JP2019526800A - シャントスポークを有するトルクセンサー - Google Patents

Abstract

本発明は、第１加力点６０５を有する環状の内側フランジ６０３から、出力信号を生成する測定変換器１０、２０を備えた機械的に弱いセンサー部６０７を介して、第２加力点６１１を有する環状の外側フランジ５０９、６０９までその半径方向Ｙに延びる基体６０１を有するトルクセンサーであって、前記機械的に弱いセンサー部６０７は、半径方向に延びる第１接続ウェブ６１９ａ及び第２接続ウェブ６１９ｂを有し、これらは、異なる機械的特性を有するとともに、周方向に交互に配置されている、トルクセンサーに関する。【選択図】図６

Description

本発明は、請求項１の前文によるトルクセンサーに関する。

モノリシック受信構成要素の形態のトルクセンサーは、欧州特許出願公開第１３５３１５９Ａ２号から公知である。

本発明の根底にある目的は、改善されたトルク測定を可能にする簡単な構成のコンパクトなトルクセンサーを提供することである。

この目的は、本発明に基づいて、請求項１に記載の特徴を有するトルクセンサーによって達成される。

このようなトルクセンサーは基体を有するが、該基体は、第１加力点を有する環状の内側フランジから、出力信号を発生する測定変換器を備えた機械的に弱いセンサー部を介して、第２加力点を有する環状の外側フランジまで基体の半径方向に延びる。機械的に弱い（機械的に弱くなった）センサー部は、異なる機械的特性を有するとともに、周方向に交互に配置された、半径方向に延びる第１および第２の接続ウェブを含む。ここで「半径方向に延びる」とは、少なくとも１つの半径方向成分を含む機械的に弱いセンサー部の任意の輪郭（ｐｒｏｆｉｌｅ）を意味する。半径方向の輪郭は、もっぱら半径方向であり得るが、半径方向の構成要素を有するが、それから逸脱する輪郭、例えば曲がりくねった輪郭も容易に考えられる。特に、第２接続ウェブの幅は、半径方向内側よりも半径方向外側に小さい。

本発明に係るトルクセンサーにおいて、第１接続ウェブは、測定スポークとも呼ばれ、第２接続ウェブは、いわゆるシャントスポークとも呼ばれる。言い換えれば、トルクを測定するために、測定スポークの変形（特に、曲げ）は、主に適切な測定変換器（例えば、測定ストリップ）によって測定されるのに対して、シャントスポークは、主にトルクによって引き起こされる環状の外側フランジの半径方向変形を低減または補償するのに役立つ。半径方向外側へ、即ち、環状の外側フランジへの移行部において、第２接続ウェブ（シャントスポーク）の幅は減少するので、外側フランジにおける半径方向の変形を最小限に抑えることができる。このようにして、外側フランジにおけるねじ接続部の滑りがないように、第２加力点が緩和されるが、それは、例えば、部品をトルクセンサーの第２加力点に接続するのに使用することができる。それにより、通常は弱い傾向があるねじ接続部の滑りがトルクセンサーの測定精度の著しい低下をもたらすので、測定精度が著しく向上する。

加えて、シャントスポークは測定スポークを緩和するので、例えば測定スポークの壁をより薄くすることによって、測定スポークをより薄くすることができる。より薄い測定スポークは、（従来は有限要素法による）より単純な構造設計を可能にするとともに、より高い分解能、ひいてはさらに向上した測定精度をもたらす測定変換器におけるより大きなひずみをもたらす。

本発明に係るトルクセンサーの好ましい代表的な実施形態では、第２接続ウェブの幅は、半径方向内側から半径方向外側に向かって連続的に減少する。

本発明に係るトルクセンサーの有利な実施形態では、第１接続ウェブの軸方向高さと第２接続ウェブの軸方向高さは等しい。これにより、測定精度に悪影響を与えることなく、製造コストを節約できる。

測定スポーク内の薄い膜状領域が開口部とは反対側の第１接続ウェブに形成されるように、１つまたは複数（またはさらに全部）の第１接続ウェブには、開口部を有する切欠きがあってもよい。次いで、測定変換器を、各々の薄い膜状領域に取り付けるのが好ましい。トルクが加えられると、そのような膜状領域で最大の材料応力が発生し、それが測定変換器において最大のひずみをもたらす。ここで、測定変換器は、例えばひずみゲージの形態であり得る。これにより測定分解能、ひいては測定精度が向上する。トルクセンサーの好ましい実施形態では、測定変換器は、開口部とは反対側の薄い膜状領域側に取り付けられている。第１接続ウェブ内の上述の切欠きは、例えばリーマ加工によって製造することができる。

好ましくは、接続ウェブは、剪断応力及び／又は曲げ応力を測定するのに適している。

測定変換器として機能するひずみゲージは、第１接続ウェブにのみ又は両方の接続ウェブに取り付けられる。第二の選択肢では、測定範囲を拡大することができる。原則として、第１及び第２接続ウェブを機械的に異なるように構成することによって、機械的負荷が同じであるにもかかわらず（即ち、この場合同じ実効トルクで）、ひずみゲージによって測定される表面ひずみが異なり得る。したがって、機械的に異なる第１及び第２接続ウェブが存在するとき、第１接続ウェブは、例えば、それに固定されたひずみゲージが、低い実効トルクでも比較的高い所望の電気信号を生成するような形態であり得る。このような形態のウェブを接続することにより、より低い分解能で低トルクを測定することができるが、それに応じて測定範囲もそれだけ小さくなる。選択された例では、第２接続ウェブは、それに固定されたひずみゲージがより高いトルクでのみ良好な所望の電気信号を伝達するような形態とすることができ、これは、より高いトルクを測定するのに有利である。この場合、第２接続ウェブに固定されているひずみゲージの測定範囲も相応してより大きい。

内側フランジのみに回転固定式に連結され、トルクセンサーの応力が加えられていない基本状態において軸方向外側フランジ穴と同心である少なくとも１つのストップフランジ穴を有する、ストップフランジは、第２加力点とは反対側の外側フランジの側のセンサー部と平行に延びることができる。このようにして、トルクセンサーで過負荷が発生した場合に、必要に応じて１つ又は複数のストップピンによる補剛の可能性を追加することができる。機能のモードは、ストップピンに関して上述したものに対応する。

好ましくは、ストップフランジ穴は、外側フランジ穴とは異なる直径を有し、より小さい直径を有する穴がストップピンを固定することができる。このようにして、上述したように、一定の直径を有するストップピンの一端を外側フランジ穴又はストップフランジ穴のいずれかに固定することができ、一方で、ストップピンの他端は、トルクセンサーの応力が加えられていない基本状態においてストップフランジ穴又は外側フランジ穴のうちの他方に非接触状態で囲まれている。

好ましくは、ストップフランジには、外側フランジの周方向に等間隔に配置された複数のストップフランジ穴が存在し、これは過負荷の場合に周方向におけるより良好な荷重分布をもたらすことができる。

好ましくは、ストップフランジは、内側フランジの中心軸を通る線に関して等距離で互いに対向して配置されたストップフランジ穴を有し、それは過負荷の場合に半径方向におけるより良好な荷重分布をもたらすことができる。

好ましくは、軸方向に延びるストップピンは、外側フランジ穴又はストップフランジ穴のうちの一方に固定され、トルクセンサーの応力が加えられていない基本状態では、外側フランジ穴又はストップフランジ穴のうちの反対側の他方に非接触状態で周方向に囲まれている。

上記手段により、過負荷による破損防止をトルクセンサーに簡単かつコンパクトに提供することができ、それによりトルクセンサーの塑性変形も回避することができる。ここに提供される軸方向の穴は、半径方向の穴よりも製造が簡単である。さらに、ストップピンと対応するストップフランジ穴又は外側フランジ穴との間の間隙は、ストップピンが半径方向に向いている場合よりも小さくなるように選択することができる。これに関連して、欧州特許出願公開第１３５３１５９Ａ２号の図６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂを参照。さらに、半径方向に延びるストップピンは、トルクセンサーにおける軸方向の変形及び傾斜モーメントに対してより敏感である。

ストップフランジは、内側フランジと一体的に形成することができ、これは単純でコンパクトな構造を可能にすることができる。

あるいは、ストップフランジは、内側フランジに接続される構成要素、好ましくは内側フランジに取り外し可能に接続される構成要素であり得る。このようにして、トルクセンサーの基体、特にセンサー部よりも、ストップフランジについて、より堅い材料を選択することができる。

好ましくは、ストップフランジは締まりばめ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ）によって内側フランジに接続される構成要素であり得る。

好ましくは、ストップフランジは、基体の軸方向と平行に延びるねじによって内側フランジに取り外し可能に接続される部品であり得る。あるいは、接着剤接続、接着剤接続とねじ、又は締まりばめとねじ、又は他の方法によって、ストップフランジを内側フランジに接続することができる。

外側フランジと内側フランジとの間に軸方向に配置されたゴム弾性シール膜は、機械的に弱いセンサー部を液密に覆っている。これは、例えば、流体が、機械的弱化のために軸方向貫通開口部を備えたセンサー部を通過することを防ぐ。

好ましくは、ゴム弾性シール膜は、第２加力点と機械的に弱いセンサー部との間に軸方向に配置されている。このようにすることで、測定変換器、又はひずみゲージを、流体との接触から確実に保護することができ、存在する場合、歯車をも密封することができる。

シール膜は、トルクセンサーに締め付けられるか、又は接着結合される。

好ましくは、シール膜は、円板状の環状膜の形態であるので、外側フランジと内側フランジとの間に容易に導入され得る。

好ましくは、シール膜は、外側及び／又は内側フランジに取り付けられる。

好ましくは、シール膜は、成形ゴム部品、回転ゴム部品、又はウォータージェット加工によって製造されたゴム部品である。

好ましくは、シール膜は、基体の弾性率よりも少なくとも１０^２倍低い弾性率、好ましくは１０^３〜１０^５倍低い弾性率、好ましくは１０^４〜１０^５倍低い弾性率を有する。このようにシール膜の弾性率が低いため、センサー部における変形に対する影響はさらに減少する。

測定変換器は、基体に接続された測定グリッド部と、測定グリッド部に隣接し、少なくとも１つの電気接続点を有する自由接続部と、を有するひずみゲージとすることができる。このようにして、ひずみゲージは一端を表面に、他端を電気部品に迅速かつ容易に取り付けることができる。

好ましくは、少なくとも１つの電気接続点は半田パッドである。

好ましくは、電気接続点と測定グリッド部分との間の最小距離は、測定グリッド部分の長手方向の長さに対応し、これは取り付け目的のためのひずみゲージの取り扱いを容易にする。

好ましくは、接続部は弾性及び／又は帯状である。

好ましくは、接続部は、応力が加えられていない基本状態で優先方向に曲げられ、例えばＵ字形に曲げられる。

電気部品上で接続部を一時的に保持するように設計された保持部は、少なくとも１つの電気接続点の他方の側で接続部に隣接し得る。これにより、ひずみゲージの他端部を電気部品に取り付けることが容易になる。

好ましくは、保持部は中央貫通穴又は刻み目を有する。これは、例えばねじ回しによって保持部を電気部品上に一時的に保持するのに役立ち得る。

好ましくは、保持部は自己接着性である。この場合、保持部を、工具を用いずに電気部品に一時的に保持することができる。

好ましくは、保持部は丸みを帯びており、その取り扱い中の怪我を防ぐことができる。

好ましくは、第２加力点は、半径方向弾性材料部によってセンサー部に接続されている。このようにして、半径方向に高度の分離を達成することができるので、例えば、第２加力点での真円度のずれを補償することができる。そのような真円度のずれは、例えば製造公差によって引き起こされる可能性がある。その結果、測定変換器のクロストークが発生する可能性がある。それによって生じる測定誤差を回避するために、半径方向弾性材料部は、半径方向変形に関して低い剛性を有するが、軸方向力及び傾斜モーメントを補償するために、ねじり力に関して実質的に剛性である（つまり、高剛性を有している）。半径方向弾性材料部は、軸方向力及び傾斜モーメントからの変形が補償されるように構成することができる。

半径方向弾性材料部は、基体の軸方向に延びる薄肉材料部とすることができる。該材料部は、必ずしも軸方向に延びる必要はなく、軸方向構成要素を有するだけでもよい。例えば、そのような軸方向材料部は円錐形又は蛇行形であり得る。好ましくは、この薄肉材料部は、基体の軸方向にのみ延びる部分、即ち軸方向にのみ延びる材料部である。

測定変換器として適しているのは、例えば圧力又は張力に敏感な測定変換器、例えばひずみゲージであるが、トルクセンサーの内側フランジと外側フランジとの間の角度差をエンコーダによって測定することも可能である。さらに磁歪測定法を用いることも可能である。

好ましくは、外側フランジはモノリシック又は複数パートであり、ここで半径方向弾性材料部及び第２加力点は好ましくは１つのパートを形成する。

好ましくは、薄肉材料部は、外側フランジ内に周方向に延びる溝の薄肉底部の形態である。好ましくは、溝は外側フランジの外周又は内周に配置される。その結果、全体として、製造が簡単な、コンパクトな構造のトルクセンサーが可能になる。

加力点は、穴若しくは歯の空間又はこれら２つの組み合わせとすることができ、歯の空間を形成する歯及び／又は穴は、好ましくは基体の軸方向に延びる。本明細書を通して、穴とは、少なくとも片側が開口している開口部、例えば円形又は多角形の断面を有する開口部を意味する。

好ましくは、半径方向弾性材料部は、それぞれが穴の形をしている複数の第２加力点と、外側フランジ上に位置し、それぞれ同様の穴の形をしている複数の第３加力点とを連結している。トルクセンサーの応力が加えられていない基本状態において、前記第２、第３加力点は、同心である。このような同心の第２及び第３加力点は、穿穴プロセスによって簡単な方法で製造することができる。

センサーの外側フランジ（非半径方向弾性材料部）に位置する穴の形態の第３加力点に、好ましくはストップピンの形態のストップ要素を固定することができる。ストップ要素は、穴の軸方向に延びるとともに、トルクセンサーの応力が加えられていない基本状態において、同様に穴の形をした第４加力点に非接触状態で周方向に囲まれている。その後、ストップ要素が穴の形態をした第４加力点の壁と接触し、そのように支持されることで、トルクセンサーに追加の補剛を与えるので、特に、機械的に弱いセンサー部の過負荷を回避することができる。好ましくは、ストップ要素の形状は、第３加力点の形状と相補的であり、それによってストップ要素は中空体の形態でもあり得る。

好ましくは、穴の形態の第３加力点は、穴の形態の第２加力点とは異なる直径を有する。これは、ストップ要素として、例えば一定の直径を有するストップピンを使用することができるという利点を有し、その直径は、穴の形の第２及び第３加力点のより小さい直径に対応しなければならない。その結果、穴の形をした第２及び第３加力点のそれぞれの他方に非接触状態で囲まれるようになる。

好ましくは、穴の形態の第３加力点は、同様に穴の形態の第２加力点よりも大きい直径を有する。したがって、有利には、第２加力点から離れた貫通穴の形態の第３加力点の端部から、ストップ要素の一端が実際に第３加力点に非接触状態で囲まれているかどうかを確認することができる。他方、ストップ要素の他端は、穴の形態の第２加力点に固定されており、トルクセンサーの装着状態では見えない。

好ましくは、第２加力点は、外側フランジから半径方向に突出し、そこからセンサー部まで半径方向弾性材料部が基体の軸方向に延びる部分の一部である。したがって、第２加力点への簡単な取り付けアクセスが可能である。

外側フランジはモノリシックとすることができ、トルクセンサーは鋼、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成することができる。

あるいは、外側フランジは複数パートであってもよく、ここで、半径方向弾性材料部と第２加力点は、好ましくは鋼からなる共通部品を形成し、他方、外側フランジの他の部分はアルミニウム又はアルミニウム合金で構成することができる。この複数パートの形態は、各部品に適した材料を選択することを可能にする。したがって、最後に言及した２つの材料は、高強度を有しながらもヒステリシスを有さずかつ内部減衰が小さいので、鋼からトルクセンサーの半径方向弾性部を、アルミニウム又はアルミニウム合金からトルクセンサーの残りの部分を、製造することが有利である。したがって、モノリシック形態のトルクセンサーの場合、材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を選択することが同様に有利である。

好ましくは、半径方向弾性材料部及び第２加力点は、好ましくはねじによって外側フランジの残りの部分に取り外し可能に接続される部分を形成する。このようにして、外側フランジ部を迅速かつ安価に交換することができる。

好ましくは、第２加力点をハウジングと一体的に形成することで、製造を単純化することができる。

好ましくは、測定変換器はひずみゲージであり、その動作原理は電気的、光学的又は圧電的であり得る。

本発明は、概略図によって以下により詳細に説明される。類似の要素には類似の符号が付され、図面を読みやすくするために、符号は場合によっては省略される。

左図は、第１トルクセンサーの上面斜視図であり、右図は、第１モノリシックトルクセンサーの断面図である。 右図は、第２トルクセンサーの底面斜視図であり、左図は、第２モノリシックトルクセンサーの断面図である。 右図は、第３トルクセンサーの底面斜視図であり、左図は、第３（二部式）トルクセンサーの断面図である。 右図は、第４トルクセンサーの底面斜視図であり、左図は、第４（二部式）トルクセンサーの断面図である。 同一の接続ウェブを有する第５トルクセンサーの斜視図である。 異なる接続ウェブが交互に配置された第６トルクセンサーの斜視図である。 ストップフランジと一体的に形成された第７トルクセンサーの断面図である。 締まりばめによってトルクセンサーに別個に接続された構成要素であるストップフランジを有する第８トルクセンサーの断面図である。 図８の第８トルクセンサーに類似した第９トルクセンサーの底面分解斜視図である。ここで、ストップフランジがねじ接続によってトルクセンサーに接続されている。 締め付けられたシール膜を有する第１０トルクセンサーの断面図である。 シール膜が内部に接着結合されている第１１トルクセンサーの断面図である。 ハーモニックドライブ（登録商標）ギアを備えた軽量構成の図１の第１トルクセンサーの断面図である。 図１２の軽量構成の分解図である。 半径方向外側に向かって先細になっている第２接続ウェブを備えた図６と同様のトルクセンサーを斜め上から見た３次元図である。 図１４のトルクセンサーを斜め下から見た三次元図である。 上図は、従来のひずみゲージを示し、下図は、ひずみゲージの従来の固定方法を示す。 上図は、代替のひずみゲージを示し、下図は、代替のひずみゲージの固定方法を示す。

図１は、それぞれ穴の形をした複数の第１加力点１０５を有する環状の内側フランジ１０３から、電気的に出力信号を発生するひずみ感応測定変換器を備えた機械的に弱いセンサー部１０７を介して（例えば、図１４及び１５参照）、環状のモノリシック外側フランジ１０９まで基体１０１の半径方向Ｙに延びるアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基体１０１を有するモノリシック形態の第１トルクセンサー１００を示す。外側フランジ１０９から半径方向に突出した部分には、それぞれ穴の形をした複数の第２加力点１１１があり、これらの第２加力点１１１は、半径方向弾性材料部１１３を介して基体１０１の軸方向Ｘにセンサー部１０７に接続されている。半径方向弾性材料部１１３は、軸方向Ｘに延び、薄肉周壁部の形をしている。

図２は、同様にモノリシック形態の第２トルクセンサー２００を示し、ここで、半径方向弾性材料部２１３は、外側フランジ２０９の外周の周りを走る溝２１５の薄肉底部の形態である。半径方向弾性材料部２１３は、第２加力点２１１を、外側フランジ２０９上に位置し、それぞれ穴の形をしている複数の第３加力点２１１ａと、同様に穴の形をしている複数の第４加力点２１１ｂ（ここでは、アクセス開口部として機能する）とに接続させる。アクセス開口部２１１ｂは、トルクセンサー２００の応力が加えられていない基本状態において、第２加力点２１１と同心円状に配置されている。しかしながら、図７から図９を参照して後述するように、アクセス開口部２１１ｂは加力点として機能することも可能である。その目的のために、ストップ要素を加力点２１１、２１１ｂの一方に固定することができ、このストップ要素は、軸方向Ｘに延びるとともに、トルクセンサー２００の応力が加えられていない基本状態では、各々の他方の加力点２１１ｂ、２１１によって非接触状態で周方向に囲まれている。図示の例示的な実施形態では、アクセス開口部２１１ｂは、第２加力点２１１よりも大きい直径を有する。もちろん、アクセス開口部２１１ｂは、部品の結合要素、例えばスリーブ又はハウジングを第２加力点２１１に接続させるように、第２加力点２１１に接続要素、例えばねじ又はボルトを通すのに追加的に又は単独で使用することができる。

図３は、外側フランジ３０９を有する第３トルクセンサー３００を示し、これは、図１及び図２とは対照的に、複数パートの形態である。複数パートの外側フランジ３０９の、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の第１部分３０９ａは、センサー部３０７の延長部として一体的に延びており、一方、スチール製の第２部分３０９ｂは、半径方向弾性材料部３１３と第２加力点３１１を含む。第２部分３０９ｂは、軸方向Ｘと平行に延びるねじ３１０によって第１部分３０９ａに取り外し可能に接続される。

図４は、その第２加力点４１１が、トルクセンサー４００の中心軸の方を向くベアリングシート４１９を有するハウジング４１７と一体的に形成されているという点で、実質的に図３に示される第３トルクセンサー３００と異なる第４トルクセンサー４００を示す。

図５は、環状の機械的に弱いセンサー部５０７が、全て同じ機械的性質を有しかつ切欠き５２１によって周方向に互いに離間された、半径方向に延びる接続ウェブ５１９によって形成されている第５トルクセンサー５００を示す。接続ウェブ５１９は、剪断応力及び／又は曲げ応力を測定するようになっており、ひずみゲージの形態の測定変換器がすべての接続ウェブ５１９に取り付けられる。それによって、第１感度の測定変換器と第２感度の測定変換器とを周方向に交互に取り付けることができる。同様に、測定変換器は、接続ウェブ５１９の異なる点で交互に取り付けることができる。

図６は、図５に示す第５のトルクセンサー５００とは対照的に、環状の機械的に弱いセンサー部６０７が半径方向に延びる第１及び第２接続ウェブ６１９ａ、６１９ｂを有する第６トルクセンサー６００を示す。第１接続ウェブ６１９ａは、第２接続ウェブ６１９ｂとは異なる機械的性質を有し、第１及び第２接続ウェブ６１９ａ、６１９ｂは、それらの間に位置する切欠き６２１を有して周方向に交互に配置されている。測定変換器は、ここでは両方の接続ウェブ６１９ａ、６１９ｂに取り付けられる。測定変換器を、第１又は第２接続ウェブ６１９ａ、６１９ｂにのみ取り付けることもできる。第１接続ウェブ６１９ａに取り付けられた第１測定変換器は、第１測定範囲の信号のみを伝達し、第２接続ウェブ６１９ｂに取り付けられた第２測定変換器は、第２測定範囲の信号のみを伝達する。これらの測定範囲は互いに異なる。一方の測定範囲は他方の測定範囲内にあり得る。

接続ウェブ５１９、６１９ａは、欧州特許出願公開第１３５３１５９Ａ２号の段落［００４３］〜［００５２］に記載されているように、測定変換器６１が取り付けられた接続ウェブ１４に対応して形成することができる。同様に、接続ウェブ６１９ｂは、欧州特許出願公開第１３５３１５９Ａ２号の段落番号［００５５］〜［００５７］に記載されているように、中実の形態であってもよく、測定変換器６１が取り付けられた接続ウェブ２４又は２４’に対応して形成しされてもよい。本明細書に記載の接続ウェブを有する他のすべてのトルクセンサーにも同じことが当てはまる。

図７は、第７トルクセンサー７００を示し、これは、第２加力点７１１とは反対側の外側フランジ７０９の側面上でセンサー部７０７と平行に延びるストップフランジ７２３と一体的に形成されるという点で、図２に示される第２トルクセンサー２００と実質的に異なる。ストップフランジ７２３は、内側フランジ７０３にのみ回転的に固定された方法で接続され、複数のストップフランジ穴７２５（第４加力点）を有する。トルクセンサー７００に応力が加えられていない基本状態では、ストップフランジ穴７２５は、軸方向外側フランジ穴７１１及び第３外側フランジ穴７１１ａと同心である。ストップフランジ穴７２５は、外側フランジ穴７１１及び７１１ａよりも大きい直径を有し、かつ内側フランジ７０３の中心軸を通る半径方向Ｙの線に対して同じ距離で互いに対向して配置されている。ストッパピンの形態のストッパ要素７２７は、第３外側フランジ穴７１１ａ内に固定され、軸方向Ｘに延びる。トルクセンサー７００の応力が加えられていない基本状態では、ストップ要素７２７は、周方向にストップフランジ穴７２５に非接触状態で囲まれている。ここに示されたように、ストップフランジ穴７２５又は第３外側フランジ穴７１１ａのいずれかは、貫通穴の形態又は盲穴の形態であり得る。センサー部７０７の過負荷の場合、ストップピン７２７は対応するストップフランジ穴７２５の内側に接触するとともにそこに支持されることで、センサー部７０７を軽減する。

図８は、ストップフランジ８２３が、内側フランジ８０３と一体的に形成されておらず、内側フランジ８０３に取り外し可能に接続されている別個の構成要素であるという点で、図７に示された第７のトルクセンサー７００とは実質的に異なる第８トルクセンサー８００を示す。ストップフランジ８２３は締まりばめによって内側フランジ８０３に接続される。

図９は、そのストップフランジ９２３が、締まりばめではなく軸方向Ｘに平行に延びるねじ（図示せず）によって、内側フランジ９０３に接続されているという点で、図８に示される第８トルクセンサー８００と実質的に異なる第９のトルクセンサー９００を示す。その目的のために、対応する相補穴９２９ａ、９２９ｂが内側フランジ９０３上、及びストップフランジ９２３上に存在する。

図１０は、片側のトルクセンサー１０００の機械的に弱いセンサー部１００７を液密に覆うためのゴム弾性シール膜１０３１を有する第１０トルクセンサー１０００を示す。シーリングメンブレン１０３１は、ねじ１０３３によって内側フランジ１００３と外側フランジ１００９との間で環状に締め付けられる。内側フランジ１００３と外側フランジ１００９のうちの一方にのみ締め付けるだけで十分であり得る。この図は、例えば欧州特許出願公開第ＥＰ１３５３１５９Ａ２号から知られているように、シーリングメンブレン１０３１を従来のトルクセンサーに取り付けるだけでも可能であることを説明するために示したものである。対応して外側フランジ１００９を、ねじ１０３３を超えて軸方向Ｘに延在させることによって、上述の半径方向弾性材料部１０１３を容易に設けることができ、第２加力点１０１１はそのような延在部の端部に位置する。

図１１は、そのシール膜１１３１が、内側フランジ１１０３と外側フランジ１１０９との間で環状にトルクセンサー１０００に接着結合されているという点で、図１０に示した第１０トルクセンサー１０００とは実質的に異なる第１１トルクセンサー１１００を示す。

第１０又は第１１トルクセンサー１０００、１１００のシール膜１０３１、１１３１は、成形ゴム部品、回転ゴム部品、又はウォータージェット切断によって製造されたゴム部品とすることができ、固定に同様の締め付けと接着結合の組み合わせが可能である。シール膜１０３１、１１３１は、基体１００１、１１０１の弾性率よりも少なくとも１０^２倍低い弾性率、好ましくは１０^２〜１０^４倍低い弾性率、より好ましくは１０^４〜１０^５倍低い弾性率を有する。シール膜の弾性率が基体と比較して低いほど、シール膜がトルクセンサーの測定結果を不正確にすることが少なくなる。

図１２及び図１３は、内側から外側に向かって、波発生器１３９、フレクスプライン１４１及び円形スプライン１４３を有するハーモニックドライブギア１３７を有する軽量構成１３５の図１の第１トルクセンサー１００を示す。円形スプライン１４３はハウジング１４５にねじ止めされ、その後、ハウジング１４５はクロスローラベアリング１４７を介して出力ハウジング１４９に取り付けられる。トルクセンサー１００の外側フランジ１０９は、出力フランジ１５１によって出力ハウジング１４９にねじ止めされる。次に、トルクセンサー１００の内側フランジ１０３は、ねじ付きリング１５３を介してフレクスプライン１４１にねじ止めされる。

図１４および図１５は、図６に示したトルクセンサー６００と同様の構成のトルクセンサー６００ａを示している。したがって、トルクセンサー６００ａは、半径方向Ｙに（即ち、第１の加力点６０５を有する環状の内側フランジ６０３から第２の加力点６１１を有する環状の外側フランジ６０９まで）延びる基体６０１を有する。トルクセンサー６００ａに加えられたトルクの測定を可能にする出力信号を生成する測定変換器を備えた、全体的に６０７で示される機械的に弱いセンサー部は、環状の内側フランジ６０３と、環状の外側フランジ６０９との間に半径方向に設けられている。センサー部６０７は、測定スポークとも呼ばれる半径方向に延びる第１接続ウェブ６１９ａと、シャントスポークとも呼ばれる半径方向に延びる第２接続ウェブ６１９ｂと、を備える。第２接続ウェブ６１９ｂは、半径方向内側よりも半径方向外側に小さい幅ｗを有する。図１４および図１５に示す代表的な実施形態では、第２接続ウェブ６１９ｂは、半径方向内側から半径方向外側に向かって連続的に先細になっている。したがって、図６に示すトルクセンサー６００の場合と同様に、第１接続ウェブ６１９ａは第２の接続ウェブ６１９ｂと明らかに異なる機械的特性を有する。トルクセンサー６００の場合と同様に、第１接続ウェブ６１９ａおよび第２接続ウェブ６１９ｂは、周方向に交互に配置されるので、センサー部６０７を軸方向に区切る切欠き６２１が、各々の場合において、２つの接続ウェブ間に配置される。

図１４および図１５に示すトルクセンサー６００ａの代表的な実施形態では、第１接続ウェブ６１９ａの軸方向高さｈ１は、第２接続ウェブ６１９ｂの軸方向高さｈ２に等しい。このようにして、センサー部６０７、ひいてはトルクセンサー６００ａ全体の製造がより簡単になる。

第１接続ウェブ６１９ａ（測定スポーク）には、測定ポケットとも呼ばれ、第１接続ウェブ６１９ａの軸方向高さを、薄い膜状領域６２６（図１５参照）のみが、切欠き６２２の開口部６２４の反対側に残る程度にまで局所的に減少させる、切欠き６２２が形成されている。そのような膜状領域６２６は、トルクによって引き起こされた材料のひずみを検出するのに特に適しており、そのために、示された代表的な実施形態（図１５参照）では、ひずみゲージ６２８が各々の膜状領域に取り付けられている。

図１６は、従来のひずみゲージ１０を示しており、これは、上述した測定変換器であると理解されるべきである。ひずみゲージ１０は、一端に測定グリッド部１３を有し、反対側の他端に半田パッド１５の形態の電気接続点を有する帯状の基体１１を有する。全体として部品１に固定されることができるこのひずみゲージ１０を電気部品３に電気的に接続するために、線５は、最初に半田パッド１５に、そして次に電気部品３にはんだ付けされなければならない。

図１７に示す代替ひずみゲージ２０は、測定グリッド部２３によってのみ部品１に固定することできるという点と、個別の線５に代えて、ひずみゲージ２０が測定グリッド部２３に隣接する接続部２４を有し、この接続部が、測定グリッド部２３とは反対側の端部に半田パッド２５を有し、その長さは少なくとも測定グリッド部２３に対応するという点で、図１４に示す従来のひずみゲージ１０と異なる。接続部２４は帯状で可撓性を有するので、応力が加えられていない基本状態においても優先方向に曲げることができ、それによって、例えばＵ字状に形成することができる。図示されたひずみゲージ２０はさらに、半田パッド２５の他方の側で接続部２４に隣接し、電気部品３上で接続部２４を一時的に保持するように設けられている丸い保持部２７を有する。その目的のために、保持部２７は中央貫通穴２９、あるいは窪みを有することができ、その中にひずみゲージ２０を電気部品３上に保持するための器具を導入することができる。その目的のために、保持部２７は、さらに自己粘着性を有していてもよく、自己粘着性のみを有していてもよい。

１０、２０ 測定変換器
６０１ 基体
６０３ 内側フランジ
６０５ 第１加力点
６０７ センサー部
６０９ 外側フランジ
６１１ 第２加力点
６１９ａ 第１接続ウェブ
６１９ｂ 第２接続ウェブ
ｗ 第２接続ウェブの幅

Claims (12)

1. 第１加力点を有する環状の内側フランジから、出力信号を生成する測定変換器を備えた機械的に弱いセンサー部を介して、第２加力点を有する環状の外側フランジまでその半径方向に延びる基体を有するトルクセンサーであって、
   前記機械的に弱いセンサー部は、半径方向に延びる第１接続ウェブ及び第２接続ウェブを有し、該第１接続ウェブ及び第２接続ウェブは、異なる機械的特性を有するとともに、周方向に交互に配置され、そして、前記第２接続ウェブの幅は、半径方向内側よりも半径方向外側のほうが小さくなっている、トルクセンサー。
2. 前記第２接続ウェブの幅が、半径方向内側から半径方向外側に向かって連続的に減少する、請求項１に記載のトルクセンサー。
3. 前記第１接続ウェブの軸方向高さと、前記第２接続ウェブの軸方向高さが同じである、請求項１又は２に記載のトルクセンサー。
4. １以上の前記第１の接続ウェブには、開口部を有する切欠きが設けられ、それにより、前記開口部と反対側の前記第１接続ウェブに薄い膜状領域が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルクセンサー。
5. 前記測定変換器が、各々の前記薄い膜状領域に取り付けられている、請求項４に記載のトルクセンサー。
6. 前記測定変換器が、前記開口部と反対側の前記薄い膜状領域側に取り付けられている、請求項５に記載のトルクセンサー。
7. 前記測定変換器が、ひずみゲージである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のトルクセンサー。
8. ひずみゲージが、好ましくは前記第１接続ウェブ、及び／又は第２接続ウェブに取り付けられていることで、前記接続ウェブが、剪断応力、及び／又は曲げ応力を測定するようになっている、請求項１に記載のトルクセンサー。
9. 前記第２接続ウェブが、前記第１接続ウェブよりも機械的に弱く、前記第２接続ウェブのみが、剪断応力、及び／又は曲げ応力を測定するようになっており、ひずみゲージが、好ましくは前記第２接続ウェブにのみ取り付けられている、請求項８に記載のトルクセンサー。
10. 第１測定範囲の信号のみを伝達する第１ひずみゲージが、前記第１接続ウェブに取り付けられ、第２測定範囲の信号のみを伝達する第２ひずみゲージが、前記第２接続ウェブに取り付けられ、前記測定範囲は、互いに異なり、前記測定範囲のうちの一方が、好ましくは他方の測定範囲に含まれる、請求項１〜９に記載のトルクセンサー。
11. 前記測定変換器が、前記基体に接続された測定グリッド部と、前記測定グリッド部に隣接するとともに、少なくとも１つの電気接続点を有する自由接続部と、を有するひずみゲージである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のトルクセンサー。
12. 前記少なくとも１つの電気接続点の反対側で前記自由接続部に隣接する保持部が、電気部品上で前記自由接続部を一時的に保持するように設けられている、請求項１１に記載のトルクセンサー。

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