(57)【要約】【課題】簡易な構造でトルクセンサシャフトの表面の温度勾配に対する中点変動の調整を可能とした磁歪式トルクセンサシャフトを提供する。【解決手段】磁気異方性部７，８を備えた磁歪式トルクセンサシャフト１において、上記磁気異方性部７，８に、含有するＮｉ量の異なる複数の領域１１〜１３を設けた。【選択図】      図１
2004301693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気異方性部を備えた磁歪式トルクセンサシャフトにおいて、上記磁気異方性部に、含有するＮｉ量の異なる複数の領域を設けたことを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフト。
【請求項２】
請求項１の磁歪式トルクセンサシャフトにおいて、含有するＮｉ量の異なる上記複数の領域は、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が大きい領域と、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が小さい領域とを含むことを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフト。
【請求項３】
請求項２の磁歪式トルクセンサシャフトにおいて、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が大きい領域の材料をＡとし、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が小さい領域の材料をＢとしたとき、下式（１）
ＳＡ×ΔＺＡ／ΔＴ＋ＳＢ×ΔＺＢ／ΔＴ≒０  ・・・・（１）
（式中、
ＳＡ：１つの磁気異方性部の中で材料Ａの占める表面積の割合、
ΔＺＡ：材料Ａにおけるインピーダンス出力の変化量、
ＳＢ：１つの磁気異方性部の中で材料Ｂの占める表面積の割合、
ΔＺＢ：材料Ｂにおけるインピーダンス出力の変化量
ΔＴ：相異なる磁気異方性部の間に生じている温度差。）
に従うことを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフト。
【請求項４】
磁気異方性部分を備えた磁歪式トルクセンサシャフトにおいて、上記磁気異方性部分に、温度勾配に対するインピーダンス出力の変動が正となる材料、及び温度勾配に対するインピーダンス出力の変動が負となる材料から成る複数の領域を設けたことを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフト。
【請求項５】
請求項４において、温度勾配に対するインピーダンス出力の変動が正となる材料をＡ、及び温度勾配に対するインピーダンス出力の変動が負となる材料をＢとしたとき、下式（１）
ＳＡ×ΔＺＡ／ΔＴ＋ＳＢ×ΔＺＢ／ΔＴ≒０  ・・・・（１）
（式中、
ＳＡ：１つの磁気異方性部の中で材料Ａの占める表面積の割合、
ΔＺＡ：材料Ａにおけるインピーダンス出力の変化量、
ＳＢ：１つの磁気異方性部の中で材料Ｂの占める表面積の割合、
ΔＺＢ：材料Ｂにおけるインピーダンス出力の変化量
ΔＴ：相異なる磁気異方性部の間に生じている温度差。）
に従うことを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆磁歪効果を利用した磁歪式トルクセンサシャフトに関する。本発明は、特にトルクセンサシャフトの表面に、該トルクセンサシャフトの中心軸に対してねじれ角を持つ溝を２箇所以上形成して磁気異方性を付与し、ソレノイドコイルを用いてトルク負荷時の磁気的変化を検出するタイプの磁歪式トルクセンサシャフトに関するものである。本発明は、さらに特にトルクセンサシャフトに発生する温度勾配が原因となる中点電圧変動を軽減した磁歪式トルクセンサシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例えば、特公平７−１００１１号公報、特公平８−３１６３６号公報には、応力（歪）に応じてその磁気的性質が変化する磁歪質を有するトルクセンサシャフト（以下、単にセンサシャフト、又はシャフトともいう。）と、これに交流磁場を与えるための励磁手段を備え、励磁及び磁気的変化検出のためのソレノイドコイルを持つ構成のトルクセンサが記載されている。このような構成を有するトルクセンサは、磁歪式トルクセンサ（以下、単にトルクセンサともいう。）と呼ばれている。
【０００３】
磁歪式トルクセンサでは、トルクセンサシャフト表面の引張または圧縮方向の応力（歪）を検出する。これには、中心軸に対して一般的に４５°傾けた溝を形成し、形状磁気異方性を用いてこの溝に沿うように磁力線を流す。これによって検出部分を構成する。ここで、上記検出部分を覆うようにソレノイドコイルを配置する。そして、該ソレノイドコイルによって磁気的変化を検出する。
【０００４】
このトルクセンサは、歪の検出感度が非常に高く、微小な歪の検出が可能という特徴を持っている。この性質を利用すると、高感度のトルクセンサを構成することができる。このように、高感度であるため、センサシャフトの径を太くでき、ねじり剛性の高いセンサシャフトとすることができる。その他、トルクセンサとして非接触検出であり、高い周波数応答性を備え、センサシャフトを高速回転できるといった特徴も備える。さらに、接着や溶射・メッキ等による磁歪膜を有することなく、センサシャフトの構成部材がそのまま磁歪センシング部（磁気異方性部）を兼ねるタイプでは、はがれ等の心配が無いため、信頼性も非常に高いものとすることができる。
【０００５】
このソレノイドコイルを用いるタイプの磁歪式トルクセンサでは、感度を上げる意味から、２箇所以上の磁気異方性部を形成するのが一般的である。具体的には、４５°のねじれ方向を反対にして２箇所形成する。これにより、片側が溝に沿って引張応力を示す場合には、他方は圧縮応力となり各々の磁気異方性部からのコイル出力の差分をとることができる。これだけで感度を２倍にすることができる。なお、本明細書では、技術的理解を容易にするために、多くの場合、磁気異方性部を２箇所設ける例に従って説明をする。もっとも、本発明は、このような説明に限定されるものではなく、それ以上の磁気異方性部を備えるトルクセンサも本発明に含まれる。
【０００６】
通常、トルクが無負荷の場合には、各々のコイル出力は等しく、その差分であるインピーダンス出力はゼロである。ところが、このトルクセンサでは、温度に対してある条件で中点変動を起こすことになる。それは、２箇所の磁気異方性部で温度差、すなわち、温度勾配が生じるときである。２箇所の温度が全く同じ状態で上下する場合、すなわち温度勾配がゼロのときには、磁気的性質の変化も同じであり、原理的に両者の変化が打ち消し合うため出力変化は生じない。ところが、２箇所の磁気異方性部に温度差がある場合には、両者の磁気的性質に差が生まれ、コイル出力に差が生じてしまうため、この差をあたかもトルクが負荷された場合のように検出してしまうという問題が生じる。
【０００７】
このため、センサシャフトに、軸方向の温度勾配を生じさせないようにしたトルクセンサがある。例えば、特開平６−９４５４９号公報は、コイルボビン内部に流体を流す方法を記載し、特開平１０−２２１１８５号公報は、ヒートシンクによりセンサシャフトを冷却する方法を記載している。しかし、これらは、いずれも構造が複雑になり、例えば、流体を流すためのシールを確保したり、流体を流す装置・構造が必要となる等、装置構成が複雑になりやすいという難点があった。
【０００８】
また、特開平４−２９９２２６号公報又は特開平１０−２８１８９８号公報のように、ソレノイドコイルを３つ以上使用して演算により温度勾配の影響を除去する方法もある。しかし、これらの方法では、磁気異方性部の幅（数）を増やしたり、これを３箇所以上に形成してコイルや演算回路を増設するため、センサシャフトの全長が長くなり大型化してしまい、装置構成や構造が複雑になりやすかった。また、製造面ではコイルや電気回路の電気的・磁気的なバラツキを管理する必要があり、その調整も困難であった。
【０００９】
【特許文献１】
特公平７−１００１１号公報
【特許文献２】
特公平８−３１６３６号公報
【特許文献３】
特開平６−９４５４９号公報
【特許文献４】
特開平１０−２２１１８５号公報
【特許文献５】
特開平４−２９９２２６号公報
【特許文献６】
特開平１０−２８１８９８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造でトルクセンサシャフトの表面の温度勾配に対する中点変動の調整を可能とした磁歪式トルクセンサシャフトを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、鋭意検討した結果、センサシャフト材料の成分において、温度勾配に対する中点変動［％ＦＳ／℃］を小さく抑えることができるＮｉ量があること、それと同時に出力変動がＮｉ量によって、正となる範囲と負となる範囲があることを見出した。換言すると、センサシャフト材料のＮｉ量によって、温度［Ｔ］に対するインピーダンス出力［Ｚ］の変動が正となるもの（材料Ａ：ΔＺＡ／ΔＴ＞０）から負となるもの（材料Ｂ：ΔＺＢ／ΔＴ＜０）まであるということを見出した。
【００１２】
磁歪式トルクセンサでは、一般的にトルクセンサシャフトに２箇所以上の磁気異方性部を形成する。この磁気異方性部の各々で、温度に対する出力変動を打ち消し合うような割合で少なくとも二種の材料を結合して共存させることにより、各々のコイル出力の温度依存性を極小化することが可能となり、２つの磁気異方性部の温度差によるインピーダンス出力変動を抑制することができる。
【００１３】
すなわち、上記目的を達成するため、本発明は、磁気異方性部を備えた磁歪式トルクセンサシャフトにおいて、上記各々の磁気異方性部に、含有するＮｉ量の異なる複数の領域を設けたことを特徴とする。この特徴により、Ｎｉ量の調整による簡易な構造でトルクセンサシャフトの温度勾配に対する中点変動の調整が可能となる。
【００１４】
なおここで、既に記述し、又は以後の本明細書中に現れる基本的な用語について定義をする。
コイル出力：
各磁気異方性部の磁気的変化を検出するために設けた、検出コイルからの出力である。インピーダンスとして測定されるのが一般的である。
インピーダンス出力：
本明細書では、各々の磁気異方性部のコイル出力の差分を、インピーダンス出力と定義する。実質的には、各々のコイル出力（又は、その変化量）を、個々に増幅・処理した後に差分を取る場合も、同義となる。
【００１５】
センサ出力：
インピーダンス出力（又は、その変化）を電気的に処理し、電圧出力としたものである。定格トルク入力時のインピーダンス出力において、定格電圧を出力するように、電気回路の定数を調整する必要がある。この調整が行われた状態での出力をいう。実際にセンサとして使用可能な状態での出力と考えて差し支えない。
【００１６】
中点：
トルク無負荷状態での、インピーダンス出力またはセンサ出力である。
中点変動：
温度等により、トルク無負荷状態でも中点が変化することをいう。
【００１７】
％ＦＳ及び％ＦＳ／℃：
％ＦＳは、定格トルク（片側ねじり）を入力した時の出力変化量（＝定格出力と中点の差）を分母とした、相対変化量を示す数値である。例えば、定格の出力変化量１Ｖのセンサにおいて、何らかの理由で中点出力が１０ｍＶ変化した場合、１％ＦＳと表示する。また、温度勾配１℃で、１％ＦＳ変動する場合、１％ＦＳ／℃と記述する。
【００１８】
ＳＡ（ＳＢ）：
１つの磁気異方性部の中で、材料Ａ（またはＢ）の占める表面積の割合である。
ＺＡ（ΔＺＢ）：
材料Ａ（又は、Ｂ）単体でセンサ軸を構成した時に、温度勾配によって生じるインピーダンス出力の変化量である。材料ＡとＢで、センサ出力を得るための回路定数が大きく変わらない場合には、センサ出力の変化量とみても良い。
なお、材料の異なる領域を二箇所設ける場合には、上記サブスクリプトＡ，Ｂは２個である。しかし、三箇所以上に亘って設ける場合には、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ・・・のように定義される。請求項その他に現れる式（１）中の記載においても同様である。係る場合、式（１）のサブスクリプトに対応する項の総和（左辺）が≒０となるように設定する。
【００１９】
さらに、本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトは、その好適な実施の形態において、含有するＮｉ量の異なる上記複数の領域は、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が大きい領域と、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が小さい領域とを含むことを特徴とする。これにより、温度勾配による出力変動を各々の磁気異方性部の中で互いにうち消しあうことが可能となり、結果としてインピーダンス出力の変動を抑制することができる。
【００２０】
係る磁歪式トルクセンサシャフトにおいて、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が大きい領域の材料をＡとし、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が小さい領域の材料をＢとしたとき、下式（１）
ＳＡ×ΔＺＡ／ΔＴ＋ＳＢ×ΔＺＢ／ΔＴ≒０  ・・・・（１）
（式中、
ＳＡ：１つの磁気異方性部の中で材料Ａの占める表面積の割合、
ΔＺＡ：材料Ａにおけるインピーダンス出力の変化量、
ＳＢ：１つの磁気異方性部の中で材料Ｂの占める表面積の割合、
ΔＺＢ：材料Ｂにおけるインピーダンス出力の変化量
ΔＴ：相異なる磁気異方性部の間に生じている温度差。）
に従うことが好適である。ただし、ΔＴは、二つの磁気異方性部を備えたトルクセンサシャフトでは、実質的にその両端で生じている温度差と規定することで差し支えない。後述する実施例ではそのように取り扱っている。
上記式（１）に従うようにすれば、磁気異方性部の各々において、温度に対するコイル出力の変動を打ち消しあうことにより、インピーダンス出力の温度勾配依存性を極小化することが可能となる。
【００２１】
本発明はまた、さらに他の形態で、磁気異方性部分を備えた磁歪式トルクセンサシャフトにおいて、上記磁気異方性部分に、温度勾配に対するインピーダンス出力の変動が正となる材料、及び温度勾配に対するインピーダンス出力の変動が負となる材料から成る複数の領域を設けたことを特徴とする。インピーダンス出力の変動が正となる領域と負となる領域から成ることにより、温度勾配による出力変動を互いに打ち消しあうことが可能となる。
【００２２】
この形態では、温度勾配に対するインピーダンス出力の変動が正となる材料をＡ、及び温度勾配に対するインピーダンス出力の変動が負となる材料をＢとしたとき、下式（１）
ＳＡ×ΔＺＡ／ΔＴ＋ＳＢ×ΔＺＢ／ΔＴ≒０  ・・・・（１）
（式中、
ＳＡ：１つの磁気異方性部の中で材料Ａの占める表面積の割合、
ΔＺＡ：材料Ａにおけるインピーダンス出力の変化量、
ＳＢ：１つの磁気異方性部の中で材料Ｂの占める表面積の割合、
ΔＺＢ：材料Ｂにおけるインピーダンス出力の変化量
ΔＴ：相異なる磁気異方性部の間に生じている温度差。）
に従うことが好適である。ただし、ΔＴは、二つの磁気異方性部を備えたトルクセンサシャフトでは、実質的にその両端で生じている温度差と規定することで差し支えない。そして、トルクセンサシャフトの軸線に沿った温度勾配を直線状に仮定して差し支えない。後述する実施例ではそのように取り扱っている。
上記式（１）に従うようにすれば、磁気異方性部の各々において、温度に対するコイル出力の変動を打ち消しあうことにより、インピーダンス出力の温度勾配依存性を極小化することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトについて、添付図面に示した発明の実施の形態を参照しながら説明する。
図１〜図５は、本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトの実施の形態を示す。
各実施の形態で、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が大きい領域の材料をＡとし、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる値よりＮｉ量が小さい領域の材料をＢとしたとき、下式（１）
ＳＡ×ΔＺＡ／ΔＴ＋ＳＢ×ΔＺＢ／ΔＴ≒０  ・・・・（１）
（式中、
ＳＡ：１つの磁気異方性部の中で材料Ａの占める表面積の割合、
ΔＺＡ：材料Ａにおけるインピーダンス出力の変化量、
ＳＢ：１つの磁気異方性部の中で材料Ｂの占める表面積の割合、
ΔＺＢ：材料Ｂにおけるインピーダンス出力の変化量
ΔＴ：相異なる磁気異方性部の間に生じている温度差。）
が成立するように各磁気異方性部における各材料の占める表面積を決定すればよい。ただし、ΔＴは、二つの磁気異方性部を備えたトルクセンサシャフトでは、実質的にその両端で生じている温度差と規定することで差し支えない。また、磁気異方性部を三以上設けた形態では、いずれかの磁気異方性部を基準にΔＴを定め、各々の磁気異方性部で上記式（１）が成立するようにすれば良い。なお、材料ＡとＢで透磁率が異なる場合も考えられるが、これについても透磁率の差を面積比の中に加味することで、補正することができる。
なお、本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトを構成する鋼材は、Ｎｉについては、後述するように、９〜２０％の組成が好ましく、Ｎｉ以外の成分は、ＪＩＳ  ＳＮＣＭ８１５材に準拠し、Ｃ：０．０９〜０．１３％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３５〜０．５５％、Ｃｒ：０．７５〜０．９５％、Ｍｏ：０．１７〜０．２７％（いずれも重量％）の範囲が好適である。
【００２４】
図１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサシャフト１は、材料Ｂで構成した左右の軸部材２，３と、材料Ａで構成した中央の軸部材４とを、各々接合位置５，６で接合して成る軸部材である。そして、各コイルと対向する各磁気異方性部７，８が設けられている。磁気異方性部７，８は、図示のように中央９から向かって左右に対称に形成されている。磁気異方性部７は、接合位置５を挟んで材料Ａで構成した領域１０と、材料Ｂで構成した領域１１とを備え、磁気異方性部８は、接合位置６を挟んで材料Ａで構成した領域１２と、材料Ｂで構成した領域１３とを備える。ここで、磁気異方性部７，８の各々について、上記した式（１）が成立するように、諸元が設定されている。
【００２５】
図１の磁歪式トルクセンサシャフト１を製造するには、まず、材料Ｂで構成した左右の軸部材２，３と、材料Ａで構成した中央の軸部材４とを、各々接合位置５，６で接合する。その後、接合した軸の外周を旋削し、磁気異方性部７，８を転造してセンサシャフトを形成する。さらに、高周波焼入れ・焼戻し処理、ショットピーニング処理等の処理を施し、所望の磁歪式トルクセンサシャフト１を得ることができる。
【００２６】
図２に示す実施の形態に係る磁歪式トルクセンサシャフト２０は、図１と同様に上記式（１）が成立している。製造にあたっては、材料Ｂで構成した軸部材２１に、材料Ａの肉盛溶接層２２を設ける。その後、外周を旋削し、材料Ａで構成される磁歪層の長手方向の中央が２つの磁気異方性部の中間になるようにして磁気異方性部２３，２４を転造し、センサシャフトを形成する。その後、高周波焼入れ・焼戻し処理、ショットピーニング処理等の処理を施す。これによって、目的とする磁歪式トルクセンサシャフト２０を得ることができる。
【００２７】
図３は、さらに実施の形態に係る磁歪式トルクセンサシャフト３０を示している。この実施の形態では、軸方向に沿って、上部３１を材料Ａで構成し、下部３２を材料Ｂで構成し、これらをろう付け接合して接合軸を得る。その後、得られる接合軸外周を旋削し、磁気異方性部３３，３４を転造してセンサシャフトを形成する。さらに、高周波焼入れ・焼戻し処理、ショットピーニング処理等、所定の処理を経て目的とする磁歪式トルクセンサシャフト３０を得ることができる。
【００２８】
本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトは、図１〜３について説明した実施の形態に限られるものではない。
図１について示した２種類の材料の結合方法については、摩擦圧接や超音波接合の他、図３について示したようなろう付け等の各種接合方法も採用することができる。
【００２９】
例えば、図４の磁歪式トルクセンサシャフト４０は、製造にあたり、ギヤ形状等の軸芯（セレーション圧入部）４１を材料Ｂの左右の軸部材４２の先端に設け、これを材料Ａで構成した中央の軸部材４３に設けた両端の筒部４４に圧入し、磁気異方性部４６，４７を繋いでいる。このようにして上記式（１）が成立するように接合軸を構成する。接合軸を図１〜図３について説明したように処理することにより、目的とする磁歪式トルクセンサシャフト４０を得ることができる。
【００３０】
また、図５の磁歪式トルクセンサシャフト５０では、製造にあたり、ギヤ形状等の軸芯（セレーション圧入部５１）を材料Ａの中央軸部材５２の両端に設け、これを材料Ｂで構成した左右の軸部材５３に設けた筒部５４に圧入し、磁気異方性部５６，５７を繋いでいる。このようにして上記式（１）が成立するように接合軸を構成する。接合軸を図１〜図３について説明したように処理することにより、目的とする磁歪式トルクセンサシャフト５０を得ることができる。
【００３１】
さらに、他にも断面形状によりねじりトルクを伝達しつつ２種類の材料を結合する方法などの機械的結合方法がある。
図２の実施の形態では、一方の材料で軸芯を形成しその一部にもう一方の成分の磁歪層を肉盛溶接により形成したが、これを溶射等の他の手段により形成することもできる。
またさらに、図１〜５の実施の形態で、材料Ａと材料Ｂとを入れ替えて用いることもできる。上記式（１）が成立すれば、本発明の目的を達成することができるからである。
なお、磁気異方性部を備えた磁歪式トルクセンサシャフトで、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量がゼロになる量のＮｉを含む均質な磁気異方性材料から成る磁歪層のみを設けた実施の形態も本発明の概念に含まれる。
【００３２】
本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトでは、２種類の材料の結合に関し、片方の材料が他方の材料で形成した部分の内側に位置する場合、又は他の材料が磁気異方性部を形成する材料の内側に位置する場合（例えば、図２，４，５の実施の形態）についても、本磁歪式トルクセンサが高周波で駆動しているため、ごく表面のスキンデプスにおける磁気的変化を検出しており、内部の磁気的変化の影響は非常に小さく問題にはならない。
【００３３】
本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトを製造するにあたり、２種類の材料の結合は、上記図１〜５の実施の形態について説明したように、磁気異方性部の形成、熱処理、ショットピーニング処理等の製造工程の前に行なえばよい。
本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトは、トルクセンサシャフトの構造を複雑にする必要がなく、コイル等の構成部品の変更は不要である。また、相手部品との連結も通常の方法で可能であり、外部に余分な装置も不要である。
【００３４】
【実施例】
以下に本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトを実施例についてさらに説明する。本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトは、これらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例において、化学成分の％は、特にことわりのない限り重量％を示している。
【００３５】
実施例１
ＪＩＳ  ＳＮＣＭ８１５材の成分のうち、Ｃ量が０．０９〜０．１３％、Ｎｉ量が４．５％、６．５％、９％、１０％、１３％、１６％、２０％、２５％、２６％、２８％、３０％となるように組成を変えた合金鋼丸棒を作製し、本鋼材から所定寸法の丸棒を旋削し、これに転造を施して中心軸から４５°傾いた溝（磁気異方性部分）を表面に２箇所形成した。この磁気異方性部各々において磁気異方性部に高周波焼入れを施した後、ショットピーニングを施した。シャフトは、以下の表に示す条件でショットピーニングを行った。ショットピーニング強度は、アークハイト値とショット粒径で管理している。各々の合金鋼丸棒の組成を表１に示すと共に、ショットピーニング条件を表２に示す。
【表１】
2004301693.tif 000003
【表２】
2004301693.tif 000004
【００３６】
次いで、図６に示すように、このセンサシャフト６１の磁気異方性部６２，６３をシールドヨーク６４内に配設した。検出用ソレノイドコイル６５及び励磁用ソレノイドコイル６６を図示のように磁気異方性部６２，６３の周囲に配置し、電子回路６７を組付けてトルクセンサ６０を構成した。
【００３７】
このトルクセンサ６０によって、トルクーヒステリシス特性を調査した。なお、このトルクセンサの諸元は、定格トルク±１０Ｎ・ｍ、定格トルクにおける出力電圧１Ｖ（０．１Ｖ／Ｎ・ｍ）、保証最大トルク±１５０Ｎ・ｍである。ちなみに、センサシャフトのねじり強さは、３２０Ｎ・ｍ以上、降伏強さは２６０Ｎ・ｍ以上である。
【００３８】
図７に温度勾配による中点変動測定の概要図を示す。シャフト６１の両端に熱源７１を接着して、真空チャンバ７２内におき、外部から熱源７１を抑制して、シャフト６１に温度差をつけた。温度差はセンサシャフト６１両端で１０℃とした。ちなみにシャフト長は１００ｍｍである。なお、真空チャンバ７２内は、真空ポンプ７３で真空引きし、熱源７１を温度制御機７４で制御するとともに、トルクセンサ６０にセンサ電源７５から電力を供給し、出力測定器７６で出力を測定した。
Ｎｉ量によるセンサ出力の変化量を温度勾配１℃当たりに換算した値を表３と図８（グラフＡ）に示す。なお、センサ出力そのもの（出力感度）も、従前の手法に従って測定し、その結果を図８にグラフＢとして示した。
【表３】
2004301693.tif 000005
【００３９】
「温度勾配によるセンサ出力変化量」（単位：％ＦＳ／℃は、前出のΔＺＡ／ΔＴ、又はΔＺＢ／ΔＴに対応する。温度勾配による出力変化量は、２５％付近のＮｉ量でゼロとなり、Ｎｉ量がそれにより増えても減っても温度勾配による出力変化量は大きくなる。したがって、２５％又はその付近のＮｉ量の上下となるようにＮｉ量の異なる領域を設け、前出の式（１）に従って、温度勾配による出力変化量を調整すれば、本発明で意図する磁歪式トルクセンサシャフトを得ることができる。もっとも、グラフＡとグラフＢとの結果を対比すると、Ｎｉ量が９〜２０％の範囲で温度勾配がほぼ一定で、出力感度も良好であることが了解される。したがって、この組成範囲で、高い出力感度と良好な温度勾配特性を両立させることができる。
【００４０】
ここで、温度勾配によるインピーダンス出力の変化量は９％Ｎｉ材が０．６４％ＦＳ／℃、２６％Ｎｉ材が−０．５７％ＦＳ／℃であり、その絶対値が非常に近い。
これを利用して、各コイルと対向する各磁気異方性部の外周表面積について、９％Ｎｉ材と２６％Ｎｉ材でほぼ同等の表面積を有するように摩擦圧接により図１のように接合した。その後、接合軸外周を旋削し、磁気異方性部７，８を転造してセンサシャフトを形成した。さらに、高周波焼入れ・焼戻し処理、ショットピーニング処理等、所定の製造方法によりトルクセンサシャフト１を製造した。このセンサシャフト１を図６に示したように、コイルセット及びセンサ回路を付けて、トルクセンサ６０とした。励磁周波数は４０ｋＨｚとした。
【００４１】
温度勾配による出力変化量を測定するため、図７に示した概要図のとおり温度勾配による中点変動測定を行なった。
摩擦圧接シャフトの温度勾配によるインピーダンス出力の変化量を１℃当たりに換算した値を表４に示す。
【表４】
2004301693.tif 000006
【００４２】
これによると、インピーダンス出力の変化量が９％Ｎｉ材に比べて８０％程度改善されている。同面積で接合したにもかかわらず若干の出力変化量が認められたのは、接合部の影響が現れたためと推測する。
【００４３】
実施例２
表３のデータより、基材を９％Ｎｉ丸棒で形成し、各コイルと対向する各磁気異方性部２３，２４の外周表面積について、９％Ｎｉ材とほぼ同等の面積を有するように肉盛溶接により２６％Ｎｉ材と同組成の磁歪層を図２のように形成した。その後、外周を旋削し、磁歪層の長手方向の中央が２つの磁気異方性部の中間になるようにして磁気異方性部２３，２４を転造して、センサシャフトを形成した。その後、高周波焼入れ・焼戻し処理、ショットピーニング処理等、所定の製造方法によりトルクセンサシャフト２０を製造した。
このシャフトを図６に示すようにコイルセット及びセンサ回路をつけて、トルクセンサ６０とした。励磁周波数は４０ｋＨｚである。
温度勾配による出力変化量を測定するため、図７に示した概要図のとおり温度勾配による中点変動測定を行なった。
肉盛溶接シャフトの温度勾配による出力変化量を１℃当たりに換算した値を表５に示す。
【表５】
2004301693.tif 000007
【００４４】
これによると、出力変化量が９％Ｎｉ材に比べて７０％程度改善されている。同面積で接合したにもかかわらず若干の出力変化量が認められたのは、肉盛溶接層の成分の影響が現れたためと推測する。
【００４５】
実施例３
表３の結果を受けて、各コイルと対向する各磁気異方性部の外周表面積について、９％Ｎｉ材と２６％Ｎｉ材でほぼ同等の表面積を有するようにろう付けにより図３のように接合した。その後、接合軸外周を旋削し、磁気異方性部３３，３４を転造してセンサシャフトを形成した。さらに、高周波焼入れ・焼戻し処理、ショットピーニング処理等、所定の製造方法によりトルクセンサシャフト３０を製造した。
このシャフト３０を図６に示すようにコイルセット及びセンサ回路をつけて、トルクセンサ６０とした。励磁周波数は４０ｋＨｚである。
温度勾配による出力変化量を測定するため、図７に示した概要図のとおり温度勾配による中点変動測定を行なった。
ろう付けシャフトの温度勾配による出力変化量を１℃当たりに換算した値を表６に示す。
【表６】
2004301693.tif 000008
【００４６】
これによると、出力変化量が９％Ｎｉ材に比べて６５％程度改善されている。同面積で接合したにもかかわらず若干の出力変化量が認められたのは、ろう付け部の影響が現れたためと推測する。
【００４７】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、簡易な構造でトルクセンサシャフトの表面の温度勾配に対する中点変動の調整を可能とした磁歪式トルクセンサシャフトが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトの一実施の形態を説明する側面図である。
【図２】本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトの他の実施の形態を説明する断面図である。
【図３】本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトの他の実施の形態を説明する片側破断断面図である。
【図４】本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトの他の実施の形態を説明する片側破断断面図である。
【図５】本発明に係る磁歪式トルクセンサシャフトの他の実施の形態を説明する片側破断断面図である。
【図６】本発明の実施例に係る磁歪式トルクセンサシャフトを用いてトルクセンサを構成した形態を説明する概念図である。
【図７】本発明の実施例に係る磁歪式トルクセンサシャフトの性能を試す状態を説明する概念図である。
【図８】Ｎｉ量の変化に対する温度勾配に依存する出力変化量及び出力感度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０，５０                  磁歪式トルクセンサシャフト
２，３，２１，２２，５３                    軸部材
４，４３，５２                              中央の軸部材
７，８，３３，３４，４６，４７，５６，５７  磁気異方性部
１０，１１，１２                            領域
２３                                        肉盛溶接層
４１                                        セレーション圧入部
６１                                        磁歪式トルクセンサシャフト
６２，６３                                  磁気異方性部
６４                                        シールドヨーク
６５                                        検出用ソレノイドコイル
６６                                        励磁用ソレノイドコイル
６７                                        電子回路
【図１】
2004301693.tif 000009
【図２】
2004301693.tif 000010
【図３】
2004301693.tif 000011
【図４】
2004301693.tif 000012
【図５】
2004301693.tif 000013
【図６】
2004301693.tif 000014
【図７】
2004301693.tif 000015
【図８】
2004301693.tif 000016