JP2601787B2 - 磁歪測定部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸にトルクが加えられ
た際に当該軸の表面で生じる磁歪（磁気歪み）を検出す
ることにより前記軸に加えられたトルクを測定するのに
利用される磁歪測定部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軸に加えられたトルクを当該軸の表面で
の磁歪を検出することにより測定するのに用いられる磁
歪測定部材としては、従来より、種々の構造をなすもの
がある。

【０００３】例えば、軸の表面に、前記軸に貼着した状
態において、当該軸方向に対し所定の角度（例えば、＋
４５°および−４５°）をなすスリットを円周方向に複
数形成した高磁歪材料よりなる膜を貼着し、前記軸に対
してトルクが加えられたときに、軸の表面で前記高磁歪
材料の膜において生ずる磁歪を検出することによって、
前記軸に加えられたトルクを検出するようにした磁歪測
定部材があった。

【０００４】しかしながら、このような高磁歪材料より
なる膜を軸の表面に貼着する構造では、高磁歪材料が剥
離してしまうことがあって耐久性に劣ったものになるこ
とがあるという不具合があった。

【０００５】そこで、このような膜の貼着により生ずる
不具合を解消するため、軸の表面に、高磁歪材料よりな
る帯状肉盛層を前記軸素材に対して金属的に融合した状
態で形成し、この帯状肉盛層の部分のみないしは帯状肉
盛層を含む部分に、軸方向に対して所定の角度（例え
ば、＋４５°および−４５°）をなす凹状部を形成する
ことにより相対的に凸状部を形成し、このような凹凸状
部の形成によって形状磁気異方性をもたせるようにした
磁歪測定部材があった。

【０００６】この場合、軸の素材としては、特に機械構
造用部材としての要求強度および靭性等をも満足しうる
ように、機械構造用炭素鋼ないしは機械構造用合金鋼を
用い、この鋼製軸素材の表面に、高磁歪材料であるＦｅ
−Ｎｉ系合金や、Ｆｅ−Ｃｏ系合金などの帯状肉盛層を
前記鋼製軸素材に対して金属的に融合した状態で設け、
この帯状肉盛層のみの部分ないしは帯状肉盛層を含む部
分に凹凸状部を形成することによって形状磁気異方性を
もたせるようにしたものがあった。

【０００７】そして、この際の肉盛手段としては、ＴＩ
Ｇ溶接，ＭＩＧ溶接，プラズマ溶接，プラズマパウダー
溶接などが採用されていた。

【０００８】また、高磁歪材料としては、上記Ｆｅ−Ｎ
ｉ系合金や、Ｆｅ−Ｃｏ系合金のほかに、Ｆｅ−Ａｌ系
合金も知られており、このＦｅ−Ａｌ系合金は受容トル
クが大きいことから、とくに受容トルクが大きく磁歪感
度の高い磁歪測定部材の肉盛用高磁歪材料として期待さ
れている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、Ｆｅ−Ａｌ
系合金は、それ自体が硬く且つ脆い性質を有しているこ
とから、肉盛溶接の際に割れが発生したり、場合によっ
ては肉盛溶接後に剥離を生じたりすることがあり、した
がって、受容トルクが大きいというトルク検出用の磁歪
測定部材にとって好ましい特性を有しているものの、実
用化の障害となっているという問題点を有しており、こ
のような問題点を解決することが課題となっていた。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、肉盛溶接用高磁歪材料とし
てＦｅ−Ａｌ系合金を用いたときでも、肉盛溶接の際に
割れが発生したり、肉盛溶接後に剥離を生じたりするこ
とがなく、したがって、肉盛溶接用高磁歪材料として受
容トルクの大きいＦｅ−Ａｌ系合金を使用することによ
って、受容トルクが大きく磁歪感度の高い磁歪測定部材
を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる磁歪測定
部材は、炭素鋼ないしは合金鋼よりなる鋼製軸素材の外
周部に、Ｆｅ−５〜１５重量％Ａｌ合金よりなる肉盛厚
さ３ｍｍ以下で且つビッカース硬さＨｖ４２０以下の帯
状肉盛層を設けた構成としたことを特徴としており、実
施態様では、帯状肉盛層の金属組織において、Ｆｅ−
Ｃ，Ａｌ−Ｃ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｃ等のＦｅ，Ａｌ系炭化物
の占有面積が３０面積％以下である構成としたことを特
徴としており、上記した磁歪測定部材に係わる発明の構
成をもって前述した従来の課題を解決するための手段と
している。

【００１２】本発明に係わる磁歪測定部材は、炭素鋼な
いしは合金鋼よりなる鋼製軸素材を用いているが、この
場合、具体的には、機械構造用炭素鋼であるＳＣ材，Ｓ
−ＣＫ材などのほか、機械構造用合金鋼であるＳＣｒ
材，ＳＭｎ材，ＳＣＭ材，ＳＮＣ材，ＳＮＣＭ材などが
用いられる。

【００１３】このような鋼製軸素材の表面にＦｅ−５〜
１５重量％Ａｌ合金よりなる帯状肉盛層を設けるが、こ
の場合、Ａｌ含有量が少なすぎるとトルク検出の際のヒ
ステリシスのばらつきが大きくなってトルク検出精度が
低下することとなるので、トルクの検出精度を高めるた
めには５重量％以上とすることが必要である。しかし、
Ａｌ含有量が多すぎると感度が低下するので、トルクの
検出感度を高めるために１５重量％以下とすることが必
要である。

【００１４】また、上記Ｆｅ−Ａｌ系合金よりなる帯状
肉盛層の厚さが大きすぎると肉盛層に割れを発生するお
それがでてくることとなるので、肉盛厚さは３ｍｍ以下
とする必要がある。そして、Ｆｅ−Ａｌ系合金による高
磁歪作用を有効に得ることができるようにするために
は、肉盛厚さが０．１ｍｍ以上であるようにすることが
望ましい。

【００１５】さらに、上記Ｆｅ−Ａｌ系合金よりなる帯
状肉盛層の硬さが大きすぎると肉盛溶接によって割れを
発生することがあるので、帯状肉盛層の硬さはビッカー
ス硬さＨｖ４２０以下とする必要がある。

【００１６】このようにして鋼製軸素材の外周面に帯状
肉盛層を設けた磁歪測定部材の前記帯状肉盛層の金属組
織において、Ｆｅ−Ｃ，Ａｌ−Ｃ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｃなど
のＦｅ，Ａｌ系炭化物の占有面積が多すぎると、トルク
の検出感度を低下させることとなるので、上記Ｆｅ，Ａ
ｌ系炭化物の占有面積は３０面積％以下であるようにす
ることが望ましい。

【００１７】この場合、帯状肉盛層中への炭化物の多量
の析出をおさえるようにするためには、肉盛溶接時にお
ける入熱量を減らしたり、熱処理後の冷却速度を大きく
したりすることで可能となるので、その他の要因をも考
慮して、肉盛溶接時における入熱量や熱処理後の冷却速
度などを調整するようになすことが望ましい。

【００１８】そして、このような帯状肉盛層を設けるに
際しては、ＴＩＧ溶接，ＭＩＧ溶接，プラズマ溶接，プ
ラズマパウダー溶接（ＰＰＷ）等が採用され、鋼製軸素
材の円周方向に肉盛溶接を行うに際して、肉盛溶接を鋼
軸方向において複数パスに分けて行うことによって、１
パスあたりの肉盛溶接幅を例えば１５ｍｍ以下程度に制
限し、鋼製軸素材への入熱量が過大なものにならないよ
うにして、帯状肉盛層での割れの発生ないしは鋼製軸素
材の過熱による強度および靭性等の低下を防止し、複数
パスの肉盛溶接によって必要幅の帯状肉盛層を設けるこ
とができるようにすることも必要に応じて望ましい。

【００１９】さらにまた、鋼製軸素材の直径が大きい場
合などには、溶接応力による割れが発生するのを防止す
るため、肉盛溶接の前後に予熱および／または後熱を施
しておくことも必要に応じて望ましく、予熱を行う場合
には例えば５０〜２００℃に加熱し、後熱を行う場合に
は例えば５００〜６００℃に加熱保持した後炉冷，空
冷，水冷などを行うのがよい。

【００２０】

【発明の作用】本発明に係わる磁歪測定部材は、炭素鋼
ないしは合金鋼よりなる鋼製軸素材の外周部に、Ｆｅ−
５〜１５重量％Ａｌ合金よりなる肉盛厚さ３ｍｍ以下で
且つビッカース硬さＨｖ４２０以下の帯状肉盛層を設け
た構成としていることから、材料自体が硬くて脆い性質
を有するＦｅ−Ａｌ系合金の高磁歪材料よりなる帯状肉
盛層を鋼製軸素材の外周部に設けたときでも、肉盛溶接
の際に割れが発生したり、肉盛溶接後に剥離が生じたり
することがなく、トルク検出精度およびトルク検出感度
が高いと共に、受容トルクが大きいＦｅ−５〜１５重量
％Ａｌ合金よりなる高磁歪材料の帯状肉盛層を有する磁
歪測定部材となり、受容トルクが大きく磁歪感度の高い
磁歪測定部材が提供される。

【００２１】

【実施例】図１および図２に示す磁歪測定部材１を作製
するにあたり、鋼製軸素材２として、表１および表２の
鋼製軸素材の欄に示す鋼種でかつ直径が３１ｍｍのもの
を用いた。

【００２２】また、プラズマパウダー溶接用トーチ３に
供給する肉盛溶接用粉末４としては、表３および表４に
おける帯状肉盛層のＡｌ含有量の欄に示す組成が得られ
るように肉盛溶接時の希釈を考慮して上記Ａｌ含有量よ
りも若干多いＡｌ含有量のものを使用し、肉盛溶接用粉
末４の粒径が６０〜３５０メッシュであるものを使用し
た。

【００２３】さらに、プラスマガス量は１Ｌ／分とし、
プラズマ電流を表１および表２に示す値として、図１お
よび図２に示すように、溶接用トーチ３を矢印Ａ方向に
ウイービングさせると同時に鋼製軸素材２を矢印Ｂ方向
に回転させながらプラズマパウダー溶接を行った。

【００２４】このとき、帯状肉盛層５の幅を２５ｍｍと
大きなものとした実施例Ｎｏ．９においては、図２に示
すようにパス回数を２回とし、その他は図１に示すよう
にパス回数を１回とした。そして、肉盛溶接後には、同
じく表１および表２に示す熱処理を施すことによって、
帯状肉盛層５が形成された磁歪測定部材１を作製した。

【００２５】なお、比較例Ｎｏ．１７は、ＳＣＭ４２０
よりなる鋼製軸素材の表面に高磁歪材料としてＦｅ−５
重量％Ｎｉ合金を肉盛溶接した場合を示すものである。

【００２６】このようにして、帯状肉盛層５の幅および
厚さが表３および表４に示す値の磁歪測定部材１を得
た。

【００２７】次いで、各帯状肉盛層５におけるＡｌ含有
量およびビッカース硬さを調べると共に、割れ発生の有
無を調べ、さらに帯状肉盛層５中の炭化物量を調べたと
ころ、同じく表３および表４に示す結果であった。

【００２８】さらにまた、磁歪測定部材１の帯状肉盛層
５の部分において、軸心方向に対して＋４５°方向に傾
斜した凹状部を円周方向に多数形成すると共に、これと
対称に−４５°方向に傾斜した凹状部を円周方向に多数
形成することによって、これら凹凸状部よりなる形状磁
気異方性部を設け、この形状磁気異方性部に近接して励
磁用コイルおよび磁歪検出用コイルを配設してトルクの
印加を行い、そのときのトルク検出感度を比較例Ｎｏ．
１７を基準とする感度比で調べたところ、同じく表３お
よび表４に示す結果であった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】表１ないし表４に示す結果より明らかなよ
うに、本発明実施例Ｎｏ．１〜９では、帯状肉盛層５の
厚さが３ｍｍ以下、Ａｌ含有量が５〜１５重量％、硬さ
がＨｖ４２０以下であって、帯状肉盛層５に割れが発生
していないと共に、帯状肉盛層５中の炭化物量が少な
く、トルク検出感度が良好なものとなっていることが認
められた。

【００３４】これに対して、比較例Ｎｏ．１１〜１６の
場合には、帯状肉盛層に割れが発生していたり、トルク
検出感度が低いものとなったりしていた。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係わる磁歪測定部材では、肉盛
溶接用高磁歪材料としてＦｅ−Ａｌ系合金を用いたとき
でも、肉盛溶接の際に割れが発生したり、肉盛溶接後に
剥離を生じたりすることがなく、また、肉盛溶接材料と
して、受容トルクの大きいＦｅ−Ａｌ系合金を用いてい
るため受容トルクが大きく磁歪感度が高い磁歪測定部材
を得ることが可能であるという著しく優れた効果がもた
らされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において鋼製軸素材の外周部に
帯状肉盛層を設けて磁歪測定部材を作製する状況を示す
説明図である。

【図２】本発明の実施例において鋼製軸素材の外周部に
帯状肉盛層を設けて磁歪測定部材を作製する状況を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 磁歪測定部材 ２ 鋼製軸素材 ５ 帯状肉盛層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島 田 宗 勝 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社 内 (72)発明者 永 田 雅 愛知県名古屋市緑区鳴海町字伝治山98番 地の３ (72)発明者 花 嶋 繁 雄 愛知県半田市宮本町６丁目17番地 (56)参考文献 特開 平３−269229（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−247530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−117230（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−197380（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−61010（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素鋼ないしは合金鋼よりなる鋼製軸素
   材の外周部に、Ｆｅ−５〜１５重量％Ａｌ合金よりなる
   肉盛厚さ３ｍｍ以下で且つビッカース硬さＨｖ４２０以
   下の帯状肉盛層を設けたことを特徴とする磁歪測定部
   材。
2. 【請求項２】 帯状肉盛層の金属組織において、Ｆｅ，
   Ａｌ系炭化物の占有面積が３０面積％以下である請求項
   １に記載の磁歪測定部材。