JPH01148929A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、回転軸に伝わるトルクを、非接触で検出でき
るトルクセンサに関するものである。

従来の技術 従来より、磁歪合金の応力−磁気効果を用いてトルクを
検出するトルクセンサが提案されている（例えば、特開
昭５９−６１７３１号公報）。

この方法は、磁歪合金に加えられた応力による歪みが、
応力−磁気効果によって磁歪合金の透磁率を変化させる
ことを利用している。すなわち、回転軸（トルク伝達軸
）にトルクが加わると軸が捩れ、伝達軸表面に歪みが発
生する。その結果、軸表面に固定された磁歪合金にも歪
みが生じ、合金の透磁率が変化する。この変化をコイル
のインダクタンス変化の形で検出するため、非接触でト
ルク検出ができるという特徴がある。

発明が解決しようとする問題点 従来の方法では、磁歪を有する磁性合金をトルク伝達軸
に貼り付ける手段として、接着剤や溶接などの方法を用
いていたが、これらの方法では接着強度があまり大きく
な（、トルクによる伝達軸の捩れがある程度以上になる
か、あるいはトルク伝達軸と磁歪合金の熱膨脹係数の差
から温度変化が大きくなると、接着剤や溶接部分の歪み
限界を越えて磁歪合金が剥離してしまうという欠点があ
った。

また、樹脂を用いた接着剤では約１００℃以上で軟化し
、貼り付けた磁歪合金に伝達軸表面の歪みが充分に伝わ
らないという問題もあった。

問題点を解決するための手段 トルク伝達軸の一部および磁歪を有する磁性合金薄帯を
螺旋型にし、かつ上記磁性合金の螺旋の径が上記トルク
伝達軸の螺旋の径より小さくなるように熱処理を施し、
上記磁性合金薄帯をトルク伝達軸の螺旋の部分に自分自
身の引張力で巻き付けることによって伝達軸表面に合金
薄帯を設置する。

作用 トルク検出用の磁歪合金上回転軸（伝達軸）との境界面
が接着されていないため大きなトルクに対しても磁歪合
金が軸から剥離することがな（、また、軸方向の熱膨脹
の差による応力が磁歪合金に加わらないので軸の捩れに
よる歪みのみが前記磁歪合金に加わり、広範囲のトルク
に対して温度特性の良い出力が得られる。

実施例 以下に本発明による一実施例を図面を用いて簡単に説明
する。

第２図は本発明によるトルクセンサを構成する°伝達軸
の斜視図およびその断面図である。伝達軸１の一部を中
空としその中空部分に螺旋型に一本のスリット５が入っ
ている。このような形状にした場合、トルク伝達軸１に
図の矢印の方向（順方向と呼ぶ）にトルクが加わると伝
達軸１が捩れ、中空部分の螺旋の両端に引張応力がかが
ることになり、その結果螺旋部分がその長さを一定に保
とうとするために螺旋型中空部分の外径Ｒが小さ（なり
、逆に矢印と反対方向（逆方向と呼ぶ）にトルクが加わ
るとＲが太き（なるという性質を持つ。

第３図は磁歪を有する磁性合金の熱処理の方法を示した
ものである。磁歪を有する磁性合金薄帯２を第３図（ａ
）のようにトルク伝達軸１の中空部分の外径Ｒより小さ
な外径ｒ１を持つ丸棒６に螺旋状に巻きつけ、Ｒより小
さな内径ｒ２（ただしｒ２はｒｔ＜ｒｔ＜Ｒを満たさな
ければならない）を持つ円筒７に差し込む。これに適当
な温度と時間で熱処理を施すと第３図（ｂ）のようにＲ
より小さな径ｒの螺旋型の巻き癖がついた状態になる。

この磁歪合金薄帯２をトルク伝達軸１の螺旋状中空部分
に巻き付けると、磁歪合金２の径ｒの方が伝達軸１の径
Ｒより小さいので、磁歪合金２は螺旋の径をｒにしよう
とする自分自身の復原力によって伝達軸の回りに半固定
状態になる。したがって第３図（ｃ）の磁歪合金は伝達
軸１にトルクが加わっていなくても引張応力が印加され
た状態になっている。

第１図は以上の方法で作製した本発明の一実施例の構成
を分解斜視図によって示したものである。１はトルク伝
達軸で、その表面に磁歪を有するＦｅ−Ｃｒ−８ｉ−Ｂ
系アモルファス合金薄帯２が、上に述べた方法で熱処理
されたのち螺旋状に巻き付けられている。

検出原理は、従来例では、軸に図の矢印の方向にトルク
が加わると、軸が捩れることにより表面に歪みが生じ、
軸表面に接着あるいは溶接した磁歪を有するアモルファ
ス合金２に応力が生じて合金の透磁率が変化する。その
変化を検出コイル３のインダクタンス変化という形で検
出回路４が検出するというものであった。

これに対して本発明では、以下のような原理でトルクを
検出している。伝達軸１に矢印の方向（順方向）にトル
クが加わると上述したように軸の螺旋部分の外径Ｒが小
さ（なる。そうすると螺旋部分に巻かれた磁歪合金２も
自分自身の内径Ｒをｒにしようとする復原力によって径
が小さくなる。その結果、磁歪合金２に生じていた引張
応力が緩和され磁歪合金２の透磁率が変化する。また矢
印と反対方向（逆方向）にトルクが加わると、軸１の螺
旋部分の外径Ｒが太き（なり磁歪合金２の引張応力も大
きくなる。そのために磁歪合金２の透磁率は順方向の場
合と逆に変化する。これらの変化を検出コイル３のイン
ダクタンス変化の形で検出回路４によって検出する。

以上の検出原理かられかるように、本発明において磁歪
を有する磁性合金は接着剤や溶接などのいかなる接着手
段も用いずに、自分自身の巻き癖による復原力のみでト
ルク伝達軸表面に固定されている。しかも磁歪合金は半
固定状態なので軸表面をすべることができる。そのため
伝達軸表面と磁歪合金の間にはどの方向のせん断歪みも
生じない。したがって磁歪合金が過度のトルクや熱膨脹
の差によって軸表面からはがれることがない。それだけ
でなく、トルク伝達軸の軸方向の応力をも受けないので
伝達軸の熱膨脹の影響を受けることもない。実際にこの
ような構成のトルクセンサの出力を測定したところ、−
３０〜１３０℃の温度、−２００〜２００ｋｇ＋ａの範
囲のトルクで温度変化のない安定した出力が得られた。

また、このような構成のトルクセンサではトルクＯの状
態でも磁歪合金に引張応力がかかった状態なので、伝達
軸のスリットが軸と平行でなければトルクの向きが順方
向の場合と逆方向の場合とで出力の符号が必ず逆になる
。このときのトルクセンサ出力を第４図に示す。したが
って、本発明の構成によってトルクの大きさだけでなく
方向の検出も可能になる。

発明の効果 本発明によれば、磁歪を有する磁性合金を螺旋型に巻き
癖かつ（ように熱処理したのちトルク伝達軸表面に巻き
付けた構造とすることにより、接着の工程を省き、広範
囲のトルクに対して温度特性がよ（、かつ磁歪合金が剥
離するこ七のないトルクセンサを実現できる。

しかも、磁歪合金自身の引張力によって固定されている
ことから、−か所のトルク検出部分のみによってトルク
の大きさおよび方向を同時に検出することができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるトルクセンサの構成
を示す斜視図、第２図（ａ）及び（ｂ）は各々、同実施
例の形状を示す斜視図およびその断面図、第３図（ａ）
〜（ｃ）は同実施例の磁歪合金の熱処理およびトルク伝
達軸への固定の方法を示す斜視図、第４図は同実施例の
出力を示すグラフである。 １・・・トルク伝達軸、　２・・・磁歪を有する合金薄
帯、３・・・インダクタンス検出用コイル、４・・・検
出回路、５・・・スリット、６・・・磁歪合金熱処理用
丸棒、７・・・熱処理用円筒。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 第　２　口　　　　・ （ｂ） 第３図 ｒ＜Ｒ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一部が中空でかつその中空部分に少なくとも一本
   のスリットの入ったトルクを伝達する軸と、熱処理によ
   って内径が前記中空部分の外径より小さな螺旋型の形状
   になるよう変形したのち前記中空部分の回りに同心円状
   に巻回された磁歪を有する合金薄帯と、前記薄帯の回り
   に同心円状に巻回されたコイルと、前記コイルのインダ
   クタンスを検出するための検出回路より成ることを特徴
   とするトルクセンサ。
2. （２）金属薄帯がアモルファス合金より成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のトルクセンサ。