JPS60154129A - トルクセンサ - 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】 〔発明の対象〕 本発明は、負荷トルクを検出するトルクセンサに関する
ものであり、特に非接触方式にょるトルクセンサに関す
る。

〔従来技術〕

従来の非接触トルクセンサとしては、例えば米国特許第
３，１７０，３２３号に示されたものがある。これは、
シャフトに２枚の円板を固定して、この円板の周面に磁
石を適宜間隔を配して備え、この磁石に対向して２つの
ホール素子を配設しである。そして、シャフトが回転す
る際に２枚の円板に生ずる位相差をホール素子で検出す
ることによりトルクを測定する。

〔従来技術の問題点〕

この従来のトルクセンサは、２枚の円板の回転により生
ずる位相差を検出する位相差方式であるため、トルクセ
ンサの応答性が回転に依存する。

従って、低回転時には応答性が悪く、また逆に高回転時
には精度が悪くなるという問題がある。

さらに、位相差方式であるため、シャフトが回転してい
なければ、トルクが測定できず、従って静止トルクが測
定できないものであった。

〔技術的課題〕

そこで、本発明は、静止トルクの測定を可能とすること
により、低回転時でも応答性が悪くならないようにする
ことを、その技術的課題とする。

〔技術的手段〕

このために、本発明では、シャフトに所定の間隔をおい
て２枚のスリット板を固定し、この２枚のスリット板を
挟んで、少なくとも２組の発光及び受光素子を配し、こ
れら２組の発光及び受光素子の出力を加算する加算器を
備えて、２枚のスリット板を所定量ずらして固定すると
ともに、２組の発光及び受光素子を、互いに位相がスリ
ット板の１／２ピツチ分ずれるように配置する。

〔技術的手段の作用〕 ゛これによれば、シャフトにねじれが生じると、２枚の
スリット板の間隔が変化して、発光素子からの光の透過
量が変化し、これを受光素子で検出する構成のため、シ
ャフトの回転の有無に依らず、トルクを検出することが
できる。従って、本発明に依れば、静止トルクの測定が
可能となり、このため、シャフトの低回転時にも応答性
が悪くならない。

〔本発明の効果〕

さらに、本発明では、２枚のスリット板をあらかじめ所
定量ずらしてシャフトに固定した事に依り、シャフトに
トルクが生じているいない場合にも、受光素子は透過光
を検出するので、この時の検出出力を基準としてトルク
を測定することにより、正負のトルクを検出することが
できる。

また、受光素子自体には指向性があるため２枚のスリッ
ト板により透過する光の位置により、受光素子の出力に
リップルが生じてしまう。そこで、本発明では、２組の
発光素子及び受光素子を、互いに位相をスリットの１／
２ピツチずらして配置している。これにより、２つの受
光素子に生ずるリップルの位相が逆になるため、この２
つの受光素子の出力を加算して検出出力とすることによ
り、リップル分を検出することができる。

さらに、従来の位相差方式では、位相差が小さく、しか
も、ホール素子の感度が低いため、検出感度が悪いもの
であり、また感度を上げようとして位相差を大きくとる
ためには、シャフトを長くする必要が有り、センサ自体
かなり大きなものとなるが、本発明によれば、光の透過
量の変化を受光素子で検出するため、検出感度が高くで
き、従ってセンサ自体が小型にできる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を説明する。第１図において、
シャフト１には、スリット板固定具２゜３により、スリ
ット板４．５が所定間隔をおいて固定されている。この
スリット板４，５は、それぞれ第２図、第３図に示すよ
うに、スリット板４に対してスリット板５は１／４ピツ
チに相当する角度Ａだけずれて固定される。このスリッ
ト板４．５を挟んで発光及び受光素子６．７が配置され
ている。ここで、発光及び受光素子６．７は、発光素子
と受光素子が１つのケースに収められて１組の発光及び
受光素子を形成している。この受光素子は、例えば、ホ
ト・トランジスタ、ホト・ダイオードまたはＣｄＳ等が
用いられる。そして、この受光及び発光素子６．７は第
４図に示すように、スリット板４，５の１／２ピツチに
相当する角度Ｂだけ互いにずれて配置されている。

また、これら発光及び受光素子６，７の受光素子は、ス
リット板４．５の１ピツチＣに相当する区間を検出可能
に設定される。これを、第５図に示す。

ここで、発光及び受光素子６の検出領域をＤとすれば、
発光及び受光素子７の検出領域は１／２ピツチずれるた
めＥとなる。

次に、第６図に、検出回路を示す。発光素子６Ａ、７’
Ａから発せられる光は、それぞれスリット板４．５を介
して、その透過光が受光素子６Ｂ。

７Ｂにより検出される。これら受光素子６Ｂ、７Ｂの出
力はそれぞれ加算器８に入力されて、それぞれの信号の
加算値が出力として得られる。

次に動作を説明する。第５図に示した状態が、シャフト
にねじれがなく、トルクが零の状態である。この状態で
は、受光素子６Ｂ、７Ｂとも、１／４ピツチの透過光に
相当する出力が得られている。

この時、シャフト１が回転していると、スリット４．５
による透過光は、受光素子６Ｂ、７Ｂの検出領域り、　
Ｅ内をシャフト１０回転速度に応じて移動する。ここで
、受光素子６Ｂ、７Ｂは、検出感度に指向性があるため
検出領域において検出感度が変化する。このため、シャ
フト１が回転している場合は、その回転速度に応じたリ
ップルが生ずる、この出力波形を第７図＋ａ）、　（ｂ
）に示す。受光素子６Ｂ、７Ｂは前述したように、互い
にスリットの１／２ピツチだけずれているため、このリ
ップルの位相は逆となる。従って、これらの出力を加算
した加算器８の出力は第７図（Ｃ）のようになる（この
時の出力を初期値■ｏ　とする）。

次に、第５図において、シャフト１にねじれが生じスリ
ット４がスリット５に対し時計方向に変化すると、光の
透過量はシャフト１のねじれに比例して増大する。この
ため、受光素子６Ｂ、７Ｂの出力は大きくなり、この値
を初期値■ｏ　と比較すれば、発生したトルクが検出で
きる。

シャフト１のねじれにより、スリット４がスリット５に
対し反時計方向に変化すると、光の透過量はシャフト１
のねじれに比例して減少する。このため、受光素子６Ｂ
、７Ｂの出力は小さくなり、この値を初期値■ｏと比較
すれば、同様にトルクが検出できる。

この時、シャフト１のねじれにより生ずる出力値が初期
値ＶＱに対し大きくなった場合と１、小さくなった場合
とで、シャツ＋−ｉに生じたトルクの方向を判別するこ
とができる。

また、第７図において、ある時間における受光素子６Ｂ
と７Ｂとの出力（ａ）、　ｆｂ）を加算した加算器　′
８の出力（Ｃ１が、シャフト１の静止状態でのトルクの
基準値となる。ここでこの基準値は前記■。と同等であ
る。従って、シャフト１での静止状態でのトルクも、同
様にこの基準値と比較する事によ　（り検出することが
できる。

以上の通り、本発明では、スリット４，５によ　□り得
られる光の透過量を受光素子６Ｂ、７Ｂにより検出して
トルクを測定するため、静止トルク。

回転トルクの両者を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施零のトルクセンサを示ず断面図
、第２図、第３図はスリット板を示す平面図、第４図は
第１図のＩＶ−ＩＶ断面図、第５図はスリット板の部分
拡大図、第６図はトルクセンサの回路を示すブロック回
路図、第７図は出力波形を示すグラフである。 １・・・シャフト、２．３・・・スリット板固定具、４
．５・・・スリット板、６，７・・・発光及び受光素子
、８・・・加算器、６Ａ、ＩＡ・・・発光素子、６Ｂ、
’７Ｂ・・・受光素子特許出願人 １イレン晴番越林ｉＩＣＭ社 代表者中井令夫 ＵＳ　１　図 第６＠ 第７図 （Ｃ） Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１シャフトと、シャフトに所定の間隔をおいて固定
   した２枚のスリット板と、２枚のスリット−板を挟んで
   配置された少なくとも２組の発光及び受光素子と、少な
   くとも２組の発光及び受光素子の出力を加算する加算器
   □とから成り、前記２枚のスリット板を所定量ずらして
   固定するとともに、前記少なくとも２組の発光及び受光
   素子を互いに位相が前記スリット板の１／２ピツチずれ
   るように配置したトルクセンサ。 （２）前記２枚のスリット板は、互いに１／４ピツチず
   らして固定した特許請求の範囲第（１）項記載のトルク
   センサ。 （３）　前記発光及び受光素子は、前記スＩＪット板の
   １ピツチに相当する区間を検出可能な特許請求の範囲第
   ＋１１項記載のトルクセンサ。