JPH1019694A - エンコーダ内蔵型光学式トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型コンパクトで廉価な構成によって、回転
軸の回転数および伝達トルクを検出可能な検出装置を提
案すること。 【解決手段】 検出装置１は、回転軸２に形成したトー
ション軸部分２Ａを挟み当該回転軸に固着した第１およ
び第２の円盤５、７を有し、第１の円盤５には第１のス
リット列８が形成され、第２の円盤７には第２のスリッ
ト列９が形成されている。回転軸２の伝達トルク量に伴
いトーション軸部分２Ａのねじれ量が変動する。このね
じれ量は第１および第２のスリット列８、９の相対移動
として現れ、この移動がホトセンサ１１によって検出さ
れる。この検出結果に基づきトルクを算出できる。ま
た、第１の円盤５に形成したエンコーダスリット列１２
の移動をホトセンサ１３によって検出して、回転軸２の
回転数が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータ軸などの回転
体の伝達トルクおよび回転数の検出を非接触状態で行う
光学式トルク検出装置に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】回転駆動機構におい
て、伝達される回転トルクを計測する場合、回転数も同
時に計測する場合が多い。しかしながら、回転数とトル
クを同時に計測可能な検出装置は限られており、また、
高価である。それぞれの専用の検出器を別個に設ける場
合には、それらを設置するためのスペースが大きくなり
実用的でない。

【０００３】そこで、本発明の課題は、小型でコンパク
トな構成により回転数とトルクを計測できる廉価な光学
式トルク検出装置を提案することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の検出装置は、回
転軸に形成したトーション軸部分を挟み、回転入力側お
よび回転出力側に一体回転するように固定した２枚のス
リット付き円盤（第１および第２の円盤）を同軸状態に
対峙させ、検出手段として、例えば、各円盤のスリット
を挟んだ状態に配置した発光素子および半導体位置検出
器から構成した半導体位置検出装置を用いて、回転軸の
伝達トルクを検出するようにしている。また、入力側に
取付けられる第１の円盤には、第１のスリット列に加え
て、エンコーダスリット列も形成しておき、このエンコ
ーダスリット列のスリットの移動をホトセンサによって
検出することによって、回転軸の回転数を検出するよう
にしている。

【０００５】この構成の検出装置においては、回転軸が
回転すると、当該回転軸に形成されているトーション軸
部分が伝達トルク量に応じて捩じり変形する。この結
果、出力側の第２の円盤に形成されている第２のスリッ
ト列も第１の円盤の側の第１のスリット列に対して相対
的に円周方向に移動する。ここに、第１のスリット列お
よび第２のスリット列は、これらの間の相対移動に応じ
て、これらの交差位置が変動するように形成されてい
る。したがって、この交差位置の変動を、トルク検出用
のホトセンサによって検出することにより、回転軸の伝
達トルクが検出されることになる。

【０００６】また、第１の円盤に形成されているエンコ
ーダスリット列の移動を回転数検出用のホトセンサによ
って検出することにより、回転軸の回転数が検出される
ことになる。

【０００７】本発明の検出装置においては、伝達トルク
および回転数の検出のために、同一の部材である第１の
円盤に形成したスリット列を利用している。このように
双方の検出機構の構成部材を共用化しているので検出機
構を小型でコンパクトにできる。

【０００８】ここで、円盤等の偏心等に伴う誤差を解消
するためには、トルク検出用のホトセンサを、円盤円周
方向の複数の個所に設置し、これらの出力に基づき誤差
を補償することが好ましい。

【０００９】なお、コンコーダスリットは、第１の円盤
に形成する代わりに、第２の円盤の側に形成することも
可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
適用したエンコーダ内蔵型光学式トルク検出装置を説明
する。

【００１１】図１には、エンコーダ内蔵型光学式トルク
検出装置の主要構成を示してある。本例の検出装置１
は、小径のトーション軸部分２Ａが形成された回転軸２
を有し、この回転軸２の入力側の部分２ａが軸受け３を
介して装置ハウジング４の側に回転自在に支持されてい
る。

【００１２】トーション軸部分２Ａの入力側の端部に
は、第１の円盤５が一体回転するように同心状態に固定
されている。トーション軸部分２Ａの出力側の端部に連
続している回転軸の出力側の部分２ｂには、円筒状スリ
ーブ６の一端６ｂが固着されている。このスリーブ６の
他端６ａには、第２の円盤７が一体回転するように同軸
状態に取付けられ、これによって、第２の円盤７は第１
の円盤５に対して一定の間隔をあけて同軸状態で対峙し
ている。

【００１３】第１の円盤５および第２の円盤７には、相
互に対峙する位置に、それぞれ、第１のスリット列８お
よび第２のスリット列９が一定のピッチで円周方向に形
成されている。これらのスリット形成位置を両側から挟
む状態に、トルク検出用のホトセンサ１１が配置されて
いる。

【００１４】また、第１の円盤５には、第１のスリット
列８よりも外周側の部分に、エンコーダスリット列１２
が一定のピッチで円周方向に形成されている。このエン
コーダスリット列１２を両側から挟む状態に、回転数検
出用のホトセンサ１３が配置されている。

【００１５】トルク検出用のホトセンサ１１および回転
数検出用のホトセンサ１３の出力は、制御回路１４に入
力される。制御回路１４において入力信号が処理され
て、トルクおよび回転数が測定される。

【００１６】次に、円盤５、７に形成されている第１お
よび第２のスリット列８、９について説明する。第１の
円盤５に形成されている第１のスリット列８は、一定の
ピッチで形成された半径方向に延びるスリットから構成
されている。これに対して、第２の円盤７に形成された
スリット列９は、一のピッチではあるが、半径方向に対
して一定の角度だけ傾斜した方向に延びるスリットから
構成されている。

【００１７】図２には、これらのスリット８１、９１を
円周方向から直線方向に展開した状態で示してある。こ
の図において点線で示すスリット群が第１の円盤５の側
に形成されたスリット８１を表し、実線で示すものが第
２の円盤７の側に形成したスリット９１である。また、
想像線で囲った範囲は、ホトセンサ１１の受光素子とし
ての半導体位置検出器２１の検出領域２１ａを示してい
る。

【００１８】スリット列８のスリット８１は一定のピッ
チｐで形成されており、他方のスリット列９のスリット
９１は、スリット８１に対して一定の角度だけ傾斜して
いる。これらのスリット８１と９１の交差あるいは重な
り部分Ａが光通過部分を区画形成している。双方のスリ
ット５１、７１が横方向に相対的に移動すると、この交
差部分Ａが全体として垂直方向に向けて移動する。この
移動位置が半導体位置検出器２２の側において検出され
る。

【００１９】図３には、トルク検出用のホトセンサ１１
の制御系を示してある。ホトセンサ１１の発光素子であ
る発光ダイオード２１からの平行光が、スリット８１、
９１の交差部分を通過して半導体位置検出器２２の検出
面２２ａに照射すると、その照射位置に応じた比率に配
分された光電流出力ｉ１、ｉ２がこの検出器２２の両端
から出力される。本例においては、フィードバック制御
回路２３を用いて出力ｉ１とｉ２の和が一定値になるよ
うに、発光ダイオード２１の光量を制御している。した
がって、検出器２２の一方の検出出力ｉ１から、交差部
分Ａの移動位置を測定することができる。

【００２０】一方、回転数検出用のホトセンサ１３によ
って検出される第１の円盤５のエンコーダスリット列１
２は、従来のロータリーエンコーダにおいて使用されて
いるスリット群と同様である。ホトセンサ１３から得ら
れるパルス出力に基づき従来と同様にして回転体４の回
転数を検出するように構成されている。

【００２１】このように構成したエンコーダ内蔵型光学
式トルク検出装置１において、回転軸２の回転数検出
は、第１の円盤５に形成されたエンコーダスリット列１
２の移動をセンサ１３により検出することによって行わ
れる。これに対して、回転軸２の伝達トルクの検出は、
次のように行われる。回転軸２の伝達トルクが変化する
と、それに応じて、トーション軸部分２Ａのねじれ量が
変化する。この結果、トーション軸部分２Ａを挟み対峙
している第１および第２の円盤５、７に形成されている
第１および第２のスリット列８、９が円周方向に向けて
相対的にずれる。この結果、スリット列８とスリット列
９の間に形成される交差部分Ａ（光通過部分）は、半径
方向にずれる。このために、センサ１１の半導体位置検
出器２２における受光位置（透過光の重心位置）が移動
する。この移動に伴い、この検出器２２出力が変化す
る。よって、この検出器出力から、回転軸２の伝達トル
クを算出できる。

【００２２】なお、本例においては、トルク検出用のホ
トセンサ１１を１個だけ使用している。この代わりに、
２個以上のホトセンサを等角度間隔に配置した構成を採
用してもよい。このようにすれば、複数のセンサの出力
に基づき、円盤の取付け誤差、スリット列の偏心誤差等
に起因した検出誤差を補償できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のエンコー
ダ内蔵型光学式トルク検出装置においては、トーション
軸部分を挟み回転軸に固着した第１および第２の円盤に
それぞれスリット列を形成し、これらのスリットの相対
移動を半導体位置検出装置等のホトセンサを用いて検出
して回転軸の伝達トルクを測定し、同時に、第１の円盤
の側に形成したエンコーダスリット列の移動を検出する
ことにより、一般的なロータリーエンコーダと同様にし
て回転軸の回転数を測定している。従って、回転軸の伝
達トルクおよび回転数を小型コンパクトで廉価な構成に
よって測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したエンコーダ内蔵型光学式トル
ク検出装置を示す概略構成図である。

【図２】図１の装置における双方の円盤に形成された第
１および第２のスリット列の関係を示す説明図である。

【図３】図１の装置における伝達トルク検出用のホトセ
ンサの制御系を示す概略ブロック図である。

【符号の説明】 １ エンコーダ内蔵型光学式トルク検出装置 ２ 回転軸 ２Ａ トーション軸部分 ５ 第１の円盤 ７ 第１の円盤 ８ 第１のスリット列 ８１ スリット ９ 第２のスリット列 ９１ スリット １１ トルク検出用のホトセンサ １２ エンコーダスリット列 １３ 回転数検出用のホトセンサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に形成したトーション軸部分と、 このトーション軸部分の回転入力側の前記回転軸の部分
   に対して一体回転するように同軸状態に固定した第１の
   円盤と、 当該第１の円盤に対峙するように同軸状態に配置され、
   前記トーション軸部の回転出力側の前記回転軸の部分に
   対して一体回転するように支持された第２の円盤と、 前記第１の円盤に形成され、同心状態で一定のピッチで
   形成された第１のスリット列およびエンコーダスリット
   列と、 前記第２の円盤における前記第１のスリット列に対峙し
   た位置において円周方向に向けて一定のピッチで形成さ
   れていると共に、前記第１のスリット列に対して一定の
   角度で交差する方向に延びているスリット群からなる第
   ２のスリット列と、 前記回転軸の回転に伴って発生する前記第１のスリット
   列に対する前記第２のスリット列の交差位置の変化を検
   出するトルク検出用のホトセンサと、 前記エンコーダスリット列の移動を検出する回転数検出
   用のホトセンサとを有することを特徴とするエンコーダ
   内蔵型光学式トルク検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、全イエンコーダスリ
   ット列は、前記第１の円盤に形成される代わりに、前記
   第２の円盤の側に形成されていることを特徴とするエン
   コーダ内蔵型光学式トルク検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記トルク
   検出用のホトセンサは、前記第１および第２のスリット
   列を両側から挟む状態に配置された発光素子および半導
   体位置検出器を備え、前記第１のスリット列および前記
   第２のスリット列を通過する通過光の重心位置の移動を
   検出するようになっていることを特徴とするエンコーダ
   内蔵型光学式トルク検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のうちの何れかの項にお
   いて、前記のトルク検出用のホトセンサは、円盤円周方
   向の複数の個所に設置されていることを特徴とするエン
   コーダ内蔵型光学式トルク検出装置。