JP3416856B2 - トルクセンサ - Google Patents

トルクセンサ

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JP3416856B2 JP09829894A JP9829894A JP3416856B2 JP 3416856 B2 JP3416856 B2 JP 3416856B2 JP 09829894 A JP09829894 A JP 09829894A JP 9829894 A JP9829894 A JP 9829894A JP 3416856 B2 JP3416856 B2 JP 3416856B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁歪特性を有する磁性
合金箔を用いたトルクセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】大きな磁歪特性を有する磁性合金箔(一
般にアモルファス磁性合金箔が使用されている)を用い
たトルクセンサの一例を図8に示す(特開昭59−16
6827号公報参照)。このトルクセンサは、トルク伝
達軸1の外周面上の2か所に幅広のアモルファス箔3
a,3bが巻回して接着されており、両アモルファス箔
3a,3bのトルク伝達軸1の軸方向とα°又は−α°
の方向には、矢印で示すように磁気異方性4a,4bが
付与されている。
【0003】そして、アモルファス箔3a,3bの外周
には、これに近接してトルク伝達軸1と同心的に円筒状
の励磁コイル12及び差動結合された検出コイル14
a,14bが配設されており、励磁コイル12には数k
Hz〜数十kHzの交流電源13が、また検出コイル1
4a,14bには直流出力電圧をとり出すための整流回
路15がそれぞれ接続されている。
【0004】上記のように構成したトルクセンサにおい
て、トルク伝達軸1にトルクTが加わると、アモルファ
ス箔3a,3bのねじりモーメントは、アモルファス箔
3aではあらかじめ与えておいたねじりモーメントより
大きくなり、アモルファス箔3bでは小さくなる。透磁
率の大きさは、アモルファス箔3a,3bに存在するね
じりモーメントに比例するので、透磁率はアモルファス
3aにおいて大きくなり、3bの方は小さくなる。この
トルクTによるねじり応力の変化は、励磁コイル12に
より軸方向に励磁した場合、磁化領域における透磁率の
変化としてあらわれる。したがって、差動結合された検
出コイル14a,14bには、透磁率の変化に対応した
誘起電圧が現れるので、これを整流回路15で整流すれ
ば、トルクをその方向を含めて検出することができる。
【0005】ところで、上記のようなトルクセンサにお
いて、アモルファス箔3a,3bに応力が加わった場
合、応力方向に対してアモルファス箔3a,3bが負の
歪を有している方が透磁率の変化が大きいことが知られ
ており(特公昭63−10725号公報参照)、トルク
伝達軸1に接着されたアモルファス箔3a,3bにあら
かじめ負の歪をもたせる方法についても種々研究されて
いる。
【0006】その一例として、トルク伝達軸をねじった
状態でアモルファス箔を接着剤で接着したのち、トルク
伝達軸を元に戻すことによりアモルファス箔に負の歪を
もたせるようにした技術がある。しかしながら、この方
法は、ねじった状態のトルク伝達軸にアモルファス箔を
接着し、接着剤が完全に乾燥してからトルク伝達軸のね
じれを戻さなければならないので、製造に多くの時間が
かかり、作業性が悪いという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
例えば、特公昭64−20678号公報には、アモルフ
ァス箔の接着時に、トルク伝達軸とアモルファス箔の熱
膨張係数の差を利用し、トルク伝達軸を加熱して膨張し
た状態のときにアモルファス箔を接着し、冷却して元の
状態になったときにアモルファス箔に発生する負の歪を
利用する発明が記載されている。しかしながら、高温の
トルク伝達軸にアモルファス箔を接着しなければならな
いので面倒であり、作業性が悪い。
【0008】また、特公昭59−188968号公報に
は、アモルファス箔と、このアモルファス箔と磁気特性
の異なる材料からなる支持部材とを重ねて二重構造に
し、らせん状に変形させて歪を除去したのち、内層と外
層が逆歪方向になるようにトルク伝達軸に巻付けて、外
層に磁気異方性を付与する発明が示されている。しかし
ながら、らせん状に変形させた二重構造の部材をトルク
伝達軸に巻付けるために二重の接着工程を必要とし、そ
の上、磁気特性の異なる2枚の材料を重ね合せなければ
ならないので作業性が悪く、コストも上昇する。
【0009】さらに、アモルファス箔の面は、一般に接
着剤を塗布しても接着力が弱いため剥離し易く、また、
応力による疲労、トルク伝達軸との熱膨張率の相違、経
年変化等により接着力が劣化して回転軸等との接着不良
を生じ、トルク伝達軸等の応力が正確にアモルファス箔
に伝わらないことがあり、信頼性に欠けるという問題が
あった。
【0010】本発明は、上記の課題を解決すべくなされ
たもので、簡単な構造で磁性合金箔に確実にねじり応力
の差異を付与することができ、しかもトルク伝達軸と磁
性合金箔との接着不良を生ずるおそれがなく、信頼性の
高いトルクセンサを得ることを目的としたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係るトルクセン
サは、トルク伝達軸に加えられるねじり応力の方向と同
方向でスパイラル状に形成された磁性合金箔と、熱収縮
チューブとを有し、スパイラル状の磁性合金箔をスパイ
ラルを戻した状態でトルク伝達軸に仮止めし、さらに熱
収縮チューブを被せて加熱圧縮することにより磁性合金
箔をトルク伝達軸にスパイラル方向と反対方向の歪を有
する状態で固定し、磁性合金箔にトルク伝達軸に加えら
れるねじり応力と反対方向の歪を付与してねじり応力の
差異を生じさせたものである。
【0012】また、トルク伝達軸に加えられるねじり応
力の方向と同方向でスパイラル状に形成された磁性合金
箔と、外周に磁性合金箔の幅とほぼ等しい幅の溝を有す
るトルク伝達軸と、熱収縮チューブとを有し、スパイラ
ル状の磁性合金箔をトルク伝達軸の溝に装着してスパイ
ラルを戻した状態に修正し、トルク伝達軸に熱収縮チュ
ーブを被せて加熱圧縮することにより磁性合金箔をトル
ク伝達軸にスパイラル方向と反対方向の歪を有する状態
で固定し、磁性合金箔にトルク伝達軸に加えられるねじ
り応力と反対方向の歪を付与してねじり応力の差異を生
じさせたものである。
【0013】
【作用】熱硬化性接着剤が塗布されたスパイラル状の磁
性合金箔を、スパイラルを戻した状態で表面に熱硬化性
接着剤が塗布されたトルク伝達軸に接着テープ等で仮止
めし、このトルク伝達軸に熱収縮性チューブを被せて1
00〜150℃で約30分加熱する。これにより、熱収
縮チューブが収縮して磁性合金箔をトルク伝達軸に圧接
すると共に、トルク伝達軸及び磁性合金箔の間に塗布し
た熱硬化性接着剤の硬化により、磁性合金箔はスパイラ
ル方向と反対方向の歪を有する状態でトルク伝熱軸に強
固に接着され、トルク伝達軸に加えられるねじり応力と
反対方向の歪が付与されて、ねじり応力の差異を生じ
る。
【0014】
【実施例】先ず、図2(a)、(b)に示すように、所
定の幅で長尺のアモルファス合金箔の如き磁性合金箔3
a,3bに、ねじり応力の差異の付与が容易になるよう
に、例えば、エッチング等により45°又は−45°の
角度で、かつ、所定の間隔で多数のスリット4a,4b
を設ける。実施例では、非晶合金箔3a,3bの厚さ2
0〜30μm、幅Wは12mmで長尺のものを使用し
た。
【0015】次に、図3(a)、(b)に示すように、
磁性合金箔3a,3bを接着するトルク伝達軸(一例と
して外径16.5mm)より細いか又は同径の成形軸1
6(一例として外径8mm)に、磁性合金箔3a,3b
をスパイラル状に巻回し、例えば、300℃で30分間
焼鈍を行ない、内部歪を除去する。そして、スパイラル
状に形成された磁性合金箔3a,3bを成形軸16から
抜き出し、所定の長さに切断する。このときの状態を図
4に示す。なお、長尺の磁性合金箔3a,3bをあらか
じめ所定の長さに切断して成形軸16にスパイラル状に
巻回し、焼鈍して成形してもよい。
【0016】実施例1 図1は本発明の第1の実施例の説明図である。図におい
て、1はトルク伝達軸である。6は熱収縮チューブで、
例えば、電子線架橋ポリオレフィンチューブの如き熱収
縮性樹脂材料によって構成されており、100〜150
℃に加熱することにより内径で50%以上の収縮率を有
するものである。この熱収縮チューブ6の内径は、常温
ではトルク伝達軸1の外径より大きく(例えば収縮率が
50%程度の場合、外径の1.5倍程度)形成されてい
る。
【0017】次に、本実施例の製造方法について説明す
る。 (1)トルク伝達軸1の表面に熱硬化性接着剤((d)
図の7参照)を塗布する。 (2)図4に示すスパイラル状の磁性合金箔3a,3b
の両面に熱硬化性接着剤7を塗布し、トルク伝達軸1に
そのスパイラル方向が互いに反対方向になるように嵌合
し、(b)図に示すように、スパイラル形状を戻した状
態で接着テープ等5によりトルク伝達軸1に仮止めす
る。
【0018】(3)次いで、(b)図に示すように、こ
のトルク伝達軸1に熱収縮チューブ6を被せ、100〜
150℃で約30分間加熱する。これにより、熱収縮チ
ューブ6が収縮して磁性合金箔3a,3bをトルク伝達
軸1に圧接すると共に、磁性合金箔3a,3b及びトル
ク伝達軸1の間に塗布した熱硬化性接着剤7の硬化によ
り、磁性合金箔3a,3bはスパイラル方向と反対方向
の歪を有する状態でトルク伝達軸1に強固に接着され、
トルク伝達軸1に加えられるねじり応力と反対方向の歪
が付与されてねじり応力に差異を生じる。このときの状
態を(c)図に示す。
【0019】実施例2 図5は本発明の第2の実施例の説明図である。図におい
て、1はトルク伝達軸で、(a)図に示すように、周面
上には所定の間隔を隔てて2条の凹溝2a,2bが設け
られており、この凹溝2a,2bの幅W1 は磁性合金箔
3a,3bの幅Wと等しいか又は若干広く形成され、ま
た深さは磁性合金箔3a,3bの厚さとほぼ等しいか、
又は若干浅く形成されている。
【0020】次に、本実施例の製造方法について説明す
る。 (1)トルク伝達軸1の表面に、凹溝2a,2bを含ん
で熱硬化性接着剤を塗布する((d)図の7参照)。 (2)図4に示す磁性合金箔3a,3bの両面に熱硬化
性接着剤7を塗布し、トルク伝達軸1の凹溝2a,2b
にそのスパイラル方向が互いに反対方向になるように嵌
合し、装着する。これにより、スパイラル状の磁性合金
箔3a,3bは凹溝2a,2bによりスパイラル形状が
修正される。このとき、接着テープ等5により仮止めし
てもよい。以下、第1の実施例の場合と同様に、このト
ルク伝達軸1に熱収縮チューブ6を被せ、加熱して磁性
合金箔3a,3bをトルク伝達軸1に強固に接着する。
【0021】実施例3 図6は本発明の第3の実施例の説明図である。本実施例
においては、(a)図に示すようにトルク伝達軸1に1
条の凹溝8を設け、この凹溝8に、例えば合成樹脂材を
モールド成形してなり、内周面にトルク伝達軸1の凹溝
8に嵌合する突条10を有するリング9を嵌合するよう
にしたものである。なお、リング9には、(b)図に示
すように、外周面にも突条10aを設けてもよく、ま
た、金属材料で構成してもよい。
【0022】次に本実施例の製造方法について説明す
る。 (1)トルク伝達軸1にリング9を嵌合し、その突条1
0を凹溝8に嵌入する。このとき、接着剤で固定しても
よい。 (2)トルク伝達軸1とリング9の表面に、(e)図に
示すように熱硬化性接着剤7を塗布する。
【0023】(3)図4に示す磁性合金箔3a,3bの
両面に熱硬化性接着剤7を塗布し、(c)図に示すよう
に、トルク伝達軸1にリング9の両側からスパイラル方
向が互いに反対方向になるように嵌入し、リング9側に
押し付けてスパイラル形状を修正し、接着テープ等で仮
止めする。以下、第1、第2の実施例の場合と同様に、
このトルク伝達軸1に熱収縮チューブ6を被せ、加熱し
て磁性合金箔3a,3bをトルク伝達軸1に強固に接着
する。
【0024】実施例4 第3の実施例では、凹溝8を有するトルク伝達軸1に突
条10を有するリング10を嵌合してその両側に磁性合
金箔3a,3bを装着したが、本実施例では削り出し加
工等によりトルク伝達軸1の中央部を大径に形成し、ト
ルク伝達軸1と凸部を一体の材料で構成したもので、磁
性合金箔3a,3b及び熱収縮チューブ5の接着手順
は、第3の実施例の場合と同様である。このように、第
3、第4の実施例においては、トルク伝達軸1の外周に
帯状でこのトルク伝達軸1より大径の凸部を設け、その
両側に磁性合金箔3a,3bを装着するようにしたもの
で、磁性合金箔3a,3bを所定の位置に確実に接着す
ることができる。
【0025】実施例5 図7は本発明の第5の実施例の説明図で、以下にその製
造手順を説明する。 (1)トルク伝達軸1に、例えば両面接着テープの如き
テープ11を巻付け、これらの表面に熱硬化性接着剤7
を塗布する。 (2)図4に示す磁性合金箔3a,3bの両面に熱硬化
性接着剤7を塗布し、トルク伝達軸1にテープ11の両
側からスパイラル方向が互いに反対方向になるように嵌
入し、(b)図に示すように、その内縁をテープ11に
重ねてスパイラル形状を修正し、仮止めする。以下、前
記各実施例の場合と同様に、トルク伝達軸1に熱収縮チ
ューブ6を被せて加熱し、磁性合金箔3a,3bをトル
ク伝達軸1に強固に接着する。本実施例によれば、簡単
な構造で磁性合金箔3a,3bを確実に所定の位置に接
着することができる。
【0026】上記のような各実施例のトルク伝達軸1
は、図8に示すように、磁性合金箔3a,3bの外周に
これに近接してトルク伝達軸1と同心的に円筒状の励磁
コイル12及び差動結合された検出コイル14a,14
bが配設され、励磁コイル12に数十kHzの交流電源
13が、また、検出コイル14a,14bには直流出力
電圧をとり出すための整流回路がそれぞれ接続されて、
トルク検出器が構成される。
【0027】上記の各実施例では、磁性合金箔3a,3
bに、ねじり応力の差異の付与が容易になるようにスリ
ット4a,4bを設けた場合を示したが、本発明は磁性
合金箔3a,3bをスパイラル状に形成し、これを戻し
てトルク伝達軸1に接着するようにしたので、スリット
4a,4bを設けなくても同様の効果を得ることができ
る。また、磁性合金箔3a,3bを装着するためにトル
ク伝達軸に設ける凹溝2a,2bや凸部9は上記実施例
に限定するものではなく、適宜変更することができる。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るトルクセンサは、スパイラル状に形成された磁性
合金箔と、熱収縮チューブとを有し、スパイラル状に形
成された磁性合金箔をスパイラルを戻した状態でトルク
伝達軸に仮止めし、さらに熱収縮チューブを被せて加熱
圧縮することにより磁性合金箔をトルク伝達軸にスパイ
ラル方向と反対方向の歪を有する状態で固定するように
したので、磁性合金箔にねじり応力の差異を付与するこ
とができ、また、トルク伝達軸と磁性合金箔との間に接
着不良を生ずるおそれもなく、信頼性の高いトルクセン
サを得ることができる。
【0029】また、トルク伝達軸に溝を設け、この溝に
スパイラル状の磁性合金箔を装着して形状を修正するよ
うにしたので、スパイラル状の磁性合金箔をより確実に
正規の位置に保持させ、ねじり応力の差異を付与するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の説明図である。
【図2】磁性合金箔の実施例の説明図である。
【図3】磁性合金箔の歪除去作業の一例の説明図であ
る。
【図4】トルク伝達軸に装着前の磁性合金箔の状態を示
す斜視図である。
【図5】本発明の第2の実施例の説明図である。
【図6】本発明の第3の実施例の説明図である。
【図7】本発明の第5の実施例の説明図である。
【図8】磁性合金箔を使用したトルクセンサの説明図で
ある。
【図9】磁性合金箔の取付状態の説明図である。
【符号の説明】
1 トルク伝達軸 2a,2b 凹溝 3a,3b 磁性合金箔 5 接着テープ等 6 熱収縮チューブ 7 熱硬化性接着剤 8 凹溝 9 リング 10 突条 11 テープ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−159257(JP,A) 特開 平5−322674(JP,A) 特開 平4−122828(JP,A) 特開 平2−198329(JP,A) 特開 平2−95228(JP,A) 実開 平7−23253(JP,U) 実開 昭61−1146(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 3/10 301

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁歪特性を有する磁性合金箔をトルク伝
    達軸に固定し、該トルク伝達軸に加えられたねじり応力
    による前記磁性合金箔の透磁率の変化を検出して前記ト
    ルク伝達軸に加わるトルクを測定するトルクセンサにお
    いて、 前記トルク伝達軸に加えられるねじり応力の方向と同方
    向でスパイラル状に形成された磁性合金箔と、熱収縮チ
    ューブとを有し、 前記スパイラル状の磁性合金箔をスパイラルを戻した状
    態で前記トルク伝達軸に仮止めし、さらに前記熱収縮チ
    ューブを被せて加熱圧縮することにより前記磁性合金箔
    を該トルク伝達軸にスパイラル方向と反対方向の歪を有
    する状態で固定し、該磁性合金箔にトルク伝達軸に加え
    られるねじり応力と反対方向の歪を付与してねじり応力
    に差異を生じさせたことを特徴とするトルクセンサ。
  2. 【請求項2】 磁歪特性を有する磁性合金箔をトルク伝
    達軸に固定し、該トルク伝達軸に加えられたねじり応力
    による前記磁性合金箔の透磁率の変化を検出して前記ト
    ルク伝達軸に加わるトルクを測定するトルクセンサにお
    いて、 前記トルク伝達軸に加えられるねじり応力の方向と同方
    向でスパイラル状に形成された磁性合金箔と、外周に該
    磁性合金箔の幅とほぼ等しい幅の溝を有するトルク伝達
    軸と、熱収縮チューブとを有し、 前記スパイラル状の磁性合金箔を前記トルク伝達軸の溝
    に装着してスパイラルを戻した状態に修正し、該トルク
    伝達軸に前記熱収縮チューブを被せて加熱圧縮すること
    により前記磁性合金箔を前記トルク伝達軸にスパイラル
    方向と反対方向の歪を有する状態で固定し、該磁性合金
    箔にトルク伝達軸に加えられるねじり応力と反対方向の
    歪を付与してねじり応力に差異を生じさせたことを特徴
    とするトルクセンサ。
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