JPH0572064A - 被測定軸，トルク検出装置および被測定軸の製造方法 - Google Patents
被測定軸，トルク検出装置および被測定軸の製造方法Info
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- JPH0572064A JPH0572064A JP4028339A JP2833992A JPH0572064A JP H0572064 A JPH0572064 A JP H0572064A JP 4028339 A JP4028339 A JP 4028339A JP 2833992 A JP2833992 A JP 2833992A JP H0572064 A JPH0572064 A JP H0572064A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 トルク検出装置の被測定軸の素材として利用
できる基体材料の範囲を拡大し、低トルク領域から高ト
ルク領域まで安定してトルクの検出が可能であるように
する。 【構成】 被測定軸２と、被測定軸２を磁路の一部とす
る磁気回路を形成する励磁用コイル５ａ，５ｂと、被測
定軸２の磁歪成分を検出する検出用コイル５ａ，５ｂを
具備し、被測定軸２は表面硬化処理により高降伏点を有
する材料を基体２ａとし、その表面に高磁歪材料２ｂを
金属組織的に融合させ、被測定軸２の少なくとも高磁歪
材料２ｂの部分に、被測定軸２の軸心方向に対し所定の
角度をなす凹状部３ａ，３ｂを形成し、凹状部３ａ，３
ｂの底部は基体材料が露出しているトルク検出装置１。
できる基体材料の範囲を拡大し、低トルク領域から高ト
ルク領域まで安定してトルクの検出が可能であるように
する。 【構成】 被測定軸２と、被測定軸２を磁路の一部とす
る磁気回路を形成する励磁用コイル５ａ，５ｂと、被測
定軸２の磁歪成分を検出する検出用コイル５ａ，５ｂを
具備し、被測定軸２は表面硬化処理により高降伏点を有
する材料を基体２ａとし、その表面に高磁歪材料２ｂを
金属組織的に融合させ、被測定軸２の少なくとも高磁歪
材料２ｂの部分に、被測定軸２の軸心方向に対し所定の
角度をなす凹状部３ａ，３ｂを形成し、凹状部３ａ，３
ｂの底部は基体材料が露出しているトルク検出装置１。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定軸に加えられる
トルクを検出するのに利用されるトルク検出装置用被測
定軸，トルク検出装置および前記トルク検出装置用被測
定軸の製造方法に関するものである。
トルクを検出するのに利用されるトルク検出装置用被測
定軸，トルク検出装置および前記トルク検出装置用被測
定軸の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種のトルク検出装置として
は、例えば、特開昭６２−１８５１３６号公報に示され
たものがあるが、このトルク検出装置はトルクの大きい
領域も含まれる場合に、トルク−出力特性の出力が飽和
してしまうため、実用性に乏しいという問題点があっ
た。
は、例えば、特開昭６２−１８５１３６号公報に示され
たものがあるが、このトルク検出装置はトルクの大きい
領域も含まれる場合に、トルク−出力特性の出力が飽和
してしまうため、実用性に乏しいという問題点があっ
た。
【０００３】これに対して、我々は、特願平３−９９０
００号明細書および図面で低トルク領域から高トルク領
域まで安定してトルクの検出が可能であるトルク検出装
置を提供した。
００号明細書および図面で低トルク領域から高トルク領
域まで安定してトルクの検出が可能であるトルク検出装
置を提供した。
【０００４】すなわち、図１０に示すように、このトル
ク検出装置１０１は、高降伏点を有する材料を基体１０
２ａとして、その表面に高磁歪材料１０２ｂを金属組織
的に融合させたものとした被測定軸１０２をそなえ、前
記被測定軸１０２の少なくとも高磁歪材料１０２ｂの部
分に、当該被測定軸１０２の軸心方向に対し所定の角度
をなす凹状部１０３ａ，１０３ｂを円周方向に複数形成
することによってこれら凹状部１０３ａ，１０３ｂの間
で円周方向に複数の凸状部１０４ａ，１０４ｂが形成さ
れることにより形状磁気異方性部を設け、前記形状磁気
異方性部に対向させて被測定軸１０２の外周側にコイル
１０５ａ，１０５ｂを隙間１０６を介して配置し、コイ
ル１０５ａ，１０５ｂの外側に高透磁率材料よりなるヨ
ーク１０７を設けた構造をなすものである。
ク検出装置１０１は、高降伏点を有する材料を基体１０
２ａとして、その表面に高磁歪材料１０２ｂを金属組織
的に融合させたものとした被測定軸１０２をそなえ、前
記被測定軸１０２の少なくとも高磁歪材料１０２ｂの部
分に、当該被測定軸１０２の軸心方向に対し所定の角度
をなす凹状部１０３ａ，１０３ｂを円周方向に複数形成
することによってこれら凹状部１０３ａ，１０３ｂの間
で円周方向に複数の凸状部１０４ａ，１０４ｂが形成さ
れることにより形状磁気異方性部を設け、前記形状磁気
異方性部に対向させて被測定軸１０２の外周側にコイル
１０５ａ，１０５ｂを隙間１０６を介して配置し、コイ
ル１０５ａ，１０５ｂの外側に高透磁率材料よりなるヨ
ーク１０７を設けた構造をなすものである。
【０００５】このような構造のトルク検出装置１０１に
おいて、コイル１０５ａ，１０５ｂは、図１１に例示す
るように、抵抗器１１１，１１２と組み合わされてブリ
ッジ回路を形成し、ブリッジ回路の接続点Ａ，Ｃ間に励
磁用発振器１１３を接続し、接続点Ｂ，Ｂ´間には差動
増幅器１１４を接続して、被測定軸１０２にトルクＴが
加えられた際に、図１２に例示するようなトルク−出力
特性の検出出力を取り出すことができるようにしてい
る。
おいて、コイル１０５ａ，１０５ｂは、図１１に例示す
るように、抵抗器１１１，１１２と組み合わされてブリ
ッジ回路を形成し、ブリッジ回路の接続点Ａ，Ｃ間に励
磁用発振器１１３を接続し、接続点Ｂ，Ｂ´間には差動
増幅器１１４を接続して、被測定軸１０２にトルクＴが
加えられた際に、図１２に例示するようなトルク−出力
特性の検出出力を取り出すことができるようにしてい
る。
【０００６】この発明により、トルク−出力特性の飽和
出力トルクが大幅に向上した。
出力トルクが大幅に向上した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のトルク検出装置１０１にあっては、被測定軸
１０２の基体材料によっては、必ずしも高降伏点の特性
を示さず、トルク−出力特性の出力が比較的低トルクで
飽和してしまうものが現われた。
うな従来のトルク検出装置１０１にあっては、被測定軸
１０２の基体材料によっては、必ずしも高降伏点の特性
を示さず、トルク−出力特性の出力が比較的低トルクで
飽和してしまうものが現われた。
【０００８】これを調査してみると、基体材料が浸炭や
窒化などの表面硬化処理により高降伏点を有するものと
なる材料を用いた場合に現われやすいことが見いだされ
た。すなわち、これらの基体材料に高磁歪材料を融合し
た後に浸炭や窒化を行う場合に現われたことから、先に
基体材料に浸炭や窒化などの表面硬化処理を行い、その
上に高磁歪材料を融合させようとすることも試みた。
窒化などの表面硬化処理により高降伏点を有するものと
なる材料を用いた場合に現われやすいことが見いだされ
た。すなわち、これらの基体材料に高磁歪材料を融合し
た後に浸炭や窒化を行う場合に現われたことから、先に
基体材料に浸炭や窒化などの表面硬化処理を行い、その
上に高磁歪材料を融合させようとすることも試みた。
【０００９】しかし、融合のときに被測定軸に割れが入
りやすく、また、融合のときの熱で表面硬化層が焼なま
されて硬度が落ちることがあるという問題点があった。
りやすく、また、融合のときの熱で表面硬化層が焼なま
されて硬度が落ちることがあるという問題点があった。
【００１０】そのため、浸炭や窒化などにより強化され
る材料が使えないことになり、利用できる基体材料が限
られてしまい、トルク検出装置の広範な普及が難しくな
る可能性があるという大きな問題点があった。
る材料が使えないことになり、利用できる基体材料が限
られてしまい、トルク検出装置の広範な普及が難しくな
る可能性があるという大きな問題点があった。
【００１１】したがって、このような問題点を解決する
ことが課題として存在していた。
ことが課題として存在していた。
【００１２】
【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたもので、利用できる基体材料の範囲を拡大
し、被測定軸の基体材料に確実に高降伏点をもたらし、
低トルク領域から高トルク領域まで安定してトルクの検
出が可能であるトルク検出装置をを提供し、あわせてこ
のようなトルク検出装置に適する被測定軸の製造方法を
提供することを目的としている。
てなされたもので、利用できる基体材料の範囲を拡大
し、被測定軸の基体材料に確実に高降伏点をもたらし、
低トルク領域から高トルク領域まで安定してトルクの検
出が可能であるトルク検出装置をを提供し、あわせてこ
のようなトルク検出装置に適する被測定軸の製造方法を
提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるトルク検
出装置用被測定軸は、鋼製軸基体の表面に高磁歪材料を
金属組織的に融合させてあり、前記鋼製軸の少なくとも
高磁歪材料の部分に、当該鋼製軸の軸心方向に対し所定
の角度をなす凹状部および／または凸状部を形成してあ
り、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料部分が露出
している構成としたことを特徴としており、実施態様に
おいては、凹状部の底部で露出した基体材料部分の表面
硬さがビッカース硬さＨｖ６００以上となっている構成
としたことを特徴としている。
出装置用被測定軸は、鋼製軸基体の表面に高磁歪材料を
金属組織的に融合させてあり、前記鋼製軸の少なくとも
高磁歪材料の部分に、当該鋼製軸の軸心方向に対し所定
の角度をなす凹状部および／または凸状部を形成してあ
り、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料部分が露出
している構成としたことを特徴としており、実施態様に
おいては、凹状部の底部で露出した基体材料部分の表面
硬さがビッカース硬さＨｖ６００以上となっている構成
としたことを特徴としている。
【００１４】また、本発明に係わるトルク検出装置は、
被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部とする磁気回路
を形成する励磁手段と、前記被測定軸の磁歪成分を検出
する検出手段を具備してなるトルク検出装置において、
前記被測定軸は表面硬化処理により高降伏点を有するも
のとなる材料を基体として、その表面に高磁歪材料を金
属組織的に融合させたものとし、被測定軸の少なくとも
高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所
定の角度をなす凹状部および／または凸状部を形成し、
少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露出している
構成としたことを特徴としており、実施態様において
は、前記凹状部の底部で露出した基体材料に表面硬化処
理が施されている構成としたことを特徴としており、同
じく実施態様においては、前記凹状部の底部における露
出部分の表面硬さがＨｖ６００以上、硬さＨｖ５５０以
上の有効硬化層深さが０．２ｍｍ以上に表面硬化処理が
施されている構成としたことを特徴としており、同じく
実施態様において、表面硬化処理は、浸炭，浸炭窒化，
窒化などの化学的熱処理加工と、ショットピーニング，
冷間圧延，冷間鍛伸などの物理的機械加工のうちから選
択される少なくともいずれかによるものである構成とし
たことを特徴としており、上記したトルク検出装置に係
わる発明の構成をもって前述した従来の課題を解決する
ための手段としている。
被測定軸と、前記被測定軸を磁路の一部とする磁気回路
を形成する励磁手段と、前記被測定軸の磁歪成分を検出
する検出手段を具備してなるトルク検出装置において、
前記被測定軸は表面硬化処理により高降伏点を有するも
のとなる材料を基体として、その表面に高磁歪材料を金
属組織的に融合させたものとし、被測定軸の少なくとも
高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所
定の角度をなす凹状部および／または凸状部を形成し、
少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露出している
構成としたことを特徴としており、実施態様において
は、前記凹状部の底部で露出した基体材料に表面硬化処
理が施されている構成としたことを特徴としており、同
じく実施態様においては、前記凹状部の底部における露
出部分の表面硬さがＨｖ６００以上、硬さＨｖ５５０以
上の有効硬化層深さが０．２ｍｍ以上に表面硬化処理が
施されている構成としたことを特徴としており、同じく
実施態様において、表面硬化処理は、浸炭，浸炭窒化，
窒化などの化学的熱処理加工と、ショットピーニング，
冷間圧延，冷間鍛伸などの物理的機械加工のうちから選
択される少なくともいずれかによるものである構成とし
たことを特徴としており、上記したトルク検出装置に係
わる発明の構成をもって前述した従来の課題を解決する
ための手段としている。
【００１５】さらに、本発明に係わるトルク検出装置用
被測定軸の製造方法は、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手段と、前記被
測定軸の磁歪成分を検出する検出手段を具備してなるト
ルク検出装置の前記被測定軸を製造するにあたり、前記
被測定軸の基体として表面硬化処理により高降伏点を有
するものとなる材料を用い、前記基体の表面に高磁歪材
料を金属組織的に融合させたのち、前記被測定軸の少な
くとも高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に
対し所定の角度をなす凹状部および／または凸状部を形
成し、少なくとも凹状部の底部で前記基体材料を露出さ
せる構成としたことを特徴としており、実施態様におい
ては、前記凹状部の底部で基体材料を露出させ、その後
前記基体材料に表面硬化処理を施す構成としたことを特
徴としており、同じく実施態様においては、前記凹状部
の底部における露出部分の表面硬さがＨｖ６００以上、
硬さＨｖ５５０以上の有効硬化層深さが０．２ｍｍ以上
に表面硬化処理を施す構成としたことを特徴としてお
り、同じく実施態様において、表面硬化処理は、浸炭，
浸炭窒化，窒化などの化学的熱処理加工と、ショットピ
ーニング，冷間圧延，冷間鍛伸などの物理的機械加工の
うちから選択される少なくともいずれかによるものであ
る構成としたことを特徴としており、上記したトルク検
出装置用被測定軸の製造方法に係わる発明の構成をもっ
て前述した従来の課題を解決するための手段としてい
る。
被測定軸の製造方法は、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手段と、前記被
測定軸の磁歪成分を検出する検出手段を具備してなるト
ルク検出装置の前記被測定軸を製造するにあたり、前記
被測定軸の基体として表面硬化処理により高降伏点を有
するものとなる材料を用い、前記基体の表面に高磁歪材
料を金属組織的に融合させたのち、前記被測定軸の少な
くとも高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に
対し所定の角度をなす凹状部および／または凸状部を形
成し、少なくとも凹状部の底部で前記基体材料を露出さ
せる構成としたことを特徴としており、実施態様におい
ては、前記凹状部の底部で基体材料を露出させ、その後
前記基体材料に表面硬化処理を施す構成としたことを特
徴としており、同じく実施態様においては、前記凹状部
の底部における露出部分の表面硬さがＨｖ６００以上、
硬さＨｖ５５０以上の有効硬化層深さが０．２ｍｍ以上
に表面硬化処理を施す構成としたことを特徴としてお
り、同じく実施態様において、表面硬化処理は、浸炭，
浸炭窒化，窒化などの化学的熱処理加工と、ショットピ
ーニング，冷間圧延，冷間鍛伸などの物理的機械加工の
うちから選択される少なくともいずれかによるものであ
る構成としたことを特徴としており、上記したトルク検
出装置用被測定軸の製造方法に係わる発明の構成をもっ
て前述した従来の課題を解決するための手段としてい
る。
【００１６】さらにまた、本発明に係わるトルク検出装
置用被測定軸の製造方法は、鋼製軸基体の表面に高磁歪
材料よりなる肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を
形成した被測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体
に浸炭適合鋼材を用い、前記肉盛層を鋼材表面が露出す
るまで切削することで前記凹凸状部の凹状部を形成し、
その後浸炭処理を行う構成としたことを特徴としてい
る。
置用被測定軸の製造方法は、鋼製軸基体の表面に高磁歪
材料よりなる肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を
形成した被測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体
に浸炭適合鋼材を用い、前記肉盛層を鋼材表面が露出す
るまで切削することで前記凹凸状部の凹状部を形成し、
その後浸炭処理を行う構成としたことを特徴としてい
る。
【００１７】さらにまた、本発明に係わるトルク検出装
置用被測定軸の製造方法は、鋼製軸基体の表面に高磁歪
材料よりなる肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を
形成した被測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体
に窒化適合鋼材を用い、前記肉盛層を鋼材表面が露出す
るまで切削することで前記凹凸状部の凹状部を形成し、
その後窒化処理を行う構成としたことを特徴としてい
る。
置用被測定軸の製造方法は、鋼製軸基体の表面に高磁歪
材料よりなる肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を
形成した被測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体
に窒化適合鋼材を用い、前記肉盛層を鋼材表面が露出す
るまで切削することで前記凹凸状部の凹状部を形成し、
その後窒化処理を行う構成としたことを特徴としてい
る。
【００１８】本発明において、被測定軸は、表面硬化処
理により高降伏点を有するものとなる材料を基体とし
て、その表面に高磁歪材料を肉盛等によって金属組織的
に融合させたものとしているが、ここで、用いられる基
体材料としては、ＪＩＳに制定する機械構造用鋼鋼材、
例えば、機械構造用炭素鋼鋼材（ＳＣ材など）や、機械
構造用合金鋼鋼材（ＳＣｒ材，ＳＣＭ材，ＳＮＣＭ材な
ど）が用いられ、そのほか、窒化に適する鋼材として、
ＳＡＣＭ６４５，ＳＣＭ５６，ＳＣＭＶ２，ＳＡＣなど
が用いられる。そして、適宜、添加成分や組成を変える
ことにより、降伏点を向上させたものが用いられる。
理により高降伏点を有するものとなる材料を基体とし
て、その表面に高磁歪材料を肉盛等によって金属組織的
に融合させたものとしているが、ここで、用いられる基
体材料としては、ＪＩＳに制定する機械構造用鋼鋼材、
例えば、機械構造用炭素鋼鋼材（ＳＣ材など）や、機械
構造用合金鋼鋼材（ＳＣｒ材，ＳＣＭ材，ＳＮＣＭ材な
ど）が用いられ、そのほか、窒化に適する鋼材として、
ＳＡＣＭ６４５，ＳＣＭ５６，ＳＣＭＶ２，ＳＡＣなど
が用いられる。そして、適宜、添加成分や組成を変える
ことにより、降伏点を向上させたものが用いられる。
【００１９】また、被測定軸の表面において用いられる
高磁歪材料としては、金属Ｆｅ，金属Ｎｉ，Ｆｅ−Ｎｉ
合金，Ｆｅ−Ａｌ合金，Ｆｅ−Ｃｏ合金などが用いら
れ、適宜、添加成分や組成を変えることにより、磁歪等
を向上させたものが用いられる。
高磁歪材料としては、金属Ｆｅ，金属Ｎｉ，Ｆｅ−Ｎｉ
合金，Ｆｅ−Ａｌ合金，Ｆｅ−Ｃｏ合金などが用いら
れ、適宜、添加成分や組成を変えることにより、磁歪等
を向上させたものが用いられる。
【００２０】そして、これら基体材料と、高磁歪材料と
は互いに金属組織的に融合して合金化するものであるこ
とが重要である。
は互いに金属組織的に融合して合金化するものであるこ
とが重要である。
【００２１】そして、基体材料と、その表面に高磁歪材
料を金属組織的に融合させたものとするに際しては、Ｔ
ＩＧ溶接，プラズマ粉末溶接，レーザ溶接，電子ビーム
溶接，拡散などの手段が用いられる。
料を金属組織的に融合させたものとするに際しては、Ｔ
ＩＧ溶接，プラズマ粉末溶接，レーザ溶接，電子ビーム
溶接，拡散などの手段が用いられる。
【００２２】以上の材料と工法とによって得られた被測
定軸の少なくとも高磁歪材料の部分（高磁歪材料の部分
だけ、および高磁歪材料の部分から基体材料の部分に及
ぶ場合を含む。）に、当該被測定軸の軸心方向に対し、
所定の角度をなす凹状部を円周方向に複数形成すること
によってこれら凹状部の間で円周方向に複数の凸状部が
形成されることによる形状磁気異方性部を設けるが、そ
のとき、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露出
するように形成する。そして、この後前記基体材料に表
面硬化処理を施す。
定軸の少なくとも高磁歪材料の部分（高磁歪材料の部分
だけ、および高磁歪材料の部分から基体材料の部分に及
ぶ場合を含む。）に、当該被測定軸の軸心方向に対し、
所定の角度をなす凹状部を円周方向に複数形成すること
によってこれら凹状部の間で円周方向に複数の凸状部が
形成されることによる形状磁気異方性部を設けるが、そ
のとき、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露出
するように形成する。そして、この後前記基体材料に表
面硬化処理を施す。
【００２３】前記表面硬化処理において、浸炭を施す場
合には、浸炭層深さを例えば０．５〜１．２ｍｍ程度と
する。このとき、凹状部の底部では基体材料が露出して
いるため、この露出した部分が浸炭される。したがっ
て、被測定軸の疲労強度がより一層向上したものとな
る。
合には、浸炭層深さを例えば０．５〜１．２ｍｍ程度と
する。このとき、凹状部の底部では基体材料が露出して
いるため、この露出した部分が浸炭される。したがっ
て、被測定軸の疲労強度がより一層向上したものとな
る。
【００２４】また、前記表面硬化処理において、窒化を
施す場合には、例えば、温度５００〜５５０℃，ＮＨ３
含有量８０〜９０％の窒化雰囲気において時間１５〜３
０Ｈｒの窒化処理を採用することができる。
施す場合には、例えば、温度５００〜５５０℃，ＮＨ３
含有量８０〜９０％の窒化雰囲気において時間１５〜３
０Ｈｒの窒化処理を採用することができる。
【００２５】
【発明の作用】本発明者は、前記した従来の問題点の原
因が、表面に形成した高磁歪材料が炭素や窒素の浸透の
障壁として作用し、内部の基体材料に炭素や窒素が届か
ず、浸炭や窒化がなされないことにあることをつかん
だ。
因が、表面に形成した高磁歪材料が炭素や窒素の浸透の
障壁として作用し、内部の基体材料に炭素や窒素が届か
ず、浸炭や窒化がなされないことにあることをつかん
だ。
【００２６】そのため、高磁歪材料の適当な場所に内部
の基体材料が露出する所を形成してやればよいことにな
る。その際、形状磁気異方性部を形成する凹状部の底部
を利用することにしたわけである。
の基体材料が露出する所を形成してやればよいことにな
る。その際、形状磁気異方性部を形成する凹状部の底部
を利用することにしたわけである。
【００２７】本発明に係わるトルク検出装置において、
被測定軸は表面硬化処理により高降伏点を有するものと
なる材料を基体として、その表面に高磁歪材料を金属組
織的に融合させたものとし、被測定軸の少なくとも高磁
歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定の
角度をなす凹状部および／または凸状部を少なくとも凹
状部の底部で前記基体材料が露出するように形成した構
成とし、この後に表面硬化処理を行うことにより、基体
材料の高降伏点化が行われることとなり、良好なトルク
−出力特性と十分な疲労耐久性とを兼ね備えたトルク測
定装置となる。
被測定軸は表面硬化処理により高降伏点を有するものと
なる材料を基体として、その表面に高磁歪材料を金属組
織的に融合させたものとし、被測定軸の少なくとも高磁
歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定の
角度をなす凹状部および／または凸状部を少なくとも凹
状部の底部で前記基体材料が露出するように形成した構
成とし、この後に表面硬化処理を行うことにより、基体
材料の高降伏点化が行われることとなり、良好なトルク
−出力特性と十分な疲労耐久性とを兼ね備えたトルク測
定装置となる。
【００２８】すなわち、凹状部の底部に基体材料が露出
する構成としたため、表面硬化処理である例えば浸炭や
窒化処理などにより、露出した部分から基体材料の内部
に炭素や窒素などが浸透し、これによって表面が硬化さ
れる。
する構成としたため、表面硬化処理である例えば浸炭や
窒化処理などにより、露出した部分から基体材料の内部
に炭素や窒素などが浸透し、これによって表面が硬化さ
れる。
【００２９】この場合、露出部分の表面硬さは実用トル
ク域で使えるようにするには、Ｈｖ６００以上であるこ
とが望ましい。また、一方、あまり硬化させると、脆く
なるので、Ｈｖ８００以下であることが望ましい。
ク域で使えるようにするには、Ｈｖ６００以上であるこ
とが望ましい。また、一方、あまり硬化させると、脆く
なるので、Ｈｖ８００以下であることが望ましい。
【００３０】そして、トルク領域の拡大にはＨｖ５５０
以上の有効硬化層深さが０．２ｍｍ以上であることが望
ましい。
以上の有効硬化層深さが０．２ｍｍ以上であることが望
ましい。
【００３１】これら表面硬化処理により基体材料の高降
伏点化がなされ、低トルク域から高トルク域まで安定し
たトルク−出力特性が得られるようになる。
伏点化がなされ、低トルク域から高トルク域まで安定し
たトルク−出力特性が得られるようになる。
【００３２】本発明においては、高磁歪材料を支える基
体材料の高降伏点化すなわち表面硬化が目的であるか
ら、凹状部の底部に基体材料を露出させ、その上からシ
ョットピーニング，冷間圧延，冷間鍛伸などの物理的機
械加工による表面硬化も有効である。この場合、高磁歪
材料にはこれらの機械加工による硬化作用は必ずしも必
要としないが、基体材料と同時にこれらの硬化作用を受
けても実害はない。
体材料の高降伏点化すなわち表面硬化が目的であるか
ら、凹状部の底部に基体材料を露出させ、その上からシ
ョットピーニング，冷間圧延，冷間鍛伸などの物理的機
械加工による表面硬化も有効である。この場合、高磁歪
材料にはこれらの機械加工による硬化作用は必ずしも必
要としないが、基体材料と同時にこれらの硬化作用を受
けても実害はない。
【００３３】
【実施例】次に、本発明に係わるトルク検出装置の実施
例を比較例とともに説明する。
例を比較例とともに説明する。
【００３４】（実施例１）図１は、本発明に係わるトル
ク検出装置の一実施例を示すものであって、このトルク
検出装置１は、表面硬化処理により高降伏点を有するも
のとなる材料を基体２ａとして、その表面に高磁歪材料
２ｂを金属組織的に融合させたものとした被測定軸２を
そなえ、前記被測定軸２の高磁歪材料２ｂの部分に、当
該被測定軸２の軸心方向に対し左右対称の所定角度をな
す凹状部３ａ，３ｂを円周方向に複数形成することによ
ってこれら凹状部３ａ，３ｂの間で円周方向に複数の凸
状部４ａ，４ｂが形成されることにより形状磁気異方性
部を設け、前記形状磁気異方性部に対向させて被測定軸
２の外周側にコイル５ａ，５ｂを隙間６を介して配置
し、コイル５ａ，５ｂの外側に高透磁率材料よりなるヨ
ーク７を設けた構造をなすものである。
ク検出装置の一実施例を示すものであって、このトルク
検出装置１は、表面硬化処理により高降伏点を有するも
のとなる材料を基体２ａとして、その表面に高磁歪材料
２ｂを金属組織的に融合させたものとした被測定軸２を
そなえ、前記被測定軸２の高磁歪材料２ｂの部分に、当
該被測定軸２の軸心方向に対し左右対称の所定角度をな
す凹状部３ａ，３ｂを円周方向に複数形成することによ
ってこれら凹状部３ａ，３ｂの間で円周方向に複数の凸
状部４ａ，４ｂが形成されることにより形状磁気異方性
部を設け、前記形状磁気異方性部に対向させて被測定軸
２の外周側にコイル５ａ，５ｂを隙間６を介して配置
し、コイル５ａ，５ｂの外側に高透磁率材料よりなるヨ
ーク７を設けた構造をなすものである。
【００３５】この場合、コイル５ａ，５ｂは図１１に示
したのと同様の回路構成として抵抗（１１１，１１２）
と共にブリッジ回路を形成し、被測定軸２を磁路の一部
とする磁気回路を形成する励磁手段と、被測定軸２の磁
歪成分を検出する検出手段とを兼ねたものとなってい
る。
したのと同様の回路構成として抵抗（１１１，１１２）
と共にブリッジ回路を形成し、被測定軸２を磁路の一部
とする磁気回路を形成する励磁手段と、被測定軸２の磁
歪成分を検出する検出手段とを兼ねたものとなってい
る。
【００３６】図２は、図１に示した構造のトルク検出装
置１において被測定軸２の形状磁気異方性部が設けられ
た高磁歪材料の部分を拡大して示すものであって、被測
定軸２の基体２ａの材料として、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０
に相当する合金鋼を使用してこれを直径２９ｍｍに加工
したものを用い、この表面に設けられる高磁歪材料２ｂ
として、Ａｌ：１３重量％を含み残部ＦｅよりなるＦｅ
−Ａｌ合金を用いてプラズマ粉末溶接により基体２ａの
表面で金属組織的に融合させたものとする。
置１において被測定軸２の形状磁気異方性部が設けられ
た高磁歪材料の部分を拡大して示すものであって、被測
定軸２の基体２ａの材料として、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０
に相当する合金鋼を使用してこれを直径２９ｍｍに加工
したものを用い、この表面に設けられる高磁歪材料２ｂ
として、Ａｌ：１３重量％を含み残部ＦｅよりなるＦｅ
−Ａｌ合金を用いてプラズマ粉末溶接により基体２ａの
表面で金属組織的に融合させたものとする。
【００３７】その後、外周の切削により直径３１ｍｍと
し、さらに幅１．０ｍｍ，深さ１．５ｍｍの凹状部３
ａ，３ｂを円周方向に等間隔で３２個所切削することに
より相対的に凸状部４ａ，４ｂを形成させ、少なくとも
凹状部３ａ，３ｂの底部で基体材料が露出するように
し、これら凹状部３ａ，３ｂおよび凸状部４ａ，４ｂに
よって形状磁気異方性部を設け、これを９１０℃で２時
間ガス浸炭した後、焼入れ焼戻しを施すことによって被
測定軸２とした。
し、さらに幅１．０ｍｍ，深さ１．５ｍｍの凹状部３
ａ，３ｂを円周方向に等間隔で３２個所切削することに
より相対的に凸状部４ａ，４ｂを形成させ、少なくとも
凹状部３ａ，３ｂの底部で基体材料が露出するように
し、これら凹状部３ａ，３ｂおよび凸状部４ａ，４ｂに
よって形状磁気異方性部を設け、これを９１０℃で２時
間ガス浸炭した後、焼入れ焼戻しを施すことによって被
測定軸２とした。
【００３８】このときの凹状部３ａ，３ｂの底部に露出
した基体材料の表面硬さはＨｖ７１０であり、硬さＨｖ
５５０以上の有効硬化層深さは０．８５ｍｍとなってい
た。
した基体材料の表面硬さはＨｖ７１０であり、硬さＨｖ
５５０以上の有効硬化層深さは０．８５ｍｍとなってい
た。
【００３９】ここで重要なことは、図２に示すように、
高磁歪材料２ｂの部分を広範囲にわたって凹状部３ａ，
３ｂが占めているようにすることである。そして、凸状
部４ａ，４ｂの幅、および左右の凹状部３ａ，３ｂ／凸
状部４ａ，４ｂの間の間隔、ならびに両端の基体材料と
の境界部分と凹状部３ａ，３ｂ／凸状部４ａ，４ｂとの
間隔はいずれも３ｍｍ以下とすることが、浸透の効果の
面で望ましい。
高磁歪材料２ｂの部分を広範囲にわたって凹状部３ａ，
３ｂが占めているようにすることである。そして、凸状
部４ａ，４ｂの幅、および左右の凹状部３ａ，３ｂ／凸
状部４ａ，４ｂの間の間隔、ならびに両端の基体材料と
の境界部分と凹状部３ａ，３ｂ／凸状部４ａ，４ｂとの
間隔はいずれも３ｍｍ以下とすることが、浸透の効果の
面で望ましい。
【００４０】この場合、浸炭などの処理条件により有効
硬化層深さは可変であるが、通常の場合には１．５ｍｍ
以内とするのが生産性の面で適切なため、両側面から浸
透する距離として３ｍｍ以下とすることが望ましい。
硬化層深さは可変であるが、通常の場合には１．５ｍｍ
以内とするのが生産性の面で適切なため、両側面から浸
透する距離として３ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００４１】これらにより、基体材料が露出している凹
状部３ａ，３ｂの底部から、浸炭硬化処理による炭素が
基体材料に浸透し、図３に示すように、高磁歪材料２ｂ
の下部にまで炭素が回り込んで硬化層（浸炭層）８が形
成される。このため基体材料の表面部分がほぼ全域にわ
たって硬化され、高降伏点化することによりトルク検出
範囲が拡大することになる。なお、この場合、凹状部３
ａ，３ｂの底部全てで基体材料部分が露出している必要
はなく、一部に高磁歪材料２ｂが残っていても支障はな
い。
状部３ａ，３ｂの底部から、浸炭硬化処理による炭素が
基体材料に浸透し、図３に示すように、高磁歪材料２ｂ
の下部にまで炭素が回り込んで硬化層（浸炭層）８が形
成される。このため基体材料の表面部分がほぼ全域にわ
たって硬化され、高降伏点化することによりトルク検出
範囲が拡大することになる。なお、この場合、凹状部３
ａ，３ｂの底部全てで基体材料部分が露出している必要
はなく、一部に高磁歪材料２ｂが残っていても支障はな
い。
【００４２】この実施例におけるトルク検出装置１のト
ルク−出力特性は、図４に示すように、トルクと出力が
比例する範囲が広いものとなっており、トルク９０ｋｇ
ｆ・ｍまでの実験では、良好な直線性を保っており、出
力飽和は見られないことが認められた。
ルク−出力特性は、図４に示すように、トルクと出力が
比例する範囲が広いものとなっており、トルク９０ｋｇ
ｆ・ｍまでの実験では、良好な直線性を保っており、出
力飽和は見られないことが認められた。
【００４３】（比較例１）図１０に示した従来のトルク
検出装置１０１において、図５は、被測定軸１０２の形
状磁気異方性部が設けられた高磁歪材料の部分を拡大し
て示すものであって、被測定軸１０２の基体１０２ａの
材料として、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０に相当する合金鋼を
使用してこれを直径２７ｍｍに加工したものを用い、こ
の表面に設けられる高磁歪材料１０２ｂとして、Ａｌ：
１３重量％を含み残部ＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ合金を用
いてプラズマ粉末溶接により基体１０２ａの表面で金属
組織的に融合させたものとする。
検出装置１０１において、図５は、被測定軸１０２の形
状磁気異方性部が設けられた高磁歪材料の部分を拡大し
て示すものであって、被測定軸１０２の基体１０２ａの
材料として、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０に相当する合金鋼を
使用してこれを直径２７ｍｍに加工したものを用い、こ
の表面に設けられる高磁歪材料１０２ｂとして、Ａｌ：
１３重量％を含み残部ＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ合金を用
いてプラズマ粉末溶接により基体１０２ａの表面で金属
組織的に融合させたものとする。
【００４４】その後、外周の切削により直径３１ｍｍと
し、さらに幅１．０ｍｍ，深さ１．５ｍｍの凹状部１０
３ａ，１０３ｂを円周方向に等間隔で３２個所切削する
ことによって相対的に凸状部１０４ａ，１０４ｂを形成
させ、これら凹状部１０３ａ，１０３ｂおよび凸状部１
０４ａ，１０４ｂによって形状磁気異方性部を設け、こ
れを８５０℃で浸炭焼入れした後、焼戻しを施すことに
よって被測定軸１０２とした。
し、さらに幅１．０ｍｍ，深さ１．５ｍｍの凹状部１０
３ａ，１０３ｂを円周方向に等間隔で３２個所切削する
ことによって相対的に凸状部１０４ａ，１０４ｂを形成
させ、これら凹状部１０３ａ，１０３ｂおよび凸状部１
０４ａ，１０４ｂによって形状磁気異方性部を設け、こ
れを８５０℃で浸炭焼入れした後、焼戻しを施すことに
よって被測定軸１０２とした。
【００４５】この場合、外周の切削後において高磁歪材
料１０２ｂの厚みが２ｍｍとなっているため、前記実施
例と同じく深さ１．５ｍｍの凹状部１０３ａ，１０３ｂ
を形成しても、図６に示すように、凹状部１０３ａ，１
０３ｂの底部に高磁歪材料１０２ｂが残っていて基体材
料１０２ａが露出することはない。
料１０２ｂの厚みが２ｍｍとなっているため、前記実施
例と同じく深さ１．５ｍｍの凹状部１０３ａ，１０３ｂ
を形成しても、図６に示すように、凹状部１０３ａ，１
０３ｂの底部に高磁歪材料１０２ｂが残っていて基体材
料１０２ａが露出することはない。
【００４６】従って、高磁歪材料１０２ｂのＦｅ−Ａｌ
合金に妨げられ、基体材料は浸炭されない。
合金に妨げられ、基体材料は浸炭されない。
【００４７】そのため、降伏点が低く、トルク−出力特
性の出力飽和が低トルクで起こってしまう。
性の出力飽和が低トルクで起こってしまう。
【００４８】そして、この比較例１におけるトルク検出
装置１０１のトルク−出力特性は、図７に示すように、
トルクと出力が比例する範囲が狭く、出力飽和トルクは
５０ｋｇｆ・ｍであった。
装置１０１のトルク−出力特性は、図７に示すように、
トルクと出力が比例する範囲が狭く、出力飽和トルクは
５０ｋｇｆ・ｍであった。
【００４９】（評価結果１）これらの結果より明らかな
ように、本発明に係わるトルク検出装置１は、従来のト
ルク検出装置１０１に比べてその１．８倍も計測トルク
域を拡大することができた。
ように、本発明に係わるトルク検出装置１は、従来のト
ルク検出装置１０１に比べてその１．８倍も計測トルク
域を拡大することができた。
【００５０】また、被測定軸２は、浸炭などの表面処理
により高降伏点を有する材料を基体２ａとし、この基体
２ａの表面では高磁歪材料２ｂが金属組織的に融合して
一体化したものとなっているため、疲労試験を実施して
も、高磁歪材料２ｂの剥離などの問題や出力異常の発生
は認められず、１０万回以上の優れた耐久性を示した。
により高降伏点を有する材料を基体２ａとし、この基体
２ａの表面では高磁歪材料２ｂが金属組織的に融合して
一体化したものとなっているため、疲労試験を実施して
も、高磁歪材料２ｂの剥離などの問題や出力異常の発生
は認められず、１０万回以上の優れた耐久性を示した。
【００５１】（実施例２）図８の（Ａ）に示すように、
直径３０ｍｍのＪＩＳ ＳＣＭ４２０よりなる鋼製軸基
体１２ａに、図８の（Ｂ−１），（Ｂ−２）に示すよう
に、高磁歪材料であるＦｅ−６５重量％Ｎｉ合金を粉末
肉盛溶接にて肉盛することによって、幅１５ｍｍ，厚さ
ほぼ１ｍｍでかつ軸を一周する二つの高磁歪材料よりな
る肉盛層１２ｂ，１２ｂを８ｍｍの間隔をおいて形成し
た後、切削加工にて、幅２ｍｍ，軸方向長さ１３ｍｍ，
深さ１．２ｍｍで、図８の（Ｃ−１），（Ｃ−２）に示
すように、軸心方向に対して傾斜した凹状部１３ａ，１
３ｂを円周方向に複数形成し、相対的に凸状部１４ａ，
１４ｂを円周方向に複数形成した。
直径３０ｍｍのＪＩＳ ＳＣＭ４２０よりなる鋼製軸基
体１２ａに、図８の（Ｂ−１），（Ｂ−２）に示すよう
に、高磁歪材料であるＦｅ−６５重量％Ｎｉ合金を粉末
肉盛溶接にて肉盛することによって、幅１５ｍｍ，厚さ
ほぼ１ｍｍでかつ軸を一周する二つの高磁歪材料よりな
る肉盛層１２ｂ，１２ｂを８ｍｍの間隔をおいて形成し
た後、切削加工にて、幅２ｍｍ，軸方向長さ１３ｍｍ，
深さ１．２ｍｍで、図８の（Ｃ−１），（Ｃ−２）に示
すように、軸心方向に対して傾斜した凹状部１３ａ，１
３ｂを円周方向に複数形成し、相対的に凸状部１４ａ，
１４ｂを円周方向に複数形成した。
【００５２】そして、８５０℃×１ｈｒの条件でガス浸
炭を行うことによって、図８の（Ｄ）に示すように凹状
部１３ａ，１３ｂの底部に硬化層（浸炭層）１８を形成
したトルク検出装置用被測定軸１２を作製した。
炭を行うことによって、図８の（Ｄ）に示すように凹状
部１３ａ，１３ｂの底部に硬化層（浸炭層）１８を形成
したトルク検出装置用被測定軸１２を作製した。
【００５３】（比較例２）実施例２と同様に、Ｆｅ−Ｎ
ｉ合金を用い、比較例２−１として、直径３０ｍｍのＪ
ＩＳ ＳＣＭ２０よりなる鋼製軸基体に、幅１５ｍｍ，
厚さ１ｍｍの肉盛層を８ｍｍの間隔をおいて二つ形成し
た後、切削ではなく転造によって、幅２ｍｍ，軸方向長
さ１３ｍｍ，深さ１．２ｍｍの凹状部を円周方向に複数
形成し、これによって相対的に凸状部を円周方向に複数
形成した。また、比較例２−２として、直径を５０ｍｍ
としたものも製造した。
ｉ合金を用い、比較例２−１として、直径３０ｍｍのＪ
ＩＳ ＳＣＭ２０よりなる鋼製軸基体に、幅１５ｍｍ，
厚さ１ｍｍの肉盛層を８ｍｍの間隔をおいて二つ形成し
た後、切削ではなく転造によって、幅２ｍｍ，軸方向長
さ１３ｍｍ，深さ１．２ｍｍの凹状部を円周方向に複数
形成し、これによって相対的に凸状部を円周方向に複数
形成した。また、比較例２−２として、直径を５０ｍｍ
としたものも製造した。
【００５４】（評価結果２）これら実施例２，比較例２
のトルク検出装置用被測定軸について、疲労強度を求め
たところ、図９に示す結果であった。
のトルク検出装置用被測定軸について、疲労強度を求め
たところ、図９に示す結果であった。
【００５５】図９に示すように、実施例２のものは比較
例２−１の直径３０ｍｍのものに比べてかなり良好な疲
労強度を呈するだけでなく、比較例２−２の直径５０ｍ
ｍのものよりも更に良好な疲労強度を呈した、そして、
比較例２−２の直径５０ｍｍのものの重量を「１」とす
ると、実施例２のものの重量は「約０．３５」しかない
ことになることから、実施例２のトルク検出装置用被測
定軸によれば、大幅な軽量化が可能となった。
例２−１の直径３０ｍｍのものに比べてかなり良好な疲
労強度を呈するだけでなく、比較例２−２の直径５０ｍ
ｍのものよりも更に良好な疲労強度を呈した、そして、
比較例２−２の直径５０ｍｍのものの重量を「１」とす
ると、実施例２のものの重量は「約０．３５」しかない
ことになることから、実施例２のトルク検出装置用被測
定軸によれば、大幅な軽量化が可能となった。
【００５６】なお、実施例２のトルク検出装置用被測定
軸１２の凹状部１３ａ，１３ｂの底部における硬さを計
測したところ、ビーカッス硬さＨｖで７００以上である
ことがわかった。また、浸炭層１８の深さは０．５〜
１．２ｍｍであった。そして、このトルク検出装置用被
測定軸１２によってトルクを測定したところ、実用上十
分な磁歪感度を有するものであることがわかった。
軸１２の凹状部１３ａ，１３ｂの底部における硬さを計
測したところ、ビーカッス硬さＨｖで７００以上である
ことがわかった。また、浸炭層１８の深さは０．５〜
１．２ｍｍであった。そして、このトルク検出装置用被
測定軸１２によってトルクを測定したところ、実用上十
分な磁歪感度を有するものであることがわかった。
【００５７】そのほか、疲労強度の向上は、凹状部１３
ａ，１３ｂの底部における硬さがビッカース硬さＨｖで
少なくとも６００以上あることによるものと考えられる
から、浸炭ではなく、浸炭窒化や窒化などによっても同
様の作用・効果が期待できる。
ａ，１３ｂの底部における硬さがビッカース硬さＨｖで
少なくとも６００以上あることによるものと考えられる
から、浸炭ではなく、浸炭窒化や窒化などによっても同
様の作用・効果が期待できる。
【００５８】そこで、５１０℃で２７時間にわたりＮＨ
３ガスを８０％含む雰囲気下で分解Ｎを拡散する条件に
て、凹状部の底部におけるビッカース硬さＨｖが６００
以上のトルク検出装置用被測定軸１２を製造し、これに
ついても疲労強度を測定したところ、図９に示した浸炭
によるものと同様の良好な結果が得られた。また、窒化
によっても磁歪感度が低下することがなかった。
３ガスを８０％含む雰囲気下で分解Ｎを拡散する条件に
て、凹状部の底部におけるビッカース硬さＨｖが６００
以上のトルク検出装置用被測定軸１２を製造し、これに
ついても疲労強度を測定したところ、図９に示した浸炭
によるものと同様の良好な結果が得られた。また、窒化
によっても磁歪感度が低下することがなかった。
【００５９】このように、実施例２のトルク検出装置用
被測定軸１２によれば、細くても十分な疲労強度を有
し、長期にわたって信頼性の高いトルク測定を行うこと
ができる。しかも、実施例２で採用した製造方法によれ
ば、磁歪感度を損なうこともない。
被測定軸１２によれば、細くても十分な疲労強度を有
し、長期にわたって信頼性の高いトルク測定を行うこと
ができる。しかも、実施例２で採用した製造方法によれ
ば、磁歪感度を損なうこともない。
【００６０】
【発明の効果】本発明に係わるトルク検出装置用被測定
軸は、鋼製軸基体の表面に高磁歪材料を金属組織的に融
合させてあり、前記鋼製軸の少なくとも高磁歪材料の部
分に、当該鋼製軸の軸心方向に対し所定の角度をなす凹
状部および／または凸状部を形成してあり、少なくとも
凹状部の底部は前記基体材料部分が露出している構成と
し、実施態様においては凹状部の底部で露出した基体材
料部分の表面硬さがビッカース硬さＨｖ６００以上とな
っている構成とし、また、本発明に係わるトルク検出装
置は、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手段と、前記被測定軸の磁歪成分
を検出する検出手段を具備してなるトルク検出装置にお
いて、前記被測定軸は表面硬化処理により高降伏点を有
するものとなる材料を基体として、その表面に高磁歪材
料を金属組織的に融合させたものとし、被測定軸の少な
くとも高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に
対し所定の角度をなす凹状部および／または凸状部を形
成し、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露出し
ている構成とし、さらに、本発明に係わる被測定軸の製
造方法では、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手段と、前記被測定軸の磁
歪成分を検出する検出手段を具備してなるトルク検出装
置の前記被測定軸を製造するにあたり、前記被測定軸の
基体として表面硬化処理により高降伏点を有するものと
なる材料を用い、前記基体の表面に高磁歪材料を金属組
織的に融合させたのち、前記被測定軸の少なくとも高磁
歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定の
角度をなす凹状部および／または凸状部を形成し、少な
くとも凹状部の底部で前記基体材料を露出させる構成と
したから、トルク検出装置の被測定軸として利用できる
基体材料の範囲を拡大することが可能であると共に、ト
ルク−出力特性の飽和出力トルクを大幅に向上させるこ
とが可能であり、低トルク領域から高トルク領域まで安
定してトルクの検出が可能であるうえに、高トルクを繰
り返し受けたときでも高磁歪材料の剥離が生じがたい耐
久性に優れたものとなって、安定したトルク−出力特性
を長期にわたって得ることが可能であるという著しく優
れた効果がもたらされる。
軸は、鋼製軸基体の表面に高磁歪材料を金属組織的に融
合させてあり、前記鋼製軸の少なくとも高磁歪材料の部
分に、当該鋼製軸の軸心方向に対し所定の角度をなす凹
状部および／または凸状部を形成してあり、少なくとも
凹状部の底部は前記基体材料部分が露出している構成と
し、実施態様においては凹状部の底部で露出した基体材
料部分の表面硬さがビッカース硬さＨｖ６００以上とな
っている構成とし、また、本発明に係わるトルク検出装
置は、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手段と、前記被測定軸の磁歪成分
を検出する検出手段を具備してなるトルク検出装置にお
いて、前記被測定軸は表面硬化処理により高降伏点を有
するものとなる材料を基体として、その表面に高磁歪材
料を金属組織的に融合させたものとし、被測定軸の少な
くとも高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に
対し所定の角度をなす凹状部および／または凸状部を形
成し、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料が露出し
ている構成とし、さらに、本発明に係わる被測定軸の製
造方法では、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手段と、前記被測定軸の磁
歪成分を検出する検出手段を具備してなるトルク検出装
置の前記被測定軸を製造するにあたり、前記被測定軸の
基体として表面硬化処理により高降伏点を有するものと
なる材料を用い、前記基体の表面に高磁歪材料を金属組
織的に融合させたのち、前記被測定軸の少なくとも高磁
歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定の
角度をなす凹状部および／または凸状部を形成し、少な
くとも凹状部の底部で前記基体材料を露出させる構成と
したから、トルク検出装置の被測定軸として利用できる
基体材料の範囲を拡大することが可能であると共に、ト
ルク−出力特性の飽和出力トルクを大幅に向上させるこ
とが可能であり、低トルク領域から高トルク領域まで安
定してトルクの検出が可能であるうえに、高トルクを繰
り返し受けたときでも高磁歪材料の剥離が生じがたい耐
久性に優れたものとなって、安定したトルク−出力特性
を長期にわたって得ることが可能であるという著しく優
れた効果がもたらされる。
【図１】本発明の実施例１によるトルク検出装置を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】図１に示したトルク検出装置における被測定軸
の高磁歪材料の部分を拡大して示す説明図である。
の高磁歪材料の部分を拡大して示す説明図である。
【図３】図２に示した被測定軸の断面を拡大して示す説
明図である。
明図である。
【図４】本発明の実施例１によるトルク検出装置のトル
ク−出力特性の一例を示すグラフである。
ク−出力特性の一例を示すグラフである。
【図５】図１０に示したトルク検出装置における被測定
軸の高磁歪材料の部分を拡大して示す説明図である。
軸の高磁歪材料の部分を拡大して示す説明図である。
【図６】図５に示した被測定軸の断面を拡大して示す説
明図である。
明図である。
【図７】本発明の比較例１によるトルク検出装置のトル
ク−出力特性の一例を示すグラフである。
ク−出力特性の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２におけるトルク検出装置用被
測定軸の製造工程を順次示す説明図である。
測定軸の製造工程を順次示す説明図である。
【図９】本発明の実施例２および比較例２におけるトル
ク検出装置用被測定軸の疲労強度を調べた結果を示すグ
ラフである。
ク検出装置用被測定軸の疲労強度を調べた結果を示すグ
ラフである。
【図１０】従来のトルク検出装置の一例を示す説明図で
ある。
ある。
【図１１】トルク検出装置の励磁手段および検出手段を
形成する回路の一例を示す説明図である。
形成する回路の一例を示す説明図である。
【図１２】従来のトルク検出装置のトルク−出力特性の
一例を示すグラフである。
一例を示すグラフである。
１ トルク検出装置 ２ 被測定軸 ２ａ 被測定軸の基体 ２ｂ 高磁歪材料 ３ａ，３ｂ 凹状部 ４ａ，４ｂ 凸状部 ５ａ，５ｂ コイル（励磁手段兼検出手段） ６ 隙間 ７ ヨーク ８ 硬化層（浸炭層） １２ 被測定軸 １２ａ 鋼製軸基体 １２ｂ 高磁歪材料よりなる肉盛層 １３ａ，１３ｂ 凹状部 １４ａ，１４ｂ 凸状部 １８ 硬化層（浸炭層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴 田 格 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 島 田 宗 勝 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 永 田 雅 愛知県名古屋市緑区鳴海町字伝治山98番地 ３ (72)発明者 花 嶋 繁 雄 愛知県東海市荒尾町勝山１番地の７
Claims (12)
- 【請求項１】 鋼製軸基体の表面に高磁歪材料を金属組
織的に融合させてあり、前記鋼製軸の少なくとも高磁歪
材料の部分に、当該鋼製軸の軸心方向に対し所定の角度
をなす凹状部および／または凸状部を形成してあり、少
なくとも凹状部の底部は前記基体材料部分が露出してい
ることを特徴とするトルク検出装置用被測定軸。 - 【請求項２】 凹状部の底部で露出した基体材料部分の
表面硬さがビッカース硬さＨｖ６００以上となっている
ことを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置用被
測定軸。 - 【請求項３】 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手段と、前記被測定軸の
磁歪成分を検出する検出手段を具備してなるトルク検出
装置において、前記被測定軸は表面硬化処理により高降
伏点を有するものとなる材料を基体として、その表面に
高磁歪材料を金属組織的に融合させたものとし、被測定
軸の少なくとも高磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸
心方向に対し所定の角度をなす凹状部および／または凸
状部を形成し、少なくとも凹状部の底部は前記基体材料
が露出していることを特徴とするトルク検出装置。 - 【請求項４】 凹状部の底部で露出した基体材料に表面
硬化処理が施されていることを特徴とする請求項３に記
載のトルク検出装置。 - 【請求項５】 凹状部の底部における露出部分の表面硬
さがＨｖ６００以上、硬さＨｖ５５０以上の有効硬化層
深さが０．２ｍｍ以上に表面硬化処理が施されているこ
とを特徴とする請求項３または４に記載のトルク検出装
置。 - 【請求項６】 表面硬化処理は、浸炭，浸炭窒化，窒化
などの化学的熱処理加工と、ショットピーニング，冷間
圧延，冷間鍛伸などの物理的機械加工のうちから選択さ
れる少なくともいずれかによるものであることを特徴と
する請求項４または５に記載のトルク検出装置。 - 【請求項７】 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手段と、前記被測定軸の
磁歪成分を検出する検出手段を具備してなるトルク検出
装置の前記被測定軸を製造するにあたり、前記被測定軸
の基体として表面硬化処理により高降伏点を有するもの
となる材料を用い、前記基体の表面に高磁歪材料を金属
組織的に融合させたのち、前記被測定軸の少なくとも高
磁歪材料の部分に、当該被測定軸の軸心方向に対し所定
の角度をなす凹状部および／または凸状部を形成し、少
なくとも凹状部の底部で前記基体材料を露出させること
を特徴とするトルク検出装置用被測定軸の製造方法。 - 【請求項８】 凹状部の底部で基体材料を露出させ、そ
の後前記基体材料に表面硬化処理を施すことを特徴とす
る請求項７に記載のトルク検出装置用被測定軸の製造方
法。 - 【請求項９】 凹状部の底部における露出部分の表面硬
さがＨｖ６００以上、硬さＨｖ５５０以上の有効硬化層
深さが０．２ｍｍ以上に表面硬化処理を施すことを特徴
とする請求項７または８に記載のトルク検出装置用被測
定軸の製造方法。 - 【請求項１０】 表面硬化処理は、浸炭，浸炭窒化，窒
化などの化学的熱処理加工と、ショットピーニング，冷
間圧延，冷間鍛伸などの物理的機械加工のうちから選択
される少なくともいずれかによるものであることを特徴
とする請求項８または９に記載のトルク検出装置用被測
定軸の製造方法。 - 【請求項１１】 鋼製軸基体の表面に高磁歪材料よりな
る肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を形成した被
測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体に浸炭適合
鋼材を用い、前記肉盛層を鋼材表面が露出するまで切削
することで前記凹凸状部の凹状部を形成し、その後浸炭
処理を行うことを特徴とするトルク検出装置用被測定軸
の製造方法。 - 【請求項１２】 鋼製軸基体の表面に高磁歪材料よりな
る肉盛層を形成し、前記肉盛層に凹凸状部を形成した被
測定軸を製造するにあたり、前記鋼製軸基体に窒化適合
鋼材を用い、前記肉盛層を鋼材表面が露出するまで切削
することで前記凹凸状部の凹状部を形成し、その後窒化
処理を行うことを特徴とするトルク検出装置用被測定軸
の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4028339A JP2765340B2 (ja) | 1991-07-12 | 1992-02-14 | 被測定軸，トルク検出装置および被測定軸の製造方法 |
| US07/868,116 US5280729A (en) | 1991-04-30 | 1992-04-14 | Magnetostrictive torque detecting apparatus |
| DE4214368A DE4214368C2 (de) | 1991-04-30 | 1992-04-30 | Magnetostriktives Drehmomentmeßgerät |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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| JP17272591 | 1991-07-12 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572064A true JPH0572064A (ja) | 1993-03-23 |
| JP2765340B2 JP2765340B2 (ja) | 1998-06-11 |
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0755603A (ja) * | 1993-08-23 | 1995-03-03 | Nissan Motor Co Ltd | 磁歪測定軸 |
| JPH0755602A (ja) * | 1993-08-23 | 1995-03-03 | Nissan Motor Co Ltd | 磁歪測定軸 |
| AU743409B2 (en) * | 1997-10-17 | 2002-01-24 | Bishop Innovation Limited | Method for manufacture of optical torque transducers |
| WO2016208687A1 (ja) * | 2015-06-23 | 2016-12-29 | ヤマハ発動機株式会社 | 磁歪式センサ、磁性構造体およびその製造方法、ならびに、磁歪式センサを備えたモータ駆動ユニットおよび電動アシスト付き自転車 |
| CN108839751A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-20 | 东莞市京橙电机科技有限公司 | 同轴中置驱动电机系统及助力车 |
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-
1992
- 1992-02-14 JP JP4028339A patent/JP2765340B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US10184847B2 (en) | 2015-06-23 | 2019-01-22 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Magnetostrictive sensor, magnetic structure and production method thereof, motor drive device provided with magnetostrictive sensor, and motor assisted bicycle |
| US10502646B2 (en) | 2015-06-23 | 2019-12-10 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Magnetostrictive sensor, magnetic structure and production method thereof, motor drive device provided with magnetostrictive sensor, and motorassisted bicycle |
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| CN108839751B (zh) * | 2018-05-23 | 2024-03-22 | 铂金橙智能科技(太仓)有限公司 | 同轴中置驱动电机系统及助力车 |
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