JPH04168331A

JPH04168331A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH04168331A
Application number: JP29694490A
Authority: JP
Inventors: Toru Kobayashi; 徹小林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1992-06-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明はトルクセンサに関し、特に回転体のトルクを検
出するトルクセンサに関する。

従来技術一般に、モータの回転軸やロボットの関節等においては
、回転の際に発生するトルクを測定したい場合がある。

そのトルクの測定については、各種の方式が知られてい
るが、その−例として周知のストレインゲージ（歪ゲー
ジ）を用いる方式がある。

これは、１０　［ｍｍＪ　ｘ　５　［＋＋ｓ＋］程度の
大きさのストレインゲージを用いるものであり、回転の
際に発生する歪の大きさによりトルクを知るというもの
である。

例えば、第４図（ａ）、（ｂ）に示されているように外
筒］と内筒２との間に４枚の薄肉板６ａ〜６ｄを設け、
各薄肉板の表面にストレインゲージ１７ａ−１７ｄを張
り付けておく。そして、トルクが内筒２に与えられると
各薄肉板に張力が生じ、この張力をストレインゲージに
よって電気抵抗として検出するのである。なお、各スト
レインゲージの両端にはテスタ等が接続される。

しかしながら、上述したトルク測定方式では、小さなス
トレインゲージにより測定しているため、トルクを点で
しか認識できないという欠点がある。

そこで、これを解決するため、各薄肉板１枚について数
箇所にストレインゲージを貼付け、それらによって得ら
れる抵抗値の平均をとるという方式も考えられる。しか
し、この方式では貼付は方向等によって値にバラツキが
生じ、正しく平均化されないという欠点がある。

また、ストレインゲージを用いるこれらの方式では、微
弱な電流値の変化から抵抗値を測定するため、増幅器が
必要であるとともに、ノイズマージンが低いという欠点
もあった。

発明の目的本発明は上述した従来の欠点を解決するためにになされ
たものであり、その目的は回転体のトルクを有効に検出
することがてきるトルクセンサを提供することである。

発明の構成本発明によるトルクセンサは、回転体のトルクを伝達す
るトルク伝達部材と、予め固定された固定部材と、これ
らトルク伝達部材と固定部材との間に挟持された導電性
ゴムとを有し、前記導電性ゴムの抵抗値の変化により前
記回転体のトルクを１１Ｐ＋定するようにしたことを特
徴とする。

実施例次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明によるトルクセンサの一実施例の外観図
であり、同図（ａ）は測定対象たる回転体の回転軸方向
からみた正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の斜視図であ
る。なお、第１図（ａ）。

（ｂ）において第４図（ａ）、（ｂ）と同等部分は同一
符号により示されている。

図において、本発明のトルクセンサは周知の導電性ゴム
を用い、これに回転体のトルクを伝達してその厚みの変
化を抵抗値として検出するものであり、本実施例におい
ては４枚の導電性ゴム板が設けられている。

すなわち、第１図（ａ）を参照すると、本実施例のトル
クセンサは、回転体の回転軸と結合される内筒２と、こ
の内筒２の円周面に沿って９０度間隔で設けられ、回転
体のトルクを伝達するトルク伝達板３ａ〜３ｄとを含ん
で構成されている。

また、本実施例のトルクセンサは、固定された外筒１の
内面に突出し、トルク伝達板３ａ〜３ｄに夫々対応して
設けられた支持板４ａ〜４ｄと、夫々対応するトルク伝
達板３ａ〜３ｄと支持板４８〜４ｄとに挾まれ、支持さ
れた導電性ゴム５ａ〜５ｄとを含んで構成されている。

なお、ここにいう導電性ゴムとは、ネオブレンやシリコ
ーンゴム等のゴムにカーボンブラックや金属粉が混入し
ているものであり、その表面と裏面とに電気的導通が認
められるものである。

次に、各トルク伝達板、支持板及び導電性ゴムの接合関
係について第３図を用いて説明する。第３図はトルク伝
達板、支持板及び導電性ゴムの接合関係を示す拡大図で
あり、第１図（ａ）におけるトルク伝達板３ａ、支持板
４ａ及び導電性ゴム５ａの接合関係が示されている。

図において、導電性ゴム５ａの両面には、その厚さ方向
の抵抗値を検出するための接点箔７ａ及び７ｂが設けら
れている。導電性ゴム５ａに接している接点箔７ａは非
導電性のゴム系接着剤８ｂによりトルク伝達板３ａに接
着されている。また、導電性ゴム５ａに接している接点
箔７ｂは同様の非導電性のゴム系接着剤８ａにより支持
板４ａに接着されている。

さらに、接点箔７ａには配線線材９ａが接続され、接点
箔７ｂには配線線材９ｂが接続されている。つまり、こ
れら配線線材９ａ及び９ｂは図示せぬテスタ等に接続さ
れることにより導電性ゴム５ａの厚さ方向の抵抗値が測
定されるのである。

この第３図において、回転体からのトルクがトルク伝達
板３ａに伝達されると、矢印Ｙａ力方向力が加わって導
電性ゴム５ａが圧接される。すると、導電性ゴム５ａの
厚みが薄くなる。この厚みの変化による抵抗値の低下を
接点箔７ａ及び７ｂ更には配線線材９ａ及び９ｂを介し
て図示せぬテスタ等で検出するのである。これにより、
モータ等の回転体のトルクの大きさが測定できるのであ
る。

また、図において、十分に大きい導電性ゴムを、板状の
部材で挟んでいるため、トルクが面でとらえられ、その
大きさが自動的に平均化され、その平均値が抵抗値とし
て検出できるのである。よって、複数の導電性ゴムを設
けて、それらによって得られる抵抗値の平均値を計算す
る必要はないのである。これにより、ロボットの関節部
分にかかるトルクを平均化して測定したい場合に有効で
ある。

第１図に戻り、これらトルク伝達板、支持板及び導電性
ゴムの接合を４組用いた例について説明する。

図に示されているトルクセンサは、上述したようにトル
ク伝達板、支持板及び導電性ゴムを９０度毎に設けた構
成となっている。かかる構成において、回転体からのト
ルクが内筒２に加わると各トルク伝達板３ａ〜３ｄに伝
達され、夫々対応する支持板４ａ〜４ｄとにより各導電
性ゴム３ａ〜３ｄを圧接する。この場合、各トルク伝達
板、支持板及び導電性ゴムが９０度毎に配置されている
ため、トルクの加わる方向を検出することができるので
ある。

つまり、本実施例のトルクセンサの動作模式図である第
２図を参照すると、回転体が矢印Ｙの方向に回転すると
、各導電性ゴムには、夫々矢印Ｙａ−Ｙｄの方向の力が
加わり、これらを別々に検出できるのである。よって、
このトルクセンサをロボットの関節部分に設けておけば
、トルクの大きさのみならず、トルクの加わる方向をも
検出でき、過大なトルクが加わったときに装置を緊急停
止させること等ができる。

ここで、測定対象の回転体と内筒との結合方式としては
、回転軸に直接接続する方式の他、内筒の内面に粘性の
高い油等を塗って摩擦結合するという方式がある。つま
り、回転軸に直接接続する方式では、回転体のトルクが
過大であると本トルクセンサが破損するおそれがある。

これに対し、粘性°の高い油等により摩擦結合する方式
では、過大なトルクが加わっても本トルクセンサが破損
するおそれがない。よって、測定対象に応じて種々の方
式を採用すれば良い。

また、本トルクセンサは、構造が簡単であるため、回転
体と結合される内筒、固定される外筒、′トルク伝達板
及び支持板については鉄、アルミニウム等に金属を用い
て製造する他、各種の樹脂を用いて成型しても良い。特
に、樹脂を用いて成型する場合、−旦金型を作製すれば
、低コスト、かつ高生産効率で製造できるため、多数の
トルクセンサを製造するときには得策となる。

さらにまた、第２図において、回転方向を逆にすれば、
各導電性ゴムには、夫々矢印Ｙａ　−Ｙｄの逆方向の力
が加わり、抵抗値の増加としてトルクを検出できる。た
だし、この場合には、導電性接着剤により各導電性ゴム
と接点箔とを接着するか、導電性ゴムの表面に接点応用
材料を蒸着させる等の処置が必要となる。

さらにまた、第１図（ａ）において、導電性ゴム５ｂ、
５ｄに対するトルク伝達板の位置と支持板の位置とを入
替えても良い。こうすれば、回転体が矢印Ｙの逆方向に
回転した場合には支持板４ｂ　、４ｄの部分で導電性ゴ
ム５ｂ、５ｄが圧接され、矢印Ｙの方向に回転した場合
には支持板４ａ、４ｃの部分で導電性ゴム５ａ、５ｄが
圧接され、いずれも抵抗値の減少として検出されるため
、どちらの方向に回転してもトルクセンサの破損のおそ
れはなくなる。

さらにまた、各トルク伝達板、支持板及び導電性ゴムの
枚数を増やし、４５度毎に配置するという方式も考えら
れる。その他、必要に応じてそれらの枚数を増減すれば
良い。

なお、本実施例においては、測定対象の回転体を内筒に
結合した場合を説明したが、外筒に結合してトルクを加
え、内筒を固定しても同様の効果が得られることは明ら
かである。

発明の詳細な説明したように本発明は、導電性ゴムを用い、その厚
みの変化によりトルクを検出することにより、トルクを
面で測定できる等、より有効にトルクを測定できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例によりトルクセンサの正
面図、第１図（ｂ）は同図（ａ）の斜視図、第２図はト
ルクセンサの動作を示す模式図、第３図は第１図中の導
電性ゴム部分の拡大図、第４図（ａ）は従来のトルクセ
ンサの正面図、第４図（ｂ）は同図（ａ）の斜視図であ
る。主要部分の符号の説明１・・・・・・外筒２・・・・・・内筒３ａ〜３ｄ・・・・・・トルク伝達板４ａ〜４ｄ・・・・・・支持板５ａ〜５ｄ・・・・・・導電性ゴム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転体のトルクを伝達するトルク伝達部材と、予
め固定された固定部材と、これらトルク伝達部材と固定
部材との間に挟持された導電性ゴムとを有し、前記導電
性ゴムの抵抗値の変化により前記回転体のトルクを測定
するようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
（２）回転体のトルクが伝達される円筒部材と、この円
筒部材の円周面に沿って略等間隔に取付けられた複数の
トルク伝達部材と、これらトルク伝達部材に対応して固
定された複数の板部材と、前記複数のトルク伝達部材と
前記複数の板部材とに夫々挟まれた複数の導電性ゴムと
を有し、前記複数の導電性ゴムの各抵抗値の変化により
前記回転体のトルクを測定するようにしたことを特徴と
するトルクセンサ。