JPH06216426A - 磁歪層形成方法およびそれを用いた歪センサ - Google Patents
磁歪層形成方法およびそれを用いた歪センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 優れた軟磁性及び磁歪特性とともに磁気異方
性を有する強度の高い磁歪層を得ることのできる磁歪層
形成方法を提供すること、および、磁歪層を用いて、高
感度な歪センサを提供することを目的とする。 【構成】 シャフト等の被検出部材１表面に歪を検出す
べく形成される磁歪層２の形成方法において、被検出部
材１表面に合金層を形成した後、高エネルギー密度ビー
ム３を合金層２（ａ）に対して、被検出部材１表面の所
望検出方向に、オーバーラップさせて走査する照射方法
により、磁気異方性を付与させて磁歪層２を形成する磁
歪層形成方法。
性を有する強度の高い磁歪層を得ることのできる磁歪層
形成方法を提供すること、および、磁歪層を用いて、高
感度な歪センサを提供することを目的とする。 【構成】 シャフト等の被検出部材１表面に歪を検出す
べく形成される磁歪層２の形成方法において、被検出部
材１表面に合金層を形成した後、高エネルギー密度ビー
ム３を合金層２（ａ）に対して、被検出部材１表面の所
望検出方向に、オーバーラップさせて走査する照射方法
により、磁気異方性を付与させて磁歪層２を形成する磁
歪層形成方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、ロボット、電
動機などにおいて、トルクセンサ、歪センサなどで歪検
出に用いられる磁歪層を形成する磁歪層形成方法および
歪センサに関するものである。
動機などにおいて、トルクセンサ、歪センサなどで歪検
出に用いられる磁歪層を形成する磁歪層形成方法および
歪センサに関するものである。
【０００２】
【従来技術】自動車やロボット、電動機などの制御にお
いて、回転駆動系のトルクや各種部材に発生する応力・
歪を正確且つ迅速に検出することは重要である。このよ
うな力、圧力、トルクなどにより物質に生じる歪を検出
する方法として、非晶質磁性合金の応力ー磁気効果（磁
歪の逆効果）を利用するセンサが考えられている。これ
らのセンサの特徴としては、非接触検出が可能なこと、
構造が簡単で小型化が可能なこと、感度が高いことなど
があげられる。
いて、回転駆動系のトルクや各種部材に発生する応力・
歪を正確且つ迅速に検出することは重要である。このよ
うな力、圧力、トルクなどにより物質に生じる歪を検出
する方法として、非晶質磁性合金の応力ー磁気効果（磁
歪の逆効果）を利用するセンサが考えられている。これ
らのセンサの特徴としては、非接触検出が可能なこと、
構造が簡単で小型化が可能なこと、感度が高いことなど
があげられる。
【０００３】非晶質磁性合金の応力ー磁気効果を利用し
た歪センサの構成は、非晶質合金からなる磁歪層を表面
に有する被検出部材、及びそれと一定の空隙を介して配
置した磁気感知部とからなっている。非晶質合金層を形
成する方法としては、非晶質合金薄帯を被検出部材表面
に樹脂接着する方法、およびその際に形状磁気異方性を
付与する方法が考案されているが、剥離などの接合強度
の問題や、温度上昇に伴う特性低下のために信頼性に欠
ける。また、非晶質合金薄帯を溶接や半田付けにより接
合した場合には、樹脂接着に比べて接合強度は向上する
が、非晶質合金層が結晶化してしまい、磁気特性が大幅
に低下してしまう。スパッタ法などの気相成長法により
非晶質合金層を形成する方法は、成膜速度が遅いことお
よび装置が大がかりになることによって製造コストが増
大する上に、接合強度も問題である。
た歪センサの構成は、非晶質合金からなる磁歪層を表面
に有する被検出部材、及びそれと一定の空隙を介して配
置した磁気感知部とからなっている。非晶質合金層を形
成する方法としては、非晶質合金薄帯を被検出部材表面
に樹脂接着する方法、およびその際に形状磁気異方性を
付与する方法が考案されているが、剥離などの接合強度
の問題や、温度上昇に伴う特性低下のために信頼性に欠
ける。また、非晶質合金薄帯を溶接や半田付けにより接
合した場合には、樹脂接着に比べて接合強度は向上する
が、非晶質合金層が結晶化してしまい、磁気特性が大幅
に低下してしまう。スパッタ法などの気相成長法により
非晶質合金層を形成する方法は、成膜速度が遅いことお
よび装置が大がかりになることによって製造コストが増
大する上に、接合強度も問題である。
【０００４】そのため、熱間静水圧圧縮法（ＨＩＰ）や
その他の方法で、被検出部材表面に非晶質形成能の高い
合金層を形成した上で、高エネルギー密度ビームを未照
射部を交互に残して縞状に照射し、それに伴う溶融急冷
により表面の照射部分のみを部分的に非晶質化して、形
状磁気異方性を付与する方法が考案されている（例え
ば、特開昭６３−２８０４７６号公報、特開平３−１６
０３３７号公報）。
その他の方法で、被検出部材表面に非晶質形成能の高い
合金層を形成した上で、高エネルギー密度ビームを未照
射部を交互に残して縞状に照射し、それに伴う溶融急冷
により表面の照射部分のみを部分的に非晶質化して、形
状磁気異方性を付与する方法が考案されている（例え
ば、特開昭６３−２８０４７６号公報、特開平３−１６
０３３７号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法で
は、照射部と未照射部間の機械的性質の差に伴う不均一
性のために強度が低下してしまうこと、および主に照射
部のみしか磁束が流れないために、形状磁気異方性は付
与されるものの、センサ出力（感度）はそれほど向上し
ないという問題が生じてしまう。
は、照射部と未照射部間の機械的性質の差に伴う不均一
性のために強度が低下してしまうこと、および主に照射
部のみしか磁束が流れないために、形状磁気異方性は付
与されるものの、センサ出力（感度）はそれほど向上し
ないという問題が生じてしまう。
【０００６】また、常温常磁性鋼材料に高エネルギー密
度ビームを照射して、それに伴う表面改質により磁歪層
を形成する方法が特開平１−２０９７７３号公報に記載
されているが、その中で、ビーム隣接処理線同志がその
幅長の半分を越えて重ならないように照射すべきである
と記されている。しかし、この常温常磁性鋼を改質した
磁歪層は、非晶質合金から成る磁歪層に比べて透磁率な
どの軟磁気特性がかなり劣るために、高いセンサ感度は
得られない。また、ビーム処理線同志の重ね合わせが幅
長の半分以下の場合にセンサ感度が高くなるとは限らな
い。
度ビームを照射して、それに伴う表面改質により磁歪層
を形成する方法が特開平１−２０９７７３号公報に記載
されているが、その中で、ビーム隣接処理線同志がその
幅長の半分を越えて重ならないように照射すべきである
と記されている。しかし、この常温常磁性鋼を改質した
磁歪層は、非晶質合金から成る磁歪層に比べて透磁率な
どの軟磁気特性がかなり劣るために、高いセンサ感度は
得られない。また、ビーム処理線同志の重ね合わせが幅
長の半分以下の場合にセンサ感度が高くなるとは限らな
い。
【０００７】以上のように、従来は、高エネルギー密度
ビームの照射ビームの照射部分と未照射部分とが交互に
配列された縞状の構造を持つ非晶質相を含む磁歪層や、
ビーム処理線同志の重ね合わせをその幅長の半分以下と
して常温常磁性鋼を表面改質した磁歪層が考案されてい
るが、それらの場合、磁歪層の強度が低いことやセンサ
感度が低いという問題がある。
ビームの照射ビームの照射部分と未照射部分とが交互に
配列された縞状の構造を持つ非晶質相を含む磁歪層や、
ビーム処理線同志の重ね合わせをその幅長の半分以下と
して常温常磁性鋼を表面改質した磁歪層が考案されてい
るが、それらの場合、磁歪層の強度が低いことやセンサ
感度が低いという問題がある。
【０００８】本発明は、高エネルギー密度ビームの照射
による溶融急冷効果を用いて、被検出部材表面に非晶質
化した磁歪層を形成する磁歪層形成方法について、その
磁歪層が優れた軟磁性及び磁歪特性とともに磁気異方性
を有し、さらにその磁歪層が高い強度を有するような磁
歪層形成方法を提供すること、および、その磁歪層を用
いて、高感度な歪センサを提供することを目的とする。
による溶融急冷効果を用いて、被検出部材表面に非晶質
化した磁歪層を形成する磁歪層形成方法について、その
磁歪層が優れた軟磁性及び磁歪特性とともに磁気異方性
を有し、さらにその磁歪層が高い強度を有するような磁
歪層形成方法を提供すること、および、その磁歪層を用
いて、高感度な歪センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明としては、我
々発明者らは、上記課題を解決するために、非晶質形成
能が高く、且つ非晶質化した際に優れた軟磁気特性を示
す組成を有する合金に、高エネルギー密度ビームを照射
して、溶融急冷により非晶質化する多くの実験を行っ
た。
々発明者らは、上記課題を解決するために、非晶質形成
能が高く、且つ非晶質化した際に優れた軟磁気特性を示
す組成を有する合金に、高エネルギー密度ビームを照射
して、溶融急冷により非晶質化する多くの実験を行っ
た。
【００１０】その結果、従来の方法、つまり未照射部を
残して部分的に縞状にビームを照射する方法によるので
はなく、ビームをオーバーラップ（重ね合わせ）照射す
ることによって、顕著な磁気異方性が現れることを見出
した。その一例として、ステンレス（ＳＵＳ３０４）板
上に鑞付けしたＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層に、連続ＣＯ2
レーザビームをオーバーラップ照射することによって非
晶質化した合金層を形成した試料について、インダクタ
ンスを測定した結果を図１に示す。ここで、Ｃは連続レ
ーザ照射により非晶質化した合金層部分を示し、Ｐはレ
ーザ走査方向に平行な方向のインダクタンス、Ｑはレー
ザ走査方向に垂直な方向のインダクタンスを示す。
残して部分的に縞状にビームを照射する方法によるので
はなく、ビームをオーバーラップ（重ね合わせ）照射す
ることによって、顕著な磁気異方性が現れることを見出
した。その一例として、ステンレス（ＳＵＳ３０４）板
上に鑞付けしたＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層に、連続ＣＯ2
レーザビームをオーバーラップ照射することによって非
晶質化した合金層を形成した試料について、インダクタ
ンスを測定した結果を図１に示す。ここで、Ｃは連続レ
ーザ照射により非晶質化した合金層部分を示し、Ｐはレ
ーザ走査方向に平行な方向のインダクタンス、Ｑはレー
ザ走査方向に垂直な方向のインダクタンスを示す。
【００１１】レーザ走査方向に対して平行な方向に測定
したインダクタンスは、レーザ走査方向に対して垂直な
方向に測定したインダクタンスに比べて明らかに高くな
った。このように、高エネルギー密度ビームのオーバー
ラップ照射により作製した非晶質合金層には、ビーム走
査方向が磁化容易方向になるような顕著な磁気異方性が
現れる。この原因は、ビーム照射により溶融急冷凝固す
る際に生じる残留応力や組織などが影響しているものと
考えられる。
したインダクタンスは、レーザ走査方向に対して垂直な
方向に測定したインダクタンスに比べて明らかに高くな
った。このように、高エネルギー密度ビームのオーバー
ラップ照射により作製した非晶質合金層には、ビーム走
査方向が磁化容易方向になるような顕著な磁気異方性が
現れる。この原因は、ビーム照射により溶融急冷凝固す
る際に生じる残留応力や組織などが影響しているものと
考えられる。
【００１２】本発明の高エネルギー密度ビームのオーバ
ーラップ照射による非晶質合金層の磁気異方性を利用し
て、その磁化容易方向となるビーム走査方向を、被検出
部材表面の検出したい応力・歪の方向と一致させて照射
を行えば、被検出部材表面の所望方向の応力・歪のみを
主に検出することが可能である。たとえば、シャフト表
面に、その中心軸に対して４５゜方向にビームのオーバ
ーラップ照射を行って非晶質合金磁歪層を形成すれば、
トルクの作用によって発生するシャフト表面の最大応力
・最大歪を検出することができる。
ーラップ照射による非晶質合金層の磁気異方性を利用し
て、その磁化容易方向となるビーム走査方向を、被検出
部材表面の検出したい応力・歪の方向と一致させて照射
を行えば、被検出部材表面の所望方向の応力・歪のみを
主に検出することが可能である。たとえば、シャフト表
面に、その中心軸に対して４５゜方向にビームのオーバ
ーラップ照射を行って非晶質合金磁歪層を形成すれば、
トルクの作用によって発生するシャフト表面の最大応力
・最大歪を検出することができる。
【００１３】また、第１のビーム照射で溶融急冷されて
既に非晶質化した部分に、隣接する第２のビーム照射で
生じる溶融部との界面に沿って、結晶化した熱影響部を
形成させるように、前記被検出部材表面に形成した合金
層に高エネルギー密度ビームをオーバーラップさせるこ
とにより、形状磁気異方性を付与した非晶質磁歪層を形
成してもよい。
既に非晶質化した部分に、隣接する第２のビーム照射で
生じる溶融部との界面に沿って、結晶化した熱影響部を
形成させるように、前記被検出部材表面に形成した合金
層に高エネルギー密度ビームをオーバーラップさせるこ
とにより、形状磁気異方性を付与した非晶質磁歪層を形
成してもよい。
【００１４】さらにまた、第２の発明としては、非晶質
形成能が高く、且つ非晶質化した際に優れた軟磁気特性
を示す組成を有する合金に、高エネルギー密度ビームを
照射して溶融急冷により非晶質化する場合に、ビームの
オーバーラップ照射を行い、その際に生じる隣接する溶
融凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１００
（％））を５０％より大きく８５％以下の範囲に制御し
て照射することにより、優れた軟磁性と磁気異方性を有
する主に非晶質合金からなる高強度な磁歪層を形成する
磁歪層製造方法と、それを利用した高感度な歪センサを
提供するものである。
形成能が高く、且つ非晶質化した際に優れた軟磁気特性
を示す組成を有する合金に、高エネルギー密度ビームを
照射して溶融急冷により非晶質化する場合に、ビームの
オーバーラップ照射を行い、その際に生じる隣接する溶
融凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１００
（％））を５０％より大きく８５％以下の範囲に制御し
て照射することにより、優れた軟磁性と磁気異方性を有
する主に非晶質合金からなる高強度な磁歪層を形成する
磁歪層製造方法と、それを利用した高感度な歪センサを
提供するものである。
【００１５】
【作用】即ち、第１の発明によれば、本発明の高エネル
ギー密度ビームのオーバーラップ照射によって形成した
主に非晶質からなる磁歪層と、未照射部を残して縞状に
部分的に照射して形成した非晶質を含む磁歪層とを比較
すると、共に磁気異方性を有するものの、前者の方が非
晶質相の割合多いため、一定磁場下における磁化（磁歪
層中を流れる磁束量）が大きくなり、センサ出力（感
度）が高くなる。また、後者は、照射部と未照射部との
著しい機械的性質の差により、繰り返し応力作用時に割
れが発生し強度が低くなるが、前者は、オーバーラップ
照射をしているために組織が後者に比べて均一になるた
め、磁歪層の強度は高くなる。
ギー密度ビームのオーバーラップ照射によって形成した
主に非晶質からなる磁歪層と、未照射部を残して縞状に
部分的に照射して形成した非晶質を含む磁歪層とを比較
すると、共に磁気異方性を有するものの、前者の方が非
晶質相の割合多いため、一定磁場下における磁化（磁歪
層中を流れる磁束量）が大きくなり、センサ出力（感
度）が高くなる。また、後者は、照射部と未照射部との
著しい機械的性質の差により、繰り返し応力作用時に割
れが発生し強度が低くなるが、前者は、オーバーラップ
照射をしているために組織が後者に比べて均一になるた
め、磁歪層の強度は高くなる。
【００１６】磁歪層と被検出部材との接合は、高エネル
ギー密度ビームのオーバーラップ照射前に、非晶質形成
能の高い合金層を被検出部材表面に作製する工程で、鑞
付けや溶射などの金属接合する方法を用いれば、非晶質
合金薄帯を樹脂接着する方法に比べて高い接合強度が得
られ、信頼性も十分である。また、この接合に熱間静水
圧圧縮法（ＨＩＰ）などを用いなければ製造コストも高
くならない。
ギー密度ビームのオーバーラップ照射前に、非晶質形成
能の高い合金層を被検出部材表面に作製する工程で、鑞
付けや溶射などの金属接合する方法を用いれば、非晶質
合金薄帯を樹脂接着する方法に比べて高い接合強度が得
られ、信頼性も十分である。また、この接合に熱間静水
圧圧縮法（ＨＩＰ）などを用いなければ製造コストも高
くならない。
【００１７】さらに、結晶化した厚さの薄い熱影響部を
非晶質層中に形成するように高エネルギー密度ビームを
オーバーラップ照射することによって、軟磁気特性に優
れた非晶質合金層を細長く仕切った組織である磁歪層を
作製することができる。この本発明の磁歪層は、形状磁
気異方性を有するだけでなく、非晶質相部分を従来よ
り、さらに細長い形状にすることができるため、より大
きな形状磁気異方性を付与することができる。また、磁
歪層中における非晶質相部分の体積割合もまた大きくす
ることができる。
非晶質層中に形成するように高エネルギー密度ビームを
オーバーラップ照射することによって、軟磁気特性に優
れた非晶質合金層を細長く仕切った組織である磁歪層を
作製することができる。この本発明の磁歪層は、形状磁
気異方性を有するだけでなく、非晶質相部分を従来よ
り、さらに細長い形状にすることができるため、より大
きな形状磁気異方性を付与することができる。また、磁
歪層中における非晶質相部分の体積割合もまた大きくす
ることができる。
【００１８】したがって、これらの磁歪層を非接触トル
クセンサ等の磁歪式センサに使用した場合、より高感度
な特性を得ることができる。次に第２の発明の作用を説
明する。第２の発明において、高エネルギー密度ビーム
照射により溶融急冷された表面層を作る時の、隣接する
溶融凝固部相互の重ね合わせ量の比率（重ね合わせ率）
は、単一（１回の）ビーム走査で生じる溶融凝固部の幅
をＤ、ビーム走査間隔をｄとした場合、 （Ｄ−ｄ）/ Ｄ x１００％ で表される。
クセンサ等の磁歪式センサに使用した場合、より高感度
な特性を得ることができる。次に第２の発明の作用を説
明する。第２の発明において、高エネルギー密度ビーム
照射により溶融急冷された表面層を作る時の、隣接する
溶融凝固部相互の重ね合わせ量の比率（重ね合わせ率）
は、単一（１回の）ビーム走査で生じる溶融凝固部の幅
をＤ、ビーム走査間隔をｄとした場合、 （Ｄ−ｄ）/ Ｄ x１００％ で表される。
【００１９】高エネルギー密度ビームの照射により作製
した非晶質を含む磁歪層を、トルクセンサなどの応力・
歪センサに適用する場合、その層の強度等の機械的性質
とともに、透磁率、磁歪、磁気異方性等の磁気的性質が
重要な鍵になる。即ち、これらの諸特性には、高エネル
ギー密度ビーム走査により生じる溶融凝固部を、順次オ
ーバーラップさせながら照射していく際の隣接する溶融
凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）/ Ｄ x１００
％）が大きく影響し、隣接する溶融凝固部相互の重ね合
わせ率を５０％より大きく８５％以下の範囲にした場合
に、センサとして特に望ましい特性が得られるのであ
る。この原因は、ビームのオーバーラップ照射時に溶融
急冷凝固する際に生じる残留応力や組織などが影響して
いるものと考えられる。
した非晶質を含む磁歪層を、トルクセンサなどの応力・
歪センサに適用する場合、その層の強度等の機械的性質
とともに、透磁率、磁歪、磁気異方性等の磁気的性質が
重要な鍵になる。即ち、これらの諸特性には、高エネル
ギー密度ビーム走査により生じる溶融凝固部を、順次オ
ーバーラップさせながら照射していく際の隣接する溶融
凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）/ Ｄ x１００
％）が大きく影響し、隣接する溶融凝固部相互の重ね合
わせ率を５０％より大きく８５％以下の範囲にした場合
に、センサとして特に望ましい特性が得られるのであ
る。この原因は、ビームのオーバーラップ照射時に溶融
急冷凝固する際に生じる残留応力や組織などが影響して
いるものと考えられる。
【００２０】本発明の、高エネルギー密度ビームのオー
バーラップ照射時に、隣接する溶融凝固部相互の重ね合
わせ率を５０％より大きく８５％以下の範囲に制御して
形成した主に非晶質からなる合金層には、ビーム走査方
向が磁化容易方向となる顕著な磁気異方性が現れる。そ
のため、その磁化容易方向となるビーム走査方向を、被
検出部材表面の検出したい応力・歪の方向と一致させて
照射を行えば、被検出部材表面の所望方向の応力・歪の
みを主に高感度に検出することが可能である。
バーラップ照射時に、隣接する溶融凝固部相互の重ね合
わせ率を５０％より大きく８５％以下の範囲に制御して
形成した主に非晶質からなる合金層には、ビーム走査方
向が磁化容易方向となる顕著な磁気異方性が現れる。そ
のため、その磁化容易方向となるビーム走査方向を、被
検出部材表面の検出したい応力・歪の方向と一致させて
照射を行えば、被検出部材表面の所望方向の応力・歪の
みを主に高感度に検出することが可能である。
【００２１】たとえば、シャフト表面に、その中心軸に
対して45゜方向に本発明のビームのオーバーラップ照射
を行って非晶質合金磁歪層を形成すれば、トルクの作用
によって発生するシャフト表面の最大応力・最大歪を高
感度に検出することができるのである。さらにまた、第
２の発明の高エネルギー密度ビーム照射で生じる溶融凝
固部相互の重ね合わせ率を制御したオーバーラップ照射
によって形成した主に非晶質からなる磁歪層と、未溶融
部を縞状に残して部分的にビームを照射して形成した非
晶質を含む磁歪層とを比較すると、ともに磁気異方性は
有するもの、前者の方が後者に比べて溶融急冷で作製さ
れる軟磁性に優れた非晶質合金相の体積率が大きくなる
ため、センサを構成した場合に感度が高くなる。また、
後者は、溶融凝固部と未溶融部との間の著しい機械的性
質の差により、繰り返し応力作用時に割れが発生し強度
が低くなるが、前者は、組織が後者に比べて均一になる
ため、磁歪層の強度は高くなる。すなわち、ビーム走査
間隔を大きくして隣接する溶融凝固部間に未溶融部分を
残して照射するよりも、隣接する溶融凝固部相互の重ね
合わせ率を制御してオーバーラップ照射を行った場合
に、磁気的にも機械的にも応力・歪センサとして望まし
い特性が得られる。
対して45゜方向に本発明のビームのオーバーラップ照射
を行って非晶質合金磁歪層を形成すれば、トルクの作用
によって発生するシャフト表面の最大応力・最大歪を高
感度に検出することができるのである。さらにまた、第
２の発明の高エネルギー密度ビーム照射で生じる溶融凝
固部相互の重ね合わせ率を制御したオーバーラップ照射
によって形成した主に非晶質からなる磁歪層と、未溶融
部を縞状に残して部分的にビームを照射して形成した非
晶質を含む磁歪層とを比較すると、ともに磁気異方性は
有するもの、前者の方が後者に比べて溶融急冷で作製さ
れる軟磁性に優れた非晶質合金相の体積率が大きくなる
ため、センサを構成した場合に感度が高くなる。また、
後者は、溶融凝固部と未溶融部との間の著しい機械的性
質の差により、繰り返し応力作用時に割れが発生し強度
が低くなるが、前者は、組織が後者に比べて均一になる
ため、磁歪層の強度は高くなる。すなわち、ビーム走査
間隔を大きくして隣接する溶融凝固部間に未溶融部分を
残して照射するよりも、隣接する溶融凝固部相互の重ね
合わせ率を制御してオーバーラップ照射を行った場合
に、磁気的にも機械的にも応力・歪センサとして望まし
い特性が得られる。
【００２２】以上のように、本発明によれば、高エネル
ギー密度ビームのオーバーラップ照射を行い、その際に
隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）/
Ｄ×１００％）を５０％より大きく８５％以下の範囲に
制御することによって、被検出部材表面に、透磁率や磁
気異方性等の磁気的性質に優れた高強度な主に非晶質相
からなる磁歪層を形成することができる。そして、それ
を利用することにより、磁歪式トルクセンサ等の応力・
歪センサとして特に高感度なものを製造することができ
た。
ギー密度ビームのオーバーラップ照射を行い、その際に
隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）/
Ｄ×１００％）を５０％より大きく８５％以下の範囲に
制御することによって、被検出部材表面に、透磁率や磁
気異方性等の磁気的性質に優れた高強度な主に非晶質相
からなる磁歪層を形成することができる。そして、それ
を利用することにより、磁歪式トルクセンサ等の応力・
歪センサとして特に高感度なものを製造することができ
た。
【００２３】
【発明の効果】以上詳述したように、第１の発明によれ
ば、高エネルギー密度ビームのオーバーラップ照射によ
り、被検出部材表面に優れた軟磁気特性とともに磁気異
方性を有する、主に非晶質合金からなる高強度な磁歪層
を形成することができる。そして、それを利用すること
により、被検出部材表面の任意の方向の応力・歪を、非
接触で高感度に検出が可能なダイナミックレンジの広い
歪センサを提供することができる。
ば、高エネルギー密度ビームのオーバーラップ照射によ
り、被検出部材表面に優れた軟磁気特性とともに磁気異
方性を有する、主に非晶質合金からなる高強度な磁歪層
を形成することができる。そして、それを利用すること
により、被検出部材表面の任意の方向の応力・歪を、非
接触で高感度に検出が可能なダイナミックレンジの広い
歪センサを提供することができる。
【００２４】さらに、熱影響部を形成するように、高エ
ネルギー密度ビームのオーバーラップ照射を行うことに
よって、非晶質相を非常に細長く仕切った組織にするこ
とで、磁歪層に大きな形状磁気異方性を付与することが
できる。また、第２の発明によれば、高エネルギー密度
ビームのオーバーラップ照射を行い、その際にビーム走
査によって生じる隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ
率（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１００（％））を５０％より大きく
８５％以下の範囲に制御することによって、被検出部材
表面に、透磁率や磁気異方性等の磁気的性質に優れた高
強度な主に非晶質相からなる磁歪層を形成することがで
きる。そして、それを利用することにより、磁歪式トル
クセンサ等の応力・歪センサとして特に高感度なものを
提供することができる。
ネルギー密度ビームのオーバーラップ照射を行うことに
よって、非晶質相を非常に細長く仕切った組織にするこ
とで、磁歪層に大きな形状磁気異方性を付与することが
できる。また、第２の発明によれば、高エネルギー密度
ビームのオーバーラップ照射を行い、その際にビーム走
査によって生じる隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ
率（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１００（％））を５０％より大きく
８５％以下の範囲に制御することによって、被検出部材
表面に、透磁率や磁気異方性等の磁気的性質に優れた高
強度な主に非晶質相からなる磁歪層を形成することがで
きる。そして、それを利用することにより、磁歪式トル
クセンサ等の応力・歪センサとして特に高感度なものを
提供することができる。
【００２５】
【実施例】〔実施例１〕以下第１の発明について述べ
る。図２に示すように、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製
のシャフト１（直径２０ｍｍ）の表面に、銀鑞を介して
Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金薄帯を８１０℃で加熱接合した。
これにより、シャフト表面に強固に金属接合したＦｅ78
Ｂ13Ｓｉ9 合金層２ａを形成した。このＦｅ78Ｂ13Ｓｉ
9 合金層２ａの表面に連続ＣＯ2 ビーム３を矢印の走査
方向３ａに沿ってオーバーラップ照射して、溶融急冷に
より非晶質化した。このときのレーザ照射条件は、Ａｒ
ガスを吹き付けながら、出力６５０Ｗ、焦点外し距離
１．５ｍｍ、ビーム走査速度２ｍ／ｓｅｃで照射し、ビ
ーム照射方向はシャフト中心軸と４５°の角度をなす方
向、ビーム照射間隔はビームの中心間距離をｄ＝５０μ
ｍとしてオーバーラップ照射した。なお、この条件の場
合、単一（１回の）ビーム３の走査によって生じる溶融
部の幅Ｄは１３０μｍであるため、オーバーラップ部
（重ね合わせ部）の幅（Ｄ−ｄ）は８０μｍであった。
る。図２に示すように、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製
のシャフト１（直径２０ｍｍ）の表面に、銀鑞を介して
Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金薄帯を８１０℃で加熱接合した。
これにより、シャフト表面に強固に金属接合したＦｅ78
Ｂ13Ｓｉ9 合金層２ａを形成した。このＦｅ78Ｂ13Ｓｉ
9 合金層２ａの表面に連続ＣＯ2 ビーム３を矢印の走査
方向３ａに沿ってオーバーラップ照射して、溶融急冷に
より非晶質化した。このときのレーザ照射条件は、Ａｒ
ガスを吹き付けながら、出力６５０Ｗ、焦点外し距離
１．５ｍｍ、ビーム走査速度２ｍ／ｓｅｃで照射し、ビ
ーム照射方向はシャフト中心軸と４５°の角度をなす方
向、ビーム照射間隔はビームの中心間距離をｄ＝５０μ
ｍとしてオーバーラップ照射した。なお、この条件の場
合、単一（１回の）ビーム３の走査によって生じる溶融
部の幅Ｄは１３０μｍであるため、オーバーラップ部
（重ね合わせ部）の幅（Ｄ−ｄ）は８０μｍであった。
【００２６】このようにしてシャフト表面に形成したレ
ーザ照射部分である磁歪層２の電子線回折結果を図３に
示す。電子線回折結果によれば、レーザ照射部分の多く
が非晶質状態になっている。図２（ｂ）は、上記方法で
作製したシャフトを用いた非接触磁歪式トルクセンサの
構成を示した模式図で、４は励磁コイル、５は検出コイ
ルである。その測定結果を図４に示す。尚、図４中に
は、上記と同様な方法で、ビーム照射間隔以外の照射条
件は同じにして、ビーム照射間隔のみを大きくし、溶融
しない未照射部を０．１ｍｍ幅（ｄ−Ｄ＝０．１ｍｍ）
で縞状に残した層を形成したシャフトを用いた場合の特
性もあわせて示してある。
ーザ照射部分である磁歪層２の電子線回折結果を図３に
示す。電子線回折結果によれば、レーザ照射部分の多く
が非晶質状態になっている。図２（ｂ）は、上記方法で
作製したシャフトを用いた非接触磁歪式トルクセンサの
構成を示した模式図で、４は励磁コイル、５は検出コイ
ルである。その測定結果を図４に示す。尚、図４中に
は、上記と同様な方法で、ビーム照射間隔以外の照射条
件は同じにして、ビーム照射間隔のみを大きくし、溶融
しない未照射部を０．１ｍｍ幅（ｄ−Ｄ＝０．１ｍｍ）
で縞状に残した層を形成したシャフトを用いた場合の特
性もあわせて示してある。
【００２７】この図から、レーザビーム３をオーバーラ
ップ照射した層を有するシャフトを用いた場合には、オ
ーバーラップ照射せずに未照射部を残した層を有するシ
ャフトを用いた場合に比べて、明らかにセンサ出力（感
度）が高くなった。トルク作用時のステンレスシャフト
１から磁歪層２への歪の伝達を、磁歪層２とステンレス
シャフト１の両者の表面に歪ゲージを装着して測定した
ところ、トルクを２００Ｎ・ｍ作用させても、レーザ照
射層表面とステンレス表面の歪は完全に一致し、良好な
接合が得られていた。 〔実施例２〕図５に示すように、１０ｍｍ×１０ｍｍ×
４０ｍｍの正四角柱形状のステンレス（ＳＵＳ３０４）
材６の長方形面上に、実施例１と同様の作製方法および
作製条件で、Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層に連続ＣＯ2 レー
ザビームをオーバーラップ照射して、大きさ８ｍｍ×３
０ｍｍの非晶質合金層２を形成した。
ップ照射した層を有するシャフトを用いた場合には、オ
ーバーラップ照射せずに未照射部を残した層を有するシ
ャフトを用いた場合に比べて、明らかにセンサ出力（感
度）が高くなった。トルク作用時のステンレスシャフト
１から磁歪層２への歪の伝達を、磁歪層２とステンレス
シャフト１の両者の表面に歪ゲージを装着して測定した
ところ、トルクを２００Ｎ・ｍ作用させても、レーザ照
射層表面とステンレス表面の歪は完全に一致し、良好な
接合が得られていた。 〔実施例２〕図５に示すように、１０ｍｍ×１０ｍｍ×
４０ｍｍの正四角柱形状のステンレス（ＳＵＳ３０４）
材６の長方形面上に、実施例１と同様の作製方法および
作製条件で、Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層に連続ＣＯ2 レー
ザビームをオーバーラップ照射して、大きさ８ｍｍ×３
０ｍｍの非晶質合金層２を形成した。
【００２８】なお、ビーム走査方向３ａはステンレス材
の長手方向とした。これと比較のために、同一形状のス
テンレス表面に、実施例１と同様、０．１ｍｍ幅の未照
射部（溶融していない部分）を縞状に残して長手方向に
ビームを照射した層を形成したものも作製した。これら
の試料について、インストロン型試験機を用いて、長手
方向に引張あるいは圧縮荷重を加えながら、それによっ
て磁歪層２に発生する弾性歪を、応力ー磁気効果をもと
に図５に示す方法により、磁気感知部７を非接触に配置
して検出した。
の長手方向とした。これと比較のために、同一形状のス
テンレス表面に、実施例１と同様、０．１ｍｍ幅の未照
射部（溶融していない部分）を縞状に残して長手方向に
ビームを照射した層を形成したものも作製した。これら
の試料について、インストロン型試験機を用いて、長手
方向に引張あるいは圧縮荷重を加えながら、それによっ
て磁歪層２に発生する弾性歪を、応力ー磁気効果をもと
に図５に示す方法により、磁気感知部７を非接触に配置
して検出した。
【００２９】その結果得られた出力特性を図６に示す。
これによれば、実施例１と同様に、レーザビームをオー
バーラップ照射したものは、未照射部を縞状に残したも
のに比べて出力（感度）が高くなった。上記２種類の試
料について、インストロン型試験機を用いて、試料の長
手方向に引張および圧縮荷重を交互にそれぞれの歪が
０．１５％になるように加えて、両振り疲労試験を行っ
た。その結果、レーザ照射で未照射部を縞状に残したも
のは、約１．５×１０5 回の繰り返し応力で、層表面に
ビーム走査方向に平行に割れが発生した。それに対し
て、レーザビームをオーバーラップ照射したものは、５
×１０6 回の繰り返し応力を作用させても、層表面には
割れは発生せず、断面を光学顕微鏡で観察してもステン
レスとの接合部に割れは見られなかった。 〔実施例３〕図７に示すように、幅３０ｍｍ×長さ１０
０ｍｍ×厚さ３ｍｍのステンレス板８の表面に、幅１５
ｍｍ×長さ３０ｍｍのＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9 非晶質合金層２
を、実施例１と同様な方法および作製条件により、銀鑞
を用いた加熱接合後、レーザビームをオーバーラップ照
射することにより形成した。尚、ビーム走査方向３ａは
ステンレス板の長手方向とした。
これによれば、実施例１と同様に、レーザビームをオー
バーラップ照射したものは、未照射部を縞状に残したも
のに比べて出力（感度）が高くなった。上記２種類の試
料について、インストロン型試験機を用いて、試料の長
手方向に引張および圧縮荷重を交互にそれぞれの歪が
０．１５％になるように加えて、両振り疲労試験を行っ
た。その結果、レーザ照射で未照射部を縞状に残したも
のは、約１．５×１０5 回の繰り返し応力で、層表面に
ビーム走査方向に平行に割れが発生した。それに対し
て、レーザビームをオーバーラップ照射したものは、５
×１０6 回の繰り返し応力を作用させても、層表面には
割れは発生せず、断面を光学顕微鏡で観察してもステン
レスとの接合部に割れは見られなかった。 〔実施例３〕図７に示すように、幅３０ｍｍ×長さ１０
０ｍｍ×厚さ３ｍｍのステンレス板８の表面に、幅１５
ｍｍ×長さ３０ｍｍのＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9 非晶質合金層２
を、実施例１と同様な方法および作製条件により、銀鑞
を用いた加熱接合後、レーザビームをオーバーラップ照
射することにより形成した。尚、ビーム走査方向３ａは
ステンレス板の長手方向とした。
【００３０】このようにして表面に非晶質合金磁歪層を
形成したステンレス板の一端を、図７に示す如く固定
し、他端に荷重を作用させて弾性曲げ変形を加えた。そ
の際に、磁歪層に対向させて磁気感知部７を配置して、
応力ー磁気効果により非接触でステンレス板長手方向の
曲げ歪を検出した。それによって得られた結果を図８に
示す。荷重方向を変えることにより磁歪層に引張応力と
圧縮応力の両方を加わえたが、そのそれぞれに高感度な
特性が得られた。また、磁歪層には割れや剥離は生じな
かった。 〔実施例４〕図９に示すように、内径１５０ｍｍ、厚さ
２ｍｍのステンレス製の円筒９の外表面に、レーザビー
ムのオーバーラップ照射によって、２０ｍｍ×２０ｍｍ
の大きさの非晶質合金磁歪層２を２箇所に形成した。そ
れらの作製法および作製条件は実施例１に示したと同様
に行い、レーザビームの走査方向３ａは、１つの層は円
周方向、他の１つの層は長手方向とした。これらの磁歪
層それぞれに磁気感知部７を対向して配置し、ステンレ
ス円筒に内圧を １００ｋｇ／ｃｍ2 まで加えていき、
それに伴って発生する円周方向および長手方向の歪を磁
歪層の応力ー磁気効果により検出した。ここで、円周方
向の歪はレーザビームを円周方向に走査して形成した磁
歪層により、長手方向の歪は長手方向に走査して形成し
た磁歪層により検出した。
形成したステンレス板の一端を、図７に示す如く固定
し、他端に荷重を作用させて弾性曲げ変形を加えた。そ
の際に、磁歪層に対向させて磁気感知部７を配置して、
応力ー磁気効果により非接触でステンレス板長手方向の
曲げ歪を検出した。それによって得られた結果を図８に
示す。荷重方向を変えることにより磁歪層に引張応力と
圧縮応力の両方を加わえたが、そのそれぞれに高感度な
特性が得られた。また、磁歪層には割れや剥離は生じな
かった。 〔実施例４〕図９に示すように、内径１５０ｍｍ、厚さ
２ｍｍのステンレス製の円筒９の外表面に、レーザビー
ムのオーバーラップ照射によって、２０ｍｍ×２０ｍｍ
の大きさの非晶質合金磁歪層２を２箇所に形成した。そ
れらの作製法および作製条件は実施例１に示したと同様
に行い、レーザビームの走査方向３ａは、１つの層は円
周方向、他の１つの層は長手方向とした。これらの磁歪
層それぞれに磁気感知部７を対向して配置し、ステンレ
ス円筒に内圧を １００ｋｇ／ｃｍ2 まで加えていき、
それに伴って発生する円周方向および長手方向の歪を磁
歪層の応力ー磁気効果により検出した。ここで、円周方
向の歪はレーザビームを円周方向に走査して形成した磁
歪層により、長手方向の歪は長手方向に走査して形成し
た磁歪層により検出した。
【００３１】図１０に得られた出力特性を示す。円周方
向にビームを走査して形成した層の出力は、長手方向に
走査して形成した層のそれに比べて高くなっており、個
々の磁歪層がそれぞれのビーム走査方向の応力・歪のみ
を検出していることがわかる。尚、内圧を加えても、レ
ーザビームをオーバーラップ照射して作製したこれらの
主に非晶質合金からなる磁歪層には、割れや剥離は生じ
なかった。 〔実施例５〕実施例５では、実施例１の図２（ａ）の如
く、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製のシャフト１（直径
２０ｍｍ）の表面に、銀鑞を介してＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9の
合金薄帯を８１０℃で加熱接合した。これにより、シャ
フト表面に強固に金属接合したＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金層
２ａを形成した。このＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層２ａの表
面に連続ＣＯ2 ビーム３を矢印の走査方向３ａに沿って
オーバーラップ照射して、溶融急冷によりＦｅ78Ｂ13Ｓ
ｉ9合金層２ａを非晶質化し、磁歪層２を形成した。
向にビームを走査して形成した層の出力は、長手方向に
走査して形成した層のそれに比べて高くなっており、個
々の磁歪層がそれぞれのビーム走査方向の応力・歪のみ
を検出していることがわかる。尚、内圧を加えても、レ
ーザビームをオーバーラップ照射して作製したこれらの
主に非晶質合金からなる磁歪層には、割れや剥離は生じ
なかった。 〔実施例５〕実施例５では、実施例１の図２（ａ）の如
く、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製のシャフト１（直径
２０ｍｍ）の表面に、銀鑞を介してＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9の
合金薄帯を８１０℃で加熱接合した。これにより、シャ
フト表面に強固に金属接合したＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金層
２ａを形成した。このＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層２ａの表
面に連続ＣＯ2 ビーム３を矢印の走査方向３ａに沿って
オーバーラップ照射して、溶融急冷によりＦｅ78Ｂ13Ｓ
ｉ9合金層２ａを非晶質化し、磁歪層２を形成した。
【００３２】このとき実施例５におけるレーザ照射条件
は、Ａｒガスを吹き付けながら、出力７５０Ｗ、焦点外
し距離１．５ｍｍ、ビーム走査速度２ｍ／ｓｅｃで照射
し、ビーム走査方向Ａはシャフト中心軸と４５°の角度
をなす方向、ビーム走査間隔はビーム中心間距離ｄ＝５
０μｍとしてオーバーラップ照射した。なお、この条件
の場合、単一（１回の）ビーム３の照射によって生じる
溶融部の幅Ｄは１３０μｍであった。
は、Ａｒガスを吹き付けながら、出力７５０Ｗ、焦点外
し距離１．５ｍｍ、ビーム走査速度２ｍ／ｓｅｃで照射
し、ビーム走査方向Ａはシャフト中心軸と４５°の角度
をなす方向、ビーム走査間隔はビーム中心間距離ｄ＝５
０μｍとしてオーバーラップ照射した。なお、この条件
の場合、単一（１回の）ビーム３の照射によって生じる
溶融部の幅Ｄは１３０μｍであった。
【００３３】このようにしてシャフト表面にレーザ照射
により形成した磁歪層２の表面及び断面の光学顕微鏡写
真（断面はナイタール液で腐食してある）を、それぞれ
図１１（ａ）及び（ｂ）に示す。図１１（ａ）に示す如
く、磁歪層２の表面には、ビーム３のオーバーラップ照
射に対応してビーム走査方向に沿った模様が観察され
た。また、図１１（ｂ）に示す如く、ビーム走査方向に
垂直な断面においては、ビーム３の照射で溶融急冷され
た部分のうち、大部分を占める白く見える腐食されてい
ない部分が非晶質相２ｃになっており、それを仕切るよ
うに間隔をおいて存在する黒く腐食されている部分が結
晶相を含む熱影響部２ｄである。
により形成した磁歪層２の表面及び断面の光学顕微鏡写
真（断面はナイタール液で腐食してある）を、それぞれ
図１１（ａ）及び（ｂ）に示す。図１１（ａ）に示す如
く、磁歪層２の表面には、ビーム３のオーバーラップ照
射に対応してビーム走査方向に沿った模様が観察され
た。また、図１１（ｂ）に示す如く、ビーム走査方向に
垂直な断面においては、ビーム３の照射で溶融急冷され
た部分のうち、大部分を占める白く見える腐食されてい
ない部分が非晶質相２ｃになっており、それを仕切るよ
うに間隔をおいて存在する黒く腐食されている部分が結
晶相を含む熱影響部２ｄである。
【００３４】この熱影響部２ｄは、ビーム３のオーバー
ラップ走査で生じる隣接する各溶融凝固部間の界面近傍
に現れ、その生成原因は、先の（第１の）ビーム走査で
溶融急冷されて既に非晶質化した部分に、隣接する次の
（第２の）ビーム走査で生じる溶融部から熱影響が及
び、その界面に沿って結晶化が起こることによるもので
ある。
ラップ走査で生じる隣接する各溶融凝固部間の界面近傍
に現れ、その生成原因は、先の（第１の）ビーム走査で
溶融急冷されて既に非晶質化した部分に、隣接する次の
（第２の）ビーム走査で生じる溶融部から熱影響が及
び、その界面に沿って結晶化が起こることによるもので
ある。
【００３５】こうしてできる熱影響部２ｄの厚さは小さ
く（この場合約４μｍ）、レーザビーム走査方向に沿っ
て連続的に存在して、非晶質相２ｃを非常に細長く（こ
の場合幅約５０μｍ）仕切った形になっている。尚、断
面写真に見られる２ｅ及び１は、それぞれろう材層及び
ステンレスシャフトである。図１２は、このような組織
を有する磁歪層２について、その面内の種々の方向に磁
気ヘッド１０を用いて磁場を印加してインダクタンスを
測定する方法の模式図で、ビーム３の走査方向３ａと磁
化方向Ｂとの角度をθで示す。そして、磁歪層２におけ
るθとインダクタンスとの関係を図１３に示した。
く（この場合約４μｍ）、レーザビーム走査方向に沿っ
て連続的に存在して、非晶質相２ｃを非常に細長く（こ
の場合幅約５０μｍ）仕切った形になっている。尚、断
面写真に見られる２ｅ及び１は、それぞれろう材層及び
ステンレスシャフトである。図１２は、このような組織
を有する磁歪層２について、その面内の種々の方向に磁
気ヘッド１０を用いて磁場を印加してインダクタンスを
測定する方法の模式図で、ビーム３の走査方向３ａと磁
化方向Ｂとの角度をθで示す。そして、磁歪層２におけ
るθとインダクタンスとの関係を図１３に示した。
【００３６】その結果によると、ビーム走査方向３ａの
インダクタンスがそれと直角方向に比べて著しく高くな
ったことから、磁歪層２には、ビーム走査方向３ａが磁
化容易方向となる磁気異方性が生じていることがわか
る。この磁気異方性の原因は、磁歪層中に、非晶質相２
ｃに比べて軟磁気特性が劣る結晶化した熱影響部２ｄ
が、ビーム走査方向に沿って存在するために、ビーム走
査方向３ａと直角方向では反磁場が大きくなるのに対し
て、ビーム走査方向３ａと平行方向には軟磁気特性に優
れた非晶質合金相２ｃが細長く連なるため、その方向が
磁化容易方向となる大きな形状磁気異方性が現れること
によるものである。
インダクタンスがそれと直角方向に比べて著しく高くな
ったことから、磁歪層２には、ビーム走査方向３ａが磁
化容易方向となる磁気異方性が生じていることがわか
る。この磁気異方性の原因は、磁歪層中に、非晶質相２
ｃに比べて軟磁気特性が劣る結晶化した熱影響部２ｄ
が、ビーム走査方向に沿って存在するために、ビーム走
査方向３ａと直角方向では反磁場が大きくなるのに対し
て、ビーム走査方向３ａと平行方向には軟磁気特性に優
れた非晶質合金相２ｃが細長く連なるため、その方向が
磁化容易方向となる大きな形状磁気異方性が現れること
によるものである。
【００３７】図１４（ａ）はレーザビーム３のオーバー
ラップ照射で作製した上記断面組織の模式図である。図
１４（ｂ）は、これと比較のために、ビーム走査間隔を
１５０μｍとし、他の条件を同一としたことにより、未
照射部を残して縞状照射した場合にできる断面組織の模
式図である。この図から明らかなように、オーバーラッ
プ照射で作製した熱影響部２ｄを含む非晶質磁歪層で
は、縞状照射で作製した非晶質磁歪層に比べると、共に
結晶相を含む部分で非晶質相部分２ｃが仕切られている
組織ではあるが、前者の方が仕切られている各非晶質相
部分２ｃの幅は小さく（各非晶質相部分２ｃは細長
く）、また磁歪層２の全体に占める非晶質相部分２ｃの
断面積及び体積が大きくなっている。
ラップ照射で作製した上記断面組織の模式図である。図
１４（ｂ）は、これと比較のために、ビーム走査間隔を
１５０μｍとし、他の条件を同一としたことにより、未
照射部を残して縞状照射した場合にできる断面組織の模
式図である。この図から明らかなように、オーバーラッ
プ照射で作製した熱影響部２ｄを含む非晶質磁歪層で
は、縞状照射で作製した非晶質磁歪層に比べると、共に
結晶相を含む部分で非晶質相部分２ｃが仕切られている
組織ではあるが、前者の方が仕切られている各非晶質相
部分２ｃの幅は小さく（各非晶質相部分２ｃは細長
く）、また磁歪層２の全体に占める非晶質相部分２ｃの
断面積及び体積が大きくなっている。
【００３８】実施例５によって、得られた磁歪層２を有
するトルクセンサに対して、図２（ｂ）に示される如
く、実施例２と同様な測定を行った。この測定結果を図
１５に示す。図中には、実施例５の図１４（ａ）に示し
た磁歪層２（ビーム走査間隔５０μｍ）を形成したシャ
フトの場合、および図１４（ｂ）に示した縞状照射によ
る磁歪層（ビーム走査間隔１５０μｍ）を形成したシャ
フトの場合を示してあるが、明らかに前者の方がセンサ
感度が高くなった。
するトルクセンサに対して、図２（ｂ）に示される如
く、実施例２と同様な測定を行った。この測定結果を図
１５に示す。図中には、実施例５の図１４（ａ）に示し
た磁歪層２（ビーム走査間隔５０μｍ）を形成したシャ
フトの場合、および図１４（ｂ）に示した縞状照射によ
る磁歪層（ビーム走査間隔１５０μｍ）を形成したシャ
フトの場合を示してあるが、明らかに前者の方がセンサ
感度が高くなった。
【００３９】これは、前述したように、前者の方が熱影
響部２ｄで仕切られるため、各非晶質相２ｃの幅が小さ
く形状磁気異方性が大きくなっていること、および磁歪
層全体に占める非晶質相２ｃの断面積および体積が大き
くなっていることに起因している。さらにまた、実施例
５においては、図１５より明らかなように、熱影響部を
形成するようにオーバーラップ照射を行うことによっ
て、実施例１の如く、熱影響部の形成されないオーバー
ラップ照射によって形成される磁歪層層に比べてもま
た、センサ感度を良好なものとすることができた。
響部２ｄで仕切られるため、各非晶質相２ｃの幅が小さ
く形状磁気異方性が大きくなっていること、および磁歪
層全体に占める非晶質相２ｃの断面積および体積が大き
くなっていることに起因している。さらにまた、実施例
５においては、図１５より明らかなように、熱影響部を
形成するようにオーバーラップ照射を行うことによっ
て、実施例１の如く、熱影響部の形成されないオーバー
ラップ照射によって形成される磁歪層層に比べてもま
た、センサ感度を良好なものとすることができた。
【００４０】さらに、トルク作用時のステンレスシャフ
ト１から磁歪層２への歪の伝達を、磁歪層２とステンレ
スシャフト１の両者の表面に歪ゲージを装着して測定し
たところ、トルクを２００Ｎ・ｍ作用させても、レーザ
照射層表面とステンレス表面の歪は完全に一致し、良好
な接合が得られていた。 〔実施例６〕実施例２と同様の１０ｍｍ×１０ｍｍ×４
０ｍｍの正四角柱形状のステンレス（ＳＵＳ３０４）材
の長方形面上に、実施例５と同様の作製方法および作製
条件で、Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層に連続ＣＯ2 レーザビ
ームをオーバーラップ照射して、非晶質相中に結晶化し
た熱影響部を含む大きさ８ｍｍ×３０ｍｍの磁歪層を形
成した。なお、ビーム走査方向３ａはステンレス材の長
手方向とした。
ト１から磁歪層２への歪の伝達を、磁歪層２とステンレ
スシャフト１の両者の表面に歪ゲージを装着して測定し
たところ、トルクを２００Ｎ・ｍ作用させても、レーザ
照射層表面とステンレス表面の歪は完全に一致し、良好
な接合が得られていた。 〔実施例６〕実施例２と同様の１０ｍｍ×１０ｍｍ×４
０ｍｍの正四角柱形状のステンレス（ＳＵＳ３０４）材
の長方形面上に、実施例５と同様の作製方法および作製
条件で、Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層に連続ＣＯ2 レーザビ
ームをオーバーラップ照射して、非晶質相中に結晶化し
た熱影響部を含む大きさ８ｍｍ×３０ｍｍの磁歪層を形
成した。なお、ビーム走査方向３ａはステンレス材の長
手方向とした。
【００４１】これと比較のために、同一形状のステンレ
ス表面に、実施例５と同様、ビーム走査間隔を１５０μ
ｍにして結晶相からなる未溶融部を縞状に残してビーム
を照射して形成した非晶質相を含む磁歪層を有するもの
も作製した。これらの試料について、インストロン型試
験機を用いて、長手方向に引張あるいは圧縮荷重を加え
ながら、それによって磁歪層に発生する弾性歪を、応力
ー磁気効果を利用して、図５に示す方法により磁気感知
部９を非接触に配置して検出した。その結果得られた出
力特性を図１６に示す。
ス表面に、実施例５と同様、ビーム走査間隔を１５０μ
ｍにして結晶相からなる未溶融部を縞状に残してビーム
を照射して形成した非晶質相を含む磁歪層を有するもの
も作製した。これらの試料について、インストロン型試
験機を用いて、長手方向に引張あるいは圧縮荷重を加え
ながら、それによって磁歪層に発生する弾性歪を、応力
ー磁気効果を利用して、図５に示す方法により磁気感知
部９を非接触に配置して検出した。その結果得られた出
力特性を図１６に示す。
【００４２】これによれば、実施例５と同様に、レーザ
ビームをオーバーラップ照射して作製した熱影響部を含
む非晶質磁歪層を有するものは、未照射部を縞状に残し
た非晶質相を含む層を有するものに比べて出力（感度）
が高くなった。前者について、インストロン型試験機を
用いて、試料の長手方向に引張および圧縮荷重を交互に
それぞれの歪が０．１５％になるように加えて、両振り
疲労試験を行った。その結果、５×１０6回の繰り返し
応力を作用させても、層表面には割れは発生せず、断面
を光学顕微鏡で観察してもステンレスとの接合部に割れ
は見られなかった。 上記の実施例では、高エネルギー
密度ビームとして、すべてレーザビームを用いたが、電
子ビームその他でも同様に可能である。 〔実施例７〕次に本発明の第２の発明を述べる。
ビームをオーバーラップ照射して作製した熱影響部を含
む非晶質磁歪層を有するものは、未照射部を縞状に残し
た非晶質相を含む層を有するものに比べて出力（感度）
が高くなった。前者について、インストロン型試験機を
用いて、試料の長手方向に引張および圧縮荷重を交互に
それぞれの歪が０．１５％になるように加えて、両振り
疲労試験を行った。その結果、５×１０6回の繰り返し
応力を作用させても、層表面には割れは発生せず、断面
を光学顕微鏡で観察してもステンレスとの接合部に割れ
は見られなかった。 上記の実施例では、高エネルギー
密度ビームとして、すべてレーザビームを用いたが、電
子ビームその他でも同様に可能である。 〔実施例７〕次に本発明の第２の発明を述べる。
【００４３】第２の発明では、ステンレス（ＳＵＳ３０
４）製のシャフト１１（直径２０mm）の表面に、銀鑞を
介してＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金薄帯を８１０℃で加熱接合
した。これにより、シャフト１１の表面に強固に金属接
合したＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金層１２ａを形成した。この
Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金層１２ａの表面に、図１７に示す
ように、連続ＣＯ2ビーム１３を矢印の走査方向１３ａ
に沿って照射して、溶融急冷により主に非晶質から成る
磁歪層１２の作製を試みた。このときのレーザ照射条件
は、Ａｒガスを吹き付けながら、出力６５０ｗ、焦点は
ずし距離１．５ｍｍ、ビーム走査速度２００ｃｍ／ｓｅ
ｃで照射し、ビーム照射方向はシャフト中心軸と４５°
の角度をなす方向とした。この照射条件の場合、単一
（１回の）ビーム走査によって生じる溶融凝固部の幅Ｄ
は０．１３mmとなり、ビーム走査間隔ｄを０．０１mm〜
０．２mmの範囲で変化させることによって、隣接する溶
融凝固部相互の重ね合わせ率（（重ね合わせ部１２ｂの
幅）／Ｄ×１００％＝（０．１３ｍｍ−ｄ）／０．１３
mm×１００％）を変化させた種々のシャフトを作製し、
重ね合わせ率の影響を以下に調べることにした。
４）製のシャフト１１（直径２０mm）の表面に、銀鑞を
介してＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金薄帯を８１０℃で加熱接合
した。これにより、シャフト１１の表面に強固に金属接
合したＦｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金層１２ａを形成した。この
Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金層１２ａの表面に、図１７に示す
ように、連続ＣＯ2ビーム１３を矢印の走査方向１３ａ
に沿って照射して、溶融急冷により主に非晶質から成る
磁歪層１２の作製を試みた。このときのレーザ照射条件
は、Ａｒガスを吹き付けながら、出力６５０ｗ、焦点は
ずし距離１．５ｍｍ、ビーム走査速度２００ｃｍ／ｓｅ
ｃで照射し、ビーム照射方向はシャフト中心軸と４５°
の角度をなす方向とした。この照射条件の場合、単一
（１回の）ビーム走査によって生じる溶融凝固部の幅Ｄ
は０．１３mmとなり、ビーム走査間隔ｄを０．０１mm〜
０．２mmの範囲で変化させることによって、隣接する溶
融凝固部相互の重ね合わせ率（（重ね合わせ部１２ｂの
幅）／Ｄ×１００％＝（０．１３ｍｍ−ｄ）／０．１３
mm×１００％）を変化させた種々のシャフトを作製し、
重ね合わせ率の影響を以下に調べることにした。
【００４４】図１８は、上記方法で作製したシャフトを
用いた非接触磁歪式トルクセンサの構成を示した模式図
で、１４は励磁コイル、１５は検出コイルである。図１
９は、レーザビームの走査間隔を変化させることによ
り、隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率を変化させ
て形成した磁歪層を有する種々のシャフトについて、ト
ルクセンサ感度（出力電圧／トルク）を測定した結果で
ある。この図１９から、感度は隣接する溶融凝固部相互
の重ね合わせ率によって変化し、重ね合わせ率が５０％
より大きく８５％以下の範囲で特に高い感度が得られ
た。
用いた非接触磁歪式トルクセンサの構成を示した模式図
で、１４は励磁コイル、１５は検出コイルである。図１
９は、レーザビームの走査間隔を変化させることによ
り、隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率を変化させ
て形成した磁歪層を有する種々のシャフトについて、ト
ルクセンサ感度（出力電圧／トルク）を測定した結果で
ある。この図１９から、感度は隣接する溶融凝固部相互
の重ね合わせ率によって変化し、重ね合わせ率が５０％
より大きく８５％以下の範囲で特に高い感度が得られ
た。
【００４５】さらに、レーザ照射条件を、出力３５０Ｗ
〜１０５０Ｗ、焦点はずし距離０〜３．０ｍｍビーム走
査速度５０〜４００ｃｍ／ｓｅｃの範囲で変化させて作
製した種々のシャフトについても上記と同様な測定を行
った。その結果、得られる溶融凝固部の厚さ（深さ）は
照射条件により変化したものの、高感度が得られる隣接
する溶融凝固部相互の重ね合わせ率の範囲は照射条件が
変わっても変わらず、上記と同様の５０％より大きく８
５％以下の範囲になった。このことから、レーザビーム
走査時の隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率を５０
％より大きく８５％以下の特定範囲に制御することによ
り、磁歪層の磁性を制御でき、トルクセンサの感度を向
上させることができるといえる。
〜１０５０Ｗ、焦点はずし距離０〜３．０ｍｍビーム走
査速度５０〜４００ｃｍ／ｓｅｃの範囲で変化させて作
製した種々のシャフトについても上記と同様な測定を行
った。その結果、得られる溶融凝固部の厚さ（深さ）は
照射条件により変化したものの、高感度が得られる隣接
する溶融凝固部相互の重ね合わせ率の範囲は照射条件が
変わっても変わらず、上記と同様の５０％より大きく８
５％以下の範囲になった。このことから、レーザビーム
走査時の隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率を５０
％より大きく８５％以下の特定範囲に制御することによ
り、磁歪層の磁性を制御でき、トルクセンサの感度を向
上させることができるといえる。
【００４６】トルク作用時のステンレスシャフト１１か
ら磁歪層１２への歪の伝達を、磁歪層１２とステンレス
シャフト１１の両者の表面に歪ゲージを装着して測定し
たところ、トルクを２００Ｎ・ｍ作用させても、レーザ
照射層表面とステンレス表面の歪は完全に一致し、良好
な接合が得られていた。尚、シャフト表面にレーザビー
ムをオーバーラップ照射して形成した磁歪層１２の組織
は、Ｘ線回折から大部分は非晶質になっていた。
ら磁歪層１２への歪の伝達を、磁歪層１２とステンレス
シャフト１１の両者の表面に歪ゲージを装着して測定し
たところ、トルクを２００Ｎ・ｍ作用させても、レーザ
照射層表面とステンレス表面の歪は完全に一致し、良好
な接合が得られていた。尚、シャフト表面にレーザビー
ムをオーバーラップ照射して形成した磁歪層１２の組織
は、Ｘ線回折から大部分は非晶質になっていた。
【００４７】また、それらの磁歪層１２の表面には、レ
ーザビーム走査で一度溶融凝固した部分のうち、次の隣
接するレーザビーム走査で再溶融されなかった部分が、
ビーム走査間隔ｄに相当する幅を有する線として現れ、
それらが隣接して作られた模様（縞模様）が光学顕微鏡
により観察された。そして、その線幅はレーザビーム照
射時の隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率に応じて
変化した。これらの磁歪層１２の断面には、レーザビー
ムのオーバーラップ照射に対応して、単一（１回の）ビ
ーム走査で生じる個々の溶融凝固部が重なり合った組織
が、光学顕微鏡により観察された。これら断面に現れる
個々の溶融凝固部における最深溶融点（溶融凝固した厚
さの最も厚い部分）間の距離は、ビーム走査間隔ｄに相
当し、レーザビーム照射時の隣接する溶融凝固部相互の
重ね合わせ率に応じて変化した。 〔実施例８〕図２０に示すように、１０ｍｍ×１０ｍｍ
×４０ｍｍの正四角柱形状のステンレス（ＳＵＳ３０
４）材１６の長方形面上に、実施例７と同様の作製方法
で、Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金層１２ａに連続ＣＯ2レーザビ
ーム１３を照射して、大きさ８ｍｍ×３０ｍｍの非晶質
相を含む磁歪層１２を形成した。ビーム照射条件は、実
施例７と同様の範囲で種々変化させて、いくつかの試料
を作製した。尚、ビーム走査方向１３ａはステンレス材
１６の長手方向とした。
ーザビーム走査で一度溶融凝固した部分のうち、次の隣
接するレーザビーム走査で再溶融されなかった部分が、
ビーム走査間隔ｄに相当する幅を有する線として現れ、
それらが隣接して作られた模様（縞模様）が光学顕微鏡
により観察された。そして、その線幅はレーザビーム照
射時の隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率に応じて
変化した。これらの磁歪層１２の断面には、レーザビー
ムのオーバーラップ照射に対応して、単一（１回の）ビ
ーム走査で生じる個々の溶融凝固部が重なり合った組織
が、光学顕微鏡により観察された。これら断面に現れる
個々の溶融凝固部における最深溶融点（溶融凝固した厚
さの最も厚い部分）間の距離は、ビーム走査間隔ｄに相
当し、レーザビーム照射時の隣接する溶融凝固部相互の
重ね合わせ率に応じて変化した。 〔実施例８〕図２０に示すように、１０ｍｍ×１０ｍｍ
×４０ｍｍの正四角柱形状のステンレス（ＳＵＳ３０
４）材１６の長方形面上に、実施例７と同様の作製方法
で、Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9合金層１２ａに連続ＣＯ2レーザビ
ーム１３を照射して、大きさ８ｍｍ×３０ｍｍの非晶質
相を含む磁歪層１２を形成した。ビーム照射条件は、実
施例７と同様の範囲で種々変化させて、いくつかの試料
を作製した。尚、ビーム走査方向１３ａはステンレス材
１６の長手方向とした。
【００４８】これらの試料について、インストロン型試
験機を用いて、長手方向に引張あるいは圧縮荷重を加え
ながら、それによって磁歪層１２に発生する弾性歪を、
応力ー磁気効果を利用して、図２０に示す方法により、
磁気感知部１７を非接触に配置して検出した。図２１
は、磁歪層１２を作製した際のビーム走査で生じる隣接
する溶融凝固部相互の重ね合わせ率と感度（出力電圧/
荷重）との関係を示した測定結果である。この場合も、
実施例７と同様に、レーザビーム走査時の隣接する溶融
凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１００
（％））を５０％より大きく８５％以下の範囲において
特に感度が高くなった。この特に高感度が得られる重ね
合わせ率の範囲は、作製時のレーザビーム出力や焦点は
ずし距離、ビーム走査速度を、実施例７と同様の範囲で
変化させても変わらなかった。上記の種々の試料につい
て、インストロン型試験機を用いて、試料の長手方向に
引張および圧縮荷重を交互にそれぞれの歪が０．１５％
になるように加えて、両振り疲労試験を行った。その結
果、レーザ照射時の隣接する溶融凝固部相互の重ね合わ
せ率が０％、すなわち隣接する溶融凝固部間に未溶融部
が縞状に残ったものは、約１．５×１０5 回の繰り返し
応力で、層表面にビーム走査方向に平行に割れが発生し
た。それに対して、レーザビームをオーバーラップ照射
したもの（隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率が０
％でないもの）は、５×１０6 回の繰り返し応力を作用
させても、層表面には割れは発生せず、断面を光学顕微
鏡で観察してもステンレスとの接合部に割れは見られな
かった。
験機を用いて、長手方向に引張あるいは圧縮荷重を加え
ながら、それによって磁歪層１２に発生する弾性歪を、
応力ー磁気効果を利用して、図２０に示す方法により、
磁気感知部１７を非接触に配置して検出した。図２１
は、磁歪層１２を作製した際のビーム走査で生じる隣接
する溶融凝固部相互の重ね合わせ率と感度（出力電圧/
荷重）との関係を示した測定結果である。この場合も、
実施例７と同様に、レーザビーム走査時の隣接する溶融
凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１００
（％））を５０％より大きく８５％以下の範囲において
特に感度が高くなった。この特に高感度が得られる重ね
合わせ率の範囲は、作製時のレーザビーム出力や焦点は
ずし距離、ビーム走査速度を、実施例７と同様の範囲で
変化させても変わらなかった。上記の種々の試料につい
て、インストロン型試験機を用いて、試料の長手方向に
引張および圧縮荷重を交互にそれぞれの歪が０．１５％
になるように加えて、両振り疲労試験を行った。その結
果、レーザ照射時の隣接する溶融凝固部相互の重ね合わ
せ率が０％、すなわち隣接する溶融凝固部間に未溶融部
が縞状に残ったものは、約１．５×１０5 回の繰り返し
応力で、層表面にビーム走査方向に平行に割れが発生し
た。それに対して、レーザビームをオーバーラップ照射
したもの（隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率が０
％でないもの）は、５×１０6 回の繰り返し応力を作用
させても、層表面には割れは発生せず、断面を光学顕微
鏡で観察してもステンレスとの接合部に割れは見られな
かった。
【００４９】本実施例で作製した試料についても、実施
例７で作製したシャフトの場合と同様に、レーザビーム
をオーバーラップ照射して形成した磁歪層は、大部分非
晶質相となり、その表面や断面の形態も実施例７と同様
であった。 〔実施例９〕実施例５と同様のステンレス製シャフト１
に、実施例５と同様の作製方法により、ビーム走査間隔
（ビーム中心間距離ｄ）のみを１００μｍに変えて、他
の作製条件は同一にして、レーザビームのオーバーラッ
プ照射を行った。
例７で作製したシャフトの場合と同様に、レーザビーム
をオーバーラップ照射して形成した磁歪層は、大部分非
晶質相となり、その表面や断面の形態も実施例７と同様
であった。 〔実施例９〕実施例５と同様のステンレス製シャフト１
に、実施例５と同様の作製方法により、ビーム走査間隔
（ビーム中心間距離ｄ）のみを１００μｍに変えて、他
の作製条件は同一にして、レーザビームのオーバーラッ
プ照射を行った。
【００５０】即ち、この時の重ね合わせ率は、（Ｄ−
ｄ）／Ｄ×１００％が（１３０−１００）／１３０×１
００≒２３（％）であり、これは実施例７の示す最適範
囲外である。その結果得られた磁歪層２の組織は、結晶
相を含む厚さの薄い熱影響部２ｄが非晶質相２ｃを約１
００μｍ間隔で細長く仕切った形になった。
ｄ）／Ｄ×１００％が（１３０−１００）／１３０×１
００≒２３（％）であり、これは実施例７の示す最適範
囲外である。その結果得られた磁歪層２の組織は、結晶
相を含む厚さの薄い熱影響部２ｄが非晶質相２ｃを約１
００μｍ間隔で細長く仕切った形になった。
【００５１】このような金属組織の非晶質磁歪層を表面
に形成したシャフトを用いて、実施例５と同様な方法
で、トルク−出力特性を測定した。その結果、高い感度
である０．３９Ｖ／ｋｇｆ・ｍが得られた。この値は、
図１５よりも明らかなように、従来の縞状照射（ヒーム
走査間隔１５０μｍ）の場合よりもかなり高い値である
ことが分かる。
に形成したシャフトを用いて、実施例５と同様な方法
で、トルク−出力特性を測定した。その結果、高い感度
である０．３９Ｖ／ｋｇｆ・ｍが得られた。この値は、
図１５よりも明らかなように、従来の縞状照射（ヒーム
走査間隔１５０μｍ）の場合よりもかなり高い値である
ことが分かる。
【００５２】即ち、レーザビームのオーバーラップ照射
によって、合金層の表面に、熱影響部を有する磁歪層を
形成すれば、オーバーラップによる溶融凝固部の重ね合
わせ部がたとえ５０％より大きく８５％以下の範囲外で
あっても十分高い感度を有した磁歪層を得ることが分か
った。上記の実施例では、高エネルギー密度ビームとし
て、すべてレーザビームを用いたが、電子ビームその他
でも同様に可能である。
によって、合金層の表面に、熱影響部を有する磁歪層を
形成すれば、オーバーラップによる溶融凝固部の重ね合
わせ部がたとえ５０％より大きく８５％以下の範囲外で
あっても十分高い感度を有した磁歪層を得ることが分か
った。上記の実施例では、高エネルギー密度ビームとし
て、すべてレーザビームを用いたが、電子ビームその他
でも同様に可能である。
【００５３】また、第１の発明においては、レーザビー
ムのオーバーラップの量（重ね合わせ部の幅）は、照射
幅（すなわち溶融部の幅）の１０％から９０％の範囲で
あればよく、その範囲で照射した場合には磁気異方性を
有する主に非晶質合金からなる磁歪層を作製することが
でき、高感度な応力・歪センサを製造することができ
る。
ムのオーバーラップの量（重ね合わせ部の幅）は、照射
幅（すなわち溶融部の幅）の１０％から９０％の範囲で
あればよく、その範囲で照射した場合には磁気異方性を
有する主に非晶質合金からなる磁歪層を作製することが
でき、高感度な応力・歪センサを製造することができ
る。
【００５４】また、第１および第２の発明において、レ
ーザ照射前に非晶質形成能の高い合金層を被検出材表面
に形成する工程は、鑞付けでなくても金属接合が得られ
る工程であれば方法は問わない。また、合金の組成も、
非晶質形成能が高く、且つ軟磁気特性に優れ、磁歪定数
が大きければ、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系に限らない。
ーザ照射前に非晶質形成能の高い合金層を被検出材表面
に形成する工程は、鑞付けでなくても金属接合が得られ
る工程であれば方法は問わない。また、合金の組成も、
非晶質形成能が高く、且つ軟磁気特性に優れ、磁歪定数
が大きければ、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系に限らない。
【００５５】また、磁歪層を形成する被検出部材の形状
は、実施例からも明らかなように、平面でなくても曲面
でもその他の形状でも可能であり、レーザビームの走査
方向を変えることにより、任意の方向の応力・歪を検出
することができる。磁気感知部の構成は、コイル形式、
磁気ヘッド形式、ホール素子と永久磁石を組み合わせた
形式など、励磁と磁気検出ができればどのような形式で
もよい。
は、実施例からも明らかなように、平面でなくても曲面
でもその他の形状でも可能であり、レーザビームの走査
方向を変えることにより、任意の方向の応力・歪を検出
することができる。磁気感知部の構成は、コイル形式、
磁気ヘッド形式、ホール素子と永久磁石を組み合わせた
形式など、励磁と磁気検出ができればどのような形式で
もよい。
【図１】図１は、第１の発明のレーザビームのオーバー
ラップ照射により非晶質化した層のインダクタンス測定
結果である。
ラップ照射により非晶質化した層のインダクタンス測定
結果である。
【図２】図２（ａ）は、第１の発明のレーザビームのオ
ーバーラップ照射による非晶質合金層の形成方法の模式
図、図２（ｂ）は本発明による非接触磁歪式トルクセン
サの模式図である。
ーバーラップ照射による非晶質合金層の形成方法の模式
図、図２（ｂ）は本発明による非接触磁歪式トルクセン
サの模式図である。
【図３】図３は、第１の発明のレーザ照射層の電子線回
折パターンとして金属組織を示す写真である。
折パターンとして金属組織を示す写真である。
【図４】図４は、第１の発明による非接触磁歪式トルク
センサの出力特性である。
センサの出力特性である。
【図５】図５は、第１の発明による引張および圧縮歪の
検出方法の模式図である。
検出方法の模式図である。
【図６】図６は、第１の発明による引張および圧縮歪の
検出特性である。
検出特性である。
【図７】図７は、第１の発明による曲げ歪の検出方法の
模式図である。
模式図である。
【図８】図８は、第１の発明による曲げ歪の検出特性で
ある。
ある。
【図９】図９は、第１の発明による内圧が作用した円筒
表面の歪検出方法の模式図である。
表面の歪検出方法の模式図である。
【図１０】図１０は、第１の発明による内圧で生じた円
筒表面歪の検出特性である。
筒表面歪の検出特性である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、実施例５の磁歪層
の表面および断面の金属組織を表す写真である。
の表面および断面の金属組織を表す写真である。
【図１２】図１２は、実施例５の磁歪層の磁化方向とビ
ーム走査方向とを変化させたインダクタンスの測定法を
示す説明図である。
ーム走査方向とを変化させたインダクタンスの測定法を
示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施例５の磁歪層の磁化方向とビ
ーム走査方向とのなす角度とインダクタンスとの関係を
示す特性図である。
ーム走査方向とのなす角度とインダクタンスとの関係を
示す特性図である。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、実施例５の磁歪層
の断面の模式図および未照射部を縞状に残した磁歪層の
断面の模式図である。
の断面の模式図および未照射部を縞状に残した磁歪層の
断面の模式図である。
【図１５】図１５は、実施例５による非接触磁歪式トル
クセンサの出力特性を示す特性図である。
クセンサの出力特性を示す特性図である。
【図１６】図１６は、実施例５による引張および圧縮歪
の検出特性である。
の検出特性である。
【図１７】図１７は、第２の発明におけるレーザビーム
の照射による非晶質合金磁歪層の形成方法の模式図であ
る。
の照射による非晶質合金磁歪層の形成方法の模式図であ
る。
【図１８】図１８は、第２の発明による非接触磁歪式ト
ルクセンサの模式図である。
ルクセンサの模式図である。
【図１９】図１９は本発明によるレーザビーム照射時の
隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率がトルクセンサ
感度に及ぼす影響を示した測定結果である。
隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率がトルクセンサ
感度に及ぼす影響を示した測定結果である。
【図２０】図２０は、第２の発明による引張歪および圧
縮歪の検出方法の模式図である。
縮歪の検出方法の模式図である。
【図２１】図２１は、第２の発明によるレーザビーム照
射時の隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率が引張歪
および圧縮歪の検出感度に及ぼす影響を示した測定結果
である。
射時の隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率が引張歪
および圧縮歪の検出感度に及ぼす影響を示した測定結果
である。
１ シャフト（被検出部材） ２ 非晶質合金磁歪層（磁歪層） ２ａ Ｆｅ78Ｂ13Ｓｉ9 合金層（合金層） ３ レ−ザビーム（高エネルギー密度ビーム）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年６月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 望 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 井村 徹 愛知県名古屋市千種区東山元町２の58の１
Claims (18)
- 【請求項１】 被検出部材表面に歪を検出すべく形成さ
れる磁歪層の形成方法において、 前記被検出部材表面に合金層を形成した後、高エネルギ
ー密度ビームを合金層にオーバーラップさせて走査する
ことにより、磁気異方性を付与させて磁歪層を形成する
ことを特徴とする磁歪層形成方法。 - 【請求項２】 前記高エネルギー密度ビームのオーバー
ラップ照射の走査方向を、前記被検出部材表面の所望検
出応力方向とすることを特徴とする請求項１記載の磁歪
層形成方法。 - 【請求項３】 前記高エネルギー密度ビームのオーバー
ラップ照射により、前記磁歪層が非晶質相を有すること
を特徴とする請求項１項記載の磁歪層形成方法。 - 【請求項４】 被検出部材表面に歪を検出すべく形成さ
れる磁歪層の形成方法において、 第１のビーム照射で溶融急冷されて既に非晶質化した部
分に、隣接する第２のビーム照射で生じる溶融部との界
面に沿って、結晶化した熱影響部を形成させるように、
前記被検出部材表面に形成した合金層に高エネルギー密
度ビームをオーバーラップさせ、形状磁気異方性を付与
した非晶質磁歪層を形成することを特徴とする磁歪層形
成方法。 - 【請求項５】 前記高エネルギー密度ビームのオーバー
ラップ照射で発生させた前記熱影響部により、細長い形
状に分断された非晶質相部分の磁化容易方向となる長手
方向を、前記被検出部材表面の所望検出応力方向とする
ことを特徴とする請求項４記載の磁歪層形成方法。 - 【請求項６】 前記高エネルギー密度ビームの照射で生
じる磁歪層が、非晶質相を有することを特徴とする請求
項４記載の磁歪層形成方法。 - 【請求項７】 被検出部材表面に予め形成された合金層
に高エネルギー密度ビームを照射して溶融急冷する方法
において、 前記高エネルギー密度ビームをオーバーラップ照射し、
その際に生じる隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率
（（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１００（％））を５０％より大きく
８５％以下の範囲とするる磁歪層形成方法。 - 【請求項８】 前記高エネルギー密度ビームの照射で生
じる磁歪層が、非晶質相を有することを特徴とする請求
項７記載の磁歪層形成方法。 - 【請求項９】 被検出部材表面に歪を検出すべく形成さ
れる磁歪層の形成方法において、 第１のビーム照射で溶融急冷されて既に非晶質化した部
分に、隣接する第２のビーム照射で生じる溶融部との界
面に沿って、結晶化した熱影響部を形成させるように、
前記被検出部材表面に形成した合金層に高エネルギー密
度ビームをオーバーラップさせ、前記高エネルギー密度
ビームのオーバーラップの溶融凝固部相互の重ね合わせ
率（（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１００（％））を５０％より大き
く８５％以下の範囲とする磁歪層形成方法。 - 【請求項１０】 前記高エネルギー密度ビームのオーバ
ーラップ照射で発生させた前記熱影響部により、細長い
形状に分断された非晶質相部分の磁化容易方向となる長
手方向を、前記被検出部材表面の所望検出応力方向とす
ることを特徴とする請求項９記載の磁歪層形成方法。 - 【請求項１１】 前記高エネルギー密度ビームの照射で
生じる磁歪層が、非晶質相を有することを特徴とする請
求項９記載の磁歪層形成方法。 - 【請求項１２】 被検出部材表面に歪を検出すべく形成
される磁歪層の形成方法において、前記被検出部材表面
に合金層を形成した後、高エネルギー密度ビームを合金
層にオーバーラップさせて走査する照射方法により、磁
気異方性を付与させて磁歪層を形成するとともに、前記
走査方向を被検出部材表面の所望検出応力方向と同一と
することによって得られる走査方向の磁気的変化を検出
する磁気変化検出手段を有することを特徴とする歪セン
サ。 - 【請求項１３】 被検出部材表面に歪を検出すべく形成
される磁歪層を有する歪センサにおいて、 該歪センサは、前記被検出部材表面に形成され、第１の
ビーム照射で溶融急冷されて既に非晶質化した部分に、
隣接する第２のビーム照射で生じる溶融部との界面に沿
う、結晶化した熱影響部が形成されることにより、形状
磁気異方性を付与した非晶質磁歪層が形成された合金層
を有することを特徴とする歪センサ。 - 【請求項１４】 前記熱影響部は、第１のビーム照射と
第２のビーム照射をオーバーラップすることにより形成
されることを特徴とする請求項１３記載の歪センサ。 - 【請求項１５】 前記非晶質磁歪層には、磁化容易方向
を被検出部材表面の所望検出応力方向と同一にした上
で、前記非晶質磁歪層の磁気的変化を検出する磁気変化
検出手段を有することを特徴とする請求項１３記載の歪
センサ。 - 【請求項１６】 被検出部材表面に形成された合金層に
高エネルギー密度ビームを照射して溶融急冷により形成
される磁歪層を用いる歪センサにおいて、 前記高エネルギー密度ビームのオーバーラップ照射時に
生じる隣接する溶融凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−
ｄ）／Ｄ×１００（％））によって表すことのできる割
合）を５０％より大きく８５％以下の範囲に制御するこ
とを特徴とする歪センサ。 - 【請求項１７】 前記高エネルギー密度ビームの照射で
生じる磁歪層が、非晶質相を有することを特徴とする請
求項１６記載の歪センサ。 - 【請求項１８】 被検出部材表面に歪を検出すべく形成
される磁歪層を有する歪センサにおいて、 該歪センサは、前記被検出部材表面に形成され、第１の
ビーム照射で溶融急冷されて既に非晶質化した部分に、
隣接する第２のビーム照射で生じる溶融部との界面に沿
って、結晶化した熱影響部が形成されるように、第１の
ビーム照射と第２のビーム照射をオーバーラップさせる
とともに、このオーバーラップ照射時に生じる隣接する
溶融凝固部相互の重ね合わせ率（（Ｄ−ｄ）／Ｄ×１０
０（％））によって表すことのできる割合）を５０％よ
り大きく８５％以下の範囲とすることにより、形状磁気
異方性を付与した非晶質磁歪層が形成された合金層を有
することを特徴とする歪センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5126950A JPH06216426A (ja) | 1992-06-09 | 1993-05-28 | 磁歪層形成方法およびそれを用いた歪センサ |
| US08/072,755 US5449418A (en) | 1992-06-09 | 1993-06-07 | Method of formation of magnetostrictive layer and strain sensor using same |
| DE4319272A DE4319272A1 (de) | 1992-06-09 | 1993-06-09 | Verfahren zum Ausbilden einer magnetostriktiven Schicht und Deformierungssensor, der die Schicht benutzt |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14939092 | 1992-06-09 | ||
| JP4-149390 | 1992-06-09 | ||
| JP31360492 | 1992-11-24 | ||
| JP4-313604 | 1992-11-24 | ||
| JP5126950A JPH06216426A (ja) | 1992-06-09 | 1993-05-28 | 磁歪層形成方法およびそれを用いた歪センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216426A true JPH06216426A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=27315428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5126950A Pending JPH06216426A (ja) | 1992-06-09 | 1993-05-28 | 磁歪層形成方法およびそれを用いた歪センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5449418A (ja) |
| JP (1) | JPH06216426A (ja) |
| DE (1) | DE4319272A1 (ja) |
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-
1993
- 1993-05-28 JP JP5126950A patent/JPH06216426A/ja active Pending
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021029 |