JP2010230636A - Method of manufacturing magnetostrictive torque sensor - Google Patents
Method of manufacturing magnetostrictive torque sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010230636A JP2010230636A JP2009081541A JP2009081541A JP2010230636A JP 2010230636 A JP2010230636 A JP 2010230636A JP 2009081541 A JP2009081541 A JP 2009081541A JP 2009081541 A JP2009081541 A JP 2009081541A JP 2010230636 A JP2010230636 A JP 2010230636A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetostrictive
- rotating shaft
- torque sensor
- cooling
- magnetostrictive film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、回転軸に局部的に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor in which a magnetostrictive film is locally provided on a rotating shaft.
例えば、回転軸に加えられるトルクを検出するトルクセンサとして、回転軸の一部に磁気異方性が付与されたトルクセンサが知られている。(例えば、特許文献1(図1)参照。)。 For example, a torque sensor in which magnetic anisotropy is imparted to a part of the rotating shaft is known as a torque sensor that detects torque applied to the rotating shaft. (For example, refer to Patent Document 1 (FIG. 1).)
この特許文献1の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図8に示すように、回転軸101は、継ぎ手部102、103と、センサ部104、105と、ベアリング取付部106、107とからなる。磁気異方性が付与されているセンサ部104、105での透磁率の変化により回転軸101に加えられたトルクが検出される。
The technique of this patent document 1 is demonstrated below based on drawing.
As shown in FIG. 8, the rotating
一般的に、このような回転軸は、機械的強度の向上を図るために浸炭焼入れが施される。この浸炭時に残留オーステナイトが発生することがある。この残留オーステナイトは、とても不安定な相であり、繰り返し応力が加えられたり、温度変化を受けたりすることで、マルテンサイトに徐々に変化する。マルテンサイトは磁性に影響を与えるため、回転軸101の磁気特性が時間と共に変化する。
Generally, such a rotating shaft is subjected to carburizing and quenching in order to improve mechanical strength. Residual austenite may be generated during the carburization. This retained austenite is a very unstable phase, and gradually changes to martensite when repeatedly stressed or subjected to a temperature change. Since martensite affects magnetism, the magnetic characteristics of the rotating
これらの弊害を防止するために従来技術においては、先ず(a)に示すように、センサ部104、105に浸炭防止焼入れ焼戻し処理を施し、センサ部104、105以外の部分に浸炭焼入れ焼戻し処理を施す。さらに、(b)に示すように、少なくともセンサ部104、105に、ショットピーニング処理を施す。
In order to prevent these problems, in the prior art, first, as shown in (a), the carburizing prevention quenching tempering process is performed on the
しかしながら、従来技術においては、センサ部104、105に浸炭防止処理とショットピーニングが必要になり処理が煩雑になる。また、ショットピーニングを実施することで、回転軸101の表面が荒れてしまい、その後に成膜する磁歪膜には不向きである。回転軸101の母材自体に磁気異方性を付与する必要があるが、磁歪膜に磁気異方性を付与するタイプに比較して磁歪特性が弱くなるので、信号増幅する必要が生じる。すなわち、残留オーステナイトを局所的に低減した回転軸に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサを簡易に製造する方法が求められている。
However, in the prior art, the carburizing prevention processing and shot peening are required for the
本発明は、残留オーステナイトを局所的に低減した回転軸に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサを簡易に製造する方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for easily manufacturing a magnetostrictive torque sensor in which a magnetostrictive film is provided on a rotating shaft in which residual austenite is locally reduced.
請求項1に係る発明は、回転軸に局部的に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサの製造方法において、前記回転軸としての鋼材全体を浸炭処理する全体浸炭焼入処理工程と、この焼入れされた回転軸全体を冷却する冷却工程と、この冷却された回転軸全体を低温で焼戻しする全体焼戻工程と、この焼戻しされた回転軸の局部を加熱する局部加熱工程と、この加熱された回転軸の局部に磁歪膜を成膜する磁歪膜成膜工程と、この成膜された磁歪膜に磁気異方性を付与する磁気異方性付与工程と、この磁気異方性が付与された磁歪膜の周囲に磁歪特性の変化を検出する検出コイルを配置する検出コイル配置工程と、からなることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetostrictive torque sensor manufacturing method in which a magnetostrictive film is locally provided on a rotating shaft, and an overall carburizing and quenching treatment step of carburizing the entire steel material as the rotating shaft, A cooling process for cooling the entire hardened rotating shaft, an entire tempering process for tempering the entire cooled rotating shaft at a low temperature, a local heating process for heating a local part of the tempered rotating shaft, and this heating A magnetostrictive film forming step for forming a magnetostrictive film on a local portion of the rotating shaft, a magnetic anisotropy providing step for imparting magnetic anisotropy to the formed magnetostrictive film, and the magnetic anisotropy are provided. And a detection coil arranging step of arranging a detection coil for detecting a change in magnetostriction characteristics around the magnetostrictive film.
請求項2に係る発明では、局部加熱工程は、高周波加熱により実施することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that the local heating step is performed by high-frequency heating.
請求項1に係る発明は、回転軸全体に浸炭焼入処理工程、焼戻工程を実施してから、回転軸の局部を加熱する局部加熱工程を実施する。局部的に加熱することにより、回転軸の磁歪膜成膜部分のみの残留オーステナイトを低減させることができる。磁歪膜成膜部以外の回転軸部分は、局部加熱処理がなされていないため、機械的強度を保つことができる。この結果、残留オーステナイトを局所的に低減した回転軸に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサを簡易に製造することができる。 According to the first aspect of the present invention, after performing the carburizing and quenching treatment process and the tempering process on the entire rotating shaft, the local heating step of heating the local portion of the rotating shaft is performed. By locally heating, the retained austenite only in the magnetostrictive film forming part of the rotating shaft can be reduced. Since the rotating shaft part other than the magnetostrictive film forming part is not subjected to the local heat treatment, the mechanical strength can be maintained. As a result, it is possible to easily manufacture a magnetostrictive torque sensor in which a magnetostrictive film is provided on a rotating shaft in which residual austenite is locally reduced.
請求項2に係る発明では、局部加熱工程は、高周波加熱により実施する。コイルで加熱するだけであるので、短時間で磁歪式トルクセンサを製作することができる。 In the invention which concerns on Claim 2, a local heating process is implemented by high frequency heating. Since it is only heated by a coil, a magnetostrictive torque sensor can be manufactured in a short time.
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1に示されるように、車両10において、ステアリングハンドル11が回されると、この回転力がステアリング軸12を介して電動パワーステアリング機構13(詳細構造は後述)に伝えられ、この伝えられた回転力に応じたトルクが、この電動パワーステアリング機構13で付加される。増加されたトルクでラック軸14が水平に動かされ、車輪15が操舵される。
First, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, when the
図2に示されるように、電動パワーステアリング機構13は、回転軸16と、この回転軸16のトルクを検出する磁歪式トルクセンサ20と、補助動力を伝達する補助動力伝達機構21と、回転軸16の回転運動を往復運動に変換するピニオン・ラック機構22と、これらの外側を囲うハウジング23およびリッド24とからなる。回転軸16は、軸受25、26を用いてハウジング23に回転自在に支持されている。
As shown in FIG. 2, the electric
磁歪式トルクセンサ20は、回転軸16に設けられている第1磁歪膜27及び第2磁歪膜28と、これらの第1、第2磁歪膜27、28に臨むようにリッド24に設けられている第1検出コイル31及び第2検出コイル32とからなる。
The
補助動力伝達機構21は、ハウジング23に設けられ補助動力を発生する補助モータ34と、この補助モータ34に設けられ回転力を伝達する伝達軸35と、この伝達軸35に設けられているウォームギヤ36と、ウォームギヤ36に噛み合うように回転軸16に設けられ補助動力を伝達するウォームホイール37と、からなる。
The auxiliary
ピニオン・ラック機構22は、回転軸16に設けられているピニオン40と、このピニオン40に噛み合うように設けられているラック41と、ハウジング23にラック41に向かって摺動自在に設けられラック41を案内するラックガイド42と、ハウジング23にキャップ43を介して設けられラックガイド42がピニオン40に押し付けられるように付勢する圧縮ばね44と、からなる。
The
図3に示されるように、磁歪式トルクセンサ20は、回転軸16と、回転軸16に被覆され且つ磁気異方性が付与されている第1磁歪膜27と、回転軸16に被覆され且つ磁気異方性が第1磁歪膜27とは逆方向に付与されている第2磁歪膜28と、第1磁歪膜27に臨んで配置され第1磁歪膜27での磁気特性の変化を検出する第1検出コイル31と、第2磁歪膜28に臨んで配置され第2磁歪膜28での磁気特性の変化を検出する第2検出コイル32と、回転軸16の周囲に配置される1個の励磁コイル47と、からなる。なお、磁気異方性の方向をA、Bで示す。また、符号48、48は、第1、第2検出コイル31、23に備えられているヨークである。
As shown in FIG. 3, the
以上の述べた磁歪式トルクセンサの作用を次に述べる。
図4に示されるように、第1、第2磁歪膜27、28に対して配置されている励磁コイル47と、第1、第2検出コイル31、32とを電気的関係として概念的に示している。第1、第2磁歪膜27、28に共通に配置されている励磁コイル47には、励磁用交流電流を常に供給する交流電源51が接続されている。回転軸16にトルクが加わると、第1、第2検出コイル31、32の各出力端子からは、トルクに対応する誘導電圧VA、VBが出力される。
The operation of the magnetostrictive torque sensor described above will be described next.
As shown in FIG. 4, the
第1、第2検出コイル31、32の各出力端子から出力された誘導電圧VA、VBは、トルク演算部52に入力される。トルク演算部52は、誘導電圧VA、VBに基づいて、回転軸16に加えられたトルクを演算する。
なお、トルク演算部52は、マイコン等の演算手段または演算用電気回路で構成されている。
The induced voltages V A and V B output from the output terminals of the first and
The
図5に示されるように、第1検出コイル(図3、符号31)に関する磁歪特性曲線53と、第2検出コイル(図3、符号32)に関する磁歪特性曲線54とは、第1、第2磁歪膜(図3、符号27、28)のそれぞれで互いに逆方向となる磁気異方性を有することが反映して、両磁歪特性曲線が交わる点を含む縦軸に関して略線対称の関係になる。
As shown in FIG. 5, the
図5において示される線55は、磁歪特性曲線53、54の共通領域であって略線形特性を有する領域において、検出コイル31の出力電圧として得られる磁歪特性曲線53の各値から、検出コイル32の出力電圧として得られる磁歪特性曲線54の対応する各値を差し引いた値に基づいて作成されるグラフを示す。トルクがゼロのときに、各検出コイル31、32から出力される誘導電圧は等しいので、その差の値はゼロとなる。磁歪式トルクセンサ(図3、符号20)では、上記の磁歪特性曲線53、54におけるトルクの中立点(ゼロ点)付近の一定勾配とみなされる領域を使用することで、線55の略直線特性を有するものとして形成している。線55は、原点を通る直線であって、縦軸及び横軸の正側、負側に存在する。磁歪式トルクセンサ20の検出出力値は、第1、第2検出コイル31、32から出力される誘導電圧の差(VA−VB)として得られることから、線55を利用することに基づいて、回転軸(図3、符号16)に加えられたトルクの方向と大きさを検出することができる。
A
磁歪式トルクセンサ20の出力値に基づき、回転軸16に入力されたトルクに関して回転方向と大きさに対応した検出信号を取り出すことができる。すなわち、磁歪式トルクセンサ20の検出値は、トルクに応じて線55上のいずれかの点として出力される。この検出値が、横軸で正側に位置するときには、トルクは右回転と判断され、横軸で負側に位置するときには、トルクは左回転と判断される。また、上記検出値の縦軸上での絶対値が操舵トルクの大きさとなる。
Based on the output value of the
以上に述べた磁歪式トルクセンサの製造方法を次に述べる。
図6において、(a)は局部としての第1、第2磁歪膜部における熱処理工程を説明する図である。
先ず、回転軸としての鋼材全体(図2、符号16)に対し、浸炭焼入処理工程、油冷による冷却工程、低温による焼戻工程、空冷による冷却工程を実施する。
そして、回転軸16の局部(図2、符号27、28)のみを加熱する局部加熱工程を実施する。
A method for manufacturing the magnetostrictive torque sensor described above will be described next.
In FIG. 6, (a) is a figure explaining the heat processing process in the 1st, 2nd magnetostrictive film part as a local part.
First, a carburizing and quenching process, a cooling process by oil cooling, a tempering process by low temperature, and a cooling process by air cooling are performed on the entire steel material (FIG. 2, reference numeral 16) as a rotating shaft.
And the local heating process which heats only the local part (FIG. 2, code |
(b)は局部以外の部分における熱処理工程を説明する図である。
回転軸(図2、符号16)に対し、浸炭焼入処理工程、油冷による冷却工程、低温による焼戻工程、空冷による冷却工程を実施する。
(B) is a figure explaining the heat processing process in parts other than a local part.
A carburizing and quenching process, a cooling process by oil cooling, a tempering process by low temperature, and a cooling process by air cooling are performed on the rotating shaft (FIG. 2, reference numeral 16).
ピニオン(図2、符号40)部分に対して低温による焼戻工程を実施することで、ピニオン40の機械的強度を保つことができる。
局部27、28に対して局部加熱工程を実施することで、局部27、28の残留オーステナイトを低減できる。この結果、局部27、28において、残留オーステナイトが強磁性マルテンサイトに変化する経年変化を防止することができる。
The mechanical strength of the
By performing the local heating process on the
図7に示されるように、局部加熱工程は、局部としての第1、第2磁歪膜27、28部分に対して加熱コイル56、56を臨ませて高周波加熱により実施される。
加熱コイルによる高周波加熱は長くて10秒程度であるため、局部加熱工程の工数を短縮できる。加えて、局部の疲労強度、表面硬さも向上させることができる。
As shown in FIG. 7, the local heating step is performed by high-frequency heating with the heating coils 56 and 56 facing the first and second
Since the high-frequency heating by the heating coil is about 10 seconds at the longest, the man-hour of the local heating process can be shortened. In addition, local fatigue strength and surface hardness can be improved.
熱処理が施された回転軸(図2、符号16)の局部に磁歪膜を成膜する磁歪膜成膜工程を実施する。第1、第2磁歪膜(図2、符号27、28)部分に対しては、磁歪特性を示す組成比のNi−Fe合金を溶射するか、もしくはめっきを施す。
成膜された磁歪膜に磁気異方性を付与する磁気異方性付与工程を実施する。回転軸16にトルクを印加した状態で第1磁歪膜27部分に高周波加熱し、トルクを開放すること等で、磁気異方性を加えることができる。また、第2磁歪膜28部においては、第1磁歪膜27部とは逆向きのトルクを印加した状態で第2磁歪膜28部分に高周波加熱し、トルクを開放すること等で、第1磁歪膜27とは逆向きの磁気異方性を加えることができる。
なお、第1、第2磁歪膜部27、28は、Ni−Fe合金材に限定されず、磁歪特性を示す材料であれば、他の材料でも差し支えない。
A magnetostrictive film forming step is performed in which a magnetostrictive film is formed on the local part of the rotating shaft (
A magnetic anisotropy imparting step for imparting magnetic anisotropy to the formed magnetostrictive film is performed. Magnetic anisotropy can be applied, for example, by heating the first
The first and second
さらに、第1磁歪膜27周囲に磁歪特性の変化を検出する第1検出コイル(図2、符号31)を配置し、第2磁歪膜28周囲に磁歪特性の変化を検出する第1検出コイル(図2、符号32)を配置することで、検出コイル配置工程を実施し磁歪式トルクセンサ(図2、符号20)を完成させる。
Further, a first detection coil (
尚、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、実施の形態では自動車のステアリング軸に適用したが、船舶の舵にも適用可能であり、回転軸のトルクを検出するものであれば、一般の機械部品に適用することは差し支えない。 The magnetostrictive torque sensor according to the present invention is applied to the steering shaft of an automobile in the embodiment. However, the magnetostrictive torque sensor can also be applied to a rudder of a ship and can be used as long as it can detect torque of a rotating shaft. It can be applied to parts.
本発明の磁歪式トルクセンサは、自動車のステアリング軸に好適である。 The magnetostrictive torque sensor of the present invention is suitable for a steering shaft of an automobile.
16…回転軸(鋼材)、20…磁歪式トルクセンサ、27…局部(第1磁歪膜)、28…局部(第2磁歪膜)、31…第1検出コイル、32…第2検出コイル、56…加熱コイル、A、B…磁気異方性。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記回転軸としての鋼材全体を浸炭処理する全体浸炭焼入処理工程と、
この焼入れされた回転軸全体を冷却する冷却工程と、
この冷却された回転軸全体を低温で焼戻しする全体焼戻工程と、
この焼戻しされた回転軸の局部を加熱する局部加熱工程と、
この加熱された回転軸の局部に磁歪膜を成膜する磁歪膜成膜工程と、
この成膜された磁歪膜に磁気異方性を付与する磁気異方性付与工程と、
この磁気異方性が付与された磁歪膜の周囲に磁歪特性の変化を検出する検出コイルを配置する検出コイル配置工程と、からなることを特徴とする磁歪式トルクセンサの製造方法。 In a manufacturing method of a magnetostrictive torque sensor in which a magnetostrictive film is locally provided on a rotating shaft,
An overall carburizing and quenching process for carburizing the entire steel material as the rotating shaft;
A cooling process for cooling the entire hardened rotating shaft;
An overall tempering step of tempering the entire cooled rotating shaft at a low temperature;
A local heating step of heating the local part of the tempered rotating shaft;
A magnetostrictive film forming step of forming a magnetostrictive film on a portion of the heated rotating shaft;
A magnetic anisotropy imparting step for imparting magnetic anisotropy to the formed magnetostrictive film;
A method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor, comprising: a detecting coil arranging step of arranging a detecting coil for detecting a change in magnetostrictive characteristics around the magnetostrictive film provided with the magnetic anisotropy.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009081541A JP2010230636A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Method of manufacturing magnetostrictive torque sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009081541A JP2010230636A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Method of manufacturing magnetostrictive torque sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010230636A true JP2010230636A (en) | 2010-10-14 |
Family
ID=43046597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009081541A Pending JP2010230636A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Method of manufacturing magnetostrictive torque sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010230636A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102175368A (en) * | 2011-01-05 | 2011-09-07 | 扬州电力设备修造厂 | Torque-measuring device and method of low-temperature electric executing mechanism |
CN113196025A (en) * | 2018-12-20 | 2021-07-30 | 日本精工株式会社 | Method for manufacturing shaft for magnetostrictive torque sensor |
-
2009
- 2009-03-30 JP JP2009081541A patent/JP2010230636A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102175368A (en) * | 2011-01-05 | 2011-09-07 | 扬州电力设备修造厂 | Torque-measuring device and method of low-temperature electric executing mechanism |
CN113196025A (en) * | 2018-12-20 | 2021-07-30 | 日本精工株式会社 | Method for manufacturing shaft for magnetostrictive torque sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8181538B2 (en) | Magnestostrictive torque sensor and manufacturing method thereof, and electric power steering system | |
JP4945155B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus | |
US7752923B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor | |
US8479376B2 (en) | Production method for a magnetostrictive torque sensor | |
US7568274B2 (en) | Method for manufacturing magnetostrictive torque sensor device, and electric power steering apparatus | |
JP2007101248A (en) | Magnetostrictive torque sensor manufacturing method | |
KR102314288B1 (en) | Method for producing a ferromagnetic component for a torque sensor of a vehicle steering shaft and torque sensor | |
JP4897309B2 (en) | Magnetostrictive mechanical quantity sensor and manufacturing method of magnetostrictive mechanical quantity sensor | |
JP2004037240A (en) | Magnetostrictive torque sensor shaft and its manufacturing method | |
JP2007114059A (en) | Method of manufacturing magnetostrictive torque sensor | |
JPWO2011070826A1 (en) | Manufacturing method of electric power steering apparatus | |
JP2010230636A (en) | Method of manufacturing magnetostrictive torque sensor | |
JP4516276B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor | |
JP4668870B2 (en) | Manufacturing method of magnetostrictive torque sensor, and electric power steering apparatus equipped with magnetostrictive torque sensor | |
JP5081483B2 (en) | Manufacturing method of magnetostrictive torque sensor | |
US20180087982A1 (en) | Magnetostrictive torque sensor and method of manufacturing same | |
JP7173697B2 (en) | METHOD OF MANUFACTURING SHAFT FOR MAGNETOSTRICTIVE TORQUE SENSOR | |
JP4486616B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor manufacturing method and electric power steering apparatus | |
JP2010048820A (en) | Manufacturing method of magnetostrictive torque sensor | |
JP4829921B2 (en) | Anisotropy imparting method for magnetostrictive torque sensor | |
JP4878507B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor manufacturing method and electric power steering apparatus | |
JP2009092671A (en) | Manufacturing method for magnetostriction-type torque sensor | |
JP2004198349A (en) | Magnetostriction type torque sensor, stem for magnetostriction type torque sensor and manufacturing method for stem for magnetostriction type torque sensor | |
JP2008256662A (en) | Method of manufacturing magnetostrictive torque sensor | |
JP2013119890A (en) | Worm gear mechanism, and electric power steering device mounted with the same |