JP2000508055A - 回転軸の捩り偶力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回転軸（１）に垂直な第１の面（Ｐ１）内にあって上記回転軸（１）に関して対称に固定された２台の磁界発生器（３ａ、３ｂ）と、上記第１の面（Ｐ１）に平行で、軸方向にずれている第２の面（Ｐ２）内にあって上記回転軸（１）に関して対称に固定された２台の磁界検出手段（４ａ、４ｂ）を含む、回転軸（１）の捩り偶力測定装置であって、上記磁界検出手段（４ａ、４ｂ）が上記磁界検出手段（４ａ、４ｂ）に対する上記磁界発生器（３ａ、３ｂ）の相対的な角度方向のずれにより捩り偶力に比例する信号を発生する装置において、上記第１の面（Ｐ１）と上記第２の面（Ｐ２）の間の中央面が縦方向の曲げ応力による上記回転軸（１）の曲げ変位が最大となる点を通過することを特徴とする回転軸の捩り偶力測定装置に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 回転軸の捩り偶力測定装置 本発明は回転軸の捩り偶力測定装置に関し、特に、測定精度に及ぼす曲げの影 響を低下させることが可能な回転軸の捩り偶力測定装置に関する。 フランス特許公報FR-2692986には、第１の支持体に固定され、回転軸に直交す る１つの面に設けた２台の磁界発生器と、第２の支持体に固定され、上記回転軸 に直交する他の１つの面内で不動の２台の磁界検出装置とを含んでなる回転軸の 捩り偶力測定装置が記載されている。これらの２つの支持体は案内手段によって 互いに連結され、曲げによる半径方向変位の影響、すなわち、捩り測定の精度に 及ぼす回転軸の曲げの影響を低下させることが可能になっている。 本発明の回転軸の捩り偶力測定装置は、回転軸の１部に細くした部分を設ける ことによる特殊な性質を有利に利用している。回転軸の捩り偶力測定装置の内部 に、捩り変形を上記細くした部分へ局所化することを目的として、軸の１部を細 くした回転軸を利用すること自体は公知であり、例えばフランス特許公報FR-266 1246に記載されている。 本発明の回転軸の捩り偶力測定装置は、回転軸に垂直な第１の面内にあって該 回転軸に関して対称に固定された２台の磁界発生器と、上記第１の面に平行で、 軸方向にずれている第２の面内にあって上記回転軸に関して対称に固定された２ 台の磁界検出手段とを含んでなる。上記磁界検出手段は、該磁界検出手段に対す る上記磁界発生器の相対的な角度方向のずれを検出して、回転軸の捩り偶力に比 例する信号を発生するが、上記第１の面と上記第２の面の間の中央面が、回転軸 の曲げ変位が最大となる点（彎曲した回転軸がなす弧上の点と同弧に対応する弦 との間の垂直距離が最大となる点、以下同じ）を通過することを特徴とする。 本発明の他の１つの特徴によれば、上記回転軸は、回転軸の曲げ変位が最大と なる点をその中に含む、回転軸の１部を細くした部分を有する。上記磁界発生器 および上記磁界検出手段は、それぞれ回転軸上に固定され、上記第１の面と上記 第２の面の間の中央面が上記回転軸の曲げ変位が最大となる点に位置決めされる ように、第１の支持体と第２の支持体とによってそれぞれ支持されている。 本発明の他の１つの特徴によれば、上記第１の支持体および第２の支持体は、 それぞれ軸の回りで伸びている実質的に管状の第１の部材からなり、該第１の部 材の上に、半径方向に伸びる実質的に環状の第２の部材が固定されている。 本発明の他の１つの特徴によれば、縦方向の曲げ応力による上記回転軸の曲げ 変位が最大となる点は、回転軸の１部を細くした部分の中央を通る回転軸に垂直 な面内にある。 本発明の回転軸の捩り偶力測定装置によれば、曲げによる半径方向変位の影響 を低下させること、すなわち、捩り測定の精度に及ぼす回転軸の曲げの影響を低 下させ、中間の案内手段の助けを要することなく、捩り測定の精度を改善するこ とが可能である。 本発明のその他の特徴および利点は、付図を参照しながら、本発明による回転 軸の捩り偶力測定装置の実施例の記載を読めば明らかとなろう。 図１は、本発明による回転軸の捩り偶力測定装置の縦断面図である。 図２は、回転軸の１部を細くした部分の中央を通る回転軸に垂直な面が、回転 軸の曲げ変位が最大となる点を通過する、本発明による回転軸の捩り偶力測定装 置の１変形の図式図である。 図３は、図２に示した回転軸の捩り偶力測定装置の回転軸が縦方向に彎曲した 状態を示す図式図である。 図４は、回転軸の１部を細くした部分の中央を通る回転軸に垂直な面が、回転 軸の曲げ変位が最大となる点を通過しない、回転軸の捩り偶力測定装置の図式図 である。 図５は、図４に示した回転軸の捩り偶力測定装置の回転軸が縦方向に彎曲した 状態を示す図式図である。 図６は、パワー・ステアリング装置の中に使用した、本発明による回転軸の捩 リ偶力測定装置の１変形の部分縦断面図である。 図１に示す装置は、直径Ｄの回転軸１の捩りを測定するための装置である。こ の装置の動作は、フランス特許公報FR-2692986に記載されている。回転軸１には 、第１の支持体２が取り付けられており、その上に、回転軸１に関して対称位置 に、互いに平行逆方向に磁化された２つの磁界発生器３ａと磁界発生器３ｂが固 定されている。同様に、２つの磁界検出手段４ａと磁界検出手段４ｂが、回転軸 １に支持されている第２の支持体５上に、回転軸１に関して対称に固定されてい る。磁界検出手段４ａと磁界検出手段４ｂは、磁界発生器３ａと磁界発生器３ｂ とに対して、ギャップＥだけ離れるように、軸方向にずらされている。 第１の支持体２と第２の支持体５の間の回転軸１には、軸の直径を、回転軸１ の直径Ｄよりも小さいｄに縮小した、回転軸の１部を細くした部分６を設ける。 回転軸の捩リモーメントは、軸の直径の４乗の関数として変化するので、回転軸 １の捩り剛性は、直径がＤからｄに縮小された、回転軸の１部を細くした部分６ においては、係数(ｄ／Ｄ)⁴に比例して変化する。剛性がこのように変化するの で、公知の方法で、比ｄ／Ｄを適切にに選択することにより、回転軸１の捩り変 形を、回転軸の１部を細くした部分６に局所化することが可能である。また同時 に、回転軸の捩り偶力測定装置の感度を改善することも可能である。更に、回転 軸１の曲げ剛性も軸の直径の４乗の関数として変化するので、縦方向の曲げ剛性 も回転軸の１部を細くした部分６においては、係数(ｄ／Ｄ)⁴に比例して変化す る。それ故、回転軸１の縦方向の曲げ変形、したがって縦方向の曲げ応力によっ て回転軸の曲げ変位が最大となる点を、回転軸の１部を細くした部分６に局所化 することが可能である。このため、回転軸１を、回転軸の１部を細くした部分６ の外にある２つの支点の上に保持する。一般に、縦方向の曲げ応力によって軸の 曲げ変位が最大となる点は、軸の負荷条件によって決定される。図２に示されて いるように、２つの支点が回転軸の１部を細くした部分６の両側に対称にある特 殊な場合には、縦方向の曲げ応力によって回転軸１の曲げ変位が最大となる点は 、回転軸の１部を細くした部分６の中央Ｇにある。 そのとき、図２に示されているように、ギャップＥの中央面が回転軸の１部を 細くした部分６の中央Ｇを通過するようにするのが特に有利である。ここに、 ギャップＥの中央面は、回転軸１に垂直で、２つの磁界発生器３ａ、３ｂの活性 面（磁界発生器３ａ、３ｂの活性面とは、磁界発生器３ａ、３ｂの磁界検出手段 ４ａ、４ｂに対向する面を言う）を通る第１の面Ｐ１と、磁界検出手段４ａ、 ４ｂを通る第２の面Ｐ２との中央にある面である。この配置では、回転軸１が縦 方向に曲げられると、第１の面Ｐ１と第２の面Ｐ２とは、回転軸１の軸に垂直な 軸の回りに相対的に回転させられる。この回転によって第１の面Ｐ１と第２の面 Ｐ２との距離は、図３に示されているように、彎曲の外側ではｄＬだけ増加し、 彎曲の内側ではｄＬだけ減少する。図４に示されているように、ギャップＥの中 央面が上記回転軸の１部を細くした部分６の中央Ｇを通過しない場合には、彎曲 によって第１の面Ｐ１と第２の面Ｐ２とは、半径方向にも相対的に移動させられ る。このため、図５に示されているように、半径方向成分ｄＲの変位が生じ、彎 曲の外側では第１の面Ｐ１と第２の面Ｐ２との距離にｄＲ＋ｄＬの変化が生じ、 彎曲の内側では第１の面Ｐ１と第２の面Ｐ２との距離にｄＲ−ｄＬの変化が生じ る。本発明による回転軸の捩り偶力測定装置においては、回転軸１の縦方向の彎 曲による第１の面Ｐ１と第２の面Ｐ２の半径方向変位の成分を除去することがで きるので、ギャップＥの変化を縦方向の成分に限定することが可能である。さて 、本発明の回転軸の捩り偶力測定装置を使って行なう捩リモーメントの測定値は 、第１の磁界発生器３ａと第１の磁界検出手段４ａとの距離であるギャップＥａ と第２の磁界発生器３ｂと第２の磁界検出手段４ｂとの距離であるギャップＥｂ の代数和に比例する。すなわち、半径方向変位の成分が除去されているときは、 測定される捩リモーメントの価は、 Ｅａ＋Ｅｂ＝（Ｅ＋ｄＬ）＋（Ｅ−ｄＬ）＝２Ｅ に比例し、したがって縦方向の曲げに依存しない。反対に、半径方向変位の成分 が存在するときは、測定される捩りの価は、 Ｅａ＋Ｅｂ＝（Ｅ＋ｄＬ＋ｄＲ）＋（Ｅ−ｄＬ＋ｄＲ）＝２Ｅ＋２ｄＲ に比例し、したがって縦方向の曲げに依存する。それ故、ギャップＥの中央面が 回転軸１の曲げ変位が最大の点を通るようにすれば、回転軸１の縦方向曲げに起 因する捩リモーメント測定の誤差をゼロにすることが可能である。 本発明によれば、第１の支持体２と第２の支持体５は、磁界発生器３ａ、３ｂ の活性面を通る第１の面Ｐ１と、磁界検出手段４ａ、４ｂを通る第２の面Ｐ２と の中央にある面、すなわち中央面に、回転軸１の縦方向の曲げ変形の中央部を通 過させるようになっている。 図１において、磁界検出手段４ａ、４ｂは回転部分にあり、偶力測定値を表わ す電気信号は、例えば保護ボックス８の内部に巻かれた螺旋ケーブル型の回転通 路を通って、固定基準線を基準として出力される。 図６は、パワー・ステアリング装置９に内蔵された、本発明による回転軸の捩 り偶力測定装置の１応用例を示す図である。捩りを受ける回転軸１の両端には、 それぞれ、ステアリング・コラムの軸との連結を可能とするスプライン１０と、 別の部品のラックと噛み合うピニオン１１が設けられるようになっている。磁界 発生器３ａ、３ｂを支持する第１の支持体２と、磁界検出手段４ａ、４ｂを支持 する第２の支持体５は、それぞれ実質的に管状の第１の部材２ａと第１の部材５ ａとから成っており、その上に半径方向に伸びた、磁界発生器３ａ、３ｂの活性 面に面して磁界検出手段４ａ、４ｂの初期位置の調節を可能にするためにそれぞ れ第１の部材２ａ、５ａの回りで回転することができる、実質的に環状の第２の 部材２ｂ、５ｂが固定されている。図６の例においては、第２の支持体５は、実 際には、取付け軸受１２の内側リングを延長した部分から成っている。回転通路 １３は、図６に示すように、ステアリング・ボックス１４の中に内蔵することが できる。 本発明は、例として示し、以上記載し、図示した実施例に限られるものでない ことはいうまでもない。特に、磁界発生器およびそれに対応する磁界検出手段に 代えて、例えば光学的な検知器を使用することは容易に考えることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転軸（１）に垂直な第１の面（Ｐ１）内にあって上記回転軸（１）に関し て対称に固定された２台の磁界発生器（３ａ、３ｂ）と、上記第１の面（Ｐ１ ）に平行で、軸方向にずれている第２の面（Ｐ２）内にあって上記回転軸（１ ）に関して対称に固定された２台の磁界検出手段（４ａ、４ｂ）を含む、回転 軸（１）の捩り偶力測定装置であって、上記磁界検出手段（４ａ、４ｂ）が上 記磁界検出手段（４ａ、４ｂ）に対する上記磁界発生器（３ａ、３ｂ）の相対 的な角度方向のずれにより捩り偶力に比例する信号を発生する装置において、 上記第１の面（Ｐ１）と上記第２の面（Ｐ２）の間の中央面が縦方向の曲げ応 力による上記回転軸（１）の曲げ変位が最大となる点を通過することを特徴と する回転軸の捩り偶力測定装置。 ２．上記回転軸（１）は、上記回転軸（１）の曲げ変位が最大となる点をその中 に有する上記回転軸（１）の１部を細くした部分（６）を有し、上記磁界発生 器（３ａ、３ｂ）と上記磁界検出手段（４ａ、４ｂ）がそれぞれ上記回転軸（ １）の上に固定され、上記回転軸（１）の曲げ変位が最大となる点を上記中央 面が通過するように位置決めすることを可能にする第１の支持体（２）と第２ の支持体（５）とによってそれぞれ支持されていることを特徴とする、請求の 範囲第１項記載の回転軸の捩り偶力測定装置。 ３．上記第１の支持体（２）と上記第２の支持体（５）は、それぞれ上記回転軸 （１）の回りで伸びている実質的に管状の第１の部材（２ａ、５ａ）からなり 、上記第１の部材（２ａ、５ａ）の上の半径方向に伸びる実質的に環状の第２ の部材（２ｂ、５ｂ）が固定されていることを特徴とする、請求の範囲第２項 記 載の回転軸の捩り偶力測定装置。 ４．縦方向の曲げ応力による上記回転軸（１）の曲げ変位が最大となる点が、上 記回転軸（１）の１部を細くした部分（６）の中央を通る上記回転軸（１）に 垂直な面内にあることを特徴とする、請求の範囲第２項または第３項のいずれ か１つに記載の回転軸の捩り偶力測定装置。 ５．取付け軸受（１２）を延長して上記第２の支持体（５）を構成して、パワー ・ステアリング装置（９）へ応用することを特徴とする、請求の範囲第２項か ら第４項までのいずれか１つに記載の回転軸の捩り偶力測定装置。