JPH0381630A - トルクセンサ軸 - Google Patents
トルクセンサ軸Info
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- JPH0381630A JPH0381630A JP21820689A JP21820689A JPH0381630A JP H0381630 A JPH0381630 A JP H0381630A JP 21820689 A JP21820689 A JP 21820689A JP 21820689 A JP21820689 A JP 21820689A JP H0381630 A JPH0381630 A JP H0381630A
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Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、トルクセンサ軸に係わり、殊にトルク−出
力特性を改善した高強度のトルクセンサ軸に関する。
力特性を改善した高強度のトルクセンサ軸に関する。
［従来の技術］
従来、いわゆる磁歪式トルクセンサ切トルクセンサ軸は
、その表面に、磁気異方性を付与するため、パターンを
設けである。磁気異方性は、トルク検出の際、印加トル
ク又は静トルクの大きさ及び方向を決定するためにトル
クセンサ軸の表面に人為的に付与された「磁束の流れの
方向」である。例えば第３図に示すように、トルクセン
サ軸１の表面に、軸方向に対し左右±４５度斜め方向に
溝３ａ１４ａでなる溝パターンを設けたものが知られる
（以下、構成とする）。この場合、磁束はトルクセンサ
軸母材部（山部３ｂ、４ｂ）を図示±４５度方向に流れ
る。ちなみに、同図のトルクセンサ軸１のトルク検出に
ついて述べる。仮に。
、その表面に、磁気異方性を付与するため、パターンを
設けである。磁気異方性は、トルク検出の際、印加トル
ク又は静トルクの大きさ及び方向を決定するためにトル
クセンサ軸の表面に人為的に付与された「磁束の流れの
方向」である。例えば第３図に示すように、トルクセン
サ軸１の表面に、軸方向に対し左右±４５度斜め方向に
溝３ａ１４ａでなる溝パターンを設けたものが知られる
（以下、構成とする）。この場合、磁束はトルクセンサ
軸母材部（山部３ｂ、４ｂ）を図示±４５度方向に流れ
る。ちなみに、同図のトルクセンサ軸１のトルク検出に
ついて述べる。仮に。
図示右方向から軸断面に対し９時計回りのわじりトルク
Ｔを印加する。このとき、トルクセンサ軸１は１図示４
５度右上方には引っ張り応力が発生し、逆に９図示４５
度左上方に圧縮応力が発生する。いわゆる主応力である
。他方、磁性体は応力が印加されると透磁率が変化する
という磁歪特性がある。これは、前記引っ張り応力が印
加されると透磁率は増加し、逆に圧縮応力が印加される
と透磁率は減少する。この磁歪特性を利用したものが磁
歪式トルクセンサである。即ち、トルクセンサ軸１にト
ルクＴが印加されると９１図示右側の山部３ｂは高透磁
率となり、逆に図示左側の山部４ｂは低透磁率となる。
Ｔを印加する。このとき、トルクセンサ軸１は１図示４
５度右上方には引っ張り応力が発生し、逆に９図示４５
度左上方に圧縮応力が発生する。いわゆる主応力である
。他方、磁性体は応力が印加されると透磁率が変化する
という磁歪特性がある。これは、前記引っ張り応力が印
加されると透磁率は増加し、逆に圧縮応力が印加される
と透磁率は減少する。この磁歪特性を利用したものが磁
歪式トルクセンサである。即ち、トルクセンサ軸１にト
ルクＴが印加されると９１図示右側の山部３ｂは高透磁
率となり、逆に図示左側の山部４ｂは低透磁率となる。
そこで、これら透磁率を検出系（本例の場合は差動結合
の検出センサ）で検出し、印加トルクＴの方向や大きさ
を検出する。
の検出センサ）で検出し、印加トルクＴの方向や大きさ
を検出する。
尚、上記差動結合による検出以外に９片側の異方性パタ
ーンのみでも同様に検出をすることができる。他の例と
して、上記溝穴の溝３ａ、４ａ内にトルクセンサ軸１の
磁気特性と異なる磁気特性の材質を埋め込んだものがあ
る（以下、溝充填式とする）。更に他の例として、トル
クセンサ軸の磁気特性と異なる磁気特性の材料（例えば
アモルファス膜）をトルクセンサ軸１の表面に、パター
ン化して付着せしめたものがある（以下、付着式とする
）。これら溝充填式と付着式とにおける磁束の流れは、
充填材又は付着材と、トルクセンサ軸材との磁気特性の
這い、即ち透磁率の高い側を磁束は流れるようになる。
ーンのみでも同様に検出をすることができる。他の例と
して、上記溝穴の溝３ａ、４ａ内にトルクセンサ軸１の
磁気特性と異なる磁気特性の材質を埋め込んだものがあ
る（以下、溝充填式とする）。更に他の例として、トル
クセンサ軸の磁気特性と異なる磁気特性の材料（例えば
アモルファス膜）をトルクセンサ軸１の表面に、パター
ン化して付着せしめたものがある（以下、付着式とする
）。これら溝充填式と付着式とにおける磁束の流れは、
充填材又は付着材と、トルクセンサ軸材との磁気特性の
這い、即ち透磁率の高い側を磁束は流れるようになる。
［発明が解決しようとする課題］
一般的に、上記従来のトルクセンサ軸は次に掲げる欠点
がある。溝穴は、トルクセンサ軸の母材強度を損ねると
いう欠点がある。溝充填式は幾分構戊の欠点を改善する
。付着式は、経時変化により、付着材が剥離するという
欠点がある。そこで次に１本発明に係わる従来技術の問
題点を説明する。尚説明に先立ち、高トルク伝達軸につ
いて先ず説明しておく。例えば大型の建設機械や鉱山機
械又は産業機械における高トルク伝達軸は、大型、かつ
、大トルクを伝達するのであるが、できるだけ安価な材
料で、できるだけ軸径を小さくして場積を小さくする必
要がある。このため、これら高トルク伝達軸は９通常、
焼入れ、浸炭又は窒化等の表面硬化処理を施している。
がある。溝穴は、トルクセンサ軸の母材強度を損ねると
いう欠点がある。溝充填式は幾分構戊の欠点を改善する
。付着式は、経時変化により、付着材が剥離するという
欠点がある。そこで次に１本発明に係わる従来技術の問
題点を説明する。尚説明に先立ち、高トルク伝達軸につ
いて先ず説明しておく。例えば大型の建設機械や鉱山機
械又は産業機械における高トルク伝達軸は、大型、かつ
、大トルクを伝達するのであるが、できるだけ安価な材
料で、できるだけ軸径を小さくして場積を小さくする必
要がある。このため、これら高トルク伝達軸は９通常、
焼入れ、浸炭又は窒化等の表面硬化処理を施している。
かかる高トルク伝達軸に対し、溝穴は上述の機械強度の
低下等の懸念により採用され難い。そこで、必然的に溝
充填式又は付着式を採用することになる。しかるに、従
来の溝充填式及び付着式は、トルクセンサ軸の母材より
も高透磁率の材料を使用している。
低下等の懸念により採用され難い。そこで、必然的に溝
充填式又は付着式を採用することになる。しかるに、従
来の溝充填式及び付着式は、トルクセンサ軸の母材より
も高透磁率の材料を使用している。
ところが、このような磁気異方性の付与は、高トルク伝
達軸に不向きな欠点を持っている。つまり表面硬化処理
を施した高トルク伝達軸の表面に高透磁率でなる４５度
角度の磁気異方性パターンを設けても、充填物又は付着
物の硬度が高トルク伝達軸の表面硬度よりも低いため、
正確なトルク検出をすることができなくなるという欠点
を生ずる。実験では、第２図の線Ｂのように、トルク−
出力特性にヒステリシスが起こる。これは、高トルク伝
達軸の表面硬度が充填物又は付着物の硬度よりも高けれ
ば高い程、顕著に現れる。
達軸に不向きな欠点を持っている。つまり表面硬化処理
を施した高トルク伝達軸の表面に高透磁率でなる４５度
角度の磁気異方性パターンを設けても、充填物又は付着
物の硬度が高トルク伝達軸の表面硬度よりも低いため、
正確なトルク検出をすることができなくなるという欠点
を生ずる。実験では、第２図の線Ｂのように、トルク−
出力特性にヒステリシスが起こる。これは、高トルク伝
達軸の表面硬度が充填物又は付着物の硬度よりも高けれ
ば高い程、顕著に現れる。
本発明は、かかる従来の問題点に着目し、トルク−出力
特性を改善した高強度のトルクセンサ軸を提供すること
を目的とする。
特性を改善した高強度のトルクセンサ軸を提供すること
を目的とする。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため９本発明に係わるトルクセンサ
軸は、第１図を参照して説明すれば、トルクセンサ軸１
の表面に、かつ、軸方向に対し所定角度θに、該軸材表
面２ｂの透磁率よりも低い透磁率の材料２ａでなる磁気
異方性パターンを備えた構成とした。更に、上記構成に
おいて、透磁率は電気抵抗であってもよい。
軸は、第１図を参照して説明すれば、トルクセンサ軸１
の表面に、かつ、軸方向に対し所定角度θに、該軸材表
面２ｂの透磁率よりも低い透磁率の材料２ａでなる磁気
異方性パターンを備えた構成とした。更に、上記構成に
おいて、透磁率は電気抵抗であってもよい。
［作用］
上記構成のトルクセンサ軸であれば、磁束はトルクセン
サ軸自体を流れる構成であるため、出力トルクは、第２
図の線Ａに示すように、従来の線Ｂに示すようなトルク
−出力ヒステリシスを起こすことなく、正確に出力する
ことができるようになる。請求項２の電気抵抗が低い材
料とは、電気伝導度の高い材料と言い替えることができ
る。−）まり電気伝導度が高い材料であれば、そこに渦
電流が生じ、この渦電流により、磁束の流れが疎外され
て、パターンに沿った磁気異方性が現れることになる。
サ軸自体を流れる構成であるため、出力トルクは、第２
図の線Ａに示すように、従来の線Ｂに示すようなトルク
−出力ヒステリシスを起こすことなく、正確に出力する
ことができるようになる。請求項２の電気抵抗が低い材
料とは、電気伝導度の高い材料と言い替えることができ
る。−）まり電気伝導度が高い材料であれば、そこに渦
電流が生じ、この渦電流により、磁束の流れが疎外され
て、パターンに沿った磁気異方性が現れることになる。
［実施例］
以下本発明の実施例を第１図及び第２図を参照して説明
す、る。第１実施例は、第１図において。
す、る。第１実施例は、第１図において。
トルクセンサ軸１ （ＳＮＣＭ２２０Ｈ）の表面にかつ
、軸方向に対し４５度に、該軸材表面２ｂの透磁率より
も低い透磁率の材料（タングステンカーバイド）２ａで
なる磁気異方性パターンを備えた構成である。この母材
ＳＮＣＭ２２０）Ｔは。
、軸方向に対し４５度に、該軸材表面２ｂの透磁率より
も低い透磁率の材料（タングステンカーバイド）２ａで
なる磁気異方性パターンを備えた構成である。この母材
ＳＮＣＭ２２０）Ｔは。
あらかじめ浸炭による表面硬化処理を施しであるまた、
磁気異方性のタングステンカーバイドでなるパターン２
ａは、磁気異方性パターンを備えるスリット付きマスク
を前記母材表面に被せ、タングステンカーバイドを溶射
して得たものである。このトルクセンサ軸の効果を、従
来の技術思想でなるトルクセンサ軸と比較してみる。尚
、この比較トルクセンサ軸は、従来思想に基づくとは言
え、知られた構成ではなく９本出願人等による研究の一
戊果である。即ち、比較トルクセンサは。
磁気異方性のタングステンカーバイドでなるパターン２
ａは、磁気異方性パターンを備えるスリット付きマスク
を前記母材表面に被せ、タングステンカーバイドを溶射
して得たものである。このトルクセンサ軸の効果を、従
来の技術思想でなるトルクセンサ軸と比較してみる。尚
、この比較トルクセンサ軸は、従来思想に基づくとは言
え、知られた構成ではなく９本出願人等による研究の一
戊果である。即ち、比較トルクセンサは。
トルクセンサ軸１ （ＳＮＣＭ２２０Ｈ）の表面にかつ
、軸方向に対し４５度に、該軸材表面２ｂの透磁率より
も高透磁率（焼鈍処理による）のパターン２ａでなる磁
気異方性パターンを備えた構成である。比較結果は、第
２図に示す通りである。本発明のトルクセンサ軸は、線
Ａで示されるように、トルク−出力特性がリニヤに現れ
る。これに対し、比較トルクセンサ軸は、線Ｂで示され
るように、トルク−出力特性はヒステリシスが現れる。
、軸方向に対し４５度に、該軸材表面２ｂの透磁率より
も高透磁率（焼鈍処理による）のパターン２ａでなる磁
気異方性パターンを備えた構成である。比較結果は、第
２図に示す通りである。本発明のトルクセンサ軸は、線
Ａで示されるように、トルク−出力特性がリニヤに現れ
る。これに対し、比較トルクセンサ軸は、線Ｂで示され
るように、トルク−出力特性はヒステリシスが現れる。
しかも、実施例のトルクセンサ軸は９表面が浸炭処理さ
れているため、高トルク伝達輪として利用することがで
きる。第２実施例は、同じく第１図を参照し説明すれば
、トルクセンサＩＩＩ１１（ＳＮＣＭ２２０Ｈ）の表面
に、かつ、軸方向に対し４５度に、該軸材表面２ｂの透
磁率よりも低い透磁率の材料にニッケルアロイによる）
２ａでなる磁気異方性パターンを備えた構成である。こ
の母材ＳＮＣＭ２２０Ｈは、あらかじめ焼入れよる表面
硬化処理を施しである。また、磁気異方性のニッケルア
ロイでなるパターンは、電子ビーム（他の高密度エネル
ギービームでもよい）で、ニッケルを合金化して得たも
のである。結果は上記第１実施例の結果と同様である。
れているため、高トルク伝達輪として利用することがで
きる。第２実施例は、同じく第１図を参照し説明すれば
、トルクセンサＩＩＩ１１（ＳＮＣＭ２２０Ｈ）の表面
に、かつ、軸方向に対し４５度に、該軸材表面２ｂの透
磁率よりも低い透磁率の材料にニッケルアロイによる）
２ａでなる磁気異方性パターンを備えた構成である。こ
の母材ＳＮＣＭ２２０Ｈは、あらかじめ焼入れよる表面
硬化処理を施しである。また、磁気異方性のニッケルア
ロイでなるパターンは、電子ビーム（他の高密度エネル
ギービームでもよい）で、ニッケルを合金化して得たも
のである。結果は上記第１実施例の結果と同様である。
第３実施例は、上記第２実施例と同様合金化である。こ
れを、詳しく述べれば、１．６ｍｍのＮｉワイヤを合金
化部に送給して、Ｎｉ量を３０ｗｔ％狙いで電子ビーム
で合金化した。その結果、３４ｗｔ％のＮｉ量となった
。母材ＳＮＣＭ２２０Ｈは０，８ｗｔ％の浸炭を施した
。浸炭深さは２〜２．６ｍｍである。かかる結果９合金
化部の初透磁率は、母材部の４０に対し、２５と低くす
ることができた。尚。
れを、詳しく述べれば、１．６ｍｍのＮｉワイヤを合金
化部に送給して、Ｎｉ量を３０ｗｔ％狙いで電子ビーム
で合金化した。その結果、３４ｗｔ％のＮｉ量となった
。母材ＳＮＣＭ２２０Ｈは０，８ｗｔ％の浸炭を施した
。浸炭深さは２〜２．６ｍｍである。かかる結果９合金
化部の初透磁率は、母材部の４０に対し、２５と低くす
ることができた。尚。
上記実施例では、溶射及び合金化により低透磁率又は低
電気抵抗のパターン化としたが、従来の溝充填式におい
ても９本発明の構成を適用することができる。更に尚、
上記実施例では、４５度の磁気異方性角度としたがこれ
は他の角度に替えることも差し支えない。即ち、パター
ン化材料が、母材の透磁率よりも低いものとするが９例
えば、Ｓｍ、Ｃ，Ｂｅ、ＡＱ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｅ、Ｔｅ又はＤｙ等の中か
ら適宜抽出して使用するのがよい。尚、低透磁率に替わ
り、低電気抵抗とする構成は、電気伝導度が磁気異方性
を与える間接的手段の一つであることから、当然の帰着
である。従って、材料としては、Ａ見、Ｃｕ、Ａｇ等で
ある。
電気抵抗のパターン化としたが、従来の溝充填式におい
ても９本発明の構成を適用することができる。更に尚、
上記実施例では、４５度の磁気異方性角度としたがこれ
は他の角度に替えることも差し支えない。即ち、パター
ン化材料が、母材の透磁率よりも低いものとするが９例
えば、Ｓｍ、Ｃ，Ｂｅ、ＡＱ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｅ、Ｔｅ又はＤｙ等の中か
ら適宜抽出して使用するのがよい。尚、低透磁率に替わ
り、低電気抵抗とする構成は、電気伝導度が磁気異方性
を与える間接的手段の一つであることから、当然の帰着
である。従って、材料としては、Ａ見、Ｃｕ、Ａｇ等で
ある。
［発明の効果］
以上説明したように２本発明に係わるトルクセンサ軸に
よれば、トルクセンサ軸の表面に、かつ軸方向に対し所
定角度に、該軸材表面の透磁率又は電気抵抗のよりも低
い透磁率又は電気抵抗の封包でｆ−六ｍ飢凰方性パター
ンを備えた構成としたため、トルク−出力特性を改善で
き、かかる結果高強度のトルクセンサ軸を提供すること
ができる。
よれば、トルクセンサ軸の表面に、かつ軸方向に対し所
定角度に、該軸材表面の透磁率又は電気抵抗のよりも低
い透磁率又は電気抵抗の封包でｆ−六ｍ飢凰方性パター
ンを備えた構成としたため、トルク−出力特性を改善で
き、かかる結果高強度のトルクセンサ軸を提供すること
ができる。
第１図・・・本発明に係わるトルクセンサ軸の外観図
第２図・・・本発明に係わるトルクセンサ軸と従来思想
のトルクセンサ軸とのトルク−出力特性図第３図・・・
従来のトルクセンサ軸の外観図１・・・トルクセンサ軸 θ・・・磁気異方性の角度 ２ａ、２ｂ・・・磁気異方性パターン
のトルクセンサ軸とのトルク−出力特性図第３図・・・
従来のトルクセンサ軸の外観図１・・・トルクセンサ軸 θ・・・磁気異方性の角度 ２ａ、２ｂ・・・磁気異方性パターン
Claims (2)
- （１）トルクセンサ軸１の表面に、かつ、軸方向に対し
所定角度θに、該軸材表面２ｂの透磁率よりも低い透磁
率の材料２ａでなる磁気異方性パターンを備えた構成を
特徴とするトルクセンサ軸。 - （２）透磁率が電気抵抗である請求項１記載のトルクセ
ンサ軸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21820689A JPH0381630A (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | トルクセンサ軸 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21820689A JPH0381630A (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | トルクセンサ軸 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0381630A true JPH0381630A (ja) | 1991-04-08 |
Family
ID=16716286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21820689A Pending JPH0381630A (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | トルクセンサ軸 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0381630A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5315881A (en) * | 1989-06-21 | 1994-05-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Magnetostrictive torque sensor |
-
1989
- 1989-08-24 JP JP21820689A patent/JPH0381630A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5315881A (en) * | 1989-06-21 | 1994-05-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Magnetostrictive torque sensor |
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