JP2023056768A - sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、力を検出するセンサに関する。 Embodiments of the present invention relate to sensors that detect forces.
複数の歪センサを含むブリッジ回路が、第1構造体と第2構造体との間に伝達される力を検出するトルクセンサが知られている。例えば、複数の歪センサを含む2つのブリッジ回路の出力電圧の差に基づいて、異常を検出するトルクセンサが開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Torque sensors are known in which a bridge circuit containing a plurality of strain sensors detects forces transmitted between a first structure and a second structure. For example, a torque sensor that detects an abnormality based on the difference in output voltages of two bridge circuits including a plurality of strain sensors has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、歪センサを用いた検出回路(ブリッジ回路等)を二重化する場合、2つの歪センサを同一箇所に配置することは物理的にできない。このため、二重化された検出回路の歪センサの配置が異なることにより、それぞれの検出回路の検出精度に差が生じる。このように、二重化された検出回路のそれぞれの検出精度が異なることは、センサとして望ましくない。
本実施形態は、二重化された検出回路のそれぞれの検出精度の差を低減するセンサを提供することにある。
However, when a detection circuit (such as a bridge circuit) using strain sensors is duplicated, it is physically impossible to arrange two strain sensors at the same location. Therefore, a difference in the arrangement of the strain sensors in the duplicated detection circuits causes a difference in the detection accuracy of the respective detection circuits. It is not desirable for the sensor to have different detection accuracies of the duplicated detection circuits.
The present embodiment aims to provide a sensor that reduces the difference in detection accuracy between duplicated detection circuits.
実施形態によれば、二重化された検出回路のそれぞれの検出精度の差を低減するセンサを提供することができる。 According to the embodiments, it is possible to provide a sensor that reduces the difference in detection accuracy between the duplicated detection circuits.
本発明の実施形態のセンサは、環状に形成される第1構造体と、前記第1構造体の内周側に環状に形成される第2構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた起歪体と、第1系検出回路を構成し、前記起歪体の上面に配置された歪みを検出する複数の第1センサ素子と、前記第1系検出回路と二重化される第2系検出回路を構成し、前記複数の第1センサ素子の配置と前記起歪体を介して一致するように、前記起歪体の下面に配置された歪みを検出する複数の第2センサ素子とを備える。 A sensor according to an embodiment of the present invention comprises: a first structure formed in a ring shape; a second structure formed in a ring shape on an inner peripheral side of the first structure; a strain-generating body provided between a structure, a plurality of first sensor elements constituting a first system detection circuit and arranged on an upper surface of the strain-generating body for detecting strain, and the first system detection A second-system detection circuit duplicated with the circuit is configured to detect strain placed on the lower surface of the strain-generating body so as to match the arrangement of the plurality of first sensor elements via the strain-generating body. and a plurality of second sensor elements.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るトルクセンサ10のセンサ部14付近を拡大した斜視図である。図2は、本実施形態に係るトルクセンサ10の構成を示す上面図である。図面において、同一部分には、同一符号を付している。
(First embodiment)
FIG. 1 is an enlarged perspective view of the vicinity of the
なお、トルクセンサ10は、ここで説明するものに限らず、様々な形状又は構成に変更してもよい。また、トルクセンサ10は、少なくともトルク(z軸モーメントMz)を検出するセンサであれば、力覚センサなどの他の名称のセンサでもよい。例えば、力覚センサは、図2に示す直交する3軸(x軸、y軸、z軸)のそれぞれの並進力Fx,Fy,Fz及びモーメントMx,My,Mzを検出する。
Note that the
トルクセンサ10は、第1構造体11、第2構造体12、複数の第3構造体13、複数のセンサ部14、ケース15、及び、ケーブル16を備える。
The
第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13は、1つの弾性体として一体形成される。第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13は、ステンレス鋼等の金属により構成されるが、印加されるトルク等の力に対して機械的に十分な強度があれば、金属以外の材料(樹脂等)を使用してもよい。
The
第1構造体11及び第2構造体12は、環状に形成される。第2構造体12の径は、第1構造体11の径より小さい。第2構造体12は、第1構造体11と同心円上で内周側に配置される。複数の第3構造体13は、放射状に配置され、第1構造体11と第2構造体12を接続する梁として設けられる。なお、第3構造体13は、いくつ設けられてもよい。
The
第3構造体13の厚さ(z軸方向の長さ)は、第1構造体11及び第2構造体12の厚さよりも薄い。具体的には、第3構造体13の厚さは、第1構造体11又は第2構造体12に接続される両端部から中央に向けて薄くなるように傾斜し、中央部分は均一の厚さ(平面)である。第3構造体13は、厚さ(z軸方向の長さ)を幅(周方向の長さ)より長くすることで、トルクを検出し易くしているが、これに限らず、第3構造体13の厚さ及び幅は、任意に決定してよい。
The thickness (the length in the z-axis direction) of the
ケース15は、第2構造体12の中心部分に設けられた中空部を覆うように設けられる。中空部には、各センサ部14により検出されたデータを処理するためのデータ処理回路が設けられる。データ処理回路は、各センサ部14とフレキシブル基板(flexible printed circuit board)で電気的に接続される。データ処理回路は、ケーブル16を介して、電源が供給され、データ処理したセンサ信号を外部に出力する。
The
センサ部14は、第1構造体11と第2構造体12が相対的に動くことで生じる歪みを検出する。センサ部14により検出された歪みを示すデータは、電気信号としてデータ処理回路に送信される。データ処理回路は、センサ部14で検出された歪みに基づいて、トルク等の印加された力を検出する。ここでは、センサ部14は、円周方向に等間隔(90度間隔)で4つ設けた構成を示したが、センサ部14は、いくつ設けてもよい。
The
センサ部14は、起歪体20、4つのA系センサ素子21a,21b,21c,21d、4つのB系センサ素子22a,22b,22c,22d、及び、2つの端子部Ta,Tbを備える。
The
センサ部14は、第1構造体11と第2構造体12の間を跨ぐように設けられる。センサ部14の両端は、それぞれ第1構造体11及び第2構造体12に固定される。第1構造体11及び第2構造体12には、センサ部14の両端を固定するために、他の部分よりも厚さが薄い凹部11a,12aが形成される。例えば、防水及び防塵などの外部因子からセンサ部14を保護するためのカバーがセンサ部14の上面の凹部11a,12aに嵌め込まれる。センサ部14の下面も同様にカバーが設けられてもよい。
The
起歪体20の両端を第1構造体11及び第2構造体12に固定することで、センサ部14が取り付けられる。具体的には、起歪体20の両端をそれぞれ上面から抑えるように固定プレート31を配置し、固定プレート31と共に起歪体20の両端をそれぞれ第1構造体11及び第2構造体12にネジ32で固定する。なお、センサ部14は、どのように取り付けられてもよい。
By fixing both ends of the
A系センサ素子21a~21d及びB系センサ素子22a~22dは、起歪体20の第1構造体11と第2構造体12の間に配置される。A系センサ素子21a~21dは、起歪体20の上面(表面)に配置される。B系センサ素子22a~22dは、起歪体20の下面(裏面)に配置される。A系センサ素子21a~21d及びB系センサ素子22a~22dは、A系検出回路及びB系検出回路をそれぞれ形成するように配線される。2つの検出回路は、トルク等を検出するための二重化された検出回路であり、それぞれ独立してトルク等を検出する。トルクセンサ10は、2つの検出回路による検出データに基づいて、検出結果としてトルク等を出力する。なお、トルクセンサ10は、2つの検出回路の内1つの検出データに基づいて、検出結果としてのトルク等を決定してもよい。
The A
ここでは、A系センサ素子21a~21d及びB系センサ素子22a~22dは、歪ゲージとし、検出回路は、フルブリッジ回路とするが、これに限らない。例えば、各系の検出回路は、起歪体20に設けられた2つの歪ゲージ、及び、トルク等の印加で実質的に変形しない箇所(例えば、第2構造体12に設けられたデータ処理回路)に設けられた参照抵抗により構成されたブリッジ回路でもよい。具体的には、各系の4つのセンサ素子21a~21d,22a~22dの内任意に選択された2つのセンサ素子とデータ処理回路に設けられた2つの参照抵抗によりブリッジ回路を構成してもよい。以降の実施形態についても、フルブリッジ回路に限らず、同様のブリッジ回路を構成してもよい。
Here, the
図3は、本実施形態に係るセンサ部14の構成を示す上面図である。図4は、本実施形態に係るセンサ部14の構成を示す下面図である。図5は、本実施形態に係るセンサ部14の構成を示す側面図である。なお、各センサ素子21a~21d,22a~22dの配線は、ここで説明する構成に限らず、どのように配線してもよい。
FIG. 3 is a top view showing the configuration of the
起歪体20は、上面Pt及び下面Puが長方形の板形状である。センサ素子21a~21d,22a~22dは、上面及び下面が長方形の板形状である。起歪体20の上面PtにおけるA系センサ素子21a~21dの配置は、起歪体20の下面PuにおけるB系センサ素子22a~22dの配置と一致する。具体的には、第1から第4のA系センサ素子21a~21dのそれぞれの位置には、起歪体20を介して、それぞれに対応する第1から第4のB系センサ素子22a~22dが位置する。
The
ここで、第1から第4のA系センサ素子21a~21dと第1から第4のB系センサ素子22a~22dは、それぞれ対応する。A系センサ素子21a~21dとB系センサ素子22a~22dが対応するとは、例えば、A系の検出回路(例えば、ブリッジ回路)におけるA系センサ素子21a~21dが設けられた電気回路上の位置と、B系の検出回路(例えば、ブリッジ回路)におけるB系センサ素子22a~22dが設けられた電気回路上の位置が同じであることを意味する。
Here, the first to fourth A
第1のA系センサ素子21a及び第2のA系センサ素子21bは、起歪体20の第1構造体11側の2つの隅にそれぞれ配置される。第1及び第2のA系センサ素子21a,21bは、第1構造体11側の端部が外側に向くように、起歪体20の長手方向に対して傾けて配置される。第1のA系センサ素子21aは、起歪体20を長手方向に半分にする中心線に対して、第2のA系センサ素子21bと線対称になるように配置される。
The first
第3のA系センサ素子21c及び第4のA系センサ素子21dは、起歪体20の第2構造体12側の2つの隅にそれぞれ配置される。第3及び第4のA系センサ素子21c,21dは、第2構造体12側の端部が外側に向くように、起歪体20の長手方向に対して傾けて配置される。第3のA系センサ素子21cは、起歪体20を長手方向に半分にする中心線に対して、第4のA系センサ素子21dと線対称になるように配置される。第3及び第4のA系センサ素子21c,21dは、起歪体20を短手方向(長手方向と垂直の方向)に半分にする中心線に対して、第1及び第2のA系センサ素子21a,21bと線対称になるように配置される。
The third
A系端子部Taは、起歪体20の上面の長手方向の中央に配置され、各端子が短手方向に隣接して並べられた構成である。A系センサ素子21a~21dの各端子は、A系端子部Taの中央に位置する端子と2つの配線Waで電気的に接続される。なお、A系センサ素子21a~21dの各端子は、A系端子部Taのどの端子に接続してもよい。
The A-system terminal portion Ta is arranged in the center of the upper surface of the strain-generating
第1から第4のB系センサ素子22a~22d及びB系端子部Tbは、起歪体20の下面Puに、第1から第4のA系センサ素子21a~21d及びA系端子部Taと同様に配置される。これにより、第1から第4のB系センサ素子22a~22dは、起歪体20を介して、それぞれ第1から第4のA系センサ素子21a~21dが位置する。B系端子部Tbは、起歪体20を介して、A系端子部Taが位置する。即ち、起歪体20の下面PuにおけるB系センサ素子22a~22dのそれぞれの位置は、起歪体20の上面PtにおけるA系センサ素子21a~21dのそれぞれの位置を、長手方向を上下方向として左右反転させたものである。
The first to fourth B-
図6及び図7を参照して、トルクセンサ10を取り付けた状態について説明する。図6は、トルクセンサ10の取り付け状態を示す正面図である。図7は、図6に示すトルクセンサ取付板41をA-A線で切断した断面図である。なお、図7では、アダプタ42、減速機43及びモータ44を簡易的に示している。
A state where the
トルクセンサ10は、トルクセンサ取付板41に取り付けられる。これにより、トルクセンサ10の第1構造体11は、トルクセンサ取付板41に固定される。トルクセンサ取付板41は、トルク等が印加される構造体に取り付けられる部材である。
The
トルクセンサ10の第2構造体12は、アダプタ42を介して、モータ44に連結された減速機43に固定される。モータ44が駆動することで、モータ44から出力されるトルクが、減速機43、アダプタ42及びトルクセンサ10を介して、トルクセンサ取付板41に印加される。これにより、トルクセンサ取付板41及びこれが取り付けられた構造体が、モータ44から出力されるトルクにより動作する。
The
なお、トルクセンサ10の第2構造体12がトルク等を印加される側(トルクセンサ取付板41等)に取り付けられ、トルクセンサ10の第1構造体11がトルク等を印加する側(モータ44等)に取り付けられてもよい。
The
図6及び図8を参照して、トルクセンサ取付板41に外部負荷(荷重等)Fwが生じた場合について説明する。図8は、トルクセンサ取付板41に外部負荷が生じている時のトルクセンサ10の状態を示す簡易図である。図6及び図8では、4つのセンサ部14の2つの配置パターンP1,P2が示されており、センサ部14は、2つの配置パターンP1,P2のうちいずれか一方の配置パターンで取り付けられる。なお、センサ部14は、これらの2つの配置パターンP1,P2に限らず、その他の配置パターンを採用してもよい。
A case where an external load (such as a load) Fw is applied to the torque
図8に示すように、トルクセンサ取付板41に矢印のような下向きの外部負荷Fwが生じると、トルクセンサ取付板41の上辺側には、引張応力が生じ、トルクセンサ取付板41の下辺側には、圧縮応力が生じる。
As shown in FIG. 8, when a downward external load Fw is generated on the torque
トルクセンサ取付板41の変形により、トルクセンサ10の弾性体(第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13)は、点線で示す円形から実線で示す楕円のような形状に変形する。変形後の弾性体を楕円形とすると、弾性体は、長軸方向に引っ張られ、短軸方向に圧縮される。
Due to the deformation of the torque
弾性体の変形により、いずれの配置パターンP1,P2の各センサ部14も、点線で示す長方形から実線で示す四角形に変形する。このように、外部負荷Fwが生じている場合、いずれの配置パターンP1,P2でも、センサ部14は、配置された位置毎に外部負荷Fwにより受ける応力は異なる。
Due to the deformation of the elastic body, each
トルクセンサ10では、各センサ部14に、二重化されたA系検出回路及びB系検出回路をそれぞれ構成するA系センサ素子21a~21d及びB系センサ素子22a~22dが設けられている。このため、各センサ部14で受ける応力が異なる場合でも、各系の検出回路のそれぞれの検出精度は、ほぼ同じになる。
In the
これに対して、本実施形態のトルクセンサ10とは異なり、配置パターンP1にA系検出回路のみが設けられたセンサ部14を配置し、配置パターンP2にB系検出回路のみが設けられたセンサ部14を配置して、二重化された検出回路を設けた場合を考える。
On the other hand, unlike the
外部負荷Fwが全く生じずに、トルクセンサ10に理想的なトルクが印加されれば、各配置パターンP1,P2の各センサ部14で受ける応力は、ほぼ同じである。即ち、各センサ部14の起歪体20は、ほぼ同じように変形する。したがって、各系で検出される歪みはほぼ同じになるため、二重化された2つの検出回路の検出精度に差はあまり生じない。
If an ideal torque is applied to the
一方、外部負荷Fwが生じた場合、トルクセンサ10に理想的なトルクが印加されても、上述したように、センサ部14の配置された位置に起因して、センサ部14が受ける応力は異なる。即ち、各センサ部14の起歪体20は、それぞれ異なる変形をする。したがって、2つの系で検出される歪みは異なるため、二重化された2つの検出回路の検出精度に大きな差が生じる可能性がある。例えば、二重化された2つの検出回路の差で、異常を検出する機能を設けた場合、正常なトルク等の力が印加されても、意図しない異常を検出する可能性がある。
On the other hand, when an external load Fw is generated, even if an ideal torque is applied to the
次に、データ処理回路と接続するためのフレキシブル基板をセンサ部14の2つの端子部Ta,Tbに取り付ける方法について説明する。なお、端子部Ta,Tbは、データ処理回路とどのように電気的に接続されてもよく、ここで説明するフレキシブル基板以外のフレキシブル基板を用いてもよいし、フレキシブル基板を全く用いずに配線してもよい。
Next, a method of attaching a flexible substrate for connection to the data processing circuit to the two terminal portions Ta and Tb of the
図9及び図10を参照して、第1のフレキシブル基板FP1による第1の取り付け方法について説明する。図9は、第1のフレキシブル基板FP1の上面を示す上面図である。図10は、センサ部14に第1のフレキシブル基板FP1を取り付けた状態を第1構造体11側から見た側面図である。
A first mounting method using the first flexible board FP1 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. FIG. 9 is a top view showing the top surface of the first flexible board FP1. FIG. 10 is a side view of the state in which the first flexible substrate FP1 is attached to the
第1のフレキシブル基板FP1は、センサ部14とデータ処理回路を接続する方向を長手方向とし、長手方向のセンサ部14側の端部が幅広に延びたT字形状である。第1のフレキシブル基板FP1は、4つのコネクタCNa,CNb1,CNb2,CNdを備える。
The first flexible board FP1 has a T-shape in which the longitudinal direction is the direction in which the
コネクタCNaは、第1のフレキシブル基板FP1の幅広に延びる部分の中央に位置する。コネクタCNb1,CNb2は、幅広に延びる部分のそれぞれ両端に位置する。コネクタCNdは、第1のフレキシブル基板FP1の長手方向のデータ処理回路側の端部に位置する。 The connector CNa is positioned at the center of the wide extending portion of the first flexible board FP1. Connectors CNb1 and CNb2 are located at both ends of the widened portion. The connector CNd is located at the longitudinal end of the first flexible board FP1 on the side of the data processing circuit.
コネクタCNaは、起歪体20の上面Ptに設けられたA系端子部Taに接続される。コネクタCNb1,CNb2は、第1のフレキシブル基板FP1の幅広に延びる部分を起歪体20の側面を覆うようにして、起歪体20の下面Puに設けられたB系端子部Tbに接続される。コネクタCNdは、データ処理回路と接続される。
The connector CNa is connected to the A-system terminal portion Ta provided on the upper surface Pt of the
図11~13を参照して、第2のフレキシブル基板FP21及び第3のフレキシブル基板FP22による第2の取り付け方法について説明する。図11は、センサ部14に2つのフレキシブル基板FP21,FP22を取り付けた状態の上面を示す上面図である。図12は、センサ部14に2つのフレキシブル基板FP21,FP22を取り付けた状態の下面を示す下面図である。図13は、センサ部14に2つのフレキシブル基板FP21,FP22を取り付けた状態の側面を示す側面図である。
A second attachment method using the second flexible board FP21 and the third flexible board FP22 will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a top view showing the top surface of the
第2のフレキシブル基板FP21及び第3のフレキシブル基板FP22は、センサ部14とデータ処理回路を接続する方向を長手方向とした直方形状である。第3のフレキシブル基板FP22の長手方向の長さは、第2のフレキシブル基板FP21の長手方向の長さよりも長いものが望ましいが、同じ長さでもよいし、短くてもよい。
The second flexible board FP21 and the third flexible board FP22 have a rectangular parallelepiped shape whose longitudinal direction is the direction in which the
第2のフレキシブル基板FP21の長手方向の一方の端部には、コネクタCNaが設けられ、もう一方の端部には、コネクタCNdが設けられる。第3のフレキシブル基板FP22の長手方向の一方の端部には、コネクタCNbが設けられ、もう一方の端部には、コネクタCNdが設けられる。 A connector CNa is provided at one end in the longitudinal direction of the second flexible board FP21, and a connector CNd is provided at the other end. A connector CNb is provided at one end in the longitudinal direction of the third flexible board FP22, and a connector CNd is provided at the other end.
第2のフレキシブル基板FP21は、コネクタCNaを起歪体20の上面Ptに設けられたA系端子部Taに接続し、コネクタCNdをデータ処理回路に接続する。第3のフレキシブル基板FP22は、第2のフレキシブル基板FP21の上に重ねるように配置される。第3のフレキシブル基板FP22のコネクタCNb側部分を起歪体20の側面に巻き付けるようにして、コネクタCNbを起歪体20の下面Pu側に回す。このようにして、コネクタCNbをB系端子部Tbに接続する。第3のフレキシブル基板FP22のコネクタCNdは、データ処理回路に接続される。
The second flexible board FP21 connects the connector CNa to the A-system terminal portion Ta provided on the upper surface Pt of the
図14~17を参照して、第4のフレキシブル基板FP4による第3の取り付け方法について説明する。図14は、第4のフレキシブル基板FP4の外形を示す外形図である。図15~17は、第4のフレキシブル基板FP4の第1から第3の状態を示す状態図である。 A third attachment method using the fourth flexible board FP4 will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is an outline drawing showing the outline of the fourth flexible board FP4. 15 to 17 are state diagrams showing first to third states of the fourth flexible board FP4.
第4のフレキシブル基板FP4は、第1形状部分P41及び第2形状部分P42を含む形状である。第1形状部分P41は、センサ部14とデータ処理回路を接続する方向を長手方向とした直方形状である。第1形状部分P41の長手方向のセンサ部14側の端部には、コネクタCNbが設けられる。
The fourth flexible board FP4 has a shape including a first shape portion P41 and a second shape portion P42. The first shape portion P41 has a rectangular parallelepiped shape whose longitudinal direction is the direction in which the
第2形状部分P42は、センサ部14とデータ処理回路を接続する方向を長手方向とし、長手方向のセンサ部14側の端部が、短手方向で第1形状部分P41と反対側に突き出たL字形状である。第2形状部分P42の突き出た部分の端部には、コネクタCNaが設けられる。第2形状部分P42の長手方向のデータ処理回路側の端部には、コネクタCNdが設けられる。
The second shape portion P42 has a longitudinal direction in a direction in which the
第1形状部分P41と第2形状部分P42は、長手方向が隣接して並ぶように接続される。第1形状部分P41と第2形状部分P42の接続部分は、長手方向のセンサ部14側が切り離されるように切り込みが入れられる。第4のフレキシブル基板FP4は、図14に示す折り曲げ線L1,L2,L3で折り曲げられ、センサ部14の2つの端子部Ta,Tbに接続される。折り曲げ線L1,L3は、一点鎖線で示され、谷折りにされる。折り曲げ線L2は、点線で示され、山折りにされる。
The first shape portion P41 and the second shape portion P42 are connected so as to be adjacent to each other in the longitudinal direction. A connection portion between the first shape portion P41 and the second shape portion P42 is cut so that the
図15に示すように、第4のフレキシブル基板FP4は、折り曲げ線L1で谷折りにされる。次に、図16に示すように、第4のフレキシブル基板FP4は、折り曲げ線L2で山折りにされる。次に、図17に示すように、第4のフレキシブル基板FP4は、折り曲げ線L3で谷折りにされる。このように折り曲げられた状態では、センサ部14は、第1形状部分P41と第2形状部分P42のそれぞれの端部で挟まれた状態になる。この状態で、コネクタCNaは、センサ部14のA系端子部Taに接続され、コネクタCNbは、センサ部14のB系端子部Tbに接続され、コネクタCNdは、データ処理回路に接続される。
As shown in FIG. 15, the fourth flexible board FP4 is valley-folded along the folding line L1. Next, as shown in FIG. 16, the fourth flexible board FP4 is mountain-folded along the folding line L2. Next, as shown in FIG. 17, the fourth flexible board FP4 is valley-folded along the folding line L3. In such a bent state, the
図18,19を参照して、第5のフレキシブル基板FP5による第4の取り付け方法について説明する。図18は、第5のフレキシブル基板FP5の外形を示す外形図である。図19は、第5のフレキシブル基板FP5の折り曲げた状態を示す状態図である。 A fourth attachment method using the fifth flexible board FP5 will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is an outline drawing showing the outline of the fifth flexible board FP5. FIG. 19 is a state diagram showing a bent state of the fifth flexible board FP5.
第5のフレキシブル基板FP5は、第1形状部分P51、第2形状部分P52及び第3形状部分P53を含む形状である。第1形状部分P51は、センサ部14とデータ処理回路を接続する方向を長手方向とした直方形状である。第1形状部分P51の長手方向のデータ処理回路側の端部には、コネクタCNdが設けられる。
The fifth flexible board FP5 has a shape including a first shape portion P51, a second shape portion P52 and a third shape portion P53. The first shape portion P51 has a rectangular parallelepiped shape whose longitudinal direction is the direction in which the
第2形状部分P52及び第3形状部分P53は、第1形状部分P51からセンサ部14側にそれぞれ突き出たような形状である。第2形状部分P52のセンサ部14側の端部には、コネクタCNbが設けられる。第3形状部分P53のセンサ部14側の端部には、コネクタCNaが設けられる。
The second shape portion P52 and the third shape portion P53 are shaped so as to protrude from the first shape portion P51 toward the
第5のフレキシブル基板FP5は、図18に示す折り曲げ線L4で折り曲げられ、図19に示す状態になる。折り曲げ線L4は、一点鎖線で示され、谷折りにされる。このように折り曲げられた状態では、センサ部14は、第2形状部分P52と第3形状部分P53のそれぞれの端部で挟まれた状態になる。この状態で、コネクタCNaは、センサ部14のA系端子部Taに接続され、コネクタCNbは、センサ部14のB系端子部Tbに接続され、コネクタCNdは、データ処理回路に接続される。
The fifth flexible board FP5 is bent along the bending line L4 shown in FIG. 18 and is in the state shown in FIG. A fold line L4 is indicated by a dashed line and is valley-folded. In such a bent state, the
なお、第5のフレキシブル基板FP5は、図18に示す形状に限らず、様々な形状に変形してもよい。例えば、第5のフレキシブル基板FP5aは、図20に示す形状に変形してもよい。図20に示す第5のフレキシブル基板FP5aは、図18に示す第5のフレキシブル基板FP5と比較して、第1形状部分P51aがより細い直方形状である。また、第1形状部分P51aと第2形状部分P52aのそれぞれの長手方向の一辺が1つの直線になるように接続される。第1形状部分P51aと第2形状部分P52aの間に形成される切り込み形状の空間は、任意に変形してよい。例えば、この切り込み形状の空間を小さくし、第1形状部分P51aと第2形状部分P52aの接続部分を増やしてもよい。 The shape of the fifth flexible board FP5 is not limited to that shown in FIG. 18, and may be changed into various shapes. For example, the fifth flexible board FP5a may be deformed into the shape shown in FIG. The fifth flexible board FP5a shown in FIG. 20 has a thinner rectangular parallelepiped first shape portion P51a than the fifth flexible board FP5 shown in FIG. Further, one longitudinal side of each of the first shape portion P51a and the second shape portion P52a is connected so as to form one straight line. The cut-shaped space formed between the first shape portion P51a and the second shape portion P52a may be arbitrarily deformed. For example, the space of this notch shape may be made smaller, and the connecting portion between the first shape portion P51a and the second shape portion P52a may be increased.
本実施形態によれば、二重化された2つの検出回路の各系のセンサ素子21a~21d,22a~22dを同じセンサ部14に設けることで、外部負荷Fwが生じた場合でも、二重化された2つの検出回路の検出精度の差を抑制することができる。
According to this embodiment, by providing the
また、A系センサ素子21a~21dとB系センサ素子22a~22dが起歪体20を介して同じ配置になるように、1つの起歪体20の別々の面にそれぞれA系検出回路とB系検出回路を設けることで、A系検出回路とB系検出回路のそれぞれで検出される歪みを示すデータが同じになるように近付けることができる。
Further, the A-system detection circuit and the B-
(第2実施形態)
図21は、本発明の第2実施形態に係るセンサ部14Aの構成を示す上面図である。図22は、本実施形態に係るセンサ部14Aの構成を示す下面図である。図23は、本実施形態に係るセンサ部14Aの構成を示す側面図である。
(Second embodiment)
FIG. 21 is a top view showing the configuration of the
本実施形態に係るトルクセンサ10は、第1実施形態に係るトルクセンサ10において、センサ部14の起歪体20におけるセンサ素子21a~21d,22a~22dの配置を変更した点以外は、第1の実施形態と同様である。
The
次に、センサ部14Aの起歪体20におけるセンサ素子21a~21d,22a~22dの配置について説明する。ここでは、第1実施形態に係るセンサ部14と異なる点について主に説明する。
Next, the arrangement of the
A系センサ素子21a~21dは、起歪体20の上面Ptの第2構造体12側の2つの隅に分けて配置される。第1のA系センサ素子21a及び第2のA系センサ素子21bは、電気絶縁距離を保つように接触しない範囲で近接して、ほぼ同一方向の向きで設けられる。第3のA系センサ素子21c及び第4のA系センサ素子21dは、電気絶縁距離を保つように接触しない範囲で近接して、ほぼ同一方向の向きで設けられる。
The
第1のA系センサ素子21aは、第2構造体12側の端部が外側に向くように、起歪体20の長手方向に対して傾けて配置される。第2のA系センサ素子21bは、第1のA系センサ素子21aよりも内側に配置される。
The first
第4のA系センサ素子21dは、起歪体20を長手方向に半分にする中心線に対して、第1のA系センサ素子21aと線対称になるように配置される。第3のA系センサ素子21cは、第4のA系センサ素子21dよりも内側に配置される。即ち、第3のA系センサ素子21cは、起歪体20を長手方向に半分にする中心線に対して、第2のA系センサ素子21bと線対称になるように配置される。
The fourth
第1から第4のB系センサ素子22a~22dは、第1の実施形態と同様に、起歪体20の下面Puに、第1から第4のA系センサ素子21a~21dと同様に配置される。これにより、第1から第4のB系センサ素子22a~22dは、起歪体20を介して、それぞれ第1から第4のA系センサ素子21a~21dが位置する。
The first to fourth B
ここでは、全てのセンサ素子21a~21d,22a~22dを起歪体20の第2構造体12側に配置する構成について説明したが、起歪体20の第1構造体11側に配置してもよい。例えば、図21~23に示すセンサ素子21a~21d,22a~22dの配置を、起歪体20を短手方向に半分にする中心線に対して、線対称になるように配置を変更してもよい。
Here, the configuration in which all the
本実施形態によれば、二重化された2つの検出回路のセンサ素子21a~21d,22a~22dを起歪体20の両面の第2構造体12側(又は、第1構造体11側)に配置した構成で、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
According to this embodiment, the
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the gist of the present invention at the implementation stage. Also, various inventions can be formed by appropriate combinations of the plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be omitted from all components shown in the embodiments. Furthermore, components across different embodiments may be combined as appropriate.
10…トルクセンサ、11…第1構造体、12…第2構造体、13…第3構造体、14…センサ部、15…ケース、16…ケーブル、20…起歪体、21a,21b,21c,21d…A系センサ素子、22a,22b,22c,22d…B系センサ素子。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1構造体の内周側に環状に形成される第2構造体と、
前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた起歪体と、
第1系検出回路を構成し、前記起歪体の上面に配置された歪みを検出する複数の第1センサ素子と、
前記第1系検出回路と二重化される第2系検出回路を構成し、前記複数の第1センサ素子の配置と前記起歪体を介して一致するように、前記起歪体の下面に配置された歪みを検出する複数の第2センサ素子と
を備えることを特徴とするセンサ。 a first structure formed in an annular shape;
a second structure annularly formed on the inner peripheral side of the first structure;
a strain-generating body provided between the first structure and the second structure;
a plurality of first sensor elements constituting a first system detection circuit and arranged on the upper surface of the strain generating body to detect strain;
A second system detection circuit that is duplicated with the first system detection circuit is arranged on the lower surface of the strain body so as to match the arrangement of the plurality of first sensor elements via the strain body. A sensor comprising a plurality of second sensor elements for detecting strain.
前記複数の第2センサ素子は、線対称に配置されたこと
を特徴とする請求項1に記載のセンサ。 The plurality of first sensor elements are arranged line-symmetrically,
2. The sensor of claim 1, wherein the plurality of second sensor elements are arranged line-symmetrically.
前記複数の第2センサ素子は、それぞれ他の第2センサ素子に近接して配置されたこと
を特徴とする請求項2に記載のセンサ。 The plurality of first sensor elements are arranged in proximity to each other first sensor element,
3. The sensor of claim 2, wherein each of said plurality of second sensor elements is positioned in close proximity to each other second sensor element.
フレキシブル基板を用いて、前記データ処理回路と前記第1系検出回路及び前記第2系検出回路とを接続する接続手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のセンサ。 a data processing circuit for processing data indicating distortion detected by the first detection circuit and the second detection circuit;
connection means for connecting the data processing circuit, the first system detection circuit, and the second system detection circuit using a flexible substrate;
2. The sensor of claim 1, comprising:
を特徴とする請求項4に記載のセンサ。 The connection means is connected to the first system detection circuit on the upper surface of the strain-generating body and is connected to the second-system detection circuit on the lower surface of the strain-generating body by the flexible substrate. Item 5. The sensor according to item 4.
を特徴とする請求項5に記載のセンサ。 6. The sensor according to claim 5, wherein the flexible substrate is bent such that a portion connected to the second system detection circuit is arranged from the upper surface to the lower surface of the strain generating body.
を特徴とする請求項5又は請求項6に記載のセンサ。 7. The sensor according to claim 5, wherein said connecting means is connected to said first system detection circuit and said second system detection circuit through one said flexible substrate.
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