁铁的外侧空间的偏置磁场更强，存在着不能对磁致伸缩杆有效地外加偏置磁场的问题。
另外，由于被外加偏置磁场的磁致伸缩杆是细长的圆柱形，所以，圆柱的轴向方向的中央附近，远离偏置磁铁的磁极。其结果是，存在着外加在该轴向方向中央附近的偏置磁场，比外加在轴向方向两端附近的偏置磁场弱，由于磁致伸缩杆的轴向方向的位置引起外加的偏置磁场的强度产生起伏的问题。而且，为了增大牵引量，越是将磁致伸缩杆的轴的长度加长，这种问题越是更加明显。
发明内容
本发明为了解决这种问题，其目的是，提供一种牵引式促动器，该促动器，小型且结构简单，同时，能够对磁致伸缩杆有效且均匀地外加偏置磁场，可以获得大的牵引量。
本发明的发明人进行研究的结果，发现了能够将偏置磁场有效地外加到磁致伸缩杆上的方案。
即，通过下面所述的本发明，可以达到上述目的。
(1)一种牵引式促动器，包括由磁致伸缩构件构成的、一端被固定的磁致伸缩杆，能够向该磁致伸缩杆外加偏置磁场的偏置磁铁，能够沿着抵消该偏置磁场的方向外加磁场的电磁线圈；通过控制由该电磁线圈外加的磁场的强度，能够使前述磁致伸缩杆伸缩，其中，前述偏置磁铁由第一偏置磁铁和第二偏置磁铁构成，所述第一偏置磁铁与前述磁致伸缩杆同轴地配置在前述磁致伸缩杆的周围；所述第二偏置磁铁配置在该第一偏置磁铁的内侧空间，并且沿着将从该第一偏置磁铁发生的一部分磁场引入到前述内侧空间的方向磁化。
(2)如前述(1)所述的牵引式促动器，其特征在于，将前述第二偏置磁铁安装在前述磁致伸缩杆的轴向方向。
(3)如前述(2)所述的牵引式促动器，其特征在于，将前述第二偏置磁铁，与前述磁致伸缩杆中的前述被固定的一端邻接地配置。
(4)如前述(2)所述的牵引式促动器，其特征在于，前述磁致伸缩杆在轴向方向中央附近分离地形成，并且通过前述第二偏置磁铁在轴向方向连接。
(5)如前述(2)所述的牵引式促动器，其特征在于，将前述磁致伸缩杆构成为大致圆筒状，将前述第二偏置磁铁配置在该磁致伸缩杆的内侧空间。
(6)如前述(5)所述的牵引式促动器，其特征在于，令前述第二偏置磁铁的轴向方向的长度，比前述大致圆筒状的磁致伸缩杆的轴向方向的长度短。
(7)如前述(1)至(6)中任何一项所述的牵引式促动器，其特征在于，设置向前述磁致伸缩杆的轴向方向施加压缩预压的预压构件。
(8)如前述(1)至(7)中任何一项所述的牵引式促动器，其特征在于，进一步包括由磁性体构成的磁轭，其固定设置前述磁致伸缩杆的前述一端、同时与前述大致圆筒状的第一偏置磁铁的轴向方向的一端接触。
(9)如前述(1)至(8)中任何一项所述的牵引式促动器，其特征在于，进一步包括由磁性体构成的传动杆，其与和前述磁致伸缩杆的前述被固定的一端相反侧的自由端连接、能够将该磁致伸缩杆的位移传递到外部，同时配置在前述大致圆筒状的第一偏置磁铁的轴向方向的一端附近。
(10)如前述(1)至(9)中任何一项所述的牵引式促动器，其特征在于，利用以超磁致伸缩元件作为材料的超磁致伸缩构件构成前述磁致伸缩杆。
图1A、图1B是示意地表示根据本发明的实施形式的例子的牵引式促动器的侧剖视图。
图2是表示外加到图1中的牵引式促动器的超磁致伸缩杆上的磁场与超磁致伸缩杆的位移的关系的曲线图。
图3是示意地表示根据本发明的实施形式的另外的例子的牵引式促动器的侧剖视图。
图4是示意地表示根据本发明的实施形式的另外的例子的牵引式促动器的侧剖视图。
具体实施例方式
下面，参照
本发明的实施形式的例子。
图1示意地表示根据本发明的实施形式的牵引式促动器(下面简称为促动器)10的侧剖面，图1A表示该牵引式促动器10的超磁致伸缩杆12伸长的状态，图1B表示其收缩状态。
该促动器10包括；超磁致伸缩杆12，电磁线圈14，第一、第二偏置磁铁16、18，磁轭20，传动杆22，它们被收藏在大致为圆筒状的主体外壳24内。该促动器10，通过控制由电磁线圈14外加的磁场强度，可以使超磁致伸缩杆12沿图中V1方向伸缩，能够进行使超磁致伸缩杆12从图1A所示的伸长状态变成图1B所示的收缩状态的“牵引动作”(后面描述)。
前述第一偏置磁铁16，由大致圆筒状的构件构成，在前述主体外壳24的内侧，与之同轴地(图中上下方向)配置。
另外，在该第一偏置磁铁16的内侧空间16A内，与该第一偏置磁铁16同轴地配置具有大致圆筒形形状的电磁线圈14。
进而，在该电磁线圈14的内侧空间内，沿轴向方向连续地、并且与该电磁线圈14同轴地配置有由大致圆柱形的构件构成的超磁致伸缩杆12及第二偏置磁铁18。
该第二偏置磁铁18由和前述超磁致伸缩杆12相同直径、并且与之相比轴的长度短的大致圆柱形的构件构成，同时，邻接超磁致伸缩杆12的图1中作为上端的固定端12A侧配置。
前述超磁致伸缩杆12，由以超磁致伸缩元件作为材料的大致圆柱形的超磁致伸缩构件构成。另外，所谓“超磁致伸缩元件”是指以稀土类元素以及/或者特定的过渡金属等作为主成分(例如，铽，镝，铁等)的粉末烧结合金或者单晶合金制成的磁致伸缩元件，具有当从外部外加磁场时产生大的位移的性质。
前述第一偏置磁铁16以向前述超磁致伸缩杆12上沿着轴L1的方向外加偏置磁场的方式构成，另外，前述第二偏置磁铁18，沿着将从该第一偏置磁铁16产生的偏置磁场的一部分引导到前述内侧空间16A内的方向磁化。
另外，前述电磁线圈14，能够沿着抵消由所述第一、第二偏置磁铁16、18外加的偏置磁场的方向外加磁场。
前述磁轭20，由设置在主体外壳24内的磁性体构件构成，以堵塞前述大致圆筒状的第一偏置磁铁16的轴向方向的一端16B的开口的方式，与之接触地配置。另外，在该磁轭20的中心的图1中的下侧面上，隔着前述第二偏置磁铁18固定设置前述超磁致伸缩杆12。
从而，用超磁致伸缩杆12、第一偏置磁铁18、磁轭20及第一偏置磁铁16形成磁路，有效地将偏置磁场引导到超磁致伸缩杆12上。
前述传动杆22，能够沿图中上下方向进退移动，连接到与前述超磁致伸缩杆12的固定端12A相反侧的自由端12B上，由能够将超磁致伸缩杆12的位移传递到外部的棒状的磁性体构件构成，在其轴向方向的中途位置上，具有比主体外壳24的内径稍小的直径的圆盘状的凸缘部22A。另外，该凸缘部22A的外周部，位于前述第一偏置磁铁16的轴向方向的另一端16C的附近。
从而，用超磁致伸缩杆12、传动杆22(包括凸缘部22A)及第一偏置磁铁16构成磁路，可有效地将偏置磁场引导到超磁致伸缩杆12。
另外，在前述传动杆22的凸缘部22A的图1中的下侧面与主体外壳24的内侧端面之间，缩入设置预应力弹簧26，通过经由传动杆22沿着超磁致伸缩杆12的轴L1方向赋予压缩预压，将该磁致伸缩变动区域最佳化。其次，一并参照图2，说明根据本发明的实施例的促动器10的作用。另外，图2表示外加到促动器10的超磁致伸缩杆12上的磁场(横轴)与超磁致伸缩杆12的位移(纵轴)的关系。
首先，在未向电磁线圈14上通电的情况下(图2中的P0点)，由于没有向超磁致伸缩杆12外加由电磁线圈14产生的线圈磁场HC(HC＝0)，所以，变成只外加由第一、第二偏置磁铁16、18产生的偏置磁场H0的状态。其结果是，在超磁致伸缩杆12上产生由偏置磁场HO引起的初始位移λ0，促动器10的超磁致伸缩杆12，变成如图1A所示的沿轴向方向伸长的状态。
另一方面，在向电磁线圈14上通电的情况下(图2中的P点)，由于由电磁线圈14产生的线圈磁场HC沿着抵消偏置磁场H0的方向作用，所以，在超磁致伸缩杆12上，外加了线圈磁场HC与偏置磁场H0的合成磁场H(＝H0-HC)。即，当外加的线圈磁场HC大时，外加到超磁致伸缩杆12上的合成磁场H逐渐变小。从而，当超磁致伸缩杆12的位移λ比初始位移λ0小时，促动器10进行“牵引动作”。同时，最终，当线圈磁场HC的大小与偏置磁场H0相等时(HC＝H0)，变成合成磁场H大致为零的状态(图2中的P1点)促动器10的超磁致伸缩杆12，变成如图1B所示的沿轴L1方向收缩的状态。
这样，促动器10的超磁致伸缩杆12，通过控制由电磁线圈14外加的线圈磁场HC的大小，可自由伸缩。
根据本发明的实施形式的例子的促动器10，由于利用在超磁致伸缩杆12的周围同轴配置的大致圆筒状的第一偏置磁铁16、以及配置在该第一偏置磁铁16的内侧空间16A内、并且沿着将由该第一偏置磁铁16发生的磁场的一部分引导到前述内空间16A的方向磁化的第二偏置磁铁18构成偏置磁铁，所以，能够将由第一偏置磁铁16发生的偏置磁场的一部分引入到该第一偏置磁铁16的内侧空间16A内，即，引入到超磁致伸缩杆12的配置方向。从而，借助第一、第二偏置磁铁16、18的协同效应，可以有效地外加偏置磁场的，可以提高外加到超磁致伸缩杆12上的偏置磁场。从而，可以实现牵引式促动器10的牵引量的增大。
另外，由于将前述第二偏置磁铁18沿着超磁致伸缩杆12的轴L1方向安装，所以，可以更有效地对超磁致伸缩杆12外加偏置磁场，而且可以实现促动器10的小型化。而且，由于将第二偏置磁铁18邻接超磁致伸缩杆12的固定端12A配置，所以，第二偏置磁铁18被配置在超磁致伸缩杆12的伸缩方向的相反侧，可以谋求超磁致伸缩杆12的位移的稳定化。
进而，由于借助预应力弹簧26沿着超磁致伸缩杆12的轴L1方向施加压缩预压，所以，偏置磁场被消除时的超磁致伸缩杆12的牵引量、速度、力增大，可以提高促动器10的效率。
另外，由于促动器10的超磁致伸缩杆12，作为材料使用超磁性元件，所以，可以获得现有的压电元件2倍以上、铁素体等现有的磁致伸缩元件的50倍以上的磁致伸缩位移量(牵引量)。
另外，在上述实施形式的例子中，以超磁致伸缩元件作为材料的超磁致伸缩构件构成超磁致伸缩杆12，但是，本发明并不局限于此，也可以使用由磁致伸缩元件构成的磁致伸缩构件。
另外，在上述实施形式的例子中，将第二偏置磁铁18邻接超磁致伸缩杆12的固定端12A配置，但是，本发明并不局限于此，本发明中的第二偏置磁铁18，只要配置在第一偏置磁铁16的内侧空间16A内即可，对于其配置和数量等没有特定的限制。
从而，例如，如图3所示的促动器30那样，可以将超磁致伸缩杆32在轴L1方向的中央附近分离地形成，并且利用第二偏置磁铁18连接到轴L1方向上。这样，如果将第二偏置磁铁18配置在超磁致伸缩杆32的轴L1方向的中央附近的话，可以使外加到超磁致伸缩杆32上的偏置磁场更加均匀。
另外，如图4所示，也可以将超磁致伸缩杆33制成大致的圆筒状，将第二偏置磁铁19配置在该超磁致伸缩杆33的内侧空间33A内，根据这种结构，可以防止在超磁致伸缩杆33伸缩时产生的轴向方向的应力施加到第二偏置磁铁19上。另外，在这种情况下，优选地，令第二偏置磁铁19的轴向方向的长度L3比前述大致圆筒状的超磁致伸缩杆33的轴向方向的长度L2短。
工业上的利用可能性本发明的牵引式促动器，具有小型且简单的结构，同时，具有能够有效且均匀地对磁致伸缩杆外加偏置磁场，可以获得大的牵引量的优异的效果。
权利要求
1.一种牵引式促动器，具有由磁致伸缩构件构成的、一端被固定的磁致伸缩杆，能够向该磁致伸缩杆外加偏置磁场的偏置磁铁，能够沿着抵消该偏置磁场的方向外加磁场的电磁线圈；通过控制由该电磁线圈外加的磁场的强度，能够使前述磁致伸缩杆伸缩，其特征在于，上述偏置磁铁由大致圆筒状的第一偏置磁铁和第二偏置磁铁构成，所述第一偏置磁铁与所述磁致伸缩杆同轴地配置在前述磁致伸缩杆的周围；所述第二偏置磁铁配置在该第一偏置磁铁的内侧空间，并且沿着将从该第一偏置磁铁发生的一部分磁场引入到前述内侧空间的方向磁化。
2.如权利要求1所述的牵引式促动器，其特征在于，将前述第二偏置磁铁安装在前述磁致伸缩杆的轴向方向。
3.如权利要求2所述的牵引式促动器，其特征在于，将前述第二偏置磁铁与前述磁致伸缩杆中的前述被固定的一端邻接地配置。
4.如权利要求2所述的牵引式促动器，其特征在于，前述磁致伸缩杆在轴向方向中央附近分离地形成，并且通过前述第二偏置磁铁在轴向方向连接。
5.如前权利要求2所述的牵引式促动器，其特征在于，将前述磁致伸缩杆构成大致圆筒状，将前述第二偏置磁铁配置在该磁致伸缩杆的内侧空间。
6.如权利要求5所述的牵引式促动器，其特征在于，令前述第二偏置磁铁的轴向方向的长度，比前述大致圆筒状的磁致伸缩杆的轴向方向的长度短。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的牵引式促动器，其特征在于，设置向前述磁致伸缩杆的轴向方向施加压缩预压的预压构件。
8.如权利要求1至7中任何一项所述的牵引式促动器，其特征在于，进一步具有由磁性体构成的磁轭，其固定设置前述磁致伸缩杆的前述一端，同时与前述大致圆筒状的第一偏置磁铁中的轴向方向的一端接触。
9如权利要求1至8中任何一项所述的牵引式促动器，其特征在于，进一步具有由磁性体构成的传动杆，其与和前述磁致伸缩杆的前述被固定的一端相反侧的自由端连接，能够将该磁致伸缩杆的位移传递到外部，同时配置在前述大致圆筒状的第一偏置磁铁的轴向方向的一端附近。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的牵引式促动器，其特征在于，利用以超磁致伸缩元件作为材料的超磁致伸缩构件构成前述磁致伸缩杆。
全文摘要
提供一种牵引式促动器，该促动器小型其结构简单，同时能够对磁致伸缩杆有效地且均匀地外加偏置磁场，可以获得大的牵引力。牵引式促动器(10)，通过控制由电磁线圈(14)外加的磁场的强度，能够使前述超磁致伸缩杆(12)伸缩，其偏置磁铁由同轴地配置在前述超磁致伸缩杆(12)周围的大致圆筒状的第一偏置磁铁(16)，以及偏置在该第一偏置磁铁(16)的内侧空间(16A)、并且沿着将由该第一偏置磁铁(16)发生的一部分磁场引导到前述内侧空间(16A)的方向磁化的第二偏置磁铁(18)构成。
文档编号H01L41/12GK1720624SQ200480001668
公开日2006年1月11日 申请日期2004年2月25日 优先权日2003年2月28日
发明者森辉夫 申请人:Tdk股份有限公司