JPH11183278A - トルクセンサ用高感度磁歪材料，並びにセンサシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来よりも高感度のトルクセンサ用磁歪材
料，並びにこれを用いたセンサシャフト及びその製造方
法を提供すること。 【解決手段】 重量比において，Ｎｉ：３５〜６５％，
Ａｌ：０．５〜７．５％，Ｂ：０．０５〜０．５％，残
部はＦｅおよび不可避不純物よりなる。磁歪材料の平均
結晶粒径は５〜１００μｍであることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，非接触型磁歪式トルクセンサの
検出用材料としての磁歪材料，並びにセンサシャフト及
びその製造方法に関するものであり，特に高感度のセン
サ出力を備えたものに関する。

【０００２】

【従来技術】回転駆動シャフトを制御するためのトルク
を検出する方法としては，ポテンショメータ式，差動ト
ランス式，磁気抵抗式，磁歪式等がある。ポテンショメ
ータ式は，入力軸と出力軸との回転変位を電気抵抗の電
圧変化として検出する方式であって接触式であるため，
長期間の使用には信頼性の面で問題がある。また，差動
トランス式は可動鉄心の軸方向の変位を２組のコイルに
発生する電圧の変化として検出する方式であり，シャフ
トの外周に組み付けなければならないことから，検出部
が大きくなり，搭載性が悪いという問題がある。また，
磁気抵抗式においても上記差動トランス式と同様の問題
がある。

【０００３】一方，磁歪式は，シャフトの材料の磁歪特
性を利用するものであり，シャフトに励磁及び検出コイ
ル系のみを非接触状態で組み付けるだけでトルク検出の
機能を発揮することができる。そのため，磁歪式のトル
クセンサは，上記の他の方式の場合の問題点を回避する
ことができ，種々の電動機や工作機器等の産業機器や自
動車用機器への搭載が容易な優れたセンサとして利用す
ることができる。

【０００４】そのため，上記磁歪式のトルクセンサに用
いる磁歪材料としては，種々の材料が検討されている。
例えば，機械構造用鋼（ＪＩＳ規格：ＳＣｒ，ＳＣＭ，
ＳＮＣＭ等）や，１８Ｎｉマルエージング鋼などであ
る。また，磁歪式のトルクセンサ検出装置は，例えば後
述する図１に示すごとく，これらの磁歪材料をシャフト
形状に成形し，その外周面にセンサパターン（シェプロ
ンパターン）１５を設けたセンサシャフト１０を用いて
構成する。センサパターンは，例えば，シャフトの軸方
向と±４５度をなす角度に螺旋状の凹凸或いは溝（シェ
プロンパターン）を構成することにより形成することが
できる。

【０００５】そして，上記磁歪式トルクセンサ検出装置
においては，上記磁歪材料により構成したシャフトにト
ルクを負荷させることにより，上記センサパターンの一
方には圧縮応力が，他方には引張応力が生じる。このセ
ンサパターン部に磁場を印加すると，シャフトが正の磁
歪定数を有する材料である場合には，上記引張応力部で
は磁化が大きくなり，一方，上記圧縮応力部では磁化が
小さくなる。その差を検出すれば，負荷されたトルクを
把握することができる。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の磁
歪式トルクセンサ用の磁歪材料においては，出力，感
度，ヒステリシス等の面で十分な材料が開発されていな
い。即ち，例えば特開平５−１７９４０８号公報におい
ては，Ｆｅ−Ｃｕ合金にＮｉ，Ｍｏ，Ａｌ等を添加した
材料が提案されている。しかしながら，この材料は，保
磁力が５〜７（Ｏｅ）レベルであり，必ずしも高センサ
出力を得ることはできない。

【０００７】また，特開平６−１６０２０９号公報にお
いては，重量比において，Ｎｉ：４０〜８０％，Ｓｉ，
Ｍｎ等を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金を磁歪材料として用
い，これに設けるセンサパターンを工夫することにより
トルクセンサとしての性能向上が図られている。しかし
ながら，上記Ｆｅ−Ｎｉ系合金自体は，一般的な軟磁性
材料であり，必ずしも，出力，感度，ヒステリシス等の
面において優れた材料とは言えない。

【０００８】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，従来よりも高感度のトルクセンサ用磁歪
材料，並びにこれを用いたセンサシャフト及びその製造
方法を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，Ｎｉ：３５〜６
５％，Ａｌ：０．５〜７．５％，Ｂ：０．０５〜０．５
％，残部はＦｅおよび不可避不純物よりなることを特徴
とするトルクセンサ用高感度磁歪材料にある。

【００１０】本発明において最も注目すべきことは，Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ａｌ合金にＢを添加し，さらに，Ｎｉ，Ａ
ｌ，Ｂ，の含有量を上記特定の範囲に限定したことであ
る。以下に，上記化学組成における各元素の限定理由を
詳説する。

【００１１】Ｎｉ：３５〜６５％， Ｎｉの含有量が３５％未満の場合には磁化の値が急激に
減少するという問題があり，より好ましくは４０％以上
がよい。一方，６５％を超える場合には磁化の値が減少
すると共に高価になるという問題があり，より好ましく
は５５％以下がよい。

【００１２】Ａｌ：０．５〜７．５％， Ａｌの含有量が０．５％未満の場合には磁気特性の改善
が小さいことや高周波での磁気特性の改善に影響する電
気抵抗の増加がわずかであるという問題があり，より好
ましくは１．０％以上がよい。一方，３５〜６５％Ｎｉ
を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金においては，Ａｌは磁気特
性の低下を招くことなく固溶強化する元素であるが，そ
の含有量が７．５％を超える場合には，Ｎｉ₃ Ａｌの金
属間化合物が粒界に生成し，著しく熱間加工性が低下す
るという問題がある。また，これにより，後述するシャ
フト形状に成形することが困難となると共に靱性が著し
く低下し，構造用部材としての適性が低下するという問
題がある。そのため，Ａｌの含有量は，より好ましくは
５．０％以下がよい。

【００１３】Ｂ：０．０５〜０．５％， Ｂは結晶粒の微細化効果を発揮する元素である。Ｂの含
有量が０．０５％未満の場合には上記微細化効果が十分
に得られないという問題があり，より好ましくは０．１
％以上がよい。一方，Ｂの含有量が０．５％を超える場
合には上記微細化効果が飽和すると共に，ＮｉＢの析出
が著しくなり，熱間加工性が著しく損なわれ，後述する
シャフト形状への加工が困難となるという問題がある。
そのため，より好ましくは，Ｂの含有量を０．３％以下
とすることが好ましい。

【００１４】次に，本発明の作用につき説明する。本発
明の磁歪材料は，その化学成分組成を上記特定の範囲に
限定している。そのため，非常に優れた高感度磁歪材料
として用いることができる。即ち，本発明の磁歪材料
は，後述する実施形態例にも示すように，保磁力が５
（Ｏｅ）以下，最大透磁率が５００以上，かつ，１００
（Ｏｅ）での磁化が１０ｋＧ以上という優れた軟質磁性
材料であり，かつ，磁歪定数が１０×１０^-6以上とい
う，優れた特性を発揮する。そのため，この磁歪材料を
トルクセンサとして用いた場合には，優れた出力，感
度，ヒステリシス等の特性を発揮し，センサ出力を従来
よりも増大させることができ，非常に高感度のトルクセ
ンサ装置を構成することができる。

【００１５】次に，請求項２の発明のように，上記磁歪
材料の平均結晶粒径は５〜１００μｍであることが好ま
しい。これにより，上記磁歪材料をセンサシャフトとし
て用いた場合に，安定したセンサ出力を得ることができ
る。これは，直流の磁気特性では，粒径が大きいほど良
好であることが知られているが，トルクセンサのように
交流磁場を印加する場合には結晶粒が小さいほど出力が
安定するためであると考えられる。したがって，上記平
均結晶粒径は，１００μｍ以下が好ましく，より好まし
くは２５μｍ以下がよい。一方，５μｍ未満の結晶粒に
制御することは，製造上非常に困難を伴い，製造コスト
が上昇するという問題がある。

【００１６】次に，上記優れた磁歪材料を用いたセンサ
シャフトとしては，次の発明がある。即ち，請求項３の
発明のように，トルクセンサ用のセンサシャフトにおい
て，該センサシャフトは，重量比において，Ｎｉ：３５
〜６５％，Ａｌ：０．５〜７．５％，Ｂ：０．０５〜
０．５％，残部はＦｅおよび不可避不純物よりなると共
に，円柱状のシャフト形状を有し，かつ，その外周面に
はセンサパターンを設けてなることを特徴とするトルク
センサ用センサシャフトがある。

【００１７】上記化学成分組成の限定理由は上述した理
由と同様である。また，上記センサパターンとしては，
例えば上記センサシャフトの軸方向と±４５度をなす角
度に螺旋状の凹凸或いは溝を構成することにより形成す
ることができる。

【００１８】本発明のセンサシャフトは，上記のごと
く，その材料として上記優れた磁歪材料を用い，これに
上記センサパターンを設けてある。そのため，このセン
サシャフトをトルクセンサ装置に用いた場合には，上記
の優れた磁歪特性が発揮され，上記センサパターンから
高出力の検出出力を得ることができ，非常に高感度のト
ルクセンサ装置を構成することができる。

【００１９】また，請求項４の発明のように，上記セン
サシャフトの平均結晶粒径は５〜１００μｍであること
が好ましい。この場合の結晶サイズの限定理由も上記と
同様である。また，上記と同様に，５〜２５μｍの範囲
がより好ましい。

【００２０】次に，上記優れたセンサシャフトを作製す
る方法としては，次の発明がある。即ち，請求項５の発
明のように，重量比において，Ｎｉ：３５〜６５％，Ａ
ｌ：０．５〜７．５％，Ｂ：０．０５〜０．５％，残部
はＦｅおよび不可避不純物となるよう組成を調整して真
空溶解すると共に鋳塊を作製し，次いで，該鋳塊をソー
キングした後熱間加工を行って丸棒を作製し，次いで，
該丸棒の平均結晶粒径が５〜２５μｍとなるように該丸
棒に冷間加工を施すと共に熱処理を加え，その後，上記
丸棒にセンサパターンを形成することを特徴とするトル
クセンサ用センサシャフトの製造方法がある。

【００２１】上記化学成分組成の限定理由は上述した理
由と同様である。また上記真空溶解は，真空雰囲気下に
おいて行う金属の溶解処理をいう。ここでいう真空雰囲
気とは，圧力が１０^-2Ｔｏｒｒ以下の真空状態をいう。
また，この真空溶解方法としては，例えば，高周波溶
解，アーク溶解等がある。

【００２２】また上記鋳塊のソーキングは，１０００〜
１２００℃の温度範囲において行うことが好ましい。こ
の温度範囲内におけるソーキング処理により，鋳塊の組
織を均質化することができる。一方，上記温度範囲を外
れる場合には，その均質化効果が少ないという問題があ
る。また上記熱間加工としては，例えば熱間鍛造，熱間
圧延，等の種々の熱間加工方法を適用することができ
る。このうち，特に熱間鍛造が好ましい。センサシャフ
ト用の丸棒を容易かつ，精度よく作製することができ
る。

【００２３】また上記冷間加工及び熱処理は，上記丸棒
の結晶粒径を微細化させるように行う。即ち，結晶を冷
間加工により加工方向に延伸させ，これを再結晶させ
る。このときの冷間加工は，再結晶後の平均結晶粒径が
５〜２５μｍとなるように断面減少率１０〜６０％の加
工度で行う。また上記熱処理としては，特に７００〜９
００℃の温度で行うことが好ましい。７００℃未満の場
合には再結晶が十分に進まないという問題があり，一
方，９００℃を超える場合には結晶粒の成長を招くとい
う問題がある。

【００２４】また，上記熱処理までの一連の処理が完了
した後，得られた丸棒の外周面にセンサパターンを形成
する。この形成方法としては，後述する種々の方法を用
いることができる。これにより，トルクセンサ用のセン
サシャフトが得られる。

【００２５】そして，本製造方法により得られたセンサ
シャフトは，上記の特定の化学成分組成を有したもので
ある。そのため，上述したごとく，非常に高感度のセン
サ出力を得ることができる。さらに，本発明においては
上記冷間加工及び熱処理を行っているため，平均結晶粒
を５〜２５μｍに微細化することができる。これによ
り，非常に安定したセンサ出力を得ることができる。

【００２６】次に，請求項６の発明のように，上記冷間
加工は断面減少率が１０％以上となるように行うことが
好ましい。これにより，上記平均結晶粒径の制御を容易
に行うことができる。なお，上記冷間加工の断面減少率
の上限は，加工硬化が著しく加工が困難になるという理
由により６０％であることが好ましい。なお，冷間加工
法としては，スエージング加工，圧延加工，引抜加工等
がある。

【００２７】また，請求項７の発明のように，上記セン
サパターンの形成は切削加工により行うことが好まし
い。これにより，非常に精度よくセンサパターンを設け
ることができる。

【００２８】また，請求項８の発明のように，上記セン
サパターンの形成は転造加工により行うこともできる。
この場合には非常に高効率の加工によりセンサパターン
を形成することができる。また，この転造加工を行う場
合には，必ずその後に歪み取り焼鈍を行うことが好まし
い。これにより転造加工により生じた内部歪みを除去す
ることができ，経時的な変形を防止することができる。
なお，この場合の歪み取り焼鈍は，例えば１５０〜２５
０℃の温度において行うことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかるトルクセンサ用高感度磁歪
材料及びその製造方法につき，表１を用いて説明する。
本例の磁歪材料は，重量比において，Ｎｉ：３５〜６５
％，Ａｌ：０．５〜７．５％，Ｂ：０．０５〜０．５
％，残部はＦｅおよび不可避不純物よりなる材料であ
る。本例においては，上記組成範囲内の本発明品を６種
類（試料Ｎｏ．Ｅ１〜Ｅ６）作製すると共に，上記組成
範囲外の比較品を２種類（試料Ｎｏ．Ｃ７，Ｃ８）準備
し，磁気特性の評価を行った。

【００３０】まず，各試料の成分組成については，表１
に示す。比較品Ｃ７はＢが添加されていないＦｅ−Ｎｉ
−Ａｌ系合金である。また，比較品Ｃ８は機械構造用鋼
ＳＮＣＭ８１５を８５０℃より空冷し１８０℃において
焼き戻したマッシブマルテンサイト組織を有する材料で
あり，ビッカース硬さは約Ｈｖ４００である。

【００３１】次に，各試料（Ｅ１〜Ｅ６，Ｃ７）の製造
手順について説明する。まず，各試料の所定の組成（表
１）になるよう純金属を配合して高周波真空溶解炉にお
いて溶解し，重さ３ｋｇ，外径５０ｍｍの鋳塊（インゴ
ット）を作製した。

【００３２】次いで，上記インゴットを温度１１００℃
において２４時間真空中でソーキングした。その後，再
び温度１１００℃に再加熱して熱間鍛造を行い，外径２
０ｍｍの丸棒を作製した。得られた丸棒は，それぞれ表
１に示すごとき組成を有しており，これらをそれぞれ試
料Ｅ１〜Ｅ６，Ｃ７とした。また，試料Ｃ８としては，
機械構造用鋼（ＳＮＣＭ８１５）を８５０℃より空冷し
１８０℃において焼き戻して得られた外径２０ｍｍの丸
棒を別途準備した。

【００３３】次に，上記各丸棒を試験用の試料とするた
め，該丸棒に切削加工を施して外径１８ｍｍ，内径１２
ｍｍ，軸方向の長さ５ｍｍのリング状試料を作製した。
そして，本例においては，上記各試料の磁気特性を測定
した。測定項目は，初透磁率，最大透磁率，保磁力，残
留磁束密度，及び１００（Ｏｅ）での磁束密度である。

【００３４】これらの磁気特性を求めるために，直径
０．３ｍｍのエナメル銅線を用い，励磁コイルと検出コ
イルとして各々１２０ターンをトロイダルに巻線した試
料を用いて，直流自記磁束計により直流磁気磁束計によ
り上記各磁気特性を求めた。

【００３５】また，各試料の磁歪定数についても求め
た。この磁歪定数の測定は，上記丸棒から外径２０ｍ
ｍ，厚さ４ｍｍの円盤状試料をそれぞれ作製し，これを
用いて求めた。即ち，各円盤状試料の表面に抗磁性歪ゲ
ージ（共和電業製：ＫＦＮ−２−３５０）を接着し，１
０（ｋＯｅ）の磁場中において，磁場と平行方向の歪
（λｐ）と直角方向の歪（λｒ）を求め，次式を用いて
磁歪定数（λｓ）を算出した。 λｓ＝（２／３）・（λｐ−λｒ）

【００３６】また，各試料について，光学顕微鏡を用い
て１００〜４００倍にて観察し，平均結晶粒径を求め
た。その結果を表１に示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１より知られるごとく，本発明品（Ｅ１
〜Ｅ６）は全ての評価項目において非常に優れた結果を
示した。また，本発明品（Ｅ１〜Ｅ６）は，結晶粒径が
１００μｍ以下の面心立方構造であった。一方，比較品
Ｃ７は，Ｂが添加されていないため平均粒径が２００μ
ｍという大きな粒径の組織となった。また，比較品Ｃ８
は，初透磁率及び最大透磁率が低く，保磁力が大きく，
磁気特性があまり良くない結果となった。

【００３９】実施形態例２ 本例においては，図１に示すごとく，実施形態例１と同
様にして熱間鍛造まで行った丸棒（Ｅ１〜Ｅ６，Ｃ
７），及び別途準備した丸棒（Ｃ８）を用いてセンサシ
ャフト１０を作製し，これをトルクセンサ装置１に組み
込んでその性能を評価した。

【００４０】まず，本例のセンサシャフト１０の製造方
法について説明する。センサシャフト１０は，実施形態
例１と同様の製造方法により得られた熱間鍛造品等であ
る丸棒（Ｅ１〜Ｅ６，Ｃ７，Ｃ８）を，温度１１００℃
により焼鈍し，これを切削加工して外径１７ｍｍのセン
サシャフト１０に加工した。なお，本例においてはセン
サシャフト１０に冷間加工は施さなかった（冷間加工に
よる効果は実施形態例３において示す）。

【００４１】また図１に示すごとく，センサシャフト１
０の中央部には，センサパターンとして，互いに対称の
シェプロンパターン１５を切削加工により２箇所に設け
た。同図における右側のシェプロンパターン１５は，右
斜め下４５度方向に傾斜した１２本の溝１５０より構成
してある。また，同図の左側のシェプロンパターン１５
は，左斜め下４５度方向に傾斜した１２本の溝より構成
してある。また，各溝は，幅１．５ｍｍ，深さ０．８ｍ
ｍに仕上げた。

【００４２】次に，図１に示すごとく，上記センサシャ
フト１０をベアリング４を介してハウジング５に回転可
能に保持させると共に，コイル群２をハウジング５内に
配設してトルクセンサ装置１を構成した。コイル群２
は，図１に示すごとく，ボビン２０に巻線された２組の
励磁コイル２１，２２と２組の検出コイル２３，２４と
よりなる。

【００４３】ボビン２０は軸方向前後に一対のコイル溝
を有しており，両コイル溝の上部（外径側部）には励磁
コイル２１，２２を，下部（内径側部）には検出コイル
２３，２４をそれぞれ個別に巻線してなる。励磁コイル
２１，２２の巻線のターン数はいずれも６０ターンであ
り，一方，検出コイル２３，２４の巻線のターン数はい
ずれも１８０ターンである。また，このボビン２０は，
図１に示すごとく，ハウジング５に保持させると共に，
上記センサシャフト１０のシェプロンパターン１５に対
面させて非接触状態で配設してある。

【００４４】また，図１に示すごとく，コイル群２の各
コイル２１〜２４は，内部リード線６３を介して回路基
板６に配設されている。さらに回路基板６は外部の計測
器にリード線６５により電気的に接続されている。次
に，図２には，本例のトルクセンサ装置１の検出回路７
の構成を示す。

【００４５】検出回路７は，同図に示すごとく，検出コ
イル２３，２４にそれぞれ接続された検波器７１，７２
と，これらに接続された電圧増幅器７３，７４と，更に
該電圧増幅器７３，７４に接続された差動増幅器７５と
よりなる。そして，所定周波数の正弦波交流電圧が直列
に接続された励磁コイル２１，２２に印加されると，セ
ンサシャフト１０のトルクに応じて各シェプロンパター
ン１５が交流磁界を変調する。

【００４６】これにより両検出コイル２３，２４に誘導
される信号電圧が逆方向に変化するので，両検出コイル
２３，２４の信号電圧をそれぞれ検波器７１，７２によ
り検波し，次いで電圧増幅器７３，７４により増幅し，
両信号電圧の差を差動増幅器７５により求める。この両
信号電圧の差がセンサシャフト１０に負荷されたトルク
に比例した値となるため，容易に上記トルクを求めるこ
とができる。

【００４７】本例においては，このような構成のトルク
センサ装置１を用いて実際に検出コイル２３，２４の出
力を求めた。具体的には，測定周波数５０ｋＨｚ，励磁
電流２０ｍＡにより励磁コイル２１，２２を励磁しなが
ら，センサシャフト１０にトルクを負荷した。そして，
上記検出回路７から出力，感度，ヒステリシスを求め
た。その結果を表２に示す。

【００４８】ここで，上記出力は単位トルク当たりのセ
ンサ出力であり，上記感度は（７Ｎｍのトルク印加によ
る出力の変動電圧）／（トルクを印加しない時の変動電
圧）により求めたものである。また上記ヒステリシスは
（±７Ｎｍトルク印加前後におけるトルクゼロでの変動
電圧）／（±７Ｎｍトルク印加時のセンサ出力）により
求めたものである。

【００４９】

【表２】

【００５０】また，図３には，参考のため，上記センサ
シャフト１０として試料Ｎｏ．Ｅ１の本発明品を用いた
場合を例にとって図示した。同図は，横軸にはセンサシ
ャフト１０（Ｅ１）に印加したトルクを，左縦軸には各
検出コイル２３，２４の振幅（Ｖｒｍｓ）を，右縦軸に
はセンサ出力感度（ｍＶ）を示した。そして，検出コイ
ル２３の振幅をＡ，検出コイル２４の振幅をＢ，センサ
出力感度をＣにより示した。

【００５１】表２より知られるごとく，本発明品（Ｅ１
〜Ｅ６）については，１ｍＶ／Ｎｍ以上という高いセン
サ出力と，２％以下という優れたヒステリシス特性が得
られた。このことは，本発明品（Ｅ１〜Ｅ６）は，トル
クと出力との関係がほとんどヒステリシスを示すことな
く，高感度でトルクを検出することができるということ
を意味している。

【００５２】一方，比較品Ｃ７は，ヒステリシスが大き
く実用的には使いこなすことが困難である。また，比較
品Ｃ８は出力が小さいため，たとえ電気回路においてア
ンプで増幅しても，精度の点で本発明品（Ｅ１〜Ｅ６）
よりも劣ってしまうという結果となった。

【００５３】以上のように，本例においては，上記特定
の組成範囲を有する磁歪材料を用いたセンサシャフト
（Ｅ１〜Ｅ６）を適用することにより，非常に高感度で
精度の高いトルクセンサ装置を実現することができると
いうことが分かる。

【００５４】実施形態例３ 本例においては，実施形態例２のセンサシャフト１０の
製造方法において，熱間鍛造後に結晶粒微細化のための
冷間加工及び熱処理を追加する効果を評価した。この評
価に当たっては，上記試料Ｎｏ．Ｅ２（表１）の磁歪材
料を用いた。そして，まず実施形態例１と同様にして熱
間鍛造まで行って外径２０ｍｍの丸棒を得た。

【００５５】次いで，冷間加工として，室温において上
記丸棒にスエージング加工を施して外径を縮径加工し
た。ここで，冷間加工度による影響を把握するため，上
記丸棒に対して全くスエージング加工を施さなかった丸
棒（試料Ｎｏ．Ｅ２ａ）と，断面減少率１９％となる外
径１８ｍｍまでスエージング加工をした丸棒（試料Ｎ
ｏ．Ｅ２ｂ）と，断面減少率３６％となる外径１６ｍｍ
までスエージング加工した丸棒（試料Ｎｏ．Ｅ２ｃ）を
作製した。

【００５６】次いで，上記スエージング加工を施した丸
棒（Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ）に対しては，温度７５０℃の熱処
理を加えた。次いで，上記３種類の丸棒（Ｅ２ａ，Ｅ２
ｂ，Ｅ２ｃ）の結晶粒の大きさを光学顕微鏡により観察
した。その結果を表３に示す。

【００５７】表３より知られるごとく，冷間加工（スエ
ージング加工）を行った丸棒（Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ）につい
ては，１５μｍ以下という非常に小さい粒径となってい
た。また，Ｅ２ｂとＥ２ｃとの比較から，冷間加工度
（断面減少率）が高いほど平均結晶粒径の微細化に有効
であることが分かる。

【００５８】

【表３】

【００５９】次に，本例においては，断面減少率１９％
の丸棒（Ｅ２ｂ）を用いて，実施形態例２と同様にシェ
プロンパターン１５を有するセンサシャフト１０を作製
した。そして，これを用いて上記と同様のトルクセンサ
装置１を構成し，各トルクセンサ特性を測定した。測定
方法は実施形態例２と同様である。測定結果を表４に示
す。なお，表４には，参考のために，上述した試料Ｎ
ｏ．Ｅ２の測定結果も併記した。

【００６０】

【表４】

【００６１】表４より知られるごとく，上記冷間加工を
加えて作製したセンサシャフト（Ｅ２ｂ）は，冷間加工
を加えなかったもの（Ｅ２）よりも，出力，感度，ヒス
テリシスの全てにおいてより一層優れた特性を示した。
上記ヒステリシスが向上した理由は，結晶粒が小さいほ
ど，多くの結晶粒から情報が得られ，平均化された安定
した出力値が検出されるからであると考えられる。ま
た，上記出力が向上した理由は，上記冷間加工後の熱処
理により再結晶させた効果が発揮されたと推定される。

【００６２】以上の結果から，センサシャフト１０の作
製において少なくとも１０％以上の断面減少率の冷間加
工及び上記熱処理を加えることが，上記各性能の向上に
非常に有効であることが分かる。

【００６３】なお，上記実施形態例２，３においては，
センサシャフト１０のシェプロンパターン（センサパタ
ーン）１５の形成を切削加工により行ったが，これを転
造加工により行っても同様の効果が得られる。ただし，
この場合には，内部応力を除去するためにシェプロンパ
ターン１５の形成後に歪み取り焼鈍を行うことが好まし
い。

【００６４】

【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，従来よ
りも高感度のトルクセンサ用磁歪材料，並びにこれを用
いたセンサシャフト及びその製造方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例２における，トルクセンサ装置の構
成を示す説明図。

【図２】実施形態例２における，トルクセンサ装置の検
出回路を示す説明図。

【図３】実施例２における，試料Ｎｏ．Ｅ１の検出コイ
ルの振幅とセンサ出力感度を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．トルクセンサ装置， １０．．．センサシャフト， １５．．．シェプロンパターン（センサパターン）， ２１，２２．．．励磁コイル， ２３，２４．．．検出コイル，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 厚直 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 丸山 宏太 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 草野 敏邦 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 加藤 義雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 服部 毅 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比において，Ｎｉ：３５〜６５％，
   Ａｌ：０．５〜７．５％，Ｂ：０．０５〜０．５％，残
   部はＦｅおよび不可避不純物よりなることを特徴とする
   トルクセンサ用高感度磁歪材料。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記磁歪材料の平均
   結晶粒径は５〜１００μｍであることを特徴とするトル
   クセンサ用高感度磁歪材料。
3. 【請求項３】 トルクセンサ用のセンサシャフトにおい
   て，該センサシャフトは，重量比において，Ｎｉ：３５
   〜６５％，Ａｌ：０．５〜７．５％，Ｂ：０．０５〜
   ０．５％，残部はＦｅおよび不可避不純物よりなると共
   に，円柱状のシャフト形状を有し，かつ，その外周面に
   はセンサパターンを設けてなることを特徴とするトルク
   センサ用センサシャフト。
4. 【請求項４】 請求項３において，上記センサシャフト
   の平均結晶粒径は５〜１００μｍであることを特徴とす
   るトルクセンサ用センサシャフト。
5. 【請求項５】 重量比において，Ｎｉ：３５〜６５％，
   Ａｌ：０．５〜７．５％，Ｂ：０．０５〜０．５％，残
   部はＦｅおよび不可避不純物となるよう組成を調整して
   真空溶解すると共に鋳塊を作製し，次いで，該鋳塊をソ
   ーキングした後熱間加工を行って丸棒を作製し，次い
   で，該丸棒の平均結晶粒径が５〜２５μｍとなるように
   該丸棒に冷間加工を施すと共に熱処理を加え，その後，
   上記丸棒にセンサパターンを形成することを特徴とする
   トルクセンサ用センサシャフトの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５において，上記冷間加工は断面
   減少率が１０％以上となるように行うことを特徴とする
   トルクセンサ用センサシャフトの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５又は６において，上記センサパ
   ターンの形成は切削加工により行うことを特徴とするト
   ルクセンサ用センサシャフトの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項５又は６において，上記センサパ
   ターンの形成は転造加工により行い，かつ，該センサパ
   ターンの形成後には歪み取り焼鈍を行うことを特徴とす
   るトルクセンサ用センサシャフトの製造方法。