JPH04230817A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトルク検出装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来のトルク検出装置としては、光電式
のものが知られており、その装置は、トルク伝達軸の軸
方向２個所に一対のスリット円板を取り付け、両スリッ
ト円板を間にして光源と、受光素子とを対向配置して構
成されている。

【０００３】この装置では、トルク伝達軸にねじれが生
じると、そのねじれ量に応じて、両スリット円板の間に
回転方向の偏位が生じ、スリットどうしの重合面積が変
わる。その結果、光源から受光素子に入射する光量が変
化し、受光素子の出力が増減変化する。そして、受光素
子の出力の大きさによりトルク伝達軸のねじれ量が検出
される。この装置は、トルクを受光素子での受光量に変
換しており、光量方式と言える。

【０００４】これに対しては、やはり、スリット円板と
光源と受光素子とを用いているが、トルク伝達軸のねじ
れ量を位相差信号に変換する位相差方式のものがある。

【０００５】位相差方式の装置は、特公平１−５９５２
９号公報に記載されているように、受光素子への入射光
量が一定の周波数で変化するようにして、受光素子の出
力を周波数信号化し、この周波数信号に、トルク伝達軸
のねじれ量が位相差信号として含まれるようにしたもの
である。

【０００６】この位相差方式の装置は、スリットと発光
素子と受光素子との組を複数組設けて、各組の発光素子
では、その発光量を所定の周波数で変化させるようにし
、受光側では、各組の受光素子の出力を加算する。

【０００７】他の位相差方式としては、一対のスリット
円板の間に、チョッパとして２枚のスリット円板を設け
、これらのチョッパ用円板を所定の回転数で常時回転さ
せるようにし、これによって受光素子への入射光を一定
周波数で断続させている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た光量方式の装置では、スリットを通過する光の回折や
、発光面および受光面の形状のため、受光素子での受光
量は必ずしも両スリットの重合面積とは正比例せず、受
光素子の出力が正確にトルク伝達軸のねじれ量に対応し
ない、という問題がある。

【０００９】また、この装置では、発光素子の発光効率
が温度により変化して発光量に温度ドリフトが生じたよ
うな場合、その変動量がそのまま検出誤差となる、とい
う問題もある。

【００１０】これに対して、位相差方式では、トルクを
位相差信号に変換しているので、受光量が不測に変化し
てもその影響を受けず、その点では、正確にトルクを測
定することができるが、受光素子の出力を周波数信号化
するために、発光素子の発光量を周期的に変化させるた
めの発振器を設けたり、チョッパとなるスリット円板を
設けたりする必要があり、回路構成もしくは機構が複雑
化し大型化する、という問題がある。

【００１１】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであって、従来の光電式の装置とは原理的に異なる
方式を採用することにより、回路的にも機構的にも簡単
な構成で、トルクを正確に測定しうるようにすることを
課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
達成するために、トルク伝達軸と、このトルク伝達軸の
軸方向２個所に取り付けられた一対のスリット回転体と
、両スリット回転体の一方側に設けられた光源と、両ス
リット回転体の反対側で光源と対向する位置に設けられ
た半導体位置検出素子とを備え、両スリット回転体のス
リットが互いに交叉する向きに形成されているトルク検
出装置を構成した。

【００１３】

【作用】上記構成において、トルク伝達軸にねじれが生
じると、一対のスリット回転体が相対的に回転方向に偏
位し、両スリットの交叉個所がスリット列の幅方向に移
動する。この幅方向の移動により、トルク伝達軸のねじ
れ量がスリット交叉個所の移動量に変換される。そして
、このスリットの交叉個所の移動量は、半導体位置検出
素子で検出される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。

【００１５】（１）第１実施例 図１ないし図４は本発明の第１実施例に係り、図１はト
ルク検出装置の検出機構部の分解斜視図、図２は回路部
を含む装置全体の構成図、図３（Ａ）（Ｂ）は検出機構
部の一部であるスリット円板の説明図、図４は作用説明
図である。

【００１６】図１および図２に示すように、本実施例の
装置の検出機構部は、トルク伝達軸１と、一対のスリッ
ト回転体としてのスリット円板２，３と、発光ダイオー
ドのような発光素子４と、半導体位置検出素子（ＰＳＤ
）５とからなる。

【００１７】トルク伝達軸１は、被測定体が結合される
もので、中途部にねじれが生じやすいように小径部１ａ
がある。

【００１８】両スリット円板２，３は、同一半径位置に
同一ピッチで多数のスリット６，７が列設されたもので
、いずれもその内周基部が筒体８，８を介してトルク伝
達軸１に固着され、トルク伝達軸１の小径部１ａ上で互
いに近接対向している。これら両スリット円板２，３で
は、スリット６，７の向きに特徴があって、両スリット
６，７の向きは互いに異なっており、トルク伝達軸１の
軸方向から見ると、両スリット６，７が交叉するように
なっている。

【００１９】図１の例では、図３（Ａ）に拡大して示す
ように、発光素子４側のスリット円板２のスリット６が
半径方向ｒに一致した向きであるのに対して、半導体位
置検出素子５側のスリット７が、半径方向ｒに対して傾
斜角α１傾いた向きになっている。なお、両スリット６
，７は互いに交叉する向きであればよく、図３（Ｂ）に
示すように、両スリット６，７を半径方向ｒに対して互
いに反対側にそれぞれ傾斜角α２，α３傾けてもよい。

【００２０】発光素子４は、一方のスリット円板２のス
リット６に正対する位置に固定される。

【００２１】半導体位置検出素子５は、周知のように、
前面に受光面５ａを有し、この受光面５ａにスポット光
が入射すると、両端の各電極には、スポット光の入射位
置までの距離に逆比例した量の光電流が流れるものであ
る。この半導体位置検出素子５は、両スリット円板２，
３を間にして発光素子４に対向する位置に固定される。 この例では、受光面５ａが１方向にのみ長い１次元型で
、その長さ方向がスリット円板２，３の半径方向とほぼ
一致する向きに設けられている。

【００２２】次に、装置の回路部は、図２に示すように
、前記した発光素子４および半導体位置検出素子５のほ
かに、半導体位置検出素子５の両端の各電極から取り出
された光電流Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ電圧信号Ｖ１，Ｖ２
に変換する一対の電流／電圧変換器９，１０と、両電流
／電圧変換器９，１０の出力Ｖ１，Ｖ２を加算する加算
器１１と、両電流／電圧変換器９，１０の出力Ｖ１，Ｖ
２の差をとる減算器１２と、減算器１２の出力である差
信号（Ｖ２−Ｖ１）を平均化する第１フィルタ１３と、
加算器１１の加算出力（Ｖ１＋Ｖ２）を平均化する第２
フィルタ１４と、第２フィルタ１４の出力が一定となる
よう発光素子４の発光を制御する発光駆動回路１５とを
含んでいる。

【００２３】上記の構成において、まず、検出機構部の
作用を説明する。被測定体からの負荷でトルク伝達軸１
にねじれが生じると、一対のスリット円板２，３が相対
的に回転方向に偏位し、これによって、両スリット６，
７の交叉個所がスリット列の幅方向、すなわちスリット
円板２，３の半径方向に移動する。

【００２４】今、図４の（Ａ）に示すように、無負荷状
態で、両スリット６，７がその長さ方向の中央部分で交
叉しているとし、トルク伝達軸１に正回転方向の負荷が
かかることで、一方の前面側スリット６に対して他方の
裏面側スリット７が図面上で右方向に変位すると、両ス
リット６，７の交叉個所は下方に移動し、これに応じて
、交叉個所を通過するスポット光ｓが受光面５ａに入射
され、受光面５ａの下方に移動する。

【００２５】反対に、トルク伝達軸１に逆回転方向の負
荷がかかると、前面側スリット６に対して裏面側スリッ
ト７が左に変位し、両スリット６，７の交叉個所は上方
に移動し、スポット光ｓも上方に移動する（図４（ｃ）
参照）。

【００２６】このように、トルク伝達軸１のねじれ量は
、スリット６，７の交叉個所の半径方向移動量に変換さ
れ、この交叉個所の移動量は、交叉個所を通過する入射
光により、半導体位置検出素子５で検出される。

【００２７】半導体位置検出素子５では、両端の各電極
に、入射光の入射位置までの距離に逆比例した量の光電
流Ｉ１，Ｉ２が流れる。両端の各電極からの各光電流Ｉ
１，Ｉ２は、それぞれ電流／電圧変換器９，１０で電圧
信号Ｖ１，Ｖ２に変換され、これら両電圧信号Ｖ１，Ｖ
２は減算器１２に入力し、減算器１２で両電圧信号Ｖ１
，Ｖ２の減算がされ、その差信号（Ｖ２−Ｖ１）を平均
化した信号で、入射光の入射位置が検出される。

【００２８】なお、スリット６，７を通じてのスポット
光ｓは、トルク伝達軸１が回転している場合、半導体位
置検出素子５の受光面５ａを次から次に横切ることにな
り、それに応じて、半導体位置検出素子５の出力は変動
することになるが、減算器１２の出力側ではその出力が
第１フィルタ１３で平均化されるから、検出値は安定す
る。

【００２９】また、スポット光ｓの一部が半導体位置検
出素子５の受光面５ａから外れ、受光量が減少するよう
な場合は、発光駆動回路１５が発光素子４の発光量を増
やすように働くから、半導体位置検出素子５の出力変動
は抑制され、この点からも、検出値が安定する。

【００３０】さらに、発光素子４の発光効率が温度によ
り変化すると、通常は、発光素子４の発光量が増減する
のであるが、上記の構成では、半導体位置検出素子５の
全受光量に対応する加算器１１の出力を一定に保つよう
に発光駆動回路１５が働いて、発光素子４の駆動電流が
調整され、発光素子４の発光量は一定に保たれる。した
がって、温度ドリフトが生じない。

【００３１】（２）第２実施例（検出機構部）図５は、
検出機構部についての変形例を示す第２実施例の断面図
である。

【００３２】この例では、スリット回転体としてスリッ
ト円筒２０，３０を用いており、このスリット円筒２０
，３０は、円板部２０ａ，３０ａと筒体８，８とを介し
てトルク伝達軸１に固定されている。言うまでもなく、
スリット６０，７０は、各スリット円筒２０，３０の同
一軸方向位置に同一ピッチで多数形成されている。 発光素子４と半導体位置検出素子５とは、これらスリッ
ト６０，７０を間にして対向配置されるのであって、図
示例では、発光素子４を内径側に、半導体位置検出素子
５を外径側にそれぞれ配置している。

【００３３】この検出機構部では、トルク伝達軸１にね
じれが生じると、両スリット６０，７０の交叉個所は、
スリット列の幅方向、すなわち、軸方向に移動すること
になる。

【００３４】（３）第３実施例（回路部）図６は第３実
施例の回路構成図である。

【００３５】この例では、一方の電流／電圧変換器１０
の出力Ｖ２が第１フィルタ１３に入力され、その平均化
出力がトルク検出信号として取り出されるようになって
いる。他の回路構成は図１の実施例のものと同様である
。

【００３６】発光駆動回路１５により半導体位置検出素
子５の受光量が常に一定となるように制御されている場
合は、半導体位置検出素子５からの出力Ｖ１（あるいは
Ｖ２）のみを利用してこれをトルク検出信号として扱う
ことができる。すなわち、 となるからである。

【００３７】（４）第４実施例（回路部）図７は第４実
施例の回路構成図である。

【００３８】この例では、正規化回路１６を備え、この
正規化回路１６は、減算器１２の差信号（Ｖ２−Ｖ１）
を第１フィルタ１３を介して、また加算器１１の和信号
（Ｖ１＋Ｖ２）を第２フィルタ１４を介してそれぞれ入
力し、平均化差信号を平均化和信号で除して正規化する
ようになっており、正規化回路１６の出力がトルク検出
信号として取り出される。

【００３９】この場合、発光素子４の発光量を制御する
ための発光駆動回路１５は省略しうる。

【００４０】（５）第５実施例（検出機構部）図８（Ａ
）（Ｂ）は、検出機構部についての第５実施例の説明図
で、スリット６，７と半導体位置検出素子５との関係を
示している。

【００４１】図８（Ａ）に示すように、スリット６，７
のピッチｐが半導体位置検出素子５の受光面５ａの幅Ｗ
に対して広い場合は、スリット６，７の交叉個所を通過
するスポット光ｓが受光面５ａから外れることがあるが
、同図（Ｂ）に示すように、スリット６，７のピッチｐ
を、受光面５ａの幅Ｗより狭い値に設定しておくと、受
光面５ａには常にスポット光ｓが存在することになり、
半導体位置検出素子５の出力の変動を抑制することがで
きる。このように、半導体位置検出素子５の出力の変動
が小さいと、この変動を平滑化するための第１フィルタ
１３や第２フィルタ１４の省略（第４実施例の回路構成
参照）が可能になる。

【００４２】上記の各実施例において、第１および第２
フィルタ１３，１４に替えて、ピークホールド回路を用
いてもよい。

【００４３】また、前記各実施例では、１次元の半導体
位置検出素子５を用いたが、２次元のものも使用可能で
、その場合は、スリット６，７のピッチｐが図８（Ｂ）
と同じであっても、受光面５ａの幅Ｗの中に多数のスポ
ット光ｓが存在するようになり、更に半導体位置検出素
子５の出力の変動を抑制することができる。

【００４４】（６）第６実施例 半導体位置検出素子の出力変動を抑制するためには、さ
らに図９に示すように、スリット６，７の並列方向に沿
って発光素子と半導体位置検出素子とからなる組を複数
組配設してもよい。

【００４５】すなわち、図９は、本発明の第６実施例に
係る装置の構成図であって、この例では、スリット６，
７の並列方向（図では上下方向）に沿って２組の発光素
子４１，４２および半導体位置検出素子５１，５２が所
定の間隔Ｄで配置されている。これらの組の間の間隔Ｄ
は、スリット６，７のピッチｐの整数倍ｎｐとは異なる
値に設定され、常にいずれかの半導体位置検出素子５１
（５２）の受光面上にスポット光が入射するようにして
いる。そして、各半導体位置検出素子５１（５２）には
、それぞれ一対の電流／電圧変換器９１，１０１（９２
，１０２）と、減算器１２１（１２２）とが設けられ、
これら各組の減算器１２１，１２２の出力は、出力加算
器１７に入力し、この出力加算器１７の出力がトルク検
出信号として取り出される。また、すべての電流／電圧
変換器９１，９２，１０１，１０２の出力は、帰還側加
算器１８に入力し、この帰還側加算器１８の出力が全体
として常に一定になるよう、発光駆動回路１５により発
光素子４１，４２の発光が制御される。発光素子４１，
４２は発光駆動回路１５に直列に接続してもよいし、並
列に接続してもよい。

【００４６】この第６実施例のように、発光素子４と半
導体位置検出素子５の複数組を用いると、検出出力の変
動が少なくなるので、検出信号を平滑化するためのフィ
ルタ（第１フィルタ１３、第２フィルタ１４）は省略し
うる。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、従来の光電式トルク検出装置
とは原理的に異なる方式により、トルク伝達軸のねじれ
量をスリット交叉個所の移動量に変換し、その移動量を
半導体位置検出素子で検出するようにしたもので、受光
量の大きさに依らずにスポット光の移動によりトルクを
検出するから、正確な測定が可能である。

【００４８】また、位相差方式のように、受光出力を周
波数信号化するために、発振器やチョッパを設ける必要
がなく、回路構成や、機構部の構成を簡略化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る装置の検出機構部の
分解斜視図である。

【図２】上記実施例に係る装置全体の構成図である。

【図３】上記実施例のスリット円板の説明図である。

【図４】上記実施例の作用説明図である。

【図５】本発明の第２実施例に係る検出機構部の断面図
である。

【図６】本発明の第３実施例に係る回路部の回路構成図
である。

【図７】本発明の第４実施例に係る回路部の回路構成図
である。

【図８】本発明の第５実施例の説明図である。

【図９】本発明の第６実施例に係る装置の構成図である
。

【符号の説明】

１　　　　　　トルク伝達軸 ２，３　　スリット円板（スリット回転体）４　　　　
　　発光素子（光源） ５　　　　　　半導体位置検出素子 ６，７　　スリット １１　　　　加算器 １２　　　　減算器 １５　　　　発光駆動回路 １６　　　　正規化回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　トルク伝達軸（１）と、このトルク伝
   達軸（１）の軸方向２個所に取り付けられた一対のスリ
   ット回転体（２，３）と、両スリット回転体（２，３）
   の一方側に設けられた光源（４）と、両スリット回転体
   （２，３）の反対側で光源（４）と対向する位置に設け
   られた半導体位置検出素子（５）とを備え、両スリット
   回転体（２，３）のスリット（６，７）が互いに交叉す
   る向きに形成されている、ことを特徴とするトルク検出
   装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載のトルク検出装置であ
   って、半導体位置検出素子（５）の出力を加算する加算
   器（１１）と、この加算器（１１）の出力が一定になる
   ように光源（４）の発光を制御する発光駆動回路（１５
   ）とを有するトルク検出装置。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載のトルク検出装置であ
   って、半導体位置検出素子（５）の出力を加算する加算
   器（１１）と、半導体位置検出素子（５）の出力の差を
   とる減算器（１２）と、この減算器（１２）の出力を加
   算器（１１）の出力で除して正規化する正規化回路（１
   ６）とを有するトルク検出装置。
4. 【請求項４】　　請求項１、２または３に記載のトルク
   検出装置であって、両スリット回転体（２，３）のスリ
   ット（６，７）のピッチが、半導体位置検出素子（５）
   の受光幅より狭い値に設定されているトルク検出装置。
5. 【請求項５】　　請求項１、２、３または４に記載のト
   ルク検出装置であって、スリット（６，７）の並列方向
   に沿って光源（４）と半導体位置検出素子（５）とから
   なる組が複数組配設されているトルク検出装置。