JPS63210735A - 力学量検出素子 - Google Patents

力学量検出素子

Info

Publication number
JPS63210735A
JPS63210735A JP62043164A JP4316487A JPS63210735A JP S63210735 A JPS63210735 A JP S63210735A JP 62043164 A JP62043164 A JP 62043164A JP 4316487 A JP4316487 A JP 4316487A JP S63210735 A JPS63210735 A JP S63210735A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin strip
stress
magnetic
ribbon
external force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62043164A
Other languages
English (en)
Inventor
Naomasa Kimura
直正 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP62043164A priority Critical patent/JPS63210735A/ja
Priority to US07/160,742 priority patent/US4872350A/en
Publication of JPS63210735A publication Critical patent/JPS63210735A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G01L3/105Rotary-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 inductive means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/125Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S73/00Measuring and testing
    • Y10S73/02Magnetostrictive

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】 り棗上夏■ユ±I 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量検出素子に関するもの
である。
え米五韮 ゛力、トルクなどを計測するカー常置センサにおいて、
非晶質磁性合金の応力−磁気効果を利用するセンサが、
近年注目されつつあり、この力学量センサによれば、■
力の非接触検出が可能である、■力の電気類への変換を
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、耐環境性に優れ、広範囲の使用
条件に耐え得る等の利点が得られる。
その−例として、応力−磁気効果が敏感な正の磁歪を有
する非晶質磁性合金の薄帯(リボン)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゛捩
りひずみ′°を薄帯01に導入せしめ、応力−磁気効果
による薄帯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)。磁歪が正の非晶質磁性合金では、引張り応力を与
えると、引張り方向の磁気弾性エネルギーが低下し、そ
の方向で磁化が容易になる現象があり、この現象を応力
−磁気効果と称しているが、前記トルクセンサにおいて
は、該応力−磁気効果を利用して、薄帯01の全面に、
周方向03に対する傾斜角α(α〉45°)の方向に一
様な磁化容易軸(−軸磁気異方性)Kuを与えている。
しかるに、回転軸02にトルク丁が作用すると、第2図
図示の如く、回転軸02の軸心線方向に対して角度±4
5°の方向に式σ−16、T(ただし、dは回転軸02
の外径でπd3 ある)で表わされる応力σが生じ、応力−磁気効果によ
り、+σの方向にも一戦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Ku’ 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することから、前記磁化
容易軸の変化(Ku−+ Ku’ )を透磁率の変化と
して捉え、トルク丁の大きさを検出することかできる。
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(または磁束密度)
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。
−°シ よ  と    ロ   − 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)が悪く、力学量検出可能範囲Iが
狭いために、低トルク範囲の検出素子どして利用される
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−〇の近傍で曲線の
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の表面に薄帯01を接着剤接
合する際の接着力によって薄帯01に生ずる応力分布が
均一でないことともあいまって、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@02の停止角度の違いによって比較的大き
な値で検出されてしまう。
また、非晶質磁性合金の薄帯を液体超急冷法により製造
する場合、薄帯全面に亘って均一な冷却条件で、あるい
は常時均一な冷却条件で冷却を実施することができない
ため、不均質な残留応力の発生を避は難く、得られた複
数枚の薄帯を力学量検出素子として用いるに当り、残留
応力の相違による磁気特性の゛ばらつき″が生じる不具
合がある。
efするためのニー゛ヨ゛よび・ 本発明の目的は、応力−磁気特性曲線の直線性が良好で
、力学量検出可能範囲が拡大され、広範囲の力学量変化
を検知することが可能であって、応力=0近傍における
該特性曲線の勾配がゆるやかなる力学量検出素子を提供
する点にある。
本発明の他の目的は、力学量検出素子の磁気特性の“ば
らつき”を低減化する点にある。
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、薄帯形状で提供される非晶質磁
性合金は、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)を示す。
ところで、前記非晶質磁性合金は、液体M4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
度であって、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における応力=0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の範囲に持ち来たし、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。
本発明者等は、斯かる想定の下で、実験を行なった結果
、正の磁歪を有する非晶質磁性合金製薄帯に予め圧縮ひ
ずみ(圧縮応力)を与えることによって前記特性向aC
を実現できることを確認した。
圧縮ひずみを与える方法としては、■非晶質磁性合金で
形成された薄帯の表面に塗膜を付し、塗膜との熱膨張特
性の違いを利用する方法、■力学量検出対象物の表面に
接む剤をもって薄帯を粘着し、接着剤との熱膨張特性の
違いを利用する方法、■薄帯の表面に金属メッキを施し
、メッキ被膜に生ずる内部応力を利用する方法等が考え
られる。
本発明では、斯かる他の材料との接合関係を利用するこ
となく、薄帯の表面に直接外力を印加して加工を施し、
薄帯に予め圧縮ひずみを付与することとした。外力の印
加方法としては、研摩布紙による表面研摩法、薄帯表面
に球状微粒物を噴射させるショット・ピーニング法1合
成樹脂、ゴム。
その他の材料で形成した部片をもって薄帯表面を擦る“
しごき加工法”等を挙げることができる。
これ等の加工法による外力の印加程度を変えることによ
って薄帯に与える圧縮ひずみ預を調整し、本発明の前記
目的を達成することが可能である。
なお、研摩布紙による表面研摩は、薄帯の表面を1.2
回撫でる程度で良く、膜厚25μm程度の薄帯にあって
は、研摩口を2〜3μm以下に抑えるべきである。また
、研摩布紙の粒度は#320(大)〜# 1000 (
小)程度が適当である。
民晟璽ユ ■単ロール法(液体超急冷法)による FO5IBn、vS = 15 C2の薄帯(寸法:厚
さ25μ7H,長さ10cm、幅25mm>を複数枚用
意した。
■粒度#800〜1000の研摩布紙を用いて薄帯の片
面を研摩した。研@m(研摩によって削除した肉厚〉は
、o−0,O[3μmの範囲で薄帯毎にこれを変化させ
た ■研摩量が相違する各薄帯の比透磁率を外力を作用させ
ない状態で調べたところ、第7図の結果が得られた。
〈試験結果の評価〉 ■第7図より、研摩量が増すと薄帯の比透磁率が直線的
に減少することが判る。この事は、研摩量を変えること
によって薄帯の透磁率を調整し得ることを意味しており
、鐸帯間の磁気特性の゛ばらつき°′を低減化させ得る
ことが明らかである。
■研摩口が増すと薄帯の比透磁率が減少することから、
第6図における特性曲線a→特性曲線すの変化(応力−
〇における値参照)が予測される。
筬旌五ユ ■試験例1における薄帯と同じ薄帯を用意し、何等処理
を施さないものを薄帯1とし、研摩布紙(# 800〜
1000 )による0、15μmの片面研摩を施したも
のを薄帯2とし、研摩布紙(#800〜1000)によ
る0、3μmの片面研摩を施したものを薄帯3とした。
■薄帯1,2.3を試片として、第8図に示す装置を用
いて応力−磁気特性を調べた。その結果を、応力−比透
磁率曲線として第9図に示す。
第8図において、4は、試片の上辺を全幅に亘って把持
する懸吊具を示し、試片の上辺には、その全幅に亘って
把持具5が取着され、鉤6に係止される重錘7によって
試片に対して可変な引張り力が印加される。
また、試片の両側には、コイル(0,19,φのフォル
マル銅線80T)8を設置し、1にHz、1.1■の正
弦波交流を与え、インダクタンスをインピーダンス・ア
ナライザーで求め、これを比透磁率に変換することによ
り得た。
この比透磁率は前述の如く、薄帯1,2.3に与えられ
る引張り応力の大小によって変化する。
それ故、逆に誘起電圧を測定することにより、引張り力
の大きさく重錘7の荷重)を知ることができる。
第9図の応力−比透磁率曲線は、薄帯1,2゜3につき
、重錘7の荷重を変化させ、荷重の大きさを比透磁率の
変化として捉えたものである。
〈試験結果の評価〉 ■薄帯1の特性曲線と、薄帯2,3の特性曲線とを対比
すれば、薄帯の表面研摩が有効であることが判る。すな
わち、第6図の特性曲線Cと同様に、直線範囲の拡大さ
れた曲線が得られる。
■薄帯2,3の特性曲線を対比すると、研If量の多い
方が効果的であり、研摩量が多くなるほど、すなわち印
加力によって発生させる内部応力が増すほど曲線が右方
へ移動し、応カーO近傍での曲線の勾配がゆるやかにな
るとともに応力検出可能範囲工が増大する(I2 <I
s )ことが判る。
l1五1浬 以上の説明から明らかな様に、正の磁歪を有する非晶質
磁性合金で形成された薄帯の表面に外力を印加して加工
を施し、もって薄帯の少なくとも一部に予め圧縮ひずみ
を付与してなる力学Φ検出素子が提案された。
本発明の力学量検出素子は、予め圧縮ひずみが付与され
ていない非晶質磁性合金部片(力学量検出素子)に比し
て応力−磁気特性が改善され、力学母検出可能範囲が拡
大されているため、応用範囲が大きい。
また、本発明の力学量検出素子によれば、表面加工の程
度を調整して、製造される各力学は検出素子間の磁気特
性の“ばらつき″を低減化することができる。
さらに、本発明の力学量検出素子においては、薄帯の表
面を研摩布紙で研摩する等の、極めて簡単な方法でこれ
を)qることができ、製作経費の低減化に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は非晶質磁性合金製薄帯を軸の周囲に接
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図は非晶質磁性合金製薄板を用いたト
ルクセンサによる軸トルク測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−磁気特性を示ずグラフ、第7図は
非晶質磁性合金製薄帯の表面研摩Mとその比透磁率)の
関係を示すグラフ、第8図は力学量検出素子の応力−磁
気特性を調べるための装置を示す図、第9図は公知に係
る力学量検出素子および本発明の力学量検出素子の応力
−磁気特性を示すグラフである。 1.2.3・・・薄帯、4・・・懸吊具、5・・・把持
具、6・・・鉤、7・・・重錘、8・・・コイル。 代理人 弁理士 江 原  望  外2名第1図 第2図 Lll       Ul 第3図 第4図 0                  応1カ(Kg
/mm”l第5図 第6図 第7図 研摩量(ρm) 第 8 図 第9図 之、力(Kg/mm”1

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)正の磁歪を有する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
    で形成された薄帯の表面に外力を印加する処理を施し、
    もって薄帯の少なくとも一部に予め圧縮ひずみを付与し
    てなる力学量検出素子。
  2. (2)前記外力を印加する処理が機械的加工であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載された力学量
    検出素子。
  3. (3)前記外力を印加する処理が薄帯の両面に施されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載され
    た力学量検出素子。
  4. (4)前記機械的加工が研磨加工であって、これを研摩
    布紙で行うことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記
    載された力学量検出素子。
JP62043164A 1987-02-27 1987-02-27 力学量検出素子 Pending JPS63210735A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62043164A JPS63210735A (ja) 1987-02-27 1987-02-27 力学量検出素子
US07/160,742 US4872350A (en) 1987-02-27 1988-02-26 Mechanical quantity sensor element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62043164A JPS63210735A (ja) 1987-02-27 1987-02-27 力学量検出素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63210735A true JPS63210735A (ja) 1988-09-01

Family

ID=12656231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62043164A Pending JPS63210735A (ja) 1987-02-27 1987-02-27 力学量検出素子

Country Status (2)

Country Link
US (1) US4872350A (ja)
JP (1) JPS63210735A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02221830A (ja) * 1989-02-22 1990-09-04 Kubota Ltd 磁歪式トルクセンサ
JPH02280023A (ja) * 1989-04-20 1990-11-16 Kubota Corp 磁歪式トルクセンサ軸の製造方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7363827B2 (en) * 2005-10-21 2008-04-29 Stoneridge Control Devices, Inc. Torque sensor system including an elliptically magnetized shaft
US7469604B2 (en) * 2005-10-21 2008-12-30 Stoneridge Control Devices, Inc. Sensor system including a magnetized shaft
JP5313703B2 (ja) * 2009-01-16 2013-10-09 内山工業株式会社 エンコーダ付駆動伝達用ベルト及びその製造方法、並びに、回転検出システム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4053331A (en) * 1974-09-20 1977-10-11 University Of Pennsylvania Method of making amorphous metallic alloys having enhanced magnetic properties by using tensile stress
JPS5934780B2 (ja) * 1977-12-16 1984-08-24 松下電器産業株式会社 非晶質磁性合金薄板の熱処理法
JPS6054386B2 (ja) * 1979-03-01 1985-11-29 工業技術院長 薄帯状非晶質合金の磁気特性を改良する方法
EP0146382B1 (en) * 1983-12-17 1990-03-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Torque sensor of noncontact type

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02221830A (ja) * 1989-02-22 1990-09-04 Kubota Ltd 磁歪式トルクセンサ
JPH02280023A (ja) * 1989-04-20 1990-11-16 Kubota Corp 磁歪式トルクセンサ軸の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US4872350A (en) 1989-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stefanita et al. Plastic versus elastic deformation effects on magnetic Barkhausen noise in steel
Abuku Magnetic studies of residual stress in iron and steel induced by uniaxial deformation
US3861206A (en) Method and device for measuring a stress employing magnetostriction
Kwun et al. Effects of grain size, hardness, and stress on the magnetic hysteresis loops of ferromagnetic steels
Rekik et al. Influence of a multiaxial stress on the reversible and irreversible magnetic behaviour of a 3% Si-Fe alloy
Amiri et al. On the role of crystal and stress anisotropy in magnetic Barkhausen noise
JPS63210735A (ja) 力学量検出素子
EP2250475B1 (en) Biaxial stress measurement
Lo et al. Modeling stress effects on magnetic hysteresis and Barkhausen emission using a hysteretic-stochastic model
Enokizono et al. Measurement of arbitrary dynamic magnetostriction under alternating and rotating field
Landgraf et al. Separating components of the hysteresis loss of non-oriented electrical steels
Birsan et al. Magnetic Barkhausen noise study of domain wall dynamics in grain oriented 3% Si-Fe
US4784003A (en) Mechanical quantity sensor element
Yoo et al. Measurement of field-dependence elastic modulus of iron–gallium alloy using tensile test
Tiitto Influence of elastic and plastic strain on the magnetization process in Fe-3.5% Si
US6532832B2 (en) Magnetoelastic torque transducer for improved torque measurement
Strattan et al. Iron losses in elliptically rotating fields
Iordache et al. Effect of mechanical strains on the magnetic properties of electrical steels
Lee et al. Loading effect on ACPD of a crack in ferromagnetic material
JPH081399B2 (ja) 力学量検出素子およびその製造方法
Mahadevan Force and torque sensing with galfenol alloys
Allen et al. Magnetoelastic interaction of dislocations and ferromagnetic domain walls and torsional microcreep experiments on iron and nickel tubes
JP2905561B2 (ja) 非接触式トルクセンサー
Wun‐Fogle et al. Suppression of large Barkhausen jumps in annealed amorphous wires with an imposed twist as a function of current, external axial stress, and axial field
Yu et al. Tensor magnetostriction loops for a steel cube