JP2007155576A - トルクセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、出力感度が大きいトルクセンサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子、電源電極、第1の出力電極25、第2の出力電極、第1のGND電極、第2のGND電極および回路パターン23を円筒形状の起歪体21の外側面に直接的に設け、前記起歪体21に発生する捩りトルクによる応力が、直接的に第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子に伝わる構成としたものである。
【選択図】図1
【解決手段】第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子、電源電極、第1の出力電極25、第2の出力電極、第1のGND電極、第2のGND電極および回路パターン23を円筒形状の起歪体21の外側面に直接的に設け、前記起歪体21に発生する捩りトルクによる応力が、直接的に第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子に伝わる構成としたものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、特に、自動車のシフトレバーに作用するトルクや、電動自転車のペダルに作用するトルクを検出するトルクセンサに関するものである。
従来のこの種のトルクセンサは、図5に示すような構成を有していた。
図5は従来のトルクセンサの斜視図を示したもので、この図5において、1は円柱形状の起歪体で、この起歪体1の外側面にはステンレス鋼材からなる基台2を設けている。3は前記起歪体1の基台2に設けられた薄膜抵抗からなる第1の圧縮歪抵抗素子で、この第1の圧縮歪抵抗素子3は一端を前記基台2の上面に設けられた第1のGND電極4に電気的に接続し、かつ他端を第1の出力電極5に電気的に接続している。6は前記基台2の上面に設けられた第1の引張歪抵抗素子で、この第1の引張歪抵抗素子6は一端を前記基台2の上面に設けられた第1の出力電極5および第1の圧縮歪抵抗素子3に電気的に接続し、かつ他端を電源電極7に電気的に接続している。8は前記基台2の上面に設けられた第2の圧縮歪抵抗素子で、この第2の圧縮歪抵抗素子8は一端を前記基台2の上面に設けられた電源電極7および第1の引張歪抵抗素子6に電気的に接続し、かつ他端を第2の出力電極9に電気的に接続している。10は前記基台2の上面に設けられた第2の引張歪抵抗素子で、この第2の引張歪抵抗素子10は一端を前記基台2の上面に設けられた第2の出力電極9および第2の圧縮歪抵抗素子8に電気的に接続し、かつ他端を第2のGND電極11に電気的に接続している。そして、前記第1の圧縮歪抵抗素子3、第1の引張歪抵抗素子6、第2の圧縮歪抵抗素子8、第2の引張歪抵抗素子10、電源電極7、第1の出力電極5、第2の出力電極9、第1のGND電極4および第2のGND電極11を回路パターン12で電気的に接続することにより、フルブリッジ回路を構成している。
以上のように構成された従来のトルクセンサについて、次にその動作を説明する。
基台2の上面に設けた電源電極7と第1のGND電極4および第2のGND電極11との間に電圧を印加した状態で起歪体1の一端を固定するとともに他端を時計回りに回転させると、起歪体1に捩りトルクが発生する。そして、この捩りトルクに応じて、基台2に応力が伝わって、基台2の上面に設けた第1の引張歪抵抗素子6および第2の引張歪抵抗素子10に引張応力が発生するとともに、第1の圧縮歪抵抗素子3および第2の圧縮歪抵抗素子8に圧縮応力が発生する。そして、この応力の変化による第1の圧縮歪抵抗素子3、第1の引張歪抵抗素子6、第2の引張歪抵抗素子10および第2の圧縮歪抵抗素子8の抵抗値の変化をブリッジ回路の出力として検出し、そして第1の出力電極5および第2の出力電極9から差動電圧として出力することにより、トルクセンサに加わる捩りトルクを検出するものである。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開平9−89692号公報
しかしながら、上記従来の構成においては、基台2の上面に第1の圧縮歪抵抗素子3、第1の引張歪抵抗素子6、第2の引張歪抵抗素子10および第2の圧縮歪抵抗素子8を設けているため、起歪体1に発生した捩りトルクによる応力が基台2を伝達する際に減衰するとともに、基台2の上面の面積が小さいため、第1の圧縮歪抵抗素子3、第1の引張歪抵抗素子6、第2の引張歪抵抗素子10および第2の圧縮歪抵抗素子8の抵抗体長さが小さくなり、これにより、第1の圧縮歪抵抗素子3、第1の引張歪抵抗素子6、第2の引張歪抵抗素子10および第2の圧縮歪抵抗素子8の応力による抵抗値の変化が小となるため、トルクセンサの出力感度が小さくなってしまうという課題を有していた。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、出力感度が大きいトルクセンサを提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
本発明の請求項1に記載の発明は、回転トルクによる圧縮応力を検出する少なくとも1つの圧縮歪抵抗素子と、回転トルクによる引張応力を検出する少なくとも1つの引張歪抵抗素子と、前記圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子を電極に電気的に接続することによりブリッジ回路を構成する回路パターンと、前記圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子、電極および回路パターンを設けた円筒形状の起歪体と、この起歪体の一端開口部に固着された第1の取付部材と、前記起歪体の他端開口部に固着された第2の取付部材とを備え、前記圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子、電極および回路パターンを起歪体の外側面に直接的に設けたもので、この構成によれば、圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子、電極および回路パターンを起歪体の外側面に直接的に設けているため、起歪体に発生する捩りトルクによる応力は、直接的に圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子に伝わることになり、そしてこの圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子は円筒形状の起歪体の全周にわたって設けることができるため、圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子の抵抗体長さは大きくなり、これにより、圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子の応力による抵抗値の変化が大となるため、出力感度が大きくなるという作用効果を有するものである。
本発明の請求項2に記載の発明は、特に、圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子の長手方向を円筒形状の起歪体の軸線長手方向に対して互いに反対の角度に傾斜させたもので、この構成によれば、起歪体に捩りトルクを付加すると、起歪体の微小な捩じれ回転により、圧縮歪抵抗素子に圧縮応力が加わると同時に、引張歪抵抗素子に引張応力が加わるため、圧縮歪抵抗素子の抵抗体長さが小となると同時に引張歪抵抗素子の抵抗体長さが大となり、そしてブリッジ回路の出力により、容易に捩りトルクを検出できるという作用効果を有するものである。
本発明の請求項3に記載の発明は、特に、圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子をつづら折り形状としたもので、この構成によれば、圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子をつづら折り形状としているため、狭いスペースで、圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子の抵抗体長さを大きくすることができ、これにより、圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子の応力による抵抗値の変化が大となるため、トルクセンサの出力感度がさらに向上するという作用効果を有するものである。
以上のように本発明のトルクセンサは、回転トルクによる圧縮応力を検出する少なくとも1つの圧縮歪抵抗素子と、回転トルクによる引張応力を検出する少なくとも1つの引張歪抵抗素子と、前記圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子を電極に電気的に接続することによりブリッジ回路を構成する回路パターンと、前記圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子、電極および回路パターンを設けた円筒形状の起歪体と、この起歪体の一端開口部に固着された第1の取付部材と、前記起歪体の他端開口部に固着された第2の取付部材とを備え、前記圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子、電極および回路パターンを起歪体の外側面に直接的に設けているため、起歪体に発生する捩りトルクによる応力は、直接的に圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子に伝わることになり、そしてこの圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子は円筒形状の起歪体の全周にわたって設けることができるため、圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子の抵抗体長さは大きくなり、これにより、圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子の応力による抵抗値の変化が大となるため、出力感度が大きくなるという優れた効果を奏するものである。
以下、一実施の形態を用いて、本発明の請求項1〜3に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の一実施の形態におけるトルクセンサの斜視図、図2は同トルクセンサの上面図、図3は同トルクセンサにおける起歪体の展開図である。
図1〜図3において、21はフェライト系ステンレスにより円筒形状に構成された起歪体で、この起歪体21は、両端に開口部(図示せず)を設けている。22は前記起歪体21の外側面に直接的に設けられた厚膜抵抗からなる第1の圧縮歪抵抗素子で、この第1の圧縮歪抵抗素子22はAgからなる回路パターン23によりつづら折り形状に配設されるとともに、この第1の圧縮歪抵抗素子22の長手方向を円筒形状の起歪体21の軸線長手方向に対して左肩上がりに傾斜させて構成している。また、この第1の圧縮歪抵抗素子22は一端を前記起歪体21の外側面に直接的に設けられた第1のGND電極24に電気的に接続し、かつ他端を第1の出力電極25に電気的に接続している。26は前記起歪体21の外側面に直接的に設けられた厚膜抵抗からなる第1の引張歪抵抗素子で、この第1の引張歪抵抗素子26はAgからなる回路パターン23によりつづら折り形状に配設されるとともに、この第1の引張歪抵抗素子26の長手方向を円筒形状の起歪体21の軸線長手方向に対して右肩上がりに傾斜させて構成している。また、この第1の引張歪抵抗素子26は一端を前記起歪体21の外側面に直接的に設けられた第1の出力電極25および第1の圧縮歪抵抗素子22に電気的に接続し、かつ他端を電源電極27に電気的に接続している。28は前記起歪体21の外側面に直接的に設けられた厚膜抵抗からなる第2の圧縮歪抵抗素子で、この第2の圧縮歪抵抗素子28はAgからなる回路パターン23によりつづら折り形状に配設されるとともに、この第2の圧縮歪抵抗素子22の長手方向を円筒形状の起歪体21の軸線長手方向に対して左肩上がりに傾斜させて構成している。また、この第2の圧縮歪抵抗素子28は一端を前記起歪体21の外側面に直接的に設けられた電源電極27および第1の引張歪抵抗素子26に電気的に接続し、かつ他端を第2の出力電極29に電気的に接続している。30は前記起歪体21の外側面に直接的に設けられた厚膜抵抗からなる第2の引張歪抵抗素子で、この第2の引張歪抵抗素子30はAgからなる回路パターン23によりつづら折り形状に配設されるとともに、この第2の引張歪抵抗素子30の長手方向を円筒形状の起歪体21の軸線長手方向に対して右肩上がりに傾斜させて構成している。また、この第2の引張歪抵抗素子30は一端を前記起歪体21の外側面に直接的に設けられた第2の出力電極29および第2の圧縮歪抵抗素子28に電気的に接続し、かつ他端を第2のGND電極31に電気的に接続している。そして、前記第1の圧縮歪抵抗素子22、第1の引張歪抵抗素子26、第2の圧縮歪抵抗素子28、第2の引張歪抵抗素子30、電源電極27、第1の出力電極25、第2の出力電極29、第1のGND電極24および第2のGND電極31を回路パターン23で電気的に接続することにより、フルブリッジ回路を構成している。
上記したように本発明の一実施の形態においては、第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子28、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30を起歪体21の外側面に直接的に設けているため、起歪体21に発生する捩りトルクによる応力は、直接的に第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子28、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30に伝わることになり、そしてこの第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子28、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30は円筒形状の起歪体21の全周にわたって設けることができるため、第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子28、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30の抵抗体長さは大きくなり、これにより、第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子28、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30の応力による抵抗値の変化が大となるため、出力感度が大きくなるという効果が得られるものである。
また、第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子28、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30はつづら折り形状としているため、狭いスペースで、第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子28、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30の抵抗体長さを大きくすることができ、これにより、第1の圧縮歪抵抗素子22、第2の圧縮歪抵抗素子28、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30の応力による抵抗値の変化が大となるため、トルクセンサの出力感度がさらに向上するという効果が得られるものである。
32はSUS430からなる第1の取付部材で、この第1の取付部材32は前記起歪体11の一端側の開口部(図示せず)を閉塞するとともに、外側面にネジ部33を設けている。34は第1の取付部材32と同様にSUS430からなる第2の取付部材で、この第2の取付部材34は前記起歪体21の他端側の開口部(図示せず)を閉塞するとともに、外側面にネジ部35を設けている。
以上のように構成された本発明の一実施の形態におけるトルクセンサについて、次にその組立方法について説明する。
まず、ステンレス板(図示せず)の上面にガラスペースト(図示せず)を印刷した後、約850℃で約10分間焼成して起歪体21を形成する。
次に、前記起歪体21の外側面に位置して銀のペースト(図示せず)を印刷し、約850℃で約10分間焼成することにより、前記起歪体21の上面に電源電極27、第1の出力電極25、第2の出力電極29、第1のGND電極24および第2のGND電極31および回路パターン23を形成する。
次に、前記起歪体21の外側面における第1の圧縮歪抵抗素子22、第1の引張歪抵抗素子26、第2の圧縮歪抵抗素子28および第2の引張歪抵抗素子30を設ける位置にメタルグレーズ系ペースト(図示せず)を印刷した後、約130℃で約10分間乾燥し、その後、前記起歪体21を約850℃で約10分間焼成することにより、起歪体21に第1の圧縮歪抵抗素子22、第1の引張歪抵抗素子26、第2の圧縮歪抵抗素子28および第2の引張歪抵抗素子30を形成する。
次に、起歪体21の一端側に第1の取付部材32を当接させた後、溶接により起歪体21の一端側開口部(図示せず)に第1の取付部材32を固着する。
最後に、起歪体21の他端側に第2の取付部材34を当接させた後、溶接により起歪体21の他端側開口部(図示せず)に第2の取付部材34を固着する。
以上のようにして構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態におけるトルクセンサについて、次に、その動作を説明する。
捩りトルクを計測する被検出部材(図示せず)に第1の取付部材32および第2の取付部材34を螺合するとともに、起歪体21の外側面に設けた電源電極27と第1のGND電極24および第2のGND電極31との間に電圧を印加する。そして、図4に示すように、第1の取付部材32を固定した状態で、第2の取付部材34を時計回りに回転させると、起歪体21に捩りトルクが発生し、この捩りトルクに応じて、起歪体21の外側面に設けた第1の引張歪抵抗素子26および第2の引張歪抵抗素子30に引張応力が発生するとともに、第1の圧縮歪抵抗素子22および第2の圧縮歪抵抗素子28に圧縮応力が発生する。そして、この応力の変化による第1の圧縮歪抵抗素子22、第1の引張歪抵抗素子26、第2の引張歪抵抗素子30および第2の圧縮歪抵抗素子28の抵抗値の変化をブリッジ回路の出力として検出して第1の出力電極25および第2の出力電極29から差動電圧として出力することにより、トルクセンサに加わる捩りトルクを検出するものである。
上記した本発明の一実施の形態においては、第1の圧縮歪抵抗素子22および第1の引張歪抵抗素子26の長手方向を円筒形状の起歪体21の長手方向に対して互いに反対の角度に傾斜させるとともに、第2の圧縮歪抵抗素子28および第2の引張歪抵抗素子30の長手方向を円筒形状の起歪体21の長手方向に対して互いに反対の角度に傾斜させているため、起歪体21に捩りトルクを付加すると、起歪体21の微小な捩じれ回転により、第1の圧縮歪抵抗素子22および第2の圧縮歪抵抗素子28に圧縮応力が加わると同時に、
第1の引張歪抵抗素子26および第2の引張歪抵抗素子30に引張応力が加わるため、第1の圧縮歪抵抗素子22および第2の圧縮歪抵抗素子28の抵抗体長さが小となると同時に第1の引張歪抵抗素子26および第2の引張歪抵抗素子30の抵抗体長さが大となり、そしてブリッジ回路の出力により、容易に捩りトルクを検出できるという効果が得られるものである。
第1の引張歪抵抗素子26および第2の引張歪抵抗素子30に引張応力が加わるため、第1の圧縮歪抵抗素子22および第2の圧縮歪抵抗素子28の抵抗体長さが小となると同時に第1の引張歪抵抗素子26および第2の引張歪抵抗素子30の抵抗体長さが大となり、そしてブリッジ回路の出力により、容易に捩りトルクを検出できるという効果が得られるものである。
本発明に係るトルクセンサは、出力感度を大きくすることができるという効果を有し、自動車のシフトレバーに作用するトルクを検出する用途に適用できるものである。
21 起歪体
22,28 圧縮歪抵抗素子
23 回路パターン
24,25,27,29,31 電極
26,30 引張歪抵抗素子
32 第1の取付部材
34 第2の取付部材
22,28 圧縮歪抵抗素子
23 回路パターン
24,25,27,29,31 電極
26,30 引張歪抵抗素子
32 第1の取付部材
34 第2の取付部材
Claims (3)
- 回転トルクによる圧縮応力を検出する少なくとも1つの圧縮歪抵抗素子と、回転トルクによる引張応力を検出する少なくとも1つの引張歪抵抗素子と、前記圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子を電極に電気的に接続することによりブリッジ回路を構成する回路パターンと、前記圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子、電極および回路パターンを設けた円筒形状の起歪体と、この起歪体の一端開口部に固着された第1の取付部材と、前記起歪体の他端開口部に固着された第2の取付部材とを備え、前記圧縮歪抵抗素子、引張歪抵抗素子、電極および回路パターンを起歪体の外側面に直接的に設けたトルクセンサ。
- 圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子の長手方向を円筒形状の起歪体の軸線長手方向に対して互いに反対の角度に傾斜させた請求項1記載のトルクセンサ。
- 圧縮歪抵抗素子および引張歪抵抗素子をつづら折り形状とした請求項1記載のトルクセンサ。
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JP2005352999A JP2007155576A (ja) | 2005-12-07 | 2005-12-07 | トルクセンサ |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8161827B2 (en) | 2008-05-30 | 2012-04-24 | Sony Corporation | Torque measuring apparatus and actuator drive control system |
JP2020071161A (ja) * | 2018-11-01 | 2020-05-07 | 株式会社小野測器 | トルク検出器及びモータ評価システム |
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2005
- 2005-12-07 JP JP2005352999A patent/JP2007155576A/ja active Pending
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