JPH07151616A - Magnetostriction type torque sensor - Google Patents

Magnetostriction type torque sensor

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Publication number
JPH07151616A
JPH07151616A JP32632593A JP32632593A JPH07151616A JP H07151616 A JPH07151616 A JP H07151616A JP 32632593 A JP32632593 A JP 32632593A JP 32632593 A JP32632593 A JP 32632593A JP H07151616 A JPH07151616 A JP H07151616A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shaft
magnetostrictive
magnetic
base material
thin film
Prior art date
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Pending
Application number
JP32632593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Kobayashi
信章 小林
Satoshi Kaise
聡 貝瀬
Hideki Kano
英樹 狩野
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
Original Assignee
Unisia Jecs Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Unisia Jecs Corp filed Critical Unisia Jecs Corp
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Priority to US08/345,751 priority patent/US5589645A/en
Publication of JPH07151616A publication Critical patent/JPH07151616A/en
Priority to US08/696,095 priority patent/US5741982A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the detection sensitivity of a magnetostriction type torque sensor by concentrating magnetic fluxes 5 the magnetic thin film of a magnetostriction shaft. CONSTITUTION:A magnetostriction shaft 21 is constituted by using such a nonmagnetic austenitic metallic material as YHD50 (steel for hot metallic molds) as the base material 21A of the shaft 21 and forming a magnetic thin film 21B over the entire outer periphery of the base material 21A by thermally- spraying powder of such a magnetostrictive material as the iron-aluminum alloy, etc. Therefore, all magnetic fluxes from an exciting coil can be concentrated on the thin film 21B of the shaft 21 and the torque detecting sensitivity of a magnetostriction type torque sensor using the shaft 21 can be improved, because the magnetic fluxes do not intrude into the base material 21A.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ンの出力軸トルク等を検出するのに用いて好適な磁歪式
トルクセンサに関し、特に、トルクの検出性能を向上で
きるようにした磁歪式トルクセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor suitable for detecting, for example, an output shaft torque of an automobile engine, and more particularly to a magnetostrictive torque sensor capable of improving torque detection performance. Regarding sensors.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動変速機を備えたオートマチック車等
では、例えば自動変速機の変速タイミングを適正化する
目的でアウトプットシャフト等に磁歪式トルクセンサを
取付けることが提案されている。
2. Description of the Related Art In an automatic vehicle or the like equipped with an automatic transmission, it has been proposed to attach a magnetostrictive torque sensor to an output shaft or the like for the purpose of optimizing the shift timing of the automatic transmission.

【0003】そこで、図3ないし図7にこの種の従来技
術による磁歪式トルクセンサを示す。
Therefore, FIGS. 3 to 7 show a magnetostrictive torque sensor of this type according to the prior art.

【0004】図において、1はトルクセンサ本体を構成
するケーシングを示し、該ケーシング1は非磁性材料に
より段付筒状に形成され、自動変速機のケース(図示せ
ず)等に固定されるようになっている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a casing which constitutes the main body of the torque sensor. The casing 1 is formed of a non-magnetic material into a stepped cylinder shape so as to be fixed to a case (not shown) of an automatic transmission or the like. It has become.

【0005】2はケーシング1内に軸受3,3を介して
回転自在に配設された磁歪シャフトを示し、該磁歪シャ
フト2は炭素鋼(SC)、ニッケルクロム鋼(SN
C)、ニッケルクロムモリブデン鋼(SNCM)、クロ
ム鋼(SCr )、クロムモリブデン鋼(SCM)、マン
ガン鋼(SMn )、マンガンクロム鋼(SMn C)等の
構造用鋼によって棒状に形成されたシャフト母材2A
と、該シャフト母材2Aの外周面に全周に亘って形成さ
れた、鉄−アルミニウム系合金等の磁歪材料からなる磁
性薄膜2Bとから大略構成されている。そして、該磁歪
シャフト2の両端側はケーシング1外に突出してアウト
プットシャフトを構成している。また、該磁歪シャフト
2の磁性薄膜2Bには軸方向中間部に位置してスリット
形成部2Cが設けられ、該スリット形成部2Cの外周面
には斜め下向きに45°の角度をもってスリット溝4,
4,…が刻設され、斜め上向きに45°の角度をもって
他のスリット溝5,5,…が刻設されている。
Reference numeral 2 denotes a magnetostrictive shaft rotatably disposed in the casing 1 via bearings 3 and 3. The magnetostrictive shaft 2 is made of carbon steel (SC) or nickel chrome steel (SN).
C), nickel chrome molybdenum steel (SNCM), chrome steel (SCr), chrome molybdenum steel (SCM), manganese steel (SMn), manganese chrome steel (SMn C), etc. Material 2A
And a magnetic thin film 2B formed of a magnetostrictive material such as an iron-aluminum alloy on the outer peripheral surface of the shaft base material 2A over the entire circumference. Both ends of the magnetostrictive shaft 2 project outside the casing 1 to form an output shaft. Further, the magnetic thin film 2B of the magnetostrictive shaft 2 is provided with a slit forming portion 2C located at an intermediate portion in the axial direction.
, Are engraved, and other slit grooves 5, 5, ... Are engraved obliquely upward at an angle of 45 °.

【0006】ここで、該各スリット溝4,5は磁歪シャ
フト2の軸方向に所定間隔をもって離間し、スリット形
成部2Cの外周面に全周に亘り等間隔をもって形成され
ている。そして、磁歪シャフト2のスリット形成部2C
には各スリット溝4間に第1の磁気異方性部6が形成さ
れると共に、各スリット5間に第2の磁気異方性部7が
形成され、これらの磁気異方性部6,7には図4に点線
で示すように表面磁界による磁路が形成される。
The slit grooves 4 and 5 are spaced apart from each other in the axial direction of the magnetostrictive shaft 2 by a predetermined distance, and are formed on the outer peripheral surface of the slit forming portion 2C at equal intervals over the entire circumference. Then, the slit forming portion 2C of the magnetostrictive shaft 2
A first magnetic anisotropic portion 6 is formed between the slit grooves 4 and a second magnetic anisotropic portion 7 is formed between the slits 5. 7, a magnetic path is formed by the surface magnetic field as shown by the dotted line in FIG.

【0007】8はケーシング1の内周面に固着され、磁
歪シャフト2のスリット形成部2Cを径方向外側から取
囲んだコア部材を示し、該コア部材8は鉄等の磁性材料
により段付筒状に形成され、その内周側には後述の励磁
及び検出コイル9,10が配設されている。
Reference numeral 8 denotes a core member which is fixed to the inner peripheral surface of the casing 1 and surrounds the slit forming portion 2C of the magnetostrictive shaft 2 from the outside in the radial direction. The core member 8 is a stepped cylinder made of a magnetic material such as iron. Exciting and detecting coils 9 and 10 to be described later are arranged on the inner peripheral side thereof.

【0008】9,10は磁歪シャフト2の磁気異方性部
6,7と径方向に対向する第1,第2のコイルとしての
励磁及び検出コイルを示し、該励磁及び検出コイル9,
10はコア部材8の内周側にそれぞれコイルボビン(図
示せず)を介して設けられ、後述の発振器13により交
流電圧Vが印加されて励磁作用と検出作用とを行う。ま
た、該励磁及び検出コイル9,10は図6に示す如く自
己インダクタンスL1,L2 を有し、その鉄損および直
流抵抗分はr1 ,r2 となっている。
Reference numerals 9 and 10 denote exciting and detecting coils as first and second coils which are opposed to the magnetic anisotropic portions 6 and 7 of the magnetostrictive shaft 2 in the radial direction.
10 are provided on the inner peripheral side of the core member 8 via coil bobbins (not shown), and an AC voltage V is applied by an oscillator 13 described later to perform an exciting action and a detecting action. The exciting and detecting coils 9 and 10 have self-inductances L1 and L2 as shown in FIG. 6, and their iron loss and DC resistance are r1 and r2.

【0009】次に、11は磁歪式トルクセンサの検出回
路を示しており、この検出回路11はブリッジ回路1
2、交流電圧印加手段としての発振器13、差動増幅器
14、同期検波処理回路15等によって構成されてい
る。ここで、ブリッジ回路12は励磁及び検出コイル
9,10および調整抵抗R,Rにより構成され、励磁及
び検出コイル9,10間の接続点aおよび調整抵抗R,
R間の接続点bは、例えば30KHz 程度の周波数fを
有する交流電圧Vの発振器13と接続されている。ま
た、励磁及び検出コイル9,10と調整抵抗R,Rとの
接続点c,dは差動増幅器14の入力端子にそれぞれ接
続され、励磁及び検出コイル9,10からの検出電圧V
1 ,V2 を差動増幅器14に出力する。そして、差動増
幅器14の出力端子14Aは発振器13と共に同期検波
処理回路15の入力側に接続され、該同期検波処理回路
15は差動増幅器14からの出力電圧E0 を発振器13
からの交流電圧Vに同期させて整流し、直流の出力電圧
Eを出力する。
Reference numeral 11 denotes a magnetostrictive torque sensor detection circuit. This detection circuit 11 is a bridge circuit 1.
2. An oscillator 13 as an AC voltage applying means, a differential amplifier 14, a synchronous detection processing circuit 15 and the like. Here, the bridge circuit 12 is composed of excitation and detection coils 9 and 10 and adjustment resistors R and R, and a connection point a between the excitation and detection coils 9 and 10 and adjustment resistors R and R
A connection point b between Rs is connected to an oscillator 13 of an AC voltage V having a frequency f of about 30 kHz, for example. Further, the connection points c and d between the excitation and detection coils 9 and 10 and the adjustment resistors R and R are connected to the input terminals of the differential amplifier 14, respectively, and the detection voltage V from the excitation and detection coils 9 and 10 is detected.
1 and V2 are output to the differential amplifier 14. The output terminal 14A of the differential amplifier 14 is connected to the input side of the synchronous detection processing circuit 15 together with the oscillator 13, and the synchronous detection processing circuit 15 outputs the output voltage E0 from the differential amplifier 14 to the oscillator 13
The output voltage E of the direct current is output by rectifying in synchronization with the alternating voltage V from the output.

【0010】従来技術の磁歪式トルクセンサは、上述の
如き構成を有するもので、次に、磁歪シャフト2の製造
工程について図5を参照して述べる。
The magnetostrictive torque sensor of the prior art has the above-mentioned structure. Next, the manufacturing process of the magnetostrictive shaft 2 will be described with reference to FIG.

【0011】まず、プロセスI では構造用鋼からなるシ
ャフト母材2Aを、例えば750〜900℃程度の温度
まで熱して焼入れを行い、該シャフト母材2Aに所望の
強度を付与する。
First, in the process I, the shaft base material 2A made of structural steel is heated to a temperature of, for example, about 750 to 900 ° C. to be quenched to give the shaft base material 2A a desired strength.

【0012】次に、プロセスIIでは鉄−アルミニウム系
合金等の磁歪材料をシャフト母材2Aの外周面に全周に
亘って溶射し、シャフト母材2Aに磁性薄膜2Bを一体
形成する。
Next, in Process II, a magnetostrictive material such as an iron-aluminum alloy is sprayed on the outer peripheral surface of the shaft base material 2A over the entire circumference to integrally form the magnetic thin film 2B on the shaft base material 2A.

【0013】そして、プロセスIII では、シャフト母材
2Aの外周を全周に亘って覆う磁性薄膜2Bに表面加工
を施すと共に、該磁性薄膜2Bの表面側に磁気異方性部
6,7を形成するため、各スリット溝4,5を機械加工
する。
Then, in the process III, the magnetic thin film 2B that covers the entire outer circumference of the shaft base material 2A is subjected to surface processing, and magnetic anisotropic portions 6 and 7 are formed on the surface side of the magnetic thin film 2B. In order to do so, each slit groove 4 and 5 is machined.

【0014】次に、プロセスIVでは、前記スリット溝
4,5を形成した磁歪シャフト2全体を例えば850℃
前後まで加熱して磁性焼鈍を行い、磁歪シャフト2から
加工歪みを除去したり、ヒステリシスを小さくしたり、
個々の磁歪シャフト2毎の出力感度やヒステリシスのば
らつきを少なくする。
Next, in Process IV, the entire magnetostrictive shaft 2 in which the slit grooves 4 and 5 are formed is, for example, 850 ° C.
It is heated to the front and back to perform magnetic annealing to remove processing strain from the magnetostrictive shaft 2 and reduce hysteresis.
Variation in output sensitivity and hysteresis for each magnetostrictive shaft 2 is reduced.

【0015】次に、従来技術による磁歪式トルクセンサ
の動作について述べる。
Next, the operation of the conventional magnetostrictive torque sensor will be described.

【0016】まず、発振器13からの交流電圧Vを励磁
及び検出コイル9,10に印加すると、磁歪シャフト2
のスリット形成部2Cには各スリット溝4,5間の磁気
異方性部6,7に沿ってそれぞれ表面磁界による磁路が
形成される。この場合、図6に示す調整抵抗Rは磁歪シ
ャフト2に作用するトルクが零の状態で差動増幅器14
からの出力電圧E0 が零となるように調整される。
First, when the AC voltage V from the oscillator 13 is applied to the exciting and detecting coils 9 and 10, the magnetostrictive shaft 2
In the slit forming portion 2C, magnetic paths due to the surface magnetic field are formed along the magnetic anisotropic portions 6 and 7 between the slit grooves 4 and 5, respectively. In this case, the adjustment resistor R shown in FIG. 6 is used in the differential amplifier 14 when the torque acting on the magnetostrictive shaft 2 is zero.
The output voltage E0 is adjusted to zero.

【0017】そして、この状態で磁歪シャフト2に図3
中の矢示T方向にトルクが作用すると、磁歪シャフト2
のスリット形成部2Cでは各スリット溝4間の磁気異方
性部6に沿って引張り応力+σが作用し、各スリット溝
5間の磁気異方性部7に沿って圧縮応力−σが作用する
から、磁歪シャフト2に正の磁歪材を用いている場合、
磁気異方性部6では引張り応力+σによって透磁率μが
増加し、磁気異方性部7では圧縮応力−σによって透磁
率μが減少する。
Then, in this state, the magnetostrictive shaft 2 shown in FIG.
When torque acts in the T direction indicated by the arrow, the magnetostrictive shaft 2
In the slit forming portion 2C, the tensile stress + σ acts along the magnetic anisotropic portion 6 between the slit grooves 4, and the compressive stress −σ acts along the magnetic anisotropic portion 7 between the slit grooves 5. Therefore, when a positive magnetostrictive material is used for the magnetostrictive shaft 2,
In the magnetic anisotropic portion 6, the magnetic permeability μ increases due to the tensile stress + σ, and in the magnetic anisotropic portion 7, the magnetic permeability μ decreases due to the compressive stress −σ.

【0018】これにより、磁歪シャフト2の磁気異方性
部6と対向配設された励磁及び検出コイル9は透磁率μ
の増加に基づき自己インダクタンスL1 が増大し、励磁
及び検出コイル9を流れる電流i1 が減少する。一方、
磁気異方性部7と対向配設された励磁及び検出コイル1
0は透磁率μの減少に基づき自己インダクタンスL2が
減少し、励磁及び検出コイル10を流れる電流i2 が増
大する。この結果、励磁及び検出コイル9からの検出電
圧V1 は減少し、励磁及び検出コイル10からの検出電
圧V2 は増大するので、差動増幅器14では、
As a result, the exciting and detecting coil 9 arranged opposite to the magnetic anisotropic portion 6 of the magnetostrictive shaft 2 has a magnetic permeability μ.
As a result, the self-inductance L1 increases and the current i1 flowing through the exciting and detecting coil 9 decreases. on the other hand,
Exciting and detecting coil 1 arranged opposite to the magnetic anisotropic portion 7
In the case of 0, the self-inductance L2 decreases due to the decrease of the magnetic permeability μ, and the current i2 flowing through the exciting and detecting coil 10 increases. As a result, the detection voltage V1 from the excitation / detection coil 9 decreases and the detection voltage V2 from the excitation / detection coil 10 increases, so that in the differential amplifier 14,

【0019】[0019]

【数1】E0 =A×(V1 −V2 ) 但し、 A:増幅率 なる増幅が行われ、差動増幅器14の出力端子14Aか
ら交流の出力電圧E0 が同期検波処理回路15へと出力
される。そして、該同期検波処理回路15は発振器13
からの交流電圧Vにより出力電圧E0 を同期検波処理し
て整流し、図6に示す如き直流の出力電圧Eを磁歪シャ
フト2に作用するトルクに対応した検出信号として出力
する。
[Equation 1] E0 = A × (V1−V2) However, A: Amplification with an amplification factor is performed, and the AC output voltage E0 is output from the output terminal 14A of the differential amplifier 14 to the synchronous detection processing circuit 15. . Then, the synchronous detection processing circuit 15 operates the oscillator 13
The output voltage E0 is synchronously detected and rectified by the AC voltage V from the DC voltage V, and the DC output voltage E as shown in FIG. 6 is output as a detection signal corresponding to the torque acting on the magnetostrictive shaft 2.

【0020】ここで、磁歪シャフト2に加えるトルクと
出力電圧Eとの関係は、図7中に示す特性線16として
表され、このときのトルク感度は傾きθとなり、トルク
を増減させたときのヒステリシスはヒステリシス幅hで
表される。
Here, the relationship between the torque applied to the magnetostrictive shaft 2 and the output voltage E is expressed as a characteristic line 16 shown in FIG. 7, and the torque sensitivity at this time has an inclination θ, and when the torque is increased or decreased. The hysteresis is represented by the hysteresis width h.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による磁歪式トルクセンサでは、磁歪シャフト2
のシャフト母材2Aを炭素鋼(SC)、ニッケルクロム
鋼(SNC)、ニッケルクロムモリブデン鋼(SNC
M)、クロム鋼(SCr )、クロムモリブデン鋼(SC
M)、マンガン鋼(SMn )、マンガンクロム鋼(SM
n C)等の磁性を有する構造用鋼によって形成している
ため、励磁及び検出コイル9,10からの磁路が図4に
点線で示す如く、シャフト母材2Aの内部に侵入して磁
性薄膜2Bの内部の磁束密度が小さくなってしまい、ト
ルクの検出感度が低下するという問題がある。
By the way, in the above-mentioned magnetostrictive torque sensor according to the prior art, the magnetostrictive shaft 2 is used.
Shaft base material 2A of carbon steel (SC), nickel chrome steel (SNC), nickel chrome molybdenum steel (SNC)
M), chrome steel (SCr), chrome molybdenum steel (SC
M), manganese steel (SMn), manganese chromium steel (SM
nC) and other magnetic structural steel, the magnetic paths from the excitation and detection coils 9 and 10 penetrate into the shaft base material 2A as shown by the dotted lines in FIG. There is a problem that the magnetic flux density inside 2B becomes small, and the torque detection sensitivity decreases.

【0022】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は、磁歪シャフトの磁性薄膜に磁
路を集中させて磁束密度を高めることができ、検出感度
を向上できるようにした磁歪式トルクセンサを提供する
ことを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. The present invention can concentrate the magnetic path in the magnetic thin film of the magnetostrictive shaft to increase the magnetic flux density and improve the detection sensitivity. The present invention aims to provide a magnetostrictive torque sensor.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が採用する構成の特徴は、磁歪シャフトを、非
磁性のオーステナイト系金属材料からなるシャフト母材
と、該シャフト母材の外周面に全周に亘って形成され、
磁歪材料からなる磁性薄膜とによって構成したことにあ
る。
The features of the structure adopted by the present invention to solve the above-mentioned problems are that the magnetostrictive shaft comprises a shaft base material made of a non-magnetic austenitic metal material, and an outer periphery of the shaft base material. Is formed on the entire surface,
It is composed of a magnetic thin film made of a magnetostrictive material.

【0024】[0024]

【作用】上記構成により、磁歪シャフトのシャフト母材
は非磁性のオーステナイト系金属材料で形成されるた
め、このシャフト母材にコイルからの磁束が侵入するこ
とはなくなり、磁性薄膜側の磁束密度を確実に高くする
ことができる。
With the above structure, since the shaft base material of the magnetostrictive shaft is formed of a non-magnetic austenitic metal material, the magnetic flux from the coil does not enter the shaft base material and the magnetic flux density on the magnetic thin film side is reduced. It can certainly be raised.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1および図2に基
づき説明する。なお、実施例では前述した図3ないし図
7に示す従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付
し、その説明を省略するものとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the embodiment, the same components as those of the conventional technique shown in FIGS. 3 to 7 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0026】図中、21は本実施例で用いる磁歪シャフ
トを示し、該磁歪シャフト21は従来技術で述べた磁歪
シャフト21とほぼ同様に、シャフト母材21Aおよび
磁性薄膜21Bとから大略構成されているものの、該磁
歪シャフト21のシャフト母材21Aは非磁性の熱間金
型用鋼(YHD50)等の非磁性のオーステナイト系金
属材料から形成されている。
In the figure, reference numeral 21 denotes a magnetostrictive shaft used in the present embodiment, and the magnetostrictive shaft 21 is substantially composed of a shaft base material 21A and a magnetic thin film 21B, almost like the magnetostrictive shaft 21 described in the prior art. However, the shaft base material 21A of the magnetostrictive shaft 21 is formed of a non-magnetic austenitic metal material such as non-magnetic hot die steel (YHD50).

【0027】ここで、磁歪シャフト21の製造工程につ
いて図2を参照して説明する。
Now, the manufacturing process of the magnetostrictive shaft 21 will be described with reference to FIG.

【0028】まず、プロセス1では、YHD50からな
るシャフト母材21Aを予め用意し、このシャフト母材
21Aに鉄−アルミニウム系合金からなる磁歪材料の粉
末をシャフト母材21Aの外周面にプラズマ溶射し、該
シャフト母材21Aの外周に全周に亘って磁性薄膜21
Bを形成する。この場合、YHD50からなるシャフト
母材21Aは後述するプロセス3の熱処理で実質的に硬
化処理がなされるため、シャフト母材21Aには磁性薄
膜21Bを形成する前に、従来技術のように予め焼入れ
を施す必要はない。
First, in process 1, a shaft base material 21A made of YHD50 is prepared in advance, and a powder of a magnetostrictive material made of an iron-aluminum alloy is sprayed on the outer surface of the shaft base material 21A by plasma spraying on the shaft base material 21A. , The magnetic thin film 21 around the entire circumference of the shaft base material 21A.
Form B. In this case, since the shaft base material 21A made of YHD50 is substantially hardened by the heat treatment of the process 3 which will be described later, before forming the magnetic thin film 21B on the shaft base material 21A, it is preliminarily quenched as in the prior art. There is no need to apply.

【0029】また、磁性薄膜21Bの厚さtは、The thickness t of the magnetic thin film 21B is

【0030】[0030]

【数2】 ただし、ρ:電気抵抗 W:外部磁場角速度 μ:透磁率 なる表皮深さSにほぼ対応し、例えば0.1〜0.3m
m程度に設定される。
[Equation 2] However, ρ: electric resistance W: external magnetic field angular velocity μ: magnetic permeability almost corresponds to the skin depth S, for example, 0.1 to 0.3 m
It is set to about m.

【0031】次に、プロセス2では磁性薄膜21Bに表
面加工を施すと共に、該磁性薄膜21Bの表面に磁気異
方性を形成するためのスリット溝(図示せず)を機械加
工によって形成する。
Next, in process 2, the magnetic thin film 21B is subjected to surface processing, and slit grooves (not shown) for forming magnetic anisotropy are formed on the surface of the magnetic thin film 21B by machining.

【0032】そして、プロセス3では磁歪シャフト21
を700〜1100℃前後に加熱した状態で1時間以上
保持した後に、これを油液中で冷却することにより磁性
焼鈍を行い、磁歪シャフト21から加工歪みを除去した
り、ヒステリシスを小さくしたり、個々の磁歪シャフト
21毎の出力感度やヒステリシスのばらつきを少なくす
る。また、このときにシャフト母材21Aは実質的に焼
入れされ、硬度が増大する。
In the process 3, the magnetostrictive shaft 21
Is kept at about 700 to 1100 ° C. for 1 hour or more, and then cooled in an oil liquid to carry out magnetic annealing to remove work strain from the magnetostrictive shaft 21 or reduce hysteresis. Variation in output sensitivity and hysteresis for each magnetostrictive shaft 21 is reduced. Further, at this time, the shaft base material 21A is substantially quenched and hardness is increased.

【0033】本実施例で用いる磁歪シャフト21は以上
に述べた構成を有するもので、その基本的な動作につい
ては従来技術によるものと格別差異はない。
The magnetostrictive shaft 21 used in this embodiment has the structure described above, and its basic operation is not different from that of the prior art.

【0034】然るに、本実施例では、シャフト母材21
AをYHD50等の非磁性のオーステナイト系金属材料
から形成し、該シャフト母材21Aの外周面に全周に亘
って鉄−アルミニウム系合金等の磁歪材料からなる磁性
薄膜21Bを溶射することにより、磁歪シャフト21を
構成したから、図1に示す如く、非磁性材料であるシャ
フト母材21Aの内部に励磁コイルからの磁束が侵入す
ることはなくなり、磁歪シャフト21の磁性薄膜21B
に磁束を集中させて磁束密度を高めることができ、これ
によって磁歪式トルクセンサのトルク検出感度を向上さ
せることができ、図7に点線で示す特性線22の如く傾
きθ1を大きくできる。
In this embodiment, however, the shaft base material 21
By forming A from a non-magnetic austenitic metal material such as YHD50 and spraying a magnetic thin film 21B made of a magnetostrictive material such as an iron-aluminum alloy on the outer peripheral surface of the shaft base material 21A, Since the magnetostrictive shaft 21 is configured, as shown in FIG. 1, the magnetic flux from the exciting coil does not enter the shaft base material 21A which is a non-magnetic material, and the magnetic thin film 21B of the magnetostrictive shaft 21 is prevented.
The magnetic flux can be concentrated to increase the magnetic flux density, whereby the torque detection sensitivity of the magnetostrictive torque sensor can be improved, and the inclination θ 1 can be increased as shown by the characteristic line 22 shown by the dotted line in FIG.

【0035】また、シャフト母材21AをYHD50か
ら形成したことにより、磁性薄膜21Bに対する磁性焼
鈍とシャフト母材21Aに対する焼入れとを図2に示す
プロセス3で同一の熱処理によって行うことができ、製
造工程の簡略化とこれに伴うコストダウンを図ることが
できる。
Further, since the shaft base material 21A is formed of YHD50, magnetic annealing for the magnetic thin film 21B and quenching for the shaft base material 21A can be performed by the same heat treatment in process 3 shown in FIG. Can be simplified and the cost can be reduced accordingly.

【0036】なお、前記実施例では、シャフト母材21
Aに鉄−アルミニウム系合金等の磁歪材料を溶射して磁
性薄膜21Bを形成するものとして説明したが、本発明
はこれに限るものではなく、例えばシャフト母材21A
に溶射する磁歪材料としてパーマロイ等の合金を用いて
もよい。
In the above embodiment, the shaft base material 21
Although the magnetic thin film 21B is formed by spraying a magnetostrictive material such as an iron-aluminum alloy onto A, the present invention is not limited to this, and for example, the shaft base material 21A.
An alloy such as permalloy may be used as the magnetostrictive material thermally sprayed on.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明では、磁歪シ
ャフトを非磁性のオーステナイト系金属材料からなるシ
ャフト母材と、該シャフト母材の外周面に全周に亘って
形成され、磁歪材料からなる磁性薄膜とによって構成し
たから、非磁性材料であるシャフト母材の内部には励磁
コイルからの磁束が侵入するのを防止でき、コイルから
の磁束を磁歪シャフトの磁性薄膜に集中させて磁束密度
を高めることができ、磁歪式トルクセンサのトルク検出
感度を向上させることができる。
As described in detail above, according to the present invention, the magnetostrictive shaft is formed over the entire circumference of the shaft base material made of a non-magnetic austenitic metal material and the outer peripheral surface of the shaft base material. The magnetic flux from the exciting coil can be prevented from entering the inside of the shaft base material, which is a non-magnetic material, by concentrating the magnetic flux from the coil on the magnetic thin film of the magnetostrictive shaft. The density can be increased, and the torque detection sensitivity of the magnetostrictive torque sensor can be improved.

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

【図1】本発明の実施例による磁歪式トルクセンサに用
いる磁歪シャフトの要部を拡大して示す横断面図であ
る。
FIG. 1 is a lateral cross-sectional view showing an enlarged main part of a magnetostrictive shaft used in a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す磁歪シャフトの製造工程を示す工程
説明図である。
FIG. 2 is a process explanatory view showing a manufacturing process of the magnetostrictive shaft shown in FIG.

【図3】従来技術による磁歪式トルクセンサの縦断面図
である。
FIG. 3 is a vertical sectional view of a magnetostrictive torque sensor according to a conventional technique.

【図4】図3中の磁歪シャフトの要部を拡大して示す横
断面図である。
FIG. 4 is a transverse cross-sectional view showing an enlarged main part of the magnetostrictive shaft in FIG.

【図5】従来技術による磁歪シャフトの製造工程を示す
工程説明図である。
FIG. 5 is a process explanatory view showing a manufacturing process of a magnetostrictive shaft according to a conventional technique.

【図6】図3中の磁歪式トルクセンサの検出回路を示す
電気回路図である。
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a detection circuit of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG.

【図7】磁歪シャフトに作用するトルクと検出回路から
の出力電圧との関係を示す特性線図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the torque acting on the magnetostrictive shaft and the output voltage from the detection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケーシング 9,10 励磁及び検出コイル(コイル) 21 磁歪シャフト 21A シャフト母材 21B 磁性薄膜 1 Casing 9 and 10 Excitation and detection coil (coil) 21 Magnetostrictive shaft 21A Shaft base material 21B Magnetic thin film

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 筒状のケーシングと、該ケーシング内に
回転自在に配設された磁歪シャフトと、該磁歪シャフト
の径方向外側に位置して前記ケーシング側に設けられた
第1、第2のコイルとからなる磁歪式トルクセンサにお
いて、前記磁歪シャフトは、非磁性のオーステナイト系
金属材料からなるシャフト母材と、該シャフト母材の外
周面に全周に亘って形成され、磁歪材料からなる磁性薄
膜とにより構成したことを特徴とする磁歪式トルクセン
サ。
1. A tubular casing, a magnetostrictive shaft rotatably arranged in the casing, and first and second magnetism shafts located radially outside the magnetostrictive shaft and provided on the casing side. In the magnetostrictive torque sensor including a coil, the magnetostrictive shaft is formed over the entire circumference of the shaft base material made of a non-magnetic austenitic metal material and the shaft base material, and made of a magnetic material made of a magnetostrictive material. A magnetostrictive torque sensor comprising a thin film.
JP32632593A 1993-11-30 1993-11-30 Magnetostriction type torque sensor Pending JPH07151616A (en)

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US08/345,751 US5589645A (en) 1993-11-30 1994-11-22 Structure of magnetostrictive shaft applicable to magnetostriction-type torque sensor for detecting torque applied to rotatable shaft and method for manufacturing the same
US08/696,095 US5741982A (en) 1993-11-30 1996-08-13 Method for manufacturing a magnetostrictive shaft

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4892153B2 (en) * 1999-12-14 2012-03-07 エービービー アクチボラゲット Torque sensor

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