(57)【要約】    【課題】  高い検出精度を発揮しつつ、小型化を実現することができ、かつ製造コストの低廉化を実現することが可能なトルク検出装置を提供する。    【解決手段】  磁歪環４０は、周方向で互いに異なる向きに着磁した第１歪磁界変換部４２及び第２歪磁界変換部４４と、第１歪磁界変換部４２と第２歪磁界変換部４４との間に介在し、第１、２歪磁界変換部４２、４４に比して薄肉の第１保持部４６と、第１、２歪磁界変換部４２、４４の長手方向の両端に延在し、第１、２歪磁界変換部４２、４４に比して薄肉の第２保持部４８とを有し、外周方向に拡径してシャフト２０の拡径部２０ａに嵌合されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク棒と、該トルク棒に周設された磁歪環と、該磁歪環で発生した磁界を検知する磁界検知センサとを備えたトルク検出装置において、
前記磁歪環は、周方向で互いに異なる向きに着磁した第１歪磁界変換部及び第２歪磁界変換部と、前記第１歪磁界変換部と前記第２歪磁界変換部との間に介在し、前記第１、２歪磁界変換部に比して薄肉の第１保持部と、前記第１、２歪磁界変換部の長手方向の両端に延在し、前記第１、２歪磁界変換部に比して薄肉の第２保持部とを有し、外周方向に拡径して前記トルク棒に嵌合されていることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記磁歪環は、前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方が前記トルク棒に隔設されていることを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記磁歪環は、前記第２保持部の延在方向の端部で前記トルク棒に溶接されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルクを検出するためのトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のトルク検出装置としては、特許文献１に記載されたものが知られている。そのトルク検出装置では、シャフトとしてのトルク棒と、変換器としての磁歪環と、磁界ベクトルセンサとしての磁界検知センサとが備えられている。磁界検知センサにはヨークが備えられており、磁歪環で生じる磁界の磁束がヨークによって集磁されやすくなっている。
【０００３】
ここで、磁歪環は、物理的加工を施すことによって着磁されており、周方向で２つの異なる向きの磁化を有している。
【０００４】
このようなトルク検出装置では、シャフトに生じたトルクが磁歪環に伝達されていない状態において、磁歪環内で磁化（磁化ベクトル）が一周するため、磁歪環の外部に磁界は発生しない。
【０００５】
また、シャフトに生じたトルクが磁歪環に伝達された状態において、磁歪環では、歪みの発生に伴って磁化の方向が変化することとなる。
【０００６】
こうして、磁化の方向の変化に伴って、磁歪環の外部に磁界が発生することとなる。つまり、２つの異なる向きの磁化によって、磁気ベクトルの方向の異なる２つの磁界が発生することとなる。このため、磁歪環の外部に発生した２つの磁界は、ヨークによって集磁され、磁界検知センサで検知されることとなる。このため、トルク検出装置では、その磁界の差を検知することによって、トルクを検出することができる。
【特許文献１】特許第２９１４５２６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記記載のトルク検出装置では、高い検出精度を備えることが難しく、小型化が実現され難く、製造コストの高騰化が招来されてしまう。
【０００８】
すなわち、そのトルク検出装置では磁歪環の磁化の領域において境界部が存在しており、境界部では磁化の方向が変化している。
【０００９】
ここで、トルクの伝達によってトルク棒と共に磁歪環に歪みが発生すれば、磁歪環の外部に磁界が発生することとなるが、境界部では磁化の分布が磁歪環の周方向で不均一となっているため、磁歪環の周方向に不均一な分布の磁界が発生することとなる。
【００１０】
こうして、磁歪環の周方向では、境界部の影響によってさまざまに変化した磁界が発生しているため、磁界検知センサは磁歪環の周方向の位置によってさまざまな磁界を検知してしまうこととなる。このため、磁界検知センサでは、磁歪環の周方向の位置によって検出精度が不安定になり、正確なトルクを検出することができない。このため、そのトルク検出装置では、高い検出精度を発揮することができない。
【００１１】
この点、従来のトルク検出装置では、磁界検出センサにヨークを備えることで、磁界を広く検出し平均化することで検出精度を高めることができるようになっている。
【００１２】
しかしながら、ヨークを備えるための構造や、磁界を検出するために必要なヨークの設定位置を確保しなければならず、トルク検出装置の小型化が実現され難い。
【００１３】
また、そのトルク検出装置では、ヨークを備えることにより、部品点数が増えることとなり、製造コストの高騰化が招来されてしまう。
【００１４】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、高い検出精度を発揮しつつ、小型化を実現することができ、かつ製造コストの低廉化を実現することが可能なトルク検出装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明において講じた技術的手段では、請求項１に記載の様に、トルク棒と、該トルク棒に周設された磁歪環と、該磁歪環で発生した磁界を検知する磁界検知センサとを備えたトルク検出装置において、前記磁歪環は、周方向で互いに異なる向きに着磁した第１歪磁界変換部及び第２歪磁界変換部と、前記第１歪磁界変換部と前記第２歪磁界変換部との間に介在し、前記第１、２歪磁界変換部に比して薄肉の第１保持部と、前記第１、２歪磁界変換部の長手方向の両端に延在し、前記第１、２歪磁界変換部に比して薄肉の第２保持部とを有し、外周方向に拡径して前記トルク棒に嵌合されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明において講じた技術的手段では、請求項２に記載のトルク検出装置の様に、磁歪環は、第１保持部及び第２保持部の少なくとも一方がトルク棒に隔設されていることを特徴としている。
【００１７】
さらに、本発明において講じた技術的手段では、請求項３に記載のトルク検出装置の様に、磁歪環は、第２保持部の延在方向の端部でトルク棒に溶接されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、トルク検出装置の磁歪環において、第１歪磁界変換部と第２歪磁界変換部とでは、周方向で互いに異なる向きに着磁が行われているため、それぞれに磁化が生じている。こうして、トルクの伝達によってトルク棒に歪みが発生し、トルク棒と共に磁歪環にも歪みが発生すれば、第１、２歪磁界変換部の磁化の方向が変化することとなり、磁歪環の外部に均一な磁界が発生することとなる。また、第１歪磁界変換部と第２歪磁界変換部との間では第１保持部が介在しているため、第１保持部では２つの磁化の領域における境界部が生じることとなる。このため、第１保持部では周方向に不均一な磁界が発生する。
【００１９】
その際、第１保持部では、第１、２歪磁界変換部に比して薄肉であることから、発生する磁界の強度が第１、２歪磁界変換部で発生する磁界の強度に比して低くなっている。このため、磁歪環において、第１、２歪磁界変換部で発生する均一かつ強度の高い磁界は、第１保持部で発生する不均一かつ強度の低い磁界の影響をほとんど受けなくなっている。
【００２０】
また、第１、２歪磁界変換部の外側に延在する薄肉の各第２保持部によって、第１、２磁界変換部は、トルク棒との接触による不均一な歪みの影響を受け難くなる。すなわち、磁歪環にトルク棒を挿入する際、先ず、磁歪環の第２保持部がトルク棒と接触することとなる。こうして、第２保持部において、トルク棒との接触による不均一な歪みが生じることとなるため、第１、２歪磁界変換部において、トルク棒との接触による不均一な歪みが生じ難くなる。このため、第１、２歪磁界変換部で発生する磁界は、その歪みの影響を受け難い。
【００２１】
このような第１、２歪磁界変換部及び第１、２保持部を有する磁歪環は、拡径してトルク棒に周設されている。このため、第１、２保持部に比して厚肉の第１、２歪磁界変換部では、多くの磁化の方向が周方向に揃い易くなり、発生する磁界の強度が高められることとなる。
【００２２】
こうして、第１、２歪磁界変換部は、境界部による影響やトルク棒との接触による不均一な歪の影響を受け難くなる。また、第１、２歪磁界変換部では、強度の高い磁界が確実に発生することとなる。
【００２３】
このため、トルク検出装置の磁界検知センサにおいて、確実に第１、２歪磁界変換部の磁界の差を検知することができ、高い検出精度を発揮することができる。
【００２４】
また、そのトルク検出装置では、高い検出精度を発揮することができるため、磁界検出センサにヨークを備える必要がない。このため、ヨークを備えるための構造や、磁界を検出するために必要なヨークの設定位置を確保する必要がなく、小型化を実現することができる。
【００２５】
さらに、そのトルク検出装置では、ヨークを備える必要がないため、部品点数を低減することができ、製造コストの低廉化を実現することができる。
【００２６】
したがって、本発明のトルク検出装置では、高い検出精度を発揮しつつ、小型化を実現することができ、かつ製造コストの低廉化を実現することができる。
【００２７】
また、請求項２に記載の発明によれば、磁歪環において、第１保持部及び第２保持部の少なくとも一方がトルク棒に隔設されているため、第１、２保持部とトルク棒との接触することを回避することができる。このため、第１、２保持部では、トルク棒に磁歪環を挿入する際の不均一な歪みの影響が及び難くなる。こうして、第１、２保持部では、トルク棒で発生した歪みの影響が及び難くなるため、第１、２歪磁界変換部で発生する磁界に与える影響を小さくすることができる。このため、一層、トルク検出装置の検出精度を高めることができる。
【００２８】
さらに、請求項３記載の発明によれば、磁歪環において、第２保持部の延在方向の端部でトルク棒に溶接されているため、磁歪環全体を強固にトルク棒に固定することができる。また、そのような溶接であれば、トルク棒に余分な歪みを与え難い。特に、第２保持部がトルク棒に溶接されることによって生じる歪みは、各第１、２歪磁界変換部から離れた箇所で生じているため、各第１、２歪磁界変換部で発生する磁界に影響を与え難い。
【００２９】
このようなトルク検出装置では、溶接によって磁歪環をトルク棒に周設させているため、トルクの発生によってトルク棒と磁歪環との間が摺動され難い。このため、トルク棒に生じた歪みが正確に磁歪環で磁界に変換されるため、ヒステリシスが生じ難い。また、そのトルク検出装置において、溶接によって磁歪環をトルク棒に周設させているものの、溶接している位置とトルク棒に生じた歪みを検出する位置とが隣接しないため、磁歪環はトルク棒に生じた歪みのみを検出することとなり、溶接による歪みを検出し難い。このため、確実に高い検出精度を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施形態を参照しつつ図面を基に説明する。
【００３１】
（実施形態）
実施形態のトルク検出装置では、図１に示すように、内部に空間を有する筐体部材１０が備えられており、筐体部材１０にはトルク棒としてのシャフト２０が貫通している。シャフト２０は、中央で拡径された拡径部２０ａが設けられており、拡径部２０ａが筐体部材１０内に位置している。こうして、シャフト２０は、筐体部材１０に軸支されている。
【００３２】
筐体部材１０内の内壁１０ａには、電子基板５０が設けられており、電子基板５０上には磁界検知センサ３０が設けられている。このような電子基板５０及び磁界検知センサ３０は、図示しない外部電源や検知結果出力装置等に接続されている。こうして、筐体部材１０内では、磁界検知センサ３０に対して所定の間隔を維持しつつ、シャフト２０の拡径部２０ａが位置している。
【００３３】
シャフト２０の拡径部２０ａには、歪みを磁気に変換して磁界を発生可能な管状部材の磁歪環４０が周設されている。その際、磁歪環４０は外周方向に引き伸ばされながらシャフト２０の拡径部２０ａに嵌合されている。つまり、磁歪環４０は拡径されてシャフト２０に一体となっている。ここで、磁歪環４０は、シャフト２０を挿通させながら拡径部２０ａで嵌合されることとなるため、容易に、位置決めをしながら固定することができる。
【００３４】
図２に示すように、磁歪環４０は、拡径の外径を有しながら同じ幅を有する厚肉の第１、２歪磁界変換部４２、４４と、狭径の外径を有する薄肉の第１、２保持部４６、４８とによって構成されている。
【００３５】
詳細には、図３に示すように、磁歪環４０の第１、２歪磁界変換部４２、４４は、シャフト２０の拡径部２０ａに接している。第１歪磁界変換部４２と第２歪磁界変換部４４との間には第１保持部４６が介在しており、第１保持部４６はその拡径部２０ｃに対して僅かな間隙を有している。また、各第１、２歪磁界変換部４２、４４の長手方向（軸方向）の両端には各第２保持部４８が延在しており、各第２保持部４８もその拡径部２０ａに対して僅かな間隙を有している。ここで、僅かな間隙とは、第1、２保持部４６、４８がシャフト２０の拡径部２０ａに接しない程度であればよい。こうして、第１、２保持部４６、４８が拡径部２０ａに対して隔設されている。そして、各第２保持部４８の端部４８ａとシャフト２０の拡径部２０ａとが溶接されている。その際、溶接は、シャフト２０と磁歪環４０との離反を防止できる程度で、かつシャフト２０及び磁歪環４０に歪みが生じない程度に施されている。
【００３６】
こうして、そのトルク検出装置では、シャフト２０と磁歪環４０とが一体になっている。そして、各第２保持部４８は、溶接によって、各第１、２歪磁界変換部４２、４４から最も離れた内周でシャフト２０の拡径部２０ａに溶接されている。こうして、第１保持部４６の中心位置とシャフト２０の拡径部２０ａの中心位置とが一致するようになっており、その中心位置を対称に第１歪磁界変換部４２と第２歪磁界変換部４４とが位置している。
【００３７】
以上にような実施形態のトルク検出装置では、図４に示すように、シャフト２０の一端が一方向に回転し、その他端が他方向（又は相対方向）に回転することによって、トルクによる歪みがシャフト２０に生じることとなる。
【００３８】
ここで、第１歪磁界変換部４２と第２歪磁界変換部４４とでは、周方向で互いに異なる向きに着磁が行われているため、それぞれに磁化が生じている。こうして、トルクの伝達によってシャフト２０に歪みが発生し、シャフト２０と共に磁歪環４０にも歪みが発生すれば、第１、２歪磁界変換部４２、４４の磁化の方向が変化することとなり、磁歪環４０の外部に均一な磁界が発生することとなる。また、第１歪磁界変換部４２と第２歪磁界変換部４４との間では第１保持部４６が介在しているため、第１保持部４６では２つの磁化の領域における境界部４６ａが生じることとなる。このため、第１保持部４６では周方向に不均一な磁界が発生する。
【００３９】
その際、第１保持部４６では、第１、２歪磁界変換部４２、４４に比して薄肉であることから、発生する磁界の強度が第１、２歪磁界変換部４２、４４で発生する磁界の強度に比して低くなっている。このため、磁歪環４０において、第１、２歪磁界変換部４２、４４で発生する均一かつ強度の高い磁界は、第１保持部４６で発生する不均一かつ強度の低い磁界の影響をほとんど受けなくなっている。
【００４０】
また、第１、２歪磁界変換部４２、４４の外側に延在する薄肉の各第２保持部４８によって、第１、２磁界変換部４２、４４は、シャフト２０の拡径部２０ａとの接触による不均一な歪みの影響を受け難くなる。すなわち、磁歪環４０にシャフト２０を挿入する際、先ず、磁歪環４０の第２保持部４８がシャフト２０の拡径部２０ａと接触することとなる。こうして、第２保持部４８において、シャフト２０の拡径部２０ａとの接触による不均一な歪みが生じることとなるため、第１、２歪磁界変換部４２、４４において、その拡径部２０ａとの接触による不均一な歪みが生じ難くなる。このため、第１、２歪磁界変換部４２、４４で発生する磁界は、その歪みの影響を受け難い。
【００４１】
このような第１、２歪磁界変換部４２、４４及び第１、２保持部４６、４８を有する磁歪環４０は、拡径されながらシャフト２０の拡径部２０ａに周設されている。このため、第１、２保持部４６、４８に比して厚肉の第１、２歪磁界変換部４２、４４では、多くの磁化の方向が周方向に揃い易くなり、発生する磁界の強度が高められることとなる。
【００４２】
こうして、第１、２歪磁界変換部４２、４４は、境界部４６ａによる影響やシャフト２０の拡径部２０ａとの接触による不均一な歪の影響を受け難くなる。また、第１、２歪磁界変換部４２、４４では、強度の高い磁界が確実に発生することとなる。
【００４３】
このため、図１に示すトルク検出装置の磁界検知センサ３０において、確実に第１、２歪磁界変換部４２、４４の磁界の差を検知することができ、高い検出精度を発揮することができる。
【００４４】
また、そのトルク検出装置では、高い検出精度を発揮することができるため、磁界検出センサ３０にヨークを備える必要がない。このため、ヨークを備えるための構造や、磁界を検出するために必要なヨークの設定位置を確保する必要がなく、小型化を実現することができる。
【００４５】
さらに、そのトルク検出装置では、ヨークを備える必要がないため、部品点数を低減することができ、製造コストの低廉化を実現することができる。
【００４６】
したがって、実施形態のトルク検出装置では、高い検出精度を発揮しつつ、小型化を実現することができ、かつ製造コストの低廉化を実現することができる。
【００４７】
また、そのトルク検出装置では、磁歪環４０において、第１、２保持部４６、４８がシャフト２０の拡径部２０ａに隔設されているため、第１、２保持部４６、４８とシャフト２０の拡径部２０ａとの接触することを回避することができる。このため、第１、２保持部４６、４８では、シャフト２０の拡径部２０ａに磁歪環４０を挿入する際の不均一な歪みの影響が及び難くなる。こうして、第１、２保持部４６、４８では、シャフト２０の拡径部２０ａで発生した歪みの影響が及び難くなるため、第１、２歪磁界変換部４２、４４で発生する磁界に与える影響を小さくすることができる。このため、一層、トルク検出装置の検出精度を高めることができる。
【００４８】
さらに、そのトルク検出装置では、磁歪環４０において、第２保持部４８の延在方向の端部でシャフト２０の拡径部２０ａに溶接されているため、磁歪環４０全体を強固にシャフト２０の拡径部２０ａに固定することができる。また、そのような溶接であれば、シャフト２０の拡径部２０ａに余分な歪みを与え難い。特に、第２保持部４８がシャフト２０の拡径部２０ａに溶接されることによって生じる歪みは、各第１、２歪磁界変換部４２、４４から離れた箇所で生じているため、各第１、２歪磁界変換部４２、４４で発生する磁界に影響を与え難い。
【００４９】
このようなトルク検出装置では、溶接によって磁歪環４０をシャフト２０の拡径部２０ａに周設させているため、トルクの発生によってシャフト２０の拡径部２０ａと磁歪環４０との間が摺動され難い。このため、シャフト２０の拡径部２０ａに生じた歪みが正確に磁歪環４０で磁界に変換されるため、ヒステリシスが生じ難い。また、そのトルク検出装置において、溶接によって磁歪環４０をシャフト２０の拡径部２０ａに周設させているものの、溶接している位置とシャフト２０の拡径部２０ａに生じた歪みを検出する位置とが隣接しないため、磁歪環４０はシャフト２０の拡径部２０ａに生じた歪みのみを検出することとなり、溶接による歪みを検出し難い。このため、確実に高い検出精度を発揮することができる。
【００５０】
なお、実施形態の構成に限定されず、直接、シャフト２０に磁歪環４０を周設しても同様の作用効果を発揮することができる。また、磁歪環４０の第１、２保持部４６、４８がシャフト２０の拡径部２０ａに隔設されていない場合もあり得る。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態に係り、トルク検出装置の全体正面図である。
【図２】実施形態に係り、磁歪環の縦断面図である。
【図３】実施形態に係り、磁歪環の拡大縦断面図である。
【図４】実施形態に係り、磁歪環の拡大正面図である。
【符号の説明】
【００５２】
２０…トルク棒（シャフト）
４０…磁歪環
３０…磁界検知センサ
４２…第１歪磁界変換部
４４…第２歪磁界変換部
４６…第１保持部
４８…第２保持部
【図１】
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【図２】
2005181133.tif 000004
【図３】
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【図４】
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