(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベ−ス材にアモルファス合金片を接触させ、接触電極による瞬時通電で上記アモルファス合金片を溶融させ、通電遮断後、この溶融金属を電極からの放熱で急冷固化して再度アモルファス化することを特徴とするアモルファス合金薄膜層の形成方法。
【請求項２】
ベ−ス材に未アモルファス合金材料を接触させ、接触電極による瞬時通電で上記未アモルファス合金材料を溶融させ、通電遮断後、この溶融金属を電極からの放熱で急冷固化してアモルファス化することを特徴とするアモルファス合金薄膜層の形成方法。
【請求項３】
アモルファス合金組成がＣｏ70．5Ｂ15Ｓｉ10Ｆｅ4．5であり、電流の瞬時通電時間が３００μｓ以下である請求項１または請求項２記載のアモルファス合金薄膜層の形成方法。
【請求項４】
ベ−ス材にアモルファス合金薄膜層を磁気式センサとして請求項１乃至は３何れか記載のアモルファス合金薄膜層の形成方法により設けることを特徴とするベ−ス材に磁気式センサを付設する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はベ−ス材にアモルファス合金薄膜層を形成する方法及びこの方法によりベ−ス材に磁気式センサ、例えば、磁気式非接触トルクセンサを付設する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファス合金はVillari効果を有し、この効果を利用して歪検出、更には捩れトルク⇒歪変換により回転軸に加わる回転トルクを検出することが公知である。
すなわち、直径ｄの軸に回転トルクＴが作用すると、軸表面に式▲１▼で示される剪断応力τが発生し、
τ＝１６Ｔ／（πｄ3）                         ▲１▼
また、モ−ルの応力円から明らかなように、剪断方向に対し４５°の方向に主応力が発生する。
【０００３】
而して、軸表面にアモルファス合金薄膜を固着しておくと、上記の主応力方向に一軸磁気異方性が呈され、その異方性エネルギ−Ｋｕは、飽和磁歪定数をλｓ、アモルファス合金薄膜の捩じれヤング率をＧａ、軸の捩じれヤング率をＧｓとすると、
Ｋｕ＝４８λｓＧａ／（πｄ3Ｇｓ）              ▲２▼
で与えられる。
従って、軸に磁界を作用させ、上記アモルファス合金薄膜を通る磁気回路の磁気抵抗から与えられる比導磁率μｒの変化からトルクＴの検出が可能となる。
【０００４】
勿論、外部からの力によって歪を生じるベ−ス材の表面にアモルファス合金薄膜を固着しておくと、その力の方向に一軸磁気異方性が呈されるから、その歪を上記と同様にアモルファス合金薄膜を通る磁気回路の磁気抵抗から与えられる比導磁率μｒの変化より測定でき、更には、歪み量と外力との関係を予め把握しておくことにより質量、圧力等のセンサとして使用可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記方法によりトルクや歪を検出するには、予め成形したアモルファス合金薄膜を回転軸にエポキシ樹脂等の接着剤で貼着している。
而るに、この貼着時の曲げ歪や薄膜成形時の加工歪のために、ある方向の一軸磁気異方性の付随が避けられず、この付随一軸磁気異方性の異方性エネルギ−Ｋｂが上記トルクに基づく主応力方向の異方性エネルギ−Ｋｕに重畳され、この重畳異方性エネルギ−のトルクに対する変動性が緩やかになり、Ｋｂが高くなるほど検出感度の低下が余儀なくされる。
【０００６】
本発明の目的は、ベ−ス材にアモルファス合金薄膜層を固着して、ベ−ス材に発生する歪をアモルファス合金薄膜のVillari効果により検出する場合、検出しようとする歪以外の付随歪の影響を排除して高感度の歪検出を保障できるアモルファス合金薄膜層を形成する方法及びベ−ス材に磁気式センサを付設する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアモルファス合金薄膜層の形成方法は、ベ−ス材にアモルファス合金片を接触させ、接触電極による瞬時通電で上記アモルファス合金片を溶融させ、通電遮断後、この溶融金属を電極からの放熱で急冷固化して再度アモルファス化することを特徴とする構成、または、上記アモルファス合金片に代え、未アモルファス合金材料を使用し、接触電極による瞬時通電で未アモルファス合金材料を溶融させ、通電遮断後、この溶融金属を電極からの放熱で急冷固化してアモルファス化することを特徴とする構成であり、何れの構成においても、アモルファス合金がＣｏ70．5Ｂ15Ｓｉ10Ｆｅ4．5の組成の場合、電流の瞬時通電時間は３００μｓ以下とすることが適切である。
本発明に係るベ−ス材に磁気式センサを付設する方法は、ベ−ス材（例えば回転軸）にアモルファス合金薄膜層を磁気式センサ（例えば、磁気式非接触トルクセンサ）として上記アモルファス合金薄膜層の形成方法により設けることを特徴とする構成である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
本発明を実施するには、まず、図１の（イ）に示すように、ベ−ス金属材１にアモルファス合金片２を接触させ、更に、ベ−ス金属材１及びアモルファス合金片２にそれぞれ電極３１，３２を加圧接触させる。
次いで、電流を瞬時通電して、図１の（ロ）に示すようにアモルファス合金片を溶融させる。２０は溶融金属を示している。
【０００９】
この場合、アモルファス合金片２の電気抵抗（ベ−ス金属材１との接触抵抗を含めた電気抵抗）をベ−ス金属材１や電極３１，３２に較べて充分に高くしてあり、ジュ−ル熱が実質上、アモルファス合金片２（ベ−ス金属材１との接触界面を含む）のみに発生する。また、電流の通電時間を充分に短時間としてあり、上記ジュ−ル熱が発生したアモルファス合金片から、この通電時間内に逃げる熱量は無視できる。従って、アモルファス合金片の熱容量をＣ、アモルファス合金片の電気抵抗をＲ、平均電流値をＩ、通電時間をΔｔとすれば、アモルファス合金片の上昇温度ΔＴは、ほぼ
ΔＴ＝ＲＩ2Δｔ／Ｃ                             ▲３▼
で与えられ、アモルファス合金片の融点をＴｍ、常温をＴ0とすれば、通電電流Ｉは、ほぼ
Ｉ＝〔Ｃ（Ｔｍ−Ｔ0）／（ＲΔｔ）〕1/2 ▲４▼
で与えられる。
【００１０】
上記電流値ＩのΔｔ時間の通電中、ジュ−ル熱が発生したアモルファス合金片２から電極３２やベ−ス金属材１への熱伝達量は実質上零であり、電極３２及びベ−ス金属材１（アモルファス合金片との接触界面を除いたベ−ス金属材の大部分）がほぼ常温のままに保持されているから、通電遮断後はアモルファス合金片の熱が急速に電極３２及びベ−ス金属材１に逃げて溶融金属２０が冷却固化される。
この溶融金属の冷却において、結晶の成長を妨げるように、すなわち、凝集潜熱を奪い、結晶になるための原子の拡散を妨げるように急冷すれば、固化金属を再度アモルファス化でき、ベ−ス金属材表面にアモルファス合金薄膜層を形成できる。
而るに、本発明においては、アモルファス合金片を短時間で通電溶融し、その間、通電発熱量を電極３２及びベ−ス金属材１に移動させずに電極及びベ−ス金属材温度をほぼ常温に保持できるから、通電遮断後、溶融金属の熱が電極３２及びベ−ス金属材１に急速に移動し溶融金属が急冷されて再度のアモルファス化が保証される。
【００１１】
本発明において、アモルファス合金片の合金組成としてはＦｅやＣｏ等の遷移金属とＢやＳｉ等の非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％の組成系に限定されたもの、例えば、Ｃｏ70．5Ｂ15Ｓｉ10Ｆｅ4．5（添字は原子％を示す。以下、同じ）やＦｅ75Ｓｉ10Ｂ15が、結晶化する臨界冷却速度が比較的遅いので、上記の再アモルファス化上有利である。
【００１２】
アモルファス合金片に代え、未アモルファス合金材料、例えば、Ｃｏ粉末７０．５％、Ｂ粉末１５％、Ｓｉ粉末１０％、Ｆｅ粉末４．５％の混合材料、または、Ｆｅ粉末７５％、Ｓｉ粉末１０％、Ｂ粉末１５％の混合材料等、溶融・急冷によってアモルファス合金になる混合粉末材料の外、元素箔の積層物も使用できる。
更に通電時間は、３００μｓ以下とされ、通電電流は溶融過剰による蒸発瀑飛を生じない電流値以下とされる。
【００１３】
本発明の上記実施の形態では、一方の電極をアモルファス合金片または未アモルファス合金材料に接触させ、他方の電極をベ−ス金属材に接触させてアモルファス合金片または未アモルファス合金材料を通電によるジュ−ル熱で溶融させているが、双方の電極をアモルファス合金片または未アモルファス合金材料に接触させてアモルファス合金片または未アモルファス合金材料を通電によるジュ−ル熱で溶融させることもできる。後者の場合、電極間隔を広くし過ぎると、電極間のアモルファス合金片中間部分のベ−ス金属材への溶着が難しくなるので、電極間の間隔を狭くし、電極を複数回にわたり逐次アモルファス合金片の全面にわたって接触させて溶融・急冷・再アモルファス化を逐次に行っていくことが好ましい。
【００１４】
本発明は、回転軸にアモルファス合金薄膜層を形成し、その回転軸に作用する回転トルクによって回転軸表面に発生する応力の主応力歪に基づく磁気的異方性エネルギ−の変化を、外部磁界の磁気抵抗の変化から検出して回転トルクを検知する場合のアモルファス合金薄膜層の形成に好適に使用できる。
また、本発明は、外力によって歪を発生するベ−ス材にアモルファス合金薄膜層を形成し、そのベ−スに発生する応力の歪に基づく磁気的異方性エネルギ−の変化を、外部磁界の磁気抵抗の変化から検出して歪を測定する場合のアモルファス合金薄膜層の形成に好適に使用できる。
【００１５】
その外、アモルファス合金片を磁界センサ（アモルファス合金片に微小高周波電流を通電しその表皮効果によりインピ−ダンスが外部磁界で敏感に変化することを利用してそのアモルファス合金片両端間の出力電圧より外部磁界を検出する）として使用するために、セラミックス基板に高透磁率の金属膜を設け、その金属膜上にアモルファス合金薄膜層を形成するか、高透磁率金属上にアモルファス合金薄膜層を形成して磁界センサを製作する場合にも使用できる。
本発明において、磁気式センサとは上記歪の作用による磁気特性の変化を磁界を利用して検出するものや外部磁界をセンサの磁気特性の変化より検出するものの総称である。
【００１６】
【実施例】
〔実施例〕
アモルファス合金片には、Ｃｏ70．5Ｂ15Ｓｉ10Ｆｅ4．5細線の切断片を使用し、ベ−ス金属材には、厚み０．２ｍｍのＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金板を使用し、通電時間を６０μｓ、通電ピ−ク電流を７００アンペアとした。
〔比較例〕
通電時間を９５０μｓ、通電ピ−ク電流を５００アンペアとした以外、実施例と同じとした。
これらの実施例品及び比較例品について、一軸磁気異方性を検査したところ、実施例では一軸磁気異方性を有していたが、比較例では冷却速度が遅くアモルファス化が満足に達成されず一軸磁気異方性が認められなかった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係るアモルファス合金薄膜層の形成方法においては、アモルファス合金片または未アモルファス合金材料を溶融し、急冷してアモルファス化しているから、アモルファス合金片に加工歪が残留していても、溶融のために除去される。また、アモルファス合金薄膜を曲げて貼着する場合とは異なり、曲げ歪を排除できる。
尤も、急冷により熱収縮歪が付随するが、その歪は曲げ歪と薄膜加工歪との合計量に較べ充分に少なくできる。
更に、急冷によるアモルファス化のための特別の装置を必要としないので装置も簡単である。
【００１８】
従って、本発明によれば、検出しようとする歪以外の付随歪の影響を排除して高感度かつ簡単な歪検出を保障できるアモルファス合金薄膜層を磁気式センサとしてベ−ス材に付設できる（例えば、磁気式非接触トルクセンサとして回転軸に付設できる）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアモルファス合金薄膜層の形成方法を示す説明図であり、図１の（イ）はアモルファス合金の溶融前の状態を、図１の（ロ）は同じく溶融後の状態をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１            ベ−ス金属材
２            アモルファス合金片
３１          電極
３２          電極
【図１】
0003640738.tif 000002