JPH0584841U - 光学式トルク検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単であり、高精度で軸トルクを検出
可能な非接触型のトルク検出器を実現すること。 【構成】 回転軸６の小径部分６ａの両側には、第１お
よび第２のスリット円板２、３が固着されている。これ
らを挟み、発光ダイオード４および半導体位置検出素子
５が対向配置されている。第１および第２のスリット円
板にそれぞれ形成されている第１および第２のスリット
の形状および配置関係は、これらにより規定される光通
過路の半径方向の位置がこれらの相対回転量に応じて一
義的に変化するように設定されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は回転軸などに発生するトルクを検出する非接触型の光学式トルク検出 器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

回転軸等に発生するトルクを測定するためには、スリップリングあるいは回転 トランス等を用いたトルク検出器が利用されている。

【０００３】

【考案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器はその測定部分の構造が複雑で あり廉価に製造することが困難である。また、検出精度を高めることも困難であ る。

【０００４】 本考案の課題は、この点に鑑みて、高精度で軸トルクを検出可能な非接触型の トルク検出器を実現することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案のトルク検出器は、検出対象である軸の外周に第１および第２のスリッ ト付き板を固着し、これらを挟み、発光素子および受光素子を対向配置した構成 を採用している。第１のスリット板に形成した第１のスリットと、第２のスリッ ト付き板に形成した第２のスリットの形状および配置関係を次にように設定して ある。すなわち、これらのスリットが相対回転した場合に、その回転量に応じて 、これらのスリットにより規定される光通過部分の半径方向の位置が一義的に定 まるように設定してある。また、受光素子としては、この光通過部分の移動範囲 を含む受光面を備え、この受光面での受光位置を検出可能な受光位置検出素子を 用いている。

【０００６】 検出対象となる軸が回転軸である場合には、第１および第２のスリット付き板 を円板として、周方向に向けて一定の間隔でそれぞれ第１および第２のスリット を形成することが好ましい。また、第１および第２のスリット付き板を近接した 位置に配置できない場合には、これらの間に光ファイバなどから光案内通路を形 成して、第１のスリットを通過した光をそのまま第２のスリットの側まで案内す ることが好ましい。

【０００７】

【作用】

軸にトルクが発生すると、その大きさに応じて軸が捩じれる。この結果、第１ および第２のスリットの間には僅かな相対回転が生ずる。この相対回転量に応じ て、第１および第２のスリットにより規定される光通過部分が半径方向に移動す る。発光素子の側からこの光通過部分を通る光は、受光素子の側において半径方 向に僅かに移動した位置で受光される。受光素子ではこの受光位置に応じて異な った電気的出力を発生する。この出力に基づき発生トルクが検出される。

【０００８】

【実施例】

以下に図面を参照して本考案の実施例を説明する。

【０００９】 図１には本考案の一実施例である光学式トルク検出器の概略構成を示してある 。本例の光学式トルク検出器１は、第１および第２のスリット円板２、３と、こ られを挟み、対向配置した発光ダイオード４および半導体位置検出素子５から基 本的に構成されている。トルク測定の対象となる回転軸６は断面を絞った小径部 分６ａが形成されている。この小径部分６ａを覆う状態に中空軸７が同心状態に 配置され、中空軸７の一方の端が回転軸６の外周面６ｂに固着されている。中空 軸７の他方の端はボールベアリング８を介して回転自在の状態で回転軸６の外周 面６ｂに支持されている。この回転自在となっている中空軸７の端部７ａの外周 面には、同心状態に第１のスリット円板２が固着されている。これに対して、第 ２のスリット円板３は、回転軸の小径部分を外れた位置に固着したボス９の外周 面に固着されている。

【００１０】 半導体位置検出素子５は、回転軸６の半径方向に延びる光電変換素子からなる 受光面５ａを備えている。この素子５は、受光面での受光位置に応じて、半径方 向の内側端５ｂおよび外側端５ｃから出力される電流値ｉ１およびｉ２が変化す る。これらの電流値の和が常に一定に保持されるように、図に示すようなフィー トバック制御回路１０を用いて発光ダイオード４の発光量を制御している。本例 では、内側端５ｂの電流値ｉ１を検出出力Ｓとして取り出している。発光ダイオ ードの発光量が一定に保持されるので、この検出出力Ｓは軸トルクに比例したも のになる。半導体位置検出素子５としては、例えば、浜松ホトニクス株式会社製 の一次元位置検出用ＰＳＤを採用することができる。

【００１１】 図２には、第１および第２のスリット円板２、３に形成された第１および第２ のスリット２１、３１の形状および相対位置関係を示してある。この図において は、円周方向に向けて一定の間隔Ｐで配列されている第１および第２のスリット ２１、３１を横方向に開いた状態で示してある。図においては実線で第１のスリ ット２１を示してあり、垂直方向（実際には半径方向）に対して一定の角度だけ 傾斜している。これに対して、破線で示す第２のスリット３１は垂直方向（半径 方向）に延びている。従って、これらを重ねることによって規定される光通過部 分４１は、これらの相対移動に応じて垂直方向（半径方向）に移動する。図に示 す状態ではこれらのスリットの長さ方向の中央位置にある。この状態から矢印Ａ で示す方向に第１のスリット２１の側のみが僅かに移動すると、光通過部分４１ は図において下方向に移動する。このように、第１および第２のスリットの相対 移動量（相対回転量）に応じて光通過位置４１が変動する。ここで、図の実線で 示す枠４２は、上述した半導体位置検出素子５の受光面５ａを表している。

【００１２】 この構成のトルク検出器１において、回転軸６にトルクが発生すると、それに よって小径部分６ａを挟み両側の回転軸部分には相対捩じれが発生する。この捩 じれが原因となって第１および第２のスリット２１、３１にも相対回転が発生す る。この結果、これらによって規定される光通過部分４１の位置が原位置である 図２に示す半径方向の中央位置から移動する。この移動に伴って、受光素子の受 光面５ａにおける受光位置が変化する。すなわち、受光量の中心位置あるいは受 光強度の中心位置が移動する。この移動は、検出出力Ｓの変化として得られる。

【００１３】 従って、この検出出力の値に基づき発生した軸トルクが検出できる。図３には、 回転に対する検出出力Ｓの変化を示してある。

【００１４】 本例のトルク検出器は、従来構成の検出器に較べて次にような利点がある。

【００１５】 （１）検出対象である軸の静止、回転を問わずトルク検出を行うことができる。

【００１６】 （２）非接触型であるので、検出器の回転部分の構造は、スリップリング、回転 トランス等が不要なために簡単となる。

【００１７】 （３）検出出力のダイナミックレンジを大きくとれる。換言するとＳ／Ｎ比を大 きくとれる。

【００１８】 （４）従来の検出器に較べて廉価に製造できる。

【００１９】 （５）検出精度が高い。

【００２０】 （６）温度変化あるいはノイズによる影響が少なく、安定度が高い。

【００２１】 （７）応答性がよい。

【００２２】 ここで、本例の検出器１においては、軸の小径部分を覆う中空軸７を用いて、 第１のスリット円板２を第２のスリット円板３の近接位置に配置してある。この ようにせずに、第１および第２のスリット円板２、３を離して配置し、これらの 間を光ファイバなどから構成した光通路で繋ぐようにしてもよい。

【００２３】 図４にはこの構成を示してある。図に示す例では、回転軸６の小径部分６ａの 両側の回転軸外周部分に第１および第２のスリット円板２、３が固着されている 。これらのスリット円板の間には、光案内路としての光ファイバアレイ１２が配 置されている。第１のスリット円板２の側においては、これを挟み、発光ダイオ ード４と光ファイバアレイの光入口側１２ａが対峙している。また、第２のスリ ット円板３の側においては、これを挟み、光ファイバアレイの光出口側１２ｂと 受光素子の受光面５ａが対峙している。各スリット円板に形成したスリットは図 ２に示すものと同一である。

【００２４】 この構成の検出器においては、発光ダイオード４から出射した光は、第１のス リット２１を通過して、光ファイバアレイ１２によって第２のスリット３１まで 案内される。そして、第２のスリット３１を通過して受光素子の受光面５ａに到 る。この検出器においても上述した実施例と同様な効果が得られると共に、スリ ット円板を近接配置できない場合に特に有効である。

【００２５】 なお、回転しない軸に発生するトルクを検出する場合には、第１および第２の スリットは、軸の外周の一部分のみに形成すればよい。また、第１および第２の スリットの形状および相互の配置関係は、これらによって規定される光通過部分 の半径方向の位置が、これらの相対回転量に応じて一義的に変化するような構成 であれば良く、図２に示すものに限定されない。さらには、発光源として発光ダ イオード以外のものを使用してもよく、また受光素子も半導体位置検出素子以外 のものを使用してもよい。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の光学式トルク検出器は、トルク検出対象である 軸に第１および第２のスリット付き板を固着し、これらを挟み発光素子および受 光素子を配置した構成を採用し、さらに、スリット板に形成した第１および第２ のスリットを、これらによって規定される光通過部分の半径方向の位置がこれら の相対回転量に応じて一義的に変化するように設定してある。従って、本考案に よれば、スリップリング、回転トランスなどの回転部品を使用することなく、簡 単な構成で、精度の良いトルク検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である光学式トルク検出器を
示す概略構成図である。

【図２】図１の検出器における第１および第２のスリッ
ト円板に形成された第１および第２のスリットの形状お
よび配置関係を示す説明図である。

【図３】図１の検出器の回転に対する検出出力の変化を
示すグラフである。

【図４】図１の検出器の変形例を示す部分構成図であ
る。

【符号の説明】

１・・・光学式トルク検出器 ２・・・第１のスリット円板 ２１・・・第１のスリット ３・・・第２のスリット円板 ３１・・・第２のスリット ４・・・発光ダイオード ５・・・半導体位置検出素子 ５ａ・・・受光面 ６・・・回転軸 ６ａ・・・小径部分 １２・・・光ファイバアレイ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出対象である軸の外周に固着した第１
   のスリット付き板と、この第１のスリット付き板から所
   定の間隔を離して同じく前記軸の外周に固着した第２の
   スリット付き板と、これら第１および第２のスリット付
   き板を挟み、対向配置した発光素子および受光素子とを
   有し、前記第１のスリット付き板に形成された第１のス
   リットおよび前記第２のスリット付き板に形成された第
   ２のスリットの形状および配置関係は、これらによって
   規定される前記発光素子から前記受光素子に到る光通過
   部分の半径方向の位置が、これらスリット板の相対回転
   量に応じて一義的に変化するように設定されており、前
   記受光素子は、前記光通過部分の移動範囲を含む受光面
   を備え、この受光面での受光位置に応じて異なる電気的
   出力を発生する受光位置検出素子であることを特徴とす
   る光学式トルク検出器。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記軸は回転軸であ
   り、前記第１および第２のスリット付き板は円板であ
   り、これらの第１および第２のスリット付き円板には、
   周方向に向けて同一の間隔でそれぞれ複数本の第１およ
   び第２のスリットが形成されていることを特徴とする光
   学式トルク検出器。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記第１お
   よび第２のスリット付き板の間には、前記第１のスリッ
   トを通過した光を前記第２のスリットの側に案内する光
   案内通路が形成されていることを特徴とする光学式トル
   ク検出器。