JPH04169826A - 荷重センサ - Google Patents

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 本発明は非晶質磁性合金の応力磁気効果を用いた荷重セ
ンサに関する。

従来の技術 磁歪を有する非晶質磁性合金に応力を外部から印加する
とその透磁率が変化するという性質、いわゆる応力磁気
効果を用いた力学量のセンサが注目されている。たとえ
ばこの原理を用いた荷重センサが特願昭６３−１９８７
９３号等が提案されている。

第５図は前述荷重センサの概略を示す図であ夛、ａ、ｂ
及びＣに構造説明図、斜視図及び要部説明図をそれぞれ
示す。磁歪を有する非晶質磁性合金２１をチタン合金か
らなり該磁歪材２１を、凸部をもつ上部治具２２とそれ
に嵌合する凹部をもつ下部治Ａ２３で挟み、熱硬化性接
着剤で非晶質合金に面内圧縮応力が印加されるように固
着した起歪部と、この上部治具２２及び下部治具２３の
外面の一部に形成された溝部にコイルを巻回して形成し
たコイル部２４とから構成されておシ、磁気回路が磁歪
材２１に沿って形成されている。

このようにして形成された荷重センサにおいて荷重を印
加すると、磁歪材２１の厚み方向に圧縮応力が印加され
磁気特性（非晶質磁性合金の透磁率）が変化し、コイル
のインダクタンスが変化する。このようにしてリニアり
ティが良好な荷重センサが得られている。

発明が解決しようとする課題 上記の様な構成のセンサでは、センサを構成する際、磁
歪材２１を、凸部をもつ上部治具２２とそれに嵌合する
凹部をもつ下部治具２３で挟み接着するため、センシン
グ材料である磁歪材を均一に接着する（均一に圧縮応力
を印加する）ことが困難で作製したセンサ毎の特性が異
なるという欠点を有していた。また、磁気回路が荷重方
向に直角に磁歪材に沿って形成されるため、上部治具と
下部治具の一部を加工してコイル部を形成する必要があ
シ、このことも上記欠点を生ずる原因であった。

また、荷重検出材料である非晶質磁性合金２１が厚み方
向に接着剤を介して上部及び下部治具に固定されている
ため、非晶質磁性合金と接着剤の両方に直接計測荷重が
印加される。このため接着状態の経時変化が加速され、
センサの特性を変化させる。即ち、耐久性が課題であっ
た。

以上の欠点を除くための検討を種々行なった結果、以下
に述べる手段によって作製時の再現製がより良く、耐久
性を有する荷重センサが供給できることを見いだした。

本発明はこの荷重センサに関するものである。

課題を解決するための手段 上述の従来例での問題点を解決し、作製時の再現製がよ
り良く、耐久性を有するセンサを得るために次の構成を
有する荷重センサとした。すなわち、荷重の伝達部本体
が円柱或は円筒形状の金属からなり、該外周側面部に磁
歪を有する非晶質磁性合金を固着し、該非晶質磁性合金
と磁気回路をなすように、非晶質磁性合金の透磁率を計
測する電気磁気的手段を有し、荷重の印加にともなう電
気磁気的手段の出力から荷重を検出する荷重センサであ
る。

作　　　用 以上のような構成にすることにより、伝達部本体の金属
円柱或は円筒の軸方向に印加された荷重は接着剤を介し
て非晶質磁性合金に同合金の該軸方向と周方向に歪とし
て伝達され、非等方な面内圧縮応力を生ずる。この応力
によって、非晶質磁性合金内に磁気異方性が生じ透磁率
が変化する。

この透磁率を検出することで荷重センサが構成できる。

このような構成の荷重センサとすることによって、作製
時の再現性がより良く、耐久性を有する荷重センサが供
給できる。

実施例 本発明を以下の実施例を用いて詳述する。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例の断面図である。図中、１は
チタニウム合金からなる外径３０　ｒａｎの円柱であり
、その円柱には検出すべき荷重を円柱の両端に印加する
ようになっている。また、該円柱の側面中央部に、長方
形状で飽和磁歪定数２０ｘ　１０〜６なる正の磁歪を有
する鉄系非晶質磁性合金２を軸周に巻回、センサ使用温
度よシ高温で固着しである。この時、鉄系非晶質磁性合
金と円柱１を構成するチタニウム合金との線熱膨張係数
差は１×１０であり、チタニウム合金の方が少し大きい
。このだめ、センサ使用温度領域では非晶質磁性合金薄
帯に常に面内圧縮応力が印加されている状態にある。３
は金属円柱１の周囲に同心円状に巻回したコイルである
。４はセンサ出力用回路であわ、６は出力端子である。

印加荷重を変化させた場合、コイルにインダクタンス変
化が生じる。結果を第２図に示す。計測周波数は３０ｋ
Ｈｚ、印加磁界は１ｅｏＡ／ｍである。縦軸は無荷重を
ｏｋｇｆとしたときのインダクタンス値ＬＯに対する各
荷重でのインダクタンス値りとの比を′示す。横軸は印
加荷重を示す。荷重増とともにインダクタンスは単調に
減少する。また、出力が一３０〜１２０℃の範囲でほぼ
直線的なセンサが得られ、また荷重印加時と荷重解放時
の出カドヒステリシスもフルスケールの１％以下の殆ど
生じなかった。まだ雰囲気の温度変化がある場合にも一
３０〜１２０℃の範囲でセンサ出力はフルスケールの５
％以下の髪帝ｅ変化ときわめて安定であった。

上述のように本発明のセンサは円柱側面に非晶質合金を
接着した簡単な構造を持ち、印加された荷重により円柱
に生じた歪と同−歪を非晶質合金に生ずるため、円柱径
を調整することによって非晶質合金に印加される歪を増
減でき、耐久性のよいセンサが供給できる。また、簡単
な構造のため、作製時の再現製が良い。

実施例２ 実施例１と類似した構造を有する荷重センサを第３図に
示す。非晶質磁性合金の固着条件等も実施例１と同様と
した。第３図の１１にはニッケル鉄合金からなる外径１
０■、内径８１１ＩＩ＋の円筒を用いた。また、１２に
は飽和磁歪定数−４ｘ１０−６なる負の磁歪を有するコ
バルト系非晶質磁性合金を用いた。その他の構成材料も
実施例１と同様である。このとき、コバルト系非晶質磁
性合金２とニッケル鉄合金製円筒管１１との線熱膨張係
数差は１．２Ｘ１０−６であり、コバルト系非晶質磁性
合金の方が少し大きい。このため、センサ使用温度領域
では非晶質磁性合金薄帯に常に面内引っ張り応力が印加
されている状態にある。１３は金属円柱１の周囲に同心
円状に巻回したコイルである。１４はセンサ出力用回路
であり、１６は出力端子である。

第４図に本センサの出力を示す。計測周波数は５０　ｋ
Ｈｚ、印加磁界は約１００Ａ／ｍの設計である。荷重を
増加するとともにインダクタンスは実施例１とは反対に
増加する。また、実施例１と同様、出力が一３０〜１２
０℃の範囲でほぼ直線的であり、荷重印加時と荷重解放
時の出力ヒステリシスもフルスケールの１％以下と殆ど
生じなかった。また雰囲気の温度変化がある場合にも一
３０〜１２０℃の範囲でセンナ出力はフルスケールの６
％以下の変化ときわめて安定であった。実施例１と同様
、本実施例のセンサにおいても、円筒の肉厚を変化させ
ることによシ、耐久性の良好で、作製時の再現性のよい
センサが供給できる。

以上のように、本発明によって耐久性のよい、作製時の
再現製の良いセンサが供給できる。また、検出精度が高
く直線出力を有し、温度変化が生じても圧力の安定な荷
重センサが供給できる。

本発明の実施例では固着した非晶質磁性合金と少なくと
も該圧力によって歪が生じる固着される変形部分を形成
する材料の線熱膨張係数差とその固着条件によって非晶
質磁性合金内部に適当な応力状態をつくシ出すことを述
べた。特にこの材料の線熱膨張係数差が２×１０　以下
の場合、高精度かつ良好な感度を有する直線出力が得ら
れたが、線膨張係数差がこの値よシ大きくなると、圧力
に対する出力感度が大きく低下し、この結果精度も低下
する。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４良好
な荷重センサ出力を得るために実施例で述べたように、
非晶質磁性合金が正なる飽和磁歪定数を有する場合常に
面内圧縮応力を受けた状態であり、また負なる飽和磁歪
定数を有する場合常に面内引っ張り応力を受けた状態に
維持されたことが必要である。上記以外の応力状態の場
合、印加荷重に応じた８カが得られるが出力ヒステリシ
スが大きくなυ、精度の良くないセンサとなシ好ましく
ない。

発明の効果 本発明による荷重センサは、上述のように作製時の再現
製がよシ良く、耐久性を有する。

また、検圧精度が高く直線出力を有し、温度変化が生じ
ても出力の安定な荷重センサが供給できる。また、温度
特性の安定なセンサが実現できるという効果を有する。

またこの荷重センサは構造が簡単なため、安価に供給が
可能でかつ上記の効果を有するため、自動車などの制御
に大きく貢献することが期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における荷重センサの一部断
面で示した斜視図、′ｆ、２図は実施例１のコイルの荷
重によるインダクタンス値の変化を示す特性図、第３図
に実施例２の一部断面で示した斜視図、第４図は実施例
２のコイルの荷重によるインダクタンス値の変化を示す
特性図、第６図は従来例の概略図である。 １・・・・・・チタニウム合金製円柱、２・・・・・・
磁歪を有する鉄系非晶質磁性合金、３・・・・・コイル
、４・・・・・・センサ出力用回路、５・・・・・・出
力端子、１１・・・・・・ニッケル鉄合金製円筒管、１
２・・・・・・磁歪を有するコバルト系非晶質磁性合金
磁歪、１３・・・・・・コイル、１４・・・・・・セン
サ出力用回路、１５・・・・・・出力端子。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　　明　ほか２名第１図 ｆ−−−＋５Ｓ５４告金薯１ ２−一一硫企、ＳＶｔ＋戯ｊ仲品′Ｘ猛椎合金３−゛コ
イル ４−　　で）切出ｊ）用回路 第　２　図 ＊＊　　（ｔｏ八） Ｍ　３　図 荷重 荷支

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷重の伝達部本体が円柱或は円筒形状の金属から
   なり、この外周側面部に磁歪を有する非晶質磁性合金を
   固着し、この非晶質磁性合金と磁気回路をなすように、
   非晶質磁性合金の透磁率を計測する電気磁気的手段を有
   し、荷重の印加にともなう電気磁気的手段の出力から荷
   重を検出する荷重センサ。
2. （２）荷重の伝達部本体が円柱或は円筒形状の金属と磁
   歪を有する非晶質磁性合金の線熱膨張係数の差が２×１
   ０＾−＾６以下であることを特徴とする請求項１記載の
   荷重センサ。
3. （３）非晶質磁性合金が正なる飽和磁歪定数を有する場
   合常に面内圧縮応力を受けた状態であり、また負なる飽
   和磁歪定数を有する場合常に面内引っ張り応力を受けた
   状態に維持されたことを特徴とする荷重センサ。