JPH04256815A - 軸力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は軸力センサに関し、特
に、スラスト方向に応力が作用する軸の荷重検出に用い
られる軸力センサに関するものである。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】従来、スラスト方向に応
力が作用する軸に設けられて作用する荷重を検出するよ
うになっている軸力センサにあっては図６に示すものが
知られている。

【０００３】すなわち、図６に示す軸力センサにあって
は、軸３１に設けた段部３２によってそれ以上の挿入が
阻止されている一方のセンサ押え３３と、同様に軸３１
に設けた段部３４によってそれ以上の挿入が阻止されて
いる他方のセンサ押え３５との間に、軸３１が貫通して
いるとともに、内周面中央部が薄肉のセンサ部３６ａと
なっているセンサ部材３６を位置して、前記他方のセン
サ押え３５をナット３７で固定して取付け、前記センサ
部材３６のセンサ部３６ａにセンサである歪ゲージ３８
を配設して構成してある。なお、３９はカバーである。

【０００４】上記のように構成された軸力センサが設け
られた軸３１にスラスト方向の荷重が作用すると、軸３
１が軸線方向に変位し、この場合、両センサ押え３３、
３５は軸３１と一体に変位するので、両センサ押え３３
、３５間で挟持固定されたセンサ部材３６に荷重が作用
し、作用した荷重による変位がセンサ部材３６の薄肉の
センサ部３６ａに集中する。したがって、センサ部材３
６のセンサ部３６ａに位置するセンサ３８が変位し、こ
の変位をブリッジ回路等で検出するようになっている。

【０００５】しかしながら、上記のように構成した従来
の軸力センサにあっては、測定する軸の変位量に依存す
るために、軸の直径が大きい場合にはセンサの出力が小
さくなってしまい、このために検出感度が悪いものとな
ってしまうという問題点を有していた。この発明の目的
は、小さな荷重が軸に作用した場合であっても確実に検
出することができるとともに、容易に製造することので
きる軸力センサを提供することを目的とする。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】上記の目的を達成する
ために第１の発明は、軸のスラスト方向に作用する荷重
を検出する軸力センサであって、この軸力センサは、軸
が挿通した状態で軸に対する移動が阻止されているケー
スの上面に、環状をなすとともに、内周部が薄肉のセン
サ部に形成され、かつ、このセンサ部にセンサが配設さ
れたセンサ部材を、前記軸が挿通した状態で配設し、環
状をなすとともに、先端部が前記センサ部材のセンサ部
の内周部に当接する押えスリーブを前記軸を挿通した状
態で配設し、さらに、前記軸に設けられるとともに、前
記センサ部材に対する前記押えスリーブの押圧状態を変
更可能な調整部材を配設したことを特徴とする軸力セン
サを構成したものである。また、第２の発明は第１の発
明において、前記押えスリーブを、環状をなすとともに
、先端部がテーパ状に形成した構成を有している。さら
に、第３の発明は、軸のスラスト方向に作用する荷重を
検出する軸力センサであって、この軸力センサは、軸が
挿通した状態で軸に対する移動が阻止されているケース
の上面に、環状をなすとともに、内周部が薄肉のセンサ
部に形成され、かつ、このセンサ部の内周側に周方向に
所定の間隔となっている周方向を向くセンサと、外周側
に周方向に所定の間隔を置いている径方向を向くセンサ
とが配設されたセンサ部材を、前記軸が挿通した状態で
配設し、環状をなすとともに、先端部が前記センサ部材
のセンサ部の内周部に当接する押えスリーブを前記軸を
挿通した状態で配設し、さらに、前記軸に設けられ、前
記センサ部材に対する前記押えスリーブの押圧状態を変
更可能な調整部材を配設し、前記周方向を向くセンサと
、径方向を向くセンサとでフルブリッジ回路を組むこと
で軸に作用する荷重を検出することを特徴とする軸力セ
ンサを構成したものである。

【０００７】

【作用】この発明は上記の手段を採用したことにより、
軸に荷重が作用すると軸の変位量だけ押えスリーブが移
動し、このスリーブによって、スリーブと直交する向き
となっている環状の円盤からなるセンサ部材がスリーブ
の変位量と同じ量だけ変位し、この変位を検出すること
で軸に小さい荷重が作用した場合であっても検出するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面に示すこの発明の実施例について
説明する。

【０００９】図１にはこの発明による軸力センサが示さ
れていて、この軸力センサは、軸１に設けた段部２によ
ってそれ以上の挿入が阻止された状態で軸１に取付けら
れるケース３を有し、このケース３の上面には、環状を
なすとともに、内周部が薄肉のセンサ部４ａとなってい
るセンサ部材４が、その内部を前記軸１が挿通した状態
で配設されている。

【００１０】また、筒状をなすとともに、先端部の外周
面が内周面に近接するようにテーパ状となっている押え
スリーブ５は、その内部を前記軸１が挿通することで先
端が前記センサ部材４のセンサ部４ａの最内径部に当接
した状態となっており、この押えスリーブ５の後端は前
記軸１が挿通するキャップ６と当接し、さらに、軸１の
ねじ部１ａには前記キャップ６と当接するナット７が螺
合し、ねじ部１ａとナットで調整部材が形成されている
。なお、８は前記ケース３の外周面に位置するカバーで
あり、前記キャップ６が内部を移動可能な大きさを有し
ている。

【００１１】前記センサ部材４の詳細は図２、および図
３に示されていて、環状をなすとともに、内周部が薄肉
のセンサ部４ａに形成され、さらに、センサ部４ａの上
面のうちの最内径部に隣接した部位に、周方向に所定の
間隔を置き、かつ、周方向を向いた状態で４つの歪ゲー
ジＳ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　が配設されている。 さらに、前記センサ部４ａの上面のうちの最外径部に隣
接した部位に、周方向に所定の間隔を置き、かつ、径方
向を向いた状態で４つの歪ゲージＲ１　、Ｒ２　、Ｒ３
　、Ｒ４　が配設されている。

【００１２】そして、前記周方向を向く歪ゲージＳ１　
、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　と、径方向を向く歪ゲージＲ
１　、Ｒ２　、Ｒ３、Ｒ４　とで図５に示すようなフル
ブリッジ回路が構成されている。

【００１３】上記のように構成された軸力センサにあっ
ては、まず、前記調整部材であるねじ１ａとナット７の
螺合状態を調整して押えスリーブ５を介して前記センサ
部材４に初期歪を与えておく。これによって、引張り方
向の荷重であっても検出することができる。

【００１４】このような初期歪を与えた状態において、
軸１にスラスト方向（軸線方向）の荷重が作用すると、
軸１の変位に応じて前記押えスリーブ５が一体に変位し
、したがって、この押えスリーブ５の先端が前記センサ
部材４の薄肉部のセンサ部４ａの内周端を押圧する。

【００１５】これによって、前記センサ部材４に応力が
作用するが、この場合、センサ部材４のセンサ部４ａの
内周側には周方向を向いた状態で歪ゲージＳ１、Ｓ２　
、Ｓ３　、Ｓ４　が配設され、また、センサ部４ａの外
周側には径方向を向いた状態で歪ゲージＲ１　、Ｒ２　
、Ｒ３　、Ｒ４　が配設されているので、これらでフル
ブリッジ回路を組むと、温度特性、感度が良好になるこ
とは一般に知られている。

【００１６】また、環状円盤であるセンサ部材４に作用
する応力は、径方向応力σｒと、周方向応力σθとに分
けることができ、この場合、σｒとσθとの組合せによ
りフルブリッジを組むにはσｒとσθとの符号を異なら
せる必要がある。

【００１７】そして、径方向応力σｒと、周方向応力σ
θとは内周端ｂと外周端ａとでは図４に示すような応力
特性となるので、径方向応力σｒを検出するためにセン
サ部４ａの外周端に径方向を向いた状態で配設された歪
ゲージＲ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　と、センサ部４
ａの内周端に周方向を向いた状態で配設された歪ゲージ
Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　とでフルブリッジを組
むことにより、出力は径方向応力σｒを検出するのに１
枚の歪ゲージを配設したのと比較して２×（１＋εθ／
εｒ）倍となる。 （ここでσｒ＝Ｅεｒ、σθ＝Ｅεθである。）

【００
１８】すなわち、歪ゲージをσｒとσθとの２枚として
使用した時のブリッジの組み方として、■対向する位置
に同一出力のものを組み合わせると出力は２倍となる。 ■隣合う位置に歪が異符号である歪ゲージを組み合わせ
ると出力は（１＋ν）倍となり、温度補償もなされる。 そして、隣合う位置に歪が異符号である歪ゲージを組み
合わせる場合には、歪ゲージの歪はεと−νεでなけれ
ばならない。それゆえに、σｒとσθとの符号を異なら
せる必要がある。

【００１９】また、σｒの最大値は薄肉のセンサ部４ａ
の外周端であり、σθの最小値（異符号のために）は内
周端であるので、この位置にそれぞれの歪ゲージＳ１　
、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　、およびＲ１　、Ｒ２、Ｒ３
　、Ｒ４　を配置すると最も効率良く出力を得ることが
できる。

【００２０】そして、前記のようにσｒ＝Ｅεｒ、σθ
＝Ｅεθ、（Ｅは材料の縦弾性係数、εは歪）とし、｜
εθ／εｒ｜＝νとすると、上記した■、■の組合せの
ために、フルブリッジの出力は、σｒが１枚の場合の２
×（１＋ν）倍となる。

【００２１】また、フルブリッジの各辺において、図５
に示すように径方向どうし、周方向どうし（対向する位
置でも、隣合う位置でも良い）を２つずつ直列に接続す
ることにより、軸に対して、軸線と直交する方向からの
荷重が作用した場合でも、ブリッジの抵抗値の平衡が変
化せず、センサ部材４が実際に歪んだとしても荷重とし
て検出されない構成にすることができる。

【００２２】そして、上記のように構成した軸力センサ
にあっては、軸１に取付けて軸１に作用する荷重を検出
している間に水、油、汚物等がケース３、キャップ６に
よりふりかかることは防止され、確実に軸１に作用する
荷重を検出することができるものである。

【００２３】なお、前記実施例においては、センサであ
る各歪ゲージをセンサ部材４の薄肉のセンサ部４ａの上
面に配設したものを示したが、内周側の歪ゲージのみ、
または内周側および外周側の歪ゲージを薄肉のセンサ部
４ａの下面に配設しても良いものである。さらに、フル
ブリッジを組むことなく、単に任意の箇所に歪ゲージを
配設したとしても、軸に作用する荷重を検出することが
できるものである。

【００２４】

【発明の効果】この発明は前記のように構成したことに
より、軸に荷重が作用して変位した場合には、その変位
に応じてセンサ部材が変位することになり、これによっ
て作用する荷重が小さい場合でも確実に検出することが
できて検出精度を高めることができる。また、センサ部
材は環状をなすとともに、内周部が薄肉部に形成するこ
とで形成されるので製造が容易であり、製造コストを安
価にすることができるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による軸力センサの概略図である。

【図２】上面にセンサが配置されたセンサ部材を示す概
略図である。

【図３】図２の縦断面図である。

【図４】センサ部材の部位と、その部位に作用する応力
とを示す説明図である。

【図５】歪ゲージを組み込んだフルブリッジ回路を示す
説明図である。

【図６】従来の軸力センサを示す概略図である。

【符号の説明】

１、３１……軸 １ａ……ねじ部 ２、３２、３４……段部 ３……ケース ４、３６……センサ部材 ４ａ、３６ａ……センサ部 ５……押えスリーブ ６……キャップ ７、３７……ナット ８、３９……カバー ３３、３５……センサ押え ３８、Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　、Ｒ１　、Ｒ２
、Ｒ３　、Ｒ４　……歪ゲージ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　軸のスラスト方向に作用する荷重を検
   出する軸力センサであって、該軸力センサは、軸（１）
   が挿通した状態で軸（１）に対する移動が阻止されてい
   るケース（３）の上面に、環状をなすとともに、内周部
   が薄肉のセンサ部（４ａ）に形成され、かつ、このセン
   サ部（４ａ）にセンサが配設されたセンサ部材（４）を
   、前記軸（１）が挿通した状態で配設し、環状をなすと
   ともに、先端部が前記センサ部材（４）のセンサ部（４
   ａ）の内周部に当接する押えスリーブ（５）を前記軸（
   １）が挿通した状態で配設し、さらに、前記軸（１）に
   設けられるとともに、前記センサ部材（４）に対する前
   記押えスリーブ（５）の押圧状態を変更可能な調整部材
   （１ａ、７）を配設したことを特徴とする軸力センサ。
2. 【請求項２】　　前記押えスリーブ（５）は、環状をな
   すとともに、先端部がテーパ状に形成されている請求項
   １記載の軸力センサ。
3. 【請求項３】　　軸のスラスト方向に作用する荷重を検
   出する軸力センサであって、該軸力センサは、軸（１）
   が挿通した状態で軸（１）に対する移動が阻止されてい
   るケース（３）の上面に、環状をなすとともに、内周部
   が薄肉のセンサ部（４ａ）に形成され、かつ、このセン
   サ部（４ａ）の内周側に周方向に所定の間隔となってい
   る周方向を向くセンサ（Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４
   　）と、外周側に周方向に所定の間隔を置いている径方
   向を向くセンサ（Ｒ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　）と
   が配設されたセンサ部材（４）を、前記軸（１）が挿通
   した状態で配設し、環状をなすとともに、先端部が前記
   センサ部材（４）のセンサ部（４ａ）の内周部に当接す
   る押えスリーブ（５）を前記軸（１）が挿通した状態で
   配設し、さらに、前記軸（１）に設けられ、前記センサ
   部材（４）に対する前記押えスリーブ（５）の押圧状態
   を変更可能な調整部材（１ａ、７）を配設し、前記周方
   向を向くセンサ（Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３　、Ｓ４　）と
   、径方向を向くセンサ（Ｒ１　、Ｒ２、Ｒ３　、Ｒ４　
   ）とでフルブリッジ回路を組むことで軸（１）に作用す
   る荷重を検出することを特徴とする軸力センサ。