JPH06160208A

JPH06160208A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH06160208A
Application number: JP30912092A
Authority: JP
Inventors: Hikari Morita; 光森田; Masaya Nakayama; 正也中山
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】検出精度の高いトルクセンサを容易に製造出
来るようにする。小型化を可能にする。【構成】トーションバー１１の両端部に結合された入
力シャフト１２と出力シャフト１３に遮光板１４、１５
を圧入固定する。遮光板１４、１５にトーションバー１
１の回転中心と同心となる扇形の孔１６、１７を複数形
成し、両孔１６、１７の重なり合う面積がトーションバ
ー１１の捩れ量に応じて変化するようにする。遮光板１
４、１５を間に挟む軸方向位置に発光器２８と光検出器
２９を対峙させて設ける。両遮光板１４、１５の孔１
６、１７を通過した発光器２８の光を光検出器２９で計
測することによりトルクを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転トルクを非接触で
検出するトルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のトルクセンサとして、例えば、
特開昭６３−１５３４３９号公報に記載されるようなも
のが知られている。

【０００３】このトルクセンサは、図４に示すように、
被測定部材（図示せず。）に連結されたトーションバー
１と、異なる磁極２ａ（Ｎ極）、２ｂ（Ｓ極）が周方向
に沿って交互に配置されるようにトーションバー１の一
端側に取り付けられた磁気発生ユニット３と、磁気の入
出端がこの磁気発生ユニット３の磁気発生面３ａに臨む
ようにトーションバー１の他端側に取り付けられた磁気
通路４と、この磁気通路４の磁束を検出する磁気検出素
子５とを備え、被測定部材に加えられたトルクを、トー
ションバー１の捩れに応じた磁気通路４の磁束変化とし
て検出するようになっている。磁気通路４は、径方向に
磁気測定用のエアギャップ６を介して対向配置されたア
ウターリング７及びインナーリング８と、各リング７、
８の端部に取り付けられた磁気の入出端としての複数の
磁路片９ａ、９ｂとによって構成され、各リング７、８
の磁路片９ａ、９ｂは磁気発生ユニット３の磁極２ａ、
２ｂと１対１で対応し、かつ、周方向に沿って交互に並
ぶように配置されている。また、磁気検出素子５はホー
ル素子等によって構成され、前記磁気通路４のエアギャ
ップ６に非接触で介装されている。

【０００４】そして、このトルクセンサにおいては、ア
ウターリング７とインナーリング８の各磁路片９ａ、９
ｂは径方向外方の同一円周上に延設され、定常状態（被
検出部材にトルクが加えられない状態）で磁気発生ユニ
ット３の隣接する磁極２ａ、２ｂの中間部に位置される
ようになっており、トーションバー１の捩れによって各
磁路片９ａ、９ｂが磁気発生ユニット３に対して周方向
に相対変位すると、磁極２ａ、２ｂと磁路片９ａ、９ｂ
の間のエアギャップが変化し、そのエアギャップの変化
に比例して現れる磁気通路４の磁束の変化が磁気検出素
子５によって検出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のト
ルクセンサの場合、磁気通路４の磁束変化を基にトルク
を検出するようにしているため、実使用に供し得る検出
精度を得るためには、残留磁気の生じにくい磁性材料に
よって磁気通路４を高い寸法精度で形成しなければなら
ず、そのために製造が難しいという不具合がある。ま
た、上記従来のトルクセンサは、磁気を利用してトルク
を検出するものであるため、他の部品の磁気や電磁波の
影響を少なくするためにシールドケースを設けたり他の
磁性部品等から離して設置する必要があり、このことが
装置全体の小型化の妨げとなっている。

【０００６】そこで本発明は、容易に高い検出精度を得
ることが出来、しかも、小型化が可能なトルクセンサを
提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した課題を
解決するための手段として、トーションバーの一端を入
力部に、他端を出力部に連結し、トーションバーの捩れ
量を基にトルクを検出するトルクセンサにおいて、トー
ションバーの両端部に夫々遮光板を固設し、各遮光板
に、トーションバーの回転中心と同心となる開口部を形
成する一方で、前記両遮光板を間に挟む軸方向位置に発
光器と光検出器を対峙させて配設し、前記両遮光板の開
口部を通過した発光器の光を計測することによってトル
クを検出するようにした。

【０００８】

【作用】両遮光板に形成した開口部は、トーションバー
の回転中心と同心となるため、両遮光板の開口部の重な
り合う面積はトーションバーの捩れ量に応じて増減す
る。このため、光検出器によって計測される発光器の光
りはトーションバーの捩れ量に応じたものとなる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図１、図２に基づ
いて説明する。

【００１０】図面において、１１は、トーションバーで
あり、このトーションバー１１の一端には入力シャフト
１２が、他端には出力シャフト１３が夫々一体回転可能
に結合されている。入力シャフト１２と出力シャフト１
３の各端部は夫々トーションバー１１の略中央部までを
覆うように円筒状に形成されており、互いに突き合わさ
れた両シャフト１２、１３の先端部外周には略円板形の
遮光板１４、１５が圧入固定されている。したがって、
両遮光板１４、１５は夫々入力シャフト１２と出力シャ
フト１３を介してトーションバー１１の両端部に固設さ
れている。そして、遮光板１４、１５には、トーション
バー１１の回転中心Ｏと同心となる扇形の孔（開口部）
１６、１７が夫々円周方向に沿って複数個形成されてお
り、両遮光板１４、１５の孔１６、１７の重なり合う面
積がトーションバー１１の捩れに伴って変化するように
なっている。

【００１１】また、１８は、入力シャフト１２と出力シ
ャフト１３を軸受１９、１９を介して支持するケーシン
グであり、このケーシング１８の略略中央部には開口部
２０が形成されていて、この開口部２０にカバー２１が
固定されている。カバー２１の内側部には夫々トーショ
ンバー１１の回転中心と同心となる扇形の孔２２、２３
を有する一対のフランジ２４、２５が突設されていて、
カバー２１をケーシング１８に取り付けた状態において
この両フランジ２４、２５が前記遮光板１４、１５の軸
方向両側の一部を覆うようになっている。また、カバー
２１の内側の両フランジ２４、２５の軸方向外方位置
（遮光板１４、１５を間に挟む軸方向位置）には夫々ブ
ラケット２６、２７を介して発光器２８と光検出器２９
が取り付けられている。発光器２８と光検出器２９は前
記両フランジ２４、２５の孔２２、２３を間に挟んで互
いに対峙するように配設され、発光器２９から発された
光が前記遮光板１４、１５の孔１６、１７を通して光検
出器２９によって検出されるようになっている。尚、一
方のフランジ２４の孔２２は発光器２８の照射領域を規
制するために設けられ、他方のフランジ２５の孔２３は
光検出器２９の受光領域を規制するために設けられてい
る。

【００１２】ここで、前記遮光板１４、１５の孔１６、
１７のピッチ角度ｔ［rad］と、フランジ２４、２５の
孔２２、２３の開口角度θ［rad］は以下の、式を
満たすように設定されており（図２参照。）、両遮光板
１４、１５の孔１６、１７は初期状態（トーションバー
１１の捩れのない状態）において両孔１６、１７の半分
の開口角度分だけ重なりあうように設定されている。

【００１３】ｔ＝２π／ｎ（ただし、ｎは正の整数） … θ＝Ｎｔ（ただし、Ｎは正の整数） … このため、トーションバー１１が一方向に捩れると、両
遮光板１４、１５の孔１６、１７の重なり合う面積がそ
の捩れ量に比例して増大し、他方向に捩れると、逆に両
遮光板１４、１５の孔１６、１７の重なり合う面積がそ
の捩れ量に比例して減少する。そして、上記式より、
フランジ２４、２５の孔２２、２３内で重なり合う遮光
板１４、１５の孔１６、１７の数は常にＮ個となる。し
たがって、孔２２、１６、１７、２３を透過する発光器
２８の光量は、入、出力シャフト１２、１３の絶対回転
位置に関係なく常にトーションバー１１の捩れ量（入、
出力シャフト１２、１３の相対回転位置）によって決定
される。

【００１４】尚、光検出器２９は、発光器２８の発する
光と同波長、同周波数の光にだけ同調するように設定し
ておけば、ケーシング１８を完全に密閉する必要はな
い。

【００１５】このトルクセンサは以上のような構成であ
るため、入力シャフト１２にトルクが入力されてトーシ
ョンバー１１が捩れると、その捩れ方向及び捩れ量が光
検出器２９の計測光量の変化として検出される。

【００１６】このトルクセンサの場合、遮光板１４、１
５の孔１６、１７の重なり合う面積をトーションバー１
１の捩れに応じて変化させ、この両孔１６、１７を通過
する発光器２８の光量を計測するようにしているため、
発光器２８や光検出器２９の精度を別にすれば、遮光板
１４、１５とフランジ２４、２５の孔１６、１７、及
び、２２、２３の成形精度によってトルクの検出精度が
ほぼ決定される。ところで、遮光板１４、１５やフラン
ジ２４、２５は、磁気等の影響を考える必要がないため
に精密な成形の容易な金属材や樹脂材によって形成する
ことができ、そのため比較的容易に検出精度を高めるこ
とができる。また、このトルクセンサは、他の部品の磁
気や電磁波の影響を受ける心配がないため、特別な磁気
シールド構造を設けたり、配置の制約を受けたりする必
要がない。このため、装置全体を小型化することができ
る。

【００１７】尚、この発明の実施例は以上で説明したも
のに限るものでなく、例えば、遮光板１４、１５に形成
する開口部は、上記実施例のような扇形の孔１６、１７
でなく図３に示すようなスリット３０、３１であっても
良く、その形状及び個数は任意である。また、フランジ
２５、２６とその孔２２、２３は、発光器２８と光検出
器２９を大型化、或は、複数設置するようにすれば必ず
しも設ける必要はない。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明は、トーションバー
の両端部に夫々遮光板を固設し、各遮光板に、トーショ
ンバーの回転中心と同心となる開口部を形成する一方
で、前記両遮光板を間に挟む軸方向位置に発光器と光検
出器を対峙させて配設し、前記両遮光板の開口部を通過
した発光器の光を計測することによってトルクを検出す
るようにしたため、比較的成形の容易な遮光板の開口部
によって検出精度がほぼ決定されることとなり、高い検
出精度を比較的容易に得られるようになる。また、従来
のものと異なり、他の部品の磁気や電磁波の影響を受け
る心配がないため、これらの影響を少なくするための部
品の追加や配置の制約がなくなり、装置の小型化が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図。

【図２】同実指令を示す図１のＡ矢視図。

【図３】本発明の他の実施例を示す正面図。

【図４】従来の技術を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…トーションバー、１４、１５…遮光板、１６、１７…孔（開口部）、２８…発光器、２９…光検出器、３０、３１…スリット（開口部）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トーションバーの一端を入力部に、他端
を出力部に連結し、トーションバーの捩れ量を基にトル
クを検出するトルクセンサにおいて、トーションバーの
両端部に夫々遮光板を固設し、各遮光板に、トーション
バーの回転中心と同心となる開口部を形成する一方で、
前記両遮光板を間に挟む軸方向位置に発光器と光検出器
を対峙させて配設し、前記両遮光板の開口部を通過した
発光器の光を計測することによってトルクを検出するこ
とを特徴とするトルクセンサ。