JP2006064403A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 高価な材料を必要とせず、高度な技術も必要とせずに、磁歪材をトルク伝達軸の外周部に信頼性高く設け得るようにする。
【解決手段】 トルク伝達軸１の外周部に軸方向に対して傾斜状に溝２，３を形成し、この溝２，３に磁歪材の粉体４をバインダー５と共に充填した。これにより、アモルファス材料のような高価な材料を必要とせず、又、円柱状のトルク伝達軸１の外表面に薄帯を接着したり、磁歪材をメッキしたり、更には、磁歪材を溶射やスパッタリングしたりするような高度な技術を必要とせずして、トルク伝達軸１の外周部に磁歪材（磁歪材の粉体４）を設けることができる。そして特には、磁歪材の粉体４は、溝２，３の各底面と両側面に密着するから、その密着面積が大きく、加えて、磁歪材の粉体４で直接でなくバインダー５で密着するので、大きな密着力が得られる。よって、磁歪材をトルク伝達軸１の外表面に対する薄帯の接着のような剥がれのおそれなく信頼性高く設けることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トルク伝達軸に作用するトルクを、そのトルク伝達軸の外周部に設けた磁歪材の透磁率の変化により検出するトルクセンサに関する。

従来より、この種のトルクセンサにおいては、トルク伝達軸の外周部に磁歪材が設けられ、その外周にコイルが配置された構成にて、トルク伝達軸に作用するトルクにより上記磁歪材に引張りや圧縮の応力が及び、それによる逆磁歪効果で磁歪材の透磁率が変化することにより、その透磁率の変化をコイルにて検出し、もって、トルク伝達軸に作用したトルクを検出するものが供されている。

しかして、このものの場合、磁歪材は、例えばアモルファス薄帯にて、それをトルク伝達軸の外周部に接着することで設けられていた。又、それとは異なるものとして、トルク伝達軸の外周部に磁歪材がメッキすることで設けられたものもあり、更に、溶射やスパッタリングをして設けられたものもある。
特開平５−１３３８２４号公報

上記従来のもののうち、磁歪材がアモルファス薄帯でトルク伝達軸の外周部に接着することで設けられたものの場合、高価なアモルファス材料が必要で、しかも、円柱状のトルク伝達軸の外表面に薄帯を接着するという高度な技術が必要であった。又、それでいて、接着剤の劣化により薄帯の剥がれを生じるおそれがあり、信頼性に劣っていた。

一方、トルク伝達軸の外周部に磁歪材がメッキすることで設けられたものでは、トルク伝達軸の外表面に、磁歪効果をよく得るための磁歪材として、例えばＮｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ａｌなど数種類の合金をメッキで形成する必要があり、その合金の組成を厳密に管理する高度なメッキ技術が必要であった。
更に、トルク伝達軸の外周部に磁歪材が溶射やスパッタリングで設けられたものでは、その溶射やスパッタリングをするのに高度な技術が必要であった。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、従ってその目的は、高価な材料を必要とせず、高度な技術も必要とせずに、磁歪材をトルク伝達軸の外周部に信頼性高く設けることのできるトルクセンサを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のトルクセンサにおいては、トルク伝達軸に作用するトルクを、そのトルク伝達軸の外周部に設けた磁歪材の透磁率の変化により検出するものにおいて、前記トルク伝達軸の外周部に軸方向に対して傾斜状に溝を形成し、この溝に前記磁歪材の粉体をバインダーと共に充填したことを特徴とする。

上記手段によれば、トルク伝達軸の外周部に軸方向に対して傾斜状に形成した溝に磁歪材の粉体をバインダーと共に充填するだけで、磁歪材をトルク伝達軸の外周部に信頼性高く設けることができる。

以下、本発明の第１実施例（第１の実施形態）につき、図１ないし図３を参照して説明する。
まず、図１には、トルク伝達軸１を側視して示しており、これはステンレス鋼など金属にて円柱状に形成したもので、その外周部には、中間部の二箇所に溝２，３を形成している。この溝２，３は、トルク伝達軸１の軸方向に対して傾斜状、特には約４５度角の傾斜状にて、ともに複数（多数）形成したもので、二箇所でその傾斜の方向を逆にしている。

そして、溝２，３には、図２にそのうちの溝２で代表して示すように、磁歪材の粉体４をバインダー５と共に充填している。この場合、磁歪材の粉体４は、例えばＦｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト）、Ｆｅ−Ｎｉ（パーマロイ）、フェライトなど、磁歪を有する磁性粉であり、一方、バインダー５は、ナイロンやエポキシ樹脂などの原形が粒体であって、これらを混合し、それを溝２，３に詰めて例えば圧縮成型し、その後に、磁歪材の粉体４は溶融しない例えば１００〔℃〕の熱で加熱してバインダー５を溶融させ、溝２，３の各周壁に溶融バインダー５を密着させて、その後、固化させることにより、溝２，３に磁歪材の粉体４をバインダー５と共に充填している。

なお、図１には、上述のように溝２，３に磁歪材の粉体４をバインダー５と共に充填したトルク伝達軸１の、その充填磁歪材の粉体４及びバインダー５部分の外周囲にそれぞれ囲繞配置したコイル６，７をも示している。

又、図３は、上述のコイル６，７を含むトルクセンサ、特にはその検出回路８を示しており、コイル６，７と抵抗９，１０とによってブリッジ回路１１を形成し、このブリッジ回路１１の入力端子に直流電源Ｅをスイッチング素子１２を介して接続している。スイッチング素子１２は、スイッチング素子制御部１３によってスイッチングが制御されるようになっている。
一方、ブリッジ回路１１の出力端子間に差動増幅器１４を接続し、この差動増幅器１４の出力端子を整流回路１５を介して検出出力端子１６に接続している。

この構成で、ブリッジ回路１１には、直流電源Ｅから、スイッチング素子制御部１３によってスイッチングが制御されたスイッチング素子１２を介して例えば１０〔ｋＨｚ〕程度の高周波の方形波電源が印加されるものであり、それがブリッジ回路１１のコイル６と抵抗９とに分圧されると共に、コイル７と抵抗１０とに分圧されて、ブリッジ回路１１からは電圧Ｖ１、Ｖ２が出力される。
そして、それらが差動増幅器１４に入力されて差動出力されることにより、該差動増幅器１４からは電圧Ｖ３が出力され、その出力電圧Ｖ３が整流回路１５により整流されて、検出出力端子１６からは電圧Ｖｏｕｔが出力される。

こうした状況で、トルク伝達軸１にトルクが伝達されると、トルク伝達軸１にはそれに応じた応力が所定の傾き角度で発生する。この応力に対し、トルク検出軸１の外周部の二箇所に傾斜の方向を逆にして形成した溝２，３にそれぞれ充填した磁歪材である磁歪材の粉体４のうち、一方の磁歪材の粉体４には引張りの応力が及び、他方の磁歪材の粉体４には圧縮の応力が及ぶ。このうち、引張りの応力が及んだ一方の磁歪材の粉体４では、それの透磁率が大きくなり、圧縮の応力が及んだ他方の磁歪材の粉体４では、それの透磁率が小さくなる。このため、コイル６，７のうち、引張りの応力が及んだ一方の磁歪材の粉体４に対応したコイルでは、インダクタンスが大きくなり、圧縮の応力が及んだ他方の磁歪材の粉体４に対応したコイルでは、インダクタンスが小さくなる。

この結果、ブリッジ回路１１からの出力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２との差が大きくなり、差動増幅器１４の出力電圧Ｖ３が大きくなることによって、検出出力端子１６の出力電圧Ｖｏｕｔも大きくなる。かくして、トルク伝達軸１に伝達されたトルクが検出される。

このように、トルク伝達軸１に作用するトルクを、そのトルク伝達軸１の外周部に設けた磁歪材（磁歪材の粉体４）の透磁率の変化により検出するトルクセンサにおいて、それを、本構成のものにおいては、トルク伝達軸１の外周部に軸方向に対して傾斜状に溝２，３を形成し、この溝２，３にそれぞれ磁歪材の粉体４をバインダー５と共に充填して構成している。

この構成によれば、アモルファス材料のような高価な材料を必要とせず、又、円柱状のトルク伝達軸１の外表面に薄帯を接着したり、磁歪材をメッキしたり、更には、磁歪材を溶射やスパッタリングしたりするような高度な技術を必要とせずして、トルク伝達軸１の外周部に磁歪材（磁歪材の粉体４）を設けることができる。従って、製造コストの低減ができる。そして特には、磁歪材の粉体４は、溝２，３の各底面と両側面に密着するから、その密着面積が大きく、加えて、磁歪材の粉体４で直接でなくバインダー５で密着するので、大きな密着力が得られる。よって、磁歪材をトルク伝達軸１の外表面に対する薄帯の接着のような剥がれのおそれなく信頼性高く設けることができる。

以上に対して、図４及び図５は本発明の第２実施例（第２の実施形態）を示すもので、第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
このものの場合、トルク伝達軸１の溝２，３に磁歪材の粉体４をバインダー５と共に充填すると共に、それらを覆ってトルク伝達軸１の外表面部にも磁歪材の粉体４をバインダー５と共に所定の厚さで充填している。
このようにすることによって、溝２，３における磁歪材の粉体４の密着強度を高めることができる。又、その充填に使用する型の構成を簡単にすることができる。

なお、トルク伝達軸１の溝２，３への磁歪材の粉体４のバインダー５と共の充填、並びにそれらを覆ってのトルク伝達軸１の外表面部への磁歪材の粉体４のバインダー５と共の充填には、前述の圧縮成型に代わって、射出成型を採用しても良い。

この射出成型の場合、磁歪材の粉体４と混合したバインダー５は、型内に注入する前に加熱して溶融させ、それを型内に注入して成型する。従って、この場合には、溶融したバインダー５が磁歪材の粉体４を含む湯となって射出成型を容易ならしめる。又、それにより、成型精度も高く得られ、溝２，３や特にトルク伝達軸１の外表面部には磁歪材の粉体４を均一に充填できるため、トルク検出の誤差を小さくできて、トルク検出の精度を高く得ることができる。
そのほか、本発明は上記し且つ図面に示した実施例にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。

本発明の第１実施例をコイルのみ断面で示す側面図 図１のＸ−Ｘ線に沿うトルク伝達軸主要部分の拡大断面図 トルクセンサの検出回路の結線図 本発明の第２実施例を示す図１相当図 図２相当図

符号の説明

図面中、１はトルク伝達軸、２，３は溝、４は磁歪材の粉体、５はバインダーを示す。

Claims (2)

1. トルク伝達軸に作用するトルクを、そのトルク伝達軸の外周部に設けた磁歪材の透磁率の変化により検出するものにおいて、
   前記トルク伝達軸の外周部に軸方向に対して傾斜状に溝を形成し、この溝に前記磁歪材の粉体をバインダーと共に充填したことを特徴とするトルクセンサ。
2. トルク伝達軸の溝と共にトルク伝達軸の外表面部にも、磁歪材の粉体をバインダーと共に充填したことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
   
   

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