JP2733298B2 - 磁歪式トルク検出器 - Google Patents
磁歪式トルク検出器Info
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Description
（産業上の利用分野） この発明は、磁気ひずみ効果によってトルクの検出を
行うのに利用される磁歪式トルク検出器に関するもので
ある。 （従来の技術） 第６図および第７図はこの種の磁気ひずみ効果を利用
したトルク検出器の概略構造を示すものであって、この
磁歪式トルク検出器51は、定盤，車体，建屋等の支持体
52に被測定軸支持用軸受53a,53bを介して被測定軸54を
回転自在に支持させ、この被測定軸54としては磁気ひず
み効果を有する例えばFe−13重量％Al合金や機械構造用
鋼（SCM,SNCMなど）を素材としたものを用い、第７図
（ａ）（ｂ）にも示すように、表面に軸方向と±45度の
角度をなし且つ円周方向に複数の部分らんせ状溝55a,55
bを左右において対称となるように形成してこれらの部
分で透磁率の表皮効果による形状的な磁気異方性部56a,
56bを設け、前記支持体52の端部側には軸受ストッパー5
7a,57bを設けると共に内周側にはヨーク58をねじ59によ
り固定し、このヨーク58には、前記被測定軸54に設けた
磁気異方性部56a,56bの近傍、すなわち、左右の部分ら
せん状溝55a,55bの各々の中心55a−c,55b−ｃにコイル6
0a,60bの中心60a−c,60b−ｃを一致させたところに当該
コイル60a,60bを取り付け、前記ヨーク58およびコイル6
0a,60bと被測定軸54との間で間隙61を設けた構造をなす
ものである。 また、第８図（ａ）（ｂ）に示すように、被測定軸54
として例えば同じくFe−13重量％Al合金や機械構造用鋼
（SCM,SNCMなど）を素材としたものを用い、その表面に
非磁性の電気良導体例えば銅よりなる部分らせん状薄膜
65a,65bをめっきにより形成することにより、これらの
部分に形状的な磁気異方性部56a,56bを設けるようにし
たものもあった。さらには、第７図（ａ）（ｂ）に示し
た部分らせん状溝55a,55bの中に非磁性の電気良導体例
えば銅を埋め込んで被測定軸54の表面を円周方向に滑ら
かなものにしたものもあった（例えば特開昭62−185136
号公報）。 このような構造をもつ磁歪式トルク検出器51を用いて
トルクを検出する要領について説明すると、まず、トル
クの検出に先立って、第９図に示すように、二つのコイ
ル60a,60bと二つの抵抗66a,66bとでブリッジ回路を形成
し、対向する一方の接続点Ｃ−Ｄ間を交流電源67の供給
側（Vin）とし、対向する他方の接続点Ａ−Ｂ間を出力
側（VD＝VB−VA）とした回路構成とし、接続点Ｃ−Ｄ間
を介して両コイル60a,60bに各々交流の一定電圧（Vin）
を加えておく。このようにすると、部分らせん状溝55a,
55bや部分らせん状薄膜65a,65bによって形成された形状
磁気異方性部56a,56b,間隙61,ヨーク58を通る磁気回路
が両コイル60a,60bのまわりにそれぞれ形成される。 この状態において、被測定軸54に対して例えば右方向
にねじりトルクＴが加わると、一方の部分らせん状溝55
aや部分らせん状薄膜65aによって形成された一方の磁気
異方性部56aは引張変形を受けるとともに他方の部分ら
せん状溝55bや部分らせん状薄膜65bによって形成された
他方の磁気異方性部56bは圧縮変形を受ける。例えば、
磁歪定数λ＞０を有する被測定軸54を用いた場合には、
引張変形では透磁率が増加し、圧縮変形では透磁率が減
少する。これによって、一方のコイル60aのインダクタ
ンスLAは増加し、他方のコイル60bのインダクタンスLB
は減少することになる。そして、被測定軸54に対して上
記とは逆に左方向のねじりトルクが付加されたときには
上記の場合と逆になる。 そこで、交流電源67により交流の一定電圧（Vin）を
加えた状態で被測定軸54にトルクＴが加えられると、接
続点Ａ−Ｂ間における出力電圧VD（＝VB−VA）は、 となる。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の磁歪式トルク検出器
51にあっては、被測定軸54を支持する支持体52にヨーク
58を介してコイル60a,60bが取り付けられており、被測
定軸54に軸方向の大きな負荷が加わった場合には、被測
定軸54とコイル60a,60bとの間においてそれらの相対的
な位置が軸方向にずれるのを許す構造となっていたた
め、軸方向の大きな負荷が加わった場合に左右の磁気異
方性部56a,56bのインダクタンスLA,LBが変化し、インダ
クタンスLA,LBの差がトルク検出器51の出力となるた
め、軸方向の負荷が加わることによって出力誤差を生じ
ることがあるという課題があった。 （発明の目的） この発明はこのような従来の課題に着目してなされた
もので、被測定軸にその軸方向の大きな負荷が加わった
ときでもコイルを保持する部分には前記負荷が加わらな
いようにし、被測定軸とコイルとの間で軸方向の相対的
な位置ずれを生じないようにして出力の誤差を防止し、
正確なトルクの検出を行うことが可能である磁歪式トル
ク検出器を提供することを目的としている。
行うのに利用される磁歪式トルク検出器に関するもので
ある。 （従来の技術） 第６図および第７図はこの種の磁気ひずみ効果を利用
したトルク検出器の概略構造を示すものであって、この
磁歪式トルク検出器51は、定盤，車体，建屋等の支持体
52に被測定軸支持用軸受53a,53bを介して被測定軸54を
回転自在に支持させ、この被測定軸54としては磁気ひず
み効果を有する例えばFe−13重量％Al合金や機械構造用
鋼（SCM,SNCMなど）を素材としたものを用い、第７図
（ａ）（ｂ）にも示すように、表面に軸方向と±45度の
角度をなし且つ円周方向に複数の部分らんせ状溝55a,55
bを左右において対称となるように形成してこれらの部
分で透磁率の表皮効果による形状的な磁気異方性部56a,
56bを設け、前記支持体52の端部側には軸受ストッパー5
7a,57bを設けると共に内周側にはヨーク58をねじ59によ
り固定し、このヨーク58には、前記被測定軸54に設けた
磁気異方性部56a,56bの近傍、すなわち、左右の部分ら
せん状溝55a,55bの各々の中心55a−c,55b−ｃにコイル6
0a,60bの中心60a−c,60b−ｃを一致させたところに当該
コイル60a,60bを取り付け、前記ヨーク58およびコイル6
0a,60bと被測定軸54との間で間隙61を設けた構造をなす
ものである。 また、第８図（ａ）（ｂ）に示すように、被測定軸54
として例えば同じくFe−13重量％Al合金や機械構造用鋼
（SCM,SNCMなど）を素材としたものを用い、その表面に
非磁性の電気良導体例えば銅よりなる部分らせん状薄膜
65a,65bをめっきにより形成することにより、これらの
部分に形状的な磁気異方性部56a,56bを設けるようにし
たものもあった。さらには、第７図（ａ）（ｂ）に示し
た部分らせん状溝55a,55bの中に非磁性の電気良導体例
えば銅を埋め込んで被測定軸54の表面を円周方向に滑ら
かなものにしたものもあった（例えば特開昭62−185136
号公報）。 このような構造をもつ磁歪式トルク検出器51を用いて
トルクを検出する要領について説明すると、まず、トル
クの検出に先立って、第９図に示すように、二つのコイ
ル60a,60bと二つの抵抗66a,66bとでブリッジ回路を形成
し、対向する一方の接続点Ｃ−Ｄ間を交流電源67の供給
側（Vin）とし、対向する他方の接続点Ａ−Ｂ間を出力
側（VD＝VB−VA）とした回路構成とし、接続点Ｃ−Ｄ間
を介して両コイル60a,60bに各々交流の一定電圧（Vin）
を加えておく。このようにすると、部分らせん状溝55a,
55bや部分らせん状薄膜65a,65bによって形成された形状
磁気異方性部56a,56b,間隙61,ヨーク58を通る磁気回路
が両コイル60a,60bのまわりにそれぞれ形成される。 この状態において、被測定軸54に対して例えば右方向
にねじりトルクＴが加わると、一方の部分らせん状溝55
aや部分らせん状薄膜65aによって形成された一方の磁気
異方性部56aは引張変形を受けるとともに他方の部分ら
せん状溝55bや部分らせん状薄膜65bによって形成された
他方の磁気異方性部56bは圧縮変形を受ける。例えば、
磁歪定数λ＞０を有する被測定軸54を用いた場合には、
引張変形では透磁率が増加し、圧縮変形では透磁率が減
少する。これによって、一方のコイル60aのインダクタ
ンスLAは増加し、他方のコイル60bのインダクタンスLB
は減少することになる。そして、被測定軸54に対して上
記とは逆に左方向のねじりトルクが付加されたときには
上記の場合と逆になる。 そこで、交流電源67により交流の一定電圧（Vin）を
加えた状態で被測定軸54にトルクＴが加えられると、接
続点Ａ−Ｂ間における出力電圧VD（＝VB−VA）は、 となる。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の磁歪式トルク検出器
51にあっては、被測定軸54を支持する支持体52にヨーク
58を介してコイル60a,60bが取り付けられており、被測
定軸54に軸方向の大きな負荷が加わった場合には、被測
定軸54とコイル60a,60bとの間においてそれらの相対的
な位置が軸方向にずれるのを許す構造となっていたた
め、軸方向の大きな負荷が加わった場合に左右の磁気異
方性部56a,56bのインダクタンスLA,LBが変化し、インダ
クタンスLA,LBの差がトルク検出器51の出力となるた
め、軸方向の負荷が加わることによって出力誤差を生じ
ることがあるという課題があった。 （発明の目的） この発明はこのような従来の課題に着目してなされた
もので、被測定軸にその軸方向の大きな負荷が加わった
ときでもコイルを保持する部分には前記負荷が加わらな
いようにし、被測定軸とコイルとの間で軸方向の相対的
な位置ずれを生じないようにして出力の誤差を防止し、
正確なトルクの検出を行うことが可能である磁歪式トル
ク検出器を提供することを目的としている。
（課題を解決するための手段） この発明は、少なくとも表面もしくは全体で磁気ひず
み効果を有していると共に方向を異ならせた一対の部分
らせん状溝を形成した磁気異方性部を設けた被測定軸を
被測定軸支持用軸受を介して支持体に支持させ、前記磁
気異方性部の近傍にコイルを配設して当該コイルにより
発生した磁束によって前記被測定軸の磁気異方性部を通
る磁気回路を形成させ、前記被測定軸に加えられるねじ
りトルクによる当該被測定軸の変形により生ずる磁気ひ
ずみを利用して前記トルクを検出する磁歪式トルク検出
器において、前記支持体に前記被測定軸支持用軸受を介
して前記被測定軸を回転自在に支持させると共に、前記
被測定軸に形成した段付部にコイル保持用軸受を設け、
前記コイル保持用軸受に前記被測定軸を囲むコイルケー
シングを固定して該コイルケーシングの内周側にヨーク
を固定し、前記磁気異方性部の一対の部分らせん状溝の
各々中心にコイル中心が一致するところの前記ヨーク部
分に前記コイルを配設し、前記支持体とコイルケーシン
グとの間にばねを設けて前記コイルケーシング，ヨーク
およびコイルを前記被測定軸の軸方向に付勢させた構成
としたことを特徴としており、このような構成を前述し
た従来の課題を解決するための手段としている。 （発明の作用） この発明に係る磁歪式トルク検出器では、磁気異方性
部を設けた被測定軸を被測定軸支持用軸受を介して定
盤，車体，建屋等の支持体に支持させると共に、前記磁
気異方性部の近傍に配設されるコイルはコイル保持用軸
受を介して前記被測定軸に保持させ、前記コイルは前記
被測定軸の軸方向に付勢させてなる構成を有するもので
あるから、被測定軸にその軸方向の大きな負荷が加わっ
たときに、この負荷は前記被測定軸支持用軸受を介して
支持体により受けるものとなり、コイルを保持する部分
には前記負荷が加わらないものになると共に、前記コイ
ルは被測定軸の軸方向に常時付勢されているものとなる
ので、被測定軸とコイルとの間での軸方向の相対的な位
置ずれを生じないものとなり、位置ずれによる出力の誤
差が解消されて正確なトルクの検出がなされるようにな
るという作用がもたらされる。 （実施例） 第１図はこの発明に係る磁気ひずみ効果を利用したト
ルク検出器の概略構造を示すものであって、この磁歪式
トルク検出器１は、定盤，車体，建屋等の支持体２に被
測定軸支持用軸受3a,3bを介して被測定軸４を回転自在
に支持させ、この被測定軸４としては磁気ひずみ効果を
有する例えばFe−13重量％Al合金や機械構造用鋼（SCM,
SNCMなど）を素材としたものを用い、第７図に示したと
同様に、表面に軸方向と±45度の角度をなし且つ円周方
向に複数の部分らせん状溝5a,5bを左右において対称と
なるように形成してこれらの部分で透磁率の表皮効果に
よる形状的な磁気異方性部6a,6bを設け、前記支持体２
の端部側には軸受ストッパー7a,7bを設けて位置決めと
し、さらに前記被測定軸４に形成した段付部4a,4bにコ
イル保持用軸受11a,11bを設けて、これらのコイル保持
用軸受11a,11bにコイルケーシング12を固定し、コイル
ケーシング12の端部側には軸受ストッパー13a,13bを設
けると共に、コイルケーシング12の内周側にはヨーク14
を固定し、このヨーク14には、前記被測定軸４に設けた
磁気異方性部6a,6bの近傍、すなわち、左右一体の部分
らせん状溝5a,5bの各々の中心にコイル15a,15bの中心を
一致させたところに当該コイル15a,15bを取り付け、前
記ヨーク14およびコイル15a,15bと被測定軸４との間で
間隙16を設けると共に、支持体２に設けたブラケット2a
とコイルケーシング12に設けたブラケット12aとの間に
引張りばね18を掛けて前記コイルケーシング12,ヨーク1
4およびコイル15a,15bを被測定軸４の軸方向（第１図右
方向）に付勢させると共にコイルケーシング12,ヨーク1
4およびコイル15a,15bの回転止めとした構造をなすもの
である。 このような構造をもつ磁歪式トルク検出器１を用いて
トルクの検出を行うに際しても前述した第９図に示した
回路に接続してなされる。 このトルクの検出の間において、被測定軸４には、通
常の場合、純粋なトルクだけでなく、軸方向（スラスト
方向）の力，半径方向（ラジアル方向）の力，曲げ応力
等の負荷が加わっていることが多いが、この実施例に示
すトルク検出器１にあっては、これらの負荷は被測定軸
支持用軸受3a,3bを介して支持体２に伝達され、ヨーク1
4およびコイル15a,15bには前記負荷がいっさい加わらな
いものとなる。 また、コイル15a,15bはヨーク14を介してコイルケー
シング12に保持されていると共に引張りばね18によって
被測定軸４の軸方向（第１図右方向）に付勢されたもの
となっているので、被測定軸４に形成した部分らせん状
溝5a,5bとコイル15a,15bとの間の軸方向における相対位
置の変動を著しく小さなものにおさえることができる。 さらに、使用条件にもよるが例えば温度の上昇によっ
て生ずる軸方向の熱膨張をあらかじめ考慮に入れてお
き、コイルケーシング12およびヨーク14の材質を選定し
て、温度が上昇したときでも部分らせん状溝5a,5bの中
心とコイル15a,15bの中心とが一致するようになすこと
により熱膨張の影響を小さなものとすることも可能であ
る。 第２図はこの発明に係る磁歪式トルク検出器の他の実
施例を示すもので、この磁歪式トルク検出器１は、被測
定軸４の段付部4cに設けた一つの被測定軸支持用軸受３
を介して前記被測定軸４を支持体２に支持させ、支持体
２に固定したフランジ19に設けたブラケット2a,2bとコ
イルケーシング12に設けたブラケット12a,12bとの間に
引張りばね18a,18bを掛けて前記コイルケーシング12,ヨ
ーク14およびコイル15a,15bを被測定軸４の軸方向に付
勢させると共にコイルケーシング12,ヨーク14およびコ
イル15a,15bの回転止めとした構造をなすものである。 この実施例によるトルク検出器１では、一つの被測定
軸支持用軸受３で被測定軸４で支持しており、例えば第
３図に示すように、ボール盤等の工作機械において主軸
に加わるトルクを検出する場合に用いることもできる。
すなわち、第３図において、被測定軸４が主軸であり、
主軸（４）の下端にチャック21およびツール22が取り付
けられる。このように、工作機械に適用した場合におい
て、ツール22の送りの状態に関係なく主軸（４）のセン
サ部である磁気異方性部6a,6bとコイル15a,15bとの間の
軸方向における相対位置が常に一定に保たれるため、ト
ルク検出の際の出力の変動を小さくおさえることができ
るものとなる。 第４図はこの発明に係る磁歪式トルク検出器のさらに
他の実施例を示すもので、この磁歪式トルク検出器１
は、第２図に示した磁歪式トルク検出器１においてコイ
ル保持用軸受11a,11bとしてボールベアリングを用いて
いるのに対して、空気通路11を備えたエアベアリングを
用いた場合を示しており、各エアベアリング（11a,11
b）の空気通路11にはエアー配管20が接続してあると共
に、一方のコイル保持用軸受11aに対向させて被測定軸
４の段付部4aにエアベアリング用リテーナ21を設けた構
造をなすものである。 このような第４図に示す構造の磁歪式トルク検出器１
においても、被測定軸４に対してその軸方向に大きな負
荷が加わったとしても、この負荷は被測定軸支持用軸受
３を介して支持体２に伝達され、ヨーク14およびコイル
15a,15bには前記負荷がいっさい加わらないものとな
る。 また、コイル15a,15bはヨーク14を介してコイルケー
シング12に保持されていると共に引張りばね18a,18bに
よって被測定軸４の軸方向（第４図右方向）に付勢され
たものなっているので、被測定軸４に形成した部分らせ
ん状溝5a,5bとコイル15a,15bとの間の軸方向における相
対位置の変動が著しく小さなものとなる。 さらに、コイル保持用軸受11a,11bとしてエアベアリ
ングを用いているので、ボールベアリングを用いた場合
のようなベアリング部分での発熱をなくすことができる
と共に、被測定軸４の温度を一定に保つことができるよ
うになるという利点も得られる。 第５図は、第１図に示した磁歪式トルク検出器（軸受
２段化プラス引張りばね張設例）と、第１図に示した磁
歪式トルク検出器１において引張りばね18を張設しなか
った磁歪式トルク検出器（軸受２段化例）と、第６図に
示した従来の磁歪式トルク検出器（従来例）とを用い
て、被測定軸に加えられるトルクと誤差との関係を調べ
た結果を例示するものであって、従来例の場合に比べて
出力誤差がかなり小さくなっていることが認められた。
み効果を有していると共に方向を異ならせた一対の部分
らせん状溝を形成した磁気異方性部を設けた被測定軸を
被測定軸支持用軸受を介して支持体に支持させ、前記磁
気異方性部の近傍にコイルを配設して当該コイルにより
発生した磁束によって前記被測定軸の磁気異方性部を通
る磁気回路を形成させ、前記被測定軸に加えられるねじ
りトルクによる当該被測定軸の変形により生ずる磁気ひ
ずみを利用して前記トルクを検出する磁歪式トルク検出
器において、前記支持体に前記被測定軸支持用軸受を介
して前記被測定軸を回転自在に支持させると共に、前記
被測定軸に形成した段付部にコイル保持用軸受を設け、
前記コイル保持用軸受に前記被測定軸を囲むコイルケー
シングを固定して該コイルケーシングの内周側にヨーク
を固定し、前記磁気異方性部の一対の部分らせん状溝の
各々中心にコイル中心が一致するところの前記ヨーク部
分に前記コイルを配設し、前記支持体とコイルケーシン
グとの間にばねを設けて前記コイルケーシング，ヨーク
およびコイルを前記被測定軸の軸方向に付勢させた構成
としたことを特徴としており、このような構成を前述し
た従来の課題を解決するための手段としている。 （発明の作用） この発明に係る磁歪式トルク検出器では、磁気異方性
部を設けた被測定軸を被測定軸支持用軸受を介して定
盤，車体，建屋等の支持体に支持させると共に、前記磁
気異方性部の近傍に配設されるコイルはコイル保持用軸
受を介して前記被測定軸に保持させ、前記コイルは前記
被測定軸の軸方向に付勢させてなる構成を有するもので
あるから、被測定軸にその軸方向の大きな負荷が加わっ
たときに、この負荷は前記被測定軸支持用軸受を介して
支持体により受けるものとなり、コイルを保持する部分
には前記負荷が加わらないものになると共に、前記コイ
ルは被測定軸の軸方向に常時付勢されているものとなる
ので、被測定軸とコイルとの間での軸方向の相対的な位
置ずれを生じないものとなり、位置ずれによる出力の誤
差が解消されて正確なトルクの検出がなされるようにな
るという作用がもたらされる。 （実施例） 第１図はこの発明に係る磁気ひずみ効果を利用したト
ルク検出器の概略構造を示すものであって、この磁歪式
トルク検出器１は、定盤，車体，建屋等の支持体２に被
測定軸支持用軸受3a,3bを介して被測定軸４を回転自在
に支持させ、この被測定軸４としては磁気ひずみ効果を
有する例えばFe−13重量％Al合金や機械構造用鋼（SCM,
SNCMなど）を素材としたものを用い、第７図に示したと
同様に、表面に軸方向と±45度の角度をなし且つ円周方
向に複数の部分らせん状溝5a,5bを左右において対称と
なるように形成してこれらの部分で透磁率の表皮効果に
よる形状的な磁気異方性部6a,6bを設け、前記支持体２
の端部側には軸受ストッパー7a,7bを設けて位置決めと
し、さらに前記被測定軸４に形成した段付部4a,4bにコ
イル保持用軸受11a,11bを設けて、これらのコイル保持
用軸受11a,11bにコイルケーシング12を固定し、コイル
ケーシング12の端部側には軸受ストッパー13a,13bを設
けると共に、コイルケーシング12の内周側にはヨーク14
を固定し、このヨーク14には、前記被測定軸４に設けた
磁気異方性部6a,6bの近傍、すなわち、左右一体の部分
らせん状溝5a,5bの各々の中心にコイル15a,15bの中心を
一致させたところに当該コイル15a,15bを取り付け、前
記ヨーク14およびコイル15a,15bと被測定軸４との間で
間隙16を設けると共に、支持体２に設けたブラケット2a
とコイルケーシング12に設けたブラケット12aとの間に
引張りばね18を掛けて前記コイルケーシング12,ヨーク1
4およびコイル15a,15bを被測定軸４の軸方向（第１図右
方向）に付勢させると共にコイルケーシング12,ヨーク1
4およびコイル15a,15bの回転止めとした構造をなすもの
である。 このような構造をもつ磁歪式トルク検出器１を用いて
トルクの検出を行うに際しても前述した第９図に示した
回路に接続してなされる。 このトルクの検出の間において、被測定軸４には、通
常の場合、純粋なトルクだけでなく、軸方向（スラスト
方向）の力，半径方向（ラジアル方向）の力，曲げ応力
等の負荷が加わっていることが多いが、この実施例に示
すトルク検出器１にあっては、これらの負荷は被測定軸
支持用軸受3a,3bを介して支持体２に伝達され、ヨーク1
4およびコイル15a,15bには前記負荷がいっさい加わらな
いものとなる。 また、コイル15a,15bはヨーク14を介してコイルケー
シング12に保持されていると共に引張りばね18によって
被測定軸４の軸方向（第１図右方向）に付勢されたもの
となっているので、被測定軸４に形成した部分らせん状
溝5a,5bとコイル15a,15bとの間の軸方向における相対位
置の変動を著しく小さなものにおさえることができる。 さらに、使用条件にもよるが例えば温度の上昇によっ
て生ずる軸方向の熱膨張をあらかじめ考慮に入れてお
き、コイルケーシング12およびヨーク14の材質を選定し
て、温度が上昇したときでも部分らせん状溝5a,5bの中
心とコイル15a,15bの中心とが一致するようになすこと
により熱膨張の影響を小さなものとすることも可能であ
る。 第２図はこの発明に係る磁歪式トルク検出器の他の実
施例を示すもので、この磁歪式トルク検出器１は、被測
定軸４の段付部4cに設けた一つの被測定軸支持用軸受３
を介して前記被測定軸４を支持体２に支持させ、支持体
２に固定したフランジ19に設けたブラケット2a,2bとコ
イルケーシング12に設けたブラケット12a,12bとの間に
引張りばね18a,18bを掛けて前記コイルケーシング12,ヨ
ーク14およびコイル15a,15bを被測定軸４の軸方向に付
勢させると共にコイルケーシング12,ヨーク14およびコ
イル15a,15bの回転止めとした構造をなすものである。 この実施例によるトルク検出器１では、一つの被測定
軸支持用軸受３で被測定軸４で支持しており、例えば第
３図に示すように、ボール盤等の工作機械において主軸
に加わるトルクを検出する場合に用いることもできる。
すなわち、第３図において、被測定軸４が主軸であり、
主軸（４）の下端にチャック21およびツール22が取り付
けられる。このように、工作機械に適用した場合におい
て、ツール22の送りの状態に関係なく主軸（４）のセン
サ部である磁気異方性部6a,6bとコイル15a,15bとの間の
軸方向における相対位置が常に一定に保たれるため、ト
ルク検出の際の出力の変動を小さくおさえることができ
るものとなる。 第４図はこの発明に係る磁歪式トルク検出器のさらに
他の実施例を示すもので、この磁歪式トルク検出器１
は、第２図に示した磁歪式トルク検出器１においてコイ
ル保持用軸受11a,11bとしてボールベアリングを用いて
いるのに対して、空気通路11を備えたエアベアリングを
用いた場合を示しており、各エアベアリング（11a,11
b）の空気通路11にはエアー配管20が接続してあると共
に、一方のコイル保持用軸受11aに対向させて被測定軸
４の段付部4aにエアベアリング用リテーナ21を設けた構
造をなすものである。 このような第４図に示す構造の磁歪式トルク検出器１
においても、被測定軸４に対してその軸方向に大きな負
荷が加わったとしても、この負荷は被測定軸支持用軸受
３を介して支持体２に伝達され、ヨーク14およびコイル
15a,15bには前記負荷がいっさい加わらないものとな
る。 また、コイル15a,15bはヨーク14を介してコイルケー
シング12に保持されていると共に引張りばね18a,18bに
よって被測定軸４の軸方向（第４図右方向）に付勢され
たものなっているので、被測定軸４に形成した部分らせ
ん状溝5a,5bとコイル15a,15bとの間の軸方向における相
対位置の変動が著しく小さなものとなる。 さらに、コイル保持用軸受11a,11bとしてエアベアリ
ングを用いているので、ボールベアリングを用いた場合
のようなベアリング部分での発熱をなくすことができる
と共に、被測定軸４の温度を一定に保つことができるよ
うになるという利点も得られる。 第５図は、第１図に示した磁歪式トルク検出器（軸受
２段化プラス引張りばね張設例）と、第１図に示した磁
歪式トルク検出器１において引張りばね18を張設しなか
った磁歪式トルク検出器（軸受２段化例）と、第６図に
示した従来の磁歪式トルク検出器（従来例）とを用い
て、被測定軸に加えられるトルクと誤差との関係を調べ
た結果を例示するものであって、従来例の場合に比べて
出力誤差がかなり小さくなっていることが認められた。
この発明に係る磁歪式トルク検出器は、少なくとも表
面で磁気ひずみ効果を有していると共に方向を異ならせ
た一対の部分らせん状溝を形成した磁気異方性部を設け
た被測定軸を被測定軸支持用軸受を介して支持体に支持
させ、前記磁気異方性部の近傍にコイルを配設して当該
コイルにより発生した磁束によって前記被測定軸の磁気
異方性部を通る磁気回路を形成させ、前記被測定軸に加
えられるねじりトルクによる当該被測定軸の変形により
生ずる磁気ひずみを利用して前記トルクを検出する磁歪
式トルク検出器において、前記支持体に前記被測定軸支
持用軸受を介して前記被測定軸を回転自在に支持させる
と共に、前記被測定軸に形成した段付部にコイル保持用
軸受を設け、前記コイル保持用軸受に前記被測定軸を囲
むコイルケーシングを固定して該コイルケーシングンの
内部側にヨークを固定し、前記磁気異方性部の一対の部
分らせん状溝の各々中心にコイル中心が一致するところ
の前記ヨーク部分に前記コイルを配設し、前記支持体と
コイルケーシングとの間にばねを設けて前記コイルケー
シング，ヨークおよびコイルを前記被測定軸の軸方向に
付勢させた構成を有するものであるから、被測定軸に例
えばその軸方向の大きな負荷が加わったときに、この負
荷は被測定軸支持用軸受を介して支持体により受けるも
のとなり、コイルを保持する部分には前記負荷が加わら
ないものになると共に、前記コイルは前記コイルケーシ
ングおよびヨークと共に被測定軸の軸方向に常時付勢さ
れているものとなるので、被測定軸の磁性異方性部の中
心とコイルの中心とにおいて軸方向の相対的な位置ずれ
を生じがたいものとなり、位置ずれによる出力の誤差が
防止できるようになるという著しく優れた効果がもたら
される。
面で磁気ひずみ効果を有していると共に方向を異ならせ
た一対の部分らせん状溝を形成した磁気異方性部を設け
た被測定軸を被測定軸支持用軸受を介して支持体に支持
させ、前記磁気異方性部の近傍にコイルを配設して当該
コイルにより発生した磁束によって前記被測定軸の磁気
異方性部を通る磁気回路を形成させ、前記被測定軸に加
えられるねじりトルクによる当該被測定軸の変形により
生ずる磁気ひずみを利用して前記トルクを検出する磁歪
式トルク検出器において、前記支持体に前記被測定軸支
持用軸受を介して前記被測定軸を回転自在に支持させる
と共に、前記被測定軸に形成した段付部にコイル保持用
軸受を設け、前記コイル保持用軸受に前記被測定軸を囲
むコイルケーシングを固定して該コイルケーシングンの
内部側にヨークを固定し、前記磁気異方性部の一対の部
分らせん状溝の各々中心にコイル中心が一致するところ
の前記ヨーク部分に前記コイルを配設し、前記支持体と
コイルケーシングとの間にばねを設けて前記コイルケー
シング，ヨークおよびコイルを前記被測定軸の軸方向に
付勢させた構成を有するものであるから、被測定軸に例
えばその軸方向の大きな負荷が加わったときに、この負
荷は被測定軸支持用軸受を介して支持体により受けるも
のとなり、コイルを保持する部分には前記負荷が加わら
ないものになると共に、前記コイルは前記コイルケーシ
ングおよびヨークと共に被測定軸の軸方向に常時付勢さ
れているものとなるので、被測定軸の磁性異方性部の中
心とコイルの中心とにおいて軸方向の相対的な位置ずれ
を生じがたいものとなり、位置ずれによる出力の誤差が
防止できるようになるという著しく優れた効果がもたら
される。
第１図および第２図はこの発明の各実施例による磁歪式
トルク検出器のそれぞれ断面説明図、第３図は第２図に
示した磁歪式トルク検出器を工作機械に適用した場合を
示す断面説明図、第４図はこの発明のさらに他の実施例
による磁歪式トルク検出器の断面説明図、第５図は各磁
歪式トルク検出器のトルク−誤差特性を調べた結果を例
示するグラフ、第６図は従来の磁歪式トルク検出器の断
面説明図、第７図（ａ）（ｂ）は磁歪式トルク検出器に
使用される被測定軸の一例を示す各々部分正面図および
断面図、第８図（ａ）ｂ）は磁歪式トルク検出器に使用
される被測定軸の他の例を示す各々部分正面図および断
面図、第９図は磁歪式トルク検出器に接続される電子回
路の一例を示す説明図である。 １……磁歪式トルク検出器、２……支持体、3,3a,3b…
…被測定軸支持用軸受,4……被測定軸、6a,6b……磁気
異方性部、11a,11b……コイル保持用軸受、15a,15b……
コイル。
トルク検出器のそれぞれ断面説明図、第３図は第２図に
示した磁歪式トルク検出器を工作機械に適用した場合を
示す断面説明図、第４図はこの発明のさらに他の実施例
による磁歪式トルク検出器の断面説明図、第５図は各磁
歪式トルク検出器のトルク−誤差特性を調べた結果を例
示するグラフ、第６図は従来の磁歪式トルク検出器の断
面説明図、第７図（ａ）（ｂ）は磁歪式トルク検出器に
使用される被測定軸の一例を示す各々部分正面図および
断面図、第８図（ａ）ｂ）は磁歪式トルク検出器に使用
される被測定軸の他の例を示す各々部分正面図および断
面図、第９図は磁歪式トルク検出器に接続される電子回
路の一例を示す説明図である。 １……磁歪式トルク検出器、２……支持体、3,3a,3b…
…被測定軸支持用軸受,4……被測定軸、6a,6b……磁気
異方性部、11a,11b……コイル保持用軸受、15a,15b……
コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 勝利 東京都港区三田３丁目５番28号 日産自 動車販売株式会社内 (72)発明者 藤森 敏夫 東京都港区三田３丁目５番28号 日産自 動車販売株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−62736（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−134233（ＪＰ，Ｕ) 実公 平６−17060（ＪＰ，Ｙ２)
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも表面で磁気ひずみ効果を有して
いると共に方向を異ならせた一対の部分らせん状溝を形
成した磁気異方性部を設けた被測定軸を被測定軸支持用
軸受を介して支持体に支持させ、前記磁気異方性部の近
傍にコイルを配設して当該コイルにより発生した磁束に
よって前記被測定軸の磁気異方性部を通る磁気回路を形
成させ、前記被測定軸に加えられるねじりトルクによる
当該被測定軸の変形により生ずる磁気ひずみを利用して
前記トルクを検出する磁歪式トルク検出器において、前
記支持体に前記被測定軸支持用軸受を介して前記被測定
軸を回転自在に支持させると共に、前記被測定軸に形成
した段付部にコイル保持用軸受を設け、前記コイル保持
用軸受に前記被測定軸を囲むコイルケーシングを固定し
て該コイルケーシングの内周側にヨークを固定し、前記
磁気異方性部の一対の部分らせん状溝の各々中心にコイ
ル中心が一致するところの前記ヨーク部分に前記コイル
を配設し、前記支持体とコイルケーシングとの間にばね
を設けて前記コイルケーシング，ヨークおよびコイルを
前記被測定軸の軸方向に付勢させたことを特徴とする磁
歪式トルク検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102039A JP2733298B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 磁歪式トルク検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102039A JP2733298B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 磁歪式トルク検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02280022A JPH02280022A (ja) | 1990-11-16 |
| JP2733298B2 true JP2733298B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=14316631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1102039A Expired - Fee Related JP2733298B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 磁歪式トルク検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2733298B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5306579B2 (ja) * | 2006-04-26 | 2013-10-02 | 本田技研工業株式会社 | 磁歪式トルクセンサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6362736U (ja) * | 1986-10-14 | 1988-04-25 |
-
1989
- 1989-04-20 JP JP1102039A patent/JP2733298B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02280022A (ja) | 1990-11-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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