JPS63280476A - 歪測定方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、歪ゲージ等のセンサとして、あるいはロボッ
トなどのトルクセンサ、アクチュエータとして使用され
る磁歪素子に関し、更に詳述すれば、特に使用環境が厳
しい自動車エンジンのトルクセンサ等に好適な磁歪素子
による歪測定方法に関する。

（従来の技術〕 物体を構成する物質の歪を検出することによりその物体
が受ける力、圧力、トルク、あるいは物質内に生じる応
力等を検出するためのセンサとして歪ゲージが使用され
る。このような歪ゲージの歪検出素子の一種として磁歪
素子の使用が試みられている。磁歪素子は、非接触、小
型且つ高感度の歪検出素子として特に回転軸のトルクを
検出するトルクセンサとして好適である。

磁歪素子を使用したトルクセンサは、回転軸に鉄系、た
とえばＦｅ＝Ｃｏ　−Ｂ−５ｉ系等のアモルファス、即
ち非晶質の磁歪材料を薄膜状に形成して接合し、その応
力−磁気変換特性を利用するものである。具体的には、
回転軸に加わるトルクに応じて発生する応力により回転
軸自体が歪むのに伴って磁歪材料層も歪み、この歪の度
合に応じて磁歪材料層の透磁率が変化する。この透磁率
の変化を励起の検出ヘッドにより、トルクに応じた誘導
電流として検出するものである。

このようなトルクセンサは、たとえば自動車のエンジン
−駆動系のトルクを検出することにより高精度の可変速
制御と最適燃料供給が可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述のようなトルクセンサに磁歪素子を用いる
場合、磁歪素子の磁歪材料層と被測定材、即ち回転シャ
フトとの間の接合の耐久性が問題となる。具体的には、
両者間の接合゛に接着剤、たとえばエポキシ系接着剤を
使用した場合には、トルクの反復負荷により磁歪材料層
が回転シャフトから剥離してしまう場合がある。

一方、半田等の蝋付けあるいは溶接により磁歪材料層を
回転シャフトに接合した場合には、接合の耐久性は確保
されるが、両者を接合するに際して磁歪材料層が加熱さ
れるためにアモルファスの磁歪材料層が結晶化し、磁歪
特性が大幅に劣化するという問題が生じる。

このため、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいはスパッタリング等の真空
中で磁歪材料層を被測定材に直接積層形成する方法（特
開昭６０−２１３０７１号）、あるいは被測定材の表面
の材質そのものを改質することにより磁歪素子を形成す
る方法（特開昭６１−１７３１２８号）等も提案されて
はいるが、前者では被測定材の大きさによっては相当程
度大規模な真空装置が必要になるのでコストの面で、ま
た後者では磁歪性情等の面でそれぞれ充分な磁歪素子が
得られるとは言い難い。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
磁歪素子の磁歪材料を充分な磁歪特性を維持し且つ接合
耐久性が充分に高い状態で被測定材に接合して歪を測定
可能な歪測定方法の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記問題点を解決するために、磁歪素子の磁歪
材料層を被測定材に接合した後、急加熱。

急冷却により非晶質化するようにしている。

本発明は、被測定材に接合された磁歪材料により歪を測
定する方法において、前記磁歪材料を急加熱、急冷却に
より非晶質化することを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、磁歪材料が被測定材に溶接等にて接合され
た後に、急加熱、急冷却して非晶質化することにより形
成されるので、磁歪素子の磁歪材料層の被測定材への接
合方法の選択の自由度が高くなると共に、高い磁歪特性
が得られる。

また、接合後、急熱、急冷により非晶質化した領域の形
状を連続あるいは不連続の細長い縞状にすることにより
、形状異方性を得られ、より広い応力範囲にわたって直
線性の良好な出力を得ることができる。なお、この細長
い縞状の領域は被測定材に生じる主応力方向の場合に最
も有効であり、磁界中冷却効果による一軸誘導異方性と
併用してもよい。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１図は本発明の実施例を示す模式図であり、磁歪素子
を被測定材としての鋼製のシャフト２に装着した状態を
示す平面図、第２図はその側断面図である。

本発明の歪測定方法は、被測定材であるシャフト２に磁
歪素子１の層状の磁歪材料、即ち磁歪材料層１１として
厚さ２５μｍで５Ｘ１０ｆｉのＦｅ−Ｂ−５ｔ−Ｃｒ系
アモルファス材料を熱間静水圧圧縮法（ＨＩＰ）により
接合してシャフト２の歪を測定するのであるが、磁歪材
料層１１をシャフト２に接合した後に急加熱、急冷却に
より非晶質化しである。

具体的には、ＷＡＧレーザパルスにより磁歪材料層１１
を直径０．３鶴の円領域に０．３２ジユールの熱量を０
．２４ｓ＋ｓｅｃ与えることにより急加熱した後、自然
冷却により急冷却して非晶質化した。このレーザパルス
の磁歪材料層１１への照射に際しては、その照射点を０
．１　ｔｍ／パルスの割合で順次移動させることにより
、０．３鶴幅の帯状に磁歪材料層１１の非晶質化を行っ
た。更に、非晶質の帯状部分相互の間隔はそれぞれ０．
１鶴とした。このようにして、磁歪材料層１１の縞状の
非晶質化を行うと共に、綿状の各帯状の非晶質部分の方
向をシャフト２の軸方向と４５度の方向、換言すればシ
ャフト２に発生する主応力の方向とした。

この結果、第１図に示す如く、磁歪材料層１１は非晶質
化部分１２と未非晶質化部分１３とが交互に配列された
綿状に形成される。

さて本発明の歪測定方法は、上述のようにして磁歪材料
層１１をシャフト２上に接合した後、急加熱、急冷却に
より非晶質化された部分１２と未非晶質化部分１３との
縞状の構造に形成された磁歪素子により行われるのであ
るが、このようにして形成された本発明の磁歪素子の性
能を、全く同様の材料を使用した磁歪材料層をエポキシ
系接着剤によりシャフト２に接着接合したのみの従来例
のそれと共に第１表に示す。

第１表 この第１表からは、本発明による歪測定方法では、磁歪
率の面では従来例と同様であるものの、接合部の耐久性
の面では比較の対象にならない程優れており、更に一軸
異方性の面でも従来例に比してかなり向上している。

従って本発明方法では、磁歪性能を劣化させずに磁歪素
子１の磁歪材料層１１とシャフト２との接合部分の耐久
性が優れている点及び磁歪材料層１１の材質の選択が比
較的自由である、具体的にはシャフト２への接合時の熱
から自由であるため、熱による結晶化を顧慮することな
く高耐蝕性の材料を使用可能な点等から、使用環境条件
が厳しい自動車等のエンジンのトルクセンサとしての歪
測定方法に特に好適である。

なお上記実施例では、非晶質の磁歪材料層１１をシャフ
ト２に接合した後にレーザ照射することにより、その接
合の際の結晶化を解消して非晶質化するようにしている
が、結晶質の磁歪材料Ｎ１１をシャフト２に接合した後
にレーザ照射して急加熱。

急冷却することにより非晶質化することとしてもよい。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように、本発明の歪測定方法によれば、
磁歪材料層を被測定材に接合した後に急加熱、急冷却に
より非晶質化して形成される磁歪素子を使用するので、
磁歪材料層を被測定材に接合する際の熱による結晶化等
の問題を顧慮する必要がなく、磁歪材料の選択の自由度
が高くなり、更に高耐久性ではあるが高温を伴うために
従来は使用に難点があった溶接等の接合方法を採ること
も全く問題がなくなる。

更に前記実施例の如く、磁歪材料を縞状に、しかも被測
定材に発生する主応力の方向に沿って縞状に非晶質化す
ることとすれば、磁歪材料の形状異方性により高い一軸
異方性を付与することが出来るので、被測定材のより広
い応力範囲において直線性に優れた高出力を得ることが
可能な歪測定方法を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明の歪測定方法による磁歪素子の平面図、第２図はその
側断面図゛である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定材に接合された磁歪材料により歪を測定する
   方法において、前記磁歪材料を急加熱、急冷却により非
   晶質化することを特徴とする歪測定方法。 ２、前記非晶質化は、前記被測定材に生じる主応力の方
   向に沿う縞状に行う特許請求の範囲第１項記載の歪測定
   方法。