JP3862284B2 - 回転軸の捩りモーメント測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の捩りモーメント測定装置に関し、特に、種々の構成要素の回転軸の軸との同心性が充分でない場合の測定精度の低下防止を可能とする、回転軸の捩りモーメント測定装置に関する。
フランス国特許公報FR-2692986には、第１の支持体に固定され、回転軸に垂直な面内にある二つの磁界発生手段と、第２の支持体に固定され、上記回転軸に垂直な他の面内に不動に取り付けられた二つの磁界検出手段とを含む、回転軸の捩りモーメント測定装置が記載されている。回転軸に捩りモーメントが加えられると、磁界発生手段と磁界検出手段との間に、回転軸の回りの相対的な角度方向変位が生じ、検出される磁界に変化が生じる。磁界変化と角度方向変位との間の直線性を保持するためには、磁界発生手段によって作り出される磁界の勾配が、磁界発生手段と磁界検出手段との間隙の中でできる限り一定であることが必要である。フランス国特許公報FR-2692986に記載された捩りモーメント測定装置においては、磁界発生手段の磁力線は強磁性材料からなる支持体を通して環を描いている。このため、上記支持体は、磁石を通り、回転軸と同軸の仮想の円筒の外にある磁力線を集中することができるように、磁石を越えて半径方向に延伸されている。捩りモーメント測定装置全体を収容して保護するケースは、必ずしも強磁性材料で形成する必要はなく、任意の材料で形成してもよい。しかしながら、例えば捩りモーメント測定装置を自動車の舵取装置のステアリングカラムの中に内蔵する場合のように、半径方向の占有空間が限られている場合には、磁石とケースとの間に、磁界の磁力線がケースの内部で環を閉じるに足る十分な空間はない。磁界の磁力線がケースの外部で環を閉じるようにした場合には、磁界、従って、捩りモーメント測定装置の測定精度が、ケース外部の環境に影響されるようになるので好ましくない。この問題を解決するためには、ケースを強磁性材料で形成すればよい。ケースを強磁性材料で形成した場合には、磁石の周辺における磁界の磁力線の環は、ケースの内部で閉じるようになる。しかしながら、回転軸が回転すると、回転軸に取り付けられた磁石はケースに対して相対的に回転するから、ケースに寸法上の僅かな誤差があったり、ケースと被測定回転軸とが完全には同心でない状態に取り付けられた場合には、捩りモーメントとは無関係に磁界の変化が生じ、捩りモーメントの測定に誤差が生じる。つまり、回転軸が回転すると、捩りモーメントが加えられていない状態においても、疑似の測定値が出力されるようになる。
本発明による回転軸の捩りモーメント測定装置は、上記問題点を解決することを目的とする。このため、本発明による回転軸の捩りモーメント測定装置は、回転軸に垂直な第１の面内に上記回転軸の軸に関して対称に固定された二つの磁界発生手段と、上記第１の面と平行で上記第１の面から上記回転軸の軸方向に離隔した第２の面内に上記回転軸の軸に関して対称に固定された二つの磁界検出手段とを含んでなる、回転軸の捩りモーメント測定装置において、さらに、少なくとも上記第１の面と上記第２の面との間に含まれる上記回転軸の部分の、上記磁界検出手段と上記磁界発生手段の周囲に、強磁性材料からなり、上記回転軸に固定され、上記回転軸を取り囲む、磁力線集中手段を含んでなることを特徴とする。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記磁界発生手段と上記磁気検出手段とが、それぞれ上記回転軸に固定された第１の支持体と第２の支持体とによって支持され、上記磁力線集中手段は、上記第１の支持体または上記第２の支持体の、一方から他方への軸方向の延長部によって構成される。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記磁力線集中手段は、上記第１の支持体または上記２の支持体の一つに固定された円筒状部材で構成される。
上記磁界検出手段と上記磁界発生手段とを隔てる間隙の周囲に設けられた磁力線集中手段により、回転軸の周囲を覆って回転軸に固定された部材によって磁界を閉じ込めることが可能となる。このようにすれば、磁界は回転軸の回転位置によって影響されないので、回転軸の捩りモーメント測定装置の測定精度を最適化することが可能となる。従って、回転軸の捩りモーメント測定装置の構成要素の寸法上の誤差や回転軸の軸との同心性のずれ等の幾何学的な欠陥によって、磁界に変動が生じることはない。従って、本発明による回転軸の捩りモーメント測定装置は、大量生産と両立するのに十分に幅広い部品の製造および組立て上の公差を許容しながら、優れた測定精度を得ることを可能にする。
本発明のその他の特徴および利点は、本発明による回転軸の捩りモーメント測定装置の実施例の記載を、添付図面を参照して読むことにより、明らかとなるであろう。図において、
図１は、本発明による回転軸の捩りモーメント測定装置の部分断面図、
図２は、図１のII−II線に沿って切断した断面図である。
図１、図２に示す本発明の１実施例の回転軸１は、舵取装置のラックとステアリングカラムのハンドル軸（いずれも図示しない）とを連結する軸である。このため、図に示す回転軸１の左端には、ハンドル軸に挿嵌するためのスプライン２が、また右端には、舵取装置のラックと係合するためのピニオン３が設けられている。ピニオン３の先端部には、第１の転がり軸受であるニードルベアリング（図示しない）の内レースを構成する、ピニオン３よりも小さい外径を有するジャーナル４が右方に突出して設けられている。回転軸１には、ピニオン３の左に隣接して、第２の転がり軸受５が設けられている。
図１は、その動作がフランス国特許公報FR-2692986に記載されている捩りモーメント測定装置を備えた回転軸１を示す。回転軸１には、実質上円筒状の第１の円環６が設けられている。第１の円環６は、回転軸１の軸に垂直な第１の面内に、回転軸１の軸に関して対称に設けられた二つの磁界検出手段８を支持する環状の第１の支持体７によって、半径方向に延伸されている。図１の部分断面図においては、二つの磁界検出手段８の内の一つのみが見えており、他の一つは隠されている。また、回転軸１は、第１の支持体７に対向して設けられた、実質上円筒状の第２の支持体９を有している。第２の支持体９は、図においては、第２の軸受５の内レースの肩に固定されて（このように固定することにより、装置をコンパクトにすることが可能である）示されているが、図示した構成以外の同種の構成も本発明の枠内にあることは明らかである。第２の支持体９には、回転軸１に垂直な第２の面内に、回転軸１の軸に関して対称に設けられ、磁界検出手段８と対向する二つの磁界発生手段１０が取り付けられている。図においては、二つの磁界発生手段１０の内の一つのみが見えており、他の一つは隠されている。
捩り変形を、第１の支持体７と第２の支持体９との間において軸方向に局所化するために、第１の支持体７と第２の支持体９との間に位置する回転軸１の部分には、直径が小さくされた部分１１が設けられている。
捩りモーメント測定装置の全体を覆うケース１２は、第２の転がり軸受５の外レース１３に固定されている。ケース１２は、回転通路１４を内蔵している。磁界発生手段１０から発生された磁界の磁力線の環が、回転軸１に固定された部材によって閉じられるように、第２の支持体９は、磁界発生手段１０と磁界検出手段８との間の間隙を少なくとも覆う磁力線集中手段１５を構成する軸方向の延長部によって第１の支持体７へ向けて延伸されている。図１に示す例においては、軸方向の延長部は、第１の支持体７の環状の部分まで覆うように延伸されている。勿論、第１の支持体７と、第２の支持体９と、第２の支持体９の軸方向の延長部は、強磁性材料で形成されている。軸方向の延長部は第２の支持体９と一体に形成してもよい。あるいは、その反対に、軸方向の延長部を第２の支持体９または第１の支持体７に取り付けた一つの円筒状部材で構成してもよい。このようにすることにより、磁界が回転軸１の回転と一体に回転する部品によって集中されるので、装置の測定精度の最適化が可能となる。このようにして、構成部品に寸法上の誤差があったとしても、それによって磁界に変動がもたらされることはない。その反対に、ケース１２によって磁界の磁力線の環をケース１２の内部で閉じるようにする場合には、ケース１２に寸法上の僅かな誤差があると、ケース１２が回転軸１に対して相対的に運動し、従って、ケース１２が磁界検出手段１０に対して相対的に運動するために、測定値に変化が生じる。同様に、ケース１２と回転軸１との間の組立て上の公差に関連して、ケース１２と回転軸１とが完全には同心でない状態に取り付けられた場合にも、測定値に変動が生じる。従って、本発明による回転軸の捩りモーメント測定装置は、大量生産と両立するのに十分に広範な部品の製造および組立て上の公差を許容しながら、優れた測定精度を得ることを可能にする。
ケース１２は、磁気的な機能を有する必要はないので、非磁性材料で作ってもよい。
本発明は、例として上記記載し、図示された実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。特に、本発明の回転軸の捩りモーメント測定装置は、捩りモーメント測定装置を設置することが必要な、あらゆる種類の回転軸に適用可能である。

Claims (3)

1. 回転軸（１）に垂直な第１の面内に上記回転軸（１）の軸に関して対称に固定された二つの磁界発生手段（１０）と、上記第１の面と平行で上記第１の面から上記回転軸（１）の軸方向に離隔した第２の面内に上記回転軸の軸に関して対称に固定された二つの磁界検出手段（８）とを含んでなる、回転軸の捩りモーメント測定装置において、さらに、少なくとも上記第１の面と上記第２の面との間に含まれる上記回転軸（１）の部分の、上記磁界検出手段（８）と上記磁界発生手段（１０）の周囲に、強磁性材料からなり、上記回転軸（１）に固定され、上記回転軸（１）を取り囲む、磁力線集中手段（１５）を含んでなることを特徴とする、回転軸の捩りモーメント測定装置。
2. 上記磁界発生手段（１０）と上記磁気検出手段（８）とが、それぞれ上記回転軸（１）に固定された第１の支持体（７）と第２の支持体（９）とによって支持され、上記磁力線集中手段（１５）は、上記第１の支持体（７）または上記第２の支持体（９）の、一方から他方への軸方向の延長部によって構成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載の回転軸の捩りモーメント測定装置。
3. 上記軸方向の延長部は、上記第１の支持体（７）または上記２の支持体（９）の一つに固定された円筒状部材で構成されたことを特徴とする、請求の範囲第２項記載の回転軸の捩りモーメント測定装置。

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