JP2018165650A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】初期設定時の機械的な調整が不要で、かつ簡単な機構で薄型化でき、分解能の高いトルク検出が可能なトルク検出装置を提供する。【解決手段】外輪２と内輪３とが弾性部材で連結され、両輪間の微小回転変位を検出してトルクを算出可能な出力信号を出力する変位検出手段４０を備える。この変位検出手段４０は、外輪２と内輪２のどちらか一方に磁気エンコーダ１５が固定されて他方に角度センサ１３が固定される。外輪２と内輪３との回転変位を角度センサ１３で検出して、回転変位からトルクを算出する手段に検出信号を出力する。【選択図】図１

Description

この発明は、シャフトに負荷されたトルクを測定するために用いるトルク検出装置に関し、特に、産業用ロボットの関節などに負荷されるトルクを測定する技術に関する。

特許文献１に、産業用ロボットの関節部に負荷されるトルクを検出するトルク検出装置が開示されている。このトルク検出装置は、外輪と内輪とが弾性を有する複数の梁で連結されており、内輪から外輪側に直径上に張出して配置された一対の内輪張出片と外輪との間に生じる変位量を２個の変位センサでそれぞれ測定し、その測定された２つの変位量から内外輪に作用する軸トルクを検出する。

特許文献２は、回転シャフトに取り付けられ、回転シャフトに作用する負荷トルクを検出するトルクセンサユニットを開示する。トルクセンサユニットは、回転シャフトを中継するシャフト部を含む。特許文献２に開示されているトルクセンサユニットは、絶対角を検出可能な磁気式角度センサを有する転がり軸受を、シャフト部の両端にそれぞれ１つずつ配置してシャフト部を支持する。負荷トルクに応じたシャフト部のねじれ角度を２つの磁気式角度センサの出力の差分を算出することによって、トルクセンサユニットは精度よくトルクを検出する。

特許第３１３６８１６号公報 特開２０１５−５５５６０号公報

特許文献１に開示されているトルク検出装置は、一対の内輪張出片と外輪との間に生じる変位量を２個の変位センサでそれぞれ測定するため、初期設定での一対の内輪張出片と外輪との機械的な隙間調整が難しい。また、外輪と内輪とが弾性を有する複数の梁で連結された構造のため、トルク印加時の外輪と内輪との変位量は微小であり、変位センサとして高精度のものが求められる。
さらに、特許文献１には、２個の変位センサの値からトルクを算出する手法についての記載はないが、２個の変位センサの値から外輪と内輪との回転変位量を推定する等の処理が必要であり、処理回路が煩雑になると考えられる。

特許文献２に開示されているトルクセンサユニットは、シャフト部の両端部が軸方向に向かって外部に露出しているので、これら端部を適宜に他装置の回転シャフト構成部品との接続に利用すると、トルクセンサユニットのシャフト部を他装置の回転シャフトの一部として組み込むことができる。トルクセンサユニットは、トルクに応じたシャフト部のねじれ角度を示す２か所の絶対回転角を２つの磁気式角度センサによって検出する。
しかしながら、回転シャフトの一部をトーションバーとして使用すると、２つの角度センサは間隔を開けて配置する必要があり、トルクセンサユニットが軸方向に長くなるので小型化が難しい。また、回転シャフトのねじれ量が少ないとトルク測定の分解能が低下することも想定される。

この発明の目的は、初期設定時の機械的な調整が不要で、かつ簡単な機構で薄型化でき、分解能の高いトルク検出が可能なトルク検出装置を提供することである。

この発明のトルク検出装置は、外輪に対して内輪が回転可能に支持され、前記外輪と前記内輪との間に設けられ、両輪間の回転変位に応じて弾性変形する弾性部材と、前記外輪と前記内輪との微小回転変位を検出し両輪間のトルクを算出可能な出力信号を出力する変位検出手段とを備えるトルク検出装置であって、
前記弾性部材は、ばね部材を内蔵し、先端に接触部材が配置されたプランジャであり、このプランジャは前記外輪および前記内輪のいずれか一方に固定され、前記外輪および前記内輪の他方には、開口側が次第に広がる断面形状の嵌り溝が形成され、前記プランジャは、前記羽部材の押圧力により前記接触部材が前記嵌り溝に押圧され、前記変位検出手段は、前記外輪と前記内輪のどちらか一方に磁気エンコーダが固定されて他方に前記磁気エンコーダを読み取る角度センサが固定され、前記磁気エンコーダと前記角度センサとはそれぞれ対向し、前記外輪と前記内輪との回転変位を前記角度センサで検出し検出信号を出力する。

この構成によると、外輪と内輪間にトルクが印加されると、プランジャの接触部材が嵌り溝の傾斜面上を移動し、接触部材がプランジャの内部に沈み込み、外輪と内輪との間に回転方向の微小変位が発生する。外輪と内輪とは互いに弾性部材で連結されており、また接触部材がプランジャのばね部材で押圧されているため、前記回転方向の微小変位はトルクに応じた変位となる。この回転変位を角度センサで検出し、その検出値からトルクを算出する。このように、外輪と内輪間の回転変位を直接検出するため、従来のように２個の変位センサの値を外輪と内輪との回転変位量を推定する等の処理が不要であり、処理回路を簡略にできる。また、外輪と内輪間の微小な回転変位を測定してからトルクに換算するため、角度センサ装着後の機械的な調整が不要である。また、弾性部材はプランジャ方式のため、回転変位を大きく取れ、トルク検出時の分解能を大きくすることができる効果がある。また、回転変位は磁気エンコーダを検出する角度センサを用いていて、デジタルで処理されるため、後処理が簡単である。磁気エンコーダおよび角度センサをそれぞれ２種類設けると、絶対角の検出も可能になる。

なお、前記外輪と内輪のいずれが回転側であってもよい。前記外輪または内輪への固定は、外輪または内輪に直接に固定される場合の他に、外輪または内輪と一体に動く部材に固定された構成を含む意味である。また、変位検出手段の出力信号からトルクを算出する手段は、このトルク検出装置とは別に設けられていても、またこのトルク検出装置の一部として設けられていてもよい。

前記第１のトルク検出装置において、前記プランジャの先端にある前記接触部材の進退方向が、前記外輪または前記内輪の径方向であり、前記プランジャが固定されていない前記外輪または前記内輪と一体となって動く部材の周面上に前記嵌り溝が形成されていてもよい。
前記嵌り溝が周面上であると、加工が容易である。特に、前記嵌り溝が内輪の外周上にあると、加工が容易である。また、前記プランジャを前記外輪および前記内輪のいずれか一方に内蔵すれば、薄くコンパクトな構成になる。

前記第１のトルク検出装置において、前記プランジャの中心線上で前記内輪の中心に対する反対側の位置で、前記外輪と前記内輪にそれぞれ、前記プランジャまで貫通する貫通穴が設けられていてもよい。
前記貫通穴が設けられていると、前記プランジャの調整等を前記貫通穴を通る工具等で行うことができる。

前記第１のトルク検出装置において、前記プランジャの先端にある前記接触部材の進退方向が、前記外輪または前記内輪の軸方向であり、前記プランジャが固定されていない前記外輪または前記内輪と一体となって動く部材の一側面に、前記嵌り溝が形成されていてもよい。
前記嵌り溝が側面上であると、加工が容易である。また、前記プランジャを前記外輪および前記内輪のいずれか一方に内蔵すれば、コンパクトな構成とすることができ、さらに、内輪の内径を大きくすることが可能となる。

前記第１のトルク検出装置において、前記外輪と前記内輪は、軸受で回転可能に支持されていてもよい。
軸受で外輪と内輪を支持することで、外輪と内輪とが滑り接触する構成の場合に比べ、外輪に対する内輪の回転変位が容易となり、トルク検出時のヒステリシスなどが制される。

前記第１のトルク検出装置において、バッテリまたは自己発電機である電源ユニットと、前記角度センサの検出信号、またはこの検出信号から算出したトルクの信号をワイヤレスで送信する無線ユニットを含む信号処理部とを備えていてもよい。
前記無線ユニットと電源ユニットとを備える場合、出力信号を離れた位置のコンピュータ等の機器に、配線無しで送ることができ、かつ磁気センサの駆動に外部の配線が不要であり、このトルク検出装置を装備した機器の構成を簡素にすることができる。そのため、例えばロボットアームの関節部等にこのトルク検出装置を組み込んだ場合、アーム内の配線を簡素にできる。また、回転軸が多回転するような機器にも容易に適用することができる。

この発明の第２のトルク検出装置は、外輪に対して内輪が回転可能に支持され、前記外輪と前記内輪とが両輪間の回転変位に応じて弾性変形する弾性部材で連結され、前記外輪と前記内輪との微小回転変位を検出し両輪間のトルクを算出可能な出力信号を出力する変位検出手段を備えるトルク検出装置であって、
前記弾性部材は、ばね部材を内蔵し、先端に接触部材が配置されたプランジャであり、このプランジャは前記外輪および前記内輪のいずれか一方に固定され、他方に形成された開口側が次第に広がる断面形状の嵌り溝に前記接触部材が押圧され、前記外輪と前記内輪との間にトルクが印加されると、前記外輪と前記内輪との間に回転方向の変位が発生することにより、前記プランジャの前記接触部材が前記嵌り溝の傾斜面上を移動し、 前記変位検出手段は、前記外輪と前記内輪にそれぞれに固定された複数の磁気エンコーダと、これら磁気エンコーダに対向する複数の磁気センサとを有し、これら各磁気センサは前記外輪および内輪のいずれに対しても相対回転可能な固定部材に設置され、この固定部材に対する前記外輪および前記内輪の回転変位を前記各角度センサで検出して、前記回転変位からトルクを算出する手段に検出信号を出力する。

この構成の場合、前記第１のトルク検出装置で得られる各作用、効果に加えて、回転角とトルクを同時に測定することができる。

前記第２のトルク検出装置において、前記外輪に固定された磁気エンコーダと内輪に固定された磁気エンコーダとは、互いに径方向寸法が異なっていて、前記外輪および内輪の同じ側面に配置され、これらの前記磁気エンコーダに前記複数の角度センサがそれぞれ対向するようにしてもよい。
両磁気エンコーダが同じ側面に配置されていると、軸方向寸法につきコンパクトな構成とできる。

この発明の第１および第２のトルク検出装置は、互いに回転可能な外輪と内輪とを有し、これら外輪と内輪間に作用するトルクを検出するトルク検出装置であって、外輪と内輪とを間接的に連結し、外輪と内輪との回転変位に応じて変形する弾性部材と、外輪と内輪との回転角を検出する角度センサを備え、この角度センサの検出値からトルクを算出するため、初期設定時の機械的な調整が不要で、しかも簡単な機構でありながら薄型化でき、安定したトルク検出が可能である。弾性部材はプランジャ方式のため、回転変位を大きく取れ、トルク検出時の分解能を大きくすることができる効果がある。また、回転変位は絶対角を検出可能な角度センサを用い、デジタルで処理されるため、後処理が簡単である。

特に、第２のトルク検出装置は、変位検出手段が、前記外輪と前記内輪にそれぞれに固定された複数の磁気エンコーダと、これら磁気エンコーダに対向する複数の磁気センサとを有し、これら各磁気センサは前記外輪および内輪のいずれに対しても相対回転可能な固定部材に設置され、この固定部材に対する前記外輪および前記内輪の回転変位を前記各角度センサで検出して、前記回転変位からトルクを算出する手段に検出信号を出力するため、回転角とトルクを同時に測定することができる。

この発明の第１の実施形態に係るトルク検出装置の断面図である。 図１のII−II断面矢視図である。 図１のIII−III断面矢視図一部を示す図であり、回転変位を検出する主要部を説明する図である。 角度センサが検出する信号を説明する波形図である。 トルク算出部のブロック図である 他の実施形態に係るトルク検出装置の断面図である。 図６のVII −VII 矢視断面図である。 さらに他の実施形態に係るトルク検出装置の断面図である。 図８のIX−IX断面図である。 さらに他の実施形態に係るトルク検出装置の断面図である。 図１０のXI矢視図である。 図１０のXII 矢視図である。 図１０のXIII−XIII断面図である。 さらに他の実施形態に係るトルク検出装置の断面図である。 さらに他の実施形態に係るトルク検出装置の断面図である。 さらに他の実施形態に係るトルク検出装置の断面図である。

この発明の第１の実施形態を図１から図３と共に説明する。図１はトルク検出装置１の断面図、図２は、図１のII−II断面矢視図、図３は図１のIII−III断面矢視図の一部を示す図であって、回転変位を検出する主要部を説明する図である。
トルク検出装置１は、外輪２と内輪３とを備える。外輪２の内径面２ａと内輪３の外径面３ａとが円周方向に摺動自在に接しており、外輪２と内輪３とは互いに回転可能である。外輪２は軸方向の一方端に内径側へ延びるつば状の肩部２ｂを有し、この肩部２ｂの側面に内輪３の一方の端面３ｂが当接している。外輪２の軸方向の他方端には、外輪２と一体に動く部材である蓋４が取り付けられ、この蓋４の端面４ａが内輪３の他端面３ｃに当接することで、内輪３が軸方向に抜けないようになっている。外輪２の肩部２ｂの側面と内輪３の端面３ｂ、および蓋４の端面４ａと内輪３の他端面３ｃは、外輪２の内径面２ａと内輪３の外径面３ａと同様に、それぞれ互いに接し、摺動可能である。

上記各摺動可能箇所の摺動面には摺動特性のよい滑り材、例えばフッ素樹脂等をコーティングするとよい。また、摺動面に滑り材をコーティングする代わりに、外輪２と内輪３の互いに回転変位する面の間に軸受（図示せず）を介在させてもよい。

図２に示すように、外輪２と内輪３とは、プランジャ５と嵌り溝６によりそれぞれの回転変位を拘束している。嵌り溝６は、開口側が次第に広がる断面形状であり、例えば断面Ｖ字形状とされているが、両側の側面が曲面であってもよい。プランジャ５は、内輪３の半径方向に開けた孔３ｄの内部にスプリングや皿ばねなどのばね部材７を内蔵し、その先端にボールまたはピンなどの接触部材８が配置される。図２は、ばね部材７として皿ばねを用いた例を示す。

プランジャ５の接触部材８とは反対側に調整ねじ９が設けられ、調整ねじ９を調節することでプランジャ５の接触部材８と嵌り溝６との押し付け力（予圧量）を調整する。なお、接触部材８とばね部材７との間、または、ばね部材７と調整ねじ９との間には円筒状のスペーサ１０、１１を介在してもよい。

なお、プランジャ５と嵌り溝６については、実装部材を逆にして、プランジャ５を外輪２、溝６を内輪３に変更してもよい。また、図２の例では、２つのプランジャ５が円周方向に等間隔で配置されているが、プランジャ５と溝６は少なくとも１個以上あればよい。プランジャ５は、図示しない有底円筒状の容器にばね部材７や接触部材８を内蔵するものであってもよい。

トルク検出装置１の外輪２と内輪３との間にトルクが印加されると、プランジャ５の接触部材８が外輪２の内径面２ａに設けたＶ字形状の嵌り溝６の傾斜面上を移動し、接触部材８がプランジャ５の内部に沈み込み、外輪２と内輪３との間に回転方向の微小変位が発生する。この回転変位を後述する角度センサ１３で検出し、その検出値からトルクを算出する。

トルクが除かれると、ばね部材７の復元力で接触部材８は嵌り溝６に２点で接触する元の位置に戻る。トルク負荷容量は、プランジャ５のばね部材７の荷重や嵌り溝６のＶ字形状の角度、プランジャ５の個数などによって変更可能である。また、嵌り溝６に圧痕が付かないように、嵌り溝６を加工する外輪２を熱処理して硬度を高め、嵌り溝６にグリースなどの潤滑油を塗布しておくとよい。なお、嵌り溝６を含む一部を熱処理した別部材として、外輪２に埋設してあってもよい。

図１、図２において、内輪３の外径面にはキー１２が設けられ、外輪２の内径面２ａには、キー１２よりも円周方向の幅が広いキー溝２ｃが形成されている。これにより、外輪２に対する内輪３の回転範囲が、キー溝２ｃの円周方向の幅とキー１２の円周方向の幅の差の範囲内に制限されている。
なお、最大トルクが印加されても、プランジャ５の接触部材８が常に嵌り溝６の傾斜面に接していて、外輪２と内輪３との相対回転量が制限されている場合には、キー１２とキー溝２ｃを省略してあってもよい。

図１、図２において、蓋４の段付部４ｂには、角度センサ１３を実装した基板１４が固定される。角度センサ１３は、径方向に並ぶ２つの検出部１３ａ，１３ｂ（図１）を有する。また、内輪３の軸上に形成された小径部３ｅに、角度センサ１３と軸方向に対峙し、円周方向に延びる磁気エンコーダ１５が設けられている。この磁気エンコーダ１５と前記角度センサ１３とで変位検出手段４０が構成される。

磁気エンコーダ１５は、金属環からなる芯金１６の一端面に磁性粉を混練したゴム材料を、芯金１６とともに金型に入れて加硫接着したもの、あるいはプラスチック材料と磁性粉をまぜたものと芯金１６とを一体成形して周状の磁性部材１７を形成した後、未着磁の磁性部材１７の表面に着磁極対数の異なる複列の磁気トラック１７ａ、１７ｂが形成される。この複列の磁気トラック１７ａ、１７ｂは、たとえば、一方の列が主トラック１７ａとして３２極対、他方の磁気トラックが副トラック１７ｂとして３１極対で着磁される。（図３参照、図３の２点鎖線は角度センサ１３を示す。）

角度センサ１３の検出部１３ａにより主トラック１７ａの磁界が検出され、角度センサ１３の検出部１３ｂにより副トラック１７ｂの磁界が検出される。

図４は、角度センサの検出部が検出する信号を説明する図である。例えば、角度センサ１３と磁気エンコーダ１５が相対的に回転すると、主トラック１７ａからは図４（ａ）に示す検出信号が出力され、副トラック１７ｂからは図４（ｂ）に示す検出信号が出力される。それぞれの検出信号は、Ｎ極Ｓ極の１極対で０から３６０度の位相信号であり、それら検出信号の差を取ると、図４（ｃ）に示すように、磁気エンコーダ１の回転に伴い、直線的に変化する位相差信号が得られる。この場合、磁気エンコーダ１５が１回転で位相差信号は０から３６０度で変化する。

この磁気エンコーダ１５による絶対角の検出では、主トラック１７ａを元にして角度を高精度に算出し、主トラック１７ａと副トラック１７ｂとの位相差から、主トラック１７ａの位置を把握して絶対角を検出することができる。なお、磁気エンコーダ１５と、角度センサ１３と、この角度センサ１３の検出信号から絶対角の算出を行う電子回路等の演算手段（図示せず）とで、絶対角の検出装置が構成される。
ここでは、プランジャ５と嵌り溝６とが常時当接し、回転制限のキー１２が付いているため、微小回転しかできず、そのため図４では１回転分ではなく、一部のみ記載した。

トルク検出装置１にトルクが印加されたときの外輪２と内輪３との相対的な角度変位は絶対角として検出され、この角度変位量からトルクを、トルク算出手段１８（図５参照）によって算出する。例えば、トルクが印加されない無負荷の状態で絶対角の出力が零になるように設定するとよい。トルク算出手段１８は、このトルク検出装置１に装備されていても、またはこのトルク検出装置１とは離れた機器（図示せず）に設けられていてもよい。

図５はトルク算出手段１８のブロック図である。トルク算出手段１８では、角度センサ１３から送られてきた絶対角情報と、補正テーブル１９に記録されている情報とを元にして、トルク算出部２０で外輪２と内輪３との間に作用するトルクを算出する。なお、補正テーブル１９には外輪２と内輪３との相対回転角と、トルクとの関係が記録されている。トルク算出部２０で算出されたトルク値は、出力部２１を経由して外部に出力される、出力部２１は、ＰＷＭ出力、シリアル通信出力、アナログ出力等から選択した出力仕様で外部に出力する。

例えば、円周当たりの着磁極数が主トラック１７ａで３２極対、副トラック１７ｂで３１極対である場合、磁気センサ６の角度分解能は１６ビットから１８ビット程度得られる。仮に１回転当たり１８ビットの分解能とすれば、外輪２と内輪３の角度差が０．５度あれば３６４階調（０．５／（３６０／２＾１８））の変化量が得られる。出力信号はデジタル信号であるため、環境変化による出力オフセットが抑制される。
なお、トルク算出手段１８を省略して角度センサ１３の出力をそのまま外部に出力し、角度センサ１３の出力信号を受ける図示しない相手機器の内部でトルクに換算してもよい。 また、トルク算出手段１８を省略して角度センサ１３の出力をそのまま外部に出力し、角度センサ１３の出力信号を受ける図示しない相手機器の内部でトルクに換算してもよい。

このトルク検出装置１は上記構成であり、以下のように動作する。すなわち、外輪２と内輪３間にトルクが印加されると、外輪２と内輪３とを連結する弾性部材として機能するプランジャ５の接触部材８がＶ字形状の嵌り溝６上を微小移動し、外輪２と内輪３間に回転変位が発生する。この回転変位の角度を角度センサ１３で検出し、その検出値からトルク算出手段１８がトルクを算出する。
このように、外輪２と内輪３間の回転変位を角度センサ１３と磁気エンコーダ１５とで直接検出するため、回転以外の変位からトルクを求める場合のような処理が不要であり、トルク算出手段１８を簡略にできる。また、この実施形態の場合、外輪２と内輪３との回転変位を絶対角として検出してトルクに換算するため、正確なトルクが得られる。

図６ないし図１６は、他の各種の実施形態を示す。これらの実施形態において、特に説明する事項の他は、図１ないし図３に示す第１の実施形態と同様である。
図６、図７は、他の実施形態を示す。図６はトルク検出装置２２の断面図、図７は、図６のVII −VII 矢視断面図である。この実施形態は、外輪２と内輪３は軸受２３で支持される以外は、図１、図２等に示す第１の実施形態と同じである。軸受２３は玉軸受等の転がり軸受である。

軸受２３の外輪２３ａにトルク検出装置２２の外輪２を固定し、軸受２３の内輪２３ｂにトルク検出装置２２の内輪３が固定され、軸受２３の内輪２３ｂが、内輪３の軸方向に移動しないように固定部材２４で固定される。また、軸受２３の外輪２３ａ端面を蓋２５で押えることで、外輪２と内輪３は回転回能とされる。軸受２３の遊びつまりガタを抑えるため、４点接触軸受やクロスローラ軸受を用いるとよく、軸受構造はこれ以外であっても構わない。

この実施形態の場合、軸受２３で外輪２と内輪３を支持することで、これらの回転変位が容易となり、トルク検出時の摩擦抵抗等に起因して発生するヒステリシスなどが抑制される。

図８、図９は、さらに他の実施形態を示す。図８はトルク検出装置２６の断面図、図９は、図８のIX−IX断面図である。プランジャ５を１２０度等配で３カ所に配置し、各プランジャ５の中心線状上で内輪中心に対する反対側の位置で、外輪２と内輪３に貫通穴２ｄ、３ｆを設けている。
この構成の場合、貫通穴２ｄ、３ｆが設けられることで、これら貫通穴２ｄ、３ｆに工具（図示せず）を通して調整ねじ９の調節を行うことができて、接触部材８の押し付け圧の調整が容易である。この点を除き、同図の実施形態は図６、図７に示す実施形態と同じである。

図１０から図１３は、さらに他の実施形態を示す。図１０はトルク検出装置２７の断面図、図１１は図１０のXI１矢視図、図１２は図１０のXII 矢視図である。また、図１３は図１０のXIII−XIII断面図を示す。この実施形態は、プランジャ５の接触部材８の進退方向を軸方向に変更した以外は、図６、図７の実施形態と基本の構造は同じであるが、内輪３の一側面には孔３ｇが開けられ、そこにキーの代わりにピン２８が固定される。また、蓋２５の側面には、ピン２８よりも長い円弧状の孔２５ｂが形成され、ピン２８は孔２５ｂに連通される。これにより、外輪２に対する内輪３の回転可能範囲は、ピン２８と孔２５ｂによって制限される。内輪３の軸方向に開けた孔３ｄにプランジャ５が形成され、蓋２５の側面に断面Ｖ字形状の嵌り溝６が半径方向に形成される。なお、嵌り溝６は、断面Ｖ字形状に代えて断面が曲線の溝、あるいは円錐状の窪みなどにしても構わない。

このような内輪３の軸方向に開けた孔３ｄにプランジャ５が形成された構造すると、軸方向に薄型化でき、使用時の設置スペースを低減することができる。
なお、最大トルクが印加されても、プランジャ５の接触部材８が常に嵌り溝６の傾斜面に接していて、外輪２と内輪３との相対回転量が制限されている場合には、ピン２８と孔２５ｂを省略してあってもよい。
その他の構成、効果は、図６、図７の実施形態と同様である。

図１４は、さらに他の実施形態を示す。トルク検出装置２９は、少なくともバッテリまたは自己発電機等の電源ユニット３０と、角度センサ１３から得られる角度変位、あるいは角度変位からトルクに換算したトルク値をワイヤレスで送信する無線ユニット３１を含む信号処理部３２を備える。信号処理部３２は、例えば外輪２の外周に固定される。角度センサ１３の信号をトルク値に変換する演算処理部（ＣＰＵ）が無線ユニット３１内に装着してあってもよい。

この場合、外輪２または蓋２５に図示しない入力軸を固定し、内輪３に図示しない出力軸を固定すれば、入力軸が多回転するような用途でもトルクを検出することができる。
なお、これらの実施形態では、軸受２３にトルク検出装置２２、２６、２７、２９の外輪２と内輪３を別途固定したが、軸受２３の外輪２３ａと内輪２３ｂに、直接に、角度センサ１３やプランジャ５を実装してもよい。

図１５は、さらに他の実施形態を示す。トルク検出装置３３は、外輪２に固定される蓋３４と内輪３に磁気エンコーダ１５がそれぞれ固定される。各磁気エンコーダ１５には基板１４に実装した角度センサ１３が対向し、各基板１４は固定部材３５に固定され、外輪２と内輪３の回転角をそれぞれの角度センサ１３で検出する。固定部材３５は、外輪２を回転自在に支持しており、このトルク検出装置３３を使用する機器（図示せず）に設置されている。

この構成の場合、トルク検出装置３３の外輪２と内輪３との間にトルクが印加されない状態で外輪２と内輪３が回転する場合には、外輪２と内輪３は同じ回転角あるいは相対角度が一定となるが、トルク検出装置３３の外輪２と内輪３との間にトルクが負荷されると、プランジャ５の接触部材８が蓋３４の側面３４ａに設けたＶ字形状の嵌り溝６の傾斜面上を移動し、接触部材８がプランジャ５の内部に沈み込み、外輪２と内輪３との間に回転方向の微小変位が発生する。この回転変位を２つの角度センサ１３の差で検出し、その差からトルクを算出する。
この構成の場合、回転角とトルクを同時に測定することができる。

図１６は、さらに他の実施形態を示す。図１５の例では、外輪２と内輪３の回転角を測定する磁気エンコーダ１５を両側に配置したが、図１６に示すトルク検出装置３６は、径方向のサイズの異なる２つの磁気エンコーダ１５，３７を同心で同じ側に配置し、それぞれの角度センサ１３は同じ基板３８に実装し、固定部材３９に基板３８を固定した。固定部材３９は、外輪２を回転自在に支持しており、このトルク検出装置３３を使用する機器（図示せず）に設置されている。
このような構造にすることで、軸方向の薄型化が可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

１…トルク検出装置
２…外輪
２ｃ…キー溝
２ｄ…貫通穴
３…内輪
３ｄ…孔
３ｆ…貫通穴
４…蓋（部材）
５…プランジャ
６…嵌り溝
７…ばね部材
８…接触部材
９…調整ねじ
１２…キー
１３…角度センサ
１３ａ，１３ｂ…検出部
１４…基板
１５…磁気センサ
１７…磁性部材
１７ａ、１７ｂ…磁気トラック
１８…トルク算出手段
１９…補正テーブル
２０…トルク算出部
２１…出力部
２２…トルク検出装置
２３…軸受
２４…固定部材
２５…蓋（部材）
２５ｂ…孔
２７…トルク検出装置
２８…ピン
３０…電源ユニット
３２…信号処理部
３３…トルク検出装置
３４…蓋（部材）
３５…固定部材
３６…トルク検出装置
３８…基板
３９…固定部材
４０…変位検出手段

Claims (8)

1. 外輪に対して内輪が回転可能に支持され、前記外輪と前記内輪との間に設けられ、両輪間の回転変位に応じて弾性変形する弾性部材と、前記外輪と前記内輪との微小回転変位を検出し両輪間のトルクを算出可能な出力信号を出力する変位検出手段とを備えるトルク検出装置であって、
   前記弾性部材は、ばね部材を内蔵し、先端に接触部材が配置されたプランジャであり、このプランジャは前記外輪および前記内輪のいずれか一方に固定され、前記外輪および前記内輪の他方には、開口側が次第に広がる断面形状の嵌り溝が形成され、前記プランジャは、前記羽部材の押圧力により前記接触部材が前記嵌り溝に押圧され、前記変位検出手段は、前記外輪と前記内輪のどちらか一方に磁気エンコーダが固定されて他方に前記磁気エンコーダを読み取る角度センサが固定され、前記磁気エンコーダと前記角度センサとはそれぞれ対向し、前記外輪と前記内輪との回転変位を前記角度センサで検出し検出信号を出力する、
   トルク検出装置。
2. 請求項１に記載のトルク検出装置において、前記プランジャの先端にある前記接触部材の進退方向が、前記外輪または前記内輪の径方向であり、前記プランジャが固定されていない前記外輪または前記内輪と一体となって動く部材の周面上に前記嵌り溝が形成されるトルク検出装置。
3. 請求項１に記載のトルク検出装置において、前記プランジャの中心線上で前記内輪の中心に対する反対側の位置で、前記外輪と前記内輪にそれぞれ、前記プランジャまで貫通する貫通穴が設けられたトルク検出装置。
4. 請求項１に記載のトルク検出装置において、前記プランジャの先端にある前記接触部材の進退方向が、前記外輪または前記内輪の軸方向であり、前記プランジャが固定されていない前記外輪または前記内輪と一体となって動く部材の一側面に、前記嵌り溝が形成されたトルク検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のトルク検出装置において、前記外輪と前記内輪は、軸受で回転可能に支持されるトルク検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のトルク検出装置において、電源ユニットと、前記角度センサの検出信号、またはこの検出信号から算出したトルクの信号をワイヤレスで送信する無線ユニットを含む信号処理部とを備えるトルク検出装置。
7. 外輪に対して内輪が回転可能に支持され、前記外輪と前記内輪とが両輪間の回転変位に応じて弾性変形する弾性部材で連結され、前記外輪と前記内輪との微小回転変位を検出し両輪間のトルクを算出可能な出力信号を出力する変位検出手段を備えるトルク検出装置であって、
   前記弾性部材は、ばね部材を内蔵し、先端に接触部材が配置されたプランジャであり、このプランジャは前記外輪および前記内輪のいずれか一方に固定され、他方に形成された開口側が次第に広がる断面形状の嵌り溝に前記接触部材が押圧され、前記外輪と前記内輪との間にトルクが印加されると、前記外輪と前記内輪との間に回転方向の変位が発生することにより、前記プランジャの前記接触部材が前記嵌り溝の傾斜面上を移動し、 前記変位検出手段は、前記外輪と前記内輪にそれぞれに固定された複数の磁気エンコーダと、これら磁気エンコーダに対向する複数の磁気センサとを有し、これら各磁気センサは前記外輪および内輪のいずれに対しても相対回転可能な固定部材に設置され、この固定部材に対する前記外輪および前記内輪の回転変位を前記各角度センサで検出して、前記回転変位からトルクを算出する手段に検出信号を出力する、
   トルク検出装置。
8. 請求項７に記載のトルク検出装置において、前記外輪に固定された磁気エンコーダと内輪に固定された磁気エンコーダとは、互いに径方向寸法が異なっていて、前記外輪および内輪の同じ側面に配置され、これらの前記磁気エンコーダに前記複数の角度センサがそれぞれ対向するトルク検出装置。

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