(57)【要約】【課題】トルクセンサのロストルクを低減する。【解決手段】トーションバー１００の右側を軸支する右ボールベアリング２０１を支持する右ベアケース１１１、トーションバー１００の左側を軸支する左ボールベアリング３０１を支持する左ベアケース１２１、本体１０２とを有し、右ベアケース１１１は本体１０２に遊びなく嵌合する形状を有し、当該嵌合によって一義的に右ベアケース１１１の位置が定まると共に、安定的に本体１０２によって右ベアケース１１１が支持される。左ベアケース１２１は、本体１０２に１mm程度の遊びをもって嵌合する形状を有し、本体１０２への固定位置を、ロストルクが最小となる位置に調整することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーの捻れを検出することによりトルクを計測するトルクセンサであって、
本体と、
前記トーションバーの一端側を軸支する第１のベアリングを支持する第１支持部材と、
前記トーションバーの他端側を軸支する第２のベアリングを支持する第２支持部材とを有し、
前記本体は、中空部と、前記中空部に連結する当該本体の第１の面に設けられた第１の開口と、前記中空部に連結する当該本体の前記第１の面と対向する面である第２の面に設けられた第２の開口とを有し、
前記トーションバーの中央部が前記本体の前記中空部に位置し、前記第１支持部材が前記第１の開口を閉塞する所定の位置に位置決めされるように、前記トーションバーの軸方向と垂直な方向について遊び無く相互に嵌合する形状を前記本体と第１支持部材は有すると共に、前記第１支持部材は前記本体と嵌合した状態で前記本体に固定されており、
前記トーションバーの中央部が前記本体の前記中空部に位置し、前記第２支持部材が前記第２の開口を閉塞する位置となるように、前記トーションバーの軸方向と垂直な方向について遊びを持って相互に嵌合する形状を前記本体と第２支持部材は有すると共に、前記第２支持部材は前記本体と嵌合した状態で前記本体に固定されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のトルクセンサであって、
前記第１の開口と第２の開口は円形状を有し、
前記第１支持部材は、前記第１の開口と外周面が嵌合する円環形状の第１嵌合部を有し、
前記第２支持部材は、前記第２の開口と外周面が嵌合する円環形状の第２嵌合部を有し、
前記第２の開口の直径と前記第２嵌合部の外周の直径との差は、前記第１の開口の直径と前記第１嵌合部の外周の直径との差より大きいことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】
請求項１または２記載のトルクセンサであって、
前記第１ベアリングの外輪と内輪との間には、予圧が付与されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のトルクセンサの製造方法であって、
前記第１支持部材を前記本体と嵌合した状態で前記本体に固定するステップと、
前記第２支持部材を前記本体と嵌合した状態で、トーションバーに加わるトルクを計測しつつ、前記第２支持部材の前記本体に対する前記トーションバーの軸方向と垂直な方向の位置を前記遊びによって許容される範囲内において変化させて、前記トーションバーに加わるロストルクが最小となる、前記第２支持部材の位置を算定するステップと、
前記算定した位置で前記第２支持部材を前記本体に固定するステップとを有することを特徴とするトルクセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーションバーの捻れを検出することによりトルクを計測するトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トーションバーの捻れを検出することによりトルクを計測するトルクセンサとしては、図４に示すような、トーションバーの捻れ量に応じて位置関係が変化するスリットを用いて磁束にトーションバーの捻れ量に応じた位相変化を与えると共に、当該位相変化よりトーションバーに加わるトルクを検出するトルクセンサが知られている（たとえば、特許文献１、２）。
【０００３】
ここで、図４において、図４ａはトルクセンサの正面を、図４ｂはトルクセンサの断面を、それぞれ模式的に表している。
図示するように、このトルクセンサは、測定対象のトルクが入力側（図４ａ、ｂにおける左方）端と出力側（４ａ、ｂにおけるにおける右方）端との間の捻れ方向の力として加えられるトーションバー１０と、トーションバー１０の出力側に固定された内側筒２１と、トーションバー１０の入力側に固定された外側筒２２と、第１駆動コイル３１と、第２駆動コイル３２と、第１検出コイル４１と、第２検出コイル４２と、測定回路５０とを有している。
【０００４】
ここで、内側筒２１と外側筒２２とは、非磁性導電体を用いて形成されており、図４ｃに外側筒２２の形状を、図４ｄに内側筒２１の形状を示すように、それぞれ、周面に複数のスリット６１、６２、６３、６４が配列されて設けられており、図４ｅに示すように、内側筒２１は、外側筒２２の内側に同軸状に挿入された形態で配置されている。
【０００５】
そして、第１駆動コイル３１と第１検出コイル４１とは、間に内側筒２１のスリット６３と外側筒２２のスリット６１が位置するように対向して設けられており、第２駆動コイル３２と第２検出コイル４２とは、間に内側筒２１のスリット６４と外側筒２２のスリット６２が位置するように対向して設けられている。そして、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とは測定回路５０によって交流駆動され磁束を発生する。また、第１検出コイル４１は、第１駆動コイル３１が発生し、内側筒２１と外側筒２２を通過した磁束を検出し、第２検出コイル４２は、第２駆動コイル３２が発生し、内側筒２１と外側筒２２を通過した磁束を検出する
そして、測定回路５０は、トーションバー１０の捻れに追従して生じるスリットの位置関係の変化に応じて、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２で検出される信号の位相変化より、トーションバー１０に加わるトルクを算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2010-091506号公報
【特許文献２】特開2010-085155号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さて、上述したトルクセンサを微小トルクの検出に適用する場合、トーションバーとトーションバーの軸受けとの間で発生する回転抵抗などによるロストルクの存在が無視できなくなり、微小トルクの検出精度を向上するためには、ロストルクをできるだけ小さくすることが必要となる。
【０００８】
そこで、本発明は、ロストルクを低減することのできるトルクセンサの構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題達成のために、本発明は、トーションバーの捻れを検出することによりトルクを計測するトルクセンサとして、本体と、前記トーションバーの一端側を軸支する第１のベアリングを支持する第１支持部材と、前記トーションバーの他端側を軸支する第２のベアリングを支持する第２支持部材とを備えたトルクセンサを提供する。ここで、前記本体は、中空部と、前記中空部に連結する当該本体の第１の面に設けられた第１の開口と、前記中空部に連結する当該本体の前記第１の面と対向する面である第２の面に設けられた第２の開口とを有し、前記トーションバーの中央部が前記本体の前記中空部に位置し、前記第１支持部材が前記第１の開口を閉塞する所定の位置に位置決めされるように、前記トーションバーの軸方向と垂直な方向について遊び無く相互に嵌合する形状を前記本体と第１支持部材は有すると共に、前記第１支持部材は前記本体と嵌合した状態で前記本体に固定されており、前記トーションバーの中央部が前記本体の前記中空部に位置し、前記第２支持部材が前記第２の開口を閉塞する位置となるように、前記トーションバーの軸方向と垂直な方向について遊びを持って相互に嵌合する形状を前記本体と第２支持部材は有すると共に、前記第２支持部材は前記本体と嵌合した状態で前記本体に固定されているものである。
【００１０】
なお、このようなトルクセンサは、前記第１の開口と第２の開口とを円形状とし、前記第１支持部材に、前記第１の開口と外周面が嵌合する円環形状の第１嵌合部を設け、前記第２支持部材に、前記第２の開口と外周面が嵌合する円環形状の第２嵌合部を設けると共に、前記第２の開口の直径と前記第２嵌合部の外周の直径との差を、前記第１の開口の直径と前記第１嵌合部の外周の直径との差より大きくするようにしてもよい。
【００１１】
また、このようなトルクセンサは、前記第１ベアリングの外輪と内輪との間に、予圧を付与することも好ましい。
以上のようなトルクセンサによれば、第１支持部材は本体に遊びなく嵌合し、当該嵌合によって一義的に第１支持部材、第１ベアリングの位置が定まると共に、これらが安定的に本体によって支持される。一方、第２支持部材は、本体への固定位置を、本体との嵌合の遊びの範囲内の任意の位置とすることができる。
【００１２】
したがって、以上のようなトルクセンサによれば、第２支持部材の固定位置を調整することにより、最もロストルクの少なくなる配置に、第１ベアリング、第２ベアリングの位置を設定することができる。
すなわち、このようなトルクセンサの製造を、たとえば、前記第１支持部材を前記本体と嵌合した状態で前記本体に固定するステップと、前記第２支持部材を前記本体と嵌合した状態で、トーションバーに加わるトルクを計測しつつ、前記第２支持部材の前記本体に対する前記トーションバーの軸方向と垂直な方向の位置を前記遊びによって許容される範囲内において変化させて、前記トーションバーに加わるロストルクが最小となる、前記第２支持部材の位置を算定するステップと、前記算定した位置で前記第２支持部材を前記本体に固定するステップとを実行することにより行うことで、ロストルクの小さいトルクセンサを実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、ロストルクを低減することのできるトルクセンサの構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るトルクセンサの外観を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトルクセンサの本体を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るトルクセンサの内部構造を示す図である。
【図４】公知のトルクセンサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のトルクセンサの実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るトルクセンサの外観を示す。
ここで、図１ａはトルクセンサの左側面図、図１ｂはトルクセンサの正面図、図１ｃはトルクセンサの右側面図、図１ｄ、ｅはトルクセンサの斜視図である。
図示するように、トルクセンサは、トーションバー１００、ベース１０１、ベース１０１の上に載置した状態でベース１０１に固定された本体１０２、本体１０２の上に固定されたケース１０３、ケース１０３に固定された入出力端子１０４、本体１０２の左側面にネジ止めされた左ベアケース１２１、左ベアケース１２１にネジ止めされた左外輪押さえ１２２、トーションバー１００の左側に固定された左内輪押さえ１２３、本体１０２の右側面にネジ止めされた右ベアケース１１１、右ベアケース１１１にネジ止めされた右外輪押さえ１１２、トーションバー１００の右側に固定された右内輪押さえ１１３を備えている。
【００１６】
ここで、ケース１０３は、トルクセンサの電気系統の駆動、制御やトルク検出信号の信号処理等の、図４の公知のトルクセンサの測定回路５０に相当する役割を担う電子基板を収容するものであり、入出力端子１０４は、トルクセンサの制御信号やトルクセンサの検出信号を、電子基板と外部との間で入出力する端子である。
【００１７】
次に、図２に、トルクセンサの本体１０２の構成を示す。
ここで、図２ａは本体１０２の左側面図、図２ｂは本体１０２の正面図、図２ｃは本体１０２の右側面図、図２ｄは本体１０２の上面図、図２ｅは本体１０２の斜視図である。
図示するように、本体１０２は、直方体に左右に貫通する円筒状のトンネルを設けると共に、ケース１０３内部とトンネル内との通路となる開口を上部に設けた形状を備えている。
次に、図３ａに、トルクセンサの内部構造を示す。
ここで、図３ａは、図１ｂのA-A線による断面端部を示すものである。また、本体１０２以外の図３ａに表れる各部の立体形状は、おおよそトーションバー１００の中心軸B-Bを回転軸として図３ａに表された形状を回転させた回転体の形状を有している。
さて、図示するように、右ベアケース１１１は、全体としては中心に孔を有する円盤状の形状を有している。また、右ベアケース１１１は、外周よりの位置に円環状に左側に突出した突部１１１１を有し、突部１１１１を本体１０２の円筒状のトンネルに右から嵌め込んだ状態で、外縁部に設けたネジ穴１１１２を用いて本体１０２にネジ止めされる。なお、図３ａのネジ穴１１１２は、径方向位置を示すために表したものであり、実際は、図１ｂのA-A線上にないため図３ａには表れないものである。また、右ベアケース１１１は、中心の孔周りの位置に円環状に左側に突出した突部１１１３を備えている。
【００１８】
次に、右外輪押さえ１１２は、全体としては中心に孔を有する円盤状の形状を有しており、右ベアケース１１１の右面の中央部に設けられた溝に嵌め込んだ形態で、ネジ孔１１２１を用いて右ベアケース１１１にネジ止めされる。なお、図３ａのネジ穴１１２１は、径方向位置を示すために表したものであり、実際は、図１ｂのA-A線上にないため図３ａには表れないものである。
【００１９】
そして、右内輪押さえ１１３は、右外輪押さえ１１２の中心の孔に、右外輪押さえ１１２と接しない形態で挿入され、雌ねじ孔１１３１にネジを進入させてトーションバー１００を挟持することにより、トーションバー１００の右側に固定される。
また、右ベアケース１１１の中心の孔周りの円環状の突部１１１３には二つの右ボールベアリング２０１が挿入されており、この二つの右ボールベアリング２０１によって、トーションバー１００の右側が軸受けされている。
また、二つの右ボールベアリング２０１の間には、二つの右ボールベアリング２０１の外輪に接する中空円筒形状の右外輪側カラー２０２と、二つの右ボールベアリング２０１の内輪に接する中空円筒形状の右内輪側カラー２０３とが配置されている。また、左側の右ボールベアリング２０１の外輪の左側は右ベアケース１１１の突部１１１３の左端に設けられている中心方向に突出した突部１１１３１に当接し、右側の右ボールベアリング２０１の外輪の右側に設けたフランジは、右外輪押さえ１１２と右ベアケース１１１の間に挟持される。また、右側の右ボールベアリング２０１の内輪の右側は、トーションバー１００に固定された右内輪押さえ１１３に当接している。
【００２０】
また、このような構造において、二つの右ボールベアリング２０１が位置決めされた状態で、本体１０２に装着される。また、このような構造において、右側の右ボールベアリング２０１の内輪に左方向の力を加えた状態で右内輪押さえ１１３をトーションバー１００に固定することにより、二つの右ボールベアリング２０１は、外輪と内輪の間に予圧を加えた状態で配置される。
【００２１】
次に、本体１０２の円筒形状のトンネル内において、トーションバー１００の右側に内側筒４０１が固定され、トーションバー１００の左側に外側筒４０２が固定されている。また、右ベアケース１１１の左側の面には、駆動コイル４０４と検出コイル４０５を支持する支持筒４０６がネジ止めにより固定されている。
【００２２】
ここで、内側筒４０１、外側筒４０２、駆動コイル４０４、検出コイル４０５は、それぞれ、図４の公知のトルクセンサの内側筒２１、外側筒２２、駆動コイル３１、３２、検出コイル４１、４２に相当するものである。
次に、左ベアケース１２１は、全体としては中心に孔を有する円盤状の形状を有している。また、左ベアケース１２１は、外周よりの位置に円環状に右側に突出した突部１２１１を有し、突部１２１１を本体１０２の円筒状のトンネルに左から挿入した状態で、外縁部に設けたネジ穴１２１２を用いて本体１０２にネジ止めされる。なお、図３ａのネジ穴１２１２は、径方向位置を示すために表したものであり、実際は、図１ｂのA-A線上にないため図３ａには表れないものである。
また、左ベアケース１２１は、中心の孔周りの位置に円環状に右側に突出した突部１２１３を備えている。
【００２３】
次に、左外輪押さえ１２２は、全体としては中心に孔を有する円盤状の形状を有しており、左ベアケース１２１の左面の中央部に設けられた溝に嵌め込んだ形態で、ネジ孔１２２１を用いて左ベアケース１２１にネジ止めされる。なお、図３ａのネジ穴１２２１は、径方向位置を示すために表したものであり、実際は、図１ｂのA-A線上にないため図３ａには表れないものである。
【００２４】
そして、左内輪押さえ１２３は、左外輪押さえ１２２の中心の孔に、左外輪押さえ１２２と接しない形態で挿入され、雌ねじ孔１２３１にネジを進入させてトーションバー１００を挟持することにより、トーションバー１００の左側に固定される。
また、左ベアケース１２１の中心の孔周りの円環状の突部１２１３には二つの左ボールベアリング３０１が挿入されており、この二つの左ボールベアリング３０１によって、トーションバー１００の左側が軸受けされている。
また、二つの左ボールベアリング３０１の間には、二つの左ボールベアリング３０１の外輪に接する中空円筒形状の左外輪側カラー３０２と、二つの左ボールベアリング３０１の内輪に接する中空円筒形状の左内輪側カラー３０３とが配置されている。また、右側の左ボールベアリング３０１の内輪の右側は、中空円筒形状のスペーサ３０４に当接しており、このスペーサ３０４の右側は外側筒４０２の左側に当接している。
【００２５】
また、左側の左ボールベアリング３０１の外輪の左側は左外輪押さえ１２２に当接し、左側の左ボールベアリング３０１の内輪の左側は、トーションバー１００に固定された左内輪押さえ１２３に当接している。
そして、このような構造において、二つの左ボールベアリング３０１が位置決めされた状態で、本体１０２に装着される。
さて、このようなトルクセンサにおいて、図３ｂに本体１０２、右ベアケース１１１、左ベアケース１２１の図１ｂのA-A線による断面を示すように、本体１０２の円筒状のトンネルの直径Ｌと、右ベアケース１１１の外周よりの位置の円環状に左側に突出した突部１１１１の外周面の直径ＬＲとの関係は、右ベアケース１１１の突部１１１１が、本体１０２の円筒状のトンネルに緩みなく嵌め合うように定めている。一方、本体１０２の円筒状のトンネルの直径Ｌと、左ベアケース１２１の外周よりの位置の円環状に右側に突出した突部１２１１の外周面の直径ＬＬとの関係は、本体１０２の円筒状のトンネルに左から突部１２１１を挿入した状態で遊びΔＬがあり、上下左右に１mm程度、左ベアケース１２１を移動可能なように定めている。また、左ベアケース１２１を、本体１０２に固定するための左ベアケース１２１のネジ孔１２１２の直径も、ネジ直径に対して多少遊びをもたせて設定している。
【００２６】
したがって、右ベアケース１１１は本体１０２に遊びなく嵌合し、当該嵌合によって一義的に右ベアケース１１１の位置が定まると共に、安定的に本体１０２によって右ベアケース１１１が支持されるが、左ベアケース１２１は、本体１０２への固定位置を、上下左右に１mm程度の範囲内の任意の位置に調整することができる。
【００２７】
したがって、以上のようなトルクセンサによれば、図３ａに示した各部の配置において、右ベアケース１１１を本体１０２にネジ止めし、左ベアケース１２１を本体１０２にネジ止めしていない状態で、ケース１０３に収容した電子基板でトルクセンサを稼働させて、トルクを検出しながら、ロストルクが最小となる左ベアケース１２１の位置を求め、求めた位置で左ベアケース１２１を本体１０２にネジ止めすることにより、各ベアリングの配置を適正化し、ロストルクの少ないトルクセンサを実現できることとなる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、本実施形態に係るトルクセンサのトーションバー１００を軸支する構造、すなわち、図３ａの構造のうちの、外側筒４０２、内側筒４０１、駆動コイル４０４、検出コイル４０５、支持筒４０６を除く部分の構造は、トーションバー１００を用いる任意のトルクセンサに同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１００…トーションバー、１０１…ベース、１０２…本体、１０３…ケース、１０４…入出力端子、１１１…右ベアケース、１１２…右外輪押さえ、１１３…右内輪押さえ、１２１…左ベアケース、１２２…左外輪押さえ、１２３…左内輪押さえ、２０１…右ボールベアリング、２０２…右外輪側カラー、２０３…右内輪側カラー、３０１…左ボールベアリング、３０２…左外輪側カラー、３０３…左内輪側カラー、３０４…スペーサ、４０１…内側筒、４０２…外側筒、４０４…駆動コイル４、４０５…検出コイル、４０６…支持筒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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