JPH10325764A - トルクセンサの取付け方法 - Google Patents
トルクセンサの取付け方法Info
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- JPH10325764A JPH10325764A JP9115381A JP11538197A JPH10325764A JP H10325764 A JPH10325764 A JP H10325764A JP 9115381 A JP9115381 A JP 9115381A JP 11538197 A JP11538197 A JP 11538197A JP H10325764 A JPH10325764 A JP H10325764A
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- sleeve
- torque sensor
- sensor
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
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- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
Abstract
(57)【要約】
【課題】 特性を向上させながら取付け利便性を改善し
たトルクセンサの取付け方法を提供する。 【解決手段】 磁歪材料で形成されている磁歪スリーブ
７を中間スリーブ６にビーム溶接してセンサヘッド２を
構成する。中間スリーブ６は、磁歪スリーブ７よりも長
く、磁歪スリーブ７の両端から中間スリーブ６が長さＬ
だけ突出する。センサヘッド２に対して焼鈍処理を施
す。焼鈍処理が施されたセンサヘッド２をシャフト１に
取り付ける。このとき、中間材６の両端とシャフト１と
の接点をそれぞれ全周に渡ってビーム溶接する。
たトルクセンサの取付け方法を提供する。 【解決手段】 磁歪材料で形成されている磁歪スリーブ
７を中間スリーブ６にビーム溶接してセンサヘッド２を
構成する。中間スリーブ６は、磁歪スリーブ７よりも長
く、磁歪スリーブ７の両端から中間スリーブ６が長さＬ
だけ突出する。センサヘッド２に対して焼鈍処理を施
す。焼鈍処理が施されたセンサヘッド２をシャフト１に
取り付ける。このとき、中間材６の両端とシャフト１と
の接点をそれぞれ全周に渡ってビーム溶接する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トルクセンサに係
わり、特に磁歪式のトルクセンサを測定対象物に取り付
ける方法に係わる。
わり、特に磁歪式のトルクセンサを測定対象物に取り付
ける方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】産業上の様々な分野でトルクを測定する
用途がある。たとえば、自動車分野では、電動式パワー
ステアリングシステムにおいてドライバの操舵に起因し
て発生するトルクを検出する用途や、走行時のタイヤの
回転方向のトルクを検出する用途などにおいて実用化が
進んでいる。以下では、上述のような自動車分野に用い
られるシャフトに加えられるトルクを検出する例を採り
上げて説明する。
用途がある。たとえば、自動車分野では、電動式パワー
ステアリングシステムにおいてドライバの操舵に起因し
て発生するトルクを検出する用途や、走行時のタイヤの
回転方向のトルクを検出する用途などにおいて実用化が
進んでいる。以下では、上述のような自動車分野に用い
られるシャフトに加えられるトルクを検出する例を採り
上げて説明する。
【０００３】トルクを検出する手法としては、磁歪材料
を用いた磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪材料
は、形状が歪ませられるとそれに伴ってその磁気的特性
が変化する性質を持っており、トルクを測定しようとす
る対象物（ここでは、シャフト）に固定される。そし
て、シャフトにトルクが加わると、そのシャフトに固定
されている磁歪材料の形状が変化するので、そのことに
より磁歪材料の磁気特性が変化する。したがって、磁歪
材料の磁気特性を検出することにより、シャフトに加え
られたトルクを非接触で検出できる。
を用いた磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪材料
は、形状が歪ませられるとそれに伴ってその磁気的特性
が変化する性質を持っており、トルクを測定しようとす
る対象物（ここでは、シャフト）に固定される。そし
て、シャフトにトルクが加わると、そのシャフトに固定
されている磁歪材料の形状が変化するので、そのことに
より磁歪材料の磁気特性が変化する。したがって、磁歪
材料の磁気特性を検出することにより、シャフトに加え
られたトルクを非接触で検出できる。
【０００４】磁歪材料をシャフトに固定する手法として
は、磁歪材料をシャフトに直接接続させて固定する方法
と、特開平１−９７８２３号公報に開示されているよう
に、磁歪材料とシャフトとの間にスリーブ（支持スリー
ブ４）を介在させて固定する方法が知られている。前者
の場合には、溶接、蝋付け、または接着剤などで磁歪材
料をシャフトに固定していた。一方、特開平１−９７８
２３号公報に開示されている構成では、磁歪材料からな
る測定スリーブ１が支持スリーブ４に蝋付けされ、その
支持スリーブ４が測定軸５に誘導加熱による溶接または
蝋付けにより固定されている。なお、特開平１−９７８
２３号公報は、磁歪材料をシャフトに直接接続させて固
定する手法において生じる残留応力を小さくすることを
目的として支持スリーブ４を設けたことを１つの特徴と
する特許出願である。
は、磁歪材料をシャフトに直接接続させて固定する方法
と、特開平１−９７８２３号公報に開示されているよう
に、磁歪材料とシャフトとの間にスリーブ（支持スリー
ブ４）を介在させて固定する方法が知られている。前者
の場合には、溶接、蝋付け、または接着剤などで磁歪材
料をシャフトに固定していた。一方、特開平１−９７８
２３号公報に開示されている構成では、磁歪材料からな
る測定スリーブ１が支持スリーブ４に蝋付けされ、その
支持スリーブ４が測定軸５に誘導加熱による溶接または
蝋付けにより固定されている。なお、特開平１−９７８
２３号公報は、磁歪材料をシャフトに直接接続させて固
定する手法において生じる残留応力を小さくすることを
目的として支持スリーブ４を設けたことを１つの特徴と
する特許出願である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平１−９７８２３
号公報に開示されている構成は、上述したように、それ
以前の構成の問題点を解決するものであったが、磁歪セ
ンサとしての感度、残留応力、シャフトへの取付け利便
性、および熱によるシャフトへの悪影響などを総合的に
見ると、さらに改善すべき点がある。
号公報に開示されている構成は、上述したように、それ
以前の構成の問題点を解決するものであったが、磁歪セ
ンサとしての感度、残留応力、シャフトへの取付け利便
性、および熱によるシャフトへの悪影響などを総合的に
見ると、さらに改善すべき点がある。
【０００６】特開平１−９７８２３号公報において、磁
歪材料から成る測定スリーブ１は、その測定区域２、３
にスリットが形成された状態で支持スリーブ４に蝋付け
固定されるが、このような工程を施すと、磁歪材料は、
金属組成的に結晶粒が小さくなるなどの熱ダメージを受
け、また、蝋材との熱膨張係数差などから大きくはない
が残留応力が発生すると考えられる。磁歪材料へ熱ダメ
ージがかかると、磁歪センサとしての感度が低下し、ま
た、磁歪材料に残留応力が生じていると、シャフトに加
わるトルクを正確に検出することが困難になる。さら
に、支持スリーブ４と測定軸５とを誘導加熱による溶接
または蝋付けにより固定しているが、これらの手法では
支持スリーブ４および測定軸５が広範囲に渡って高温に
なるので、測定スリーブ１が取り付けられた支持スリー
ブ４を測定軸５に固定する場合にはこのことによっても
磁歪材料に残留応力が発生すると考えられる。
歪材料から成る測定スリーブ１は、その測定区域２、３
にスリットが形成された状態で支持スリーブ４に蝋付け
固定されるが、このような工程を施すと、磁歪材料は、
金属組成的に結晶粒が小さくなるなどの熱ダメージを受
け、また、蝋材との熱膨張係数差などから大きくはない
が残留応力が発生すると考えられる。磁歪材料へ熱ダメ
ージがかかると、磁歪センサとしての感度が低下し、ま
た、磁歪材料に残留応力が生じていると、シャフトに加
わるトルクを正確に検出することが困難になる。さら
に、支持スリーブ４と測定軸５とを誘導加熱による溶接
または蝋付けにより固定しているが、これらの手法では
支持スリーブ４および測定軸５が広範囲に渡って高温に
なるので、測定スリーブ１が取り付けられた支持スリー
ブ４を測定軸５に固定する場合にはこのことによっても
磁歪材料に残留応力が発生すると考えられる。
【０００７】また、誘導加熱溶接では、互いに溶接する
２つの物体の接触面積を小さくすることが望ましいの
で、特開平１−９７８２３号公報に記載されている例で
は、支持スリーブ４を測定軸５に固定する際には、支持
スリーブ４をその外周から測定軸５の中心に向かう方向
に押しつけながらそれら２つの間に接点または接線を作
りそこに誘導電流を流すことになると推測される。も
し、支持スリーブ４をこのような方法で固定しようとす
ると、支持スリーブ４およびその支持スリーブ４に固定
されている測定スリーブ１において歪みが発生し、トル
クセンサとしては正確な値が得られなくなる恐れがあ
る。一方、蝋付け固定では、銅蝋または銀蝋を用いる
と、トルク測定時にそこに渦電流が発生し、励磁磁界を
弱めるので、トルクセンサとしての感度が低下すると推
定される。
２つの物体の接触面積を小さくすることが望ましいの
で、特開平１−９７８２３号公報に記載されている例で
は、支持スリーブ４を測定軸５に固定する際には、支持
スリーブ４をその外周から測定軸５の中心に向かう方向
に押しつけながらそれら２つの間に接点または接線を作
りそこに誘導電流を流すことになると推測される。も
し、支持スリーブ４をこのような方法で固定しようとす
ると、支持スリーブ４およびその支持スリーブ４に固定
されている測定スリーブ１において歪みが発生し、トル
クセンサとしては正確な値が得られなくなる恐れがあ
る。一方、蝋付け固定では、銅蝋または銀蝋を用いる
と、トルク測定時にそこに渦電流が発生し、励磁磁界を
弱めるので、トルクセンサとしての感度が低下すると推
定される。
【０００８】ところで、磁性材料の分野では、磁歪材料
の残留応力を消すとともに磁歪材料の結晶粒を成長させ
てその感度を高める手法として、焼鈍（アニーリング）
処理を施すことが有力であるとされている。特開平１−
９７８２３号公報では、焼鈍処理についての開示はない
が、もし特開平１−９７８２３号公報に記載されている
トルクセンサに対して焼鈍処理を施すのであれば、以下
の２つの方法が考えられる。 (1) 測定スリーブ１を支持スリーブに固定した状態で焼
鈍処理を行い、その後にそれらを測定軸５に固定する (2) 測定スリーブ１を支持スリーブに固定し、さらにそ
れらを測定軸５に固定した後に測定軸５を含む全体に対
して焼鈍処理を行う しかしながら、上記(1) では、焼鈍処理により磁歪材料
の残留応力を消すとともにその感度を高めたとしても、
その後の工程で支持スリーブ４と測定軸５とを誘導加熱
による溶接または蝋付けにより固定することになるの
で、広範囲に渡って高温状態にさらされるため、再び磁
歪材料に残留応力が発生してしまう恐れがある。一方、
上記(2) では、最終段階で焼鈍処理を行うので、磁歪材
料の残留応力が無くなるとともにその感度は高まるが、
測定軸５に対しても焼鈍処理を施すことになるので、焼
鈍処理における熱により測定軸５がダメージを受ける。
さらに、トルクセンサを製造する部品メーカーとそのト
ルクセンサをシャフトに取り付ける組立メーカーとが異
なることは多々あるが、この場合、上記(2) の手法を採
用すると、組立メーカーにおいて焼鈍処理を行わなけれ
ばならず、組立メーカーにおける取付け利便性が良くな
い。このため、組立メーカーから部品メーカーに対し
て、シャフトへの取付け後に焼鈍処理を行わなくても済
むような形態でトルクセンサを納入して欲しいというよ
うな要求が出ることが予想される。
の残留応力を消すとともに磁歪材料の結晶粒を成長させ
てその感度を高める手法として、焼鈍（アニーリング）
処理を施すことが有力であるとされている。特開平１−
９７８２３号公報では、焼鈍処理についての開示はない
が、もし特開平１−９７８２３号公報に記載されている
トルクセンサに対して焼鈍処理を施すのであれば、以下
の２つの方法が考えられる。 (1) 測定スリーブ１を支持スリーブに固定した状態で焼
鈍処理を行い、その後にそれらを測定軸５に固定する (2) 測定スリーブ１を支持スリーブに固定し、さらにそ
れらを測定軸５に固定した後に測定軸５を含む全体に対
して焼鈍処理を行う しかしながら、上記(1) では、焼鈍処理により磁歪材料
の残留応力を消すとともにその感度を高めたとしても、
その後の工程で支持スリーブ４と測定軸５とを誘導加熱
による溶接または蝋付けにより固定することになるの
で、広範囲に渡って高温状態にさらされるため、再び磁
歪材料に残留応力が発生してしまう恐れがある。一方、
上記(2) では、最終段階で焼鈍処理を行うので、磁歪材
料の残留応力が無くなるとともにその感度は高まるが、
測定軸５に対しても焼鈍処理を施すことになるので、焼
鈍処理における熱により測定軸５がダメージを受ける。
さらに、トルクセンサを製造する部品メーカーとそのト
ルクセンサをシャフトに取り付ける組立メーカーとが異
なることは多々あるが、この場合、上記(2) の手法を採
用すると、組立メーカーにおいて焼鈍処理を行わなけれ
ばならず、組立メーカーにおける取付け利便性が良くな
い。このため、組立メーカーから部品メーカーに対し
て、シャフトへの取付け後に焼鈍処理を行わなくても済
むような形態でトルクセンサを納入して欲しいというよ
うな要求が出ることが予想される。
【０００９】本発明の課題は、特性を向上させながら取
付け利便性を改善したトルクセンサの製造・取付け方法
を提供することである。
付け利便性を改善したトルクセンサの製造・取付け方法
を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のトルクセンサの
取付け方法は、トルク測定対象物としてのシャフトに磁
歪式トルクセンサを取り付ける方法であって、磁歪材料
を中間材に固定したセンサヘッドに対して熱処理を施す
工程と、上記磁歪材料が固定された中間材と上記シャフ
トとをビーム溶接することにより上記熱処理が施された
センサヘッドを含む磁歪式トルクセンサを上記シャフト
に取り付ける工程とを含む。
取付け方法は、トルク測定対象物としてのシャフトに磁
歪式トルクセンサを取り付ける方法であって、磁歪材料
を中間材に固定したセンサヘッドに対して熱処理を施す
工程と、上記磁歪材料が固定された中間材と上記シャフ
トとをビーム溶接することにより上記熱処理が施された
センサヘッドを含む磁歪式トルクセンサを上記シャフト
に取り付ける工程とを含む。
【００１１】上記方法によれば、トルクセンサをシャフ
トに取り付ける前の熱処理において上記磁歪材料の残留
応力が取り除かれるとともにその磁歪材料の結晶粒が成
長してセンサとしての感度が高められる。また、トルク
センサをシャフトに取り付ける際のビーム溶接は、限ら
れた領域のみを高温にすることができ、周囲の温度上昇
を最小限に抑えることができる。したがって、磁歪材料
が高温状態になることはなく、上記熱処理によって得ら
れた磁歪材料の良好な特性の劣化は最小限に抑えられ
る。
トに取り付ける前の熱処理において上記磁歪材料の残留
応力が取り除かれるとともにその磁歪材料の結晶粒が成
長してセンサとしての感度が高められる。また、トルク
センサをシャフトに取り付ける際のビーム溶接は、限ら
れた領域のみを高温にすることができ、周囲の温度上昇
を最小限に抑えることができる。したがって、磁歪材料
が高温状態になることはなく、上記熱処理によって得ら
れた磁歪材料の良好な特性の劣化は最小限に抑えられ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本実施形態の磁歪式トル
クセンサの構成を示す図である。磁歪式トルクセンサ
は、測定対象（シャフト１）に取り付けられる検出部
と、検出部に励磁用の電流を供給すると共に検出部によ
って検出された検出値に基づいて測定対象に加えられた
トルクを求める励磁・演算部とからなる。検出部は、セ
ンサヘッド２、集磁ヨーク３、支持材４、ベアリング５
などから構成されている。さらに、センサヘッド２は、
中間スリーブ６と磁歪スリーブ７とから構成されてい
る。
クセンサの構成を示す図である。磁歪式トルクセンサ
は、測定対象（シャフト１）に取り付けられる検出部
と、検出部に励磁用の電流を供給すると共に検出部によ
って検出された検出値に基づいて測定対象に加えられた
トルクを求める励磁・演算部とからなる。検出部は、セ
ンサヘッド２、集磁ヨーク３、支持材４、ベアリング５
などから構成されている。さらに、センサヘッド２は、
中間スリーブ６と磁歪スリーブ７とから構成されてい
る。
【００１３】シャフト１は、ここでは、自動車のステア
リング操舵をタイヤの方向制御用ギアボックスに伝達す
るためのシャフトである。このシャフト１の材質は、た
とえば、構造用鋼である。
リング操舵をタイヤの方向制御用ギアボックスに伝達す
るためのシャフトである。このシャフト１の材質は、た
とえば、構造用鋼である。
【００１４】中間スリーブ６は、その内径がシャフト１
の外径よりも僅かに大きい（同一または略同一）円筒形
状をしており、シャフト１に直接固定される。また、中
間スリーブ６は、シャフト１と同じ材質または略同一材
質で形成する。なお、後述説明するが、中間スリーブ６
はビーム溶接によってシャフト１に溶接するので、その
溶接を良好にするために、シャフト１および中間スリー
ブ６の材質は、共に炭素含有量が０．５パーセント以下
の構造用鋼を用いる。
の外径よりも僅かに大きい（同一または略同一）円筒形
状をしており、シャフト１に直接固定される。また、中
間スリーブ６は、シャフト１と同じ材質または略同一材
質で形成する。なお、後述説明するが、中間スリーブ６
はビーム溶接によってシャフト１に溶接するので、その
溶接を良好にするために、シャフト１および中間スリー
ブ６の材質は、共に炭素含有量が０．５パーセント以下
の構造用鋼を用いる。
【００１５】磁歪スリーブ７は、その形状が歪ませられ
ると、その形状変化に伴って磁気特性（特に、透磁率）
が変化する磁歪材料で形成されている。磁歪材料として
は、３ｄ遷移金属系、アモルファス合金系、フェライト
系、４ｆ化合物系などが知られているが、ここでは、一
例として、機械的な強度が強い３ｄ遷移金属系を用いる
ことにする。また、磁歪スリーブ７として使用する磁歪
材料の熱膨張率がシャフト１および中間スリーブ６の熱
膨張率と同じになるように磁歪材料の組成を決める。シ
ャフト１および中間スリーブ６として炭素含有量が０．
５パーセント以下の構造用鋼を用いる場合には、例え
ば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（Ｆｅ：４０、Ｎｉ：６０の比率の
合金）を用いる。Ｆｅ−Ｎｉ系の合金は、炭層鋼とのレ
ーザー溶接に最適である。
ると、その形状変化に伴って磁気特性（特に、透磁率）
が変化する磁歪材料で形成されている。磁歪材料として
は、３ｄ遷移金属系、アモルファス合金系、フェライト
系、４ｆ化合物系などが知られているが、ここでは、一
例として、機械的な強度が強い３ｄ遷移金属系を用いる
ことにする。また、磁歪スリーブ７として使用する磁歪
材料の熱膨張率がシャフト１および中間スリーブ６の熱
膨張率と同じになるように磁歪材料の組成を決める。シ
ャフト１および中間スリーブ６として炭素含有量が０．
５パーセント以下の構造用鋼を用いる場合には、例え
ば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（Ｆｅ：４０、Ｎｉ：６０の比率の
合金）を用いる。Ｆｅ−Ｎｉ系の合金は、炭層鋼とのレ
ーザー溶接に最適である。
【００１６】磁歪スリーブ７は、その内径が中間スリー
ブ６の外径よりも僅かに大きい（同一または略同一）円
筒形状である。磁歪スリーブ７の表面部には、円筒軸に
対して±４５度の角度でそれぞれ互いに平行なスリット
が等間隔に設けられている。磁歪スリーブ７は、ビーム
溶接により中間スリーブ６に固定される。そして、中間
スリーブ６に磁歪スリーブ７を固定したものがセンサヘ
ッド２を構成する。なお、センサヘッド２は、検出部の
一部であり、この検出部をシャフト１に取りつける際、
中間スリーブ６の両端がシャフト１にビーム溶接され
る。なお、ｊｐ７磁歪スリーブ７をビーム溶接以外の手
法で中間スリーブ６に固定してもよい。本実施形態で
は、集磁ヨーク３は、励磁・演算部から供給される励磁
電流を流す一次コイル、および磁束の変化に起因して発
生する起電力により生成される電流を流す二次コイルを
収容する。そして、集磁ヨーク３の内側にセンサヘッド
２を収容したときに上記一次コイルおよび二次コイルが
磁歪スリーブ７の表面部のスリットに重なる位置に来る
ような構成となっている。支持材４は、集磁ヨーク３を
支持する部材である。集磁ヨーク３および支持材４は、
ベアリング５を介してセンサヘッド２に結合される。す
なわち、センサヘッド２は、集磁ヨーク３および支持材
４に対して回転可能な構造となっている。
ブ６の外径よりも僅かに大きい（同一または略同一）円
筒形状である。磁歪スリーブ７の表面部には、円筒軸に
対して±４５度の角度でそれぞれ互いに平行なスリット
が等間隔に設けられている。磁歪スリーブ７は、ビーム
溶接により中間スリーブ６に固定される。そして、中間
スリーブ６に磁歪スリーブ７を固定したものがセンサヘ
ッド２を構成する。なお、センサヘッド２は、検出部の
一部であり、この検出部をシャフト１に取りつける際、
中間スリーブ６の両端がシャフト１にビーム溶接され
る。なお、ｊｐ７磁歪スリーブ７をビーム溶接以外の手
法で中間スリーブ６に固定してもよい。本実施形態で
は、集磁ヨーク３は、励磁・演算部から供給される励磁
電流を流す一次コイル、および磁束の変化に起因して発
生する起電力により生成される電流を流す二次コイルを
収容する。そして、集磁ヨーク３の内側にセンサヘッド
２を収容したときに上記一次コイルおよび二次コイルが
磁歪スリーブ７の表面部のスリットに重なる位置に来る
ような構成となっている。支持材４は、集磁ヨーク３を
支持する部材である。集磁ヨーク３および支持材４は、
ベアリング５を介してセンサヘッド２に結合される。す
なわち、センサヘッド２は、集磁ヨーク３および支持材
４に対して回転可能な構造となっている。
【００１７】励磁・演算部は、励磁電流を生成して一次
コイルに流すとともに、二次コイルを介して流れる電流
に基づいてシャフト１に加えられたトルクを算出する。
上記構成において、シャフト１にトルクが加えられる
と、シャフト１がねじれることにより中間スリーブ６が
歪み、さらにその中間スリーブ６の歪みによって磁歪ス
リーブ７の形状に変化が生じてその磁気特性が変化す
る。すなわち、シャフト１に加わるトルクの大きさに従
って磁歪スリーブ７の磁気特性が変化する。磁歪スリー
ブ７の磁気特性が変化すると、一次コイルに流れる励磁
電流によって生じている磁束が変化するので、二次コイ
ルに起電力が発生する。したがって、励磁・演算部は、
この二次コイルに流れる電流を検出することによってシ
ャフト１に加えられたトルクを算出できる。
コイルに流すとともに、二次コイルを介して流れる電流
に基づいてシャフト１に加えられたトルクを算出する。
上記構成において、シャフト１にトルクが加えられる
と、シャフト１がねじれることにより中間スリーブ６が
歪み、さらにその中間スリーブ６の歪みによって磁歪ス
リーブ７の形状に変化が生じてその磁気特性が変化す
る。すなわち、シャフト１に加わるトルクの大きさに従
って磁歪スリーブ７の磁気特性が変化する。磁歪スリー
ブ７の磁気特性が変化すると、一次コイルに流れる励磁
電流によって生じている磁束が変化するので、二次コイ
ルに起電力が発生する。したがって、励磁・演算部は、
この二次コイルに流れる電流を検出することによってシ
ャフト１に加えられたトルクを算出できる。
【００１８】次に、上記構成のトルクセンサの組立・製
造方法およびシャフトに取り付ける方法を説明する。図
２は、センサヘッド２の製造方法、およびそのセンサヘ
ッド２をシャフト１に取り付ける方法を説明する図であ
る。同図に示すように、センサヘッド２は、磁歪スリー
ブ７の内側に中間スリーブ６を貫通させ、磁歪スリーブ
７の両端において中間スリーブ６と磁歪スリーブ７との
接続点を全周に渡ってビーム溶接することによって形成
される。ビーム溶接とは、たとえば、電子ビーム溶接あ
るいはレーザ溶接である。
造方法およびシャフトに取り付ける方法を説明する。図
２は、センサヘッド２の製造方法、およびそのセンサヘ
ッド２をシャフト１に取り付ける方法を説明する図であ
る。同図に示すように、センサヘッド２は、磁歪スリー
ブ７の内側に中間スリーブ６を貫通させ、磁歪スリーブ
７の両端において中間スリーブ６と磁歪スリーブ７との
接続点を全周に渡ってビーム溶接することによって形成
される。ビーム溶接とは、たとえば、電子ビーム溶接あ
るいはレーザ溶接である。
【００１９】中間スリーブ６は磁歪スリーブ７よりも長
く、中間スリーブ６に磁歪スリーブ７を溶接すると、磁
歪スリーブ７の両端からそれぞれ中間スリーブ６が長さ
Ｌだけ突出する。ここで、長さＬは５mm以上であって、
例えば２０mm程度とする。
く、中間スリーブ６に磁歪スリーブ７を溶接すると、磁
歪スリーブ７の両端からそれぞれ中間スリーブ６が長さ
Ｌだけ突出する。ここで、長さＬは５mm以上であって、
例えば２０mm程度とする。
【００２０】中間スリーブ６と磁歪スリーブ７とを溶接
した後、焼鈍（アニーリング）処理を施す。この焼鈍処
理は、例えば、８００〜１２００℃、１〜２時間程度の
熱処理であり、還元ガス雰囲気が望ましい。この焼鈍処
理を施すと、磁歪スリーブ７の残留応力が取り除かれる
と共に、磁歪材料の結晶粒が成長して形状変形に対する
磁気特性（特に、透磁率）の変化の割合が大きくなるの
で、トルクセンサとしての感度が良くなる。
した後、焼鈍（アニーリング）処理を施す。この焼鈍処
理は、例えば、８００〜１２００℃、１〜２時間程度の
熱処理であり、還元ガス雰囲気が望ましい。この焼鈍処
理を施すと、磁歪スリーブ７の残留応力が取り除かれる
と共に、磁歪材料の結晶粒が成長して形状変形に対する
磁気特性（特に、透磁率）の変化の割合が大きくなるの
で、トルクセンサとしての感度が良くなる。
【００２１】センサヘッド２をシャフト１に固定する際
には、図２に示すように、円筒形状の中間スリーブ６の
内側にシャフト１を貫通させ、中間スリーブ６の両端に
おいてシャフト１と中間スリーブ６との接続点を全周に
渡ってビーム溶接する。ここで、ビーム溶接は、ビーム
を絞って小さなスポットのみに照射すれば、限られた領
域のみを高温にすることができる。すなわち、シャフト
１と中間スリーブ６との接点およびその近傍のみにビー
ムを照射するようにすれば、接点を溶解させる際に、周
囲の温度上昇を最小限に抑えることができる。また、シ
ャフト１と中間スリーブ６との溶接点から磁歪スリーブ
７までの間は、中間スリーブ６により長さＬだけ隔てら
れているので、磁歪スリーブ７が高温状態になることは
なく、焼鈍処理によって得たられた磁歪スリーブ７の良
好な特性の劣化は最小限に抑えられる。
には、図２に示すように、円筒形状の中間スリーブ６の
内側にシャフト１を貫通させ、中間スリーブ６の両端に
おいてシャフト１と中間スリーブ６との接続点を全周に
渡ってビーム溶接する。ここで、ビーム溶接は、ビーム
を絞って小さなスポットのみに照射すれば、限られた領
域のみを高温にすることができる。すなわち、シャフト
１と中間スリーブ６との接点およびその近傍のみにビー
ムを照射するようにすれば、接点を溶解させる際に、周
囲の温度上昇を最小限に抑えることができる。また、シ
ャフト１と中間スリーブ６との溶接点から磁歪スリーブ
７までの間は、中間スリーブ６により長さＬだけ隔てら
れているので、磁歪スリーブ７が高温状態になることは
なく、焼鈍処理によって得たられた磁歪スリーブ７の良
好な特性の劣化は最小限に抑えられる。
【００２２】さらに、トルクセンサを製造する部品メー
カーとそのトルクセンサをシャフトに取り付ける組立メ
ーカーとが異なる場合であっても、組立メーカーでは、
焼鈍処理を行うことなく「完成品」としてのトルクセン
サをビーム溶接するだけで、残留応力が少なく、感度の
良いトルク検知システムが得られる。すなわち、取付け
利便性が向上する。
カーとそのトルクセンサをシャフトに取り付ける組立メ
ーカーとが異なる場合であっても、組立メーカーでは、
焼鈍処理を行うことなく「完成品」としてのトルクセン
サをビーム溶接するだけで、残留応力が少なく、感度の
良いトルク検知システムが得られる。すなわち、取付け
利便性が向上する。
【００２３】上記実施例では、中間スリーブの内壁の構
造については特に言及していなかったが、図３(a) に示
すように、爪１１を設けるようにしてもよい。爪１１
は、微小な突起であり、中間スリーブ６の両側の端部の
内壁部に中間スリーブ６と一体成形で設けられる。ま
た、爪１１は、４つ以上設ける。そして、センサヘッド
２（磁歪スリーブ７が固定されている中間スリーブ６）
をシャフト１に固定する際には、まず、各爪１１の先端
をシャフト１にビーム溶接により仮付けし、その後に中
間スリーブ６の円周に渡ってビーム溶接を行うことによ
り中間スリーブ６をシャフト１に確実に固定する。
造については特に言及していなかったが、図３(a) に示
すように、爪１１を設けるようにしてもよい。爪１１
は、微小な突起であり、中間スリーブ６の両側の端部の
内壁部に中間スリーブ６と一体成形で設けられる。ま
た、爪１１は、４つ以上設ける。そして、センサヘッド
２（磁歪スリーブ７が固定されている中間スリーブ６）
をシャフト１に固定する際には、まず、各爪１１の先端
をシャフト１にビーム溶接により仮付けし、その後に中
間スリーブ６の円周に渡ってビーム溶接を行うことによ
り中間スリーブ６をシャフト１に確実に固定する。
【００２４】このように、中間スリーブ６の円周に渡っ
てのビーム溶接（本溶接）の前に仮付け溶接をすると、
位置決めの精度が向上するとともに、本溶接によって発
生する残量応力がより小さくなる。なお、蝋付けまたは
誘導加熱溶接では、本実施形態のような仮付けが困難ま
たは実質的に不可能である。
てのビーム溶接（本溶接）の前に仮付け溶接をすると、
位置決めの精度が向上するとともに、本溶接によって発
生する残量応力がより小さくなる。なお、蝋付けまたは
誘導加熱溶接では、本実施形態のような仮付けが困難ま
たは実質的に不可能である。
【００２５】また、上記実施例では、シャフト１の形状
については特には言及していなかったが、図４に示すよ
うに、中間スリーブを固定する位置を決めるための段差
を設けるようにしてもよい。同図に示すようにして中間
スリーブ６をシャフト１の段差に当てがった状態でビー
ム溶接を施せば、シャフト１上の所望の位置に中間スリ
ーブ６を正確に固定できる。
については特には言及していなかったが、図４に示すよ
うに、中間スリーブを固定する位置を決めるための段差
を設けるようにしてもよい。同図に示すようにして中間
スリーブ６をシャフト１の段差に当てがった状態でビー
ム溶接を施せば、シャフト１上の所望の位置に中間スリ
ーブ６を正確に固定できる。
【００２６】なお、シャフト１に段差を設けた構成にお
いて誘導加熱溶接により中間スリーブ６をシャフト１に
固定する場合には、接点の面積を小さくするとともにそ
の接点が加圧された状態で接触していることが望ましい
ので、中間スリーブ６を図中「矢印Ａ」として描かれて
いる方向に押し付けることになる。したがって、この場
合、熱歪が大きくなり、また、中間スリーブ６の接点部
が溶融してシャフト１に対する中間スリーブ６の相対位
置を正確に決めることが困難になると推定される。ま
た、蝋付けによる固定では、段差位置から中間スリーブ
６の内壁とシャフト１との間の隙間へ蝋材料を入れるこ
とは困難であるという欠点がある。
いて誘導加熱溶接により中間スリーブ６をシャフト１に
固定する場合には、接点の面積を小さくするとともにそ
の接点が加圧された状態で接触していることが望ましい
ので、中間スリーブ６を図中「矢印Ａ」として描かれて
いる方向に押し付けることになる。したがって、この場
合、熱歪が大きくなり、また、中間スリーブ６の接点部
が溶融してシャフト１に対する中間スリーブ６の相対位
置を正確に決めることが困難になると推定される。ま
た、蝋付けによる固定では、段差位置から中間スリーブ
６の内壁とシャフト１との間の隙間へ蝋材料を入れるこ
とは困難であるという欠点がある。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、トルクセンサをシャフ
トに取り付ける前にそのトルクセンサに対して焼鈍処理
を行い、磁歪材料の残留応力を取り除くと共にセンサと
しての感度が高めておき、トルクセンサをシャフトに取
り付ける際には、磁歪材料が固定された中間材をシャフ
トにビーム溶接するので、取付け時に周囲の温度上昇を
最小限に抑えることができ、上記熱処理によって得たら
れた磁歪材料の良好な特性の劣化は最小限に抑えられ
る。また、シャフトに対しては焼鈍処理が施されないの
で、シャフトがダメージを受けることもない。
トに取り付ける前にそのトルクセンサに対して焼鈍処理
を行い、磁歪材料の残留応力を取り除くと共にセンサと
しての感度が高めておき、トルクセンサをシャフトに取
り付ける際には、磁歪材料が固定された中間材をシャフ
トにビーム溶接するので、取付け時に周囲の温度上昇を
最小限に抑えることができ、上記熱処理によって得たら
れた磁歪材料の良好な特性の劣化は最小限に抑えられ
る。また、シャフトに対しては焼鈍処理が施されないの
で、シャフトがダメージを受けることもない。
【図１】本実施形態の磁歪式トルクセンサの構成を示す
図である。
図である。
【図２】センサヘッドの製造方法、およびそのセンサヘ
ッドをシャフトに取り付ける方法を説明する図である。
ッドをシャフトに取り付ける方法を説明する図である。
【図３】中間スリーブに爪を設けた例を示す図である。
【図４】シャフトにセンサヘッドを固定するための段差
を設けた例を示す図である。
を設けた例を示す図である。
１ シャフト ２ センサヘッド ３ 集磁ヨーク ６ 中間スリーブ ７ 磁歪スリーブ
Claims (3)
- 【請求項１】 トルク測定対象物としてのシャフトに磁
歪式トルクセンサを取り付ける方法であって、 磁歪材料を中間材に固定したセンサヘッドに対して熱処
理を施す工程と、 上記磁歪材料が固定された中間材と上記シャフトとをビ
ーム溶接することにより上記熱処理が施されたセンサヘ
ッドを含む磁歪式トルクセンサを上記シャフトに取り付
ける工程とを有するトルクセンサの取付け方法。 - 【請求項２】 トルク測定対象物としてのシャフトに取
り付けられてそのシャフトに加わるトルクを検出する磁
歪式トルクセンサであって、 上記シャフトの外径と同一または略同一の内径を持った
円筒形状であり且つ上記シャフトに取り付けられるとき
にその両端において上記シャフトにビーム溶接ができる
ように形成された中間材と、該中間材の外周面上に固定
された磁歪材料とを含むセンサヘッドを有し、 そのセンサヘッドを上記シャフトに取り付ける前にその
センサヘッドに対して焼鈍処理を施した磁歪式トルクセ
ンサ。 - 【請求項３】 トルクセンサが取り付けられた自動車ス
テアリング用のシャフトであって、 当該シャフトの外径と同一または略同一の内径を持った
円筒形状の中間材と該中間材の外周面上に固定された磁
歪材料とを含み予め焼鈍処理が施されたセンサヘッドを
有するトルクセンサを、 上記中間材の両端において該中間材と当該シャフトとを
ビーム溶接することにより取り付けた自動車ステアリン
グ用のシャフト。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9115381A JPH10325764A (ja) | 1997-03-25 | 1997-05-06 | トルクセンサの取付け方法 |
| US09/044,892 US5880379A (en) | 1997-03-25 | 1998-03-20 | Torque sensor installing method |
| EP98105308A EP0867703B1 (en) | 1997-03-25 | 1998-03-24 | Torque sensor installing method |
| DE69800903T DE69800903T2 (de) | 1997-03-25 | 1998-03-24 | Verfahren zur Installation eines Drehmomentsensors |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-70322 | 1997-03-25 | ||
| JP7032297 | 1997-03-25 | ||
| JP9115381A JPH10325764A (ja) | 1997-03-25 | 1997-05-06 | トルクセンサの取付け方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10325764A true JPH10325764A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=26411485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9115381A Withdrawn JPH10325764A (ja) | 1997-03-25 | 1997-05-06 | トルクセンサの取付け方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5880379A (ja) |
| EP (1) | EP0867703B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10325764A (ja) |
| DE (1) | DE69800903T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008026210A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Nissan Motor Co Ltd | 磁歪リング式トルクセンサ |
| JP2008026209A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Nissan Motor Co Ltd | 磁歪リング及び磁歪リング式トルクセンサ |
| JP2013170996A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Nissan Motor Co Ltd | 磁歪リング式トルクセンサ、及び磁歪リング式トルクセンサの製造方法 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6439066B1 (en) * | 1996-08-14 | 2002-08-27 | Peter Norton | Torque sensor |
| JP3616237B2 (ja) * | 1997-09-29 | 2005-02-02 | トヨタ自動車株式会社 | トルク検出装置 |
| JP3587674B2 (ja) * | 1998-01-07 | 2004-11-10 | アルプス電気株式会社 | 回転角度センサ、この回転角度センサを用いたトルクセンサ、このトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置 |
| US6698299B2 (en) * | 2001-05-05 | 2004-03-02 | Methode Electronics, Inc. | Magnetoelastic torque sensor |
| US6823746B2 (en) * | 2002-07-11 | 2004-11-30 | Visteon Global Technologies, Inc. | Magnetoelastic torque sensor for mitigating non-axisymmetric inhomogeneities in emanating fields |
| US20040154412A1 (en) * | 2003-02-10 | 2004-08-12 | Viola Jeffrey L. | Cross-axial sensor for measuring magnetic fields emanating from magnetoelastic shafts |
| US7310870B2 (en) | 2003-05-12 | 2007-12-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Method for forming an annular magnetostrictive coat on an outer peripheral surface of a rotational shaft of magnetostrictive torque sensor |
| JP4567565B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2010-10-20 | 本田技研工業株式会社 | 電動パワーステアリング装置 |
| JP5081483B2 (ja) * | 2007-04-03 | 2012-11-28 | 本田技研工業株式会社 | 磁歪式トルクセンサの製造方法 |
| JP2008298534A (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサ及び磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置 |
| US20170234755A1 (en) * | 2016-02-17 | 2017-08-17 | Ford Global Technologies, Llc | Variability Compensation For Paired Shafts and Sensors |
| DE102017121863A1 (de) * | 2017-09-21 | 2019-03-21 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Anordnung zur Messung einer Kraft oder eines Momentes mit einem Magnetfeldsensor und einer Hülse |
| CN110701436B (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-23 | 徐州长航科技有限公司 | 一种智能传感器安装装置 |
| DE102020117009A1 (de) | 2020-06-29 | 2021-12-30 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Anordnung zur Erfassung eines Drehmoments an einem Maschinenelement und Fahrzeug mit einer solchen Anordnung |
| DE102020117007A1 (de) | 2020-06-29 | 2021-12-30 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Anordnung zur Erfassung eines Drehmoments an einem Maschinenelement und Fahrzeug mit einer solchen Anordnung |
| DE102020120668A1 (de) | 2020-08-05 | 2022-02-10 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Drehmomentsensor auf Basis inversiver Magnetostriktion |
| DE102020120672A1 (de) | 2020-08-05 | 2022-02-10 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Magnetoelastischer Drehmomentsensor mit einer magnetisierten Hülse als Primärsensor |
| DE102020122116A1 (de) | 2020-08-25 | 2022-03-03 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Drehmomentsensor auf Basis inversiver Magnetostriktion |
| DE102022105883A1 (de) | 2022-03-14 | 2023-09-14 | Melectric Systems GmbH | Autarke messvorrichtung zur drehmomentmessung mittels magnetostriktion |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2708484C2 (de) * | 1977-02-26 | 1983-07-28 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Drehmoment-Meßanordnung |
| US4506554A (en) * | 1983-06-07 | 1985-03-26 | Asea Aktiebolag | Magnetoelastic torque transducer |
| JPS6042628A (ja) * | 1983-08-19 | 1985-03-06 | Toshiba Corp | トルクセンサ |
| DE3787100T2 (de) * | 1986-01-10 | 1994-01-27 | Honda Motor Co Ltd | Sensorelement für mechanische Eigenschaft und Verfahren zu dessen Herstellung. |
| US4896544A (en) * | 1986-12-05 | 1990-01-30 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| SE457482B (sv) * | 1987-04-24 | 1988-12-27 | Asea Ab | Nollpunktsstabiliserad magnetoelastisk momentgivare |
| SE457481B (sv) * | 1987-04-24 | 1988-12-27 | Asea Ab | Magnetoelastisk momentgivare |
| JPS648219A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-12 | Nippon Oils & Fats Co Ltd | Amorphous metal-metal composite and its production and amorphous metal-metal composite torque sensor using said composite |
| JPH0424530A (ja) * | 1990-05-19 | 1992-01-28 | Ono Sokki Co Ltd | 磁歪トルクセンサ |
| DE69207028T2 (de) * | 1991-03-04 | 1996-05-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Berührungslos arbeitender Drehmomentmessfühler |
| US5280729A (en) * | 1991-04-30 | 1994-01-25 | Nissan Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque detecting apparatus |
| US5520059A (en) * | 1991-07-29 | 1996-05-28 | Magnetoelastic Devices, Inc. | Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using same |
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| US5557974A (en) * | 1993-08-26 | 1996-09-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Torque sensor using magnetostrictive alloy and method of manufacturing the same |
-
1997
- 1997-05-06 JP JP9115381A patent/JPH10325764A/ja not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-03-20 US US09/044,892 patent/US5880379A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-03-24 EP EP98105308A patent/EP0867703B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-24 DE DE69800903T patent/DE69800903T2/de not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2008026210A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Nissan Motor Co Ltd | 磁歪リング式トルクセンサ |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0867703A1 (en) | 1998-09-30 |
| DE69800903D1 (de) | 2001-07-19 |
| EP0867703B1 (en) | 2001-06-13 |
| US5880379A (en) | 1999-03-09 |
| DE69800903T2 (de) | 2001-10-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040706 |