JPH011924A - 力学量センサ - 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 本発明は非晶質磁性合金等の磁歪効果を有する合金を用
いた力学量センサに関するものである。

従来の技術 近年、非晶質磁性合金等の磁歪効果を用いた合金を応用
した力学量センサが提案されている。その−例として非
晶質磁性合金を圧力ダイヤフラムとして用いる圧力セン
サが提案されている。

例えば特開昭６０−８８３３６号公報記載のもの等があ
る。

第５図はその例を示している。

３１は円環状の溝が設けられた円柱状の軟磁性体で、３
２は磁歪を有する非晶質磁性合金円板、３３は前記軟磁
性体の溝部に巻装されたコイル、３４は一端を溝部底部
に接し他端を軟磁性体開口部面と面位置になる非磁性リ
ング、３５はこれらを収納する容器、３６は非晶質磁性
合金に圧力を伝達する透孔３７を有した蓋部である。油
圧が油圧導入口３８に加わると透孔３７を通して圧力が
非晶質磁性合金円板３２に加わり、これを軟磁性溝部に
おいて押１下げ非晶質磁性合金円板内に応力が発生する
。この内部応力の発生で磁歪効果により非晶質磁性合金
の透磁率が減少する。この変化をコイル３３を用いてイ
ンダクタンスの形で検出し圧力（この場合は油圧）を測
定する様になっている。

発明が解決しようとする問題点 上記の様な構成のセンサは、円柱状の軟磁性体および磁
歪を有する非晶質磁性合金円板が磁気回路を構成し、圧
力によって非晶質合金に生した透磁率の変化すなわち磁
気回路の磁気抵抗変化を検出することによって圧力を検
知している。このじンザにおいては、トランスジューサ
部である磁気回路を構成する構成要素が分割されている
ため、センサ構成時に円柱状の軟磁性体の磁気抵抗を均
一に制御すること、及び前記軟磁性体と磁歪を有する非
晶質磁性合金の接触状態を均一にすることは難しく、こ
れらの原因によりセンザ組立時においても組立時インダ
クタンス値のバラツキを生じさせるとともに、その後の
センサの出力特１１が大きく変化する要因となる。また
、これらの磁気回路構成要素がセンサ容器とｒ＋Ｉ接接
触する構造であるため出力特性が温度により大きな影響
を受は易い等の欠点がある。

以」二の欠点を除き、構成時及びその後のセンサ出力を
安定化させるとともに、出力特性の温度による変化の少
ない力学量センサを供給することが本発明の解決しよう
とする点である。

問題点を解決するための手段 力学量センサ材料である磁歪を有する金属と、その金属
との熱膨脹係数差が２Ｘ１０−６以下であるｎ１記金属
を支持する材料と、外部から印加された力が前記支持材
料を経由して前記金属に外部からの力が間接的に印加さ
れる構造を有し、力の印加によって前記磁歪を有する金
属に変位を生じさせ、その時生じる透磁率の変化を検出
する。

作用 このような構成とすることによって、力を印加する容器
等からこの力学量センサ材料である磁歪を有する金属を
分離した構造となる。

それにより、従来例で生じたコイルを内蔵した軟磁性材
料から生じる出力不安定性や軟磁性体とセンサ材料であ
る磁歪を有する金属との接触によって生じる接触状態の
不安定性を無（することができるとともに、温度変化に
よって生じる熱膨脹差による変化をも小さくできるため
、検出圧力以外の力のセンサ材料への影響を低減するこ
とが可能で、センサ出力特性の極めて安定な圧力センサ
を供給することができる。

実施例 以下に本発明を実施例をもって詳述する。

実施例１ 第１図は本特許の一実施例の断面図である。

１は円柱型センサ本体であり、４５％Ｎｉ　Ｆｅ合金か
らなる。前記容器の一方側に力の伝達手段である台座２
を配置し、印加された力を接点３によってセンサ本体に
伝える。本体の接点３部分の肉厚は薄く形成されている
為、印加された力をさらにその下部に形成した円筒状の
Ｆｅ系非晶質磁性合金４を配置しその両端を１のＮｉ−
Ｆｅ合金と固着している。このときＦｅ系非晶質磁性合
金とＮｉ−Ｆｅ合金の熱膨張率の差は０．３Ｘ１０−’
であった。５は円筒状の非晶質磁性合金の周囲に同心円
状に巻回したコイルである。６はセンサ出力検出用回路
であり、７は出力端子、８は台座を柔軟に固定するため
のゴムである。９はトランスジューサ部を固定するネジ
である。

台座２から印加された力は台座を経由して円筒状の非晶
質磁性合金に伝達され、円筒長方向に圧縮力を印加する
。これによって３０μｍの厚みからなる円筒状の非晶質
磁性合金に変位を与える。

この応力／変位によって非晶質磁性合金の透磁率は減少
し、インダクタンス変化が生じる。その結果を第２図に
示した。測定周波数は２０ｋＨｚであった。力が１０　
ｋｇ　／　ｃＪまでインダクタンス値は単調に減少し圧
力との間に一対一の対応が存在する。この関係によって
圧力の測定が可能となる。

また、この出力の温度特性は一３０〜８０℃の範囲でほ
ぼ同様なインダクタンス変化を示すとともに、加圧時と
減圧時の圧力ヒステリシスは第２図に示すように殆ど皆
無であった。

実施例２ 第３図はは別の実施例を示す。１１は円柱型センサ本体
であり、チタニウム合金からなる。前記容器の一方側に
力の伝達手段である台座１２を配置し、印加された力を
接点１３によってセンサ本体に伝える。本体の接点１３
部分の肉厚は薄く形成されている為、印加された力をさ
らにその下部に形成した円柱状のチタニウム合金１４に
伝達する。前記チタニウム合金は印加された円柱軸方向
の圧縮力により圧縮されるが、その径方向にはポアソン
結合により膨張する。これらによって発生した応力／歪
みを円柱状のチタニウム合金１４の円周上に固着した磁
歪を有する円筒状のコバルト系非晶質磁性合金１５の透
磁率の変化によって検出する。このときコバルト系非晶
質磁性合金とチタニウム合金の熱膨脹率の差は０．８Ｘ
１０−６であった。１６は円筒状の非晶質磁性合金の周
囲に同心円状に巻回したコイルである。１７はセンサ出
力検出用回路であり、１８は出力端子、１９は台座を柔
軟に固定するためのゴムである。２０はトランスジュー
サ部を固定するネジである。このセンサは１０００　ｋ
ｇ　／　ｃｄまでの力測定に充分耐えることができ、さ
らに高圧の測定も可能である。力センサとしての出力結
果は実施例１における場合とほぼ一致し、良好であった
。

実施例３ 第４図はさらに別の実施例を示す。２１は円柱型センサ
本体であり、チタニウム合金からなる。前記容器の一方
側に力の伝達手段である台座２２を配置し、印加された
力を接点２３によってセンサ本体に伝える。本体の接点
２３部分の肉厚は薄く形成されている為、印加された力
をさらにその下部に形成した凸型円柱状のチタニウム合
金２４に伝達する。前記チタニウム合金は印加された軸
方向に変位するが、このとき２５に形成した磁歪を有す
る鉄系線状非晶質合金に張力が印加される。ここで鉄系
線状非晶質合金は固状のごとくセンサ本体２１に固定し
ている。このとき発生した応力／歪みを前記線状非晶質
磁性合金２５の透磁率の変化によって検出する。このと
き鉄系非晶質磁性合金とチタニウム合金の熱膨脹率の差
は０．８Ｘ１０−６であった。２６は円筒状の非晶質磁
性合金の周囲に同心円状に巻回したコイルである。２７
はセンサ出力検出用回路であり、２８は出力端子、２９
は台座を柔軟に固定するためのゴムである。３０はトラ
ンスジューサ部を固定するネジである。このセンサは３
００　ｋｇ　／　ｃｊまでの力測定に充分耐えることが
でき、さらに高圧の測定も可能である。圧力センサとし
ての出力結果は実施例１における場合とほぼ一致し、良
好であった。

以上述べた本発明の構造で、センサ部の磁歪を有する金
属と熱膨脹係数差が２Ｘ１０−６以下である前記円筒を
支持する材料を用いた場合、実施例１．２および３に示
したものとほぼほぼ同様なセンサ出力を示したが、熱膨
脹係数差が２Ｘ１０−６以上である場合、センサ出力の
温度特性は大きく変動し、出力の温度補正が極めて困難
となり本発明材料としては不適であった。このことより
、センサ部の磁歪を有する金属と前記金属を支持する材
料との熱膨脹係数差が２Ｘ１０−６以下であることが安
定したセンサ出力の実現には必要である。

また、非晶質磁性合金は結晶磁気異方性が極めて小さい
ため高透磁率を示し、材料に生じた磁歪がこの透磁率を
太き（変えるため、センサの検出感度を向上でき、本発
明のようなセンサ材料としては特に優れている。

発明の効果 本発明の力学量センサは、センサ出力の温度特性が極め
て良好であり、−３０〜８０℃の範囲でほぼ同様なイン
ダクタンス変化を示すとともに、力の印加時と力の開放
時の圧力ヒステリシスが殆ど皆無であるというセンサと
しての優れた効果をを有する。この結果検出精度が検出
力のフルスケールの　０．１％　と高精度の力学量測定
を行うことが可能となり、また、構成が簡単なため、安
価に供給でき、種々の圧力制御に大きく貢献することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における力学量センサの断面
図、第２図は圧力とインダクタンス変化の関係を示すグ
ラフ、第３図は本発明の第２の実施例の断面図、第４図
は本発明の第３の実施例の断面図、第５図は従来例のセ
ンサの断面図である。 ■・・・・円柱型センサ本体、２・・・・力の伝達手段
である台座、３・・・・台座とセンサ本体の接点、４・
・・・円筒状のＦ’　ｅ系非晶質磁性合金、５・・・・
同心円状に巻回したコイル、６・・・・センサ出力検出
用回路、７・・・・出力端子、８・・・・台座固定ゴム
、９・・・・トランスジューサ部固定ネジ。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 第２図 力　　（Ｋ９　／　ｃｙｎす

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁歪を有する金属と、その金属との熱膨脹係数差
   が２×１０＾−＾６以下である前記金属を支持する材料
   とを備え、外部から印加された力が前記支持材料を経由
   して前記金属に外部からの力が間接的に印加される構造
   を有し、力の印加によって前記磁歪を有する金属に変位
   を生じさせ、その時生じる透磁率の変化を検出すること
   を特徴とする力学量センサ。
2. （２）磁歪を有する金属が非晶質磁性合金であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の力学量センサ。