JPH0470792B2 - - Google Patents
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- JPH0470792B2 JPH0470792B2 JP58053759A JP5375983A JPH0470792B2 JP H0470792 B2 JPH0470792 B2 JP H0470792B2 JP 58053759 A JP58053759 A JP 58053759A JP 5375983 A JP5375983 A JP 5375983A JP H0470792 B2 JPH0470792 B2 JP H0470792B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
［発明の技術分野］
本発明は非接触でトルクを検出するトルクセン
サに関する。 ［発明の技術的背景とその問題点］ トルクは回転駆動系の制御を行う場合の基本量
で、それを精密に検出するためには非接触構造で
あることが必要である。 最近、アモルフアス磁性合金の磁気ひずみ特性
を利用し、直接非接触でトルクを検出するトルク
センサが提案されている（電気学会マグネテイツ
クス研究会資料MAG−81−71）。 これは、大きな磁気ひずみ特性を有するアモル
フアス磁性薄帯を回転軸に巻いて固定し、トルク
に伴う回転軸のひずみ応力を、磁気歪みに伴うア
モルフアス合金の磁気特性の変化を検出すること
によりトルクを非接触で検出するものである。 このトルクセンサを第１図に従つて更に詳しく
説明する。第１図中１はアモルフアス磁性合金の
薄帯から形成された環状磁芯であり、この環状磁
芯１にはその周方向２に対して角度θの傾き方向
に誘導磁気異方性Ku′３が付与されて回転軸２に
巻回して固定されている。説明を簡単にするため
に、θ＞45゜、飽和磁歪定数λs＞０と仮定する。
回転軸４にトルク５を印加すると、１には＋45゜
の方向に張力σが、−45゜の方向には圧縮力−σが
加わり、磁気ひずみ効果により誘導磁気異方性
Ku″＝3λs・σが＋45゜方向に誘導される。その結
果Ku′とKu″の合成として誘導磁気異方性はKu６
へ変化する。 一般に、磁性体の透磁率は励磁方向に対する誘
導磁気異方性の方向によつて変化するから、第１
図に示す如く、回転軸に加えられたトルクによつ
てアモルフアス磁性合金薄帯の環状磁芯の誘導磁
気異方性が変化するようにすれば、この環状磁芯
の周囲に近接して検出コイルを配設し、検出回路
で透磁率の変化を電圧の変化として出力すること
によつて、トルクを検出することができる。 上記トルクセンサにおいては、誘導磁気異方性
Ku′３を付与しておく必要があるが、この具体的
な方法としては回転軸の径に合わせてアモルフア
ス磁性合金薄帯の環状磁芯を作製し、熱処理して
内部応力を除去した後、これを前記回転軸に巻回
して軸にねじりを与えた状態で接着し、軸のねじ
りをもどすという方法が知られている。（電気学
会マグネテイツクス研究会資料MAG−81−71）。 しかしながら、この方法は予めシヤフトの径に
合わせた環状磁芯を作製する必要があること、回
転軸にねじりを与える必要があることなど工程が
繁雑になるという欠点があつた。 これに対して、本発明者らはアモルフアス磁性
合金薄帯に予め誘導磁気異方性を付与した後、前
記薄帯を回転軸に巻いて固定するという方法を見
出し、先に出願した。この具体的な方法の１つと
しては、アモルフアス磁性合金薄帯の長手方向に
対してある角度θを持つ方向に外部から直流磁場
を印加したまま加熱する方法である。 本発明者らは種々のアモルフアス磁性合金に対
して、上記磁場中熱処理を施して誘導磁気異方性
を付与したところ、合金組成によりその大きさが
かなり変化することを見出した。 ［発明の目的］ 本発明は磁場中熱処理により大きな誘導磁気異
方性を付与し得るアモルフアス磁性合金を見い出
し、容易にかつ検出出力の大きなトルクセンサを
提供することを目的とするものである。 ［発明の概要］ 本発明者らは上述したトルクセンサに用いられ
るアモルフアス磁性合金として各種アモルフアス
磁性合金について鋭意研究を行なつた結果、下記
合金組成から成るアモルフアス磁性合金を用いれ
ば上記目的を達成できることを見出した。すなわ
ち、本発明のトルクセンサは原子％表示で、 （Fe1−ａ−bMaM′b）zSixBy 〔但し、Ｍ＝CoまたはNiの少くとも１種、 M′＝Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，
Mo，Ｗ，Mn，Re，Ru，Rh，Ir，
Pd，Pt，Ag，Au，Cu，Zn，Al，
Ga，In，Ge，Sn，Pd，Sb，Bi，
Ｙ、希土類金属のうちから選択され
る少くとも１種、 Ｍ＝Niの場合 0.1ａ0.4 Ｍ＝Coの場合 0.1ａ0.8 ０ｂ0.15、 ０ｘ20、４ｙ35 ｘ＋ｙ＋ｚ＝100〕 にて表わされるアモルフアス磁性合金を用いたも
のである。ここで、Ｍは誘導磁気異方性の大きな
値が得られるための必須成分であるが、その値が
Ｍ＝Niの場合ａ＜00.1またはａ＞0.4ではその値
が小さく有効でなく、Ｍ＝Coの場合ａ＜0.1また
はａ＞0.8ではその値が小さく有効でない。M′は
アモルフアス合金の結晶化温度を上昇させ、熱安
定性を向上させるとともに熱膨張係数の大きさを
調整することが出来、回転シヤフト材の熱膨張係
数の大きさに合わせることが出来、信頼性の高い
トルクセンサを得ることに有効な元素であるが、
その大きさがｂ＝0.15を越えるとアモルフアス化
することが困難になる。Siは結晶化温度を上昇さ
せるのに効果のある元素であるが、その含有率を
上記範囲に限定したのは、ｘが20を越えるとアモ
ルフアス合金の製造が困難になるためである。ま
た、Ｂはアモルフアス合金の製造に不可欠の元素
であるが、その含有率を上記範囲に限定したのは
ｙが４未満および35を超えるとアモルフアス合金
の製造が困難になるためである。 本発明に用いられるアモルフアス磁性合金薄帯
の板厚は薄い方が良く、平均の板厚（重量と比重
から求めた板厚）として20μm以下であることが
好ましい。これは、板厚が20μmを超えると、ア
モルフアス磁性合金薄帯と検出すべきトルクを発
生する回転軸との接着が充分でなくなり、トルク
を正しく検出することが困難となるためである。 ［発明の実施例］ 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例１〜14および比較例１〜３として第１表
に示す組成の各アモルフアス磁性合金の薄帯を単
ロール法を用いて作製した。得られた薄帯の幅は
約10mm、平均の板厚は約18μmであつた。これら
のアモルフアス磁性合金について、磁場中処理を
行い、誘導磁気異方性Kuを求めた。Kuの求め方
としては、長さ10cmの上記の各アモルフアス合金
の長さ方向および巾方向に磁場をかけて熱処理し
その磁化曲線を測定して、第２図に模式的に示す
ように、第１象現における２つの磁化曲線（長手
方向に磁場、巾方向に磁場）が囲む面積から
Kuを算出した。これらの結果を第１表に併記す
る。 また、上記各種アモルフアス磁性合金の熱膨張
係数を引張加重式の熱膨張計を用いて測定した。
結果を同じく第１表に示した。
サに関する。 ［発明の技術的背景とその問題点］ トルクは回転駆動系の制御を行う場合の基本量
で、それを精密に検出するためには非接触構造で
あることが必要である。 最近、アモルフアス磁性合金の磁気ひずみ特性
を利用し、直接非接触でトルクを検出するトルク
センサが提案されている（電気学会マグネテイツ
クス研究会資料MAG−81−71）。 これは、大きな磁気ひずみ特性を有するアモル
フアス磁性薄帯を回転軸に巻いて固定し、トルク
に伴う回転軸のひずみ応力を、磁気歪みに伴うア
モルフアス合金の磁気特性の変化を検出すること
によりトルクを非接触で検出するものである。 このトルクセンサを第１図に従つて更に詳しく
説明する。第１図中１はアモルフアス磁性合金の
薄帯から形成された環状磁芯であり、この環状磁
芯１にはその周方向２に対して角度θの傾き方向
に誘導磁気異方性Ku′３が付与されて回転軸２に
巻回して固定されている。説明を簡単にするため
に、θ＞45゜、飽和磁歪定数λs＞０と仮定する。
回転軸４にトルク５を印加すると、１には＋45゜
の方向に張力σが、−45゜の方向には圧縮力−σが
加わり、磁気ひずみ効果により誘導磁気異方性
Ku″＝3λs・σが＋45゜方向に誘導される。その結
果Ku′とKu″の合成として誘導磁気異方性はKu６
へ変化する。 一般に、磁性体の透磁率は励磁方向に対する誘
導磁気異方性の方向によつて変化するから、第１
図に示す如く、回転軸に加えられたトルクによつ
てアモルフアス磁性合金薄帯の環状磁芯の誘導磁
気異方性が変化するようにすれば、この環状磁芯
の周囲に近接して検出コイルを配設し、検出回路
で透磁率の変化を電圧の変化として出力すること
によつて、トルクを検出することができる。 上記トルクセンサにおいては、誘導磁気異方性
Ku′３を付与しておく必要があるが、この具体的
な方法としては回転軸の径に合わせてアモルフア
ス磁性合金薄帯の環状磁芯を作製し、熱処理して
内部応力を除去した後、これを前記回転軸に巻回
して軸にねじりを与えた状態で接着し、軸のねじ
りをもどすという方法が知られている。（電気学
会マグネテイツクス研究会資料MAG−81−71）。 しかしながら、この方法は予めシヤフトの径に
合わせた環状磁芯を作製する必要があること、回
転軸にねじりを与える必要があることなど工程が
繁雑になるという欠点があつた。 これに対して、本発明者らはアモルフアス磁性
合金薄帯に予め誘導磁気異方性を付与した後、前
記薄帯を回転軸に巻いて固定するという方法を見
出し、先に出願した。この具体的な方法の１つと
しては、アモルフアス磁性合金薄帯の長手方向に
対してある角度θを持つ方向に外部から直流磁場
を印加したまま加熱する方法である。 本発明者らは種々のアモルフアス磁性合金に対
して、上記磁場中熱処理を施して誘導磁気異方性
を付与したところ、合金組成によりその大きさが
かなり変化することを見出した。 ［発明の目的］ 本発明は磁場中熱処理により大きな誘導磁気異
方性を付与し得るアモルフアス磁性合金を見い出
し、容易にかつ検出出力の大きなトルクセンサを
提供することを目的とするものである。 ［発明の概要］ 本発明者らは上述したトルクセンサに用いられ
るアモルフアス磁性合金として各種アモルフアス
磁性合金について鋭意研究を行なつた結果、下記
合金組成から成るアモルフアス磁性合金を用いれ
ば上記目的を達成できることを見出した。すなわ
ち、本発明のトルクセンサは原子％表示で、 （Fe1−ａ−bMaM′b）zSixBy 〔但し、Ｍ＝CoまたはNiの少くとも１種、 M′＝Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，
Mo，Ｗ，Mn，Re，Ru，Rh，Ir，
Pd，Pt，Ag，Au，Cu，Zn，Al，
Ga，In，Ge，Sn，Pd，Sb，Bi，
Ｙ、希土類金属のうちから選択され
る少くとも１種、 Ｍ＝Niの場合 0.1ａ0.4 Ｍ＝Coの場合 0.1ａ0.8 ０ｂ0.15、 ０ｘ20、４ｙ35 ｘ＋ｙ＋ｚ＝100〕 にて表わされるアモルフアス磁性合金を用いたも
のである。ここで、Ｍは誘導磁気異方性の大きな
値が得られるための必須成分であるが、その値が
Ｍ＝Niの場合ａ＜00.1またはａ＞0.4ではその値
が小さく有効でなく、Ｍ＝Coの場合ａ＜0.1また
はａ＞0.8ではその値が小さく有効でない。M′は
アモルフアス合金の結晶化温度を上昇させ、熱安
定性を向上させるとともに熱膨張係数の大きさを
調整することが出来、回転シヤフト材の熱膨張係
数の大きさに合わせることが出来、信頼性の高い
トルクセンサを得ることに有効な元素であるが、
その大きさがｂ＝0.15を越えるとアモルフアス化
することが困難になる。Siは結晶化温度を上昇さ
せるのに効果のある元素であるが、その含有率を
上記範囲に限定したのは、ｘが20を越えるとアモ
ルフアス合金の製造が困難になるためである。ま
た、Ｂはアモルフアス合金の製造に不可欠の元素
であるが、その含有率を上記範囲に限定したのは
ｙが４未満および35を超えるとアモルフアス合金
の製造が困難になるためである。 本発明に用いられるアモルフアス磁性合金薄帯
の板厚は薄い方が良く、平均の板厚（重量と比重
から求めた板厚）として20μm以下であることが
好ましい。これは、板厚が20μmを超えると、ア
モルフアス磁性合金薄帯と検出すべきトルクを発
生する回転軸との接着が充分でなくなり、トルク
を正しく検出することが困難となるためである。 ［発明の実施例］ 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例１〜14および比較例１〜３として第１表
に示す組成の各アモルフアス磁性合金の薄帯を単
ロール法を用いて作製した。得られた薄帯の幅は
約10mm、平均の板厚は約18μmであつた。これら
のアモルフアス磁性合金について、磁場中処理を
行い、誘導磁気異方性Kuを求めた。Kuの求め方
としては、長さ10cmの上記の各アモルフアス合金
の長さ方向および巾方向に磁場をかけて熱処理し
その磁化曲線を測定して、第２図に模式的に示す
ように、第１象現における２つの磁化曲線（長手
方向に磁場、巾方向に磁場）が囲む面積から
Kuを算出した。これらの結果を第１表に併記す
る。 また、上記各種アモルフアス磁性合金の熱膨張
係数を引張加重式の熱膨張計を用いて測定した。
結果を同じく第１表に示した。
【表】
しかして、第１表の実施例１〜14のトルクセン
サに用いられるアモルフアス磁性合金はKuが２
×103erg／cm2以上と大きく、予め誘導磁気異方性
を付与してから回転軸にアモルフアス合金を固定
するタイプのトルクセンサとして使用時充分大き
なトルクを検出し得る。また、熱膨張係数は
M′元素の選択により種々変えることが出来、従
つて回転シヤフトの材質をそれに合わせて任意に
選定できる。 ［発明の効果］ 以上、詳述した如く本発明によれば、予め大き
な誘導磁気異方性をアモルフアス合金に付与する
ことが出来、それを回転軸に固定することにより
大きなトルクの検出が出来るセンサを提供できる
ものである。
サに用いられるアモルフアス磁性合金はKuが２
×103erg／cm2以上と大きく、予め誘導磁気異方性
を付与してから回転軸にアモルフアス合金を固定
するタイプのトルクセンサとして使用時充分大き
なトルクを検出し得る。また、熱膨張係数は
M′元素の選択により種々変えることが出来、従
つて回転シヤフトの材質をそれに合わせて任意に
選定できる。 ［発明の効果］ 以上、詳述した如く本発明によれば、予め大き
な誘導磁気異方性をアモルフアス合金に付与する
ことが出来、それを回転軸に固定することにより
大きなトルクの検出が出来るセンサを提供できる
ものである。
第１図はトルクセンサを説明する原理図、第２
図は誘導磁気異方性を求める方法を示した概略
図。
図は誘導磁気異方性を求める方法を示した概略
図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 磁歪を有する磁性金属薄帯を回転軸に固定
し、該回転軸に加えられたトルクにより前記磁性
金属薄帯の磁気特性が変化することを利用してト
ルクの非接触検出を行うトルクセンサにおいて、
前記磁性金属として、 （Fe1-a-bMaM′b）zSixBy ［但し、Ｍ＝CoまたはNiの少くとも１種、 M′＝Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，
Mo，Ｗ，Mn，Re，Ru，Rh，Ir，
Pd，Pt，Ag，Au，Cu，Zn，Al，
Ga，In，Ge，Sn，Pb，Sb，Bi，
Ｙ、希土類金属のうちから選択され
る少くとも１種、 Ｍ＝Niの場合0.1≦ａ≦0.4、 Ｍ＝Coの場合0.1≦ａ≦0.8、 ０≦ｂ≦0.15 ０≦ｘ≦20、４≦ｙ≦35 ｘ＋ｙ＋ｚ＝100］ の組成からなるアモルフアス磁性合金を用いた事
を特徴とするトルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053759A JPS59181575A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053759A JPS59181575A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | トルクセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59181575A JPS59181575A (ja) | 1984-10-16 |
| JPH0470792B2 true JPH0470792B2 (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=12951740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58053759A Granted JPS59181575A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59181575A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3502008A1 (de) * | 1985-01-23 | 1986-07-24 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Dehnungsaufnehmer |
| EP0464964B1 (en) * | 1986-09-26 | 1995-08-02 | Nissan Motor Company Limited | Torque detecting devices |
| US4896544A (en) * | 1986-12-05 | 1990-01-30 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| US4760745A (en) * | 1986-12-05 | 1988-08-02 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| JP2615661B2 (ja) * | 1987-09-09 | 1997-06-04 | 大同特殊鋼株式会社 | トルクセンサ |
| JP2598493B2 (ja) * | 1988-11-04 | 1997-04-09 | 大同特殊鋼株式会社 | トルクセンサ |
| US5585574A (en) * | 1993-02-02 | 1996-12-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Shaft having a magnetostrictive torque sensor and a method for making same |
| US7363827B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-04-29 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Torque sensor system including an elliptically magnetized shaft |
| US7469604B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-12-30 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
-
1983
- 1983-03-31 JP JP58053759A patent/JPS59181575A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59181575A (ja) | 1984-10-16 |
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