JP2005121603A - Rotational torque detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば自動車の車軸に作用するトルクの検出等に使用される回転トルク検出器に係り、特にトルクを高精度に検出できる回転トルク検出器に関する。 The present invention relates to a rotational torque detector used, for example, for detecting torque acting on an automobile axle, and more particularly to a rotational torque detector capable of detecting torque with high accuracy.
この種の回転トルク検出器としては、下記特許文献1が知られている。これは、図5に示すように、トルク検出器(感知部)1は、平行に配置された円環状の上リング2および円環状の下リング3と、両リング2,3の中央部に配置されて両リング2,3を連結する十字型ビーム4で構成されている。十字型ビーム4は、直交する縦横のビーム4A,4Bからなり、縦ビーム4Aは上リング2と一体化され、一方、横ビーム4Bは下リング3と一体化されている。縦横のビーム4A,4Bには、貫通孔5が設けられてロバーバル機構が構成され、ビーム4A,4Bの起歪部4a,4a、4b,4bには、上下のリング2,3間に作用するZ軸周りのトルクに対して起歪部に生じる曲げ歪を検出する歪ゲージ6が貼付された構造となっている。またこのトルク検出器1は、ビーム形状等において正確な寸法精度が得られるように、アルミや鉄などの金属ブロックを切削加工することで形成されている。
しかし、前記した従来技術では、回転トルク検出器(感知部)1は、十字型ビーム4の縦ビーム4Aを上リング2に、横ビーム4Bを下リング3にそれぞれ一体的に形成するために、全体が非常に複雑な形状に形成されており、それだけ感知部1を製造することが難しく、コストが高くなる一因となっていた。
However, in the above-described conventional technology, the rotational torque detector (sensing unit) 1 is formed integrally with the
また、上下のリング2,3とビーム4A,4Bとの連結部が剛接合で構成されているため、これらの連結部に生じる応力によって起歪部4a,4a、4b,4bにおける歪が影響を受けて、正確なトルクの検出ができないという第1の問題があった。
Further, since the connecting portions between the upper and
また、縦横のビーム4A,4Bには、例えば、偏芯する回転トルクに対して、Xまたは/およびY方向の力に対する歪を検出する第2の歪ゲージ7が貼付されて、感知部1においてXまたは/およびY方向の力を検出できるように構成されているが、第2の歪ゲージ7の貼付スペースを設けるために、貫通孔5を設けたロバーバル機構形成領域以外の平坦な領域をビームに設ける必要があるため、それだけ縦横のビーム4A,4Bの長さが長くなって、トルク検出器(感知部)全体が大型化するという第2の問題もあった。
The vertical and
本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、外側の円環状枠体と内側の荷重受け部とを十字状に連結するビーム型起歪部のそれぞれを簡潔な構造のロバーバル機構で構成することで、Z軸周りのトルクの高精度測定が可能な製造の容易な回転トルク検出器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and its object is to provide a simple structure for each of the beam-type strain generating portions that connect the outer annular frame and the inner load receiving portion in a cross shape. It is an object of the present invention to provide a rotational torque detector that is easy to manufacture and can measure the torque around the Z axis with high accuracy.
前記第1の目的を達成するために、請求項1に係わる回転トルク検出器においては、固定側の円環状枠体と、前記円環状枠体の中央部に配置された荷重受け部と、前記円環状枠体と前記荷重受け部とを十字状に連結する角柱状の4本のビーム型起歪部と、前記各々の起歪部に貼付された歪ゲージとを備えた回転トルク検出器において、
前記起歪部には、前記荷重受け部に作用する回転トルクに対し弾性変形するロバーバル機構を構成するための貫通孔を設け、起歪部における該貫通孔の非開口側面にZ軸周りの回転トルク検出用の前記歪ゲージを貼付するとともに、前記円環状枠体と前記起歪部との連結部に、長孔とフレクシャからなるT字状部を設けるように構成した。
In order to achieve the first object, in the rotational torque detector according to
The strain-generating portion is provided with a through hole for constituting a Roverval mechanism that is elastically deformed with respect to the rotational torque acting on the load receiving portion, and the Z-axis is rotated around the non-opening side surface of the through-hole in the strain generating portion. The strain gauge for torque detection was affixed, and a T-shaped portion composed of a long hole and a flexure was provided at the connecting portion between the annular frame and the strain generating portion.
(作用)円環状枠体と荷重受け部とを十字状に連結するそれぞれの角柱状のビーム型起歪部は、荷重受け部に作用するZ軸周りの回転トルクに対して変形するロバーバル機構を構成して、荷重受け部に回転トルクが作用した場合に起歪部に生じる曲げ歪が歪ゲージを介して検出されて、Z軸周りのトルクを高精度に測定できる。 (Operation) Each of the prismatic beam-type strain generating portions that connect the annular frame body and the load receiving portion in a cross shape is a Roverval mechanism that deforms with respect to the rotational torque around the Z axis that acts on the load receiving portion. In this configuration, when a rotational torque acts on the load receiving portion, a bending strain generated in the strain generating portion is detected via the strain gauge, and the torque around the Z axis can be measured with high accuracy.
特に、円環状枠体20と起歪部40との連結部がT字状部50で構成されて、ビーム型起歪部における検出誤差となる不測の応力が該連結部に発生しないので、Z軸周りのトルクをより高精度に測定できる。
円環状枠体と起歪部との連結部は、長孔とフレクシャからなるT字状部によって構成されて、円環状枠体と起歪部との連結部(T字状部)には、ビーム型起歪部に対し誤差となる不測の応力が発生しないので、Z軸周りのトルクの測定誤差は少ない。
In particular, the connecting portion between the
The connecting portion between the annular frame body and the strain generating portion is constituted by a T-shaped portion composed of a long hole and a flexure, and the connecting portion (T-shaped portion) between the annular frame body and the strain generating portion includes: Since no unexpected stress is generated as an error for the beam-type strain generating portion, the torque measurement error around the Z axis is small.
また、円環状枠体と荷重受け部と4本のビーム型起歪部は、略同一平面上に設けられ、さらに起歪部における貫通孔はZ軸方向に開口するため、金属ブロックを切削加工により切削して回転トルク検出器本体を成形することは、容易である。 In addition, the annular frame, the load receiving portion, and the four beam-type strain-generating portions are provided on substantially the same plane, and the through hole in the strain-generating portion opens in the Z-axis direction. It is easy to form the rotational torque detector main body by cutting with the above method.
また、前記第2の目的を達成するために、請求項2においては、請求項1に記載の回転トルク検出器において、前記長孔とフレクシャからなるT字状部におけるT字縦棒状部に、前記起歪部における貫通孔の非開口側面と直交する平面を形成し、該平面に前記起歪部の延出する方向に沿って作用する力検出用の第2の歪ゲージを貼付するようにした。
In order to achieve the second object, according to
(作用)回転トルクがZ軸に対し偏芯する形態で起歪部に作用したり、回転トルク作用時に横方向の荷重が荷重受け部に作用した場合には、起歪部に別途貼付する第2の歪ゲージによって、起歪部に沿った方向の力(Xまたは/およびY方向の力)として検出できる。そして、Xまたは/およびY方向力に対する歪を検出する第2の歪ゲージを起歪部に貼付するためには、貫通孔を設けたロバーバル機構形成領域以外の平坦な領域を起歪部に設ける関係上、それだけ起歪部の長さが長くなって、回転トルク検出器全体が大型化するのに対し、請求項2では、円環状枠体と起歪部との連結部に設けたT字状部におけるT字縦棒状部に平面を形成し、この平面上にXまたは/およびY方向に作用する力検出用の第2の歪ゲージを貼付するようにしたので、起歪部の長さが長くんならず、回転トルク検出器全体が大型化することがない。
(Operation) If the rotational torque acts on the strain-generating portion in a form that is eccentric with respect to the Z-axis, or if a lateral load acts on the load receiving portion when the rotational torque is applied, a separate affixing is applied to the strain-generating portion. Two strain gauges can be detected as a force in the direction along the strain-generating portion (force in the X or / and Y direction). And in order to stick the 2nd strain gauge which detects the distortion with respect to X or / and Y direction force to a strain generating part, a flat area other than the Roverval mechanism formation field which provided a through hole is provided in a strain generating part. In relation to this, the length of the strain generating portion is increased accordingly, and the entire rotational torque detector is increased in size. On the other hand, in
請求項1によれば、ロバーバル機構を構成する起歪部に設けた歪ゲージを介してZ軸周りのトルクが検出されるとともに、円環状枠体と起歪部との連結部に設けたT字状部の作用によってZ軸周りのトルクの検出誤差も少ないので、Z軸周りのトルクの高精度測定が可能となる。 According to the first aspect, torque around the Z-axis is detected via the strain gauge provided in the strain-generating portion constituting the Roverval mechanism, and T provided in the connecting portion between the annular frame and the strain-generating portion. Since the detection error of the torque around the Z axis is small due to the action of the character-shaped portion, the torque around the Z axis can be measured with high accuracy.
また、金属ブロックの切削加工により回転トルク検出器本体を成形することが容易であるので、それだけ回転トルク検出器を安価に提供できる。 Further, since it is easy to form the rotational torque detector main body by cutting the metal block, the rotational torque detector can be provided at a low cost.
請求項2によれば、起歪部の長さが長くならないので、Xまたは/およびY方向の力も同時に測定できるコンパクトな回転トルク検出器を提供できる。 According to the second aspect, since the length of the strain generating portion does not increase, it is possible to provide a compact rotational torque detector that can simultaneously measure forces in the X and / or Y directions.
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described based on examples.
図1〜図4は、本発明の実施例を示し、図1は本発明の第1の実施例であるトルク検出器の正面図、図2は同トルク検出器の縦断面図(図1に示す線II-IIに沿う断面図)、図3は連続番号を付した歪ゲージの配置を示す図、図4(a),(b),(c)は回転トルク,X方向の力,Y方向の力をそれぞれ測定する歪ゲージのウィストンブリッジ回路を示す図である。 1 to 4 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a front view of a torque detector according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the torque detector (in FIG. 1). 3 is a cross-sectional view taken along line II-II), FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of strain gauges with serial numbers, FIGS. 4A, 4B, and 4C are rotational torque, force in the X direction, and Y It is a figure which shows the Whiston bridge circuit of the strain gauge which measures each directional force.
これらの図において、回転トルク検出器10は、固定側の円環状枠体20と、円環状枠体20の中央部に配置された荷重受け部30と、円環状枠体20と荷重受け部30とを十字状に連結する角柱状の4本のビーム型起歪部40と、各々の起歪部40に貼付された歪ゲージ48とを備えて構成されている。
In these drawings, the
円環状枠体20の中央部には、固定軸22を一体に形成した固定円盤24が締結ねじ26によって一体化されている。一方、荷重受け部30の中央部には、トルク入力軸32が一体に形成されるとともに、周方向90度の間隔で4本のビーム型起歪部40が半径方向外方に延出し、各ビーム型起歪部40は、長孔52とフレクシャ53からなるT字状部50を介して円環状枠体20にそれぞれ連結されている。
A
各起歪部40は、横断面矩形状のビームで構成されるとともに、ビームの長手方向略中央部には、めがね型の貫通孔42が設けられて、トルク入力軸32を介して作用する回転トルクTに対して弾性変形するロバーバル機構が構成されている。起歪部40における貫通孔42の非開口側面41には、回転トルクTが作用した際の起歪部40に生じる曲げ歪を検出する歪ゲージ48が貼付されている。
Each
また、各起歪部40と円環状枠体20間に設けられたT字状部50は、円環状枠体20の内周縁部に設けられた長孔52と、この長孔52によって形成されたT字横棒状部である第1の薄板状部54と、この薄板状部54と起歪部40先端部間に設けた括れ部55,55によって形成されたT字縦棒状部である第2の薄板状部56で構成され、第1の薄板状部54と第2の薄板状部56でフレクシャ53が構成されている。
Further, the T-
第1の薄板状部54は、円環状枠体20のフランジ状内周縁部21の厚さtに相当する幅をもち、起歪部40の延出方向と直交する方向に延在し、一方、第2の薄板状部56は、一対の円弧状の括れ部55,55を左右の側縁として、起歪部40の延出方向と平行に延在して、T字状部50全体が可撓性を持つことで、荷重受け部30に回転トルクが作用下場合におけるT字状部50には、起歪部40に発生する曲げ歪に対し誤差となる不測の応力が発生しない。
The first thin plate-
即ち、円環状枠体20と起歪部40間の連結部がT字状部50を介さずに直接剛接合された構造の場合は、トルク入力軸32に回転トルクを作用させて歪ゲージ48を介してトルクを検出する際に、起歪部40と円環状枠体20間の剛接合された連結部に発生する不測の応力の影響を受けて、ロバーバル機構で構成した起歪部40において正確な曲げ歪を検出できない惧れがあるが、本実施例では、円環状枠体20と起歪部40を長孔52とフレクシャ53からなるT字状部50を介して連結されている(起歪部40と円環状枠体20間の連結部が、回転トルク作用時に不測の応力が発生しないT字状部50で構成されている)ので、起歪部40(の歪ゲージ48)において正確な曲げ歪の検出が可能となっている。
That is, in the case of a structure in which the connecting portion between the
また、第2の薄板状部56の側縁(括れ部55)は円弧状に形成されて、フレクシャ53(第1の薄板状部54)と第2の薄板状部56間の連接部における応力集中が回避されて、それだけT字状部50における耐久性が確保されている。
Further, the side edge (constricted portion 55) of the second thin plate-
また、第2の薄板状部56の前面および背面は、Z軸に対し直交する平面で形成されており、これらの面には、X方向またはY方向の軸力を検出する第2の歪ゲージ49が貼付されている。即ち、トルク検出の際に、入力軸32の軸芯に対し偏芯しない回転トルクだけが作用する場合の他、例えば、入力軸32の軸芯に対し偏芯する回転トルクが作用する場合があり、このような場合は、歪ゲージ48の出力だけでは適正な回転トルクを検出できない。そこで、偏芯回転トルクが作用する場合には、起歪部40の延出方向に沿った方向(X方向または/およびY方向)に作用する力を歪ゲージ49で検出し、歪ゲージ48の出力に基づいた測定値(回転トルク)を歪ゲージ49の出力に基づいた測定値を用いて補正することで、偏芯回転トルクについても適正な回転トルクの検出ができるように構成されている。
In addition, the front surface and the back surface of the second thin plate-
なお、図3に示すように、歪ゲー48はz1〜z16の計16個、歪ゲー49は、x1〜x4およびy1〜y4の計8個からなり、図4(a),(b),(c)に示すように接続されて、回転トルク,X方向の力,Y方向の力を検出するウィストンブリッジ回路が構成されている。
As shown in FIG. 3, the total number of
また、回転トルク検出器10は、アルミまたは鉄合金製の金属ブロックを切削加工によって成形されるが、ビーム型起歪部40の貫通孔42は前後方向(Z軸方向)に開口するため、円環状枠体20の外形に相当する円盤型の金属ブロックに対し、切削工具を使って荷重受け部30,ロバーバル構造のビーム型起歪部40,T字状部50を比較的に簡単に成形することができるので、従来のトルク検出器(感知部)1を切削により成形する場合に比べて、製造工程が非常に簡単である。
In addition, the
10 回転トルク検出器
20 固定側の円環状枠体
30 荷重受け部
32 トルク入力軸
T 回転トルク
40 ビーム型起歪部
48 歪ゲージ
49 第2の歪ゲージ
42 貫通孔
50 T字状部
52 長孔
53 フレクシャ
54 第1の薄板状部
56 T字縦棒状部である第2の薄板状部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記起歪部には、前記荷重受け部に作用する回転トルクに対し弾性変形するロバーバル機構を構成するための貫通孔が設けられ、起歪部における該貫通孔の非開口側面にZ軸周りの回転トルク検出用の歪ゲージが貼付されるとともに、前記円環状枠体と前記起歪部との連結部には、長孔とフレクシャからなるT字状部が設けられたことを特徴とする回転トルク検出器。 A fixed annular ring frame, a load receiving portion disposed at the center of the annular frame, and four prismatic beams that connect the annular frame and the load receiving portion in a cross shape. In a rotational torque detector comprising a mold strain portion and a strain gauge attached to each strain portion,
The strain-generating portion is provided with a through hole for constituting a Roverval mechanism that is elastically deformed with respect to the rotational torque acting on the load receiving portion, and a non-opening side surface of the through-hole in the strain-generating portion is provided around the Z axis. A rotation gauge is provided with a strain gauge for detecting rotational torque, and a T-shaped portion comprising a long hole and a flexure is provided at a connecting portion between the annular frame and the strain generating portion. Torque detector.
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2003
- 2003-10-20 JP JP2003359632A patent/JP2005121603A/en active Pending
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