JP2019052913A - Torque load member and torque transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、使用時にトルクを負荷され、かつ、該トルクを測定するために用いられるトルク負荷部材、およびトルク伝達装置に関する。 The present invention relates to a torque load member that is loaded with torque during use and used to measure the torque, and a torque transmission device.
自動車の分野では、近年、パワートレイン(動力伝達機構)を構成する回転軸により伝達しているトルクを測定し、その測定結果を利用して、動力源であるエンジンや電動モータの出力制御や、変速機の変速制御を実行するシステムの開発が進んでいる。 In the field of automobiles, in recent years, the torque transmitted by the rotating shaft that constitutes the powertrain (power transmission mechanism) is measured, and the measurement results are used to control the output of the engine and electric motor that are power sources, Development of a system for executing transmission shift control is in progress.
また、従来、回転軸などのトルク負荷部材により伝達しているトルクを測定する技術として、磁歪式のものが知られている(たとえば、特開2017−96825号公報、特開2017−96826号公報参照)。磁歪式のトルク測定技術では、トルク負荷部材の透磁率が、負荷されるトルクに応じて変化する現象(逆磁歪効果)を利用して、該トルクを測定する。具体的には、トルク負荷部材に対向させたトルクセンサを用いて、該トルク負荷部材に負荷されたトルクを、該トルク負荷部材の表層部の透磁率の変化として測定する。 Conventionally, as a technique for measuring torque transmitted by a torque load member such as a rotating shaft, magnetostrictive techniques are known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2017-96825 and 2017-96826). reference). In the magnetostrictive torque measurement technique, the torque is measured using a phenomenon (inverse magnetostrictive effect) in which the permeability of the torque load member changes according to the applied torque. Specifically, using a torque sensor opposed to the torque load member, the torque loaded on the torque load member is measured as a change in the magnetic permeability of the surface layer portion of the torque load member.
磁歪式のトルク測定技術では、トルク測定のヒステリシスを抑えつつ、トルク測定の感度を効果的に向上させることができる具体的な手段を提供することが望まれている。 In the magnetostrictive torque measurement technique, it is desired to provide specific means capable of effectively improving the sensitivity of torque measurement while suppressing the hysteresis of torque measurement.
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、トルク測定のヒステリシスを抑えつつ、トルク測定の感度を効果的に向上させることができる具体的な手段を提供することにある。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object thereof is to provide specific means capable of effectively improving the sensitivity of torque measurement while suppressing the hysteresis of torque measurement. There is.
本発明のトルク負荷部材は、磁歪式のトルクセンサを対向させる被検出面を有し、該被検出面からの深さが7.5μm〜50μmまでの範囲の周方向残留圧縮応力が800MPa以上になっている。
本発明のトルク負荷部材では、前記被検出面からの深さが7.5μm〜100μmまでの範囲の周方向残留圧縮応力を800MPa以上とすることができる。
The torque load member of the present invention has a detected surface that opposes the magnetostrictive torque sensor, and the circumferential residual compressive stress in the range from 7.5 μm to 50 μm in depth from the detected surface is 800 MPa or more. It has become.
In the torque load member of the present invention, the circumferential residual compressive stress in the range from 7.5 μm to 100 μm in depth from the detected surface can be 800 MPa or more.
本発明のトルク伝達装置は、被検出面を有するトルク負荷部材と、前記被検出面に対向させた磁歪式のトルクセンサとを備える。
特に、本発明のトルク伝達装置では、前記トルク負荷部材が、本発明のトルク負荷部材である。
なお、前記トルクセンサとしては、周囲に交流磁界を発生させるコイルを有し、かつ、該交流磁界の磁束が、前記トルク負荷部材の被検出面の表層部を通過することに基づいて、該表層部の透磁率に応じた検出信号を出力するものを採用することができる。
The torque transmission device according to the present invention includes a torque load member having a detected surface and a magnetostrictive torque sensor opposed to the detected surface.
In particular, in the torque transmission device of the present invention, the torque load member is the torque load member of the present invention.
The torque sensor includes a coil that generates an alternating magnetic field in the surroundings, and the magnetic flux of the alternating magnetic field passes through the surface layer portion of the detection surface of the torque load member. What outputs a detection signal according to the magnetic permeability of a part can be employ | adopted.
本発明のトルク伝達装置では、使用時にも回転しない部分に対して前記トルク負荷部材を回転可能に支持する転がり軸受をさらに備え、かつ、前記トルクセンサが前記転がり軸受に支持されている構成を採用することができる。 The torque transmission device according to the present invention employs a configuration in which a rolling bearing that rotatably supports the torque load member with respect to a portion that does not rotate during use is further provided, and the torque sensor is supported by the rolling bearing. can do.
本発明によれば、トルク測定のヒステリシスを抑えつつ、トルク測定の感度を効果的に向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sensitivity of torque measurement can be improved effectively, suppressing the hysteresis of torque measurement.
[実施の形態の1例]
実施の形態の1例について、図1〜図5を用いて説明する。
図1は、トルク伝達装置を示している。このトルク伝達装置は、回転軸1と、転がり軸受2と、トルクセンサ3とを備える。本例では、回転軸1が、トルク負荷部材に相当する。
なお、本例に関する以下の説明中、トルク伝達装置に関して、軸方向片側は、図1における右側であり、軸方向他側は、図1における左側である。
[Example of Embodiment]
An example of the embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a torque transmission device. This torque transmission device includes a rotating shaft 1, a rolling bearing 2, and a
In the following description regarding this example, regarding the torque transmission device, one axial side is the right side in FIG. 1 and the other axial side is the left side in FIG.
回転軸1は、自動車のパワートレインを構成する、変速機の回転軸、デファレンシャルギヤの回転軸、プロペラシャフト、ドライブシャフトなどのトルク伝達軸である。回転軸1は、磁歪特性を有する材料である、SCr420(クロム鋼)、SCM420(クロムモリブデン鋼)、SNCM420(ニッケルクロムモリブデン鋼)などの鋼(鉄合金)製で、円柱状または円筒状に構成されている。 The rotating shaft 1 is a torque transmitting shaft such as a rotating shaft of a transmission, a rotating shaft of a differential gear, a propeller shaft, and a drive shaft, which constitutes a power train of an automobile. The rotating shaft 1 is made of steel (iron alloy) such as SCr420 (chromium steel), SCM420 (chromium molybdenum steel), SNCM420 (nickel chromium molybdenum steel), which is a material having magnetostrictive characteristics, and is configured in a columnar shape or a cylindrical shape. Has been.
回転軸1は、軸方向一部外周面に円筒状の内輪軌道4を有する。また、回転軸1は、外周面のうちで内輪軌道4の軸方向片側に隣接する箇所(図1および図2において、斜格子を付した箇所)に被検出面5を有する。回転軸1は、被検出面5の表層部のうちで、被検出面5からの深さが7.5μm〜50μmまでの範囲の周方向残留圧縮応力が800MPa以上になっている。 The rotating shaft 1 has a cylindrical inner ring raceway 4 on a partial outer peripheral surface in the axial direction. Moreover, the rotating shaft 1 has the to-be-detected surface 5 in the location which adjoins the axial direction one side of the inner ring | wheel track 4 among the outer peripheral surfaces (location which attached the diagonal lattice in FIG. 1 and FIG. 2). The rotating shaft 1 has a circumferential residual compressive stress of 800 MPa or more in the range of the depth from the detected surface 5 to 7.5 μm to 50 μm in the surface layer portion of the detected surface 5.
なお、本例では、回転軸1を造る際に、回転軸1の中間素材の外周面に浸炭処理を施した後、被検出面5にショットピーニング処理を施すことによって、被検出面5からの深さが7.5μm〜50μmまでの範囲の周方向残留圧縮応力が800MPa以上になるように調整している。被検出面5の表層部のうち、少なくとも被検出面5から深さが50μmまでの範囲は、ショットピーニング処理によって形成された圧縮加工硬化層になっている。ただし、本発明を実施する場合、被検出面5の表層部の周方向残留圧縮応力の調整方法は、特に問わない。このような回転軸1は、転がり軸受2により、自動車のパワートレインを構成するハウジングなどの使用時に回転しない静止部材に対して回転自在に支持されている。
In this example, when the rotating shaft 1 is manufactured, the carburizing process is performed on the outer peripheral surface of the intermediate material of the rotating shaft 1, and then the shot peening process is performed on the detected surface 5. The circumferential residual compressive stress in the depth range of 7.5 μm to 50 μm is adjusted to be 800 MPa or more. Of the surface layer portion of the detection surface 5, at least a range from the detection surface 5 to a depth of 50 μm is a compression-processed hardened layer formed by shot peening. However, when carrying out the present invention, the adjustment method of the circumferential residual compressive stress of the surface layer portion of the detection surface 5 is not particularly limited. Such a rotating shaft 1 is rotatably supported by a rolling
転がり軸受2は、ニードル軸受であり、外輪6と、複数個のニードル7と、保持器8とを備える。
外輪6は、軸受鋼などの鋼製で、円筒状に構成されている。外輪6は、軸方向両端部に内向鍔部9を有する。また、外輪6は、1対の内向鍔部9に挟まれた軸方向中間部内周面に、円筒状の外輪軌道10を有する。このような外輪6は、自動車のパワートレインを構成するハウジングなどの静止部材に内嵌された状態で、使用時にも回転しない。
複数個のニードル7は、それぞれが軸受鋼などの鋼製で、円柱状に構成されている。これらのニードル7は、外輪軌道10と内輪軌道4との間に転動自在に配置されている。
保持器8は、鋼製または合成樹脂製で、円筒状に構成されている。保持器8は、円周方向複数箇所にポケットを有しており、これらのポケット内にニードル7が1つずつ転動自在に保持されている。
The rolling
The outer ring 6 is made of steel such as bearing steel and has a cylindrical shape. The outer ring 6 has inward flanges 9 at both ends in the axial direction. Further, the outer ring 6 has a cylindrical
Each of the plurality of
The cage 8 is made of steel or synthetic resin and has a cylindrical shape. The cage 8 has pockets at a plurality of locations in the circumferential direction, and the
トルクセンサ3は、センサホルダ11を介して、外輪6に支持されている。センサホルダ11は、金属、合成樹脂などにより円筒状に構成されており、外輪6の軸方向片側に隣接配置された状態で、外輪6に取り付けられている。このために、具体的には、センサホルダ11の軸方向他端部に設けられた嵌合筒部12を、外輪6の軸方向片側の内向鍔部9に内嵌固定している。ただし、センサホルダ11は、外輪6と一体に形成することもできる。
The
トルクセンサ3は、磁性材製で円筒状のバックヨーク13と、該バックヨーク13の径方向内側に保持された検出部14とを備える。このようなトルクセンサ3は、回転軸1の被検出面5の周囲に、該被検出面5と同軸に配置された状態、すなわち、被検出面5に検出部14を対向させた状態で、センサホルダ11に内嵌保持されている。
The
検出部14は、それぞれが円筒状に構成された4つのコイル層である、第一〜第四コイル層15〜18を備える。第一〜第四コイル層15〜18は、径方向内側から、第一コイル層15、第二コイル層16、第三コイル層17、第四コイル層18の順に並べた状態で、径方向に積層配置されている。第一コイル層15と第二コイル層16とは、図示しない帯状のフレキシブル基板の片側面と他側面とに分けて成形され、かつ、該フレキシブル基板を円筒状に丸めることにより、円筒状に構成されている。第三コイル層17と第四コイル層18とは、図示しない別の帯状のフレキシブル基板の片側面と他側面とに分けて成形され、かつ、該フレキシブル基板を円筒状に丸めることにより、円筒状に構成されている。また、第二コイル層16と第三コイル層17との間には、絶縁層が設けられている。
The
図3は、検出部14を径方向外側から見た展開図を示している。また、図4(a)〜図4(d)は、検出部14を構成する第一〜第四コイル層15〜18をそれぞれ個別に径方向外側から見た展開図を示している。
FIG. 3 shows a developed view of the
第一コイル層15(第二コイル層16、第三コイル層17、第四コイル層18)は、図4(a){図4(b)、図4(c)、図4(d)}に示すように、複数個の第一検出コイル19(第二検出コイル20、第三検出コイル21、第四検出コイル22)を備える。これらの第一検出コイル19(第二検出コイル20、第三検出コイル21、第四検出コイル22)は、円周方向に関して等ピッチに並べて配置されている。また、これらの第一検出コイル19(第二検出コイル20、第三検出コイル21、第四検出コイル22)は、円周方向に隣り合うもの同士(前記フレキシブル基板の両端縁を挟んで互いに隣り合うもの同士を除く。)が直列に接続されている。また、第一検出コイル19および第四検出コイル22のそれぞれは、円周方向両側部に、回転軸1の軸方向に対して+45゜傾斜した配線を含んで構成されている。これに対し、第二検出コイル20および第三検出コイル21のそれぞれは、円周方向両側部に、回転軸1の軸方向に対して−45゜傾斜した配線を含んで構成されている。なお、本発明を実施する場合、第一〜第四コイル層15〜18は、ボビンなどの支持部材にコイルを巻き付けることによって構成することもできる。
The first coil layer 15 (
また、第一〜第四コイル層15〜18は、図5に示すような、ブリッジ回路23を構成している。ブリッジ回路23は、第一〜第四コイル層15〜18の他、A点とB点との間に交流電圧を印加するための発振器24と、C点とD点との間の電位差(中点電圧、差動電圧)を検出・増幅するためのロックイン増幅器25とを含んで構成されている。
The first to fourth coil layers 15 to 18 constitute a
本例のトルク伝達装置の使用時には、発振器24により、ブリッジ回路23のA点とB点との間に交流電圧を印加し、第一〜第四コイル層15〜18に交流電流を流す。すると、第一〜第四コイル層15〜18には、図4(a)〜図4(d)に矢印イ、ロ、ハ、ニで示すように、円周方向に隣り合う検出コイル同士で互いに逆向きの電流が流れる(言い換えれば、このような向きの電流が流れるように各検出コイルが巻かれている)。この結果、第一〜第四コイル層15〜18の周囲に交流磁界が発生し、この交流磁界の磁束の一部が、回転軸1の被検出面5の表層部を通過する。
When the torque transmission device of this example is used, an alternating voltage is applied between the point A and the point B of the
この状態で、回転軸1に、図2(a)に示す方向のトルクTが加わると、回転軸1には、軸方向に対して+45゜方向の引っ張り応力(+σ)と、軸方向に対して−45゜方向の圧縮応力(−σ)とが作用する。そして、逆磁歪効果により、引っ張り応力(+σ)が作用する方向である+45゜方向では、回転軸1の透磁率が増加し、圧縮応力(−σ)が作用する方向である−45゜方向では、回転軸1の透磁率が減少する。 In this state, when the torque T in the direction shown in FIG. 2A is applied to the rotating shaft 1, the rotating shaft 1 has a tensile stress (+ σ) in the direction of + 45 ° relative to the axial direction and the axial direction. Compressive stress (−σ) in the −45 ° direction acts. Then, due to the inverse magnetostrictive effect, the permeability of the rotating shaft 1 increases in the + 45 ° direction where the tensile stress (+ σ) acts, and in the −45 ° direction where the compressive stress (−σ) acts. The magnetic permeability of the rotating shaft 1 is reduced.
一方、第一コイル層15および第四コイル層18は、回転軸1の軸方向に対して+45゜傾斜した配線を含んで構成されており、該配線の周囲に発生する交流磁界の磁束の一部は、回転軸1の被検出面5の表層部を、透磁率が減少した方向である−45゜方向に通過する。このため、第一コイル層15および第四コイル層18のインダクタンスは、それぞれ減少する。また、第二コイル層16および第三コイル層17は、回転軸1の軸方向に対して−45゜傾斜した配線を含んで構成されており、該配線の周囲に発生する交流磁界の磁束の一部は、回転軸1の被検出面5の表層部を、透磁率が増加した方向である+45゜方向に通過する。このため、第三検出コイル17および第四検出コイル18のインダクタンスは、それぞれ増大する。
On the other hand, the
これに対し、回転軸1に、図2(a)に示す方向とは逆方向のトルクTが加わると、上述した場合とは逆の作用により、第一コイル層15および第四コイル層18のインダクタンスが増大し、第二コイル層16および第三コイル層17のインダクタンスが減少する。
On the other hand, when the torque T in the direction opposite to the direction shown in FIG. 2A is applied to the rotating shaft 1, the
何れにしても、ブリッジ回路23では、C点とD点との間の電位差(中点電圧、差動電圧)をロックイン増幅器25により検出・増幅することによって、回転軸1に負荷されるトルクTの方向および大きさに応じた出力Vが得られるようになっている。したがって、予め、出力VとトルクTとの関係を調べておけば、出力VからトルクTの方向および大きさを求められる。
In any case, the
特に、本例では、回転軸1の被検出面5の表層部のうちで、被検出面5からの深さが7.5μm〜50μmまでの範囲の周方向残留圧縮応力が800MPa以上になっている。すなわち、回転軸1の被検出面5の表層部のうちで、トルクセンサ3から発生した磁束が通過する部分の磁気的特性が良好になっているため、トルク測定のヒステリシスを抑えつつ、トルク測定の感度を効果的に向上させることができる。
In particular, in this example, in the surface layer portion of the detection surface 5 of the rotating shaft 1, the circumferential residual compressive stress in the range from 7.5 μm to 50 μm in depth from the detection surface 5 is 800 MPa or more. Yes. That is, in the surface layer portion of the detected surface 5 of the rotating shaft 1, the magnetic characteristic of the portion through which the magnetic flux generated from the
本発明の対象となるトルク負荷部材は、回転軸に限らず、たとえば、回転軸に外嵌固定され、かつ、該回転軸と共にトルクを負荷されるスリーブとすることもできる。
また、トルク負荷部材は、周面に被検出面を有する部材に限らず、たとえば特開2017−96825号公報や特開2017−96826号公報に記載されているような、軸方向側面に被検出面を有する部材とすることもできる。
本発明の対象となるトルク負荷部材を自動車のパワートレインに組み込んで使用する場合、対象となる装置は、特に問わない。たとえば、マニュアルトランスミッション(MT)、オートマチックトランスミッション(AT)、ベルト式無段変速機、トロイダル型無段変速機、オートマチックマニュアルトランスミッション(AMT)、デュアルクラッチトランスミッション(DCT)などの車側の制御で変速を行うトランスミッション、またはトランスファーを対象とすることができる。また、対象となる車両の駆動方式(FF、FR、MR、RR、4WDなど)も、特に問わない。
本発明の対象となるトルク負荷部材は、自動車のパワートレインを構成する回転軸に限らず、たとえば、風車の回転軸(主軸、増速器の回転軸)、圧延機のロールネック、鉄道車両の回転軸(車軸、減速機の回転軸)、工作機械の回転軸(主軸、送り系の回転軸)、建設機械・農業機械・家庭用電気器具・モータの回転軸等、各種機械装置の回転軸などを採用することができる。
The torque load member that is the subject of the present invention is not limited to the rotating shaft, and may be, for example, a sleeve that is externally fixed to the rotating shaft and is loaded with torque together with the rotating shaft.
Further, the torque load member is not limited to a member having a detection surface on the peripheral surface, but is detected on the axial side surface as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-96825 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-96826. It can also be a member having a surface.
When the torque load member that is the subject of the present invention is used by being incorporated in a power train of an automobile, the subject device is not particularly limited. For example, manual transmission (MT), automatic transmission (AT), belt type continuously variable transmission, toroidal type continuously variable transmission, automatic manual transmission (AMT), dual clutch transmission (DCT), etc. The transmission to be performed or the transfer can be targeted. Further, the driving method (FF, FR, MR, RR, 4WD, etc.) of the target vehicle is not particularly limited.
The torque load member that is the subject of the present invention is not limited to the rotating shaft that constitutes the power train of an automobile. For example, the rotating shaft of a windmill (main shaft, rotating shaft of a speed increasing device), the roll neck of a rolling mill, Rotating shafts of various mechanical devices such as rotating shafts (axles, rotating shafts of reduction gears), rotating shafts of machine tools (main shafts, rotating shafts of feed systems), construction machinery, agricultural machinery, household appliances, rotating shafts of motors, etc. Etc. can be adopted.
本発明のトルク伝達装置を実施する場合、トルクセンサは、転がり軸受に限らず、ハウジングなどの他の部材に支持されていても良い。
本発明のトルク伝達装置を実施する場合で、トルクセンサが転がり軸受に支持されている構成を採用する場合には、当該転がり軸受は、ニードル軸受に限らず、玉軸受、ころ軸受、円すいころ軸受などの他の形式の転がり軸受であっても良い。
本発明のトルク伝達装置を実施する場合、磁歪式のトルクセンサは、上述した実施の形態のものに限らず、たとえば、特開2017−96825号公報、特開2017−96826号公報などに記載されて従来から知られている各種のものを採用することができる。
When implementing the torque transmission device of the present invention, the torque sensor is not limited to the rolling bearing, and may be supported by another member such as a housing.
When implementing the torque transmission device of the present invention and adopting a configuration in which the torque sensor is supported by a rolling bearing, the rolling bearing is not limited to a needle bearing, but is a ball bearing, a roller bearing, or a tapered roller bearing. Other types of rolling bearings may be used.
When implementing the torque transmission device of the present invention, the magnetostrictive torque sensor is not limited to the above-described embodiment, and is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2017-96825 and 2017-96826. Various conventionally known ones can be used.
本発明の効果を確かめるために行った実験について説明する。
本実験では、試料として、複数本の回転軸(実施例1〜7、比較例1〜5)を用意した。これらの回転軸は、外周面の軸方向一部に被検出面を有し、かつ、被検出面の表層部の周方向残留圧縮応力が、互いに異なるものである。そして、これらの回転軸のそれぞれについて、被検出面に対向させた磁歪式のトルクセンサ3(図1および図2参照)により、負荷されたトルクを測定した。
An experiment conducted to confirm the effect of the present invention will be described.
In this experiment, a plurality of rotating shafts (Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 5) were prepared as samples. These rotating shafts have a surface to be detected in a part of the outer peripheral surface in the axial direction, and the residual compressive stresses in the circumferential direction of the surface layer portion of the surface to be detected are different from each other. For each of these rotating shafts, the applied torque was measured by a magnetostrictive torque sensor 3 (see FIGS. 1 and 2) opposed to the surface to be detected.
[試料ついて]
それぞれの回転軸(実施例1〜7、比較例1〜5)についての諸元は、以下の通りである。
[Sample]
Specifications of the respective rotation shafts (Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 5) are as follows.
(実施例1)
軸径D(図1参照):18mm
材質:SCr420H
処理:外周面に熱処理を施した後、被検出面にショットピーニング処理を施した。
熱処理の条件:浸炭(950℃、5時間、カーボンポテンシャル1.25%)
→焼き戻し(175℃、1時間)
→焼き入れ(820℃、1時間)
→焼き戻し(240℃、2時間)
ショットピーニング処理の条件:投射材・・・スチール(球状)
投射材直径・・・0.6mm
投射材硬度・・・Hv700
タンク(エアー)圧・・・0.2MPa
カバレージ・・・300%
Example 1
Shaft diameter D (see FIG. 1): 18 mm
Material: SCr420H
Treatment: After subjecting the outer peripheral surface to heat treatment, the surface to be detected was subjected to shot peening treatment.
Heat treatment conditions: carburization (950 ° C., 5 hours, carbon potential 1.25%)
→ Tempering (175 ° C, 1 hour)
→ Quenching (820 ℃, 1 hour)
→ Tempering (240 ° C, 2 hours)
Conditions for shot peening treatment: Projection material: Steel (spherical)
Projection material diameter 0.6mm
Projection material hardness: Hv700
Tank (air) pressure: 0.2 MPa
Coverage ... 300%
(実施例2)
ショットピーニング処理におけるタンク圧を0.3MPaとしたこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 2)
Example 1 is the same as Example 1 except that the tank pressure in the shot peening process is 0.3 MPa.
(実施例3)
ショットピーニング処理におけるタンク圧を0.5MPaとしたこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 3)
Example 1 is the same as Example 1 except that the tank pressure in the shot peening process is 0.5 MPa.
(実施例4)
浸炭処理におけるカーボンポテンシャルを0.70%、焼き戻し温度を175℃、および、ショットピーニング処理におけるタンク圧を0.5MPaとしたこと以外は、実施例1と同様である。
Example 4
The same as Example 1, except that the carbon potential in the carburizing process is 0.70%, the tempering temperature is 175 ° C., and the tank pressure in the shot peening process is 0.5 MPa.
(実施例5)
焼き戻し温度を175℃としたこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 5)
The same as Example 1 except that the tempering temperature was 175 ° C.
(実施例6)
焼き戻し温度を175℃としたこと、および、ショットピーニング処理におけるタンク圧を0.3MPaとしたこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 6)
The same as Example 1, except that the tempering temperature was 175 ° C. and the tank pressure in the shot peening process was 0.3 MPa.
(実施例7)
焼き戻し温度を175℃としたこと、および、ショットピーニング処理におけるタンク圧を0.5MPaとしたこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 7)
The same as Example 1 except that the tempering temperature was 175 ° C. and the tank pressure in the shot peening process was 0.5 MPa.
(比較例1)
ショットピーニング処理を省略したこと以外は、実施例1と同様である。
(Comparative Example 1)
Except that the shot peening process is omitted, the process is the same as in the first embodiment.
(比較例2)
ショットピーニング処理における投射材直径を0.05mmとしたこと以外は、実施例3と同様である。
(Comparative Example 2)
Example 3 is the same as Example 3 except that the diameter of the projection material in the shot peening process is set to 0.05 mm.
(比較例3)
ショットピーニング処理を省略したこと以外は、実施例4と同様である。
(Comparative Example 3)
Example 4 is the same as Example 4 except that the shot peening process is omitted.
(比較例4)
ショットピーニング処理を省略したこと以外は、実施例5と同様である。
(Comparative Example 4)
Example 5 is the same as Example 5 except that the shot peening process is omitted.
(比較例5)
ショットピーニング処理における投射材直径を0.05mmとしたこと以外は、実施例7と同様である。
(Comparative Example 5)
Example 7 is the same as Example 7 except that the diameter of the projection material in the shot peening process is set to 0.05 mm.
それぞれの回転軸(実施例1〜7、比較例1〜5)の被検出面の表層部の周方向残留応力σRを、表1および図6に示す。
なお、図6のグラフ(および後述する図8のグラフ)では、実施例1を「実1」と略記し、比較例1を「比1」と略記している。その他の実施例および比較例についても同様である。
また、周方向残留応力σRの符号が負であることは、周方向残留応力σRが周方向残留圧縮応力であることを意味する。
Table 1 and FIG. 6 show the circumferential residual stress σR of the surface layer portion of the surface to be detected of each rotating shaft (Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 5).
In the graph of FIG. 6 (and the graph of FIG. 8 described later), Example 1 is abbreviated as “Real 1”, and Comparative Example 1 is abbreviated as “Ratio 1”. The same applies to other examples and comparative examples.
Further, the negative sign of the circumferential residual stress σR means that the circumferential residual stress σR is a circumferential residual compressive stress.
[トルク測定の感度およびヒステリシスの評価]
それぞれの回転軸(実施例1〜7、比較例1〜5)について、負荷されたトルクを、被検出面に対向させた磁歪式のトルクセンサ3により測定した。
具体的には、図5に示した発振器24により、ブリッジ回路23のA点とB点と間に交流電圧を印加することで、第一〜第四コイル層15〜18の周囲に交流磁界を発生させ、この交流磁界の磁束が、被検出面の表層部(被検出面から深さDまでの範囲)を通過する状態とした(一般的な表皮効果の計算によると、この際の深さDは、約300μm〜500μmであった)。そして、この状態で、回転軸に負荷するトルクを、正負の定格トルク(T1、T2)間で往復変化させながら、トルク測定を行い、図7に示すような、トルク測定に関する特性データを得た。そして、この特性データから、トルク測定の感度およびヒステリシスを求めた。なお、感度およびヒステリシスは、次のように定義した。
感度(mV)=α/γ=|A1−A2|/|T1−T2|
ヒステリシス(%FS)=β/γ=|a1−a2|/|T1−T2|
表2および図8に、それぞれの回転軸(実施例1〜7、比較例1〜5)についての、トルク測定の感度およびヒステリシスを示す。
[Evaluation of torque measurement sensitivity and hysteresis]
About each rotating shaft (Examples 1-7, Comparative Examples 1-5), the loaded torque was measured with the
Specifically, an AC magnetic field is generated around the first to fourth coil layers 15 to 18 by applying an AC voltage between the points A and B of the
Sensitivity (mV) = α / γ = | A 1 −A 2 | / | T 1 −T 2 |
Hysteresis (% FS) = β / γ = | a 1 −a 2 | / | T 1 −T 2 |
Table 2 and FIG. 8 show the torque measurement sensitivity and hysteresis for each of the rotating shafts (Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 5).
表2および図8に示したように、ショットピーニング処理を省略した例(比較例1、比較例3、比較例4)よりも、ショットピーニング処理を行った例(比較例1に対する「実施例1〜実施例3、比較例2」、比較例3に対する「実施例4」、比較例4に対する「実施例5〜実施例7、比較例5」)の方が、トルク測定の感度が向上することが認められる。
特に、被検出面からの深さが7.5μm〜50μmまでの範囲の周方向残留圧縮応力が800MPa以上になっている例(実施例1〜実施例7)では、トルク測定のヒステリシスを抑えつつ(2.0%FS程度以下に留めつつ)、トルク測定の感度を効果的に向上させることができる点が認められる。
さらに、被検出面からの深さが7.5μm〜100μmまでの範囲の周方向残留圧縮応力が800MPa以上になっている例(実施例2、3、4、7)では、トルク測定のヒステリシスをより抑えつつ、トルク測定の感度をより効果的に向上させることができる点が認められる。
As shown in Table 2 and FIG. 8, rather than the examples (Comparative Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Example 4) in which the shot peening process is omitted, the “Example 1” compared to the example in which the shot peening process is performed (Comparative Example 1). ~ Example 3, Comparative Example 2 "," Example 4 "for Comparative Example 3, and" Example 5 to Example 7, Comparative Example 5 "for Comparative Example 4) have improved torque measurement sensitivity. Is recognized.
In particular, in the example (Example 1 to Example 7) in which the circumferential residual compressive stress in the range from 7.5 μm to 50 μm in depth from the detected surface is 800 MPa or more, the hysteresis of torque measurement is suppressed. It is recognized that the sensitivity of torque measurement can be effectively improved (while keeping it at about 2.0% FS or less).
Further, in the examples (Examples 2, 3, 4, and 7) in which the circumferential residual compressive stress in the depth range from the detected surface to 7.5 μm to 100 μm is 800 MPa or more, the hysteresis of the torque measurement is It is recognized that the sensitivity of torque measurement can be more effectively improved while further suppressing.
1 回転軸
2 転がり軸受
3 センサ
4 内輪軌道
5 圧縮加工硬化層
6 外輪
7 ニードル
8 保持器
9 内向鍔部
10 外輪軌道
11 センサホルダ
12 嵌合筒部
13 バックヨーク
14 検出部
15 第一検出コイル
16 第二検出コイル
17 第三検出コイル
18 第四検出コイル
19 ブリッジ回路
20 発振器
21 ロックイン増幅器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記被検出面に対向させた磁歪式のトルクセンサと、を備え、
前記トルク負荷部材が、請求項1〜2のうちの何れか1項に記載のトルク負荷部材である、
トルク伝達装置。 A torque load member having a detected surface;
A magnetostrictive torque sensor opposed to the detected surface,
The torque load member is the torque load member according to any one of claims 1 and 2.
Torque transmission device.
請求項3に記載のトルク伝達装置。 A rolling bearing that rotatably supports the torque load member with respect to a portion that does not rotate during use, and the torque sensor is supported by the rolling bearing;
The torque transmission device according to claim 3.
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