JPS63210739A - 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−例としては特開
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、磁性体を被測定軸の、例えば駆
動軸等の長尺な軸の所定位置に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
両組立工程時まで固着面を損傷したり其処に塵埃等を付
着させることなく安全に運搬乃至保管しておき、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、在庫管理及び性能
管理並びにメンテナンス等においても不便があり、又セ
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測定軸に着脱自在である如く
構成し、囚ってトルクセンサを被測定軸に関与させるこ
となく構造的に切り離した単体として完成せしめ、完成
後そのまま被測定軸に装着すれば足るトルクセンサを提
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もって
被覆して運搬乃至は保管並びに組付は時の損傷を防止す
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の寸法管理を容易とし、特別
の調整手段を必要とすることがないようにし又、測定精
度においても一段と向上したトルクセンサを提案するこ
とを目的とする。

Ｃ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、本発明に係るトルクセン
サは、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、被測定軸にスプライン結合手段を介して着脱自在
な短軸部材を設けて該部材の円周面上に前記磁性体を固
着すると共に、該短軸部材の外周に匡体を該磁性体固着
面を被覆する如く回転自在に装着して其の内部に前記コ
イルを取着する如く構成した。

（作用） 被測定軸とは別体に構成した短軸部材を設けて其処に磁
性体を固着すると共に、其の外周に匡体を回転自在に設
けて其の内部にコイルを取着する如く構成した。短軸部
材と被測定軸とはスプライン結合されているので、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。被測定軸とは別体にセンサとして完成しているの
で、製造時及び組付は時並びにメンテナンス時の作業効
率が大幅に向上する。

（実施例） 以下、添付図面に即して本発明に係るトルクセンサの実
施例を説明する。第１図は被測定軸に装着した状態での
断面図、第２図は其の■−■線断面図及び第３図は匡体
の蓋の裏面の平面図である。

図中、符号１０は前記した短軸部材を示しており、該短
軸部材１０は比較的短小で且つ断面円形な軸材からなる
。短軸部材１０は其の中央付近に径大な円筒部１２が形
成され、該円筒部の両端付近には段部１４，１４が形成
されて其の間に該段部を位置決めガイドとして前記した
磁性体たるアモルファス磁性体１６がメッキ等の適宜手
段で固着される。短軸部材１０は又、其の両端付近には
スプライン軸部１８．１８が刻設される共に、其の両端
部２０．２０にはネジ溝２２．２２が螺刻される。

第１図において符号２４は短軸部材１０の左側に配置さ
れた第１のフランジ継手を示しており、該第１フランジ
継手２４のボス部２６の内壁面には、前記した短軸部材
のスプライン軸部１８に対応する雌側のスプライン溝２
８が刻設されており、短軸部材のスプライン軸部１８を
収容して固定する。この場合両者の寸法公差は厳密に設
定し、挿入時も機械的変形を生じない程度に圧力嵌めす
る如く構成し、両者間に遊びが生じないようにする。又
、第１フランジ継手のボス部２６の背面側には凹部３０
が形成され、其処に前記した短軸部材の端部２０を突出
せしめてナツト３２をネジ溝２２に嵌めて固定し、短軸
部材１０の軸方向の移動を阻止している。更に、第１フ
ランジ継手２４の外方には類似構成の第２のフランジ継
手３４が対称的に配設されており、第２フランジ継手３
４には、被測定軸、より具体的には其の中途において切
断された被測定軸の一方３６がスプライン結合されてい
る。これら第１及び第２フランジ継手２４．３４のフラ
ンジ部３８．４０にはボルト孔４２．４４が適宜個数穿
設され、其処にボルト４４を挿通してナツト４６で受け
ることにより、両フランジ継手は相互に連結される。更
に、同図において右側にも同一構成の第３．第４のフラ
ンジ継手４８．５０が設けられ、第３フランジ継手４８
は短軸部材１０のスプライン軸部１８を其のボス部５２
内壁面に穿設されたスプライン溝５４を介して受けて端
部２０にナツト５６を嵌めて固定すると共に、切断被測
定軸の他方５８をスプライン結合した第４フランジ継手
５０とは其れ等のフランジ部６０．６２に穿設されたボ
ルト孔６４．６５を介してボルト６６及びナツト６８で
連結される。従って、被測定軸の一方３６及び他方５８
間にトルクが印加されると、該印加トルクはフランジ継
手２４，３４．４８．５０を介して短軸部材１０に伝達
されることになる。

而して、短軸部材１０の円筒部１２とスプライン軸部１
８．１８との間にはベアリング７０゜７０が装着され、
更に其の外方には匡体７４が嵌装される。匡体７４はベ
アリング７０．７０を介して装着される結果、短軸部材
１０とは独立に回転自在であり、短軸部材１０が回転し
ても従動することなく静止位置に固定される。匡体７４
は大略円筒状を呈すると共に、其の一端付近には固定翼
７６が環装される。該固定翼７６は断面が大略逆Ｃ字状
を呈しており、第１図において右方に開口する中空状を
呈すると共に、其の素材もゴム等の弾性材から製作され
る。該固定翼７６には適宜位置においてステー７８が取
り付けられ、該ステーは第６図に良く示す如くボルト８
０及びナンド８２を介して車体等の固定部に取着された
ブラケット８４に連結される。尚、符号８６．８６はオ
イルシールを、符号８８．８８はベアリングを介して匡
体７４の移動防止用に嵌装されたリングを示す。

而して、匡体７４は中央部付近において、部分的に外方
に突出して其処に突出部９６が形成されると共に、該突
出部９６には開口部９８（第６図）が穿設され、該開口
部９８はＭｌｏｏで開閉自在である如く構成される。蓋
１００は大略平面方形状を呈すると共に、其の縁部には
３箇所において耳部１０２が突設されて其処にネジ孔１
０４が形成され、該ネジ孔１０４を介してネジ１０６及
びワッシャ１０日により匡体７４に取り付けられる。蓋
１００の裏面側は第４図に良く示す如く、其の同周に溝
１１０が形成され、其処にＯリング１１２が配されて蓋
１００と匡体７４間を気密に封止する（第３図及び第４
図ではＯリングの図示を省略した）。図示の如く、蓋１
００は其の取付面が平坦に形成されると共に、取付ネジ
孔１０４も同一平面上に位置させられているので、匡体
７４への組付は作業が容易となっている。

この１ｉｏｏの裏面側には、３個の珪素鋼板等の鋼板を
積層してなる鉄心１２０，１２２，１２４がステー１２
８及びネジ１３０を介して平面コ字状を呈する様に取着
される。この場合各鉄心の鋼板は第４図に示す如く積層
方向が直角に交わる如く組合わされて取着される。３個
の鉄心は夫々其の一部が垂直方向に屹立して磁極を構成
する脚部１２０ａ、１２２ａ、１２４ａを形成しておリ
、各脚部の先端面１２０ｂ、１２２ｂ、１２４ｂはアモ
ルファス固着面と所定距装置いて離間すると共に、固着
面たる短軸部材円筒部１０と同一の曲率半径で湾曲せし
められており、各先端面は其の全域に渡ってアモルファ
ス固着面との間隙が均一である如く構成される。又、各
脚部にはコイルが巻装されるが、第３図を参照してコイ
ル配置構成を説明すると、中央付近の脚部１２０ａには
励磁コイル１３４が巻回され、其の下方に対称的に位置
する脚部１２２ａ、１２４ａには検出コイル１３６．１
３６が夫々回転対称に巻回される。

ここにおいて励磁コイル１３４と検出コイル１３６は、
同図に良く示す如く、其れ等を結ぶ磁束路が、印加トル
クに起因する圧縮応力及び引張応力が最大となる被測定
軸の軸線方向に対しこの±４５度の方向と一致する如く
、配置されるものである。尚、筒状部材１０に固着した
アモルファス磁性体１６に関しても予め同方向に一軸磁
気異方性を与えておく。ところで、係る種類のトルクセ
ンサにおいては励磁コイルの励磁周波数を高くする程検
出怒度が向上するものであるが、各鉄心を１本の鉄材か
ら構成した場合周波数の２乗に比例して鉄損中のうず電
流積が増加する不都合がある。

本発明に係るトルクセンサの場合前述の如く鉄心１２０
．１２２，１２４を積層鋼板より製作すると共に各鋼板
の積層方向が直交する如く組合わせたので、かかる不都
合がなく、励磁周波数を高くして検出感度を向上させる
ことが出来る。

而して、蓋１００は、２個の検出コイル１３６．１３６
の取着位置間付近において徐々に外方に突出して小突起
部１４２が突設され、該小突起部１４２は末端付近で開
口して小開口部１４４が穿設され、其処にグロメット１
４６が挿入される。該グロメッ）１４６内には外方から
コイル信号線を束ねたハーネス１４８が通され、該ハー
ネス１４８はグロメット１４６を通過した後各信号線を
分岐せしめて各コイルに接続する。この分岐位置付近に
は第５図に示す如く、クランパ１５０が設けられる。該
クランパ１５０は大略Ω字を呈し、其の上部の環状部で
ハーネス１４８を把持すると共に、其の下部でツメ１５
２を介して蓋の小突起部１４２の裏面上に固定される。

ハーネス１４８は該クランパ１５０により固定されてい
るので、外部から予期せぬ引っ張り力を受けてもコイル
に接続される信号線が断線する様な不都合が生じること
がない。又、グロメット１４６には適宜位置に突起を設
けて小開口部１４４より離脱することがない様にすると
共に、其の間に樹脂が充填され固体内部を気密に封止す
る（図示省略）。

続いて、本発明に係るトルクセンサの被測定軸への装着
動作及び装着後の検出動作について説明する。

先ず被測定軸への装着について説明すると、第６図に示
す如＜蓋１００を外した状態の匡体７４内に短軸部材１
０を挿入した後、第１フランジ継手２４のボス部２６内
に短軸部材１０を挿入し、ナツト３２で固定する。次い
で、第１フランジ継手２４は其の外方で被測定軸の一方
３６をスプライン結合した第２フランジ継手３４とボル
ト４４及びナツト４６を介して連結する。同様に短軸部
材１０は同図右方の第３のフランジ継手４８及び被測定
軸の他方５８とスプライン結合した第４のフランジ継手
５０とも連結される。その後、コイルを裏面側に取着し
た蓋１００を外方より匡体７４に取り付けた後、固定翼
７６をステー７８を介してブラケット８４に固定すれば
、トルクセンサとして完成する。尚、装着順序としては
短軸部材１０に第１、第３フランジ継手２４．４８を取
付けた後、其の両端に第２、第４フランジ継手３４．５
０を取付けても良い。

続いて第７図及び第８図を参照して検出動作に関して説
明すると、交流型ｔＡ１６０より励磁コイル１３４に通
電して励振した後、被測定軸３６．５８に所定量のトル
クを印加すると其れに比例する量のトルクがフランジ継
手２４，３４．４Ｂ、５０を介して短軸部材１０に伝達
され、其処に固着されたアモルファス磁性体１６上には
公知の如く圧縮応力及び引張応力に起因する磁気歪みが
符号１６２で示す方向に生ずる。この磁気歪みによる透
磁率の変化は２個の検出コイル１３６．１３６で検出さ
れ、誘導起電圧として出力される。

該出力は差動的に取り出された後、増幅回路１６４で適
宜増幅され、整流回路１６６で整流され、該整流出力の
位相がトルク印加方向を、文具の出力値から印加トルク
量を示すことになる。尚、検出出力は差動接続にて取り
出されるため、被測定軸３６．５８が強磁性体であって
も其の影響を受けることはない。

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、磁性体も駆動軸等の被測定軸に比し短小のため格段
に取扱い易い短軸部材上に固着すれば良い点で作業能率
が向上し、更に磁性体固着面が匡体で被覆して保護され
ている結果、運搬及び保管乃至は組付は時）員傷或いは
塵埃付着等に対する配慮を軽減することが出来る点でも
作業能率が向上する。

更に、製作に際しベアリング７０の圧入位置、匡体７４
及びＭｌｏｏ並びに鉄心１２０．１２２．４２４等の寸
法誤差を所定限度内に保つことは、対象部品を必要最小
限に限定したことからさほど難事ではなく、その結果短
軸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、特にコイルの脚部先端面と磁性体固着面間の間隙“
ｄ゛（第２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、因って生じる出力バラツキを低減する
ことが出来ると共に、コイルを取外し自在な蓋の裏面に
取着したので、組付は作業及びメンテナンス作業が容易
である。

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もの
である。

（発明の効果） 本発明は、被測定軸から独立スプライン結合手段を介し
て其処に固定自在な短軸部材に磁性体を固着し其の外周
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する如く構成した
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、特に固
着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いるため固
着面の損傷乃至は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脚部先端面間の間隙
の寸法管理が容易となり、センサ毎の出力バラツキを低
減することが出来る利点を備える。

【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被測定軸上に固定
した状態の断面図、第２図は其の■−■線断面図、第３
図は蓋の裏面の平面図、第４図は蓋の裏面の説明斜視図
、第５図はハーネスのクランパを示す説明斜視図、第６
図は被測定軸への装着方法を示す説明図、第７図は検出
動作を示す説明図及び第８図は検出回路の構成を示す説
明ブロック図である。 １０・・・短軸部材、１２・・・円筒部、１６・・・７
−Ｆ−ルファス磁性Ｌ１８・・・スプライン軸部、２４
．３４．４８．５０・・・フランジ継手、２６・・・ボ
ス部、２８．５４・・・スプライン溝、３６．５８・・
・被測定軸、７４・・・匡体、１００・・・蓋、１２０
，１２２，１２４・・・鉄心、１３４・・・励磁コイル
、１３６・・・検出コイル、１４６・・・ハーネス、１
５゜・・・クランパ 特許出願人　　　本田技研工業株式会社第２図 第４図

Claims (4)

【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其の磁
   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、被測定軸にスプライン結合手段を介して着脱自
   在な短軸部材を設けて該部材の円周面上に前記磁性体を
   固着すると共に、該短軸部材の外周に匡体を該磁性体固
   着面を被覆する如く回転自在に装着して其の内部に前記
   コイルを取着したことを特徴とするトルクセンサ。
2. （２）前記スプライン結合手段はフランジ継手からなり
   、其のボス部内径に刻設されたスプライン溝を介して前
   記短軸部材を連結すると共に、其の外方において別途前
   記被測定軸をスプライン結合する第２のフランジ継手と
   連結され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。
3. （３）前記匡体がセンサ外部に固定自在であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載のトルクセンサ。
4. （４）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３項のいずれかに記載の
   トルクセンサ。