(57)【要約】【課題】トルクの検出精度を向上したトルク計測器を提供する。【解決手段】トルクが入力される回転軸２０と、回転軸２０に固定され、外周縁部に第１の凹凸部が形成された第１の円環部５１と、回転軸２０に対して中心軸回りに相対的に回転する相対移動部３０と、相対移動部３０に固定され、その内周縁部に第１の円環部５１の外周縁部と間隔を隔てて対向する第２の凹凸部が形成された第２の円環部５２と、その途中に第１の凹凸部と第２の凹凸部との対向部を含む磁気回路Ｃを形成する磁性体５３と、磁気回路の磁束密度の変化を検出する検出部５５とを備えるトルク計を、第１の凹凸部と第２の凹凸部との対向部と離間して磁気回路Ｃの途中に設けられ、回転軸２０、相対移動部３０の少なくとも一方の回転に応じて相対移動する一対の部材が対向する空隙部Ｇの少なくとも一部に磁性流体Lを配置した構成とする。【選択図】図２
2006349435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となるトルクが入力される回転軸と、
前記回転軸に固定され、その外周縁部に第１の凹凸部が形成された第１の円環部と、
前記回転軸に対してその中心軸回りに相対的に回転する相対移動部と、
前記相対移動部に固定され、その内周縁部に前記第１の円環部の前記外周縁部と間隔を隔てて対向する第２の凹凸部が形成された第２の円環部と、
その途中に前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部との対向部を含む磁気回路を形成する磁性体と、
前記磁気回路の磁束密度の変化を検出する検出部と
を備えるトルク計測器において、
前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部との前記対向部と離間して前記磁気回路の途中に設けられ、前記回転軸、前記相対移動部の少なくとも一方の回転に応じて相対移動する一対の部材が相互に対向する空隙部の少なくとも一部に磁性流体を配置したこと
を特徴とするトルク計測器。
【請求項２】
固定部と、
前記固定部に対して回転可能に支持され、計測対象となるトルクが入力される回転軸と、
前記回転軸に固定され、その外周縁部に第１の凹凸部が形成された第１の円環部と、
前記固定部に対して前記回転軸回りに回転可能に支持され、その内径側に前記回転軸が配置される回転筒部と、
前記回転筒部の内径側に固定され、その内周縁部に前記第１の円環部の前記外周縁部と間隔を隔てて対向する第２の凹凸部が形成された第２の円環部と、
その途中に前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部との対向部を含む磁気回路を形成する磁性体と、
前記磁気回路の磁束密度の変化を検出する検出部と
を備えるトルク計測器において、
前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部との前記対向部と離間しかつ前記磁気回路の途中であって、前記固定部と前記回転軸との間、前記固定部と前記回転筒部との間の少なくとも一方に設けられた空隙部の少なくとも一部に磁性流体を配置したこと
を特徴とするトルク計測器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のトルク計測器において、
前記空隙部は、前記磁性流体が配置される領域に隣接して設けられ、その間隔が他の部分よりも小さい漏出防止部を備えること
を特徴とするトルク計測器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク伝達軸のねじれを電磁的に検出することによってトルクの計測を行うトルク計測器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トルク計測器は、計測対象となるトルクによってねじられる回転軸の両端部の位相（軸回りにおける角度）をそれぞれ検出し、この回転軸のねじれに起因する位相差に基づいてトルクを計測するものである（例えば、特許文献１）。
回転軸の位相は、一方が回転軸に固定され、その歯先が間隔を隔てて対向して設けられた１対の歯車形状部材を含む磁気回路を形成し、これらを相対的に回転移動させた際にこの磁気回路に流れる磁力線の変化に起因して電磁誘導によって発生する交流電圧の波形に基づいて検出される。
【０００３】
上述したトルク計測器は、磁気回路の一部に相対的に回転する部材が含まれることから、このような相対移動する部材間には隙間を設ける必要がある。しかし、磁気回路は、その途中に隙間が形成されると、磁気抵抗が増大して出力信号が弱くなり、トルクの検出精度を向上するうえで問題となる。
また、トルク計測器は、このような隙間が存在し磁気回路が閉じていないことによって漏洩磁束が発生したり、外からの磁界の影響を受けやすいため、回転軸のねじり部の両端部にそれぞれ設けられる磁気回路が相互に干渉する可能性がある。
【特許文献１】特開平５−２３１９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、トルクの検出精度を向上したトルク計測器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。
請求項１の発明は、計測対象となるトルクが入力される回転軸と、前記回転軸に固定され、その外周縁部に第１の凹凸部が形成された第１の円環部と、前記回転軸に対してその中心軸回りに相対的に回転する相対移動部と、前記相対移動部に固定され、その内周縁部に前記第１の円環部の前記外周縁部と間隔を隔てて対向する第２の凹凸部が形成された第２の円環部と、その途中に前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部との対向部を含む磁気回路を形成する磁性体と、前記磁気回路の磁束密度の変化を検出する検出部とを備えるトルク計測器において、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部との前記対向部と離間して前記磁気回路の途中に設けられ、前記回転軸、前記相対移動部の少なくとも一方の回転に応じて相対移動する一対の部材が相互に対向する空隙部の少なくとも一部に磁性流体を配置したことを特徴とするトルク計測器である。
【０００６】
請求項２の発明は、固定部と、前記固定部に対して回転可能に支持され、計測対象となるトルクが入力される回転軸と、前記回転軸に固定され、その外周縁部に第１の凹凸部が形成された第１の円環部と、前記固定部に対して前記回転軸回りに回転可能に支持され、その内径側に前記回転軸が配置される回転筒部と、前記回転筒部の内径側に固定され、その内周縁部に前記第１の円環部の前記外周縁部と間隔を隔てて対向する第２の凹凸部が形成された第２の円環部と、その途中に前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部との対向部を含む磁気回路を形成する磁性体と、前記磁気回路の磁束密度の変化を検出する検出部とを備えるトルク計測器において、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部との前記対向部と離間しかつ前記磁気回路の途中であって、前記固定部と前記回転軸との間、前記固定部と前記回転筒部との間の少なくとも一方に設けられた空隙部の少なくとも一部に磁性流体を配置したことを特徴とするトルク計測器である。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のトルク計測器において、前記空隙部は、前記磁性流体が配置される領域の間隔を他の部分よりも小さくした漏出防止部を備えることを特徴とするトルク計測器である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、トルク計測器内において相対移動する部材が対向する箇所に不可避的に設けられる空隙部に、磁性流体を配置して磁気回路の切断を防止することによって、磁気回路の磁気抵抗が低減されるから出力信号が強くなり、トルクの検出精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、トルクの検出精度を向上したトルク計測器を提供するという課題を、回転筒の回転時に相対運動するマグネット押えの内周面とボビンカラーの外周面との間に形成される空隙部に磁性流体を注入することによって解決する。
【実施例】
【００１０】
以下、本発明を適用したトルク計測器の実施例について説明する。
図１は、本実施例のトルク計測器全体の構造を示す部分断面図である。図２は、図１のII部拡大図である。図３は、図２のIII部拡大図である。
トルク計測器１は、ハウジング１０、回転軸２０、回転筒３０、モータ４０、位相検出部５０，６０を備えている。
【００１１】
ハウジング１０は、トルク計測器１の各構成部分を収容する容器状の筐体であって、回転軸２０及び回転筒３０をその中心軸回りに回転可能に支持するものである。
【００１２】
回転軸２０は、例えばスチール等の弾性変形領域を有する材料によって形成され、ねじり部２１、軸受２２を備えている。
回転軸２０は、その両端部がハウジング１０からそれぞれ突き出して配置され、トルク計測器１は、この回転軸２０がトルクを測定すべき回転系の途中に介在し、その一方の端部が入力側、他方の端部が出力側とされた状態で用いられる。
【００１３】
ねじり部２１は、回転軸２０の軸方向における中央部に設けられ、その外径を小さくすることによってねじり剛性を低くした部分であって、トルク検出のためそのねじれ角度が計測される対象となる部分である。
【００１４】
軸受２２は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であって、内輪が回転軸２０の外周面部に固定されるとともに、外輪がハウジング１０に固定され、回転軸２０をハウジング１０に対して回転可能に支持するものである。軸受２２は、回転軸２０のねじり部２１を挟んだ両側に、それぞれ２列ずつ設けられている。
【００１５】
回転筒３０は、回転軸２０と同心に形成された中空の円筒であって、ハウジング１０に対して、回転軸２０と独立してその中心軸回りに回転可能に支持され、軸受３１を備えている。
軸受３１は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であって、内輪がハウジング１０に固定されるとともに、外輪が回転筒３０の内周面部に固定され、回転筒３０をハウジング１０に対して回転可能に支持するものである。軸受３１は、回転筒３０の中心軸方向における両端部にそれぞれ例えば１列ずつ設けられている。
【００１６】
モータ４０は、回転筒３０をその中心軸回りに回転駆動するものであって、プーリ４１、ベルト４２を備えている。
プーリ４１は、モータ４０の出力軸に固定され、ベルト４２を駆動するものである。
ベルト４２は、回転筒３０の外周面部に周方向に形成された溝部３０ａとプーリ４１にわたして設けられ、モータ４０の動力を回転筒３０に伝達するものである。
【００１７】
位相検出部５０，６０は、回転軸２０のねじり部２１を挟んだ両端部にそれぞれ設けられ、各部分における回転軸２０の位相を検出するものである。なお、位相検出部５０，６０は実質的に同じ構成であるため、以下、位相検出部５０について説明する。
【００１８】
位相検出部５０は、図２に示すように、外歯歯車５１、内歯歯車５２、マグネット５３、マグネット押え５４、検出コイル５５、コイルボビン５６、ボビンカラー５７を備えている。
外歯歯車５１は、回転軸２０の外径側につば状に突き出して固定され、その外周縁部に、周方向に配列された複数の歯（凹凸部）が形成されている。
また、外歯歯車５１は、回転軸２０の中心軸方向に連続して形成された円筒状のボス部５１ａが形成されている。
内歯歯車５２は、回転筒３０の内径側に固定され、その内径側に外歯歯車５１が挿入される円環状の部材であって、外歯歯車５１の外周縁部と対向するその内周縁部に、周方向に配列された複数の歯（凹凸部）が形成されている。
【００１９】
マグネット５３は、例えば鉄系金属等の強磁性体に着磁して形成された永久磁石であって、内歯歯車５２に対して回転筒３０の軸方向に隣接した状態で回転筒３０の内径側に固定されている。このマグネット５３は、回転軸２０の外歯歯車５１が接続された部分における位相の検出に用いられる後述する磁気回路Ｃを形成するものである。
マグネット押え５４は、内歯歯車５２に対してマグネット５３を挟んで対向した状態で回転筒３０の内径側に固定された円環状の部材であって、マグネット５３を挟持するものである。
また、マグネット押え５４は、その内周面５４ａが軸方向にわたって略一定の内径を有する円筒内面状に形成されている。
【００２０】
検出コイル５５は、ハウジング１０に対して固定されるとともに、磁気回路Ｃによって包囲された領域にその一部が配置された巻線を備え、電磁誘導に起因して磁気回路Ｃに流れる磁束密度の変化に応じた電圧を発生するものである。
コイルボビン５６は、検出コイル５５を形成する巻線が巻き付けられる巻き枠である。
ボビンカラー５７は、ハウジング１０に固定され、回転軸２０と同心に形成された円環状の部材であって、検出コイル５５及びコイルボビン５６を支持するものである。
【００２１】
ボビンカラー５７は、その外径側に、マグネット押え５４の上述した内周面５４ａと微小な間隔を隔てて対向する外周面５７ａを備えている。さらに、ボビンカラー５７は、外周面５７ａから突き出して形成され、その周方向に延在することによってマグネット押え５４の内周面５４ａとの間隔を部分的に小さくする突条５７ｂが形成されている。突条５７ｂは、回転軸２０の中心軸方向に離間して、例えば２本が形成されている。
また、外周面５７ａの突条５７ｂを除く領域は、その外径が軸方向にわたって略一定に形成されている。
【００２２】
マグネット押え５４とボビンカラー５７の外周面５７ａとが対向する空隙部Ｇは、その間隔を埋めるように注入された磁性流体Ｌが注入されている。
磁性流体Ｌは、媒体となる液体中に例えば高濃度のマグネタイト等の強磁性体粒子を安定して分散させた複合材料であって、強磁場下においても強磁性体の粒子の凝集や固液の分離が抑制され、液体が強磁性を持っているように挙動するものである。
磁性流体Ｌは、例えば、媒体の液体（ベース液）、強磁性体粒子、強磁性体流芯の表面に化学吸着した界面活性剤の３成分を含有し、強磁性体粒子は、その熱運動と界面活性剤層の相互反発力とによって凝集することなく安定した分散状態を保つ。
【００２３】
磁性流体Ｌは、マグネット５３が発生する磁界によって、マグネット押え５４の内周面とボビンカラー５７の外周面とが対向して形成される空隙部Ｇ内に、両者の間を接続した状態において保持される。この空隙部Ｇにおいて、ボビンカラー５７の外周面５７ａの突条５７ｂが形成された領域は、他の領域よりも磁気抵抗が低くなり磁束密度が向上することから、磁性流体Ｌはこの領域に集中して保持される。
【００２４】
そして、位相検出部５０においては、図２に示すように、マグネット５３から、マグネット押え５４、ボビンカラー５７、外歯歯車５１、内歯歯車５２を順次経由して再びマグネット５３に戻る磁気回路Ｃが形成される。
ここで、外歯歯車５１の外周縁部と内歯歯車５２の内周縁部との間の磁気抵抗は、これらの間の位相差に応じて変化することから、外歯歯車５１と内歯歯車５２とが相対運動している場合には、磁気回路Ｃに流れる磁気強度は周期的に変化する。このため、検出コイル５５が出力する交流電圧を検出し、所定の処理を施すことによって、外歯歯車５１と内歯歯車５２の間、すなわち回転軸２０と回転筒３０との間の位相の変化を検出することができる。
【００２５】
本実施例のトルク計測器においては、回転軸２０のねじり部２１を挟んで配置された１対の位相検出部５０、６０において、それぞれ回転軸２０と回転筒３０との間の位相変化を検出し、ねじり部２１のねじれ角度を検出することによってトルクを計測する。
ここで、外歯歯車５１と内歯歯車５２との間の位相変化を検出するためには、これらの間に相対速度が必要であることから、回転軸２０が静止し又は角速度が低い場合には、モータ４０によって回転筒３０を回転させることによって、必要な相対速度を得るようにしている。
【００２６】
本実施例によれば、ハウジング１０に対する回転筒３０の回転を可能とするため、マグネット押え５４の内周面５４ａと、ボビンカラー５７の外周面５７ａとの間に不可避的に設けられる空隙部Ｇに、磁性流体Ｌを注入することによって、空隙部Ｇにおける磁気回路の切断を防止し、磁気抵抗を低減して強度の大きい出力信号を得ることができ、これによって、Ｓ／Ｎ比を改善してトルク計測器の検出精度を向上することができる。
【００２７】
また、ボビンカラー５７の外周面５７ａに、突条５７ｂを形成して空隙部Ｇの間隔を部分的に小さくしたから、この部分の磁束密度を向上させて磁性流体Ｌを磁気的に保持し、その漏出を防止することができる。
さらに、磁性流体Ｌが注入される空隙部Ｇは、磁性流体Ｌを注入しない場合と比べてその間隔を大きくしても磁気抵抗を十分に小さくすることができるから、各部品の工作精度やトルク計測器の組立精度をラフにすることができ、トルク計測器の製造工程を簡素化することができる。
【００２８】
（変形例）
なお、本発明は、上述した実施例によって限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）実施例は、回転筒に固定されたマグネット押えとハウジングに固定されたボビンカラーとの間に磁性流体を注入したが、これに限らず、トルク計測器の運転時に相対移動する部材が対向しかつ磁気回路が横断する空隙部であれば、他の箇所に磁性流体を注入してもよい。例えば、回転軸に固定された部材とハウジングに固定された部材との間の空隙部に磁性流体を注入してもよい。但し、この場合は、磁性流体の流動抵抗に起因してトルク計測器のロストルクが増大するから、例えば計測対象となるトルクがロストルクよりも十分に大きい場合等に適用するとよい。
（２）トルク計測器の構成は、実施例のものに限定されず、他の構成によるものであってもよく、適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を適用したトルク計測器の実施例の断面図である。
【図２】図１のII部拡大図である。
【図３】図２のIII部拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０    ハウジング
２０    回転軸
２１    ねじり部
３０    回転筒
４０    モータ
５０    位相検出部
５１    外歯歯車
５２    内歯歯車
５３    マグネット
５４    マグネット押え
５５    検出コイル
５６    コイルボビン
５７    ボビンカラー
６０    位相検出部
Ｌ    磁性流体
【図１】
2006349435.tif 000003
【図２】
2006349435.tif 000004
【図３】
2006349435.tif 000005