JPH0720538U - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JPH0720538U
JPH0720538U JP5186993U JP5186993U JPH0720538U JP H0720538 U JPH0720538 U JP H0720538U JP 5186993 U JP5186993 U JP 5186993U JP 5186993 U JP5186993 U JP 5186993U JP H0720538 U JPH0720538 U JP H0720538U
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JP
Japan
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light
shielding plates
torsion bar
torque
intersection
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Application number
JP5186993U
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Japanese (ja)
Inventor
光 森田
Original Assignee
株式会社ユニシアジェックス
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部からの光の漏れや発光器の反射光等の影
響を大きく受けなくする。低コストでの製造を可能にす
る。 【構成】 トーションバー1を入力シャフト2と出力シ
ャフト3に結合する。トーションバー1の両端部に夫々
遮光板4,5を固設する。各遮光板4,5に、両遮光板
4,5の相対回動に応じて交差部が径方向に移動するよ
うに夫々スリット6,7を形成する。両遮光板4,5を
間に挾む軸方向位置に発光器11と光検出器12とを対
峙させて配設する。入力トルクに応じてトーションバー
1が捩れ、両遮光板4,5が相対回動すると、スリット
6,7の交差部がこの回動に応じて径方向に移動し、そ
れに伴って交差部を通過する発光器11の光の径方向位
置が変化する。この光の径方向位置は光検出器12によ
って検出し、その結果から入力トルクを求める。
(57) [Summary] [Purpose] To reduce the influence of external light leakage and reflected light from the light emitter. Enables low cost manufacturing. [Structure] A torsion bar 1 is connected to an input shaft 2 and an output shaft 3. Light-shielding plates 4 and 5 are fixed to both ends of the torsion bar 1, respectively. Slits 6 and 7 are formed in each of the light shielding plates 4 and 5 so that the intersecting portion moves in the radial direction according to the relative rotation of the both light shielding plates 4 and 5. The light emitting device 11 and the photodetector 12 are arranged to face each other at an axial position sandwiching the both light shielding plates 4 and 5. When the torsion bar 1 is twisted according to the input torque and the light shielding plates 4 and 5 are rotated relative to each other, the intersection of the slits 6 and 7 moves in the radial direction according to this rotation, and accordingly, the intersection passes. The radial position of the light emitted from the light emitter 11 changes. The radial position of this light is detected by the photodetector 12, and the input torque is obtained from the result.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、回転トルクを非接触で検出するトルクセンサ、とりわけ、光学的な 手段を用いてトルクを検出するトルクセンサに関する。 The present invention relates to a torque sensor for detecting a rotating torque in a non-contact manner, and more particularly to a torque sensor for detecting a torque by using an optical means.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

この種のトルクセンサとして、従来、特開昭57−12337号公報に示され るようなものが案出されている。 As this type of torque sensor, one disclosed in JP-A-57-12337 has been conventionally devised.

【0003】 このトルクセンサは、トーションバーの捩り弾性を利用して入力トルクを回動 変位に変換し、その回動変位を光学的に検出するようにしたもので、具体的には 、入力側部材と出力側部材とに結合されたトーションバーの両端部に夫々遮光板 を固設し、この各遮光板に、両者の相対回動(回動変位)に応じてオーバーラッ プ面積が変化するように夫々開口部を形成する一方で、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てある。そして、このトルクセン サにおいては、両開口部を通過して光検出器で検出される光量が入力トルクに応 じて変化するため、この光検出器によって検出される検出値から入力トルクを求 めることができる。This torque sensor converts the input torque into a rotational displacement by utilizing the torsional elasticity of the torsion bar, and optically detects the rotational displacement. A light-shielding plate is fixed to both ends of the torsion bar connected to the member and the output side member, and the overlapping area changes on each light-shielding plate according to the relative rotation (rotational displacement) of the two. As described above, while forming the respective openings, the light emitter and the photodetector are arranged to face each other at the axial position with the both light-shielding plates sandwiched therebetween. In this torque sensor, the amount of light that passes through both openings and is detected by the photodetector changes in response to the input torque.Therefore, the input torque can be obtained from the detection value detected by this photodetector. You can

【0004】[0004]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

しかし、上記従来のトルクセンサの場合、両遮光板の開口部を通過した光量を 検出し、この光量の検出値から入力トルクを求める仕組みとなっているため、外 部からの光の漏れや発光器の反射光等を厳密に管理しなければならず、そのため に製造コストがかさむという不具合がある。 However, in the case of the above-mentioned conventional torque sensor, the amount of light that has passed through the openings of both light shields is detected and the input torque is calculated from the detected value of this amount of light, so there is no leakage or light emission from the outside. It is necessary to strictly control the reflected light of the vessel, which increases the manufacturing cost.

【0005】 そこで本考案は、外部からの光の漏れや発光器の反射光等をさして厳密に管理 しなくても入力トルクを光学的に正確に検出できるようにして、低コストでの製 造が可能なトルクセンサを提供しようとするものである。Therefore, the present invention enables the input torque to be detected optically accurately without strict control of leakage of light from the outside, reflected light of the light emitter, etc., and is a low-cost manufacturing process. The present invention aims to provide a torque sensor capable of

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案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 入力側部材に、他端を出力側部材に連結し、トーションバーの捩れ角を基にトル クを検出するようにしたトルクセンサにおいて、前記トーションバーの両端部に 夫々遮光板を固設すると共に、この各遮光板に、両遮光板の相対回動に応じて交 差部が径方向に移動するように夫々スリットを設け、さらに、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とを対峙させて配設して、前記両スリット の交差部を通過した発光器の光りの径方向位置からトルクを求めるようにした。 As a means for solving the above problems, the present invention connects one end of a torsion bar to an input side member and the other end to an output side member, and detects torque based on the torsion angle of the torsion bar. In the torque sensor, light-shielding plates are fixed to both ends of the torsion bar, and slits are formed on each of the light-shielding plates so that the intersecting portion moves in the radial direction according to the relative rotation of the both light-shielding plates. Further, the light-emitting device and the photodetector are arranged so as to face each other at an axial position sandwiching the both light-shielding plates, and the light-emitting device from the radial position of light emitted from the light-emitting device passing through the intersection of the both slits. I tried to find the torque.

【0007】[0007]

【作用】[Action]

入力トルクに応じてトーションバーが捩れ、両遮光板が相対回動すると、両遮 光板のスリットの交差部がこの回動に応じて径方向に移動し、それに伴って交差 部を通過する発光器の光の径方向位置が変化する。この光の径方向位置は光検出 器によって検出され、この検出値から入力トルクが求められる。 When the torsion bar is twisted according to the input torque and both light shields rotate relative to each other, the intersection of the slits of both light shields moves in the radial direction according to this rotation, and the light emitter that passes through the intersection accordingly. The radial position of the light changes. The radial position of this light is detected by a photodetector, and the input torque is obtained from this detected value.

【0008】[0008]

【実施例】【Example】

次に、本考案の一実施例を図1〜図3に基づいて説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0009】 図面において、1は、トーションバーであり、このトーションバー1の一端に は入力シャフト2が、他端には出力シャフト3が夫々一体回動可能に結合されて いる。入力シャフト2と出力シャフト3の各端部は夫々トーションバー1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2,3の先端部外周には円板状の遮光板4,5が圧入固定されている。したが って、両遮光板4,5は夫々入力シャフト2と出力シャフト3を介してトーショ ンバー1の両端部に固設されている。そして、各遮光板4,5には、両遮光板4 ,5の相対回動に応じて交差部pが径方向に移動するように夫々スリット6,7 が設けられている。スリット6,7は、この実施例の場合、中立状態(入出力シ ャフト2,3間に左右いずれのトルクもかからない状態)における交差部pと遮 光板4,5の回転中心とを結ぶ直線mに対して夫々逆方向に45°ずつ傾斜する ように直線状に形成されている。In the drawings, reference numeral 1 is a torsion bar. An input shaft 2 is connected to one end of the torsion bar 1 and an output shaft 3 is connected to the other end thereof so as to be integrally rotatable. Each end of the input shaft 2 and the output shaft 3 is formed in a cylindrical shape so as to cover the torsion bar 1 up to the center of the shaft. Disc-shaped light-shielding plates 4 and 5 are press-fitted and fixed. Therefore, the light shielding plates 4 and 5 are fixed to both ends of the torsion bar 1 via the input shaft 2 and the output shaft 3, respectively. Each of the light shielding plates 4 and 5 is provided with a slit 6 and 7 so that the intersection p moves in the radial direction according to the relative rotation of the both light shielding plates 4 and 5. In this embodiment, the slits 6 and 7 are straight lines m that connect the intersection p and the center of rotation of the light shielding plates 4 and 5 in the neutral state (a state in which no left or right torque is applied between the input and output shafts 2 and 3). With respect to each of them, they are linearly formed so as to be inclined in the opposite directions by 45 °.

【0010】 また、8は、入力シャフト2と出力シャフト3を軸受9,9を介して支持する ケーシングであり、このケーシング8の内側の前記両遮光板4,5の軸方向外方 位置(遮光板4,5を間に挟む軸方向位置)には、ブラケット10,10を介し て環状の発光器11と光検出器12とが夫々取り付けられている。発光器11と 光検出器12は両遮光板4,5を間に挟んで互いに対峙するように配設され、発 光器11から発され、両遮光板4,5のスリット6,7の交差部pを通過した光 の径方向位置が光検出器12によって検出されるようになっている。この光検出 器12の出力信号は図外の演算装置に入力され、この演算装置において、前記通 過光の径方向位置をトーションバー1の捩れ角に、さらにこの捩れ角をトルクに 換算するようになっている。Reference numeral 8 denotes a casing that supports the input shaft 2 and the output shaft 3 via bearings 9 and 9. The casing 8 has axially outward positions (shielding) of the light shielding plates 4 and 5 inside the casing 8. An annular light emitter 11 and a photodetector 12 are attached via brackets 10 and 10 at axial positions (between the plates 4 and 5). The light emitting device 11 and the photodetector 12 are arranged so as to face each other with the both light shielding plates 4 and 5 interposed therebetween, and are emitted from the light emitting device 11 so that the slits 6 and 7 of the both light shielding plates 4 and 5 intersect. The photodetector 12 detects the radial position of the light passing through the portion p. The output signal of the photodetector 12 is input to a calculation device (not shown), and in this calculation device, the radial position of the passing light is converted into a torsion angle of the torsion bar 1 and this torsion angle is converted into a torque. It has become.

【0011】 ここで、両スリット6,7の交差部pを通過した光の径方向位置(交差部pの 径方向位置)からトーションバー1の捩れ角を求めることができる理由について 述べる。Here, the reason why the torsion angle of the torsion bar 1 can be obtained from the radial position of the light that has passed through the intersection p of both slits 6 and 7 (the radial position of the intersection p) will be described.

【0012】 図2に示すように、中立状態における回転中心Oから交差部p0までの距離を r0、トーションバー1の捩れ角がφ(任意)のときの回転中心Oから交差部p までの距離をrとしたとき、捩れ角φを距離rの関係式によって表すことができ れば、交差部pの径方向位置から捩れ角φを求めることができる。As shown in FIG. 2, the distance from the rotation center O in the neutral state to the intersection p 0 is r 0 , and from the rotation center O to the intersection p when the torsion angle of the torsion bar 1 is φ (arbitrary). If the twist angle φ can be expressed by the relational expression of the distance r, where r is the distance of, the twist angle φ can be obtained from the radial position of the intersection p.

【0013】 トーションバー1の捩れ角がφであるということは、各遮光板4,5が直線m に対して相反方向にα(α=φ/2)ずつ回動したと考えることができ、今、図 3に示すように一方の遮光板4が矢印方向に角度α回動したとすると、中心Oか ら回動後の交差部pまでの距離rは、中心Oから、直線n(遮光板4の回動方向 と逆方向に角度αを成す直線。)とスリット6の交点までの距離に外ならない。Since the torsion angle of the torsion bar 1 is φ, it can be considered that the light shielding plates 4 and 5 are rotated by α (α = φ / 2) in the opposite direction with respect to the straight line m 1. Assuming now that one of the light shielding plates 4 is rotated by an angle α in the arrow direction as shown in FIG. 3, the distance r from the center O to the intersection p after the rotation is a straight line n (light shielding The straight line forming an angle α in the direction opposite to the rotation direction of the plate 4) and the slit 6 does not fall outside the distance.

【0014】 同図を直交座標で考えると、スリット6の成す直線はy=x+r0、交差部p のx成分はr・cos(π/2+α)、y成分はr・sin(π/2+α)で表すこと ができる。したがって、これらよりConsidering the figure in Cartesian coordinates, the straight line formed by the slit 6 is y = x + r 0 , the x component of the intersection p 2 is r · cos (π / 2 + α), and the y component is r · sin (π / 2 + α). Can be expressed as Therefore, from these

【0015】[0015]

【数1】 r・sin(π/2+α)=r・cos(π/2+α)+r0 ## EQU00001 ## r.sin (π / 2 + α) = r ・ cos (π / 2 + α) + r 0

【0016】[0016]

【数2】 r・cosα=−r・sinα+r0 [Equation 2] r · cos α = −r · sin α + r 0

【0017】[0017]

【数3】 r=r0/(sinα+cosα)[Number 3] r = r 0 / (sinα + cosα)

【0018】[0018]

【数4】 r=r0/{√2sin(π/4+α)} の関係式を導き出すことができる。The relational expression of r = r 0 / {√2sin (π / 4 + α)} can be derived.

【0019】 この式を捩り角φ(φ=2α)で整理すると、When this equation is rearranged by the twist angle φ (φ = 2α),

【0020】[0020]

【数5】 φ=2sin-1(r0/√2・r)−π/2 となる。したがって、この式に基づき交差部pの径方向位置からトーションバー 1の捩れ角を求めることができる。(5) φ = 2 sin −1 (r 0 / √2 · r) −π / 2. Therefore, the torsion angle of the torsion bar 1 can be obtained from the radial position of the intersection p based on this equation.

【0021】 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2にトルクが 入力されるてトーションバー1が捩れると、その捩れ方向及び量が両スリット6 ,7の交差部pを通過した光の径方向位置として光検出器12によって検出され 、その検出結果に基づいて入力トルクが割り出される。Since this torque sensor is configured as described above, when torque is input to the input shaft 2 and the torsion bar 1 is twisted, the twisting direction and the amount of twisting are generated at the intersection p of the slits 6 and 7. It is detected by the photodetector 12 as the radial position of the light passing therethrough, and the input torque is calculated based on the detection result.

【0022】 このトルクセンサの場合、両スリット6,7の交差部pを通過した発光器11 の光の径方向位置を光検出器12で検出してその結果からトルクを求める仕組み となっているため、外部からの光の漏れや発光器11の反射光等をさして厳密に 管理しなくても高精度でトルクを検出することができる。つまり。交差部pを通 過して光検出器12に照射される光はスポット光であるために、仮に、外部から の漏れによる光や反射光等が僅かに光検出器12に照射されることがあっても、 光検出器12の設定によってこの光と検出光とを区別できるようにしておけば、 光の径方向位置を正確に検出することができる。In the case of this torque sensor, the photodetector 12 detects the radial position of the light of the light emitter 11 that has passed through the intersection p of both slits 6 and 7, and calculates the torque from the result. Therefore, it is possible to detect the torque with high accuracy without strict management of leakage of light from the outside, reflected light of the light emitter 11, and the like. That is. Since the light passing through the intersection p and applied to the photodetector 12 is a spot light, it is possible that light due to leakage from the outside, reflected light, or the like is slightly applied to the photodetector 12. However, if the light detector 12 is set so that the light can be distinguished from the detected light, the radial position of the light can be accurately detected.

【0023】 尚、以上の実施例では、スリット6,7が直線mに対して夫々逆方向に45° ずつ傾斜するようにしたものについて説明したが、スリット6,7の直線mに対 する傾斜角度は45°に限らず0°〜90°の間の任意の値θに設定することが 可能である。In the above embodiment, the slits 6 and 7 are inclined 45 degrees in the opposite directions with respect to the straight line m, but the slits 6 and 7 are inclined with respect to the straight line m. The angle is not limited to 45 ° and can be set to any value θ between 0 ° and 90 °.

【0024】 このことを上記と同様に図4によって説明すると、スリット6の成す直線はy =Ax+r0(ただし、A=tanθ)、交差部pのx成分はr・cos(π/2+α )、y成分はr・sin(π/2+α)で表すことができる。したがって、これら よりExplaining this with reference to FIG. 4 similarly to the above, the straight line formed by the slit 6 is y 2 = Ax + r 0 (where A = tan θ), the x component of the intersection p is r · cos (π / 2 + α), The y component can be represented by r · sin (π / 2 + α). Therefore, from these

【0025】[0025]

【数6】 r・sin(π/2+α)=A・r・cos(π/2+α)+r0 [Equation 6] r · sin (π / 2 + α) = A · r · cos (π / 2 + α) + r 0

【0026】[0026]

【数7】 r・cosα=−A・r・sinα+r0 ## EQU00007 ## r.cos.alpha. =-A.r.sin.alpha. + R 0

【0027】[0027]

【数8】 r=r0/(sinα+A・cosα)(8) r = r 0 / (sinα + A · cosα)

【0028】[0028]

【数9】 r=r0/{√(A2+1)・sin(α+arctan(1/A))} の関係式を導き出すことができる。The relational expression of r = r 0 / {√ (A 2 +1) · sin (α + arctan (1 / A))} can be derived.

【0029】 この式を捩り角φ(φ=2α)で整理すると、When this equation is organized by the twist angle φ (φ = 2α),

【0030】[0030]

【数10】 φ=2sin-1(r0/r・√(A2+1))−2tan-1(1/A) となる。したがって、この式に基づき交差部の径方向位置からトーションバー1 の捩れ角を求めることができる。Φ = 2 sin −1 (r 0 / r · √ (A 2 +1)) − 2 tan −1 (1 / A). Therefore, the torsion angle of the torsion bar 1 can be obtained from the radial position of the intersection based on this equation.

【0031】 また、上記実施例は、回転する部材のトルクを検出するタイプのトルクセンサ であるため、発光器11と光検出器12を環状に形成してスリット6,7の交差 部pが周方向のいずれの位置に移動しても光を確実に検出できるようにしている が、回転しない部材のトルクを検出する場合には、発光器11と光検出器12は 必ずしも環状に形成する必要はない。Further, since the above embodiment is a torque sensor of the type that detects the torque of the rotating member, the light emitter 11 and the photodetector 12 are formed in an annular shape, and the intersection p of the slits 6 and 7 is circumferential. The light is surely detected at any position in the direction. However, in order to detect the torque of the non-rotating member, the light emitter 11 and the light detector 12 do not necessarily have to be formed in an annular shape. Absent.

【0032】[0032]

【考案の効果】[Effect of device]

以上のように本考案は、トーションバーの両端部に夫々遮光板を固設すると共 に、この各遮光板に、両遮光板の相対回動に応じて交差部が径方向に移動するよ うに夫々スリットを設け、さらに、両遮光板を間に挟む軸方向位置に発光器と光 検出器とを対峙させて配設し、両スリットの交差部を通過した発光器の光りの径 方向位置を光検出器で検出してその結果から入力トルクを求めるようにしたため 、トーションバーの捩れに応じて検出光量が変化するようにした従来のもの異な り、外部からの光の漏れや発光器の反射光等をさして厳密に管理しなくても入力 トルクを正確に検出することができる。したがって、本考案によれば検出精度の 高いトルクセンサを低コストで製造することができる。 As described above, according to the present invention, the light shielding plates are fixed to both ends of the torsion bar, and at the same time, the crossing portions of the respective light shielding plates are moved in the radial direction according to the relative rotation of the both light shielding plates. Each slit is provided, and the light emitter and the photodetector are placed facing each other at the axial position sandwiching both light shielding plates, and the radial position of the light emitted from the light emitter passing through the intersection of both slits is set. Since the input torque is calculated from the result detected by the photodetector, the detected light intensity changes according to the torsion of the torsion bar, which is different from the conventional one. The input torque can be accurately detected without strict control of light or the like. Therefore, according to the present invention, a torque sensor with high detection accuracy can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本考案の一実施例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例を示す模式図。FIG. 2 is a schematic view showing the same embodiment.

【図3】同実施例を示す模式図。FIG. 3 is a schematic view showing the same embodiment.

【図4】他の実施例を示す模式図。FIG. 4 is a schematic view showing another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…トーションバー、 2…入力シャフト(入力側部材)、 3…出力シャフト(出力側部材)、 4,5…遮光板、 6,7…スリット、 11…発光器、 12…光検出器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Torsion bar, 2 ... Input shaft (input side member), 3 ... Output shaft (output side member), 4, 5 ... Shading plate, 6, 7 ... Slit, 11 ... Light emitter, 12 ... Photodetector.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 トーションバーの一端を入力側部材に、
他端を出力側部材に連結し、トーションバーの捩れ角を
基にトルクを検出するようにしたトルクセンサにおい
て、前記トーションバーの両端部に夫々遮光板を固設す
ると共に、この各遮光板に、両遮光板の相対回動に応じ
て交差部が径方向に移動するように夫々スリットを設
け、さらに、前記両遮光板を間に挟む軸方向位置に発光
器と光検出器とを対峙させて配設して、前記両スリット
の交差部を通過した発光器の光りの径方向位置からトル
クを求めるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
1. An input side member is provided with one end of a torsion bar,
In a torque sensor in which the other end is connected to the output side member and torque is detected based on the torsion angle of the torsion bar, light shielding plates are fixedly provided at both ends of the torsion bar, and , Slits are provided so that the intersecting portions move in the radial direction according to the relative rotation of the both light-shielding plates, and the light-emitting device and the photodetector face each other at an axial position sandwiching the both light-shielding plates. The torque sensor is characterized in that the torque is obtained from the radial position of the light emitted from the light emitting device passing through the intersection of the slits.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10338023B2 (en) 2013-08-13 2019-07-02 Murata Manufacturing Co., Ltd. Temperature and humidity sensor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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