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公開番号2021039038
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210311
出願番号2019161531
出願日20190904
発明の名称トルクセンサ
出願人ミネベアミツミ株式会社
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人
主分類G01L 1/26 20060101AFI20210212BHJP(測定;試験)
要約【課題】軸受から起歪部への熱伝達を抑制する。
【解決手段】トルクセンサ1は、回転軸11と、回転軸11を支持する一対の軸受部12a,12bと、回転軸11の軸線x方向において一対の軸受部12a,12bの間に設けられている起歪部112に搭載され、起歪部112に生じる歪み量に応じて電気信号を出力する歪みセンサ13と、歪みセンサ13が出力する電気信号を処理する信号処理部14と、軸受部12a,12bから発する熱を放熱する放熱部15a,15bと、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
回転軸と、
前記回転軸を支持する一対の軸受部と、
前記回転軸の軸線方向において一対の前記軸受部の間に設けられている起歪部に搭載され、前記起歪部に生じる歪み量に応じて電気信号を出力する歪みセンサと、
前記歪みセンサが出力する前記電気信号を処理する信号処理部と、
前記軸受部から発する熱を放熱する放熱部と、
を備える、トルクセンサ。
続きを表示(約 850 文字)【請求項2】
前記放熱部は、前記回転軸の軸線方向において前記起歪部とは反対側に設けられていて、一対の前記軸受部に対して受熱可能に接続している、
請求項1に記載のトルクセンサ。
【請求項3】
前記軸受部は、前記回転軸とともに回転可能な内輪と、前記内輪の外周側に設けられている外輪と前記内輪及び前記外輪の間に配置されている転動体とを有し、
前記放熱部は、前記外輪に対して受熱可能に接続している、
請求項2に記載のトルクセンサ。
【請求項4】
前記回転軸は、所望の熱伝導性を有する材料により形成されていて、
前記放熱部は、前記回転軸の軸線方向において前記軸受部と前記起歪部との間に設けられている、
請求項1に記載のトルクセンサ。
【請求項5】
前記軸受部は、前記回転軸とともに回転可能な内輪と、前記内輪の外周側に設けられている外輪と前記内輪及び前記外輪の間に配置されている転動体とを有し、
前記放熱部は、前記回転軸を介して前記内輪に対して受熱可能に接続している、
請求項2に記載のトルクセンサ。
【請求項6】
前記信号処理部は、前記回転軸の軸線方向において一対の前記軸受部の間に設けられていて、前記電気信号を処理する電子部品を搭載する基板部を有し、
前記放熱部は、前記基板部によって構成されている、
請求項4または5に記載のトルクセンサ。
【請求項7】
前記回転軸の外周側に設けられていて前記放熱部からの熱を受熱して外部に放熱する外部放熱部を備える、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のトルクセンサ。
【請求項8】
前記回転軸の外周側に設けられていて前記信号処理部から出力される信号を処理する回路基板を備え、
前記外部放熱部は、前記回路基板の外周側に設けられている、
請求項7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、トルクセンサに関する。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
一般に、回転軸の一部を起歪部として、この起歪部に生じる歪み量を歪みセンサによって測定し、歪み量に基づいてトルクを測定するトルクセンサが知られている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−98718号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献1のトルクセンサを含めて、歪みセンサを用いてトルクを測定するトルクセンサは、回転軸を支持する軸受が生じる熱が起歪部に伝達することにより、測定される歪み量及びトルクに誤差が生じてしまう場合があった。特に、回転軸が高速で回転するトルクセンサにおいては、上述した軸受が生じる熱が起歪部に伝達することによる影響が大きくなっていた。このため、トルクセンサにおいて、軸受が生じる熱が起歪部に伝達することを抑制することが求められていた。
【0005】
本発明は、上述の課題を一例とするものであり、軸受から起歪部への熱伝達を抑制する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】
上記目的を達成するために、本発明に係るトルクセンサは、回転軸と、前記回転軸を支持する一対の軸受部と、前記回転軸の軸線方向において一対の前記軸受部の間に設けられている起歪部に搭載され、前記起歪部に生じる歪み量に応じて電気信号を出力する歪みセンサと、前記歪みセンサが出力する前記電気信号を処理する信号処理部と、前記軸受部から発する熱を放熱する放熱部と、を備える。
【0007】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記放熱部は、前記回転軸の軸線方向において前記起歪部とは反対側に設けられていて、一対の前記軸受部に対して受熱可能に接続している。
【0008】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記軸受部は、前記回転軸とともに回転可能な内輪と、前記内輪の外周側に設けられている外輪と前記内輪及び前記外輪の間に配置されている転動体とを有し、前記放熱部は、前記外輪に対して受熱可能に接続している。
【0009】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記回転軸は、所望の熱伝導性を有する材料により形成されていて、前記放熱部は、前記回転軸の軸線方向において前記軸受部と前記起歪部との間に設けられている。
【0010】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記軸受部は、前記回転軸とともに回転可能な内輪と、前記内輪の外周側に設けられている外輪と前記内輪及び前記外輪の間に配置されている転動体とを有し、前記放熱部は、前記回転軸を介して前記内輪に対して受熱可能に接続している。
【0011】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記信号処理部は、前記回転軸の軸線方向において一対の前記軸受部の間に設けられていて、前記電気信号を処理する電子部品を搭載する基板部を有し、前記放熱部は、前記基板部によって構成されている。
【0012】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記回転軸の外周側に設けられていて前記放熱部からの熱を受熱して外部に放熱する外部放熱部を備える。
【0013】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記回転軸の外周側に設けられていて前記信号処理部から出力される信号を処理する回路基板を備え、前記外部放熱部は、前記回路基板の外周側に設けられている。
【0014】
本発明に係るトルクセンサによれば、軸受から起歪部への熱伝達を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
本発明の第1の実施の形態に係るトルクセンサの構成を概略的に示す断面図である。
図1に示すトルクセンサにおける放熱部付近を拡大して示す断面図である。
図1に示すトルクセンサの放熱部の構成を概略的に示す一方側から見た平面図である。
本発明の第2の実施の形態に係るトルクセンサの構成を概略的に示す断面図である。
図4に示すトルクセンサの信号処理部の構成を概略的に示す斜視図である。
図5に示す信号処理部の一方側から見た図である。
図5に示す信号処理部の外周側から見た図である。
本発明の第3の実施の形態に係るトルクセンサの構成を概略的に示す断面図である。
本発明の第4の実施の形態に係るトルクセンサの構成を概略的に示す断面図である。
本発明の第5の実施の形態に係るトルクセンサの構成を概略的に示す断面図である。
図10に示す信号処理部の一方側から見た図である。
図10に示す信号処理部の外周側から見た図である。
本発明の第6の実施の形態に係るトルクセンサの構成を概略的に示す斜視図である。
図14に示すトルクセンサの構成を概略的に示す断面図である。
本発明の第1の実施の形態に係るトルクセンサの変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態に係るトルクセンサ1について図面を参照しながら説明する。
【0017】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るトルクセンサ1の構成を概略的に示す断面図である。
【0018】
以下の説明では、便宜上、軸線x方向において矢印a方向を一方側aとし、矢印b方向を他方側bとする。また、軸線xに垂直な径方向において、軸線xから遠ざかる方向(図1の矢印c方向)を外周側cとし、軸線xに向かう方向(図1の矢印d方向)を内周側dとする。以下の説明では、便宜上、図1に示す方向をトルクセンサ1の側面とする。また、以下の説明では、便宜上、トルクセンサ1を軸線x方向に沿って一方側aから他方側bに向かって見る方向を正面、他方側bから一方側aに向かって見る方向を底面とする。
【0019】
図1に示すように、本実施の形態に係るトルクセンサ1は、回転軸11と、回転軸11を支持する一対の軸受部12a,12bと、回転軸11の軸線x方向において一対の軸受部12a,12bの間に設けられている起歪部112に搭載され、起歪部112に生じる歪み量に応じて電気信号を出力する歪みセンサ13と、歪みセンサ13が出力する電気信号を処理する信号処理部14と、軸受部12a,12bから発する熱を放熱する放熱部15a,15bと、を備える。以下、トルクセンサ1の構成及び動作を具体的に説明する。
【0020】
図1に示すように、トルクセンサ1は、上述した回転軸11、軸受部12a,12b、歪みセンサ13、信号処理部14、及び、放熱部15a,15bに加えて、筐体部16、軸受支持部17a,17b、軸コイル181、固定コイル182、及び、回路基板191,192を備える。
【0021】
回転軸11は、軸線x方向を長手方向として配置されている棒状または略棒状の部材である。回転軸11は、後述する軸受部12a,12bが発する熱を受熱することができるように、例えば金属などの所望の熱伝導性を有する材料により形成されている。回転軸11は、棒状または略棒状に形成されている軸本体111の軸線x方向の中央部付近に起歪部112が設けられている。起歪部112には、適宜な位置に歪みセンサ13が取り付けられている。つまり、起歪部112は、回転軸11に伝達される回転トルクにより生じる歪みを歪みセンサ13により計測するための部位である。
【0022】
軸受部12a,12bは、筐体部16における筐体本体161の軸線x方向における一方側a及び他方側bに形成されている軸受支持孔164に支持されている軸受支持部17a,17bに支持されている。軸受部12a,12bは、例えば玉軸受である。本実施の形態において、軸受の種類は特に限定されない。軸受部12a,12bは、例えばそれぞれ軸線x方向が中心軸となるように配置され回転軸11とともに回転可能な内輪122a,122b及び外輪121a,121bと、内輪122a,122b及び外輪121a,121bの間に設けられる転動体123a,123bとにより構成される。軸受部12a,12bは、内輪122a,122bの内周面により回転軸11を支持する。
【0023】
歪みセンサ13は、歪みゲージなどの起歪部112に発生する歪みを計測するための測定デバイスである。本実施の形態において、歪みセンサ13は、起歪部112に生じる歪み量に応じて電気信号を出力することが可能であれば、構成、歪みの測定手法などは特に限定されない。
【0024】
信号処理部14は、歪みセンサ13が出力する電気信号を処理する。信号処理部14は、例えば、回転軸11の軸線x方向において一対の軸受部12a,12bの間に設けられている。信号処理部14は、例えば、歪みセンサ13に結線されてこれとともにホイートストンブリッジ回路を形成する抵抗、歪みセンサ13の抵抗値変化を微小な電圧信号に変換したアナログ出力を、デジタル信号に変換するA/D変換回路、デジタル信号を処理するCPUなどの信号処理回路、及び、処理したデジタル信号を送信する送信回路などを構成している。
【0025】
放熱部15a,15bは、軸受部12a,12bから発する熱を放熱するために、一対の軸受部12a,12bのそれぞれに対して受熱可能に接続している。放熱部15a,15bは、軸受部12a,12bが支持している回転軸11と内輪122a,122bとが一体となって回転する際に転動体123a,123b及び外輪121a,121bとの間で生じる摩擦熱を放熱するために設けられている。このため、放熱部15a,15bは、いずれも所望の熱伝導性を有し軸受部12a,12bから受熱可能な軸受支持部17a,17bまたは回転軸11と熱的に接触している。放熱部15a,15bは、銅やアルミニウム合金など、熱伝導性の高い材料により形成されている。
【0026】
図2は、トルクセンサ1における放熱部15a付近を拡大して示す断面図である。また、図3は、トルクセンサ1の放熱部15aの構成を概略的に示す一方側aから見た平面図である。図2は、トルクセンサ1が備える放熱部15a,15bのうち、一方側aの端部に設けられている放熱部15aを示している。
【0027】
放熱部15a,15bは、例えば、軸受部12aを支持している軸受支持部17aの軸線x方向外側に取り付けられている。放熱部15a,15bは、例えば、回転軸11の軸線x方向において起歪部112とは反対側、つまり、軸線x方向において中央部から離れる側にフィン152aが設けられている。
【0028】
図2及び図3に示すように、放熱部15a,15bは、平板状の放熱部本体151a,151bと、フィン152a,152bと、回転軸挿通孔153a,153bとを有する。放熱部15a,15bにおいて、フィン152a,152bは、放熱部本体151a,151bから軸線x方向に延出して形成されている。個々のフィン152a,152bは、円筒形状に形成されている。そして、円筒形状に形成されている個々のフィン252a,252bは、軸線xを中心とした同心円状に配置されている。なお、放熱部15a,15bにおいて、放熱部本体151a,151b及びフィン152a,152bの形状は上述の例には限定されない。また、放熱部15a,15bと軸受部12a,12b、あるいは軸受支持部17a,17bとの間に、熱伝導性ゲル部材や熱伝導性グリースなどの熱伝導性を有する部材を介してもよい。
【0029】
筐体部16は、筐体本体161により例えば立方体状に形成されている。筐体部16は、筐体本体161の内部に、回転軸11の起歪部112などのトルクセンサ1の構成要素を収容可能な空間である収容部163を有する。筐体部16は、筐体本体161の少なくとも一部が開蓋して外部と収容部163とが連通可能である。また、筐体部16は、開蓋している部分に蓋部162が設けられていて、収容部163を閉塞可能である。さらに、筐体部16は、筐体本体161の軸線x方向の両端部に、回転軸11の両端部を突出させることができるように軸受支持孔164が設けられている。
【0030】
軸受支持部17a,17bは、筐体部16の軸受支持孔164に取り付けられている。軸受支持部17a,17bは、軸受部12a,12bを筐体部16に支持させている。
(【0031】以降は省略されています)

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