(57)【要約】【課題】作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能な捩れ検出用スリーブ及びトルクセンサを提供する。【解決手段】捩れ検出用のスリーブ部材４０は、円筒状の部材であって、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂと、捩れ信号発生部５２と、捩れ量変換部５４と、を備えている。トルク作用部は、少なくとも二点でトルクが作用するものである。捩れ信号発生部は、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられたものである。捩れ量変換部は、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に設けられ、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量を変換するものである。【選択図】図５
2008256456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の捩れ検出用スリーブ部材であって、
少なくとも二点のトルク作用部と、
前記トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部と、
少なくとも一方の前記トルク作用部と前記捩れ信号発生部との間に設けられ、前記トルク作用部から前記捩れ信号発生部に伝達される捩れ量を変換する捩れ量変換部と、
を備えた捩れ検出用スリーブ部材。
【請求項２】
前記捩れ量変換部は、前記トルク作用部から前記捩れ信号発生部に伝達される捩れ量を少なくする、請求項１に記載の捩れ検出用スリーブ部材。
【請求項３】
前記捩れ量変換部は、前記捩れ信号発生部の両端に接着された第１及び第２捩れ量変換部を有する、請求項１又は２に記載の捩れ検出用スリーブ部材。
【請求項４】
前記捩れ量変換部は、円周上に設けられた複数の貫通孔を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の捩れ検出用スリーブ部材。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記円筒の軸方向に長い長円状の孔である、請求項４に記載の捩れ検出用スリーブ部材。
【請求項６】
前記捩れ信号発生部は、交差する磁化容易軸を有する複数の帯状の磁歪材を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の捩れ検出用スリーブ部材。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の捩れ検出用スリーブ部材と、
前記捩れ検出用スリーブ部材に内嵌され、前記トルク作用部において前記捩れ検出用スリーブ部材と固着され、前記捩れ検出用スリーブ部材に回転トルクを伝達するトルク伝達軸と、
前記捩れ検出用スリーブ部材の前記捩れ信号発生部に外挿され、捩れ信号を検出する捩れ信号検出部と、
前記捩れ信号検出部で検出した検出信号に基づいて、前記トルク伝達軸にかかる回転トルクを算出・出力する回転トルク出力部と、
を備えたトルク検出装置。
【請求項８】
自転車のボトムブラケット内に設けられ、クランク軸にかかる回転トルクを検出するトルク検出装置であって、
少なくとも軸方向に離れた２箇所の前記トルク作用部において前記クランク軸と固着され、前記クランク軸の捩れに応じた捩れ信号を発生する、請求項１から７のいずれか１項に記載の捩れ検出用スリーブ部材と、
前記捩れ検出用スリーブ部材の外周に設けられ、前記捩れ信号を検出する捩れ信号検出部と、
前記捩れ信号検出部で検出した検出信号に基づいて、前記クランク軸にかかる回転トルクを算出・出力する回転トルク出力部と、
を備えたトルク検出装置。
【請求項９】
２箇所の前記トルク作用部は、前記クランク軸にそれぞれ圧入固定された第１及び第２圧入部材を介して、前記クランク軸に固着されている、請求項８に記載のトルク検出装置。
【請求項１０】
前記捩れ信号発生部は、交差する磁化容易軸を有する複数の帯状の磁歪材を含み、
前記捩れ信号検出部は、前記複数の磁歪材の磁気的歪みを検出するコイルである、請求項７から９のいずれか１項に記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状の捩れ検出用スリーブ部材及びそれを用いたトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸に作用するトルクを検出するトルクセンサ（トルク検出装置の一例）が従来知られている。この種のトルクセンサにおいて、歪みに応じて磁力が変化する磁歪効果を利用したトルクセンサが開発されている（たとえば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されたトルクセンサは、同芯に配置された２つの中実軸と２つの中実軸の間に直列に接続された薄肉円筒軸と、薄肉円筒軸の外周側に配置された検出コイルと、を有している。薄肉円筒軸は、２つの中実軸より実効断面積が充分に小さいものであり、中実軸と薄肉円筒軸とは、軸芯線に沿う一方向に着磁されている。また、薄肉円筒軸の外周面には、磁歪素子が固着されている。磁歪素子は、磁化容易軸が交差するように一軸磁気異方性を有する２つのものが用いられている。
【０００４】
このように薄肉円筒軸に磁歪素子を配置することにより、回転トルクが小さい場合にも磁歪素子に生じる歪み量を大きくすることができ、検出感度を上げることができる。
【０００５】
特許文献２に開示されたトルクセンサは、外周面に磁歪材を軸芯に対して傾斜して形成された磁歪パターンを有するスリーブと、スリーブの内周面に嵌合するトルク伝達軸と、スリーブの外周側に配置された検出コイルとを有している。トルク伝達軸の外周面には、凹凸部が形成され、内周部には、中空部が形成されている。この中空部を拡径することによりスリーブをトルク伝達軸に塑性結合している。
【特許文献１】特開平３−２６９３３０号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前者の従来の構成では、薄肉円筒軸でトルクを検出しているので、自転車等の比較的大きなトルクを検出すると、捩れ量が過度に多くなりすぎて、検出感度が低下して測定誤差が大きくなるおそれがある。
【０００７】
後者の従来の構成では、比較的大きなトルクを検出すると、トルク伝達軸に作用する応力がある一定のレベルを超えると、トルク伝達軸の内部残留応力によりヒステリシスが生じ、センサの出力に誤差が生じ測定誤差が生じるおそれがある。
【０００８】
このように、前記従来の構成では、大きなトルクが作用すると、測定誤差が生じるおそれがある。しかも、小さなトルクであっても、薄肉円筒部やスリーブの肉厚や剛性によりトルク検出範囲が限定されてしまい、トルク検出範囲を変更することが困難である。
【０００９】
本発明の課題は、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能な捩れ検出用スリーブ及びトルクセンサを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の課題は、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる捩れ検出用スリーブ及びトルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明１に係る捩れ検出用スリーブ部材は、円筒状の部材であって、トルク作用部と、捩れ信号発生部と、捩れ量変換部と、を備えている。トルク作用部は、少なくとも二点設けられ少なくとも二点でトルクが作用するものである。捩れ信号発生部は、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられたものである。捩れ量変換部は、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に設けられ、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量を変換するものである。
【００１２】
この円筒状の捩れ検出用スリーブ部材でトルクを検出する場合、トルク作用部を回転軸などのトルクが作用する軸部材に固定して、少なくとも二点でトルクが作用するようにする。トルク作用部にトルクが作用すると、少なくとも二点の間でスリーブ部材が捩れ、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部が捩れ信号を発生する。この発生した捩れ信号を、たとえばコイルにより検出することにより軸部材に作用するトルクを検出できる。この捩れ信号発生部と少なくとも一方のトルク作用部との間には、捩れ量変換部が設けられているので、作用したトルクに応じたスリーブ部材の捩れ量を大きくしたり小さくしたりするといった捩れ量の変換を行うことができる。ここでは、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に捩れ量変換部を設けたので、トルク作用部にトルクが作用してもスリーブ部材の捩れ量を捩れ量変換部で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００１３】
発明２に係る捩れ検出用スリーブ部材は、発明１に記載のスリーブ部材において、捩れ量変換部は、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量を少なくする。この場合には、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量が少なくなる。このため、捩れ信号発生部で過度に捩れにくくなり、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる。
【００１４】
発明３に係る捩れ量検出スリーブ部材は、発明１又は２に記載のスリーブ部材において、捩れ量変換部は、捩れ信号発生部の両端に接着された第１及び第２捩れ量変換部を有する。この場合には、少なくとも二つのトルク作用部と捩れ信号発生部の間に第１及び第２捩れ変化部が各別に配置されるので、捩れ量を大きく変化させることができる。
【００１５】
発明４に係る捩れ量検出スリーブ部材は、発明１から３のいずれかに記載のスリーブ部材において、捩れ量変換部は、円周上に設けられた複数の貫通孔を有する。この場合には、複数の貫通孔によりスリーブ部材の捩じり剛性を低くして捩れやすくすることができるとともに、複数の貫通孔の一部又は全部を塞ぐことにより捩じり剛性を高くして捩れにくくすることができ、トルク作用部から伝達される捩れ量を容易に変化させることができる。
【００１６】
発明５に係る捩れ量検出スリーブ部材は、発明４に記載のスリーブ部材において、貫通孔は、円筒の軸方向に長い長円状の孔である。この場合には、貫通孔が軸方向に長いので、トルクが作用すると捩れ量変換部が大きく捩れやすくなり、捩れ量を容易に大きく変化させることができる。
【００１７】
発明６に係る捩れ量検出スリーブ部材は、発明１から５のいずれかに記載のスリーブ部材において、捩れ信号発生部は、交差する磁化容易軸を有する複数の帯状の磁歪材を含んでいる。この場合には、捩れ信号発生部が交差する磁化容易軸を有する複数の帯状の磁歪材を備えているので、捩れにより磁歪材の透磁率の変化をコイルなどの検出素子のインピーダンスの変化や誘起電圧の変化を精度良く検出でき、非接触でトルクを容易に検出できる。
【００１８】
発明７に係るトルク検出装置は、発明１から６のいずれかに記載の捩れ検出用スリーブ部材と、トルク伝達軸と、捩れ信号検出部と、回転トルク出力部と、を備えている。トルク伝達軸は、捩れ検出用スリーブ部材に内嵌され、トルク作用部において捩れ検出用スリーブ部材と固着され、捩れ検出用スリーブ部材に回転トルクを伝達するものである。捩れ信号検出部は、捩れ検出用スリーブ部材の捩れ信号発生部に外挿され、捩れ信号を検出するものである。回転トルク出力部は、捩れ信号検出部で検出した検出信号に基づいて、前記トルク伝達軸にかかる回転トルクを算出・出力するものである。
【００１９】
このトルク検出装置では、トルク伝達軸が、たとえば回転してトルクが生じて捩れると、トルク作用部において捩れ検出用スリーブ部材に捩れが伝達される。スリーブ部材に捩れが伝達されると、少なくとも二点の間でスリーブ部材が捩れ、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部が捩れ信号を発生する。この発生した捩れ信号を、捩れ信号検出部により検出し、回転トルク出力部により、検出した捩れ信号に基づいて、トルク伝達軸にかかる回転トルクが算出・出力される。この捩れ信号発生部と少なくとも一方のトルク作用部との間には、捩れ量変換部が設けられているので、作用したトルクに応じたスリーブ部材の捩れ量を大きくしたり小さくしたりするといった捩れ量の変換を行うことができる。ここでは、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に捩れ量変換部を設けたので、トルク作用部にトルクが作用してもスリーブ部材の捩れ量を捩れ量変換部で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００２０】
発明８に係るトルク検出装置は、自転車のボトムブラケット内に設けられ、クランク軸にかかる回転トルクを検出する装置であって、少なくとも軸方向に離れた２箇所のトルク作用部においてクランク軸と固着され、クランク軸の捩れに応じた捩れ信号を発生する、発明１から６のいずれかに記載の捩れ検出用スリーブ部材と、捩れ信号検出部と、回転トルク出力部と、を備えている。捩れ信号検出部は、捩れ検出用スリーブ部材の外周に設けられ、捩れ信号を検出するものである。回転トルク検出部は、捩れ信号検出部で検出した検出信号に基づいて、クランク軸にかかる回転トルクを算出・出力するものである。
【００２１】
このトルク検出装置では、クランク軸が、たとえば回転してトルクが生じて捩れると、２箇所のトルク作用部において捩れ検出用スリーブ部材に捩れが伝達される。スリーブ部材に捩れが伝達されると、２箇所のトルク作用部の間でスリーブ部材が捩れ、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部が捩れ信号を発生する。この発生した捩れ信号を、捩れ信号検出部により検出し、回転トルク出力部により、検出した捩れ信号に基づいて、クランク軸にかかる回転トルクが算出・出力される。この捩れ信号発生部と少なくとも一方のトルク作用部との間には、捩れ量変換部が設けられているので、作用したトルクに応じたスリーブ部材の捩れ量を大きくしたり小さくしたりするといった捩れ量の変換を行うことができる。ここでは、２箇所のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に捩れ量変換部を設けたので、トルク作用部にトルクが作用してもスリーブ部材の捩れ量を捩れ量変換部で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００２２】
発明９に係るトルク検出装置は、発明８に記載の装置において、２箇所のトルク作用部は、クランク軸にそれぞれ圧入固定された第１及び第２圧入部材を介して、クランク軸に固着されている。この場合には、クランク軸に直接固着されているのではなく、クランク軸に別々に圧入された第１及び第２圧入部材を介して２箇所のトルク作用部がクランク軸に固定されているので、クランク軸が捩れたときに、第１及び第２圧入部材が捩れやすくなり、スリーブ部材が捩れやすくなる。このため、検出感度が向上する。
【００２３】
発明１０に係るトルク検出装置は、発明７から９のいずれかに記載の装置において、捩れ信号発生部は、複数の帯状の磁歪材から構成され、捩れ信号検出部は、複数の磁歪材の磁気的歪みを検出するコイルである。この場合には、捩れ信号発生部が交差する磁化容易軸を有する複数の帯状の磁歪材を備えているので、捩れにより磁歪材の透磁率の変化をコイルのインピーダンスの変化や誘起電圧の変化を精度良く検出でき、非接触でトルクを容易に検出できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に捩れ量変換部を設けたので、トルク作用部にトルクが作用してもスリーブ部材の捩れ量を捩れ量変換部で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００２５】
本発明の別の発明によれば、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量が少なくなる。このため、捩れ信号発生部で過度に捩れにくくなり、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
＜第１実施形態＞
図１において、本発明の第１実施形態が採用された自転車は、マウンテンバイクと呼ばれる不整地走行が可能なものである。自転車は、ダイヤモンド形のフレーム体２とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４と、駆動部５と、ハブダイナモ８が装着された前輪６と、後輪７と、前後のブレーキ装置９ｆ，９ｒとを備えている。ハンドル部４には、自転車の前方を照射するためのサイクルコンピュータ付きの前照灯１０が装着されている。
【００２７】
フレーム１のフレーム体２は、パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１３や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。
【００２８】
ハンドル部４は、フロントフォーク３の上部に固定されたハンドルステム１４と、ハンドルステム１４に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー１５の両端には前後のブレーキ装置９ｆ，９ｒを操作するためのブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されている。左右のブレーキレバー１６には外装変速装置１８ｆ，１８ｒ（後述）を変速操作するための変速レバー（図示せず）が一体又は別体で設けられている。
【００２９】
駆動部５は、フレーム体２の下部のハンガー部２０（図２）に設けられたクランク組立体２１と、クランク組立体２１に掛け渡されたチェーン２２と、前後の外装変速装置１８ｆ，１８ｒとを有している。前後の外装変速装置１８ｆ，１８ｒは、フレーム１の中間部及び後部に装着されたフロントディレーラ１９ｆ及びリアディレーラ１９ｒを有している。フロントディレーラ１９ｆは、ギヤクランク２４に設けられた複数（たとえば、３枚）のスプロケット３５〜３７のいずれかにチェーン２２を案内する。リアディレーラ１９ｒは、後輪７のハブ軸に装着された小ギヤ部１１の、複数（たとえば、８枚）のスプロケット１２のいずれかにチェーン２２を案内する。
【００３０】
クランク組立体２１は、図２に示すように、クランク軸２５（トルク伝達軸の一例）を有するクランク軸組立体２３と、クランク軸２５の右端に着脱自在に固定されるギヤクランク２４と、クランク軸２５の左端に着脱自在に固定される左クランク２６とを有している。
【００３１】
ギヤクランク２４は、図２に示すように、軸方向外方にいくにつれて歯数が多くなるように軸方向に並べて配置された、たとえば３枚のスプロケット３５〜３７と、３枚のスプロケット３５〜３７を固定するために放射状に延びる、複数（たとえば４つ）のアーム部３８ａを有するスプロケット取付部３８と、スプロケット取付部３８の中心に基端が固定された右クランク３９と、を有している。右クランク３９の基端は、クランク軸２５の右端に一体回転可能に連結され、先端にペダルＰＤが装着可能である。左クランク２６は、基端がクランク軸２５の左端に一体回転可能に連結され、先端にペダルＰＤを装着可能である。これらのギヤクランク２４及び左クランク２６は、固定ボルト６６，６４によりクランク軸２５に固定されている。
【００３２】
クランク軸組立体２３は、図３に示すように、ハンガー部２０の右端からねじ込まれる筒状の第１アダプタ２７と、左端からねじ込まれる筒状の第２アダプタ２８と、第１アダプタ２７に回転自在に支持されるクランク軸２５と、クランク軸２５に作用するトルクを検出するトルクセンサ３０（トルク検出装置の一例）と、有している。
【００３３】
第１及び第２アダプタ２７，２８は、前述したようにハンガー部２０の両端から各別にねじ込み固定される鍔付き筒状の部材である。第１アダプタ２７のハンガー部２０にねじ込まれるねじ部分の外周面には、後述する信号線６０を第１アダプタ２７の外部に導出するための配線挿通溝２７ａが軸方向に沿って形成されている。また、クランク軸２５の外方に位置する筒状部分には、信号線を取り出すための径方向に沿って内外を貫通する導出孔２７ｂが形成されている。
【００３４】
また、第１アダプタ２７の内周面には、たとえば合成樹脂製の装着部材２９が装着されている。装着部材２９は、図６に示すように、第１アダプタ２７の内周面に螺合するねじ部材６２により第１アダプタ２７に固定されている。装着部材２９の中間部の外周面には、円筒状の装着凹部２９ａが形成されている。装着部材２９の両端部の第１アダプタ２７の内周面に対向する外周面には、Ｏリング３３ａ，３３ｂが装着される環状溝２９ｂ，２９ｃが配置されている。このＯリング３３ａ，３３ｂにより装着部材２９の内部へのグリース等の異物の浸入を防止できる
第１アダプタ２７とクランク軸２５との間には、間隔を隔てて配置された１対の軸受３１，３２が配置されている。第１アダプタ２７は、軸受３１，３２の外輪として機能し、クランク軸２５は内輪として機能する。第２アダプタ２８は、第１アダプタ２７の左端に係合して第１アダプタ２７とともにハンガー部２０に固定される。
【００３５】
クランク軸２５は、中実の棒状部材であり、軸受３１，３２により第１アダプタ２７を介してハンガー部２０に回転自在に装着されている。クランク軸２５の両端面には、左クランク２６及びギヤクランク２４が一体回転可能に装着される先細りのテーパ面を有するクランク装着部２５ａ，２５ｂが形成されている。また、クランク軸２５の軸方向中央部分は、その軸方向両方向外方より大径の圧入面２５ｃが形成されている。さらに、両端面には、固定ボルト６４，６６がねじ込まれるねじ孔２５ｄ，２５ｅが形成されている。
【００３６】
＜トルクセンサ３０の構成＞
トルクセンサ３０は、図３に示すように、クランク軸２５に取り付けられる捩れ量検出用のスリーブ部材４０と、捩れ信号検出部４２と、回転トルク出力部４４と、を備えている。捩れ信号検出部４２及び回転トルク出力部４４は、装着部材２９に装着されている。
【００３７】
＜スリーブ部材４０の構成＞
スリーブ部材４０は、図６に示すように、たとえば、ＳＫ５等の炭素工具鋼などの比較的剛性が高い金属製の第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂと、第１及び第円筒部材４１ａ，４１ｂの間に配置された、たとえば、ＳＵＳ３０４などの非磁性金属製の第３筒状部材４１ｃと、で構成された円筒状のスリーブ本体４１を有している。第３筒状部材４１ｃは、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂより薄肉の円筒状の部材である。第３筒状部材は、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂの軸方向内側の外周面に形成された段差部４１ｄ，４１ｅに両端が、たとえば接着により固定されている。段差部４１ｄ，４１ｅは、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂの軸方向に沿った第１及び第２長さＬ１，Ｌ２を有しており、第３筒状部材４１ｃは、段差部４１ｄ，４１ｅの長さＬ１，Ｌ２の全面で両端が接着されている。
【００３８】
また、スリーブ部材４０は、図４〜図６に示すように、二点の第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂと、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂ間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部５２と、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂと捩れ信号発生部５２との間に設けられ、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂから捩れ信号発生部５２に伝達される捩れ量を変換する捩れ量変換部５４と、を備えている。
【００３９】
第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂ及び捩れ量変換部５４は、第１実施形態では、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂにそれぞれ配置されており、捩れ信号発生部５２は、第３筒状部材４１ｃに配置されている。
【００４０】
第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂは、スリーブ部材４０の両端、すなわち、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂの軸方向外側端の２箇所に各別に設けられている。第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂは、図６に示すように、クランク軸２５に両端側からそれぞれ圧入して固定された、筒状の第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂに各別に固定されている。具体的には、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂは、大径の第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂと小径の第１及び第２装着筒部５８ａ，５８ｂと、を各別に有している。第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂが軸方向外側に位置し、第１及び第２装着筒部５８ａ，５８ｂは、第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂのそれぞれ軸方向内側に位置している。第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂは、第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂの軸方向に沿った第３及び第４長さＬ３，Ｌ４の比較的狭い範囲でクランク軸２５の圧入面２５ｃに圧入固定されている。また、第１及び第２装着筒部５８ａ，５８ｂは、軸方向内側の先端同士が当接して配置されている。このため、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂは、クランク軸２５にトルクが作用して捩れるとき、互いに捩れる方向に回動しやすくなっている。前述したようにクランク軸２５の圧入面２５ｃは、クランク軸２５の中で最も大径に形成されており、軸方向の両外方から第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂを圧入可能になっている。なお、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂの固定方法は、圧入に限定されず、セレーション結合や接着や溶接等の適宜の固定方法を採用できる。
【００４１】
第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂは、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂの装着筒部５８ａ，５８ｂの第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂに近接した外周面の軸方向に沿った第５及び第６長さＬ５，Ｌ６の比較的狭い範囲で、たとえば接着により固定されている。
【００４２】
なお、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂの圧入長さである第３及び第４長さＬ３，Ｌ４は、スリーブ部材４０の接着長さである第５及び第６長さより長い。また、第３及び第４長さＬ３，Ｌ４は、第３筒状部材４１ｃの接着長さである第１及び第２長さＬ１，Ｌ２よりも長い。
【００４３】
捩れ信号発生部５２は、第３筒状部材４１ｃの外周面に、接着などの適宜の固着手段により固着された帯状の複数（たとえば２つ）の磁歪材５２ａ，５２ｂを有している。磁歪材５２ａ，５２ｂは、交差する磁気容易軸５２ｃ，５２ｄを各別に有している。磁歪材５２ａ，５２ｂは、捩れによる歪みに応じて磁力が大きく変化する磁歪効果を有するものである。磁歪材５２ａ，５２ｂは、たとえば、非晶質磁性金属箔製であり、たとえば９０度交差した磁化容易軸５２ｃ，５２ｄを有している。すなわち、磁歪材５２ａ，５２ｂは、それぞれ軸方向に対して４５度ずつ異なる方向の磁化容易軸５２ｃ，５２ｄを有している。なお、図４及び図５の斜視図では、磁化容易軸５２ｃ，５２ｄが曲線状に描かれているが、平面的には直線状の軸である。
【００４４】
クランク軸２５がトルクにより捩れると、磁歪材５２ａ，５２ｂに引張応力又は圧縮応力が作用し、磁歪材５２ａ，５２ｂの一方の透磁率は増加し、他方の透磁率は減少する。この透磁率の変化により捩じり信号検出部４２で捩れ量を検出する。
【００４５】
捩れ量変換部５４は、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂにおいて、捩れ信号発生部５２の両端に接着された第１及び第２捩れ量変換部５４ａ，５４ｂを有している。第１及び第２捩れ量変換部５４ａ，５４ｂは、円周上に間隔を隔てて設けられた複数の貫通孔５４ｃをそれぞれ有している。各貫通孔５４ｃは、この実施形態では、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂの軸方向に長い長円状の孔である。捩れ量変換部５４は、貫通孔５４ｃで構成されているので、この部分で捩れ剛性が弱くなり、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂから捩れ信号発生部５２に伝達される捩れ量を少なくし、大きなトルクがクランク軸２５に発生しても、捩れ信号発生部５２が過度に捩れないようにしている。
【００４６】
＜捩れ信号検出部４２の構成＞
捩れ信号検出部４２は、スリーブ部材４０の捩れ信号発生部５２に外挿され、捩れ信号を検出するものである。捩れ信号検出部４２は、第１アダプタ２７の内周面の装着された装着部材２９に固定され、捩れ信号発生部５２と対向する位置に配置されている。捩れ信号検出部４２は、複数の磁歪材５２ａ，５２ｂの磁気的歪みを各別に検出する、たとえば１対のコイル４２ａ，４２ｂで構成されており、コイル４２ａ，４２ｂの内周部は、装着凹部１２９ａを介して捩れ信号発生部５２と僅かな隙間をあけて配置されている。捩れ信号検出部４２は、捩れによる磁歪材５２ａ，５２ｂの透磁率変化に伴いコイル４２ａ，４２ｂに生じるインピーダンス変化や誘起電圧の変化からトルクに応じた捩れ信号を検出する。
【００４７】
＜回転トルク出力部４４の構成＞
回転トルク出力部４４は、捩れ信号検出部４２で検出した捩れ信号に基づいて、クランク軸２５にかかる回転トルクを算出・出力するものである。回転トルク出力部４４は、装着部材２９に装着され、円弧状に湾曲した回路基板を有する出力回路６３により構成されている。出力回路６３は、たとえば、所定の周波数及び振幅を有する交流電圧を発信する発信器と、プラス及びマイナス入力の信号入力に基づいて回転トルク信号を出力する差動増幅器と、発信器の両端と差動増幅器の２つの端子との間にこの順に各別に配置された、抵抗、整流回路及びフィルタ部とを有し、抵抗と整流回路との間に一端が接地された１対のコイル４２ａ，４２ｂの他端がそれぞれ接続されている。出力回路６３の差動増幅器の出力端子には、信号線６０が接続されている。信号線６０は、第１アダプタ２７の導出孔２７ｂを貫通してクランク軸組立体２３の外部に導出され、さらに、第１アダプタ２７に設けられた配線挿通溝２７ａを介してハンガー部２０の外部に導出される。
【００４８】
＜トルクセンサ３０の動作＞
このような構成のトルクセンサ３０では、ペダルＰＤをこいでクランク軸２５がハンガー部２０に対して相対回転すると、負荷に応じてクランク軸２５にトルクが発生する。これによりクランク軸２５が捩れると、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂを介して第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂの間で捩れが発生する。この発生した捩れの捩れ量は、第１及び第２捩れ量変換部５４ａ，５４ｂの剛性が低いので、第１及び第２捩れ量変換部５４ａ，５４ｂでそのまま伝達されずに少なくなり、捩れ信号発生部５２の両端に伝達される。すると、２つの磁歪材５２ａ，５２ｂの一方に引張応力が他方に圧縮応力が発生して磁歪材５２ａ，５２ｂが歪む。この歪みによって透磁率が変化し、その変化により捩れ信号検出部４２の１対のコイル４２ａ，４２ｂのインピーダンスの変化に応じた直流電圧のトルク信号が差動増幅器から出力される。出力されたトルク信号は、信号線６０を介してハンガー部２０の外部に設けられた、たとえば変速制御装置などの外部機器に入力される。
【００４９】
このような構成のトルクセンサ３０では、スリーブ部材４０の第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂと捩れ信号発生部５２との間に捩れ量変換部５４を設けたので、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂにトルクが作用してもスリーブ部材４０の捩れ量を捩れ量変換部５４で変化させることができる。このため、クランク軸２５に作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００５０】
また、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂから捩れ信号発生部５２に伝達される捩れ量が少なくなる。このため、捩れ信号発生部５２で過度に捩れにくくなり、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、中実のクランク軸２５の両端にギヤクランク２４及び左クランク２６が固定ボルト６６，６４により着脱自在に固定されたクランク組立体２１を例に本発明を説明した。第２実施形態では、図７に示すように、クランク軸１２５の一端にギヤクランク１２４が一体に固定されたクランク組立体１２１に本発明を適用した場合について説明する。なお、左クランクと一体にクランク軸が一体に固定されていてもよい。
【００５２】
図７において、クランク組立体１２１は、クランク軸１２５を有するクランク軸組立体１２３と、クランク軸１２５の右端に一体にたとえばカシメ固定されるギヤクランク１２４と、クランク軸１２５の左端に固定ボルト１６４により着脱自在に固定される左クランク１２６とを有している。
【００５３】
ギヤクランク１２４は、軸方向外方にいくにつれて歯数が多くなるように軸方向に並べて配置された、たとえば２枚のスプロケット１３５，１３７と、２枚のスプロケット１３５，１３７を固定するために放射状に延びる複数（たとえば５つ）のアーム部１３８ａを有するクランク部１３８と、を有している。クランク部１３８の基端には、クランク軸１２５の右端にカシメ固定される装着穴１３９ａが形成され、先端にペダルＰＤが装着可能である。左クランク１２６は、基端がクランク軸１２５の右端に一体回転可能に連結され、先端にペダルＰＤを装着可能である。
【００５４】
クランク軸組立体１２３は、図８に示すように、ハンガー部１２０の右端からねじ込まれる筒状の第１アダプタ１２７と、左端からねじ込まれる筒状の第２アダプタ１２８と、第１及び第２アダプタ１２７，１２８に回転自在に支持されるクランク軸１２５と、クランク軸１２５に作用するトルクを検出するトルクセンサ１３０（トルク検出装置の一例）と、有している。第１アダプタ１２７と第２アダプタ１２８との間には、たとえば合成樹脂製の筒状の装着部材１２９が装着されている。
【００５５】
第１及び第２アダプタ１２７，１２８は、前述したようにハンガー部１２０の両端から各別にねじ込み固定される鍔付き筒状の部材である。第２アダプタ１２８のハンガー部１２０にねじ込まれるねじ部分の外周面には、後述する信号線１６０を第２ダプタ１２８の外部に導出するための配線挿通溝１２８ａが軸方向に沿って形成されている。
【００５６】
第１及び第２アダプタ１２７，１２８とクランク軸１２５との間には、間隔を隔てて配置された玉軸受の形態の１対の軸受１３２，１３１が配置されている。
【００５７】
装着部材１２９は、第１及び第２アダプタ１２７，１２８の軸方向内側の端部内周面に係合している。装着部材１２９は、図１０に示すように、たとえば、後述する捩れ信号検出部１４２や回転トルク出力部１４４の装着終了後に第２アダプタ１２８に接着されている。装着部材１２９の中間部の外周面には、円筒状の装着凹部１２９ａが形成されている。装着部材１２９の両端部の第１及び第２アダプタ１２７，１２８の内周面に対向する外周面には、Ｏリング１３３ｂ，１３３ａが装着される環状溝１２９ｂ，１２９ｃが配置されている。このＯリング１３３ｂ，１３３ａにより装着部材１２９の内部へのグリース等の異物の浸入を防止できるとともに、Ｏリング１３３ｂ，１３３ａの弾性により、装着部材１２９を第１及び第２アダプタ１２７，１２８に保持させることができる。また、装着部材１２９の外周側は、内部に装着される機器を保護するために、カバー部材１７０によりカバーされている。
【００５８】
クランク軸１２５は、中空の筒状部材であり、軸受１３１，１３２により第１及び第２アダプタ１２７，１２８を介してハンガー部１２０に回転自在に装着されている。クランク軸１２５は、左端外周面には、左クランク１２６が一体回転可能に装着される先細りのテーパ面を有するクランク装着部１２５ａが形成されている。クランク軸１２５の右端外周面には、ギヤクランク１２４の装着穴１３９ａに圧入されギヤクランク１２４をカシメ固定して一体回転可能にするための大径のセレーション部１２５ｂが形成されている。また、クランク軸１２５の外周面には、軸方向左端側から右端側に向かって外径が僅かに大きくなる２段階の圧入面１２５ｃ１，１２５ｃ２と、圧入面１２５ｃ２より僅かに大径の軸受装着面１２５ｃ３と、が形成されている。さらに、左端面には、固定ボルト１６４がねじ込まれるねじ孔１２５ｄが形成されている。
【００５９】
＜トルクセンサ１３０の構成＞
トルクセンサ１３０は、図８に示すように、クランク軸１２５に取り付けられる捩れ量検出用のスリーブ部材１４０と、捩れ信号検出部１４２と、回転トルク出力部１４４と、を備えている。
【００６０】
＜スリーブ部材１４０の構成＞
スリーブ部材１４０は、図９に示すように、実質的に第１実施形態のスリーブ部材４０と同様な構成であり、たとえば、ＳＫ５等の炭素工具鋼などの比較的剛性が高い金属製の第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂと、第１及び第円筒部材１４１ａ，１４１ｂの間に配置された、たとえば、ＳＵＳ３０４などの非磁性金属製の第３筒状部材１４１ｃと、で構成された円筒状のスリーブ本体１４１を有している。したがって、以下の説明では、スリーブ部材１４０のその他の構成の詳細な説明やその作用効果の説明は省略する。また、第１実施形態と同様な部材に対しては１００を足した符号を付している。
【００６１】
また、スリーブ部材１４０は、二点の第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂと、第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂ間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部１５２と、第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂと捩れ信号発生部１５２との間に設けられ、第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂから捩れ信号発生部１５２に伝達される捩れ量を変換する捩れ量変換部１５４と、を備えている。
【００６２】
第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂ及び捩れ量変換部１５４は、第２実施形態でも、第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂにそれぞれ配置されており、捩れ信号発生部１５２は、第３筒状部材１４１ｃに配置されている。
【００６３】
第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂは、スリーブ部材１４０の両端、すなわち、第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂの軸方向外側端の２箇所に各別に設けられている。第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂは、クランク軸１２５に左端側から圧入して固定された第１及び第２圧入部材１５６ａ，１５６ｂに各別に固定されている。なお、左側の第１圧入部材１５６ａの鍔部１５７ａの外径は、装着部材１２９の内径より小さいが、右側の第２圧入部材１５６ｂの鍔部１５７ｂの外径は、装着部材１２９の内径より大きい。これにより、装着部材１２９が接着された第２アダプタ１２８をハンガー部１２０にねじ込むとき、装着部材１２９の先端が第２圧入部材１５６ｂの鍔部１５７ｂに当接して第２アダプタ１２８を位置決めしやすくなる。
【００６４】
捩れ信号発生部１５２は、第３筒状部材１４１ｃの外周面に、接着などの適宜の固着手段により固着された帯状の複数（たとえば２つ）の磁歪材１５２ａ，１５２ｂを有している。磁歪材１５２ａ，１５２ｂは、交差する磁気容易軸１５２ｃ，１５２ｄを各別に有している。磁歪材１５２ａ，１５２ｂは、捩れによる歪みに応じて磁力が大きく変化する磁歪効果を有するものである。磁歪材１５２ａ，１５２ｂは、たとえば、非晶質磁性金属箔製であり、たとえば９０度交差した磁化容易軸１５２ｄ，１５２ｃを有している。
【００６５】
捩れ量変換部１５４は、第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂにおいて、捩れ信号発生部１５２の両端に接着された第１及び第２捩れ量変換部１５４ａ，１５４ｂを有している。第１及び第２捩れ量変換部１５４ａ，１５４ｂは、円周上に間隔を隔てて設けられた複数の貫通孔１５４ｃをそれぞれ有している。各貫通孔１５４ｃは、第２実施形態でも、第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂの軸方向に長い長円状の孔である。
【００６６】
この第２実施形態においても、第１及び第２圧入部材１５６ａ，１５６ｂは、クランク軸１２５の圧入面１２５ｃ１，１２５ｃ２に各別に圧入され、スリーブ部材１４０の両端は、第１及び第２圧入部材１５６ａ，１５６ｂに各別に接着により固定されている。
【００６７】
＜捩れ信号検出部１４２の構成＞
捩れ信号検出部１４２は、図８に示すように、実質的に第１実施形態の捩れ信号検出部４２と同様な構成であり、スリーブ部材１４０の捩れ信号発生部１５２に外挿され、捩れ信号を検出するものである。捩れ信号検出部１４２は、装着部材１２９の装着凹部１２９ａ内に固定されている。捩れ信号検出部１４２は、複数の磁歪材１５２ａ，１５２ｂの磁気的歪みを各別に検出する、たとえば１対のコイル１４２ａ，１４２ｂで構成されている。捩れ信号検出部１４２は、捩れによる磁歪材１５２ａ，１５２ｂの透磁率変化に伴いコイル１４２ａ，１４２ｂに生じるインピーダンス変化や誘起電圧の変化からトルクに応じた捩れ信号を検出する。
【００６８】
＜回転トルク出力部１４４の構成＞
回転トルク出力部１４４は、捩れ信号検出部１４２で検出した捩れ信号に基づいて、クランク軸１２５にかかる回転トルクを算出・出力するものである。回転トルク出力部１４４は、捩れ信号検出部１４２の図８左側に配置されている。回転トルク出力部１４４は、円筒状の回路基板を有する出力回路１６３により構成されている。出力回路１６３は、第１実施形態と同様な構成であり、差動増幅器の出力端子には、信号線１６０が接続されている。信号線１６０は、第２アダプタ１２８に設けられた配線挿通溝１２８ａを介してハンガー部１２０の外部に導出される。
【００６９】
＜トルクセンサ１３０の動作＞
このような構成のトルクセンサ１３０では、第１実施形態と同様に、クランク軸１２５が捩れると、第１及び第２圧入部材１５６ａ，１５６ｂを介して第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂの間で捩れが発生する。第１及び第２捩れ量変換部１５４ａ，１５４ｂの剛性が低いので、発生した捩れの捩れ量は少なくなり、捩れ信号発生部１５２の両端に伝達される。すると、２つの磁歪材１５２ａ，１５２ｂが歪む。この歪みによって直流電圧のトルク信号が差動増幅器から出力される。出力されたトルク信号は、信号線１６０を介してハンガー部１２０の外部に設けられた、たとえば変速制御装置などの外部機器に入力される。
【００７０】
このような構成のトルクセンサ１３０でも、スリーブ部材１４０の第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂと捩れ信号発生部１５２との間に捩れ量変換部１５４を設けたので、第１及び第２トルク作用部１５０ａ１，５０ｂにトルクが作用してもスリーブ部材１４０の捩れ量を捩れ量変換部１５４で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００７１】
また、第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂから捩れ信号発生部１５２に伝達される捩れ量が少なくなる。このため、捩れ信号発生部１５２で過度に捩れにくくなり、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる。
【００７２】
＜他の実施形態＞
（ａ）前記両実施形態では、トルク作用部として２つの第１及び第２トルク作用部を開示したが、トルク作用部は複数であればいくつでもよい。
【００７３】
（ｂ）前記両実施形態では、捩れ量変換部を第１及び第２捩れ量変換部の２つ設けたが、捩れ量変換部は、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間にあればよい。したがって、一つの捩れ量変換部であってもよい。
【００７４】
（ｃ）前記両実施形態では、剛性を低くするために捩れ量変換部を長円形の貫通孔で構成したが、捩れ量変換部の構成は、長円形の貫通孔に限定されず、貫通しない凹部でもよく、スリーブ部材の肉厚を変化させてもよい。また、その捩れ量変化部分の材質を変化させてもよい。
【００７５】
（ｄ）前記両実施形態では、捩れ量変換部で第１及び第２トルク作用部から伝達する捩れ量を少なくなるように変換したが、多くなるように変換してもよい。たとえば、長円形の孔を塞ぐ閉塞部材を捩れ量変換部に設けることにより、捩れ剛性を強くして、捩れ信号発生部での捩れ量を多くしてもよい。また、閉塞部材の個数を変化させて捩れ剛性を変更できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態によるトルクセンサが装着された自転車の側面図。
【図２】そのクランク組立体の半截断面図。
【図３】そのクランク軸組立体の半截断面図。
【図４】スリーブ部材が固定されたクランク軸の斜視図。
【図５】スリーブ部材の斜視図。
【図６】スリーブ部材を示すクランク軸の断面部分図。
【図７】第２実施形態の図２に相当する図。
【図８】第２実施形態の図３に相当する図。
【図９】第２実施形態の図４に相当する図。
【図１０】第２実施形態の第１及び第２アダプタの斜視図。
【符号の説明】
【００７７】
２５，１２５クランク軸（トルク伝達軸の一例）
３０，１３０  トルクセンサ（トルク検出装置の一例）
４０，１４０  スリーブ部材
４２，１４２  捩れ信号検出部
４２ａ，４２ｂ、１４２ａ，１４２ｂ  コイル
４４，１４４  回転トルク出力部
５０ａ，５０ｂ、１５０ａ，１５０ｂ  第１及び第２トルク作用部（少なくとも２点のトルク作用部の一例）
５２，１５２  捩れ信号発生部
５２ａ，５２ｂ、１５２ａ，１５２ｂ  磁歪材
５２ｃ，５２ｄ  磁化容易軸
５４  捩れ量変換部
５４ａ，５４ｂ、１５４ａ，１５４ｂ  第１及び第２捩れ量変換部
５４ｃ，１５４ｃ  貫通孔
５６ａ，５６ｂ、１５６ａ，１５６ｂ  第１及び第２圧入部材
【図１】
2008256456.tif 000003
【図２】
2008256456.tif 000004
【図３】
2008256456.tif 000005
【図４】
2008256456.tif 000006
【図５】
2008256456.tif 000007
【図６】
2008256456.tif 000008
【図７】
2008256456.tif 000009
【図８】
2008256456.tif 000010
【図９】
2008256456.tif 000011
【図１０】
2008256456.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月3日(2007.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状の捩れ検出用スリーブ部材及びそれを用いたトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸に作用するトルクを検出するトルクセンサ（トルク検出装置の一例）が従来知られている。この種のトルクセンサにおいて、歪みに応じて磁力が変化する磁歪効果を利用したトルクセンサが開発されている（たとえば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されたトルクセンサは、同芯に配置された２つの中実軸と２つの中実軸の間に直列に接続された薄肉円筒軸と、薄肉円筒軸の外周側に配置された検出コイルと、を有している。薄肉円筒軸は、２つの中実軸より実効断面積が充分に小さいものであり、中実軸と薄肉円筒軸とは、軸芯線に沿う一方向に着磁されている。また、薄肉円筒軸の外周面には、磁歪素子が固着されている。磁歪素子は、磁化容易軸が交差するように一軸磁気異方性を有する２つのものが用いられている。
【０００４】
このように薄肉円筒軸に磁歪素子を配置することにより、回転トルクが小さい場合にも磁歪素子に生じる歪み量を大きくすることができ、検出感度を上げることができる。
【０００５】
特許文献２に開示されたトルクセンサは、外周面に磁歪材を軸芯に対して傾斜して形成された磁歪パターンを有するスリーブと、スリーブの内周面に嵌合するトルク伝達軸と、スリーブの外周側に配置された検出コイルとを有している。トルク伝達軸の外周面には、凹凸部が形成され、内周部には、中空部が形成されている。この中空部を拡径することによりスリーブをトルク伝達軸に塑性結合している。
【特許文献１】特開平３−２６９３３０号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前者の従来の構成では、薄肉円筒軸でトルクを検出しているので、自転車等の比較的大きなトルクを検出すると、捩れ量が過度に多くなりすぎて、検出感度が低下して測定誤差が大きくなるおそれがある。
【０００７】
後者の従来の構成では、比較的大きなトルクを検出すると、トルク伝達軸に作用する応力がある一定のレベルを超えると、トルク伝達軸の内部残留応力によりヒステリシスが生じ、センサの出力に誤差が生じ測定誤差が生じるおそれがある。
【０００８】
このように、前記従来の構成では、大きなトルクが作用すると、測定誤差が生じるおそれがある。しかも、小さなトルクであっても、薄肉円筒部やスリーブの肉厚や剛性によりトルク検出範囲が限定されてしまい、トルク検出範囲を変更することが困難である。
【０００９】
本発明の課題は、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能な捩れ検出用スリーブ及びトルクセンサを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の課題は、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる捩れ検出用スリーブ及びトルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明１に係る捩れ検出用スリーブ部材は、円筒状の部材であって、トルク作用部と、捩れ信号発生部と、捩れ量変換部と、を備えている。トルク作用部は、少なくとも二点設けられ少なくとも二点でトルクが作用するものである。捩れ信号発生部は、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられたものである。捩れ量変換部は、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に設けられ、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量を変換するものである。
【００１２】
この円筒状の捩れ検出用スリーブ部材でトルクを検出する場合、トルク作用部を回転軸などのトルクが作用する軸部材に固定して、少なくとも二点でトルクが作用するようにする。トルク作用部にトルクが作用すると、少なくとも二点の間でスリーブ部材が捩れ、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部が捩れ信号を発生する。この発生した捩れ信号を、たとえばコイルにより検出することにより軸部材に作用するトルクを検出できる。この捩れ信号発生部と少なくとも一方のトルク作用部との間には、捩れ量変換部が設けられているので、作用したトルクに応じたスリーブ部材の捩れ量を大きくしたり小さくしたりするといった捩れ量の変換を行うことができる。ここでは、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に捩れ量変換部を設けたので、トルク作用部にトルクが作用してもスリーブ部材の捩れ量を捩れ量変換部で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００１３】
発明２に係る捩れ検出用スリーブ部材は、発明１に記載のスリーブ部材において、捩れ量変換部は、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量を少なくする。この場合には、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量が少なくなる。このため、捩れ信号発生部で過度に捩れにくくなり、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる。
【００１４】
発明３に係る捩れ量検出スリーブ部材は、発明１又は２に記載のスリーブ部材において、捩れ量変換部は、捩れ信号発生部の両端に接着された第１及び第２捩れ量変換部を有する。この場合には、少なくとも二つのトルク作用部と捩れ信号発生部の間に第１及び第２捩れ変化部が各別に配置されるので、捩れ量を大きく変化させることができる。
【００１５】
発明４に係る捩れ量検出スリーブ部材は、発明１から３のいずれかに記載のスリーブ部材において、捩れ量変換部は、円周上に設けられた複数の貫通孔を有する。この場合には、複数の貫通孔によりスリーブ部材の捩じり剛性を低くして捩れやすくすることができるとともに、複数の貫通孔の一部又は全部を塞ぐことにより捩じり剛性を高くして捩れにくくすることができ、トルク作用部から伝達される捩れ量を容易に変化させることができる。
【００１６】
発明５に係る捩れ量検出スリーブ部材は、発明４に記載のスリーブ部材において、貫通孔は、円筒の軸方向に長い長円状の孔である。この場合には、貫通孔が軸方向に長いので、トルクが作用すると捩れ量変換部が大きく捩れやすくなり、捩れ量を容易に大きく変化させることができる。
【００１７】
発明６に係る捩れ量検出スリーブ部材は、発明１から５のいずれかに記載のスリーブ部材において、捩れ信号発生部は、交差する磁化容易軸を有する複数の帯状の磁歪材を含んでいる。この場合には、捩れ信号発生部が交差する磁化容易軸を有する複数の帯状の磁歪材を備えているので、捩れにより磁歪材の透磁率の変化をコイルなどの検出素子のインピーダンスの変化や誘起電圧の変化を精度良く検出でき、非接触でトルクを容易に検出できる。
【００１８】
発明７に係るトルク検出装置は、発明１から６のいずれかに記載の捩れ検出用スリーブ部材と、トルク伝達軸と、捩れ信号検出部と、回転トルク出力部と、を備えている。トルク伝達軸は、捩れ検出用スリーブ部材に内嵌され、トルク作用部において捩れ検出用スリーブ部材と固着され、捩れ検出用スリーブ部材に回転トルクを伝達するものである。捩れ信号検出部は、捩れ検出用スリーブ部材の捩れ信号発生部に外挿され、捩れ信号を検出するものである。回転トルク出力部は、捩れ信号検出部で検出した検出信号に基づいて、前記トルク伝達軸にかかる回転トルクを算出・出力するものである。
【００１９】
このトルク検出装置では、トルク伝達軸が、たとえば回転してトルクが生じて捩れると、トルク作用部において捩れ検出用スリーブ部材に捩れが伝達される。スリーブ部材に捩れが伝達されると、少なくとも二点の間でスリーブ部材が捩れ、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部が捩れ信号を発生する。この発生した捩れ信号を、捩れ信号検出部により検出し、回転トルク出力部により、検出した捩れ信号に基づいて、トルク伝達軸にかかる回転トルクが算出・出力される。この捩れ信号発生部と少なくとも一方のトルク作用部との間には、捩れ量変換部が設けられているので、作用したトルクに応じたスリーブ部材の捩れ量を大きくしたり小さくしたりするといった捩れ量の変換を行うことができる。ここでは、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に捩れ量変換部を設けたので、トルク作用部にトルクが作用してもスリーブ部材の捩れ量を捩れ量変換部で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００２０】
発明８に係るトルク検出装置は、自転車のボトムブラケット内に設けられ、クランク軸にかかる回転トルクを検出する装置であって、少なくとも軸方向に離れた２箇所のトルク作用部においてクランク軸と固着され、クランク軸の捩れに応じた捩れ信号を発生する、発明１から６のいずれかに記載の捩れ検出用スリーブ部材と、捩れ信号検出部と、回転トルク出力部と、を備えている。捩れ信号検出部は、捩れ検出用スリーブ部材の外周に設けられ、捩れ信号を検出するものである。回転トルク検出部は、捩れ信号検出部で検出した検出信号に基づいて、クランク軸にかかる回転トルクを算出・出力するものである。
【００２１】
このトルク検出装置では、クランク軸が、たとえば回転してトルクが生じて捩れると、２箇所のトルク作用部において捩れ検出用スリーブ部材に捩れが伝達される。スリーブ部材に捩れが伝達されると、２箇所のトルク作用部の間でスリーブ部材が捩れ、トルク作用部間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部が捩れ信号を発生する。この発生した捩れ信号を、捩れ信号検出部により検出し、回転トルク出力部により、検出した捩れ信号に基づいて、クランク軸にかかる回転トルクが算出・出力される。この捩れ信号発生部と少なくとも一方のトルク作用部との間には、捩れ量変換部が設けられているので、作用したトルクに応じたスリーブ部材の捩れ量を大きくしたり小さくしたりするといった捩れ量の変換を行うことができる。ここでは、２箇所のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に捩れ量変換部を設けたので、トルク作用部にトルクが作用してもスリーブ部材の捩れ量を捩れ量変換部で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００２２】
発明９に係るトルク検出装置は、発明８に記載の装置において、２箇所のトルク作用部は、クランク軸にそれぞれ圧入固定された第１及び第２圧入部材を介して、クランク軸に固着されている。この場合には、クランク軸に直接固着されているのではなく、クランク軸に別々に圧入された第１及び第２圧入部材を介して２箇所のトルク作用部がクランク軸に固定されているので、クランク軸が捩れたときに、第１及び第２圧入部材が捩れやすくなり、スリーブ部材が捩れやすくなる。このため、検出感度が向上する。
【００２３】
発明１０に係るトルク検出装置は、発明７から９のいずれかに記載の装置において、捩れ信号発生部は、複数の帯状の磁歪材から構成され、捩れ信号検出部は、複数の磁歪材の磁気的歪みを検出するコイルである。この場合には、捩れ信号発生部が交差する磁化容易軸を有する複数の帯状の磁歪材を備えているので、捩れにより磁歪材の透磁率の変化をコイルのインピーダンスの変化や誘起電圧の変化を精度良く検出でき、非接触でトルクを容易に検出できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間に捩れ量変換部を設けたので、トルク作用部にトルクが作用してもスリーブ部材の捩れ量を捩れ量変換部で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００２５】
本発明の別の発明によれば、トルク作用部から捩れ信号発生部に伝達される捩れ量が少なくなる。このため、捩れ信号発生部で過度に捩れにくくなり、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
＜第１実施形態＞
図１において、本発明の第１実施形態が採用された自転車は、マウンテンバイクと呼ばれる不整地走行が可能なものである。自転車は、ダイヤモンド形のフレーム体２とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４と、駆動部５と、ハブダイナモ８が装着された前輪６と、後輪７と、前後のブレーキ装置９ｆ，９ｒとを備えている。ハンドル部４には、自転車の前方を照射するためのサイクルコンピュータ付きの前照灯１０が装着されている。
【００２７】
フレーム１のフレーム体２は、パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１３や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。
【００２８】
ハンドル部４は、フロントフォーク３の上部に固定されたハンドルステム１４と、ハンドルステム１４に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー１５の両端には前後のブレーキ装置９ｆ，９ｒを操作するためのブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されている。左右のブレーキレバー１６には外装変速装置１８ｆ，１８ｒ（後述）を変速操作するための変速レバー（図示せず）が一体又は別体で設けられている。
【００２９】
駆動部５は、フレーム体２の下部のハンガー部２０（図２）に設けられたクランク組立体２１と、クランク組立体２１に掛け渡されたチェーン２２と、前後の外装変速装置１８ｆ，１８ｒとを有している。前後の外装変速装置１８ｆ，１８ｒは、フレーム１の中間部及び後部に装着されたフロントディレーラ１９ｆ及びリアディレーラ１９ｒを有している。フロントディレーラ１９ｆは、ギヤクランク２４に設けられた複数（たとえば、３枚）のスプロケット３５〜３７のいずれかにチェーン２２を案内する。リアディレーラ１９ｒは、後輪７のハブ軸に装着された小ギヤ部１１の、複数（たとえば、８枚）のスプロケット１２のいずれかにチェーン２２を案内する。
【００３０】
クランク組立体２１は、図２に示すように、クランク軸２５（トルク伝達軸の一例）を有するクランク軸組立体２３と、クランク軸２５の右端に着脱自在に固定されるギヤクランク２４と、クランク軸２５の左端に着脱自在に固定される左クランク２６とを有している。
【００３１】
ギヤクランク２４は、図２に示すように、軸方向外方にいくにつれて歯数が多くなるように軸方向に並べて配置された、たとえば３枚のスプロケット３５〜３７と、３枚のスプロケット３５〜３７を固定するために放射状に延びる、複数（たとえば４つ）のアーム部３８ａを有するスプロケット取付部３８と、スプロケット取付部３８の中心に基端が固定された右クランク３９と、を有している。右クランク３９の基端は、クランク軸２５の右端に一体回転可能に連結され、先端にペダルＰＤが装着可能である。左クランク２６は、基端がクランク軸２５の左端に一体回転可能に連結され、先端にペダルＰＤを装着可能である。これらのギヤクランク２４及び左クランク２６は、固定ボルト６６，６４によりクランク軸２５に固定されている。
【００３２】
クランク軸組立体２３は、図３に示すように、ハンガー部２０の右端からねじ込まれる筒状の第１アダプタ２７と、左端からねじ込まれる筒状の第２アダプタ２８と、第１アダプタ２７に回転自在に支持されるクランク軸２５と、クランク軸２５に作用するトルクを検出するトルクセンサ３０（トルク検出装置の一例）と、有している。
【００３３】
第１及び第２アダプタ２７，２８は、前述したようにハンガー部２０の両端から各別にねじ込み固定される鍔付き筒状の部材である。第１アダプタ２７のハンガー部２０にねじ込まれるねじ部分の外周面には、後述する信号線６０を第１アダプタ２７の外部に導出するための配線挿通溝２７ａが軸方向に沿って形成されている。また、クランク軸２５の外方に位置する筒状部分には、信号線を取り出すための径方向に沿って内外を貫通する導出孔２７ｂが形成されている。
【００３４】
また、第１アダプタ２７の内周面には、たとえば合成樹脂製の装着部材２９が装着されている。装着部材２９は、図６に示すように、第１アダプタ２７の内周面に螺合するねじ部材６２により第１アダプタ２７に固定されている。装着部材２９の中間部の外周面には、円筒状の装着凹部２９ａが形成されている。装着部材２９の両端部の第１アダプタ２７の内周面に対向する外周面には、Ｏリング３３ａ，３３ｂが装着される環状溝２９ｂ，２９ｃが配置されている。このＯリング３３ａ，３３ｂにより装着部材２９の内部へのグリース等の異物の浸入を防止できる
第１アダプタ２７とクランク軸２５との間には、間隔を隔てて配置された１対の軸受３１，３２が配置されている。第１アダプタ２７は、軸受３１，３２の外輪として機能し、クランク軸２５は内輪として機能する。第２アダプタ２８は、第１アダプタ２７の左端に係合して第１アダプタ２７とともにハンガー部２０に固定される。
【００３５】
クランク軸２５は、中実の棒状部材であり、軸受３１，３２により第１アダプタ２７を介してハンガー部２０に回転自在に装着されている。クランク軸２５の両端面には、左クランク２６及びギヤクランク２４が一体回転可能に装着される先細りのテーパ面を有するクランク装着部２５ａ，２５ｂが形成されている。また、クランク軸２５の軸方向中央部分は、その軸方向両方向外方より大径の圧入面２５ｃが形成されている。さらに、両端面には、固定ボルト６４，６６がねじ込まれるねじ孔２５ｄ，２５ｅが形成されている。
【００３６】
＜トルクセンサ３０の構成＞
トルクセンサ３０は、図３に示すように、クランク軸２５に取り付けられる捩れ量検出用のスリーブ部材４０と、捩れ信号検出部４２と、回転トルク出力部４４と、を備えている。捩れ信号検出部４２及び回転トルク出力部４４は、装着部材２９に装着されている。
【００３７】
＜スリーブ部材４０の構成＞
スリーブ部材４０は、図６に示すように、たとえば、ＳＫ５等の炭素工具鋼などの比較的剛性が高い金属製の第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂと、第１及び第２円筒部材４１ａ，４１ｂの間に配置された、たとえば、ＳＵＳ３０４などの非磁性金属製の第３筒状部材４１ｃと、で構成された円筒状のスリーブ本体４１を有している。第３筒状部材４１ｃは、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂより薄肉の円筒状の部材である。第３筒状部材は、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂの軸方向内側の外周面に形成された段差部４１ｄ，４１ｅに両端が、たとえば接着により固定されている。段差部４１ｄ，４１ｅは、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂの軸方向に沿った第１及び第２長さＬ１，Ｌ２を有しており、第３筒状部材４１ｃは、段差部４１ｄ，４１ｅの長さＬ１，Ｌ２の全面で両端が接着されている。
【００３８】
また、スリーブ部材４０は、図４〜図６に示すように、二点の第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂと、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂ間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部５２と、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂと捩れ信号発生部５２との間に設けられ、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂから捩れ信号発生部５２に伝達される捩れ量を変換する捩れ量変換部５４と、を備えている。
【００３９】
第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂ並びに捩れ量変換部５４は、第１実施形態では、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂにそれぞれ配置されており、捩れ信号発生部５２は、第３筒状部材４１ｃに配置されている。
【００４０】
第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂは、スリーブ部材４０の両端、すなわち、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂの軸方向外側端の２箇所に各別に設けられている。第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂは、図６に示すように、クランク軸２５に両端側からそれぞれ圧入して固定された、筒状の第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂに各別に固定されている。具体的には、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂは、大径の第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂと小径の第１及び第２装着筒部５８ａ，５８ｂと、を各別に有している。第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂが軸方向外側に位置し、第１及び第２装着筒部５８ａ，５８ｂは、第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂのそれぞれ軸方向内側に位置している。第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂは、第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂの軸方向に沿った第３及び第４長さＬ３，Ｌ４の比較的狭い範囲でクランク軸２５の圧入面２５ｃに圧入固定されている。また、第１及び第２装着筒部５８ａ，５８ｂは、軸方向内側の先端同士が当接して配置されている。このため、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂは、クランク軸２５にトルクが作用して捩れるとき、互いに捩れる方向に回動しやすくなっている。前述したようにクランク軸２５の圧入面２５ｃは、クランク軸２５の中で最も大径に形成されており、軸方向の両外方から第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂを圧入可能になっている。なお、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂの固定方法は、圧入に限定されず、セレーション結合や接着や溶接等の適宜の固定方法を採用できる。
【００４１】
第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂは、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂの装着筒部５８ａ，５８ｂの第１及び第２鍔部５７ａ，５７ｂに近接した外周面の軸方向に沿った第５及び第６長さＬ５，Ｌ６の比較的狭い範囲で、たとえば接着により固定されている。
【００４２】
なお、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂの圧入長さである第３及び第４長さＬ３，Ｌ４は、スリーブ部材４０の接着長さである第５及び第６長さより長い。また、第３及び第４長さＬ３，Ｌ４は、第３筒状部材４１ｃの接着長さである第１及び第２長さＬ１，Ｌ２よりも長い。
【００４３】
捩れ信号発生部５２は、第３筒状部材４１ｃの外周面に、接着などの適宜の固着手段により固着された帯状の複数（たとえば２つ）の磁歪材５２ａ，５２ｂを有している。磁歪材５２ａ，５２ｂは、交差する磁気容易軸５２ｃ，５２ｄを各別に有している。磁歪材５２ａ，５２ｂは、捩れによる歪みに応じて磁力が大きく変化する磁歪効果を有するものである。磁歪材５２ａ，５２ｂは、たとえば、非晶質磁性金属箔製であり、たとえば９０度交差した磁化容易軸５２ｃ，５２ｄを有している。すなわち、磁歪材５２ａ，５２ｂは、それぞれ軸方向に対して４５度ずつ異なる方向の磁化容易軸５２ｃ，５２ｄを有している。なお、図４及び図５の斜視図では、磁化容易軸５２ｃ，５２ｄが曲線状に描かれているが、平面的には直線状の軸である。
【００４４】
クランク軸２５がトルクにより捩れると、磁歪材５２ａ，５２ｂに引張応力又は圧縮応力が作用し、磁歪材５２ａ，５２ｂの一方の透磁率は増加し、他方の透磁率は減少する。この透磁率の変化により捩じり信号検出部４２で捩れ量を検出する。
【００４５】
捩れ量変換部５４は、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂにおいて、捩れ信号発生部５２の両端に接着された第１及び第２捩れ量変換部５４ａ，５４ｂを有している。第１及び第２捩れ量変換部５４ａ，５４ｂは、円周上に間隔を隔てて設けられた複数の貫通孔５４ｃをそれぞれ有している。各貫通孔５４ｃは、この実施形態では、第１及び第２筒状部材４１ａ，４１ｂの軸方向に長い長円状の孔である。捩れ量変換部５４は、貫通孔５４ｃで構成されているので、この部分で捩れ剛性が弱くなり、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂから捩れ信号発生部５２に伝達される捩れ量を少なくし、大きなトルクがクランク軸２５に発生しても、捩れ信号発生部５２が過度に捩れないようにしている。
【００４６】
＜捩れ信号検出部４２の構成＞
捩れ信号検出部４２は、スリーブ部材４０の捩れ信号発生部５２に外挿され、捩れ信号を検出するものである。捩れ信号検出部４２は、第１アダプタ２７の内周面の装着された装着部材２９に固定され、捩れ信号発生部５２と対向する位置に配置されている。捩れ信号検出部４２は、複数の磁歪材５２ａ，５２ｂの磁気的歪みを各別に検出する、たとえば１対のコイル４２ａ，４２ｂで構成されており、コイル４２ａ，４２ｂの内周部は、装着凹部１２９ａを介して捩れ信号発生部５２と僅かな隙間をあけて配置されている。捩れ信号検出部４２は、捩れによる磁歪材５２ａ，５２ｂの透磁率変化に伴いコイル４２ａ，４２ｂに生じるインピーダンス変化や誘起電圧の変化からトルクに応じた捩れ信号を検出する。
【００４７】
＜回転トルク出力部４４の構成＞
回転トルク出力部４４は、捩れ信号検出部４２で検出した捩れ信号に基づいて、クランク軸２５にかかる回転トルクを算出・出力するものである。回転トルク出力部４４は、装着部材２９に装着され、円弧状に湾曲した回路基板を有する出力回路６３により構成されている。出力回路６３は、たとえば、所定の周波数及び振幅を有する交流電圧を発信する発信器と、プラス及びマイナス入力の信号入力に基づいて回転トルク信号を出力する差動増幅器と、発信器の両端と差動増幅器の２つの端子との間にこの順に各別に配置された、抵抗、整流回路及びフィルタ部とを有し、抵抗と整流回路との間に一端が接地された１対のコイル４２ａ，４２ｂの他端がそれぞれ接続されている。出力回路６３の差動増幅器の出力端子には、信号線６０が接続されている。信号線６０は、第１アダプタ２７の導出孔２７ｂを貫通してクランク軸組立体２３の外部に導出され、さらに、第１アダプタ２７に設けられた配線挿通溝２７ａを介してハンガー部２０の外部に導出される。
【００４８】
＜トルクセンサ３０の動作＞
このような構成のトルクセンサ３０では、ペダルＰＤをこいでクランク軸２５がハンガー部２０に対して相対回転すると、負荷に応じてクランク軸２５にトルクが発生する。これによりクランク軸２５が捩れると、第１及び第２圧入部材５６ａ，５６ｂを介して第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂの間で捩れが発生する。この発生した捩れの捩れ量は、第１及び第２捩れ量変換部５４ａ，５４ｂの剛性が低いので、第１及び第２捩れ量変換部５４ａ，５４ｂでそのまま伝達されずに少なくなり、捩れ信号発生部５２の両端に伝達される。すると、２つの磁歪材５２ａ，５２ｂの一方に引張応力が他方に圧縮応力が発生して磁歪材５２ａ，５２ｂが歪む。この歪みによって透磁率が変化し、その変化により捩れ信号検出部４２の１対のコイル４２ａ，４２ｂのインピーダンスの変化に応じた直流電圧のトルク信号が差動増幅器から出力される。出力されたトルク信号は、信号線６０を介してハンガー部２０の外部に設けられた、たとえば変速制御装置などの外部機器に入力される。
【００４９】
このような構成のトルクセンサ３０では、スリーブ部材４０の第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂと捩れ信号発生部５２との間に捩れ量変換部５４を設けたので、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂにトルクが作用してもスリーブ部材４０の捩れ量を捩れ量変換部５４で変化させることができる。このため、クランク軸２５に作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００５０】
また、第１及び第２トルク作用部５０ａ，５０ｂから捩れ信号発生部５２に伝達される捩れ量が少なくなる。このため、捩れ信号発生部５２で過度に捩れにくくなり、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、中実のクランク軸２５の両端にギヤクランク２４及び左クランク２６が固定ボルト６６，６４により着脱自在に固定されたクランク組立体２１を例に本発明を説明した。第２実施形態では、図７に示すように、クランク軸１２５の一端にギヤクランク１２４が一体に固定されたクランク組立体１２１に本発明を適用した場合について説明する。なお、左クランクと一体にクランク軸が固定されていてもよい。
【００５２】
図７において、クランク組立体１２１は、クランク軸１２５を有するクランク軸組立体１２３と、クランク軸１２５の右端に一体にたとえばカシメ固定されるギヤクランク１２４と、クランク軸１２５の左端に固定ボルト１６４により着脱自在に固定される左クランク１２６とを有している。
【００５３】
ギヤクランク１２４は、軸方向外方にいくにつれて歯数が多くなるように軸方向に並べて配置された、たとえば２枚のスプロケット１３５，１３７と、２枚のスプロケット１３５，１３７を固定するために放射状に延びる複数（たとえば５つ）のアーム部１３８ａを有するクランク部１３８と、を有している。クランク部１３８の基端には、クランク軸１２５の右端にカシメ固定される装着穴１３９ａが形成され、先端にペダルＰＤが装着可能である。左クランク１２６は、基端がクランク軸１２５の右端に一体回転可能に連結され、先端にペダルＰＤを装着可能である。
【００５４】
クランク軸組立体１２３は、図８に示すように、ハンガー部１２０の右端からねじ込まれる筒状の第１アダプタ１２７と、左端からねじ込まれる筒状の第２アダプタ１２８と、第１及び第２アダプタ１２７，１２８に回転自在に支持されるクランク軸１２５と、クランク軸１２５に作用するトルクを検出するトルクセンサ１３０（トルク検出装置の一例）と、有している。第１アダプタ１２７と第２アダプタ１２８との間には、たとえば合成樹脂製の筒状の装着部材１２９が装着されている。
【００５５】
第１及び第２アダプタ１２７，１２８は、前述したようにハンガー部１２０の両端から各別にねじ込み固定される鍔付き筒状の部材である。第２アダプタ１２８のハンガー部１２０にねじ込まれるねじ部分の外周面には、後述する信号線１６０を第２ダプタ１２８の外部に導出するための配線挿通溝１２８ａが軸方向に沿って形成されている。
【００５６】
第１及び第２アダプタ１２７，１２８とクランク軸１２５との間には、間隔を隔てて配置された玉軸受の形態の１対の軸受１３２，１３１が配置されている。
【００５７】
装着部材１２９は、第１及び第２アダプタ１２７，１２８の軸方向内側の端部内周面に係合している。装着部材１２９は、図１０に示すように、たとえば、後述する捩れ信号検出部１４２や回転トルク出力部１４４の装着終了後に第２アダプタ１２８に接着されている。装着部材１２９の中間部の外周面には、円筒状の装着凹部１２９ａが形成されている。装着部材１２９の両端部の第１及び第２アダプタ１２７，１２８の内周面に対向する外周面には、Ｏリング１３３ｂ，１３３ａが装着される環状溝１２９ｂ，１２９ｃが配置されている。このＯリング１３３ｂ，１３３ａにより装着部材１２９の内部へのグリース等の異物の浸入を防止できるとともに、Ｏリング１３３ｂ，１３３ａの弾性により、装着部材１２９を第１及び第２アダプタ１２７，１２８に保持させることができる。また、装着部材１２９の外周側は、内部に装着される機器を保護するために、カバー部材１７０によりカバーされている。
【００５８】
クランク軸１２５は、中空の筒状部材であり、軸受１３１，１３２により第１及び第２アダプタ１２７，１２８を介してハンガー部１２０に回転自在に装着されている。クランク軸１２５は、左端外周面には、左クランク１２６が一体回転可能に装着される先細りのテーパ面を有するクランク装着部１２５ａが形成されている。クランク軸１２５の右端外周面には、ギヤクランク１２４の装着穴１３９ａに圧入されギヤクランク１２４をカシメ固定して一体回転可能にするための大径のセレーション部１２５ｂが形成されている。また、クランク軸１２５の外周面には、軸方向左端側から右端側に向かって外径が僅かに大きくなる２段階の圧入面１２５ｃ１，１２５ｃ２と、圧入面１２５ｃ２より僅かに大径の軸受装着面１２５ｃ３と、が形成されている。さらに、左端面には、固定ボルト１６４がねじ込まれるねじ孔１２５ｄが形成されている。
【００５９】
＜トルクセンサ１３０の構成＞
トルクセンサ１３０は、図８に示すように、クランク軸１２５に取り付けられる捩れ量検出用のスリーブ部材１４０と、捩れ信号検出部１４２と、回転トルク出力部１４４と、を備えている。
【００６０】
＜スリーブ部材１４０の構成＞
スリーブ部材１４０は、図９に示すように、実質的に第１実施形態のスリーブ部材４０と同様な構成であり、たとえば、ＳＫ５等の炭素工具鋼などの比較的剛性が高い金属製の第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂと、第１及び第円筒部材１４１ａ，１４１ｂの間に配置された、たとえば、ＳＵＳ３０４などの非磁性金属製の第３筒状部材１４１ｃと、で構成された円筒状のスリーブ本体１４１を有している。したがって、以下の説明では、スリーブ部材１４０のその他の構成の詳細な説明やその作用効果の説明は省略する。また、第１実施形態と同様な部材に対しては１００を足した符号を付している。
【００６１】
また、スリーブ部材１４０は、二点の第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂと、第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂ間の外周面の少なくとも一部に設けられた捩れ信号発生部１５２と、第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂと捩れ信号発生部１５２との間に設けられ、第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂから捩れ信号発生部１５２に伝達される捩れ量を変換する捩れ量変換部１５４と、を備えている。
【００６２】
第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂ及び捩れ量変換部１５４は、第２実施形態でも、第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂにそれぞれ配置されており、捩れ信号発生部１５２は、第３筒状部材１４１ｃに配置されている。
【００６３】
第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂは、スリーブ部材１４０の両端、すなわち、第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂの軸方向外側端の２箇所に各別に設けられている。第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂは、クランク軸１２５に左端側から圧入して固定された第１及び第２圧入部材１５６ａ，１５６ｂに各別に固定されている。なお、左側の第１圧入部材１５６ａの鍔部１５７ａの外径は、装着部材１２９の内径より小さいが、右側の第２圧入部材１５６ｂの鍔部１５７ｂの外径は、装着部材１２９の内径より大きい。これにより、装着部材１２９が接着された第２アダプタ１２８をハンガー部１２０にねじ込むとき、装着部材１２９の先端が第２圧入部材１５６ｂの鍔部１５７ｂに当接して第２アダプタ１２８を位置決めしやすくなる。
【００６４】
捩れ信号発生部１５２は、第３筒状部材１４１ｃの外周面に、接着などの適宜の固着手段により固着された帯状の複数（たとえば２つ）の磁歪材１５２ａ，１５２ｂを有している。磁歪材１５２ａ，１５２ｂは、交差する磁気容易軸１５２ｃ，１５２ｄを各別に有している。磁歪材１５２ａ，１５２ｂは、捩れによる歪みに応じて磁力が大きく変化する磁歪効果を有するものである。磁歪材１５２ａ，１５２ｂは、たとえば、非晶質磁性金属箔製であり、たとえば９０度交差した磁化容易軸１５２ｄ，１５２ｃを有している。
【００６５】
捩れ量変換部１５４は、第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂにおいて、捩れ信号発生部１５２の両端に接着された第１及び第２捩れ量変換部１５４ａ，１５４ｂを有している。第１及び第２捩れ量変換部１５４ａ，１５４ｂは、円周上に間隔を隔てて設けられた複数の貫通孔１５４ｃをそれぞれ有している。各貫通孔１５４ｃは、第２実施形態でも、第１及び第２筒状部材１４１ａ，１４１ｂの軸方向に長い長円状の孔である。
【００６６】
この第２実施形態においても、第１及び第２圧入部材１５６ａ，１５６ｂは、クランク軸１２５の圧入面１２５ｃ１，１２５ｃ２に各別に圧入され、スリーブ部材１４０の両端は、第１及び第２圧入部材１５６ａ，１５６ｂに各別に接着により固定されている。
【００６７】
＜捩れ信号検出部１４２の構成＞
捩れ信号検出部１４２は、図８に示すように、実質的に第１実施形態の捩れ信号検出部４２と同様な構成であり、スリーブ部材１４０の捩れ信号発生部１５２に外挿され、捩れ信号を検出するものである。捩れ信号検出部１４２は、装着部材１２９の装着凹部１２９ａ内に固定されている。捩れ信号検出部１４２は、複数の磁歪材１５２ａ，１５２ｂの磁気的歪みを各別に検出する、たとえば１対のコイル１４２ａ，１４２ｂで構成されている。捩れ信号検出部１４２は、捩れによる磁歪材１５２ａ，１５２ｂの透磁率変化に伴いコイル１４２ａ，１４２ｂに生じるインピーダンス変化や誘起電圧の変化からトルクに応じた捩れ信号を検出する。
【００６８】
＜回転トルク出力部１４４の構成＞
回転トルク出力部１４４は、捩れ信号検出部１４２で検出した捩れ信号に基づいて、クランク軸１２５にかかる回転トルクを算出・出力するものである。回転トルク出力部１４４は、捩れ信号検出部１４２の図８左側に配置されている。回転トルク出力部１４４は、円筒状の回路基板を有する出力回路１６３により構成されている。出力回路１６３は、第１実施形態と同様な構成であり、差動増幅器の出力端子には、信号線１６０が接続されている。信号線１６０は、第２アダプタ１２８に設けられた配線挿通溝１２８ａを介してハンガー部１２０の外部に導出される。
【００６９】
＜トルクセンサ１３０の動作＞
このような構成のトルクセンサ１３０では、第１実施形態と同様に、クランク軸１２５が捩れると、第１及び第２圧入部材１５６ａ，１５６ｂを介して第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂの間で捩れが発生する。第１及び第２捩れ量変換部１５４ａ，１５４ｂの剛性が低いので、発生した捩れの捩れ量は少なくなり、捩れ信号発生部１５２の両端に伝達される。すると、２つの磁歪材１５２ａ，１５２ｂが歪む。この歪みによって直流電圧のトルク信号が差動増幅器から出力される。出力されたトルク信号は、信号線１６０を介してハンガー部１２０の外部に設けられた、たとえば変速制御装置などの外部機器に入力される。
【００７０】
このような構成のトルクセンサ１３０でも、スリーブ部材１４０の第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂと捩れ信号発生部１５２との間に捩れ量変換部１５４を設けたので、第１及び第２トルク作用部１５０ａ１，５０ｂにトルクが作用してもスリーブ部材１４０の捩れ量を捩れ量変換部１５４で変化させることができる。このため、作用するトルクに対してトルク検出範囲を変更可能になる。
【００７１】
また、第１及び第２トルク作用部１５０ａ，１５０ｂから捩れ信号発生部１５２に伝達される捩れ量が少なくなる。このため、捩れ信号発生部１５２で過度に捩れにくくなり、大きなトルクが作用しても測定誤差を抑えることができる。
【００７２】
＜他の実施形態＞
（ａ）前記両実施形態では、トルク作用部として２つの第１及び第２トルク作用部を開示したが、トルク作用部は複数であればいくつでもよい。
【００７３】
（ｂ）前記両実施形態では、捩れ量変換部を第１及び第２捩れ量変換部の２つ設けたが、捩れ量変換部は、少なくとも一方のトルク作用部と捩れ信号発生部との間にあればよい。したがって、一つの捩れ量変換部であってもよい。
【００７４】
（ｃ）前記両実施形態では、剛性を低くするために捩れ量変換部を長円形の貫通孔で構成したが、捩れ量変換部の構成は、長円形の貫通孔に限定されず、貫通しない凹部でもよく、スリーブ部材の肉厚を変化させてもよい。また、その捩れ量変化部分の材質を変化させてもよい。
【００７５】
（ｄ）前記両実施形態では、捩れ量変換部で第１及び第２トルク作用部から伝達する捩れ量を少なくなるように変換したが、多くなるように変換してもよい。たとえば、長円形の孔を塞ぐ閉塞部材を捩れ量変換部に設けることにより、捩れ剛性を強くして、捩れ信号発生部での捩れ量を多くしてもよい。また、閉塞部材の個数を変化させて捩れ剛性を変更できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態によるトルクセンサが装着された自転車の側面図。
【図２】そのクランク組立体の半截断面図。
【図３】そのクランク軸組立体の半截断面図。
【図４】スリーブ部材が固定されたクランク軸の斜視図。
【図５】スリーブ部材の斜視図。
【図６】スリーブ部材を示すクランク軸の断面部分図。
【図７】第２実施形態の図２に相当する図。
【図８】第２実施形態の図３に相当する図。
【図９】第２実施形態の図４に相当する図。
【図１０】第２実施形態の第１及び第２アダプタの斜視図。
【符号の説明】
【００７７】
２５，１２５クランク軸（トルク伝達軸の一例）
３０，１３０  トルクセンサ（トルク検出装置の一例）
４０，１４０  スリーブ部材
４２，１４２  捩れ信号検出部
４２ａ，４２ｂ、１４２ａ，１４２ｂ  コイル
４４，１４４  回転トルク出力部
５０ａ，５０ｂ、１５０ａ，１５０ｂ  第１及び第２トルク作用部（少なくとも２点のトルク作用部の一例）
５２，１５２  捩れ信号発生部
５２ａ，５２ｂ、１５２ａ，１５２ｂ  磁歪材
５２ｃ，５２ｄ  磁化容易軸
５４  捩れ量変換部
５４ａ，５４ｂ、１５４ａ，１５４ｂ  第１及び第２捩れ量変換部
５４ｃ，１５４ｃ  貫通孔
５６ａ，５６ｂ、１５６ａ，１５６ｂ  第１及び第２圧入部材