JPH0431571Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） この考案は、磁気ひずみ効果を利用した磁歪式
トルクセンサに使用される磁歪素子構造に関する
ものである。

（従来の技術） 従来のこの種の磁歪式トルクセンサとしては、
例えば第１６図ないし第１８図に示すようなもの
がある（特開昭59−77326号公報）。この磁歪式ト
ルクセンサ１０１は、第１７図に示すように、軸
１０２の表面に、第１８図に示すごとく傾斜方向
に複数のスリツト１０３ａを有する矩形状の磁歪
膜１０３を接着剤により接着した磁歪素子１０４
を用い、前記磁歪素子１０４を構成する磁歪膜１
０３の外周近傍に、第１６図に示すように、励磁
コイル１０５と検出コイル１０６を配設し、この
励磁コイル１０５と検出コイル１０６の外側に、
かつ軸１０２との間で間隙１０７をおいて、高透
磁率物質よりなる円筒状のヨーク１０８を設けた
構造をなすものである。

上記磁歪式トルクセンサ１０１の動作について
説明すると、まず、作動に際しては、励磁コイル
１０５に対して一定の振幅および周波数の交流を
印加する。この印加によつて磁歪膜１０３→間隙
１０７→ヨーク１０８→間隙１０７→磁歪膜１０
３を磁路とする磁力線が励磁コイル１０５と検出
コイル１０６とを取り囲むように発生する。ここ
で時刻ｔにおいて、検出コイル１０６内を貫通す
る磁束をΦ（ｔ）とし、検出コイル１０６の巻数
をＮとすると、 Ep＝NdΦ（ｔ）／dt ……(1) で表わされる誘導起電力Epが、前記検出コイル
１０６の出力端に発生する。このとき、時刻ｔに
おける磁力線ｍは、第１８図に示すように、各ス
リツト１０３ａと同方向に磁歪膜１０３中を流れ
る。

次に、軸１０２に対して例えば第１７図に示す
の方向にねじりトルクが加わると、磁歪膜１０
３は第１８図に示す−の方向に引張変形を受
ける。これによつてこの従来例では磁歪膜１０３
は、上記引張変形によつてその透磁率が増加する
特性を有するため、検出コイル１０６内を貫通す
る磁束Φ（ｔ）が増加する。一方、周波数は変化
しないので、上記(1)式に示すdΦ／dtが増加し、
誘導起電力（Ep）が増大する。

他方、軸１０２に対して第１７図に示すの方
向にねじりトルクが加わると、磁歪膜１０３は第
１８図に示す−の方向に圧縮変形を受け、磁
歪膜１０３の透磁率が減少するため、検出コイル
１０６内を貫通する磁束Φ（ｔ）が減少し、上記
(1)式に示すdΦ（ｔ）／dtが減少して、誘導起電力
（Ep）が減少する。

そして、上記引張および圧縮による磁歪膜１０
３の透磁率変化幅は、軸１０２に対する印加トル
クが増加すると増大するので、結局、第１９図に
示すようにな特性となり、それゆえ、誘導起電力
（出力Ep）を検出することによつて上記印加トル
クを検出することができると同時に、印加トルク
の方向を検出することができる。

第２０図および第２１図は上記特開昭59−
77326号公報に記載された他の従来例を示すもの
であつて、前記磁歪式トルクセンサ１０１を２つ
並列に接続して差動検出し、トルク検出感度の向
上ならびに温度変化による出力の影響の除去をは
かるようにしたものである。すなわち、第２０図
に示す磁歪式トルクセンサ１０１は、軸１０２に
加えられるねじりトルクの方向に対して、該方向
を対称中心とする異なる方向に傾斜するようにス
リツト１０３ａ，１０３ｂを形成した磁歪膜１０
３を設けた磁歪素子１０４を用い、この磁歪素子
１０４の外周部分に、左右各々二組ずつの、励磁
コイル１０５，１０５と、検出コイル１０６，１
０６と、ヨーク１０８，１０８とを設け、軸１０
２とヨーク１０８との間に間隙１０７を設けたも
のである。また、磁歪膜１０３の中央に磁束遮断
用スリツト１０３ｃを形成したものである。

このような構造の磁歪式トルクセンサ１０１に
おいて、軸１０２にねじりトルクが加えられる
と、磁歪膜１０３は、各スリツト１０３ａ，１０
３ｂの方向にそれぞれ引張と圧縮の相異なる変形
が与えられ、一方の検出コイル１０６の誘導起電
力は増加し、他方の検出コイル１０６の誘導起電
力は減少する。従つて、これらの出力を差動回路
で減算して出力変化率を２倍とすることができ
る。

しかしながら、このような従来の磁歪式トルク
センサ１０１の磁歪素子１０４にあつては、第１
８図に示したように、磁歪膜１０３の上下部分
に、軸１０２に平行な縁部分１０３ｄ，１０３ｄ
を有し、この縁部分１０３ｄ，１０３ｄでは、ト
ルク印加時に軸方向と±45°方向に引張と圧縮の
歪が等量生じてトルク検出には何ら効力をもたな
いため、トルク検出感度を低下させる原因となつ
ている。

また、傾斜する磁歪膜部分の形状が一定してお
らず、場所によつて磁束密度が異なることによ
り、軸１０２と各コイル１０５，１０６との相対
回転に伴う出力変動の原因となつている。

さらに、磁歪膜１０３の厚みが数十μｍと薄
く、かつスリツト１０３ａを設けた構造となつて
いるので、軸１０２への接着の際に、各スリツト
１０３ａの間隔を一定に保つための位置決めがむ
づかしく、したがつて各ロツト間の出力特性のば
らつきの原因となり、かつまた作業性が極めて悪
い。

さらにまた、磁歪膜１０３が鉄系アモルフアス
などからなる場合には、軸１０２に対する接着性
が悪く、はく離が生じやすい。

などの問題点を有していた。

そこで、本考案者はこのような従来の問題点を
解消するため、第２２図に示すように、平行なス
リツト１０３ａを設けた磁歪膜１０３において、
傾斜する磁歪膜部分の形状を同一にすることによ
り、軸１０２に平行であつてトルク検出に寄与し
ない部分をなくし、このような磁歪膜１０３を軸
１０２に接着した磁歪素子１０４を開発した。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のスリツト１０３ａを形成
した磁歪膜１０３を設けた磁歪素子１０４を使用
した磁歪式トルクセンサ１０１では、軸１０２に
磁歪膜１０３を精度良く取りつけることが難かし
く、スリツト１０３ａの間隙が微妙に変化して軸
１０２と各コイル１０５，１０６との相対回転に
伴う出力の変動要因となることがあり、また磁歪
膜１０３が直接露出しているため剥離を生じた
り、腐食を発生したりすることがあるという問題
点を有していた。

この考案は、上述したような従来の問題点に着
目してなされたもので、出力の変動が著しく少な
いと共に、磁歪膜の剥離や腐食の発生を防止する
ことが可能である磁歪式トルクセンサの磁歪素子
を提供することを目的としている。

［考案の構成］ （問題点を解決するための手段） この考案は、軸の表面に磁歪膜を設けた磁歪素
子の前記磁歪膜の近傍に、励磁コイルと検出コイ
ルを配設して、前記磁歪膜を通る磁気回路を形成
し、前記軸に加えられるねじりトルクによる前記
磁歪膜の変形に起因する磁気ひずみ効果を利用し
て前記トルクを検出する磁歪式トルクセンサにお
いて、帯状体の並列形状とした磁歪膜を樹脂被覆
した磁歪膜素子として形成して、前記軸の表面
に、前記樹脂被覆された磁歪膜の帯状体が前記軸
の長手方向に対して傾斜する向きして前記磁歪膜
素子を巻付けて固着した磁歪素子の構成としたこ
とを特徴としている。

（実施例） 第１図および第２図はこの考案の一実施例を示
す図である。図に示す磁歪膜素子１は、多数（図
示例では４枚）のリボン状磁歪膜２を斜めの状態
で平行にして樹脂３中に埋設することにより帯状
体の並列形状としたものであり、リボン状磁歪膜
２を直接樹脂３中に埋設した例を示すものであ
る。

また、第３図は他の実施例を示すものであつ
て、磁歪膜２として前記樹脂３との接着性の劣る
Fe系アモルフアス（非晶質）材料を用いた場合
に、これらの接着性を高めるために、磁歪膜２の
全面にあらかじめクロムめつき層４を形成してお
き、その後に磁歪膜２を樹脂３中に埋設した場合
を示すものである。

このような磁歪膜素子１は、第１図に示すよう
な単品の構成とすることもできるが、第４図に示
すように、連続した長尺状に形成しておき、所定
の長さ毎にミシン目５を形成して適宜切断できる
ような構成とすることもできる。また、ミシン目
５を形成しない状態としておき、使用する軸１２
（第５図参照）の直径に合わせて切断して用いる
ことができるようにしておくことも可能である。

第５図は上記の磁歪膜素子１を軸１２に巻いて
第６図に示すように接着剤８を用いて固定するこ
とにより磁歪素子１３を作製した場合を示すもの
であり、この軸１２の外側には、第１６図に示し
たと同様に、第７図に示すように、励磁コイル１
５と検出コイル１６とを配設し、この励磁コイル
１５と検出コイル１６の外側に、かつ軸１２との
間で間隙１７をおいて、高透磁率物質よりなる円
筒状のヨーク１８を設けた構成の磁歪式トルクセ
ンサ１１とする。

この磁歪式トルクセンサ１１の動作は前述した
とおりであるのでその説明を省略するが、この場
合、各磁歪膜２はあらかじめ樹脂３中に埋設され
た磁歪膜素子１として用いられているため、軸１
２に接着して磁歪膜１３としたのちにおいてもこ
れら各磁歪膜２の間隔は一定にかつ高精度に維持
されており、したがつて、軸１２と各コイル１
５，１６との相対回転に伴う出力の変動はほとん
どなくなる。また、各磁歪膜２は外部に露出して
いないため、剥離を生じたり腐食が発生したりす
ることもない。

第８図および第９図はこの考案の他の実施例を
示す図であり、図に示す磁歪膜素子１は、多数の
リボン状の磁歪膜２を中心対称をなすように傾斜
させた状態で樹脂３中に埋設することにより左右
で対称をなす帯状体の並列形状とした場合を示す
ものである。そして、この磁歪膜素子１を第９図
に示すように軸１２に巻いて接着した磁歪素子１
３を用いることにより、第２０図に示したものと
同じ動作の磁歪式トルクセンサ１１を作製する場
合を示すものである。

第１０図および第１１図はこの考案のさらに他
の実施例を示す図であり、図に示す磁歪膜素子１
は、磁歪膜２にあらかじめ複数のスリツト２ａを
傾斜状態で平行に形成した後に、樹脂３中に埋設
することにより帯状体の並列形状とした場合を示
すものである。そして、この磁歪膜素子１を第１
１図に示すように軸１２に巻いて接着した磁歪素
子１３を用いることにより、第７図に示したと同
じ動作特性の磁歪式トルクセンサ１１を作製する
場合を示すものである。

第１２図および第１３図に示す磁歪膜素子１
は、磁歪膜２にあらかじめ中心対称をなすように
相対向して傾斜するスリツト２ａ，２ｂを形成し
た後に、樹脂３中に埋設することにより左右で対
称をなす帯状体の並列形状とした場合を示すもの
である。そして、この磁歪膜素子１を第１３図に
示すように軸１２に巻いて接着した磁歪素子１３
を用いることにより、第２０図に示したものと同
じ動作の磁歪式トルクセンサ１１を作製する場合
を示すものである。

第１４図および第１５図に示す磁歪膜素子１
は、第１２図に示した磁歪膜２においてさらにそ
の中央部分に磁束遮断用のスリツト２ｃを形成
し、その後に樹脂３中に埋設した場合を示すもの
である。そして、この磁歪膜素子１を第１５図に
示すように軸１２に巻いて接着した磁歪素子１３
を用いることにより、第２０図に示したものと同
じ動作の磁歪式トルクセンサ１１を作製する場合
を示すものである。

以上の各実施例に示す磁歪膜素子１における磁
歪膜２において、従来の磁歪膜１０３では第１８
図に示したように上下端の縁部分１０３ｄに軸１
０２の方向に磁束の流れが生じるような構造とな
つているため、これがトルクの検出感度を低下さ
せていたが、上記実施例に示す磁歪膜２では、磁
束の流れがトルク印加方向に対して傾斜した方向
にのみ発生するような形状となつているので、こ
れによつてトルクの検出感度をさらに向上させる
ことが可能となる。

また、従来の場合には、前述したように、スリ
ツト１０３ａを設けた磁歪膜１０３を直接接着剤
を用いて軸１０２の表面に接着しているので、接
着時にはたわみが生じて各スリツト１０３ａ間の
平行を高精度に保持することが極めて困難であつ
たのに対して、上記各実施例においては、磁歪膜
２を樹脂３中に埋設するようにしたことから、磁
歪膜２に形成した各スリツト２ａ間および２ｂ間
の平行が樹脂３の拘束力によつて著しく高精度に
保たれるようになる。また、磁歪膜２は樹脂３中
に埋設されて拘束されているので、はく離などの
問題も起らず、さらには樹脂３によつて大気より
遮断されるために磁歪膜２の腐食を防ぐことがで
きる。さらにまた磁歪膜２と軸１２との接着は樹
脂３を介して接着剤８により行なわれるので、磁
歪膜２がたとえ軸１２に対して接着性の悪い鉄系
アモルフアスからなる場合でも、従来に比べてき
わめて接着強度の高い状態が得られる。

［考案の効果］ 以上説明してきたように、この考案によれば、
軸の表面に磁歪膜を設けた磁歪素子の前記磁歪膜
の近傍に、励磁コイルと検出コイルを配設して、
前記磁歪膜を通る磁気回路を形成し、前記軸に加
えられるねじりトルクによる前記磁歪膜の変形に
起因する磁気ひずみ効果を利用して前記トルクを
検出する磁歪式トルクセンサにおいて、帯状体の
並列形状とした磁歪膜を樹脂被覆した磁歪膜素子
として形成して、前記軸の表面に、前記樹脂被覆
された磁歪膜の帯状体が前記軸の長手方向に対し
て傾斜する向きして前記磁歪膜素子を巻付けて固
着した磁歪素子の構成としたから、軸への磁歪膜
素子の接着作業が極めて容易になり、接着強度を
著しく高めることが可能になり、また、接着後の
磁歪膜の位置精度が著しく高いものとなるため、
トルクの検出感度ならびに精度を著しく向上させ
ることが可能であり、磁歪膜は外部に露出しない
ため剥離や腐食の発生もないという非常に優れた
効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例による磁歪膜素子
の正面図、第２図は第１図の−線断面図、第
３図はこの考案の他の実施例による磁歪膜素子の
第１図−線相当位置での断面図、第４図はこ
の考案のさらに他の実施例による磁歪膜素子の正
面図、第５図および第６図はこの考案の一実施例
による磁歪素子の各々斜面図および断面図、第７
図は第５図の磁歪素子を用いた磁歪式トルクセン
サの断面説明図、第８図および第９図はこの考案
のさらに他の実施例による各々磁歪膜素子および
磁歪素子の正面図、第１０図および第１１図はこ
の考案のさらに他の実施例による各々磁歪膜素子
および磁歪素子の正面図、第１２図および第１３
図はこの考案のさらに他の実施例による各々磁歪
膜素子および磁歪素子の正面図、第１４図および
第１５図はこの考案のさらに他の実施例による
各々磁歪膜素子および磁歪素子の正面図、第１６
図は従来の磁歪式トルクセンサの断面説明図、第
１７図および第１８図は第１６図の磁歪式トルク
センサの磁歪素子および磁歪膜の正面図、第１９
図は磁歪式トルクセンサの出力特性を示す説明
図、第２０図は磁歪式トルクセンサの他の構造例
を示す断面説明図、第２１図は第２０図の磁歪式
トルクセンサの磁歪膜の正面図、第２２図は磁歪
膜の他の形状例を示す正面図である。 １……磁歪膜素子、２……磁歪膜、３……樹
脂、４……めつき層、５……ミシン目、１１……
磁歪式トルクセンサ、１２……軸、１３……磁歪
素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 軸の表面に磁歪膜を設けた磁歪素子の前記磁歪
   膜の近傍に、励磁コイルと検出コイルを配設し
   て、前記磁歪膜を通る磁気回路を形成し、前記軸
   に加えられるねじりトルクによる前記磁歪膜の変
   形に起因する磁気ひずみ効果を利用して前記トル
   クを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、帯状
   体の並列形状とした磁歪膜を樹脂被覆した磁歪膜
   素子として形成して、前記軸の表面に、前記樹脂
   被覆された磁歪膜の帯状体が前記軸の長手方向に
   対して傾斜する向きして前記磁歪膜素子を巻付け
   て固着したことを特徴とする磁歪式トルクセンサ
   の磁歪素子構造。