JPH05332854A - 磁気記録型トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化に適し、簡単な構成で、回転軸部材に
作用するトルクを、回転軸部材の回転方向、回転軸部材
に作用する負荷の方向にかかわりなく、精度良く検出す
ることができる磁気記録型トルク検出装置を提供する。 【構成】 回転軸部材１０の軸線方向に所定間隔をおい
て配置された第１および第２磁気ヘッド１４ａ、１４ｂ
で位相差Δｔを検出し、第１磁気ヘッド１４ａを挾むよ
うにして所定角度θ₀ で配置された第３および第４磁気
ヘッド１４ｃ、１４ｄで時間差ｔを検出する。回転軸部
材１０の回転方向、負荷の作用方向にかかわらず、特定
の同期記録信号に対して、常に第３および第４磁気ヘッ
ド１４ｃ、１４ｄを介して再生される位置信号Ｓc1およ
びＳd1のうちの一方が最初に、もう一方が最後に再生さ
れる。これにより、第１および第２磁気ヘッド１４ａ、
１４ｂを介して再生される信号Ｓa1およびＳb1は、上記
位置信号が再生される間に再生される。したがって、検
出する位相差Δｔと時間差ｔとを１対１で対応させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の動力伝達軸
のような回転軸部材に作用するトルクを検出するための
トルク検出装置に関し、特に、回転軸部材の捩れ角から
トルクを算出する磁気記録型トルク検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等におけるトルク検出の必
要性は増大しつつある。特に、四輪駆動における前後輪
のトルク配分においては、走行状態に対する特性曲線を
設定し、推定による間接的な制御を行う制御手段を用い
ており、車両による特性のばらつき等に伴いその精度は
必ずしも十分なものとはいえない。同様な問題は、自動
変速機をはじめとする出力軸を有する車両の各機構部に
おいても生じている。

【０００３】これに対し、回転軸部材に作用するトルク
を直接検出するようにしたトルク検出装置として、トル
ク負荷による回転軸部材の捩れ角を測定し、その捩れ角
からトルクを求めるトルク検出装置が、従来より広く知
られている。より具体的には、測定対象である回転軸部
材に少なくとも２つのロータリーエンコーダを配設した
ものが知られている。すなわち、個々のエンコーダから
の検出信号の位相差Δｔから捩れ角を求め、トルクに換
算するというものである。

【０００４】上記エンコーダの種類としては、光学的手
段を用いたもの、磁気的手段を用いたものがある（例え
ば特開昭６２−２３９０３１号公報には磁気式エンコー
ダを配設したものが開示されている）が、これらを自動
車用等のトルク検出装置に適用するには、いずれの手段
も、捩れ角を検出するために回転軸部材にスリット、歯
車等を設ける必要があり、装置が大きく重くなるととも
にロータリーエンコーダを取り付ける作業を行う際に不
可避の取付誤差を生じるという問題、さらには回転軸部
材に捩れ歪が残留して蓄積されると、２つのエンコーダ
の相対位置が徐々にずれて、トルク検出精度が経時劣化
するという問題があった。

【０００５】上記以外にも、回転軸部材の捩れ角に基づ
いてトルクを検出する方法としては、歪みにより電気抵
抗が変化する歪みゲージ式、応力の作用により磁化が変
化する磁歪効果を用いる磁歪式などがあるが、歪みゲー
ジ式においては歪みゲージの接着方法や信号の取出方法
に問題があり、磁歪式においては回転軸部材に磁歪材料
を接着したり、軸部材そのものに溝を設ける等の機械加
工を施さねばならないという問題があった。

【０００６】以上のような問題を解決する手段として、
特願平３−２４８０５２号明細書には、新規な磁気記録
型トルク検出装置が記載されている。この装置では、回
転軸部材の周面部に磁気記録層が設けられ、該磁気記録
層に対向するように回転軸部材周面に近接してその軸線
方向に所定の間隔をおいて配置されかつ回転軸部材に対
し所定の信号を記録再生する第１、第２磁気ヘッドと、
第１磁気ヘッドに対して回転軸部材の周方向に所定の角
度をおいて配置された第３磁気ヘッドを用いるようにな
っている。無負荷時に、第１、第２磁気ヘッドにより同
一位相の位置信号を磁気記録層に記録し、負荷がかかっ
たトルク検出時には、第１、第２磁気ヘッドから再生さ
れる位置信号の位相差Δｔと、第１、第３磁気ヘッドか
ら再生される位置信号の時間差ｔを検出し、この位相差
Δｔ、時間差ｔおよび第１、第３磁気ヘッドのなす所定
角度θ₀ に基づいて回転軸部材の捩れ角θを求め、この
捩れ角θからトルクＴを算出するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のトルク検出
装置においては、小型で、簡単な構成の磁気記録型トル
ク検出装置が実現でき、かつ、周期信号を随時書き換え
ることが可能であり、取付け時の誤差や経時変化に基づ
く誤差のない正確なトルク検出が可能となるが、別の問
題を有している。

【０００８】すなわち、トルク算出に誤差が生じないよ
うにするためには、検出する位相差Δｔ、時間差ｔを１
対１に対応させる必要がある。そのため、位相差検出手
段は、時間差検出手段に同期して動作させる必要があ
る。しかし、その結果、上記第１、第２、および第３磁
気ヘッドの取付位置関係によって定まる特定の方向に回
転軸部材が回転し、かつ、同じく上記第１、第２および
第３磁気ヘッドの取付位置関係によって定まる特定の方
向に負荷が作用した場合にしかトルクを検出することが
できないという問題が生じる。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、小型化に適し、簡単な構成で、回転軸
部材に作用するトルクを、回転軸部材の回転方向、回転
軸部材に作用する負荷の方向にかかわりなく、精度良く
検出することができる磁気記録型トルク検出装置を提供
することを目的とするものである。

【００１０】さらに本発明は、上記目的に加えて、回転
軸部材に作用する負荷の方向を容易に判別することが可
能な磁気記録型トルク検出装置を提供することを目的と
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気記録型
トルク検出装置は、位相差検出用の１対の磁気ヘッドの
うちの一方を間に挾むようにして回転軸部材の周方向に
所定間隔をおいて１対の磁気ヘッドを配置し、この１対
の磁気ヘッドにより時間差検出を行う構成とすることに
より、上記目的達成を図るようにしたものである。

【００１２】すなわち、回転軸部材に作用するトルクを
検出するトルク検出装置であって、前記回転軸部材の周
面部に形成された磁気記録層と、この磁気記録層と対向
するように前記回転軸部材の周面に近接して該回転軸部
材の軸線方向に所定間隔をおいて配置された第１および
第２磁気ヘッドと、前記磁気記録層と対向するように前
記回転軸部材の周面に近接して前記第１磁気ヘッドを間
に挾むようにして前記回転軸部材の周方向に所定角度θ
₀ をおいて配置された第３および第４磁気ヘッドと、前
記第１および第２磁気ヘッドを介して前記磁気記録層に
同一位相の位置信号を記録する記録手段と、前記各磁気
ヘッドを介して位置信号を再生する再生手段と、この再
生手段により再生された前記第１および第２磁気ヘッド
からの位置信号相互間の位相差Δｔを検出する位相差検
出手段と、前記再生手段により再生された前記第３およ
び第４磁気ヘッドからの位置信号相互間の時間差ｔを検
出する時間差検出手段と、前記所定角度θ₀ 、位相差Δ
ｔおよび時間差ｔに基づいて、前記回転軸部材の捩れ角
θを算出する捩れ角算出手段と、この捩れ角θに基づい
て、前記回転軸部材に作用するトルクＴを算出するトル
ク算出手段と、を備えてなることを特徴とするものであ
る。

【００１３】上記「回転軸部材の周面部に形成された磁
気記録層」は、回転軸部材の周面上に塗布あるいはプラ
ズマ溶射等により形成された磁気記録層であってもよい
ことはもちろんであるが、回転軸部材自体を磁気記録可
能な材質（磁性材料）とすることにより構成される磁気
記録層であってもよい。

【００１４】また、本発明による磁気記録型トルク検出
装置は、上記第１，第３および第４磁気ヘッドを必ずし
も別個の磁気ヘッドで構成する必要はなく、代りに３つ
のギャップを有するマルチギヤップ磁気ヘッドで一体的
に構成することができる。この場合、中央のギャップ部
が第１磁気ヘッドに、両側のギャップ部が第３，第４磁
気ヘッドに相当する。

【００１５】さらに本発明による磁気記録型トルク検出
装置は、上記構成に加えて、回転軸部材に作用する負荷
の方向を判別する負荷方向判別手段を備えてなることを
特徴とするものである。

【００１６】この負荷方向判別手段としては、上記第３
および第２磁気ヘッドを介してそれぞれ再生される位置
信号の検出時間差と、上記第２および第４磁気ヘッドを
介してそれぞれ再生される位置信号の検出時間差との比
較に基づいて、上記負荷の方向を判別するように構成さ
れたものでもよいし、あるいは、上記第３および第１磁
気ヘッドを介してそれぞれ再生される位置信号の検出時
間差と、上記第３および第２磁気ヘッドを介してそれぞ
れ再生される位置信号の検出時間差との比較に基づい
て、上記負荷の方向を判別するように構成されたもので
もよい。

【００１７】さらに、上記負荷判別手段として、上記第
４および第１磁気ヘッドを介してそれぞれ再生される位
置信号の検出時間差と、上記第４および第２磁気ヘッド
を介してそれぞれ再生される位置信号の検出時間差との
比較に基づいて上記負荷の方向を判別するように構成さ
れたものであってもよい。

【００１８】

【発明の作用および効果】上記構成に示すように、回転
軸部材の周面部に形成された磁気記録層に、該回転軸部
材の軸線方向に所定間隔をおいて配置された第１および
第２磁気ヘッドを介して位置信号を記録し、そして、各
磁気ヘッドにより再生された位置信号相互間の位相差Δ
ｔを検出し、この検出された位相差Δｔに基づいて、回
転軸部材に作用するトルクを算出するようになっている
ので、つまり、回転軸部材の周面を利用して位置信号を
記録再生することによりトルク検出を行うようになって
いるので、従来のように、トルク検出のために回転軸部
材に機械加工や表面処理を施したりスリップリング等の
余分な機構部品を付加する必要がない。

【００１９】したがって、本発明によれば、小型で簡単
な構成の磁気記録型トルク検出装置を実現することがで
きるとともに取付作業や経年変化によるトルク検出誤差
をなくすことができる。また、回転軸部材に生じる捩れ
残留歪により両磁気ヘッド間で初期位相にずれが生じて
も、記録の更新が可能であるため、このずれを容易に修
正することができる。

【００２０】しかも、上記構成に示すように、回転軸部
材の周方向に所定角度θ₀ をおいて第３および第４磁気
ヘッドが配置され、これら両磁気ヘッドからの位置信号
相互間の時間差ｔが検出され、この時間差ｔを利用して
回転軸部材のトルクＴが算出されるようになっているの
で、回転軸部材の回転速度が変動してもその影響を受け
ずにトルク検出を行うことができる。

【００２１】これについて詳述すると、回転軸部材の捩
れ角θは、式（１）により算出することができ、 θ＝（Δｔ／ｔ）・θ₀ （１） 回転軸部材のトルクＴは、式（２）により算出すること
ができるが、 Ｔ＝２πＧｄ⁴ ・θ／６４Ｌ （２） 上記式（１）において、（Δｔ／ｔ）により時間因子は
相殺されるので、信号記録時の回転軸部材の回転速度や
その変動による影響を受けずに、第１および第３磁気ヘ
ッドのなす角度θ₀ を基準として直接トルク検出を行う
ことができる。したがって、たとえ位置信号が正確な周
期信号として記録されていなくても誤差なくトルク検出
を行うことができる。

【００２２】さらに、上記構成に示すように、第３およ
び第４磁気ヘッドは、第１磁気ヘッドを挾むようにして
配置されているので、回転軸部材の回転方向、回転軸部
材に作用する負荷の作用方向にかかわらず、特定の同期
記録信号に対して、常に第３および第４磁気ヘッドを介
して再生される位置信号のうちの一方が最初に、もう一
方が最後に再生されることとなり、これにより、第１お
よび第２磁気ヘッドを介して再生される信号は、上記位
置信号が再生される間に再生されることとなる。

【００２３】したがって、最初に再生される位置信号
（すなわち、第３および第４磁気ヘッドのうちのいずれ
かを介して再生される位置信号）を基準信号として、時
間差検出手段および位相差検出手段（のカウンタ）を動
作させることにより、回転軸部材の回転方向、負荷の作
用方向にかかわりなく、検出する位相差Δｔと時間差ｔ
とを１対１で対応させることが可能となり、これによ
り、検出回路を複雑にすることなく、また精度良く、回
転軸部材に作用するトルクを検出することが可能とな
る。

【００２４】このように本発明によれば、小型化に適
し、簡単な構成で、回転軸部材に作用するトルクを、回
転軸部材の回転方向、回転軸部材に作用する負荷の方向
にかかわりなく、精度良く検出することができる。

【００２５】このような構成にすることによって、小型
で簡単な構成のトルク検出装置を実現するとともに、基
準角度に対する時間差を検出するために機構部品として
複雑な磁気ヘッドを設ける必要がない。また、マルチギ
ャップ磁気ヘッドにおいては、ギャップ間隔を回転軸部
材の直径に比べ十分小さく設定することができ、かつこ
のギャップ間隔をμｍ単位の高精度で管理することが可
能であるため、取付作業による構造上の誤差をなくし、
精度良く回転軸部材に作用するトルクを検出することが
できる。

【００２６】さらに、本発明による磁気記録型トルク検
出装置は、回転軸部材に作用する負荷の方向を判別する
負荷方向判別手段を設けたことにより、負荷の方向の判
別をも含めた正確なトルクの検出が可能になる。

【００２７】そして上記負荷方向判別手段を、例えば上
記第３および第２磁気ヘッドを介してそれぞれ再生され
る位置信号の検出時間差と、上記第２および第４磁気ヘ
ッドを介してそれぞれ再生される位置信号の検出時間差
との比較に基づいて、上記回転軸部材に作用する負荷の
方向を判別するように構成した場合、式（１）であらわ
される回転軸部材の捩れ角θは、下記の式（３）に従っ
て算出される。 θ＝Ｋ・（Δｔ／ｔ）・θ₀ （３） 但し、第３および第２磁気ヘッドを介してそれぞれ再生
される位置信号の検出時間差をΔｔ₃₂、第２および第４
磁気ヘッドを介してそれぞれ再生される位置信号の検出
時間差をΔｔ₂₄として、Δｔ₃₂≧Δｔ₂₄の場合はＫ＝
１、Δｔ₃₂＜Δｔ₂₄の場合はＫ＝−１となる。

【００２８】このようにして、回転軸部材に作用する負
荷の方向を容易に判別することができる。

【００２９】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例について説明する。

【００３０】図１は、本発明に係る磁気記録型トルク検
出装置の第１実施例を示す概略的構成図である。

【００３１】このトルク検出装置は、回転軸部材１０
（例えば自動車用自動変速機の出力軸）に作用するトル
クを検出するトルク検出装置であって、回転軸部材１０
の外周面上の２箇所にリング状に形成された磁気記録層
１２ａ、１２ｂと、これら磁気記録層１２ａ、１２ｂと
対向するように回転軸部材１０の外周面に近接して該回
転軸部材１０の軸線方向に所定間隔Ｌをおいて配置され
た第１および第２磁気ヘッド１４ａ、１４ｂと、磁気記
録層１２ａと対向するように回転軸部材１０の外周面に
近接して第１磁気ヘッド１４ａを間に挾むようにして回
転軸部材１０の周方向に所定角度θ₀ をおいて配置され
た第３および第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄと、第１お
よび第２磁気ヘッド１４ａ、１４ｂを介して回転軸部材
１０に同一位相の位置信号を記録する記録回路１６（記
録手段）と、各磁気ヘッド１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１
４ｄを介して位置信号を再生する増幅器１８、フィルタ
回路２０および波形整形回路２２（再生手段）と、これ
らにより再生された位置信号のうち、第１および第２磁
気ヘッド１４ａ、１４ｂからの位置信号相互間の位相差
Δｔを検出する位相差検出回路２４（位相差検出手段）
と、第３および第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄからの位
置信号相互間の時間差ｔを検出する時間差検出回路２６
（時間差検出手段）と、上記所定角度θ₀ 、位相差Δｔ
および時間差ｔに基づいて、回転軸部材１０の捩れ角θ
を算出するとともに、この捩れ角θに基づいて、回転軸
部材１０に作用するトルクＴを算出するトルク演算回路
２８（捩れ角算出手段、トルク算出手段）とを備えてい
る。

【００３２】上記各磁気記録層１２ａ、１２ｂは、例え
ば、エポキシ系などの樹脂バインダ中にフェライトなど
の磁気粉末を分散させた磁気塗料を、回転軸部材１０の
外周面上の２箇所にリング状に塗布することにより、あ
るいは、金属コバルト膜をリング状にメッキすることに
より形成することができる。また、上記各磁気ヘッド１
４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄはいずれも図示しないハ
ウジングに固定されている。さらに、各磁気記録層１２
ａ、１２ｂと各磁気ヘッド１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１
４ｄとのクリアランスは１０μｍである。

【００３３】次に、本実施例の作用について説明する。

【００３４】回転軸部材１０が負荷から解放されて回転
している無負荷状態で、記録回路１６は、所定の記録用
パルス信号を発生させて第１および第２磁気ヘッド１４
ａ、１４ｂに同時に送り、各磁気ヘッド１４ａ、１４ｂ
を介して回転軸部材１０の磁気記録層１２ａ、１２ｂ上
に同一位相の位置信号（磁気パターン）を記録する。こ
のとき、回転軸部材１０の周方向に等間隔となるように
位置信号を記録する必要はなく、第３磁気ヘッド１４ｃ
および第４磁気ヘッド１４ｄがなす角度θ₀ によって定
まる間隔よりも広い間隔であれば、位置信号は任意の間
隔で記録可能である（原理的には位置信号として単一パ
ルス信号を記録するだけでも足りるが、後のトルク算出
を行う際のサンプリングタイム、検出精度、回転軸部材
１０の回転速度等を考慮すると、実用上は、できるだけ
等間隔で数多くのパルスを記録することが好ましい）。

【００３５】第１および第２磁気ヘッド１４ａ、１４ｂ
には、記録回路１６で発生した同一のパルス信号を同時
に与えており、記録時においては、各磁気記録層１２
ａ、１２ｂ上に記録された位置信号の位相は等しくな
る。図２は、このようにして書き込まれた位置信号を、
無負荷の状態で読み出した際の信号波形で、Ｓa1は第１
磁気ヘッド１４ａを介して再生された位置信号、Ｓb1は
第２磁気ヘッド１４ｂを介して再生された位置信号を示
し、位置信号Ｓa1、Ｓb1間に位相差が生じていない。

【００３６】回転軸部材１０に負荷が作用すると、負荷
に基づいて生じるトルクにより回転軸部材１０の捩れが
生じ、第１、第２磁気ヘッド１４ａ、１４ｂを介して再
生される位置信号Ｓa1、Ｓb1には、例えば図３Ａに示す
ような位相差Δｔが生じる。一方、第３、第４磁気ヘッ
ド１４ｃ、１４ｄによって再生された位置信号Ｓc1、Ｓ
d1は、同図に示すように、両磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄ
の配置角度θ₀ と再生時の回転軸部材１０の回転速度に
基づく時間差ｔが生じる。

【００３７】ここで、各磁気ヘッド１４ａ、１４ｂ、１
４ｃ、１４ｄにより再生される位置信号の順番は、図３
に示すように、その際の回転軸部材１０の回転方向、回
転軸部材１０に作用する負荷の作用方向により異なる
が、第３、第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄの配置角度θ
₀ が、回転軸部材１０に作用するトルクによって生じる
回転軸部材１０の軸線方向距離Ｌ間の捩れ角θよりも大
きくなるよう構成すれば、常に、第３および第４磁気ヘ
ッド１４ｃ、１４ｄを介して再生される位置信号の一方
が最初に、もう一方が最後に再生される。

【００３８】各磁気ヘッド１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１
４ｄを介して再生された再生信号Ｓa1、Ｓb1、Ｓc1、Ｓ
d1は、増幅器１８で増幅され、フィルタ回路２０でノイ
ズ成分が除去され、波形整形回路２２で波形整形を受け
て矩形波信号Ｓa2、Ｓb2、Ｓc2、Ｓd2となる。第１、第
２磁気ヘッド１４ａ、１４ｂを介して再生された信号の
処理信号である矩形波信号Ｓa2、Ｓb2は位相差検出回路
２４に入力され、第３、第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄ
を介して再生された信号の処理信号である矩形波信号Ｓ
c2、Ｓd2は時間差検出回路２６に入力されると同時に、
位相差検出回路２４に入力される。

【００３９】時間差検出回路２６では、再生信号Ｓc2、
Ｓd2のうち最初の信号入力に同期してカウンタを動作
し、信号Ｓc2、Ｓd2間の再生時間差ｔを検出する。位相
差検出回路２４も同様に信号Ｓc2、Ｓd2のうち最初の信
号入力に同期してカウンタを動作し、信号Ｓa2、Ｓb2間
の位相差Δｔを検出する。前述した構成により、第１、
第２磁気ヘッド１４ａ、１４ｂにより再生された位置信
号は、回転軸部材１０の回転方向、回転軸部材１０に作
用する負荷の作用方向にかかわりなく、常に、第３磁気
ヘッド１４ｃと第４磁気ヘッド１４ｄを介して再生され
る位置信号が両方とも入力し終える間に位相差検出回路
２４に入力する。したがって、時間差ｔと位相差Δｔは
常に１対１に対応して検出される。

【００４０】検出された時間差ｔ、位相差Δｔは、トル
ク演算回路２８に入力される。トルク演算回路２８で
は、位相差Δｔと時間差ｔと第３、第４磁気ヘッド１４
ｃ、１４ｄのなす角度θ₀ とにより、前述の式（１）に
基づき捩れ角θを求め、さらにこの捩れ角θを基に回転
軸部材１０に作用するトルクＴを前述の式（２）に基づ
き算出する。

【００４１】以上詳述したように、本実施例において
は、回転軸部材１０の外周面上に形成された磁気記録層
１２ａ、１２ｂに、該回転軸部材１０の軸線方向に所定
間隔をおいて配置された第１および第２磁気ヘッド１４
ａ、１４ｂを介して位置信号を記録し、そして、各磁気
ヘッド１４ａ、１４ｂにより再生された位置信号相互間
の位相差Δｔを検出し、この検出された位相差Δｔに基
づいて、回転軸部材１０に作用するトルクＴを算出する
ようになっているので、つまり、回転軸部材１０の外周
面を利用して位置信号を記録再生することによりトルク
検出を行うようになっているので、従来のように、トル
ク検出のために回転軸部材１０に機械加工や表面処理を
施したりスリップリング等の余分な機構部品を付加する
必要がない。

【００４２】したがって、本実施例によれば、小型で簡
単な構成のトルク検出装置を実現することができるとと
もに取付作業や経年変化によるトルク検出誤差をなくす
ことができる。また、回転軸部材に生じる捩れ残留歪に
より両磁気ヘッド１４ａ、１４ｂ間で初期位相にずれが
生じても、記録の更新が可能であるため、このずれを容
易に修正することができる。

【００４３】しかも、本実施例においては、第３磁気ヘ
ッド１４ｃに対して回転軸部材１０の周方向に所定角度
θ₀ をおいて第４磁気ヘッドが１４ｄが配置され、これ
ら第３および第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄからの位置
信号相互間の時間差ｔが検出され、この時間差ｔを利用
して回転軸部材１０のトルクＴが算出されるようになっ
ているので、信号記録時の回転軸部材１０の回転速度や
その変動による影響を受けずに、第３および第４磁気ヘ
ッド１４ｃ、１４ｄのなす角度θ₀ を基準として直接ト
ルク検出を行うことができる。したがって、たとえ位置
信号が正確な周期信号として記録されていなくても誤差
なくトルク検出を行うことができる。

【００４４】さらに、本実施例においては、第３および
第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄは、第１磁気ヘッド１４
ａを挾むようにして配置されているので、回転軸部材１
０の回転方向、回転軸部材１０に作用する負荷の作用方
向にかかわらず、特定の同期記録信号に対して、常に第
３および第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄを介して再生さ
れる位置信号Ｓc1、Ｓd1のうちの一方が最初に、もう一
方が最後に検出されることとなり、これにより、第１お
よび第２磁気ヘッド１４ａ、１４ｂを介して再生される
信号Ｓa1、Ｓb1は、上記位置信号Ｓc1、Ｓd1が検出され
る期間内に検出されることとなる。

【００４５】したがって、最初に再生される位置信号
（すなわち、第３および第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄ
のうちのいずれかを介して再生される位置信号）を基準
信号として、時間差検出回路２６および位相差検出回路
２４のカウンタを動作させることにより、回転軸部材１
０の回転方向、負荷の作用方向にかかわりなく、検出す
る位相差Δｔと時間差ｔとを１対１で対応させることが
可能となり、これにより、検出回路を複雑にすることな
く、また精度良く、回転軸部材１０に作用するトルクを
検出することが可能となる。

【００４６】このように、本実施例によれば、回転軸部
材１０の回転方向や回転軸部材１０に作用する負荷の方
向にかかわりなく、また、回転軸部材１０の回転速度あ
るいは回転変動に影響されることなく、回転軸部材１０
の捩れ角を誤差なく検出し、正確にトルクを検出するこ
とが可能となる。

【００４７】本実施例においては、回転軸部材１０の外
周面上の２箇所に磁気記録層１２ａ、１２ｂが形成され
ているが、両磁気記録層１２ａ、１２ｂを連続して一体
で形成してもよいことはいうまでもない。

【００４８】また、本実施例においては、回転軸部材１
０表面に位置信号の記録再生を行うために磁気記録層を
形成した場合について説明したが、回転軸部材１０が動
力伝達軸等に一般に用いられる構造用鋼等の磁性材料で
ある場合には、必ずしも磁気記録層を形成する必要はな
く、回転軸部材１０に対し直接位置信号を記録し、トル
クを検出するようにすることもできる。

【００４９】さらに、本実施例においては、第１、第
３、第４磁気ヘッド１４ａ、１４ｃ、１４ｄを別個の磁
気ヘッドで構成したが、このように構成することは必ず
しも必要ではなく、代わりに図４に示すような３つのギ
ャップ３０ａ、３０ｃ、３０ｄを有するマルチギャップ
磁気ヘッド３０で構成することもできる。

【００５０】この場合、中央のギャップ部３０ａが前記
第１磁気ヘッド１４ａに両側のギャップ部３０ｃ、３０
ｄが第３、第４磁気ヘッド１４ｃ、１４ｄに相当する。

【００５１】このような構成にすることによって、小型
化で簡単な構成のトルク検出装置を実現するとともに、
基準角度に対する時間差を検出するために機構部品とし
て複雑な磁気ヘッドを設ける必要がない。また、マルチ
ギャップ磁気ヘッド３０においては、ギャップ間隔ｗを
回転軸の直径ｄに比べ十分小さく設定することができ、
かつこのギャップ間隔ｗをμｍ単位の高精度で管理する
ことが可能であるため、取付作業による構造上の誤差を
なくし、精度良く回転軸部材１０に作用するトルクを検
出することができる。

【００５２】次に本発明の第２実施例について説明す
る。

【００５３】図５は、本実施例に係る磁気記録型トルク
検出装置を示す概略的構成図である。

【００５４】本実施例では、図１に示した本発明の第１
実施例の構成に加えて、回転軸部材１０に作用する負荷
（トルク）の方向を判別するための符号判別回路（負荷
方向判別手段）３０を備えていることを特徴とするもの
である。

【００５５】符号判別回路３０には、第２〜第４磁気ヘ
ッド１４ｂ〜１４ｄを介してそれぞれ再生された位置信
号Ｓb1〜Ｓd1を波形整形回路２２で波形整形した矩形波
信号Ｓb2〜Ｓd2が供給される。符号判別回路３０の出力
は符号判別フラグＦとしてトルク演算回路２８に供給さ
れる。

【００５６】符号判別回路３０の一例構成を図６に示
す。また符号判別回路３０の動作説明に供するタイミン
グチャートを図７および図８に示す。この符号判別回路
３０は、３個のフリップフロップ３２，３４，３６と、
クロック発振器３８と、２個のＡＮＤ回路４０，４２
と、４個のＮＯＴ回路４４，４６，４８，５０と、アッ
プダウンカウンタ５２とを備えている。

【００５７】図６のフリップフロップ３２のセット端子
には、矩形波信号Ｓc2がＮＯＴ回路４４を介して印加さ
れ、フリップフロップ３２のリセット端子およびフリッ
プフロップ３４のセット端子には、矩形波信号Ｓb2がＮ
ＯＴ回路４６を介して印加される。また、フリップフロ
ップ３４のリセット端子には、矩形波信号Ｓd2がＮＯＴ
回路４８を介して印加されるようになっている。

【００５８】フリップフロップ３２の出力は、クロック
発振器３８の出力とともにＡＮＤ回路４０に供給され、
アンド回路４０の出力はカウンタ５２のアップカウント
端子に供給される。また、フリップフロップ３４の出力
は、クロック発振器３８の出力とともにＡＮＤ回路４２
に供給され、アンド回路４２の出力はカウンタ５２のダ
ウンカウント端子に供給される。

【００５９】さらに、矩形波信号Ｓc2がＮＯＴ回路５０
を介してカウンタ５２のリセット端子およびフリップフ
ロップ３６のリセット端子に供給され、カウンタ５２の
Borrow信号出力がフリップフロップ３６のセット端子に
供給される。

【００６０】矩形波信号Ｓc2が符号判別回路３０に入力
されると、カウンタ５２およびフリップフロップ３６が
リセットされ、かつ直ちにカウンタ５２がアップカウン
トを開始する。そして続いて矩形波信号Ｓb2が入力され
ると、カウンタ５２のカウント動作は、アップカウント
からダウントカウントに切替わり、次に矩形波信号Ｓd2
が入力されると、ダウントカウント動作が終了するよう
になっている。

【００６１】ここで、第１および第２磁気ヘッド１４
ａ，１４ｂが、回転軸部材１０の回転方向に関し、第３
および第４磁気ヘッド１４ｃ，１４ｄのなす角度θ₀ の
中央位置にあるものとし、かつ第３および第２磁気ヘッ
ド１４ｃ，１４ｂを介してそれぞれ再生される位置信号
Ｓc1、Ｓb1の検出時間差をΔｔ₃₂とし、第２および第４
磁気ヘッド１４ｂ，１４ｄを介してそれぞれ再生される
位置信号Ｓb1、Ｓd1の検出時間差をΔｔ₂₄とすれば、回
転軸部材１０に負のトルクが作用している場合には、図
７に示すようにΔｔ₃₂＜Δｔ₂₄となるから、カウンタ値
が負となりBorrow信号が発生してフリップフロップ３６
がセットされ、符号判別フラグＦは「１」となる。この
ように符号判別フラグＦが「１」となったことにより、
回転軸部材１０に作用するトルクの方向を負と判別する
ことができる。

【００６２】一方、回転軸部材１０に正のトルクが作用
している場合には、図８に示すように、Δｔ₃₂＞Δｔ₂₄
となるから、カウンタ値は正となり、Borrow信号は発生
しない。したがって、フリップフロップ３６はリセット
されたままとなり、符号判別フラグＦは「０」であるか
ら、回転軸部材１０に正のトルクが作用していることが
判別できる。

【００６３】なお、回転軸部材１０に負荷が作用してい
ない場合はΔｔ₃₂＝Δｔ₂₄となるから、正のトルクが作
用している場合と同様にBorrow信号は発生しない。

【００６４】トルク演算回路２８では、位相差Δｔ，時
間差ｔおよび第３，第４磁気ヘッド１４ｃ，１４ｄのな
す角度θ₀ と、符号判別回路３６からの符号判別フラグ
Ｆ（符号判別フラグＦが「１」であればＫ＝−１、
「０」であればＫ＝１）により、前述の式から回転軸部
材１０の捩れ角θを求め、さらにこの捩れ角θに基づい
て、回転軸部材１０に加わるトルクＴを前述の式（３）
から算出している。

【００６５】以上説明したように、本実施例の磁気記録
型トルク検出装置によれば、回転軸部材１０に加わる負
荷の方向の判別をも含めた正確なトルクの検出が可能に
なる。

【００６６】なお、本実施例では、その符号判別回路３
０が、回転軸部材に作用する負荷の方向を判別するに際
して、第３および第２磁気ヘッド１４ｃ，１４ｂを介し
てそれぞれ再生される位置信号Ｓc1、Ｓb1の検出時間差
Δｔ₃₂と、第２および第４磁気ヘッド１４ｂ，１４ｄを
介してそれぞれ再生される位置信号Ｓb1、Ｓd1の検出時
間差Δｔ₂₄との比較に基づいて上記判別を行なうように
構成されているが、図３Ａ，Ｂを参照すれば明らかなよ
うに、第３および第１磁気ヘッド１４ｃ，１４ａを介し
てそれぞれ再生される位置信号Ｓc1、Ｓa1の検出時間差
Δｔ₃₁と、第３および第２磁気ヘッド１４ｃ，１４ｂを
介してそれぞれ再生される位置信号Ｓc1、Ｓb1の検出時
間Δｔ₃₂との比較に基づいて上記判別を行なうように構
成してもよい。

【００６７】さらに、図３Ｃ，Ｄに示すように回転軸部
材１０の回転方向が上記と反対の場合には、第４および
第１磁気ヘッド１４ｄ，１４ａを介してそれぞれ再生さ
れる位置信号Ｓd1、Ｓa1の検出時間Δｔ₄₁と、第４およ
び第２磁気ヘッド１４ｄ，１４ｂを介してそれぞれ再生
される位置信号Ｓd1、Ｓb1の検出時間差Δｔ₄₂との比較
に基づいて上記判別を行なうように構成してもよい。

【００６８】また本実施例では、第１および第２磁気ヘ
ッド１４ａ，１４ｂが、回転軸部材１０の回転方向に関
し、第３および第４磁気ヘッド１４ｃ，１４ｄのなす角
度θ₀ の中央位置にあるように構成されているが、必ず
しも中央位置に設ける必要はなく、どちらかにオフセッ
トしていても差支えない。その場合は、設定したオフセ
ット量に応じて符号判別回路３０のカウンタ５２の初期
値を決定すればよい。本実施例ではその初期値をゼロと
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気記録型トルク検出装置の第１
実施例を示す概略図構成図

【図２】第１実施例の作用を示す、無負荷状態での再生
位置信号のタイミングチャート

【図３】第１実施例の作用を示す、負荷状態での再生位
置信号のタイミングチャート

【図４】本発明に係る磁気記録型トルク検出装置に適用
されるマルチギャップヘッドを示す概略図

【図５】本発明に係る磁気記録型トルク検出装置の第２
実施例を示す概略的構成図

【図６】図５の符号判別回路の一例構成を示す回路図

【図７】回転軸部材に負のトルクが作用している状態に
おける図６の符号判別回路の動作を示すタイミングチャ
ート

【図８】回転軸部材に正のトルクが作用している状態に
おける図６の符号判別回路の動作を示すタイミングチャ
ート

【符号の説明】

１０ 回転軸部材 １２ａ、１２ｂ 磁気記録層 １４ａ 第１磁気ヘッド １４ｂ 第２磁気ヘッド １４ｃ 第３磁気ヘッド １４ｄ 第４磁気ヘッド １６ 記録回路（記録手段） １８ 増幅器（再生手段） ２０ フィルタ回路（再生手段） ２２ 波形整形回路（再生手段） ２４ 位相差検出回路（位相差検出手段） ２６ 時間差検出回路（時間差検出手段） ２８ トルク演算回路（捩れ角算出手段、トルク算出
手段） ３０ 符号判別回路（負荷方向判別手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸部材に作用するトルクを検出する
   トルク検出装置であって、 前記回転軸部材の周面部に形成された磁気記録層と、 この磁気記録層と対向するように前記回転軸部材の周面
   に近接して該回転軸部材の軸線方向に所定間隔をおいて
   配置された第１および第２磁気ヘッドと、 前記磁気記録層と対向するように前記回転軸部材の周面
   に近接して前記第１磁気ヘッドを間に挾むようにして前
   記回転軸部材の周方向に所定角度θ₀ をおいて配置され
   た第３および第４磁気ヘッドと、 前記第１および第２磁気ヘッドを介して前記磁気記録層
   に同一位相の位置信号を記録する記録手段と、 前記各磁気ヘッドを介して位置信号を再生する再生手段
   と、 この再生手段により再生された前記第１および第２磁気
   ヘッドからの位置信号相互間の位相差Δｔを検出する位
   相差検出手段と、 前記再生手段により再生された前記第３および第４磁気
   ヘッドからの位置信号相互間の時間差ｔを検出する時間
   差検出手段と、 前記所定角度θ₀ 、位相差Δｔおよび時間差ｔに基づい
   て、前記回転軸部材の捩れ角θを算出する捩れ角算出手
   段と、 この捩れ角θに基づいて、前記回転軸部材に作用するト
   ルクＴを算出するトルク算出手段と、を備えてなること
   を特徴とする磁気記録型トルク検出装置。
2. 【請求項２】 前記第１、第３および第４ヘッドが、３
   つのギャップを有する一体構造のマルチギャップ磁気ヘ
   ッドからなることを特徴とする請求項１記載の磁気記録
   型トルク検出装置。
3. 【請求項３】 前記回転軸部材に作用する負荷の方向を
   判別する負荷方向判別手段を備えてなることを特徴とす
   る請求項１または２記載の磁気記録型トルク検出装置。
4. 【請求項４】 前記負荷方向判別手段が、前記第３およ
   び第２磁気ヘッドを介してそれぞれ再生される位置信号
   の検出時間差と、前記第２および第４磁気ヘッドを介し
   てそれぞれ再生される位置信号の検出時間差との比較に
   基づいて、前記回転軸部材に作用する負荷の方向を判別
   するように構成されてなることを特徴とする請求項３記
   載の磁気記録型トルク検出装置。
5. 【請求項５】 前記負荷方向判別手段が、前記第３およ
   び第１磁気ヘッドを介してそれぞれ再生される位置信号
   の検出時間差と、前記第３および第２磁気ヘッドを介し
   てそれぞれ再生される位置信号の検出時間差との比較に
   に基づいて、前記回転軸部材に作用する負荷の方向を判
   別するように構成されてなることを特徴とする請求項３
   記載の磁気記録型トルク検出装置。
6. 【請求項６】 前記負荷方向判別手段が、前記第４およ
   び第１磁気ヘッドを介してそれぞれ再生される位置信号
   の検出時間差と、前記第４および第２磁気ヘッドを介し
   てそれぞれ再生される位置信号の検出時間差との比較に
   に基づいて、前記回転軸部材に作用する負荷の方向を判
   別するように構成されてなることを特徴とする請求項３
   記載の磁気記録型トルク検出装置。