JPH0543041U - 軸力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸に作用するスラスト方向の荷重を検出す
る。 【構成】 ケース５に軸８を挿通するとともに、ケース
５の内部空所にセンサ部材１およびフレキシブルサーキ
ット６を配設する。スリーブ２は軸８に被嵌されるとと
もに、一部を軸８に係止し、また端部をセンサ部材１に
当接する。フレキシブルサーキット６は環状部を有し、
この環状部にスリーブ２を挿通した状態でケース５に保
持される。軸８に荷重が作用すると、荷重はスリーブ２
を介してセンサ部材１に伝達される。すると、センサ部
材１上のセンサより信号が生じ、信号がフレキシブルサ
ーキット６を介して外方に出力される。フレキシブルサ
ーキット６は、その柔軟性のために、取付けの際の位置
決めが容易である。また、フレキシブルサーキット６上
に、信号を処理するための電気回路を組んだので、ケー
ス５内の構造を簡略にすることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案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】

【従来の技術およびその問題点】

従来、この軸力センサとして図３に示すようなものが知られている。 すなわち、図３に示す軸力センサは、外周にねじ部を有する軸５８が固定部材 ５３に固定されるとともに、軸５８のねじ部に、センサ部材５１を介在させた状 態でナット５２ａ、５２ｂを螺合したものであり、軸５８にスラスト方向の荷重 が作用すると、センサ部材５１に取着されるセンサによって、軸５８に作用した 荷重を測定できるようになっている。

【０００３】 図３において、軸５８の先端部には雄ねじが形成されていて、軸５８の一部に 固定部材５３を介在させた状態で、固定用ナット５４を軸５８の先端部の雄ねじ 部に螺合することにより、軸５８が固定部材５３に固定されている。

【０００４】 また、軸５８の外周面にはねじ部が形成されていて、このねじ部に２つのナッ ト５２ａ、５２ｂが螺合されることにより、この２つのナット５２ａ、５２ｂの 間にセンサ部材５１が挟持された状態で固定されている。

【０００５】 このセンサ部材５１は、環状をなすとともにその内側に図示しないセンサが取 着されているもので、軸５８にスラスト方向の荷重が作用したときに、このセン サ部材５１自体が撓んで変位し、この変位量をセンサが電気信号に変換するよう になっている。

【０００６】 この軸力センサは、以上のような構成により、軸５８にスラスト方向の荷重が 作用すると、軸５８が軸線方向に変位するようになり、これに伴って、ナット５ ２ａ、５２ｂが軸５８と一体に変位するようになる。このとき、両ナット５２ａ 、５２ｂ間に挟持・固定されているセンサ部材５１に荷重が集中するようになる ため、作用する荷重の大きさに応じた量でセンサ部材５１が変位するようになる 。次いで、センサ部材５１に取着されているセンサが、センサ部材５１の変位を 電気信号に変換することにより、軸５８に作用する荷重を電気的に検出できるこ ととなる。

【０００７】 しかしながら、上記のような従来の軸力センサにあっては、測定する軸５８の 変位量に依存するために、軸５８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くなってしまうという問題点を有してい た。

【０００８】 この考案は、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。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】

上記の問題点を解決するためにこの考案は、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、前記軸が挿通した状態で軸に対する移動が阻止 されているケース内に、センサが取着されている環状のセンサ部材と、このセン サ部材に接続されるフレキシブルサーキットとを配設し、さらに、一部が前記軸 に係止し、かつ端部が前記センサ部材の内周部に当接する状態で前記軸に被嵌さ れる略筒状のスリーブを設け、前記センサ部材のセンサより得られる信号をフレ キシブルサーキットを介して外方に出力するという手段を採用したものである。 また、前記フレキシブルサーキットは環状部を有し、この環状部に前記軸および スリーブを挿通した状態で、外周部が前記ケースに保持されているという手段を 採用し、また前記フレキシブルサーキットの環状部上に、前記センサ部材のセン サより得られる信号を処理する電気回路が組まれているという手段を採用したも のである。

【００１０】

【作用】

この考案は上記の手段を採用することにより、軸にスラスト方向の荷重が作用 すると、軸の変位によってスリーブが軸線方向に移動し、これによって、スリー ブの端部が当接するセンサ部材の内周部を軸線方向へ変位させるようになる。

【００１１】 すると、その変位量に応じた電気信号がセンサ部材に取着したセンサより得ら れるようになり、この電気信号は、さらにフレキシブルサーキットを介してケー スの外方へ出力されるようになっている。

【００１２】 フレキシブルサーキット上には、センサより得られる信号を処理するための電 気回路が組まれているため、ケース内の構造を簡単にでき、コンパクトに収容す ることができるようになっている。

【００１３】 また、このフレキシブルサーキットは、その特有の性質である柔軟性のために 、内側にスリーブが接触する状態でケース内に取付けられても、スリーブの動き に応じて従順に揺動するようになるため、スリーブの動作の妨げになることは無 く、よって検出精度への影響もない。

【００１４】 従って、フレキシブルサーキットは、比較的ラフに位置決めを行うことができ 、また、これによって許容寸法誤差を大きく設定することができるため、製作を 容易にすることができるようになっている。

【００１５】

【実施例】

【００１６】 以下、図面に示すこの考案の実施例を説明する。 図１は、この考案の一実施例を示す図である。 すなわち、図１に示す軸力センサは、スリーブ２の一端に係止する状態で軸８ がケース５に挿通されるとともに、ケース５内にセンサ部材１およびフレキシブ ルサーキット６が配設されているもので、このフレキシブルサーキット６上に電 気回路が組まれるようになっている。そして、軸８にスラスト方向の荷重が作用 すると、荷重はスリーブ２を介してセンサ部材１に作用し、センサ部材１に取着 されているセンサによって、軸８に作用した荷重を測定できるようにしている。

【００１７】 図１において、ケース５は、全体として筒状をなすとともに、その内周部５ｂ と外周部５ａとの間に一方に開口する空所が形成されているもので、このケース ５の内部空所に、センサが取着されるセンサ部材１と、電気回路が組込まれるフ レキシブルサーキット６が配設されるようになっている。

【００１８】 このケース５の内周部５ｂの内側には軸８が挿通される。この軸８は途中に段 部９を有していて、軸８をケース５に挿通したときに、同時に軸８を被嵌するス リーブ２の端部に軸８の段部９が係止するようになっており、これによって、軸 ８の変位に伴ってスリーブ２が連動するようになっている。

【００１９】 そして、この軸８をケース５に挿通して、段部９をスリーブ２に係止させたの ち、軸８に形成されているねじ部８ａにプリロードナット７を螺合することによ り、軸８の段部９とプリロードナット７との間に、ケース５がプリロードナット ７で押圧された状態で固定される。このとき、プリロードナット７は、ケース５ への締付け具合を調節することによって、軸８の段部９とスリーブ２との係止具 合、つまり押圧調整を行うことができるようになっている。

【００２０】 軸８に被嵌されるとともに、段部９に端部が係止するスリーブ２は、全体とし て略筒状をなしていて、その一部がケース５の内周部５ｂの外側に上下動自在な 状態で被嵌される。また、段部９が係止していない側のスリーブ２の端部は、や や尖った状態で形成されていて、ケース５の内部空所に配設されるセンサ部材１ に当接するようにしており、軸８に生じるスラスト方向の変位は、このスリーブ ２を介してセンサ部材１に伝達されるようになっている。

【００２１】 このセンサ部材１は、全体として環状をなすとともに、厚肉に形成される内周 部と外周部との間が薄肉な起歪部で連結されているもので、外周部が固定される と、起歪部の歪みによって内周部が軸線方向に揺動・変位が可能となるようにし ている。

【００２２】 そして、このセンサ部材１は、その外周部をケース５に嵌合して固定するとと もに、内周部にスリーブ２の尖った方の端部を当接することにより、スリーブ２ の軸線方向の移動量に応じて、センサ部材１の内周部が変位するようにしている 。

【００２３】 このセンサ部材１の起歪部には、その内周部および外周部寄りの部位にセンサ である歪ゲージ（図示せず）が等配に取着されていて、この歪ゲージでブリッジ 回路が組まれている。この歪ゲージは、センサ部材１の変位に応じて内部の抵抗 値が変化するようになっていて、これによって、センサ部材１の変位量を歪ゲー ジの抵抗値の変化量に変換し、電気信号が得られるようになっている。

【００２４】 センサ部材１に取着される歪ゲージは、ケース５の内部空所においてセンサ部 材１の上方に配設されるフレキシブルサーキット６と接続される。

【００２５】 このフレキシブルサーキット６は柔軟性を有し、図２に示すように、軸８およ びスリーブ２を挿通可能な環状をなす環状部６ａと、センサ部材１に接続される 接続部６ｃと、環状部６ａと接続部６ｃとを連結するネック部６ｂとからなり、 環状部６ａの内側に軸８およびスリーブ２を挿通した状態で、環状部６ａの外周 部を、環状をなすリング部材４の端部でケース５の外周部５ａに押圧・挟持する ことにより、フレキシブルサーキット６がケース５に保持されるようにしている 。

【００２６】 フレキシブルサーキット６の環状部６ａとネック部６ｂとの連結部分には径方 向に切込み６ｄが入っていて、ネック部６ｂを途中より軸線方向へ折り曲げるこ とができるようになっている。このネック部６ｂは、その先端部が環状部６ａよ りセンサ部材１に延出するもので、その先端部の接続部６ｃが、例えばワイヤボ ンディング等の手段によりセンサ部材１上の歪ゲージと接続されることにより、 歪ゲージが接続部６ｃおよびネック部６ｂを介して環状部６ａと電気的に導通す るようになっている。

【００２７】 フレキシブルサーキット６の環状部６ａ上には、ＩＣ等の電気回路部品が実装 されていて、歪ゲージより送られてくる電気信号をこの環状部６ａ上で処理する ようにしている。

【００２８】 そして、このフレキシブルサーキット６は、さらにケース５に形成される孔５ ｃに嵌め込まれるコネクタ（図示せず）と接続されて、フレキシブルサーキット ６の環状部６ａ上で処理された電気信号がコネクタを通じて外方に出力されるよ うになっている。

【００２９】 ケース５の内部空所の開口部にはキャップ３が嵌め込まれて、ケース５の外周 部５ａの端部でキャップ３の周縁部をかしめることによって、ケース５の内部空 所が閉塞されるようになっている。このとき、キャップ３とケース５の外周部５ ａとの間にはＯリング１０ｂが、またキャップ３とスリーブ２の外周面との間に はＯリング１０ａが介在するように配設されていて、キャップ３をシールしてい る。

【００３０】 なお、フレキシブルサーキット６とキャップ３との間の空所には、ポッティン グ剤が充填される。また、１０ｃは、Ｏリングであり、ケース５の内周部５ｂの 外側と、スリーブ２の内側との間をシールするものである。

【００３１】 次に上記のものの作用を説明する。 この軸力センサは、上記のように構成することにより、軸８にスラスト方向の 荷重が作用すると、軸８が軸線方向に変位して、軸８の段部９に係止しているス リーブ２を軸線方向に移動させるようになる。これに伴って、スリーブ２の先端 が当接しているセンサ部材１の内周部がスリーブ２の移動量に応じて変位し、こ のときのセンサ部材１の変位量に応じた電気信号が、センサ部材１に取着されて いるセンサより得られるようになる。次いでセンサより生じた電気信号は、さら にフレキシブルサーキット６に送出され、フレキシブルサーキット６上に組まれ ている電気回路で処理されたのち、図示しないコネクタより外方へ出力されるこ ととなる。

【００３２】 ここで、センサ部材１は、その外周部を固定して内周部を揺動させるようにし ているが、内周部はそれ自体は変位しないので、スリーブ２でセンサ部材１の内 周部を押圧した際に、センサ部材１の起歪部において、その内周部側の部位に最 大の圧縮が作用し、また外周部側の部位に最大の引張りが作用するようになって いる。

【００３３】 従って、このセンサ部材１の起歪部における内周部側および外周部側のそれぞ れの部位に、センサである歪ゲージを配設することにより、このセンサ部材１に 作用する応力を検出することができるようになる。

【００３４】 そして、さらにセンサである歪ゲージをセンサ部材１の起歪部に等配に配設し 、これらの歪ゲージでブリッジ回路を組むことにより、センサ部材１に作用する 応力を精度良く検出することができ、これによって、軸８に作用するスラスト方 向の荷重を精度良く測定することができるようになっている。

【００３５】 また、フレキシブルサーキット６は、取付けの際、その内側に外周面が接触す る状態でスリーブ２が挿通されても、フレキシブルサーキット６の持つ柔軟性の ために、スリーブ２の動きを妨げることはない。

【００３６】 すなわち、フレキシブルサーキット６は、偏心、寸法不良、あるいは位置決め の不良等によって、その内側がスリーブ２に接触するように取付けられても、軸 ８の変位によって生じるスリーブ２の軸線方向の動きに応じて、フレキシブルサ ーキット６の内周部が柔軟に撓むようになるため、スリーブ２の動作に支障を来 すことはない。

【００３７】 また、同様に、スリーブ２が熱膨張によってその径が大きくなったときでも、 フレキシブルサーキット６の柔軟性でスリーブ２の膨張を吸収するため、スリー ブ２とフレキシブルサーキット６との間に大きな摩擦力は発生せず、よってスリ ーブ２の動作を妨げることはない。

【００３８】 従って、フレキシブルサーキット６は、その許容寸法誤差を比較的大きく設定 しても、取付後にスリーブの動作不良や検出精度の低下を招くことが無いため、 製作を容易にすることができるようになっている。

【００３９】

【考案の効果】

以上のようにこの考案によれば、軸にスラスト方向の荷重が作用して軸が変位 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となり、これによっ て作用する荷重が小さいときでも確実に検出することができ、検出精度を高める ことができる。

【００４０】 また、柔軟性を有するフレキシブルサーキット上に、センサからの電気信号を 処理する電気回路を組むようにしたので、別体として電気回路基板を設けるより も、比較的構造を簡単にすることができる。また、これに伴って、ケース内部で の電気的な接続箇所を最少に抑えることができるため、信頼性の向上を図ること ができる。

【００４１】 さらに、フレキシブルサーキットの持つ柔軟性のために、フレキシブルサーキ ットは、スリーブに接触する状態で取付けられてもスリーブを正常に動作させる ことができるため、フレキシブルサーキットのケース内での位置決めを比較的ラ フにすることができ、これによって、軸力センサの製作を容易にすることができ るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示す図である。

【図２】この考案による軸力センサに用いられるフレキ
シブルサーキットの一例を示す図である。

【図３】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１、５１……センサ部材 ２……スリーブ ３……キャップ ４……リング部材 ５……ケース ５ａ……外周部 ５ｂ……内周部 ５ｃ……孔 ６……フレキシブルサーキット ６ａ……環状部 ６ｂ……ネック部 ６ｃ……接続部 ６ｄ……切込み ７……プリロードナット ８、５８……軸 ８ａ……ねじ部 ９……段部 １０ａ、１０ｂ、１０ｃ……Ｏリング ５２ａ、５２ｂ……ナット ５３……固定部材 ５４……固定用ナット

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸（８）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、前記軸（８）が挿通し
   た状態で軸（８）に対する移動が阻止されているケース
   （５）内に、センサが取着されている環状のセンサ部材
   （１）と、このセンサ部材（１）に接続されるフレキシ
   ブルサーキット（６）とを配設し、さらに、一部が前記
   軸（８）に係止し、かつ端部が前記センサ部材（１）の
   内周部に当接する状態で前記軸（８）に被嵌される略筒
   状のスリーブ（２）を設け、前記センサ部材（１）のセ
   ンサより得られる信号をフレキシブルサーキット（６）
   を介して外方に出力するようにしたことを特徴とする軸
   力センサ。
2. 【請求項２】 前記フレキシブルサーキット（６）は環
   状部（６ａ）を有し、この環状部（６ａ）に前記軸
   （８）およびスリーブ（２）を挿通した状態で、外周部
   が前記ケース（５）に保持されている請求項１記載の軸
   力センサ。
3. 【請求項３】 前記フレキシブルサーキット（６）の環
   状部（６ａ）上に、前記センサ部材（１）のセンサより
   得られる信号を処理する電気回路が組まれている請求項
   １記載の軸力センサ。