JPS5888631A - スラスト・トルク検出素子 - Google Patents

スラスト・トルク検出素子

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JPS5888631A
JPS5888631A JP56188125A JP18812581A JPS5888631A JP S5888631 A JPS5888631 A JP S5888631A JP 56188125 A JP56188125 A JP 56188125A JP 18812581 A JP18812581 A JP 18812581A JP S5888631 A JPS5888631 A JP S5888631A
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    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • G01L3/1457Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving resistance strain gauges
    • GPHYSICS
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
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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】 本発明は回転軸に装着して該回転軸にかかるスラストと
トルクを検出する素子に関する。
この種のスラスト・トルク検出素子が適用される一つの
分野としては切削低抗力を測定する切削動力計があり、
これ迄にも種々の切削動力計に関する提案がなされてい
る。然し乍ら、この切削動力計を大型ボール盤といった
ものにも適用可能となすと共に、ゲインが大であり、二
分力に分解して測定するときに相互の干渉が小さく、ヒ
ステリシスがない直線性を有し、着力点が変わっても出
力に与える影響が少なく、周波数特性が必要範囲内で一
定している等々の基本的要件を満足させるためには、な
お一層の改善すべき余地が残されていた。かかる検出素
子は例えば工作機械の高度な自動化を計るため要求され
る自己診断機能を付与するうえに必須不可欠なものでも
ある。
本発明の目的は、上記した要件を総合的に満たすことが
できる回転輪装着型のスラスト・トルク検出素子を提供
することにある。
ほん発明者は、一方向のみ弾性を有し有し他の二方向に
は充分剛性を有する構造を得るために、角材の横腹に角
穴をあけただい1−A図に示す平行な二枚の薄板部分2
,2′をもつ片持梁状部材1にあっては、第1−B図に
示すような横荷重Pを負荷することによって図示の如く
撓むから、各薄板部分2,2′の根本部分にそれぞれス
トレーンゲージ3乃至6を張り付けると、ストレーンゲ
ージ3.6は引張歪を、ストレーンゲージ4,5は圧縮
歪をを受け、これら四枚のストレーンゲージでブリッジ
をを組めばPに比例した出力信号を得ることができるこ
と、かかる平行薄板部分による弾性支持構造は基本的に
薄板部分の曲げによって生ずる歪を利用しくいるのでゲ
インが非常に大きいばかりでなく、Pと直行する力に対
しては剛性が大であるので干渉量が非常に小さいロード
セルたらしめることが可能であり、しかも薄板部分2,
2′の距離や巾を大きくすることで着力点の変化による
出力変動を小さく押えることができること、平行バネ状
弾性支持構造であれば必ずしも薄板部分2,2′に限ら
れるものではなく、第1−A図の角穴の代わりに第1−
C図の丸孔7としても差しつかえないこと、更には二枚
の薄板部分2,2′の距離を大きくとりたい場合には例
えば第1−D図の如く小さな二つの丸穴8,8を直線状
の穴9で連絡するといったように、その穴形状の如何を
間わないし、しかもその特性は第1−A図の基本型と何
ら変わりないことが、これ迄の研究結果から知ることが
できた。
本発明は上記した基本原理に立脚し、これを回転軸装着
型のスラスト・トルク検出素子たらしめるべく案出した
ものであるが、添付図面に示した幾つかの実施例によっ
て本発明を詳述すると、つぎのとおりである。
第2図に示した第1実施例は、筒状部材10の筒部にス
ラスト検知部−トルク検知部−スラスト検知部−トルク
検知部といった機能の異なる二種の検知部を円周方向に
交互に配設するようにした例である。この筒状部材10
の筒部は90の位相をもって設けた四つの縦分割溝11
により四分割され、対向する二つの筒部には上下両端面
に開口するスリット12を円周方向に穿設しその両側に
トルク検知用の放射状に配置したバネ状弾性支持構造個
所A,Aと、残りの対向する二つの筒部には左右の縦分
割溝11、11端面に開口するスリット13を長手方向
に穿設し、その両側にスラスト検知用の平行バネ状弾性
支持構造個所B,Bを形成している。
筒状部材10の上下の端部にはそれぞれ以下のようにし
てフランジ14.15を螺看するのであるが、フランジ
14に内ネジ16を設け、内ネジ16と螺合するネジ1
8は上気したトルク検知部の上方側面にだけ切り、スラ
スト検知部の上方側面にはそのようなネジを欠如さす。
一方、フランジ15の内ネジ17と螺合するネジ19は
スラスト検知部の下方側面にだけ切り、トルク検知部の
下方側面にはそのようなネジを欠如さす。何れのネジ螺
合個所もあとで溶接によりしっかりと固定するのが望ま
しい。フランジ15は例えば工作機械の主軸等の回転軸
に固定する。
いま回転軸に固定したフランジ15とは反対側に当るフ
ランジ14側に、矢印Tで示したトルクと矢印Pで示し
たスラストが負荷されたとすると、トルクTはネジ16
,18部を経てトルク検知部の弾性支持構造個所Aのう
ちスリット12に対して外側に当る部分に伝達されて内
側に当る部分との間で歪を生ずる。またスラストPは筒
状部材10の内側部分を介しスラスト検知部の弾性支持
構造個所Bのうちスリット13に対して内側に当る部分
に伝達されて固定したネジ19、17部で受け止めてい
る外側に当る部分との間で歪を生ずる。何れの歪も第1
−D図に示したストレーンゲージ3乃至6と同様の手段
を施すことによって電気的信号として取り出せること、
勿論、ポテンショメータ、差動変圧器、磁気エンコーダ
の原理を利用したり、また圧電素子で取出すことも可能
である。
それらの電気的信号を非接触で外部に取り出す一つの手
段としては、図示するを省略したが、筒状部材10の内
側に装着可能としたホルダーに2組の歪層巾器−FM送
信器およびその駆動用電源である電池を組み込み、該F
M送信器の高周波出力はフランジ15の外周に巻きつけ
た二本のアンテナに導いて送信させることによって可能
である。
第3図に示した第2実施例は、筒状部材20の内側に工
具が嵌合するテーパ一孔21を設け、従って検知すべき
スラストPにしろトルクTにしろ筒状部材20の内側か
ら外側に伝達される点で前方から後方に伝達される第1
実施例とは相違している。この筒状部材20はテーパー
孔21を形成した内スリーブ部分20aが90°の位相
をもって配置した連結部分20cを介して外スリーブ部
分20bと一体構成されて成り、連結部分20cは該筒
状部材20の上端側と下端側とに設けた環状溝22,2
3と、これら両環状溝22.23を連通するワイヤカッ
トによる四つの円弧状溝24により形成することができ
る。
〈第4−A図、第4−B図参照)。外スリーブ部分20
bは第4−C図に示すような溝形状をもった単位パター
ンが円周方向に四つ連接されて成り、各単位パターンは
連結部分20cの上下と左右にそれぞれ対をなす横溝2
5、25′、第1の縦溝26.26’および第2の縦溝
27.27’を穿設し、こうして連結部分20cに対し
てその左右上下にスラスト検知用の平行平板状弾性支持
構造個所28a、28b、28c、28dおよびトルク
検知用のバネ状弾性支持構造個所20a、29b、29
c、20dを構成している。つまり第2実施例ではスラ
スト検知部とトルク検知部とを単位パターン内に両存さ
せていて、内スリーブ部分20aにスラストPとトルク
Tとが負荷され、連結部分20cを介して外スリーブ部
分20bに伝達されるとき、スラストPによりイとロで
示したストレーンゲージは引張歪を、ハとニで示したス
トレーンゲージは圧縮歪を受け、またトルクTによりホ
とへで示したストレーンゲージは圧縮歪を、トとチで示
したストレーンゲージは圧縮歪を受けることになる。
第8−A図と第8−B図に示した第3実施例は、トルク
検知部とスラスト検知部を同心状に配置し、特に第8−
A図の例は、トルクTに対して変形自在な放射状に配置
したバネ状弾性支持構造Aを放射状に向く板状部分で構
成した点で他の実施例とは相異している。
本発明の構成による効果を確認するため、第1実施例の
検出素子について実験した結果をつぎに示す。スラスト
負荷時の検定曲線は第5図のとおりで、直線性、ヒステ
リシス特性とも良好であり、スラストに対するトルクの
干渉は4%程度である。トルク負荷時の検定曲線は第6
図のとおりで,これも直線性、ヒステリシス特性とも良
好であり、トルクに対するスラストの干渉は1%程度で
ある。トルクの着力点変化による影響を調べたがほとん
ど変化を生じなかった。第7図はスラスト検知部、トル
ク検知部のそれぞれの出力に及ぼす横荷重の影響を調べ
たものであって、横荷重1N当りのそれぞれの出力に対
する干渉量を歪み量で表わしたものである。図では、チ
ャックのつめの先端から重錘の横荷重点までの距離をパ
ラメータとし、横軸は横荷重の作用方向(角度)を表わ
している。この場合の干渉量は横荷重の着力点、作用方
向によって異なり、例えばチャック先端から42.5m
mの位置に主軸に直行した横荷重10Nが作用すれば、
主軸が回転することによりスラスト検知部とトルク検知
部に生ずる最大歪は10N×0.025ust/N=0
.25ustおよび10N×0.06ust/N=0.
6ust程度でしかない。このように高精度のスラスト
・トルクの測定が可能であるから、その出力を用いて所
望の最適制御とか事故監視システムといった高度な自動
機械の実現を可能とする点で、本発明の及ぼす便益は甚
だ大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
第1−A図から第1−D図までは本発明の原理を説明す
る図、第2図は本発明の第1実施例を示す分解斜視図、
第3図は本発明の第2実施例を示す斜視図、第4−A図
は第3図の1−0−■線を含む面で切断した際の断面図
、第4−B図は第4−A図の■−■線に沿い切断し矢印
方向に見た断面図、第4−C図は第2実施例における単
位パターンの平面図、第5図から第7図までは第1実施
例のスラスト検定曲線、トルク検定曲線およびスラスト
とトルク各出力に及ぼす横荷重の影響を示す図、第8−
A図と第8−B図は本発明の第3実施例を示す一部を破
断した斜視図である。 10・・・筒状部材、A・・・トルク検知用の放射状に
配置したバネ状弾性支持構造個所、B・・・スラスト検
知用の平行バネ状弾性支持構造個所。 14訂出願人畑44if人部 代理人11″’、l1tl1I411 1nl茂兇(■ 1+J/;;木ツノ7シ11カ ー11− 第3列 ゴーーー釣わ 第4−8図 第4−Cス 慎5図 哨6図 トノνり(NCm) s7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、筒状部材の筒部に、スラストに対して変形自在な平
    行バネ状弾性支持構造個所を対向して形成すると共に、
    トルクに対して変形自在な放射状に配置したバネ状弾性
    支持構造個所を対向して形成したことを特徴とするスラ
    スト・・トルク検出素子。
JP56188125A 1981-11-24 1981-11-24 スラスト・トルク検出素子 Granted JPS5888631A (ja)

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JP56188125A JPS5888631A (ja) 1981-11-24 1981-11-24 スラスト・トルク検出素子
US06/433,108 US4485681A (en) 1981-11-24 1982-10-06 Thrust-torque detector

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JP56188125A JPS5888631A (ja) 1981-11-24 1981-11-24 スラスト・トルク検出素子

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JPS5888631A true JPS5888631A (ja) 1983-05-26
JPS6233538B2 JPS6233538B2 (ja) 1987-07-21

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