(57)【要約】【課題】梁を有する筒の歪みを、より正確に検知することを可能とする。【解決手段】第１の端、第２の端、及び第１の端と第２の端に挟まれる筒部から構成される容器と、容器における筒部の外側面に設けられた第１の梁とを有し、第１の梁の延伸方向と容器の延伸方向とがなす角度が３０度以上６０度以下であるトルクセンサを提供する。第１の梁の延伸方向と容器の延伸方向とがなす角度が４５度であることが好ましい。このようにすることで、第１の梁は、容器の延伸方向を回転軸とした捩れに対応した歪みを検知することができる。 【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端、第２の端、及び第１の端と第２の端に挟まれる筒部から構成される容器と、
前記容器における筒部の外側面に設けられた第１の梁とを有し、
前記第１の梁の延伸方向と前記容器の延伸方向とがなす角度が３０度以上６０度以下である、トルクセンサ。
【請求項２】
前記第１の梁の延伸方向と前記容器の延伸方向とがなす角度が４５度である、請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記容器における筒部の外側面には第２の梁が設けられ、
前記第１の梁の延伸方向と前記第２の梁の延伸方向とが平行である、請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記容器における筒部の外側面において、前記第１の梁と前記第２の梁の間にはスリットが設けられている、請求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記容器における筒部の外側面には第３の梁が設けられ、
前記第３の梁の延伸方向と前記容器の延伸方向とがなす角度が３０度以上６０度以下であり、
前記第１の梁の延伸方向と前記第３の梁の延伸方向とがなす角度が７５度以上１０５度以下である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
【請求項６】
前記第１の梁の延伸方向と前記第３の梁の延伸方向とが９０度である、請求項５に記載のトルクセンサ。
【請求項７】
前記容器における筒部の外側面において、前記第１の梁と前記第３の梁の間にはスリットが設けられている、請求項５又は６に記載のトルクセンサ。
【請求項８】
前記第１の端及び前記第２の端は開口端である、請求項１〜７のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
【請求項９】
前記第１の梁は、前記容器における前記筒部の外側面に接着剤を介して
ゲージ層を有する構造体を貼り付けることで構成される、請求項１〜８のいずれ
か１つに記載のトルクセンサ。
【請求項１０】
前記容器における筒部の材料はフェライト系ステンレスである、請求項１〜９のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
【請求項１１】
前記容器における第１の端の材料はフェライト系ステンレスである、請求項１〜１０のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
【請求項１２】
前記容器における第２の端の材料はフェライト系ステンレスである、請求項１〜１１のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
【請求項１３】
前記第１の梁は、前記容器の延伸方向を回転軸とした捩れに対応した歪みを検知する、請求項１〜１２のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作用軸部材などの部材に加えられるトルクを検出するトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操作用軸部材などの部材に加えられるトルクを歪みとして検知することが可能なセンサとして、例えば特許文献１に記載されているセンサがある。ここで、特許文献１は、操作用軸部材などの部材の外側面に軸部材の軸方向に対し４５度方向に配置した金属箔ゲージ（歪ゲージ）によって操作用軸部材に加えられるトルクを歪みとして検知する技術を開示している。また、他にも、特許文献２のようなセンサも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２２２４３号公報
【特許文献２】特開昭６３−０２８２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、例えば、特許文献１においては、歪ゲージによって筒の形状変化のみを読み取ることを前提としている。そのため、特許文献１においては、歪ゲージ内の導電粒子間やバンドギャップ間の距離変化によって、より高感度に歪みを検知することが困難である。何故なら、例えば、＋４５度方向に生じる引張歪と−４５度方向に生じる圧縮歪とが同時に発生した場合に、＋４５度方向に生じた引張歪により得られた導電粒子間やバンドギャップ間の距離変化が−４５度方向に生じた圧縮歪により得られた導電粒子間やバンドギャップ間の距離変化によって相殺されてしまうからである。
【０００５】
そこで、本願においては、筒部に梁構造を設けることにより、筒部に加わるトルクを高感度に検知することが可能なトルクセンサ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】
【０００６】
本発明に係るセンサは、第１の端、第２の端、及び第１の端と第２の端に挟まれる筒部から構成される容器と、容器における筒部の外側面に設けられた第１の梁とを有し、第１の梁の延伸方向と容器の延伸方向とがなす角度が３０度以上６０度以下である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のトルクセンサによると、梁を有する筒の歪みを、より正確に検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係るセンサの概略図
【図２】本実施の形態の第１の変形例に係るセンサの概略図
【図３】本実施の形態の第２の変形例に係るセンサの概略図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態に係るセンサについて、図１〜図３を参照して説明する。図１〜図３において、同一部分に対する符号の付与を省略し、その説明を適宜省略することがある。また、図１〜図３は好ましい形態の一例を示すものであり、それぞれの構成・形状に限定されるわけではない。また、実施の形態中で説明する各要素技術を矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることは可能である。
【００１０】
＜実施の形態＞
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本実施の形態に係るセンサの概略図である。図１（ａ）はセンサ１００の上面図である。図１（ｂ）はセンサ１００の斜視図である。図１（ｃ）はセンサ１００の容器のどこに応力が加わるかを示す図である。図１（ｄ）はセンサ１００のＡ−Ａ’線における断面図である。
【００１１】
ここで、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、センサ１００は、第１の端１、第２の端２、及び第１の端１と第２の端２に挟まれる筒部３から構成される容器４と、容器４における筒部３の外側面に設けられた第１の梁５とを有している。そして、第１の梁５の延伸方向と容器４の延伸方向とがなす角度θが３０度以上６０度以下である。より好ましくは、角度θが４５度であることが好ましい。例えば、図１（ｃ）に示すように、容器４の延びる方向を回転軸とする捩れが容器４に加わるとする。この際、図１（ｃ）に示すように、容器４の延伸方向に対して４５度の角度方向に、引張り応力が加わる。そのため、梁の延伸方向を容器４の延伸方向に対して少なくとも３０度以上６０度以下になるように設定しておけば、梁は引張り応力に応じた引張り歪が梁上に生じる。そして、梁に生じる歪に応じて、容器４の回転を検知することが可能となる。このように、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、引張り応力と圧縮応力を分離可能な構造とすることにより、例えば、高感度なゲージを用いる場合においても、正確に回転方向の歪みを検知することができるという効果がある。なお、容器４の延伸方向に対して４５度の角度方向に、引張り応力が加わるので、梁の延伸方向を容器４の延伸方向に対して４５度となるように設定することが好ましい。なお、本明細書における角度については、製造プロセス上のズレを許容する程度の角度であるとする。つまり、例えば、角度を「４５度」と記すときは、「実質的に４５度」であるとする。
【００１２】
また、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、容器４における筒部３の外側面には第２の梁６が設けられ、第２の梁６の延伸方向と容器４の延伸方向とがなす角度θが３０度以上６０度以下であることが好ましい。より好ましくは、角度θが４５度であることが好ましい。設計上の理由により、第１の梁５が位置ずれを起こすことがある。この場合、複数の梁から得られる引張り応力から、容器４に加わる回転をより正確に検知することができる。よって、信頼性を向上させることができるという効果がある。
【００１３】
また、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、容器４における筒部３の外側面には第２の梁６が設けられ、第１の梁５の延伸方向と第２の梁６の延伸方向とが平行であることが好ましい。複数の梁の延伸方向が大きくずれていると、容器４に加わる回転を正確に検知することが難しくなるからである。
【００１４】
また、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、容器４における筒部３の外側面において、第１の梁５と第２の梁６の間にはスリット１０が設けられている。複数のスリットを設けることにより、それぞれの梁に機能を持たせることが容易となる。
【００１５】
また、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、第１の端１及び第２の端２は開口端であることが好ましい。第１の端１又は第２の端２を介して容器内に部材を差し込むことが可能である。そして、該部材の捩れを容器の捩れとしてセンシングすることが可能となる。
【００１６】
また、図１（ｄ）に示すように、第１の梁５は、容器４における筒部３の外側面に接合剤２０を介して下部電極、ゲージ層、上部電極の順番に積層された構造体３０を接合することが好ましい。そして、接合剤２０としては例えば筒部と電気的に絶縁をすることができるガラス材料であることが好ましく、下部電極の材料としては、例えば、銀、白金等の金属材料であることが好ましい。そして、ゲージ層の材料としては、例えば、酸化ルテニウムのような導電粒子と絶縁ガラスの混合体、又は金属酸化膜等の高抵抗変化率を発現する材料であることが好ましい。そして、上部電極の材料としては、例えば、金等の金属材料であることが好ましい。構造体３０によると、容器４の捩れに応じた構造体３０の形状変化による抵抗変化だけでなく、密度変化による抵抗変化も検知可能であるため、形状変化のみによる歪み検知よりも感度は向上する。しかし、仮に圧縮応力の印加と引張り応力の印加を分離できる構造としないと、圧縮応力と引張り応力の相殺によって、密度変化による歪み検知ができなくなってしまい、感度が下がってしまう。よって、図１（ａ）〜図１（ｄ）のような、圧縮応力の印加と引張り応力の印加を分離できる構造とすることにより、ゲージ層内の導電粒子間やバンドギャップ間の距離変化による効果も得ることができる。従って、梁が構造体３０を有する場合には、感度向上に特に効果がある。ただし、構造体３０としては、上記構造に限らず、応力を検知可能であれば構わない。
【００１７】
なお、各梁の上にゲージを配置して圧縮歪と引張歪を検知し、各ゲージでブリッジ回路を構成し、検知信号が処理回路（図示せず）に入力する構成とすることが好ましい。なお、処理回路に入力された検知信号は検出歪に比例した信号に変換される。これにより、入力トルク値に比例した電気出力を得ることが可能となる。
【００１８】
また、第１の端１、第２の端２、及び筒部３は同じ材料から構成されることが好ましい。そして、第１の端１、第２の端２、及び筒部３は、それぞれ、フェライト系ステンレスであることが好ましい。溶接等による接合などで材料特性の変態を伴わないからである。
【００１９】
また上述のように、第１の梁５は、容器４の延伸方向を回転軸とした捩れに対応した歪みを検知することが可能である。なお、他の梁についても同様である。
【００２０】
＜第１の変形例＞
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、本実施の形態に係るセンサの概略図である。図２（ａ）はセンサ１００の上面図である。図２（ｂ）はセンサ１００の斜視図である。図２（ｃ）はセンサ１００の容器のどこに応力が加わるかを示す図である。図２（ｄ）はセンサ１００のＡ−Ａ’線における断面図である。以下では、実施の形態との相違点を主に説明することとする。
【００２１】
ここで、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、容器４における筒部３の外側面には第３の梁７が設けられ、第３の梁７の延伸方向と容器４の延伸方向とがなす角度θ２が３０度以上６０度以下であることが好ましい。なお、角度θ２が４５度であることがより好ましい。そして、第１の梁５の延伸方向と第３の梁７の延伸方向とがなす角度が７５度以上１０５度以下であることが好ましい。なお、該角度は９０度であることがより好ましい。なお、第１の梁５と第３の梁７は、容器４の回転軸を軸として線対称になるように配置されることが好ましい。例えば、図２（ｃ）に示すように、容器４の延びる方向を回転軸とする捩れが容器４に加わるとする。この際、図２（ｃ）に示すように、容器４の延伸方向に対して４５度の角度方向に、引張り応力又は圧縮応力が加わる。そのため、第１の梁５の延伸方向を容器４の延伸方向に対して少なくとも３０度以上６０度以下になるように設定しておけば、第１の梁５は引張り応力に応じた振動を行う。また、第３の梁７の延伸方向を容器４の延伸方向に対して少なくとも３０度以上６０度以下になるように設定し、第１の梁５の延伸方向と第３の梁７の延伸方向とがなす角度が７５度以上１０５度以下に設定しておけば、第３の梁７は圧縮応力に応じた抵抗変化を得られる。そして、容器４の回転を検知することが可能となる。なお、容器４の延伸方向に対して４５度の角度方向に、引張り応力又は圧縮応力が加わるので、第１の梁５の延伸方向と第３の梁７の延伸方向とがなす角度を９０度とすることが好ましい。
【００２２】
また、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、容器４における筒部３の外側面において、第１の梁５と第３の梁７の間にはスリット１０が設けられている。複数のスリットを設けることにより、それぞれの梁に梁としての機能を持たせることが容易となる。
【００２３】
＜第２の変形例＞
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、本実施の形態に係るセンサの概略図である。図３（ａ）はセンサ１００の上面図である。図３（ｂ）はセンサ１００の斜視図である。図３（ｃ）はセンサ１００の容器のどこに応力が加わるかを示す図である。図３（ｄ）はセンサ１００のＡ−Ａ’線における断面図である。以下では、実施の形態又は第１の変形例との相違点を主に説明することとする。
【００２４】
図２（ａ）〜図２（ｄ）においては、容器４の延伸方向に垂直な線を軸として、第２の梁６と第３の梁７とが線対称となるように配置されている。そして、第１の梁５と第２の梁６と第３の梁７とが点対称となるように配置されている。
【００２５】
それに対し、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、容器４の延伸方向に垂直な線を軸として、第３の梁７と線対称となるように配置される第２の梁６が無くても構わない。該構造でも、引張り応力と圧縮応力とを分離することができ、それぞれの応力に応じた容器４に加わる回転を検知することができる。
【００２６】
また、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、複数の構造体３０を同一の梁上に設けても構わない。設計の自由度に応じて、適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
梁を有する筒の歪みを、梁を用いて正確に検知することが可能なセンサを提供することで、例えば、タイヤの軸に加わる回転方向の歪みを正確に検知することなどが可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１  第１の端
２  第２の端
３  筒部
４  容器
５  第１の梁
６  第２の梁
７  第３の梁
８  空洞
１０  スリット
２０  接着剤
３０  構造体
１００  センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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