JPS6381235A - 振動式トルクセンサ - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、回転式粘度計等に用いて好適な、トルクを
測定するトルクセンサに関するものである。

〈従来例〉 第５図に従来のトルクセンサの一例を示す。第５図にお
いて１は駆動要素が接続されるカップリング、２は負荷
要素が接続されるカップリング、３．４は歯形円板、５
はトーションバー、６．７は歯形円板３．４の回転を検
出する検出手段である。駆動要素、負荷要素によりトー
ションバー５によじれが発生し、歯形円板３．４の回転
に位相差が生じる。この位相差を検出手段６．７で検出
、することによってトルクを測定する。

第６図に他のトルクセンサを示す。第６図（Ａ）はセン
サ全体の構造を、（Ｂ）はトルク検出部の構造をしめす
。（Ａ）において、８はトルクが入力されるアームであ
る。アーム８の動きはダイヤフラム９を介してトルク検
出部１０に伝達される。

１１は２つのトルク検出部１０を接続しているカップリ
ングである。またトルク検出部１０は支持具１２によっ
てハウジング１３に自由に回転するように取付けられて
いる。１４は磁石であり、トルク検出部１０の周囲に磁
界を形成している。トルク検出部１０は第６図（８）に
示すように、その中央部を境として互いに反対方向に捩
じられた金属板で形成されており、トルクが加わるとそ
の断面２次モーメントが変化してその固有振り敗が変化
する。この様な構成において、トルク検出部１０を、図
示しない発振器より発振電流を流して励振すると、磁石
１４によって作られる磁場の作用でトルク検出部１０は
撮動する。この振動周波数を図示しない制御機で検出、
発振器に帰還することによって、トルク検出部１０の固
有振動数を検出できる。この固有振動数は入力トルクと
一定の関係にあるので、トルクの大きさを検出できる。

〈発明が解決すべき問題点〉 しかしながら、この様なトルクセンサには次のような問
題点がある。第５図に示すトルクセンサはその出力が位
相差であるために高精度で測定することが困難であり、
またアナログ出力のため信号処理も複雑になる。

第６図のトルクセンサはその出力が周波数信号であるた
めデジタル信号への変換が容易で、また信号処理のため
にマイクロプロセッサ等に入力することも簡単に行える
。しかし、構造が複雑であるという欠点がある。

〈発明の目的〉 この発明の目的は、構造が簡単でありかつデジタル出力
への変換が容易な周波数信号が得られるトルクセンサを
提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 前記問題点を解決するために、本発明では中空部を有す
る第１の支持体と、その中空部分に設置された第２の支
持体と、これらの支持体の両方にその両端が固着された
振動子と、この振動子を励振し、またその振動周波数を
検出する素子を具備したものである。

〈実施例〉 第１図に本発明に係る振動式トルクセンサの一実施例を
示す。第１図において、２０は第１の支持体であり、中
空部２１を有している。２２は第２の支持体であり、第
１の支持体２０の中空部２１に設置されている。２３は
撮動子であり、第１の支持体２０と第２の支持体２２の
両方にその両端が固着されている。また振動子２３の端
部すなわち振動の節になる部分にはこの振動子２３を励
振する素子２４′！３よびその振動周波数を検出する素
子２５が装着されている。これらの素子２４．２５には
ＰＺＴ等の圧電素子を貼りつけたり、ＺＴＬ○のような
圧電薄膜を蒸着したりして用いることができる。２６は
ダミーの振動子である。撮動子２３とダミーの振動子２
６は第２の支持体２２の接線方向にかつ３等分する位置
に取付けられている。２７はトルクセンサを固定するた
めのねじ穴である。全体は良好な弾性特性を有する金属
板をプレス加工や化学エツチングで製作する。

第２図にトルクを測定する場合の構成を示ず。

第２図において、３０は第１図で示したトルクセンサ、
３１は固定具、３２はフレクシャ、３３はねじ、３４は
カップリングである。トルクセンサ３０の第１の支持体
２０はねじ３３によって固定具３１に固定されている。

カップリング３４は第２の支持体２２に接合されている
。フレクシャ３２は針金状の細線であり、固定具３１と
カップリング３４を接続しており、カップリング３４の
軸方向の力がトルクセンサ３０に加わらないようにする
。撮動による歪み信号を検出する素子２５にはローパス
フィルタ３５が接続され、このローパスフィルタ３５の
出力は自動利得制御回路３６に入力され、この自動利得
制御回路３６の出力は周波数信号として取出されるとと
もに素子２４に入力される。このようにして振動子２３
が１次のたわみ振動で自励振するようにその位相とゲイ
ンが制御される。この様な状態において、カップリング
３４を回転させるようなトルクを入力すると、振動子２
３には張力または圧縮力が加わりその固有振動数ｆは、 ｆ−ｆＯ（下Ｔπ下 Ｆ：張力または圧縮力 ｆｏ　：張力または圧縮力Ｆがゼロのときの固有撮動数 に：定数 となる。従って固有撮動数ｆを測定すれば、張力または
圧縮力Ｆがわかり入力トルクが測定できる。

第３図にトルクセンサの他の実施例を示す。なお第１図
実施例と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する
。この実施例では振動子２３を４個用い、各々第２の支
持体２２を４等分する位置に配置する。各振動子２３の
両端には素子２４および素子２５を配置して自励娠させ
、それらの固有振動数を測定する。このようにすると、
入力トルクは各振動子２３に同じ張力または圧縮力を与
えるが、振動子２３と平行に入る外力のような外乱は互
いに対向している振動子に互いに逆方向の力を与える。

すなわちこの外乱は同−向きの２本の振動子には逆向き
に作用するのでこれら４本の振動子の固有振動数の和は
外乱を除去した信号になる。

第４図に本発明のトルクセンサを回転式粘度計に応用し
た例を示す。第４図において、４０は第２図にしめず構
成のトルクセンサ、４１は回転円筒、４２は内側円筒、
４３は粘度を測定する液体、４４は定速モーターである
。粘度を測定したい液体を回転円筒４１と内側円筒４２
の間にいれて定速モーター４４を回転させる。液体４３
の粘度のために内側円筒４２が回転円筒４１の回転によ
ってトルクを受け、トルクセンサ４０にトルクを与える
。定速モーターの発生トルクが一定なので、内側円筒４
２に加わるトルクは液体４３の粘度に比例し、トルクセ
ンサ４０の出力から粘度が測定できる。トルクセンサ４
０の出力は前述したように周波数なので、極めて容易に
多ピットのデジタル信号に変換でき、高精度で分解能の
高い粘度測定ができる。

なおこの実施例では第１の支持体２ｏを固定して第２の
支持体２２にトルクを与えるようにしたが、第２の支持
体を固定して第１の支持体にトルクを与えるようにして
もよい。

また、素子２４と素子２５を別に設けたが、撮動子とし
て水晶のような圧電性のある材料を用いて適当な励振お
よび検出電極を設け、トルクセンサ全体を一体化しても
よい。

また、振動子２３の本数は任意でよく、その固定位置は
第２の支持体２２の接線に取付けるのが簡単でかつ剛性
が高いが、これに限定されるものではない。

さらに、第１の支持体、第２の支持体はリング状として
説明したが、その他の形状であってもよく、また一部に
切り欠きがあってもよい。

〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、この
発明では第１の支持体とその中空部においた第２の支持
体との間に振動子を設け、この振動子の固有振動数を測
定してトルクを測定するようにした。そのため、構造が
簡単であり、またその出力は周波数信号であり、高精度
、高分解能のデジタル信号に変換でき、マイクロコンピ
ュータ等への結合が容易で、表示その他の信号処理にも
便利であるという特徴を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る振動式トルクセンサの一実施例を
示す構造図、第２図は測定のための構成を示すための構
成図、第３図は本発明に係る振動式トルクセンサの他の
実施例を示す構造図、第４図は本発明のトルクセンサを
回転式粘度計に応用した実施例の構成を示す図、第５図
、第６図は従来のトルクセンサの構成を示す構成図であ
る。 ２０・・・第１の支持体、２１・・・中空部、２２・・
・第２の支持体、２３・・・振動子、２４．２５・・・
素子、２６・・・ダミーの振動子、３０．４０・・・ト
ルクセンサ、３１・・・固定具、３２・・・フレクシャ
、３４・・・カップリング、３５・・・ローパスフィル
タ、３６・・・自動利得制御回路、４１・・・回転円筒
、４２・・・内側円筒、４３・・・液体、４４・・・定
速モーター。 第１図 篤２図 Ｊ＋　　　　　　　　　　ｊｂ 篤３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中空部を有する第１の支持体と、この第１の支持体の前
   記中空部に設置された第２の支持体と、前記第１の支持
   体および第２の支持体にその両端が固着された少なくと
   も一つの振動子と、この振動子を励振し、またその振動
   周波数を検出する素子とを有することを特徴とする振動
   式トルクセンサ。