JPS60233522A - トルク検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回転軸に与えられたトルクを検出するトルク
検出器に関するもので、特に、回転軸のトルクを軸方向
の変位に変換し、その変位を固定部で検出するスリップ
リングを介することなく出力が得られるトルク検出器に
関するものである。

この種のトルク検出器は、広くは原動機と負荷との間の
カップリングとして負荷のトルクを常に監視でき、特に
、車輌にあっては、ステアリングシャフトに取り付けら
れて、パワーステアリングの外力の供給制御用として用
いられるものである。

［従来技術］ 従来の回転軸のトルクを検出する装置として、軸のねじ
れによる歪を電気抵抗線歪ゲージで検出し、検出された
歪からトルクを算出するようにしたものがある。ところ
が、この種の装置では歪ゲージの出力をスリップリング
を介して軸外に取出す必要があり、かつ、一般に、前記
スリップリングには水銀が使用されているため、安全性
の点で問題があると共に高価になる欠点があった。また
、歪ゲージ自体が耐久性、耐環境性に乏しい欠点を有し
ていた。

上記の歪ゲージによる検出装置のほかに、インダクタン
ス変化法に基く検出装置、磁気歪法に基く検出装置等が
あるが、いずれも特殊な材料を使用しており、しかも、
構造が複雑なため高価にならざるを得なかった。

そこで、上記の諸事情に基きトルクを軸方向の変位に変
換して、その変位からトルクを算出するトルク検出装置
が用いられるようになった、特開昭５８−４５５２９号
公報に記載の技術がそれである。

上記技術は、第１図に示す原理図に基く構成を有するも
のである。図において、入力軸１と出力軸２の間は、そ
の端部のカップ３と円板４との間をスプリング（図示せ
ず）で結合していて、入力軸１と出力軸２との間にトル
クの伝達があるとき、両輪間にねじれθが生ずるように
構成されている。

ねじれθはカップ３の周囲に固着されたカム５によって
、カム５と接触する転動球６の変位に変換される。前記
転動球６は出力軸側の円板４に固着したブラケット７の
嵌合孔に装着されたロッド８の先端に固着され、バネ９
によってカム５の面に当接されており、常に入力軸１と
出力軸２とのねじれは転動球６の変位、即ち、ロッド８
の変位となる。ロッド８の他端は環状板１０と当接して
いて、ロッド８の変位を環状板１０の変位としている。

したがって、環状板１０の軸方向の変位によってトルク
を測定することができる。

しかし、上記従来例においては、そのトルク検出手段と
して、環状板の変位をダイヤルゲージによりアナログ的
にトルクとして表示させること、及び、差動トランス等
により電気信号に変換して、アナログ的、デジタル的な
出力を得ること等ができる可能性を示唆しているにすぎ
ない。

前記構成を具現化する電気的出力を得る手段として、差
動トランスを用いる手段は、交流電源を必要とし、特に
自動車用に使用する場合には、ＤＣ−ＡＣ変換器を必要
とし、しかも、その構造が大きくならざるを得ない欠点
を有しており、また、静電容量或いは誘導形変換器を用
いる手段は、その出力がリニヤにできないため、リニヤ
な出力を期待する場合にはその出力を補正する必要があ
った。ホール素子を用いる手段にあっては、磁界に対し
てリニヤな出力を得るものであるから、同一使用条件を
得るための補正が必要となる欠点を有していた。

［発明の課題］ そこで、本発明は上記欠点を除去して何等補正手段を必
要とせず、トルクに対してリニヤな検出出力を得ること
のできるトルク検出器の提供をその課題とするものであ
る。

［発明の構成］ 本発明は、トルクを入力軸と出力軸との間に働くずれの
大きさに変換し、前記ずれの大きさを軸方向の永久磁石
の変位とし、その永久磁石の変位を磁気抵抗素子で検出
して、回転軸に加えられたトルク変化に対してリニヤに
変化する検出出力を得ることを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 次に本発明の一実施例について図を用いて説明する。第
２図は本発明の一実施例を示す断面図である。第３図は
第２図のｘ−ｘ’切断によるＸ−Ｘ′断面図、第４図は
第２図のＹ−Ｙ’切断によるＹ−Ｙ’断面図である。

図において、第１図の従来例と同一記号を付した入力軸
１及び出力軸２は従来例と同一または相当部分を意味す
るものである。

入力軸１はその端部を出力軸２内にベアリング２４を介
して回動自在に取り付けると共に、入力軸側ハウジング
２０との間も、ベアリング２２によって回動自在に取り
付ける。ベアリング２２は入力軸１との間及び入力軸側
ハウジング２０との間を、各々ベアリング止め用スプリ
ング２６及び２５で固定する。また、出力軸２と出力軸
側ハウジング２１との間は、ベアリング止め用スプリン
グ２７で固定したベアリング２３によって、出力軸２の
回動を自在としている。

前記入力軸側ハウジング２０及び出力軸側ハウジング２
１相互間は、堅固に係合する周知の係合手段を有してい
る。

入力軸１は軸に対して並行する１個以上の摺動溝２９を
刻設し、そこに、軸方向のみに摺動自在な摺動部材３０
を挿着し、前記摺動部材３０と入力軸１間に圧縮スプリ
ング２８を介装する。

前記摺動部材３０の圧縮スプリング２８の反対側には、
傾斜部３０ａが形成されており、その周囲には永久磁石
、即ち、本実施例においてはリング状永久磁石３３が配
設されている。前記リング状永久磁石３３は外周側にＮ
極、内周側にＳ極或いは外周側にＳ極、内周側にＮ極を
着磁したものである。

前記摺動部材３０の傾斜部３０ａには、出力軸２の大径
部２ａに設けた摩擦低減手段、即ち、ベアリング３２或
いは転動体等を用いた摩擦抵抗を低減する手段を当接す
る。

入力軸１と出力軸２との間は、第３図に示すＸ−Ｘ′断
面図に示す如く、弾性体によって弾性結合されている。

即ち、入力軸１のリーフスプリング収納孔３８と出力軸
２のリーフスプリング弾接孔３７に、互いにその凸部を
当接し、リーフスプリングの弾性に抗して１対のリーフ
スプリング３４及び３５をリーフスプリング弾接孔３７
及び入力軸１のリーフスプリング収納孔３８に挿着する
。

このときの入力軸１と出力軸２に加えられたトルクと回
動角度との関係は、リーフスプリング３４及び３５が互
いに弾接して挿着されているから、第５図のリーフスプ
リングのトルク−角度特性図の如くなり、不感帯Ａを生
ずることになる。

更に、入力軸１と出力軸２との間は、第４図のＹ−Ｙ’
断面図の如く遊びを設定した結合状態を有している。即
ち、入力軸１の摺動溝２９に挿着し、入力軸１との間を
相互の回動を制限してストッパ一部材３６を固定する。

前記ストッパ一部材３６にはストッパ一部３６ａが形−
成されていて、前記ストッパ一部３６ａは出力軸大径部
２ａに設けられた遊び孔３９に挿入°されている。前記
遊び孔３９は、入力軸１と出力軸２との間に加えられた
トルクがリーフスプリング３４及び３５の弾性限界内で
あって、その範囲を任意に限定するストッパ一部３６ａ
の移動限界を係止端３９ａ及び３９ｂで設定している。

したがって、第５図のリーフスプリングのトルク−角度
特性は、この係止端３９ａ或いは３９ｂとストッパ一部
３６ａが当接する範囲内の特性となる。

入力軸側ハウジング２０には、摺動部材３０に固着した
リング状永久磁石３３に対向する位置に、磁気抵抗素子
４１を配設する。前記磁気抵抗素子４１は、リード線４
２を引き出した後、合成樹脂のハウジング４０内にエポ
キシ系の充填材４３を充填することにより、堅固に一体
化したものをセンサ取付螺子４４によって螺止する。

磁気抵抗素子４１の出力と、入力軸１と出力軸２との相
対角度（微小範囲）との関係は、第６図の磁気抵抗素子
の角度−出力特性図の如くリニヤな出力となる。

以上の如く構成した実施例のトルクセンサは次の様に作
用する。

入力軸１と出力軸２との間にトルクを加えると、その加
えられたトルクに応じて、リーフスプリング３４及び３
５の弾性力との均衡が得られるまで、相対的に角変位し
、任意の相対角変位で入力軸１と出力軸軸２は平衡する
。この相対角変位は摺動部材３０の傾斜部３０ａと、圧
縮スプリング２８の弾性力によって当接されているベア
リング３２が回動し、摺動部材３０の軸方向の変位に変
換する。

摺動部材３０の軸方向の変位は、摺動部材３０に固着さ
れたリング状永久磁石３３と磁気抵抗素子４１との相対
変位となり、第７図の本実施例によるトルク検出器のト
ルク−出ノ〕特性図に示す出力が得られる。

しかし、入力軸１と出力軸２との間に加えられたトルク
が大きく、リーフスプリング３４及び３５の弾性力との
均衡が得られる相対角変位が大きいとき、入力軸１に取
り付けたストッパ一部材３″６のストッパ一部３６ａが
遊び孔３９の係止端３９ａ或いは係止端３９ｂと当接し
、入力軸１に加えられたトルクを直接出力軸２に伝達す
る。このとき、入力軸１と出力軸２との相対角変位は、
遊び孔３９の係止端３９ａとストッパ一部３６ａとの当
接する角変位によって決せられるから、磁気抵抗素子４
１の出力も軸方向変位の範囲に限定されることとなる。

なお、傾斜部３０ａは入力軸１と出力軸２との相対角変
位をリング状永久磁石３３の軸方向の移動に変換するも
のであるから、相対角変位と軸方向の移動量によりその
傾度を設定する。この傾度を大きくすることは微小トル
クの検出用のトルク検出器の、逆にこの傾度を少なくす
ることは大トルク検出用のトルク検出器の使用を意味す
るもので、その設定は任意に選択できる。

また、リーフスプリング３４及び３５は相互に弾接した
状態で、入力軸１のリーフスプリング収納孔３８及び出
力軸２のリーフスプリング弾接孔３７に圧接して挿着さ
れており、微小トルクに対し不感帯Ａを設定しているが
、前記不感帯Ａは挿着時にリーフスプリング３４及び３
５相互の弾接状態、リーフスプリング弾接孔３７、リー
フスプリング収納孔３８によって任意に設定できる。勿
論、不感帯領域を皆無にも設定できる。

特に、前記不感帯はパワーステアリングの制御用に本実
施例のトルクセンサを使用するとき、ステアリングの遊
び等に対応することができ、特に効果的である。

［発明の効果］ 本発明のトルク検出器は、上記の様に、入力軸及び出力
軸の間を弾性結合する弾性体と、両軸間の弾性結合範囲
を限定する任意の遊びを設定して両輪間を結合した接続
手段と、前記摺動部材に固着した永久磁石と、前記永久
磁石に対向する位置に配設された磁気抵抗素子から構成
されるものであるから、磁気抵抗素子と永久磁石との磁
気結合が、磁界の角度によって磁気抵抗素子の出力を変
化させることができ、その出力を永久磁石の軸方向の変
位に対して、リニヤな出力とすることがで゛きる。

また、入力軸と出力軸間に所定のトルク以上のトルクが
印加されると、両輪の弾性結合範囲を限定する任意の遊
びを設定して両輪間を結合した接続手段が直結され、入
力軸に印加されたトルクが直接出力軸に伝達されること
になり、検出トルクの限界設定と、入力軸及び出力軸の
間を弾性結合する弾性体の保護を行うことができる。

そして、両輪間の相対的回動角変位を傾斜部に伝達し、
それによって、軸方向の変化を生じさせるものであるか
ら、傾斜部の傾きを変更することで、微小トルクから、
大トルクまで検出するトルク検出器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトルク検出器の原理図、第２図は本発明
の一実施例を示す断面図、第３図は第２図のｘ−ｘ’切
断によるｘ−ｘ’断面図、第４図は第２図のＹ−Ｙ’切
断によるＹ−Ｙ’断面図、第５図はトルク−角度特性図
、第６図は磁気抵抗素子の角度−出力特性図、第７図は
トルク−出力特性図である。 図中、 １・・・入力軸、 ２・・・出力軸、 ３０・・・摺動部材、 ３０ａ・・・傾斜部、 ３２・・・ベアリング、 ３３・・・リング状永久磁石、 ４１・・・磁気抵抗素子、 ３４．３５・・・リーフスプリング、 である。 なお、図中、同一・符号及び同一記号は、同一または相
当部分を示す。 特許出願人　アイシン精機株式会社 代理人　弁理士　樋口　武尚 第１図 第３図 石鼓気Ｉ總素子の 角崖−呂力特１’ｌ昭 り−フスアリンク゛力 Ｆｌし７−ｆｌＵＷｒψ生Ｂ目 第４巳吃＃ｉ／） トル７−出力特性圓

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　入力軸または出力軸のいずれかの一方の軸に嵌
   合され、その軸方向のみの変位可能な摺動部材と、前記
   摺動部材に形成された傾斜部に当接し、両輪間の相対回
   動角変位を傾斜部に伝達する摩擦低減手段を有する回動
   自在な他の軸と、両輪間を弾性結合する弾性体と、両軸
   間の弾性結合範囲を限定する任意の遊びを設定して両輪
   間を結合した接続手段と、前記摺動部材に固着した永久
   磁石と、前記永久磁石に対向する位置に配設された磁気
   抵抗素子からなることを特徴とするトルク検出器。
2. （２）　前記摩擦低減手段を、ベアリングとしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載されたトルク検
   出器。
3. （３）　前記両輪間を弾性結合する弾性体を、リーフス
   プリングとしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載されたトルク検出器。
4. （４）　前記両輪間を弾性結合する弾性体を、一対のリ
   ーフスプリングとしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載されたトルク検出器。
5. （５）　前記両輪間の弾性結合範囲を限定する任意の遊
   びを設定して両軸間を結合した接続手段を、両輪間に配
   設したストッパーとしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載されたトルク検出器。
6. （６）　前記摺動部材に固着した永久磁石を、リング状
   永久磁石としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載されたトルク検出器。