[發明專利]磁致伸縮膜、磁致伸縮組件、扭力傳感器、力傳感器、壓力傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201080034679.6
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN102576800A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 本江克次;中島浩二;石川智仁;杉山雅治;五十嵐貴教;脇若弘之;牧野彰宏;井上明久
• 申請（專利權）人: 都美工業株式會社;國立大學法人信州大學;國立大學法人東北大學
• 主分類號: H01L41/12
• 分類號: H01L41/12;C23C4/06;C23C4/12;G01L1/12;G01L3/10;G01L9/16;H01F10/13;H01L29/84;C22C45/02
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 趙根喜;馮志云

技術領域

本發明是關于一種使用金屬玻璃的磁性材料、特別是在零磁場附近發揮優異的磁致伸縮特性的磁性膜、磁致伸縮組件、扭力傳感器、力傳感器、壓力傳感器及該等的制造方法。

背景技術

磁致伸縮材料是利用作為扭力傳感器等，例如利用在電動輔助自行車的傳輸軸中的扭力檢測等。扭力傳感器通常是通過將薄膜狀的磁致伸縮材料接著在扭力傳輸軸的表面而構成。扭力傳感器是依據因傳輸軸變形而伸縮的磁致伸縮材料中的透磁率的變化而檢測出因旋轉扭力所致的傳輸軸的變形，并測量扭力的大小、方向。磁致伸縮材料本身的透磁率的變化是依據相對于磁致伸縮材料以非接觸方式配置的螺線管線圈的電感的變化而檢測出。

就磁致伸縮材料而言，已知有一種利用非晶合金的研究(參照專利文獻1)。該磁致伸縮材料是具有由單輥液體急冷法所造成的非晶構造，且具有由熱處理所析出的微結晶。為利用與結晶構造的磁氣異向性相比較成為磁氣等向性的非晶構造的性質者。

(背景技術文獻)

(專利文獻)

(專利文獻1)：日本特開平7-118786號公報

(專利文獻2)：日本發明專利第3946226號公報

(專利文獻3)：日本特開平5-149804號公報

(專利文獻4)：日本特開2001-41833號公報

(專利文獻5)：日本特開平10-176966號公報

發明內容

(發明所欲解決的課題)

然而，如專利文獻1所記載，在以液體急冷法進行的磁致伸縮材料的形成中，因需要大規模的設備而會有在制造成本方面上的課題產生。此外，形成的非晶合金是成為薄帶狀，因此必須貼附在有扭力作用的被檢體的表面，而有從被檢體剝離等之虞。

此外，在磁致伸縮特性中，雖可在50至100kA/m的磁場區域中獲得磁致伸縮效果，但在50kA/m以下的磁場區域中并無法獲得良好的磁致伸縮特性(參照專利文獻1的圖1、圖2)。

本發明人等針對在零磁場附近顯現良好的磁致伸縮特性的磁致伸縮膜與磁致伸縮組件進行調查時，并未發現在施加磁場為15kA/m以下的區域中顯現良好的響應性者。因此，本發明人等是依據經過多年來的研究所得的以熔射形成所成的金屬玻璃的知識(參照專利文獻2)，致力于即使在-15kA/m以上、+15kA/m以下的磁場范圍亦顯現良好的磁致伸縮特性的磁致伸縮膜與磁致伸縮組件的開發。

本發明是鑒于上述課題而研創者，其目的在于提供一種可在零磁場附近發揮優異的磁致伸縮特性的磁致伸縮膜、磁致伸縮組件、使用該磁致伸縮膜與磁致伸縮組件的力傳感器、扭力傳感器、壓力傳感器及該等的制造方法。

(解決課題的手段)

為了達成所述目的，本發明人等進行精心研究的結果發現，通過利用在過冷卻液體狀態下使金屬玻璃積層在被檢體的熔射法，即可穩固地形成在零磁場附近顯現良好的磁致伸縮特性的磁致伸縮膜，而完成本發明。

亦即，本發明的磁性膜是由熔射形成在被檢體上、且由以比玻璃遷移溫度低且在居里點(curie?point)溫度以上進行熱處理為特征的金屬玻璃膜所構成，且在-15kA/m以上、+15kA/m以下的磁場范圍中的至少一部分的范圍內，顯現磁場與磁致伸縮的直線特性。

此外，所述金屬玻璃較佳為以Fe為主成分，且Fe含有量為30至80原子％。

再者，所述金屬玻璃較佳為Fe·Si·B·M或Fe·Si·B·P·C·M(M＝Cr、Nb、Ta、W、Ni、Co、Hf、MO、或M＝無)。

此外，所述金屬玻璃較佳為Fe₇₆Si_5.7B_9.5P₅C_3.8。

所述金屬玻璃的膜較佳為以高速火焰熔射(flame?spraying)法、等離子體熔射法所形成。此外，所述金屬玻璃的膜的厚度較佳為50μm以上。

本發明的磁性組件的特征為：具有所述磁致伸縮膜而構成，且將機械性能量與磁氣能量彼此轉換。

本發明的扭力傳感器、力傳感器、壓力傳感器的特征為使用所述磁致伸縮膜或磁致伸縮組件。

本發明的磁性膜的制造方法是在-15kA/m以上、+15kA/m以下的磁場范圍中的至少一部分的范圍內顯現磁場與磁致伸縮的直線特性的磁性膜的方法，該磁性膜的制造方法的特征為：在被檢體上熔射形成金屬玻璃的膜，所述熔射形成是利用高速火焰熔射法或等離子體熔射法，在熔射形成后在比玻璃遷移溫度低且在居里點溫度以上的溫度下進行熱處理。

(發明的效果)