JPH0815060A - Manufacture of magnetostrictive film for torque sensor - Google Patents

Manufacture of magnetostrictive film for torque sensor

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JPH0815060A
JPH0815060A JP16891194A JP16891194A JPH0815060A JP H0815060 A JPH0815060 A JP H0815060A JP 16891194 A JP16891194 A JP 16891194A JP 16891194 A JP16891194 A JP 16891194A JP H0815060 A JPH0815060 A JP H0815060A
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JP
Japan
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magnetostrictive
shaft
phase
film
torque sensor
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Withdrawn
Application number
JP16891194A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Sugihara
忠 杉原
Yukihiro Ouchi
幸弘 大内
Kazufumi Yoshida
和史 吉田
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a magnetostrictive film for a torque sensor with high sensitivity and low hysterisis and a manufacturing method thereof. CONSTITUTION:A magnetostrictive film having a magnetostrictive effect is formed on the surface of an axle so that a torque sensor that detects strain torque applied on the axle is formed. The magnetostrictive film has a compound structure wherein a phase made of, for example, Fe-Ni group, Co-Ni group or Fe-Al group that mainly represents a magnetostrictive effect is finely dispersed into a matrix consisting of a phase made of a boride, a borosilicate or the like of the magnetostrictive alloy that mainly represents a hardness effect.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【産業上の利用分野】本発明は、磁性合金の逆磁歪効果
を利用して、動力伝達軸としてのシャフトに伝わるトル
クを非接触で測定する磁歪式トルクセンサに用いられる
磁歪膜およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention utilizes a reverse magnetostriction effect of a magnetic alloy, and a magnetostrictive film for use in a magnetostrictive torque sensor for measuring torque transmitted to a shaft as a power transmission shaft in a non-contact manner and a method for manufacturing the same. Regarding

【従来の技術】強磁性体は、磁化されるとその寸法が微
小変形し、逆に外力を加え弾性変形を与えるとその透磁
率が変化する性質を有する。前者を磁歪効果、後者を逆
磁歪効果という。これらの効果の大きさの目安として
は、飽和磁歪係数λs が用いられる。上記逆磁歪効果を
利用して、回転軸に加えられたトルクを磁気的に検出す
るセンサを磁歪式トルクセンサという。一般に、原動
機、工作機械等に用いられる動力伝達軸(シャフト)に
おいては、出力制御または動力変動制御のため、シャフ
トに加わるトルクが計測されている。このトルクの計測
には磁歪式トルクセンサが用いられている。従来、磁歪
式トルクセンサに用いられている磁歪式トルク検出部付
きシャフトとして、特開昭63−81993号公報に示
すように、シャフト自体を、磁歪効果を有する鋼製シ
ャフトで構成したシャフトが知られている。また、特開
昭59−166827号公報に示すように、シャフト
の表面に、磁性金属薄帯を合成樹脂系接着剤等によって
固定して、磁歪式トルク検出部としての磁歪膜を形成し
たシャフトも知られている。このシャフトからトルクを
検出するには、シャフトに作用するトルクによる応力を
磁歪膜まで伝達させ、このときの磁歪膜の逆磁歪効果に
よる透磁率の変化を外部から非接触で検出する。また、
シャフトの表面にニッケル膜をメッキ法や、蒸着法あ
るいはスパッタ法で形成する方法も知られている。さら
に特開平4−346043号には、Ni−Fe系磁歪
膜をプラズマ溶射法などの溶射法によりシャフト表面に
形成し、無酸化雰囲気中にて900〜1100℃で加熱
拡散処理を行なうことが、また上記特開平5−5267
8号公報には、同様にFe−Co系磁歪膜をプラズマ溶
射法により形成したのち、無酸化雰囲気中にて800〜
850℃で加熱拡散処理を行なうことが開示されてい
る。
2. Description of the Related Art Ferromagnetic materials have the property that their dimensions are slightly deformed when they are magnetized and that their magnetic permeability is changed when they are elastically deformed by applying an external force. The former is called the magnetostrictive effect and the latter is called the inverse magnetostrictive effect. The saturation magnetostriction coefficient λs is used as a measure of the magnitude of these effects. A sensor that magnetically detects the torque applied to the rotating shaft by utilizing the inverse magnetostrictive effect is called a magnetostrictive torque sensor. Generally, in a power transmission shaft (shaft) used for a prime mover, a machine tool, etc., torque applied to the shaft is measured for output control or power fluctuation control. A magnetostrictive torque sensor is used to measure this torque. Conventionally, as a shaft with a magnetostrictive torque detector used in a magnetostrictive torque sensor, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-81993, a shaft constituted of a steel shaft having a magnetostrictive effect is known. Has been. Also, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-166827, a shaft having a magnetostrictive film as a magnetostrictive torque detecting section formed by fixing a magnetic metal ribbon to the surface of the shaft with a synthetic resin adhesive or the like. Are known. In order to detect the torque from the shaft, the stress caused by the torque acting on the shaft is transmitted to the magnetostrictive film, and the change in the magnetic permeability due to the inverse magnetostrictive effect of the magnetostrictive film at this time is detected from the outside without contact. Also,
There is also known a method of forming a nickel film on the surface of the shaft by a plating method, a vapor deposition method or a sputtering method. Further, in JP-A-4-346043, a Ni—Fe based magnetostrictive film is formed on the surface of a shaft by a thermal spraying method such as a plasma spraying method, and a heat diffusion treatment is performed at 900 to 1100 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. Further, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 5-5267
No. 8, in the same manner, after forming an Fe—Co based magnetostrictive film by a plasma spraying method, 800 to 800 in a non-oxidizing atmosphere.
It is disclosed that the heat diffusion treatment is performed at 850 ° C.

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁歪式トルクセンサにおいては、次に示す問
題点を有している。まず、シャフト自体の磁歪効果を
利用した磁歪式トルク検出部付きシャフトでは、磁歪膜
を別途設けたシャフトに比較して磁歪効果が低く、結果
としてトルク検出の感度が低いという問題点を有してい
る。そのため、このシャフトを用いたトルクセンサで
は、処理回路が複雑かつ高価になる。一方、また、磁
歪膜を別途設けたシャフトでは、磁歪膜を接着剤で接着
していることから、磁歪膜そのものに耐食性をもたせる
ことができるものの、十分な磁歪膜とシャフトとの接合
強度が得られず、信頼性にかけるという問題点を有して
いる。すなわち、このシャフトでは、シャフトへ加えら
れるトルクの大きさ、または、高温多湿の使用環境条件
によっては、磁歪膜とシャフトとの接合が劣化するおそ
れがあり、加えられるトルクと検出される透磁率の変化
との相関関係が崩れてしまい、トルクの検出精度が低下
してしまうおそれがある。このような不都合が生じる原
因は、シャフトに加えられるトルクと合成樹脂系接着剤
の接合強度との比が、トルクが大きくなるにしたがって
小さくなり、シャフトに生じる応力を磁歪膜へ十分に伝
達できなくなるからと想定される。また、合成樹脂系接
着剤自体の経時変化や使用環境温度の熱による劣化等に
起因しているものと想定される。また、シャフトの表
面にニッケル膜をメッキ法、蒸着法、スパッタ法などで
形成する場合、およびプラズマ溶射法によりシャフト
表面にNi−Fe系などの磁歪膜を形成する場合、ヒス
テリシスが小さいと感度が悪く、逆に感度を良くしよう
とするとヒステリシスが大きくなるという問題点があっ
た。なお、これらの方法によって得られた磁歪膜の金属
組織は、1相構造のものである。本発明は、感度の向上
とヒステリシスの低減を同時に達成する磁歪膜を提供す
ることを目的とする。
However, such a conventional magnetostrictive torque sensor has the following problems. First, a shaft with a magnetostrictive torque detector that utilizes the magnetostrictive effect of the shaft itself has a problem that the magnetostrictive effect is lower than that of a shaft provided with a magnetostrictive film, and as a result, the sensitivity of torque detection is low. There is. Therefore, in the torque sensor using this shaft, the processing circuit becomes complicated and expensive. On the other hand, in the case of a shaft with a separate magnetostrictive film, since the magnetostrictive film is adhered with an adhesive, the magnetostrictive film itself can have corrosion resistance, but sufficient joint strength between the magnetostrictive film and the shaft is obtained. However, there is a problem in that reliability is lost. That is, in this shaft, the joint between the magnetostrictive film and the shaft may deteriorate depending on the magnitude of the torque applied to the shaft or the operating environment conditions of high temperature and high humidity. The correlation with the change may be lost, and the torque detection accuracy may be reduced. The cause of such inconvenience is that the ratio of the torque applied to the shaft and the bonding strength of the synthetic resin adhesive decreases as the torque increases, and the stress generated in the shaft cannot be sufficiently transmitted to the magnetostrictive film. Is assumed to be from. Further, it is assumed that it is caused by a change with time of the synthetic resin adhesive itself, deterioration due to heat of the environment temperature for use, or the like. In addition, when a nickel film is formed on the surface of the shaft by a plating method, a vapor deposition method, a sputtering method, or a magnetostrictive film such as a Ni—Fe system is formed on the surface of the shaft by a plasma spraying method, sensitivity is small when the hysteresis is small. On the contrary, there is a problem that the hysteresis becomes large when trying to improve the sensitivity. The metallographic structure of the magnetostrictive film obtained by these methods has a one-phase structure. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive film that simultaneously achieves improvement in sensitivity and reduction in hysteresis.

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る磁歪膜は、軸の表面に磁気歪効果を有
する磁歪膜を形成することで、軸に加えられたねじりト
ルクを検出する磁歪式トルクセンサに用いられる磁歪膜
であって、前記磁歪膜が、少なくともその表面部におい
て、主として磁歪効果を示す相(以下、磁歪相と称す
る。)と、主として硬さの効果を示す相(以下、硬化相
と称する。)とからなる複合組織を有することを特徴と
する。前記磁歪相としては、Fe−Ni系、Co−Ni
系、Fe−Al系、希土類金属−Fe系、希土類金属−
Co系、およびこれらの複合合金系からなる群から選ば
れてなるいずれかの磁歪合金、または前記したいずれか
の合金系にMo、W、Zr、TaおよびNbからなる群
から選ばれてなる1ないしそれ以上の金属元素を含有し
てなる磁歪合金から構成されるものであることが望まし
い。また、前記硬化相としては、前記磁歪相のホウ化物
またはホウ珪化物より構成されるものであることが望ま
しい。さらに、前記磁歪相が、前記硬化相よりなるマト
リックス中に微分散、より好ましくは直径5〜10μm
程度の結晶粒として微分散された構造を呈するものであ
ることが望ましい。本発明に係る磁歪膜の製造方法は、
Fe−Ni系、Co−Ni系、Fe−Al系、希土類金
属−Fe系、希土類金属−Co系、およびこれらの複合
合金系からなる群から選ばれてなる磁歪合金系、または
前記したいずれかの合金系にMo、W、Zr、Taおよ
びNbからなる群から選ばれてなる1ないしそれ以上の
金属元素を含有してなる磁歪合金系に、Bおよび/また
はSiをさらに添加してなる組成を有する磁歪材料を、
軸表面に付着させ、次いで、前記軸表面に付着させた磁
歪材料を加熱して、前記磁歪材料を磁歪膜として軸表面
に熱融着させると共に、少なくともその表面部におい
て、前記磁歪合金のホウ化物やホウ珪化物からなる硬化
相をマトリックスとし、前記磁歪合金よりなる磁歪相が
これに微細分散されてなる複合組織を形成する。上記加
熱は、軸表面温度1050〜1090℃、加熱時間3〜
6分程度の処理条件により、高周波誘導加熱により行な
われるものであることが望ましい。
In order to achieve the above object, the magnetostrictive film according to the present invention forms a magnetostrictive film having a magnetostrictive effect on the surface of a shaft so that the torsion torque applied to the shaft can be reduced. A magnetostrictive film used in a magnetostrictive torque sensor for detecting, wherein the magnetostrictive film exhibits mainly a magnetostrictive effect phase (hereinafter referred to as a magnetostrictive phase) and a hardness effect, at least in its surface portion. It is characterized by having a composite structure composed of a phase (hereinafter referred to as a hardening phase). As the magnetostrictive phase, Fe-Ni system, Co-Ni system
System, Fe-Al system, rare earth metal-Fe system, rare earth metal-
1. Any magnetostrictive alloy selected from the group consisting of Co-based alloys and composite alloys thereof, or any of the alloy systems described above selected from the group consisting of Mo, W, Zr, Ta and Nb 1. It is desirable to be composed of a magnetostrictive alloy containing at least one or more metal elements. Further, it is desirable that the hardening phase is composed of the boride or borosilicate of the magnetostrictive phase. Further, the magnetostrictive phase is finely dispersed in the matrix composed of the hardened phase, more preferably 5 to 10 μm in diameter.
It is desirable that the particles exhibit a finely dispersed structure as crystal grains of a certain degree. The manufacturing method of the magnetostrictive film according to the present invention,
Magnetostrictive alloy system selected from the group consisting of Fe-Ni system, Co-Ni system, Fe-Al system, rare earth metal-Fe system, rare earth metal-Co system, and composite alloy systems thereof, or any one of the above. A composition obtained by further adding B and / or Si to the magnetostrictive alloy system containing one or more metal elements selected from the group consisting of Mo, W, Zr, Ta and Nb in the alloy system of A magnetostrictive material having
The magnetostrictive material adhered to the shaft surface is then heated to heat-bond the magnetostrictive material to the shaft surface as a magnetostrictive film, and at least at the surface portion thereof, a boride of the magnetostrictive alloy. A hardened phase composed of a borosilicate or a matrix is used as a matrix, and a magnetostrictive phase composed of the magnetostrictive alloy is finely dispersed therein to form a composite structure. The heating is carried out at a shaft surface temperature of 1050 to 1090 ° C. and a heating time of 3 to
It is desirable that the heating is performed by high frequency induction heating under a processing condition of about 6 minutes.

【作用】一般に、ヒステリシスが発生する要因として、
磁歪材中の磁壁移動、回転磁化に伴う磁気的不可逆性
と、材料のミクロな塑性変形による二つがある。の
対策としては結晶磁気異方性の低減であり、本発明は、
微小な磁歪相を(できれば非磁性相中に)均一に分散さ
せることで可能とした。また、の対策としては、表面
の材料剛性を向上させること、すなわち表面の硬さを改
良することで達成した。このことを念頭において、この
発明は、具体的に、磁歪効果の大きい系(例えばFe−
Ni、Co−Ni、Fe−Alなど)にホウ化物、ホウ
珪化物などの硬化相ができるようにB、SiまたはM
o、W、Zr、Ta、Nbなどを1種元素以上あらかじ
め含有させ、その材料を例えば溶射法などでシャフトに
付着させておき、その後、磁歪部分を加熱(例えば高周
波加熱)し、磁歪部を磁歪材合金のホウ化物やホウ珪化
物からなる硬化相をマトリックスとし、磁歪効果の大き
い相(例えばFe−Ni相)がそのマトリックス中に微
細分散させる条件でシャフト材に熱溶着させた。また、
大きな磁歪効果をもつ結晶粒を析出させることで高感度
とした。また、5〜10μm程度の微細な磁歪相の結晶
とすることにより、磁気的異方性を小さくしたこと、そ
してマトリックスを形成する硬化相の存在により表面層
の剛性を高めたことにより、低ヒステリシス特性を実現
させた。本発明による磁歪相と硬化相よりなる複合相
は、感度を高めると共に、ヒステリシスの要因を一度に
解決できるため、高感度で低ヒステリシスのトルクセン
サの提供を可能とした。
[Function] Generally, as a factor causing the hysteresis,
There are two types: magnetic domain wall movement in a magnetostrictive material, magnetic irreversibility associated with rotational magnetization, and microscopic plastic deformation of the material. As a countermeasure against the above, reduction of the crystal magnetic anisotropy, and the present invention is
It was made possible by uniformly dispersing the minute magnetostrictive phase (preferably in the non-magnetic phase). As a measure against the above, the material rigidity of the surface was improved, that is, the hardness of the surface was improved. With this in mind, the present invention specifically describes a system with a large magnetostriction effect (for example, Fe-
Ni, Co-Ni, Fe-Al, etc.) so that a hardening phase of boride, borosilicate, etc. can be formed in B, Si or M.
One or more elements such as o, W, Zr, Ta, and Nb are contained in advance, and the material is attached to the shaft by, for example, a thermal spraying method, and then the magnetostrictive portion is heated (for example, high frequency heating) to form the magnetostrictive portion. A hardened phase made of a boride or a borosilicate of a magnetostrictive material alloy was used as a matrix, and a phase having a large magnetostrictive effect (for example, Fe—Ni phase) was heat-welded to a shaft material under the condition that the phase was finely dispersed in the matrix. Also,
High sensitivity was achieved by precipitating crystal grains with a large magnetostriction effect. In addition, the magnetic anisotropy is reduced by making the crystal of a fine magnetostrictive phase of about 5 to 10 μm, and the rigidity of the surface layer is increased by the presence of the hardened phase forming the matrix, which results in low hysteresis. Realized the characteristics. The composite phase composed of the magnetostrictive phase and the hardened phase according to the present invention can enhance the sensitivity and solve the factors of the hysteresis at one time, so that it is possible to provide a torque sensor with high sensitivity and low hysteresis.

【実施例】以下、本発明に係るトルクセンサ用磁歪膜お
よびその製造方法について、図面を参照しつつ詳細に説
明する。図1に示すように、本発明の一実施態様に係る
磁歪式トルクセンサ用検出体を有するシャフト2は、シ
ャフト2の表面に磁歪膜4が形成され、シャフト2に対
し磁歪膜4が強固に溶融接合されることにより、磁歪式
トルクセンサ用検出体6とされている。シャフト2に形
成された磁歪式トルクセンサ用検出体6は、シャフトの
軸心に対して相互に逆方向に約45度の傾きで傾斜した
二列のスリット状パターンを有する。各パターンが形成
されたシャフト2の外周には、約2mm以上程度の隙間で
励磁コイル(図示せず)が配置してある。これら励磁コ
イルは、数kHzから数百kHzの交流電源(図示して
いない)に接続してある。このため、動力伝達軸として
のシャフト2の表面に形成された磁歪式トルクセンサ用
検出体6としての磁歪膜4,4には十分飽和する交流磁
界が与えられる。励磁コイルの周囲には、シャフトに形
成してある磁歪式トルクセンサ用検出体6の二列のパタ
ーンに対応して、検出コイル8,8が配置してある。検
出コイル8,8の一端同士は接続され、他端はそれぞれ
差動検出手段10に接続してあり、磁歪式トルクセンサ
を構成している。磁歪式トルクセンサ用検出体6を、前
述したようにシャフトの軸心に対して相互に逆方向に約
45度に傾く二列のスリット状パターンに形成すること
で、シャフトが一方向に回転した場合に、一方のパター
ンには圧縮応力が作用し、他方のパターンには引っ張り
応力が作用する。したがって、これらの応力に基づく透
磁率の変化の差を、磁歪式トルクセンサとしての検出コ
イル8,8および差動検出手段10で測定することで、
シャフト2に作用するトルクを検出することができる。
差動検出手段としては、たとえば差動アンプが用いられ
る。なお、上記透磁率の変化の差は磁気ヘッドを用いて
検出してもよい。次に、本発明の一実施態様に係る磁歪
膜の製造方法について説明する。まず図2(A)に示す
ようにシャフト2を準備する。シャフト2としては、特
に限定されないが、たとえばSNCM439、YHD5
0などが用いられる。このシャフト2は、まず洗浄され
る。シャフト2の洗浄後、図2(B)に示すように、シ
ャフト2の所定の軸方向所定位置外周に、トルクセンサ
用検出体を形成するための磁歪膜4を形成仮留めする。
形成仮留めする方法としては、予め原料を溶解して所定
の合金組成を有する磁歪材料のインゴットを形成しこれ
を粉砕して得られた磁歪材料粉末を用いてプラズマ溶射
等の溶射を行なうか、あるいは予め原料を溶解し急冷延
伸して所定の合金組成を有する磁歪材料の薄帯(リボ
ン)を形成しておき、これをシャフトに巻き付けて、ス
ポット溶接などで仮止めすること等により行なわれる
が、前者の方法が最終的に磁歪膜をシャフトにより強固
かつ均一に接合できるために望ましい。なお、このよう
に予め所定の合金組成を有する磁歪材料のインゴットあ
るいはリボンを作成しておくことで、磁歪膜の組成の均
一化が図られ、特に溶射法によった場合においても、各
成分の溶融温度の相違による合金組織のバラツキ、欠陥
の発生といった問題を回避できる。プラズマ溶射法は、
一般にはAr、He、N2 、H2 等のガスでプラズマを
発生させ、そのプラズマ中に被膜形成用の粉末を投入し
溶融させて基材の表面に吹き付けて被膜を形成するもの
であり、所望の層厚、例えば、200〜300μmとな
るまで、必要に応じて溶射操作を繰り返す。なお、この
層厚は、検出磁束の侵入深さと後述するような熱処理後
の被膜の欠陥が少ない厚さ範囲から決まる。被膜が薄す
ぎると基材の影響が表われることになり出力特性の変動
をきたすこととなり、一方、被膜が厚すぎると溶射の厚
さとともに残留応力が発生し仕上げ後に最表面に欠陥が
でやすくなり歩留りの低下につながることから、上記の
範囲の層厚とすることが望まれる。リボンを巻き付ける
態様においても、前記したような層厚となるように巻き
付けられるが、操作性の上からリボンの膜厚は、たとえ
ば50〜100μm程度が好ましい。磁歪膜を形成する
磁歪材料としては、Fe−Ni系、Co−Ni系、Fe
−Al系、希土類金属−Fe系、希土類金属−Co系、
またはこれらの複合合金系、さらにはこれらの合金系に
Mo、W、Zr、Ta、Nbなどの金属元素を1ないし
複数を含有してなる合金系に、ホウ化物、ホウ珪化物な
どの硬化相ができるようにB、Siなどの元素を添加し
てなるものが用いられる。このような磁歪材料として、
具体的には、 Fex y Siz (ただし式中、x +y +z =100、65<x <80、
20<y +z <35、2<y <33である。)、次の一
般式 Fex Niy Mom n (ただし式中、x +y +m +n =100、70<x +y
<80、30<x <50、20<m +n <30、2<m
<10である。)、または次の一般式 Fex Coy m Sin (ただし式中、x +y +m +n =100、75<x +y
<90、50<x <80、10<m +n <25、9<m
<24である。)なる組成のものが好ましいものとして
例示できる。次に、磁歪膜4を仮留めした状態のシャフ
ト2を、たとえば図3に示すような高周波溶融接合装置
14を用いて、減圧条件下に熱処理する。この装置14
は、シャフト2を収容する真空チャンバー16を有し、
シャフト回転装置18によりシャフト2が回転するよう
になっている。シャフト回転装置18は、回転制御装置
20により制御される。真空チャンバー16内には、シ
ャフト2の外周を高周波加熱するためのコイル22が設
置してある。また、真空チャンバー16には、その内部
を高真空度に維持するためのターボ分子ポンプ24、ロ
ータリポンプ26、その他のポンプ28、および各種制
御バルブが接続してある。コイル22に印加される高周
波は、50〜400kHz、たとえば110kHzであ
り、このコイル22により加熱されるシャフト2の外周
温度は、パイロメータ30などにより制御されるが、1
050〜1090℃程度が適当である。この加熱温度
は、仮留めされた磁歪材を、シャフト2の外周に拡散接
合させるために十分な温度であり、かつ前記したような
磁歪相と硬化相との複合組織を形成させる上から決定さ
れる。このような加熱温度とするために、前記周波数に
おいて、高周波パワーは0.5〜3kWとされる。また
加熱時間は3〜6分程度が適当である。すなわち、加熱
時間が3分未満であると磁歪相と硬化相との複合組織が
発現せず、一方加熱時間が6分を越えるものであると硬
化相のマトリックス中に分散する磁歪相の粒径が大きく
なってしまい、磁気異方性が大きくなり、ヒステリシス
も大きくなってしまう虞れが大きいためである。また減
圧度としては、10-2〜10-5Torr、例えば10-3
Torr程度の真空状態である。なお、Ar等の不活性
ガスを用いて雰囲気ガスを置換することも可能である。
さらに、シャフト2全周にわたりほぼ均一に処理を施す
ために、シャフトを10〜50rpm程度で回転させ
る。このような熱処理により、磁歪膜4とシャフト2と
が強固かつ均一に拡散接合し、また少なくとも磁歪膜4
の表面部において、例えば図5に示すように、磁歪相
と、硬化相とからなる複合組織が形成される。なお、こ
の複合組織において、磁歪相は粒径5〜10μm程度の
微細な組織であることが、磁気異方性が小さく、ヒステ
リシスを低下させる上で望まれる。また、この熱処理時
に、シャフト2から磁歪膜4へのシャフト材成分の拡散
が生じるが、熱処理時間が非常に短時間で行なわれるの
で、拡散は接合界面のみにおいて生じ、磁歪膜4の最表
面近くまで拡散してくることはないので、磁歪膜4の逆
磁歪特性を劣化させることはない。次に、図2(C)に
示すように、非晶質磁歪膜4の表面をシャフト2の外周
に沿って、相互に逆方向に軸心に対して約45度の傾き
で傾斜した二列のスリット状パターンに加工し、トルク
センサ用検出体6,6を形成する。このようなパターン
は、いわゆるシェブロンパターンと称され、このパター
ンを形成するための手段としては、特に限定されない
が、転造などの機械加工法を用いる。このようにして形
成されたトルクセンサ用検出体6,6は、高感度でかつ
低ヒステリシスという優れた性能を有し、かつ非常に強
固にシャフト2に接合しており、また、耐熱性も十分な
ものであるために、特に自動車のエンジンのような高ト
ルク・高温などの過酷な使用環境においても応力−磁気
特性変換の感度および直線性は優れている。なお、本発
明は、上述した実施態様に限定されるものではなく、本
発明の範囲内で種々に改変することができる。たとえ
ば、磁歪膜において、磁歪相と硬化相とよりなる複合組
織を形成するための加熱方法としては、高周波誘導加熱
法に限らず、真空電気炉内加熱法などを用いることもで
きる。また硬化相は、必ずしも磁歪合金のホウ化物また
はホウ珪化物により構成する必要はなく、これ以外にも
例えば炭化物、窒化物により構成することが可能であ
る。次に、本発明のさらに具体的な実施例を、従来例お
よび比較例との対比において説明するが、本発明は、こ
れら実施例に限定されない。実施例 組成Fe40.0Ni38.0Mo3.8 18.2(原子比)で平均
粒径30μmの合金粉を原料粉末として、直径7.3m
mのFe基シャフト(組成は原子比でFe残;Mn13
%;Cr10%;Ni2.2 %;V2.0 %;Si1.0 %;C
0.6 %)上に溶射法により厚さ300μmで幅35mm
の溶射膜を作成した。溶射条件はプラズマ式溶射機で、
Arガス流量40リットル/min、プラズマ入力パワ
ー500A×70V、合金粉供給速度18g/min、
試料(シャフト)回転速度650rpm、プラズマトー
チ走査速度1.5cm/秒での走査の繰返してあった。
さらに高周波誘導加熱により、Fe基シャフト材と溶射
材の溶融接合を施した。溶融接合の条件は、以下のとお
りである。 シャフト材表面温度:1070℃ 真空度 :10-3Torr 昇温時間 :10秒 加熱時間 :3〜6分 周波数 :130kHz パワー :0.8kW シャフト回転速度 :10rpm 図4は本実施例による負荷トルク−出力特性を示す。ア
ンプのゲインを20倍とした時の±1N・mの感度は9
8.71mVであり、ヒステリシスは0.9%であっ
た。図5は本実施例により作製した検出部(溶射膜部)
の断面組織を示す。5〜10μm程度の微細な相(以下
a相)とマトリックス(以下b相)の2相から成る組織
である。50gfのマイクロビッカーズ硬度計によりそ
れぞれの相の5ケ所ずつの硬度を測定したところ硬度の
平均値はa相374に対しb相569であった。また、
電子線マイクロアナライザーによるそれぞれの相の組成
分析値を表1に示した。a相は、一般に磁歪効果の大き
いパーマロイといわれるFe−Ni相であり、b相は、
同じくFe−Ni相を主成分とし、Moを含んでおり、
さらにBが高濃度に含まれている。別途測定した磁歪相
の粉末X線回折により、磁歪相は、Fe−Ni相の他に
Mo2 FeB2 相であることを明らかにした。従ってb
相は、ホウ化物相であるため大きい硬度となり、a相は
Bの濃度が0であるために小さい硬度になっていると考
えられる。これらのことより、aは主に大きな磁歪効果
を示す相であり、bは磁歪効果も示すが主として表面層
の剛性を上げる相であるといえる。さらにa相は5〜1
0μm程度の微細な組織であることから磁気異方性が小
さくなっていると考えられる。磁気異方性の小ささはヒ
ステリシスを小さくする。以上のことから、高い磁歪効
果をもつa相の存在が感度の増大を発現させ、マトリッ
クスを形成する硬化相であるb相の存在そしてa相の微
細な組織が、低ヒステリシス特性を発現させていること
が明らかである。このような微細な磁歪相を有する2相
構造の組織は特に溶融接合時の温度・時間条件によって
決まり、その範囲はシャフト材表面温度1050〜10
90℃、時間3〜6分のようであった。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The magnetostrictive film for a torque sensor and the method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, in a shaft 2 having a magnetostrictive torque sensor detector according to an embodiment of the present invention, a magnetostrictive film 4 is formed on the surface of the shaft 2, and the magnetostrictive film 4 is firmly attached to the shaft 2. By being melt-bonded, the magnetostrictive torque sensor detection body 6 is formed. The magnetostrictive torque sensor detection body 6 formed on the shaft 2 has two rows of slit-shaped patterns that are inclined in opposite directions with respect to the shaft center of the shaft by about 45 degrees. Exciting coils (not shown) are arranged on the outer periphery of the shaft 2 on which each pattern is formed with a gap of about 2 mm or more. These exciting coils are connected to an AC power source (not shown) of several kHz to several hundred kHz. Therefore, a sufficiently saturated AC magnetic field is applied to the magnetostrictive films 4 and 4 as the magnetostrictive torque sensor detection body 6 formed on the surface of the shaft 2 as the power transmission shaft. Around the excitation coil, detection coils 8 are arranged in correspondence with the two rows of patterns of the magnetostrictive torque sensor detection body 6 formed on the shaft. One ends of the detection coils 8 and 8 are connected to each other, and the other ends thereof are connected to the differential detection means 10, respectively, to form a magnetostrictive torque sensor. As described above, the magnetostrictive torque sensor detection body 6 is formed in a two-row slit-shaped pattern in which the axes of the shaft are inclined in opposite directions to each other by about 45 degrees, so that the shaft rotates in one direction. In this case, a compressive stress acts on one pattern and a tensile stress acts on the other pattern. Therefore, by measuring the difference in change in magnetic permeability based on these stresses with the detection coils 8 and 8 and the differential detection means 10 as the magnetostrictive torque sensor,
The torque acting on the shaft 2 can be detected.
For example, a differential amplifier is used as the differential detection means. The difference in change in magnetic permeability may be detected using a magnetic head. Next, a method for manufacturing a magnetostrictive film according to an embodiment of the present invention will be described. First, the shaft 2 is prepared as shown in FIG. The shaft 2 is not particularly limited, but may be, for example, SNCM439 or YHD5.
0 or the like is used. The shaft 2 is first washed. After cleaning the shaft 2, as shown in FIG. 2B, the magnetostrictive film 4 for forming the torque sensor detection body is temporarily fixed to the outer periphery of the shaft 2 at a predetermined axial position.
As a method of temporarily fixing the formation, a raw material is melted in advance to form an ingot of a magnetostrictive material having a predetermined alloy composition, and a magnetostrictive material powder obtained by crushing this is subjected to thermal spraying such as plasma spraying, Alternatively, the raw material is melted and rapidly drawn to form a ribbon of a magnetostrictive material having a predetermined alloy composition, which is wound around a shaft and temporarily fixed by spot welding or the like. The former method is preferable because the magnetostrictive film can be finally and firmly bonded to the shaft. Incidentally, in this way, by preparing an ingot or ribbon of a magnetostrictive material having a predetermined alloy composition in advance, the composition of the magnetostrictive film is made uniform, and even when a thermal spraying method is used, It is possible to avoid problems such as variations in alloy structure and generation of defects due to differences in melting temperature. The plasma spray method
In general, a plasma is generated with a gas such as Ar, He, N 2 , H 2 or the like, and powder for forming a film is put into the plasma and melted and sprayed on the surface of the base material to form a film, If necessary, the thermal spraying operation is repeated until the desired layer thickness, for example, 200 to 300 μm is reached. The layer thickness is determined from the depth of penetration of the detected magnetic flux and the thickness range in which there are few defects in the coating after heat treatment as described later. If the coating is too thin, the effect of the base material will appear, and the output characteristics will fluctuate.On the other hand, if the coating is too thick, residual stress will occur along with the thickness of the thermal spray, and defects will easily occur on the outermost surface after finishing. Since this leads to a decrease in yield, it is desired that the layer thickness be within the above range. Also in the mode of winding the ribbon, the ribbon is wound so as to have the above-mentioned layer thickness, but the film thickness of the ribbon is preferably, for example, about 50 to 100 μm from the viewpoint of operability. As the magnetostrictive material forming the magnetostrictive film, Fe-Ni-based, Co-Ni-based, Fe
-Al system, rare earth metal-Fe system, rare earth metal-Co system,
Alternatively, these complex alloy systems, and further alloy systems containing one or more metal elements such as Mo, W, Zr, Ta, and Nb in these alloy systems, and hardened phases such as boride and borosilicate For this purpose, a material obtained by adding an element such as B or Si is used. As such a magnetostrictive material,
Specifically, Fe x B y Si z (although Shikichu, x + y + z = 100,65 <x <80,
20 <y + z <35 and 2 <y <33. ), The following general formula Fe x Ni y Mo m B n ( however Shikichu, x + y + m + n = 100,70 <x + y
<80, 30 <x <50, 20 <m + n <30, 2 <m
<10. ) Or the following general formula: Fe x Co y B m Si n (where x + y + m + n = 100, 75 <x + y
<90, 50 <x <80, 10 <m + n <25, 9 <m
<24. The following composition can be exemplified as a preferable one. Next, the shaft 2 in which the magnetostrictive film 4 is temporarily fastened is heat-treated under reduced pressure conditions using, for example, a high-frequency fusion bonding apparatus 14 as shown in FIG. This device 14
Has a vacuum chamber 16 for housing the shaft 2,
The shaft 2 is rotated by the shaft rotating device 18. The shaft rotation device 18 is controlled by the rotation control device 20. Inside the vacuum chamber 16, a coil 22 for heating the outer circumference of the shaft 2 with high frequency is installed. The vacuum chamber 16 is connected to a turbo molecular pump 24, a rotary pump 26, other pumps 28, and various control valves for maintaining a high degree of vacuum inside. The high frequency applied to the coil 22 is 50 to 400 kHz, for example 110 kHz, and the outer peripheral temperature of the shaft 2 heated by the coil 22 is controlled by the pyrometer 30 or the like.
About 050 to 1090 ° C is suitable. This heating temperature is a temperature sufficient for diffusion-bonding the temporarily fastened magnetostrictive material to the outer periphery of the shaft 2, and is determined in view of forming the composite structure of the magnetostrictive phase and the hardened phase as described above. It In order to obtain such a heating temperature, the high frequency power is set to 0.5 to 3 kW at the above frequency. A heating time of about 3 to 6 minutes is suitable. That is, if the heating time is less than 3 minutes, the composite structure of the magnetostrictive phase and the hardened phase does not appear, while if the heating time exceeds 6 minutes, the particle size of the magnetostrictive phase dispersed in the matrix of the hardened phase. Is large, magnetic anisotropy is large, and hysteresis is also large. As also the degree of reduced pressure, 10 - 2 to 10 - 5 Torr, for example, 10 - 3
It is in a vacuum state of about Torr. The atmosphere gas can be replaced with an inert gas such as Ar.
Further, the shaft is rotated at about 10 to 50 rpm in order to perform the treatment almost uniformly over the entire circumference of the shaft 2. By such heat treatment, the magnetostrictive film 4 and the shaft 2 are firmly and uniformly diffused and bonded, and at least the magnetostrictive film 4 is formed.
On the surface portion of, a composite structure composed of a magnetostrictive phase and a hardening phase is formed, for example, as shown in FIG. In this composite structure, the magnetostrictive phase is preferably a fine structure having a grain size of about 5 to 10 μm in order to reduce the magnetic anisotropy and reduce the hysteresis. Further, during the heat treatment, diffusion of the shaft material component from the shaft 2 to the magnetostrictive film 4 occurs, but since the heat treatment time is extremely short, diffusion occurs only at the bonding interface, and near the outermost surface of the magnetostrictive film 4. Therefore, the inverse magnetostriction characteristic of the magnetostrictive film 4 is not deteriorated. Next, as shown in FIG. 2 (C), two rows in which the surface of the amorphous magnetostrictive film 4 is inclined along the outer periphery of the shaft 2 in directions opposite to each other with an inclination of about 45 degrees with respect to the axis. Are processed into a slit-shaped pattern to form the torque sensor detection bodies 6 and 6. Such a pattern is called a so-called chevron pattern, and means for forming this pattern is not particularly limited, but a machining method such as rolling is used. The torque sensor detectors 6 and 6 formed in this way have excellent performances of high sensitivity and low hysteresis, are bonded to the shaft 2 very firmly, and have sufficient heat resistance. Therefore, the sensitivity and linearity of the stress-magnetic characteristic conversion are excellent even in a severe operating environment such as high torque and high temperature such as an automobile engine. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the present invention. For example, in the magnetostrictive film, the heating method for forming the composite structure composed of the magnetostrictive phase and the hardened phase is not limited to the high frequency induction heating method, and a vacuum electric furnace heating method or the like can be used. Further, the hardening phase does not necessarily have to be composed of a boride or borosilicate of a magnetostrictive alloy, but may be composed of, for example, a carbide or a nitride other than this. Next, more specific examples of the present invention will be described in comparison with conventional examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. Example composition Fe 40.0 Ni 38.0 Mo 3.8 B 18.2 (atomic ratio) with an average particle diameter of 30 μm as an alloy powder was used as a raw material powder, and a diameter of 7.3 m
Fe-based shaft of m (composition is Fe balance in atomic ratio; Mn13
%; Cr 10%; Ni2.2%; V2.0%; Si1.0%; C
0.6%) by thermal spraying method with a thickness of 300 μm and a width of 35 mm
A thermal sprayed film was prepared. The spraying conditions are plasma sprayer,
Ar gas flow rate 40 liters / min, plasma input power 500 A × 70 V, alloy powder supply rate 18 g / min,
Scanning was repeated at a sample (shaft) rotation speed of 650 rpm and a plasma torch scanning speed of 1.5 cm / sec.
Further, the Fe-based shaft material and the thermal spray material were melt-bonded by high frequency induction heating. The conditions for fusion bonding are as follows. Shaft material surface temperature: 1070 ° C. Vacuum degree: 10 −3 Torr Temperature rising time: 10 seconds Heating time: 3 to 6 minutes Frequency: 130 kHz Power: 0.8 kW Shaft rotation speed: 10 rpm FIG. The output characteristics are shown. The sensitivity of ± 1 Nm when the gain of the amplifier is 20 times is 9
It was 8.71 mV and the hysteresis was 0.9%. FIG. 5 shows a detection part (sprayed film part) manufactured according to this embodiment.
The cross-sectional structure of is shown. It is a structure composed of two phases of a fine phase (hereinafter a phase) of about 5 to 10 μm and a matrix (hereinafter b phase). When the hardness of each phase was measured at 5 points by a 50 gf micro Vickers hardness meter, the average hardness was a phase 374 and a phase b 569. Also,
Table 1 shows the compositional analysis values of each phase by an electron beam microanalyzer. The a phase is a Fe-Ni phase generally called permalloy having a large magnetostriction effect, and the b phase is
Similarly, the main component is Fe-Ni phase, and Mo is included.
Further, B is contained in a high concentration. Powder X-ray diffraction of the separately measured magnetostrictive phase revealed that the magnetostrictive phase was the Mo 2 FeB 2 phase in addition to the Fe-Ni phase. Therefore b
It is considered that the phase has a large hardness because it is a boride phase, and the a phase has a small hardness because the B concentration is 0. From these facts, it can be said that a is a phase exhibiting a large magnetostriction effect, and b is a phase exhibiting a magnetostriction effect but mainly increasing the rigidity of the surface layer. Furthermore, a phase is 5 to 1
It is considered that the magnetic anisotropy is small because of the fine structure of about 0 μm. The small magnetic anisotropy reduces the hysteresis. From the above, the presence of the a phase having a high magnetostrictive effect causes an increase in sensitivity, the presence of the b phase which is a hardening phase forming a matrix, and the fine structure of the a phase cause a low hysteresis characteristic. It is clear that The structure of such a two-phase structure having a fine magnetostrictive phase is determined by the temperature and time conditions during the melt bonding, and the range is 1050 to 10 on the surface temperature of the shaft material.
It appeared to be 90 ° C for 3-6 minutes.

【表1】 従来例 平均粒径30μmのNi50Fe50(原子比)粉末を原料
として実施例と同一のFe基シャフト材に溶射法により
300μmの厚膜を作製した。溶射条件はプラズマ式溶
射機で、Arガス流量43リットル/min、プラズマ
入力パワー500A×70V、合金粉供給速度20g/
min、試料(シャフト)回転速度700rpm、プラ
ズマトーチ走査速度1.0cm/秒での走査を20回繰
返すものである。さらに実施例と同じ高周波誘導加熱装
置を使用して溶融接合によりシャフト材と溶射材の接合
を行なった。溶融接合の条件は、以下のとおりである。 シャフト材表面温度:1250℃ 真空度 :10-3Torr 加熱時間 :3分30秒 周波数 :130kHz パワー :2.5kW シャフト回転速度 :10rpm 図6は従来例による負荷トルク−出力特性を示す。ゲイ
ン20倍のアンプを通した後の出力は±1N・mで8
5.97mVと比較的感度は高いが、ヒステリシスは
5.82%と大きい。図7は従来例により作製した検出
部(溶射膜部)の断面組織を示す。粒径が7〜8μm程
度の組織である。50gfのマイクロビッカーズ硬度計
により5ケ所測定した硬度の平均値は152であった。
また、電子線マイクロアナライザーによる組成分析値
は、表2のようにFe:50.4原子%、Ni:49.
6原子%であった。従って、硬度が小さいので剛性が小
さくなり、ヒステリシスが大きくなったことが明らかで
ある。
[Table 1] Conventional Example Using a Ni 50 Fe 50 (atomic ratio) powder having an average particle size of 30 μm as a raw material, a 300 μm thick film was formed on the same Fe-based shaft material as in the example by a thermal spraying method. The thermal spraying conditions were plasma spraying machine, Ar gas flow rate 43 liter / min, plasma input power 500A × 70V, alloy powder supply rate 20g /
Scanning is repeated 20 times at the following conditions: min, sample (shaft) rotation speed: 700 rpm, and plasma torch scanning speed: 1.0 cm / sec. Further, the shaft material and the thermal spray material were joined by fusion joining using the same high frequency induction heating device as in the example. The conditions for fusion bonding are as follows. Shaft material surface temperature: 1250 ° C. Vacuum degree: 10 −3 Torr Heating time: 3 minutes and 30 seconds Frequency: 130 kHz Power: 2.5 kW Shaft rotation speed: 10 rpm FIG. 6 shows a load torque-output characteristic according to a conventional example. The output after passing through an amplifier with a gain of 20 is ± 1 N · m and 8
The sensitivity is relatively high at 5.97 mV, but the hysteresis is large at 5.82%. FIG. 7 shows a cross-sectional structure of a detection part (sprayed film part) manufactured by a conventional example. The structure has a grain size of about 7 to 8 μm. The average hardness measured at 5 points with a 50 gf Micro Vickers hardness meter was 152.
Further, the compositional analysis values by the electron beam microanalyzer are as shown in Table 2, Fe: 50.4 atom%, Ni: 49.
It was 6 atomic%. Therefore, it is clear that since the hardness is small, the rigidity is small and the hysteresis is large.

【表2】 比較例 実施例で使用した組成Fe40.0Ni38.0Mo3.818.2
(原子比)を合金粉末として原料粉末として、直径7.
3mmのFe基シャフトに実施例と同じ条件で溶射を行
った。さらに高周波誘導加熱により、Fe基シャフト材
と溶射材の溶融接合を施した。溶融接合の条件は、以下
の通りである。 シャフト材表面温度:1150℃ 真空度 :10-2Torr 昇温時間 :10秒 加熱時間 :7分10秒 周波数 :130kHz パワー :1.2kW シャフト回転速度 :10rpm 図8は比較例による負荷トルク−出力特性を示す。アン
プのゲインを20倍とした時の±1N・mの感度は9
1.75mVであり、ヒステリシスは2.7%であっ
た。図9は比較例により作製した検出部(溶射膜部)の
断面組織を示す。60μm程度の粒(以下c相)とマト
リックス(以下d相)から成る組織である。50gfの
マイクロビッカーズ硬度計によるそれぞれの相の硬度の
平均値はc相344に対しd相525であった。また、
電子線マイクロアナライザーによるそれぞれの相の組成
分析値を表3に示した。実施例のa相と同様にc相は、
磁歪効果の大きい相であり、またd相は実施例のb相と
同じく、磁歪効果を示すがMo,Bを含む硬い相となっ
ている。しかしc相は60μm程度の大きな粒子の組織
であることから、実施例よりも磁気異方性が大きく、そ
のためヒステリシスも大きくなったと考えられる。
[Table 2] Comparative Example Composition used in Examples Fe 40.0 Ni 38.0 Mo 3.8 B 18.2
(Atomic ratio) as alloy powder as raw material powder, diameter 7.
A 3 mm Fe-based shaft was sprayed under the same conditions as in the examples. Further, the Fe-based shaft material and the thermal spray material were melt-bonded by high frequency induction heating. The conditions for fusion bonding are as follows. Shaft material surface temperature: 1150 ° C Vacuum degree: 10 -2 Torr Temperature rising time: 10 seconds Heating time: 7 minutes 10 seconds Frequency: 130 kHz Power: 1.2 kW Shaft rotation speed: 10 rpm Figure 8 shows load torque-output according to a comparative example. Show the characteristics. The sensitivity of ± 1 Nm when the gain of the amplifier is 20 times is 9
It was 1.75 mV and the hysteresis was 2.7%. FIG. 9 shows the cross-sectional structure of the detection part (sprayed film part) produced by the comparative example. It is a structure composed of grains (hereinafter c phase) of about 60 μm and matrix (hereinafter d phase). The average value of the hardness of each phase by a 50 gf micro Vickers hardness meter was d phase 525 versus c phase 344. Also,
Table 3 shows the compositional analysis values of each phase by an electron beam microanalyzer. Like the phase a in the example, the phase c is
The phase having a large magnetostriction effect, and the d phase, like the b phase of the embodiment, exhibits a magnetostriction effect but is a hard phase containing Mo and B. However, since the c phase has a structure of large particles of about 60 μm, it is considered that the magnetic anisotropy is larger than that in the example, and therefore the hysteresis is also larger.

【表3】 [Table 3]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、磁歪部を、例えば、磁歪材合金のホウ化物やホウ珪
化物などからなる硬化相をマトリックスとし、例えばF
e−Ni、Co−Ni、Fe−Alなどの磁歪効果の大
きい相がそのマトリックス中に微細分散されてなる磁歪
膜を形成できるため、感度の向上とヒステリシスの低減
が同時に達成可能である。
As described above, according to the present invention, the magnetostrictive portion has, as a matrix, a hardened phase composed of, for example, a boride or a borosilicate of a magnetostrictive material alloy, and is made of, for example, F
Since it is possible to form a magnetostrictive film in which a phase having a large magnetostriction effect such as e-Ni, Co-Ni, and Fe-Al is finely dispersed in the matrix, it is possible to simultaneously improve sensitivity and reduce hysteresis.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】磁歪式トルクセンサの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetostrictive torque sensor.

【図2】本発明の一実施例に係る磁歪式トルクセンサ用
検出体を有するシャフトの製造方法を示す概略図であ
る。
FIG. 2 is a schematic view showing a method of manufacturing a shaft having a magnetostrictive torque sensor detector according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例で用いる高周波誘導加熱処理
装置の概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of a high frequency induction heating treatment apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例における負荷トルク−出力特
性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing load torque-output characteristics in one example of the present invention.

【図5】本発明の一実施例において作製した溶射膜部の
断面組織(金属組織)の顕微鏡写真である。
FIG. 5 is a photomicrograph of the cross-sectional structure (metal structure) of the sprayed film portion produced in one example of the present invention.

【図6】従来例における負荷トルク−出力特性を示すグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing load torque-output characteristics in a conventional example.

【図7】従来例において作製した溶射膜部の断面組織
(金属組織)の顕微鏡写真である。
FIG. 7 is a micrograph of a cross-sectional structure (metal structure) of a sprayed film portion manufactured in a conventional example.

【図8】比較例における負荷トルク−出力特性を示すグ
ラフである。
FIG. 8 is a graph showing load torque-output characteristics in a comparative example.

【図9】比較例において作製した溶射膜部の断面組織
(金属組織)の顕微鏡写真である。
FIG. 9 is a micrograph of a cross-sectional structure (metal structure) of a sprayed film portion produced in Comparative Example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2… シャフト 4… 磁歪膜 6… 磁歪式トルクセンサ用検出体。 2 ... Shaft 4 ... Magnetostrictive film 6 ... Magnetorestrictive torque sensor detector.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 軸の表面に磁気歪効果を有する磁歪膜を
形成することで、軸に加えられたねじりトルクを検出す
る磁歪式トルクセンサに用いられる磁歪膜であって、前
記磁歪膜が、少なくともその表面部において、主として
磁歪効果を示す相と、主として硬さの効果を示す相とか
らなる複合組織を有することを特徴とするトルクセンサ
用磁歪膜。
1. A magnetostrictive film used in a magnetostrictive torque sensor for detecting a torsion torque applied to a shaft by forming a magnetostrictive film having a magnetostrictive effect on the surface of the shaft, wherein the magnetostrictive film comprises: A magnetostrictive film for a torque sensor, which has a composite structure mainly composed of a phase exhibiting a magnetostrictive effect and a phase mainly exhibiting a hardness effect, at least on a surface portion thereof.
【請求項2】 前記磁歪効果を示す相が、Fe−Ni
系、Co−Ni系、Fe−Al系、希土類金属−Fe
系、希土類金属−Co系、およびこれらの複合合金系か
らなる群から選ばれてなるいずれかの磁歪合金、または
前記したいずれかの合金系にMo、W、Zr、Taおよ
びNbからなる群から選ばれてなる1ないしそれ以上の
金属元素を含有してなる磁歪合金から構成される請求項
1に記載のトルクセンサ用磁歪膜。
2. The phase exhibiting the magnetostrictive effect is Fe--Ni.
System, Co-Ni system, Fe-Al system, rare earth metal-Fe
System, a rare earth metal-Co system, and any magnetostrictive alloy selected from the group consisting of these composite alloy systems, or any of the alloy systems described above from the group consisting of Mo, W, Zr, Ta and Nb. The magnetostrictive film for a torque sensor according to claim 1, which is composed of a magnetostrictive alloy containing one or more selected metal elements.
【請求項3】 前記硬さの効果を示す相が、前記磁歪合
金のホウ化物またはホウ珪化物より構成される請求項1
または2に記載のトルクセンサ用磁歪膜。
3. The phase exhibiting the effect of hardness is composed of a boride or borosilicate of the magnetostrictive alloy.
Alternatively, the magnetostrictive film for a torque sensor according to item 2.
【請求項4】 前記磁歪効果を示す相が、前記硬さの効
果を示す相よりなるマトリックス中に微分散された構造
を呈する請求項1〜3のいずれかに記載のトルクセンサ
用磁歪膜。
4. The magnetostrictive film for a torque sensor according to claim 1, wherein the phase exhibiting the magnetostrictive effect has a structure in which the phase exhibiting the hardness effect is finely dispersed in a matrix.
【請求項5】 前記磁歪効果を示す相が、直径5〜10
μm程度の結晶粒として、前記硬さの効果を示す相より
なるマトリックス中に微分散された構造を呈する請求項
4に記載のトルクセンサ用磁歪膜。
5. The phase exhibiting the magnetostrictive effect has a diameter of 5 to 10
The magnetostrictive film for a torque sensor according to claim 4, wherein the magnetostrictive film has a structure in which crystal grains having a size of about μm are finely dispersed in a matrix including a phase exhibiting the effect of hardness.
【請求項6】 軸の表面に磁気歪効果を有する磁歪膜を
形成することで、軸に加えられたねじりトルクを検出す
る磁歪式トルクセンサに用いられる磁歪膜の製造方法で
あって、 Fe−Ni系、Co−Ni系、Fe−Al系、希土類金
属−Fe系、希土類金属−Co系、およびこれらの複合
合金系からなる群から選ばれてなる磁歪合金系、または
前記したいずれかの合金系にMo、W、Zr、Taおよ
びNbからなる群から選ばれてなる1ないしそれ以上の
金属元素を含有してなる磁歪合金系に、Bおよび/また
はSiをさらに添加してなる組成を有する磁歪材料を、
軸表面に付着させ、 次いで、前記軸表面に付着させた磁歪材料を加熱して、
前記磁歪材料を磁歪膜として軸表面に熱融着させると共
に、少なくともその表面部において、前記磁歪合金のホ
ウ化物やホウ珪化物からなる硬化相をマトリックスと
し、前記磁歪合金よりなる磁歪相がこれに微細分散され
てなる複合組織を形成することを特徴とするトルクセン
サ用磁歪膜の製造方法。
6. A method of manufacturing a magnetostrictive film used in a magnetostrictive torque sensor for detecting a torsional torque applied to a shaft by forming a magnetostrictive film having a magnetostrictive effect on the surface of a shaft, comprising: Magnetostrictive alloy system selected from the group consisting of Ni-based, Co-Ni-based, Fe-Al-based, rare earth metal-Fe-based, rare earth metal-Co-based, and composite alloys thereof, or any of the alloys described above. It has a composition obtained by further adding B and / or Si to a magnetostrictive alloy system containing one or more metal elements selected from the group consisting of Mo, W, Zr, Ta and Nb in the system. Magnetostrictive material,
Adhered to the surface of the shaft, and then heating the magnetostrictive material adhered to the surface of the shaft,
The magnetostrictive material is thermally fused to the shaft surface as a magnetostrictive film, and at least the surface portion thereof has a matrix of a hardened phase made of a boride or borosilicate of the magnetostrictive alloy, and a magnetostrictive phase made of the magnetostrictive alloy is formed in the matrix. A method of manufacturing a magnetostrictive film for a torque sensor, which comprises forming a finely dispersed composite structure.
【請求項7】 加熱が、軸表面温度1050〜1090
℃、加熱時間3〜6分程度の処理条件により、高周波誘
導加熱により行なわれる請求項6に記載のトルクセンサ
用磁歪膜の製造方法。
7. The heating is carried out at a shaft surface temperature of 1050 to 1090.
The method for producing a magnetostrictive film for a torque sensor according to claim 6, wherein the magnetostrictive film for a torque sensor is performed by high-frequency induction heating under processing conditions of a temperature of about 3 to 6 minutes.
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