JP2023167923A - sensor device - Google Patents

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Abstract

To provide a sensor device which has excellent environmental resistance.SOLUTION: There are provided sensor devices 100, 200, 300, 400, 500 which comprise a shaft S; bearings 101, 501 which have inner peripheral sides 101a, 501a and outer peripheral sides 101b, 501b, and a strain gauge 102 which is attached directly or via another member to the outer peripheral sides 101b, 501b of the bearings 101, 501, in which, in the radial direction, the shaft S is arranged on the inner side of the inner peripheral sides 101a, 501a of the bearings 101, 501, and the bearings 101, 501 and the shaft S are eccentric to each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、センサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device.

回転体の回転角度を検出するためのセンサ装置として、光学式のセンサ装置や、磁気式のセンサ装置が知られている。光学式のセンサ装置は、例えば特許文献１に開示されている。磁気式のセンサ装置は、例えば特許文献２に開示されている。 Optical sensor devices and magnetic sensor devices are known as sensor devices for detecting the rotation angle of a rotating body. An optical sensor device is disclosed in Patent Document 1, for example. A magnetic sensor device is disclosed in Patent Document 2, for example.

特開平９－２３６８号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-2368 特開２００２－３２１６７９号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-321679

光学式のセンサ装置や磁気式のセンサ装置は、塵埃等による汚染や周囲の磁気など、環境による影響を受けやすいため、より耐環境性の高いセンサ装置が求められている。本発明は、耐環境性に優れるセンサ装置の提供を課題の一例とする。 Optical sensor devices and magnetic sensor devices are easily affected by the environment, such as contamination due to dust and the like, and surrounding magnetism, so there is a need for sensor devices with higher environmental resistance. An example of the present invention is to provide a sensor device with excellent environmental resistance.

本発明のセンサ装置は、シャフトと、内周側および外周側を有する軸受と、前記軸受の前記外周側に直接または他の部材を介して取り付けられたひずみゲージと、を有し、径方向において、前記シャフトは、前記軸受の前記内周側の内側に配置され、前記軸受と前記シャフトとは、互いに偏心している。 The sensor device of the present invention includes a shaft, a bearing having an inner circumferential side and an outer circumferential side, and a strain gauge attached to the outer circumferential side of the bearing directly or via another member. , the shaft is disposed inside the inner peripheral side of the bearing, and the bearing and the shaft are eccentric with respect to each other.

本発明の一例である第１の実施の形態にかかるセンサ装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a sensor device according to a first embodiment, which is an example of the present invention. 本発明の一例である第１の実施の形態にかかるセンサ装置の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a sensor device according to a first embodiment, which is an example of the present invention. 本発明の一例である第２の実施の形態にかかるセンサ装置の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a sensor device according to a second embodiment, which is an example of the present invention. 本発明の一例である第２の実施の形態にかかるセンサ装置の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a sensor device according to a second embodiment, which is an example of the present invention. 本発明の一例である第３の実施の形態にかかるセンサ装置の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a sensor device according to a third embodiment, which is an example of the present invention. 本発明の一例である第４の実施の形態にかかるセンサ装置の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a sensor device according to a fourth embodiment, which is an example of the present invention. 本発明の一例である第５の実施の形態にかかるセンサ装置のホルダおよびひずみゲージの斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a holder and a strain gauge of a sensor device according to a fifth embodiment, which is an example of the present invention. 本発明の一例である第５の実施の形態にかかるセンサ装置の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a sensor device according to a fifth embodiment, which is an example of the present invention.

本発明の各実施の形態の説明において、説明の便宜上、軸Ｘ（シャフトＳの中心軸）に沿った矢印ａ方向を上側または軸方向一方側とする。軸Ｘに沿った矢印ｂ方向を下側または軸方向他方側とする。ここで、矢印ａｂ方向を上下方向または軸方向と称する。ただし、上下方向は、鉛直方向とは必ずしも一致しない。また、矢印ｃｄ方向を径方向と称し、軸Ｘから離れる矢印ｃ方向を外側または径方向一方側、軸Ｘに近づく矢印ｄ方向を内側または径方向他方側と称する。さらに、軸Ｘの周りの円の接線に沿った方向を接線方向と称する。 In the description of each embodiment of the present invention, for convenience of explanation, the direction of arrow a along the axis X (the central axis of the shaft S) will be referred to as the upper side or one side in the axial direction. The direction of arrow b along axis X is defined as the lower side or the other axial side. Here, the direction of arrow ab is referred to as an up-down direction or an axial direction. However, the vertical direction does not necessarily match the vertical direction. Further, the direction of the arrow cd is referred to as the radial direction, the direction of the arrow c away from the axis X is referred to as the outer side or one side in the radial direction, and the direction of the arrow d approaching the axis X is referred to as the inner side or the other side in the radial direction. Furthermore, the direction along the tangent of the circle around the axis X is referred to as the tangential direction.

［第１の実施の形態］
以下、本発明の一例である第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態にかかるセンサ装置１００の断面図である。図２は、センサ装置１００の平面図である。 [First embodiment]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment, which is an example of the present invention, will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a sensor device 100 according to this embodiment. FIG. 2 is a plan view of the sensor device 100.

センサ装置１００は、シャフトＳと、内周側１０１ａおよび外周側１０１ｂを有する軸受１０１と、軸受１０１の外周側１０１ｂにホルダ１０４を介して取り付けられたひずみゲージ１０２と、を有する。本実施の形態において、軸受１０１は、内輪１０１ｉ、外輪１０１ｏおよび転動体を有するボールベアリングである。なお、軸受１０１は、ボールベアリングに限られず、例えばスリーブベアリング等、その他種々の軸受であってもよい。 The sensor device 100 includes a shaft S, a bearing 101 having an inner circumferential side 101a and an outer circumferential side 101b, and a strain gauge 102 attached to the outer circumferential side 101b of the bearing 101 via a holder 104. In this embodiment, the bearing 101 is a ball bearing having an inner ring 101i, an outer ring 101o, and rolling elements. Note that the bearing 101 is not limited to a ball bearing, and may be various other bearings such as a sleeve bearing.

シャフトＳは、軸方向に延びる円柱状の部材である。図１および図２に示すように、径方向において、シャフトＳは、軸受１０１の内周側１０１ａの内側（径方向他方側、矢印ｄ方向）に配置されている。軸方向において、シャフトＳの下側（軸方向他方側、矢印ｂ方向）の端部は、外部装置１０の貫通孔１１から、外部装置１０の外部に突出している。軸受１０１の内周側１０１ａとシャフトＳの間には、軸方向の寸法が軸受１０１と同一または略同一である偏心部材１０３が配置されている。偏心部材１０３は、軸受１０１とシャフトＳとを互いに偏心させている。換言すれば、偏心部材１０３は、シャフトＳに対して軸受１０１を偏心させている。 The shaft S is a cylindrical member extending in the axial direction. As shown in FIGS. 1 and 2, in the radial direction, the shaft S is disposed inside the inner peripheral side 101a of the bearing 101 (the other radial side, in the direction of arrow d). In the axial direction, the lower end (the other axial side, the direction of arrow b) of the shaft S projects from the through hole 11 of the external device 10 to the outside of the external device 10 . An eccentric member 103 whose axial dimension is the same or substantially the same as that of the bearing 101 is arranged between the inner peripheral side 101a of the bearing 101 and the shaft S. The eccentric member 103 makes the bearing 101 and the shaft S eccentric to each other. In other words, the eccentric member 103 makes the bearing 101 eccentric with respect to the shaft S.

偏心部材１０３は、軸方向に延びる円柱状の部材であり、シャフトＳの外径（直径）と同一または略同一の内径からなる円柱状の貫通孔を有している。すなわち、偏心部材１０３は、環状部材となっている。偏心部材１０３において、外周面（径方向外側（径方向一方側、矢印ｃ方向）の面）の中心軸と、内周面（径方向内側の面）の中心軸とは一致していない。したがって、偏心部材１０３は、径方向の厚さが最大となる最大厚部分１０３ａと、径方向の厚さが最小となる最小厚部分１０３ｂとを有する。 The eccentric member 103 is a cylindrical member extending in the axial direction, and has a cylindrical through hole having an inner diameter that is the same or substantially the same as the outer diameter (diameter) of the shaft S. That is, the eccentric member 103 is an annular member. In the eccentric member 103, the central axis of the outer circumferential surface (the radially outer surface (radially one side, direction of arrow c)) and the center axis of the inner circumferential surface (radially inner surface) do not coincide. Therefore, the eccentric member 103 has a maximum thickness portion 103a having the maximum thickness in the radial direction and a minimum thickness portion 103b having the minimum thickness in the radial direction.

シャフトＳは、偏心部材１０３の内周面（径方向内側の面）に接着または圧入されている。これにより、シャフトＳは、偏心部材１０３と一体に固定されている。軸受１０１の内輪１０１ｉは、偏心部材１０３の外周面（径方向外側の面）に接着または圧入されている。これにより、軸受１０１の内輪１０１ｉは、偏心部材１０３に固定されている。以上の構成により、シャフトＳの中心軸である軸Ｘが、偏心部材１０３および軸受１０１の中心軸Ｙからずれるため、軸受１０１とシャフトＳとが互いに偏心した位置関係になる。 The shaft S is bonded or press-fitted to the inner circumferential surface (radially inner surface) of the eccentric member 103. Thereby, the shaft S is fixed integrally with the eccentric member 103. The inner ring 101i of the bearing 101 is bonded or press-fitted to the outer peripheral surface (radially outer surface) of the eccentric member 103. Thereby, the inner ring 101i of the bearing 101 is fixed to the eccentric member 103. With the above configuration, the axis X, which is the central axis of the shaft S, is shifted from the central axis Y of the eccentric member 103 and the bearing 101, so that the bearing 101 and the shaft S have an eccentric positional relationship with respect to each other.

径方向において、軸受１０１の外側には、軸Ｘの周りに９０°回転させると重なる回転対称（以下、「４回対称」という）となる位置に、４つの側面視略Ｌ字状のホルダ１０４が配置されている。それぞれのホルダ１０４は、軸受１０１の外周側１０１ｂに接触している。このようにして、それぞれのホルダ１０４は、軸受１０１を保持している。なお、軸方向において、軸受１０１は、後述する固定部１４３よりも上側（軸方向一方側、矢印ａ方向）に配置されている。 In the radial direction, on the outside of the bearing 101, there are four holders 104 that are approximately L-shaped in side view and are arranged at positions that overlap when rotated by 90 degrees around the axis X and have rotational symmetry (hereinafter referred to as "4-fold symmetry"). is located. Each holder 104 is in contact with the outer peripheral side 101b of the bearing 101. In this way, each holder 104 holds a bearing 101. In addition, in the axial direction, the bearing 101 is arranged above (on one side in the axial direction, in the direction of arrow a) than a fixing part 143, which will be described later.

それぞれのホルダ１０４は、ひずみゲージ１０２を保持している。すなわち、センサ装置１００は、平面視時計回りに第１のホルダ１０４ａに保持された第１のひずみゲージ１０２ａ、第２のホルダ１０４ｂに保持された第２のひずみゲージ１０２ｂ、第３のホルダ１０４ｃに保持された第３のひずみゲージ１０２ｃ（図２においては隠れている）、第４のホルダ１０４ｄに保持された第４のひずみゲージ１０２ｄの合計４つのひずみゲージ１０２を有している。 Each holder 104 holds a strain gauge 102. That is, the sensor device 100 has a first strain gauge 102a held in a first holder 104a, a second strain gauge 102b held in a second holder 104b, and a third holder 104c in a clockwise direction when viewed from above. It has a total of four strain gauges 102, including a third strain gauge 102c held (hidden in FIG. 2) and a fourth strain gauge 102d held in a fourth holder 104d.

周方向において隣り合う２つのひずみゲージ１０２、例えば、第１のひずみゲージ１０２ａと第２のひずみゲージ１０２ｂとは、軸Ｘを含むある平面に関して対称となる位置に配置されている。センサ装置１００において、軸Ｘから第１のひずみゲージ１０２ａへ向かう方向と、軸Ｘから第２のひずみゲージ１０２ｂへ向かう方向とがなす角度は、９０°となっている。４つのホルダ１０４は全て同一の構成を有するため、以降、１つのホルダ１０４のみを詳細に説明し、他のホルダ１０４については必要な場合を除いて詳細な説明を省略する。 Two strain gauges 102 adjacent in the circumferential direction, for example, a first strain gauge 102a and a second strain gauge 102b, are arranged at symmetrical positions with respect to a certain plane containing the axis X. In the sensor device 100, the angle between the direction from the axis X toward the first strain gauge 102a and the direction from the axis X toward the second strain gauge 102b is 90 degrees. Since all four holders 104 have the same configuration, only one holder 104 will be described in detail hereafter, and detailed description of the other holders 104 will be omitted unless necessary.

図１に示すように、ホルダ１０４は、軸方向に延びる長方形状の板部１４１と、板部１４１の軸方向下側の端部から径方向外側に延在する、平面視長方形状である板状の固定部１４３とを有する。径方向において、板部１４１の内側の面には、接線方向に延びる側面視半円形の凹部１４４が形成されている。凹部１４４は、板部１４１において軸方向中央部から僅かに下側寄りに形成されている。 As shown in FIG. 1, the holder 104 includes a rectangular plate portion 141 extending in the axial direction, and a rectangular plate portion 141 extending radially outward from the lower end of the plate portion 141 in the axial direction. It has a fixed part 143 having a shape. In the radial direction, a recess 144 that is semicircular in side view and extends in the tangential direction is formed on the inner surface of the plate portion 141 . The recessed portion 144 is formed in the plate portion 141 slightly downward from the center in the axial direction.

板部１４１においては、凹部１４４が形成された部分の肉厚が薄くなっており、弾性的なひずみ変形が可能な弾性部分１４２となっている。ひずみゲージ１０２は、弾性部分１４２の径方向外側の面に取り付けられている。弾性部分１４２のひずみ変形は、ひずみゲージ１０２の抵抗値の変化として検出可能となっている。軸方向において、軸受１０１の外周側１０１ｂは、凹部１４４よりも上側の部分で、板部１４１の軸方向内側の面と接触している。 In the plate portion 141, the wall thickness of the portion where the recessed portion 144 is formed is thinner, and becomes an elastic portion 142 that can undergo elastic strain deformation. Strain gauge 102 is attached to the radially outer surface of elastic portion 142 . Strain deformation of the elastic portion 142 can be detected as a change in the resistance value of the strain gauge 102. In the axial direction, the outer peripheral side 101b of the bearing 101 is in contact with the axially inner surface of the plate portion 141 at a portion above the recess 144.

ひずみゲージ１０２は、弾性部分１４２の、接線方向に対して垂直な平面に沿った方向のひずみを検出できるように取り付けられている。すなわち、ひずみゲージ１０２は、グリッドの向き（典型的には、ひずみゲージの長手方向）が軸方向となるように、弾性部分１４２に取り付けられている。 The strain gauge 102 is attached so as to be able to detect strain in the elastic portion 142 in a direction along a plane perpendicular to the tangential direction. That is, the strain gauge 102 is attached to the elastic portion 142 such that the grid orientation (typically, the longitudinal direction of the strain gauge) is in the axial direction.

ホルダ１０４の固定部１４３の中央部付近には、円形の貫通孔１４３ｈが形成されている。貫通孔１４３ｈに挿通されたボルト１０５により、ホルダ１０４は、スペーサ１０６を介して外部装置１０に固定されている。 A circular through hole 143h is formed near the center of the fixed portion 143 of the holder 104. The holder 104 is fixed to the external device 10 via a spacer 106 by a bolt 105 inserted into the through hole 143h.

図１および図２において、偏心部材１０３の最大厚部分１０３ａは、第３のホルダ１０４ｃと近い位置にあり、偏心部材１０３の最小厚部分１０３ｂは、第１のホルダ１０４ａと近い位置にある。そのため、第３のホルダ１０４ｃの板部１４１は、軸受１０１によって径方向外側へ向かって押圧されている。なお、第３のホルダ１０４ｃに隣り合う第２のホルダ１０４ｂおよび第４のホルダ１０４ｄのそれぞれの板部１４１も、軸受１０１によって径方向外側へ僅かに押圧されている。 1 and 2, the maximum thickness portion 103a of the eccentric member 103 is located close to the third holder 104c, and the minimum thickness portion 103b of the eccentric member 103 is located close to the first holder 104a. Therefore, the plate portion 141 of the third holder 104c is pressed radially outward by the bearing 101. Note that the respective plate portions 141 of the second holder 104b and the fourth holder 104d adjacent to the third holder 104c are also slightly pressed radially outward by the bearing 101.

したがって、図１および図２においては、第３のホルダ１０４ｃの弾性部分１４２が最も大きくひずみ変形をしており、板部１４１の軸方向上側が、径方向外側に向かって反りかえった状態となっている。第３のホルダ１０４ｃに隣り合う第２のホルダ１０４ｂおよび第４のホルダ１０４ｄの弾性部分１４２は、僅かにひずみ変形した状態にある。第１のホルダ１０４ａの弾性部分１４２は、最もひずみ変形をしていない状態、または全くひずみ変形をしていない状態にある。 Therefore, in FIGS. 1 and 2, the elastic portion 142 of the third holder 104c has undergone the largest strain deformation, and the upper side of the plate portion 141 in the axial direction is warped toward the outside in the radial direction. ing. The elastic portions 142 of the second holder 104b and the fourth holder 104d adjacent to the third holder 104c are in a slightly strained state. The elastic portion 142 of the first holder 104a is in a state where it is least strained or not strained at all.

シャフトＳが回転すると、シャフトＳに固定された偏心部材１０３も共に回転し、それに伴い、軸受１０１の中心軸Ｙも軸Ｘの周りを回転する。例えば、シャフトＳが平面視時計回りに回転すると、軸受１０１の中心軸Ｙは軸Ｘの周りに平面視時計回りに回転する。図１および図２の状態から、軸受１０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転すると、第４のホルダ１０４ｄの弾性部分１４２が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。 When the shaft S rotates, the eccentric member 103 fixed to the shaft S also rotates, and the central axis Y of the bearing 101 also rotates around the axis X accordingly. For example, when the shaft S rotates clockwise in a plan view, the central axis Y of the bearing 101 rotates around the axis X in a clockwise direction in a plan view. When the central axis Y of the bearing 101 rotates 90° clockwise in a plan view from the state shown in FIGS. 1 and 2 around the axis X, the elastic portion 142 of the fourth holder 104d transitions to a state in which it is most strained. .

このように、本実施の形態にかかるセンサ装置１００においては、軸受１０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転する度に、順に、第３のホルダ１０４ｃ、第４のホルダ１０４ｄ、第１のホルダ１０４ａ、第２のホルダ１０４ｂの弾性部分１４２が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。したがって、それぞれのホルダ１０４に取り付けられたひずみゲージ１０２により、シャフトＳの回転角度を検出することができる。 In this way, in the sensor device 100 according to the present embodiment, each time the central axis Y of the bearing 101 rotates 90 degrees clockwise in plan view around the axis X, the third holder 104c, the fourth holder The elastic portions 142 of the holder 104d, the first holder 104a, and the second holder 104b transition to the most strained state. Therefore, the rotation angle of the shaft S can be detected by the strain gauges 102 attached to each holder 104.

本実施の形態にかかるセンサ装置１００においては、軸受１０１とシャフトＳとが互いに偏心した状態で取り付けられている。これによりセンサ装置１００では、軸受１０１の内輪１０１ｉがシャフトＳに対して偏心回転し、軸受１０１の外周側１０１ｂにホルダ１０４を介して取り付けられたひずみゲージ１０２によって、回転角度を検出できるようになっている。本実施の形態にかかるセンサ装置１００は、光学式や磁気式のセンサを用いないため、塵埃等による汚染の影響や、周囲の磁気による影響をほとんど受けない。したがって、本実施の形態にかかるセンサ装置１００は、環境耐性に優れる。 In the sensor device 100 according to this embodiment, the bearing 101 and the shaft S are attached eccentrically to each other. As a result, in the sensor device 100, the inner ring 101i of the bearing 101 rotates eccentrically with respect to the shaft S, and the rotation angle can be detected by the strain gauge 102 attached to the outer peripheral side 101b of the bearing 101 via the holder 104. ing. Since the sensor device 100 according to the present embodiment does not use an optical or magnetic sensor, it is hardly affected by contamination by dust or the like or by surrounding magnetism. Therefore, the sensor device 100 according to this embodiment has excellent environmental resistance.

本実施の形態にかかるセンサ装置１００は、偏心部材１０３が環状部材となっているため、楔等を用いる場合と比較して強度に優れ、長寿命である。また、本実施の形態にかかるセンサ装置１００は、第１のひずみゲージ１０２ａと第２のひずみゲージ１０２ｂとを含む複数のひずみゲージ１０２を有し、第１のひずみゲージ１０２ａと第２のひずみゲージ１０２ｂとは、シャフトＳの中心軸（軸Ｘ）を含む平面に関して対称となる位置に配置されており、軸Ｘから第１のひずみゲージ１０２ａへ向かう方向と、軸Ｘから第２のひずみゲージ１０２ｂへ向かう方向とがなす角度は、９０°となっている。したがって、本実施の形態にかかるセンサ装置１００は、シャフトＳの回転角度をより精度よく検出することができる。 Since the eccentric member 103 of the sensor device 100 according to the present embodiment is an annular member, it has excellent strength and has a long life compared to a case where a wedge or the like is used. Further, the sensor device 100 according to the present embodiment has a plurality of strain gauges 102 including a first strain gauge 102a and a second strain gauge 102b, and the first strain gauge 102a and the second strain gauge 102b is arranged at a symmetrical position with respect to a plane containing the central axis (axis The angle formed by the direction toward is 90°. Therefore, the sensor device 100 according to this embodiment can detect the rotation angle of the shaft S with higher accuracy.

［第２の実施の形態］
続いて、本発明の一例である第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図３は、本実施の形態にかかるセンサ装置２００の断面図である。図４は、センサ装置２００の平面図である。センサ装置２００は、ホルダ１０４の代わりにホルダ２０４を有する点を除き、第１の実施の形態にかかるセンサ装置１００と同様の構成を有する。以下、第１の実施の形態と同一の機能および構成を有する部材および部品については、第１の実施の形態と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。 [Second embodiment]
Next, a second embodiment, which is an example of the present invention, will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a cross-sectional view of sensor device 200 according to this embodiment. FIG. 4 is a plan view of the sensor device 200. The sensor device 200 has the same configuration as the sensor device 100 according to the first embodiment, except that it includes a holder 204 instead of the holder 104. Hereinafter, members and components having the same functions and configurations as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

センサ装置２００は、シャフトＳと、内周側１０１ａおよび外周側１０１ｂを有する軸受１０１と、軸受１０１の外周側１０１ｂにホルダ２０４を介して取り付けられたひずみゲージ１０２と、を有する。 The sensor device 200 includes a shaft S, a bearing 101 having an inner circumferential side 101a and an outer circumferential side 101b, and a strain gauge 102 attached to the outer circumferential side 101b of the bearing 101 via a holder 204.

径方向において、軸受１０１の外側には、断面視Ｌ字状の円環状のホルダ２０４が配置されている。ホルダ２０４は、軸受１０１の外周側１０１ｂに接触している。このようにして、ホルダ２０４は、軸受１０１を保持している。なお、軸受１０１は、軸方向において、後述する固定部２４３よりも上側に配置されている。 In the radial direction, an annular holder 204 having an L-shape in cross section is arranged outside the bearing 101 . The holder 204 is in contact with the outer peripheral side 101b of the bearing 101. In this way, the holder 204 holds the bearing 101. Note that the bearing 101 is arranged above a fixed portion 243, which will be described later, in the axial direction.

ホルダ２０４は、ひずみ変形していない状態において軸Ｘの周りに４回対称となる位置に、４つのひずみゲージ１０２を保持している。すなわち、センサ装置２００は、平面視時計回りに第１のひずみゲージ１０２ａ、第２のひずみゲージ１０２ｂ、第３のひずみゲージ１０２ｃ（図４においては隠れている）、第４のひずみゲージ１０２ｄの合計４つのひずみゲージ１０２を有している。 The holder 204 holds the four strain gauges 102 at four-fold symmetrical positions around the axis X in a non-strained state. That is, the sensor device 200 includes, in clockwise plan view, a first strain gauge 102a, a second strain gauge 102b, a third strain gauge 102c (hidden in FIG. 4), and a fourth strain gauge 102d. It has four strain gauges 102.

周方向において隣り合う２つのひずみゲージ１０２、例えば、第１のひずみゲージ１０２ａと第２のひずみゲージ１０２ｂとは、軸Ｘを含む平面に関して対称となる位置に配置されている。センサ装置２００において、軸Ｘから第１のひずみゲージ１０２ａへ向かう方向と、軸Ｘから第２のひずみゲージ１０２ｂへ向かう方向とがなす角度は、９０°となっている。 Two strain gauges 102 adjacent in the circumferential direction, for example, a first strain gauge 102a and a second strain gauge 102b, are arranged at symmetrical positions with respect to a plane containing the axis X. In the sensor device 200, the angle between the direction from the axis X toward the first strain gauge 102a and the direction from the axis X toward the second strain gauge 102b is 90°.

図３に示すように、ホルダ２０４は、軸方向に延びる円筒部２４１と、円筒部２４１の軸方向下側の端部から径方向外側に延在する、平面視長方形状である４つの板状の固定部２４３とを有する。４つの固定部２４３は、軸Ｘの周りに４回対称となる位置に配置されている。径方向において、円筒部２４１の内周面（径方向内側の面）２４１ａには、環状に断面視半円形の凹部２４４が形成されている。凹部２４４は、円筒部２４１において軸方向中央部から僅かに下側寄りに形成されている。 As shown in FIG. 3, the holder 204 includes a cylindrical portion 241 that extends in the axial direction, and four plate-shaped plates that are rectangular in plan view and extend radially outward from the lower end of the cylindrical portion 241 in the axial direction. It has a fixed part 243. The four fixing parts 243 are arranged at four-fold symmetrical positions around the axis X. In the radial direction, an annular recess 244 having a semicircular cross section is formed on the inner circumferential surface (radially inner surface) 241a of the cylindrical portion 241. The recess 244 is formed in the cylindrical portion 241 slightly downward from the axial center.

円筒部２４１においては、凹部２４４が形成された部分は肉厚が薄くなっており、弾性的なひずみ変形が可能な弾性部分２４２となっている。ひずみゲージ１０２は、弾性部分２４２の径方向外側の面に取り付けられている。弾性部分２４２のひずみ変形は、ひずみゲージ１０２の抵抗値の変化として検出可能となっている。軸方向において、軸受１０１の外周側１０１ｂは、ひずみゲージ１０２の取り付けられた位置よりも上側の部分で、円筒部２４１の内周面２４１ａと接触している。 In the cylindrical portion 241, the portion where the recessed portion 244 is formed has a thinner wall thickness, and serves as an elastic portion 242 that can undergo elastic strain deformation. Strain gauge 102 is attached to the radially outer surface of elastic portion 242 . Strain deformation of the elastic portion 242 can be detected as a change in the resistance value of the strain gauge 102. In the axial direction, the outer circumferential side 101b of the bearing 101 is in contact with the inner circumferential surface 241a of the cylindrical portion 241 at a portion above the position where the strain gauge 102 is attached.

ひずみゲージ１０２は、弾性部分２４２の、接線方向に対して垂直な平面に沿った方向のひずみを検出できるように取り付けられている。すなわち、ひずみゲージ１０２は、グリッドの向き（典型的には、ひずみゲージの長手方向）が軸方向となるように、弾性部分２４２に取り付けられている。 The strain gauge 102 is attached so as to be able to detect strain in the elastic portion 242 in a direction along a plane perpendicular to the tangential direction. That is, the strain gauge 102 is attached to the elastic portion 242 such that the grid orientation (typically, the longitudinal direction of the strain gauge) is in the axial direction.

ホルダ２０４の固定部２４３の中央部付近には、円形の貫通孔２４３ｈが形成されている。貫通孔２４３ｈに挿通されたボルト１０５により、ホルダ２０４は、スペーサ１０６を介して外部装置１０に固定されている。 A circular through hole 243h is formed near the center of the fixed portion 243 of the holder 204. The holder 204 is fixed to the external device 10 via the spacer 106 by a bolt 105 inserted into the through hole 243h.

図３および図４において、偏心部材１０３の最大厚部分１０３ａは、第３のひずみゲージ１０２ｃと近い位置にあり、偏心部材１０３の最小厚部分１０３ｂは、第１のひずみゲージ１０２ａと近い位置にある。そのため、ホルダ２０４の円筒部２４１は、第３のひずみゲージ１０２ｃが取り付けられた側において、軸受１０１によって径方向外側へ向かって押圧されている。なお、ホルダ２０４の円筒部２４１の、第２のひずみゲージ１０２ｂおよび第４のひずみゲージ１０２ｄが取り付けられた側も、軸受１０１によって径方向外側へ僅かに押圧されている。 3 and 4, the maximum thickness portion 103a of the eccentric member 103 is located close to the third strain gauge 102c, and the minimum thickness portion 103b of the eccentric member 103 is located close to the first strain gauge 102a. . Therefore, the cylindrical portion 241 of the holder 204 is pressed radially outward by the bearing 101 on the side where the third strain gauge 102c is attached. Note that the side of the cylindrical portion 241 of the holder 204 to which the second strain gauge 102b and the fourth strain gauge 102d are attached is also slightly pressed radially outward by the bearing 101.

したがって、図３および図４においては、ホルダ２０４の弾性部分２４２の、第３のひずみゲージ１０２ｃが取り付けられた側が最も大きくひずみ変形をしており、円筒部２４１の軸方向上側が、径方向外側に向かって反りかえった状態となっている。ホルダ２０４の弾性部分２４２の、第２のひずみゲージ１０２ｂおよび第４のひずみゲージ１０２ｄが取り付けられた側は、僅かにひずみ変形した状態にある。ホルダ２０４の弾性部分２４２の、第１のひずみゲージ１０２ａが取り付けられた側は、最もひずみ変形をしていない状態にある。 Therefore, in FIGS. 3 and 4, the side of the elastic portion 242 of the holder 204 to which the third strain gauge 102c is attached is subjected to the largest strain deformation, and the axially upper side of the cylindrical portion 241 is radially outward. It is in a state where it is curved towards. The side of the elastic portion 242 of the holder 204 to which the second strain gauge 102b and the fourth strain gauge 102d are attached is in a slightly deformed state. The side of the elastic portion 242 of the holder 204 to which the first strain gauge 102a is attached is in a state where it is least strain-deformed.

シャフトＳが回転すると、シャフトＳに固定された偏心部材１０３も共に回転し、それに伴い、軸受１０１の中心軸Ｙも軸Ｘの周りを回転する。例えば、シャフトＳが平面視時計回りに回転すると、軸受１０１の中心軸Ｙは軸Ｘの周りに平面視時計回りに回転する。図３の状態から、軸受１０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転すると、ホルダ２０４の弾性部分２４２の、第４のひずみゲージ１０２ｄが取り付けられた側が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。 When the shaft S rotates, the eccentric member 103 fixed to the shaft S also rotates, and the central axis Y of the bearing 101 also rotates around the axis X accordingly. For example, when the shaft S rotates clockwise in a plan view, the central axis Y of the bearing 101 rotates around the axis X in a clockwise direction in a plan view. When the central axis Y of the bearing 101 rotates 90° clockwise in plan view from the state shown in FIG. Transition to the state where

このように、本実施の形態にかかるセンサ装置２００においては、軸受１０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転する度に、ホルダ２０４の弾性部分２４２の、順に、第３のひずみゲージ１０２ｃが取り付けられた側、第４のひずみゲージ１０２ｄが取り付けられた側、第１のひずみゲージ１０２ａが取り付けられた側、第２のひずみゲージ１０２ｂが取り付けられた側が、最もひずみ変形をした状態へ遷移する。したがって、ホルダ２０４に取り付けられた４つのひずみゲージ１０２により、シャフトＳの回転角度を検出することができる。 In this way, in the sensor device 200 according to the present embodiment, each time the central axis Y of the bearing 101 rotates 90° clockwise in plan view around the axis X, the elastic portion 242 of the holder 204 sequentially The side to which the third strain gauge 102c is attached, the side to which the fourth strain gauge 102d is attached, the side to which the first strain gauge 102a is attached, and the side to which the second strain gauge 102b is attached have the highest strain. Transition to a transformed state. Therefore, the rotation angle of the shaft S can be detected by the four strain gauges 102 attached to the holder 204.

本実施の形態にかかるセンサ装置２００は、第１の実施の形態にかかるセンサ装置１００について上記した特性を同様に有する。加えて、本実施の形態にかかるセンサ装置２００は、ホルダ２０４が１つの部材から構成されているため、より強度に優れ、ひずみゲージ１０２の位置決めが容易であり、また、外部装置への取り付けが容易である。 The sensor device 200 according to this embodiment similarly has the characteristics described above for the sensor device 100 according to the first embodiment. In addition, in the sensor device 200 according to the present embodiment, the holder 204 is composed of one member, so it is superior in strength, the strain gauge 102 can be easily positioned, and the sensor device 200 can be easily attached to an external device. It's easy.

［第３の実施の形態］
続いて、本発明の一例である第３の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図５は、本実施の形態にかかるセンサ装置３００の断面図である。センサ装置３００は、偏心部材１０３の代わりに偏心部材３０３を備える点を除き、第１の実施の形態にかかるセンサ装置１００と同様の構成を有する。以下、第１の実施の形態と同一の機能および構成を有する部材および部品については、第１の実施の形態と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。 [Third embodiment]
Next, a third embodiment, which is an example of the present invention, will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a cross-sectional view of sensor device 300 according to this embodiment. The sensor device 300 has the same configuration as the sensor device 100 according to the first embodiment, except that an eccentric member 303 is provided instead of the eccentric member 103. Hereinafter, members and components having the same functions and configurations as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

軸受１０１の内周側１０１ａとシャフトＳの間には、偏心部材３０３が配置されている。偏心部材３０３は、軸受１０１とシャフトＳとを互いに偏心させている。換言すれば、偏心部材３０３は、シャフトＳに対して軸受１０１を偏心させている。本実施の形態において、偏心部材３０３は断面視略直角三角形状の楔である。軸方向において、偏心部材３０３は、下側に向かうにつれて径方向の寸法が小さくなる形状となっており、軸方向において、偏心部材３０３は、軸受１０１の上側から下側へ向かって挿入されている。ただし、反対に、軸方向において、偏心部材３０３は、上側に向かうにつれて径方向の寸法が小さくなる形状となっており、軸方向において、偏心部材３０３は、軸受１０１の下側から上側へ向かって挿入されていてもよい。 An eccentric member 303 is arranged between the inner peripheral side 101a of the bearing 101 and the shaft S. The eccentric member 303 makes the bearing 101 and the shaft S eccentric to each other. In other words, the eccentric member 303 makes the bearing 101 eccentric with respect to the shaft S. In this embodiment, the eccentric member 303 is a wedge having a substantially right triangular shape in cross section. In the axial direction, the eccentric member 303 has a shape in which the radial dimension becomes smaller toward the lower side, and in the axial direction, the eccentric member 303 is inserted from the upper side of the bearing 101 toward the lower side. . However, on the contrary, in the axial direction, the eccentric member 303 has a shape in which the radial dimension becomes smaller as it goes upward; It may be inserted.

偏心部材３０３の径方向内側の面は、シャフトＳの外周面（径方向外側の面）に接着または圧入されている。これにより、偏心部材３０３は、シャフトＳに一体に固定されている。軸受１０１の内輪１０１ｉは、偏心部材３０３の径方向外側の面に接着または圧入されている。これにより、軸受１０１の内輪１０１ｉは、偏心部材３０３に固定されている。以上の構成により、シャフトＳの中心軸である軸Ｘが、軸受１０１の中心軸Ｙからずれるため、軸受１０１とシャフトＳとが互いに偏心した位置関係になる。 The radially inner surface of the eccentric member 303 is bonded or press-fitted to the outer circumferential surface (radially outer surface) of the shaft S. Thereby, the eccentric member 303 is integrally fixed to the shaft S. The inner ring 101i of the bearing 101 is bonded or press-fitted to the radially outer surface of the eccentric member 303. Thereby, the inner ring 101i of the bearing 101 is fixed to the eccentric member 303. With the above configuration, the axis X, which is the central axis of the shaft S, is shifted from the central axis Y of the bearing 101, so that the bearing 101 and the shaft S have an eccentric positional relationship with respect to each other.

図５において、偏心部材３０３は、第３のホルダ１０４ｃと近い位置にある。そのため、第３のホルダ１０４ｃの板部１４１は、軸受１０１によって径方向外側へ向かって押圧されている。なお、第３のホルダ１０４ｃに隣り合う第２のホルダ１０４ｂおよび第４のホルダ１０４ｄのそれぞれの板部１４１も、軸受１０１によって径方向外側へ僅かに押圧されている。 In FIG. 5, the eccentric member 303 is located close to the third holder 104c. Therefore, the plate portion 141 of the third holder 104c is pressed radially outward by the bearing 101. Note that the respective plate portions 141 of the second holder 104b and the fourth holder 104d adjacent to the third holder 104c are also slightly pressed radially outward by the bearing 101.

したがって、図５においては、第３のホルダ１０４ｃの弾性部分１４２が最も大きくひずみ変形をしており、板部１４１の軸方向上側が、径方向外側に向かって反りかえった状態となっている。第３のホルダ１０４ｃに隣り合う第２のホルダ１０４ｂおよび第４のホルダ１０４ｄの弾性部分１４２は、僅かにひずみ変形した状態にある。第１のホルダ１０４ａの弾性部分１４２は、最もひずみ変形をしていない状態、または全くひずみ変形をしていない状態にある。 Therefore, in FIG. 5, the elastic portion 142 of the third holder 104c has undergone the largest strain deformation, and the upper side of the plate portion 141 in the axial direction is warped toward the outside in the radial direction. The elastic portions 142 of the second holder 104b and the fourth holder 104d adjacent to the third holder 104c are in a slightly strained state. The elastic portion 142 of the first holder 104a is in a state where it is least strained or not strained at all.

シャフトＳが回転すると、シャフトＳに固定された偏心部材３０３も共に回転し、それに伴い、軸受１０１の中心軸Ｙも軸Ｘの周りを回転する。例えば、シャフトＳが平面視時計回りに回転すると、軸受１０１の中心軸Ｙは軸Ｘの周りに平面視時計回りに回転する。図５の状態から、軸受１０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転すると、第４のホルダ１０４ｄの弾性部分１４２が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。 When the shaft S rotates, the eccentric member 303 fixed to the shaft S also rotates, and the central axis Y of the bearing 101 also rotates around the axis X accordingly. For example, when the shaft S rotates clockwise in a plan view, the central axis Y of the bearing 101 rotates around the axis X in a clockwise direction in a plan view. When the central axis Y of the bearing 101 rotates 90 degrees clockwise in plan view from the state shown in FIG. 5, the elastic portion 142 of the fourth holder 104d transitions to a state in which it is most strained.

このように、本実施の形態にかかるセンサ装置３００においては、軸受１０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転する度に、順に、第３のホルダ１０４ｃ、第４のホルダ１０４ｄ、第１のホルダ１０４ａ、第２のホルダ１０４ｂの弾性部分１４２が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。したがって、それぞれのホルダ１０４に取り付けられたひずみゲージ１０２により、シャフトＳの回転角度を検出することができる。 In this way, in the sensor device 300 according to the present embodiment, each time the central axis Y of the bearing 101 rotates 90° clockwise in plan view around the axis X, the third holder 104c, the fourth holder The elastic portions 142 of the holder 104d, the first holder 104a, and the second holder 104b transition to the most strained state. Therefore, the rotation angle of the shaft S can be detected by the strain gauges 102 attached to each holder 104.

本実施の形態にかかるセンサ装置３００は、第１の実施の形態にかかるセンサ装置１００について上記した特性を同様に有する。加えて、本実施の形態にかかるセンサ装置３００は、偏心部材３０３が楔であるため、軽量である。 The sensor device 300 according to this embodiment similarly has the characteristics described above for the sensor device 100 according to the first embodiment. In addition, the sensor device 300 according to this embodiment is lightweight because the eccentric member 303 is a wedge.

［第４の実施の形態］
続いて、本発明の一例である第４の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図６は、本実施の形態にかかるセンサ装置４００の断面図である。センサ装置４００は、ホルダ１０４の代わりにホルダ４０４を有する点を除き、第１の実施の形態にかかるセンサ装置１００と同様の構成を有する。以下、第１の実施の形態と同一の機能および構成を有する部材および部品については、第１の実施の形態と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。 [Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment, which is an example of the present invention, will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a cross-sectional view of sensor device 400 according to this embodiment. The sensor device 400 has the same configuration as the sensor device 100 according to the first embodiment, except that it includes a holder 404 instead of the holder 104. Hereinafter, members and components having the same functions and configurations as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

センサ装置４００は、シャフトＳと、内周側１０１ａおよび外周側１０１ｂを有する軸受１０１と、軸受１０１の外周側１０１ｂにホルダ４０４を介して取り付けられたひずみゲージ１０２と、を有する。 The sensor device 400 includes a shaft S, a bearing 101 having an inner circumferential side 101a and an outer circumferential side 101b, and a strain gauge 102 attached to the outer circumferential side 101b of the bearing 101 via a holder 404.

径方向において、軸受１０１の外側には、軸Ｘの周りに４回対称となる位置に、４つの側面視略Ｌ字状のホルダ４０４が配置されている。それぞれのホルダ４０４は、後述する伝達部４４５の径方向内側の先端部４４５ａを介して軸受１０１の外周側１０１ｂに接触している。このようにして、それぞれのホルダ４０４は、軸受１０１を保持している。なお、軸受１０１は、軸方向において、後述する固定部１４３よりも上側に配置されている。 In the radial direction, four holders 404 having a substantially L-shape in side view are arranged at four-fold symmetrical positions around the axis X on the outside of the bearing 101. Each holder 404 is in contact with the outer peripheral side 101b of the bearing 101 via a radially inner tip portion 445a of a transmission portion 445, which will be described later. In this way, each holder 404 holds the bearing 101. Note that the bearing 101 is arranged above a fixed portion 143, which will be described later, in the axial direction.

それぞれのホルダ４０４は、ひずみゲージ１０２を保持している。すなわち、センサ装置４００は、平面視時計回りに第１のホルダ４０４ａに保持された第１のひずみゲージ１０２ａ、第２のホルダ４０４ｂに保持された第２のひずみゲージ１０２ｂ、第３のホルダ４０４ｃに保持された第３のひずみゲージ１０２ｃ、第４のホルダ４０４ｄに保持された第４のひずみゲージ１０２ｄの合計４つのひずみゲージ１０２を有している。 Each holder 404 holds a strain gauge 102. That is, the sensor device 400 has a first strain gauge 102a held by a first holder 404a, a second strain gauge 102b held by a second holder 404b, and a third holder 404c in a clockwise direction when viewed from above. It has a total of four strain gauges 102, including a third strain gauge 102c held and a fourth strain gauge 102d held by a fourth holder 404d.

周方向において隣り合う２つのひずみゲージ１０２、例えば、第１のひずみゲージ１０２ａと第２のひずみゲージ１０２ｂとは、軸Ｘを含む平面に関して対称となる位置に配置されている。センサ装置４００において、軸Ｘから第１のひずみゲージ１０２ａへ向かう方向と、軸Ｘから第２のひずみゲージ１０２ｂへ向かう方向とがなす角度は、９０°となっている。４つのホルダ４０４は全て同一の構成を有するため、以降、１つのホルダ４０４のみを詳細に説明し、他のホルダ４０４については必要な場合を除いて詳細な説明を省略する。 Two strain gauges 102 adjacent in the circumferential direction, for example, a first strain gauge 102a and a second strain gauge 102b, are arranged at symmetrical positions with respect to a plane containing the axis X. In the sensor device 400, the angle between the direction from the axis X toward the first strain gauge 102a and the direction from the axis X toward the second strain gauge 102b is 90°. Since all four holders 404 have the same configuration, only one holder 404 will be explained in detail hereafter, and detailed explanations of the other holders 404 will be omitted unless necessary.

図６に示すように、ホルダ４０４は、軸方向に延びる長方形状の板部４４１と、板部４４１の軸方向下側の端部から径方向外側に延在する、平面視長方形状である板状の固定部１４３とを有する。径方向において、板部４４１の内側の面には、接線方向に延びる側面視半円形の凹部１４４が形成されている。凹部１４４は、板部４４１において軸方向中央部から僅かに下側寄りに形成されている。 As shown in FIG. 6, the holder 404 includes a rectangular plate portion 441 extending in the axial direction, and a rectangular plate portion 441 extending radially outward from the lower end of the plate portion 441 in the axial direction. It has a fixed part 143 having a shape. In the radial direction, a recess 144 that is semicircular in side view and extends in the tangential direction is formed on the inner surface of the plate portion 441 . The recessed portion 144 is formed in the plate portion 441 slightly downward from the axial center.

板部４４１においては、凹部１４４が形成された部分は肉厚が薄くなっており、弾性的なひずみ変形が可能な弾性部分１４２となっている。ひずみゲージ１０２は、弾性部分１４２の径方向外側の面に取り付けられている。弾性部分１４２のひずみ変形は、ひずみゲージ１０２の抵抗値の変化として検出可能となっている。板部４４１の接線方向中央部、かつ凹部１４４よりも軸方向上側には、径方向に貫通する円形の孔である開口部４４１ｈが形成されている。開口部４４１ｈには、ピン状の伝達部４４５が挿入されている。伝達部４４５は、開口部４４１ｈに、接着または圧入により固定されている。 In the plate portion 441, the portion where the recessed portion 144 is formed has a thinner wall thickness, and serves as an elastic portion 142 that can undergo elastic strain deformation. Strain gauge 102 is attached to the radially outer surface of elastic portion 142 . Strain deformation of the elastic portion 142 can be detected as a change in the resistance value of the strain gauge 102. An opening 441h, which is a circular hole penetrating in the radial direction, is formed in the central portion of the plate portion 441 in the tangential direction and above the recess 144 in the axial direction. A pin-shaped transmission section 445 is inserted into the opening 441h. The transmission portion 445 is fixed to the opening 441h by adhesive or press fitting.

伝達部４４５は、先の尖った先端部４４５ａを有する。伝達部４４５は、径方向において、先端部４４５ａが板部４４１よりも内側へ突出するように配置されている。軸受１０１の外周側１０１ｂは、伝達部４４５の先端部４４５ａと点接触している。したがって、伝達部４４５は、先端部４４５ａを介して、軸受１０１の変位をホルダ４０４へ伝達することができる。 The transmission portion 445 has a pointed tip portion 445a. The transmission portion 445 is arranged such that the distal end portion 445a protrudes further inward than the plate portion 441 in the radial direction. The outer peripheral side 101b of the bearing 101 is in point contact with the tip end 445a of the transmission section 445. Therefore, the transmission portion 445 can transmit the displacement of the bearing 101 to the holder 404 via the tip portion 445a.

シャフトＳが回転すると、シャフトＳに固定された偏心部材１０３も共に回転し、それに伴い、軸受１０１の中心軸Ｙも軸Ｘの周りを回転する。例えば、シャフトＳが平面視時計回りに回転すると、軸受１０１の中心軸Ｙは軸Ｘの周りに平面視時計回りに回転する。図６の状態から、軸受１０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転すると、第４のホルダ４０４ｄの弾性部分１４２が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。 When the shaft S rotates, the eccentric member 103 fixed to the shaft S also rotates, and the central axis Y of the bearing 101 also rotates around the axis X accordingly. For example, when the shaft S rotates clockwise in a plan view, the central axis Y of the bearing 101 rotates around the axis X in a clockwise direction in a plan view. When the central axis Y of the bearing 101 rotates 90° clockwise in a plan view from the state shown in FIG. 6, the elastic portion 142 of the fourth holder 404d transitions to a state in which it is most strained.

このように、本実施の形態にかかるセンサ装置４００においては、軸受１０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転する度に、順に、第３のホルダ４０４ｃ、第４のホルダ４０４ｄ、第１のホルダ４０４ａ、第２のホルダ４０４ｂの弾性部分１４２が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。したがって、それぞれのホルダ４０４に取り付けられたひずみゲージ１０２により、シャフトＳの回転角度を検出することができる。 In this way, in the sensor device 400 according to the present embodiment, each time the central axis Y of the bearing 101 rotates 90 degrees clockwise in plan view around the axis X, the third holder 404c, the fourth holder The elastic portions 142 of the holder 404d, the first holder 404a, and the second holder 404b transition to the most strained state. Therefore, the rotation angle of the shaft S can be detected by the strain gauges 102 attached to each holder 404.

本実施の形態にかかるセンサ装置４００は、第１の実施の形態にかかるセンサ装置１００について上記した特性を同様に有する。加えて、本実施の形態にかかるセンサ装置４００は、伝達部４４５を有し、軸受１０１の外周側１０１ｂが、伝達部４４５の先端部４４５ａに接触している。したがって、本実施の形態にかかるセンサ装置４００によれば、軸受１０１の変位を点で捉えることが可能であり、シャフトＳの回転角度の検出精度が向上する。 The sensor device 400 according to this embodiment similarly has the characteristics described above for the sensor device 100 according to the first embodiment. In addition, the sensor device 400 according to the present embodiment has a transmission section 445, and the outer peripheral side 101b of the bearing 101 is in contact with the tip 445a of the transmission section 445. Therefore, according to the sensor device 400 according to the present embodiment, it is possible to detect the displacement of the bearing 101 as a point, and the detection accuracy of the rotation angle of the shaft S is improved.

また、本実施の形態にかかるセンサ装置４００においては、ホルダ４０４がひずみ変形する際に軸受１０１により押圧される点が、シャフトＳの回転角度に依存せず常に一定となる。このことからも、本実施の形態にかかるセンサ装置４００によれば、シャフトＳの回転角度の検出精度が向上する。 Furthermore, in the sensor device 400 according to the present embodiment, the point pressed by the bearing 101 when the holder 404 is strain-deformed is always constant regardless of the rotation angle of the shaft S. Also from this, according to the sensor device 400 according to the present embodiment, the detection accuracy of the rotation angle of the shaft S is improved.

［第５の実施の形態］
続いて、本発明の一例である第５の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図７は、本実施の形態にかかるセンサ装置５００のホルダ５０４、ひずみゲージ１０２およびひずみセンサ６０３の斜視図である。図８は、本実施の形態にかかるセンサ装置５００の断面図である。センサ装置５００は、第４の実施の形態にかかるセンサ装置４００の軸方向下側に、トルクセンサ６００が一体化されて配置された構造となっている。以下、第１および第４の実施の形態と同一の機能および構成を有する部材および部品については、第１および第４の実施の形態と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。 [Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment, which is an example of the present invention, will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a perspective view of holder 504, strain gauge 102, and strain sensor 603 of sensor device 500 according to this embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view of sensor device 500 according to this embodiment. The sensor device 500 has a structure in which a torque sensor 600 is integrated and arranged below the sensor device 400 according to the fourth embodiment in the axial direction. Hereinafter, members and parts having the same functions and configurations as those in the first and fourth embodiments will be given the same reference numerals as in the first and fourth embodiments, and detailed explanations thereof will be omitted. .

センサ装置５００は、シャフトＳと、内周側５０１ａおよび外周側５０１ｂを有する第１の軸受５０１と、第１の軸受５０１の外周側５０１ｂにホルダ５０４を介して取り付けられたひずみゲージ１０２と、トルクセンサ６００を有する。ホルダ５０４はトルクセンサ６００のホルダと一体に形成されているため、トルクセンサ６００のホルダも同じ符号を用いてホルダ５０４と称する。トルクセンサ６００は、ホルダ５０４に加え、第２の軸受６０２と、ひずみセンサ６０３を有する。 The sensor device 500 includes a shaft S, a first bearing 501 having an inner circumferential side 501a and an outer circumferential side 501b, a strain gauge 102 attached to the outer circumferential side 501b of the first bearing 501 via a holder 504, and a torque It has a sensor 600. Since the holder 504 is integrally formed with the holder of the torque sensor 600, the holder of the torque sensor 600 will also be referred to as the holder 504 using the same reference numeral. In addition to the holder 504, the torque sensor 600 includes a second bearing 602 and a strain sensor 603.

本実施の形態において、第１の軸受５０１は、内輪５０１ｉ、外輪５０１ｏおよび転動体を有するボールベアリングである。第２の軸受６０２は、内輪６０２ｉ、外輪６０２ｏおよび転動体を有するボールベアリングである。なお、第１の軸受５０１および第２の軸受６０２は、ボールベアリングに限られず、例えばスリーブベアリング等、その他種々の軸受であってもよい。軸方向において、第１の軸受５０１は、第２の軸受６０２の上側に、間隔を開けて配置されている。第１の軸受５０１の構成は、第１の実施の形態にかかるセンサ装置１００の軸受１０１の構成と同一である。 In this embodiment, the first bearing 501 is a ball bearing having an inner ring 501i, an outer ring 501o, and rolling elements. The second bearing 602 is a ball bearing having an inner ring 602i, an outer ring 602o, and rolling elements. Note that the first bearing 501 and the second bearing 602 are not limited to ball bearings, and may be various other bearings such as sleeve bearings. In the axial direction, the first bearing 501 is arranged above the second bearing 602 with a space therebetween. The configuration of the first bearing 501 is the same as the configuration of the bearing 101 of the sensor device 100 according to the first embodiment.

まず、トルクセンサ６００について説明する。図７に示すように、ホルダ５０４は、平面視略正方形の筒形状であり、内周部材６１０および外周部材６２０を有する。内周部材６１０は、軸Ｘの周りに円筒状の内周面６１０ａを有する、軸方向に延びる筒状の部材である。外周部材６２０は、径方向において、内周部材６１０よりも外側に配置された部材である。 First, the torque sensor 600 will be explained. As shown in FIG. 7, the holder 504 has a substantially square cylindrical shape in plan view, and includes an inner circumferential member 610 and an outer circumferential member 620. The inner circumferential member 610 is a cylindrical member having a cylindrical inner circumferential surface 610a around the axis X and extending in the axial direction. The outer circumferential member 620 is a member disposed outside the inner circumferential member 610 in the radial direction.

軸方向において、内周部材６１０の寸法は、外周部材６２０の寸法と同一である。内周部材６１０の軸方向上側の端面および軸方向下側の端面は、それぞれ外周部材６２０の軸方向上側の端面および軸方向下側の端面と同一平面上にある。内周部材６１０の径方向外側かつ軸方向上側の端部には、４つの平面視略長方形状の接続部６３０が、内周部材６１０から径方向外側へ放射状に突出している。４つの接続部６３０は、軸Ｘの周りに４回対称となる位置に配置されている。 In the axial direction, the dimensions of the inner peripheral member 610 are the same as the dimensions of the outer peripheral member 620. The axially upper end surface and the axially lower end surface of the inner peripheral member 610 are on the same plane as the axially upper end surface and the axially lower end surface of the outer peripheral member 620, respectively. At the radially outer and axially upper ends of the inner circumferential member 610, four connecting portions 630 having a generally rectangular shape in plan view protrude radially outward from the inner circumferential member 610. The four connecting parts 630 are arranged at four-fold symmetrical positions around the axis X.

それぞれの接続部６３０には、平面視長方形状かつ側面視略Ｌ字状の起歪体６２１が接続されている。起歪体６２１は、応力を受けることによって変形する変形部であり、応力を受けることによって弾性変形または塑性変形をする。４つの起歪体６２１が、本実施の形態における外周部材６２０となっている。したがって、接続部６３０は、内周部材６１０と外周部材６２０とを接続している。４つの起歪体６２１は全て同一の構成を有するため、以降、１つの起歪体６２１のみを詳細に説明し、他の起歪体６２１については詳細な説明を省略する。 A strain body 621 having a rectangular shape in plan view and a substantially L-shape in side view is connected to each connection portion 630 . The strain body 621 is a deformable portion that deforms by receiving stress, and deforms elastically or plastically by receiving stress. The four strain bodies 621 constitute the outer peripheral member 620 in this embodiment. Therefore, the connecting portion 630 connects the inner peripheral member 610 and the outer peripheral member 620. Since all four strain bodies 621 have the same configuration, only one strain body 621 will be described in detail hereafter, and detailed explanations of the other strain bodies 621 will be omitted.

図８に示すように、径方向において、起歪体６２１（外周部材６２０）は、内周部材６１０と、接線方向に延在する間隙６４０を介して対向している。間隙６４０は、側面視円形または略円形の貫通孔６４１と、貫通孔６４１の軸方向下側の僅かに径方向内側寄りに接続し、貫通孔６４１の直径よりも幅（径方向の幅）の狭いスリット６４２とを含む。 As shown in FIG. 8, in the radial direction, the strain body 621 (outer peripheral member 620) faces the inner peripheral member 610 with a gap 640 extending in the tangential direction. The gap 640 connects to the through hole 641, which is circular or approximately circular in side view, on the axially lower side of the through hole 641 and slightly inward in the radial direction, and has a width (radial width) smaller than the diameter of the through hole 641. narrow slit 642.

貫通孔６４１が形成されていることにより、起歪体６２１（外周部材６２０）には、径方向内側の面において、径方向外側に窪む凹部が形成されており、接続部６３０には、軸方向下側の面において、軸方向上側に窪む凹部が形成されており、内周部材６１０には、径方向外側の面において、径方向内側に窪む凹部が形成されている。 By forming the through hole 641, a concave portion recessed radially outward is formed in the radially inner surface of the strain body 621 (outer peripheral member 620), and the connecting portion 630 has a recessed portion recessed toward the radially outer side. A recess that is recessed upward in the axial direction is formed in the lower surface, and a recess that is recessed inward in the radial direction is formed in the inner peripheral member 610 on the outer surface in the radial direction.

起歪体６２１（外周部材６２０）は、第２の弾性部分６２２を有する。すなわち、起歪体６２１（外周部材６２０）の一部は、弾性部分６２２として機能する。起歪体６２１の、径方向に垂直な平面に沿って延在する部分のうち、軸方向の中央部から僅かに上側の領域（凹部が形成されている領域）が、第２の弾性部分６２２となっている。径方向において、第２の弾性部分６２２と、内周部材６１０とは、間隙６４０を介して対向している。第２の弾性部分６２２は、内周部材６１０と対向する面に、径方向に窪む凹部を有する。凹部が形成されていることにより、第２の弾性部分６２２は、起歪体６２１（外周部材６２０）の他の部分と比較して、肉厚（径方向の厚み）が薄くなっており、弾性的なひずみ変形が起こりやすくなっている。 The strain body 621 (outer peripheral member 620) has a second elastic portion 622. That is, a portion of the strain body 621 (outer peripheral member 620) functions as the elastic portion 622. Of the portion of the strain body 621 extending along a plane perpendicular to the radial direction, a region slightly above the center in the axial direction (the region in which the recess is formed) is the second elastic portion 622. It becomes. In the radial direction, the second elastic portion 622 and the inner peripheral member 610 face each other with a gap 640 in between. The second elastic portion 622 has a radially recessed portion on a surface facing the inner peripheral member 610. Due to the formation of the concave portion, the second elastic portion 622 has a thinner wall thickness (thickness in the radial direction) than other portions of the strain body 621 (outer peripheral member 620), and has elasticity. Strain deformation is more likely to occur.

トルクセンサ６００は、それぞれの起歪体６２１が第２の弾性部分６２２を有するので、全体としては複数（本実施の形態においては、４つ）の第２の弾性部分６２２を備えている。複数の第２の弾性部分６２２は、周方向において、ホルダ５０４の外側（内周部材６１０よりも径方向外側）に、４回対称となる位置に並んで配置されている（図７）。 Since each strain body 621 has a second elastic portion 622, the torque sensor 600 includes a plurality of (four in this embodiment) second elastic portions 622 as a whole. The plurality of second elastic portions 622 are arranged in four-fold symmetrical positions in line on the outside of the holder 504 (radially outside the inner peripheral member 610) in the circumferential direction (FIG. 7).

第２の弾性部分６２２の径方向外側の面には、ひずみセンサ６０３が取り付けられている。第２の弾性部分６２２およびひずみセンサ６０３は、それぞれ軸方向に平行な平面に沿って延在している。ひずみセンサ６０３は、第２の弾性部分６２２の、接線方向に対して垂直な平面に沿った方向のひずみを検出できるように取り付けられている。したがって、ひずみセンサ６０３がひずみゲージである場合、グリッドの向き（典型的には、ひずみゲージの長手方向）が軸方向となるように、第２の弾性部分６２２に取り付けられている。ひずみセンサ６０３がひずみゲージである場合、第２の弾性部分６２２のひずみは、抵抗値の変化として検出される。 A strain sensor 603 is attached to the radially outer surface of the second elastic portion 622 . The second elastic portion 622 and the strain sensor 603 each extend along a plane parallel to the axial direction. The strain sensor 603 is installed so as to be able to detect strain in the second elastic portion 622 in a direction along a plane perpendicular to the tangential direction. Therefore, when the strain sensor 603 is a strain gauge, it is attached to the second elastic portion 622 such that the grid orientation (typically, the longitudinal direction of the strain gauge) is in the axial direction. When the strain sensor 603 is a strain gauge, the strain in the second elastic portion 622 is detected as a change in resistance value.

径方向において、起歪体６２１の第２の弾性部分６２２よりも外側には、外部装置１０と接続される固定部６２３が配置されている。固定部６２３は、第２の弾性部分６２２の軸方向下側の端部から、径方向外側に向かって延在する四角形状の板状部分である。固定部６２３の中央部付近には、円形の貫通孔６２３ｈが形成されている。貫通孔６２３ｈに挿通されたボルト６０４により、起歪体６２１は、スペーサ６０５を介して外部装置１０に固定されている。これにより、ホルダ５０４全体は、外部装置１０に固定されている。 A fixing portion 623 connected to the external device 10 is arranged outside the second elastic portion 622 of the strain body 621 in the radial direction. The fixing portion 623 is a rectangular plate-shaped portion extending radially outward from the axially lower end of the second elastic portion 622 . A circular through hole 623h is formed near the center of the fixing portion 623. The strain body 621 is fixed to the external device 10 via a spacer 605 by a bolt 604 inserted into the through hole 623h. Thereby, the entire holder 504 is fixed to the external device 10.

径方向において、第２の軸受６０２は、ホルダ５０４の内周部材６１０の内側に配置されている。第２の軸受６０２は、ホルダ５０４の内周部材６１０に保持されている。第２の軸受６０２の内輪６０２ｉは、円柱状のシャフトＳの外周面（径方向外側の面）に接着または圧入されている。これにより、第２の軸受６０２の内輪６０２ｉは、シャフトＳに固定されている。第２の軸受６０２の外輪６０２ｏは、ホルダ５０４の内周部材６１０の内周面６１０ａに圧入されている。第２の軸受６０２は、シャフトＳをホルダ５０４に対して回転可能に支持している。シャフトＳの軸方向下側の端部は、外部装置１０の貫通孔１１から、外部装置１０の外部に突出している。 In the radial direction, the second bearing 602 is arranged inside the inner peripheral member 610 of the holder 504. The second bearing 602 is held by an inner peripheral member 610 of the holder 504. The inner ring 602i of the second bearing 602 is bonded or press-fitted to the outer circumferential surface (radially outer surface) of the cylindrical shaft S. Thereby, the inner ring 602i of the second bearing 602 is fixed to the shaft S. The outer ring 602o of the second bearing 602 is press-fitted into the inner peripheral surface 610a of the inner peripheral member 610 of the holder 504. The second bearing 602 rotatably supports the shaft S with respect to the holder 504. The lower end of the shaft S in the axial direction projects from the through hole 11 of the external device 10 to the outside of the external device 10 .

ホルダ５０４は、軸方向下側の端部において、径方向内側に突出する円環状の接触部６１１を有する。本実施の形態において、接触部６１１は、ホルダ５０４の内周部材６１０から径方向内側に突出している。接触部６１１は、第２の軸受６０２の外輪６０２ｏの軸方向下側の端面と接触している。これにより、接触部６１１は、第２の軸受６０２を軸方向において下方への移動を規制した状態で支持している。 The holder 504 has an annular contact portion 611 that protrudes radially inward at the lower end in the axial direction. In this embodiment, the contact portion 611 protrudes radially inward from the inner peripheral member 610 of the holder 504. The contact portion 611 is in contact with the axially lower end surface of the outer ring 602o of the second bearing 602. Thereby, the contact portion 611 supports the second bearing 602 in a state in which downward movement in the axial direction is restricted.

内周部材６１０の内周面６１０ａの軸方向下側の端部近傍には、側面視半円形または略半円形の凹部６１２が形成されている。凹部６１２は、接触部６１１の軸方向上側において軸Ｘの周りに円環状に形成されている。凹部６１２の凹面の軸方向下側の端部は、接触部６１１の軸方向上側の端面に滑らかに接続している。 A recess 612 that is semicircular or approximately semicircular in side view is formed near the axially lower end of the inner circumferential surface 610a of the inner circumferential member 610. The recess 612 is formed in an annular shape around the axis X above the contact portion 611 in the axial direction. The axially lower end of the concave surface of the recessed portion 612 is smoothly connected to the axially upper end surface of the contact portion 611 .

センサ装置５００が電動アシスト自転車に用いられる場合、シャフトＳはペダルを備えるクランクシャフトである。一方のペダルが踏まれると、シャフトＳの当該ペダル側が鉛直方向下向きに傾こうとする力が作用するため、第２の軸受６０２が径方向に移動しようとし、ホルダ５０４の一部が径方向外側に向かって押圧される。ホルダ５０４においては、起歪体６２１の第２の弾性部分６２２に応力が集中しやすくなっているため、第２の弾性部分６２２に弾性的なひずみ変形が生じる。 When the sensor device 500 is used for a power-assisted bicycle, the shaft S is a crankshaft provided with pedals. When one pedal is stepped on, a force is applied that tends to tilt the shaft S downward in the vertical direction, so the second bearing 602 tends to move in the radial direction, causing a part of the holder 504 to move outward in the radial direction. being pushed towards. In the holder 504, stress tends to concentrate on the second elastic portion 622 of the strain body 621, so that the second elastic portion 622 undergoes elastic strain deformation.

ひずみセンサ６０３が取り付けられた第２の弾性部分６２２が複数存在すると、シャフトＳのあらゆる方向の傾きに応じた応力を検出することができる。特に、トルクセンサ６００においては、４つの起歪体６２１が、軸Ｘの周りに４回対称となる位置に存在しているため、全ての方向の応力をより正確に検出することができる。検出された応力に応じて、電動アシスト自転車のモータの出力を調節することができる。 If there are a plurality of second elastic parts 622 to which strain sensors 603 are attached, stress corresponding to the inclination of the shaft S in all directions can be detected. In particular, in the torque sensor 600, the four strain bodies 621 are located at four-fold symmetrical positions around the axis X, so that stress in all directions can be detected more accurately. Depending on the detected stress, the output of the motor of the electrically assisted bicycle can be adjusted.

トルクセンサ６００は、磁歪式のセンサを用いるのではなく、ホルダ５０４、第２の軸受６０２およびひずみセンサ６０３を備える簡素な構成となっており、磁歪式のセンサを用いる場合に必要とされる検出コイル等をシャフトＳの周りに配置する必要がないため、装置の小型化が可能となる。また、シャフトＳに対する磁性層の貼り付け等の加工が不要であるため、製造が容易である。 The torque sensor 600 does not use a magnetostrictive sensor, but has a simple configuration including a holder 504, a second bearing 602, and a strain sensor 603, and has the detection required when using a magnetostrictive sensor. Since there is no need to arrange a coil or the like around the shaft S, it is possible to downsize the device. Further, since processing such as attaching a magnetic layer to the shaft S is not necessary, manufacturing is easy.

トルクセンサ６００においては、径方向において、起歪体６２１（外周部材６２０）が、内周部材６１０と、間隙６４０を介して対向している。これにより、トルクセンサ６００においては、起歪体６２１の第２の弾性部分６２２がひずみ変形しやすく、応力を感度よく検出することができる。 In the torque sensor 600, the strain body 621 (outer peripheral member 620) faces the inner peripheral member 610 with a gap 640 in between. Thereby, in the torque sensor 600, the second elastic portion 622 of the strain body 621 is easily strained and deformed, and stress can be detected with high sensitivity.

トルクセンサ６００においては、凹部６１２が形成されていることにより、内周部材６１０の軸方向下側の端部付近の肉厚が薄くなっているため、接触部６１１が軸方向下側に向かって弾性変形しやすくなっている。これにより、第２の軸受６０２に対して軸方向下側に向かって予圧がかけられている場合においても、接触部６１１が弾性変形することにより、予圧による影響を吸収することができる。したがって、トルクセンサ６００においては、第２の軸受６０２に対する予圧が第２の弾性部分６２２のひずみとして現れることが抑制され、ひずみセンサ６０３が応力を高感度に検出することができる。 In the torque sensor 600, the wall thickness near the axially lower end of the inner circumferential member 610 is thinner due to the formation of the recessed portion 612, so that the contact portion 611 moves toward the axially lower side. Easily deformed elastically. As a result, even when a preload is applied to the second bearing 602 downward in the axial direction, the contact portion 611 is elastically deformed, so that the influence of the preload can be absorbed. Therefore, in the torque sensor 600, the preload on the second bearing 602 is suppressed from appearing as strain in the second elastic portion 622, and the strain sensor 603 can detect stress with high sensitivity.

次に、センサ装置５００における、トルクセンサ６００よりも軸方向上側の部分について説明する。センサ装置５００における、トルクセンサ６００よりも軸方向上側の部分は、第４の実施の形態にかかるセンサ装置４００と略同一の構成を有する。ただし、センサ装置５００においては、第４の実施の形態にかかるセンサ装置４００のホルダ４０４の固定部１４３に相当するものはなく、４つの板部５４１が、ホルダ５０４の内周部材６１０の軸方向上側の端面に、軸方向上側に向かって直接立設されている。 Next, a portion of the sensor device 500 located above the torque sensor 600 in the axial direction will be described. A portion of the sensor device 500 above the torque sensor 600 in the axial direction has substantially the same configuration as the sensor device 400 according to the fourth embodiment. However, in the sensor device 500, there is no fixed portion 143 of the holder 404 of the sensor device 400 according to the fourth embodiment, and the four plate portions 541 are arranged in the axial direction of the inner peripheral member 610 of the holder 504. It is erected directly on the upper end face toward the upper side in the axial direction.

４つの板部５４１は、径方向において、第１の軸受５０１の外側に、軸Ｘの周りに４回対称となる位置に配置されている。周方向において、４つの板部５４１は、４つの起歪体６２１に対応する位置に配置されている。それぞれの板部５４１は、伝達部５４５の径方向内側の先端部５４５ａを介して第１の軸受５０１の外周側５０１ｂに接触している。このようにして、ホルダ５０４は、第１の軸受５０１を保持している。なお、第１の軸受５０１は、軸方向において、内周部材６１０の軸方向上側の端面よりも上側に配置されている。 The four plate parts 541 are arranged at four-fold symmetrical positions around the axis X on the outside of the first bearing 501 in the radial direction. In the circumferential direction, the four plate portions 541 are arranged at positions corresponding to the four strain bodies 621. Each plate portion 541 is in contact with the outer peripheral side 501b of the first bearing 501 via the radially inner tip portion 545a of the transmission portion 545. In this way, the holder 504 holds the first bearing 501. Note that the first bearing 501 is arranged above the axially upper end surface of the inner circumferential member 610 in the axial direction.

それぞれの板部５４１は、ひずみゲージ１０２を保持している。すなわち、センサ装置５００のホルダ５０４は、平面視時計回りに、第１の板部５４１ａに保持された第１のひずみゲージ１０２ａ、第２の板部５４１ｂに保持された第２のひずみゲージ１０２ｂ、第３の板部５４１ｃに保持された第３のひずみゲージ１０２ｃ、第４の板部５４１ｄに保持された第４のひずみゲージ１０２ｄの合計４つのひずみゲージ１０２を保持している。 Each plate portion 541 holds a strain gauge 102. That is, the holder 504 of the sensor device 500 includes, clockwise in plan view, the first strain gauge 102a held by the first plate part 541a, the second strain gauge 102b held by the second plate part 541b, A total of four strain gauges 102 are held, including a third strain gauge 102c held by a third plate part 541c and a fourth strain gauge 102d held by a fourth plate part 541d.

周方向において隣り合う２つのひずみゲージ１０２、例えば、第１のひずみゲージ１０２ａと第２のひずみゲージ１０２ｂとは、軸Ｘを含む平面に関して対称となる位置に配置されている。センサ装置５００において、軸Ｘから第１のひずみゲージ１０２ａへ向かう方向と、軸Ｘから第２のひずみゲージ１０２ｂへ向かう方向とがなす角度は、９０°となっている。４つの板部５４１は全て同一の構成を有するため、以降、１つの板部５４１のみを詳細に説明し、他の板部５４１については必要な場合を除いて詳細な説明を省略する。 Two strain gauges 102 adjacent in the circumferential direction, for example, a first strain gauge 102a and a second strain gauge 102b, are arranged at symmetrical positions with respect to a plane containing the axis X. In the sensor device 500, the angle between the direction from the axis X toward the first strain gauge 102a and the direction from the axis X toward the second strain gauge 102b is 90 degrees. Since all four plate parts 541 have the same configuration, only one plate part 541 will be explained in detail hereafter, and detailed explanation of the other plate parts 541 will be omitted unless necessary.

径方向において、板部５４１の内側の面には、接線方向に延びる側面視半円形の凹部５４４が形成されている。凹部５４４は、板部５４１の、軸方向下側の端部近傍に形成されている。板部５４１においては、凹部５４４が形成された部分は肉厚が薄くなっており、弾性的なひずみ変形が可能な第１の弾性部分５４２となっている。ひずみゲージ１０２は、第１の弾性部分５４２の径方向外側の面に取り付けられている。第１の弾性部分５４２のひずみ変形は、ひずみゲージ１０２の抵抗値の変化として検出可能となっている。板部５４１の接線方向中央部、かつ凹部５４４よりも軸方向上側には、径方向に貫通する円形の孔である開口部５４１ｈが形成されている。開口部５４１ｈには、ピン状の伝達部５４５が挿入されている。伝達部５４５は、開口部５４１ｈに、接着または圧入により固定されている。 In the radial direction, the inner surface of the plate portion 541 is formed with a recessed portion 544 that extends in the tangential direction and is semicircular in side view. The recessed portion 544 is formed near the lower end of the plate portion 541 in the axial direction. In the plate portion 541, the portion where the recessed portion 544 is formed has a thinner wall thickness, and serves as a first elastic portion 542 capable of elastic strain deformation. Strain gauge 102 is attached to the radially outer surface of first elastic portion 542 . Strain deformation of the first elastic portion 542 can be detected as a change in the resistance value of the strain gauge 102. An opening 541h, which is a circular hole penetrating in the radial direction, is formed in the central portion of the plate portion 541 in the tangential direction and above the recess 544 in the axial direction. A pin-shaped transmission portion 545 is inserted into the opening 541h. The transmission portion 545 is fixed to the opening 541h by adhesive or press fitting.

伝達部５４５は、先の尖った先端部５４５ａを有する。伝達部５４５は、径方向において、先端部５４５ａが板部５４１よりも内側へ突出するように配置されている。第１の軸受５０１の外周側５０１ｂは、伝達部５４５の先端部５４５ａに点接触している。したがって、伝達部５４５は、先端部５４５ａを介して、第１の軸受５０１の変位を板部５４１へ伝達することができる。 The transmission portion 545 has a pointed tip portion 545a. The transmission portion 545 is arranged such that the tip portion 545a protrudes inward from the plate portion 541 in the radial direction. The outer peripheral side 501b of the first bearing 501 is in point contact with the tip 545a of the transmission section 545. Therefore, the transmission portion 545 can transmit the displacement of the first bearing 501 to the plate portion 541 via the tip portion 545a.

図８において、偏心部材１０３の最大厚部分１０３ａは、第３の板部５４１ｃと近い位置にあり、偏心部材１０３の最小厚部分１０３ｂは、第１の板部５４１ａと近い位置にある。そのため、第３の板部５４１ｃは、第１の軸受５０１によって径方向外側へ向かって押圧されている。なお、第３の板部５４１ｃに隣り合う第２の板部５４１ｂおよび第４の板部５４１ｄも、第１の軸受５０１によって径方向外側へ僅かに押圧されている。 In FIG. 8, the maximum thickness portion 103a of the eccentric member 103 is located close to the third plate portion 541c, and the minimum thickness portion 103b of the eccentric member 103 is located close to the first plate portion 541a. Therefore, the third plate portion 541c is pressed radially outward by the first bearing 501. Note that the second plate portion 541b and the fourth plate portion 541d adjacent to the third plate portion 541c are also slightly pressed radially outward by the first bearing 501.

したがって、図８においては、第３の板部５４１ｃの第１の弾性部分５４２が最も大きくひずみ変形をしており、第３の板部５４１ｃの軸方向上側が、径方向外側に向かって反りかえった状態となっている。第３の板部５４１ｃに隣り合う第２の板部５４１ｂおよび第４の板部５４１ｄの第１の弾性部分５４２は、僅かにひずみ変形した状態にある。第１の板部５４１ａの第１の弾性部分５４２は、最もひずみ変形をしていない状態、または全くひずみ変形をしていない状態にある。 Therefore, in FIG. 8, the first elastic portion 542 of the third plate portion 541c has undergone the largest strain deformation, and the upper side of the third plate portion 541c in the axial direction is warped toward the outside in the radial direction. The situation is as follows. The first elastic portions 542 of the second plate portion 541b and the fourth plate portion 541d adjacent to the third plate portion 541c are in a slightly strained state. The first elastic portion 542 of the first plate portion 541a is in a state where it is least strained or not strained at all.

シャフトＳが回転すると、シャフトＳに固定された偏心部材１０３も共に回転し、それに伴い、第１の軸受５０１の中心軸Ｙも軸Ｘの周りを回転する。例えば、シャフトＳが平面視時計回りに回転すると、第１の軸受５０１の中心軸Ｙは軸Ｘの周りに平面視時計回りに回転する。図８の状態から、第１の軸受５０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転すると、第４の板部５４１ｄの第１の弾性部分５４２が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。 When the shaft S rotates, the eccentric member 103 fixed to the shaft S also rotates, and the central axis Y of the first bearing 501 also rotates around the axis X accordingly. For example, when the shaft S rotates clockwise in a plan view, the central axis Y of the first bearing 501 rotates around the axis X in a clockwise direction in a plan view. When the central axis Y of the first bearing 501 rotates 90° clockwise in plan view from the state shown in FIG. 8, the first elastic portion 542 of the fourth plate portion 541d undergoes the most strain deformation. Transition to state.

このように、本実施の形態にかかるセンサ装置５００においては、第１の軸受５０１の中心軸Ｙが軸Ｘの周りに平面視時計回りに９０°回転する度に、順に、第３の板部５４１ｃ、第４の板部５４１ｄ、第１の板部５４１ａ、第２の板部５４１ｂの第１の弾性部分５４２が最もひずみ変形をした状態へ遷移する。したがって、それぞれの板部５４１に取り付けられたひずみゲージ１０２により、シャフトＳの回転角度を検出することができる。 In this way, in the sensor device 500 according to the present embodiment, each time the central axis Y of the first bearing 501 rotates 90° clockwise in plan view around the axis X, the third plate portion 541c, the fourth plate portion 541d, the first plate portion 541a, and the first elastic portion 542 of the second plate portion 541b transition to the most strained state. Therefore, the rotation angle of the shaft S can be detected by the strain gauges 102 attached to each plate portion 541.

本実施の形態にかかるセンサ装置５００は、第４の実施の形態にかかるセンサ装置４００について上記した特性を同様に有する。また、本実施の形態にかかるセンサ装置５００は、トルクセンサ６００とホルダ５０４とが一体に形成されている。したがって、電動アシスト自転車への適用時等、回転角度の検出のためのセンサ（ケイデンスセンサ等）およびトルクセンサの両方を実装させる場合に、全体として小型化が可能となる。 The sensor device 500 according to this embodiment similarly has the characteristics described above for the sensor device 400 according to the fourth embodiment. Further, in the sensor device 500 according to this embodiment, the torque sensor 600 and the holder 504 are integrally formed. Therefore, when both a sensor for detecting a rotation angle (cadence sensor, etc.) and a torque sensor are mounted, such as when applied to a power-assisted bicycle, the overall size can be reduced.

本実施の形態にかかるセンサ装置５００は、周方向において、板部５４１へ取り付けられるひずみゲージ１０２と、トルクセンサ６００へ取り付けられるひずみセンサ６０３とが、対応する位置に配置されている。また、ひずみセンサ６０３がひずみゲージである場合、全てのひずみゲージ１０２およびひずみセンサ６０３が同じ向き（典型的には、長手方向が軸方向に一致する向き）となる。以上より、ひずみゲージ１０２およびひずみセンサ６０３を取り付ける際の作業性が向上する。 In the sensor device 500 according to this embodiment, the strain gauge 102 attached to the plate portion 541 and the strain sensor 603 attached to the torque sensor 600 are arranged at corresponding positions in the circumferential direction. Further, when the strain sensor 603 is a strain gauge, all the strain gauges 102 and the strain sensor 603 are oriented in the same direction (typically, the longitudinal direction is oriented in the same direction as the axial direction). As described above, the workability when attaching the strain gauge 102 and the strain sensor 603 is improved.

さらに、本実施の形態にかかるセンサ装置５００においては、シャフトＳが傾こうとする力によりホルダ５０４に発生する応力が、軸方向下側に配置されたトルクセンサ６００の外周部材６２０によって吸収されるため、当該応力が、軸方向上側に配置されたひずみゲージ１０２に影響を及ぼすことを抑制することができる。したがって、本実施の形態にかかるセンサ装置５００においては、シャフトＳの回転角度をより精度よく検出することができる。 Furthermore, in the sensor device 500 according to the present embodiment, the stress generated in the holder 504 due to the force that causes the shaft S to tilt is absorbed by the outer peripheral member 620 of the torque sensor 600 disposed on the lower side in the axial direction. Therefore, it is possible to suppress the stress from affecting the strain gauge 102 disposed on the upper side in the axial direction. Therefore, in the sensor device 500 according to the present embodiment, the rotation angle of the shaft S can be detected with higher accuracy.

以上、本発明のセンサ装置について、好ましい実施の形態を挙げて説明したが、本発明のセンサ装置は上記実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態にかかる各センサ装置は、電動アシスト自転車のケイデンスセンサとして用いられることを想定して記載されているが、本発明のセンサ装置は、電動アシスト自転車のケイデンスセンサとして用いられるものに限られない。 Although the sensor device of the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the sensor device of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiments. For example, each sensor device according to the above embodiments is described with the assumption that it will be used as a cadence sensor for an electrically assisted bicycle, but the sensor device of the present invention is one that is used as a cadence sensor for an electrically assisted bicycle. Not limited to.

上記実施の形態にかかる各センサ装置において、軸受とシャフトとの間には偏心部材が配置されているが、本発明のセンサ装置はこれに限られず、偏心部材を用いずに軸受とシャフトとを互いに偏心させてもよい。たとえば、それ自体が偏心した形状を有するシャフトまたは軸受を用いてもよい。また、シャフトと軸受との間に樹脂等を充填して硬化させることで、軸受とシャフトとを互いに偏心させてもよい。さらに、偏心部材を用いる場合であっても、偏心部材の形状は特に限定されない。例えば、シャフトの外周面に突起部を設け、これを偏心部材としてもよい。 In each of the sensor devices according to the embodiments described above, an eccentric member is arranged between the bearing and the shaft, but the sensor device of the present invention is not limited to this, and the sensor device of the present invention can connect the bearing and the shaft without using an eccentric member. They may be eccentric to each other. For example, shafts or bearings that themselves have an eccentric shape may be used. Alternatively, the bearing and the shaft may be made eccentric to each other by filling a resin or the like between the shaft and the bearing and hardening the resin. Furthermore, even if an eccentric member is used, the shape of the eccentric member is not particularly limited. For example, a protrusion may be provided on the outer peripheral surface of the shaft, and this may be used as an eccentric member.

上記実施の形態にかかる各センサ装置においては、４つのひずみゲージが用いられていたが、ひずみゲージの数は、１つであってもよく、２つであってもよく、３つであってもよく、５つ以上であってもよい。ひずみゲージの数が１つの場合であっても、回転の速度を検出することは可能である。ただし、回転角度の検出のためには、ひずみゲージの数は２つ以上であることが好ましい。 In each sensor device according to the above embodiments, four strain gauges were used, but the number of strain gauges may be one, two, or three. The number may be five or more. Even when the number of strain gauges is one, it is possible to detect the speed of rotation. However, in order to detect the rotation angle, it is preferable that the number of strain gauges is two or more.

上記実施の形態にかかる各センサ装置においては、第１のひずみゲージと前記第２のひずみゲージとが、シャフトの中心軸を含む平面に関して対称となる位置に配置され、シャフトの中心軸から第１のひずみゲージへ向かう方向と、シャフトの中心軸から第２のひずみゲージへ向かう方向とがなす角度が、９０°となっている。しかしながら、当該角度は、どのような角度であってもよい。ただし、回転角度の検出のためには、当該角度は１８０°ではないことが好ましい。 In each of the sensor devices according to the above embodiments, the first strain gauge and the second strain gauge are arranged at symmetrical positions with respect to a plane including the central axis of the shaft, and The angle between the direction toward the second strain gauge and the direction from the central axis of the shaft toward the second strain gauge is 90°. However, the angle may be any angle. However, in order to detect the rotation angle, it is preferable that the angle is not 180°.

第５の実施の形態にかかるセンサ装置５００においては、トルクセンサ６００よりも軸方向上側の部分は、第４の実施の形態にかかるセンサ装置４００と略同一の構成を有していたが、トルクセンサ６００よりも軸方向上側の部分は、上記他の実施の形態にかかるセンサ装置と略同一の構成となっていてもよい。 In the sensor device 500 according to the fifth embodiment, the portion above the torque sensor 600 in the axial direction has substantially the same configuration as the sensor device 400 according to the fourth embodiment, but the torque A portion above the sensor 600 in the axial direction may have substantially the same configuration as the sensor device according to the other embodiments described above.

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のセンサ装置を適宜改変し、また各種構成の組み合わせを変更することができる。かかる変更によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。 In addition, those skilled in the art can appropriately modify the sensor device of the present invention and change the combinations of various configurations according to conventionally known knowledge. As long as such changes still have the structure of the present invention, they are, of course, included within the scope of the present invention.

Ｓ…シャフト、１００，２００，３００，４００，５００…センサ装置、１０１，５０１…軸受（第１の軸受）、１０１ａ，５０１ａ…内周側、１０１ｂ，５０１ｂ…外周側、１０２…ひずみゲージ、１０３，３０３…偏心部材、１０４，２０４，４０４，５０４…ホルダ、４４５，５４５…伝達部、４４１ｈ，５４１ｈ…開口部、６００…トルクセンサ。 S...Shaft, 100,200,300,400,500...Sensor device, 101,501...Bearing (first bearing), 101a, 501a...Inner circumference side, 101b, 501b...Outer circumference side, 102...Strain gauge, 103 , 303... Eccentric member, 104, 204, 404, 504... Holder, 445, 545... Transmission section, 441h, 541h... Opening, 600... Torque sensor.

Claims (9)

シャフトと、
内周側および外周側を有する軸受と、
前記軸受の前記外周側に直接または他の部材を介して取り付けられたひずみゲージと、を有し、
径方向において、前記シャフトは、前記軸受の前記内周側の内側に配置され、
前記軸受と前記シャフトとは、互いに偏心している、センサ装置。 shaft and
a bearing having an inner circumferential side and an outer circumferential side;
a strain gauge attached directly to the outer peripheral side of the bearing or via another member;
In the radial direction, the shaft is arranged inside the inner peripheral side of the bearing,
In the sensor device, the bearing and the shaft are eccentric to each other. 前記軸受の前記内周側と前記シャフトとの間に偏心部材が配置されており、
前記偏心部材は、前記軸受と前記シャフトとを互いに偏心させる、請求項１に記載のセンサ装置。 An eccentric member is disposed between the inner peripheral side of the bearing and the shaft,
The sensor device according to claim 1, wherein the eccentric member makes the bearing and the shaft eccentric to each other. 前記偏心部材は環状部材である、請求項２に記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 2, wherein the eccentric member is an annular member. 前記偏心部材は楔である、請求項２に記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 2, wherein the eccentric member is a wedge. 前記ひずみゲージは、第１のひずみゲージと第２のひずみゲージとを含む複数のひずみゲージであり、
前記第１のひずみゲージと前記第２のひずみゲージとは、前記シャフトの中心軸を含む平面に関して対称となる位置に配置される、請求項１に記載のセンサ装置。 The strain gauge is a plurality of strain gauges including a first strain gauge and a second strain gauge,
The sensor device according to claim 1, wherein the first strain gauge and the second strain gauge are arranged at symmetrical positions with respect to a plane containing the central axis of the shaft. 前記ひずみゲージを保持するホルダを有する、請求項１に記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 1, further comprising a holder that holds the strain gauge. 前記軸受の変位を前記ホルダに伝達する伝達部を有し、
前記ホルダは開口部を備え、
前記伝達部は、前記開口部に配置される、請求項６に記載のセンサ装置。 a transmission part that transmits displacement of the bearing to the holder;
the holder includes an opening;
The sensor device according to claim 6, wherein the transmission section is arranged in the opening. トルクセンサを有し、
前記ひずみゲージは、軸方向の一方側に配置され、
前記トルクセンサは、軸方向の他方側に配置される、請求項１に記載のセンサ装置。 Has a torque sensor,
The strain gauge is arranged on one side in the axial direction,
The sensor device according to claim 1, wherein the torque sensor is arranged on the other side in the axial direction. 前記ひずみゲージを保持するホルダを有し、前記ホルダは前記トルクセンサのホルダと一体に形成されている、請求項８に記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 8, further comprising a holder that holds the strain gauge, the holder being formed integrally with a holder of the torque sensor.
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