JPH03282338A - Manufacture of torque sensor - Google Patents

Manufacture of torque sensor

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Publication number
JPH03282338A
JPH03282338A JP8465490A JP8465490A JPH03282338A JP H03282338 A JPH03282338 A JP H03282338A JP 8465490 A JP8465490 A JP 8465490A JP 8465490 A JP8465490 A JP 8465490A JP H03282338 A JPH03282338 A JP H03282338A
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JP
Japan
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magnetic
torque
transmission shaft
magnetic body
torque transmission
Prior art date
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Application number
JP8465490A
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Japanese (ja)
Inventor
Takatomo Hirai
隆大 平井
Masashi Sahashi
政司 佐橋
Tadahiko Kobayashi
忠彦 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8465490A priority Critical patent/JPH03282338A/en
Publication of JPH03282338A publication Critical patent/JPH03282338A/en
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Abstract

PURPOSE:To enhance the sensitivity of the torque sensor without any problem accompanying magnetic anisotropy given to a magnetic body by performing grooving or chemical substrate processing for the surface of a torque transmission shaft and then forming the magnetic body as a film. CONSTITUTION:At two positions on the surface of the torque transmission shaft 11 which is rotated by a driving source, a couple of V grooves are formed by lathing at +45 deg. and -45 deg. to the peripheral direction of the shaft 11. The magnetic body 12 is formed as the film at the part of the shaft 11 where the grooves are formed. The magnetic body 12 is formed of the alloy film of about specific 10<-5> magnetic strain. This constitution give the magnetic body 12 axes of easy magnetization in the running directions of the grooves to have uniaxial magnetic anisotropic properties K<1>uo and K<2>uo at +45 deg. and -45 deg. to the peripheral direction of the shaft 11. Cylindrical detection coils 131 ad 132 are provided in non-countact state with the magnetic body 12 and a cylindrical exciting coil 14 is also formed. This torque sensor has excellent linearity over a wide torque range.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は回転軸などに加えられたトルクを非接触で検出
するトルクセンサを製造する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a torque sensor that non-contactly detects torque applied to a rotating shaft or the like.

(従来の技術) 電動機、自動車などの回転駆動部において制御又は監視
を行う場合、トルクは最も基本的なパラメータとして利
用される。例えば、開発の盛んな各種車載電装システム
(パワーステアリングシステム、トランスミッション制
御システム、エンジン制御システム、4輪駆動システム
、操舵システム)においても、トルク検出の重要性は高
い。
(Prior Art) Torque is used as the most basic parameter when controlling or monitoring rotary drive units such as electric motors and automobiles. For example, torque detection is also of high importance in various in-vehicle electrical systems (power steering systems, transmission control systems, engine control systems, four-wheel drive systems, steering systems) that are being actively developed.

近年、非晶質磁性合金の薄帯に生じる磁気歪み効果を利
用し、トルクを非接触で検出することができるトルクセ
ンサが提案されている(電気学会マグネティックス研究
会資料MAG−81−72)。
In recent years, a torque sensor has been proposed that can detect torque without contact by utilizing the magnetostrictive effect that occurs in a ribbon of amorphous magnetic alloy (IEE of Japan Magnetics Study Group Material MAG-81-72). .

このトルクセンサの原理を第11図を参照して説明する
。第12図において、トルクを検出すべき回転軸、すな
わちトルク伝達軸1には非晶質磁性合金薄帯からなる磁
性体2か巻回されて固定されている。この磁性体2には
、予めトルク伝達軸1の周方向3に対して角度θ(≠0
)の方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性K。。が付
与されている。
The principle of this torque sensor will be explained with reference to FIG. In FIG. 12, a magnetic body 2 made of an amorphous magnetic alloy ribbon is wound and fixed around a rotating shaft on which torque is to be detected, that is, a torque transmission shaft 1. This magnetic body 2 has an angle θ (≠0
) is the uniaxial magnetic anisotropy K with the direction of the easy magnetization axis. . has been granted.

また、この磁性体2に近接して励磁コイル及び検出コイ
ルが配置され、この検出コイルは図示し、ない検出回路
に接続されている。
Further, an excitation coil and a detection coil are arranged close to the magnetic body 2, and the detection coil is connected to a detection circuit (not shown).

このような構成のトルクセンサを用い、以下のようにし
てトルクを検出することができる。ここで、説明を簡単
にするために、θ−45@、飽和磁歪定数λ5〉0とす
る。いま、軸1に破線矢印で示すトルクTが加わると、
軸1に発生した表面歪み応力σが磁性体2に伝達され、
磁性体2にはトルク伝達軸1の周方向に対して+45″
の方向に張力σが、−45”の方向に圧縮応力−σがそ
れぞれ発生する。これに伴って、磁性体2には磁気歪み
効果によって、+45°の方向に応力誘起磁気異方性に
、、(K、、−3λ、・σ)が誘導される。この結果、
K、。とに1.とが合成されて一軸磁気異方性はK w
xに変化する。この場合、磁性体2の内部を通過する磁
束の向きが一定であれば、−軸磁気異方性が変化するこ
とにより、磁性体2における磁束貫通方向の透磁率が変
化する。したがって、この透磁率変化を、検出コイル及
びこれに接続された検出回路により測定することができ
、その値から軸1に加えられたトルクTを求めることが
できる。
Using the torque sensor having such a configuration, torque can be detected in the following manner. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that θ-45@ and the saturation magnetostriction constant λ5>0. Now, when torque T shown by the broken line arrow is applied to shaft 1,
The surface strain stress σ generated on the shaft 1 is transmitted to the magnetic body 2,
The magnetic body 2 has a diameter of +45″ with respect to the circumferential direction of the torque transmission shaft 1.
A tension force σ is generated in the direction of , and a compressive stress -σ is generated in the direction of -45''.Accompanyingly, due to the magnetostriction effect, the magnetic body 2 exhibits stress-induced magnetic anisotropy in the direction of +45°. , (K,, −3λ, ·σ) is induced. As a result,
K. Toni 1. are combined and the uniaxial magnetic anisotropy is K w
Changes to x. In this case, if the direction of the magnetic flux passing through the inside of the magnetic body 2 is constant, the magnetic permeability of the magnetic body 2 in the magnetic flux penetration direction changes as the -axis magnetic anisotropy changes. Therefore, this change in magnetic permeability can be measured by a detection coil and a detection circuit connected thereto, and the torque T applied to the shaft 1 can be determined from the measured value.

ところで、前述した原理に基づくトルクセンサにおいて
は、磁性体2に予め一軸磁気異方性Ku。
By the way, in the torque sensor based on the above-described principle, the magnetic body 2 has uniaxial magnetic anisotropy Ku in advance.

を付与しておく必要がある。特に、このトルクセンサに
より、正転時及び逆転時のトルクを直線性よく検出する
ためには、トルク伝達軸の周方向に対してそれぞれ+θ
及び−θ(0°、90″180″270@を除く)の方
向に予め一軸磁気異方性に6゜を付与した1対の磁性体
と、これらの磁性体の磁気特性変化を検出するための差
動結合された1対の検出コイル又は検出ヘッドを用いて
トルクセンサを構成する必要がある。
must be given. In particular, in order to use this torque sensor to detect the torque during forward rotation and reverse rotation with good linearity, it is necessary to
and -θ (excluding 0°, 90″180″270@), a pair of magnetic bodies with uniaxial magnetic anisotropy of 6° in advance, and for detecting changes in the magnetic properties of these magnetic bodies. It is necessary to construct a torque sensor using a pair of differentially coupled detection coils or detection heads.

磁性体に一軸磁気異方性に5oを付与するには、従来、
以下のような方法が知られているが、これらの方法には
いずれも問題がある。
Conventionally, in order to impart uniaxial magnetic anisotropy of 5o to a magnetic material,
The following methods are known, but all of these methods have problems.

■トルク伝達軸の径に合わせて非晶質磁性合金からなる
環状の磁性体を作製し、熱処理して内部応力を除去した
後、これをトルク伝達軸に挿着し、軸にねじりを与えた
状態で接着し、軸のねじりを戻す方法。しかし、この方
法では、予め軸の径に合わせて環状の磁性体を作製する
必要がある、軸にねじりを与える必要がある、など工程
の煩雑化を招くという問題がある。
■We fabricated an annular magnetic body made of amorphous magnetic alloy to match the diameter of the torque transmission shaft, heat-treated it to remove internal stress, and then inserted it into the torque transmission shaft to give the shaft a torsion. How to glue it in place and untwist the shaft. However, this method has the problem of complicating the process, such as the need to prepare an annular magnetic body in advance to match the diameter of the shaft and the need to twist the shaft.

■磁性体を軸に接着固定する前に、予め磁性体に磁界中
熱処理・冷却を施すことにより、−軸磁気異方性を導入
する方法。しかし、この方法では、非常に手間がかかり
量産性に欠ける上、長尺磁性体には適用が困難であるな
ど磁性体の寸法及び形状が制限される。
■A method of introducing -axis magnetic anisotropy by subjecting the magnetic material to heat treatment and cooling in a magnetic field before adhering and fixing the magnetic material to the shaft. However, this method is very time-consuming and lacks mass productivity, and is difficult to apply to long magnetic bodies, which limits the size and shape of the magnetic body.

■軸に非晶質合金を例えば熱間静水圧圧縮法(HI P
)により接合して結晶化した後、この合金の一部にレー
ザパルスを照射して縞状に非晶質化する方法(特開昭6
3−2H478号公報)。この方法では、磁性体は結晶
質及び非晶質が交互に縞状に配列された構造となるため
、磁気異方性を付与することができる。また、この方法
では、磁性体の接合耐久性が良好となる。しかし、この
方法では、高価なレーザ照射装置が必要になる、レーザ
で磁性体の表面を改質すると程度の差はあれ磁性体がも
ろくなる、などの問題がある。
■For example, by hot isostatic pressing (HIP), an amorphous alloy is
), the alloy is bonded and crystallized, and then a part of this alloy is irradiated with laser pulses to form amorphous stripes (Japanese Patent Laid-Open No. 6
3-2H478). In this method, the magnetic material has a structure in which crystalline and amorphous materials are arranged alternately in stripes, so that magnetic anisotropy can be imparted to the magnetic material. In addition, this method provides good bonding durability of the magnetic material. However, this method has problems, such as requiring an expensive laser irradiation device and modifying the surface of the magnetic material with a laser, making the magnetic material more or less brittle.

■気相成長法を用いて軸の表面に磁性体を形成する方法
(特願昭5111−150988号公報)。この方法は
軸の表面への磁性体の固定という点では優れている。し
かし、この公報には、軸の表面に形成された磁性体に磁
気異方性を付与する具体的な手段が開示されておらず、
この点に問題がある。
(2) A method of forming a magnetic material on the surface of the shaft using a vapor phase growth method (Japanese Patent Application No. 5111-150988). This method is superior in terms of fixing the magnetic material to the surface of the shaft. However, this publication does not disclose any specific means for imparting magnetic anisotropy to the magnetic material formed on the surface of the shaft.
There is a problem with this point.

トルクセンサを車載電装システムなどに応用するにあた
っては、磁性体への磁気異方性の導入に対する対策が非
常に重要である。
When applying torque sensors to in-vehicle electrical systems, it is extremely important to take measures against the introduction of magnetic anisotropy into magnetic materials.

(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は、磁性体への磁気異方性の導入に付随す
る問題がなく、しかも感度の高いトルクセンサを製造し
得る方法を提供することにある。
(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a highly sensitive torque sensor without the problems associated with introducing magnetic anisotropy into a magnetic material.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 本発明のトルクセンサの製造方法は、磁歪を有する磁性
体をトルク伝達軸表面に回定し、該軸に加えられたトル
クにより、前記磁性体の磁気特性が変化することを利用
してトルクの検出を行うトルクセンサを製造するにあた
り、前記トルク伝連軸の表面にその周方向に対して所定
の方向に沿って溝加工又は化学的下地処理を施した後、
磁性体を成膜することにより、所定方向に磁気異方性を
生じさせることを特徴とすることを特徴とするものであ
る。
[Structure of the Invention (Means for Solving the Problems)] The method for manufacturing a torque sensor of the present invention includes rotating a magnetic material having magnetostriction on the surface of a torque transmission shaft, and applying torque to the shaft to In manufacturing a torque sensor that detects torque by utilizing changes in the magnetic properties of a body, the surface of the torque transmission link shaft is grooved or chemically coated along a predetermined direction with respect to its circumferential direction. After processing,
It is characterized in that magnetic anisotropy is produced in a predetermined direction by forming a film of a magnetic material.

本発明において、トルク伝達軸に溝を形成する具体的な
加工方法としては、■旋盤加工によりトルク伝達軸の表
面に螺旋状の溝を形成する方法、■比較的粗粒の研磨紙
などを用い、トルク伝達軸を研磨して研摩傷をつける方
法、■トルク伝達軸にフォトレジストを塗布し、露光・
現像して所定のレジストパターンを形成した後、露出し
たトルク伝達軸をエツチングする方法、などが挙げられ
る。
In the present invention, specific processing methods for forming grooves on the torque transmission shaft include: (1) forming spiral grooves on the surface of the torque transmission shaft by lathe processing, (2) using relatively coarse abrasive paper, etc. , Method of polishing the torque transmission shaft to create polishing scratches, ■ Applying photoresist to the torque transmission shaft, exposing and
Examples include a method of developing to form a predetermined resist pattern and then etching the exposed torque transmission shaft.

溝の形状は、角型、V型、U型などいずれでもよく、特
に限定されない。溝の幅及び間隔は、10#−10■l
程度が好ましい。また、溝の深さはlIn〜1鰭程度が
好ましい。
The shape of the groove may be square, V-shaped, U-shaped, etc., and is not particularly limited. The width and spacing of the grooves are 10#-10■l
degree is preferred. Further, the depth of the groove is preferably about lIn to 1 fin.

また、トルク伝達軸に化学的下地処理を施す方法として
は、トルク伝達軸に磁性体が成長しにくい油膜、樹脂な
どを塗布し、所定の方向に沿ってレーザなどの高エネル
ギー密度ビームを照射して、その部分の油膜、樹脂など
を除去する方法、などが挙げられる。この場合、後の工
程で磁性体を成膜する際に、油膜、樹脂などがある部分
とない部分とで、磁性体の成長速度が異なるので、成膜
される磁性体に凹凸が生じる。
In addition, a method of chemically pretreating the torque transmission shaft is to coat the torque transmission shaft with an oil film, resin, etc. that prevents the growth of magnetic substances, and then irradiate the torque transmission shaft with a high energy density beam such as a laser in a predetermined direction. Then, there is a method of removing oil film, resin, etc. from that part. In this case, when the magnetic material is formed into a film in a later step, the growth rate of the magnetic material differs depending on the area where there is an oil film, resin, etc. and the area where it is not, so that unevenness occurs in the formed magnetic material.

化学的下地処理の幅及び間隔は、l−〜5■■程度が好
ましい。
The width and interval of the chemical base treatment is preferably about 1- to 5■■.

このような溝加工や化学的下地処理は、後の工程で成膜
される磁性体に一輪磁気異方性が生じるように、トルク
伝達軸の周方向に対して所定の方向に沿って施される。
Such groove processing and chemical surface treatment are performed along a predetermined direction with respect to the circumferential direction of the torque transmission shaft so that single-ring magnetic anisotropy occurs in the magnetic material that is formed in a later process. Ru.

溝加工や化学的下地処理の方向は、主応力方向、すなわ
ちトルク伝達軸の周方向に対して±45″の方向が望ま
しいが、周方向に対して0°より大きく、90″未満の
任意の角度をなす方向であればよい。
The direction of groove machining and chemical surface treatment is preferably ±45" with respect to the principal stress direction, that is, the circumferential direction of the torque transmission shaft, but any direction greater than 0° and less than 90" with respect to the circumferential direction is preferable. Any direction that forms an angle is sufficient.

本発明において、トルク伝達軸上に磁性体を成膜する具
体的な方法としては、■メツキ法、■スパッタ法などの
気相成長法、などが挙げられる。
In the present invention, specific methods for forming a magnetic film on the torque transmission shaft include (1) a plating method, (2) a vapor phase growth method such as a sputtering method, and the like.

ただし、軟磁気特性の示す磁性体が得られるように、製
造に関するパラメータ(例えばスパッタ法におけるAr
圧など)を適当に選択することが好ましい。また、膜の
厚さは、l 00nm−1■m程度が好ましい。
However, in order to obtain a magnetic material exhibiting soft magnetic properties, manufacturing parameters (for example, Ar
It is preferable to appropriately select the pressure (pressure, etc.). Further, the thickness of the film is preferably about 100 nm-1 μm.

(作 用) 本発明の方法では、トルク伝達軸の表面にその周方向に
対して所定の方向に沿って溝加工又は化学的下地処理を
施した後、磁性体を成膜すると、磁性体がトルク伝達軸
表面の凹凸にならって均一な膜厚で形成されるか、又は
磁性体がトルク伝達軸表面の凹凸又は化学的下地処理に
応じて異なる膜厚で形成される。磁性体の膜が前記のい
ずれの状態になるかは、溝の幅、深さ、磁性体の膜厚な
どによって決まる。そして、前者の場合には、磁性体に
所定の方向に形状磁気異方性が生じる。また、後者の場
合には、磁性体の膜厚の違いによって、磁気特性、特に
透磁率に差が生じ、所定の方向に磁気異方性が生じる。
(Function) In the method of the present invention, when a magnetic material is formed on the surface of the torque transmission shaft after groove processing or chemical surface treatment is performed along a predetermined direction with respect to its circumferential direction, the magnetic material is formed into a film. The magnetic material may be formed with a uniform thickness following the unevenness of the surface of the torque transmission shaft, or the magnetic material may be formed with a different thickness depending on the unevenness of the surface of the torque transmission shaft or chemical base treatment. Which of the above states the magnetic film is in depends on the width and depth of the groove, the thickness of the magnetic film, etc. In the former case, shape magnetic anisotropy occurs in the magnetic body in a predetermined direction. In the latter case, differences in magnetic properties, particularly magnetic permeability, occur due to differences in the film thickness of the magnetic material, resulting in magnetic anisotropy in a predetermined direction.

本発明の方法を用いれば、従来、磁性体に磁気異方性を
導入するために必要とされていた処理、例えば環状磁性
体の作製と軸にねじりを与える作業、磁界中熱処理・冷
却、レーザビーム照射などが不必要となり、しかもトル
ク伝達軸に磁性体を強固に固定することができる。また
、磁界中熱処理、レーザビーム照射などによる磁性体の
脆化の問題も生じない。
By using the method of the present invention, treatments that were conventionally required to introduce magnetic anisotropy into a magnetic material, such as manufacturing an annular magnetic material and twisting the axis, heat treatment/cooling in a magnetic field, laser treatment, etc. There is no need for beam irradiation, and the magnetic material can be firmly fixed to the torque transmission shaft. Further, the problem of embrittlement of the magnetic material due to heat treatment in a magnetic field, laser beam irradiation, etc. does not occur.

なお、本発明の方法と同様な方法として、トルク伝達軸
の一部をマスキングして磁性体を選択的に成膜する方法
が考えられる。しかし、トルク伝達軸の一部をマスキン
グする方法は、本発明における溝加工や化学的下地処理
に比べてはるかに煩雑であり、実用性に劣る。また、ト
ルク伝達軸の一部をマスキングして磁性体を選択的に成
膜すると、磁性体の膜が非連続的に形成された状態とな
り、磁気回路中に大きな磁気抵抗が入るため、トルク検
出感度が低下する。これに対して本発明の方法では、磁
性体の膜が連続的に形成されるため、トルク検出感度が
低下することはない。
Note that, as a method similar to the method of the present invention, a method of selectively forming a film of magnetic material by masking a part of the torque transmission shaft can be considered. However, the method of masking a portion of the torque transmission shaft is far more complicated and less practical than the groove machining and chemical surface treatment in the present invention. In addition, if a part of the torque transmission shaft is masked and a magnetic material is selectively deposited, the magnetic material film will be formed discontinuously and a large magnetic resistance will be introduced into the magnetic circuit, causing torque detection. Sensitivity decreases. On the other hand, in the method of the present invention, since the magnetic film is continuously formed, the torque detection sensitivity does not decrease.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施例1 第1図は本発明の一実施例に係るトルクセンサの概略的
な構成図である。第1図において、図示しないモータな
どの駆動源によって回転する直径20 amのトルク伝
達軸11の表面の2個所には、旋盤加工により、第2図
に示すような幅0.5鰭、深さ0.5mmのV溝が、0
.1mm間隔で、トルク伝達軸11の周方向に対して+
456及び−45@の方向に1対設けられている。トル
ク伝達軸11の溝が形成された部分には、磁性体12が
成膜されている。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic diagram of a torque sensor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, two parts of the surface of the torque transmission shaft 11 with a diameter of 20 am, which is rotated by a drive source such as a motor (not shown), are machined with a lathe to have a width of 0.5 fins and a depth as shown in FIG. 0.5mm V groove, 0
.. + in the circumferential direction of the torque transmission shaft 11 at 1 mm intervals.
One pair is provided in the 456 and -45@ directions. A magnetic material 12 is deposited on the portion of the torque transmission shaft 11 where the groove is formed.

この磁性体12は、スパッタ法により形成された、(F
 eo、2 C00,8) 711S i s B14
なる組成を有する磁歪定数10−5程度の合金膜からな
っている。その膜厚は約201である。
This magnetic body 12 is formed by a sputtering method (F
eo, 2 C00, 8) 711S i s B14
It is made of an alloy film having a composition and a magnetostriction constant of about 10-5. Its film thickness is approximately 20 mm.

このような構造により、溝の走る方向が磁性体12の磁
化容易軸となり、磁性体12にトルク伝達軸11の周方
向に対してそれぞれ+45° −45°の方向に一軸磁
気異方性に3゜、K−〇が導入される。
With such a structure, the direction in which the groove runs becomes the axis of easy magnetization of the magnetic body 12, and the magnetic body 12 has uniaxial magnetic anisotropy of 3 in the direction of +45° -45° with respect to the circumferential direction of the torque transmission shaft 11.゜, K-〇 are introduced.

トルク伝達軸11の溝が形成された部分の外周には、磁
性体12に非接触の状態で、円筒状の検出巻線131 
132が施されている。また、検出巻線131 13□
の外周には、円筒状の励磁巻線14が施されている。こ
れら検出巻線131 132及び励磁巻線14は、図示
しない非磁性体からなる巻枠に0.3+am径の導線を
、検出巻線131 132の場合100回、励磁巻線1
4の場合300回巻回したものである。
A cylindrical detection winding 131 is installed on the outer periphery of the grooved portion of the torque transmission shaft 11 without contacting the magnetic body 12.
132 has been applied. In addition, the detection winding 131 13□
A cylindrical excitation winding 14 is provided on the outer periphery of the coil. These detection windings 131 and 132 and the excitation winding 14 are connected to a winding frame made of a non-magnetic material (not shown), and a conducting wire of 0.3+am diameter is connected to the excitation winding 1 100 times in the case of the detection windings 131 and 132.
In case of No. 4, it is wound 300 times.

第9図は本実施例のトルクセンサの回路構成を示すブロ
ック図である。第5図において、発振器21により10
0kHzの正弦波励磁電流を発生させ、増幅器22によ
り増幅し、励磁巻線14に印加する。
FIG. 9 is a block diagram showing the circuit configuration of the torque sensor of this embodiment. In FIG. 5, the oscillator 21 generates 10
A sinusoidal excitation current of 0 kHz is generated, amplified by the amplifier 22, and applied to the excitation winding 14.

この結果、磁性体12+ 、12□には交番磁界が加わ
る。そして、前述した原理に従って、検出巻線13+ 
、13□により得られる検出信号が、差動増幅器23.
24.25を介して同期検波器26により整流されて、
トルク変化に応じて変化する直流のトルク信号が得られ
る。
As a result, an alternating magnetic field is applied to the magnetic bodies 12+ and 12□. Then, according to the principle described above, the detection winding 13+
, 13□ is sent to the differential amplifier 23.
24, rectified by a synchronous detector 26 via 25,
A DC torque signal that changes in response to torque changes is obtained.

以上のような構成のトルクセンサを用い、トルクの検出
特性を測定した結果を第10図に示す。第10図から明
らかなように、本実施例のトルクセンサは、広いトルク
範囲にわたって良好な直線性を示す。
FIG. 10 shows the results of measuring the torque detection characteristics using the torque sensor configured as described above. As is clear from FIG. 10, the torque sensor of this example exhibits good linearity over a wide torque range.

実施例2 旋盤加工によりトルク伝達軸11の表面に第2図に示す
V溝を形成する代わりに、フオトエ・ソチングによりト
ルク伝達軸11の表面に第3図に示すような幅0.05
+nm、深さ0.1wのU溝が、0.05+am間隔で
、トルク伝達軸11の周方向に対して+45″及び−4
5″の方向に1対設けた以外は、実施例1と同様にして
第1図に示す構造を形成した。
Embodiment 2 Instead of forming the V-groove shown in FIG. 2 on the surface of the torque transmission shaft 11 by lathe processing, a width of 0.05 as shown in FIG.
+nm, depth 0.1w U grooves are spaced at 0.05+am intervals, +45'' and -4 in the circumferential direction of the torque transmission shaft 11.
The structure shown in FIG. 1 was formed in the same manner as in Example 1 except that one pair was provided in the 5'' direction.

その他の検出巻線13113□、励磁巻線14及び回路
構成は実施例1の場合と同様である。このトルクセンサ
でも、第1O図と同様な直線性の良好なトルク検出特性
が得られた。
The other detection winding 13113□, excitation winding 14, and circuit configuration are the same as in the first embodiment. With this torque sensor as well, torque detection characteristics with good linearity similar to those shown in FIG. 1O were obtained.

なお、実施例1の場合には、第4図に示すように、磁性
体12はトルク伝達軸11表面の凹凸にならって均一な
膜厚で形成されている。一方、実施例2の場合には、第
6図に示すように、磁性体12はトルク伝達軸11表面
の凹凸に応じて異なる膜厚で形成されている。また、第
4図と第6図との中間的な状態として、第5図に示すよ
うに磁性体12が形成される場合もある。これらの違い
は、溝の幅、深さ、磁性体12の膜厚によって決まるが
、いずれの場合も磁性体12には磁気異方性が生じる。
In the case of the first embodiment, as shown in FIG. 4, the magnetic body 12 is formed to have a uniform thickness following the irregularities on the surface of the torque transmission shaft 11. On the other hand, in the case of the second embodiment, as shown in FIG. 6, the magnetic body 12 is formed with different thicknesses depending on the unevenness of the surface of the torque transmission shaft 11. Moreover, as an intermediate state between FIG. 4 and FIG. 6, the magnetic body 12 may be formed as shown in FIG. 5. These differences are determined by the width and depth of the groove, and the thickness of the magnetic material 12, but in any case, magnetic anisotropy occurs in the magnetic material 12.

また、トルク伝達軸11に化学的下地処理を施した後、
磁性体12を成膜することにより、磁性体12に磁気異
方性を導入してもよい。この方法を第7図及び第8図を
参照して説明する。第7図に示すように、トルク伝達軸
11の表面に油膜35を塗布する。そして、トルク伝達
軸11を回転しながら、その表面の油膜35に、レーザ
発振器32からのレーザ光をミラー33及びレンズ34
により走査させながら照射する。この結果、トルク伝達
軸11表面では、その周方向に対して所定方向に沿って
、油膜35が除去された部分36が形成される。この後
、磁性体12をスパッタすると、油膜35がある部分と
ない部分36とで、磁性体12の成長速度が異なるので
、第8図に示すように、成膜される磁性体12に凹凸が
でき磁性体12に磁気異方性が生じる。
In addition, after applying a chemical base treatment to the torque transmission shaft 11,
Magnetic anisotropy may be introduced into the magnetic material 12 by forming the magnetic material 12 into a film. This method will be explained with reference to FIGS. 7 and 8. As shown in FIG. 7, an oil film 35 is applied to the surface of the torque transmission shaft 11. While rotating the torque transmission shaft 11, the laser beam from the laser oscillator 32 is applied to the oil film 35 on the surface of the mirror 33 and the lens 34.
irradiate while scanning. As a result, a portion 36 from which the oil film 35 has been removed is formed on the surface of the torque transmission shaft 11 along a predetermined direction with respect to its circumferential direction. After that, when the magnetic material 12 is sputtered, the growth rate of the magnetic material 12 is different between the part with the oil film 35 and the part 36 without it, so as shown in FIG. As a result, magnetic anisotropy occurs in the magnetic body 12.

また、前記実施例では励磁巻線I4を用い、第9図に示
す回路構成でトルク検出を行ったが、励磁巻線を用いず
に、第11図に示す回路構成でトルク検出を行ってもよ
い。第11図において、発振器21て発生された正弦波
電流は増幅器22て増幅される。
Further, in the above embodiment, the excitation winding I4 was used to detect torque with the circuit configuration shown in FIG. 9, but torque detection could also be performed with the circuit configuration shown in FIG. 11 without using the excitation winding. good. In FIG. 11, a sinusoidal current generated by an oscillator 21 is amplified by an amplifier 22. In FIG.

増幅器22の出力端には検出巻線13.と抵抗R1との
直列回路及び検出巻線132と抵抗R2(R2−R+)
との直列回路からなるブリッジ回路が接続されている。
A detection winding 13. is connected to the output terminal of the amplifier 22. and a series circuit with the resistor R1, the detection winding 132, and the resistor R2 (R2-R+)
A bridge circuit consisting of a series circuit with is connected.

また、発振器21で発生された正弦波電流は参照信号発
生器27に入力され、ここで発生した信号が位相検波器
28に出力される。そして、ブリッジ回路の検出端には
差動増幅器23が接続され、その出力が位相検波器28
で検波されてトルク出力を得ることができる。
Further, the sine wave current generated by the oscillator 21 is input to the reference signal generator 27, and the signal generated here is output to the phase detector 28. A differential amplifier 23 is connected to the detection end of the bridge circuit, and its output is sent to a phase detector 28.
can be detected and torque output can be obtained.

[発明の効果コ 以上詳述したように本発明のトルクセンサの製造方法で
は、トルク伝達軸の表面にその周方向に対して所定の方
向に沿って溝加工又は化学的下地処理を施した後、磁性
体を成膜するという簡便な手段で、磁性体に磁気異方性
を導入することができる。また、磁性体への磁気異方性
の導入に伴う脆化などの問題を生じることがなく、トル
ク検出特性も優れている。
[Effects of the Invention] As detailed above, in the method for manufacturing a torque sensor of the present invention, after the surface of the torque transmission shaft is subjected to groove processing or chemical surface treatment along a predetermined direction with respect to its circumferential direction, , magnetic anisotropy can be introduced into a magnetic material by a simple means of forming a film of the magnetic material. Further, problems such as embrittlement due to the introduction of magnetic anisotropy into the magnetic material do not occur, and torque detection characteristics are also excellent.

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

第1図は本発明の実施例におけるトルクセンサの概略構
成図、第2図及び第3図はそれぞれ本発明の実施例1.
2でトルク伝達軸に形成された溝の形状を示す断面図、
第4図〜第6図は本発明の実施例におけるトルク伝達軸
に形成された溝の形状による磁性体の被覆状態を示す説
明図、第7図は本発明の他の実施例におけるトルク伝達
軸の化学的下地処理の方法を示す説明図、第8図はトル
ク伝達軸の化学的下地処理後に成膜された磁性体の状態
を示す説明図、第9図は本発明に係るトルクセンサの回
路構成を示すブロック図、第10図は本発明に係るトル
クセンサによるトルク検出特性を示す喪性図、第11図
は本発明の他の実施例におけるトルクセンサの回路構成
を示すブロック図、第12図は本発明に係るトルクセン
サの原理を示す説明図である。 11・・・トルク伝達軸、12・・・磁性体、13. 
13□・・検出巻線、14・・・励磁巻線、21・・・
発振器、22・・・増幅器、23.24.25・・・差
動増幅器、26・・・同期検波器、27・・・参照信号
発生器、28・・・位相検波器。 第1図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a torque sensor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are a schematic diagram of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the shape of the groove formed in the torque transmission shaft;
Figures 4 to 6 are explanatory diagrams showing the state of coating of the magnetic material according to the shape of the groove formed on the torque transmission shaft in the embodiment of the present invention, and Figure 7 is the torque transmission shaft in another embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the state of the magnetic material formed after the chemical base treatment of the torque transmission shaft, and FIG. 9 is a circuit of the torque sensor according to the present invention. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the torque sensor according to the present invention; FIG. 11 is a block diagram showing the circuit configuration of the torque sensor according to another embodiment of the present invention; FIG. The figure is an explanatory diagram showing the principle of the torque sensor according to the present invention. 11... Torque transmission shaft, 12... Magnetic body, 13.
13□...Detection winding, 14...Excitation winding, 21...
Oscillator, 22... Amplifier, 23.24.25... Differential amplifier, 26... Synchronous detector, 27... Reference signal generator, 28... Phase detector. Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  磁歪を有する磁性体をトルク伝達軸表面に固定し、該
軸に加えられたトルクにより、前記磁性体の磁気特性が
変化することを利用してトルクの検出を行うトルクセン
サを製造するにあたり、前記トルク伝達軸の表面にその
周方向に対して所定の方向に沿って溝加工又は化学的下
地処理を施した後、磁性体を成膜することにより、所定
方向に磁気異方性を生じさせることを特徴とするトルク
センサの製造方法。
In manufacturing a torque sensor in which a magnetic material having magnetostriction is fixed to the surface of a torque transmission shaft and the magnetic properties of the magnetic material change due to the torque applied to the shaft, torque is detected. Generating magnetic anisotropy in a predetermined direction by forming a film of magnetic material on the surface of a torque transmission shaft after performing groove processing or chemical base treatment along a predetermined direction with respect to its circumferential direction. A method for manufacturing a torque sensor characterized by:
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