(57)【要約】【課題】  モータ等から回転を受ける出力軸に加わる微少なトルクを検出するトルクセンサを提供する。【解決手段】  複数のスリット４ｄが配置された弾性円筒体４を取り巻くように端部ヨーク７および第１、第２円筒ヨーク５，６を配置して弾性円筒体４とともに磁気回路を構成し、各コイル１０が内蔵されるヨークを隣接のヨークに切り離し溝１１ができるように圧入している。そのため、各コイルを内蔵する前に、各ヨークを一体化してその内外周を加工でき、各ヨークを正確に同心上に配置できる。また、弾性円筒体４の厚肉フランジ４ａに一方の軸部を圧入する一方、薄肉円筒端部４ｂが連接される他方の軸部にセレーション３ｃを設け、このセレーション３ｃに沿って薄肉円筒端部４ｂをその外周からかしめている。そのため、弾性円筒体４を軸部に取付けるに際して、弾性円筒体４のブリッジ部４ｅにねじれ等の歪みが生じることがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周上に複数のスリットが設けられた弾性円筒体の外周を取り巻くように端部ヨークおよび円筒ヨークを配置し、これらヨークにそれぞれ検出コイル、励磁コイルを配置して弾性円筒体とともに磁気回路を構成し、この磁気回路中の磁束の変化から弾性円筒体の半径方向の変位をトルク値として検出するトルクセンサにおいて、
各コイルが配置されたヨークを外周に切り離し溝ができるように隣接のヨークに圧入したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
隣接する少なくとも２個のヨークは、圧入された状態でその外周および内孔が同心となるように一体に加工されたことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
隣接する２個のヨークは外周に位置決め用マーキングを有することを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
圧入されたヨークは一体に加工されて後、励磁コイルおよび検出コイルが内蔵されて再組立されることを特徴とする請求項１、２または３に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
弾性円筒体はトーション部を持つトーションバーに固定されたことを特徴とする請求項１，２，３または４に記載のトルクセンサ。
【請求項６】
円周上に複数のスリットが設けられた弾性円筒体の外周を取り巻くように端部ヨークおよび円筒ヨークを配置し、これらヨークにそれぞれ検出コイル、励磁コイルを配置して弾性円筒体とともに磁気回路を構成し、この磁気回路中の磁束の変化から弾性円筒体の半径方向の変位をトルク値として検出するトルクセンサにおいて、  
弾性円筒体の端部にそれぞれ厚肉フランジと薄肉円筒端部とを設け、厚肉フランジに一方の軸部を圧入する一方、薄肉円筒端部が連接される他方の軸部にまわり止め溝を設け、このまわり止め溝に沿って薄肉円筒端部をその外周からかしめたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項７】
弾性円筒体は、トーションバーに取付けられることを特徴とする請求項６に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等から回転を受けて回転する出力軸に加わる微少なトルクを検出するトルクセンサの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ等の出力軸に加わる微少なトルクを検出するトルクセンサとして、図４および図５に記載のトルクセンサが開発されている。このトルクセンサ１は、ハウジング２を有し、その収納穴２ａ内には入力軸部３ａ、出力軸部３ｂおよび横断面十字形状のトーション部３ｃを備えたトーションバー３が回転自在に保持されている。前記入力軸部３ａ、出力軸部３ｂの端部にはそれぞれモータ側、ドライバビット等の工具軸側と係合可能な係合突部３ｄが設けられ、トーションバー３の入、出力軸３ａ，３ｂに回転のみが伝達可能に構成されている。また、前記トーションバー３には厚肉フランジ４ａと薄肉円筒端部４ｂとこれらの間に位置する薄肉円筒部４ｃとでなる弾性円筒体４がトーションバー３のトーション部３ｃを覆うように配置され、その入力軸部３ａが厚肉フランジ４ａに圧入され、また出力軸部３ｂが薄肉円筒端部４ｂに接着剤１２により固定されている。この弾性円筒体４の薄肉円筒部４ｃには、入力軸部３ａ側、出力軸部３ｂ側それぞれに複数のスリット４ｄが設けられ、隣接する２個のスリット間にブリッジ部４ｅが形成されている。前記スリット４ｄは、その円周上に軸線に対して所定の傾斜角で等間隔をおいて延び、しかもその傾きがお互い逆方向となるように構成されている。
【０００３】
また、前記ハウジング２の収納穴２ａ内には弾性円筒体４の薄肉円筒部４ｃを内包するように、凸型の第１円筒ヨーク５、凹型の第２円筒ヨーク６およびその両端に位置する端部ヨーク７ａ，７ｂが配置されている。前記第１円筒ヨーク５および第２円筒ヨーク６はお互い合わせあって１個の励磁コイル９を、また端部ヨーク７ａ，７ｂはそれぞれ第１円筒ヨーク５あるいは第２円筒ヨーク６と合わさって検出コイル１０を内蔵するように構成されている。前記第１円筒ヨーク５および第２円筒ヨーク６はそれぞれ内方に突出する環状壁５ａ，６ａを有しており、この環状壁５ａ，６ａおよび端部ヨーク７ａ，７ｂは弾性円筒体４のブリッジ部４ｅと僅かな間隙をおいて位置するように構成されている。
【０００４】
このトルクセンサ１では、入力軸部３ａの回転が弾性円筒体４を介して出力軸部３ｂに伝達されるが、出力軸部３ｂ側に僅かでも負荷トルクがかかると、トーションバー３のトーション部３ｃにねじれが図６に示す矢印方向に生じ、そのねじれにより弾性円筒体４も出力軸部３ｂ側に位置するスリット４ｄの傾斜方向にねじれる。この時、出力軸部３ｂ側に位置するスリット４ｄにより形成されるブリッジ部４ｅが鼓型に、また入力軸部３ａ側に位置するスリット４ｄにより形成されるブリッジ部４ｅは太鼓型に歪む。この歪みにより、ブリッジ部４ｅと第１円筒ヨーク５および第２円筒ヨーク６との間隙が変化し、端部ヨーク７ａ，７ｂ、ブリッジ部４ｅおよび第１円筒ヨーク５ならびに第２円筒ヨーク６で形成される磁気回路中の磁束数が変化してこれに応じた電圧変化が検出コイル１０で検出される。この電圧変化の検出が両端の検出コイル１０で行われ、これらが差動回路（図示せず）で増幅されて、トルクセンサ１の出力値が検出される。この検出値から出力軸部３ｂに加わるトルク値が算出される。
【０００５】
【特許文献１】特許第３，６９２，４９４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このトルクセンサ１では、弾性円筒体４のブリッジ部４ｅと端部ヨーク７ａ，７ｂ、第１円筒ヨーク５あるいは第２円筒ヨーク６との間隙がその全周で不均一であると検出精度に影響を与えることから、１個毎製造された各ヨークは、同心上に位置できるように各ヨークの公差、形状精度および表面粗さを厳しく管理した高精度な内外周加工が必要となり、高精度な加工機が必要となるばかりか、その加工時間も長くなっている。また、多数個製造された各ヨークの中から同心度の高いものを選択してハウジング２内に組み付けねばならず、余分にヨークを製造しなければならず、部品コストも高くなっている。
【０００７】
さらに、前記トーションバー３の出力軸部３ｂに弾性円筒体４を固定する際にはブリッジ部４ｅにねじれによる歪みが生じると、トルクリップルが現れたり、検出値の直線性が悪くなることから、ブリッジ部４ｅに負荷が加わらないように出力軸部３ｂが薄肉円筒端部４ｂに接着剤１２により固定されている。そのため、接着剤１２が経時的変化により硬化したり、脆くなったり、さらには出力軸部３ｂと接着剤１２との熱膨張の違いにより出力軸部３ｂと弾性円筒体４の薄肉円筒端部４ｂとが剥がれる恐れがあり、出力軸部３ｂと薄肉円筒端部４ｂとの接着を強化する必要が生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の解決を目的として、本発明は、円周上に複数のスリットが設けられた弾性円筒体の外周を取り巻くように端部ヨークおよび円筒ヨークを配置し、これらヨークにそれぞれ検出コイル、励磁コイルを配置して弾性円筒体とともに磁気回路を構成し、この磁気回路中の磁束の変化から弾性円筒体の半径方向の変位をトルク値として検出するトルクセンサにおいて、各コイルが配置されたヨークを外周に切り離し溝ができるように隣接のヨークに圧入している。また、隣接する２個のヨークは、圧入された状態でその外周および内孔が同心となるように一体に加工されたものであってもよく、また外周に位置決め用マーキングを有していてもよい。さらに、圧入されたヨークは一体に加工されて後、励磁コイルおよび検出コイルを内蔵して再組立されてもよい。しかも、前記弾性円筒体はトーション部を持つトーションバーに固定されてもよい。
【０００９】
また、もう一つの発明によれば、 円周上に複数のスリットが設けられた弾性円筒体の外周を取り巻くように端部ヨークおよび円筒ヨークを配置し、これらヨークにそれぞれ検出コイル、励磁コイルを配置して弾性円筒体とともに磁気回路を構成し、この磁気回路中の磁束の変化から弾性円筒体の半径方向の変位をトルク値として検出するトルクセンサにおいて、弾性円筒体の端部にそれぞれ厚肉フランジと薄肉円筒端部とを設け、厚肉フランジに一方の軸部を圧入する一方、薄肉円筒端部が連接される他方の軸部にまわり止め溝を設け、このまわり止め溝に沿って薄肉円筒端部をその外周からかしめるように構成されている。また、この弾性円筒体はトーションバーに取付けられてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、励磁コイルが内蔵された円筒ヨークとこれを挟むように配置された端部ヨークとが切り離し溝を持って離脱可能に圧入されている。そのため、各ヨークにコイルを配置しない状態で、これらヨークを一旦圧入固定して一体化し、その内外周形状を加工できる。しかも、これらヨークの加工完了後に切り離し溝に工具を挿入し、これらヨークを離脱させ、その後に各ヨークに励磁コイル、検出コイルをそれぞれ内蔵してこれらを再圧入固定することができる。これにより、１個毎製造されたヨークの外周形状とその内孔とを同心に加工できるばかりか、ハウジングの収納穴と、各ヨークの内孔とを正確に同心上に位置させることができる。また、端部ヨークの端面もその外周の加工と同時に行えるため、これらの直角度を確保することができ、入、出力軸部をヨークの内孔と同心に配置することができる。
【００１１】
もう一つの発明によれば、弾性円筒体の薄肉円筒端部に連接される出力軸部にまわり止め溝を設け、このまわり止め溝に沿って外周から薄肉円筒端部をかしめるように構成しているため、弾性円筒体を出力軸部に取付けるに際して、弾性円筒体のブリッジ部にねじれ等の歪みを生じることがないばかりか、このかしめ部は経時的変化の影響を受けず、長期間にわたって弾性円筒体を軸部にしっかりと固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２において、１はトルクセンサであり、収納穴２ａが設けられたハウジング２を有している。この収納穴２ａ内には、横断面十字状のトーション部３ｃを備えたトーションバー３が軸受けを介して回転自在に保持されており、その両端に位置する入力軸部３ａと出力軸部３ｂにはそれぞれモータ（図示せず）の駆動軸側、ドライバビット（図示せず）等の工具軸側と連接可能なように係合突部３ｄが設けられている。また、前記出力軸部３ｂにはまわり止め溝としてその軸線と平行に延びるセレーション３ｅが設けられており、このセレーション３ｅが後記する薄肉円筒端部４ｂから僅かに突出するように配置されている。
【００１３】
前記トーションバー３には厚肉フランジと４ａ薄肉円筒端部４ｂとこれらの間に位置する薄肉円筒形状の薄肉円筒部４ｃとからなる弾性円筒体４がトーション部３ｃを内包するように配置され、その厚肉フランジ４ａにはトーションバー３の入力軸部３ａが圧入されている。また、前記薄肉円筒端部４ｂには図３に示すように出力軸部３ｂが挿通され、そのセレーション３ｅが僅かに突出する位置で薄肉円筒端部４ｂがかしめられている。この薄肉円筒端部４ｂの被かしめ部はセレーション３ｅの溝に押し込まれており、弾性円筒体４とトーションバー３の出力軸部３ｂとが一体に回転するように構成されている。この薄肉円筒端部４ｂのかしめは、その周囲に回転可能に配置されたかしめローラを持つかしめ具（図示せず）を薄肉円筒端部４ｂ側に押し込みながら回転させることにより行い、後記するブリッジ部４ｅに歪みを与えることがないように構成されている。
【００１４】
また、前記弾性円筒体４の薄肉円筒部４ｃには入力軸部３ａ側、出力軸部３ｂ側それぞれに複数のスリット４ｄが設けられ、隣接する２個のスリット４ｄ間にブリッジ部４ｅが形成されている。前記スリット４ｄは、等間隔をおいて弾性円筒体４の軸線に対して所定の傾斜角で傾斜し、しかもその傾きはお互い逆方向となっており、一方のブリッジ部４ｅがスリット４ｄの傾斜方向にねじれて鼓型になると、他方のブリッジ部４ｅがスリット４ｄの傾斜方向と逆方向にねじれて太鼓型に歪むように構成されている。
【００１５】
前記ハウジング２の収納穴２ａには第１円筒ヨーク５と、第２円筒ヨーク６と、これらを挟む有底筒状の端部ヨーク７ａ，７ｂとが配置されている。前記第１円筒ヨーク５および第２円筒ヨーク６は筒内に環状壁５ａ，６ａを有し、また端部ヨーク７は前記環状壁５ａ，６ａの内径と等しい内孔を有している。また、前記第１円筒ヨーク５は両端に突部を有し、第２円筒ヨーク６は一方端に凹部を、他方端に突部を有している。さらに、前記端部ヨーク７ａ，７ｂは隣接する第１円筒ヨーク５あるいは第２円筒ヨーク６の突部に対応する凹部を有しており、第１円筒ヨーク５、第２円筒ヨーク６およびこれらを挟む端部ヨーク７ａ，７ｂがそれぞれ隣接のものと一体に圧入固定され、これらヨークが前記弾性円筒体４を内包するようにハウジング２の収納穴２ａに圧入されている。
【００１６】
前記第１円筒ヨーク５および第２円筒ヨーク６には絶縁材でなるボビン様のコイル保持具８に巻回された励磁コイル９が内蔵されており、端部ヨーク７ａ，７ｂには同様に、コイル保持具８に巻回された検出コイル１０が内蔵されている。この時、第１円筒ヨーク５および第２円筒ヨーク６の環状壁５ａ，６ａおよび端部ヨーク７ａ，７ｂの内壁と弾性円筒体４の薄肉円筒部４ｃとの間隙は全周方向で均一となるように構成されており、第１円筒ヨーク５、端部ヨーク７ａおよび弾性円筒体４により第１の磁気回路が、また第２円筒ヨーク６、端部ヨーク７ｂおよび弾性円筒体４により第２の磁気回路が構成されている。
【００１７】
また、前記第１円筒ヨーク５および第２円筒ヨーク６の突部は、対応する凹部の穴深さよりも長くなっており、隣接する２個のヨーク間に切り離し溝１１が形成され、この切り離し溝１１にマイナスドライバ（図示せず）等の刃先が挿入可能に構成されている。さらに、隣接する２個のヨークはその外周に位置決め用のマーキングを有し、一体化された少なくとも２個のヨークの内外周形状および表面粗さを所定の加工精度で加工して、これらを分解後に各コイルを内蔵して再組立する時の組み付け位置を示している。
【００１８】
上記トルクセンサでは、隣接する２個のヨークは切り離し溝１１が形成されて一体化されているため、この切り離し溝１１から切り離すことができる。そのため、各ヨークの内外周形状および表面粗さの加工を行う場合、これらヨークをハウジング２内に圧入する前に、検出コイル１０、励磁コイル９が内蔵されてない状態で一体化して、その内外周形状および表面粗さの加工を行うことができ、各ヨークを正確に同心に加工することができる。また、一体化されたヨークは、その内外周の加工のみならず、端部ヨーク７ａ，７ｂの端面の加工もできるため、端面の直角度を正確に確保することができる。
【００１９】
これらの加工が完了して後、隣接する２個のヨークにマーキングをし、切り離し溝１１に工具を押し込んで各ヨークを離脱させれば、端部ヨーク７ａ，７ｂ、第１円筒ヨーク５および第２円筒ヨーク６にそれぞれ検出コイル１０、励磁コイル９を内蔵して各ヨークを前記マーキングに従って再度圧入して再組立することができる。そのため、再組立されたヨークをハウジング２内に押し込むだけで、各ヨークの外周および内孔の中心を一致させることができるばかりか、これらをハウジング２の収納穴２ａの中心にも一致させることができる。
【００２０】
また、一体化されたヨークに挿通される弾性円筒体４をトーションバー３に固定するに際して、入力軸部３ａが弾性円筒体４の厚肉フランジ４ａに圧入される一方で、出力軸部３ｂに設けられたセレーション３ｅには弾性円筒体４の薄肉円筒端部４ｂがその周囲からかしめられる。そのため、このかしめの影響により弾性円筒体４のブリッジ部４ｅが歪むことがなく、出力軸部３ａに加わる負荷によるねじれのみがブリッジ部４ｅに伝達され、これを正確に検出することができる。
【００２１】
なお、本実施態様では、弾性円筒体４にトーションバー３を挿通し、そのトーション部３ｃを内包するように弾性円筒体４を固定しているが、入力軸部３ａ、出力軸部３ｂを別体として両軸部を弾性円筒体４で連接してもよい。また、隣接する２個のヨークの縁部が密着するまで圧入できるようにしてもよいが、この場合いずれかの縁部を一部削り取り、隣接する２個のヨークの外周の一部に切り離し溝１１が形成されるようにしてもよい。さらに、位置決め用のマーキングは、刻印その他の方法であってもよい。しかも、弾性円筒体４が取付けられたトーションバー３の出力軸部３ｂと入力軸部３ａとを逆にしてハウジング２に取付けてもよく、また薄肉円筒端部４ｂに接着剤を塗布してから薄肉円筒端部４ｂをかしめてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の縦断面図である。
【図２】本発明の要部拡大断面図である。
【図３】本発明に係る弾性円筒体のかしめ部を９０度回転させた状態を示す要部説明図である。
【図４】従来のトルクセンサを示す縦断面図である。
【図５】従来のトルクセンサに係る弾性円筒体の取付け状態を示す一部切欠き要部外観図である。
【図６】従来のトルクセンサに係る弾性円筒体の動作状態を説明する要部拡大説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  トルクセンサ
２  ハウジング
２ａ  収納穴
３  トーションバー
３ａ  入力軸部
３ｂ  出力軸部
３ｃ  トーション部
３ｄ  係合突部
３ｅ  セレーション
４  弾性円筒体
４ａ  厚肉フランジ
４ｂ  薄肉円筒端部
４ｃ  薄肉円筒部
４ｄ  スリット
４ｅ  ブリッジ部
５  第１円筒ヨーク
５ａ  環状壁
６  第２円筒ヨーク
６ａ  環状壁
７ａ，７ｂ  端部ヨーク
８  コイル保持具
９  励磁コイル
１０  検出コイル                                       
１１  切り離し溝                             
１２  接着剤
【図１】
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【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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