JP2021089239A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、トルクを検出するトルクセンサに関する。 The present invention relates to a torque sensor that detects torque.
従来、回転軸体の外周面に取付けられたセンサ素子を有し、トルクにより当該外周面に生じるせん断応力の大きさを、センサ素子における抵抗値変化から検出するトルクセンサが知られている(例えば特許文献1参照)。
また、回転軸体を外筒部及びその両端に連結された2枚のフランジから構成し、外筒部の両端にディスク状のトルク伝達部を介して両端が連結された内筒部を設け、この内筒部の外周面にセンサ素子が取付けられたトルクセンサも知られている。
Conventionally, a torque sensor having a sensor element attached to the outer peripheral surface of a rotating shaft body and detecting the magnitude of shear stress generated on the outer peripheral surface by torque from a change in resistance value in the sensor element is known (for example). See Patent Document 1).
Further, the rotating shaft is composed of an outer cylinder portion and two flanges connected to both ends thereof, and an inner cylinder portion having both ends connected via a disk-shaped torque transmission portion is provided at both ends of the outer cylinder portion. A torque sensor in which a sensor element is attached to the outer peripheral surface of the inner cylinder portion is also known.
一方、トルクセンサは、計装される際に、ボルト締め等の締結力により非トルク印加時の出力が変動する場合がある。すなわち、トルクセンサにおける外部機器が締結される面が外部機器に対して傾いていると、ボルト締め等により当該面が変形し、その変形がセンサ素子にまで伝わり、出力が変動してしまう。この変動値は、熱サイクル又は時間経過により変化する。これはトルクセンサの出力誤差要因となるため、改善が必要である。 On the other hand, when the torque sensor is instrumented, the output when non-torque is applied may fluctuate due to the fastening force such as bolt tightening. That is, if the surface of the torque sensor to which the external device is fastened is tilted with respect to the external device, the surface is deformed by bolt tightening or the like, and the deformation is transmitted to the sensor element, and the output fluctuates. This fluctuation value changes with the heat cycle or the passage of time. This causes an output error of the torque sensor and needs to be improved.
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、出力誤差を低減可能となるトルクセンサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a torque sensor capable of reducing an output error.
この発明に係るトルクセンサは、センサ素子が設けられたセンシング部と、センシング部の一端に設けられ、一面に外部機器が締結部材により締結される第1のフランジと、センシング部の他端に設けられ、一面に外部機器が締結部材により締結される第2のフランジとを備え、第1のフランジ及び第2のフランジのうちの少なくとも一方は、センシング部とは別体のリング状部材であり、締結部材の軸部を挿入可能な第1の孔を有するセンサ締結体と、センシング部に連結され且つ一面に外部機器が締結されるリング状部材であり、センサ締結体より肉厚が薄く、第1の孔と同一軸心上に位置し且つ締結部材の軸部を挿入可能な第2の孔を有するセンサ締結部とを有することを特徴とする。 The torque sensor according to the present invention is provided at a sensing portion provided with a sensor element, a first flange provided at one end of the sensing portion and one surface to which an external device is fastened by a fastening member, and the other end of the sensing portion. A second flange to which an external device is fastened by a fastening member is provided on one surface, and at least one of the first flange and the second flange is a ring-shaped member separate from the sensing portion. It is a sensor fastening body having a first hole into which the shaft portion of the fastening member can be inserted, and a ring-shaped member connected to the sensing portion and to which an external device is fastened on one surface. It is characterized by having a sensor fastening portion which is located on the same axis as the hole 1 and has a second hole into which the shaft portion of the fastening member can be inserted.
この発明によれば、上記のように構成したので、出力誤差を低減可能となる。 According to the present invention, since the configuration is as described above, the output error can be reduced.
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1,2は実施の形態1に係るトルクセンサの構成例を示す図である。図1,2では後述するセンサ素子5の図示を省略している。
トルクセンサは、トルクを検出する。このトルクセンサは、図1,2に示すように、外筒部1、フランジ(第1のフランジ)2、フランジ(第2のフランジ)3、内筒部4、センサ素子5、トルク伝達部(第1のトルク伝達部)6、トルク伝達部(第2のトルク伝達部)7及び計測部8(不図示)を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1.
1 and 2 are diagrams showing a configuration example of the torque sensor according to the first embodiment. In FIGS. 1 and 2, the illustration of the sensor element 5 described later is omitted.
The torque sensor detects the torque. As shown in FIGS. 1 and 2, the torque sensor includes an outer cylinder portion 1, a flange (first flange) 2, a flange (second flange) 3, an
なお、外筒部1、内筒部4、トルク伝達部6及びトルク伝達部7は、センサ素子5が設けられたセンシング部9を構成する。
The outer cylinder portion 1, the
外筒部1は、両端が開口した筒状部材である。外筒部1は、例えばステンレスにより構成される。 The outer cylinder portion 1 is a tubular member having both ends open. The outer cylinder portion 1 is made of, for example, stainless steel.
フランジ2は、上面に外部機器(不図示)が締結される部位である。図1,2では、フランジ2は、外筒部1の一端に連結されたリング状部材である。フランジ2は、例えばステンレスにより構成される。また図1,2に示すフランジ2には、ボルト孔21が周方向に複数設けられている。ボルト孔21により上記外部機器がボルトを介してフランジ2に締結される。また、フランジ2には、孔22が周方向に複数設けられている。孔22は、後述する孔31と同一(略同一の意味を含む)軸心上に位置し、且つ、ボルト等の締結部材の頭部を挿入可能に構成されている。
The
フランジ3は、下面に外部機器(不図示)が締結される部位である。図1,2では、フランジ3は、外筒部1の他端に連結されたリング状部材である。フランジ3は、例えばステンレスにより構成される。また図1,2に示すフランジ3には、孔31が周方向に複数設けられている。孔31はボルト等の締結部材の軸部を挿入可能に構成され、孔31及び孔22により上記外部機器が当該締結部材を介してフランジ3に締結される。フランジ3の詳細については後述する。
The
なお、フランジ2及びフランジ3のうちの一方には、外部機器としてモータ等の駆動系が締結され、他方には、外部機器としてロボットハンド等の負荷系が締結される。
A drive system such as a motor is fastened to one of the
内筒部4は、外筒部1と同一(略同一の意味を含む)軸心上に位置する。
The
センサ素子5は、内筒部4の外周面に1つ以上貼付けられている。センサ素子5は、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する。このセンサ素子5は、トルク軸(トルクセンサの軸心)に対して斜め方向(45度方向)を向いた抵抗ゲージを有する。なお、斜め方向は45度方向としているが、これに限らず、ある程度のずれ(例えば44度方向又は46度方向等)は許容される。センサ素子5としては、例えば半導体歪ゲージ又は金属歪ゲージを用いることができる。
One or more sensor elements 5 are attached to the outer peripheral surface of the
なお、内筒部4を挟んで対向するように2つのセンサ素子5が設けられることで、トルクセンサは他軸干渉を低減可能となる。
By providing the two sensor elements 5 so as to face each other with the
トルク伝達部6は、一端が外筒部1の一端側の内周面に連結され、他端が内筒部4の一端側の外周面に連結されている。トルク伝達部6は、フランジ2に加えられた外力により生じるトルクをセンサ素子5に伝達するための薄板部材である。
図1に示すトルク伝達部6では、トルク軸の径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向を除く方向に空間が存在しているが、空間が存在していなくてもよい。また図1に示すトルク伝達部6では、トルク軸の径方向に凹凸が存在しているが、凹凸が存在していなくてもよい。図1では、トルク伝達部6が円周状に波形の凹凸を有する4枚の板部材61から構成されている。そして、4枚の板部材61のうちの2枚の板部材61は、トルク軸の径方向のうちの2つのセンサ素子5が位置する方向にそれぞれ位置し、残りの2枚の板部材61は、センサ素子5が位置する方向に対して垂直な方向にそれぞれ位置している。
One end of the
In the
トルク伝達部7は、一端が外筒部1の他端側の内周面に連結され、他端が内筒部4の他端側の外周面に連結されている。トルク伝達部7は、フランジ3に加えられた外力により生じるトルクをセンサ素子5に伝達するための薄板部材である。
図1に示すトルク伝達部7では、トルク軸の径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向を除く方向に空間が存在しているが、空間が存在していなくてもよい。また図1に示すトルク伝達部7では、トルク軸の径方向に凹凸が存在しているが、凹凸が存在していなくてもよい。図1では、トルク伝達部7が円周状に波形の凹凸を有する4枚の板部材71から構成されている。そして、4枚の板部材71のうちの2枚の板部材71は、トルク軸の径方向のうちの2つのセンサ素子5が位置する方向にそれぞれ位置し、残りの2枚の板部材71は、センサ素子5が位置する方向に対して垂直な方向にそれぞれ位置している。
One end of the
In the
なお図1に示すように、トルク伝達部6に空間が設けられることで、トルク軸の径方向のうちのセンサ素子5が感度を有する方向に加えられた外力をセンサ素子5に伝達しないように外力の伝達方向を限定可能となる。また、トルク伝達部6に径方向に凹凸が設けられることで、トルクのセンサ素子5への変形伝達が径方向の外力のセンサ素子5への変形伝達に対して相対的に大きくなり、径方向の外力による出力誤差の低減を実現可能となる。トルク伝達部7についても同様である。
As shown in FIG. 1, by providing a space in the
計測部8は、センサ素子5により出力された信号をトルクとして計測する。トルクセンサに2つ以上のセンサ素子5が設けられる場合には、計測部8は、各センサ素子5により出力された信号の演算値をトルクとして計測する。なお、計測部8は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。 The measuring unit 8 measures the signal output by the sensor element 5 as torque. When the torque sensor is provided with two or more sensor elements 5, the measuring unit 8 measures the calculated value of the signal output by each sensor element 5 as torque. The measurement unit 8 is realized by a processing circuit such as a system LSI (Large Scale Integration), a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in a memory or the like, or the like.
次に、フランジ3の詳細について、図1,2を参照しながら説明する。
フランジ3は、図1,2に示すように、センサ締結体32、センサ締結部33及び挟持部34を有している。
Next, the details of the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
センサ締結体32は、リング状部材であり、センシング部9とは別体に構成されている。図1,2では、センサ締結体32は、複数の部材から構成されている。また図1,2に示すセンサ締結体32には、孔321が周方向に複数設けられている。孔321はボルト等の締結部材の軸部を挿入可能に構成されている。
なお、センサ締結体32は、センサ締結部33及び挟持部34と同一の部材から構成されていてもよいし、異なる部材から構成されていてもよい。
The
The
センサ締結部33は、リング状部材であり、センシング部9に連結され且つ下面(一面)に外部機器が締結される。また、センサ締結部33は、センサ締結体32より肉厚が薄く構成されている。また図1,2に示すセンサ締結部33には、孔331が周方向に複数設けられている。孔331は、孔321と同一(略同一の意味を含む)軸心上に位置し、且つ、ボルト等の締結部材の軸部を挿入可能に構成されている。
The
挟持部34は、リング状部材であり、センサ締結部33に対して間隙を設けて対向配置され、センシング部9に連結されている。挟持部34は、センサ締結部33とともにセンサ締結体32を挟み込む。また図1,2に示す挟持部34には、孔341が周方向に複数設けられている。孔341は、孔321及び孔331と同一(略同一の意味を含む)軸心上に位置し、且つ、ボルト等の締結部材の頭部を挿入可能に構成されている。なお図1,2では、挟持部34が、センサ締結体32より肉厚が薄く構成されているが、これに限らない。
孔321、孔331及び孔341は、孔31を構成する。
The sandwiching
ここで、外部機器が締結されるフランジ3には、外部機器に密着し締結力を発生する機能と、外部機器から加えられる外力に対抗する剛性を発揮する機能とが必要である。そこで、実施の形態1に係るトルクセンサでは、フランジ3において、上記2つの機能を、2つの構成(センサ締結体32及びセンサ締結部33)に受け持たせている。そして、ユーザは、締結部材を、フランジ2が有する孔22の上方側から、フランジ3が有する孔31(孔321、孔331及び孔341)に挿入して、外部機器をフランジ2に締結する。なお、センサ締結体32の上面が、締結部材の頭部が当接する締結面となる。これにより、このトルクセンサでは、センシング部9に連結されたセンサ締結部33については、従来のフランジよりも肉厚が薄いため、その機械剛性を下げることが可能となる。その結果、センサ締結部33における外部機器が締結される面が外部機器に対して傾いている場合でも、締結による変形をセンサ締結部33で吸収でき、その変形がセンサ素子25にまで伝わることを抑制できる。一方、このトルクセンサでは、センシング部9とは別体のセンサ締結体32によりフランジ3としての剛性を保つことが可能となる。その結果、このトルクセンサでは、例えばボルト締めによる非トルク印加時の出力変動を低減可能となる。
Here, the
なお上記では、センサ締結体32が複数の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、例えば図3に示すように、センサ締結体32が単一の部材から構成されていてもよい。図3に示すトルクセンサでは、センサ締結部33の内径が、フランジ2の外径よりも大きく構成されている。また、センサ締結体32についても、内径がフランジ2の外径より大きく構成され、フランジ2側からセンサ締結部33に向かって取付け可能に構成されている。なおこの場合には、フランジ3に挟持部34は設けられない。
In the above, the case where the
また上記では、フランジ3のみがセンサ締結体32及びセンサ締結部33を有する場合を示した。しかしながら、これに限らず、フランジ2及びフランジ3のうちの少なくとも一方が、センサ締結体32及びセンサ締結部33を有していればよい。
Further, in the above, only the
以上のように、この実施の形態1によれば、トルクセンサは、センサ素子5が設けられたセンシング部9と、センシング部9の一端に設けられ、一面に外部機器が締結部材により締結されるフランジ2と、センシング部9の他端に設けられ、一面に外部機器が締結部材により締結されるフランジ3とを備え、フランジ2及びフランジ3のうちの少なくとも一方は、センシング部9とは別体のリング状部材であり、締結部材の軸部を挿入可能な孔321を有するセンサ締結体32と、センシング部9に連結され且つ一面に外部機器が締結されるリング状部材であり、センサ締結体32より肉厚が薄く、孔321と同一軸心上に位置し且つ締結部材の軸部を挿入可能な孔331を有するセンサ締結部33とを有する。これにより、実施の形態1に係るトルクセンサは、出力誤差を低減可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the torque sensor is provided at one end of the
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。 In the present invention, it is possible to modify any component of the embodiment or omit any component of the embodiment within the scope of the invention.
1 外筒部
2 フランジ(第1のフランジ)
3 フランジ(第2のフランジ)
4 内筒部
5 センサ素子
6 トルク伝達部(第1のトルク伝達部)
7 トルク伝達部(第2のトルク伝達部)
8 計測部
9 センシング部
21 ボルト孔
22 孔
31 孔
32 センサ締結体
33 センサ締結部
34 挟持部
61 板部材
71 板部材
321 孔
331 孔
341 孔
1
3 Flange (second flange)
4 Inner cylinder part 5
7 Torque transmission unit (second torque transmission unit)
8 Measuring
Claims (4)
前記センシング部の一端に設けられ、一面に外部機器が締結部材により締結される第1のフランジと、
前記センシング部の他端に設けられ、一面に外部機器が締結部材により締結される第2のフランジとを備え、
前記第1のフランジ及び前記第2のフランジのうちの少なくとも一方は、
前記センシング部とは別体のリング状部材であり、締結部材の軸部を挿入可能な第1の孔を有するセンサ締結体と、
前記センシング部に連結され且つ一面に外部機器が締結されるリング状部材であり、前記センサ締結体より肉厚が薄く、前記第1の孔と同一軸心上に位置し且つ締結部材の軸部を挿入可能な第2の孔を有するセンサ締結部とを有する
ことを特徴とするトルクセンサ。 A sensing unit equipped with a sensor element and
A first flange provided at one end of the sensing portion and to which an external device is fastened to one surface by a fastening member,
A second flange provided at the other end of the sensing portion and to which an external device is fastened by a fastening member is provided on one surface.
At least one of the first flange and the second flange
A sensor fastening body that is a ring-shaped member separate from the sensing portion and has a first hole into which the shaft portion of the fastening member can be inserted.
A ring-shaped member that is connected to the sensing portion and to which an external device is fastened on one surface, is thinner than the sensor fastening body, is located on the same axis as the first hole, and is a shaft portion of the fastening member. A torque sensor comprising a sensor fastening portion having a second hole into which the sensor can be inserted.
ことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。 The torque sensor according to claim 1, wherein the sensor fastening body is composed of a plurality of members.
前記センシング部に連結され、前記センサ締結部とともに前記センサ締結体を挟み込み、前記第1の孔及び前記第2の孔と同一軸心上に位置し且つ締結部材の頭部を挿入可能な第3の孔を有する挟持部を有する
ことを特徴とする請求項2記載のトルクセンサ。 At least one of the first flange and the second flange
A third unit connected to the sensing portion, sandwiching the sensor fastening body together with the sensor fastening portion, located on the same axis as the first hole and the second hole, and capable of inserting the head of the fastening member. The torque sensor according to claim 2, further comprising a holding portion having a hole of.
ことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。 The torque sensor according to claim 1, wherein the sensor fastening body is composed of a single member.
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