JPS62206421A - トルクセンサ - Google Patents
トルクセンサInfo
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- JPS62206421A JPS62206421A JP61048364A JP4836486A JPS62206421A JP S62206421 A JPS62206421 A JP S62206421A JP 61048364 A JP61048364 A JP 61048364A JP 4836486 A JP4836486 A JP 4836486A JP S62206421 A JPS62206421 A JP S62206421A
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- Japan
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- magnetic film
- rotating shaft
- torque
- torque sensor
- Prior art date
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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〕
本発明は、回転軸に加えられたトルクにより磁性膜の磁
気特性が変化することを利用してトルクを非接触検出す
るトルクセンサに係り、特に自動車、工作機械、ロボッ
トなどの回転軸のトルクを検出するのに好適なトルクセ
ンサに関する。
気特性が変化することを利用してトルクを非接触検出す
るトルクセンサに係り、特に自動車、工作機械、ロボッ
トなどの回転軸のトルクを検出するのに好適なトルクセ
ンサに関する。
回転軸にかかるトルクを正確に検出することが自動車を
はじめ、工作機械、ロボット等の技術の中に求められて
いる。この場合１回転軸に検出体が接触しない非接触方
式が適している。
はじめ、工作機械、ロボット等の技術の中に求められて
いる。この場合１回転軸に検出体が接触しない非接触方
式が適している。
非接触方式のトルクセンサとして、最近、回転軸として
磁性体を用いるか、或いは非磁性の回転軸に磁性体を取
付けるなどして、磁性体の回転ねじりによる磁気ひずみ
現象を測定することでトルクを検出するものが主流とな
ってきている。
磁性体を用いるか、或いは非磁性の回転軸に磁性体を取
付けるなどして、磁性体の回転ねじりによる磁気ひずみ
現象を測定することでトルクを検出するものが主流とな
ってきている。
自動車の駆動軸やハンドルのように数１０キログラム・
メートル以上のトルクがかかる部材においては、機械強
度面および材料コスト面より、回転軸の一部分にトルク
センサ用磁性体を貼り付けて使用している。回転軸にト
ルクがかかると長手方向に対して４５″の方向にひずみ
が発生するが、を 回転軸に貼り付けられた磁気ひずみ材料にミ４５゜の方
向にひずみが発生し、それが磁気的な異方性、つまり磁
束検出方向による透磁率の差？生じ、磁気ヘッドなどの
磁束検出器で、それを検出することによって回転軸にか
かったトルクを知ることができる。
メートル以上のトルクがかかる部材においては、機械強
度面および材料コスト面より、回転軸の一部分にトルク
センサ用磁性体を貼り付けて使用している。回転軸にト
ルクがかかると長手方向に対して４５″の方向にひずみ
が発生するが、を 回転軸に貼り付けられた磁気ひずみ材料にミ４５゜の方
向にひずみが発生し、それが磁気的な異方性、つまり磁
束検出方向による透磁率の差？生じ、磁気ヘッドなどの
磁束検出器で、それを検出することによって回転軸にか
かったトルクを知ることができる。
磁気ひずみを非接触検出する方法として、回転軸に対し
て、ソレノイドコイル状の励磁巻線と検出巻線を採用す
るものが最近、考案された。特開部分を覆うソレノイド
コイルのインダクタンスの変化で行う。ソレノイドコイ
ルには交流電流が流され、電流値、コイル巻数９周波数
などによって、回転軸に与えられたトルクに依存した電
気信号出力が得られる。
て、ソレノイドコイル状の励磁巻線と検出巻線を採用す
るものが最近、考案された。特開部分を覆うソレノイド
コイルのインダクタンスの変化で行う。ソレノイドコイ
ルには交流電流が流され、電流値、コイル巻数９周波数
などによって、回転軸に与えられたトルクに依存した電
気信号出力が得られる。
この方法は励磁用並びに検出用に回転軸と局部的に磁気
回路を構成する磁路を用いないことが特長であるが、こ
の場合には、回転軸に取付けられる磁性材料の選択が重
要となる。
回路を構成する磁路を用いないことが特長であるが、こ
の場合には、回転軸に取付けられる磁性材料の選択が重
要となる。
特開昭５９−６１７３１号公報では、かかる場合の磁性
材料としてアモルファス磁性合金薄膜を用いることを提
案している。
材料としてアモルファス磁性合金薄膜を用いることを提
案している。
本発明者らの研究によれば、アモルファス磁性合金の薄
帯は、ヒステリシスおよび熱的安定性に改善の余地があ
る。アモルファス合金以外に従来多用されてきた磁性材
料たとえば鉄系合金材料で磁歪係数が小さく、十分な出
力特性が得られない。
帯は、ヒステリシスおよび熱的安定性に改善の余地があ
る。アモルファス合金以外に従来多用されてきた磁性材
料たとえば鉄系合金材料で磁歪係数が小さく、十分な出
力特性が得られない。
磁区構造が制御されていない普通のニッケル系合金では
磁歪係数は大きいが、出力の再現性および熱的安定性が
得られない。
磁歪係数は大きいが、出力の再現性および熱的安定性が
得られない。
このようにソレノイドコイルを有する検出回路により磁
気ひずみを検出するトルクセンサは、適切な磁性材料が
見出されていないため感度および信頼性に欠けていた。
気ひずみを検出するトルクセンサは、適切な磁性材料が
見出されていないため感度および信頼性に欠けていた。
本発明の目的は、ソレノイドコイルを有する検出回路に
より磁気ひずみを検出するトルクセンサにおいて、高感
度かつ高信頼性を有するトルクセンサを提供するある。
より磁気ひずみを検出するトルクセンサにおいて、高感
度かつ高信頼性を有するトルクセンサを提供するある。
本発明は、非磁性回転軸の外周に、該回転軸の円周方向
を磁化容易軸とし軸方向を磁化困難軸とする車軸異方性
を有する磁性膜を設け、ソレノイルクを検出するように
したものである。
を磁化容易軸とし軸方向を磁化困難軸とする車軸異方性
を有する磁性膜を設け、ソレノイルクを検出するように
したものである。
本発明のトルクセンサにおける磁性膜の材料には、ひず
みに敏感な材料として一般に知られている磁性材料たと
えばニッケル、ニッケルと鉄の合金、ニッケルとコバル
トの合金、コバルトと鉄の合金、鉄とアルミニウムの合
金、鉄とニッケルとコバルトの合金などの結晶質材料お
よび鉄とニッケルとボロンとシリコンを含むアモルファ
ス合金などをいずれも用いることができる。
みに敏感な材料として一般に知られている磁性材料たと
えばニッケル、ニッケルと鉄の合金、ニッケルとコバル
トの合金、コバルトと鉄の合金、鉄とアルミニウムの合
金、鉄とニッケルとコバルトの合金などの結晶質材料お
よび鉄とニッケルとボロンとシリコンを含むアモルファ
ス合金などをいずれも用いることができる。
めっきにより作られた磁性膜は、ひずみに対する磁気感
応特性が非常に良好であり、磁性膜として最も好適であ
る。めっき磁性膜のなかでは、磁性材料として鉄とニッ
ケルの合金特にパーマロイを用いたもの脣最も好ましい
。磁界中めっきにより作製されたパーマロイの単軸異方
性膜は、１０２〜１０”Ｊ／ｒ＋（の範囲の大きさの異
方性が容易に得られ、磁性膜として最適である。
応特性が非常に良好であり、磁性膜として最も好適であ
る。めっき磁性膜のなかでは、磁性材料として鉄とニッ
ケルの合金特にパーマロイを用いたもの脣最も好ましい
。磁界中めっきにより作製されたパーマロイの単軸異方
性膜は、１０２〜１０”Ｊ／ｒ＋（の範囲の大きさの異
方性が容易に得られ、磁性膜として最適である。
磁気ひずみを検出するのに、従来とられてきた一般的な
方法は、非接触に配置されたコ字型の励磁用および検出
用磁心とトルクセンサ磁性材料で形成される磁気回路ブ
リッジによるものである。
方法は、非接触に配置されたコ字型の励磁用および検出
用磁心とトルクセンサ磁性材料で形成される磁気回路ブ
リッジによるものである。
この方法は、トルクセンサ磁性材料が均一であればすぐ
れた方法であるが、実際は非接触配置をとる励磁用磁心
および検出用磁心と回転軸上のトルクセンサ磁性体との
カップリングが完全な回転対称となし難いこと、回転軸
上のトルクセンサ磁性体に存在する局部的なむらなどの
ために出力の回転角によるゆらぎが避けられない。この
ような欠点を補うために検出センサを多極構造にするな
どの方策があるが、このような事柄は、コスト上昇につ
ながり実際的でない。
れた方法であるが、実際は非接触配置をとる励磁用磁心
および検出用磁心と回転軸上のトルクセンサ磁性体との
カップリングが完全な回転対称となし難いこと、回転軸
上のトルクセンサ磁性体に存在する局部的なむらなどの
ために出力の回転角によるゆらぎが避けられない。この
ような欠点を補うために検出センサを多極構造にするな
どの方策があるが、このような事柄は、コスト上昇につ
ながり実際的でない。
先に述べたソレノイドコイルを検出回路に用いる方式に
よれば、これらの欠点を解消することができる。
よれば、これらの欠点を解消することができる。
回転軸の磁気ひずみ現象をソレノイド状の励磁巻線と検
出巻線で検出する方式の磁歪リング型のトルクセンサに
おいて回転軸に要求される主な事項を挙げると次の通り
である。
出巻線で検出する方式の磁歪リング型のトルクセンサに
おいて回転軸に要求される主な事項を挙げると次の通り
である。
（１）感度が高いこと。感度に対して磁気ひずみ材料の
磁歪係数と磁区構造が関係する。また、磁気ひずみ材料
の動作磁束のレベルが関係する。
磁歪係数と磁区構造が関係する。また、磁気ひずみ材料
の動作磁束のレベルが関係する。
更に、励磁周波数を最適化することによって磁気ひずみ
感度を高めることができるので、これらを選択すること
が大切となる。
感度を高めることができるので、これらを選択すること
が大切となる。
（２）ヒステリシスが小さいこと。このために外部から
の応力に対して磁化が可逆的に変化することが要求され
る。コイルによる励磁で、たとえば−軸異方性を有する
磁性材料を困難軸方向に励磁する場合などはヒステリシ
スが小さいことが知られている。
の応力に対して磁化が可逆的に変化することが要求され
る。コイルによる励磁で、たとえば−軸異方性を有する
磁性材料を困難軸方向に励磁する場合などはヒステリシ
スが小さいことが知られている。
（３）温度変化の小さいこと。磁気ひずみ材料の磁気特
性の温度依存性が関係するので、熱的に安定な磁性材料
が必要である。
性の温度依存性が関係するので、熱的に安定な磁性材料
が必要である。
単軸異方性を有する磁性膜特にめっきにより作製した磁
性膜は、前記３つの事項を具備することがわかった。
性膜は、前記３つの事項を具備することがわかった。
非磁性回転軸の外周に、回転軸の円周方向を磁化容易軸
とし軸方向を磁化困難軸とする単軸異方性を有する磁性
膜を設けることにより、磁気ひずみに対する感受性が高
まり、かつ可逆回転磁化に適した車軸異方性膜となる。
とし軸方向を磁化困難軸とする単軸異方性を有する磁性
膜を設けることにより、磁気ひずみに対する感受性が高
まり、かつ可逆回転磁化に適した車軸異方性膜となる。
この結果、トルクと電気信号出力の関係、特にトルクを
くり返し与えたときの出力変化を小さくでき、トルク検
出感度の向上、温度を含む使用環境に対しての信頼性の
向上など多くの効果が得られる。また磁気的にすぐれた
単軸異方性膜を使用することにより、トルクセンサとし
ての入出力回路はホイートストンブリッジ型の回路を採
用することができ、安価で大きな出力が得られる。すな
わち、単軸異方性磁性膜を使用することにより、好都合
の回路方式としてホイートストンブリッジ型の回路が採
用され非接触型のトルクセンサとして、従来のものに比
べて著しく構成が簡単で、高感度化を実現できる。
くり返し与えたときの出力変化を小さくでき、トルク検
出感度の向上、温度を含む使用環境に対しての信頼性の
向上など多くの効果が得られる。また磁気的にすぐれた
単軸異方性膜を使用することにより、トルクセンサとし
ての入出力回路はホイートストンブリッジ型の回路を採
用することができ、安価で大きな出力が得られる。すな
わち、単軸異方性磁性膜を使用することにより、好都合
の回路方式としてホイートストンブリッジ型の回路が採
用され非接触型のトルクセンサとして、従来のものに比
べて著しく構成が簡単で、高感度化を実現できる。
ひずみに感応する磁性膜のめつき基台となり、鋼を切削
、研摩、洗浄し、めっき前処理を行ってから、スルファ
ミン酸塩などを用いためつき液で厚さ１０ミクロンメー
トル程度の磁性合金をその上にめっきする。この場合、
めっき液組成、めっき電流、めっき温度、めつき槽中に
おける被めっき物の設置、めっき時の印加磁界などの条
件により、結晶粒度、転位密度、内部応力、電着繊維構
造、−軸性磁気異方性を用途に合わせる。
、研摩、洗浄し、めっき前処理を行ってから、スルファ
ミン酸塩などを用いためつき液で厚さ１０ミクロンメー
トル程度の磁性合金をその上にめっきする。この場合、
めっき液組成、めっき電流、めっき温度、めつき槽中に
おける被めっき物の設置、めっき時の印加磁界などの条
件により、結晶粒度、転位密度、内部応力、電着繊維構
造、−軸性磁気異方性を用途に合わせる。
次いで、非磁性不銹鋼とめつき磁性膜の界面の整合と合
金化およびめっき膜の残留応力の緩和のために熱処理を
行う。これにより、基台である不銹鋼とめつき磁性膜の
密着は完全となり、くり返しの回転応力に対して剥離す
ることはなくなるとともに、めっき膜に残留する内部応
力は低減し、ひずみに対する磁気感応特性が良好となる
。
金化およびめっき膜の残留応力の緩和のために熱処理を
行う。これにより、基台である不銹鋼とめつき磁性膜の
密着は完全となり、くり返しの回転応力に対して剥離す
ることはなくなるとともに、めっき膜に残留する内部応
力は低減し、ひずみに対する磁気感応特性が良好となる
。
次に、耐湿などの環境条件を考慮して、磁性めっき膜の
上に保護膜を塗布する。これに対して、たとえば、ポリ
イミド系などの樹脂コーテングが有効である。
上に保護膜を塗布する。これに対して、たとえば、ポリ
イミド系などの樹脂コーテングが有効である。
）以下、本発明の一実施例を説明する。
実施例−１
第１図は実験に用いた磁性合金めっき膜作製のための装
置の概略図である。１はめつき槽、２はめつき液の循環
方向、３はめつき液貯槽、４は温度コントローラ、５は
ポンプ、６はフィルタ、７は流量計である。８はめつき
される陰極で、試料となるステンレス管である。９は８
を取囲むように配置された陽極で、ニッケル板である。
置の概略図である。１はめつき槽、２はめつき液の循環
方向、３はめつき液貯槽、４は温度コントローラ、５は
ポンプ、６はフィルタ、７は流量計である。８はめつき
される陰極で、試料となるステンレス管である。９は８
を取囲むように配置された陽極で、ニッケル板である。
１０は被めっき物であるステンレス管８を回転する歯車
であり、１１はモータである。１２はステンレス管の部
分に円周方向の磁界を発生するための通電用導体で、銅
棒である。磁性合金めっきはステンレス管の円周方向に
磁界を与えながら、かつ、その方向の回転を与えながら
電気めっきによって作製される。
であり、１１はモータである。１２はステンレス管の部
分に円周方向の磁界を発生するための通電用導体で、銅
棒である。磁性合金めっきはステンレス管の円周方向に
磁界を与えながら、かつ、その方向の回転を与えながら
電気めっきによって作製される。
外径２０ ｍｍ 、内径１２ｍｎ、長さ１００＋＋＋ｎ
＋のステンレス管（材質ＪＩＳ規格５ＵＳ３２）の外表
面て゛。
＋のステンレス管（材質ＪＩＳ規格５ＵＳ３２）の外表
面て゛。
を機械加工によって平滑に仕上げ、その後にアルカリ脱
脂洗浄液に浸漬し、続いて第１図に示す横型のめつき槽
でステンレス管に回転を与えながら磁性合金を電気めっ
きした。使用しためつき液を第１表に示す。
脂洗浄液に浸漬し、続いて第１図に示す横型のめつき槽
でステンレス管に回転を与えながら磁性合金を電気めっ
きした。使用しためつき液を第１表に示す。
第１表 めっき液組成
めっき条件としては、電流密度５ Ａ／ ｄ ｒｒｌ’
、液温５０℃、また、ステンレス管の円周方向に磁界強
さ８００ＡＴを印加した。めっき時、ステンレス管を３
０ｒｐｍで回転し、厚さ０．０１１１１１１？膜の平均
組成はニッケル７０重量％、鉄３０重量％のＮ ｉ −
Ｆ ｅ合金膜を得た。めっきのままの結晶粒径は約２０
０人、転位密度は約１０”／ｄ、内部応力は約２００
Ｍ Ｐ ａであった。
、液温５０℃、また、ステンレス管の円周方向に磁界強
さ８００ＡＴを印加した。めっき時、ステンレス管を３
０ｒｐｍで回転し、厚さ０．０１１１１１１？膜の平均
組成はニッケル７０重量％、鉄３０重量％のＮ ｉ −
Ｆ ｅ合金膜を得た。めっきのままの結晶粒径は約２０
０人、転位密度は約１０”／ｄ、内部応力は約２００
Ｍ Ｐ ａであった。
次に、これを水素雰囲気中で４００℃×３０分の熱処理
を行った。熱処理後のＮ ｉ −Ｆ ｅ合金膜、二、〆 果では、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜は結晶の（１１１）面を表面
とするような繊維構造を有し、その集積度は約８０％で
あった。
を行った。熱処理後のＮ ｉ −Ｆ ｅ合金膜、二、〆 果では、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜は結晶の（１１１）面を表面
とするような繊維構造を有し、その集積度は約８０％で
あった。
以上のようにして作製したステンレス管表面にめっきし
たＮ ｉ −Ｆ ｓ合金膜の磁気的性質および膜の密着
性を調べた。管の円周方向にＯつで磁化したときと管の
長手方向に沿って磁化したときの直流磁化曲線を第２図
に示す。円周方向のＢ ｇｏ。
たＮ ｉ −Ｆ ｓ合金膜の磁気的性質および膜の密着
性を調べた。管の円周方向にＯつで磁化したときと管の
長手方向に沿って磁化したときの直流磁化曲線を第２図
に示す。円周方向のＢ ｇｏ。
（Ｈ＝８００Ａ／ｍにおける磁束密度）は１．０テスラ
、保磁力Ｈｃは４００ Ａ ／ ｍ 、角型比Ｂｒ／
Ｂ ｍは０．９６である。管の長手方向のＢ ｇｏ。
、保磁力Ｈｃは４００ Ａ ／ ｍ 、角型比Ｂｒ／
Ｂ ｍは０．９６である。管の長手方向のＢ ｇｏ。
は０．９テスラ、Ｈｃは１５Ａ／ｍ、Ｂｒ／Ｂｍは０．
０６である。このように円周方向を容易軸とする単軸異
方性を有する磁性膜である。
０６である。このように円周方向を容易軸とする単軸異
方性を有する磁性膜である。
次に、ステンレス管とめつき磁性膜の密着性を評価する
ために、ステンレス管の一端を固定し、他端に回転力を
与えて、最大トルク２ＯＮ−ｍを１０６回くり返し加え
たが、めっき磁性膜の剥離やひび割れは全くみられなか
った。
ために、ステンレス管の一端を固定し、他端に回転力を
与えて、最大トルク２ＯＮ−ｍを１０６回くり返し加え
たが、めっき磁性膜の剥離やひび割れは全くみられなか
った。
）最後に、ソレノイドコイルでステンレス管の長手方向
に磁化し、試料であるステンレス管にトルクを与えて、
その上にめっきした磁性膜に捩りひずみを与えたときの
透磁率を測定した。代表的な特性として、励磁周波数１
００ ｋ Ｈｚ、励磁振幅８０Ａ／ｍでの印加トルクと
比透磁率の関係を第３図に示す。トル゛りなしでは比透
磁率は９００であるが、印加トルクにほぼ比例して比透
磁率は減少し、トルク３ＯＮ−ｍを与えたときの比透磁
率は３００であった。このようにトルクに感応して比透
磁率が顕著に変化し、かつ、その変化率は従来の磁性材
料に比して格段に大きいのですぐれた磁気ひずみトルク
センサ材料として本実験のＮｉ−Ｆ ｅ合金めつき膜は
格好のものと云うことができる。
に磁化し、試料であるステンレス管にトルクを与えて、
その上にめっきした磁性膜に捩りひずみを与えたときの
透磁率を測定した。代表的な特性として、励磁周波数１
００ ｋ Ｈｚ、励磁振幅８０Ａ／ｍでの印加トルクと
比透磁率の関係を第３図に示す。トル゛りなしでは比透
磁率は９００であるが、印加トルクにほぼ比例して比透
磁率は減少し、トルク３ＯＮ−ｍを与えたときの比透磁
率は３００であった。このようにトルクに感応して比透
磁率が顕著に変化し、かつ、その変化率は従来の磁性材
料に比して格段に大きいのですぐれた磁気ひずみトルク
センサ材料として本実験のＮｉ−Ｆ ｅ合金めつき膜は
格好のものと云うことができる。
実施例−２
外径２０１ｍ１のステンレス管の表面に厚さ０．０１ｎ
ｙｎのＮ ｉ −Ｆ ｅ合金磁性膜を幅７０ｍｍのリン
グ状に部分めっきした。めっき槽、めっき液、めっき条
件、めっき時の磁界印加などは実施例−１に述べたもの
と同じである。次いで熱処理および表面の保護コーテン
グを施した。このようにして作製した磁性膜の磁区構造
はステンレス管の円周方向と１８０°磁区の方向とが一
致し、ステンレス管の長手方向を磁化困難軸とするよう
な単軸異方性を有するものであった。このような試料を
以下の実験に供した。
ｙｎのＮ ｉ −Ｆ ｅ合金磁性膜を幅７０ｍｍのリン
グ状に部分めっきした。めっき槽、めっき液、めっき条
件、めっき時の磁界印加などは実施例−１に述べたもの
と同じである。次いで熱処理および表面の保護コーテン
グを施した。このようにして作製した磁性膜の磁区構造
はステンレス管の円周方向と１８０°磁区の方向とが一
致し、ステンレス管の長手方向を磁化困難軸とするよう
な単軸異方性を有するものであった。このような試料を
以下の実験に供した。
試料であるステンレス管とコイルの位置関係を第４図に
示す。ソレノイドコイルＣ１とＣ２はめつきが施されて
いる部分に、ソレノイドコイルＣ８とＣ４はめっきが施
されていない部分においた。各ソレノイドコイルは同一
寸法、同じ巻数とした。ソレノイドコイルの仕様を表に
示す。
示す。ソレノイドコイルＣ１とＣ２はめつきが施されて
いる部分に、ソレノイドコイルＣ８とＣ４はめっきが施
されていない部分においた。各ソレノイドコイルは同一
寸法、同じ巻数とした。ソレノイドコイルの仕様を表に
示す。
これら４ケのソレノイドコイルを第５図に示すようなブ
リッヂ回路に組み、試料に捩り応力を与えたときの出力
電圧を測定した。入力回路には、表 ソレノイドコイル
の仕様 １００ ｋ Ｈｚ、正弦波の定電流電源を用い、出力電
圧は実効値電圧で測定した。第６図にトルクと出力電圧
の関係を示す。出力電圧はトルク零のとき最大で、トル
クを増すとほぼそれに比例して出力電圧は低下する。出
力電圧は増幅器なしで８０ｍ Ｖ ／ Ｎ ｍ程度の変
化を持ちトルクセンサ出力として他の方法に比べて何ら
遜色がない。トルク−電圧特性の再現性も十分に良好で
、非接触型のトルクセンサとして、従来のものに比べて
著しく構成が簡単で、高感度、かつ、高出力を実現した
ので、その実用上の効果は大きい。
リッヂ回路に組み、試料に捩り応力を与えたときの出力
電圧を測定した。入力回路には、表 ソレノイドコイル
の仕様 １００ ｋ Ｈｚ、正弦波の定電流電源を用い、出力電
圧は実効値電圧で測定した。第６図にトルクと出力電圧
の関係を示す。出力電圧はトルク零のとき最大で、トル
クを増すとほぼそれに比例して出力電圧は低下する。出
力電圧は増幅器なしで８０ｍ Ｖ ／ Ｎ ｍ程度の変
化を持ちトルクセンサ出力として他の方法に比べて何ら
遜色がない。トルク−電圧特性の再現性も十分に良好で
、非接触型のトルクセンサとして、従来のものに比べて
著しく構成が簡単で、高感度、かつ、高出力を実現した
ので、その実用上の効果は大きい。
本発明において、磁性膜の磁化容易軸を円周方向から軸
方向へ僅かに傾けることは非常に好ましい。傾ける範囲
は１０″±５″特に１０°近辺にすることが好ましい。
方向へ僅かに傾けることは非常に好ましい。傾ける範囲
は１０″±５″特に１０°近辺にすることが好ましい。
以下、この理由について説明する。
磁化容易方向を傾ける角度は、めっき磁性膜が本来的に
有する磁気異方性Ｋｉの大きさと回転トルクによって誘
起される磁気的異方性にσの大きさによって決められる
。以下、これらの関係を数式を用いて説明する。
有する磁気異方性Ｋｉの大きさと回転トルクによって誘
起される磁気的異方性にσの大きさによって決められる
。以下、これらの関係を数式を用いて説明する。
可逆回転磁化の理論が示すように、単軸異方性Ｋｕを有
する磁性体が磁界Ｈと角度θＯに置かれると、自発磁化
Ｂｓは回転し、角度θに落ち着く。
する磁性体が磁界Ｈと角度θＯに置かれると、自発磁化
Ｂｓは回転し、角度θに落ち着く。
励磁界Ｈが十分小さいならばふれ角へ〇＝００−〇は
Ｋｕ
であるから、Ｂ＝Ｂｓｃｏｓθの関係より、下記（２）
式が得られる。
式が得られる。
（ｓｔｒｅｓｓ １ｎｄｕｃｅｄ）のベクトル和であっ
て、（３）式第７図に示すように、非磁性パイプ３０と
磁歪リング材３１すなわち磁性膜の密着が完全であると
し、かつ、磁歪リング材の厚さはパイプ肉厚に比べて十
分小さいとすると、トルクＴによる応力誘起異方性にσ
は、磁歪リング材の磁歪係数をλとすると である。ここで、ｄｌ 、ｄｌはパイプの内径と外径、
ＧＲ，ＧＰは磁性リング材とパイプ材の剛、性率である
。磁気式トルクセンサにおいて、ＫσはＩ Ｘ １０２
〜ｌＸ１０’Ｊ／イが適する。何故ならば、ＫσはＫｕ
に影響し、それは（２）式に示すようにμｍに関係する
ためである。
て、（３）式第７図に示すように、非磁性パイプ３０と
磁歪リング材３１すなわち磁性膜の密着が完全であると
し、かつ、磁歪リング材の厚さはパイプ肉厚に比べて十
分小さいとすると、トルクＴによる応力誘起異方性にσ
は、磁歪リング材の磁歪係数をλとすると である。ここで、ｄｌ 、ｄｌはパイプの内径と外径、
ＧＲ，ＧＰは磁性リング材とパイプ材の剛、性率である
。磁気式トルクセンサにおいて、ＫσはＩ Ｘ １０２
〜ｌＸ１０’Ｊ／イが適する。何故ならば、ＫσはＫｕ
に影響し、それは（２）式に示すようにμｍに関係する
ためである。
（３）式に示したようにＫｕは応力誘起異方性にσと磁
性膜が作られたときに本来的に有する単軸異方性Ｋｔ
の和である。Ｋσの方向はパイプの円周方向に対して４
５″であるから、いま、Ｋｌ を円周方向からα０だけ
傾けると、 したがって、 鉄・ニッケルめっき磁性膜で本来的に異方性を付与する
方法は、磁界中めっき、めっき基台あるいはめつき膜の
切りみぞなどの方法が有効である。
性膜が作られたときに本来的に有する単軸異方性Ｋｔ
の和である。Ｋσの方向はパイプの円周方向に対して４
５″であるから、いま、Ｋｌ を円周方向からα０だけ
傾けると、 したがって、 鉄・ニッケルめっき磁性膜で本来的に異方性を付与する
方法は、磁界中めっき、めっき基台あるいはめつき膜の
切りみぞなどの方法が有効である。
これらの方法によりに１は２ Ｘ １０”〜２Ｘ１０８
Ｊ ／ ｒｒｒとすることができる。
Ｊ ／ ｒｒｒとすることができる。
（７）式におけるμｍとにσの関係で、Ｋ１とｓｉｎα
を最適化することによってにσの正の領域から負の領
域で一義的となる。具体的数値例として、ｌ Ｋｉ Ｉ
＝１０ Ｘ １０”Ｊ／ｒｒｒ、 ａ＝ １０°（ｓｉ
ｎ＋ α＝０．１７４）、にσ＝−５Ｘ１０”〜４５×１０”
Ｊ／ｒｒｒでは、Ｋｕとにσの関係は一義的である。
を最適化することによってにσの正の領域から負の領
域で一義的となる。具体的数値例として、ｌ Ｋｉ Ｉ
＝１０ Ｘ １０”Ｊ／ｒｒｒ、 ａ＝ １０°（ｓｉ
ｎ＋ α＝０．１７４）、にσ＝−５Ｘ１０”〜４５×１０”
Ｊ／ｒｒｒでは、Ｋｕとにσの関係は一義的である。
以上の検討かられかるように、Ｋｌ に適当な角度付け
を行うことにより正逆のトルクに対して、磁性膜を透磁
率は一義的となる。すなわち、透磁率の変化を検出する
ことにより、正逆を含むトルクが検出できることになる
。この角度として１０’±５°が適する。
を行うことにより正逆のトルクに対して、磁性膜を透磁
率は一義的となる。すなわち、透磁率の変化を検出する
ことにより、正逆を含むトルクが検出できることになる
。この角度として１０’±５°が適する。
トルクの検出は回転軸上のめつき磁性膜部分を蔽うソレ
ノイドコイルのインダクタンスの変化で行う。入出力回
路はホイートストンブリッジ型の回路を採用することが
でき、ソレノイドコイルには交流電流が流され、電流値
、コイル巻数２周波数などによって、回転軸に与えられ
たトルクに依存した電気信号出力が得られる。
ノイドコイルのインダクタンスの変化で行う。入出力回
路はホイートストンブリッジ型の回路を採用することが
でき、ソレノイドコイルには交流電流が流され、電流値
、コイル巻数２周波数などによって、回転軸に与えられ
たトルクに依存した電気信号出力が得られる。
非磁性不銹鋼の回転軸上に適当な大きさの本来的な単軸
異方性と応力誘起異方性を有する鉄・ニッケル系合金の
磁性膜を設け、トルクによる透磁率の変化をソレノイド
状のコイルで可逆回転磁化範囲で検出することにより、
トルクと電気信号出力の一義的な関係、特にトルクをく
り返し与えたときの出力変化が小さく、トルク検出感度
の向上など多くの点ですぐれた磁気式トルクセンサを可
能とする。これは非接触型のトルクセンサとして、従来
のものに比べて著しく構成が簡単であるのが本発明のト
ルクセンサである。
異方性と応力誘起異方性を有する鉄・ニッケル系合金の
磁性膜を設け、トルクによる透磁率の変化をソレノイド
状のコイルで可逆回転磁化範囲で検出することにより、
トルクと電気信号出力の一義的な関係、特にトルクをく
り返し与えたときの出力変化が小さく、トルク検出感度
の向上など多くの点ですぐれた磁気式トルクセンサを可
能とする。これは非接触型のトルクセンサとして、従来
のものに比べて著しく構成が簡単であるのが本発明のト
ルクセンサである。
以上説明した通り、本発明によれば磁気ひずみの検出感
度を高め、かつ熱的安定性のすぐれた信頼性の高いトル
クセンサが得られる。しかもホイーストンブリッジ型の
検出回路を用いることができるので、検出方法も簡便に
なる。
度を高め、かつ熱的安定性のすぐれた信頼性の高いトル
クセンサが得られる。しかもホイーストンブリッジ型の
検出回路を用いることができるので、検出方法も簡便に
なる。
第１図はめつき磁性膜作製装置の概略構成図、第２図は
本発明の一実施例によるトルクセンサの直流磁化曲線図
、第３図は本発明の一実施例によるトルクセンサの透磁
率とトルクの関係を示す特性図、第４図は本発明の一実
施例によるトルクセンサの配置構成図、第５図は本発明
のトルクセンサの検出回路の一実施例を示す回路図、第
６図はトルクと出力電圧との関係を示す特性図、第７図
はトルクセンサの他の例を示す斜視図である。 ２０・・・ステンレス管（回転軸）、２１・・・磁性膜
。
本発明の一実施例によるトルクセンサの直流磁化曲線図
、第３図は本発明の一実施例によるトルクセンサの透磁
率とトルクの関係を示す特性図、第４図は本発明の一実
施例によるトルクセンサの配置構成図、第５図は本発明
のトルクセンサの検出回路の一実施例を示す回路図、第
６図はトルクと出力電圧との関係を示す特性図、第７図
はトルクセンサの他の例を示す斜視図である。 ２０・・・ステンレス管（回転軸）、２１・・・磁性膜
。
Claims (7)
- １．非磁性回転軸の外周に磁性膜を設け、該磁性膜の磁
気特性の変化をソレノイドコイルを有する検出回路によ
り非接触検出することにより前記回転軸に加わるトルク
を検出するトルクセンサにおいて、前記磁性膜が前記回
転軸の円周方向を磁化容易軸とし軸方向を磁化困難軸と
する単軸異方性を有することを特徴とするトルクセンサ
。 - ２．特許請求の範囲第１項において、前記磁性膜がめつ
き膜よりなることを特徴とするトルクセンサ。 - ３．特許請求の範囲第２項において、前記磁性膜の材料
が鉄とニッケルの合金よりなることを特徴とするトルク
センサ。 - ４．特許請求の範囲第３項において、前記磁性膜が残留
応力除去熱処理されためつき膜よりなることを特徴とす
るトルクセンサ。 - ５．特許請求の範囲第１項において、前記回転軸の円周
方向から軸方向へ１０度±５度傾いた方向に前記磁性膜
の磁化容易軸を有することを特徴とするトルクセンサ。 - ６．非磁性回転軸の外周に磁性膜を設け、該磁性膜の磁
気特性の変化をソレノイドコイルを有する検出回路によ
り非接触検出することにより前記回転軸に加わるトルク
を検出するトルクセンサにおいて、前記磁性膜が前記回
転軸の円周方向を磁化容易軸とし軸方向を磁化困難軸と
する単軸異方性を有し、前記検出回路がホイーストンブ
リッジ型の検出回路よりなることを特徴とするトルクセ
ンサ。 - ７．特許請求の範囲第６項において、前記ホイーストン
ブリッジ型の検出回路が、前記磁性膜を覆う２つのソレ
ノイドコイルと前記磁性膜から離れた位置の２つのソレ
ノイドコイルを含むことを特徴とするトルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61048364A JPS62206421A (ja) | 1986-03-07 | 1986-03-07 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61048364A JPS62206421A (ja) | 1986-03-07 | 1986-03-07 | トルクセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62206421A true JPS62206421A (ja) | 1987-09-10 |
| JPH0523612B2 JPH0523612B2 (ja) | 1993-04-05 |
Family
ID=12801290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61048364A Granted JPS62206421A (ja) | 1986-03-07 | 1986-03-07 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62206421A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4972727A (en) * | 1987-12-28 | 1990-11-27 | Kubota Ltd. | Torque measure device |
| US4989460A (en) * | 1987-12-26 | 1991-02-05 | Nissan Motor Company, Limited | Magnetostriction type torque sensor with temperature dependent error compensation |
| JP2007093244A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサと電動ステアリング装置 |
| JP2008026160A (ja) * | 2006-07-21 | 2008-02-07 | Toshiba Corp | 磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法 |
| US7363827B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-04-29 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Torque sensor system including an elliptically magnetized shaft |
| US7469604B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-12-30 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7151972B2 (ja) * | 2019-03-07 | 2022-10-12 | 多摩川精機株式会社 | 磁歪式トルクセンサの製造方法及び磁歪式トルクセンサ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59164932A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-18 | Aisin Seiki Co Ltd | トルク検出器 |
-
1986
- 1986-03-07 JP JP61048364A patent/JPS62206421A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59164932A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-18 | Aisin Seiki Co Ltd | トルク検出器 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4989460A (en) * | 1987-12-26 | 1991-02-05 | Nissan Motor Company, Limited | Magnetostriction type torque sensor with temperature dependent error compensation |
| US4972727A (en) * | 1987-12-28 | 1990-11-27 | Kubota Ltd. | Torque measure device |
| JP2007093244A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサと電動ステアリング装置 |
| US7363827B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-04-29 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Torque sensor system including an elliptically magnetized shaft |
| US7469604B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-12-30 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
| US7895906B2 (en) | 2005-10-21 | 2011-03-01 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
| US8001850B2 (en) | 2005-10-21 | 2011-08-23 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
| JP2008026160A (ja) * | 2006-07-21 | 2008-02-07 | Toshiba Corp | 磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0523612B2 (ja) | 1993-04-05 |
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