JPH09196778A - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents

Magnetostrictive torque sensor

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JPH09196778A
JPH09196778A JP617696A JP617696A JPH09196778A JP H09196778 A JPH09196778 A JP H09196778A JP 617696 A JP617696 A JP 617696A JP 617696 A JP617696 A JP 617696A JP H09196778 A JPH09196778 A JP H09196778A
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JP
Japan
Prior art keywords
shaft
magnetostrictive
excitation
bobbin
axis
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP617696A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyoshi Kaihara
弘好 海原
Hirokazu Tanaka
宏和 田中
Takaharu Shirata
敬治 白田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
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Publication of JPH09196778A publication Critical patent/JPH09196778A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to accurately detect the torque operating at a shaft by bringing the central axis of exciting and detecting coils into coincidence with the axis of the shaft, and suppressing the rotating zero-point change. SOLUTION: The magnetostrictive torque sensor has magnetostrictive materials 2, 3 provided at a shaft 1, and exciting and detecting coils 5, 6 installed corresponding to the materials 2, 3, and comprises bearing mounting parts 7, 8 integrally formed as bearings at a bobbin 4 provided with the coils 5, 6, wherein the central axes of the coils 5, 6 are brought into coincidence with the axis 0 of the shaft 1 by rotatably supporting the shaft 1 by the bearings 9, 10 mounted at the parts 7, 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪式トルクセン
サに係り、例えば、シャフトが回転駆動している場合、
このシャフトに作用するトルクを検出できるようにした
ものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor, for example, when a shaft is rotationally driven,
The present invention relates to a device capable of detecting torque acting on this shaft.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、機械本体のシャフトに作用するト
ルクを測定し、そのシャフトの作動状態を解析すること
が一般的に行われている。そして、シャフトの一端にエ
ンドミルやドリルなどの回転切削工具が取り付けられて
いる場合、切削加工中において、この回転切削工具に作
用するトルクは、シャフトに作用するトルクとして現れ
る。従って、かかるトルクを測定し、その結果から切削
加工状態を解析して加工の最適化を図る意味からも、そ
のトルクを測定することは重要である。
2. Description of the Related Art In recent years, it has been common practice to measure the torque acting on the shaft of a machine body and analyze the operating state of the shaft. When a rotary cutting tool such as an end mill or a drill is attached to one end of the shaft, the torque that acts on the rotary cutting tool during cutting appears as the torque that acts on the shaft. Therefore, it is important to measure the torque, and analyze the cutting processing state from the result to optimize the processing, and thus it is important to measure the torque.

【0003】図3は、従来技術による、シャフトに作用
するトルクを検出するための磁歪式トルクセンサの一例
を示している。これは、機械本体の駆動力を受けて軸線
0回りに回転駆動するシャフト101にトルクが作用し
た場合、このトルクによってシャフト101に形成され
た磁歪材102、103が変形し、かかる変形をそれぞ
れ励磁及び検出コイル108、109で検出することに
より前記トルクを測定できるようにしたものである。
FIG. 3 shows an example of a magnetostrictive torque sensor for detecting the torque acting on the shaft according to the prior art. This is because when torque acts on the shaft 101 that is driven to rotate about the axis 0 by receiving the driving force of the machine body, the magnetostrictive members 102 and 103 formed on the shaft 101 are deformed by this torque, and such deformation is excited respectively. Also, the torque can be measured by detecting with the detection coils 108 and 109.

【0004】具体的な構成は次のとおりである。図3に
示すように、機械本体(図示せず)のシャフト101
は、機械本体からの駆動力を受けて回転するものであ
り、その周面には、軸線0方向から斜め下向き45゜の
角度をもって磁歪材102が設けられるとともに、軸線
0から斜め上向き45゜の角度をもって磁歪材103が
設けられている。そして、シャフト101の磁歪材10
2、103部分を囲んだ状態で固定部分104が設けら
れている。この固定部分104は、機械本体に固定され
るとともに、その両端部分にシャフト101に対するベ
アリング105、106が取り付けられている。従っ
て、シャフト101は、固定部分104に対して相対的
に回転する。
The specific structure is as follows. As shown in FIG. 3, the shaft 101 of the machine body (not shown)
Is rotated by receiving the driving force from the machine body, and the magnetostrictive material 102 is provided on the peripheral surface thereof at an angle of 45 ° obliquely downward from the direction of the axis 0, and at the angle 45 ° obliquely upward from the axis 0. The magnetostrictive material 103 is provided at an angle. Then, the magnetostrictive material 10 of the shaft 101
The fixed portion 104 is provided so as to surround the portions 2, 103. The fixed portion 104 is fixed to the machine body, and bearings 105 and 106 for the shaft 101 are attached to both end portions thereof. Therefore, the shaft 101 rotates relative to the fixed portion 104.

【0005】また、固定部分104の内周面には、コア
部材107が取り付けられるとともに、このコア部材1
07に形成されている二カ所の環状溝部分に励磁及び検
出コイル108、109が設置されている。この励磁及
び検出コイル108、109は、それぞれボビン(図示
せず)に巻き付けられた状態でコア部材107に設置さ
れており、さらに、それぞれが磁歪材102、103に
対応するような位置関係で設置されている。
A core member 107 is attached to the inner peripheral surface of the fixed portion 104, and the core member 1
The excitation and detection coils 108 and 109 are installed in two annular groove portions formed in 07. The excitation and detection coils 108 and 109 are installed on the core member 107 in a state of being wound around bobbins (not shown), and further installed in a positional relationship so as to correspond to the magnetostrictive materials 102 and 103, respectively. Has been done.

【0006】そして、シャフト101に図示矢印のよう
なトルクが作用すると、磁歪材102には引張力が作用
するとともに、磁歪材103には圧縮力が作用し、各磁
歪材の透磁率がそれぞれ変化する。この変化の程度に基
づいて励磁及び検出コイル108、109からの出力が
それぞれ変化し、この出力結果を解析することにより、
シャフト101に作用するトルクを検出できるようにし
ている。
When a torque as shown by an arrow in the figure acts on the shaft 101, a tensile force acts on the magnetostrictive material 102 and a compressive force acts on the magnetostrictive material 103, so that the magnetic permeability of each magnetostrictive material changes. To do. The outputs from the excitation and detection coils 108 and 109 respectively change based on the degree of this change, and by analyzing the output results,
The torque acting on the shaft 101 can be detected.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の磁歪式トルクセンサは、これを構成するための
部品点数、特に、励磁及び検出コイル108、109が
シャフト101に対して位置決めされるための部品点数
が多いため、これら各部品の公差を組み合わせた場合、
励磁及び検出コイル108、109の中心軸とシャフト
101の軸線0とがずれてしまう場合があり、これによ
り回転零点変動を発生させ、センサ精度を劣化させると
いった問題点を有している。
However, in the above-described conventional magnetostrictive torque sensor, the number of components for constituting the magnetostrictive torque sensor, in particular, the excitation and detection coils 108 and 109 are positioned with respect to the shaft 101. Due to the large number of parts, when combining the tolerances of these parts,
There is a case where the central axes of the excitation / detection coils 108 and 109 and the axis line 0 of the shaft 101 are deviated from each other, which causes a rotation zero point variation and deteriorates sensor accuracy.

【0008】すなわち、部品点数が多いと、センサの組
立の際、二つの励磁及び検出コイル108、109を形
成するボビン同士の中心軸がずれたままコア部材107
に取り付けられたり、ベアリング105等の取付によっ
てシャフト101が励磁及び検出コイル108等に対し
て傾いてしまう場合があり、このようにシャフト101
が励磁及び検出コイル108等に対して偏心した状態で
は、シャフト101に作用するトルクを正確に検出でき
ないだけでなく、シャフト101にトルクが作用してい
ないときでもシャフト101の回転によって励磁及び検
出コイル108等からの出力が変化するといった事態を
招き、センサ精度の劣化を生じさせるものであった。
That is, when the number of parts is large, the core member 107 is left with the center axes of the bobbins forming the two exciting and detecting coils 108 and 109 displaced during the assembly of the sensor.
The shaft 101 may be tilted with respect to the excitation / detection coil 108 and the like due to the mounting of the bearing 105 and the like.
Is eccentric with respect to the excitation / detection coil 108, the torque acting on the shaft 101 cannot be accurately detected, and the excitation / detection coil 108 is rotated by the rotation of the shaft 101 even when no torque is applied to the shaft 101. This causes a situation in which the output from 108 or the like changes, and causes deterioration in sensor accuracy.

【0009】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、各励磁及び検出コイルの中心軸とシャフトの
軸線とを一致させるようにして、回転零点変動を抑制
し、シャフトに作用するトルクを精度良く検出すること
ができるようにした磁歪式トルクセンサを提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and suppresses the fluctuation of the rotation zero point and acts on the shaft by making the central axes of the excitation and detection coils coincide with the axis of the shaft. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor capable of accurately detecting torque.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して、か
かる目的を達成するために、本発明の磁歪式トルクセン
サは、シャフトに設けられた磁歪材と、この磁歪材に対
応して設置された励磁及び検出コイルとからなるものに
おいて、励磁及び検出コイルが設けられるボビンは、シ
ャフトの軸線にこの励磁及び検出コイルの中心軸を一致
させた状態でシャフトを回転支持する1箇所以上の軸受
部が一体形成されたことを特徴とするものである。ま
た、このボビンがセラミックスで形成されたものでもよ
い。
In order to solve the above problems and to achieve the above object, a magnetostrictive torque sensor of the present invention is provided with a magnetostrictive material provided on a shaft and corresponding to the magnetostrictive material. The bobbin provided with the excitation and detection coils includes one or more bearings that rotatably support the shaft with the central axes of the excitation and detection coils aligned with the axis of the shaft. The part is integrally formed. Further, the bobbin may be made of ceramics.

【0011】このように、励磁及び検出コイルが設けら
れるボビンに軸受部が一体形成されているため、公差の
組み合わせが減少し、励磁及び検出コイルの中心軸とシ
ャフトの軸線とを容易に一致させることが可能であり、
励磁及び検出コイルに対してシャフトが傾かないように
している。特に、ボビンの両端(複数箇所)に軸受部が
形成された場合は、励磁及び検出コイルの中心軸とシャ
フトの軸線との一致をより一層確実に行うことが可能と
なる。また、励磁及び検出コイルが複数形成される場合
であっても、これら励磁及び検出コイルが一個のボビン
に並べて形成されることにより、励磁及び検出コイル同
士の中心軸が互いにずれて設置されることはない。
As described above, since the bearing is integrally formed on the bobbin on which the excitation and detection coils are provided, the combination of tolerances is reduced, and the center axis of the excitation and detection coils and the axis of the shaft are easily aligned. Is possible
The shaft is not tilted with respect to the excitation and detection coils. In particular, when the bearing portions are formed at both ends (a plurality of locations) of the bobbin, it becomes possible to more reliably match the central axis of the excitation and detection coils with the axis of the shaft. Even when a plurality of exciting and detecting coils are formed, the exciting and detecting coils are arranged side by side on one bobbin so that the central axes of the exciting and detecting coils are displaced from each other. There is no.

【0012】そして、機械本体の駆動力を受けてシャフ
トが回転している状態において、このシャフトにトルク
が作用すると、シャフトの周面に形成された磁歪材に
は、引張力又は圧縮力が作用してその透磁率を変化させ
る。この透磁率の変化に基づいて励磁及び検出コイルか
らの出力が変化し、これを解析することによりシャフト
に作用するトルクを測定できるようにしている。なお、
励磁及び検出コイルは、磁歪材を励磁することと、透磁
率の変化を検出することの二つの役割があり、一つのコ
イルで励磁と検出とを行うものと、励磁用コイルと検出
用コイルの二つのコイルを用いるものとがある。
When a torque is applied to the shaft while the shaft is rotating under the driving force of the machine body, a tensile force or a compressive force acts on the magnetostrictive material formed on the peripheral surface of the shaft. Then, the magnetic permeability is changed. The output from the excitation and detection coils changes based on this change in magnetic permeability, and the torque acting on the shaft can be measured by analyzing this. In addition,
The excitation and detection coil has two roles of exciting a magnetostrictive material and detecting a change in magnetic permeability. One that performs excitation and detection and one of the excitation coil and the detection coil Some use two coils.

【0013】ここで、磁歪材に用いられる磁性材料は、
引張応力又は圧縮応力が作用すると、その透磁率が変化
するものである。本発明の磁歪式トルクセンサは、この
ような磁性材料の性質を利用するものであり、シャフト
にトルクが作用した場合、引張力又は圧縮力が作用した
磁歪材の透磁率の変化を励磁及び検出コイルからの出力
の変化としてとらえ、この出力変化を解析することによ
りシャフトに作用するトルクを測定している。
Here, the magnetic material used for the magnetostrictive material is
When a tensile stress or a compressive stress acts, its magnetic permeability changes. The magnetostrictive torque sensor of the present invention utilizes such a property of the magnetic material, and when torque acts on the shaft, it excites and detects a change in magnetic permeability of the magnetostrictive material to which a tensile force or a compressive force acts. The torque acting on the shaft is measured by capturing the change in the output from the coil and analyzing this change in output.

【0014】また、磁歪材が、軸線0方向から斜め下向
き45゜の角度及び斜め上向き45゜をもってそれぞれ
シャフト一周に並べられる態様では、シャフトにトルク
が作用すると、一方の磁歪材には引張力が作用するとと
もに、他方の磁歪材には圧縮力が作用することになる。
従って、それぞれの磁歪材に対応する各励磁及び検出コ
イルからの出力結果の差を求めることにより、シャフト
に対してその軸線方向に働く力の影響を除外でき、シャ
フトに作用するトルクを純粋に検出することが可能とな
る。
Further, in a mode in which the magnetostrictive materials are lined up around the shaft at an angle of 45 ° obliquely downward and 45 ° obliquely upward from the axis 0 direction, when torque acts on the shaft, a tensile force is applied to one of the magnetostrictive materials. While acting, the compressive force acts on the other magnetostrictive material.
Therefore, by determining the difference between the output results from each excitation and detection coil corresponding to each magnetostrictive material, the influence of the force acting on the shaft in the axial direction can be excluded, and the torque acting on the shaft can be detected purely. It becomes possible to do.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
及び図2を参照して説明する。図1に示すように、シャ
フト1は、マシニングセンタ等の機械本体(図示せず)
からの駆動力を受けて回転駆動するものであり、その周
面に磁歪材2及び3が設けられている。磁歪材2は、軸
線0から斜め下向き45゜でシャフト1の一周にわたっ
て並べられた溝部にそれぞれ埋め込まれた状態で設けら
れている。また、磁歪材3は、軸線0から斜め上向き4
5゜でシャフト1の一周にわたって並べられた溝部にそ
れぞれ埋め込まれた状態で設けられている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the shaft 1 is a machine body (not shown) such as a machining center.
It is driven to rotate by receiving a driving force from the magnetostrictive members 2 and 3 on its peripheral surface. The magnetostrictive materials 2 are provided in a state of being respectively embedded in the groove portions that are arranged obliquely downward from the axis 0 at 45 ° over the circumference of the shaft 1. In addition, the magnetostrictive material 3 is oriented diagonally upward 4 from the axis 0.
It is provided in such a manner that it is embedded in the groove portions arranged side by side around the shaft 1 at 5 °.

【0016】ボビン4は、図2に示すように、全体形状
としてシャフト1を貫通できる筒状に形成されるととも
に、その外周面の一周にわたって形成された環状凹部4
a、4bのそれぞれに励磁及び検出コイル5及び6が設
けられている。これら励磁及び検出コイル5及び6は、
それぞれ磁歪材2及び3に対応するような位置関係で設
置されている。このように、一つのボビン4に励磁及び
検出コイル5、6が設けられることにより、励磁及び検
出コイル5、6同士の中心軸のずれが回避されることに
なる。
As shown in FIG. 2, the bobbin 4 is formed into a tubular shape which can penetrate the shaft 1 as a whole and has an annular recessed portion 4 formed over the entire circumference of the outer peripheral surface thereof.
Excitation and detection coils 5 and 6 are provided on each of a and b. These exciting and detecting coils 5 and 6 are
The magnetostrictive materials 2 and 3 are installed in a positional relationship corresponding to each. In this way, by providing the excitation and detection coils 5 and 6 on one bobbin 4, it is possible to avoid the deviation of the central axes of the excitation and detection coils 5 and 6.

【0017】このボビン4の材質は、プラスチックなど
の樹脂やセラミックスなどで作製されるが、セラミック
スで作製されることが好ましい。これは、ボビン4の作
製の際、セラミックスの方が樹脂よりも加工精度を向上
させ、公差の組み合わせを減少できるからであり、さら
に、セラミックスの方が熱膨張の影響を受けにくいから
である。
The material of the bobbin 4 is made of resin such as plastic or ceramics, but is preferably made of ceramics. This is because, when the bobbin 4 is manufactured, the ceramics can improve the processing accuracy and can reduce the combination of the tolerances more than the resin, and the ceramics are less susceptible to the thermal expansion.

【0018】また、ボビン4の内周面の左右両端には、
ベアリング9、10を取り付けるためのベアリング装着
部7、8(軸受部)が一体形成されている。そして、図
1に示すように、ベアリング装着部7、8にベアリング
9、10を取り付け、ボビン4とシャフト1との間にベ
アリング9、10を設置することにより、シャフト1
は、ボビン4に対して相対的に回転可能となっている。
このように、二つのベアリング9、10を用いることに
より、シャフト1に対してボビン4が傾かないようにし
ており、これによって、シャフト1の軸線0と励磁及び
検出コイル5、6の中心軸とを一致させるようにしてい
る。
In addition, on both left and right ends of the inner peripheral surface of the bobbin 4,
Bearing mounting portions 7 and 8 (bearing portions) for mounting the bearings 9 and 10 are integrally formed. Then, as shown in FIG. 1, the bearings 9 and 10 are attached to the bearing mounting portions 7 and 8, and the bearings 9 and 10 are installed between the bobbin 4 and the shaft 1, whereby the shaft 1
Are rotatable relative to the bobbin 4.
In this way, the use of the two bearings 9 and 10 prevents the bobbin 4 from tilting with respect to the shaft 1, and thereby the axis 0 of the shaft 1 and the central axes of the excitation and detection coils 5 and 6 are set. Trying to match.

【0019】なお、ボビン4は、筒状に一体形成された
状態でシャフト1の端部からはめ込んで取り付けられる
だけでなく、このボビン4を予め縦割り(軸線0方向に
分割した状態)し、シャフト1を挟んだ状態で両者を一
体化して取り付けられるものであってもよい。さらに、
励磁及び検出コイル5、6ごとにボビン4を分割してシ
ャフト1に取り付け、これらを一体化するようにしても
よい。
In addition, the bobbin 4 is not only attached by fitting it from the end of the shaft 1 in a state where it is integrally formed into a tubular shape, but also the bobbin 4 is preliminarily divided vertically (in a state of being divided in the axis 0 direction), The shaft 1 may be sandwiched and the two may be integrally mounted. further,
The bobbin 4 may be divided for each of the excitation and detection coils 5 and 6 and attached to the shaft 1 so that they are integrated.

【0020】また、ベアリング9と10との間に磁歪材
2及び3を位置させるため、この磁歪材2、3部分のシ
ャフト1と、励磁及び検出コイル5、6部分のボビン4
との位置関係が容易に変動しないように保持されるとと
もに、シャフト1に外部から作用した曲げ力によって磁
歪材2、3部分が曲がらないようにしている。ただし、
シャフト1の軸線0と励磁及び検出コイル5等の中心軸
とを一致できるものであれば、二個のベアリング9、1
0を用いることに限定されるものではなく、例えば、ベ
アリングを一個又は三個以上用いるようにしてもよい。
Further, since the magnetostrictive materials 2 and 3 are positioned between the bearings 9 and 10, the shaft 1 of the magnetostrictive materials 2 and 3 and the bobbin 4 of the excitation and detection coils 5 and 6 are disposed.
The positional relationship between and is not easily changed, and the magnetostrictive members 2 and 3 are prevented from being bent by the bending force applied to the shaft 1 from the outside. However,
If the axis 0 of the shaft 1 and the central axes of the excitation and detection coils 5 and the like can be matched, two bearings 9 and 1
The number of bearings is not limited to 0, and one or three or more bearings may be used, for example.

【0021】さらに、ベアリング9、10に代えて、例
えばベアリング装着部7、8にブッシュを取り付け、こ
れによりシャフト1を回転支持してもよく、また、軸軸
受部としてベアリング装着部7、8を形成することに代
えて、例えば、軸受部としてシャフト1を直接回転支持
できるような環状突出部を形成してもよい。この場合、
軸受部を一個又は二個以上形成してもよいことは上述と
同様である。
Further, instead of the bearings 9 and 10, for example, bushings may be attached to the bearing mounting portions 7 and 8 to thereby rotatably support the shaft 1, and the bearing mounting portions 7 and 8 may be used as shaft bearing portions. Instead of forming it, for example, an annular protrusion that can directly rotate and support the shaft 1 may be formed as a bearing. in this case,
Similar to the above, one or two or more bearing portions may be formed.

【0022】そして、ボビン4の外周面には、励磁及び
検出コイル5及び6を覆った状態で磁気ヨーク11が取
り付けられている。この磁気ヨーク11は、励磁及び検
出コイル5、6からの磁束を閉じこめる役目を持つもの
である。そして、この磁気ヨーク11を含めてボビン4
の外周面にはケース12が装着されている。このケース
12は、図1点線で示すように、支持部13を介して機
械本体に固定されており、これにより、ボビン4、磁気
ヨーク11及びケース12は機械本体に固定され、シャ
フト1を相対的に回転させるものとなる。
A magnetic yoke 11 is attached to the outer peripheral surface of the bobbin 4 while covering the exciting and detecting coils 5 and 6. The magnetic yoke 11 has a function of confining the magnetic flux from the excitation and detection coils 5 and 6. The bobbin 4 including the magnetic yoke 11 is also included.
A case 12 is attached to the outer peripheral surface of the. As shown by the dotted line in FIG. 1, the case 12 is fixed to the machine body via a support portion 13, whereby the bobbin 4, the magnetic yoke 11 and the case 12 are fixed to the machine body, and the shaft 1 is opposed to each other. It will be rotated.

【0023】ここで、磁歪材2、3に用いられる磁性材
料は、引張力又は圧縮力が加えられるとその歪に応じて
透磁率が変化するものであり、その一方、励磁及び検出
コイル5、6は、かかる磁性材料の透磁率の変化に応じ
て自己インダクタンスが変化し、そこからの出力を変化
させるものである。従って、励磁及び検出コイル5、6
は、磁歪材2、3に作用する引張力又は圧縮力の大きさ
に応じてリニアに対応することになる。
Here, the magnetic material used for the magnetostrictive materials 2 and 3 has a magnetic permeability that changes according to the strain when a tensile force or a compressive force is applied. On the other hand, the exciting and detecting coils 5, Reference numeral 6 changes the self-inductance according to the change in the magnetic permeability of the magnetic material, and changes the output therefrom. Therefore, the excitation and detection coils 5, 6
Will linearly correspond to the magnitude of the tensile force or the compressive force acting on the magnetostrictive materials 2 and 3.

【0024】なお、励磁及び検出コイル5、6からの各
出力は、図示しない差動増幅回路に入力されてから接続
ケーブルCを介してこのトルクセンサの外部に取り出さ
れる。この差動増幅回路は、励磁及び検出コイル5、6
からの各入力値が同一の場合はここから出力しないが、
磁歪材2、3の変化に対応して励磁及び検出コイル5、
6からそれぞれ異なる値が入力された場合には、差動増
幅回路からはこれらの値の差を出力するものである。
Outputs from the excitation and detection coils 5 and 6 are input to a differential amplifier circuit (not shown) and then taken out of the torque sensor via a connection cable C. This differential amplifier circuit includes excitation and detection coils 5 and 6.
If each input value from is not output from here,
Excitation and detection coils 5, corresponding to changes in the magnetostrictive materials 2 and 3,
When different values are input from 6, the differential amplifier circuit outputs the difference between these values.

【0025】続いて、以上のように構成した磁歪式トル
クセンサの作動状態を説明する。先ず、機械本体の駆動
力によってシャフト1を回転駆動させると、シャフト1
は、ボビン4が固定されていることにより、ベアリング
9、10に回転支持された状態でボビン4に対して相対
的に回転する。なお、このシャフト1には、例えば、ド
リルやエンドミル等の回転切削工具が取り付けられ、こ
の回転切削工具を軸線0回りに回転させることにより切
削加工を行うようにしている。
Next, the operating state of the magnetostrictive torque sensor configured as described above will be described. First, when the shaft 1 is rotationally driven by the driving force of the machine body, the shaft 1
Is rotated relative to the bobbin 4 while being rotatably supported by the bearings 9 and 10 because the bobbin 4 is fixed. A rotary cutting tool such as a drill or an end mill is attached to the shaft 1, and the rotary cutting tool is rotated about the axis 0 to perform cutting work.

【0026】そして、切削加工中において、回転切削工
具にトルクが作用し、シャフト1に対して図1矢印に示
す向きのトルクが作用すると、そのトルクによって磁歪
材2(図1左側)には引張力が働き、これを引き伸ばす
かたちで歪が生じ、一方、磁歪材3(図1右側)には圧
縮力が働き、これを縮めるたかちで歪が生じる。この歪
に応じて励磁及び検出コイル5、6からの出力がそれぞ
れ変化し、これら出力が差動増幅回路に入力されるとと
もに、この入力値の差が差動増幅回路から出力される。
そして、この出力結果に基づいてシャフト1に作用する
トルクが検出される。
When torque is applied to the rotary cutting tool during cutting and torque in the direction shown by the arrow in FIG. 1 is applied to the shaft 1, the torque causes the magnetostrictive material 2 (left side in FIG. 1) to be pulled. A force acts, and strain is generated by stretching it, while a compressive force acts on the magnetostrictive material 3 (on the right side in FIG. 1), and strain occurs when it is compressed. The outputs from the excitation and detection coils 5 and 6 respectively change according to this distortion, these outputs are input to the differential amplifier circuit, and the difference between the input values is output from the differential amplifier circuit.
Then, the torque acting on the shaft 1 is detected based on the output result.

【0027】また、差動増幅回路によって、磁歪材2、
3の歪に対応する検出結果の差を出力するため、シャフ
ト1に対して軸線0方向の力(例えば、切削加工におい
て回転切削工具の軸線方向に作用する圧縮力など)によ
る影響を除外でき、純粋にシャフト1に作用するトルク
を測定することが可能となっている。さらに、シャフト
1の磁歪材2、3部分は、ボビン4に取り付けられたベ
アリング9、10の間に位置しているため、シャフト1
の端部に軸線0と直交する方向の力が働いてこのシャフ
ト1に曲げ力が作用する場合でも、この磁歪材2、3部
分が曲げ力によって曲がらないようにしており、トルク
の測定に際し、このような曲げ力の影響をも減少させる
ようにしている。
Further, by the differential amplifier circuit, the magnetostrictive material 2,
Since the difference between the detection results corresponding to the strain of No. 3 is output, the influence of the force in the axis 0 direction on the shaft 1 (for example, the compressive force acting in the axial direction of the rotary cutting tool during cutting) can be excluded. It is possible to measure the torque acting purely on the shaft 1. Further, since the magnetostrictive members 2 and 3 of the shaft 1 are located between the bearings 9 and 10 attached to the bobbin 4, the shaft 1
Even when a force in the direction orthogonal to the axis 0 acts on the end portion of the shaft 1 and the bending force acts on the shaft 1, the magnetostrictive members 2 and 3 are prevented from bending by the bending force, and when the torque is measured, The influence of such bending force is also reduced.

【0028】なお、このトルクの検出結果は、コンピュ
ータ等により解析されて回転切削工具の損傷や磨耗など
を検知する要素となり、かかる検出結果を機械本体の制
御系にフィードバックすることにより、シャフト1の駆
動状態等を適宜修正して機械本体の作動の最適化に寄与
するものとなる。
The detection result of the torque becomes an element for detecting damage or wear of the rotary cutting tool by being analyzed by a computer or the like. By feeding back the detection result to the control system of the machine body, The driving state and the like are appropriately corrected to contribute to the optimization of the operation of the machine body.

【0029】このように、励磁及び検出コイル5、6
は、ベアリング9、10でシャフト1を回転支持した一
つのボビン4に設けられているため、それぞれの中心軸
が軸線0と一致した状態となっている。従って、回転零
点変動が抑制されることになり、センサ精度が確保され
ることになる。しかも、ボビン4は、機械本体に固定さ
れているため、シャフト1の回転とは無関係に励磁及び
検出コイル5等からの出力を取り出すことができ、信頼
性の高い検出結果が期待されるとともに、耐久性の向上
を図ることができる。
In this way, the excitation and detection coils 5, 6 are
Is provided on one bobbin 4 in which the shaft 1 is rotatably supported by bearings 9 and 10, so that the central axes of the bobbins 4 are aligned with the axis 0. Therefore, the fluctuation of the rotation zero point is suppressed, and the sensor accuracy is ensured. Moreover, since the bobbin 4 is fixed to the machine body, the excitation and the output from the detection coil 5 and the like can be taken out regardless of the rotation of the shaft 1, and a highly reliable detection result is expected. The durability can be improved.

【0030】なお、図示のように、磁歪材2、3を用い
ることに限定されるものではなく、一つ(一態様)の磁
歪材を用いるようにしてもよい。この場合、磁歪材に対
応して一つの励磁及び検出コイルが設置され、この励磁
及び検出コイルからの出力変化に基づいてシャフト1に
作用したトルクが検出される。ただし、一つの励磁及び
検出コイルを用いた場合は、その検出結果にトルク以外
の力(シャフト1に作用した軸線0方向の力)の影響を
含むため、図示のように、磁歪材2、3を設け、かつ励
磁及び検出コイル5、6を設置するものが好ましい。
As shown in the figure, the present invention is not limited to the use of the magnetostrictive materials 2 and 3, and one (one aspect) magnetostrictive material may be used. In this case, one exciting and detecting coil is installed corresponding to the magnetostrictive material, and the torque acting on the shaft 1 is detected based on the output change from the exciting and detecting coil. However, when one excitation and detection coil is used, the detection result includes the influence of a force other than torque (a force acting on the shaft 1 in the direction of the axis 0). And the excitation and detection coils 5 and 6 are preferably provided.

【0031】なお、本発明の磁歪材トルクセンサは、上
述のように、回転切削工具が取り付けられたシャフト1
に作用するトルクの検出のみに適用されるものではな
く、その他各種工作機械等のシャフトに対して作用する
トルクを検出するものとしても適用される。
The magnetostrictive material torque sensor of the present invention is, as described above, the shaft 1 to which the rotary cutting tool is attached.
The present invention is not limited to the detection of the torque acting on, but is also applied to the detection of the torque acting on the shaft of various machine tools and the like.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明は、励磁及び検出コイルが設けら
れるボビンに、シャフトを回転支持する軸受部を一体形
成することにより、シャフトの軸線と励磁及び検出コイ
ルの中心軸とを一致させているため、シャフトの軸線と
励磁及び検出コイルの中心軸とのずれによって生じる回
転零点変動を抑制して、センサ精度の劣化を防止するこ
とができる。さらに、従来のものと比較して部品点数が
減少することにより公差の組み合わせを減少させること
ができ、これにより、シャフトの軸線と励磁及び検出コ
イルの中心軸との一致を容易に確保することができる。
また、複数の励磁及び検出コイルを設置する場合でも、
これら励磁及び検出コイルを一個のボビンに形成してい
るため、励磁及び検出コイル同士の中心軸のずれを防止
するとともに、上記と同様にシャフトの軸線との一致が
それぞれ確保されており、センサ精度の劣化を防止する
ことができる。
According to the present invention, the axis line of the shaft and the central axis of the exciting and detecting coil are made to coincide with each other by integrally forming the bearing portion for rotatably supporting the shaft on the bobbin provided with the exciting and detecting coil. Therefore, it is possible to suppress the fluctuation of the rotation zero point caused by the deviation between the axis of the shaft and the central axis of the excitation and detection coils, and prevent the deterioration of the sensor accuracy. Furthermore, the number of parts is reduced compared to the conventional one, so that it is possible to reduce the combination of tolerances, and thus it is possible to easily secure the coincidence between the axis line of the shaft and the central axes of the excitation and detection coils. it can.
Also, even when installing multiple excitation and detection coils,
Since these excitation and detection coils are formed on a single bobbin, deviations of the center axes of the excitation and detection coils are prevented, and in the same way as above, matching with the axis of the shaft is ensured, respectively, and sensor accuracy is improved. Can be prevented from deteriorating.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る磁歪式トルクセンサの、実施の一
形態を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a magnetostrictive torque sensor according to the present invention.

【図2】ボビンを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a bobbin.

【図3】従来の、磁歪式トルクセンサの一形態を示す断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one form of a conventional magnetostrictive torque sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シャフト 2、3 磁歪材 4 ボビン 5、6 励磁及び検出コイル 7、8 ベアリング装着部(軸受部) 9、10 ベアリング 1 shaft 2, 3 magnetostrictive material 4 bobbin 5, 6 excitation and detection coil 7, 8 bearing mounting part (bearing part) 9, 10 bearing

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シャフトに設けられた磁歪材と、この磁
歪材に対応して設置された励磁及び検出コイルとからな
る磁歪式トルクセンサにおいて、 前記励磁及び検出コイルが設けられるボビンに、前記シ
ャフトの軸線にこの励磁及び検出コイルの中心軸を一致
させた状態で当該シャフトを回転支持する1箇所以上の
軸受部が一体形成されたことを特徴とする磁歪式トルク
センサ。
1. A magnetostrictive torque sensor comprising a magnetostrictive material provided on a shaft and an exciting and detecting coil installed corresponding to the magnetostrictive material, wherein the bobbin provided with the exciting and detecting coil is provided with the shaft. A magnetostrictive torque sensor, characterized in that one or more bearing portions are integrally formed to rotatably support the shaft with the central axes of the excitation and detection coils aligned with the axis of the.
【請求項2】 前記ボビンは、セラミックスで形成さ
れ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。
2. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein the bobbin is made of ceramics.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007121161A (en) * 2005-10-28 2007-05-17 Showa Corp Torque sensor and electric power steering device
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