JP6899290B2 - トルク検出器 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の回転トルクを検出するトルク検出器に関する。

従来のこの種のトルク検出器としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に開示されたトルク検出器は、電磁パウダブレーキのフィールドコアに接続されて制動時の反力を受けるばね部材と、このばね部材の変形量を検出する磁気センサーなどを備えている。

特許文献１に示す電磁パウダブレーキは、回転軸に軸受によって回転自在に支持された環状のフィールドコアと、このフィールドコアの外周部内に設けられた電磁コイルと、フィールドコアの内周部の環状空間内に収容されて回転軸と一体に回転するロータなどを備えている。
回転軸は、電磁パウダブレーキの両端部から突出し、支持台の一端側の側壁部と他端側の側壁部とにそれぞれ軸受によって回転自在に支持されている。電磁パウダブレーキは、この支持台の上に設置されている。

ばね部材は、板ばねによって構成されており、電磁パウダブレーキと、支持台の一方の側壁部との間で上下方向に延びる状態で設置されている。ばね部材の下端部は支持台に固定され、上端部は、フィールドコアの上端部に設けられたローラと接触している。このため、電磁パウダブレーキが制動状態になり、フィールドコアにロータから回転トルクが伝達されることによって、ばね部材の上端部がローラによって押されてばね部材が撓む。
特許文献１に示すトルク検出器は、電磁パウダブレーキの制動時に撓むばね部材の変位量を磁気センサーによって検出し、この変位量に基づいて回転軸のトルクを検出する。

特許第４５２９１１４号公報

特許文献１に記載されているトルク検出器においては、制動時にフィールドコアの回転を規制するばね部材が電磁パウダブレーキと支持台の一方の側壁部との間に配置されているから、回転軸の軸線方向に大型化する。また、このトルク検出器では、ばね部材が支持台からフィールドコアの上端部まで延びているために、フィールドコアの径方向に小型化するにも限界がある。
このため、特許文献１に示す従来のトルク検出器は、大型になり、重量が重くなるという問題があった。

本発明の目的は、小型で軽量なトルク検出器を提供することである。

この目的を達成するために、本発明に係るトルク検出器は、回転軸を回転自在に支持する回転軸支持部を有する支持部材と、前記支持部材と前記回転軸の軸線方向に隣り合う位置に配置され、前記回転軸を介して前記支持部材に回転自在に支持された回転部材と、前記回転部材に予め定めたトルク検出方向とは反対方向へばね力を付与する負荷機構と、前記トルク検出方向に回転する前記回転部材の回転角に応じた検出値を出力する検出手段とを備え、前記負荷機構は、前記支持部材の前記回転軸支持部と前記軸線方向において同一の位置に設けられたばね部材と、前記回転部材に設けられ、前記回転部材が前記トルク検出方向へ回転することにより前記ばね部材を押して前記ばね力を受ける押圧部材とを有しているものである。

本発明は、前記トルク検出器において、前記ばね部材は、前記支持部材を前記回転軸の回転方向において一定の間隔で複数に分割する位置にそれぞれ設けられていてもよい。

本発明は、前記トルク検出器において、前記ばね部材が前記押圧部材を押す方向は、前記ばね部材のばね力を前記回転部材の回転中心に向かう径方向の分力と、この径方向とは直交する接線方向の分力とに分けた場合、全ての前記ばね部材が前記押圧部材を押すことによって、前記径方向の分力が相殺され、接線方向の分力のみが前記押圧部材に作用する方向であってもよい。

本発明は、前記トルク検出器において、前記ばね部材は、圧縮コイルばねによって形成されているとともに、前記支持部材に形成された穴の中に収容され、前記支持部材は、前記ばね部材の圧縮量を変える調整機構を備えていてもよい。

本発明は、前記トルク検出器において、前記検出手段は、永久磁石と、この永久磁石の磁場を検出する磁気センサーとを有し、前記支持部材における前記回転部材と近接する端部と、前記回転部材における前記支持部材と近接する端部とのうちいずれか一方の端部に前記永久磁石が設けられるとともに、他方の端部に前記磁気センサーが設けられていてもよい。

本発明は、前記トルク検出器において、前記支持部材における前記回転部材と近接する端部と、前記回転部材における前記支持部材と近接する端部とのうちいずれか一方の端部には、前記回転軸と同一軸線上に位置して前記回転軸の軸線方向に向けて開口する環状溝が形成されているとともに、他方の端部には、前記環状溝の中に挿入されて前記環状溝と協働してラビリンスシールを構成する環状の突条が形成されていてもよい。

本発明は、前記トルク検出器において、前記回転部材は、電磁パウダブレーキのフィールドコアであり、前記回転軸には、前記電磁パウダブレーキのロータが固定されていてもよい。

本発明によれば、支持部材の回転軸支持部と軸線方向の同一位置に負荷機構のばね部材が設けられているから、回転軸支持部とばね部材とが回転軸の軸線方向に並ぶ場合と較べて軸線方向に小型化することができる。また、回転軸支持部の径方向の外側であって回転軸支持部の近傍にばね部材を配置できるから、この径方向についても小型化することができる。
したがって、本発明によれば、小型で軽量なトルク検出器を提供することができる。

トルクセンサー付電磁パウダブレーキの側面図である。 制御系の構成を示すブロック図である。 トルクセンサー付電磁パウダブレーキの背面図である。 図３におけるIV-IV線断面図である。 ブレーキ部のセンサー部側端面の一部を示す背面図である。 センサー部のブレーキ部側端面を示す正面図である。 図３におけるセンサー部のVII-VII線断面図である。 図６におけるセンサー部のVIII-VIII線断面図である。 ストッパーピンが通された状態の第１のばね受け部材を軸線方向から見た正面図である。 第１のばね受け部材の斜視図である。 固定ベースの背面図である。 ばね力が作用する方向を示した模式図である。

以下、本発明に係るトルク検出器の一実施の形態を図１〜図１２を参照して詳細に説明する。この実施の形態においては、本発明に係るトルク検出器をトルクセンサー付電磁パウダブレーキに組み込む場合の一例を説明する。

＜トルクセンサー付電磁パウダブレーキの概略の説明＞
図１に示すトルクセンサー付電磁パウダブレーキ１は、図１において左右方向に延びる回転軸２と、この回転軸２の一端部に設けられた相対的に大きいブレーキ部３と、このブレーキ部３と隣り合うセンサー部４などを備えている。このトルクセンサー付き電磁パウダブレーキ１は、センサー部４を取付フランジ５に固定した状態で使用される。この固定は、３本の固定用ボルト６を使用して行われる。これらの固定用ボルト６は、図１中には１本しか描かれていないが、それぞれ取付フランジ５を貫通し、センサー部４の主構成部材である固定ベース１１に螺着されている。

固定ベース１１は、詳細は後述するが、円筒状に形成されており、回転軸２を第１および第２の軸受１２，１３によって回転自在に支持する回転軸支持部１４を有している。
回転軸２は、固定ベース１１からブレーキ部３とは反対方向に突出している。この回転軸２の突出部分には、図示していない被制動部材が取付けられている。回転軸２は、この被制動部材と一体に回転する。被制動部材と上述した取付フランジ５は、図示していない装置の一部である。この実施の形態による回転軸２は、図３中に矢印Ｒで示すように、一方向（図３においては時計方向）のみに回転する。以下においては、この回転軸２の回転方向を「トルク検出方向」という。

ブレーキ部３は、電磁パウダブレーキによって構成されており、図２に示すように、電源線１５を介して後述する制御装置１６に接続されている。一方、センサー部４は、リード線１７によってセンサーアンプ１８に接続され、このセンサーアンプ１８を介して制御装置１６に接続されている。センサーアンプ１８と制御装置１６とは、電源線１９と信号線２０とによって接続されている。センサー部４は、詳細は後述するが、電磁パウダブレーキのブレーキトルクを検出し、検出信号としてセンサーアンプ１８に送出する。センサーアンプ１８は、この検出信号を増幅して制御装置１６に送る。制御装置１６は、センサー部４によって検出されたブレーキトルクが目標値と一致するように、ブレーキ部３に供給する電力を制御する。

＜ブレーキ部の詳細な説明＞
ブレーキ部３は、図３および図４に示すように、円柱状を呈するフィールドコア２１と、このフィールドコア２１の内部に収容された電磁コイル２２およびロータ２３などを有している。この実施の形態によるフィールドコア２１は、後述する複数の部材を組み合わせて形成されている。フィールドコア２１におけるセンサー部４に近接する一端は、円環状の可動ベース２４によって形成されており、他端は、円環状の円板２５によって形成されている。これらの可動ベース２４と円板２５は、非磁性材によって形成されている。

可動ベース２４の内周部には第３の軸受２６が嵌合し、円板２５の内周部には第４の軸受２７が嵌合している。可動ベース２４と円板２５は、これらの第３および第４の軸受２６，２７によって回転軸２に回転自在に支持されている。第３の軸受２６と第２の軸受１３との間には、可動ベース２４と固定ベース１１との間隔を規定するカラー２８が介装されている。

可動ベース２４には、後述する負荷機構３１の一部を構成する複数のストッパーピン３２が立設されている。これらのストッパーピン３２は、丸棒状に形成されており、可動ベース２４のピン孔３３に圧入されて回転軸２の軸線Ｃと平行に可動ベース２４からセンサー部４側に突出している。ピン孔３３およびストッパーピン３２は、図５に示すように、可動ベース２４を周方向に３等分する位置にそれぞれ設けられている。負荷機構３１は、詳細は後述するが、電磁パウダブレーキが制動状態になったときに可動ベース２４が固定ベース１１に対してトルク検出方向へブレーキトルクに応じた回転角だけ回転するように、可動ベース２４にトルク検出方向とは反対方向へばね力を付与する。

可動ベース２４におけるセンサー部４と対向する端面には、図５に示すように、環状溝３４と凹部３５とが形成されている。環状溝３４は、センサー部４に向けて開口する形状で、後述するセンサー部４の外周縁部と対向する位置に形成されている。この環状溝３４は、可動ベース２４と同一軸線上に位置付けられている。
凹部３５は、環状溝３４より径方向の内側に形成されている。この凹部３５の開口形状は、扇状である。凹部３５の底には、永久磁石３６が固定されている。この永久磁石３６は、後述する検出手段３７の一部を構成するものである。

円板２５と可動ベース２４との間には、図４に示すように、第１のリング４１と第２のリング４２とが回転軸２の軸線方向に並ぶ状態で介装されている。第１および第２のリング４１，４２は、それぞれ磁性材によって形成されている。第１のリング４１は、可動ベース２４を貫通する複数の取付用ボルト４３によって可動ベース２４に取付けられている。第２のリング４２は、円板２５を貫通する複数の取付用ボルト４４によって円板２５に取付けられている。

また、第１のリング４１と第２のリング４２とは、上述した取付用ボルト４３，４４より径方向の外側に位置する締結用ボルト４５によって互いに締結されている。第１のリング４１と第２のリング４２とにおける径方向の中央部であって、互いに対向する端部には、それぞれ環状溝４６，４７が形成されている。これらの環状溝４６，４７の中には、環状に形成された電磁コイル２２が挿入されている。制御装置１６からブレーキ部３に延びる電源線１５は、この電磁コイル２２に接続されている。

第１のリング４１と第２のリング４２の内周部どうしの間には、非磁性材からなる第３のリング４８が介装されている。
第１〜第３のリング４１，４２，４８の中空部内には、ロータ２３と、このロータ２３の両側に位置する第１および第２の支持板５１，５２とが収容されているとともに、磁性粉体５３が封入されている。

ロータ２３は、磁性材によって円板状に形成されて軸心部に回転軸２が貫通しており、この回転軸２に固定されている。ロータ２３の外周部には、第１〜第３のリング４１，４２，４８の内周面と対向するトルク伝達部２３ａが設けられている。
第１および第２の支持板５１，５２は、それぞれ非磁性材によって円環板状に形成されている。第１および第２の支持板５１，５２は、内周部に上述した第３および第４の軸受２６，２７が嵌合し、これらの軸受を介して回転軸２に回転自在に支持されている。

このため、フィールドコア２１は、第３および第４の軸受２６，２７によって回転軸２に回転自在に支持されているとともに、回転軸２とセンサー部４側の第１および第２の軸受１２，１３とを介してセンサー部４の固定ベース１１に回転自在に支持されることになる。この実施の形態においては、フィールドコア２１が本発明でいう「回転部材」に相当し、固定ベース１１が本発明でいう「支持部材」に相当する。

第１および第２の支持板５１，５２の内周部における第３および第４の軸受２６，２７よりロータ２３側には、回転軸２との間をシールするシール部材５４がそれぞれ設けられている。
第１の支持板５１の外周部は、可動ベース２４と第１のリング４１とに挟まれて保持されている。第２の支持板５２の外周部は、円板２５と第２のリング４２とに挟まれて保持されている。

このように構成されたブレーキ部３においては、電磁コイル２２が通電されていない状態では回転軸２と一体に回転するロータ２３からフィールドコア２１に回転が伝達されることはなく、非制動状態となる。電磁コイル２２が通電されて励磁すると、磁束Φ（図４参照）がフィールドコア２１の第１および第２のリング４１，４２とロータ２３とを通るようになって磁性粉体５３が第１〜第３のリング４１，４２，４８とロータ２３との間に集まり、この磁性粉体５３を介してロータ２３の回転がフィールドコア２１に伝達されるようになる。このとき、フィールドコア２１は、後述する負荷機構３１によって許容される回転角だけセンサー部４に対して変位する。フィールドコア２１の回転が負荷機構３１により規制されることによって、ロータ２３にブレーキトルクが付与され、ロータ２３と回転軸２および被制動部材とが制動される。

＜センサー部の詳細な説明＞
センサー部４は、上述したブレーキ部３の可動ベース２４と協働して本発明でいうトルク検出器６１を構成するもので、円筒状に形成された固定ベース１１と、この固定ベース１１に設けられた負荷機構３１および検出手段３７などを備えている。
固定ベース１１は、上述したように３本の固定用ボルト６によって取付フランジ５に固定されており、第１および第２の軸受１２，１３によって回転軸２を回転自在に支持している。

固定用ボルト６は、固定ベース１１に設けられたねじ孔６２（図３参照）に螺着されている。ねじ孔６２は、固定ベース１１を周方向に３等分する位置にそれぞれ設けられている。
固定ベース１１の軸心部であって可動ベース２４とは反対側の端部には、円筒状のボス６３が突設されている。このボス６３は、図１に示すように、取付フランジ５の貫通穴５ａに嵌合している。

＜負荷機構の構成＞
固定ベース１１における回転軸支持部１４より径方向の外側であって、回転軸２の回転方向に３等分される位置には、図３に示すように、負荷機構３１がそれぞれ設けられている。すなわち、この実施の形態によるセンサー部４は、３組の負荷機構３１を備えている。これらの負荷機構３１の構成部品は、図７に示すように、固定ベース１１を軸線方向（図７においては左右方向）に貫通する３つのピン挿入穴６４と、固定ベース１１を軸線方向とは直交する方向（図７においては上下方向）に貫通するばね挿入穴６５とに収容されている。ピン挿入穴６４とばね挿入穴６５とは、固定ベース１１内で交差し、互いに連通している。

ピン挿入穴６４の穴径は、ストッパーピン３２の外径より大きい。このピン挿入穴６４は、３本あるストッパーピン３２と対応する位置にそれぞれ形成されており、固定ベース１１と可動ベース２４とが組み合わせられた状態でストッパーピン３２が挿入される。ストッパーピン３２は、可動ベース２４が固定ベース１１に対して変位することにより、ピン挿入穴６４の穴壁面に当接するまでピン挿入穴６４の中で移動可能である。

ストッパーピン３２の先端部には、第１のばね受け部材６６が装着されている。この第１のばね受け部材６６は、図９および図１０に示すように、ストッパーピン３２の長手方向とは直交する方向に延びる円柱状に形成されている。
この第１のばね受け部材６６の軸線方向の中央部には、第１のばね受け部材６６を径方向に貫通する貫通孔６７が穿設されている。この貫通孔６７には、ストッパーピン３２が回転自在に嵌合する。また、第１のばね受け部材６６の軸線方向の一端部には、円形の凹部からなるばね座６８が形成されている。

ばね挿入穴６５は、図１１に示すように、それぞれ一端側に位置する大径穴６５ａと、他端側に位置するねじ孔６５ｂと、これらの大径穴６５ａとねじ孔６５ｂとの間に位置する小径穴６５ｃとによって構成されており、大径穴６５ａがピン挿入穴６４と交差するように形成されている。ねじ孔６５ｂは、大径穴６５ａよりトルク検出方向（図１１においては時計方向）の先方に位置している。

また、ばね挿入穴６５は、固定ベース１１の軸線方向から見て内周縁１１ａと外周縁１１ｂとの間で固定ベース１１の軸線とは直交する方向（図１１の紙面に沿う方向）に延びている。ばね挿入穴６５の延びる方向は、図１１に示すように、固定ベース１１の軸線方向から見て、３つのばね挿入穴６５の中心線Ｌ１〜Ｌ３によって正三角形が形成されるような方向である。

大径穴６５ａの穴径は、第１のばね受け部材６６の外径より大きい。第１のばね受け部材６６は、ばね座６８がねじ孔６５ｂと対向する状態でストッパーピン３２に装着され、大径穴６５ａの中に収容されている。
ねじ孔６５ｂには、図７に示すように、ばね力調整用のボルト６９が螺合している。
小径穴６５ｃには、円板状に形成された第２のばね受け部材７０が移動自在に嵌合している。この第２のばね受け部材７０と上述した第１のばね受け部材６６のばね座６８との間には、負荷機構３１の一部を構成するばね部材７１が挿入されている。このばね部材７１は、圧縮コイルばねからなり、第１および第２のばね受け部材６６，７０をこれら両部材の間隔が拡がる方向に付勢している。ばね部材７１の外径は、第１のばね受け部材６６のばね座６８の穴径および第２のばね受け部材７０の外径より小さい。

このばね部材７１のばね力は、第１のばね受け部材６６を介してストッパーピン３２および可動ベース２４に伝達される。このため、ブレーキ部３の可動ベース２４は、トルク検出方向とは反対方向にこのばね部材７１によって押される。言い換えれば、可動ベース２４がトルク検出方向へ回転することにより、ストッパーピン３２が第１のばね受け部材６６を介してばね部材７１を押し、ばね力を受けることになる。ばね力は、ばね力調整用のボルト６９を締め込んだり緩めたりすることにより増減可能である。この実施の形態においては、ばね力調整用のボルト６９と、このボルト６９が螺合するねじ孔６５ｂとが本発明でいう「ばね部材の圧縮量を変える調整機構」に相当する。

この実施の形態による負荷機構３１は、ばね部材７１と、このばね部材７１と接する第１および第２のばね受け部材６６，７０と、第１のばね受け部材６６を支持するストッパーピン３２と、第２のばね受け部材７０に接するばね力調整用のボルト６９と、これらの部材を収容するピン挿入穴６４およびばね挿入穴６５を有する固定ベース１１などによって構成されている。この実施の形態においては、ストッパーピン３２が本発明でいう「押圧部材」に相当する。
この負荷機構３１のばね部材７１は、図３に示すように、固定ベース１１を回転軸２の回転方向において３等分する位置であって、図４に示すように、固定ベース１１の回転軸支持部１４と軸線方向（図３においては左右方向）において同一の位置に配置されている。

また、この実施の形態による負荷機構３１は、ばね部材７１のばね力でストッパーピン３２が押されたときに、可動ベース２４に回転モーメントのみが作用するように構成されている。ここで、ストッパーピン３２がばね部材７１によって押されたときに可動ベース２４に作用する力を図１２によって詳細に説明する。
ばね部材７１がストッパーピン３２を押すばね力は、図１２中に符号Ｆ１で示すように、ばね挿入穴６５の長手方向と平行に作用する。

このばね力Ｆ１は、固定ベース１１の径方向の分力Ｆ２と、この径方向とは直交する接線方向の分力Ｆ３とに分けることができる。各負荷機構３１で生じる径方向の分力Ｆ２は、全ての負荷機構３１においてばね部材７１がストッパーピン３２を押すことにより、互いに相殺される。
このため、各負荷機構３１において、実質的に接線方向の分力Ｆ３のみがストッパーピン３２に作用する。

＜検出手段の構成＞
検出手段３７は、図４に示すように、可動ベース２４における固定ベース１１と近接する端部に設けられた永久磁石３６と、固定ベース１１における可動ベース２４と近接する端部に設けられた磁気センサー８１とを備えている。
磁気センサー８１は、永久磁石３６の磁場を検出するものである。この実施の形態による磁気センサー８１は、ホールＩＣによって構成されており、トルク検出方向に回転する可動ベース２４の回転角に応じた検出値を検出信号として出力する。検出信号は、リード線１７を介して上述したセンサーアンプ１８に送られる。

この磁気センサー８１は、図６に示すように、基板８２に実装され、この基板８２を介して固定ベース１１の端部に取付けられている。基板８２は、固定ベース１１の端部に取付用ボルト８３によって取付けられている。磁気センサー８１は、図４に示すように、基板８２を介して固定ベース１１に取付けられた状態で可動ベース２４の凹部３５の中に臨んでいる。この凹部３５は、可動ベース２４が固定ベース１１に対して変位したときに磁気センサー８１や取付用ボルト８３が可動ベース２４に接触することがないように、可動ベース２４の回転方向に幅広く形成されている。

磁気センサー８１のリード線１７は、図８に示すように、固定ベース１１の凹部８４内を通されて固定ベース１１の外周面から導出されている。凹部８４内に位置するリード線１７は、ケーブルクランプ８５によって固定ベース１１に固定されている。このため、リード線１７は、可動ベース２４に接触することがないように固定ベース１１に保持されている。

＜ラビリンスシールの説明＞
この実施の形態によるブレーキ部３とセンサー部４との境界部分には、ラビリンスシール８６（図４参照）が設けられている。このラビリンスシール８６は、可動ベース２４の上述した環状溝３４と、この環状溝３４の中に挿入された固定ベース１１側の突条８７とによって構成されている。
突条８７は、固定ベース１１における可動ベース２４と近接する端部であって固定ベース１１の外周縁部に、可動ベース２４に向けて突出する状態で固定ベース１１の全周にわたって延びるように環状に形成されている。この突条８７は、図６に示すように、固定ベース１１と同一軸線上に設けられている。
この環状溝３４と突条８７とからなるラビリンスシール８６は、固定ベース１１の外周縁部と可動ベース２４との接続部分から大気中の塵埃がトルク検出器６１内に入ることを防ぐ。

＜トルク検出器の動作の説明＞
この実施の形態によるトルクセンサー付電磁パウダブレーキ１は、電磁コイル２２が通電されていない状態では非制動状態になる。この非制動状態では、ロータ２３に制動トルクが加えられることはなく、回転軸２とともに被制動部材が制動されることなく回転する。
電磁コイル２２が通電されると、フィールドコア２１とロータ２３とに磁束Φが通り、磁性粉体５３がフィールドコア２１とロータ２３との間に集まる。そして、ロータ２３の回転が磁性粉体５３を介してフィールドコア２１に伝達されるようになる。

フィールドコア２１は、ストッパーピン３２とばね部材７１とを含む負荷機構３１を介して固定ベース１１に接続されている。このため、ロータ２３からフィールドコア２１に加えられた回転トルクは、負荷機構３１を介して固定ベース１１に伝達され、固定ベース１１によって受けられる。フィールドコア２１の回転が規制されることによって、ロータ２３にブレーキトルクが加わり、回転軸２および被制動部材が制動される。

この制動状態において、フィールドコア２１は、ロータ２３から加えられた回転トルクで回転軸２の回転方向、すなわちトルク検出方向に押される。このとき、フィールドコア２１の可動ベース２４は、負荷機構３１のばね部材７１が圧縮されることに起因して固定ベース１１に対して僅かな回転角だけ回り、回転トルクがばね力で相殺されるようになったときに停止する。

このように可動ベース２４が固定ベース１１に対して回ることにより、永久磁石３６が磁気センサー８１に対して変位し、磁気センサー８１（検出手段３７）が回転角に応じた検出値を出力する。この検出値は、センサーアンプ１８で増幅され、検出信号として制御装置１６に送られる。この検出信号を受けた制御装置１６は、検出値に基づいてブレーキトルク（現在の回転軸２の回転トルク）を演算によって求め、このブレーキトルクが予め定めた目標値と一致するように、電磁コイル２２に供給する電力を制御する。ブレーキトルクの目標値は、一定とすることができるし、人為的あるいは自動的に変更することも可能である。

＜実施の形態による効果の説明＞
この実施の形態によるトルク検出器６１は、固定ベース１１の回転軸支持部１４と軸線方向の同一位置に負荷機構３１のばね部材７１が設けられている。このため、回転軸支持部１４とばね部材７１とが回転軸２の軸線方向に並ぶ場合と較べると、軸線方向に小型化することができる。また、回転軸支持部１４より固定ベース１１の径方向の外側であって、回転軸支持部１４の近傍にばね部材７１を配置できるから、この径方向についても小型化することができる。
したがって、この実施の形態によれば、小型で軽量なトルク検出器を提供することができる。
また、このトルク検出器６１は、センサー部４とブレーキ部３とが回転軸２を介して接続された構造であるために、支持台（図示せず）や支持用ブラケット（図示せず）などの部品を使うことなく一つの組立体として構成することができる。このため、製造コストを低く抑えることが可能である。

この実施の形態によるばね部材７１は、固定ベース１１を回転軸２の回転方向において一定の間隔で複数（３箇所）に分割する位置にそれぞれ設けられている。
このため、可動ベース２４の回転力が複数のばね部材７１に均等に分散するから、小型、軽量であるにもかかわらず、大きなトルクを検出することが可能なトルク検出器を提供することができる。
この実施の形態においては、可動ベース２４が大きく移動したときにストッパーピン３２がピン挿入穴６４の穴壁に当接し、それ以上の可動ベース２４の移動を規制する。このため、このトルク検出器６１は、過負荷耐久性が高く、堅牢なものとなる。

この実施の形態によるばね部材７１がストッパーピン３２を押す方向は、ばね部材７１のばね力Ｆ１を回転部材の回転中心に向かう径方向の分力Ｆ２と、この径方向とは直交する接線方向の分力Ｆ３とに分けた場合、全てのばね部材７１がストッパーピン３２を押すことによって、径方向の分力Ｆ２が相殺され、接線方向の分力Ｆ３のみがストッパーピン３２に作用する方向である。

このため、ばね部材７１のばね力で可動ベース２４が径方向に押されることがなく、可動ベース２４が固定ベース１１に対して回転するときの摩擦抵抗が回転角とは無関係に略一定になる。したがって、フィールドコア２１を回転自在に支持する部分（第３および第４の軸受２６，２７）の耐久性が高くなるとともに、検出手段３７によって可動ベース２４の回転角を精度良く検出することが可能になる。

この実施の形態によるばね部材７１は、圧縮コイルばねによって形成されているとともに、固定ベース１１に形成されたばね挿入穴６５の中に収容されている。固定ベース１１は、ばね部材７１の圧縮量を変えるばね力調整用のボルト６９を備えている。
この実施の形態によれば、ばね部材７１を固定ベース１１によって保持することができるから、専らばね部材７１を保持するための部品が不要である。また、ばね力調整用のボルト６９を締め込んだり緩めたりすることによって、ばね部材７１のばね力を調整可能であるから、既製品の圧縮コイルばねを使用して所望のばね力を得ることができる。
このため、可動ベース２４の回転をばね部材７１で規制する構成を安価に実現できるから、さらに製造コストが低いトルク検出器を提供することができる。

この実施の形態による検出手段３７は、永久磁石３６と、この永久磁石３６の磁場を検出する磁気センサー８１とを有している。この実施の形態においては、固定ベース１１における可動ベース２４と近接する端部に磁気センサー８１が設けられ、可動ベース２４における固定ベース１１と近接する端部に永久磁石３６が設けられている。
このため、固定ベース１１に対する可動ベース２４の回転を検出手段３７によって直接検出することができるから、検出精度が高いトルク検出器を提供することができる。

この実施の形態による可動ベース２４における固定ベース１１と近接する端部には、回転軸２と同一軸線上に位置して回転軸２の軸線方向に向けて開口する環状溝３４が形成されている。また、固定ベース１１における可動ベース２４と近接する端部には、上述した環状溝３４の中に挿入されてこの環状溝３４と協働してラビリンスシール８６を構成する環状の突条８７が形成されている。
このラビリンスシール８６より径方向の内側に検出手段３７や負荷機構３１が設けられているから、検出手段３７や負荷機構３１に大気中の塵埃が入り難くなる。このため、高い検出精度を長期にわたって維持することが可能なトルク検出器を提供することができる。

この実施の形態による可動ベース２４は、電磁パウダブレーキのフィールドコア２１の一部である。また、回転軸２には、電磁パウダブレーキのロータ２３が固定されている。
このため、この実施の形態によれば、電磁パウダーブレーキとトルク検出器６１とをコンパクトに一体化できるから、被制動部材を有する装置の簡易化や小型化を図ることができる。

この実施の形態による負荷機構３１は、ばね部材７１と接する第１および第２のばね受け部材６６，７０を有している。ばね部材７１は、圧縮コイルばねであるから、圧縮、伸張することにより捻れる。このように捻れるときは、ばね部材７１の両端が第１および第２のばね受け部材６６，７０に接触しながら滑るようになる。このため、ばね部材７１が圧縮、伸張するときの捻れ動作が円滑に行われるから、ばね力が再現性よく発生する。すなわち、トルク検出器６１の検出結果の信頼性が高くなる。また、ばね部材７１と接触する部分の摩耗が抑えられるようになるから、耐久性が高くなる。

上述した実施の形態においては、検出手段３７の永久磁石３６が可動ベース２４（回転部材）に取付けられ、磁気センサー８１が固定ベース１１（支持部材）に取付けられている。しかし、本発明に係るトルク検出器は、永久磁石３６が固定ベース１１に取付けられ、磁気センサー８１が可動ベース２４に取付けられていてもよい。

上述した実施の形態によるトルク検出器６１は、３組の負荷機構３１を備えている。しかし、本発明に係るトルク検出器６１に用いる負荷機構３１は、１組だけでもよいし、４組以上でもよい。
上述した実施の形態によるトルク検出器６１のラビリンスシール８６は、可動ベース２４（回転部材）に形成された環状溝３４と、固定ベース１１（支持部材）に設けられた突条８７とによって構成されている。しかし、本発明に係るトルク検出器においては、環状溝３４が固定ベース１１に設けられ、突条８７が可動ベース２４に設けられていてもよい。

上述した実施の形態によるトルク検出器６１は、負荷機構３１のばね部材７１として圧縮コイルばねを使用している。しかし、本発明に係るトルク検出器は、図示してはいないが、皿ばねやゴムなどの弾性体を負荷機構３１のばね部材として構成することができる。

上述した実施の形態によるトルク検出器６１は、可動ベース２４（回転部材）が電磁パウダブレーキのフィールドコア２１によって構成されている。しかし、本発明に係るトルク検出器は、図示してはいないが、モータのステータを回転部材として構成したり、モータのステータに回転部材を取付けて構成することができる。この構成を採る場合は、トルク検出器によってモータの駆動トルクを検出することができる。

１…トルクセンサー付電磁パウダブレーキ、２…回転軸、１１…固定ベース（支持部材）、１４…回転軸支持部、２１…フィールドコア、２３…ロータ、２４…可動ベース（回転部材）、３１…負荷機構、３２…ストッパーピン（押圧部材）、３４…環状溝、３６…永久磁石、３７…検出手段、６５…ばね挿入穴、６５ｂ…ねじ孔、６９…ばね力調整用のボルト（調整機構）、７１…ばね部材、８１…磁気センサー、８６…ラビリンスシール、８７…突条、Ｆ１…ばね力、Ｆ２…径方向の分力、Ｆ３…接線方向の分力。

Claims (6)

1. 回転軸を回転自在に支持する回転軸支持部を有する支持部材と、
   前記支持部材と前記回転軸の軸線方向に隣り合う位置に配置され、前記回転軸を介して前記支持部材に回転自在に支持された回転部材と、
   前記回転部材に予め定めたトルク検出方向とは反対方向へばね力を付与する負荷機構と、
   前記トルク検出方向に回転する前記回転部材の回転角に応じた検出値を出力する検出手段とを備え、
   前記負荷機構は、
   前記支持部材の前記回転軸支持部と前記軸線方向において同一の位置に設けられたばね部材と、
   前記回転部材に設けられ、前記回転部材が前記トルク検出方向へ回転することにより前記ばね部材を押して前記ばね力を受ける押圧部材とを有し、
   前記ばね部材は、圧縮コイルばねによって形成されているとともに、前記支持部材に形成された穴の中に収容され、
   前記支持部材は、前記ばね部材の圧縮量を変える調整機構を備えていることを特徴とするトルク検出器。
2. 請求項１記載のトルク検出器において、
   前記ばね部材は、前記支持部材を前記回転軸の回転方向において一定の間隔で複数に分割する位置にそれぞれ設けられていることを特徴とするトルク検出器。
3. 請求項２記載のトルク検出器において、
   前記ばね部材が前記押圧部材を押す方向は、
   前記ばね部材のばね力を前記回転部材の回転中心に向かう径方向の分力と、この径方向とは直交する接線方向の分力とに分けた場合、全ての前記ばね部材が前記押圧部材を押すことによって、前記径方向の分力が相殺され、接線方向の分力のみが前記押圧部材に作用する方向であることを特徴とするトルク検出器。
4. 請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載のトルク検出器において、
   前記検出手段は、永久磁石と、この永久磁石の磁場を検出する磁気センサーとを有し、
   前記支持部材における前記回転部材と近接する端部と、前記回転部材における前記支持部材と近接する端部とのうちいずれか一方の端部に前記永久磁石が設けられるとともに、他方の端部に前記磁気センサーが設けられていることを特徴とするトルク検出器。
5. 請求項１ないし請求項４のうちいずれか一つに記載のトルク検出器において、
   前記支持部材における前記回転部材と近接する端部と、前記回転部材における前記支持部材と近接する端部とのうちいずれか一方の端部には、前記回転軸と同一軸線上に位置して前記回転軸の軸線方向に向けて開口する環状溝が形成されているとともに、他方の端部には、前記環状溝の中に挿入されて前記環状溝と協働してラビリンスシールを構成する環状の突条が形成されていることを特徴とするトルク検出器。
6. 請求項１ないし請求項５のうちいずれか一つに記載のトルク検出器において、
   前記回転部材は、電磁パウダブレーキのフィールドコアであり、
   前記回転軸には、前記電磁パウダブレーキのロータが固定されていることを特徴とするトルク検出器。

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