JPS59181576A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明ｄ、非接触でトルクを検出するトルクセンサに関
する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

トルクは回転駆動系の制御を行う場合の基本量で、それ
を精密に検出するためには非接触構造であることが必要
である。

最・近、アモルファス４６性合金の磁気ひずみ特性を利
用し、直接非接触でトルクを牛・丸出するトルクセンサ
が提案されている（電気学会マグネティックス研究会資
料Ｎ１ＡＧ−８１−７１’　）。こ汎は、大きな磁気ひ
ずみ特性を鳴するアモルファス磁性薄帯を回転軸に巻い
て固定し、トルクに伴う回転軸のひずみ応力をアモルフ
ァス４１号・註合金に傅入させ、磁気歪みに伴うアモル
ファス合金の磁気特性の変化を（犬山することによりト
ルク金非接触で検出するものである。

このトルクセンナを第１図に従って更に詳しく説明する
。第１図中１はアモルファス磁性合金の薄帯から形成さ
れた環状磁芯であり、この環状イ１８芯１にはその周方
向２に対して角）１θの傾き方向に誘導磁気異方性Ｋｕ
　３が付与されて回転軸２に巻回して固定されている。

説明を簡単にするために、θ〉４５°、飽和磁歪定数λ
８〉０と仮定する。回転軸４にトルク５を印加すると、
■には４４５°の方向に張力ａが、−４５°の方向には
圧縮応力−ａが力（］わり、磁気ひずみ効果により誘導
磁気異方性に１（′＝３λｓ’ａが＋４５°方向に誘導
される。その、Ｉ＋ｉ！、果ＫｕとＫｕの合成として誘
導磁気人気異方性はＫｕ６へ変化する。

一般（・こ、（磁性体の透磁率は励磁方向して対する誦
嗜イ１θ気異方性の方向によって変化するから、第１図
に示す如く、回転軸に加えられたｌ・ルクによってアモ
ルファス磁性合金Ｎ帝の環状磁芯の誘導磁気異Ｘ７５性
が変化するようにすれば、この点状磁芯の周囲に近接［
ッて検出コイルを配設し、検出回路で誘磁率の４：化を
重圧の変化として出力すること（ｒ（よって、トルク咲
出することができる。

−上記トルクセンサの説明において、磁性体とじて５１
アモルファスイ１Ｂ性合金の例を示したが、軟′［有］
磁性を示すものであればアモルファス合金に限ることな
く、たとえばパーマロイ（丁”ｅ−Ｎｉ合金）、センダ
スト（）Ｐｅ−／〜ｅ−Ｓ　）合金）、Ｆｅ−５ｉ合金
などを用いることが出来る。

ところで、１ノｃ来、上述した磁性金属薄帯の回転軸へ
の同足は合成樹脂の接着剤でなされていた。

しかし、磁性金属Ｗ！′帝を合成樹脂による接着剤でｂ
」定すると、泥層上昇あるいはぐり返りのトルク印加に
伴って接着がゆるむため、躯１（１・金属助出Ｖこ加わ
る応力が変化してトルクの検出出力に銃栃をきたし、ト
ルク（火山のイ′１牙度が落ちるというＩｊｉ］題があ
った。

〔発明の目的つ 本発明Ｕ、上記欠点を）１）イ消するためになされたも
のであり、−３０〜１５０°Ｏｌｊ：　ｌｉ（’７Ｊ　
渦り、ｉ　２−化に対しても出力の変動が７′よく、精
度の高い）・ルク検出ケ行うことのでさるトルクセンサ
をｊｈ゛供ず？Ｓことをｌｌｌ′Ｉ的とするものである
。

〔発明の概要〕

本発明のトルクセンサは回転軸Ｋ　ｆＢ性金属Ｍ帝をガ
ラスを用いて接層するものである。

なお本発明に用いるガラスとしては軟化温度が５００’
Ｏ以ドの低融点ガラスを用いるΔ１１が的−ｉ　Ｌ　＜
具体的組成としては １）カルコブナ・ｆトガシス 〔１゛ｅを０〜６０％含み、Ａｓ　＋Ｓｅ　、Ｓｂのう
ちＪ’　　Ｇｅ（、）２ガラス ［′少くとも　　　　　　　　　　　　ゝ等が孕けられ
る。

特に接着１＝度をあ捷り高く出来ないアモルファス（磁
性合金を磁性金属薄帯として用いる場合はイ１効である
。

寸だ回転軸にｉｌｉ′番性合金薄帯をガラス接着する場
合、ガラスと（１°任性合金および回転軸の材′Ｗとの
熱膨張係数をｅ！ｔとんど一致させる８捗がある。太き
く不一致゛４−る場合にはガラスが接着時に破壊し易い
ばかゆでなく、使用中の熱ザイクルによっても（ｉ支線
あるいに１、剥π（し２易いという問題が生じる。上記
低層；点ガラスは組成を変えることにより、かなり広く
熱膨張係数を調怜することが出来る。

ｔみ性合金薄弗・を回転軸に合成叫Ｙ）旨を用いて接着
したトルクセンサにおいてＵｌ、通常予め６Ｂ性合金（
ｉシ帯を熱処理しておく必要がある。ぞの理由（」１、
磁１生合金薄帯ＶＣはその製造工程中に内部Φが多く導
入されており、それを熱処理により除去しておかないと
、前記誘専イ出気ｙ（方性Ｋ１１を］ｈ−効にｆ＝ｊ与
で＠ないからである。

しかし、本発明の力）ス接漸の」場合Ｖ（は、−１＝配
内部歪の除処をガラス接着と同時に加熱して行うＣとが
出来るという利点もある。符に、アモルノーｒスク８１
生合金のように比較的小、い温度で内部歪が除去され易
い磁性合金（おいては有効である。

本発明ｒこ係るイ召性合金として非晶質研性付金を用い
る場合は実用上 （Ｆｅ＋−２−ｂｆＶｉａ　　１Ｖｌｔｓ　）ｚｓｉｘ
Ｈｙ〔但し、ＩＶＩ＝ＣｏｔたはＮｉの少くともＩＦ！
ＪｉＭ’　＝　Ｔｉ　、Ｚｒ　、Ｈｆ　、Ｖ　、Ｎｂ　
、Ｔａ　、Ｃｒ　、Ｍｏ　、Ｗ、Ｍｎ　、ＲｅＲｕ、Ｒ
ｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ　、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｉｎ。

ぃ＋！　、Ｓｌｌ　、Ｐｉ）　Ｉｓｂ、１３ｉ　＋Ｙ＋
在土在合類金属ちか１−）【λ・：択される少くとも１
種、Ｍ　＝　Ｎ　ｉの、す１合ｏ１くａ≦０．４　、　
Ｍ”’　Ｃｏ　ノＷ　合０．１（ａｓａｓｏ、８ ０≦ｂ二〇、１５ ０くＸ≦２０．　　４Ｓｙ’−３ｓ Ｘ＋ｙ＋ｚ＝１ｏ。

のｒｉｌｌ成から／ｒ：るアモルファス磁１生合金を用
いゐがが好凍しい。

さらに非晶ガイ１Ｇ性合金をガラスｒこより接Ｊ　］’
ｈ；ｊ定する棚台は、カラスと接合する非晶賀磁性台金
六面に結晶性酸化物を含有する酸化皮膜をフト〉成して
４つ・＜串により、よく強固な接着固定が可がｄとなる
。

この様な結晶性酸化物を含有する酸ｆヒ反膜を付ｊ４−
．Ｊ−るためには、高温、かつ、尚圧下において酸化処
理をイーＪなうことに上りできる。この時の温度はな／
）べく賜い方が短時間で結晶性酸化物が形成きれるだめ
望ましいが、あ１り温度が高すぎるとり「晶追計金山体
ｉ？７晶化するという問題が発生するので結晶化（ｈｌ
’１度以下の温度が望捷しく、具体的には１５０〜５０
０°Ｃであることが々イｒ乏しく、２５０−４００　’
Ｏであることが更に好−ましい。

高圧化の手段としては、ノノズ、イ々体のどちらを用い
てもよいが、彎られる圧力が４０〜２００妬、土でめる
ことが好土しく、６０〜１００気圧であることが更に好
″グしい。処理時間（弓５、処理ｌ晶ｊＷ及び処理圧力
により異なるが、一般しくば、０５〜１００時１ｉ−ｉ
Ｊであり、−１寺に５〜２４時ＩＹ１１で夕）ることか
好−１Ｌｌ／′１゜一般的な手段としてはオートクレー
ブ等の高温の水蒸気中で処理するのが好芥し５い方法で
ある。

以上のように処理することＶこより、形成きれる酸化皮
膜及びそれに含有される結晶性酸化物によ、Ｆ’ｅが主
成分の非晶質合金Ｋ　Ｌｈっては）ｉ’ｅ３０１＋７’
　−１・’ｅ２０３等が、Ｃｏが主成分である非晶質合
金にあ−）てばＣｏｏあるいはＣｏ３Ｏ４が形成される
ことが多いが、これら製造条件により異なる。またＣｏ
とＦｅとをともに含有する非晶質合金Ｖこあっては、Ｃ
ｏＪｉ”ｅ２０３等のＣｏ−Ｆｅ系酸化物が形成される
。

伯られた酸化皮膜の厚きが、０．０１〜５／１ｍ　　ｃ
あるものが好−走しく、０１〜１μｍであるものが更に
好＋ｔ　Ｌ、い。この厚ざが０ＡＪＩμｍ末省であうと
、ガラス」２着１゛１が劣り５μｍを超えると、有効ｉ
ｉＢ　’注金属の古、（“α率が低下するので好土しく
ない。

ｊ、　！１ｉ−Ｌ！月　の　実　ＪＪｆｊｊ　例　〕」
ノ、ド、本冗明全実施例に基づいて説明する。

七　ツメ（（’、　　ｌ（＋ＩＪ 中ロール法を用いて幅Ｉ　Ｑ　ｈｒ７１．厚さ約２０μ
ｍの（Ｐ’ｃｏ、ｔＨ５Ｎｉｏ、３Ｃｒｏ、ｏｓ＞７．
５Ｓｉｊ＋Ｂ１ｓアモルファス　ｉｉＨｆ１合金の＃帝
を作製した。次に、この）切帯を１ｊ」、径：Ｊ　（ｌ
　ｍａｎの回転軸に一周巻いて端部を低融点ガラス介用
いて従属した。用いたカラスは矩ｒｉ＋″比で８１４　
円ＪＯ−Ｊ（１，５Ｂ２０３−２．３ＺｎＯ２，３Ｓｉ
０２−１．２ＡＩ”２０３−２．　、ｉ　Ｇｅ（）２で
あり、軟化温度は３６０’Ｃ，熱１し張係数ｒＪ、　Ｉ
　］　０Ｘ１０−７で・１．−〕だ。接着温腿はル４０
　’Ｃで行い、これによる上記アモルファス合金の結晶
化は牛してｊ９らず、（！Ｂ気％性のガラス接矯’　Ｍ
ｉＪ一段の値は第１表の如くでｉりっだ。

；す、］：余白 鋼ｌ　衣 すなわち、ガシス鼠宸仮の保１１赳力ｆ′；ｒ、　」ジ
ンｇＴ前の（ＩＱ、ｌζ比べて著しく小さくなりており
、ぽたｌ　Ｏ（Ｏｅ）の外６μ磁場を印：ＩＪｌｌ　Ｌ
だｆｌケの磁束所度Ｂｌυの１′１ぼけ接盾後著しく大
きくな一］ている。このことばガラス桜析処ｊ１！によ
り（ＷＪ　１時にアモルファス凪性合金の内部歪が防去
さ）ｔ、たことを意味する４、トノ、上のよう（／ｃし
て１ｑられた、ガラス接着によってアモルファス（１Ｂ
性合金博帝を回転軸ｅこ固定したトルクセンナを用い、
既述し１こ第１図の原１ｊ１に基ついて−３０〜１　ｒ
５０　’Ｏの１．ｌｋ度範囲で回転軸の動トルクを恢出
した七の結果、セＬ来の合成（、“ｉ＋　ｈ旨による接
震剤でアモルファス磁１ξｌ−曾４ｍ帝を回転に固定し
／ヒトルクセンサでは上記温度＋ｉｌｉ≧囲における４
シ１トルク検出精度は±１０％程度であったのｔこ１１
シ、上述したガラス接着を用い／こトノ１−り十ンサン
こよｉ　ｉ、ｉ、上記温１度イ屯囲ぐこおける６ｉｊ＋
　ｌ・ルクｆ＋’ｐΣ出梢ｊ疋ば一ヒ１係Ｊ゛ノ、　１
ノ」　で　・ν）　つ　７ン：　。

ｊｌＪ様の組来はパーマ「」イ、センダスｔ・、Ｆｅ−
８ノ合乾の磁１生薄帯を用いたときにも得ら：Ｉした。

〔、光明の効果〕

以上詳述し／ζ如く本元明ｉｔ（よ）１．ば広い温室４
ｉＱ　！＃］Ｊにり−って高い１１７度でトルクを１灸
出ずゐことがで私工業上極めで実用１Ｊミの１怖いトル
ク七ンブを提供することができるものであろう

【図面の簡単な説明】

Ｉ４！１図は本発明シて膠ける非接触製のドルクセ／す
の原理図。 第　　１　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁歪を有する磁性金属薄帯を回転軸に巻いて固定
   し、該回転軸に加えられたトルクにより前記磁性金属薄
   帯の磁気特性が変化することを利用してトルクの非接触
   挽出を行うトルクセンサにおいて、前記回転軸に前記磁
   性金属薄帯をガラスを用いて接着固定することを特徴と
   したトルクセンサ。 （２、特許請求の範囲第１項において、６ｄ性金属薄帯
   が非晶質自“任性合金であることを特徴とするトルクセ
   ンサ。