JPS62203028A - 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、燥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。その結果、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、酸センサの一部、特にコイル等比較的機械的衝
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便である不都合があった。

更には、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前述の欠点を解消す
ることにあり、磁性体を被測定軸とは別個独立の部材に
固着して該部材を介して被１１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、被測定軸を関与させることなく該軸とは別個の
部材に磁性体を固着すると共に該固着面を匡体を持って
被覆して運搬、保管及び組み付は時の損傷を防止乃至は
損傷防止への配慮を軽減すると共に、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トルクセン
サを提案することを目的とする。

更には、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たことにより、作業
能率の向上、メンテナンスの容易化を達成したトルクセ
ンサを提供することにある。

更には、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
定自在であり且つ円筒面を備えた筒状部材を設けて該円
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して
其の内部に前記コイルを取着すると共に該磁性体固着面
を被覆する如く構成したものである。又前記匡体に切欠
部を穿設して蓋部をもって開閉自在とする共に前記コイ
ルを該蓋部内面に取着し、更に、前記筒状部材は其の磁
性体固着面の両側に固着位置決めガイド、例えば、カラ
ーを設けると共に、該磁性体には筒状部材の軸線に対し
て傾斜して穿設されたスリットを備え、又該磁性体は非
晶質金属である如く構成するものである。

（作用） 筒状部材に磁性体を固着し其の外周に回転自在に匡体を
装着し、其の内部にコイルを取着し、該部材を介して被
測定軸に固定するので、被測定軸の回転運動はそのまま
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。

（実施例） 以下、添付図面に叩して本発明の詳細な説明する。

図示の如（、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
其の全長に亘って賞通する如く穿設され、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１２０両端付近にはカラー１８が夫々突設され
、該カラーと自由端の間は自由端に向けて傾斜するテー
パ部２０が形成される。他方、両カラーの間は其の全長
に亘って等径な円筒部２２が形成され、其処に磁気歪み
磁性体としてアモルファス磁性薄体２４がメッキ等の手
段で固着される。

該筒状部材１２の外周には其の両側より該部材より１冬
大な固定リング２６が夫々嵌装される。

該リング２６には肩部２８が形成され、該肩部は前記カ
ラー１８と当接して係合し、該リングを筒状部材に固定
すると共に、該リングの相互の接近方向への移動を基土
している。該リング２６の内周面は、前記肩部がつきた
後肩部と反対側の後方に向って傾斜するテーパ面３０が
形成され、該テーパ面は前記筒状部材テーパ部２０と対
象的に配置させられる結果、其の間に断面７字の凹部が
形成される。又、該テーパ面に続く後端部には、ネジ溝
３２が悄刻される。この凹部内には断面クサビ状のテー
パリング３４が挿入され、その外方から締付リング３６
がテーパリング３４に当接する形でネジ？ａ３２に螺合
される。従って締付リングが進むにつれてテーパリング
は押圧されて内方に侵入し、そのクサビ作用でテーバ部
が被測定軸に押圧され、よって筒状部材を被測定軸上に
固定出来る如く構成されている。尚、符号３８は該締付
リング面上に穿設された締付工具用の工具穴を示す。

固定リング２６の外周面には夫々、ベアリング４０が圧
入され、其れに隣接してオイルシール４２が配設される
。尚、符号４４は、ベアリングの移動防止用に嵌装され
たリングを示す。

更に、その外周には、円筒状匡体４６が外装される。該
匡体はベアリング４０を介して固定リング２６及び筒状
部材１２と組み付けられる結果、固定リング及び筒状部
材とは独立して回転自在であり、筒状部材（及び被測定
軸）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４８及び５０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４６は円筒状の内面を備
え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５２で閉鎖する如く構成される
。蓋部５２は、匡体４６及び蓋部自体に螺刻したネジ孔
にネジ５４及びワッシャ５６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
なら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ケイ素鋼板製鉄心５８を、
該鉄心に添設したステー６０を介してネジ６２、ワッシ
ャ６４及びナツト６６で取着する。鉄心５日は又、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、取着時
蓋部内面に８着させることが出来、かかる構成は後述の
如く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６８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７０を形成す
ると共に、鉄心先端付近の対称位置に同様に２（１Ｍの
磁極７２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７４が形成される。尚、符号７
６．７８及び８０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募金て蓋部５２にのみ取
着されているので、蓋部を取外してセンサ本体を被測定
軸上に組付け、その後で外方より蓋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っている。

続いて、本発明に係るトルクセンサの被測定軸への装着
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
、テーパリング３４を被測定軸に通して前述した筒状部
材テーパ部２０のＶ字状凹部に挿入し、続いて締付リン
グ３６を被測定軸を通してネジ溝３２に嵌める。尚、そ
の際図示の如き工具８２を使用し、其のピン８４を締付
リングの前記した工具穴３８に挿入して締着すると便宜
である。締付リングが締め込まれるに従い、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
サビ作用によって筒状部材テーパ部２０を被測定軸上に
圧迫するので、筒状部材を被測定軸に滑りなく強固に固
定することが出来る。尚、第６図に示す如く、径方向へ
の変形を容易にするためテーパ部及びテーパリングにス
プリント（割れ目）８６を穿設しておくと締付効果が更
に向上する。

その状態において被測定軸に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て其の円筒面に伝
えられ、因って固着されたアモルファス磁性薄体２４上
に公知の如く圧縮及び引張り応力に起因する磁気歪みが
生ずる。第７図に示す如く、このアモルファス磁性薄体
２４には、圧縮及び引張応力が主として発生する、筒状
部材１２の軸線に対して±４５度傾斜した方向に一軸磁
気異方性８８が磁場中での熱処理工程等で与えられてい
る。更に、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６８を頂角位置に２個の
検出コイル極７２を４５度の底角位置に配すると同時に
、前記−軸磁気異方性８８の分岐点に励磁コイル極を配
し、励磁コイルと検出コイル間の磁束路９０は該異方性
の方向と一致する方向に配し、透磁率変化を最大限捕捉
する如く構成してお（ものとする。

以上の構成において、第８図に示す如く励磁コイル７０
を交流電源９２より通電して励起しておくと、検出コイ
ル７４は前述した印可トルクに起因する磁気歪みによる
透磁率の変化を検出して誘導起電圧として出力すること
になる。そこで該出力を差動的に取出し、増幅回路９４
で適宜増幅したる後整流回路９６で整流すれば、其の位
相から回転方向を又該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１４が強磁性体であっても其の影響を受ける
ことはない。

尚、アモルファス磁性薄体２４は、第９図に示す如く、
幅広のアモルファス磁性薄シートを矢羽根状乃至矩形状
にカッタ９７で一度に裁断して（同図（ａ））薄体２４
を製作しく同図（ｂ））、筒状部材円筒部２２にメッキ
等の手段で固着する（同図（Ｃ））。前述の如く、筒状
部材の円筒部の両側にはカラー１８が突設されているの
で、このカラーを固着位置決めガイドとして用いること
が出来る。従って、前記薄体を所定幅に裁断すると共に
固着時カラーに合わせて位置決めすれば常に所定箇所に
正確に位置させることが出来、作業能率が向上すると共
に検出コイルとの距離も均一化出来るので、測定精度が
向上する利点を備える。

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
く、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で、別言すれ
ば熱容量が小さい点で作業能率が向上し、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
きる点でも作業能率が向上する利点を有する。

更に、製作に際しベアリング４０の工大位置、匡体４６
及び苫部５２並びに鉄心５８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から
さほど難事ではなく、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を説明す
る。

先ず、第１０図は、アモルファス磁性薄体の別の実施例
を示す。本実施例の場合、同図（ａ））展開図に示す如
く、該薄体に筒状部材１２に固着した状態（同図（ｂ）
）で該部材の軸線方向に対し前記−軸磁気異方性８８と
同角度の±４５度の方向、卯ち透磁率変化が最大となる
方向に複数のスリット９８を穿設したものである。その
結果、傾斜スリットを穿設したことによる形状的な異方
性効果が期待出来、その異方性が前記−軸磁気異方性８
８に加わることになるので透磁率の変化が大きくなり、
それを捕捉する結果測定精度が一段と向上する利点を有
する。尚、従来の短冊型薄体に比してもアモルファス占
有率が高い点で出力感度が向上する利点を有し、スリッ
トを穿没しても全体としては所定の幅を備えた矢羽根状
であるので、前記筒状部材の位置決めガイド用カラー１
８を介しての固着位置決めの点でも同様に作業性の向上
する利点を有する。

第１１図は第３の実施例を示し、検出コイルとの整合性
を向上させるため、スリット９８を互い違いに穿設する
と共に該スリットを端部で切り離した薄体を示すもので
ある。残余は第２実施例と同様である。

第１２図は第４の実施例を示し、筒状部材の端部をテー
バ状ではなく等径に形成し、片面クサビ状のテーバリン
グ１００で固定するものである。筒状部材の製作がより
容易となり、構成部品数も減少する利点を備える。

第１３図は本発明に係るトルクセンサの第５実施例を示
し、第１実施例の筒状部材及び固定リングを一体化した
筒状部材１０２を設けたものである。該筒状部材の薄体
固着用の円筒部１０４の両側には第１実施例と同様の固
着位置決め用カラー１０６が夫々形成されると共に其処
から端部に至る基端部は等径に形成されて、ベアリング
４０及びオイルシール４２が嵌装され、其の上に匡体４
６が回転自在に装着される。前記筒状部材基端部の内周
側には凹部が形成され、其処にネジ溝３２が螺刻される
と共に、該ネジ溝に続いて其の内方に向けて徐々に縮径
するテーバ状部１０８が形成されて奥壁面に至る。該テ
ーパ状部には両面クサビ状のテーバリング１１０及び片
面クサビ状のテーバリング１１２を使用しく同図（ｂ）
）　、締付リング３６で外方から締め付ければ、両リン
グの摩擦力によって筒状部材を被測定軸に固定すること
が出来る。又、リング１１０及び１１２に代え、其れを
一体化したリング１１４を用いても良い（同図（Ｃ））
、又、スプリット１１６を穿設して締め付は効果を高め
ても良い（同図（ｄ））。更に、該リング１１０，１１
４に、孔１１８を螺刻しておけば、取外し時にネジ１２
０を螺合して筒状部材奥壁面を押圧すれば其の反力でリ
ングはテーパ状部より外方に押し出されて、取外し作業
が容易である。尚、構成を簡易化したため製作が容易で
ある点を除き、残余は第２実施例と同様である。

第１４図は第６の実施例を示し、筒状部材は更に変形さ
れ、カラー外方端部は軸方向長さを短（形成され、締付
リング及び其のネジ溝を廃したものである。第１テーバ
リング１２２は複数本の締付ネジ１２６で締め込まれる
（同図（ｂ））。

尚、一体化したリング１２８を用いても良く　（同図（
ｃ））　、スプリットを設けても良く　（同図（ｄ））
、複数片に分割したリングを用いても良く（同図（ｅ）
）　、取外しネジ１３０用に孔１３２を螺刻したリング
を用いても良い（同図（ｒ））以上の実施例を通じて磁
性体としてアモルファス磁性薄体を使用したが、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ものである。

（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固着面を被
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ＩＩＩ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点で
作業能率が向上する利点を備える。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し、更にメンテナンスも容
易となる利点を備える。

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−ｎｒ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す説明図、第６
図は筒状部材及びテーパリングにスプリントを穿設した
ことを示す説明図、第７図はコイルの配置を示す説明図
、第８図は検出動作を示すブロック図、第９図はアモル
ファス磁性薄体の製作手順を示す説明図、第１０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
１１図は第３実施例を示す説明図、第１２図は第４実施
例を示す説明図、第１３図は第５実施例を示す説明図及
び第１４図は第６実施例を示す説明図である。 １０・・・トルクセンサ、１２・・・筒状部材、１４・
・・被ｉｌｌ定軸、２４・・・アモルファス磁性薄体、
４６・・・匡体、７ｏ・・・励磁コイル７４・・・検出
コイル 第３図 第４図 し−−−−−−−−−−−−−−−−−−−」第７図 第８図 第９図 ２４アモルファス虜ｉ−階湧イ本 （Ｃ） 図 （ｂ） （ｆ）

Claims (6)

【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、被測定軸に固定自在であり且つ円筒面を備えた筒
   状部材を設けて該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
   回転自在に装着して其の内部に前記コイルを取着すると
   共に該磁性体固着面を被覆する如く構成したことを特徴
   とするトルクセンサ。
2. （２）前記匡体に切欠部を穿設して蓋部をもって開閉自
   在とすると共に、前記コイルを該蓋部内面に取着したこ
   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。
3. （３）前記筒状部材は、其の磁性体固着面の両側に固着
   位置決めガイドを備えた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。
4. （４）前記固着位置決めガイドがカラーであることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載のトルクセンサ。
5. （５）前記筒状部材に固着される磁性体が、該筒状部材
   の軸線に対して傾斜して穿設されたスリットを複数個備
   えた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。
6. （６）前記磁性体は非晶質金属材であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の
   トルクセンサ。