JPH03237329A - 歪検出器 - 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］ この発明は、回転軸などの受動軸に外力が印加された際
の歪を検出する歪検出器に関するものである。

［従来の技ｖ＃１ 第２図は特開昭５７−２１１０３０号公報に示された従
在に支持する軸受で、非磁性材により形成される。２３
．２４は軸受２１，２２を支持する支持体で、非磁性材
により形成される。２５は受動軸２０の周囲Ｃ中心軸２
６に対して一４５°の角度で固着された磁性層で、高透
磁率軟磁性材により形成される。２７は０ 受動軸１の周囲に間隔をあけて配設されたボビンで、支
持体２３．２４により支持されると共に、非磁性絶縁体
により形成される。２８はボビン２７に巻回された検出
コイルで、コイル２８ａ、２８ｂからなる。

上記構成において、受動軸２０に外部からトルクが印加
されると、磁性層２５に歪を生じてその透磁率が変化す
る。検出コイル２８はこの透磁率変化を磁気的インピー
ダンスの変化として検出し、歪検出出力を発生する。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記した従来の歪検出器の材質についてより
具体的に述べると、受動軸２０はステンレス鋼、アルミ
ニウム、プラスチックなどの非磁性材により形成され、
磁性層２５は非晶質金属により形成されている。各非磁
性材の線膨張率は、ステンレス鋼（１８（：ｒ、８Ｎｉ
）では１６．４Ｘ　１０−’、アルミニウムでは２３Ｘ
　１０−６、ブルスチックとしてのポリエチレンでは１
００〜２００　Ｘ　１０−’である。叉、非晶質金属の
線膨張率は５．９〜＋２．７Ｘ　１０−’である。

このように従来の歪検出器では、受動軸２０と磁性層２
５の線膨張率が異なるため、周囲温度の変化や動作によ
る発熱などによって歪検出器の使用温度が変化すると、
磁性層２５に熱応力が発生する。

この歪検出器は外部からのトルクによる応力で磁性層２
５に歪が生じて透磁率が変化し、この透磁率変化を検出
するものであるから、受動軸２０と磁性層２５の線膨張
率の差による熱応力は歪検出の誤差の原因となる。

この発明は上記のような課題を解決するために成された
ものであり、線膨張率の差による影響を除去して粒度の
良い歪検出器を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る歪検出器は、外力を受ける非磁性材の受
動軸が、２０亀量％以上５０重量％以下のＭｎと、１重
量％以上２０ｉｉ％以下のＣｒと、Ｆｃとからなる非磁
性材で構成され、受動軸の周囲に固着された磁性層と、
上記受動軸の線膨張率がほぼ同となるようにしたもので
ある。

さらに、上記受動軸を構成する非磁性材に、０．５重量
％以上５重量％以下のＳｉと、０．５重蓋％以上５瓜量
％以下のＭＯのうちの一種類あるいは−Ｈ１類の元素を
添加してもよい。

［作用］ この発明における受動軸は２０重量％以上５０重量％以
下のＭｎと、１重量％以上２０重量％以下のＣ「と、Ｆ
ｅとからなる非磁性材で構成されており、受動軸と磁性
層の線膨張率がほぼ同一となるようにしているので、歪
検出器の動作温度が変化しても受動軸と磁性層の線膨張
率の差による熱応力が発生せず、熱応力による歪検出誤
差が生じない。

さらに受動軸を構成する非磁性材に、０．５重量％以上
５重量％以ＦのＳｉと、０．５重量％以上５乗量％以下
のＭｏのうちの一種類あるいは二種類の元素を添加する
ことにより、磁性層を受動軸に加熱固着する際の温度に
おいても、磁性層と受動軸との線膨張率がほぼ同一にな
るので、使用温度での温度特性がさらに改善される。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第１
図において、１は回転輪からなる受動軸であり、鉄−マ
ンガン非磁性鋼（重量％でＭｎ２４％、Ｃｒ６％、Ｃ０
０６％などを含むＦｅで、線膨張率は１２Ｘ　１０−’
である。）により形成されている。２は受動軸ｌの中心
軸、３．４は受動軸１を回転自在に支持する軸受台で、
ｐｃパーマロイや純鉄などの高透磁率軟磁性材により形
成されている。

受動軸１の外周面上には高透磁率軟磁性材からなる磁性
層５．６が固着され、磁性層５．６は非晶質磁性材（電
量％でＦｅ４０％、Ｎｉ：１８％、Ｍｏ４％、８１８％
の組成で、線膨張率は＋１．７ｘ　１０−’である。）
により形成され、磁性層５は中心軸２に対して＋４５゛
方向に形成され、磁性層６は中心軸２に対して−４５°
方向に形成される。磁性層５，６の外周には円筒状のコ
イルボビン７が軸受台３．４に支持されて配設され、コ
イルボビン７（は磁性層５．６と対応して検出コイル８
．９が巻回され、検出コイル８．９は検出回路１４に接
続される。１（１，ＩＩは高透磁率軟磁性材からなり、
検出コイル８．９の周囲に設けられた磁気収束層、１２
はＰＣパーマロイあるいは純鉄などの高透磁率軟磁性材
からなるシールドで、シールド１２は磁気収束層１０．
１１の外周に配設されるとともに両端部が軸受台３．４
と連結される。

次に、動作について説明する。受動軸１に外部からトル
クが印加されると、磁性層５．６の一方に引張力が発生
し、他方には圧縮力が発生して歪が生じる。この歪が生
じると磁性層５．６の透磁率が変化し、引張力の場合と
圧縮力の場合では透磁率が逆方向に変化する。検出コイ
ル８．９はこの透磁率の変化を磁気的インピーダンスの
変化として検出し、検出回路１４は各検出コイル８．９
の出力を差動増幅し、受動軸１の歪量に応じた検出電圧
Ｖを出力する。又、磁気収束Ｍｔｏ、＋１は高透磁率を
有するため、検出コイル８．９が発生する磁束の磁気抵
抗を減少させ、感度を上昇させることができる。さらに
、シールド１２も同様の働きをする。

ここで、気温等の変動による周囲温度の変化や検出コイ
ル８．９に流れる電流による発熱などのため歪検出器の
使用温度が変化しても、受動軸ｌの線膨張率は＋２Ｘ　
１０””であり、磁性層５．６の線膨張率は１１．７Ｘ
　１０−６であって、両者の線膨張率がほぼ同一である
ために、線膨張率の差に基づく熱応力が発生せず、精度
の高い歪検出が可能となる。

又、鉄−マンガン非磁性鋼はステンレス鋼より機械強度
も高いので、受動軸１の機械強度が高くなり、大きな外
力を印加されても損傷せず、大きな歪を検出することが
できる。さらに、外部磁界が中心軸２と平行に軸受台３
の方向から作用した場合、軸受台３．４及びシールド１
２が高透磁率であり、受動軸ｌが非磁性材であるから、
外部磁界による磁束は軸受台３からシールド１２及び軸
受台４を通り、磁性層５，６には流れない。又、外部磁
界が中心軸２と直角な方向から作用した場合には、その
磁束はシールド１２から軸受台３．４に分流し、再びシ
ールド１２を通って外部へ抜け、磁性層５．６を通らな
い。従って、外部磁界によって磁性層５．６の磁気的動
作点が移動することがなく、歪検出出力に誤差を生じな
い。

なお、−ヒ記実施例においては、受動軸ｌを鉄−マンガ
ン非磁性鋼により形成したが、鉄−マンガン非磁性鋼の
成分と線膨張率αとの関係はα（ｉｏ−６）　＝　１３
．５＋　５．４５（！ｋｃ）　＋　５．１５（零Ｎ）−
０，１５（！ｋＭｎ）　−０，２６（％；（：ｒ）の式
により表わされ、その成分を変えることにより任意の線
膨張率を選ぶことができる。従って、磁性層５．６も他
の組成の非晶質金属や高透磁率軟磁性材を用いてもよく
、線膨張率がほぼ同一であればよい。

なお、上述の式においてＭｎは２０重量％以上、５０重
量％以下、Ｃｒは１重量％以上、２０重量％以下とする
とよい。Ｍｎを２０重量％以上としたのは、２０瓜量％
以下では線膨張率αが磁性層とほぼ同一とならないから
であり、５０重量％以下としたのは５０喰量％以上では
酸化しやすく実用にならないからである。また、Ｃ「を
１電量％以上としたのは、１重量％以下では線膨張率α
が磁性層とほぼ同一とならないからであり、２０重量％
以下としたのは２０重量％以−Ｅではコスト高となり実
用にならないからである。

次に、受動軸を構成する非磁性材の別の実施例を示す。

第２の実施例では、受動軸１は重量％でＭｎ：１０％、
Ｃｒ５％、Ｓｉ１．５％、Ｍｏ１％からなる鉄−マンガ
ン非磁性鋼により形成している。他の構成は従来と同じ
である。第２の実施例においてはｉｆの実施例と同様の
効果と、更に非磁性材に０．５重量％以上５重量％以下
のＳｉと、０．５重量％以上５重量％以ドのＭＯのうち
の−・種類あるいは二種類の元素を添加することにより
磁性層を受動軸に加熱固着する際に高温（〜３００℃）
状態に暴露されても磁性層と線膨張率がほぼ同一となり
、使用温度での温度特性がさらに改善される効果がある
。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、受動軸を２０重量％以
−１１５０重量％以下のＭｎと、１重量％以上２０重量
％以下のＣｒと、Ｆｅとからなる非磁性材で構威し、非
磁性材の受動軸と高透磁率軟磁性材の磁性層との線膨張
率をほぼ同一としたので、線膨張率の差に基づく熱応力
が発生ず、熱応力による歪検出誤差が生じなくなり、検
出精度を向上することができる。

さらに、受動軸を構成する非磁性材に、０．５重量％以
上５重量％以下のＳｉと、０．５重量％以上５重量％以
下のＭＯのうちの一種類あるいは二種類の元素を添加す
ることにより、磁性層を受動軸に加熱固着する際の温度
においても、磁性層と受動軸との線膨張率がほぼ同一に
なるので、使用温度での温度特性がさらに改善される効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による歪検出器の構成図、７ｇ２図は
従来の歪検出器の構成図である。 １・・・受動軸、５．５・・・Ｍｉ性層、８．９−・・
検出コイル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２０重量％以上５０重量％以下のＭｎと、１重量
   ％以上２０重量％以下のＣｒと、Ｆｅとからなる非磁性
   材で構成され、外力を受ける受動軸、線膨張率が上記受
   動軸とほぼ同一の高透磁率軟磁性材からなり、上記受動
   軸の周囲に固着された磁性層、及びこの磁性層の周囲に
   配置され、上記磁性層の上記外力に応じた歪による透磁
   率変化を検出する検出コイルを備えた歪検出器。
2. （２）受動軸を構成する非磁性材に、０．５重量％以上
   ５重量％以下のＳｉと、０．５重量％以上５重量％以下
   のＭｏのうちの一種類あるいは二種類の元素を添加した
   請求項１記載の歪検出器。