JPS62203027A - トルクセンサ - 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） 本発明はトルクセンサに関し、より具体的には自動車の
駆動軸、操舵軸等の回転軸のトルクを測定するトルクセ
ンサに関する。

（従来の技術） この種のトルクセンサとしては従来軸のねじれ角を検出
してトルクを測定する所謂間接方式のトルクセンサが用
いられて来たが、静止トルクを測定出来ない点で満足し
難いため、近時磁気歪み現象を利用した所謂直接方式の
トルクセンサが提案されつつあり、その−例として特開
昭５７−２１１０３０号公報記載の技術を挙げることが
出来る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来例にあっては磁気歪み磁性体を
直接被測定軸に固着する構成であるため、被測定軸をト
ルクセンサの構造の一部として必然的に関与させざるを
得ないという欠点があった。その錆果、該トルクセンサ
の製作時乃至は組立時、被測定軸、例えば駆動軸等の長
尺な軸上の所定位置に磁性体を正確に固着するのは容易
でなく、更にかく磁性体を固着した駆動軸等を後段の車
両組立工程時まで磁性体を損傷したり磁性体に塵埃等を
付着させることなく安全に運搬、保管しておき、車輌組
立時に至って所定箇所に組み付けるのは極めて煩瑣であ
った。

更に、被測定軸がセンサの一部として関与する結果、該
軸上に組み付けない限りセンサとして完成せず、従って
磁性体とコイル間の間隙調整を其の時点まで行ない得な
いと云う不都合があり、又被測定軸、例えば駆動軸等は
強度面には十分配慮はなされるも寸法面においては格別
の精密性を要求されないため間隙調整に特別の調整手段
を別途必要とする等の不都合があり、在庫管理、性能管
理、メンテナンス等においても不便があった。

更には、該センサの一部、特にコイル等の比較的機械的
衝撃に弱い部分を簡単に外部から取り外し出来る構成と
なっていないため、組立時余分の配慮を必要とし、更に
メンテナンスにおいても不都合があった。

更には、前述の諸問題より明らかな如く、トルクセンサ
としての測定精度においても十分とは云い難いものであ
った。

従って、本発明の目的は従来技術の叙上の欠点を解消す
ることにあり、磁性体を被測定軸とは別個独立の部材に
接着して該部材を介して被測定軸に着脱自在である如く
構成し、よってトルクセンサを被測定軸を関与させるこ
となく該軸と構造的に切り離した単体として完成せしめ
、単体としてそのまま被測定軸に装着すれば良いトルク
センサを提案することにある。

更゛には、被測定軸上に固定するに際し、滑りを生じる
ことなく強固に固定すると共に、取り付は後容易に取外
し得る様取外し手段を設けたトルクセンサを提供するこ
とにある。

更には、単体として完成させることにより部品間、特に
磁性体とコイル間の間隙を均一化せしめて特別の調整手
段を不要とすると共に機械的衝撃に比較的弱いコイル等
の電気部品をセンサ外部から容易に着脱自在とし、併せ
て、測定精度を一段と向上させたトルクセンサを提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は、印加されるト
ルク量に応じて其の磁気歪み特性を変化させる磁性体及
び該磁性体に対峙して配され該磁気歪み変化を検出する
コイルとからなるトルクセンサにおいて、被測定軸に固
定手段及び取外し手段を介して、円筒面を備えた筒状部
材を設けると共に前記円筒面上に前記磁性体を固着し、
更に該筒状部材の外周に円筒状内面を備えた匡体を共軸
かつ回転自在に装着すると共に該匡体に前記コイルを取
着し、該磁性体固着面上に対峙する如く配設し、よって
前記筒状部材を介して被測定軸上に着脱自在に装着出来
る如く構成したものである。又、前記固定手段はクサビ
状テーパリングからなり、該リングに夫れを貫通する甥
刻孔からなる取外し手段を設けたものである。

（作用） 筒状部材に磁性体を固着し、該部材外周に回転自在に匡
体を装着して其の内部にコイルを取着した上で該部材を
介して被測定軸に着脱自在に装着出来る如く構成したの
で、被測定軸の印可トルクはそのまま筒状部材に伝達さ
れ、因って生じる磁性体の磁気歪み変化を静止位置にあ
るコイルで誘導起電圧として検出して回転方向及びトル
ク量を測定することが出来る。又、必要に応じ取外し手
段を介して容易に取外すことが出来る。

（実施例） 以下、添付図面に即して本発明の詳細な説明する。

図示の如く、本発明に係るトルクセンサ１０は、筒状部
材１２を備える。該部材は実施例の場合大略円筒状であ
って、被測定軸１４の外径より微少に径大な内孔１６が
其の全長に亘って貫通され、被測定軸１４を其の中に挿
入して後述の如く固定可能とする。

筒状部材１２の中央部には比較的径小な円筒部１８が形
成され、其処に磁気歪み磁性体、例えばアモルファス磁
性薄体２０をメッキ手段等で固着する。該円筒面の両側
は垂直方向に壁面が突設し、カラー２２を形成した後、
後方自由端に向けて比較的径大かつ肉厚の端部２４を形
成する。カラー２２は、アモルファス磁性薄体２０の固
着位置決めガイドとして使用することが出来るので、前
記薄体２０を予め所定幅に裁断すると共に固着時該カラ
ーに合わせて位置決めすれば該薄体を常に所定箇所に位
置させることが出来、作業能率が向上すると共に後述の
如く検出コイルとの距離も均一化出来、測定精度が向上
する利点を備える。

該筒状部材の端部２４の内周側には、凹部２６が穿設さ
れる。該凹部の自由端側は等径に形成されて其処にネジ
溝２８が螺刻されると共に、該ネジ溝終端位置において
肩部３０が形成された後徐々に縮径するテーバ状部３２
が形成されて奥壁面３４に至る。該テーバ状部３２には
、両面テーバ状の第１テーパリング３６が嵌挿されると
共に、その内周側に逆向きに片面テーバ状の第２のテー
バリング３８が奥壁面３４に当接しつつ被測定軸１４に
接触して（装着時）嵌挿される。該２つのテーバリング
の外方には、第２テーパリングと当接する形で締付リン
グ４０がネジ溝２８に螺嵌されており、該締付リングを
締め込むと第１テーバリング３６が第２テーパリング３
８に強く押圧される結果、その摩擦力で筒状部材１２を
被測定軸上に固定出来る如く構成されている。尚、締付
リング４０にも肩部４４が形成されているので、その肩
部が前記凹部の肩部３０に当接する位置でそれ以上の進
入は基土される結果、過度の締め込みによるリングの変
形は防止されている。尚、締付リング４０には其の面上
に締付工具穴４６が穿設される。

前記第１テーパリングには、第５図に示す如（、リング
を貫通する螺刻孔４８が４ｆ［ｌｉｌ穿設されていて前
記取り外し手段を構成しているが、それについては後述
する。

筒状部材端部２４の外周面には夫々、ベアリング５０が
圧入され、其れに隣接してオイルシール５２が配設され
る。尚、該ベアリングは、相互に接近する方向への移動
を前記カラーで基土されると共に離反方向への移動もリ
ング５４で基土される。

更に、その外周には、円筒状の匡体５６が外装される。

該匡体５６はベアリング及びオイルシールを介して筒状
部材１２と組み付けられる結果、筒状部材とは独立して
回転自在であり、筒状部材が回転しても其の影響を受け
て従動することなく静止し続けることが出来る。尚、符
号５８及び６０は匡体側に嵌装された前記と同様のベア
リング等の移動防止リングを示す。

第３図に良く示す如く、該匡体５６は其の内面が円筒状
に形成されると共に、其の円周面は部分的に切欠されて
開口部が形成され、該開口部は蓋部６２で閉鎖される。

蓋部６２は、匡体５６及び蓋部自体に螺刻したネジ孔に
ネジ６４及びワッシャ６６を介して装着する。尚、装着
は後述の如く該蓋部を外方より取外し自在とするもので
あればどのような方法でも良い。該蓋部内壁面には、第
４図に示す如く平面コ字状の鉄心６８を、該鉄心に添設
したステー７０を介してネジ７２、ワッシャ７４及びナ
ツト７６で取着する。鉄心６８は又、第３図に示す如く
、蓋部内面に当接する背面が蓋部内面と同一の曲率半径
をもって湾曲させられているので、締着時内面に密着さ
せることが出来、後述の如くかかる構成は部品間の間隙
を均一化出来る一助となっている。該コ字状鉄心の中央
部付近には磁極７８が垂直方向に立設され其処にコイル
が巻回されて励磁コイル８０を形成すると共に、鉄心先
端付近の対称位置に同様に磁極８２が立設され其処にコ
イルが夫々回転対称に巻回されて２個の検出コイル８４
が形成される。尚、符号８６．８８及び９０はコイルの
端子を示す。このように、機械的衝撃に比較的弱いコイ
ル及び端子等は全て蓋部６２にのみ装着されているので
、蓋部を外してセンサ本体を被測定軸上に組み付け、そ
の後で外方上７つＭ部を取り付けて作業能率を向上させ
ることも出来、更にコイル交換等のメンテナンスも容易
となる。尚、符号９２はカバーを示す。

続いて、本発明に係るトルクセンサの被測定軸への着脱
及び使用方法について説明する。

第５図に示す如く、被測定軸１４上に固定するには、先
ず被測定軸１４を筒状部材の内孔１６内に挿入したる後
、第２テーパリング３８を被測定軸に通して筒状部材テ
ーパ状部３２に挿入した後第１テーパリング３６を被測
定軸に通して該テーパ部に捷入し、続いて締付リング４
０を被測定軸に通してネジ溝２８に螺合させる。尚、そ
の際図示の如き工具、９４を使用し、その突設ビン９６
を前記工具穴４６に挿入して廻せば締付リングを容易に
締め込むことが出来て便宜である。その結果、第１テー
パリングは締付リングにより圧迫されて凹部内方に侵入
し、クサビ作用によって第２テーパリングを被測定軸上
に圧迫すると共に第１及び第２テーパリング間並びに第
１テーパリングと空洞部テーパ部間は摩擦係合されるの
で、その結果筒状部材は被測定軸にスベリなく強固に固
定される。トルクセンサを取り付けた後、第６図に示す
如く、被測定軸をいずれかの方向に回転させて所定量の
トルクを印加すると同量のトルクが筒状部材に伝達され
、其の円筒面に固着されたアモルファス磁性薄体２０上
に公知の如く圧縮及び引張り応力に因る磁気歪みが生ず
る。

アモルファス磁性薄体２０には、圧縮及び引張応力の主
として発生する、筒状部材１２の軸線に対して±４５度
傾斜した方向に（該部材に接着した状態において）−軸
磁気異方性９８が磁場中の熱処理工程等で与えられてい
る。又、前記コイル群は、磁極同士を結ぶ線が二等辺三
角形をなすよう励磁コイル極７８を頂角位置に２個の検
出コイル極８２を底角位置に配すると同時に、励磁コイ
ル極を一軸磁気異方性９８の分岐点に位置させると共に
励磁コイル及び検出コイルを結ぶ磁束路１００が異方性
方向と一致する如く配置して透磁率変化を最大限捕捉す
る如く構成しておく。

従って、第７図示す如く、励磁コイル８０を交流電源１
０２より通電して励起しておくと、検出コイル８４は磁
気歪みによる透磁率の変化を検出して誘導起電圧として
出力する。該出力は差動的に取出され、増幅回路１０４
で適宜増幅したる後整流回路１０６で整流して後段の処
理回路（図示せず）に送出し、其の位相から回転方向を
、其の出力値からトルク量を検出することが出来る。

尚、検出出力を差動接続にて取り出すため、被測定軸１
４が強磁性体であっても其の影當を受けることはない。

続いて、被測定軸に一旦固定したトルクセンサを取外す
には、先ずカバー９２を外した後締付リング４０緩めて
外し、第８図に示す如く取外しネジ１０日を第１テーパ
リングの螺刻孔４８に嵌めればネジ先端が筒状部材凹部
の奥壁面３４に突き当ると其の反力で第１テーパリング
３６が外方に押し出される。一旦固定した後は第１テー
パリングはテーパ状凹部内方に深く位置させられている
ので、それを外方に引き出すのは容易ではないが、本発
明に係る取外し手段に因るとき極めて簡単に引き出すこ
とが可能である。尚、第１テーパリングさえ外せば被測
定軸は自由に空転出来るので、軸を移動させて第２テー
パリング３８も容易に取り去ることが出来、トルクセン
サを被測定軸から取り外すことが出来る。

本発明に係るトルクセンサは、このように被測定軸を関
与させることなく単体として完成している結果、車輌組
立時の適宜工程においてそのまま測定軸に装着すれば良
（、磁性薄体も駆動軸等の被測定軸に比し短小のため格
段に取扱い易い筒状部材上に固着すれば良い点及び熱容
量が小さいため作業能率が向上し、更に薄体固着面が匡
体で被覆して保護されている結果、運搬、保管乃至は組
み付は時損傷、塵埃付着等に対する配慮が軽減できる点
で作業能率が向上する利点を有する。

更に、被測定軸上への取り付けに際しても強固に固定す
ると共に必要に応じて容易に取外せる如（構成したので
、着脱が極めて容易な利点を備える。

更に、製作に際しベアリング５０の圧入位置、匡体５６
及び蓋部６２並びに鉄心６８等の寸法誤差を所定限度内
に保つことは対称部品を必要最小限に限定したことがら
さ程難事ではなく、その結果筒状部材及び匡体を円筒状
にした効果と相まって構成部品間、特にコイルと薄体固
着面間の間隙“ｄ”　（第３図）を常に均一値に保つこ
とが出来、よって間隙調整のために格別の調整手段を必
要とせず、小型化、軽量化、コストダウンが可能であり
、またセンサ毎の寸法のバラツキ、因って生じる検出コ
イル出力値のバラツキが低減出来る利点を有する。

続いて本発明に係るトルクセンサの別の実施例説明する
。

先ず、第９図は本発明に係るトルクセンサの第２の実施
例を示し、前記第１及び第２テーパリング３６．３８に
径方向の変形を容易にするため其の軸方向に亘ってスプ
リソ）１１０を穿設したものである。この結果、締付効
果が増大し、被測定軸への固定力が増大する。

第１０図は第３の実施例を示す。この場合、前記第１及
び第２テーパリングを一体化した片面テーパ伏のテーパ
リング１１２をもって固定するものである。尚、取外し
については第１実施例と同様である（同図（Ｃ））。上
記実施例に比し構成部品が減少する利点を有する。

第１１図は第４の実施例を示す。この場合、筒状部材の
端部は既述の実ｆＪｆｆ！例に比し軸方向長さが短小に
形成され、締付リングを廃すると共に其のネジ溝部分も
廃したものである。従って、第１テーパリングは締付ネ
ジ１１４を複数本用い、第１テーパリングを言通ずる消
孔（非螺刻孔）１１６を通して空洞部凹部奥壁面内に耀
刻したネジ孔１１８に嵌めて、テーバリングを内方に押
圧して締着する。径大な締付リングを必要とせず、その
ネジ溝部も不要である点で製作加工容易な利点を備える
。又、第２テーバリング３８はスプリント１１０を穿設
しても良く　（同図（Ｃ））、その場合締め付は効果が
増大する。又第１テーパリング３６は、複数本のネジを
使用する結果、分割することも出来（同図（ｄ））、そ
の場合応力が分散して摩擦力が増加する利点を備える。

尚、取外しについては第１実施例と同様である（同図（
ｅ））。

第１２図は第５の実施例を示す。第４の実施例の２（Ｖ
Ａのリングを一体化したリング１２０を使用するもので
ある（同図（ｂ））。分割型であっても良い（同図（Ｃ
））。更に構成を簡略化した利点を備える。尚、取外し
については第１実施例と同様である（同図（ｄ））。

以上の実施例を通じて磁性体としてアモルファス磁性体
を使用したが、これに限られるものではなく、磁気歪み
特性を備えた素材であればどのようなものでも良い。

（発明の効果） 本発明は、磁性体を被測定軸から独立した筒状部材に固
着し其の外周に匡体を回転自在に装着して該接着面を被
覆すると共に匡体開閉部用蓋部内面にコイルを取着し、
トルクセンサを単体で完成した上で被測定軸に固定可能
としたので、磁性体固着作業が被測定軸に比し格段に短
小の筒状部材上に行なえば良い点で作業能率が向上し、
別言すればハンダ付は作業時の熱容量が小さいため作業
能率が向上する利点を備える。更に該トルクセンサを被
測定軸に強固にかつ容易に固定出来ると共に一旦固定し
た後極めて容易に取り外すことの出来る手段を備えたの
で、被測定軸への着脱が極めて容易である利点を備える
。更に、車輌への組み付は作業時及び其の前後の運搬及
び保管時、固着面が匡体で被覆されて保護されているた
め固着面の損傷、塵埃の付着等に対する配慮への負担を
軽減して同様に作業効率を向上する利点を備える。更に
、単体として完成しているため部品管理、在庫管理が容
易化される利点を備える。

更には、トルクセンサを円形の筒状部材及び匡体で単体
として完成し、構成部品の寸法精度の向上を容易化した
結果、部品間、特に固着面とコイル間の間隙を均一化出
来、センサ毎の検出出力のバラツキを低減出来る利点を
備える。

更には、コイル等を匡体蓋部内面に取着した結果、機械
的衝撃に比較的弱いコイル等を取り外してセンサ本体を
組み付け、その後コイル等を取り付けることも可能にし
た結果同様に作業効率が向上する利点を備える。

更には、コイルの配置に際し透磁率変化が最大となる経
路上に磁束路を重合させる構成としたので測定精度が向
上する利点を備えると共に、第２実施例におけるが如く
磁性体にスリットを穿設した場合、測定精度が更に向上
する利点を備える

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクセンサの斜視図、第２図は
其のｎ−ｎ線断面図、第３図は第２図ｍ−ｍ線断面図、
第４図は蓋部内面へのコイル取着状態を示す説明図、第
５図は被測定軸への取りつけ方法を示し説明図、第６図
はコイル配置構成を示す説明図、第７図は検出動作を示
すブロック図、第８図は被測定軸から取外す方法を示す
説明図、第９図は本発明に係るトルクセンサの第２実施
例を示す説明図、第１０図は第３実施例を示す説明図、
第１１図は第４実施例を示す説明図及び第１２図は第５
実施例を示す説明図である。 １０・・・トルクセンサ、１２・・・筒状部材、２０・
・・アモルファス磁性薄体、５６・・・匡体、８０・・
・励磁コイル、８４・・・検出コイル 第３図 第６図 第７図 第１０図 （Ｃ） 第１２図 （Ｑｌ （ｂ、（ｄ） 第１１図 （Ｑ） （ｂ） ス塗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）印加されるトルク量に応じて其の磁気歪み特性を
   変化させる磁性体及び該磁性体に対峙して配され該磁気
   歪み変化を検出するコイルとからなるトルクセンサにお
   いて、被測定軸に固定手段及び取外し手段を介して、円
   筒面を備えた筒状部材を設けると共に前記円筒面上に前
   記磁性体を固着し、更に該筒状部材の外周に円筒状内面
   を備えた匡体を共軸かつ回転自在に装着すると共に該匡
   体に前記コイルを取着し、該磁性体固着面上に対峙する
   如く配設し、よって前記筒状部材を介して被測定軸上に
   着脱自在に装着出来ることを特徴とするトルクセンサ。
2. （２）前記固定手段がクサビ状テーパリングからなり、
   更に該リングに夫れを貫通する螺刻孔からなる取外し手
   段が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のトルクセンサ。