JP7085922B2 - Torque sensor - Google Patents
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Description
この発明は、トルクを検出するトルクセンサに関する。 The present invention relates to a torque sensor that detects torque.
従来から、回転軸体の外周面に取付けられたセンサ素子を有し、トルクにより回転軸体の外周面に生じるせん断応力の大きさを、センサ素子における抵抗値変化により検出するトルクセンサがある(例えば特許文献1参照)。
また、回転軸体を外筒部及びその両端に連結された2枚のフランジから構成し、各フランジにディスク状のトルク伝達部を介して連結された内筒部を設け、この内筒部の外周面にセンサ素子が取付けられたトルクセンサも知られている。
Conventionally, there is a torque sensor having a sensor element mounted on the outer peripheral surface of the rotating shaft body and detecting the magnitude of shear stress generated on the outer peripheral surface of the rotating shaft body by torque by changing the resistance value in the sensor element ( For example, see Patent Document 1).
Further, the rotary shaft body is composed of an outer cylinder portion and two flanges connected to both ends thereof, and each flange is provided with an inner cylinder portion connected via a disk-shaped torque transmission portion, and the inner cylinder portion is provided. A torque sensor in which a sensor element is attached to the outer peripheral surface is also known.
一方、トルクセンサには、用途によっては、一端のみに径方向の外力(張力又は圧縮力)が加わる場合がある。この場合、トルク伝達部を有するトルクセンサでは、外力の方向とセンサ素子の位置との関係によっては出力誤差が生じるため、改善が必要である。 On the other hand, depending on the application, a radial external force (tension or compressive force) may be applied to only one end of the torque sensor. In this case, in the torque sensor having the torque transmission unit, an output error occurs depending on the relationship between the direction of the external force and the position of the sensor element, so improvement is required.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、一端のみに加えられた径方向の外力による出力誤差を低減可能とするトルクセンサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a torque sensor capable of reducing an output error due to a radial external force applied only to one end.
この発明に係るトルクセンサは、外筒部と、外筒部の一端に連結された第1フランジと、外筒部の他端に連結された第2フランジと、外筒部と同一の軸心上に位置する内筒部と、内筒部の外周面に設けられ、軸心に対して斜め方向を向いた抵抗ゲージを有するセンサ素子と、一端が第1フランジの内周面に連結され、他端が内筒部の一端側の外周面に連結された薄板部材である第1トルク伝達部と、一端が第2フランジの内周面に連結され、他端が内筒部の他端側の外周面に連結された薄板部材である第2トルク伝達部とを備え、第1トルク伝達部及び第2トルク伝達部のうちの少なくとも一方は、軸心に対する径方向に凹凸を有し、第1トルク伝達部及び第2トルク伝達部のうちの凹凸を有するトルク伝達部は、軸心に対する径方向のうちのセンサ素子が位置する方向を除く方向に空間が存在することを特徴とする。 The torque sensor according to the present invention has the same axis as the outer cylinder portion, the first flange connected to one end of the outer cylinder portion, the second flange connected to the other end of the outer cylinder portion, and the outer cylinder portion. An inner cylinder located above, a sensor element provided on the outer peripheral surface of the inner cylinder and having a resistance gauge oriented diagonally with respect to the axis, and one end connected to the inner peripheral surface of the first flange. The other end is a thin plate member connected to the outer peripheral surface on one end side of the inner cylinder portion, and one end is connected to the inner peripheral surface of the second flange, and the other end is the other end side of the inner cylinder portion. A second torque transmission unit, which is a thin plate member connected to the outer peripheral surface of the vehicle, is provided, and at least one of the first torque transmission unit and the second torque transmission unit has irregularities in the radial direction with respect to the axis. The torque transmission unit having irregularities in the first torque transmission unit and the second torque transmission unit is characterized in that a space exists in a direction other than the direction in which the sensor element is located in the radial direction with respect to the axis .
この発明によれば、上記のように構成したので、一端のみに加えられた径方向の外力による出力誤差を低減可能となる。 According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to reduce the output error due to the radial external force applied only to one end.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態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に示すように、外筒部1の一端に連結されたフランジ(第1フランジ)2と、外筒部1の他端に連結されたフランジ(第2フランジ)3とを有している。外筒部1、フランジ2及びフランジ3は、例えばステンレスにより構成される。なお、フランジ2及びフランジ3のうちの一方にはモータ等の駆動系が接続され、他方には例えばロボットハンド等の負荷系が接続される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
The torque sensor detects the torque. As shown in FIG. 1, the torque sensor includes a flange (first flange) 2 connected to one end of the
また、トルクセンサは、外筒部1と同一(略同一の意味を含む)の軸心上に位置する内筒部4を有している。この内筒部4の外周面には、1つ以上のセンサ素子5が貼付けられている。センサ素子5は、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する。このセンサ素子5は、上記軸心に対して斜め方向(45度方向)を向いた抵抗ゲージを有する。なお、斜め方向は45度方向としているが、これに限らず、ある程度のずれ(例えば44度方向又は46度方向等)は許容される。また図1に示すように、内筒部4を挟んで対向するように2つのセンサ素子5が設けられることで、トルクセンサは他軸干渉を低減可能となる。また、センサ素子5としては、例えば半導体歪ケージ又は金属歪ゲージを用いることができる。
Further, the torque sensor has an
また、トルクセンサは、一端がフランジ2の内周面に連結され、他端が内筒部4の一端側の外周面に連結されたトルク伝達部(第1トルク伝達部)6を有する。トルク伝達部6は、フランジ2に加えられた外力により生じるトルクを内筒部4を介してセンサ素子5に伝達するための薄板部材である。また、トルク伝達部6は、上記軸心に対する径方向に凹凸を有している。図1では、トルク伝達部6が円周状に波形の凹凸を有するディスク部材61から構成されている。
Further, the torque sensor has a torque transmission unit (first torque transmission unit) 6 having one end connected to the inner peripheral surface of the
また、トルクセンサは、一端がフランジ3の内周面に連結され、他端が内筒部4の他端側の外周面に連結されたトルク伝達部(第2トルク伝達部)7を有する。トルク伝達部7は、フランジ3に加えられた外力により生じるトルクを内筒部4を介してセンサ素子5に伝達するための薄板部材である。また、トルク伝達部7は、上記軸心に対する径方向に凹凸を有している。図1では、トルク伝達部7が円周状に波形の凹凸を有するディスク部材71から構成されている。
Further, the torque sensor has a torque transmission unit (second torque transmission unit) 7 having one end connected to the inner peripheral surface of the
また、トルクセンサは、センサ素子5により出力された信号をトルクとして計測する計測部8(不図示)を有する。トルクセンサに2つ以上のセンサ素子5が設けられる場合には、計測部8は、各センサ素子5により出力された信号の演算値をトルクとして計測する。なお、計測部8は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。
Further, the torque sensor has a measuring unit 8 (not shown) that measures a signal output by the
なお図1では、トルク伝達部6が円周状に波形の凹凸を有するディスク部材61である場合を示している。しかしながら、トルク伝達部6の形状及び配置はこれに限らず、上記軸心に対する径方向に凹凸を有していればよく、例えば図2に示すような形状及び配置としてもよい。
Note that FIG. 1 shows a case where the
図2では、トルク伝達部6に、上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向を除く方向に空間が存在している。図2に示すトルクセンサでは、図1に示すトルクセンサに対し、トルク伝達部6に空間を設けることで、上記径方向のうちのセンサ素子5が感度を有する方向に加えられた外力をセンサ素子5に伝達し難いように外力の伝達を軽減することができる。
In FIG. 2, a space exists in the
例えば図2Aでは、トルク伝達部6が円周状に波形の凹凸を有する2枚の板部材62から構成されている。そして、2枚の板部材62が上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向にそれぞれ位置している。図2Aに示すトルクセンサでは、図1に示すトルクセンサに対し、トルク伝達部6に空間が設けられることで、外力の伝達抑制が向上する。
For example, in FIG. 2A, the
また図2Bでは、トルク伝達部6が円周状に波形の凹凸を有する4枚の板部材62から構成されている。そして、図2Aに示す配置に加え、上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向に対して垂直な方向にも2枚の板部材62が位置している。図2Bに示すトルクセンサでは、図2Aに示すトルクセンサに対し、板部材62の数が増えることで、外力の伝達抑制を維持しつつトルクの伝達効率が向上する。
Further, in FIG. 2B, the
また図2Cでは、トルク伝達部6が円周状に波形の凹凸を有するディスク部材61から成り、ディスク部材61の外周面のうちの4方向に円弧状の凹部63が形成されている。これにより、トルク伝達部6は、内筒部4の一端側の外周面のうちの全周に連結され、且つ、フランジ2の内周面のうちの一部に連結される。その結果、図2Cに示すトルクセンサでは、図2A,2Bに示すトルクセンサに対し、トルクの伝達効率が向上する。
Further, in FIG. 2C, the
また図2Dでは、トルク伝達部6が円周状に波形の凹凸を有するディスク部材61から成り、ディスク部材61のうちの4方向に楕円状の開口部64が形成されている。図2Dに示すトルクセンサでは、トルク伝達部6がフランジ2の内周面のうちの全周に連結されているため、図2Cに示すトルクセンサに対して外力の伝達効率が上がってしまうものの、開口部64によりその影響が低減される。
Further, in FIG. 2D, the
また図2Eでは、トルク伝達部6が直線状に波形の凹凸を有する4枚の板部材62から構成されている。なお、各板部材62の配置は図2Bと同一である。
Further, in FIG. 2E, the
なお上記では、トルク伝達部6の形状及び配置について説明したが、トルク伝達部7の形状及び配置についても同様である。
Although the shape and arrangement of the
次に、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。以下では、トルクセンサが図1に示す構成である場合について説明する。また、従来のトルクセンサは、図3に示すように、実施の形態1におけるトルク伝達部6及びトルク伝達部7に凹凸が存在しない構成に相当する。
Next, the effect of the torque sensor according to the first embodiment will be described. Hereinafter, a case where the torque sensor has the configuration shown in FIG. 1 will be described. Further, as shown in FIG. 3, the conventional torque sensor corresponds to the configuration in which the
トルクセンサには、用途によっては、フランジ2及びフランジ3のうちの一方のみに径方向の外力(張力又は圧縮力)が加わる場合がある。この場合、外力の方向とセンサ素子5の位置との関係によってはトルクセンサに出力誤差が生じる。
例えば図3Aに示すように、フランジ2に径方向の張力が加わった場合であって、その方向がセンサ素子5が位置する方向である場合には、センサ素子5の特性上、センサ素子5は張力に対する感度を持たないため、出力誤差は生じない。一方、例えば図3Bに示すように、フランジ2に径方向の張力が加わった場合であって、その方向がセンサ素子5が位置する方向ではない場合には、2つのセンサ素子5にせん断応力が加わるため、出力誤差が生じる。なお、図3ではフランジ2に張力が加わる場合を示したが、フランジ2に圧縮力が加わった場合及びフランジ3に張力又は圧縮力が加わった場合についても同様である。
Depending on the application, a radial external force (tension or compressive force) may be applied to only one of the
For example, as shown in FIG. 3A, when a radial tension is applied to the
ここで、トルクセンサでは、上記外力のセンサ素子5への変形伝達を抑制するためには、トルク伝達部6及びトルク伝達部7の径方向への柔らかさが重要となる。一方、トルクセンサでは、外部から加えられたトルクのセンサ素子5への変形伝達を促進するためには、トルク伝達部6及びトルク伝達部7の回転に対する剛性が重要となる。
Here, in the torque sensor, in order to suppress the deformation transmission of the external force to the
そこで、実施の形態1に係るトルクセンサでは、トルク伝達部6及びトルク伝達部7に上記径方向に凹凸を設けることで、トルクのセンサ素子5への変形伝達を上記外力のセンサ素子5への変形伝達に対して相対的に大きくする。これにより、実施の形態1に係るトルクセンサは、出力誤差の低減を実現可能となる。
すなわち、実施の形態1に係るトルクセンサでは、例えば図4Aに示すように、フランジ2に加えられた張力の方向がセンサ素子5が位置する方向ではない場合でも、トルク伝達部6の上記径方向の凹凸によって、その張力のセンサ素子5への伝達を抑制できる。その結果、実施の形態1に係るトルクセンサは、出力誤差を低減できる。なお、図4Aではフランジ2に張力が加わる場合を示したが、フランジ2に圧縮力が加わった場合及びフランジ3に張力又は圧縮力が加わった場合についても同様である。したがって、凹凸は、トルク伝達部6,7のうちの、張力又は圧縮力が加わるフランジ側のトルク伝達部にのみ設けられていれば十分である。
Therefore, in the torque sensor according to the first embodiment, the
That is, in the torque sensor according to the first embodiment, for example, as shown in FIG. 4A, even if the direction of the tension applied to the
また、実施の形態1に係るトルクセンサでは、例えば図4Bに示すように、トルクセンサに通常のトルクが加えられた場合には、2つのセンサ素子5にせん断応力が加わるため、従来通りトルクが出力される。
Further, in the torque sensor according to the first embodiment, for example, as shown in FIG. 4B, when a normal torque is applied to the torque sensor, shear stress is applied to the two
また、他軸干渉の低減のために2つのセンサ素子5が設けられたトルクセンサでは、例えば図4Cに示すように、フランジ2に双方向のトルクが加わった場合に、2つのセンサ素子5に加わる信号の向きが互いに反転する。その結果、計測部8において出力が相殺され、出力誤差が低減される。
Further, in a torque sensor provided with two
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、外筒部1と、外筒部1の一端に連結されたフランジ2と、外筒部1の他端に連結されたフランジ3と、外筒部1と同一の軸心上に位置する内筒部4と、内筒部4の外周面に設けられ、軸心に対して斜め方向を向いた抵抗ゲージを有するセンサ素子5と、一端がフランジ2の内周面に連結され、他端が内筒部4の一端側の外周面に連結された薄板部材であるトルク伝達部6と、一端がフランジ3の内周面に連結され、他端が内筒部4の他端側の外周面に連結された薄板部材であるトルク伝達部7とを備え、トルク伝達部6及びトルク伝達部7のうちの少なくとも一方は、軸心に対する径方向に凹凸を有する。これにより、実施の形態1に係るトルクセンサは、一端のみに加えられた径方向の外力による出力誤差を低減可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the torque sensor includes the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, it is possible to modify any component of the embodiment or omit any component of the embodiment.
1 外筒部
2 フランジ(第1フランジ)
3 フランジ(第2フランジ)
4 内筒部
5 センサ素子
6 トルク伝達部(第1トルク伝達部)
7 トルク伝達部(第2トルク伝達部)
8 計測部
61 ディスク部材
62 板部材
63 凹部
64 開口部
71 ディスク部材
1
3 Flange (2nd flange)
4
7 Torque transmission unit (second torque transmission unit)
8 Measuring
Claims (5)
前記外筒部の一端に連結された第1フランジと、
前記外筒部の他端に連結された第2フランジと、
前記外筒部と同一の軸心上に位置する内筒部と、
前記内筒部の外周面に設けられ、前記軸心に対して斜め方向を向いた抵抗ゲージを有するセンサ素子と、
一端が前記第1フランジの内周面に連結され、他端が前記内筒部の一端側の外周面に連結された薄板部材である第1トルク伝達部と、
一端が前記第2フランジの内周面に連結され、他端が前記内筒部の他端側の外周面に連結された薄板部材である第2トルク伝達部とを備え、
前記第1トルク伝達部及び前記第2トルク伝達部のうちの少なくとも一方は、前記軸心に対する径方向に凹凸を有し、
前記第1トルク伝達部及び前記第2トルク伝達部のうちの前記凹凸を有するトルク伝達部は、前記軸心に対する径方向のうちの前記センサ素子が位置する方向を除く方向に空間が存在する
ことを特徴とするトルクセンサ。 With the outer cylinder
The first flange connected to one end of the outer cylinder portion and
The second flange connected to the other end of the outer cylinder portion and
The inner cylinder portion located on the same axis as the outer cylinder portion,
A sensor element provided on the outer peripheral surface of the inner cylinder portion and having a resistance gauge oriented in an oblique direction with respect to the axis.
A first torque transmission portion, which is a thin plate member having one end connected to the inner peripheral surface of the first flange and the other end connected to the outer peripheral surface on the one end side of the inner cylinder portion.
One end is connected to the inner peripheral surface of the second flange, and the other end is provided with a second torque transmission portion which is a thin plate member connected to the outer peripheral surface on the other end side of the inner cylinder portion.
At least one of the first torque transmission unit and the second torque transmission unit has irregularities in the radial direction with respect to the axis.
The torque transmission unit having the unevenness among the first torque transmission unit and the second torque transmission unit has a space in a direction other than the direction in which the sensor element is located in the radial direction with respect to the axis. A torque sensor featuring.
ことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。 The torque transmission portion having the unevenness among the first torque transmission portion and the second torque transmission portion is characterized in that the other end thereof is connected to the entire circumference of the outer peripheral surface of the inner cylinder portion. The torque sensor according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のトルクセンサ。 In the torque transmission unit having the unevenness among the first torque transmission unit and the second torque transmission unit, one end of the torque transmission unit is one of the first flange and the second flange to be connected. The torque sensor according to claim 1 or 2 , wherein the torque sensor is connected to a part of the peripheral surface.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちの何れか1項記載のトルクセンサ。 The torque sensor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the sensor element is two sensor elements facing each other with the inner cylinder portion interposed therebetween.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちの何れか1項記載のトルクセンサ。 The torque sensor according to any one of claims 1 to 4 , wherein the unevenness is a waveform.
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