(57)【要約】【課題】トーションバーに配置された回路部品にかかる遠心力を抑えることのできるトルクセンサを提供する。【解決手段】トルクセンサ１０は、筐体１１と、筐体１１に回転可能に支持され、起歪体４６を有するとともに、起歪体４６にひずみゲージが固定されたトーションバー４０と、トーションバー４０の軸線方向において起歪体４６に隣接する基板配置部４５に固定され、ひずみゲージから入力した信号を発光素子から光信号で出力する出力回路を有する第１の基板７１と、筐体１１に固定され、第１の基板７１の発光素子が出力した光信号を受光素子が受光して検出する検出回路を有する第２の基板とを備える。第１の基板７１は、第１の基板７１の平面の少なくとも一部が基板配置部４５の外周面に対向するように基板配置部４５の外周面に固定されており、第１の基板７１が対向する範囲は、基板配置部４５の外周面のうち半周以下の面である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に回転可能に支持され、起歪体を有するとともに、前記起歪体にひずみゲージが固定されたトーションバーと、
前記トーションバーの軸線方向において前記起歪体に隣接する基板配置部に固定され、前記ひずみゲージから入力した信号を発光素子から光信号で出力する出力回路を有する第１の基板と、
前記筐体に固定され、前記第１の基板の前記発光素子が出力した光信号を受光素子が受光して検出する検出回路を有する第２の基板と、
前記筐体側に設けられ、電力を非接触で送電する送電部と、
前記トーションバーに設けられ、前記送電部から非接触で電力を受ける受電部とを備え、
前記第１の基板は、該第１の基板の平面の少なくとも一部が前記基板配置部の外周面に対向するように前記基板配置部の外周面に固定されており、
前記第１の基板が対向する範囲は、前記基板配置部の外周面のうち半周以下の面である
トルクセンサ。
【請求項２】
前記第１の基板は、前記トーションバーの径方向における長さが前記第１の基板の対向範囲において最大径である前記トーションバーの直径以下である
請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記第１の基板は、前記トーションバーの外周において周方向に複数設けられており、
複数の前記第１の基板の前記発光素子から同じ出力の光信号が出力される
請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記受光素子は、前記トーションバーの径方向に広がる受光範囲を有し、
前記受光範囲に複数の前記第１の基板の前記発光素子のうちの少なくとも１つの照射範囲が重なる
請求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記発光素子は、前記第１の基板の径方向に向けて光信号を出力する
請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
【請求項６】
前記発光素子は、前記第１の基板の接線方向に向けて光信号を出力する
請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
【請求項７】
前記発光素子は、前記トーションバーの軸線方向に沿って光信号を出力する
請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみゲージを用いたトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ひずみゲージ式のトルクセンサは、接触方式と非接触方式とに大別される。接触方式は、起歪体である軸に貼り付けたストレインゲージの抵抗値の変化を、スリップリング等の接触体を介して結線された配線によって処理回路に出力する。ところが、スリップリング等の接触体は、摩擦抵抗による大きな初動トルクが回転始動時の測定を不安定としたり、摩擦による温度上昇がトルクの測定に影響を及ぼしたり、摩擦により摩耗した導電物が飛散する等の問題がある。
【０００３】
非接触方式は、ストレインゲージの抵抗値の変化を、回転トランスを介して送る方式や、無線通信する方式や、光通信する方式が知られている。例えば、このうち光通信する方式の一例が特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載のトルクセンサは、筐体の側壁に回転可能に支持され起歪体である４枚の平板にそれぞれストレインゲージを設けたトーションバー（トルク検出軸）と、このトーションバーに固定した基板上にストレインゲージを結線し、ストレインゲージからの電気信号を処理して検出信号として赤外線通信で送信する検出回路とを備える。また、トルクセンサは、筐体に固定した基板上に設けられ、検出回路からの検出信号を受信して外部に出力する出力回路を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−９８７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術によれば、トーションバーに固定した基板は、トーションバーの貫通可能な円盤状の基板である。ところが、トーションバーは回転するため、このトーションバーに固定された基板が回転されると、この基板に搭載されている部品も回転して遠心力が印加される。遠心力は、トーションバーの軸線からの距離が離れるほど強くなることから、基板の外周が長くなったり、トーションバーの軸径が太くなったりすることに応じて遠心力が強くなり、基板上に配置されている部品や回路の信頼性等に影響を与えるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、トーションバーに配置された回路部品にかかる遠心力を抑えることのできるトルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するトルクセンサは、筐体と、前記筐体に回転可能に支持され、起歪体を有するとともに、前記起歪体にひずみゲージが固定されたトーションバーと、前記トーションバーの軸線方向において前記起歪体に隣接する基板配置部に固定され、前記ひずみゲージから入力した信号を発光素子から光信号で出力する出力回路を有する第１の基板と、前記筐体に固定され、前記第１の基板の前記発光素子が出力した光信号を受光素子が受光して検出する検出回路を有する第２の基板と、前記筐体側に設けられ、電力を非接触で送電する送電部と、前記トーションバーに設けられ、前記送電部から非接触で電力を受ける受電部とを備え、前記第１の基板は、該第１の基板の平面の少なくとも一部が前記基板配置部の外周面に対向するように前記基板配置部の外周面に固定されており、前記第１の基板が対向する範囲は、前記基板配置部の外周面のうち半周以下の面である。
【０００９】
このような構成によれば、第１の基板の平面がトーションバーの外周面に対向する範囲が基板配置部の外周面のうち半周以下の範囲であるため、軸線に対する第１の基板の径方向への離間距離が短く抑えられて、第１の基板にかかる遠心力が抑制される。これにより、第１の基板に搭載されている回路部品にかかる遠心力が抑制される。
【００１０】
また、第１の基板に搭載されている回路部品にかかる、遠心力に起因するストレスが抑制されるため、回路部品の信頼性が維持される。
また、第１の基板にかかる遠心力が抑制されることで回路基板の信頼性に起因する回転速度の規制が緩和されて、トーションバーの回転速度を高めることができる。
【００１１】
また、短い軸径のトーションバーに取り付け可能な第１の基板は、それよりも長い軸径のトーションバーに設置することができることから、軸径が相違する複数のトーションバーに第１の基板を適用するように基板を規格化することが容易である。
【００１２】
好ましい構成として、前記第１の基板は、前記トーションバーの径方向における長さが前記第１の基板の対向範囲において最大径である前記トーションバーの直径以下である。
このような構成によれば、第１の基板の端であってもトーションバーの軸線から径方向へ離間する距離を短く抑えられる。
【００１３】
好ましい構成として、前記第１の基板は、前記トーションバーの外周において周方向に複数設けられており、複数の前記第１の基板の前記発光素子から同じ出力の光信号が出力される。
【００１４】
このような構成によれば、光信号が直接届かない範囲を少なくすることができる。これにより、光信号による光通信の安定化が図られる。
また、光信号の到達する角度範囲が広くなれば、受光部の数が少なくても光信号を安定して送受信することができるようになる。
【００１５】
トーションバーの外周にバランス良く第１の基板を配置することでトーションバーの回転の安定化が図られる。
好ましい構成として、前記受光素子は、前記トーションバーの径方向に広がる受光範囲を有し、前記受光範囲に複数の前記第１の基板の前記発光素子のうちの少なくとも１つの照射範囲が重なる。
【００１６】
このような構成によれば、受光範囲に照射範囲が重なるため光信号を安定して送受信することができる。
好ましい構成として、前記発光素子は、前記第１の基板の径方向に向けて光信号を出力する。
【００１７】
このような構成によれば、発光素子がトーションバーから離れた方向に光を照射するので、受光部の配置の自由度が高い。
好ましい構成として、前記発光素子は、前記第１の基板の接線方向に向けて光信号を出力する。
【００１８】
このような構成によれば、光信号がトーションバーから離れた方向に出力されるので、受光部の配置の自由度が高い。
好ましい構成として、前記発光素子は、前記トーションバーの軸線方向に沿って光信号を出力する。
【００１９】
このような構成によれば、受光部をトーションバーの周囲に設けることができるのでトルクセンサの大きさを維持することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、部品や回路にかかる遠心力を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】トルクセンサの一実施形態を示す斜視図。
【図２】同実施形態のトルクセンサの断面図。
【図３】同実施形態のトルクセンサのトーションバーを示す斜視図。
【図４】同実施形態のトルクセンサのトーションバーの正面図。
【図５】同実施形態のトルクセンサのトーションバーの右側面図。
【図６】同実施形態のトルクセンサの回路図。
【図７】トルクセンサの他の実施形態を示す断面図。
【図８】トルクセンサのその他の実施形態を示す正面図。
【図９】トルクセンサのまた他の実施形態を示す断面図。
【図１０】トルクセンサのまたその他の実施形態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１〜図６を参照して、トルクセンサの一実施形態について説明する。トルクセンサ１０は車両用のエンジンやモータ等の回転駆動装置が出力する回転トルク等の検出に用いられる。
【００２３】
図１に示すように、トルクセンサ１０は、筐体１１にベアリング部３０で回転可能に支持される円柱状の回転軸であるトーションバー４０を備えている。
筐体１１は、箱体であって、底部１１ｄには土台等への取り付を可能にするフランジ１２を備えている。筐体１１は、底部１１ｄに対して軸線方向が平行になるようにトーションバー４０をベアリング部３０で貫通支持する。筐体１１は、ベアリング部３０を底部１１ｄに垂直な側壁であって筐体１１において一対の対向する側面１１ａにそれぞれ設けられた貫通孔１１ｃで保持している。
【００２４】
筐体１１は、一対の側面１１ａの間にある側面のうちの一側面１３に接続コネクタ２０を備える。
接続コネクタ２０は、トルクセンサ１０と外部装置（図示略）との間を接続し、外部装置からトルクセンサ１０への電力供給と、トルクセンサ１０の検出したトルク値に対応するアナログ出力、デジタル出力、その他の通信信号を外部装置に出力する。
【００２５】
図２に示すように、筐体１１の貫通孔１１ｃには、ベアリング部３０の外周が固定されている。また、ベアリング３０部の内周にはトーションバー４０が固定されている。ベアリング部３０は、ベアリングケース３４の外周が内側に縮径された段差１１ｅを有する貫通孔１１ｃに外側から嵌め込まれているとともに、外側から軸線方向に螺合されるねじによって段差１１ｅに固定される。ベアリングケース３４の内周には、ベアリング本体３３が軸線方向に移動されて嵌め込まれることでベアリング本体３３の外輪が嵌め込まれる。また、ベアリングケース３４の内周は、ベアリング本体３３が嵌め込まれた後、ベアリング本体３３の軸線方向に嵌め込まれることでベアリング本体３３の外輪をベアリングケース３４との間に挟んで固定する外輪押さえ３２がベアリング本体３３よりも外側に配置される。また、外輪押さえ３２は、ベアリングケース３４の内周よりも拡径されたフランジ部を有し、当該フランジ部を介してベアリングケース３４にねじ止め固定される。
【００２６】
ベアリング本体３３は、ボールベアリングであって外輪に対して軸線を中心に回転可能である内輪にトーションバー４０が固定されることで、筐体１１に対してトーションバー４０を回転可能に保持する。
【００２７】
トーションバー４０は、回転軸であり、筐体１１の両側に同軸となるように対向配置された２つの回転軸（図示略）の間に介在し、それら対向配置された２つの回転軸の相互に回転力を伝達する。またトーションバー４０は、対向配置された２つの回転軸の間において、回転軸に生じる回転トルクを検出することができる。
【００２８】
トーションバー４０は、筐体１１の両側に突出している第１の端部４０Ａと第２の端部４０Ｂとを有している。トーションバー４０は、筐体１１の外部には、第１の端部４０Ａ側にキー溝を有する接続部４１Ａを有し、第２の端部４０Ｂ側にはキー溝を有する接続部４１Ｂを有している。これら接続部４１Ａ，４１Ｂに上述の対向配置された２つの回転軸がそれぞれ連結される。
【００２９】
また、トーションバー４０は、第１の端部４０Ａ側には、ベアリング本体３３の内輪が固定されるベアリング取付部４２Ａを備え、第２の端部４０Ｂ側には、ベアリング本体３３の内輪が固定されるベアリング取付部４２Ｂを備える。
【００３０】
ベアリング取付部４２Ａ，４２Ｂは、第１又は第２の端部４０Ａ，４０Ｂ側から段部４３Ａ，４３Ｂの端面に当接する挿入可能位置まで挿入されたベアリング本体３３の内輪を、その後、第１又は第２の端部４０Ａ，４０Ｂ側から挿入されたベアリング押さえ３１によって段部４３Ａ，４３Ｂの端面との間に挟み込む。これにより、トーションバー４０がベアリング本体３３に回転可能に固定される。
【００３１】
トーションバー４０は、筐体１１の内側に、第１の端部４０Ａ側から順に、受電部配置部４４Ａと、基板配置部４５と、起歪体４６とを備えている。
受電部配置部４４Ａは、給電装置５０の受電部５２が配置される。受電部５２は、円筒形状であって、受電部配置部４４Ａにおいて基板配置部４５との間に固定される留め具５６と、ベアリング本体３３側の段部４３Ａに固定される留め具５５とによって受電部配置部４４Ａに固定される。受電部５２は、その外周に配置される送電部５１の円筒内面に対向する面に受電用のコイルを備えている。受電部５２のコイルで受電された電力は、トーションバー４０に配置されている電子部品の電源として用いられる。
【００３２】
給電装置５０の送電部５１は、筒状体であって、筐体１１に固定されるとともに、筒状の内部で回転する受電部５２が非接触に配置される。送電部５１は、電磁誘導によって受電部５２に電力を供給する。
【００３３】
起歪体４６は、トーションバー４０において接続部４１Ａ，４１Ｂよりも縮径された軸部であって、縮径された軸が長手方向に所定の長さで設けられている。起歪体４６は、径が小さいこと、及び、長手方向の長さによって、接続部４１Ａや接続部４１Ｂよりも低い剛性に維持されている。起歪体４６は、接続部４１Ａや接続部４１Ｂよりも剛性が低いため、接続部４１Ａと接続部４１Ｂとの間に生じる回転トルクに応じたねじれを生じる。起歪体４６は、その直径、及び長手方向長さが検出したいトルク範囲に対応するように設定されている。
【００３４】
基板配置部４５は、ベアリング取付部４２Ａ、段部４３Ａを介し、軸径Ｄ２が接続部４１Ａの軸径Ｄ１よりも長くなっている。
基板配置部４５は、トーションバー４０の外周面に沿ってロータ基板７０が配置される。ロータ基板７０は、４つの第１の基板７１を含み構成されている。つまり、基板配置部４５は、トーションバー４０の外周面との間に所定の間隔を維持するスペーサ７２を介して第１の基板７１が固定されている。スペーサ７２は、平板状の第１の基板７１を円弧状の基板配置部４５の外周面に当接しない高さに支持する。例えば、第１の基板７１と基板配置部４５の外周面との最短距離は、少なくとも基板配置部４５と第１の基板との間の電気的な絶縁を確保可能にさせる距離である。なお、４つの第１の基板７１はそれぞれ、トーションバー４０に配置される態様は同様であることから同一の符号を付して説明するが、４つの第１の基板７１をそれぞれ区別する必要がある場合は、第１の基板７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄの相違する符号を付して説明する。
【００３５】
図３及び図４を参照して、ひずみゲージ７６や第１の基板７１について説明する。
図４に示すように、起歪体４６は、その表面に４つのひずみゲージ７６が貼り付けられている。ひずみゲージ７６は、起歪体４６の変形により生じた抵抗値変化を電気的に接続されている第１の基板７１に出力する。
【００３６】
図３に示すように、第１の基板７１は、トーションバー４０において起歪体４６に隣接する基板配置部４５に配置されている。基板配置部４５は、トーションバー４０の外周面に沿って周方向に４つの第１の基板７１が並んで配置される。例えば、４つの第１の基板７１は、トーションバー４０の軸線Ｃ１に対する角度が等角度となる位置、すなわち９０°毎の位置（図５参照）に配置されている。
【００３７】
第１の基板７１は、表裏に平面を有する矩形平板の基板であって、四隅がスペーサ７２を介して基板配置部４５にねじ７３によって固定されている。第１の基板７１は、トーションバー４０の径方向に対応する幅Ｗ１がトーションバー４０の基板配置部４５における軸径Ｄ２よりも短い幅に設定されている。例えば、第１の基板７１の幅Ｗ１は、９０°の角度で隣接する２つの第１の基板７１において、それらを基板配置部４５に配置させるスペーサ７２が相互干渉しないように配置可能な幅である。
【００３８】
第１の基板７１は、ひずみゲージ７６と電気的に接続されており、ひずみゲージ７６からひずみに応じて検出される電気信号を取得するとともに、取得した電気信号に対応する光信号を発光素子７５用の電気信号に変換して、発光素子７５に光信号を出力させる。
【００３９】
４つの第１の基板７１は、相互に電気的に接続されている。例えば、図３及び図４において、正面側の第１の基板７１Ａは、上側の第１の基板７１Ｄ、及び、下側の第１の基板７１Ｂに配線７７で接続され、裏面側の第１の基板７１Ｃは、上側の第１の基板７１Ｄ、及び、下側の第１の基板７１Ｂの少なくとも一方に配線７７で接続されている。こうして４つの第１の基板７１が電気的に接続されていることで、各第１の基板７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄは、同一の光信号用の電気信号を取得することができる。これにより、各第１の基板７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄの発光素子７５から同じ光信号を出力させることができる。
【００４０】
４つの第１の基板７１は、１つの電源回路７４Ｂで電力供給が可能であり、１つの信号変換回路７４Ａで光信号用の電気信号の生成が可能である。よって、ロータ基板７０は、１つの電源回路７４Ｂと、１つの信号変換回路７４Ａとを備える。例えば、第１の基板７１Ａは、発光素子７５と信号変換回路７４Ａとをトーションバー４０に対向しない側の平面である表面に搭載しており、第１の基板７１Ｂは発光素子７５と電源回路７４Ｂとを表面に搭載している。また、第１の基板７１Ｃは、受電回路５３（図６参照）を兼ねており、発光素子７５や直流／直流変換器等の回路部品を表面に搭載しており、第１の基板７１Ｄは発光素子７５を表面に搭載している。
【００４１】
発光素子７５は、トーションバー４０の長手方向の位置が同じである同一周上に配置されており、トーションバー４０とともに回転したときの軌跡が、他の発光素子７５の軌跡と重なる。
【００４２】
筐体１１には、受光素子８５を備える第２の基板８０が固定されている。例えば、第２の基板８０は、筐体１１の内面にスペーサ８２を介してビス８３によって固定されている。受光素子８５は、発光素子７５の発光した光信号を受信するためのものであることから、他の発光素子７５の通過軌跡の径方向の外側に対応する位置になるように筐体１１に配置されている。
【００４３】
図５を参照して、発光素子７５の照射範囲ＳＡと受光素子８５の受光範囲ＲＡとの関係について説明する。通常、発光素子７５と受光素子８５とは、発光素子７５の照射範囲ＳＡの中心線と、受光素子８５の受光範囲ＲＡの中心線とが一致するように配置されることで照射範囲ＳＡと受光範囲ＲＡと重なりが最大化するように調整される。照射範囲ＳＡと受光範囲ＲＡとの重なりを最大化することによって、光通信における送受信の安定性が高められる。
【００４４】
４つの発光素子７５は、トーションバー４０の外周面に９０°の間隔で配置されている。
１つの発光素子７５と受光素子８５とが最短距離で対向するとき、当該発光素子７５と受光素子８５との間は距離Ｄ１２に設定されている。このとき、トーションバー４０の軸線Ｃ１から受光素子８５までの間は距離Ｄ１１に設定される。
【００４５】
発光素子７５は、トーションバー４０を軸線方向から見て外周方向に所定の照射角度θ１を有して光信号を出力する。照射角度θ１は、トーションバー４０の軸線Ｃ１と発光素子７５とを結ぶ径方向への線を中心にして左右に広がる角度である。発光素子７５は、投光方向に対して照射角度θ１により形成される照射範囲ＳＡに光信号を出力する。
【００４６】
受光素子８５は、トーションバー４０を軸線方向から見て軸線Ｃ１に向かう方向に所定の受光角度θ２を有している。受光角度θ２は、トーションバー４０の軸線Ｃ１と受光素子８５とを結ぶ径方向への線を中心にして左右に広がる角度である。受光素子８５は、受光角度θ２により形成される受光範囲ＲＡ内に照射される発光素子７５の光信号を受信する。
【００４７】
距離Ｄ１２は、トーションバー４０が１回転したとき、受光素子８５の受光範囲ＲＡに、少なくとも１つの発光素子７５の照射範囲ＳＡが重なる距離である最短距離以上の長さに設定される。例えば、照射角度θ１が広がることに応じて、最短距離が短くなり、距離Ｄ１２を短くすることができる。同様に、受光角度θ２が広がることに応じて、最短距離が短くなり、距離Ｄ１２を短くすることができる。逆に、照射角度θ１が狭くなることに応じて、最短距離が長くなり、距離Ｄ１２が長くなる。同様に、受光角度θ２が狭くなることに応じて、最短距離が長くなり、距離Ｄ１２が長くなる。
【００４８】
図６を参照してトルクセンサ１０の回路構成について説明する。
図６に示すように、トルクセンサ１０は、トーションバー４０に貼り付けられた４つのひずみゲージ７６で構成されるブリッジ回路と、ロータ基板７０とを備えている。ロータ基板７０は、４つの第１の基板７１で形成され、受電部５２で受電した電力を整流する受電回路５３を備えている。また、ロータ基板７０は、ひずみゲージ７６のブリッジ回路の抵抗変化を光信号に変換してＬＥＤ等の発光素子から出力する信号処理回路７０Ａを４つの第１の基板７１に分散配置させた態様で備えている。
【００４９】
受電回路５３は、受電部５２から入力された交流電流を整流し、所定の電圧に調整して、信号処理回路７０Ａに出力する。信号処理回路７０Ａは、ブリッジ回路から入力した信号の差分に基づく光信号を信号変換回路７４Ａで生成し、４つの発光素子７５から出力させる。
【００５０】
信号変換回路７４Ａは、ブリッジ回路から入力した差分信号をアナログデジタル変換し、所定の処理を施して光通信用の信号を生成するマイコンの演算部に入力する。信号変換回路７４Ａは、演算部によって生成された光通信用の信号により４つの発光素子７５を発光させる。なお、４つの発光素子７５は、同一内容の光通信用の信号により発光する。
【００５１】
また、トルクセンサ１０の筐体１１は、光信号を受信する第２の基板８０と、受電部５２に送電部５１を介して電力を供給する送電基板５４とを備えている。
送電基板５４は、第３の基板９１等から供給された電力を非接触送電可能な交流電力にして送電部５１に供給する。
【００５２】
第２の基板８０は、第３の基板９１からの電力を電源回路８４で受電し、第２の基板８０と送電基板５４とに供給する。また、第２の基板８０は、受光素子（ＰＤ）８５で受信した光信号に基づく通信信号を信号生成部８６で生成し出力する。第２の基板８０は、電源回路８４や信号生成部８６から回路部品８１（図３等参照）が構成されている。
【００５３】
第３の基板９１は、トルクセンサ１０からの信号を受信回路９６で受信しマイコン９７で処理してトルク値を算出するとともに、算出したトルク値をアナログ出力やデジタル出力等で出力する。
【００５４】
第３の基板９１は、供給された電力を受電回路９３で受け、必要な電圧とし第３の基板９１の各回路に供給する。また、第３の基板９１は、供給された電力を送電回路９４を介し第２の基板８０の電源回路８４に供給する。
【００５５】
マイコン９７は、通信信号からトルク値を算出し、算出したトルク値を出力する。例えば、マイコン９７の出力信号をＤＡ変換し、電圧値として出力する。また例えば、マイコン９７はトルク値の出力を通信ドライバを介してデジタル信号に変換して出力する。
【００５６】
次に、上記のように構成されたトルクセンサ１０の作用について説明する。
従来、トーションバー４０の貫通可能な孔を円盤状の中心に有する基板をトーションバー４０に挿通固定させる技術が知られている。この技術では、基板表面が外周方向に広がるため、基板の外周がトーションバー４０から離れる位置に配置されることになり、基板に配置される電子部品等に大きな遠心力や慣性力がかかるおそれがある。また、トーションバー４０を挿通させる貫通孔が必要であるため、トーションバー４０の軸径毎に対応する基板を設計し、準備する必要があった。
【００５７】
この点、本実施形態によれば、トーションバー４０の基板配置部４５の外周面に対向するように第１の基板７１が配置される。よって、第１の基板７１と基板配置部４５との間の間隔を近い状態に維持させることができる。トーションバー４０が回転すると、第１の基板７１には遠心力と、加速減速時の慣性力が加わるが、トーションバー４０の外周面に近い位置に配置されることで、第１の基板７１にかかる遠心力や慣性力を低く抑えることができる。つまり、第１の基板７１に搭載されて、遠心力や慣性力によってストレスが加えられる発光素子７５等の電子素子に対して、そのストレスを抑制することができ、第１の基板７１に設けられている電子回路の信頼性が高められる。
【００５８】
また、第１の基板７１は、トーションバー４０の基板配置部４５に配置されるので、トーションバー４０の軸径Ｄ２が相違している他のトーションバー４０に配線７７の長さを調整するだけで配置することが可能である。例えば、第１の基板７１は、軸径が長いトーションバー４０には、配線７７の長さを調整することで配置可能である。また、軸径が長いために隣接する照射範囲ＳＡの間の隙間が大きくなる場合、第１の基板７１を追加することで隣接する照射範囲ＳＡの間の隙間を小さくすることもできる。
【００５９】
すなわち、測定するトルク範囲に応じて様々な軸径が存在するトルクセンサ１０としても、短い軸径のトーションバー４０に配置可能である第１の基板７１を、それよりも長い軸径を有するトーションバー４０に配置させることが可能であり、第１の基板７１の汎用性が高められる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載の効果を奏することができる。
（１）第１の基板７１の平面がトーションバー４０の外周面に対向する範囲が基板配置部４５の外周面のうち半周以下の範囲であるため、軸線Ｃ１に対する第１の基板７１の径方向への離間距離が短く抑えられて、第１の基板７１にかかる遠心力が抑制される。これにより、第１の基板７１に搭載されている回路部品にかかる遠心力が抑制される。
【００６１】
また、第１の基板７１に搭載されている回路部品にかかる、遠心力に起因するストレスが抑制されるため、回路部品の信頼性が維持される。
また、第１の基板７１にかかる遠心力が抑制されることで回路基板の信頼性に起因する回転速度の規制が緩和されて、トーションバー４０の回転速度を高めることができる。
【００６２】
また、短い軸径のトーションバーに取り付け可能な第１の基板７１は、それよりも長い軸径のトーションバーに設置することができることから、軸径が相違する複数のトーションバーで第１の基板７１を適用するように基板を規格化することが容易である。
【００６３】
（２）第１の基板７１の幅Ｗ１がトーションバー４０の軸径Ｄ２以下であるので、第１の基板７１の端であってもトーションバー４０の軸線Ｃ１から径方向へ離間する距離を短く抑えられる。
【００６４】
（３）トーションバー４０の基板配置部４５に４つの第１の基板７１が配置されるので、光信号が直接届かない範囲を少なくすることができる。これにより、光信号による光通信の安定化が図られる。
【００６５】
また、光信号の到達する照射範囲ＳＡが広くなれば、受光部の数が少なくても光信号が安定して送受信することができるようになる。
また、トーションバー４０の基板配置部４５にバランス良く第１の基板７１を配置することでトーションバー４０の回転の安定化が図られる。
【００６６】
（４）受光範囲ＲＡに照射範囲ＳＡが重なるため光信号を安定して送受信することができる。
（５）発光素子７５がトーションバー４０から離れた方向に光を照射するので、受光素子８５の配置の自由度が高い。
【００６７】
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第１の基板７１は発光素子７５等の回路部品を表面に載置している場合について例示した。しかしこれに限らず、第１の基板は発光素子等の回路部品をトーションバーに対向する側の平面である裏面に載置してもよい。また、例えば、一部の回路部品を表面に載置し、他の回路部品を裏面に載置してもよい。裏面に配置した部品であれば、遠心力で加わる力を基板の平面で支持することができる。
【００６８】
・上記実施形態では、受光素子８５が１つである場合について例示したが、これに限らず、受光素子が複数あってもよい。受光素子が複数あれば、受光範囲が広がるため、発光素子を減らすことができる。また、複数の受光素子による受光を可能にすることで、光通信の安定性を高めることができる。
【００６９】
・上記実施形態では、第２の基板８０が一つである場合について例示したが、これに限らず、第２の基板が複数あってもよい。
例えば、図７に示すように、例えば、軸線Ｃ１の周方向に所定の角度θ３１の間隔で第２の基板８０と第２の基板８０Ａとを配置してもよい。これにより、第２の基板８０の受光素子８５の受光角度と第２の基板８０Ａの受光素子８５の受光角度とで光信号を受光できるようになることから、発光素子７５と受光素子８５との間の距離を短くすることが可能になったり、光通信における送受信の安定性の確保を容易にしたりすることができる。なお、第２の基板８０に設置された電子部品を共用することで第２の基板８０Ａを相対的に小型化することもできる。
【００７０】
・上記実施形態では、第１の基板７１は、平面である場合について例示したが、これに限らず、トーションバーの外周面に沿う方向に湾曲していてもよい。トーションバーの外周面に沿う方向に湾曲することで、第１の基板と外周面との間の離間距離を第１の基板のどこの位置であっても短い距離に維持することができるため、回路部品等にかかる遠心力や慣性力を抑制することができるようになる。
【００７１】
・上記実施形態では、第１の基板７１の発光素子７５は軸線Ｃ１から見て径方向に光を出力する場合について例示したが、これに限らず、受光範囲と照射範囲とを確保することができるのであれば、第１の基板の発光素子は軸線方向に平行な方向に光を出力してもよい。この場合、受光素子を軸線方向に離れた位置、例えば起歪体の形成された位置等に設けるようにすればよい。これにより、トルクセンサの大きさを維持することができる。
【００７２】
・上記実施形態では、第１の基板７１の発光素子７５は軸線Ｃ１から見て径方向に光を出力する場合について例示したが、これに限らず、照射範囲を確保することができるのであれば、第１の基板の発光素子は接線方向（回転方向）に光信号を出力してもよい。この場合、受光素子の中心軸が発光素子の中心軸に一致する位置に受光素子を配置するようにすればよい。これにより、光信号がトーションバーから離れた方向に出力されるので、受光部の配置の自由度が高くなる。
【００７３】
・上記実施形態では、受光範囲ＲＡに少なくとも１つの照射範囲ＳＡが重なる場合について例示したが、これに限らず、受光範囲に照射範囲が重ならないタイミングがあってもよい。通常、トーションバーは回転していることから照射範囲の一部が受光範囲に重ならないタイミングがあっても軸の回転に応じて光通信が回復する。
【００７４】
・上記実施形態では、第１の基板７１には発光素子７５が１つだけ配置されている場合について例示したが、これに限らず、第１の基板に複数の発光素子が設置されていてもよい。発光素子を並べて配置すれば、発光や受光の安定性を高めることができる。また、１つの第１の基板による照射範囲ＳＡを広く確保することができれば、送受信の安定化や、第１の基板の数を減らすことなどができるようになる。
【００７５】
例えば、２つの発光素子を搭載し、２つの発光素子のうちの１つを外周向き、もう１つを周方向の一方向きに向けるように搭載して、照射範囲ＳＡを広くすることができる。また、３つの発光素子を搭載し、３つの発光素子のうちの１つを外周向き、１つを周方向の一方向き、もう１つを周方向の他方向きに向けるように搭載して、照射範囲ＳＡをさらに広くすることもできる。
【００７６】
・第１の基板７１の幅Ｗ１は、他の第１の基板７１と相互干渉しない幅まで広げられてもよい。例えば、第１の基板の幅Ｗ１がトーションバー４０の基板配置部４５の軸径Ｄ２と同じ幅や、それよりも長い幅になってもよい。
【００７７】
・上記実施形態では、第１の基板７１が基板配置部４５に対向する位置に配置されている場合について例示した。しかしこれに限らず、第１の基板の軸線方向における一部が基板配置部から起歪体の方向に張り出していてもよい。
【００７８】
図８に示すように、ロータ基板７０を構成する４つの第１の基板１７１について、一部を基板配置部４５に対向する位置に配置させて、スペーサ７２を介してねじ７３で留めるとともに、他の部分を起歪体４６の方向に張り出させてもよい。起歪体４６に第１の基板１７１を配置することで、基板配置部４５の軸線方向の長さを短くすることができる。例えば、基板配置部４５の軸線方向の長さを短くできれば、トーションバー４０の長さも短くすることができる。または、第１の基板１７１と受電部５２との間に確保される空間に受電回路５３等の他の基板を配置することもできる。
【００７９】
第１の基板１７１の起歪体４６の方向に張り出した部分に発光素子７５が配置される場合、第２の基板８０は、筐体１１における配置位置が、発光素子７５に対向する位置に調整されるとよい。
【００８０】
・また、第１の基板７１を小型化することで基板の幅Ｗ１を短くすることができれば、基板配置部の軸径を小さくすることができる。これにより、トーションバーの慣性の増大が抑制されたり、慣性を減らしたりすることができるようになる。
【００８１】
・上記実施形態では、トーションバー４０の円周方向に第１の基板７１が４つ配置される場合について例示した。しかしこれに限らず、光信号の通信が可能であるならば、第１の基板は、トーションバーの円周に３つ以下であってもよいし、逆に５つ以上であってもよい。
【００８２】
例えば、図９に示すように、ロータ基板１７０として、トーションバー１４０の円周に軸線Ｃ１の周方向角度の間隔を角度θ１１（＝４５°）とした８つの第１の基板７１が配置されてもよい。例えば、トーションバー１４０の基板配置部１４５の外周長（円周）が長いとき、外周に配置することができる第１の基板７１の数を増やすことができる。また、周方向角度が小さくなれば、受光素子８５に対向する発光素子７５の数が増加することから、発光素子７５と受光素子８５との間の距離を短くすることが可能になったり、光通信における送受信の安定性の確保を容易にしたりすることができる。
【００８３】
逆に例えば、図１０に示すように、ロータ基板２７０として、トーションバー２４０の円周に軸線Ｃ１の周方向角度の間隔を角度θ２１（＝１２０°）とした３つの第１の基板７１が配置されてもよい。例えば、トーションバー２４０の基板配置部２４５の外周長（円周）が短いとき、外周に配置することができる第１の基板７１の数を減らすことができる。なお、周方向角度が大きくなれば、受光素子８５に対向する発光素子７５の数が減少するが、発光素子７５の照射角度を大きくしたり、受光素子８５の受光角度を大きくしたり、発光素子７５と受光素子８５との間の距離を長く確保したりすることで、光通信における送受信の安定性を確保することができる。
【００８４】
・上記実施形態では、トーションバー４０の基板配置部４５は軸線Ｃ１の伸びる方向に直交する断面形状が円形である場合について例示したが、これに限らず、基板配置部は、軸線の伸びる方向に直交する断面形状が、楕円形でもよいし、正方形等の多角形であってもよい。また、断面形状が多角形であるとき、角が丸みを帯びていてもよい。
【００８５】
・トルクセンサ１０は、車両用以外のエンジンやモータ等の回転駆動装置の出力する回転トルクを検出してもよい。つまり、どのように駆動される回転軸であっても、回転軸にかかるトルクを検出することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０…トルクセンサ、１１…筐体、１１ａ…側面、１１ｃ…貫通孔、１１ｄ…底部、１１ｅ…段差、１２…フランジ、１３…一側面、２０…接続コネクタ、３０…ベアリング部、３１…ベアリング押さえ、３２…外輪押さえ、３３…ベアリング本体、３４…ベアリングケース、４０…トーションバー、４０Ａ…第１の端部、４０Ｂ…第２の端部、４１Ａ，４１Ｂ…接続部、４２Ａ，４２Ｂ…ベアリング取付部、４３Ａ，４３Ｂ…段部、４４Ａ…受電部配置部、４５…基板配置部、４６…起歪体、５０…給電装置、５１…送電部、５２…受電部、５３…受電回路、５４…送電基板、５５，５６…留め具、７０…ロータ基板、７１，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ…第１の基板、７２…スペーサ、７３…ねじ、７４Ａ…信号変換回路、７４Ｂ…電源回路、７５…発光素子、７６…ゲージ、７７…配線、８０…第２の基板、８２…スペーサ、８３…ビス、８４…電源回路、８５…受光素子、８６…信号生成部、９１…第３の基板、９３…電源、９４…電源回路、９６…受信部、９７…マイコン、１７０…ロータ基板、１７１…第１の基板、２７０…ロータ基板、θ１…照射角度、θ２…受光角度、Ｃ１…軸線、Ｄ１，Ｄ２…軸径、ＲＡ…受光範囲、ＳＡ…照射範囲。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019163958.tif 000009
【図８】
2019163958.tif 000010
【図９】
2019163958.tif 000011
【図１０】
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