转矩检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种转矩检测装置，该转矩检测装置具有足够的机械强度，可进行正确的转矩测定，具有适合批量生产的优良的加工性，还可避免热处理时的损伤问题。该装置由设置于钢材制的转矩传动轴（２）的表层部的转矩被检测部（３），按照与其外周相对，不与其接触的方式设置的检测线圈（４），检测信号处理机构（５）构成。转矩被检测部（３）为由Ａｌ的扩散层形成的磁致伸缩材料层。在该扩散层中，Ａｌ从轴表面沿中心方向逐渐按照Ａｌ浓度减小的方式扩散于钢材中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及转矩检测装置，该转矩检测装置在轴上作用转矩时，检测产生于其表层的磁致伸缩现象，由此，以非接触的方式检测负荷转矩。
技术介绍
在磁致伸缩方式的非接触转矩检测装置中，在用机械结构用钢制作被测定轴的场合，磁致伸缩现象小，难于检测正确的转矩。于是，人们还提出被测定轴采用特殊合金，比如，采用Fe-Al合金的转矩检测装置(JP特许第2592491号文献)。但是，由于Fe-Al合金具有硬脆的性质，故机械加工性显著降低。另外，在具有缺口结构的被测定轴的场合，扭转疲劳强度和冲击值也显著降低。由此，难以用于结构部件。作为该对策，人们还尝试下述的方式，即，仅仅作为被测定轴的被测定部的表层部采用Fe-Al合金，在必须要求强度、韧性的部位接合结构用钢制造轴。但是，在此场合，接合部的可靠性缺乏，成本也上升。由此，人们提出了几项下述的方案，其中，Fe-Al合金与被测定轴的表层部的必要部位焊接接合，但是，这些方案均像下述那样，仍具有许多问题。比如，在由机械结构用钢形成的被测定轴的表层部上，堆焊Fe-Al合金等的高磁致伸缩材料，用作转矩被检测部件的实例(JP特许2765340号文献)的场合，由于Fe-Al合金具有脆性，故具有在堆焊时产生开裂或剥离的问题。为了解决这样的问题，人们还提出了Fe-Al合金的堆焊的厚度在3mm或3mm以下，由此来防止开裂的提案。但是，在堆焊和喷镀(JP特许2974554号文献)等的场合，由于具有孔，故伴随反复负荷转矩，在早期产生开裂，磁致伸缩特性产生误差。由于该磁致伸缩特性的差异，转矩检测精度显著降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种转矩检测装置，该转矩检测装置具有足够的机械强度，可进行正确的转矩测定，具有适合批量生产的优良的加工性，还可避免热处理时的损伤的问题。本专利技术的转矩检测装置的特征在于其包括设置于钢材的转矩传递轴的表层部的转矩被检测部；以非接触的方式与该转矩被检测部的外周相对设置的检测线圈；检测信号处理机构，该检测信号处理机构与上述检测线圈连接，根据转矩被检测部的透磁率的变化检测转矩，上述转矩被检测部为Al(铝)从上述转矩传递轴的表面沿中心方向逐渐按照Al浓度减小的方式扩散于钢材中的扩散层。如果采用该结构，由于在钢材中按照浓度逐渐减小的方式倾斜地扩散分布Al，故不会降低转矩传递轴的机械的强度，获得磁致伸缩特性较高的磁致伸缩材料扩散层的转矩被检测部，可进行正确的转矩测定。该倾斜的浓度的扩散层形成像堆焊的场合那样没有孔的均匀的合金层，可大幅度地抑制疲劳造成的早期龟裂的发生。另外，也不产生热处理时的开裂。由于上述扩散层在转矩传递轴的机械加工结束后进行Al的扩散处理，故与普通的钢材相同，具有适合批量生产的优良的加工性，生产性提高，这样可降低成本。最好，上述扩散层的表面的Al浓度在5～25wt％的范围内，扩散深度超过0.1mm。表面的Al扩散浓度小于5％，则磁致伸缩特性降低，如果该表面的Al扩散浓度超过25％，则磁致伸缩特性降低或饱和。由此，通过使Al浓度在5～25wt％的范围内，获得优良的磁致伸缩特性。另外，一般的磨削余量为0.1mm，故如果Al的扩散层的扩散深度超过0.1mm，则即使在平时进行磨削的情况下，仍可残留Al的扩散层，即使在磨削之后，仍可确保磁致伸缩特性。在本专利技术中，上述转矩传递轴可采用在母材的成分中，C(碳)含量在0.15～0.6wt％的范围内，从Si(硅)、Mn(锰)、Cr(铬)、Mo(钼)、Ni(镍)中选择出的1种或1种以上的元素的含量分别在0.1～1.0wt％的范围内，S(硫)，P(磷)的含量在0.02wt％或0.02wt％以下的钢材。像这样，从机械加工性和淬火硬度的观点来说，在钢材中的C含量小于0.15wt％的场合，淬火硬度降低，无法获得需要的硬度。另外，如果该C含量超过0.6wt％，则加工性和韧性降低。如果使C含量在0.15～0.6wt％的范围内，则可获得足够的淬火硬度，并且可确保加工性和韧性。最好，添加于钢材中的Si、Mn、Cr、Mo、Ni按照1种或1种以上的方式添加，以便确保淬火性。在此场合，在相应的添加物的含量小于0.1wt％时，无法确保充分的淬火性，另外，如果该添加物的含量超过1.0wt％，则加工性显著降低。通过使添加物的含量在0.1～1.0wt％的范围内，可确保充分的淬火性和加工性。另外，通过使S、P的含量在0.02wt％或0.02wt％以下，可防止扩散部和母材部的韧性降低。在本专利技术中，上述转矩传递轴的母材也可为下述的材料，其中，Al的含量在0.01～0.15wt％的范围内，从Nb(铌)、V(钒)、Ti(钛)、Zr(锆)中选择出的1种或1种以上的元素的含量分别在0.01～0.25wt％的范围内。由于Al的扩散处理在高温下进行，故钢材的结晶颗粒粗大。为了抑制该情况，添加Nb、V、Ti、Zr中的1种或1种以上。Al作为在制造钢时的脱酸材料，必须在0.01wt％或0.01wt％以上，如果其含量超过0.15wt％，则其作为杂质而存在于钢中，使强度降低。Nb、V、Ti、Zr在进行细微化处理所必需的0.01wt％或0.01wt％以上，但是，如果其含量超过0.25wt％，则材料的硬度增加，使加工性显著降低。通过添加防止颗粒变粗大的元素，可取消Al扩散处理后的正火处理。在本专利技术中，也可使上述转矩传递轴在转矩被检测部具有槽，在上述槽的加工结束后对上述扩散层进行扩散处理。在上述转矩传递轴中，由于为了提高检测特性或与其它部件连接等的各种目的，在转矩被检测部加工形成槽。由于Al的扩散层的加工性优良，故也可在扩散后进行槽加工，但是，通过像上述那样，在槽加工结束后进行扩散处理，加工性大幅度地提高。在本专利技术中，也可在上述转矩传递轴中的上述Al的扩散层中具有凹凸部，该凹凸部与其它部件连接，用于传递转矩，该凹凸部沿轴向延伸，并且有规则地沿圆周方向排列。上述凹凸部比如，为锯齿形。由于Al的扩散层的加工性优良，故像锯齿部等的凹凸部也可容易地加工。通过像这样设置凹凸部，连接精度增加，可在没有晃动的情况下承受较高的转矩。另外，Al扩散层的焊接性也优良，焊接、摩擦接合、搅拌摩擦接合也可容易地进行。在本专利技术中，上述转矩传递轴也可为在Al的扩散处理后进行淬火回火处理而形成的轴。通过淬火回火处理，至少使扩散层边界附近的硬度的增大大于材料硬度的增大，由此，可提高该转矩传递轴的强度。即使进行淬火回火处理，仍可确保扩散层的磁致伸缩性。由于在进行淬火回火处理之后进行Al扩散，会导致硬度降低，故进行淬火回火处理是在Al的扩散处理后进行。也可在Al扩散处理后加工，在去除Al扩散层的部位进行渗碳淬火，使机械的特性提高。在本专利技术中，上述转矩传递轴也可为在Al的扩散处理后，通过对扩散层的表面进行淬火钢切削、磨削、或喷丸处理，按照最外面部分的残余应力为压缩应力的方式进行处理而形成的轴。另外，上述淬火钢切削仅仅为切削，切削通常在坯材的状态进行，因此，为了明确为淬火后的切削，故称为淬火钢切削。如果进行淬火，则扩散层容易残留残余拉应力，在此状态下，疲劳强度会降低。如果像上述那样，对扩散层的表面进行淬火钢切削、磨削或喷丸处理，则可对Al扩散层的最表面部，施加残留压缩应力，由此，扩散层的疲劳强度提高。在本专利技术中，也可在上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转矩检测装置，其特征在于该转矩检测装置包括设置于钢材的转矩传递轴的表层部的转矩被检测部；以非接触的方式与该转矩被检测部的外周相对设置的检测线圈；检测信号处理机构，该检测信号处理机构与上述检测线圈连接，根据转矩被检测部的透磁率的变化检测转矩，上述转矩被检测部为Ａｌ从上述转矩传递轴的表面沿中心方向逐渐按照Ａｌ浓度减小的方式扩散于钢材中的扩散层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田和彦，小池孝志，岩本宪市，
申请(专利权)人：NTN株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]