(57)【要約】【課題】ねじれによる出力誤差を低減可能とする。【解決手段】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が存在し、且つ、当該空間が存在する径方向位置の少なくとも一部に出っ張り部を有する。【選択図】図１
2020008325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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が存在し、且つ、当該空間が存在する径方向位置の少なくとも一部に出っ張り部を有する
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から請求項３のうちの何れか１項記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記出っ張り部は波形である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載のトルクセンサ。
【請求項６】
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、幅広部を前記出っ張り部として有する板部材である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載のトルクセンサ。
【請求項７】
前記出っ張り部は、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の肉厚部である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載のトルクセンサ。
【請求項８】
前記肉厚部は、前記薄板部材に別体の後付け部材が取付けられることで構成された
ことを特徴とする請求項７記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【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。
これに対し、トルク伝達部に空間を設けて外力の伝達方向を限定することで、トルクセンサでの出力誤差を低減する方法が考えられる。しかしながら、トルク伝達部は空間が大きくなるとねじれに対する剛性が下がり、このねじれによってトルクセンサに出力誤差が生じる。
【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、空間を有するトルク伝達部のねじれ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が存在し、且つ、当該空間が存在する径方向位置の少なくとも一部に出っ張り部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、空間を有するトルク伝達部のねじれ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】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、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図であり、図３Ａは正面図であり、図３Ｂは側断面図である。
【図４】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図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ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図であり、図５Ａは正面図であり、図５Ｂは側断面図である。
【図６】図６Ａ、図６Ｂ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６Ａは正面図であり、図６Ｂは側断面図である。
【図７】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８】トルク伝達部に出っ張り部が存在しないトルクセンサの構成例を示す正面図である。
【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、例えば半導体歪ケ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。また、トルク伝達部６は、出っ張り部を有している。図１では、トルク伝達部６が円周状に波形の出っ張り部を有する４枚の板部材６１から構成されている。そして、４枚の板部材６１のうちの２枚の板部材６１は、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、残りの２枚の板部材６１は、当該センサ素子５が位置する方向に対して垂直な方向にそれぞれ位置している。なお、トルク伝達部６が有する出っ張り部は上記軸心に対する径方向に設けられている必要はなく、任意の向きでよい。
【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。また、トルク伝達部７は、出っ張り部を有している。図１では、トルク伝達部７が円周状に波形の出っ張り部を有する４枚の板部材７１から構成されている。そして、４枚の板部材７１のうちの２枚の板部材７１は、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、残りの２枚の板部材７１は、当該センサ素子５が位置する方向に対して垂直な方向にそれぞれ位置している。また、トルク伝達部７が有する出っ張り部は上記軸心に対する径方向に設けられている必要はなく、任意の向きでよい。
【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が円周状に波形の出っ張り部を有する４枚の板部材６１から成り、各板部材６１が十字に配置されている。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、且つ、当該空間が存在する径方向位置の少なくとも一部に出っ張り部を有していればよく、例えば図２〜７に示すような形状及び配置としてもよい。
【００１５】
例えば図２では、トルク伝達部６が直線状に波形の出っ張り部を有する４枚の板部材６１から構成されている。なお、各板部材６１の配置は図１と同一である。
【００１６】
また図３では、トルク伝達部６が出っ張り部として幅広部６２を有する４枚の板部材６１から構成されている。幅広部６２は、上記軸心に対する径方向に垂直な方向に延びている。なお、各板部材６１の配置は図１と同一である。
また図４では、トルク伝達部６が出っ張り部として幅広部６２を有する２枚の板部材６１から構成されている。幅広部６２は、上記軸心に対する径方向に垂直な方向に延びている。そして、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。
【００１７】
また図５では、トルク伝達部６が出っ張り部として肉厚部６３を有する４枚の板部材６１から構成されている。なお、各板部材６１の配置は図１と同一である。
また図６では、トルク伝達部６が４枚の板部材６１から成り、この板部材６１に対して別体の後付け部材６４が接着剤等により取付けられることで肉厚部６３が構成されている。なお、各板部材６１の配置は図１と同一である。
【００１８】
また図７では、トルク伝達部６が円周状に波形の出っ張り部を有するディスク部材６５から成り、ディスク部材６５の外周面のうちの４方向に円弧状の凹部６６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７に示すトルクセンサでは、図１〜６に示すトルクセンサに対し、トルク伝達効率が向上する。
【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。なお、図３に示す符号７２はトルク伝達部７が有する幅広部である。また、図５に示す符号７３はトルク伝達部７が有する肉厚部である。また、図６に示す符号７４はトルク伝達部７が有する後付け部材である。
【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。なお、図８に示すトルクセンサは、図１に示すトルクセンサのトルク伝達部６及びトルク伝達部７に出っ張り部が存在しない構成である。
図８に示すトルクセンサでは、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している。これにより、このトルクセンサでは、フランジ２及びフランジ３のうちの一方にのみに径方向の外力が加わった場合での出力誤差の低減を実現可能となる。しかしながら、この場合、トルク伝達部６及びトルク伝達部７は空間が大きくなるとねじれに対する剛性が下がり、このねじれによってトルクセンサに出力誤差が生じる。
【００２１】
ここで、トルクセンサでは、上記外力のセンサ素子５への変形伝達を抑制するためには、トルク伝達部６及びトルク伝達部７の空間を設けることと、トルク伝達部６及びトルク伝達部７のねじれに対する剛性が重要となる。
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に上記空間及び出っ張り部を設ける。これにより、空間があるにも関わらず、トルク伝達部６及びトルク伝達部７はねじれに対する剛性が増し、トルクセンサはこのねじれによる出力誤差の低減を実現可能となる。したがって、上記空間及び出っ張り部は、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。
【００２２】
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が存在し、且つ、当該空間が存在する径方向位置の少なくとも一部に出っ張り部を有する。これにより、実施の形態１に係るトルクセンサは、ねじれによる出力誤差を低減可能となる。
【００２３】
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。
【符号の説明】
【００２４】
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  幅広部
６３  肉厚部
６４  後付け部材
６５  ディスク部材
６６  凹部
７１  板部材
７２  幅広部
７３  肉厚部
７４  後付け部材
【図１】
2020008325.tif 000003
【図２】
2020008325.tif 000004
【図３】
2020008325.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020008325.tif 000007
【図６】
2020008325.tif 000008
【図７】
2020008325.tif 000009
【図８】
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