JPH02107933A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転軸等の棒状弾性体のねじれ量からトルクを
検出するトルク検出装置に関する。

〔従来の技術〕

回転軸のトルクを検出する方法は種々知られているが、
その一つの方法として例えに特公昭６３−４０７１７号
公報が知られている。これは電気式動力操舵装置に設け
た操縦ハンドル軸の回転トルクを検出するようにしたも
ので、変位発生手段として操縦ハンドル軸としての負荷
抵抗の加わるトーションバーと、トーションバーの周囲
に無負荷状態で設けられ操縦ハンドルと一体に回転する
入力軸とで構成し、トーションバーの回転変位（ねじれ
量）を検出するセンサとして、入力軸に取着された可動
スリップリングと、装置固定部に取着され可動スリップ
リングに摺接する固定スリップリングとからなるポテン
ショメータを使用し、両スリップリングが入力軸の回動
に応じて摺接位置を変えることによシ、電気抵抗を変え
、回転変位に対応した電圧を発生させるようにした亀の
である。

また、他の検出方法として、回転変位をロータリーエン
コーダ式の変位計で検出したシ、回転変位を機械的手段
で軸方向変位に置換し、これを磁気スケールとヘッドと
で磁気的に検出する方法を開示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来のトルク検出装置はトー
ションバーの回転変位を検出するに当シ、トーションバ
ーの両端にそれぞれ固着した外筒（入力軸、ビニオン軸
の〒部）を他端方向に延設し、かつその延設部をいわゆ
るインロー式に嵌め合わせておシ、更には回転するこれ
ら延設部に給電しなければならないことなどから、構造
が複雑かつ高い加工精度を要求されるため、高価である
という問題があった。

したがって、本発明はこのような従来の問題点を解決し
、２枚の偏光板を用いて光学的に回転変位を検出するこ
とによシ、構造が簡単で小型化。

低廉化が図れると共に、故障が少なく保守性の向上も図
シ得るトルク検出装置を提供することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、棒状の弾性体のね
じれ変形部の両側にそれぞれ弾性体の中心軸線と直交す
る偏光板を対向配置し、かつこの２枚の偏光板を挾んで
発光素子と受光素子を対向配置したものである。

〔作用〕

本発明において棒状弾性体のねじれ量に応じて２枚の偏
光板も回転し、その偏光軸の交差角度が変る。ねじれ量
はトルクに比例するため交差角度もトルクに比例する。

偏光板の交差角度と透過率とは一定の関係を有するので
、発光素子から出た光が２枚の偏光板を透過すると、そ
の透過光量は交差角度に対応した透過率に応じた光量と
な）、これを受光素子が検出する。

〔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。

第１図は本発明に係るトルク検出装置の第１実施例を示
す斜視図である。トルク検出装置１は、変位発生手段と
しての棒状弾性体２と、この弾性体２の両端部にそれぞ
れ弾性体２の中心軸線と直交するよう配設された相対向
する２枚の偏光板３゜４と、この２枚の偏光板３，４を
挾んで同一軸線上に対向配置された発光素子５および受
光素子６と、受光素子６の出力信号を演算処理し弾性体
２に加わったトルク値に変換する演算手段７とで概ね構
成されている。

棒状弾性体２としてはトルジョンバーが使用され、この
トーションバー２は小径に形成されたねじれ変形部２人
と、大径の端部２Ｂ、２Ｃとで構成され、図示を省略し
た枠体に軸方向移動を規制されて回転自在に支持されて
いる。

偏光板３，４は円板状の二色性偏光フィルタがらなり、
トーションバー２の各端部２Ｂ、２０に中心孔を嵌合さ
せて固定されることにょル、平行に対向している。

発光素子５Ｆｉ一方の偏光板３の外側面に近接対向して
配設され、受光素子６はホトダイオード。

ホトトランジスタ等からなル、もう一方の偏光板４の外
側面に近接対向して配設され、前記発光素子５と偏光板
３，４を挾んで対向している。々お、これらの発光素子
５と受光素子６も前述した枠に固定されているものとす
る。

ここで、トーションバー２の回転変位を検出するにあた
シ、偏光板３，４の偏光軸のなす角度すなわち交差角度
（りと、その時の光の透過率（Ｔ）との関係について説
明する。

第２図において発光素子５から出た光束１１は、偏光板
３を透過することによシ矢印で示す偏光軸入方向の成分
を主とした直線偏光光束１２となシ、さらに偏光板４を
透過すると、偏光板３の偏光軸Ａと偏光板４０偏光軸Ｂ
との交差角度θに応じた強さの光束１３となって受光素
子６に達する。第３図は２枚の偏光板３，４の偏光軸Ａ
、Ｂの交差角度θに対する２枚の偏光板３，４の透過率
Ｔ（光束１１に対する光束１３０強度）の関係を示す図
である。したがって、受光素子６の出力信号によシ２枚
の偏光板３，４の偏光軸Ａ、Ｂの交差角度θが精度よく
検出でき、この偏光板３，４をトーションバー２に取着
しておけば、そのねじれ角を検出できるわけである。

そこで、今トーションバー２にトルクが加えられていな
いときの２枚の偏光板３，４の偏光軸の交差角θを００
に設定しておく。仁の待受光素子６紘２枚の偏光板３，
４の偏光軸の交差角度０゜に対応する透過率Ｔｏに応じ
た透過光量を受光し、その出力信号プλらトルク値が零
であることを検出する。仁のような状態において、トー
ションバー２にトルクが加えられると、端部２Ｂ　、　
２Ｃに較べて小径のねじれ変形部１人がトルク値に比例
してねじれ変形する。そのため２枚の偏光板３，４の偏
光軸の交差角度はトーションバー２のねじれ角だけ変化
して例えは０１となる。すると、受光素子６は交差角度
θ１に対応した透過率Ｔ１に応じた光量を受光し、その
出力信号を演算手段７に入力すると、演算手段７がトル
ク値およびトルクの方向を演算する。

かくしてこのような構成からなるトルク検出装置１によ
れば、偏光板３，４の偏光軸の交差角度からトルクを検
出できるので、構成が著しく簡単で、しかも非接触なの
で故障が少なく、トーションバー２が静止しているとき
はもとよシ回転中であっても回転速度の変動に影響され
ることなく同じ精度でトルク検出できるものである。

この場合、本実施例はトーションバー２を上記特公昭６
３−４０７１７号公報における操縦ハンドル軸の一部と
みなせば、車輌の電気式動力操舵装置用のトルク検出装
置として容易に適用できる。その場合、発光素子５と受
光素子６を装置固定部としてのステアリンクコ２ムに固
設すればよいので、回転する操縦ハンドル軸側に電気的
導通が不要である。

第４図は本発明の第２実施例を示す一部破断斜視図であ
る。上記第１実施例との相違は、発光素子５が測定角度
範囲に相応する幅広の光束を発射すること、発光素子５
と受光素子６がそれぞれトーションバー２の各端部２Ｂ
　、　２Ｃに偏光板３，４と共に固着されていることで
ある。

このような構成においては検出機構をトーションバー２
にすべて固設しているので、組立性がよく、安価に製作
し得るという利点を有している。

第５図は本発明の第３実施例を示す断面図である。本実
施例はトーションバー２の一方の端部２Ｂ側の偏光板３
を端部２Ｂに直接配設せず、筒体２゜をトーションバー
２に嵌装してその一端をピン２１によシ端部２Ｂに固定
し、他端面に端部２Ｂ側の偏光板３を配設してこれを端
部２ｃ側の偏光板４と近接対向させることによシ、発光
素子５と受光素子６間の光路長を短かくしたものである
。

なお、２２は軸受で筒体２０の振れを防止している。

第６図は本発明の第４実施例を示す要部の一部破断斜視
図である。受光素子６の受光量によってトルク検出を行
う場合、発光素子の光量を一定にするか、光量の変動を
補償する必要がある。光学的測定におけるこのような補
償は、発光素子からの光束を光学素子を用いて別の光路
を併設して受光素子に受光させ、この受光量を基準とす
ることで行われる。そこで、本実施例は４枚のミラー３
１゜３２．３３．３４を用いて偏光板４を迂回する補償
用の光路３５を形成することによシ、回転するトーショ
ンバー２に加わるトルクを検出するに際し、トーション
バー２の１回転につき１回補償できるようにしたもので
ある。

この場合、補償用の光路３５は２枚の偏光板のうち少な
くとも一方の偏光板を迂回して設ければよい。

その他の構成は第１実施例と同様であるため、その図示
を省略している。

なお、上記実施例はいずれも棒状弾性体としてトーショ
ンバー２を用いたが、トルクによシ適尚な回転変位を生
じるものであれば何でもよく、マた偏光板３，４紘二色
性偏光フィルタに限定されるものではない。また、演算
手段７は必須のものではない。。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明に係るトルク検出装置は、２枚
の偏光板の偏光軸の交差角度に対応する透過率に応じた
光量を受光し、その出力信号がらトルクを検出するよう
に構成したものであるため、構造が比較的簡単で、小型
化、低廉化等を図ることができ、また非接触なので故障
が少なく、保安性を向上させることができ、その上弾性
体が回転していても、回転速度の変動による影響を受け
ることなくトルク検出を行うことができる。

また、２枚の偏光板の偏光軸の交差角度と透過率との関
係が直線的となる角度範囲を用い、がっ受光量に対する
出力が直線的な受光素子を用いれに、棒状弾性体のねじ
れ角はトルクに比例するから、トルクに対して直線的出
力をする使い易いトルク検出装置を提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す斜視図、第２図は本
発明の詳細な説明するための偏光板と受、発光素子との
関係を示す図、第３図は偏光軸の交差角度と透過率との
関係を示す図、第４図は本発明の第２夾施例を示す一部
破断斜視図、第５図は本発明の第３寮施例を示す断面図
、第６図は本発明の第４実施例を示す要部の一部破断斜
視図である。 ２φ・・・トーションバー（棒状弾性体）、３゜４・拳
・・偏光板、５・・・・発光素子、６・・・・受光素子
、７・・・・演算手段、２０・・・・筒体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　棒状の弾性体のねじれ量からトルクを検出するトルク
   検出装置において、前記弾性体のねじれ変形部の両側に
   それぞれ弾性体の中心軸線と直交する偏光板を対向配置
   し、かつこの２枚の偏光板を挾んで発光素子と受光素子
   を対向配置したことを特徴とするトルク検出装置。