JPS62182630A - 力学量検出素子およびその製造方法 - 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】 ＬＬＩ夏皿皿次１ 本発明は非晶質磁性合金（アモルファス磁性合金）の応
力−磁気効果を利用する力学吊検出素ｒ−１およびその
製造方法に関するものである。

」末互語 力、トルクなどを翳１測する力学量レン勺において、非
晶質磁性合金の応カー磁気効宋を利用するセンソが、近
年注目されつつあり、この力学」ヒンＩＪ′によれば、
■力の非接触検出が可能である、■力の電気量への変換
を直接的に行うことができる、■センサとしての装置構
造が簡単で、小型化が達成される、■非晶質磁性合金は
高強度、高靭性材であって、耐食性に優れるとともに、
完全弾性体でもあるため、耐１１境性に優れ、広範囲の
使用条件に耐え（りる、等の利点が１！′＃られる。

その−例として、応力−磁気効果が敏感な）１晶質■性
合金の膜板０１を回転軸０２に巻き付け、トルクＴによ
って回転軸０２に生ずる“ひずみ応力″を膜板０１に導
入せしめ、応力−磁気効果による膜板０１の磁気特性の
変化を検出し、もってトルクＴを検出するトルクセンサ
が知られている（第１図参照）。このトルクセンサにお
いては、膜板０１の全面に、周方向０３に対する傾斜角
α（α〉４５°とする）の方向で、一様に磁化容易軸ｋ
ｕが与えられており、回転軸０２にトルク「が作用する
と、第２図図示の如く、回転軸０２の軸心線方向に対し
て角度±４５°の方向に゛ひずみ応力′°σが生じ、磁
気ひずみ効宋により、＋σの方向にも一軸磁気異方性が
誘導され、結果として合成された磁化容易軸にＵ′が与
えられる。

しかして、一般に磁性体の透磁率は、磁界方向に対する
磁化容易軸の方向によって変化ザることがら、前記磁化
容易軸の変化（にｕ−＋Ｋｕ’　）を透磁率の変化とし
て捉え、トルクＴの大きさを検出することができる。

そこで、例えば励磁コイル（−次コイル）、検出コイル
（二次コイル）を用いて、透磁率の変化を電圧変化とし
て検出すると、第３図図示の如きトルク−出力曲線が得
られる。

１が　゛しようとする１１ ところが、通常使用されている非晶質磁性合金では、直
線性（リニアリティ）が悲り、力学量検出素子の範囲１
が狭いために、低トルク範囲の検出素子として利用され
るに留まっており、また該非晶質磁性合金の応力−出力
曲線は第４図図示の如くであり、応力−〇の近傍で直線
の勾配が大きいために、その部分で感度が非常に高く、
第１図において、回転軸０２の表面に膜板０１を接着剤
接合する際の接着力によって膜板０１に生ずる応力分布
が均一でないことに起因して、回転軸０２に作用するト
ルクが零である場合に、本来零になるはずの検出出力が
、該回転軸０２の停止角度の追いによって比較的大きな
値で検出されてしまう。

１、　賀を　′１　るための　　および一本発明の目的
は、応力−磁気特性曲線の直線性が良好で、力学量検出
限界が拡大され、広範囲の力学量変化を検知することが
可能で、応カー〇近傍における１核特性曲線の勾配が緩
やかなる力学量検出素子を提供する点にある。

この目的は、非晶質磁性合金部片に他の材料を結合、若
しくは接触係合させ、該相関関係で非晶質磁性合金部片
の少なくとも一部に予め圧縮ひずみが与えて成る力学量
検出素子を１ｑることによって達成される。

この力学量検出素子は、■該力学晶検出素子の使用温度
範囲を越えて加熱されている非晶質磁性合金部片の表面
に他の材料を結合、若しくは接触係合させ、次いでＩＹ
ｉ記非晶質合金部片を前記使用温度範囲内まで冷ツクし
、もって前記ノ１品７１合金部片の少なくとし一部に圧
縮ひり゛みを付与するか、あるいは■該力学聞検出水子
の使用温度範囲を越えて加熱されている伯の材料に非晶
質磁性合金部片を結合、若しくは接触係合させ、次いで
前記他の＋Ａ　Ｉ＋を前記使用温度範囲内まで冷却し、
もって前記非晶質合金部片の少なくとも一部に圧縮ひず
みを付与することによって製造され得る。

例えば、高速回転する銅ドラム上に溶融合金を連続供給
して、これを超急冷し、簿膜帯板（リボン）形状で提供
される非晶質１竹合金は、その組織中に結晶粒界が存在
せず、従来の結晶質合金に比して機械的、化学的、電磁
気的に優れた強磁性材であって、特に鉄を主成分とする
非晶質磁性合金は、応力−磁気特性において優れた直線
性（リニアリティ）を示ず。

ところで、前記非晶質磁性合金は、液体構造を凍結する
ことによって得た材料であるから、その原子分布状態が
液相状態に類似し、結晶体（結晶合金）に比して低密用
であって、原子間引力は結晶体に比して大きいものと想
定される。この想定に従うならば、第４図に示した特性
曲線ａにＪ３ける応力−〇は、見掛は上の値であって、
例えば、第５図図示の如く、特性曲線ａに連なる曲線す
が潜在すると考えることができ、この潜在曲線す部分を
応力≧０の範囲に持ら来たし、第６図図示の特性曲線Ｃ
を得ることができるならば、応力−磁気特性が著しく向
上する。

本発明り等は、斯かる想定の下で、実験を行った結果、
非晶質磁性合金部片に予め圧縮ひずみ（圧縮応力）を与
えることによって前記特性曲線Ｃを実現できることを確
認した。圧縮ひずみを与えるには、非晶質磁性合金と熱
膨張（収縮）特性の異なる塗膜を該非晶￥Ｊ磁性合金部
片の表面に付し、両層の接合関係で相対的に非晶質磁性
合金部片の熱変形を封する方法が簡単である。ここで留
意すべきは、非晶質磁性合金の熱膨張特性である。

参考のために、非晶質磁性合金であるアライド社製Ｍｅ
ｔすＩａｓ　２６０５ＳＣ（商品名）の熱膨張係数を調
べたところ、第７図図示の如き曲線（温唯−熱膨張係数
）が得られた。なお、該２６０５８Ｃの薄膜帯板は、単
ロール法で形成したものを用いた。この薄膜帯板は、そ
の長尺方向に沿って急冷されたちのであるため、熱膨張
係数の測定は、長尺方向についてこれを測定した。それ
故、例えば硬化温度９３℃の熱硬化性樹脂膜を塗布する
ことによって該非晶質磁性合金部片の少なくとも一部に
圧縮ひヂみをイ」与づるのは好適であり、熱硬化性樹脂
膜を塗布した非晶質磁性合金部片を、力学吊検出累子の
使用温度範囲（通常の力学量検出素子は常温２１１℃で
使用されており、それ故使用温度とは、常温を基準とし
て、それ以上、またはそれ以下の温度を指す）を越える
該樹脂硬化温度に加熱して硬化させ、得られた被膜イ］
き部片を、力学量検出素子として使用する場合の使用温
度に戻せば良い。常温においては、非晶質磁性合金部片
は木来第７図の熱膨張係数に従って膨張するはずである
が、その膨張を熱硬化性樹脂膜によって抑えられている
ため、非晶質磁性合金部片に対して圧縮ひずみが与えら
れる。なお、使用する熱硬化性樹脂の硬化後のヤング率
は大きいほど好ましい。

隨辰■ユ ■単ロール法によりアライド社￥ＩＪＨ（！ｔ（ｌＩａ
ｓ２６０５３Ｃ（商品名）で形成した非晶質磁性合金部
片（寸法４００ｍｍ×７履×２５μｍ）を用意した。

■該非晶質磁性合金部片の片面全面に、チバガイギー社
製エポキシ系樹脂接着剤７ラルダイトＸ　Ｎ　１２４４
　（商品名）（熱膨張係数１０Ｘ　１０−”　／’Ｃ）
を塗布し、温度１５０℃の恒温槽中に装入して樹脂接着
剤を硬化させた後、これを恒温槽から取り出して放冷し
た。

■次に、第３図図示の場合と同様にして、得られた試験
片の応力−磁気特性（応力−出力（電圧Ｖ））を調べた
。その結果を第８図に示す。

〈評価〉 第８図の曲線形状は、第６図に示した曲線Ｃとほぼ一致
しており、曲ＦＡａ（第４図参照）と対比するならば圧
縮ひずみの付与が極めて有効であることが判る。

人屓■λ ■単ロール法によりアライド社製Ｈｅｔｇｌａｓ２ＧＯ
５ＳＣ（商品名）で形成した非晶質磁性合金部片Ｍ（寸
法：幅５Ｏ，Ｘ肉厚２５μｍ）を用意した。この非晶質
ｖｎ竹合金部片ＭにはスリットＳを形成しである（第９
図参照）。

■該非晶質磁性合金部片Ｍの片面全面に、チバガイギー
社製樹脂接着剤アラルダイトＸ　Ｎ　１２４４（商品名
）を塗布し、第１０図、第１１図図示の如く、直径２７
°ＭのＪＩＳ　５ＩＩＳ３０４　（熱膨張係数１７Ｘ１
０−’／℃）装中実＠１の周囲に巻きつけて接看し、温
度１５０℃の１１′ｉ温槽中に装入して樹脂接着剤を硬
化させた。その後、軸１を恒温槽から取り出して放冷し
た。

■次に、第１１図図示の如く、励磁コイル２．検出コイ
ル３，３を巻いた磁心２ａ、３ａ、３ａを非晶質磁性合
金部片Ｍ面に対して直角に近接して宛てがい、励磁コイ
ル２に実効値１００７７ＬＡの高周波電流を供給し、検
出コイル３．３の９ｉ：子Ｆｌ１３Ａに生ずる誘起電圧
を調べることとしたくなお、第１（）図には、励磁コイ
ル２．検出コイル３の配置を概念的に示している）。こ
の誘起電圧は、１１り述の如く、非晶質磁性合金部片Ｍ
の透磁率の変化、すなわら軸１に与えられたトルク−「
によって非晶質磁性合金部片Ｍに導入される゛ひずみ応
力゛°の人。

小によって変化し、誘起電圧を測定することによって！
〜シルクの大きさを知ることが可能である。

■斯くして得られた非晶質磁性合金部片Ｍのトルク−出
力曲線を第１２図に示ず。

く評価〉 また、第１２図を、第３図と対比すると、トルクＴ＝Ｏ
の近傍で曲線の勾配が緩やかになっており、従来の同種
のトルクセン畳すでは最大３０ＫｅＪ・ｍ程度の１〜ル
クしか測定できなかったところを、１００　Ｋ９・卯の
１〜ルクをも測定することが可能となることが判る。

筑墓皿ユ 試験例２の項目■、■と同様にして１！７だ試験片を温
度９３℃の恒温槽内に装入して樹脂接着剤を硬化さけた
。そして、恒温槽から取り出して放冷した試験片を用い
て、試験例１と同様の方法で、第１３図に示すトルク−
出力曲線を得た。

く評価〉 第１３図の曲線は優れた直線性を示すとともに、試験例
１にＪ３ける場合と同様に人さ・なトルクを測定し得る
ことが判る。試験例２，３の差異は、非晶質磁性合金部
片を固定する）３度の相違に起因し、非晶質磁性合金部
片に与えられる圧縮ひずみ吊（Ｉ］−縮応力）の大きさ
く試験例２〉試験例３）によって非晶質磁性合金の応力
−磁気特性が変化づることか判る。

Ｗ炭１− 試験例２．３と同様にして樹脂接着剤の硬化温度（恒温
槽の温度）を８５℃にした場合について調べ、第１４図
に示すトルク−出力曲線を１！７だ。

く評価〉 第１４図の曲線は、第１３図の曲線に比して直線部分の
勾配が若干緩やかなるとともに、曲線部分の範囲が若干
狭くなっており、また、第１２図と対比すると、曲線が
逆向きに彎曲していることが判る。

この場合も、従来のトルクセン１すに比して直線性が良
好で、力学量検出限界の範囲が拡大されており、広範囲
のトルク−を測定し得ることが判る。

又辰■玉 試験例２，３．４で使用した樹脂接着剤とは異なる樹脂
接着剤、すなわち常温（２５℃）で硬化する接着剤（東
亜合成社製アロンアルファ２０１（商品名））を用い、
硬化条件以外の他の条件を試験例１，２．３と同様にし
て、第１５図にポリトルクー出力曲線を得た。

〈評価〉 樹脂接着剤によって非晶質磁性合金部片を固定する温度
が常温（２５℃）であるため、常温においてノ１品質磁
性合金部片に圧縮ひずみが付与されることはなく、第３
図図示の曲線と差異はない。

以上の各試験例は、１〜シルクン号についてこれを実施
したが、非晶質磁性合金を利用した力学ｈ１検出素子は
、軸等の仙の部（イに結合、若しくは接触係合させて使
用されるだけでなく、面間樹脂接着剤の如き他のＪｒＡ
料を：１１晶質Ｖｔ１竹合金部片に塗イ０し、固化けし
めてなるｌｌｉｌ部体としてし使用され、ガス圧、油圧
等の流体圧検出用素子、ひずみｔδ検出用素子笠の使、
機器制御のための力学量→電気品変換用素子としてら利
用され（；ｌる。

なおまた、例えば筒状体の内壁に沿って非晶質磁性合金
部片を設ける場合には必ずしも接触を必要とけず、加熱
した筒状体内に同じく筒状に形成した非晶質磁性合金部
片を嵌挿して冷Ｗすれば、非晶質磁性合金部片に対して
圧縮ひずみを与えることができる。

ｌ用五匁課 以上の説明から明らかな様に、本発明の力学小検出素子
は、非晶質磁性合金部片に熱膨張特性の異なる他の材料
を結合、若しくは接触結合させ、該相関関係で非晶質磁
性合金部片の少なくとも一部に予め圧縮ひずみを付与し
たしのであり、圧縮ひずみを与えることによって、製造
状態（例、甲ロール法で得たそのままの状態）の非晶質
磁性合金の応力−磁気特性が著しく改ｉｒＸされ、その
特性曲線は、直線性が良好で、力学量検出限界の範囲が
拡大されているため、広範囲の応力を検出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は非晶質磁性合金部片を１１イ１の周囲
に接合して、軸に与えられるトルクを検出する場合の原
理を説明する図、第３図は非晶買磁性合金製力学聞検出
素子を用いたトルクセンサによる軸Ｉ〜シルク定例とし
てのトルク−出力曲線を示すグラフ、第４図は非晶質磁
性合金の応力−磁気特性を示すグラフ、第５図、第６図
は本発明の詳細な説明するための応力−磁気特性を示す
グラフ、第７図は非晶質磁性合金２６０５３Ｃ（商品名
）の、温度による熱膨張係数変化を示すグラフ、第８図
は圧縮ひずみを付与された前記非晶質磁性合金２６０５
ＳＣの応力−磁気特性を示すグラフ、第９図は該非晶質
磁性合金＃１ＪｔＪ膜板を示す図、第１０図は該薄膜板
を軸周囲に巻きつけてなるトルクセンサを示す図、第１
１図はその斜視図、第１２図は前記薄膜板用樹脂接着剤
の硬化温度を相対的に高温に設定した場合に得られる１
〜ルク一出力曲線を示すグラフ、第１３図、第１４図は
それぞれ前記樹脂接着剤の硬化温度を第１１図図示の場
合に比して相対的に低くした場合の第１１図と同様なグ
ラフ（ただし、硬化温度は第１３図の場合が第１４図の
場合に比して高い）、第１５図は他の樹脂接着剤を用い
て常温で軸周囲に簿膜板を接合した場合のトルク−出力
曲線を示づ”グラフである。 １・・・軸、２・・・励磁コイル、３・・・検出コイル
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）非晶質磁性合金の応力−磁気効果を利用する力学
   量検出素子において、非晶質磁性合金部片に他の材料を
   結合、若しくは接触係合させ、該相関関係で非晶質磁性
   合金部片の少なくとも一部に予め圧縮ひずみが与えられ
   ており、直線性が良好で、力学量検出限界の範囲が拡大
   された応力−磁気特性を有する力学量検出素子。
2. （２）非晶質磁性合金の応力−磁気効果を利用する力学
   量検出素子の製造方法において、 該力学量検出素子の使用温度範囲を越えて加熱されてい
   る非晶質磁性合金部片の表面に他の材料を結合、若しく
   は接触係合させ、次いで前記非晶質合金部片を前記使用
   温度範囲内まで冷却し、もつて前記非晶質合金部片の少
   なくとも一部に圧縮ひずみを付与することを特徴とする
   力学量検出素子の製造方法。
3. （３）非晶質磁性合金の応力−磁気効果を利用する力学
   量検出素子の製造方法において、 該力学量検出素子の使用温度範囲を越えて加熱されてい
   る他の材料に非晶質磁性合金部片を結合、若しくは接触
   係合させ、次いで前記他の材料を前記使用温度範囲内ま
   で冷却し、もつて前記非晶質合金部片の少なくとも一部
   に圧縮ひずみを付与することを特徴とする力学量検出素
   子の製造方法。