JP2024013723A

JP2024013723A - torque sensor

Info

Publication number: JP2024013723A
Application number: JP2022116040A
Authority: JP
Inventors: 賢二栗原; Kenji Kurihara
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-02-01
Also published as: CN117433679A

Abstract

To reduce torque rigidity relative to the other axis rigidity compared to before.SOLUTION: A torque sensor comprises: a flange 1 that has an outer peripheral side fastening part 11 provided on an outer peripheral side and connected with a first external instrument 101, an inner peripheral side fastening part 12 provided on an inner peripheral side and connected with a second external instrument 102, and a sensing part 14 provided between the outer peripheral side fastening part 11 and the inner peripheral side fastening part 12; sensor elements 2 that are joined to the sensing part 14 of the flange 1; and beam-like members 3 that are provided on the flange 1. The beam-like member 3 has: a first plate part 31 that has a principal surface arranged along a circumferential direction of the flange 1, is connected with the outer peripheral side of the flange 1 at one end, and extends in an axial direction of the flange 1; a second plate part 32 that has a principal surface arranged along the circumferential direction of the flange 1, is connected with the inner peripheral side of the flange 1 at one end, and extends in the axial direction of the flange 1; and a coupling plate part 33 that couples the other end of the first plate part 31 and the other end of the second plate part 32 to each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、トルクを検出するトルクセンサに関する。 The present disclosure relates to a torque sensor that detects torque.

トルクセンサは、フランジに搭載されたセンサチップであるセンサ素子によって、トルク（トルク軸周りにおける加重）を検出する。このトルクセンサにおけるトルクの検知方法としては、トルク負荷以外の影響をキャンセル又は補正することでトルクのみ検知する方法が挙げられる。 A torque sensor detects torque (load around a torque axis) using a sensor element, which is a sensor chip mounted on a flange. As a method of detecting torque in this torque sensor, there is a method of detecting only torque by canceling or correcting influences other than torque load.

従来のトルクセンサでは、例えば図９及び図１０に示すように、ディスク状のフランジ１に、外周側締結部１１、内周側締結部１２、スリット部１３、及び、センシング部１４が設けられている。 In a conventional torque sensor, as shown in FIGS. 9 and 10, for example, a disk-shaped flange 1 is provided with an outer fastening part 11, an inner fastening part 12, a slit part 13, and a sensing part 14. There is.

外周側締結部１１は、第１の外部機器（不図示）が締結される部位である。この外周側締結部１１は、フランジ１における外周側に設けられ、フランジ１における一方の面に上記第１の外部機器が締結される。 The outer peripheral side fastening part 11 is a part to which a first external device (not shown) is fastened. The outer circumferential fastening portion 11 is provided on the outer circumferential side of the flange 1, and the first external device is fastened to one surface of the flange 1.

この外周側締結部１１には、孔１１１が周方向に複数設けられている。孔１１１は、ボルト等の締結部材（不図示）の軸部を挿入可能に構成されている。そして、この孔１１１により、上記第１の外部機器が上記締結部材を介して外周側締結部１１に締結される。
図９及び図１０では、孔１１１は、合計８つ設けられている。 A plurality of holes 111 are provided in the outer circumferential fastening portion 11 in the circumferential direction. The hole 111 is configured to allow insertion of a shaft portion of a fastening member (not shown) such as a bolt. Through this hole 111, the first external device is fastened to the outer circumferential fastening portion 11 via the fastening member.
In FIGS. 9 and 10, a total of eight holes 111 are provided.

内周側締結部１２は、第２の外部機器（不図示）が締結される部位である。この内周側締結部１２は、フランジ１における内周側に設けられ、フランジ１における他方の面に上記第２の外部機器が締結される。 The inner circumferential fastening part 12 is a part to which a second external device (not shown) is fastened. The inner circumferential fastening portion 12 is provided on the inner circumferential side of the flange 1, and the second external device is fastened to the other surface of the flange 1.

この内周側締結部１２には、孔１２１が周方向に複数設けられている。孔１２１は、ボルト等の締結部材（不図示）の軸部を挿入可能に構成されている。そして、この孔１２１により、上記第２の外部機器が上記締結部材を介して内周側締結部１２に締結される。
図９及び図１０では、孔１２１は、合計８つ設けられている。 A plurality of holes 121 are provided in the inner circumferential fastening portion 12 in the circumferential direction. The hole 121 is configured to allow insertion of a shaft portion of a fastening member (not shown) such as a bolt. Through this hole 121, the second external device is fastened to the inner circumferential fastening portion 12 via the fastening member.
In FIGS. 9 and 10, a total of eight holes 121 are provided.

なお、例えば、ロボットにおけるモータ等の駆動系及びロボットハンド等の負荷系のうちの一方が、第１の外部機器に相当し、当該駆動系及び当該負荷系のうちの他方が、第２の外部機器に相当する。 Note that, for example, one of a drive system such as a motor in a robot and a load system such as a robot hand corresponds to a first external device, and the other of the drive system and load system corresponds to a second external device. Corresponds to equipment.

スリット部１３は、フランジ１における外周側締結部１１と内周側締結部１２と間に複数設けられた円弧状のスリットである。この複数のスリット部１３は、回転対称に配置されている。図９及び図１０では、スリット部１３は、８つ設けられている。
このスリット部１３は、トルクセンサに加えられるトルクに対する感度を向上するための部位である。 The slit portions 13 are arc-shaped slits provided between the outer fastening portion 11 and the inner fastening portion 12 of the flange 1 . The plurality of slit portions 13 are arranged rotationally symmetrically. In FIGS. 9 and 10, eight slit portions 13 are provided.
This slit portion 13 is a portion for improving the sensitivity to torque applied to the torque sensor.

センシング部１４は、スリット部１３間に設けられ、センサ素子２が設けられた部位である。図９及び図１０では、センシング部１４は、トルク軸（トルクセンサの軸心）に垂直な面（フランジ面）において９０°毎に設けられた軸（センサ軸）を中心にして１つずつ、合計４か所設けられている。 The sensing portion 14 is a portion provided between the slit portions 13 and provided with the sensor element 2. In FIGS. 9 and 10, the sensing units 14 are arranged one by one around axes (sensor axes) provided every 90° on a plane (flange surface) perpendicular to the torque axis (axis center of the torque sensor). There are a total of 4 locations.

そして、センサ素子２は、フランジ１におけるセンシング部１４に接合されている。 The sensor element 2 is joined to the sensing portion 14 on the flange 1.

一方、このトルクセンサにおける剛性に関する設計は、トルク検出精度に関わる重要な要素である（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、第１構造体と第２構造体を備えるトルクセンサにおいて、剛性に関する重要性が示されている。 On the other hand, the design regarding the rigidity of this torque sensor is an important element related to torque detection accuracy (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 indicates the importance of rigidity in a torque sensor including a first structure and a second structure.

より具体的には、トルクセンサにおいて、他軸剛性（トルク軸に垂直な軸であるＸ軸周りのモーメント、又は、トルク軸に垂直な軸であるＹ軸周りのモーメントの剛性）とトルク剛性（トルク軸であるＺ軸周りのモーメントの剛性）の比を大きくすることについて、常に改善が求められている。
すなわち、トルクセンサにおいて、他軸剛性に対してトルク剛性が低い場合、トルク感度の高い構造となる。また、この場合、トルクセンサは、キャンセルし切れない他軸負荷の影響による誤差も小さくできる。 More specifically, in a torque sensor, other axis rigidity (rigidity of moment around the X-axis, which is an axis perpendicular to the torque axis, or moment around the Y-axis, which is an axis perpendicular to the torque axis) and torque rigidity ( There is a constant need for improvement in increasing the ratio of the moment (rigidity to moment around the Z-axis, which is the torque axis).
That is, in a torque sensor, when the torque rigidity is lower than the rigidity of other axes, the structure has a high torque sensitivity. Furthermore, in this case, the torque sensor can also reduce errors caused by the influence of other shaft loads that cannot be canceled out.

しかしながら、従来のトルクセンサでは、円板部材であるフランジの設計に限界があり、他軸剛性に対してトルク剛性を十分に低くすることができない。そのため、従来のトルクセンサでは、キャンセルし切れない他軸負荷の影響によるトルクの検出誤差が生じていた。ここで、例えば、力制御に利用されるトルクに検出誤差が生じている場合、その力制御の誤差に直結してしまう。 However, in conventional torque sensors, there is a limit to the design of the flange, which is a disc member, and the torque rigidity cannot be made sufficiently low relative to the rigidity of other axes. Therefore, in conventional torque sensors, a torque detection error occurs due to the influence of the load on other shafts that cannot be canceled out. Here, for example, if a detection error occurs in the torque used for force control, this will directly lead to an error in the force control.

特開２０２０－１２６６０号公報JP2020-12660A

このように、従来のトルクセンサでは、他軸剛性に対してトルク剛性を十分に低くすることができない。そして、その結果、従来のトルクセンサでは、キャンセルし切れない他軸負荷の影響によるトルクの検出誤差が生じていた。 As described above, in the conventional torque sensor, the torque rigidity cannot be made sufficiently lower than the rigidity of other axes. As a result, in the conventional torque sensor, a torque detection error occurs due to the influence of the load on other shafts that cannot be canceled out.

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来に対し、他軸剛性に対してトルク剛性を低くすることが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 disclosure has been made in order to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a torque sensor that can lower torque rigidity with respect to other axis rigidities than conventional ones.

本開示に係るトルクセンサは、外周側に設けられて第１の外部機器が締結される外周側締結部、内周側に設けられて第２の外部機器が締結される内周側締結部、及び、当該外周側締結部と当該内周側締結部との間に設けられたセンシング部を有するフランジと、フランジにおけるセンシング部に接合されたセンサ素子と、フランジに設けられた梁状部材とを備え、梁状部材は、主面が当該フランジにおける周方向に沿って配置され、一端側がフランジの外周側に接続され、当該フランジの軸方向に延びた第１の板部と、主面が当該フランジにおける周方向に沿って配置され、一端側がフランジの内周側に接続され、当該フランジの軸方向に延びた第２の板部と、第１の板部における他端側と第２の板部における他端側とを連結する連結板部とを有することを特徴とする。 The torque sensor according to the present disclosure includes an outer circumferential side fastening part provided on the outer circumferential side and to which the first external device is fastened, an inner circumferential side fastening part provided on the inner circumferential side and fastened to the second external device, and a flange having a sensing portion provided between the outer peripheral side fastening portion and the inner peripheral side fastening portion, a sensor element joined to the sensing portion of the flange, and a beam-like member provided on the flange. The beam-like member has a first plate portion whose main surface is arranged along the circumferential direction of the flange, whose one end side is connected to the outer circumferential side of the flange, and which extends in the axial direction of the flange, and whose main surface is arranged along the circumferential direction of the flange. a second plate part arranged along the circumferential direction of the flange, one end side connected to the inner peripheral side of the flange, and extending in the axial direction of the flange; and the other end side of the first plate part and the second plate part. It is characterized by having a connecting plate part that connects the other end side of the part.

本開示によれば、上記のように構成したので、従来に対し、他軸剛性に対してトルク剛性を低くすることが可能となる。 According to the present disclosure, since the structure is configured as described above, it is possible to lower the torque rigidity with respect to the rigidity of other axes compared to the conventional art.

実施の形態１に係るトルクセンサの構成例を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration example of a torque sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るトルクセンサの構成例を示す模式的な側断面図である。1 is a schematic side sectional view showing a configuration example of a torque sensor according to Embodiment 1. FIG. 図３Ａ、図３Ｂは、実施の形態１に係るトルクセンサの効果例を説明するための図である。3A and 3B are diagrams for explaining an example of the effect of the torque sensor according to the first embodiment. 実施の形態１に係るトルクセンサの効果例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the effect of the torque sensor according to the first embodiment. 実施の形態１に係るトルクセンサの別の構成例を示す模式的な側断面図である。FIG. 3 is a schematic side sectional view showing another configuration example of the torque sensor according to the first embodiment. 実施の形態１に係るトルクセンサの別の構成例を示す模式的な側断面図である。FIG. 3 is a schematic side sectional view showing another configuration example of the torque sensor according to the first embodiment. 実施の形態１に係るトルクセンサの別の構成例を示す模式的な側断面図である。FIG. 3 is a schematic side sectional view showing another configuration example of the torque sensor according to the first embodiment. 実施の形態１に係るトルクセンサの別の構成例を斜視図である。3 is a perspective view of another configuration example of the torque sensor according to Embodiment 1. FIG. 従来のトルクセンサの構成例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of a conventional torque sensor. 従来のトルクセンサの構成例を示す上面図である。FIG. 2 is a top view showing a configuration example of a conventional torque sensor.

以下、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及び図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。
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及び図２に示すように、フランジ１、センサ素子２、梁状部材３、及び、演算部４（不図示）を備えている。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1.
1 and 2 are diagrams showing a configuration example of a torque sensor according to the first embodiment.
A torque sensor detects torque. As shown in FIGS. 1 and 2, this torque sensor includes a flange 1, a sensor element 2, a beam member 3, and a calculation section 4 (not shown).

フランジ１は、例えばステンレスにより構成される。
図１及び図２に示すフランジ１は、軸心に孔を有するディスク状部材である。このフランジ１は、図１及び図２に示すように、外周側締結部１１、内周側締結部１２、スリット部１３、及び、センシング部１４を有している。 The flange 1 is made of stainless steel, for example.
The flange 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a disk-shaped member having a hole in its axis. As shown in FIGS. 1 and 2, the flange 1 has an outer fastening part 11, an inner fastening part 12, a slit part 13, and a sensing part 14.

外周側締結部１１は、第１の外部機器１０１が締結される部位である。この外周側締結部１１は、フランジ１における外周側に設けられている。図２では、第１の外部機器１０１が、フランジ１における一方の面（下面）に締結される場合を示している。
なお、図１では、第１の外部機器１０１の図示を省略している。 The outer circumferential fastening portion 11 is a portion to which the first external device 101 is fastened. This outer circumferential fastening portion 11 is provided on the outer circumferential side of the flange 1 . FIG. 2 shows a case where the first external device 101 is fastened to one surface (lower surface) of the flange 1.
Note that in FIG. 1, illustration of the first external device 101 is omitted.

この外周側締結部１１には、孔１１１が周方向に複数設けられている。孔１１１は、ボルト等の締結部材５の軸部を挿入可能に構成されている。そして、この孔１１１により、上記第１の外部機器１０１が上記締結部材５を介して外周側締結部１１に締結される。図１及び図２では、孔１１１は、合計８つ設けられている。
なお、図１では、孔１１１に挿入される締結部材５の図示を省略している。 A plurality of holes 111 are provided in the outer circumferential fastening portion 11 in the circumferential direction. The hole 111 is configured such that a shaft portion of a fastening member 5 such as a bolt can be inserted thereinto. Through this hole 111, the first external device 101 is fastened to the outer circumferential fastening portion 11 via the fastening member 5. In FIGS. 1 and 2, a total of eight holes 111 are provided.
Note that in FIG. 1, illustration of the fastening member 5 inserted into the hole 111 is omitted.

内周側締結部１２は、第２の外部機器１０２が締結される部位である。この内周側締結部１２は、フランジ１における内周側に設けられている。図２では、第２の外部機器１０２が、フランジ１における一方の面（下面）に締結される場合を示している。
なお、図１では、第２の外部機器１０２の図示を省略している。 The inner circumferential fastening part 12 is a part to which the second external device 102 is fastened. This inner circumferential fastening portion 12 is provided on the inner circumferential side of the flange 1 . FIG. 2 shows a case where the second external device 102 is fastened to one surface (lower surface) of the flange 1.
Note that in FIG. 1, illustration of the second external device 102 is omitted.

この内周側締結部１２には、孔１２１が周方向に複数設けられている。孔１２１は、ボルト等の締結部材５の軸部を挿入可能に構成されている。そして、この孔１２１により、上記第２の外部機器１０２が上記締結部材５を介して内周側締結部１２に締結される。図１及び図２では、孔１２１は、合計８つ設けられている。
なお、図１では、孔１２１に挿入される締結部材５の図示を省略している。 A plurality of holes 121 are provided in the inner circumferential fastening portion 12 in the circumferential direction. The hole 121 is configured such that a shaft portion of a fastening member 5 such as a bolt can be inserted thereinto. Through this hole 121, the second external device 102 is fastened to the inner circumferential fastening portion 12 via the fastening member 5. In FIGS. 1 and 2, a total of eight holes 121 are provided.
Note that in FIG. 1, illustration of the fastening member 5 inserted into the hole 121 is omitted.

なお、例えば、ロボットにおけるモータ等の駆動系及びロボットハンド等の負荷系のうちの一方が、第１の外部機器１０１に相当し、当該駆動系及び当該負荷系のうちの他方が、第２の外部機器１０２に相当する。 Note that, for example, one of a drive system such as a motor in a robot and a load system such as a robot hand corresponds to the first external device 101, and the other of the drive system and the load system corresponds to the second external device 101. This corresponds to the external device 102.

スリット部１３は、フランジ１における外周側締結部１１と内周側締結部１２と間に複数設けられた円弧状のスリットである。この複数のスリット部１３は、回転対称に配置されている。図１及び図２では、スリット部１３は、８つ設けられている。
このスリット部１３は、トルクセンサに加えられるトルクに対する感度を向上するための部位である。 The slit portions 13 are arc-shaped slits provided between the outer fastening portion 11 and the inner fastening portion 12 of the flange 1 . The plurality of slit portions 13 are arranged rotationally symmetrically. In FIGS. 1 and 2, eight slit portions 13 are provided.
This slit portion 13 is a portion for improving the sensitivity to torque applied to the torque sensor.

センシング部１４は、スリット部１３との間に設けられ、センサ素子２が設けられた部位である。図１及び図２では、センシング部１４は、トルク軸（トルクセンサの軸心）に垂直な面（フランジ面）において９０°毎に設けられた軸（センサ軸）を中心にして１つずつ、合計４か所設けられている。 The sensing part 14 is a part provided between the slit part 13 and the sensor element 2. In FIGS. 1 and 2, the sensing units 14 are arranged one by one around axes (sensor axes) provided every 90° on a plane (flange surface) perpendicular to the torque axis (axis center of the torque sensor). There are a total of 4 locations.

なお、図１及び図２に示すフランジ１の構成は一例であり、フランジ１の構成はこれに限らない。すなわち、フランジ１は、外周側締結部１１、内周側締結部１２、及び、センシング部１４を有するフランジであればよい。 In addition, the structure of the flange 1 shown in FIG.1 and FIG.2 is an example, and the structure of the flange 1 is not limited to this. That is, the flange 1 may be any flange as long as it has the outer circumferential side fastening part 11, the inner circumferential side fastening part 12, and the sensing part 14.

センサ素子２は、フランジ１におけるセンシング部１４に接合されている。このセンサ素子２は、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する。センサ素子２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。
なお、図１及び図２では、センサ素子２は、対称的に配置されている。 The sensor element 2 is joined to a sensing portion 14 on the flange 1. This sensor element 2 outputs a signal according to external shear stress. As the sensor element 2, for example, a semiconductor strain gauge or a metal strain gauge can be used.
Note that in FIGS. 1 and 2, the sensor elements 2 are arranged symmetrically.

梁状部材３は、フランジ１に設けられた部材である。図１及び図２では、梁状部材３がフランジ１とは別体に構成された場合を示している。また、図１及び図２では、梁状部材３がフランジ１に対して周方向に沿って４つ設けられている。
この梁状部材３は、図１に示すように、第１の板部３１、第２の板部３２、連結板部３３、外周側締結板部３４、及び、内周側締結板部３５を有している。 The beam-like member 3 is a member provided on the flange 1. 1 and 2 show a case where the beam-like member 3 is configured separately from the flange 1. Further, in FIGS. 1 and 2, four beam-like members 3 are provided along the circumferential direction of the flange 1.
As shown in FIG. 1, this beam-like member 3 includes a first plate portion 31, a second plate portion 32, a connecting plate portion 33, an outer circumferential side fastening plate portion 34, and an inner circumferential side fastening plate portion 35. have.

第１の板部３１は、主面がフランジ１における周方向に沿って配置され、一端側が当該フランジ１の外周側に接続され、当該フランジ１の軸方向に延びた板状の部位である。
なお、図１及び図２では、第１の板部３１は、外周側締結部１１の孔１１１よりも内側に配置されている。また、図１及び図２では、第１の板部３１の一端側は、外周側締結板部３４を介してフランジ１における外周側に接続されている。
また、図１及び図２では、１つの梁状部材３に対して第１の板部３１が１つ設けられている。 The first plate portion 31 is a plate-shaped portion whose main surface is arranged along the circumferential direction of the flange 1, one end side is connected to the outer circumferential side of the flange 1, and extends in the axial direction of the flange 1.
In addition, in FIGS. 1 and 2, the first plate portion 31 is arranged inside the hole 111 of the outer circumferential fastening portion 11. Further, in FIGS. 1 and 2, one end side of the first plate portion 31 is connected to the outer circumferential side of the flange 1 via an outer circumferential side fastening plate portion 34.
Further, in FIGS. 1 and 2, one first plate portion 31 is provided for one beam-like member 3.

第２の板部３２は、主面がフランジ１における周方向に沿って配置され、一端側が当該フランジ１の内周側に接続され、当該フランジ１の軸方向に延びた板状の部位である。
なお、図１及び図２では、第２の板部３２は、内周側締結部１２の孔１２１よりも外側に配置されている。また、図１及び図２では、第２の板部３２の一端側は、内周側締結板部３５を介してフランジ１における内周側に接続されている。
また、図１及び図２では、１つの梁状部材３に対して第２の板部３２が１つ設けられている。 The second plate portion 32 is a plate-shaped portion whose main surface is arranged along the circumferential direction of the flange 1, whose one end side is connected to the inner peripheral side of the flange 1, and which extends in the axial direction of the flange 1. .
In addition, in FIGS. 1 and 2, the second plate portion 32 is arranged outside the hole 121 of the inner circumferential fastening portion 12. Further, in FIGS. 1 and 2, one end side of the second plate portion 32 is connected to the inner circumferential side of the flange 1 via an inner circumferential fastening plate portion 35.
Further, in FIGS. 1 and 2, one second plate portion 32 is provided for one beam-like member 3.

連結板部３３は、第１の板部３１における他端側と第２の板部３２における他端側とを連結する板状の部位である。図１及び図２では、連結板部３３の主面が、第１の板部３１の主面及び第２の板部３２の主面に対して垂直（略垂直の意味を含む）であり、且つ、フランジ１の面に対して水平（略垂直の意味を含む）に配置されている。
また、図１及び図２では、連結板部３３は、１つの第１の板部３１と１つの第２の板部３２とを連結する。 The connecting plate portion 33 is a plate-shaped portion that connects the other end side of the first plate portion 31 and the other end side of the second plate portion 32. In FIGS. 1 and 2, the main surface of the connecting plate part 33 is perpendicular (including the meaning of substantially perpendicular) to the main surface of the first plate part 31 and the main surface of the second plate part 32, In addition, it is arranged horizontally (including substantially vertically) with respect to the surface of the flange 1.
Further, in FIGS. 1 and 2, the connecting plate portion 33 connects one first plate portion 31 and one second plate portion 32.

外周側締結板部３４は、第１の板部３１をフランジ１の外周側に接続するための板状の部位である。この外周側締結板部３４は、一端が第１の板部３１の一端に連結され、また、外周側締結部１１の孔１１１に対向する箇所には、孔３４１が設けられている。図１及び図２では、外周側締結板部３４の主面が、第１の板部３１の主面に対して垂直（略垂直の意味を含む）であり、且つ、フランジ１の面に対して水平（略垂直の意味を含む）に配置されている。また、孔３４１は、ボルト等の締結部材５の軸部を挿入可能に構成されている。また、図１及び図２では、孔３４１は、外周側締結部１１側に２つ設けられている。
そして、この孔３４１により、第１の外部機器１０１の外周側締結部１１への締結に伴って、外周側締結板部３４が外周側締結部１１に締結される。 The outer peripheral side fastening plate part 34 is a plate-shaped part for connecting the first plate part 31 to the outer peripheral side of the flange 1. One end of the outer fastening plate part 34 is connected to one end of the first plate part 31, and a hole 341 is provided at a location facing the hole 111 of the outer fastening part 11. In FIGS. 1 and 2, the main surface of the outer circumferential fastening plate part 34 is perpendicular (including the meaning of substantially perpendicular) to the main surface of the first plate part 31, and is also perpendicular to the surface of the flange 1. It is arranged horizontally (including almost vertically). Further, the hole 341 is configured such that a shaft portion of a fastening member 5 such as a bolt can be inserted therein. Further, in FIGS. 1 and 2, two holes 341 are provided on the outer circumferential fastening portion 11 side.
Through this hole 341, the outer circumferential fastening plate part 34 is fastened to the outer circumferential fastening part 11 as the first external device 101 is fastened to the outer circumferential fastening part 11.

内周側締結板部３５は、第２の板部３２をフランジ１の内周側に接続するための板状の部位である。この内周側締結板部３５は、一端が第２の板部３２の一端に連結され、また、内周側締結部１２の孔１２１に対向する箇所には、孔３５１が設けられている。図１及び図２では、内周側締結板部３５の主面が、第２の板部３２の主面に対して垂直（略垂直の意味を含む）であり、且つ、フランジ１の面に対して水平（略垂直の意味を含む）に配置されている。また、孔３５１は、ボルト等の締結部材５の軸部を挿入可能に構成されている。また、図１及び図２では、孔３５１は、内周側締結部１２側に２つ設けられている。
そして、この孔３５１により、第２の外部機器１０２の内周側締結部１２への締結に伴って、内周側締結板部３５が内周側締結部１２に締結される。 The inner circumferential fastening plate portion 35 is a plate-shaped portion for connecting the second plate portion 32 to the inner circumferential side of the flange 1 . One end of the inner fastening plate portion 35 is connected to one end of the second plate portion 32, and a hole 351 is provided at a location facing the hole 121 of the inner fastening portion 12. In FIGS. 1 and 2, the main surface of the inner circumferential fastening plate portion 35 is perpendicular (including the meaning of substantially perpendicular) to the main surface of the second plate portion 32, and is in contact with the surface of the flange 1. It is arranged horizontally (including approximately vertically) to the other side. Further, the hole 351 is configured such that a shaft portion of a fastening member 5 such as a bolt can be inserted therein. Further, in FIGS. 1 and 2, two holes 351 are provided on the inner circumferential fastening portion 12 side.
Through this hole 351, the inner circumferential fastening plate part 35 is fastened to the inner circumferential fastening part 12 as the second external device 102 is fastened to the inner circumferential fastening part 12.

なお、図１及び図２では、梁状部材３が、センサ素子２の配置を基準として対称的に配置されている。すなわち、図１及び図２では、梁状部材３が、センサ素子２間に配置されている。 Note that in FIGS. 1 and 2, the beam-like members 3 are arranged symmetrically with respect to the arrangement of the sensor elements 2. That is, in FIGS. 1 and 2, the beam-like member 3 is arranged between the sensor elements 2.

演算部４は、センサ素子２により出力された信号に基づいて、トルクを演算する。この演算部４による演算方法については、既存の演算方法を用いることが可能であり、その説明を省略する。
なお、演算部４は、システムＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）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（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等により実現される。 The calculation unit 4 calculates torque based on the signal output by the sensor element 2. As for the calculation method by this calculation unit 4, it is possible to use an existing calculation method, and the explanation thereof will be omitted.
Note that the calculation unit 4 is realized by a processing circuit such as a system LSI (Large Scale Integration), or a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in a memory or the like.

次に、図１及び図２に示す実施の形態１に係るトルクセンサによる効果について説明する。
ここで、円板部材であるフランジ１のみでは、他軸剛性に対してトルク剛性を十分に低くすることができない。 Next, the effects of the torque sensor according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be explained.
Here, with only the flange 1, which is a disc member, the torque rigidity cannot be made sufficiently lower than the rigidity of other axes.

これに対し、仮に、板状の部材をフランジ１の径方向に垂直な方向（フランジ１の面内）に伸ばした場合には、フランジ１のみの場合に対し、トルク剛性は比較的落ちない。
また、仮に、板状の部材をフランジ１の径方向又は軸方向に伸ばした場合には、フランジ１のみの場合に対し、トルク剛性は比較的落ちる。
一方、仮に、板状の部材をフランジ１の径方向又は径方向に垂直な方向（フランジ１の面内）に伸ばした場合には、フランジ１のみの場合に対し、他軸剛性は比較的落ちる。
また、仮に、板状の部材をフランジの軸方向に伸ばした場合には、フランジ１のみの場合に対し、他軸剛性は比較的落ちない。 On the other hand, if the plate-shaped member is stretched in a direction perpendicular to the radial direction of the flange 1 (in the plane of the flange 1), the torque rigidity will not decrease comparatively compared to the case where only the flange 1 is used.
Furthermore, if the plate-like member were to be extended in the radial or axial direction of the flange 1, the torque rigidity would be relatively lower than in the case of only the flange 1.
On the other hand, if a plate-shaped member is stretched in the radial direction of flange 1 or in a direction perpendicular to the radial direction (in the plane of flange 1), the other axis rigidity will be relatively lower than in the case of only flange 1. .
Further, even if the plate-shaped member is stretched in the axial direction of the flange, the rigidity of other axes will not decrease comparatively compared to the case of only the flange 1.

以上から、板状の部材をフランジ１の軸方向に伸ばすことで、フランジ１のみの場合に対し、トルク剛性は比較的落ちるものの、他軸剛性は比較的落ちない構成を実現でき、すなわち、他軸剛性をトルク剛性に対して高くすることができる。 From the above, by extending the plate-shaped member in the axial direction of the flange 1, it is possible to realize a configuration in which the torque rigidity is relatively lower than in the case of only the flange 1, but the rigidity of other axes is not relatively lowered. The shaft rigidity can be made higher than the torque rigidity.

そこで、図１及び図２に示す実施の形態１に係るトルクセンサでは、フランジ１に対し、主面がフランジ１における周方向に沿って配置され、当該フランジ１の軸方向に延びた第１の板部３１及び第２の板部３２を有する梁状部材３が追加されている。これにより、この実施の形態１に係るトルクセンサでは、従来に対し、他軸剛性に対してトルク剛性を低くすることが可能となる。その結果、実施の形態１に係るトルクセンサでは、従来に対し、トルクの検出誤差を抑制可能となる。 Therefore, in the torque sensor according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the main surface of the flange 1 is arranged along the circumferential direction of the flange 1, and the first surface extends in the axial direction of the flange 1. A beam-like member 3 having a plate portion 31 and a second plate portion 32 is added. As a result, in the torque sensor according to the first embodiment, it is possible to lower the torque rigidity with respect to the rigidity of other axes, compared to the conventional torque sensor. As a result, in the torque sensor according to the first embodiment, it is possible to suppress torque detection errors compared to the conventional torque sensor.

なお、例えば図３Ａに示すように、フランジ１にブロック状の部材３ｂが追加された構成では、他軸剛性をトルク剛性に対して高くするという効果は得られない。すなわち、図３Ａに示すような構成では、ブロック状の部材３ｂの根元側に力が集中してしまう。そのため、図３Ａに示すような構成では、結果として、図３Ｂに示すようなフランジ１のみの構成と同様の状況となってしまい、他軸剛性をトルク剛性に対して高くするという効果が得られない。
これに対し、例えば図４に示すように、フランジ１に、外周側に設けられた第１の板部３１及び内周側に設けられた第２の板部３２を有する梁状部材３が追加された構成では、力の伝搬経路が矢印で示すような経路となり力の伝搬経路が長くなる。そのため、図４に示すような構成では、トルク（Ｚ軸周りのモーメント）負荷による変形量が大きくなる。一方で、図４に示すような構成では、他軸（Ｘ軸周りのモーメント及びＹ軸周りのモーメント）負荷による変形量は小さくなる。そのため、図４に示すような構成では、トルク負荷と他軸負荷とでの変形量に差が出る、すなわちトルク負荷と他軸負荷とでの剛性に差が出る。 Note that, for example, as shown in FIG. 3A, in a configuration in which a block-shaped member 3b is added to the flange 1, the effect of increasing the rigidity of other axes relative to the torque rigidity cannot be obtained. That is, in the configuration shown in FIG. 3A, force is concentrated on the root side of the block-shaped member 3b. Therefore, in the configuration shown in FIG. 3A, the result is the same situation as in the configuration with only the flange 1 shown in FIG. 3B, and the effect of increasing the rigidity of other axes relative to the torque rigidity cannot be obtained. do not have.
On the other hand, as shown in FIG. 4, for example, a beam-like member 3 is added to the flange 1, which has a first plate part 31 provided on the outer circumferential side and a second plate part 32 provided on the inner circumferential side. In this configuration, the force propagation path becomes longer as shown by the arrow. Therefore, in the configuration shown in FIG. 4, the amount of deformation due to torque (moment around the Z-axis) load increases. On the other hand, in the configuration shown in FIG. 4, the amount of deformation due to loads on other axes (moment about the X-axis and moment about the Y-axis) is small. Therefore, in the configuration shown in FIG. 4, there is a difference in the amount of deformation between the torque load and the other axis load, that is, there is a difference in rigidity between the torque load and the other axis load.

また、フランジ１に梁状部材３が追加されることで、センサ素子２のねじれを抑制することが可能となる。すなわち、フランジ１に梁状部材３が追加されることで、他軸負荷による変形量が小さくなるため、フランジ１において外周側と内周側とで軸方向における高低差を抑制可能であり、これにより、センサ素子２のねじれが抑制される。
また、図１及び図２に示すように、センサ素子２が対称的に配置され、梁状部材３がセンサ素子２の配置を基準として対称的に配置されることで、全てのセンサ素子２に対して均一にねじれを抑制することが可能となる。 Further, by adding the beam-like member 3 to the flange 1, it becomes possible to suppress twisting of the sensor element 2. In other words, by adding the beam member 3 to the flange 1, the amount of deformation due to other axial loads is reduced, so it is possible to suppress the height difference in the axial direction between the outer circumferential side and the inner circumferential side of the flange 1. This suppresses twisting of the sensor element 2.
In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the sensor elements 2 are arranged symmetrically, and the beam-like members 3 are arranged symmetrically with respect to the arrangement of the sensor elements 2, so that all the sensor elements 2 are On the other hand, it becomes possible to uniformly suppress twisting.

なお、フランジ１及び梁状部材３と第１の外部機器１０１及び第２の外部機器１０２との配置関係は、図１及び図２に示す配置関係に限らない。例えば、図５に示すような配置関係であってもよい。
すなわち、図１及び図２では、第１の外部機器１０１が、フランジ１における一方の面（下面）に締結され、第２の外部機器１０２が、フランジ１における一方の面（下面）に締結されているのに対し、図５では、第１の外部機器１０１が、フランジ１における他方の面（上面）に締結され、第２の外部機器１０２が、フランジ１における一方の面（下面）に締結されている。 Note that the arrangement relationship between the flange 1 and the beam member 3 and the first external device 101 and the second external device 102 is not limited to the arrangement relationship shown in FIGS. 1 and 2. For example, the arrangement relationship shown in FIG. 5 may be used.
That is, in FIGS. 1 and 2, the first external device 101 is fastened to one surface (bottom surface) of the flange 1, and the second external device 102 is fastened to one surface (bottom surface) of the flange 1. In contrast, in FIG. 5, the first external device 101 is fastened to the other surface (top surface) of the flange 1, and the second external device 102 is fastened to one surface (bottom surface) of the flange 1. has been done.

また、梁状部材３の構成は、図１及び図２に示す構成に限らない。すなわち、梁状部材３は、他の部材（例えば第１の外部機器１０１又は第２の外部機器１０２）と干渉しない構成であればよく、例えば図６又は図７に示すような構成であってもよい。
ここで、図６では、第１の板部３１が外周側締結部１１の孔１１１よりも外側に配置され、第２の板部３２が内周側締結部１２の孔１１１よりも外側に配置された場合を示している。
一方、図７では、第１の板部３１が外周側締結部１１の孔１１１よりも外側に配置され、第２の板部３２が内周側締結部１２の孔１１１よりも内側に配置された場合を示している。 Further, the configuration of the beam member 3 is not limited to the configuration shown in FIGS. 1 and 2. That is, the beam-like member 3 only needs to have a structure that does not interfere with other members (for example, the first external device 101 or the second external device 102), and may have a structure as shown in FIG. 6 or FIG. 7, for example. Good too.
Here, in FIG. 6, the first plate part 31 is arranged outside the hole 111 of the outer fastening part 11, and the second plate part 32 is arranged outside the hole 111 of the inner fastening part 12. Indicates the case where
On the other hand, in FIG. 7, the first plate part 31 is arranged outside the hole 111 of the outer fastening part 11, and the second plate part 32 is arranged inside the hole 111 of the inner fastening part 12. The case is shown below.

また、フランジ１に対して複数の梁状部材３が設けられる場合、それぞれの梁状部材３の構成は同一である必要はなく、異なる構成であってもよい。 Further, when a plurality of beam-like members 3 are provided to the flange 1, the configurations of the respective beam-like members 3 do not need to be the same, and may have different configurations.

また、図１及び図２では、梁状部材３がフランジ１に対して周方向に沿って複数設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、梁状部材３は、第１の板部３１及び第２の板部３２をフランジ１に対して周方向に沿って複数組有し、連結板部３３は、各組の第１の板部３１及び第２の板部３２をまとめて連結するように構成されていてもよい。
例えば図８に示すように、梁状部材３は、複数組の第１の板部３１及び第２の板部３２と、各組の第１の板部３１及び第２の板部３２をまとめて連結するディスク状の連結板部３３とを有するように構成されていてもよい。 Moreover, FIG.1 and FIG.2 showed the case where the beam-like member 3 was provided in multiple numbers along the circumferential direction with respect to the flange 1. However, the present invention is not limited thereto, and the beam member 3 has a plurality of sets of a first plate part 31 and a second plate part 32 along the circumferential direction with respect to the flange 1, and the connecting plate part 33 The first plate part 31 and the second plate part 32 may be connected together.
For example, as shown in FIG. 8, the beam member 3 includes a plurality of sets of first plate portions 31 and second plate portions 32, and each set of first plate portions 31 and second plate portions 32. It may also be configured to include a disk-shaped connecting plate portion 33 that connects with each other.

また、図１及び図２では、梁状部材３がフランジ１とは別体に構成された場合を示した。しかしながら、これに限らず、梁状部材３はフランジ１と一体に構成されていてもよい。
すなわち、この場合には、梁状部材３に対し、内周側締結板部３５、及び、外周側締結板部３４は不要である。 Moreover, in FIGS. 1 and 2, the case where the beam-like member 3 is configured separately from the flange 1 is shown. However, the present invention is not limited to this, and the beam-like member 3 may be configured integrally with the flange 1.
That is, in this case, the inner circumferential side fastening plate part 35 and the outer circumferential side fastening plate part 34 are unnecessary for the beam-like member 3.

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、外周側に設けられて第１の外部機器１０１が締結される外周側締結部１１、内周側に設けられて第２の外部機器１０２が締結される内周側締結部１２、及び、当該外周側締結部１１と当該内周側締結部１２との間に設けられたセンシング部１４を有するフランジ１と、フランジ１におけるセンシング部１４に接合されたセンサ素子２と、フランジ１に設けられた梁状部材３とを備え、梁状部材３は、主面が当該フランジ１における周方向に沿って配置され、一端側がフランジ１の外周側に接続され、当該フランジ１の軸方向に延びた第１の板部３１と、主面が当該フランジ１における周方向に沿って配置され、一端側がフランジ１の内周側に接続され、当該フランジ１の軸方向に延びた第２の板部３２と、第１の板部３１における他端側と第２の板部３２における他端側とを連結する連結板部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、従来に対し、他軸剛性に対してトルク剛性を低くすることが可能となる。 As described above, according to the first embodiment, the torque sensor includes the outer fastening part 11 provided on the outer circumferential side to which the first external device 101 is fastened, and the torque sensor provided on the inner circumferential side to which the first external device 101 is fastened. A flange 1 having an inner fastening part 12 to which an external device 102 is fastened, a sensing part 14 provided between the outer fastening part 11 and the inner fastening part 12, and sensing in the flange 1. The beam-like member 3 includes a sensor element 2 joined to the portion 14 and a beam-like member 3 provided on the flange 1, and the main surface of the beam-like member 3 is arranged along the circumferential direction of the flange 1, and one end side thereof A first plate portion 31 is connected to the outer circumferential side of the flange 1 and extends in the axial direction of the flange 1; , has a second plate part 32 extending in the axial direction of the flange 1, and a connecting plate part 33 that connects the other end side of the first plate part 31 and the other end side of the second plate part 32. . As a result, the torque sensor according to the first embodiment can lower the torque rigidity with respect to the rigidity of other axes, compared to the conventional torque sensor.

また、この実施の形態１によれば、梁状部材３は、フランジ１に対して周方向に沿って複数設けられていてもよい。これにより、実施の形態１に係るトルクセンサは、他軸剛性に対してトルク剛性をより低くすることが可能となる。
また、この実施の形態１によれば、上記構成において、センサ素子２は、対称的に配置され、梁状部材３は、センサ素子２の配置を基準として対称的に配置されていてもよい。これにより、実施の形態１に係るトルクセンサは、全てのセンサ素子２に対して均一にねじれを抑制することが可能となる。 Moreover, according to this Embodiment 1, the beam-like member 3 may be provided in multiple numbers along the circumferential direction with respect to the flange 1. Thereby, the torque sensor according to the first embodiment can lower the torque rigidity with respect to the rigidity of other axes.
Further, according to the first embodiment, in the above configuration, the sensor elements 2 may be arranged symmetrically, and the beam-like members 3 may be arranged symmetrically with respect to the arrangement of the sensor elements 2. Thereby, the torque sensor according to the first embodiment can uniformly suppress twisting of all sensor elements 2.

また、この実施の形態１によれば、梁状部材３は、第１の板部３１及び第２の板部３２をフランジ１に対して周方向に沿って複数組有し、連結板部３３は、各組の第１の板部３１及び第２の板部３２をまとめて連結してもよい。これにより、実施の形態１に係るトルクセンサは、他軸剛性に対してトルク剛性をより低くすることが可能となる。
また、この実施の形態１によれば、上記構成において、センサ素子２は、対称的に配置され、第１の板部３１及び第２の板部３２は、センサ素子２の配置を基準として対称的に配置されていてもよい。これにより、実施の形態１に係るトルクセンサは、全てのセンサ素子２に対して均一にねじれを抑制することが可能となる。 Further, according to the first embodiment, the beam-like member 3 has a plurality of sets of the first plate part 31 and the second plate part 32 along the circumferential direction with respect to the flange 1, and the connecting plate part 33 Alternatively, the first plate portion 31 and the second plate portion 32 of each set may be connected together. Thereby, the torque sensor according to the first embodiment can lower the torque rigidity with respect to the rigidity of other axes.
Further, according to the first embodiment, in the above configuration, the sensor element 2 is arranged symmetrically, and the first plate part 31 and the second plate part 32 are arranged symmetrically with respect to the arrangement of the sensor element 2. It may be placed in Thereby, the torque sensor according to the first embodiment can uniformly suppress twisting of all sensor elements 2.

なお、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。 Note that it is possible to modify any component of the embodiment or omit any component of the embodiment.

１フランジ
２センサ素子
３梁状部材
４演算部
５締結部材
１１外周側締結部
１２内周側締結部
１３スリット部
１４センシング部
３１第１の板部
３２第２の板部
３３連結板部
３４外周側締結板部
３５内周側締結板部
１０１第１の外部機器
１０２第２の外部機器
１１１孔
１２１孔
３４１孔
３５１孔 1 Flange 2 Sensor element 3 Beam member 4 Arithmetic unit 5 Fastening member 11 Outer fastening part 12 Inner fastening part 13 Slit part 14 Sensing part 31 First plate part 32 Second plate part 33 Connection plate part 34 Outer periphery Side fastening plate part 35 Inner peripheral side fastening plate part 101 First external device 102 Second external device 111 Hole 121 Hole 341 Hole 351 Hole

Claims

An outer circumferential side fastening part provided on the outer circumferential side and to which the first external device is fastened, an inner circumferential side fastening part provided on the inner circumferential side and to which the second external device is fastened, and the outer circumferential side fastening part. a flange having a sensing portion provided between the inner circumferential fastening portion;
a sensor element joined to the sensing portion of the flange;
and a beam-like member provided on the flange,
The beam-like member is
a first plate portion whose main surface is arranged along the circumferential direction of the flange, whose one end side is connected to the outer circumferential side of the flange, and which extends in the axial direction of the flange;
a second plate portion whose main surface is arranged along the circumferential direction of the flange, whose one end side is connected to the inner peripheral side of the flange, and which extends in the axial direction of the flange;
A torque sensor comprising: a connecting plate portion that connects the other end side of the first plate portion and the other end side of the second plate portion.

The torque sensor according to claim 1, wherein a plurality of the beam-like members are provided along the circumferential direction of the flange.

the sensor elements are arranged symmetrically;
The torque sensor according to claim 2, wherein the beam-like member is arranged symmetrically with respect to the arrangement of the sensor element.

The beam-like member has a plurality of sets of the first plate part and the second plate part along the circumferential direction with respect to the flange,
The torque sensor according to claim 1, wherein the connecting plate unit connects the first plate unit and the second plate unit of each set together.

the sensor elements are arranged symmetrically;
The torque sensor according to claim 4, wherein the first plate part and the second plate part are arranged symmetrically with respect to the arrangement of the sensor element.