JPH0422832A - トルクセンサ - Google Patents
トルクセンサInfo
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- JPH0422832A JPH0422832A JP12847890A JP12847890A JPH0422832A JP H0422832 A JPH0422832 A JP H0422832A JP 12847890 A JP12847890 A JP 12847890A JP 12847890 A JP12847890 A JP 12847890A JP H0422832 A JPH0422832 A JP H0422832A
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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
本発明は、アモルファス磁性合金等、磁歪を有する磁性
材料の応力磁気効果を用いたトルクセンサに関する。
材料の応力磁気効果を用いたトルクセンサに関する。
従来の技術
磁歪を有する磁性材料に応力を外部から印加するとその
透磁率が変化するという性質、いわゆる応力磁気効果を
用いた力学量のセンサが注目されている。磁性材料とし
ては、アモルファス磁性合金が特にその効果が著しい。
透磁率が変化するという性質、いわゆる応力磁気効果を
用いた力学量のセンサが注目されている。磁性材料とし
ては、アモルファス磁性合金が特にその効果が著しい。
この原理を用い回転軸に伝わるトルクを非接触で検出す
るトルクセンサが提案されている（特開昭６３−１６３
２４３号公報参照）。
るトルクセンサが提案されている（特開昭６３−１６３
２４３号公報参照）。
このような従来のトルクセンサの構成について第５図を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
図において１１はトルク伝達軸で、１２ａ１２ｂは磁歪
を有するアモルファス磁性合金、１３ａ、１３ｂはコイ
ル、１４は差動検出回路である。トルク伝達軸１１とア
モルファス磁性合金１２ａ、１２ｂをポリイミド系の樹
脂等の接着剤で接着し、両者の線膨張率差を利用し使用
温度領域より高温で硬化することにより、アモルファス
磁気合金１２ａ、１２ｂに面内内部圧縮応力を生しさせ
である。またトルク伝達軸１１を中心としてコイル１３
ａ、１３ｂを巻回し、差動検出回路１４に接続しである
。
を有するアモルファス磁性合金、１３ａ、１３ｂはコイ
ル、１４は差動検出回路である。トルク伝達軸１１とア
モルファス磁性合金１２ａ、１２ｂをポリイミド系の樹
脂等の接着剤で接着し、両者の線膨張率差を利用し使用
温度領域より高温で硬化することにより、アモルファス
磁気合金１２ａ、１２ｂに面内内部圧縮応力を生しさせ
である。またトルク伝達軸１１を中心としてコイル１３
ａ、１３ｂを巻回し、差動検出回路１４に接続しである
。
トルクがトルク伝達軸１１に印加されると、アモルファ
ス磁性合金１２ａ、１２ｂに歪が発生する。これによっ
て応力磁気効果により透磁率が変化し、結果としてコイ
ル１３ａ、１３ｂのインダクタンスが変化する。この変
化を差動検出回路１４によって検出し、トルクの大きさ
と方向を同時に検出している。
ス磁性合金１２ａ、１２ｂに歪が発生する。これによっ
て応力磁気効果により透磁率が変化し、結果としてコイ
ル１３ａ、１３ｂのインダクタンスが変化する。この変
化を差動検出回路１４によって検出し、トルクの大きさ
と方向を同時に検出している。
発明が解決しようとする課題
上記のような構成の従来のトルクセンサにおいては、ト
ルク検出材料であるアモルファス磁性合金をトルク伝達
軸とポリイミド系の樹脂等の接着前で接着し、両者の線
膨張率差を利用し使用温度領域より高温で硬化すること
により、アモルファス磁性合金に面内内部圧縮応力を生
しさせである。
ルク検出材料であるアモルファス磁性合金をトルク伝達
軸とポリイミド系の樹脂等の接着前で接着し、両者の線
膨張率差を利用し使用温度領域より高温で硬化すること
により、アモルファス磁性合金に面内内部圧縮応力を生
しさせである。
このようなトルクセンサにおいては、アモルファス磁性
合金に所望の面内内部圧縮応力を生しさせるため、接着
条件の制御が重要である。この条件としては通常トルク
センサの動作最高温度以上で接着する。この際、この工
程で加工歪や焼き入れ歪などの特殊な処理をした軸をそ
のままトルク伝達軸として使用した場合、軸自体の応力
緩和が生しるため軸に変位が生し、変化する。このため
、アモルファス磁性合金に所望の面内内部圧縮応力を生
じさせることができなくなり、センサの出力特性の不均
一性や非対称の原因となっていた。さらに、センサ作製
時の再現性も得られなかった。
合金に所望の面内内部圧縮応力を生しさせるため、接着
条件の制御が重要である。この条件としては通常トルク
センサの動作最高温度以上で接着する。この際、この工
程で加工歪や焼き入れ歪などの特殊な処理をした軸をそ
のままトルク伝達軸として使用した場合、軸自体の応力
緩和が生しるため軸に変位が生し、変化する。このため
、アモルファス磁性合金に所望の面内内部圧縮応力を生
じさせることができなくなり、センサの出力特性の不均
一性や非対称の原因となっていた。さらに、センサ作製
時の再現性も得られなかった。
本発明は上記課題を解決するもので、均一な対称特性を
有し、再現性良好な高感度トルクセンサを提供すること
を目的としている。
有し、再現性良好な高感度トルクセンサを提供すること
を目的としている。
課題を解決するための手段
本発明は上記目的を達成するために、トルク伝達軸の表
面に磁歪を有する磁性材料を使用温度以上の温度で形成
し、トルク伝達軸から磁性材料に伝達された応力による
磁気特性の変化を検出してトルクを計測するトルクセン
サにおいて、前記磁歪を有する磁性材料をトルク伝達軸
の表面に形成する際に経験する温度以上の温度を予め経
験させた軸をトルク伝達軸としたものである。
面に磁歪を有する磁性材料を使用温度以上の温度で形成
し、トルク伝達軸から磁性材料に伝達された応力による
磁気特性の変化を検出してトルクを計測するトルクセン
サにおいて、前記磁歪を有する磁性材料をトルク伝達軸
の表面に形成する際に経験する温度以上の温度を予め経
験させた軸をトルク伝達軸としたものである。
作用
本発明は上記した構成により、磁歪を有する磁性材＃４
をトルク伝達軸の表面に形成する前に、それ以後トルク
伝達軸が経験する温度以上の温度をトルク伝達軸に経験
させるため、それ以後のセンサ作製工程によって、トル
ク伝達軸の加工歪や焼き入れ歪などの応力緩和を生しに
くくなり、トルク伝達軸自体は安定化する。このため、
磁歪を有する磁性材料とトルク伝達軸材料の線膨張率差
を利用し使用温度領域より高温で硬化した後も磁性材料
に所望の面内内部圧縮応力を安定に保持させることがで
きる。したがってセンサの出力特性は均一となり、かつ
対称となる。さらにセンサ作製時の再現性も得られる。
をトルク伝達軸の表面に形成する前に、それ以後トルク
伝達軸が経験する温度以上の温度をトルク伝達軸に経験
させるため、それ以後のセンサ作製工程によって、トル
ク伝達軸の加工歪や焼き入れ歪などの応力緩和を生しに
くくなり、トルク伝達軸自体は安定化する。このため、
磁歪を有する磁性材料とトルク伝達軸材料の線膨張率差
を利用し使用温度領域より高温で硬化した後も磁性材料
に所望の面内内部圧縮応力を安定に保持させることがで
きる。したがってセンサの出力特性は均一となり、かつ
対称となる。さらにセンサ作製時の再現性も得られる。
実施例
以下、本発明の実施例について第１図〜第４１を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
実施例１
第１図（ａ）、 Ｔｏ）において、１は直径１５ｍの焼
き入れ炭素鋼製回転軸よりなるトルク伝達軸である。
き入れ炭素鋼製回転軸よりなるトルク伝達軸である。
この線膨張率は１２．６Ｘ１０４ （１／’Ｃ）であ
る。
る。
この軸をトルクセンサ作製前に真空中２４０“Ｃで１時
間加熱焼鈍した。この温度は磁歪を有する磁性材料をト
ルク伝達軸の表面に形成する際に経験する温度、すなわ
ち後で述べるようにトルク伝達軸にアモルファス合金を
接着する際の温度（接着温度）、２４０°Ｃと等しい温
度を選定した。２ａ２ｂはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−５ｉ −
Ｂ系のアモルファス磁性合金であり、線膨張率は９．２
Ｘ１０う（１／’Ｃ）、飽和磁歪定数は５Ｘ１０４５で
ある。
間加熱焼鈍した。この温度は磁歪を有する磁性材料をト
ルク伝達軸の表面に形成する際に経験する温度、すなわ
ち後で述べるようにトルク伝達軸にアモルファス合金を
接着する際の温度（接着温度）、２４０°Ｃと等しい温
度を選定した。２ａ２ｂはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−５ｉ −
Ｂ系のアモルファス磁性合金であり、線膨張率は９．２
Ｘ１０う（１／’Ｃ）、飽和磁歪定数は５Ｘ１０４５で
ある。
トルク伝達軸にはその軸長方向に対しそれぞれ斜め±４
５゛のスリットを設けた長方形のアモルファス磁性合金
の薄帯を巻回し、接着しである。］・ルク伝達軸への接
着前、この軸の表面曲率で真空中４３０°Ｃ３２０分焼
鈍し、焼鈍後はぼ前記曲率としたものをトルク伝達軸上
に接着形成した。接着材としては付加重合型ポリイミド
を用い、２４０°Ｃ２２時間で接着した。両者の線膨張
率差を利用し使用温度領域（−３０°Ｃ〜１５０’Ｃ）
よりさらに高温で硬化することにより、アモルファス磁
性合金に使用温度領域で常に面内内部圧縮応力を生しさ
せである。３ａ、３ｂはコイル、４は差動検出回路であ
る。トルク伝達軸を中心としてコイルを巻回し、第２図
に示すように結線し、直流変換回路を内蔵した差動検出
回路４に接続しである。５はコイル巻回用ボビン、６は
ヨーク、７は導線である。
５゛のスリットを設けた長方形のアモルファス磁性合金
の薄帯を巻回し、接着しである。］・ルク伝達軸への接
着前、この軸の表面曲率で真空中４３０°Ｃ３２０分焼
鈍し、焼鈍後はぼ前記曲率としたものをトルク伝達軸上
に接着形成した。接着材としては付加重合型ポリイミド
を用い、２４０°Ｃ２２時間で接着した。両者の線膨張
率差を利用し使用温度領域（−３０°Ｃ〜１５０’Ｃ）
よりさらに高温で硬化することにより、アモルファス磁
性合金に使用温度領域で常に面内内部圧縮応力を生しさ
せである。３ａ、３ｂはコイル、４は差動検出回路であ
る。トルク伝達軸を中心としてコイルを巻回し、第２図
に示すように結線し、直流変換回路を内蔵した差動検出
回路４に接続しである。５はコイル巻回用ボビン、６は
ヨーク、７は導線である。
上述の２４０°Ｃの熱処理をせず同種の焼き入れ炭素鋼
にそのまま前記の状態の同種のアモルファス磁性合金を
２４０°Ｃ１２時間で接着した従来のトルクセンサと、
本発明の方法で作製したトルクセンサとの出力特性を比
較した。その結果の一例として室温の出力特性を第３図
に示した。図中実線は本発明のトルクセンサの特性で、
点線は本発明の熱処理を施さない従来のトルクセンサの
特性をそれぞれ示す。図に示されるように本発明のトル
クセンサでは、直線的でヒステリシスのないセンサの出
力特性が得られているのに対し、２４０°Ｃの熱処理を
行わずにアモルファス磁性合金を接着したものは出力が
非線形でヒステリシスが存在し、センサ出力としては性
能が十分でない。上述の２つのセンサの高温での使用耐
久テスト結果では、１０６回の設計トルクを繰り返し印
加後、本発明のセンサでは出力特性の変化が初期の１％
ＦＳ、以下であったのに比べ、他方のものは１００％以
上の変化を示した。
にそのまま前記の状態の同種のアモルファス磁性合金を
２４０°Ｃ１２時間で接着した従来のトルクセンサと、
本発明の方法で作製したトルクセンサとの出力特性を比
較した。その結果の一例として室温の出力特性を第３図
に示した。図中実線は本発明のトルクセンサの特性で、
点線は本発明の熱処理を施さない従来のトルクセンサの
特性をそれぞれ示す。図に示されるように本発明のトル
クセンサでは、直線的でヒステリシスのないセンサの出
力特性が得られているのに対し、２４０°Ｃの熱処理を
行わずにアモルファス磁性合金を接着したものは出力が
非線形でヒステリシスが存在し、センサ出力としては性
能が十分でない。上述の２つのセンサの高温での使用耐
久テスト結果では、１０６回の設計トルクを繰り返し印
加後、本発明のセンサでは出力特性の変化が初期の１％
ＦＳ、以下であったのに比べ、他方のものは１００％以
上の変化を示した。
また、本発明でトルク伝達軸の焼鈍温度としては２４０
°Ｃ以上の温度であれば同様な特性を有するトルクセン
サを作製できる。しかし、２５０°Ｃ以上の焼鈍温度を
選定すると、トルク伝達軸の強度の低下が第４図に示す
ように著しくなり、高トルクの繰り返し印加で軸の破壊
が生じるようになる。このため、トルクセンサの伝達軸
としては好ましくない。さらに本発明では焼鈍を真空中
で行ったが、伝達軸表面に著しい酸化が生しない窒素や
アルゴン等の不活性の雰囲気であればよい。
°Ｃ以上の温度であれば同様な特性を有するトルクセン
サを作製できる。しかし、２５０°Ｃ以上の焼鈍温度を
選定すると、トルク伝達軸の強度の低下が第４図に示す
ように著しくなり、高トルクの繰り返し印加で軸の破壊
が生じるようになる。このため、トルクセンサの伝達軸
としては好ましくない。さらに本発明では焼鈍を真空中
で行ったが、伝達軸表面に著しい酸化が生しない窒素や
アルゴン等の不活性の雰囲気であればよい。
また、伝達軸としては焼き入れ炭素鋼を使用したが、こ
の軸材に限定されるものではなく、他の焼き入れ材料や
チタニウムや非焼き入れ鋼にも同様の効果がある。しか
し、焼き入れ鋼をトルク伝達軸に使用した場合に本発明
の効果は著しい。この理由は焼き入れ鋼の場合には焼き
入れ工程による大きな歪が軸に存在しており、その後高
温を経験させた場合焼き戻し等が生し内部の力学的特性
が好ましい状態に変化するためであると考えられる。他
の材料では軸材に加工する際の加工歪等が永く残留して
いるためであると考えられる。
の軸材に限定されるものではなく、他の焼き入れ材料や
チタニウムや非焼き入れ鋼にも同様の効果がある。しか
し、焼き入れ鋼をトルク伝達軸に使用した場合に本発明
の効果は著しい。この理由は焼き入れ鋼の場合には焼き
入れ工程による大きな歪が軸に存在しており、その後高
温を経験させた場合焼き戻し等が生し内部の力学的特性
が好ましい状態に変化するためであると考えられる。他
の材料では軸材に加工する際の加工歪等が永く残留して
いるためであると考えられる。
発明の効果
以上の実施例から明らかなように本発明によれば、トル
ク伝達軸の履歴や種類に限定されることなく直線的でヒ
ステリシスのない安定な出力特性を有するトルクセンサ
が得られる。またセンサの高温下の使用耐久試験におい
ても出力特性の変化が低減し、自動車その他の原動機装
置の運転制御に有用な高信軌性のトルクセンサを提供す
ることができる。
ク伝達軸の履歴や種類に限定されることなく直線的でヒ
ステリシスのない安定な出力特性を有するトルクセンサ
が得られる。またセンサの高温下の使用耐久試験におい
ても出力特性の変化が低減し、自動車その他の原動機装
置の運転制御に有用な高信軌性のトルクセンサを提供す
ることができる。
第１図（ａ）は本発明の一実施例におけるトルクセンサ
の部分断面正面図、第１図５）は第１図（ａ）のＡＡ線
断面図、第２図はトルクセンサの結線図第３図は本発明
のトルクセンサと従来のトルクセンサの比較を示すセン
サ出力特性図、第４図は焼鈍温度とトルク伝達軸の強度
の低下の関係を示す図、第５図は従来のトルクセンサの
構成を示す概略断面図である。 １・・・・・・トルク伝達軸、２ａ、２ｂ・・・・・ア
モルファス磁性合金（ｍ性材料）、３ａ、３ｂ・・・・
・・コイル、４・・・・・・差動検出回路。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名ｋ ２ｂ
−−７ｔ＋（７７２４Ａ＋１４’ｅｉもｈ＋ｕｎリクａ
、１ｂ−−−コイル ＜−−１１ｐ諌色回島・ 第 図 ガも 鈍 彊浅 （″〔り
の部分断面正面図、第１図５）は第１図（ａ）のＡＡ線
断面図、第２図はトルクセンサの結線図第３図は本発明
のトルクセンサと従来のトルクセンサの比較を示すセン
サ出力特性図、第４図は焼鈍温度とトルク伝達軸の強度
の低下の関係を示す図、第５図は従来のトルクセンサの
構成を示す概略断面図である。 １・・・・・・トルク伝達軸、２ａ、２ｂ・・・・・ア
モルファス磁性合金（ｍ性材料）、３ａ、３ｂ・・・・
・・コイル、４・・・・・・差動検出回路。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名ｋ ２ｂ
−−７ｔ＋（７７２４Ａ＋１４’ｅｉもｈ＋ｕｎリクａ
、１ｂ−−−コイル ＜−−１１ｐ諌色回島・ 第 図 ガも 鈍 彊浅 （″〔り
Claims (2)
- （１）トルク伝達軸の表面に磁歪を有する磁性材料を使
用温度以上の温度で形成し、前記トルク伝達軸から前記
磁性材料に伝達された応力による磁気特性の変化を検出
してトルクを計測するトルクセンサにおいて、前記磁歪
を有する磁性材料をトルク伝達軸の表面に形成する際に
経験する温度以上の温度を予め経験させた軸をトルク伝
達軸としたことを特徴とするトルクセンサ。 - （２）トルク伝達軸が焼き入れ炭素鋼であることを特徴
とする請求項１記載のトルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12847890A JPH0422832A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12847890A JPH0422832A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | トルクセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0422832A true JPH0422832A (ja) | 1992-01-27 |
Family
ID=14985732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12847890A Pending JPH0422832A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0422832A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459938A (en) * | 1994-05-05 | 1995-10-24 | Knight; William F. | Guide for brick laying |
-
1990
- 1990-05-17 JP JP12847890A patent/JPH0422832A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459938A (en) * | 1994-05-05 | 1995-10-24 | Knight; William F. | Guide for brick laying |
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