処理中

しばらくお待ちください...

設定

設定

1. WO2020008835 - トルクセンサ

Document

明 細 書

発明の名称 トルクセンサ

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006  

発明の効果

0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026  

産業上の利用可能性

0027  

符号の説明

0028  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : トルクセンサ

技術分野

[0001]
 この発明は、トルクを検出するトルクセンサに関する。

背景技術

[0002]
 従来から、回転軸体の外周面に取付けられたセンサ素子を有し、トルクにより回転軸体の外周面に生じるせん断応力の大きさを、センサ素子における抵抗値変化により検出するトルクセンサがある(例えば特許文献1参照)。
 また、回転軸体を外筒部及びその両端に連結された2枚のフランジから構成し、各フランジにディスク状のトルク伝達部を介して連結された内筒部を設け、この内筒部の外周面にセンサ素子が取付けられたトルクセンサも知られている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2002-139391号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 一方、トルクセンサには、用途によっては、一端のみに径方向の外力(張力又は圧縮力)が加わる場合がある。この場合、トルク伝達部を有するトルクセンサでは、外力の方向とセンサ素子の位置との関係によっては出力誤差が生じるため、改善が必要である。
[0005]
 この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、一端のみに加えられた径方向の外力による出力誤差を低減可能とするトルクセンサを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0006]
 この発明に係るトルクセンサは、外筒部と、外筒部の一端に連結された第1フランジと、外筒部の他端に連結された第2フランジと、外筒部と同一の軸心上に位置する内筒部と、内筒部の外周面に設けられ、軸心に対して斜め方向を向いた抵抗ゲージを有するセンサ素子と、一端が第1フランジの内周面に連結され、他端が内筒部の一端側の外周面に連結された薄板部材である第1トルク伝達部と、一端が第2フランジの内周面に連結され、他端が内筒部の他端側の外周面に連結された薄板部材である第2トルク伝達部とを備え、第1トルク伝達部及び第2トルク伝達部のうちの少なくとも一方は、軸心に対する径方向のうちのセンサ素子が位置する方向を除く方向に空間を有することを特徴とする。

発明の効果

[0007]
 この発明によれば、上記のように構成したので、一端のみに加えられた径方向の外力による出力誤差を低減可能となる。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] 図1A、図1Bは、この発明の実施の形態1に係るトルクセンサの構成例を示す図であり、図1Aは正面図であり、図1Bは側断面図である。
[図2] 図2A~図2Dは、この発明の実施の形態1に係るトルクセンサの別の構成例を示す正面図である。
[図3] 図3A、図3Bは、従来のトルクセンサにおける出力誤差の発生原理を説明する図であり、トルクセンサ及びセンサ素子の状態を示す図である。
[図4] 図4A~図4Cは、この発明の実施の形態1に係るトルクセンサによる効果を示す図である。

発明を実施するための形態

[0009]
 以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
 図1はこの発明の実施の形態1に係るトルクセンサの構成例を示す図である。
 トルクセンサは、トルクを検出する。このトルクセンサは、図1に示すように、外筒部1の一端に連結されたフランジ(第1フランジ)2と、外筒部1の他端に連結されたフランジ(第2フランジ)3とを有している。外筒部1、フランジ2及びフランジ3は、例えばステンレスにより構成される。なお、フランジ2及びフランジ3のうちの一方にはモータ等の駆動系が接続され、他方には例えばロボットハンド等の負荷系が接続される。
[0010]
 また、トルクセンサは、外筒部1と同一(略同一の意味を含む)の軸心上に位置する内筒部4を有している。この内筒部4の外周面には、1つ以上のセンサ素子5が貼付けられている。センサ素子5は、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する。このセンサ素子5は、上記軸心に対して斜め方向(45度方向)を向いた抵抗ゲージを有する。なお、斜め方向は45度方向としているが、これに限らず、ある程度のずれ(例えば44度方向又は46度方向等)は許容される。また図1に示すように、内筒部4を挟んで対向するように2つのセンサ素子5が設けられることで、トルクセンサは他軸干渉を低減可能となる。また、センサ素子5としては、例えば半導体歪ゲージ又は金属歪ゲージを用いることができる。
[0011]
 また、トルクセンサは、一端がフランジ2の内周面に連結され、他端が内筒部4の一端側の外周面に連結されたトルク伝達部(第1トルク伝達部)6を有する。トルク伝達部6は、フランジ2に加えられた外力により生じるトルクを内筒部4を介してセンサ素子5に伝達するための薄板部材である。また、トルク伝達部6には、上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向を除く方向に空間が存在する。図1では、トルク伝達部6が2枚の板部材61から成り、この板部材61が上記軸心に対する径方向のうちの2つのセンサ素子5が位置する方向にそれぞれ位置している。
[0012]
 また、トルクセンサは、一端がフランジ3の内周面に連結され、他端が内筒部4の他端側の外周面に連結されたトルク伝達部(第2トルク伝達部)7を有する。トルク伝達部7は、フランジ3に加えられた外力により生じるトルクを内筒部4を介してセンサ素子5に伝達するための薄板部材である。また、トルク伝達部7には、上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向を除く方向に空間が存在する。図1では、トルク伝達部7が2枚の板部材71から成り、この板部材71が上記軸心に対する径方向のうちの2つのセンサ素子5が位置する方向にそれぞれ位置している。
[0013]
 また、トルクセンサは、センサ素子5により出力された信号をトルクとして計測する計測部8(不図示)を有する。トルクセンサに2つ以上のセンサ素子5が設けられる場合には、計測部8は、各センサ素子5により出力された信号の演算値をトルクとして計測する。なお、計測部8は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。
[0014]
 なお図1では、トルク伝達部6が2枚の板部材61から成り、この板部材61が上記軸心に対する径方向のうちの2つのセンサ素子5が位置する方向にそれぞれ位置している。しかしながら、トルク伝達部6の形状及び配置はこれに限らず、上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向を除く方向に空間が存在していればよく、例えば図2に示すような形状及び配置としてもよい。
[0015]
 例えば図2Aでは、センサ素子5が1つであり、トルク伝達部6が2枚の板部材61から構成されている。そして、一方の板部材61が、上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向に位置し、他方の板部材61が、当該センサ素子5が位置する方向とは反対の方向に位置している。
[0016]
 また図2Bでは、トルク伝達部6が4枚の板部材61から構成されている。そして、図1に示す配置に加え、上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向に対して垂直な方向にも2枚の板部材61が位置している。図2Bに示すトルクセンサでは、図1,2Aに示すトルクセンサに対し、板部材61の数が増えることで、外力の伝達抑制を維持しつつトルクの伝達効率が向上する。
[0017]
 また図2Cでは、トルク伝達部6がディスク部材62から成り、ディスク部材62の外周面のうちの4方向に円弧状の凹部63が形成されている。これにより、トルク伝達部6は、内筒部4の一端側の外周面のうちの全周に連結され、且つ、フランジ2の内周面のうちの一部に連結される。その結果、図2Cに示すトルクセンサでは、図1,2A,2Bに示すトルクセンサに対し、トルクの伝達効率が向上する。
[0018]
 また図2Dでは、トルク伝達部6がディスク部材62から成り、ディスク部材62のうちの4方向に楕円状の開口部64が形成されている。図2Dに示すトルクセンサでは、トルク伝達部6がフランジ2の内周面のうちの全周に連結されているため、図2Cに示すトルクセンサに対して外力の伝達効率が上がってしまうものの、開口部64によりその影響が低減される。
[0019]
 なお上記では、トルク伝達部6の形状及び配置について説明したが、トルク伝達部7の形状及び配置についても同様である。
[0020]
 次に、実施の形態1に係るトルクセンサによる効果について説明する。以下では、トルクセンサが図1に示す構成である場合について説明する。また、従来のトルクセンサは、図3に示すように、実施の形態1におけるトルク伝達部6及びトルク伝達部7に空間が存在しない構成に相当する。
[0021]
 トルクセンサには、用途によっては、フランジ2及びフランジ3のうちの一方のみに径方向の外力(張力又は圧縮力)が加わる場合がある。この場合、外力の方向とセンサ素子5の位置との関係によってはトルクセンサに出力誤差が生じる。
 例えば図3Aに示すように、フランジ2に径方向の張力が加わった場合であって、その方向がセンサ素子5が位置する方向である場合には、センサ素子5の特性上、センサ素子5は張力に対する感度を持たないため、出力誤差は生じない。一方、例えば図3Bに示すように、フランジ2に径方向の張力が加わった場合であって、その方向がセンサ素子5が位置する方向ではない場合には、2つのセンサ素子5にせん断応力が加わるため、出力誤差が生じる。なお、図3ではフランジ2に張力が加わる場合を示したが、フランジ2に圧縮力が加わった場合及びフランジ3に張力又は圧縮力が加わった場合についても同様である。
[0022]
 そこで、実施の形態1に係るトルクセンサでは、トルク伝達部6及びトルク伝達部7に空間を設けることで、上記軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が感度を有する方向に加えられた外力をセンサ素子5に伝達しないように外力の伝達方向を限定する。これにより、実施の形態1に係るトルクセンサは、出力誤差の低減を実現可能となる。
 すなわち、実施の形態1に係るトルクセンサでは、例えば図4Aに示すように、フランジ2に加えられた張力の方向がセンサ素子5が位置する方向ではない場合でも、トルク伝達部6の空間によって、フランジ2の伸びによるセンサ素子5の変形を抑制でき、張力のセンサ素子5への伝達を抑制できる。その結果、実施の形態1に係るトルクセンサは、出力誤差を低減できる。なお、図4Aではフランジ2に張力が加わる場合を示したが、フランジ2に圧縮力が加わった場合及びフランジ3に張力又は圧縮力が加わった場合についても同様である。したがって、空間は、トルク伝達部6,7のうちの、張力又は圧縮力が加わるフランジ側のトルク伝達部にのみ設けられていれば十分である。
[0023]
 また、実施の形態1に係るトルクセンサでは、例えば図4Bに示すように、トルクセンサに通常のトルクが加えられた場合には、2つのセンサ素子5にせん断応力が加わるため、従来通りトルクが出力される。
[0024]
 また、他軸干渉の低減のために2つのセンサ素子5が設けられたトルクセンサでは、例えば図4Cに示すように、フランジ2に双方向のトルクが加わった場合に、2つのセンサ素子5に加わる信号の向きが互いに反転する。その結果、計測部8において出力が相殺され、出力誤差が低減される。
[0025]
 以上のように、この実施の形態1によれば、トルクセンサは、外筒部1と、外筒部1の一端に連結されたフランジ2と、外筒部1の他端に連結されたフランジ3と、外筒部1と同一の軸心上に位置する内筒部4と、内筒部4の外周面に設けられ、軸心に対して斜め方向を向いた抵抗ゲージを有するセンサ素子5と、一端がフランジ2の内周面に連結され、他端が内筒部4の一端側の外周面に連結された薄板部材であるトルク伝達部6と、一端がフランジ3の内周面に連結され、他端が内筒部4の他端側の外周面に連結された薄板部材であるトルク伝達部7とを備え、トルク伝達部6及びトルク伝達部7のうちの少なくとも一方は、軸心に対する径方向のうちのセンサ素子5が位置する方向を除く方向に空間を有する。これにより、実施の形態1に係るトルクセンサは、一端のみに加えられた径方向の外力による出力誤差を低減可能となる。
[0026]
 なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

産業上の利用可能性

[0027]
 この発明に係るトルクセンサは、一端のみに加えられた径方向の外力による出力誤差を低減可能となり、トルクを検出するトルクセンサに用いるのに適している。

符号の説明

[0028]
1 外筒部
2 フランジ(第1フランジ)
3 フランジ(第2フランジ)
4 内筒部
5 センサ素子
6 トルク伝達部(第1トルク伝達部)
7 トルク伝達部(第2トルク伝達部)
8 計測部
61 板部材
62 ディスク部材
63 凹部
64 開口部
71 板部材

請求の範囲

[請求項1]
 外筒部と、
 前記外筒部の一端に連結された第1フランジと、
 前記外筒部の他端に連結された第2フランジと、
 前記外筒部と同一の軸心上に位置する内筒部と、
 前記内筒部の外周面に設けられ、前記軸心に対して斜め方向を向いた抵抗ゲージを有するセンサ素子と、
 一端が前記第1フランジの内周面に連結され、他端が前記内筒部の一端側の外周面に連結された薄板部材である第1トルク伝達部と、
 一端が前記第2フランジの内周面に連結され、他端が前記内筒部の他端側の外周面に連結された薄板部材である第2トルク伝達部とを備え、
 前記第1トルク伝達部及び前記第2トルク伝達部のうちの少なくとも一方は、前記軸心に対する径方向のうちの前記センサ素子が位置する方向を除く方向に空間を有する
 ことを特徴とするトルクセンサ。
[請求項2]
 前記第1トルク伝達部及び前記第2トルク伝達部のうちの前記空間を有するトルク伝達部は、前記他端が、前記内筒部の外周面のうちの全周に連結された
 ことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。
[請求項3]
 前記第1トルク伝達部及び前記第2トルク伝達部のうちの前記空間を有するトルク伝達部は、前記一端が、前記第1フランジ及び前記第2フランジのうちの連結対象である一方のフランジの内周面のうちの一部に連結された
 ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のトルクセンサ。
[請求項4]
 前記センサ素子は、前記内筒部を挟んで対向した2つのセンサ素子である
 ことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]