JPS6316238A - トルクセンサ - Google Patents
トルクセンサInfo
- Publication number
- JPS6316238A JPS6316238A JP15977186A JP15977186A JPS6316238A JP S6316238 A JPS6316238 A JP S6316238A JP 15977186 A JP15977186 A JP 15977186A JP 15977186 A JP15977186 A JP 15977186A JP S6316238 A JPS6316238 A JP S6316238A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- magnetic
- transmission shaft
- magnetic metal
- metal ribbon
- Prior art date
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- Pending
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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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は非接触でトルクを検出するトルクセンサに関わ
る。
る。
（従来の技術）
トルクは回転駆動系の制御を行なう際の基本量の一つで
ある。トルクを精密に検出するためには、その検出機構
が非接触方式であることが必要である。
ある。トルクを精密に検出するためには、その検出機構
が非接触方式であることが必要である。
近年、上述したような非接触方式のトルクセンサとして
アモルファス磁性合金の薄帯を利用したものが提案され
ている（心気学会マグネティックうなものである。第ψ
図において、トルクを検出すべき回転軸、すなわちトル
ク伝達軸１にはアモルファス磁性合金から形成された環
状磁心２が巻回されて固定されている。この環状磁心２
には予めその周方向３に対して角度θの傾き方向に誘導
磁気異方性ＫＵ’４が付与されている。なお、前記環状
磁心２の周囲には例えば図示しない検出コイルが近接し
て配設されており、更ｌここの検出コイルは図示しない
検出回路に接続されている。
アモルファス磁性合金の薄帯を利用したものが提案され
ている（心気学会マグネティックうなものである。第ψ
図において、トルクを検出すべき回転軸、すなわちトル
ク伝達軸１にはアモルファス磁性合金から形成された環
状磁心２が巻回されて固定されている。この環状磁心２
には予めその周方向３に対して角度θの傾き方向に誘導
磁気異方性ＫＵ’４が付与されている。なお、前記環状
磁心２の周囲には例えば図示しない検出コイルが近接し
て配設されており、更ｌここの検出コイルは図示しない
検出回路に接続されている。
上記トルクセンサの原理を概略的に説明する。
ここで、説明を簡単にするためにθ〉４５°、飽和磁歪
定数λ３＞Ｏとする。いま、トルク伝達軸ｌにトルク５
が加わると、トルク伝達軸ｌに発生したひずみ応力が環
状磁心２に伝達され、環状磁心２には＋４５°の方向に
張力σが、 −４５，’の方向に圧縮応カークがそれぞ
れ発生する。これに伴い、環状磁心２には磁気ひずみ効
果により＋４５°の方向に誘導磁気異方性Ｋｕ″５（Ｋ
ｕ“＝３λＳ・σ）が誘導される。この結果、Ｋｕ’と
Ｋｕ″の合成として誘導磁気異方性はＫｕ７へ変化する
。一般に、磁性体の透磁率は励磁方向に対する誘導磁気
異方性の方向によって変化する。したがうて、環状磁心
２の誘導磁気異方性の方向の変化に伴う透磁率の変化を
、例えば検出コイル及びこれに接続された検出回路によ
り電圧の変化として測定することができ、その値からト
ルク伝達軸ｌに加えられたトルク５を検出することがで
きる。
定数λ３＞Ｏとする。いま、トルク伝達軸ｌにトルク５
が加わると、トルク伝達軸ｌに発生したひずみ応力が環
状磁心２に伝達され、環状磁心２には＋４５°の方向に
張力σが、 −４５，’の方向に圧縮応カークがそれぞ
れ発生する。これに伴い、環状磁心２には磁気ひずみ効
果により＋４５°の方向に誘導磁気異方性Ｋｕ″５（Ｋ
ｕ“＝３λＳ・σ）が誘導される。この結果、Ｋｕ’と
Ｋｕ″の合成として誘導磁気異方性はＫｕ７へ変化する
。一般に、磁性体の透磁率は励磁方向に対する誘導磁気
異方性の方向によって変化する。したがうて、環状磁心
２の誘導磁気異方性の方向の変化に伴う透磁率の変化を
、例えば検出コイル及びこれに接続された検出回路によ
り電圧の変化として測定することができ、その値からト
ルク伝達軸ｌに加えられたトルク５を検出することがで
きる。
なお、上記トルクセンサの説明では環状磁心を構成する
磁性体としてアモルファス磁性合金を用いた場合につい
て述べたが、これに限らず軟質磁性を示すものであれば
、例えばパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、セフダスト（
Ｆｅ−Ａ／−８ｉ合金）、Ｆｅ−８ｉ合金など他の磁性
体を用いることができる。
磁性体としてアモルファス磁性合金を用いた場合につい
て述べたが、これに限らず軟質磁性を示すものであれば
、例えばパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、セフダスト（
Ｆｅ−Ａ／−８ｉ合金）、Ｆｅ−８ｉ合金など他の磁性
体を用いることができる。
ところで、上述したように磁性金属薄帯からなる環状磁
心の周囲に近接して検出コイルを配設すればトルクの検
出ができるが、その検出機構はトルクセンサの性能を左
右する重要な因子となる。
心の周囲に近接して検出コイルを配設すればトルクの検
出ができるが、その検出機構はトルクセンサの性能を左
右する重要な因子となる。
従来、上述した検出機構としては第ｒｘ （ａ）及び（
ｂ）に示すようなものが知られている。
ｂ）に示すようなものが知られている。
ｓＶ図（ａ） ｔｒｉ中空（７） ｌ−）Ｌｔり伝達畑
１１１ｃ磁性金寓薄帯の環状磁心を固定し、ソレノイド
コイル１３を用いて環状磁心１２の周方向に励磁し、更
１こ検出巻線１４を巻いて出力を検出するものである。
１１１ｃ磁性金寓薄帯の環状磁心を固定し、ソレノイド
コイル１３を用いて環状磁心１２の周方向に励磁し、更
１こ検出巻線１４を巻いて出力を検出するものである。
また、同図（ｂ）はトルク伝達軸１１に磁性金属薄帯の
環状磁心１２を固定し、その外周に巻かれたソレノイド
コイル１３’を用いて環状磁心１２の福方向に励磁し、
さらにその外側に検出巻線１４′を巻れも透磁率の変化
をソレノイドコイルと検出巻線との相互誘導による電圧
の変化としてとらえ、増幅回路を経て出力を得るもので
ある。
環状磁心１２を固定し、その外周に巻かれたソレノイド
コイル１３’を用いて環状磁心１２の福方向に励磁し、
さらにその外側に検出巻線１４′を巻れも透磁率の変化
をソレノイドコイルと検出巻線との相互誘導による電圧
の変化としてとらえ、増幅回路を経て出力を得るもので
ある。
（発明が解決しようとする問題点）
ところで、従来、上述した磁性金属薄帯の回転軸への固
定は合成樹脂の接着剤でなされていた。
定は合成樹脂の接着剤でなされていた。
しかし、磁性金属薄帯を合成樹脂による接着剤で固定す
ると、温度上昇あるいはくり返しのトルク印加に伴って
接着力が緩和され、磁性金属薄帯に加わる応力が変化し
てトルクの検出出力に変動をきたし、トルク検出の精度
が落ちるという問題があった。
ると、温度上昇あるいはくり返しのトルク印加に伴って
接着力が緩和され、磁性金属薄帯に加わる応力が変化し
てトルクの検出出力に変動をきたし、トルク検出の精度
が落ちるという問題があった。
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであり
、温、度安定性に優れ、くり返しトルク印加ｆこ対して
も接２蕾力が低下せず、精度の高いトルク検出を行なえ
ることのできるトルクセンサを提供する事を目的とする
ものである。
、温、度安定性に優れ、くり返しトルク印加ｆこ対して
も接２蕾力が低下せず、精度の高いトルク検出を行なえ
ることのできるトルクセンサを提供する事を目的とする
ものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明のトルクセンサは、トルク伝達軸に磁性金属薄帯
を低融点合金を用いて固着させた事を特徴とするもので
ある。
を低融点合金を用いて固着させた事を特徴とするもので
ある。
また、磁性金属薄帯表面と該低融点合金層との間に、金
属メッキ層が介在せしめられている事をて固着させた事
を％徴とする。
属メッキ層が介在せしめられている事をて固着させた事
を％徴とする。
本発明における低融点合金の材料としては、特に制限さ
れるものではなく、例えば、通常のはんだ材料を使用す
ることができる。この低融点合金の融点は、使用する磁
性金属薄帯が有する磁気的特性等を劣下または悪影響を
及ぼす温度以丁が好抜しく、あまりに低いと接合強度が
低下すると共にセンサ使用温度範囲以上の融点が必要で
ある。
れるものではなく、例えば、通常のはんだ材料を使用す
ることができる。この低融点合金の融点は、使用する磁
性金属薄帯が有する磁気的特性等を劣下または悪影響を
及ぼす温度以丁が好抜しく、あまりに低いと接合強度が
低下すると共にセンサ使用温度範囲以上の融点が必要で
ある。
例えば、融点が１５０℃以上のものが好ましい。具体例
としては、Ｉｎ−８ｂ、５ｎ−Ｉｎ、Ｂ１−Ｉｎ、８ｎ
−Ｃｄ−Ｐｂ 、 Ｂ１−８ｎ−Ｉｎ 、 ５ｎ−Ｐｂ
−Ｉｎ、 Ｂｊ −Ｐｂ−８ｎ、５ｎ−Ｐｂ−Ｂｉ、Ｐ
Ｐｂ−８ｎ−Ａ、Ｉｎ−Ｐｂ、ｓｎ−Ｐｂ系等の合金並
びにＢｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄを主成分とした多元
系合金等が挙げられる。またＡｇＩｎ、、ＭｇｓＡｇ、
ＬｉｇＡｇ、等の低融点金属間化合物が挙げられる。磁
性金属薄帯の表面に形成する場合、磁性金属薄帯と低融
点合金層との密着性を向上せしめ、かつ、低融点合金層
を均一なものとするために、両者の間に金属メッキ層を
介在させることが好ましい。このような金属としては特
に限定されるものではないが、例えばＣｕ、Ｚｎ、Ｎｉ
、ＳｎＡｇ、Ａｕなどをあげることができる。このよう
な磁性金属薄帯にあ−ては、各層の層厚は特に制限され
るものではないが、磁性金属薄帯の板厚を含めないトー
タルの層厚は５〜６０μｍ程度である事が好ましい。
としては、Ｉｎ−８ｂ、５ｎ−Ｉｎ、Ｂ１−Ｉｎ、８ｎ
−Ｃｄ−Ｐｂ 、 Ｂ１−８ｎ−Ｉｎ 、 ５ｎ−Ｐｂ
−Ｉｎ、 Ｂｊ −Ｐｂ−８ｎ、５ｎ−Ｐｂ−Ｂｉ、Ｐ
Ｐｂ−８ｎ−Ａ、Ｉｎ−Ｐｂ、ｓｎ−Ｐｂ系等の合金並
びにＢｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄを主成分とした多元
系合金等が挙げられる。またＡｇＩｎ、、ＭｇｓＡｇ、
ＬｉｇＡｇ、等の低融点金属間化合物が挙げられる。磁
性金属薄帯の表面に形成する場合、磁性金属薄帯と低融
点合金層との密着性を向上せしめ、かつ、低融点合金層
を均一なものとするために、両者の間に金属メッキ層を
介在させることが好ましい。このような金属としては特
に限定されるものではないが、例えばＣｕ、Ｚｎ、Ｎｉ
、ＳｎＡｇ、Ａｕなどをあげることができる。このよう
な磁性金属薄帯にあ−ては、各層の層厚は特に制限され
るものではないが、磁性金属薄帯の板厚を含めないトー
タルの層厚は５〜６０μｍ程度である事が好ましい。
また、低融点合金層の形成法として気相成長法により固
着させる事が有効である。本１発明において気相成長法
としてはスパッタ法、蒸着法、イオンブレーティング法
などのいずれの方法でも均質な合金層が得られる。
着させる事が有効である。本１発明において気相成長法
としてはスパッタ法、蒸着法、イオンブレーティング法
などのいずれの方法でも均質な合金層が得られる。
すなわち、第１図に示すように、磁性金属薄帯伝達軸２
０の接合部面にも同様に低融点合金１層を形成しておく
と、両者との接合強度を高めるうえで有効である。
０の接合部面にも同様に低融点合金１層を形成しておく
と、両者との接合強度を高めるうえで有効である。
（実施例）
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。尚、
第１図は本発明に係るトルクセンサの断面図である。第
２図は同トルクセンサを用いたトルクの測定方法を示す
斜視図である。
第１図は本発明に係るトルクセンサの断面図である。第
２図は同トルクセンサを用いたトルクの測定方法を示す
斜視図である。
第１図において、磁性金属薄帯２１は単ロール法により
炸裂された幅５ ｍｔｎ、厚さ３層ｇｒ＋の（ＦｅＯ，
２ＣＯｏ、ｇ） ｙａ Ｓ ｉ ｓ Ｂ １４アモルフ
ァス磁性合金薄帯を１０韻の長さに切出したものである
。また、磁性金属薄帯２１にはトルク伝達軸２０の周方
向に対して角度θ（例えば±４５°）の傾き方向ζこ、
予め磁場中熱処理によりそれぞれ誘導磁気異方性Ｋｕ’
が付与されている。
炸裂された幅５ ｍｔｎ、厚さ３層ｇｒ＋の（ＦｅＯ，
２ＣＯｏ、ｇ） ｙａ Ｓ ｉ ｓ Ｂ １４アモルフ
ァス磁性合金薄帯を１０韻の長さに切出したものである
。また、磁性金属薄帯２１にはトルク伝達軸２０の周方
向に対して角度θ（例えば±４５°）の傾き方向ζこ、
予め磁場中熱処理によりそれぞれ誘導磁気異方性Ｋｕ’
が付与されている。
さらに、磁性金属薄帯２１には厚さ２１ｉｎのＣｕメッ
キ層２２を形成したのち、表面のＣｕメフキ層上にＰＰ
ｂ−８ｎ−Ａ系はんだよりなる厚さ５層ｍの低融点合金
層２３を通常の方法に従−たスパッタにて固着、形成し
た。
キ層２２を形成したのち、表面のＣｕメフキ層上にＰＰ
ｂ−８ｎ−Ａ系はんだよりなる厚さ５層ｍの低融点合金
層２３を通常の方法に従−たスパッタにて固着、形成し
た。
この様にして得た磁性金属薄帯を、直径４０１１１の強
磁性体からなるトルク伝達軸２０に接合する事で本発明
のトルクセンサを得た。
磁性体からなるトルク伝達軸２０に接合する事で本発明
のトルクセンサを得た。
次に第２図に示す如くｕ型の磁心３３ｍ、３３．を磁性
金属薄帯３２．．３２．に対し非接触に配置し、これに
巻線３４１，３４２を施こした後、１００ ＫＨｚの交
流を印加してトルク伝達軸３１の回転時のトルクを測定
した。
金属薄帯３２．．３２．に対し非接触に配置し、これに
巻線３４１，３４２を施こした後、１００ ＫＨｚの交
流を印加してトルク伝達軸３１の回転時のトルクを測定
した。
上記トルクセンサの系全体を１００℃に保って回転をく
り返し１００回行なったところ常に一定のトルク値を示
した。
り返し１００回行なったところ常に一定のトルク値を示
した。
一方、従来の磁性金属薄帯をトルク伝達軸に合成樹脂で
接着したトルクセンサでは上記実施例と同様に系全体を
１００℃に保ってトルクを測定した結果、約１０回のく
り返し測定で、初回の測定値として比較して約２５チの
トルク変動を生じた。
接着したトルクセンサでは上記実施例と同様に系全体を
１００℃に保ってトルクを測定した結果、約１０回のく
り返し測定で、初回の測定値として比較して約２５チの
トルク変動を生じた。
なお、上記実施例と同様の効果は、磁性金属薄帯として
パーマロイ、センダスト、Ｆｅ−８層合金などの他の磁
性体を用いた場合にも得られる事が確認された。
パーマロイ、センダスト、Ｆｅ−８層合金などの他の磁
性体を用いた場合にも得られる事が確認された。
以上詳述した如く、本発明によれば磁性金属薄帯を高い
信頼性のもとでトルク伝達軸に固着する事が出来、トル
ク変動がなく常に正確なトルクを測定する墨ができ、し
かも量産性に優れた工業上極めて実用性の高いトルクセ
ンサを提供できるものである。
信頼性のもとでトルク伝達軸に固着する事が出来、トル
ク変動がなく常に正確なトルクを測定する墨ができ、し
かも量産性に優れた工業上極めて実用性の高いトルクセ
ンサを提供できるものである。
第１図は本発明の実施例におけるトルクセンサのト・・
クセンサの原理図、第Ｖ図（ａ） （ｂ）はそれぞれ従
来のトルクセンサの社格構成図。 ２０．３１，１．１１・・・トルク伝達軸、２１・・・
磁性金属薄帯、２２・メッキ層、２３・・・低融点合金
、°Δ、３３゜−一一一、 ３３２・・・検出磁心。
、５．ヶｔ ？市 代理人弁理士 則 近 憲 市 第 １ 図 第 ２ 図
クセンサの原理図、第Ｖ図（ａ） （ｂ）はそれぞれ従
来のトルクセンサの社格構成図。 ２０．３１，１．１１・・・トルク伝達軸、２１・・・
磁性金属薄帯、２２・メッキ層、２３・・・低融点合金
、°Δ、３３゜−一一一、 ３３２・・・検出磁心。
、５．ヶｔ ？市 代理人弁理士 則 近 憲 市 第 １ 図 第 ２ 図
Claims (3)
- （１）磁歪を有する磁性金属薄帯をトルク伝達軸に固定
し、該軸に加えられたトルクにより前記磁性金属薄帯の
磁気特性が変化する事を利用してトルクの非接触検出を
行なうトルクセンサにおいて、前記トルク伝達軸に前記
磁性金属薄帯を低融点合金を用いて固着させた事を特徴
とするトルクセンサ。 - （２）該磁性金属薄帯表面と該低融点合金層との間に、
金属メッキ層が介在せしめられている特許請求の範囲第
１項記載のトルクセンサ。 - （３）該低融点合金層を気相成長法を用いて固着させる
特許請求の範囲第１項および第２項記載のトルクセンサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15977186A JPS6316238A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15977186A JPS6316238A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | トルクセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6316238A true JPS6316238A (ja) | 1988-01-23 |
Family
ID=15700902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15977186A Pending JPS6316238A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6316238A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6574853B2 (en) | 2000-12-22 | 2003-06-10 | Tdk Corporation | Torque sensor and manufacturing method of the same |
| US6660179B2 (en) | 2001-03-01 | 2003-12-09 | Tdk Corporation | Sintered body and high-frequency circuit component |
-
1986
- 1986-07-09 JP JP15977186A patent/JPS6316238A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6574853B2 (en) | 2000-12-22 | 2003-06-10 | Tdk Corporation | Torque sensor and manufacturing method of the same |
| US6660179B2 (en) | 2001-03-01 | 2003-12-09 | Tdk Corporation | Sintered body and high-frequency circuit component |
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