WO2022070581A1 - トルク負荷部材およびその製造方法、並びに、トルク測定装置 - Google Patents

トルク負荷部材およびその製造方法、並びに、トルク測定装置 Download PDF

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coil layer
shot peening
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晃大 福田
潤司 小野
伸治 岡田
晃之 中村
雄太 杉山
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日本精工株式会社
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N35/00—Magnetostrictive devices
    • H10N35/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N35/00—Magnetostrictive devices
    • H10N35/101—Magnetostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. generators, sensors

Definitions

  • the present invention relates to a torque load member and a manufacturing method thereof, which are loaded with torque during use and are used for measuring the torque, and a torque measuring device.
  • a magnetostrictive torque measuring device is known as a device for measuring torque transmitted by a torque load member such as a rotating shaft (see, for example, JP-A-2017-96825 and JP-A-2017-96828). ).
  • the torque is measured by utilizing a phenomenon (reverse magnetostriction effect) in which the magnetic permeability of the torque load member changes according to the applied torque.
  • a coil facing the detected surface of the torque load member is AC-excited, and the magnetic flux generated around the coil is passed through the surface layer portion of the detected surface.
  • the torque applied to the torque load member is measured as a change in the magnetic permeability of the surface layer portion of the detected surface, that is, a change in the self-inductance of the coil.
  • a torque sensor equipped with such a coil is called a magnetostrictive torque sensor.
  • the magnetic anisotropy of the surface to be detected is aligned in a specific direction, specifically, the degree to which the directions of the magnetic domains existing on the surface to be detected are aligned in a specific direction.
  • the sensitivity of torque measurement becomes low when the magnetism is large or when a defect such as a scratch is present on the surface to be detected.
  • the torque load member of one aspect of the present invention has a surface to be detected with which a magnetostrictive torque sensor faces.
  • the detected surface is a shot peening processed surface having an arc height value of 0.31 mmA or more, which is aligned in a specific direction and has reduced magnetic anisotropy.
  • the arc height value is an index of the workability of the shot peening process, and is the test when the test piece made of special steel strip formed into a predetermined size and shape is subjected to the shot peening process.
  • the amount of warpage (mm) of a piece is measured, and the unit is expressed in mmA.
  • the measurement of the arc height value is performed using the A piece according to "JIS B 2711: 2013". Therefore, when various conditions (material of projection material, shape and size thereof, tank (air) pressure, coverage, etc.) are set for this A piece and shot peening processing is performed, the conditions are used. If the arc height value is measured and the surface to be detected of the torque load member is subjected to shot peening processing under the same conditions, the degree of processing according to the arc height value is obtained.
  • the torque measuring device includes a torque load member having a surface to be detected and a magnetostrictive torque sensor facing the surface to be detected.
  • the torque load member is a torque load member according to an aspect of the present invention.
  • the torque measuring device further includes a rolling bearing that rotatably supports the torque load member, and the torque sensor is supported by the rolling bearing.
  • the torque sensor can be directly or indirectly supported by another member such as a sensor holder with respect to the stationary wheel provided in the rolling bearing which does not rotate even when used.
  • the method for manufacturing a torque load member according to one aspect of the present invention targets a torque load member having a surface to be detected facing the magnetostrictive torque sensor.
  • the detected surface is aligned in a specific direction by subjecting the detected surface to a shot peening process having an arc height value of 0.31 mmA or more.
  • a step of reducing magnetic anisotropy is provided.
  • a torque load member a torque load member, a method for manufacturing the torque load member, and a torque measuring device capable of improving the sensitivity of torque measurement are provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a torque measuring device showing an example of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a view of the rotary shaft and the torque sensor constituting the torque measuring device shown in FIG. 1 from the outside in the radial direction
  • FIG. 2B is a view of the rotary shaft and the torque sensor in the axial direction.
  • FIG. 3 is a development view of the first coil layer to the fourth coil layer constituting the detection unit of the torque sensor as viewed from the outside in the radial direction.
  • 4 (a) to 4 (d) are development views of the first coil layer to the fourth coil layer constituting the detection unit of the torque sensor as a single unit as viewed from the outside in the radial direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a torque measuring device showing an example of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a view of the rotary shaft and the torque sensor constituting the torque measuring device shown in FIG. 1 from the outside in the radial direction
  • FIG. 5 is a diagram showing a bridge circuit including the first coil layer to the fourth coil layer constituting the detection unit of the torque sensor.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between torque and sensor output.
  • FIG. 7 is a graph showing the sensitivity and hysteresis of torque measurement for Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • FIGS. 1 to 5 An example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 1 shows a torque measuring device.
  • This torque measuring device includes a rotating shaft 1 corresponding to a torque load member, a rolling bearing 2, and a magnetostrictive torque sensor 3.
  • one side in the axial direction is the right side in FIG. 1, and the other side in the axial direction is the left side in FIG.
  • the rotary shaft 1 is a torque transmission shaft such as a transmission shaft, a differential gear rotary shaft, a propeller shaft, and a drive shaft that constitute an automobile power train.
  • the rotary shaft 1 is made of steel (iron alloy) such as SCr420 (chrome steel), SCM420 (chrome molybdenum steel), and SNCM420 (nickel chrome molybdenum steel), which are materials having magnetic strain characteristics, and is formed in a columnar or cylindrical shape. Has been done.
  • the rotating shaft 1 has a cylindrical inner ring track 4 on a part of the outer peripheral surface in the axial direction.
  • the rotating shaft 1 has a cylindrical surface to be detected at a portion of the outer peripheral surface adjacent to one side of the inner ring track 4 in the axial direction (a portion provided with a diagonal grid in FIGS. 1 and 2).
  • the rotating shaft 1 is detected by subjecting the surface to be detected 5 to a shot peening treatment having an arc height value of 0.31 mmA or more after performing a step of subjecting the outer peripheral surface to a heat treatment such as carburizing.
  • a step of reducing the magnetic anisotropy aligned in a particular direction of the surface 5 is performed. That is, the surface to be detected 5 is a shot peening processed surface in which the magnetic anisotropy aligned in a specific direction is reduced by performing such a shot peening process.
  • the surface to be detected 5 is subjected to the shot peening treatment as described above to be a surface layer portion (a portion from the surface to a predetermined depth (for example, a depth of about several ⁇ m to a dozen ⁇ m)). ) Is subdivided (subdivided), so that the degree to which the directions of the magnetic domains existing on the surface layer are aligned in a specific direction is sufficiently small. As a result, the magnetic anisotropy in the surface layer portion of the detected surface 5 is sufficiently reduced.
  • defects such as scratches on the surface layer portion of the detected surface 5 are removed (partially or wholly). This also sufficiently reduces the magnetic anisotropy aligned in a specific direction on the surface layer portion of the surface to be detected 5.
  • Defects such as scratches on the surface layer of the surface to be detected 5 include not only scratches on the surface but also cracks under the surface.
  • the defect is a scratch on the surface
  • the scratch is removed (partially or entirely) as the surface is plastically processed into a fine uneven shape by the shot peening treatment. If the defect is a subsurface crack, the shot peening process compresses the surface layer to remove the crack (partially or wholly).
  • the rotating shaft 1 is rotatably supported by a rolling bearing 2 with respect to a stationary member that does not rotate when used, such as a housing constituting an automobile power train.
  • the rolling bearing 2 is a needle bearing and includes an outer ring 6 which is a stationary ring that does not rotate even when used, a plurality of needles 7, and a cage 8.
  • the outer ring 6 is made of steel such as bearing steel and is formed in a cylindrical shape.
  • the outer ring 6 has an inward flange portion 9 bent inward in the radial direction at both ends in the axial direction.
  • the outer ring 6 has a cylindrical outer ring track 10 on the inner peripheral surface of the axial intermediate portion sandwiched between the pair of inward flange portions 9.
  • the plurality of needles 7 are each made of steel such as bearing steel and are formed in a columnar shape. These needles 7 are rotatably arranged between the outer ring track 10 and the inner ring track 4.
  • the cage 8 is made of steel or synthetic resin and has a cylindrical shape. The cage 8 has pockets at a plurality of positions in the circumferential direction, and the needles 7 are rotatably held one by one in these pockets.
  • the torque sensor 3 is supported by the outer ring 6 via the sensor holder 11.
  • the sensor holder 11 is formed of a metal, a synthetic resin, or the like in a cylindrical shape, and is attached to the outer ring 6 in a state of being adjacent to one side in the axial direction of the outer ring 6.
  • the fitting cylinder portion 12 provided at the axially opposite end of the sensor holder 11 is internally fitted and fixed to the inward flange portion 9 on the axially one side of the outer ring 6.
  • the sensor holder 11 can also be formed integrally with the outer ring 6.
  • the torque sensor 3 includes a cylindrical back yoke 13 made of a magnetic material and a detection unit 14 held inside the back yoke 13 in the radial direction.
  • the torque sensor 3 is placed on the sensor holder 11 in a state of being arranged coaxially with the detected surface 5 around the detected surface 5 of the rotating shaft 1, that is, in a state where the detected unit 14 faces the detected surface 5.
  • the inner fit is held.
  • the detection unit 14 has four coil layers, each of which is formed in a cylindrical shape, that is, the first coil layer 15, the second coil layer 16, the third coil layer 17, and the first coil layer.
  • a four-coil layer 18 is provided. These coil layers 15 to 18 are arranged in a laminated manner in the radial direction in a state of being arranged in that order from the inside in the radial direction.
  • the first coil layer 15 and the second coil layer 16 are formed separately into one side surface and the other side surface of a strip-shaped flexible substrate (not shown), and the flexible substrate is formed into a cylindrical shape by rolling the flexible substrate into a cylindrical shape. Has been done.
  • the third coil layer 17 and the fourth coil layer 18 are formed separately on one side surface and the other side surface of another strip-shaped flexible substrate (not shown), and the flexible substrate is rolled into a cylindrical shape to form a cylindrical shape. It is configured in.
  • An insulating layer (not shown) is provided between the second coil layer 16 and the third coil layer 17.
  • FIG. 3 shows a developed view of the detection unit 14 as viewed from the outside in the radial direction.
  • 4 (a) to 4 (d) show development views of the first coil layer 15 to the fourth coil layer 18 constituting the detection unit 14 individually viewed from the outside in the radial direction.
  • the first coil layer 15 includes a plurality of first detection coils 19.
  • the first detection coils 19 are arranged side by side at equal pitches in the circumferential direction.
  • those adjacent to each other in the circumferential direction excluding those adjacent to each other with both end edges of the flexible substrate formed with the first coil layer 15) are connected in series.
  • the second coil layer 16 includes a plurality of second detection coils 20.
  • the second detection coils 20 are arranged side by side at equal pitches in the circumferential direction.
  • those adjacent to each other in the circumferential direction excluding those adjacent to each other with both end edges of the flexible substrate on which the second coil layer 16 is formed are excluded) are connected in series.
  • the third coil layer 17 includes a plurality of third detection coils 21.
  • the third detection coils 21 are arranged side by side at equal pitches in the circumferential direction.
  • those adjacent to each other in the circumferential direction excluding those adjacent to each other across the both end edges of the flexible substrate formed with the third coil layer 17) are connected in series.
  • the fourth coil layer 18 includes a plurality of fourth detection coils 22.
  • the fourth detection coils 22 are arranged side by side at equal pitches in the circumferential direction.
  • those adjacent to each other in the circumferential direction excluding those adjacent to each other with both end edges of the flexible substrate formed on which the fourth coil layer 18 is formed) are connected in series.
  • Each of the first detection coil 19 and the fourth detection coil 22 includes wiring inclined by + 45 ° with respect to the axial direction of the rotating shaft 1 on both sides in the circumferential direction.
  • each of the second detection coil 20 and the third detection coil 21 includes wiring inclined by ⁇ 45 ° with respect to the axial direction of the rotating shaft 1 on both sides in the circumferential direction.
  • each of the first coil layer 15 to the fourth coil layer 18 is formed on the side surface of the flexible substrate, but each of the first coil layer to the fourth coil layer is a support member such as a bobbin. It can also be configured by winding a lead wire around.
  • the bridge circuit 23 includes the first coil layer 15 to the fourth coil layer 18, the oscillator 24 for applying an AC voltage between points A and B, and the potential difference between points C and D. It includes a lock-in amplifier 25 for detecting and amplifying (midpoint voltage, differential voltage).
  • an AC voltage is applied between points A and B of the bridge circuit 23 by the oscillator 24, and an AC current is passed from the first coil layer 15 to the fourth coil layer 18. ..
  • the detection coils adjacent to each other in the circumferential direction are oriented in opposite directions. Current flows. In other words, these coil layers 15 to 18 are wound so that a current in such a direction flows.
  • an AC magnetic field is generated around these coil layers 15 to 18, and a part of the magnetic flux of the AC magnetic field passes through the surface layer portion of the detected surface 5 of the rotating shaft 1.
  • the first coil layer 15 and the fourth coil layer 18 include wiring inclined by + 45 ° with respect to the axial direction of the rotating shaft 1, and a part of the magnetic flux of the AC magnetic field generated around the wiring is It passes through the surface layer portion of the detected surface 5 of the rotating shaft 1 in the ⁇ 45 ° direction in which the magnetic permeability decreases. Therefore, the inductances of the first coil layer 15 and the fourth coil layer 18 are reduced, respectively.
  • the second coil layer 16 and the third coil layer 17 include wiring inclined by ⁇ 45 ° with respect to the axial direction of the rotating shaft 1, and a part of the magnetic flux of the AC magnetic field generated around the wiring rotates. It passes through the surface layer portion of the detected surface 5 of the shaft 1 in the + 45 ° direction, which is the direction in which the magnetic permeability increases. Therefore, the inductances of the second coil layer 16 and the third coil layer 17 increase, respectively.
  • the direction and magnitude of the torque T loaded on the rotating shaft 1 by detecting and amplifying the potential difference (midpoint voltage, differential voltage) between the points C and D by the lock-in amplifier 25.
  • the output V corresponding to the result can be obtained. Therefore, if the relationship between the output V and the torque T is investigated in advance, the direction and magnitude of the torque T can be obtained from the output V.
  • the detected surface 5 which is a portion facing the detection unit 14 of the torque sensor 3, is shot peened with an arc height value of 0.31 mmA or more. It is a processing surface.
  • the surface to be detected 5 is subjected to shot peening treatment, so that the magnetic domains of the surface layer portion are made finer (subdivided), and defects such as scratches on the surface layer portion are (partially or entirely). ) Has been removed.
  • the arc height value is preferably 0.40 mmA or more, and more preferably 0.45 mmA or more.
  • the external excitation (around the detection unit 14) is increased accordingly.
  • the magnetic domain wall existing at the boundary between the magnetic domains becomes difficult to move with respect to the passage of the magnetic flux generated in the magnetic domain.
  • a defect such as a scratch is present on the surface layer portion of the surface to be detected 5
  • the domain wall collides with the defect, and the domain wall becomes difficult to move in response to external excitation.
  • the torque applied to the rotating shaft 1 can be measured with high sensitivity by the torque sensor 3 as a change in the magnetic permeability of the detected surface 5. become unable.
  • the magnetic domains existing on the surface layer portion of the detected surface 5 are made finer (subdivided), so that the directions of the magnetic domains existing on the surface layer portion are aligned in a specific direction. Since the degree is small and the magnetic anisotropy is sufficiently reduced, the magnetic domain wall is easy to move with respect to external excitation (the moving distance is short and it is hard to hit the defect). It is in a state. Further, since defects such as scratches on the surface layer portion of the detected surface 5 are removed (partially or wholly), the magnetic anisotropy aligned in a specific direction is sufficiently reduced.
  • the domain wall becomes easier to move in response to external excitation. Therefore, in the structure of this example, the domain wall moves responsively to external excitation. As a result, the torque applied to the rotating shaft 1 can be measured with high sensitivity by the torque sensor 3 as a change in the magnetic permeability of the detected surface 5.
  • the characteristics of the torque measuring device including the rotating shaft 1 and the torque sensor 3 of this example can be evaluated by, for example, the following torque measurement sensitivity and hysteresis. That is, the potential difference (midpoint voltage) between the first coil layer 15 to the fourth coil layer 18, the oscillator 24 for applying an AC voltage between points A and B, and points C and D. , Differential voltage) to form a bridge circuit 23 including a lock-in amplifier 25 for detecting and amplifying. By applying an AC voltage between points A and B of the bridge circuit 23, an AC magnetic field is generated around the first coil layer 15 to the fourth coil layer 18, and the magnetic flux of this AC magnetic field is detected.
  • the depth D is about 300 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • torque is measured while the torque applied to the rotation shaft 1 is reciprocated between positive and negative rated torques (T 1 , T 2 ), and characteristic data related to the torque measurement is obtained. From this characteristic data, the sensitivity and hysteresis of the torque measurement defined as follows can be obtained.
  • the sensitivity of torque measurement is preferably 4.17 mV / Nm or more, more preferably 4.40 mV / Nm, and 5.13 mV / Nm. More preferred.
  • the hysteresis is preferably 2.02% FS or less, more preferably 1.10% FS or less, and further preferably 0.89% FS or less.
  • the torque load member that is the subject of the present invention is not limited to the rotation shaft, and may be, for example, a sleeve that is externally fitted and fixed to the rotation shaft and to which torque is applied together with the rotation shaft.
  • the torque load member is not limited to a member having a detected surface on the peripheral surface, and the detected surface is provided on an axial side surface as described in, for example, JP-A-2017-96825 and JP-A-2017-96828. It can also be a member to have.
  • the target device is not particularly limited.
  • manual transmission MT
  • automatic transmission AT
  • belt type continuously variable transmission toroidal type continuously variable transmission
  • automatic manual transmission AMT
  • dual clutch transmission DCT
  • the drive system FF, FR, MR, RR, 4WD, etc.
  • FF, FR, MR, RR, 4WD, etc. of the target vehicle is also not particularly limited.
  • the torque load member to be the object of the present invention is not limited to the rotary shaft constituting the power train of the automobile, for example, the rotary shaft of the wind turbine (main shaft, the rotary shaft of the speed increaser), the roll neck of the rolling mill, and the railway vehicle.
  • Rotating shaft (axle, rotating shaft of speed reducer), rotating shaft of machine tool (main shaft, rotating shaft of feed system), rotating shaft of construction machinery, agricultural machinery, household electric appliances, motor, rotating shaft of power steering device, Rotating shafts of various mechanical devices, including the rotating shaft of a power assist suit, can also be adopted.
  • the torque sensor may be supported not only by a rolling bearing but also by another member such as a housing.
  • the rolling bearing is not limited to the needle bearing, but also a ball bearing, a roller bearing, and a tapered roller bearing. Other types of rolling bearings such as may be used.
  • the magnetostrictive torque sensor is not limited to the one of the above-described embodiment, and is described in JP-A-2017-96825, JP-A-2017-96828, and the like. Various magnetostrictive torque sensors known from the above can be adopted.
  • Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 were prepared as samples. These rotating shafts have a surface to be detected that has been subjected to shot peening processing on a part of the outer peripheral surface in the axial direction, and the conditions of the shot peening processing are different from each other. Then, for each of these rotating shafts, the applied torque was measured by the torque sensor 3 (see FIGS. 1 and 2) facing the surface to be detected.
  • Shaft diameter D (see FIG. 1): 18 mm
  • Conditions for shot peening processing Projection material: Steel (spherical) Projecting material diameter: 0.6 mm
  • Projector hardness Hv700 Tank (air) pressure ⁇ ⁇ ⁇ 0.3MPa Coverage ⁇ ⁇ ⁇ 300% Arc height value: 0.31 mmA
  • Example 2 It was the same as in Example 1 except that the tank pressure in the shot peening treatment was 0.5 MPa and the arc height value was 0.45 mmA.
  • Example 3 Example 1 except that the carbon potential in the carburizing treatment was 0.70%, the tempering temperature after quenching was 175 ° C, the tank pressure in the shot peening treatment was 0.5 MPa, and the arc height value was 0.45 mmA. The same was true.
  • Example 4 It was the same as in Example 1 except that the tempering temperature after quenching in the carburizing treatment was 175 ° C.
  • Example 5 The same as in Example 1 except that the tempering temperature after quenching in the carburizing treatment was 175 ° C., the tank pressure in the shot peening treatment was 0.5 MPa, and the arc height value was 0.45 mmA.
  • Example 2 The same procedure as in Example 2 was carried out except that the projection material diameter in the shot peening treatment was 0.05 mm, the tank pressure was 0.5 MPa, and the arc height value was 0.08 mmA.
  • Example 3 The procedure was the same as in Example 3 except that the shot peening process was omitted.
  • Example 4 The procedure was the same as in Example 4 except that the shot peening process was omitted.
  • Example 5 It was the same as in Example 5 except that the diameter of the projecting material in the shot peening treatment was 0.05 mm and the arc height value was 0.08 mmA.
  • Table 1 summarizes the presence / absence of shot peening processing and the arc height value in shot peening processing for each rotation axis (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5).
  • Table 2 and FIG. 7 show the sensitivity and hysteresis of torque measurement for each rotation axis (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5).
  • Example 1 is abbreviated as “actual 1”
  • Comparative Example 1 is abbreviated as “ratio 1”. The same applies to the other examples and comparative examples.
  • Example 1 The heat treatment conditions are the same in Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
  • Example 2 the example in which the shot peening process was performed (Example 1, Example 2, Comparative Example 2) had improved torque measurement sensitivity as compared with the example in which the shot peening process was omitted (Comparative Example 1). Is allowed to do.
  • Example 3 The heat treatment conditions are the same in Example 3 and Comparative Example 3. Also in these examples, it is recognized that the example in which the shot peening process is performed (Example 3) has higher sensitivity in torque measurement than the example in which the shot peening process is omitted (Comparative Example 3).
  • Example 4 The heat treatment conditions are the same in Example 4, Example 5, Comparative Example 4, and Comparative Example 5.
  • Example 4 the example in which the shot peening process was performed (Example 4, Example 5, Comparative Example 5) had improved torque measurement sensitivity as compared with the example in which the shot peening process was omitted (Comparative Example 4). Is allowed to do.

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Abstract

【課題】トルク測定の感度を向上させることができるトルク負荷部材の構造を実現する。 【解決手段】トルク負荷部材は、磁歪式のトルクセンサを対向させる被検出面を有する。該被検出面は、アークハイト値が０．３１ｍｍＡ以上のショットピーニング処理を施されることによって磁気的な異方性が低減されたショットピーニング処理面である。

Description

トルク負荷部材およびその製造方法、並びに、トルク測定装置
　本発明は、使用時にトルクを負荷され、かつ、該トルクを測定するために用いられるトルク負荷部材およびその製造方法、並びに、トルク測定装置に関する。
　近年、自動車の分野では、パワートレイン（動力伝達機構）を構成する回転軸により伝達しているトルクを測定し、その測定結果を利用して、動力源であるエンジンや電動モータの出力制御や、変速機の変速制御を実行するシステムの開発が進んでいる。
　回転軸などのトルク負荷部材により伝達しているトルクを測定する装置として、磁歪式のトルク測定装置が知られている（たとえば、特開２０１７－９６８２５号公報、特開２０１７－９６８２６号公報、参照）。磁歪式のトルク測定装置では、トルク負荷部材の透磁率が、負荷されるトルクに応じて変化する現象（逆磁歪効果）を利用して、該トルクを測定する。具体的には、トルク負荷部材の被検出面に対向させたコイルを交流励磁し、該コイルの周囲に発生した磁束を、被検出面の表層部に通過させる。そして、トルク負荷部材に負荷されたトルクを、被検出面の表層部の透磁率の変化、すなわち、コイルの自己インダクタンスの変化として測定する。このようなコイルを備えたトルクセンサを、磁歪式のトルクセンサという。
特開２０１７－９６８２５号公報 特開２０１７－９６８２６号公報
　磁歪式のトルク測定装置では、被検出面の磁気的な異方性が特定の方向に揃っている、具体的には、被検出面に存在する磁区の方向が特定の方向に揃っている度合いが大きくなっていたり、被検出面に傷などの欠陥が存在していたりする場合に、トルク測定の感度が低くなるという問題がある。
　本発明は、上述のような事情に鑑み、トルク測定の感度を向上させることができる、トルク負荷部材の構造を実現することを目的とする。
　本発明の一態様のトルク負荷部材は、磁歪式のトルクセンサを対向させる被検出面を有する。
　前記被検出面は、アークハイト値が０．３１ｍｍＡ以上のショットピーニング処理を施されることによって特定の方向に揃っている磁気的な異方性が低減されたショットピーニング処理面である。
　アークハイト値とは、ショットピーニング処理の加工度の指標となるものであり、所定の寸法および形状に成形された特殊帯鋼からなる試験片に対して、ショットピーニング処理を施した場合の該試験片の反り量（ｍｍ）を測定したものであって、その単位をｍｍＡで表したものである。アークハイト値の測定は「ＪＩＳ　Ｂ　２７１１：２０１３」に準じ、Ａ片を用いて行われる。したがって、このＡ片に対し、各種条件（投射材の材質、その形状、およびその大きさ、タンク（エアー）圧、カバレージなど）を設定してショットピーニング処理を施した場合に、その条件でのアークハイト値を測定しておき、同じ条件で前記トルク負荷部材の被検出面にショットピーニング処理を施せば、そのアークハイト値に応じた加工度となる。
　本発明の一態様のトルク測定装置は、被検出面を有するトルク負荷部材と、前記被検出面に対向させた磁歪式のトルクセンサとを備える。そして、前記トルク負荷部材が、本発明の一態様のトルク負荷部材である。
　本発明の一態様のトルク測定装置では、前記トルク負荷部材を回転可能に支持する転がり軸受をさらに備え、前記トルクセンサが前記転がり軸受に支持されている。この場合、前記トルクセンサは、たとえば、前記転がり軸受が備える使用時にも回転しない静止輪に対し、直接またはセンサホルダなどの他の部材を介して間接的に支持することができる。
　本発明の一態様のトルク負荷部材の製造方法は、磁歪式のトルクセンサを対向させる被検出面を有するトルク負荷部材を製造対象とする。特に、本発明の一態様のトルク負荷部材の製造方法は、前記被検出面にアークハイト値が０．３１ｍｍＡ以上のショットピーニング処理を施すことによって、前記被検出面の特定の方向に揃っている磁気的な異方性を低減する工程を備える。
　本発明の一態様により、トルク測定の感度を向上させることができる、トルク負荷部材およびその製造方法、並びにトルク測定装置が提供される。
図１は、本発明の実施の形態の１例を示す、トルク測定装置の断面図である。 図２（ａ）は、図１に示したトルク測定装置を構成する回転軸およびトルクセンサを径方向外側から見た図であり、図２（ｂ）は、該回転軸およびトルクセンサを軸方向から見た図である。 図３は、トルクセンサの検出部を構成する第一コイル層から第四コイル層までを径方向外側から見た展開図である。 図４（ａ）～図４（ｄ）は、トルクセンサの検出部を構成する第一コイル層から第四コイル層までをそれぞれ単体の状態で径方向外側から見た展開図である。 図５は、トルクセンサの検出部を構成する第一コイル層から第四コイル層までを含んで構成されるブリッジ回路を示す図である。 図６は、トルクとセンサ出力との関係を表す線図である。 図７は、本発明の実施例および比較例についての、トルク測定の感度およびヒステリシスを示すグラフである。
　本発明の実施の形態の１例について、図１～図５を用いて説明する。
　図１は、トルク測定装置を示している。このトルク測定装置は、トルク負荷部材に相当する回転軸１と、転がり軸受２と、磁歪式のトルクセンサ３とを備える。
　本例に関する以下の説明中、トルク測定装置に関して、軸方向一方側は、図１における右側であり、軸方向他方側は、図１における左側である。
　回転軸１は、自動車のパワートレインを構成する、変速機の回転軸、デファレンシャルギヤの回転軸、プロペラシャフト、ドライブシャフトなどのトルク伝達軸である。回転軸１は、磁歪特性を有する材料である、ＳＣｒ４２０（クロム鋼）、ＳＣＭ４２０（クロムモリブデン鋼）、ＳＮＣＭ４２０（ニッケルクロムモリブデン鋼）などの鋼（鉄合金）製で、円柱状または円筒状に構成されている。
　回転軸１は、軸方向一部の外周面に、円筒面状の内輪軌道４を有する。回転軸１は、外周面のうちで内輪軌道４の軸方向一方側に隣接する箇所（図１および図２において、斜格子を付した箇所）に円筒面状の被検出面５を有する。
　回転軸１は、その製造方法において、外周面に浸炭処理などの熱処理を施す工程が実施された後、被検出面５にアークハイト値が０．３１ｍｍＡ以上のショットピーニング処理を施すことにより被検出面５の特定の方向に揃っている磁気的な異方性を低減する工程が実施される。すなわち、被検出面５は、このようなショットピーニング処理が施されることによって特定の方向に揃っている磁気的な異方性が低減されたショットピーニング処理面である。
　具体的には、被検出面５は、上述のようなショットピーニング処理が施されることによって、表層部（表面から所定の深さ（たとえば数μｍ～十数μｍ程度の深さ）までの部分）の磁区が微細化（細分化）されているため、表層部に存在する磁区の方向が特定の方向に揃っている度合いが十分に小さくなっている。その結果、被検出面５の表層部における磁気的な異方性が十分に低減されている。
　また、ショットピーニング処理が施されることにより、被検出面５の表層部における傷などの欠陥が（部分的または全体的に）除去されている。これによっても、被検出面５の表層部において、特定の方向に揃っている磁気的な異方性が十分に低減されている。なお、被検出面５の表層部における傷などの欠陥は、表面の擦り傷などに限らず、表面下のクラックなども含む。本例では、欠陥が表面の擦り傷である場合には、ショットピーニング処理によって表面が微細な凹凸形状に塑性加工されることに伴い、擦り傷が（部分的または全体的に）除去される。欠陥が表面下のクラックである場合には、ショットピーニング処理によって表層部が圧縮されることに伴い、クラックが（部分的または全体的に）除去される。
　回転軸１は、転がり軸受２により、自動車のパワートレインを構成するハウジングなどの使用時に回転しない静止部材に対して回転可能に支持されている。
　転がり軸受２は、ニードル軸受であり、使用時にも回転しない静止輪である外輪６と、複数個のニードル７と、保持器８とを備える。
　外輪６は、軸受鋼などの鋼製で、円筒状に構成されている。外輪６は、軸方向両側の端部に径方向内側に折れ曲がった内向鍔部９を有する。外輪６は、１対の内向鍔部９に挟まれた軸方向中間部内周面に、円筒面状の外輪軌道１０を有する。
　複数個のニードル７は、それぞれが軸受鋼などの鋼製で、円柱状に構成されている。これらのニードル７は、外輪軌道１０と内輪軌道４との間に転動自在に配置されている。保持器８は、鋼製または合成樹脂製で、円筒状に構成されている。保持器８は、円周方向複数箇所にポケットを有し、かつ、これらのポケット内にニードル７を１つずつ転動自在に保持している。
　トルクセンサ３は、センサホルダ１１を介して、外輪６に支持されている。センサホルダ１１は、金属、合成樹脂などにより円筒状に構成されており、外輪６の軸方向一方側に隣接配置された状態で、外輪６に取り付けられている。具体的には、センサホルダ１１の軸方向他方側端部に備えられた嵌合筒部１２を、外輪６の軸方向一方側の内向鍔部９に内嵌固定している。ただし、センサホルダ１１は、外輪６と一体に形成することもできる。
　トルクセンサ３は、磁性材製で円筒状のバックヨーク１３と、バックヨーク１３の径方向内側に保持された検出部１４とを備える。トルクセンサ３は、回転軸１の被検出面５の周囲に、被検出面５と同軸に配置された状態、すなわち、被検出面５に検出部１４を対向させた状態で、センサホルダ１１に内嵌保持されている。
　検出部１４は、図２（ｂ）に示すように、それぞれが円筒状に構成された４つのコイル層である、第一コイル層１５、第二コイル層１６、第三コイル層１７、および第四コイル層１８を備える。これらのコイル層１５～１８は、径方向内側からその順に並べた状態で、径方向に積層配置されている。第一コイル層１５と第二コイル層１６とは、図示しない帯状のフレキシブル基板の片側面と他側面とに分けて成形され、かつ、該フレキシブル基板を円筒状に丸めることにより、円筒状に構成されている。第三コイル層１７と第四コイル層１８とは、図示しない別の帯状のフレキシブル基板の片側面と他側面とに分けて成形され、かつ、該フレキシブル基板を円筒状に丸めることにより、円筒状に構成されている。第二コイル層１６と第三コイル層１７との間には、図示しない絶縁層が設けられている。
　図３は、検出部１４を径方向外側から見た展開図を示している。図４（ａ）～図４（ｄ）は、検出部１４を構成する第一コイル層１５から第四コイル層１８までをそれぞれ個別に径方向外側から見た展開図を示している。
　第一コイル層１５は、図４（ａ）に示すように、複数個の第一検出コイル１９を備える。第一検出コイル１９は、円周方向に関して等ピッチに並べて配置されている。第一検出コイル１９は、円周方向に隣り合うもの同士（第一コイル層１５を成形した前記フレキシブル基板の両端縁を挟んで互いに隣り合うもの同士を除く。）が直列に接続されている。
　第二コイル層１６は、図４（ｂ）に示すように、複数個の第二検出コイル２０を備える。第二検出コイル２０は、円周方向に関して等ピッチに並べて配置されている。第二検出コイル２０は、円周方向に隣り合うもの同士（第二コイル層１６を成形した前記フレキシブル基板の両端縁を挟んで互いに隣り合うもの同士を除く。）が直列に接続されている。
　第三コイル層１７は、図４（ｃ）に示すように、複数個の第三検出コイル２１を備える。第三検出コイル２１は、円周方向に関して等ピッチに並べて配置されている。第三検出コイル２１は、円周方向に隣り合うもの同士（第三コイル層１７を成形した前記フレキシブル基板の両端縁を挟んで互いに隣り合うもの同士を除く。）が直列に接続されている。
　第四コイル層１８は、図４（ｄ）に示すように、複数個の第四検出コイル２２を備える。第四検出コイル２２は、円周方向に関して等ピッチに並べて配置されている。第四検出コイル２２は、円周方向に隣り合うもの同士（第四コイル層１８を成形した前記フレキシブル基板の両端縁を挟んで互いに隣り合うもの同士を除く。）が直列に接続されている。
　第一検出コイル１９および第四検出コイル２２のそれぞれは、円周方向両側部に、回転軸１の軸方向に対して＋４５゜傾斜した配線を含んでいる。これに対し、第二検出コイル２０および第三検出コイル２１のそれぞれは、円周方向両側部に、回転軸１の軸方向に対して－４５゜傾斜した配線を含んでいる。
　本例では、第一コイル層１５から第四コイル層１８までのそれぞれを、フレキシブル基板の側面に成形しているが、第一コイル層から第四コイル層までのそれぞれを、ボビンなどの支持部材に導線を巻き付けることによって構成することもできる。
　これらのコイル層１５～１８までは、図５に示すような、ブリッジ回路２３を構成している。ブリッジ回路２３は、第一コイル層１５から第四コイル層１８までのほか、Ａ点とＢ点との間に交流電圧を印加するための発振器２４と、Ｃ点とＤ点との間の電位差（中点電圧、差動電圧）を検出および増幅するためのロックイン増幅器２５とを含んでいる。
　本例のトルク測定装置の使用時には、発振器２４により、ブリッジ回路２３のＡ点とＢ点との間に交流電圧を印加し、第一コイル層１５から第四コイル層１８までに交流電流を流す。すると、これらのコイル層１５～１８には、図４（ａ）～図４（ｄ）に矢印α、β、γ、δで示すように、円周方向に隣り合う検出コイル同士で互いに逆向きの電流が流れる。言い換えれば、このような向きの電流が流れるようにこれらのコイル層１５～１８が巻かれている。この結果、これらのコイル層１５～１８の周囲に交流磁界が発生し、この交流磁界の磁束の一部が、回転軸１の被検出面５の表層部を通過する。
　この状態で、回転軸１に、図２（ａ）に示す方向のトルクＴが加わると、回転軸１には、軸方向に対して＋４５゜方向の引っ張り応力（＋σ）と、軸方向に対して－４５゜方向の圧縮応力（－σ）とが作用する。そして、逆磁歪効果により、引っ張り応力（＋σ）が作用する方向である＋４５゜方向では、回転軸１の透磁率が増加し、圧縮応力（－σ）が作用する方向である－４５゜方向では、回転軸１の透磁率が減少する。
　一方、第一コイル層１５および第四コイル層１８は、回転軸１の軸方向に対して＋４５゜傾斜した配線を含んでおり、該配線の周囲に発生する交流磁界の磁束の一部は、回転軸１の被検出面５の表層部を、透磁率が減少した方向である－４５゜方向に通過する。このため、第一コイル層１５および第四コイル層１８のインダクタンスは、それぞれ減少する。第二コイル層１６および第三コイル層１７は、回転軸１の軸方向に対して－４５゜傾斜した配線を含んでおり、該配線の周囲に発生する交流磁界の磁束の一部は、回転軸１の被検出面５の表層部を、透磁率が増加した方向である＋４５゜方向に通過する。このため、第二コイル層１６および第三コイル層１７のインダクタンスは、それぞれ増大する。
　これに対して、回転軸１に、図２（ａ）に示す方向とは逆方向のトルクＴが加わると、上述した場合とは逆の作用により、第一コイル層１５および第四コイル層１８のインダクタンスが増大し、第二コイル層１６および第三コイル層１７のインダクタンスが減少する。
　ブリッジ回路２３では、Ｃ点とＤ点との間の電位差（中点電圧、差動電圧）をロックイン増幅器２５により検出および増幅することによって、回転軸１に負荷されるトルクＴの方向および大きさに応じた出力Ｖが得られるようになっている。したがって、予め、出力ＶとトルクＴとの関係を調べておけば、出力ＶからトルクＴの方向および大きさを求められる。
　本例では、回転軸１の外周面のうち、トルクセンサ３の検出部１４を対向させる箇所である被検出面５は、アークハイト値が０．３１ｍｍＡ以上のショットピーニング処理が施されたショットピーニング処理面である。そして、被検出面５は、ショットピーニング処理が施されることによって、表層部の磁区が微細化（細分化）されており、かつ、表層部における傷などの欠陥が（部分的または全体的に）除去されている。これにより、被検出面５の表層部に存在する磁区の方向が特定の方向に揃っている度合いが小さくなって、被検出面５の表層部における特定の方向に揃っている磁気的な異方性が十分に低減されている。このため、トルク測定の感度を向上させることができる。アークハイト値は、０．４０ｍｍＡ以上であることが好ましく、０．４５ｍｍＡ以上であることがより好ましい。
　すなわち、被検出面５の表層部に存在する磁区が大きく、これらの磁区の方向が特定の方向に揃っている度合いが大きくなっていると、その分、外部からの励磁（検出部１４の周囲に発生した磁束の通過）に対して、磁区同士の境界に存在する磁壁が移動しにくくなる。また、被検出面５の表層部に傷などの欠陥が存在していると、当該欠陥に磁壁がぶつかって、外部からの励磁に対して磁壁が移動しにくくなる。このように外部からの励磁に対して磁壁が移動しにくくなると、その分、回転軸１に加わったトルクを、被検出面５の透磁率の変化として、トルクセンサ３により感度よく測定することができなくなる。
　これに対して、本例の構造では、被検出面５の表層部に存在する磁区が微細化（細分化）されることにより、表層部に存在する磁区の方向が特定の方向に揃っている度合いが小さくなって、磁気的な異方性が十分に低減されているため、その分、外部からの励磁に対して磁壁が移動しやすい（移動する距離が短くて済み、欠陥にぶつかりにくい）状態になっている。また、被検出面５の表層部における傷などの欠陥が（部分的または全体的に）除去されることで特定の方向に揃っている磁気的な異方性が十分に低減されているため、当該欠陥による障害が（部分的にまたは全体的に）なくなり、その分、外部からの励磁に対して磁壁が移動しやすくなる。したがって、本例の構造では、外部からの励磁に対して磁壁が反応よく移動する。この結果、回転軸１に加わったトルクを、被検出面５の透磁率の変化として、トルクセンサ３により感度よく測定することができる。
　本例の回転軸１およびトルクセンサ３を備えたトルク測定装置の特性は、たとえば、以下のトルク測定の感度およびヒステリシスにより評価することができる。すなわち、第一コイル層１５から第四コイル層１８までと、Ａ点とＢ点との間に交流電圧を印加するための発振器２４と、Ｃ点とＤ点との間の電位差（中点電圧、差動電圧）を検出および増幅するためのロックイン増幅器２５とを含んでいるブリッジ回路２３を形成する。ブリッジ回路２３のＡ点とＢ点と間に交流電圧を印加することで、第一コイル層１５から第四コイル層１８までの周囲に交流磁界を発生させ、この交流磁界の磁束が、被検出面の表層部（被検出面から深さＤまでの範囲）を通過する状態とする（たとえば、深さＤは、約３００μｍ～５００μｍ）。この状態で、回転軸１に負荷するトルクを、正負の定格トルク（Ｔ１、Ｔ２）間で往復変化させながら、トルク測定を行い、トルク測定に関する特性データを得る。この特性データから、次のように定義される、トルク測定の感度およびヒステリシスを求めることができる。
　　感度（ｍＶ／Ｎｍ）＝α／γ＝｜Ａ1－Ａ2｜／｜Ｔ1－Ｔ2｜
　　ヒステリシス（％ＦＳ）＝β／γ＝｜ａ1－ａ2｜／｜Ｔ1－Ｔ2｜
　本発明のトルク測定装置においては、たとえば、トルク測定の感度は、４．１７ｍＶ／Ｎｍ以上であることが好ましく、４．４０ｍＶ／Ｎｍであることがより好ましく、５．１３ｍＶ／Ｎｍであることがさらに好ましい。また、ヒステリシスは、２．０２％ＦＳ以下であることが好ましく、１．１０％ＦＳ以下であることがより好ましく、０．８９％ＦＳ以下であることがさらに好ましい。
　本発明の対象となるトルク負荷部材は、回転軸に限らず、たとえば、回転軸に外嵌固定され、かつ、該回転軸と共にトルクを負荷されるスリーブとすることもできる。
　トルク負荷部材は、周面に被検出面を有する部材に限らず、たとえば特開２０１７－９６８２５号公報や特開２０１７－９６８２６号公報に記載されているような、軸方向側面に被検出面を有する部材とすることもできる。
　本発明の対象となるトルク負荷部材を自動車のパワートレインに組み込んで使用する場合、対象となる装置は、特に問わない。たとえば、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、ベルト式無段変速機、トロイダル型無段変速機、オートマチックマニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）、デュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ）などの車側の制御で変速を行うトランスミッション、またはトランスファーを対象とすることができる。対象となる車両の駆動方式（ＦＦ、ＦＲ、ＭＲ、ＲＲ、４ＷＤなど）も、特に問わない。
　本発明の対象となるトルク負荷部材として、自動車のパワートレインを構成する回転軸に限らず、たとえば、風車の回転軸（主軸、増速器の回転軸）、圧延機のロールネック、鉄道車両の回転軸（車軸、減速機の回転軸）、工作機械の回転軸（主軸、送り系の回転軸）、建設機械・農業機械・家庭用電気器具・モータの回転軸、パワーステアリング装置の回転軸、パワーアシストスーツの回転軸を含む、各種機械装置の回転軸も採用することができる。
　本発明のトルク測定装置を実施する場合、トルクセンサは、転がり軸受に限らず、ハウジングなどの他の部材に支持されていてもよい。
　本発明のトルク測定装置を実施する場合で、トルクセンサが転がり軸受に支持されている構成を採用する場合には、該転がり軸受は、ニードル軸受に限らず、玉軸受、ころ軸受、円すいころ軸受などの他の形式の転がり軸受であってもよい。
　本発明のトルク測定装置を実施する場合、磁歪式のトルクセンサは、上述した実施の形態のものに限らず、特開２０１７－９６８２５号公報、特開２０１７－９６８２６号公報などに記載されて従来から知られている各種の磁歪式のトルクセンサを採用することができる。
　本発明の効果を確かめるために行った実験について説明する。
　本実験では、試料として、複数本の回転軸（実施例１～５、比較例１～５）を用意した。これらの回転軸は、外周面の軸方向一部に、ショットピーニング処理が施された被検出面を有し、かつ、該ショットピーニング処理の条件などが互いに異なる。そして、これらの回転軸のそれぞれについて、被検出面に対向させたトルクセンサ３（図１および図２参照）により、負荷されたトルクを測定した。
　［試料ついて］
　それぞれの回転軸（実施例１～５、比較例１～５）についての諸元は、以下の通りである。
　（実施例１）
　軸径Ｄ（図１参照）：１８ｍｍ
　材質：ＳＣｒ４２０Ｈ
　処理：外周面に熱処理を施した後、被検出面にショットピーニング処理を施した。
　熱処理の条件：浸炭（９５０℃、５時間、カーボンポテンシャル１．２５％）
→焼き戻し（１７５℃、１時間）
→焼き入れ（８２０℃、１時間）
→焼き戻し（２４０℃、２時間）
　ショットピーニング処理の条件：投射材・・・スチール（球状）
投射材直径・・・０．６ｍｍ
投射材硬度・・・Ｈｖ７００
タンク（エアー）圧・・・０．３ＭＰａ
カバレージ・・・３００％
アークハイト値・・・０．３１ｍｍＡ
　（実施例２）
　ショットピーニング処理におけるタンク圧を０．５ＭＰａ、アークハイト値を０．４５ｍｍＡとしたこと以外は、実施例１と同様とした。
　（実施例３）
　浸炭処理におけるカーボンポテンシャルを０．７０％、焼き入れ後の焼き戻し温度を１７５℃、ショットピーニング処理におけるタンク圧を０．５ＭＰａ、アークハイト値を０．４５ｍｍＡとしたこと以外は、実施例１と同様とした。
　（実施例４）
　浸炭処理における焼き入れ後の焼き戻し温度を１７５℃としたこと以外は、実施例１と同様とした。
　（実施例５）
　浸炭処理における焼き入れ後の焼き戻し温度を１７５℃、ショットピーニング処理におけるタンク圧を０．５ＭＰａ、アークハイト値を０．４５ｍｍＡとしたこと以外は、実施例１と同様とした。
　（比較例１）
　ショットピーニング処理を省略したこと以外は、実施例１と同様とした。
　（比較例２）
　ショットピーニング処理における投射材直径を０．０５ｍｍ、タンク圧を０．５ＭＰａ、アークハイト値を０．０８ｍｍＡとしたこと以外は、実施例２と同様とした。
　（比較例３）
　ショットピーニング処理を省略したこと以外は、実施例３と同様とした。
　（比較例４）
　ショットピーニング処理を省略したこと以外は、実施例４と同様とした。
　（比較例５）
　ショットピーニング処理における投射材直径を０．０５ｍｍ、アークハイト値を０．０８ｍｍＡとしたこと以外は、実施例５と同様とした。
　表１に、それぞれの回転軸（実施例１～５、比較例１～５）に関する、ショットピーニング処理の有無、および、ショットピーニング処理におけるアークハイト値をまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　［トルク測定の感度およびヒステリシスの評価］
　それぞれの回転軸（実施例１～５、比較例１～５）について、負荷されたトルクを、被検出面に対向させたトルクセンサ３により測定した。
　具体的には、図５に示した発振器２４により、ブリッジ回路２３のＡ点とＢ点と間に交流電圧を印加することで、第一コイル層１５から第四コイル層１８までの周囲に交流磁界を発生させ、この交流磁界の磁束が、被検出面の表層部（被検出面から深さＤまでの範囲）を通過する状態とした（一般的な表皮効果の計算によると、この際の深さＤは、約３００μｍ～５００μｍであった）。この状態で、回転軸に負荷するトルクを、正負の定格トルク（Ｔ１、Ｔ２）間で往復変化させながら、トルク測定を行い、図６に示すような、トルク測定に関する特性データを得た。この特性データから、トルク測定の感度およびヒステリシスを求めた。なお、感度およびヒステリシスは、次のように定義した。
　　感度（ｍＶ／Ｎｍ）＝α／γ＝｜Ａ１－Ａ２｜／｜Ｔ１－Ｔ２｜
　　ヒステリシス（％ＦＳ）＝β／γ＝｜ａ１－ａ２｜／｜Ｔ１－Ｔ２｜
　表２および図７に、それぞれの回転軸（実施例１～５、比較例１～５）に関する、トルク測定の感度およびヒステリシスを示す。図７のグラフでは、実施例１を「実１」と略記し、比較例１を「比１」と略記している。その他の実施例および比較例についても同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　［考察］
　表２および図７を参照しつつ、本実験の結果について考察する。
　実施例１、実施例２、比較例１、比較例２は、それぞれ熱処理条件が同じである。これらの例では、ショットピーニング処理を行った例（実施例１、実施例２、比較例２）の方が、ショットピーニング処理を省略した例（比較例１）よりも、トルク測定の感度が向上することが認められる。
　実施例３、比較例３は、それぞれ熱処理条件が同じである。これらの例でも、ショットピーニング処理を行った例（実施例３）の方が、ショットピーニング処理を省略した例（比較例３）よりも、トルク測定の感度が向上することが認められる。
　実施例４、実施例５、比較例４、比較例５は、それぞれ熱処理条件が同じである。これらの例でも、ショットピーニング処理を行った例（実施例４、実施例５、比較例５）の方が、ショットピーニング処理を省略した例（比較例４）よりも、トルク測定の感度が向上することが認められる。
　ショットピーニング処理を行った例（実施例１～実施例５、比較例２、比較例５）の中でも、特に、アークハイト値を０．３１ｍｍＡ以上とした例（実施例１～実施例５）では、トルク測定のヒステリシスを低く（２．０％ＦＳ程度以下に）抑えつつ、トルク測定の感度を効果的に向上させることができる点が認められる。
　　１　回転軸
　　２　転がり軸受
　　３　トルクセンサ
　　４　内輪軌道
　　５　被検出面
　　６　外輪
　　７　ニードル
　　８　保持器
　　９　内向鍔部
　１０　外輪軌道
　１１　センサホルダ
　１２　嵌合筒部
　１３　バックヨーク
　１４　検出部
　１５　第一コイル層
　１６　第二コイル層
　１７　第三コイル層
　１８　第四コイル層
　１９　第一検出コイル
　２０　第二検出コイル
　２１　第三検出コイル
　２２　第四検出コイル
　２３　ブリッジ回路
　２４　発振器
　２５　ロックイン増幅器

Claims (4)

  1. 　磁歪式のトルクセンサを対向させる被検出面を有し、
    　前記被検出面は、アークハイト値が０．３１ｍｍＡ以上のショットピーニング処理を施されることによって特定の方向に揃っている磁気的な異方性が低減されたショットピーニング処理面である、
    トルク負荷部材。
  2. 　被検出面を有するトルク負荷部材と、
    　前記被検出面に対向させた磁歪式のトルクセンサと、
    を備え、
    　前記トルク負荷部材が、請求項１に記載のトルク負荷部材である、
    トルク測定装置。
  3. 　前記トルク負荷部材を回転可能に支持する転がり軸受を備え、前記トルクセンサが前記転がり軸受に支持されている、請求項２に記載のトルク測定装置。
  4. 　磁歪式のトルクセンサを対向させる被検出面を有するトルク負荷部材の製造方法であって、
    　前記被検出面にアークハイト値が０．３１ｍｍＡ以上のショットピーニング処理を施すことによって、前記被検出面の特定の方向に揃っている磁気的な異方性を低減する工程を備える、
    トルク負荷部材の製造方法。
PCT/JP2021/028182 2020-09-30 2021-07-29 トルク負荷部材およびその製造方法、並びに、トルク測定装置 WO2022070581A1 (ja)

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