(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の本体と、第２の本体と、前記第１の本体と前記第２の本体との間に介在している反力対抗手段と、センサー手段とを有し、且つ、前記第２の本体が回転されるとその回転軸心を軸線として生ずる入力トルクを、前記反力対抗手段を経由して前記第１の本体に伝える上、前記第１の本体がすでに出力対象に設置されている場合、更に該出力対象に出力トルクをかけると共に、前記センサー手段で前記出力トルクを計測することができるように構成されているトルクセンサーであって、
前記反力対抗手段は、弾性変形可能な材料により作成され、且つ、前記軸線から離れた一部が第１の枢支部として前記第１の本体に枢支され、他の一部が第２の枢支部として前記第２の本体に枢支されている上、弾性的に曲げられて変形しない限り、前記第１の本体を前記第２の本体の前記回転と回転角度差が生じずに同調的に回転させることができるように構成されており、
前記センサー手段は、前記反力対抗手段の変形具合と共に生じる前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を測定する上、電気信号として出力することができるように構成されており、
前記第１の本体と前記第２の本体とは、それぞれ前記軸線がその軸心を通過する円盤状に形成されており、
前記反力対抗手段は、前記第１の本体及び前記第２の本体に前記軸線を軸心として回転可能に取り付けられている枢軸ブロックと、前記枢軸ブロックから前記軸線と直交し且つ互いに反対する両方向に沿ってそれぞれ延伸している第１、第２の延伸アームとを更に有しており、
前記第１の枢支部と前記第２の枢支部は、それぞれ前記第１、第２の延伸アームの先端にあって、２本の枢支ねじによりそれぞれ前記第１の本体と前記第２の本体とに枢支されていることを特徴とするトルクセンサー。
【請求項２】
第１の本体と、第２の本体と、前記第１の本体と前記第２の本体との間に介在している反力対抗手段と、センサー手段とを有し、且つ、前記第２の本体が回転されるとその回転軸心を軸線として生ずる入力トルクを、前記反力対抗手段を経由して前記第１の本体に伝える上、前記第１の本体がすでに出力対象に設置されている場合、更に該出力対象に出力トルクをかけると共に、前記センサー手段で前記出力トルクを計測することができるように構成されているトルクセンサーであって、
前記反力対抗手段は、弾性変形可能な材料により作成され、且つ、前記軸線から離れた一部が第１の枢支部として前記第１の本体に枢支され、他の一部が第２の枢支部として前記第２の本体に枢支されている上、弾性的に曲げられて変形しない限り、前記第１の本体を前記第２の本体の前記回転と回転角度差が生じずに同調的に回転させることができるように構成されており、
前記センサー手段は、前記反力対抗手段の変形具合と共に生じる前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を測定する上、電気信号として出力することができるように構成されており、
前記第１の本体と前記第２の本体とはそれぞれ円盤状に形成されており、
前記反力対抗手段は、両端が共に前記第１の枢支部として第１の枢支ねじにより前記第１の本体に枢支されている第１の変形アームと、前記第１の変形アームと直交していると共に、両端が共に前記第２の枢支部として第２の枢支ねじにより前記第２の本体に枢支されている第２の変形アームとを有していることを特徴とするトルクセンサー。
【請求項３】
前記第１の変形アームと前記第２の変形アームとが直交している部分には、前記第１の本体と前記第２の本体とにそれぞれ前記軸線に沿って回転可能に挿しこむ２本の軸棒を有するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサー。
【請求項４】
前記センサー手段は、前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差に応じて異なる電気信号を出力することができるポテンショメータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルクセンサー。
【請求項５】
前記センサー手段は、電気伝導率の高い材料からなった導電ユニットと、電気伝導率が比較的に低い材料からなった電気抵抗ユニットと、電気伝導率の高い材料からなった接続ユニットと、電流入力リードと、接地のリードと、電流出力リードとからなっており、
前記導電ユニットと、前記電気抵抗ユニットと、前記電流入力リードと、前記接地のリードと、前記電流出力リードとは前記第１の本体に取り付けられており、
前記導電ユニット及び前記電気抵抗ユニットは、前記軸線を中心とした２本の互いに間をあけている円弧線に沿って延伸するように配置されており、
前記電流入力リードと前記接地のリードは、それぞれ前記電気抵抗ユニットから延伸しており、
前記接続ユニットは、前記第２の本体に取り付けられていると共に、前記導電ユニットと、前記電気抵抗ユニットとを跨って電気的に接続させることができると共に、前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差に応じて前記２本の円弧線に沿って移動し、前記電流入力リードから入力される電流が該接続ユニットに到達するまで前記電気抵抗ユニットを経由する距離を変えることができるように配置されており、
前記電流出力リードは、前記導電ユニットに電気的に接続しており、前記電流入力リードから入力されて前記電気抵抗ユニットと前記接続ユニットと前記導電ユニットを順番に通過した電流を外部にある電圧を計測可能な装置まで出力し、該電流出力リードにより出力される電流の電圧から前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を読み取ることができるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルクセンサー。
【請求項６】
前記センサー手段は、前記第１の本体に取り付けられている磁界センサーと、前記第２の本体に取り付けられている磁石とからなり、
前記磁界センサーは、前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を、磁界の変りにより感知することができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルクセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルクセンサーに関し、特に、従来より敏感なトルクセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、下記特許文献１に開示されているトルクセンサーの断面図である。図示されているように、該トルクセンサーは所定の軸線１０を中心として回転できる入力軸１１と、入力軸１１と連動して同軸に回転できる出力軸１２と、入力軸１１または出力軸１２とカム接続することによって、入力軸１１と出力軸１２との回転角度差に応じで軸線１０に沿って前後摺動可能に取り付けられているスリーブ１３と、スリーブ１３の前後摺動距離を測定することができるポテンショメータ１４とを有し、ポテンショメータ１４の測定結果から前記回転角度差を発生させるトルクの強度を算出することができるものである。
【０００３】
このように構成されるトルクセンサーは、回転角度差に応じで生じるスリーブ１３の摺動距離を測定するものであるが、この摺動はカム接続により生じる移動であるため、カム接続部分の回動距離より短くなるので、その測定精度を上げるのにカム接続部分の回動半径を長くして摺動距離を延長するか、あるいはポテンショメータ１４の測定敏感度を高めるかによらなければならない。
【０００４】
しかし、ポテンショメータ１４の測定敏感度を高めることがコストが掛かる上技術的限界があり、そして回動半径を長くすることに相応な設置空間が必要なので、その設置空間が取れない場合も多くある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許ＵＳ６３７０９６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記問題点に鑑みて、本発明は簡単な構成で高いトルク測定精度を有するトルクセンサーの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明は第１の本体と、第２の本体と、前記第１の本体と前記第２の本体との間に介在している反力対抗手段と、センサー手段とを有し、且つ、前記第２の本体が回転されるとその回転軸心を軸線として生ずる入力トルクを、前記反力対抗手段を経由して前記第１の本体に伝える上、前記第１の本体がすでに出力対象に設置されている場合、更に該出力対象に出力トルクをかけると共に、前記センサー手段で前記出力トルクを計測することができるように構成されているトルクセンサーであって、前記反力対抗手段は、弾性変形可能な材料により作成され、且つ、前記軸線から離れた一部が第１の枢支部として前記第１の本体に枢支され、他の一部が第２の枢支部として前記第２の本体に枢支されている上、弾性的に曲げられて変形しない限り、前記第１の本体を前記第２の本体の前記回転と回転角度差が生じずに同調的に回転させることができるように構成されており、前記センサー手段は、前記反力対抗手段の変形具合と共に生じる前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を測定する上、電気信号として出力することができるように構成されていることを特徴とするトルクセンサーを提供する。
【０００８】
上記トルクセンサーにおいて、前記第１の本体と前記第２の本体とは、それぞれ前記軸線がその軸心を通過する円盤状に形成されており、前記反力対抗手段は、前記第１の本体及び前記第２の本体に前記軸線を軸心として回転可能に取り付けられている枢軸ブロックと、前記枢軸ブロックから前記軸線と直交し且つ互いに反対する両方向に沿ってそれぞれ延伸している第１、第２の延伸アームとを更に有しており、前記第１の枢支部と前記第２の枢支部は、それぞれ前記第１、第２の延伸アームの先端にあって、２本の枢支ねじによりそれぞれ前記第１の本体と前記第２の本体とに枢支されていることが好ましい。
【０００９】
上記トルクセンサーにおいて、前記第１の本体と前記第２の本体とはそれぞれ円盤状に形成されており、前記反力対抗手段は、両端が共に前記第１の枢支部として第１の枢支ねじにより前記第１の本体に枢支されている第１の変形アームと、前記第１の変形アームと直交していると共に、両端が共に前記第２の枢支部として第２の枢支ねじにより前記第２の本体に枢支されている第２の変形アームとを有するように構成されることもできる。
【００１０】
また、上記トルクセンサーにおいて、前記第１の変形アームと前記第２の変形アームとが直交している部分には、前記第１の本体と前記第２の本体とにそれぞれ前記軸線に沿って回転可能に挿しこむ２本の軸棒を有するように形成されることもできる。
【００１１】
上記トルクセンサーにおいて、前記センサー手段として、前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差に応じて異なる電気信号を出力することができるポテンショメータを用いることができる。
【００１２】
上記トルクセンサーにおいて、前記ポテンショメータは、電気伝導率の高い材料からなった導電ユニットと、電気伝導率が比較的に低い材料からなった電気抵抗ユニットと、電気伝導率の高い材料からなった接続ユニットと、電流入力リードと、接地のリードと、電流出力リードとからなっており、前記導電ユニットと、前記電気抵抗ユニットと、前記電流入力リードと、前記接地のリードと、前記電流出力リードとは前記第１の本体に取り付けられており、前記導電ユニット及び前記電気抵抗ユニットは、前記軸線を中心とした２本の互いに間をあけている円弧線に沿って延伸するように配置されており、前記電流入力リードと前記接地のリードは、それぞれ前記電気抵抗ユニットから延伸しており、前記接続ユニットは、前記第２の本体に取り付けられていると共に、前記導電ユニットと、前記電気抵抗ユニットとを跨って電気的に接続させることができると共に、前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差に応じて前記２本の円弧線に沿って移動し、前記電流入力リードから入力される電流が該接続ユニットに到達するまで前記電気抵抗ユニットを経由する距離を変えることができるように配置されており、前記電流出力リードは、前記導電ユニットに電気的に接続しており、前記電流入力リードから入力されて前記電気抵抗ユニットと前記接続ユニットと前記導電ユニットを順番に通過した電流を外部にある電圧を計測可能な装置まで出力し、該電流出力リードにより出力される電流の電圧から前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を読み取ることができるように構成されていることが好ましい。
【００１３】
また、上記トルクセンサーにおいて、前記センサー手段は、前記第１の本体に取り付けられている磁界センサーと、前記第２の本体に取り付けられている磁石とからなり、前記磁界センサーは、前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を、磁界の変りにより感知することができるように構成されることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、本発明は従来のトルクセンサーのように回動量を摺動量に変換することなく、反力対抗手段を変形させるトルクを、該変形と共に生じる前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を直接に測定することができるので、簡単な構成で従来より高い測定精度を有するトルクセンサーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のトルクセンサーの構成例の断面図である。
【図２】本発明のトルクセンサーの第１の実施形態の斜視図である。
【図３】本発明のトルクセンサーの第１の実施形態の分解図である。
【図４】本発明のトルクセンサーの第１の実施形態におけるセンサー手段の構成が示されている斜視図である。
【図５】本発明のトルクセンサーの第２の実施形態の斜視図である。
【図６】本発明のトルクセンサーの第２の実施形態の分解図である。
【図７】本発明のトルクセンサーの第３の実施形態の斜視図である。
【図８】本発明のトルクセンサーの第３の実施形態の分解図である。
【図９】本発明のトルクセンサーの第３の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、前掲図面を参照しながら、本発明の各好ましい実施形態について説明する。
【００１７】
図２〜図４では本発明のトルクセンサーの第１の実施形態が示されている。図示されているように、この実施形態のトルクセンサーは、第１の本体２１と、第２の本体３１と、第１の本体２１と第２の本体３１との間に介在している反力対抗手段４と、センサー手段５とを有し、且つ、第２の本体３２が回転されるとその回転軸心Ｌを軸線として生ずる入力トルクを、反力対抗手段４を経由して第１の本体２１に伝えるように構成されている。
【００１８】
また、反力対抗手段４は、弾性変形可能な材料により作成され、且つ、軸線Ｌから離れた一部が第１の枢支部４Ａとして第１の本体２１に枢支され、他の一部が第２の枢支部４Ｂとして第２の本体３１に枢支されている上、弾性的に曲げられて変形しない限り、第１の本体２１を第２の本体３１の前記回転と回転角度差が生じずに同調的に回転させることができるように構成されている。
【００１９】
この実施形態のトルクセンサーは、更に、第１の本体２１がすでに出力対象（図示せず）に設置されている場合、該出力対象に出力トルクのかかることによって反力が生じるため、反力対抗手段４はこの反力とその出力トルクとに曲げられて変形し、そして反力対抗手段４の変形具合に応じて第１の本体２１と第２の本体３１との間に回転角度差が生じるので、センサー手段５で該回転角度差を前記出力トルクの強さとして直接測定して電気信号として出力することができるよう構成されている。
【００２０】
本発明のトルクセンサーのこの第１の実施形態における第１の本体２１と第２の本体３１とは、また図示のように、それぞれ軸線Ｌがその軸心を通過する円盤状に形成されていると共に、第２の本体３１には入力トルクを受け入れる入力軸３１２が設けられ、第１の本体２１には出力トルクを出力する出力軸２１２が設けられている。
【００２１】
反力対抗手段４は、第１の本体２１及び第２の本体３１に、軸線Ｌを軸心として回転可能に取り付けられている枢軸ブロック４１と、枢軸ブロック４１から軸線Ｌと直交し且つ互いに反対する両方向に沿ってそれぞれ延伸している第１、第２の延伸アーム４２、４３とを有するように棒状に形成されていると共に、第１の枢支部４Ａと第２の枢支部４Ｂは、それぞれ第１、第２の延伸アーム４２、４３の先端にあって、２本の枢支ねじ４４によりそれぞれ第１の本体２１と第２の本体３１に枢支されている。
【００２２】
この第１実施形態におけるセンサー手段５は、第１の本体２１と第２の本体３１との回転角度差に応じて異なる電気信号を出力することができるポテンショメータであり、その詳しい構成については、図２及び図３を参照して以下のように説明する。
【００２３】
センサー手段５は、電気伝導率の高い材料からなった導電ユニット５１２と、電気伝導率が比較的に低い材料からなった電気抵抗ユニット５１１と、電気伝導率の高い材料からなった接続ユニット５２１と、電流入力リード５１３と、電流出力リード５１５とを主要構成として、この他には接続ユニット５２１以外の主要構成、即ち導電ユニット５１２と、電気抵抗ユニット５１１と、電流入力リード５１３と、電流出力リード５１５とを第１の本体２１に設置するための第１の設置プレート５１と、接続ユニット５２１を第２の本体３１に設置するための第２の設置プレート５２と、接地のリード５１４とを備えている。
【００２４】
また、第１の本体２１には通過窓２３がセンサー手段５における導電ユニット５１２及び電気抵抗ユニット５１１の設置部分に対応するように形成されており、第２の本体３１には突起台３３が通過窓２３に進入して接続ユニット５２１を導電ユニット５１２及び電気抵抗ユニット５１１に接続させることができるように形成されており、また、第２の設置プレート５２は突起台３３の先端に設置されている。
【００２５】
導電ユニット５１２及び電気抵抗ユニット５１１は、軸線Ｌを中心とした２本の互いに間をあけている円弧線に沿って延伸するように配置されており、電流入力リード５１３と接地のリード５１４は、それぞれ電気抵抗ユニット５１１から延伸するように配置されている。
【００２６】
接続ユニット５２１は、突起台３３の先端に設置されている設置プレート５２の表面に取り付けられていると共に、導電ユニット５１２と、電気抵抗ユニット５１１とを跨って電気的に接続させることができると共に、第１の本体２１と第２の本体３１との前記回転角度差に応じて前記２本の円弧線に沿って移動し、電流入力リード５１３から入力される電流が該接続ユニット５２１に到達するまで電気抵抗ユニット５１１を経由する距離を変えることができるように配置されている。
【００２７】
電流出力リード５１５は、導電ユニット５１２に電気的に接続しており、電流入力リード５１３から入力されて電気抵抗ユニット５１１と接続ユニット５２１と導電ユニット５１２を順番に通過した電流を外部にある電圧を計測可能な装置（図示せず）まで出力し、該電流出力リード５１５により出力される電流の電圧から第１の本体２１と第２の本体３１との前記回転角度差を読み取ることができるように構成されている。
【００２８】
このように、本発明のトルクセンサーは反力対抗手段５を変形させるトルクを、該変形と共に生じる第１の本体２１と第２の本体３１との前記回転角度差をセンサー手段５で直接に測定することができる。
【００２９】
続いて、図５、図６を用いて本発明のトルクセンサーの第２の実施形態について詳しく説明する。
【００３０】
図示されているように、本発明のトルクセンサーの第２の実施形態は、第１の実施形態と類似する構成を有しているが、その反力対抗手段４は、第１の実施形態と異なって、両端が共に第１の枢支部４Ａとして第１の枢支ねじ４５により第１の本体２１に枢支されている第１の変形アーム４７と、第１の変形アーム４７と直交していると共に、両端が共に第２の枢支部４Ｂとして第２の枢支ねじ４６により第２の本体３１に枢支されている第２の変形アーム４８とを有するように形成されている。
【００３１】
また、この実施形態において、センサー手段５及びセンサー手段５に対応する構成は全て第１の実施形態と同じになっているので、その詳しい説明を省略する。
【００３２】
この第２の実施形態では、反力対抗手段４が十字形に形成されているので、第１の実施形態より強度が高く、第１の実施形態と比べて、より強いトルクの測定に適できる。
【００３３】
続いて、図７〜図９を用いて本発明のトルクセンサーの第３の実施形態について詳しく説明する。
【００３４】
図示されているように、本発明のトルクセンサーの第３の実施形態は、第２の実施形態と類似する構成を有しているが、その反力対抗手段４における第１の変形アーム４７と第２の変形アーム４８とが十字形に直交している部分には、第１の本体２１と第２の本体３１とにそれぞれ軸線Ｌに沿って回転可能に挿しこむ２本の軸棒４１１、４１２を有するように形成され、そして第１の本体２１と第２の本体３１とにそれぞれ該２本の軸棒４１１、４１２を受け入れる軸孔２２、３２が形成されている。
【００３５】
また、この実施形態におけるセンサー手段５はポテンショメータではなく、磁界センサーを使用している。即ち、センサー手段５は第１の本体２１に固定するように取り付けられている磁界センサー５１７と、第２の本体３１に取り付けられている磁石５２４とを有し、磁界センサー５１７は、第１の本体２１と第２の本体３１との前記回転角度差を、磁石５２４と磁界センサー５１７との相対移動に応じて生じる磁界の変りにより感知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
上記構成により、本発明は従来のトルクセンサーのように回動量を摺動量に変換することなく、反力対抗手段を変形させるトルクを、該変形と共に生じる前記第１の本体と前記第２の本体との前記回転角度差を直接に測定することができるので、簡単な構成で従来より高い測定精度を有するトルクセンサーを提供することができる。
【符号の説明】
【００３７】
２１  第１の本体
２２、３２  軸孔
２３  通過窓
３１  第２の本体
３３  突起台
４  反力対抗手段
４１  枢軸ブロック
４１１、４１２  軸棒
４２  第１の延伸アーム
４３  第２の延伸アーム
４４  枢支ねじ
４５  第１の枢支ねじ
４６  第２の枢支ねじ
４７  第１の変形アーム
４８  第２の変形アーム
４Ａ  第１の枢支部
４Ｂ  第２の枢支部
５  センサー手段
５１  第１の設置プレート
５１１  電気抵抗ユニット
５１２  導電ユニット
５１３  電流入力リード
５１４  接地のリード
５１５  電流出力リード
５１７  磁界センサー
５２  第２の設置プレート
５２１  接続ユニット
５２４  磁石
【図１】
0005156822.tif 000002
【図２】
0005156822.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005156822.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005156822.tif 000008
【図８】
0005156822.tif 000009
【図９】
0005156822.tif 000010