JPH0610327B2 - トルクセンサ - Google Patents
トルクセンサInfo
- Publication number
- JPH0610327B2 JPH0610327B2 JP59135958A JP13595884A JPH0610327B2 JP H0610327 B2 JPH0610327 B2 JP H0610327B2 JP 59135958 A JP59135958 A JP 59135958A JP 13595884 A JP13595884 A JP 13595884A JP H0610327 B2 JPH0610327 B2 JP H0610327B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- torque
- torque sensor
- amorphous
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔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。
る。
トルクは回転駆動系の制御を行なう場合の基本量であ
り、こ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。
り、こ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、アモルファ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（電気学会マグネティックス研究会資料MAG-
81-72）。
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（電気学会マグネティックス研究会資料MAG-
81-72）。
これは、大きな磁気ひずみ特性を有するアモルファス磁
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、磁気ひずみに伴うアモルファス合金の磁
気特性の変化として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。
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、磁気ひずみに伴うアモルファス合金の磁
気特性の変化として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図に従って更に詳しく説明す
る。第１図において、回転軸１の外周にはアモルファス
磁性合金の薄帯から形成された環状磁心２が固定されて
いる。この環状磁心２には予めその周方向３に対して角
度θの傾き方向に誘導磁気異方性Ku′４が付与されてい
る。
る。第１図において、回転軸１の外周にはアモルファス
磁性合金の薄帯から形成された環状磁心２が固定されて
いる。この環状磁心２には予めその周方向３に対して角
度θの傾き方向に誘導磁気異方性Ku′４が付与されてい
る。
また、環状磁心２の周囲には図示しない検出コイルが配
設され、更にこの検出コイルは図示しない検出回路と接
続されている。ここで、説明を簡単にするためにθ＞４
５゜、飽和磁歪定数λs＞０と仮定する。
設され、更にこの検出コイルは図示しない検出回路と接
続されている。ここで、説明を簡単にするためにθ＞４
５゜、飽和磁歪定数λs＞０と仮定する。
いま、回転軸１にトルク５を印加すると、環状磁心２に
は＋４５゜方向に張力σが、−４５゜方向に圧縮応力−
σが加わり、磁気ひずみ効果により誘導磁気異方性Ku″
６（＝３λs・σ）が＋４５゜方向に誘導される。この
結果、Ku′とKu″の合成として誘導磁気異方性はKu7へ
変化する。
は＋４５゜方向に張力σが、−４５゜方向に圧縮応力−
σが加わり、磁気ひずみ効果により誘導磁気異方性Ku″
６（＝３λs・σ）が＋４５゜方向に誘導される。この
結果、Ku′とKu″の合成として誘導磁気異方性はKu7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
性方向によって変化するから、上述したように回転軸１
に印加されたトルクによって環状磁心２の誘導磁気異方
性が変化するようにすれば、この環状磁心２の周囲に設
けられた検出コイル及びこれと接続した検出回路により
透磁率の変化を電圧の変化として出力することによっ
て、トルクを検出することができる。
性方向によって変化するから、上述したように回転軸１
に印加されたトルクによって環状磁心２の誘導磁気異方
性が変化するようにすれば、この環状磁心２の周囲に設
けられた検出コイル及びこれと接続した検出回路により
透磁率の変化を電圧の変化として出力することによっ
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環状磁心２に予め誘導磁気
異方性Ku′4を付与しておく必要があるが、その具体的
な方法としては、回転軸の径に合わせてアモルファス磁
性合金薄帯の環状磁心を作製し、熱処理して内部応力を
除去した後、これを回転軸に挿着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。
異方性Ku′4を付与しておく必要があるが、その具体的
な方法としては、回転軸の径に合わせてアモルファス磁
性合金薄帯の環状磁心を作製し、熱処理して内部応力を
除去した後、これを回転軸に挿着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。
しかし、この方法は予めシャフトの径に合わせた環状磁
心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煩雑になるという欠点があ
る。
心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煩雑になるという欠点があ
る。
これに対して、本発明者らはアモルファス磁性合金薄帯
に予め誘導磁気異方性を付与した後、この薄帯を回転軸
に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、アモルファス磁性合金薄帯
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。この方法を
用い、本発明者らは種々のアモルファス磁性合金に対し
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。
に予め誘導磁気異方性を付与した後、この薄帯を回転軸
に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、アモルファス磁性合金薄帯
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。この方法を
用い、本発明者らは種々のアモルファス磁性合金に対し
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。
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
与し得るアモルファス磁性合金を見出し、広範囲のトル
クに亘って検出出力の大きなトルクセンサを提供しよう
とするものである。
与し得るアモルファス磁性合金を見出し、広範囲のトル
クに亘って検出出力の大きなトルクセンサを提供しよう
とするものである。
本発明者らは、トルクセンサの線形性について鋭意研究
を行なったところ、この線形性の保証には、磁性金属薄
帯の飽和磁歪定数（λs）と誘導磁気異方性（Ku0）大き
く関係していることを見い出した。
を行なったところ、この線形性の保証には、磁性金属薄
帯の飽和磁歪定数（λs）と誘導磁気異方性（Ku0）大き
く関係していることを見い出した。
本発明者らの研究によれば、Ku0／3・λs・σA２（K
u0：誘導磁気異方性，λs：飽和磁歪定数，σA：磁性金
属薄帯の表面応力）のとき、 （Ｔ：トルク，ｄ：トルク伝達軸（回転軸）の直径，Ｇ
T：トルク伝達軸の剛性率，ＧA：磁性金属薄帯の剛性
率）の範囲で優れた線形性を得ることができることが見
い出された。
u0：誘導磁気異方性，λs：飽和磁歪定数，σA：磁性金
属薄帯の表面応力）のとき、 （Ｔ：トルク，ｄ：トルク伝達軸（回転軸）の直径，Ｇ
T：トルク伝達軸の剛性率，ＧA：磁性金属薄帯の剛性
率）の範囲で優れた線形性を得ることができることが見
い出された。
すなわち、 の範囲で良好な線形性が得られるのである。
上述した式から明らかなように、広範囲のトルクに対し
線形性を保証するためには、Ku0／λsの値が重要な因子
となることがわかる。
線形性を保証するためには、Ku0／λsの値が重要な因子
となることがわかる。
この式の物理的意味としては、異なる２種類の異方性Ku
0と３λsσAの競合において、 Ku0３λsσA近傍で容易磁化方向の不安定性を生じ、
飽和現象を引き起こすわけであるのでKu0が、3λsσAよ
り十分大きければ、この飽和現象は起きず容易磁化方向
はKu0近傍でわずかに変化するにとどまる。この線形現
象の臨界値がKu0／λs＝２と言うことである。
0と３λsσAの競合において、 Ku0３λsσA近傍で容易磁化方向の不安定性を生じ、
飽和現象を引き起こすわけであるのでKu0が、3λsσAよ
り十分大きければ、この飽和現象は起きず容易磁化方向
はKu0近傍でわずかに変化するにとどまる。この線形現
象の臨界値がKu0／λs＝２と言うことである。
このように本発明者らの研究によれば、Kus／λsが大き
い程、広範囲のトルクで線形性が保証されることが見い
出されたのである。
い程、広範囲のトルクで線形性が保証されることが見い
出されたのである。
したがって、同程度のλsを有する磁性金属薄帯の場
合、磁場中熱処理により付与可能なKu0の値が大きれれ
ば大きいほど、より広範囲なトルクを線形性よく検出可
能となるわけである。
合、磁場中熱処理により付与可能なKu0の値が大きれれ
ば大きいほど、より広範囲なトルクを線形性よく検出可
能となるわけである。
本発明のトルクセンサは、回転軸に固定する磁性金属薄
帯として、原子％表示で （Ｆｅ1-aＭａ）ｚＭ′100-z （但し、Ｍ＝ＣｏまたはＮｉのうち少なくとも１種、 Ｍ′＝Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｙ，希土類金属のうちから選択される少
なくとも１種 Ｍ＝Ｎｉの場合、０．０５≦ａ≦０．４， Ｍ＝Ｃｏの場合、０．０５≦ａ≦０．９５，７５≦ｚ≦
９８） にて表されるアモルファス磁性合金を用いたことを特徴
とするものである。
帯として、原子％表示で （Ｆｅ1-aＭａ）ｚＭ′100-z （但し、Ｍ＝ＣｏまたはＮｉのうち少なくとも１種、 Ｍ′＝Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｙ，希土類金属のうちから選択される少
なくとも１種 Ｍ＝Ｎｉの場合、０．０５≦ａ≦０．４， Ｍ＝Ｃｏの場合、０．０５≦ａ≦０．９５，７５≦ｚ≦
９８） にて表されるアモルファス磁性合金を用いたことを特徴
とするものである。
以上のような組成を有するアモルファス磁性合金は磁場
中熱処理により大きな誘導磁気異方性を付与することが
でき、こうしたアモルファス磁性合金薄帯を用いたトル
クセンサは広範囲のトルクを線形性良く検出することが
できる。
中熱処理により大きな誘導磁気異方性を付与することが
でき、こうしたアモルファス磁性合金薄帯を用いたトル
クセンサは広範囲のトルクを線形性良く検出することが
できる。
本発明において、Ｍは中熱処理により大きな誘導磁気異
方性を得るための必須成分であり、CoまたはNiのうち少
なくとも１種が用いられる。ここで、Ｍ＝Miの場合、
０．０５ａ０．４、Ｍ＝Coの場合、０．０５ａ
０．９５とそれぞれａの範囲を限定したのは、この範囲
を逸脱すると、磁場中熱処理により大きな誘導磁気異方
性が得られないためである。
方性を得るための必須成分であり、CoまたはNiのうち少
なくとも１種が用いられる。ここで、Ｍ＝Miの場合、
０．０５ａ０．４、Ｍ＝Coの場合、０．０５ａ
０．９５とそれぞれａの範囲を限定したのは、この範囲
を逸脱すると、磁場中熱処理により大きな誘導磁気異方
性が得られないためである。
また、Ｍ′は結晶化温度が高く、熱安定性に優れたアモ
ルファス合金の製造に不可欠な元素であり、上述した各
種元素のうちから選択される少なくとも１種が用いられ
る。ここで、Ｚの範囲を７５〜９８（原子％）に限定し
たのは、この範囲を逸脱するとアモルファス合金の製造
が困難となるためである。
ルファス合金の製造に不可欠な元素であり、上述した各
種元素のうちから選択される少なくとも１種が用いられ
る。ここで、Ｚの範囲を７５〜９８（原子％）に限定し
たのは、この範囲を逸脱するとアモルファス合金の製造
が困難となるためである。
なお、本発明のトルクセンサに用いられるアモルファス
磁性合金は液体急冷法、例えば単ロール法、双ロール法
当や気相成長法、例えばスパッタ法等種々の方法により
製造することができる。
磁性合金は液体急冷法、例えば単ロール法、双ロール法
当や気相成長法、例えばスパッタ法等種々の方法により
製造することができる。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１〜１９及び比較例１〜７ 下記表に示す組成の各アモルファ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５m
m、平均の板厚は約３０μｍであった。
ロール法を用いて作製した。得られた薄帯の幅は約５m
m、平均の板厚は約３０μｍであった。
これらのアモルファス磁性合金について、磁場中熱処理
を行ない、誘導磁気異方性定数Kuを求めた。なお、Kuを
求める方法としては長さ１０cmの各アモルファス合金薄
帯について長さ方向及び巾方向に磁場を印加して熱処理
した後、長さ方向の磁化曲線を測定して、第２図に模式
的に示すような２つの磁化曲線（長さ方向に磁場を印加
した場合…Ｉ、巾方向に磁場を印加した場合…II）を求
め、第１象現において２つの磁化曲線が囲む面積からKu
を算出した。これらの結果を下記表に示す。
を行ない、誘導磁気異方性定数Kuを求めた。なお、Kuを
求める方法としては長さ１０cmの各アモルファス合金薄
帯について長さ方向及び巾方向に磁場を印加して熱処理
した後、長さ方向の磁化曲線を測定して、第２図に模式
的に示すような２つの磁化曲線（長さ方向に磁場を印加
した場合…Ｉ、巾方向に磁場を印加した場合…II）を求
め、第１象現において２つの磁化曲線が囲む面積からKu
を算出した。これらの結果を下記表に示す。
上記表から明らかなように比較例１〜３はメタロイド元
素（Si，Ｂ）を含むものであり、いずれもKuが小さい。
また、比較例４はNiの組成を表わすａが０．０５未満、
比較例５はNiの組成を表わすａが０．４を超え、比較例
６はCoの組成を表わすａが０．０５未満、比較例７はCo
の組成を表わすａが０．９５を超えているので、いずれ
もKuが小さい。
素（Si，Ｂ）を含むものであり、いずれもKuが小さい。
また、比較例４はNiの組成を表わすａが０．０５未満、
比較例５はNiの組成を表わすａが０．４を超え、比較例
６はCoの組成を表わすａが０．０５未満、比較例７はCo
の組成を表わすａが０．９５を超えているので、いずれ
もKuが小さい。
これに対して実施例１〜１９はいずれもKuが大きな値と
なっている。したがって、アモルファス磁性合金に予め
誘導磁気異方性を付与した後、回転軸に巻いて固定する
という簡便な工程で製造されるトルクセンサで、充分大
きなトルクを高感度に検出することができる。
なっている。したがって、アモルファス磁性合金に予め
誘導磁気異方性を付与した後、回転軸に巻いて固定する
という簡便な工程で製造されるトルクセンサで、充分大
きなトルクを高感度に検出することができる。
以上詳述した如く本発明によれば、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ァス磁性合
金を用いて、広範囲のトルクを高感度に検出し得る工業
上極めて有益なトルクセンサを提供できるものである。
大きな誘導磁気異方性を付与し得るアモルファス磁性合
金を用いて、広範囲のトルクを高感度に検出し得る工業
上極めて有益なトルクセンサを提供できるものである。
第１図は本発明に係るトルクセンサの原理図、第２図は
誘導磁気異方性定数を求める方法を示す説明図である。 １…回転軸、２…環状磁心、３…周方向、4,６，７…誘
導磁気異方性、５…トルク、
誘導磁気異方性定数を求める方法を示す説明図である。 １…回転軸、２…環状磁心、３…周方向、4,６，７…誘
導磁気異方性、５…トルク、
Claims (1)
- 【請求項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-ａＭａ）ｚＭ’100-ｚ （但し、Ｍ＝ＣｏまたはＮｉのうち少なくとも１種、 Ｍ′＝Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｙ，希土類金属のうちから選択される少
なくとも１種 Ｍ＝Ｎｉの場合、０．０５≦ａ≦０．４， Ｍ＝Ｃｏの場合、０．０５≦ａ≦０．９５，７５≦ｚ≦
９８） にて表されるアモルファス磁性合金を用いたことを特徴
とするトルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59135958A JPH0610327B2 (ja) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59135958A JPH0610327B2 (ja) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | トルクセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6115942A JPS6115942A (ja) | 1986-01-24 |
| JPH0610327B2 true JPH0610327B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=15163815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59135958A Expired - Lifetime JPH0610327B2 (ja) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610327B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010229487A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Neomax Material:Kk | 高強度感温磁性合金及び誘導加熱用発熱部材 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2624672B2 (ja) * | 1986-10-30 | 1997-06-25 | 株式会社東芝 | トルク検出装置 |
| US4896544A (en) * | 1986-12-05 | 1990-01-30 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| JPH06216426A (ja) * | 1992-06-09 | 1994-08-05 | Nippondenso Co Ltd | 磁歪層形成方法およびそれを用いた歪センサ |
| US5585574A (en) * | 1993-02-02 | 1996-12-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Shaft having a magnetostrictive torque sensor and a method for making same |
| US5725684A (en) * | 1995-12-08 | 1998-03-10 | Alps Electric Co., Ltd. | Amorphous hard magnetic alloy, amorphous hard magnetic cast alloy, and method for producing the same |
| JP4907272B2 (ja) * | 2006-08-31 | 2012-03-28 | 並木精密宝石株式会社 | 磁気トルクセンサ |
-
1984
- 1984-06-30 JP JP59135958A patent/JPH0610327B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010229487A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Neomax Material:Kk | 高強度感温磁性合金及び誘導加熱用発熱部材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6115942A (ja) | 1986-01-24 |
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