JPH0815060A

JPH0815060A - トルクセンサ用磁歪膜およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0815060A
Application number: JP16891194A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sugihara; 忠杉原; Yukihiro Ouchi; 幸弘大内; Kazufumi Yoshida; 和史吉田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】高感度でかつ低ヒステリシスなトルクセンサ
用磁歪膜およびその製造方法を提供する。【構成】軸の表面に磁気歪効果を有する磁歪膜を形成
することで、軸に加えられたねじりトルクを検出する磁
歪式トルクセンサに用いられる磁歪膜として、少なくと
もその表面部において、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｃｏ−
Ｎｉ系、Ｆｅ−Ａ１系などの主として磁歪効果を示す相
が、これらの磁歪合金のホウ化物またはホウ珪化物など
からなる主として硬さの効果を示す相よりなるマトリッ
クス中に微分散してなる複合組織を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性合金の逆磁歪効果
を利用して、動力伝達軸としてのシャフトに伝わるトル
クを非接触で測定する磁歪式トルクセンサに用いられる
磁歪膜およびその製造方法に関する。

【従来の技術】強磁性体は、磁化されるとその寸法が微
小変形し、逆に外力を加え弾性変形を与えるとその透磁
率が変化する性質を有する。前者を磁歪効果、後者を逆
磁歪効果という。これらの効果の大きさの目安として
は、飽和磁歪係数λs が用いられる。上記逆磁歪効果を
利用して、回転軸に加えられたトルクを磁気的に検出す
るセンサを磁歪式トルクセンサという。一般に、原動
機、工作機械等に用いられる動力伝達軸（シャフト）に
おいては、出力制御または動力変動制御のため、シャフ
トに加わるトルクが計測されている。このトルクの計測
には磁歪式トルクセンサが用いられている。従来、磁歪
式トルクセンサに用いられている磁歪式トルク検出部付
きシャフトとして、特開昭６３−８１９９３号公報に示
すように、シャフト自体を、磁歪効果を有する鋼製シ
ャフトで構成したシャフトが知られている。また、特開
昭５９−１６６８２７号公報に示すように、シャフト
の表面に、磁性金属薄帯を合成樹脂系接着剤等によって
固定して、磁歪式トルク検出部としての磁歪膜を形成し
たシャフトも知られている。このシャフトからトルクを
検出するには、シャフトに作用するトルクによる応力を
磁歪膜まで伝達させ、このときの磁歪膜の逆磁歪効果に
よる透磁率の変化を外部から非接触で検出する。また、
シャフトの表面にニッケル膜をメッキ法や、蒸着法あ
るいはスパッタ法で形成する方法も知られている。さら
に特開平４−３４６０４３号には、Ｎｉ−Ｆｅ系磁歪
膜をプラズマ溶射法などの溶射法によりシャフト表面に
形成し、無酸化雰囲気中にて９００〜１１００℃で加熱
拡散処理を行なうことが、また上記特開平５−５２６７
８号公報には、同様にＦｅ−Ｃｏ系磁歪膜をプラズマ溶
射法により形成したのち、無酸化雰囲気中にて８００〜
８５０℃で加熱拡散処理を行なうことが開示されてい
る。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁歪式トルクセンサにおいては、次に示す問
題点を有している。まず、シャフト自体の磁歪効果を
利用した磁歪式トルク検出部付きシャフトでは、磁歪膜
を別途設けたシャフトに比較して磁歪効果が低く、結果
としてトルク検出の感度が低いという問題点を有してい
る。そのため、このシャフトを用いたトルクセンサで
は、処理回路が複雑かつ高価になる。一方、また、磁
歪膜を別途設けたシャフトでは、磁歪膜を接着剤で接着
していることから、磁歪膜そのものに耐食性をもたせる
ことができるものの、十分な磁歪膜とシャフトとの接合
強度が得られず、信頼性にかけるという問題点を有して
いる。すなわち、このシャフトでは、シャフトへ加えら
れるトルクの大きさ、または、高温多湿の使用環境条件
によっては、磁歪膜とシャフトとの接合が劣化するおそ
れがあり、加えられるトルクと検出される透磁率の変化
との相関関係が崩れてしまい、トルクの検出精度が低下
してしまうおそれがある。このような不都合が生じる原
因は、シャフトに加えられるトルクと合成樹脂系接着剤
の接合強度との比が、トルクが大きくなるにしたがって
小さくなり、シャフトに生じる応力を磁歪膜へ十分に伝
達できなくなるからと想定される。また、合成樹脂系接
着剤自体の経時変化や使用環境温度の熱による劣化等に
起因しているものと想定される。また、シャフトの表
面にニッケル膜をメッキ法、蒸着法、スパッタ法などで
形成する場合、およびプラズマ溶射法によりシャフト
表面にＮｉ−Ｆｅ系などの磁歪膜を形成する場合、ヒス
テリシスが小さいと感度が悪く、逆に感度を良くしよう
とするとヒステリシスが大きくなるという問題点があっ
た。なお、これらの方法によって得られた磁歪膜の金属
組織は、１相構造のものである。本発明は、感度の向上
とヒステリシスの低減を同時に達成する磁歪膜を提供す
ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る磁歪膜は、軸の表面に磁気歪効果を有
する磁歪膜を形成することで、軸に加えられたねじりト
ルクを検出する磁歪式トルクセンサに用いられる磁歪膜
であって、前記磁歪膜が、少なくともその表面部におい
て、主として磁歪効果を示す相（以下、磁歪相と称す
る。）と、主として硬さの効果を示す相（以下、硬化相
と称する。）とからなる複合組織を有することを特徴と
する。前記磁歪相としては、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｃｏ−Ｎｉ
系、Ｆｅ−Ａｌ系、希土類金属−Ｆｅ系、希土類金属−
Ｃｏ系、およびこれらの複合合金系からなる群から選ば
れてなるいずれかの磁歪合金、または前記したいずれか
の合金系にＭｏ、Ｗ、Ｚｒ、ＴａおよびＮｂからなる群
から選ばれてなる１ないしそれ以上の金属元素を含有し
てなる磁歪合金から構成されるものであることが望まし
い。また、前記硬化相としては、前記磁歪相のホウ化物
またはホウ珪化物より構成されるものであることが望ま
しい。さらに、前記磁歪相が、前記硬化相よりなるマト
リックス中に微分散、より好ましくは直径５〜１０μｍ
程度の結晶粒として微分散された構造を呈するものであ
ることが望ましい。本発明に係る磁歪膜の製造方法は、
Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｃｏ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ａｌ系、希土類金
属−Ｆｅ系、希土類金属−Ｃｏ系、およびこれらの複合
合金系からなる群から選ばれてなる磁歪合金系、または
前記したいずれかの合金系にＭｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔａおよ
びＮｂからなる群から選ばれてなる１ないしそれ以上の
金属元素を含有してなる磁歪合金系に、Ｂおよび／また
はＳｉをさらに添加してなる組成を有する磁歪材料を、
軸表面に付着させ、次いで、前記軸表面に付着させた磁
歪材料を加熱して、前記磁歪材料を磁歪膜として軸表面
に熱融着させると共に、少なくともその表面部におい
て、前記磁歪合金のホウ化物やホウ珪化物からなる硬化
相をマトリックスとし、前記磁歪合金よりなる磁歪相が
これに微細分散されてなる複合組織を形成する。上記加
熱は、軸表面温度１０５０〜１０９０℃、加熱時間３〜
６分程度の処理条件により、高周波誘導加熱により行な
われるものであることが望ましい。

【作用】一般に、ヒステリシスが発生する要因として、
磁歪材中の磁壁移動、回転磁化に伴う磁気的不可逆性
と、材料のミクロな塑性変形による二つがある。の
対策としては結晶磁気異方性の低減であり、本発明は、
微小な磁歪相を（できれば非磁性相中に）均一に分散さ
せることで可能とした。また、の対策としては、表面
の材料剛性を向上させること、すなわち表面の硬さを改
良することで達成した。このことを念頭において、この
発明は、具体的に、磁歪効果の大きい系（例えばＦｅ−
Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌなど）にホウ化物、ホウ
珪化物などの硬化相ができるようにＢ、ＳｉまたはＭ
ｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどを１種元素以上あらかじ
め含有させ、その材料を例えば溶射法などでシャフトに
付着させておき、その後、磁歪部分を加熱（例えば高周
波加熱）し、磁歪部を磁歪材合金のホウ化物やホウ珪化
物からなる硬化相をマトリックスとし、磁歪効果の大き
い相（例えばＦｅ−Ｎｉ相）がそのマトリックス中に微
細分散させる条件でシャフト材に熱溶着させた。また、
大きな磁歪効果をもつ結晶粒を析出させることで高感度
とした。また、５〜１０μｍ程度の微細な磁歪相の結晶
とすることにより、磁気的異方性を小さくしたこと、そ
してマトリックスを形成する硬化相の存在により表面層
の剛性を高めたことにより、低ヒステリシス特性を実現
させた。本発明による磁歪相と硬化相よりなる複合相
は、感度を高めると共に、ヒステリシスの要因を一度に
解決できるため、高感度で低ヒステリシスのトルクセン
サの提供を可能とした。

【実施例】以下、本発明に係るトルクセンサ用磁歪膜お
よびその製造方法について、図面を参照しつつ詳細に説
明する。図１に示すように、本発明の一実施態様に係る
磁歪式トルクセンサ用検出体を有するシャフト２は、シ
ャフト２の表面に磁歪膜４が形成され、シャフト２に対
し磁歪膜４が強固に溶融接合されることにより、磁歪式
トルクセンサ用検出体６とされている。シャフト２に形
成された磁歪式トルクセンサ用検出体６は、シャフトの
軸心に対して相互に逆方向に約４５度の傾きで傾斜した
二列のスリット状パターンを有する。各パターンが形成
されたシャフト２の外周には、約２mm以上程度の隙間で
励磁コイル（図示せず）が配置してある。これら励磁コ
イルは、数ｋＨｚから数百ｋＨｚの交流電源（図示して
いない）に接続してある。このため、動力伝達軸として
のシャフト２の表面に形成された磁歪式トルクセンサ用
検出体６としての磁歪膜４，４には十分飽和する交流磁
界が与えられる。励磁コイルの周囲には、シャフトに形
成してある磁歪式トルクセンサ用検出体６の二列のパタ
ーンに対応して、検出コイル８，８が配置してある。検
出コイル８，８の一端同士は接続され、他端はそれぞれ
差動検出手段１０に接続してあり、磁歪式トルクセンサ
を構成している。磁歪式トルクセンサ用検出体６を、前
述したようにシャフトの軸心に対して相互に逆方向に約
４５度に傾く二列のスリット状パターンに形成すること
で、シャフトが一方向に回転した場合に、一方のパター
ンには圧縮応力が作用し、他方のパターンには引っ張り
応力が作用する。したがって、これらの応力に基づく透
磁率の変化の差を、磁歪式トルクセンサとしての検出コ
イル８，８および差動検出手段１０で測定することで、
シャフト２に作用するトルクを検出することができる。
差動検出手段としては、たとえば差動アンプが用いられ
る。なお、上記透磁率の変化の差は磁気ヘッドを用いて
検出してもよい。次に、本発明の一実施態様に係る磁歪
膜の製造方法について説明する。まず図２（Ａ）に示す
ようにシャフト２を準備する。シャフト２としては、特
に限定されないが、たとえばＳＮＣＭ４３９、ＹＨＤ５
０などが用いられる。このシャフト２は、まず洗浄され
る。シャフト２の洗浄後、図２（Ｂ）に示すように、シ
ャフト２の所定の軸方向所定位置外周に、トルクセンサ
用検出体を形成するための磁歪膜４を形成仮留めする。
形成仮留めする方法としては、予め原料を溶解して所定
の合金組成を有する磁歪材料のインゴットを形成しこれ
を粉砕して得られた磁歪材料粉末を用いてプラズマ溶射
等の溶射を行なうか、あるいは予め原料を溶解し急冷延
伸して所定の合金組成を有する磁歪材料の薄帯（リボ
ン）を形成しておき、これをシャフトに巻き付けて、ス
ポット溶接などで仮止めすること等により行なわれる
が、前者の方法が最終的に磁歪膜をシャフトにより強固
かつ均一に接合できるために望ましい。なお、このよう
に予め所定の合金組成を有する磁歪材料のインゴットあ
るいはリボンを作成しておくことで、磁歪膜の組成の均
一化が図られ、特に溶射法によった場合においても、各
成分の溶融温度の相違による合金組織のバラツキ、欠陥
の発生といった問題を回避できる。プラズマ溶射法は、
一般にはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ₂ 、Ｈ₂ 等のガスでプラズマを
発生させ、そのプラズマ中に被膜形成用の粉末を投入し
溶融させて基材の表面に吹き付けて被膜を形成するもの
であり、所望の層厚、例えば、２００〜３００μｍとな
るまで、必要に応じて溶射操作を繰り返す。なお、この
層厚は、検出磁束の侵入深さと後述するような熱処理後
の被膜の欠陥が少ない厚さ範囲から決まる。被膜が薄す
ぎると基材の影響が表われることになり出力特性の変動
をきたすこととなり、一方、被膜が厚すぎると溶射の厚
さとともに残留応力が発生し仕上げ後に最表面に欠陥が
でやすくなり歩留りの低下につながることから、上記の
範囲の層厚とすることが望まれる。リボンを巻き付ける
態様においても、前記したような層厚となるように巻き
付けられるが、操作性の上からリボンの膜厚は、たとえ
ば５０〜１００μｍ程度が好ましい。磁歪膜を形成する
磁歪材料としては、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｃｏ−Ｎｉ系、Ｆｅ
−Ａｌ系、希土類金属−Ｆｅ系、希土類金属−Ｃｏ系、
またはこれらの複合合金系、さらにはこれらの合金系に
Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属元素を１ないし
複数を含有してなる合金系に、ホウ化物、ホウ珪化物な
どの硬化相ができるようにＢ、Ｓｉなどの元素を添加し
てなるものが用いられる。このような磁歪材料として、
具体的には、Ｆｅ_xＢ_yＳｉ_z （ただし式中、x ＋y ＋z ＝１００、６５＜x ＜８０、
２０＜y ＋z ＜３５、２＜y ＜３３である。）、次の一
般式Ｆｅ_xＮｉ_yＭｏ_mＢ_n （ただし式中、x ＋y ＋m ＋n ＝１００、７０＜x ＋y
＜８０、３０＜x ＜５０、２０＜m ＋n ＜３０、２＜m
＜１０である。）、または次の一般式Ｆｅ_xＣｏ_yＢ_mＳｉ_n （ただし式中、x ＋y ＋m ＋n ＝１００、７５＜x ＋y
＜９０、５０＜x ＜８０、１０＜m ＋n ＜２５、９＜m
＜２４である。）なる組成のものが好ましいものとして
例示できる。次に、磁歪膜４を仮留めした状態のシャフ
ト２を、たとえば図３に示すような高周波溶融接合装置
１４を用いて、減圧条件下に熱処理する。この装置１４
は、シャフト２を収容する真空チャンバー１６を有し、
シャフト回転装置１８によりシャフト２が回転するよう
になっている。シャフト回転装置１８は、回転制御装置
２０により制御される。真空チャンバー１６内には、シ
ャフト２の外周を高周波加熱するためのコイル２２が設
置してある。また、真空チャンバー１６には、その内部
を高真空度に維持するためのターボ分子ポンプ２４、ロ
ータリポンプ２６、その他のポンプ２８、および各種制
御バルブが接続してある。コイル２２に印加される高周
波は、５０〜４００ｋＨｚ、たとえば１１０ｋＨｚであ
り、このコイル２２により加熱されるシャフト２の外周
温度は、パイロメータ３０などにより制御されるが、１
０５０〜１０９０℃程度が適当である。この加熱温度
は、仮留めされた磁歪材を、シャフト２の外周に拡散接
合させるために十分な温度であり、かつ前記したような
磁歪相と硬化相との複合組織を形成させる上から決定さ
れる。このような加熱温度とするために、前記周波数に
おいて、高周波パワーは０．５〜３ｋＷとされる。また
加熱時間は３〜６分程度が適当である。すなわち、加熱
時間が３分未満であると磁歪相と硬化相との複合組織が
発現せず、一方加熱時間が６分を越えるものであると硬
化相のマトリックス中に分散する磁歪相の粒径が大きく
なってしまい、磁気異方性が大きくなり、ヒステリシス
も大きくなってしまう虞れが大きいためである。また減
圧度としては、１０^-2〜１０^-5Ｔｏｒｒ、例えば１０^-3
Ｔｏｒｒ程度の真空状態である。なお、Ａｒ等の不活性
ガスを用いて雰囲気ガスを置換することも可能である。
さらに、シャフト２全周にわたりほぼ均一に処理を施す
ために、シャフトを１０〜５０ｒｐｍ程度で回転させ
る。このような熱処理により、磁歪膜４とシャフト２と
が強固かつ均一に拡散接合し、また少なくとも磁歪膜４
の表面部において、例えば図５に示すように、磁歪相
と、硬化相とからなる複合組織が形成される。なお、こ
の複合組織において、磁歪相は粒径５〜１０μｍ程度の
微細な組織であることが、磁気異方性が小さく、ヒステ
リシスを低下させる上で望まれる。また、この熱処理時
に、シャフト２から磁歪膜４へのシャフト材成分の拡散
が生じるが、熱処理時間が非常に短時間で行なわれるの
で、拡散は接合界面のみにおいて生じ、磁歪膜４の最表
面近くまで拡散してくることはないので、磁歪膜４の逆
磁歪特性を劣化させることはない。次に、図２（Ｃ）に
示すように、非晶質磁歪膜４の表面をシャフト２の外周
に沿って、相互に逆方向に軸心に対して約４５度の傾き
で傾斜した二列のスリット状パターンに加工し、トルク
センサ用検出体６，６を形成する。このようなパターン
は、いわゆるシェブロンパターンと称され、このパター
ンを形成するための手段としては、特に限定されない
が、転造などの機械加工法を用いる。このようにして形
成されたトルクセンサ用検出体６，６は、高感度でかつ
低ヒステリシスという優れた性能を有し、かつ非常に強
固にシャフト２に接合しており、また、耐熱性も十分な
ものであるために、特に自動車のエンジンのような高ト
ルク・高温などの過酷な使用環境においても応力−磁気
特性変換の感度および直線性は優れている。なお、本発
明は、上述した実施態様に限定されるものではなく、本
発明の範囲内で種々に改変することができる。たとえ
ば、磁歪膜において、磁歪相と硬化相とよりなる複合組
織を形成するための加熱方法としては、高周波誘導加熱
法に限らず、真空電気炉内加熱法などを用いることもで
きる。また硬化相は、必ずしも磁歪合金のホウ化物また
はホウ珪化物により構成する必要はなく、これ以外にも
例えば炭化物、窒化物により構成することが可能であ
る。次に、本発明のさらに具体的な実施例を、従来例お
よび比較例との対比において説明するが、本発明は、こ
れら実施例に限定されない。実施例組成Ｆｅ_40.0Ｎｉ_38.0Ｍｏ_3.8Ｂ_18.2（原子比）で平均
粒径３０μｍの合金粉を原料粉末として、直径７．３ｍ
ｍのＦｅ基シャフト（組成は原子比でＦｅ残；Ｍｎ13
％；Ｃｒ10％；Ｎｉ2.2 ％；Ｖ2.0 ％；Ｓｉ1.0 ％；Ｃ
0.6 ％）上に溶射法により厚さ３００μｍで幅３５ｍｍ
の溶射膜を作成した。溶射条件はプラズマ式溶射機で、
Ａｒガス流量４０リットル／ｍｉｎ、プラズマ入力パワ
ー５００Ａ×７０Ｖ、合金粉供給速度１８ｇ／ｍｉｎ、
試料（シャフト）回転速度６５０ｒｐｍ、プラズマトー
チ走査速度１．５ｃｍ／秒での走査の繰返してあった。
さらに高周波誘導加熱により、Ｆｅ基シャフト材と溶射
材の溶融接合を施した。溶融接合の条件は、以下のとお
りである。シャフト材表面温度：１０７０℃ 真空度：１０^-3Ｔｏｒｒ昇温時間：１０秒加熱時間：３〜６分周波数：１３０ｋＨｚパワー：０．８ｋＷシャフト回転速度：１０ｒｐｍ図４は本実施例による負荷トルク−出力特性を示す。ア
ンプのゲインを２０倍とした時の±１Ｎ・ｍの感度は９
８．７１ｍＶであり、ヒステリシスは０．９％であっ
た。図５は本実施例により作製した検出部（溶射膜部）
の断面組織を示す。５〜１０μｍ程度の微細な相（以下
ａ相）とマトリックス（以下ｂ相）の２相から成る組織
である。５０ｇｆのマイクロビッカーズ硬度計によりそ
れぞれの相の５ケ所ずつの硬度を測定したところ硬度の
平均値はａ相３７４に対しｂ相５６９であった。また、
電子線マイクロアナライザーによるそれぞれの相の組成
分析値を表１に示した。ａ相は、一般に磁歪効果の大き
いパーマロイといわれるＦｅ−Ｎｉ相であり、ｂ相は、
同じくＦｅ−Ｎｉ相を主成分とし、Ｍｏを含んでおり、
さらにＢが高濃度に含まれている。別途測定した磁歪相
の粉末Ｘ線回折により、磁歪相は、Ｆｅ−Ｎｉ相の他に
Ｍｏ₂ＦｅＢ₂相であることを明らかにした。従ってｂ
相は、ホウ化物相であるため大きい硬度となり、ａ相は
Ｂの濃度が０であるために小さい硬度になっていると考
えられる。これらのことより、ａは主に大きな磁歪効果
を示す相であり、ｂは磁歪効果も示すが主として表面層
の剛性を上げる相であるといえる。さらにａ相は５〜１
０μｍ程度の微細な組織であることから磁気異方性が小
さくなっていると考えられる。磁気異方性の小ささはヒ
ステリシスを小さくする。以上のことから、高い磁歪効
果をもつａ相の存在が感度の増大を発現させ、マトリッ
クスを形成する硬化相であるｂ相の存在そしてａ相の微
細な組織が、低ヒステリシス特性を発現させていること
が明らかである。このような微細な磁歪相を有する２相
構造の組織は特に溶融接合時の温度・時間条件によって
決まり、その範囲はシャフト材表面温度１０５０〜１０
９０℃、時間３〜６分のようであった。

【表１】従来例平均粒径３０μｍのＮｉ₅₀Ｆｅ₅₀（原子比）粉末を原料
として実施例と同一のＦｅ基シャフト材に溶射法により
３００μｍの厚膜を作製した。溶射条件はプラズマ式溶
射機で、Ａｒガス流量４３リットル／ｍｉｎ、プラズマ
入力パワー５００Ａ×７０Ｖ、合金粉供給速度２０ｇ／
ｍｉｎ、試料（シャフト）回転速度７００ｒｐｍ、プラ
ズマトーチ走査速度１．０ｃｍ／秒での走査を２０回繰
返すものである。さらに実施例と同じ高周波誘導加熱装
置を使用して溶融接合によりシャフト材と溶射材の接合
を行なった。溶融接合の条件は、以下のとおりである。シャフト材表面温度：１２５０℃ 真空度：１０^-3Ｔｏｒｒ加熱時間：３分３０秒周波数：１３０ｋＨｚパワー：２．５ｋＷシャフト回転速度：１０ｒｐｍ図６は従来例による負荷トルク−出力特性を示す。ゲイ
ン２０倍のアンプを通した後の出力は±１Ｎ・ｍで８
５．９７ｍＶと比較的感度は高いが、ヒステリシスは
５．８２％と大きい。図７は従来例により作製した検出
部（溶射膜部）の断面組織を示す。粒径が７〜８μｍ程
度の組織である。５０ｇｆのマイクロビッカーズ硬度計
により５ケ所測定した硬度の平均値は１５２であった。
また、電子線マイクロアナライザーによる組成分析値
は、表２のようにＦｅ：５０．４原子％、Ｎｉ：４９．
６原子％であった。従って、硬度が小さいので剛性が小
さくなり、ヒステリシスが大きくなったことが明らかで
ある。

【表２】比較例実施例で使用した組成Ｆｅ_40.0Ｎｉ_38.0Ｍｏ_3.8 Ｂ_18.2
（原子比）を合金粉末として原料粉末として、直径７．
３ｍｍのＦｅ基シャフトに実施例と同じ条件で溶射を行
った。さらに高周波誘導加熱により、Ｆｅ基シャフト材
と溶射材の溶融接合を施した。溶融接合の条件は、以下
の通りである。シャフト材表面温度：１１５０℃ 真空度：１０^-2Ｔｏｒｒ昇温時間：１０秒加熱時間：７分１０秒周波数：１３０ｋＨｚパワー：１．２ｋＷシャフト回転速度：１０ｒｐｍ図８は比較例による負荷トルク−出力特性を示す。アン
プのゲインを２０倍とした時の±１Ｎ・ｍの感度は９
１．７５ｍＶであり、ヒステリシスは２．７％であっ
た。図９は比較例により作製した検出部（溶射膜部）の
断面組織を示す。６０μｍ程度の粒（以下ｃ相）とマト
リックス（以下ｄ相）から成る組織である。５０ｇｆの
マイクロビッカーズ硬度計によるそれぞれの相の硬度の
平均値はｃ相３４４に対しｄ相５２５であった。また、
電子線マイクロアナライザーによるそれぞれの相の組成
分析値を表３に示した。実施例のａ相と同様にｃ相は、
磁歪効果の大きい相であり、またｄ相は実施例のｂ相と
同じく、磁歪効果を示すがＭｏ，Ｂを含む硬い相となっ
ている。しかしｃ相は６０μｍ程度の大きな粒子の組織
であることから、実施例よりも磁気異方性が大きく、そ
のためヒステリシスも大きくなったと考えられる。

【表３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、磁歪部を、例えば、磁歪材合金のホウ化物やホウ珪
化物などからなる硬化相をマトリックスとし、例えばＦ
ｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌなどの磁歪効果の大
きい相がそのマトリックス中に微細分散されてなる磁歪
膜を形成できるため、感度の向上とヒステリシスの低減
が同時に達成可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁歪式トルクセンサの概略構成図である。

【図２】本発明の一実施例に係る磁歪式トルクセンサ用
検出体を有するシャフトの製造方法を示す概略図であ
る。

【図３】本発明の一実施例で用いる高周波誘導加熱処理
装置の概略図である。

【図４】本発明の一実施例における負荷トルク−出力特
性を示すグラフである。

【図５】本発明の一実施例において作製した溶射膜部の
断面組織（金属組織）の顕微鏡写真である。

【図６】従来例における負荷トルク−出力特性を示すグ
ラフである。

【図７】従来例において作製した溶射膜部の断面組織
（金属組織）の顕微鏡写真である。

【図８】比較例における負荷トルク−出力特性を示すグ
ラフである。

【図９】比較例において作製した溶射膜部の断面組織
（金属組織）の顕微鏡写真である。

【符号の説明】

２… シャフト４… 磁歪膜６… 磁歪式トルクセンサ用検出体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸の表面に磁気歪効果を有する磁歪膜を
形成することで、軸に加えられたねじりトルクを検出す
る磁歪式トルクセンサに用いられる磁歪膜であって、前
記磁歪膜が、少なくともその表面部において、主として
磁歪効果を示す相と、主として硬さの効果を示す相とか
らなる複合組織を有することを特徴とするトルクセンサ
用磁歪膜。
【請求項２】前記磁歪効果を示す相が、Ｆｅ−Ｎｉ
系、Ｃｏ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ａｌ系、希土類金属−Ｆｅ
系、希土類金属−Ｃｏ系、およびこれらの複合合金系か
らなる群から選ばれてなるいずれかの磁歪合金、または
前記したいずれかの合金系にＭｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔａおよ
びＮｂからなる群から選ばれてなる１ないしそれ以上の
金属元素を含有してなる磁歪合金から構成される請求項
１に記載のトルクセンサ用磁歪膜。
【請求項３】前記硬さの効果を示す相が、前記磁歪合
金のホウ化物またはホウ珪化物より構成される請求項１
または２に記載のトルクセンサ用磁歪膜。
【請求項４】前記磁歪効果を示す相が、前記硬さの効
果を示す相よりなるマトリックス中に微分散された構造
を呈する請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサ
用磁歪膜。
【請求項５】前記磁歪効果を示す相が、直径５〜１０
μｍ程度の結晶粒として、前記硬さの効果を示す相より
なるマトリックス中に微分散された構造を呈する請求項
４に記載のトルクセンサ用磁歪膜。
【請求項６】軸の表面に磁気歪効果を有する磁歪膜を
形成することで、軸に加えられたねじりトルクを検出す
る磁歪式トルクセンサに用いられる磁歪膜の製造方法で
あって、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｃｏ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ａｌ系、希土類金
属−Ｆｅ系、希土類金属−Ｃｏ系、およびこれらの複合
合金系からなる群から選ばれてなる磁歪合金系、または
前記したいずれかの合金系にＭｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔａおよ
びＮｂからなる群から選ばれてなる１ないしそれ以上の
金属元素を含有してなる磁歪合金系に、Ｂおよび／また
はＳｉをさらに添加してなる組成を有する磁歪材料を、
軸表面に付着させ、次いで、前記軸表面に付着させた磁歪材料を加熱して、
前記磁歪材料を磁歪膜として軸表面に熱融着させると共
に、少なくともその表面部において、前記磁歪合金のホ
ウ化物やホウ珪化物からなる硬化相をマトリックスと
し、前記磁歪合金よりなる磁歪相がこれに微細分散され
てなる複合組織を形成することを特徴とするトルクセン
サ用磁歪膜の製造方法。
【請求項７】加熱が、軸表面温度１０５０〜１０９０
℃、加熱時間３〜６分程度の処理条件により、高周波誘
導加熱により行なわれる請求項６に記載のトルクセンサ
用磁歪膜の製造方法。