JP2697846B2 - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JP2697846B2
JP2697846B2 JP63084022A JP8402288A JP2697846B2 JP 2697846 B2 JP2697846 B2 JP 2697846B2 JP 63084022 A JP63084022 A JP 63084022A JP 8402288 A JP8402288 A JP 8402288A JP 2697846 B2 JP2697846 B2 JP 2697846B2
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博幸 青木
慎一郎 矢萩
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Daido Steel Co Ltd
Nissan Motor Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【発明の目的】[Object of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、被測定軸に加えられるトルクを検出するの
に利用される磁歪式のトルクセンサに関するものであ
る。 (従来の技術) 従来より、この種の磁歪式のトルクセンサとしては、
例えば、第6図に示す構造のものがある。 第6図に示す磁歪式のトルクセンサ21は、磁気ひずみ
効果を持つ磁性体からなる被測定軸22の外周部に、当該
被測定軸22との間に間隙23をおいて、例えば、パーマロ
イ等の高透磁率材料より形成されたヨーク24を配設し、
このヨーク24には、前記被測定軸22を磁路の一部とする
磁気回路を形成する励磁手段としての励磁コイル25と、
前記被測定軸22を通る磁歪成分を検出する検出手段とし
ての検出コイル26とを設けた構造をなすものである。 このような構造をもつ磁歪式のトルクセンサ21は、励
磁コイル25に通電することにより、当該励磁コイル25か
ら発せられた磁束が、被測定軸22→間隙23→ヨーク24→
間隙23→被測定軸22を通る磁気回路が形成され、このと
き、検出コイル26には、誘導起電力が生じる。 前記誘導起電力が生じる状態において、被測定軸22に
ねじりトルクが加わると、この被測定軸22の磁気ひずみ
効果によって、当該被測定軸22自体の透磁率が変化する
ため、前記磁気回路を通る磁束密度に変化が生じ、自己
誘導により検出コイル26な発生する誘導起電力が変化し
て、この誘導起電力の変化を検出することにより、例え
ば第7図に示すようなトルク−出力特性が得られ、前記
被測定軸22に加えられたねじりトルクを検出することが
できる。 (発明が解決しようとする課題) ところが、一般に使用されている動力伝達軸(例え
ば、ドライブシャフト,コラムシャフトなど)に加えら
れるねじりトルクを検出しようとする場合、第6図に示
した構造の磁歪式のトルクセンサ21を使用して動力伝達
軸そのものを被測定軸42として採用しようとしたときに
は、当該動力伝達軸は、通常の機械構造用鋼(JIS SC,
SCr,SCM,SNCMなど)から製作されていることが多いた
め、磁気ひずみ効果の検出量が小さく、第7図に示す出
力特性図において感度を示す角度θが小さいことから、
十分な検出感度を得ることができないとともに、同じく
第7図に示す出力特性図におけるヒステリシス示す幅h
が大きくなり、正確なトルクの検出が行い難いという問
題点を有しているという課題があった。 (発明の目的) 本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたも
ので、特に動力伝達軸のような比較的大きいトルクが負
荷される回転軸それ自体を被測定軸として用い、当該回
転軸に加えられるトルクを検出しようとする場合におい
て、動力伝達軸として要求される強度を十分確保したう
えで、トルクセンサの被測定軸として要求される検出感
度を大きくするとともにヒステリシスを小さくして、ト
ルクの検出を正確に行うことができるようにしたトルク
センサを提供することにより、上述した課題を解決する
ことを目的としている。 本発明者らは先に、特願昭61−226062号(特開昭63−
81993号)などで、検出感度が大きく、ヒステリシスの
小さいトルクセンサ用被測定軸を開発してきたが、本発
明では、特にSi,Al,Coなどの効果を見い出すにいたり、
さらに検出感度を大きくするとともにヒステリシスを小
さくして、トルクの検出を正確に行なうことができるよ
うにしたトルクセンサを開発するに至った。
(Industrial application field) The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor used for detecting a torque applied to a shaft to be measured. (Prior art) Conventionally, as this type of magnetostrictive torque sensor,
For example, there is a structure shown in FIG. The magnetostrictive torque sensor 21 shown in FIG. 6 has a gap 23 between the measured shaft 22 and the outer periphery of the measured shaft 22 made of a magnetic material having a magnetostrictive effect. Yoke 24 made of high permeability material of
In the yoke 24, an exciting coil 25 as exciting means for forming a magnetic circuit in which the measured shaft 22 is part of a magnetic path,
It has a structure provided with a detection coil 26 as detection means for detecting a magnetostrictive component passing through the shaft 22 to be measured. In the magnetostrictive torque sensor 21 having such a structure, the magnetic flux generated from the exciting coil 25 is supplied to the exciting coil 25 so that the magnetic flux emitted from the exciting coil 25 is changed to the measured shaft 22 → the gap 23 → the yoke 24 →
A magnetic circuit is formed that passes from the gap 23 to the shaft 22 to be measured. At this time, an induced electromotive force is generated in the detection coil 26. In the state where the induced electromotive force is generated, when a torsional torque is applied to the measured shaft 22, the magnetic permeability of the measured shaft 22 itself changes due to the magnetostrictive effect of the measured shaft 22. A change occurs in the magnetic flux density, and the induced electromotive force generated by the detection coil 26 due to self-induction changes. By detecting the change in the induced electromotive force, a torque-output characteristic as shown in FIG. Thus, the torsional torque applied to the measured shaft 22 can be detected. (Problems to be Solved by the Invention) However, when it is intended to detect a torsional torque applied to a generally used power transmission shaft (for example, a drive shaft, a column shaft, etc.), the magnetostriction of the structure shown in FIG. When an attempt is made to adopt the power transmission shaft itself as the measured shaft 42 using the torque sensor 21 of the formula, the power transmission shaft is made of ordinary mechanical structural steel (JIS SC,
SCr, SCM, SNCM, etc.), the amount of detection of the magnetostriction effect is small, and the angle θ showing sensitivity in the output characteristic diagram shown in FIG. 7 is small.
A sufficient detection sensitivity cannot be obtained, and the width h showing hysteresis in the output characteristic diagram also shown in FIG.
However, there is a problem that it is difficult to accurately detect torque. (Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and in particular, uses a rotating shaft itself to which a relatively large torque is applied, such as a power transmission shaft, as a shaft to be measured. When trying to detect the torque applied to the rotating shaft, ensure sufficient strength required for the power transmission shaft, increase the detection sensitivity required for the measured shaft of the torque sensor, and reduce the hysteresis. It is an object of the present invention to solve the above-described problem by providing a torque sensor capable of accurately detecting torque. The present inventors have previously described Japanese Patent Application No. 61-226062 (Japanese Patent Application
No. 81993), etc., have been developing a shaft to be measured for a torque sensor having a large detection sensitivity and a small hysteresis, but in the present invention, in particular, to find the effects of Si, Al, Co, etc.
Furthermore, a torque sensor has been developed in which the detection sensitivity is increased and the hysteresis is reduced so that the torque can be accurately detected.

【発明の構成】Configuration of the Invention

(課題を解決するための手段) 本発明は、被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部、とくに前記磁
路を形成する部分、もしくは全体が、重量%で、C:0.1
〜1.5%、Si:0を超え4.0%以下(ただし、Coを含まない
場合は0.5%以上)、Mn:0を超え3.0%以下、Al:0を超え
3.0%以下、およびNi:5.0%以下とCr:5.0%以下のうち
いずれか一方または両方を含み、さらに、必要に応じて
Co:0を超え5.0%以下、同じく必要に応じてPb:0.5%以
下,Bi:0.5%以下,S:0.5%以下,P:0.3%以下,Te:0.5%以
下,Se:0.5%以下,Ca:0.05%以下のうちから選ばれる1
種または2種以上を含み、同じく必要に応じてCu:1.0%
以下,Mo:1.0%以下,B:0.05%以下,W:0.5%以下,V:0.5%
以下,Ti:0.5%以下,Nb:0.5%以下,Ta:0.5%以下,Zr:0.5
%以下,Hf:0.5%以下,N:0.1%以下のうちから選ばれる
1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不純物から
なる組成を有する鋼を素材としている構成とすることに
より、この構成を上述した課題を解決するための手段と
したことを特徴としている。 本発明に係るトルクセンサは、上記のように、被測定
軸と、前記被測定軸を磁路の一部とする磁気回路を構成
する励磁手段と、前記被測定軸に発生する磁歪成分を検
出する検出手段を備えた構造をなすものであるが、この
場合、例えば、前記励磁手段と検出手段は、それぞれ別
個のコイルすなわち励磁コイルと検出コイルとから構成
させることができ、あるいは共通のコイルから形成して
コイルの透磁率変化によるインダクタンス変化を検出す
るようにした構成とすることもできる。さらに、被測定
軸には、その軸心方向に対して所定の角度をなす凹凸状
部を形成して、形状的な磁気異方性を付与するようにな
すことができるが、このような構造に限定されることな
くその他種々の構造のものを採用することが可能であ
る。 本発明に係る磁歪式のトルクセンサでは、被測定軸と
して、少なくともその一部、とくに磁路を形成する部
分、もしくは被測定軸の全体が、上述した特定成分を有
する鋼を素材としたものを用いることを特徴とするもの
であり、以下にその成分組成(重量%)の限定理由につ
いてする。 C:0.1〜1.5% Cは被測定軸、例えばドライブシャフトやコラムシャ
フトなどの動力伝達系その他の軸構造体として要求され
る強度を確保するために必要な元素であり、このような
所要の強度を得るためには0.1%以上含有させる。しか
し、多過ぎるとかえって靭性を低下させたり、冷間での
塑性加工性に悪影響を及ぼしたりするので1.5%以下と
した。また、浸炭処理を実施する場合は0.35%以下とし
て、浸炭層中のC含有量が1.5%以下となるようにする
のがよい。 Si:0を超え4.0%以下 Siは感度を大きくし、さらにヒステリシスを小さくさ
せる効果がある。そして、Coを含まない場合において0.
5%未満では感度の向上が十分に認められないので、Co
を含まない場合には0.5%以上含有させることがとくに
望ましい。さらに、Siは製鋼磁に脱酸剤として作用する
と共に、強度を高めるのに有効な元素であるが、多過ぎ
るとかえって靭性を低下させるので4.0%以下とした。 Mn:0を超え3.0%以下 Mnは製鋼時に脱酸剤および脱硫剤として作用し、ま
た、鋼の焼入性を向上して強度を高めるのに有効な元素
であるが、多すぎると加工性を低下させるので3.0%以
下とした。 Al:0を超え3.0%以下 AlはSiと同様に感度を増大させ、ヒステリシスを小さ
くさせる効果がある。また、鋼の結晶粒を微細化させた
り、表面の耐摩耗性や疲労強度を増大させたりする効果
がある。そして、このAlは窒化処理を施す場合にはとく
に有効な元素である。しかし、3.0%を超えて含有する
と靭性が低下するので、3.0%以下とした。 Co:0を超え5.0%以下 CoはSi,Alと同様に検出感度を大きくする効果がある
ので、必要に応じて添加するのもよく、この場合はSi含
有量を0.5%未満としてもよい。しかし、Coは多量に含
有させるとヒステリシスを増大させ、また鋼の焼入れ性
を低下させるので、添加するとしても5.0%以下とする
のがよい。 Ni:5.0%以下 Cr:5.0%以下 Ni,Crは鋼の焼入性を改善したり、生地を強化したり
して強度を向上させるのに有効な元素である。 この場合、Niの含有量を多くすれば感度は向上する
(すなわち、第3図の角度θが大きくなる)が、ヒステ
リシスが増大する(すなわち、第3図の幅hが大きくな
る)ので、5.0%以下とする必要がある。また、Crの含
有量をある程度多くすればヒステリシスは減少する(す
なわち、第3図の幅hが小さくなる)傾向となるが、感
度が低下する(すなわち、第3図の角度θが小さくな
る)ようになり、Cr含有量が多すぎるとヒステリシスは
再び増大する傾向となるので、5.0%以下とする必要が
ある。 Pb:0.5%以下,Bi:0.5%以下,S:0.5%以下,P:0.3%以下,
Te:0.5%以下,Se:0.5%以下,Ca:0.05%以下のうちから
選ばれる1種または2種以上 これらの元素は鋼素材の快削性を向上させ、被測定軸
(その他動力伝達軸などを当然含む)に仕上げする場合
の加工特性を向上させる。 Cu:1.0%以下 Mo:1.0%以下 Cu,Moはともに鋼の基地を強化して強度の向上をはか
るのに有効な元素であるので、必要に応じて添加するの
もよい。しかし、Cu量が多すぎると熱間加工性が低下
し、Mo量が多すぎると靭性が低下するので、添加すると
してもCuは1.0%以下、Moも1.0%以下とするのがよい。 そのほか、鋼の焼入性を向上させるために、Bを0.05
%以下添加したり、結晶粒の微細化や析出硬化によって
強度の向上をはかるために、Wを0.5%以下,Vを0.5%以
下,Tiを0.5%以下,Nbを0.5%以下,Taを0.5%以下,Zrを
0.5%以下,Hfを0.5%以下,Nを0.1%以下の範囲でこれら
の1種または2種以上を添加することもできる。 本発明に係るトルクセンサに用いる被測定軸は、上記
の組成を有する鋼を素材としているものであるが、必要
に応じて、ヒステリシスをさらに低くし、また個々の被
測定軸ごとの出力感度やヒステリシスのばらつきを少な
くするために、また表面の耐摩耗性や疲労強度を増大さ
せるために、通常の焼入れ・焼もどし処理のほかに、例
えば浸炭・焼入れ処理や、浸炭・焼入れ・焼もどし処理
や、浸炭・窒化処理や、窒化処理や、高周波焼入れ・焼
もどし処理などに施すことも必要に応じて望ましく、例
えば、浸炭層のC量が0.1%超過1.5%以下となっている
ようにしておくことも必要に応じて望ましい。 (実施例) 第1図は本発明の実施例におけるトルクセンサを示し
ている。 図に示すトルクセンサ1は、その全体が後述するよう
な組成の鋼からなる被測定軸2を用いており、この被測
定軸2の表面には、当該被測定軸2の軸心方向に対し所
定の角度をなす凹状部3a,3bと凸状部4a,4bとが適宜なる
間隔をもって当該被測定軸2と一体に形成してあり、こ
れら凹状部3a,3bおよび凸状部4a,4bによって形状磁気異
方性を持つようにしてある。 この場合、前記一方の凹状部3aおよび凸状部4aと、他
方の凹状部3bおよび凸状部4bとは、軸心方向に対し同じ
傾斜角度(例えば、この実施例では45゜)でかつ互いに
反対方向に傾斜した状態で一対をなすものとして設けて
ある。 また、このトルクセンサ1は、前記被測定軸2のほか
に、当該被測定軸2に形成した一方の凹状部3aおよび凸
状部4aと、他方の凹状部3bおよび凸状部4bに対向して配
置させた一対のコイル5a,5bを有しており、前記コイル5
a,5bの外側に、かつ被測定軸2との間で間隙6をおい
て、高透磁率材料よりなる円筒状のヨーク7を設けた構
造をなすものである。この場合、コイル5a,5bは、被測
定軸2を磁路の一部とする磁気回路を構成する励磁手段
と、前記被測定軸2を通る磁歪成分を検出する検出手段
とに共通して使用されるものとなっている。 このような構造のトルクセンサ1において、コイル5
a,5bは、第2図に例示するように、抵抗器11,12と組合
わされてブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路にバ
ランス用の可変抵抗器13を設けると共に、ブリッジ回路
の接続点A,C間には励磁用発振器14を接続して励磁方向
を同一方向に合わせ、接続点B,B′間には差動増幅器15
を接続して、出力端子16,17より検出出力を取り出すこ
とができるようにしてある。 次に、前記第1図に示したトルクセンサ1を第2図に
示した電気回路に接続した場合の動作について説明す
る。 まず、作動に際しては、励磁用発振器14より、コイル
5a,5bに一定振幅(V)および周波数(f)の交流を通
電する。この通電によって、被測定軸2→間隙6→ヨー
ク7→間隙6→被測定軸2を磁路とする磁力線が、コイ
ル5a,5bを取り囲むように発生する。 ところで、通電する交流の周波数(f)を高くする
と、被測定軸2にはうず電流が増加する。そして、うず
電流の分布は被測定軸2の中心に近いほど強く、表面で
は零となる。そのため、表面での磁化は外部磁場の変化
に追従できても、内側になると磁化の変化は妨げられる
ようになる。 したがって、前記の磁力線は被測定軸2の表面部分を
流れ、被測定軸2には凹状部3a,3bが、当該被測定軸2
の軸心方向と所定の角度をなすように形成してあるた
め、これが磁気抵抗となり、凸状部4a,4bを主体に流れ
ることになる。それゆえ、前記凹状部3a,3bおよび凸状
部4a,4bによる形状磁気異方性の効果が現われる。 上記凹状部3a,3bおよび凸状部4a,4bの軸心方向に対す
る角度は、一方の凹状部3aおよび凸状部4aと他方の凹状
部3bおよび凸状部4bとが互いに逆方向でかつ等しい角度
を有するものとしているが、前記角度が最も望ましいの
は、被測定軸2にトルクが印加された場合の主応力方
向、すなわち、右45゜方向および左45゜方向をなすよう
にすることである。この理由は、前記磁力線は主応力方
向を主体に流れ、かつ凸状部4a,4bは被測定軸2の最表
面部であるから最もひずみが大きいところであり、この
ひずみによる磁性体の透磁率変化を最も効果的にひき出
すことができるためである。 そして、被測定軸2に対して第1図に示すT方向にト
ルクが印加されると、一方の凸状部4aは右45゜方向に形
成されているため、最大引張応力+σが作用し、反対
に、他方の凸状部4bは左45゜方向に形成されているた
め、最大圧縮応力−σが作用する。 ここで、被測定軸2が正の磁気ひずみ効果を有してい
れば、一方の凸状部4aの透磁率はトルク零のときに比べ
て増大し、逆に、他方の凸状部4bの透磁率はトルク零の
ときに比べて減少する。 したがって、一方のコイル5aのインダクタンスは増大
し、他方のコイル5bのインダクタンスは減少するので、
第2図に示したブリッジ回路のバランスがくずれ、出力
端子16,17間にトルクに対応した出力が生じる。 また、トルクが逆方向に印加された場合には、前述し
たのと逆の作用により、一方のコイル5aのインダクタン
スは減少し、他方のコイル5bのインダクタンスは増大す
るので、第2図に示したブリッジ回路のバランスがくず
れ、出力端子16,17間にトルクに対応した出力が生じ
る。 これをさらに具体的に説明すれば、コイル5a,5bのイ
ンダクタンスをそれぞれL1,L2とし、抵抗11,12の抵抗値
をRとし、励磁用発振器14の電圧をV,周波数をfとした
ときに、ブリッジ回路A−B−Cを流れる電流をi1、回
路A−B′−Cを流れる電流をi2とすると、 となり、 B点の電位V1は、V1=i1・R B′点の電位V2は、V2=i2・R となる。 そこで、B−B′の電位差は|V1−V2|すなわち、 で表わされ、これを差動増幅器15で求めることによりト
ルクの検出を行う。 この実施例におけるトルクセンサ1では、凹状部3a,3
bおよび凸状部4a,4bをその傾きが反対である一対のもの
とし、それぞれにコイル5a,5bを対向させて、前記凹状
部3a,3bおよび凸状部4a,4bにおける磁性変化の差をブリ
ッジ回路により検出するようにしているので、被測定軸
2の透磁率が温度によって変化したとしても、出力の零
点は動かないものとすることができ、トルクの検出精度
の高いものとすることが可能である。 まず、第1図に示したトルクセンサ1おいて、被測定
軸2は、C:0.20%,Si:(0.25〜5.0)%,Mn:0.7%,Cu:0.
1%,Ni:0.1%,Cr:1.0%,Mo:0.15%,Al:0.03%を含む鋼
を素材とし、Siを0.25%,0.5%,1.0%,2.0%,4.0%,5.0
%と変化させてセンサ特性に及ぼすSiの効果を調べるこ
ととした。 そこで、上述した成分の鋼を50Kgずつ真空誘導炉中で
それぞれ溶製したのち鍛造し、直径20mmの丸棒を作製し
た。 上記各丸棒は、第1図に示す被測定軸2を形成するた
めに使用するもので、軸心方向に所定の角度(実施例で
は45゜)を有する幅2mm,深さ1mmの凹状部3a,3bおよび凸
状部4a,4bを一体に形成することによって被測定軸2と
してある。 そして、各々の被測定軸2は910℃で3時間浸炭した
後油中焼入れた。その後、170℃で2時間の焼もどしを
行なった。 次に、上述した各被測定軸2を用いたトルクセンサ1
において、励磁発振器14より、コイル5a,5bに対して周
波数30kHz,電流30mAの交流を供給することによって、被
測定軸2→間隙6→ヨーク7→間隙6→被測定軸2を磁
路とする磁気回路を形成させておき、この状態で左右回
転方向にそれぞれ20kgf・mのトルクを印加した際の前
記被測定軸2の透磁率変化をコイル5a,5bにおいてイン
ダクタンス変化として第2図に示した交流ブリッジによ
り検出した結果、このときの各トルクセンサ1の出力は
第3図のようになり、このときの出力感度(第3図の角
度θ)を調べた。その結果を第4図に示す。 第4図に示す結果より明らかなように、Si量が増すと
ともに感度が増大しているが、4%を超えると感度の上
昇への大きな効果は認められなくなることがわかった。 次に、同じく第1図に示したトルクセンサ1におい
て、被測定軸2として、第1表に示すような化学成分の
鋼を素材としたものを用いた。そして、先の実施例の場
合と全く同様に、各々の成分の鋼を溶製したのち第1図
に示すような被測定軸2を作製した。 そして、本発明例No.1〜No.14ならびに比較例No.15,1
6の被測定軸2に対しては同じく第1表に示す条件で熱
処理を行った。 次いで、上述した各被測定軸2を用いたトルクセンサ
1において、先の実施例と全く同様にして各トルクセン
サ1の出力特性を調べたところ、第3図に示したように
なり、このときの出力感度(第3図の角度θ)およびヒ
ステリシス(第3図の幅h)を調べた。これらの結果を
同じく第1表に示す。 第1表に示した結果より明らかなように、本発明の条
件を満足する本発明例No.1〜14の被測定軸2を用いた場
合には、感度およびヒステリシスがともに良好な値を示
している。 そして、浸炭処理を施した被測定軸2を用いる方が浸
炭処理を施さなかった場合に比較してヒステリシスはや
や良好であることが認められた。 これに対して、本発明の条件を満足しない例えばNi含
有量が5.0%を超える比較例No.15の場合には、感度は良
好であるもののヒステリシスが大きく、また、Coを含ま
ず且つSi含有量が0.5%未満の比較例No.16の場合には、
ヒステリシスは小さいものの感度は低い値を示してい
た。 続いて同じく第1図に示したトルクセンサ1におい
て、被測定軸2が、C:0.20%,Si:0.2%および1.0%,Mn:
0.7%,Cu:0.1%,Ni:0.1%,Cr:1.0%,Mo:0.15%,Al:0.03
%,Co:(0.01〜6.0)%を含む二種の鋼を素材とし、Co
を0.01%,0.5%,1.0%,2.0%,3.0%,5.0%と変化させて
センサ特性に及ぼすCoの効果を調べた。 そこで、上述した成分の鋼を50Kgずつ真空誘導炉中で
それぞれ溶製したのち鍛造し、直径20mmの丸棒を作製し
た。 上記各丸棒は、第1図に示す被測定軸2を形成するた
めに使用するもので、軸心方向に所定の角度(実施例で
は45゜)を有する幅2mm,深さ1mmの凹状部3a,3bおよび凸
状部4a,4bを一体に形成することによって被測定軸2と
してある。 そして、各々の被測定軸2は910℃で3時間浸炭した
後油中焼入れた。その後、170℃で2時間の焼戻しを行
なった。 次に、上述した各被測定軸2を用いたトルクセンサ1
において、励磁発振器14より、コイル5a,5bに対して周
波数30kHz,電流30mAの交流を供給することによって、被
測定軸2→間隙6→ヨーク7→間隙6→被測定軸2を磁
路とする磁気回路を形成させておき、この状態で左右回
転方向にそれぞれ20kgf・mのトルクを印加した際の前
記被測定軸2の透磁率変化をコイル5a,5bにおいてイン
ダクタンス変化として第2図に示した交流ブリッジによ
り検出した結果、このときの各トルクセンサ1の出力は
第3図のようになり、このときの出力感度(第3図の角
度θ)を調べた。その結果を第5図に示す。 第5図に示す結果より明らかなように、Co量が増すと
ともに感度が増大していることが認められ、Si含有量が
0.5%未満であっても良好な感度が明らかであり、Si含
有量を1.0%とすればさらに感度が上昇することがわか
った。 次に、同じく第1図に示したトルクセンサ1におい
て、被測定軸2として、第2表に示すような化学成分の
鋼を素材としたものを用いた。そして、先の実施例の場
合と全く同様に、各々の成分の鋼を溶製したのち第1図
に示すような被測定軸2を作製した。 そして、本発明例No.21〜No.34ならびに比較例No.35,
36の被測定軸2に対して同じく第2表に示す条件で熱処
理を行った。 次いで、上述した各被測定軸2を用いたトルクセンサ
1において、先の実施例と全く同様にして各トルクセン
サ1の出力特性を調べたところ、第3図に示したように
なり、このときの出力感度(第3図の角度θ)およびヒ
ステリシス(第3図の幅h)を調べた。これらの結果を
同じく第2表に示す。 第2表に示す結果より明らかなように、本発明の条件
を満足する本発明例No.21〜34の被測定軸2を用いた場
合には、感度およびヒステリシスがともに良好な値を示
している。 そして、浸炭処理を施した被測定軸2を用いる方が浸
炭処理を施さなかった場合に比較してヒステリシスはや
や良好であることが認められた。 これに対して、本発明の条件を満足しない例えばCo含
有量が5.0%を超える比較例No.35の場合やNi含有量が5.
0%を超える比較例No.36の場合には、感度は良好である
もののヒステリシスがかなり大きい値を示していた。 なお、上記実施例では、コイル5a,5bが励磁手段用の
コイルと検出手段用のコイルとに共通使用されたトルク
センサ1を例にとって説明したが、そのほか、第6図に
例示したトルクセンサ21のように、被測定軸22の外周部
に、当該被測定軸22との間に間隙23をおいて、高透磁率
材料からなるヨーク24を配設し、このヨーク24には、励
磁手段としての励磁コイル25と検出手段としての検出コ
イル26とを設けた構造をなすものとすることもでき、特
に限定されない。
(Means for Solving the Problems) The present invention detects an axis to be measured, exciting means for forming a magnetic circuit having the axis to be measured as a part of a magnetic path, and a magnetostrictive component passing through the axis to be measured. In the torque sensor having the detecting means, at least a part of the shaft to be measured, in particular, a part or the whole forming the magnetic path, is expressed by C: 0.1 by weight%.
~ 1.5%, Si: More than 0: 4.0% or less (However, 0.5% or more when not containing Co), Mn: More than 0, 3.0% or less, Al: More than 0
3.0% or less, and one or both of Ni: 5.0% or less and Cr: 5.0% or less, and if necessary
Co: more than 0 and 5.0% or less, Pb: 0.5% or less, Bi: 0.5% or less, S: 0.5% or less, P: 0.3% or less, Te: 0.5% or less, Se: 0.5% or less as required Ca: 1 selected from among 0.05% or less
Including seeds or two or more, if necessary, Cu: 1.0%
Mo, 1.0% or less, B: 0.05% or less, W: 0.5% or less, V: 0.5%
Or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, Ta: 0.5% or less, Zr: 0.5
% Or less, Hf: 0.5% or less, N: 0.1% or less, and the balance is made of steel having a composition consisting of Fe and impurities. It is characterized in that the configuration is a means for solving the above-mentioned problem. As described above, a torque sensor according to the present invention detects an axis to be measured, an exciting unit forming a magnetic circuit in which the axis to be measured is a part of a magnetic path, and detects a magnetostrictive component generated in the axis to be measured. In this case, for example, the exciting means and the detecting means can be constituted by separate coils, that is, an exciting coil and a detecting coil, or a common coil. It is also possible to adopt a configuration in which a change in inductance due to a change in the magnetic permeability of the coil is detected. Further, the measured shaft may be formed with a concavo-convex portion forming a predetermined angle with respect to the axial direction thereof so as to impart a shape with magnetic anisotropy. It is possible to adopt other various structures without being limited to. In the magnetostrictive torque sensor according to the present invention, at least a part of the shaft to be measured, in particular, a portion forming a magnetic path, or the whole of the shaft to be measured is made of steel having the above-described specific component. The reason for limiting the component composition (% by weight) is described below. C: 0.1 to 1.5% C is an element necessary for securing the strength required for a shaft to be measured, for example, a power transmission system such as a drive shaft or a column shaft or other shaft structures. To obtain 0.1% or more. However, if the content is too large, the toughness is rather lowered and the cold workability is adversely affected. When carburizing treatment is performed, the C content is preferably set to 0.35% or less so that the C content in the carburized layer becomes 1.5% or less. Si: more than 0: 4.0% or less Si has the effect of increasing sensitivity and reducing hysteresis. And 0 when not including Co.
If it is less than 5%, the sensitivity cannot be sufficiently improved, so Co
If not contained, it is particularly desirable to contain 0.5% or more. Further, Si acts as a deoxidizing agent on the steelmaking magnet and is an effective element for increasing the strength. However, if it is too much, it lowers the toughness. Mn: more than 0 and less than 3.0% Mn acts as a deoxidizing agent and a desulfurizing agent during steelmaking, and is an effective element for improving the hardenability of steel and increasing the strength. Is reduced to 3.0% or less. Al: more than 0 and 3.0% or less Al has the effect of increasing sensitivity and reducing hysteresis similarly to Si. In addition, there is an effect that the crystal grains of steel are made finer, and the wear resistance and fatigue strength of the surface are increased. This Al is a particularly effective element when performing a nitriding treatment. However, if the content exceeds 3.0%, the toughness is reduced. Co: more than 0: 5.0% or less Co has the effect of increasing the detection sensitivity similarly to Si and Al, so it may be added as necessary, and in this case, the Si content may be less than 0.5%. However, if Co is contained in a large amount, it increases hysteresis and lowers the hardenability of steel. Therefore, even if Co is added, it is better to be 5.0% or less. Ni: 5.0% or less Cr: 5.0% or less Ni, Cr is an element effective for improving the hardenability of steel and strengthening the fabric to improve the strength. In this case, if the content of Ni is increased, the sensitivity is improved (that is, the angle θ in FIG. 3 is increased), but the hysteresis is increased (that is, the width h in FIG. 3 is increased). % Or less. When the Cr content is increased to some extent, the hysteresis tends to decrease (that is, the width h in FIG. 3 decreases), but the sensitivity decreases (that is, the angle θ in FIG. 3 decreases). As a result, if the Cr content is too large, the hysteresis tends to increase again. Pb: 0.5% or less, Bi: 0.5% or less, S: 0.5% or less, P: 0.3% or less,
One or more selected from Te: 0.5% or less, Se: 0.5% or less, Ca: 0.05% or less These elements improve the free-cutting properties of steel materials and increase the measured shaft (other power transmission shafts). And the like). Cu: 1.0% or less Mo: 1.0% or less Both Cu and Mo are effective elements for strengthening the steel matrix and improving the strength, and therefore may be added as necessary. However, if the amount of Cu is too large, hot workability is reduced, and if the amount of Mo is too large, toughness is reduced. Therefore, even when added, Cu is preferably 1.0% or less and Mo is also preferably 1.0% or less. In addition, to improve the hardenability of steel, B is 0.05%
% Or less, or to improve the strength by crystal grain refinement or precipitation hardening, W is 0.5% or less, V is 0.5% or less, Ti is 0.5% or less, Nb is 0.5% or less, and Ta is 0.5% or less. % Or less, Zr
One or more of these may be added in a range of 0.5% or less, Hf of 0.5% or less, and N of 0.1% or less. The shaft to be measured used in the torque sensor according to the present invention is made of steel having the above composition.However, if necessary, the hysteresis is further reduced, and the output sensitivity and the output sensitivity of each shaft to be measured are also determined. In order to reduce the variation in hysteresis and increase the wear resistance and fatigue strength of the surface, besides the usual quenching and tempering, for example, carburizing and quenching, and carburizing, quenching and tempering It is also desirable to perform carburizing / nitriding treatment, nitriding treatment, induction quenching / tempering treatment, if necessary. For example, the C content of the carburized layer is set to be more than 0.1% and 1.5% or less. It is also desirable if necessary. (Embodiment) FIG. 1 shows a torque sensor according to an embodiment of the present invention. The torque sensor 1 shown in FIG. 1 uses a shaft 2 to be measured which is entirely made of steel having a composition as described later. The concave portions 3a, 3b and the convex portions 4a, 4b forming a predetermined angle are formed integrally with the shaft to be measured 2 at an appropriate interval, and are formed by the concave portions 3a, 3b and the convex portions 4a, 4b. It has a shape magnetic anisotropy. In this case, the one concave portion 3a and the convex portion 4a and the other concave portion 3b and the convex portion 4b have the same inclination angle (for example, 45 ° in this embodiment) with respect to the axial direction and are mutually opposite. They are provided as a pair in a state inclined in the opposite direction. In addition, the torque sensor 1 faces the concave portion 3a and the convex portion 4a formed on the measured shaft 2 and the concave portion 3b and the convex portion 4b formed on the measured shaft 2 in addition to the shaft 2 to be measured. And a pair of coils 5a and 5b arranged
A cylindrical yoke 7 made of a material having a high magnetic permeability is provided outside the a and 5b and with a gap 6 between the shaft 2 to be measured and the shaft 2 to be measured. In this case, the coils 5a and 5b are used in common for excitation means constituting a magnetic circuit having the measured shaft 2 as a part of a magnetic path and for detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the measured shaft 2. It is something to be done. In the torque sensor 1 having such a structure, the coil 5
As shown in FIG. 2, a and 5b are combined with resistors 11 and 12 to form a bridge circuit. The bridge circuit is provided with a variable resistor 13 for balance, and a connection point A of the bridge circuit. , C, an excitation oscillator 14 is connected to adjust the excitation direction to the same direction, and a differential amplifier 15 is connected between the connection points B, B ′.
Are connected so that the detection output can be taken out from the output terminals 16 and 17. Next, the operation when the torque sensor 1 shown in FIG. 1 is connected to the electric circuit shown in FIG. 2 will be described. First, upon operation, the excitation oscillator 14
An alternating current having a constant amplitude (V) and a frequency (f) is applied to 5a and 5b. Due to this energization, the lines of magnetic force having the magnetic path of the measured shaft 2 → the gap 6 → the yoke 7 → the gap 6 → the measured shaft 2 are generated so as to surround the coils 5a and 5b. By the way, when the frequency (f) of the alternating current to be energized is increased, the eddy current increases in the shaft 2 to be measured. The distribution of the eddy current is stronger as it is closer to the center of the shaft 2 to be measured, and becomes zero on the surface. Therefore, even if the magnetization on the surface can follow the change in the external magnetic field, the change in the magnetization is hindered on the inside. Therefore, the magnetic field lines flow on the surface portion of the shaft 2 to be measured, and the concave portions 3a and 3b are formed on the shaft 2 to be measured.
Is formed so as to form a predetermined angle with respect to the axial direction of the shaft, and this becomes a magnetic resistance and flows mainly through the convex portions 4a and 4b. Therefore, the effect of shape magnetic anisotropy due to the concave portions 3a, 3b and the convex portions 4a, 4b appears. The angles of the concave portions 3a, 3b and the convex portions 4a, 4b with respect to the axial direction are such that one concave portion 3a and the convex portion 4a and the other concave portion 3b and the convex portion 4b are in opposite directions and equal to each other. Although it is assumed that the axis has an angle, it is most preferable that the angle is in the main stress direction when torque is applied to the measured shaft 2, that is, in the right 45 ° direction and the left 45 ° direction. is there. The reason for this is that the lines of magnetic force mainly flow in the main stress direction, and the convex portions 4a and 4b are the outermost surface portions of the shaft 2 to be measured. This is because it can be extracted most effectively. When a torque is applied to the shaft 2 to be measured in the direction T shown in FIG. 1, the one convex portion 4a is formed in the right 45 ° direction, so that the maximum tensile stress + σ acts, Conversely, since the other convex portion 4b is formed in the left 45 ° direction, the maximum compressive stress −σ acts. Here, if the measured shaft 2 has a positive magnetostriction effect, the magnetic permeability of one convex portion 4a increases as compared to when the torque is zero, and conversely, the magnetic permeability of the other convex portion 4b increases. The permeability decreases as compared to the case where the torque is zero. Therefore, the inductance of one coil 5a increases and the inductance of the other coil 5b decreases,
The balance of the bridge circuit shown in FIG. 2 is lost, and an output corresponding to the torque is generated between the output terminals 16 and 17. Further, when the torque is applied in the opposite direction, the inductance of one coil 5a decreases and the inductance of the other coil 5b increases due to the action opposite to that described above. The balance of the bridge circuit is lost, and an output corresponding to the torque is generated between the output terminals 16 and 17. More specifically, the inductances of the coils 5a and 5b are L 1 and L 2 , the resistance values of the resistors 11 and 12 are R, the voltage of the excitation oscillator 14 is V, and the frequency is f. When the current flowing through the bridge circuit ABC is i 1 and the current flowing through the circuit AB′-C is i 2 , , And the potential V 1 of the point B, the potential V 2 of V 1 = i 1 · R B ' point, the V 2 = i 2 · R. Therefore, the potential difference of BB ′ is | V 1 −V 2 | Is obtained by the differential amplifier 15 to detect the torque. In the torque sensor 1 of this embodiment, the concave portions 3a, 3
b and the convex portions 4a and 4b have a pair of opposite inclinations, the coils 5a and 5b are respectively opposed to each other, and the difference in magnetic change between the concave portions 3a and 3b and the convex portions 4a and 4b is determined. Since the detection is performed by the bridge circuit, even if the magnetic permeability of the shaft 2 to be measured changes with the temperature, the zero point of the output can be fixed and the detection accuracy of the torque can be high. It is possible. First, in the torque sensor 1 shown in FIG. 1, the measured shaft 2 has C: 0.20%, Si: (0.25 to 5.0)%, Mn: 0.7%, Cu: 0.
Made of steel containing 1%, Ni: 0.1%, Cr: 1.0%, Mo: 0.15%, Al: 0.03%, Si 0.25%, 0.5%, 1.0%, 2.0%, 4.0%, 5.0
% To examine the effect of Si on the sensor characteristics. Then, each of the steels having the above-described components was melted in a vacuum induction furnace by 50 kg each and then forged to produce a round bar having a diameter of 20 mm. Each of the above-mentioned round bars is used to form the shaft 2 to be measured shown in FIG. 1, and has a concave portion having a width of 2 mm and a depth of 1 mm having a predetermined angle (45 ° in the embodiment) in the axial direction. The shaft 3 to be measured is formed by integrally forming the projections 3a and 3b and the projections 4a and 4b. Each shaft 2 to be measured was carburized at 910 ° C. for 3 hours and then quenched in oil. Thereafter, tempering was performed at 170 ° C. for 2 hours. Next, the torque sensor 1 using each of the measured shafts 2 described above.
In the above, by supplying an alternating current having a frequency of 30 kHz and a current of 30 mA from the excitation oscillator 14 to the coils 5a and 5b, the measured shaft 2 → the gap 6 → the yoke 7 → the gap 6 → the measured shaft 2 is used as a magnetic path. FIG. 2 shows a change in the magnetic permeability of the shaft 2 to be measured when a magnetic circuit was formed and a torque of 20 kgf · m was applied in the left-right rotation direction in this state as an inductance change in the coils 5a and 5b. As a result of detection by the AC bridge, the output of each torque sensor 1 at this time is as shown in FIG. 3, and the output sensitivity (the angle θ in FIG. 3) at this time was examined. The result is shown in FIG. As is clear from the results shown in FIG. 4, the sensitivity increases with an increase in the amount of Si. However, when the content exceeds 4%, a significant effect on the increase in the sensitivity is not recognized. Next, in the torque sensor 1 also shown in FIG. 1, the shaft 2 to be measured was made of steel having a chemical composition as shown in Table 1. Then, in exactly the same manner as in the previous embodiment, the steel of each component was melted, and then the shaft 2 to be measured as shown in FIG. 1 was produced. Then, the inventive examples No. 1 to No. 14 and the comparative examples No. 15, 1
A heat treatment was performed on the shaft 2 to be measured 6 under the same conditions as shown in Table 1. Next, in the torque sensor 1 using each of the above-described measured shafts 2, the output characteristics of each torque sensor 1 were examined in exactly the same manner as in the previous embodiment, and the results were as shown in FIG. Were examined for output sensitivity (angle θ in FIG. 3) and hysteresis (width h in FIG. 3). These results are also shown in Table 1. As is clear from the results shown in Table 1, when the measured axis 2 of the present invention examples No. 1 to 14 satisfying the conditions of the present invention, both the sensitivity and the hysteresis show good values. ing. Then, it was recognized that the use of the measured shaft 2 subjected to the carburizing treatment had slightly better hysteresis than the case where the carburizing treatment was not performed. On the other hand, in the case of Comparative Example No. 15 which does not satisfy the conditions of the present invention, for example, the Ni content exceeds 5.0%, although the sensitivity is good, the hysteresis is large, and the steel does not contain Co and contains Si. In the case of Comparative Example No. 16 in which the amount is less than 0.5%,
Although the hysteresis was small, the sensitivity showed a low value. Subsequently, in the torque sensor 1 also shown in FIG. 1, the measured shaft 2 has C: 0.20%, Si: 0.2% and 1.0%, Mn:
0.7%, Cu: 0.1%, Ni: 0.1%, Cr: 1.0%, Mo: 0.15%, Al: 0.03
%, Co: Two kinds of steel containing (0.01-6.0)%
Was changed to 0.01%, 0.5%, 1.0%, 2.0%, 3.0%, and 5.0%, and the effect of Co on the sensor characteristics was examined. Then, each of the steels having the above-described components was melted in a vacuum induction furnace by 50 kg each and then forged to produce a round bar having a diameter of 20 mm. Each of the above-mentioned round bars is used to form the shaft 2 to be measured shown in FIG. 1, and has a concave portion having a width of 2 mm and a depth of 1 mm having a predetermined angle (45 ° in the embodiment) in the axial direction. The shaft 3 to be measured is formed by integrally forming the projections 3a and 3b and the projections 4a and 4b. Each shaft 2 to be measured was carburized at 910 ° C. for 3 hours and then quenched in oil. Thereafter, tempering was performed at 170 ° C. for 2 hours. Next, the torque sensor 1 using each of the measured shafts 2 described above.
In the above, by supplying an alternating current having a frequency of 30 kHz and a current of 30 mA from the excitation oscillator 14 to the coils 5a and 5b, the measured shaft 2 → the gap 6 → the yoke 7 → the gap 6 → the measured shaft 2 is used as a magnetic path. FIG. 2 shows a change in the magnetic permeability of the shaft 2 to be measured when a magnetic circuit was formed and a torque of 20 kgf · m was applied in the left-right rotation direction in this state as an inductance change in the coils 5a and 5b. As a result of detection by the AC bridge, the output of each torque sensor 1 at this time is as shown in FIG. 3, and the output sensitivity (the angle θ in FIG. 3) at this time was examined. The results are shown in FIG. As is clear from the results shown in FIG. 5, it was recognized that the sensitivity increased with the increase of the Co content, and the Si content was reduced.
Good sensitivity was apparent even at less than 0.5%, and it was found that sensitivity was further increased when the Si content was 1.0%. Next, in the torque sensor 1 also shown in FIG. 1, the shaft 2 to be measured was made of steel having a chemical composition as shown in Table 2. Then, in exactly the same manner as in the previous embodiment, the steel of each component was melted, and then the shaft 2 to be measured as shown in FIG. 1 was produced. And, the present invention examples No. 21 to No. 34 and Comparative Example No. 35,
The heat treatment was performed on the 36 shafts 2 to be measured under the same conditions as shown in Table 2. Next, in the torque sensor 1 using each of the above-described measured shafts 2, the output characteristics of each torque sensor 1 were examined in exactly the same manner as in the previous embodiment, and the results were as shown in FIG. Were examined for output sensitivity (angle θ in FIG. 3) and hysteresis (width h in FIG. 3). These results are also shown in Table 2. As is clear from the results shown in Table 2, when the measured axis 2 of the present invention examples Nos. 21 to 34 satisfying the conditions of the present invention, both the sensitivity and the hysteresis show good values. I have. Then, it was recognized that the use of the measured shaft 2 subjected to the carburizing treatment had slightly better hysteresis than the case where the carburizing treatment was not performed. On the other hand, in the case of Comparative Example No. 35 which does not satisfy the conditions of the present invention, for example, the Co content exceeds 5.0%, or the Ni content is 5.
In the case of Comparative Example No. 36 exceeding 0%, the sensitivity was good, but the hysteresis showed a considerably large value. In the above embodiment, the torque sensor 1 in which the coils 5a and 5b are commonly used for the coil for the excitation means and the coil for the detection means has been described as an example. In addition, the torque sensor 21 illustrated in FIG. As shown in the figure, a yoke 24 made of a material having a high magnetic permeability is provided on the outer peripheral portion of the measured shaft 22 with a gap 23 between the measured shaft 22 and the yoke 24 as an exciting means. And a detection coil 26 serving as a detection unit may be provided, and there is no particular limitation.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上説明してきたように、本発明は、被測定軸と、前
記被測定軸を磁路の一部とする磁気回路を形成する励磁
手段と、前記被測定軸を通る磁歪成分を検出する検出手
段を備えたトルクセンサにおいて、前記被測定軸の少な
くとも一部が、重量%で、C:0.1〜1.5%、Si:0を超え4.
0%以下(ただし、Coを含まない場合は0.5%以上)、M
n:0を超え3.0%以下、Al:0を超え3.0%以下、およびNi:
5.0%以下とCr:5.0%以下のうちいずれか一方または両
方を含み、さらに必要に応じて、Co:0を超え5.0%以
下、同じく必要に応じてPb:0.5%以下,Bi:0.5%以下,S:
0.5%以下,P:0.3%以下,Te:0.5%以下,Se:0.5%以下,C
a:0.05%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を
含み、同じく必要に応じて、Cu:1.0%以下,Mo:1.0%以
下,B:0.05%以下,W:0.5%以下,V:0.5%以下,Ti:0.5%以
下,Nb:0.5%以下,Ta:0.5%以下,Zr:0.5%以下,Hf:0.5%
以下,N:0.1%以下のうちから選ばれる1種または2種以
上を含み、残部がFeおよび不純物からなる組成を有する
鋼を素材としているものであるから、被測定軸の強度を
十分確保したうえで、トルクの検出に必要な十分な出力
感度を確保するとともに、ヒステリシスを小さなものに
することが可能であり、トルクの検出を正確に実施する
ことができるようになる。 そして、特に動力伝達軸のような負荷の大きい回転軸
それ自体を被測定軸として当該回転軸に加えられるトル
クを検出する場合において、回転軸の強度を十分に確保
したうえで、トルクの検出感度を大きなものにすること
ができると同時に、ヒステリシスを小さなものにするこ
とができ、回転軸のみならず静止軸に加えられたトルク
の検出を正確に行うことができるようになるという非常
に優れた効果がもたらされる。
As described above, the present invention provides an axis to be measured, exciting means for forming a magnetic circuit having the axis to be measured as a part of a magnetic path, and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the axis to be measured. Wherein at least a part of the measured shaft is C: 0.1-1.5% by weight, and Si exceeds 0: 4.
0% or less (however, 0.5% or more when not containing Co), M
n: more than 3.0% and below, Al: more than 3.0% and below, and Ni:
Including one or both of 5.0% or less and Cr: 5.0% or less, and more than Co: 0 and 5.0% or less, if necessary, Pb: 0.5% or less, Bi: 0.5% or less as necessary , S:
0.5% or less, P: 0.3% or less, Te: 0.5% or less, Se: 0.5% or less, C
a: Contains one or more selected from 0.05% or less, and also, as required, Cu: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, B: 0.05% or less, W: 0.5% or less, V : 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, Ta: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Hf: 0.5%
Hereinafter, N: one or more selected from 0.1% or less, and the balance is made of steel having a composition composed of Fe and impurities, so that the strength of the shaft to be measured is sufficiently secured. In addition, sufficient output sensitivity required for torque detection can be ensured, and the hysteresis can be reduced, so that the torque can be accurately detected. In particular, when detecting a torque applied to a rotating shaft having a large load, such as a power transmission shaft, as a measured shaft, the strength of the rotating shaft is sufficiently secured and the torque detection sensitivity is determined. At the same time, the hysteresis can be reduced, and the torque applied to the stationary shaft as well as the rotating shaft can be accurately detected. The effect is brought.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明が適用されるトルクセンサの構造例を示
す軸方向断面説明図、第2図は第1図のトルクセンサに
接続する電気回路の構成を例示する説明図、第3図は第
1図のトルクセンサの出力特性を示すグラフ、第4図は
Si量によるセンサ特性の感度に及ぼす影響を調べた結果
を例示するグラフ、第5図はCo量によるセンサ特性の感
度に及ぼす影響を調べた結果を例示するグラフ、第6図
(a)(b)はトルクセンサの他の構造例を示す各々軸
方向説明図および軸直角方向説明図、第7図は第6図の
トルクセンサの出力特性を示すグラフである。 1,21……トルクセンサ、2,22……被測定軸、5a,5b……
コイル(励磁手段および検出手段)、25……励磁コイル
(励磁手段)、26……検出コイル(検出手段)。
FIG. 1 is an axial cross-sectional explanatory view showing a structural example of a torque sensor to which the present invention is applied, FIG. 2 is an explanatory view illustrating the configuration of an electric circuit connected to the torque sensor of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a graph showing the output characteristics of the torque sensor of FIG. 1, and FIG.
FIG. 5 is a graph illustrating the result of examining the effect of the amount of Si on the sensitivity of the sensor characteristics, FIG. 5 is a graph illustrating the result of examining the effect of the amount of Co on the sensitivity of the sensor characteristics, and FIGS. 6 (a) and (b). 7) is an explanatory diagram in the axial direction and an explanatory diagram perpendicular to the axis, respectively, showing other structural examples of the torque sensor. FIG. 7 is a graph showing the output characteristics of the torque sensor in FIG. 1,21 ... Torque sensor, 2,22 ... Measured axis, 5a, 5b ...
Coil (excitation means and detection means), 25 ... excitation coil (excitation means), 26 ... detection coil (detection means).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−225182(JP,A) 特開 昭63−81993(JP,A) 特開 昭62−264685(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-225182 (JP, A) JP-A-63-81993 (JP, A) JP-A-62-264685 (JP, A)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部が、重量%で、
C:0.1〜1.5%、Si:0.5〜4.0%、Mn:0を超え3.0%以下、
Al:0を超え3.0%以下、およびNi:5.0%以下とCr:5.0%
以下のうちいずれか一方または両方を含み、残部がFeお
よび不純物からなる組成を有する鋼を素材としているこ
とを特徴とするトルクセンサ。
1. A torque sensor comprising: an axis to be measured; exciting means for forming a magnetic circuit having the axis to be measured as a part of a magnetic path; and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the axis to be measured. , At least a part of the axis to be measured is, by weight%,
C: 0.1 to 1.5%, Si: 0.5 to 4.0%, Mn: 0 to 3.0% or less,
Al: More than 0: 3.0% or less, and Ni: 5.0% or less and Cr: 5.0%
A torque sensor comprising one or both of the following and a balance made of steel having a composition comprising Fe and impurities.
【請求項2】被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部が、重量%で、
C:0.1〜1.5%、Si:0.5〜4.0%、Mn:0を超え3.0%以下、
Al:0を超え3.0%以下、およびNi:5.0%以下とCr:5.0%
以下のうちいずれか一方または両方を含み、さらに、P
b:0.5%以下,Bi:0.5%以下,S:0.5%以下,P:0.3%以下,T
e:0.5%以下,Se:0.5%以下,Ca:0.05%以下のうちから選
ばれる1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不純
物からなる組成を有する鋼を素材としていることを特徴
とするトルクセンサ。
2. A torque sensor comprising: a shaft to be measured; exciting means for forming a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the shaft to be measured. , At least a part of the axis to be measured is, by weight%,
C: 0.1 to 1.5%, Si: 0.5 to 4.0%, Mn: 0 to 3.0% or less,
Al: More than 0: 3.0% or less, and Ni: 5.0% or less and Cr: 5.0%
Including one or both of the following, and further comprising:
b: 0.5% or less, Bi: 0.5% or less, S: 0.5% or less, P: 0.3% or less, T
e: 0.5% or less, Se: 0.5% or less, Ca: 0.05% or less, selected from the group consisting of two or more, and the balance is made of steel having a composition of Fe and impurities. Torque sensor.
【請求項3】被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部が、重量%で、
C:0.1〜1.5%、Si:0.5〜4.0%、Mn:0を超え3.0%以下、
Al:0を超え3.0%以下、およびNi:5.0%以下とCr:5.0%
以下のうちいずれか一方または両方を含み、さらに、C
u:1.0%以下,Mo:1.0%以下,B:0.05%以下,W:0.5%以下,
V:0.5%以下,Ti:0.5%以下,Nb:0.5%以下,Ta:0.5%以
下,Zr:0.5%以下,Hf:0.5%以下,N:0.1%以下のうちから
選ばれる1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不
純物からなる組成を有する鋼を素材としていることを特
徴とするトルクセンサ。
3. A torque sensor comprising: a shaft to be measured; exciting means for forming a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the shaft to be measured. , At least a part of the axis to be measured is, by weight%,
C: 0.1 to 1.5%, Si: 0.5 to 4.0%, Mn: 0 to 3.0% or less,
Al: More than 0: 3.0% or less, and Ni: 5.0% or less and Cr: 5.0%
Including one or both of the following, and further comprising:
u: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, B: 0.05% or less, W: 0.5% or less,
One or two selected from V: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, Ta: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Hf: 0.5% or less, N: 0.1% or less A torque sensor comprising a steel containing at least one species and a balance of Fe and impurities.
【請求項4】被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部が、重量%で、
C:0.1〜1.5%、Si:0.5〜4.0%、Mn:0を超え3.0%以下、
Al:0を超え3.0%以下、およびNi:5.0%以下とCr:5.0%
以下のうちいずれか一方または両方を含み、さらに、P
b:0.5%以下,Bi:0.5%以下,S:0.5%以下,P:0.3%以下,T
e:0.5%以下,Se:0.5%以下,Ca:0.05%以下のうちから選
ばれる1種または2種以上を含み、さらに、Cu:1.0%以
下,Mo:1.0%以下,B:0.05%以下,W:0.5%以下,V:0.5%以
下,Ti:0.5%以下,Nb:0.5%以下,Ta:0.5%以下,Zr:0.5%
以下,Hf:0.5%以下,N:0.1%以下のうちから選ばれる1
種または2種以上を含み、残部がFeおよび不純物からな
る組成を有する鋼を素材としていることを特徴とするト
ルクセンサ。
4. A torque sensor comprising: a shaft to be measured; exciting means for forming a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the shaft to be measured. , At least a part of the axis to be measured is, by weight%,
C: 0.1 to 1.5%, Si: 0.5 to 4.0%, Mn: 0 to 3.0% or less,
Al: More than 0: 3.0% or less, and Ni: 5.0% or less and Cr: 5.0%
Including one or both of the following, and further comprising:
b: 0.5% or less, Bi: 0.5% or less, S: 0.5% or less, P: 0.3% or less, T
e: 0.5% or less, Se: 0.5% or less, Ca: 0.05% or less, one or more selected from among them, Cu: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, B: 0.05% or less , W: 0.5% or less, V: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, Ta: 0.5% or less, Zr: 0.5%
1 selected from the following, Hf: 0.5% or less, N: 0.1% or less
A torque sensor characterized in that the torque sensor is made of a steel containing one or more kinds and a balance of Fe and impurities.
【請求項5】被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部が、重量%で、
C:0.1〜1.5%、Si:0を超え4.0%以下、Mn:0を超え3.0%
以下、Al:0を超え3.0%以下、Co:0を超え5.0%以下、お
よびNi:5.0%以下とCr:5.0%以下のうちいずれか一方ま
たは両方を含み、残部がFeおよび不純物からなる組成を
有する鋼を素材としていることを特徴とするトルクセン
サ。
5. A torque sensor comprising: a shaft to be measured; exciting means for forming a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the shaft to be measured. , At least a part of the axis to be measured is, by weight%,
C: 0.1-1.5%, Si: More than 0 and 4.0% or less, Mn: More than 0: 3.0%
The composition below contains at least one of Al: more than 3.0% and less, Co: more than 5.0% and less, and Ni: less than 5.0% and Cr: less than 5.0%, with the balance being Fe and impurities. A torque sensor characterized by using a steel having a material as a material.
【請求項6】被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部が、重量%で、
C:0.1〜1.5%、Si:0を超え4.0%以下、Mn:0を超え3.0%
以下、Al:0を超え3.0%以下、Co:0を超え5.0%以下、お
よびNi:5.0%以下とCr:5.0%以下のうちいずれか一方ま
たは両方を含み、さらに、Pb:0.5%以下,Bi:0.5%以下,
S:0.5%以下,P:0.3%以下,Te:0.5%以下,Se:0.5%以下,
Ca:0.05%以下のうちから選ばれる1種または2種以上
を含み、残部がFeおよび不純物からなる組成を有する鋼
を素材としていることを特徴とするトルクセンサ。
6. A torque sensor comprising: a shaft to be measured; exciting means for forming a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the shaft to be measured. , At least a part of the axis to be measured is, by weight%,
C: 0.1-1.5%, Si: More than 0 and 4.0% or less, Mn: More than 0: 3.0%
In the following, Al: more than 3.0% or less, Co: more than 5.0% or less, and one or both of Ni: 5.0% or less and Cr: 5.0% or less, and Pb: 0.5% or less, Bi: 0.5% or less,
S: 0.5% or less, P: 0.3% or less, Te: 0.5% or less, Se: 0.5% or less,
Ca: a torque sensor characterized by containing one or more kinds selected from 0.05% or less, and using a steel having a composition of Fe and impurities as a balance.
【請求項7】被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部が、重量%で、
C:0.1〜1.5%、Si:0を超え4.0%以下、Mn:0を超え3.0%
以下、Al:0を超え3.0%以下、Co:0を超え5.0%以下、お
よびNi:5.0%以下とCr:5.0%以下のうちいずれか一方ま
たは両方を含み、さらに、Cu:1.0%以下,Mo:1.0%以下,
B:0.05%以下,W:0.5%以下,V:0.5%以下,Ti:0.5%以下,
Nb:0.5%以下,Ta:0.5%以下,Zr:0.5%以下,Hf:0.5%以
下,N:0.1%以下のうちから選ばれる1種または2種以上
を含み、残部がFeおよび不純物からなる組成を有する鋼
を素材としていることを特徴とするトルクセンサ。
7. A torque sensor comprising: a shaft to be measured; exciting means for forming a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the shaft to be measured. , At least a part of the axis to be measured is, by weight%,
C: 0.1-1.5%, Si: More than 0 and 4.0% or less, Mn: More than 0: 3.0%
In the following, Al: more than 3.0% and less, Co: more than 5.0%, and one or both of Ni: 5.0% or less and Cr: 5.0% or less, and further, Cu: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less,
B: 0.05% or less, W: 0.5% or less, V: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less,
Contains one or more selected from Nb: 0.5% or less, Ta: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Hf: 0.5% or less, N: 0.1% or less, with the balance being Fe and impurities A torque sensor characterized by using steel having a composition as a material.
【請求項8】被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部と
する磁気回路を形成する励磁手段と、前記被測定軸を通
る磁歪成分を検出する検出手段を備えたトルクセンサに
おいて、前記被測定軸の少なくとも一部が、重量%で、
C:0.1〜1.5%、Si:0を超え4.0%以下、Mn:0を超え3.0%
以下、Al:0を超え3.0%以下、Co:0を超え5.0%以下、お
よびNi:5.0%以下とCr:5.0%以下のうちいずれか一方ま
たは両方を含み、さらに、Pb:0.5%以下,Bi:0.5%以下,
S:0.5%以下,P:0.3%以下,Te:0.5%以下,Se:0.5%以下,
Ca:0.05%以下のうちから選ばれる1種または2種以上
を含み、さらに、Cu:1.0%以下,Mo:1.0%以下,B:0.05%
以下,W:0.5%以下,V:0.5%以下,Ti:0.5%以下,Nb:0.5%
以下,Ta:0.5%以下,Zr:0.5%以下,Hf:0.5%以下,N:0.1
%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含み、
残部がFeおよび不純物からなる組成を有する鋼を素材と
していることを特徴とするトルクセンサ。
8. A torque sensor comprising: a shaft to be measured; exciting means for forming a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and detecting means for detecting a magnetostrictive component passing through the shaft to be measured. , At least a part of the axis to be measured is, by weight%,
C: 0.1-1.5%, Si: More than 0 and 4.0% or less, Mn: More than 0: 3.0%
In the following, Al: more than 3.0% or less, Co: more than 5.0% or less, and one or both of Ni: 5.0% or less and Cr: 5.0% or less, and Pb: 0.5% or less, Bi: 0.5% or less,
S: 0.5% or less, P: 0.3% or less, Te: 0.5% or less, Se: 0.5% or less,
Ca: contains one or more selected from 0.05% or less, and further contains Cu: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, B: 0.05%
Or less, W: 0.5% or less, V: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5%
Or less, Ta: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Hf: 0.5% or less, N: 0.1
% Or one or more selected from the following:
A torque sensor characterized in that the balance is made of steel having a composition comprising Fe and impurities.
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