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トルクセンサーについての概要、用途、原理などをご説明します。また、トルクセンサーのメーカー32社一覧や企業ランキングも掲載しております。トルクセンサー関連企業の2025年2月注目ランキングは1位:ミネベアミツミ株式会社、2位:ユニパルス株式会社、3位:株式会社デンソーとなっています。
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図1. トルクセンサーの外観
トルクセンサーとは、図1のようにトルク (軸をねじる力) を計測するための装置です。
トルクセンサーは軸にトルクがかかったときの軸の微小のねじれをトルクに換算し、出力・表示します。生産ラインでのトルク管理や産業機器の性能評価など、トルクの計測が必要な様々な場面で使われています。
製品によってはトルクゲージ、トルクメーターなどと呼ばれることもあります。名称の使い分けにこれといったルールはありませんが、おおむね次のような使い分けがあります。本記事では、どのような使われ方であっても名称は「トルクセンサー」に統一します。
トルクセンサーが使われている身近な例は、電動アシスト自転車です。電動アシスト自転車は、人間がペダルを踏む力 (トルク) をトルクセンサーが検知します。そのトルクに応じてモーターが必要なアシスト力を出して、ペダルを踏む負担を減らしています。
トルクセンサーが多く使われている領域は産業用途です。産業用途では主に品質管理や試験研究のために使用されます。
品質管理の目的では、主に次のような状況で使用されています。
試験研究の目的では、主に次のような状況で使用されています。
トルクセンサーは、次のような順番でトルクを検出しています。
軸のねじれ・ひずみは電気信号として処理・出力されます。トルクセンサーではアンプが搭載されている製品も多く、電気信号をアンプで増幅させてA/Dコンバータで計測しやすい値に出力されます。トルクセンサーによっては表示計が備わっている製品もあり、トルク値をその場で目視で確認することができます。
軸のねじれやひずみを測定する方式は様々にありますが、現在実用化されているトルクセンサーでは次の4つの方式がよく使われています。
図2. ひずみゲージ式トルクセンサーの軸
軸のひずみをひずみゲージで測定する方式です。ひずみゲージとは、伸び縮みすることで変化する電気抵抗からひずみを測定するセンサーです。図2のように、軸にトルクが加わると軸は±45°方向に引張・圧縮の応力が発生します。この応力方向のひずみをひずみゲージで測定します。
軸のひずみをコンデンサーの静電容量の変化で測定する方式です。軸に2枚の電極を配置し、軸がひずむことで電極同士の位置が変わることで変化する静電容量を測定します。
ひずみゲージ式と比べシンプルな構造、かつ軸長を短くすることができる方式で、ロボット用トルクセンサーで広く採用されています。
軸のひずみをコイルのインダクタンスの変化で測定する方式です。軸にねじりの力が働くと、透磁率 (磁束の通りやすさ) が変化します。この原理は逆磁歪効果と呼ばれています。磁歪式トルクセンサーは軸の外側にコイルを配置し、軸の透磁率の変化をコイルのインダクタンスの変化で検知します。
磁歪式トルクセンサーは非接触でトルクを測定できるため、次のようなメリットがあります。
軸のひずみを光学センサーで測定する方式です。軸のねじれ・ひずみが発生すると、投光部と受光部の位置がずれ、受光量に差が生じます。この受光量の差を電気信号に変換し、トルクとして検出します。
近年の技術の発達により、トルクセンサーは小型になり、トルクセンサーを内蔵した製品も出てきました。ここでは産業用途でのトルクセンサーを内蔵した製品を紹介します。
1. トルクセンサ―内蔵モーター
モーター、減速機、トルクセンサーが一体になった製品です。減速機やトルクセンサーを外付けする必要がないため、装置を小型化することができます。
トルクセンサーによって出力軸のトルクを直接測定できるため、精度の高いトルク制御が可能となります。これによって装置を滑らかに駆動させたり、人との接触を検知してより安全な装置を実現することができます。
2. ロボットのトルクセンサー
図3. 協働ロボットに内蔵されたトルクセンサー
トルクセンサー内蔵の多関節ロボットが近年製品化されています。特に協働ロボットと呼ばれるカテゴリーでトルクセンサー内蔵型のロボットが増加傾向です。図3のように協働ロボットに内蔵される場合は、円筒形状でロボットアーム内に組み込まれています。
トルクセンサーはロボットの回転軸の出力トルクを検出し、ロボットの作業で必要となる押し付け力など力を制御したり、人や障害物と接触したことを検知したりします。ロボットにとってトルクセンサーはより高度な作業を行い、人と同じ空間で一緒に働くために必要なデバイスです。この分野のトルクセンサーは今後も市場の成長が見込まれています。
参考文献
https://www.tohnichi.co.jp/products/categories/30
https://www.forcegauge.net/catalog/products/top/torquegauge/torque_gauge
https://www.unipulse.tokyo/productitems/torque-meter/
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
| 順位 | 会社名 | クリックシェア |
|---|---|---|
| 1 | ミネベアミツミ株式会社 |
15.8%
|
| 2 | ユニパルス株式会社 |
14.0%
|
| 3 | 株式会社デンソー |
8.8%
|
| 4 | 株式会社東京測器研究所 |
7.0%
|
| 5 | スズコー精密株式会社 |
5.3%
|
| 6 | ATESTEOジャパン株式会社 |
5.3%
|
| 7 | 株式会社小野測器 |
5.3%
|
| 8 | 日本キスラー合同会社 |
5.3%
|
| 9 | Magtrol, Inc. |
3.5%
|
| 10 | 株式会社エー・アンド・デイ |
3.5%
|
項目別
測定範囲 Nm
0 - 1 1 - 10 10 - 50 50 - 200定格容量 Nm
0 - 1 1 - 10 10 - 100 100 - 1,000精度等級
0 - 0.1 0.1 - 0.3 0.3 - 0.5 0.5 - 1許容過負荷 %
120 - 140 140 - 160 160 - 200 200 - 300応答周波数 kHz
1 - 2 2 - 3 3 - 4 4 - 5 5 - 6電源電圧 V
10 - 12 12 - 14 14 - 16 16 - 18 18 - 20 20 - 30温度補償範囲 ℃
-10 - 0 0 - 60保護等級
IP40 IP51 IP60 IP64 IP65シャフト径 mm
0 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 40 40 - 50
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