JPH04120433A - 歪み検出器 - Google Patents
歪み検出器Info
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- JPH04120433A JPH04120433A JP2241420A JP24142090A JPH04120433A JP H04120433 A JPH04120433 A JP H04120433A JP 2241420 A JP2241420 A JP 2241420A JP 24142090 A JP24142090 A JP 24142090A JP H04120433 A JPH04120433 A JP H04120433A
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- sulfur
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- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
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- G—PHYSICS
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- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
- G01L3/103—Details about the magnetic material used
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- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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。
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〕
この発明は受動部材の歪みを検出する歪み検出器に関す
るものである。
るものである。
第４図は例えば特開昭５９−１６４９３１号公報に示さ
れた従来の歪み検出器を示し、Ｃ１）は回転するトルク
を受ける受動部材、（２）は受動部材＋１１に帯状に固
着された高透磁率軟磁性材からなる磁歪層で、左右対象
に±４５度の角度を成す短冊状に形成されている。（３
）は磁歪層（２）の周囲に設けられた検出コイルである
。
れた従来の歪み検出器を示し、Ｃ１）は回転するトルク
を受ける受動部材、（２）は受動部材＋１１に帯状に固
着された高透磁率軟磁性材からなる磁歪層で、左右対象
に±４５度の角度を成す短冊状に形成されている。（３
）は磁歪層（２）の周囲に設けられた検出コイルである
。
次に、動作について説明する。受動部材（１）に外部か
ら回転トルクが印加されると、その表面で最大になる応
力が発生し、その主応力は短冊状素片からなる磁歪層（
２）の長軸方向を主軸とする。この主応力は例えば一方
向の磁歪層（２）の素片群について引っ張り力であると
すれば、その方向と直交する他方の磁歪層（２）の素片
群については圧縮力となる。一般に、磁歪定数がゼロで
ない磁性材料に応力が加わると、その透磁率が変化する
。磁歪の大きさを定量的に表わす量である磁歪定数が正
の場合は、引っ張り力が働くと透磁率が増大し、圧縮力
が働くと透磁率が減少する。磁歪定数が負の場合には、
その逆の結果となる。検出コイル（３）は外部より印加
されたトルク量に応じた磁歪層口）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、受動部材（１）
に印加されたトルク量及びそれに佳う歪み量を検出する
。各検出コイル（３）の出方は互いに極性か逆であるか
ら、その作動出刃を得ることにより大きな出力が得られ
る。
ら回転トルクが印加されると、その表面で最大になる応
力が発生し、その主応力は短冊状素片からなる磁歪層（
２）の長軸方向を主軸とする。この主応力は例えば一方
向の磁歪層（２）の素片群について引っ張り力であると
すれば、その方向と直交する他方の磁歪層（２）の素片
群については圧縮力となる。一般に、磁歪定数がゼロで
ない磁性材料に応力が加わると、その透磁率が変化する
。磁歪の大きさを定量的に表わす量である磁歪定数が正
の場合は、引っ張り力が働くと透磁率が増大し、圧縮力
が働くと透磁率が減少する。磁歪定数が負の場合には、
その逆の結果となる。検出コイル（３）は外部より印加
されたトルク量に応じた磁歪層口）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、受動部材（１）
に印加されたトルク量及びそれに佳う歪み量を検出する
。各検出コイル（３）の出方は互いに極性か逆であるか
ら、その作動出刃を得ることにより大きな出力が得られ
る。
磁歪層として、従来アモルファス磁性材料が用いられる
場合があるが、キュリー温度が比較的低く結晶構造が不
安定であるために、磁気特性が温度によって変化しやす
い欠点を持っているや上記の歪み検出器では、磁歪層（
２）にニッケル、パーマロイ、鉄などのメツキ膜を熱処
理したものを用いているので、結晶構造的に安定で、受
動部材に強固に接着され、機械的にも熱的にも安定で信
転性が高い特徴がある。
場合があるが、キュリー温度が比較的低く結晶構造が不
安定であるために、磁気特性が温度によって変化しやす
い欠点を持っているや上記の歪み検出器では、磁歪層（
２）にニッケル、パーマロイ、鉄などのメツキ膜を熱処
理したものを用いているので、結晶構造的に安定で、受
動部材に強固に接着され、機械的にも熱的にも安定で信
転性が高い特徴がある。
上記の歪み検出器は、磁歪層にニッケルを主成分とする
メツキ膜を用いているが、メツキ膜はメツキ工程におい
て不純物を取り込み易く、特に電着応力緩和剤などから
硫黄が微量混入する。そのメツキ膜は歪み検出感度を高
くするため熱処理されるが、例えば技術文献の川崎製鉄
技報、１４巻４号、１２頁（１９８２年発行）に示され
ているように、熱処理により不純物の硫黄がニッケルと
硫化物を形成し、さらに結晶粒界に硫化物が偏析してメ
ツキ膜が脆化するので、受動部材にトルクが印加される
と磁歪槽に微小クラックが発生し、第５図に示すような
検出コイルの出力特性にヒステリシスを生しるという問
題点があった。
メツキ膜を用いているが、メツキ膜はメツキ工程におい
て不純物を取り込み易く、特に電着応力緩和剤などから
硫黄が微量混入する。そのメツキ膜は歪み検出感度を高
くするため熱処理されるが、例えば技術文献の川崎製鉄
技報、１４巻４号、１２頁（１９８２年発行）に示され
ているように、熱処理により不純物の硫黄がニッケルと
硫化物を形成し、さらに結晶粒界に硫化物が偏析してメ
ツキ膜が脆化するので、受動部材にトルクが印加される
と磁歪槽に微小クラックが発生し、第５図に示すような
検出コイルの出力特性にヒステリシスを生しるという問
題点があった。
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
もので機械的及び熱的に安定で、感度が高く出力特性の
直線性が良好な歪み検出器を得ることを目的とする。
もので機械的及び熱的に安定で、感度が高く出力特性の
直線性が良好な歪み検出器を得ることを目的とする。
この発明にかかつ歪み検出器は、外力を受ける受動部材
と、上記受動部材の表面に形成され、ニッケル及びニッ
ケルより硫黄と反応し易い金属と不純物の硫黄が反応し
てできた１種類似上の金属硫化物を含む磁性材料から成
る磁歪層と、上記磁歪層の外側に近接して設けられ、上
記外力に応じた磁歪層の歪みによる透磁率変化を検出す
る検出コイルを備えたものである。ここでニッケルより
硫黄と反応し易い金属としては、マンガン、モリブデン
、マグネシウム、カドミウム、チタンなど、二、７ケル
硫化物の標準生成自由エネルギーより小さい標準生成自
由エネルギーで硫化物を生成する金属が、単独あるいは
混合して用いられる。
と、上記受動部材の表面に形成され、ニッケル及びニッ
ケルより硫黄と反応し易い金属と不純物の硫黄が反応し
てできた１種類似上の金属硫化物を含む磁性材料から成
る磁歪層と、上記磁歪層の外側に近接して設けられ、上
記外力に応じた磁歪層の歪みによる透磁率変化を検出す
る検出コイルを備えたものである。ここでニッケルより
硫黄と反応し易い金属としては、マンガン、モリブデン
、マグネシウム、カドミウム、チタンなど、二、７ケル
硫化物の標準生成自由エネルギーより小さい標準生成自
由エネルギーで硫化物を生成する金属が、単独あるいは
混合して用いられる。
この発明における歪み検出器の磁歪層は、ニッケルより
硫黄と反応し易い金属と不純物の硫黄を反応させて、ニ
ッケルが不純物の硫黄と反応するのを防ぐ。
硫黄と反応し易い金属と不純物の硫黄を反応させて、ニ
ッケルが不純物の硫黄と反応するのを防ぐ。
以下、この発明の第１の実施例を図を用いて説明する。
第１図はこの発明による歪み検出器の主要な一部分の断
面図である０図において、（１１は受動部材で、従来例
と同様回転トルクを受ける。（２）はメツキ法で形成さ
れた磁歪層で、ニッケル、鉄、マンガンを主成分として
いる。他の構成部分は従来の歪み検出器の相当部分と同
じである。
面図である０図において、（１１は受動部材で、従来例
と同様回転トルクを受ける。（２）はメツキ法で形成さ
れた磁歪層で、ニッケル、鉄、マンガンを主成分として
いる。他の構成部分は従来の歪み検出器の相当部分と同
じである。
先ず、磁歪層（２）の形成方法を説明する。受動部材Ｔ
ｌｌの表面をメツキ膜との密着強度が強力になるような
前処理を施した後、受動部材ｉｌｌを、硫酸ニアケル１
６８／Ｉ、塩化ニッケル３９ｇ／１．硫酸ｌ鉄３ ｇ
／ 、１ 、ホウＭ２５ｇ／ｌ 、蟻酸マンガンＩｇ／
Ｉ及び電着応力緩和剤から構成されたメツキ浴に浸す、
メツキ条件は、電流密度３Ａ／ｄａ＋”ＰＨ２，８、温
度２５℃で、機械的にメツキ浴を攪拌し、受動部材（１
）上に５０分間で３０．ｃａｍのメツキ膜を得る。その
後、マスクを用いてメツキ膜のフォトエンチング処理を
行い、所定のシェブロンパターンを形成する。このよう
にして形成されたメツキ膜は、ニッケル約８９重量％、
鉄約９重量％、マンガン約２重量％さらに微量不純物と
して硫黄を約０．０６重量％含んでいる。このメツキ膜
を、真空中４００℃１時間熱処理して磁歪層（２）を得
た。この時、マンガンは不純物硫黄と選択的に反応する
ので、磁歪層（２）中にはマンガン硫化物が存在する。
ｌｌの表面をメツキ膜との密着強度が強力になるような
前処理を施した後、受動部材ｉｌｌを、硫酸ニアケル１
６８／Ｉ、塩化ニッケル３９ｇ／１．硫酸ｌ鉄３ ｇ
／ 、１ 、ホウＭ２５ｇ／ｌ 、蟻酸マンガンＩｇ／
Ｉ及び電着応力緩和剤から構成されたメツキ浴に浸す、
メツキ条件は、電流密度３Ａ／ｄａ＋”ＰＨ２，８、温
度２５℃で、機械的にメツキ浴を攪拌し、受動部材（１
）上に５０分間で３０．ｃａｍのメツキ膜を得る。その
後、マスクを用いてメツキ膜のフォトエンチング処理を
行い、所定のシェブロンパターンを形成する。このよう
にして形成されたメツキ膜は、ニッケル約８９重量％、
鉄約９重量％、マンガン約２重量％さらに微量不純物と
して硫黄を約０．０６重量％含んでいる。このメツキ膜
を、真空中４００℃１時間熱処理して磁歪層（２）を得
た。この時、マンガンは不純物硫黄と選択的に反応する
ので、磁歪層（２）中にはマンガン硫化物が存在する。
次に、比較用磁歪層の形成方法を説明する。メツキ浴の
組成を硫酸ニッケル１６ｇ／ｌ、塩化ニッケル３９ ｇ
／ １ 、硫酸第１鉄３ｇ／ｌ、ホウ酸２５ｇ／ｌ及
び電着応力緩和剤から構成し、メッキ条件を、電流密度
３Ａ／ｄｍＺ、ＰＨ２，８，温度２５℃で、さらに機械
的にメツキ浴を攪Ｉ′トし、受動部材上に５０分間で３
０μｍのメツキ膜を得る。このメツキ層の組成は、ニッ
ケル約９０重量％、鉄約ｌＯ重量％さらに微量不純物と
して硫黄を約０．０６重量％含んでいる。このメツキ膜
を、真空中４００℃１時間熱処理して比較用磁歪層を得
た。
組成を硫酸ニッケル１６ｇ／ｌ、塩化ニッケル３９ ｇ
／ １ 、硫酸第１鉄３ｇ／ｌ、ホウ酸２５ｇ／ｌ及
び電着応力緩和剤から構成し、メッキ条件を、電流密度
３Ａ／ｄｍＺ、ＰＨ２，８，温度２５℃で、さらに機械
的にメツキ浴を攪Ｉ′トし、受動部材上に５０分間で３
０μｍのメツキ膜を得る。このメツキ層の組成は、ニッ
ケル約９０重量％、鉄約ｌＯ重量％さらに微量不純物と
して硫黄を約０．０６重量％含んでいる。このメツキ膜
を、真空中４００℃１時間熱処理して比較用磁歪層を得
た。
次にこの発明による磁歪層及び歪み検出器の性能につい
て、第２図及び第３図を用いて説明する。
て、第２図及び第３図を用いて説明する。
第２図はいろいろな温度で熱処理した時のメツキ膜の陸
上応力変化を示す図及び第３図は受動部材（１）に印加
される回転トルクの大きさと検出コイル（３）の出力の
関係を示す図である。第２図及び第３図において、実線
はこの発明によるメツキ膜及び歪み検出器、点線は比較
用のメツキ膜及び歪み検出器に対する結果を表わす、比
較用のメツキ膜は２００℃以上の熱処理で詭化し、陸上
応力が極めて小さいが、この発明によるメツキ膜は熱処
理温度に依存せず熱的に安定で、陸上応力も約１００Ｋ
ｇｒ／ｍｍ” と非常に高く安定な機械的特性を示して
いる。真空中４００℃１時間熱処理したメツキ膜を磁歪
層に用いた場合、比較用の歪み検出器は、感度が低く出
力特性のヒステリンスが大きいが、この発明の歪み検出
器は、感度が高く出力特性の直線性が良好であることが
判る。これはメツキ膜の熱処理工程において、マンガン
はメツキ膜中の硫黄のゲンターとして作用し、ニッケル
硫化物の生成を抑え、磁歪層の脆化を防止したためであ
る。
上応力変化を示す図及び第３図は受動部材（１）に印加
される回転トルクの大きさと検出コイル（３）の出力の
関係を示す図である。第２図及び第３図において、実線
はこの発明によるメツキ膜及び歪み検出器、点線は比較
用のメツキ膜及び歪み検出器に対する結果を表わす、比
較用のメツキ膜は２００℃以上の熱処理で詭化し、陸上
応力が極めて小さいが、この発明によるメツキ膜は熱処
理温度に依存せず熱的に安定で、陸上応力も約１００Ｋ
ｇｒ／ｍｍ” と非常に高く安定な機械的特性を示して
いる。真空中４００℃１時間熱処理したメツキ膜を磁歪
層に用いた場合、比較用の歪み検出器は、感度が低く出
力特性のヒステリンスが大きいが、この発明の歪み検出
器は、感度が高く出力特性の直線性が良好であることが
判る。これはメツキ膜の熱処理工程において、マンガン
はメツキ膜中の硫黄のゲンターとして作用し、ニッケル
硫化物の生成を抑え、磁歪層の脆化を防止したためであ
る。
なお、上記第１の実施例では、磁歪層をメツキ法で得て
いるが、ニッケルを主成分とする金Ｋｍ層を受動部材に
接着剤で貼り付けて磁歪層を形成する場合、ニッケルを
主成分とする金属層を製造する過程において、０．００
１重量％程度の硫黄の混入は避けられず、ニッケル硫化
物が生成し、磁歪層が脆化する可能性があるので、上記
第１の実施例と同様の効果が期待できる０例えば磁歪層
の形成は次のように行われる。ニッケル９０重量％、鉄
９．５５重量％マンガン０．４５重量％を添加したニッ
ケル・マンガン合金を１０００℃以上のＨよなどの還元
性雰囲気中で熱処理を施して内部応力除去処理した後、
エポキシ樹脂接着剤によって受動部材に薄層を接着し、
加圧しながら接着剤を加熱硬化させ除冷する。その後、
マスクを用いて金属薄層のフォトエツチング処理を行い
、所望のシェブロンパターンを形成する。
いるが、ニッケルを主成分とする金Ｋｍ層を受動部材に
接着剤で貼り付けて磁歪層を形成する場合、ニッケルを
主成分とする金属層を製造する過程において、０．００
１重量％程度の硫黄の混入は避けられず、ニッケル硫化
物が生成し、磁歪層が脆化する可能性があるので、上記
第１の実施例と同様の効果が期待できる０例えば磁歪層
の形成は次のように行われる。ニッケル９０重量％、鉄
９．５５重量％マンガン０．４５重量％を添加したニッ
ケル・マンガン合金を１０００℃以上のＨよなどの還元
性雰囲気中で熱処理を施して内部応力除去処理した後、
エポキシ樹脂接着剤によって受動部材に薄層を接着し、
加圧しながら接着剤を加熱硬化させ除冷する。その後、
マスクを用いて金属薄層のフォトエツチング処理を行い
、所望のシェブロンパターンを形成する。
また、上記第１及び第２の実施例では、磁歪層ニニッケ
ル・鉄マンガン合金を用いたが、磁歪層として好ましい
ニッケルと鉄の重量比率は、ニッケル３５〜６０％及び
８０〜１００％である。この範囲の磁歪層は、キュリー
温度が３５０〜５５０℃と高くなり、磁歪層の時期的特
性の温度依存性が小さく安定になる。また、Ｎ ｉｓ
Ｆ ｅなどの規則格子が形成されず、結晶構造が安定で
あり、磁歪層の磁気的特性の温度依存性が小さくなり、
歪み検出器としての温度依存性が改善される。一方、こ
の範囲以外のニッケル量にすると、磁歪層の透磁率が低
くなり、歪み検出器の感度が低下して好ましくない、ま
た、マンガンの量は不純物の硫黄全部と反応するだけの
ものでよく、できるだけ少量が望ましい。
ル・鉄マンガン合金を用いたが、磁歪層として好ましい
ニッケルと鉄の重量比率は、ニッケル３５〜６０％及び
８０〜１００％である。この範囲の磁歪層は、キュリー
温度が３５０〜５５０℃と高くなり、磁歪層の時期的特
性の温度依存性が小さく安定になる。また、Ｎ ｉｓ
Ｆ ｅなどの規則格子が形成されず、結晶構造が安定で
あり、磁歪層の磁気的特性の温度依存性が小さくなり、
歪み検出器としての温度依存性が改善される。一方、こ
の範囲以外のニッケル量にすると、磁歪層の透磁率が低
くなり、歪み検出器の感度が低下して好ましくない、ま
た、マンガンの量は不純物の硫黄全部と反応するだけの
ものでよく、できるだけ少量が望ましい。
また、上記第１及び第２の実施例では、＆１１歪層にお
ける硫黄のゲンターとしてマンガンを用いたが、硫化物
の標準性成自由エネルギーがニッケルより小さい金属で
あればよく、マンガンの他にモリブデン、マグネシウム
、カドミウム、チタンなどを単独または混合して用いて
も、上記第１及び第２の実施例と同様の硬化が得られる
。
ける硫黄のゲンターとしてマンガンを用いたが、硫化物
の標準性成自由エネルギーがニッケルより小さい金属で
あればよく、マンガンの他にモリブデン、マグネシウム
、カドミウム、チタンなどを単独または混合して用いて
も、上記第１及び第２の実施例と同様の硬化が得られる
。
また、上記第１及び第２の実施例では、受動部材に回転
トルクが加わった場合について説明したが、引っ張り力
や圧縮力など他の外力が加わった場合でもこの発明によ
る磁歪層を受動部材の適当な位置に設けて、上記第１及
び第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
トルクが加わった場合について説明したが、引っ張り力
や圧縮力など他の外力が加わった場合でもこの発明によ
る磁歪層を受動部材の適当な位置に設けて、上記第１及
び第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
以上のようにこの発明によれば、磁歪層をニッケル及び
ニッケルより硫黄と反応し易い金属と不純物の硫黄が反
応してできた１種類似上の金ｇＸｆｉｉ化物を含む磁性
材料から成るようにしたので、機械的及び熱的に安定で
、懇度が高く出力特性の直線性が良好な歪み検出器か得
られる効果かある。
ニッケルより硫黄と反応し易い金属と不純物の硫黄が反
応してできた１種類似上の金ｇＸｆｉｉ化物を含む磁性
材料から成るようにしたので、機械的及び熱的に安定で
、懇度が高く出力特性の直線性が良好な歪み検出器か得
られる効果かある。
第１図はこの発明による歪み検出器の主要な一部分の断
面図、第２図はいろいろな温度で熱処理した時のこの発
明におけるメツキ膜と比較用のメツキ膜の降伏応力変化
を示す比較図、第３図はこの発明による歪み検出器と比
較用の歪み検出器の受動部材に印加されるトルクの大き
さによる検出コイル出力変化を示す比較図、第４図は従
来の歪み検出器を示す構成図、第５図は従来の歪み検出
器の受動部材に印加されるトルクの大きさによる検出コ
イルの出力変化を示す特性図である。 図において、（１）は受動部材、（２）は磁歪層、（３
）は検出コイルである。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 第１図 １：・？動部す〜 ２゛磁正涌 Ｊ、＃、出ココイ ル処Ｊ里２叡壌（た） 第３図 第５図
面図、第２図はいろいろな温度で熱処理した時のこの発
明におけるメツキ膜と比較用のメツキ膜の降伏応力変化
を示す比較図、第３図はこの発明による歪み検出器と比
較用の歪み検出器の受動部材に印加されるトルクの大き
さによる検出コイル出力変化を示す比較図、第４図は従
来の歪み検出器を示す構成図、第５図は従来の歪み検出
器の受動部材に印加されるトルクの大きさによる検出コ
イルの出力変化を示す特性図である。 図において、（１）は受動部材、（２）は磁歪層、（３
）は検出コイルである。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 第１図 １：・？動部す〜 ２゛磁正涌 Ｊ、＃、出ココイ ル処Ｊ里２叡壌（た） 第３図 第５図
Claims (1)
- 外力を受ける受動部材と、上記受動部材の表面に形成さ
れ、ニッケル及びニッケルより硫黄と反応し易い金属と
不純物の硫黄が反応してできた１種類似上の金属硫化物
を含む磁性材料から成る磁歪層と、上記磁歪層の外側に
近接して設けられ、上記外力に応じた磁歪層の歪みによ
る透磁率変化を検出する検出コイルを備えたことを特徴
とする歪み検出器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2241420A JP2611520B2 (ja) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | 歪み検出器 |
| KR1019910014170A KR950008825B1 (ko) | 1990-09-11 | 1991-08-16 | 스트레인검출기 |
| US07/757,416 US5267476A (en) | 1990-09-11 | 1991-09-10 | Strain detector |
Applications Claiming Priority (1)
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