JP2002082000A

JP2002082000A - 磁歪式応力センサおよびその製造方法

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Publication number: JP2002082000A
Application number: JP2000270951A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shinoura; 治篠浦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】量産性に優れるとともに耐久性にも優れた磁
歪式応力センサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】磁歪膜（１２）が基体（１１）上に形成
された応力センサであって、前記磁歪膜は前記基体表面
に形成された後、前記基体に応力が加えられた状態で熱
処理されていること、好ましくは前記基体が円柱状であ
り、前記磁歪膜がこの円柱の側面に形成されてかつ、こ
の円柱の回転軸方向にねじり応力が加えられた状態で熱
処理されていることより好ましくは前記磁歪膜が、めっ
き法により形成された膜とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ひずみ効果磁
気異方性を利用して印加された応力に対応して生じる磁
歪膜の磁気特性変化により応力検出を行う磁歪式応力セ
ンサおよびそれを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁歪式応力センサは例えばステンレスな
どの非磁性体、あるいはＳＣＭ材等の磁性体からなる基
体の表面に例えばＮｉ−Ｆｅ合金膜等の磁歪膜を設け、
応力による磁歪膜の磁気特性変化から応力を検出するも
のであり、その動作原理は磁気ひずみ効果磁気異方性
（磁気弾性効果磁気異方性）、すなわち、磁歪膜に応力
を印加することで磁気異方性の変化により透磁率や損失
等の磁気特性が変化する現象を利用するものである。よ
り詳細には磁気異方性の変化を外部に設けた磁気回路に
よりインダクタンス変化、インダクタンス変化にともな
うリアクタンス変化、インピーダンス変化、インピーダ
ンスの中の抵抗変化等に変換し、それを計測することに
より応力を検出する。

【０００３】例えば、正の磁歪定数を有する磁歪膜に対
して引っ張り応力が印加されたときに透磁率が増加し、
反対に圧縮応力が印加されたときには透磁率が減少す
る。また、負の磁歪定数を有する磁歪膜に対しては応力
が印加されたとき、正の磁歪定数を有する磁歪膜とは逆
の透磁率変化を生じる。この応力による磁歪膜の透磁率
の変化を電気信号として計測することで基体に加えられ
た応力を検出することができる。

【０００４】このような磁歪式応力センサは回転軸を基
体としてねじり応力を検出するトルクセンサとして広く
利用されている。

【０００５】従来の磁歪式応力センサは例えば、特開昭
５９−６１７３２号公報に磁歪膜としてあらかじめ回転
軸の径にあわせたアモルファス磁性合金薄体からなる環
状磁芯を作製し、熱処理して内部応力を除去した後、回
転軸にねじり応力を加えた状態で接着し、回転軸のねじ
り応力をもどすことにより磁気異方性をあたえるという
製造方法が開示されている。さらに、同公報では、アモ
ルファス磁性合金薄体を磁場中熱処理することによりあ
らかじめ誘導磁気異方性を付与し、これを回転軸に巻い
て応力センサを製造する方法が開示されている。

【０００６】また、特開昭５９−７７３２６号公報には
回転軸の表面に設けた磁歪膜に、ねじり応力の方向に対
して傾斜する方向に複数のスリットを設けることで、応
力の大きさと回転方向の検出が同時に可能な磁歪式応力
センサが開示されている。この磁歪式応力センサは磁歪
膜にスリットを設けることにより磁歪膜に作用する応力
の方向を調整している。

【０００７】さらに、同公報においても、回転軸にねじ
り応力を加えた状態で、回転軸に２枚の磁歪膜を接着
し、接着後にねじり応力を除去することで、同様の効果
が得られることが例示されている。

【０００８】さらに特公平６−６３８７６号公報にも回
転軸に対してあらかじめ所定の方向に所定のねじり応力
を加えた状態にして、磁気異方性を有する磁歪膜を回転
軸の表面に設け、その後前記ねじり応力を除去すること
で、ねじり応力ゼロ近傍でのオフセット電圧や左右のね
じり応力に対する感度の違いなどの悪影響を除去した磁
歪式応力センサの製造方法が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにいずれ
の磁歪式応力センサでも磁気異方性を有する磁歪膜が用
いられており、製造過程で基体にねじり応力を加えた状
態で磁歪膜を形成または接着することにより磁気異方性
を付与するか、あるいはあらかじめ磁気異方性を与えた
磁歪膜を基体に接着するか、いずれかの工程が必要であ
った。

【００１０】しかしながら（１）基体に応力を加えた状
態で磁歪膜を形成する場合、一般に成膜装置の成膜室は
小さく、磁歪膜の形成時に基体に応力を加えることは、
装置上で大きな制約であった。このため単位時間あたり
の生産数量は小さくなり、結果としてコスト高の原因と
なっていた。また、応力を加えるための治具などにも磁
歪膜が形成されてしまうために、その防止のための対策
が必要であると同時に、高価な磁歪膜を不要な部分に形
成してしまう経済的損失も無視できないものであった。
さらに例えば基体の中央部を固定して、基体の両端を同
じ方向にねじる等の複雑なねじり応力印加は成膜中に行
うことは極めて困難であった。

【００１１】また、基体上に膜を形成すると、形成過程
における結晶格子のミスマッチ等の原因により応力が発
生することが知られている。例えば一般的なＮｉめっき
浴であるワット浴から形成されためっき膜は引っ張り応
力を示す。この応力は膜の面内方向に対して等方に作用
しているため、応力センサとして機能する際には出力に
寄与しない。この応力を除去する有効な方法として、熱
処理が広く行われている。しかし、従来の形成時に所望
の方向に応力を加えておく方法では、形成後に熱処理を
行うとクリープ変形が起こり形成時に所望の方向に加え
た応力まで除去されてしまうことが問題であった。この
ため形成後の熱処理は不可能であり、目的の方向性を持
った応力だけでなく等方的な応力が膜に加えられた状態
で使用することとなる。そして、この膜の形成過程にお
いて生じる応力により膜が剥離するという問題があっ
た。

【００１２】（２）基体に応力を加えた状態で磁歪膜を
接着する場合、検出特性のばらつきを生じるという欠点
があった。また上記のクリープ変形のため、高温度での
接着、例えば溶接等は不可能なため、接着強度が不十分
なことがあった。

【００１３】（３）あらかじめ磁気異方性を与えた磁歪
膜を基体に接着する場合、工程が複雑になるばかりでな
く検出特性にばらつきを生じるという欠点があった。

【００１４】また、これらのいずれの製法であっても製
造工程で生じた出力が基準に満たない不良品は製造後修
正する手段がなく損出となっていた。

【００１５】さらに従来の磁歪式応力センサにおいては
いずれの製法によっても磁歪膜は膜中に水素などの元素
を含み高温で長時間使用した場合、含有元素のガスとし
ての放出等により磁気特性が変化する欠点を有してい
た。

【００１６】本発明の目的は、基体に応力を加えた状態
で磁歪膜を形成する工程における装置上の制約にともな
う生産性の欠点と治具など余計な部分に形成される経済
的損失、応力による膜の剥離、基体に応力を加えた状態
で磁歪膜を接着する工程に起因する検出特性のばらつ
き、あらかじめ誘導磁気異方性を与えた磁歪膜を接着す
る工程に起因する検出特性のばらつき、製造工程で生じ
る不良品の損出、さらには高温で長時間の使用における
検出特性の劣化という欠陥を解決した磁歪式応力センサ
とその製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記のような課題は以下
の（１）乃至（７）の本発明により解決される。（１）磁歪膜が基体上に形成された応力センサであっ
て、前記磁歪膜は前記基体表面に形成された後、前記基
体に応力が加えられた状態で熱処理されていることを特
徴とする磁歪式応力センサ。（２）前記基体が円柱状であり、前記磁歪膜がこの円柱
の側面に形成されてかつ、この円柱の回転軸方向にねじ
り応力が加えられた状態で熱処理されていることを特徴
とする（１）に記載の磁歪式応力センサ。（３）前記磁歪膜が、めっき法により形成された膜であ
ることを特徴とする（１）または（２）記載の磁歪式応
力センサ。（４）磁歪膜が基体上に形成された応力センサにおい
て、前記磁歪膜は前記基体表面に形成された後、前記基
体に応力が加えられた状態で熱処理を行うことを特徴と
する磁歪式応力センサの製造方法。（５）前記基体が円柱状であり、この円柱の側面に形成
された磁歪膜に、円柱の回転軸方向にねじり応力が加え
られた状態で熱処理することを特徴とする（４）に記載
の磁歪式応力センサの製造方法。（６）前記磁歪膜が、めっき法により形成された膜であ
ることを特徴とする（４）または（５）のいずれかに記
載の磁歪式応力センサの製造方法。（７）前記熱処理温度が２００℃乃至４００℃であるこ
とを特徴とする（４）乃至（６）のいずれかに記載の磁
歪式応力センサの製造方法。

【００１８】上記の本発明を用いることにより、簡便な
方法で量産性に優れ製造ばらつきが少ないとともに耐久
性にも優れた磁歪式応力センサおよびその製造方法を得
ることができ、さらには製造工程で生じる不良品を修正
し、損出を低減することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面を参照しつつ説明する。

【００２０】図１は、本発明の好適な実施の一形態とし
ての磁歪式応力センサの断面図である。この磁歪式応力
センサは基体である回転軸（１１）とその表面に形成さ
れた磁歪膜（１２）、回転軸（１１）および磁歪膜（１
２）から間隙を設けて配置される励磁コイル（１３）、
ピックアップコイル（１４）および軟磁性材料から成る
円筒状のヨーク（１５）から構成される。

【００２１】応力の検出の原理を説明する。励磁コイル
（１３）は交流が印加され磁歪膜（１２）を励磁する。
このときピックアップコイル（１４）には誘起電圧が生
じる。磁歪膜（１２）は応力が加わると応力が生じ磁気
ひずみ効果により透磁率が変化し、それに応じてピック
アップコイル（１４）に生じる誘起電圧は変化する。従
って、この誘起電圧を測定することで応力を検出するこ
とができる。

【００２２】次に印加されるねじり応力の方向とピック
アップコイル（１４）に現れる誘起電圧について図２を
用いて説明する。磁歪膜の形成後、熱処理前の状態では
左右のねじり応力の印加に対してほぼ対称な誘起電力が
生じる。この場合、応力の大きさは検知できるものの方
向は検知できない。また、ねじり応力ゼロ近傍でのオフ
セット電圧が発生し、さらに左右のねじり応力に対する
誘起電圧の違いが見られる。

【００２３】これに対して、熱処理を行った後では、磁
歪膜にはクリープ変形が残るとともに熱処理温度におい
てねじり応力が解放された状態となっているため熱処理
の際に加えられた応力（Ｔ０）を除去すると磁歪膜には
Ｔ０とは反対方向のほぼ−Ｔ０の応力が加えられること
になる。また、熱処理の際、加えられる応力（Ｔ０）を
測定される応力（Ｔ）をＴ１＜Ｔ＜Ｔ２として、Ｔ０＞
（Ｔ２−Ｔ１）／２を満たすように設定すれば応力の大
きさおよび方向を検出することができる。すなわち、本
発明の磁歪式応力センサではオフセットの発生、さらに
左右のねじり応力に対する誘起電圧の違いを考慮するこ
となく印加された応力の大きさおよび方向が検出され
る。

【００２４】基体の形状は回転方向の応力であるトルク
を検出するためには、少なくとも磁歪膜が形成される部
分の形状は円柱状であることが好ましい。

【００２５】基体の材質は例えばステンレスなどの非磁
性体、あるいはＳＣＭ材等の磁性材料から構成される。

【００２６】磁歪膜は、大きな磁歪定数を持つ磁性膜が
用いられる。具体的には正の磁歪定数を持つ磁歪膜とし
て公知の各種の組成膜、例えばＮｉ−Ｆｅ（Ｆｅ＝３０
〜６５ｗｔ％）合金膜、Ｆｅ−Ｃｏ（Ｃｏ＝４０〜７０
ｗｔ％）合金膜、ＴｂＦｅ₂に代表されるＴｂＦｅ合金
膜、ＤｙＦｅ₂に代表されるＤｙＦｅ合金膜等や、負の
磁歪定数を持つ磁歪膜としては公知の各種の組成膜、例
えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ膜や、ＳｍＦｅ₂に代表されるＳ
ｍＦｅ合金膜等を用いることができる。また、これらの
磁歪膜には主組成元素以外に１ｗｔ％以下のＣ，Ｓ，Ｈ
あるいは他の元素を含有していても差し支えない。

【００２７】磁歪膜はめっき法のほか蒸着法、スパッタ
法などの真空成膜法などの方法によって形成される。な
かでもめっき法は低温での形成が可能であり、熱処理に
よるクリープ変形を生じやすいという利点に加え、湾曲
した局面であっても均一な膜を形成することができるた
め好適である。

【００２８】例えば電気めっき法により成膜されるＮｉ
−Ｆｅ合金膜は、その磁気特性、成膜の生産性から見て
特に好ましい。Ｎｉ−Ｆｅめっき膜は公知のめっき浴か
ら成膜することが出来る。特に応力緩和剤としてサッカ
リンナトリウムを添加したり、鉄イオンの酸化防止剤と
して次亜リン酸イオンやアスコルビン酸イオンを添加す
ることも好ましく用いることが出来る。

【００２９】このようなめっき膜には、膜中に炭素、硫
黄等が共析し、磁気特性、耐食性に大きな影響を及ぼす
ことが知られている。その含有量は、主として前記めっ
き浴添加剤により変化するため、適宜選択することが好
ましい。また水素も膜に含有されている。この水素はど
のような状態で膜中に存在するかは明らかではないが、
高温度においては水素ガスとして気体の形で放出され
る。

【００３０】磁歪膜の形成は基体に意図的に応力を加え
ていない状態で行うことが生産性から好ましいが基体に
応力を加えた状態で行っても差し支えない。

【００３１】本発明においては、磁歪膜の形状は従来の
ように、回転軸に対して傾斜した方向にスリットを設け
る必要は特に無い。すなわち帯状であっても良い。この
ため、磁歪膜を所望の形状に形成するための、磁歪膜形
成をする際のマスキングを行う工程や形成後にエッチン
グ等により不要部分を除去する工程等を省くことが可能
となる。もちろん、スリットを設けても差し支えない。

【００３２】なお、磁歪膜形成の前処理として、基体と
の密着性向上のための下地膜を形成したり、磁歪膜の上
に無機、有機の保護膜を形成することも差し支えない。
下地膜としては、例えばストライクＮｉめっき膜を用い
ることが好ましい。保護膜としては、Ｎｉめっき膜や、
Ｓｎめっき膜、エポキシ電着塗装膜等が好ましく、特に
磁歪膜よりも自然電位が卑な合金からなるめっき膜を犠
牲層保護膜として設けることが好ましい。さらに必要に
応じて液体の油等の層を磁歪膜、あるいは、その保護膜
上にさらに設けることも可能である。

【００３３】本発明においては、基体表面に磁歪膜を形
成した後、基体に応力を加えた状態で熱処理、特に好ま
しくは量産性に優れた高温雰囲気下での熱処理を行う。

【００３４】基体に応力を印加するには図３に示すよう
基体である回転軸（３１）に磁歪膜（３２）を成膜の
後、回転軸（３１）の一方の端部を固定し、他方の端部
をねじり応力を加えた状態で固定すればよい。

【００３５】熱処理雰囲気は、磁歪膜の酸化防止のため
に、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気、または真空中が
好ましい。また、この熱処理は磁歪膜は膜中に含まれる
水素などの元素をガスとして放出させる効果も有する。
すなわち、製造時に使用温度よりも高い温度で熱処理を
行っているために、使用温度範囲においてガスの放出が
大幅に少ないため、磁歪膜の磁気特性変化を防止可能で
ある。

【００３６】例えばＴＤＳ（昇温脱離ガス分析）法によ
れば、概ね１３０℃以上で膜からの放出が確認され、こ
の放出につれて磁気特性、膜質（硬度、脆性等）が変化
する。この際に膜の結晶粒径の粗大化等の現象も観察さ
れている。言い換えれば本発明の応力センサに用いられ
ている熱処理を受けている磁歪膜は、すでに製造時での
熱処理工程でガス放出をしているために、従来の磁歪膜
に比べて、熱処理温度以下ではガス発生は大幅に少な
く、結晶粒径の変化も小さいために区別が可能となる。
すなわち、製造された磁歪膜をさらに熱処理するとき、
本発明の磁歪膜は従来の磁歪膜と製造時の熱処理温度以
下では、ガス発生に大きな差があり、製造時の熱処理温
度以上では、大きな差は見られないという特徴がある。

【００３７】本発明は熱処理により磁歪膜がクリープ変
形を起こすことを利用する。クリープ変形とは金属膜の
弾性変形範囲以下の変形を加えた状態で、熱処理を行う
ことで熱処理後もその変形が残る現象である。クリープ
変形は熱処理温度および時間に依存する。

【００３８】熱処理温度は熱処理時間により変化する
が、好ましい熱処理時間の範囲内では１５０℃乃至５０
０℃、好ましくは２００℃乃至４００℃、より好ましく
は２５０℃乃至３５０℃である。１５０℃以下では、十
分なクリープ変形が起こらないために所望の出力が得ら
れない。また、使用時の温度に近いために、使用中に磁
気特性の変化が発生してしまう危険性がある。５００℃
を越える温度では、磁性膜の磁気特性、特に保磁力が劣
化してしまうために出力が減少する。

【００３９】熱処理をおこなう時間は１分間乃至１００
時間、好ましくは１０分間乃至５時間程度でよい。なお
昇温降温過程に要する時間、時間に対する温度変化量は
通常の範囲内から選択出来る。熱処理時間が１分間に満
たないと十分なクリープ変形が起こらないため高い出力
が得られないと同時に生産時の管理が困難となる。ま
た、１００時間を越えると作業性が悪くなる。

【００４０】前記熱処理温度、熱処理時間は磁歪膜の種
類、成膜方法等により差が見られるが、一般に使用され
るＮｉ−Ｆｅ合金膜を標準とし、適宜、上記条件内で最
適条件を選択することで所望の結果を得ることが可能で
ある。

【００４１】ただし、温度、時間に関しては、高価な処
理となるが、レーザー加熱等の手法を用いて高温で、短
時間で処理することも可能である。この場合の条件は前
記範囲に限定されず適宜選択することが出来る。

【００４２】熱処理の際に加えるねじり応力としては
０．５〜１００ｋｇｆ・ｍ程度が好ましく特に好ましく
は１〜１０ｋｇｆ・ｍである。前記範囲以下では十分な
応力を膜に付与することが出来ず出力が小さくなる。前
記範囲以上では、膜が基体から剥離してしまうことがあ
る。

【００４３】本発明においては、熱処理時のクリープ変
形により所望の方向に応力を付与するだけでなくセンサ
として無用な等方的に作用している応力を除去すること
ができる。このため磁歪膜の剥離の問題がなく密着力の
強い膜を基体上に形成することができる。

【００４４】また熱処理中に所望の方向に磁界を印加
し、磁歪膜に誘導磁気異方性を付与することも可能であ
る。

【００４５】さらに、本発明の磁歪式応力センサは製造
過程で生じる出力の小さい不良品であっても再度、基体
に応力を加えた状態で熱処理を行うことで高い出力を得
るように修正が可能である。同様に、基体に応力が加え
られた状態で磁歪膜を形成した従来例であっても本発明
の基体に応力が加えられた状態で熱処理を行うことによ
り不良品の修正が可能である。

【００４６】本発明による磁歪式応力センサは単独で使
用してもよいが図４に示すように２組の磁歪式応力セン
サを組み合わせて差動動作させても良い。この磁歪式応
力センサは基体である回転軸（４１）とその表面に形成
された磁歪膜１（４２）、磁歪膜２（４３）、励磁コイ
ル（４４）、ピックアップコイル１（４５）、ピックア
ップコイル２（４６）および軟磁性材料から成る円筒状
のヨーク（４７）から構成される。この場合、励磁コイ
ル（４４）は磁歪膜１（４２）、磁歪膜２（４３）とも
励磁するがそれぞれに励磁コイルを用いて励磁しても差
し支えない。また、２枚の磁歪膜は、連続した１枚の膜
でも差し支えない。

【００４７】２枚の磁歪膜に同符号の磁歪定数を有する
磁歪膜を用いる場合、磁歪膜の成膜後、熱処理の際に２
枚の磁歪膜に異なる方向の応力を加える。この応力印加
は図５（ａ）に示したように行えばよい。すなわち、基
体である回転軸（５１）に磁歪膜１（５２）、磁歪膜２
（５３）を成膜の後、回転軸（５１）の中央に位置する
部分を固定し、回転軸の両端を同じ方向にねじり応力を
加えれば、両端から見て磁歪膜１（５２）、磁歪膜２
（５３）に異なる方向の応力を加えることになる。

【００４８】さらに、２枚の磁歪膜に磁歪定数の正負の
符号が異なる磁歪膜を用いることもできる。例えば一方
を負の磁歪定数を有するＦｅ膜とし、他方を正の磁歪定
数を有するＮｉ−Ｆｅ合金とすれば、磁歪膜の成膜後、
熱処理の際に２枚の磁歪膜に同一方向の応力を加える。
この場合、図５（ｂ）に示すように回転軸（５１）の中
央部を固定し回転軸の両端を反対方向にねじり応力を加
えるか、図５（ｃ）に示すように一方の端部を固定し、
他方の端部をねじり応力を加えれば、両端から見て磁歪
膜１（５２）、磁歪膜２（５３）に同一方向の応力を加
えることになる。

【００４９】差動動作により使用した場合、図６に示す
ようにピックアップコイル１の誘起電圧Ｖ１とピックア
ップコイル２の誘起電圧Ｖ２の差Ｖ１−Ｖ２を出力とす
れば応力の方向と大きさを検出することができる。

【００５０】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。（実施例１）直径２０ｍｍの
円柱状のＳＣＭ材の基体を通常の電気めっき法で、広く
使用されている工程（アルカリ脱脂処理、酸洗処理、ス
トライクニッケルめっき）を用いて前処理を行った後、
基体上に磁歪膜として正の磁歪定数を有するＮｉ−Ｆｅ
膜を電気めっき法により４０μｍの厚さに形成した。Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金めっき浴は、硫酸ニッケル、硫酸鉄（I
I）、ホウ酸等からなる公知のＮｉＦｅ合金浴を用い、
ｐＨ３〜５，浴温２０〜７０℃、電流密度は２〜１０Ａ
／ｄｍ²とした。なお、均一性改善を目的に、基体を周
方向に３回転／分で回転させながら磁歪膜を形成した。

【００５１】膜の組成は、蛍光Ｘ線分析装置およびＩＣ
Ｐ（プラズマ発光分析）、ＣＳ計（炭素イオウ燃焼法分
析装置）により行ったが、Ｎｉ含有量４０〜６０ｗｔ
％、Ｓ含有量１２０ｐｐｍ、Ｃ含有量３５０ｐｐｍであ
った。成膜直後の膜には５０ｋｇ/ｍｍ²の引っ張り応力
が面内等方的に作用していた。その丸棒に２ｋｇｆ・ｍ
のねじり応力を加えて熱処理温度を１５０℃乃至５５０
℃の間で変化させた各温度で１０分間、１時間および２
０時間の熱処理を行った。また、比較例として、実施例
と同様に磁歪膜を成膜し熱処理を行わないもの、および
回転軸に２ｋｇｆ・ｍのねじり応力を加えた状態で磁歪
膜を形成し熱処理を行わないものを作製した。

【００５２】次に実施例および比較例ともに励磁コイ
ル、ピックアップコイルおよびフェライトヨークを取り
付けて評価した。

【００５３】本発明および基体に応力を加えた状態で磁
歪膜を形成した比較例は図２に示すように左右のねじり
応力の印加に対してピックアップコイルに誘起電圧が変
化し応力の大きさおよび方向が検出された。また、実施
例と同様に磁歪膜を成膜し熱処理を行わない比較例は左
右のねじり応力に対して誘起電圧は変化したものの応力
の方向は検出されず、ゼロ応力付近でのオフセットが存
在すると同時に、ゼロ応力付近での検出感度は低かっ
た。

【００５４】表１および図７は熱処理時間、熱処理温度
と出力の関係を示す。出力は左右に１ｋｇｆ・ｍのねじ
り応力を印加した際のピックアップコイルの誘起電圧の
差とした。表１および図７から明らかなように１５０℃
乃至５５０℃の熱処理温度範囲のうち１５０℃乃至５０
０℃では、動作が十分に確認され、２００℃乃至４００
℃では１０００ｍＶ以上の出力が得られ、特に２５０℃
乃至３５０℃では１５００ｍＶ以上の高出力が得られ
た。さらに、２０時間の熱処理を行った実施例ではその
出力は僅かに低下した。

【００５５】

【表１】

【００５６】次に本発明および基体に応力を加えた状態
で磁歪膜を形成し熱処理を行っていない比較例につい
て、１５０℃×１０００時間の高温放置試験をおこなっ
た。試験後出力を評価したところ本発明の応力センサで
は試験前と同等の出力が得られたが比較例では出力が−
５０％と大きく減少した。そして、本発明の実施例にお
いては上記高温放置試験温度においてガスの発生は微量
であったが比較例においては相当量のガス発生が見られ
両者の区別は明らかであった。

【００５７】さらに、本発明および基体に応力を加えた
状態で磁歪膜を形成し熱処理を行っていない比較例であ
る応力センサを、多数試作したところ、本発明による応
力センサは比較例に対して検出感度のばらつきが少なく
量産性も良好であった。また、比較例では、膜の形成時
に生じた等方応力を原因として動作試験中に基体から磁
歪膜が剥離するという不良品が発生したが、本発明の応
力センサでは、成膜時の等方応力は解放されているため
磁歪膜の剥離は皆無であった。

【００５８】しかしながら本発明においても少数ではあ
るが出力が小さいセンサが発見された。このため、この
センサの磁歪膜が形成された円柱状のＳＣＭ材の基体に
最初の熱処理と同じ温度で、２倍のねじり応力を加えた
状態で再度、熱処理を行った。その結果、出力は基準値
範囲内となった。

【００５９】上述したように、本発明により製造された
磁歪式応力センサは基体に応力を加えた状態で磁歪膜を
形成をするという困難な工程を行うことなく、応力を加
えるための治具など余計なところに磁歪膜が形成される
経済的損失を最小限にとどめおり、検出感度のばらつき
も少なく、膜の形成時に生じる等方応力を原因とした膜
の剥離を生じるこがないことから量産性に優れ、さら
に、出力の小さい不良品であっても再度、基体に応力を
加えた状態で熱処理を行うことで高い出力を得るように
修正が可能であり、高温で長時間使用における検出特性
の劣化がないことが確認された。

【００６０】（実施例２および３）次に磁歪膜とピッ
クアップコイルを２組組み合わせた磁歪式応力センサを
作製した。実施例２では磁歪膜１，２とも実施例１と同
様に正の磁歪定数を有するＮｉ−５０Ｆｅめっき膜と
し、一方、実施例３では磁歪膜１をＮｉ−５０Ｆｅめっ
き膜としたが磁歪膜２を負の磁歪定数を有するＦｅ膜と
して、それぞれ電気めっき法で４０μｍ形成した。形成
後、磁歪膜１，２に対してそれぞれ実施例２では逆方向
に、実施例３では同方向に２ｋｇｆ・ｍのねじり応力を
加えて３００℃の温度で１時間の熱処理を行った。

【００６１】実施例２，３とも励磁コイルに交流を与え
２枚の磁歪膜を励磁しピックアップコイル１，２の誘起
電圧を測定したところ左右のねじり応力に対してそれぞ
れ逆の電圧変化が観測され差動動作が確認された。

【００６２】

【発明の効果】上述したように本発明の効果は明らかで
ある。本発明によれば従来課題とされた、基体に応力を
加えた状態で磁歪膜を形成する工程における装置上の制
約がなく、その制約にともなう生産性の欠点を解決し、
治具など余計な部分に膜が形成される経済的損失を最小
にとどめ、応力による膜の剥離を防止でき、基体に応力
を加えた状態で磁歪膜を接着する工程に起因する検出特
性のばらつきを小さくし、あらかじめ誘導磁気異方性を
与えた磁歪膜を接着する工程に起因するばらつきを小さ
くし、さらには製造工程で生じた不良品を製造後修正で
き、長時間の使用における検出特性の劣化がない非常に
優れた磁歪式応力センサとその製造方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁歪式応力センサの構造を示す断面図
である。

【図２】本発明の磁歪式応力センサの応力と誘起電力を
示す図である。

【図３】本発明の磁歪式応力センサの熱処理時に印加す
る応力を示す図である。

【図４】本発明の磁歪式応力センサの構造を示す断面図
である。

【図５】本発明の磁歪式応力センサの熱処理時に印加す
る応力を示す図である。

【図６】本発明の磁歪式応力センサの応力と誘起電力、
差動出力を示す図である。

【図７】本発明の磁歪式応力センサの熱処理条件と出力
を示す図である。

【符号の説明】

１１回転軸１２磁歪膜１３励磁コイル１４ピックアップコイル１５ヨーク３１回転軸３２磁歪膜４１回転軸４２磁歪膜１４３磁歪膜２４４励磁コイル４５ピックアップコイル１４６ピックアップコイル２４７ヨーク５１回転軸５２磁歪膜１５３磁歪膜２

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁歪膜が基体上に形成された応力センサ
であって、前記磁歪膜は前記基体表面に形成された後、
前記基体に応力が加えられた状態で熱処理されているこ
とを特徴とする磁歪式応力センサ。
【請求項２】前記基体が円柱状であり、前記磁歪膜が
この円柱の側面に形成されてかつ、この円柱の回転軸方
向にねじり応力が加えられた状態で熱処理されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の磁歪式応力センサ。
【請求項３】前記磁歪膜が、めっき法により形成され
た膜であることを特徴とする請求項１または２記載の磁
歪式応力センサ。
【請求項４】磁歪膜が基体上に形成された応力センサ
において、前記磁歪膜は前記基体表面に形成された後、
前記基体に応力が加えられた状態で熱処理を行うことを
特徴とする磁歪式応力センサの製造方法。
【請求項５】前記基体が円柱状であり、この円柱の側
面に形成された磁歪膜に、円柱の回転軸方向にねじり応
力が加えられた状態で熱処理することを特徴とする請求
項４に記載の磁歪式応力センサの製造方法。
【請求項６】前記磁歪膜が、めっき法により形成され
た膜であることを特徴とする請求項４または５のいずれ
かに記載の磁歪式応力センサの製造方法。
【請求項７】前記熱処理温度が２００℃乃至４００℃
であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記
載の磁歪式応力センサの製造方法。