JPS60257334A - トルク検出装置 - Google Patents
トルク検出装置Info
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- JPS60257334A JPS60257334A JP59114315A JP11431584A JPS60257334A JP S60257334 A JPS60257334 A JP S60257334A JP 59114315 A JP59114315 A JP 59114315A JP 11431584 A JP11431584 A JP 11431584A JP S60257334 A JPS60257334 A JP S60257334A
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- torque
- measured
- detecting
- residual stress
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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
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- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は磁歪式の１−ルク検出装置に係り、特にトルク
検出出力の安定化および検出感度のバラツキの低減を図
ったトルク検出装置に関する。
検出出力の安定化および検出感度のバラツキの低減を図
ったトルク検出装置に関する。
（発明の背景）
被測定軸、例えば回転軸や固定軸にトルクを加えた場合
、軸素材の歪が被測定軸の中心部よりも軸表面部におい
て大きくなることが知られている。
、軸素材の歪が被測定軸の中心部よりも軸表面部におい
て大きくなることが知られている。
また、例えば、被測定軸の軸横断面に向かって時計方向
にトルク下を加えると、軸の周囲に第１図に示すように
軸方向と４５度傾いた右方向に引っ張り応力＋σが、ま
た４５度傾いた左方向に圧縮応力−σが発生する。
にトルク下を加えると、軸の周囲に第１図に示すように
軸方向と４５度傾いた右方向に引っ張り応力＋σが、ま
た４５度傾いた左方向に圧縮応力−σが発生する。
一方、磁性体は応力が加わると、透磁率が変化する、い
わゆる磁歪特性を持っており、この磁性体の特性を利用
して磁性体に作用する応力を磁気的に測定することがで
きる。
わゆる磁歪特性を持っており、この磁性体の特性を利用
して磁性体に作用する応力を磁気的に測定することがで
きる。
すなわち、正の磁歪を有する磁性体では引っ張り応力方
向に透磁率が増加し、逆に角の磁歪を有する磁性体では
引っ張り応力方向に透磁率が減少する。
向に透磁率が増加し、逆に角の磁歪を有する磁性体では
引っ張り応力方向に透磁率が減少する。
この性質を利用して回転軸や固定軸に加えられたトルク
を検出するには励磁コイルから発せられた磁束を被測定
軸の軸表面部、すなわち大きな歪の生じる部分に集中さ
せることにより大きな検出出力を得ることが可能である
。
を検出するには励磁コイルから発せられた磁束を被測定
軸の軸表面部、すなわち大きな歪の生じる部分に集中さ
せることにより大きな検出出力を得ることが可能である
。
このようにして、例えば、鉄鋼で製作された被測定軸の
特性は第２図に示すようなものが得られる。これにより
印加されるトルクと検出出力が対応し、トルク検出が行
なわれる。
特性は第２図に示すようなものが得られる。これにより
印加されるトルクと検出出力が対応し、トルク検出が行
なわれる。
しかし、第２図に示すように、測定初期には正負の印加
トルクに対して対称的な特性を示す被測定軸であっても
第３図に示すように長時間の使用により、その検出出力
特性が太き（変化し、被測定軸に作用するトルクを正確
に計測できないという問題を有していた。
トルクに対して対称的な特性を示す被測定軸であっても
第３図に示すように長時間の使用により、その検出出力
特性が太き（変化し、被測定軸に作用するトルクを正確
に計測できないという問題を有していた。
（発明の目的）
本発明の目的は被測定軸を長時間使用してもトルクの検
出出力特性が変化せず、かつ検出感度のバラツキを低減
し１ｑるトルク検出装置を提供することにある。
出出力特性が変化せず、かつ検出感度のバラツキを低減
し１ｑるトルク検出装置を提供することにある。
（発明の構成）
上記目的を達成するために本発明は、磁性体からなる被
測定軸の軸表面部に残留応力による磁歪異方性を付与し
たことを特徴とするものである。
測定軸の軸表面部に残留応力による磁歪異方性を付与し
たことを特徴とするものである。
（実施例の説明）
以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
。
。
第４図は本発明和係るトルク検出装置の一実施例の構成
を示す正面図および側面図である。同図において、鉄を
主成分として０．２％の炭素とクロムとモリブデンとを
含んだ合金＃（０，２％Ｃ，ＪＩｓ規格ＳＣＭ４２０１
−１機）からなる被測定軸１外径２２中の外周には、例
えばパーマロイ等の高い透磁率を有する物質からなるヨ
ーク４が被測定軸１に対して所定の間隔をおくようにし
て近接されている。
を示す正面図および側面図である。同図において、鉄を
主成分として０．２％の炭素とクロムとモリブデンとを
含んだ合金＃（０，２％Ｃ，ＪＩｓ規格ＳＣＭ４２０１
−１機）からなる被測定軸１外径２２中の外周には、例
えばパーマロイ等の高い透磁率を有する物質からなるヨ
ーク４が被測定軸１に対して所定の間隔をおくようにし
て近接されている。
ヨーク４には励磁コイル２ ａ３よび検出コイル３が交
差するように配置されている。従って励磁コイル２から
発して磁束が被測定軸１およびヨーク４を磁路として磁
気回路を形成する。
差するように配置されている。従って励磁コイル２から
発して磁束が被測定軸１およびヨーク４を磁路として磁
気回路を形成する。
被測定軸１は１００ｋｇ・ｍのトルクを加えての軸表面
部には第５図に示すように、軸方向に対し右４５度傾い
た方向に引っ張り応力＋σｐが、また右４５度傾いた方
向に圧縮応力−σｐが残留し、ている。
部には第５図に示すように、軸方向に対し右４５度傾い
た方向に引っ張り応力＋σｐが、また右４５度傾いた方
向に圧縮応力−σｐが残留し、ている。
このように残留応力により磁歪異方性が付与されるよう
に構成されたトルク検出装置は、被測定＠１における軸
表面部の残留応ツノのために、既にある程度のトルクが
加わっているのと同じ状態にある。
に構成されたトルク検出装置は、被測定＠１における軸
表面部の残留応ツノのために、既にある程度のトルクが
加わっているのと同じ状態にある。
寸なりち、被測定＠１の軸方向に対し、右４５度傾いた
方向の引っ張り応力＋σｐの１こめに透磁率が高くなっ
ており、第６図に示すように検出コイル３における検出
出力がＶｐ ４２，５ｍ ’Ｖだけ高くなり、測定初期
のトルクがＯである位置、すなわち０点が残留応力力だ
け→−側に移動して見掛は上、新たなトルクＯの点（Ｐ
点）が設定されたことになる。
方向の引っ張り応力＋σｐの１こめに透磁率が高くなっ
ており、第６図に示すように検出コイル３における検出
出力がＶｐ ４２，５ｍ ’Ｖだけ高くなり、測定初期
のトルクがＯである位置、すなわち０点が残留応力力だ
け→−側に移動して見掛は上、新たなトルクＯの点（Ｐ
点）が設定されたことになる。
ここで被測定軸１にトルクＴが加わると、第７図に示ず
ように軸方向に対し、右４５度方向には残留応力＋σｐ
にトルクＴによる応力σ［が加わり、透磁率はさらに増
加し、印加されるトルクＴに応じ検出出力が上昇するこ
とになる。づ′なわちＰ点より右上がりの直線型の出力
変化を示す。
ように軸方向に対し、右４５度方向には残留応力＋σｐ
にトルクＴによる応力σ［が加わり、透磁率はさらに増
加し、印加されるトルクＴに応じ検出出力が上昇するこ
とになる。づ′なわちＰ点より右上がりの直線型の出力
変化を示す。
反対に、上記と逆方向のトルク−Ｔを加えると、第８図
に示すように被測定軸１の軸方向に対し、右４５度方向
の引っ張り応力が＋σｐ−σ（と減じられることになる
ので、透磁率が減少し、トルクＴに応じて検出出力が下
降することになる。づ−なりちＰ点より左下がりの直線
型の出力変化を示す。
に示すように被測定軸１の軸方向に対し、右４５度方向
の引っ張り応力が＋σｐ−σ（と減じられることになる
ので、透磁率が減少し、トルクＴに応じて検出出力が下
降することになる。づ−なりちＰ点より左下がりの直線
型の出力変化を示す。
このように構成されたトルク検出装置は、被測定軸１に
おける軸表面部に例えば軸方向に対し、右４５度方向の
引っ張り残留応力を設Ｇ〕たため、第９図に示ずように
印加トルクど検出出力との関係が直線的となり、この特
性は第１０図に示づように以降の繰り返し使用において
も変化しない。
おける軸表面部に例えば軸方向に対し、右４５度方向の
引っ張り残留応力を設Ｇ〕たため、第９図に示ずように
印加トルクど検出出力との関係が直線的となり、この特
性は第１０図に示づように以降の繰り返し使用において
も変化しない。
すなわち、右回転方向に３０ｋｇ・Ｉのトルクを印加し
た場合６３．９１１１ Ｖの出力を示し、左回転に３０
ｋａ−ｍのトルクを加えた場合には２０．３１１１ Ｖ
を示した。０トルクにしたときは元の値に戻った。
た場合６３．９１１１ Ｖの出力を示し、左回転に３０
ｋａ−ｍのトルクを加えた場合には２０．３１１１ Ｖ
を示した。０トルクにしたときは元の値に戻った。
次に本実施例における被測定、軸１の軸表面部を例えば
軸方向に対して右４５度方向に引っ張り残留応力を付与
するに好適な方法を一例として挙げておく。
軸方向に対して右４５度方向に引っ張り残留応力を付与
するに好適な方法を一例として挙げておく。
すなわら、炭素鋼からなる被測定軸１に測定トルクの上
限値Ｊ５よびそれ以上の値のトルクを印加する。この際
、必ず一方向のみのトルクを印加することに注意しなけ
ればならない。そして測定トルクの２倍以上のトルクを
被測定軸に事前に印加することがトルク検出出力の安定
性および検出感度のバラツキを低減させる上で好ましい
。
限値Ｊ５よびそれ以上の値のトルクを印加する。この際
、必ず一方向のみのトルクを印加することに注意しなけ
ればならない。そして測定トルクの２倍以上のトルクを
被測定軸に事前に印加することがトルク検出出力の安定
性および検出感度のバラツキを低減させる上で好ましい
。
また印加されるトルクの値により異なるが、場合によっ
ては上記したトルク印加を複数回、実施すれば充分な磁
歪異方性を被測定軸１に付与することができる。
ては上記したトルク印加を複数回、実施すれば充分な磁
歪異方性を被測定軸１に付与することができる。
ここで、測定トルク範囲より小さいトルクしか印加しな
い場合には、この時点でイ」与した磁歪異方性が被測定
軸１の使用中に８口わる人さなトルクにより乱される虞
れがおるので注意を要する。
い場合には、この時点でイ」与した磁歪異方性が被測定
軸１の使用中に８口わる人さなトルクにより乱される虞
れがおるので注意を要する。
さて上記したように被測定軸１に残留応力による磁歪異
方性を（−１与することにより、第１１図に示すにうに
検出感度（単位トルク当りの検出出力）のバラツキが約
６０％低減できることが判る。
方性を（−１与することにより、第１１図に示すにうに
検出感度（単位トルク当りの検出出力）のバラツキが約
６０％低減できることが判る。
これは、本発明によらない被測定軸でｌａ、被測定軸を
形成する材お１の、加工および熱処理に起因（る部分的
に不均一な歪が被測定軸−に生じ、軸表面部の透磁率に
バラツキが生じる。それがトルク印加による検出コイル
３の出力に表われるので検出感度のバラツキが大きくな
るが、これに対して本発明によれば測定トルクの上限値
およびそれ以上の値のトルクを被測定軸１に印加するこ
とにより、上記した製造工程に起因する歪が矯正され、
透磁率が平均化される結果、印加トルクに対する検出出
力、すなわち検出感度のバラツキの低減が図れる。
形成する材お１の、加工および熱処理に起因（る部分的
に不均一な歪が被測定軸−に生じ、軸表面部の透磁率に
バラツキが生じる。それがトルク印加による検出コイル
３の出力に表われるので検出感度のバラツキが大きくな
るが、これに対して本発明によれば測定トルクの上限値
およびそれ以上の値のトルクを被測定軸１に印加するこ
とにより、上記した製造工程に起因する歪が矯正され、
透磁率が平均化される結果、印加トルクに対する検出出
力、すなわち検出感度のバラツキの低減が図れる。
なお、上述した実施例では被測定軸１として強度の比較
的大きな炭素鋼（０，２％Ｃ）を用いる例を示したが、
本発明にあってはこれに限定されるものでなく、ニッケ
ルやパーマロイのような高磁歪材料を用いた場合にも、
またより強度の大きな各種の炭素鋼および合金鋼よりな
る被測定軸を用いる場合にも、あるいはそれらの複合材
料よりなる被測定軸を用いる場合にも充分適用できる。
的大きな炭素鋼（０，２％Ｃ）を用いる例を示したが、
本発明にあってはこれに限定されるものでなく、ニッケ
ルやパーマロイのような高磁歪材料を用いた場合にも、
またより強度の大きな各種の炭素鋼および合金鋼よりな
る被測定軸を用いる場合にも、あるいはそれらの複合材
料よりなる被測定軸を用いる場合にも充分適用できる。
さらに励磁コイル２．検出コイル３．ヨーク４にあって
も被測定軸１と同軸的に配置する構造のものであっても
、また磁束を検出する従来公知の手段、例えばホール素
子等をトルク検出装置にも適用可能であることは言うま
でもない。
も被測定軸１と同軸的に配置する構造のものであっても
、また磁束を検出する従来公知の手段、例えばホール素
子等をトルク検出装置にも適用可能であることは言うま
でもない。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明に係るトルク検出装
置では被測定軸の軸表面部に予め大きなトルクを印加す
ることにより軸表面部に残留応力による磁歪異方性を付
与するように構成したので、被測定軸を繰り返し使用し
ても検出出力が変化しない極めて安定したトルク検出装
置を実現できる。
置では被測定軸の軸表面部に予め大きなトルクを印加す
ることにより軸表面部に残留応力による磁歪異方性を付
与するように構成したので、被測定軸を繰り返し使用し
ても検出出力が変化しない極めて安定したトルク検出装
置を実現できる。
さらに本発明によれば印加トルクに対する検出出力の変
化率、すなわち検出感度のバラツキの低減が図れる。
化率、すなわち検出感度のバラツキの低減が図れる。
第１図は軸トルクと応力の関係を示す説明図、第２図お
よび第３図は従来のトルク検出装置にお１プる検出出力
特性を示し、第２図は測定初期における検出用ツノ特性
図、第３図は長時間使用後における検出用ツノ特性図第
４図は本発明に係るトルク検出装置の一実施例を示す正
面図および側面図、第５図は被測定軸１に残留応力が作
用している状態を示す説明図、第６図は残留応力により
印加トルクの０点が移動する状態を示ず説明図、第７図
は残留応力が作用している被測定軸に正のトルクを印加
した場合の応力の作用状態を示す説明図、第８図は残留
応力が働いている被測定軸に負のトルクを印加した場合
における応力の作用状態を示す説明図、第９図は本発明
に係るトルク検出装置の検出出力特性図、第１０図は本
発明に係るトルク検出装置のトルク印加繰り返し回数に
対する印加トルク０における検出出力の変化状態を示す
特性図、第１１図は本発明に係るトルク検出装置の検出
感度のバラツキの状態を従来例どの比較において示した
図である。 １・・・被測定軸 ２・・・励磁コイル ３・・・検出コイル ４・・・ヨーク 第３図 第４図 （＋ ） （２） 第９図 第１０図 繰返回数 第１１図
よび第３図は従来のトルク検出装置にお１プる検出出力
特性を示し、第２図は測定初期における検出用ツノ特性
図、第３図は長時間使用後における検出用ツノ特性図第
４図は本発明に係るトルク検出装置の一実施例を示す正
面図および側面図、第５図は被測定軸１に残留応力が作
用している状態を示す説明図、第６図は残留応力により
印加トルクの０点が移動する状態を示ず説明図、第７図
は残留応力が作用している被測定軸に正のトルクを印加
した場合の応力の作用状態を示す説明図、第８図は残留
応力が働いている被測定軸に負のトルクを印加した場合
における応力の作用状態を示す説明図、第９図は本発明
に係るトルク検出装置の検出出力特性図、第１０図は本
発明に係るトルク検出装置のトルク印加繰り返し回数に
対する印加トルク０における検出出力の変化状態を示す
特性図、第１１図は本発明に係るトルク検出装置の検出
感度のバラツキの状態を従来例どの比較において示した
図である。 １・・・被測定軸 ２・・・励磁コイル ３・・・検出コイル ４・・・ヨーク 第３図 第４図 （＋ ） （２） 第９図 第１０図 繰返回数 第１１図
Claims (1)
- （１）磁性体からなる被測定軸と： 前記被測定軸を磁路の一部とする磁気回路を形成する励
磁コイルと； 前記被測定軸を通る磁歪成分を検出する検出器とを具備
してなるｌ−ルク検出装置において；前記被測定軸の軸
表面部に残留応力による磁歪異方性を付！フしたことを
特徴どづるトルク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114315A JPS60257334A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114315A JPS60257334A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | トルク検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60257334A true JPS60257334A (ja) | 1985-12-19 |
Family
ID=14634776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59114315A Pending JPS60257334A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60257334A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02280023A (ja) * | 1989-04-20 | 1990-11-16 | Kubota Corp | 磁歪式トルクセンサ軸の製造方法 |
| JPH02280024A (ja) * | 1989-04-20 | 1990-11-16 | Kubota Corp | 磁歪式トルクセンサ軸の製造方法 |
| JPH02304323A (ja) * | 1989-05-18 | 1990-12-18 | Kubota Corp | 磁歪式トルクセンサ軸の整造方法 |
| JPH02304322A (ja) * | 1989-05-18 | 1990-12-18 | Kubota Corp | 磁歪式トルクセンサ軸の製造方法 |
| CN104458068A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-03-25 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种h型钢纵向残余应力检测方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5353499U (ja) * | 1976-10-11 | 1978-05-08 | ||
| JPS5961732A (ja) * | 1983-06-06 | 1984-04-09 | Toshiba Corp | トルクセンサの製造方法 |
-
1984
- 1984-06-04 JP JP59114315A patent/JPS60257334A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5353499U (ja) * | 1976-10-11 | 1978-05-08 | ||
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| CN104458068A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-03-25 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种h型钢纵向残余应力检测方法 |
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