(57)【要約】【課題】従来提案されているトルク、歪、力、衝撃、位置、電流等の検出に用いる磁気歪センサでは磁気異方性を付与する上で量産性および工程の煩雑さに問題があり改良が望まれていた。【解決手段】歪感受膜として作用する軟磁性体磁歪膜を硬磁性体でなる下地層の上に製膜してセンサ構造を形成した後、硬磁性体下地層を磁化することによって軟磁性体膜の磁化の方向を３次元空間で制御する。さらに前記硬磁性体膜あるいは／および前記軟磁性体膜のパターンを短冊状として中心軸に４５度方向に配置すること、あるいは前記構造にバイアストルクを付加することにより軟磁性体感受膜の磁化方向を制御する構造。および軟磁性体感受膜に垂直磁界を印加することにより磁界を３次元的に制御するセンサ装置構造。【選択図】図１
2005098953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッキ法、蒸着法、スパッタ法あるいは溶射法によって非強磁性体上に形成される軟磁性体感受膜を用いて歪を計測するセンサに関し、該軟磁性体感受膜を磁化した硬磁性体あるいは磁化した短冊形状をなす硬磁性体で成る下地層上に配置することにより、該軟磁性体感受膜に誘導磁気異方性を導入し、更に、該軟磁性体感受膜の形状を短冊状として形状異方性を導入すること、あるいは／および、該軟磁性体感受膜にあらかじめ歪を導入することにより磁歪異方性効果を誘起することを特徴とする磁気歪センサ。
【請求項２】
基体をトルク伝達軸とする請求項１に記載の磁気歪センサであって、ねじりによって生じる歪を検出してトルクを非接触で測定する磁気トルクセンサ。
【請求項３】
硬磁性体で形成される下地層の上に短冊状のパターンを有する軟磁性感受膜を形成することによって、軟磁性体感受膜に誘導磁気異方性を導入する請求項２に記載の磁気トルクセンサ。
【請求項４】
短冊状のバターンを有する硬磁性体膜を下地層として、該下地層の上に軟磁性体惑受膜を形成する、あるいは，該パターン上および該パターン間隙全域に連続的な軟磁性体感受膜を形成する請求項３に記載の磁気トルクセンサ。
【請求項５】
短冊状のパターンの幅を１ｍｍから１０ｍｍ、パターン間の間隙の幅を０．１ｍｍから１０ｍｍとすることを特徴とする、請求項３，４，５記載の磁気トルクセンサ。
【請求項６】
硬磁性体下地層の上に形成される軟磁性感受膜にトルクバイアスを印加することによりトルク伝達軸に対して４５度方向に磁気異方性が導入されることを特徴とする請求項２、３、４および５に記載の磁気トルクセンサ。
【請求項７】
非磁性物質で形成された基体上に形成することを特徴とする、請求項１、２、３、４、６および６に記載の磁気歪センサ。
【請求項８】
回転軸、硬磁性体下地層、軟磁性感受膜、永久磁石あるいは電磁石のヨーク、磁極、検出コイル、励磁コイル、磁界調整用ソレノイドで構成され、軟磁性体感受膜と同心で、該軟磁性体感受膜を取囲むようにして、永久磁石あるいは電磁石の磁極をＮ（Ｓ）、Ｓ（Ｎ）、Ｎ（Ｓ）の順に、各磁極間に軟磁性体感受膜が配置する構造を持ち、該磁極と該硬磁性体下地層との間に磁気回路を形成することにより、該軟磁性体感受膜中に垂直磁化成分を誘起することを特徴とする磁気式応力センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は逆磁歪効果を有す磁性体を感受部に用いる磁気歪センサおよび該センサの製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】磁性体をセンサの感受部として用いて、当該磁性体の機械的変形に伴って生じる磁気特性変化を測定することによって、トルク、歪、力、衝撃、位置、電流等を検出するセンサが開発され使用されている。【０００３】該磁性体感受部の変形に伴って生じる格子歪は磁気モーメントに変化をもたらし、さらに、該磁気モーメントの変化は該磁性体の磁気特性の計測を目的として設置されたコイルに誘起するインダクタンスおよびリアクタンスに変化をもたらす。この変化を捕捉することによって基体中に生じる格子の変位を検出することが上記センサの計測原理である。【０００４】強磁性体の変位と磁気モーメントの関係を述べる。強磁性体が変形すると磁区の方向が変化し平均的な磁気モーメントが影響を受ける。強磁性体は自発磁化を持ち、超微細結晶の場合を除き該自発磁化は磁区を単位として磁区毎に特定の方向に配向しやすい性質を示す。この性質は磁気異方性と呼ばれ、概略、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性、磁歪磁気異方性、形状磁気異方性に分類される。【０００５】初期の磁気トルクセンサでは、強磁性体で形成される回転軸に、該回転軸に平行な方向に、励磁用の電磁石の両磁極をわずかなギャップをもって押し当てることによって回転軸表面領域に磁界を形成し、該磁界に軸の捩れによって生じる変化を、該励磁電磁石に重ねて、Ｓ，Ｎ両磁極を軸に垂直方向に向けて、わずかなギャップをもって該回転軸に押し当てた検出用磁気回路によって測定する方法が提案された。（Ｄａｈｌｅ，Ｏｒｖａｒ  ＡＳＥＡ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  １，１９５８  ｐａｇｅ  ４５−６８．）更に、この技術は船舶用に商品化された。【０００６】回転軸のトルク測定では、高い検出感度を実現する上で、回転軸上の磁性体感受膜は強い異方性を持つことが望ましい。また、変形の方向を検出する上で、磁化容易軸を回転軸から外して一軸異方性を導入するかトルクバイアスを磁性膜に付与することが有効である。この構造により、回転軸と同一の中心軸を有す磁気コイルによって回転方向を知ることが可能になる。これらの理由から、一軸磁気異方性を導入する幾つかの方法が考案されている。【０００７】特許１６９３２６には、強磁性体よりなる回転軸に、螺旋方向が相反する二組の畝条をピッチ角４５度で螺旋状に刻設することによって、トルクを測定する方法が開示されている。ここでは、形状磁気異方性が導入される結果、ねじり方向に対する出力の非対称性が発現することによって、回転軸外周に設置した、回転軸と中心軸を同じくするソレノイドによってトルクおよび回転方向を計測することが可能である。【０００８】特許１６１６１９２には、トルクセンサの製造法として、アモルファス磁性合会の薄帯に予め誘導磁気異方性を付与した後、該磁性薄帯を回転軸に巻く方法が開示されている。【０００９】特許１６６９１３４には、回転軸外周部に設置する磁性膜の概ね４５度方向に複数のスリットを形成することによって、形状磁気異方性を導入し、結果、回転軸と中心軸を同じくするソレノイドによってトルクおよび回転方向を計測する製造方法が開示されている。【００１０】特許２５７１４２２には、磁歪材料からなる回転軸外周部に複数の螺旋溝を形成し、その螺旋溝のなす帯状��部の表面と、隣り合う螺旋溝同士間の帯状山部とが相異なる炭素濃度を有することによって、大きな磁気異方性が導入されるトルクセンサの構造が開示されている。【００１１】特許２７１０１６５には、磁性体表面に磁気特性の異なる２種類の磁性体を所定方向に間隔０．０５ｍｍ乃至１０ｍｍで、幅１μｍ乃至１ｍｍの領域をパターン化することを特徴とする磁気異方性の制御方法が開示されている。【００１２】特開２００２−８２０００には、磁歪膜を回転軸外周部に形成する応力センサで、該磁性膜が該基体表面に形成された後、該基体が応力を掛けた状態で加熱処理されている応力センサが開示されている。また、特許３３７７５１９には、磁歪膜を回転軸外周部に形成する応力センサで、該基体と該磁性膜の間に両者よりも低い融点を持つ中間層を形成して、該磁歪膜は検出トルクに対してバイアスとなるトルクが印加されたトルクセンサが開示されている。【００１３】特開２００２−２２８５２６には、トルク伝達軸部材の少なくとも表面を加熱処理することによりその磁性が磁性から非磁性に又は非磁性から磁性へ変化する材料で形成して、部分的な加熱処理で該トルク伝達軸表面に磁気異方性を導入するトルクセンサが開示されている。【００１４】特開平１０−１８５７１３には起歪体に電流を通電しながら炉中で熱処理することによって磁気異方性を導入した磁歪式歪センサの製造方法が開示されている。【００１５】特開昭５９−１９２９３０には、トルク伝達軸を被覆した異方性磁性体膜を、該トルク伝達軸に内蔵する永久磁石で伝達軸線方向に磁化し、前記磁化の方向がトルク印加にともなって周方向に変化することを利用するトルク検出方法が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】上述した様に、磁性膜を利用した起歪体はトルクセンサ、歪センサ、力センサ、衝撃センサ、位置センサ、電流センサなどのセンサで使用されており、該磁性膜に磁気異方性を導入する種々の方法が試みられているが、生産性、耐久性、導入される磁気異方性の程度の何れかに問題がある。回転軸そのものに螺旋溝を形成する方法では溝形成が亀裂を生じる原因となりやすい。局所加熱することによって徴細領域を相変化させる方法は手順に繁雑さがあり生産性に問題がある。また高価な設備を必要とする。トルクバイアスを印加する方法では、過大なバイアスは緩和しやすく、特に高温下では磁気異方性を安定に保つことが出来ず、トルクセンサの信頼性に問題が生じる。また、加熱下で軸に通電する方法では４５度方向に磁気異方性を導入できない。さらに、軸に永久磁石を入れて磁化する方法は軸設計上の制約となる。本発明は十分な磁気異方性を導入する方法を提供するとともに、該磁気異方性の導入法の適用によって、生産性、耐久性および感度に優れた磁気歪センサ、特にはトルクセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】上記課題は以下の（１）乃至（７）の本発明で解決される。
（１）硬磁性体を下地層として、メッキ法、蒸着法、スパッタ法あるいは溶射法によって、磁歪効果を有する軟磁性体膜を積層して、基体に誘起される歪を計測するセンサを形成する。この際、下地の硬磁性層あるいは／および該軟磁性体層を短冊状にすることにより形状異方性を導入する。あるいは／および軟磁性体感受膜に歪を導入することにより磁歪異方性を導入する。この他、硬磁性体で成る下地層は該軟磁性体感受膜に誘導磁気異方性を導入するので、各磁気異方性効果を組み合わせることによって３次元空間で軟磁性体感受膜の磁化を制御することを特徴とする。
（２）（１）に記載の磁気歪センサであって、基体をトルク伝達軸とねじりによって生じる歪を検出してトルクを非接触で測定する磁気トルクセンサ。ねじりによって磁気異方性に変化がもたらされるので、この変化が効率よく検出できるように、軟磁性体感受膜の磁化の初期状態を制御することが重要である。
（３）トルク伝達軸外周部を取り囲むように設置した単一コイルによって回転方向を検出するには、磁化した硬磁性体で形成される下地層の上に短冊状のパターンを有する軟磁性膜を形成することによって実現される。軟磁性体感受膜を軸外周上で軸方向から傾けて配置することによって、ねじりに対して非対称な誘導磁気異方性を導入することになる。この結果、トルクが印加されない状態にあっても軟磁性体感受膜の磁化は特定の方向に向かう。
（４）また、短冊状のパターンを有する硬磁性体膜を下地層として、該下地層の上に軟磁性体感受膜を形成するか、あるいは、短冊状のパターンおよび該パターンの間隙部分を含む領域に連続膜として軟磁性体感受膜を形成することよっても、ねじり方向による磁化変化の非対称性を実現する。
（５）さらに、硬磁性体下地層の上に形成される軟磁性感受膜にトルクバイアスを印加してトルク伝達軸に対して４５度方向に磁気異方性を導入することにより、ねじりに対して非対称な磁気異方性を導入する。（３）および（４）の短冊状のパターンを持つ構造ではトルクバイアス印加によって磁気異方性を導入する場合、トルク印加方向によって磁化の初期状態が変化する。短冊の長軸方向に圧縮歪を残存させることが適当である。
（６）（１）から（５）に記載の磁気歪センサを非強磁性体で出来た基体上に形成する。磁気回路では電気回路に比べて絶縁を取りにくいので、外乱の影響を排除する上で非強磁性体を基体とすることは効果がある。
（７）（１）から（６）に述べるトルクセンサは図１に示す装置硬性により高い特性を示す。図１は本発明のトルクセンサ装置の断面図である。該装置は、図１中に示す、１回転軸、２硬磁性体下地層、３軟磁性感受膜、４永久磁石あるいは電磁石の磁極、６永久磁石あるいは電磁石のヨーク、６検出コイル、７励磁コイル、８磁界調整用ソレノイドで構成される。４の磁極はＮ（Ｓ）、Ｓ（Ｎ）、Ｎ（Ｓ）の順に配置することにより磁界垂直成分を生じる。該磁極は図１中２に示す、硬磁性体下地層との間で磁気回路を構成する。図１中８に示す磁界調整用のソレノイドを用いて、該軟磁性体感受膜に形成される磁界を調整する。該軟磁性体感受膜の水平成分に加えて垂直成分の磁化を制御することにより、トルク印加に伴うインダクタンスの軸方向成分の変化方向および変化量を制御する。
【発明の効果】
【００１８】上記の本発明によって、前記磁気トルクセンサの軟磁性体感受膜の磁区方位をそろえて、磁気異方性を強めることが出来る。軟磁性感受膜の磁化方向は、硬磁性体下地層の異方性、軟磁性感受膜の異方性に、トルク印加に伴って生じる磁歪異方性を加えた効果で決まる。このため、下地層である硬磁性膜の磁化分布を調整することにより、軟磁性膜の磁化に該軟磁性膜の法線成分を付与することが出来る。【００１９】また、硬磁性体下地層が発する磁束によって、軟磁性感受膜の磁区の配向を揃えることにより、感受膜の磁歪に対する感度を高めることが出来る。【００２０】また、同様の理由から硬磁性膜下地層を短冊状の繰り返しパターンとし、さらに、短冊の長軸方位をトルク伝達軸に平行の方位からオフセットさせることによりトルク伝達軸の回転方向と印加トルクを同時に測定できる。硬磁性体膜下地層によって磁界が印加されることにより、短冊の短軸の幅を１０ｍｍ程度まで広げても異方性が導入される。このため、磁界を印加しないものに比べて短冊状の軟磁性感受膜の機械的強度を高めることが出来る。【００２１】磁化した硬磁性体下地層上に形成した磁性膜に、更にトルクバイアスを付加することによって、磁気異方性を強めた上で、トルクセンサの感度を調整することが出来る。結果、使用目的に応じて、測定範囲を狭めてセンサ感度を上げることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】以下に本発明の実施の形態を説明する。本発明に掛かる磁気異方性を付加する方法は、トルク、歪、力、衝撃、位置、電流等を検出するセンサなどに適用されるが、磁気トルクセンサについて説明する。【００２３】本発明に掛かる磁気トルクセンサは、トルク伝達軸と該トルク伝達軸表面上に形成した磁気異方性を導入した硬磁性体層と歪検出を目的とする軟磁性体膜および該磁性膜の磁気特性変化を測定するコイルで構成される。また、磁気回路を付加することにより該硬磁性体下地層の磁気異方性を制御することが出来る。導入される磁気異方性の方向が興なる二組の磁性膜を同一トルク伝達軸上に形成して、該磁性膜を組み合わせて差動動作させることによって、外部磁場による外乱をキャンセルすることが出来る。また、該トルク伝達軸の回転方向を検出来る。【００２４】図１は本発明のトルクセンサの断面図である。該磁性体感受部の変形に伴って生じる格子歪は磁気モーメントに変化をもたらし、さらに、該磁気モーメントの変化は該磁性体の磁気特性計測を目的として設置されたコイルに誘起するインダクタンスおよびリアクタンスに変化をもたらす。該インダクタンスおよび該リアクタンスの変化を捕捉することによってトルクを計測する。図１中４に示す磁極はＮ（Ｓ）、Ｓ（Ｎ）、Ｎ（Ｓ）の順に配置されている。該磁極は図１中２に示す、硬磁性体下地層との間で磁気回路を構成しており、図１中３に示す軟磁性体感受膜の磁化に垂直成分を誘起する。図１中８に示す磁界調整用のソレノイドを用いて、該軟磁性体感受膜に形成される磁界を調整することにより、該軟磁性体感受膜の水平成分に加えて垂直成分の磁化を制御することにより、トルク印加に伴うインダクタンスの軸方向成分の変化方向および変化量を制御できる。この結果、トルク印加に伴う正の出力を得るとともに、動作点および感度を調整することが出来る。【００２５】図２は本発明の実施例の一形態としてのトルクセンサ感受部の断面図である。磁化された硬磁性体膜上に軟磁性体惑受膜が設置されており、該軟磁性体感受膜は該硬磁性体膜から生じる磁束により磁化される。形成される軟磁性体膜の磁化は下地硬磁性体膜の磁気異方性の影響を受ける。特定の方向に磁化された硬磁性体で成る下地層上に形成した軟磁性体膜は該下地層の磁化の方向を反映して磁化する。【００２６】軟磁性体感受膜の磁化方向は、硬磁性体下地層の異方性、軟磁性体感受膜の異方性に、トルク印加に伴って生じる磁歪異方性を加えた効果で決まる。硬磁性体下地層が発する磁束によって、軟磁性感受膜の磁区の配向を揃えることにより、軟磁性体感受膜の磁歪に対する感度を高めることが出来る。【００２７】図１中４、５および８に示す磁気調整機構を設置しなくても、硬磁性体膜が発する磁束は３次元分布し法線成分を持つため、磁性体感受膜の磁化も法線方向に成分を持つ。特に、硬磁性体膜の磁化をトルク伝達軸方向にＮ（Ｓ）極、Ｓ（Ｎ）極、Ｎ（Ｓ）極の順に磁化すれば垂直成分が増加する。【００２８】この磁化垂直成分はトルク印加によって減少し、一方、トルク伝達軸成分は増加するので、トルク印加に伴って検出コイルのインダクタンスおよびリアクタンスは増大する方向で変化する。【００２９】下地層硬磁性膜のパターン形状を短冊状にすれば、軟磁性層の磁化方向は該下地層のパターンの長軸方向に誘導されやすい。このため短冊状パターンの長軸をトルク伝達軸に平行な方向から外せばトルク伝達軸の回転方向が検出できる。【００３０】軟磁性感受膜のパターン形状を短冊状にすれば、軟磁性感受謨の磁化方向はパターンの長軸方向に誘導されやすい。このため短冊状パターンの長軸をトルク伝達軸に平行な方向から外せばトルク伝達軸の回転方向が検出できる。【００３１】非磁性基体上に硬磁性体下地層と軟磁性感受膜を積層する構造は、該硬磁性膜および該軟磁性膜の異方性を制御する上で効果的である。【００３２】上記の硬磁性体下地層上に軟磁性体感受膜を形成し磁化方向を制御する磁気歪センサは、更に、トルクバイアスを印加することによって、印加トルクに対するトルクセンサ出力の特性、即ち、計測トルク範囲、感度および直練性を変えることが出来る。但し、計測トルク範囲を広げれば感度は低下し、感度を上げれば計測範囲は狭まる。印加トルクの範囲は１乃至１０００Ｎｍである。トルク伝達軸のねじりに伴って生じる磁性膜の軸の太さに依存するが、印加トルクが大きすぎると膜の剥離および破断がおこる。但し、許容トルク範囲は軸径に大きく依存する。【００３３】使用する硬磁性体材料は大きな保持力および残留磁化を有すＦｅ，ＦｅＣｏなどが適当であるが、磁性材料を制限するものでない。【００３４】使用する軟磁性体材料は正の磁歪係数を持つＦｅＮｉ，ＦｅＣｏ，ＦｅＮｉＣｏなどが適当であるが、磁性材料を制限するものでない。【００３５】磁性膜の形成には、めっき法、溶射法、スパッタ法、蒸着法などが適用できるが、低温で製膜可能なため残留応力が低いめっき法が有利である。しかし、めっき法によっても水素の残留によって数百メガパスカルの残留応力が形成されることがある。残留応力は膜の剥離性および磁歪特性に影響する。【００３６】ＦｅＮｉ軟磁性膜、Ｆｅ硬磁性膜を形咸する場合は、ワット浴などの公知のめっき浴が使用できる。この場合、残留応力の低減および表面を平坦化する上でサッカリン、ホウ酸などを加えることが有効である。また、２価の鉄の酸化防止にアスコルビン酸ナトリウムを添加することは有効である。【００３７】磁性膜に生じる残留応力は種々の方位を向いて分布している。磁気トルクセンサを安定動作させる上で意図しない方向に生じた歪を緩和させることは有効であり、緩和にはアニールすることが適当である。Ｆｅ、Ｎｉ合会の場合のアニール温度は１５０℃以上３００℃程度以下が好ましい。３００℃以上に加熱すると原子変位が活発となり、結晶子径が増大するので磁気特性が低下する。【００３８】磁性体基体金属としてはＳＣＭ材、マルエージング材などが、非磁性基体金属としてはＳＵＳ３０４、チタン、真鍮、アルミニウム材等が使用できる。【００３９】硬磁性体下地層は予め着磁させて用いることによって、該基体上に形成する膜に異方性を付与することが出来る。磁化させる方位は基体軸から概ね４５度を成す方位が好ましいがこの限りでない。鉄製の基体を磁化させるには４０ｋＡ／ｍ程度の磁界を必要とするので、反磁界を抑制するために、磁気回路を形成して磁化させる方法が有効である。
【実施例】
【００４０】以下に本発明の具体的実施例を示して本発明を詳細に説明する。基体には直径１５ｍｍのＳＵＳ３０４あるいは真鍮を使用した。下地層は基体上１０ｍｍから３０ｍｍの範囲に一様膜あるいは複数の短冊状のパターンをＦｅ硬磁性体膜で形咸した。膜厚は１０乃至４００ミクロンである。感受膜は基体上１０ｍｍから３０ｍｍの範囲に一様膜あるいは複数の短冊状のパターンをＮｉＦｅ合金膜で形成した。膜厚は１０乃至５０ミクロンである。電気メッキは該基体をアルカリ脱脂、酸洗浄の前処理プロセス後におこなった。ＮｉＦｅのメッキは硫酸第一鉄、硫酸ニッケル、塩化第一鉄、塩化ニッケル、ホウ酸、サッカリン酸ナトリウムからなるめっき浴を用いて、電流密度３〜５Ａ／ｄｍ２、ｐＨ３〜６、浴温４０〜６０℃でおこなった。硬磁性体下地層であるＦｅの電気めっきは硫酸第一鉄、塩化第一鉄、塩化アンモニウムからなる混合浴を用いて、電流密度３〜６Ａ／ｄｍ２、ｐＨ３〜６、浴温４０〜６０℃でおこなった。【００４１】形成された磁性膜の磁気特性の印加トルク依存性を、図１に示す装置構成で評価した。該磁性膜の外周部に中心軸を同じくして設置した励磁コイルを用いて励磁し、同じく同軸の検出コイルに誘起される電圧を測定した。測定周波数は１００ｋＨｚである。【００４２】［実施例１］直径１５ｍｍのＳＵＳ３０４製の基体外周上にまず下地層であるＦｅ硬磁性体膜を一様な膜で形成した。形成は前述のメッキ法により膜厚は１００〜４００ミクロンである。その後、下地層上にＮｉ、Ｆｅ合金軟磁性体膜を前述のメッキ法で形成した。膜厚は１０〜４０ミクロンである。その後、磁気回路に組み込むことによって基体を磁化した。図４に形成した磁性膜のインダクタンスの印加トルク依存性測定結果の一例を示す。測定は単一膜についておこなっており２つの膜での差し引きを見ていない。測定結果は、印加トルクの増大に伴って検出コイル出力は一旦増大するもののピークを示した。但し、硬磁性体下地層の磁化が増加するに伴って、検出コイル出力のトルク依存性の直線性が改善する。即ち、硬磁性体下地層の形成する磁界の増大によって軟磁性感受膜の磁化方位の軸中心軸方位からのオフセットが大きくなるとともに磁化方位の分散が減少する。硬磁性体下地層の磁化は把握していないが、感受部の磁束密度垂直成分は、図４の１５、１６、１７ではそれぞれ概略０．０００１Ｔ、０．００１Ｔおよび０．００５Ｔであった。【００４３】［実施例２］直径１５ｍｍの真鍮製の基体上にまず下地層であるＦｅ硬磁性体膜を図３に示す幅３ｍｍ、長さ４０ｍｍで基体中心軸方向に対して４５度をなす短冊状のパターン形状を前述のメッキ法で４周期形成した。膜厚は１００〜４００ミクロンである。下地層形成後、磁気回路に組み込むことによって反磁場効果を抑えて硬磁性体パターンを磁化した。その後、下地層パターン上および該パターン間空隙部分上にＮｉ、Ｆｅ合金軟磁性体膜を前述のメッキ法で形咸した。図６に形成した磁性膜により誘起されるインピーダンスの印加トルク依存性測定結果の一例を示す。測定は単一膜についておこなっており２つの膜での差し引きをしめすものでない。グラフ表示では短冊の長軸方向に圧縮応力が生じる方向を正とした。測定結果は短冊の長軸方向に引っ張り応力が生じる方向にトルクを印加した場合には検出コイル出力変化は小さく、逆に、短冊の長軸方向に圧縮応力が生じる方向にトルクを印加した場合には検出コイル出力変化は増大した。本法によれば、切れ目のない連続膜で感受膜を形成することが出来る。【００４４】［実施例３］直径１５ｍｍのＳＵＳ３０４製の基体上にまず下地層であるＦｅ硬磁性体膜を一様な膜で形成した。形成は前述のメッキ法により膜厚は１００〜４００ミクロンである。その後、下地層上にＮｉ、Ｆｅ合金軟磁性体膜を前述のメッキ法で形成した。次いで、トルクバイアスを付加した。トルク付加は１５Ｎ・ｍのトルクを印加して、２７０℃に加熱して４０分間保持し、室温に降温後印加トルクを解放することによりおこなった。
その後、磁気回路に組み込むことによってＦｅ硬磁性体下地膜を磁化した。図６に形成した磁性膜により誘起されるインピーダンスの印加トルク依存性測定結果の一例を示す。測定は単一膜についておこなっており２つの膜での差し引きをしめすものでない。トルクバイアス付加時にトルクを印加した方向にトルクを印加した場合には検出コイル出力変化は減少し、逆に、トルクバイアス付加時にトルクを印加した方向と逆方向にトルクを印加した場合には動作点がシフトするとともに印加トルクが０近傍での直線性が改善した。【００４５】［実施例４］直径１５ｍｍのＳＵＳ３０４製の基体上にまず下地層であるＦｅ硬磁性体膜を一様な膜で形成した。形成は前述のメッキ法により膜厚は１００〜４００ミクロンである。その後、下地層上に、幅３ｍｍ、長さ４０ｍｍの短冊状のＮｉ、Ｆｅ合金軟磁性体パターンを基体中心軸平行方向に対して４５度方向に、基体外周に沿って４ｍｍ間隔で４周期形成した。形成は前述のメッキ法により膜厚は１０〜４０ミクロンである。次いで、トルクバイアスを付加した。トルク付加は１５Ｎ・ｍのトルクを印加して、２７０℃に加熱して４０分間保持することによりおこなった。その後、磁気回路に組み込むことによってＦｅ硬磁性体下地膜を磁化した。図７に形成した磁性膜により誘起されるインピーダンスの印加トルク依存性測定結果の一例を示す。測定は単一膜についておこなっており２つの膜での差し引きをしめすものでない。グラフ表示では短冊の長軸方向に圧縮応力が生じる方向を正とした。図７中の２０の破線は短冊の長軸方向に引っ張り性の残留応力が形成されている。また、２１の実線は短冊の長軸方向に圧縮性の残留応力が形成されている。長軸方向に圧縮応力を残存させる場合に印加トルクが０近傍での直線性が改善する方向にトルクとインピーダンスの関係がシフトした。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の磁気式応力センサ装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の磁気式応力センサの軸部構造を示す図である。
【図３】本発明の磁気式応力センサの短冊状形状を持つ感受膜部分あるいは硬磁性体下地層のパターンの一例を示す図である。
【図４】本発明実施例１の磁気式応力センサの応力と出力の関係を示す図である。
【図５】本発明実施例２の磁気式応力センサの応力と出力の関係を示す図である。
【図６】本発明実施例３の磁気式応力センサの応力と出力の関係を示す図である。
【図７】本発明実施例４の磁気式応力センサの応力と出力の関係を示す図である。
【符号の説明】
１回転軸
２硬磁性体下地層
３軟磁性感受膜
４永久磁石あるいは電磁石の磁極
５永久磁石あるいは電磁石のヨーク
６検出コイル
７励磁コイル
８磁界調整用ソレノイド
９回転軸
１０硬磁性体下地層
１１短冊状軟磁性感受膜パターン
１２短冊状軟磁性感受膜パターンの間隙
１３短冊状軟磁性感受膜パターン幅
１４短冊状軟磁性感受膜パターンの間隙幅
１５硬磁性体下地層の磁化が小さい場合の出力特性
１６硬磁性体下地層の磁化が中程度の場合の出力特性
１７硬磁性体下地層の磁化が大きい場合の出力特性
１８トルクバイアスを付加した場合の出力特性
１９トルクバイアスを付加しない場合の出力特性
２０短冊の長軸方向に引っ張り性の残留応力が形成されている場合の出力特性
２１短冊の長軸方向に圧縮性の残留応力が形成されている場合の出力特性
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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