JPH0862063A - 磁歪式歪センサ - Google Patents
磁歪式歪センサInfo
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- JPH0862063A JPH0862063A JP21793394A JP21793394A JPH0862063A JP H0862063 A JPH0862063 A JP H0862063A JP 21793394 A JP21793394 A JP 21793394A JP 21793394 A JP21793394 A JP 21793394A JP H0862063 A JPH0862063 A JP H0862063A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 少なくとも磁歪膜１１を表面の一部に形成し
た軸１と、その周囲に設けた第１の検出コイル３および
第２の検出コイル３’と、各検出コイルに対応して直列
に接続された第１の励磁コイル２および第２励磁コイル
２’とから構成され、軸１に加わる歪みの値を磁歪膜１
１の透磁率の変化に基づくインピーダンス変化として検
出する歪センサにおいて、第１の励磁コイル２および第
２励磁コイル２’のうちの少なくとも一方の励磁コイル
に磁界の強さを変える磁界調節手段を備えたものであ
る。 【効果】 高精度で適用範囲の広い歪みセンサを提供で
きる。
た軸１と、その周囲に設けた第１の検出コイル３および
第２の検出コイル３’と、各検出コイルに対応して直列
に接続された第１の励磁コイル２および第２励磁コイル
２’とから構成され、軸１に加わる歪みの値を磁歪膜１
１の透磁率の変化に基づくインピーダンス変化として検
出する歪センサにおいて、第１の励磁コイル２および第
２励磁コイル２’のうちの少なくとも一方の励磁コイル
に磁界の強さを変える磁界調節手段を備えたものであ
る。 【効果】 高精度で適用範囲の広い歪みセンサを提供で
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁性体の逆磁歪効果を
利用した磁歪式歪センサに関し、とくに、磁歪式歪みセ
ンサの温度ドリフトを低減するものに関する。
利用した磁歪式歪センサに関し、とくに、磁歪式歪みセ
ンサの温度ドリフトを低減するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧力センサや張力センサにおい
て、逆磁歪効果を利用して圧力や張力を検出する方法と
して、歪が加わる電線等の歪伝達部材の表面に真空技術
を利用して磁歪膜を付着させ、歪伝達部材の張力や圧力
に応じて変化する磁歪膜の透磁率を検出することによ
り、張力や圧力を求める歪センサを用いる方法がある
（例えば、特願平５−１０９６３３）。例えば、図６に
示すように、歪伝達部材である軸１の表面の一部に磁歪
膜１１を付着させ、磁歪膜１１と磁歪膜１１が付着して
いない露出部１３とに、それぞれ空隙を介して対向する
ソレノイド状の第１の励磁コイル２、第２の励磁コイル
２’および第１の検出コイル３、第２の検出コイル３’
を設け、第１および第２の励磁コイル２、２’を励磁回
路４に直列に接続し、第１および第２の検出コイル３、
３’を信号処理回路５にそれぞれ接続して、歪センサを
形成してある。第１および第２の励磁コイル２、２’と
第１および第２の検出コイル３、３’は、断面がＥ字状
のヨークの凹部に収納してある。張力センサの場合は、
軸１に張力が加わると、磁歪膜１１の透磁率が変化し、
第１および第２の検出コイル３、３’のインピーダンス
変化として検出し、信号処理回路５で各検出電圧の差動
をとり、張力信号出力を得ている。なお、圧力センサの
場合も同様である。また、モータのトルクやロボットな
どを駆動する回転軸のトルクを検出する場合は、モータ
などの軸の軸方向に離れた２か所の位置にシェブロン状
の磁歪膜を形成し、磁歪膜のそれぞれに空隙を介して、
第１および第２の励磁コイルと第１および第２の検出コ
イルを対向させ、軸にトルクが加わった時に２か所の磁
歪膜の透磁率の差により、第１および第２の検出コイル
にトルク出力信号を出力するものが開示されている（例
えば、特開昭６２−２９８７３５）。以上のような構造
を持つ歪センサは、一定の歪のもとで温度が変わると検
出コイルのインピーダンスが変わることによって温度ド
リフトが生じ、精度を著しく損ねる。歪を受ける軸上に
磁歪膜を形成した構成の場合、軸と磁歪膜の熱膨張係数
が異なるため、温度変化で磁歪膜に歪が発生する。磁歪
定数が正の磁歪膜の場合、温度上昇により圧縮応力がか
かると膜の磁気特性（透磁率μ）は低下するので自己イ
ンダクタンスＬは次の式（１）に従って低下し、その結
果インピーダンスは低下する。 Ｌ＝μＳ／ｌm ・・・ （１） ただし Ｓ：磁性体の断面積 ｌm ：磁気回路長 一方、コイルの抵抗は増加するので、インピーダンスは
増加する。ここで、コイルの抵抗Ｒは次の式（２）で表
される。 Ｒ＝ρｌ／ｓ ・・・ （２） ｌ：コイル長 ｓ：コイル断面積 従って、温度ドリフトに関連する二つの項は互いに反対
のインピーダンス変化を示す事になる。つまり、双方の
差が温度ドリフトとして現れる事になる。この温度ドリ
フト防止の対策として、従来は差動構成をとる事により
防ごうとしていた。
て、逆磁歪効果を利用して圧力や張力を検出する方法と
して、歪が加わる電線等の歪伝達部材の表面に真空技術
を利用して磁歪膜を付着させ、歪伝達部材の張力や圧力
に応じて変化する磁歪膜の透磁率を検出することによ
り、張力や圧力を求める歪センサを用いる方法がある
（例えば、特願平５−１０９６３３）。例えば、図６に
示すように、歪伝達部材である軸１の表面の一部に磁歪
膜１１を付着させ、磁歪膜１１と磁歪膜１１が付着して
いない露出部１３とに、それぞれ空隙を介して対向する
ソレノイド状の第１の励磁コイル２、第２の励磁コイル
２’および第１の検出コイル３、第２の検出コイル３’
を設け、第１および第２の励磁コイル２、２’を励磁回
路４に直列に接続し、第１および第２の検出コイル３、
３’を信号処理回路５にそれぞれ接続して、歪センサを
形成してある。第１および第２の励磁コイル２、２’と
第１および第２の検出コイル３、３’は、断面がＥ字状
のヨークの凹部に収納してある。張力センサの場合は、
軸１に張力が加わると、磁歪膜１１の透磁率が変化し、
第１および第２の検出コイル３、３’のインピーダンス
変化として検出し、信号処理回路５で各検出電圧の差動
をとり、張力信号出力を得ている。なお、圧力センサの
場合も同様である。また、モータのトルクやロボットな
どを駆動する回転軸のトルクを検出する場合は、モータ
などの軸の軸方向に離れた２か所の位置にシェブロン状
の磁歪膜を形成し、磁歪膜のそれぞれに空隙を介して、
第１および第２の励磁コイルと第１および第２の検出コ
イルを対向させ、軸にトルクが加わった時に２か所の磁
歪膜の透磁率の差により、第１および第２の検出コイル
にトルク出力信号を出力するものが開示されている（例
えば、特開昭６２−２９８７３５）。以上のような構造
を持つ歪センサは、一定の歪のもとで温度が変わると検
出コイルのインピーダンスが変わることによって温度ド
リフトが生じ、精度を著しく損ねる。歪を受ける軸上に
磁歪膜を形成した構成の場合、軸と磁歪膜の熱膨張係数
が異なるため、温度変化で磁歪膜に歪が発生する。磁歪
定数が正の磁歪膜の場合、温度上昇により圧縮応力がか
かると膜の磁気特性（透磁率μ）は低下するので自己イ
ンダクタンスＬは次の式（１）に従って低下し、その結
果インピーダンスは低下する。 Ｌ＝μＳ／ｌm ・・・ （１） ただし Ｓ：磁性体の断面積 ｌm ：磁気回路長 一方、コイルの抵抗は増加するので、インピーダンスは
増加する。ここで、コイルの抵抗Ｒは次の式（２）で表
される。 Ｒ＝ρｌ／ｓ ・・・ （２） ｌ：コイル長 ｓ：コイル断面積 従って、温度ドリフトに関連する二つの項は互いに反対
のインピーダンス変化を示す事になる。つまり、双方の
差が温度ドリフトとして現れる事になる。この温度ドリ
フト防止の対策として、従来は差動構成をとる事により
防ごうとしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、圧力・張力
センサにおいては膜の有無により、またトルクセンサに
おいては、作製する際に２つのパターン形状を同じよう
に作ろうとしても、実際は不揃いとなることから図７の
様に温度ドリフトが現れる。さらに、たとえパターンが
揃っていても、膜厚を目標通り均一にする事は実際には
難しく、前述したように温度ドリフトが現れ、精度を低
下させていた。即ち、一方の磁性体の断面積をＳ1 、自
己インダクタンスをＬ1 、他方の磁性体の断面積をＳ
2 、自己インダクタンスをＬ2 とすると、Δｔ℃の温度
変化で磁歪膜の透磁率がΔμ変化するとき、各々の自己
インダクタンスの変動ΔＬ1 、ΔＬ2 は次の式（３）お
よび式（４）で表される。 ΔＬ1 ＝ΔμＳ1 ／ｌm ・・・ （３） ΔＬ2 ＝ΔμＳ2 ／ｌm ・・・ （４） ここで、Ｓは磁歪膜の膜厚と磁歪膜の幅の積であるか
ら、磁歪膜の膜厚や幅が異なると、Ｓ1 ≠Ｓ2 となり、
ΔＬ1 ≠ΔＬ2 である事から検出電圧に差が生じる。従
って、差動後温度ドリフトとして現れ精度を低下させる
事になる。そこで、本発明は、製造時に生じるパターン
不揃いや膜厚の違いにより温度ドリフトが大きくなって
も、磁界の強さを製造後でも調整できる手段をもうける
事により各検出電圧の温度ドリフト差を極めて小さく
し、差動後の温度ドリフトを極めて小さくすることで、
高精度で実用性が高く、適用範囲の広い磁歪式歪センサ
を提供することを目的とするものである。
センサにおいては膜の有無により、またトルクセンサに
おいては、作製する際に２つのパターン形状を同じよう
に作ろうとしても、実際は不揃いとなることから図７の
様に温度ドリフトが現れる。さらに、たとえパターンが
揃っていても、膜厚を目標通り均一にする事は実際には
難しく、前述したように温度ドリフトが現れ、精度を低
下させていた。即ち、一方の磁性体の断面積をＳ1 、自
己インダクタンスをＬ1 、他方の磁性体の断面積をＳ
2 、自己インダクタンスをＬ2 とすると、Δｔ℃の温度
変化で磁歪膜の透磁率がΔμ変化するとき、各々の自己
インダクタンスの変動ΔＬ1 、ΔＬ2 は次の式（３）お
よび式（４）で表される。 ΔＬ1 ＝ΔμＳ1 ／ｌm ・・・ （３） ΔＬ2 ＝ΔμＳ2 ／ｌm ・・・ （４） ここで、Ｓは磁歪膜の膜厚と磁歪膜の幅の積であるか
ら、磁歪膜の膜厚や幅が異なると、Ｓ1 ≠Ｓ2 となり、
ΔＬ1 ≠ΔＬ2 である事から検出電圧に差が生じる。従
って、差動後温度ドリフトとして現れ精度を低下させる
事になる。そこで、本発明は、製造時に生じるパターン
不揃いや膜厚の違いにより温度ドリフトが大きくなって
も、磁界の強さを製造後でも調整できる手段をもうける
事により各検出電圧の温度ドリフト差を極めて小さく
し、差動後の温度ドリフトを極めて小さくすることで、
高精度で実用性が高く、適用範囲の広い磁歪式歪センサ
を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、少なくとも表面の一部に磁歪材を備えた
歪伝達部材と、その周囲に設けた２組の検出コイルと、
前記各検出コイルに対応して直列に接続された励磁コイ
ルとから構成され、前記歪伝達部材に加わる歪の値を前
記磁歪材の透磁率の変化に基づくインピーダンス変化と
して検出する歪センサにおいて、前記２組の励磁コイル
のうち少なくとも一方の励磁コイルに磁界の強さを変え
る磁界調節手段を備えたものである。
め、本発明は、少なくとも表面の一部に磁歪材を備えた
歪伝達部材と、その周囲に設けた２組の検出コイルと、
前記各検出コイルに対応して直列に接続された励磁コイ
ルとから構成され、前記歪伝達部材に加わる歪の値を前
記磁歪材の透磁率の変化に基づくインピーダンス変化と
して検出する歪センサにおいて、前記２組の励磁コイル
のうち少なくとも一方の励磁コイルに磁界の強さを変え
る磁界調節手段を備えたものである。
【０００５】
【作用】温度ドリフトは前述したように、温度変化に対
する各々の自己インダクタンス変動の差に基づく検出電
圧差に起因する。従って、温度ドリフトを小さくするに
は、温度変化に対する各々の自己インダクタンス変動を
等しくすれば良い。即ち、温度がｔ℃変化したときの各
々の透磁率の変化をΔμ1 、Δμ2 とすると、Ｓ1 ≠Ｓ
2 のとき、ΔＬ1 ＝ΔＬ2 にするためには、（３）、
（４）式より、次の（５）式で表すように、 Δμ1 ×Ｓ1 ＝Δμ2 ×Ｓ2 ・・・ （５） とすれば良い事がわかる。ここでΔμは透磁率の大きさ
に比例し、透磁率の大きさは図８に示すように印加する
磁界に依存するので、上記手段により、一方の励磁コイ
ルの磁界の大きさすなわち電流または巻数を可変とし、
（５）式が成り立つ様に透磁率の大きさを調節して両方
の自己インダクタンスを等しくすれば、差動後の温度ド
リフトは極めて小さくなり、歪センサの精度が向上す
る。
する各々の自己インダクタンス変動の差に基づく検出電
圧差に起因する。従って、温度ドリフトを小さくするに
は、温度変化に対する各々の自己インダクタンス変動を
等しくすれば良い。即ち、温度がｔ℃変化したときの各
々の透磁率の変化をΔμ1 、Δμ2 とすると、Ｓ1 ≠Ｓ
2 のとき、ΔＬ1 ＝ΔＬ2 にするためには、（３）、
（４）式より、次の（５）式で表すように、 Δμ1 ×Ｓ1 ＝Δμ2 ×Ｓ2 ・・・ （５） とすれば良い事がわかる。ここでΔμは透磁率の大きさ
に比例し、透磁率の大きさは図８に示すように印加する
磁界に依存するので、上記手段により、一方の励磁コイ
ルの磁界の大きさすなわち電流または巻数を可変とし、
（５）式が成り立つ様に透磁率の大きさを調節して両方
の自己インダクタンスを等しくすれば、差動後の温度ド
リフトは極めて小さくなり、歪センサの精度が向上す
る。
【０００６】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図１は本発明の第１の実施例を示す構成図で、従
来例を説明した図６とほぼ同じ構成の張力センサとして
形成したものである。図において、６は磁界調節手段で
ある容量を可変にしたコンデンサで、励磁回路４により
第１の励磁コイル２に一定の電流を流した時に、コンデ
ンサ容量を変え、コイルに流れる電流の大きさを変えて
磁界の強さを調節できるようにしてある。軸１は材質Ｓ
ＵＳ３０４からなる直径２７ｍｍの棒状のものである。
磁歪膜１１は軸１の表面に、９０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金
をスパッタ法により５μｍの厚さに付着させてある。こ
の磁歪膜１１の周囲に２００ターンの第１の励磁コイル
２と４００ターンの第１の検出コイル３を設けてある。
磁歪膜のない部位に２００ターンの第２の励磁コイル
２’と４００ターンの第２の検出コイル３’を設けてあ
る。つぎに、このようにして作製した磁歪式歪センサの
温度特性を調べた。軸１に張力が０の時と３０００ｋｇ
の張力を加えた時について、第１の励磁コイル２に流れ
る電流が、コンデンサ６がない場合に流れる電流の１０
０、１２５、１５０、１７５％になるように、コンデン
サ６の容量を変えて出力特性を測定した。また、コンデ
ンサ６の各容量（各励磁電流値）について、温度を２０
℃〜６０℃の範囲で変動させて温度特性を測定した。そ
の結果を表１に示す。
する。図１は本発明の第１の実施例を示す構成図で、従
来例を説明した図６とほぼ同じ構成の張力センサとして
形成したものである。図において、６は磁界調節手段で
ある容量を可変にしたコンデンサで、励磁回路４により
第１の励磁コイル２に一定の電流を流した時に、コンデ
ンサ容量を変え、コイルに流れる電流の大きさを変えて
磁界の強さを調節できるようにしてある。軸１は材質Ｓ
ＵＳ３０４からなる直径２７ｍｍの棒状のものである。
磁歪膜１１は軸１の表面に、９０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金
をスパッタ法により５μｍの厚さに付着させてある。こ
の磁歪膜１１の周囲に２００ターンの第１の励磁コイル
２と４００ターンの第１の検出コイル３を設けてある。
磁歪膜のない部位に２００ターンの第２の励磁コイル
２’と４００ターンの第２の検出コイル３’を設けてあ
る。つぎに、このようにして作製した磁歪式歪センサの
温度特性を調べた。軸１に張力が０の時と３０００ｋｇ
の張力を加えた時について、第１の励磁コイル２に流れ
る電流が、コンデンサ６がない場合に流れる電流の１０
０、１２５、１５０、１７５％になるように、コンデン
サ６の容量を変えて出力特性を測定した。また、コンデ
ンサ６の各容量（各励磁電流値）について、温度を２０
℃〜６０℃の範囲で変動させて温度特性を測定した。そ
の結果を表１に示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】表１から、励磁電流が１５０％の時、温度
ドリフトが０．５％と極めて小さくなっていることがわ
かる。また、コンデンサ６がない時に比べ、非直線性や
ヒステリシス、感度に変化は見られなかった。上記実施
例では示していないが、磁歪膜の膜厚の変更等により、
磁気特性が変わり、各検出電圧の温度に対する変動率が
逆転した場合でも、磁歪膜のない側に設けた第２の励磁
コイル２’にコンデンサ６を並列に接続し、その励磁電
流を変えれば、上記実施例と同様な効果が得られる。な
お、励磁コイル２、２’にそれぞれ容量の異なるコンデ
ンサを並列に接続しても同様の効果が得られる。
ドリフトが０．５％と極めて小さくなっていることがわ
かる。また、コンデンサ６がない時に比べ、非直線性や
ヒステリシス、感度に変化は見られなかった。上記実施
例では示していないが、磁歪膜の膜厚の変更等により、
磁気特性が変わり、各検出電圧の温度に対する変動率が
逆転した場合でも、磁歪膜のない側に設けた第２の励磁
コイル２’にコンデンサ６を並列に接続し、その励磁電
流を変えれば、上記実施例と同様な効果が得られる。な
お、励磁コイル２、２’にそれぞれ容量の異なるコンデ
ンサを並列に接続しても同様の効果が得られる。
【０００９】図２は本発明の第２の実施例を示す構成図
で、第１の実施例のコンデンサ６の代わりに、抵抗値を
可変にし得る抵抗７を接続して励磁電流を変え、第１の
励磁コイル２で発生する磁界の強さを変えて、磁歪膜１
１の透磁率を調節するものである。軸１に加える張力は
第１の実施例と同じ条件とし、第１の励磁コイル２に抵
抗がない場合に流れる電流の７０、８０、９０、１００
％になるように抵抗７の抵抗値を変えた。また、温度を
２０℃〜６０℃の範囲で変動させて温度特性を測定し
た。その結果を表２に示す。
で、第１の実施例のコンデンサ６の代わりに、抵抗値を
可変にし得る抵抗７を接続して励磁電流を変え、第１の
励磁コイル２で発生する磁界の強さを変えて、磁歪膜１
１の透磁率を調節するものである。軸１に加える張力は
第１の実施例と同じ条件とし、第１の励磁コイル２に抵
抗がない場合に流れる電流の７０、８０、９０、１００
％になるように抵抗７の抵抗値を変えた。また、温度を
２０℃〜６０℃の範囲で変動させて温度特性を測定し
た。その結果を表２に示す。
【００１０】
【表２】
【００１１】表２から、励磁電流が８０％の時、温度ド
リフトが０．５％と極めて小さくなっていることがわか
る。また、抵抗がない時に比べ、非直線性やヒステリシ
ス、感度に変化は見られなかった。上記実施例では示し
ていないが、磁歪膜の膜厚の変更等により、磁気特性が
変わり、各検出電圧の温度に対する変動率が逆転した場
合でも、磁歪膜のない側に設けた第２の励磁コイル２’
に抵抗７を並列に接続し、その励磁電流を変えれば、上
記実施例と同様な効果が得られる。なお、励磁コイル
２、２’にそれぞれ抵抗値の異なる抵抗を並列に接続し
ても、同様の効果が得られる。
リフトが０．５％と極めて小さくなっていることがわか
る。また、抵抗がない時に比べ、非直線性やヒステリシ
ス、感度に変化は見られなかった。上記実施例では示し
ていないが、磁歪膜の膜厚の変更等により、磁気特性が
変わり、各検出電圧の温度に対する変動率が逆転した場
合でも、磁歪膜のない側に設けた第２の励磁コイル２’
に抵抗７を並列に接続し、その励磁電流を変えれば、上
記実施例と同様な効果が得られる。なお、励磁コイル
２、２’にそれぞれ抵抗値の異なる抵抗を並列に接続し
ても、同様の効果が得られる。
【００１２】図３は本発明の第３の実施例を示す構成図
で、第１の励磁コイル２の磁界の強さを変えるために、
第１および第２の実施例で示したコンデンサや抵抗の並
列接続に代えて、第１の励磁コイル２の巻数を変えるも
のである。軸１に加える張力を第１の実施例と同じ条件
とし、第１の励磁コイル２を２００、２５０、３００、
３５０ターンの間で巻数を変え、温度を２０℃〜６０℃
の範囲で変動させて温度特性を測定した。その結果を表
３に示す。
で、第１の励磁コイル２の磁界の強さを変えるために、
第１および第２の実施例で示したコンデンサや抵抗の並
列接続に代えて、第１の励磁コイル２の巻数を変えるも
のである。軸１に加える張力を第１の実施例と同じ条件
とし、第１の励磁コイル２を２００、２５０、３００、
３５０ターンの間で巻数を変え、温度を２０℃〜６０℃
の範囲で変動させて温度特性を測定した。その結果を表
３に示す。
【００１３】
【表３】
【００１４】表３から、第１の励磁コイル２の巻数が３
００ターンの時、温度ドリフトが０．５％と極めて小さ
くなっていた。また、非直線性やヒステリシス、感度に
変化は見られなかった。上記実施例では示していない
が、磁歪膜の膜厚の変更等により、磁気特性が代わり、
各検出電圧の温度に対する変動率が逆転した場合でも、
磁歪膜のない側に設けた第２の励磁コイル２’の巻数を
変えても、上記実施例と同様な効果が得られる。なお、
軸１に圧縮力が加わる場合も、同様にして温度ドリフト
を低減することができることは明らかである。
００ターンの時、温度ドリフトが０．５％と極めて小さ
くなっていた。また、非直線性やヒステリシス、感度に
変化は見られなかった。上記実施例では示していない
が、磁歪膜の膜厚の変更等により、磁気特性が代わり、
各検出電圧の温度に対する変動率が逆転した場合でも、
磁歪膜のない側に設けた第２の励磁コイル２’の巻数を
変えても、上記実施例と同様な効果が得られる。なお、
軸１に圧縮力が加わる場合も、同様にして温度ドリフト
を低減することができることは明らかである。
【００１５】図４は本発明の第４の実施例を示す構成図
で、軸１のトルクを検出するトルクセンサとして構成し
た磁歪式歪センサを示すものである。これは、図１に基
づいて説明した第１の実施例とほぼ同じ構成である。異
なる点は、材質がＳＵＳ３０４からなる直径２７ｍｍの
棒状の軸１の表面に９０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金をスパッ
タ法により、厚さ５μｍのシェブロン状の磁歪膜１１、
１１’を付着させてある。この一方の磁歪膜１１の周囲
に２００ターンの第１の励磁コイル２と４００ターンの
第１の検出コイル３を設けてある。また、もう一方の磁
歪膜１１’の周囲に２００ターンの第２の励磁コイル
２’と４００ターンの第２の検出コイル３’を設けてあ
る。つぎに、このようにして作製した磁歪式トルクセン
サの温度特性を調べた。軸１にトルク±５ｋｇｆｍを加
えた時について、第１の励磁コイル２に流れる電流が、
コンデンサ６がない場合に流れる電流の１００、１０
５、１１０、１１５％になるようにコンデンサ６の容量
を変えて出力特性を測定した。また、コンデンサ６の各
容量（各励磁電流値）について、温度を２０〜６０℃の
範囲で変動させて温度特性を測定した。その結果を次の
表４に示す。
で、軸１のトルクを検出するトルクセンサとして構成し
た磁歪式歪センサを示すものである。これは、図１に基
づいて説明した第１の実施例とほぼ同じ構成である。異
なる点は、材質がＳＵＳ３０４からなる直径２７ｍｍの
棒状の軸１の表面に９０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金をスパッ
タ法により、厚さ５μｍのシェブロン状の磁歪膜１１、
１１’を付着させてある。この一方の磁歪膜１１の周囲
に２００ターンの第１の励磁コイル２と４００ターンの
第１の検出コイル３を設けてある。また、もう一方の磁
歪膜１１’の周囲に２００ターンの第２の励磁コイル
２’と４００ターンの第２の検出コイル３’を設けてあ
る。つぎに、このようにして作製した磁歪式トルクセン
サの温度特性を調べた。軸１にトルク±５ｋｇｆｍを加
えた時について、第１の励磁コイル２に流れる電流が、
コンデンサ６がない場合に流れる電流の１００、１０
５、１１０、１１５％になるようにコンデンサ６の容量
を変えて出力特性を測定した。また、コンデンサ６の各
容量（各励磁電流値）について、温度を２０〜６０℃の
範囲で変動させて温度特性を測定した。その結果を次の
表４に示す。
【００１６】
【表４】
【００１７】表４から、励磁電流が１１０％の時、温度
ドリフトが０．５％と極めて小さくなっていることがわ
かる。また、コンデンサ６がない時に比べ、非直線性や
ヒステリシス、感度に変化は見られなかった。上記実施
例では示していないが、磁歪膜の膜厚の変化等により、
磁気特性が変わり、各検出電圧の温度に対する変動率が
逆転した場合でも、第２の励磁コイル２’にコンデンサ
６を並列に接続し、その励磁電流を変えれば、上記実施
例と同様な効果が得られる。なお、励磁コイル２。２’
にそれぞれ容量の異なるコンデンサを並列に接続しても
同様の効果が得られる。また、実施例２、３で述べたよ
うに、コンデンサの変わりに抵抗を用いたり、励磁コイ
ルの巻数を変えても同様の効果が得られる。
ドリフトが０．５％と極めて小さくなっていることがわ
かる。また、コンデンサ６がない時に比べ、非直線性や
ヒステリシス、感度に変化は見られなかった。上記実施
例では示していないが、磁歪膜の膜厚の変化等により、
磁気特性が変わり、各検出電圧の温度に対する変動率が
逆転した場合でも、第２の励磁コイル２’にコンデンサ
６を並列に接続し、その励磁電流を変えれば、上記実施
例と同様な効果が得られる。なお、励磁コイル２。２’
にそれぞれ容量の異なるコンデンサを並列に接続しても
同様の効果が得られる。また、実施例２、３で述べたよ
うに、コンデンサの変わりに抵抗を用いたり、励磁コイ
ルの巻数を変えても同様の効果が得られる。
【００１８】図５は本発明の第５の実施例を示す構成図
で、第４の実施例と同じく、軸１のトルクを検出するト
ルクセンサとして構成した磁歪式歪センサを示すもので
ある。これは、図４に基づいて説明した第４の実施例と
ほぼ同じ構成である。異なる点は、材質がマルエージン
グ鋼からなる直径２７ｍｍの棒状の軸１の表面に深さ
０．５ｍｍのシェブロン状溝１２、１２’を設けてあ
る。このシェブロン状溝１２の周囲に２００ターンの第
１の励磁コイル２と４００ターンの第１の検出コイル３
を設けてある。また、もう一方のシェブロン状溝１２’
の周囲に２００ターンの第２の励磁コイル２’と４００
ターンの第２の検出コイル３’を設けてある。つぎに、
このようにして作製した磁歪式歪センサの温度特性を調
べた。軸１にトルク±５ｋｇｆｍを加えた時について、
第１の励磁コイル２に流れる電流が、コンデンサ６がな
い場合に流れる電流の１００、１０５、１１０、１１５
％になるようにコンデンサ６の容量を変えて出力特性を
測定した。また、コンデンサ６の各容量（各励磁電流
値）について、温度を２０〜６０℃の範囲で変動させて
温度特性を測定した。その結果を次の表５に示す。
で、第４の実施例と同じく、軸１のトルクを検出するト
ルクセンサとして構成した磁歪式歪センサを示すもので
ある。これは、図４に基づいて説明した第４の実施例と
ほぼ同じ構成である。異なる点は、材質がマルエージン
グ鋼からなる直径２７ｍｍの棒状の軸１の表面に深さ
０．５ｍｍのシェブロン状溝１２、１２’を設けてあ
る。このシェブロン状溝１２の周囲に２００ターンの第
１の励磁コイル２と４００ターンの第１の検出コイル３
を設けてある。また、もう一方のシェブロン状溝１２’
の周囲に２００ターンの第２の励磁コイル２’と４００
ターンの第２の検出コイル３’を設けてある。つぎに、
このようにして作製した磁歪式歪センサの温度特性を調
べた。軸１にトルク±５ｋｇｆｍを加えた時について、
第１の励磁コイル２に流れる電流が、コンデンサ６がな
い場合に流れる電流の１００、１０５、１１０、１１５
％になるようにコンデンサ６の容量を変えて出力特性を
測定した。また、コンデンサ６の各容量（各励磁電流
値）について、温度を２０〜６０℃の範囲で変動させて
温度特性を測定した。その結果を次の表５に示す。
【００１９】
【表５】
【００２０】表５から、励磁電流が１２０％の時、温度
ドリフトが０．５％と極めて小さくなっていることがわ
かる。また、コンデンサ６がない時に比べ、非直線性や
ヒステリシス、感度に変化は見られなかった。上記実施
例では示していないが、磁歪膜の膜厚の変化等により、
磁気特性が変わり、各検出電圧の温度に対する変動率が
逆転した場合でも、第２の励磁コイル２’にコンデンサ
６を並列に接続し、その励磁電流を変えれば、上記実施
例と同様な効果が得られる。なお、励磁コイル２。２’
にそれぞれ容量の異なるコンデンサを並列に接続しても
同様の効果が得られる。また、実施例２、３で述べたよ
うに、コンデンサの変わりに抵抗を用いたり、励磁コイ
ルの巻数を変えても同様の効果が得られる。
ドリフトが０．５％と極めて小さくなっていることがわ
かる。また、コンデンサ６がない時に比べ、非直線性や
ヒステリシス、感度に変化は見られなかった。上記実施
例では示していないが、磁歪膜の膜厚の変化等により、
磁気特性が変わり、各検出電圧の温度に対する変動率が
逆転した場合でも、第２の励磁コイル２’にコンデンサ
６を並列に接続し、その励磁電流を変えれば、上記実施
例と同様な効果が得られる。なお、励磁コイル２。２’
にそれぞれ容量の異なるコンデンサを並列に接続しても
同様の効果が得られる。また、実施例２、３で述べたよ
うに、コンデンサの変わりに抵抗を用いたり、励磁コイ
ルの巻数を変えても同様の効果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、歪
センサの少なくとも一方の検出電圧の温度ドリフトを、
励磁コイルで発生する磁界の強さを調整する構造を備え
ることで、励磁する磁界を調節し磁歪膜の透磁率を変化
させて、各検出電圧の温度ドリフトを等しくなるよう調
節することができるので、たとえ製造時に磁歪膜膜厚や
パターン形状がばらついても、差動後の温度ドリフトを
極めて小さくすることができ、歪センサの精度を高める
ことができるという効果がある。
センサの少なくとも一方の検出電圧の温度ドリフトを、
励磁コイルで発生する磁界の強さを調整する構造を備え
ることで、励磁する磁界を調節し磁歪膜の透磁率を変化
させて、各検出電圧の温度ドリフトを等しくなるよう調
節することができるので、たとえ製造時に磁歪膜膜厚や
パターン形状がばらついても、差動後の温度ドリフトを
極めて小さくすることができ、歪センサの精度を高める
ことができるという効果がある。
【図１】 本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】 本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図３】 本発明の第３の実施例を示す構成図である。
【図４】 本発明の第４の実施例を示す構成図である。
【図５】 本発明の第５の実施例を示す構成図である。
【図６】 従来例を示す構成図である。
【図７】 従来例のセンサ温度と検出電圧との関係を示
す説明図である。
す説明図である。
【図８】 磁歪膜の透磁率と印加磁界の関係を示す説明
図である。
図である。
１ 軸、１１、１１’ 磁歪膜、１２、１２’ シェブ
ロン状溝、１３ 露出部 ２ 第１の励磁コイル、２’第２の励磁コイル、３ 第
１の検出コイル、３’第２の検出コイル、４ 励磁回
路、５ 信号処理回路、６ コンデンサ、７ 抵抗
ロン状溝、１３ 露出部 ２ 第１の励磁コイル、２’第２の励磁コイル、３ 第
１の検出コイル、３’第２の検出コイル、４ 励磁回
路、５ 信号処理回路、６ コンデンサ、７ 抵抗
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも表面の一部に磁歪材を備えた
歪伝達部材と、その周囲に設けた少なくとも２組の検出
コイルと、前記各検出コイルに対応して直列に接続され
た励磁コイルとから構成され、前記歪伝達部材に加わる
歪の値を前記磁歪材の透磁率の変化に基づくインピーダ
ンス変化として検出する歪センサにおいて、前記２組の
励磁コイルのうち少なくとも一方の励磁コイルに磁界の
強さを変える磁界調節手段を備えたことを特徴とする磁
歪式歪センサ。 - 【請求項２】 前記磁歪材が磁歪膜であり、前記励磁コ
イルのうち少なくとも１つが前記磁歪膜の非形成部に設
けられている請求項１記載の磁歪式歪センサ。 - 【請求項３】 前記磁歪材がシェブロン状に形成された
磁歪膜であり、前記二つの励磁コイルおよび検出コイル
が前記磁歪膜の周囲に設けられている請求項１記載の磁
歪式歪センサ。 - 【請求項４】 前記歪伝達部材が磁歪を有する材料から
なり、かつ表面のシェブロン状に設けた溝の周囲に、前
記二つの励磁コイル、および検出コイルを設けてある請
求項１記載の磁歪式歪センサ。 - 【請求項５】 前記磁界調節手段は、前記二つの励磁コ
イルのうちの少なくとも一方の励磁コイルに並列にコン
デンサを接続した請求項１から４までのいずれか１項に
記載の磁歪式歪センサ。 - 【請求項６】 前記磁界調節手段は、前記二つの励磁コ
イルのうちの少なくとも一方の励磁コイルに並列に抵抗
を接続した請求項１から４までのいずれか１項に記載の
磁歪式歪センサ。 - 【請求項７】 前記磁界調節手段は、前記二つの励磁コ
イルの巻数を変えた請求項１から４までのいずれか１項
に記載の磁歪式歪センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21793394A JP3521010B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 磁歪式歪センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21793394A JP3521010B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 磁歪式歪センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0862063A true JPH0862063A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3521010B2 JP3521010B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=16711991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21793394A Expired - Fee Related JP3521010B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 磁歪式歪センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3521010B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007036422A (ja) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Nec Tokin Corp | 送信コイルアンテナシステム |
| CN102430687A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-05-02 | 苏州东风精冲工程有限公司 | 一种双端压铆方法及其铆销和压铆装置 |
| CN115683436A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-02-03 | 华能广西清洁能源有限公司 | 一种基于逆磁致伸缩效应的三维力传感器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4257433B2 (ja) | 2005-03-28 | 2009-04-22 | 国立大学法人 東京学芸大学 | 磁歪と磁化との同時測定方法、及びその方法を用いた磁歪計測用機器の較正用標準試料の作成方法、並びにその作成方法で作成した較正用標準試料を使用した磁歪計測用機器の較正方法。 |
-
1994
- 1994-08-19 JP JP21793394A patent/JP3521010B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| CN102430687A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-05-02 | 苏州东风精冲工程有限公司 | 一种双端压铆方法及其铆销和压铆装置 |
| CN115683436A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-02-03 | 华能广西清洁能源有限公司 | 一种基于逆磁致伸缩效应的三维力传感器 |
| CN115683436B (zh) * | 2022-10-12 | 2023-07-14 | 华能广西清洁能源有限公司 | 一种基于逆磁致伸缩效应的三维力传感器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3521010B2 (ja) | 2004-04-19 |
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