JPH0615994B2 - トルクセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はトルクセンサに関し、より具体的には自動車の
駆動軸、操舵軸等の回転軸のトルクを測定するトルクセ
ンサに関する。

（従来の技術） この種のトルクセンサとしては従来軸のねじれ角を検出
してトルクを測定する所謂間接方式のトルクセンサが用
いられて来たが、静止トルクを測定出来ない点で満足し
難いため、近時磁気歪み現象を利用した所謂直接方式の
トルクセンサが提案されつつあり、その一例として特開
昭５７−２１１０３０号公報記載の技術を挙げることが
出来る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来例にあっては磁気歪み磁性体を
直接被測定軸に固着する構成であるため、被測定軸をト
ルクセンサの構造の一部として必然的に関与させざるを
得ないという欠点があった。その結果、該トルクセンサ
の製作時乃至は組立時、被測定軸、例えば駆動軸等の長
尺な軸上の所定位置に磁性体を正確に固着するのは容易
でなく、更にかく磁性体を固着した駆動軸等を後段の車
両組立工程時まで磁性体を損傷したり磁性体に塵埃等を
付着させることなく安全に運搬、保管しておき、車輌組
立時に至って所定箇所に組み付けるのは極めて煩瑣であ
った。

更に、被測定軸がセンサの一部として関与する結果、該
軸上に組み付けない限りセンサとして完成せず、従って
磁性体とコイル間の間隙調整をその時点まで行ない得な
いと云う不都合があり、又被測定軸、例えば駆動軸等は
強度面には十分配慮されているも寸法面においては格別
の精密性を要求されないため特別の間隙調整手段を別途
必要とする等の不都合があり、在庫管理、性能管理、メ
ンテナンス等においても不便があった。

更には、トルクセンサとしての測定精度においても十分
とは云い難いものであった。

従って、本発明の目的は従来技術の上述の欠点を解消す
ることにあり、磁性体を被測定軸とは別個独立の部材に
固着して該部材を介して被測定軸に装着自在である如く
構成し、よってトルクセンサを被測定軸を関与させるこ
となく該軸と構造的に切り離した単体として完成せし
め、単体としてそのまま被測定軸に装着すれば良いトル
クセンサを提案することにある。

更には、被測定軸上に固定するに際し、滑りを生じるこ
となく強固に固定する手段を設けたトルクセンサを提供
することにある。

更には、単体として完成させることにより部品間、特に
磁性体とコイル間の間隙を均一化せしめて特別の調整手
段を不要とすると共に機械的衝撃に比較的弱いコイル等
の電気部品をセンサ外部から容易に着脱自在とし、併せ
て測定精度を一段と向上させたトルクセンサを提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は、印加されるト
ルク量に応じてその磁気歪み特性を変化させる磁気異方
性を与えられた磁性体及び該磁性体に対峙して配され該
磁気歪み変化を検出するコイルとからなり、被測定軸に
固定手段を介して装着自在である円筒面を備えた筒状部
材を設けてなるトルクセンサにおいて、前記筒状部材の
円筒面上に前記磁性体を磁気異方性の方向が前記筒状部
材軸線に対して４５度傾斜した方向に一致する如く固着
し、更に前記筒状部材の外周に円筒状内面を備えた匡体
を共軸かつ回転自在に装着して前記磁性体固着面を被覆
すると共に、その内面に励磁コイルと検出コイルとから
なる前記コイルを、それらを結ぶ磁束路が透磁率変化の
最大となる方向に一致する如く取着したものである。

（作用） 筒状部材に磁性体を接着し、該部材外周に回転自在に匡
体を装着してその内部にコイルを透磁率変化が最大とな
る方向に一致する如く取着した上で該部材を固定手段を
介して被測定軸上に装着するので、被測定軸の印可トル
クはそのまま筒状部材に伝達され、因って生じる磁性体
の磁気歪み変化を静止位置にあるコイルで誘導起電圧と
して検出し、回転方向及びトルク量を精度良く測定する
ことが出来る。

（実施例） 以下、添付図面に即して本発明の実施例を説明する。

図示の如く、本発明に係るトルクセンサ１０は、筒状部
材１２を備える。該部材は実施例の場合円筒状であっ
て、被測定軸１４の外径より微少に径大な内孔１６がそ
の全長に亘って貫通され、被測定軸１４はその中に挿入
して後述の如く固定可能とする。

筒状部材１２の両端付近にはカラー１８が夫々突設さ
れ、該カラーと自由端の間は自由端に向けて傾斜するテ
ーパ部２０が形成される。他方、両カラーの間にはその
全長に亘って等径な円筒部２２が形成され、そこに磁気
歪み磁性体としてアモルファス磁性薄体２４がメッキ等
の手段で固着される。

該筒状部材１２の外周には、その両側より該部材より径
大な固定リング２６が夫々嵌装される。該リング２６に
は対向端側に肩部２８が形成され、該肩部が前記カラー
１８と当該して係合し該リングを筒状部材上に固定する
と共に、該リング相互間の接近方向への移動を塞止して
いる。該リング２６の内周面は、前記肩部に続いて後方
自由端に向って傾斜するテーパ面３０が形成され、該テ
ーパ面は前記筒状部材テーパ部２０と対称的に配置させ
られる結果、その間に断面Ｖ字状の凹部が形成される。
又、固定リングの該デーパ面に続く終端側には、ネジ溝
３２が螺刻される。このＶ字状の凹部内には断面が両面
クサビ状のテーパリング３４が挿入され、その外方から
締付リング３６が該テーパリングに当接する形でネジ溝
３２に嵌められる。従って、該締付リングが締め込まれ
るにつれ、テーパリング３４は押圧されて凹部内方狭隘
部に侵入し、そのクサビ作用で筒状部材テーパ部２０を
被測定軸に押圧するので、筒状部材を被測定軸上に固定
することが出来る。又、締付リング３６上には、工具穴
３８が穿設される。

固定リング２６の外周面には、ベアリング４０が圧入さ
れ、それに隣接してオイルシール４２が配設される。
尚、符号４４は、ベアリングの移動防止用に嵌装された
リングを示す。

更に、その外周には、円筒状の匡体４６が外装される。
該匡体はベアリング４６を介在させて固定リング２６及
び筒状部材１２と組み付けられる結果、固定リング及び
筒状部材から独立して回転自在であり、固定リング等が
回転してもその影響を受けて従動することなく静止し続
けることが出来る。尚、符号４８及び５０は匡体側に嵌
装された前記と同様のベアリング等の移動防止リングを
示す。

第３図に良く示す如く、該匡体４６はその内面も円筒状
に形成されると共にその円周面を部分的に切欠されて開
口部が形成され、該開口部は蓋部５２で閉鎖される。蓋
部５２は、匡体４６及び蓋部自体に螺刻されたネジ孔に
ネジ５４及びワッシャ５６で装着する。尚、装着方法は
後述の如く該蓋部を外方より取外し自在とするものなら
ばどのようなものでも良い。該蓋部内壁面上には、第４
図に示す如く平面コ字状の鉄心５８を、該鉄心に添設し
たステー６０を介してネジ６２，ワッシャ６４及びナッ
ト６６で取着する。鉄心５８は又、第３図に示す如く蓋
部内面に当接する背面が蓋部内面と同一の曲率半径をも
って湾曲させられているので、取着時蓋部内面上に間隙
なく密着させることが出来、かかる構成は後述の如く部
品間の間隙を均一化出来る一因となっている。該コ字状
鉄心の中心部付近には磁極６８が垂直方向に立設されそ
こにコイルが巻回されて励磁コイル７０を形成すると共
に、鉄心先端付近の対称位置に同様に磁極７２が立設さ
れそこにもコイルが夫々回転対称に巻回されて２個の検
出コイル７４を形成している。これらのコイルは、蓋部
をセンサ本体に組み付けた際筒状部材上のアモルファス
磁性薄体と対峙するように予め位置づけられている。
尚、符号７６，７８及び８０はコイル用の端子を示す。
このように、コイル及び端子等の機械的衝撃に比較的弱
い電気部分は全て蓋部５２にのみ取着されているので、
蓋部を取外してセンサ本体を被測定軸上に組み付け、そ
の後で外方より蓋部を取り付けて作業能率を向上させる
ことも出来、更にコイル交換等のメンテナンスも容易と
なる。

続いて、本発明に係るトルクセンサの被測定軸への装着
及び使用方法について説明する。

第５図に示す如く、トルクセンサ１０を被測定軸１４上
に固定するには、先ず被測定軸１４を筒状部材の内孔１
６を通して筒状部材内に挿入したる後、テーパリング３
４を被測定軸に通して前述した筒状部材テーパ部２０の
回周の凹部に挿入し、続いて締付リング３６を被測定軸
に通してネジ溝３２を嵌める。尚、その際図示の如き工
具８２を使用し、該工具上の突起８４を前記締付リング
上の工具穴３８に挿入して廻せば容易に締付リングを締
め込むことが出来て便宜である。その結果、テーパリン
グ３４は締付リング３６により圧迫されて凹部内方狭隘
部に侵入し、クサビ作用によって筒状部材テーパ部２０
を被測定軸上に圧迫する結果筒状部材は被測定軸にスベ
リなく強固に固定される。トルクセンサを被測定軸上に
取り付けたる後、被測定軸を任意の方向に回転させて所
定量のトルクを印加すると同量のトルクが被測定部材に
伝達され、その円筒面に伝えられ、因って固着されたア
モルファス磁性薄体２４上に公知の如く圧縮及び引張り
応力に起因する磁気歪みが生じる。

該アモルファス磁性薄体２４には、第６図に示す如く、
圧縮及び引張応力が主として発生する、筒状部材１２の
軸線に対して±４５度傾斜した方向に（筒状部材１２上
に接着した状態において）一軸磁気異方性８６が磁場中
での熱処理工程等で与えられている。更に、第７図
（ａ）（ｂ）に示す如く、同方向にスリット８８を穿設
して形状的な異方性効果を加えても良い。又、第６図に
示した如く、前記コイル群は、磁極同士を結ぶ線が二等
辺三角形をなすよう励磁コイル極６８が頂角位置に、２
個の検出コイル極７２が底角位置に位置し、更に該励磁
コイル極を一軸磁気異方性８６の分岐点に位置させると
共に磁束路９０が該異方性方向と一致する如く配置し、
透磁率変化を最大限捕捉する如く配置するものとする。

従って、第８図に示す如く、励磁コイル７０を交流電源
９２より通電して励起しておくと検出コイル７４は磁気
歪みによる透磁率の変化を検出して誘導起電圧として出
力することになる。該出力は差動的に取出され、増幅回
路９４で適宜増幅したる後整流回路９６で整流して後段
の処理回路（図示せず）に送出し、その位相より回転方
向を、又出力値よりトルク量を検出することが出来る。
尚、検出出力を差動接続にて取り出すため、被測定軸１
４が強磁性体であってもその影響を受けることはない。

本発明に係るトルクセンサは、このように被測定軸を関
与させることなく単体として完成している結果、車輌組
立時の適宜工程においてそのまま測定軸に装着すれば良
く、薄体も駆動軸等の被測定軸に比し短小のため格段に
取扱い易い筒状部材上に接着すれば良い点及び熱容量が
小さいため作業能率が向上し、更には薄体固着面が匡体
で被覆して保護されている結果、運搬、保管乃至は組み
付け時損傷、塵埃付着等に対する配慮が軽減できる点で
作業能率が向上する利点を有する。

更に、トルクセンサを単体とした結果被測定軸上に固定
するに際しその間に滑りが生じる如き事態があっては検
出精度を十分期待出来ないと云う問題を生じるが、その
点に関しても前記の如きクサビ作用を備えたテーパリン
グを使用することにより軸上に強固に固定出来るように
構成した遺漏なきを期したものである。

更に、製作に際しベアリング４０の圧入位置、匡体４６
及び蓋部５２並びに鉄心５８等の寸法誤差を所定限度内
に保つことは対象部品を必要最小限に限定したことから
さほど難事ではなく、その結果、筒状部材及び匡体を円
筒状にした効果と相まって構成部品間、特にコイルと薄
体固着面間の間隙“ｄ”（第３図）を常に均一値に保つ
ことが出来、よって間隙調整のために格別の調整手段を
必要とせず、小型化、軽量化、コストダウンが可能であ
り、またセンサ毎の寸法のバラツキ、因って生じる検出
コイル出力値のバラツキが低減出来る利点を有する。

続いて本発明に係るトルクセンサの別の実施例、主とし
て固定手段についての実施例を種々説明する。

先ず、第９図は本発明に係るトルクセンサの第２の実施
例を示し、前記筒状部材のテーパ部２０及びテーパリン
グ３４にその軸線方向に延びるスプリット（割れ）９８
を穿設して径方向の変形を容易にしたものである。この
結果、摩擦力及び係止力が増大し、被測定軸への固定力
が増大する利点を有する。

第１０図は第３の実施例を示す。筒状部材のカラー外方
端部２０ａはその全長に亘って等径に構成すると共に、
第１実施例の両面テーパリングに代えて片面テーパリン
グ１００を用いたものである。この場合も締付リング３
６で該片面テーパリングを押圧し、そのクサビ作用で固
定する。即ち、片面テーパリングの応力は主として固定
リング２６に加えられ、その反力として筒部部材端部２
０ａを被測定軸に押圧して固定する。本実施例の場合、
筒状部材のテーパ加工は不要なので、加工が容易である
利点を備える。片面テーパリングによる筒状部材端部の
径方向への応力は軽減されるので、端部及び被測定軸の
変形度を軽減することが出来る。尚、この実施例の場合
も片面テーパリング１００にスプリット９８を設けて締
付効果を向上させることが可能である（同図（ｃ））。

第１１図は第４の実施例を示す。この場合、筒状部材は
変形され、そのカラー１８ａの外方の端部１０２は肉厚
かつ等径に形成され、その内周側に凹部１０４が穿設さ
れる。該凹部は自由端付近は等径に形成されてそこにネ
ジ溝３２が螺刻されると共に、カラー側へ向う内壁は徐
々に縮径するテーパ状に構成されて奥壁面１０６に至
る。該テーパ状部には両面テーパ状の第１テーパリング
１０８が嵌装されると共にその内周には片面テーパ状の
第２テーパリング１１０が奥部垂直壁面に当接する形で
逆向きに嵌装される。従って、締付リング３６をネジ溝
に嵌めて締め込むと、第１テーパリングは内方狭隘部に
押圧され、第２テーパリングはクサビ作用によって被測
定軸に押圧されると共に第１及び第２テーパリング間並
びに第１テーパリングと凹部テーパ状部間には摩擦力が
働くので、結果的に筒状部材を被測定軸に固定すること
が出来る。この場合も応力が分散されるので、各部材の
変形度は軽減される。尚、この実施例の場合も第１及び
／又は第２テーパリングにスプリット９８を穿設しても
良い（同図（ｃ））。又、第１テーパリングにネジ孔１
１２を螺刻しておいても良い（同図（ｄ））。その場
合、該ネジ孔に取外しネジ１１４を螺合させると取外し
ネジが奥壁面１０６に突き当って押す結果その反力で第
１テーパリングは外方に押し出され、トルクセンサを被
測定軸から容易に取り外すことが出来る。尚、本実施例
場合、第１実施例の固定リング２６は用いず、筒状部材
上に直ちにベアリング等が圧力されてその上に匡体が外
装される。尚、符号１１６はカバーを示す。本実施例の
場合、固定リングが廃されるので、構成部品が減少出来
る利点を有する。

第１２図は第５の実施例を示し、第４実施例の２個のテ
ーパリングを一体化した片面クサビ状テーパリング１１
８を用いたものである。更に構成部品を低減する利点を
備える。残余は第４実施例と同様である。取外し用の螺
刻孔１１２を設けることが可能である点でも（同図
（ｃ））、第４実施例と同様である。

第１３図は第６の実施例を示し、筒状部材のカラー外方
端部１２０は既述の実施例に比して軸方向長さを短かく
形成すると共に、締付リング及び締付リング用ネジ溝を
廃したものである。従って凹部テーパ状部には前記第４
実施例と同様第１及び第２テーパリング１０８，１１０
が嵌挿されるか、第１テーパリング１０８には貫通孔
（非螺刻孔）１２２が穿設され、締付ネジ１２４を奥壁
面１０６内の螺刻孔に螺合させて締着する。本例におい
ては、ネジを複数本用いて締付けるため、前記第４実施
例と類似した構造の第１テーパリング１０８を用いても
良く（同図（ｂ））、或いは複数本のネジで締め付ける
結果複数ピースに分割可能となった第１テーパリング１
２５を用いても良く（同図（ｃ））、その場合応力が局
部的に分散される結果摩擦力が増大する。又、軸方向の
スプリット９８を設けた構造の第２テーパリング１１０
を用いても良く（同図（ｄ））、その場合締付効果が向
上する利点を備える。更に、取外し用の螺刻孔１１２を
設けても良い（同図（ｅ））。前記実施例に比し構成が
簡素化される結果、製作が容易となる利点を備えるが、
残余は第４実施例と同様である。

第１４図は第７実施例を示し、第６実施例のテーパリン
グを一体化したリング１２６を用いたものである。分割
しても良く（同図（ｃ））、取外し用螺刻孔１１２を設
けても良い（同図（ｄ））。残余の構成及び効果は第５
実施例及び第６実施例と同様である。

尚、以上の実施例を通じて磁性体としてアモルファス磁
性体を使用したが、これに限られるものではなく、磁気
歪み特性を備えた素材であればどのようなものでも良
い。

（発明の効果） 本発明は、磁性体を被測定軸から独立した筒状部材に磁
気異方性の方向が前記筒状部材軸線に対して４５度傾斜
した方向に一致する如く固着し、その外周に匡体を回転
自在に装着して該接着面を被覆すると共に、匡体の内面
にコイルを透磁率変化が最大となる方向に一致する如く
取着し、トルクセンサを単体で完成した上で被測定軸に
固定手段を介して固定可能としたので、磁性体固着作業
が被測定軸に比し格段に短小の筒状部材上に行なえば良
い点で作業能率が向上し、別言すればハンダ付け作業時
の熱容量が小さいため作業能率が向上する利点を備え
る。

更に、車輌への組み付け作業時及びその前後の運搬及び
保管時、固着面が匡体で被覆されて保護されているため
固着面の損傷、塵埃の付着等に対する配慮への負担を軽
減して同様に作業能率を向上する利点を備える。更に、
単体として完成しているため部品管理、在庫管理が容易
化される利点を備える。

更には、トルクセンサを円形の筒状部材及び匡体で単体
として完成し、構成部品の寸法精度の向上を容易化した
結果、部品間、特に接着面とコイル間の間隙を均一化出
来、センサ毎の検出出力のバラツキを低減出来る利点を
備える。更には、コイル等を匡体蓋部内面に取着した結
果、機械的衝撃に比較的弱いコイル等を取り外してセン
サ本体を組み付け、その後コイル等を取り付けることも
可能にした結果同様に作業効率が向上する利点を備え
る。更には、コイルの配置に際し透磁率変化が最大とな
る経路上に磁束路を重合させる構成としたので測定精度
が向上する利点を備える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクセンサの斜視図、第２図は
そのII−II線断面図、第３図は第２図のIII−III線断面
図、第４図は蓋部内面へのコイル取着状態を示す説明
図、第５図は被測定軸への取り付け方法を示す説明図、
第６図はコイル配置構成を示す説明図、第７図はアモル
ファス磁性薄体の変形例を示す説明図、第８図は検出動
作を示すブロック図、第９図は本発明に係るトルクセン
サの第２実施例を示す説明図、第１０図は第３実施例を
示す説明図、第１１図は第４実施例を示す説明図、第１
２図は第５実施例を示す説明図、第１３図は第６実施例
を示す説明図及び第１４図は第７実施例を示す説明図で
ある。 １０……トルクセンサ、１２……筒状部材、１４……被
測定軸、２４……アモルファス磁性薄体、４６……匡
体、７０……励磁コイル、７４……検出コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印加されるトルク量に応じてその磁気歪み
   特性を変化させる磁気異方性を与えられた磁性体及び該
   磁性体に対峙して配され該磁気歪み変化を検出するコイ
   ルとからなり、被測定軸に固定手段を介して装着自在で
   ある円筒面を備えた筒状部材を設けてなるトルクセンサ
   において、前記筒状部材の円筒面上に前記磁性体を磁気
   異方性の方向が前記筒状部材軸線に対して４５度傾斜し
   た方向に一致する如く固着し、更に前記筒状部材の外周
   に円筒状内面を備えた匡体を共軸かつ回転自在に装着し
   て前記磁性体固着面を被覆すると共に、その内面に励磁
   コイルと検出コイルとからなる前記コイルを、それらを
   結ぶ磁束路が透磁率変化の最大となる方向に一致する如
   く取着したことを特徴とするトルクセンサ。
2. 【請求項２】前記筒状部材はその磁性体固着面上の全周
   にわたりリング状に突出形成された固着位置決めガイド
   を備えると共に、前記磁性体はスリットが穿設され該ス
   リットの方向に形状的磁気異方性が与えられた薄帯であ
   り、該磁性体は端部を前記位置決めガイドに沿わせつつ
   固着され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。
3. 【請求項３】前記固定手段がクサビ状テーパリングであ
   って、該クサビ状テーパリングに軸方向にスプリットを
   穿設した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。
4. 【請求項４】前記筒状部材の被測定軸との係合部にスプ
   リットを穿設したことを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載のトルクセンサ。