JPS5961731A - トルクセンサ - Google Patents

トルクセンサ

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JPS5961731A
JPS5961731A JP58099472A JP9947283A JPS5961731A JP S5961731 A JPS5961731 A JP S5961731A JP 58099472 A JP58099472 A JP 58099472A JP 9947283 A JP9947283 A JP 9947283A JP S5961731 A JPS5961731 A JP S5961731A
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torque
amorphous magnetic
magnetic alloy
rotating shaft
iron
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浩一郎 猪俣
Takao Sawa
孝雄 沢
Yasushi Arakawa
靖 荒川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • GPHYSICS
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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】 本発明は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〕
近年、回転体のトルクを正確に検出することが求められ
ている。この要望に対しては、回転体に検出体が接触し
ない非接触方式が適している0 従来、非接触方式によるトルクセンサとしては、軸のね
じシ角を光や磁気によシ検出して間接的にトルクを検出
する間接方式によるもの、或いは回転体に磁性体を設け
、磁性体の回転による磁気ひずみ現象を利用してトルク
を検出する直接方式等が試みられている。しかしながら
実用」−1使用に剛えるものではない。
上記直接方式は間接方式に比較すると、簡便で、かつ静
止、正転、逆転時のトルクの検出が可能で応用上好まし
いが、従来のものでは磁性体の磁気的特性の不均一によ
り正確なトルク検出が困難であった。
ところで、最近アモルファス磁性合金の磁気ひずみ特性
を利用し1、直接、非接触でトルクを検出するトルクセ
ンサが提案されている(鶏7気学会マグネティックス研
究合資刺、M、A(J−81−71,)。
これは、大きな磁気ひずみ特性を有するアモルファス磁
性合金薄帯を回転軸に巻いて固定し、トルクによる軸の
ひずみ応力がアモルファス磁性合金薄帯に導入されるよ
うにして、磁気ひずみ現象によるアモルファス磁性合金
れり、帯の磁気特性の変化を外部から非接触で検出する
ことによりトルクを検出するものである。
即ち、前記トルクセンサは第1図に示す如く回転軸1に
嵌装されたアモルファス磁性合金薄帯からなる環状磁、
し2を有する。今、トルク3を回転軸1に加えると、回
転軸1にはその長手ぐノ 方向に対して±45°の方向にひすみ応力が加わシ、こ
れに伴って回転軸1に完全密着した環状率 ことによシ生じたひずみ応力σによって、そのK u 
5はKu’6に変化する。しだがって、前記−軸異方性
の変化檜を電気的に検出することによシ回転軸に加わる
トルクを検出できる。
上述した誘導磁気異方性KLtを伺与する具体的な方法
としては、回転軸の径に合わせてアモルファス磁性合金
薄帯の環状磁芯を作製し、熱処理して内部応力を除去し
た後、これを前記回転軸に嵌装して軸にねじりを与えた
状態で接着し、軸のねじシをもどすという方法が挙げら
れる。
この際、アモルファス磁性合金に加えられるトルクをT
。、検出すべき回転軸のトルクをTとすると出力はλ+
1(To−T)に比例する。ここで、λ8はアモルファ
ス磁性合金の磁歪定数である。
上記トルクセンナにおいては、アモルファスイ1+2件
合金として(l−1磁歪定数が大きく、W=和磁化が1
、・、いはと大きな出力が得られるので望ましい。
甘た、大きなトルクTを検出するために−T。
を予め大きくしでおけばよい。すなわち、回転軸に大き
なねじりを加えた状態でアモルファス仙ネ性合金を接着
ずればよい。
ところが、本発明者らが上記資料にht3載されている
Metglas 2826 MB (米国アライド社商
品名F@4oN13Bλ104B+8アモルファス磁性
合金)を用いて上述したプロセスによってトルクを検出
しようとしたところ、とのアモルファスイ1゛・i性台
金?・、i帯のりη状(磁芯は内部応力除去のために熱
処理を行った段階で非常にもろくなり、検出しようとす
るトルクTが大きくなるのに元、してアモルファス磁性
合金薄帯の環状磁芯に与えるトルクT。
か大きくなると、その応力により環状磁芯にクラックが
発生し、大きなトルクの検出ができないという欠点のあ
ることが判明した。
〔発明の目的〕
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであり
、大きなトルクを検出し皆るトルクセンサを提供するこ
とを目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明者らは上述したトルクセンサに用いられるアモル
ファス磁性合金として各極アモルファス磁性合金につい
て鋭意研究を行った結果、結晶化温度の高い鉄基アモル
ファス磁性合金を用いれば上記目的を達成できることを
見出した。
すなわち、本発明のトルクセンサは、アモルファス磁性
合金として結晶化温度Txが450°以上の鉄基アモル
ファス磁性合金を用いるととを特徴とするものである。
本発明において鉄基アモルファス(1n性合金の結晶化
温度を450℃以上としたのは450℃未満であるとア
モルファス磁性合金薄帯の環状磁芯は内部応力除去のた
めに熱処理を行った段階でもろくなり、予め大きなトル
クToを力えるとクラックが発生して大きなトルクTを
検出することかできなくなるためである。
こうした鉄基アモルファス磁性合金としては一般式 %式% Nb 、 Mo 、 Hf 、 Ta 、Wのうち少な
くとも1種、aはMがNl、Coのときは02以下、そ
の他のMについては0.1以下、x = O〜20、y
=5〜30、x十y+z = 100 :] にて表わされるものが望ましい。
ここで、Mは結晶化温度を上昇させるのに効果があるが
、その割合がある限度を超えると磁歪定数が小さくなる
とともに飽和磁化も小さくなり実用的でなくなる。その
限度はMがCo、Niの場合はa = 0.2、その他
の上記Mに対し又はa = O,I−Cある。S+は結
晶化温度を上昇させるのに効果のある元素であるが、そ
の含有率を上記範囲に限定したのは、Xが20を超える
とアモルファス合金の製造が困難になるためである。
また、Bはアモルファス合金の製造に不可欠の元素であ
るが、その含有率を上記範囲に限定したのはyが5未満
になると450℃以上の結晶化温度を得るのが困難とな
シ、3oを超えるとアモルファス合金の製造が困難にな
るためである。
本発明に用いられるアモルファス磁性合金薄帯の板厚は
薄い方が良く、平均の板厚(重量と比重から求めた板厚
)として20μm以下であることが好ましい。これは、
板厚が20μmを超えると、アモルファス磁性合金薄帯
と検出すべきトルクを発生する回転軸との接着が充分で
なくなシ、トルクを正しく検出することが困難となるた
めである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
実施例1〜13及び比較例1〜3 下記表に示す組成の各アモルファス磁性合金の薄帯を単
ロール法を用いて作製した。得られた薄帯の幅は約10
調、平均の板厚は約18μmであった。これらのアモル
ファス磁性合金薄帯について、示差熱分析器(DTA)
を用いて昇温スピード10℃/分の条件で結晶化温度(
Tx)を、ストレイン・ゲージ法を用いて磁歪定数(λ
S)を夫々測定した。これらの結果を下記表にg上記す
る。
次に、これらアモルファス磁性合金薄帯を予めN転軸の
径(10g、)に合わせて巻き、環状磁芯を作製した後
、内部応力除去のための熱処理を施した。つづいて、環
状(16芯を前記回転軸に嵌挿し、5kg・m までの
トルクTを測定しようとして軸にねじシを与えた状態で
接着剤により固定した後、軸のねじりをもどして前記環
状磁芯に誘導磁気異方性Kuをカえた。この段1偕で環
状磁芯にクラックが発生した比較例1〜3についてはク
シツクが発生した時に環状磁芯に与えたトルクToを下
記表に併記する。
実施例1〜13のトルクセンサについては軸を回転させ
、トルクを変化させて動トルクを検出した。測定すべき
トルクTが5kg・mの時の出方(mV)を下記表に併
記する。また、実施例1のトルクセンサについてはその
動トルク検出特性を第2図に示す。
しかして、上記表の実施例1〜13のトルクセンサに用
いられるアモルファス磁性合金は、いずれも結晶化温度
Txが450℃以上であり、内部応力除去のための熱処
理(例えば実施例1でVi450℃×10分間)を施し
てももろくならなかった。したがって、環状磁芯に大き
なトルクToを与えてもクラックは発生せず、実験範囲
内の5 kg・mのトルクまで充分検出することができ
た。
これに対して上記表の比較例1〜3のトルクセンサに用
いられるアモルファス磁性合金はいずれも結晶化温度T
xが450℃未満であり、内部応力除去のための熱処理
(例えば比較例1では370℃×30分間)を〃iすと
もろくなり、環状磁芯に大きなトルクToを与えるとク
ラックが発生し、トルク検出ができなかった。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、大きなトルクを検出
し得るトルクセンサを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は非接触型のトルクセンサの原理図、
第3図は本発明の実施例1におけるトルクセンサのトル
ク検出特性図である。 1・・・回転軸、2・・・環状磁芯、3・・・トルク、
4・・・ひずみ応力、5,6・・・誘導磁気異方性、出
願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦オ1図 第2図 第3図 トルク(kgom)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)大きな磁歪定数を有するアモルファス磁性合金の
    薄帯を回転軸に巻いて固定し、該回転軸に加えられたト
    ルクにより前記アモルファス磁性合金薄帯の磁気特性が
    変化することを利用してトルクの非接触検出を行うトル
    クセンサにおいて、前記アモルファス磁性合金として結
    晶化温度が450℃以上の鉄基アモルファス磁性合金を
    用いたことを特徴とするトルクセンサ。
  2. (2)  鉄基アモルファス磁性合金が一般式%式% Nb 、 Mo 、 Hf 、 Ta 、 Wのうち少
    なくとも1種、a=0〜0.2 (M=Co 、Niの
    場合)、a=0〜01(M、= Co 、 Nl以外の
    上記元素)、x=0〜20.y−5〜30 、 x+y
    +z=100 )で表わされるものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のトルクセンサ。
  3. (3)鉄基アモルファス磁性合金の薄帯の板厚が20μ
    m以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1項も
    しくは第2項記載のトルクセンサ。
JP58099472A 1983-06-06 1983-06-06 トルクセンサ Granted JPS5961731A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5585574A (en) * 1993-02-02 1996-12-17 Mitsubishi Materials Corporation Shaft having a magnetostrictive torque sensor and a method for making same
CN103409707A (zh) * 2013-07-18 2013-11-27 北京航空航天大学 一种MnaMAbMBc块体非晶合金及其制备方法

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JPS5735633A (en) * 1980-08-08 1982-02-26 Hitachi Ltd Heat treatment of metallic thin strip

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JPH0242418B2 (ja) 1990-09-21

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