JPH10197369A - Torque sensor and its manufacture - Google Patents

Torque sensor and its manufacture

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Publication number
JPH10197369A
JPH10197369A JP47597A JP47597A JPH10197369A JP H10197369 A JPH10197369 A JP H10197369A JP 47597 A JP47597 A JP 47597A JP 47597 A JP47597 A JP 47597A JP H10197369 A JPH10197369 A JP H10197369A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
torque
shaft
torque sensor
hardened layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP47597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mutsumi Sunahata
睦巳 砂畠
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.)
Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10197369A publication Critical patent/JPH10197369A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a torque sensor in which a change in a zero point is suppressed to be small and which obtains a good sensor characteristic by a method wherein a high-frequency quenching and tempering treatment is executed to a worked part at a knurled groove. SOLUTION: When a high-frequency quenching and tempering treatment is executed to a sensor shaft 1 and, especially, to magnetically anisotropic parts 2A, 2B, a hardened layer is formed. The surface hardness of the hardened layer is at an Hv 400 to 600, and a hardening depth amounts to 2.5 to 3.5mm when the shaft diameter of a sensor shaft is, e.g. 13.7mm. Then, the hardened layer becomes a martensite texture whose surface texture is stable as different from a carbonization protective layer formed in a carburizing treatment. As a result, its uniform hardness is obtained in regions of groove parts at the magnetically anisotropic parts 2A, 2B, the hardened layer which is thick is obtained, and a good sensor characteristic can be obtained. Even when especially a torque which is larger than a rated torque is applied, a change in a zero point can be suppressed to be small.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はトルクセンサおよび
その製造方法に関し、特に磁気異方性を付与されたセン
サ軸を有する磁歪式のトルクセンサおよびその製造方法
に関する。
The present invention relates to a torque sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a magnetostrictive torque sensor having a sensor axis provided with magnetic anisotropy and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁歪式のトルクセンサとして、センサ軸
の外周にナーリング溝により磁気異方性を付与したもの
が知られている。この溝方式の磁歪式トルクセンサで
は、そのセンサ軸の軸材として、Ni含有量の多いSN
CM材が一般に用いられ、特にSNCM815材がよく
用いられている。この軸材には、トルク伝達部の構造部
材として使用するために、所要の軸強度を付与する目的
で、熱処理が施されるのが通例である。
2. Description of the Related Art A magnetostrictive torque sensor in which magnetic anisotropy is provided by a knurling groove on an outer periphery of a sensor shaft is known. In this groove type magnetostrictive torque sensor, SN having a large Ni content is used as a shaft material of the sensor shaft.
CM materials are generally used, and in particular, SNCM815 materials are often used. In order to use the shaft as a structural member of the torque transmitting portion, heat treatment is generally performed for the purpose of imparting a required shaft strength.

【0003】この場合に、SNCM材は炭素の含有量が
少ないため、熱処理としては浸炭焼入れ焼き戻し処理を
行うのが普通である。このとき、ナーリング溝部まで浸
炭すると、その硬度が高くなるとともに炭素量が増大し
て透磁率が低下するので、それを防止するために溝部は
防炭されている。
[0003] In this case, since the SNCM material has a low carbon content, carburizing, quenching and tempering are usually performed as heat treatment. At this time, if the knurling groove is carburized, the hardness increases and the amount of carbon increases to decrease the magnetic permeability. Therefore, the groove is carburized to prevent this.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにS
NCM材からなる軸材のナーリング溝部に防炭を施した
うえで浸炭焼入れ焼戻しを行うと、この軸材にて構成さ
れたトルクセンサに定格トルクの2倍以上のトルクを印
加したときに、センサの零点が大きく変化するという問
題点がある。また、多数のセンサを生産したときにおけ
る零点や感度のばらつきが大きくなるという問題点もあ
る。さらに、熱処理後に軸材の表面にショットピーニン
グ処理を施さないと、ヒステリシスや直線性や再現性な
どのセンサの静的性能が良好にならず、具体的にはこれ
らヒステリシスや直線性や再現性が1%FS以下になら
ないという問題点もある。
However, as described above, S
When carburizing, quenching and tempering are performed on the knurling groove of the shaft material made of NCM material and then carburizing, quenching and tempering, when a torque more than twice the rated torque is applied to the torque sensor composed of this shaft material, There is a problem that the zero point of is greatly changed. In addition, there is a problem that a large variation in zero point and sensitivity occurs when a large number of sensors are produced. Furthermore, if the surface of the shaft material is not subjected to shot peening after the heat treatment, the static performance of the sensor such as hysteresis, linearity and reproducibility will not be good, and specifically, these hysteresis, linearity and reproducibility will not be improved. There is also a problem that it does not fall below 1% FS.

【0005】そこで本発明は、このような問題点を解決
して、定格トルクよりも大きなトルクを印加した場合に
も零点の大幅な変化が発生せず、生産時における零点や
感度のばらつきが小さく、熱処理後にショットピーニン
グを施さなくてもセンサの静的性能を良好にできるよう
にすることを目的とする。
Therefore, the present invention solves such a problem, and does not cause a significant change in the zero point even when a torque larger than the rated torque is applied, so that the variation in the zero point and sensitivity during production is small. It is another object of the present invention to improve the static performance of a sensor without performing shot peening after heat treatment.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、センサ軸の外周にナーリング溝により磁気異
方性を付与した磁歪式のトルクセンサにおいて、前記ナ
ーリング溝の加工部に高周波焼入れ焼戻しが施されてい
るようにしたものである。
According to the present invention, there is provided a magnetostrictive torque sensor in which magnetic anisotropy is provided on the outer periphery of a sensor shaft by a knurling groove. It has been tempered.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】図1において、1はトルクセンサ
を構成するセンサ軸で、JISのSNCM材、たとえば
SNCM815材にて形成されている。このセンサ軸1
の外周には、軸心方向に距離をおいて一対の磁気異方性
部2A、2Bが形成されている。これら磁気異方性部2
A、2Bは、センサ軸1の軸心方向に対し互いに逆方向
に傾斜したナーリング加工溝によってそれぞれ形成され
ている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sensor shaft constituting a torque sensor, which is formed of a JIS SNCM material, for example, an SNCM815 material. This sensor axis 1
A pair of magnetic anisotropic parts 2A and 2B are formed on the outer periphery of the pair at a distance in the axial direction. These magnetic anisotropic parts 2
A and 2B are formed by knurling grooves which are inclined in directions opposite to each other with respect to the axial direction of the sensor shaft 1.

【0008】SNCM815材は、低炭素量であること
から、一般には浸炭材としてのみ使用されているが、本
発明では、この材料を利用したセンサ軸1、特に磁気異
方性部2A、2Bに、高周波焼入れ焼戻し処理を行う。
この高周波焼入れ焼戻し処理を施した部分では硬化層が
形成され、この硬化層の表面硬度はHv420〜600
となり、センサ軸1の軸径が13.7mmの場合に硬化
深さは2.5〜3.5mmに達する。なお、この硬化深
さは、磁気異方性部2A、2Bにおける軸半径の0.4
0から0.45倍であるのが最適である。
Since the SNCM815 material has a low carbon content, it is generally used only as a carburizing material. However, in the present invention, the sensor shaft 1 using this material, particularly the magnetic anisotropic parts 2A and 2B, is used. And induction hardening and tempering.
A hardened layer is formed in the portion subjected to the induction hardening and tempering treatment, and the hardened layer has a surface hardness of Hv 420 to 600.
When the shaft diameter of the sensor shaft 1 is 13.7 mm, the curing depth reaches 2.5 to 3.5 mm. The hardening depth is 0.4 mm of the axial radius in the magnetic anisotropic parts 2A and 2B.
The optimal value is from 0 to 0.45 times.

【0009】そして、この高周波焼入れ焼戻し処理によ
り形成された硬化層は、浸炭処理の際に形成された防炭
層とは異なって、表面組織が安定なマルテンサイト組織
となる。このため、磁気異方性部2A、2Bの溝部の領
域で均一な硬度が得られ、厚い硬化層が得られることに
なって、良好なセンサ特性を得ることができる。
The hardened layer formed by this induction hardening and tempering treatment has a martensitic structure with a stable surface structure, unlike the carbon preventing layer formed during the carburizing treatment. For this reason, uniform hardness is obtained in the groove area of the magnetic anisotropic parts 2A and 2B, and a thick cured layer is obtained, so that good sensor characteristics can be obtained.

【0010】本発明においては、上述のように軸材にS
NCM材を用いた場合には、特に、Niの含有量が4.
0〜6.0%であり、またCの含有量が0.1〜0.5
%であるのが好適である。このうち、Niは軸材に磁性
を付与するための成分であり、その含有量がセンサの磁
気特性に影響を及ぼすものである。またCは軸材の硬度
すなわち強度に影響を及ぼすものであり、上述の0.5
%の近傍まで含有させることによって、トルクセンサの
トルク伝達用のセンサ軸として必要な十分な強度を軸材
に付与することができる。
In the present invention, as described above, S
When the NCM material is used, the Ni content is particularly 4.
0 to 6.0%, and the content of C is 0.1 to 0.5%.
% Is preferred. Of these, Ni is a component for imparting magnetism to the shaft, and its content affects the magnetic properties of the sensor. C has an effect on the hardness, that is, the strength, of the shaft material.
%, It is possible to impart sufficient strength necessary for the torque transmission sensor shaft of the torque sensor to the shaft material.

【0011】[0011]

【実施例】図2は、定格トルク以上のトルクを印加した
ときの零点変動の様子を示す。図中、+印は、軸径1
6.2mmのSNCM815材に本発明にもとづき高周
波焼入れ焼戻し処理を施して得られたセンサ軸を有する
トルクセンサについての測定結果を示す。また□印は、
同上の材質および軸径のセンサ軸に従来のように防炭部
を有した浸炭処理を施して得られたセンサ軸を備えるト
ルクセンサについての測定結果を示す。なお、両軸と
も、熱処理後に同じ条件でショットピーニングが施され
た。
FIG. 2 shows how the zero point fluctuates when a torque higher than the rated torque is applied. In the drawing, the + mark indicates a shaft diameter of 1.
The measurement results of a torque sensor having a sensor shaft obtained by subjecting a 6.2 mm SNCM815 material to induction hardening and tempering according to the present invention are shown. In addition, □ mark,
The measurement result about the torque sensor provided with the sensor shaft obtained by subjecting the sensor shaft of the same material and shaft diameter as described above to a carburizing treatment having a carburized portion as in the prior art is shown. Note that both the axes were subjected to shot peening under the same conditions after the heat treatment.

【0012】これら本発明品と従来品とのトルクセンサ
軸の定格トルクは、ともに10kgmであった。図2か
ら明らかなように、本発明品の場合は、定格トルクより
も大きなトルクが印加された場合でも、従来品に比べて
零点変動は小さかった。たとえば定格トルクの3倍のト
ルクが印加された場合にも零点変動は2%FS以下であ
り、また定格トルクの6倍のトルクが印加された場合に
も零点変動は20%FS以下に収まった。図示のよう
に、本発明品によれば、特に定格トルクの5倍以上の大
きなトルクが印加された場合の効果が顕著であった。
The rated torques of the torque sensor shafts of the product of the present invention and the conventional product were both 10 kgm. As is clear from FIG. 2, in the case of the product of the present invention, even when a torque larger than the rated torque was applied, the zero point fluctuation was smaller than that of the conventional product. For example, even when a torque three times the rated torque is applied, the zero-point variation is 2% FS or less, and when a torque six times the rated torque is applied, the zero-point variation is less than 20% FS. . As shown in the figure, according to the product of the present invention, the effect was particularly remarkable when a torque larger than 5 times the rated torque was applied.

【0013】また、本発明によると、多数のトルクセン
サを製造した場合に、各トルクセンサごとの零点のばら
つきは40%FS以下、感度のばらつきは10%FS以
下であった。
According to the present invention, when a large number of torque sensors are manufactured, the variation of the zero point of each torque sensor is 40% FS or less, and the variation of the sensitivity is 10% FS or less.

【0014】図3は、本発明にもとづくトルクセンサの
静的性能の例を示すものである。すなわち、定格トルク
が0.8kgmである本発明品のトルクセンサに時計方
向および反時計方向のトルクを印加したときのセンサの
出力電圧の変化を示すものである。このトルクセンサの
センサ軸は、上述のような高周波焼入れ焼戻し処理は施
したが、熱処理後のショットピーニング処理は施してい
ないものであった。図示のように測定データは直線状に
変化しており、その非直線性は0.5%FS以下であっ
た。この測定データから、センサのヒステリシスと再現
性すなわち繰り返し性とが同様に求められたが、これら
もやはり0.5%FS以下であった。すなわち、従来の
センサ軸においては必須とされていた熱処理後のショッ
トピーニング処理を施さなくても、このように良好な静
的性能が得られた。
FIG. 3 shows an example of the static performance of the torque sensor according to the present invention. That is, it shows the change in the output voltage of the sensor when a clockwise and counterclockwise torque is applied to the torque sensor of the present invention having a rated torque of 0.8 kgm. The sensor shaft of this torque sensor was subjected to the induction hardening and tempering as described above, but was not subjected to the shot peening after the heat treatment. As shown in the figure, the measurement data changed linearly, and the nonlinearity was 0.5% FS or less. From this measurement data, the hysteresis and reproducibility of the sensor, that is, the repeatability, were similarly obtained, but these were also 0.5% FS or less. That is, such good static performance was obtained without performing the shot peening treatment after the heat treatment, which was essential in the conventional sensor shaft.

【0015】図4は、本発明にもとづくトルクセンサの
ダイナミックレンジの例を示すものである。すなわち、
定格トルクが6kgmである本発明品のトルクセンサに
時計方向および反時計方向のトルクを印加したときのセ
ンサの出力電圧の変化を示すものである。図示のように
定格トルクの約2.5倍までのトルクを印加した場合に
も、センサ出力は印加トルクに比例して直線的に変化
し、ダイナミックレンジが広いことが確認された。
FIG. 4 shows an example of the dynamic range of the torque sensor according to the present invention. That is,
FIG. 6 shows changes in the output voltage of the sensor when a clockwise and counterclockwise torque is applied to the torque sensor of the present invention having a rated torque of 6 kgm. As shown in the figure, even when a torque up to about 2.5 times the rated torque was applied, the sensor output linearly changed in proportion to the applied torque, and it was confirmed that the dynamic range was wide.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上のように本発明によると、センサ軸
の外周にナーリング溝により磁気異方性を付与した磁歪
式のトルクセンサにおいて、前記ナーリング溝の加工部
に高周波焼入れ焼戻しが施されている構成としたため、
この高周波焼入れ焼戻し処理により形成された硬化層
を、浸炭処理の際に形成された防炭層とは異なって、表
面組織が安定なマルテンサイト組織とすることができ、
このため、磁気異方性部のナーリング溝部に均一な硬度
の厚い硬化層を得ることが可能となって、良好なセンサ
特性を得ることができ、特に定格トルクよりも大きなト
ルクを印加したときにも零点の変動を小さく抑えること
ができる。
As described above, according to the present invention, in a magnetostrictive torque sensor in which magnetic anisotropy is imparted to the outer periphery of a sensor shaft by a knurling groove, high-frequency quenching and tempering is performed on a processed portion of the knurling groove. Configuration
The hardened layer formed by this induction quenching and tempering treatment can be a martensite structure having a stable surface structure, unlike the carbon-prevention layer formed during the carburizing process,
For this reason, it is possible to obtain a thick hardened layer having a uniform hardness in the knurling groove of the magnetic anisotropic part, and it is possible to obtain good sensor characteristics, particularly when a torque larger than the rated torque is applied. Can also keep the fluctuation of the zero point small.

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

【図1】本発明にもとづくトルクセンサのためのトルク
伝達軸の一例を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing an example of a torque transmission shaft for a torque sensor according to the present invention.

【図2】本発明の実施例のトルクセンサの零点変動を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a zero point fluctuation of the torque sensor according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例のトルクセンサの静特性を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing static characteristics of the torque sensor according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例のトルクセンサのダイナミック
レンジを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a dynamic range of the torque sensor according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサ軸 2A 磁気異方性部 2B 磁気異方性部 1 sensor axis 2A magnetic anisotropic part 2B magnetic anisotropic part

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 センサ軸の外周にナーリング溝により磁
気異方性を付与した磁歪式のトルクセンサであって、前
記ナーリング溝の加工部に高周波焼入れ焼戻しが施され
ていることを特徴とするトルクセンサ。
1. A torque sensor of a magnetostrictive type in which magnetic anisotropy is provided on the outer periphery of a sensor shaft by a knurling groove, wherein a high frequency quenching and tempering is performed on a processed portion of the knurling groove. Sensor.
【請求項2】 センサ軸材がSNCM材であり、Niの
含有量が4.0〜6.0%、Cの含有量が0.1〜0.
5%であることを特徴とする請求項1記載のトルクセン
サ。
2. The sensor shaft material is an SNCM material having a Ni content of 4.0 to 6.0% and a C content of 0.1 to 0.1%.
2. The torque sensor according to claim 1, wherein the value is 5%.
【請求項3】 センサ軸にナーリング溝を加工し、この
ナーリング溝の加工部に高周波焼入れ焼き戻し処理を施
して、表面硬度をHv420〜600、硬化深さを軸半
径の0.40〜0.45倍とすることを特徴とするトル
クセンサの製造方法。
3. A knurling groove is machined in the sensor shaft, and a processed portion of the knurling groove is subjected to induction hardening and tempering to obtain a surface hardness of Hv 420-600 and a hardening depth of 0.40-0. A method of manufacturing a torque sensor, wherein the torque sensor is set to 45 times.
JP47597A 1997-01-07 1997-01-07 Torque sensor and its manufacture Pending JPH10197369A (en)

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