DE3787100T2

DE3787100T2 - Sensorelement für mechanische Eigenschaft und Verfahren zu dessen Herstellung.

Info

Publication number: DE3787100T2
Application number: DE87300080T
Authority: DE
Inventors: Naomasa Kimura; Masayuki Nishiguchi; Minoru Noguchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Varian Inc
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Varian Inc
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1987-01-07
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2007-01-08
Also published as: EP0229688B1; EP0229688A3; US4985108A; DE3787100D1; EP0229688A2; CA1270905A; US4784003A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sensorelement für Messung einer mechanischen Größe, bei dem der magnetostriktive Effekt nichtkristalliner magnetischer Legierungen (amorphe magnetische Legierungen) benutzt ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensorelementes.
Unter den Sensoren für mechanische Größe zur Messung einer Kraft, eines Drehmomentes oder dergleichen ist ein Sensor in kürzlich vergangenen Jahren bekannt geworden, bei dem vom magnetostriktiven Effekt nichtkristalliner magnetischer Legierungen Gebrauch gemacht ist. Dieser Typ von Sensoren zur Messung einer mechanischen Größe hat die Vorteile, daß 1.) berührungsloses Detektieren einer Kraft möglich ist, 2.) eine Kraft in eine elektrische Größe umgewandelt werden kann, die direkt zugänglich ist, 3.) ein Aufbau des Sensors einfach ist und daher Verringerung seiner Größe ermöglicht ist und 4.) nichtkristalline magnetische Legierungen Materialien sind, die eine hohe Festigkeit und hohe Steifigkeit haben, die ausgezeichnet korrosionsbeständig und perfekte elastische Materialien sind und daher ausgezeichnet umweltsicher sind und einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen aushalten.
Beispielsweise ist aus der EP-A-0107082 ein Drehmomentsensor bekannt, bei dem ein Band 01 aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mit positiver Magnetostriktion, das magnetostriktiv empfindlich ist, um eine Drehwelle 02 derart herumgewickelt ist, daß "Torsionsverzerrung", die in der Welle 02 durch ein Drehmoment T erzeugt ist, in das Band 01 Übertragen wird. Veränderung der magnetischen Eigenschaften des Bandes 01, beruhend auf dem magnetostriktiven Effekt desselben, wird detektiert und damit kann das Drehmoment T detektiert/gemessen werden (siehe Fig. 1). In nichtkristalliner magnetischer Legierung mit positiver Magnetostriktion tritt ein Phänomen auf, das dann, wenn Zugkraft/Zugspannung auf die Legierung einwirkt, die magnetoelastische Energie in der Richtung der Zugspannung verringert wird und sich die leichte Richtung der Magnetisierung einstellt. Dieses Phänomen wird als magnetostriktiver Effekt bezeichnet. In dem Drehmomentsensor, auf den oben Bezug genommen worden ist, wird der gesamten Oberfläche des dünnen Gürtels 01 infolge der Benutzung dieses magnetostriktiven Effektes eine gleichförmige leichte Achse der Magnetisierung Ku (uniaxiale magnetische Anisotropie) gegeben, und zwar mit der Richtung, die einen schrägen Winkel α (α > 45º) zur Umfangsrichtung 03 hat. Wenn jedoch ein Drehmoment auf die Drehwelle 02 ausgeübt wird, dann wird, wie in Fig. 2 gezeigt, eine (mechanische) Spannung erzeugt, die gegeben ist durch die Gleichung
(worin d den Außendurchmesser der Drehwelle 02 darstellt). Sie wird in der Richtung erzeugt, die zur Achsrichtung der Drehwelle 02 einen Winkel von ± 45º hat. Damit ist magnetische Anisotropie aufgrund des magnetostriktiven Effektes auch in der Richtung + induziert. Das Ergebnis ist, daß eine kombinierte Achse Ku' der leichten Magnetisierung gegeben ist.
Auf der Grundlage des Umstandes, daß die magnetische Permeabilität eines magnetischen Körpers sich abhängig von der Richtung der leichten Achse der Magnetisierung relativ zur Richtung des magnetischen Feldes ändert, ist die obenerwähnte Änderung der leichten Achse der Magnetisierung (Ku → Ku') als eine Änderung der magnetischen Permeabilität anzusehen. Damit kann die Größe des Drehmomentes T detektiert werden.
Wenn die Änderung der magnetischen Permeabilität (oder der magnetischen Induktion) als elektrische Spannungsänderung detektiert worden ist, z. B. mittels einer Magnetspule (Primärspule) und einer Detektorspule (Sekundärspule), kann man daher eine Drehmoment-Ausgangssignal- Kurve erhalten, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.
Im Falle der normalerweise benutzten nichtkristallinen magnetischen Legierung, da die Linearität der Drehmoment-Ausgangssignal-Kurve schwach ausgeprägt und der Detektorbereich I für die mechanische Größe eng/klein ist, ist daher die Verwendung des Sensorelementes auf den Bereich niedriger Torsion beschränkt. Die (mechanische) Spannungs-Ausgangssignal-Kurve der nichtkristallinen magnetischen Legierung ist so wie in Fig. 4 gezeigt. Da der Gradient der Kurve in der Nähe der Spannung = 0 groß ist, ist die Empfindlichkeit in diesem Bereich (der Kurve) sehr hoch. Der Tatsache zufolge, daß die Spannungsverteilung in dem dünnen Gürtel 01 der Fig. 1 durch ungleichmäßige Bindungskräfte der Bindung des dünnen Gürtels 01 auf der Oberfläche der rotierenden Welle 02 nicht gleichförmig ist, ist in dem Falle, in dem kein Drehmoment auf die Drehwelle 02 ausgeübt wird, das Sensor-Ausgangssignal relativ groß, obwohl es gleich Null sein sollte, nämlich aufgrund einer Differenz im Stillsetz-(stopping-)Winkel der Drehwelle 02.
Wenn das Band 01 mittels Klebstoff einfach auf die Oberfläche der Drehwelle 02 aufgeklebt ist, ist außerdem die durch das Umwickeln hervorgerufene Spannung in dem Band 01, bezogen auf die Drehwelle 02, nicht gleichförmig über die gesamte Oberfläche. Außerdem ist die Filmdicke des Klebstoffes ungleichmäßig. Somit kann der Zustand der Deformation der Drehwelle 02 nicht genau erkannt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorelement für eine mechanische Größe anzugeben, bei dem die Linearität der magnetostriktiven Diagrammkurve ausgezeichnet ist, der der Detektion zur Verfügung stehende Bereich für eine mechanische Größe erweitert ist, die Veränderung einer mechanischen Größe über einen weiten Bereich detektiert werden kann und der Gradient derselben Diagrammkurve in der Nähe der Spannung gleich Null reichlich ist.
Die obenbeschriebene Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß man ein Stück nichtkristalliner magnetischer Legierung mit einem anderen Material koppelt oder berührend eingreifend macht und somit ein Sensorelement für eine mechanische Größe schafft, in dem Kompressionsbeanspruchung/-verzerrung wenigstens einem Anteil des Stückes nichtkristalliner magnetischer Legierung vorausgehend gegeben/eingeprägt wird, und zwar durch anderes Material.
Das obenerwähnte Sensorelement für eine mechanische Größe wird hergestellt durch die Verfahrensschritte des Verbindens oder berührungsmäßigen Eingreifens einer Oberfläche eines Stuckes aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mit einem anderen Material, womit ein integrales Element hergestellt ist, wobei die Temperatur wenigstens des anderen Materials den Betriebstemperaturbereich des Sensorelementes für eine mechanische Größe übersteigt. Nachfolgend läßt man das integrale Element auf den Betriebstemperaturbereich abkühlen, womit eine Kompressionsbelastung/-verzerrung wenigstens einem Anteil des Stückes aus nichtkristalliner magnetischer Legierung eingeprägt/zugefügt ist.
Zum Beispiel im Falle einer nichtkristallinen magnetischen Legierung, die in Form eines Bandes dadurch hergestellt ist, daß man geschmolzenes Legierungsmaterial kontinuierlich auf eine mit hoher Geschwindigkeit rotierende Kupfertrommel aufgebracht hat und dann die Legierung rasch abgeschreckt hat, so daß die Textur korngrenzenfrei ist, ist dieses ferromagnetische Material mechanisch, chemisch und elektromagnetisch ausgezeichnet gegenüber kristallinen Legierungen des Standes der Technik. Speziell nichtkristalline magnetische Legierung, die Eisen als eine Hauptkomponente enthält, hat exzellent lineare magnetostriktive Eigenschaften.
Da die vorangehend beschriebene nichtkristalline magnetische Legierung ein Material ist, das durch Einfrieren einer Flüssigkeitsstruktur erhalten worden ist, ist der Zustand der Atomverteilung derselben ähnlich der flüssigen Phase. Das Material hat niedrige Dichte verglichen mit kristallinem Material (kristalliner Legierung) und somit ist die interatomare Anziehung mutmaßlich groß verglichen mit kristallinem Material. Entsprechend dieser Mutmaßung ist der Wert Null der mechanischen Kraft/Spannung bei der Diagrammkurve a nach Fig. 4 ein virtueller Wert. Man kann sich vorstellen, daß eine Kurve b als Fortsetzung der Kurve a latent vorhanden ist, wie dies z. B. in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn es möglich ist, diesen Anteil der latenten Kurve b in den Bereich der Kraft/Spannung ≥ 0 zu bringen, würde man somit eine Diagrammkurve c erhalten, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Dies wurde heißen, daß die magnetostriktive Eigenschaft/die magnetostriktive Kurve wesentlich verbessert werden könnte.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben unter der vorausgehend erwähnten Annahme Untersuchungen angestellt. Als Ergebnis erhielten sie eine Bestätigung, daß sich mit vorausgehend einem Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mit positiver Magnetostriktion zugefügter/eingeprägter Kompressionsbelastung/-verzerrung (Kompressionskraft) die obenbeschriebene Diagrammkurve c realisieren läßt. Um Kompressionsbelastung/-verzerrung einzuprägen, bietet sich eine einfache Methode an, einen bedeckenden Film mit einer thermischen Ausdehnungseigenschaft (Kontraktionseigenschaft), die verschieden ist von dem Stück nichtkristalliner magnetischer Legierung, auf die Oberfläche des Stückes aus nichtkristalliner magnetischer Legierung aufzubringen und die thermische Deformation des Stückes nichtkristalliner magnetischer Legierung mit der gegliederten Beziehung zwischen beiden Schichten relativ zu behindern. Was weiterhin zu beachten ist, ist die thermische Ausdehnungseigenschaft der nichtkristallinen magnetischen Legierung.
Um ein Beispiel anzugeben, wurde ein Koeffizient thermischer Ausdehnung von Metglas 2605SC®, hergestellt von Allied Company, Ltd., das eine nichtkristalline magnetische Legierung ist, untersucht. Man erhielt die Kurve (Temperaturkoeffizient der thermischen Ausdehnung) wie sie in Fig. 7 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das obenerwähnte 2605SC-Band dasjenige war, das mittels eines einzigen Walzvorganges hergestellt worden ist. Da dieses Band ein solches ist, das durch Abschrecken entlang seiner Längsrichtung präpariert ist, wurde die Messung des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung mit Bezug auf die Längsrichtung durchgeführt. Es ist günstig, Kompressionsbelastung auf wenigstens einen Anteil eines Stuckes der nichtkristallinen magnetischen Legierung einwirken zu lassen, indem man von einer solchen thermischen Ausdehnungseigenschaft Gebrauch macht. Zum Beispiel kann man dies ausführen durch Aufbringen eines hitzeaushärtbaren Kunstharzfilmes mit einer Aushärtetemperatur von 93ºC auf das Stuck Legierung. Das Stuck nichtkristalline magnetische Legierung, das mit dem hitzeaushärtbaren Kunstharzfilm versehen ist, wird auf die Aushärtetemperatur des Kunstharzes, die den Betriebstemperaturbereich des Sensorelementes für eine mechanische Größe überschreitet, aufgeheizt. (Ein übliches Sensorelement für eine mechanische Größe wird bei einer Zimmertemperatur von ungefähr 25ºC benutzt und die Betriebstemperatur liegt daher in der Nähe von 25ºC.) Dies Aufheizen erfolgt zum Aushärten des Kunstharzes und das so erhaltene Stuck mit der Filmbeschichtung kann auf die Betriebstemperatur zurückgebracht werden, bei der es als Sensorelement für eine mechanische Größe verwendet wird. Zu diesem Zeitpunkt, bei Raumtemperatur, wird dem Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung Kompressionsbelastung/-verzerrung eingeprägt, da sich das Stuck aus nichtkristalliner magnetischer Legierung entsprechend dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten nach Fig. 7 inhärent ausdehnt, jedoch die Ausdehnung durch den hitzeaushärtbaren Kunstharzfilm unterdrückt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß es umso mehr von Vorteil ist, je größer der Young'sche Modul des verwendeten ausgehärteten hitzeaushärtbaren Kunstharzes ist.
Es sei auf die Figuren Bezug genommen:
Fig. 1 und 2 zeigen schematische Ansichten zur Erläuterung des Prinzips betreffend das Detektieren eines Drehmomentes bei einer Welle, wobei ein Stuck kristalliner magnetischer Legierung auf dem Umfang der Welle aufgebracht ist.
Fig. 3 zeigt eine Grafik der Drehmoment-Ausgangssignal-Kurve als ein Beispiel der Messung der Torsion einer Welle mittels eines Drehmomentsensors, wobei von einem Sensorelement für eine mechanische Größe Gebrauch gemacht ist, das aus einer nichtkristallinen magnetischen Legierung hergestellt ist.
Fig. 4 ist eine Grafik, die die magnetostriktive Eigenschaft einer nichtkristallinen magnetischen Legierung zeigt.
Fig. 5 und 6 sind Grafiken, die magnetostriktive Eigenschaften zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 7 zeigt eine Grafik der Variation des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung der nichtkristallinen magnetischen Legierung 2605SC®, aufgetragen über der Temperatur.
Fig. 8 zeigt eine Grafik der magnetostriktiven Eigenschaft der obenerwähnten nichtkristallinen magnetischen Legierung 2605SC mit eingeprägter Kompressionsbelastung/-verzerrung.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines dünnen Filmblattes aus obenerwähnter nichtkristalliner magnetischer Legierung. Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht eines Drehmomentsensors, der dadurch gebildet ist, daß dieses dünnen Filmblatt um den Umfang einer Welle gewickelt ist.
Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht desselben Drehmomentsensors.
Fig. 12 zeigt eine Grafik der Drehmoment-Ausgangssignal-Kurve, die zu erhalten ist in dem Falle der Vorgabe der Aushärtetemperatur des Kunstharzklebstoffes für das obenerwähnte dünne Filmblatt mit einer relativ hohen Temperatur.
Fig. 13 und 14 zeigen jeweils Grafiken ähnlich der Fig. 11, und zwar für den Fall, daß die Aushärtetemperatur des obenerwähnten Kunstharzklebstoffes bei relativ niedrigen Temperaturen liegend gewählt ist, nämlich verglichen mit dem Fall der Fig. 11 (die Aushärtetemperatur im Fall der Fig. 13 ist dabei höher als die im Falle der Fig. 14).
Fig. 15 zeigt eine Grafik der Drehmoment-Ausgangssignal-Kurve im Falle daß ein anderer Kunstharzklebstoff verwendet ist und ein dünner Film auf dem Umfang einer Welle bei Raumtemperatur aufgebracht ist. Fig. 16 zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens, ein Sensorelement für eine mechanische Größe zu erhalten, das eine laminierte Struktur hat.
Fig. 17 zeigt eine Querschnittsansicht eines Sensorelementes für eine mechanische Größe mit laminierter Struktur in vollständigem Zustand.
Fig. 18 und 19 zeigen jeweils schematische Ansichten von Geräten zur Untersuchung magnetostriktiver Eigenschaften/Diagramme eines Sensorelementes für eine mechanische Größe.
Fig. 20 zeigt eine Grafik magnetostriktiver Diagramme eines bekannten Sensorelementes für eine mechanische Größe und eines erfindungsgemäßen Sensorelementes für eine mechanische Größe.
Fig. 21 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Band, das ein Sensorelement für eine mechanische Größe bildet, um den äußeren Umfang eines Hohlkörpers gewickelt ist, der ein Objekt zur Messung einer mechanischen Größe ist, wobei das Band mittels eines Magneten magnetisch angezogen ist.
Fig. 22 zeigt eine Seitenansicht der jeweiligen Komponententeile der Fig. 21 in zerlegtem Zustand.
Fig. 23 und 24 zeigen jeweils eine Seitenansicht eines Magnetisierungszustandes eines permanentmagnetischen Stabes.
Fig. 25 zeigt eine Seitenansicht des Zustandes, in dem ein Band, das als Sensorelement für eine mechanische Größe dient, um den äußeren Umfang eines Haupt-Trommelteils eines Hohlzylinders gewickelt ist. Fig. 26 zeigt eine Querschnittsansicht nach Fig. 25.
Fig. 27 zeigt eine Grafik einer Aufheiz-/Abkühl-Kurve im Inneren eines Ofens.
Fig. 28 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und die Fig. 29, 30 und 31 zeigen jeweils schematische Ansichten eines Magnetkreisaufbaues zum Anlegen eines äußeren magnetischen Feldes an einen kreisförmigen Stab mit jeweils darum herumgewickelten Bändern.

Beispiel 1

1. Ein Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung (Größe: 400 mm · 7 mm · 25 um), gebildet aus Metglas 2605SC®, hergestellt von Allied Company, Ltd., wurde mittels eines einzigen Walzprozesses präpariert.
2. Araldite XN 1244® Epoxid-Kunstharzklebstoff, hergestellt von Ciba-Geigy Co. (das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 10·10&supmin;&sup5;/K hat), wurde auf der einen Seite des Stückes aus nichtkristalliner magnetischer Legierung über dessen gesamte Oberfläche hinweg aufgebracht. Es wurde in einen Thermostaten zum Aushärten des Kunstharzklebstoffes bei einer Temperatur von 150ºC gebracht, aus dem Thermostaten herausgenommen und sich selbst Überlassen abkühlen gelassen.
3. Dann wurden die magnetostriktiven Eigenschaften (mechanische Spannung gegen elektrische Ausgangsspannung (V)) des präparierten Teststückes in demselben Prozeß untersucht, wie er oben vorangehend in Verbindung mit der Kurve des Diagramms der Fig. 3 beschrieben ist. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt.

Auswertung

Die Form der Kurve nach Fig. 8 stimmt nahezu mit der Kurve c nach Fig. 6 Überein und es ist zu sehen, verglichen mit der Kurve a (siehe Fig. 4), daß die Anwendung von Druckspannung außerordentlich effektiv ist.

Beispiel 2

1. Ein Stuck M aus nichtkristalliner magnetischer Legierung (Größe 50 mm Breite x 25 um Dicke) gebildet aus Metglas 2605SC®, hergestellt durch Allied Company, Ltd., wurde mittels eines einzigen Walzprozeßes präpariert. In dieses Stück M aus nichtkristalliner magnetischer Legierung sind Schlitze S (siehe Fig. 9) eingebracht worden.
2. Araldite XN 1244®-Epoxid-Kunstharzkleber, hergestellt von Ciba- Geigy Co., wurde auf der einen Seite des Stückes M aus nichtkristalliner magnetischer Legierung über dessen ganze Oberfläche hinweg aufgebracht, dann wurde dieses klebend um einen Umfang einer Welle 1 aus Vollmaterial herumgewickelt, die aus JIS SUS 304 (mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 17·10&supmin;&sup6;/K) hergestellt ist und einen Durchmesser von 27 mm hat, dargestellt in den Fig. 10 und 11, und es wurde in einen Thermostaten zur Aushärtung des Kunstharzklebers bei einer Temperatur von 150ºC gebracht. Daraufhin wurde die Welle aus dem Thermostaten herausgenommen und sich selbst Überlassen abkühlen gelassen.
3. Als Nächstes wurden, wie in Fig. 11 gezeigt, magnetische Kerne 2a, 3a und 3a, die eine Magnetspule 2 und Detektorspulen 3, 3 drum herum gewickelt besitzen, der Oberfläche des Stückes M aus nichtkristalliner magnetischer Legierung im rechten Winkel zu dieser und nahe derselben gegenübergestellt und es wurde die Magnetspule 2 mit einem Hochfrequenzstrom mit 100 mA (Effektivwert) gespeist. Die induzierte Spannung, erzeugt zwischen den Leitungsenden 3A der Detektorspulen 3, 3, wurde ermittelt (es sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 10 die Anordnung der magnetisierenden Spule 2 und der Detektorspulen 3, 3 konzeptionell dargestellt ist). Wie vorangehend beschrieben, würde sich diese Induktionsspannung entsprechend der Änderung der magnetischen Permeabilität der nichtkristallinen magnetischen Legierung des Stückes M ändern. Mit anderen Worten heißt dies, daß abhängig von der Größe von "Spannung/Verzerrung", die dem Stück M aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mittels eines Drehmoments T eingeprägt ist, wobei das Drehmoment T der Welle 1 zugeführt ist, die Größe des Drehmoments T durch Messung der Induktionsspannung zu erhalten ist.
4. Die so erhaltene Drehmoment-Ausgangssignal-Kurve des Stückes M aus nichtkristalliner magnetischer Legierung ist in Fig. 12 gezeigt.

Auswertung

Aus dem Vergleich der Fig. 12 mit der Fig. 3 ist auch zu sehen, daß der Gradient der Kurve in der Nähe des Drehmoments T=0 in Fig. 12 reichlicher wird und so im Gegensatz zu der Tatsache, daß Drehmomentsensoren ähnlichen Typs im Stand der Technik ein Drehmoment, im Maximum, nur ungefähr 30 Kgxm messen konnten, es möglich geworden ist, sogar ein Drehmoment von 100 Kgxm zu messen.

Beispiel 3

Ein Teststück, das mittels eines Prozesses ähnlich den Schritten 1. und 2. des obigen Beispieles 2 zu erhalten war, wurde zum Aushärten des Kunstharzklebstoffes in einen Thermostaten mit einer Temperatur von 93ºC gebracht. Es ergab sich dann eine Drehmoment-Ausgangssignal- Kurve wie in Fig. 13 gezeigt, wobei ein Teststück aus dem Thermostaten geholt wurde und sich selbst Überlassen abkühlen gelassen wurde und mit einer, bezogen auf das obige Beispiel 1 ähnlichen Methode gemessen wurde.

Auswertung

Es ist zu erkennen, daß die Kurve der Fig. 13 ausgezeichnete Linearität zeigt, und es ist somit möglich, ein großes Drehmoment ähnlich dem Fall des obigen Beispiels 1 zu messen. Es ist auch zu sehen, daß die Differenz zwischen den Beispielen 2 und 3 auf dem Unterschied der Temperatur beruht, bei der das Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung befestigt ist und die magnetostriktive Eigenschaft der nichtkristallinen magnetischen Legierung würde sich verändern abhängig von einer Größe (Beispiel 2 größer Beispiel 3) der Kompressionsverzerrung (Kompressionsspannung), die man bei dem Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung angewendet hat.

Beispiel 4

Eine Messung wurde mit Rücksicht auf den Fall ausgeführt, bei dem das Teststück ähnlich obigen Beispiel 2 und 3 präpariert wurde, die Aushärtetemperatur für den Kunstharzklebstoff (die Temperatur des Thermostaten) jedoch mit 85ºC gewählt wurde. Zu erhalten war die Drehmoment- Ausgangssignal-Kurve, die in Fig. 14 gezeigt ist.

Auswertung

Es ist aus der Kurve nach Fig. 14 zu ersehen, daß der Gradient des gekrümmten Anteils etwas reichlicher wird und der Bereich des geradlinigen Anteils etwas enger wird, verglichen mit der Kurve nach Fig. 13. Verglichen mit der Fig. 12 ist die Kurve in entgegengesetzte Richtung gekrümmt. Es ist außerdem zu sehen, daß in diesem Falle auch die Linearität ausgezeichnet ist und der Bereich, in dem eine mechanische Größe detektierbar ist, verglichen mit den Drehmomentsensoren des Standes der Technik, vergrößert ist. Es kann somit ein weiter Bereich des Drehmoments gemessen werden.

Gegensatz

Es wurde ein Kunstharzklebstoff verwendet, der verschieden ist von dem Kunstharzklebstoff der obigen Beispiele 2, 3 und 4, d. h. ein Klebstoff, der bei Zimmertemperatur (25ºC) (Alonalpha 201® hergestellt von Toa Gosei Company, Ltd.) aushärtet. Die gegenüber dem Aushärten anderen Bedingungen waren jedoch gleich den obigen Beispielen 1, 2 und 3 und es ergab sich die Drehmoment-Ausgangssignal-Kurve, die in Fig. 15 gezeigt ist.

Auswertung

Da die Temperatur, bei der das Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mittels eines Kunstharz-Klebstoffes befestigt ist, die Raumtemperatur ist, wird bei Raumtemperatur keine Kompressionsverzerrung auf das Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung ausgeübt. Dementsprechend unterscheidet sich die Kurve nach Fig. 15 nicht von derjenigen der Kurve der Fig. 3.
Die vorliegende Erfindung wurde den obenbeschriebenen jeweiligen Beispielen entsprechend in einem Drehmomentsensor angewendet. Das Sensorelement für eine mechanische Größe, bei dem von nichtkristalliner magnetischer Legierung Gebrauch gemacht ist, wird nicht nur als mit einem anderen Teil, wie z. B. einer Welle oder dgl., gekoppelt oder kontaktmäßig eingreifend/verbunden verwendet. Es wird auch als ein einzelnes Stuck benutzt, das durch Hinzufügung anderen Materials gebildet ist, wie z. B. der obenerwähnte Kunstharzklebstoff auf dem Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mit Verfestigung des Klebstoffes. Daneben können Fluiddruck-Sensorelemente für das Detektieren eines Gasdruckes, eines Öldruckes und dgl. und ein Verzerrungs-Sensorelement benutzt werden. Dasselbe Sensorelement kann als mechano-elektrischer Wandler zur Steuerung von Instrumenten/Geräten verwendet werden.
Im Falle, daß ein Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung vorgesehen ist, z. B. entlang einer inneren Wand eines zylindrischen Körpers, ist außerdem Anbonden nicht immer erforderlich. Wenn ein Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mit zylindrischer Form in einen aufgeheizten zylindrischen Körper eingesetzt und eingepaßt ist und dann abgekühlt ist, kann Spannungsdruck auf das Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung ausgeübt sein.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Sensorelement für mechanische Größe derart ist, daß ein Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mit einem anderen Material gekoppelt oder kontaktmäßig verbunden ist, wobei dieses einen abweichenden Koeffizienten der thermischen Ausdehnung hat und wobei Kompressionsverzerrung vorausgehend auf einen Anteil des Stückes aus nichtkristalliner magnetischer Legierung als Ergebnis gegenseitiger Korrelation zwischen beiden Materialien einwirkt. Durch Vorgabe der Kompressionsverzerrung können die magnetostriktiven Eigenschaften/- Diagramme der nichtkristallinen magnetischen Legierung im hergestellten Zustand (im Zustand, bei dem das Stück Legierung durch einen einzigen Walzprozeß hergestellt ist) wesentlich verbessert werden und da die Diagrammkurve hinsichtlich Linearität ausgezeichnet ist und vergrößerten Detektorbereich für eine mechanische Größe aufweist, kann ein weiter Bereich der (mechanischen) Spannung/Kraft detektiert werden.

Beispiel 5

1. Es wird eine Mehrzahl Bänder 11 (Größe: 25 um in der Dicke, 6 mm in der Breite) aus nichtkristallinem magnetischem Legierungsmaterial Metglas 2605SC® (Magnetostriktions-Konstante = 35·10&supmin;&sup6;) hergestellt von Allied Company, Ltd., mittels eines einzigen Walzprozesses (siehe Fig. 16) präpariert.
2. Araldite XN 1244® Epoxidharzklebstoff 12 (Aushärtetemperatur 85ºC, thermischer Ausdehnungskoeffizient 10·10&supmin;&sup5;/K, hergestellt von Ciba-Geigy Co., wurde auf die eine Seite des Bandes 11 Über die ganze Oberfläche hinweg aufgebracht. Ein anderes Band 11, das nicht mit Klebstoff versehen war, wurde mit dem Band 11 in Verbindung gebracht. Auf diese Weise wurde ein laminierter Körper 13 als ein Zwischenprodukt hergestellt.
3. Drei Sätze hergestellter laminierter Körper 13 wurden getrennt in jeweilige Heizöfen gebracht. Nachdem der hitzeaushärtbare Kunstharz- Klebstoff durch Erwärmen auf jeweils eine Temperatur von 85ºC, 120ºC und 150ºC ausgehärtet worden war, wurden diese Körper auf Raumtemperatur abgekühlt. Fig. 17 zeigt den laminierten Körper als fertiggestelltes komplettes Produkt. Es ist dies ein Sensorelement 13a für eine mechanische Größe. Darin sind zwei Bänder 11 mittels einer hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoffschicht 12A miteinander verbunden.
4. Ein einfaches Band 11 wurde als Probe A bezeichnet. Ein Sensorelement 13A für mechanische Größe, hergestellt mit einer Aushärtetemperatur von 85ºC, wurde als Beispiel B bezeichnet. Ein Sensorelement 13A für mechanische Größe, das mit einer Aushärtetemperatur von 120ºC hergestellt worden war, wurde als Beispiel C bezeichnet. Ein Sensorelement 13A für mechanische Größe, das mit einer Aushärtetemperatur von 150ºC hergestellt worden war, wurde als Beispiel D bezeichnet. Diese jeweiligen Proben wurden hinsichtlich ihrer magnetostriktiven Eigenschaften/Diagramme mittels eines Gerätes untersucht, das in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist. Die Ergebnisse sind die in Fig. 20 gezeigten Spannungs-Ausgangssignal-Kurven.
In Fig. 18 bezeichnet das Bezugszeichen 14 ein Aufhängewerkzeug, das eine obere Kante der Probe über ihre ganze Breite hinweg eingeklemmt hält. An der unteren Kante der Probe ist ein angeklemmtes Werkzeug 15 befestigt, das einen Haken 16 besitzt. Unterschiedliche Zugkraft wird der Probe durch ein Gewicht 17 zugefügt, das in den Haken 16 eingreift.
Auf den gegenüberliegenden Seiten der Probe sind Magnetspulen 18 (Primärspule: 600 Windungen) und ein Detektorspule 19 (Sekundärspule: 1000 Windungen) angeordnet. Es wurde sinusförmige Wechselspannung mit einer Frequenz 1 KHz und 5 V Effektivwert an die Magnetspule angelegt. Eine an der Detektorspule 19 auftretende induzierte Spannung (V) wurde als Ausgangswert benutzt. Dieser Ausgangswert wurde mittels der in Fig. 19 gezeigten Anordnung detektiert. Wie vorangehend beschrieben, würde sich diese induzierte Spannung (Ausgangsspannung V) verändern entsprechend der Änderung der magnetischen Permeabilität des Bandes 11, das das Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung ist, d. h. abhängig von einer Größe der Zugspannung, die dem Band 11 in dem Sensorelement 13A für eine mechanische Größe mittels des Gewichts 17 zugefügt ist. Die Größe einer Zugkraft (die Last des Gewichts 17) ist aus den Diagrammkurven der Fig. 20 durch Messung der induzierten Spannung zu entnehmen.
Die Spannungs-Ausgangssignal-Kurven der Fig. 20 wurden durch Ändern der Last des Gewichts 17 und Messen der Ausgangsspannungen V für eine jede Größe der Last bezüglich der jeweiligen Proben A, B, C und D erhalten.

Auswertung der Testresultate

1. Ein Vergleich der Diagrammkurve des Beispiels A mit den Diagrammkurven der Beispiele B, C und D zeigt, daß durch Anwendung von Druckverzerrung auf das Band 11 eine Kurve zu erhalten ist, die einen vergrößerten linearen Bereich gleich der Kurve C der Fig. 6 hat (siehe Tabelle 1).
2. Bezüglich der Proben B, C und D ist die Kompressionsverzerrung entsprechend der Beziehung B kleiner C kleiner D verändert. Je größer die Kompressionsverzerrung ist, umso mehr verschiebt sich die Kurve nach rechts, umso größer wird der Gradient der Kurve in der Nähe der Spannung = 0 und somit wird der Detektorbereich für Spannung I vergrößert IA kleiner IB kleiner IC kleiner ID). Die Größe der Kompressionsverzerrung ist daher durch Wahl der Aushärtetemperatur bei der Herstellung des laminierten Körpers eingestellt und es können Sensorelemente 13A für mechanische Größe vorgesehen werden, die verschiedene Detektorbereiche für Spannung I haben. Sie sind für das Objekt zur Detektion hinsichtlich der mechanischen Größen angepaßt. (Siehe Tabelle 1). Tabelle 1 Linearer Bereich (Spannung) Detektierbare Grenzspannung
Es sei nun angenommen, daß die Kurve D ausgewählt ist. Es kann dann eine Messung mit kleinem Fehler in der Nähe der Spannung = 0 erzielt werden. Wenn die Kurve B ausgewählt ist, dann ist, da der Detektionsbereich für Spannung IB hinsichtlich Linearität ausgezeichnet ist, ein Hilfsinstrument für arithmetische Operation unnotwendig.
Wie dies aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, haben wir vorgeschlagen:
1. Ein Sensorelement für eine mechanische Größe, das laminierte Struktur und magnetostriktive Eigenschaften hat, dessen Linearität ausgezeichnet ist und dessen Detektorbereich für mechanische Größen erweitert ist. Dieses Element ist entsprechend einer integralen Laminierung aus einer Vielzahl von Bändern aufgebaut, die aus nichtkristalliner magnetischer Legierung bestehen, die positive Magnetostriktion hat. Es ist eine dazwischenliegende Schicht aus hitzeaushärtbarem Kunstharz-Klebstoff eingefügt, in dem isotrope Kompressionsverzerrung auf das jeweilige Band aufgrund der Laminierung und Verbindung einwirkt.
2. Ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements für mechanische Größe mit laminierter Struktur. Das Verfahren umfaßt die Schritte des integralen Laminierens einer Vielzahl von Bändern, die aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mit positiver Magnetostriktion bestehen, wobei dazwischenliegend eine Schicht aus hitzeaushärtbarem Kunstharz-Klebstoff in nichtausgehärtetem Zustand vorgesehen ist. Der laminierte Körper wird auf eine Temperatur aufgeheizt, die den Betriebstemperaturbereich des Sensorelementes für mechanische Größe bis zu wenigstens der Aushärtetemperatur des hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoffes übersteigt. Diese Temperatur wird eingehalten, um den hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoff aushärten zu lassen. Daraufhin erfolgt Abkühlung auf den Betriebstemperaturbereich. Es ist damit eine isotrope Kompressionsverzerrung der jeweiligen Bänder gegeben.
Da das Sensorelement für mechanische Größe entsprechend dem obenbeschriebenen Beispiel eine laminierte Struktur hat, wobei eine Vielzahl von Bändern verwendet ist, kann das Element großer Belastung widerstehen, verglichen mit dem Fall, bei dem ein einziges Band verwendet wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Detektorbereich zu vergrößern.
Bei der Herstellung des Sensorelementes für mechanische Größe kann darüberhinaus je höher die Erhitzungstemperatur für das Aushärten des hitzeaushärtbaren Kunstharzes gewählt ist, umso größere Kompressionsverzerrung dem Band gegeben werden, das ein Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung ist. Da die magnetostriktiven Diagramme des Sensorelementes für mechanische Größe sich verändern würden, abhängig von einer Größe der Kompressionsverzerrung, ist in einfacher Weise ein Sensorelement für mechanische Größe zu erhalten, dessen Charakteristik einem Objekt angepaßt ist, das zu detektieren (messen) ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist desweiteren, wie in Fig. 21 gezeigt, im Zustand, daß ein Band 22 um einen Umfang eines Hohlkörpers 21 gewickelt ist, ein Magnet (Permanentmagnet oder Elektromagnet) 23, der gleichförmige und symmetrische Magnetfeldlinien auf das Band 22 einwirken lassen kann, in dem Hohlkörper 21 angeordnet, um das Band 22 mit den Feldlinien der magnetischen Kraft zu magnetisieren, um es zu dem Magneten 23 anzuziehen (und es an der äußeren Oberfläche des Hohlkörpers 21 zu adsorbieren (anhaften zu lassen)). Auf diese Weise ist die Dicke des hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoff-Films 22A über den ganzen Umfang hinweg gleichmäßig gemacht. Der wärmeaushärtbare Kunstharz-Klebstoff konnte in diesem bei behaltenen Zustand ausgehärtet werden oder anders konnte der Magnet 23 im Inneren des Hohlkörpers 21 vor dem Herumwickeln des Bandes 22 um den Umfang des Hohlkörpers 21 angeordnet sein und der hitzeaushärtbare Kunstharz- Klebstoff konnte auf ähnliche Weise ausgehärtet worden sein.
Das Ergebnis ist, daß die Kompressionsverzerrung, die in dem Band 22 erzeugt ist, und die Dicke des hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoff- Films über den gesamten Umfang des Hohlkörpers 21 gleichförmig wird und so ein Deformationszustand der Oberflächenschicht mit hoher Präzision festgestellt werden kann, wenn eine Kraft auf den Hohlkörper 21 ausgeübt wird.
Als Mittel zum befestigten Herumwickeln des Bandes 22 um den Umfang des Hohlkörpers 21, kann auch nichthärtendes Klebermaterial verwendet werden. Zur Unterscheidung von hitzeaushärtbarem Kunstharz-Klebstoff ist es in diesem Falle unmöglich, dem Band 22 eventuelle Kompressionsverzerrung zu geben. Indem man die Filmdicke des nicht zu härtenden Klebermaterials durch die Wirkung magnetischer Anziehungskraft jedoch gleichförmig macht, kann die Konfiguration der Oberfläche des Hohlkörpers, die ein Objekt der Messung mechanischer Größe ist, richtig durch das Sensorelement für mechanische Größe reproduziert werden. Der Zustand der Deformation der Oberflächenschicht des Hohlkörpers kann daher mit guter Genauigkeit detektiert (gemessen) werden wenn eine deformierende Kraft auf den Körper ausgeübt wird.

Beispiel 6

1. Ein Hohlzylinder 24 (der an seinen gegenüberliegenden Enden Anteile 25 mit größerem Durchmesser hat) aus JIS SUS 304-Material, das als Objekt für Messung einer mechanischen Größe dient, ein Permanentmagnet (Ferritmagnet) 26 in Form eines runden Stabes, um diesen in das Innere des Hohlzylinders 24 einzusetzen, und ein rechteckiges Band 29 aus nichtkristalliner magnetischer Legierung (Metaglas 2605SC®, hergestellt von Allied Company, Ltd.; magnetische Permeabilität umax = 3·10&sup5;) mit positiver Magnetostriktion und einer Dicke von 25 um, zum )herumwickeln um den äußeren Umfang eines Haupt-Trommelanteils des Hohlzylinders 24, wurden präpariert (siehe Fig. 22). Der innere Durchmesser des Haupt-Trommelanteils des Hohlzylinders 24 betrug 32 mm und dessen äußerer Durchmesser betrug 36 mm. Der Permanentmagnet 26, der außen herum ein Paar Gummiringe 27 angepaßt hat, ist in einer axialsymmetrischen Weise entlang der Umfangsrichtung magnetisiert, wie dies in den Fig. 23 und 24 gezeigt ist. Die Magnetkraftlinien 28 sind daher auch in axialsymmetrischer Weise erzeugt. Diese Magnetkraftlinien 28 haben eine Komponente, die sich mit der Wand des Hohlzylinders 24 in dem Zustand schneidet, in dem der Permanentmagnet 26 in den Hohlzylinder 24 eingesetzt ist.
2. Hitzeaushärtbarer Kunstharz-Klebstoff (ein Kunstharz-Klebstoff Araldite XN 1244®; thermischer Ausdehnungskoeffizient 10·10&supmin;&sup5;/K, hergestellt von Ciba-Geigy Co.) wurde auf der einen Seite des Bandes 29 auf der ganzen Oberfläche aufgebracht. Wie in Fig. 25 gezeigt, wurde das Band um den äußeren Umfang des Haupt-Trommelanteils des Hohlzylinders 24 herumgewickelt.
3. Der Permanentmagnet 26 wurde in den Hohlzylinder 24 so eingesetzt, daß deren Achsen zueinander ausgerichtet sind. Das Band 29 wurde auf der äußeren Oberfläche des Hohlzylinders 24 durch die Wirkung der Magnetfeldlinien 28 adsorbiert (festgehalten) (siehe Fig. 26: in dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine Schicht aus hitzeaushärtbarem Kunstharz-Klebstoff).
4. Während derselbe Zustand beibehalten ist, wurden alle Teile in einen Heizofen gebracht. Nach Aufheizen derselben auf eine Temperatur 120ºC, die die Aushärtetemperatur (85ºC) des hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoffes übersteigt und Aushärten der Schicht 20 aus hitzeaushärtbarem Kunstharz-Klebstoff wurden diese wieder aus dem Ofen herausgeholt und man ließ sie auf naturliche Weise abkühlen (siehe Fig. 27: Aufheiz-/Abkühlkurve). Der Permanentmagnet 26 wurde dann aus dem Hohlzylinder 24 herausgenommen.
Mit der obenbeschriebenen Verfahrensweise kann die Schicht 20 aus hitzeaushärtbarem Kunstharz-Klebstoff in dem Zustand ausgehärtet werden, in dem deren Dicke über den gesamten Umfang gleichmäßig gemacht ist und es kann auch gleichförmige isotrope Kompressions- Spannung der gesamten Fläche des Bandes 29 gegeben werden. Wenn das magnetostriktive Diagramm (mechanische Spannung - Ausgangsspannung V) mit Bezug auf das Band 29 untersucht wurde, dem die Kompressionsverzerrung in gleicher Weise wie vorangehend in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, verliehen worden ist, erhielt man eine Kurve mit reichlichem Gradienten in der Nähe der Spannung = 0 und mit weitem Detektorbereich für mechanische Größen, ähnlich der Kurve C in Fig. 6. Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Falle die verliehene Kompressionsverzerrung isotrop ist und daß sie verschieden ist von einer solchen Torsionsverzerrung, die in einem Band z. B. dadurch erzeugt ist, daß man das Band um einen Umfang einer Welle gewickelt hat, die Torsion unterworfen ist, man diese miteinander verbunden hat und nachfolgend die Torsion der Welle aufgehoben hat, wie dies der Fall des Standes der Technik ist. Entsprechend dem Prozeß des Standes der Technik ist eine solche Diagrammkurve nicht zu erhalten.

Beispiel 7

1. Wie in Fig. 28 gezeigt ist, werden ein runder Stab 31 aus nichtrostendem Stahl (JIS SUS 360: magnetische Permeabilität umax = 95), der als Objekt der Messung einer mechanischen Größe dient, ein Paar Permanentmagneten 32, 32 und ein Band 33 aus nichtkristalliner magnetischer Legierung (Metglas 2605SC®, hergestellt von Allied Company, Ltd.; magnetische Permeabilität umax = 3·10&sup5;) mit positiver Magnetostriktion und einer Dicke von 25 um präpariert.
2. Hitzeaushärtbarer Kunstharz-Klebstoff (ein Epoxid-Kunstharz-Klebstoff Araldite XN 1244®; thermischer Ausdehnungskoeffizient 10· 10&supmin;&sup5;/K hergestellt von Ciba-Geigy Co.) wurde auf der einen Seite des Bandes 33 auf der ganzen Oberfläche aufgebracht und das Band 33 um den äußeren Umfang des runden Stabes 31 herumgewickelt, wie dies in Fig. 29 gezeigt ist.
3. Permanentmagneten 32, 32 wurden nachfolgend an den gegenüberliegenden Enden des runden Stabes 31 mit unterschiedlichen magnetischen Polen den Endoberfläche gegendübergestellt. Das Band 33 wurde an den runden Stab 31 durch die Wirkung des inneren magnetischen Feldes magnetisch angezogen, das in dem runden Stab 31 und dem Band 33 erzeugt ist. (In Fig. 28 bezeichnet das Bezugszeichen 34 eine hitzeaushärtbare Kunstharz-Klebstoffschicht und das Bezugszeichen 35 die Magnetkraftlinien.)
4. Während dieser gleiche Zustand beibehalten ist, werden die gesamten Teile in einen Heizofen gebracht. Sie werden dort auf eine Temperatur bis zu 120ºC, die die Aushärtetemperatur des hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoffes übersteigt, aufgeheizt. Nachdem der hitzeaushärtbare Kunstharz-Klebstoff 35 ausgehärtet war, werden die Teile wieder aus dem Ofen herausgeholt und man läßt sie auf naturliche Weise abkühlen. Dies ist ähnlich der Wärmebehandlung wie sie in Fig. 27 dargestellt ist.
Durch das obenerwähnte Verfahren kann in dem Zustand, in dem die Dicke der Klebstoffschicht über den ganzen Umfang des runden Stabes 31 hinweg gleichförmig gemacht worden ist, der hitzeaushärtbare Kunstharz-Klebstoff 34 ausgehärtet werden. Aufgrund des Unterschiedes der thermischen Kontraktion zwischen dem Band 33 gegenüber dem hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoff 34 kann auch gleichförmige isotrope Kompressionsverzerrung dem gesamten Bereich des Bandes 33 gegeben werden, das als Sensorelement für eine mechanische Größe dient.
Die Vorzüge dieses Prozesses bestehen darin, daß 1. es möglich ist, das Band 33 um den runden Stab 31 mittels der Magnetkräfte anzuziehen und zu befestigen, die gleichförmig entlang dem äußeren Umfang des runden Stabes 31 erzeugt sind, ohne den runden Stab 31 mit einem anderen Teil in Berührung zu bringen. Da der zwischen dem runden Stab 31 und dem Band 33 erzeugte Druck gleichförmig ist, ist auch die Dicke der dazwischen befindlichen Schicht 34 aus hitzeaushärtbarem Kunstharz-Klebstoff gleichförmig. Die Vorzüge bestehen desweiteren darin, daß 2. die Stärke der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Band 33 und dem runden Stab 31 durch passende Auswahl der Permanentmagneten 32 eingestellt werden kann und daß leicht Gegenmaßnahmen getroffen werden können hinsichtlich eines Unterschiedes in der Viskosität des hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoffes. Vorzug besteht 3. darin, daß die Dicke der hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoffschicht nach dem Aushärten gleichförmig wird (ist), wobei die gebogene Form des Bandes 33 genau mit der äußeren Umfangsform des runden Stabes 31 Übereinstimmen kann. Auch die auf den Umfang des runden Stabes 31 durch die Wirkung einer äußeren Kraft erzeugte Deformation kann mittels des Bandes 33 genau festgestellt werden. Eine Ausgangssignal-Abweichung eines Sensorelementes für eine mechanische Größe kann somit auf ein Minimum herabgedrückt werden.

Beispiel 8

1. Ein in Fig. 9 dargestelltes Band, das von dem beim Beispiel 7 benutzten Band 33 nur durch eine Vielzahl schräg gerichteter Schlitze (Schrägrichtungswinkel = 45º) verschieden ist, wobei die Schlitze parallel zueinander gebildet sind, (wird präpariert).
2. Alle anderen Bedingungen sind bezogen auf das Beispiel 7 gleich gehalten. Im Zustand, in dem isotrope Kompressionsverzerrung vorausgehend gegeben/erzeugt worden ist, wurde das obenerwähnte Band auf einem äußeren Umfang eines runden Stabes befestigt.
3. Nachfolgend wurde die in Fig. 11 dargestellte Anordnung vorgesehen und eine Induktionsspannung V festgestellt, die in den Detektorspulen 3, 3 erzeugt worden ist.
Wie voranstehend beschrieben, würde sich diese Induktionsspannung V entsprechend der Veränderung der magnetischen Permeabilität des Bandes ändern, das einem Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung entspricht, d. h. abhängig ist von einer Größe der Zug-Verzerrung, die dem Band durch ein dem runden Stab zugefügtes Drehmoment T eingeprägt ist. Wenn die Beziehung zwischen einer magnetischen Permeabilität und einem Drehmoment T vorausgehend festgestellt worden ist, kann somit eine Größe eines Drehmomentes durch Messung der Induktionsspannung V ermittelt werden.

Beispiel 9

1. Ein runder Stab 31 und ein Band 33, die ähnlich denen sind, die zum obigen Beispiel 7 verwendet worden sind, wurden präpariert, (wobei) das Band 33 um den äußeren Umfang des runden Stabes 31 mittels eines hitzeaushärtbaren Kunstharz-Klebstoffes (ein Epoxidharz-Klebstoff Araldite XN 1244 R, thermischer Ausdehnungskoeffizient 10·10&supmin;&sup5;/K, hergestellt durch Ciba-Geigy Co.) herumgewickelt (wurde). Sie wurden in einen Heizofen bei Bedingungen der Raumtemperatur gebracht (siehe Fig. 29, jedoch ist der Heizofen nicht dargestellt).
2. Auf der Ofenwand des Heizofens ist ein magnetischer Kern 40 angeordnet, der aus einer Vielzahl U-förmiger ferromagnetischer Blätter (z. B. Siliciumstahlblätter) besteht, die miteinander laminiert sind. Eine Spule 42 ist mit einer Gleichstromquelle verbunden und um einen Basisanteil des Magnetkerns 40 herumgewickelt. Der runde Stab 31 ist zwischen die Endanteile 41, 41 des magnetischen Kerns 40 positioniert.
Dem runden Stab 31 wurde dementsprechend ein äußeres Magnetfeld angelegt (siehe die Magnetkraftlinien 43), das sich vom einen Ende zum anderen Ende hin erstreckt. Durch die Wirkung des inneren magnetischen Feldes, das in dem runden Stab 31 und dem Band 33 erzeugt worden ist, wurde das Band 33 an den runden Stab 31 angezogen, ähnlich dem Fall des Beispiels 7.
3. Unter Beibehaltung dieses Zustandes wurde die Temperatur des Heizofens erhöht. Dabei wurde die hitzeaushärtbare Kunstharz-Klebstoff-Schicht ausgehärtet. Dann wurde die Temperatur entsprechend der Aufheiz-/Abkühlkurve nach Fig. 27 verringert.
Durch das obenbeschriebene Verfahren konnte das Band 33, dem isotrope Kompressionsverzerrung zugefügt war, um den äußeren Umfang des runden Stabes 31 herumgewickelt und an diesem befestigt werden.
Dieser Prozeß hat die Vorzüge, daß 1. eine Größe des äußeren magnetischen Feldes variiert ist entsprechend einer Größe des Stromes, der durch die Spule 42 fließt und dabei eine Größe der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Band 33 und dem runden Stab 31 eingestellt werden kann, und daß 2. das äußere magnetische Feld entsprechend jeglichem Zeitprogramm durch Betätigen eines elektrischen Schalters SW angelegt oder weggenommen werden kann von dem runden Stab 31, der sich in dem Heizofen befindet.

Beispiel 10

Dieses Beispiel ist eine Modifikation des obigen Beispiels 9 und es unterscheidet sich vom Beispiel 9 nur in der Form des magnetischen Kernes 40A, der aus einer Vielzahl ferromagnetischer Blätter besteht (z. B. Siliciumstahlblätter), die miteinander laminiert sind, und darin, daß die jeweiligen Spulen 42, 42 um die jeweiligen Endanteile 41A, 41A herumgewickelt worden waren. Das magnetische Feld (magnetische Kraftlinien 43), das durch diesen Magnetkreisaufbau 45 erzeugt ist, ist größer als das beim Beispiel 7 (siehe Fig. 30).

Beispiel 11

Dieses Beispiel ist eine Modifikation des obigen Beispiels 7 und es unterscheidet sich vom Beispiel 7 darin, daß ein Paar Permanentmagneten 32B, 32B vorgesehen sind, die mittels eines Jochteiles 44 miteinander verbunden sind. Dieses besteht aus einer Vielzahl ferromagnetischer Blätter (z. B. Siliciumstahlblätter), die miteinander laminiert sind. Damit wurde ein Magnetkreisaufbau 45 hergestellt (siehe Fig. 31). Während bei den vorangehend beschriebenen jeweiligen Beispielen hitzeaushärtbarer Kunstharz-Klebstoff als Mittel zum Befestigen des Bandes 33 auf dem Umfang des runden Stabes 31 verwendet worden ist, kann das Band 33 sogar mittels eines einfachen Klebermaterials befestigt sein. In diesem Falle wird die Dicke der Schicht des Klebermaterials Mithilfe der magnetischen Anziehungskraft gleichförmig gemacht. Die Konfiguration der äußeren Umfangsoberfläche des runden Stabes 31 kann durch das Band 33 genau wiedergegeben werden.

Claims

1. Sensorelement für Messung einer mechanischen Größe, bei dem der magnetostriktive Effekt einer nichtkristallinen magnetischen Legierung genutzt wird, die positive Magnetostriktion aufweist, und das ein Stück (11, 22, 29, 33) aus nichtkristalliner magnetischer Legierung umfaßt, gekennzeichnet dadurch, daß das Stück (11, 22, 29, 33) nichtkristalliner magnetischer Legierung mit einem anderen Material (12, 22a, 20, 34) gekuppelt oder berührend verbunden/gekuppelt ist und daß Kompressionsbeanspruchung vorausgehend auf im wesentlichen einen Anteil des Stückes (11, 22, 29, 33) aus nichtkristalliner magnetischer Legierung durch das andere Material (12, 22a, 20, 34) ausgeübt ist.

2. Sensorelement für Messung einer mechanischen Größe nach Anspruch 1, wobei dieses andere Material (12, 22a, 20, 34) ein hitzeaushärtbares Kunstharz ist.

3. Sensorelement für Messung einer mechanischen Größe nach Anspruch 2, bei dem eine Vielzahl Streifen (11,11) aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mittels einer hitzeaushärtbaren Kunststoff-Klebstoffschicht (12) einstückig laminiert sind und wobei isotrope Kompressionsbeanspruchung auf diese Bänder (11,11) als Ergebnis dieser Laminierung ausgeübt ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements für Messung einer mechanischen Größe, bei dem der magnetostriktive Effekt einer nichtkristallinen magnetischen Legierung benutzt wird, die positive Magnetostriktion aufweist, und das ein Stück (11, 22, 29, 33) aus nichtkristalliner magnetischer Legierung umfaßt, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des Kuppelns oder Berührungsverbindens/-kuppelns einer Oberfläche des Stückes (11, 22, 29, 33) aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mit einem anderen Material (12, 22a, 20, 34), um ein einstückiges Element zu bilden während die Temperatur wenigstens dieses anderen Materials (12, 22a, 20, 34) den Betriebstemperaturbereich dieses Sensorelementes für eine mechanische Größe übersteigt, und des nachfolgenden Abkühlens dieses einstückigen Elements in den Betriebstemperaturbereich, wobei eine Kompressionsbeanspruchung auf wenigstens einen Anteil des Stückes (11, 22, 29, 33) aus dieser nichtkristallinen magnetischen Legierung ausgeübt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem dieses andere Material (12, 22a, 20, 34) ein hitzeaushärtbares Kunstharz ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das andere Material (12, 22a, 20, 34) ein zylindrischer Körper (20) ist, der einen passenden Koeffizienten der Wärmeausdehnung hat, wobei auch ein Stück aus nichtkristalliner magnetischer Legierung in eine zylindrische Gestalt geformt und mit Erwärmung in den zylindrischen Körper eingepaßt ist, und woraufhin diese dann abgekühlt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine Vielzahl Bänder (11, 11) aus nichtkristalliner magnetischer Legierung mittels hitzeaushärtbarer Kunststoff-Klebstoffschicht (12) in nicht ausgehärtetem Zustand einstückig laminiert werden, bei dem die laminierten Bänder (11,11) auf wenigstens die Aushärtetemperatur des hitzeaushärtbaren Kunststoff-Klebstoffes erhitzt werden, wobei die Aushärtetemperatur den Arbeits-Temperaturbereich des Sensorelements für Messung einer mechanischen Größe übersteigt, und auf dieser Aushärtetemperatur gehalten werden, und wobei, nachdem der hitzeaushärtbare Kunststoff-Klebstoff ausgehärtet ist, diese auf den Betriebs-Temperaturbereich abgekühlt werden.

8. Verfahren zur Befestigung eines Sensorelementes (22, 29, 33) für eine mechanische Größe, bei dem der magnetostriktive Effekt einer nichtkristallinen magnetischen Legierung benutzt wird, die positive Magnetostriktion auf einer Oberfläche eines Objektes (21, 24, 31) für Messung einer mechanischen Große hat, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des Befestigens dieses Sensorelements (22, 29, 33) für mechanische Größe auf der Oberfläche des Objekts (21, 24, 31) für Messung einer mechanischen Größe mit einem klebrigen Material (22a, 20, 34) und des nachfolgenden magnetischen Anziehens dieses Sensorelementes (22, 29, 33) für eine mechanische Größe an diese Fläche dadurch, daß dieses Sensorelement (22, 29, 33) einem äußeren magnetischen Feld ausgesetzt wird, womit die Schichtdicke dieses klebrigen Materials durch die magnetische Anziehungskraft gleichmäßig gemacht wird, die über die ganze Oberfläche dieses Sensorelementes (22,29,33) für eine mechanische Größe ausgeübt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das klebrige Material (22a, 20, 34) ein hitzeaushärtbarer Kunststoff-Klebstoff ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Objekt (21, 24) für Messung einer mechanischen Größe ein hohler Körper (21, 24) ist, bei dem das Sensorelement (22, 29) für eine mechanische Größe auf der äußeren Oberfläche dieses hohlen Körpers (21, 24) angebracht ist und bei dem ein Magnet (23, 26) in diesem hohlen Körper (21, 24) angeordnet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Sensorelement (22, 29) für eine mechanische Größe, der hitzeaushärtbare Kunststoff-Klebstoff (22a, 20) in nicht ausgehärtetem Zustand und der hohle Körper (21, 24) auf wenigstens die Aushärtetemperatur des hitzeaushärtbaren Kunststoff-Klebstoffes erhitzt wird, wobei diese Aushärtetemperatur den Betriebstemperaturbereich des Sensorelementes für eine mechanische Größe übersteigt, und auf der Aushärtetemperatur gehalten wird, und bei dem, nachdem der hitzeaushärtbare Kunststoff-Klebstoff ausgehärtet ist, sie auf den Betriebstemperaturbereich abgekühlt werden, womit isotrope Kompressionsbeanspruchung auf das Sensorelement (22, 29) für eine mechanische Größe ausgeübt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Objekt (31) für Messung einer mechanischen Größe aus einem ferromagnetischen Material besteht, das eine kleinere magnetische Permeabilität hat als dieses Sensorelement (33) für eine mechanische Größe.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Sensorelement (33) für eine mechanische Größe auf einer Oberfläche des Objektes (31) für Messung einer mechanische Größe mittels eines hitzeaushärtbaren Kunststoff-Klebstoffes (34) in nicht ausgehärtetem Zustand angebracht ist; wobei das Sensorelement (33) für eine mechanische Größe, der hitzeaushärtbare Kunststoff-Klebstoff (34) und das Objekt (31) für Messung einer mechanischen Größe auf wenigstens die Aushärtetemperatur des hitzeaushärtbaren Kunststoff-Klebstoffs erhitzt wird, diese Aushärtetemperatur die Betriebstemperatur des Sensorelements (33) für eine mechanische Größe Übersteigt, und gehalten wird auf dieser Aushärtetemperatur; und wobei, nachdem dieser hitzeaushärtbare Kunststoff-Klebstoff (34) ausgehärtet ist, sie auf den Betriebstemperaturbereich abgekühlt werden, womit isotrope Kompressionsbeanspruchung auf das Sensorelement (33) für eine mechanische Größe ausgeübt ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem dieses Objekt (31) für Messung einer mechanischen Größe ein stabförmiger Körper (31) ist, und bei dem ein äußeres Magnetfeld (41), das vom einen Ende dieses stabförmigen Körpers (41) zum anderen Ende desselben sich erstreckt, auf den stabförmigen Körper (31) zur Einwirkung gebracht wird, wobei das innere magnetische Feld (35) in einer Richtung parallel zur Oberfläche des stabförmigen Körpers (31) in dem Sensorelement (33) für eine mechanische Größe erzeugt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das äußere magnetische Feld (33), das sich von dem einen Ende dieses stabförmigen Körpers (31) zu dessen anderen Ende hin erstreckt, mittels eines Magnetkreis-Bauteils (45) erzeugt ist.