トルクセンサ
【課題】冷媒供給路を簡易な加工で形成できるようにして製造コストを低減すると共に、管路抵抗の低減の追求に適したトルクセンサを提供する。
【解決手段】中空軸状をなし軸方向一端２ｃに駆動力が入力され軸方向他端２ｄに負荷が入力されて駆動側Ｘ１と負荷側Ｘ２との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸２と、中空軸状をなしトルク伝達軸２の内周側においてトルク伝達軸２に嵌合することによりトルク伝達軸２と共に二重の中空軸となる嵌合軸８と、軸受５を介してトルク伝達軸及び前記嵌合軸を一体回転可能に支持する固定支持部６とを備え、嵌合状態において嵌合軸８の外周面８ｂに軸方向Ｘに沿って延びる溝部８１を設け、溝部８１とその対向面たるトルク伝達軸２の内周面２ａとの間に、冷媒を軸受５に供給するためのスラスト路７１が形成されるようにした。
【解決手段】中空軸状をなし軸方向一端２ｃに駆動力が入力され軸方向他端２ｄに負荷が入力されて駆動側Ｘ１と負荷側Ｘ２との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸２と、中空軸状をなしトルク伝達軸２の内周側においてトルク伝達軸２に嵌合することによりトルク伝達軸２と共に二重の中空軸となる嵌合軸８と、軸受５を介してトルク伝達軸及び前記嵌合軸を一体回転可能に支持する固定支持部６とを備え、嵌合状態において嵌合軸８の外周面８ｂに軸方向Ｘに沿って延びる溝部８１を設け、溝部８１とその対向面たるトルク伝達軸２の内周面２ａとの間に、冷媒を軸受５に供給するためのスラスト路７１が形成されるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク伝達軸を支持する軸受への冷媒供給を適正化したトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電磁作用により回転駆動するモータ等の駆動装置のシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサが知られている。例えば特許文献１には、中空軸状をなし軸方向両端がそれぞれ駆動装置のシャフト及び負荷装置のシャフトに接続され駆動側と負荷側との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するカップリングとしてのトルク伝達軸と、トルク伝達軸の内周面に取り付けられトルク入力によって内周面に生じる歪みを検出する歪ゲージ等の歪検出部と、トルク伝達軸の中空空間に収納され歪検出部の検出結果をトルク伝達軸の外部に送信するテレメータ等の送信部とを備え、送信部から受信した検出結果に基づきトルク伝達軸に作用するトルクの大きさを算出する歪ゲージ式トルクセンサが開示されている。この種のトルクセンサは、駆動装置に片持ち状態で取り付けられ又は一体に組み込まれるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５１−１３１６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、モータ等の駆動装置の高速駆動化に伴い、例えば五万回転／毎分などの高速回転に対応したトルクセンサが望まれる。高速回転化にあたり、遠心力によってトルク伝達軸が破壊されることを防止するためにトルク伝達軸の径を細くする必要がある。上記のようなトルク伝達軸の内部に送信部を収納する歪ゲージ式トルクセンサにおいては、軸径を細くすると、軸自体が撓みやすくなることに加え、送信部の収納スペースを確保するために軸自体を軸方向に沿って長軸にしなければならず、一般的な片持ち支持構造では、軸の撓みが問題となり成立せず、トルク伝達軸を軸受を介して支持する構造にする必要がある。
【０００５】
このような軸受支持構造の場合、特に高速回転では軸受の摩耗や発熱が問題となり、軸受に対して潤滑油などの冷媒を供給する必要があるが、トルク伝達軸の内部には、冷媒との接触を嫌う歪検出部や送信部を始めとする電子部が配置されているため、これら電子部の配置されている中空空間を冷媒の流路として利用することができない。軸受に冷媒を供給するにあたり、各電子部に冷媒が至らないように設計する必要がある。
【０００６】
上記事項を考慮して、軸受に冷媒を供給する冷媒供給路を設けるためには、トルク伝達軸の外周面及び内周面の間に軸方向に沿って冷媒を流通させるスラスト路としての穴を、軸方向一端から他端に向けてドリル等の切削工具を用いた加工により形成することが一つの有効な手段として考えられる。
【０００７】
しかしながら、トルク伝達軸が小径且つ長軸である場合には、軸方向に沿って深い穴を空けるという加工が困難であるうえ、一般的な長さのドリル等の切削工具では穴を空けられず、長尺状のドリル等の特殊な切削工具を用いなければならず、製造コストが増大してしまい、量産に適したものとは言えない。
【０００８】
また、この場合、冷媒供給路としての穴の径が小さく且つ穴の横断面が円形となるので管路抵抗が増大し、軸受への冷媒供給が十分になされないおそれも考えられる。管路抵抗を低減するためには、穴の横断面の形状を自由に設計可能であることが望ましい。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、冷媒供給路を簡易な加工で形成できるようにして製造コストを低減すると共に、管路抵抗の低減の追求に適したトルクセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１１】
すなわち、本発明のトルクセンサは、中空軸状をなし軸方向一端に駆動力が入力され軸方向他端に負荷が入力されて駆動側と負荷側との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸と、前記トルク伝達軸の内周面に取り付けられ前記トルク伝達軸に対するトルク入力によって前記内周面に生じる歪みを検出する歪検出部とを具備し、前記歪検出部の検出結果に基づき前記トルク伝達軸に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、中空軸状をなし前記トルク伝達軸の外周側又は内周側のいずれかにおいて前記トルク伝達軸に嵌合することにより前記トルク伝達軸と共に二重の中空軸となる嵌合軸と、前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸が一体に回転可能となるように両軸のうち外周側にある軸を軸受を介して支持する固定支持部とを備え、嵌合状態において前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸の互いに対向する内外周面の少なくとも一方の面に、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって延びる溝部を設け、嵌合状態において前記溝部と当該溝部の対向面との間に、軸方向の一方から導入される冷媒を前記軸受に供給するためのスラスト路が形成されるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
このように、嵌合状態においてトルク伝達軸又は嵌合軸の互いに対向する内外周面の少なくとも一方の面に、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって延びる溝部を設け、両軸を嵌合させることにより溝部とその対向面との間に冷媒を軸受に供給するためのスラスト路が形成されるようにしているので、トルク伝達軸が小径且つ長軸であっても、その軸方向に沿って長い穴を空けるといった困難且つコストの高い加工をすることなく、両軸の内周面又は外周面の少なくとも一方に溝部を設けるといった比較的容易な加工を行うことによりスラスト路を形成でき、製造コストを低減することができる。しかも、スラスト路は溝部によって形成されるので、軸端からドリル等の切削工具で穴を形成してスラスト路とする場合に比して、スラスト路の断面積や断面形状を比較的自由に形成でき、管路抵抗の低減を追求するうえでも好ましい。
【００１３】
スラスト路から冷媒が流出することを防止するためには、嵌合状態において前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸の互いに対向する内外周面のうち前記スラスト路の周方向両側及び軸方向両側における内外周面の間に、封止構造が形成されていることが好ましい。
【００１４】
冷媒を軸受に適切に供給するためには、前記トルク伝達軸又は前記嵌合軸のうち嵌合状態で内周側となる軸は、その軸中心を通り軸方向一端から冷媒が導入される導入路と、前記導入路から外周に向けて延在し前記導入路と前記スラスト路とを接続する接続路とを有することが効果的である。
【００１５】
軸全体での荷重バランスの調整を簡易化するためには、前記溝部は複数設けられて対をなしており、対をなす溝部同士は軸中心回りに対称となる位置に配置されていることが望ましい。
【００１６】
軸受の冷却効率を向上させるためには、前記軸受は、複数箇所で支持するように軸方向に沿って複数配置され、前記スラスト路は、複数の軸受と径方向で重なる位置に配置されていることが好ましい。
【００１７】
外部環境の電磁的な影響を受けにくくして、適切な信号の受信及び給電を実現するためには、前記トルク伝達軸の外周に設けられる回転側アンテナ部と、前記回転側アンテナ部の外周側に対向配置され前記回転側アンテナ部との磁気結合によって前記検出結果を示す信号を受信するための固定側アンテナ部とを備え、前記固定支持部は、両アンテナ部の周囲を包囲する位置に配置され、その少なくとも一部が両アンテナから電気的に絶縁した導電性部材で構成されていることが効果的である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以上説明したように、トルク伝達軸に嵌合して二重の中空軸となる嵌合軸を設け、嵌合状態においてトルク伝達軸及び嵌合軸の互いに対向する内外周面の少なくとも一方の面に溝部を設けるといった比較的容易な加工を行うことにより、溝部とその対向面との間に冷媒供給用のスラスト路を形成できるので、軸方向に沿って長い穴を空けるといった困難且つコストの高い加工を施工することを避けて、製造コストを低減することが可能となる。しかも、加工容易な溝部の形状を調整することで、スラスト路の断面積や断面形状を自由に形成でき、管路抵抗の低減を追求することも可能となる。したがって、製造コストを低減させると共に、管路抵抗の低減の追求に適したトルクセンサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るトルクセンサの構成を示す断面図。
【図２】同トルクセンサを適用したモータ等の駆動装置を模式的に示す図。
【図３】嵌合軸の構成図、並びに、トルク伝達軸と嵌合軸の嵌合状態を示す図。
【図４】アンテナ部の構成を示す断面図。
【図５】本発明の他の実施形態に係るトルク伝達軸及び嵌合軸を示す構成図。
【図６】本発明の上記以外の実施形態に係るトルク伝達軸及び嵌合軸を示す断面図。
【図７】本発明の上記以外の実施形態に係るトルク伝達軸及び嵌合軸を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係るトルクセンサを、図面を参照して説明する。
【００２１】
トルクセンサＴｓは、図１に示すように、駆動装置と負荷装置との間に介在するトルク伝達軸２に作用するトルクの大きさを測定する装置であり、略中空軸状をなし軸方向両端２ｃ，２ｄがそれぞれ駆動側（駆動装置Ｍ）及び負荷側（負荷装置）に接続され駆動側及び負荷側の間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸２と、トルク伝達軸２の内部に内部空間ＳＰ１を形成する内周面２ａに取り付けられトルク伝達軸２に対するトルク入力によりトルク伝達軸２に生じる歪みを検出する歪ゲージを用いた歪検出部４と、歪検出部４の検出結果をトルク伝達軸２の外部に送信する送信部３０と、送信部３０からアンテナ部３３を介して受信した検出結果に基づきトルク伝達軸２に作用するトルクの大きさを算出するトルク演算部３１と、略中空軸状をなしトルク伝達軸２の内周側においてトルク伝達軸２に嵌合することによりトルク伝達軸２と共に二重の中空軸となる嵌合軸８とを有している。このトルクセンサＴｓは、図２に例示するように、トルク伝達軸２の軸方向一端２ｃと駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）とを接続してトルクセンサＴｓを備えたモータ等の駆動装置Ｍを構成するために利用される。なお、本明細書においては、軸方向をＸとし、駆動側をＸ１とし、負荷側をＸ２として説明する。
【００２２】
トルク伝達軸２は、図１に示すように、内部に内部空間ＳＰ１が形成された略中空軸状をなす鋼材で構成され、その内周面２ａの横断面の形状は嵌合軸８の外周面８ｂの横断面に対応する形状にしてある。そして、この内部空間ＳＰ１に嵌合軸８を駆動側Ｘ１から圧入するしまりばめによって、嵌合軸８の外周面８ｂとトルク伝達軸２の内周面２ａとを接触させた嵌合状態にしている。トルク伝達軸２の軸方向一端２ｃ（駆動側Ｘ１の端部２ｃ）は、回転駆動するモータ等の駆動装置Ｍの駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）とスプライン接続等により関連付けられて駆動装置Ｍにより駆動力が入力され、トルク伝達軸２の軸方向他端２ｄ（負荷側Ｘ２の端部２ｄ）は、負荷装置のシャフトとスプライン接続等により関連付けられて負荷装置により負荷が入力される。
【００２３】
嵌合軸８は、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、内部に中空空間ＳＰ０が形成された有底の略中空軸状をなすガラスエポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。嵌合軸８の内部に設けられる中空空間ＳＰ０は、軸方向一端８ｃ側（駆動側Ｘ１）が閉止される一方で、軸方向他端８ｄ側（負荷側Ｘ２）が開口部８ｅを介して開放されている。嵌合状態においては、図１に示すように、開口部８ｅを介して、歪検出部４の配置されたトルク伝達軸２内部の内部空間ＳＰ１と、嵌合軸８内部の中空空間ＳＰ０とが連通している。この嵌合軸８において送信部３０を収納するための中空空間ＳＰ０は、軸方向に沿った長尺状をなし、図３（ａ）に示すように、軸中心Ｃｎを通り負荷側Ｘ２の端部８ｄ（軸方向一端）から駆動側Ｘ１（軸方向他端側）に向かう第一の穴８ｈ１と、軸方向Ｘに直交するラジアル方向Ｘ３に沿って貫通する第二の穴８ｈ２とを導通して形成されている。すなわち、中空空間ＳＰ０は、負荷側Ｘ２だけでなく、軸方向Ｘに直交するラジアル方向Ｘ３にも開放されたものとなる。これら第一の穴８ｈ１及び第二の穴８ｈ２は、ドリル及びワイヤーカットなどの加工により空けられる。なお、図１に示すように、トルク伝達軸２との嵌合状態において、トルク伝達軸２の内周面２ａに設けられた突状の嵌合軸支持部２０と、嵌合軸８の軸方向他端８ｄ（負荷側Ｘ２の端部８ｄ）とを当接させることにより、軸方向における嵌合軸８の位置決めがなされる。
【００２４】
図１に示すように、歪検出部４は、機械的な寸法の微小な変化を電気信号として検出するシート状の歪ゲージを用いたもので、トルク伝達軸２の内部に内部空間ＳＰ１を形成し且つ軸心Ｃｎを中心とする円形に沿った内周面２ａに接着剤を介して貼付されている。歪検出部４の貼付位置は、上記嵌合軸支持部２０よりも負荷側Ｘ２に設定されている。この歪検出部４として用いられる歪ゲージは、金属抵抗体の抵抗値を利用するものであるので、歪検出部４自体や周囲の温度によって抵抗値が変化し、検出結果に影響（検出誤差等）が生じる。トルク伝達軸２の外周面２ｂのうち軸受５に接触する部位から歪検出部４の設置される部位までの間には、外周面２ｂに漏れ出た冷媒を遠心力で振り切ることにより、負荷装置への冷媒の流出を防ぐためのＶ字状をなす冷媒振切部２ｖが設けられている。
本実施形態では、互いに軸心Ｃｎを中心として対称となる位置に歪検出部４をそれぞれ取り付けて歪検出部４を一対又は複数対とし、複数の歪ゲージを既知の４ブリッジ法でブリッジ回路を構成するように接続している。
【００２５】
送信部３０は、図１及び図３（ａ）に示すように、プリント基板などの板状部位３０ａを有し、歪検出部４に電圧を印加し且つ歪検出部４で検出した検出結果を示す歪信号をトルク伝達軸２の外部へ送信するテレメータを用いたもので、嵌合軸８における中空空間ＳＰ０内に配置されて、中空空間ＳＰ０の内面８ａに設けられた取付部８０に保持されている。
【００２６】
取付部８０は、図１及び図３（ａ）に示すように、送信部３０の板状部位３０ａの端部を差し込み可能なスリットであり、中空空間ＳＰ０を形成する内面８ａに複数形成されている。具体的には、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、中空空間ＳＰ０を有底筒状の中空部とみなした場合に、底部に対応する内面８ａに第一の取付部８０ａが形成されていると共に、開口部８ｅ近傍の内周面８ａに対をなす第二の取付部８０ｂ・８０ｂが形成されている。第一の取付部８０ａは、軸方向Ｘに直交するラジアル方向Ｘ３に沿って形成されたスリットであり、送信部３０の板状部位３０ａの駆動側Ｘ１先端部に係合する。第二の取付部８０ｂ・８０ｂは、軸心Ｃｎを中心として対称となる位置において軸方向Ｘに沿って形成されたスリットであり、送信部３０の板状部位３０ａの負荷側Ｘ２の両側端部に係合する。すなわち、取付部８０（第一の取付部８０ａ，第二の取付部８０ｂ）は、軸方向Ｘに沿った送信部３０のスライド動作を許容する方向を向いて配置されていると共に、回転方向への送信部３０の回転動作を禁止する方向を向いて配置されていると言える。また同様に、取付部８０は、軸方向Ｘに沿った複数箇所で送信部３０を支持し、且つ、軸方向Ｘに直交する方向（ラジアル方向Ｘ３）に沿った複数箇所で送信部３０を支持するように、嵌合軸８の内面８ａの複数箇所に設けられていると言える。
【００２７】
図１に示すように、トルク伝達軸２の外周側には、アンテナ部３３が設けられている。また、トルク伝達軸２の外部には、送信部３０から送信された歪信号（検出結果を示す信号）をアンテナ部３３を介して受信してトルクの大きさを演算処理により算出するトルク演算部３１と、送信部３０に対して電力を非接触でアンテナ部３３を介して供給する電力供給部３２とが設けられている。アンテナ部３３は、図１及び図４に示すように、環状をなしトルク伝達軸２の外周に設けられる回転側アンテナ部３３ａと、略環状をなし回転側アンテナ部３３ａの外周側に対向配置される固定側アンテナ部３３ｂとを有している。回転側アンテナ部３３ａは、導線を巻回したコイルであり、固定側アンテナ部３３ｂとの磁気結合によって電力供給部３２から電力を受け、固定側アンテナ部３３ｂは、アルミニウムで構成され、回転側アンテナ部３３ａとの磁気結合によって送信部３０から歪信号を受信する。
【００２８】
すなわち、図１に示すように、電力供給部３２からアンテナ部３３を介して送信部３０に電力が供給され、歪検出部４に電圧が印加される。そして、トルク伝達軸２にトルクが作用すると、トルク伝達軸２に捩れが生じ、この捩れがトルク伝達軸２の内周面２ａに貼付された歪検出部４によって歪量として検出される。歪検出部４で検出した歪量に対応する歪信号が送信部３０からトルク演算部３１に送信され、トルク演算部３１が歪信号（歪検出部４の検出結果）に基づいてトルクの大きさを算出する。
【００２９】
トルク伝達軸２は、図１に示すように、軸受５を介して固定支持部６に回転可能に支持されている。軸受５は、ボールベアリング等の転がり軸受を用いたもので、トルク伝達軸２を複数箇所（本実施形態では二箇所）で支持するように軸方向に沿って複数（本実施形態では二つ）配置されている。具体的には、アンテナ部３３の軸方向両側に配置されている。
【００３０】
固定支持部６は、図１に示すように、略有底円筒状をなし駆動側Ｘ１の基端部６０ａが駆動装置ＭのハウジングＭ１にボルト等の止着具を介して取り付けられる筒状支持部６０と、筒状支持部６０の負荷側Ｘ２の開口６０ｋを閉止する蓋状支持部６１とから構成されている。蓋状支持部６１は、筒状支持部６０の先端部６０ｂにＯリング等の封止部材を介在させた状態でボルト等の止着具により取り付けられている。筒状支持部６０及び蓋状支持部６１により形成される内部空間ＳＰ２に軸受５が配置されており、固定支持部６は、筒状支持部６０及び蓋状支持部６１の底部６１ｂｔを軸方向Ｘに沿って貫通する位置に配置されたトルク伝達軸２を軸受５を介して回転可能に支持し、トルク伝達軸２及び嵌合軸８を一体に回転可能にしている。軸受５は、トルク伝達軸２の外周面２ｂに形成された突状の回転側軸受支持部６４ａと、蓋状支持部６１の底部６１ｂｔ及び筒状支持部６０を足場とする固定側軸受支持部６４ｂとにより抱き込まれて軸方向に固定されている。
【００３１】
筒状支持部６０は、駆動装置ＭのハウジングＭ１に取り付けられた状態で下部となる側面部位に下向き孔６０ｈが形成されており、この下向き孔６０ｈを閉止する位置に絶縁性蓋部６３がＯリング等の封止部材や図示しないボルトなどの止着具を用いて着脱可能に取り付けられている。絶縁性蓋部６３には、軸受５に供給された潤滑油などの冷媒を外部に排出するための排出口６０ｅｊが形成されている。
【００３２】
また、絶縁性蓋部６３は、図１及び図４に示すように、上記のアンテナ部３３を構成する固定側アンテナ部３３ｂを通電部３３ｃを介して支持する。アンテナ部３３は、その周囲が、導電性部材からなる筒状支持部６０及び導電性部材からなる蓋状支持部６１と、絶縁性蓋部６３とによって包囲されている。
【００３３】
図１に示すように、トルク伝達軸２の軸方向一端２ｃ側（駆動側Ｘ１）から導入される冷媒を内部空間ＳＰ１に連通しないように軸受５に供給する冷媒供給路７が設けられている。具体的には、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、嵌合軸８の外周面８ｂに、軸方向一端８ｃ側（駆動側Ｘ１）から軸方向他端８ｄ側（負荷側Ｘ２）に向けて延びる溝部８１が設けられており、図１及び図３（ｄ）に示すように、トルク伝達軸２及び嵌合軸８の嵌合状態において、溝部８１とその溝部８１の対向面（トルク伝達軸２の内周面２ａ）との間に、軸方向Ｘの一方から導入される冷媒を軸受５に供給するためのスラスト路７１が形成されるようにしている。すなわち、切欠部とも呼べる溝部８１が設けられることにより、トルク伝達軸２の内周面２ａと嵌合軸８の外周面２ｂとの間を広げてスラスト路７１が形成されることになる。冷媒供給路７の管路抵抗は、路の横断面積が変わらない場合に、その横断面形状が円形のときに最大となる一方で、正方形のときに最小となることが知られている。本実施形態におけるスラスト路７１の横断面は、略矩形状をなし、管路抵抗が最大となる円形に比べて管路抵抗を低減させている。
【００３４】
スラスト路７１以外に冷媒供給路７を構成するものとして、図１及び図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、導入路７０及び接続路７２が設けられている。導入路７０は、嵌合状態で内側となる嵌合軸８の軸中心Ｃｎを通り軸方向一端８ｃ（駆動側Ｘ１）から冷媒を導入する路であり、接続路７２は、導入路７０から外周に向けて延在し導入路７０とスラスト路７１とを接続する路である。スラスト路７１は、図１に示すように、軸受５と径方向で重なる位置、すなわちトルク伝達軸２の肉を介して軸受５を冷却する位置に配置されている。また、スラスト路７１には、各々の軸受５に冷媒を噴出する噴射路７３が複数設けられており、スラスト路７１を基幹路とし、噴射路７３を分岐路として、各々の軸受５に冷媒を供給する流路が一つのスラスト路７１から分岐して形成される。この噴射路７３に対応して固定側軸受支持部６４ｂは、噴射路７３と径方向で重合する位置にあり、噴射路７３から供給された冷媒を軸受５に案内する湾曲した案内面６４ｘが形成されている。
【００３５】
溝部８１は、図３（ｄ）に示すように、複数（本実施形態では二つ）設けられて対をなし、対をなす溝部８１・８１は軸中心Ｃｎ回りに対称となる位置に配置されており、図１に示すように、各々の接続路７２を介して導入路７０の先端部にある分岐部７０ａと接続されている。これにより、軸全体での荷重バランスをとっている。
【００３６】
図３に示すように、嵌合軸８の外周面２ｂに形成される溝部８１は、その軸方向両側の肉を残した状態で切り欠いて設けられるので、嵌合状態において嵌合軸８の外周面２ｂのうち溝部８１の軸方向両側及び周方向両側の外周面と、トルク伝達軸２の内周面とが接触する。トルク伝達軸２に嵌合軸８を嵌め込む際には、これら内周面と外周面との間に弾性を有する接着剤を塗布しておく。このようにすると、接着剤によって、嵌合軸８の外周面８ｂ及びトルク伝達軸２の内周面２ａのうちスラスト路７１の周方向両側及び軸方向両側における内外周面２ａ・８ｂの間に封止構造８ｘが形成されることになる。ここでいう封止構造は、内周面２ａと外周面８ｂとの間を冷媒が通過しない程度に狭めた構造をいい、本実施形態では、弾性を有する接着剤を封止部材として内外周面２ａ・８ｂの間に介在させることで封止構造８ｘを実現している。このような封止構造８ｘによってスラスト路７１から送信部３０を収納する中空空間ＳＰ０に冷媒が流入することを適切に防止している。さらに、接着剤が弾性を有するので、トルク伝達軸２へのトルク入力によって内周面２ａに生じる応力が嵌合軸８に与える影響を低減させている。
【００３７】
なお、図２に概念図を用いて模式的に示すように、駆動装置Ｍは周知のモータ等を用いたもので、ハウジングＭ１に固定され磁界を発生する固定子Ｍ２と、固定子Ｍ２に対して回転可能な状態でハウジングＭ１に支持され磁界を受けて回る回転子Ｍ３とを有し、固定子Ｍ２への通電制御により磁界を変化させ、固定子Ｍ２と回転子Ｍ３との間に反発力や吸引力等を作用させて回転子Ｍ３を回転させ、電気エネルギーから回転駆動力を出力するものである。回転子Ｍ３の駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）に上記トルク伝達軸２が接続されてトルク伝達軸２に駆動力が入力されるように構成するとともに、ハウジングＭ１に固定支持部６を取り付けてある。また、駆動装置Ｍを構成する駆動力出力軸Ｍ３ａは、出力軸用の軸受Ｍ４により回転可能に支持されるとともに、内部に冷媒を通して出力軸用の軸受Ｍ４や図示しない発熱部を始めとする機構部品に冷媒を供給する流路Ｍ５の一部を構成するものであり、トルク伝達軸２の内部に形成される導入路７０は、出力軸Ｍ３ａから冷媒が導入されるように構成されている。勿論、トルク伝達軸２と駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）とを同一部材として一体に形成してもよく、また、固定支持部６とハウジングＭ１とを同一部材として一体に形成してもよい。この場合、トルクセンサ及び駆動装置を合わせた装置全体の軸方向寸法を小形化することも可能となる。図２に示す駆動装置Ｍは概念図で示したものにすぎず、この図示の駆動装置に限定されるものではない。また駆動装置にはモータ以外のものを用いてもよい。
【００３８】
以上のように、本実施形態のトルクセンサＴｓは、中空軸状をなし軸方向一端２ｃに駆動力が入力され軸方向他端２ｄに負荷が入力されて駆動側Ｘ１と負荷側Ｘ２との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸２と、トルク伝達軸２の内周面２ａに取り付けられトルク伝達軸２に対するトルク入力によって内周面２ａに生じる歪みを検出する歪検出部４とを具備し、歪検出部４の検出結果に基づきトルク伝達軸２に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、中空軸状をなしトルク伝達軸２の内周側においてトルク伝達軸２に嵌合することによりトルク伝達軸２と共に二重の中空軸となる嵌合軸８と、トルク伝達軸２及び嵌合軸８が一体に回転可能となるように両軸２・８のうち外周側にある嵌合軸８を軸受５を介して支持する固定支持部６とを備え、嵌合状態においてトルク伝達軸２及び嵌合軸８の互いに対向する内外周面２ａ・８ｂの一方の外周面８ｂに、軸方向一端８ｃ側から軸方向他端８ｄ側に向かって延びる溝部８１を設け、嵌合状態において溝部８１と溝部８１の対向面（トルク伝達軸２の内周面２ａ）との間に、軸方向Ｘの一方（駆動側Ｘ１）から導入される冷媒を軸受５に供給するためのスラスト路７１が形成されるようにしている。
【００３９】
このように、嵌合状態においてトルク伝達軸２又は嵌合軸８の互いに対向する内外周面２ａ・８ｂの一方の外周面８ｂに、軸方向一端８ｃ側から軸方向他端８ｄ側に向かって延びる溝部８１を設け、両軸２・８を嵌合させることにより溝部８１とその対向面（トルク伝達軸２の内周面２ａ）との間に冷媒を軸受５に供給するためのスラスト路７１が形成されるようにしているので、トルク伝達軸２が小径且つ長軸であっても、その軸方向Ｘに沿って長い穴を空けるといった困難且つコストの高い加工をすることなく、両軸２・８の内周面２ａ又は外周面８ｂの一方（外周面８ｂ）に溝部８１を設けるといった比較的容易な加工を行うことによりスラスト路７１を形成でき、製造コストを低減することができる。しかも、スラスト路７１は溝部８１によって形成されるので、軸端からドリル等の切削工具で穴を形成してスラスト路７１とする場合に比して、スラスト路７１の断面積や断面形状を比較的自由に形成でき、管路抵抗の低減を追求するうえでも好ましい。
【００４０】
さらに、本実施形態では、嵌合状態においてトルク伝達軸２及び嵌合軸８の互いに対向する内外周面２ａ・８ｂのうちスラスト路７１の周方向両側及び軸方向両側における内外周面２ａ・８ｂの間に、封止構造８ｘが形成されているので、上記構成を採用した場合であっても、スラスト路７１から冷媒が流出することを適切に防止することができる。ここでいう封止構造８ｘは、内外周面２ａ・８ｂの間を冷媒が通過しない程度に狭めた構造をいい、この構造は、内外周面の間に封止部材を介在させることで実現している。封止部材としては、弾性を有する接着剤を用いている。他の例として、例えば、図６（ａ）に示すように、外周側にあるトルク伝達軸の内周面に軸方向全域に亘り溝部を形成した場合には、図６（ｃ）に示すように、内周側にある嵌合軸５０８の外周面５０８ｂに、溝部の軸方向両端部に対応する位置に凸部５０８ｔを設け、トルク伝達軸と嵌合軸５０８を嵌合した場合に、スラスト路の軸方向両側に封止構造が形成されるようにしてもよい。
【００４１】
さらにまた、本実施形態では、トルク伝達軸２又は嵌合軸８のうち嵌合状態で内周側となる嵌合軸８は、その軸中心Ｃｎを通り軸方向一端８ｃから冷媒が導入される導入路７０と、導入路７０から外周に向けて延在し導入路７０とスラスト路７１とを接続する接続路７２とを有するものである。このように構成すると、トルク伝達軸２の回転により作用する遠心力によって冷媒が導入路７０、接続路７２及びスラスト路７１を順に巡って軸受５に供給されるので、トルク伝達軸２の細径化に伴い冷媒供給路７の径が細くなり且つ冷媒に粘度の高いものを用いたとしても適切に冷媒を軸受５へ供給可能な高速回転に適したトルクセンサＴｓを提供することが可能となる。
【００４２】
さらにまた、本実施形態では、溝部８１は複数設けられて対をなしており、対をなす溝部同士８１・８１は軸中心Ｃｎ回りに対称となる位置に配置されているので、軸全体での荷重バランスの調整を簡易化することが可能となる。特に本実施形態では、二つの溝部を一対にして、各々の溝部８１・８１を軸中心Ｃｎ回りに対称となる位置に配置しているので、内部の中空空間ＳＰ０を広く形成するうえでも好ましい。
【００４３】
上記に加え、本実施形態では、軸受５は、複数箇所で支持するように軸方向Ｘに沿って複数配置され、スラスト路７１は、複数の軸受５・５と径方向で重なる位置に配置されているので、軸受５への冷媒供給だけでなくトルク伝達軸２の肉を介しても軸受５を冷却することになり、軸受５の冷却効率を向上させることが可能となる。よって、高速回転に適したトルクセンサを適用することが可能となる。
【００４４】
その他、本実施形態では、トルク伝達軸２の外周に設けられる回転側アンテナ部３３ａと、回転側アンテナ部３３ａの外周側に対向配置され回転側アンテナ部３３ａとの磁気結合によって歪検出部４の検出結果を示す信号を受信するための固定側アンテナ部３３ｂとを備え、固定支持部６は、両アンテナ部３３ａ・３３ｂの周囲を包囲する位置に配置され、その少なくとも一部の筒状支持部６０及び蓋状支持部６１が両アンテナ部３３ａ・３３ｂから電気的に絶縁した導電性部材で構成されているので、固定支持部６を電磁シールドとして利用でき、回転側及び固定側のアンテナ部３３ａ・３３ｂが外部環境の電磁的な影響を受けにくくなり、適切な検出結果の受信と給電とを実現することが可能となる。
【００４５】
本実施形態の駆動装置Ｍは、上記トルクセンサＴｓとハウジングＭ１とを備え、出力軸Ｍ３ａから回転駆動力を出力するものであって、出力軸Ｍ３ａとトルク伝達軸２の軸方向一端２ｃとを接続してトルク伝達軸２に駆動力が入力されるように構成するとともに、固定支持部６とハウジングＭ１とを接続しているので、トルクセンサＴｓと駆動装置Ｍとを適切にユニット化することが可能となる。
【００４６】
さらに、本実施形態の駆動装置Ｍは、出力軸Ｍ３ａが、出力軸用の軸受Ｍ４により回転可能に支持されるとともに、内部に冷媒を通して出力軸用の軸受Ｍ４に冷媒を供給する流路Ｍ５の一部を構成するものであり、導入路７０が、出力軸Ｍ３ａから冷媒が導入されるように構成されているので、駆動装置Ｍの出力軸Ｍ３ａを支持するための軸受Ｍ４を始めとする機構部品への冷媒の供給源と、トルク伝達軸２や歪検出部４を冷却するための冷媒の供給源とを共通化することができ、冷媒の供給源を並設する必要がなくなり、供給源に対するメンテナンス性の向上や製造コストの低減、装置の小型化を追求することが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４８】
例えば、本実施形態では、トルクセンサＴｓは、駆動装置Ｍに組み込まれて構成されているが、単独で構成することも可能である。また、冷媒供給路７は、軸方向一端２ｃ側（駆動側）から冷媒を導入しているが、軸方向他端２ｄ側（負荷側）から冷媒を導入するようにしてもよい。また、本実施形態では、接続路７２は、径方向に沿ってほぼ直線上に延びているが、湾曲していてもよい。
【００４９】
さらに、本実施形態では、嵌合軸８がトルク伝達軸２の内周側においてトルク伝達軸２に嵌合するようにしているが、図５に示すように、嵌合軸１０８がトルク伝達軸１０２の外周側においてトルク伝達軸１０２に嵌合することにより、トルク伝達軸１０２と共に二重の中空軸となるようにし、トルク伝達軸１０２の外周面１０２ｂに溝部１８１を設け、溝部１８１とその対向面（嵌合軸１０８の内周面１０８ａ）との間にスラスト路１７１を形成してもよい。
【００５０】
さらにまた、上記で述べた実施形態では、溝部は、嵌合状態においてトルク伝達軸及び嵌合軸の互いに対向する内外周面の一方の外周面に設けているが、図６（ａ）に示すように、互いに対向するトルク伝達軸２０２の内周面２０２ａ及び嵌合軸２０８の外周面２０８ｂのうち一方の外周面２０８ｂに、溝部２８１を設けてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、互いに対向するトルク伝達軸３０２の内周面３０２ａ及び嵌合軸３０８の外周面３０８ｂのうち両方の面３０２ａ・３０８ｂに、溝部３８１を設けてもよい。勿論、トルク伝達軸を内周側に配置し、嵌合軸を外周側に配置した場合も同様である。
【００５１】
さらに、本実施形態では、冷媒を軸方向の一方たる駆動側Ｘ１から導入しているが、軸方向Ｘの他方の負荷側Ｘ２から導入するように構成してもよい。冷媒供給路を構成する導入路や接続路は、内周側にある軸に形成されるので、図５に示すように、トルク伝達軸１０２が内周側に配置される場合には、このトルク伝達軸１０２の内部に設けられる。
【００５２】
また、本実施形態では、図１に示すように、固定側アンテナ部３３ｂは、絶縁性蓋部６３に支持されているが、他の絶縁性部材を介して筒状支持部６０又は蓋状支持部６１に支持させてもよい。
【００５３】
さらにまた、本実施形態では、トルク伝達軸２の内周面２ａと嵌合軸８の外周面８ｂとの間に形成される封止構造８ｘは、弾性を有する接着剤で実現されているが、その他の接着剤を封止部材として内外周面の間に介在させてもよい。その他には、ただ単にトルク伝達軸に嵌合軸を圧入したしまりばねによって実現してもよいし、図７に示すように、トルク伝達軸２の内周面２ａと、嵌合軸４０８の外周面４０８ｂとの間に、Ｏリング等の封止部材ｓｌを介在させてもよい。すなわち、本発明における封止構造８ｘは、内外周面の間を冷媒が通過しない程度に狭めた構造をいい、この構造としては、例えば、内周面に外周面を圧入したしまりばめ等で実現されてもよく、内外周面の間に封止部材を介在させることで実現してもよい。封止部材としては、Ｏリングや弾性を有する接着剤等が挙げられる。
【００５４】
また、本実施形態では、トルク伝達軸に嵌合軸をしまりばめによって嵌合させているが、他の嵌合としては、すきまばめ、中間ばめ等が挙げられる。また、本実施形態では、トルク伝達軸２への圧入を容易にするために、嵌合軸８はガラスエポキシ樹脂などの樹脂としているが、嵌合軸を、トルク伝達軸と同様に鋼材で構成してもよく、さらには、アルミや銅などの非鉄金属で構成してもよい。
【００５５】
さらに、歪検出部として歪ゲージを例として述べているが、トルク伝達軸に生じる歪みを検出できるものであれば歪ゲージ以外のものでもよい。例えば、圧電素子を用いてもよいし、トルク伝達軸の内周面に応力に応じて発光する材を塗布して受光センサで検出するようにしてもよい。
【００５６】
さらにまた、トルク伝達軸２は、駆動装置又は負荷装置のシャフトに接続できるものであれば、フランジやスプライン形状に限定されるものではない。例えばキーによって接続する形状でもよい。
【００５７】
さらにまた、本実施形態では、冷媒供給路７に流通させる冷媒は、潤滑油などの液体であるが、窒素などの気体であってもよい。スラスト路を流通させた冷媒は、全てを軸受に供給してもよいし、一部を負荷装置側に供給するようにしてもよい。
【００５８】
その他、検出した歪信号のトルク演算部３１への伝送や電力供給部３２から歪検出部４への電力供給は無線だけでなく、例えばスリップリングを用いた有線で行ってもよい。
【００５９】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
２…トルク伝達軸
２ａ…トルク伝達軸の内周面
３３ａ…回転側アンテナ部
３３ｂ…固定側アンテナ部
４…歪検出部
５…軸受
６…固定支持部
８…嵌合軸
８ｘ…封止構造
８１…溝部
８ｂ…嵌合軸の外周面
２ａ・８ｂ…内外周面
７０…導入路
７１…スラスト路
７２…接続路
Ｘ…軸方向
Ｘ１…駆動側（軸方向一端側）
Ｘ２…負荷側（軸方向他端側）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク伝達軸を支持する軸受への冷媒供給を適正化したトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電磁作用により回転駆動するモータ等の駆動装置のシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサが知られている。例えば特許文献１には、中空軸状をなし軸方向両端がそれぞれ駆動装置のシャフト及び負荷装置のシャフトに接続され駆動側と負荷側との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するカップリングとしてのトルク伝達軸と、トルク伝達軸の内周面に取り付けられトルク入力によって内周面に生じる歪みを検出する歪ゲージ等の歪検出部と、トルク伝達軸の中空空間に収納され歪検出部の検出結果をトルク伝達軸の外部に送信するテレメータ等の送信部とを備え、送信部から受信した検出結果に基づきトルク伝達軸に作用するトルクの大きさを算出する歪ゲージ式トルクセンサが開示されている。この種のトルクセンサは、駆動装置に片持ち状態で取り付けられ又は一体に組み込まれるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５１−１３１６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、モータ等の駆動装置の高速駆動化に伴い、例えば五万回転／毎分などの高速回転に対応したトルクセンサが望まれる。高速回転化にあたり、遠心力によってトルク伝達軸が破壊されることを防止するためにトルク伝達軸の径を細くする必要がある。上記のようなトルク伝達軸の内部に送信部を収納する歪ゲージ式トルクセンサにおいては、軸径を細くすると、軸自体が撓みやすくなることに加え、送信部の収納スペースを確保するために軸自体を軸方向に沿って長軸にしなければならず、一般的な片持ち支持構造では、軸の撓みが問題となり成立せず、トルク伝達軸を軸受を介して支持する構造にする必要がある。
【０００５】
このような軸受支持構造の場合、特に高速回転では軸受の摩耗や発熱が問題となり、軸受に対して潤滑油などの冷媒を供給する必要があるが、トルク伝達軸の内部には、冷媒との接触を嫌う歪検出部や送信部を始めとする電子部が配置されているため、これら電子部の配置されている中空空間を冷媒の流路として利用することができない。軸受に冷媒を供給するにあたり、各電子部に冷媒が至らないように設計する必要がある。
【０００６】
上記事項を考慮して、軸受に冷媒を供給する冷媒供給路を設けるためには、トルク伝達軸の外周面及び内周面の間に軸方向に沿って冷媒を流通させるスラスト路としての穴を、軸方向一端から他端に向けてドリル等の切削工具を用いた加工により形成することが一つの有効な手段として考えられる。
【０００７】
しかしながら、トルク伝達軸が小径且つ長軸である場合には、軸方向に沿って深い穴を空けるという加工が困難であるうえ、一般的な長さのドリル等の切削工具では穴を空けられず、長尺状のドリル等の特殊な切削工具を用いなければならず、製造コストが増大してしまい、量産に適したものとは言えない。
【０００８】
また、この場合、冷媒供給路としての穴の径が小さく且つ穴の横断面が円形となるので管路抵抗が増大し、軸受への冷媒供給が十分になされないおそれも考えられる。管路抵抗を低減するためには、穴の横断面の形状を自由に設計可能であることが望ましい。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、冷媒供給路を簡易な加工で形成できるようにして製造コストを低減すると共に、管路抵抗の低減の追求に適したトルクセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１１】
すなわち、本発明のトルクセンサは、中空軸状をなし軸方向一端に駆動力が入力され軸方向他端に負荷が入力されて駆動側と負荷側との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸と、前記トルク伝達軸の内周面に取り付けられ前記トルク伝達軸に対するトルク入力によって前記内周面に生じる歪みを検出する歪検出部とを具備し、前記歪検出部の検出結果に基づき前記トルク伝達軸に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、中空軸状をなし前記トルク伝達軸の外周側又は内周側のいずれかにおいて前記トルク伝達軸に嵌合することにより前記トルク伝達軸と共に二重の中空軸となる嵌合軸と、前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸が一体に回転可能となるように両軸のうち外周側にある軸を軸受を介して支持する固定支持部とを備え、嵌合状態において前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸の互いに対向する内外周面の少なくとも一方の面に、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって延びる溝部を設け、嵌合状態において前記溝部と当該溝部の対向面との間に、軸方向の一方から導入される冷媒を前記軸受に供給するためのスラスト路が形成されるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
このように、嵌合状態においてトルク伝達軸又は嵌合軸の互いに対向する内外周面の少なくとも一方の面に、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって延びる溝部を設け、両軸を嵌合させることにより溝部とその対向面との間に冷媒を軸受に供給するためのスラスト路が形成されるようにしているので、トルク伝達軸が小径且つ長軸であっても、その軸方向に沿って長い穴を空けるといった困難且つコストの高い加工をすることなく、両軸の内周面又は外周面の少なくとも一方に溝部を設けるといった比較的容易な加工を行うことによりスラスト路を形成でき、製造コストを低減することができる。しかも、スラスト路は溝部によって形成されるので、軸端からドリル等の切削工具で穴を形成してスラスト路とする場合に比して、スラスト路の断面積や断面形状を比較的自由に形成でき、管路抵抗の低減を追求するうえでも好ましい。
【００１３】
スラスト路から冷媒が流出することを防止するためには、嵌合状態において前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸の互いに対向する内外周面のうち前記スラスト路の周方向両側及び軸方向両側における内外周面の間に、封止構造が形成されていることが好ましい。
【００１４】
冷媒を軸受に適切に供給するためには、前記トルク伝達軸又は前記嵌合軸のうち嵌合状態で内周側となる軸は、その軸中心を通り軸方向一端から冷媒が導入される導入路と、前記導入路から外周に向けて延在し前記導入路と前記スラスト路とを接続する接続路とを有することが効果的である。
【００１５】
軸全体での荷重バランスの調整を簡易化するためには、前記溝部は複数設けられて対をなしており、対をなす溝部同士は軸中心回りに対称となる位置に配置されていることが望ましい。
【００１６】
軸受の冷却効率を向上させるためには、前記軸受は、複数箇所で支持するように軸方向に沿って複数配置され、前記スラスト路は、複数の軸受と径方向で重なる位置に配置されていることが好ましい。
【００１７】
外部環境の電磁的な影響を受けにくくして、適切な信号の受信及び給電を実現するためには、前記トルク伝達軸の外周に設けられる回転側アンテナ部と、前記回転側アンテナ部の外周側に対向配置され前記回転側アンテナ部との磁気結合によって前記検出結果を示す信号を受信するための固定側アンテナ部とを備え、前記固定支持部は、両アンテナ部の周囲を包囲する位置に配置され、その少なくとも一部が両アンテナから電気的に絶縁した導電性部材で構成されていることが効果的である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以上説明したように、トルク伝達軸に嵌合して二重の中空軸となる嵌合軸を設け、嵌合状態においてトルク伝達軸及び嵌合軸の互いに対向する内外周面の少なくとも一方の面に溝部を設けるといった比較的容易な加工を行うことにより、溝部とその対向面との間に冷媒供給用のスラスト路を形成できるので、軸方向に沿って長い穴を空けるといった困難且つコストの高い加工を施工することを避けて、製造コストを低減することが可能となる。しかも、加工容易な溝部の形状を調整することで、スラスト路の断面積や断面形状を自由に形成でき、管路抵抗の低減を追求することも可能となる。したがって、製造コストを低減させると共に、管路抵抗の低減の追求に適したトルクセンサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るトルクセンサの構成を示す断面図。
【図２】同トルクセンサを適用したモータ等の駆動装置を模式的に示す図。
【図３】嵌合軸の構成図、並びに、トルク伝達軸と嵌合軸の嵌合状態を示す図。
【図４】アンテナ部の構成を示す断面図。
【図５】本発明の他の実施形態に係るトルク伝達軸及び嵌合軸を示す構成図。
【図６】本発明の上記以外の実施形態に係るトルク伝達軸及び嵌合軸を示す断面図。
【図７】本発明の上記以外の実施形態に係るトルク伝達軸及び嵌合軸を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係るトルクセンサを、図面を参照して説明する。
【００２１】
トルクセンサＴｓは、図１に示すように、駆動装置と負荷装置との間に介在するトルク伝達軸２に作用するトルクの大きさを測定する装置であり、略中空軸状をなし軸方向両端２ｃ，２ｄがそれぞれ駆動側（駆動装置Ｍ）及び負荷側（負荷装置）に接続され駆動側及び負荷側の間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸２と、トルク伝達軸２の内部に内部空間ＳＰ１を形成する内周面２ａに取り付けられトルク伝達軸２に対するトルク入力によりトルク伝達軸２に生じる歪みを検出する歪ゲージを用いた歪検出部４と、歪検出部４の検出結果をトルク伝達軸２の外部に送信する送信部３０と、送信部３０からアンテナ部３３を介して受信した検出結果に基づきトルク伝達軸２に作用するトルクの大きさを算出するトルク演算部３１と、略中空軸状をなしトルク伝達軸２の内周側においてトルク伝達軸２に嵌合することによりトルク伝達軸２と共に二重の中空軸となる嵌合軸８とを有している。このトルクセンサＴｓは、図２に例示するように、トルク伝達軸２の軸方向一端２ｃと駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）とを接続してトルクセンサＴｓを備えたモータ等の駆動装置Ｍを構成するために利用される。なお、本明細書においては、軸方向をＸとし、駆動側をＸ１とし、負荷側をＸ２として説明する。
【００２２】
トルク伝達軸２は、図１に示すように、内部に内部空間ＳＰ１が形成された略中空軸状をなす鋼材で構成され、その内周面２ａの横断面の形状は嵌合軸８の外周面８ｂの横断面に対応する形状にしてある。そして、この内部空間ＳＰ１に嵌合軸８を駆動側Ｘ１から圧入するしまりばめによって、嵌合軸８の外周面８ｂとトルク伝達軸２の内周面２ａとを接触させた嵌合状態にしている。トルク伝達軸２の軸方向一端２ｃ（駆動側Ｘ１の端部２ｃ）は、回転駆動するモータ等の駆動装置Ｍの駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）とスプライン接続等により関連付けられて駆動装置Ｍにより駆動力が入力され、トルク伝達軸２の軸方向他端２ｄ（負荷側Ｘ２の端部２ｄ）は、負荷装置のシャフトとスプライン接続等により関連付けられて負荷装置により負荷が入力される。
【００２３】
嵌合軸８は、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、内部に中空空間ＳＰ０が形成された有底の略中空軸状をなすガラスエポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。嵌合軸８の内部に設けられる中空空間ＳＰ０は、軸方向一端８ｃ側（駆動側Ｘ１）が閉止される一方で、軸方向他端８ｄ側（負荷側Ｘ２）が開口部８ｅを介して開放されている。嵌合状態においては、図１に示すように、開口部８ｅを介して、歪検出部４の配置されたトルク伝達軸２内部の内部空間ＳＰ１と、嵌合軸８内部の中空空間ＳＰ０とが連通している。この嵌合軸８において送信部３０を収納するための中空空間ＳＰ０は、軸方向に沿った長尺状をなし、図３（ａ）に示すように、軸中心Ｃｎを通り負荷側Ｘ２の端部８ｄ（軸方向一端）から駆動側Ｘ１（軸方向他端側）に向かう第一の穴８ｈ１と、軸方向Ｘに直交するラジアル方向Ｘ３に沿って貫通する第二の穴８ｈ２とを導通して形成されている。すなわち、中空空間ＳＰ０は、負荷側Ｘ２だけでなく、軸方向Ｘに直交するラジアル方向Ｘ３にも開放されたものとなる。これら第一の穴８ｈ１及び第二の穴８ｈ２は、ドリル及びワイヤーカットなどの加工により空けられる。なお、図１に示すように、トルク伝達軸２との嵌合状態において、トルク伝達軸２の内周面２ａに設けられた突状の嵌合軸支持部２０と、嵌合軸８の軸方向他端８ｄ（負荷側Ｘ２の端部８ｄ）とを当接させることにより、軸方向における嵌合軸８の位置決めがなされる。
【００２４】
図１に示すように、歪検出部４は、機械的な寸法の微小な変化を電気信号として検出するシート状の歪ゲージを用いたもので、トルク伝達軸２の内部に内部空間ＳＰ１を形成し且つ軸心Ｃｎを中心とする円形に沿った内周面２ａに接着剤を介して貼付されている。歪検出部４の貼付位置は、上記嵌合軸支持部２０よりも負荷側Ｘ２に設定されている。この歪検出部４として用いられる歪ゲージは、金属抵抗体の抵抗値を利用するものであるので、歪検出部４自体や周囲の温度によって抵抗値が変化し、検出結果に影響（検出誤差等）が生じる。トルク伝達軸２の外周面２ｂのうち軸受５に接触する部位から歪検出部４の設置される部位までの間には、外周面２ｂに漏れ出た冷媒を遠心力で振り切ることにより、負荷装置への冷媒の流出を防ぐためのＶ字状をなす冷媒振切部２ｖが設けられている。
本実施形態では、互いに軸心Ｃｎを中心として対称となる位置に歪検出部４をそれぞれ取り付けて歪検出部４を一対又は複数対とし、複数の歪ゲージを既知の４ブリッジ法でブリッジ回路を構成するように接続している。
【００２５】
送信部３０は、図１及び図３（ａ）に示すように、プリント基板などの板状部位３０ａを有し、歪検出部４に電圧を印加し且つ歪検出部４で検出した検出結果を示す歪信号をトルク伝達軸２の外部へ送信するテレメータを用いたもので、嵌合軸８における中空空間ＳＰ０内に配置されて、中空空間ＳＰ０の内面８ａに設けられた取付部８０に保持されている。
【００２６】
取付部８０は、図１及び図３（ａ）に示すように、送信部３０の板状部位３０ａの端部を差し込み可能なスリットであり、中空空間ＳＰ０を形成する内面８ａに複数形成されている。具体的には、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、中空空間ＳＰ０を有底筒状の中空部とみなした場合に、底部に対応する内面８ａに第一の取付部８０ａが形成されていると共に、開口部８ｅ近傍の内周面８ａに対をなす第二の取付部８０ｂ・８０ｂが形成されている。第一の取付部８０ａは、軸方向Ｘに直交するラジアル方向Ｘ３に沿って形成されたスリットであり、送信部３０の板状部位３０ａの駆動側Ｘ１先端部に係合する。第二の取付部８０ｂ・８０ｂは、軸心Ｃｎを中心として対称となる位置において軸方向Ｘに沿って形成されたスリットであり、送信部３０の板状部位３０ａの負荷側Ｘ２の両側端部に係合する。すなわち、取付部８０（第一の取付部８０ａ，第二の取付部８０ｂ）は、軸方向Ｘに沿った送信部３０のスライド動作を許容する方向を向いて配置されていると共に、回転方向への送信部３０の回転動作を禁止する方向を向いて配置されていると言える。また同様に、取付部８０は、軸方向Ｘに沿った複数箇所で送信部３０を支持し、且つ、軸方向Ｘに直交する方向（ラジアル方向Ｘ３）に沿った複数箇所で送信部３０を支持するように、嵌合軸８の内面８ａの複数箇所に設けられていると言える。
【００２７】
図１に示すように、トルク伝達軸２の外周側には、アンテナ部３３が設けられている。また、トルク伝達軸２の外部には、送信部３０から送信された歪信号（検出結果を示す信号）をアンテナ部３３を介して受信してトルクの大きさを演算処理により算出するトルク演算部３１と、送信部３０に対して電力を非接触でアンテナ部３３を介して供給する電力供給部３２とが設けられている。アンテナ部３３は、図１及び図４に示すように、環状をなしトルク伝達軸２の外周に設けられる回転側アンテナ部３３ａと、略環状をなし回転側アンテナ部３３ａの外周側に対向配置される固定側アンテナ部３３ｂとを有している。回転側アンテナ部３３ａは、導線を巻回したコイルであり、固定側アンテナ部３３ｂとの磁気結合によって電力供給部３２から電力を受け、固定側アンテナ部３３ｂは、アルミニウムで構成され、回転側アンテナ部３３ａとの磁気結合によって送信部３０から歪信号を受信する。
【００２８】
すなわち、図１に示すように、電力供給部３２からアンテナ部３３を介して送信部３０に電力が供給され、歪検出部４に電圧が印加される。そして、トルク伝達軸２にトルクが作用すると、トルク伝達軸２に捩れが生じ、この捩れがトルク伝達軸２の内周面２ａに貼付された歪検出部４によって歪量として検出される。歪検出部４で検出した歪量に対応する歪信号が送信部３０からトルク演算部３１に送信され、トルク演算部３１が歪信号（歪検出部４の検出結果）に基づいてトルクの大きさを算出する。
【００２９】
トルク伝達軸２は、図１に示すように、軸受５を介して固定支持部６に回転可能に支持されている。軸受５は、ボールベアリング等の転がり軸受を用いたもので、トルク伝達軸２を複数箇所（本実施形態では二箇所）で支持するように軸方向に沿って複数（本実施形態では二つ）配置されている。具体的には、アンテナ部３３の軸方向両側に配置されている。
【００３０】
固定支持部６は、図１に示すように、略有底円筒状をなし駆動側Ｘ１の基端部６０ａが駆動装置ＭのハウジングＭ１にボルト等の止着具を介して取り付けられる筒状支持部６０と、筒状支持部６０の負荷側Ｘ２の開口６０ｋを閉止する蓋状支持部６１とから構成されている。蓋状支持部６１は、筒状支持部６０の先端部６０ｂにＯリング等の封止部材を介在させた状態でボルト等の止着具により取り付けられている。筒状支持部６０及び蓋状支持部６１により形成される内部空間ＳＰ２に軸受５が配置されており、固定支持部６は、筒状支持部６０及び蓋状支持部６１の底部６１ｂｔを軸方向Ｘに沿って貫通する位置に配置されたトルク伝達軸２を軸受５を介して回転可能に支持し、トルク伝達軸２及び嵌合軸８を一体に回転可能にしている。軸受５は、トルク伝達軸２の外周面２ｂに形成された突状の回転側軸受支持部６４ａと、蓋状支持部６１の底部６１ｂｔ及び筒状支持部６０を足場とする固定側軸受支持部６４ｂとにより抱き込まれて軸方向に固定されている。
【００３１】
筒状支持部６０は、駆動装置ＭのハウジングＭ１に取り付けられた状態で下部となる側面部位に下向き孔６０ｈが形成されており、この下向き孔６０ｈを閉止する位置に絶縁性蓋部６３がＯリング等の封止部材や図示しないボルトなどの止着具を用いて着脱可能に取り付けられている。絶縁性蓋部６３には、軸受５に供給された潤滑油などの冷媒を外部に排出するための排出口６０ｅｊが形成されている。
【００３２】
また、絶縁性蓋部６３は、図１及び図４に示すように、上記のアンテナ部３３を構成する固定側アンテナ部３３ｂを通電部３３ｃを介して支持する。アンテナ部３３は、その周囲が、導電性部材からなる筒状支持部６０及び導電性部材からなる蓋状支持部６１と、絶縁性蓋部６３とによって包囲されている。
【００３３】
図１に示すように、トルク伝達軸２の軸方向一端２ｃ側（駆動側Ｘ１）から導入される冷媒を内部空間ＳＰ１に連通しないように軸受５に供給する冷媒供給路７が設けられている。具体的には、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、嵌合軸８の外周面８ｂに、軸方向一端８ｃ側（駆動側Ｘ１）から軸方向他端８ｄ側（負荷側Ｘ２）に向けて延びる溝部８１が設けられており、図１及び図３（ｄ）に示すように、トルク伝達軸２及び嵌合軸８の嵌合状態において、溝部８１とその溝部８１の対向面（トルク伝達軸２の内周面２ａ）との間に、軸方向Ｘの一方から導入される冷媒を軸受５に供給するためのスラスト路７１が形成されるようにしている。すなわち、切欠部とも呼べる溝部８１が設けられることにより、トルク伝達軸２の内周面２ａと嵌合軸８の外周面２ｂとの間を広げてスラスト路７１が形成されることになる。冷媒供給路７の管路抵抗は、路の横断面積が変わらない場合に、その横断面形状が円形のときに最大となる一方で、正方形のときに最小となることが知られている。本実施形態におけるスラスト路７１の横断面は、略矩形状をなし、管路抵抗が最大となる円形に比べて管路抵抗を低減させている。
【００３４】
スラスト路７１以外に冷媒供給路７を構成するものとして、図１及び図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、導入路７０及び接続路７２が設けられている。導入路７０は、嵌合状態で内側となる嵌合軸８の軸中心Ｃｎを通り軸方向一端８ｃ（駆動側Ｘ１）から冷媒を導入する路であり、接続路７２は、導入路７０から外周に向けて延在し導入路７０とスラスト路７１とを接続する路である。スラスト路７１は、図１に示すように、軸受５と径方向で重なる位置、すなわちトルク伝達軸２の肉を介して軸受５を冷却する位置に配置されている。また、スラスト路７１には、各々の軸受５に冷媒を噴出する噴射路７３が複数設けられており、スラスト路７１を基幹路とし、噴射路７３を分岐路として、各々の軸受５に冷媒を供給する流路が一つのスラスト路７１から分岐して形成される。この噴射路７３に対応して固定側軸受支持部６４ｂは、噴射路７３と径方向で重合する位置にあり、噴射路７３から供給された冷媒を軸受５に案内する湾曲した案内面６４ｘが形成されている。
【００３５】
溝部８１は、図３（ｄ）に示すように、複数（本実施形態では二つ）設けられて対をなし、対をなす溝部８１・８１は軸中心Ｃｎ回りに対称となる位置に配置されており、図１に示すように、各々の接続路７２を介して導入路７０の先端部にある分岐部７０ａと接続されている。これにより、軸全体での荷重バランスをとっている。
【００３６】
図３に示すように、嵌合軸８の外周面２ｂに形成される溝部８１は、その軸方向両側の肉を残した状態で切り欠いて設けられるので、嵌合状態において嵌合軸８の外周面２ｂのうち溝部８１の軸方向両側及び周方向両側の外周面と、トルク伝達軸２の内周面とが接触する。トルク伝達軸２に嵌合軸８を嵌め込む際には、これら内周面と外周面との間に弾性を有する接着剤を塗布しておく。このようにすると、接着剤によって、嵌合軸８の外周面８ｂ及びトルク伝達軸２の内周面２ａのうちスラスト路７１の周方向両側及び軸方向両側における内外周面２ａ・８ｂの間に封止構造８ｘが形成されることになる。ここでいう封止構造は、内周面２ａと外周面８ｂとの間を冷媒が通過しない程度に狭めた構造をいい、本実施形態では、弾性を有する接着剤を封止部材として内外周面２ａ・８ｂの間に介在させることで封止構造８ｘを実現している。このような封止構造８ｘによってスラスト路７１から送信部３０を収納する中空空間ＳＰ０に冷媒が流入することを適切に防止している。さらに、接着剤が弾性を有するので、トルク伝達軸２へのトルク入力によって内周面２ａに生じる応力が嵌合軸８に与える影響を低減させている。
【００３７】
なお、図２に概念図を用いて模式的に示すように、駆動装置Ｍは周知のモータ等を用いたもので、ハウジングＭ１に固定され磁界を発生する固定子Ｍ２と、固定子Ｍ２に対して回転可能な状態でハウジングＭ１に支持され磁界を受けて回る回転子Ｍ３とを有し、固定子Ｍ２への通電制御により磁界を変化させ、固定子Ｍ２と回転子Ｍ３との間に反発力や吸引力等を作用させて回転子Ｍ３を回転させ、電気エネルギーから回転駆動力を出力するものである。回転子Ｍ３の駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）に上記トルク伝達軸２が接続されてトルク伝達軸２に駆動力が入力されるように構成するとともに、ハウジングＭ１に固定支持部６を取り付けてある。また、駆動装置Ｍを構成する駆動力出力軸Ｍ３ａは、出力軸用の軸受Ｍ４により回転可能に支持されるとともに、内部に冷媒を通して出力軸用の軸受Ｍ４や図示しない発熱部を始めとする機構部品に冷媒を供給する流路Ｍ５の一部を構成するものであり、トルク伝達軸２の内部に形成される導入路７０は、出力軸Ｍ３ａから冷媒が導入されるように構成されている。勿論、トルク伝達軸２と駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）とを同一部材として一体に形成してもよく、また、固定支持部６とハウジングＭ１とを同一部材として一体に形成してもよい。この場合、トルクセンサ及び駆動装置を合わせた装置全体の軸方向寸法を小形化することも可能となる。図２に示す駆動装置Ｍは概念図で示したものにすぎず、この図示の駆動装置に限定されるものではない。また駆動装置にはモータ以外のものを用いてもよい。
【００３８】
以上のように、本実施形態のトルクセンサＴｓは、中空軸状をなし軸方向一端２ｃに駆動力が入力され軸方向他端２ｄに負荷が入力されて駆動側Ｘ１と負荷側Ｘ２との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸２と、トルク伝達軸２の内周面２ａに取り付けられトルク伝達軸２に対するトルク入力によって内周面２ａに生じる歪みを検出する歪検出部４とを具備し、歪検出部４の検出結果に基づきトルク伝達軸２に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、中空軸状をなしトルク伝達軸２の内周側においてトルク伝達軸２に嵌合することによりトルク伝達軸２と共に二重の中空軸となる嵌合軸８と、トルク伝達軸２及び嵌合軸８が一体に回転可能となるように両軸２・８のうち外周側にある嵌合軸８を軸受５を介して支持する固定支持部６とを備え、嵌合状態においてトルク伝達軸２及び嵌合軸８の互いに対向する内外周面２ａ・８ｂの一方の外周面８ｂに、軸方向一端８ｃ側から軸方向他端８ｄ側に向かって延びる溝部８１を設け、嵌合状態において溝部８１と溝部８１の対向面（トルク伝達軸２の内周面２ａ）との間に、軸方向Ｘの一方（駆動側Ｘ１）から導入される冷媒を軸受５に供給するためのスラスト路７１が形成されるようにしている。
【００３９】
このように、嵌合状態においてトルク伝達軸２又は嵌合軸８の互いに対向する内外周面２ａ・８ｂの一方の外周面８ｂに、軸方向一端８ｃ側から軸方向他端８ｄ側に向かって延びる溝部８１を設け、両軸２・８を嵌合させることにより溝部８１とその対向面（トルク伝達軸２の内周面２ａ）との間に冷媒を軸受５に供給するためのスラスト路７１が形成されるようにしているので、トルク伝達軸２が小径且つ長軸であっても、その軸方向Ｘに沿って長い穴を空けるといった困難且つコストの高い加工をすることなく、両軸２・８の内周面２ａ又は外周面８ｂの一方（外周面８ｂ）に溝部８１を設けるといった比較的容易な加工を行うことによりスラスト路７１を形成でき、製造コストを低減することができる。しかも、スラスト路７１は溝部８１によって形成されるので、軸端からドリル等の切削工具で穴を形成してスラスト路７１とする場合に比して、スラスト路７１の断面積や断面形状を比較的自由に形成でき、管路抵抗の低減を追求するうえでも好ましい。
【００４０】
さらに、本実施形態では、嵌合状態においてトルク伝達軸２及び嵌合軸８の互いに対向する内外周面２ａ・８ｂのうちスラスト路７１の周方向両側及び軸方向両側における内外周面２ａ・８ｂの間に、封止構造８ｘが形成されているので、上記構成を採用した場合であっても、スラスト路７１から冷媒が流出することを適切に防止することができる。ここでいう封止構造８ｘは、内外周面２ａ・８ｂの間を冷媒が通過しない程度に狭めた構造をいい、この構造は、内外周面の間に封止部材を介在させることで実現している。封止部材としては、弾性を有する接着剤を用いている。他の例として、例えば、図６（ａ）に示すように、外周側にあるトルク伝達軸の内周面に軸方向全域に亘り溝部を形成した場合には、図６（ｃ）に示すように、内周側にある嵌合軸５０８の外周面５０８ｂに、溝部の軸方向両端部に対応する位置に凸部５０８ｔを設け、トルク伝達軸と嵌合軸５０８を嵌合した場合に、スラスト路の軸方向両側に封止構造が形成されるようにしてもよい。
【００４１】
さらにまた、本実施形態では、トルク伝達軸２又は嵌合軸８のうち嵌合状態で内周側となる嵌合軸８は、その軸中心Ｃｎを通り軸方向一端８ｃから冷媒が導入される導入路７０と、導入路７０から外周に向けて延在し導入路７０とスラスト路７１とを接続する接続路７２とを有するものである。このように構成すると、トルク伝達軸２の回転により作用する遠心力によって冷媒が導入路７０、接続路７２及びスラスト路７１を順に巡って軸受５に供給されるので、トルク伝達軸２の細径化に伴い冷媒供給路７の径が細くなり且つ冷媒に粘度の高いものを用いたとしても適切に冷媒を軸受５へ供給可能な高速回転に適したトルクセンサＴｓを提供することが可能となる。
【００４２】
さらにまた、本実施形態では、溝部８１は複数設けられて対をなしており、対をなす溝部同士８１・８１は軸中心Ｃｎ回りに対称となる位置に配置されているので、軸全体での荷重バランスの調整を簡易化することが可能となる。特に本実施形態では、二つの溝部を一対にして、各々の溝部８１・８１を軸中心Ｃｎ回りに対称となる位置に配置しているので、内部の中空空間ＳＰ０を広く形成するうえでも好ましい。
【００４３】
上記に加え、本実施形態では、軸受５は、複数箇所で支持するように軸方向Ｘに沿って複数配置され、スラスト路７１は、複数の軸受５・５と径方向で重なる位置に配置されているので、軸受５への冷媒供給だけでなくトルク伝達軸２の肉を介しても軸受５を冷却することになり、軸受５の冷却効率を向上させることが可能となる。よって、高速回転に適したトルクセンサを適用することが可能となる。
【００４４】
その他、本実施形態では、トルク伝達軸２の外周に設けられる回転側アンテナ部３３ａと、回転側アンテナ部３３ａの外周側に対向配置され回転側アンテナ部３３ａとの磁気結合によって歪検出部４の検出結果を示す信号を受信するための固定側アンテナ部３３ｂとを備え、固定支持部６は、両アンテナ部３３ａ・３３ｂの周囲を包囲する位置に配置され、その少なくとも一部の筒状支持部６０及び蓋状支持部６１が両アンテナ部３３ａ・３３ｂから電気的に絶縁した導電性部材で構成されているので、固定支持部６を電磁シールドとして利用でき、回転側及び固定側のアンテナ部３３ａ・３３ｂが外部環境の電磁的な影響を受けにくくなり、適切な検出結果の受信と給電とを実現することが可能となる。
【００４５】
本実施形態の駆動装置Ｍは、上記トルクセンサＴｓとハウジングＭ１とを備え、出力軸Ｍ３ａから回転駆動力を出力するものであって、出力軸Ｍ３ａとトルク伝達軸２の軸方向一端２ｃとを接続してトルク伝達軸２に駆動力が入力されるように構成するとともに、固定支持部６とハウジングＭ１とを接続しているので、トルクセンサＴｓと駆動装置Ｍとを適切にユニット化することが可能となる。
【００４６】
さらに、本実施形態の駆動装置Ｍは、出力軸Ｍ３ａが、出力軸用の軸受Ｍ４により回転可能に支持されるとともに、内部に冷媒を通して出力軸用の軸受Ｍ４に冷媒を供給する流路Ｍ５の一部を構成するものであり、導入路７０が、出力軸Ｍ３ａから冷媒が導入されるように構成されているので、駆動装置Ｍの出力軸Ｍ３ａを支持するための軸受Ｍ４を始めとする機構部品への冷媒の供給源と、トルク伝達軸２や歪検出部４を冷却するための冷媒の供給源とを共通化することができ、冷媒の供給源を並設する必要がなくなり、供給源に対するメンテナンス性の向上や製造コストの低減、装置の小型化を追求することが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４８】
例えば、本実施形態では、トルクセンサＴｓは、駆動装置Ｍに組み込まれて構成されているが、単独で構成することも可能である。また、冷媒供給路７は、軸方向一端２ｃ側（駆動側）から冷媒を導入しているが、軸方向他端２ｄ側（負荷側）から冷媒を導入するようにしてもよい。また、本実施形態では、接続路７２は、径方向に沿ってほぼ直線上に延びているが、湾曲していてもよい。
【００４９】
さらに、本実施形態では、嵌合軸８がトルク伝達軸２の内周側においてトルク伝達軸２に嵌合するようにしているが、図５に示すように、嵌合軸１０８がトルク伝達軸１０２の外周側においてトルク伝達軸１０２に嵌合することにより、トルク伝達軸１０２と共に二重の中空軸となるようにし、トルク伝達軸１０２の外周面１０２ｂに溝部１８１を設け、溝部１８１とその対向面（嵌合軸１０８の内周面１０８ａ）との間にスラスト路１７１を形成してもよい。
【００５０】
さらにまた、上記で述べた実施形態では、溝部は、嵌合状態においてトルク伝達軸及び嵌合軸の互いに対向する内外周面の一方の外周面に設けているが、図６（ａ）に示すように、互いに対向するトルク伝達軸２０２の内周面２０２ａ及び嵌合軸２０８の外周面２０８ｂのうち一方の外周面２０８ｂに、溝部２８１を設けてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、互いに対向するトルク伝達軸３０２の内周面３０２ａ及び嵌合軸３０８の外周面３０８ｂのうち両方の面３０２ａ・３０８ｂに、溝部３８１を設けてもよい。勿論、トルク伝達軸を内周側に配置し、嵌合軸を外周側に配置した場合も同様である。
【００５１】
さらに、本実施形態では、冷媒を軸方向の一方たる駆動側Ｘ１から導入しているが、軸方向Ｘの他方の負荷側Ｘ２から導入するように構成してもよい。冷媒供給路を構成する導入路や接続路は、内周側にある軸に形成されるので、図５に示すように、トルク伝達軸１０２が内周側に配置される場合には、このトルク伝達軸１０２の内部に設けられる。
【００５２】
また、本実施形態では、図１に示すように、固定側アンテナ部３３ｂは、絶縁性蓋部６３に支持されているが、他の絶縁性部材を介して筒状支持部６０又は蓋状支持部６１に支持させてもよい。
【００５３】
さらにまた、本実施形態では、トルク伝達軸２の内周面２ａと嵌合軸８の外周面８ｂとの間に形成される封止構造８ｘは、弾性を有する接着剤で実現されているが、その他の接着剤を封止部材として内外周面の間に介在させてもよい。その他には、ただ単にトルク伝達軸に嵌合軸を圧入したしまりばねによって実現してもよいし、図７に示すように、トルク伝達軸２の内周面２ａと、嵌合軸４０８の外周面４０８ｂとの間に、Ｏリング等の封止部材ｓｌを介在させてもよい。すなわち、本発明における封止構造８ｘは、内外周面の間を冷媒が通過しない程度に狭めた構造をいい、この構造としては、例えば、内周面に外周面を圧入したしまりばめ等で実現されてもよく、内外周面の間に封止部材を介在させることで実現してもよい。封止部材としては、Ｏリングや弾性を有する接着剤等が挙げられる。
【００５４】
また、本実施形態では、トルク伝達軸に嵌合軸をしまりばめによって嵌合させているが、他の嵌合としては、すきまばめ、中間ばめ等が挙げられる。また、本実施形態では、トルク伝達軸２への圧入を容易にするために、嵌合軸８はガラスエポキシ樹脂などの樹脂としているが、嵌合軸を、トルク伝達軸と同様に鋼材で構成してもよく、さらには、アルミや銅などの非鉄金属で構成してもよい。
【００５５】
さらに、歪検出部として歪ゲージを例として述べているが、トルク伝達軸に生じる歪みを検出できるものであれば歪ゲージ以外のものでもよい。例えば、圧電素子を用いてもよいし、トルク伝達軸の内周面に応力に応じて発光する材を塗布して受光センサで検出するようにしてもよい。
【００５６】
さらにまた、トルク伝達軸２は、駆動装置又は負荷装置のシャフトに接続できるものであれば、フランジやスプライン形状に限定されるものではない。例えばキーによって接続する形状でもよい。
【００５７】
さらにまた、本実施形態では、冷媒供給路７に流通させる冷媒は、潤滑油などの液体であるが、窒素などの気体であってもよい。スラスト路を流通させた冷媒は、全てを軸受に供給してもよいし、一部を負荷装置側に供給するようにしてもよい。
【００５８】
その他、検出した歪信号のトルク演算部３１への伝送や電力供給部３２から歪検出部４への電力供給は無線だけでなく、例えばスリップリングを用いた有線で行ってもよい。
【００５９】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
２…トルク伝達軸
２ａ…トルク伝達軸の内周面
３３ａ…回転側アンテナ部
３３ｂ…固定側アンテナ部
４…歪検出部
５…軸受
６…固定支持部
８…嵌合軸
８ｘ…封止構造
８１…溝部
８ｂ…嵌合軸の外周面
２ａ・８ｂ…内外周面
７０…導入路
７１…スラスト路
７２…接続路
Ｘ…軸方向
Ｘ１…駆動側（軸方向一端側）
Ｘ２…負荷側（軸方向他端側）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空軸状をなし軸方向一端に駆動力が入力され軸方向他端に負荷が入力されて駆動側と負荷側との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸と、前記トルク伝達軸の内周面に取り付けられ前記トルク伝達軸に対するトルク入力によって前記内周面に生じる歪みを検出する歪検出部とを具備し、前記歪検出部の検出結果に基づき前記トルク伝達軸に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、
中空軸状をなし前記トルク伝達軸の外周側又は内周側のいずれかにおいて前記トルク伝達軸に嵌合することにより前記トルク伝達軸と共に二重の中空軸となる嵌合軸と、
前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸が一体に回転可能となるように両軸のうち外周側にある軸を軸受を介して支持する固定支持部とを備え、
嵌合状態において前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸の互いに対向する内外周面の少なくとも一方の面に、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって延びる溝部を設け、嵌合状態において前記溝部と当該溝部の対向面との間に、軸方向の一方から導入される冷媒を前記軸受に供給するためのスラスト路が形成されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
嵌合状態において前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸の互いに対向する内外周面のうち前記スラスト路の周方向両側及び軸方向両側における内外周面の間に、封止構造が形成されている請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記トルク伝達軸又は前記嵌合軸のうち嵌合状態で内周側となる軸は、その軸中心を通り軸方向一端から冷媒が導入される導入路と、前記導入路から外周に向けて延在し前記導入路と前記スラスト路とを接続する接続路とを有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記溝部は複数設けられて対をなしており、対をなす溝部同士は軸中心回りに対称となる位置に配置されている請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記軸受は、複数箇所で支持するように軸方向に沿って複数配置され、前記スラスト路は、複数の軸受と径方向で重なる位置に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項６】
前記トルク伝達軸の外周に設けられる回転側アンテナ部と、前記回転側アンテナ部の外周側に対向配置され前記回転側アンテナ部との磁気結合によって前記検出結果を示す信号を受信するための固定側アンテナ部とを備え、
前記固定支持部は、両アンテナ部の周囲を包囲する位置に配置され、その少なくとも一部が両アンテナから電気的に絶縁した導電性部材で構成されている請求項１〜５のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項１】
中空軸状をなし軸方向一端に駆動力が入力され軸方向他端に負荷が入力されて駆動側と負荷側との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸と、前記トルク伝達軸の内周面に取り付けられ前記トルク伝達軸に対するトルク入力によって前記内周面に生じる歪みを検出する歪検出部とを具備し、前記歪検出部の検出結果に基づき前記トルク伝達軸に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、
中空軸状をなし前記トルク伝達軸の外周側又は内周側のいずれかにおいて前記トルク伝達軸に嵌合することにより前記トルク伝達軸と共に二重の中空軸となる嵌合軸と、
前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸が一体に回転可能となるように両軸のうち外周側にある軸を軸受を介して支持する固定支持部とを備え、
嵌合状態において前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸の互いに対向する内外周面の少なくとも一方の面に、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって延びる溝部を設け、嵌合状態において前記溝部と当該溝部の対向面との間に、軸方向の一方から導入される冷媒を前記軸受に供給するためのスラスト路が形成されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
嵌合状態において前記トルク伝達軸及び前記嵌合軸の互いに対向する内外周面のうち前記スラスト路の周方向両側及び軸方向両側における内外周面の間に、封止構造が形成されている請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記トルク伝達軸又は前記嵌合軸のうち嵌合状態で内周側となる軸は、その軸中心を通り軸方向一端から冷媒が導入される導入路と、前記導入路から外周に向けて延在し前記導入路と前記スラスト路とを接続する接続路とを有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記溝部は複数設けられて対をなしており、対をなす溝部同士は軸中心回りに対称となる位置に配置されている請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記軸受は、複数箇所で支持するように軸方向に沿って複数配置され、前記スラスト路は、複数の軸受と径方向で重なる位置に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項６】
前記トルク伝達軸の外周に設けられる回転側アンテナ部と、前記回転側アンテナ部の外周側に対向配置され前記回転側アンテナ部との磁気結合によって前記検出結果を示す信号を受信するための固定側アンテナ部とを備え、
前記固定支持部は、両アンテナ部の周囲を包囲する位置に配置され、その少なくとも一部が両アンテナから電気的に絶縁した導電性部材で構成されている請求項１〜５のいずれかに記載のトルクセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３０４６（Ｐ２０１３−３０４６Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６４３３（Ｐ２０１１−１３６４３３）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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