JPS5945089B2 - 力、変位トランスデュ−サ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に力学量を電気信号として取出すための力
、変位トランスデューサに関する。

本発明によるトランスデューサは、荷重、応力、トルク
、変位、加速度などを電気信号に変換するために利用す
ることが出来、又はディジタルスケール等にも利用する
ことができる。外力、変位に応じた電気信号を発生する
力、変位トランスヂユーサとして、従来から非接着形Ｎ
ｉ−Ｃｕ（ニッケル−銅）系の抵抗線又は箔（厚さ数十
ミクロン）が知られているが、これは温度特性が０．０
５％ＦＳ／℃と優れている反面出力電圧が最大６ｍＶと
低く感度が低いという欠点を有している。

又最高使用温度も７５℃と低い。従来の別の力、変位ト
ランスデューサとしてＰ型半導体を用いたものが知られ
ているが、これは、最大出力３００ｍＶと感度が憂れて
いる反面、温度特性が０．１％ＦＳ／℃と良くない。又
最高使用温度も１００℃と低い。さらに従来磁歪効果を
利用した力、変位トランスデューサも提案されているが
、従来の磁歪効果を有する材料は磁度が低く外力により
非可逆の変形をしてしまうという欠但がある。

従つて本発明は従来の技術の上記欠点を改善するもので
、その目的は温度特性及び感度が優れかつ強い外力に耐
えることの出来る力、変位トランスデューサを提供する
ことにあり、その特徴は著しい弾性をもつアモルファス
（非晶質）強磁住体によるトロイダルコアの外力、変位
による磁気特性の線形的変化を電気出力として取出ずこ
とにある。

以下図面により詳細に説明する。第１図Ａ及びＢは本発
明の原理を説明するための図で，円形のトロイダルコア
１に図示のごとく外力Ｐが印加されると、トロイダルコ
アは第１図Ａの点線に示ずごとく弾性変形し、Ａの部分
及びＢの部分に互いに逆の変形応力が発生ずる。

従つてトロイダルコアをアモルフアス材により構成しＡ
及びＢの部分にコイルＣ，及びＣ２をもうけ、該コイル
によりアモルフアス磁性体の磁気特性の変化を検出すれ
ば、外力の大きさを電気信号として取出ずことが出来る
。アモルフアス材をトロイダル形状にずれば応力により
保持力、残留磁束密度等の磁気特性が線形に変化し、直
径方向の外力の大きさと変形の変位の大きさが正比例す
る。従つてトロイダル形状のアモルフアス材によれば、
変位の大きさを電気層号として取出すことも出来る。こ
のトロイダル磁心は弾性力学的には１個の環であるが、
コイルＣｌ，Ｃ２の部分が８０％の漏洩磁束により磁気
的に独立であつて２磁心として動作する。コイルＣｌ，
Ｃ２は各々磁心の直径方向の２個所のコイルを直列に接
続したものとして、地磁気などの外乱磁界を相殺する。
第２図Ａは磁気マルチバイブレータ回路の例で、直流電
圧を出力する２磁心形マルチバイブレータ回路を例示す
る。

この回路によりアモルフアス磁心１の最大磁束密度の外
力による変化が出力端子にあられれる直流電圧ＥＤＣと
して取出される。ここでＴｒｌとＴｒ２はスイツチング
トランジスタ、ＲＢ及びＲＬは抵抗、ＣＢ及びＣＬはコ
ンデンサ・ＶＲは零点調整用可変抵抗、＋Ｅは電源直圧
である。この回路はコイルＣ１又はＣ２の部分における
トロイダルコアの磁気飽和によりスイツチングトランジ
スタのオン“オフの状態が反転することを利用した高感
度、高安定の発振回路で、２つのトランジスタの導通時
間（導通時間は最大磁束密度に比例する）の差：こ対応
する出力電圧ＥＤＣが出力端子にとり出される。第２図
Ｂは力、変位トランスデユーサの別の構成例で、２個の
トロイダルコア１及び１ａを使用し、一方のトロイダル
コア１のみに外力を印加し、他方のトロイダルコア１１
こは外力を印加せず基準素子として利用する。

２つのコアのコイルは図示の直列に接続される。

本発明の力学量トランスデユーサの感度は磁心の直径ま
たはアモルフアスリボン巻層数を調整することで自由に
制御され、微小力学量を検出するには磁心直径を大また
はリボン巻層数を小１こすればよく、大きな力学量の検
出にその逆の形状の磁心を用いる。

本発明に用いられるアモルフアス磁性体（非晶質磁性材
料）は一般式でＭａＹｂの形で示される。

ここでＹはＳｉ，Ｂ，Ｐ，Ｃのうち少なくとも１種以上
の元素をふくみ、ＭはＦｅ，ＣＯ，Ｎｉのうち少なくと
も１種以上をふくむものとする。ａとｂはＭ（５Ｙの原
子数の比をあられず添字でアトミツクパーセント）、ａ
＋ｂ＝１００ａｔｅ．１０＜ｂく３０ａｔ％が満足され
るものとする。第３図は組成Ｍにおける鉄Ｆｅ５コバル
トＣＯ，ニツケルＮｉの好ましい重量成分比を示し、Ｎ
ｉは５０％以下、ＣＯは８０％以下であることが好まし
い。Ｎｉは５０％以上となるとキユ一り一温度が常温以
下となつて動作温度範囲が狭くなつてしまい、又ＣＯが
８０％以上となると磁歪効果が小さくなつてしまう。第
３図の範囲内で好ましくはＣＯを２０％以下、Ｎｉを２
０％以下とする。

この成分では磁歪効果が十分に大きく（２０〜５０×１
０−６）、艮好な力、変位トランスデユーサを得ること
が出来る。さらに上記組成において、不純物として若干
のＭｃｙＷクＴａｔＮｂフラＭｎｓＣｕｊＴｉ，Ｃｒ，
Ｚｎ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐ
ｄなどをふくむこともできる。実験例 １ アモルフアス磁性体としてＦｅ７８ＭＯ２Ｂ２Ｏを使用
し、これを従来のＮｉ−Ｃｕ系合金及びピエゾ型半導体
と比較した結果は次のとおりである。

なお電気回路は第２図Ａを使用した。これからアモルフ
アス磁性体は感度、温度安定件及び最高使用温度の点で
つりあいのとれた良好な特性を示すことがわかる。

実験例 ２ アモルフアス磁性体Ｎｉ４Ｏｐｅｌ４ｐｌ４Ｂ６と従来
のＮｌ−ＣＵ系材料の感度を第２図Ａの回路により比較
した。

前者の特性Ａは後者の特件Ｂに比べて感度が約４０倍と
優れていることがわかる。なおアモルフアス磁心を空気
中で２７０〜２９０゜Ｃでひずみとり焼鈍することによ
り、耐蝕件を向上させ、力、変位トランスデユーサの直
線件、最大出力電圧値、幅度に対する安定件、最高使用
益度の向上等を図ることが出来る。

以上実施例１こより詳しく説明したごとく、本発明１こ
より力、変位トランスデユーサはアモルフアス磁件体の
利用により感度及び温度特性が従来の非接着型ストレン
ゲージに比べて優れており、広い用途（こ応用すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは本発明の動作原理の説明図、第２図Ａ
及びＢは本発明による力、変位トランスデユーサの２つ
の構成例、第３図は本発明に使用されるアモルフアス磁
性体の組成図、第４図は本発明と従来技術との特性の比
較図である。 １，１；トロイダルコア、Ｃｌ，Ｃ２；コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トロイダル状のアモルフアン強磁性磁心と、該磁心
   の一部に巻回されるコイルと、該コイルを介して外力、
   変位に比例する磁心の磁気特性の変化を検出する電気回
   路とを有し、該電気回路の出力により外力、変位を測定
   することを特徴とする力、変位トランスデューサ。 ２ アモルファス強磁性磁心がＭａ・Ｙｂであらわされ
   る組成を有し、ここにＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少な
   くとも１種以上をふくみ、ＹはＳｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃのうち
   少なくとも１種以上をふくみ、ａとｂは原子数の比率を
   あらわし、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％でかつ１０＜ｂ＜３０
   ａｔ％である特許請求の範囲第１項記載の力、変位トラ
   ンスデューサ。 ３ Ｎｉの重量成分比が５０％以下でかつＣｏの重量成
   分比が８０％以下である特許請求の範囲第２項記載の力
   、変位トランスデューサ。 ４ トロイダル状のアモルファス強磁性磁心の力、変位
   が印加される直径方向およびこれと直交する直径方向に
   コイルが４分割して巻かれ、各直径方向に対向する１対
   のコイルが直列に接続される特許請求の範囲第１項記載
   の力、変位トランスデューサ。