JPS63158432A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は非接触でトルクを検出するトルクセンサに関す
る。

（従来の技術） トルクは回転駆動系の制御を行なう際の基本量の一つで
ある。トルクを精密に検出するためには。

その検出機構が非接触方式であることが必要である。

近年、上述したような非接触方式のトルクセンサとして
アモルファス磁性合金の薄帯を利用したものが提案され
ている（電気学会マグネティックス研究会資料ＷＡＧ−
８１−７２）　。

このトルクセンサの概略構成は第５図に示すようなもの
である。第５図において、トルクを検出すべき回転軸、
すなわちトルク伝達軸１にはアモルファス磁性合金から
形成された環状磁心２が巻回されて固定されている。こ
の環状磁心２には予めその周方向３に対して角度θの傾
き方向に誘導磁気異方性Ｋｕ’　４が付与されている。

なお、前記環状磁心２の周囲には例えば図示しない検出
コイルが近接して配設されており、更にこの検出コイル
は図示しない検出回路に接続されている。

上記トルクセンサの原理を概略的に説明する。

ここで、説明を簡単にするためにθ〉４５°、飽和磁歪
定数λ８〉０とする。いま、トルク伝達軸１にトルク５
が加わると、トルク伝達軸１に発生したひずみ応力が環
状磁心２に伝達され、環状磁心２には＋４５６の方向に
張力σが、−４５６の方向に圧縮応力−σがそれぞれ発
生する。これに伴い。

環状磁心２には磁気ひずみ効果により＋４５＠の方向に
誘導磁気異方性Ｋｕ’　６　（Ｋｕ’　＝３λ８・σ）
が誘導される。この結果、　Ｋｕ’　とＫｕ’の合成と
して誘導磁気異方性はＫｕ７へ変化する。一般に、磁性
体の誘磁率は励磁方向に対する誘導磁気異方性の方向に
よって変化する。したがって、環状磁心２の誘導磁気異
方性の方向の変化に伴う透磁率の変化を、例えば検出コ
イル及びこれに接続された検出回路により電圧の変化と
して測定することができ、その値からトルク伝達軸１に
加えられたトルク５を検出することができる。

なお、上記トルクセンサの説明では環状磁心を構成する
磁性体としてアモルブアス磁性合金を用いた場合につい
て述べたが、これに限らず軟質磁性を示すものであれば
、例えばパーマロイ（Ｆａ　−Ｎ１合金）、センダスト
（Ｆｅ−Ａｌｌ−Ｓｉ合金）、Ｆａ　−Ｓｉ合金など他
の磁性体を用いることができる。

ところで、上述したように磁性金属薄帯からなる環状磁
心の周囲に近接して検出コイルを配設すればトルクの検
出ができるが、その検出機構はトルクセンサの性能を左
右する重要な因子となる。

従来、上述した検出機構としては第６図（ａ）及び（ｂ
）に示すものが知られている。

第６図（ａ）は中空のトルク伝達軸１１に磁性金属薄帯
の環状磁心を固定し、ソレノイドコイル１３を用いて環
状磁心１２の周方向に励磁し、更に検出巻線１４を巻い
て８力を検出するものである。また。

同図（ｂ）はトルク伝達軸１１に磁性金属薄帯の環状磁
心１２を固定し、その外周に巻かれたソレノイドコイル
１３’　を用いて環状磁心１２の幅方向に励磁し、さら
にその外側に検出巻線１４′　を巻いて出力を検出する
ものである。

すなわち、第６図（ａ）及び（ｂ）の検出機構ではいず
れも透磁率の変化をソレノイドコイルと検出巻線との相
互誘導による電圧の変化としてとらえ、増幅回路を経て
出力を得るものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、従来上述した磁性金属薄帯の回転軸への固定
は合成樹脂等の有機接着剤でなされていた。

しかし、磁性金属薄帯を合成樹脂による接着剤で固定し
た場合、くり返しのトルク印加あるいは温度上昇に伴っ
て接着強度が緩和され、磁性金属薄帯に加わる応力が変
化してトルクの検出出力に変動をきたし、トルク検出の
精度が低下するという問題点があった。また、磁性金属
薄帯が固定された９回転軸は高速で回転するため、何ら
かの機械的な衝撃により磁性金属薄帯が破損し、トルク
検出が不可能になるという問題点があった。

本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであ
り、温度安定性に優れ、くり返しトルク印加、および機
械的な衝撃にも十分耐えうる高精度のトルク検出を可能
にするトルクセンサを提供する事を目的とするものであ
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明のトルクセンサは、固定された磁性金属薄帯を含
むトルク伝達軸表面にコーティング層を形成したことを
特徴とする。

すなわち、トルク伝達軸と磁性金属薄帯との固定を行な
い、かつコーティング層によって磁性金属薄帯表面から
も固定される。従って、トルクによって加わる応力に対
して固定する強度が増大するため、信頼性が向上し、検
出精度も高くなる。

また、コーティング層のような非磁性体層を施こす事に
より磁性金属薄帯を外部から保護できるため、耐衝撃性
が良好となり、耐熱性、耐食性、耐摩耗性等の環境性も
向上する。

本発明における非磁性コーティング層の形成手段および
その材料としては特に制限されるものではない、もっと
も基本的な手法としては、有機物質系または無機物質系
からなるコーティング剤を用いて磁性金属薄帯表面に塗
布する事でコーティング層が得られる。この場合、耐衝
撃性、耐熱性。

耐食性に優れたコーティング剤として、有機物質系では
エポキシ系、フェノール系、ポリアミド系等、シリコー
ンゴム等無機物質系ではガラス類等が特に有効である。

また１通常のメッキ法を用いたコーティング層の形成が
可能であるメッキ法ではコーティング層の厚さを容易に
制御する事ができ任意の場所に精度よく形成する事がで
きる０機械的強度に優れたＣｒメッキ、　Ｃｕメッキ等
および耐環境性に優れたＡｕ。

Ａｇメッキ等が特に有効である。

あるいは、プラズマスプレー法を用いても、コーティン
グ層の形成が可能であり、成膜速度が早く、かつコーテ
ィング層の厚さを自由に制御できるため特に有効な手段
である。コーテイング材としては、メタル系でＺｎ、　
Ａ１１．　Ｃｕ、　Ｎｏ、　Ｃｒ、基自溶合金、ニクロ
ム合金、アルミニウムブロンズ、ホワイトメタル等が有
効である。また、セラミック系は耐熱性、耐食性がとく
に優れており、Ｚｒ０１゜ＴＩＯ，、５１０，等が有効
である。この場合１通常アンダーコートとしてＮｉ　−
Ｃｒ等の合金溶射を施すことによって剥離強度は向上す
る。

上記形成手段の他、スパッタ法、蒸着法、イオンブレー
ティング法等の気相成長法を用いても同様の作用が得ら
れる。

コーティング層の厚さは、５００ｔｍ以下が好ましい０
本トルクセンサ検出原理より、検出ヘッドとトルク伝達
軸に固定された磁性金属薄帯との空隙長さが広がれば検
出出力は低下する。ところが、機械的空隙である検出ヘ
ッドとコーティング層表面との間隙を十分確保した場合
、磁気的空隙となる検出ヘッドと磁性金属薄帯の間隙が
コーティング層の厚さ分だけ広がる。従ってコ−テイン
グ材の厚さを必要以上に施こす事は感度低下となり好ま
しくない。

（実施例） 以下１本発明の実施例を図面を参照して説明する。尚、
第１図は本発明にかかわるトルクセンサの断面図である
。

第２図は同トルクセンサを用いたトルク検出実験を示す
斜視図である。

第１図において、磁性金属薄帯２４は単ロール法により
作製された幅５ａｍ、厚さ３０．の（Ｆａｓ、ｍＣｏ、
　、　ｓ　Ｌ　ｓ　Ｓｌｓ　Ｂｓ　４アモルファス磁性
合金薄帯を１０ｍの長さに切出したものである。また、
磁性金属薄帯２４にはトルク伝達軸２０の周方向に対し
て角度θ（例えば±４５°）の傾き方向に、予め磁場中
熱処理によりそれぞれ誘導磁気異方性Ｋｕ’が付与され
ている。

さらに、磁性金属薄帯２４と強磁性体からなる直径４０
ｍのトルク伝達軸２０の間にはポリイミド系の耐熱合成
樹脂による接着層をもうけて固着したのち、磁性金属薄
帯２４の表面を厚さ２５０．のＣｒメッキによるコーテ
ィング層２５を通常の方法により固着、形成した。

次に、第２図に示す如くｕ型の磁心２６を磁性金属薄帯
２４およびコーティング層２５に対し非接触に配置し、
励磁、検出巻線２８．３０を施こした後数ＫＨｚから数
百に七の任意の交番磁界を加えトルク伝達軸２の回転時
のトルクを測定した。

上記トルクセンサの系全体を８０℃に保って回転数を１
５０Ｏｒｐｍで負荷トルク１０ｋｇ■をくりかえし１０
００回行なったところ初期の値と同じトルク値を示した
。

同様に、コーティング層を有機または無機系を用いたも
のおよびプラズマスプレー法により得られたコーティン
グ層でも上記実験結果を同じく良好な結果が得られた。

一方、磁性金属薄帯表面にコーティング層を施こさない
従来の方式では上記実施例と同様に系全体を８０℃に保
ってくりかえし負荷トルクを約１００回行なった後、初
期値に対する変化量が約１０％のトルク変動を生じる結
果を得た。

なお、上記実施例と同様の効果は、磁性金属薄帯として
パーマロイ、センダスト、Ｆａ−３１合金などの他の磁
性体を用いた場合にも得られる事が確認された。

【発明の効果〕

以上詳述した如く１本発明によれば磁性金属薄帯を高い
信頼性のもとでトルク伝達軸に固着する事が出来、外部
からの衝撃に対しても十分耐えうると共に耐環境性に優
れている。

また、大きな負荷変動がくり返し加わっても安定したト
ルク値を測定する事ができ、しかも量産性に優れた工業
上極めて実用性の高いトルクセンサを提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるトルクセンサの断面図
、第２図は同トルクセンサを用いたトルクの測定方法を
示す斜視図、第３図は非接触方式のトルクセンサの原理
図、第４図は従来のトルクセンサの概略構成図。 ２、２０．１．１１・・・トルク伝達軸。 ２４・・・磁性金属薄帯、２５・・・コーティング層、
２６・・・検出磁心。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 第１図 第　　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁歪を有する磁性金属薄帯をトルク伝達軸に固定し、該
   軸に加えられたトルクにより前記磁性金属薄帯の磁気特
   性が変化する事を利用してトルクの非接触検出を行なう
   トルクセンサにおいて、固定された前記磁性金属薄帯を
   含む前記トルク伝達軸表面に非磁性体層を形成した事を
   特徴とするトルクセンサ。