JPH03269228A

JPH03269228A - 磁歪検出器

Info

Publication number: JPH03269228A
Application number: JP2069037A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Kaimasu; 貝増　武俊
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1991-11-29
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JP2822556B2

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〕本発明は磁歪検出器に関し、特に回転体シャフトに磁歪
金属をメッキすることにより磁歪膜に生じる磁歪を検出
することによりＩ−ルクを検出するトルク検出器に関す
る。

（従来の技術）従来、シャフトに磁歪金属をメッキすることにより磁歪
膜に生じる磁歪を検出する技術としては特開昭５９−−
１６４９３１号公報があった。この技術は回転体シャツ
Ｉ・に磁歪金属をメッキすることにより磁歪膜を形成し
、該磁歪膜に生じる磁歪を検知してシャフトに加わるト
ルクを検出するものである。すなわち印加されるトルク
に応じて回転体シャフトが捩じれると、それに応じで磁
歪膜に生じる磁歪が変化するので、これを検出してトル
クの大きさを検出しうるものである。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、この技術においての磁歪金属としては、
ニッケルメッキが使用されているが、これにより得られ
るトルク検出感度は極めて低く、決して満足いくものと
はいえなかった。

本発明は上記の課題を解決したものであり、従来の磁歪
金属としてのニッケルメッキによるトル（１）（２）り検出器と比較して検出感度が高い磁歪作用によるトル
ク検出器を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）木目的を達成するため、本発明が講した技術的手段は、
磁歪金属をメッキすることにより形成した磁歪膜に生じ
る磁歪を検出する磁歪検出回路を備えた磁歪検出器にお
いて、Ｐｒ２Ｏ１７、Ｔｂ２Ｃｏ１７、ＳｍＦｅ２、Ｔ
ｂＦｅ２　、ＴｂＮｉ０．４　Ｆｅ１．５、ＴｂＦｃ２
等の超磁歪金属を粉末状にして前記磁歪金属に含有させ
ものである。また、前記超磁歪金属をメッキ溶液１リツ
トルあたり２〜３０ｇ含有させるとよい。

さらに、前記超磁歪金属の粉末の粒径が１０μｍ以下に
させるとよい。

（作用）」二記の手段からなる本発明は、従来のニッケルメツ４
−による磁歪金属の検出器の検出感度と比較して、検出
感度が極めて高い磁歪作用によるトルク検出器が得られ
るのである。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照にして説明する。

第１図において、回転体シャフト１　（このシャフトは
、例えば自動車のトランスミツシーノン出力シャフト、
ステアリングシャフトあるいはモータ等の出力シャフト
あるいはモータ等の出力シャフト等である）に、後述す
る本発明の磁歪金属に超磁歪金属が含有された材料をメ
ッキすることにより形成した磁歪膜２がシャフト１の全
周に渡り、配される。さらに、シャフト１には２個のコ
イルが筒状に巻回され、コイル３が励振用コイル３にば
、励振用発振器５が接続されている。また、出力コイル
４には、ダイオード６、コンデンサ７、抵抗８よりなる
平滑回路９が接続されている。

この回路において、シャフト１にトルクが加わわらない
状態では、発振器５により生じるコイル３の磁界が、出
力用コイル４に伝達されて、これが平滑回路９により、
直流電圧に変換されて所定電圧が出力される。

（３）（４）次に、シャフト１にトルクが加わり、シャフト１が捩じ
れると、磁歪膜２の透磁率が変化するが、後述する本磁
歪材料はニッケルを主成分としており、ニッケルは負の
磁歪効果を有するため、捩じれに対して透磁率が増大し
、出力電圧が減少する。

ゆえに、トルクに応じた出力電圧（本磁歪材料の場合、
上記の如く傾きは負となる）が平滑回路９の出力端に得
られる。

なお、この構造においては、シャツＩ−１の捩じれ方向
の判別はできず、どちらの捩じれに対しても同等の出力
電圧が得られる。

次に、磁歪膜の形成方法について説明する。

まず、−１１ｕの磁歪材料としてはその磁歪定数（飽和
磁歪）がニッケルのそれは約−３３付近にあり、鉄は約
−９付近にあり、またニッケルーコバルト合金も約−２
３〜−３３付近にある。

本発明はこれらの一般の磁歪材料からなるメッキ液に第
１表に示す金属材料を含有したことにある。これらの金
属材料は、超磁歪材料と呼ばれ、Ｐｒ２Ｏ１７．１”ｂ
２Ｃｏ１７　、Ｓ　ｍ　Ｆｅ２、ＴｂＦｅ２、Ｔ　ｂ　
Ｎ　ｉ　Ｏ，４Ｆｅ１．５、ＴｂＦｅ２等であり、その
磁歪定数は一般の磁歪材料と比較して、その磁歪定数が
１けたあるいは２けた大きい材料である。

本発明はこれらの超磁歪材料を約１０μｍ以丁の粉末状
にする。このことは後述する磁歪材料をシャフトにメッ
キする膜厚は数１０μｍ厚であるため、粒子が１０μｍ
以」二であると膜厚表面よりその粒子が飛びでることが
あり、さらに、メッキ液を攪拌することが難しくなるた
めである。

上記の粉末状の粒子を第２表に示す硫酸ニッケル、塩化
ニッケル、はう酸からなる純粋の水に含有させたメッキ
液１リツトルあたり２〜３０ｇを攪拌させて含有させる
。この攪拌方法はエアー撹拌、スクリュウ攪拌、ポンプ
攪拌のどの方法によってもよい。

なお硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸の含有量は純
粋の純粋の水１リットルあたりの重量含有量である。

次に磁歪膜の形成方法としては、電解メッキが好ましい
。すなわち、無電解メッキでは膜厚が１（５）（６）０μｍ程度が限度であるのに対し、電解メッキでは数１
０μｍ〜２Ｏ０μｍと極めて厚く形成できるのである。

ごの様にして形成された磁歪膜は、数１０μｍ厚でシャ
フトに強固に接着された結晶質磁歪膜となるので、機械
的にも熱的にも堅固で信頼性が極めて高い。

実際に、シャフトに磁歪膜を形成するにば、シャツＩ・
の磁歪膜の不必要な部分にマスクをし、木磁歪浴に浴太
し、所定時間通電すればよい。

次に、第２図に示すような斜線状に形成した磁歪膜にも
本磁歪材料が使用される。

シャフト１０には、適宜間隔を配して斜線状に形成した
磁歪膜１１．１２が形成されており、方の磁歪膜１１に
対し他方の磁歪膜１２はその斜線方向が逆になるべく形
成される。なお、この斜線時制膜のシャツ１−の軸方向
に対する傾斜角は、２つの磁歪膜１１．１２の傾斜角が
互いに逆方向に等しくなるようにすれば良いが、好まし
くは、第２図に示した如く、シャフトの軸方向に対し、
磁歪膜１１が一４５度、磁歪膜１２が＋４５度となるべ
く形成するのが適当である。

次に、磁歪検出回路１３は、前記磁歪膜１１および磁歪
膜１２にそれぞれ対向してシャフト１０に筒状に巻回さ
れた、巻数の同じコイル１４およヒコイル１５を含むマ
ルチハイブレーク回路と、コンデンサ１６で構成される
平滑回路でなる交流直流交換回路で構成しである。また
、スイッチング用トランジスタ１７．１８およびバラン
スａ周整用の可変抵抗器１９がそれぞれ、配されている
。

次に動作を説明する。シャツＩ・１０にトルクが印加さ
れないときは、トランジスタ１７．１８が交互にオン、
オフを繰り返す。このときはトランジスタ１７を流れる
コレクタ（又はエミッタ）電流ｉｃｌとトランジスタ１
８を流れるコレクタ（又はエミッタ）電流ｉｃ２の最大
値が等しくなるように可変抵抗器１９を調整すると、出
力端の電圧ＥｄｃはＯＶとなる。

また、この電流ｉｃｌによりコイル１４が、電流ｉｃ２
によりコイル１５がそれぞれ交互に励磁される。

（７）（８）次に、シャフト１０にトルクが第２図Ａ方向に印加され
たとすると、磁歪膜１１はその斜線方向がシャツ１−１
０の軸方向−４５度の傾斜を有するため、磁歪膜１１に
は圧縮力が、また磁歪膜１２なは張力がそれぞれ作用す
る。

ここで磁歪膜が負の磁歪効果を有するとすれば、透磁率
は磁歪膜１１で増大し、磁歪膜１２で減少する。ゆえに
、電流ｉｃｌが減少し、電流ｉｃ２が増大する。出力電
圧Ｅｄｃは、１ｃｌ−ｉｃ２に応じた電圧を平滑した直
流電流であり、これは、第３図に示すようにトルクＴに
比例して得られる。

ここで、シャフト１０の回転方向が逆になれば、上述し
た動作と逆の現象が各磁歪膜１１．１２に生じるため、
コイル１４とコイル１５のインダクタンスの大小関係が
逆転するので、正負のトルク検出が可能である。

次に磁歪膜の形成方法は前述の構成のトルク検出器と同
様に第１表のニッケルメッキ液に、超磁歪金属材料を粉
末化して含有させたものをメッキ液としてメッキを行う
と、メッキの厚みが約５０μｍのものが得られた。

第４図が実際に用いられるマスクパターンである。この
マスクパターン４０を、シャツ１〜ＩＯに、図示Ｂ方向
に巻きつけてメッキすればよい。ここでは、磁歪膜の全
幅Ｘを２５ｍｍ、４５度に傾斜した斜線状磁歪膜の幅即
ち、マスクパターン４ｏの穴４１の幅ｙを２ｍｍ、間隙
Ｚを３ｍｍとしである。

以上の様にして磁歪膜を形成したシャフトは、残留磁気
および歪を除去するためにアニール処理される。アニー
ル条件としては、炉にて４５ｏ。

Ｃ１１時間程度が好ましい。

このシャフトにコイルをそれぞれ巻回し、前記の磁歪検
出回路を接続すれば良い。

実施■よ第５図に前記条件にて形成されたトルク検出器の出力特
性を示す。メッキ条件は第１表の各条件であり、シャフ
ト径は８ｍｍ、各コイルの巻回数は共に５００ターン、
また、第５図の諸条件は電源電圧Ｖｃｃは９．ＯＶ、マ
ルチハイブレーク回路の発振周波数７．５ＫＨｚの条件
で行う。

（９）（１０）第２表に示すように純粋の水１リットル当たり３００［
、塩化ニッケル／１５ｇ、ホウ酸３５ｇが含有されたメ
ッキ液に、このメッキ液１リツトル当たり超磁歪金属材
料ＳｍＦｅ２を３ｇ含有されたメッキ液から得られた磁
歪膜による出力特性を測定する。

災施桝Ｉ次に上記と同じ条件下でＳｍＦｅ２を１０ｇ含有させた
メッキ液から得られた磁歪膜による出力特性を実施例１
と同一の条件下で測定する。

比較例さらに、Ｓ　ｍ　Ｆ　ｅ２を含有しない従来のメッキ液
からなる磁歪膜による出力特性を上記と同一の条件下で
測定する。

第５図かられかるように、実施例１、実施例２の出力特
性は比較例と比較して、３〜５倍の値を示し、トルク検
出器として非常に満足のいくものである。

なお上記に使用された超磁歪金属材料として、第１表に
示した材料に限定されるものでなく、ＤｙＦｅ２　、Ｈ
ｏＦｅ２　、ＥｒＦｅ２　、ＴｍＦｅ２　、ＣｏＦｅ２
Ｏ４等の超磁歪金属材料を使用できる。

また、本発明はトルク検出器について、説明したが、こ
れに限定されるものでなく、−１１１Ｗの圧力検出器に
も使用できる。

〔発明の効果〕

本発明は、磁歪金属をメッキすることにより形成した磁
歪膜に生じる磁歪を検出する磁歪検出回路を備えた磁歪
検出器において、Ｐ　ｒ２Ｏ１７、Ｔｂ２Ｃｏ１７　、
ＳｍＦｅ２、ＴｂＦｅ２　、ＴｂＮｉ０．４　Ｆｅ１．
５、Ｔ　ｂ　Ｆ　ｅ２等の超磁歪金属を粉末状にして前
記磁歪金属に含有したことからなる磁歪検出器であるた
め、検出感度が高く、精度のよい１〜ルク検出が可能と
なる。

第表第表硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸の含有量は水１　
’Ｊツ（・ルあたりの重量含有量、超磁歪材料であるＳ
ｍＦｅ２はメッキ液１リツトルあたりの重量含有量。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超磁歪金属材料を使用したＩ・ルク検
出器の実施例を示す図、第２図は本発明の超磁歪金属材
料を使用した別のトルク検出器を示す図、第３図は第２
図から構成されるトルク検出器の検出特性を示すグラフ
、第４図は第２図から構成されるトルク検出器の磁歪膜
を形成する際のマスクパターンを示す図、第５図は第２
図から構成されるトルク検出器において本発明の超磁歪
金属材料をそれぞれ３ｇ、１０ｇ含有さゼたものと、超
磁歪金属材料を全く含有させない場合の検出実験結果を
示す図。 ■、１０・・・回転体シャフト、２．１１．１２・・・
磁歪膜（磁歪金属）、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁歪金属をメッキすることにより形成した磁歪膜
に生じる磁歪を検出する磁歪検出回路を備えた磁歪検出
器において、Ｐｒ２Ｏ１７、Ｔｂ２Ｃｏ１７、ＳｍＦｅ
２、ＴｂＦｅ２、ＴｂＮｉ０．４Ｆｅ１．５、ＴｂＦｅ
２等の超磁歪金属を粉末状にして前記磁歪金属に含有し
たことを特徴とする磁歪検出器。
（２）前記超磁歪金属をメッキ液１リットルあたり２〜
３０ｇ含有させたことを特徴とする請求項１記載の磁歪
検出器。
（３）前記超磁歪金属の粉末の粒径が１０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の磁歪検出器。