JPH062186U - Torque detector - Google Patents

Torque detector

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JPH062186U
JPH062186U JP4834792U JP4834792U JPH062186U JP H062186 U JPH062186 U JP H062186U JP 4834792 U JP4834792 U JP 4834792U JP 4834792 U JP4834792 U JP 4834792U JP H062186 U JPH062186 U JP H062186U
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 波動歯車装置を利用して、小径ねじなどの締
め付けトルク等を測定するのに適した小型で高剛性のト
ルク検出器を実現すること。 【構成】 トルク検出器1は、波動歯車装置2と駆動手
段としてのモータ3を有している。波動歯車装置の出力
側には測定対象の小径ねじなどに連結可能な部材4が連
結されている。波動歯車装置のサーキュラスプライン2
1には張出部211、212が形成され、波動歯車装置
のハウジング31の側には、これらの挿入溝311、3
12が形成されている。張出部と挿入溝との間には、そ
れぞれ、圧電素子71、72、81、82が介挿されて
いる。波動歯車装置を介して伝達される回転力によって
圧電素子に歪みが発生するので、この歪み量から回転ト
ルクを測定することができる。
(57) [Abstract] [Purpose] To realize a compact and highly rigid torque detector suitable for measuring tightening torque of small diameter screws, etc., by using a wave gear device. [Structure] A torque detector 1 has a wave gear device 2 and a motor 3 as a driving means. A member 4 that can be connected to a small diameter screw or the like to be measured is connected to the output side of the wave gear device. Circular spline 2 of wave gear device
1, bulges 211 and 212 are formed, and on the housing 31 side of the wave gear device, these insertion grooves 311 and 312 are formed.
12 are formed. Piezoelectric elements 71, 72, 81, 82 are inserted between the overhang portion and the insertion groove, respectively. Since the piezoelectric element is distorted by the rotational force transmitted through the wave gear device, the rotational torque can be measured from this distortion amount.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、ねじ締め付けトルク等を測定するために使用するトルク検出器に関 し、特に、小径のねじの締め付けトルクの測定に適したトルク検出器に関するも のである。 The present invention relates to a torque detector used for measuring screw tightening torque and the like, and more particularly to a torque detector suitable for measuring tightening torque of a screw having a small diameter.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

ねじの締め付けトルクを測定するために使用されるトルク検出器として、2m m、3mm程度の小径のねじの締め付けトルクを測定するのに適したものが提案 されている。このトルク検出器は、波動歯車装置を利用したものであり、その入 力側要素と出力側要素との間に、感圧性導電ゴム等の弾力性のある感圧性導電材 料を挿入して、これを波動歯車装置を介して伝達される回転力によって押し潰す ようにしてある。感圧性導電ゴムが回転力によって押しつぶされると、その変形 の程度に応じてゴムの抵抗値が変化する。したがって、この抵抗値の変化から、 回転トルクを検出している。 As a torque detector used to measure the tightening torque of a screw, a torque detector suitable for measuring the tightening torque of a screw having a small diameter of about 2 mm or 3 mm has been proposed. This torque detector uses a wave gear device, and inserts an elastic pressure-sensitive conductive material such as pressure-sensitive conductive rubber between the input side element and the output side element, This is crushed by the rotational force transmitted through the wave gear device. When the pressure-sensitive conductive rubber is crushed by the rotational force, the resistance value of the rubber changes according to the degree of its deformation. Therefore, the rotational torque is detected from the change in the resistance value.

【0003】[0003]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

しかし、このように弾性体であるゴムを、波動歯車装置の入出力部材に介挿し た構成を採用しているので、検出器の出力側の回転剛性が低下するという解決す べき課題がある。 However, since the rubber, which is an elastic body, is inserted in the input / output member of the wave gear device as described above, there is a problem to be solved that the rotational rigidity on the output side of the detector is reduced.

【0004】 本考案の課題は、この点に着目して、高剛性のトルク検出器を実現することに ある。An object of the present invention is to realize a high-rigidity torque detector focusing on this point.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

上記の課題を解決するために、本考案のトルク検出器においては、導電性ゴム の代わりに、剛体であり、セラミックのように変形量が極めて少ない材質からな る圧電素子を利用して小径ねじの締め付けトルク等を検出するようにしている。 すなわち、波動歯車装置の入力側に、その波動発生器を駆動する駆動手段を連結 すると共にその出力側に検出対象物を連結できる部材を連結し、さらに、波動歯 車装置の剛性内歯車とハウジングの間に、圧電素子を介挿した構成を採用してい る。 In order to solve the above-mentioned problems, in the torque detector of the present invention, a small-diameter screw is used by using a piezoelectric element made of a material that is a rigid body and has an extremely small deformation amount such as ceramic, instead of the conductive rubber. The tightening torque etc. is detected. That is, the input side of the wave gear device is connected to the drive means for driving the wave generator, and the output side thereof is connected to the member capable of connecting the object to be detected, and further, the rigid internal gear and the housing of the wave gear device are connected. A structure in which a piezoelectric element is inserted between the two is adopted.

【0006】[0006]

【作用】[Action]

圧電素子に、波動歯車装置を介して伝達される回転力が作用すると、圧電素子 は多くても数マイクロメートルしか変形しないが、歪みが発生する。圧電素子か らは、その歪み量に対応した電圧が得られる。この電圧値から回転トルクを測定 することができる。 When a rotational force transmitted through the wave gear device acts on the piezoelectric element, the piezoelectric element deforms at most a few micrometers, but causes distortion. A voltage corresponding to the amount of strain can be obtained from the piezoelectric element. The rotation torque can be measured from this voltage value.

【0007】[0007]

【実施例】【Example】

以下に、図面を参照して本考案の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0008】 図1および図2において、本例のトルク検出器1は波動歯車装置2を備えてい る。波動歯車装置そのものは、種々の文献で紹介されており、その基本的な構成 は、環状の剛性内歯車であるサーキュラスプライン21と、その内側に配置され た、可撓性外歯車であるフレクススプライン22と、このフレクススプラインを 非円形に撓めて部分的に剛性内歯に噛み合わせるように内側に設けられてその噛 み合わせ位置を回転させる波動発生器23から構成されている。1 and 2, the torque detector 1 of this example includes a wave gear device 2. The wave gear device itself has been introduced in various documents, and its basic configuration is a circular spline 21, which is an annular rigid internal gear, and a flexex, which is a flexible external gear, arranged inside the circular spline 21. It is composed of a spline 22 and a wave generator 23 which is provided inside so as to bend the flex spline into a non-circular shape so as to partially mesh with the rigid internal teeth and rotate the meshing position.

【0009】 この波動歯車装置2は、入力シャフトに連結された波動発生器の回転によって 、フレクススプラインの非円形形状(例えば楕円形)を回転させ、フレクススプ ラインの外歯をサーキュラスプラインの内歯上で周回させ、これにより、双方の スプラインの間に、全体の歯数と、歯数差とから得られる大きな減速比で相対的 な回転を生じさせる。したがって、この波動歯車装置は、少ない歯車で大きな減 速比を得ることができるので、精密機械等に多用されている。The wave gear device 2 rotates a non-circular shape (for example, an elliptical shape) of a flexspline by rotating a wave generator connected to an input shaft, and external teeth of the flexspline are rotated to internal teeth of the circular spline. Orbiting above, which causes relative rotation between both splines with a large reduction ratio resulting from the total number of teeth and the difference in number of teeth. Therefore, since this wave gear device can obtain a large deceleration ratio with a small number of gears, it is widely used in precision machines and the like.

【0010】 本例のトルク検出器1は、この波動歯車装置2と、この入力シャフト(図示せ ず)に連結されて波動発生器23を駆動するモータ3等の駆動手段と、波動歯車 装置2の出力シャフトに連結(勿論一体であってもよい)されて検出すべき対象 物(例えば、小径ねじ)に連結できるように形成された部材4と、波動歯車装置 2のサーキュラスプライン21とハウジング31との間に介挿された圧電素子7 1、72および81、82とを備えている。The torque detector 1 of the present embodiment includes the wave gear device 2, drive means such as a motor 3 which is connected to the input shaft (not shown) and drives the wave generator 23, and the wave gear device 2. Member 4 which is formed so as to be connected (of course, may be integrated) to an object to be detected (for example, a small-diameter screw), the circular spline 21 of the wave gear device 2, and the housing 31. And piezoelectric elements 71, 72 and 81, 82 interposed between and.

【0011】 本例においては、波動歯車装置2のサーキュラスプライン21は機械枠等の固 定のものには固定されていない。この代わりに、サーキュラスプライン21の回 転止め機構として次の構成を採用している。すなわち、サーキュラスプライン2 1の外周には、直径方向の両端位置に、外方に突出した一対の矩形断面の張出部 211、212が形成され、これらが、波動歯車装置のハウジング31の側の対 応位置に形成した一対の溝311、312内に挿入されている。さらに、溝31 1、312の周方向の幅は、張出部211、212のそれよりも大きな寸法に設 定されており、各溝の側面と、そこに挿入された張出部の側面との間には、それ ぞれ、一対の圧電素子71、72および81、82が嵌め込まれている。In this example, the circular spline 21 of the wave gear device 2 is not fixed to a fixed one such as a machine frame. Instead of this, the following structure is adopted as the rotation stopping mechanism of the circular spline 21. That is, on the outer circumference of the circular spline 21, there are formed a pair of outwardly projecting protruding portions 211 and 212 having a rectangular cross section, which are located on the housing 31 side of the wave gear device. It is inserted into a pair of grooves 311 and 312 formed at corresponding positions. Further, the widths of the grooves 311 and 312 in the circumferential direction are set to be larger than those of the overhang portions 211 and 212, and the side surface of each groove and the side surface of the overhang portion inserted therein. Between them, a pair of piezoelectric elements 71, 72 and 81, 82 are fitted, respectively.

【0012】 ここに、各圧電素子は、その歪み方向が、装着位置におけるサーキュラスプラ インの接線方向にほぼ一致する方向となるように設定されている。Here, each piezoelectric element is set such that the strain direction thereof is substantially the same as the tangential direction of the circular plane at the mounting position.

【0013】 この構成のトルク検出器1において、例えば測定対象のねじに対して出力側の 部材4を連結して、モータ3を駆動すると、ねじの側に伝達される回転力に応じ た圧力が、圧電素子71、72、81、82に作用する。この結果、圧電素子に 歪みが発生する。この歪みに対応した電圧を、これらの圧電素子から得ることが できる。したがって、各圧電素子の出力電圧に基づき、ねじに作用する回転トル クを測定することができる。In the torque detector 1 having this configuration, for example, when the output side member 4 is connected to the screw to be measured and the motor 3 is driven, a pressure corresponding to the rotational force transmitted to the screw side is generated. , Acts on the piezoelectric elements 71, 72, 81, 82. As a result, the piezoelectric element is distorted. A voltage corresponding to this strain can be obtained from these piezoelectric elements. Therefore, the rotary torque acting on the screw can be measured based on the output voltage of each piezoelectric element.

【0014】 なお、本例においてはモータ3を駆動手段として利用しているが、他の回転駆 動手段を利用してもよく、あるいは、トルクレンチ等の手動の回転駆動手段とし てもよい。また、本例では、トルクが加わった時にサーキュラスプラインの半径 方向への偏心を抑えてトルクの検出精度を上げるために、同時に複数個の圧電素 子から出力電圧を得るようにするために2対の圧電素子を利用している。トルク の検出精度を更に上げるためには3対以上の圧電素子を利用してもよ。しかし、 基本的には1個の圧電素子を利用すればよい。Although the motor 3 is used as the driving means in this example, other rotation driving means may be used, or manual rotation driving means such as a torque wrench may be used. In addition, in this example, in order to suppress the eccentricity of the circular spline in the radial direction when torque is applied and improve the torque detection accuracy, two pairs of piezoelectric elements are used to simultaneously obtain the output voltage. The piezoelectric element of is used. In order to further improve the torque detection accuracy, three or more pairs of piezoelectric elements may be used. However, basically one piezoelectric element may be used.

【0015】 さらに、サーキュラスプライン21の回転が上記構成の回転止め機構以外の部 分によってロックされないようにするために、サーキュラスプライン21の両側 の環状側面と、隣接部材との間に、滑り材を介挿することが好ましい。例えば、 滑り材をシム板と兼用することもできる。あるいは、スラスト・ベアリングを挿 入してもよい。Further, in order to prevent the rotation of the circular spline 21 from being locked by a part other than the rotation stopping mechanism having the above-mentioned configuration, a slipping member is provided between the annular side surfaces on both sides of the circular spline 21 and the adjacent member. It is preferable to interpose. For example, the sliding material can also be used as the shim plate. Alternatively, thrust bearings may be inserted.

【0016】[0016]

【考案の効果】[Effect of device]

以上説明したように、本考案のトルク検出器においては、波動歯車装置のサー キュラスプラインと固定側部材との間に圧電素子を挿入し、波動歯車装置を介し て伝達される回転力によって圧電素子に歪みを発生させ、この歪み量に基づき回 転トルクを測定するようにしている。圧電素子の歪み量は数マイクロメートル程 度であるので、従来のように、変形量の大きな弾性ゴムを挿入する場合に比べて 出力側の回転剛性を格段に高めることができる。 As described above, in the torque detector of the present invention, the piezoelectric element is inserted between the circular spline of the wave gear device and the fixed member, and the piezoelectric element is generated by the rotational force transmitted through the wave gear device. A strain is generated in the shaft and the rotational torque is measured based on this strain amount. Since the amount of strain of the piezoelectric element is on the order of a few micrometers, the rotational rigidity on the output side can be remarkably increased as compared with the case of inserting elastic rubber having a large amount of deformation as in the conventional case.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本考案の実施例のトルク検出器の正面図であ
る。
FIG. 1 is a front view of a torque detector according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のトルク検出器のII−II線で切断した
部分の概略断面図である。
2 is a schematic cross-sectional view of a portion of the torque detector of FIG. 1 taken along line II-II.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・トルク検出器 2・・・波動歯車装置 21・・・サーキュラスプライン 211・212・・・回転止め用の張出部 22・・・フレクススプライン 23・・・波動発生器 3・・・モータ 31・・・波動歯車装置のハウジング 311、312・・・回転止め用の溝 4・・・部材 71、72、81、82・・・圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Torque detector 2 ... Wave gear device 21 ... Circular spline 211.212 ... Overhang part for rotation stop 22 ... Flex spline 23 ... Wave generator 3 ... -Motor 31 ... Housing of wave gear device 311, 312 ... Groove for stopping rotation 4 ... Member 71, 72, 81, 82 ... Piezoelectric element

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 ねじの締め付けトルク等を測定するのに
使用されるトルク検出器において、 環状の剛性内歯車、その内側の可撓性外歯車、および、
この可撓性外歯車を半径方向に撓めて部分的に前記剛性
内歯に噛み合わせると共に、これらの噛み合わせ位置を
回転させる波動発生器からなる波動歯車装置と、 この波動歯車装置の入力シャフトに連結されて前記波動
発生器を駆動する駆動手段と、 前記波動歯車装置の出力シャフトに連結されて検出すべ
き対象物に連結できるように形成された部材と、 前記波動歯車装置の前記剛性内歯車とハウジングの間に
介挿された圧電素子からなる部材と、 を有することを特徴とするトルク検出器。
1. A torque detector used for measuring tightening torque of a screw, comprising: an annular rigid internal gear, a flexible external gear inside thereof, and
A wave gear device including a wave generator that flexibly bends the flexible external gear in the radial direction and partially meshes with the rigid internal teeth, and rotates the meshing position, and an input shaft of the wave gear device. Drive means for driving the wave generator by being connected to the member, a member connected to the output shaft of the wave gear device to be connected to an object to be detected, and within the rigidity of the wave gear device. A member comprising a piezoelectric element interposed between a gear and a housing, and a torque detector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100911081B1 (en) * 2007-06-29 2009-08-06 현대자동차주식회사 System for gear measurement and control method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100911081B1 (en) * 2007-06-29 2009-08-06 현대자동차주식회사 System for gear measurement and control method thereof

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