JPH0875573A - 保持部材及びこれを用いた磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】温度変化によっても構成部材間に位置ずれを起
こさず零点ドリフトの無い又は小さな磁歪式トルクセン
サを提供する。 【構成】磁歪式トルクセンサの保持部材１０は、ハウジ
ング２に外径が接する環体１１の内径は接するものなく
逃げ代となる空間を有し、ヨーク部材５に内径が接する
突起部１３の外径も接するものなく逃げ代となる空間を
有している。温度変化（温度上昇）により各部材が膨張
したとき熱膨張係数が略同様なヨーク部材５、ハウジン
グ２及び不図示の回転軸は互いの位置関係を保持し、熱
膨張係数のより大きな保持部材１０のみが相対的に膨張
する。このとき保持部材１０の環体１１は逃げ代のある
内側に膨張し、一方ヨーク部材５を保持する突起部１３
は逃げ代のある外側へ末広がり状に変形してそれぞれ圧
縮応力の発生を回避して、温度変化に伴う熱応力により
各部材間に発生するはずの歪みを解消し、各部材相互の
位置関係を一定に保つ。これにより精度のよいトルク検
出が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸と係合するハウ
ジング内において回転軸を非接触に取り巻く取巻部材を
保持する保持部材及びこれを用いた磁歪式トルクセンサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図４(a) に示すような磁歪式
トルクセンサがある。これを簡単に説明すると、同図の
磁歪式トルクセンサは、トルク伝達軸（回転軸）１の適
宜な位置に配設されたハウジング（架構）２を有してい
る（同図は回転軸１以外は断面図）。このハウジング２
は、軸受３を介して回転軸１と係合し外部装置の適宜な
部位に固定される。回転軸１はハウジング２に対し回転
自在であり、ハウジング２内に位置する軸上の２カ所
に、軸周面を取り巻いて磁歪膜４−１及び４−２が適宜
の間隔をもって貼設されている。これら磁歪膜４−１及
び４−２は、応力により透磁率が変動する磁歪素子であ
り、表面には、膜の幅方向に対しそれぞれ相反する方向
に傾斜する刻み目が設けられている。回転軸１が回転し
負荷により軸に捻りによる歪みが生じると、上記刻み目
があることにより、一方の磁歪膜４−１（又は４−２）
に圧縮応力が加わり、他方の磁歪膜４−２（又は４−
１）には引っ張り応力が加わる。これにより、磁歪膜そ
れぞれの透磁率が、一方は上昇し他方は低下する。 こ
れら磁歪膜４−１及び４−２に対面する位置に、ヨーク
（繋梁）部材５が回転軸１を非接触に取り巻いて配設さ
れ、保持部材６−１及び６−２によりハウジング２に保
持されている。

【０００３】同図(b) は、上記断面図で示したヨーク部
材５のみを取り出して、斜視図で示したものである。同
図(b) に示すように、ヨーク部材５は、硬質樹脂又は金
属からなり上記２つの磁歪膜４−１及び４−２に対応す
る部分に環状の溝５−１及び５−２が形成されている。
これらの溝５−１及び５−２には、同図(a) に示す磁歪
検出コイル７−１及び７−２がそれぞれ保持される。こ
れらの磁歪検出コイル７−１及び７−２は、一般には、
ボビンに巻かれた状態で溝５−１及び５−２に保持され
る。

【０００４】同図(c) は、ボビン８に巻かれた状態の磁
歪検出コイル７−１（又は７−２）を示しており、同図
(d) はその断面図を示している。磁歪検出コイル７−１
（又は７−２）は、通常のエナメル被覆された適宜の太
さの銅線が用いられ、一次コイル及び二次コイルからな
っている。これら一次コイル及び二次コイルからは、そ
れぞれ一次コイル端子及び二次コイル端子がボビン８外
部に引き出され、更にハウジング２外部に引き出されて
所定の回路に接続される。

【０００５】上記一次コイルは、誘磁コイルであり、外
部から通電されて磁歪検出コイル７−１（又は７−２）
の内径沿いに磁束を発生し、この磁束は磁歪検出コイル
７−１（又は７−２）の内径内を貫通する回転軸１上の
磁歪膜４−１（又は４−２）を透過する。磁歪膜４−１
（又は４−２）は、上述したように回転軸１の回転によ
る負荷に応じた歪みに対応して、回転軸１が無負荷で回
転しているときに比較して透磁率が上昇（又は低下）す
る。すなわち、磁歪膜４−１（又は４−２）を透過する
磁束密度が高く（又は低く）なる。一方、上記の二次コ
イルは、検出コイルであり、上記磁歪膜４−１（又は４
−２）を透過する磁束により二次電流を誘発する。この
二次コイル側に誘発される二次電流が上記磁束密度の高
低に応じて、回転軸１が無負荷で回転しているときに比
較して増加又は減少する。この２つの磁歪検出コイル７
−１及び７−２を用いて二次電流の増加又は減少という
互いに逆な２方向の値を同時に検出しているのは、オフ
セット成分を相殺して感度を倍増する電気的差動増幅と
同じ原理によっている。

【０００６】このように磁歪式トルクセンサは、上記二
次電流の増加又は減少の度合いを検出することにより回
転軸１の歪みの大きさ即ち回転軸１にかかる負荷の大き
さ、つまりトルクを検出している。

【０００７】ところで、磁束の強さ（磁束密度）は磁束
発生源からの距離の二乗に逆比例する。したがって、上
述した回転軸１上の磁歪膜４−１（又は４−２）と磁歪
検出コイル７−１（又は７−２）間の縦又は横方向の距
離に僅かの変動があると、一次コイルにより発生して磁
歪膜４−１（又は４−２）を透過する磁束の密度が大き
く変動する。即ち磁歪膜４−１（又は４−２）と磁歪検
出コイル７−１（又は７−２）間に僅かの位置ずれがあ
ると、回転軸１が無負荷のときにおいて二次電流によっ
て検出されるべき基準電流に変動（零点ドリフト）が生
じ、正確なトルクの検出ができない。図１に示した保持
部材６−１及び６−２は、上記の磁歪膜と磁歪検出コイ
ルとの位置決めを行う（磁路を一定に保つ）ために用い
られているものである。

【０００８】図５(a),(b) は、上記保持部材の他の形態
２例を示している。いずれも、ヨーク部材に切り込み溝
を設け（同図(a) のヨーク部材５ａではヨーク部材円周
の周面、同図(b) のヨーク部材５ｂではヨーク部材側
面）、この切り込み溝に嵌合する突起部を保持部材（６
−１ａ又は６−１ｂ）に設けて、同図(a),(b) に示すよ
うに、これらヨーク部材の切り込み溝と保持部材の突起
部とを互いに嵌合させ、これによってハウジング２内に
保持されるヨーク部材５ａ（又は５ｂ）の位置ずれを防
止して磁路を一定に保つようにしている。そして、上記
の保持部材は、温度変化による熱応力や各部品の組立て
による公差の蓄積等によるはめ合い応力がヨーク部材５
ａ（又は５ｂ）に悪影響を与えないようにするために、
弾性体で構成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように保持部材を弾性体で構成し、種々なはめ合い方法
によってヨーク部材５ａ（又は５ｂ）の位置決めを行っ
ても、それらの保持部材、ヨーク部材、ハウジング等
は、環境の温度変化によって熱膨張又は熱収縮を引き起
こす。通常ヨーク部材及びハウジングは、回転軸同様に
金属であり、熱膨張係数にはそれほど大きな違いはない
から、温度変化に対しては互いに同程度に膨張又は収縮
する。したがって本来ならば互いの位置関係は変化しな
い。しかし、中間に介在する位置決め部材である保持部
材は、樹脂であるため金属に比較すると膨張係数が極め
て大きい。ところが、図４(a) 及び図５(a),(b) に示す
ように、この保持部材は、ハウジングに接する部分の内
側でヨーク部材に接している。換言すれば保持部材はそ
の外径部でハウジングに保持され、その外径部で保持さ
れている同一部分の内径部でヨーク部材を保持してい
る。つまりハウジングとヨーク部材とにより挟み込まれ
ている。このため、保持部材が、いくら弾性体でできて
いるとはいっても、熱応力を完全に吸収するとは言い難
く、上記当接部において歪みを発生し、この歪みにより
各部材間に間隙を生じ、これにより各部材による構成部
位に、温度変化による位置ずれが生じる。このように位
置ずれ特に回転軸１の軸芯からの偏芯がヨーク部材５に
生じると、磁路が変化し、このため上述したように零点
ドリフトが生じて正確なトルクの検出ができないという
問題が発生する。

【００１０】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
温度変化によっても構成部材間に位置ずれを起こさず零
点ドリフトが無いか又は零点ドリフトが極めて小さい磁
歪式トルクセンサを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】先ず、請求項１
記載の発明の保持部材は、環状に形成された環体を有
し、該環体の一方の側面部において該環体と同心円で該
環体の外径部の側端から離れた位置に上記側面部より突
起して弾性変形可能な突起部を備え、ハウジングと該ハ
ウジング内に配設された磁性部材との間に介在したと
き、上記突起部により上記磁性部材を保持すると共に上
記環体の外径部により上記ハウジングから保持されるよ
う形成される。

【００１２】これにより、温度変化に関らず上記磁性部
材の位置が一定に保たれる。次に、請求項２記載の発明
は、回転軸と、この回転軸の周面に設けられた磁歪素子
と、この磁歪素子に対し非接触に対面する一次コイル及
び二次コイルから成る磁歪検出コイルと、この磁歪検出
コイルを上記回転軸及び上記磁歪素子と非接触に保持す
るヨーク部材と、このヨーク部材を保持すると共に上記
回転軸に軸受を介して係合するハウジングとから成る磁
歪式トルクセンサに適用される。

【００１３】この発明の磁歪式トルクセンサは、上記請
求項１記載の発明の保持部材が上記ハウジングと上記ヨ
ーク部材との間に介在して、上記保持部材がその突起部
の内径部により上記ヨーク部材を保持すると共にその環
状の外径部により上記ハウジングから保持されるように
構成される。

【００１４】これにより、温度変化によっても磁歪式ト
ルクセンサの各部材間に大きな位置ずれを起こさず磁歪
検出の零点ドリフトが小さく保たれる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１(a) は、一実施例に係わる保持部材の平
面図であり、同図(b) は、そのＡ−Ａ′矢視図である。
同図(a),(b) において、保持部材１０は、ＰＢＴ、エポ
キシ樹脂、テフロン（フッ素樹脂の米国デュポン社の商
品名）等の非電導体からなっている。このうち、硬度あ
るいは組み立て時の取り扱いの容易さの点からは、テフ
ロンが好ましい素材といえる。この保持部材１０は、環
状に形成された環体１１を有しており、その環体１１の
一方の側面部１２において、該環体１１と同心円で該環
体１１の外径部の側端から離れた位置に、上記側面部１
２より突起して環状をなす突起部１３を備えている。こ
の突起部１３は、その内径部に図(b)の矢印Ｂで示す遠
心方向への外力を受けると、その遠心方向へ末広がりに
撓む適度な弾力性を有して、弾性変形が可能なように構
成されている。

【００１６】この保持部材１０は、例えば図１に示した
回転軸１を回転自在に係合させるハウジング２と該ハウ
ジング２内に配設され回転軸１の周囲を非接触に取り巻
くヨーク部材５との間に介在したとき、上記突起部１３
によりヨーク部材５を保持すると共に環体１１の外径部
によりハウジング２から保持されるよう形成されてい
る。尚、上記ヨーク部材５は磁性部材からなっている。

【００１７】続いて、上記の保持部材１０を用いた磁歪
式トルクセンサの実施例について説明する。 図２は、
磁歪式トルクセンサの実施例の断面図である。同図に示
す磁歪式トルクセンサの構成においては、保持部材１０
を除いて、他の構成部分は、図１に示した磁歪式トルク
センサの構成と同様であり、したがって、図２には、図
１に示した回転軸、磁歪膜、磁歪検出コイル、ボビン等
の図示を省略し、上記保持部材１０と、ハウジング２及
びヨーク部材５のみを図示している。

【００１８】同図に示すように、本実施例の磁歪式トル
クセンサは、図１に説明した保持部材１０がハウジング
２とヨーク部材５との間に介在しており、その保持部材
１０は、その突起部１３の内径部によりヨーク部材５を
保持すると共にその環体１１の外径部によりハウジング
２から保持されている。

【００１９】続いて、上記構成の磁歪式トルクセンサに
おける温度変化に対応する保持部材の動作を、図３(a),
(b) に示す動作状態図を用いて説明する。同図(a),(b)
は、図２の構成の左側の一部を拡大して示している。図
３(a) に示すように、保持部材１０は、一方では、ハウ
ジング２に接する部分１１−１（環体１１の外径）の内
側１１−２（環体１１の内径）は接するものがなく自由
な空間（逃げ代）を有しており、他方では、ヨーク部材
５に接している部分１３−２（突起部１３の内径）の外
側１３−１（突起部１３の外径）も接するものがなく自
由な空間（逃げ代）を有している。

【００２０】充分に低温な環境温度に対応して同図(a)
に示す構成としたときにおいて、温度変化（温度上昇）
により各部材が膨張したとき、前述したように、ヨーク
部材５、ハウジング２及び図示を省略している回転軸
は、それぞれ熱膨張係数に大きな違いがなく互いの位置
関係を保持して状態で膨張する。したがって、熱膨張係
数のより大きな保持部材１０のみが、ヨーク部材５及び
ハウジング２に対して相対的に膨張する。このとき、同
図(b) に示すように、膨張した保持部材１０の環体１１
は、外径部がハウジング２に接しているため、同図の矢
印Ｃで示す逃げ代のある内側に膨張して、この部分の圧
縮応力の発生を回避する。一方、この環体１１に設けら
れ内径部がヨーク部材５に接している突起部１３は、上
記内側に膨張する環体１１により一段と内径部がヨーク
部材５に押圧されるが、同図の矢印Ｄで示す逃げ代のあ
る外側へ末広がり状に開いて、この部分の圧縮応力の発
生を回避する。

【００２１】このように、ハウジングと保持部材との係
合関係において逃げ代があり、さらに、保持部材とヨー
ク部材との係合関係においても逃げ代があるために、環
境温度が変化しても上記突起部１３の変形により圧縮応
力が解消され、各部材間には温度変化に伴う熱応力によ
る歪みが発生せず、したがって相互の位置関係が一定に
保たれ、これにより、磁歪検出の零点ドリフトが無く、
あるいは小さく保たれ、したがって、精度のよいトルク
検出が可能になる。

【００２２】また、このように保持部材とヨーク部材
間、及び保持部材とハウジング間にそれぞれ逃げ代があ
るため、組み付けの際、従来に比較して公差を大きくと
ることができ、したがって部品の設計、製作が容易であ
り作業の能率が向上する。

【００２３】また、ヨーク部材側には切り込み溝等を設
ける必要がなく、図４(a) に示した従来のヨーク部材を
用いて、保持部材の形状のみを変更すればよく、改善が
容易である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
環境温度が変化しても保持部材の突起部の変形によりハ
ウジングとヨーク部材間の保持部の圧縮応力が解消され
て各部材間に温度変化に伴う熱応力による歪みが発生し
ないので、各部材相互の位置関係が一定となって磁歪検
出の零点ドリフトが無いかあるいは小さく保たれ、した
がって、精度のよいトルク検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は一実施例に係わる保持部材の平面図、
(b) はそのＡ−Ａ′矢視図である。

【図２】図１の保持部材を用いた磁歪式トルクセンサの
実施例の断面図である。

【図３】(a),(b) は磁歪式トルクセンサの保持部材の動
作状態を説明する図である。

【図４】(a) は従来の磁歪式トルクセンサの断面図、
(b) は断面図からヨークのみを取り出して示した斜視
図、(c) はボビンに巻かれた状態の磁歪検出コイルの斜
視図、(d) はその断面図である。

【図５】(a),(b) は従来の保持部材の形態２例を示す図
である。

【符号の説明】

１ トルク伝達軸（回転軸） ２ ハウジング ３ 軸受 ４−１、４−２ 磁歪膜 ５、５ａ、５ｂ 集磁ヨーク ５−１、５−２ 溝 ６−１、６−２、６−１ａ、６−１ｂ 保持部材 ７−１、７−２ 磁歪検出コイル ８ ボビン １０ 保持部材 １１ 環体 １１−１ ハウジングに接する部分（環体の外径） １１−２ 逃げ代を有する部分（環体の内径 １２ 平面部 １３ 突起部 １３−１ 逃げ代を有する部分（突起部の外径） １３−２ ヨーク部材に接している部分（突起部の内
径）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状に形成された環体を有し、該環体の
   一方の側面部において該環体と同心円で該環体の外径部
   の側端から離れた位置に前記側面部より突起して弾性変
   形可能な突起部を備え、ハウジングと該ハウジング内に
   配設された磁性部材との間に介在したとき、前記突起部
   により前記磁性部材を保持すると共に前記環体の外径部
   により前記ハウジングから保持されるよう形成されたこ
   とを特徴とする保持部材。
2. 【請求項２】 回転軸と、この回転軸の周面に設けられ
   た磁歪素子と、この磁歪素子に対し非接触に対面する一
   次コイル及び二次コイルから成る磁歪検出コイルと、こ
   の磁歪検出コイルを前記回転軸及び前記磁歪素子と非接
   触に保持するヨーク部材と、このヨーク部材を保持する
   と共に前記回転軸に軸受を介して係合するハウジングと
   から成る磁歪式トルクセンサにおいて、 請求項１記載の保持部材が前記ハウジングと前記ヨーク
   部材との間に介在して前記保持部材はその突起部の内径
   部により前記ヨーク部材を保持すると共にその環体の外
   径部により前記ハウジングから保持されることを特徴と
   する磁歪式トルクセンサ。