JPH0674838A - 歪検出装置および歪検出装置用シールド並びに受動軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歪検出装置および該装置に用いるシールド並
びに受動軸において、歪検出の感度および精度の向上を
図ると共に小型で且つ安価に提供することを目的とす
る。 【構成】 外力を受ける受動軸１の外周面上に、高透磁
率で所定の磁気定数を持つ軟磁性材料からなる磁性層
５，６を固着し、この磁性層５，６の外周に検出コイル
８，９を配設する。この検出コイル８，９は受動軸１に
印加された外力によって引き起こされる磁性層の透磁率
の変化を検出する。この検出コイル８，９の外周および
両端面を囲んでシールド２１が配設され、検出コイルか
ら発生した磁束が軸受など外部に漏れずに検出コイルの
内径方向にある磁性層に集中して通流するようにされて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸などの受動軸に
外力が印加された際の歪を検出する歪検出装置並びに前
記装置に用いるシールドおよび受動軸に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２６は、例えば特開昭６４−９４２３
０号に示された従来の歪検出装置を示す断面図である。
図において、１は回転軸からなる受動軸、２は受動軸１
の中心軸線、３，４は受動軸１を回転自在に支持する軸
受である。受動軸１の外周面上には軸方向に間隔をあけ
て高磁性材からなる第１および第２の磁性層５，６が固
着されている。第１の磁性層５は中心軸２に対して＋４
５度方向に、第２の磁性層６は中心軸２に対して−４５
度方向にそれぞれ細長く複数条形成されている。

【０００３】また、各磁性層５，６の外周には円筒状の
コイルボビン７が受動軸１と同軸状に配置されている。
コイルボビン７の外周には第１および第２の磁性層５，
６に対応して第１および第２の検出コイル８，９が巻装
され、各検出コイル８，９は検出回路１０に接続されて
いる。１１ａは第１の検出コイル８の周囲に卷回或いは
嵌め合わされた第１の磁気収束層、１１ｂは第２の検出
コイル９の周囲に卷回或いは嵌め合わされた第２の磁気
収束層である。磁気収束層１１ａ，１１ｂは非晶質合金
或いは珪素鋼板などの透磁率が高い軟磁性材から形成さ
れている。

【０００４】１２ａは第１の磁気収束層１１ａの外周に
設けられた第１のシールド、１２ｂは第２の磁気収束層
１１ｂの外周に設けられた第２のシールドであり、各シ
ールド１２ａ，１２ｂは銅やアルミニウムなどの非磁性
高誘電率の材料により円筒状に形成されている。

【０００５】このように構成された従来の歪検出装置の
動作について説明する。受動軸１に外部からトルクが印
加されると、各磁性層５，６の一方に引張力が発生する
と共に他方には圧縮力が発生し、歪が生じる。この歪が
生じると、各磁性層５，６の透磁率が変化し、引張力に
よる場合と圧縮力による場合では透磁率が逆方向に変化
する。

【０００６】検出コイル８，９は透磁率の変化を磁気的
インピーダンスの変化として検出し、検出回路１０は各
検出コイル８，９の出力を入力され、受動軸１の歪量に
応じた検出電圧Ｖを出力する。また、シールド１２ａ，
１２ｂは非磁性高導電率の材料により形成されているた
めに表皮効果により磁束が表面にしか浸透しない。従っ
て、外部からの影響を受けにくくなりノイズ耐性が向上
し、磁気遮蔽の場合の小型化が可能になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の歪
検出装置では、磁気収束層１１ａ，１１ｂおよびシール
ド１２ａ，１２ｂにより検出コイル８，９を取り囲んだ
構造でなく、検出コイル８，９の端面部には磁気収束層
およびシールドは存在しない。このような構造では、検
出コイル８，９から発生した磁束を磁性層５，６に集中
して通流させる上で磁束の漏れを防ぐ効果が十分でな
く、検出コイル８，９から発生した磁束は一部が軸受
３，４まで回り込み、磁束の漏れが生じ感度が低下す
る。また、検出コイル８，９から発生した磁束は一部が
コイル相互で流れ、歪検出の精度にも誤差を生じるなど
の問題点があった。

【０００８】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、歪検出の感度および精度
を向上すると共に、小型でかつ安価な歪検出装置および
該歪検出装置に用いるシールド並びに受動軸を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の歪検出装置は、
外力を受ける受動軸と、該受動軸の外周面上に固着され
た高透磁率で所定の磁気歪定数を持つ軟磁性材料からな
る磁性層と、該磁性層の外周に配設され前記受動軸に印
加された外力によって引き起こされる前記磁性層の透磁
率の変化を検出する検出コイルと、前記検出コイルの外
周および両端面を囲んで配設されたシールドとを備え、
該シールドが非磁性高導電率材料の部材で形成されてい
ることを特徴とする。

【００１０】本発明の歪検出装置用シールドは、歪検出
装置を構成する検出コイルの外周および両端面を囲んで
配設され、前記検出コイルを装填するコイルボビンと一
体成形にて構成されていることを特徴とする。

【００１１】本発明の歪検出装置用受動軸は、約５５０
℃〜７５０℃にて焼鈍を施した材料から形成されている
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明におけるシールドは、検出コイルの外周
および両端面を囲むことにより、検出コイルから発生し
た磁束が軸受など外部に漏れず、検出コイルの内径方向
にある磁性層に集中して通流し、また、外部からの磁場
の影響も受けにくくなり、歪検出装置の感度および精度
が向上する。

【００１３】また、シールドと検出コイルを装填するコ
イルボビンを一体成形することにより、加工，組立がし
やすくなり、生産性が向上し、コストダウンが可能とな
る。

【００１４】更に、受動軸を約５５０〜７５０℃におい
て焼鈍を施した材料から形成することにより、受動軸の
加工などによる残留応力を減少し、受動軸の経年変化も
減少し、それに伴う磁性層の歪も減少することで、磁性
層の透磁率の経年変化が減少し、歪検出装置の精度が向
上する。

【００１５】

【実施例】

実施例１ 図１は本発明の一実施例に係る歪検出装置２０を示す断
面図であり、１〜１０は前記従来装置と全く同一のもの
である。２１は検出コイルの外周および両端面を囲んで
配設された非磁性高導電率材料からなるシールド、２２
は更にシールド２１の外周および両端面を囲んで配設さ
れた非晶質合金あるいは珪素鋼板などの高透磁率軟磁性
材料からなる磁性シールドである。この実施例では、２
個の検出コイル８，９の対向する端面（内側端面）間に
はシールド２１を設けず、それぞれもう一方の端面即ち
外側端面および外周をシールド２１で囲んだ一例であ
る。

【００１６】このように構成された歪検出装置におい
て、シールド２１が検出コイル８，９を外周および両端
面を囲むことで、図２５に示される従来装置の考え方、
即ち検出コイル８，９から発生する磁束を軟磁性体から
なる磁気収束体１２ａ，１２ｂに閉じ込めることで磁束
の通り道を作ることと異なり、検出コイル８，９から発
生する磁束を非磁性高導電率材料からなるシールド２１
の検出コイル８，９側に閉じ込めることで、磁束の通り
道を制限し、検出コイル８，９の内周方向にある磁性層
５，６に磁束を通流させると共に外部からの磁場を遮断
することができる。また、シールド２１の外周および両
端面を軟磁性材料からなる磁性シールド２２で囲むこと
で、更に外部からの磁場を遮断することができる。

【００１７】実施例２ 実施例１ではシールド２１が一体のものであったが、図
２に示される実施例の場合にはシールドを符号３１ａ，
３１ｂ，３１ｃで示されるように複数のリングに分割し
たものを組み合わせて形成した場合の一例である。分割
方法としては、シールド３１ｂの内周で分割したもので
ある。従って、シールドの加工および歪検出装置の組立
が簡単になる。

【００１８】実施例３ 図３は実施例２と同様にシールド符号４１ａ，４１ｂ，
４１ｃで示されるように複数のリングに分割したものを
組み合わせて形成した場合の一例である。分割方法とし
ては、シールド４１ｂの両端面で分割したものである。
従って、シールドの加工および歪検出装置の組立が簡単
になる。

【００１９】実施例４ 実施例２および実施例３に係る歪検出装置ではシールド
を複数のリングに分割した場合の例であったが、図４に
示される実施例のように中心軸線２の方向に分割したシ
ールド２１ａ，２１ｂを用いても、シールドの加工およ
び歪検出装置の組立が簡単になる。

【００２０】実施例５ 図５は図１に示される実施例１の歪検出装置の構造の中
の検出コイル８，９とシールド２１との円周間にギャッ
プ２３を設けたものであり、検出コイル８，９から発生
した磁束の通り道が磁性層５，６の両端の外側に広が
り、磁性層５，６の両端から出入りする磁束の密度が高
くなり、歪検出装置の感度および精度が向上する。

【００２１】実施例６ また、検出コイル８，９とシールド２１の軸方向にギャ
ップを設けることでも、検出コイル８，９から発生した
磁束の通り道が磁性層５，６の両端の外側に広がり、磁
性層５，６の両端から出入りする磁束の密度が高くな
り、歪検出装置の感度および精度を向上させることがで
きる。

【００２２】実施例７ 図６は図５に示される実施例５の歪検出装置において、
シールド２１を図２に示されるシールド３１ａ，３１
ｂ，３１ｃのように分割すると共に磁性シールドも符号
３２ａ，３２ｂ，３２ｃで示すように複数のリングを組
み合わせて形成した場合の実施例であり、歪検出装置の
感度および精度が向上するとともにシールドおよび磁性
シールドの加工および歪検出装置の組立が簡単になる。

【００２３】実施例８ 図７は図６に示される実施例６の歪検出装置において、
検出コイル８，９の内側端面間に非磁性高導電率材料か
らなるセンターシールド２４を設けることで、検出コイ
ル８，９のそれぞれについて外周および両端面を非磁性
高導電率材料により囲んだもので、これにより検出コイ
ル８，９から発生する磁束の相互干渉を防止することが
でき、歪検出装置の感度および精度を向上させることが
できる。

【００２４】実施例９ 図８は図１に示される実施例１の歪検出装置において、
シールド２１の検出コイル８，９側の面のみにめっき，
スパッタ，イオンプレーティング法などによって軟磁性
材料からなる磁気収束膜２５を形成したものであり、こ
れにより検出コイル８，９から発生した磁束が磁気収束
膜２５に集中して通流するようになり、検出コイル８，
９から発生する磁束の密度が高くなり、磁性層５，６に
通流する磁束が増大し、歪検出装置の感度および精度を
向上させることができる。

【００２５】実施例１０ 図９は図２に示される実施例２の歪検出装置において、
複数のリングに分割したシールド３１ａ，３１ｂ，３１
ｃそれぞれの検出コイル側の面のみにめっき，スパッ
タ，イオンプレーティング法などによって軟磁性材料か
らなる磁気収束膜２５ａ，２５ｂ，２５ｃを形成し且つ
磁性シールドを図６に示される実施例のように分割した
もので、これによりシールドの加工および歪検出装置の
組立が簡単になるとともに、検出コイル８，９から発生
した磁束が磁気収束膜２５ａ，２５ｂ，２５ｃに集中し
て通流するようになり、検出コイル８，９から発生する
磁束の密度が高くなり、磁性層５，６に通流する磁束が
増大し、歪検出装置の感度および精度を向上させること
ができる。

【００２６】実施例１１ 図１０は図２に示される実施例２の歪検出装置におい
て、複数のリングに分割したシールド３１ａ，３１ｂ，
３１ｃの全面にめっき，スパッタ，イオンプレーティン
グ法などによって軟磁性材料からなる磁気収束膜２５
ａ，２５ｂ，２５ｃを形成したもので、これにより図９
に示される実施例１０の磁気収束膜２５ａ，２５ｂ，２
５ｃの形成で必要なマスキング工程が不要になる。な
お、磁性シールドについては片側の端部４２ａを分割
し、筒状部と他の端部とを一体化（これを符号４２ｂで
示す）し、部品点数を減少させている。

【００２７】実施例１２ 図１１は図７に示される実施例８の歪検出装置におい
て、複数のリングに分割したシールド３１ａ，３１ｂ，
３１ｃおよびセンターシールド２４の全面にめっき，ス
パッタ，イオンプレーティング法などによって軟磁性材
料からなる磁気収束膜２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ
を形成したもので、これにより検出コイル８，９から発
生した磁束が磁気収束膜２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５
ｄに集中して通流するようになり、検出コイル８，９か
ら発生する磁束の密度が高くなり、磁性層５，６に通流
する磁束が増大し、歪検出装置の感度および精度を向上
させることができる。

【００２８】実施例１３ 図１２は図７に示される実施例８の歪検出装置におい
て、各検出コイル８，９とシールド３１ｂとの円周間に
あるギャップ２３ａ，２３ｂの代わりに軟磁性材料から
なる円筒状の磁気収束体２６ａ，２６ｂを設けること
で、検出コイル８，９から発生した磁束が磁気収束体２
６ａ，２６ｂに集中して通流するようになり、検出コイ
ル８，９から発生する磁束の密度が高くなり、磁性層
５，６に通流する磁束が増大し、歪検出装置の感度およ
び精度を向上させることができる。

【００２９】実施例１４ 図１３は２個の検出コイル８，９それぞれ１個ずつにつ
いて外周および両端面を囲むシールド５１ａ，５１ｂを
設けたもので、これにより検出コイル８，９から発生す
る磁束の相互干渉を防止することができ、歪検出装置の
感度および精度を向上させることができる。更に、第１
の検出コイル８をシールド５１ａの内周部に、第２の検
出コイル９をシールド５１ｂの内周部に巻装すれば、図
１に示されるような第１および第２の検出コイル８，９
を巻装するコイルボビン７を省くことができ、部品点数
を減らすことができる。

【００３０】実施例１５ 図１４は図１３に示される実施例１４の歪検出装置にお
いて、第１の検出コイル８とシールド５１ａの円周間に
ギャップ２３ａ、第２の検出コイル９とシールド５１ｂ
の円周間にギャップ２３ｂを設けたもので、これにより
検出コイル８，９から発生した磁束の通り道が磁性層
５，６の両端の外側に広がり、磁性層５，６の両端から
出入りする磁束の密度が高くなり、歪検出装置の感度お
よび精度を向上させることができる。

【００３１】実施例１６ 図１５は図１３に示される実施例１４の歪検出装置にお
いて、シールド５１ａ，５１ｂの第１および第２の検出
コイル８，９側の面のみにめっき，スパッタ，イオンプ
レーティング法などによって軟磁性材料からなる磁気収
束膜３５ａ，３５ｂを形成したもので、これにより検出
コイル８，９から発生した磁束が磁気収束膜３５ａ，３
５ｂに集中して通流するようになり、検出コイル８，９
から発生する磁束の密度が高くなり、磁性層５，６に通
流する磁束が増大し、歪検出装置の感度および精度を向
上させることができる。

【００３２】実施例１７ 図１６は図１３に示される実施例１４の歪検出装置にお
いて、各シールドを符号６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０
ｄ，６０ｅ，６０ｆで示されるように複数のリング状に
分割し、これら分割されたシールド６０ａ，６０ｂ，６
０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆのそれぞれ全面に軟磁性
材料からなる磁気収束膜４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５
ｄ，４５ｅ，４５ｆを形成したもので、これにより検出
コイル８，９から発生した磁束が磁気収束膜４５ａ，４
５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆに集中して通流
するようになり、検出コイル８，９から発生する磁束の
密度が高くなり、磁性層５，６に通流する磁束が増大
し、歪検出装置の感度および精度を向上させることがで
きる。

【００３３】実施例１８ 図１７は図２に示される実施例２の歪検出装置におい
て、複数のリングに分割したシールド３１ａ，３１ｂ，
３１ｃをそれぞれの検出コイル側の面のみに軟磁性材料
からなる磁気収束体３６ａ，３６ｂ，３６ｃをクラッド
材として一体成形したことで、シールド１０の加工およ
び歪検出装置の組立が簡単になるとともに、検出コイル
８，９から発生した磁束が磁気収束体３６ａ，３６ｂ，
３６ｃに集中して通流するようになり、検出コイル８，
９から発生する磁束の密度が高くなり、磁性層５，６に
通流する磁束が増大し、歪検出装置の感度および精度を
向上させることができる。

【００３４】実施例１９ 図１８は図１７に示される実施例１８の歪検出装置のシ
ールド３１ｂと磁気収束体３６ｂをクラッドしたものを
平板状にして示す斜視図で、この平板状のクラッド部材
を図１９に示されるように円筒状に曲げて使用すること
で、安価に製作できる。また、図２０に示されるよう
に、シールドと磁気収束体とがクラッドされた前述の円
筒体を２つに分割して用いてもよい。

【００３５】実施例２０ 図２１は図７に示される実施例８の歪検出装置におい
て、コイルボビン７とシールド３１ａ，３１ｃおよびセ
ンターシールド２４とを一体成形したもので、これによ
り歪検出装置の組立が簡単になる。また、シールド３１
ａは、図２１および図２２に示されるように複数個のサ
ラとりを設けることで、一体成形時にコイルボビン７が
まわり込み、アンカー効果でシールド３１ａの回り止め
およびコイルボビン７との接合強度が大きくなる。更
に、シールド３１ｃは、図２１および図２４に示される
ように複数個の段付き溝を設けることで、シールド３１
ａと同等の効果が得られる。

【００３６】実施例２１ 図２５は図２に示される実施例２の歪検出装置におい
て、検出コイル７の外側両端面側に軸受と共用するシー
ルド６１ａ，６１ｂを設けたもので、これにより部品点
数が減少するとともに安価に製作することができる。

【００３７】実施例２２ 実施例１から実施例２１の歪検出装置において、受動軸
１を、約５５０〜７５０℃で焼鈍を施した材料から形成
することで、歪検出装置の感度および精度を向上させる
ことができる。

【００３８】要するに、この発明はシールド２１、磁気
シールド２２の分割のしかたなど、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形して実施することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の歪検出
装置によれば、検出コイルを外周および両端面を囲ん
で、非磁性高導電率からなるシールドを配設することに
より、検出コイルから発生した磁束が軸受など外部に漏
れず、検出コイルの内径方向にある磁性層に集中して通
流し、また、外部からの磁場の影響も受けにくくなり、
これにより歪検出装置の性能が安定し感度も向上すると
共に、従来の歪検出装置に用いた高価な磁気収束体を削
除することで、部品点数が減り、安価に製作することが
できる。

【００４０】また、本発明の歪検出装置用シールドによ
れば、検出コイルを装填するコイルボビンと一体成形に
て構成されていることにより歪検出装置の組立てが非常
に容易となる。

【００４１】更に、本発明に係る歪検出装置用受動軸に
よれば、約５５０〜７５０℃で焼鈍を施した材料から形
成することで、歪検出装置の感度および精度をより向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る歪検出装置の断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例２に係る歪検出装置の断面図で
ある。

【図３】本発明の実施例３に係る歪検出装置の断面図で
ある。

【図４】本発明の実施例４に係る歪検出装置の断面図で
ある。

【図５】本発明の実施例５に係る歪検出装置の断面図で
ある。

【図６】本発明の実施例７に係る歪検出装置の断面図で
ある。

【図７】本発明の実施例８に係る歪検出装置の断面図で
ある。

【図８】本発明の実施例９に係る歪検出装置の断面図で
ある。

【図９】本発明の実施例１０に係る歪検出装置の断面図
である。

【図１０】本発明の実施例１１に係る歪検出装置の断面
図である。

【図１１】本発明の実施例１２に係る歪検出装置の断面
図である。

【図１２】本発明の実施例１３に係る歪検出装置の断面
図である。

【図１３】本発明の実施例１４に係る歪検出装置の断面
図である。

【図１４】本発明の実施例１５に係る歪検出装置の断面
図である。

【図１５】本発明の実施例１６に係る歪検出装置の断面
図である。

【図１６】本発明の実施例１７に係る歪検出装置の断面
図である。

【図１７】本発明の実施例１８に係る歪検出装置の断面
図である。

【図１８】本発明の実施例１９に係る歪検出装置のシー
ルドと磁気収束体とをクラッドさせた平板状のものを示
す斜視図である。

【図１９】図１８に示されるシールドと磁気収束体とを
クラッドさせた一枚ものを円筒に曲げて示す斜視図であ
る。

【図２０】図１８に示されるシールドと磁気収束体とを
クラッドさせたものを半円筒に曲げて組み合せた斜視図
である。

【図２１】本発明の実施例２０に係る歪検出装置のコイ
ルボビンとシールドを一体成形したものの断面図であ
る。

【図２２】図２１に示されるシールドの側面図である。

【図２３】図２１に示されるセンターシールドの側面図
である。

【図２４】図２１に示されるシールドの側面図である。

【図２５】本発明の実施例２１に係る歪検出装置の断面
図である。

【図２６】従来の歪検出装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 受動軸 ５ 第１の磁性層 ６ 第２の磁性層 ８ 第１の検出コイル ９ 第２の検出コイル １０ 検出回路 ２０ 歪検出装置 ２１ シールド ２２ 磁性シールド ３１ａ シールド ３１ｂ シールド ３１ｃ シールド ２３ ギャップ ２４ センターシールド ２５ 磁気収束膜 ２６ａ 磁気収束体 ２６ｂ 磁気収束体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇津井 良彦 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社産業システム研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外力を受ける受動軸と、該受動軸の外周
   面上に固着された高透磁率で所定の磁気歪定数を持つ軟
   磁性材料からなる磁性層と、該磁性層の外周に配設され
   前記受動軸に印加された外力によって引き起こされる前
   記磁性層の透磁率の変化を検出する検出コイルと、前記
   検出コイルの外周および両端面を囲んで配設されたシー
   ルドとを備え、該シールドが非磁性高導電率材料の部材
   で形成されていることを特徴とする歪検出装置。
2. 【請求項２】 外力を受ける受動軸、該受動軸の外周面
   上に固着された高透磁率で所定の磁気歪定数を持つ軟磁
   性材料からなる磁性層、および該磁性層の外周に配設さ
   れ前記受動軸に印加された外力によって引き起こされる
   前記磁性層の透磁率の変化を検出する検出コイルを備え
   る歪検出装置の前記検出コイルの外周および両端面を囲
   んで配設されるシールドにおいて、前記検出コイルを装
   填するコイルボビンと一体成形にて構成されていること
   を特徴とする歪検出装置のシールド。
3. 【請求項３】 外力を受ける受動軸、該受動軸の外周面
   上に固着された高透磁率で所定の磁気歪定数を持つ軟磁
   性材料からなる磁性層、および該磁性層の外周に配設さ
   れ前記受動軸に印加された外力によって引き起こされる
   前記磁性層の透磁率の変化を検出する検出コイルを備え
   る歪検出装置における前記受動軸が約５５０℃〜７５０
   ℃にて焼鈍を施した材料から形成されていることを特徴
   とする歪検出装置の受動軸。