KR102377663B1 - 토크 센서 - Google Patents
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Abstract
외통부(1)와, 외통부(1)의 일단부에 연결된 플랜지(2)와, 외통부(1)의 타단부에 연결된 플랜지(3)와, 외통부(1)와 동일한 축심 상에 위치하는 내통부(4)와, 내통부(4)의 외주면에 마련되고, 축심에 대하여 경사 방향을 향한 저항 게이지를 갖는 센서 소자(5)와, 일단부가 플랜지(2)의 내주면에 연결되고, 타단부가 내통부(4)의 일단부측의 외주면에 연결된 박판 부재인 토크 전달부(6)와, 일단부가 플랜지(3)의 내주면에 연결되고, 타단부가 내통부(4)의 타단부측의 외주면에 연결된 박판 부재인 토크 전달부(7)를 구비하고, 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7) 중 적어도 한쪽은, 축심에 대한 직경 방향 중 센서 소자(5)가 위치하는 방향을 제외한 방향에 공간이 존재하고, 또한, 그 공간이 존재하는 직경 방향 위치 중 적어도 일부에 돌출부를 갖는다.
Description
이 발명은 토크를 검출하는 토크 센서에 관한 것이다.
종래부터, 회전축체의 외주면에 부착된 센서 소자를 가지고, 토크에 의해 회전축체의 외주면에 생기는 전단 응력의 크기를, 센서 소자에 있어서의 저항값 변화에 의해 검출하는 토크 센서가 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
또한, 회전축체를 외통부 및 그 양단에 연결된 2장의 플랜지로 구성하고, 각 플랜지에 디스크형의 토크 전달부를 통해 연결된 내통부를 마련하고, 이 내통부의 외주면에 센서 소자가 부착된 토크 센서도 알려져 있다.
한편, 토크 센서에는, 용도에 따라서는, 일단부에만 직경 방향의 외력(장력 또는 압축력)이 가해지는 경우가 있다. 이 경우, 토크 전달부를 갖는 토크 센서로서는, 외력의 방향과 센서 소자의 위치의 관계에 따라서는 출력 오차가 생기기 때문에, 개선이 필요하다.
이에 대하여, 토크 전달부에 공간을 마련하여 외력의 전달 방향을 한정함으로써, 토크 센서에서의 출력 오차를 저감하는 방법이 생각된다. 그러나, 토크 전달부는 공간이 커지면 뒤틀림에 대한 강성이 낮아지고, 이 뒤틀림에 의해 토크 센서에 출력 오차가 생긴다.
이 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 공간을 갖는 토크 전달부의 뒤틀림에 의한 출력 오차를 저감 가능하게 하는 토크 센서를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
이 발명에 따른 토크 센서는, 외통부와, 외통부의 일단부에 연결된 제1 플랜지와, 외통부의 타단부에 연결된 제2 플랜지와, 외통부와 동일한 축심 상에 위치하는 내통부와, 내통부의 외주면에 마련되고, 축심에 대하여 경사 방향을 향한 저항 게이지를 갖는 센서 소자와, 일단부가 제1 플랜지의 내주면에 연결되고, 타단부가 내통부의 일단부측의 외주면에 연결된 박판 부재인 제1 토크 전달부와, 일단부가 제2 플랜지의 내주면에 연결되고, 타단부가 내통부의 타단부측의 외주면에 연결된 박판 부재인 제2 토크 전달부를 구비하고, 제1 토크 전달부 및 제2 토크 전달부 중 적어도 한쪽은, 축심에 대한 직경 방향 중 센서 소자가 위치하는 방향을 제외한 방향에 공간이 존재하고, 또한, 그 공간이 존재하는 직경 방향 위치 중 적어도 일부에 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구성하였기 때문에, 공간을 갖는 토크 전달부의 뒤틀림에 의한 출력 오차를 저감 가능하다.
도 1a, 도 1b는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 1a는 정면도이고, 도 1b는 측단면도이다.
도 2는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 정면도이다.
도 3a, 도 3b는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 3a는 정면도이고, 도 3b는 측단면도이다.
도 4는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 도이다.
도 5a, 도 5b는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 5a는 정면도이고, 도 5b는 측단면도이다.
도 6a, 도 6b는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 6a는 정면도이고, 도 6b는 측단면도이다.
도 7은 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 정면도이다.
도 8은 토크 전달부에 돌출부가 존재하지 않는 토크 센서의 구성예를 나타내는 정면도이다.
도 2는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 정면도이다.
도 3a, 도 3b는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 3a는 정면도이고, 도 3b는 측단면도이다.
도 4는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 도이다.
도 5a, 도 5b는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 5a는 정면도이고, 도 5b는 측단면도이다.
도 6a, 도 6b는 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 6a는 정면도이고, 도 6b는 측단면도이다.
도 7은 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 별도의 구성예를 나타내는 정면도이다.
도 8은 토크 전달부에 돌출부가 존재하지 않는 토크 센서의 구성예를 나타내는 정면도이다.
이하, 이 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
실시형태 1.
도 1은 이 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 구성예를 나타내는 도면이다.
토크 센서는, 토크를 검출한다. 이 토크 센서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 외통부(1)의 일단부에 연결된 플랜지(제1 플랜지)(2)와, 외통부(1)의 타단부에 연결된 플랜지(제2 플랜지)(3)를 가지고 있다. 외통부(1), 플랜지(2) 및 플랜지(3)는, 예컨대 스테인레스에 의해 구성된다. 또한, 플랜지(2) 및 플랜지(3) 중 한쪽에는 모터 등의 구동계가 접속되고, 다른쪽에는 예컨대 로보트 핸드 등의 부하계가 접속된다.
또한, 토크 센서는, 외통부(1)와 동일(대략 동일의 의미를 포함함)한 축심 상에 위치하는 내통부(4)를 가지고 있다. 이 내통부(4)의 외주면에는, 하나 이상의 센서 소자(5)가 첩부되어 있다. 센서 소자(5)는, 외부로부터의 전단 응력에 따른 신호를 출력한다. 이 센서 소자(5)는, 상기 축심에 대하여 경사 방향(45도 방향)을 향한 저항 게이지를 갖는다. 또한, 경사 방향은 45도 방향으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 어느 정도의 어긋남(예컨대 44도 방향 또는 46도 방향 등)은 허용된다. 또한 도 1에 나타내는 바와 같이, 내통부(4)를 사이에 두고 대향하도록 2개의 센서 소자(5)가 마련됨으로써, 토크 센서는 타축 간섭을 저감 가능하다. 또한, 센서 소자(5)로서는, 예컨대 반도체 변형 게이지 또는 금속 변형 게이지를 이용할 수 있다.
또한, 토크 센서는, 일단부가 플랜지(2)의 내주면에 연결되고, 타단부가 내통부(4)의 일단부측의 외주면에 연결된 토크 전달부(제1 토크 전달부)(6)를 갖는다. 토크 전달부(6)는, 플랜지(2)에 가해진 외력에 의해 생기는 토크를 내통부(4)를 통해 센서 소자(5)에 전달하기 위한 박판 부재이다. 또한, 토크 전달부(6)에는, 상기 축심에 대한 직경 방향 중 센서 소자(5)가 위치하는 방향을 제외한 방향에 공간이 존재한다. 또한, 토크 전달부(6)는, 돌출부를 가지고 있다. 도 1에서는, 토크 전달부(6)가 원주형으로 파형의 돌출부를 갖는 4장의 판부재(61)로 구성되어 있다. 그리고, 4장의 판부재(61) 중 2장의 판부재(61)는, 상기 축심에 대한 직경 방향 중 2개의 센서 소자(5)가 위치하는 방향에 각각 위치하고, 나머지 2장의 판부재(61)는, 상기 센서 소자(5)가 위치하는 방향에 대하여 수직인 방향에 각각 위치하고 있다. 또한, 토크 전달부(6)가 갖는 돌출부는 상기 축심에 대한 직경 방향에 마련되어 있을 필요는 없고, 임의의 방향이어도 좋다.
또한, 토크 센서는, 일단부가 플랜지(3)의 내주면에 연결되고, 타단부가 내통부(4)의 타단부측의 외주면에 연결된 토크 전달부(제2 토크 전달부)(7)를 갖는다. 토크 전달부(7)는, 플랜지(3)에 가해진 외력에 의해 생기는 토크를 내통부(4)를 통해 센서 소자(5)에 전달하기 위한 박판 부재이다. 또한, 토크 전달부(7)에는, 상기 축심에 대한 직경 방향 중 센서 소자(5)가 위치하는 방향을 제외한 방향에 공간이 존재한다. 또한, 토크 전달부(7)는, 돌출부를 가지고 있다. 도 1에서는, 토크 전달부(7)가 원주형으로 파형의 돌출부를 갖는 4장의 판부재(71)로 구성되어 있다. 그리고, 4장의 판부재(71) 중 2장의 판부재(71)는, 상기 축심에 대한 직경 방향 중 2개의 센서 소자(5)가 위치하는 방향에 각각 위치하고, 나머지 2장의 판부재(71)는, 상기 센서 소자(5)가 위치하는 방향에 대하여 수직인 방향에 각각 위치하고 있다. 또한, 토크 전달부(7)가 갖는 돌출부는 상기 축심에 대한 직경 방향에 마련되어 있을 필요는 없고, 임의의 방향이어도 좋다.
또한, 토크 센서는, 센서 소자(5)에 의해 출력된 신호를 토크로서 계측하는 계측부(8)(도시하지 않음)를 갖는다. 토크 센서에 2개 이상의 센서 소자(5)가 마련되는 경우에는, 계측부(8)는, 각 센서 소자(5)에 의해 출력된 신호의 연산값을 토크로서 계측한다. 또한, 계측부(8)는, 시스템 LSI(Large Scale Integration) 등의 처리 회로, 또는 메모리 등에 기억된 프로그램을 실행하는 CPU(Central Processing Unit) 등에 의해 실현된다.
또한 도 1에서는, 토크 전달부(6)가 원주형으로 파형의 돌출부를 갖는 4장의 판부재(61)를 포함하고, 각 판부재(61)가 십자로 배치되어 있다. 그러나, 토크 전달부(6)의 형상 및 배치는 이에 한정되지 않고, 상기 축심에 대한 직경 방향 중 센서 소자(5)가 위치하는 방향을 제외한 방향에 공간이 존재하고, 또한, 그 공간이 존재하는 직경 방향 위치 중 적어도 일부에 돌출부를 가지고 있으면 좋고, 예컨대 도 2∼7에 나타내는 것 같은 형상 및 배치로 하여도 좋다.
예컨대 도 2에서는, 토크 전달부(6)가 직선형으로 파형의 돌출부를 갖는 4장의 판부재(61)로 구성되어 있다. 또한, 각 판부재(61)의 배치는 도 1과 동일하다.
또한 도 3에서는, 토크 전달부(6)가 돌출부로서 광폭부(62)를 갖는 4장의 판부재(61)로 구성되어 있다. 광폭부(62)는, 상기 축심에 대한 직경 방향에 수직인 방향으로 연장되어 있다. 또한, 각 판부재(61)의 배치는 도 1과 동일하다.
또한 도 4에서는, 토크 전달부(6)가 돌출부로서 광폭부(62)를 갖는 2장의 판부재(61)로 구성되어 있다. 광폭부(62)는, 상기 축심에 대한 직경 방향에 수직인 방향으로 연장되어 있다. 그리고, 이 판부재(61)가, 상기 축심에 대한 직경 방향 중 2개의 센서 소자(5)가 위치하는 방향에 각각 위치하고 있다.
또한 도 5에서는, 토크 전달부(6)가 돌출부로서 두께부(63)를 갖는 4장의 판부재(61)로 구성되어 있다. 또한, 각 판부재(61)의 배치는 도 1과 동일하다.
또한 도 6에서는, 토크 전달부(6)가 4장의 판부재(61)를 포함하고, 이 판부재(61)에 대하여 별개의 덧붙임 부재(64)가 접착제 등에 의해 부착됨으로써 두께부(63)가 구성되어 있다. 또한, 각 판부재(61)의 배치는 도 1과 동일하다.
또한 도 7에서는, 토크 전달부(6)가 원주형으로 파형의 돌출부를 갖는 디스크 부재(65)를 포함하고, 디스크 부재(65)의 외주면 중 4방향에 원호형의 오목부(66)가 형성되어 있다. 이에 의해, 토크 전달부(6)는, 내통부(4)의 일단부측의 외주면 중 전체 둘레에 연결되고, 또한, 플랜지(2)의 내주면 중 일부에 연결된다. 그 결과, 도 7에 나타내는 토크 센서에서는, 도 1∼6에 나타내는 토크 센서에 대하여, 토크 전달 효율이 향상한다.
또한 상기에서는, 토크 전달부(6)의 형상 및 배치에 대해서 설명하였지만, 토크 전달부(7)의 형상 및 배치에 대해서도 동일하다. 또한, 도 3에 나타내는 부호 72는 토크 전달부(7)가 갖는 광폭부이다. 또한, 도 5에 나타내는 부호 73은 토크 전달부(7)가 갖는 두께부이다. 또한, 도 6에 나타내는 부호 74는 토크 전달부(7)가 갖는 덧붙임 부재이다.
다음에, 실시형태 1에 따른 토크 센서에 의한 효과에 대해서 설명한다. 또한, 도 8에 나타내는 토크 센서는, 도 1에 나타내는 토크 센서의 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7)에 돌출부가 존재하지 않는 구성이다.
도 8에 나타내는 토크 센서에서는, 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7)에 공간을 마련함으로써, 상기 축심에 대한 직경 방향 중 센서 소자(5)가 감도를 갖는 방향에 가해진 외력을 센서 소자(5)에 전달하지 않도록 외력의 전달 방향을 한정하고 있다. 이에 의해, 이 토크 센서에서는, 플랜지(2) 및 플랜지(3) 중 한쪽에만 직경 방향의 외력이 가해진 경우에서의 출력 오차의 저감을 실현 가능하다. 그러나, 이 경우, 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7)는 공간이 커지면 뒤틀림에 대한 강성이 낮아지고, 이 뒤틀림에 의해 토크 센서에 출력 오차가 생긴다.
여기서, 토크 센서에서는, 상기 외력의 센서 소자(5)에의 변형 전달을 억제하기 위해서는, 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7)의 공간을 마련하는 것과, 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7)의 뒤틀림에 대한 강성이 중요하다.
그래서, 실시형태 1에 따른 토크 센서에서는, 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7)에 상기 공간 및 돌출부를 마련한다. 이에 의해, 공간이 있음에도 불구하고, 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7)는 뒤틀림에 대한 강성이 증가하여, 토크 센서는 이 뒤틀림에 의한 출력 오차의 저감을 실현 가능하다. 따라서, 상기 공간 및 돌출부는, 토크 전달부(6, 7) 중, 장력 또는 압축력이 가해지는 플랜지측의 토크 전달부에만 마련되어 있으면 충분하다.
이상과 같이, 이 실시형태 1에 따르면, 토크 센서는, 외통부(1)와, 외통부(1)의 일단부에 연결된 플랜지(2)와, 외통부(1)의 타단부에 연결된 플랜지(3)와, 외통부(1)와 동일한 축심 상에 위치하는 내통부(4)와, 내통부(4)의 외주면에 마련되고, 축심에 대하여 경사 방향을 향한 저항 게이지를 갖는 센서 소자(5)와, 일단부가 플랜지(2)의 내주면에 연결되고, 타단부가 내통부(4)의 일단부측의 외주면에 연결된 박판 부재인 토크 전달부(6)와, 일단부가 플랜지(3)의 내주면에 연결되고, 타단부가 내통부(4)의 타단부측의 외주면에 연결된 박판 부재인 토크 전달부(7)를 구비하고, 토크 전달부(6) 및 토크 전달부(7) 중 적어도 한쪽은, 축심에 대한 직경 방향 중 센서 소자(5)가 위치하는 방향을 제외한 방향에 공간이 존재하고, 또한, 그 공간이 존재하는 직경 방향 위치 중 적어도 일부에 돌출부를 갖는다. 이에 의해, 실시형태 1에 따른 토크 센서는, 뒤틀림에 의한 출력 오차를 저감 가능하다.
또한, 본원 발명은 그 발명의 범위 내에 있어서, 실시형태의 임의의 구성 요소의 변형, 또는 실시형태의 임의의 구성 요소의 생략이 가능하다.
이 발명에 따른 토크 센서는, 공간을 갖는 토크 전달부의 뒤틀림에 의한 출력 오차를 저감 가능하여, 토크를 검출하는 토크 센서에 이용하는 데 적합하다.
1 외통부
2 플랜지(제1 플랜지)
3 플랜지(제2 플랜지)
4 내통부
5 센서 소자
6 토크 전달부(제1 토크 전달부)
7 토크 전달부(제2 토크 전달부)
8 계측부
61 판부재
62 광폭부
63 두께부
64 덧붙임 부재
65 디스크 부재
66 오목부
71 판부재
72 광폭부
73 두께부
74 덧붙임 부재
2 플랜지(제1 플랜지)
3 플랜지(제2 플랜지)
4 내통부
5 센서 소자
6 토크 전달부(제1 토크 전달부)
7 토크 전달부(제2 토크 전달부)
8 계측부
61 판부재
62 광폭부
63 두께부
64 덧붙임 부재
65 디스크 부재
66 오목부
71 판부재
72 광폭부
73 두께부
74 덧붙임 부재
Claims (8)
- 토크 센서에 있어서,
외통부와,
상기 외통부의 일단부에 연결된 제1 플랜지와,
상기 외통부의 타단부에 연결된 제2 플랜지와,
상기 외통부와 동일한 축심 상에 위치하는 내통부와,
상기 내통부의 외주면에 마련되고, 상기 축심에 대하여 경사 방향을 향한 저항 게이지를 갖는 센서 소자와,
일단부가 상기 제1 플랜지의 내주면에 연결되고, 타단부가 상기 내통부의 일단부측의 외주면에 연결된 박판 부재인 제1 토크 전달부와,
일단부가 상기 제2 플랜지의 내주면에 연결되고, 타단부가 상기 내통부의 타단부측의 외주면에 연결된 박판 부재인 제2 토크 전달부를 구비하고,
상기 제1 토크 전달부 및 상기 제2 토크 전달부 중 적어도 한쪽은, 상기 축심에 대한 직경 방향 중 상기 센서 소자가 위치하는 방향을 제외한 방향에 공간이 존재하고, 또한 그 공간이 존재하는 직경 방향 위치 중 적어도 일부에 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 토크 센서. - 제1항에 있어서, 상기 제1 토크 전달부 및 상기 제2 토크 전달부 중 상기 공간을 갖는 토크 전달부는, 상기 타단부가 상기 내통부의 외주면 중 전체 둘레에 연결된 것을 특징으로 하는 토크 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 토크 전달부 및 상기 제2 토크 전달부 중 상기 공간을 갖는 토크 전달부는, 상기 일단부가 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 중 연결 대상인 한쪽의 플랜지의 내주면 중 일부에 연결된 것을 특징으로 하는 토크 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 소자는, 상기 내통부를 사이에 두고 대향한 2개의 센서 소자인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 파형인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 토크 전달부 및 상기 제2 토크 전달부 중 상기 공간을 갖는 토크 전달부는, 광폭부를 상기 돌출부로서 갖는 판부재인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 제1 토크 전달부 및 상기 제2 토크 전달부 중 상기 공간을 갖는 토크 전달부의 두께부인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 두께부는, 상기 박판 부재에 별개의 덧붙임 부재가 부착됨으로써 구성된 것을 특징으로 하는 토크 센서.
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