JPH0545239A - 磁歪式トルクセンサの過負荷防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルク伝達軸の外周面に磁気異方性部を形成
した磁歪式トルクセンサにおいて、正常時の印加トルク
よりもかなり大きな過負荷トルクが作用する可能性のあ
るトルク伝達軸の損傷を防止したうえで、そのトルク測
定精度を良好に保つ。 【構成】 トルク伝達軸11の一部分に細径のトーション
バー12が形成され、このトーションバー12に磁気異方性
部13が形成される。トーションバー12の周囲に円筒状の
ハウジング14が配置され、その内部にトルク検出用のコ
イル16が配置される。ハウジング14は、軸11の一方の太
径部分18に固定されるとともに、軸11に所定の大きさ以
上のトルクが作用したときに、この軸11の他方の太径部
分20に機械的に結合してトルクの伝達に寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁歪式トルクセンサの過
負荷防止装置に関し、特に、トルクを検出することで制
御性を改善可能なロボット、自動車、ねじ締め機などに
使用される磁歪式トルクセンサの過負荷防止装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の磁歪式トルクセンサは、図７に示
すように、トルク伝達軸１の外周面に一対の磁気異方性
部２、２を形成し、これら磁気異方性部の周囲にコイル
３、３を配置して、軸１にトルクが印加されたときの磁
気異方性部２、２の透磁率の変化をコイル３、３で検出
することで、そのトルクの大きさを求めるようにしてい
る。そして図示のように、コイル３、３はシールドヨー
ク４に収容され、このシールドヨーク４が挿入された円
筒状のハウジング５が、ベアリング６、６によって軸１
の周囲に支持されている。

【０００３】このような磁歪式トルクセンサにおいて、
測定範囲を越えた非常に大きな過負荷トルクが軸１に加
わると、このトルク伝達軸１が損傷を受けるおそれがあ
る。ところで、従来から知られている、非磁歪式の一般
のトルクセンサでは、このような過負荷を防止するため
の種々の対応がなされている。

【０００４】たとえば実公平３−7797号公報では、トル
ク伝達軸の外周に円筒状の過負荷防止ストッパを設けて
いる。この過負荷防止ストッパは、トルク伝達軸の外周
に一対の円筒状部材をそれぞれ固定し、トルク伝達軸に
所定の大きさのトルクが印加されるまでは、これら一方
の円筒状部材の端部と他方の円筒状部材の端部とを機械
的に結合させずに前記トルク伝達軸のみによってトルク
の伝達を行わせるとともに、前記所定の大きさ以上のト
ルクが印加されたときには、このトルクにもとづくトル
ク伝達軸のねじれにより前記一方の円筒状部材の端部と
他方の円筒状部材の端部とを機械的に結合させて、この
結合部によってもトルクの伝達を行わせるようにして、
トルク伝達軸には一定の大きさ以上のトルクが負荷され
ないように構成したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、磁歪式トルク
センサでは、図７に示すように磁気異方性部２、２とコ
イル３、３とを互いに接近させて配置する必要があり、
また、このコイル３、３を収容するためのシールドヨー
ク４やハウジング５やベアリング６、６などが存在する
ため、上述の公知の過負荷防止装置をそのまま適用する
ことはできないという問題点がある。

【０００６】そこで本発明はこのような問題点を解決
し、磁歪式トルクセンサに適した特別の過負荷防止装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、トルク伝達軸の表面に磁気異方性部を形成
し、伝達トルクによって生じる前記磁気異方性部の磁歪
変化を、この磁気異方性部の近傍に設けた磁歪検出部に
よって検出するようにした磁歪式トルクセンサにおい
て、前記トルク伝達軸の一部分に磁歪材料からなる細径
部を形成して、この細径部の表面に磁気異方性部を設
け、この細径部の周囲に磁歪検出部を設け、この磁歪検
出部のさらに周囲に、前記細径部に所定の大きさ以上の
トルクが負荷されるのを防止するための過負荷防止部を
設けたものである。

【０００８】

【作用】このような構成によれば、過負荷防止部の内側
に磁歪検出部が収容されることになるため、磁歪式トル
クセンサに過負荷防止機能が付加され、またトルクセン
サ全体がコンパクトなものとなる。しかも、トルク伝達
軸に印加されるトルクが所定の大きさまでの場合は過負
荷防止部が作用せず、磁気異方性部を有した細径部のみ
によってトルクが伝達される。このため細径部には正常
時のトルクによって十分な応力が作用し、磁気異方性部
の透磁率が良好に変化することになって、精度の良いト
ルク測定が可能となる。軸に前記所定の大きさを越えた
過大なトルクが印加されると、過負荷防止部が作用する
ため、細径部における損傷の発生が防止される。

【０００９】

【実施例】図１〜図４において、11はトルク伝達軸であ
り、軟磁性および磁歪性を有する材料にて構成され、た
とえ予測される最大の過負荷トルクが作用しても損傷を
受けない程度に、比較的太く形成されている。このトル
ク伝達軸11における軸心方向の一部分には、所定長さの
トーションバー12が形成されている。このトーションバ
ー12は、過負荷の作用しない正常時の最大印加トルクに
耐える程度の細径に形成されている。トーションバー12
には、このトーションバー12の軸心の方向と±約45度の
角度をなして互いに反対方向に傾斜する一対の磁気異方
性部13、13が、多数の溝などによって形成されている。

【００１０】トーションバー12の周囲には円筒状のハウ
ジング14が同心状に配置され、このハウジング14の内部
には、シールドヨーク15が同心状に収容されている。そ
して、このシールドヨーク15に、各磁気異方性部13、13
に対応したコイル16がやはり同心状に収容されている。
16ａはコイル16からの信号ラインである。ハウジング14
の一端部17は、トーションバー12の一端側に対応した軸
11の太径部分18に外ばめされ、ボルトやピンなどの締結
要素19によってこの太径部分18に固定されている。

【００１１】ハウジング14の他端部20と、トーションバ
ー12の他端側に対応した軸11の太径部分21とによって、
過負荷防止部22が構成されている。すなわち、このハウ
ジング14の他端部20における周方向の適当数の位置に
は、矩形状の切欠部23が形成されている。一方、軸11の
太径部分21の外面には、この切欠部23にはまり込む矩形
状の突起部24が形成されている。軸11にトルクが作用し
ていない状態において、切欠部23と突起部24との間に
は、周方向の隙間25が設けられている。この周方向の隙
間25以外にも、ハウジング14の他端部20と軸11の太径部
分21との間には、これら他端部20と太径部分21との接触
を防止するための隙間26が形成されている。

【００１２】このような構成において、軸11に正常時の
比較的小さなトルクが印加されたときには、このトルク
によってトーションバー12にねじり変形が生じるが、こ
の正常時のトルクによる変形は隙間25の範囲内であるた
め、ハウジング14の他端部20と軸11の太径部分21とは機
械的に結合せず、このトーションバー12のみによってト
ルクが伝達される。したがって、このトルクにもとづき
磁気異方性部13の透磁率が変化し、この透磁率の変化を
コイル３で検出することで、軸11に作用するトルクの大
きさが求められる。トーションバー12の太さを印加トル
クに対応したものとすることで、磁気異方性部13の透磁
率を適正に変化させることができ、印加トルクを高感度
で検出することができる。

【００１３】軸11に過大なトルクが作用したときには、
トーションバー12にねじれが生じて隙間25が詰まり、ハ
ウジング14の切欠部23と太径部分21の突起部24とが接触
する。すると、ハウジング14と軸11の太径部分21とが機
械的に結合することになり、これらハウジング14と軸11
の太径部分21との間でもトルクが伝達されることにな
る。すなわち、トーションバー12には、切欠部23と突起
部24とが接触するまでこのトーションバー12にねじり変
形を生じさせるだけのトルクしか作用せず、それを越え
るトルクはハウジング14と軸11の太径部分21との間で伝
達されることになる。この結果、トーションバー12には
過負荷トルクが作用することがなく、その損傷が防止さ
れる。

【００１４】たとえば、トーションバー12が±１ kgf・
m のトルクを精度良く測定できる程度の太さで形成され
ている場合において、軸11に30 kgf・m の過負荷トルク
が加わったときには、トーションバー12には最大で２ k
gf・m のトルクしか作用せず、残りのトルクはすべてハ
ウジング14と軸11の太径部分21との間で伝達されるよう
に構成することができる。

【００１５】上述のように、トルク伝達軸11の太径部分
の外面に、ベアリングを介することなく直接ハウジング
14を固定し、このハウジング14の内部にコイル16やシー
ルドヨーク15を収容したため、従来に比べ装置全体をコ
ンパクトなものとすることができる。またハウジング14
が過負荷防止部22を兼ねているため、その点からもコン
パクトな構成を達成することができる。なお、トルク伝
達軸11の回転量があまり多くなると、信号ライン16ａが
軸11に巻き付いてしまうおそれがあるため、自動車のス
テアリングトルクを測定する場合のように、軸11が連続
回転しないような場合のみを適用対象とする。

【００１６】図５および図６は、過負荷防止部22の変形
例を示す。図１〜図４に示した例では突起部24は矩形状
に形成されているが、本例では、突起部24は円柱状に形
成されている。この場合にも、図６に示すように突起部
24と切欠部23との間に隙間25を設けることにより、先の
例のものと同様に機能する。

【００１７】さらに、過負荷防止部22の構成は上述の各
例のものに限定されることはなく、軸11に所定の大きさ
のトルクが印加されるまでは、ハウジング14と軸11の太
径部分21とを機械的に結合させずにトーションバー12の
みによってトルクの伝達を行わせるとともに、所定の大
きさ以上のトルクが印加されたときには、このトルクに
もとづくトーションバー12のねじれによりハウジング14
と軸11の太径部分21とを機械的に結合させて、ハウジン
グ14によるトルクの伝達をも行わせるものであれば、い
ずれの構成であってもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、磁歪
式トルクセンサのトルク伝達軸の一部分に磁歪材料から
なる細径部を形成して、この細径部の表面に磁気異方性
部を設け、この細径部の周囲に磁歪検出部を設け、この
磁歪検出部のさらに周囲に、前記細径部に所定の大きさ
以上のトルクが負荷されるのを防止するための過負荷防
止部を設けたものであるため、過負荷防止部の内側に磁
歪検出部が収容されることになって、磁歪式トルクセン
サに過負荷防止機能を付加することができ、またトルク
センサ全体をコンパクトなものとすることができる。し
かも正常時のトルクによって細径部に十分な応力を発生
可能であるため、精度良くトルクを測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁歪式トルクセンサの過負
荷防止装置の断面図である。

【図２】図１に示した部分の平面図である。

【図３】図１における III-III線の断面図である。

【図４】図１における過負荷防止部の斜視図である。

【図５】過負荷防止部の他の例の斜視図である。

【図６】図５の過負荷防止部の平面図である。

【図７】従来の磁歪式トルクセンサの断面図である。

【符号の説明】

11 トルク伝達軸 12 トーションバー 13 磁気異方性部 14 ハウジング 16 コイル 22 過負荷防止部 23 切欠部 24 突起部 25 隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク伝達軸の表面に磁気異方性部を形
   成し、伝達トルクによって生じる前記磁気異方性部の磁
   歪変化を、この磁気異方性部の近傍に設けた磁歪検出部
   によって検出するようにした磁歪式トルクセンサにおい
   て、 前記トルク伝達軸の一部分に磁歪材料からなる細径部を
   形成して、この細径部の表面に磁気異方性部を設け、こ
   の細径部の周囲に磁歪検出部を設け、この磁歪検出部の
   さらに周囲に、前記細径部に所定の大きさ以上のトルク
   が負荷されるのを防止するための過負荷防止部を設けた
   ことを特徴とする磁歪式トルクセンサの過負荷防止装
   置。
2. 【請求項２】 細径部の両端における軸の太径部分どう
   しにわたり円筒状のハウジングを外ばめして、このハウ
   ジングを前記太径部分に固定し、このハウジングの内部
   に磁歪検出部を配置し、このハウジングに過負荷防止部
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の磁歪式トルク
   センサの過負荷防止装置。
3. 【請求項３】 過負荷防止部は、前記トルク伝達軸に所
   定の大きさのトルクが印加されるまでは、機械的な結合
   を行わずに前記細径部のみによってトルクの伝達を行わ
   せるとともに、前記所定の大きさ以上のトルクが印加さ
   れたときには、このトルクにもとづく細径部のねじれに
   より機械的な結合を行って、ハウジングによってもトル
   クの伝達を行わせるように構成されていることを特徴と
   する請求項１または２記載の磁歪式トルクセンサの過負
   荷防止装置。