JPH01257231A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（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。 ７！Ｓ６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＠２２の外周部に
、当該被＋１１１１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２
５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、ｌｉｈ
　２２にねじりトルクが加わると、この被測定軸２２の
？ａ気ひずみ効果によって、当該被測定軸２２目体の透
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に発生する誘
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
ヒステリシスを示す＠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
マ、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
を大さ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。 木発明者らは先に、特願ＩＩ／（６１〜２２６０６２号
などで、検出感度が大きく、ヒステリシスの小さいトル
クセンサ川波４１１定輛を開発してきたが、本発明では
、特にＳｉ　、Ａ文、Ｇｏ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。

【発明の構成］ （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＋１１１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
記隘路を形成する部分、もしくは全体が、重量％で、Ｃ
：０．１〜１．５％、Ｓｉ：４．０％以下（ただし、Ｃ
Ｏを含まない場合は０．５％以上）、Ｍｎ：３．０％以
下、Ａ文＝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：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、Ｈ
ｆ：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ずる磁歪成
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
説明する。 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：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は製鋼時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。 Ｍ　ｎ　：　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
、泪の焼入性を向」ニ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。 Ａ文：３．０％以下 Ａｎ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１乙さ
せたり、表面の耐厚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Ａｎ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：５．０％以下 ＣＯはＳｉ、Ａ！；Ｌ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図の幅りが大きくなる
）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図の幅りが小さくなる）傾向となるが、
感度が低下する（すなわち、第３図の角度０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、Ｓ
ｅ：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」二げする場合の加工特性を向上させる。 Ｃｕ：１．０％以ド Ｍ　ｏ　：　１　、０％以下 Ｃｕ　、　Ｍ　ｏ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、Ｃｕｉが多すぎると熱間加工
性が低下し、Ｍ　ｏ　ｉ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０．０
５％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、■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＃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ｅ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
どし処理などを施すことも必要に応じて望ましく、例え
ば、浸炭層のＣａ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ｉ！
１１１１足軸２の表面には、当該被Δ１１１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Ａ１１定袖２と一体に形成してあり、これら凹状部３
ａ、３ｂおよび凸状ｍ　４　ａ　、　４　ｂによって形
状磁気異方性を持つようにしである。 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
て設けである。 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７ｉ′ｌ！３ａ
および凸状部４ａと、他方の凹状部３ｂおよび凸状部４
ｂ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５ａ。 ５ｂの外側に、かつ被Δ１１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１！ＩＩＩ定袖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５ａ
、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を接わ
ｚ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１６．１
７より検出出力を取り出すことができるようにしである
。 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２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であるた
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４
ａ　、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１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ＬＩ＋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７２
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＋１．回路Ａ−Ｂ’−Ｃを流れる電流を１２
とすると、 となり、 ｎ　点（７）　’ｔｔｔ位■１は、　ｖ、＝ｉ、６１（
Ｂ′点の電位ｖ２は、Ｖ２＝ｉ２＊Ｒ となる。 ソコテ、Ｂ−Ｂ’（７）電位差は１ＶＩＶ２１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″Ｔ！は、凹状部３
ａ、３ｂ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ー、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ηＩＩ
Ｉ定輔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４　ａ　＋４ｂを一体に形成すること
によって被測定軸２としである。 そして、各々の被測定軸２は９１０℃で３時間浸炭した
後油中焼入れだ、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Δ１１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、５ｉｆｆｉ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、回しく第１図に示したトルクセンサ１において、
被３１１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１本発明例Ｎ００１〜Ｎｏ、１４ならびに比較例
Ｎｏ、１５．１６の被４１１定軸２に対しては同じ＜　
ｙ　１表に示す条件で熱処理を行った。 次いで、」二連した各被測定軸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。 ７ｉＩＪ１表に示した結果より明らかなように、未発Ｉ
！りの条件を！♂４足する本発明例Ｎｏ、１〜１４の被
１１１１１定４＋ｂ　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
較例陽、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ａｔ！Ｉ定軸２が、Ｃ：０．２０％。 Ｓｉ：０．２％および１．０％、　Ｍ　ｎ　：　０　、
７％、Ｃｕ：０．１％、Ｎｉ：０．１％、Ｃｒ：１．０
％、Ｍｏ：０．１５％、Ａ見：０．０３％、Ｃｏ：　　
（０，０１〜６．０）％を含む二種の鋼を各々素材とし
、ＣＯを０．０１％、０．５％、１．０％、２．０％、
３．０％、５．０％。 ６．０％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４１１１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としであ
る。 そして、各々の被４１１１定軸２は９１０°Ｃで３時間
浸炭した後油中焼入れだ、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ＮＩ６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、Ｇｏ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、本発明例陽、２１〜Ｎ０．３４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１本発明の条件を
満足する本発明倒動、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％を超える比較倒動、３５の場合やＮｉ含
有量が５．０％を超える比較例崩、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。 【発明の効果】 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　
：４．０％以下（ただし、ＣＯを含まない場合は０．５
％以上）、Ｍｎ：３．０％以下、Ａ１３．０％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、Ｃ
ｏ：０．５％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、　Ｍ　ｏ　：　１　、０％以下、Ｂ：０．０５
％以下、Ｗ＋　０．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ
：０．５タロ以下、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。

【図面の簡単な説明】

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）。 第１因 第２図 第５図 どど ′″　　チ 鰐

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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：３．
   ０％以下、Ａｌ：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。 （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：３．
   ０％以下、Ａｌ：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、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。 （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：３．
   ０％以下、Ａｌ：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、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）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：３．
   ０％以下、Ａｌ：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、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
   。 （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：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％
   以下、Ａｌ：３．０％以下、Ｃｏ：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。 （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：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％
   以下、Ａｌ：３．０％以下、Ｃｏ：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。 （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：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％
   以下、Ａｌ：３．０％以下、Ｃｏ：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。 （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：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％
   以下、Ａｌ：３．０％以下、Ｃｏ：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、Ｈ
   ｆ：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。