JP2516772B2 - 応力検出器の製造方法 - Google Patents

応力検出器の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、応力検出器の製造方法に関し、例えば回
転軸などの受動軸の軸トルクを非接触で測定するトルク
器などの製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
第1図は例えば特開昭61-178627号公報に示されたト
ルク検出器を示す構成図であり、図において、(1)は
トルクを受ける受動軸、(3)は透磁率の変化量を検出
するコイル、(4)は受動軸(1)に固着され、受動軸
(1)に印加されたトルクによつて発生する内部歪量に
応じて透磁率が変化する磁性素片である。帯状の磁性薄
板(2)を切断して複数個の矩形状の磁性素片(4)を
構成し、この磁性素片(4)を受動軸(1)の周囲に左
右対称に、例えば±45°の角度を成すように配置したも
のである。
次に動作について説明する。受動軸(1)の外部より
トルクが印加されると矩形状素片(4)から成る磁性素
片群の長軸方向を主軸とする主応力が発生する。この主
応力は、例えば受動軸(1)の第1図に向つて左側の素
片群が引張力であるとすれば、右側の素片群には圧縮力
が加わることになる。一般に磁歪定数がゼロではない磁
性材料に応力が加わるとその磁気的性質が変化し、結果
として透磁率の変化をもたらすことは周知の通りであ
る。この現象は、機械エネルギを電気エネルギに変換す
る、いわゆる磁歪変換器で使われるもので、磁性体を変
形させると変形量に応じて透磁率が変化するVillari効
果に該当する。又、磁歪の大きさを定量的に表わす量で
ある磁歪定数が正の場合、引張力が働く時は透磁率が増
大し、圧縮力が働く時は透磁率が減小する。逆に磁歪定
数が負の場合、その逆の結果となることも知られてい
る。従つて、外部より印加せられたトルク量に応じた変
形により磁性素片(4)の透磁率が変化し、受動軸
(1)の周囲に巻回された検出コイル(3)で透磁率の
変化を磁気的インピーダンスの変化として検出すること
で、受動軸(1)に印加せられたトルク量を検出でき
る。
このような構成のトルクの検出器の受動軸(1)に磁
性素片(4)を固着する方法として、従来、磁性薄板
(2)から磁性素片(4)を形成し、受動軸(1)と所
定角度を成すよう磁性素片(4)を一枚づつ貼り合わせ
る方法、或いは非磁性フイルム上に一旦、接着剤等で磁
性素片(4)を貼りつけた後、これを受動軸(1)の周
囲に巻きつけてエポキシ系熱硬化性接着剤等で固着させ
る方法などがとられていた。
第7図は従来の非磁性フイルム上に接着剤を用いて貼
りつける場合の流れ図である。図に示すように、始めに
帯状の磁性薄板(2)を切断加工し、磁性素片(4)を
作成する(ステツプ41)。次にプラスチツクフイルム上
に接着剤を塗布する(ステツプ42)。この接着剤の塗布
されたプラスチツクフイルム上に磁性素片(4)をのせ
(ステツプ43)、プラスチツクフイルムを受動軸(1)
の周囲に巻きつける(ステツプ44)。次にプラスチツク
フイルムの周囲をカシメ等で固定し、熱硬化させ、磁性
素片(4)を受動軸(1)の周囲に固着する(ステツプ
45)。
従来の製造方法は受動軸(1)と所定角度を成すよう
に慎重に配慮する必要がある。特に、プラスチツク系の
フイルム上に磁性素片(4)を貼りつけたのちに熱硬化
性接着剤で接着する場合は、プラスチツク系のフイルム
をポリイミド,テフロン,ポリエステル/ポリイミドな
どの耐熱性のあるものにし、接着部分が動かないように
しつかりと固定する必要がある。特に、磁性薄板(2)
に非晶質磁性材料を使う場合は非晶質磁性材料の硬さが
極めて大きくバネ性を有するため、受動軸(1)の周囲
に充分そわせて密着性高く固着するには、外部より大き
な力を加えて固定する必要がある。又、受動軸(1)と
磁性素片(4)との間のトルクによる応力伝達の効率、
即ち接着層内部の径方向の応力伝播の大きさは接着層の
厚みに依存しており、受動トルクに対する感度を高める
には接着層が薄く均一になることが望ましい。特に、第
1図に示すような左右差動形で対で構成する場合は、左
右の接着層の膜厚バランスがそのまま出力バランスに利
いてくるので、固着する場合の外部よりの印加力にして
も、接着剤の塗布量にしても左右同一,全面均一となる
よう配慮する必要がある。
特に、接着層の膜厚の左右のアンバランスが発生する
と、センサの静特性上のオフセツト分となつて現われ、
このオフセツト分は温度によつて増減し、製造時予期で
きない量であるため温度補償もむずかしい。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の応力検出器の製造方法は以上のように構成され
ているので、接着時のプロセス条件を充分押さえ、磁性
素片(4)の固着条件を全面均一,左右対称とするべ
く、極めて信頼度の高い繊細且つ高度な技術を必要と
し、更にその様な技術をもつてしても高品質の応力検出
器を得ることは困難であり、調整に手間がかかり、プロ
セス・コストが高くなるなどの問題点があつた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、磁性素片(4)の固着時のプロセスを簡略
化できると共に、固着条件を全面均一,左右対称とする
ことができ、検出器のバラツキも低減でき、高い信頼性
を有する応力検出器を製造できる製造方法を得ることを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る応力検出器の製造方法は、帯状の磁性
薄板を応力を受ける受動軸の周囲に固着する工程、及び
上記受動軸に固着された後の上記磁性薄板に選択被膜除
去処理を施し、それぞれ互いに所定の間隔を置いて分断
され上記受動軸の中心軸に対して所定の角度で並設され
る複数の磁性素片を得る工程を施すものである。
〔作用〕
この発明における磁性薄片の受動軸への固着工程で
は、磁性薄板に接着剤を塗布する場合、従来の磁性素片
に比べると磁性薄板の面積がある程度大きいので、磁性
薄板側に接着剤を塗布することが容易であり、比較的均
一に塗ることができる。予め帯状の磁性薄板を固着させ
る段階では特に受動軸(1)の軸方向の寸法精度は不要
であり、固着させたのち選択除去すれば、軸方向の精度
は勿論のこと、周方向,磁性素片の巾,ギヤツプ等全て
の位置精度が選択除去処理の設定誤差範囲内で得られ
る。更に外部より密着性を高めるべくカシメ等の治具を
用いて固着する際にも全面に均一に圧力を印加すること
が容易である。特に、差動形のように対で構成する場合
には、左右同時に同一プロセスで形成でき、全面均一,
左右対称のものが容易に得られる。
また、予め形成する帯状の磁性薄板の端部を受動軸と
所定の角度を成すよう斜めに切断すれば、選択除去処理
により得られる複数の磁性素片に切れ目が発生しない。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図におけるトルク検出器は磁性素片群が±45°の角度
で並設した差動形のものを示したが、ここでは一方のみ
の製造について記す。第2図はこの一実施例による応力
検出器の製造方法を工程順に示す流れ図、第3図は製造
過程における応力検出器を示す斜視図である。ステツプ
(11)では、例えばFe,Ni,Co系などの磁歪効果の大きい
非晶質磁性材料より成る帯状の磁性薄板(2)を準備
し、端部を受動軸(1)に固着した時に磁性素片(4)
の軸に対する傾斜角度と実質的に同角度になるように斜
めに切断する。次に、ステツプ(12)でこの磁性薄板
(2)のほぼ全面に、例えばエポキシ系熱硬化性−液接
着剤を塗布する。これを第3図(a)に示すように受動
軸(1)の周囲に密着するように巻きつけ(ステツプ
(13))、周囲をカシメ等の治具で約1kgf/cm2程度以上
の差圧を与えて固定する。その後、オーブンに入れて約
120℃程度で加熱硬化させて受動軸(1)の周囲に固着
する(ステツプ(14))。加熱硬化後、一般にフオトエ
ツチング処理(写真蝕刻法)として知られる選択被膜除
去処理を施し、第3図(b)に示すように、それぞれ互
いに所定の間隔を置いて分断され、受動軸(1)の中心
軸に対して、例えば45°の角度を成すように並設される
複数の磁性素片(4)を得る。フオトエツチング処理の
基本的な工程は、第2図に示すように、ステツプ(15)
で表面の清浄化,フオトレジストの塗布,乾燥を施こ
し、続いてステツプ(16)でフオトレジストの露光,現
像,ベーキングを行い、次にステツプ(17)で示すよう
にエツチング,フオトレジストの除去,表面の清浄化に
より、選択被膜除去を行う。
この一実施例における帯状の磁性薄板(2)は、例え
ば受動軸(1)の周に対応する長さが、受動軸(1)の
周長より短く、軸方向の長さが形成される磁性素片
(4)の軸方向の長さより長くしているので、ステツプ
(13)で受動軸(1)に容易に巻きつけることができ
る。さらに、周方向の端部を、受動軸(1)に固着した
時に磁性素片(4)の軸に対する傾斜角度と実質的に同
角度になるように形成されている。このためどの磁性素
片(4)にも継ぎ目がない。例えば、端部を斜めに切断
していなければ、巻き終わりの位置にある磁性素片
(4)は継ぎ目を有することになる。この場合の端部を
受動軸(1)に対して所定角度に傾斜させるのに、レー
ザ光源を用いれば、シヤープに切断できるが、これに限
るものではない。また磁性薄板(2)を非晶質磁性材料
で構成しているので、ステツプ(13)においてこの材料
の凹凸を有する面を受動軸(1)面に固着するようにす
れば、面状態から固着しやすい。また、ステツプ(11)
で帯状の非晶質磁性材料の端部を切断する時、レーザ光
源を上記非晶質磁性材料の凹凸を有する面から照射して
切断すれば、この凹凸を有する面は光の吸収特性が優れ
ているので、切断面の精度が良くなる。
この実施例では接着剤は帯状の磁性薄板(2)のほぼ
全面にわたつて塗られており、この磁性薄板(2)の面
積は従来の場合の磁性素片(4)に比べるとある程度大
きく、全面均一,左右対称に塗布することが容易であ
る。また、得られる複数枚の磁性素片(4)の位置精度
においては、受動軸(1)に磁性薄板(2)を固着させ
る時は高い精度を要求されず、マスク合わせ等の選択被
膜除去処理の設定誤差範囲内で得られる。
以下、この発明の他の実施例を図について説明する。
第4図はこの実施例による応力検出器の製造方法を工程
順に示す流れ図、第5図は製造過程における応力検出器
を示す斜視図である。最初にステツプ(21)に示すよう
に純Ni又はパーマロイ等の磁歪材料を受動軸(1)面上
にメツキし、第5図(a)に示すように磁性薄板(2)
を受動軸(1)の周囲に固着する。
その後、上記一実施例と同様、いわゆるフオトエツチ
ング処理の工程により、ステツプ(22),(23),(2
4)で受動軸(1)と所定の角度を成す複数枚の並設す
る磁性素片(4)を得る(第5図(b))。
この実施例ではメツキ槽内の条件を攪拌,回転等によ
り電界分布,温度分布が均一になるよう配慮しておけ
ば、均質な被膜を得ることは容易である。複数枚の磁性
素片(4)の位置精度については、上記実施例と同様の
効果が得られる。
以下、この発明のさらに他の実施例を図について説明
する。第6図はこの実施例による応力検出器の製造方法
を工程順に示す流れ図である。上記一実施例と同様の工
程により、ステツプ(31)で端部を斜めに切断した帯状
の磁性薄板(2)に接着剤を塗布する(ステツプ(3
2))。これを受動軸(1)に巻きつけ(ステツプ(3
3))、120℃程度で加熱硬化させて受動軸(1)の周囲
に固着する(ステツプ(34))。加熱硬化後、10W以上
のYAG,CO2等のレーザ光源を用いて、不要部分を選択除
去し、複数枚の並設する磁性素片(4)を得る(ステツ
プ(35))。
この場合、レーザ光源は高出力のものを用い、帯状の
磁性薄板(2)の全体に熱が伝わる前にトリミングを完
了するよう、又接着部分の温度が不必要に高くならない
よう配慮する必要がある。
この実施例ではレーザトリミングを用いたが、必ずし
もレーザトリミングに限定されるのではなく、その他ブ
ラズマエツチング,イオンエツチング,電子ビーム照射
等の物理的手段を用いる方法でも同様の効果が得られ
る。
上記実施例では、磁性素片(4)が受動軸(1)の中
心軸に対して一方向に傾斜して並設する場合の製造方法
について述べたが、これに限るものではなく、例えば第
1図に示すような差動形の検出器にも適用できる。この
場合は、帯状の磁性薄板(2)の周方向の端部を切断す
る時はV字状となる。
また、上記実施例ではトルク検出器の場合について、
その製造方法を説明したが、必ずしも外力がトルクに限
定されるものではなく、外力により誘起された磁性素片
(4)の内部応力により透磁率が変化することを利用す
る検出装置全般に適用することができ、荷重計,位置検
出器,圧力計などでも同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、帯状の磁性薄板を
応力を受ける受動軸の周囲に固着する工程、及び上記受
動軸に固着された後の上記磁性薄板に選択被膜除去処理
を施し、それぞれ互いに所定の間隔を置いて分断され上
記受動軸の中心軸に対して所定の角度で並設される複数
の磁性素片を得る工程を施すことにより、磁性素片を受
動軸に固着する固着層は均一な膜厚で安定に形成され、
センサの諸特性を安定化できるものであって、製造プロ
セスが簡略化でき、精度が良くバラツキが小さく、信頼
性の高い応力検出器が得られる応力検出器の製造方法を
提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は応力検出器の一例として、一般的なトルク検出
器を示す構成図、第2図はこの発明の一実施例による応
力検出器の製造方法を示す流れ図、第3図(a),
(b)はこの一実施例に係る製造過程における応力検出
器を示す斜視図、第4図はこの発明の他の実施例による
流れ図、第5図(a),(b)はこの発明の他の実施例
に係る応力検出器を示す斜視図、第6図はこの発明のさ
らに他の実施例による流れ図、第7図は従来の応力検出
器の製造方法を示す流れ図である。 (1)……受動軸、(2)……磁性薄板、(3)……コ
イル、(4)……磁性素片、(14)……固着工程、(1
5),(16),(17)……選択被膜除去処理。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恒吉 清嗣 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 谷口 喬司 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−187835(JP,A) 特開 昭60−236041(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】帯状の磁性薄板を応力を受ける受動軸の周
    囲に固着する工程、及び上記受動軸に固着された後の上
    記磁性薄板に選択被膜除去処理を施し、それぞれ互いに
    所定の間隔を置いて分断され上記受動軸の中心軸に対し
    て所定の角度で並設される複数の磁性素片を得る工程を
    施す応力検出器の製造方法。
  2. 【請求項2】選択被膜除去処理は、フォトエッチング処
    理であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    応力検出器の製造方法。
  3. 【請求項3】選択被膜除去処理は、プラズマエッチン
    グ,イオンエッチング,レーザトリミング,及び電子ビ
    ーム照射のいずれかであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の応力検出器の製造方法。
  4. 【請求項4】帯状の磁性薄板は、受動軸の周に対応する
    長さを上記受動軸の周長より短く、軸方向の長さを形成
    される磁性素片の軸方向の長さより長くすると共に、周
    方向の端部を、上記受動軸に固着した時に上記磁性素片
    の軸に対する傾斜角度と実質的に同角度となるように形
    成されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
    第3項のいずれかに記載の応力検出器の製造方法。
  5. 【請求項5】磁性薄板の周方向の端部をレーザ光源を用
    いて切断し、受動軸に対して所定角度に傾斜させたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の応力検出器の
    製造方法。
  6. 【請求項6】磁性薄板は非晶質磁性材料より成り、この
    非晶質材料の凹凸を有する面を受動軸面に固着するよう
    にしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
    5項のいずれかに記載の応力検出器の製造方法。
  7. 【請求項7】磁性薄板は非晶質材料より成り、レーザ光
    源をこの非晶質磁性材料の凹凸を有する面から照射して
    切断することを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の
    応力検出器の製造方法。
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