(57)【要約】【課題】  レバー腕状トルク検出装置において力点の位置による誤差が発生することを解消しようとすると、抵抗を附加する、ＣＰＵを搭載し演算する、など複雑な信号処理が必要であった。【解決手段】  レバー腕状部にトルク回転中心からＬ１はなれた場所とＬ２はなれた場所に合計２箇所の曲げモーメントの検出手段を設け、各々の検出位置の断面係数Ｚ１、Ｚ２とし、断面係数の比ｋをｋ＝Ｚ２／Ｚ１＝Ｌ２／Ｌ１にすることで演算用の素子の附加を回避し、ＣＰＵにおける複雑な信号処理をはぶき、握りの位置による誤差を排除した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形自在のレバー腕部の一方端附近に力が加えられる力点部が設けられると共に、他方端にトルクが作用する作用部が設けられる部材と、該レバー腕部の該作用部中心から第１の所定距離（Ｌ１）離間した第１の位置部における該レバー腕部の変形時に伸長する部位と圧縮する部位とにそれぞれ設けられ、伸長、圧縮を電気抵抗で検出する第１及び第２の歪検出手段と、該レバー腕部の該作用部中心から、該第１の所定距離よりも大きい第２の所定距離（Ｌ２）離間した第２の位置部における該レバー腕部の変形時に伸長する部位と圧縮する部位とにそれぞれ設けられ、伸長、圧縮を電気抵抗で検出する第３及び第４の歪検出手段と、該第１、第２、第３及び第４の歪検出手段からの抵抗値の変化量で前記検出ベース部材の作用部に作用する曲げモーメントを検出するトルク検出手段であって、前記第１の断面係数Ｚ１に対して第２の断面係数Ｚ２をｋ（ｋ＝Ｌ２／Ｌ１）倍にすることにより、前記第１、第２、第３及び第４の歪検出手段による２つのゲージ郡からの信号を加算することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の第１から第４の歪検出手段のそれぞれが単数又は複数の歪ゲージで構成されることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の曲げモーメント検出手段は、前記第１〜第４の歪検出位置のうち少なくとも２つの歪検出位置は異なる断面係数を備えることを特徴とするトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】    本発明は、電気的に検出するトルク検出装置に係り、レバー腕状部材の撓みを利用して握りの位置による回転トルクの誤差を解消したトルク検出器関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】    特許第３０３３４５１号
【特許文献２】    特開平２−２６２９６８２号公報
【背景技術】
【０００３】  図３に、従来のトルク検出装置の一例の構成図を示す。トルク検出装置１１は、一様な直径の棒レバー腕状部材１２の一端にトルク作用部１３と他端に握り部１４とを配設されてなる。トルク作用部１３は角型で、例えばソケット等の被勘合作用部材（図示せず）とトルク作用部１３をその中心に備えている。握り部１４は断面形状が一様な太さの円形で、その表面には滑り止めの浅い細溝が格子状に切られている。【０００４】  トルク作用部１３の中心位置Ｃ点から距離Ｌ１だけ離間したレバー腕状部材１２の図中上面には、図３（Ｂ）に示すように歪みゲージＧ１及びＧ３がレバー腕状部材１２の周方向に隣接して配設されている。また同じ位置の図中下面には、歪みゲージＧ２及びＧ４がレバー腕状部材１２の周方向に隣接して配設されている。すなわち、歪みゲージＧ１及びＧ３と歪みゲージＧ２及びＧ４は１８０°対向して配置されている。【０００５】  回転トルク測定時に、測定者が握り部１４のＣ点から距離Ｌ０だけ離間した位置に外力Ｆを図中下方に作用させると、レバー腕状部材１２は僅かに山なりに撓み変形する。したがって、歪みゲージＧ１及びＧ３は伸長し、歪みゲージＧ２及びＧ４は圧縮される。歪みゲージは、例えば通常３５０Ω或いは１２０Ωの一定の抵抗値を示すが、伸長すると抵抗値が増大し、圧縮されると抵抗値が減少する性質を示す。回転トルク測定時のレバー腕状部材１２の撓み変形による各歪みゲージＧ１及びＧ２及びＧ３及びＧ４の抵抗値の変化に基づいてＣ点から距離Ｌ１だけ離間した位置（各歪みゲージが設けられた位置）における曲げモーメントＭ１を求めることができる。【０００６】  また、回転軸部材に作用するトルクＴは、次式
Ｔ＝｛Ｌ０／（Ｌ０−Ｌ１）｝Ｍ１      ・・・（１）
から求められる。ここで、図３（Ｃ）トルク検出装置の回路図を示す。（Ｃ）において、ブリッジ回路２１は直流電圧源Ｅ０と歪みゲージＧ１及びＧ２及びＧ３及びＧ４と差動増幅器２２とで図示の如く構成される。
ところが、トルクＴは（１）式の如くＬ０の関数となるため、測定者が握り部１４のどの部分に外力Ｆを作用させるかでＬ０の値が異なるため、トルクＴの測定値に誤差を生ずる問題があった。【０００７】  さらに、図４に、従来の他のトルク検出装置の構成図を示す。図４中、図３と同一構成部分には同一符号を付してある。図４（Ａ）、（Ｃ）において、勘合部１３の中心位置Ｃ点から距離Ｌ１だけ離間したレバー腕状部材１２の図中上面には、歪みゲージＧ１及びＧ２がレバー腕状部材１２の周方向に隣接して配設されている。また同じ位置の図中下面には、歪みゲージＧ３及びＧ４がレバー腕状部残材１２の周方向に隣接して配設されている。すなわち、図３と同様に歪みゲージＧ１及びＧ２と歪みゲージＧ３及びＧ４は１８０°対向して配設されている。【０００８】  また、トルク作用部１３の中心位置Ｃ点から距離Ｌ２だけ離間したレバー腕状部材１２の図中上面には、歪みゲージＧ５及びＧ６がレバー腕状部材１２の周方向に隣接して配設されている。また同じ位置の図中下面には、歪みゲージＧ７及びＧ８がレバー腕状部材１２の周方向に隣接して配設されている。すなわち、歪みゲージＧ５及びＧ６と歪みゲージＧ７及びＧ８はほぼ１８０°対向して配設されている。【０００９】  回転トルク測定時に、作業者が握り部１４に対し外力Ｆを図中下方に作用させると、レバー腕状部材１２は僅かに山なりに撓み変形する。したがって、歪みゲージＧ１及びＧ２及びＧ５及びＧ６は伸長し、歪みゲージＧ３及びＧ４及びＧ７及びＧ８は圧縮される。このとき、回転トルク測定時のレバー腕状部材５１の擁み変形による各歪みゲージＧ１及びＧ２及びＧ３及びＧ４の抵抗値の変化に基づいてＣ点から距離Ｌ１け離間した位置における力の曲げモーメントＭ１、各歪みゲージＧ５及びＧ６及びＧ７及びＧ８の抵抗値の変化に基づいてＣ点から距離Ｌ２だけ離間した位置における力の曲げモーメントＭ２を求めることができる。【００１０】  従って、回転軸部材に作用するトルクＴは、
Ｔ＝（Ｌ２Ｍ１−Ｌ１Ｍ２）／（Ｌ２−Ｌ１）…（２）
から求められる。ここで、図３（Ｃ）のトルク検出装置の回路図を示す。（Ｃ）において、ブリッジ回路２１は直流電圧源Ｅ０と歪みゲージＧ１及びＧ２及びＧ３及びＧ４と差動増幅器２２とで図示の如く構成される。また、ブリッジ回路２３は直流電圧源Ｅ２と歪みゲージＧ５及びＧ６及びＧ７及びＧ８と差動増幅器２４とで図示の如く構成される。【００１１】  ブリッジ回路２１、２３によって曲げモーメントＭ１及びＭ２が求められ、この値をそれぞれＡＤコンバータ２５、２６によってディジタル値に変換しＣＰＵ２７に入力する。ＣＰＵ２７では、予め既知のＬ１及びＬ２の値とＡＤ変換されたＭ１及びＭ２の値に基づいて（２）式の演算を行い、等の表示部２８に表示させる。【００１２】  （２）式から明らかなように図８及び図９の構成のトルク検出装置によれば、作業者が握り部１４のどの位置に力を作用させるかに関係なくトルクＴを求めることができ、常に正確なトルク検出を行うことができる。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】  しかしながら実施例図４  上記従来のトルク検出装置では、差動増幅器２２、２４とＡＤコンバータ２５、２６が２個ずつ必要になるため、複雑でコストが高くなる問題があり、ＣＰＵにおいて（２）式の計算をしなければならない。
さらに、従来の実施例図５（Ａ）、（Ｂ）においては、Ｇ３とＧ４とにおのおのにＲ１が直列につながり、Ｇ３、Ｇ４の信号を減衰している。このＲ１の特性はＧ３、Ｇ４と同じ温度特性であることが要求されるが、同じ温度特性をもたせることは困難であり、ゲージの附近に抵抗器等の部品が付加され煩雑であった。さらに、すべての従来の実施例でレバー腕状部材は各検出位置で断面係数が均一である必要があり、剛性の低下が避けられなかった。
そこで本発明は上記の複数の難点を鑑みてなされたものであって、低コスト、高剛性で正確なトルク検出を行うことのできるトルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  請求項１では、弾性変形自在のレバー腕部の一端附近に力が加えられる力点部が設けられ、且、他方端にトルクが作用する作用部が設けられるレバー腕状部材と、該レバー腕部の該トルク作用部中心から第１の所定距離（Ｌ１）離間した第１の位置部における該レバー腕部の変形時に伸長する部位と圧縮する部位とにそれぞれ設けられ、伸長、圧縮を電気抵抗で検出する第１ゲージ郡及び第２ゲージ郡の歪検出手段と、該レバー腕部の該作用部中心から、該第１の所定距離よりも大きい第２の所定距離（Ｌ２）離間した第２の位置部における該レバー腕部の変形時に伸長する部位と圧縮する部位とにそれぞれ設けられ、伸長、圧縮を電気抵抗で検出する第３及び第４の歪検出手段と、該第１、第２、第３及び第４の歪検出手段からの抵抗値の変化量で前記検出ベース部材の作用部に作用する曲げモーメントを検出するトルク検出手段であって、第１の所定距離（Ｌ１）の断面係数Ｚ１と第２の所定距離（Ｌ２）の断面係数Ｚ２との比をＺ２／Ｚ１＝Ｌ２／Ｌ１とし、検出手段からの信号を減衰せしむることなしにトルクを検出する構成とする。
【００１５】  請求項２では、請求項１記載の第１から第４の歪検出手段のそれぞれが単数又は複数の歪ゲージで構成される。請求項３では、請求項１又は２記載のトルク検出の位置では、レバー腕状部材に異なる複数の断面係数を備える。
【作用】
【００１６】  上述のように請求項１又は２の発明では、レバー腕状部材において第１検出部の（断面係数Ｚ１）の位置にゲージ郡があり適宜単数又は複数の歪ゲージでそれぞれ構成される第１及び第２の歪検出手段が設けられると共に、第２検出部の（断面係数Ｚ２）の位置に同様の第３及び第４の歪み検出手段が設けられ、各歪検出手段の抵抗値の変化量から作用部に作用する曲げモーメントを検出し、ブリッジを形成することにより、感度調整抵抗を付加することなく握りの位置に影響されないトルクの測定できる。
【００１７】  請求項３の発明では、断面係数Ｚ１と断面係数Ｚ２から、電気的な感度調整なしで力点の位置に影響を受けない正確なトルク検出を行うことが可能となる。
【発明実施の形態】
【００１８】  図１に、本発明の第１実施例の構成図を示す。図１（Ａ）はトルク検出装置１１の計測部分を示した平面説明図、図１（Ｂ）はトルク算出のトルク検出回路図である。図１（Ａ）において、弾性変形自在であり、第１検出部Ｌ１（断面係数Ｚ１）第２検出部Ｌ２（断面係数Ｚ２）をなす均一ではない棒状のレバー腕部であるレバー腕状部材１２の一方端付近にカが加えられる力点部である握り部３３が一体に形成されると共に、他方端にトルクが作用する作用部がある。
トルク作用部３４が一体に形成されて検出ベース部材３５が構成される。トルク作用部３４は、前述と同様に例えばねじ等の被トルク作用部材とトルク作用される形状で形成される。
【００１９】  そこで、トルク作用部１４の中心位置Ｃより距離Ｌ１におけるレバー腕状部材３２の第１の位置部に第１の歪検出手段である歪ゲージＧ１と第２の歪検出手段である歪ゲージＧ２が取り付けられる。すなわち、歪ゲージＧ１、Ｇ２はレバー腕状部材１２の変形時に伸長する部位と圧縮する部位とにそれぞれ対応して設けられる。また、勘合部１４の中心位置Ｃより距離Ｌ２におけるレバー腕状部材１２の第２の位置部に第３の検出手段である歪ゲージＧ３と第４の歪検出手段である歪ゲージＧ４が取り付けられる。この歪ゲージＧ３、Ｇ４においてもレバー腕状部材３２の変形時に伸長する部位と圧縮する部位とにそれぞれ対応して設けられる。この場合、Ｃ点より距離Ｌ１の第１の部位と距離Ｌ２の第２の部位とは、例えば２Ｌ１＝Ｌ２とする。
【００２０】  また、上述の歪ゲージＧ１〜Ｇ４は、伸長又は圧縮状態でその電気抵抗値が変化するストレインゲージが用い、例えば金属抵抗型の歪ゲージ、半導体抵抗型の歪ゲージがあり、上記の位置に貼り着けることにより設けることができる。この場合の電気抵抗の変化は、歪ゲージが伸長することで抵抗値が増大し、圧縮することで抵抗値が減少する。
【００２１】  続いて、図１（Ｂ）に示すトルク検出手段であるトルク検出回路は、上述の歪ゲージＧ１〜Ｇ４のブリッジ回路２１が形成される。
【００２２】  そして、ゲージＧ１の辺及びゲージＧ３の辺の接続点と、ゲージＧ２の辺及びゲー  ジＧ４の辺の接続点との間に直流電圧Ｅ０が印加される．また、ゲージＧ１の辺及びゲージＧ２の辺の接続点（Ａ点）と、ゲージＧ３の辺及びゲージＧ４の辺の接続点（Ｂ点）からの出力僧号が差動アンプ２３に入力され、差動アンプ４３の出力信号はＡＤＣ（アナログ・デジタルコンバータ）２４でデジタル信号に変換されて液晶パネル等の表示部４５にトルク検出結果が表示される。
【００２３】  このブリッジ回路４２は、Ｇ１、Ｇ２の検出位置１の断面係数Ｚ１であり、Ｇ３、Ｇ４検出位置２の断面係数Ｚ２である。
ここで、ｋ＝Ｚ２／Ｚ１＝Ｌ２／Ｌ１である。
トルクＴは
Ｔ＝（ｋＬ１Ｍ１−Ｌ１Ｍ２）／（ｋＬ１−Ｌ１）＝（ｋＭ１−Ｍ２）／（ｋ−１）…（３）
であるから
【００２４】  Ｍ１の電気信号ｅ１を
ｅ１＝Ｍ１／Ｚ１で表せば、
Ｍ２の電気信号をｅ２は
ｅ２＝Ｍ２／Ｚ２＝Ｍ２／ｋＺ１と表せる。
Ｔ＝（ｋｅ１Ｚ１−ｅ２ｋＺ１）／（ｋ−１）＝ｋＺ１（ｅ１−ｅ２）／（ｋ−１）…（４）
つまりＴは
Ｔ∝ｅ１−ｅ２…（５）
となり、回路では単にブリッジを作ることで式（５）の計算を完結できる。
【発明の効果】
【００２５】  以上のように請求項１又は２の発明によれば、第１の位置部に適宜単数又は複数の歪ゲージでそれぞれ構成されるレバー腕状部材の断面係数の異なる部位に第１及び第２の歪検出手段が設けられると共に、第２の位置部に同様の第３及び第４の歪み検出手段が設けられ、トルク検出手段で各歪検出手段の抵抗値の変化量から各部のモーメントを検出することにより、力点の位置に影響されない正確なトルク検出が可能とり、低コストを図ることができる。
【００２６】  請求項３の発明によれば、トルク検出手段が検出位置の断面係数を複数備えることで、力点の位置の影響での排除した正確なトルク検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施例の構成図と検出回路説明図である。
【図２】本発明の第２実施例の構成図と検出回路説明図である。
【図３】従来のトルク検出装置の第１実施例の構成図と回路説明図である
【図４】従来のトルク検出装置の第２実施例の構成図と回路説明である。。
【図５】従来のトルク検出装置の第３実施例の構成図と回路説明である。
【符号の説明】
【００２８】１１  トルク検出装置
１２  レバー腕状部材
１３  握り部
１４  トルク作用部
１５  検出ベース部材
２１、２１Ｂ、２３  ブリッジ回路
２２、２４  差動アンプ
２５、２６  ＡＤＣ
２７  ＣＰＵ
２８  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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