JPH06221942A

JPH06221942A - トルク検出装置

Info

Publication number: JPH06221942A
Application number: JP1221093A
Authority: JP
Inventors: Yoriichi Tsuji; 頼一辻
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】回転軸部材の回転速度が変動する場合でも高
いトルク検出精度が得られるトルク検出装置を提供す
る。【構成】軸線方向に所定間隔Ｌをおいて磁気ヘッド１
４ａ，１４ｂを配置し、かつ磁気ヘッド１４ａに対して
周方向に所定角度θ₀をおいて磁気ヘッド１４ｃを配置
する。そして、磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介
して磁気記録層１２ａ，１２ｂに位置信号を記録し、磁
気ヘッド１４ａ，１４ｂを介して再生される再生位置信
号相互間の位相差Δｔを検出する。また、磁気ヘッド１
４ａ，１４ｃから再生される連続する２つの再生位置信
号の時間間隔ｔを検出する。この時間間隔ｔと上記位相
差Δｔとから回転軸部材１０の捩れ角θ、さらにはトル
クＴを算出する。トルク検出に、位相差Δｔと時間間隔
ｔ（回転速度ではなく）とを用いているので、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、所定角度θ₀を基準として直接トルクＴを検
出できる。

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
トルクを算出するトルク検出装置の改良に関するもので
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】このような問題を解決するために、特開平
３−１１５９４０号公報に開示されているようなトルク
検出装置が提案されている。

【０００７】上記公報に記載されたトルク検出装置は、
回転軸部材に、その軸線方向に所定の間隔Ｌをおいて第
１および第２の磁気記録媒体（例えば磁気ディスク）を
取付け、各磁気記録媒体に対向する位置にそれぞれ磁気
ヘッドを配置し、回転軸部材が無負荷状態にあるときに
両磁気記録媒体に同一位相の周期信号を記録するととも
に、回転軸部材に負荷が作用しているとき上記周期信号
を再生し、各磁気ヘッドからの再生信号相互間の位相差
Δｔを検出し、この位相差Δｔに基づいて式（１）によ
り回転軸部材に作用するトルクＴを算出しようとするも
のである。

【０００８】Ｔ＝π²Ｇｄ⁴・Δｔ・（ｆ／ｆ₀）・Ｎ₀／１６Ｌ（１）ここで、Ｇは回転軸部材の横弾性係数、ｄは回転軸部材
の直径である。ｆは再生信号の周波数、ｆ₀は記録信号
の周波数、Ｎ₀は信号記録時の回転軸部材の回転数であ
る。

【０００９】上記構成のトルク検出装置においては、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無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。すなわち、磁気
記録媒体に周期信号を記録する際に、回転軸部材の回転
速度が変動していると、正確な周期信号を記録すること
ができなくなり、演算の結果得られたトルク値には誤差
を含んでしまうという問題がある。一般に、車両等の駆
動系の回転軸部材は、回転速度が頻繁に変動しており、
その変動を抑えて回転速度を正確に制御することは困難
である。

【００１０】以上の問題を解決する手段として、本発明
者等は改良されたトルク検出装置を先に提案した（特願
平３−２４８０５２号）。

【００１１】この特願平３−２４８０５２号明細書によ
って提案されたトルク検出装置は、回転軸部材の周面部
に磁気記録層を設け、この磁気記録層と対向するように
回転軸部材の周面に近接して、かつ該回転軸部材の軸線
方向に所定間隔をおいて、第１および第２磁気ヘッドを
配置し、さらに、第１磁気ヘッドに対して回転軸部材の
周方向に所定角度θ₀をおいて第３磁気ヘッドを配置し
たものである。

【００１２】そして、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上記磁気記録層に記録
し、負荷が作用しているトルク検出時には、第１および
第２磁気ヘッドからそれぞれ再生される位置信号相互間
の位相差Δｔと、第１および第３磁気ヘッドからそれぞ
れ再生される位置信号相互間の時間差ｔおよび所定角度
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を検出しようとするものである。

【００１３】このような構成により、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。

【００１４】しかも、上記構成に示すように、第１磁気
ヘッドに対して回転軸部材の周方向に所定角度θ₀をお
いて第３の磁気ヘッドが配置され、これら第１および第
３磁気ヘッドからの再生位置信号相互間の時間差ｔが検
出され、そして、従来用いていた回転速度に代えてこの
時間差ｔを用い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。

【００１５】これについて詳述すると、回転軸部材の捩
れ角θは、式（２）により算出することができ、 θ＝（Δｔ／ｔ）・θ₀ （２）回転軸部材のトルクＴは、式（３）により算出すること
ができる。

【００１６】Ｔ＝２πＧｄ⁴・θ／６４Ｌ（３）ここで、Ｇは回転軸部材の横弾性係数、ｄは回転軸部材
の直径、Ｌは第１および第２磁気ヘッドの回転軸部材の
軸線方向の配置間隔である。

【００１７】上記式（２）において、（Δｔ／ｔ）によ
り時間因子は相殺されるので、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。つまり、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というきわめて優れた長所
を有するものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、先願発
明によるトルク検出装置は、数々の長所を備えているも
のであるが、磁気記録層に記録された位置信号を３個の
磁気ヘッドをそれぞれ介して再生するようになっている
ため、再生信号の増幅、濾波および波形整形に３系統の
信号処理回路が必要となり、位相差Δｔおよび時間差ｔ
の検出回路が若干複雑になる嫌いがある。また、増幅回
路等のアナログ回路部は、温度変化等の影響により検出
値が変動しやすく、特に上記構成のトルク検出装置では
微少な時間差の検出を行なうために、アナログ信号の変
動は検出誤差が生じる原因となるから、信号処理系統の
数はなるべく少ない方が望ましいことになる。

【００１９】本発明は、上述のような事情に鑑みてなさ
れたものであって、上記先願発明の有する数々の長所を
損うことなしに、信号処理系統をより簡素化して検出精
度の向上を図ったトルク検出装置を提供することを目的
とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本願第１番目
の発明によるトルク検出装置は、請求項１に記載したよ
うに、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、かつ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、かつ前記第１磁気ヘッドに対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磁気ヘ
ッドと、前記第１、第２および第３磁気ヘッドを介して
前記磁気記録層に位置信号を記録する記録手段と、前記
第１および第２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１磁気ヘッドからの連続する２つの位置信
号の再生時間間隔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および再生時間間隔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、前記捩れ角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。

【００２１】また、本願第２番目の発明は、請求項２に
記載したように、本願第１番目の発明の構成に加えて、
前記再生手段により再生された第１磁気ヘッドからの少
なくとも３つの連続する位置信号の再生時間間隔を比較
し、この比較結果に基づいて前記時間差検出手段におけ
る検出タイミングを制御する検出タイミング制御手段を
備えてなることを特徴とするものである。

【００２２】さらに、本願第３番目の発明によるトルク
検出装置は、請求項３に記載したように、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、かつ該
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、かつ前記第１
磁気ヘッドに対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、かつ前記第２磁気ヘッドに対して前記回転軸部材の
周方向に前記所定角度θ₀と不等の所定角度θ₁をおい
て配置された第４磁気ヘッドと、前記第１、第３および
第４磁気ヘッドを介して前記磁気記録層に位置信号を記
録する記録手段と、前記第１および第２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１磁気ヘッドから
の連続する２つの位置信号の再生時間間隔ｔを検出する
時間差検出手段と、前記第１磁気ヘッドからの連続する
２つの位置信号が前記再生手段により再生される間に、
前記第２磁気ヘッドからの位置信号再生の有無を判断
し、この判断結果に基づいて前記時間差検出手段の検出
タイミング制御を行なう検出タイミング制御手段と、前
記所定角度θ₀、θ₁位相差Δｔおよび再生時間間隔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、前記捩れ角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。

【００２３】

【発明の作用および効果】本願第１番目の発明によるト
ルク検出装置は、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磁気ヘッドならびに第１磁気
ヘッドに対し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磁気ヘッドを介して、すなわちすべて
の磁気ヘッドを介して位置信号を記録し、第１および第
２磁気ヘッドを介して位置信号を再生するように構成さ
れているので、回転軸部材が負荷から解放されている無
負荷状態で、第１、第２および第３磁気ヘッドを介し
て、磁気記録層上に同一の位置信号を同時に記録し、回
転軸部材にトルクが作用している負荷状態で、第１およ
び第２磁気ヘッドを介して位置信号を再生すると、第１
磁気ヘッドを介して再生される信号は、図２にＳa1とし
て示されているように、第１および第３磁気ヘッドの配
置角度θ₀と再生時の回転軸部材の回転速度とに応じた
時間間隔ｔをおいた２つのピークａ，ｃが１組となった
信号波形を有するものとなる。

【００２４】また、第２磁気ヘッドを介して再生される
信号は、図２にＳb1として示されているように、トルク
の作用により生じる回転軸部材の捩れと再生時の回転軸
部材の回転速度と応じて、上記再生信号Ｓa1のピークａ
（第１磁気ヘッドを介して記録された位置信号の再生信
号）に対し位相がΔｔだけずれたピークｂを備えた信号
波形を有するものとなる。

【００２５】したがって、回転軸部材の捩れ角θは、配
置角度θ₀、位相差Δｔおよび時間間隔ｔに基づいて、
前述の式（２）により算出することができ、さらに回転
軸部材に作用するトルクＴは前述の式（３）により算出
することができる。

【００２６】すなわち、本願第１番目の発明によれば、
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。さらに、第１および第３磁気ヘッ
ドを介して磁気記録層に記録された位置信号が第１磁気
ヘッドを介して再生されることにより得られる連続する
２つの位置信号の再生時間間隔ｔが検出され、そして、
従来用いていた回転速度に代えてこの時間差ｔを用いて
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。

【００２７】このように、本願第１番目の発明によるト
ルク検出装置は、特願平３−２４８０５２号明細書によ
って提案されたトルク検出装置と同様の長所を備えてい
るものであるが、それに加えて、再生信号の処理系統を
２系統設けるだけでよいから、構成がより簡単になり、
かつより高精度のトルク検出装置を得ることができる利
点がある。

【００２８】なお、上記回転軸部材の周面部に記録する
位置信号は、原理的には単一の位置であってもよいが、
再生位置信号に基づくトルク演算を行なう際のサンプリ
ングタイム等を考慮すると、実用上はできるだけ多くの
位置信号を記録することが望ましい。

【００２９】その場合、第１磁気ヘッドを介して再生さ
れる信号は、図３にＳａとして示されているように、第
１および第３磁気ヘッドの配置角度θ₀に応じた時間間
隔ｔをおいた２つのピークが１組となった再生信号が連
続した波形となり、場合によっては、時間間隔ｔを検出
する組合わせを誤読するおそれが生じる。

【００３０】このような点に鑑み、本願第２番目および
第３番目の発明では、時間差検出手段の検出タイミング
制御を行なう検出タイミング制御手段を設けている。こ
の検出タイミング制御手段を設けることによって、第１
磁気ヘッドを介して再生される信号の時間間隔ｔを検出
するのに正しい再生信号ピークの組合わせを判断し、こ
の判断結果に基づいて時間間隔ｔを検出するタイミング
を制御することができ、複数の位置信号を記録した場合
においても誤動作を生じることなくトルクを正確に検出
することができる。

【００３１】さらに、本願第３番目の発明によるトルク
検出装置は、本願第２番目の発明の構成に加えて、第２
磁気ヘッドに対し回転軸部材の周方向に、第１および第
３磁気ヘッドの配置角度θ₀と不等の、すなわちθ₁＜
θ₀もしくはθ₁＞θ₀なる関係を有する所定角度θ₁
をおいて第４磁気ヘッドを配置し、第１、第３および第
４磁気ヘッドを介して位置信号を磁気記録層に記録し、
第１および第２磁気ヘッドを介して位置信号を再生する
ように構成されているので、回転軸部材が負荷から解放
されている無負荷状態で、第１、第３および第４磁気ヘ
ッドを介して、磁気記録層上に同一の位置信号を同時に
記録し、回転軸部材にトルクが作用している負荷状態
で、第１および第２磁気ヘッドを介して位置信号を再生
すると、第１磁気ヘッドを介して再生される信号は、図
６にＳa11 として示されているように、図２の再生信号
Ｓa1と同様に、第１および第３磁気ヘッドの配置角度θ
₀と再生時の回転軸部材の回転速度とに応じた時間間隔
ｔをおいた２つのピークａ，ｃが１組となった信号波形
を有するものとなる。

【００３２】また、回転軸部材が負荷から解放されてい
る無負荷状態で第２磁気ヘッドを介して再生される信号
は、図６に信号Ｓb11 として示されているように、第１
および第３磁気ヘッドの配置角度θ₀と第２および第４
磁気ヘッドの配置角度θ₁との差と再生時の回転軸部材
の回転速度とに応じた初期位相差Δｔ₀だけ上記再生信
号Ｓa11 のピークｃ（第３磁気ヘッドによって記録され
た位置信号の再生信号）に対し遅れた（θ₁＜θ₀の場
合）もしくは進んだ（θ₁＞θ₀の場合）ピークｄが検
出される信号波形を有するものとなる。

【００３３】したがって、回転軸部材に負荷が加わった
負荷状態で第２磁気ヘッドを介して再生される信号は、
図６にＳb11 ′として示されているように、上記初期位
置差Δｔ₀を基準として、負荷の作用により生じる回転
軸部材の捩れに応じて、さらに位相がΔｔだけずれた信
号波形を有するものとなる。

【００３４】したがって、回転軸部材の捩れ角θは、配
置角度θ₀およびθ₁位相差（Δｔ₀＋Δｔ）ならびに
時間間隔ｔに基づいて、式（４）により算出することが
できる。

【００３５】 θ＝（（（Δｔ₀＋Δｔ）／ｔ）・θ₀）−θ₁ （４）さらに回転軸部材に作用するトルクＴは前述の式（３）
により算出することができる。

【００３６】このように、本願第３番目の発明によって
も、本願第２番目の発明と同様の効果を奏することがで
きること明らかである。

【００３７】

【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。

【００３８】（実施例１）図１は、本発明に係るトルク
検出装置の第１実施例の構成を示す概略図である。

【００３９】このトルク検出装置は、例えば自動車用自
動変速機の動力伝達軸のような回転軸部材１０に作用す
るトルクを検出するトルク検出装置であって、左端部が
駆動源に接続され、かつ右端部が負荷に接続されている
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１
２ａ，１２ｂとそれぞれ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１
４ａ，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、かつ第１磁気ヘッド１
４ａに対して回転軸部材１０の周方向に所定角度θ₀を
おいて配置された第３磁気ヘッド１４ｃと、これら第
１、第２および第３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、第１および第２磁気ヘッド１４
ａ，１４ｂ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からなる再生手
段と、該再生手段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１磁気ヘッド１４ａからの連続す
る位置信号相互間の再生時間間隔ｔを検出するインター
バル検出回路２６（時間差検出手段）と、第１磁気ヘッ
ド１４ａからの連続する位置信号の再生時間間隔を比較
し、この比較結果に基づいてインターバル検出回路２６
のカウンタ動作を制御するカウンタ制御回路３０（検出
タイミング制御手段）と、上記所定角度θ₀、位相差Δ
ｔおよび再生時間間隔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。

【００４０】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、金属コバルトなどの磁性粉末を回転軸部材１０
の外周面の所要部位にプラズマ溶射することにより形成
することができる。

【００４１】本実施例においては、上記第１および第２
磁気ヘッド１４ａ，１４ｂの配置間隔Ｌは１００ｍｍ
に、また、第１および第３磁気ヘッド１４ａ，１４ｂの
配置角度θ₀は１０°に設定されている。

【００４２】次に、第１実施例の動作について説明す
る。

【００４３】回転軸部材１０が負荷から解放されている
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〜第３磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ，
１４ｃに同時に送り、各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ，１
４ｃを介して回転軸部材１０の磁気記録層１２ａ，１２
ｂ上に位置信号を記録する。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１磁気ヘッド１４ａおよび第３磁気ヘッド１
４ｃがなす角度θ₀によって回転軸部材１０の周方向に
定まる間隔よりも十分広い間隔であれば、位置信号は任
意の間隔で記録可能である。また原理的には１箇所への
位置信号の記録のみでよいのであるが、トルク演算の際
のサンプリングタイムを考慮して、できるだけ等間隔で
複数箇所にパルスを記録することが好ましい。

【００４４】本実施例では、回転軸部材１０の周面上に
約４５°間隔で８箇所に位置信号を記録した。

【００４５】したがって、回転軸部材１０に負荷が加わ
った負荷状態において、回転する回転軸部材１０上の磁
気記録層１２ａに記録されている位置信号を第１磁気ヘ
ッド１４ａを介して再生したときの再生信号は、図２に
Ｓa1として示すように、第１および第３磁気ヘッド１４
ａ，１４ｃの配置角度θ₀と再生時の回転軸部材１０の
回転速度とに応じた時間間隔ｔをおいた２つのピーク
ａ，ｃが１組となった信号波形を有する再生信号波形と
なる。

【００４６】一方、磁気記録層１２ｂに記録されている
位置信号を第２磁気ヘッド１４ｂを介して再生したとき
の再生信号は、図２にＳb1として示すように、負荷の作
用によって生じる回転軸部材１０の捩れと再生時の回転
軸部材１０の回転速度とに応じて上記再生信号Ｓa1の一
方のピークａに対して位相がΔｔだけずれたピークｂが
検出される再生信号波形となる。各再生信号Ｓa1，Ｓb1
は、それぞれ増幅器１８に入力され、増幅器１８におい
て所定の増幅度をもって増幅された後、フィルタ回路２
０において高周波ノイズを除去され、さらに波形整形回
路２２において矩形波信号Ｓa2，Ｓb2（図２には図示を
省略）に波形整形され、矩形波信号Ｓa2は、位相差検出
回路２４、インターバル検出回路２６およびカウンタ制
御回路３０へ送出され、矩形波信号Ｓb2は位相差検出回
路２４へ送出される。

【００４７】カウンタ制御回路３０においては、矩形波
信号Ｓa2の相続くピーク間の時間間隔ｔ１，ｔ２，ｔ３
（図４参照）を検出し、式（５）の演算を行なう。

【００４８】Ｆ＝ｔ２−（ｔ１＋ｔ３）／２（５）上式（５）において、Ｆ＞０の場合に再生時間間隔ｔ検
出の正しい組合わせであると判断し、次の位置信号から
インターバル検出回路２６のカウンタ動作を開始するよ
うインターバル検出回路２６に作動信号Ｓ_STを送出す
る。Ｆ≦０の場合には、引続く時間間隔ｔ４を検出し、
時間間隔ｔ１，ｔ２，ｔ３を更新して（図４参照）、再
度式（５）の演算を行なう。

【００４９】なお、式（５）において、（ｔ１＋ｔ３）
／２は回転の加減速の補正項であり、演算が回転軸部材
１０の一定回転時に行なわれるように構成するか、ある
いは、磁気ヘッド１４ａ，１４ｃの配置角度θ₀よりも
位置信号の記録間隔が十分広い間隔となるように構成し
た場合には、加減速の補正は特に必要なく、単に相続く
３ピーク間の時間間隔ｔ１，ｔ２を検出し、式（６）の
演算により、組合わせの正誤判断を行なうようにするこ
ともできる。

【００５０】Ｆ＝ｔ２−ｔ１（６）また、カウンタ制御回路３０によるインターバル検出回
路２６への作動指令は、常に行なう必要はなく、基本的
にはトルク検出開始時に一度行なうのみでよい。

【００５１】位相差検出回路２４においては、矩形波信
号Ｓa2およびＳb2間の位相差Δｔが検出され、この検出
信号Ｓ３はトルク演算回路２８へ送出される。インター
バル検出回路２６においては、カウンタ制御回路３０か
らの動作指令に基づき、矩形波信号Ｓa2の再生時間間隔
ｔが検出され、この検出信号Ｓ４はトルク演算回路２８
へ送出される。

【００５２】トルク演算回路２８においては、所定角度
θ₀、位相差Δｔおよび再生時間間隔ｔに基づいて、前
述の式（２）に従い回転軸部材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、前述の式（３）
に従い回転軸部材１０に作用するトルクＴを算出する。

【００５３】以上詳述したように、本実施例において
は、特願平３−２４８０５２号明細書によって提案され
たトルク検出装置の長所を損うことなく、より簡単な構
成で精度良くトルク検出を行ないうるトルク検出装置を
実現することができるとともに、２つの磁気ヘッド１４
ａ，１４ｂを介して再生された信号に基づきトルクを検
出することができるので、再生信号の処理系統が２系統
で済み、簡単な回路構成によってトルク検出装置を実現
できる利点がある。

【００５４】しかも、本実施例においては、第１磁気ヘ
ッド１４ａを介して再生される位置信号の相続くピーク
間の時間間隔の比較から、時間間隔ｔを検出するのに適
正な再生信号ピークの組合わせの正誤を判断し、この判
断結果に基づいて時間間隔ｔを検出するタイミングを制
御するように構成されているので、複数の位置信号を記
録した場合においても誤動作を生じることなくトルク検
出を行なうことができる。

【００５５】なお、本実施例においては、記録再生に用
いる第１および第２磁気ヘッド１４ａ，１４ｂが図１に
示すように周方向に対して同一位置に配置されている
が、必ずしもこのように配置する必要はなく、第１磁気
ヘッド１４ａに対して第２磁気ヘッド１４ｂを回転軸部
材１０の周方向に所定角度ずれた位置に配置することも
可能である。

【００５６】さらに、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。また、回転軸部材１０自体
が例えばＳ45Ｃのような構造用鋼等の磁性材料で構成さ
れている場合には、このような磁気記録層１２ａ，１２
ｂを新たに形成することを必要とすることなく、回転軸
部材１０に対して直接的に位置信号の記録再生を行うこ
ともできる。

【００５７】また、本実施例においては、図１に示すよ
うに、第１および第３磁気ヘッド１４ａ，１４ｃを別個
の磁気ヘッドによって構成しているが、これに代えて、
２つのギャップを有するマルチギャップ磁気ヘッドを用
いることもできる。

【００５８】さらに、本実施例においては、矩形波信号
Ｓa2をカウンタ制御回路３０に送出し、カウンタ制御回
路３０において矩形波信号Ｓa2の波形ピーク間の時間間
隔検出を行なうように構成されているが、必ずしもこの
ような構成にする必要はなく、例えば矩形波信号Ｓa2を
カウンタ制御回路３０に送出する代りに、インターバル
検出回路２６で検出した検出値ｔをカウンタ制御回路３
０に送出し、カウンタ制御回路３０では、この検出値ｔ
に基づいて上述した演算を行ない、この演算結果に基づ
き、インターバル検出回路２６に対し「カウンタのリセ
ット制御信号」および「トルク演算回路２８へのｔ出力
指令信号」を送出するように構成することも可能であ
る。

【００５９】（実施例２）次に本発明の第２実施例につ
いて説明する。

【００６０】図５は、本発明に係るトルク検出装置の第
２実施例の構成を示す概略図である。

【００６１】上述した第１実施例においては、回転軸部
材１０の周方向に所定角度θ₀をおいて磁気記録層１２
ａに対向する第１および第３磁気ヘッド１４ａ，１４ｃ
と、第１磁気ヘッド１４ｂに対して回転軸部材１０の軸
線方向に所定間隔Ｌをおいて磁気記録層１２ｂに対向す
る第２磁気ヘッド１４ｂとが配置されているが、本実施
例においては、さらに回転軸部材１０の周面に近接して
磁気記録層１２ｂと対向する第４磁気ヘッド１４ｄが第
２磁気ヘッド１４ｂに対して回転軸部材１０の周方向に
所定角度θ₁をおいて配置されている点が第１実施例と
は異なる点である。上記所定角度θ₁は、第１および第
３磁気ヘッド１４ａ，１４ｃの配置角度θ₀に対してθ
₁＜θ₀の関係になるように設定されている。

【００６２】そして、位置信号の記録は第１、第３およ
び第４磁気ヘッド１４ａ，１４ｃ，１４ｄを介して行な
い、位置信号の再生は第１および第２磁気ヘッド１４
ａ，１４ｂを介して行なうように構成されている。

【００６３】記録回路１６、増幅器１８、フィルタ回路
２０および波形整形回路２２、位相差検出回路２４およ
びインターバル検出回路２６は、それぞれ第１実施例に
おけるものと同様の構成を有している。また、トルク検
出回路２９およびカウンタ制御回路３１を備えている。

【００６４】次に、本実施例の動作について説明する。

【００６５】回転軸部材１０が負荷から解放されている
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、第３および第４磁気ヘッド１４
ａ，１４ｃ，１４ｄに同時に送り、各磁気ヘッド１４
ａ，１４ｃ，１４ｄを介して回転軸部材１０の磁気記録
層１２ａ，１２ｂ上に位置信号を記録する。

【００６６】この状態で、回転軸部材１０の磁気記録層
１２ａに第１および第３磁気ヘッド１４ａ，１４ｃを介
して記録された位置信号を第１磁気ヘッド１４ａを介し
て再生した再生信号は、図６にＳa11 として示すよう
に、第１および第３磁気ヘッド１４ａ，１４ｃの配置角
度θ₀と再生時の回転軸部材１０の回転速度とに応じた
時間間隔ｔをおいた２つのピークａ，ｃが１組となった
信号波形を有する再生信号となる。

【００６７】一方第４磁気ヘッド１４ｄを介して磁気記
録層１２ｂに記録された位置信号を第２磁気ヘッド１４
ｂを介して再生した再生信号は、図６にＳb11 として示
すように、上記再生信号Ｓa11 の一方のピークｃに対し
第１および第３磁気ヘッド１４ａ，１４ｃの配置角度θ
₀と第２および第４磁気ヘッド１４ｂ，１４ｄの配置角
度θ₁との差θ₀−θ₁と再生時の回転軸部材１０の回
転速度とに応じた（初期）位相差Δｔ₀だけ遅れてピー
クが検出される信号波形となる。

【００６８】回転軸部材１０に負荷が加わった負荷状態
では、第２磁気ヘッド１４ｂを介して再生される再生信
号は、図６にＳb11 ′として示すように、上記（初期）
位相差Δｔ₀を基準として、負荷の作用により生じる回
転軸部材１０の捩れに応じてさらに位相がΔｔだけずれ
た信号波形となる。

【００６９】これら各再生信号Ｓa11 ，Ｓb11 は、第１
実施例と同様に、増幅器１８、フィルタ回路２０および
波形整形回路２２を通じて矩形波信号Ｓa12 ，Ｓb12
（図６には図示を省略）に波形整形され、矩形波信号Ｓ
a12 は、位相差検出回路２４、インターバル検出回路２
６およびカウンタ制御回路３１へ送出され、矩形波信号
Ｓb12 は、位相差検出回路２４およびカウンタ制御回路
３１へ送出される。

【００７０】カウンタ制御回路３１においては、無負荷
もしくは低負荷状態で、入力される矩形波信号Ｓa12 の
相続くピークを検出する間における矩形波信号Ｓb12 の
ピーク検出の有無から、時間間隔ｔ検出の適正な組合わ
せであるか否かを判断し（第４磁気ヘッド14d の配置方
向により異なるが、図５の構成の場合、Ｓb12 のピーク
が矩形波信号Ｓa12 の相続くピークの間に検出される場
合が正しい組合わせとなる）、この判断結果に基づいて
インターバル検出回路２６へカウンタの作動信号Ｓ_STを
送出する。

【００７１】位相差検出回路２４においては、両矩形波
信号Ｓa12 ，Ｓb12 間の位相差（Δｔ₀＋Δｔ）を検出
し、この検出信号Ｓ13をトルク演算回路２９へ送出す
る。また、インターバル検出回路２６においては、カウ
ンタ制御回路３１の作動指令に基づき、矩形波信号Ｓa1
2 における位置信号の時間間隔ｔを検出し、この検出信
号Ｓ14をトルク演算回路２９へ送出する。

【００７２】トルク演算回路２９においては、所定角度
θ₀，θ₁、位相差（Δｔ₀＋Δｔ）および時間間隔ｔ
に基づいて、前述の式（４）に従い回転軸部材１０の捩
れ角θを算出するとともに、式（４）によって得られた
捩れ角θに基づいて、前述の式（３）に従い回転軸部材
１０に作用するトルクＴを算出する。

【００７３】以上の説明で明らかなように、本実施例に
よっても、前述した第１実施例と同様に、特願平３−２
４８０５２号明細書によって提案されたトルク検出装置
の長所を損うことなく、より簡単な構成で精度良くトル
ク検出を行ないうるトルク検出装置を実現することがで
きる。

【００７４】なお、本実施例においては、第２磁気ヘッ
ド14b に対し回転軸部材１０の周方向に配置角度θ₁が
θ₁＜θ₀となるように第４磁気ヘッド１４ｄが配置さ
れているが、必らずしもこれに限定する必要はなく、θ
₁＞θ₀となるように配置することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルク検出装置の第１実施例の構
成を示す概略図

【図２】第１実施例の作用の説明に供する再生位置信号
の波形図

【図３】第１実施例の作用の説明に供する再生位置信号
の波形図

【図４】第１実施例の作用の説明に供する再生位置信号
の波形図

【図５】本発明に係るトルク検出装置の第２実施例の構
成を示す概略図

【図６】第２実施例の作用の説明に供する再生位置信号
の波形図

【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インターバル検出回路（時間差検出手段）２８、２９トルク演算回路（捩れ角算出手段、トル
ク算出手段）３０、３１カウンタ制御回路（検出タイミング制御
手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【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、かつ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、かつ前記第１磁気ヘッドに対して前記回転
軸部材の周方向に所定角度θ₀をおいて配置された第３
磁気ヘッドと、前記第１、第２および第３磁気ヘッドを介して前記磁気
記録層に位置信号を記録する記録手段と、前記第１および第２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１磁気ヘッドから
の連続する２つの位置信号の再生時間間隔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および再生時間間隔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、前記捩れ角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
を特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】前記再生手段により再生された前記第１
磁気ヘッドからの少なくとも３つの連続する位置信号の
再生時間間隔を比較し、この比較結果に基づいて前記時
間差検出手段の検出タイミング制御を行なう検出タイミ
ング制御手段を備えてなることを特徴とする請求項１記
載のトルク検出装置。
【請求項３】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、かつ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、かつ前記第１磁気ヘッドに対して前記回転
軸部材の周方向に所定角度θ₀をおいて配置された第３
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、かつ前記第２磁気ヘッドに対して前記回転
軸部材の周方向に前記所定角度θ₀と不等の所定角度θ
₁をおいて配置された第４磁気ヘッドと、前記第１、第３および第４磁気ヘッドを介して前記磁気
記録層に位置信号を記録する記録手段と、前記第１および第２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１磁気ヘッドから
の連続する２つの位置信号の再生時間間隔ｔを検出する
時間差検出手段と、前記第１磁気ヘッドからの連続する２つの位置信号が前
記再生手段により再生される間に、前記第２磁気ヘッド
からの位置信号再生の有無を判断し、この判断結果に基
づいて前記時間差検出手段の検出タイミング制御を行な
う検出タイミング制御手段と、前記所定角度θ₀、θ₁位相差Δｔおよび再生時間間隔
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、前記捩れ角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
を特徴とするトルク検出装置。