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公開番号2021085765
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210603
出願番号2019215003
出願日20191128
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 3/10 20060101AFI20210507BHJP(測定;試験)
要約【課題】加工性と機械的特性とを両立する。
【解決手段】トルクセンサ1は、回転軸11と、回転軸11に設けられている起歪部15と、起歪部15に搭載され、起歪部15に生じる歪み量に応じて電気信号を出力するひずみセンサ13と、を備え、起歪部15は、回転軸11の軸線Axに沿って平行に延びるように形成されている平面でありひずみセンサ13が載置可能な複数の載置面部151を有していて、複数の載置面部151は、軸線Axに垂直な径方向において所定の間隔が設けられて配置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
回転軸と、
前記回転軸に設けられている起歪部と、
前記起歪部に搭載され、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ひずみセンサと、
を備え、
前記起歪部は、軸線に沿って平行に延びるように形成されている平面であり前記ひずみセンサが載置可能な複数の載置面部を有していて、
複数の前記載置面部は、前記軸線に垂直な径方向において所定の間隔が設けられて配置されている、
トルクセンサ。
続きを表示(約 400 文字)【請求項2】
前記載置面部は、前記軸線に垂直な径方向においてI字型に形成されている、
請求項1に記載のトルクセンサ。
【請求項3】
複数の前記載置面部は、前記軸線を挟むように前記間隔が設けられて配置されている、
請求項1または2に記載のトルクセンサ。
【請求項4】
前記起歪部は、前記間隔が設けられて配置されている複数の前記載置面部の前記軸線に垂直な径方向内周側を互いに接続するように設けられている接続部を有していて、
複数の前記載置面部は、前記ひずみセンサがそれぞれの径方向外周側の面に載置されている、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトルクセンサ。
【請求項5】
前記起歪部は、複数の前記載置面部と前記接続部とが前記軸線に垂直な径方向においてH字型に形成されている、
請求項4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 5,500 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ひず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(以下「ひずみセンサ式トルクセンサという。)として、回転トルク検出器が知られている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−110166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、ひずみセンサ式トルクセンサにおいて、回転軸の一部に設けられている起歪部は、回転軸における他の部分よりも回転トルクによって歪みが生じやすいように形成されている。ここで、起歪部における歪みの生じやすさは、回転軸と起歪部とを同一の材料により一体で形成した場合に、起歪部の断面積により定まる。また、起歪部の断面積は、ひずみセンサ式トルクセンサにより測定する回転トルクの数値範囲に応じて定められる。つまり、起歪部の断面積は、測定する回転トルクの数値範囲が小さくなるのに応じて小さくする必要がある。
【0005】
しかしながら、従来のひずみセンサ式トルクセンサにおいて、断面形状が四角形状の起歪部では、特に測定する回転トルクの数値範囲が小さい場合に、起歪部の表面にひずみセンサを貼り付ける位置を確保するのが難しかった。また、従来のひずみセンサ式トルクセンサにおいて、起歪部の断面積を小さくしつつひずみセンサを貼り付ける位置を確保するために、起歪部の形状を工夫することも考えられるが、加工のしやすさ(加工性)を向上させつつ剛性や歪み場などの機械的特性を向上させることが難しかった。
【0006】
本発明は、上述の課題を一例とするものであり、加工性と機械的特性とを両立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】
【0007】
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、前記回転軸に設けられている起歪部と、前記起歪部に搭載され、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ひずみセンサと、を備え、前記起歪部は、前記回転軸の軸線に沿って平行に延びるように形成されている平面であり前記ひずみセンサが載置可能な複数の載置面部を有していて、複数の前記載置面部は、前記軸線に垂直な径方向において所定の間隔が設けられて配置されている。
【0008】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記載置面部は、前記軸線に垂直な径方向においてI字型に形成されている。
【0009】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、複数の前記載置面部は、前記軸線を挟むように前記間隔が設けられて配置されている。
【0010】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記起歪部は、前記間隔が設けられて配置されている複数の前記載置面部の前記軸線に垂直な径方向内周側を互いに接続するように設けられている接続部を有していて、複数の前記載置面部は、前記ひずみセンサがそれぞれの径方向外周側の面に載置されている。
【0011】
本発明の一態様に係るトルクセンサにおいて、前記起歪部は、複数の前記載置面部と前記接続部とが前記軸線に垂直な径方向においてH字型に形成されている。
【発明の効果】
【0012】
本発明に係るトルクセンサによれば、加工性と機械的特性とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本発明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1に示すトルクセンサの構成を概略的に示す平面図である。
図1に示すトルクセンサの構成を概略的に示す側面図である。
図1に示すトルクセンサにおける概略的に示すA−A断面図である。
図1に示すトルクセンサにおける回転軸の起歪部付近を拡大して示す斜視図である。
図5に示す回転軸の起歪部の断面形状を示す断面図である。
図1に示すトルクセンサの変形例に係る回転軸の起歪部の断面形状を示す断面図である。
参考例のトルクセンサに係る回転軸の起歪部の断面形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明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。
【0015】
図1は、本発明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斜視図である。図2は、トルクセンサ1の構成を概略的に示す平面図である。図3は、トルクセンサ1の構成を概略的に示す側面図である。図4は、トルクセンサ1における概略的に示すA−A断面図である。
【0016】
以下、説明の便宜上、図2におけるトルクセンサ1において回転軸11の軸線Ax方向に沿う方向(以下、軸線方向ともいう。)と平行な方向をZ軸方向とする。軸線方向は、左右方向ともいう。トルクセンサ1の軸線Axに直交する方向のうち一方(X軸方向)である筐体部16の短手方向を前後方向とする。トルクセンサ1において、+X方向を手前側、−X方向を奥側ともいう。また、トルクセンサ1の軸線Axに直交する方向のうち他方(Y軸方向)を上下方向とする。トルクセンサ1において、−Y方向を下側、+Y方向を上側ともいう。さらに、トルクセンサ1において、+X方向から−Y方向に向かって見た方向を正面方向とする。以下の説明において、各構成要素の位置関係や方向を右側、左側、前側、後側、上側、下側として説明するときは、あくまで図面における位置関係や方向を示し、実際のトルクセンサにおける位置関係や方向を限定するものではない。以下の説明では、便宜上、図2に示す方向をトルクセンサ1の上面とし、図3に示す方向をトルクセンサ1の側面とする。
【0017】
図1乃至図4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に設けられている起歪部15と、起歪部15に搭載され、起歪部15に生じる歪み量に応じて電気信号を出力するひずみセンサ13と、ひずみセンサ13が出力する電気信号を処理する信号処理部14と、を備え、起歪部15は、回転軸11の軸線Axに沿って平行に延びるように形成されている平面でありひずみセンサ13が載置可能な複数の載置面部151を有していて、複数の載置面部151は、軸線Axに垂直な径方向において所定の間隔が設けられて配置されている。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。
【0018】
トルクセンサ1は、上述した回転軸11、軸受部12a,12b、ひずみセンサ13、及び、起歪部15に加えて、筐体部16、軸受支持部17a,17b、及び、電力・信号伝送部18を備える。
【0019】
回転軸11は、軸線Ax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、棒状または略棒状に形成されているその軸線Ax方向の中央部付近に起歪部15が設けられている。回転軸11は、軸受部12a,12bと軸受支持部17a,17bとにより筐体部16に支持されている。
【0020】
軸受部12a,12bは、筐体部16における筐体本体161の軸線Ax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、例えばいずれも不図示である、軸線Ax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及び外輪と、内輪及び外輪の間に設けられる転動体とにより構成される。軸受部12a,12bは、内輪の内周面により回転軸11を支持する。
【0021】
ひずみセンサ13は、ひずみゲージなどの起歪部15に発生する歪みを計測するための測定デバイスである。ひずみセンサ13は、起歪部15における後述する複数の載置面部151それぞれに載置されている。本実施の形態において、ひずみセンサ13は、起歪部15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。
【0022】
電力・信号伝送部18は、ひずみセンサ13が出力する電気信号を処理する。電力・信号伝送部18は、例えば、回転軸11の軸線Ax方向において一対の軸受部12a,12bの間に設けられている。電力・信号伝送部18は、筐体部16の収容部163に収容されている。電力・信号伝送部18は、例えば、ひずみセンサ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、ひずみセンサ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。電力・信号伝送部18は、電源回路のほかにデジタル信号を処理して回転軸11に加わるトルクに関する情報として外部に出力する出力回路などを構成している。
【0023】
また、電力・信号伝送部18は、ひずみセンサ13及び電力・信号伝送部18自身に対して電力を供給するための軸コイルと固定コイルとを有している。電力・信号伝送部18が有している電源回路に供給された交流電圧は、固定コイルに通電されると、交流磁界が発生し、この交流磁界により軸コイルに電流が誘起される。これによって、電力・信号伝送部18及びひずみセンサ13に給電される。
【0024】
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15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Ax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164a,164bが設けられている。
【0025】
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。
【0026】
図5は、トルクセンサ1における回転軸11の起歪部15付近を拡大して示す斜視図である。起歪部15は、載置面部151、接続部152、ベース部153を有している。載置面部151は、軸線Axに沿って平行に延びるように形成されている複数、具体的には2つの平面である。載置面部151は、回転軸11に加わる回転トルクにより歪みが発生するような位置、具体的にはX方向において外周側を向いている面(以下「外周側面」という。)に設けられている。載置面部151には、ひずみセンサ13が取り付けられている。つまり、起歪部15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ひずみセンサ13により計測するための部位である。
【0027】
図6は、回転軸11の起歪部15の断面形状を示す断面図である。図6に示すように、起歪部15は、複数の載置面部151が、軸線Axに垂直な径方向、すなわち、X軸方向において、それぞれ断面形状がI字型または略I字型に形成されている。起歪部15において、複数の載置面部151が、回転軸11の軸線Axを挟むように間隔D1が設けられて配置されている。載置面部151は、例えば、それぞれ上下方向(Y軸方向)の寸法h1、前後方向(X軸方向)の寸法w1で形成されている。複数の載置面部151は、寸法h1を有している径方向外周側の面に、ひずみセンサ13をそれぞれ載置することができる。
【0028】
接続部152は、2つの載置面部151における径方向内周側の面を互いに接続するように設けられている。図6に示すように、接続部152は、回転軸11の軸線Axを通るように載置面部151における径方向内周側の面を繋いでいる。
【0029】
ベース部153は、起歪部15の軸線Ax方向の両端部に設けられている。ベース部153は、起歪部15の載置面部151及び接続部152と回転軸11とを繋ぐ部分に設けられている。ベース部153の形状は、図5に示した形状に限定されない。
【0030】
以上のように載置面部151及び接続部152が形成されていることにより、起歪部15は、図6に示すように、複数の載置面部151と接続部152とが軸線Axに垂直な径方向においてH字型または略H字型に形成されている。
(【0031】以降は省略されています)

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