JPH04155232A - トルクセンサ用磁歪検出体の製造方法 - 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〉 この発明は、非接触状態でトルクを検出てきるトルクセ
ンサ用磁歪検出体の製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 トルク伝達軸の表面に磁気歪み特性を有する磁歪検出膜
を設け、その外周にソレノイドコイルを配置した構成の
磁子式１〜ルクセンサは、例えば特開昭６２−２０６４
２１号公報等により従来から知られている。

しかして、この種の磁子式トルクセンサは、軸に回転ト
ルクが加わると磁歪検出膜にも回転Ｊｉ向に対して４５
°方向に歪みが発生し、それが磁気的な異方性となって
透磁率の変化を生じる。

そして、このトルクに依存した透磁率の変化を、ソレノ
イドコイルのインダクタンスの変化とじて電気信号で出
力することにより、そのトルクの大きさおよびトルク方
向を検出することができるものである。

また、この種のトルクセンサにおいて用いられる磁歪検
出膜としては、軸の表面に非晶質合金や鉄−ニッケル合
金であるパーマロイ等の磁歪膜を、スパッタリングまた
はめっき等で形成しているが、スパッタリングによって
形成するものとしては、特開昭６０−４２６２８号公報
等に開示されている。

一方、めっきによるものとしては、特開昭５９−１６４
９３１号公報等に開示されているように軸表面に短冊状
にニッケルめっきを施すものや、特開昭６２−２０６４
２１号公報等に開示されているように軸表面に電気めっ
きでパーマロイ膜を施した後に熱処理して残留応力を除
去するもの、あるいは軸に下地としてニッケルストライ
クめっきを施し、その」二にＣｏ−Ｂなどの磁歪膜を無
電解めっきするもの等が挙げられる。

ところで、磁歪式トルクセンサ用の磁歪検出膜としでは
、めっきしたままでは膜に残留応力があるため、磁気歪
みに対する感応特性が不１−分であり、また軸と磁歪検
出膜との固着性も繰返しの応力に対して剥離しやすい性
質を有している。゛したがって、接合面の整合と合金化
およびめっき膜の残留応力の緩和等のために、特開昭６
２−２０６４２１号公報等により、後処理として熱処理
を施す方法が提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 このように、軸に磁歪膜をめっきした後に残留応力除去
のため熱処理を施した磁歪検出体は、他の形態のものに
比べて検出感度、再現性および耐久性等に優れるもので
ある。

しかしながら、固着性を重視して熱処理温度を高くする
と、軸材とめっき膜である磁歪検出膜との熱膨張の違い
から磁歪膜に熱的残留応力が残り検出感度が悪くなるが
、反対に熱処理温度を低めにすると膜の固着性が悪くな
るといら問題がある。

この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので
あり、トルク伝達軸との固着性が良く、しかも検出感度
の優れた磁歪検出体の製造法を提供することを目的とす
る。

く課題を解決するための手段〉 この発明は、」二足のような目的を達成するために、円
筒状または円柱状のトルク伝達軸外周面に、磁気歪み特
性を有するパーマロイ層を設けた磁歪検出体において、 非磁性合金よりなる上記トルク伝達軸の外場面上にニッ
ケル層を設け、カリこのニッケル層上にパーマロイ層を
設け、次いで残留応力除去処理を行うことを特徴とする
。

また、非磁性合金はオーステナイト系ステンレス鋼であ
ることを特徴とし、ニッケル層はニッケルストライクめ
っきにより形成し、かつパーマロイ層は電気めっきによ
り形成することを特徴とする。

さらに、残留応力除去処理は無酸化雰囲気中において３
５０〜４００℃の温度範囲内て熱処理することを特徴と
する。

トルク伝達軸は、その直径または肉厚をトルクの大きさ
および取り付は部分の状況に応じて設定することにより
、検出感度および最大許容トルクを調整する。

また、このトルク伝達軸は非磁性であるとともに応力歪
みにおける弾性限度が高い軸ヰ］、例えばオーステナイ
ト系ステンレス鋼などが選択される。

磁性合金からなる磁歪検出膜は、必要な磁歪係数、透磁
率１作業性、経済性、膜摩制御性などの観点から決定さ
れ、好ましくは鉄−ニッケル合金（パーマロイ）の電気
めっきが採用される。

軸材に直接パーマロイめっきを行うと、膜に大きな引張
り応力が残り応力（トルク）による透磁率変化に非可逆
性がみられるが、軸材とパーマロイめっき膜との間にニ
ッケルめっき層を設けると、パーマロイめっき膜の引張
り応力が減少し応力による透磁率変化が可逆的になる。

熱処理は、めっき膜の残留応力を減少させるとともに、
軸材とめっき膜の固着を強固にし、したがって磁歪検出
膜の応力による透磁率変化の可逆性を改良する。

ただし、熱処理温度が３５０℃より低いと軸材とめっき
膜との結合が不十分で、一方４００℃より高いと軸材と
めっき膜の熱膨張係数の違いから、めっき膜に垂直方向
に磁気異方性が発生し、応力（トルク）による透磁率の
変化がみられなくなり、好ましくは３５０℃〜４００℃
が選択される。

〈作用〉 この発明のように、軸材上にまずニッケル層を設け、そ
の上でこのニッケル層−ヒにパーマロイ層を形成し、そ
の後に最適な温度範囲の熱処理を行った場合のみ、トル
ク伝達軸である軸材と磁１検出膜との固着性の向−Ｌを
図るとともに、磁歪検出膜として良好なの応力（トルク
）感受性が得られるので、透磁率変化の可逆性も十分な
ものが得られる。

〈実施例〉 以下、実施例により説明する。

外径２５１．内径２１龍、長さ１００關のステンレス鋼
管（材質ＪＩＳ規格５ＵＳ３０４）の外径面を、機械加
工によって平滑に仕−１−げた後、アルカリ脱脂洗浄し
たトルク伝達軸とな゛る軸材１を準備した。

試料１は、上記軸材１の外径に電気めっきで３０％Ｆｅ
−Ｎｉ合金を厚さ１０μｍ施した後、スリット状溝以外
の部分をマスキング剤（ワックス）で被覆し、塩化第二
鉄水溶液でエツチングして、めっき膜を選択除去した。

軸材１上にめっき膜として残された部分は磁歪膜２とさ
れるが、めっき膜が除去された部分は幅が１ｗ１１１！
で、軸材１の長手方向の右部分は軸材１に対して角度＋
４５℃また左部分は角度−４５℃に傾くスリット状溝３
とされ、円周に各１０本ずつ形成される。

めっき方法は、特開昭６２−２０６４２１号公報記載の
ものと同様に、スルファミン酸ニッケル溶液中で行った
。

次に試料２は、Ｊ−記の軸材１に予めニッケルめっきを
厚さ１μｍ設けた後、試料１と同様に鉄−ニッケル合金
めっき膜を設け、被膜の選択除去を行い試料１と同様に
磁歪膜２およびスリット状溝３を形成した。

」１記のニッケルめっきは、塩化ニッケルの塩酸溶液を
用いたストライクめっきである。

次に、試料１および試料２を、温度３００℃。

３５０℃、４００℃、よび４５０℃で１時間の熱処理を
施した。この熱処理は水素ガス中で行った。

このようにして作製した各磁歪検出体を、片持ち治具に
固定し、第１図に示すようにコイル配置するとともに、
第２図に示すような電気回路、すなわち入力端子６の後
段にトランジスタ７およびこのトランジスタ７と接続さ
れる」−記コイル４゜５と、出力端子９と接続されるス
イソチンク部８が接続されるトルク検出回路を用い、各
試料１゜２の一端に捩じりトルクを加えてＩ・ルクと出
力電圧の関係を測定した。

その結果を第３図および第４図に示す。

第３図は試料１と２の熱処理を比較したものである。

なお、同図におけるグラフ（１）は軸材ｌの表面に直接
ニッケル鉄合金をめっきしたままのものの特性を示し、
グラフ（２）は軸材１の表面に予めニッケルめっきを施
してからニッケル鉄合金をめっきしたもの、グラフ（３
）はグラフ（１）におけるものを４００°Ｃで１時間熱
処理したもの、グラフ（４）はグラフ（２）におけるも
のを４００℃で１時間熱処理したもののそれぞれの特性
を示している。

しかして、同図における各グラフから、ニッケルストラ
イクめっきと熱処理を施したグラフ（４）が、トルク検
出の直線性において優れていることが分かる。

一方、第４図は、試料２を用い熱処理を３００〜４５０
℃の各種温度にした場合の測定結果である。

この測定結果から明らかなように、熱処理温度３００℃
であるグラフ（５）　　ｌ−ルク変換特性が非線形であ
り、トルクによる透磁率の変化に非可逆性が残っている
ことか想像される。

熱処理温度３５０℃および４００℃であるグラフ（６）
（７）は、トルク検出感度が大きく、直線性も良好であ
る。

熱処理温度４５０℃であるグラフ（８）は、直線性は良
好であるが、検出感度が著しく小さい。これは、垂直磁
気異方性のために磁歪膜２の透磁率が小さくなっている
ことが想像される。

このように、トルクセンサ用磁歪検出体としてのニッケ
ル鉄合金めっき膜は、３５０〜４００℃の熱処理を施す
ことにより良好な特性が得られる。

次に、トルクセンサ用磁歪検出膜の耐久性を調べた。

試料１．　２における軸材１を片持ち治具に固定し、軸
材１の他端に±１１０Ｎ−の捩り）・ルクを１０Ｈｚの
周期で繰り返し加えた。

その結果、試料１は１０４回の繰返してめっき膜のひび
われが発生したのに対し、この発明に係る試料２を４０
０℃１時間熱処理したものは、１０６回の繰返トルクに
対してもめっき膜のひび割れや剥離は認められず、いわ
ゆる磁性膜２と軸材１との密着性は良好であった。

〈発明の効果〉 以上説明したように、この発明に係る製造り法によれば
、いずれも非磁性合金の軸１−にまずニッケル層を下地
として形成した上で、このニッケル層−ヒにパーマロイ
層を形成して磁歪検出膜を設け、しかもその後に残留応
力除去の熱処理を施すものであるから、トルク伝達軸と
磁歪検出膜との固着性に優れ、かつ応力感受性が良好で
透磁率変化の可逆性が良く出力直線性および再現性に優
れることとなるため、トルク伝達軸との固着性が良く、
しかも検出感度の優れた磁歪検出体の製造り法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトルクセンサの構成を示す説明図、第２図はト
ルク検出回路図、第３図および第４図はトルク出力特性
を示すグラフである。 １・・・軸材 ２・・・磁歪膜 ３・・・スリット状溝 ４．５・・・コイル 特許出願人　　日立粉末冶金株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．円筒状または円柱状のトルク伝達軸外周面に、磁気
   歪み特性を有するパーマロイ層を設けた磁歪検出体にお
   いて、 非磁性合金よりなる上記トルク伝達軸の外周面上にニッ
   ケル層を設け、かつこのニッケル層上にパーマロイ層を
   設け、次いで残留応力除去処理を行うことを特徴とする
   トルクセンサ用磁歪検出体の製造方法。
2. ２．非磁性合金は、オーステナイト系ステンレス鋼であ
   ることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ用磁歪
   検出体の製造方法。
3. ３．ニッケル層はニッケルストライクめっきにより形成
   し、かつパーマロイ層は電気めっきにより形成すること
   を特徴とする請求項１又は２記載のトルクセンサ用磁歪
   検出体の製造方法。
4. ４．残留応力除去処理は、無酸化雰囲気中において３５
   ０〜４００℃の温度範囲内で熱処理することを特徴とす
   る請求項１，２又は３記載のトルクセンサ用磁歪検出体
   の製造方法。