JPH09229786A - トルクセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 品質に優れ且つ簡素な軽量小型のトルクセン
サーの提供。 【解決手段】 捩れ可能に連結する駆動軸１と負荷軸２
の一方を中心に保持するエレメントディスク３と、他方
を中心に保持するサブディスク４と、それらの回転に対
し静止を維持する端子盤５を重合し、エレメントディス
ク３の端子盤５側に入力パターン１０と接地パターン１
１と出力パターン１２を、サブディスク４側に、位相差
形成パターン１３と、出力パターン１２への連絡パター
ン１４をエレメントディスク３の中心について同心円周
状又は円弧状に設け、端子盤５のエレメントディスク３
側に入力パターン１０、接地パターン１１、出力パター
ン１２に摺接する入力電極２０、接地電極２１、出力電
極２２を固着し、サブディスク４のエレメントディスク
３側に位相差形成パターン１３及び連絡パターン１４の
摺接部間を導通させるジャンパー電極２３を固着したト
ルクセンサー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力側の軸（以
下、駆動軸と記す）と負荷側の軸（以下、負荷軸と記
す）の間にかかるトルクを検出するためのトルクセンサ
ーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のトルクセンサーは、例えば図８の
ごとく駆動軸１と負荷軸２とを、トルクの作用で捩れを
起こすトーションバー３０にて連結し、駆動軸１と負荷
軸２との回転位相差を、各々の軸に同じ条件で付設した
同じ規格のポテンショメーター７，８よりそれぞれ検出
し、駆動軸１の回転角と負荷軸２との回転角による両ポ
テンショメーター７，８の出力電圧の差より駆動軸１と
負荷軸２の間にかかったトルクを導出していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、前記従来
の手段は、駆動軸と負荷軸についてそれぞれポテンショ
メーターが必要となり、しかも、駆動軸及び負荷軸から
各々のポテンショメーターへ回転力を取り出す際のギヤ
及びこれに付随する部品が不可欠であるためにセンサー
の構造が複雑で大型となる（重くなる）問題がある他、
２個のポテンショメーターの性能や調整のバラツキによ
る誤動作が生じるという問題や、駆動軸及び負荷軸の軸
受部やギヤ部におけるガタが検出誤差に直結するという
問題があった。

【０００４】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あって、品質に優れ簡素な構造を持った軽量小型のトル
クセンサーの提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく成
された本発明によるトルクセンサーは、捩れ可能な連結
部を介在する駆動軸と負荷軸のうち、いずれか一方を中
心軸として保持するエレメントディスクと、他方を中心
軸として保持するサブディスクと、それら駆動軸及び負
荷軸の回転に対して静止状態を維持する端子盤を重合し
て成り、エレメントディスクとサブディスクに相互の回
転位相のずれを許容し且つ制限する位相保持手段を設
け、前記エレメントディスクの端子盤側の面に、入力パ
ターンと接地パターンと出力パターンをエレメントディ
スクの中心軸を中心として各々円周状に設け、該エレメ
ントディスクのサブディスク側の面に、入力パターンと
接地パターンとの間に並列接続された抵抗部を含む位相
差形成パターンを、該エレメントディスクの中心軸を中
心として円弧状に設けると共に、前記出力パターンと導
通する連絡パターンを、該エレメントディスクの中心軸
を中心として円周状、又は円弧状に設け、端子盤のエレ
メントディスク側の面に、入力パターンに摺接する入力
電極と、接地パターンに摺接する接地電極と、出力パタ
ーンに摺接する出力電極を固着し、サブディスクのエレ
メントディスク側の面に、位相差形成パターンと連絡パ
ターンに摺接し、その摺接部間を導通せしめるジャンパ
ー電極を固着したことを特徴とする。前記エレメントデ
ィスクの端子盤側の面に、入力パターンと接地パターン
の少なくとも一方に導通するパルス形成パターンを、駆
動軸を中心として円周状又は円弧状に設け、端子盤のエ
レメントディスク側の面に、該パルス形成パターンに摺
接するパルス検出電極を固着しても良い。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるトルクセンサ
ーの実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、平板
状のトーションバー３０を介して直線的に連結した駆動
軸１と負荷軸２のうち、いずれか一方にエレメントディ
スク３を鍔状に支持し、他方にサブディスク４を鍔状に
支持し、駆動軸１及び負荷軸２の軸受部を備えた基体に
端子盤５を支持することによって、端子盤５とサブディ
スク４とでエレメントディスク３を挟む如く、前記三者
を相互に平行な状態で重合したものである。エレメント
ディスク３やサブディスク４にはキー部３１，３２が設
けてあり、該キー部３１，３２と駆動軸１や負荷軸２の
キー部が嵌まり合うことによって、両ディスク３，４
は、各々支持された軸に対して回転不能となり、エレメ
ントディスク３対サブディスク４相互の回転位相のずれ
は、トーションバー３０の捩れ分のみに限定される。

【０００７】エレメントディスク３は、中央に円筒状の
芯３３が固着された絶縁（例えば、樹脂製）ディスクで
あって、ディスク３の両面には、単なる導電用のパター
ンと抵抗素材より成るパターンが、耐摩耗措置が施され
て同心円周状又は同心円弧状に形成されている。この実
施の形態において、端子盤５はケースとしての役割を果
たし、その内空部にエレメントディスク３を回転自在に
収納する。サブディスク４は、中央にエレメントディス
ク３の芯３３を受けて回転するディスクであって、その
全周端面の凹部にリング状のオイルシール３４が付設さ
れ、ケースの蓋的な存在である。

【０００８】エレメントディスク３とサブディスク４に
は、相互の回転位相のずれを許容し且つ前記トーション
バー３０の許容し得る捩れを超えないよう相互のずれを
制限する位相保持手段６が設けてある。本実施の形態に
おける位相保持手段６は、エレメントディスク３の周縁
部に、２０度前後に亘る切欠部３５を設け、サブディス
ク４の周縁部に、前記切欠部３５へ移動可能に掛かる凸
片３６を１０度前後に亘って形成したものであるが、そ
れらを各ディスク３，４の中心部に設ける等その手段は
適宜変更し得る。

【０００９】一方、切欠部３５及び凸片３６と、各ディ
スク３，４のキー部３１，３２との位置関係は極めて重
要であり、正トルク又は負トルクのいずれか一方を検出
する場合には、トーションバー３０が捩れていない状態
において、凸片３６が切欠部３５のいずれか一方の端部
に位置するよう駆動軸１や負荷軸２へ両ディスク３，４
が支持されることが必要であり、正トルク及び負トルク
の双方を検出する場合にはトーションバー３０が捩れて
いない状態において、凸片３６が切欠部３５のほぼ中央
に位置するように両ディスク３，４が支持されることが
必要となる。切欠部３５及び凸片３６を設ける範囲は負
荷の大きさやトーションバー３０の捩れ強度に応じて適
宜設定すれば良い。

【００１０】図５の如く、前記エレメントディスク３の
端子盤５側の面（以下、表面と記す）には、トルクセン
サーの出力に基づき所定動力の制御を行う制御回路（図
示省略）の第１基準電圧４０に接続される入力パターン
１０と、同じく制御回路の第２基準電圧４１に接続され
る接地パターン１１と、抵抗素材より成り入力パターン
１０−接地パターン１１間に並列接続されたパルス形成
パターン１５と、エレメントディスク３とサブディスク
４との位相関係を電圧で出力する出力パターン１２を、
各々駆動軸１（負荷軸２）を中心として円周状に設けて
あり、図６の如く、エレメントディスク３のサブディス
ク４側の面（以下、裏面と記す）には、抵抗素材より成
り前記入力パターン１０−接地パターン１１間にスルー
ホール又はリベットを介して並列に接続された位相差形
成パターン１３を、駆動軸１（負荷軸２）を中心とした
円弧状に１８０度に亘って設けると共に、前記出力パタ
ーン１２とスルーホール又はリベットを介して導通する
連絡パターン１４を駆動軸１（負荷軸２）を中心として
円弧状に約１９０度に亘って設けてある。

【００１１】前記パターンは、表面ではエレメントディ
スク３の中心側から、接地パターン１１、パルス形成パ
ターン１５、入力パターン１０、出力パターン１２の順
で形成され、裏面では、エレメントディスク３の中心側
から、位相差形成パターン１３、連絡パターン１４の順
で形成されている。位相差形成パターン１３は、前記切
欠部３５を中心に、中央部が該切欠部３５に並行する状
態で設けてあり、連絡パターン１４は、その端部３７が
切欠部３５と並行する状態で、位相差形成パターンに対
しほぼ９０度ずらして形成されている。尚、これら各パ
ターンのレイアウトは、パルス形成パターン１５の有無
及び位相保持手段１３の態様その他に関連して適宜変更
可能である。

【００１２】又、端子盤５のエレメントディスク３側の
面には、接地パターン１１に摺接する接地電極２１と、
パルス形成パターン１５に摺接するパルス検出電極２４
と、入力パターン１０に摺接する入力電極２０と、出力
パターン１２に摺接する出力電極２２がエレメントディ
スク３の中心側から順に固着してあり、サブディスク４
のエレメントディスク３側の面には、位相差形成パター
ン１３と連絡パターン１４に摺接することによって第１
基準電圧４０と第２基準電圧４１との電位差をエレメン
トディスク３とサブディスク４との回転位相差に応じて
分圧し、その電位を連絡パターン１４に伝えるジャンパ
ー電極２３が固着してある。尚、前記各電極は、各パタ
ーンとの良好な接触を保つためにブラシ状に形成してあ
り、端子盤５の反対側の面には、前記各電極とスルーホ
ール又はリベットを介して接続された端子が固定されて
いる。

【００１３】而して、本トルクセンサーにおいては、図
２の如く第１基準電圧と第２基準電圧の電位差を分圧す
る２つの可変抵抗４２，４３が存在することとなり、一
方の可変抵抗４２は、エレメントディスク３とサブディ
スク４との回転位相差検出用即ち、抵抗４４をジャンパ
ー電極２３で分圧し接地電極２１との電位差を検出する
ものであり、他方の可変抵抗４３は、駆動軸１及び負荷
軸２の回転位相（回転数）検出用として作用し、抵抗４
５と抵抗４６をパルス検出電極２４で連続して分圧し接
地電極２１との電位差を検出するものである。

【００１４】図３は、前記実施の形態において正トルク
又は負トルクのいずれか一方を得るように構成し、エレ
メントディスク３とサブディスク４との回転位相差に対
する出力電極２２−接地電極２１間の電位差の関係を示
したものである。トーションバー３０の捩れ角度と電位
差との比例関係から駆動軸１（負荷軸２）に掛かるトル
クを算出することができる。又、図４は駆動軸１（負荷
軸２）の回転角度に対するパルス検出電極２４−接地電
極２１間の電位差の関係を示したものである。これによ
れば、３６０度毎に１パルスが形成され、例えば、駆動
補助機付き自転車の駆動ユニットの一部として用いれ
ば、タイヤの外周と掛け合わせてスピードを算出するこ
とができる。パルス形成パターン１５については、例え
ば駆動軸１（負荷軸２）の１回転で１周期の波形を形成
するものでも良いし、複数周期の波形を形成するもので
も良い。又、波形の形状も方形波、鋸波等の比較的目視
が容易なものに限らず、瞬時に立上がり立ち下がるパル
ス状の波形を形成するものでも良い。

【００１５】

【発明の効果】以上の如く本発明によるトルクセンサー
は、エレメントディスク及びサブディスクを駆動軸や負
荷軸に直接支持することによって極めて簡素な構造とな
り、小型化並びに組立費の削減が可能となる他、部品や
電位検出素子に高い精度を要求することなく高品質を得
ることができる。殊に、正トルクと負トルクの双方を検
出する際の位相差検出回路も従来手段の回路と比べて極
めて簡素となる。又、従来駆動軸と負荷軸の捩れを検出
するポテンショメータにおいて、抵抗体とブラシ接点と
が駆動軸及び負荷軸の回転に伴って常に回転摺動してい
たのに比べ、本発明によるトルクセンサーにあっては、
トルクが生じた時にのみ抵抗体のパターンと接点とが摺
動するので、それらの耐用年数を伸ばす結果となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるトルクセンサーの断面図である。

【図２】本発明によるトルクセンサーの電気回路図であ
る。

【図３】本発明によるトルクセンサーのエレメントディ
スクとサブディスクの位相差−出力電極の出力特性を示
すグラフである。

【図４】本発明によるトルクセンサーの軸回転角度−パ
ルス検出電極の出力特性を示すグラフである。

【図５】エレメントディスク表面の正面図である。

【図６】エレメントディスク裏面の正面図である。

【図７】本発明によるトルクセンサーの分解図である。

【図８】従来のトルクセンサーの正面図である。

【図９】従来のトルクセンサーの電気回路図である。

【符号の説明】

１ 駆動軸、２ 負荷軸、３ エレメントディスク、４
サブディスク、５ 端子盤、６ 位相保持手段、１０
入力パターン、１１ 接地パターン、１２ 出力パタ
ーン、１３ 位相差形成パターン、１４ 連絡パター
ン、１５ パルス形成パターン、２０ 入力電極、２１
接地電極、２２ 出力電極、２３ ジャンパー電極、
２４ パルス検出電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 捩れ可能な連結部を介在する駆動軸
   （１）と負荷軸（２）のうち、いずれか一方を中心軸と
   して保持するエレメントディスク（３）と、他方を中心
   軸として保持するサブディスク（４）と、それら駆動軸
   （１）及び負荷軸（２）の回転に対して静止状態を維持
   する端子盤（５）を重合して成り、エレメントディスク
   （３）とサブディスク（４）に相互の回転位相のずれを
   許容し且つ制限する位相保持手段（６）を設け、前記エ
   レメントディスク（３）の端子盤（５）側の面に、入力
   パターン（１０）と接地パターン（１１）と出力パター
   ン（１２）をエレメントディスク（３）の中心軸を中心
   として各々円周状に設け、該エレメントディスク（３）
   のサブディスク（４）側の面に、入力パターン（１０）
   と接地パターン（１１）との間に並列接続された抵抗部
   を含む位相差形成パターン（１３）を、該エレメントデ
   ィスク（３）の中心軸を中心として円弧状に設けると共
   に、前記出力パターン（１２）と導通する連絡パターン
   （１４）を、該エレメントディスク（３）の中心軸を中
   心として円周状、又は円弧状に設け、端子盤（５）のエ
   レメントディスク（３）側の面に、入力パターン（１
   ０）に摺接する入力電極（２０）と、接地パターン（１
   １）に摺接する接地電極（２１）と、出力パターン（１
   ２）に摺接する出力電極（２２）を固着し、サブディス
   ク（４）のエレメントディスク（３）側の面に、位相差
   形成パターン（１３）と連絡パターン（１４）に摺接
   し、その摺接部間を導通せしめるジャンパー電極（２
   ３）を固着したことを特徴とするトルクセンサー。
2. 【請求項２】 前記エレメントディスク（３）の端子盤
   側の面に、入力パターン（１０）と接地パターン（１
   １）のうち、少なくとも一方に導通するパルス形成パタ
   ーン（１５）を、駆動軸（１）及び負荷軸（２）を中心
   として円周状又は円弧状に設け、端子盤（５）のエレメ
   ントディスク（３）側の面に、該パルス形成パターン
   （１５）に摺接するパルス検出電極（２４）を固着した
   ことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサー。