JPH0387623A - トルクセンサ軸 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、トルクセンサ軸に係わり、殊にトルクを高
精度に検出し得る磁気異方性を備えるトルクセンサ軸に
関する。

［従来の技術ゴ 従来、いわゆる磁歪式トルクセンサのトルクセンサ軸は
、その表面に、磁気異方性を付与するためのパターンを
設けている。この磁気異方性は。

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
付与した「磁束の流れ方向Ｊである。例えば、第６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
図示左右±４５度斜め方向に溝１１でなるパターンを設
けたものが知られる（以下、溝穴とする）。この場合、
磁束はトルクセンサ軸の母村部（山部１２）を図示左右
上４５度斜め方向に流れる。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
から軸断面に対し時計回りにねじりトルクＴを印加する
。このとき、トルクセンサ軸１は１図示＋４５度右斜め
方向には引っ張り応力が発生し、逆に９図示−４５度左
斜め方向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
は減少するという特性である。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。そこで、トルクセン
サ軸１にトルクが印加されると１図示右側の山部１２は
高透磁率となり、逆に図示左側の山部１２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４１，４２）で検出すると、印加ト
ルクの方向や大きさを出力することができる。尚、上記
差動結合による検出以外に、第７図に示すように１片側
の８１１１パターンでなる異方性のものを、１個の検出
系４で検出をすることもできる。また、上記溝穴の溝１
１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
〉。この溝充填式における磁束の流れは、充填材とトル
クセンサ軸母材との比較において、いずれか高透磁率側
となる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来のトルクセンサ軸の長短を述べる。先ず前者溝
式は、）・ルクを長期安定的に検出できるという利点を
持つ。しがしながらその反面、溝内面の切削良否が影響
してトルクの検出精度も左右されるという欠点がある。

更に軸母材の強度を損ねるという欠点もある。これに対
して後者溝充填式は、前記溝穴のこれら欠点をカバーし
ている（殊に母材強度の維持に貢献している）、シかし
ながら、これはトルクセンサ軸に異なる磁気特性の材質
を埋め込んだだけの構成であるから、その検出精度は、
溝穴以下の精度であっても、それ以上の精度を得ること
は困難である。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、殊に溝充填式におい
て、トルクを長期安定的に、かつ、高精度に検出するこ
とができる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］ 上記目的を遠戚するために１本発明に係わるトルクセン
サ軸は、第１図〜第３図を参照して説明すれば１強磁性
体でなる又は強磁性体を被服してなるトルクセンサ軸１
の表面に、軸方向に対して所定角度θでなる′ａ２１の
パターン２を設け、該溝２１内に高導電率材料２２を埋
設した構成とした。

［作用］ 一見すると、上記ｌｆＩ戒における高導電率材料は、従
来の溝充填式における軸母材と異なる磁気特性の材質に
替わったものに見える（尚、材料的には同一の場合もあ
り得る）。しかしながら、かかる両者Ｗ４戊の論理は次
のように全く異なる。従来の溝充填式の構成は、充填材
とトルクセンサ軸母材との透磁率の比較において、単に
いずれか高透磁率側を磁束が流れるという選択の構成を
意図しているに過ぎない。これに対し、上記構成は、磁
束が高導電率材料を流れるとき（もっとも磁束の本流は
トルクセンサ母材を流れるから、前記この高導電率材料
を流れる磁束はトルクセンサ母材の漏れ磁束といえる）
、この高導電率材料面に渦電流が生じ、この高導電率材
料内への磁束の流れを止めようとする作用を意図してい
る。つまり、磁束の流れは増々トルクセンサ母材側をよ
り以上流れるようになる。換言すれば、高導電率材料の
渦を流により、トルクセンサ軸の磁気異方性がより明確
になるという作用を呈する。当然に、交流電圧で磁束を
なすトルクセンサ系の場合、この作用はよりＩ１１著に
現れる。尚、溝充填式と上記構成との他の違いとしては
、上記構成における高導電率材料は非磁性材料であって
もよい（むしろ非磁性材料のほうが好適である）。

［実施例］ 本発明の実施例を、第１図〜第５図を参照して説明する
。第１実施例は、第１図及び第３図に示すように、浸炭
済みのＳＮＣＭ２２０Ｈでなるトルクセンサ軸１の表面
において、軸方向に対し左右４５度でなる溝２１のパタ
ーン２を設け、該溝２１内に銅Ｃｕ２２を埋設して構成
した。第４図に示す検出コイル４１とコイル４２と抵抗
からなるブリッジにより検出した本実施例の結果は、第
５図に示す通りである。本実施例への印加トルクの測定
結果Ｐ２は、従来溝充填式の測定結果Ｐ１よりもより顕
著に現れ、特性が向上することが分かる。ちなみに１本
発明に係わるトルクセンサ軸の製造時の留意点を次に述
べる。このトルクセンサ軸の製造工程を大まかに言えば
、軸材の溝切削、溝充填そして（必要ならば）表面仕上
げの順に行う。先ず溝切削の留意点は、溝表面を、少な
くとも３８以上の高精度に仕上げて、渦電流が生じ易く
することである。また溝底部の曲がり部（第３図Ｒ２部
）は応力集中を避けるため丸く仕上げることである。こ
れに対し上部間がり部（同図Ｒ１部）は直角度を高める
ことである。次に溝充填を述べる。先ず高導電率材料と
しては、金Ａｕ。

銀Ａｇ、銅Ｃｕ、アルミニウムＡＱ、亜鉛Ｚｎ。

マグネシウムＭｇ、洋白、白銅、青銅等がよい。

尚、ニッケルＮｉ等を使用してもよいが、これは高透磁
率材でもある。この場合、トルクセンサ軸の透磁率の方
が高透磁率である必要がある。次に溝充填方法について
述べれば、上記実施例はレーザビームにより充填して製
造したが、電子ビーム、プラズマ、ＴＩＧ、ＰＰＷその
他の高密度エネルギービームを用いてもよい。更に、ス
パッタ等により充填するＰＶＤ’ＰＣＶＤ、金属粉体を
溝に入れ焼結する粉体焼結、銅ＣｕやニッケルＮｉ等の
低融点材料を溝に流し込むろう付け、金属をメツキする
メツキ、その化セラミックや４１ｔ属等を埋め込める溶
射等でもよい。最後の表面仕上げは。

必要ならばこれを行う。例えば、耐磨耗性を要するとき
、硬質クロムメツキ等が好適である。尚。

磁気異方性の角度θについて述べる。従来のトルクセン
サ軸は、磁歪特性をより顕著に出すため。

図示（例えば第６図）±４５度創め方向とするのが常で
ある。しかしながら、この角度にこだわる必要はなく１
例えば±６０度や±７０度のように、多少その角度は変
えても構わない。

［発明の効果］ 以上説明したように１本発明に係わるトルクセンサ軸は
９強磁性体でなる又は強磁性体を被服してなるトルクセ
ンサ軸の表面に、軸方向に対して所定角度でなる溝のパ
ターンを設け、その中に高導電率材料を８！設する構成
としたため、渦電流が生じ、磁気異方性をより明確にな
る。かかる結果トルクを長期安定的に検出することがで
きるばかりか、その検出特性を向上せしめることができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明に係わるトルクセンサ軸の第】実施
例の外観図 第２図・・・本発明に係わるトルクセンサ軸の第２実施
例の外観図 第３図・・・第１実施例及び第２実施例の溝部の拡大断
面図 第４図・・・トルクセンサ検出系の模式回路図第５図・
・・第１実施例と従来例との検出特性グラフ 第６図・・・従来のトルクセンサ軸の第１例の外観図 第７図・・・従来のトルクセンサ軸の第２例の外観図 １・・・トルクセンサ軸 ２・・・磁気異方性パターン ２１・・溝 ２２・・高導電率材料 θ・・・磁気異方性方向 第 図 ４１−竺一よ４２ 第 ４ 図 第６図 第 図 第 図 】１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　強磁性体でなる又は強磁性体を被服してなるトルクセ
   ンサ軸１の表面に、軸方向に対して所定角度θでなる溝
   ２１のパターン２を設け、該溝２１内に高導電率材料２
   ２を埋設した構成を特徴とするトルクセンサ軸。