JPH04315021A - 軸力センサ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は軸力センサに関し、特
に、スラスト方向に応力が作用する軸の荷重検出に用い
られる軸力センサに関するものである。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】従来、スラスト方向に応
力が作用する軸に設けられて作用する荷重を検出するよ
うになっている軸力センサにあっては図８に示すものが
知られている。

【０００３】すなわち、図８に示す軸力センサにあって
は、軸３１に設けた段部３２によってそれ以上の挿入が
阻止されている一方のセンサ押え３３と、同様に軸３１
に設けた段部３４によってそれ以上の挿入が阻止されて
いる他方のセンサ押え３５との間に、軸３１が貫通して
いるとともに、内周面中央部が薄肉のセンサ部３６ａと
なっているセンサ部材３６を位置して、前記他方のセン
サ押え３５をナット３７で固定して取付け、前記センサ
部材３６のセンサ部３６ａにセンサである歪ゲージ３８
を配設して構成してある。なお、３９はカバーである。

【０００４】上記のように構成された軸力センサが設け
られた軸３１にスラスト方向の荷重が作用すると、軸３
１が軸線方向に変位し、この場合、両センサ押え３３、
３５は軸３１と一体に変位するので、両センサ押え３３
、３５間で挟持固定されたセンサ部材３６に荷重が作用
し、作用した荷重による変位がセンサ部材３６の薄肉の
センサ部３６ａに集中する。したがって、センサ部材３
６のセンサ部３６ａに位置するセンサ３８が変位し、こ
の変位をブリッジ回路等で検出するようになっている。

【０００５】しかしながら、上記のように構成した従来
の軸力センサにあっては、測定する軸の変位量に依存す
るために、軸の直径が大きい場合にはセンサの出力が小
さくなってしまい、このために検出感度が悪いものとな
ってしまうという問題点を有していた。

【０００６】この発明の目的は、小さな荷重が軸に作用
した場合であっても確実に検出することができるととも
に、容易に製造することのできる軸力センサを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】上記の目的を達成する
ためにこの発明は、軸のスラスト方向に作用する荷重を
検出する軸力センサであって、この軸力センサは、軸が
挿通した状態で軸に対する移動が阻止されているケース
の内部に、環状をなすとともに、肉厚の内周部および外
周部と、内周部および外周部を連結する薄肉のセンサ部
とからなり、センサ部の内周面および外周面のうちの少
なくともいずれか一方に所定の間隔をおいて径方向を向
くセンサが設けられているセンサ部材を、その外周部を
固定した状態で配設し、環状をなすとともに、端部が前
記センサ部材の内周部に当接するセンサ押えスリーブを
前記軸が挿通した状態で配設し、さらに、前記軸に設け
られるとともに、前記センサ部材に対する前記センサ押
えスリーブの押圧状態を変更可能な調整部材を配設した
ことを特徴とする軸力センサを構成したものである。

【０００８】そして、前記センサ押えスリーブは、環状
をなすとともに、センサ部材に当接する端部が尖ってお
り、また、前記センサ部材は環状の板材の一側面の中央
部に環状の溝を設けることで肉厚の内周部および外周部
と、薄肉のセンサ部とが形成されていたり、環状の板材
の両側の対向する部位に環状の溝をそれぞれ設けること
で肉厚の内周部および外周部と、薄肉のセンサ部とが形
成されている。

【０００９】また、この発明は、軸のスラスト方向に作
用する荷重を検出する軸力センサであって、この軸力セ
ンサは、軸が挿通した状態で軸に対する移動が阻止され
ているケースの内部に、環状をなすとともに、肉厚の内
周部および外周部と、内周部および外周部を連結する薄
肉のセンサ部とからなり、センサ部の内周面および外周
面のうちの少なくともいずれか一方に所定の間隔をおい
て径方向を向くセンサが設けられているセンサ部材を、
その外周部を固定した状態で配設し、環状をなすととも
に、端部が前記センサ部材の内周部に当接するセンサ押
えスリーブを前記軸が挿通した状態で配設し、さらに、
前記軸に設けられるとともに、前記センサ部材に対する
前記センサ押えスリーブの押圧状態を変更可能な調整部
材を配設し、前記センサでブリッジ回路を組むことで軸
に作用する荷重を検出することを特徴とする軸力センサ
を構成したものである。

【００１０】

【作用】この発明は上記の手段を採用したことにより、
軸に荷重が作用すると軸の変位量だけセンサ押えスリー
ブが移動し、このセンサ押えスリーブの端部によって、
それと直交するとともに、肉圧の外周部が固定されてい
るセンサ部材の肉厚の内周部を変位量だけ押圧する。す
ると、内周部と外周部との間に設けられた薄肉のセンサ
部に、その内周面および外周面のうちの一方に圧縮が、
また、他方に引張りが作用して変位するので、内周面ま
たは外周面のうちの少なくとも一方に所定の間隔をおい
て設けられた径方向を向くセンサで検出される。したが
って、センサでブリッジ回路を組むことでも検出される
ものである。

【００１１】

【実施例】以下、図面に示すこの発明の実施例について
説明する。図１にはこの発明による軸力センサが示され
ていて、この軸力センサは、軸１に設けた段部２によっ
てそれ以上の挿入が阻止された状態で軸１に取付けられ
る上面が開口した環状のケース３を有し、このケース３
の内部にはポッティング剤４が充填され、このポッティ
ング剤４の上面に環状の回路基板５が位置している。

【００１２】さらに、前記ケース３の内部において前記
回路基板５の上面外周部にはワイヤボンディング用基板
６が設けられている。

【００１３】そして、前記回路基板５の上部内周側には
、環状をなすセンサ部材７が、その内周面を前記ケース
３の内周部３ａの外面と僅かな間隔をおいて配設され、
このセンサ部材７の外周部７ｂの一部７ｄは、前記ワイ
ヤボンディング用基板６の上部に設けられて、外周面が
前記ケース３の外周部３ｂの内面と当接するようになっ
ている環状のセンサホルダー８のかしめ部８ａでかしめ
取付けされている。

【００１４】一方、前記センサホルダー８と、ケース３
の内周部との間には環状をなすとともに、下端部が尖っ
ているセンサ押えスリーブ９が配設され、そしてセンサ
押えスリーブ９の上端は前記軸１に設けたねじ部１０と
螺合しているプリロードナット１１で押圧されており、
前記軸１のねじ部１０とプリロードナット１１とでセン
サ押えスリーブ９の押圧調整を行う調整部材が形成され
ている。

【００１５】さらに、前記センサホルダー８に設けた孔
８ｂ内にはコネクタ１２が位置し、このコネクタ１２を
貫通している端子１３は前記ワイヤボンディング用基板
６、および回路基板５を貫通して前記ケース３の内部に
充填したポッティング剤４に達している。

【００１６】なお、１４は前記ケース３の内周面の外面
に設けた溝内に収納されてセンサ押えスリーブ９との間
をシールするＯリング、１５は前記センサ押えスリーブ
９に設けた溝内に収納されて前記センサホルダー８との
間をシールするＯリングである。

【００１７】上記のように構成されている軸力センサに
使用されるセンサ部材７の作用について説明すると、ま
ずセンサ部材７は、図２および図３に示すように構成さ
れており、環状をなすとともに、一側面の中央部に環状
の溝が形成されて肉厚の内周部７ａおよび外周部７ｂと
、それらを連結する薄肉のセンサ部７ｃとから構成され
ている。なお、図１に示した場合のかしめ用の一部７ｄ
は省略するとともに、センサ押えスリーブ９の当接部位
、すなわち、荷重の作用部位は図１のものと反対側の場
合で説明するが、内周側および外周側の圧縮、引張りが
逆になるだけである。

【００１８】そして、前記センサ部材７のセンサ部７ｃ
の内周側と外周側とに対応する位置に図２に示すように
それぞれ４等配でセンサである歪ゲージＳ１　、Ｓ２　
、Ｓ３　、Ｓ４　、およびＲ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ
４　が配設され、それらでフルブリッジ回路が組まれて
いる。

【００１９】そして、図３の上下を逆にして前記軸力セ
ンサの内部に組み込むものであり、センサ押えスリーブ
９の尖った端部で前記センサ部材７の内周部７ａが押圧
されることになる。

【００２０】このようにセンサ部材７の内周部７ａがセ
ンサ押えスリーブ９で押圧された時のセンサ部材７の径
方向の応力は図４に示すようになり、中心から内周部７
ａの外面までの距離をｂ、外周部７ｂの内面までの距離
をａとすると、センサ押えスリーブ９によって図４のよ
うに荷重がＡ矢印のように作用する。

【００２１】すると、外周部７ｂは固定側であり、また
、内周部７ａは、それ自体が変位しないのでセンサ部７
ｃの内周側、すなわち距離ｂの部位で最大の圧縮が、ま
た、外周側、すなわち距離ａの部位で最大の引張りが作
用する。

【００２２】したがって、径方向の応力の分布は図４の
下部に示す状態となり、距離ｂの部位、および距離ａの
部位に、それぞれ４等配で歪ゲージＳ１　、Ｓ２　、Ｓ
３　、Ｓ４、およびＲ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　を
配設して有るので、その部位に作用する応力が検出され
、各歪ゲージＳ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　、および
Ｒ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　でフルブリッジを組む
ことにより、軸１に作用する軸方向の応力を精度良く検
出することができる。

【００２３】図５にはこの発明による軸力センサの他の
実施例が示されていて、この実施例に示す軸力センサに
あっては、前記実施例と同様に段部２を有する軸１に、
下端部が閉塞された筒状をなすとともに、この閉塞した
下端部に孔１９ａが穿設されたセンサ押えスリーブ１９
が、その孔１９ａ内に前記軸１を挿通させて前記段部２
に当接した状態となっている。

【００２４】また、下端が開口する環状をなすケース２
３は、その内周部２３ａが軸１と当接しない状態で前記
軸１とセンサ押えスリーブ１９との間に位置し、一方、
前記ケース２３内には、センサ部材７がその外周面がケ
ース２３の一部に嵌合した状態で、また、内周面が前記
ケース２３の内周部２３ａの外面と僅かな間隔をおいた
状態で取付けられ、センサ部材７の内周部７ａに前記セ
ンサ押えスリーブ１９の先端部が当接するようになって
いる。

【００２５】前記センサ部材７の外周部７ｂはワイヤボ
ンディング用基板６と当接しており、このワイヤボンデ
ィング用基板６は内周面が前記センサ押えスリーブ１９
と間隔をおいた状態で前記ケース２３の外周部２３ｂの
内面と当接している回路基板５の上面に設けられている
。

【００２６】一方、前記ケース２３の開口部には内周面
がＯリング１６を介して前記センサ押えスリーブ１９の
外面と当接し、外周面がＯリング１７を介して前記ケー
ス２３の外周部２３ｂの内面と当接するキャップ１８が
設けられ、このキャップ１８は前記ケース２３の外周部
２３ｂの端部をかしめることで離脱が防止され、また、
前記キャップ１８と前記回路基板５との間にはポッティ
ング剤４が充填されている。

【００２７】さらに、前記ケース２３に設けた孔２３ｃ
内にはコネクタ１２が位置し、このコネクタ１２を貫通
している端子１３は前記ワイヤボンディング用基板６、
および回路基板５を貫通して前記ケース２３の内部に充
填したポッティング剤４に達している。

【００２８】そして、前記軸１のねじ部１０に螺合する
プリロードナット１１が前記ケース２３を押圧するよう
になっており、前記軸１のねじ部１０とプリロードナッ
ト１１とでセンサ押えスリーブ１９の押圧調整を行う調
整部材が形成されている。

【００２９】なお、２０は前記ケース２３の内周部２３
ａの外面に設けた溝内に収納されてセンサ押えスリーブ
１９との間をシールするＯリングである。

【００３０】上記のように構成した軸力センサにあって
も、センサ部材２７は前記実施例に示すものと同様であ
り、センサ部材７の外周部７ｂが固定側で、内周部７ａ
に荷重が作用するものであり、図４のＡ矢印方向の荷重
が作用するとセンサ部材７の内周部７ａ、および外周部
７ｂは歪むことなく内周部７ａと外周部７ｂとの間を連
結する薄肉のセンサ部７ｃのうちの内周側が最大に圧縮
され、外周側が最大に引っ張られるものであり、センサ
部材７として検出する径方向の応力は図４の下部に示す
ようになる。

【００３１】図６、図７には前記センサ部材の他の例が
示されていて、前記実施例に示したセンサ部材７は、環
状をなすとともに、一側面の中央部に溝が形成されるこ
とで肉厚の内周部７ａおよび外周部７ｂと、それらを連
結する薄肉のセンサ部７ｃとを形成し、センサ部７ｃの
内周側および外周側に対応する他側面にそれぞれ４等配
で歪ゲージＳ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　、およびＲ
１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　を配設したが、この例に
示すセンサ部材２７にあっては、環状をなすとともに、
両側面の中央部に溝が形成されることで肉厚の内周部２
７ａおよび外周部２７ｂと、それらを連結する薄肉のセ
ンサ部２７ｃとを形成し、一方の溝に連続するように内
周部２７ａおよび外周部２７ｂに４等配で切欠き部２７
ｄを形成し、この各切欠き部２７ｄ内に歪ゲージＳ１　
、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　、およびＲ１　、Ｒ２　、Ｒ
３　、Ｒ４をそれぞれ配設したものである。

【００３２】このように構成することにより、内周部の
一側面あるいは外側面のどちらから荷重が作用しても良
いものである。

【００３３】なお、前記実施例においては、センサであ
る各歪ゲージをセンサ部材７、２７の薄肉のセンサ部７
ｃ、２７ｃの内周側および外周側に配設したものを示し
たが、いずれか一方側の歪ゲージのみでも、または内周
側および外周側の歪ゲージを薄肉のセンサ部７ｃ、２７
ｃの反対面に配設しても良いものである。さらに、フル
ブリッジを組むことなく、単に任意の箇所に歪ゲージを
配設したとしても、軸に作用する荷重を検出することが
できるものである。

【００３４】

【発明の効果】この発明は前記のように構成したことに
より、軸に荷重が作用して変位した場合には、その変位
に応じてセンサ部材が変位することになり、これによっ
て作用する荷重が小さい場合でも確実に検出することが
できて検出精度を高めることができる。また、センサ部
材は環状をなすとともに、中央部が薄肉部に形成し、圧
縮および引張りが最大に作用するセンサ部の内周側およ
び外周側に歪ゲージを配設したので検出精度が向上する
。さらに、センサ部材は環状をなすとともに、中央部を
薄肉部に形成することで形成できるので製造が容易であ
り、製造コストを安価にすることができるという効果を
有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による軸力センサの概略図である。

【図２】上面にセンサが配置されたセンサ部材を示す概
略図である。

【図３】図２の縦断面図である。

【図４】センサ部材の部位と、その部位に作用する応力
とを示す説明図である。

【図５】この発明による軸力センサの他の実施例の概略
図である。

【図６】軸力センサに使用するセンサ部材の他の例を示
す概略図である。

【図７】図６のＸ−Ｘ線に沿ってみた断面図である。

【図８】従来の軸力センサを示す概略図である。

【符号の説明】

１、３１……軸 ２、３２、３４……段部 ３、２３……ケース ４……ポッティング剤 ５……回路基板 ６……ワイヤボンディング用基板 ７、２７、３６……センサ部材 ７ａ、２７ａ……内周部 ７ｂ、２７ｂ……外周部 ７ｃ、２７ｃ、３６ａ……センサ部 ８……センサホルダー ８ａ……かしめ部 ８ｂ……孔 ９、１９……センサ押えスリーブ １０……ねじ部 １１……プリロードナット １２……コネクタ １３……端子 １４、１５、１６、１７、２０……Ｏリング１８……キ
ャップ ３３、３５……センサ押え ３７……ナット ３８、Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　、Ｒ１　、Ｒ２
、Ｒ３　、Ｒ４　……歪ゲージ ３９……カバー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　軸のスラスト方向に作用する荷重を検
   出する軸力センサであって、該軸力センサは、軸（１）
   が挿通した状態で軸（１）に対する移動が阻止されてい
   るケース（３、２３）の内部に、環状をなすとともに、
   肉厚の内周部（７ａ、２７ａ）および外周部（７ｂ、２
   ７ｂ）と、内周部（７ａ、２７ａ）および外周部（７ｂ
   、２７ｂ）を連結する薄肉のセンサ部（７ｃ、２７ｃ）
   とからなり、センサ部（７ｃ、２７ｃ）の内周面および
   外周面のうちの少なくともいずれか一方に所定の間隔を
   おいて径方向を向くセンサ（Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３、Ｓ
   ４　）（Ｒ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　）が設けられ
   ているセンサ部材（７、２７）を、その外周部（７ｂ、
   ２７ｂ）を固定した状態で配設し、環状をなすとともに
   、端部が前記センサ部材（７、２７）の内周部（７ａ、
   ２７ａ）に当接するセンサ押えスリーブ（９、１９）を
   前記軸（１）が挿通した状態で配設し、さらに、前記軸
   （１）に設けられるとともに、前記センサ部材（７、２
   ７）に対する前記センサ押えスリーブ（９、１９）の押
   圧状態を変更可能な調整部材（１０、１１）を配設した
   ことを特徴とする軸力センサ。
2. 【請求項２】　　前記センサ押えスリーブ（９、１９）
   は、環状をなすとともに、センサ部材（７、２７）に当
   接する端部が尖っている請求項１記載の軸力センサ。
3. 【請求項３】　　前記センサ部材（７）は環状の板材の
   一側面の中央部に環状の溝を設けることで肉厚の内周部
   （７ａ）および外周部（７ｂ）と、薄肉のセンサ部（７
   ｃ）とが形成されている請求項１記載の軸力センサ。
4. 【請求項４】　　前記センサ部材（２７）は環状の板材
   の両側の対向する部位に環状の溝をそれぞれ設けること
   で肉厚の内周部（２７ａ）および外周部（２７ｂ）と、
   薄肉のセンサ部（２７ｃ）とが形成されている請求項１
   記載の軸力センサ。
5. 【請求項５】　　軸のスラスト方向に作用する荷重を検
   出する軸力センサであって、該軸力センサは、軸（１）
   が挿通した状態で軸（１）に対する移動が阻止されてい
   るケース（３、２３）の内部に、環状をなすとともに、
   肉厚の内周部（７ａ、２７ａ）および外周部（７ｂ、２
   ７ｂ）と、内周部（７ａ、２７ａ）および外周部（７ｂ
   、２７ｂ）を連結する薄肉のセンサ部（７ｃ、２７ｃ）
   とからなり、センサ部（７ｃ、２７ｃ）の内周面および
   外周面のうちの少なくともいずれか一方に所定の間隔を
   おいて径方向を向くセンサ（Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３、Ｓ
   ４　）（Ｒ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　）が設けられ
   ているセンサ部材（７、２７）を、その外周部（７ｂ、
   ２７ｂ）を固定した状態で配設し、環状をなすとともに
   、端部が前記センサ部材（７、２７）の内周部（７ａ、
   ２７ａ）に当接するセンサ押えスリーブ（９、１９）を
   前記軸（１）が挿通した状態で配設し、さらに、前記軸
   （１）に設けられるとともに、前記センサ部材（７、２
   ７）に対する前記センサ押えスリーブ（９、１９）の押
   圧状態を変更可能な調整部材（１０、１１）を配設し、
   前記センサ（Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　）（Ｒ１
   　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　）でブリッジ回路を組むこ
   とで軸（１）に作用する荷重を検出することを特徴とす
   る軸力センサ。