JPH04340430A - 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、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
配置したものが知られている。

【０００３】このような装置では、トルク、すなわちト
ルク伝達軸のねじれ量が受光素子での受光量に変換され
たり、受光素子への入射光を一定の周波数で変化させる
ようにしたものでは、トルク伝達軸のねじれ量が位相差
信号に変換される。

【０００４】しかしながら、上記の装置では、光源の発
光量が温度により変化すると、その温度ドリフトが測定
結果に悪影響を及ぼす欠点があり、これに対して、温度
ドリフトの影響を排除しようとすれば、回路構成もしく
は機構が複雑化する、という問題がある。

【０００５】そこで、本件出願人は、既に平成２年５月
１５日に「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、
半導体位置検出素子（ＰＳＤ）とを対向配置し、両スリ
ット円板のスリットを互いに交叉する向きに形成したト
ルク検出装置」に関する発明を特願平２−１２４５９３
号として出願した。

【０００６】そのトルク検出装置の機構部の概略構成を
示すと、図３の通りである。

【０００７】同図において、３１はトルク伝達軸、３２
，３３はスリット円板、３４，３５はそのスリット、３
６は光源としての発光素子、３７は半導体位置検出素子
である。

【０００８】このトルク検出装置では、両スリット円板
３２，３３のスリット３４，３５の交叉個所を通過した
スポット光が半導体位置検出素子３７に入射する。トル
ク伝達軸３１にねじれが生じると、両スリット円板３２
，３３のスリット３４，３５が相対的に逆の回転方向に
偏位することで、スリット３４，３５の交叉個所が図４
の（Ａ）の状態から（Ｂ）もしくは（Ｃ）の状態へ径方
向に移動し、これに応じて、同図（Ｄ）に示すように、
スポット光が半導体位置検出素子３７上で移動する。要
するに、トルク伝達軸３１のねじれ量は、スリット３４
，３５の交叉個所を示すスポット光の径方向移動量に変
換される。このように、受光量によらずに、スポット光
の移動量によりトルクを検出するから、正確なトルク検
出が可能で、回路部も機構部も簡単な構成で済む。

【０００９】また、前記のトルク検出装置の回路部は、
図５に示す通りである。この回路部は、前記した発光素
子３６と半導体位置検出素子３７とを含むもので、半導
体位置検出素子３７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３８，３９と、両電流／電圧
変換器３８，３９の出力Ｖ１，Ｖ２の差をとる減算器４
０と、この減算器４０の出力を平滑化する出力段フィル
タ４１と、両電流／電圧変換器３８，３９の出力Ｖ１，
Ｖ２を加算する出力加算器４２と、この出力加算器４２
の出力を平滑化する帰還側フィルタ４３と、帰還側フィ
ルタ４３の出力が一定となるよう発光素子３６の発光を
制御する発光駆動回路４４とからなる。

【００１０】この回路構成では、発光素子３６の発光効
率が温度により変化した場合、発光駆動回路４４が、発
光素子３６の駆動電流を制御して、半導体位置検出素子
３７の全出力を一定に保つから、検出信号のレベル変動
が少なく、温度が変化しても、発光量変動による検出誤
差が生じない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スリット円
板３２，３３を備えたトルク検出装置では、スリット円
板３２，３３の中心孔の加工誤差や、スリット円板３２
，３３のトルク伝達軸３１への取付誤差等のために、ス
リット３４，３５がトルク伝達軸３１の軸芯に対して偏
心しやすく、このような偏心を皆無にすることは、実際
には極めて困難である。

【００１２】特に、一対のスリット３４，３５を互いに
交叉する向きに形成して、その交叉個所の移動量を検出
するようにした前記の装置では、スリット３４，３５が
偏心していると、スリット３４，３５の交叉個所が位相
角度により異なることになり、トルクの変動がなくても
、あたかもトルクが周期的に変動しているような検出結
果をもたらし、トルク検出装置としては好ましくない。

【００１３】本発明は、上記のような問題点に対処した
ものであって、スリットがトルク伝達軸に対して偏心し
ていても、正確なトルク検出を行えるようにすることを
課題とする。

【００１４】

【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、トルク伝達軸に取り
付けられ互いに交叉する向きのスリットを有する一対の
スリット円板と、両スリット円板の一方側に設けられた
光源と、両スリット円板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たトルク検出
装置であって、光源と半導体位置検出素子とからなる送
受光部が２組あって、スリット円板の直径方向２個所に
配設され、各組の送受光部には、半導体位置検出素子で
の入射光の位置を示す位置検出信号を出力する検出回路
がそれぞれ設けられ、両検出回路の後段に、各検出回路
からの位置検出信号を互いに加算する誤差相殺用の出力
加算器が接続されている構成とした。

【００１５】

【作用】上記構成において、光源と半導体位置検出素子
とからなる各送受光部では、スリット交叉個所の径方向
移動量が検出される。ここで、スリットがトルク伝達軸
に対して偏心している場合、各送受光部の検出信号には
、偏心による誤差分が含まれるが、一方の送受光部の検
出信号に、偏心による誤差分が加わっているとすると、
他方の送受光部の検出信号では、偏心による同量の誤差
分が差し引かれているはずである。これらの検出信号は
、対応する検出回路を通じて相殺用出力加算器に入力す
るから、該出力加算器で、偏心による誤差分は互いに加
算されて相殺される。したがって、偏心による誤差分を
含まないトルク検出信号が得られる。

【００１６】

【実施例】図１および図２は本発明の一実施例に係り、
図１はトルク検出装置全体の構成図、図２はスリット円
板の正面図である。

【００１７】図１に示すように、本実施例の装置の検出
機構部が、トルク伝達軸１と、一対のスリット円板２，
３と、光源としての発光素子４，５と、半導体位置検出
素子（ＰＳＤ）６，７とからなる点は、上記の先願に係
るトルク検出装置と同じである。

【００１８】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。

【００１９】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８，９が列設されたもので
、いずれもその内周基部が筒体１０，１０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、図２に示すように、両スリット８，９の向きが
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８，９が交叉するようになっている。

【００２０】本実施例の装置の検出機構部が先願に係る
トルク検出装置と異なる点は、発光素子４，５と半導体
位置検出素子６，７とからなる送受光部が第１と第２の
２組あって、２組の送受光部がスリット円板２，３の直
径方向２個所に配設されて、トルク伝達軸１に関して互
いに対称に位置していることである。

【００２１】各組の発光素子４，５は、一方のスリット
円板２のスリット８に正対する位置に固定されている。 また、各組の半導体位置検出素子６，７は、周知のよう
に、前面に受光面を有し、この受光面にスポット光が入
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。 各半導体位置検出素子６，７は、両スリット円板２，３
を間にして、対応する組の発光素子４，５に対向する位
置に固定されている。この例では、半導体位置検出素子
６，７は、受光面が一方向にのみ長い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、本実施例の装置の回路部は、第１お
よび第２の各送受光部にそれぞれ対応する第１および第
２の検出回路１１，１２と、これら両検出回路１１，１
２に縦続する回路とからなる。

【００２３】両検出回路１１，１２は、いずれも対応す
る半導体位置検出素子６，７での入射光の位置を示す検
出信号を出力するもので、互いに同一の回路構成である
。そこで、第１の検出回路１１について述べると、同検
出回路１１は、前記した発光素子４および半導体位置検
出素子６のほかに、半導体位置検出素子６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１３，
１４と、両電流／電圧変換器１３，１４の出力Ｖ１，Ｖ
２の差をとる減算器１５と、両電流／電圧変換器１３，
１４の出力Ｖ１，Ｖ２を加算する両端出力加算器１６と
、両端出力加算器１６の出力を平滑化する帰還側フィル
タ１７と、この帰還側フィルタ１７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１８とを
含んでいる。第２の検出回路１２も同様に、発光素子５
と、半導体位置検出素子７と、一対の電流／電圧変換器
１９，２０と、減算器２１と、両端出力加算器２２と、
帰還側フィルタ２３と、発光駆動回路２４とを含んでい
る。

【００２４】両検出回路１１，１２に縦続する回路は、
出力出力加算器２５と、出力フィルタ２６とからなる。 出力出力加算器２５は、第１および第２の各検出回路１
１，１２に含まれる２つの減算器１５，２１の出力を互
いに加算するものである。出力フィルタ２６は、出力出
力加算器２５の出力を平滑化して、その平滑化信号をト
ルク検出信号として出力する。

【００２５】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８，
９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。このようにして、ト
ルク伝達軸１のねじれ量は、スリット８，９の交叉個所
の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６
，７で検出される。

【００２６】各検出回路１１，１２、例えば第１の検出
回路１１では、半導体位置検出素子６の両端電極に、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光電流Ｉ１，Ｉ２
は、それぞれ電流／電圧変換器１３，１４で電圧信号Ｖ
１，Ｖ２に変換され、これら両電圧信号Ｖ１，Ｖ２は減
算器１５に入力し、減算器１５からは、両電圧信号Ｖ１
，Ｖ２の差信号（Ｖ２−Ｖ１）が出力される。この減算
器１５の出力は、対応する半導体位置検出素子６におけ
る入射光の位置を示すものであり、第１の送受光部での
スリット８，９の交叉個所の径方向位置を示すものでも
ある。

【００２７】同様の動作は第２の検出回路１２でもあり
、第２の送受光部の半導体位置検出素子７における入射
光の位置を示す信号が減算器２１から出力される。

【００２８】ここで、両スリット８，９がトルク伝達軸
１と正確に同心である場合は、両スリット８，９の交叉
個所は、どの位相角度でも同じであるが、両方もしくは
一方のスリット８，９がトルク伝達軸１に対して偏心し
ていると、両スリット８，９の交叉個所は位相角度によ
り異なり、各半導体位置検出素子６，７の検出信号には
、偏心による誤差分が含まれる。

【００２９】ところが、２組の送受光部は互いに１８０
°異なる角度位置にあるから、ある時点で、第１の送受
光部において、スリット８，９の偏心によりその交叉個
所が外径側にずれているとすると、第２の送受光部にお
いては、スリット８，９の交叉個所が内径側にずれ、第
１と第２の送受光部の間では、スリット８，９の交叉個
所のずれが正負逆になっているはずである。したがって
、第１の検出回路１１からの検出信号に、偏心による誤
差分が加わっている（＋α）とすると、第２の検出回路
１２の検出信号では、偏心による同量の誤差分が差し引
かれている（−α）ことになる。そして、これらの検出
信号は、相殺用出力加算器２５に入力して加算されるか
ら、該出力加算器２５で、偏心による誤差分が互いに相
殺され、出力フィルタ２６で平均化される。このように
して、出力フィルタ２６からは、偏心による誤差分を含
まないトルク検出信号が得られる。

【００３０】また、各発光素子４，５の発光効率が温度
により変化すると、通常は、発光素子４，５の発光量が
増減し、これに応じて半導体位置検出素子６，７の出力
レベルも変動するのであるが、上記の構成では、対応す
る発光駆動回路１８，２４が、発光素子４，５の駆動電
流を制御して、半導体位置検出素子６，７の全出力を一
定に保つから、検出信号のレベル変動が抑えられる。

【００３１】なお、検出回路１１，１２の構成は、図１
に示す構成に限らず、例えば、減算器１５（２１）の出
力を両端出力加算器１６（２２）の出力で除して正規化
するようにしてもよく、その場合は、発行量を帰還制御
する発光駆動回路１８（２４）を省略できる。また、実
施例のように発光駆動回路１８，２４を含む検出回路１
１，１２で、減算器１５を省略して、半導体位置検出素
子６，７のいずれか一方の出力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ってもよい
。

【００３２】また、前記実施例では、一方向にのみ長い
１次元型の半導体位置検出素子６，７を用いたが、２次
元型のものも使用可能で、その場合は、受光面の幅の中
に多数のスポット光が存在するようになり、半導体位置
検出素子の出力変動を抑制することができる。また、同
様の理由で、各送受光部を複数の光源および半導体位置
検出素子で構成し、常にいずれかの半導体位置検出素子
にスポット光が入射するようにしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、スリットの偏心による
検出信号の誤差分が互いに相殺され、偏心の影響を受け
ない検出信号が得られるから、スリットがトルク伝達軸
に対して偏心している場合でも、正確なトルク測定が行
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る装置全体の構成図であ
る。

【図２】図１の実施例のスリット円板の正面図である。

【図３】従来装置の検出機構部の概略構成を示す斜視図
である。

【図４】図３の従来装置の作用説明図である。

【図５】図３の従来装置の全体の構成図である。

【符号の説明】

１　　　　　　トルク伝達軸 ２，３　　スリット円板 ４，５　　発光素子（光源） ６，７　　半導体位置検出素子 ８，９　　スリット １１　　　　第１の検出回路 １２　　　　第２の検出回路 ２５　　　　相殺用出力加算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　トルク伝達軸（１）と、トルク伝達軸
   （１）に取り付けられ互いに交叉する向きのスリット（
   ８，９）を有する一対のスリット円板（２，３）と、両
   スリット円板（２，３）の一方側に設けられた光源（４
   ，５）と、両スリット円板（２，３）の反対側で光源（
   ４，５）と対向する位置に設けられた半導体位置検出素
   子（６，７）とを備えたトルク検出装置であって、光源
   （４，５）と半導体位置検出素子（６，７）とからなる
   送受光部が２組あって、スリット円板（２，３）の直径
   方向２個所に配設され、各組の送受光部には、半導体位
   置検出素子（６，７）での入射光の位置を示す位置検出
   信号を出力する検出回路（１１，１２）がそれぞれ設け
   られ、両検出回路（１１，１２）の後段に、各検出回路
   （１１，１２）からの位置検出信号を互いに加算する誤
   差相殺用の出力加算器（２５）が接続されていることを
   特徴とするトルク検出装置。
2. 【請求項２】　　各検出回路（１１，１２）が、半導体
   位置検出素子（６，７）の端部出力を互いに加算する両
   端加算器（１６，２２）と、両端加算器（１６，２２）
   の出力が一定になるよう光源（４，５）の発光量を制御
   する発光駆動回路（１８，２４）とを含むものである請
   求項１記載のトルク検出装置。