JPS6176927A - トルクセンサ - 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】 〔発明の利用分封〕 本発明は、同一線上に配設された一対の回転軸の間に伝
達されるトルクを検出するトルクセンサに関する。

〔発明の背景〕

回転軸を備えた機械において、回転軸と該回転軸に連結
される他の回転軸との間に伝達されるトルクな検出する
ことは、当該機械の望ましい制御を実現させる上で重要
である。

従来、このようなトルクの検出に際して用いられるトル
クセンサとし′″Ｃは、両回転軸の連結部分における回
転軸の外面面に１回転軸のねじれ変形ｌを信号に変換す
る信号変換手段としてひずみゲージを貼付け１回転体に
付与されるトルクをこのひずみゲージにより検出するも
のが知られている。

しかし、かかるひずみゲージを用いたトルクセンサにあ
っては、ひずみゲージが回転軸と一体て回転するため、
ひず入ゲージからの信号をスリップリングやＦＭ発振器
などを介して外部に取出す必要がある。そのため、例え
ばスリップリングを用いて信号を取出す場合は、スリッ
プリングによりノイズが発生し、信頼性に欠けるという
不具合があり、また、ＦＭ発振器を用いて信号を取出す
場合は、高価なトルクセンサになると−・う不具合があ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を除き、安価
で故障が少なく、しかも製造が簡単なトルクセンナを提
供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、第１の回転軸と
第２の回転軸のそれぞれの端部に、放射状に延びる複数
本の伝達部を介してリングを設け。

一方のリングの周壁に複数個の透孔を穿設することによ
り、該リングと各伝達部との連結部分に所定角度傾斜す
る斜平板部を形成し、同様に、他方のリングの周壁に複
数個の透孔を穿設することにより、該リングと各伝達部
との連結部分に上記斜平板部と傾斜角度の絶対値が等し
く傾斜方向が反対の斜平板部を形成し、これら両リング
を互いの軸心が一致するよ５に結合し、第１及び第２の
回転軸間に伝達されるトルクに相応してスラスト方向に
変位する両リングの変位量を、非接触形変位計にて検出
するようにした点に特徴がある。

そこで、まず、本発明の実施例に先立って１本発明によ
るトルクセンサの基本原理について第５図ないし第８図
により説明する。

第５図は検出部の断面図、第６図は検出部の側面図であ
り、これらの図において、１は回転軸、２は該回転軸Ｉ
Ｋ３枚の斜平板３を介して連結されたリングである。各
斜平板３は回転軸１の軸心に対して同じように角度θを
もって傾斜しており。

それぞれの両端は回転軸１の外周面とリング２の内周面
とに強固に固着されている。

このよ５に構成された検出部において１回転軸１とリン
グ２との間でトルクＭ、が伝達される場合を想定し、回
転軸１０半径なｒ、斜平板３０枚数なｎ、斜平板３の長
さと幅と厚さをそれぞｔ’Ｌｌ。

む。

第７図および第８図は、この時の斜平板３に作用する力
とたわみ量との関係を説明するためのもので、第８図は
第７図に示す斜平板３を矢印入方向から見た概念図であ
る。

今、第８図π示すように、一端が完全固定され、他端が
垂直な壁に規制されｃｆ＃動する完全固定〜垂直滑動支
点のはりを想定し、このはりを斜平板３に見立て、該は
りの滑動部に下向きにＷなる力が作用した場合を考える
と、滑動部から任意の距離ＸでのモーメントＭは、 Ｍ　＝−Ｗ　Ｘ　＋　Ｍ、　　　　　＠・・・・傘（１
）となる。（ただし、Ｍｌはｘ＝Ｑにおける未知のモー
メントである） はりの無荷重状態からのたわみをＶ、はりの弾性係数を
Ｅ、はりの断面２次モーメントをＩとすると、 となる（ただしＣ８は定数）。

たわみ角はｘ＝０の点、およびはりの固定端（すなわち
Ｘ＝ＡりでともＶＣＯであるから、（３）式にｘ　＝　
Ｑを代入してＣ３＝０が求められ、同じ＜（３）これら
を（３）に代入すると。

となり、この（４）式を積分してたわみＶを求めると。

となる（ただしＣ！は定数）。

はりは右端で完全固定であるから、（５）式においてｘ
　＝　ｌでのＶはＯであり。

が求められる。従って、これを（５）式に代入して、が
求められる。

この（７）式１ｃ　ｘ　＝　Ｏを代入してはりの滑動端
部のたわみ量Ｖ、を求めると、 の斜平板３に垂直な方向の成分であるから、（８）式に
代入すると。

となる。

リング２は、はり（すなわち斜平板３）の滑動端部に固
着されているものと考えられるため、リング２のスラス
ト方向の変位量をδとすると、（９）式より、 となる。この（［の式において、ｂ、ｔ、ｌ、ｒ。

ｇ、ｎｔｘいずれも既知であるから、リング２のスラス
ト方向の変位量δを測定することにより、回転軸ｌとリ
ング２との間圧伝達されるトルクＭ０を測定することが
できる。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図ないし第４図に基づいて
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を示す概
略構成図である。この図において、４４本体であり、該
本体４に＆’！軸受５，６を介して第１の回転軸７と第
２の回転軸８とがそれぞれ回転自在て支承されている。

これら両回転軸７．８の軸心＋Ｘ同一線上にあり、また
、両回転軸７，８はいずれもスラスト方向へ変位しない
よう規制されている。

第２図は前記第１の回転軸７の詳細を示す側面図、第３
図は第２図のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの図に示す
ように、第１の回転軸７の左端部には、四角柱状の伝達
部９ａと薄肉平板状の第１の斜平板部９ｂとを介して第
１のリング９が連設されている。伝達部９ａは第１の回
転軸７の外周面より放射状に３本延びており、第１の斜
平板部９ｂは各伝達部９ａの先端部分と第１のリング９
とを連通するよって相対向して２枚ずつ１合計で６枚設
けられており、各第１の斜平板部９ｂは第１の回転軸７
の軸心に対して所定角度θをもって傾斜している。

かかる構造の第１のリング９をＩ＃ｉｉえた第１の回転
軸７は、溶接やボルト等の結合手段を用いず、金属材料
から一体に作り出すことができる。以下。

その加工方法の一例を説明する。

まず、中実の金属材料を旋盤によって切削し、第４図に
示すように、所定寸法の第１の回転軸７と肉厚寸法がＢ
なる第１のリング９とを備えた形状に削り出す。次に、
第１の回転軸７と第１のリング９との連結部分に、放電
加工やワイヤカット、レーザ加工あるいはドリル加工等
により、３個の層形の孔１０（第３図参照）をあげ、各
孔１００間に残された部分において第１の回転軸７と第
１のリング９とが連結されるように加工する。最後に、
第１のリング９周壁の３ケ所に、外方から前記孔１０に
向かって新たな透孔１１を放電加工やドリル加工等によ
りあける。これら透孔１１は。

１ケ所につき所定の肉厚Ｔを残して２個ずつ、合計で６
個あげられ、これにより、四角柱状の伝達部９ａと、長
さと幅と厚さ寸法がそれぞれり、Ｂ。

Ｔである第１の斜平板部９ｂとが形成される（第３図及
び第４図参照）。

第１図に戻って、前記第２の回転軸８の右端部には、四
角柱状の伝達部１２ａと薄肉平板状の第２の斜平板部１
２ｂとを介して第２のリング１２が連設されている。伝
達部１２ａは第２の回転軸８の外周面より放射状に３本
延びており、第２の斜平板部１２ｂｆｌ、各伝達部１２
ａの先端部分と第２のリング１２とを連通するように相
対向して２枚ずつ１合計６枚設けられているが、いずれ
も第１の斜平板部９ｂと傾斜角度の絶対値が等しく傾斜
方向が反対、すなわち軸心に対して一〇なる角度をもり
て傾斜している。これら第２の回転軸８、伝達部１２ａ
、第２の斜平板部１２ｂ、第２のリング１２も、前述し
た第１の回転軸７側と同様の加工方法によって金属材料
から一体に作り出され、第１のリング９と第２のリング
１２とは対向面の凹凸を利用し工猜度良くはめ合わされ
た状態で溶接１３等により固着されている。

１４は磁気式あるいは光学式等の非接触形変位計であや
）て、該変位計１４は検出部１４ａが第１のリング９の
端面と対向するように前記本体４の内部に取付けられて
いる。この変位計１４は、一体化された両リング９，１
２のスラスト方向の微少変位を検出するもので、変位計
１４への入出力動作はコード１５を介して本体４の外部
から行われる。

このよ５に構成されたトルクセンサにおいて。

今、゛第１の回転軸γが図示しない回転機（例えばモー
タ）Ｋよって回転駆動され、第１の回転軸７と第２の回
転軸８との間でトルクＭ０が伝達されるものとすると、
該トルクＭ０は、第１の回転軸７→伝達部９ａ→第１の
斜平板部９ｂ→第１のリング９→第２のりフグ１２→舅
２の斜平板部１２ｂ→伝達部１２ａ−＋第２の回転軸８
へと伝達される。

ここで、両伝達部９ａ、１２ａのそれぞれの本数をＮ（
実施例でｔ”！Ｎ＝３）１回転軸７，８の軸心から斜平
板部９ｂ、１２ｂの半径方向の中心までの距離をＲ（第
３図参照）とすると、１枚の斜平この時、第１の斜平板
部９ｂのたわみによる第１のリング９のスラスト方向変
位と、第２の斜平板部１２ｂのたわみによる第２のリン
グ１２のスラスト方向変位とは１両斜平板部９ｂ、１２
ｂが互いに角度が同じで逆向きに対向しているため、同
一方向、同一量となる。

従り１両回転軸７，８０間でトルクＭ０が伝達されると
、両リング９，１２は、 だけスラスト方向に変位することになり、かかる変位置
δを変位計１４で測定することによりトルクＭＯを検出
できる。

この一実施例にあっては、両リング９．１２がスラスト
方向に変位するだけで、両回転軸７，８はスラスト方向
に変位しないため、例えば第２の回転軸８に歯車を結合
し、さらに該歯車に他の歯車を噛合した場合も１両歯車
の互いの歯面にスラスト方向の力は作用せず、それ故、
回転軸７，８にスラスト方向のｊｉＩ擦力が作用する回
転体を連結した場合忙おいて特に有効である。

また、トルク検出に係る機構、すなわち、リング９，１
２と該リング９，１２０スラスト方向変位を検出する変
位計１４とを本体４の内部に配置したため、故障の少な
いトルクセンサを提供できる。

さらに、第１のリング９を有するＷＪｌの回転軸７側構
造体と第２のリング１２を有する第２の回転軸８側構造
体とを、切削加工や穴あけ加工等により、それぞれ金属
材料から一体に作り出すこと　、ができるため、加工精
度を高めることができるとともに、両回転軸７，８０同
心匿を精度良く出すことができる。

なお、上記実施例では、一対の斜平板部９ｂ。

１２ｂを連設した伝達部９ａ＊１２ａをそれぞれ３本用
いたものＫついて説明したが、伝達部９ａ。

１２ａの本数はこれに限定されることはなく、それぞれ
２本以上あれば良い。

また、上記実施例では、第１の回転軸７に接続される回
転体の一例としてモータを挙げたが、第１の回転ＩＩＩ
ＩＩ７に他の回転体を接続しても良く、同様に、第２の
回転軸８にも歯車やプーリ、あるいはチェーンのギヤな
どの回転体を接続することができる。

さらに、上記実施例では、変位計１４を第１のリング９
の端面側に対向設置したものについて説明したが、変位
計１４を第２のリング１２の端面側に対向設置して、第
２のリング１２のスラスト方向変位を検出するようにし
ても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明てよれば、同一軸線上に配
設された２つの回転軸間に伝達されるトルクをリングの
スラスト方向の変位として非接触形変位計で検出できる
ため、安価で故障の少ないトルクセンサを提供でき、し
かも、リングを備えた両回転軸側構造物をそれぞれ一体
物から加工できるため、製造の簡単なトルクセンナを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるトルクセンナの一実施例を示す概
略構成図、第２図は第１図に示されるリング付き回転軸
の側面図、第３図は第２図のＢ　−Ｂ線断面図、第４図
は第２図に示されるリング付き回転軸の加工途中段階に
おける構造物の断面図、第５図ないし第８図は本発明に
よるトルクセンサの基本原理を示す説明図であり、第５
図は検出部の断面図、第６図は検出部の側面図、第７図
は斜平板に作用する力と変位との関係を示す説明図。 第８図は斜平板のたわみ状態を説明する概念図である。 ４・・・・・・本体、５，６・・・・・・軸受、７・・
・・・・第１の回転軸、８・・・・・・第２の回転軸、
９・・・・・・第１のリング、９ａ・・・・・・伝達部
、９ｂ・・・・・・第１の斜平板□部、１０・・・・・
・孔、１１・・・・・・透孔、１２・・・・・・第２の
リング、１２ａ・・・・・・伝達部、１２ｂ・・・・・
・第２の斜平板部。 １４・・・・・・変位計、１４ａ・・・・・・検出部、
１５・・・・・・コード。 第２図 ［Ｂ 第３図 第４図 第５図 第７図 物 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 本体に第１の回転軸と第２の回転軸とを互いの軸心が一
   致するように回転自在に支承し、これら第１の回転軸と
   第２の回転軸との間に伝達されるトルクを検出するトル
   クセンサにおいて、前記第１の回転軸の端部に放射状に
   延びる複数本の伝達部を介して第１のリングを設け、こ
   れら伝達部と第１のリングとの連結部分に、前記軸心に
   対して所定角度傾斜する第１の斜平板部を残して透孔を
   穿設し、前記第２の回転軸の端部に放射状に延びる複数
   本の伝達部を介して第２のリングを設け、これら伝達部
   と第２のリングとの連結部に、前記第１の斜平板部と傾
   斜角度の絶対値が等しく傾斜方向が反対である第２の斜
   平板部を残して透孔を穿設し、前記第１のリングと前記
   第２のリングとを互いの軸心が一致するように結合し、
   かつ、前記第１及び第２のリングのいずれか一方のリン
   グの端面に、該リングのスラスト方向の変位を検出可能
   な非接触形変位計を対向設置したことを特徴とするトル
   クセンサ。