JP4989413B2 - トルクセンサ - Google Patents

Description

本発明は、歪ゲージが配置可能な平面部を有する渦巻状の起歪体と、この平面部に配置された歪ゲージとから構成されるトルクセンサであって、起歪体に対して外力が入力されて起歪体に歪が生じると、その平面部に配置された歪ゲージが歪みを検知し、入力された外力のトルクを検出することが可能なトルクセンサに関する。

従来、０．０５ｃＮ ｍ〜１５０ｃＮ ｍ程度の比較的小さいトルクを測定するためのトルク測定器として、トルクゲージが提案されている。このトルクゲージは、例えば、電子機器や精密機器等に設けられた回転つまみ等の回転体の、回動に要するトルクの測定等に用いられる。

例えば、特許文献１には、トルクゲージの一例が記載されている。このトルクゲージは、筒状の握り部と、握り部の軸心に設けられた主軸と、該主軸周りに装着された渦巻バネ、と、被測定物を掴むためのチャックなどから構成される。そして、渦巻バネはその内端が主軸に固定され、外端が握り部に固定されている。

このトルクゲージによりトルクを測定する際の動作は、まず、測定対象となるつまみ等の回転体をチャックによって掴んで固定し、その状態で使用者がトルクゲージを回転させる。そうすると、トルクゲージを回転させるトルクが渦巻バネに対して入力され、渦巻きばねがその弾性力に応じて巻き込むように変形しつつ、握り部と主軸とが相対的に回転していく。この際に、渦巻きばねに入力されるトルクとそれによって生じる変形量（変位量）との関係から換算されたトルク値が刻まれた目盛部によって、回転体に対して加えられているトルク値を知ることができる。

そして、回転体に対してトルクを加えていくと、あるトルクを超えたところで回転体は回転を始め、渦巻バネの弾性変形が解消していくとともに測定されるトルクも減少していくため、回転体が回転を始めるまでに測定された最大トルク値がその回転体を回転させるのに必要なトルク（起動トルク）ということになる。従って、このトルクゲージにおいて、回転体が回転を始めるまでに測定された最大トルクを確認するか、入力された最大トルクが目盛部に表示されるようないわゆる置き針式の構造とすれば、回転体の起動トルクが測定できる。

このような従来のトルクゲージにおいては、トルク測定のための弾性体には渦巻バネが用いられており、バネの弾性変形の量と入力されるトルクとの関係から機械的にトルクを計測していた。しかし、その場合にはトルクをデジタルで算出することはできず、測定されたトルクを数値データとして表示したり、直接保存・出力したりすることができない。

一方、測定した荷重等の力をデジタル表示するためには、力を電気的な信号として測定する必要があるが、通常このような電気的な信号として力や荷重の測定を行う場合には、鋼材などの起歪体の表面に歪ゲージを取りつけて構成されるロードセルが用いられる。ロードセルは、鋼材などの起歪体に対して荷重を加えることにより歪を発生させ、その歪を歪ゲージによって検知することにより、加えられた荷重を測定可能とするものである。ここで、歪ゲージは、合成樹脂製ベース材上に金属箔製抵抗線が貼り付けられて形成されるもので、自身の歪みにより抵抗値が変化する電気抵抗である。通常、この歪ゲージを用いてブリッジ回路を構成し、歪を検出する対象物上に貼り付けて使用する。歪が生じると、ブリッジ回路の中間地点に電位差が生じ、歪み量に対応する電圧が出力されるため、その出力から測定対象物の歪み量や作用した力を測定することができるものである。

そして、このロードセルを用いてトルクを測定することが可能な装置も提案されている。特許文献２には、ロードセルを用いたトルクチェック装置が記載されており、このロードセルには、表面に歪ゲージを配置した鋼板を起歪体とし、その鋼板のねじれ方向にトルクが加わるように鋼板を回転軸方向に縦設したものが用いられている。トルクチェック装置によりこのロードセルに対してトルクが入力されると、起歪体である鋼板がねじれ、表面に配置された歪ゲージがそのねじれによる歪を検知することによりトルクが測定される。

また、そのほかにも、特許文献３には、中心部がくり貫かれた板状の鋼材を起歪体とするいわゆるロバーバル型のロードセルを用いたトルク検出装置も提案されている。このトルク検出装置の場合には、回転方向のトルクをウォームギヤによって直線的な力に変換し、ロードセルに作用させて変形させることで、それによって生じる歪みを歪ゲージ（歪センサ）で検出し、トルクを求めている。
特開２００６−７１４６８ 号公報 特開平１０−７８３６１ 号公報 特開２００３−３０７４６１ 号公報

上記のように、トルクを電気的な信号として測定するためには、ロードセルの起歪体に直接ねじれを生じさせたり、トルクを直線的な荷重に変換して起歪体に負荷を加えて歪みを生じさせたりして、歪ゲージでその歪を検知することによりトルクを求めているが、このようなロードセルを特許文献１に記載のような小型のトルク測定器のセンサとして用いる場合には以下のような問題が生じる。

すなわち、特許文献２にあるように、回転軸方向に縦設した鋼板等の起歪体をねじることで生じる歪みを測定する方式の場合には、起歪体にねじれを生じさせることができる程度の高さを確保する必要があり、このようなロードセルを小型のトルク測定器に用いる場合には、トルク測定器が大型化してしまう。

一方、特許文献３にあるような、トルクを直線的な荷重に変換して起歪体に作用させる方式の場合には、トルクセンサとして利用するために回転軸と起歪体との間にウォームギヤ等を介在させる必要があり、部品数が増え、同様にトルク測定器自体が大型化してしまうという問題がある。また、ロードセル自体は荷重を高精度に検出可能であっても、ウォームギヤ部分において発生する摩擦によって精度が低下する等の問題があり、微小なトルクを測定するのには適していない。

このように、従来提案されているような形状、構造の起歪体を用いてトルクセンサを構成した場合、トルク測定器のセンサとして使用するためにはトルク測定器を大型化しなければならず、使用者が手に持ってトルクを測定するような小型のトルク測定器には用いることができない。

さらに、このような携帯可能な小型のトルク測定器は、比較的小さいトルクを精度良く測定する必要があるため、入力されるトルクとトルク測定器に用いるトルクセンサの出力との直線性がより高いことが望まれる。例えば、小型のトルクセンサであっても、入力されるトルクとそれに対して出力される電圧などの信号の直線性が低く、測定トルクの演算処理段階において大幅な補正が必要となると、測定の精度を高く保つことが困難になる。

そこで、本願発明は、測定対象物のトルクが微小トルクであっても、正確にトルクの測定が可能であって、かつ、入力されるトルクに対する出力の直線性の高い、小型のトルクセンサを提供することを目的とする。

本願発明に係るトルクセンサは、いずれか一端を内端、他端を外端とした帯状の金属部材からなり、該金属部材の任意の位置に平面部を形成して、内端を中心とする渦巻状に形成した、該渦巻の巻方向又は反対の方向に弾性変形する起歪体と、起歪体の平面部のいずれか一面又は両面に配置される歪ゲージと、から構成されることを特徴とする。

本願発明のトルクセンサによれば、起歪体を渦巻状に形成しており、トルクが作用する方向を、その渦巻の回転方向と同じ方向に作用させて歪を発生させ、その歪からトルクを求めているため、トルクを直接起歪体に作用させることができ、感度に優れ、微小なトルクであってもより正確にトルクを測定することができる。また、歪ゲージを配置する平面部を前記起歪体の平面部が形成できる最も前記外端側に形成すれば、入力されるトルクと出力との直線性が高く、トルクの演算において補正量の少ないトルクセンサを得ることができる。

また、本トルクセンサは、渦巻状の起歪体と歪ゲージのみで形成されるため、小型軽量であり、本トルクセンサを用いればトルク測定器も小型軽量にでき、構造が複雑になることもない。そして、トルクセンサの厚みも、歪ゲージが配置できる程度の厚みまで薄くすることができるため、トルク測定器に設置する場合にも、トルク測定器の高さ方向の大きさをより小さくすることができる。

以下、図面に示す実施形態に基づいて、本願発明に係るトルクセンサを説明する。

本実施形態のトルクセンサは、渦巻状の起歪体とその表面に取り付けられた歪ゲージとによって構成されるもので、起歪体にトルクを加えて弾性変形させ、生じた歪みを歪ゲージで検出することによって、その変形量に応じた出力によってトルクを測定できるものである。このトルクセンサは、例えばボリュームつまみの回動軸等の回転体が回転し始める際のトルク、言い換えれば、測定対象の回転体を回転させるために必要なトルク（以下、起動トルクとする）を測定するためのトルク測定器などに用いることが可能である。

尚、本実施形態のトルクセンサに用いる歪ゲージは背景技術にて説明したものと同様であり、合成樹脂製ベース材上に金属箔製抵抗線が貼り付けられて形成されるもので、自身の歪みにより抵抗値が変化する電気抵抗である。この歪ゲージに歪が生じると、歪み量に対応する電圧が出力されるため、その出力から測定対象物の歪み量や作用した力を測定することができる。

図１は、本願発明に係るトルクセンサ１の、外力が加わっていない平常状態における該略図であり、（ａ）は歪ゲージ１４が貼り付けられた部分の側面図、（ｂ）は平面図である。トルクセンサ１は、起歪体２と起歪体２に貼り付けた歪ゲージ１４とで構成される。図１に示すように、起歪体２は、一端を内端４、他端を外端６となるように、帯状の金属部材を、内端４を中心として平面の渦巻状に一重に巻いたものである。内端４には、後述する実施例のトルク測定器１００にセンサとして使用するために、測定対象の回転体と連結されるトルク測定器１００の回転軸に挿通する、軸穴が形成されている。同様に、外端６にはトルク測定器１００側にねじなどで固定するためのネジ穴が形成されている。但し、本実施形態における内端４および外端６の形状は、一実施例であるトルク測定器１００に使用するための形状であるため、これに限られるものではなく、トルクセンサ１をセンサとして使用する装置に適した形状に形成することができる。

そして、本実施形態のトルクセンサ１の特徴として、起歪体２が、図１（ｂ）の平面図において直線状に表された、三か所の平面部８，１０，１２を有しており、起歪体２全体としては、角の丸い四角形状に形成されている点が挙げられる。この三か所の平面部８，１０，１２のうち、本実施形態においては、平面部８の外側（渦巻の外方向）と内側（内端４側）の両面に歪ゲージ１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が配置されている。この歪ゲージ１４は三か所の平面部８，１０，１２のうち、いずれに配置してもよいが、後述する理由により外端６に最も近い平面部８に配置するのが好ましい。また、これらの平面部は、歪ゲージ１４を配置するために形成されるため、歪ゲージ１４が配置できる程度の長さを有するように形成する必要があり、起歪体２の厚み（歪ゲージ１４を貼り付けた側面の高さ）は、歪ゲージ１４を貼り付けることができる幅より大きければよい。なお、本実施形態においては、歪ゲージ１４を構成するブリッジ回路の４つの抵抗全てに歪ゲージを配置したが、必ずしも全てに歪ゲージを使用しなくても構わない。また、本実施形態においては、起歪体２の平面部８の両面に歪ゲージ１４を配置しているが、片面のみに貼り付けるようにしてもよい。

次に、上記起歪体２および歪ゲージ１４から構成されるトルクセンサ１を用いてトルクを測定する機構を説明する。まず、起歪体２にトルクが作用した場合、例えば図１において、内端４に（外端６に対して相対的に）時計回りと反対方向のトルクが作用した場合には、起歪体２は内端４を中心に巻き込むように変形していく。そして、起歪体２の変形によって平面部８も変形していく。そうすると、平面部８に配置された歪ゲージ１４ａ〜１４ｄも変形し、各歪ゲージ１４ａ〜１４ｄの抵抗値が変化する。歪ゲージ１４ａ〜１４ｄの抵抗値が変化すると、歪ゲージ１４で構成される回路に電圧が生じ、その発生する電圧は入力されるトルクと一定の対応関係を有している。従って、予めその対応関係を求めておけば、その対応関係から入力された外力のトルク値を求めることができる。

次に、上述した歪ゲージ１４の配置位置について説明する。歪ゲージ１４は平面上に貼り付ける必要があるため、本実施形態の起歪体２は歪ゲージ１４を貼り付けるための平面部８，１０，１２を有している。歪ゲージ１４をいずれの平面部に貼り付けても、トルクセンサとして機能するが、三箇所の平面部８，１０，１２それぞれについて、入力するトルクと歪ゲージ１４から発生する電圧（トルクセンサ１の出力）との対応関係を求めたところ、三か所の平面部８，１０，１２のうち、最も外端６側に形成された平面部８に配置した場合が、最も直線性に優れており、かつ電圧の出力も大きいという結果が得られた。入力するトルクとトルクセンサ１の出力との直線性が高いことによって、より少ない補正でトルクを演算できるため、精度良くトルク値が測定できるという効果が得られる。

逆に、入力されたトルクと発生する電圧との直線性が低い場合、トルクの算出において大幅な補正あるいは複雑な補正が必要となり、直線性が高い場合に比べて測定精度が下がる。そのため、上記対応関係の直線性はできるだけ高いほうが好ましい。

従って、本実施形態の起歪体２を用いたトルクセンサ１においては、歪ゲージ１４は、入力されたトルクと発生する電圧との直線性が最も高い平面部８に配置している。もちろん、他の平面部１０，１２に歪ゲージ１４を配置することも可能であり、その場合には、必要な補正をしてトルク値を演算すればよい。

尚、本実施形態のトルクセンサ１は、その起歪体２に用いる材料や大きさ等を変更することによって、変形により生じる復元力の大きさを変えることができ、測定可能なトルクの範囲を変更することができる。例えば、起歪体２の材料に剛性が大きく弾性変形しにくい材料を用いれば、より大きなトルクの測定が可能となる。従って、センサとして使用するトルク測定器に格納できる大きさの範囲内で、トルクの測定範囲に応じた材質、形状のトルクセンサを使用すれば、一つのトルク測定器で幅広い範囲のトルクを測定することが可能である。

また、本実施形態のトルクセンサ１は、その起歪体２の形状を、平面部を複数有する（８，１０，１２）四角形状に形成したものを用いたが、これに限られるものではない。起歪体２の表面に歪ゲージを貼り付けることができればよいので、平面部を一か所以上有していればよい。例えば、外端６側に平面部を一か所形成した円形状（Ｄカット形状）にしてもよい。なお、上述したように、入力されたトルクとトルクセンサの出力との直線性が高くなるように、歪ゲージ１４を配置する平面部はなるべく固定端側に形成するのが好ましい。

また、本実施形態のトルクセンサ１は、一重の渦巻状に形成したものについて説明したが、一重に限定されるものではなく、歪ゲージ１４を貼り付けることが可能な平面部が、内端４から外端６の間に形成されていれば、二重、三重巻など、複数回巻いた形状でもよい。

次に、トルクセンサ１を使用する実施例として、トルクセンサ１をセンサとして用いたトルク測定器を説明する。

図２はトルクセンサ１を使用したトルク測定器１００の断面図であり、図３（ａ）〜（ｃ）は、図２に示したトルク測定器１００の、処理回路格納部１１４を開閉した状態の各側面図であり、図４は、トルク測定器１００の上面図である。このトルク測定器１００は、回動する測定対象物を把持するための着脱可能なチャック部１０２と、チャック部１０２とトルク測定器本体１０１とをねじの締め付けにより連結するとともに、ベアリング１０６によってトルク測定器本体１０１に対して摩擦抵抗の少ない状態で回転可能な回転軸１１０に圧入等により固定される回動連結部１０４と、歪ゲージ１４で発生した電圧からトルク値の演算等を行うための処理回路２００が格納された処理回路格納部１１４などから構成される。図４に示すように、処理回路格納部１１４の上面には、トルク値の表示を行う表示部１１６とトルク値の記憶処理やリセット処理など種々の操作を行うための操作部１１８が配置されている。

トルク測定器１００の具体的な構造について説明する。チャック部１０２は爪部１０２ａによって測定対象物の回転体を回転方向にずれないように保持可能である。そして、チャック部１０２はトルク測定器本体１０１に対して回動連結部１０４を介して取り付けられている。上述のように、回動連結部１０４は、ベアリング１０６によってトルク測定器本体１０１に対して摩擦抵抗の少ない状態で回動する回転軸１１０に圧入して固定されており、回動連結部１０４と回転軸１１０は一体となって、トルク測定器本体１０１に対して相対的に回転可能である。従って、回転軸１１０にトルクセンサ１（起歪体２）が取り付けられていない状態であれば、チャック部１０２及び回動連結部１０４は、回転軸１１０およびベアリング１０６により、トルク測定器本体１０１に対して、抵抗なく回転する。

また、トルク測定器本体１０１には、チャック部１０２および回動連結部１０４と回転軸１１０がトルク測定器本体１０１に対して相対回転可能な角度を規制する回転規制部材であるストッパ機構１２２が設けられている。これは、トルクセンサ１に対して測定可能な範囲を超えるようなトルクが入力されて、測定の精度を維持できない状態まで変形してしまう場合や、大きなトルクが入力されて、起歪体２が破損したり塑性変形して使用できなくなったりするのを防ぐためである。

本実施形態のストッパ機構１２２は、トルク測定器本体１０１に配置されたストッパピンと、回動連結部１０４の台座部１０８側の周縁部に、相対回転を可能とする範囲に形成される溝部から構成される。この溝部に前記ストッパピンを係合させることにより、溝部が形成された範囲内でのみ、回動連結部１０４とトルク測定器本体１０１とが相対回転可能となる。従って、例えば高精度にトルクを検出可能であり、入力されたトルクと出力との直線性が維持できるトルクセンサ１の回転角度が、外力のない平常状態から両方向に３０度であれば、溝部を６０度の範囲にわたって形成すればよい。なお、このストッパ機構は、上記の構成に限られるものではなく、ストッパピンを回動連結部１０４に配置し、溝部をトルク測定器本体１０１に配置してもよく、その他、上記相対回転の範囲を規制できる構造であればよい。

トルクセンサ１は、回転軸１１０に起歪体２の内端４を固定し、外端６をトルク測定器本体１０１の台座部１０８に設けられた固定軸１１２に固定することによって、浮游状態でトルク測定器本体１０１に設置される。このようにトルクセンサ１を設置することにより、チャック部１０２（回動連結部１０４）は起歪体２の弾性に応じた抵抗を伴ってトルク測定器本体１０１に対して回動するようになる。従って、本トルク測定器１００に回転方向の外力が加わっていない状態では、起歪体２は変形しておらず、弾性エネルギーが０の平常状態で静止している。

処理回路格納部１１４は、通常は、使用者がトルク測定器１００を保持容易な形状、例えば多角形に形成された筒状の掴み部１０１ａ内に収められた状態であるが（図３（ａ））、ヒンジ軸１２０によって、図３（ｃ）に示すように、処理回路格納部１１４の上面の表示部１１６、操作部１１８がチャック部１０２方向に向いた状態（完全に開いた状態）まで無段階に開閉可能となっている。そして、このヒンジ軸１２０は摩擦力等により、処理回路格納部１１４を通常の閉じた状態（図３（ａ））から完全に開いた状態（図３（ｃ））の間の任意の位置に停止させることができる。これにより、処理回路格納部１１４の上面に設けられた表示部１１６および操作部１１８の向きを、使用状況に合わせて変えることができる。

例えば、処理回路格納部１１４を斜めに開いた状態や、９０度まで開いた状態（図３（ｂ））で使用すれば、トルク測定器１００が使用者の目の位置から離れた位置、例えば、目の高さより低い位置で使用するような場合でも、表示部１１６が使用者の方向に向いているため、表示部１１６を見ながらトルク測定を行うことができる。また、完全に開いた状態（図３（ｃ））であれば、トルク測定器１００を固定台などに固定して、使用者は表示部１１６をチャック部１０２側から見ながら、被測定対象物を回転してトルクを測定することも可能となる。

尚、本実施形態のトルク測定器１００は表示部１１６および操作部１１８を観察、操作しやすいように、処理回路格納部１１４が開閉可能に形成されているが、このような構造に限定されるものではなく、従来のようにトルク測定器１００の上面に固定された形状としてもよい。

以上のような構成を有するトルク測定器１００を用いてトルクを測定する場合の動作を説明する。なお、処理回路格納部１１４は閉じた状態とする。

まず、測定対象物であるつまみの回動軸等の、回転体をチャック部１０２に差し込み、爪部１０２ａによりチャック部１０２と回転体が回転方向に滑ったりずれたりしないようにしっかりと固定する。その状態で、トルク測定器本体１０１の掴み部１０１ａを保持してトルク測定器１００を回転させる。回転体が回転を始めるまでは、トルク測定器本体１０１が回動連結部１０４とチャック部１０２と保持された回転体とに対して相対回転することにより、固定軸１１２（外端６）が回転軸１１０（内端４）まわりに相対回転し、トルクセンサ１は起歪体２の渦巻形状が巻き込む方向又は開く方向に弾性変形していく。その弾性変形に応じて平常状態に戻ろうとする復元力が回転軸１１０に対して働くため、チャック部１０２に固定された回転体に対して起歪体２の変形量に応じた回転方向の力、つまりトルクが作用する。

この際に、起歪体２が弾性変形して歪が生じていくことにより、起歪体２の表面に貼り付けられた歪ゲージ１４において電圧が発生し、処理回路２００により発生した電圧値から回転体に対して加えられているトルクが演算され、演算されたトルク値が表示部１１８に表示される。

トルク測定器本体１０１を回転させる力を増加させていく、即ち回転体に作用するトルクを上昇させていくと、回転体が回転し始めるまでトルクセンサ１によって測定されるトルクが上昇していく。そして、回転体はその回動に必要なトルクである起動トルクを超えるトルクが入力されると回動を始め、その後トルクは減少する。従って、回転体に対して入力するトルクを増加させていった場合に、回転体が回動を始めるまでに測定された最大のトルクが起動トルクとなる。そのため、本実施形態のトルク測定器１００においては、測定開始後にトルクの最大値（ピーク値）が測定されると、その最大値が測定対象物の回転体の起動トルクであるとして、表示部１１６に表示される。

入力されるトルクが起動トルクを超えて、回転体が回転を始めると、起歪体２の変形が解消していき、起歪体２の復元力と回転体の抵抗力（回転摩擦力など）とがつり合った時点で互いに静止する。

以上のような動作により、トルク測定器１００と測定対象物とを相対回転させることで、回転体の回転に必要な起動トルクを測定することができる。

次に、本実施形態のトルク測定器１００において、トルクの演算、その他の処理・制御を行う処理回路２００について説明する。処理回路２００は上述したように、処理回路格納部１１４内に配置されており、その他のトルク測定器１００の構成部材である、歪ゲージ１４、表示部１１６、操作部１１８等とは、図５に示す回路図のように接続されている。

処理回路２００は、歪ゲージ１４から出力される電圧の信号を増幅し、あるいは不要な信号をカットする増幅部・フィルター部２０１と、増幅部・フィルター部２０１から出力された電圧のアナログ信号をデジタル信号（電圧値）に変換するＡ／Ｄ変換器２０２と、電圧値からトルク値への演算処理や、表示部１１６でのトルク値の表示制御等を行うＣＰＵ部２０３と、歪ゲージ１４ａ〜１４ｄのブリッジ回路に印加する電圧を制御する印加電圧制御部２０４などから構成される。

実際にトルク測定器１００を用いてトルク測定を行なった場合に、処理回路２００において行われる処理の流れを説明する。トルク測定器１００のチャック部１０２を測定対象物である回転体に固定し、トルク測定器本体１０１を回転させていくと、起歪体２が弾性変形していき、歪が生じる。上述したように、起歪体２に歪が生じると、４つの歪ゲージ１４によって構成されるブリッジ回路の中間地点に電圧が生じ、その電圧のアナログ信号は、増幅部・フィルター部２０１において信号の増幅や不要な信号のカットが行われ、Ａ／Ｄ変換器２０２に出力される。Ａ／Ｄ変換器２０２においては、電圧のアナログ信号がデジタル信号に変換され、ＣＰＵ部２０３に出力される。

ＣＰＵ部２０３では、まず、演算部２０３ａにおいて入力されたデジタル信号の電圧値から、予め設定されたトルク値と電圧値との関係より、トルク値が算出される。算出されたトルク値は、表示制御部２０３ｂに出力され、表示部１１６に表示される。使用者は、その表示部に表示されたトルク値を見て、回転体に加えられているトルクを確認することができる。

そして、トルク測定器本体１０１を回転体に対してさらに回転させていくと、その回転体の回転に必要なトルクを超えた時点で測定対象物の回転体が回転を始める。上述のように、その際に測定されたトルクの最大値が測定対象物を回転させるのに必要な起動トルク値であり、表示部１１６には、その最大値が測定対象物の起動トルクであることがわかるように表示される。以上が、トルク測定時の処理回路２００における処理の流れである。

その他、トルク値判断部２０３ｃと印加電圧制御部２０４は、演算部２０３ａによって算出されたトルク値に基づいて、歪ゲージ１４ａ〜１４ｄのブリッジ回路に適切な電圧が印加されるように、電源回路部１２６から歪ゲージ１４に印加される電圧を制御する。

また、通信データ処理部２０３ｄは、測定したトルク値をコンピュータ等の外部機器に出力するための手段である。本実施形態のトルク測定器１００は、トルク値をデジタル値で算出しているため、コンピュータ等と接続して出力すれば、そのまま測定データを記録することが可能となる。そのための出力端子として、トルク測定器本体１０１にＵＳＢ出力部１２４などを設け、その出力端子を介して外部機器と接続し、通信を行う。

以上のように、本実施形態のトルクセンサ１は、厚みが薄く小型で軽量の起歪体２で構成されているため、実施例で述べたような小型のトルク測定器１００に使用する場合にも、装置全体の大型化や重量の増加を防ぐことができる。また、トルクセンサ１の起歪体２は、トルクが作用する方向と同じ回転方向に力を受けて変形することにより、トルクを測定できるため、ギヤなどを介して力を変換する必要がなく、微小なトルクでも正確に測定することができる。また、歪ゲージ１４を、より外端６側に形成された平面部８に配置することによって、入力されるトルクとセンサの出力との直線性の高いトルクセンサを得ることができる。

本実施形態の起歪体２および歪ゲージ１４からなるトルクセンサ１の（ａ）側面図と（ｂ）平面図。 実施例１に示す、図１のトルクセンサ１を用いたトルク測定器１００の断面図。 図２に示すトルク測定器１００において、処理回路格納部１１４を閉じた状態から開いた状態に変化させた様子を示す図。 図２に示すトルク測定器１００の上面図。 実施例１のトルク測定器１００を構成する部材のブロック図。

符号の説明

１ トルクセンサ
２ 起歪体
４ 内端
６ 外端
８，１０，１２ 平面部
１４（１４ａ〜１４ｄ） 歪ゲージ
１００ トルク測定器
１０１ トルク測定器本体
１０１ａ 掴み部
１０２ チャック部
１０２ａ 爪部
１０４ 回動連結部
１０６ ベアリング
１０８ 台座部
１１０ 回転軸
１１２ 固定軸
１１４ 処理回路格納部
１１６ 表示部
１１８ 操作部
１２０ ヒンジ軸
２００ 処理回路
２０１ 増幅部・フィルター部
２０２ Ａ／Ｄ変換部
２０３ ＣＰＵ部
２０４ 印加電圧制御部

Claims (4)

1. いずれか一端を内端、他端を外端とした帯状の金属部材からなり、該金属部材に平面部を複数形成して、前記内端を中心とする渦巻状であって角の丸い多角形状に形成した、該渦巻の巻方向及び反対の方向に弾性変形する起歪体と、
   前記起歪体の複数の前記平面部のうちいずれかの前記平面部のいずれか一面又は両面に配置される歪ゲージと、から構成されることを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記起歪体は、前記内端を中心として一重の渦巻状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記平面部は、前記起歪体の平面部が形成できる最も前記外端側に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
4. 前記歪ゲージは、前記複数の平面部のうち最も前記外端側に形成された平面部に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
   

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