JPH11258077A - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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Publication number
JPH11258077A
JPH11258077A JP5777298A JP5777298A JPH11258077A JP H11258077 A JPH11258077 A JP H11258077A JP 5777298 A JP5777298 A JP 5777298A JP 5777298 A JP5777298 A JP 5777298A JP H11258077 A JPH11258077 A JP H11258077A
Authority
JP
Japan
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magnetostrictive material
shaft
detected
torque
torque sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP5777298A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuaki Tanaka
勝章 田中
Yoichiro Kashiwagi
陽一郎 柏木
Taiji Oodate
泰治 大立
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.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Publication date
Application filed by Toyoda Automatic Loom Works Ltd filed Critical Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Priority to JP5777298A priority Critical patent/JPH11258077A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque sensor with good sensitivity and small hysteresis of output characteristic. SOLUTION: This torque sensor 1 comprises a part 5 to be detected externally fitted to a shaft 2 and a detecting part 6 for detecting a magnetic change due to distortion of the part 5 to be detected. A magnetostrictive material 8 composing the part 5 to be detected cylindrically formed and integrally rotatably fitted to the shaft 2 through an intermediate sleeve 7. A cylindrical yoke 10 is disposed relatively rotatable in relation to the shaft 2, and an exciting coil 11 and a detecting coil 12 are arranged inside the yoke 10. The magnetostrictive material 8 is formed in 0.5-3 mm thick, and 8 is formed by a crystalline magnetostrictive material. An Fe-Ni alloy containing 30-80 wt.% Ni added with several wt.% Cr is used as the magnetostrictive material.

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、被検出軸に作用す
るトルクを磁歪材の透磁率の変化を利用して検出するト
ルクセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor for detecting a torque acting on a shaft to be detected by utilizing a change in the magnetic permeability of a magnetostrictive material.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の磁歪式のトルクセンサは、シャ
フトの外周面に固定された磁歪材がシャフトに働くトル
クによって捻じれて歪むことによりその透磁率がトルク
に応じて変化し、この透磁率変化に対応した磁束変化に
基づいて検出用コイルに誘導される誘導起電力からトル
クを検出するようになっている。磁歪式トルクセンサと
して被検出軸自身を磁歪材で形成すると、被検出軸の磁
気特性と機械的な強度とを両立させるのが難しく、加工
も難しいという問題があるため、一般に被検出軸の表面
に磁歪材が設けられる。
2. Description of the Related Art In a magnetostrictive torque sensor of this type, a magnetostrictive material fixed to an outer peripheral surface of a shaft is twisted and distorted by a torque acting on the shaft, so that its magnetic permeability changes in accordance with the torque. The torque is detected from the induced electromotive force induced in the detection coil based on the magnetic flux change corresponding to the magnetic susceptibility change. If the detected shaft itself is made of a magnetostrictive material as a magnetostrictive torque sensor, it is difficult to achieve both the magnetic characteristics and mechanical strength of the detected shaft and machining is difficult. Is provided with a magnetostrictive material.

【0003】特開平7−55603号公報には、図5及
び図6に示す構成のものが開示されている。このトルク
センサでは、図5に示すように、鋼製軸素材51の外周
面の磁歪測定部位に高磁歪合金(FeAl合金)層52
が帯状に金属組織的に融合されて形成されている。ま
た、鋼製軸素材51の高磁歪合金層52と対応する箇所
には、複数の部分螺旋溝53a,53bが左右対称に形
成された溝形成部54a,54bが設けられている。溝
形成部54a,54bと対応する位置には励磁手段兼検
出手段として機能するコイル55a,55bがヨーク5
6の内部に配設されている。
[0003] Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-55603 discloses the configuration shown in FIGS. In this torque sensor, as shown in FIG. 5, a high magnetostrictive alloy (FeAl alloy) layer 52
Are formed in a belt-like manner by being metallically fused. Further, at a position corresponding to the high magnetostrictive alloy layer 52 of the steel shaft raw material 51, groove forming portions 54a and 54b in which a plurality of partial spiral grooves 53a and 53b are formed symmetrically are provided. At positions corresponding to the groove forming portions 54a and 54b, coils 55a and 55b functioning as exciting and detecting means are provided.
6 are arranged inside.

【0004】高磁歪合金層52はTIG溶接、プラズマ
粉末溶接、プラズマ溶射などにより、帯状の肉盛層とし
て形成される。肉盛層が厚すぎると肉盛層に割れを発生
する虞がでるため、肉盛厚さを3mm以下とするのが良
く、高磁歪合金層52としてFeAl合金層を使用した
場合は、FeAl合金層による磁歪現象を有効に検出す
るためには、肉盛厚さを0.1mm以上とすることが望
ましいとしている。また、鋼製軸素材51の表面の高周
波焼入れ処理により、少なくとも高磁歪合金層52の厚
さ以上の深さにわたって硬化層が形成されている。
[0004] The high magnetostrictive alloy layer 52 is formed as a belt-like overlay layer by TIG welding, plasma powder welding, plasma spraying, or the like. If the build-up layer is too thick, a crack may occur in the build-up layer. Therefore, the build-up thickness is preferably set to 3 mm or less, and when the FeAl alloy layer is used as the high magnetostrictive alloy layer 52, In order to effectively detect the magnetostriction phenomenon caused by the layer, it is desirable that the build-up thickness be 0.1 mm or more. Further, a hardened layer is formed at least over the depth of the high magnetostrictive alloy layer 52 by the induction hardening treatment of the surface of the steel shaft material 51.

【0005】そして、磁歪検出部の回路構成は図6に示
すように、コイル55a,55bと抵抗57a,57b
とでブリッジ回路を形成し、対向する一方の接続点C−
D間を交流電源58の供給側Vinとして、両コイル55
a,55bに交流の定電圧を印加しておき、対向する他
方の接続点A−B間の出力を差動増幅器59に接続して
ある。そして、図5の鋼製軸素材51に対してトルクT
が加わると、差動増幅器59からトルクに対応した出力
が生じるようになっている。
As shown in FIG. 6, the circuit configuration of the magnetostriction detecting section includes coils 55a and 55b and resistors 57a and 57b.
To form a bridge circuit, and one of the opposing connection points C-
D is the supply side Vin of the AC power supply 58 and both coils 55
A constant voltage of alternating current is applied to a and 55b, and the output between the other opposing connection points AB is connected to the differential amplifier 59. The torque T is applied to the steel shaft blank 51 shown in FIG.
Is added, an output corresponding to the torque is generated from the differential amplifier 59.

【0006】また、特開昭59−228140号公報に
は、車軸(被検出軸)に円筒状の磁歪材を嵌合したもの
が開示されている。この磁歪式トルクセンサは、磁歪材
の表面に多数の溝が軸心方向に45度と−45度の角度
をなすように形成された二つの環状領域が形成されてい
る。そして、磁歪材の外側に励磁用コイル及び検出用コ
イルが各環状領域に対応して2組みずつ配設され、励磁
用コイルは交流電源に接続され、検出用コイルは処理回
路に接続されている。そして、車軸に作用するトルクに
対応した検出信号が両検出用コイルから出力され、処理
回路でトルクが求められるようになっている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 59-228140 discloses an axle in which a cylindrical magnetostrictive material is fitted to an axle (a shaft to be detected). In this magnetostrictive torque sensor, two annular regions are formed on the surface of a magnetostrictive material such that a large number of grooves are formed at an angle of 45 degrees and -45 degrees in the axial direction. Then, two sets of excitation coils and detection coils are arranged outside the magnetostrictive material corresponding to the respective annular regions, the excitation coils are connected to an AC power supply, and the detection coils are connected to a processing circuit. . Then, a detection signal corresponding to the torque acting on the axle is output from both the detection coils, and the processing circuit calculates the torque.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来より、トルクセン
サの検出感度の向上が要望されている。ところで、磁歪
材を通る有効磁束は、被検出軸及び磁歪材の総断面積に
対する磁歪材の占める断面積比率(有効断面積)に依存
する。従って、磁歪材を通る有効磁束を増やすには磁歪
材の厚さを厚くすればよい。また、磁歪材料自身の感度
を上げるには、通常の高透磁率材料と同様、結晶粒を粗
大化させる磁気焼鈍を行うのが一般的であった。
Conventionally, it has been desired to improve the detection sensitivity of a torque sensor. Incidentally, the effective magnetic flux passing through the magnetostrictive material depends on the ratio of the cross-sectional area occupied by the magnetostrictive material to the total cross-sectional area of the shaft to be detected and the magnetostrictive material (effective cross-sectional area). Accordingly, the effective magnetic flux passing through the magnetostrictive material can be increased by increasing the thickness of the magnetostrictive material. Further, in order to increase the sensitivity of the magnetostrictive material itself, it has been general to perform magnetic annealing for enlarging the crystal grains as in the case of the ordinary high magnetic permeability material.

【0008】しかし、トルクセンサの出力とトルクに
は、図7(a)に示すようなヒステリシス現象が存在す
る。センサのヒステリシスは材料の磁化特性に起因す
る。強磁性体の磁化過程には磁壁移動過程と、磁化回転
過程とがあり、磁化特性は図7(b)に示すようなヒス
テリシスを生じる。センサのヒステリシスは材料の磁化
状態において、マイナーループが磁界Hの原点付近で不
安定なために起こるといわれている。その結果、トルク
零におけるセンサ出力が不安定になる。
However, the output and torque of the torque sensor have a hysteresis phenomenon as shown in FIG. The hysteresis of the sensor is due to the magnetic properties of the material. The magnetization process of the ferromagnetic material includes a domain wall movement process and a magnetization rotation process, and the magnetization characteristics cause hysteresis as shown in FIG. 7B. It is said that the hysteresis of the sensor occurs because the minor loop is unstable near the origin of the magnetic field H in the magnetized state of the material. As a result, the sensor output at zero torque becomes unstable.

【0009】マイナーループの不安定さは、図7(b)
のヒステリシス曲線(B−Hカーブ)が急峻な程大きく
なる。従って、B−Hカーブを寝かすことによりマイナ
ーループの不安定さを低減できる。B−Hカーブが寝た
状態になると透磁率は下がるため、センサの出力も下が
る。しかし、センサの出力低下は励磁条件で改善可能と
考えられる。
The instability of the minor loop is shown in FIG.
Is steeper, the steeper the hysteresis curve (BH curve) is. Therefore, the instability of the minor loop can be reduced by laying down the BH curve. When the BH curve is in a lying state, the magnetic permeability decreases, and the output of the sensor also decreases. However, it is considered that the decrease in the output of the sensor can be improved under the excitation condition.

【0010】ところが、本願発明者は被検出軸に溶射に
より磁歪層を形成したもの(以下、溶射材という)と、
溶製後、圧延・切削加工して円筒状に形成した磁歪材
(以下、バルク材という)について、定格の24倍の過
負荷時(12N・mのトルク印加時)のドリフトを励磁
電流値を変更して観察した結果、図8(a),(b)に
示すような結果を得た。ここで過負荷ドリフトとは次の
ように定義される。なお、過負荷後のドリフト電圧とは
図4におけるVdに相当する。
However, the inventor of the present application has formed a magnetostrictive layer on a shaft to be detected by thermal spraying (hereinafter referred to as a thermal sprayed material).
For the magnetostrictive material (hereinafter, referred to as bulk material) formed into a cylindrical shape by rolling and cutting after melting, the drift at the time of overload of 24 times the rated value (when applying a torque of 12 N · m) is used to determine the exciting current value. As a result of observation under different conditions, results as shown in FIGS. 8A and 8B were obtained. Here, the overload drift is defined as follows. The drift voltage after overload corresponds to Vd in FIG.

【0011】過負荷ドリフト(%FS)=(過負荷後の
ドリフト電圧/定格時の出力電圧)×100 その結果、図8(a)に示すように、溶射材の場合は、
励磁電流を増大させることにより過負荷ドリフトを大幅
に下げることができる。しかし、図8(b)に示すよう
に、バルク材の場合は励磁電流の効果が小さく、励磁電
流値を大きくして過負荷ドリフト(ヒステリシス)を満
足できる値までに小さくすることは非常に難しいことが
判明した。
Overload drift (% FS) = (drift voltage after overload / output voltage at rated time) × 100 As a result, as shown in FIG.
By increasing the exciting current, overload drift can be significantly reduced. However, as shown in FIG. 8B, in the case of a bulk material, the effect of the exciting current is small, and it is very difficult to increase the exciting current value to reduce the overload drift (hysteresis) to a value that can be satisfied. It has been found.

【0012】さて、特開平7−55603号公報では、
センサヒステリシスHys(%)を次式のように定義した
とき、FeAl合金のAl濃度を10〜16重量%と
し、鋼製軸素材の表面に磁歪合金層の厚さ以上の深さで
硬化層を形成すると満足できる結果が得られると記載さ
れている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-55603,
When the sensor hysteresis Hys (%) is defined as the following equation, the Al concentration of the FeAl alloy is set to 10 to 16% by weight, and the hardened layer is formed on the surface of the steel shaft material at a depth greater than the thickness of the magnetostrictive alloy layer. It is stated that satisfactory results are obtained when formed.

【0013】Hys={2Vh /(V1 +V2 )}×10
0 ここで、Vh は図7(a)のトルクと出力電圧の関係を
示すグラフにおいて、トルク零におけるセンサ出力の
差、V1 はプラス側の最大トルク印加時の出力電圧、V
2 はマイナス側の最大トルク印加時の出力電圧を意味す
る。
Hys = {2Vh / (V1 + V2)} × 10
Here, Vh is the difference between the sensor outputs at zero torque in the graph showing the relationship between the torque and the output voltage in FIG. 7 (a), V1 is the output voltage when the maximum torque on the plus side is applied, and V1 is
2 means the output voltage when the maximum torque on the negative side is applied.

【0014】しかし、磁歪材を被検出軸に溶接により、
金属組織的に融合させた層として形成する構成では、被
検出軸に加熱加工を施す必要があり、被検出軸自体の特
性を劣化させるなどの不具合を生じさせる虞がある。ま
た、磁歪材に比較して被検出軸が大きな(長さが長い)
場合、加工装置が大型化するという問題もある。
However, by welding the magnetostrictive material to the shaft to be detected,
In a configuration formed as a layer that has been fused in a metallographic manner, it is necessary to perform heating processing on the shaft to be detected, which may cause problems such as deterioration of the characteristics of the shaft to be detected itself. Also, the detected shaft is larger (longer length) than the magnetostrictive material
In this case, there is also a problem that the size of the processing apparatus is increased.

【0015】一方、特開昭59−228140号公報に
開示されたもののように、被検出軸と別体に形成した磁
歪材、即ちバルク材を後から被検出軸に固定する構成で
は、前記の問題はない。しかし、前記のようにバルク材
の場合は溶射材と異なり、励磁電流によりヒステリシス
を低下させることは難しいため、従来はバルク材で要求
を満たすものが得られなかった。
On the other hand, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-228140, in a configuration in which a magnetostrictive material formed separately from a shaft to be detected, ie, a bulk material, is fixed to the shaft to be detected later, No problem. However, unlike the thermal sprayed material, it is difficult to reduce the hysteresis by the excitation current, unlike the thermal sprayed material, so that a bulk material satisfying the requirements has not been obtained conventionally.

【0016】本願発明者は磁歪材の厚さや結晶粒径の大
きさと、センサのヒステリシスとの関係についてを検討
した結果、トルクセンサの定格でのフルスケール感度
と、零点でのセンサ出力のずれ(図7(a)のVhに相
当)とは磁歪材の厚さが大きいほど大きくなるが、その
増加の度合いが異なり、良好な性能のセンサを得るには
磁歪材の厚さ及び結晶粒径の大きさに特定の範囲がある
ことを見いだした。即ち、センサの感度を高めるために
単純に磁歪材の厚さを厚くしたのでは、零点でのセンサ
出力のずれが大きくなってセンサ性能が低下することを
見いだした。
The inventor of the present application has examined the relationship between the thickness of the magnetostrictive material and the crystal grain size and the hysteresis of the sensor. As a result, the full-scale sensitivity at the rated torque sensor and the deviation of the sensor output at the zero point ( 7 (a), the larger the thickness of the magnetostrictive material is, the larger the thickness is. However, the degree of the increase is different, and in order to obtain a sensor with good performance, the thickness and the crystal grain size of the magnetostrictive material are reduced. We found that there was a certain range in size. That is, if the thickness of the magnetostrictive material is simply increased in order to increase the sensitivity of the sensor, it has been found that the deviation of the sensor output at the zero point increases and the sensor performance decreases.

【0017】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は感度が良好で出力特性のヒステ
リシスが小さなトルクセンサを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a torque sensor having good sensitivity and small hysteresis in output characteristics.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに請求項1に記載の発明では、被検出軸の外周面に固
定された筒状の磁歪材と、該磁歪材を通る磁束を発生さ
せる磁束発生手段と、前記被検出軸に作用するトルクに
応じて前記磁歪材が歪むことによる前記磁束の変化を検
出するための検出手段とを備えたトルクセンサにおい
て、前記磁歪材を結晶質の磁歪材料で前記被検出軸に外
嵌される筒状に形成し、その厚さを3mm以下にした。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a cylindrical magnetostrictive material fixed to an outer peripheral surface of a shaft to be detected, and a magnetic flux passing through the magnetostrictive material. A torque sensor comprising: a magnetic flux generating means for generating; and a detecting means for detecting a change in the magnetic flux due to distortion of the magnetostrictive material according to a torque acting on the shaft to be detected. And was formed in a cylindrical shape fitted externally to the shaft to be detected, with a thickness of 3 mm or less.

【0019】請求項2に記載の発明では、前記磁歪材料
の結晶粒径を1〜100μmとした。請求項3に記載の
発明では、請求項1又は請求項2に記載の発明におい
て、前記磁歪材は厚さが0.5mm以上に形成されると
ともに、その外周面に前記被検出軸の軸線方向と所定の
角度をなす多数の溝を有する環状の領域が軸線と直交す
る平面に対して対称に形成されている。
In the second aspect of the present invention, the magnetostrictive material has a crystal grain size of 1 to 100 μm. According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the magnetostrictive member is formed to have a thickness of 0.5 mm or more, and has an outer peripheral surface on an axial direction of the detected shaft. An annular region having a large number of grooves at a predetermined angle is formed symmetrically with respect to a plane perpendicular to the axis.

【0020】請求項4に記載の発明では、請求項1〜請
求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記磁歪
材料としてNi含有量が30〜80重量%のFe−Ni
合金にCrあるいはMoを数重量%添加したものが使用
されている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the magnetostrictive material has a Ni content of 30 to 80% by weight.
An alloy obtained by adding Cr or Mo to the alloy by several weight% is used.

【0021】従って、請求項1〜請求項4に記載の発明
によれば、被検出軸に作用するトルクによって磁歪材が
歪むと、磁束発生手段により磁歪材を通るように形成さ
れた磁束に変化が現れ、この被検出軸に作用したトルク
に応じた磁束の変化が検出手段により検出される。磁歪
材が結晶質の磁歪材料で前記被検出軸に外嵌される筒状
に形成されるとともに、その厚さが3mm以下に設定さ
れているため、同じ感度でも出力特性のヒステリシスが
より小さくなる。
Therefore, according to the first to fourth aspects of the present invention, when the magnetostrictive material is distorted by the torque acting on the detected shaft, the magnetic flux is changed to a magnetic flux formed so as to pass through the magnetostrictive material by the magnetic flux generating means. Appears, and the change of the magnetic flux according to the torque applied to the detected shaft is detected by the detecting means. The magnetostrictive material is made of a crystalline magnetostrictive material and is formed in a cylindrical shape that is externally fitted to the shaft to be detected, and its thickness is set to 3 mm or less, so that the hysteresis of the output characteristics becomes smaller even with the same sensitivity. .

【0022】請求項2に記載の発明によれば、磁歪材料
の結晶粒径が1〜100μmに設定されているため、被
駆動軸に過負荷が加わった後のヒステリシスがより小さ
くなる。
According to the second aspect of the present invention, the crystal grain size of the magnetostrictive material is set to 1 to 100 μm, so that the hysteresis after an overload is applied to the driven shaft becomes smaller.

【0023】請求項3に記載の発明によれば、被検出軸
にトルクが作用したとき磁歪材に形成された二つの領域
の一方には圧縮力が、他方には引張力が作用する。磁歪
材は圧縮力を受けると透磁率が小さくなり、引張力を受
けると透磁率が大きくなる。従って、圧縮力を受ける領
域の検出信号と、引張力を受ける領域の検出信号とが異
なる。
According to the third aspect of the present invention, when torque is applied to the shaft to be detected, a compressive force acts on one of the two regions formed on the magnetostrictive material and a tensile force acts on the other. When a magnetostrictive material receives a compressive force, its magnetic permeability decreases, and when it receives a tensile force, its magnetic permeability increases. Therefore, the detection signal of the region receiving the compressive force is different from the detection signal of the region receiving the tensile force.

【0024】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
〜請求項3に記載の発明における磁歪材を容易に得るこ
とができる。
According to the invention of claim 4, according to claim 1,
The magnetostrictive material according to the present invention can be easily obtained.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、本発
明を具体化した第1の実施形態を図1〜図4に従って説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0026】図1はトルクセンサ1が組付けられた部分
における断面図である。被検出軸としてのシャフト2
は、略円筒状のハウジング3の内部に挿通された状態で
ベアリング4を介してハウジング3に対して回転可能に
支持されている。トルクセンサ1はシャフト2に外嵌さ
れた磁歪特性を有する被検出部5と、被検出部5の歪み
による磁気的変化を検出するための検出部6とから構成
されている。
FIG. 1 is a sectional view of a portion where the torque sensor 1 is mounted. Shaft 2 as shaft to be detected
Is rotatably supported by the housing 3 via a bearing 4 while being inserted into the housing 3 having a substantially cylindrical shape. The torque sensor 1 includes a detected part 5 having a magnetostrictive property fitted to the shaft 2 and a detecting part 6 for detecting a magnetic change due to the distortion of the detected part 5.

【0027】被検出部5は、図2に示すように、シャフ
ト2に外嵌される中間スリーブ7と、中間スリーブ7に
外嵌された円筒状の磁歪材8とからなる。磁歪材8は中
間スリーブ7を介してシャフト2に対して一体回転可能
に取り付けられている。磁歪材8の表面(外周面)には
シャフト2の軸線方向と所定の角度をなす多数の溝8a
を有する環状の領域A,Bが、軸線と直交する平面に対
して対称に形成されている。多数の溝8aは軸心方向に
45度と−45度をなして周方向に等間隔に形成されて
いる。
As shown in FIG. 2, the detected portion 5 includes an intermediate sleeve 7 externally fitted to the shaft 2 and a cylindrical magnetostrictive material 8 externally fitted to the intermediate sleeve 7. The magnetostrictive material 8 is attached to the shaft 2 via the intermediate sleeve 7 so as to be integrally rotatable. On the surface (outer peripheral surface) of the magnetostrictive material 8, a number of grooves 8a are formed at a predetermined angle with respect to the axial direction of the shaft 2.
Are formed symmetrically with respect to a plane perpendicular to the axis. A large number of grooves 8a are formed at equal intervals in the circumferential direction at 45 ° and −45 ° in the axial direction.

【0028】検出部6は、図1に示すようにシャフト2
に対して2つのベアリング9を介して両端にて支持され
て相対回転可能に配置された円筒状のヨーク10を備え
ている。ヨーク10の内周面には前記各領域A,Bと対
向する位置にそれぞれ凹部が形成されている。各凹部に
は内側に励磁用コイル11が、外側に検出用コイル12
がそれぞれ巻回されたボビン(図示せず)がそれぞれ収
納されている。ヨーク10がベアリング9を介してシャ
フト2に支持されているため、シャフト2がハウジング
3に対して偏心していても、ヨーク10と磁歪材8との
軸心が一致し易い。なお、励磁用コイル11が磁束発生
手段を構成し、検出用コイル12が検出手段を構成して
いる。
As shown in FIG. 1, the detecting section 6
And a cylindrical yoke 10 supported at both ends via two bearings 9 and arranged to be relatively rotatable. A concave portion is formed on the inner peripheral surface of the yoke 10 at a position facing each of the regions A and B. Each recess has an exciting coil 11 inside and a detecting coil 12 outside.
The bobbin (not shown) in which is wound respectively is stored. Since the yoke 10 is supported by the shaft 2 via the bearing 9, even if the shaft 2 is eccentric with respect to the housing 3, the axes of the yoke 10 and the magnetostrictive material 8 are easily aligned. Note that the exciting coil 11 constitutes a magnetic flux generating means, and the detecting coil 12 constitutes a detecting means.

【0029】励磁用コイル11は交流電源13に接続さ
れ、励磁用コイル11には所定周波数の交流電流が供給
される。検出用コイル12は公知の処理回路14に接続
されている。励磁用コイル11に交流電流が流れること
により、ヨーク10→磁歪材8→ヨーク10を磁束が通
る磁気回路が、各領域A,Bのそれぞれに対して形成さ
れる。磁歪材8を通る磁束は、溝8aにより分断された
各領域を溝8aに沿うように、磁歪材8の軸線方向に対
して45度又は−45度傾く。
The exciting coil 11 is connected to an AC power supply 13, and an AC current having a predetermined frequency is supplied to the exciting coil 11. The detection coil 12 is connected to a known processing circuit 14. When an alternating current flows through the exciting coil 11, a magnetic circuit in which a magnetic flux passes through the yoke 10 → the magnetostrictive material 8 → the yoke 10 is formed for each of the regions A and B. The magnetic flux passing through the magnetostrictive member 8 is inclined by 45 degrees or −45 degrees with respect to the axial direction of the magnetostrictive member 8 so that each region divided by the groove 8a is along the groove 8a.

【0030】2つの検出用コイル12から出力される各
誘導起電力は、磁歪材8の領域Aと領域Bにおける歪
み、すなわちシャフト2のトルクに比例する。シャフト
2にトルクが作用したとき、その際の回転方向に応じて
領域Aと領域Bには一方に圧縮力が他方に引張力が作用
する。磁歪材8は、引張力が作用すると透磁率が大きく
なり、圧縮力が作用すると透磁率が小さくなる。このた
め、各検出用コイル12からの誘導起電力は、引張力が
働いた被検出領域を検出する側で大きく、圧縮力が働い
た被検出領域を検出する側で小さくなる。
Each induced electromotive force output from the two detection coils 12 is proportional to the strain in the region A and the region B of the magnetostrictive material 8, that is, the torque of the shaft 2. When a torque acts on the shaft 2, a compressive force acts on one of the regions A and B and a tensile force acts on the other in the regions A and B in accordance with the rotation direction at that time. The magnetic permeability of the magnetostrictive material 8 increases when a tensile force acts, and decreases when a compressive force acts. For this reason, the induced electromotive force from each detection coil 12 is large on the side that detects the detected area where the tensile force is applied, and is small on the side that detects the detected area where the compressive force is applied.

【0031】処理回路14は、両検出用コイル12から
入力した誘導起電力を差動回路(図示せず)で減算し、
その減算した信号を内部に設けられた整流回路等で整流
して公知の回路でトルクの値を求めるようになってい
る。差動回路で減算するのは、温度変化等による外乱ノ
イズを相殺して補償することで、精度の高いトルク検出
を行うためである。検出用コイル12からの出力信号
は、シャフト2にトルクが加わっていないときに処理回
路14が零トルクを検出するようにレベル設定されてい
る。そして、処理回路14は検出信号の信号レベルが零
レベルに対して正側にどれだけの値をとるか、負側にど
れだけの値をとるかによって、トルクの大きさ及び方向
を検出するようになっている。
The processing circuit 14 subtracts the induced electromotive force input from both detection coils 12 by a differential circuit (not shown),
The subtracted signal is rectified by a rectifying circuit or the like provided therein to obtain a torque value by a known circuit. The reason why the subtraction is performed by the differential circuit is to perform highly accurate torque detection by canceling and compensating for disturbance noise due to a temperature change or the like. The level of the output signal from the detection coil 12 is set so that the processing circuit 14 detects zero torque when no torque is applied to the shaft 2. Then, the processing circuit 14 detects the magnitude and direction of the torque based on how much the signal level of the detection signal takes on the positive side with respect to the zero level and how much the value takes on the negative side. It has become.

【0032】磁歪材8は結晶質の磁歪材料で形成され、
その厚さが0.5mm以上、3mm以下の所定の値に形
成される。厚さを3mm以下に設定するのは、3mmを
超えるとヒステリシスが急に悪化するため、満足できる
ヒステリシスとするために厚さの上限が3mmとなる。
また、厚さを0.5mm以上に設定するのは、0.5m
mを下回ると満足できる溝8aを形成できないためと、
磁性体の体積が小さくなって所望の出力感度を得られな
いためである。この実施の形態では例えば磁歪材8は厚
さ1.5mmに形成されている。
The magnetostrictive material 8 is formed of a crystalline magnetostrictive material,
The thickness is formed to a predetermined value of 0.5 mm or more and 3 mm or less. When the thickness is set to 3 mm or less, if the thickness exceeds 3 mm, the hysteresis suddenly deteriorates. Therefore, the upper limit of the thickness is 3 mm to obtain a satisfactory hysteresis.
Also, setting the thickness to 0.5 mm or more is 0.5 m
m, a satisfactory groove 8a cannot be formed,
This is because the desired output sensitivity cannot be obtained due to the small volume of the magnetic material. In this embodiment, for example, the magnetostrictive material 8 is formed to a thickness of 1.5 mm.

【0033】磁歪材料としてはNi含有量が30〜80
重量%のFe−Ni合金にCrを数%添加した鉄・ニッ
ケル・クロム合金が使用される。この実施の形態では磁
歪材料として例えば、Ni含有量が56重量%のFe−
Ni合金にCrを4%添加した鉄・ニッケル・クロム合
金が使用されている。また、結晶の平均粒径は300μ
m程度であった。
The magnetostrictive material has a Ni content of 30 to 80.
An iron-nickel-chromium alloy obtained by adding a few percent of Cr to a wt.% Fe-Ni alloy is used. In this embodiment, as the magnetostrictive material, for example, an Fe-containing material having a Ni content of 56% by weight is used.
An iron-nickel-chromium alloy obtained by adding 4% of Cr to a Ni alloy is used. Further, the average grain size of the crystal is 300 μm.
m.

【0034】次に、このトルクセンサ1の作用を説明す
る。トルクセンサ1の作動中は、交流電源13から励磁
用コイル11に一定の振幅および周波数の交流電流が流
され、磁束がヨーク10→磁歪材8→ヨーク10を通る
2つの磁気回路が形成される。シャフト2に回転力が加
えられてトルクが発生すると、磁歪材8を軸方向に分け
る領域Aと領域Bは、それぞれ一方が圧縮力を他方が引
張力を受ける。このため、領域Aと領域Bの磁束の変化
を検出する各検出用コイル12には、引張力を受けた被
検出領域を検出する側で大きくなり、圧縮力を受けた被
検出領域を検出する側で小さくなるようなシャフト2の
トルクに比例する誘導起電力が発生する。
Next, the operation of the torque sensor 1 will be described. During the operation of the torque sensor 1, an AC current having a constant amplitude and frequency is supplied from the AC power supply 13 to the exciting coil 11, and two magnetic circuits are formed in which the magnetic flux passes through the yoke 10, the magnetostrictive material 8, and the yoke 10. . When a torque is generated by applying a rotational force to the shaft 2, one of the regions A and B that separates the magnetostrictive material 8 in the axial direction receives a compressive force and the other receives a tensile force. For this reason, each of the detection coils 12 for detecting a change in the magnetic flux in the region A and the region B becomes large on the side of detecting the detection target region that has received the tensile force, and detects the detection target region that has received the compressive force. An induced electromotive force proportional to the torque of the shaft 2 that decreases on the side is generated.

【0035】2つの検出用コイル12に誘導された誘導
起電力は処理回路14に入力される。処理回路14に入
力された両検出用コイル12からの電圧が差動回路で減
算されるとともに、その減算された信号が内部に設けら
れた整流回路等で整流されて公知の回路でトルクの値が
求められる。
The induced electromotive force induced by the two detection coils 12 is input to the processing circuit 14. The voltage from the two detection coils 12 input to the processing circuit 14 is subtracted by a differential circuit, and the subtracted signal is rectified by a rectification circuit or the like provided therein, and the value of the torque is calculated by a known circuit. Is required.

【0036】定格トルクとして10N・mを加えた場合
のトルクセンサのフルスケール(FS)感度は出力電圧
として60mV(ミリボルト)であった。また、その場
合のヒステリシス(定格ヒステリシス)は2.1%FS
であった。ここで、ヒステリシス(定格ヒステリシス)
の大きさを示す%FSとは、定格トルクを加えた後にト
ルクを零にしたときの出力、即ち図4におけるVhを、
定格トルクを加えたときの出力、即ち図4におけるV0
で割った値に100を掛けた値であり、次式で表され
る。
The full scale (FS) sensitivity of the torque sensor when 10 N · m was added as the rated torque was 60 mV (millivolt) as the output voltage. In this case, the hysteresis (rated hysteresis) is 2.1% FS
Met. Where hysteresis (rated hysteresis)
Is the output when the torque is reduced to zero after adding the rated torque, that is, Vh in FIG.
The output when the rated torque is applied, that is, V0 in FIG.
Is multiplied by 100, and is expressed by the following equation.

【0037】 ヒステリシス(%FS)=(Vh/V0)×100…(1) 磁歪材料はおなじものを使用して、磁歪材8の厚さ(ス
リーブ厚み)を変更して同じ測定条件でFS感度を測定
した結果を表1及び図3(a)に示す。また、ヒステリ
シスの測定結果を表1及び図3(b)に示す。
Hysteresis (% FS) = (Vh / V0) × 100 (1) Using the same magnetostrictive material, changing the thickness (sleeve thickness) of the magnetostrictive material 8 and changing the FS sensitivity under the same measurement conditions Are shown in Table 1 and FIG. 3 (a). The measurement results of the hysteresis are shown in Table 1 and FIG.

【0038】ここで、図3(b)の縦軸が示すヒステリ
シス(%FS)の値は、各磁歪材8を使用したときのV
hの値をFS感度で割った値に100を掛けた値とな
る。 ヒステリシス(%FS)=(Vh/FS感度)×100
Here, the value of the hysteresis (% FS) indicated by the vertical axis of FIG.
The value is obtained by multiplying the value obtained by dividing the value of h by the FS sensitivity by 100. Hysteresis (% FS) = (Vh / FS sensitivity) × 100

【0039】[0039]

【表1】 図3(a),(b)から明らかなように、トルクセンサ
のFS感度は磁歪材8の厚さの増加に伴ってほぼ同じ割
合で増加するのに対して、ヒステリシスは厚さ3mmを
過ぎたところで急に増加することが判明した。従って、
磁歪材8の厚さを3mm以下にすることで、必要なFS
感度を確保するとともにヒステリシスを小さくできる。
磁歪材8の厚さが薄いときにヒステリシスが小さくなる
理由として、次のことが考えられる。
[Table 1] As is clear from FIGS. 3A and 3B, the FS sensitivity of the torque sensor increases at almost the same rate as the thickness of the magnetostrictive material 8 increases, whereas the hysteresis exceeds 3 mm. It turned out to increase suddenly. Therefore,
By setting the thickness of the magnetostrictive material 8 to 3 mm or less, the required FS
Sensitivity can be ensured and hysteresis can be reduced.
The following can be considered as a reason why the hysteresis is reduced when the thickness of the magnetostrictive material 8 is small.

【0040】励磁用コイル11は磁歪材8と同軸となる
ように配設されているため、同じ磁界で励磁した場合、
磁歪材8の厚さが薄いほど励磁磁束は磁歪材8の表層部
(外周部)に集中する。従って、磁歪材8の厚さが薄く
なると磁歪材8を通る磁束に起因する渦電流の関与する
肉厚割合が増え、磁歪材8の交流透磁率が低く調整され
る。そのため、磁歪材8の交流磁化特性はB−H曲線が
急峻でなくなる。高透磁率材の磁化零点付近は交流励磁
された材料の磁化特性が急激に変動する不安定さがある
ため、高透磁率材のままではヒステリシスが大きくなる
が、磁歪材8の交流透磁率を低くすることによりヒステ
リシスが小さくなる。
Since the exciting coil 11 is arranged so as to be coaxial with the magnetostrictive material 8, when excited by the same magnetic field,
As the thickness of the magnetostrictive material 8 is smaller, the excitation magnetic flux concentrates on the surface layer (outer peripheral portion) of the magnetostrictive material 8. Therefore, when the thickness of the magnetostrictive material 8 is reduced, the thickness ratio of the eddy current caused by the magnetic flux passing through the magnetostrictive material 8 increases, and the AC magnetic permeability of the magnetostrictive material 8 is adjusted to be low. Therefore, the AC magnetization characteristic of the magnetostrictive material 8 does not have a steep BH curve. In the vicinity of the magnetization zero point of the high-permeability material, there is instability in which the magnetization characteristics of the AC-excited material rapidly fluctuate. Therefore, the hysteresis increases when the high-permeability material is used. Hysteresis is reduced by lowering the value.

【0041】この実施の形態では以下の効果を有する。 (イ) 円筒状の磁歪材8の厚さを3mm以下にするこ
とにより、感度が良好で出力特性のヒステリシスを小さ
くできる。
This embodiment has the following effects. (A) By setting the thickness of the cylindrical magnetostrictive material 8 to 3 mm or less, the sensitivity is good and the hysteresis of the output characteristics can be reduced.

【0042】(ロ) 磁歪材8の外周面に形成された両
領域A,Bに対応する出力信号の差分をトルクセンサの
出力とすることにより感度が大きくなる。 (ハ) 磁歪材8は厚さを0.5mm以上に形成したた
め、溝8aを無理なく形成できる。また、磁歪材8を長
くしなくても必要な感度が得られる。
(B) The difference between the output signals corresponding to the two regions A and B formed on the outer peripheral surface of the magnetostrictive member 8 is used as the output of the torque sensor to increase the sensitivity. (C) Since the magnetostrictive material 8 has a thickness of 0.5 mm or more, the groove 8a can be formed without difficulty. Further, the required sensitivity can be obtained without making the magnetostrictive material 8 long.

【0043】(ニ) 磁歪材料としてNi含有量が30
〜80重量%のFe−Ni合金にCrを数重量%添加し
たものが使用されているため、磁歪材料を入手し易い。 (ホ) ヨーク10をシャフト2に対してベアリング9
を介して相対回転可能に支持した。従って、シャフト2
に外嵌された磁歪材8とヨーク10との間のギャップを
シャフト2の偏心やハウジング3の加工精度によらず、
常に一定に保つことができ、トルクセンサ1の検出精度
を高く確保できる。
(D) Ni content of the magnetostrictive material is 30
Since a material obtained by adding a few weight% of Cr to an 80-80 weight% Fe-Ni alloy is used, a magnetostrictive material is easily available. (E) Put the yoke 10 on the shaft 2 with the bearing 9
And supported so as to be relatively rotatable. Therefore, the shaft 2
The gap between the magnetostrictive material 8 and the yoke 10 externally fitted on the shaft 2 is independent of the eccentricity of the shaft 2 and the processing accuracy of the housing 3.
It can be kept constant at all times, and high detection accuracy of the torque sensor 1 can be ensured.

【0044】(ヘ) 磁歪材8が中間スリーブ7を介し
てシャフト2に一体回転可能に固定されているため、中
間スリーブ7の寸法精度を一定レベル以上に確保してお
くことにより、シャフト2の加工精度をさほど厳しくし
なくても、磁歪材8がシャフト2に対して心出しされ
て、トルクセンサ1の検出精度が安定する。
(F) Since the magnetostrictive material 8 is fixed to the shaft 2 via the intermediate sleeve 7 so as to be integrally rotatable, the dimensional accuracy of the intermediate sleeve 7 is maintained at a certain level or more, so that the shaft 2 Even if the processing accuracy is not so severe, the magnetostrictive material 8 is centered on the shaft 2 and the detection accuracy of the torque sensor 1 is stabilized.

【0045】(第2の実施の形態)次に第2の実施の形
態を説明する。この実施の形態では磁歪材8を形成する
磁歪材料の結晶粒子の平均粒径を変更した点が前記実施
の形態と異なっており、トルクセンサ1自身の機械的構
成は前記実施の形態と同じである。磁歪材料を細粒化さ
せる方法として、例えば次の方法がある。 (1)焼鈍温度を従来温度(通常1100°C前後)よ
り低い温度例えば900°C以下で行う。 (2)添加元素(例えば、Ti、Al、Nb等)を微量
(数重量%)加える。 (3)焼鈍時の冷却速度の変更と結晶成長点を多く作る
ために加工度を大きくする。加工度を大きくするとは、
材料粉末を圧縮したとき部分的に不均一な力が加わるよ
うにして、結晶成長の欠陥部分を積極的に多数形成して
おくことを意味する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. This embodiment is different from the above embodiment in that the average particle size of the crystal grains of the magnetostrictive material forming the magnetostrictive material 8 is changed, and the mechanical configuration of the torque sensor 1 itself is the same as in the above embodiment. is there. As a method for making the magnetostrictive material finer, for example, there is the following method. (1) The annealing temperature is lower than the conventional temperature (usually around 1100 ° C.), for example, 900 ° C. or less. (2) Add a small amount (several% by weight) of an additional element (for example, Ti, Al, Nb, etc.). (3) The workability is increased to change the cooling rate during annealing and to increase the number of crystal growth points. To increase the degree of processing,
This means that a large number of defective portions of crystal growth are actively formed by applying a non-uniform force partially when the material powder is compressed.

【0046】材料A及び材料Bを使用して、粗粒品と細
粒化品について、過負荷ドリフト(%FS)を測定した
結果を表2に示す。ここで過負荷ドリフトとは、過負荷
トルク印加後、トルク零とした時のトルクセンサの出力
(図4のVdに相当)を、定格トルクを加えたときの出
力(図4のV0に相当)で割った値に100を掛けた値
である。この実施の形態では、定格時のトルクは3N・
mで、過負荷時のトルクを250N・mとした。また、
磁歪材8の厚さは0.7mmとした。
Table 2 shows the results of measuring the overload drift (% FS) of the coarse-grained product and the fine-grained product using the material A and the material B. Here, the overload drift means the output of the torque sensor when the torque is set to zero after application of the overload torque (corresponding to Vd in FIG. 4) and the output when the rated torque is applied (corresponding to V0 in FIG. 4). It is a value obtained by multiplying the value obtained by dividing by 100 by 100. In this embodiment, the rated torque is 3N ·
m, the overload torque was 250 N · m. Also,
The thickness of the magnetostrictive material 8 was 0.7 mm.

【0047】[0047]

【表2】 材料AではTiを加えるとともに、焼鈍を水素雰囲気中
で温度を850°Cとして行った。材料Bでは焼鈍を水
素雰囲気中で温度を400°C以下として行った。な
お、材料A,Bとも粗粒品は1100°Cで焼鈍を行っ
て得た。
[Table 2] For material A, Ti was added, and annealing was performed at 850 ° C. in a hydrogen atmosphere. For material B, annealing was performed in a hydrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. or less. In addition, both the materials A and B were obtained by annealing coarse particles at 1100 ° C.

【0048】表2から明らかなように、結晶粒径を細粒
化させると磁歪材料の組成あるいは細粒化方法が異なっ
ても、過負荷ドリフトが減少することが確認された。こ
の理由としては、結晶粒径を粗大化させると、残留応力
が不均一に生じるため、零点付近でのマイナーループが
不安定化する。しかし、平均粒径を小さくすることによ
り、大きな結晶粒の間に小さな結晶粒界が形成され、そ
の結晶粒界によって磁壁移動が妨げられて急峻な透磁率
変化が抑制されると考えられる。また、細粒が増えるこ
とによって電気抵抗値が高くなり、使用時に生じる渦電
流による大幅な磁気劣化が防止される。
As is evident from Table 2, it was confirmed that when the crystal grain size was reduced, the overload drift was reduced even if the composition of the magnetostrictive material or the method of reducing the size were different. The reason for this is that if the crystal grain size is increased, the residual stress is generated unevenly, so that the minor loop near the zero point becomes unstable. However, it is considered that by reducing the average grain size, a small crystal grain boundary is formed between the large crystal grains, and the crystal grain boundary hinders the domain wall movement and suppresses a sharp change in magnetic permeability. In addition, the increase in fine grains increases the electric resistance value, thereby preventing significant magnetic deterioration due to eddy current generated during use.

【0049】適切な結晶粒径としては、材質により変動
はあるが、平均粒径が1〜100μmの範囲が好まし
く、5〜50μmの範囲がより好ましい。磁歪材8の厚
さが同じ場合、平均粒径を小さくすることによりヒステ
リシスが低下する。従って、前記実施の形態のように磁
歪材8の厚さを0.5〜3mmとすることにより、前記
実施の形態の(イ)〜(ヘ)の効果に加えて、ヒステリ
シスをより小さくできる。
The appropriate crystal grain size varies depending on the material, but the average grain size is preferably in the range of 1 to 100 μm, and more preferably in the range of 5 to 50 μm. When the thickness of the magnetostrictive material 8 is the same, the hysteresis is reduced by reducing the average particle size. Therefore, by setting the thickness of the magnetostrictive material 8 to 0.5 to 3 mm as in the embodiment, the hysteresis can be further reduced in addition to the effects (a) to (f) of the embodiment.

【0050】なお、実施の形態は前記に限定されず、例
えば次のように具体化してもよい。 ○ 磁歪材8の材料として、鉄・ニッケル・クロム合金
のCrに代えてMoを添加した鉄・ニッケル・モリブデ
ン合金を使用してもよい。例えば、Ni含有量が30〜
80重量%のFe−Ni合金にMoを数%添加した鉄・
ニッケル・モリブデン合金が使用される。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example. As the material of the magnetostrictive material 8, an iron-nickel-molybdenum alloy to which Mo is added in place of Cr of the iron-nickel-chromium alloy may be used. For example, when the Ni content is 30 to
80% by weight of Fe-Ni alloy containing several percents of Mo
Nickel-molybdenum alloy is used.

【0051】○ 磁歪材8の材料として、鉄・ニッケル
・クロム合金や鉄・ニッケル・モリブデン合金の他に、
Fe−Al合金、Fe−Ni合金等の高透磁率軟磁性材
料を使用する。
The materials for the magnetostrictive material 8 include iron / nickel / chromium alloy and iron / nickel / molybdenum alloy.
A high-permeability soft magnetic material such as an Fe-Al alloy or an Fe-Ni alloy is used.

【0052】○ 中間スリーブ7を設けずに、筒状の磁
歪材8を直接シャフト2に取り付けてもよい。 ○ 結晶粒径の小さな磁歪材料からなる磁歪材8を形成
する場合、焼鈍を省略して、焼結後の冷却速度を調整す
るだけでもよい。
The cylindrical magnetostrictive material 8 may be directly attached to the shaft 2 without providing the intermediate sleeve 7. In the case of forming the magnetostrictive material 8 made of a magnetostrictive material having a small crystal grain size, annealing may be omitted and only the cooling rate after sintering may be adjusted.

【0053】○ 磁歪材8をその表面に溝8aのない平
滑スリーブとし、平滑スリーブをクロスヘッド型ピック
アップで検出する構成を採用してもよい。前記各実施の
形態から把握できる請求項記載以外の技術的思想(発
明)について、以下にその効果とともに記載する。
A structure may be adopted in which the magnetostrictive material 8 is a smooth sleeve having no groove 8a on its surface, and the smooth sleeve is detected by a crosshead type pickup. The technical ideas (inventions) other than those described in the claims that can be understood from the above embodiments will be described below together with their effects.

【0054】(1) 請求項1〜請求項3のいずれか一
項に記載のトルクセンサにおいて、前記磁歪材料はNi
含有量が30〜80重量%のFe−Ni合金にCrを数
重量%添加するとともに、結晶成長点を多く作るための
添加元素が加えられている。この場合、結晶粒が細かい
磁歪材量の製造が簡単になる。
(1) The torque sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetostrictive material is Ni.
A few wt% of Cr is added to an Fe—Ni alloy having a content of 30 to 80 wt%, and additional elements for increasing the number of crystal growth points are added. In this case, it is easy to produce a magnetostrictive material having fine crystal grains.

【0055】(2) (1)の添加元素としてAl、T
i、Nbが使用され、その添加量は数重量%以下であ
る。この場合も(1)と同様な効果を発揮する。(3)
Ni含有量が30〜80重量%のFe−Ni合金にC
rを数重量%添加した磁歪材料を使用して、厚さ0.5
〜3mmの円筒状に形成した磁歪材。この磁歪材を使用
することにより、感度が良くてヒステリシスの小さな出
力特性のトルクセンサが得られる。
(2) Al, T as additive elements in (1)
i and Nb are used, and the added amount thereof is several weight% or less. Also in this case, the same effect as (1) is exhibited. (3)
Fe-Ni alloy with 30-80 wt% Ni content
r using a magnetostrictive material to which a few percent by weight of
A magnetostrictive material formed in a cylindrical shape of up to 3 mm. By using this magnetostrictive material, a torque sensor having good sensitivity and output characteristics with small hysteresis can be obtained.

【0056】なお、本明細書でいう「ヒステリシス」と
は、定格ヒステリシスだけを意味するのではなく、過負
荷ドリフト(過負荷ヒステリシスに相当する)を含む。
It should be noted that the term "hysteresis" as used herein does not only mean rated hysteresis but also includes overload drift (corresponding to overload hysteresis).

【0057】[0057]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1〜請求項
4に記載の発明によれば、感度が良好でヒステリシスの
小さな出力特性のトルクセンサが得られる。
As described in detail above, according to the first to fourth aspects of the present invention, it is possible to obtain a torque sensor having good sensitivity and output characteristics with small hysteresis.

【0058】請求項2に記載の発明によれば、出力特性
のヒステリシスがより小さくなる。請求項3に記載の発
明によれば、磁歪材に形成された二つの領域の透磁率の
変化に基づいた検出信号が出力されるため、溝を形成し
ない場合に比較して簡単な構成でトルクの検出感度が向
上する。
According to the second aspect of the invention, the hysteresis of the output characteristics is further reduced. According to the third aspect of the present invention, since the detection signal is output based on the change in the magnetic permeability of the two regions formed in the magnetostrictive material, the torque can be reduced with a simple configuration as compared with the case where no groove is formed. Detection sensitivity is improved.

【0059】請求項4に記載の発明によれば、前記特性
を有する磁歪材料を入手し易い。
According to the fourth aspect of the invention, it is easy to obtain a magnetostrictive material having the above characteristics.

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

【図1】 第1の実施の形態におけるトルクセンサの部
分模式断面図。
FIG. 1 is a partial schematic cross-sectional view of a torque sensor according to a first embodiment.

【図2】 磁歪材及びシャフトを示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing a magnetostrictive material and a shaft.

【図3】 (a)は磁歪材の厚さと出力感度の関係を示
すグラフ、(b)は磁歪材の厚さとヒステリシスの関係
を示すグラフ。
3A is a graph showing the relationship between the thickness of the magnetostrictive material and output sensitivity, and FIG. 3B is a graph showing the relationship between the thickness of the magnetostrictive material and hysteresis.

【図4】 トルクセンサの出力とトルクの関係を示すグ
ラフ。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the output of a torque sensor and torque.

【図5】 従来技術におけるトルクセンサの部分断面
図。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a conventional torque sensor.

【図6】 同じくトルクセンサの検出部の回路図。FIG. 6 is a circuit diagram of a detection unit of the torque sensor.

【図7】 (a)はトルクセンサの出力とトルクの関係
を示すグラフ、(b)は磁化曲線を示すグラフ。
7A is a graph showing a relationship between an output of a torque sensor and a torque, and FIG. 7B is a graph showing a magnetization curve.

【図8】 (a)は溶射材の励磁電流値と過負荷ドリフ
トの関係を示すグラフ、(b)はバルク材の励磁電流値
と過負荷ドリフトの関係を示すグラフ。
8A is a graph showing a relationship between an exciting current value of a thermal sprayed material and an overload drift, and FIG. 8B is a graph showing a relationship between an exciting current value of a bulk material and an overload drift.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…トルクセンサ、2…被検出軸を構成するシャフト、
8…磁歪材、8a…溝、11…磁束発生手段としての励
磁用コイル、12…検出手段としての検出用コイル、
A,B…領域。
1. Torque sensor, 2. Shaft constituting detected shaft,
8 ... magnetostrictive material, 8a ... groove, 11 ... exciting coil as magnetic flux generating means, 12 ... detecting coil as detecting means,
A, B ... area.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検出軸の外周面に固定された筒状の磁
歪材と、該磁歪材を通る磁束を発生させる磁束発生手段
と、前記被検出軸に作用するトルクに応じて前記磁歪材
が歪むことによる前記磁束の変化を検出するための検出
手段とを備えたトルクセンサにおいて、 前記磁歪材を結晶質の磁歪材料で前記被検出軸に外嵌さ
れる筒状に形成し、その厚さを3mm以下にしたトルク
センサ。
1. A cylindrical magnetostrictive material fixed to an outer peripheral surface of a shaft to be detected, magnetic flux generating means for generating a magnetic flux passing through the magnetostrictive material, and the magnetostrictive material according to a torque acting on the shaft to be detected. Wherein the magnetostrictive material is formed of a crystalline magnetostrictive material into a cylindrical shape fitted around the shaft to be detected, and has a thickness A torque sensor having a length of 3 mm or less.
【請求項2】 前記磁歪材料の結晶粒径を1〜100μ
mとした請求項1に記載のトルクセンサ。
2. The crystal grain size of the magnetostrictive material is 1 to 100 μm.
The torque sensor according to claim 1, wherein m is m.
【請求項3】 前記磁歪材は厚さが0.5mm以上に形
成されるとともに、その外周面に前記被検出軸の軸線方
向と所定の角度をなす多数の溝を有する環状の領域が軸
線と直交する平面に対して対称に形成されている請求項
1又は請求項2に記載のトルクセンサ。
3. The magnetostrictive material is formed to have a thickness of 0.5 mm or more, and an annular region having a large number of grooves at a predetermined angle with respect to the axial direction of the detected shaft is formed on the outer peripheral surface thereof. The torque sensor according to claim 1 or 2, wherein the torque sensor is formed symmetrically with respect to a plane orthogonal to the plane.
【請求項4】 前記磁歪材料としてNi含有量が30〜
80重量%のFe−Ni合金にCrあるいはMoを数重
量%添加したものが使用されている請求項1〜請求項3
のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
4. The Ni content of the magnetostrictive material is 30 to 40.
4. An alloy comprising 80% by weight of Fe-Ni alloy and Cr or Mo added thereto by several% by weight.
The torque sensor according to claim 1.
JP5777298A 1998-03-10 1998-03-10 Torque sensor Pending JPH11258077A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7569952B1 (en) 2003-04-18 2009-08-04 Ferro Solutions, Inc. High efficiency, inductive vibration energy harvester
JP2009529692A (en) * 2006-03-10 2009-08-20 エービービー エービー Measuring apparatus including a magnetoelastic alloy layer and method for forming the alloy layer
US7952349B2 (en) 2002-12-09 2011-05-31 Ferro Solutions, Inc. Apparatus and method utilizing magnetic field
JP2021191677A (en) * 2017-08-18 2021-12-16 株式会社シマノ Bicycle component

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