JP3275387B2

JP3275387B2 - 金属薄帯の加工方法

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Publication number: JP3275387B2
Application number: JP25954992A
Authority: JP
Inventors: 裕之長谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 2002-04-15
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JPH06106245A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属薄帯を円筒形状に熱
処理加工する加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁歪を有する非晶質磁性合金や鉄
系合金を応用したトルクセンサや圧力センサ等の力学量
センサの開発が活発である。例えば特開昭５９−６１７
３１号公報では、軸の表面に非晶質合金を接着した構成
で、トルクにより軸表面に発生する応力を非晶質合金の
応力による磁気特性変化に変換し、磁気的な検出手段で
トルクを検出するトルクセンサの報告がある。この場
合、非晶質合金を熱処理により軸径と同じ曲率の円筒形
状としたのち軸に加圧接着している。

【０００３】非晶質合金を円筒形状に加工する方法とし
ては、一般に、同一材質で、所定の外径を有する内部円
筒体と前記外径より大きな径の内部円筒面を有する外部
構造体からなる熱処理治具を用い、内部円筒体の外周部
分に薄帯を巻き付け、その外側に同心に外部円筒体を配
置し、内部円筒体の外周と外部円筒体の内周に形成され
る隙間部分に金属薄帯を固定して熱処理する加工や、円
筒外周に非晶質合金を巻き付け、その外側をワイヤ−で
締め付けて円筒状に固定し熱処理する加工方法があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】力学量センサに用いる
非晶質磁性合金は、歪や力に超高感度なため、熱処理に
より非晶質合金を円柱状の形状に熱処理して用いる。し
かしながら、熱処理により円柱状（軸と相似形）でな
く、多角柱のような形状に熱処理された非晶質合金を軸
表面に接着した場合には、局所的な曲げ応力が不均一に
発生し特性バラツキの原因や局所応力による破損の原因
となり問題となっていた。

【０００５】従来の熱処理治具では、同一金属材ででき
た外部構造体と内部構造体の隙間部分に非晶質合金薄帯
を取り付けて熱処理するが、隙間部分と非晶質合金の厚
みの差が１５μｍ以下では作業性が悪く、大体５μｍ以
下では取付が不可能であった。特に、隙間が５μｍ以下
の場合は、治具と非晶質合金の間の摩擦力のために、非
晶質合金が破損するなどの問題が発生していた。このた
め、従来の熱処理治具では、薄帯を所定の直径の円筒形
状に熱処理加工する場合、真円に近い加工を実施しよう
としても、外部円筒体（外部構造体）と内部円筒体（内
部構造体）の形成する隙間を、金属薄体の厚みより広く
とる必要があるため、真円でなく多角形柱形状に熱処理
される問題であった。

【０００６】また、金属円柱の外周に非晶質合金を巻き
付け、その外側から金属ワイヤ−等で締め付ける工法を
もちいる場合は、ワイヤ−の両端の加工処理、締め付け
治具などが必要で作業性、再現性が悪く問題になってい
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、所定直径の円筒状内周面を有する外部構造体と、
前記所定直径より小さい外径を有する円柱状外周面を有
する内部構造体からなり、室温から熱処理温度までの温
度範囲で、前記内部構造体の平均熱膨張係数が前記外部
構造体の熱膨張係数より大きい材料から作製され、前記
円筒状内周面と前記円筒状の外周面が同心に配置され、
両者の隙間に金属薄帯を保持して熱処理し、合金薄帯を
円筒形状に加工することを特徴とする熱処理治具とし
た。

【０００８】

【作用】内部構造体の熱膨張係数を外部構造体の熱膨張
係数より大きくすることで、室温では内部構造体の外周
面と外部構造体の内周面の作る隙間を金属薄帯の厚みよ
り十分に大きくでき、薄帯の取付が簡単で、昇温すると
熱膨張差により隙間が小さくなるため、多角柱形状でな
く真円に近い加工が可能となる。

【０００９】このような熱処理を行うことで、力学量セ
ンサの再現性が大幅に改善されるほか、多角柱に加工さ
れたことに起因した接着時の非晶質合金の破損も大幅に
低減できる他、作業性が飛躍的に向上するなどの作用が
ある。

【００１０】

【実施例】以下具体例について詳細に述べる。図１は本
発明による一実施例の熱処理治具の構造である。図中１
は、内部構造体で、シンチュウ製の円柱である。外周
は、室温約２０℃で、１１．８７０ｍｍに加工してあ
る。図中２は、チタン製の外部構造体であり内周は、室
温で１２．０００ｍｍである。高さは１、２とも２５．
１ｍｍであった。シンチュウ、チタンの熱膨張係数は、
室温〜４３０℃で平均２３×１０^-6（１／℃）、９．４
×１０^-6（１／℃）であった。

【００１１】図２において、非晶質合金３は、超急冷片
ロ−ル法により作製後、図２の形状にエッチングで加工
した。組成はＦｅ₇₀Ｃｒ₄Ｓｉ₁₆Ｂ₁₀で、飽和磁歪定数
２２ｐｐｍあった。縦は、前述の外部構造体２の内周長
より０．４ｍｍ程度短い３７．３ｍｍ、横幅は、前述の
治具の高さと同じ２５．１ｍｍである。厚みは、最大で
３２μｍ、最小３０μｍであった。非晶質合金３には、
複数個の孔やスリット３ａが形成してある。

【００１２】図３（ａ）は、非晶質磁性合金３を、内部
構造体１に巻き付ける様子を示したものである。（ｂ）
のように内部構造体１と外部構造体２の隙間に非晶質合
金を保持し熱処理を行うことで非晶質合金を円筒形の巻
き癖を付与できる。

【００１３】熱処理温度は、高いほど短時間で済むが、
結晶化温度以下で行う必要がある。今回の非晶質合金の
結晶化温度は４８０℃であるため、熱処理温度を４３０
℃とした。

【００１４】本実施例による熱処理治具は、内部構造体
の外周面と外部構造体の内周面の形成する隙間部分に非
晶質合金を保持する構成となっている。隙間部分の寸法
を図４のｄと定義する。上述の寸法を用いると室温でｄ
＝６５μｍである。アモルファスの厚み３０μｍの約２
倍の隙間があり、取付が容易である。取り付けたときの
様子を図５（ａ）に示した。室温では、図に示したごと
く真円から大きくずれた形状で保持される。４３０℃に
加熱した場合、内部構造体１の熱膨張が外部構造体２の
それより大きいため、隙間ｄは非晶質合金の厚みと、全
く同じ３２μｍとなる。この様子を図５（ｂ）に示し
た。図から明かなように、隙間部分ｄの大きさと非晶質
合金の厚みを同一にすることが可能となる。結果、真円
形状の巻き癖を与えることができる。

【００１５】これに対し、従来構成の熱処理治具では、
内部構造体１と外部構造体２を同一材料で作製するた
め、真円に近い熱処理を実行しようとすると、隙間部分
の寸法ｄを非晶質合金の厚みと同じに加工する必要があ
る。しかしながら、隙間ｄと非晶質合金の厚みの差を１
５μｍ程度にすると、図３に示したような取付が困難
で、５μｍ以下では摩擦力のため事実上取付が不可能
で、無理に取り付けると非晶質合金を破損してしまう。
このため、隙間ｄを非晶質合金の厚みより１５μｍ以上
に加工すると作業性は向上するが、この場合、図５
（ａ）に示したように、非晶質合金が真円からずれた形
状で保持される。温度を４３０℃に昇温した場合にも同
様の状態のままである。従って、熱処理後の真円度が悪
かった。

【００１６】また、外周が１２ｍｍの円柱外周に非晶質
合金を巻き付け、０．１ｍｍのワイヤ−でその外から巻
き付け固定する方法を用い熱処理を行った。ワイヤ−を
巻くため作業性が悪い。円柱状に熱処理されたアモルフ
ァス磁性合金の両端部分の直径が広がったツズミ形状に
熱処理される傾向があった。

【００１７】熱処理後、顕微鏡とＸ−Ｙテ−ブル（１μ
ｍオ−ダ−での移動が可能）を用いて、非晶質合金の巻
癖直径測定した。本実施例の熱処理治具を用いた場合の
直径ばらつきは約１μｍであったのに対し、従来の熱処
理治具は、９μｍであった。１桁以上の改善ができた。
ワイヤ−で固定する方法の場合、４０μｍと極端に悪か
った。

【００１８】各々の熱処理で得た非晶質合金を円柱に接
着固定し、その外側に同心円状に円筒形状のコイルを配
置して、インダクタンス値のバラツキを測定した。バラ
ツキは、非晶質合金薄帯が作製工法が原因で、厚みの１
％程度の厚みむらがあることに起因している。すなわ
ち、接着されたときに非晶質合金が真円からズレている
と、曲げ応力を受け、この応力の大きさが厚みむらに起
因するためである。本実施例による熱処理治具を用いた
場合、従来の熱処理治具の場合とワイヤ−を用いる場合
のバラツキは、各々４％、１４％、２４％であった。本
実施例による熱処理治具をもちいれば、真円に近いた
め、接着時の内部応力のバラツキに起因したインダクタ
ンス値バラツキを低減できる。

【００１９】力学量センサ（トルクセンサ）に用いる非
晶質合金の場合、軸に取り付け時に曲げ応力を受ける場
合が多い。曲げ応力に対する強度の評価を実施した。２
枚の平行板の間に熱処理加工した非晶質合金を取り付
け、平行板の間隔を段々と狭め、破壊する最小径を測定
した。測定方法を図６に示した。図中４は押さえ板であ
る。４ｒは、破壊する最小径を示している。

【００２０】Ｆｅ₇₀Ｃｒ₄Ｓｉ₁₆Ｂ₁₀非晶質合金の場
合、本発明による熱処理治具の場合４ｒ＝０．３ｍｍ
で、従来構成の治具の場合、４ｒ＝０．５ｍｍ、ワイヤ
−を用いる方式の場合４ｒ＝１．５ｍｍで破損した。こ
のことから、真円に近い熱処理加工を実施すると破損し
にくくなることが分かった。原因は明確でないが、直径
の不均一に起因して局所的応力集中が生じるためと思わ
れる。

【００２１】同様の実験を他の組成の非晶質合金につい
ても実施し、従来治具、ワイヤ−を用いる方式との比較
を行った。結果を（表１）、（表２）、（表３）に示し
た。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】（表１）は、各種組成の非晶質合金につい
て、本実施例による熱処理治具を用いた場合のインダク
タンス値バラツキ、破損に至る最小径４ｒ、直径のバラ
ツキを示した。（表２）、（表３）は、従来の熱処理治
具、ワイヤ−を用いる方式についての同種の測定結果を
示す。測定は各組成について、５個の平均を示した。破
損に至る最小径４ｒは小さい程強度が良好なことを表
し、直径バラツキは小さいほど真円に近いことを示す。
インダクタンス値バラツキと直径バラツキには、相関が
あるようである。

【００２６】本実施例によれば、真円に近い熱処理が可
能となるため、力学量センサに使用するために接着固定
した場合の磁気特性の再現性が向上し、また、破壊強度
が向上するなどの効果がある。

【００２７】上述の実施例では、チタンと真鍮を用いた
場合の熱処理治具を例に説明したが、材質は別に問わな
い。長期の使用に際しては、熱処理にともなう材料の熱
膨張係数の変化の問題があるため予め高温で熱処理した
治具を用いるのが好ましい。

【００２８】また、熱処理中に地磁気や電気炉の発生す
る磁気の影響を受ける磁性合金を熱処理する場合には、
治具を鉄−ニッケル合金等の軟磁性体で形成すると影響
を低減できることがわかっている。直径等が変化した場
合も同様の効果があることは明白である。

【００２９】このような熱処理治具を用いれば、円柱等
に非晶質合金を接着する構成のトルクセンサ、圧力セン
サ、荷重センサ等の再現性の向上に大きな効果が期待で
きる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、内部構造体の熱膨張係
数を外部構造体のそれより大きくする熱処理治具を使用
することで、金属薄帯を熱処理により円筒状に加工する
場合に真円に近い加工が可能となるほか、曲げ応力に対
する破壊強度が改善できるほか、接着した場合の磁気特
性の再現性を大きく改善できる、また薄帯の熱処理治具
への取付が容易で作業効率が大幅に改善できる等の効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の熱処理治具の構造図

【図２】同実施例の非晶質合金のエッチングパタ−ンを
示す図

【図３】同実施例の熱処理治具の使用方法を示す図

【図４】同実施例の隙間部分の寸法を定義する図

【図５】同実施例の非晶質合金の取付状態を表す図

【図６】同実施例の曲げ応力に対する強度測定を示す図

【符号の説明】１内部構造体２外部構造体３非晶質合金４押さえ板４ｒ破壊する幅ｄすきま

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 3/14 B21D 5/01 B21D 51/00 - 51/54 C21D 9/08 G01L 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属薄帯を円筒形状に加工するための加工
方法において、所定直径の円筒状内周面を有する外部構
造体と、前記所定直径より小さい外径の円筒状外周面を
有する内部構造体からなり、室温から熱処理温度までの
温度範囲で、前記内部構造体の熱膨張係数が前記外部構
造体の平均熱膨張係数より大きい材料からなる治具を用
いて、前記円筒状内周面と前記円筒状外周面を同心に配
置し、両者の隙間に前記金属薄帯を保持して熱処理し、
前記金属薄帯を円筒形状に加工することを特徴とする金
属薄帯の加工方法。
【請求項２】金属薄帯が非晶質合金であることを特徴と
する請求項１記載の金属薄帯の加工方法。