JP2002228526A - トルクセンサー - Google Patents
トルクセンサーInfo
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- JP2002228526A JP2002228526A JP2001024450A JP2001024450A JP2002228526A JP 2002228526 A JP2002228526 A JP 2002228526A JP 2001024450 A JP2001024450 A JP 2001024450A JP 2001024450 A JP2001024450 A JP 2001024450A JP 2002228526 A JP2002228526 A JP 2002228526A
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- columnar member
- torque sensor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来提案されている磁歪検出体ではトルク伝
達軸の形状的な面および磁歪層の耐久性・強度に問題が
あり、その改良が望まれていた。 【解決手段】 トルクを伝達する円柱状部材の少なくと
も表面を加熱処理によりその磁性が磁性から非磁性へ又
は非磁性から磁性へ変化する材料で形成し、部分的な加
熱処理で前記円柱状部材の表面部に磁性部と非磁性部と
からなるパターンを形成し、トルク負荷時に発生する歪
により表面部の磁気的特性変化を円柱状部材と同心状に
配置された検出コイルにより検出するトルクセンサー。
達軸の形状的な面および磁歪層の耐久性・強度に問題が
あり、その改良が望まれていた。 【解決手段】 トルクを伝達する円柱状部材の少なくと
も表面を加熱処理によりその磁性が磁性から非磁性へ又
は非磁性から磁性へ変化する材料で形成し、部分的な加
熱処理で前記円柱状部材の表面部に磁性部と非磁性部と
からなるパターンを形成し、トルク負荷時に発生する歪
により表面部の磁気的特性変化を円柱状部材と同心状に
配置された検出コイルにより検出するトルクセンサー。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は加えられたトルクに
よりその表面の磁気特性が変化するトルク伝達軸に関す
るものである。また本発明はトルク伝達軸に加えられた
トルクにより磁性膜の磁気特性が変化することを利用し
てトルクを非接触で検出するトルクセンサに係わり、特
に自動車、工作機、ロボットなどの回転軸のトルクを検
出するのに好適なトルクセンサーに関するものである。
よりその表面の磁気特性が変化するトルク伝達軸に関す
るものである。また本発明はトルク伝達軸に加えられた
トルクにより磁性膜の磁気特性が変化することを利用し
てトルクを非接触で検出するトルクセンサに係わり、特
に自動車、工作機、ロボットなどの回転軸のトルクを検
出するのに好適なトルクセンサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回転軸に加えられたトルクを正確に検出
することが、特に自動車、工作機、ロボット等の技術の
中に求められている。この場合検出体が接触しない非接
触方式が適している。非接触方式のトルクセンサーとし
ては次の２方式に大別される。すなわちトーションバー
の両端に設けられた一対のロータリーエンコーダの出力
の位相差から捩れの角度を検出するエンコーダ方式、お
よび回転軸の表面に歪により誘起される磁気特性の変化
を検出する逆磁歪効果による磁気歪み方式である。エン
コーダ方式は、トーションバーの捩れの角度を検出する
ので、通常、軸の一部を細くし、ひずみを大きくする。
このため、容易に応力限界を越えやすく信頼性に乏し
い。一方、磁気歪み方式は、トルク伝達軸の表面に磁気
歪効果をもつ磁性部を有しその外周部にソレノイドコイ
ルを配したものが一般的で、その最大の特長は回転対称
構造のため、軸の回転が特性に影響を与えない事であ
る。またトーションバーを用いないで構成出来るためト
ルクの許容検出範囲は広い。
することが、特に自動車、工作機、ロボット等の技術の
中に求められている。この場合検出体が接触しない非接
触方式が適している。非接触方式のトルクセンサーとし
ては次の２方式に大別される。すなわちトーションバー
の両端に設けられた一対のロータリーエンコーダの出力
の位相差から捩れの角度を検出するエンコーダ方式、お
よび回転軸の表面に歪により誘起される磁気特性の変化
を検出する逆磁歪効果による磁気歪み方式である。エン
コーダ方式は、トーションバーの捩れの角度を検出する
ので、通常、軸の一部を細くし、ひずみを大きくする。
このため、容易に応力限界を越えやすく信頼性に乏し
い。一方、磁気歪み方式は、トルク伝達軸の表面に磁気
歪効果をもつ磁性部を有しその外周部にソレノイドコイ
ルを配したものが一般的で、その最大の特長は回転対称
構造のため、軸の回転が特性に影響を与えない事であ
る。またトーションバーを用いないで構成出来るためト
ルクの許容検出範囲は広い。
【０００３】磁歪方式のトルクセンサーは、特許第１６
９３２６号で提案されているように磁歪効果を有する強
磁性体の回転軸表面の２箇所に互いに相反する方向に４
５度の螺旋溝を掘って、その形状効果により差動構造を
付与する方法がある。このような差動構造により回転ト
ルクの正負方向と大きさを検出することが出来る。
９３２６号で提案されているように磁歪効果を有する強
磁性体の回転軸表面の２箇所に互いに相反する方向に４
５度の螺旋溝を掘って、その形状効果により差動構造を
付与する方法がある。このような差動構造により回転ト
ルクの正負方向と大きさを検出することが出来る。
【０００４】この公知技術から派生して今まで多くの提
案がなされているが、センサーの信頼性と耐久性に関し
ては、磁歪部を有する回転軸の状態で決定されるため課
題が残されていた。この点に関して前記提案では、繰り
返し応力が負荷される用途の場合は、溝部の形状的な切
り欠き効果により、トルク伝達軸が応力破断に至り易
い。溝部を形成しないトルクセンサーの一例として例え
ば特許第２５１２５５２号にて提案のごとく軸体に捻り
トルクを負荷して引張歪を発生させたままの状態で、こ
の軸の表面に、ショットピーニングによってさらに引張
歪を生じさせて、前記捻りトルクにもとづく引張主応力
の方向の引張歪の合計を、軸体の材料の引張降伏時の歪
みより大きくして疲労強度を高めた提案がなされてい
る。しかしながら、引張歪を生じさせたまま、ショット
ピーニングを行うのは極めて生産性が悪いと言う問題が
あった。
案がなされているが、センサーの信頼性と耐久性に関し
ては、磁歪部を有する回転軸の状態で決定されるため課
題が残されていた。この点に関して前記提案では、繰り
返し応力が負荷される用途の場合は、溝部の形状的な切
り欠き効果により、トルク伝達軸が応力破断に至り易
い。溝部を形成しないトルクセンサーの一例として例え
ば特許第２５１２５５２号にて提案のごとく軸体に捻り
トルクを負荷して引張歪を発生させたままの状態で、こ
の軸の表面に、ショットピーニングによってさらに引張
歪を生じさせて、前記捻りトルクにもとづく引張主応力
の方向の引張歪の合計を、軸体の材料の引張降伏時の歪
みより大きくして疲労強度を高めた提案がなされてい
る。しかしながら、引張歪を生じさせたまま、ショット
ピーニングを行うのは極めて生産性が悪いと言う問題が
あった。
【０００５】トルク伝達軸に溝部を形成しないトルクセ
ンサーの別の一例として、磁歪層を付加する方法も提案
されている。例えば特許第２７１０１６５号および特許
第２９６５６２８号である。この例では、トルク伝達軸
表面に磁歪を有する非晶質合金膜をメッキ法やスパッタ
法などにより形成し、例えばレーザビームを照射して加
熱し磁気異方性を導入したものである。この例ではトル
ク伝達軸とは別途にその表面に非晶質合金膜を形成して
いる。この場合、繰り返し応力が加わる用途ではトルク
伝達軸から非晶質合金膜が剥がれ易く、特に自動車等の
高信頼性を要する用途では致命的な問題となる恐れがあ
った。また、従来のトルクセンサーは機械的、電気的、
磁気的または熱的な外乱を受けると正確なトルクの検出
ができないことがあり、外乱に対して影響を受け難くす
ることが望まれる。
ンサーの別の一例として、磁歪層を付加する方法も提案
されている。例えば特許第２７１０１６５号および特許
第２９６５６２８号である。この例では、トルク伝達軸
表面に磁歪を有する非晶質合金膜をメッキ法やスパッタ
法などにより形成し、例えばレーザビームを照射して加
熱し磁気異方性を導入したものである。この例ではトル
ク伝達軸とは別途にその表面に非晶質合金膜を形成して
いる。この場合、繰り返し応力が加わる用途ではトルク
伝達軸から非晶質合金膜が剥がれ易く、特に自動車等の
高信頼性を要する用途では致命的な問題となる恐れがあ
った。また、従来のトルクセンサーは機械的、電気的、
磁気的または熱的な外乱を受けると正確なトルクの検出
ができないことがあり、外乱に対して影響を受け難くす
ることが望まれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来より剛体のねじり
により発生する歪をストレンゲージの電気抵抗変化や高
透磁率のアモルファス箔の薄帯の変形による見かけ上の
透磁率を検出して測定するトルクセンサーが用いられて
きたが構造的に信頼性に乏しくさらに高寿命で高信頼性
のトルクセンサーが望まれている。このように、従来提
案されている磁歪検出体ではトルク伝達軸の形状的な面
および磁歪層の耐久性・強度に問題があり、その改良が
望まれていた。本発明の目的は、繰り返し応力に対して
もトルク伝達軸から磁歪部が剥がれる事が無く安定した
出力特性を示すトルクセンサーを提供することである。
本発明の目的は、センサーに外部より加わる機械的、電
気的、磁気的、熱的な外乱に影響を受けない安定なトル
クセンサーを提供することである。
により発生する歪をストレンゲージの電気抵抗変化や高
透磁率のアモルファス箔の薄帯の変形による見かけ上の
透磁率を検出して測定するトルクセンサーが用いられて
きたが構造的に信頼性に乏しくさらに高寿命で高信頼性
のトルクセンサーが望まれている。このように、従来提
案されている磁歪検出体ではトルク伝達軸の形状的な面
および磁歪層の耐久性・強度に問題があり、その改良が
望まれていた。本発明の目的は、繰り返し応力に対して
もトルク伝達軸から磁歪部が剥がれる事が無く安定した
出力特性を示すトルクセンサーを提供することである。
本発明の目的は、センサーに外部より加わる機械的、電
気的、磁気的、熱的な外乱に影響を受けない安定なトル
クセンサーを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】トルクを伝達する柱状部
材の少なくとも表面に磁性部および非磁性部からなるパ
ターンを形成し、トルク負荷時に発生する歪により表面
部の磁気的特性を柱状部材と同心状に配置したコイルに
より非接触で検出する。コイルの外周部を磁気的にシー
ルドし、トルク検出回路もシールド内に内蔵させること
により外乱にも強いトルクセンサーとすることが出来
る。
材の少なくとも表面に磁性部および非磁性部からなるパ
ターンを形成し、トルク負荷時に発生する歪により表面
部の磁気的特性を柱状部材と同心状に配置したコイルに
より非接触で検出する。コイルの外周部を磁気的にシー
ルドし、トルク検出回路もシールド内に内蔵させること
により外乱にも強いトルクセンサーとすることが出来
る。
【０００８】本発明トルクセンサーの特徴はトルク伝達
円柱状部材が見かけ上一体で表面はなめらかであり局部
的な応力集中が無いため小口径でも同一径の従来品に比
較し小型で高信頼性になる。
円柱状部材が見かけ上一体で表面はなめらかであり局部
的な応力集中が無いため小口径でも同一径の従来品に比
較し小型で高信頼性になる。
【０００９】すなわち、本発明は、トルクを伝達する円
柱状部材の少なくとも表面を加熱処理によりその磁性が
磁性から非磁性へ又は非磁性から磁性へ変化する材料で
形成し、部分的な加熱処理で前記円柱状部材の表面部に
磁性部と非磁性部とからなるパターンを形成し、トルク
負荷時に発生する歪により表面部の磁気的特性変化を円
柱状部材と同心状に配置された検出コイルにより検出す
るトルクセンサーである。
柱状部材の少なくとも表面を加熱処理によりその磁性が
磁性から非磁性へ又は非磁性から磁性へ変化する材料で
形成し、部分的な加熱処理で前記円柱状部材の表面部に
磁性部と非磁性部とからなるパターンを形成し、トルク
負荷時に発生する歪により表面部の磁気的特性変化を円
柱状部材と同心状に配置された検出コイルにより検出す
るトルクセンサーである。
【００１０】円柱状部材の磁性部と非磁性部とからなる
パターンは円柱状部材軸心に対して約４５度方向に縞状
に複数箇所形成することが望ましい。
パターンは円柱状部材軸心に対して約４５度方向に縞状
に複数箇所形成することが望ましい。
【００１１】前記検出コイルは円柱状部材に設けた軸受
部材により円柱状部材と同心状に支持されることが望ま
しい。
部材により円柱状部材と同心状に支持されることが望ま
しい。
【００１２】前記検出コイルの外周を磁気シールド部材
で覆うことが望ましい。
で覆うことが望ましい。
【００１３】前記検出コイルのトルク検出電子回路は前
記磁気シールド部材内に設けることが望ましい。
記磁気シールド部材内に設けることが望ましい。
【００１４】トルク検出コイル以外に円筒柱状部材の回
転を検出するセンサーを備えることが望ましい。このセ
ンサーは円柱状部材の磁性部と非磁性部とからなるパタ
ーンによる磁界の周期的変化を検出する。
転を検出するセンサーを備えることが望ましい。このセ
ンサーは円柱状部材の磁性部と非磁性部とからなるパタ
ーンによる磁界の周期的変化を検出する。
【００１５】トルク伝達の入力軸部および出力軸部に外
部からの塵埃防止のためのシール部材を備えることが望
ましい。これにより軸受部材やトルク検出電子回路等の
塵埃の影響を受けやすいものを保護することができる。
部からの塵埃防止のためのシール部材を備えることが望
ましい。これにより軸受部材やトルク検出電子回路等の
塵埃の影響を受けやすいものを保護することができる。
【００１６】今、円柱部材の直径をＤとし、これにトル
クＴが加わったとすれば、ねじり荷重によって円柱部材
表面に発生するせん断応力τは、単位長さあたりのねじ
れ角θ、円柱の半径ｒとすると次式で表せる。 τ＝Ｇｒθ＝１６Ｔ／（πＤ３） また、円柱部材軸心とπ±４５度方向には磁気歪効果を
引き起こす最大引っ張りおよび圧縮応力が発生する。な
お、ねじれ角θとトルクＴの関係は次式のごとくであ
る。 θ＝３２Ｔ／（πＤ４） 従い、円柱表面のねじれ角θに比例した表面の磁性変化
現象を検出できればせん断応力τすなわち負荷トルクＴ
を検出できる。
クＴが加わったとすれば、ねじり荷重によって円柱部材
表面に発生するせん断応力τは、単位長さあたりのねじ
れ角θ、円柱の半径ｒとすると次式で表せる。 τ＝Ｇｒθ＝１６Ｔ／（πＤ３） また、円柱部材軸心とπ±４５度方向には磁気歪効果を
引き起こす最大引っ張りおよび圧縮応力が発生する。な
お、ねじれ角θとトルクＴの関係は次式のごとくであ
る。 θ＝３２Ｔ／（πＤ４） 従い、円柱表面のねじれ角θに比例した表面の磁性変化
現象を検出できればせん断応力τすなわち負荷トルクＴ
を検出できる。
【００１７】円柱状部材表面の磁性層は次のような手段
で形成させることが出来る。無電解Ｎｉ−Ｐメッキ皮膜
はメッキ状態ではアモルファス状の非磁性体であるが３
５０℃×３０ｍｉｎ程度の熱処理で結晶化して強磁性体
となる。なおＰの含有量は７％〜１２％好ましくは９〜
１０％程度が熱処理により安定して強磁性相（飽和磁束
密度約１０００ガウス）を得ることが出来る。なお、Ｐ
が７％以下ではメッキのままでも強磁性をしめし１２％
以上では弱い磁性状態しか得られない。またＰのほかに
ＢやＣｏの添加により磁気的性質を調節することが出
来、Ｎｉ−Ｐにこだわるものではない。
で形成させることが出来る。無電解Ｎｉ−Ｐメッキ皮膜
はメッキ状態ではアモルファス状の非磁性体であるが３
５０℃×３０ｍｉｎ程度の熱処理で結晶化して強磁性体
となる。なおＰの含有量は７％〜１２％好ましくは９〜
１０％程度が熱処理により安定して強磁性相（飽和磁束
密度約１０００ガウス）を得ることが出来る。なお、Ｐ
が７％以下ではメッキのままでも強磁性をしめし１２％
以上では弱い磁性状態しか得られない。またＰのほかに
ＢやＣｏの添加により磁気的性質を調節することが出
来、Ｎｉ−Ｐにこだわるものではない。
【００１８】１８−８ステンレス鋼に近い組成の合金鋼
は強磁性体の結晶状態とするものが可能で１０５０℃×
３０ｍｉｎ程度の熱処理で非磁性体の結晶構造に相変態
させることができる。このような複合磁性材料の例とし
て、特開２０００−１０４１４２号に開示されるものを
適用することが出来る。
は強磁性体の結晶状態とするものが可能で１０５０℃×
３０ｍｉｎ程度の熱処理で非磁性体の結晶構造に相変態
させることができる。このような複合磁性材料の例とし
て、特開２０００−１０４１４２号に開示されるものを
適用することが出来る。
【００１９】このような相変態を発生させるのと同等の
熱量をレーザ加熱などにより局所的に付与して磁性のこ
となる部分を形成することが出来る。２ＫＷ出力程度の
ＹＡＧレーザのビーム加熱により例えば１ｍｍピッチで
巾０．５ｍｍ程度の磁性の異なる部分を円柱軸と４５度
方向およびこれと直角な１３５度方向に縞状に形成させ
ることが出来る。レーザ照射の速度を適切に選ぶことに
より上記相変態を生じさせるのと同等の熱量を円柱表面
に加えることが出来る。このようにして作成されたトル
クセンサーの本体側は円柱にトルクが加わるとトルクに
比例した圧縮および引っ張りの応力が軸心と４５度方向
に発生し円柱表面は歪み表面の磁気的性質は変化する。
本発明は円柱表面の磁気的変化（見かけの透磁率）を同
心状に配置された交流励磁されたコイルのインダクタン
ス変化としてとらえる。
熱量をレーザ加熱などにより局所的に付与して磁性のこ
となる部分を形成することが出来る。２ＫＷ出力程度の
ＹＡＧレーザのビーム加熱により例えば１ｍｍピッチで
巾０．５ｍｍ程度の磁性の異なる部分を円柱軸と４５度
方向およびこれと直角な１３５度方向に縞状に形成させ
ることが出来る。レーザ照射の速度を適切に選ぶことに
より上記相変態を生じさせるのと同等の熱量を円柱表面
に加えることが出来る。このようにして作成されたトル
クセンサーの本体側は円柱にトルクが加わるとトルクに
比例した圧縮および引っ張りの応力が軸心と４５度方向
に発生し円柱表面は歪み表面の磁気的性質は変化する。
本発明は円柱表面の磁気的変化（見かけの透磁率）を同
心状に配置された交流励磁されたコイルのインダクタン
ス変化としてとらえる。
【００２０】この検出方法では円柱部材表面の磁性変化
を高周波測定時の表皮効果により有効に使う。いま、円
柱部材への電流浸透深さδ、測定各周波数ω＝２πｆ
（測定周波数ｆ）、円柱部材のコンダクタンスκ透磁率
μとすると次の関係がある。 δ＝１／√ωμκ ちなみに１０ｋＨｚの鋼では約０．０２ｃｍ（０．２ｍ
ｍ）となる。したがい、円柱表面層部分の薄い磁気的な
変化を検出するには高周波での検出が望ましい。
を高周波測定時の表皮効果により有効に使う。いま、円
柱部材への電流浸透深さδ、測定各周波数ω＝２πｆ
（測定周波数ｆ）、円柱部材のコンダクタンスκ透磁率
μとすると次の関係がある。 δ＝１／√ωμκ ちなみに１０ｋＨｚの鋼では約０．０２ｃｍ（０．２ｍ
ｍ）となる。したがい、円柱表面層部分の薄い磁気的な
変化を検出するには高周波での検出が望ましい。
【００２１】また、メッキ層に縞状部分の見かけ透磁率
の変化を検出するにはトルク負荷時に変化率が大きくな
るように円柱状部材は非磁性体が良く、高力アルミや非
磁性ＳＵＳなどが望ましい。また、渦電流の影響の少な
いプラスチックやセラミックスなどの非磁性で高絶縁体
のものも適用できる。また、外乱に対して影響およぼさ
れぬようにセンサーの外周は磁気シールドされていると
安定である。
の変化を検出するにはトルク負荷時に変化率が大きくな
るように円柱状部材は非磁性体が良く、高力アルミや非
磁性ＳＵＳなどが望ましい。また、渦電流の影響の少な
いプラスチックやセラミックスなどの非磁性で高絶縁体
のものも適用できる。また、外乱に対して影響およぼさ
れぬようにセンサーの外周は磁気シールドされていると
安定である。
【００２２】このようにして形成されたトルクセンサー
ではトルクの大きさ及びトルクの加わる回転方向を検出
することが出来るがトルクを伝達している円柱状部材の
回転数を検出することはできない。そこで本発明請求項
６で示すようにトルク検出コイルとは別に円柱状部材の
縞状部の周期的な磁気的変化を検出する磁気センサーを
組み込みトルクと共に回転数を検出することが出来る。
なお、回転数検出用の磁気パターンは円柱状部材軸心に
対し４５度方向とする必要は無く軸心に平行にトルク検
出用の磁気パターンと別に設けても良いし、γ酸化鉄を
焼き付け塗布し多極着磁したエンコーダ部分を形成して
もよい。
ではトルクの大きさ及びトルクの加わる回転方向を検出
することが出来るがトルクを伝達している円柱状部材の
回転数を検出することはできない。そこで本発明請求項
６で示すようにトルク検出コイルとは別に円柱状部材の
縞状部の周期的な磁気的変化を検出する磁気センサーを
組み込みトルクと共に回転数を検出することが出来る。
なお、回転数検出用の磁気パターンは円柱状部材軸心に
対し４５度方向とする必要は無く軸心に平行にトルク検
出用の磁気パターンと別に設けても良いし、γ酸化鉄を
焼き付け塗布し多極着磁したエンコーダ部分を形成して
もよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下にこの発明を図示の実施の形
態に基づいて説明する。図１はこの発明にかかわるトル
クセンサーの断面構造を示す。円柱状部材１は直径２０
ｍｍアルミ合金材（ＪＩＳ：Ａ７０７５）に約２０μｍ
の無電解Ｎｉ−Ｐメッキ（非磁性）ののちＹＡＧレーザ
を用いて軸と４５度方向に局部加熱し縞状の磁性パター
ン１Ａ，１Ｂを形成してあり、両端１２ｍｍ部のトルク
伝達部（一般的には片側は駆動側、反対側は負荷側とな
る）がハウジング２Ａ，２Ｂに取付けられたボールベア
リングの軸受３Ａ，３Ｂに保持されている。４Ａ，４Ｂ
はシール部材で、例えばオイルシールでありその内径リ
ップ部が円柱状部材両端軸と接触しておりセンサー内へ
の塵埃の侵入を防いでいる。この両ハウジング２Ａ，２
Ｂのベアリング３Ａ，３Ｂにより円柱状部材１との同心
が精度良く確保できる。部番５はフェノール樹脂などの
非磁性、絶縁体よりなるボビンで２個の２次コイル６
Ａ，６Ｃと１個の１次コイル６Ｂより形成されている。
態に基づいて説明する。図１はこの発明にかかわるトル
クセンサーの断面構造を示す。円柱状部材１は直径２０
ｍｍアルミ合金材（ＪＩＳ：Ａ７０７５）に約２０μｍ
の無電解Ｎｉ−Ｐメッキ（非磁性）ののちＹＡＧレーザ
を用いて軸と４５度方向に局部加熱し縞状の磁性パター
ン１Ａ，１Ｂを形成してあり、両端１２ｍｍ部のトルク
伝達部（一般的には片側は駆動側、反対側は負荷側とな
る）がハウジング２Ａ，２Ｂに取付けられたボールベア
リングの軸受３Ａ，３Ｂに保持されている。４Ａ，４Ｂ
はシール部材で、例えばオイルシールでありその内径リ
ップ部が円柱状部材両端軸と接触しておりセンサー内へ
の塵埃の侵入を防いでいる。この両ハウジング２Ａ，２
Ｂのベアリング３Ａ，３Ｂにより円柱状部材１との同心
が精度良く確保できる。部番５はフェノール樹脂などの
非磁性、絶縁体よりなるボビンで２個の２次コイル６
Ａ，６Ｃと１個の１次コイル６Ｂより形成されている。
【００２４】ボビン５の両端部はベアリング３Ａ，３Ｂ
およびハウジング２Ａ，２Ｂとの位置決めを行い円柱状
部材１と精度良く同心度を確保できコイル内径と円柱状
部材表面とのキ゛ャッフ゜を０．２〜０．５ｍｍ程度に近接さ
せてコイルの検出感度を確保することが出来る。さらに
各コイルの外周部およびコイル間を強磁性体ヨーク部材
で覆い磁気回路を形成させ検出感度の増大を計ることが
出来る。
およびハウジング２Ａ，２Ｂとの位置決めを行い円柱状
部材１と精度良く同心度を確保できコイル内径と円柱状
部材表面とのキ゛ャッフ゜を０．２〜０．５ｍｍ程度に近接さ
せてコイルの検出感度を確保することが出来る。さらに
各コイルの外周部およびコイル間を強磁性体ヨーク部材
で覆い磁気回路を形成させ検出感度の増大を計ることが
出来る。
【００２５】高周波駆動される１次コイル（６Ｂ）およ
び検出２次コイル（６Ａ，６Ｃ）よりなるトルク検出部
分とは別に図２に示すごとくの発信機３１、増幅器３
２、同期検波器３３などを含むセンサー電子回路基板９
を内蔵させることがセンサーの安定化に寄与する。縞状
の磁性パターン１Ａ，１Ｂの磁性変化を感度よく検出す
るには１次コイル（６Ｂ）および検出２次コイル（６
Ａ，６Ｃ）は磁性パターン１Ａ，１Ｂのできるだけ近く
に位置させることが望ましい。それには図１に示すよう
に各コイルが同軸状かつ軸方向に重なる配置が好まし
い。この配置によれば各コイルによる磁気回路の結合が
大きくなり差動出力を大きくとることができる。なお、
図１では１次コイル及び２個の検出２次コイルは円柱状
部材に対して平行に並べた構成となっているが１次コイ
ルと２次コイルを同軸状に巻線して図１の１次コイル部
分を削除することも可能である。すなわち１次コイル及
び２個の検出２次コイルが同軸状かつ半径方向に重なる
配置とすることもできる。
び検出２次コイル（６Ａ，６Ｃ）よりなるトルク検出部
分とは別に図２に示すごとくの発信機３１、増幅器３
２、同期検波器３３などを含むセンサー電子回路基板９
を内蔵させることがセンサーの安定化に寄与する。縞状
の磁性パターン１Ａ，１Ｂの磁性変化を感度よく検出す
るには１次コイル（６Ｂ）および検出２次コイル（６
Ａ，６Ｃ）は磁性パターン１Ａ，１Ｂのできるだけ近く
に位置させることが望ましい。それには図１に示すよう
に各コイルが同軸状かつ軸方向に重なる配置が好まし
い。この配置によれば各コイルによる磁気回路の結合が
大きくなり差動出力を大きくとることができる。なお、
図１では１次コイル及び２個の検出２次コイルは円柱状
部材に対して平行に並べた構成となっているが１次コイ
ルと２次コイルを同軸状に巻線して図１の１次コイル部
分を削除することも可能である。すなわち１次コイル及
び２個の検出２次コイルが同軸状かつ半径方向に重なる
配置とすることもできる。
【００２６】また、磁気バイアスタイプの磁気抵抗素子
８を円柱状部材の縞状磁性部分に近接させて回転に伴う
磁性の周期的な変化を検出して回転数センサーの機能を
持たせることが出来る。なお部番８のセンサー及び円柱
状部材側の周期的磁性層は別の方法を適用できることは
もちろんである。図示を省略するが、これら電子回路駆
動電源及び検出電気信号出力のリード線はシールド部材
７、ハウジング２Ａ，２Ｂなどからセンサー本体より外
部に引き出される。シールド部材７は厚さ０．５ｍｍ、
外径５０ｍｍの鉄板（ＳＰＣ）の円筒で電気的、磁気的
な外乱を効果的にカット、シールドする。以上のごとく
の構成よりなるトルクセンサーの寸法は測定する最大ト
ルクと円柱状部材１の材質の許容せん断応力およびその
安全率より外径１０ｍｍ程度から１００ｍｍ以上まで各
種寸法品が構成できる。
８を円柱状部材の縞状磁性部分に近接させて回転に伴う
磁性の周期的な変化を検出して回転数センサーの機能を
持たせることが出来る。なお部番８のセンサー及び円柱
状部材側の周期的磁性層は別の方法を適用できることは
もちろんである。図示を省略するが、これら電子回路駆
動電源及び検出電気信号出力のリード線はシールド部材
７、ハウジング２Ａ，２Ｂなどからセンサー本体より外
部に引き出される。シールド部材７は厚さ０．５ｍｍ、
外径５０ｍｍの鉄板（ＳＰＣ）の円筒で電気的、磁気的
な外乱を効果的にカット、シールドする。以上のごとく
の構成よりなるトルクセンサーの寸法は測定する最大ト
ルクと円柱状部材１の材質の許容せん断応力およびその
安全率より外径１０ｍｍ程度から１００ｍｍ以上まで各
種寸法品が構成できる。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、トルク伝達軸自体が磁
気歪効果を持ち且つ加熱冷却により弱磁性部を形成でき
る複合磁性材料で形成されるので、トルク伝達軸表面に
別途に磁性体層を固定する必要がなく、トルク伝達軸に
差動構造を付与するための溝加工を施す必要もない。し
たがってトルク伝達軸に繰り返し応力を印加してもトル
ク伝達軸から磁性体層が剥がれる事が無く安定した出力
特性を示すトルクセンサを得ることができる。また、外
部より加わる機械的、電気的、磁気的、熱的な外乱に影
響を受けない安定なトルクセンサーを得ることができ
る。
気歪効果を持ち且つ加熱冷却により弱磁性部を形成でき
る複合磁性材料で形成されるので、トルク伝達軸表面に
別途に磁性体層を固定する必要がなく、トルク伝達軸に
差動構造を付与するための溝加工を施す必要もない。し
たがってトルク伝達軸に繰り返し応力を印加してもトル
ク伝達軸から磁性体層が剥がれる事が無く安定した出力
特性を示すトルクセンサを得ることができる。また、外
部より加わる機械的、電気的、磁気的、熱的な外乱に影
響を受けない安定なトルクセンサーを得ることができ
る。
【図１】本発明のトルクセンサーの断面構造を示す。
【図２】本発明のトルクセンサーのトルク検出電子回路
のブロック図を示す。
のブロック図を示す。
１：円柱状部材 １Ａ，１Ｂ：縞状磁性体部分 ２Ａ，２Ｂ：ハウジング ３Ａ，３Ｂ：ベアリング ４Ａ，４Ｂ：ダストシール ５：ボビン（円柱状部材１と同心状に配置される） ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ：コイル ７：シールド部材 ８：回転数検出用センサー ９：電子回路部基板
Claims (7)
- 【請求項１】 トルクを伝達する円柱状部材の少なくと
も表面を加熱処理によりその磁性が磁性から非磁性へ又
は非磁性から磁性へ変化する材料で形成し、部分的な加
熱処理で前記円柱状部材の表面部に磁性部と非磁性部と
からなるパターンを形成し、トルク負荷時に発生する歪
により表面部の磁気的特性変化を円柱状部材と同心状に
配置された検出コイルにより検出することを特徴とする
トルクセンサー。 - 【請求項２】 円柱状部材の磁性部と非磁性部とからな
るパターンが円柱状部材軸心に対して約４５度方向に縞
状に複数箇所形成されている請求項１記載のトルクセン
サー。 - 【請求項３】 前記検出コイルが円柱状部材に設けた軸
受部材により円柱状部材と同心状に支持された請求項１
記載のトルクセンサー。 - 【請求項４】 前記検出コイルの外周が磁気シールド部
材で覆われている請求項１記載のトルクセンサー。 - 【請求項５】 前記検出コイルのトルク検出電子回路が
前記磁気シールド部材内に設けられている請求項４記載
のトルクセンサー。 - 【請求項６】 円筒柱状部材の回転を検出するセンサー
を備えた請求項１記載のトルクセンサー。 - 【請求項７】 トルク伝達の入力軸部および出力軸部に
外部からの塵埃防止のためのシール部材を備えた請求項
１記載のトルクセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001024450A JP2002228526A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | トルクセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001024450A JP2002228526A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | トルクセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002228526A true JP2002228526A (ja) | 2002-08-14 |
Family
ID=18889590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001024450A Pending JP2002228526A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | トルクセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002228526A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007049747A1 (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Jtekt Corporation | トルク検出装置 |
| JP2007139614A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Nitto Seiko Co Ltd | トルクセンサ |
| CN103091009A (zh) * | 2013-01-07 | 2013-05-08 | 福建省莆田市衡力传感器有限公司 | 扭转试验机的扭转受力传感装置 |
| KR20130120472A (ko) * | 2010-09-30 | 2013-11-04 | 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게 | 분할형 롤 안정화기 |
-
2001
- 2001-01-31 JP JP2001024450A patent/JP2002228526A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007049747A1 (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Jtekt Corporation | トルク検出装置 |
| JP2007121149A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Jtekt Corp | トルク検出装置 |
| US7707900B2 (en) | 2005-10-28 | 2010-05-04 | Jtekt Corporation | Torque detecting device having magnetic shield for shielding magnetic noise |
| CN101341384B (zh) * | 2005-10-28 | 2011-03-30 | 株式会社捷太格特 | 转矩检测装置 |
| JP2007139614A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Nitto Seiko Co Ltd | トルクセンサ |
| KR20130120472A (ko) * | 2010-09-30 | 2013-11-04 | 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게 | 분할형 롤 안정화기 |
| KR101870465B1 (ko) * | 2010-09-30 | 2018-06-22 | 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게 | 분할형 롤 안정화기 |
| CN103091009A (zh) * | 2013-01-07 | 2013-05-08 | 福建省莆田市衡力传感器有限公司 | 扭转试验机的扭转受力传感装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040526 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20070613 |