JP3673932B2 - Torque detection device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク検出装置に係り、さらに詳しくは、例えば工作機械の回転軸、自転車のクランク軸などの回転部のトルクを検出するためのトルク検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種トルク検出装置の一例を図２４に示す。図において、８ａは回転軸で、軸受３５ａ，３５ｂを介してハウジング３０に回転自在に支持されている。２０１ａ，２０１ｂは例えばアモルファス合金箔からなる軟磁性箔で、所定の間隙を隔てて回転軸８ａに巻付けられて固着されており、表面には互に反対方向に傾斜したシェブロン状のスリット又は凹溝２０２ａ，２０２ｂ（以下凹溝という）が設けられて磁気異方性が付与されている。
１７ａ，１７ｂはボビン２００に装着されて軟磁性箔２０１ａ，２０１ｂの外周に配設された円筒状の検出コイルで、軟磁性箔２０１ａ，２０１ｂの透磁率の変化に対応して自己インダクタンスが変化する。
【０００３】
検出コイル１７ａ，１７ｂの各入出力端子に接続された取出し線は、ハウジング３０に設けた取出し穴３２を介して外部に取出され、入力端子は検出コイル１７ａ，１７ｂを励振させる発振回路２０３に接続され、出力端子は検出コイル１７ａ，１７ｂのインピーダンスをバランスさせるための抵抗器２０４ａ，２０４ｂを介して発振回路２０３の他端に接続されており、これらによりブリッジ回路２０５を構成している。２０６ａ，２０６ｂはブリッジ回路２０５の出力電圧を整流する整流回路、２０７は整流されたブリッジ回路２０５の出力電圧を比較する比較回路である。
【０００４】
次に、上記のように構成したトルク検出装置の作用を説明する。なお、検出コイル１７ａ，１７ｂは、発振回路２０３の出力により励振されているものとする。回転軸８ａにトルク、したがってねじり応力が加わっていない場合は、回転軸８ａに設けた軟磁性箔２０１ａ，２０１ｂの透磁率μ1 ，μ2 は等しく保たれており、このときの検出コイル１７ａ，１７ｂの自己インダクタンスＬ1 ，Ｌ2 は、次式で示される。
Ｌ1 ＝４πＮ1 2 μ1 Ａ ［１］
Ｌ2 ＝４πＮ2 2 μ2 Ａ ［２］
但し、Ｎ1 ：検出コイル１７ａのコイル巻数
Ｎ2 ：検出コイル１７ｂのコイル巻数
Ａ ：コアの形状で決る係数
したがって、Ｎ1 ＝Ｎ2 、μ1 ＝μ2 であれば、［１］，［２］式よりＬ1 ＝Ｌ2 である。
【０００５】
検出コイル１７ａ，１７ｂは抵抗器２０４ａ，２０４ｂとによりブリッジ回路２０５を形成しており、中点の電圧ｅ1 ，ｅ2 は下式で表わされる。
ｅ1 ＝ｊωＬ1 ／（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ）・ｅ ［３］
ｅ2 ＝ｊωＬ2 ／（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ）・ｅ ［４］
いま、回転軸８ａに矢印ａ方向のねじり応力が発生すると、シェブロン状の凹溝２ａ，２ｂに応力が発生する。すなわち、軟磁性箔２０１ａには引張り応力が作用するため透磁率μ1 は増大し、軟磁性箔２０１ｂには圧縮応力が作用するため透磁率μ2 が減少する。
【０００６】
これにより、前記［３］，［４］式から、ブリッジ回路２０５の中点の電圧ｅ1 は上昇し、ｅ2 は下降する。両電圧ｅ1 ，ｅ2 は整流回路２０６ａ，２０６ｂでそれぞれ平滑化され、その出力直流電圧Ｅ1 ，Ｅ2 は比較回路２０７で比較され、その差の電圧ΔＥが出力する。この差の電圧ΔＥは軟磁性箔２０１ａ，２０１ｂの透磁率の変化に対応した値、すなわち回転軸８ａに加えられたトルクに対応した値となる。したがって、この回転軸８ａを被トルク検出軸に連結すれば、当該軸のトルクを検出することができる。
【０００７】
上記のようなトルク検出装置において、軟磁性箔２０１ａ，２０１ｂを回転軸８ａに固着するにあたっては、一般に、熱硬化性樹脂からなる接着剤を用いているが、接着剤の厚みにより応力の伝達特性が左右され、また、軟磁性箔２０１ａ，２０１ｂと回転軸８ａの応力発生部の熱膨張率の差が軟磁性箔２０１ａ，２０１ｂの透磁率の変化に影響をもたらすなどの問題があるため、回転軸８ａに接着剤を均一に塗布し、一定の接着圧を加えて軟磁性箔２０１ａ，２０１ｂを加熱固着する作業は現状では多くの困難を伴っている。
このような問題を改善するために、本発明の出願人は、回転軸に軟磁性箔を固着することなく、磁歪特性を有する磁性合金からなり、直接磁気異方性が付与されたトルク検出軸を有するトルク検出装置を開発し、特許出願した（例えば、特願平７−１４７０５４号、特願平７−１４７０５５号、特願平７−１４７０５６号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような軟磁性箔を固着して磁気異方性を付与した回転軸、あるいは、磁歪特性を有する磁性合金からなり直接磁気異方性が付与されたトルク検出軸を有するトルク検出装置においては、検出コイル１７ａ，１７ｂを巻回するボビン２００、その外周を覆うハウジング３０等の構造が複雑で、製造、組立、調整などに多くの工数を要し、その上検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの取出しが面倒である等、種々問題があった。
また、ヨークを一体成形する場合は、ロストワックス法又は焼結により成形したものについて二次加工するため、高価になるとう問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、構造が簡単であり、製造、組立、調整が容易で多量生産が可能な高精度のトルク検出装置を得ることを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るトルク検出装置は、磁気異方性が付与されたトルク検出軸と、切欠き部を有するフランジが両側に設けられ該フランジの間にそれぞれ検出コイルが巻回される中空の一対のボビンと、内壁から突設された複数のリブの間に形成され前記ボビンがそれぞれ嵌入する嵌入部及び前記リブの一方の端部に設けられた凹部を有し、前記ボビンの両側に結合される断面半円状の一対のヨークと、両端部に内壁から突出したフランジを有し、該フランジの一方の端部に検出コイルのワイヤの取出口が設けられて前記ヨークの両側に結合される断面半円状の一対のコイルケースと、両端部内壁にめねじを有し、検出コイルの引出し線の引き出し穴が設けられた中空円筒状のハウジングとからなり、該ハウジング内に、一体に結合された前記ボビン、ヨーク及びコイルケースを挿入して該ハウジングに固定し、前記ボビン内に挿入されたトルク検出軸を前記ハウジングにより回転自在に支持したものである。
【００１８】
また、本発明に係るトルク検出装置は、磁気異方性が付与されたトルク検出軸と、外周の中央部及びその両側に隔壁が設けられ、該隔壁の間に検出コイルの巻回部を設けると共に、該隔壁にそれぞれ内壁に開口する複数のヨーク嵌入穴を有するヨーク嵌入溝が形成されたほぼ中空円筒状のボビンと、該ボビンのヨーク嵌入穴に嵌入する嵌入部を有し、前記ヨーク嵌入溝に対向して嵌入される半円状の複数対の第１のヨーク部品と、該第１のヨーク部品の外周に嵌合して前記ボビンに結合される断面半円状の一対の第２のヨーク部品と、前記検出コイルの引出し線の引出し穴を有する中空円筒状のハウジングとからなり、該ハウジングに前記第１、第２のヨーク部品が結合されたボビンを挿入して該ボビンを前記ハウジングに固定し、該ボビン内に挿入された前記トルク検出軸を前記ハウジングにより回転自在に支持したものである。
【００１９】
上記のトルク検出装置において、少なくともボビンの一端にフランジを設け、該フランジに配線処理部及び前面に開口する配線収容部を設けた。
上記のトルク検出装置において、配線が収容された配線処理部及び配線収容部に樹脂を充填した。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施形態１
図１は本発明の第１の実施形態の縦断面図、図２はその要部の分解斜視図、図３（ａ）は図２のボビンの縦断面図、図３（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。
図において、１は中実のトルク検出軸で、例えば、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金あるいはＳＮＣＭ系浸炭鋼の如き磁歪特性を有する磁性合金からなり、軸方向の中央部近傍には、左右対称にかつ互いに逆方向に傾斜したシェブロン状の凹溝２ａ，２ｂが設けられ、互いに反対方向の磁気異方性が付与されている。
【００２２】
１０は合成樹脂等の絶縁材料を成形加工してなるほぼ中空円筒状のボビンで、その外周には、一方の端部から軸方向にそれぞれ所定の間隔を隔てて複数の隔壁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが設けられており、このうち、隔壁１２ａ，１２ｂは他の隔壁１２ｃ〜１２ｆより大径に形成されている。
そして、隔壁１２ａと１２ｂの間には検出コイル１７ａ，１７ｂからの引出し線の配線処理部１３ａが、また、隔壁１２ｃと１２ｄの間及び１２ｅと１２ｆの間にはそれぞれ検出コイル１７ａ，１７ｂの巻回部１３ｂ，１３ｃが形成されている。
【００２３】
１４ａ，１４ｂは取付穴１５ａ，１５ｂを有し、隔壁１２ｄと１２ｅの間の対向位置に突設された係止部を構成するボスである。１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは隔壁１２ａ〜１２ｆの同一線上に設けた切欠き部で、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末部の引出し口を形成する。
【００２４】
２０は磁路を形成するためのヨークで、例えば、パーマロイの如き磁性材料からなる円筒状部材を２分割した断面半円状の第１のヨーク部品２１ａと、第２のヨーク部品２１ｂとからなっている。そして、両ヨーク部品２１ａ，２１ｂの両端部及び中央部の内壁には、ボビン１０の隔壁１２ｂと１２ｃの間、隔壁１２ｄと１２ｅの間に嵌入されるリブ２２ａ，２２ｂ、２２ｃ，２２ｄ（２２ｃは図示せず）及び隔壁１２ｆの外壁に当接するリブ２２ｅ，２２ｆ（２２ｅは図示せず）が対向して設けられており、このうちリブ２２ｃ，２２ｄは他のリブ２２ａ，２２ｂ、２２ｅ，２２ｆより幅広に形成されている。
【００２５】
２３ａ，２３ｂは外周の対向位置に、外壁からリブ２２ｃ，２２ｄにかけて設けられた係合部を構成する貫通穴で、ボビン１０のボス１４ａ，１４ｂに位置決め及び回り止めとして嵌入される。２４ａ，２４ｂ、２４ｃ，２４ｄ、２４ｅ，２４ｆ（２４ｃ，２４ｅは図示せず）は、両ヨーク部品２１ａ，２１ｂの対向するリブ２２ａと２２ｂ、２２ｃと２２ｄ及び２２ｅと２２ｆの一方の端部に形成された凹部で、両ヨーク部品２１ａ，２１ｂを組合わせたときに、ボビン１０の切欠き部１６ａ〜１６ｅとにより、検出コイル１７ａ，１７ｂから引出されたワイヤの通路２５を形成する。
【００２６】
３０は中空円筒状のハウジングで、例えば、鉄、アルミニウムなどの金属材料あるいは合成樹脂等からなり、両端部の内径は軸受３５ａ，３５ｂを装着するために大径に形成されている。そして、ヨーク部品２１ａ，２１ｂの貫通穴２３ａ，２３ｂと対向した位置にはねじ３６を挿通する長穴３１ａ，３１ｂ（３１ｂは図示せず）が設けられており、また、ボビン１０の配線処理部１３ａと対応した位置には、引出し線１８の引出し穴３２が設けられている。３３は引出し穴３２に装着されたブッシュ、３５ａ，３５ｂはハウジング３０内に挿通されたトルク検出軸１を回転自在に支持する軸受である。
【００２７】
次に、上記のように構成した本実施形態の組立順序の一例を説明する。
（１）ボビン１０の巻回部１３ｂ，１３ｃにそれぞれ検出コイル１７ａ，１７ｂを巻回し、そのワイヤの端末を隔壁１２ｃ〜１２ｅの切欠き部１６ｃ〜１６ｅから引出しておく。
（２）一方のヨーク部品（例えば２１ｂ）の貫通穴２３ｂをボビン１０のボス１４ｂに嵌合すると共に、リブ２２ｂを隔壁１２ｂと１２ｃの間に、リブ２２ｄを隔壁１２ｄと１２ｅの間に嵌入し、リブ２２ｆを隔壁１２ｆの外壁面に当接させて、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末を凹部２４ｂ，２４ｄを介して配線処理部１３ａに巻付けておく。
【００２８】
（３）次に、同様にして、他方のヨーク部品２１ａをヨーク部品２１ｂと対向させてボビン１０に装着し、ボビン１０とヨーク部品２１ａ，２１ｂとを一体に結合する。このとき、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末は、ボビン１０の切欠き部１６ａ〜１６ｅと、ヨーク部品２１ａ，２１ｂの凹部２４ａ〜２４ｆとで形成された通路２５内に位置している。
（４）ついで、引出し線１８（被覆電線）の端部を、ボビン１０の配線処理部１３ａに巻かられた検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末にそれぞれ接続したのち、配線処理部１３ａに少なくとも１回巻付ける。
【００２９】
（５）引出し線１８をボビン１０と反対方向に、かつボビン１０とほぼ平行に折曲げて隔壁１２ａの切欠き部１６ａから取出し、この状態で一体に結合されたボビン１０及びヨーク２０を、その隔壁１２ａ側からハウジング３０内に挿入して、引出し線１８を引出し穴３２から外部に引出す。
【００３０】
（６）一方の軸受（例えば３５ａ）をトルク検出軸１に取付け、このトルク検出軸１をハウジング３０からボビン１０の中空部１１内に挿通して軸受３５ａをハウジング３０の端部に圧入すると共に、他方の軸受３５ｂをトルク検出軸１とハウジング３０の他方の端部に圧入し、トルク検出軸１をハウジング３０に対して回転自在に支持させる。このとき、トルク検出軸１に設けた凹溝２ａ，２ｂは、検出コイル１７ａ，１７ｂと僅かな間隙を隔ててそれぞれ対向する。
【００３１】
（７）ハウジング３０の長穴３１ａ，３１ｂにねじ３６を挿通してボビン１０のボス１４ａ，１４ｂに設けた取付穴１５ａ，１５ｂに螺入し、ボビン１０、ヨーク２０及びハウジング３０を一体に結合する。このとき、若し、トルク検出軸１に設けた凹溝２ａ，２ｂと検出コイル１７ａ，１７ｂの位置が正確に一致していない場合は、ねじ３６を緩めてハウジング３０を右又は左に移動させて両者の位置を整合させる。
【００３２】
上記のように構成た本実施形態において、トルク検出軸１にトルクが加えられて例えば矢印ａ方向のねじり応力が発生すると、トルク検出軸１に設けた凹溝２ａ，２ｂのうち、凹溝２ａには引張り応力が、また、凹溝２ｂには圧縮応力が発生するため、これに対応してトルク検出軸１の透磁率が変化する。
トルク検出軸１の透磁率の変化に伴って、図１７の従来例で詳しく説明したように検出コイル１７ａ，１７ｂの自己インピーダンスがそれぞれ変化し、この変化は図１７で説明した検出手段により検出される。この検出された電圧は、トルク検出軸１に加えられたトルクに対応した値となる。
【００３３】
上記のように構成した本実施形態によれば、トルク検出軸１を磁歪特性を有する磁性合金で構成し、これに直接凹溝２ａ，２ｂを設けて磁気異方性を付与するようにしたので、製作がきわめて容易で多量生産を行うことができる。
また、ボビン１０を上述のように一体構造としたので組立てが容易であり、さらに、隔壁１２ａ〜１２ｆに切欠き部１６ａ〜１６ｅを設けると共に、隔壁の間に配線処理部１３ａ及び巻回部１３ｂ，１３ｃを設けたので、検出コイル１７ａ，１７ｂの巻回、ワイヤ端末の引出し、ワイヤ端末及び引出し線の処理を容易かつ確実に行うことができる。
【００３４】
また、ヨーク２０を２つ割りにしてボビン１０の両側に結合するように構成し、この際ボビン１０に設けたボス１４ａ，１４ｂにヨーク２０の貫通穴２３ａ，２３ｂを嵌合するようにしたので、位置決めが容易であるばかりでなく、ヨーク２０の回りを防止することができる。さらに、ヨーク２０のボビン１０の切欠き部１６ａ〜１６ｅと対向する位置に凹部２４ａ〜２４ｆを設けたので、切欠き部１６ａ〜１６ｅと凹部２４ａ〜２４ｆとにより配線の通路２５を形成することができる。
【００３５】
ハウジング３０に長穴３１ａ，３１ｂを設け、この長穴３１ａ，３１ｂに挿通したねじ３６を、一体化されて内部に収容されたヨーク２０の貫通穴２３ａ，２３ｂを介して、ボビン１０のボス１４ａ，１４ｂに設けた取付穴１５ａ，１５ｂに螺入して固定するようにしたので、ヨーク２０に不必要な応力を加えることがなく、このためヨーク２０の特性に影響を及ぼすことがない。
また、ハウジング３０に長穴３１ａ，３１ｂを設けたので、若しトルク検出軸１に設けた凹溝２ａ，２ｂとボビン１０に設けた検出コイル１７ａ，１７ｂの位置が一致しないときは、ねじ３６を緩めてボビン１０を軸方向に移動させて位置調整を行うことができる。このため、ボビン１０の位置調整がきわめて容易である。
【００３６】
実施形態２
図４は本発明の第２の実施形態の要部の分解斜視図である。この実施形態は第１の実施形態とほぼ同様の構成のものであるが、次の点で相違する。すなわち、ボビン１０の端部（隔壁１２ｆ側）に隔壁１２ａ，１２ｂと同径の隔壁１２ｇを設けると共に、この隔壁１２ｇと隔壁１２ｂを幅広に形成し、対向する位置に取付穴１５ａ，１５ｂ、１５ｃ，１５ｄ（１５ｂ，１５ｄは図示せず）を設け、また、隔壁１２ｄと１２ｅとの間にヨーク部品２１ａ，２１ｂの位置決め及び回り止め用のピン１４ｃ，１４ｄ（１４ｄは図示せず）を突設したものである。
【００３７】
そして、ヨーク部品２１ａ，２１ｂのリブ２２ｃ，２２ｄにボビン１０のピン１４ｃ，１４ｄが嵌入するピン穴２３ｃ，２３ｄ（２３ｃは図示せず）を設け、また、ハウジング３０にボビン１０の取付穴１５ａ〜１５ｄに対向して長穴３１ａ，３１ｂ、３１ｃ，３１ｄを設けたものである。
【００３８】
上記のように構成した本実施形態においては、ボビン１０の巻回部１３ｂ，１３ｃに検出コイル１７ａ，１７ｂをそれぞれ巻回し、このボビン１０の両側にヨーク部品２１ａ，２１ｂを装着して一体に結合する。このとき、ボビン１０のピン１４ｃ，１４ｄをヨーク部品２１ａ，２１ｄのピン穴２３ｃ，２３ｄに嵌入する。
ついで、一体に結合されたボビン１０及びヨーク２０をハウジング３０内に挿入し、その長穴３１ａ〜３１ｄに挿通したねじ３６をボビン１０の取付穴１５ａ〜１５ｄに螺入してこれらを一体に結合する。なお、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末と引出し線１８の接続及び処理、トルク検出軸１の装着、さらには、トルクの検出作用などは第１の実施形態の場合と同様である。
本実施形態においても第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３９】
実施形態３
図５は本発明の第３の実施形態の一部断面図、図６はその要部の分解斜視図、図７（ａ）はボビン及びヨークの分解斜視図、図７（ｂ）はボビンの断面図である。本実施形態は中実の回転軸に中空のトルク検出軸を結合し、回転軸に加わるトルクを検出するようにしたものである。
【００４０】
図において、８は例えば、工作機械に設けられてトルクが加えられる回転軸である。１００は回転軸８が挿通される中空のトルク検出軸で、例えば、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、ＳＮＣＮ系浸炭鋼の如き磁歪特性を有する磁性合金からなっている。そして、軸方向のほぼ中央部近傍の外周には、互いに反対方向に傾斜したシェブロン状のスリット又は凹溝２ａ，２ｂ（以下単に凹溝という）が設けられ、互いに反対方向の磁気異方性が付与されている。１０１ａ，１０１ｂは凹溝２ａ，２ｂの両側に設けられ、軸受３５ａ，３５ｂの位置決めを行う大径のストッパ部である。１０３ａ，１０３ｂは両端部にほぼ等間隔で設けられた複数の凹状の係合部で、これにより連結部１０２ａ，１０２ｂが形成されている。
【００４１】
１０は第２の実施形態（図４）のボビン１０とほぼ同じ構造のボビンであるが、隔壁１２ｂと１２ｃの間、１２ｄと１２ｅの間及び１２ｆと１２ｇの間には、上下を残して円弧状のスリット１０５ａ，１０５ｂ、１０５ｃ，１０５ｄ、１０５ｅ，１０５ｆ（１０５ａ，１０５ｃ，１０５ｅは図示せず）が設けられており、このうちスリット１０５ｃ，１０５ｄは他のスリット１０５ａ，１０５ｂ、１０５ｅ，１０５ｆより幅広に形成されている。
【００４２】
２１ａ，２１ｂは第２の実施形態（図４）のヨーク部品２１ａ，２１ｂとほぼ同じ構造のヨーク部品であるが、各リブ２２ａ〜２２ｆは、上下を残してさらに小径に形成され、ボビン１０のスリット１０５ａ〜１０５ｆに嵌入しうるようになっている。
３０は第２の実施形態（図４）のハウジング３０とほぼ同じ構造のハウジングである。
【００４３】
上記のような各部からなるトルク検出装置を組立てるには、巻回部１３ｂ，１３ｃに検出コイル１７ａ，１７ｂが巻回されたボビン１０の両側にヨーク部品２１ａ，２１ｂを装着する。このとき、ヨーク部品２１ａ，２１ｂのリブ２２ａ〜２２ｆはボビン１０のスリット１０５ａ〜１０５ｆに嵌入され、その先端部はボビン１０の内壁面から突出している。そして、ヨーク部品２１ａ，２１ｂが装着されたボビン１０をハウジング３０内に挿入し、その引出し線１８を引出し口３２から引出してねじ３６によりボビン１０をハウジング３０に固定する。
【００４４】
次に、ハウジング３０とボビン１０内にトルク検出軸１００を挿入し、トルク検出軸１００とハウジング３０との間に両側からストッパ１０１ａ，１０１ｂに当接するまで軸受３５ａ，３５ｂを圧入し、Ｃリング１０６ａ，１０６ｂで固定する。これにより、トルク検出軸１００はハウジング３０に回転自在に支持される。なお、このとき、ヨーク２０のリブ２２ａ〜２２ｆはボビン１０の内壁から突出してトルク検出軸１００に近接して位置し、効率的な磁路を形成する。
【００４５】
１１０ａ，１１０ｂはトルク検出軸１００を回転軸８に固定するための同じ構造の固定装置で、トルク伝達リング１１１、アウタリング１２１及びインナリング１３１からなっている。
トルク伝達リング１１１は、本体１１２とこれより小径でトルク検出軸１００に嵌入される連結部１１３とからなり、中心部には本体側１１２に大径の穴１１４が、また連結部１１３側にこれより小径の穴１１５が貫設されている。そして、連結部１１３の外周には、トルク検出軸１００の連結部１０２ａ，１０２ｂに設けた係合部１０３ａ，１０３ｂに係合する係止部１１６が突設されている。
【００４６】
アウタリング１２１は本体１２２と鍔部１２３とからなり、本体１２２の外径はトルク伝達リング１１１の大径の穴１１４の内径とほぼ等しく形成されている。また、中心部には穴１２４が貫設されており、この穴１２４は本体１２２の基部近傍から先端部になるにしたがって縮径され、その内壁は傾斜面に形成されている。１２５は本体１２２の軸方向に等間隔で設けられ、先端部に開口する複数のスリット、１２６は鍔部に設けられた複数のねじ穴である。
【００４７】
インナリング１３１は本体１３２と鍔部１３３とからなり、中心部には回転軸８の外径とほぼ等しい内径の貫通穴１３４が設けられている。また、本体１３２の外径は、鍔部１３３側がアウタリング１２１の穴１２４の内径とほぼ等しい外径に形成され、先端部になるに従って縮径された傾斜面により断面楔状に形成されており、この傾斜面の傾斜角度は、アウタリング１２１の穴１２４の傾斜面の傾斜角度とほぼ等しく形成されている。１３５は本体１３２の軸方向にほぼ等間隔で設けられ、先端部に開口する複数のスリット、１３６は鍔部１３３に設けた複数のねじ挿通穴である。
【００４８】
次に、上記のように構成した本実施形態に係るトルク検出装置の回転軸８への取付手順の一例を説明する。なお、トルク検出装置はあらかじめ組立てられているものとする。
（１）固定装置１１０ａ，１１０ｂのトルク伝達リング１１１の穴１１４に、アウタリング１２１の本体１２２をその先端部が穴１１４の底部に当接するまで嵌入する。ついで、アウタリング１２１の穴１２４にインナリング１３１の本体１３２を嵌入し、インナリング１３１のねじ挿通穴１３６に挿通したねじ１３７をアウタリング１２１のねじ穴１２６に軽く挿入し、仮結合する。
【００４９】
（２）インナリング１３１を先にして、仮結合した一方の固定装置（例えば１１０ｂ）の穴１３４，１２４，１１４，１１５を回転軸８に挿入し、回転軸８の所定の位置においてねじ１３７をさらに螺入し、締付ける。
これにより、インナリング１３１の本体１３２がアウタリング１２１の穴１２４内に押込まれ、インナリング１３１の本体１３２の楔作用によりアウタリング１２１の本体１２２は外方に押広げられ、その外周面がトルク伝達リング１１１の穴１１４の内周面に圧着される。一方、インナリング１３１の本体１３２は中心部に向って押圧され、貫通穴１３４の内周面が回転軸８の外周面に圧着される。この結果、トルク伝達リング１１１、アウタリング１２１及びインナリング１３１は回転軸８に一体的に結合される。
【００５０】
（３）次に、トルク検出軸１００の中空部を回転軸８に挿入し、その連結部１０２ｂの係合部１０３ｂを固定装置１１０ｂの連結部１１３に設けた係止部１１６に、係合部１０３ｂの底部と係止部１１６の先端部との間にすき間を隔てて係合させる。
ついで仮結合した固定装置１１０ａを、トルク伝達リング１１１を先にして回転軸８に挿入し、その連結部１１３の係止部１１６をトルク検出軸１００の係合部１０３ａに、両者の間にすき間を隔てて係合させる。
【００５１】
（４）この状態で、固定装置１１０ｂの場合と同様に固定装置１１０ａのねじ１３７を締め、トルク伝達リング１１１、アウタリング１２１及びインナリング１３１を回転軸８に固定する。
以上の手順により、トルク検出装置は固定装置１１０ａ，１１０ｂによって、回転不能、軸方向に摺動可能に回転軸８に取付けられる。
【００５２】
上記のように構成した本実施形態において、回転軸８に例えば矢印ａ方向のトルクが加えられると、その回転力は固定装置１１０ａのインナリング１３１、アウタリング１２１、トルク伝達軸１１１から連結部１１３，１０２ａを介してトルク検出軸１００に伝達される。これにより、トルク検出軸１００の凹溝２ａには引張応力が発生し、凹溝２ｂには圧縮応力が発生して透磁率が変化する。以下、第１、第２の実施形態と同様にして回転軸８に加えられたトルクが検出される。
なお、本実施形態における固定装置１１０ａ，１１０ｂは上述構成に限るものではなく、適宜構成のものを用いることができる。
【００５３】
本実施形態によれば、トルク検出装置のトルク検出軸１をトルクを検出する回転軸に直接連結できない場合に実施して特に有効である。
また、本実施形態においては、ヨーク２０のリブ２２ａ〜２２ｆをボビン１０のスリット１０５ａ〜１０５ｆに嵌入してその先端部をボビン１０の内壁から突出させるようにしたので、ボビン１０にトルク検出軸１００を組込んだ際にヨーク２０のリブ２２ａ〜２２ｆの先端部をトルク検出軸１００に近接して位置させることができ、効率的な磁路を形成することができる。その他の効果は第１の実施形態の場合とほぼ同様である。
【００５４】
図８は以下に説明する本発明の第４、第５及び第６の実施形態を実施することのできる自転車のボトムブラケット部の一例の斜視図である。５０は自転車のボトムブラケット部で、Ｖ字状のパイプ接続部５２ａ，５２ｂなどを有するハウジング５１内には、例えば、両端部が断面四角形に形成され、中心部にねじ穴を有するクランク軸５が挿通され、軸受を介して回転自在に支持されており、ハウジング５１の両端部はブラケット５５ａ，５５ｂ（５５ｂは図示せず）及びロックリング５９ａ，５９ｂにより閉塞されている。
【００５５】
そして、クランク軸５の一端には、先端部にペダル６１ａが取付けられ、基部に四角形の穴が設けられたクランク６０ａの穴を嵌合してねじで固定されており、他端には基部にチェーン用のギヤ６２が結合され先端部にペダル６１ｂが取付けられたクランク６０ｂがねじ止めされている。
第４、第５及び第６の実施形態は、上述のような自転車のボトムブラケット部５０にトルク検出装置を組込んで、ペダル６１ａ，６１ｂの踏力によってクランク軸５に加わるトルクを検出するようにしたものである。
【００５６】
実施形態４
図９は本発明の第４の実施形態の縦断面図、図１０はその要部の分解斜視図である。なお、第１の実施形態と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。１ａはトルク検出軸を構成するクランク軸で、第１の実施形態のトルク検出軸１と同様に、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、ＳＮＣＭ系浸炭鋼の如き磁歪特性を有する磁性合金からなり、その両端部は断面四角形に形成され、中心部にはねじ穴６ａ，６ｂが設けられている。そして、軸方向のほぼ中央部には左右対称に、かつ互いに反対方向に傾斜したシェブロン状の凹溝２ａ，２ｂが設けられており、これら凹溝２ａ，２ｂにより互いに反対方向の磁気異方性が付与されている。
【００５７】
ボビン１０は第１の実施形態のボビン１０（図２）とほぼ同じ構造のものであるが、隔壁１２ａと１２ｆは幅広に形成されており、その下部にはそれぞれ取付穴１５ａ，１５ｂ（図９参照）が設けられている。また、隔壁１２ａの切欠き部１６ａの両側には、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末を固定するためのクランプ穴１９ａ，１９ｂ（１９ａは図示せず）が設けられており、隔壁１２ｃ，１２ｄの間にはピン１４ｃ，１４ｄ（１４ｄは図示せず）が突設されている。ヨーク部品２１ａ，２１ｂは、第２の実施形態のヨーク部品２１ａ，２１ｂとほぼ同じ構造のものである。
【００５８】
５１はパイプ接続部５２ａ，５２ｂなどを有する中空円筒状のハウジングで、両端部内周にはめねじ５３ａ，５３ｂが設けられており、下部にはねじ挿通用の長穴３１ａ，３１ｂが、また、上部には引出し線の引出し穴３２が設けられている。
５５ａは外周にハウジング５１のめねじ５３ａに螺合するおねじ５６ａを有し、底部に貫通穴５７ａが設けられたほぼ有底円筒状のアダプタ、５５ｂは端部にフランジが設けられ、ハウジング５１のめねじ５３ｂに螺合するおねじ５６ｂを有し、底部に貫通穴５７ｂが設けられたほぼ有底円筒状のアダプタである。
５８はクランク軸１ａとアダプタ５５ａ，５５ｂの間にそれぞれ介装されて軸受を構成する複数の球軸受、５９は内周にアダプタ５５ａのおねじ５６ａに螺合するめねじを有するロックリングである。
【００５９】
上記のようなトルク検出装置を組立てるには、第１、第２の実施形態の場合と同様に、検出コイル１７ａ，１７ｂが巻かれたボビン１０に両側からヨーク部品２１ａ，２１ｂを装着して一体に結合し、これをハウジング５１内に挿入する。なお、このとき、通路２５から引出された検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末を、ボビン１０の隔壁１２ａの切欠き部１６ａに設けたクランプ穴１９ａ，１９ｂ（１９ａは図示せず）に挿通された結束バンド、タイラップなどによりクランプし、その位置に固定する。そして、クランク軸１ａをハウジング５１及びボビン１０内に挿入し、ハウジング５１のめねじ５３ｂにクランク軸５との間に球軸受５８を介してアダプタ５５ｂのおねじ５６ｂを、フランジがハウジング５１の端部に当接するまで螺入し、固定する。
ついで、アダプタ５５ａを球軸受５８を介してクランク軸１ａに挿入し、そのおねじ５６ａをハウジング５１のめねじ５３ａに螺入したのち、アダプタ５５ａのおねじ５６ａにロックリング５９を螺入して固定する。これにより、クランク軸１ａはハウジング５１内に回転自在に支持される。
【００６０】
最後に、ハウジング５１のねじ挿通穴３１ａ，３１ｂに挿通したねじ３６を、ボビン１０の取付穴１５ａ，１５ｂに螺入してこれらを一体に結合する。
このとき、ボビン１０の両端部とアダプタ５５ａ，５５ｂとの間にはすき間ｇ1 ，ｇ2 が形成されているので、若し、クランク軸１ａに設けた凹溝２ａ，２ｂと検出コイル１７ａ，１７ｂが正しい位置で対向していない場合は、ねじ３６を緩めてボビン１０を軸方向に移動させて調整する。
【００６１】
次に、図８を参照して本実施形態の作用を説明する。なお、ギヤ６２にはチェーンが掛けられているものとする。いま、例えば一方のペダル６１ｂを踏んでクランク６０ｂを自転車の進行方向に回転させると、その回転力はクランク６０ｂからクランク軸１ａに伝達される。このとき、他方のクランク６０ａにはペダル６１ａに掛かる足の自重が加わっているため、クランク軸１ａにねじり応力が発生する。これにより、第１の実施形態の場合と同様に検出コイル１７ａ，１７ｂの自己インダクタンスが変化し、この変化が検出回路で検出されてクランク軸１ａに加えられたトルクが検出される。しかし、このトルク値は負の値である。
【００６２】
次に、他方のペダル６１ａを踏んでクランク６０ａを回転させると、クランク６０ｂには足の自重が加わるが、クランク軸１ａに結合されたギヤ６２にはチェーンが掛けられていて反対方向の張力が作用しているため、クランク軸１ａには前記と反対方向のねじり応力が発生する。
これにより、クランク軸１ａに設けた凹溝２ａには引張り応力が、また、凹溝２ｂには圧縮応力が発生するため、これに応じてクランク軸１ａの透磁率が変化する。
【００６３】
クランク軸１ａの透磁率の変化に伴って、第１の実施形態の場合と同様に検出コイル１７ａ，１７ｂの自己インダクタンスが変化し、ブリッジ回路１５５（図１７）にはインピーダンスの変化、したがって、クランク軸１ａに生じたねじ応力に対応した不平衡電圧ｅ1 ，ｅ2 が出力する。この出力電圧ｅ1 ，ｅ2 は図１７で説明したプロセスによって処理され、クランク軸１ａに加えられたトルクに対応した値として出力する。
このように、本実施形態においては、ギヤ６２が１回転する間、すなわち、ギヤ６２と反対側のペダル６１ａを踏む間にクランク軸１ａに加えられたトルクが検出される。
【００６４】
なお、本実施形態において、ギヤ６２の反対側のペダル６１ａを踏んだときに発生したトルク値を電気的手段によって記憶又は保持しておき、ギヤ６２側のペダル６１ｂを踏んだときに、上記のトルク値をペダル６１ｂの見掛け上のトルク値として再現させるようにしてもよい。
【００６５】
本実施形態によれば、自転車のペダルを踏むことによってクランク軸１ａに加えられたトルクを容易かつ確実に検出できると共に、第１の実施形態の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。また、ボビン１０の隔壁１２ａに設けた切欠き部１６ａに、検出コイル１７ａ，１７ｂから引出したワイヤを固定する固定手段を設けたので、ワイヤを確実に処理することができる。
【００６６】
実施形態５
図１１は本発明の第５の実施形態の縦断面図、図１２は図の要部の分解斜視図である。なお、第４の実施形態（図９）と同じ部分にはこれと同じ符号が付してある。
本実施形態におけるトルク検出軸を構成するクランク軸１ａは、第４の実施形態のクランク軸１ａと同じ材料でほぼ同じ構造のものであるが、凹溝２ａ，２ｂを設けてえる部分が小径になっている。
【００６７】
１０ａ，１０ｂは中空円筒状のボビンで、両端部にはそれぞれフランジ（隔壁）１２ｃ，１２ｄ、１２ｅ，１２ｆを有し、両フランジ１２ｃと１２ｄ、１２ｅと１２ｆの間にはそれぞれ検出コイル１７ａ，１７ｂの巻回部１３ｂ，１３ｃが設けられている。また、両ボビン１０ａ，１０ｂのフランジ１２ｃ，１２ｄ、１２ｅ，１２ｆの上部にはそれぞれ切欠き部１６ｃ，１６ｄ、１６ｅ，１６ｆが設けられており、下部には位置決め及び回り止め用の突起部１２ｈ，１２ｉがそれぞれ突設されている。
ヨーク２０を構成するヨーク部品２１ａ，２１ｂは、第２の実施形態（図４）のヨーク部品２１ａ，２１ｂとほぼ同じ構造のものであるが、リブ２２ａと２２ｃ、２２ｃと２２ｅ（２２ｃと２２ｅは図示せず）の間、及びリブ２２ｂと２２ｄ、２２ｄと２２ｆの間には、ボビン１０ａ，１０ｂの嵌入部２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ（２６ａ，２６ｃは図示せず）が形成されており、これら嵌入部２６ａ〜２６ｄの下部にはボビン１０ａ，１０ｂの突起部１２ｈ，１２ｉが係合する係合部２７ａ，２７ｂ、２７ｃ，２７ｄ（２７ａ，２７ｃは図示せず）がそれぞれ設けられている。
【００６８】
６６ａ，６６ｂは例えば合成樹脂からなる断面半円状のコイルケース部品で、ほぼ中空円筒状のコイルケース６５を２分割したものである。このコイルケース部品６６ａ，６６ｂの内壁の両端部には、小径で幅広のフランジ部６７ａ，６７ｂ、６７ｃ，６７ｄ（６７ｃは図示せず）が設けられており、その上部は切除されて検出コイル１０ａ，１０ｂのワイヤの取出口６８ａ，６８ｂ、６８ｃ，６８ｄが形成されている。また、フランジ部６７ａ〜６７ｄの対向面には、ピン６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄ（６９ａ，６９ｃは図示せず）及びこれらピン６９ａ〜６９ｄと対向してピン穴７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ（７０ａ，７０ｃは図示せず）が設けられている。７１ａ，７１ｂ（７１ａは図示せず）はヨーク部品２１ａ，２１ｂのピン穴２３ａ，２３ｂ（２３ｂは図示せず）に嵌入するピン、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ（７２ｂ，７２ｄは図示せず）は取付穴である。
【００６９】
なお、ハウジング５１は第４の実施形態（図１０）のハウジング５１とほぼ同じ構造のものであるが、左右には対向して取付用の長穴３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ（３１ｄは図示せず）が設けられている。
【００７０】
上記のようなトルク検出装置を組立てるには、先ず、ボビン１０ａ，１０ｂの巻回部１３ｂ，１３ｃにそれぞれ検出コイル１７ａ，１７ｂを巻回し、そのワイヤの端末を切欠き部１６ｃ，１６ｄ、１６ｅ，１６ｆからそれぞれ取出す。ついで、ヨーク部品２１ａ，２１ｂの嵌入部２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄにそれぞれボビン１０ａ，１０ｂを嵌合し、その係止部２７ａと２７ｂ、２７ｃと２７ｄに位置決め及び回り止め用の突起１２ｈ，１２ｉを係止し、一体に結合する。
【００７１】
次に、ボビン１０ａ，１０ｂと一体に結合されたヨーク２０の一方の側を、コイルケース部品（例えば６６ａ）のフランジ部６７ａと６７ｃの間に嵌合し、その取付穴２３ａをピン７１ａに嵌合すると共に、ヨーク２０の他方の側をコイルケース部品６６ｂのフランジ部６７ｂと６７ｄの間に嵌合してその取付穴２３ｂをピン７１ｂに嵌合し、これらを一体に結合する。このとき、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末は、ボビン１０ａ，１０ｂの切欠き部１６ｃ〜１６ｆと、ヨーク部品２１ａ，２１ｂの凹部２４ａ〜２４ｆとによって形成された通路２５を経て、コイルケース部品６６ａ，６６ｂの取出口６８ａ，６８ｂ（又は６８ｃ，６８ｄ）から取出される。
【００７２】
以下、第４の実施形態の場合と同様にハウジング５１内に挿入され、クランク軸１ａを装着して組立てられる。クランク軸１ａに加えられたトルクの検出作用も第４の実施形態の場合と同じである。本実施形態は、クランク軸１ａが比較的細い場合に実施して特に有効である。
【００７３】
実施形態６
図１３は本発明の第６の実施形態の縦断面図、図１４はその要部の一部断面図、図１５、図１６は図１３の要部の分解斜視図である。なお、ボトムブラケット部５０を構成するハウジング５１、ブラケット５５ａ、球軸受５８などは第５の実施形態（図１１）のものとほぼ同様であり、クランク軸５は図８で説明したと同様に通常の材料で構成されている。そして、クランク軸５の一方の端部には、クランク６０ａがねじ７ａにより固定されている。
【００７４】
８０はトルク検出装置で、ペダルを踏むことによりねじり応力が発生するトルク検出部８１と、検出コイル１７ａ，１７ｂが巻かれたボビン１０と、ヨーク２０と、コイルケース９０とからなっている。
トルク検出部８１は、有底の円筒部８２とその開口部に設けたフランジ部８３とからなり、例えば、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、ＳＮＣＭ系浸炭鋼などの磁歪特性を有する磁性合金によって構成されている。そして、底部８４の中心部にはクランク軸５が挿通される穴８５が設けられており、穴８５の周囲には複数のねじ挿通穴８６が設けられている。
【００７５】
また、円筒部８２には、左右対称にかつ互いに反対方向に傾斜したシェブロン状の多数のスリット又は凹溝２ａ，２ｂ（以下凹溝という）が設けられており、これら凹溝２ａ，２ｂにより互いに反対方向の磁気異方性が付与されている。８７はフランジ部８３に設けた複数のナット挿入穴である。なお、実施例では円筒部８２の厚みを１〜３ｍｍとした。
【００７６】
１０は合成樹脂を成形加工してなるほぼ円筒状のボビンで、隔壁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅを有し、隔壁１２ａは他の隔壁１２ｂ〜１２ｅより大径で幅広に形成されており、前面には取付穴１５ａ，１５ｂが設けられている。また、隔壁１２ｂと１２ｃの間及び１２ｄと１２ｅとの間には検出コイル１７ａ，１７ｂの巻回部１３ｂ，１３ｃが設けられており、隔壁１２ｃと１２ｄの間には回り止め及び位置決め用のピン１４ａ，１４ｂ（１４ｂは図示せず）が突設されている。１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは隔壁１２ａ〜１２ｄの上部に設けられ、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末を引出す切欠き部で、切欠き部１６ａの両側にはクランプ穴１９ａ，１９ｂ（１９ａは図示せず）が設けられている。
【００７７】
２１ａ，２１ｂはヨーク２０を構成する断面半円状のヨーク部品で、内壁にはボビン１０の隔壁１２ａと１２ｂ及び１２ｃと１２ｄの間に嵌入するリブ２２ａ，２２ｂ、２２ｃ，２２ｄが設けられており、また、隔壁１２ｅの外壁に当接するリブ２２ｅ，２２ｆが設けられている。そして、リブ２２ｃ，２２ｄは他のリブ２２ａ，２２ｂ，２２ｅ，２２ｆより幅広に形成され、ピン穴２３ｃ，２３ｄ（２３ｃは図示せず）が設けられている。２４ａ，２４ｂ、２４ｃ，２４ｄ、２４ｅ，２４ｆ（２４ｃ，２４ｅは図示せず）は検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末を通す通路を形成するための凹部である。
【００７８】
９０は鉄、アルミニウムなどの金属材料又は合成樹脂からなるコイルケースで、有底円筒状の本体９１と、おねじを有し本体９１の底部から突設されたねじ部９２とからなり、本体９１の底部からねじ部９２にかけてクランク軸５を挿通し、かつクランク軸５との間に球軸受５８を配設する穴９３が貫設されている。９４ａ，９４ｂ（９４ｂは図示せず）はねじ挿通穴、９５は取出線１８の取出し穴である。
【００７９】
７４はギヤ保持部材で、図１６に示すように、円板状のハブ７５と、ハブ７５の外周からほぼ等間隔で内側（クランク軸５側）に傾斜して放射状に突設された複数の腕部７６とからなり、ハブ７５には検出部８１のフランジ部８３が嵌合される凹部７７と、この凹部７７の中心部に設けられ、クランク６０ｂの円柱状ボス７３が嵌入される穴７８が設けられている。７９は穴７８の外周に設けられた複数のねじ挿通穴、７６ａは腕部７６の先端部にほぼ垂直に立設されたギヤ取付部で、ナット挿通穴７６ｂが設けられている。
【００８０】
次に、上記のように構成した本実施形態の組立順序の一例を説明する。
（１）巻回部１３ａ，１３ｂに検出コイル１７ａ，１７ｂが巻回されたボビン１０の両側にヨーク部品２１ａ，２１ｂを結合してこれをコイルケース９０の本体９１内に挿入し、検出コイル１７ａ，１７ｂの引出し線を引出し穴９５から外部に引出すと共に、コイルケース９０のねじ挿通穴９４ａ，９４ｂ（９４ｂは図示せず）からボビン１０の取付穴１５ａ，１５ｂにねじ９６を螺入し、これらを一体に結合する。
【００８１】
（２）ハウジング５１内にクランク軸５を挿通し、球軸受５８を介してアダプタ５５ａをハウジング５１のめねじ５３ａに螺入し、ついで、球軸受５８を介してボビン１０及びヨーク２０が収容されたコイルケース９０のおねじ９２をハウジング５１のめねじ５３ｂに螺入する。そして、アダプタ５５ａのおねじにロックリング５９を螺入して固定し、クランク軸５をハウジング５１内に回転自在に支持する。
【００８２】
（３）ギヤ保持部材７４の穴７８にクランク６０ｂの円柱状ボス７３を挿入し、ついで、トルク検出部８１を円柱状ボス７３に嵌入してねじ挿通穴８５に挿通したねじ９７を円柱状ボス７３のねじ穴７３ａに螺入し、固定する。
（４）次に、ギヤ保持部材７４の凹部７７をトルク検出部８１のフランジ８３に嵌合し、フランジ８３のナット挿入穴８７にナット９８を螺入すると共に、ギヤ保持部材７４のねじ挿通穴７９にねじ９９を挿入してナット９８に螺入する。これにより、クランク６０ｂ、トルク検出部８１及びギヤ保持部材７４は一体に結合される。
【００８３】
（５）クランク６０ｂに取付けたトルク検出部８１をコイルケース９０内に挿入してその穴８５にクランク軸５を挿通すると共に、円柱状ボス７３に設けた穴をクランク軸５の端部に嵌合し、ボトル７ｂをねじ穴６ｂに螺入して固定する。これにより、トルク検出部８１に設けた凹溝２ａ，２ｂは僅かな間隙を隔てて検出コイル１７ａ，１７ｂとそれぞれ対向し、トルク検出装置８０が形成される。
【００８４】
（６）ギヤ６２をギヤ保持部材７４の取付部７６ａの一方の面に当接すると共に、取付部７６ａの他方の面に小ギヤ６２ａを当接し、小ギヤ６２ａに設けたナット挿入穴と取付部７６ａに設けたナット挿入穴７６ｂに挿入したナット９８に、ギヤ６２のねじ挿通穴に挿入したねじ９９を螺入して固定する。なお、小ギヤ６２ａは必須のものではない。
（７）最後に、クランク６０ａの嵌合穴をクランク軸５の端部に嵌合し、ボルト７ａで固定すれば組立が完了する。
【００８５】
上記の説明では、コイルケース９０の本体９１とねじ部９２を一体に構成した場合を示したが、本体９１とねじ部９２と別体に形成し、ろう付けなどにより両者を一体に結合してもよい。
また、コイルケース９０を本体９１のみで構成してその底部に設けた穴にめねじを設けると共に、第４の実施形態（図９）で説明したブラケット５５ｂのフランジを省略してておねじ５６ｂをこの部分まで延長し、ハウジング５１の端部に螺入したこのブラケット５５ｂのおねじにコイルケース９０のめねじを螺入するようにしてもよい。
【００８６】
次に、本実施形態の作用を説明する。なお、ギヤ６２にはチェーンが掛けられているものとする。いま、ペダル６１ｂを踏んでクランク６０ｂを自転車の進行方向に回転させると、その回転力はクランク６０ｂ、円柱状ボス７３、トルク検出部８１、ギヤ保持部７４を経て、ギヤ６２に伝達され、同時にクランク軸５に伝達される。このとき、クランク６０ｂと一体に結合されたトルク検出部８１には、クランク６０ｂによる回転力と、チェーンによる反対方向の張力とによりねじり応力が発生する。
【００８７】
これにより、トルク検出部８１に設けた磁気異方性を付与する凹溝２ａには引張り応力が、また、凹溝２ｂには圧縮応力が作用するため、これに対応してトルク検出部８１の透磁率が変化する。
トルク検出部８１の透磁率の変化に伴って検出コイル１７ａ，１７ｂの自己イダクタンスが変化し、ブリッジ回路１５５（図１７）にはインピーダンスの変化、したがって、トルク検出器８１に加えられたトルクの大きさに対応した不平衡電圧ｅ1 ，ｅ2 が出力する。この出力電圧ｅ1 ，ｅ2 は図１７で説明したプロセスにしたがって処理され、出力する。この出力電圧は、クランク軸５に加えられたトルクに対応した値である。
【００８８】
次に、他方のペダル６１ａを踏込んでクランク６０ａを回転すると、その回転はクランク６０ａ、クランク軸５、クランク６０ｂの円柱状ボス７３、トルク検出部８１、キヤ保持部７４を経てギヤ６２に伝達される。この場合、円柱状ボス７３以降の伝達経路及び回転方向は、前述のクランク６０ｂの場合と同じであり、しかも、ギヤ６２にはチェーンにより前記と同方向の張力が作用しているため、クランク６０ｂを回転した場合と同様のプロセスでトルク検出部８１のねじり応力、したがって、クランク６０ａによりクランク軸５に加えられたトルクを検出することができる。
【００８９】
上記のように構成した本実施形態によれば、自転車のペダルを踏むことによってクランク軸に加えられるトルクを容易かつ確実に検出することができると共に、第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
特に、本実施形態においては、左右のペダルを踏込むたびにクランク軸に加わるトルクを検出できるので便利であり、また、トルク検出部は大径でかつ中空に形成されているので、これに生ずるねじり応力を高精度で検出することができる。
【００９０】
なお、上記の各実施形態で説明したトルク検出軸１，１００、トルク検出軸であるクランク軸１ａ、トルク検出部８１は、何れもＦｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金あるいはＳＮＣＭ系浸炭鋼の如き磁歪特性を有する磁性合金で構成したが、実施例では、これらを重量％でＡｌを１１．０〜１５．０含み残部が実質的にＦｅかなるＦｅ−Ａｌ系合金、重量％でＮｉを３２〜８５％含み残部が実質的にＦｅからなるＦｅ−Ｎｉ系合金、及びＳＮＣＭ８１５でそれぞれ製作した。
【００９１】
上述の第４、第５及び第６の実施形態においては、本発明に係るトルク検出装置により、自転車のペダルの踏力によってトルク検出軸（クランク軸）又はトルク検出部に加わるトルクを検出する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定するものではなく、例えば、工作機械の回転軸その他の各種回転部にトルク検出軸又はトルク検出部を結合することにより、第１〜第３の実施形態と同様に、これらに加えられるトルクを検出することができる。
【００９２】
実施形態７
図１７は本発明の第７の実施形態の縦断面図、図１８はその分解斜視図、図１９はボビンの拡大図、図２０は図１９の縦断面図、図２１は図１７のＢ−Ｂ断面図、図２２は図２１のＣ−Ｃ断面図である。なお、第１〜第６の実施形態と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９３】
１４０は合成樹脂等の絶縁材料を成形加工してなるほぼ中空円筒状のボビンで、その両端部にはフランジ１４１ａ，１４１ｂが設けられている。そして、一方のフランジ１４１ａの外周には側壁に配線挿通穴１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ（１４３ｂは図示せず）を有する凹状の配線処理部１４２が設けられており、また、前面には配線処理部１４２の両側から全周に亘って溝状の配線収容部１４４が設けられている。１４５は配線処理部１４２に対向して配線収容部１４４内に設けられたアース端子１５６の取付部で、ねじ穴１４６が設けられている。
【００９４】
１４７ａ，１４７ｂ，１４７ｃ，１４７ｄ，１４７ｅはフランジ１４１ａ，１４１ｂの間において、それぞれ所定の間隔を隔てて設けられた隔壁で、フランジ１４１ａ，１４１ｂより小径に形成されており、このうち、隔壁１４７ｃは他の隔壁１４７ａ，１４７ｂ，１４７ｄ，１４７ｅより幅広に形成されている。また、隔壁１４７ａと１４７ｂとの間及び１４７ｄと１４７ｅとの間には検出コイル１７ａ，１７ｂの巻回部１４８ａ，１４８ｂが形成されており、フランジ１４１ａと隔壁１４７ａの間、隔壁１４７ｂと１４７ｃの間、隔壁１４７ｃと１４７ｄの間、及び隔壁１４７ｅとフランジ１４１ｂとの間には、所定幅の係止部１５１を隔てて、後述の第１のヨーク部品が嵌入されるヨーク嵌入穴１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄを有するヨーク嵌入溝１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃ，１４９ｄがそれぞれ設けられている。
【００９５】
１５２は隔壁１４７ａ〜１４７ｄの配線処理部１４２と同一線上に設けた切欠き部で、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤ端末部の引出し口を形成している。１５３ａ，１５３ｂは隔壁１４７ｃの上下に対向して突設された係止突起、１５４ａ，１５４ｂはフランジ１４１ｂの上下に対向して設けられたねじ穴、１５５ａ，１５５ｂはフランジ１４１ａ，１４１ｂの対向面に設けられた段部である。
【００９６】
１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄは各一対の第１のヨーク部品で、例えば、リング状の磁性材料を２分割した半円状に形成されており、内側にはボビン１４０に設けたヨーク嵌入穴１５０ａ〜１５０ｄに嵌入する嵌入部１６１，１６１が設けられている。また、両嵌入部１６１，１６１の間には、ボビン１４０の係止部１５１に係合する係合部１６２が設けられており、両端部にはボビン１４０の係止部１５１に係止する係止段部１６３，１６３が設けられている。
【００９７】
１６５ａ，１６５ｂは第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄと同じ材料からなる第２のヨーク部品で、円筒状の部材を２分割して断面半円状に形成されており、中央部にはボビン１４０の係止突起１５３ａ，１５３ｂに嵌合する嵌合穴１６６ａ，１６６ｂが設けられている。
【００９８】
上記の第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄ及び第２のヨーク部品１６５ａ，１６５ｂは、すべて、冷間圧延鋼板をプレス加工により成形したもので、材料が低廉で製造も容易なので大量生産に適し、コストを大幅に低減することができる。しかし、けい素鋼板、電磁ステンレス板などの他の板状材料を用いてもよく、この場合でも製造が容易なためコストを低減できる。
【００９９】
５１は中空円筒状のハウジングで、例えば、鉄、アルミニウムなどの金属材料、あるいは合成樹脂からなり、両端部の内壁には軸受のアダプタ５５ａ，５５ｂを螺入するためのねじ５３ａ，５３ｂが設けられている。そして、ボビン１４０のアース端子の取付部１４５に設けたねじ穴１４６及びフランジ１４１ｂに設けたねじ穴１５４ａ，１５４ｂに対応した位置には、ねじ挿通穴３１ａ，３１ｂ，３１ｃ（３１ａ，３１ｃは図示せず）が設けられており、また、ボビン１４０の配線処理部１４２に対応する位置には、ブシュ３５の取付穴３２が設けられている。
【０１００】
１７０は内面に熱溶融性接着剤が塗布された樹脂製の熱収縮チューブで、その長さは、ボビン１４０の段部１５５ａ，１５５ｂ間の間隔とほぼ等しく形成されている。この熱収縮チューブ１７０は、通常軟質樹脂によって形成され、１００〜１５０℃に加熱することにより６０〜８０％の収縮率を有することが知られている。
【０１０１】
次に、上記のように構成した本実施形態の組立順序の一例を説明する。
（１）ボビン１４０の巻回部１４８ａ，１４８ｂにそれぞれ検出コイル１７ａ，１７ｂを巻回し、そのワイヤの端末を隔壁１４７ａ〜１４７ｄの切欠き部１５２を通して配線処理部１４２の配線挿通穴１４３ａ，１４３ｂに挿通し、配線収容部１４４内に位置させる。そして、このボビン１４０にトルク検出軸１を挿入し、ボビン１４０をトルク検出軸１の大径部の間に位置させる。
【０１０２】
（２）次に、図２３（ａ）に示すように、第１のヨーク部品１６０ａ，１６０ａをボビン１４０のヨーク嵌入溝１４９ａに挿入し、その嵌入部１６１，１６１をヨーク嵌入穴１５０ａに貫入して内壁から突出させ、同時に係合部１６２を中央の係止部１５１に係止させると共に、段部１６３，１６３を上下の係止部１５１にそれぞれ係止させる。同様にして、第１のヨーク部品１６０ｂ，１６０ｂ、１６０ｃ，１６０ｃ及び１６０ｄ，１６０ｄをそれぞれボビン１４０に取付ける。
これにより、フランジ１４１ａ，１４１ｂと各隔壁１４７ａ〜１４７ｅの間には、隔壁１４７ａ〜１４７ｅの外周と同じ外径で第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄが取付けられる。
【０１０３】
（３）ついで、第２のヨーク部品１６５ａ，１６５ｂの嵌合穴１６６ａ，１６６ｂを、第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄが取付けられたボビン１４０の係合突起１５３ａ，１５３ｂに嵌合して位置決めし、ボビン１４０の外周に対向して嵌合する。このときの状態を図２３（ｂ）に示す。
【０１０４】
そして、熱収縮チューブ１７０をボビン１４０に嵌合し、加熱する。これにより、ボビン１４０、第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄ及び第２のヨーク部品１６５ａ，１６５ｂは、所定の位置に強固に固定される。このとき、熱収縮チューブ１７０の両端部は、ボビン１４０のフランジ１４１ａ，１４１ｂに設けた段部１５５ａ，１５５ｂ上に位置する。
なお、ボビン１４０、第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄ、第２のヨーク部品１６５ａ，１６５ｂの固定にあたっては、熱収縮チューブ１７０に代えて、これらを接着剤により固定してもよい。
【０１０５】
（４）引出し線１８をボビン１４０の配線処理部１４２の配線挿通穴１４３ｃから配線収容部１４４内に挿入し、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤにハンダ付けして接続する（図２１参照）。そして、図２２に示すように、配線処理部１４２及び配線収容部１４４内にエポキシ樹脂、ウレタン樹脂の如き樹脂１５８を充填し、密封して固定する。
【０１０６】
（５）ついで、トルク検出軸１及びボビン１４０をハウジング５１内に挿入して、引出し線１８を取付穴３２に取付けたブシュ３５から外部に引出し、ねじ挿通穴３１ａに挿入したねじ１５ａをアース端子１６６と共締めにして取付部１４５のねじ穴１４６に螺入すると共に、ねじ挿通穴３１ｂ，３１ｃに挿入したねじ１５ｂ，１５ｃをボビン１４０のフランジ１４１ｂに設けたねじ穴１５４ａ，１５４ｂに螺入し、両者を一体に固定する。
【０１０７】
（６）次に、ハウジング５１のめねじ５３ｂに、トルク検出軸１との間に球軸受５８を介して一方のアダプタ５５ｂのおねじ５６ｂを、そのフランジがハウジング５１に当接するまで螺入し、固定する。ついで、他方のアダプタ５５ａのおねじ５６ａを球軸受５８を介してハウジング５１のめねじ５３ａに螺入したのち、アダプタ５５ａのおねじ５６ａにロックリング５９を螺入して固定する。これにより、トルク検出軸１ａは、ハウジング５１内に回転自在に支持される。
【０１０８】
本実施形態の作用は前述の第１〜第６の実施形態の場合と実質的に同じなので、説明を省略する。なお、本実施形態においては自転車のトルク検出装置の場合を示したが、工作機械の回転軸やその他の回転部のトルク検出にも用いることができる。
【０１０９】
上記の説明では、トルク検出軸１ａに段付き軸を用いた場合を示したが、本実施形態においては、第１の実施形態で説明したような全長に亘って同径のトルク検出軸１を用いることもできる。この場合は、第１、第２のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄ、１６５ａ，１６５ｂを取付けて固定したのち、ボビン１４０にトルク検出軸１を挿入してもよく、軸受も第１の実施形態に準じて取付けることができる。
また、ボビン１４０のヨーク嵌入穴１５０ａ〜１５０ｄに第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄの嵌入部１６１を嵌入してボビン１４０の内壁面から突出させた場合を示したが、ヨーク嵌入穴１５０ａ〜１５０ｄに嵌入した第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄの嵌入部１６１を、ボビン１４０の内壁面と同一面にしてもよい。
【０１１０】
上記のように構成した本実施形態によれば、前述の各実施形態の特長を有するばかりでなく、ヨークを複数の第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄと複数の第２のヨーク部品１６５ａ，１６５ｂとに分割し、これらを板状の磁性材料をプレス加工により製造するようにしたので、製造が容易で大量生産に適し、コストを低減することができる。特に、これらの材料に低価格の冷間圧延鋼板を用いた場合は、コストをさらに低減することができる。
また、第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄをボビン１４０のヨーク嵌入穴１５０ａ〜１５０ｄに嵌入して内壁から突出させた場合は、第１のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄをトルク検出軸１の凹溝２ａ，２ｂに近接させて有効な磁路を形成することができるので、感度のよいトルク検出装置を得ることができる。
【０１１１】
さらに、ボビン１４０のフランジ１４１ａの前面部に配線収容部１０４を設け、この配線収容部１４４内に検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤと取出し線１８を収容して両者を接続したのち樹脂を充填するようにしたので、配線処理が容易で、防水機能を大幅に向上することができる。
また、ボビン１４０とこれに取付けた第１、第２のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄ、１６５ａ，１６５ｂを熱収縮チューブ１７０で一体に結合した場合は、これら各部品の密着性を高めて第１、第２のヨーク部品１６０ａ〜１６０ｄ、１６５ａ，１６５ｂの磁路特性を高めることができ、さらにこれらに対する防水効果を向上することができる。
【０１１２】
以上本発明の実施形態について詳細に説明したが、各実施形態の構成はこれに限定するものではなく、例えば、以下に述べるように適宜変更することができる。
（１）第１〜第７の実施形態では、トルク検出軸及びトルク検出部をＦｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金又はＳＮＣＭ系浸炭鋼からなる磁歪特性を有する磁性合金で形成し、これに磁気異方性を付与した場合について説明したが、このようなトルク検出軸又はトルク検出部に代えて、図２４の従来技術で説明したように、互いに反対方向に傾斜したシェブロン状のスリット又は凹溝によって磁気異方性が付与された軟磁性箔を回転軸の表面に固着して構成したトルク検出軸又はトルク検出部を用いてもよい。
【０１１３】
（２）第３の実施形態では、ボビン１０の隔壁１２ａ〜１２ｇの一部に上下を残してスリット１０５ａ〜１０５ｆを設けると共に、ヨーク部品２１ａ，２１ｂのリブ２２ａ〜２２ｆのスリット１０５ａ〜１０５ｆに対応る部分をさらに小径に形成し、ボビン１０にヨーク部品２１ａ，２１ｂを結合したときに、スリット１０５ａ〜１０５ｆに嵌入されたリブ２２ａ〜２２ｆの一部がボビン１０の内壁から突設するようにしたが、この構造は他の実施形態にも実施することができる。
【０１１４】
（３）第４、第６の実施形態では、ボビン１０の配線処理部１３ａの近傍の隔壁１２ａの切欠き部１６ａに、検出コイル１７ａ，１７ｂの引出し線を固定する固定手段を設けた場合を示したが、これは他の実施形態にも実施することができる。
（４）また、第５の実施形態では、ボビンを独立した一対のボビン１０ａ，１０ｂで構成すると共に、ヨーク部品２１ａ，２１ｂにボビン１０ａ，１０ｂが嵌入される嵌入部２６ａ〜２６ｄを設けた場合を示したが、これは他の実施形態にも実施することができる。
（５）さらに、第７の実施形態では、検出コイル１７ａ，１７ｂのワイヤの端末及び引出し線１８を収容した配線処理部１４２及び配線収容部１４４に樹脂を充填した場合を示したが、これは他の実施形態にも可能な範囲で実施することができる。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明に係るトルク検出装置は、磁気異方性が付与されたトルク検出軸と、切欠き部を有するフランジが両側に設けられ該フランジの間にそれぞれ検出コイルが巻回される中空の一対のボビンと、内壁から突設された複数のリブの間に形成され前記ボビンがそれぞれ嵌入する嵌入部及び前記リブの一方の端部に設けられた凹部を有し、前記ボビンの両側に結合される断面半円状の一対のヨークと、両端部に内壁から突出したフランジを有し、該フランジの一方の端部に検出コイルのワイヤの取出口が設けられて前記ヨークの両側に結合される断面半円状の一対のコイルケースと、両端部内壁にめねじを有し、検出コイルの引出し線の引き出し穴が設けられた中空円筒状のハウジングとからなり、該ハウジング内に、一体に結合された前記ボビン、ヨーク及びコイルケースを挿入して該ハウジングに固定し、前記ボビン内に挿入されたトルク検出軸を前記ハウジングにより回転自在に支持するようにしたので、次のような効果を得ることができる。
【０１１６】
ボビンを一体構造にしたので組立が容易であり、さらに隔壁に切欠き部を設けると共に、隔壁の間に配線処理部及び巻回部を設けたので、検出コイルの巻回、ワイヤ端末の引出し、ワイヤ端末及び引出し線の処理を容易かつ確実に行うことができ、生産性を向上することができる。
また、ヨークを２つ割りにしてボビンの両側の結合すると共に、ヨークのボビンの切欠き部に対向する位置に凹部を設けたので、ボビンにヨークを結合した際に、切欠き部と凹部により配線の通路を形成することができ、配線処理を容易にすることができる。なお、本発明は、自転車のクランク軸が比較的細い場合に実施して特に有効である。
【０１２６】
また、本発明に係るトルク検出装置は、磁気異方性が付与された検出軸と、外周の中央部及びその両側に隔壁が設けられ、該隔壁の間に検出コイルの巻回部を設けると共に、該隔壁にそれぞれ内壁に開口する複数のヨーク嵌入穴を有するヨーク嵌入溝が形成されたほぼ中空円筒状のボビンと、該ボビンのヨーク嵌入穴に嵌入する嵌入部を有し、前記ヨーク嵌入溝に対向して嵌入される半円状の複数対の第１のヨーク部品と、該第１のヨーク部品の外周に嵌合して前記ボビンに結合される断面半円状の一対の第２のヨーク部品と、前記検出コイルの引出し線の引出し穴を有する中空円筒状のハウジングとからなり、該ハウジングに前記第１，第２のヨーク部品が結合されたボビンを挿入して該ボビンを前記ハウジングに固定し、該ボビン内に挿入された前記トルク検出軸を前記ハウジングにより回転自在に支持するようにしたので、次のような効果を得ることができる。
【０１２７】
ヨークを複数の第１のヨーク部品と複数の第２のヨーク部品とに分割することにより、板状の磁性部材をプレス加工により製造することができるので、製造が容易で多量生産に適し、コストを低減することができる。
また、第１のヨーク部品をボビンのヨーク嵌入穴に嵌入して内壁から突出させた場合は、第１のヨーク部品をトルク検出軸に近接して配設できるので有効な磁路を形成することができ、これにより感度のよいトルク検出装置を得ることができる。なお、第１、第２のヨーク部品を冷間圧延鋼板でプレス加工により製作すると、機械構造用炭素鋼材によって一体成形したヨークとほぼ同じ特性が得られ、その上コストを低減することができる。
【０１２８】
上記のトルク検出装置において、少なくともボビンの一端にフランジを設け、このフランジに配線処理部及び前面に開口する配線収容部を設け、この配線収容部内に検出コイルのワイヤと取出し線を収容して両者を接続するようにしたので、配線処理を容易かつ整然と行うことができる。
【０１２９】
上記のトルク検出装置において、配線が収容された配線処理部及び配線収容部に樹脂を充填するようにしたので、配線が確実に固定されると共に、防水機能を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の縦断面図である。
【図２】図１の要部の分解斜視図である。
【図３】図１のボビンの縦断面図及びそのＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の要部の分解斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の縦断面図である。
【図６】図５の要部の分解斜視図である。
【図７】図５のボビン及びヨークの分解斜視図及びボビンの断面図である。
【図８】自転車のボトムブラケット部の斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の縦断面図である。
【図１０】図９の要部の分解斜視図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態の縦断面図である。
【図１２】図１１の要部の分解斜視図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態の縦断面図である。
【図１４】図１３の要部の一部断面図である。
【図１５】図１４の分解斜視図である。
【図１６】図１３の要部の分解斜視図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態の縦断面図である。
【図１８】図１７の分解斜視図である。
【図１９】図１８のボビンの拡大図である。
【図２０】図１９の縦断面図である。
【図２１】図１７のＢ−Ｂ断面図である。
【図２２】図２１のＣ−Ｃ断面図である。
【図２３】第７の実施形態の組立の一例を示す説明図である。
【図２４】従来のトルク検出装置の一例の説明図である。
【符号の説明】
１，１００ トルク検出軸
２ａ，２ｂ スリット又は凹溝
１ａ，５ クランク軸
８ 回転軸
１０，１０ａ，１０ｂ，１４０ ボビン
１２ａ〜１２ｇ，１４７ａ〜１４７ｄ 隔壁
１３ａ，１４２ 配線処理部
１３ｂ，１３ｃ，１４８ａ，１４８ｂ 検出コイルの巻回部
１６ａ〜１６ｆ，１５２ 切欠き部
１７ａ，１７ｂ 検出コイル
２０ ヨーク
２１ａ，２１ｂ ヨーク部品
２２ａ〜２２ｆ リブ
３０，５１ ハウジング
５０ ボトムブラケット部
５５ａ，５５ｂ ブラケット
５８ 球軸受
６０ａ，６０ｂ クランク
６１ａ，６１ｂ ペダル
６２ ギヤ
６５ コイルケース
６６ａ，６６ｂ コイルケース部品
７３ 円柱状ボス
７４ ギヤ保持部材
８１ トルク検出部
８２ 円筒部
９０ コイルケース
９１ 本体
９２ ねじ部
１１０ａ，１１０ｂ 固定装置
１４１ａ，１４１ｂ フランジ
１４４ 配線収容部
１４９ａ〜１４９ｄ ヨーク嵌入溝
１５０ａ〜１５０ｂ ヨーク嵌入穴
１６０ａ〜１６０ｄ 第１のヨーク部品
１６１ 嵌入部
１６５ａ，１６５ｂ 第２のヨーク部品
１７０ 熱収縮チューブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque detection device, and more particularly to a torque detection device for detecting torque of a rotating part such as a rotating shaft of a machine tool or a crank shaft of a bicycle.
[0002]
[Prior art]
An example of this type of torque detector is shown in FIG. In the figure, reference numeral 8a denotes a rotating shaft, which is rotatably supported by the housing 30 via bearings 35a and 35b. 201a and 201b are soft magnetic foils made of amorphous alloy foil, for example, which are wound around and fixed to the rotary shaft 8a with a predetermined gap therebetween, and chevron-like slits or recesses inclined in opposite directions on the surface. Grooves 202a and 202b (hereinafter referred to as concave grooves) are provided to impart magnetic anisotropy.
Reference numerals 17a and 17b are cylindrical detection coils mounted on the bobbin 200 and disposed on the outer periphery of the soft magnetic foils 201a and 201b. The self-inductance changes corresponding to the change in the magnetic permeability of the soft magnetic foils 201a and 201b. .
[0003]
The lead wires connected to the respective input / output terminals of the detection coils 17a and 17b are taken out through the lead holes 32 provided in the housing 30, and the input terminals are connected to the oscillation circuit 203 for exciting the detection coils 17a and 17b. The output terminal is connected to the other end of the oscillation circuit 203 via resistors 204a and 204b for balancing the impedances of the detection coils 17a and 17b, and the bridge circuit 205 is constituted by these. Reference numerals 206a and 206b denote rectifier circuits that rectify the output voltage of the bridge circuit 205, and reference numeral 207 denotes a comparison circuit that compares the output voltages of the rectified bridge circuit 205.
[0004]
Next, the operation of the torque detection device configured as described above will be described. It is assumed that the detection coils 17a and 17b are excited by the output of the oscillation circuit 203. When no torque, and hence torsional stress, is applied to the rotating shaft 8a, the magnetic permeability μ of the soft magnetic foils 201a and 201b provided on the rotating shaft 8a.1, Μ2Are kept equal, and the self-inductance L of the detection coils 17a and 17b at this time is maintained.1, L2Is expressed by the following equation.
L1= 4πN1 2μ1A [1]
L2= 4πN2 2μ2A [2]
However, N1: Number of coil turns of the detection coil 17a
N2: Number of coil turns of the detection coil 17b
A: Coefficient determined by core shape
Therefore, N1= N2, Μ1= Μ2Then, from the equations [1] and [2], L1= L2It is.
[0005]
The detection coils 17a and 17b form a bridge circuit 205 with resistors 204a and 204b, and a midpoint voltage e.1, E2Is represented by the following equation.
e1= JωL1/ (JωL1+ R1) ・ E [3]
e2= JωL2/ (JωL2+ R2) ・ E [4]
Now, when a torsional stress in the direction of arrow a is generated on the rotating shaft 8a, stress is generated in the chevron-shaped concave grooves 2a and 2b. That is, since the tensile stress acts on the soft magnetic foil 201a, the permeability μ1Since the compressive stress acts on the soft magnetic foil 201b, the magnetic permeability μ2Decrease.
[0006]
As a result, the voltage e at the midpoint of the bridge circuit 205 is obtained from the equations [3] and [4].1Rises and e2Descends. Both voltages e1, E2Are smoothed by the rectifier circuits 206a and 206b, respectively, and the output DC voltage E1, E2Are compared by the comparison circuit 207, and a difference voltage ΔE is output. This difference voltage ΔE is a value corresponding to the change in the magnetic permeability of the soft magnetic foils 201a and 201b, that is, a value corresponding to the torque applied to the rotating shaft 8a. Therefore, if the rotating shaft 8a is connected to the torque detection shaft, the torque of the shaft can be detected.
[0007]
In the torque detection device as described above, in order to fix the soft magnetic foils 201a and 201b to the rotary shaft 8a, generally, an adhesive made of a thermosetting resin is used. However, the stress transmission characteristic depends on the thickness of the adhesive. In addition, there is a problem that the difference in thermal expansion coefficient between the stress generating portions of the soft magnetic foils 201a and 201b and the rotating shaft 8a affects the change in the magnetic permeability of the soft magnetic foils 201a and 201b. The work of applying the adhesive uniformly to the shaft 8a and applying a constant adhesive pressure to heat and fix the soft magnetic foils 201a and 201b is currently accompanied by many difficulties.
In order to remedy such problems, the applicant of the present invention has developed a torque detection shaft that is made of a magnetic alloy having magnetostriction characteristics without directly attaching a soft magnetic foil to the rotation shaft and is directly imparted with magnetic anisotropy. Have been developed and patent applications have been filed (for example, Japanese Patent Application Nos. 7-147054, 7-147055, 7-147056).
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In a torque detection device having a torque detection shaft that is made of a magnetic alloy having a magnetostriction characteristic and a magnetic shaft having a magnetic anisotropy directly attached with a soft magnetic foil. The structure of the bobbin 200 around which the detection coils 17a and 17b are wound, the housing 30 covering the outer periphery of the bobbin 200, and the like are complicated, and many man-hours are required for manufacturing, assembly, adjustment, etc. In addition, the wires of the detection coils 17a and 17b There were various problems such as troublesome removal.
In addition, when the yoke is integrally formed, since it is secondarily processed for the one formed by the lost wax method or sintering, there is a problem that it is expensive.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to obtain a highly accurate torque detection device that is simple in structure, easy to manufacture, assemble, and adjust, and capable of mass production. is there.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A torque detection device according to the present invention includes a torque detection shaft provided with magnetic anisotropy,A flange having a notch is provided on both sides, and a pair of hollow bobbins each having a detection coil wound around the flange and a plurality of ribs projecting from the inner wall are inserted into the bobbins. A pair of semi-circular yokes coupled to both sides of the bobbin, and flanges projecting from the inner wall at both ends, and a recess provided at one end of the rib. The detection coil has a pair of semicircular coil cases that are provided with a wire outlet for the detection coil at one end of the flange and are coupled to both sides of the yoke. A hollow cylindrical housing provided with a lead-out hole for the lead-out wire, and the bobbin, yoke and coil case coupled together are inserted into the housing and fixed to the housing, and the bobbin A torque detection shaft inserted into theIt is supported rotatably by a housing.
[0018]
Further, the torque detection device according to the present invention includes a torque detection shaft provided with magnetic anisotropy, and an outer periphery.A partition is provided at the center of the partition and on both sides of the partition, and a winding portion of the detection coil is provided between the partitions.A substantially hollow cylindrical bobbin in which a yoke insertion groove having a plurality of yoke insertion holes each opening in the inner wall is formed, and an insertion part that fits into the yoke insertion hole of the bobbin,A plurality of semi-circular pairs of first yoke parts that are fitted to face the yoke fitting groove;The bobbin is fitted to the outer periphery of the first yoke component.A pair of second yoke parts having a semicircular cross section to be coupled and a hollow cylindrical housing having an extraction hole for the extraction line of the detection coil, and the first and second yoke parts are disposed in the housing. Insert the combined bobbinThe bobbin to the housingThe torque detection shaft fixed and inserted in the bobbin is rotatably supported by the housing.
[0019]
aboveIn the torque detector, at least one end of the bobbin is provided with a flange, and the flange is provided with a wiring processing part and a wiring accommodating part opening on the front surface.
aboveIn the torque detection device, the wiring processing unit in which the wiring was accommodated and the wiring accommodation unit were filled with resin.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of an essential part thereof, FIG. 3 (a) is a longitudinal sectional view of the bobbin of FIG. 2, and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
In the figure, reference numeral 1 denotes a solid torque detection shaft, which is made of a magnetic alloy having magnetostrictive characteristics such as an Fe-Al alloy, an Fe-Ni alloy, or an SNCM carburized steel. In addition, chevron-shaped concave grooves 2a and 2b that are symmetrical and inclined in opposite directions are provided, and magnetic anisotropies in opposite directions are provided.
[0022]
Reference numeral 10 denotes a substantially hollow cylindrical bobbin formed by molding an insulating material such as a synthetic resin. A plurality of partition walls 12a, 12b, and 12c are formed on the outer periphery of the bobbin at predetermined intervals in the axial direction from one end. , 12d, 12e, and 12f are provided. Of these, the partition walls 12a and 12b are formed to have a larger diameter than the other partition walls 12c to 12f.
A wiring processing unit 13a for lead wires from the detection coils 17a and 17b is provided between the partition walls 12a and 12b, and the detection coils 17a and 17b are wound between the partition walls 12c and 12d and between 12e and 12f, respectively. The turning portions 13b and 13c are formed.
[0023]
Reference numerals 14a and 14b denote mounting bosses 15a and 15b, and bosses that constitute locking portions projecting at opposing positions between the partition walls 12d and 12e. Reference numerals 16a, 16b, 16c, 16d, and 16e are notches provided on the same line of the partition walls 12a to 12f, and form a lead-out port for the end of the wire of the detection coils 17a and 17b.
[0024]
Reference numeral 20 denotes a yoke for forming a magnetic path, which includes, for example, a first yoke part 21a having a semicircular cross section obtained by dividing a cylindrical member made of a magnetic material such as permalloy into two parts, and a second yoke part 21b. ing. The ribs 22a, 22b, 22c, and 22d (22c are inserted between the partition walls 12b and 12c of the bobbin 10 and between the partition walls 12d and 12e are formed on both end portions and central inner walls of the yoke parts 21a and 21b. (Not shown) and ribs 22e and 22f (22e not shown) that abut against the outer wall of the partition wall 12f are provided to face each other, of which the ribs 22c and 22d are formed by other ribs 22a, 22b, 22e, and 22f. Widely formed.
[0025]
23a and 23b are through-holes constituting engaging portions provided from the outer wall to the ribs 22c and 22d at opposing positions on the outer periphery, and are inserted into the bosses 14a and 14b of the bobbin 10 as positioning and detents. 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f (24c, 24e are not shown) are formed at one end of the opposing ribs 22a and 22b, 22c and 22d, and 22e and 22f of the yoke parts 21a and 21b. When the yoke parts 21a and 21b are combined with each other, the notch portions 16a to 16e of the bobbin 10 form the wire passage 25 drawn from the detection coils 17a and 17b.
[0026]
Reference numeral 30 denotes a hollow cylindrical housing made of, for example, a metal material such as iron or aluminum or a synthetic resin, and the inner diameters at both ends are formed to be large in order to mount the bearings 35a and 35b. Long holes 31a and 31b (31b not shown) through which the screws 36 are inserted are provided at positions facing the through holes 23a and 23b of the yoke parts 21a and 21b, and a wiring processing portion of the bobbin 10 is provided. At a position corresponding to 13a, a lead-out hole 32 of the lead-out line 18 is provided. Reference numeral 33 denotes a bush mounted in the drawing hole 32, and 35a and 35b denote bearings that rotatably support the torque detection shaft 1 inserted into the housing 30.
[0027]
Next, an example of the assembly order of the present embodiment configured as described above will be described.
(1) The detection coils 17a and 17b are wound around the winding portions 13b and 13c of the bobbin 10, and the ends of the wires are drawn out from the notches 16c to 16e of the partition walls 12c to 12e.
(2) The through hole 23b of one yoke part (for example, 21b) is fitted to the boss 14b of the bobbin 10, the rib 22b is fitted between the partition walls 12b and 12c, and the rib 22d is inserted between the partition walls 12d and 12e. The rib 22f is brought into contact with the outer wall surface of the partition wall 12f, and the ends of the wires of the detection coils 17a and 17b are wound around the wiring processing unit 13a via the recesses 24b and 24d.
[0028]
(3) Next, similarly, the other yoke part 21a is mounted on the bobbin 10 so as to face the yoke part 21b, and the bobbin 10 and the yoke parts 21a and 21b are integrally coupled. At this time, the ends of the wires of the detection coils 17a and 17b are located in a passage 25 formed by the notches 16a to 16e of the bobbin 10 and the recesses 24a to 24f of the yoke parts 21a and 21b.
(4) Next, after connecting the ends of the lead wires 18 (covered wires) to the ends of the wires of the detection coils 17a and 17b wound around the wiring processing unit 13a of the bobbin 10, at least the wiring processing unit 13a Wrap once.
[0029]
(5) The lead wire 18 is bent in a direction opposite to the bobbin 10 and substantially parallel to the bobbin 10 and is taken out from the notch 16a of the partition wall 12a. In this state, the bobbin 10 and the yoke 20 that are integrally coupled are It is inserted into the housing 30 from the partition wall 12a side, and the lead wire 18 is pulled out from the lead hole 32 to the outside.
[0030]
(6) One bearing (for example, 35a) is attached to the torque detection shaft 1, and the torque detection shaft 1 is inserted from the housing 30 into the hollow portion 11 of the bobbin 10 to press-fit the bearing 35a into the end of the housing 30. The other bearing 35 b is press-fitted into the torque detection shaft 1 and the other end of the housing 30 so that the torque detection shaft 1 is rotatably supported with respect to the housing 30. At this time, the concave grooves 2a and 2b provided in the torque detection shaft 1 face the detection coils 17a and 17b with a slight gap therebetween.
[0031]
(7) Screws 36 are inserted into the long holes 31a and 31b of the housing 30 and screwed into the mounting holes 15a and 15b provided in the bosses 14a and 14b of the bobbin 10, so that the bobbin 10, the yoke 20 and the housing 30 are coupled together. To do. At this time, if the positions of the concave grooves 2a, 2b provided on the torque detection shaft 1 and the detection coils 17a, 17b do not exactly match, the screw 36 is loosened and the housing 30 is moved to the right or left. To align the positions of the two.
[0032]
In the present embodiment configured as described above, when a torque is applied to the torque detection shaft 1 to generate, for example, a torsional stress in the direction of the arrow a, the concave groove 2a out of the concave grooves 2a and 2b provided in the torque detection shaft 1. Since a tensile stress is generated in the groove 2 and a compressive stress is generated in the concave groove 2b, the permeability of the torque detection shaft 1 changes correspondingly.
As the magnetic permeability of the torque detection shaft 1 changes, the self-impedance of the detection coils 17a and 17b changes as described in detail in the conventional example of FIG. 17, and this change is detected by the detection means described in FIG. The The detected voltage has a value corresponding to the torque applied to the torque detection shaft 1.
[0033]
According to the present embodiment configured as described above, the torque detection shaft 1 is formed of a magnetic alloy having magnetostrictive characteristics, and the grooves 2a and 2b are directly provided on the torque detection shaft 1 so as to impart magnetic anisotropy. Production is extremely easy and mass production is possible.
Further, since the bobbin 10 has an integrated structure as described above, it is easy to assemble, and the partition walls 12a to 12f are provided with notches 16a to 16e, and the wiring processing section 13a and the winding section 13b are provided between the partition walls. , 13c, the winding of the detection coils 17a, 17b, the drawing of the wire terminal, and the processing of the wire terminal and the lead wire can be performed easily and reliably.
[0034]
Further, the yoke 20 is divided into two parts and coupled to both sides of the bobbin 10, and at this time, the through holes 23a and 23b of the yoke 20 are fitted to the bosses 14a and 14b provided on the bobbin 10. In addition to easy positioning, it is possible to prevent the yoke 20 from rotating. Furthermore, since the recesses 24a to 24f are provided at positions facing the notches 16a to 16e of the bobbin 10 of the yoke 20, it is possible to form a wiring path 25 by the notches 16a to 16e and the recesses 24a to 24f. it can.
[0035]
The housing 30 is provided with elongated holes 31a and 31b, and the screw 36 inserted through the elongated holes 31a and 31b is integrated with the boss 14a of the bobbin 10 through the through holes 23a and 23b of the yoke 20 which are accommodated inside. , 14b are fixed by screwing into the mounting holes 15a, 15b, so that unnecessary stress is not applied to the yoke 20, and the characteristics of the yoke 20 are not affected.
Further, since the long holes 31a and 31b are provided in the housing 30, if the positions of the concave grooves 2a and 2b provided in the torque detection shaft 1 and the detection coils 17a and 17b provided in the bobbin 10 do not coincide with each other, the screw 36 The position of the bobbin 10 can be adjusted by loosening and moving the bobbin 10 in the axial direction. For this reason, the position adjustment of the bobbin 10 is very easy.
[0036]
Embodiment 2
FIG. 4 is an exploded perspective view of the main part of the second embodiment of the present invention. This embodiment has substantially the same configuration as the first embodiment, but differs in the following points. That is, a partition wall 12g having the same diameter as the partition walls 12a and 12b is provided at the end (the partition wall 12f side) of the bobbin 10, and the partition wall 12g and the partition wall 12b are formed wide so that the mounting holes 15a, 15b, and 15c are located at opposing positions. 15d (15b and 15d are not shown), and yoke parts 21a and 21b are positioned and detent pins 14c and 14d (14d are not shown) between the partition walls 12d and 12e. It is a thing.
[0037]
The ribs 22c and 22d of the yoke parts 21a and 21b are provided with pin holes 23c and 23d (23c is not shown) into which the pins 14c and 14d of the bobbin 10 are fitted, and the housing 30 is provided with mounting holes 15a to 15d. A long hole 31a, 31b, 31c, 31d is provided facing 15d.
[0038]
In the present embodiment configured as described above, the detection coils 17a and 17b are wound around the winding portions 13b and 13c of the bobbin 10, and the yoke parts 21a and 21b are mounted on both sides of the bobbin 10 to be integrally coupled. To do. At this time, the pins 14c and 14d of the bobbin 10 are fitted into the pin holes 23c and 23d of the yoke parts 21a and 21d.
Next, the bobbin 10 and the yoke 20 that are integrally coupled are inserted into the housing 30, and the screws 36 inserted through the elongated holes 31 a to 31 d are screwed into the mounting holes 15 a to 15 d of the bobbin 10, and these are integrally coupled. To do. The connection and processing of the wire ends of the detection coils 17a and 17b and the lead wire 18, the mounting of the torque detection shaft 1, and the torque detection operation are the same as those in the first embodiment.
Also in this embodiment, substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0039]
Embodiment 3
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a third embodiment of the present invention, FIG. 6 is an exploded perspective view of an essential part thereof, FIG. 7A is an exploded perspective view of a bobbin and a yoke, and FIG. It is sectional drawing. In this embodiment, a hollow torque detection shaft is coupled to a solid rotation shaft, and torque applied to the rotation shaft is detected.
[0040]
In the figure, 8 is, for example, a rotating shaft that is provided in a machine tool and to which torque is applied. Reference numeral 100 denotes a hollow torque detection shaft through which the rotary shaft 8 is inserted, and is made of a magnetic alloy having magnetostrictive characteristics such as Fe—Al alloy, Fe—Ni alloy, and SNCN carburized steel. Further, chevron-shaped slits or grooves 2a and 2b (hereinafter simply referred to as grooves) inclined in opposite directions are provided on the outer periphery in the vicinity of the substantially central portion in the axial direction, and magnetic anisotropies in opposite directions are provided. Has been granted. 101a and 101b are large-diameter stopper portions provided on both sides of the concave grooves 2a and 2b for positioning the bearings 35a and 35b. Reference numerals 103a and 103b denote a plurality of concave engaging portions provided at substantially equal intervals at both ends, thereby forming connecting portions 102a and 102b.
[0041]
10 is a bobbin having substantially the same structure as that of the bobbin 10 of the second embodiment (FIG. 4), but between the partition walls 12b and 12c, between 12d and 12e, and between 12f and 12g, a circle is left and left. Arc-shaped slits 105a, 105b, 105c, 105d, 105e, 105f (105a, 105c, 105e are not shown) are provided, among which the slits 105c, 105d are wider than the other slits 105a, 105b, 105e, 105f. Is formed.
[0042]
21a and 21b are yoke parts having substantially the same structure as the yoke parts 21a and 21b of the second embodiment (FIG. 4), but the ribs 22a to 22f are formed to have a smaller diameter except for the upper and lower sides. It can be inserted into the slits 105a to 105f.
Reference numeral 30 denotes a housing having substantially the same structure as the housing 30 of the second embodiment (FIG. 4).
[0043]
In order to assemble the torque detection device including the above parts, the yoke parts 21a and 21b are mounted on both sides of the bobbin 10 around which the detection coils 17a and 17b are wound around the winding parts 13b and 13c. At this time, the ribs 22 a to 22 f of the yoke parts 21 a and 21 b are fitted into the slits 105 a to 105 f of the bobbin 10, and their tip portions protrude from the inner wall surface of the bobbin 10. Then, the bobbin 10 to which the yoke parts 21 a and 21 b are mounted is inserted into the housing 30, the lead wire 18 is pulled out from the lead-out port 32, and the bobbin 10 is fixed to the housing 30 with the screw 36.
[0044]
Next, the torque detection shaft 100 is inserted into the housing 30 and the bobbin 10, and the bearings 35a and 35b are press-fitted between the torque detection shaft 100 and the housing 30 from both sides until they come into contact with the stoppers 101a and 101b. , 106b. Thereby, the torque detection shaft 100 is rotatably supported by the housing 30. At this time, the ribs 22a to 22f of the yoke 20 protrude from the inner wall of the bobbin 10 and are positioned close to the torque detection shaft 100 to form an efficient magnetic path.
[0045]
110 a and 110 b are fixing devices having the same structure for fixing the torque detection shaft 100 to the rotary shaft 8, and include a torque transmission ring 111, an outer ring 121 and an inner ring 131.
The torque transmission ring 111 includes a main body 112 and a connecting portion 113 having a smaller diameter and being fitted into the torque detection shaft 100. A central portion has a large-diameter hole 114 on the main body side 112 and a connecting portion 113 side. A smaller diameter hole 115 is provided therethrough. Further, on the outer periphery of the connecting portion 113, a locking portion 116 that engages with the engaging portions 103 a and 103 b provided on the connecting portions 102 a and 102 b of the torque detection shaft 100 is projected.
[0046]
The outer ring 121 includes a main body 122 and a flange 123, and the outer diameter of the main body 122 is formed to be substantially equal to the inner diameter of the large-diameter hole 114 of the torque transmission ring 111. Further, a hole 124 is formed through the center, and the diameter of the hole 124 is reduced from the vicinity of the base portion of the main body 122 toward the front end portion, and the inner wall is formed as an inclined surface. Reference numeral 125 denotes a plurality of slits provided at equal intervals in the axial direction of the main body 122 and opens at the tip, and 126 denotes a plurality of screw holes provided in the flange.
[0047]
The inner ring 131 includes a main body 132 and a flange 133, and a through hole 134 having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the rotating shaft 8 is provided at the center. Further, the outer diameter of the main body 132 is formed in an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the hole 124 of the outer ring 121 on the flange portion 133 side, and is formed in a cross-sectional wedge shape by an inclined surface reduced in diameter toward the tip portion. The inclination angle of the inclined surface is substantially equal to the inclination angle of the inclined surface of the hole 124 of the outer ring 121. Reference numeral 135 denotes a plurality of slits provided at substantially equal intervals in the axial direction of the main body 132, and 136 denotes a plurality of screw insertion holes provided in the flange 133.
[0048]
Next, an example of a procedure for attaching the torque detection device according to the present embodiment configured as described above to the rotating shaft 8 will be described. It is assumed that the torque detector is assembled in advance.
(1) The main body 122 of the outer ring 121 is inserted into the hole 114 of the torque transmission ring 111 of the fixing devices 110 a and 110 b until the tip end of the main body 122 contacts the bottom of the hole 114. Next, the main body 132 of the inner ring 131 is fitted into the hole 124 of the outer ring 121, and the screw 137 inserted through the screw insertion hole 136 of the inner ring 131 is lightly inserted into the screw hole 126 of the outer ring 121 and temporarily coupled.
[0049]
(2) With the inner ring 131 first, the holes 134, 124, 114, 115 of one of the temporarily fixed devices (for example, 110b) are inserted into the rotary shaft 8, and the screw 137 is inserted at a predetermined position of the rotary shaft 8. Then screw in and tighten.
As a result, the main body 132 of the inner ring 131 is pushed into the hole 124 of the outer ring 121, the main body 122 of the outer ring 121 is pushed outward by the wedge action of the main body 132 of the inner ring 131, and the outer peripheral surface thereof is torqued. It is crimped to the inner peripheral surface of the hole 114 of the transmission ring 111. On the other hand, the main body 132 of the inner ring 131 is pressed toward the center, and the inner peripheral surface of the through hole 134 is pressed against the outer peripheral surface of the rotating shaft 8. As a result, the torque transmission ring 111, the outer ring 121, and the inner ring 131 are integrally coupled to the rotating shaft 8.
[0050]
(3) Next, the hollow portion of the torque detection shaft 100 is inserted into the rotary shaft 8, and the engaging portion 103b of the connecting portion 102b is connected to the engaging portion 116 provided in the connecting portion 113 of the fixing device 110b. The bottom part of 103b and the front-end | tip part of the latching | locking part 116 engage with a clearance gap.
Next, the temporarily connected fixing device 110a is inserted into the rotating shaft 8 with the torque transmission ring 111 first, and the engaging portion 116 of the connecting portion 113 is inserted into the engaging portion 103a of the torque detecting shaft 100 and a gap between them. Are engaged with each other.
[0051]
(4) In this state, the screw 137 of the fixing device 110a is tightened similarly to the case of the fixing device 110b, and the torque transmission ring 111, the outer ring 121, and the inner ring 131 are fixed to the rotating shaft 8.
By the above procedure, the torque detection device is attached to the rotating shaft 8 by the fixing devices 110a and 110b so as not to rotate and to slide in the axial direction.
[0052]
In the present embodiment configured as described above, for example, when torque in the direction of arrow a is applied to the rotary shaft 8, the rotational force is generated from the inner ring 131, the outer ring 121, and the torque transmission shaft 111 of the fixing device 110a. , 102a to the torque detection shaft 100. Thereby, a tensile stress is generated in the concave groove 2a of the torque detection shaft 100, and a compressive stress is generated in the concave groove 2b, so that the magnetic permeability changes. Thereafter, the torque applied to the rotating shaft 8 is detected in the same manner as in the first and second embodiments.
Note that the fixing devices 110a and 110b in the present embodiment are not limited to the above-described configurations, and those having appropriate configurations can be used.
[0053]
According to this embodiment, the present invention is particularly effective when it is not possible to directly connect the torque detection shaft 1 of the torque detection device to the rotation shaft that detects torque.
Further, in the present embodiment, the ribs 22a to 22f of the yoke 20 are fitted into the slits 105a to 105f of the bobbin 10 so that the tip portions protrude from the inner wall of the bobbin 10, so that the torque detection shaft 100 is attached to the bobbin 10. Can be positioned close to the torque detection shaft 100, and an efficient magnetic path can be formed. Other effects are almost the same as those of the first embodiment.
[0054]
FIG. 8 is a perspective view of an example of a bottom bracket portion of a bicycle that can implement the fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention described below. Reference numeral 50 denotes a bicycle bottom bracket portion. For example, a crankshaft 5 having both ends formed in a square cross section and a screw hole in the center is inserted into a housing 51 having V-shaped pipe connection portions 52a and 52b. The two ends of the housing 51 are closed by brackets 55a and 55b (55b not shown) and lock rings 59a and 59b.
[0055]
A pedal 61a is attached to one end of the crankshaft 5, and a hole of a crank 60a provided with a square hole in the base is fitted and fixed with a screw, and the other end is fixed to the base. A crank 60b to which a chain gear 62 is coupled and a pedal 61b is attached to the tip is screwed.
In the fourth, fifth, and sixth embodiments, a torque detection device is incorporated in the bottom bracket portion 50 of the bicycle as described above, and the torque applied to the crankshaft 5 by the pedaling force of the pedals 61a and 61b is detected. Is.
[0056]
Embodiment 4
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is an exploded perspective view of an essential part thereof. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. Reference numeral 1a denotes a crankshaft that constitutes a torque detection shaft. Like the torque detection shaft 1 of the first embodiment, a magnetic alloy having magnetostrictive characteristics such as an Fe-Al alloy, an Fe-Ni alloy, and an SNCM carburized steel. Both end portions are formed in a quadrangular cross section, and screw holes 6a and 6b are provided in the central portion. Further, chevron-shaped concave grooves 2a and 2b that are symmetrical in the left and right directions and inclined in opposite directions are provided in the substantially central portion in the axial direction, and magnetic anisotropies in opposite directions are provided by the concave grooves 2a and 2b. Is granted.
[0057]
The bobbin 10 has substantially the same structure as that of the bobbin 10 of the first embodiment (FIG. 2), but the partition walls 12a and 12f are formed wide, and mounting holes 15a and 15b (see FIG. Reference) is provided. Clamp holes 19a and 19b (19a not shown) for fixing the wire ends of the detection coils 17a and 17b are provided on both sides of the notch portion 16a of the partition wall 12a, and the partition walls 12c and 12d are provided. Pins 14c and 14d (14d not shown) are projected between the two. The yoke parts 21a and 21b have substantially the same structure as the yoke parts 21a and 21b of the second embodiment.
[0058]
51 is a hollow cylindrical housing having pipe connection parts 52a, 52b, etc., and female screws 53a, 53b are provided on the inner periphery of both ends, and elongated holes 31a, 31b for screw insertion are provided in the lower part, and the upper part Is provided with a lead-out hole 32 for a lead-out line.
55a has a male screw 56a that is threadedly engaged with the female screw 53a of the housing 51 on the outer periphery, a substantially bottomed cylindrical adapter having a through hole 57a at the bottom, and 55b has a flange at the end. This is a substantially bottomed cylindrical adapter having a male screw 56b screwed to the female screw 53b and having a through hole 57b at the bottom.
Reference numeral 58 denotes a plurality of ball bearings which are interposed between the crankshaft 1a and the adapters 55a and 55b to form a bearing. Reference numeral 59 denotes a lock ring having a female screw threadedly engaged with the male thread 56a of the adapter 55a on the inner periphery.
[0059]
To assemble the torque detection device as described above, as in the first and second embodiments, the yoke parts 21a and 21b are attached to the bobbin 10 around which the detection coils 17a and 17b are wound from both sides. And is inserted into the housing 51. At this time, the ends of the wires of the detection coils 17a and 17b drawn out from the passage 25 are inserted into clamp holes 19a and 19b (19a not shown) provided in the notch 16a of the partition wall 12a of the bobbin 10. Clamp it with a cable tie or tie wrap, and fix it in that position. Then, the crankshaft 1 a is inserted into the housing 51 and the bobbin 10, the male screw 56 b of the adapter 55 b is interposed between the female screw 53 b of the housing 51 and the crankshaft 5 via the ball bearing 58, and the flange is the end of the housing 51. Screw in until it touches the part and fix.
Next, the adapter 55a is inserted into the crankshaft 1a via the ball bearing 58, the male screw 56a is screwed into the female screw 53a of the housing 51, and then the lock ring 59 is screwed into the male screw 56a of the adapter 55a. Fix it. Thereby, the crankshaft 1a is rotatably supported in the housing 51.
[0060]
Finally, the screw 36 inserted into the screw insertion holes 31a and 31b of the housing 51 is screwed into the mounting holes 15a and 15b of the bobbin 10 and these are integrally coupled.
At this time, there is a gap g between both ends of the bobbin 10 and the adapters 55a and 55b.1, G2If the grooves 2a, 2b provided on the crankshaft 1a are not opposed to the detection coils 17a, 17b at the correct position, the screw 36 is loosened to move the bobbin 10 in the axial direction. To adjust.
[0061]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. It is assumed that a chain is hung on the gear 62. Now, for example, when one of the pedals 61b is depressed and the crank 60b is rotated in the traveling direction of the bicycle, the rotational force is transmitted from the crank 60b to the crankshaft 1a. At this time, since the weight of the foot applied to the pedal 61a is added to the other crank 60a, a torsional stress is generated in the crankshaft 1a. As a result, as in the case of the first embodiment, the self-inductances of the detection coils 17a and 17b change, and this change is detected by the detection circuit to detect the torque applied to the crankshaft 1a. However, this torque value is a negative value.
[0062]
Next, when the other pedal 61a is stepped on and the crank 60a is rotated, the weight of the foot is applied to the crank 60b, but the chain is hung on the gear 62 coupled to the crankshaft 1a and the tension in the opposite direction is applied. As a result, a torsional stress in the opposite direction is generated on the crankshaft 1a.
As a result, tensile stress is generated in the concave groove 2a provided in the crankshaft 1a, and compressive stress is generated in the concave groove 2b, and the magnetic permeability of the crankshaft 1a changes accordingly.
[0063]
As the magnetic permeability of the crankshaft 1a changes, the self-inductance of the detection coils 17a and 17b changes in the same way as in the first embodiment, and the bridge circuit 155 (FIG. 17) changes the impedance. An unbalanced voltage e corresponding to the screw stress generated in the shaft 1a1, E2Is output. This output voltage e1, E2Is processed by the process described with reference to FIG. 17 and is output as a value corresponding to the torque applied to the crankshaft 1a.
Thus, in the present embodiment, the torque applied to the crankshaft 1a is detected while the gear 62 rotates once, that is, while the pedal 61a on the opposite side of the gear 62 is depressed.
[0064]
In this embodiment, the torque value generated when the pedal 61a on the opposite side of the gear 62 is stepped on is stored or held by electrical means, and when the pedal 61b on the gear 62 side is stepped on, The torque value may be reproduced as an apparent torque value of the pedal 61b.
[0065]
According to the present embodiment, it is possible to easily and reliably detect the torque applied to the crankshaft 1a by stepping on a bicycle pedal, and it is possible to obtain substantially the same effect as in the case of the first embodiment. Further, since the notch 16a provided in the partition wall 12a of the bobbin 10 is provided with a fixing means for fixing the wire drawn from the detection coils 17a and 17b, the wire can be reliably processed.
[0066]
Embodiment 5
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an exploded perspective view of the main part of the drawing. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to this same part as 4th Embodiment (FIG. 9).
The crankshaft 1a constituting the torque detection shaft in the present embodiment is of the same material and the same structure as the crankshaft 1a of the fourth embodiment, but the portion provided with the concave grooves 2a and 2b has a small diameter. It has become.
[0067]
10a and 10b are hollow cylindrical bobbins having flanges (partition walls) 12c, 12d, 12e, and 12f at both ends, respectively, and detection coils 17a and 17b between the flanges 12c and 12d and 12e and 12f, respectively. Winding portions 13b and 13c are provided. Further, notches 16c, 16d, 16e, and 16f are provided at the upper portions of the flanges 12c, 12d, 12e, and 12f of the bobbins 10a and 10b, respectively, and the protrusions 12h for positioning and rotation prevention are provided at the lower portions. 12i protrudes from each other.
The yoke parts 21a and 21b constituting the yoke 20 have substantially the same structure as the yoke parts 21a and 21b of the second embodiment (FIG. 4), but the ribs 22a and 22c, 22c and 22e (22c and 22e are Between the ribs 22b and 22d, and between the ribs 22d and 22f, insertion portions 26a, 26b, 26c, and 26d (26a and 26c are not shown) of the bobbins 10a and 10b are formed, Engagement portions 27a, 27b, 27c, and 27d (27a and 27c are not shown) with which the protrusions 12h and 12i of the bobbins 10a and 10b are engaged are provided below the fitting portions 26a to 26d, respectively.
[0068]
Reference numerals 66a and 66b are coil case parts made of, for example, a synthetic resin and having a semicircular cross section, and are obtained by dividing a substantially hollow cylindrical coil case 65 into two. Small and wide flange portions 67a, 67b, 67c, 67d (67c not shown) are provided at both ends of the inner walls of the coil case parts 66a, 66b, and the upper portions thereof are cut off to detect the detection coil 10a. , 10b wire outlets 68a, 68b, 68c, 68d. Further, pins 69a, 69b, 69c, and 69d (69a and 69c are not shown) and pin holes 70a, 70b, 70c, and 70d (facing these pins 69a to 69d) are provided on the opposing surfaces of the flange portions 67a to 67d. 70a and 70c are not shown). 71a and 71b (71a not shown) are pins that fit into the pin holes 23a and 23b (23b not shown) of the yoke parts 21a and 21b, 72a, 72b, 72c and 72d (72b and 72d are not shown). Is a mounting hole.
[0069]
The housing 51 has substantially the same structure as the housing 51 of the fourth embodiment (FIG. 10), but the mounting elongated holes 31a, 31b, 31c, and 31d (31d are not shown) opposite to the left and right. Z).
[0070]
To assemble the torque detection device as described above, first, the detection coils 17a and 17b are wound around the winding portions 13b and 13c of the bobbins 10a and 10b, respectively, and the ends of the wires are notched portions 16c, 16d, 16e, Each is taken out from 16f. Next, the bobbins 10a and 10b are fitted into the fitting portions 26a, 26b, 26c and 26d of the yoke parts 21a and 21b, respectively, and the projections 12h and 12i for positioning and rotation prevention are provided at the locking portions 27a and 27b and 27c and 27d. Are locked together.
[0071]
Next, one side of the yoke 20 integrally coupled to the bobbins 10a and 10b is fitted between the flange portions 67a and 67c of the coil case part (for example, 66a), and the mounting hole 23a is fitted to the pin 71a. At the same time, the other side of the yoke 20 is fitted between the flange portions 67b and 67d of the coil case component 66b, and the mounting hole 23b is fitted to the pin 71b, and these are integrally coupled. At this time, the ends of the wires of the detection coils 17a and 17b pass through a passage 25 formed by the notches 16c to 16f of the bobbins 10a and 10b and the recesses 24a to 24f of the yoke parts 21a and 21b, and then coil case parts. It is taken out from the outlets 68a and 68b (or 68c and 68d) of 66a and 66b.
[0072]
Thereafter, as in the case of the fourth embodiment, it is inserted into the housing 51 and assembled by mounting the crankshaft 1a. The operation of detecting the torque applied to the crankshaft 1a is the same as in the case of the fourth embodiment. This embodiment is particularly effective when carried out when the crankshaft 1a is relatively thin.
[0073]
Embodiment 6
13 is a longitudinal sectional view of a sixth embodiment of the present invention, FIG. 14 is a partial sectional view of an essential part thereof, and FIGS. 15 and 16 are exploded perspective views of the essential part of FIG. The housing 51, the bracket 55a, the ball bearing 58 and the like constituting the bottom bracket portion 50 are substantially the same as those in the fifth embodiment (FIG. 11), and the crankshaft 5 is a normal one as described in FIG. Consists of materials. A crank 60a is fixed to one end of the crankshaft 5 with a screw 7a.
[0074]
A torque detection device 80 includes a torque detection unit 81 that generates a torsional stress when a pedal is depressed, a bobbin 10 around which detection coils 17a and 17b are wound, a yoke 20, and a coil case 90.
The torque detection unit 81 includes a bottomed cylindrical portion 82 and a flange portion 83 provided at the opening thereof, and has magnetostrictive characteristics such as, for example, Fe—Al alloy, Fe—Ni alloy, SNCM carburized steel, and the like. It is made of a magnetic alloy. A hole 85 through which the crankshaft 5 is inserted is provided at the center of the bottom portion 84, and a plurality of screw insertion holes 86 are provided around the hole 85.
[0075]
The cylindrical portion 82 is provided with a number of chevron-shaped slits or concave grooves 2a and 2b (hereinafter referred to as concave grooves) that are symmetrically inclined in opposite directions, and are formed by the concave grooves 2a and 2b. The magnetic anisotropy in the opposite direction is given. Reference numeral 87 denotes a plurality of nut insertion holes provided in the flange portion 83. In addition, in the Example, the thickness of the cylindrical part 82 was 1-3 mm.
[0076]
10 is a substantially cylindrical bobbin formed by molding synthetic resin, and has partition walls 12a, 12b, 12c, 12d, and 12e. The partition wall 12a has a larger diameter and wider than the other partition walls 12b to 12e. The front surface is provided with mounting holes 15a and 15b. Further, winding portions 13b and 13c of detection coils 17a and 17b are provided between the partition walls 12b and 12c and between 12d and 12e, and a detent and positioning pin is provided between the partition walls 12c and 12d. 14a and 14b (14b is not shown) are projected. 16a, 16b, 16c, and 16d are provided at the upper part of the partition walls 12a to 12d, and are cutout portions for drawing out the ends of the wires of the detection coils 17a and 17b. Clamp holes 19a and 19b (19a are provided on both sides of the cutout portion 16a). (Not shown) is provided.
[0077]
21a and 21b are yoke parts having a semicircular cross section constituting the yoke 20, and ribs 22a, 22b, 22c and 22d which are fitted between the partition walls 12a and 12b and 12c and 12d of the bobbin 10 are provided on the inner wall. In addition, ribs 22e and 22f that contact the outer wall of the partition wall 12e are provided. The ribs 22c, 22d are formed wider than the other ribs 22a, 22b, 22e, 22f, and are provided with pin holes 23c, 23d (23c not shown). Reference numerals 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f (24c, 24e are not shown) are recesses for forming a passage through which the wire ends of the detection coils 17a, 17b pass.
[0078]
Reference numeral 90 denotes a coil case made of a metal material such as iron or aluminum or a synthetic resin, and includes a bottomed cylindrical main body 91 and a threaded portion 92 that has a male screw and protrudes from the bottom of the main body 91. A hole 93 for penetrating the crankshaft 5 from the bottom to the threaded portion 92 and disposing the ball bearing 58 between the crankshaft 5 is provided. Reference numerals 94a and 94b (94b not shown) denote screw insertion holes, and 95 denotes an extraction hole of the extraction line 18.
[0079]
Reference numeral 74 denotes a gear holding member. As shown in FIG. 16, a plurality of disc-shaped hubs 75 and a plurality of radial projections that are inclined inward (crankshaft 5 side) from the outer periphery of the hub 75 at substantially equal intervals. The hub 75 includes a recess 77 into which the flange portion 83 of the detection unit 81 is fitted, and a hole 78 provided in the center of the recess 77 into which the cylindrical boss 73 of the crank 60b is inserted. Is provided. Reference numeral 79 denotes a plurality of screw insertion holes provided on the outer periphery of the hole 78, and 76 a denotes a gear attachment portion that is erected substantially perpendicularly to the distal end portion of the arm portion 76, and is provided with a nut insertion hole 76 b.
[0080]
Next, an example of the assembly order of the present embodiment configured as described above will be described.
(1) The yoke parts 21a and 21b are coupled to both sides of the bobbin 10 around which the detection coils 17a and 17b are wound around the winding portions 13a and 13b, and are inserted into the main body 91 of the coil case 90. 17b are drawn out from the lead-out hole 95, and screws 96 are screwed into the mounting holes 15a and 15b of the bobbin 10 from the screw insertion holes 94a and 94b (94b are not shown) of the coil case 90. Are joined together.
[0081]
(2) The crankshaft 5 is inserted into the housing 51, the adapter 55a is screwed into the female screw 53a of the housing 51 via the ball bearing 58, and then the bobbin 10 and the yoke 20 are accommodated via the ball bearing 58. The male screw 92 of the coil case 90 is screwed into the female screw 53 b of the housing 51. Then, the lock ring 59 is screwed and fixed to the male screw of the adapter 55a, and the crankshaft 5 is rotatably supported in the housing 51.
[0082]
(3) The cylindrical boss 73 of the crank 60b is inserted into the hole 78 of the gear holding member 74, and then the screw 97 inserted into the screw insertion hole 85 by inserting the torque detecting portion 81 into the cylindrical boss 73 is inserted into the cylindrical boss. The screw hole 73a of 73 is screwed and fixed.
(4) Next, the concave portion 77 of the gear holding member 74 is fitted into the flange 83 of the torque detector 81, and the nut 98 is screwed into the nut insertion hole 87 of the flange 83, and the screw insertion hole of the gear holding member 74. A screw 99 is inserted into 79 and screwed into the nut 98. Thereby, the crank 60b, the torque detection part 81, and the gear holding member 74 are integrally connected.
[0083]
(5) The torque detector 81 attached to the crank 60b is inserted into the coil case 90, the crankshaft 5 is inserted into the hole 85, and the hole provided in the cylindrical boss 73 is fitted to the end of the crankshaft 5. The bottle 7b is screwed into the screw hole 6b and fixed. Thereby, the concave grooves 2a and 2b provided in the torque detection unit 81 are opposed to the detection coils 17a and 17b with a slight gap therebetween, and the torque detection device 80 is formed.
[0084]
(6) The gear 62 is brought into contact with one surface of the mounting portion 76a of the gear holding member 74, and the small gear 62a is brought into contact with the other surface of the mounting portion 76a. The screw 99 inserted into the screw insertion hole of the gear 62 is screwed into the nut 98 inserted into the nut insertion hole 76b provided in 76a and fixed. The small gear 62a is not essential.
(7) Finally, the assembly is completed when the fitting hole of the crank 60a is fitted to the end of the crankshaft 5 and fixed with the bolt 7a.
[0085]
In the above description, the case where the main body 91 and the screw portion 92 of the coil case 90 are integrally formed is shown. However, the main body 91 and the screw portion 92 are formed separately from each other, and are joined together by brazing or the like. Also good.
Further, the coil case 90 is constituted only by the main body 91, and a female screw is provided in a hole provided at the bottom thereof, and the flange 56b of the bracket 55b described in the fourth embodiment (FIG. 9) is omitted, and the screw 56b. The female screw of the coil case 90 may be screwed into the male screw of the bracket 55b screwed into the end of the housing 51.
[0086]
Next, the operation of this embodiment will be described. It is assumed that a chain is hung on the gear 62. Now, when the pedal 61b is stepped on and the crank 60b is rotated in the traveling direction of the bicycle, the rotational force is transmitted to the gear 62 via the crank 60b, the columnar boss 73, the torque detector 81, and the gear holder 74, and at the same time It is transmitted to the crankshaft 5. At this time, torsional stress is generated in the torque detector 81 integrally coupled with the crank 60b due to the rotational force of the crank 60b and the tension in the opposite direction of the chain.
[0087]
As a result, tensile stress is applied to the concave groove 2a provided with the magnetic anisotropy provided in the torque detector 81, and compressive stress is applied to the concave groove 2b. The permeability changes.
As the magnetic permeability of the torque detector 81 changes, the self-inductance of the detection coils 17a and 17b changes, and the bridge circuit 155 (FIG. 17) changes the impedance, and therefore the magnitude of the torque applied to the torque detector 81. Unbalanced voltage e1, E2Is output. This output voltage e1, E2Are processed and output in accordance with the process described in FIG. This output voltage is a value corresponding to the torque applied to the crankshaft 5.
[0088]
Next, when the other pedal 61a is depressed and the crank 60a is rotated, the rotation is transmitted to the gear 62 through the crank 60a, the crankshaft 5, the cylindrical boss 73 of the crank 60b, the torque detector 81, and the carrier holder 74. The In this case, the transmission path and the rotation direction after the cylindrical boss 73 are the same as in the case of the crank 60b described above, and the tension in the same direction as the above is applied to the gear 62 by the chain. It is possible to detect the torsional stress of the torque detector 81, and hence the torque applied to the crankshaft 5 by the crank 60a, in the same process as when rotating.
[0089]
According to the present embodiment configured as described above, it is possible to easily and surely detect the torque applied to the crankshaft by depressing the pedal of the bicycle, and obtain substantially the same effect as the first embodiment. be able to.
In particular, in the present embodiment, the torque applied to the crankshaft can be detected every time the left and right pedals are depressed, and the torque detecting portion is formed in a large diameter and hollow, and thus occurs. Torsional stress can be detected with high accuracy.
[0090]
Note that the torque detection shafts 1 and 100, the crankshaft 1a that is the torque detection shaft, and the torque detection unit 81 described in each of the above embodiments are all Fe-Al alloy, Fe-Ni alloy, or SNCM carburized steel. In the examples, these are Fe-Al alloys in which Al is 11.0 to 15.0 in weight% and the balance is substantially Fe, and Ni in weight%. Fe-Ni alloy containing 32 to 85% and the balance being substantially Fe, and SNCM815.
[0091]
In the fourth, fifth and sixth embodiments described above, the torque detection device according to the present invention detects the torque applied to the torque detection shaft (crankshaft) or the torque detection unit by the pedaling force of the bicycle pedal. Although described above, the present embodiment is not limited to this. For example, the first to third embodiments can be realized by coupling the torque detection shaft or the torque detection unit to the rotary shaft and other various rotation units of the machine tool. Similarly, the torque applied to these can be detected.
[0092]
Embodiment 7
17 is a longitudinal sectional view of a seventh embodiment of the present invention, FIG. 18 is an exploded perspective view thereof, FIG. 19 is an enlarged view of a bobbin, FIG. 20 is a longitudinal sectional view of FIG. 19, and FIG. B sectional drawing and FIG. 22 are CC sectional drawings of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st-6th embodiment, and description is abbreviate | omitted.
[0093]
Reference numeral 140 denotes a substantially hollow cylindrical bobbin formed by molding an insulating material such as synthetic resin, and flanges 141a and 141b are provided at both ends thereof. A concave wiring processing unit 142 having wiring insertion holes 143a, 143b, 143c (143b not shown) is provided on the side wall on the outer periphery of one flange 141a, and the wiring processing unit 142 is provided on the front surface. A groove-shaped wiring housing portion 144 is provided from both sides of the wire. Reference numeral 145 denotes an attachment portion of a ground terminal 156 provided in the wiring accommodating portion 144 so as to face the wiring processing portion 142, and is provided with a screw hole 146.
[0094]
Reference numerals 147a, 147b, 147c, 147d, and 147e are partition walls provided at predetermined intervals between the flanges 141a and 141b, respectively. The partition walls 147c are other than the flanges 141a and 141b. The barrier ribs 147a, 147b, 147d, and 147e are formed wider. Further, winding portions 148a and 148b of detection coils 17a and 17b are formed between the partition walls 147a and 147b and between 147d and 147e, and between the flange 141a and the partition wall 147a and between the partition walls 147b and 147c. Further, between the partition walls 147c and 147d, and between the partition wall 147e and the flange 141b, yoke insertion holes 150a, 150b, and 150c into which a later-described first yoke component is inserted with a locking portion 151 having a predetermined width. , 150d having yoke insertion grooves 149a, 149b, 149c, and 149d, respectively.
[0095]
Reference numeral 152 denotes a notch provided on the same line as the wiring processing part 142 of the partition walls 147a to 147d, and forms a lead-out port for the wire terminal part of the detection coils 17a and 17b. Locking protrusions 153a and 153b are provided so as to be opposed to the upper and lower sides of the partition wall 147c, screw holes 154a and 154b are provided to be opposed to the upper and lower sides of the flange 141b, and 155a and 155b are provided on the opposed surfaces of the flanges 141a and 141b It is the provided step part.
[0096]
Reference numerals 160a, 160b, 160c, and 160d denote a pair of first yoke parts, each of which is formed in a semicircular shape obtained by dividing a ring-shaped magnetic material into two parts, and a yoke insertion hole 150a provided in the bobbin 140 on the inner side. The insertion parts 161 and 161 which are inserted into ˜150d are provided. Further, an engaging portion 162 that engages with the locking portion 151 of the bobbin 140 is provided between the both fitting portions 161 and 161, and both ends engage with the locking portion 151 of the bobbin 140. Stopped portions 163 and 163 are provided.
[0097]
165a and 165b are second yoke parts made of the same material as the first yoke parts 160a to 160d. The cylindrical member is divided into two and has a semicircular cross section. Fitting holes 166a and 166b that are fitted into the locking projections 153a and 153b are provided.
[0098]
The first yoke parts 160a to 160d and the second yoke parts 165a and 165b are all formed by cold-working cold-rolled steel sheets, and are suitable for mass production because they are inexpensive and easy to manufacture. Can be greatly reduced. However, other plate-like materials such as a silicon steel plate and an electromagnetic stainless steel plate may be used. Even in this case, the manufacturing can be easily performed, so that the cost can be reduced.
[0099]
A hollow cylindrical housing 51 is made of, for example, a metal material such as iron or aluminum, or a synthetic resin. Screws 53a and 53b for screwing bearing adapters 55a and 55b are provided on inner walls of both ends. ing. The screw insertion holes 31a, 31b, 31c (31a, 31c are not shown) at positions corresponding to the screw holes 146 provided in the ground terminal attachment portion 145 of the bobbin 140 and the screw holes 154a, 154b provided in the flange 141b. And a mounting hole 32 of the bush 35 is provided at a position corresponding to the wiring processing part 142 of the bobbin 140.
[0100]
Reference numeral 170 denotes a resin heat-shrinkable tube having an inner surface coated with a hot-melt adhesive. The length of the tube 170 is substantially equal to the interval between the step portions 155a and 155b of the bobbin 140. This heat-shrinkable tube 170 is generally formed of a soft resin and is known to have a shrinkage of 60 to 80% when heated to 100 to 150 ° C.
[0101]
Next, an example of the assembly order of the present embodiment configured as described above will be described.
(1) The detection coils 17a and 17b are wound around the winding portions 148a and 148b of the bobbin 140, and the ends of the wires are passed through the notches 152 of the partition walls 147a to 147d to the wiring insertion holes 143a and 143b of the wiring processing portion 142. It is inserted and positioned in the wiring housing part 144. Then, the torque detection shaft 1 is inserted into the bobbin 140 and the bobbin 140 is positioned between the large diameter portions of the torque detection shaft 1.
[0102]
(2) Next, as shown in FIG. 23 (a), the first yoke parts 160a, 160a are inserted into the yoke insertion grooves 149a of the bobbin 140, and the insertion portions 161, 161 are inserted into the yoke insertion holes 150a. At the same time, the engaging portion 162 is locked to the central locking portion 151 and the step portions 163 and 163 are locked to the upper and lower locking portions 151, respectively. Similarly, the first yoke parts 160b, 160b, 160c, 160c and 160d, 160d are attached to the bobbin 140, respectively.
Thus, the first yoke parts 160a to 160d are attached between the flanges 141a and 141b and the partition walls 147a to 147e with the same outer diameter as the outer periphery of the partition walls 147a to 147e.
[0103]
(3) Next, the fitting holes 166a and 166b of the second yoke parts 165a and 165b are fitted and positioned to the engaging protrusions 153a and 153b of the bobbin 140 to which the first yoke parts 160a to 160d are attached. The bobbin 140 is fitted to face the outer periphery. The state at this time is shown in FIG.
[0104]
Then, the heat shrinkable tube 170 is fitted to the bobbin 140 and heated. Thus, the bobbin 140, the first yoke parts 160a to 160d, and the second yoke parts 165a and 165b are firmly fixed at predetermined positions. At this time, both ends of the heat-shrinkable tube 170 are positioned on the step portions 155a and 155b provided on the flanges 141a and 141b of the bobbin 140.
In fixing the bobbin 140, the first yoke parts 160a to 160d, and the second yoke parts 165a and 165b, these may be fixed by an adhesive instead of the heat shrinkable tube 170.
[0105]
(4) The lead wire 18 is inserted into the wiring accommodating portion 144 from the wiring insertion hole 143c of the wiring processing portion 142 of the bobbin 140, and soldered to the wires of the detection coils 17a and 17b (see FIG. 21). Then, as shown in FIG. 22, the wiring processing section 142 and the wiring housing section 144 are filled with a resin 158 such as an epoxy resin or a urethane resin, and are sealed and fixed.
[0106]
(5) Next, the torque detection shaft 1 and the bobbin 140 are inserted into the housing 51, the lead wire 18 is pulled out from the bush 35 attached to the attachment hole 32, and the screw 15a inserted into the screw insertion hole 31a is connected to the ground terminal. The screw 15b is screwed into the screw hole 146 of the mounting portion 145 together with the screw 166, and the screws 15b and 15c inserted into the screw insertion holes 31b and 31c are screwed into the screw holes 154a and 154b provided in the flange 141b of the bobbin 140. , And fix them together.
[0107]
(6) Next, the male screw 56 b of one adapter 55 b is screwed into the female screw 53 b of the housing 51 via the ball bearing 58 between the torque detecting shaft 1 and the flange 51 abutting against the housing 51. , Fix. Next, after the male screw 56a of the other adapter 55a is screwed into the female screw 53a of the housing 51 via the ball bearing 58, the lock ring 59 is screwed into the male screw 56a of the adapter 55a and fixed. As a result, the torque detection shaft 1 a is rotatably supported in the housing 51.
[0108]
Since the operation of this embodiment is substantially the same as that of the first to sixth embodiments described above, the description thereof is omitted. In the present embodiment, the case of a bicycle torque detection device has been described, but the present invention can also be used for torque detection of a rotating shaft of a machine tool and other rotating parts.
[0109]
In the above description, the case where a stepped shaft is used as the torque detection shaft 1a is shown. However, in the present embodiment, the torque detection shaft 1 having the same diameter over the entire length as described in the first embodiment is used. It can also be used. In this case, after attaching and fixing the first and second yoke parts 160a to 160d, 165a, 165b, the torque detection shaft 1 may be inserted into the bobbin 140, and the bearing is also in accordance with the first embodiment. Can be installed.
Moreover, although the case where the insertion part 161 of the 1st yoke components 160a-160d was inserted in the yoke insertion holes 150a-150d of the bobbin 140 and protruded from the inner wall surface of the bobbin 140 was shown, it is shown in the yoke insertion holes 150a-150d. The fitting portions 161 of the fitted first yoke parts 160 a to 160 d may be flush with the inner wall surface of the bobbin 140.
[0110]
According to the present embodiment configured as described above, not only has the features of the respective embodiments described above, but also the yoke includes a plurality of first yoke parts 160a to 160d and a plurality of second yoke parts 165a and 165b. Since the plate-like magnetic material is manufactured by pressing, these are easy to manufacture, suitable for mass production, and cost can be reduced. In particular, when low-cost cold-rolled steel sheets are used for these materials, the cost can be further reduced.
Further, when the first yoke parts 160a to 160d are inserted into the yoke insertion holes 150a to 150d of the bobbin 140 and protruded from the inner wall, the first yoke parts 160a to 160d are inserted into the concave grooves 2a and 2a of the torque detection shaft 1. Since an effective magnetic path can be formed close to 2b, a sensitive torque detection device can be obtained.
[0111]
Further, the wiring accommodating portion 104 is provided on the front surface of the flange 141a of the bobbin 140, and the wires of the detection coils 17a and 17b and the lead wire 18 are accommodated in the wiring accommodating portion 144, and after both are connected, the resin is filled. Therefore, the wiring process is easy and the waterproof function can be greatly improved.
In addition, when the bobbin 140 and the first and second yoke parts 160a to 160d, 165a, 165b attached to the bobbin 140 are integrally coupled with the heat shrinkable tube 170, the first and second are improved by improving the adhesion of these parts. The magnetic path characteristics of the two yoke parts 160a to 160d, 165a and 165b can be enhanced, and the waterproof effect against these can be further improved.
[0112]
Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the configuration of each embodiment is not limited to this, and can be appropriately changed as described below, for example.
(1) In the first to seventh embodiments, the torque detection shaft and the torque detection part are formed of a magnetic alloy having magnetostrictive characteristics made of Fe—Al alloy, Fe—Ni alloy or SNCM carburized steel, However, instead of such a torque detection shaft or torque detector, as described in the prior art of FIG. 24, chevron-shaped slits inclined in opposite directions or You may use the torque detection axis | shaft or torque detection part which fixed and comprised the soft-magnetic foil provided with the magnetic anisotropy by the ditch | groove on the surface of a rotating shaft.
[0113]
(2) In the third embodiment, slits 105a to 105f are provided in a part of the partition walls 12a to 12g of the bobbin 10 so as to leave the upper and lower sides, and correspond to the slits 105a to 105f of the ribs 22a to 22f of the yoke parts 21a and 21b. When the yoke parts 21a and 21b are coupled to the bobbin 10, a part of the ribs 22a to 22f fitted into the slits 105a to 105f protrudes from the inner wall of the bobbin 10. However, this structure can also be implemented in other embodiments.
[0114]
(3) In the fourth and sixth embodiments, a case in which fixing means for fixing the lead wires of the detection coils 17a and 17b is provided in the notch portion 16a of the partition wall 12a in the vicinity of the wiring processing portion 13a of the bobbin 10 is provided. Although shown, this can be implemented in other embodiments.
(4) In the fifth embodiment, the bobbin is constituted by a pair of independent bobbins 10a and 10b, and the fitting parts 26a to 26d into which the bobbins 10a and 10b are fitted are provided in the yoke parts 21a and 21b. Although shown, this can be implemented in other embodiments.
(5) Further, in the seventh embodiment, the case where the wiring processing unit 142 and the wiring housing unit 144 that house the wire ends of the detection coils 17a and 17b and the lead wire 18 are filled with resin is shown. Other embodiments can be implemented as far as possible.
[0115]
【The invention's effect】
  A torque detection device according to the present invention includes:A torque detection axis provided with magnetic anisotropy;A flange having a notch is provided on both sides, and a pair of hollow bobbins each having a detection coil wound around the flange and a plurality of ribs projecting from the inner wall are inserted into the bobbins. A pair of semi-circular yokes coupled to both sides of the bobbin, and flanges projecting from the inner wall at both ends, and a recess provided at one end of the rib. The detection coil has a pair of semicircular coil cases that are provided with a wire outlet for the detection coil at one end of the flange and are coupled to both sides of the yoke. A hollow cylindrical housing provided with a lead-out hole for the lead-out wire, and the bobbin, yoke and coil case coupled together are inserted into the housing and fixed to the housing, and the bobbin Since the torque detection shaft inserted and adapted to support rotatably by the housing, it is possible to obtain the following effects.
[0116]
  Since the bobbin has an integrated structure, assembly is easy, and further, a notch is provided in the partition, and a wiring processing part and a winding part are provided between the partitions, so that the detection coil is wound, the wire terminal is drawn, The processing of the wire terminal and the lead wire can be performed easily and reliably, and the productivity can be improved.
  In addition, since the yoke is divided into two and coupled to both sides of the bobbin, and a recess is provided at a position facing the notch of the bobbin of the yoke, when the yoke is coupled to the bobbin, the notch and the recess Wiring paths can be formed, and wiring processing can be facilitated.The present invention is particularly effective when carried out when the crankshaft of the bicycle is relatively thin.
[0126]
Moreover, the torque detection device according to the present invention includes:A detection axis provided with magnetic anisotropy;A partition is provided at the center of the outer periphery and on both sides thereof, and a winding portion of the detection coil is provided between the partitions, and each of the partitions is provided on the inner wall.A substantially hollow cylindrical bobbin formed with a yoke insertion groove having a plurality of yoke insertion holes to be opened;TheHas a fitting part that fits into the yoke fitting hole of the bobbinA plurality of semicircular pairs of first yoke parts that are fitted to face the yoke fitting groove, and a semicircular cross section that is fitted to the outer periphery of the first yoke parts and coupled to the bobbin. A pair of second yoke parts and a hollow cylindrical housing having a lead-out hole for the lead-out line of the detection coil, and a bobbin to which the first and second yoke parts are coupled is inserted into the housing. The bobbin is fixed to the housing, and the torque detection shaft inserted into the bobbin isSince the housing is rotatably supported, the following effects can be obtained.
[0127]
  By dividing the yoke into a plurality of first yoke parts and a plurality of second yoke parts,Since the plate-like magnetic member can be manufactured by press working, it is easy to manufacture, suitable for mass production, and cost can be reduced.
  Further, when the first yoke part is inserted into the yoke insertion hole of the bobbin and protruded from the inner wall, the first yoke part can be disposed close to the torque detection shaft, so that an effective magnetic path is formed. This makes it possible to obtain a torque detection device with high sensitivity. When the first and second yoke parts are manufactured by press working with a cold-rolled steel sheet, substantially the same characteristics as a yoke integrally formed with a carbon steel material for mechanical structure can be obtained, and the cost can be reduced.
[0128]
aboveIn the torque detection device, at least one end of the bobbin is provided with a flange, the flange is provided with a wiring processing part and a wiring accommodating part that opens to the front, and the detection coil wire and the lead wire are accommodated in the wiring accommodating part to connect them As a result, the wiring process can be performed easily and orderly.
[0129]
aboveIn the torque detection device, since the wiring processing part and the wiring accommodation part in which the wiring is accommodated are filled with resin, the wiring is securely fixed and the waterproof function can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of FIG.
3 is a longitudinal sectional view of the bobbin of FIG. 1 and its AA sectional view.
FIG. 4 is an exploded perspective view of a main part of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a third embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view of the main part of FIG.
7 is an exploded perspective view of the bobbin and yoke of FIG. 5 and a cross-sectional view of the bobbin.
FIG. 8 is a perspective view of a bottom bracket portion of the bicycle.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a fourth embodiment of the present invention.
10 is an exploded perspective view of the main part of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a fifth embodiment of the present invention.
12 is an exploded perspective view of the main part of FIG.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a sixth embodiment of the present invention.
14 is a partial cross-sectional view of the main part of FIG. 13;
15 is an exploded perspective view of FIG. 14. FIG.
16 is an exploded perspective view of the main part of FIG.
FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a seventh embodiment of the present invention.
18 is an exploded perspective view of FIG.
FIG. 19 is an enlarged view of the bobbin of FIG.
20 is a longitudinal sectional view of FIG.
21 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
22 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is an explanatory view showing an example of assembly according to the seventh embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram of an example of a conventional torque detection device.
[Explanation of symbols]
1,100 Torque detection shaft
2a, 2b Slit or groove
1a, 5 crankshaft
8 Rotating shaft
10, 10a, 10b, 140 bobbins
12a-12g, 147a-147d
13a, 142 Wiring processing unit
13b, 13c, 148a, 148b Winding part of detection coil
16a-16f, 152 Notch
17a, 17b detection coil
20 York
21a, 21b Yoke parts
22a-22f rib
30,51 housing
50 Bottom bracket
55a, 55b Bracket
58 Ball bearing
60a, 60b crank
61a, 61b pedal
62 Gear
65 Coil case
66a, 66b coil case parts
73 Cylindrical Boss
74 Gear holding member
81 Torque detector
82 Cylindrical part
90 Coil case
91 body
92 Screw part
110a, 110b fixing device
141a, 141b Flange
144 Wiring housing part
149a-149d Yoke insertion groove
150a-150b Yoke insertion hole
160a to 160d first yoke component
161 Insertion part
165a, 165b Second yoke part
170 Heat Shrink Tube

Claims (4)

磁気異方性が付与されたトルク検出軸と、
切欠き部を有するフランジが両側に設けられ該フランジの間にそれぞれ検出コイルが巻回される中空の一対のボビンと、
内壁から突設された複数のリブの間に形成され前記ボビンがそれぞれ嵌入する嵌入部及び前記リブの一方の端部に設けられた凹部を有し、前記ボビンの両側に結合される断面半円状の一対のヨークと、
両端部に内壁から突出したフランジを有し、該フランジの一方の端部に検出コイルのワイヤの取出口が設けられて前記ヨークの両側に結合される断面半円状の一対のコイルケースと、
両端部内壁にめねじを有し、検出コイルの引出し線の引き出し穴が設けられた中空円筒状のハウジングとからなり、
該ハウジング内に、一体に結合された前記ボビン、ヨーク及びコイルケースを挿入して該ハウジングに固定し、前記ボビン内に挿入されたトルク検出軸を前記ハウジングにより回転自在に支持したことを特徴とするトルク検出装置。A torque detection shaft provided with magnetic anisotropy;
A pair of hollow bobbins in which flanges having notches are provided on both sides and a detection coil is wound between the flanges ,
A semicircular cross-section formed between a plurality of ribs projecting from an inner wall and having a fitting portion into which the bobbin is respectively fitted and a recess provided at one end of the rib, and coupled to both sides of the bobbin a pair of yaw click of Jo,
A flange that protrudes from the inner wall at both ends, and a pair of co Irukesu semicircular cross section which outlet of the wire of the detection coil at one end of the flange is coupled to both sides of the yoke provided,
It consists of a hollow cylindrical housing with internal threads on the inner walls at both ends and provided with a lead-out hole for the lead wire of the detection coil.
Within the housing, and characterized in that secured to the housing by inserting the bobbin, a yoke and a coil case coupled together, and the torque detection shaft inserted into the bobbin and rotatably supported by the housing Torque detection device. 磁気異方性が付与されたトルク検出軸と、
外周の中央部及びその両側に隔壁が設けられ、該隔壁の間に検出コイルの巻回部を設けると共に、該隔壁にそれぞれ内壁に開口する複数のヨーク嵌入穴を有するヨーク嵌入溝が形成されたほぼ中空円筒状のボビンと、
該ボビンのヨーク嵌入穴に嵌入する嵌入部を有し、前記ヨーク嵌入溝に対向して嵌入される半円状の複数対の第１のヨーク部品と、
該第１のヨーク部品の外周に嵌合して前記ボビンに結合される断面半円状の一対の第２のヨーク部品と、
前記検出コイルの引出し線の引出し穴を有する中空円筒状のハウジングとからなり、
該ハウジングに前記第１，第２のヨーク部品が結合されたボビンを挿入して該ボビンを前記ハウジングに固定し、該ボビン内に挿入された前記トルク検出軸を前記ハウジングにより回転自在に支持したことを特徴とするトルク検出装置。A torque detection shaft provided with magnetic anisotropy;
A partition wall is provided at the outer peripheral central portion and both sides thereof, and a winding portion of the detection coil is provided between the partition walls, and a yoke insertion groove having a plurality of yoke insertion holes each opening in the inner wall is formed in the partition wall . A substantially hollow cylindrical bobbin;
A plurality of semi-circular pairs of first yoke parts having a fitting portion to be fitted into the yoke fitting hole of the bobbin, and fitted into the yoke fitting groove;
A pair of second yoke parts having a semicircular cross section that is fitted to the outer periphery of the first yoke part and coupled to the bobbin ;
A hollow cylindrical housing having a lead-out hole for the lead-out line of the detection coil,
A bobbin coupled with the first and second yoke parts is inserted into the housing to fix the bobbin to the housing , and the torque detection shaft inserted into the bobbin is rotatably supported by the housing. A torque detector characterized by the above. 少なくともボビンの一端にフランジを設け、該フランジに配線処理部及び前面に開口する配線収容部を設けたことを特徴とする請求項２記載のトルク検出装置。 3. The torque detection device according to claim 2 , wherein a flange is provided at least at one end of the bobbin, and a wiring processing part and a wiring accommodating part that opens to the front surface are provided on the flange. 配線が収容された配線処理部及び配線収容部に樹脂を充填したことを特徴とする請求項２又は３記載のトルク検出装置。Wiring torque detecting apparatus according to claim 2 or 3, wherein the filled resin to the wiring section and the wire housings are accommodated.
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