JP2020204564A - モーメントセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】計装による性能の劣化を抑制可能とする。【解決手段】センシングユニット部と、センシングユニット部が取付けられた台座１と、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座１が有する一対の側面のうちの一方に接続された連結部６ａ，６ｂと、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座１が有する一対の側面のうちの一方に、連結部６ａ，６ｂと並んで接続された連結部７ａ，７ｂと、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座１が有する一対の側面のうちの他方に接続された連結部８ａ，８ｂと、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座１が有する一対の側面のうちの他方に、連結部８ａ，８ｂと並んで接続された連結部９ａ，９ｂとを備えた。【選択図】図１

Description

この発明は、モーメントを計測するモーメントセンサに関する。

従来から、モーメントを計測するモーメントセンサが知られている（例えば特許文献１参照）。モーメントセンサの計装は、一般的に、ネジによる締結で行われている。

特開２００２−１３９３９１号公報

しかしながら、従来のモーメントセンサでは、計装によって性能を損ねた状態（例えばゼロ点出力シフトが生じた状態）となってしまう可能性があり、改善が求められている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、計装による性能の劣化を抑制可能とするモーメントセンサを提供することを目的としている。

この発明に係るモーメントセンサは、センシング部、及び当該センシング部が取付けられた取付部材から成るセンシングユニット部と、センシングユニット部が取付けられた台座と、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座が有する一対の側面のうちの一方に接続された第１の連結部と、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座が有する一対の側面のうちの一方に、第１の連結部と並んで接続された第２の連結部と、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座が有する一対の側面のうちの他方に接続された第３の連結部と、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座が有する一対の側面のうちの他方に、第３の連結部と並んで接続された第４の連結部とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、計装による性能の劣化を抑制可能となる。

実施の形態１に係るモーメントセンサの構成例を示す斜視図である。 実施の形態１に係るモーメントセンサの構成例を示す下側から見た斜視図である。 実施の形態１に係るモーメントセンサの別の構成例を示す斜視図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係るモーメントセンサの構成例を示す斜視図である。
モーメントセンサは、モーメントを計測する。モーメントセンサは、図１に示すように、台座１、板状部（第１の板状部）２、板状部（第２の板状部）３、センシング部４、連結棒５、連結部（第１の連結部）６ａ，６ｂ、連結部（第２の連結部）７ａ，７ｂ、連結部（第３の連結部）８ａ，８ｂ及び連結部（第４の連結部）９ａ，９ｂを備えている。

台座１は、台座部（第１の台座部）１１、台座部（第２の台座部）１２及び台座部（第３の台座部）１３を有している。台座１は、例えばステンレスから構成される。

台座部１１は、ブロック状の部材である。
台座部１２は、ブロック状の部材である。
台座部１３は、台座部１１が有する一側面と台座部１２が有する一側面とを接続する。

台座１は、例えば、１つのブロック状部材に矩形状の開口が１つ以上（図１では２つ）形成されることで、台座部１１、台座部１２及び台座部１３が構成される。図１に示す台座１では、台座部１３は３枚の薄板部材から構成される。

板状部２は、幅広面が台座部１１が有する上記一側面を向き、一端が台座部１１が有する上面に接続されている。板状部２は、台座１に対し、センシング部４と熱物性（熱膨張係数）の近い材料から構成されている。例えば、センシング部４がシリコンから構成されたセンサ素子である場合には、板状部２は、鉄にニッケル及びコバルトを配合した合金等から構成される。
図１では、板状部２は、台座部１１が有する上面における、台座部１１が有する上記一側面付近に、配置されている。

板状部３は、幅広面が台座部１２が有する上記一側面を向き、一端が台座部１２が有する上面に接続されている。板状部３は、台座１に対し、センシング部４と熱物性（熱膨張係数）の近い材料から構成されている。例えば、センシング部４がシリコンから構成されたセンサ素子である場合には、板状部３は、鉄にニッケル及びコバルトを配合した合金等から構成される。
図１では、板状部３は、台座部１２が有する上面における、台座部１２が有する上記一側面付近に、配置されている。

センシング部４は、板状部２が有する２つの幅広面及び板状部３が有する２つの幅広面のうちの少なくとも１つの面に取付けられている。図１では、センシング部４は、板状部２が有する外側の幅広面に搭載されている。センシング部４としては、例えば、センサ素子、歪ゲージ、又は成膜された抵抗ゲージが挙げられる。図１では、センシング部４としてセンサ素子が用いられている。

連結棒５は、一端が板状部２の他端側に接続され、他端が板状部３の他端側に接続されている。連結棒５は、板状部２及び板状部３に対し、台座１と熱物性（熱膨張係数）の近い材料から構成されている。連結棒５は、例えば、台座１と同一材料から構成される。

なお、板状部（第１の板状部）２、板状部（第２の板状部）３及び連結棒５は、センシング部４が取付けられた取付部材を構成する。
また、センシング部４及び取付部材は、センシングユニット部を構成する。

連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂは、計測対象である物体が有する設置面に台座１をネジ等により連結するための部位である。図１では、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂは台座１と一体に構成されているが、これに限らず、別体に構成されていてもよい。

連結部６ａは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成されている。図１では、連結部６ａは、段差を有する板状部材から構成されている。この連結部６ａは、台座１が有する一対の側面のうちの一方に接続されている。図１では、連結部６ａは、台座１の長手方向における一方の側面の一端側に接続されている。
また、連結部６ａにおける薄板部分には、ネジ穴６１ａが設けられている。また図１，２に示すように、連結部６ａは、下面が台座１の下面よりも低いことが望ましい。なお図２では、板状部２、板状部３、センシング部４及び連結棒５の図示を省略している。

連結部６ｂは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成されている。図１では、連結部６ｂは、段差を有する板状部材から構成されている。この連結部６ｂは、台座１が有する一対の側面のうちの一方に接続されている。図１では、連結部６ｂは、台座１の短手方向における一方の側面の一端側に接続されている。
また、連結部６ｂにおける薄板部分には、ネジ穴６１ｂが設けられている。また図１，２に示すように、連結部６ｂは、下面が台座１の下面よりも低いことが望ましい。

連結部７ａは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成されている。図１では、連結部７ａは、段差を有する板状部材から構成されている。この連結部７ａは、台座１が有する一対の側面のうちの一方に、連結部６ａと並んで接続されている。図１では、連結部７ａは、台座１の長手方向における一方の側面の他端側に接続されている。
また、連結部７ａにおける薄板部分には、ネジ穴７１ａが設けられている。また図１，２に示すように、連結部７ａは、下面が台座１の下面よりも低いことが望ましい。

連結部７ｂは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成されている。図１では、連結部７ｂは、段差を有する板状部材から構成されている。この連結部７ｂは、台座１が有する一対の側面のうちの一方に、連結部６ｂと並んで接続されている。図１では、連結部７ｂは、台座１の短手方向における一方の側面の他端側に接続されている。
また、連結部７ｂにおける薄板部分には、ネジ穴７１ｂが設けられている。また図１，２に示すように、連結部７ｂは、下面が台座１の下面よりも低いことが望ましい。

連結部８ａは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成されている。図１では、連結部８ａは、段差を有する板状部材から構成されている。この連結部８ａは、台座１が有する一対の側面のうちの他方に接続されている。図１では、連結部８ａは、台座１の長手方向における他方の側面の一端側に接続されている。
また、連結部８ａにおける薄板部分には、ネジ穴８１ａが設けられている。また図１，２に示すように、連結部８ａは、下面が台座１の下面よりも低いことが望ましい。

連結部８ｂは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成されている。図１では、連結部８ｂは、段差を有する板状部材から構成されている。この連結部８ｂは、台座１が有する一対の側面のうちの他方に接続されている。図１では、連結部８ｂは、台座１の短手方向における他方の側面の一端側に接続されている。
また、連結部８ｂにおける薄板部分には、ネジ穴８１ｂが設けられている。また図１，２に示すように、連結部８ｂは、下面が台座１の下面よりも低いことが望ましい。

連結部９ａは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成されている。図１では、連結部９ａは、段差を有する板状部材から構成されている。この連結部９ａは、台座１が有する一対の側面のうちの他方に、連結部８ａと並んで接続されている。図１では、連結部９ａは、台座１の長手方向における他方の側面の他端側に接続されている。
また、連結部９ａにおける薄板部分には、ネジ穴９１ａが設けられている。また図１，２に示すように、連結部９ａは、下面が台座１の下面よりも低いことが望ましい。

連結部９ｂは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成されている。図１では、連結部９ｂは、段差を有する板状部材から構成されている。この連結部９ｂは、台座１が有する一対の側面のうちの他方に、連結部８ｂと並んで接続されている。図１では、連結部９ｂは、台座１の短手方向における他方の側面の他端側に接続されている。
また、連結部９ｂにおける薄板部分には、ネジ穴９１ｂが設けられている。また図１，２に示すように、連結部９ｂは、下面が台座１の下面よりも低いことが望ましい。

そして、図１に示すモーメントセンサを、計測対象である物体が有する設置面に設置する場合には、作業員は、連結部６ａ〜９ａ又は連結部６ｂ〜９ｂを用いて、ネジ締めを行う。

また、図１に示すモーメントセンサでは、台座部１１と台座部１２を互い違いに変位させる力が加えられると、台座部１１及び台座部１２は変位するが連結棒５は変位しないため、センシング部４にせん断が生じる。よって、センシング部４は上記力により生じるモーメントを計測可能である。

次に、図１に示すモーメントセンサによる効果について説明する。
上述したように、従来のモーメントセンサでは、計装によって性能を損ねた状態（例えばゼロ点出力シフトが生じた状態）となってしまう可能性がある。これは、従来のモーメントセンサが有する連結部の下面と、計測対象である物体が有する設置面との間での傾きにより生じるものと考えられる。
これに対し、実施の形態１に係るモーメントセンサでは、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成された連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂが設けられている。すなわち、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂは、先端側が根元側に対して曲がり易い構造とされている。これにより、実施の形態１に係るモーメントセンサでは、作業員が、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂにおいて根元側に対して薄い先端側でネジ締めを行うことで、設置面との間で傾きがある場合でも、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂが撓むことで傾きを吸収可能となる。また、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂの根元側は先端側に対して厚いため、台座１への変形の伝達は抑制される。その結果、実施の形態１に係るモーメントセンサでは、従来構成に対し、計装による性能の劣化を抑制可能となる。

なお、図１に示すモーメントセンサでは、連結部６ａ〜９ａの幅方向にせん断力を与える方向が、モーメントセンサで計測を行うモーメントが加えられる方向である。よって、連結部６ａ〜９ａを用いてネジ締めを行うことで、モーメントセンサの感度を効率的に確保でき、感度に対するネジ締めによる誤差影響を低減できる。
また、加えられるモーメントがモーメントセンサの剛性に対して小さい場合、連結部６ｂ〜９ｂを用いてネジ締めを行っても、モーメントセンサの感度は効率的に確保できる。よって、この場合には、連結部６ａ〜９ａ及び連結部６ｂ〜９ｂのうち、感度に対するネジ締めによる誤差影響がより小さい方を用いてネジ締めを行うとよい。なおこの場合、使用される連結部は、連結部６ａ〜９ａ側と連結部６ｂ〜９ｂ側とで混在していてもよい。

また、実施の形態１に係るモーメントセンサでは、板状部２及び板状部３は、連結棒５側が拘束されておらず、長手方向に自由に伸縮可能に構成されている。また、板状部２及び板状部３は、台座１に対し、センシング部４と熱物性の近い材料から構成されている。これにより、実施の形態１に係るモーメントセンサは、従来構成に対して熱応力が抑制され、すなわち、温度変化によりセンシング部４に不要な歪が生じることを軽減可能となる。
また、実施の形態１に係るモーメントセンサは、連結棒５が、板状部２及び板状部３に対し、台座１と熱物性の近い材料から構成されている。これにより、実施の形態１に係るモーメントセンサは、温度変化により板状部２及び板状部３が曲げられる影響も軽減可能となる。

なお図１では、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂが段差を有する板状部材から構成された場合を示した。しかしながら、これに限らず、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂは、テーパを有する板状部材から構成されていてもよい。

また図１では、モーメントセンサが板状部２，３を有する場合を示した。しかしながら、これに限らず、モーメントセンサは、板状部２，３に代えて、２つの四角柱部材である棒部（第１の棒部及び第２の棒部）を有していてもよい。
この場合、一方の棒部は、一側面が台座部１１が有する上記一側面を向き、一端が台座部１１が有する上面に接続される。また、他方の棒部は、一側面が台座部１２が有する上記一側面を向き、一端が台座部１２が有する上面に接続される。２つの棒部の材質については板状部２，３と同様である。また、センシング部４は、一方の棒部が有する４つの側面及び他方の棒部が有する４つの側面のうちの少なくとも１つの面に取付けられる。

また図１では、モーメントセンサが、温度変化の際にセンシング部４に不要な歪が生じることを軽減可能な構成とされた場合を示した。しかしながら、これに限らず、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂ以外の構成（台座１から上の構成）は、センシングユニット部と、センシングユニット部が取付けられた台座１とを備えた構成であればよい。

例えば図３に示すモーメントセンサは、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂ以外の構成として、台座１、板状部２ｂ、センシング部４を備えている。
台座１は、図１に示す台座１と同様である。
板状部２ｂは、台座部１１と台座部１２とを橋渡しするように接続されている。
センシング部４は、構成自体は図１に示すセンシング部４と同様であり、板状部２ｂ上に取付けられている。
なお、板状部２ｂは、センシング部４が取付けられた取付部材を構成する。

また図１，３では、台座部１３が薄板部材から構成された場合を示した。しかしながら、これに限らず、台座部１３は、第１の方向への変形に対する剛性が台座部１１，１２の第１の方向への変形に対する剛性に対して低い構成、又は、第１の方向への変形に対する剛性が他の２方向への変形に対する剛性よりも低い構成であればよい。

また図１，３では、台座１が台座部１１〜１３から構成された場合を示した。しかしながら、これに限らず、台座１は台座部１１，１２から構成され、台座部１１の一側面と台座部１２の一側面とがセンシングユニット部により接続されていてもよい。この場合、センシングユニット部は、第１の方向への変形に対する剛性が他の２方向への変形に対する剛性より低い。

以上のように、この実施の形態１によれば、モーメントセンサは、センシング部４、及び当該センシング部４が取付けられた取付部材から成るセンシングユニット部と、センシングユニット部が取付けられた台座１と、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座１が有する一対の側面のうちの一方に接続された連結部６ａ，６ｂと、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座１が有する一対の側面のうちの一方に、連結部６ａ，６ｂと並んで接続された連結部７ａ，７ｂと、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座１が有する一対の側面のうちの他方に接続された連結部８ａ，８ｂと、先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、台座１が有する一対の側面のうちの他方に、連結部８ａ，８ｂと並んで接続された連結部９ａ，９ｂとを備えた。これにより、実施の形態１に係るモーメントセンサは、計装による性能の劣化を抑制可能となる。

また図１，３では、モーメントセンサが、連結部６ａ〜９ａ，６ｂ〜９ｂを有する場合を示した。しかしながら、これに限らず、モーメントセンサは、連結部６ａ〜９ａのみを有していてもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 台座
２ 板状部（第１の板状部）
３ 板状部（第２の板状部）
４ センシング部
５ 連結棒
６ａ，６ｂ 連結部（第１の連結部）
７ａ，７ｂ 連結部（第２の連結部）
８ａ，８ｂ 連結部（第３の連結部）
９ａ，９ｂ 連結部（第４の連結部）
１１ 台座部
１２ 台座部
１３ 台座部
６１ａ，６１ｂ ネジ穴
７１ａ，７１ｂ ネジ穴
８１ａ，８１ｂ ネジ穴
９１ａ，９１ｂ ネジ穴

Claims (8)

1. センシング部、及び当該センシング部が取付けられた取付部材から成るセンシングユニット部と、
   前記センシングユニット部が取付けられた台座と、
   先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、前記台座が有する一対の側面のうちの一方に接続された第１の連結部と、
   先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、前記台座が有する一対の側面のうちの一方に、前記第１の連結部と並んで接続された第２の連結部と、
   先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、前記台座が有する一対の側面のうちの他方に接続された第３の連結部と、
   先端側が根元側に対して薄い板状部材から構成され、前記台座が有する一対の側面のうちの他方に、前記第３の連結部と並んで接続された第４の連結部と
   を備えたモーメントセンサ。
2. 前記第１の連結部、前記第２の連結部、前記第３の連結部及び前記第４の連結部は各々、段差を有する板状部材から構成された
   ことを特徴とする請求項１記載のモーメントセンサ。
3. 前記第１の連結部、前記第２の連結部、前記第３の連結部及び前記第４の連結部は各々、テーパを有する板状部材から構成された
   ことを特徴とする請求項１記載のモーメントセンサ。
4. 前記第１の連結部、前記第２の連結部、前記第３の連結部及び前記第４の連結部は各々、下面が前記台座の下面よりも低い
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項記載のモーメントセンサ。
5. 前記台座は、第１の台座部、第２の台座部、及び、当該第１の台座部が有する一側面と当該第２の台座部が有する一側面とを接続した第３の台座部を有し、
   前記センシングユニット部は、
   幅広面が前記第１の台座部が有する前記一側面を向き、一端が当該第１の台座部が有する上面に接続された第１の板状部と、
   幅広面が前記第２の台座部が有する前記一側面を向き、一端が当該第２の台座部が有する上面に接続された第２の板状部と、
   一端が前記第１の板状部の他端側に接続され、他端が前記第２の板状部の他端側に接続された連結棒とを備え、
   前記センシング部は、前記第１の板状部が有する２つの幅広面及び前記第２の板状部が有する２つの幅広面のうちの少なくとも１つの面に取付けられ、
   前記第１の板状部及び前記第２の板状部は、前記台座に対し、前記センシング部と熱物性の近い材料から構成され、
   前記連結棒は、前記第１の板状部及び前記第２の板状部に対し、前記台座と熱物性の近い材料から構成された
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載のモーメントセンサ。
6. 前記台座は、第１の台座部、第２の台座部、及び、当該第１の台座部が有する一側面と当該第２の台座部が有する一側面とを接続した第３の台座部を有し、
   前記センシングユニット部は、
   一側面が前記第１の台座部が有する前記一側面を向き、一端が当該第１の台座部が有する上面に接続された四角柱部材である第１の棒部と、
   一側面が前記第２の台座部が有する前記一側面を向き、一端が当該第２の台座部が有する上面に接続された四角柱部材である第２の棒部と、
   一端が前記第１の棒部の他端側に接続され、他端が前記第２の棒部の他端側に接続された連結棒とを備え、
   前記センシング部は、前記第１の棒部が有する４つの側面及び前記第２の棒部が有する４つの側面のうちの少なくとも１つの面に取付けられ、
   前記第１の棒部及び前記第２の棒部は、前記台座に対し、前記センシング部と熱物性の近い材料から構成され、
   前記連結棒は、前記第１の棒部及び前記第２の棒部に対し、前記台座と熱物性の近い材料から構成された
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載のモーメントセンサ。
7. 前記第１の連結部、前記第２の連結部、前記第３の連結部及び前記第４の連結部は各々、前記第１の台座部と前記第２の台座部との連結方向における側面に設けられた
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６記載のモーメントセンサ。
8. 前記第１の連結部、前記第２の連結部、前記第３の連結部及び前記第４の連結部は各々、前記第１の台座部と前記第２の台座部との連結方向に垂直な方向における側面に設けられた
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のうちの何れか１項記載のモーメントセンサ。

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