(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーと、
前記トーションバーの軸廻りの方向を周方向として、当該周方向に配置された複数のスリットを有すると共に、前記トーションバーの一端に固定された第１回転体と、
前記周方向に配置された複数のスリットを有すると共に、前記トーションバーの他端に固定された第２回転体と、
前記第１回転体と前記第２回転体とを通過した磁気信号の変化に応じて、前記トーションバーの捻れを検出する測定装置と、
前記第１回転体には、当該第１回転体の前記トーションバーの軸廻りの回転に伴って前記周方向に移動するピンが固定されており、
前記第２回転体は、前記ピンが挿入された孔を有し、
前記ピンの軸方向及び前記周方向と垂直な方向を第１方向として、前記孔は、
前記ピンが挿入された、前記周方向の大きさが前記ピンの前記周方向の大きさより大きく、前記第１方向の大きさが前記ピンの前記第１方向の大きさより大きい形状を有する第１領域と、
当該第１領域と前記周方向に隣接して設けられた、前記ピンまたは前記ピンの一部と前記周方向について嵌合する形状を有する第２領域とを有し、
当該第２領域の前記第１領域側端部には、前記孔の前記第１方向の大きさが前記ピンの前記第１方向の大きさより小さくなる凹形状部が設けられており、
当該凹形状部は、前記ピンより前記周方向に加わる力が前記所定の大きさ未満であるときに、前記周方向について前記ピンに当接して前記ピンの前記第１領域から前記第２領域への移動を抑止し、前記ピンより前記周方向に加わる力が所定の大きさ以上となったときに弾性変形によって前記第１方向に移動して、前記ピンの前記第１領域から前記第２領域への移動を許容す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２領域は、前記第１領域の周方向についての両側に各々設けられている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回転体は、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された第１の円筒であって、
前記第２回転体は、前記トーションバーの他端に固定された、前記第１の円筒が挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された第２の円筒であることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４】
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回転体は、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された第１の円盤であって、
前記第２回転体は、前記トーションバーの他端に固定された、前記第１の円盤と対面する形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された第２の円盤であることを特徴とするトルクセンサ。
【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角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角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、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各々備えた二つの円筒や円盤を通過させた磁束の位相や強度変化より、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（特許文献１、２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2008-175579号公報
【特許文献２】特開2008-268097号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなトルクセンサによれば、トーションバーに定格を大きく超える過大なトルクが加わった場合、トーションバーが塑性変形するなどしてトルクセンサがダメージを受けてしまい、以降の測定を正しく行えなくなってしまうことがあった。
そこで、本発明は、トーションバーの捻れ角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おいて、トルクセンサを過大なトルクから保護することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題達成のために、本発明は、トーションバーと、前記トーションバーの軸廻りの方向を周方向として、当該周方向に配置された複数のスリットを有すると共に、前記トーションバーの一端に固定された第１回転体と、前記周方向に配置された複数のスリットを有すると共に、前記トーションバーの他端に固定された第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体とを通過した磁気信号の変化に応じて、前記トーションバーの捻れを検出する測定装置とを備えたトルクセンサにおいて、前記第１回転体に、当該第１回転体の前記トーションバーの軸廻りの回転に伴って前記周方向に移動するピンを固定し、前記第２回転体は、前記ピンが挿入された孔を設けたものである。ただし、前記ピンの軸方向及び前記周方向と垂直な方向を第１方向として、前記孔は、前記ピンが挿入された、前記周方向の大きさが前記ピンの前記周方向の大きさより大きく、前記第１方向の大きさが前記ピンの前記第１方向の大きさより大きい形状を有する第１領域と、当該第１領域と前記周方向に隣接して設けられた、前記ピンまたは前記ピンの一部と前記周方向について嵌合する形状を有する第２領域とを有し、当該第２領域の前記第１領域側端部には、前記孔の前記第１方向の大きさが前記ピンの前記第１方向の大きさより小さくなる凹形状部が設けられている。そして、当該凹形状部は、前記ピンより前記周方向に加わる力が前記所定の大きさ未満であるときに、前記周方向について前記ピンに当接して前記ピンの前記第１領域から前記第２領域への移動を抑止し、前記ピンより前記周方向に加わる力が所定の大きさ以上となったときに弾性変形によって前記第１方向に移動して、前記ピンの前記第１領域から前記第２領域への移動を許容するものである。
【０００６】
このようなトルクセンサによれば、第１領域内において、ピンは孔に対して相対的に周方向に自由に移動することができる。一方、トーションバー１に加わるトルクが大きくなって、ピンと孔の凹形状部が接するようになると、当該接した方向についての、ピンの孔に対する相対的な周方向への移動は制限され、トーションバーに加わったトルクは、トーションバーを捻る力として働かなくなり、トーションバーが塑性変形するなどダメージを受けてしまうことが抑制される。また、さらに、トーションバーに極めて大きなトルクが加わった場合には、ピンから加わる力によって、孔の凹形状部は変形して、ピンは、第２領域に移動して、第２領域と嵌合して固定される。よって、これ以降は、ピンと孔の縁との衝突の発生は抑止され、当該衝突や衝突の繰り返しにより、ピンや孔、ひいては、入力側筒や出力側筒に損傷が与えられてしまうことが抑制される。
【０００７】
よって、本発明によれば、トーションバーの捻れ角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おいて、トルクセンサを過大なトルクから保護することができる。
ここで、このようなトルクセンサは、前記第２領域を、前記第１領域の周方向についての両側に各々設けるようにしてもよい。
なお、このようなトルクセンサにおいて、前記第１回転体は、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された第１の円筒であってよく、この場合、前記第２回転体は、前記トーションバーの他端に固定された、前記第１の円筒が挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された第２の円筒であってよい。
【０００８】
または、このようなトルクセンサにおいて、前記第１回転体は、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された第１の円盤であってよく、この場合、前記第２回転体は、前記トーションバーの他端に固定された、前記第１の円盤と対面する形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された第２の円盤であってよい。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、トーションバーの捻れ角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おいて、トルクセンサを過大なトルクから保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るトルクセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトルクセンサの構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るピンと孔の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトルクセンサの他の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るトルクセンサの他の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るトルクセンサの他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明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構成を示す。
ここで、図１ａはトルクセンサの正面を、図１ｂはトルクセンサの左側面を、図１ｃはトルクセンサの右側面を、図１ｄ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、本トルクセンサは、測定対象のトルクが入力側（図１ａ、ｄにおける右方）端と出力側（図１ａ、ｄにおける左方）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に当該トーションバー１０の入力側で固定された入力側筒２１と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の出力側で固定された出力側筒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、測定装置５０とを有している。
【００１２】
ここで、出力側筒２２は、非磁性導電体を用いて形成されており、トーションバー１０の入力側の底面が開放された円筒形状を有する。そして、トーションバー１０の出力側の底面の中心部分でトーションバー１０の出力側に固定されている。
次に、入力側筒２１は、非磁性導電体を用いて形成されており、出力側筒２２と同軸に、出力側筒２２の中空部に挿入した形態で配置されている。また、入力側筒２１は、同軸入れ子状に間隔をあけて配置された二つの両底面の無い中空の円筒形状部である内筒部と外筒部をトーションバー１０の出力側端で連結した形状を有する。そして、入力側筒２１の内側の円筒形状部である内筒部がトーションバー１０の入力側に固定されている。
【００１３】
そして、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２は、出力側筒２２が中央孔に挿入された配置となるように、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で軸方向に並べて設けられている。
また、第１駆動コイル３１は、入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第１検出コイル４１に、入力側筒２１の外筒部と出力側筒２２の側壁を介して対面するように配置され、第２駆動コイル３２は、入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第２検出コイル４２に、入力側筒２１の外筒部と出力側筒２２の側壁を介して対面するように配置されている。
【００１４】
ここで、図２ａに出力側筒２２単体の斜視図を、図２ｂに入力側筒２１単体の斜視図を、図２ｃに出力側筒２２と入力側筒２１をトーションバー１０に連結した状態の斜視図を示す。
さて、図２ａ-ｃに示すように出力側筒２２の側壁と入力側筒２１の外筒部との、第１駆動コイル３１が、第１検出コイル４１と対面する箇所と、第２駆動コイル３２が、第２検出コイル４２と対面する箇所とには、各々複数のスリットが設けられている。
すなわち、図２ａに示すように、出力側筒２２の側壁には、軸方向中央部で分離した形態を有するスリットである基準スリット６１が複数、周方向に並べて設けられている。
また、図２ｂに示すように入力側筒２１の外筒部の、第１駆動コイル３１が第１検出コイル４１と対面する部分には第１検出用スリット６２が複数、周方向に並べて設けられ、第２駆動コイル３２が第２検出コイル４２と対面する部分には第２検出用スリット６３が複数、周方向に並べて設けられている。
【００１５】
そして、図２ｃに示すように、トルクセンサにおいて、基準スリット６１と第１検出用スリット６２、基準スリット６１と第２検出用スリット６３は軸方向位置が少なくとも一部重なり合うように配置されている。
ここで、入力側から出力側を見て時計廻りに進む方向を前方向とし、反時計廻りに進む方向を後方向として、トーションバー１０に捻れが生じていない状態では、図２ｄに示すように、径方向に見て基準スリット６１の後側半分が第１検出用スリット６２の前側半分と重なり、基準スリット６１の前側半分が第２検出用スリット６３の後側半分と重なるように、基準スリット６１と第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３の周方向の配置は各々設定されている。
【００１６】
ここで、図２ｅ１は、トーションバー１０に捻れが生じていない状態において、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２側から、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３を介して出力側筒２２方向を見たようすを表しており、図示するように、この状態において、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量（面積）と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は等しい。
【００１７】
一方、トーションバー１０の捻れが発生すると、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は、大小方向について逆方向に変化する。すなわち、たとえば、トーションバー１０に、図２ｃに矢印で示すような捻れが生じると、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量は増加し、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は減少し、この状態において駆動コイル３１側から、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３を介して出力側筒２２方向を見たようすは図２ｅ２のようになる。
【００１８】
そして、このような、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量との、相互に逆方向の変化に伴って、直列接続した第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とを交流信号で駆動したときに、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２で検出される検出信号の位相や強度には異なる変化が表れる。結果、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２で検出される検出信号の位相や強度には、トーションバー１０の捻れ量に応じて異なる変化が表れることになる。
【００１９】
そこで、測定装置５０は、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とを交流信号で駆動しながら、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２で検出される検出信号の位相差または強度差を測定し、測定した位相差または強度差より、トーションバー１０の捻れ量トーションバー１０に加えられたトルクを算定する。
【００２０】
さて、図２ａ、ｃに示すように、出力側筒２２の出力側の底面には、孔２２１が３つ周方向に等間隔で設けられている。また、図２ｂに示すように、入力側筒２１の出力側にある内筒部と外筒部との連結部には、軸方向に起立したおおよそ円柱形状を有する３つのピン２１１が３つ周方向に等間隔で設けられている。
【００２１】
ここで、図３ａに出力側筒２２と入力側筒２１とをトーションバー１０に連結した状態において、トーションバー１０にトルクを加えずに、出力側より出力側筒２２と入力側筒２１の方向を見たようすを示す。
ピン２１１の軸方向及びトーションバー１０の周方向と垂直な方向を弾性方向として、図示するように、おおよそ円柱形状を有しているピン２１１の先端部には、弾性方向に凹んだ溝８０が設けられている。
また、トーションバー１０の周方向を周方向と呼ぶこととして、孔２２１は、その周方向の中央部に設けられた自由移動許容領域８１と、自由移動許容領域８１の周方向についての両側に設けられた嵌合形状部８２とを備えている。そして、自由移動許容領域８１は、周方向の大きさが前記ピン２１１の直径の大きさより大きく、弾性方向の大きさがピン２１１の直径より大きい形状を備えている。そして、トーションバー１０にトルクを加えない状態において、入力側筒２１のピン２１１の各々が、出力側筒２２の孔２２１の自由移動許容領域８１の中央に各々に挿入された状態となるように、出力側筒２２と入力側筒２１は、トーションバー１０に連結される。
【００２２】
また、嵌合形状部８２は、ピン２１１の溝８０より嵌合形状部８２側となる部分の形状と周方向について嵌合する形状を備えており、嵌合形状部８２の、自由移動許容領域８１側端部の位置にはピン２１１の溝８０と噛み合う凹形状部８２１が設けられており、凹形状部８２１は弾性方向に弾性を有する。
【００２３】
したがって、ピン２１１の直径は、孔２２１の自由移動許容領域８１の弾性方向の直径よりも小さいので、ピン２１１と凹形状部８２１が接しない範囲、すなわち、自由移動許容領域８１内において、図３ｂ１、ｃ１に示すように、ピン２１１は孔２２１に対して相対的に周方向に自由に移動することができる。したがって、ピン２１１と孔２２１の凹形状部８２１の縁が接しない範囲において、トーションバー１０に加わったトルクは、トーションバー１０を捻る力として働き、入力側筒２１は出力側筒２２に対して相対的に移動する。したがって、トーションバー１０に加わるトルクの大きさが、ピン２１１と孔２２１の凹形状部８２１の縁が接することとなるトルクの大きさ以下の範囲を測定範囲に一致するように設定することにより、この測定範囲において、トーションバー１０に加わったトルクは支障なく測定することができる。
【００２４】
一方、トーションバー１０に加わるトルクが大きくなって、図３ｂ２、ｃ２に示すように、ピン２１１と孔２２１の凹形状部８２１が接するようになると、当該接した方向についての、ピン２１１の孔２２１に対する相対的な周方向への移動は凹形状部８２１によって制限される。よって、トーションバー１０に加わるトルクの大きさが測定範囲超の大きさとなると、トーションバー１０に加わったトルクは、入力側筒２１、ピン２１１、孔２２１の凹形状部８２１の縁、出力側筒２２を介して、トーションバー１０の入力側端と出力側端の間に直接伝わり、トーションバー１０を捻る力として働かなくなり、トーションバー１０が塑性変形するなどダメージを受けてしまうことが抑制される。
【００２５】
また、トーションバー１０に衝撃などの極めて大きなトルクが加わった場合には、ピン２１１から加わる力によって、出力側筒２２の弾性変形によって、孔２２１の凹形状部８２１は弾性方向に移動して、ピン２１１は、図３ｂ３、ｃ３に示すように、嵌合形状部８２に移動して、嵌合形状部８２と嵌合し固定される。
【００２６】
よって、これ以降は、ピン２１１と孔２２１の縁との衝撃的な衝突の発生は抑止され、当該衝突や衝突の繰り返しにより、ピン２１１や孔２２１、ひいては、入力側筒２１や出力側筒２２に損傷が与えられてしまうことが抑制されることとなる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、以上の実施形態におけるピン２１１と孔２２１の形状としては、様々なものを用いることができる。
すなわち、たとえば、図４ａに示すように、ピン２１１に溝８０を設けずにピン２１１の形状を円柱形状として、嵌合形状部８２を、ピン２１１の当該嵌合形状部８２側の１/２超の部分の形状と嵌合する形状とするようにしてもよい。
このようにしても、自由移動許容領域８１内において、図４ｂ１、ｃ１に示すように、ピン２１１は孔２２１に対して相対的に周方向に自由に移動することができる。また、トーションバー１０に加わるトルクが大きくなって、図４ｂ２、ｃ２に示すように、ピン２１１と孔２２１の凹形状部８２１が接するようになると、当該接した方向についての、ピン２１１の孔２２１に対する相対的な周方向への移動は制限される。また、トーションバー１０に衝撃などの極めて大きなトルクが加わった場合には、ピン２１１から加わる力によって、孔２２１の凹形状部８２１は弾性方向に変形して、ピン２１１は、図４ｂ３、ｃ３に示すように、嵌合形状部８２に移動して、嵌合形状部８２と嵌合し固定される。
【００２７】
また、以上の実施形態は、全ての孔２２１について、自由移動許容領域８１の周方向についての両側に嵌合形状部８２を設けたが、必ずしも、全ての孔２２１について、嵌合形状部８２を設ける必要はない。また、自由移動許容領域８１の周方向についての片側だけに嵌合形状部８２を設けるようにすることもでき、この場合、自由移動許容領域８１の周方向の一方側に嵌合形状部８２を設けた孔２２１と、自由移動許容領域８１の周方向の他方側に嵌合形状部８２を設けた孔２２１とを設けるようにする。
【００２８】
また、以上の実施形態は、入力側筒２１に孔２２１を、出力側筒２２にピン２１１を設けるようにしてもよい。
また、以上の実施形態は、ピン２１１と孔２２１と、ピン２１１が径方向に孔２２１に挿入されるように設けるようにしてもよい。
すなわち、この場合には、たとえば、図５ａに、トルクセンサの断面を、図５ｂに出力側筒２２単体の斜視図を、図５ｃに入力側筒２１単体の斜視図を、図５ｄに出力側筒２２と入力側筒２１をトーションバー１０に連結した状態の斜視図を示すように、出力側筒２２の側面には、孔２２１が３つ周方向に等間隔で設ける。また、入力側筒２１の側面には、径方向に起立した３つのピン２１１が周方向に等間隔で設ける。そして、トーションバー１０にトルクを加えていない状態において、入力側筒２１のピン２１１の各々が、出力側筒２２の孔２２１の自由移動許容領域８１の中央に各々に挿入された状態となるように、出力側筒２２と入力側筒２１を、トーションバー１０に連結する。
【００２９】
また、以上の実施形態は、出力側筒２２と入力側筒２１に代えて、二つの円盤を用いるトルクセンサにも同様に適用することができる。
すなわち、この場合には、たとえば、図６ａにトルクセンサの断面を示すように、出力側筒２２と入力側筒２１に代えて、トーションバー１０に当該トーションバー１０の入力側で固定された入力側円盤７１と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の出力側で固定された出力側円盤７２とを、近接して対面するように設ける。また、第１駆動コイル３１/第２駆動コイル３２は、入力側円盤７１と出力側円盤７２を間に挟んで、第１検出コイル４１/第２検出コイル４２と対面するように設ける。
【００３０】
そして、図６ｂに出力側円盤７２単体の斜視図を、図６ｃに入力側円盤７１単体の斜視図を、図６ｄに出力側円盤７２と入力側円盤７１をトーションバー１０に連結した状態の斜視図を示すように、入力側円盤７１には第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３とを、入力側円盤７１と出力側円盤７２との相対回転角度の変化に応じて、出力側円盤７２に設けた基準スリット６１との重なり量が変化するように設ける。
【００３１】
そして、出力側円盤７２には、孔２２１を３つ周方向に等間隔で設け、入力側円盤７１には軸方向に起立したピン２１１を３つ周方向に等間隔で設ける。また、トーションバー１０にトルクを加えていない状態において、入力側円盤７１のピン２１１の各々が、出力側円盤７２の孔２２１の自由移動許容領域８１の中央に各々に挿入された状態となるように、出力側円盤７２と入力側円盤７１とは、トーションバー１０に連結する。
【符号の説明】
【００３２】
１０…トーションバー、２１…入力側筒、２２…出力側筒、３１…第１駆動コイル、３２…第２駆動コイル、４１…第１検出コイル、４２…第２検出コイル、５０…測定装置、６１…基準スリット、６２…第１検出用スリット、６３…第２検出用スリット、８０…溝、８１…自由移動許容領域、８２…嵌合形状部、２１１…ピン、２２１…孔、８２１…凹形状部。
【図１】
0005826695.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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