JP4076168B2 - 磁歪素子、センサ、磁歪素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁歪素子、およびそれを用いたセンサ、磁歪素子の製造方法に関する。

従来より、リニアアクチュエータ、振動子、圧力センサ、トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等に磁歪素子が用いられている。
この磁歪素子は、リニアアクチュエータ、振動子等に用いる場合、付与する磁界を変化させることで、磁歪素子の寸法を変化させて駆動力を発生している。また、磁歪素子を圧力センサ、トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等に用いる場合は、外部から加わった圧力によって磁歪素子の寸法が変化し、これに伴って変化する透磁率を検出することで、センシングを行っている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開平６−１９４２４４号公報 特開２０００−２６６６２１号公報

図１１に示すように、このような磁歪素子１は、磁歪素子本体３の防錆のため、磁歪素子本体３の表面にエポキシ樹脂等でコーティングを施すことがある。
しかし、コーティングを施した磁歪素子１の表面は、エポキシ樹脂の表面張力によって、コーティング層２の外周縁部２ａが盛り上がってしまう。
例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂を用い、２５±１０μｍの厚さのコーティングを磁歪素子１に施そうとした場合、コーティング層２は、中心部２ｂに対し外周縁部２ａが６〜１５μｍ程度盛り上がってしまう。
すると、踏力検出の際に磁歪素子１に加わる圧力が、エポキシ樹脂が盛り上がった外周縁部２ａに集中し、その結果、外周縁部２ａの盛り上がりの度合いによって、磁歪素子１で検出される透磁率にばらつきが生じることになる。その結果、磁歪素子１毎に、検出特性に大きなばらつきが生じるため、圧力センサとしての精度が低下することになる。これを回避するには、磁歪素子１を特性に応じて選別したり、回路で検出特性を調整する等の必要が生じ、これには手間やコストがかかることになる。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、磁歪素子表面を平坦化し、その検出精度を向上させることのできる磁歪素子の製造方法等を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の磁歪素子の製造方法は、磁歪材料を原料として形成された焼結体の表面を、熱硬化性のコーティング剤で覆う工程と、コーティング剤で覆われた焼結体の平面部に、平面部と平行な押圧部を有した押圧部材を押し付け、コーティング剤を平坦化させる工程と、コーティング剤を熱硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
このようにして、押圧部材を押し付けることで、焼結体の平面部を覆うコーティング剤の、平面部の内周部と外周部の段差を減少させ、平坦化することができる。つまり、コーティング剤の表面張力によって、平面部の内周部に比較し外周部が突出してしまった場合に、これを修正することができるのである。これにより、この磁歪素子を圧力センサ等に組み込んだ場合、外部から加わる圧力が、焼結体の平面部に均等に作用するようになる。
なお、押圧部材は、コーティング剤で覆われた焼結体の平面部に、平面部と平行な押圧部を押し付けることでコーティング剤を平坦化できるのであれば、いかなる構成のものを用いても良い。

ところで、コーティング剤を平坦化させるのであれば、他の手段として、例えばコーティング剤を研磨ペーパ等で研磨することも考えられるが、コーティング剤の凹凸量のばらつきを小さくするには、コーティング剤の盛り上がり量に応じて研磨量を調整しなければならない。このためには、研磨と計測を繰り返さなければならず、このような手法は工業的には非現実的である。
これに対し、上記のように押圧部材を押し付ける場合、押圧条件を適宜設定すれば、凹凸量のばらつきを小さくすることができる。

コーティング剤を平坦化させる工程では、コーティング剤を加熱しながら押圧部材を押し付けるのが好ましい。熱によりコーティング剤が軟化し、コーティング剤の凹凸を修正しやすくなるからである。このとき、押圧部材を加熱することによってコーティング剤を加熱することもできるが、全体を均一に加熱するという観点からすると、所定の温度に維持された恒温槽内で、焼結体の平面部に押圧部材を押し付けるのが好ましい。
コーティング剤を平坦化させる工程での具体的な押圧条件としては、コーティング剤は、３０℃以上５０℃以下に加熱するのが好ましい。温度が低すぎるとコーティング剤が軟化せず、凹凸を修正しにくく、また温度が高すぎるとコーティング剤が押圧部材に付着してしまうからである。
また、押圧部材は、２ｋｇ／ｃｍ²以上６ｋｇ／ｃｍ²以下の圧力で焼結体の平面部に押し付けるのが好ましい。圧力が低すぎると凹凸の修正効果が出にくく、また圧力が高すぎるとコーティング剤が押圧部材に付着してしまうからである。
また、押圧部材を焼結体の平面部に押し付ける状態を、１５秒以上６０秒以下維持するのが好ましい。維持する時間が短すぎると凹凸の修正効果が出にくく、また長すぎると効率的でないからである。

本発明は、圧力が加わると透磁率が変化し、圧力を受けるための互いに平行な第一の面および第二の面を有する磁歪素子本体と、磁歪素子本体の表面を覆うように形成され、第一の面および第二の面に対応する部分の表面の凹凸が６μｍ以内とされたコーティング層と、を備えることを特徴とする磁歪素子として捉えることもできる。このような磁歪素子は、上記したような製造方法で得ることができる。
ここで、コーティング層は、主に磁歪素子本体の防錆のために形成することができるが、他の目的のためであっても良い。コーティング層は、所要の目的を果たせるのであればいかなる材質で形成しても良いが、コスト、作業性、強度、防水性、耐熱性等から、エポキシ樹脂が適している。

本発明は、圧力が加わると透磁率が変化し、圧力を受けるための互いに平行な第一の面および第二の面を有する磁歪素子と、磁歪素子の外周側に設けられたコイルと、を備えたセンサとして捉えることもできる。このようなセンサは、磁歪素子が、焼結体からなる磁歪素子本体と、この磁歪素子本体の表面を覆うように形成されたコーティング層とを備えるとともに、第一の面および第二の面におけるコーティング層の表面の凹凸が、コーティング層の厚さの２５％以内であることを特徴とする。
このようなセンサでは、磁歪素子を圧縮する方向の外力に応じた電気信号をコイルが出力することで、圧力、トルク等の外力を検出することができる。

本発明によれば、磁歪素子の表面をコーティング剤で覆った後、これを押圧することで、コーティング剤の凹凸を平坦化することができる。これにより、この磁歪素子に圧力をかけた時に検出される透磁率のばらつきを少なくすることができる。また、圧力が磁歪素子全体に均等に作用するため、得られる透磁率も高くなる。つまり、磁歪素子の特性を安定させるとともに向上させることができる。
このようにして、この磁歪素子を組み込んだセンサを高精度なものとすることが可能となる。

以下、本実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
ここでまず、本実施の形態における磁歪素子を構成する磁歪素子本体の製造方法について説明する。
本実施の形態においては、式（１）ＲＴ_y（ここで、Ｒは１種類以上の希土類金属、Ｔは１種類以上の遷移金属であり、ｙは１＜ｙ＜４を表す。）で示す組成の合金粉を焼結して磁歪素子本体を得る。
ここで、Ｒは、Ｙを含むランタノイド系列、アクチノイド系列の希土類金属から選択される１種以上を表している。これらの中で、Ｒとしては、特に、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏの希土類金属が好ましく、Ｔｂ、Ｄｙがより一層好ましく、これらを混合して用いることができる。Ｔは、１種以上の遷移金属を表している。これらの中で、Ｔとしては、特に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の遷移金属が好ましく、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉが一層好ましく、これらを混合して用いることができる。

式（１）ＲＴ_yで表す合金で、ｙは、１＜ｙ＜４を表す。ＲＴ_yは、ｙ＝２で、ＲとＴとが形成するＲＴ₂ラーベス型金属間化合物は、キュリー温度が高く、磁歪値が大きいため、磁歪素子本体に適する。ここで、ｙが１以下では、焼結後の熱処理でＲＴ相が析出して磁歪値が低下する。また、ｙが４以上では、ＲＴ₃相又はＲＴ₅相が多くなり、磁歪値が低下する。このため、ＲＴ₂がリッチな相を多くするために、ｙは、１＜ｙ＜４の範囲が好ましい。Ｒは、希土類金属を混合してもよく、特に、ＴｂとＤｙを混合して用いることが好ましい。
さらに、式（２）Ｔｂ_aＤｙ_(1-a)で表される合金であることが一層好ましい。これにより、式（３）（Ｔｂ_aＤｙ_(1-a)）Ｔ_yで表される合金で、飽和磁歪定数が大きく、大きな磁歪値が得られる。ここで、ａが０．２７以下では室温以下では十分な磁歪値を示さず、０．５０を超えると室温付近では十分な磁歪値を示さない。また、ａが０．５０以下では、この磁歪素子本体を用いて圧力センサを構成した場合、雰囲気温度に応じてインダクタンスが変化し、特に低温領域においてインダクタンスが低下する。ここで、ａは、ａ＝１．００、つまりＤｙを含有しない場合を含むものとする。Ｔは、特に、Ｆｅが好ましく、ＦｅはＴｂ、Ｄｙと（Ｔｂ、Ｄｙ）Ｆｅ₂型金属間化合物を形成することによって、大きな磁歪値を有し磁歪特性の高い焼結体が得られる。このときに、Ｆｅの一部をＣｏ、Ｎｉで置換するものであってもよいが、Ｃｏは磁気異方性を大きくするが透磁率を低くし、また、Ｎｉはキュリー温度を下げ、結果として常温・高磁場での磁歪値を低下させるために、Ｆｅは７０wt％以上、一層好ましくは８０wt％以上が良い。

また、合金粉の一部に水素吸蔵処理される原料を含んでいることが好ましい。合金粉に水素を吸蔵させることにより、歪みが生じ、その内部応力によって割れが生ずる。このために、混合される合金粉は、成形体を形成する時に圧力を受け、混合した状態の内部で粉砕されて細かくなり、焼結したときに緻密な高密度焼結体を得ることができる。さらに、Ｔｂ、Ｄｙの希土類は酸化されやすいために、わずかな酸素があっても表面に融点の高い酸化膜を形成し、焼結の進行を抑制するが、水素を吸蔵することで、酸化されにくくなる。したがって、合金粉の一部を水素吸蔵処理して高密度焼結体を製造することができる。
ここで、水素を吸蔵する原料は、式（４）Ｄｙ_bＴ_(1-b)で、ｂが０．３７≦ｂ≦１．００で表される組成であることが好ましい。ＴはＦｅ単独でも、Ｆｅの一部をＣｏ、Ｎｉで置換されたものでもよい。これにより、原料の合金粉の焼結体密度を高くすることができる。

本実施の形態では、例えば、原料粉を６５０℃以上の昇温過程での温度区間又は／及び１１５０℃以上１２３０℃以下の安定温度区間で、水素ガス雰囲気又は水素ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス＝Ｘ：１００−Ｘと表す式（５）におけるＸが、０＜Ｘ＜５０である水素ガス及び不活性ガスの混合雰囲気で焼結する。
式（１）ＲＴ_yで表す合金は、少なくとも原料粉を６５０℃以上の昇温過程で水素ガス及び不活性ガスの混合雰囲気にする。
焼結は、成形した原料粉を炉中で昇温して熱処理する。昇温速度は、３〜２０℃／minで行う。昇温速度が、３℃／min未満では生産性が低く、昇温速度が２０℃／minを超えると炉中で成形した原料粉の温度が均一にならず偏析や異相が生ずる。昇温過程の６５０℃以上とするのは、残留する微量の酸素による酸化を防止するためである。
焼結は、温度をほぼ一定に保持する安定温度にして行うのが好ましい。この安定温度は、１１５０〜１２３０℃の範囲が好ましい。安定温度が１１５０℃未満では、内部歪みを除去するために長時間が必要であり効率的ではないし、安定温度が１２３０℃を超えると、ＲＴ_yで表される合金の融点に近くなるために焼結体が溶融することがあり、また、他のＲＴ₃相等の異相が析出することがあるからである。

さらに、焼結は、水素ガス雰囲気又は水素ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス＝Ｘ：１−Ｘと表す式（６）におけるＸが、０＜Ｘ＜０．５である水素ガス及び不活性ガスの混合雰囲気下で行なうのが好ましい。
Ｒは、酸素と極めて容易に反応し、安定な希土類酸化物を形成する。これらの酸化物は、低い磁性を有するが実用上の磁性材料になるような磁気特性を示さない。高温焼結ではわずかな酸素であっても、焼結体の磁気特性を大きく低下するため、焼結等の熱処理では、特に水素ガスを含む雰囲気が好ましい。又、酸化を防ぐ雰囲気としては、不活性ガスによる雰囲気があるが、不活性ガスだけでは完全に酸素を除去することが難しく、酸素と反応性の大きい希土類金属では酸化物を形成するため、この酸化を防止するために、水素ガスと不活性ガスの混合ガスの雰囲気が好ましい。

水素ガスを含む還元性雰囲気としては、水素ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス＝Ｘ：１００−Ｘと表す式（５）で、Ｘ（vol％）が、０＜Ｘ＜５０であることが好ましい。Ａｒガスは不活性ガスでＲを酸化することがないので水素ガスと混合して還元作用を有する雰囲気を得ることができる。このため、還元作用を有するには、Ｘ（vol％）は、少なくとも０＜Ｘであることがよい。また、Ｘ（vol％）は、５０≦Ｘでは還元作用が飽和するため、Ｘ＜５０であることがよい。ここで、昇温過程の６５０℃以上の温度区間で水素ガスとＡｒガスの混合雰囲気にすることがよく、または、安定温度区間で水素ガスとＡｒガスの混合雰囲気にすることがより好ましい。

磁歪素子本体の製造工程の流れの詳細は、以下の通りである。
まず、原料の一つとして、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｆｅを秤量して、Ａｒガスの不活性雰囲気中で溶融して、合金を製造する（以下、これを「原料Ａ」と記す。）。ここでは、原料Ａとして、例えばＴｂ_0.4Ｄｙ_0.6Ｆｅ_1.94の組成にする。この原料Ａを、アニールする熱処理を行い、合金製造時の各金属元素の濃度分布を一様にし、また、析出した異相を消滅させてから、例えばアトマイザーで粉砕する。
また、原料の一つとして、Ｄｙ、Ｆｅを秤量して、Ａｒガスの不活性雰囲気中で溶融して、合金を製造する（以下、これを「原料Ｂ」と記す。）。ここでは、原料Ｂとして、例えばＤｙ_2.0Ｆｅの組成にする。この原料Ｂを、同様に、例えばアトマイザーで粉砕する。
さらに、原料の一つとして、Ｆｅを水素ガス雰囲気中で酸素を除去する還元処理を行ってから、例えばアトマイザーで粉砕して用いる（以下、これを「原料Ｃ」と記す。）。

次いで、得られた原料Ａ、Ｂ、Ｃを秤量した後、粉砕・混合処理して、組成を例えばＴｂ_0.3Ｄｙ_0.7Ｆｅ_1.88にした合金粉（原料粉末）を得る。
この後、得られた合金粉を型に入れ、所定強度、例えば８ｋＯｅの磁場中で成形し、成形体を得る。
そして、得られた成形体を、炉中で所定の温度プロファイルで昇温し、焼結体を得る。このとき、例えば、１１５０〜１２３０℃の安定温度区間で３５vol％水素ガスと６５vol％Ａｒガスの混合雰囲気で焼成を行ない、焼結体を得る。
この焼結体に対し時効処理を行った後、焼結体を所定サイズに分割することで、磁歪素子本体を得ることができる。

図１に示すように、磁歪素子１０は、上記のようにして形成された磁歪素子本体（焼結体）１１と、磁歪素子本体１１の表面全体を覆うコーティング層１５とから形成されている。
磁歪素子本体１１は、所定の厚さを有した板状で、互いに平行な一対の加圧面（第一の面、平面部）１２および加圧面（第二の面、平面部）１３と、外周面１４とを有して形成されている。
また、コーティング層１５は、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂（コーティング剤）によって形成されている。このコーティング層１５は、後述する熱プレス処理により、加圧面１２、１３に対応した部分のコーティング層１５の表面の凹凸（中心部に対する外周縁部の高さの差：段差）がなるべく小さいのが好ましい。より具体的には、コーティング層１５の膜厚にもよるが、加圧面１２、１３に圧力を均等に加えるには、コーティング層１５の表面の凹凸は、概ね６μｍ以内、さらには３μｍ以内とするのが好ましい。もちろんこの数値は、コーティング層１５を形成する材質や、コーティング層１５の膜厚によって変動する余地があるが、コーディング層１５の膜厚に対し、２５％以内、さらには１５％以内に収めるのが好ましい。

図２は、コーティング層１５を形成するための工程の流れを示すものである。
（前処理）
さて、コーティング層１５の形成に際しては、それに先立ち、磁歪素子１０の前処理として、バレル（研磨）・エッチング処理を施す（ステップＳ１０１）。
（塗装処理）
この後、金網上に複数の磁歪素子１０を置き、その状態で上面側となった一方の加圧面１２に対し、ガンスプレーで上方から熱硬化性のエポキシ樹脂を吹き付ける。これにより、加圧面１２および外周面１４にエポキシ樹脂が付着する（ステップＳ１０２）。

（予備乾燥処理）
次いで、この磁歪素子１０に吹き付けたエポキシ樹脂を、所定温度で予備乾燥する（ステップＳ１０３）。これは、後述する熱プレスの際に、エポキシ樹脂が押型に付着しないようにするためである。このため、予備乾燥の温度は、熱硬化性のエポキシ樹脂が本硬化する温度より低い温度であるのが好ましく、例えば３５〜４５℃とするのが好ましい。

（熱プレス処理）
予備乾燥後、磁歪素子１０の加圧面１２に熱プレスを施す。これには、例えば、図３に示すような熱プレス冶具２０を用いることができる。この熱プレス冶具２０は、磁歪素子１０を載置するベースプレート２１と、このベースプレート２１に対し、ホルダー２２によって上下動可能に支持されたプレス部材（押圧部材）２３と、を備えている。ここで、ベースプレート２１およびプレス部材２３の押圧面（押圧部）２３ａは、磁歪素子１０の加圧面１２、１３より大きな面積の平面を有しており、加圧面１２、１３の全面に当接できるようになっている。
このプレス部材２３は、例えば、手動で昇降させることができる。ベースプレート２１上の磁歪素子１０に対し、プレス部材２３で所定の圧力を加えるため、プレス部材２３に所定のウェイト２４を着脱自在に取り付けることができる。
ところで、プレス部材２３は、シリンダ装置等の駆動機構（図示無し）で自動的に昇降させる機構とすることもできる。その場合、この駆動機構でプレス部材２３を介し、磁歪素子１０に所定の圧力を加える。

このような熱プレス冶具２０は、恒温槽３０内に配置し、磁歪素子１０を熱プレスする際には、恒温槽３０内を一定の温度に維持するのが好ましい。これにより、恒温槽３０内の磁歪素子１０を、所定の温度に加熱した状態で、ウェイト２４およびプレス部材２３の自重によりプレスするのである。
このとき、恒温槽３０では、磁歪素子１０を、磁歪素子１０に吹き付けた熱硬化性のエポキシ樹脂の硬化反応（重合）が開始する温度よりも低い温度に維持する。

このようにして、磁歪素子１０を所定の温度に加熱しつつ、プレス部材２３でプレスすることにより、磁歪素子本体１１の加圧面１２の表面に吹き付けられたエポキシ樹脂が、プレス部材２３によって押圧され、これによって、図４（ａ）に示すように、表面張力によって磁歪素子１０の外周縁部で盛り上がった状態となっているエポキシ樹脂が、図４（ｂ）に示すようにして平坦化される。
なお、このとき、恒温槽３０内の温度は３０℃以上５０℃以下とするのが好ましく、さらには３５℃以上５０℃以下とするのが好ましい。温度が低すぎるとエポキシ樹脂の平坦化が進まず、また温度が高すぎると、プレス部材２３に軟化したエポキシ樹脂が付着してしまうからである。
また、磁歪素子１０に作用させる圧力は、２ｋｇ／ｃｍ²以上６ｋｇ／ｃｍ²以下とするのが好ましい。圧力が低すぎるとエポキシ樹脂の平坦化が進まず、また圧力が高すぎるとプレス部材２３にエポキシ樹脂が付着してしまうからである。
さらに、磁歪素子１０に圧力を作用させる時間（継続時間）は、１５秒以上、さらには２０秒以上とするのが好ましい。また圧力を作用させる時間の上限は、作業効率の面から言って、６０秒以下程度とするのが好ましい。

（硬化処理）
次いで、磁歪素子１０を、磁歪素子本体１１に吹き付けた熱硬化性のエポキシ樹脂の硬化反応（重合）が開始する温度よりも高い温度に加熱し、エポキシ樹脂を硬化させる（ステップＳ１０５）。

この後は、磁歪素子１０の上下を反転し（ステップＳ１０６）、今度は、加圧面１３に対し、上記と同様にして、塗装処理、予備乾燥処理、熱プレス処理、硬化処理を行う（ステップＳ１０７〜Ｓ１１０）。
これにより、磁歪素子本体１１の全面を覆うようにエポキシ樹脂によるコーティングがなされ、さらに、加圧面１２、１３のコーティング層１５の平坦化がなされる。

このようにしてエポキシ樹脂によるコーティングが完了した磁歪素子１０は、図５に示したような圧力センサ１００に組み込まれる。この圧力センサ１００は、ヨークを兼ねるハウジング１０１内に、磁歪素子１０と、この磁歪素子１０の外周側に配設されたコイル１０２とを備えている。ハウジング１０１は、磁歪素子１０を挟み込み、加圧面１２、１３に接触するように設けられた接触部１０１ａ、１０１ｂを一体に備えている。そして、一方の接触部１０１ａには、外部から圧力（トルク）の入力を受ける入力部１０３が一体に形成されている。
この圧力センサ１００は、外力によって入力部１０３を押圧すると、ハウジング１０１が弾性変形し、磁歪素子１０の加圧面１２を押圧する。これによって磁歪素子１０が加圧面１２、１３を結ぶ方向に縮小変形し、透磁率が変化するので、これをコイル１０２で検出し、電気信号として出力することによって圧力を検出できるのである。

上述したように、磁歪素子１０の表面にエポキシ樹脂を吹き付けた後、これを熱プレスすることで、コーティング層１５を平坦化することができる。これにより、この磁歪素子１０に圧力をかけた時に検出される透磁率のばらつきを少なくすることができる。また、圧力が磁歪素子１０の外周縁部のみに集中せず、全体に均等に作用するため、得られる透磁率も高くなる。つまり、磁歪素子１０の特性を安定させるとともに向上させることができる。その結果、この磁歪素子１０を組み込んだ圧力センサ１００を高精度なものとすることが可能となるのである。また、磁歪素子１０の特性を安定させかつ向上させることによって、従来のように磁歪素子を選別したり、回路で圧力センサの検出特性を調整する等の必要がなくなるため、手間やコストを低減することが可能となり、磁歪素子１０の歩留まりを向上させることができる。

ここで、熱プレス処理の条件（温度、圧力、時間）について検討を行ったのでその結果を示す。
まず、磁歪素子本体１１は、以下のようにして形成した。
原料Ａとして、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｆｅを秤量して、Ａｒガスの不活性雰囲気中で溶融して、Ｔｂ_0.4Ｄｙ_0.6Ｆｅ_1.94の組成を有する合金を製造した。そして、この原料Ａを、アニールする熱処理を行い、合金製造時の各金属元素の濃度分布を一様にし、また、析出した異相を消滅させてから、例えばアトマイザーで粉砕した。原料Ｂとして、Ｄｙ、Ｆｅを秤量して、Ａｒガスの不活性雰囲気中で溶融し、Ｄｙ_2.0Ｆｅの組成を有する合金を製造し、同様に、例えばアトマイザーで粉砕した。原料Ｃとして、Ｆｅを水素ガス雰囲気中で酸素を除去する還元処理を行ってから、例えばアトマイザーで粉砕した。
次いで、得られた原料Ａ、Ｂ、Ｃを秤量した後、粉砕・混合処理して、組成をＴｂ_0.3Ｄｙ_0.7Ｆｅ_1.9にした合金粉を得た。
得られた合金粉を型に入れ、８ｋＯｅの磁場中で成形し、成形体を得た。成形体の寸法は、直径８ｍｍ、厚さ３０ｍｍとした。成形体は、焼成後、所定寸法（例えば厚さ３ｍｍ）に切断加工する。
得られた成形体を、焼結用容器に収めて炉中で昇温し、１１５０〜１２３０℃の安定温度区間で３５vol％水素ガスと６５vol％Ａｒガスの混合雰囲気で焼成を行ない、磁歪素子本体１１を得た。

この磁歪素子本体１１に対し、バレル・エッチング処理を施した。
この後、磁歪素子本体１１に熱硬化性のエポキシ樹脂をスプレー法により吹き付けてコーティング層１５を形成し、磁歪素子１０を得た。用いたエポキシ樹脂は、長島特殊塗料株式会社製、Ｓ-Ｎｏ.６ 超防錆プライマー Ｃ−７２６１ グレー 主剤とした。また、エポキシ樹脂は、その膜厚が２５±１０μｍとなるように、磁歪素子本体１１に吹き付けた。
そして、得られた磁歪素子１０を、４０℃で９０分加熱し、コーティング層１５のエポキシ樹脂を予備乾燥した。

この磁歪素子１０に対し、図３に示したような熱プレス冶具２０を用い、熱プレス処理を施した。このとき、プレス部材２３は、磁歪素子１０より大きな直径１２ｍｍの押圧面２３ａを有するものとした。
熱プレスの条件は、プレス圧力２ｋｇ／ｃｍ²、圧力保持時間３０秒とし、恒温槽３０の温度（熱プレス温度）を２０（常温）、３５、４０、４５、５０、５５℃とし、それぞれ熱プレス処理を行った。
熱プレス後、磁歪素子１０を１６５℃で２５分加熱し、エポキシ樹脂を硬化させた。その後、磁歪素子１０の中央部に対する外周縁部の高さの差（段差）を、レーザー変位計で計測した。
その結果が図６に示すものである。

図６に示すように、熱プレス温度が２０℃のときに、エポキシ樹脂によるコーティング層１５の段差が１２μｍであったものが、３５℃のときには４μｍ、４０℃以上では３μｍであった。これにより、熱プレス温度を３５℃以上とすることで、コーティング層１５の修正効果が出ていると言える。また、熱プレス温度が５５℃以上となると、熱プレス時に、磁歪素子本体１１に吹き付けたエポキシ樹脂がプレス部材２３に付着していた。これにより、好ましい熱プレス温度は、３５℃以上５０℃以下であると言える。

次に、上記と同様の手法で得た磁歪素子１０に対し、熱プレスの条件を、熱プレス温度４０℃、圧力保持時間３０秒とし、プレス圧力を、０、２、４、６、８、１０、２０ｋｇ／ｃｍ²とし、それぞれ熱プレス処理を行った。
そして、その磁歪素子１０を１６５℃で２５分加熱し、エポキシ樹脂を硬化させた後、磁歪素子１０の中央部に対する外周縁部の高さの差（段差）を上記と同様に計測した。
その結果が図７に示すものである。

図７に示すように、プレス圧力が０ｋｇ／ｃｍ²、つまり加圧を行っていない場合にはコーティング層１５の段差が９μｍであったものが、プレス圧力を２ｋｇ／ｃｍ²以上とすることで３μｍとなった。また、プレス圧力が８ｋｇ／ｃｍ²以上なると、熱プレス時に、磁歪素子本体１１に吹き付けたエポキシ樹脂がプレス部材２３に付着していた。これにより、好ましいプレス圧力は、２ｋｇ／ｃｍ²以上６ｋｇ／ｃｍ²以下であると言える。

さらに、上記と同様の手法で得た磁歪素子１０に対し、熱プレスの条件を、プレス圧力２ｋｇ／ｃｍ²、熱プレス温度４０℃とし、圧力保持時間を０、１０、２０、３０、６０秒とし、それぞれ熱プレス処理を行った。
そして、その磁歪素子１０を１６５℃で２５分加熱し、エポキシ樹脂を硬化させた後、磁歪素子１０の中央部に対する外周縁部の高さの差（段差）を上記と同様に計測した。
その結果が図８に示すものである。

図８に示すように、圧力保持時間が０秒、１０秒では、コーティング層１５の段差が６μｍであったものが、圧力保持時間を２０秒以上とすることで、段差が３μｍとなった。これにより、好ましい圧力保持時間は２０秒以上であると言える。

次に、熱プレス処理の有無による、磁歪素子のコーティング層の段差を比較したのでその結果を示す。
実施例１と同様にして得た磁歪素子１５０個に対し、プレス圧力２ｋｇ／ｃｍ²、熱プレス温度４０℃とし、圧力保持時間を３０秒とした条件で熱処理を施した。熱処理後、磁歪素子を１６５℃で２５分加熱してエポキシ樹脂を硬化させた。
比較のため、実施例１と同様にして得た磁歪素子１５０個に対し、熱処理を施さず、そのまま１６５℃で２５分加熱してエポキシ樹脂を硬化させた。
熱処理を施した磁歪素子、熱処理を施さなかった磁歪素子とも、エポキシ樹脂の硬化後、磁歪素子に８０、２５０ｋｇｆの荷重をかけたときの透磁率の変化を、インダクタンスの変化量ΔＬとして計測した。
図９および図１０がその結果を示すものである。図９（ａ）は、熱処理を施さなかった磁歪素子における、加えた圧力とインダクタンスの変化量ΔＬの関係、図９（ｂ）は、熱
処理を施した磁歪素子における、加えた圧力とインダクタンスの変化量ΔＬの関係を示す
ものである。また、図１０は、図９（ａ）および（ｂ）に示したインダクタンスの変化量ΔＬの分布を示すものである。
これらの結果から明らかなように、熱処理を施さなかった磁歪素子では、インダクタンスの変化量ΔＬのσが０．０２５８であったのに対し、熱処理を施した磁歪素子では、σ
が０．０１３８であった。このように、熱処理を施さなかった磁歪素子に比較し、熱処理を施した磁歪素子では、圧力を加えたときに検出されるインダクタンスの変化量ΔＬのば
らつきが小さく、σ値は、ほぼ半減している。
さらに、熱処理を施さなかった磁歪素子では、インダクタンスの平均値が０．４３２１であったのに対し、熱処理を施した磁歪素子では、平均値が０．５０５１であった。このように、熱処理を施さなかった磁歪素子に比較し、熱処理を施した磁歪素子では、検出されるインダクタンスの変化量ΔＬの平均値自体も高くなっており、これにより磁歪素子の
特性が向上していることが確認できる。

なお、上記実施の形態では、磁歪素子のコーティング層に熱硬化性のエポキシ樹脂を用いたが、所要の耐熱性、強度、防錆性を有するのであれば、適宜他のコーティング剤を用いることができる。
また、エポキシ樹脂を用いる場合にも、そのコーティングのための工程については、上述した例に限らず、適宜他の構成に変更することが可能である。
さらに、コーティング層の厚さや、用いるコーティング剤等により、熱プレス処理の条件等は適宜変更するのが好ましい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における磁歪素子を示す図であり、（ａ）は磁歪素子の斜視図、（ｂ）は磁歪素子の断面図である。 磁歪素子のコーティング層を形成するための工程の流れを示す図である。 熱プレス装置の一例を示す図である。 （ａ）は熱プレス工程前の磁歪素子の状態を示す断面図、（ｂ）は熱プレス工程中の状態を示す断面図である。 圧力センサの構成を示す断面図である。 実施例１における結果を示すものであり、熱プレス工程におけるプレス温度とコーティング層表面の段差との関係を示す図である。 同、熱プレス工程におけるプレス圧力とコーティング層表面の段差との関係を示す図である。 同、熱プレス工程における圧力保持時間とコーティング層表面の段差との関係を示す図である。 実施例２における結果を示すものであり、（ａ）は、熱処理を施さなかった磁歪素子における、加えた圧力とインダクタンスの変化量の関係を示す図、（ｂ）は、熱処理を施した磁歪素子における、加えた圧力とインダクタンスの変化量の関係を示す図である。 熱処理を施さなかった磁歪素子と熱処理を施した磁歪素子の、インダクタンスの変化量の分布を示すものである。 段差が生じた磁歪素子を示す断面図である。

符号の説明

１０…磁歪素子、１１…磁歪素子本体（焼結体）、１２…加圧面（第一の面、平面部）、１３…加圧面（第二の面、平面部）、１４…外周面、１５…コーティング層、２０…熱プレス冶具、２１…ベースプレート、２３…プレス部材（押圧部材）、２３ａ…押圧面（押圧部）、３０…恒温槽、１００…圧力センサ、１０２…コイル

Claims (11)

1. 圧力が加わると透磁率が変化し、前記圧力を受けるための互いに平行な第一の面および第二の面を有する磁歪素子本体と、
   前記磁歪素子本体の表面を覆うように形成され、前記第一の面および前記第二の面に対応する部分の表面の凹凸が６μｍ以内とされたコーティング層と、
   を備えることを特徴とする磁歪素子。
2. 前記コーティング層がエポキシ樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁歪素子。
3. 圧力が加わると透磁率が変化し、前記圧力を受けるための互いに平行な第一の面および第二の面を有する磁歪素子と、
   前記磁歪素子の外周側に設けられたコイルと、を備え、
   前記磁歪素子は、焼結体からなる磁歪素子本体と、前記磁歪素子本体の表面を覆うように形成されたコーティング層とを備えるとともに、前記第一の面および前記第二の面における前記コーティング層の表面の凹凸が、前記コーティング層の厚さの２５％以内であることを特徴とするセンサ。
4. 前記コイルが、前記磁歪素子を圧縮する方向の外力に応じた電気信号を出力することを特徴とする請求項３に記載のセンサ。
5. 磁歪材料を原料として形成された焼結体の表面を、熱硬化性のコーティング剤で覆う工程と、
   前記コーティング剤で覆われた前記焼結体の平面部に、前記平面部と平行な押圧部を有した押圧部材を押し付け、前記コーティング剤を平坦化させる工程と、
   前記コーティング剤を熱硬化させる工程と、
   を含むことを特徴とする磁歪素子の製造方法。
6. 前記コーティング剤を平坦化させる工程では、前記コーティング剤を加熱しながら前記押圧部材を押し付けることを特徴とする請求項５に記載の磁歪素子の製造方法。
7. 前記コーティング剤を平坦化させる工程では、所定の温度に維持された恒温槽内で、前記焼結体の前記平面部に前記押圧部材を押し付けることを特徴とする請求項６に記載の磁歪素子の製造方法。
8. 前記コーティング剤を平坦化させる工程では、前記コーティング剤を３０℃以上５０℃以下に加熱することを特徴とする請求項６または７に記載の磁歪素子の製造方法。
9. 前記コーティング剤を平坦化させる工程では、２ｋｇ／ｃｍ²以上６ｋｇ／ｃｍ²以下の圧力で、前記押圧部材を前記焼結体の前記平面部に押し付けることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の磁歪素子の製造方法。
10. 前記コーティング剤を平坦化させる工程では、前記押圧部材を前記焼結体の前記平面部に押し付ける状態を、１５秒以上６０秒以下維持することを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の磁歪素子の製造方法。
11. 前記コーティング剤を平坦化させる工程では、前記焼結体を覆う前記コーティング剤の、前記平面部の内周部と外周部の段差を平坦にすることを特徴とする請求項５から１０のいずれかに記載の磁歪素子の製造方法。

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