发电用磁致伸缩元件及磁致伸缩发电设备

摘要

本发明要解决的问题是提供与作为磁致伸缩发电用元件的磁致伸缩材料使用的以往的材料相比成本低而能够实现与以往技术为同等水平或超过它们的磁致伸缩发电量的发电用磁致伸缩元件及磁致伸缩发电设备。该问题可通过提供包含由电磁钢板形成的磁致伸缩部的发电用磁致伸缩元件、以及具备包含由电磁钢板形成的磁致伸缩部的发电用磁致伸缩元件的磁致伸缩发电设备解决。本发明进一步要解决的问题是提供电压高且减少了偏差的发电用磁致伸缩元件及磁致伸缩发电设备。该问题可通过提供具有由磁致伸缩材料形成的磁致伸缩部和由弹性材料形成的应力控制部，且磁致伸缩材料与弹性材料各自的杨氏模量和板厚度使得特定的关系同时被满足的发电用磁致伸缩元件及具备该发电用磁致伸缩元件的磁致伸缩发电设备解决。

说明书

技术领域

本发明涉及发电用磁致伸缩元件及磁致伸缩发电设备。

背景技术

在近年发展的物联网(Internet of Things，以下简称为“IoT”)的应用中，为了物与互联网的连接，使用将传感器、电源和无线通信设备等集成为一体而成的无线传感器模块。作为这样的无线传感器模块的电源，期望开发无需进行电池更换、充电作业等定期的人工维护，而能够利用在设置地点的环境中产生的能量来产生电力的发电装置。

这种发电装置的一个例子是利用磁致伸缩的逆效应即逆磁致伸缩的磁致伸缩式振动发电装置。逆磁致伸缩是当对磁致伸缩材料通过振动等附加了应变时，磁致伸缩材料的磁化发生变化的现象。在磁致伸缩式振动发电中，通过振动对磁致伸缩材料附加应变，根据电磁感应定律，通过因逆磁致伸缩效应而产生的磁化的变化，在缠绕在磁致伸缩元件周围的线圈中产生电动势。

以往，为了提高磁致伸缩材料的发电性能，尝试了增加其磁致伸缩量的方法。这是因为，在对磁致伸缩材料交替地加载拉伸应变和压缩应变的情况下，磁致伸缩量越大，则利用了逆磁致伸缩的磁通密度的变化(ΔB)越大，发电输出也越大。从这样的观点出发，作为磁致伸缩量大的材料，已开发出FeGa合金、FeCo合金、FeAl合金等，并且还开发了使用这些磁致伸缩材料的发电设备(专利文献1～6)。

例如，在专利文献1记载的发电设备中，为了提高发电性能并减少质量偏差，将磁致伸缩材料与软磁性材料贴合，利用磁致伸缩材料的磁化，使软磁性材料的磁化变化。通过这样做，在检测用线圈中，除了感应出由于磁致伸缩材料的磁化的变化引起的电压之外，也感应出由于软磁性材料的磁化的变化引起的电压。该专利文献中，作为所使用的磁致伸缩材料记载了FeCo、FeAl、Ni、NiFe、NiCo等，作为软磁性材料记载了Fe、FeNi、FeSi、电磁不锈钢等。作为将磁致伸缩材料与软磁性材料贴合的方法记载了热扩散接合、热轧、热拔、粘接、熔接、包层轧制、爆炸压接等。

在专利文献2记载的发电设备中，公开了一种致动器，其中，为了提高电动势、降低制造成本、提高量产性，制作了将磁致伸缩材料和磁性材料组合而成的平行梁结构，并具有在利用偏置磁场使磁性材料磁饱和的状态下使用的结构。在该在致动器中，将后磁轭设为コ字形，在磁致伸缩材料的外部设置中性面，将振动引起的偏置磁场的变化叠加在磁致伸缩材料的磁化的变化之上，来提高电动势。该专利文献中，作为磁致伸缩材料记载了FeGa、FeCo、FeAl、FeSiB、非晶材料等，作为磁性材料记载了SPCC、碳钢(SS400、SC、SK、SK2)、铁氧体系不锈钢(SUS430)等。作为磁致伸缩材料与磁性材料、进而与后磁轭的接合方法，记载了，磁致伸缩材料两端的软钎焊、熔接、硬钎焊、电阻熔接、激光熔接、超声波接合和粘合剂。

专利文献3公开了一种发电元件，其中，为了提高发电效率和均匀的应力加载，将磁致伸缩材料和作为增强材料的非磁性材料贴合，并限定为磁致伸缩材料与增强材料的剖面面积比满足增强材料/磁致伸缩材料>0.8。该专利文献中，作为磁致伸缩材料，记载了FeGa、FeCo、FeNi等，作为增强材料，例举了含有填料的树脂、Al、Mg、Zn、Cu等，并记载了杨氏模量优选为40GPa～100GPa。作为磁致伸缩材料与增强材料之间的接合方法，记载了超声波接合、固相扩散接合、液相扩散接合、树脂系粘合剂和金属钎焊材料。

专利文献4的发电设备中，为了提高发电输出，采用了可以增多线圈匝数的结构。具体而言，制作将磁致伸缩板与非磁性结构体进行了表面接合而成的结构，使磁场从磁致伸缩板向卷绕有线圈的U字状磁轭循环。该专利文献中，作为磁致伸缩板记载了FeGa及FeCo，作为非磁性结构体记载了不锈钢(SUS304等)。作为磁致伸缩材料与非磁性结构体的接合方法记载了粘合剂和粘合片(光固化性树脂、热固化性树脂)。

专利文献5的发电设备中，为了提高发电效率和进行均匀的应力加载，制作将磁致伸缩材料和非磁性材料(增强材料)贴合而成的结构体，将该结构体作为两根平行梁使用。该专利文献中，作为磁致伸缩材料记载了FeGa、FeCo、FeCo系非晶、Fe系非晶、Ni系非晶、亚磁性形状记忆合金、强磁性形状记忆合金等，作为非磁性材料记载了氧化硅、氧化铝、聚酰亚胺、聚碳酸酯、纤维增强塑料、非磁性金属(Al、Cu)等。

专利文献6的发电设备中，为了提高发电输出，使用将磁致伸缩材料和磁性材料分开的作为平行梁的结构。利用该结构构成以下设计：在使磁性材料未磁饱和的状态下使用，利用磁致伸缩材料的磁通的变化使磁性材料的磁通变化，从而取得磁致伸缩材料引起的感应电压加上磁性材料引起的感应电压而得的电压。该专利文献中，作为磁致伸缩材料记载了FeGa、FeCo、FeNi、FeDyTe，作为磁性材料记载了铁氧体系不锈钢、FeSi、NiFe、CoFe、SmCo、NdFeB、CoCr、CoPt。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/230154号。

专利文献2：日本特开2018-148791号公报。

专利文献3：国际公开第2014/021197号。

专利文献4：国际公开第2013/038682号。

专利文献5：国际公开第2013/186876号。

专利文献6：日本特开2015-70741号公报。

发明内容

发明要解决的问题

根据专利文献1～6的记载可知，磁致伸缩发电元件及磁致伸缩发电设备中，将各种磁致伸缩材料与其他材料一起使用。作为磁致伸缩材料，在专利文献2～6中记载了作为磁致伸缩量最大的材料而已知的FeGa合金，但是，由于FeGa合金通过单晶提拉方法(CZ法)制造，因此价格非常高。专利文献1～6中记载的FeCo合金通过轧制法制造，但是由于含有Co，因此仍然价格高。另外，专利文献1及2中记载的FeAl合金与FeGa合金、FeCo合金相比价格更低，但价格仍然较高。并且，也存在以下问题，即，由于韧性低，所以通过通常的轧制法制造成板形状是不容易的。

如上所述的以往作为磁致伸缩材料使用的FeGa合金、FeCo合金、FeAl合金由于其<100>方向的磁致伸缩量即λ100为80ppm以上，磁致伸缩量较大，因此，作为在发电用磁致伸缩元件中使用的磁致伸缩材料，在很多专利文献中被记载。但是，这些磁致伸缩材料存在制造成本高、成型有限制之类的问题。

另外，在专利文献1及专利文献6中，作为软磁性材料记载了FeSi合金(电磁钢板)，但是，都是作为与磁致伸缩材料贴合的对方材料而使用，不是作为磁致伸缩材料使用。这样的FeSi合金的使用，是以往的磁路中的一般性的FeSi合金的使用方法。

解决问题的方案

鉴于上述课题，本发明的第一方面是下述的发电用磁致伸缩元件。

[1]发电用磁致伸缩元件，其中，包含由电磁钢板形成的磁致伸缩部。

[2]如[1]所述的发电用磁致伸缩元件，其中，还包含由层叠于所述电磁钢板的弹性材料形成的应力控制部。

[3]如[2]所述的发电用磁致伸缩元件，其中，在将所述电磁钢板的杨氏模量设为Em[GPa]，板厚设为tm[mm]，并将所述弹性材料的杨氏模量设为Es[GPa]，板厚设为ts[mm]时，下式(1)及下式(2)的关系同时被满足。

Em

[4]如[2]或[3]中任意一项所述的发电用磁致伸缩元件，其中，所述弹性材料为非磁性材料。

[5]如[1]～[4]中任意一项所述的发电用磁致伸缩元件，其中，所述电磁钢板为方向性电磁钢板。

[6]如[1]～[4]中任意一项所述的发电用磁致伸缩元件，其中，所述电磁钢板为无方向性电磁钢板。

本发明的第二方面是下述的磁致伸缩发电设备。

[7]一种磁致伸缩发电设备，其中，具备[1]～[6]中任意一项所述的发电用磁致伸缩元件。

[8]一种磁致伸缩发电设备，其中，具备：具有由电磁钢板形成的磁致伸缩部和由弹性材料形成的应力控制部的、[2]～[6]中任意一项所述的磁致伸缩元件；以及与所述发电用磁致伸缩元件连续的框架，所述框架的至少一部分由包含从所述磁致伸缩部延伸出的所述电磁钢板和从所述应力控制部延伸出的所述弹性材料的层叠体构成。

[9]如[8]所述的磁致伸缩发电设备，其中，所述框架的整体是与从所述磁致伸缩部延伸出的所述电磁钢板一体构成的。

[10]如[8]中任意一项所述的磁致伸缩发电设备，其中，所述框架的整体是与从所述应力控制部延伸出的所述弹性材料一体构成的。

[11]如[8]所述的磁致伸缩发电设备，其中，所述框架的整体是与所述发电用磁致伸缩元件一体构成的。

[12]如[8]～[11]中任意一项所述的磁致伸缩发电设备，其中，所述框架的形状是具有至少一处的曲部的形状，在所述框架及所述发电用磁致伸缩元件中，所述电磁钢板位于所述磁致伸缩发电设备的内侧，所述弹性材料位于所述磁致伸缩发电设备的外侧。

[13]如[8]～[11]中任意一项所述的磁致伸缩发电设备，其中，所述框架的形状是具有至少一处的曲部的形状，在所述框架及所述发电用磁致伸缩元件中，所述弹性材料位于所述磁致伸缩发电设备的内侧，所述电磁钢板位于所述磁致伸缩发电设备的外侧。

[14]如[7]～[13]中任意一项所述的磁致伸缩发电设备，其中，所述电磁钢板为方向性电磁钢板，该磁致伸缩发电设备构成为在所述方向性电磁钢板的[100]方向被施加偏置磁场。

本发明的第三方面是下述的发电用磁致伸缩元件及使用该元件的磁致伸缩发电设备。

[15]一种发电用磁致伸缩元件，具有：磁致伸缩部，由从FeGa系合金、FeCo系合金和FeAl系合金组成的组中选择的磁致伸缩材料形成；以及应力控制部，由层叠于所述磁致伸缩材料的弹性材料形成，在将所述磁致伸缩材料的杨氏模量设为Em[GPa]，板厚设为tm[mm]，并将所述弹性材料的杨氏模量设为Es[GPa]，板厚设为ts[mm]时，下式(1)及下式(2)的关系同时被满足。

Em

[16]如[15]所述的发电用磁致伸缩元件，其中，所述弹性材料为非磁性材料。

[17]一种磁致伸缩发电设备，其具备[15]或[16]所述的发电用磁致伸缩元件。

发明效果

根据本发明，可以提供与作为发电用磁致伸缩元件的磁致伸缩材料使用的FeGa合金、FeCo合金、FeAl合金相比成本低，并且能够实现与以往技术为同等水平或超过它们的磁致伸缩发电量的发电用磁致伸缩元件及磁致伸缩发电设备。

附图说明

图1是用于对磁致伸缩元件附加弯曲应变并测定磁通密度变化ΔB的单元的示意图。

图2是用于对磁致伸缩元件的单轴方向附加拉伸应变及压缩应变并测定磁通密度变化ΔB的单元的示意图。

图3是表示在实施例中使用的、磁致伸缩元件的评价用的磁致伸缩振动设备的构造的示意图。

图4是实施例I-9中实施的类似开关地以单发方式振动时的电压衰减波形。

图5是观察参考例中制造的FeCo合金的晶体取向的结果。

图6是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的示意图。

图7是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的另外的示意图。

图8是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图9是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图10是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图11是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图12是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图13是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图14是表示参考例的磁致伸缩发电设备的构造的示意图。

图15是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图16是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图17是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图18是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图19是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图20是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图21是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图22是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图23是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

图24是表示本发明的磁致伸缩发电设备的构造的又一示意图。

具体实施方式

如上所述，在现有技术中，作为发电用的磁致伸缩材料所记载的主要是饱和磁致伸缩为约200ppm水平的FeGa合金、或者饱和磁致伸缩为80ppm水平的FeCo合金、FeAl合金之类的饱和磁致伸缩大的材料。这是因为，饱和磁致伸缩越大，则对磁致伸缩材料赋予应变时产生的磁致弹性能也越大，为了降低该能量，磁致伸缩材料内的磁化方向容易变化。而且，磁化方向越容易变化，则在检测用线圈感应的电压越大。换言之，以往没有想到使用饱和磁致伸缩为8ppm水平的电磁钢板(即，FeSi合金)作为发电用磁致伸缩材料。

另外，电磁钢板以往是作为用于构成变压器、马达的磁路的磁轭材料而使用的材料。在这样的用途中，为了降低作为能量损失的铁损，一直在努力降低电磁钢板的磁致伸缩。从而，在该领域，甚至没有产生将电磁钢板作为磁致伸缩材料用于发电用磁致伸缩元件的想法。

在这种状况下，本发明的发明人发现，即使是饱和磁致伸缩小的电磁钢板，通过将其作为发电用磁致伸缩元件中的磁致伸缩材料使用，也能够实现与FeCo合金等为同等水平或超过它们的发电量，以至完成本发明。

下面，列举示例性的实施方式进行本发明的说明，但是，本发明不限定于以下的实施方式。

1.发电用磁致伸缩元件

本发明的第一实施方式涉及包含由电磁钢板形成的磁致伸缩部的发电用磁致伸缩元件。

本发明中，“发电用磁致伸缩元件”(以下，时常为“磁致伸缩元件”)是指，具有由呈现磁致伸缩特性即因施加磁场而产生形状变化(即，应变)的磁性材料形成的磁致伸缩部，且能够基于磁致伸缩部的逆磁致伸缩而发电的元件。

本发明的第一实施方式的发电用磁致伸缩元件中的磁致伸缩部由电磁钢板形成。本发明中，“电磁钢板”是对铁(Fe)添加硅(Si)而提高了铁的磁特性的、有时也称为“硅钢板”的功能材料。本发明中的电磁钢板是硅的含量为0.5％以上且4％以下的电磁钢板。硅的含量为0.5％以上且4％以下的电磁钢板因硅添加引起的电阻增加，而能够抑制交流振动中的妨碍磁化变化的涡流的产生，因此适合用于磁致伸缩部。

并且，电磁钢板包括方向性电磁钢板和无方向性电磁钢板，本发明的第一实施方式中，方向性电磁钢板和无方向性电磁钢板都能够用于磁致伸缩部。方向性电磁钢板是使金属晶体的晶体取向与钢板的轧制方向一致的电磁钢板。具体地，是具有使<100>方向与其轧制方向一致并将轧制面设为(110)方位的{110}[100]GOSS织构的电磁钢板。另一方面，无方向性电磁钢板是未将金属晶体的晶体取向对齐于一定的方向的具有比较随机的晶体取向的电磁钢板。方向性电磁钢板和无方向性电磁钢板都是饱和磁致伸缩比FeGa合金、FeCo合金低的材料，但是，能够进行与以往的磁致伸缩材料为同等水平或超过它们的发电。其理由不明确，但是，可如下推断。

如上所述，方向性电磁钢板具有使<100>方向与其轧制方向一致并将轧制面设为(110)方位的{110}[100]GOSS织构。本发明的发明人得到了如下的新发现，即，当在向方向性电磁钢板的[100]方向施加了偏置磁场的状态下加载了压缩应变的情况下，方向性电磁钢板的磁通密度较大地发生变化。可认为，这是因为若向方向性电磁钢板的[100]方向施加了规定的磁场，则与[100]方向平行的180°磁畴和90°磁畴的比例成为两者很好地相互作用的比例，在对方向性电磁钢板加载了应变时，容易产生从180°磁畴向90°磁畴的转换、或者从90°磁畴向180°磁畴的转换。具体地，若向与180°磁畴的磁化方向平行(即，[100]方向)加载了压缩应变，则180°磁畴减少而90°磁畴增加，若向[100]方向加载了拉伸应变，则90°磁畴减少而180°磁畴增加。另外，若向与180°磁畴的磁化方向垂直(即，[110]方向)加载了压缩应变，则90°磁畴减少而180°磁畴增加，若向[110]方向加载了拉伸应变，则180°磁畴减少而90°磁畴增加。通过这些磁畴的变化，使得方向性电磁钢板的磁化发生变化，从而作为磁致伸缩元件的磁致伸缩部发挥功能。磁致伸缩发电设备中，通过上述磁化的变化，在卷绕于磁致伸缩元件的检测用线圈中感应出电压。

另外，发现了以下内容，即，无方向性电磁钢板中不存在方向性电磁钢板那样的晶体取向，但是，当在施加了偏置磁场的状态下加载了应变的情况下，磁通密度较大地发生变化。无方向性电磁钢板中，晶体取向比较随机，因此，与方向性电磁钢板相比，磁畴小。因此，可以认为，无方向性电磁钢板中，在加载了应变的情况下，在众多磁畴之中，能够从更容易运动的磁畴开始运动，因此当作为磁致伸缩元件的磁致伸缩部使用时，可得到较大的磁通密度的变化。

在本发明的第一实施方式中，由于方向性电磁钢板比无方向性电磁钢板更容易感应较大的磁化的变化，因此，优选将方向性电磁钢板作为磁致伸缩部。

作为方向性电磁钢板的具体例，例如，可列举：日本制铁的ORIENTCORE(オリエントコア)、ORENTCORE HI-B(オリエントコアハイビー，例如，27ZH100)、ORIENTCORE HI-B·LS(オリエントコアハイビー·レーザー)、ORIENTCORE HI-B·PM(オリエントコアハイビー·パーマネント)等。

作为无方向性电磁钢板的具体例，例如，可列举：日本制铁的HILITECORE(ハイライトコア，例如，35H210)、HOMECORE(ホームコア)等。

发电用磁致伸缩元件的尺寸根据具备该发电用磁致伸缩元件的磁致伸缩发电设备的尺寸而不同，因此，不特别地限定本发明的发电用磁致伸缩元件中的磁致伸缩部的尺寸。磁致伸缩部的尺寸越大则发电设备中线圈的匝数越多，从而越能够得到更大的电压，因此优选磁致伸缩部的尺寸尽可能大。另外，也不特别地限定形成磁致伸缩部的电磁钢板的厚度，但是，通常为0.2mm以上且0.5mm以下。如果磁致伸缩部的厚度为0.2mm以上，则能够使磁通的变化大，因此，也能够使产生的电压大，因此是有利的，如果为0.5mm以下，则适于振动的刚性的设计变得容易，因此是有利的。

进而，本发明的第一实施方式的发电用磁致伸缩元件也可以具有由弹性材料形成的应力控制部。在向板形状的磁致伸缩材料的单板附加弯曲应变的情况下，中性面成为板厚方向的中间，以弯曲中性面为界，一侧为压缩应变，而另一侧为拉伸应变，成为磁致伸缩材料内的磁通密度的变化相互抵消的状态。由于该抵消，在检测用线圈中感应的电压变小。因此，以下想法早已为人所知，通过将磁致伸缩材料和弹性材料层叠来作为磁致伸缩元件，从而，使向磁致伸缩材料赋予弯曲应变时的中性面进入弹性材料之中。

本发明的第一实施方式的磁致伸缩元件中的“应力控制部”是如下部分，该部分用于进行应力控制，以使得在向磁致伸缩元件附加弯曲应变等时，对磁致伸缩部整体实现要么是压缩，要么是拉伸的一种应力加载。对于形成应力控制部的材料不特别地进行限定，只要是能够实现上述目的的弹性材料即可，非磁性材料及磁性材料都可以使用。

若将形成应力控制部的弹性材料设为非磁性材料，则由于磁场只优先在磁致伸缩元件部(相当于磁致伸缩元件的部分)的磁致伸缩部通过，而容易进行磁致伸缩部的偏置磁场的调整，所以是优选的。进而，本发明的发明人发现，对于磁致伸缩部由方向性电磁钢板形成而应力控制部由非磁性材料形成的磁致伸缩元件，在向其加载了弯曲应变的情况下，与其他组合相比，会产生更大的磁通密度的变化。可以认为其原因在于，在作为弹性材料使用了磁性材料的情况下，在弹性材料与电磁钢板之间产生磁相互作用，产生妨碍90°磁畴与180°磁畴的转换的情况，但是，在弹性材料为非磁性材料的情况下，由于不会产生这样的磁相互作用，所以容易产生电磁钢板的90°磁畴与180°磁畴的转换。

作为用于形成应力控制部，且为非磁性材料的弹性材料，可列举：纤维增强塑料(例：玻璃纤维增强塑料(GFRP)、碳纤维增强塑料(CFRP))、奥氏体系不锈钢(例：SUS304、SUS316、等)、铜合金(例：黄铜、磷青铜)、铝合金(例：硬铝)、钛合金(例：Ti-6Al-4V)等，但是，不限定于这些。其中，从杨氏模量较高，且容易使加载了弯曲应变时的中性面位于磁致伸缩部之外的位置的方面考虑，纤维增强塑料、奥氏体系不锈钢是优选的。

若由是弹性材料的磁性材料形成应力控制部，则对于成本降低是有效的。在磁致伸缩元件的磁致伸缩部是方向性电磁钢板或无方向性电磁钢板，而形成应力控制部的弹性材料是为磁性材料的钢板的情况下，在施加了偏置磁场时，偏置磁场在磁致伸缩部与应力控制部这两者中通过。但是，由于形成磁致伸缩部的方向性电磁钢板或无方向性电磁钢板本来就是高磁导率材料，因此，更多的偏置磁场在磁致伸缩部中通过，因此，可以认为，在发电时会产生充分的磁畴变化。但是，与应力控制部是非磁性材料的情况相比较的话，与在由磁性材料形成的应力控制部中通过的磁通的量相应地，向磁致伸缩部施加的磁力变少。为了补充该磁力的减少，提高磁致伸缩发电设备所具备的磁铁的强度即可。

作为用于形成应力控制部，且为磁性材料的弹性材料，可列举：一般结构用轧制钢材(例：SS400)、一般结构用碳钢(例：S45C)、高强度钢(例：HT80)、铁氧体系不锈钢(例：SUS430)、马氏体系不锈钢(例：SUS410)，但是，不限定于这些。

在具有应力控制部的磁致伸缩元件中，应力控制部与磁致伸缩部形成了层叠体。这样的层叠体可以通过将应力控制部与磁致伸缩部贴合而形成。不特别地限定进行贴合的方法，但是，通常，可列举：将粘合剂或粘合片介于中间的贴合、钎焊材料接合、液相扩散接合等。

优选地，在本发明的第一实施方式的磁致伸缩元件中，形成磁致伸缩部的磁致伸缩材料和形成应力控制部的弹性材料使得下式(1)及下式(2)的关系同时被满足。

Em

(上式中，Em是磁致伸缩材料的杨氏模量[GPa]，tm是磁致伸缩材料的板厚[mm]，Es是弹性材料的杨氏模量[GPa]，ts是弹性材料的板厚[mm]。)

例如，在上述的专利文献1～6中记载了如下发明：不是单独使用磁致伸缩材料，而是，与其他材料组合来构成磁致伸缩元件，提高磁致伸缩元件的发电性能等。特别是专利文献1～4中记载了使用粘合剂等将磁致伸缩材料与其他材料层叠的方法。若这样使磁致伸缩材料与其他材料层叠，则能够使向磁致伸缩材料赋予弯曲应变时的中性面移动到磁致伸缩材料之外，从而提高电压。但是，已弄清楚了如下情况，即，全面均匀地使磁致伸缩材料与其他材料接合是困难的，由于不均匀的接合，导致在向磁致伸缩发电元件赋予弯曲应变时，中性面的位置产生偏差。在磁致伸缩材料与其他材料之间存在粘合剂等插入材料时该情况是明显的。而且，也弄清楚了如下情况，即，中性面的偏差导致具备该发电元件的发电设备的发电电压产生偏差。

但是，本发明的发明人发现，关于利用粘合剂等插入材料将磁致伸缩材料与弹性材料贴合而成的磁致伸缩元件，在使用该磁致伸缩元件的磁致伸缩发电设备中，若磁致伸缩材料的杨氏模量Em和板厚tm、以及弹性材料的杨氏模量Es和板厚ts使得前述的式(1)及式(2)的关系同时被满足，则能够向磁致伸缩部附加更均匀的应变。可以认为其原因在于，中性面位于更远地离开磁致伸缩部的位置。并且，可以认为，从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式变得不易受到粘合剂厚度的偏差的影响，其结果是，发电电压的偏差也减少。

磁致伸缩材料及弹性材料的杨氏模量是能够通过拉伸试验、谐振法、超声波脉冲法等测定的值。在前述的式(2)的计算中，使用通过拉伸试验(JIS(日本产业规格)Z2241)测定应力-应变曲线并根据弹性区域的斜率测定的值。

在前述的式(1)及式(2)的关系中，磁致伸缩材料及弹性材料的板厚是使用市售的千分尺测定的值，测定中使用了前端形状为平面类型的千分尺。

式(1)表示磁致伸缩材料的杨氏模量Em比弹性材料的杨氏模量Es小。若满足式(1)的关系，则能够使弹性材料的厚度薄，相应地，能够使检测用线圈的匝数增多，因此，能够提高发电性能。

式(2)表示磁致伸缩材料的杨氏模量Em及板厚tm以及弹性材料的杨氏模量Es及板厚ts的关系。如果由式(2)的右边的式子求出的值为1.1以上，则即使是在形成磁致伸缩部的磁致伸缩材料与形成应力控制部的弹性材料的接合不在整个面上均匀，在磁致伸缩部与弹性材料之间存在插入材料的情况下，在向磁致伸缩部赋予了弯曲应变时，也能够使中性面总是位于弹性材料之中。其结果，能够将磁致伸缩材料整体设为要么是压缩应变，要么是拉伸应变的状态，能够减少发电性能的偏差。对其机制的细节不清楚，但可考虑如下内容。

对于在向磁致伸缩材料与弹性材料的层叠体赋予弯曲应变时中性面在哪里存在，本发明的发明人使用材料力学的思考方式进行了研究，导出了以下的关系式。

Es×ts

(上式中，Em是磁致伸缩材料的杨氏模量[GPa]，tm是磁致伸缩材料的板厚[mm]，Es是弹性材料的杨氏模量[GPa]，ts是弹性材料的板厚[mm]。)

在磁致伸缩元件满足上述关系式的情况下，中性面存在于弹性材料之中。从而，在向磁致伸缩元件附加了弯曲应变的情况下，能够向磁致伸缩材料整体赋予要么是压缩应变，要么是拉伸应变的一种应变，进而，能够减少发电性能的偏差。

但是，上述结果是在磁致伸缩材料与弹性材料遍及整个面均匀地接合且在磁致伸缩材料与弹性材料之间不存在粘合剂等插入材料而理想地被接合的情况下成立。实际上，将磁致伸缩材料与弹性材料遍及整个面均匀地接合是困难的，由于接合不均匀，因此即使满足上述关系式，发电性能也产生偏差。这在进行层叠时使用粘合剂等且在磁致伸缩材料与弹性材料之间存在插入材料的情况下特别明显。

鉴于这样的状况，本发明的发明人进行了深入研究，结果发现，若磁致伸缩元件中使用的磁致伸缩材料与弹性材料的通过下式(2-1)求出的值为1.1以上，则发电性能的偏差急剧减少。

(上式中，Em是磁致伸缩材料的杨氏模量[GPa]，tm是磁致伸缩材料的板厚[mm]，Es是弹性材料的杨氏模量[GPa]，ts是弹性材料的板厚[mm]。)

如果由上式(2-1)求出的值为1.1以上，则发电性能的偏差急剧减少。由上述式(2-1)求出的值优选为1.1以上，更优选为2.8以上。可以认为其理由在于，随着由上式(2-1)求出的值变大，而中性面更远地离开磁致伸缩部，从而，成为更均匀地使应变附加到磁致伸缩部的状态。

而且，若由式(2-1)求出的值为1.1以上，则即使磁致伸缩材料与弹性材料之间的接合部分不均匀(例如，即使粘合剂等插入材料的厚度存在偏差)，也能够减小电压的偏差。可以认为，在由式(2-1)求出的值低于1.1的情况下，中性面位于磁致伸缩材料与弹性材料的边界附近，因此，会因不均匀的接合部分(例如，由于进行粘合时的粘合剂的厚度的偏差)，而使得从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式受到较大影响。但是，可以认为，若由式(2-1)求出的值为1.1以上，则从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式不易受到不均匀的接合部分的影响，其结果，发电电压的偏差也减少。

另外，由式(2-1)求出的值优选为100以下，更优选为50以下，进一步优选为30以下。若由式(2-1)求出的值为100以下，则应力控制部引起的振动的抑制减少，因此是有利的。

只要同时满足前述的式(1)及式(2)的关系，则不特别地限定磁致伸缩材料的杨氏模量Em。通常，磁致伸缩材料的杨氏模量Em为70GPa以上且200GPa以下，优选为70GPa以上且170GPa以下。

只要同时满足前述的式(1)及式(2)的关系，则不特别地限定弹性材料的杨氏模量Es。通常，弹性材料的杨氏模量Es为100GPa以上且700GPa以下，优选为190GPa以上且550GPa以下。

只要满足前述的式(2)的关系，则不特别地限定磁致伸缩材料的板厚。但是，通常为0.2mm以上且0.5mm以下。如果磁致伸缩材料的板厚为0.2mm以上，则能够使磁通的变化增大来使产生的电压也增大，因此是有利的，如果为0.5mm以下，则适于振动的刚性的设计变得容易，因此是有利的。

只要满足前述的式(2)的关系，则也不特别地限定弹性材料的板厚，但是，通常为0.1mm以上且2.0mm以下，优选为0.2mm以上且1.0mm以下，更优选为0.2mm以上且0.5mm以下。如果弹性材料的板厚为0.1mm以上，则在对磁致伸缩部整体实现要么是压缩，要么是拉伸的一种应力加载的方面是有利的，如果为2.0mm以下，则能够抑制妨碍磁致伸缩元件的振动的情况。另外，通过使弹性材料的板厚变薄，从而能够增多检测用线圈的匝数，因此能够提高发电性能。

不特别地限定应力控制部的尺寸，但是，从对磁致伸缩部整体实现要么是压缩，要么是拉伸的一种应力加载的观点考虑，希望应力控制部的尺寸与磁致伸缩部相同，或比磁致伸缩部大。也不特别地限定形成应力控制部的弹性材料的厚度，但是，通常为0.1mm以上且2.0mm以下，优选为0.2mm以上且1.0mm以下，更优选为0.2mm以上且0.5mm以下。如果应力控制部的厚度为0.1mm以上，则在对磁致伸缩部整体实现要么是压缩，要么是拉伸的一种应力加载的方面是有利的，如果为2.0mm以下，则能够抑制妨碍磁致伸缩元件的振动的情况。

可使用在向磁致伸缩元件加载外部应力时产生的元件的磁通密度变化ΔB，作为用于评价磁致伸缩元件的性能的指标。ΔB(单位：mT或T)可通过以下的方法求出。

将剖面面积为S的磁致伸缩元件插入匝数N的线圈中，加载外部应力。这时，在时间Δt的期间产生了磁通密度ΔB的变化的情况下，在线圈中产生V＝-N(S·ΔB/Δt)的电压。因此，可将ΔB作为在线圈中产生的电压信号的时间积分值求出。可将磁致伸缩振动发电元件的性能指标设为在Δt期间产生的总电压而进行评价。即，可将性能指标设为作为电压的时间积分值的磁通密度的变化ΔB而进行评价。可通过将在线圈中产生的电压与磁通计连接来进行ΔB的测定。

此外，关于ΔB(单位：mT或T)的详细的测定方法及测定装置，在下述的实施例中进行说明。

2.磁致伸缩发电设备

本发明的第二实施方式涉及具备发电用磁致伸缩元件的磁致伸缩发电设备，该发电用磁致伸缩元件包含由电磁钢板形成的磁致伸缩部。

对于本发明的第二实施方式的磁致伸缩发电设备，不特别地限定其构造，只要形成磁致伸缩元件中所含的磁致伸缩部的材料是电磁钢板即可。因此，可以设为与以往的将磁致伸缩材料(FeGa合金、FeCo合金、FeAl合金等)用于磁致伸缩部的、利用了逆磁致伸缩效应的发电装置相同的构造。

本发明的第二实施方式的磁致伸缩发电设备所具备的发电用磁致伸缩元件优选为上述的本发明的发电用磁致伸缩元件。因此，形成磁致伸缩部的电磁钢板的种类和尺寸、以及形成应力控制部的弹性材料的种类和尺寸等如上所述。

另外，优选地，本发明的第二实施方式的磁致伸缩发电设备(以下，时常省略为“发电设备”)具有框架。在本发明中，磁致伸缩发电设备的“框架”是与磁致伸缩元件、重锤、磁铁分别接合而构成磁致伸缩发电设备的主体的部分。

作为本发明的第二实施方式的磁致伸缩发电设备的一例，可列举图3所示的装置。

该装置中，磁致伸缩元件具有磁致伸缩部和应力控制部。在磁致伸缩元件的周围卷绕有线圈，该装置包含：磁铁、框架(支撑部)、和安装于框架的重锤。在这样的装置中，磁铁的磁力线在磁致伸缩元件中通过而对磁致伸缩部施加偏置磁场。而且，由于重锤的振动，使得框架进行振动，对磁致伸缩元件附加拉伸力及压缩力。这时，对磁致伸缩部附加应变的方向和对磁致伸缩部施加偏置磁场的方向为平行关系，由于逆磁致伸缩效应使磁致伸缩元件的磁化发生变化，而能够使线圈产生感应电流(或感应电压)。

另外，也可以列举向磁致伸缩部附加单轴应变的发电设备。在这样的装置中，在磁致伸缩元件的周围卷绕有线圈，且该装置包含：磁铁、框架、以及从两侧夹着磁致伸缩元件的夹具。而且，通过利用夹具从两侧夹着磁致伸缩元件而将磁致伸缩元件压缩或拉伸，从而如图2所示的测定单元那样，能够向磁致伸缩元件附加单轴应变，由于逆磁致伸缩效应使磁致伸缩元件的磁化发生变化，而使线圈产生感应电流(或感应电压)。优选地，在这样的装置中使用的磁致伸缩元件只由磁致伸缩部构成(即，不包含应力控制部)。也可以使用包含磁致伸缩部及应力控制部的磁致伸缩元件，但是，由于在附加单轴应变时也需要使应力控制部变形，因此需要额外的力。

另外，在发电设备具备具有由电磁钢板形成的磁致伸缩部和由弹性材料形成的应力控制部的磁致伸缩元件时，更优选的是，该发电设备还具备与发电用磁致伸缩元件连续的框架，该框架的至少一部分由包含从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板和从应力控制部延伸出的弹性材料的层叠体构成。这意味着，至少与磁致伸缩元件邻接的框架的部分(线圈附近的未卷绕线圈的部分)是与磁致伸缩元件一体构成的，而框架整体与磁致伸缩元件不必一体构成。

在这样的一体构成的框架中，存在由如下的层叠体构成的区域，该层叠体包含从磁致伸缩元件的两端中的每一端(以从线圈伸出的方式)，从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板和从应力控制部延伸出的弹性材料。该区域的长度为与线圈的长度相当的长度的50％以上，优选为与线圈的长度相当的长度以上。在这样的磁致伸缩发电设备中，发电用磁致伸缩元件与框架的接合部不存在于磁致伸缩元件中或磁致伸缩元件的附近，因此，在为了发电而向磁致伸缩元件附加了连续的弯曲应变时，不易在接合部发生应力集中，设备的耐久性提高。另外，由于能使由重锤的振动而产生的弯曲应变被高效地传递到磁致伸缩元件部，所以优选的是，从磁致伸缩元件延伸出的包含电磁钢板及弹性材料的层叠体延伸至用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤的接合位置。

另外，由包含从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板和从应力控制部延伸出的弹性材料的层叠体构成的框架的部分优选为框架全长的20％以上，更优选为40％以上。通过框架全长的20％以上由上述层叠体构成，从而，能够使由电磁钢板形成的磁致伸缩部和由弹性材料形成的应力控制部之间的粘合面扩展。其结果，构成磁路的构件内的连续性提高，因此，磁隙的产生减少，从而基于磁铁的偏置磁场的调整变得容易，能够使电压稳定。

在仅框架的一部分由包含从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板和从应力控制部延伸出的弹性材料的层叠体构成的情况下，不特别地限定框架的剩余部分的材料，能够通过将其他钢板或弹性材料等接合来完成框架。但是，从设备的耐久性、制造的容易性的观点考虑，优选的是，框架整体与从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板和/或从应力控制部延伸出的弹性材料一体构成。具体而言，优选地，采用形成磁致伸缩部的电磁钢板存在于相当于磁致伸缩元件的部分及框架整体，且在框架的一部分和相当于磁致伸缩元件的部分，层叠有形成应力控制部的弹性材料的构造，或者采用形成应力控制部的弹性材料存在于相当于磁致伸缩元件的部分及框架整体，且在框架的一部分和相当于磁致伸缩元件的部分，层叠有形成磁致伸缩部的电磁钢板的构造。若采用这样的、构成磁致伸缩元件的电磁钢板或弹性材料延伸到框架整体的构造，则通过制作包含电磁钢板和弹性材料的层叠体，能够制造磁致伸缩元件和框架这两者。因此，能够简化制造工序。另外，通过使构成磁致伸缩元件的电磁钢板及弹性材料的至少一部分延伸到用于将磁致伸缩发电设备固定于振动源等的固定部，能够将来自振动源等的振动高效地传递到磁致伸缩元件部，因此特别优选。

另外，也可以是，框架整体由包含从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板和从应力控制部延伸出的弹性材料的层叠体构成。在这样的结构中，包含电磁钢板和弹性材料的层叠体连续地形成磁致伸缩元件和框架这两者，完全不存在磁致伸缩元件与框架之间的接合部，因此，从耐久性的观点考虑是优选的。而且，由于构成磁路的构件内的连续性提高，磁隙的产生减少，从而基于磁铁的偏置磁场的调整变得容易，能够使电压进一步稳定。

不特别地限定包含磁致伸缩元件的框架的尺寸，但是，一般而言，包含磁致伸缩元件的框架的长度为30mm以上且700mm以下，优选为60mm以上且500mm以下，更优选为120mm以上且300mm以下。一般性的框架的宽度为4mm以上且70mm以下，优选为6mm以上且50mm以下，更优选为8mm以上且30mm以下。对于框架的尺寸，配合为了使机器工作而需要的功率的大小，在设计中反映即可。

也不特别地限定框架的形状，可以设为板状、コ字状、U字状、和V字状之类的具有至少一处的曲部的形状。此外，本发明的第二实施方式中，由于将高韧性的电磁钢板用于磁致伸缩部，因此，利用形成磁致伸缩部的磁致伸缩材料不只是能够制造板状的框架，还能制造具有曲部的U字状等的框架。

在框架是具有至少一处的曲部的形状(例如，U字型)的情况下，在框架及磁致伸缩元件中，可以是电磁钢板位于设备的内侧而弹性材料位于设备的外侧的结构，也可以是弹性材料位于设备的内侧而电磁钢板位于设备的外侧的结构。例如，在U字型的框架中，若电磁钢板位于设备的内侧而弹性材料位于设备的外侧，则能够将磁铁直接配置于电磁钢板(即，磁致伸缩材料)之上。其结果，磁隙减少，偏置磁场的调整变得容易。

另外，在具备如U字型那样的、具有至少一处的曲部的形状的框架的设备中，在重锤振动时，有时较大的应力会被附加于U字型的曲部，在该部位，向位于U字型的局部的内侧的材料作用压缩应力，将位于内侧的材料与位于外侧的材料剥离的力起作用。在电磁钢板位于设备的外侧而弹性材料位于设备的内侧的结构中，能够将比较坚韧的弹性材料用于应力控制部，因此，由内侧的应力控制部承受压缩应力，从而能够使与电磁钢板之间的剥离不易产生。而且，在这样的结构的设备中，当在电磁钢板作用拉伸应变而由于磁致伸缩效应使得磁通密度增大的情况下，电磁钢板接近磁铁，作为结果，电磁钢板的磁通密度以增大的方式进行变化。除了磁致伸缩引起的磁通密度的变化以外，还加上磁铁的磁场引起的磁通密度变化，因此，发电输出增大。

本发明的第二实施方式的磁致伸缩发电设备中的发电用磁致伸缩元件的尺寸越大，则在发电设备中能够使线圈的匝数越多，能得到更大的电压。因此，不特别地限定磁致伸缩元件的尺寸(卷绕线圈的区域的长度)，但是，通常为5mm以上且150mm以下，优选为10mm以上且100mm以下，更优选为20mm以上且70mm以下。

不特别地限定形成磁致伸缩元件的磁致伸缩部及框架的电磁钢板的厚度，但是，通常为0.2mm以上且0.5mm以下。如果磁致伸缩部的厚度为0.2mm以上，则能够使磁通的变化大，因此，也能够使产生的电压大，所以是有利的，如果为0.5mm以下，则适于振动的刚性的设计变得容易，所以是有利的。电磁钢板的厚度在磁致伸缩元件的磁致伸缩部中和在构成框架的层叠体中可以相同，也可以不同。

不特别地限定形成磁致伸缩元件的应力控制部及框架的弹性材料的厚度，但是，通常为0.1mm以上且2.0mm以下，优选为0.2mm以上且1.0mm以下，更优选为0.2mm以上且0.5mm以下。如果应力控制部的厚度为0.1mm以上，则在对磁致伸缩部整体实现要么是压缩，要么是拉伸的一种应力加载的方面是有利的，如果为2.0mm以下，则能够抑制妨碍磁致伸缩元件的振动的情况。弹性材料的厚度在磁致伸缩元件的磁致伸缩部中和在构成框架的层叠体中可以相同，也可以不同。

不特别地限定本发明的第二实施方式的磁致伸缩发电设备的其他结构，可以与以往的磁致伸缩发电设备同样地构成。具体地，该装置中，在磁致伸缩元件的周围装有线圈，且该装置包含框架、安装于框架的重锤和磁铁。在这样的装置中，磁铁的磁力线在磁致伸缩元件中通过，并向磁致伸缩部施加偏置磁场。而且，由于重锤的振动使得框架进行振动，并向磁致伸缩元件附加拉伸力及压缩力。这时，向磁致伸缩部附加弯曲应变的方向与向磁致伸缩部施加偏置磁场的方向为平行关系，由于逆磁致伸缩效应使得磁致伸缩元件的磁化变化，能够使线圈产生感应电流(或感应电压)。

在磁致伸缩部由方向性电磁钢板形成的情况下，通过以向方向性电磁钢板的[100]方向施加偏置磁场的方式构成设备，能够得到更大的电压，因此是优选的。

在磁致伸缩发电设备中，优选使用永久磁铁进行偏置磁场的产生。永久磁铁能够小型化，偏置磁场的控制较为容易。另外，从能够产生更大的偏置磁场的理由考虑，作为永久磁铁，优选NdFeB磁铁。

接着，参照附图所示的实施例的设备对本发明的第二实施方式的磁致伸缩发电设备的基本结构进行说明，但是，本发明的第二实施方式的设备不限定于这些。此外，图6～图10、图12及图13示出电磁钢板位于具有曲部的框架的内侧而弹性材料位于外侧的设备，图15～图24是弹性材料位于具有曲部的框架的内侧而电磁钢板位于外侧的设备。

图6是U字型的框架整体与磁致伸缩元件一体构成的磁致伸缩发电设备100的示意图。在磁致伸缩发电设备100中，磁致伸缩元件110具有磁致伸缩部111和应力控制部112，在其周围装有检测用线圈160。在该设备中，构成框架130的层叠体120中的电磁钢板121配置于设备的内侧，弹性材料122配置于外侧(磁致伸缩元件110中，磁致伸缩部111配置于内侧，应力控制部112配置于外侧)。另外，电磁钢板121及弹性材料122的厚度分别与磁致伸缩部111和应力控制部112相同。而且，该设备具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤140及用于施加偏置磁场的磁铁150，且可利用固定部170将该设备固定于振动源之上。

可以使用粘合剂、螺栓进行磁致伸缩发电设备的固定。在利用螺栓进行固定的情况下，例如，也可以在磁铁150的右侧的区域设置螺栓用的孔，并利用螺栓将设备固定于振动源之上。(以下，其他结构的设备也同样。)

图7是U字型的框架整体与磁致伸缩元件一体构成的磁致伸缩发电设备200的示意图。在磁致伸缩发电设备200中，磁致伸缩元件210具有磁致伸缩部211和应力控制部212，在其周围装有检测用线圈260。在该设备中，构成框架230的层叠体220中的电磁钢板221配置于设备的内侧，弹性材料222配置于外侧(磁致伸缩元件210中，磁致伸缩部211配置于内侧，应力控制部212配置于外侧)。另外，电磁钢板221与磁致伸缩部211的厚度相同，但是，应力控制部212的厚度比层叠体220中的弹性材料222的厚度薄，由此使磁致伸缩元件容易振动。设备200还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤240及用于施加偏置磁场的磁铁250，且可利用固定部270将该设备固定于振动源之上。

图8是U字型的框架整体与从应力控制部延伸出的弹性材料一体构成的磁致伸缩发电设备300的示意图。在磁致伸缩发电设备300中，磁致伸缩元件310具有磁致伸缩部311和应力控制部312，在其周围装有检测用线圈360。在该设备中，框架330的整体与从应力控制部312延伸出的弹性材料322一体构成，框架的一部分(约70％)由包含电磁钢板321及弹性材料322的层叠体320构成。在由层叠体320构成的部分，电磁钢板321配置于设备的内侧，弹性材料322配置于外侧(磁致伸缩元件310中，磁致伸缩部311配置于内侧，应力控制部312配置于外侧)。另外，设备300还具有用于向磁致伸缩部赋予应变的重锤340及用于施加偏置磁场的磁铁350，且可利用固定部370将该设备固定于振动源之上。

图9是U字型的框架整体与从应力控制部延伸出的弹性材料一体构成的磁致伸缩发电设备400的示意图。在磁致伸缩发电设备400中，磁致伸缩元件410具有磁致伸缩部411和应力控制部412，在其周围装有检测用线圈460。框架430的整体与从应力控制部412延伸出的弹性材料422一体构成，框架的一部分(约70％)由包含电磁钢板421及弹性材料422的层叠体420构成。在由层叠体420构成的部分，电磁钢板421配置于设备的内侧，弹性材料422配置于外侧(磁致伸缩元件410中，磁致伸缩部411配置于内侧，应力控制部412配置于外侧)。另外，设备400还具有用于向磁致伸缩部赋予应变的重锤440及用于施加偏置磁场的磁铁450，且可利用固定部470将该设备固定于振动源之上。在该设备中，形成应力控制部412的弹性材料422是磁性材料，因此，除了磁致伸缩部411以外，磁场也在是磁性材料的应力控制部中通过，因此，使用大的磁铁作为磁铁450。

图10是U字型的框架整体与从应力控制部延伸出的弹性材料一体构成的磁致伸缩发电设备500的示意图。在磁致伸缩发电设备500中，磁致伸缩元件510具有磁致伸缩部511和应力控制部512，在其周围装有检测用线圈560。框架530的整体与从应力控制部512延伸出的弹性材料522一体构成，框架的一部分(约50％)由包含电磁钢板521及弹性材料522的层叠体520构成。在由层叠体520构成的部分，电磁钢板521配置于设备的内侧，弹性材料522配置于外侧(磁致伸缩元件510中，磁致伸缩部511配置于内侧，应力控制部512配置于外侧)。另外，设备500还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤540及用于施加偏置磁场的磁铁550，且可利用固定部570将该设备固定于振动源之上。在该设备中，由层叠体520构成的区域比图8的同样的区域短，使用了两个小的磁铁作为磁铁550。

图11是板状的框架整体与磁致伸缩元件一体构成的磁致伸缩发电设备600的示意图。在磁致伸缩发电设备600中，磁致伸缩元件610具有磁致伸缩部611和应力控制部612，在其周围装有检测用线圈660。在该设备中，框架630由包含电磁钢板621及弹性材料622的层叠体620构成。该设备还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤640及用于施加偏置磁场的磁铁650，且可利用固定部670将该设备固定于振动源。

图12是U字型的框架整体与从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板一体构成的磁致伸缩发电设备700的示意图。在磁致伸缩发电设备700中，磁致伸缩元件710具有磁致伸缩部711和应力控制部712，在其周围装有检测用线圈760。框架730的整体与从磁致伸缩部711延伸出的电磁钢板721一体构成，框架的一部分(约27％)由包含电磁钢板721及弹性材料722的层叠体720构成。在由层叠体720构成的部分，电磁钢板721配置于设备的内侧，弹性材料722配置于外侧(磁致伸缩元件710中，磁致伸缩部711配置于内侧，应力控制部712配置于外侧)。另外，设备700还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤740及用于施加偏置磁场的磁铁750，且可利用固定部770将该设备固定于振动源之上。该设备采用了如下构造，即，为了使检测用线圈内的磁致伸缩元件的振动容易产生而缩短了弹性材料722，并在U字部放入了支柱780的构造。

图13是U字型的框架整体与从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板一体构成的磁致伸缩发电设备800的示意图。在磁致伸缩发电设备800中，磁致伸缩元件810具有磁致伸缩部811和应力控制部812，在其周围装有检测用线圈860。框架830的整体与从磁致伸缩部811延伸出的电磁钢板821一体构成，仅框架的一部分由包含电磁钢板821及弹性材料822的层叠体820构成。在由层叠体820构成的部分，电磁钢板821配置于设备的内侧，弹性材料822配置于外侧(磁致伸缩元件810中，磁致伸缩部811配置于内侧，应力控制部812配置于外侧)。另外，设备800还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤840及用于施加偏置磁场的磁铁850，且可利用固定部870将该设备固定于振动源之上。该设备采用了如下构造，即，为了使检测用线圈内的磁致伸缩元件的振动容易产生而缩短了弹性材料822，并在U字部放入了支柱880的构造，并且，该设备中使用了两个小的磁铁作为磁铁850。

图15及图16分别是U字型的框架整体与磁致伸缩元件一体构成的磁致伸缩发电设备1000及1100的示意图。在磁致伸缩发电设备1000中，磁致伸缩元件1010具有磁致伸缩部1011和应力控制部1012，在其周围装有检测用线圈1060。在该设备中，构成框架1030的层叠体1020的电磁钢板1021配置于外侧，弹性材料1022配置于内侧(磁致伸缩元件1010中，磁致伸缩部1011配置于外侧，应力控制部1012配置于内侧)。设备1000还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1040及用于施加偏置磁场的磁铁1050，且可利用固定部1070将该设备固定于振动源之上。

磁致伸缩发电设备1100除了设置有支柱1180以外，与图15的磁致伸缩发电设备1000实质上是相同的构造。具体地，磁致伸缩元件1110具有磁致伸缩部1111和应力控制部1112，在其周围装有检测用线圈1160。在该设备中，构成框架1130的层叠体1120的电磁钢板1121配置于外侧，弹性材料1122配置于内侧(磁致伸缩元件1110中，磁致伸缩部1111配置于外侧，应力控制部1112配置于内侧)。设备1100还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1140及用于施加偏置磁场的磁铁1150。另外，在设备中，为了使检测用线圈1160内的磁致伸缩元件1110的振动容易产生，在框架1130的U字部设置了支柱1180。可以利用固定部1170将设备固定于振动源之上。

图17及图18分别是具有一个U字部和一个L字部的形状的框架整体与磁致伸缩元件一体构成的磁致伸缩发电设备1200及1300的示意图。在磁致伸缩发电设备1200中，磁致伸缩元件1210具有磁致伸缩部1211和应力控制部1212，在其周围装有检测用线圈1260。在该设备中，构成框架1230的层叠体1220的电磁钢板1221配置于外侧，弹性材料1222配置于内侧(磁致伸缩元件1210中，磁致伸缩部1211配置于外侧，应力控制部1212配置于内侧)。设备1200还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1240及用于施加偏置磁场的磁铁1250，磁铁1250固定于以L字形状弯曲的部分中位于前端的前端部分的内侧(弹性材料1222侧)。并且，可以利用固定部1270将设备固定于振动源之上。

磁致伸缩发电设备1300除了设置有支柱1380以外，与图17的磁致伸缩发电设备1200实质上是相同的构造。具体地，磁致伸缩元件1310具有磁致伸缩部1311和应力控制部1312，在其周围装有检测用线圈1360。在该设备中，构成框架1330的层叠体1320的电磁钢板1321配置于外侧，弹性材料1322配置于内侧(磁致伸缩元件1310中，磁致伸缩部1311配置于外侧，应力控制部1312配置于内侧)。设备1300还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1340及用于施加偏置磁场的磁铁1350，磁铁1350固定于以L字形状弯曲的部分中位于前端的前端部分的内侧(弹性材料1322侧)。并且，在设备中，为了使检测用线圈1360内的磁致伸缩元件1310的振动容易产生，在框架1330的U字部设置有支柱1380。可以利用固定部1370将设备固定于振动源之上。

图19及图20分别是具有一个U字部和一个L字部的形状的框架与磁致伸缩元件一体构成，且在固定磁铁的部分不存在弹性材料的磁致伸缩发电设备1400及1500的示意图。在磁致伸缩发电设备1400中，磁致伸缩元件1410具有磁致伸缩部1411和应力控制部1412，在其周围装有检测用线圈1460。在该设备中，构成框架1430的层叠体1420的电磁钢板1421配置于外侧，弹性材料1422配置于内侧(磁致伸缩元件1410中，磁致伸缩部1411配置于外侧，应力控制部1412配置于内侧)。设备1400还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1440及用于施加偏置磁场的磁铁1450，磁铁1450固定于以L字形状弯曲的部分中位于前端的前端部分中的电磁钢板1421的内侧。设备1400中，在磁铁与电磁钢板之间没有弹性材料，磁隙的影响变小，因此，能够使用尺寸较小的磁铁。并且，可以利用固定部1470将设备固定于振动源之上。

磁致伸缩发电设备1500除了设置有支柱1580以外，与图19的磁致伸缩发电设备1400实质上是相同的构造。具体地，磁致伸缩元件1510具有磁致伸缩部1511和应力控制部1512，在其周围装有检测用线圈1560。在该设备中，构成框架1530的层叠体1520的电磁钢板1521配置于外侧，弹性材料1522配置于内侧(磁致伸缩元件1510中，磁致伸缩部1511配置于外侧，应力控制部1512配置于内侧)。设备1500还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1540及用于施加偏置磁场的磁铁1550，磁铁1550固定于以L字形状弯曲的部分中位于前端的前端部分中的电磁钢板1521的内侧。设备1500中，在磁铁与电磁钢板之间没有弹性材料，磁隙的影响变小，因此，能够使用尺寸较小的磁铁。另外，在设备中，为了使检测用线圈1560内的磁致伸缩元件1510的振动容易产生，在框架1530的U字部设置有支柱1580。可以利用固定部1570将设备固定于振动源之上。

图21及图22分别是具有一个U字部和两个L字部的形状的框架整体与磁致伸缩元件一体构成的磁致伸缩发电设备1600及1700的示意图。在磁致伸缩发电设备1600中，磁致伸缩元件1610具有磁致伸缩部1611和应力控制部1612，在其周围装有检测用线圈1660。在该设备中，构成框架1630的层叠体1620的电磁钢板1621配置于外侧，弹性材料1622配置于内侧(磁致伸缩元件1610中，磁致伸缩部1611配置于外侧，应力控制部1612配置于内侧)。设备1600还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1640及用于施加偏置磁场的磁铁1650，磁铁1650固定于接近末端的L字形状的上侧的弹性材料1622。设备1600中，能够通过使磁铁1650和磁致伸缩部1611接近而使磁隙变窄，因此，能够使用尺寸较小的磁铁。并且，可以利用固定部1670将设备固定于振动源之上。

磁致伸缩发电设备1700除了设置有支柱1780以外，与图16的磁致伸缩发电设备1600实质上是相同的构造。具体地，磁致伸缩元件1710具有磁致伸缩部1711和应力控制部1712，在其周围装有检测用线圈1760。在该设备中，构成框架1730的层叠体1720的电磁钢板1721配置于外侧，弹性材料1722配置于内侧(磁致伸缩元件1710中，磁致伸缩部1711配置于外侧，应力控制部1712配置于内侧)。设备1700还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1740及用于施加偏置磁场的磁铁1750，磁铁1750固定于接近末端的L字形状的上侧的弹性材料1722。设备1700中，能够通过使磁铁1750和磁致伸缩部1711接近而使磁隙变窄，因此，能够使用尺寸较小的磁铁。并且，在设备中，为了使检测用线圈1760内的磁致伸缩元件1710的振动容易产生，在框架1730的U字部设置有支柱1780。可以利用固定部1770将设备固定于振动源之上。

图23及图24分别是具有一个U字部和两个L字部的形状的框架与磁致伸缩元件一体构成，且在固定磁铁的部分不存在弹性材料的磁致伸缩发电设备1800及1900的示意图。在磁致伸缩发电设备1800中，磁致伸缩元件1810具有磁致伸缩部1811和应力控制部1812，在其周围装有检测用线圈1860。在该设备中，构成框架1830的层叠体1820的电磁钢板1821配置于外侧，弹性材料1822配置于内侧(磁致伸缩元件1810中，磁致伸缩部1811配置于外侧，应力控制部1812配置于内侧)。设备1800还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1840及用于施加偏置磁场的磁铁1850，磁铁1850固定于接近末端的L字形状的上侧的电磁钢板1821之上。设备1800中，磁铁1850与磁致伸缩部1811之间的距离较近，并且在磁铁与电磁钢板之间没有弹性材料，因此，磁隙的影响进一步变小，因此，能够使用尺寸更小的磁铁。并且，可以利用固定部1870将设备固定于振动源之上。

磁致伸缩发电设备1900除了设置有支柱1980以外，与图23的磁致伸缩发电设备1800实质上是相同的构造。具体地，磁致伸缩元件1910具有磁致伸缩部1911和应力控制部1912，在其周围装有检测用线圈1960。在该设备中，构成框架1930的层叠体1920的电磁钢板1921配置于外侧，弹性材料1922配置于内侧(磁致伸缩元件1910中，磁致伸缩部1911配置于外侧，应力控制部1912配置于内侧)。设备1900还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤1940及用于施加偏置磁场的磁铁1950，磁铁1950固定于接近末端的L字形状的上侧的电磁钢板1921之上。设备1900中，磁铁1950与磁致伸缩部1911之间的距离较近，并且在磁铁与电磁钢板之间没有弹性材料，因此，磁隙的影响进一步变小，因此，能够使用尺寸更小的磁铁。并且，在设备中，为了使检测用线圈1960内的磁致伸缩元件1910的振动容易产生，在框架1930的U字部设置有支柱1980。可以利用固定部1970将设备固定于振动源之上。

3.使用了电磁钢板以外的磁致伸缩材料的发电用磁致伸缩元件及磁致伸缩发电设备

本发明的第三实施方式涉及使用了电磁钢板以外的磁致伸缩材料的发电用磁致伸缩元件、以及具备该发电用磁致伸缩元件的磁致伸缩发电设备。具体地，涉及具有由从FeGa系合金、FeCo系合金和FeAl系合金组成的组中选择的磁致伸缩材料形成的磁致伸缩部和由层叠于该磁致伸缩材料的弹性材料形成的应力控制部，在将磁致伸缩材料的杨氏模量设为Em[GPa]，板厚设为tm[mm]，并将弹性材料的杨氏模量设为Es[GPa]，板厚设为ts[mm]时，使得下式(1)及下式(2)的关系同时被满足的、发电用磁致伸缩元件以及使用该元件的磁致伸缩发电设备。

Em

(上式中，Em是磁致伸缩材料的杨氏模量[GPa]，tm是磁致伸缩材料的板厚[mm]，Es是弹性材料的杨氏模量[GPa]，ts是弹性材料的板厚[mm]。)

关于第三实施方式的发电用磁致伸缩元件，只要形成磁致伸缩部的材料是电磁钢板以外的材料(FeGa系合金、FeCo系合金或FeAl系合金)，且该发电用磁致伸缩元件具有由弹性材料形成的应力控制部，且该发电用磁致伸缩元件使得上式(1)及上式(2)的关系同时被满足即可，不特别地限定其构造。因此，可将其构造设为与将电磁钢板用于磁致伸缩部且使得上式(1)及上式(2)的关系同时被满足的上述的第一实施方式的发电用磁致伸缩元件同样的构造。

另外，第三实施方式的磁致伸缩发电设备具备具有电磁钢板以外的磁致伸缩材料且使得上式(1)及上式(2)的关系同时被满足的上述的发电用磁致伸缩元件。因此，关于磁致伸缩元件以外的部分，与以往的磁致伸缩发电设备相同。

下面，列举实施例对本发明具体地进行说明，但是，本发明不限定于这些。

实施例

实施例I<使用电磁钢板作为磁致伸缩材料的实施例>

(评价方法)

实施例中，以磁通密度变化ΔB的值及产生的电压的值对磁致伸缩元件进行了评价。

1.磁致伸缩元件的磁通密度变化ΔB的测定

在磁通密度变化ΔB的测定中，使用了图1所示的向磁致伸缩元件附加弯曲应变的测定单元10、或图2所示的附加单轴应变的测定单元20。对使用各个单元的测定方法进行说明。

I-1-1.使用了图1的测定单元的测定

图1示出用于向磁致伸缩元件附加弯曲应变而对磁通密度变化ΔB进行测定的单元10的示意图。图1中，作为例子，示出将具有磁致伸缩部11a及应力控制部11b的磁致伸缩元件11的左侧端部固定于固定支撑台15，并将其右侧端部向下方方向压入来附加弯曲应变的单元。

单元10中，向磁致伸缩元件11的右侧端部附加向下方的压力17(即，压入)。这时，磁致伸缩部11a(磁致伸缩材料)成为附加了压缩应变的状态，压入时的磁致伸缩部11a的移动距离17a越长，则压缩应变越大。使用千分尺的柱头进行压入，利用柱头的的量程调整了压入的深度。

并且，图1的测定单元中，将亥姆霍兹型线圈设为偏置磁场用线圈12，使电流向那里流动，对磁致伸缩元件11施加了磁场。利用直流电源14的大小调整磁场的大小，并对磁场的大小预先用高斯计进行了校准。这时，使向磁致伸缩元件11施加的磁场在0～50Oe左右的范围变化，以磁通密度变化最大的磁场进行了评价。利用检测用线圈13(匝数：3500匝)将感应电压作为磁致伸缩元件11的磁通变化来进行检测，利用磁通计16将该感应电压作为磁通的变化而测量出。并且，基于下式I，将磁通的变化除以检测用线圈的匝数和磁致伸缩材料的剖面面积，求出了磁通密度变化ΔB。

(上式中，V为产生的电压，N为线圈的匝数，S为磁致伸缩部的剖面面积。)

此外，通过该测定方法得到的磁通密度变化ΔB是电压变化的时间积分，因此，其与附加应变的速度无关。

I-1-2.使用了图2的测定单元的测定

图2中示出用于向磁致伸缩元件沿单轴方向附加拉伸应变及压缩应变，并测定磁通密度变化ΔB的单元20的示意图。图2中，作为例子，示出具有磁致伸缩部21a的磁致伸缩元件21。利用由非磁性材料形成的夹具(未图示)将磁致伸缩元件21的两端部夹住而固定，并向磁致伸缩元件21进行了拉伸应变27及压缩应变28的附加。使用粘贴于磁致伸缩元件11的应变计(未图示)测定了应变。此外，在附加压缩应变28时，为了抑制屈曲，将除了从两侧夹住的夹具以外的部位夹在丙烯酸树脂的板之间。

图2的测定单元20中，将亥姆霍兹型线圈设为偏置磁场用线圈22，使电流向那里流动，对磁致伸缩元件21施加了磁场。利用直流电源24的大小调整磁场的大小，并对磁场的大小预先用高斯计进行了校准。这时，使向磁致伸缩元件21施加的磁场在0～50Oe左右的范围变化，以磁通密度变化最大的磁场进行了评价。利用检测用线圈23(匝数：3500匝)将感应电压作为磁致伸缩元件21的磁通变化来进行检测，利用磁通计26将该感应电压作为磁通的变化而测量出。并且，基于前述的式I，将磁通的变化除以检测用线圈的匝数和磁致伸缩材料的剖面面积，求出了磁通密度变化ΔB。

I-2.产生的电压的测定

在对产生的电压的测定中，使用了图1所示的、向磁致伸缩元件附加弯曲应变的测定单元、或图3所示的磁致伸缩振动设备。对各个测定方法进行说明。

I-2-1.向磁致伸缩元件赋予了动态振动时产生的电压的测定

将装载了图1所示的测定单元10的铝制支架装载于加振装置之上，向磁致伸缩元件11附加了动态的应变。具体地，在固定有磁致伸缩元件11的端部和其相反侧的端部固定了钨重锤(未图示)。使加振器以规定的加速度、规定的频率进行正弦波振动。这时，利用数字示波器捕获在检测用线圈13中感应的交流电压，并使用电压波形的峰值电压，对作为磁致伸缩振动发电设备的性能进行了评价。

I-2-2.由设备产生的电压的测定

使用了图3所示的评价用的磁致伸缩振动设备30。在由非磁性材料构成的U字型结构(框架35)的一部分上，使用粘合剂将磁致伸缩部31a(磁致伸缩材料)粘贴而形成了磁致伸缩元件部31。这时，将粘贴磁致伸缩部31a(磁致伸缩材料)的非磁性材料的部分的厚度设为比成为支撑部的其他部位薄，使得磁致伸缩元件容易振动。并且，为了使磁致伸缩部31a不易从非磁性材料剥离，利用非磁性材料将磁致伸缩部31a的两端进行了增强。此外，与磁致伸缩部31a粘贴在一起的由非磁性材料构成的支撑部35的部分成为应力控制部31b。

在磁致伸缩元件部31的部分设置了检测用线圈33(匝数为4500匝)。并且，在磁致伸缩元件部31的两端粘贴磁铁34，并施加了偏置磁场。这时，将两个磁铁的极性颠倒而进行粘贴，从而，使得磁致伸缩元件中磁场不相互抵消。另外，通过改变磁铁的强度调整了偏置磁场的大小。

使用钨重锤作为重锤32，并将其固定在U字型结构(框架35)的端部。利用数字示波器捕获在检测用线圈33中感应的交流电压，并使用电压波形的峰值电压，对作为磁致伸缩振动发电设备的性能进行了评价。

(实施例I-1)

包含方向性电磁钢板和非磁性材料的磁致伸缩元件

作为构成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了带被膜的日本制铁(株)制的方向性电磁钢板27ZH100。该电磁钢板的厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向设为[100]方向，以长度40mm、宽度6.1mm进行了剪切切断。为了除去切断时的应变，在800℃下，在真空中退火2小时，得到了用于磁致伸缩部的方向性电磁钢板。

作为构成应力控制部的非磁性材料，使用了厚度0.5mm的碳纤维增强塑料(CFRP)。将碳纤维的方向设为长度方向，以长度40mm、宽度6.5mm进行切断，得到了用于应力控制部的非磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的方向性电磁钢板与CFRP贴合，得到了磁致伸缩元件。将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为2800A/m(35Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，测定了将磁致伸缩元件压入的深度Δh(mm)及这时的磁通密度变化ΔB。将结果示于表1。

[表1]

根据表1的结果可知，层叠了作为磁致伸缩部的方向性电磁钢板和作为应力控制部的非磁性材料而成的本发明的磁致伸缩元件随着压入深度Δh变大，而磁通密度变化ΔB变大，作为发电用磁致伸缩元件呈现了优异的性能。

(实施例I-2)

包含方向性电磁钢板和非磁性材料的磁致伸缩元件

作为构成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了带被膜的日本制铁(株)制的方向性电磁钢板27ZH100。该电磁钢板的厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向设为[100]方向，以长度40mm、宽度5.8mm进行了剪切切断。为了去除切断时的应变，在800℃下，在真空中退火2小时，得到了用于磁致伸缩部的方向性电磁钢板。

作为构成应力控制部的非磁性材料，使用了厚度0.5mm的冷轧板SUS304。在以长度40mm、宽度6.5mm进行了切断后，在真空中，在1050℃下保持1分钟，进行基于气淬的固溶处理，除去切断应变带来的影响，得到了用于应力控制部的非磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的方向性电磁钢板与SUS304贴合，得到了磁致伸缩元件。将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为2800A/m(35Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，测定了将磁致伸缩元件压入的深度Δh(mm)及这时的磁通密度变化ΔB。将结果示于表2。

[表2]

根据表2的结果可知，将作为磁致伸缩部的方向性电磁钢板和作为应力控制部的非磁性材料贴合而成的本发明的磁致伸缩元件随着压入深度Δh变大，而磁通密度变化ΔB变大，作为发电用磁致伸缩元件呈现了优异的性能。

(实施例I-3)

包含方向性电磁钢板和磁性材料的磁致伸缩元件

作为构成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了带被膜的日本制铁(株)制的方向性电磁钢板27ZH100。该电磁钢板的厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向设为[100]方向，以长度40mm、宽度6.1mm进行了剪切切断。为了去除切断时的应变，在800℃下，在真空中退火2小时，得到了用于磁致伸缩部的方向性电磁钢板。

作为构成应力控制部的磁性材料，使用了厚度0.5mm的、为普通钢的SS400。在以长度40mm、宽度6.5mm进行了切断后，在真空中，在800℃下保持了30分钟后进行炉冷，除去了切断应变带来的影响。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的方向性电磁钢板与SS400贴合，得到了磁致伸缩元件。将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为4000A/m(50Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，测定了将磁致伸缩元件压入的深度Δh(mm)及这时的磁通密度变化ΔB。将结果示于表3。

[表3]

根据表3的结果可知，将作为磁致伸缩部的方向性电磁钢板和作为应力控制部的非磁性材料贴合而成的本发明的磁致伸缩元件随着压入深度Δh变大，而磁通密度变化ΔB变大，作为发电用磁致伸缩元件呈现了优异的性能。

(实施例I-4)

包含无方向性电磁钢板和非磁性材料的磁致伸缩元件

作为构成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了带被膜的日本制铁(株)制的无方向性电磁钢板35H210。将该电磁钢板的厚度设为0.35mm。将无方向性电磁钢板的轧制方向设为长度方向，以长度40mm、宽度5.8mm进行了剪切切断，为了去除切断时的应变，在740℃下，在真空中退火2小时，得到了用于磁致伸缩部的无方向性电磁钢板。

作为构成应力控制部的非磁性材料，使用了厚度0.5mm的CFRP。将碳纤维的方向设为长度方向，以长度40mm、宽度6.5mm进行切断，得到了用于应力控制部的非磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的无方向性电磁钢板与CFRP贴合，得到了磁致伸缩元件。将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为3200A/m(40Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，测定了将磁致伸缩元件压入的深度Δh(mm)及这时的磁通密度变化ΔB。将结果示于表4。

[表4]

根据表4的结果可知，将作为磁致伸缩部的无方向性电磁钢板和作为应力控制部的非磁性材料贴合而成的本发明的磁致伸缩元件随着压入深度Δh变大，而磁通密度变化ΔB变大。虽然不如将方向性电磁钢板作为磁致伸缩部的磁致伸缩元件(实施例I-1～I-3)，但是，作为发电用磁致伸缩元件仍呈现了优异的性能。

(实施例I-5)

包含无方向性电磁钢板和磁性材料的磁致伸缩元件

作为构成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了带被膜的日本制铁(株)制的无方向性电磁钢板35H210。将该电磁钢板的厚度设为0.35mm。将无方向性电磁钢板的轧制方向设为长度方向，以长度40mm、宽度5.8mm进行了剪切切断，为了去除切断时的应变，在740℃下，在真空中退火2小时，得到了用于磁致伸缩部的无方向性电磁钢板。

作为构成应力控制部的磁性材料，使用了厚度0.6mm的SS400。以长度40mm、宽度6.5mm进行了切断后，在真空中，在800℃下保持了30分钟，之后进行炉冷，除去切断应变带来的影响，得到了用于应力控制部的磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的无方向性电磁钢板与SS400贴合，得到了磁致伸缩元件。将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为4400A/m(55Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，测定了将磁致伸缩元件压入的深度Δh(mm)及这时的磁通密度变化ΔB。将结果示于表5。

[表5]

根据表5的结果可知，将作为磁致伸缩部的无方向性电磁钢板和作为应力控制部的磁性材料贴合而成的本发明的磁致伸缩元件随着压入深度Δh变大，而磁通密度变化ΔB变大。虽然不如将方向性电磁钢板作为磁致伸缩部的磁致伸缩元件，但是，作为发电用磁致伸缩元件仍呈现了优异的性能。

(实施例I-6)

只由方向性电磁钢板构成的磁致伸缩元件

作为构成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了带被膜的日本制铁(株)制的方向性电磁钢板27ZH100。将该电磁钢板的厚度设为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构，将方向性电磁钢板的长度方向设为[100]方向，以长度20mm、宽度6.0mm进行了剪切切断。为了去除切断时的应变，在800℃下，在真空中退火2小时，得到了仅由磁致伸缩部构成的磁致伸缩元件。

使用图2所示的测定单元，向得到的磁致伸缩元件赋予了压缩应变。具体地，为了抑制磁致伸缩元件的屈曲，将磁致伸缩元件的除了被夹具从两侧夹住的部分以外的部位夹在厚度0.5mm的丙烯酸树脂的板之间。测定了压缩应变为410ppm(0.041％)(与Δh＝0.5mm相当)和830ppm(0.083％)(与Δh＝1.0mm相当)时的磁通密度变化ΔB。此外，使所施加的偏置磁场为2800A/m(35Oe)。

以处于不存在压缩应变的状态的磁致伸缩元件为基准，测定了将磁致伸缩元件压缩时的压缩应变和磁通密度变化ΔB。将测定结果示于表6。

[表6]

根据表6的结果可知，在向将方向性电磁钢板作为磁致伸缩部的磁致伸缩元件附加了压缩应变的情况下，随着压缩应变变大而磁通密度变化ΔB变大，作为发电用磁致伸缩元件呈现了优异的性能。

(实施例I-7)

在向磁致伸缩元件赋予了动态振动时产生的电压的测定

对通过实施例I-1～I-5制作的磁致伸缩元件，使用图1所示的测定单元对产生的电压进行了测定。

将装入了磁致伸缩元件的测定单元与搭载了该测定单元的铝制支架一起放置于加振装置之上，向磁致伸缩元件赋予了动态的应变。这时，将在磁致伸缩元件的与被固定的端部相反一侧的端部上所设置的千分尺的柱头卸下，并在那里固定了钨重锤。

利用激光测距仪测定从对测定单元加振之前的重锤的位置到加振后的重锤的最低点的位置的距离Δh。使加振器以10Hz、加速度1G进行振动。并且，利用数字示波器捕获在检测用线圈中感应的交流电压，测定了波形的峰值电压。将测定结果示于表7。

此外，本实施例中，以不论磁致伸缩元件的材料如何，均使得Δh在1mm～2mm的范围内的方式，对重锤的重量进行了调整。

[表7]

根据表7的结果可知，对于外部振动，本发明的磁致伸缩元件以弯曲模式进行振动，呈现50mV以上的发电性能。

(实施例I-8)

由磁致伸缩发电设备产生的电压的测定

关于通过实施例I-1及实施例I-4制作的磁致伸缩部，使用图3所示的磁致伸缩发电设备测定了产生的电压。

在图3的磁致伸缩振动设备30中装入磁致伸缩元件，将U字形状的支撑部35的下侧的部位固定于在实施例I-7中使用的加振器之上。在图3的U字形状的支撑部35中使用了厚度2mm的CFRP。并且，使粘贴磁致伸缩元件的、对应于应力控制部的部位的CFRP的厚度为0.5mm。

在磁致伸缩元件部31中，使用了通过实施例I-1及实施例I-4制作的磁致伸缩部。另外，其宽度分别与实施例I-1及实施例I-4相同，但是，使长度为30mm。

利用粘合剂将磁致伸缩部31a粘贴在框架35的对应于应力控制部31b的、厚度为0.5mm的部位，形成了磁致伸缩元件部31。将磁致伸缩元件部31的两端部利用L字状的CFRP进行粘合增强。接着，在磁致伸缩元件部31的旁边，固定了7g的钨重锤32。

为了施加偏置磁场，将NdFeB磁铁34固定在磁致伸缩部上的两个位置。使加振器以0.5G加振，利用示波器测定了共振频率下的峰值电压。共振频率在150Hz～250Hz的范围内。将结果示于表8。

[表8]

根据表8的结果可知，使用本发明的磁致伸缩元件的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。另外，使用方向性电磁钢板作为磁致伸缩部的实施例I-1的磁致伸缩元件，与使用无方向性电磁钢板作为磁致伸缩部的实施例I-4的磁致伸缩元件相比，实现了更高的峰值电压。

(实施例I-9)

使用开关式电源的发电

使用通过实施例I-1制作的磁致伸缩元件，实施了LED灯泡的亮灯试验。

将铜线从图1的测定单元的检测用线圈直接连接到LED灯泡。所使用的LED灯泡是将30个白色LED灯泡在外径60mm、内径50mm的基板上串联配置成环形而成的，其额定功率为2.4W。在施加了2800A/m(35Oe)的偏置磁场的状态下，将磁致伸缩元件的自由端用手指下按约2mm后，放开手指，使磁致伸缩元件进行由于弹力而瞬间返回的动作。此外，未附加重锤。

通过目视确认了由于上述动作使得LED灯泡亮灯。

进而，将来自检测用线圈的铜线直接连接到示波器，测定了电压的衰减波形。将所测定的波形示于图4。

根据图4的衰减波形求出的最大电压与最小电压之差(P-P电压即峰-峰电压)为21.8V。

根据该结果可以确认，能够将实施例I-1的磁致伸缩元件用于开关式电源。

(参考例I-1)

将FeCo合金作为磁致伸缩材料使用的以往的磁致伸缩元件

使用纯度99.9％的电解铁及纯度99.9％的粒状钴，使用电弧熔炼炉制作了组分为Fe-69.5mol％Co的纽扣锭。所制作的纽扣锭的重量为200g。

接着，将纽扣锭进行切断，得到了高度为12mm、宽度为10mm、长度为约60mm的尺寸的轧制用试样。

将切出的轧制用的试样在1100℃下保留1小时后，在800℃下保留3小时，之后，进行了水冷。接着，将试样冷轧至高度为0.52mm。将冷轧材料的轧制方向作为长度方向，以长度40mm、宽度6.0mm、厚度0.52mm进行切断，制成了评价用试验材料。

在真空中，在800℃下对试验材料实施了3小时的热处理，将冷轧组织改变为再结晶组织。

图5示出使用EBSD(电子背散射衍射，Electron backscatter diffraction)观察再结晶后的试验材料的晶体取向的结果。可知，在轧制方向(RD)、与轧制面垂直的方向(ND)、以及宽度方向(TD)，<100>方位择优取向。

在上述试验材料上粘贴应变计，测定了饱和磁致伸缩，其结果是，饱和磁致伸缩为96ppm。

将通过上述过程制作的FeCo合金作为磁致伸缩材料使用，制作了磁致伸缩元件。

作为构成应力控制部的弹性材料，使用了厚度0.5mm的、为非磁性材料的CFRP。将碳纤维的方向设为长度方向，以长度40mm、宽度6.5mm进行切断，得到了应力控制部。

接着，使用环氧系的粘合剂在室温下将FeCo合金与CFRP贴合，得到了磁致伸缩元件。将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并与实施例I-1同样地测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为3200A/m(40Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，测定了将磁致伸缩元件压入的深度Δh(mm)及这时的磁通密度变化ΔB。将结果示于表9。

[表9]

根据表9的结果可知，将作为磁致伸缩部的FeCo合金和作为应力控制部的非磁性材料层叠后的参考例的磁致伸缩元件随着压入深度Δh变大，而磁通密度变化ΔB变大。但是，尽管FeCo合金的饱和磁致伸缩为96ppm，与电磁钢板的饱和磁致伸缩相比大约为10倍，但ΔB的大小不及实施例I-1的电磁钢板。

实施例II<使用特定的杨氏模量及板厚度的材料的实施例>

II-1.材料的评价

II-1-1.杨氏模量

通过以下的方法测定了磁致伸缩元件中使用的磁致伸缩材料及弹性材料的杨氏模量。通过拉伸试验，测定应力-应变曲线，根据弹性区域的斜率进行了测定。

II-1-2.板厚

通过以下的方法测定了磁致伸缩元件中使用的磁致伸缩材料及弹性材料的板厚。使用前端形状为平面类型的千分尺测定了板厚。

II-1-3.式(1)及式(2)的关系

关于磁致伸缩元件中使用的磁致伸缩材料及弹性材料，确认了它们的板厚及杨氏模量是否满足下式(1)及下式(2)的关系。关于式(2)的关系，计算了下式(2-1)的值。

Em

(上式中，Em是磁致伸缩材料的杨氏模量[GPa]，tm是磁致伸缩材料的板厚[mm]，Es是弹性材料的杨氏模量[GPa]，ts是弹性材料的板厚[mm]。)

II-2.发电用磁致伸缩元件的评价

以磁通密度变化ΔB的值及产生的电压的值对磁致伸缩元件进行了评价。

II-2-1.磁致伸缩元件的磁通密度变化ΔB的测定

使用图1所示的向磁致伸缩元件附加弯曲应变的测定单元10，与上述实施例I的“I-1-1.使用了图1的测定单元的测定”同样地测定了磁通密度变化ΔB。

II-2-2.产生的电压的测定

在对产生的电压的测定中，使用图1所示的向磁致伸缩元件附加弯曲应变的测定单元，与上述实施例I的“I-2-1.产生的电压的测定”同样地进行了测定。

(实施例IIA-1～A-11及实施例IIB-1～B-3)

包含方向性电磁钢板和非磁性材料的磁致伸缩元件

作为构成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了带被膜的日本制铁(株)制的方向性电磁钢板27ZH100。该电磁钢板的厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向设为[100]方向，以长度40mm、宽度6.1mm进行了剪切切断。为了去除切断时的应变，在800℃下，在真空中退火2小时，得到了用于磁致伸缩部的方向性电磁钢板。

作为构成应力控制部的弹性材料，使用了厚度0.1mm～1.1mm的、为非磁性材料的碳纤维增强塑料(CFRP)。将碳纤维的方向设为长度方向，以长度40mm、宽度6.5mm进行切断，得到了用于应力控制部的非磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的方向性电磁钢板与CFRP贴合，得到了磁致伸缩元件。这时，以使粘合剂的厚度在35μm～40μm的范围内的方式涂敷了粘合剂。通过把握涂敷前后的重量变化，以使粘合剂的涂敷重量为一定的方式对粘合剂的厚度进行了控制。根据粘合面积×厚度，计算粘合剂的体积，对其乘以比重而求出了涂敷重量。

将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为2800A/m(35Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，并使将磁致伸缩元件压入的深度Δh为2mm，测定了这时的磁通密度变化ΔB。

进而，以CFRP的厚度为0.10mm的情况下(实施例IIB-1)的ΔB的值为基准，也计算出ΔB的增加率。将结果示于表10。

[表10]

根据表10可知，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则与利用式(2-1)求出的值低于1.1时相比，ΔB较大地增加，增加了50％以上。并且，若利用式(2-1)求出的值为2.8以上，则ΔB的增加率进一步增加到90％以上。可以认为其原因在于，随着由式(2)表示的值变大，而中性面更远地离开磁致伸缩部，因此，成为更均匀的应变附加到磁致伸缩部的状态。

(实施例IIA-12、IIA-13及实施例IIB-4)

分别制作了上述实施例IIB-3、实施例IIA-3及实施例IIA-8的磁致伸缩元件各10片。这时，用抹刀进行环氧系的粘合剂的涂敷，仅通过目视确认了粘合剂的厚度，未进行使厚度一致的管理。

在各实施例或比较例中，使用图1所示的测定单元测定了所制作的磁致伸缩元件10片各自所产生的电压。

将装入了磁致伸缩元件的测定单元与搭载了该测定单元的铝制支架一起放置于加振装置之上，向磁致伸缩元件赋予了动态的应变。这时，将在磁致伸缩元件的与被固定的端部相反一侧的端部上所设置的千分尺的柱头卸下，并在那里固定了钨重锤。以使振幅为约1.3mm左右的方式对重锤的重量进行了调整。

使加振器以10Hz、加速度1G进行振动，关于10片的磁致伸缩元件分别测定了电压(mV)。求出所测定的电压值的最小值、最大值、10片的平均值、以及最大值与最小值之差。将这些值与利用式(2-1)求出的值一起汇集在表11中。

[表11]

根据表11的结果可知，在利用式(2-1)求出的值为1.1以上的实施例IIA-12中，即使未严格地控制粘合剂的厚度，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差也只是5mV这样小。并且，在利用式(2-1)求出的值为2.8以上的实施例IIA-13中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差更小，为2mV。另一方面，在利用式(2-1)求出的值低于1.1的实施例IIB-4中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差为13mV。

可以认为，产生这样的结果的理由在于，如果利用式(2-1)求出的值低于1.1，则中性面位于磁致伸缩材料与弹性材料的边界附近，因此，由于进行粘合时的粘合剂的厚度的偏差，导致从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式较大地受到影响。可以认为，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式不易受到粘合剂厚度的偏差的影响，其结果是，发电电压的偏差也减少。若利用式(2-1)求出的值为2.8以上，则该效果更明显地表现出来。

(实施例IIA-14～A-26及实施例IIB-5～B-7)

包含方向性电磁钢板和非磁性材料的磁致伸缩元件

作为形成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了带被膜的日本制铁(株)制的方向性电磁钢板27ZH100。该电磁钢板的厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向设为[100]方向，以长度40mm、宽度5.8mm进行了剪切切断。为了去除切断时的应变，在800℃下，在真空中退火2小时，得到了用于磁致伸缩部的方向性电磁钢板。

作为构成应力控制部的非磁性材料，使用了厚度0.17mm～2.1mm的冷轧板SUS304。在以长度40mm、宽度6.5mm进行了切断后，在真空中，在1050℃下保持1分钟，进行基于气淬的固溶处理，除去切断应变带来的影响，得到了用于应力控制部的非磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的方向性电磁钢板与SUS304贴合，得到了磁致伸缩元件。这时，以使粘合剂的厚度在35μm～40μm的范围内的方式涂敷了粘合剂。

将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为2800A/m(35Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，并使将磁致伸缩元件压入的深度Δh为2mm，测定了这时的磁通密度变化ΔB。

进而，以SUS304的厚度为0.17mm的情况下(实施例IIB-5)的ΔB的值为基准，也计算出ΔB的增加率。将结果示于表12。

[表12]

根据表12可知，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则与利用式(2-1)求出的值低于1.1时相比，ΔB较大地增加，增加了50％以上。并且，若利用式(2-1)求出的值为2.8以上，则ΔB的增加率进一步增加到90％以上。可以认为其原因在于，随着利用式(2-1)求出的值变大，而中性面更远地离开磁致伸缩部，因此，成为更均匀的应变附加到磁致伸缩部的状态。

(实施例IIA-27和IIA-28及实施例IIB-8)

分别制作了上述实施例IIB-7、实施例IIA-16及实施例IIA-20的磁致伸缩元件各10片。这时，用抹刀进行环氧系的粘合剂的涂敷，仅通过目视确认了粘合剂的厚度，未进行使厚度一致的管理。

在各实施例或比较例中，使用图1所示的测定单元测定了所制作的磁致伸缩元件10片各自所产生的电压。

将装入了磁致伸缩元件的测定单元与搭载了该测定单元的铝制支架一起放置于加振装置之上，向磁致伸缩元件赋予了动态的应变。这时，将在磁致伸缩元件的与被固定的端部相反一侧的端部上所设置的千分尺的柱头卸下，并在那里固定了钨重锤。以使振幅为约1.5mm左右的方式对重锤的重量进行了调整。

使加振器以10Hz、加速度1G进行振动，关于10片的磁致伸缩元件分别测定了电压(mV)。求出所测定的电压值的最小值、最大值、10片的平均值、以及最大值与最小值之差。将这些值与利用式(2-1)求出的值一起汇集在表13中。

[表13]

根据表13的结果可知，在利用式(2-1)求出的值为1.1以上的实施例IIA-27中，即使未严格地控制粘合剂的厚度，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差也只是6mV这样小。并且，在利用式(2-1)求出的值为2.8以上的实施例IIA-28中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差更小，为3mV。另一方面，在利用式(2-1)求出的值低于1.1的实施例IIB-8中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差为12mV。

可以认为，产生这样的结果的理由在于，如果利用式(2-1)求出的值低于1.1，则中性面位于磁致伸缩材料与弹性材料的边界附近，因此，由于进行粘合时的粘合剂的厚度的偏差，导致从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式较大地受到影响。可以认为，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式不易受到粘合剂厚度的偏差的影响，其结果是，发电电压的偏差也减少。若利用式(2-1)求出的值为2.8以上，则该效果更明显地表现出来。

(实施例IIA-29～IIA-37及比较例II-1～II-4)

包含单晶FeGa合金和非磁性材料的磁致伸缩元件

作为形成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了市售的单晶FeGa合金。该FeGa合金的厚度为0.5mm，以长度40mm、宽度6mm进行了切断。为了去除切断时的应变，在800℃下保留2小时后，吹Ar气进行了冷却。

作为构成应力控制部的弹性材料，使用了厚度0.1mm～1.1mm的、为非磁性材料的碳纤维增强塑料(CFRP)。将碳纤维的方向作为长度方向，以长度40mm、宽度6.5mm进行切断，得到了用于应力控制部的非磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的FeGa合金与CFRP贴合，得到了磁致伸缩元件。这时，以使粘合剂的厚度在35μm～40μm的范围内的方式涂敷了粘合剂。

将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，并测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为3200A/m(40Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，并使将磁致伸缩元件压入的深度Δh为2mm，测定了这时的磁通密度变化ΔB。

进而，以CFRP的厚度为0.10mm的情况下(比较例II-1)的ΔB的值为基准，也计算出ΔB的增加率。将结果示于表14。

[表14]

根据表14可知，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则与利用式(2-1)求出的值低于1.1时相比，ΔB较大地增加，增加了50％以上。并且，若利用式(2)(2-1)求出的值为2.8以上，则ΔB的增加率进一步增加到90％以上。可以认为其原因在于，随着利用式(2-1)求出的值变大，而中性面更远地离开磁致伸缩部，因此，成为更均匀的应变附加到磁致伸缩部的状态。

(实施例IIA-38和A-39及比较例II-5)

分别制作了上述比较例II-3、实施例IIA-31及实施例IIA-35的、使用FeGa合金作为磁致伸缩材料的磁致伸缩元件各10片。这时，用抹刀进行环氧系的粘合剂的涂敷，仅通过目视确认了粘合剂的厚度，未进行使厚度一致的管理。

在各实施例或比较例中，使用图1所示的测定单元测定了所制作的磁致伸缩元件10片各自所产生的电压。

将装入了磁致伸缩元件的测定单元与搭载了该测定单元的铝制支架一起放置于加振装置之上，向磁致伸缩元件赋予了动态的应变。这时，将在磁致伸缩元件的与被固定的端部相反一侧的端部上所设置的千分尺的柱头卸下，并在那里固定了钨重锤。以使振幅为约1.3mm左右的方式对重锤的重量进行了调整。

使加振器以10Hz、加速度1G进行振动，关于10片的磁致伸缩元件分别测定了电压(mV)。求出所测定的电压值的最小值、最大值、10片的平均值、以及最大值与最小值之差。将这些值与利用式(2-1)求出的值一起汇集在表15中。

[表15]

根据表15的结果可知，在利用式(2-1)求出的值为1.1以上的实施例IIA-38中，即使未严格地控制粘合剂的厚度，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差也只是6mV这样小。并且，在利用式(2-1)求出的值为2.8以上的实施例IIA-39中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差更小，为3mV。另一方面，在利用式(2-1)求出的值低于1.1的比较例II-5中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差大到14mV。

可以认为，产生这样的结果的理由在于，如果利用式(2-1)求出的值低于1.1，则中性面位于磁致伸缩材料与弹性材料的边界附近，因此，由于进行粘合时的粘合剂的厚度的偏差，导致从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式较大地受到影响。可以认为，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式不易受到粘合剂厚度的偏差的影响，其结果是，发电电压的偏差也减少。若利用式(2-1)求出的值为2.8以上，则该效果更明显地表现出来。

(实施例IIA-40～IIA-48及比较例II-6～II-8)

包含单晶FeCo合金和非磁性材料的磁致伸缩元件

作为形成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，调制了FeCo合金。

使用纯度99.9％的电解铁及纯度99.9％的粒状钴，利用电弧熔炼炉制作了组分为Fe-69.5mol％Co的纽扣锭。所制作的纽扣锭的重量为200g。

接着，将纽扣锭进行切断，得到了高度为12mm、宽度为10mm、长度为约60mm的尺寸的轧制用试样。

将切出的轧制用的试样在1100℃下保留1小时后，在800℃下保留3小时，之后，进行了水冷。接着，将试样冷轧至高度为0.52mm。将冷轧材料的轧制方向作为长度方向，以长度40mm、宽度6.0mm、厚度0.52mm进行切断，制成了评价用试验材料。

将试验材料在真空中，在1100℃下保留10分钟后，降温至800，在800℃下保留3小时，将冷轧组织改变为再结晶组织。使用EBSD观察再结晶的试验材料的晶体取向，结果是，没有特定的晶体取向的择优取向。

进而，在上述试验材料上粘贴应变计，测定了饱和磁致伸缩，其结果是，饱和磁致伸缩为94ppm。

将通过上述过程制作的FeCo合金作为磁致伸缩材料使用。

作为构成应力控制部的弹性材料，使用了厚度0.1mm～1.1mm的、为非磁性材料的碳纤维增强塑料(CFRP)。将碳纤维的方向作为长度方向，以长度40mm、宽度6.5mm进行切断，得到了用于应力控制部的非磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的FeCo合金与CFRP贴合，得到了磁致伸缩元件。这时，以使粘合剂的厚度在35μm～40μm的范围内的方式涂敷了粘合剂。

将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为3200A/m(40Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，使将磁致伸缩元件压入的深度Δh为2mm，测定了这时的磁通密度变化ΔB。

进而，以CFRP的厚度为0.10mm的情况下(比较例II-8)的ΔB的值为基准，也计算出ΔB的增加率。将结果示于表16。

[表16]

根据表16可知，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则与利用式(2-1)求出的值低于1.1时相比，ΔB较大地增加，增加了50％以上。并且，若利用式(2-1)求出的值为2.8以上，则ΔB的增加率进一步增加到250％。可以认为其原因在于，随着利用式(2-1)求出的值变大，而中性面更远地离开磁致伸缩部，因此，成为更均匀的应变附加到磁致伸缩部的状态。

(实施例IIA-49和IIA-50及比较例II-9)

分别制作了上述比较例II-7、实施例IIA-42及实施例IIA-46的、使用FeCo合金作为磁致伸缩材料的磁致伸缩元件各10片。这时，用抹刀进行环氧系的粘合剂的涂敷，仅通过目视确认了粘合剂的厚度，未进行使厚度一致的管理。

在各实施例或比较例中，使用图1所示的测定单元测定了所制作的磁致伸缩元件10片各自所产生的电压。

将装入了磁致伸缩元件的测定单元与搭载了该测定单元的铝制支架一起放置于加振装置之上，向磁致伸缩元件赋予了动态的应变。这时，将在磁致伸缩元件的与被固定的端部相反一侧的端部上所设置的千分尺的柱头卸下，并在那里固定了钨重锤。以使振幅为约1.3mm左右的方式对重锤的重量进行了调整。

使加振器以10Hz、加速度1G进行振动，关于10片的磁致伸缩元件分别测定了电压(mV)。求出所测定的电压值的最小值、最大值、10片的平均值、以及最大值与最小值之差。将这些值与利用式(2-1)求出的值一起汇集在表17中。

[表17]

根据表17的结果可知，在利用式(2-1)求出的值为1.1以上的实施例IIA-49中，即使未严格地控制粘合剂的厚度，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差也只是4mV这样小。并且，在利用式(2-1)求出的值为2.8以上的实施例IIA-50中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差更小，为2mV。另一方面，在利用式(2-1)求出的值低于1.1的比较例II-9中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差为6mV，而电压的平均值为4mV，比偏差还小。

可以认为，产生这样的结果的理由在于，如果利用式(2-1)求出的值低于1.1，则中性面位于磁致伸缩材料与弹性材料的边界附近，因此，由于进行粘合时的粘合剂的厚度的偏差，导致从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式较大地受到影响。可以认为，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式不易受到粘合剂厚度的偏差的影响，其结果是，发电电压的偏差也减少。若利用式(2-1)求出的值为2.8以上，则该效果更明显地表现出来。

(实施例IIA-51～IIA-59及比较例II-10～II-12)

包含FeAl合金和非磁性材料的磁致伸缩元件

作为形成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，调制了FeAl合金。

使用纯度99.9％的电解铁及纯度99.9％的金属Al，以Fe-13质量％Al的组分进行电弧熔炼，制作了200g的纽扣锭。将纽扣锭的形状设为直径60mm、厚度约10mm。将纽扣锭沿板厚方向进行切断，设为长度约60mm、宽度约10mm、厚度0.5mm的板形状，并且，从该板，以长度60mm、宽度6.0mm、厚度0.5mm的大小进行了切出。将该切出的多片的板进行了如下的热处理，即，在真空中以20℃/分钟升温至1000℃，在1000℃下保留3小时后，以20℃/分钟冷却至室温。

在得到的试样上粘贴应变计，测定了饱和磁致伸缩值λs，测得的磁致伸缩值λs为40ppm。

将通过上述过程制作的FeAl合金作为磁致伸缩材料使用。

作为构成应力控制部的弹性材料，使用了厚度0.1mm～1.1mm的、为非磁性材料的碳纤维增强塑料(CFRP)。将碳纤维的方向作为长度方向，以长度40mm、宽度6.5mm进行切断，得到了用于应力控制部的非磁性材料。

使用环氧系的粘合剂在室温下将上述的FeAl合金与CFRP贴合，得到了磁致伸缩元件。这时，以使粘合剂的厚度在35μm～40μm的范围内的方式涂敷了粘合剂。

将得到的磁致伸缩元件装入图1所示的测定单元，测定了向磁致伸缩元件附加了弯曲应变时的磁通密度变化ΔB。具体地，将磁致伸缩元件的磁致伸缩部作为下侧，并将左侧端部固定，使得在将右侧端部向下压入时向磁致伸缩部附加压缩应变。此外，使所施加的偏置磁场为3200A/m(40Oe)。

以将磁致伸缩元件的右侧端部向下压入之前、即不存在弯曲应变的状态为基准，使将磁致伸缩元件压入的深度Δh为2mm，测定了这时的磁通密度变化ΔB。

进而，以CFRP的厚度为0.10mm的情况下(比较例II-10)的ΔB的值为基准，也计算出ΔB的增加率。将结果示于表18。

[表18]

根据表18可知，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则与利用式(2-1)求出的值低于1.1时相比，ΔB较大地增加，增加了50％以上。并且，若式(2)的值为2.8以上，则ΔB的增加率进一步增加到300％。可以认为其原因在于，随着利用式(2-1)求出的值变大，而中性面更远地离开磁致伸缩部，因此，成为更均匀的应变附加到磁致伸缩部的状态。

(实施例IIA-60和IIA-61及比较例II-13)

分别制作了上述比较例II-11、实施例IIA-52及实施例IIA-57的、使用FeAl合金作为磁致伸缩材料的磁致伸缩元件各10片。这时，用抹刀进行环氧系的粘合剂的涂敷，仅通过目视确认了粘合剂的厚度，未进行使厚度一致的管理。

在各实施例或比较例中，使用图1所示的测定单元测定了所制作的磁致伸缩元件10片各自所产生的电压。

将装入了磁致伸缩元件的测定单元与搭载了该测定单元的铝制支架一起放置于加振装置之上，向磁致伸缩元件赋予了动态的应变。这时，将在磁致伸缩元件的与被固定的端部相反一侧的端部上所设置的千分尺的柱头卸下，并在那里固定了钨重锤。以使振幅为约1.3mm左右的方式对重锤的重量进行了调整。

使加振器以10Hz、加速度1G进行振动，关于10片的磁致伸缩元件分别测定了电压(mV)。求出所测定的电压值的最小值、最大值、10片的平均值、以及最大值与最小值之差。将这些值与利用式(2-1)求出的值一起汇集在表19中。

[表19]

根据表19的结果可知，在利用式(2-1)求出的值为1.1以上的实施例IIA-60中，即使未严格地控制粘合剂的厚度，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差也只是3mV这样小。并且，在利用式(2-1)求出的值为2.8以上的实施例IIA-61中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差更小，为2mV。另一方面，在利用式(2-1)求出的值低于1.1的比较例II-13中，10片的磁致伸缩元件之间的电压的偏差为4mV，而电压的平均值为3mV，比偏差还小。

可以认为，产生这样的结果的理由在于，如果利用式(2-1)求出的值低于1.1，则中性面位于磁致伸缩材料与弹性材料的边界附近，因此，由于进行粘合时的粘合剂的厚度的偏差，导致从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式较大地受到影响。可以认为，若利用式(2-1)求出的值为1.1以上，则从弹性材料向磁致伸缩材料的应力的传递方式不易受到粘合剂厚度的偏差的影响，其结果是，发电电压的偏差也减少。若利用式(2-1)求出的值为2.8以上，则该效果更明显地表现出来。

(比较例II-14～II-22)

不满足式(1)的关系的磁致伸缩元件

作为形成磁致伸缩部的磁致伸缩材料，使用了与实施例IIA-40相同的FeCo合金。具体地，使用了长度40mm、宽度6.0mm、厚度0.52mm、杨氏模量150Gpa的FeCo合金。

作为构成应力控制部的弹性材料，使用了市售的板厚2mm的7-3黄铜的薄板。将黄铜的薄板以长度40mm、宽度6mm进行切断后，利用平面磨床削薄，将板厚调整为0.40mm～1.50mm。未进行切断、研磨后的热处理。杨氏模量为110GPa。

使用上述FeCo合金的薄板及黄铜的薄板，与实施例IIA-40同样地制作了磁致伸缩元件，测定了磁通密度变化ΔB。

并且，以黄铜的厚度为0.40mm的情况下(比较例II-14)的ΔB的值为基准，也计算出ΔB的增加率。将结果示于表20。

[表20]

比较例II-17～II-22不满足式(1)的关系，但是，满足式(2)的关系，并且利用式(2-1)求出的值与表16所示的实施例IIA-40～IIA-47为同等水平。但是，这些比较例的ΔB的值与利用式(2-1)求出的值为同等水平的实施例的ΔB相比，降低至60％以下。并且，在式(1)和式(2)的关系均不被满足的比较例II-14～II-16中，ΔB的值降低至满足式(1)的关系而不满足式(2)的关系的比较例II-6～II-8的20％～40％左右。

(比较例II-23和II-24)

分别制作了上述比较例II-16及II-21的磁致伸缩元件各10片。这时，用抹刀进行环氧系的粘合剂的涂敷，仅通过目视确认了粘合剂的厚度，未进行使厚度一致的管理。

在各比较例中，使用图1所示的测定单元测定了所制作的磁致伸缩元件10片各自所产生的电压。

将装入了磁致伸缩元件的测定单元与搭载了该测定单元的铝制支架一起放置于加振装置之上，向磁致伸缩元件赋予了动态的应变。这时，将在磁致伸缩元件的与被固定的端部相反一侧的端部上所设置的千分尺的柱头卸下，并在那里固定了钨重锤。以使振幅为约1.3mm左右的方式对重锤的重量进行了调整。

使加振器以10Hz、加速度1G进行振动，关于10片的磁致伸缩元件分别测定了电压(mV)。求出所测定的电压值的最小值、最大值、10片的平均值、以及最大值与最小值之差。将这些值与利用式(2-1)求出的值一起汇集在表21中。

[表21]

在满足式(2)的关系但不满足式(1)的关系的比较例II-24中，电压的平均值为9mV，是满足式(1)和式(2)的关系的实施例IIA-50的一半以下。并且，在式(1)和式(2)的关系均不被满足的比较例II-23中，电压降低至无法测定的水平。

实施例III<与具有框架的设备有关的实施例>

(评价方法)

在以下的实施例III及比较例III中，利用数字示波器捕获所制作的磁致伸缩发电设备的检测用线圈中感应的交流电压，测定了电压。利用所测定的电压波形的峰值电压，对磁致伸缩发电设备的性能进行了评价。

(实施例III-1)

在实施例III-1中，分别使用方向性电磁钢板和无方向性电磁钢板作为电磁钢板121(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的CFRP作为弹性材料122，制作了具有图6所示的构造的磁致伸缩发电设备100。

作为方向性电磁钢板，使用了带被膜的日本制铁(株)的方向性电磁钢板27ZH100。厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向设为[100]方向，以长度140mm、宽度6mm进行了剪切切断。将其弯曲成图6所示那样的U字型而调整好形状。将下侧的相当于固定部170的部分的长度设为约80mm，将上侧的安装检测用线圈160、重锤140的部位的长度设为约40mm。

此外，在将方向性电磁钢板弯曲成U字型后，为了去除应变，在800℃下，在真空中退火2小时。

作为无方向性电磁钢板，使用了带被膜的日本制铁(株)的无方向性电磁钢板35H210。厚度为0.35mm。将无方向性电磁钢板以长度140mm、宽度6mm进行了剪切切断。将其如图6所示那样弯曲成U字型而调整好形状。下侧的相当于固定部170的部分的长度为约80mm，上侧的安装检测用线圈160、重锤140的部位的长度为约40mm。

此外，在将无方向性电磁钢板弯曲成U字型后，为了去除应变，在740℃下，在真空中退火2小时。

作为弹性材料122，使用了厚度0.5mm、宽度6mm的、为非磁性材料的CFRP。将碳纤维的方向作为长度方向，以能够与U字型的电磁钢板一体化的方式，切断为长度比140mm稍微长，并利用热压机整形成U字形状。

使用环氧系的粘合剂在室温下将弯曲成U字型的方向性或无方向性的电磁钢板121与弯曲成U字型的CFRP(弹性材料122)贴合，来形成层叠体120，从而得到了相当于磁致伸缩元件110的磁致伸缩元件部与框架130整体(即，100％)的一体构成体。在得到的一体构成体的与磁致伸缩元件对应的部位装填了5000匝的检测用线圈160。线圈的长度为15mm。接着，将7g的钨重锤140粘合固定在磁致伸缩元件110的旁边。并且，在U字形状的下侧的固定部170的电磁钢板121侧粘贴NdFeB磁铁150，得到了框架130的整体与磁致伸缩元件110一体构成的磁致伸缩发电设备100。

将得到的磁致伸缩发电设备的U字形状的下侧的固定部170利用粘合剂固定于加振器之上。接着，利用NdFeB磁铁150施加了偏置磁场。此外，尝试了不同的磁铁的强度(大小)，并使用了峰值电压变成最大时的磁铁。关于向磁致伸缩元件施加的磁场的强度，方向性电磁钢板中估计为约2800A/m(35Oe)，无方向性电磁钢板中估计为约3200A/m(40Oe)。使加振器以0.5G加振，利用示波器测定了共振频率下的峰值电压。

作为磁致伸缩材料使用了方向性电磁钢板的设备的共振频率为215Hz，使用了无方向性电磁钢板的设备的共振频率为227Hz。将峰值电压示于表22中。

[表22]

根据表22的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。

(实施例III-2)

在实施例III-2中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板221(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的CFRP作为弹性材料222，制作了具有图7所示的构造的磁致伸缩发电设备200。

关于相当于磁致伸缩元件210的磁致伸缩元件部，除了将作为弹性材料的CFRP的厚度减薄为0.3mm并使磁致伸缩元件部以外的CFRP的厚度为0.5mm以外，与实施例III-1同样地组装磁致伸缩发电设备，得到了框架230的整体(即，100％)与磁致伸缩元件210一体构成的磁致伸缩发电设备200。在本设备中，通过使应力控制部212的厚度减薄，从而使磁致伸缩元件部的振动更容易产生。

与实施例III-1同样地，对磁致伸缩发电设备200进行了评价，其结果，共振频率为155Hz。将峰值电压示于表23中。

[表23]

根据表23的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。另外，与实施例III-1相比，应力控制部212的厚度减薄而共振频率相应地降低了，但是，磁致伸缩元件部的振幅变大而产生的电压的峰值提高了。

(实施例III-3)

在实施例III-3中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板321(磁致伸缩材料)，使用为磁性材料的SUS304作为弹性材料322，制作了具有图8所示的构造的磁致伸缩发电设备300。

作为电磁钢板321，使用了带被膜的日本制铁(株)的方向性电磁钢板27ZH100。厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向作为[100]方向，以长度100mm、宽度6mm进行了剪切切断。将其如图8所示那样弯曲成U字型而调整好形状。将下侧的相当于固定部370的部分的长度设为约40mm，将上侧的安装检测用线圈360、重锤340的部位的长度设为约40mm。

此外，在将方向性电磁钢板弯曲成U字型后，为了去除应变，在800℃下，在真空中退火2小时。

作为弹性材料322，使用了厚度0.5mm、宽度6mm的、为非磁性材料的SUS304。以能够与U字型的电磁钢板一体化的方式，切断为长度比140mm稍微长，并成型为U字形状而调整好形状。

此外，将成型为U字状的SUS304在真空中，在1050℃下保持1分钟后，进行基于气淬的固溶处理，除去了切断应变带来的影响。

使用环氧系的粘合剂在室温下将弯曲成U字型的方向性电磁钢板321与弯曲成U字型的SUS304(弹性材料322)贴合，来形成层叠体320，利用上述层叠体构成框架的一部分(100mm/140mm＝约71％)，从而得到了从磁致伸缩元件310的应力控制部312延伸出的弹性材料322与框架330的整体一体构成的一体构成体。使用得到的一体构成体，与实施例III-1同样地制作了磁致伸缩发电设备300。

与实施例III-1同样地对磁致伸缩发电设备300进行了评价，其结果，共振频率为98Hz。将峰值电压示于表24。

[表24]

根据表24的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现了500mV以上的发电性能。

(实施例III-4)

在实施例III-4中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板421(磁致伸缩材料)，使用为磁性材料的SS400作为弹性材料422，制作了具有图9所示的构造的磁致伸缩发电设备400。

作为电磁钢板421，使用了与实施例III-3相同的方向性电磁钢板，整形为U字形状。

作为弹性材料422，使用了厚度0.5mm、宽度6mm的、为磁性材料的SS400。以能够与U字型的电磁钢板一体化的方式，切断为长度比140mm稍微长，并成型为U字形状而调整好形状。

此外，将成型为U字状的SS400在真空中，在800℃下保持30分钟后进行炉冷，除去了切断应变带来的影响。

使用环氧系的粘合剂在室温下将弯曲成U字型的方向性电磁钢板与弯曲成U字型的SS400贴合，来形成层叠体420，利用上述层叠体构成框架的一部分(100mm/140mm＝约71％)，从而得到了从磁致伸缩元件410的应力控制部412延伸出的弹性材料422与框架430的整体一体构成的一体构成体。使用得到的一体构成体，与实施例III-1同样地制作了磁致伸缩发电设备400。此外，尝试了不同的磁铁的强度(大小)，并使用了峰值电压变成最大时的磁铁。向磁致伸缩元件施加的磁场的强度估计为约4000A/m(50Oe)。

与实施例III-1同样地，对磁致伸缩发电设备400进行了评价，其结果，共振频率为104Hz。将峰值电压示于表25。

[表25]

根据表25的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。但是，在形成应力控制部412的弹性材料为磁性材料(SS400)的该设备中，偏置磁场也在应力控制部412中通过。因此，使用了比实施例III-3大且强的磁铁，但是，与形成应力控制部312的弹性材料322为非磁性材料的实施例III-3相比，偏置磁场的调整不容易进行，结果是，与实施例III-3相比，峰值电压稍微降低了。

(实施例III-5)

在实施例III-5中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板521(磁致伸缩材料)，使用为磁性材料的SUS304作为弹性材料522，制作了具有图10所示的构造的磁致伸缩发电设备500。

除了使电磁钢板的长度为70mm并将磁铁配置于发电用磁致伸缩元件510的两侧以外，与实施例III-3同样地制作了磁致伸缩发电设备500。利用层叠体构成所制作的设备的框架的一部分(70mm/140mm＝50％)，框架的剩余的部分与从磁致伸缩元件510的应力控制部512延伸出的弹性材料522一体构成。此外，使用了两个磁铁，且为了在磁致伸缩元件内磁场不相互抵消，以使两个磁铁的极性相反的方式进行了粘贴。此外，尝试了不同的磁铁的强度(大小)，并使用了峰值电压变成最大时的磁铁。向磁致伸缩元件施加的磁场的强度估计为约2800A/m(35Oe)。

与实施例III-1同样地，对磁致伸缩发电设备500进行了评价，其结果，共振频率为108Hz。将峰值电压示于表26。

[表26]

根据表26的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。

(实施例III-6)

在实施例III-1中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板621(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的CFRP作为弹性材料622，制作了具有图11所示的构造的磁致伸缩发电设备600。

分别将与实施例III-1相同的方向性电磁钢板及CFRP以长度80mm进行切断，不将其弯曲成U字型而使其保持为板状不变，使用环氧系的粘合剂在室温下使其贴合来形成层叠体620，从而得到了相当于磁致伸缩元件610的磁致伸缩元件部与框架630的整体(即，100％)的一体构成体。使用得到的一体构成体，与实施例III-1同样地制作了磁致伸缩发电设备600。

与实施例III-1同样地，对磁致伸缩发电设备600进行了评价，其结果，共振频率为248Hz。将峰值电压示于表27。

[表27]

根据表27的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。

(实施例III-7)

在实施例III-7中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板721(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的CFRP作为弹性材料722，制作了具有图12所示的构造的磁致伸缩发电设备700。

作为方向性电磁钢板，使用了带被膜的日本制铁(株)的方向性电磁钢板27ZH100。厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向作为[100]方向，以长度140mm、宽度6mm进行了剪切切断。将其弯曲成图12所示那样的U字型而调整好形状。将下侧的相当于固定部770的部分的长度设为约80mm，将上侧的安装检测用线圈760、重锤740的部位的长度设为约40mm。

此外，在将方向性电磁钢板弯曲成U字型后，为了去除应变，在800℃下，在真空中退火2小时。

作为弹性材料722，使用了厚度0.3mm、宽度6mm的、为非磁性材料的CFRP。将碳纤维的方向作为长度方向，以长度40mm进行了切断。

如图12所示，使用环氧系的粘合剂在室温下将切断的CFRP与弯曲成U字型的方向性电磁钢板粘贴来形成层叠体720，利用上述层叠体构成框架730的一部分(40mm/140mm＝约29％)，得到了从磁致伸缩元件710的磁致伸缩部711延伸出的电磁钢板与框架730的整体一体构成的一体构成体。进而，将SUS304的块作为支柱780，使用环氧系的粘合剂将其粘贴在方向性电磁钢板上。使用得到的结构体，与实施例III-1同样地制作了磁致伸缩发电设备700。

与实施例III-1同样地对磁致伸缩发电设备700进行了评价，其结果，共振频率为165Hz。将峰值电压示于表28。

[表28]

根据表28的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。并且，由于容易产生振动，因此与具有类似的结构的实施例III-1的设备相比，峰值电压提高了。

(实施例III-8)

除了将磁铁变更为两个磁铁850以外，与实施例III-7同样地，制作了具有图13所示的构造的磁致伸缩发电设备800。此外，尝试了不同的磁铁的强度(大小)，并使用了峰值电压变成最大时的磁铁。向磁致伸缩元件施加的磁场的强度估计为约2800A/m(35Oe)。

与实施例III-1同样地，对磁致伸缩发电设备800进行了评价，其结果，共振频率为157Hz。将峰值电压示于表29。

[表29]

根据表29的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。

(参考例III-1)

在参考例III-1中，使用方向性电磁钢板作为磁致伸缩部911，使用为磁性材料的SS400作为弹性材料922，制作了具有图14所示的构造的磁致伸缩发电设备900。

作为方向性电磁钢板，使用了带被膜的日本制铁(株)的方向性电磁钢板27ZH100。厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板以长度20mm、宽度6mm进行剪切切断，并且，为了去除应变，在800℃下，在真空中退火2小时，形成了磁致伸缩部911。

作为弹性材料922，使用了宽度6mm、长度140mm的SS400。关于厚度，将粘贴上述磁致伸缩部911的部分(相当于应力控制部912的部分)设为0.5mm，将这以外的部位设为0.8mm。将其弯曲成图14所示那样的U字型而调整好形状。将下侧的相当于固定部970的部分的长度设为约80mm，将上侧的安装检测用线圈960、重锤940的部位的长度设为约40mm。

此外，将成型为U字状的SS400在真空中，在800℃下保持30分钟后进行炉冷，除去了切断应变带来的影响。

使用环氧系的粘合剂在室温下将磁致伸缩部911贴合在弯曲成U字型的弹性材料的相当于应力控制部912的部分，而形成相当于磁致伸缩元件910的部分，得到了从磁致伸缩元件910的应力控制部912延伸出的弹性材料922与框架930的整体一体构成的一体构成体。在该一体构成体中，框架中不存在由包含从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板与从应力控制部延伸出的弹性材料的层叠体构成的部分。使用得到的一体构成体，与实施例III-1同样地制作了磁致伸缩发电设备900。磁致伸缩发电设备900还具有用于向磁致伸缩部赋予弯曲应变的重锤940及用于施加偏置磁场的磁铁950，可以利用固定部970固定于加振器之上。

与实施例III-1同样地对磁致伸缩发电设备900进行了评价，其结果，共振频率为118Hz。将峰值电压示于表30。

[表30]

根据表30的结果可知，参考例比较例III-1的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能，但是，偏置磁场也在作为弹性材料的SS400中流动。另外，在框架不存在由包含从磁致伸缩部延伸出的所述电磁钢板和从应力控制部延伸出的弹性材料的层叠体构成的部分，因此，不容易使磁致伸缩部的两端与应力控制部紧密接触。因此，导致产生磁隙，基于磁铁的偏置磁场的调整不容易进行，与具有类似的结构的实施例III-4的设备相比，峰值电压低。

(实施例III-10)

分别对通过实施例III-1～III-8制作的设备，使用加振器连续地赋予振动。

其结果，即使是在经过24小时后，框架的至少一部分由包含从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板和从应力控制部延伸出的弹性材料的层叠体构成的实施例III-1～III-8的设备也都没有问题地工作。

(实施例III-11)

在实施例III-11中，使用方向性电磁钢板或无方向性电磁钢板作为电磁钢板1021(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的CFRP作为弹性材料1022，制作了具有图15所示的构造的磁致伸缩发电设备1000。

作为方向性电磁钢板，使用了带被膜的日本制铁(株)的方向性电磁钢板27ZH100。厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向作为[100]方向，以长度140mm、宽度6mm进行了剪切切断。将其如图15所示那样弯曲成U字型而调整好形状。将下侧的相当于固定部1070的部分的长度设为约80mm，将上侧的安装检测线圈1060、重锤1040的部位的长度设为约40mm。

此外，在将方向性电磁钢板弯曲成U字型后，为了去除应变，在800℃下，在真空中退火2小时。

作为无方向性电磁钢板，使用了带被膜的日本制铁(株)的无方向性电磁钢板35H210。厚度为0.35mm。将无方向性电磁钢板以长度140mm、宽度6mm进行了剪切切断。将其如图15所示那样弯曲成U字型而调整好形状。将下侧的相当于固定部1070的部分的长度设为约80mm，将上侧的安装检测线圈1060、重锤1040的部位的长度设为约40mm。

此外，在将无方向性电磁钢板弯曲成U字型后，为了去除应变，在740℃下，在真空中退火2小时。

作为弹性材料1022，使用了厚度0.5mm、宽度6mm的、为非磁性材料的CFRP。将碳纤维的方向作为长度方向，以能够与U字型的电磁钢板一体化的方式，切断为长度比140mm稍微短，并利用热压机整形为U字形状。

使用环氧系的粘合剂在室温下将弯曲成U字型的方向性或无方向性的电磁钢板1021与弯曲成U字型的CFRP(弹性材料1022)贴合，来形成层叠体1020，从而得到了相当于磁致伸缩元件1010的磁致伸缩元件部与框架1030整体(即，100％)的一体构成体。在得到的一体构成体的与磁致伸缩元件对应的部位装填了5000匝的检测用线圈1060。线圈的长度为15mm。接着，将7g的钨重锤1040粘合固定在磁致伸缩元件1010的旁边。并且，在U字形状的下侧的固定部1070的弹性材料1022侧粘贴NdFeB磁铁1050，得到了框架1030的整体与磁致伸缩元件1010一体构成的磁致伸缩发电设备1000。

将得到的磁致伸缩发电设备的U字形状的下侧的固定部1070利用粘合剂固定于加振器之上。接着，利用NdFeB磁铁1050施加了偏置磁场。此外，尝试以不同的磁铁的强度(大小)来测定电压，并使用了产生的电压比较大的磁铁。关于向磁致伸缩元件施加的磁场的强度，方向性电磁钢板中估计为约2800A/m(35Oe)，无方向性电磁钢板中估计为3200A/m(40Oe)。使加振器以0.5G加振，利用示波器测定了共振频率下的峰值电压。

作为磁致伸缩材料使用了方向性电磁钢板的设备的共振频率为226Hz，使用了无方向性电磁钢板的设备的共振频率为239Hz。将峰值电压示于表31中。

[表31]

根据表31的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。

(实施例III-12)

在实施例III-12中，制作了使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1121(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的CFRP作为弹性材料1122，将SUS304的块设置为支柱1180的、具有图16所示的构造的磁致伸缩发电设备1100。

图16的设备是实质上与实施例III-11同样地制作的，但是，在形成框架1130后，将SUS304的块作为支柱1180，使用环氧系的粘合剂将其粘贴在弹性材料1122(CFRP)上。

与实施例III-11同样地对磁致伸缩发电设备1100进行了评价，其结果，共振频率为384Hz。将峰值电压示于表32中。

[表32]

根据表32的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。本实施例中，将SUS304的块作为支柱，使用环氧系粘合剂将其粘贴于CFRP，因此，进行振动的层叠体的长度变短，从而得以将共振频率从图15的设备的226Hz增大到了384Hz。并且，由于共振频率变大而振幅变小，所以产生的电压的峰值为746mV，比表31的方向性电磁钢板的829mV小，但是，呈现了500mV以上的发电性能。

另外，设备1100中，由于支柱的右侧的层叠体进行振动，因此，通过调整粘贴该支柱的位置，能够调整进行振动的层叠体的长度，也能够调整共振频率。

(实施例III-13)

实施例III-13中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1221(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的SUS304作为弹性材料1222，制作了具有图17所示的构造的磁致伸缩发电设备1200。

作为方向性电磁钢板，使用了带被膜的日本制铁(株)的方向性电磁钢板27ZH100。厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向作为[100]方向，以长度130mm、宽度6mm进行了剪切切断。将其如图17所示那样弯曲成具有U字部和L部的形状而调整好形状。将下侧的相当于固定部1270的部分的长度设为约40mm，将上侧的安装检测线圈1260、重锤1240的部位的长度设为约40mm。

此外，在弯曲成具有U字部和L部的形状后，为了去除应变，在800℃下，在真空中退火2小时。

作为弹性材料1222，使用了厚度0.5mm、宽度6mm的、为非磁性材料的SUS304。以能够与具有U字部和L部的电磁钢板一体化的方式，切断为长度比130mm稍微短，并成型为具有U字部和L部的形状而调整好形状。

将成型为具有U字部和L部的形状的SUS304在真空中，在1050℃下保持1分钟后，进行基于气淬的固溶处理，除去了切断应变带来的影响。

使用环氧系的粘合剂在室温下将成型后的方向性电磁钢板与SUS304贴合，来形成层叠体1220，从而得到了相当于磁致伸缩元件1210的磁致伸缩元件部与框架1230整体(即，100％)的一体构成体。在得到的一体构成体的与磁致伸缩元件对应的部位装填了5000匝的检测线圈。线圈长度为15mm。接着，将7g的钨重锤1240粘合固定在磁致伸缩元件1210的旁边。并且，在得到的磁致伸缩发电设备的弯曲成L字形状的部分中位于前端的前端部分的内侧(弹性材料1222侧)粘贴NdFeB磁铁1250，得到了框架1230整体与磁致伸缩元件1210一体构成的磁致伸缩发电设备1200。

将得到的磁致伸缩发电设备的U字形状的下侧的固定部1270利用粘合剂固定于加振器之上。接着，利用NdFeB磁铁1250施加了偏置磁场。此外，尝试以不同的磁铁的强度(大小)来测定电压，并使用了产生的电压比较大的磁铁。方向性电磁钢板中，向磁致伸缩元件施加的磁场的强度估计为约2800A/m(35Oe)。使加振器以0.5G加振，利用示波器测定了共振频率下的峰值电压。

作为磁致伸缩材料使用了方向性电磁钢板的设备的共振频率为104Hz。将峰值电压示于表33。

[表33]

根据表33的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。

(实施例III-14)

在实施例III-14中，制作了使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1321(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的SUS304作为弹性材料1322，将SUS304的块作为支柱1380设置的、具有图18所示的构造的磁致伸缩发电设备1300。

图18的设备是实质上与实施例13同样地制作的，但是，在形成框架1330之后，将SUS304的块作为支柱1380，使用环氧系的粘合剂将其粘贴在弹性材料1322(SUS304)上。

与实施例III-13同样地对磁致伸缩发电设备1300进行了评价，其结果，共振频率为177Hz。将峰值电压示于表34。

[表34]

根据表34的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。本实施例中，将SUS304的块作为支柱，使用环氧系的粘合剂将其粘贴于弹性材料(SUS304)，因此，进行振动的层叠体的长度变短，从而得以将共振频率从图17的设备的104Hz增大到了177Hz。由于共振频率变大而振幅变小，所以产生的电压的峰值为886mV，比表33的987mV小，但是，呈现了500mV以上的发电性能。

另外，设备1300中，由于支柱的右侧的层叠体进行振动，因此，通过调整粘贴该支柱的位置，能够调整进行振动的层叠体的长度，也能够调整共振频率。

(实施例III-15)

实施例III-15中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1421(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的SUS304作为弹性材料1422，制作了具有图19所示的构造的磁致伸缩发电设备1400。

图19的设备是实质上与实施例III-12同样地制作的，但是，在形成框架1430时，为了使其成为在设置NdFeB磁铁1450的部位没有弹性材料1422的状态，缩短了与方向性电磁钢板贴合的SUS304的长度。并且，将NdFeB磁铁1450直接粘贴在方向性电磁钢板1421上。

将得到的磁致伸缩发电设备的U字形状的下侧的固定部1470利用粘合剂固定于加振器之上。接着，利用NdFeB磁铁1450施加了偏置磁场。此外，尝试以不同的磁铁的强度(大小)来测定电压，并使用了产生的电压比较大的磁铁。方向性电磁钢板中，向磁致伸缩元件施加的磁场的强度估计为约2800A/m(35Oe)。使加振器以0.5G加振，利用示波器测定了共振频率下的峰值电压。

作为磁致伸缩材料使用了方向性电磁钢板的设备的共振频率为101Hz。将峰值电压示于表35。

[表35]

根据表35的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。

另外，由于在设备1400中，在磁铁与方向性电磁钢板之间不存在弹性材料(为非磁性材料的SUS304)，所以与实施例III-13的设备1200相比，磁隙的影响变小。因此，与设备1200中使用的NdFeB磁铁相比，可以使用尺寸较小的磁铁。

(实施例III-16)

在实施例III-16中，制作了使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1521(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的SUS304作为弹性材料1522，并将SUS304的块作为支柱1580设置的、具有图20所示的构造的磁致伸缩发电设备1500。

图20的设备是实质上与实施例15同样地制作的，但是，在形成框架1530后，将SUS304的块作为支柱1580，使用环氧系的粘合剂将其粘贴在弹性材料1522(SUS304)上。

与实施例III-15同样地对磁致伸缩发电设备1500进行了评价，其结果，共振频率为172Hz。将峰值电压示于表36。

[表36]

根据表36的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。本实施例中，将SUS304的块作为支柱，使用环氧系的粘合剂将其粘贴于弹性材料(SUS304)，因此，进行振动的层叠体的长度变短，从而得以将共振频率从图19的设备的101Hz增大到了172Hz。由于共振频率变大而振幅变小，所以产生的电压的峰值为890mV，比表35的989mV小，但是，呈现了500mV以上的发电性能。

另外，设备1500中，由于支柱的右侧的层叠体进行振动，因此，通过调整粘贴该支柱的位置，能够调整进行振动的层叠体的长度，也能够调整共振频率。

(实施例III-17)

在实施例III-17中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1621(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的SUS304作为弹性材料1622，制作了具有图21所示的构造的磁致伸缩发电设备1600。

作为方向性电磁钢板，使用了带被膜的日本制铁(株)的方向性电磁钢板27ZH100。厚度为0.27mm，晶体取向为{110}[100]GOSS织构。将方向性电磁钢板的长度方向作为[100]方向，以长度110mm、宽度6mm进行了剪切切断。将其如图21所示那样弯曲成具有U字部和两个L部的形状而调整好形状。将下侧的相当于固定部1670的部分的长度设为约35mm，将上侧的安装检测线圈1660、重锤1640的部位的长度设为约40mm。

此外，在弯曲成具有U字部和两个L部的形状后，为了去除应变，在800℃下，在真空中退火2小时。

作为弹性材料1622，使用了厚度0.5mm、宽度6mm的、为非磁性材料的SUS304。以能够与具有U字部和两个L部的电磁钢板一体化的方式，切断为长度比110mm稍微短，并成型为具有U字部和两个L部的形状而调整好形状。

将成型为具有U字部和两个L部的形状的SUS304在真空中，在1050℃下保持1分钟后，进行基于气淬的固溶处理，除去了切断应变带来的影响。

使用环氧系的粘合剂在室温下将成型后的方向性电磁钢板与SUS304贴合，来形成层叠体1620，从而得到了相当于磁致伸缩元件1610的磁致伸缩元件部与框架1630整体(即，100％)的一体构成体。在得到的一体构成体的与磁致伸缩元件对应的部位装填了5000匝的检测线圈。线圈长度为15mm。接着，将7g的钨重锤1640粘合固定于磁致伸缩元件1610的旁边。并且，在接近末端的L字形状的上侧的弹性材料1622侧粘贴NdFeB磁铁1650，得到了框架1630整体与磁致伸缩元件1610一体构成的磁致伸缩发电设备1600。

将得到的磁致伸缩发电设备的U字形状的下侧的固定部1670利用粘合剂固定于加振器之上。接着，利用NdFeB磁铁1250施加了偏置磁场。此外，尝试以不同的磁铁的强度(大小)来测定电压，并使用了产生的电压比较大的磁铁。方向性电磁钢板中，向磁致伸缩元件施加的磁场的强度估计为约2800A/m(35Oe)。使加振器以0.5G加振，利用示波器测定了共振频率下的峰值电压。

作为磁致伸缩材料使用了方向性电磁钢板的设备的共振频率为105Hz。将峰值电压示于表37。

[表37]

根据表37的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。

另外，设备1600与实施例III-11的设备1000相比，能使磁铁与磁致伸缩元件部接近，因此，磁隙变窄，与设备1000中使用的NdFeB磁铁相比，可以使用尺寸较小的磁铁。

(实施例III-18)

在实施例III-18中，制作了使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1721(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的SUS304作为弹性材料1722，将SUS304的块作为支柱1780设置的、具有图22所示的构造的磁致伸缩发电设备1700。

图22的设备是实质上与实施例17同样地制作的，但是，在形成框架1730后，将SUS304的块作为支柱1780，使用环氧系的粘合剂将其粘贴在弹性材料1722(SUS304)上。

与实施例III-17同样地对磁致伸缩发电设备1700进行了评价，其结果，共振频率为173Hz。将峰值电压示于表38。

[表38]

根据表38的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。本实施例中，将SUS304的块作为支柱，使用环氧系的粘合剂将其粘贴于SUS304，因此，进行振动的层叠体的长度变短，从而得以将共振频率从图21的设备的105Hz增大到了173Hz。并且，由于共振频率变大而振幅变小，所以产生的电压的峰值为892mV，比表37的985mV小，但是，呈现了500mV以上的发电性能。

(实施例III-19)

在实施例III-19中，使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1821(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的SUS304作为弹性材料1822，制作了具有图23所示的构造的磁致伸缩发电设备1800。

图23的设备是实质上与实施例III-16同样地制作的，但是，在形成框架1830时，为了使其成为在设置NdFeB磁铁1850的部位没有弹性材料1822的状态，缩短了与方向性电磁钢板贴合的SUS304的长度。并且，将NdFeB磁铁1850直接粘贴在方向性电磁钢板1821上。

将得到的磁致伸缩发电设备的U字形状的下侧的固定部1870利用粘合剂固定于加振器之上。接着，利用NdFeB磁铁1850施加了偏置磁场。此外，尝试以不同的磁铁的强度(大小)来测定电压，并使用了产生的电压比较大的磁铁。方向性电磁钢板中，向磁致伸缩元件施加的磁场的强度估计为约2800A/m(35Oe)。使加振器以0.5G加振，利用示波器测定了共振频率下的峰值电压。

作为磁致伸缩材料使用了方向性电磁钢板的设备的共振频率为103Hz。将峰值电压示于表39。

[表39]

根据表39的结果可知，使用本发明的磁致伸缩元件的设备对于外部振动，呈现500mV以上的发电性能。

另外，由于在设备1800中，在磁铁与方向性电磁钢板之间不存在弹性材料(为非磁性材料的SUS304)，所以与实施例III-17的设备1600相比，磁隙的影响变小。因此，与设备1600中使用的NdFeB磁铁相比，可以使用尺寸较小的磁铁。

(实施例III-20)

在实施例III-20中，制作了使用方向性电磁钢板作为电磁钢板1921(磁致伸缩材料)，使用为非磁性材料的SUS304作为弹性材料1922，并将SUS304的块作为支柱1980设置的、具有图24所示的构造的磁致伸缩发电设备1900。

图24的设备是实质上与实施例III-19同样地制作的，但是，在形成框架1930后，将SUS304的块作为支柱1980，使用环氧系的粘合剂将其粘贴在弹性材料1922(SUS304)上。

与实施例III-19同样地对磁致伸缩发电设备1900进行了评价，其结果，共振频率为169Hz。将峰值电压示于表40。

[表40]

根据表40的结果可知，本发明的设备对于外部振动呈现500mV以上的发电性能。本实施例中，将SUS304的块作为支柱，使用环氧系的粘合剂将其粘贴于SUS304，因此，进行振动的层叠体的长度变短，从而得以将共振频率从图23的设备的103Hz增大到了169Hz。由于共振频率变大而振幅变小，所以产生的电压的峰值为897mV，比表39的992mV小，但是，呈现了500mV以上的发电性能。

(实施例III-21)

分别对通过实施例III-11～实施例III-20制作的设备，使用加振器连续地赋予振动。

其结果，即使是在经过24小时后，框架的至少一部分由包含从磁致伸缩部延伸出的电磁钢板和从应力控制部延伸出的弹性材料的层叠体构成的实施例III-11～III-20的设备也都没有问题地工作。

本申请主张基于在2019年12月25日提出的日本专利申请特愿2019-234429、特愿2019-234437及特愿2019-234443的优先权。该申请说明书中记载的内容全部引用到本说明书。

工业实用性

根据本发明，提供了使用与作为发电用磁致伸缩元件的磁致伸缩材料而使用的FeGa合金、FeCo合金、FeAl合金相比成本低的电磁钢板，且能够实现与以往技术为同等水平或超过它们的磁致伸缩发电量的、发电用磁致伸缩元件及磁致伸缩发电设备。本发明的发电用磁致伸缩元件与以往的磁致伸缩元件相比成本低，同时能够实现与以往为同等水平或超过它们的发电量，因此，不只是作为IoT等中的无线传感器模块的电源，作为各种机器的电源也是有用的。

附图标记说明

10、20 磁通密度变化ΔB测定用单元

11、21 磁致伸缩元件

11a、21a 磁致伸缩部

11b 应力控制部

12、22 偏置磁场用线圈

13、23 检测用线圈

14、24 直流电源

15 固定支撑台

16、26 磁通计

17 压力

17a 移动距离

27 拉伸应变

28 压缩应变

30 磁致伸缩振动设备

31 磁致伸缩元件部

31a 磁致伸缩部

31b 应力控制部(非磁性材料)

32 重锤

33 检测用线圈

34 磁铁

35 框架(非磁性材料)

100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600，1700、1800、1900 磁致伸缩发电设备

110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010、1110、1210、1310、1410、1510、1610、1710、1810、1910 发电用磁致伸缩元件

111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011、1111、1211、1311、1411、1511、1611、1711、1811、1911 磁致伸缩部(电磁钢板)

112、212、312、412、512、612、712、812、912、1012、1112、1212、1312、1412、1512、1612、1712、1812、1912 应力控制部(弹性材料)

120、220、320、420、520、620、720、820、1020、1120、1220、1320、1420、1520、1620、1720、1820、1920 层叠体

121、221、321、421、521、621、721、821、1021、1121、1221、1321、1421、1521、1621、1721、1821、1921 电磁钢板

122、222、322、422、522、622、722、822、922、1022、1122、1222、1322、1422、1522、1622、1722、1822、1922 弹性材料

130、230、330、430、530、630、730、830、930、1030、1130、1230、1330、1430、1530、1630、1730、1830、1930 框架

140、240、340、440、550、640、740、840、940、1040、1140、1240、1340、1440、1540、1640、1740、1840、1940 重锤

150、250、350、450、550、650、750、850、950、1050、1150、1250、1350、1450、1550、1650、1750、1850、1950 磁铁

160、260、360、460、560、660、760、860、960、1060、1160、1260、1360、1460、1560、1660、1760、1860、1960 检测用线圈

170、270、370、470、570、670、770、870、970、1070、1170、1270、1370、1470、1570、1670、1770、1870、1970 固定部

780、880、1180、1380、1580、1780、1980 支柱。