JP2006038648A - Sensing method of sensor and magnetostrictive sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor whose hysteresis characteristic of inductance is reduced. <P>SOLUTION: The sensor comprises a cylindrical magnetostrictor 1 extending and contracting in the axial direction by receiving outside pressure, a detection coil 2 arranged outside the magnetostrictor 1 and detecting the variation of permeability of the magnetostrictor 1 as variation of inductance, and a polar anisotropy cylinder magnet 3 arranged inside the magnetostrictor 1 for impressing a magnetic field to the magnetostrictor 1. The polar anisotropy cylinder magnet 3 impresses a magnetic field in circumferential direction of the magnetostrictor 1. The magnetic field perpendicularly crosses with the extension and contraction direction of the magnetostrictor 1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、磁歪素子を用いたセンサに関し、特にインダクタンスのヒステリシス特性が低減されたセンサに関するものである。   The present invention relates to a sensor using a magnetostrictive element, and more particularly to a sensor with reduced hysteresis characteristics of inductance.

強磁性体を磁化したときに、強磁性体の寸法が変化する現象を磁歪といい、このような現象を生ずる材料を磁歪材料という。磁歪による飽和変化量である飽和磁歪定数は、一般には１０-5〜１０-6の値を有し、大きな飽和磁歪定数を有する磁歪材料は超磁歪材料とも呼ばれ、振動子、フィルター、センサ等に広く利用されている。一方で、超磁歪材料は、機械的な圧縮、伸長、捻りなどの圧力を受けて変形すると、その力の速度や大きさに応じて磁気特性、具体的には透磁率が変化する。この透磁率の変化をコイルのインダクタンスの変化として検出することにより、圧力の大きさを測定することができる。 A phenomenon in which the size of a ferromagnetic material changes when the ferromagnetic material is magnetized is called magnetostriction, and a material that causes such a phenomenon is called a magnetostrictive material. The saturation magnetostriction constant, which is the amount of saturation change due to magnetostriction, generally has a value of 10 −5 to 10 −6 , and a magnetostrictive material having a large saturation magnetostriction constant is also called a super magnetostrictive material, such as a vibrator, filter, sensor, etc. Widely used. On the other hand, when a giant magnetostrictive material is deformed by receiving pressure such as mechanical compression, expansion, and twisting, the magnetic properties, specifically the magnetic permeability, change according to the speed and magnitude of the force. By detecting this change in magnetic permeability as a change in the inductance of the coil, the magnitude of the pressure can be measured.

このような原理を利用した圧力センサとして、特開平８−３２０３３７号公報（特許文献１）、特開２０００−２６６６２１号公報（特許文献２）及び特開２００３−１５６３８２号公報（特許文献３）に開示されているものが知られている。
この中で、特許文献１は、磁歪素子の透磁率変化にともなう渦電流を抑制することを目的として、軸方向の全長にわたって形成された空洞部を有する磁歪素子を用いることを提案している。
また、特許文献２は、コイルのインダクタンス変化の温度特性を低減することを目的として、磁歪素子の加重方向に略平行にバイアス磁界を印加する永久磁石を設けることを提案している。 As pressure sensors using such a principle, JP-A-8-320337 (Patent Document 1), JP-A-2000-266621 (Patent Document 2) and JP-A-2003-156382 (Patent Document 3) are disclosed. What is disclosed is known.
Among them, Patent Document 1 proposes to use a magnetostrictive element having a hollow portion formed over the entire length in the axial direction for the purpose of suppressing eddy currents accompanying a change in magnetic permeability of the magnetostrictive element.
Patent Document 2 proposes to provide a permanent magnet for applying a bias magnetic field substantially parallel to the weighting direction of the magnetostrictive element for the purpose of reducing the temperature characteristic of the inductance change of the coil.

以上のような提案により、磁歪素子を用いた磁歪センサの性能は向上しているが、磁歪センサの有する本質的な課題が他にある。この課題は、受けた圧力の大きさとコイルのインダクタンスの変化との関係がヒステリシス特性を有していることである。ここで、ヒステリシス特性とは、ある物の状態が現在置かれている条件だけで定まらず、過去にその物が経てきた状態の履歴によって左右される現象のことをいう。具体的には、圧力が増加する場合と減少する場合とで異なるインダクタンス値が得られてしまう。このヒステリシス特性が存在するとセンサとしての測定精度が低下してしまう。そこで提案されたのが特許文献３の技術である。すなわち特許文献３は、インダクタンス検出のための第１コイルと、磁歪素子のヒステリシス特性を除去するためにインパルス状の電流を流すための第２コイルとを、磁歪素子を取り囲んで二重に巻回した構成の圧力センサを提案している。特許文献３によると、インパルス状の電流を流すことにより、磁歪素子における磁気モーメントの方向が揃い、ヒステリシスは抑制される。   Although the performance of the magnetostrictive sensor using the magnetostrictive element has been improved by the above proposal, there is another essential problem of the magnetostrictive sensor. The problem is that the relationship between the magnitude of the received pressure and the change in inductance of the coil has a hysteresis characteristic. Here, the hysteresis characteristic refers to a phenomenon that is not determined only by the condition in which a certain object is currently placed, but depends on the history of the condition that the object has passed in the past. Specifically, different inductance values are obtained when the pressure increases and when the pressure decreases. If this hysteresis characteristic exists, the measurement accuracy as a sensor is lowered. Therefore, the technique of Patent Document 3 has been proposed. That is, in Patent Document 3, a first coil for inductance detection and a second coil for flowing an impulse-like current to remove the hysteresis characteristic of the magnetostrictive element are wound in a double manner so as to surround the magnetostrictive element. We propose a pressure sensor with the above structure. According to Patent Document 3, by applying an impulse-like current, the direction of the magnetic moment in the magnetostrictive element is aligned, and hysteresis is suppressed.

特開平８−３２０３３７号公報JP-A-8-320337 特開２０００−２６６６２１号公報JP 2000-266621 A 特開２００３−１５６３８２号公報JP 2003-156382 A

特許文献３に開示された技術は、インダクタンスのヒステリシス特性を抑制するために有効な技術であるが、インパルス状の電流を供給する電源、電流の供給制御回路を別途設ける必要があり、この回路は磁歪センサのコスト上昇を招く。また、インパルス状の電流を供給することにより第２コイルの発熱が不可避であり、この発熱は測定精度に悪影響を及ぼすおそれがある。   The technique disclosed in Patent Document 3 is an effective technique for suppressing the hysteresis characteristic of the inductance, but it is necessary to separately provide a power supply for supplying an impulse-like current and a current supply control circuit. This increases the cost of the magnetostrictive sensor. Further, by supplying an impulse-like current, heat generation of the second coil is inevitable, and this heat generation may adversely affect measurement accuracy.

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、インダクタンスのヒステリシス特性が低減されたセンサを提供することを目的とする。また本発明は、ヒステリシス特性を低減することのできる磁歪センサのセンシング方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made based on such a technical problem, and an object thereof is to provide a sensor having a reduced inductance hysteresis characteristic. It is another object of the present invention to provide a magnetostrictive sensor sensing method capable of reducing hysteresis characteristics.

本発明者らは、磁歪素子が伸縮する方向と交差、典型的には直交する磁界を磁歪素子に印加することにより、ヒステリシス特性を低減できることを確認した。すなわた本発明は、軸方向に圧力を受けることにより伸縮する磁歪素子と、伸縮に応じた磁歪素子の透磁率の変化を検出する検出手段と、磁歪素子の伸縮方向と交差する方向の磁界を磁歪素子に印加する磁界印加手段と、を備えるセンサにより、前記課題を解決するに至った。   The inventors of the present invention have confirmed that the hysteresis characteristics can be reduced by applying a magnetic field intersecting, typically orthogonal to, the direction in which the magnetostrictive element expands and contracts. That is, the present invention includes a magnetostrictive element that expands and contracts by receiving pressure in the axial direction, a detecting means that detects a change in permeability of the magnetostrictive element in response to expansion and contraction, and a magnetic field in a direction that intersects with the expansion and contraction direction of the magnetostrictive element. The above-mentioned problem has been solved by a sensor comprising a magnetic field applying means for applying a magnetic field to a magnetostrictive element.

本発明のセンサの具体的な形態として、磁歪素子は、中空部分を有する筒状体から構成され、検出手段は、筒状体と同軸上に配置されるコイルとし、磁界印加手段は、筒状体と同軸上に配置される筒状永久磁石とすることができる。この形態において、コイルを筒状体の周囲に配置し、筒状永久磁石を筒状体の中空部に配置することが望ましい。この筒状永久磁石とし、極異方性永久磁石を用いることができ、この場合、磁歪素子の伸縮方向と磁界印加手段による磁界とは略直交することになる。   As a specific form of the sensor of the present invention, the magnetostrictive element is composed of a cylindrical body having a hollow portion, the detecting means is a coil arranged coaxially with the cylindrical body, and the magnetic field applying means is cylindrical. It can be set as the cylindrical permanent magnet arrange | positioned coaxially with a body. In this embodiment, it is desirable to arrange the coil around the cylindrical body and to arrange the cylindrical permanent magnet in the hollow portion of the cylindrical body. As this cylindrical permanent magnet, a polar anisotropic permanent magnet can be used. In this case, the expansion / contraction direction of the magnetostrictive element and the magnetic field by the magnetic field applying means are substantially orthogonal.

本発明のセンサにおいて、磁歪素子としては、ＲＴy（ここで、Ｒは１種類以上の希土類金属、Ｔは１種類以上の遷移金属であり、ｙは１＜ｙ＜４を表す。）で示す組成を有する焼結体を用いることが望ましい。
また、本発明のセンサにおいて、筒状永久磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石から構成することが望ましい。 In the sensor of the present invention, the magnetostrictive element is represented by RT y (where R is one or more rare earth metals, T is one or more transition metals, and y represents 1 <y <4). It is desirable to use a sintered body having a composition.
In the sensor of the present invention, the cylindrical permanent magnet is preferably composed of an Nd—Fe—B based sintered magnet.

本発明はまた、外圧を受けることにより軸方向に伸縮する筒状の磁歪素子と、磁歪素子の外周側に配置され、磁歪素子の透磁率の変化をインダクタンスの変化として検出するコイルと、磁歪素子の内周側に配置され、磁歪素子に磁界を印加する極異方性筒状永久磁石と、を備えることを特徴とするセンサを提供する。   The present invention also provides a cylindrical magnetostrictive element that expands and contracts in the axial direction by receiving external pressure, a coil that is disposed on the outer peripheral side of the magnetostrictive element, and detects a change in permeability of the magnetostrictive element as a change in inductance, and a magnetostrictive element And a polar anisotropic cylindrical permanent magnet that is disposed on the inner circumferential side of the magnetic strain element and applies a magnetic field to the magnetostrictive element.

本発明のセンサにおいて、極異方性筒状永久磁石は、磁歪素子に対して、その周方向にバイアス磁界を印加することになり、このようなバイアス磁界を印加することにより、伸縮の過程におけるインダクタンス値のヒステリシス特性を低減することができる。   In the sensor of the present invention, the polar anisotropic cylindrical permanent magnet applies a bias magnetic field in the circumferential direction to the magnetostrictive element, and in the process of expansion and contraction by applying such a bias magnetic field. The hysteresis characteristic of the inductance value can be reduced.

本発明はまた、これまでにない新規な磁歪センサのセンシング方法を提供することになる。この磁歪センサのセンシング方法は、磁歪素子の軸方向の伸縮による磁歪素子の透磁率の変化を検出するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において、磁歪素子に対して伸縮方向と略直交するバイアス磁界を印加するステップ（ｂ）と、を備えることを特徴とする。   The present invention also provides an unprecedented novel magnetostrictive sensor sensing method. This magnetostrictive sensor sensing method includes steps (a) for detecting a change in magnetic permeability of the magnetostrictive element due to expansion and contraction in the axial direction of the magnetostrictive element, and a bias that is substantially orthogonal to the expansion and contraction direction with respect to the magnetostrictive element in step (a). And (b) applying a magnetic field.

本発明によれば、磁歪素子を用いたセンサのヒステリシス特性を低減することにより、測定精度の向上に寄与することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can contribute to the improvement of a measurement precision by reducing the hysteresis characteristic of the sensor using a magnetostriction element.

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を説明する。
図１は本実施の形態における磁歪センサ１０の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
磁歪センサ１０は、磁歪素子１と、検出コイル２と、極異方性円筒磁石３とを備えている。
円筒状をなしている磁歪素子１は、外部からその軸方向に圧力が加わると、当該圧力に応じてその透磁率が変化する。磁歪素子１に圧縮応力が加わると透磁率は減少し、逆に引張り応力が加わると透磁率は増加する。磁歪素子１として望ましい組成物については後述する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a magnetostrictive sensor 10 in the present embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along arrow AA in FIG.
The magnetostrictive sensor 10 includes a magnetostrictive element 1, a detection coil 2, and a polar anisotropic cylindrical magnet 3.
When a pressure is applied to the cylindrical magnetostrictive element 1 in the axial direction from the outside, the magnetic permeability changes according to the pressure. When compressive stress is applied to the magnetostrictive element 1, the magnetic permeability decreases. Conversely, when tensile stress is applied, the magnetic permeability increases. A desirable composition for the magnetostrictive element 1 will be described later.

円筒状の磁歪素子１の周囲には、磁歪素子１と同軸上に検出コイル２が配置されている。したがって、磁歪素子１が軸方向に圧力を受けてその透磁率が変化すると、検出コイル２のインダクタンスが変化する。つまり、磁歪センサ１０は外部からの圧力による磁歪素子１の透磁率の変化を検出コイル２に発生するインダクタンスの変化として測定することにより、圧力を検知することができる。   Around the cylindrical magnetostrictive element 1, a detection coil 2 is arranged coaxially with the magnetostrictive element 1. Therefore, when the magnetostrictive element 1 receives pressure in the axial direction and changes its magnetic permeability, the inductance of the detection coil 2 changes. That is, the magnetostrictive sensor 10 can detect the pressure by measuring a change in magnetic permeability of the magnetostrictive element 1 due to an external pressure as a change in inductance generated in the detection coil 2.

円筒状の磁歪素子１の中空部には、磁歪素子１と同軸上に極異方性円筒磁石３が配置されている。極異方性円筒磁石３は、図３に示すように、磁歪素子１に対してその周方向にバイアス磁界を印加する。このバイアス磁界は、磁歪素子１の伸縮方向と交差、より具体的には直交する。バイアス磁界を磁歪素子１に印加することにより、後述するように、磁歪素子１の伸縮の過程におけるインダクタンスのヒステリシス特性を低減することができる。   A polar anisotropic cylindrical magnet 3 is arranged coaxially with the magnetostrictive element 1 in the hollow portion of the cylindrical magnetostrictive element 1. As shown in FIG. 3, the polar anisotropic cylindrical magnet 3 applies a bias magnetic field to the magnetostrictive element 1 in the circumferential direction. This bias magnetic field intersects, more specifically, is orthogonal to the expansion / contraction direction of the magnetostrictive element 1. By applying a bias magnetic field to the magnetostrictive element 1, the hysteresis characteristic of the inductance in the process of expansion / contraction of the magnetostrictive element 1 can be reduced as will be described later.

磁歪センサ１０は、強磁性体で構成されるケーシング４及び圧力受け５を備えている。カップ状のケーシング４は、磁歪素子１、検出コイル２、極異方性円筒磁石３を収納している。圧力受け５は磁歪素子１の上端に固定されている。磁歪センサ１０は、外部からの圧力を圧力受け５が受けて磁歪素子１が伸縮することによりその透磁率が変化し、この透磁率の変化に基づく検出コイル２のインダクタンス変化によって前記外部からの圧力を測定することができる。   The magnetostrictive sensor 10 includes a casing 4 made of a ferromagnetic material and a pressure receiver 5. The cup-shaped casing 4 houses the magnetostrictive element 1, the detection coil 2, and the polar anisotropic cylindrical magnet 3. The pressure receiver 5 is fixed to the upper end of the magnetostrictive element 1. The magnetostrictive sensor 10 changes its permeability by the pressure receiver 5 receiving external pressure and the magnetostrictive element 1 expands and contracts, and the external pressure is changed by the inductance change of the detection coil 2 based on the change of the magnetic permeability. Can be measured.

本実施の形態における磁歪素子１としては、ＲＴy（ここで、Ｒは１種類以上の希土類金属、Ｔは１種類以上の遷移金属であり、ｙは１＜ｙ＜４を表す。）で示す組成の焼結体を用いることが望ましい。
ここで、Ｒは、Ｙを含むランタノイド系列、アクチノイド系列の希土類金属から選択される１種以上を表している。これらの中で、Ｒとしては、特に、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏの希土類金属が望ましく、Ｔｂ、Ｄｙがより一層望ましく、これらを複合して用いることができる。Ｔは、１種以上の遷移金属を表している。これらの中で、Ｔとしては、特に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の遷移金属が望ましく、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉが一層望ましく、これらを複合して用いることができる。 The magnetostrictive element 1 in the present embodiment is represented by RT y (where R is one or more rare earth metals, T is one or more transition metals, and y represents 1 <y <4). It is desirable to use a sintered body having a composition.
Here, R represents one or more selected from lanthanoid series and actinoid series rare earth metals including Y. Among these, R is particularly preferably a rare earth metal such as Nd, Pr, Sm, Tb, Dy, and Ho, more preferably Tb and Dy, and these can be used in combination. T represents one or more transition metals. Among these, as T, transition metals such as Fe, Co, Ni, Mn, Cr, and Mo are particularly desirable, Fe, Co, and Ni are more desirable, and these can be used in combination.

組成式ＲＴyにおいて、ｙ＝２のときにＲとＴとが形成するＲＴ2ラーベス型金属間化合物は、キュリー温度が高く、かつ磁歪値が大きいため、磁歪素子１として最も適する。ここで、ｙが１以下では、焼結後の熱処理でＲＴ相が析出して磁歪値が低下する。また、ｙが４以上では、ＲＴ3相又はＲＴ5相が多くなり、磁歪値が低下する。このため、ＲＴ2相を多くするために、１＜ｙ＜４の範囲が望ましい。Ｒとして複数種の希土類金属を用いてもよく、特に、ＴｂとＤｙを用いることが望ましい。ＲとしてＴｂとＤｙを用いる場合、（ＴｂaＤｙ(1-a)）Ｔyで表される組成とすることにより、飽和磁歪定数が大きく、大きな磁歪値を得ることができる。ここで、ａが０．２７以下では室温以下では十分な磁歪値を示さず、０．５０を超えると室温付近では十分な磁歪値を示さない。Ｔは、特に、Ｆｅが望ましく、ＦｅはＴｂ、Ｄｙと（Ｔｂ、Ｄｙ）Ｆｅ2型金属間化合物を形成することによって、大きな磁歪値を有し磁歪特性の高い焼結体が得られる。このときに、Ｆｅの一部をＣｏ、Ｎｉで置換するものであってもよいが、Ｃｏは磁気異方性を大きくするが透磁率を低くし、また、Ｎｉはキュリー温度を下げ、結果として常温・高磁場での磁歪値を低下させるために、Ｆｅは７０ｗｔ％以上、一層望ましくは８０ｗｔ％以上が良い。 In the composition formula RT y , the RT 2 Laves type intermetallic compound formed by R and T when y = 2 is most suitable as the magnetostrictive element 1 because it has a high Curie temperature and a large magnetostriction value. Here, when y is 1 or less, the RT phase is precipitated by the heat treatment after sintering, and the magnetostriction value is lowered. When y is 4 or more, the RT 3 phase or the RT 5 phase increases and the magnetostriction value decreases. Therefore, in order to increase the RT 2 phase, the range of 1 <y <4 is desirable. A plurality of types of rare earth metals may be used as R, and it is particularly desirable to use Tb and Dy. When Tb and Dy are used as R, the composition represented by (Tb a Dy (1-a) ) T y has a large saturation magnetostriction constant, and a large magnetostriction value can be obtained. Here, when a is 0.27 or less, a sufficient magnetostriction value is not exhibited at room temperature or less, and when it exceeds 0.50, a sufficient magnetostriction value is not exhibited near room temperature. In particular, T is preferably Fe, and Fe forms Tb, Dy and (Tb, Dy) Fe 2 type intermetallic compound, thereby obtaining a sintered body having a large magnetostriction value and high magnetostriction characteristics. At this time, a part of Fe may be substituted with Co and Ni. However, Co increases magnetic anisotropy but decreases magnetic permeability, and Ni lowers the Curie temperature. In order to reduce the magnetostriction value at room temperature and high magnetic field, Fe is 70 wt% or more, more preferably 80 wt% or more.

本実施の形態における極異方性円筒磁石３としては、磁気特性の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いることが望ましい。この焼結磁石は、Ｎｄ：２０〜４０ｗｔ％、Ｂ：０．５〜４．５ｗｔ％、Ｆｅ：残部の組成とすることが望ましい。Ｎｄの量が２０ｗｔ％未満であると、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の主相となるＲ2Ｆｅ14Ｂ相の生成が十分でなく軟磁性を持つα−Ｆｅなどが析出し、保磁力が著しく低下する。一方、Ｎｄが４０ｗｔ％を超えると主相であるＲ2Ｆｅ14Ｂ相の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。またＮｄが酸素と反応し、含有する酸素量が増え、これに伴い保磁力発生に有効なＮｄ−リッチ相が減少し、保磁力の低下を招くため、Ｎｄの量は２０〜４０ｗｔ％とするのが望ましい。ここで、Ｎｄの一部を、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹの１種又は２種以上で置換することができる。
また、ホウ素Ｂが０．５ｗｔ％未満の場合には高い保磁力を得ることができない。ただし、ホウ素Ｂが４．５ｗｔ％を超えると残留磁束密度が低下する傾向がある。したがって、上限を４．５ｗｔ％とする。望ましいホウ素Ｂの量は０．５〜１．５ｗｔ％である。
さらに、Ｍを加えてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｍ系焼結磁石とすることもできる。ここで、Ｍとしては、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｗ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｂｉ、Ａｇ及びＧａなどの元素を１種又は２種以上添加することができる。 As the polar anisotropic cylindrical magnet 3 in the present embodiment, it is desirable to use an Nd—Fe—B based sintered magnet having high magnetic properties. The sintered magnet preferably has a composition of Nd: 20 to 40 wt%, B: 0.5 to 4.5 wt%, and Fe: balance. If the amount of Nd is less than 20 wt%, the R 2 Fe 14 B phase, which is the main phase of the Nd—Fe—B based sintered magnet, is not sufficiently generated, and α-Fe having soft magnetism is precipitated and retained. The magnetic force is significantly reduced. On the other hand, when Nd exceeds 40 wt%, the volume ratio of the R 2 Fe 14 B phase, which is the main phase, decreases, and the residual magnetic flux density decreases. Further, Nd reacts with oxygen, the amount of oxygen contained increases, and accordingly, the Nd-rich phase effective for coercive force generation decreases and the coercive force decreases, so the amount of Nd is 20 to 40 wt%. Is desirable. Here, a part of Nd can be replaced with one or more of La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, and Y.
Moreover, when boron B is less than 0.5 wt%, a high coercive force cannot be obtained. However, when boron B exceeds 4.5 wt%, the residual magnetic flux density tends to decrease. Therefore, the upper limit is 4.5 wt%. A desirable amount of boron B is 0.5 to 1.5 wt%.
Furthermore, it can also be set as an Nd-Fe-BM type sintered magnet by adding M. Here, as M, one or two elements such as Co, Al, Cr, Mn, Mg, Si, Cu, C, Nb, Sn, W, V, Zr, Ti, Mo, Bi, Ag, and Ga are used. More than seeds can be added.

以上説明した磁歪センサ１０は、磁歪素子１の周囲に検出コイル２を配置し、また磁歪素子１の中空部に極異方性円筒磁石３を配置する構成としたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図４に示すように、磁歪素子１の外周側に検出コイル２を配置し、さらに検出コイル２の中空部に極異方性円筒磁石３を配置する構成とした磁歪センサ２０とすることもできる。なお、図４において、磁歪センサ１０と同一の構成要素については同一の符号を付している。
また、磁歪センサ１０は、極異方性円筒磁石３として、極数が２の磁石を用いたが、２極を超える極数の極異方性円筒磁石を用いることもできる。
さらに、磁歪センサ１０は、バイアス磁界を磁歪素子１に印加する手段として極異方性円筒磁石３を用いたが、ラジアル異方性円筒磁石を用いることもできる。
磁歪センサ１０、２０は、本発明の望ましい形態を示しているが、本発明の趣旨に反しない範囲で構成を適宜変更することができることは言うまでもない。 The magnetostrictive sensor 10 described above has a configuration in which the detection coil 2 is disposed around the magnetostrictive element 1 and the polar anisotropic cylindrical magnet 3 is disposed in the hollow portion of the magnetostrictive element 1, but the present invention has this configuration. It is not limited. For example, as shown in FIG. 4, the magnetostrictive sensor 20 is configured such that the detection coil 2 is disposed on the outer peripheral side of the magnetostrictive element 1 and the polar anisotropic cylindrical magnet 3 is disposed in the hollow portion of the detection coil 2. You can also. In FIG. 4, the same components as those of the magnetostrictive sensor 10 are denoted by the same reference numerals.
In the magnetostrictive sensor 10, a magnet having two poles is used as the polar anisotropic cylindrical magnet 3, but a polar anisotropic cylindrical magnet having more than two poles may be used.
Further, in the magnetostrictive sensor 10, the polar anisotropic cylindrical magnet 3 is used as means for applying a bias magnetic field to the magnetostrictive element 1, but a radial anisotropic cylindrical magnet can also be used.
Although the magnetostrictive sensors 10 and 20 show a desirable form of the present invention, it goes without saying that the configuration can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.

磁歪素子１の素材としてＴＤＫ（株）製のＰＭＴ−１（商品名）を用い、また極異方性円筒磁石３の素材としてＴＤＫ（株）製のＮＥＯＲＥＣ ４２Ｈ（商品名）を用いて、磁歪センサ１０と同様の構成の磁歪センサ（本発明磁歪センサ）を作成した。なお、ＰＭＴ−１はＴｂ0.34Ｄｙ0.66Ｆｅ1.8の組成を有する焼結体からなる超磁歪材料である。また、ＮＥＯＲＥＣ ４２Ｈは、保磁力（ＨｃＪ）１５００ｋＡ／ｍ、残留磁束密度（Ｂｒ）１３５０ｍＴの特性を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石である。
また、磁歪素子１は、外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ８ｍｍの寸法を有し、極異方性円筒磁石３は、外径３．８ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ７ｍｍの寸法を有している。
また、比較として、極異方性円筒磁石３を設けない以外は、上記磁歪センサ１０と同様の構成の磁歪センサを作製した（比較磁歪センサ）。 PMT-1 (trade name) manufactured by TDK Corporation is used as the material of the magnetostrictive element 1, and NEOREC 42H (trade name) manufactured by TDK Corporation is used as the material of the polar anisotropic cylindrical magnet 3, and magnetostriction is used. A magnetostrictive sensor having the same configuration as the sensor 10 (the present magnetostrictive sensor) was prepared. PMT-1 is a giant magnetostrictive material made of a sintered body having a composition of Tb 0.34 Dy 0.66 Fe 1.8 . NEOREC 42H is an Nd—Fe—B based sintered magnet having the characteristics of coercive force (HcJ) of 1500 kA / m and residual magnetic flux density (Br) of 1350 mT.
The magnetostrictive element 1 has dimensions of an outer diameter of 6 mm, an inner diameter of 4 mm, and a length of 8 mm. The polar anisotropic cylindrical magnet 3 has dimensions of an outer diameter of 3.8 mm, an inner diameter of 2 mm, and a length of 7 mm. Yes.
For comparison, a magnetostrictive sensor having the same configuration as that of the magnetostrictive sensor 10 except that the polar anisotropic cylindrical magnet 3 was not provided was manufactured (comparative magnetostrictive sensor).

本発明磁歪センサ及び比較磁歪センサを用いて、インダクタンスの圧力による変化を測定した。測定にあたっては、ＬＣＲメータによって１ｋＨｚ、３００ＡＴ／ｍ低度の交流磁界を印加した。その結果を図５（本発明磁歪センサ）及び図６（比較磁歪センサ）に示す。   Using the magnetostrictive sensor of the present invention and the comparative magnetostrictive sensor, changes in inductance due to pressure were measured. In the measurement, an alternating magnetic field of 1 kHz and 300 AT / m level was applied by an LCR meter. The results are shown in FIG. 5 (magnetostrictive sensor of the present invention) and FIG. 6 (comparative magnetostrictive sensor).

次に、図５及び図６に示す測定結果から、インダクタンス変化の直線性及びヒステリシス値を求めた。
インダクタンスの変化は、図５に点線で示すように直線（線形）であることが理想的である。そこで、この直線に対して実際のインダクタンスがどの程度ずれているかを直線性として求めた。具体的には、図５に示すように、インダクタンスの全変化量（ａ）に対する所定圧力におけるインダクタンスのずれ値（ｂ）の比率（ｂ／ａ×１００）を直線性とした。その結果を図７に示す。
また、所定の圧力における加圧時のインダクタンスと減圧時のインダクタンスの差をヒステリシス値として求めた。その結果を図８に示す。 Next, the linearity of the inductance change and the hysteresis value were obtained from the measurement results shown in FIGS.
The change in inductance is ideally a straight line (linear) as shown by a dotted line in FIG. Therefore, the degree of deviation of the actual inductance with respect to this straight line was determined as linearity. Specifically, as shown in FIG. 5, the ratio (b / a × 100) of the deviation value (b) of the inductance at a predetermined pressure with respect to the total change amount (a) of the inductance was defined as linearity. The result is shown in FIG.
Further, the difference between the inductance at the time of pressurization and the inductance at the time of depressurization at a predetermined pressure was obtained as a hysteresis value. The result is shown in FIG.

図５及び図６に示すように、本発明磁歪センサ及び比較磁歪センサのいずれであっても、圧力変化によるインダクタンス値にはヒステリシス特性が存在する。しかし、図７及び図８に示すように、バイアス磁界を磁歪素子１に印加する本発明磁歪センサは、比較磁歪センサに比べて、インダクタンス変化の直線性が向上し、かつヒステリシス特性も軽減されることがわかる。   As shown in FIGS. 5 and 6, both the magnetostrictive sensor of the present invention and the comparative magnetostrictive sensor have hysteresis characteristics in the inductance value due to pressure change. However, as shown in FIGS. 7 and 8, the magnetostrictive sensor of the present invention in which a bias magnetic field is applied to the magnetostrictive element 1 has improved inductance linearity and reduced hysteresis characteristics compared to the comparative magnetostrictive sensor. I understand that.

本実施の形態におけるセンサを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the sensor in this Embodiment. 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 本実施の形態におけるセンサの極異方性円筒磁石により印加される磁界を説明する図である。It is a figure explaining the magnetic field applied by the polar anisotropic cylindrical magnet of the sensor in this Embodiment. 他の実施の形態におけるセンサを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the sensor in other embodiment. 本発明磁歪センサにおける、インダクタンスの圧力による変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change by the pressure of inductance in the magnetostriction sensor of the present invention. 比較磁歪センサにおける、インダクタンスの圧力による変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change by the pressure of inductance in a comparative magnetostriction sensor. インダクタンスの全変化量（ａ）に対する所定圧力におけるインダクタンスのずれ値（ｂ）の比率と圧力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the deviation value (b) of the inductance in the predetermined pressure with respect to the total variation (a) of inductance, and pressure. インダクタンスのヒステリシス値と圧力の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the hysteresis value of an inductance, and the relationship of a pressure.

符号の説明Explanation of symbols

１…磁歪素子、２…検出コイル、３…極異方性円筒磁石、４…ケーシング、５…圧力受け、１０，２０…磁歪センサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetostrictive element, 2 ... Detection coil, 3 ... Polar anisotropic cylindrical magnet, 4 ... Casing, 5 ... Pressure receptacle, 10, 20 ... Magnetostrictive sensor

Claims (10)

軸方向に圧力を受けることにより伸縮する磁歪素子と、
前記伸縮に応じた前記磁歪素子の透磁率の変化を検出する検出手段と、
前記磁歪素子の前記伸縮方向と交差する方向の磁界を前記磁歪素子に印加する磁界印加手段と、
を備えることを特徴とするセンサ。 A magnetostrictive element that expands and contracts by receiving pressure in the axial direction;
Detecting means for detecting a change in magnetic permeability of the magnetostrictive element according to the expansion and contraction;
A magnetic field applying means for applying a magnetic field in a direction intersecting the expansion / contraction direction of the magnetostrictive element to the magnetostrictive element;
A sensor comprising: 前記磁歪素子は、中空部を有する筒状体から構成され、
前記検出手段は、前記筒状体と同軸上に配置されるコイルから構成され、
前記磁界印加手段は、前記筒状体と同軸上に配置される筒状永久磁石から構成されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。 The magnetostrictive element is composed of a cylindrical body having a hollow portion,
The detection means is composed of a coil arranged coaxially with the cylindrical body,
The sensor according to claim 1, wherein the magnetic field applying unit includes a cylindrical permanent magnet arranged coaxially with the cylindrical body. 前記コイルは前記筒状体の周囲に配置され、前記筒状永久磁石は前記筒状体の中空部に配置されることを特徴とする請求項２に記載のセンサ。   The sensor according to claim 2, wherein the coil is disposed around the cylindrical body, and the cylindrical permanent magnet is disposed in a hollow portion of the cylindrical body. 前記筒状永久磁石は、極異方性永久磁石であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ。   The sensor according to claim 3, wherein the cylindrical permanent magnet is a polar anisotropic permanent magnet. 前記伸縮方向と前記磁界印加手段による前記磁界が略直交することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ。   The sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the expansion / contraction direction and the magnetic field generated by the magnetic field applying unit are substantially orthogonal to each other. 前記磁歪素子は、ＲＴy（ここで、Ｒは１種類以上の希土類金属、Ｔは１種類以上の遷移金属であり、ｙは１＜ｙ＜４を表す。）で示す組成を有する焼結体から構成され、前記筒状永久磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石から構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサ。 The magnetostrictive element is a sintered body having a composition represented by RT y (where R is one or more rare earth metals, T is one or more transition metals, and y is 1 <y <4). The sensor according to claim 2 or 3, wherein the cylindrical permanent magnet is composed of a Nd-Fe-B sintered magnet. 外圧を受けることにより軸方向に伸縮する筒状の磁歪素子と、
前記磁歪素子の外周側に配置され、前記磁歪素子の透磁率の変化をインダクタンスの変化として検出するコイルと、
前記磁歪素子の内周側に配置され、前記磁歪素子に磁界を印加する極異方性筒状永久磁石と、
を備えることを特徴とするセンサ。 A cylindrical magnetostrictive element that expands and contracts in the axial direction by receiving external pressure;
A coil that is disposed on the outer peripheral side of the magnetostrictive element and detects a change in magnetic permeability of the magnetostrictive element as a change in inductance;
A polar anisotropic cylindrical permanent magnet disposed on the inner peripheral side of the magnetostrictive element and applying a magnetic field to the magnetostrictive element;
A sensor comprising: 前記極異方性筒状永久磁石は、前記磁歪素子に対して、その周方向にバイアス磁界を印加することを特徴とする請求項７に記載のセンサ。   The sensor according to claim 7, wherein the polar anisotropic cylindrical permanent magnet applies a bias magnetic field in the circumferential direction to the magnetostrictive element. 前記バイアス磁界の印加により、前記伸縮の過程におけるインダクタンス値のヒステリシスが低減されることを特徴とする請求項８に記載のセンサ。   The sensor according to claim 8, wherein application of the bias magnetic field reduces an inductance value hysteresis in the expansion and contraction process. 磁歪素子の軸方向の伸縮による前記磁歪素子の透磁率の変化を検出するステップ（ａ）と、
前記ステップ（ａ）において、前記磁歪素子に対して前記伸縮方向と略直交するバイアス磁界を印加するステップ（ｂ）と、
を備えることを特徴とする磁歪センサのセンシング方法。 Detecting a change in magnetic permeability of the magnetostrictive element due to axial expansion and contraction of the magnetostrictive element;
Applying a bias magnetic field substantially orthogonal to the expansion / contraction direction to the magnetostrictive element in the step (a);
A magnetostrictive sensor sensing method comprising:
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