JPH0921708A

JPH0921708A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH0921708A
Application number: JP19584495A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Kunida; 忍国田
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】回転体Ａの強度を維持しながら、そのトルク
検出精度を向上させるようにしたものである。【構成】回転体Ａに、磁気異方性部ｘ、ｙを設けた筒
部２１と、この筒部の一端に設けた入力部２２と、他端
に設けた出力部２３と、筒部内にあってかつ入力部と出
力部とを連結するストッパ軸２４とを設け、このストッ
パ軸と入力部又はストッパ軸と出力部のいずれか一方の
連結箇所に回転ゆとり部を設け、この回転ゆとり部の範
囲で、ストッパ軸と入力部又は出力部とが相対回転する
構成にした点に特徴を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、出力軸などの回転体
に形成した磁気異方性部の透磁率の変化を利用して、そ
の回転体に作用するトルクを検出するための、トルクセ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のトルクセンサとして、特開平７
−１１３６９８号公報に記載されたものが従来から知ら
れている。この従来のトルクセンサを示したのが、図１
３であるが、このトルクセンサは、アルミニウム等から
なるケーシング１に設けた軸受２、３で、強磁性磁歪材
料からなる回転軸４が回転自在に支持されている。この
回転軸４には一対の異方性部ｘ、ｙを形成しているが、
これら異方性部ｘ、ｙは、回転軸４に一対の環状凸部
５、６を形成するとともに、これら環状凸部５、６に螺
旋状のスリット７、８を多数形成してなる。そして、こ
のスリット７、８は、軸線に対して４５度の角度を維持
するとともに、スリット７と８とで、それらの角度が互
いに反対になるようにしている。したがって、この回転
軸４にトルクが作用すると、その回転方向に応じて、一
方の異方性部ｘ又はｙに圧縮応力が作用し、他方の異方
性部ｙ又はｘに引っ張り応力が作用する。このとき、そ
の応力に応じて一方の異方性部の透磁率が大きくなり、
他方の異方性部の透磁が小さくなる。

【０００３】また、ケーシング１と回転軸４との間に
は、高透磁率材料からなる電磁遮蔽ケース９を設けてい
る。この電磁遮蔽ケース９内には、励磁コイル１０、１
１を内側に、感知コイル１２、１３を外側にして設けて
いる。そして、励磁コイル１０と感知コイル１２とを一
方の異方性部ｘに対応させ、励磁コイル１１と感知コイ
ル１３とを他方の異方性部ｙに対応させている。いま、
回転軸４にトルクが作用していないときには、異方性部
ｘ、ｙの応力が対称的でかつ等しいので、異方性部ｘ、
ｙの透磁率が等しくなる。そのために、励磁コイル１０
と１１に交流電流を加えたとき、感知コイル１２と１３
に誘起される電圧は、大きさが等しい。したがって、そ
の誘起電圧の差は生じないことになる。

【０００４】また、回転軸４にトルクが作用すると、そ
の回転方向に応じて、例えば一方の異方性部ｘの透磁率
が大きくなり、他方の異方性部ｙの透磁率が小さくな
る。したがって、励磁コイル１０、１１に交流電流を加
えると、一方の異方性部ｘに対応する感知コイル１２に
誘起される電圧が、他方の異方性部ｙに対応する感知コ
イル１３に誘起される電圧よりも大きくなる。上記のよ
うに感知コイル１２、１３に誘起される電圧の差をとれ
ば、トルクの方向と大きさを検出できることになる。な
お、感知コイル１２、１３に誘起される電圧は、回転軸
４のねじり角に比例する。そして、このねじり角は、ね
じりトルクに比例することになるが、図１４に示すよう
に、回転軸４の軸径によって直線の傾きが異なる。つま
り、回転軸４が細ければ、わずかなねじりトルクでも、
ねじり角が大きくなる。反対に、回転軸４が太ければ、
大きなねじりトルクが作用しても、ねじり角がそれほど
大きくならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように感知コ
イル１２、１３に誘起される電圧は、ねじり角に比例す
るので、回転軸４を太くしなければならないようなとき
には、トルクの検出精度が悪くなってしまう。特に、回
転軸４を自動車の操舵系に用いるような場合には、その
強度維持のためにも、軸径を太くせざるをえない。しか
し、それを太くすればするほど、トルク検出の精度が悪
くなるし、かといって、トルク検出の精度を上げるため
に、回転軸を細くすれば、今度は強度を保てなくなって
しまう。このように従来のトルクセンサでは、トルクの
検出精度を上げようとすると、回転軸の強度を犠牲にし
なければならない。反対に、回転軸の強度を維持しよう
とすれば、今度は検出精度を犠牲にしなければならない
というように二律背反的な問題があった。この発明の目
的は、従来の二律背反的な問題を同時に解決したトルク
センサを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ケーシン
グと、このケーシングに回転自在に支持された回転体
と、この回転体に形成されかつ線対称の磁気異方性を有
する一対の磁気異方性部と、この磁気異方性部の周囲に
設けた励磁コイルと、この励磁コイルの外周に設けた感
知コイルとを備え、回転体に回転による応力が加わった
ときに磁気異方性部の透磁率を変化させ、その変化に応
じて変化する誘起電圧を感知コイルで検出するトルクセ
ンサを前提にするものである。上記のトルクセンサを前
提にしつつ、第１の発明の回転体は、磁気異方性部を設
けた筒部と、この筒部の一端に設けた入力部と、他端に
設けた出力部と、筒部内にあってかつ入力部と出力部と
を連結するストッパ軸とからなり、このストッパ軸と入
力部又はストッパ軸と出力部のいずれか一方の連結箇所
に回転ゆとり部を設け、この回転ゆとり部の範囲で、ス
トッパ軸と入力部又は出力部とが相対回転する構成にし
た点に特徴を有する。

【０００７】第２の発明は、第１の発明を前提にしつ
つ、筒部、入力部、出力部及びストッパ軸のそれぞれを
別体に構成する一方、筒部の一端に入力部を嵌合し、他
端に出力部を嵌合するとともに、これら入力部と出力部
とをストッパ軸で連結した点に特徴を有する。第３の発
明は、第２の発明を前提にしつつ、筒部と入力部及び出
力部とをピン又はコッタで固定するとともに、ストッパ
軸と入力部又は出力部のいずれか一方とをピン又はコッ
タで固定した点に特徴を有する。第４の発明は、第１の
発明を前提にしつつ、ストッパ軸を、入力部又は出力部
のいずれかと一体にした点に特徴を有する。第５の発明
は、第１の発明を前提にしつつ、筒部と、入力部又は出
力部のいずれか一方と、ストッパ軸とを、一体にした点
に特徴を有する。

【０００８】

【作用】第１〜第５の発明は、ねじりトルクが小さい段
階で、筒部のみがねじれるが、ストッパ軸は、回転ゆと
り部の範囲内で回転するのみで、ねじれない。そして、
ストッパ軸が回転ゆとり部の範囲内まで回転してしまう
と、今度は、このストッパ軸も筒部と一体になってねじ
れることになる。したがって、小さいトルクが作用した
ときの回転体の剛性は、筒部だけの剛性となり、大きな
トルクが作用したときには、筒部とストッパ軸との剛性
を合成したものとなる。

【０００９】

【実施例】図１〜図３に示した第１実施例は、従来の回
転軸４として機能する回転体Ａを、筒部２１、入力部２
２、出力部２３及びストッパ軸２４という別々の部材で
構成している。そして、上記筒部２１には、前記従来と
同様の一対の異方性部ｘ、ｙを設けている。このように
した筒部２１の一端には入力部２２を圧入し、他端には
出力部２３を圧入している。したがって、入力部２２を
回転させることによって、筒部２１及び出力部２３も一
体回転するが、その回転力が入力部２２から出力部２３
へ伝達される過程で、筒部２１がねじれることになる。
そして、入力部２２には、ストッパ軸２４の一端を圧入
し、入力部２２とともにストッパ軸２４も一体回転する
ようにしている。

【００１０】また、出力部２３であって筒部２１に圧入
した端面に、その直径方向に長方形の穴２５を形成して
いる。そして、ストッパ軸２４であって、入力部２２に
圧入した側とは反対側に挿入部２６を形成するととも
に、この挿入部２６の断面形状を図２に示すようにして
いる。すなわち、この挿入部２６の側面中央部分を山形
に突出させ、その山形の頂き部２６ａ、２６ｂの両側を
テーパ部２６ｃ、２６ｄ、２７ｅ、２７ｆとしている。
そして、上記頂き部２６ａ、２６ｂ間の厚さが穴２５の
幅とぴったり一致するようにし、しかも、ストッパ軸２
４が図示のニュートラル位置にあるとき、各テーパ部２
６ｃ〜２７ｆの全てが、穴２５の壁面との間に空間２７
を確保するようにしている。なお、上記空間２７がこの
発明の回転ゆとり部を構成するものである。また、上記
入力部２２及び出力部２３は、前記従来のケーシング１
に設けた軸受２、３に回転自在に支持されるものであ
る。そして、このケーシング１及びその内部構造は、前
記従来と同様なので、その詳細を省略する。

【００１１】次にこの第１実施例の作用を説明する。入
力部２２に回転トルクが作用すると、それにともなって
筒部２１及びストッパ軸２４が回転する。このとき、入
力部２２に入力したトルクと出力部２３側の負荷に応じ
て、筒部２１にねじりトルクが作用する。この筒部２１
に作用したねじりトルクに応じて、感知コイル１２、１
３に誘起される電圧の大きさが決まることになる。ま
た、上記のように入力部２２に回転トルクが作用すれば
ストッパ軸２４も回転するが、その回転角が上記空間２
７を越えない限り、ストッパ軸２４にはねじりトルクが
作用しない。ただし、ストッパ軸２４の挿入部２６に形
成したいずれかのテーパ部が穴２５の壁面に当たってか
ら以後は、このストッパ軸２４にもねじりトルクが作用
することになる。

【００１２】そして、例えば、自動車のパワーステアリ
ング装置などで操舵トルクを検出する場合には、筒部２
１だけにねじりトルクが作用している間だけをトルク検
出範囲とすれば十分である。なぜなら、パワーステアリ
ング装置の最大アシスト力には限界があるので、一定以
上の検出トルクに対しては、アシスト力を最大にすると
いうことだけで足りるからである。このようにした第１
実施例では、必要なトルクを検出する範囲内では、筒部
２１だけにねじりトルクが作用して、そのねじりトルク
に対するねじり角の変化率を大きくする。ねじり角の変
化率が大きければ大きいほど、それに比例して発生する
誘起電圧の変化率も大きくなるので、トルク検出精度が
向上する。そして、パワーステアリング装置などでは、
トルク検出範囲以上の剛性が回転体Ａに求められる。し
かし、この実施例では、トルク検出範囲以上の剛性が、
筒部２１とストッパ軸２４との剛性を合成したものとな
るので、その強度も十分に保たれる。つまり、この実施
例の回転体Ａは、十分な強度を維持しながら、正確なト
ルク検出に対応できるもので、従来の二律背反的な問題
を同時に解決したものといえる。

【００１３】図４に示した第２実施例は、筒部２１と入
力部２２との圧入部分、筒部２１と出力部２３との圧入
部分及び入力部２２とストッパ軸２４の圧入部分のそれ
ぞれにピン２８〜３０を挿入したもので、これによっ
て、さらに高トルクに対応できるようにしたものであ
る。その他は第１実施例と同様である。なお、上記ピン
２８〜３０に代えてコッタを用いてもよいし、それら圧
入部分をスプライン軸状にしてもよいこと当然である。
図５に示した第３実施例は、入力部２２とストッパ軸２
４とを一体化したもので、その他は、第１実施例と全く
同様である。また、図６に示した第４実施例は、筒部２
１、入力部２２及びストッパ軸２４の全てを一体に形成
したもので、その他は第１実施例と同様である。そし
て、上記第３、４実施例のいずれも、第２実施例と同様
に、高トルクに対応できるようにするためのものであ
る。

【００１４】図７に示した第５実施例は、第１実施例の
穴２５を貫通穴３１としたもの、図８に示した第６実施
例は、出力部２３に上記貫通穴３１に連続する穴３２を
形成したもので、その他は第１実施例と同様である。そ
して、これら第５、６実施例では、その穴加工が簡単に
なるという効果が期待できる。図９に示した第７実施例
は、貫通穴３１の壁面を山形に突出させ、ストッパ軸２
４の挿入部２６の断面形状を長方形にしたもので、いず
れにしても、回転ゆとり部である空間２７を形成するこ
とにおいて第１実施例と同様である。

【００１５】図１０に示した第８実施例は、ストッパ軸
２４の挿入部として、２本の軸３３、３４を突出させ、
これら２本の軸３３、３４を、出力部２３に形成した長
円穴３５、３６に挿入したものである。そして、この長
円穴３５、３６の長軸方向は、ストッパ軸２４が回転し
たときの軸３３、３４の移動軌跡に一致させるようにし
ているが、軸３３、３４と楕円穴３５、３６との間に形
成される空間３７がこの発明の回転ゆとり部ということ
になる。図１１に示した第９実施例は、第６実施例の貫
通穴３１内に、ストッパ軸２４の挿入部として形成した
２本の軸３８、３９を挿入したもので、この軸３８、３
９の直径よりも貫通穴３１の幅の方を大きくして、回転
ゆとり部としての空間４０を確保したものである。図１
２に示した第１０実施例は、ストッパ軸２４の挿入部４
１と、出力部２３の穴４２をスプライン軸状に形成する
とともに、そのはめ合せにがたを持たせ、そのがたを確
保する空間４３を回転ゆとり部としたものである。

【００１６】

【発明の効果】第１の発明によれば、回転体が、十分な
強度を維持しながら、正確なトルク検出に対応できるも
ので、従来のトルクセンサが抱えていた二律背反的な問
題を同時に解決できたものである。第２の発明によれ
ば、各部材を別々に形成できるので、部材そのものの形
成が簡単になる。第３の発明によれば、各部材を強固に
連結できるので、高トルクに対応できる。第４、５の発
明によれば、部品点数を少なくできるので、それだけ組
み付け工数も少なくでき、コストダウンに役立つことに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の回転体の断面図である。

【図２】第１実施例のII-II線断面図である。

【図３】回転体のねじり角とねじりトルクとの関係を示
すグラフである。

【図４】第２実施例の回転体の断面図である。

【図５】第３実施例の回転体の断面図である。

【図６】第４実施例の回転体の断面図である。

【図７】第１実施例のII-II線に対応する第５実施例の
断面図である。

【図８】第１実施例のII-II線に対応する第６実施例の
断面図である。

【図９】第１実施例のII-II線に対応する第７実施例の
断面図である。

【図１０】第１実施例のII-II線に対応する第８実施例
の断面図である。

【図１１】第１実施例のII-II線に対応する第９実施例
の断面図である。

【図１２】第１実施例のII-II線に対応する第１０実施
例の断面図である。

【図１３】従来のトルクセンサの断面図である。

【図１４】従来のトルクセンサの回転軸のねじり角とね
じりトルクとの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ケーシングＡ回転体ｘ、ｙ磁気異方性部１０、１１励磁コイル１２、１３感知コイル２１筒部２２入力部２３出力部２４ストッパ軸２７、３７、４０、４３回転ゆとり部としての空間２８、２９、３０ピン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングと、このケーシングに回転自
在に支持された回転体と、この回転体に形成されかつ線
対称の磁気異方性を有する一対の磁気異方性部と、この
磁気異方性部の周囲に設けた励磁コイルと、この励磁コ
イルの外周に設けた感知コイルとを備え、回転体に回転
による応力が加わったときに磁気異方性部の透磁率を変
化させ、その変化に応じて変化する誘起電圧を感知コイ
ルで検出するトルクセンサにおいて、上記回転体は、磁
気異方性部を設けた筒部と、この筒部の一端に設けた入
力部と、他端に設けた出力部と、筒部内にあってかつ入
力部と出力部とを連結するストッパ軸とからなり、この
ストッパ軸と入力部又はストッパ軸と出力部のいずれか
一方の連結箇所に回転ゆとり部を設け、この回転ゆとり
部の範囲で、ストッパ軸と入力部又は出力部とが相対回
転する構成にしたトルクセンサ。
【請求項２】筒部、入力部、出力部及びストッパ軸の
それぞれを別体に構成する一方、筒部の一端に入力部を
嵌合し、他端に出力部を嵌合するとともに、これら入力
部と出力部とをストッパ軸で連結してなる請求項１記載
のトルクセンサ。
【請求項３】筒部と入力部及び出力部とをピン又はコ
ッタで固定するとともに、ストッパ軸と入力部又は出力
部のいずれか一方とをピン又はコッタで固定してなる請
求項２記載のトルクセンサ。
【請求項４】ストッパ軸を、入力部又は出力部のいず
れかと一体にした請求項１記載のトルクセンサ。
【請求項５】筒部と、入力部又は出力部のいずれか一
方と、ストッパ軸とを、一体にした請求項１記載のトル
クセンサ。