JP2765340B2 - Shaft to be measured, torque detector, and method for manufacturing shaft to be measured - Google Patents

Shaft to be measured, torque detector, and method for manufacturing shaft to be measured

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JP2765340B2 JP4028339A JP2833992A JP2765340B2 JP 2765340 B2 JP2765340 B2 JP 2765340B2 JP 4028339 A JP4028339 A JP 4028339A JP 2833992 A JP2833992 A JP 2833992A JP 2765340 B2 JP2765340 B2 JP 2765340B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【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トルク検出装置用被測
定軸,トルク検出装置および前記トルク検出装置用被測
定軸の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measured shaft for a torque detecting device used for detecting a torque applied to a measured shaft, a torque detecting device, and a method of manufacturing the measured shaft for the torque detecting device. Things.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種のトルク検出装置として
は、例えば、特開昭62−185136号公報に示され
たものがあるが、このトルク検出装置はトルクの大きい
領域も含まれる場合に、トルク−出力特性の出力が飽和
してしまうため、実用性に乏しいという問題点があっ
た。
2. Description of the Related Art As a conventional torque detecting device of this type, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-185136. Since the output of the torque-output characteristic is saturated, there is a problem that the practicality is poor.

【0003】これに対して、我々は、特願平3−990
00号明細書および図面(本出願時未公開)で低トルク
領域から高トルク領域まで安定してトルクの検出が可能
であるトルク検出装置を提供した。
[0003] On the other hand, we have disclosed in Japanese Patent Application No. Hei 3-990.
The present invention has provided a torque detection device capable of stably detecting torque from a low torque region to a high torque region in the specification and drawings of Patent No. 00 (not disclosed at the time of filing this application) .

【0004】すなわち、図10に示すように、このトル
ク検出装置101は、熱処理により高降伏点を有する
のとなる材料を基体102aとして、その表面に高磁歪
材料102bを溶融・接合させたものとした被測定軸1
02をそなえ、前記被測定軸102の少なくとも高磁歪
材料102bの部分に、当該被測定軸102の軸心方向
に対し所定の角度をなす凹状部103a,103bを円
周方向に複数形成することによってこれら凹状部103
a,103bの間で円周方向に複数の凸状部104a,
104bが形成されることにより形状磁気異方性部を設
け、前記形状磁気異方性部に対向させて被測定軸102
の外周側にコイル105a,105bを隙間106を介
して配置し、コイル105a,105bの外側に高透磁
率材料よりなるヨーク107を設けた構造をなすもので
ある。
[0004] That is, as shown in FIG. 10, the torque detector 101, also has a high yield point by heat treatment
The shaft to be measured 1 was formed by melting and joining a high magnetostrictive material 102b to the surface of the base material 102a.
02, at least a portion of the high magnetostrictive material 102b of the shaft to be measured 102 is formed with a plurality of concave portions 103a, 103b at a predetermined angle with respect to the axial direction of the shaft to be measured 102 in the circumferential direction. These concave portions 103
a, 103b, a plurality of convex portions 104a,
By forming the shape magnetic anisotropic portion 104b, the measured shaft 102 is opposed to the shape magnetic anisotropic portion.
The coils 105a and 105b are arranged on the outer peripheral side of the coil 105 via a gap 106, and a yoke 107 made of a material having a high magnetic permeability is provided outside the coils 105a and 105b.

【0005】このような構造のトルク検出装置101に
おいて、コイル105a,105bは、図11に例示す
るように、抵抗器111,112と組み合わされてブリ
ッジ回路を形成し、ブリッジ回路の接続点A,C間に励
磁用発振器113を接続し、接続点B,B´間には差動
増幅器114を接続して、被測定軸102にトルクTが
加えられた際に、図12に例示するようなトルク−出力
特性の検出出力を取り出すことができるようにしてい
る。
In the torque detecting device 101 having such a structure, the coils 105a and 105b are combined with resistors 111 and 112 to form a bridge circuit as shown in FIG. An excitation oscillator 113 is connected between C and a differential amplifier 114 is connected between the connection points B and B ′. When a torque T is applied to the shaft 102 to be measured, as shown in FIG. The detection output of the torque-output characteristic can be taken out.

【0006】この発明により、トルク−出力特性の飽和
出力トルクが大幅に向上した。
According to the present invention, the saturation output torque of the torque-output characteristic is greatly improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のトルク検出装置101にあっては、被測定軸
102の基体材料によっては、必ずしも高降伏点の特性
を示さず、トルク−出力特性の出力が比較的低トルクで
飽和してしまうものが現われた。
However, such a conventional torque detecting device 101 does not necessarily exhibit a high yield point characteristic depending on the base material of the shaft 102 to be measured, and exhibits a torque-output characteristic. Some appeared to saturate the output at relatively low torque.

【0008】これを調査してみると、基体材料が浸炭や
窒化などの表面硬化処理により高降伏点を有するものと
なる材料を用いた場合に現われやすいことが見いだされ
た。すなわち、これらの基体材料に高磁歪材料を溶融・
接合した後に浸炭や窒化を行う場合に現われたことか
ら、先に基体材料に浸炭や窒化などの表面硬化処理を行
い、その上に高磁歪材料を溶融・接合させようとするこ
とも試みた。
[0008] Investigations have shown that it is easy to appear when the base material is made of a material having a high yield point due to surface hardening treatment such as carburizing or nitriding. That is, a high magnetostrictive material is melted in these base materials.
Since it appeared when carburizing or nitriding was performed after joining, it was attempted to first perform surface hardening treatment such as carburizing or nitriding on the base material, and then melt and join the high magnetostrictive material thereon.

【0009】しかし、溶融・接合のときに被測定軸に割
れが入りやすく、また、溶融・接合のときの熱で表面硬
化層が焼なまされて硬度が落ちることがあるという問題
点があった。
[0009] However, easily enters cracks in the measurement axis when the melt-bonding, also, there is a problem that the surface hardened layer by heat at the time of melting and bonding is annealed may fall hardness Was.

【0010】そのため、浸炭や窒化などにより強化され
る材料が使えないことになり、利用できる基体材料が限
られてしまい、トルク検出装置の広範な普及が難しくな
る可能性があるという大きな問題点があった。
[0010] Therefore, a material which is strengthened by carburizing or nitriding cannot be used, and a usable base material is limited, and it is difficult to widely spread the torque detecting device. there were.

【0011】したがって、このような問題点を解決する
ことが課題として存在していた。
Therefore, solving such problems has been a problem.

【0012】[0012]

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたもので、利用できる基体材料の範囲を拡大
し、被測定軸の基体材料に確実に高降伏点をもたらし、
低トルク領域から高トルク領域まで安定してトルクの検
出が可能であるトルク検出装置をを提供し、あわせてこ
のようなトルク検出装置に適する被測定軸の製造方法を
提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a conventional problem, and expands the range of usable base materials to reliably provide a high yield point to the base material of the shaft to be measured.
An object of the present invention is to provide a torque detecting device capable of stably detecting torque from a low torque region to a high torque region, and to provide a method of manufacturing a shaft to be measured suitable for such a torque detecting device. .

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるトルク検
出装置用被測定軸は、表面硬化処理により高降伏点を有
するものとなる鋼製軸基体の表面に高磁歪材料を溶融・
接合させてあり、前記鋼製軸の少なくとも高磁歪材料の
部分に、当該鋼製軸の軸心方向に対し所定の角度をなす
凹状部および/または凸状部を形成してあり、少なくと
も凹状部の底部は前記基体材料部分が露出していて、前
記凹状部の底部で露出した部分を介して基体に表面硬化
処理が施されている構成としたことを特徴としており、
実施態様においては、凹状部の底部で露出した基体材料
部分の表面のビッカース硬さがHv600以上となって
いる構成としたことを特徴としている。
According to the present invention, a shaft to be measured for a torque detector according to the present invention is formed by melting a high magnetostrictive material on the surface of a steel shaft base having a high yield point by a surface hardening treatment.
A concave portion and / or a convex portion forming a predetermined angle with respect to the axial direction of the steel shaft at least in a portion of the high shaft magnetostrictive material of the steel shaft; The bottom portion is characterized in that the base material portion is exposed, and the base is subjected to a surface hardening treatment through a portion exposed at the bottom of the concave portion,
The embodiment is characterized in that the surface of the base material portion exposed at the bottom of the concave portion has a Vickers hardness of Hv600 or more.

【0014】また、本発明に係わるトルク検出装置は、
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、前記被測定軸の磁歪成分を検出
する検出手段を具備してなるトルク検出装置において、
前記被測定軸は表面硬化処理により高降伏点を有するも
のとなる材料を基体として、その表面に高磁歪材料を
融・接合させたものとし、被測定軸の少なくとも高磁歪
材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定の角
度をなす凹状部および/または凸状部を形成し、少なく
とも凹状部の底部は前記基体材料が露出していて、前記
凹状部の底部で露出した部分を介して基体に表面硬化処
理が施されている被測定軸を用いている構成としたこと
を特徴としており、実施態様においては、前記凹状部の
底部で露出した部分の表面のビッカース硬さがHv60
0以上である構成としたことを特徴としており、同じく
実施態様においては、前記凹状部の底部で露出した部分
はビッカース硬さHv550以上の有効硬化層深さが
0.2mm以上である構成としたことを特徴としてお
り、同じく実施態様において、表面硬化処理は、浸炭,
浸炭窒化,窒化などの化学的熱処理加工と、ショットピ
ーニング,冷間圧延,冷間鍛伸などの物理的機械加工の
うちから選択される少なくともいずれかによるものであ
る構成としたことを特徴としており、上記したトルク検
出装置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。
[0014] The torque detecting device according to the present invention comprises:
A torque measuring device comprising: a shaft to be measured; an exciting unit that forms a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and a detecting unit that detects a magnetostrictive component of the shaft to be measured.
The shaft to be measured is made of a material having a high yield point due to a surface hardening treatment, and a high magnetostrictive material is melted on its surface.
At least a high-magnetostriction material portion of the shaft to be measured is formed with a concave portion and / or a convex portion at a predetermined angle with respect to the axial direction of the shaft to be measured. The bottom portion is characterized in that the base material is exposed, and the measured shaft is subjected to a surface hardening treatment on the base material through a portion exposed at the bottom of the concave portion, In an embodiment, the Vickers hardness of the surface of the exposed portion at the bottom of the concave portion is Hv60.
It is characterized by having a configuration of 0 or more, and in the same embodiment, the portion exposed at the bottom of the concave portion has a configuration in which the effective hardened layer depth of Vickers hardness Hv550 or more is 0.2 mm or more. In another embodiment, the surface hardening treatment comprises carburizing,
It is characterized by a chemical heat treatment such as carbonitriding and nitriding, and at least one selected from physical machining such as shot peening, cold rolling and cold forging. With the configuration of the invention relating to the above-described torque detecting device, the above-mentioned conventional problem is solved.

【0015】さらに、本発明に係わるトルク検出装置用
被測定軸の製造方法は、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
測定軸の磁歪成分を検出する検出手段を具備してなるト
ルク検出装置の前記被測定軸を製造するにあたり、前記
被測定軸の基体として表面硬化処理により高降伏点を有
するものとなる材料を用い、前記基体の表面に高磁歪材
料を溶融・接合させたのち、前記被測定軸の少なくとも
高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所
定の角度をなす凹状部および/または凸状部を形成し、
少なくとも凹状部の底部で前記基体材料を露出させて、
前記凹状部の底部で露出した部分を介して基体に表面硬
化処理を施す構成としたことを特徴としており、実施態
様においては、前記凹状部の底部の露出部分において表
面のビッカース硬さがHv600以上となる表面硬化処
理を施す構成としたことを特徴としており、同じく実施
態様においては、前記凹状部の底部の露出部分において
ビッカース硬さHv550以上の有効硬化層深さが0.
2mm以上となる表面硬化処理を施す構成としたことを
特徴としており、同じく実施態様において、表面硬化処
理は、浸炭,浸炭窒化,窒化などの化学的熱処理加工
と、ショットピーニング,冷間圧延,冷間鍛伸などの物
理的機械加工のうちから選択される少なくともいずれか
によるものである構成としたことを特徴としており、上
記したトルク検出装置用被測定軸の製造方法に係わる発
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。
Further, a method of manufacturing a shaft to be measured for a torque detecting device according to the present invention comprises: 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; In manufacturing the shaft to be measured of the torque detecting device including a detecting means for detecting a magnetostrictive component of the shaft, using a material having a high yield point by a surface hardening treatment as a substrate of the shaft to be measured, After the high magnetostrictive material is melted and joined to the surface of the base, at least a portion of the high magnetostrictive material of the measured shaft has a concave portion and / or a convex formed at a predetermined angle with respect to the axial direction of the measured shaft. Forming a shape,
Exposing the base material at least at the bottom of the concave portion,
It is characterized in that the substrate is subjected to a surface hardening treatment through a portion exposed at the bottom of the concave portion, and in the embodiment, the Vickers hardness of the surface at the exposed portion of the bottom of the concave portion is Hv600 or more. In the embodiment, the depth of the effective hardened layer having a Vickers hardness of Hv550 or more in the exposed portion at the bottom of the concave portion is 0.1 mm.
It is characterized in that a surface hardening treatment of 2 mm or more is performed. In the same embodiment, the surface hardening treatment includes chemical heat treatment such as carburizing, carbonitriding, nitriding and the like, shot peening, cold rolling, cold rolling. Characterized by at least one selected from physical machining such as cold forging and stretching, and the above-described configuration of the invention relating to the method of manufacturing the shaft to be measured for the torque detecting device described above. This is a means for solving the conventional problem described above.

【0016】さらにまた、本発明に係わるトルク検出装
置用被測定軸の製造方法は、鋼製軸基体の表面に高磁歪
材料よりなる肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を
形成した被測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体
に浸炭適合鋼材を用いて鋼製軸基体の表面に高磁歪材料
よりなる肉盛層を形成し、前記肉盛層を鋼材表面が露出
するまで切削することで前記凹凸状部の凹状部を形成
し、その後浸炭処理を行うことによって前記凹状部の底
部で露出した部分を介して基体の表面を浸炭により硬化
させる構成としたことを特徴としている。
Further, in the method of manufacturing a shaft to be measured for a torque detecting device according to the present invention, a buildup layer made of a high magnetostrictive material is formed on the surface of a steel shaft base, and an uneven portion is formed on the buildup layer. In manufacturing the formed shaft to be measured , a high magnetostrictive material is formed on the surface of the steel shaft base by using a carburized compatible steel material for the steel shaft base.
Forming a build-up layer consisting of, forming the concave portion of the uneven portion by cutting the build-up layer until the surface of the steel material is exposed, and then performing carburizing treatment to thereby form the bottom of the concave portion.
Hardens by carburizing the surface of the substrate through the exposed part
It is characterized in that it is configured to be.

【0017】さらにまた、本発明に係わるトルク検出装
置用被測定軸の製造方法は、鋼製軸基体の表面に高磁歪
材料よりなる肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を
形成した被測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体
に窒化適合鋼材を用いて鋼製軸基体の表面に高磁歪材料
よりなる肉盛層を形成し、前記肉盛層を鋼材表面が露出
するまで切削することで前記凹凸状部の凹状部を形成
し、その後窒化処理を行うことによって前記凹状部の底
部で露出した部分を介して基体の表面を窒化により硬化
させる構成としたことを特徴としている。
Furthermore, the method of manufacturing a shaft to be measured for a torque detecting device according to the present invention comprises forming a build-up layer made of a high magnetostrictive material on the surface of a steel shaft base, and forming an uneven portion on the build-up layer. In manufacturing the formed shaft to be measured , a high magnetostrictive material is applied to the surface of the steel shaft base by using a nitride compatible steel material for the steel shaft base.
Forming a build-up layer consisting of, forming the concave portion of the uneven portion by cutting the build-up layer until the surface of the steel material is exposed, and then performing a nitriding treatment to form the bottom of the concave portion.
The surface of the substrate is cured by nitriding through the exposed part
It is characterized in that it is configured to be.

【0018】本発明において、被測定軸は、表面硬化処
理により高降伏点を有するものとなる材料を基体とし
て、その表面に高磁歪材料を肉盛等によって溶融・接合
させたものとしているが、ここで、用いられる基体材料
としては、JISに制定する機械構造用鋼鋼材、例え
ば、機械構造用炭素鋼鋼材(SC材など)や、機械構造
用合金鋼鋼材(SCr材,SCM材,SNCM材など)
が用いられ、そのほか、窒化に適する鋼材として、SA
CM645,SCM56,SCMV2,SACなどが用
いられる。そして、適宜、添加成分や組成を変えること
により、降伏点を向上させたものが用いられる。
In the present invention, the shaft to be measured is obtained by melting and joining a high magnetostrictive material to the surface of a base material made of a material having a high yield point by a surface hardening treatment. Here, as the base material to be used, steel materials for machine structures stipulated in JIS, for example, carbon steel materials for machine structures (SC materials and the like), alloy steel materials for machine structures (SCr materials, SCM materials, etc.) Material, SNCM material, etc.)
Is used. In addition, as a steel material suitable for nitriding, SA
CM645, SCM56, SCMV2, SAC and the like are used. And the thing which improved the yield point by changing an additive component or composition suitably is used.

【0019】また、被測定軸の表面において用いられる
高磁歪材料としては、金属Fe,金属Ni,Fe−Ni
合金,Fe−Al合金,Fe−Co合金などが用いら
れ、適宜、添加成分や組成を変えることにより、磁歪等
を向上させたものが用いられる。
The high magnetostrictive material used on the surface of the shaft to be measured includes metal Fe, metal Ni, and Fe—Ni.
Alloys, Fe-Al alloys, Fe-Co alloys, and the like are used, and those having improved magnetostriction and the like by appropriately changing the added components and compositions are used.

【0020】そして、これら基体材料と、高磁歪材料と
は互いに溶融・合金化して接合するものであることが重
要である。
It is important that the base material and the high magnetostrictive material are mutually melted and alloyed and joined .

【0021】そして、基体材料と、その表面に高磁歪材
料を溶融・接合させたものとするに際しては、TIG溶
接,プラズマ粉末溶接,レーザ溶接,電子ビーム溶接な
どの手段が用いられる。
[0021] Then, the substrate material, when it is assumed that the high-magnetostrictive material is melted and bonded to the surface thereof, TIG welding, plasma powder welding, laser welding, electron beam welding of <br/> which means using Can be

【0022】以上の材料と工法とによって得られた被測
定軸の少なくとも高磁歪材料の部分(高磁歪材料の部分
だけ、および高磁歪材料の部分から基体材料の部分に及
ぶ場合を含む。)に、当該被測定軸の軸心方向に対し、
所定の角度をなす凹状部を円周方向に複数形成すること
によってこれら凹状部の間で円周方向に複数の凸状部が
形成されることによる形状磁気異方性部を設けるが、そ
のとき、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露出
するように形成する。そして、この後前記基体材料に表
面硬化処理を施す。
At least the portion of the high magnetostrictive material (including only the portion of the high magnetostrictive material and the range from the portion of the high magnetostrictive material to the portion of the base material) of the shaft to be measured obtained by the above materials and the manufacturing method. , With respect to the axis direction of the axis to be measured,
By forming a plurality of concave portions at a predetermined angle in the circumferential direction, a shape magnetic anisotropic portion is provided by forming a plurality of convex portions in the circumferential direction between these concave portions. At least the bottom of the concave portion is formed so that the base material is exposed. After that, the base material is subjected to a surface hardening treatment.

【0023】前記表面硬化処理において、浸炭を施す場
合には、浸炭層深さを例えば0.5〜1.2mm程度と
する。このとき、凹状部の底部では基体材料が露出して
いるため、この露出した部分が浸炭される。したがっ
て、被測定軸の疲労強度がより一層向上したものとな
る。
When carburizing is performed in the surface hardening treatment, the depth of the carburized layer is, for example, about 0.5 to 1.2 mm. At this time, since the base material is exposed at the bottom of the concave portion, the exposed portion is carburized. Therefore, the fatigue strength of the shaft to be measured is further improved.

【0024】また、前記表面硬化処理において、窒化を
施す場合には、例えば、温度500〜550℃,NH
含有量80〜90%の窒化雰囲気において時間15〜3
0Hrの窒化処理を採用することができる。このとき、
凹状部の底部では基体材料が 露出しているため、この露
出した部分が窒化される。
In the case where nitriding is performed in the surface hardening treatment, for example, a temperature of 500 to 550 ° C. and NH 3
15 to 3 hours in a nitriding atmosphere with a content of 80 to 90%
A nitriding treatment of 0Hr can be employed. At this time,
Since the base material is exposed at the bottom of the concave portion , this base material is exposed.
The exposed portion is nitrided.

【0025】[0025]

【発明の作用】本発明者は、前記した従来の問題点の原
因が、表面に形成した高磁歪材料が炭素や窒素の浸透の
障壁として作用し、内部の基体材料に炭素や窒素が届か
ず、浸炭や窒化がなされないことにあることをつかん
だ。
According to the present inventors, the cause of the above-mentioned conventional problems is that the high magnetostrictive material formed on the surface acts as a barrier for penetration of carbon and nitrogen, and carbon and nitrogen do not reach the internal base material. I knew that carburizing and nitriding were not going to take place.

【0026】そのため、高磁歪材料の適当な場所に内部
の基体材料が露出する所を形成してやればよいことにな
る。その際、形状磁気異方性部を形成する凹状部の底部
を利用することにしたわけである。
Therefore, it is sufficient to form a portion where the internal base material is exposed at an appropriate place of the high magnetostrictive material. At that time, the bottom of the concave portion forming the shape magnetic anisotropic portion is used.

【0027】本発明に係わるトルク検出装置において、
被測定軸は表面硬化処理により高降伏点を有するものと
なる材料を基体として、その表面に高磁歪材料を溶融・
接合させたものとし、被測定軸の少なくとも高磁歪材料
の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定の角度を
なす凹状部および/または凸状部を少なくとも凹状部の
底部で前記基体材料が露出するように形成した構成と
し、この後に前記凹状部の底部で露出した部分を介して
表面硬化処理を行うことにより、基体材料の高降伏点化
が行われることとなり、良好なトルク−出力特性と十分
な疲労耐久性とを兼ね備えたトルク測定装置となる。
In the torque detecting device according to the present invention,
The shaft to be measured is made of a material that has a high yield point due to surface hardening treatment, and a high magnetostrictive material is melted on its surface.
At least a concave portion and / or a convex portion forming a predetermined angle with respect to the axial direction of the measured shaft is formed on at least a portion of the high magnetostrictive material of the measured shaft at least at the bottom of the concave portion. By forming the material so as to be exposed, and thereafter performing a surface hardening treatment through a portion exposed at the bottom of the concave portion, a high yield point of the base material is obtained, and a good torque- The torque measuring device has both output characteristics and sufficient fatigue durability.

【0028】すなわち、凹状部の底部基体材料が露出
する構成としたため、表面硬化処理である例えば浸炭や
窒化処理などにより、露出した部分から基体材料の内部
に炭素や窒素などが浸透し、これによって表面が硬化さ
れる。
That is, since the base material is exposed at the bottom of the concave portion, carbon or nitrogen penetrates into the base material from the exposed portion by surface hardening treatment, for example, carburizing or nitriding treatment. Cures the surface.

【0029】この場合、露出部分の表面硬さは実用トル
ク域で使えるようにするには、ビッカース硬さでHv6
00以上であることが望ましい。また、一方、あまり硬
化させると、脆くなるので、Hv800以下であること
が望ましい。
In this case, the surface hardness of the exposed part is set to Vvs hardness of Hv6 to be usable in the practical torque range.
Desirably, it is not less than 00. On the other hand, if it is hardened too much, it becomes brittle.

【0030】そして、トルク領域の拡大にはHv550
以上の有効硬化層深さが0.2mm以上であることが望
ましい。
In order to expand the torque range, Hv550
It is desirable that the effective hardened layer depth is 0.2 mm or more.

【0031】これら表面硬化処理により基体材料の高降
伏点化がなされ、低トルク域から高トルク域まで安定し
たトルク−出力特性が得られるようになる。
The surface hardening treatment increases the yield point of the base material, so that stable torque-output characteristics can be obtained from a low torque range to a high torque range.

【0032】本発明においては、高磁歪材料を支える基
体材料の高降伏点化すなわち表面硬化が目的であるか
ら、凹状部の底部基体材料を露出させ、その上からシ
ョットピーニング,冷間圧延,冷間鍛伸などの物理的機
械加工による表面硬化を行うことも有効である。この場
合、高磁歪材料にはこれらの機械加工による硬化作用は
必ずしも必要としないが、基体材料と同時にこれらの硬
化作用を受けても実害はない。
In the present invention, since the purpose is to increase the yield point of the base material supporting the high magnetostrictive material, that is, to harden the surface , the base material is exposed at the bottom of the concave portion, and shot peening, cold rolling, It is also effective to perform surface hardening by physical machining such as cold forging. In this case, the hardening action by the mechanical processing is not necessarily required for the high magnetostrictive material, but there is no actual harm even if the hardening action is received simultaneously with the base material.

【0033】[0033]

【実施例】次に、本発明に係わるトルク検出装置の実施
例を比較例とともに説明する。
Next, an embodiment of a torque detecting device according to the present invention will be described together with a comparative example.

【0034】(実施例1) 図1は、本発明に係わるトルク検出装置の一実施例を示
すものであって、このトルク検出装置1は、表面硬化処
理により高降伏点を有するものとなる材料を基体2aと
して、その表面に高磁歪材料2bを溶融・接合させたも
のとした被測定軸2をそなえ、前記被測定軸2の高磁歪
材料2bの部分に、当該被測定軸2の軸心方向に対し左
右対称の所定角度をなす凹状部3a,3bを円周方向に
複数形成することによってこれら凹状部3a,3bの間
で円周方向に複数の凸状部4a,4bが形成されること
により形状磁気異方性部を設け、前記形状磁気異方性部
に対向させて被測定軸2の外周側にコイル5a,5bを
隙間6を介して配置し、コイル5a,5bの外側に高透
磁率材料よりなるヨーク7を設けた構造をなすものであ
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows an embodiment of a torque detecting device according to the present invention. This torque detecting device 1 is made of a material having a high yield point by a surface hardening treatment. Is provided as a base 2a, the surface of which is provided with a shaft 2 to which a high magnetostrictive material 2b is melted and bonded , and the portion of the shaft 2 to be measured which is the high magnetostrictive material 2b is provided with the axis of the shaft 2 to be measured. By forming a plurality of concave portions 3a, 3b at a predetermined angle symmetrical with respect to the direction in the circumferential direction, a plurality of convex portions 4a, 4b are formed in the circumferential direction between these concave portions 3a, 3b. Thus, the shape magnetic anisotropic portion is provided, and the coils 5a and 5b are arranged on the outer peripheral side of the measured shaft 2 with the gap 6 opposed to the shape magnetic anisotropic portion, and are provided outside the coils 5a and 5b. A structure having a yoke 7 made of a high magnetic permeability material is provided. Things.

【0035】この場合、コイル5a,5bは図11に示
したのと同様の回路構成として抵抗(111,112)
と共にブリッジ回路を形成し、被測定軸2を磁路の一部
とする磁気回路を形成する励磁手段と、被測定軸2の磁
歪成分を検出する検出手段とを兼ねたものとなってい
る。
In this case, the coils 5a and 5b have the same circuit configuration as that shown in FIG.
In addition, an exciting unit that forms a bridge circuit and forms a magnetic circuit in which the measured shaft 2 is a part of a magnetic path, and a detecting unit that detects a magnetostrictive component of the measured shaft 2 are also used.

【0036】図2は、図1に示した構造のトルク検出装
置1において被測定軸2の形状磁気異方性部が設けられ
た高磁歪材料の部分を拡大して示すものであって、被測
定軸2の基体2aの材料として、JIS SCM420
に相当する合金鋼を使用してこれを直径29mmに加工
したものを用い、この表面に設けられる高磁歪材料2b
として、Al:13重量%を含み残部FeよりなるFe
−Al合金を用いてプラズマ粉末溶接により基体2aの
表面で溶融・接合させたものとする。
FIG. 2 is an enlarged view of a portion of the high magnetostrictive material provided with the shape magnetic anisotropic portion of the shaft 2 to be measured in the torque detecting device 1 having the structure shown in FIG. JIS SCM420 is used as the material of the base 2a of the measurement shaft 2.
A high magnetostrictive material 2b provided on the surface of an alloy steel corresponding to
Fe containing 13% by weight of Al and the balance of Fe
It is assumed that the aluminum alloy is melted and joined on the surface of the base 2a by plasma powder welding.

【0037】その後、外周の切削により直径31mmと
し、さらに幅1.0mm,深さ1.5mmの凹状部3
a,3bを円周方向に等間隔で32個所切削することに
より相対的に凸状部4a,4bを形成させ、少なくとも
凹状部3a,3bの底部で基体材料が露出するように
し、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部を設け、これを910℃で2時
間ガス浸炭した後、焼入れ焼戻しを施すことによって被
測定軸2とした。
Thereafter, the outer peripheral portion is cut to a diameter of 31 mm, and the concave portion 3 having a width of 1.0 mm and a depth of 1.5 mm is formed.
a, 3b are circumferentially cut at equal intervals at 32 locations to form relatively convex portions 4a, 4b so that the base material is exposed at least at the bottoms of the concave portions 3a, 3b. A shape magnetic anisotropic portion was provided by 3a, 3b and convex portions 4a, 4b, and this was subjected to gas carburization at 910 ° C. for 2 hours, followed by quenching and tempering to obtain shaft 2 to be measured.

【0038】このときの凹状部3a,3bの底部露出
した基体材料の表面硬さはビッカース硬さHv710で
あり、ビッカース硬さHv550以上の有効硬化層深さ
は0.85mmとなっていた。
The surface hardness of the concave portion 3a, the substrate material exposed at the bottom of 3b in this case is Vickers hardness Hv710, Vickers hardness Hv550 or more effective case depth was a 0.85 mm.

【0039】ここで重要なことは、図2に示すように、
高磁歪材料2bの部分を広範囲にわたって凹状部3a,
3bが占めているようにすることである。そして、凸状
部4a,4bの幅、および左右の凹状部3a,3b/凸
状部4a,4bの間の間隔、ならびに両端の基体材料と
の境界部分と凹状部3a,3b/凸状部4a,4bとの
間隔はいずれも3mm以下とすることが、浸透の効果の
面で望ましい。
What is important here is that, as shown in FIG.
The portion of the high magnetostrictive material 2b is extended over a wide range into concave portions 3a,
3b. Then, the width of the convex portions 4a, 4b, the interval between the left and right concave portions 3a, 3b / the convex portions 4a, 4b, and the boundary portions with the base material at both ends and the concave portions 3a, 3b / the convex portions. It is desirable that the distance from each of 4a and 4b be 3 mm or less from the viewpoint of the penetration effect.

【0040】この場合、浸炭などの処理条件により有効
硬化層深さは可変であるが、通常の場合には1.5mm
以内とするのが生産性の面で適切なため、両側面から浸
透する距離として3mm以下とすることが望ましい。
In this case, the effective hardened layer depth is variable depending on the processing conditions such as carburization, but is usually 1.5 mm
Since it is appropriate to set the distance within the range from the viewpoint of productivity, it is desirable that the distance penetrating from both sides is 3 mm or less.

【0041】これらにより、基体材料が露出している凹
状部3a,3bの底部から、浸炭硬化処理による炭素が
基体材料に浸透し、図3に示すように、高磁歪材料2b
の下部にまで炭素が回り込んで硬化層(浸炭層)8が形
成される。このため基体材料の表面部分がほぼ全域にわ
たって硬化され、高降伏点化することによりトルク検出
範囲が拡大することになる。なお、この場合、凹状部3
a,3bの底部全てで基体材料部分が露出している必要
はなく、一部に高磁歪材料2bが残っていても支障はな
い。
As a result, carbon formed by carburizing and hardening penetrates the base material from the bottoms of the concave portions 3a and 3b where the base material is exposed, and as shown in FIG.
The carbon goes around to the lower part of the steel sheet to form a hardened layer (carburized layer) 8. For this reason, the surface portion of the base material is hardened substantially over the entire area, and the yield point is increased, thereby expanding the torque detection range. In this case, the concave portion 3
It is not necessary that the base material portion is exposed at all of the bottoms of a and 3b, and there is no problem even if the high magnetostrictive material 2b remains at a part.

【0042】この実施例におけるトルク検出装置1のト
ルク−出力特性は、図4に示すように、トルクと出力が
比例する範囲が広いものとなっており、トルク90kg
f・mまでの実験では、良好な直線性を保っており、出
力飽和は見られないことが認められた。
As shown in FIG. 4, the torque-output characteristic of the torque detecting device 1 in this embodiment has a wide range in which the torque is proportional to the output.
In experiments up to fm, it was recognized that good linearity was maintained and no output saturation was observed.

【0043】(比較例1) 図10に示した従来のトルク検出装置101において、
図5は、被測定軸102の形状磁気異方性部が設けられ
た高磁歪材料の部分を拡大して示すものであって、被測
定軸102の基体102aの材料として、JIS SC
M420に相当する合金鋼を使用してこれを直径27m
mに加工したものを用い、この表面に設けられる高磁歪
材料102bとして、Al:13重量%を含み残部Fe
よりなるFe−Al合金を用いてプラズマ粉末溶接によ
り基体102aの表面で溶融・接合させたものとする。
Comparative Example 1 In the conventional torque detecting device 101 shown in FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the high magnetostrictive material provided with the shape magnetic anisotropic portion of the shaft to be measured 102, and the material of the base 102a of the shaft to be measured JIS SC
Using an alloy steel equivalent to M420, this was
m, and as the high magnetostrictive material 102b provided on this surface, Al: 13% by weight and the balance Fe
It is assumed that the powder was melted and joined on the surface of the base 102a by plasma powder welding using an Fe—Al alloy made of Fe.

【0044】その後、外周の切削により直径31mmと
し、さらに幅1.0mm,深さ1.5mmの凹状部10
3a,103bを円周方向に等間隔で32個所切削する
ことによって相対的に凸状部104a,104bを形成
させ、これら凹状部103a,103bおよび凸状部1
04a,104bによって形状磁気異方性部を設け、こ
れを850℃で浸炭焼入れした後、焼戻しを施すことに
よって被測定軸102とした。
Thereafter, the outer peripheral portion is cut to a diameter of 31 mm, and the concave portion 10 having a width of 1.0 mm and a depth of 1.5 mm is formed.
The convex portions 104a and 104b are relatively formed by cutting 32 portions of 3a and 103b at equal intervals in the circumferential direction, and the concave portions 103a and 103b and the convex portion 1 are formed.
Shaped magnetic anisotropic parts were formed by the parts 04a and 104b, and after carburizing and quenching at 850 ° C., the parts were tempered to obtain the shaft to be measured 102.

【0045】この場合、外周の切削後において高磁歪材
料102bの厚みが2mmとなっているため、前記実施
例と同じく深さ1.5mmの凹状部103a,103b
を形成しても、図6に示すように、凹状部103a,1
03bの底部に高磁歪材料102bが残っていて基体材
料102aが露出することはない。
In this case, since the thickness of the high magnetostrictive material 102b is 2 mm after the outer periphery is cut, the concave portions 103a and 103b having a depth of 1.5 mm are the same as in the previous embodiment.
Is formed, as shown in FIG.
The high magnetostrictive material 102b remains at the bottom of 03b, and the base material 102a is not exposed.

【0046】従って、高磁歪材料102bのFe−Al
合金に妨げられ、基体材料は浸炭されない。
Therefore, the high magnetostrictive material 102b Fe-Al
Hindered by the alloy, the substrate material is not carburized.

【0047】そのため、降伏点が低く、トルク−出力特
性の出力飽和が低トルクで起こってしまう。
Therefore, the yield point is low and the output saturation of the torque-output characteristic occurs at a low torque.

【0048】そして、この比較例1におけるトルク検出
装置101のトルク−出力特性は、図7に示すように、
トルクと出力が比例する範囲が狭く、出力飽和トルクは
50kgf・mであった。
As shown in FIG. 7, the torque-output characteristic of the torque detecting device 101 in Comparative Example 1 is as follows.
The range in which the torque was proportional to the output was narrow, and the output saturation torque was 50 kgfm.

【0049】(評価結果1) これらの結果より明らかなように、本発明に係わるトル
ク検出装置1は、従来のトルク検出装置101に比べて
その1.8倍も計測トルク域を拡大することができた。
(Evaluation Result 1) As is clear from these results, the torque detecting device 1 according to the present invention can expand the measured torque range 1.8 times as large as the conventional torque detecting device 101. did it.

【0050】また、被測定軸2は、浸炭などの表面処理
により高降伏点を有する材料を基体2aとし、この基体
2aの表面では高磁歪材料2bが溶融・接合して一体化
したものとなっているため、疲労試験を実施しても、高
磁歪材料2bの剥離などの問題や出力異常の発生は認め
られず、10万回以上の優れた耐久性を示した。
The shaft 2 to be measured is made of a material having a high yield point by surface treatment such as carburization as a substrate 2a, and a high magnetostrictive material 2b is melted and joined on the surface of the substrate 2a to be integrated. Therefore, even when the fatigue test was performed, no problem such as peeling of the high magnetostrictive material 2b or occurrence of output abnormality was observed, and excellent durability of 100,000 times or more was exhibited.

【0051】(実施例2) 図8の(A)に示すように、直径30mmのJIS S
CM420よりなる鋼製軸基体12aに、図8の(B−
1),(B−2)に示すように、高磁歪材料であるFe
−65重量%Ni合金を粉末肉盛溶接にて肉盛すること
によって、幅15mm,厚さほぼ1mmでかつ軸を一周
する二つの高磁歪材料よりなる肉盛層12b,12bを
8mmの間隔をおいて形成した後、切削加工にて、幅2
mm,軸方向長さ13mm,深さ1.2mmで、図8の
(C−1),(C−2)に示すように、軸心方向に対し
て傾斜した凹状部13a,13bを円周方向に複数形成
し、相対的に凸状部14a,14bを円周方向に複数形
成した。
Example 2 As shown in FIG. 8A, JIS S having a diameter of 30 mm was used.
The steel shaft base 12a made of CM420 is provided with (B-
As shown in 1) and (B-2), a high magnetostrictive material Fe
By overlaying the -65 wt% Ni alloy by powder overlay welding, the overlaid layers 12b, 12b, made of two high magnetostrictive materials having a width of 15 mm, a thickness of approximately 1 mm, and making a round around the shaft, are spaced apart by 8 mm. After forming, in the cutting process, width 2
As shown in (C-1) and (C-2) of FIG. 8, the concave portions 13a and 13b which are inclined with respect to the axial direction have a circumference of And a plurality of relatively convex portions 14a and 14b are formed in the circumferential direction.

【0052】そして、850℃×1hrの条件でガス浸
炭を行うことによって、図8の(D)に示すように凹状
部13a,13bの底部に硬化層(浸炭層)18を形成
したトルク検出装置用被測定軸12を作製した。
Then, by performing gas carburizing under the condition of 850 ° C. × 1 hr, a torque detecting device having a hardened layer (carburized layer) 18 formed at the bottom of the concave portions 13a and 13b as shown in FIG. A shaft to be measured 12 was prepared.

【0053】(比較例2) 実施例2と同様に、Fe−Ni合金を用い、比較例2−
1として、直径30mmのJIS SCM20よりなる
鋼製軸基体に、幅15mm,厚さ1mmの肉盛層を8m
mの間隔をおいて二つ形成した後、切削ではなく転造に
よって、幅2mm,軸方向長さ13mm,深さ1.2m
mの凹状部を円周方向に複数形成し、これによって相対
的に凸状部を円周方向に複数形成した。また、比較例2
−2として、直径を50mmとしたものも製造した。
Comparative Example 2 In the same manner as in Example 2, an Fe—Ni alloy was used.
As 1, a cladding layer having a width of 15 mm and a thickness of 1 mm was formed on a steel shaft base made of JIS SCM20 having a diameter of 30 mm to a thickness of 8 m.
After forming two at an interval of m, not by cutting, but by rolling, the width is 2 mm, the axial length is 13 mm, and the depth is 1.2 m.
A plurality of m-shaped concave portions were formed in the circumferential direction, whereby a plurality of relatively convex portions were formed in the circumferential direction. Comparative Example 2
As -2, one having a diameter of 50 mm was also manufactured.

【0054】(評価結果2) これら実施例2,比較例2のトルク検出装置用被測定軸
について、疲労強度を求めたところ、図9に示す結果で
あった。
(Evaluation Result 2) Fatigue strength was determined for the shafts to be measured for the torque detecting devices of Example 2 and Comparative Example 2, and the results are shown in FIG.

【0055】図9に示すように、実施例2のものは比較
例2−1の直径30mmのものに比べてかなり良好な疲
労強度を呈するだけでなく、比較例2−2の直径50m
mのものよりも更に良好な疲労強度を呈した、そして、
比較例2−2の直径50mmのものの重量を「1」とす
ると、実施例2のものの重量は「約0.35」しかない
ことになることから、実施例2のトルク検出装置用被測
定軸によれば、大幅な軽量化が可能となった。
As shown in FIG. 9, the sample of Example 2 not only exhibits much better fatigue strength than the sample of Comparative Example 2-1 having a diameter of 30 mm, but also has a diameter of 50 m of Comparative Example 2-2.
m exhibited better fatigue strength than those of
Assuming that the weight of the comparative example 2-2 having a diameter of 50 mm is “1”, the weight of the second example is only “about 0.35”, so the measured shaft for the torque detecting device of the second example is used. According to this, a significant reduction in weight has become possible.

【0056】なお、実施例2のトルク検出装置用被測定
軸12の凹状部13a,13bの底部における硬さを計
測したところ、ビーカッス硬さHvで700以上である
ことがわかった。また、浸炭層18の深さは0.5〜
1.2mmであった。そして、このトルク検出装置用被
測定軸12によってトルクを測定したところ、実用上十
分な磁歪感度を有するものであることがわかった。
When the hardness at the bottom of the concave portions 13a and 13b of the measured shaft 12 for the torque detecting device of Example 2 was measured, it was found that the Bekas hardness Hv was 700 or more. The depth of the carburized layer 18 is 0.5 to
1.2 mm. Then, when the torque was measured by the measured shaft 12 for a torque detecting device, it was found that the torque had a practically sufficient magnetostriction sensitivity.

【0057】そのほか、疲労強度の向上は、凹状部13
a,13bの底部における硬さがビッカース硬さHvで
少なくとも600以上あることによるものと考えられる
から、浸炭ではなく、浸炭窒化や窒化などによっても同
様の作用・効果が期待できる。
In addition, the improvement of the fatigue strength is achieved by the concave portion 13.
It is considered that the hardness at the bottoms of a and 13b is at least 600 or more in Vickers hardness Hv. Therefore, the same operation and effect can be expected by carbonitriding or nitriding instead of carburizing.

【0058】そこで、510℃で27時間にわたりNH
ガスを80%含む雰囲気下で分解Nを拡散する条件に
て、凹状部の底部におけるビッカース硬さHvが600
以上のトルク検出装置用被測定軸12を製造し、これに
ついても疲労強度を測定したところ、図9に示した浸炭
によるものと同様の良好な結果が得られた。また、窒化
によっても磁歪感度が低下することがなかった。
Therefore, the reaction was carried out at 510 ° C. for 27 hours.
The Vickers hardness Hv at the bottom of the concave portion is 600 under the condition that the decomposition N is diffused in an atmosphere containing 80% of 3 gases.
The above-mentioned shaft 12 to be measured for the torque detecting device was manufactured, and the fatigue strength was measured for the same. As a result, the same good results as those obtained by carburization shown in FIG. 9 were obtained. In addition, the magnetostriction sensitivity did not decrease even by nitriding.

【0059】このように、実施例2のトルク検出装置用
被測定軸12によれば、細くても十分な疲労強度を有
し、長期にわたって信頼性の高いトルク測定を行うこと
ができる。しかも、実施例2で採用した製造方法によれ
ば、磁歪感度を損なうこともない。
As described above, according to the measured shaft 12 for the torque detecting device of the second embodiment, even though it is thin, it has a sufficient fatigue strength, and it is possible to perform highly reliable torque measurement for a long period of time. Moreover, according to the manufacturing method employed in the second embodiment, the magnetostriction sensitivity is not impaired.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明に係わるトルク検出装置用被測定
軸は、表面硬化処理により高降伏点を有するものとなる
鋼製軸基体の表面に高磁歪材料を溶融・接合させてあ
り、前記鋼製軸の少なくとも高磁歪材料の部分に、当該
鋼製軸の軸心方向に対し所定の角度をなす凹状部および
/または凸状部を形成してあり、少なくとも凹状部の底
部は前記基体材料部分が露出していて、前記凹状部の底
部で露出した部分を介して基体に表面硬化処理が施され
ている構成とし、実施態様においては凹状部の底部で露
出した基体材料部分の表面のビッカース硬さがHv60
0以上となっている構成とし、また、本発明に係わるト
ルク検出装置は、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
の磁歪成分を検出する検出手段を具備してなるトルク検
出装置において、前記被測定軸は表面硬化処理により高
降伏点を有するものとなる材料を基体として、その表面
に高磁歪材料を溶融・接合させたものとし、被測定軸の
少なくとも高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方
向に対し所定の角度をなす凹状部および/または凸状部
を形成し、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露
出していて、前記凹状部の底部で露出した部分を介して
基体に表面硬化処理が施されている被測定軸を用いてい
る構成とし、さらに、本発明に係わる被測定軸の製造方
法では、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、前記被測定軸の磁歪成
分を検出する検出手段を具備してなるトルク検出装置の
前記被測定軸を製造するにあたり、前記被測定軸の基体
として表面硬化処理により高降伏点を有するものとなる
材料を用い、前記基体の表面に高磁歪材料を溶融・接合
させたのち、前記被測定軸の少なくとも高磁歪材料の部
分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定の角度をなす
凹状部および/または凸状部を形成し、少なくとも凹状
部の底部で前記基体材料を露出させて、前記凹状部の底
部で露出した部分を介して基体に表面硬化処理を施す構
成としたから、トルク検出装置の被測定軸として利用で
きる基体材料の範囲を拡大することが可能であると共
に、トルク−出力特性の飽和出力トルクを大幅に向上さ
せることが可能であり、低トルク領域から高トルク領域
まで安定してトルクの検出が可能であるうえに、高トル
クを繰り返し受けたときでも高磁歪材料の剥離が生じが
たい耐久性に優れたものとなって、安定したトルク−出
力特性を長期にわたって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。
The shaft to be measured for the torque detector according to the present invention is obtained by melting and joining a high magnetostrictive material to the surface of a steel shaft base having a high yield point by surface hardening treatment. A concave portion and / or a convex portion at a predetermined angle with respect to the axial direction of the steel shaft is formed at least in a portion of the high magnetostrictive material of the shaft, and at least a bottom of the concave portion is the base material portion. Is exposed, and the substrate is subjected to a surface hardening treatment through a portion exposed at the bottom of the concave portion. In an embodiment, the Vickers hardness of the surface of the substrate material portion exposed at the bottom of the concave portion is formed. Saga Hv60
The torque detecting device according to the present invention comprises: 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; In the torque detecting device provided with detecting means for detecting the magnetostrictive component of the above, the shaft to be measured is made of a material having a high yield point by surface hardening treatment, and the high magnetostrictive material is melted and joined to the surface thereof. A concave portion and / or a convex portion forming a predetermined angle with respect to the axial direction of the measured shaft is formed at least in a portion of the high magnetostrictive material of the measured shaft, and at least a bottom of the concave portion is formed. The base material is exposed, and the base is subjected to a surface hardening treatment through a portion exposed at the bottom of the concave portion. The measured shaft is used, and the measured shaft according to the present invention is further used. In the manufacturing method of Manufacturing the shaft to be measured of a torque detecting device comprising: an exciting unit that forms a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and a detecting unit that detects a magnetostrictive component of the shaft to be measured. In this regard, a material having a high yield point by surface hardening treatment is used as the base of the measured shaft, and a high magnetostrictive material is melted and joined to the surface of the base. At least in the portion of the high magnetostrictive material, a concave portion and / or a convex portion forming a predetermined angle with respect to the axial direction of the axis to be measured is formed, and the base material is exposed at least at the bottom of the concave portion. Since the surface hardening treatment is performed on the base through the exposed portion at the bottom of the concave portion, the range of the base material that can be used as the measured shaft of the torque detecting device can be expanded, and the torque-output can be increased. Characteristic saturation output The torque can be greatly improved from low torque range to high torque range, and peeling of high magnetostrictive material hardly occurs even when high torque is repeatedly received. The durability is excellent, and a remarkably excellent effect that stable torque-output characteristics can be obtained for a long period of time is brought about.

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

【図1】本発明の実施例1によるトルク検出装置を示す
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a torque detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示したトルク検出装置における被測定軸
の高磁歪材料の部分を拡大して示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an enlarged portion of a high magnetostriction material of a shaft to be measured in the torque detection device shown in FIG.

【図3】図2に示した被測定軸の断面を拡大して示す説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an enlarged cross section of the measured shaft shown in FIG. 2;

【図4】本発明の実施例1によるトルク検出装置のトル
ク−出力特性の一例を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph illustrating an example of a torque-output characteristic of the torque detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】図10に示したトルク検出装置における被測定
軸の高磁歪材料の部分を拡大して示す説明図である。
5 is an explanatory diagram showing, in an enlarged manner, a portion of a high magnetostriction material of a shaft to be measured in the torque detection device shown in FIG.

【図6】図5に示した被測定軸の断面を拡大して示す説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an enlarged cross section of the shaft to be measured shown in FIG. 5;

【図7】本発明の比較例1によるトルク検出装置のトル
ク−出力特性の一例を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing an example of a torque-output characteristic of the torque detection device according to Comparative Example 1 of the present invention.

【図8】本発明の実施例2におけるトルク検出装置用被
測定軸の製造工程を順次示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view sequentially showing a manufacturing process of a shaft to be measured for a torque detecting device in Embodiment 2 of the present invention.

【図9】本発明の実施例2および比較例2におけるトル
ク検出装置用被測定軸の疲労強度を調べた結果を示すグ
ラフである。
FIG. 9 is a graph showing the results of examining the fatigue strength of a shaft to be measured for a torque detection device in Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention.

【図10】従来のトルク検出装置の一例を示す説明図で
ある。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a conventional torque detection device.

【図11】トルク検出装置の励磁手段および検出手段を
形成する回路の一例を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a circuit forming an exciting unit and a detecting unit of the torque detecting device.

【図12】従来のトルク検出装置のトルク−出力特性の
一例を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing an example of a torque-output characteristic of a conventional torque detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トルク検出装置 2 被測定軸 2a 被測定軸の基体 2b 高磁歪材料 3a,3b 凹状部 4a,4b 凸状部 5a,5b コイル(励磁手段兼検出手段) 6 隙間 7 ヨーク 8 硬化層(浸炭層) 12 被測定軸 12a 鋼製軸基体 12b 高磁歪材料よりなる肉盛層 13a,13b 凹状部 14a,14b 凸状部 18 硬化層(浸炭層) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque detecting device 2 Measured shaft 2a Base of measured shaft 2b High magnetostrictive material 3a, 3b Concave portion 4a, 4b Convex portion 5a, 5b Coil (excitation means and detection means) 6 Gap 7 Yoke 8 Hardened layer (carburized layer) 12) Shaft to be measured 12a Steel shaft base 12b Overlay layer made of high magnetostrictive material 13a, 13b Concave portion 14a, 14b Convex portion 18 Hardened layer (carburized layer)

───────────────────────────────────────────────────── 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3 (72)発明者 花 嶋 繁 雄 愛知県東海市荒尾町勝山1番地の7 (56)参考文献 特開 平3−87623(JP,A) 特開 平2−107910(JP,A) 特開 平2−90030(JP,A) 特開 平1−117378(JP,A) 特開 昭63−297545(JP,A) 特開 昭63−81993(JP,A) 実開 昭64−35768(JP,U) 実開 平1−503403(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 3/10──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Munekatsu Shimada 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside Nissan Motor Co., Ltd. 98 No. 3 (72) Inventor Shigeo Hanashima 1-7 Katsuyama, Arao-cho, Tokai-shi, Aichi Prefecture (56) References JP-A-3-87623 (JP, A) JP-A-2-107910 (JP, A JP-A-2-90030 (JP, A) JP-A-1-117378 (JP, A) JP-A-63-297545 (JP, A) JP-A-63-81993 (JP, A) 35768 (JP, U) Japanese Utility Model 1-503403 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01L 3/10

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 表面硬化処理により高降伏点を有するも
のとなる鋼製軸基体の表面に高磁歪材料を溶融・接合
せてあり、前記鋼製軸の少なくとも高磁歪材料の部分
に、当該鋼製軸の軸心方向に対し所定の角度をなす凹状
部および/または凸状部を形成してあり、少なくとも凹
状部の底部は前記基体材料部分が露出していて、前記凹
状部の底部で露出した部分を介して基体に表面硬化処理
が施されていることを特徴とするトルク検出装置用被測
定軸。
A high magnetostrictive material is melted and joined to a surface of a steel shaft base having a high yield point by a surface hardening treatment, and at least a high magnetostrictive material of the steel shaft is formed. A concave portion and / or a convex portion forming a predetermined angle with respect to the axial direction of the steel shaft, and at least a bottom portion of the concave portion has the base material portion exposed, A shaft to be measured for a torque detecting device, wherein a surface hardening treatment is applied to a base through a portion exposed at a bottom of the portion.
【請求項2】 凹状部の底部で露出した基体材料部分の
表面ビッカース硬さHv600以上となっているこ
とを特徴とする請求項1に記載のトルク検出装置用被測
定軸。
2. The measured shaft for a torque detecting device according to claim 1, wherein the Vickers hardness of the surface of the base material portion exposed at the bottom of the concave portion is Hv600 or more.
【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、前記被測定軸の
磁歪成分を検出する検出手段を具備してなるトルク検出
装置において、前記被測定軸は表面硬化処理により高降
伏点を有するものとなる材料を基体として、その表面に
高磁歪材料を溶融・接合させたものとし、被測定軸の少
なくとも高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向
に対し所定の角度をなす凹状部および/または凸状部を
形成し、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露出
していて、前記凹状部の底部で露出した部分を介して基
体に表面硬化処理が施されている被測定軸を用いている
ことを特徴とするトルク検出装置。
3. A torque detecting device comprising: a shaft to be measured; an exciting unit for forming a magnetic circuit having the shaft to be measured as a part of a magnetic path; and a detecting unit for detecting a magnetostrictive component of the shaft to be measured. In the apparatus, the measured shaft is a material which has a high yield point due to surface hardening treatment, and a high magnetostrictive material is melted and joined to the surface of the base, and at least a portion of the high measured magnetostrictive material of the measured shaft is used. Forming a concave portion and / or a convex portion at a predetermined angle with respect to the axial direction of the axis to be measured, wherein at least the bottom of the concave portion has the base material exposed, and the bottom of the concave portion has A torque detecting device using a shaft to be measured whose surface is subjected to a surface hardening treatment through an exposed portion.
【請求項4】 凹状部の底部で露出した部分の表面のビ
ッカースさがHv600以上であることを特徴とする
請求項3に記載のトルク検出装置。
4. A bead on a surface of a portion exposed at the bottom of the concave portion.
Vickers torque detecting apparatus according to claim 3, hard Saga Hv600 or der wherein Rukoto.
【請求項5】 凹状部の底部露出した部分はビッカー
硬さHv550以上の有効硬化層深さが0.2mm以
であることを特徴とする請求項3または4に記載のト
ルク検出装置。
5. A portion exposed at the bottom of the concave portion Vickers
Scan torque detecting apparatus according to claim 3 or 4 Hardness Hv550 or more effective hardened layer depth, characterized in der Rukoto than 0.2 mm.
【請求項6】 表面硬化処理は、浸炭,浸炭窒化,窒化
などの化学的熱処理加工と、ショットピーニング,冷間
圧延,冷間鍛伸などの物理的機械加工のうちから選択さ
れる少なくともいずれかによるものであることを特徴と
する請求項3ないしのいずれかに記載のトルク検出装
置。
6. The surface hardening treatment is at least one selected from chemical heat treatment such as carburizing, carbonitriding, nitriding, and physical machining such as shot peening, cold rolling and cold forging. The torque detecting device according to any one of claims 3 to 5 , characterized in that:
【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、前記被測定軸の
磁歪成分を検出する検出手段を具備してなるトルク検出
装置の前記被測定軸を製造するにあたり、前記被測定軸
の基体として表面硬化処理により高降伏点を有するもの
となる材料を用い、前記基体の表面に高磁歪材料を溶融
・接合させたのち、前記被測定軸の少なくとも高磁歪材
料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定の角度
をなす凹状部および/または凸状部を形成し、少なくと
も凹状部の底部で前記基体材料を露出させて、前記凹状
部の底部で露出した部分を介して基体に表面硬化処理を
施すことを特徴とするトルク検出装置用被測定軸の製造
方法。
7. A torque detecting device 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 of the shaft to be measured. In manufacturing the shaft to be measured in the apparatus, a material having a high yield point by surface hardening treatment is used as a base of the shaft to be measured, and a high magnetostrictive material is melted on the surface of the base.
After joining , a concave portion and / or a convex portion at a predetermined angle with respect to the axial direction of the measured shaft are formed at least in the high magnetostrictive material portion of the measured shaft. A method for manufacturing a shaft to be measured for a torque detecting device, wherein the base material is exposed at a bottom portion, and a surface hardening process is performed on the base material through a portion exposed at a bottom portion of the concave portion.
【請求項8】 凹状部の底部露出部分において表面の
ビッカース硬さがHv600以上となる表面硬化処理を
施すことを特徴とする請求項7に記載のトルク検出装置
用被測定軸の製造方法。
8. The surface of the surface at the exposed portion at the bottom of the concave portion .
The method for manufacturing a shaft to be measured for a torque detecting device according to claim 7, wherein a surface hardening treatment is performed so that Vickers hardness becomes Hv600 or more .
【請求項9】 凹状部の底部露出部分においてビッカ
ース硬さがHv550以上の有効硬化層深さが0.2m
m以上となる表面硬化処理を施すことを特徴とする請求
項7または8に記載のトルク検出装置用被測定軸の製造
方法。
9. A vicker at an exposed portion at the bottom of the concave portion.
Over scan hardness Hv550 or more effective case depth is 0.2m
production method of the measurement axis torque detecting apparatus according to claim 7 or 8, characterized by applying surface hardening treatment to be more m.
【請求項10】 表面硬化処理は、浸炭,浸炭窒化,窒
化などの化学的熱処理加工と、ショットピーニング,冷
間圧延,冷間鍛伸などの物理的機械加工のうちから選択
される少なくともいずれかによるものであることを特徴
とする請求項7ないしのいずかに記載のトルク検出装
置用被測定軸の製造方法。
10. The surface hardening treatment is at least one selected from chemical heat treatment such as carburizing, carbonitriding, nitriding, and physical machining such as shot peening, cold rolling and cold forging. 10. The method of manufacturing a shaft to be measured for a torque detecting device according to claim 7, wherein:
【請求項11】 鋼製軸基体の表面に高磁歪材料よりな
る肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を形成した被
測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体に浸炭適合
鋼材を用いて鋼製軸基体の表面に高磁歪材料よりなる肉
盛層を形成し、前記肉盛層を鋼材表面が露出するまで切
削することで前記凹凸状部の凹状部を形成し、その後浸
炭処理を行うことによって前記凹状部の底部で露出した
部分を介して基体の表面を浸炭により硬化させること
特徴とするトルク検出装置用被測定軸の製造方法。
11. A carburized layer is formed on a surface of a steel shaft base when forming a build-up layer made of a high magnetostrictive material on a surface of the steel shaft base and forming an uneven portion on the build-up layer. Using a compatible steel material on the surface of the steel shaft base
Forming a buildup layer, forming the concave portion of the uneven portion by cutting the overlay layer until the surface of the steel material is exposed, and then exposed at the bottom of the concave portion by performing carburizing treatment .
A method for manufacturing a shaft to be measured for a torque detecting device, wherein the surface of a base is hardened by carburization through a portion .
【請求項12】 鋼製軸基体の表面に高磁歪材料よりな
る肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を形成した被
測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体に窒化適合
鋼材を用いて鋼製軸基体の表面に高磁歪材料よりなる肉
盛層を形成し、前記肉盛層を鋼材表面が露出するまで切
削することで前記凹凸状部の凹状部を形成し、その後窒
化処理を行うことによって前記凹状部の底部で露出した
部分を介して基体の表面を窒化により硬化させること
特徴とするトルク検出装置用被測定軸の製造方法。
12. A method for manufacturing a shaft to be measured having a build-up layer made of a high magnetostrictive material on a surface of a steel shaft base and forming an uneven portion on the build-up layer, wherein the steel shaft base is nitrided. Using a compatible steel material on the surface of the steel shaft base
An embossed layer was formed, and the overlaid layer was cut until the steel material surface was exposed to form a concave portion of the uneven portion, and then exposed at the bottom of the concave portion by performing a nitriding treatment .
A method for manufacturing a shaft to be measured for a torque detecting device, wherein a surface of a base is hardened by nitriding through a portion .
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