JP2006133043A - 摩擦回転部品のトルク測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】回転トルクの良否の判定は勿論のこと、回転のスムーズさも判定できる。
【解決手段】回転シャフト２と、回転シャフト２に摩擦係合し該回転シャフト２と相対的に回転させられる保持部材３とを少なくとも有した被測定ワーク１のトルク測定器において、回転シャフト２支持して共に回転可能に設けられた測定用カプラー１２と、測定用カプラー１２に固定された測定用レバー１３と、測定用レバー１３の回転方向に配設された荷重測定用センサ１４と、保持部材３に係合する係合駒３７と、係合駒３７に結合された弾性部材３４と、弾性部材３４に結合され上下動可能に設けられた回転軸２３と、回転軸２３を回転駆動させるモータ３０とからなり、荷重測定用センサ１４の荷重を少なくともモニターに表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、摩擦回転部品のトルク測定器に関する。

摩擦回転部品として、例えばラップトップ型或いは卓上型のパソコン、ワープロ等のディスプレー体を開閉させるためのＯＡ機器用チルトヒンジが挙げられる。この種のＯＡ機器用チルトヒンジには、耐久性、開閉のスムーズ性等の改良を図ったものとして、種々の構造のものが知られている。

ＯＡ機器用チルトヒンジは、装置本体側へ取付けられる取付けベース及び軸受プレートとからなる取付け部材と、大径部の端部に小径部を有し、小径部を前記軸受プレートに軸受けさせディスプレー体の支持部材を兼ねる回転シャフトとを有している。そして、前記大径部と前記軸受プレートの間の小径部にスラストワッシャーを介在させ、軸受プレートの他側面側の小径部に少なくともスラストワッシャー、スプリングワッシャー及び押さえ用ワッシャーを介在させ、小径部の端部をかしめてスプリングワッシャーの復元力でスラストワッシャーを加圧させる。回転シャフトの小径部の端部をかしめることにより軸受プレートの両側に摩擦力を生じさせ、回転シャフトを所定のトルクによってのみ回転するようにし、この回転シャフトに固定されたディスプレー体を使用開成角度の任意の位置で停止保持できるようにしている。例えば特許文献１及び２参照。
実開平５−２１０７９号公報 特許第３０９５１０７号公報

回転部品のトルク測定器としては、種々のものが提案されている。例えば特許文献３乃至５参照。
特開２００３−１６６８８７号公報 特開２００４−１６３３１６号公報 特開２００４−１６３２３８号公報

従来のトルク測定器でＯＡ機器用チルトヒンジのトルクを測定した場合、ＯＡ機器用チルトヒンジが所望とするトルク内にあるか否かは判明する。ところで、パソコンのディスプレー体の開閉は手で行うので、開閉させるトルクが所定範囲内であっても、開閉時にごつごつしないでスムーズに開閉できる感触は非常に重要である。しかし、従来のトルク測定器では、開閉時の感触を判定することは困難であった。このため、手動によるトルク測定（検査）で、手に伝わる感触で判定を行っている。しかし、手の感触による判定は、個人差があると共に長年の熟練を必要とする。

本発明の第１の課題は、回転トルクの良否の判定は勿論のこと、回転のスムーズさの感触度を長年の熟練を必要としなく、また個人差も少なくて判定できる摩擦回転部品のトルク測定器を提供することにある。

本発明の第２の課題は、回転トルクの良否の判定及び回転のスムーズさの感触度を自動的に判定できる摩擦回転部品のトルク測定器を提供することにある。

上記第１の課題を解決するための本発明の請求項１は、回転シャフトと、この回転シャフトに摩擦係合し該回転シャフトと相対的に回転させられる保持部材とを少なくとも有した摩擦回転部品のトルク測定器において、前記回転シャフト又は保持部材の一方を支持して共に回転可能に設けられた測定用支持部材と、この測定用支持部材の回転を阻止するように配設され該測定用支持部材の荷重を測定する荷重測定用センサと、前記回転シャフト又は保持部材の他方に係合する係合駒と、この係合駒に結合された弾性部材と、この弾性部材に結合され上下動可能に設けられた回転軸と、この回転軸を回転駆動させるモータとからなり、前記荷重測定用センサの検出荷重を少なくともモニターに表示することを特徴とする。

上記第１及び第２の課題を解決するための本発明の請求項２は、回転シャフトと、この回転シャフトに摩擦係合し該回転シャフトと相対的に回転させられる保持部材とを少なくとも有した摩擦回転部品のトルク測定器において、前記回転シャフト又は保持部材の一方を支持して共に回転可能に設けられた測定用支持部材と、この測定用支持部材の回転を阻止するように配設され該測定用支持部材の荷重を測定する荷重測定用センサと、前記回転シャフト又は保持部材の他方に係合する係合駒と、この係合駒に結合された弾性部材と、この弾性部材に結合され上下動可能に設けられた回転軸と、この回転軸を回転駆動させるモータと、トルクの許容値を判定するトルク許容値判定手段と、トルクの急激な変化率を判定する感触値判定手段とからなることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の請求項３は、上記請求項１又は２において、前記測定用支持部材は、前記回転シャフト又は保持部材の一方が装着されて係合する測定用カプラーと、この測定用カプラーに固定された測定用レバーとからなり、前記荷重測定用センサは、前記測定用レバーに対向して該測定用レバーの回転方向側に配設されていることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の請求項４は、上記請求項２において、前記トルク許容値判定手段は、前記荷重測定用センサの検出荷重と前記モータの回転とから前記摩擦回転部品のトルクを算出するトルク演算回路と、許容トルクが記憶された許容トルクメモリと、前記トルク演算回路により算出されたトルクと前記許容トルクメモリに記憶された許容トルクとを比較して許容トルク範囲外の時にトルク不良信号を出力するトルク比較器とからなることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の請求項５は、上記請求項２において、前記感触値判定手段は、前記荷重測定用センサの検出荷重と前記モータの回転とから前記摩擦回転部品のトルクを算出するトルク演算回路と、このトルク演算回路により算出されたトルクのデータ変化率を算出するデータ変化率演算回路と、このデータ変化率演算回路より算出されたデータ変化率の大きいデータを拡大して感触値を算出する感触値変換回路と、許容される感触値が記憶された許容感触値メモリと、前記感触値変換回路により算出された感触値と前記許容感触値メモリに記憶された感触値とを比較して許容感触値範囲外の時に感触値不良信号を出力する感触値比較器とからなることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の請求項６は、上記請求項２において、前記感触値判定手段は、請求項５の構成の他に前記感触値変換回路により算出された感触値の前記許容感触値範囲外の感触値の絶対値を加算して総合感触値を算出する感触値演算回路を備えていることを特徴とする。

モータによって回転軸が回転し、回転軸の回転は弾性部材、係合駒を介して被測定ワークの例えば保持部材に伝達される。回転軸の回転に伴って弾性部材がねじれて弾性変形し、該弾性部材に大きな回転エネルギーが蓄積される。弾性部材に蓄積された回転エネルギーが一定値に達すると、係合駒に係合している被測定ワークの例えば保持部材が回転させられ、保持部材との摩擦力により回転シャフトが同方向に回転しようとする。回転シャフトの回転力は測定用支持部材に伝達され、測定用支持部材の回転力は荷重測定用センサによって阻止される。これにより、回転シャフトの荷重は荷重測定用センサによって測定される。このトルクはモニターにより表示され、その荷重の上下が規定の範囲内であり、また波形が緩やかな曲線である場合には、滑らかでスムーズな回転が得られ、ＯＡ機器用チルトヒンジの場合には、ディスプレー体をスムーズに開閉できる感触を判定できる。

本発明の摩擦回転部品のトルク測定器の一実施の形態を図１乃至図５により説明する。図１乃至図３に示すように、被測定ワーク１は、回転シャフト２と、この回転シャフト２に摩擦係合し該回転シャフト２に相対的に回転させられる保持部材３とから少なくとも構成されている。回転シャフト２の一端部２ａは、丸棒の両側をカットしたほぼ楕円形状となっている。

ベース板１０上には、軸受ホルダ１１が固定されており、軸受ホルダ１１には測定用カプラー１２が回転自在に支承されている。測定用カプラー１２の上端には、被測定ワーク１の一端部２ａが係合する係合穴１２ａと、一端部２ａ上の円筒部が装着される装着穴１２ｂとが形成されている。測定用カプラー１２には測定用レバー１３が固定されており、ベース板１０上には、測定用レバー１３の回転方向側に荷重測定用センサ１４が固定され、荷重測定用センサ１４と反対側にストッパ１５を有するストッパ支持板１６が固定されている。

ベース板１０上には、側板２０が固定されており、側板２０には水平で測定用カプラー１２の上方に伸びた支持板２１が固定されている。測定用カプラー１２の上方の支持板２１部分には、軸受ホルダ２２が固定されており、軸受ホルダ２２には回転軸２３が上下動及び回転可能に支承されている。軸受ホルダ２２の回転部には、従動スプロケット２４を有するスプロケットホルダ２５が固定されている。ここで、回転軸２３及びスプロケットホルダ２５には、それぞれ対応した部分に複数個の縦溝が形成されており、この縦溝にはボールベアリングが装着されている。即ち、回転軸２３とスプロケットホルダ２５はスプライン結合されているので、回転軸２３とスプロケットホルダ２５は共に回転可能で、かつ回転軸２３のみ上下方向に移動可能となっている。

支持板２１にはモータ３０が固定されており、モータ３０の出力軸に固定された駆動スプロケット３１と前記従動スプロケット２４とにはチェーン３２が掛けられている。回転軸２３の上端には、つまみ３３が固定されている。回転軸２３の下端には、ねじれ部材としてゴム等よりなる弾性部材３４の上端に固定された固定ねじ３５が固定されており、弾性部材３４の下端に固定された固定ねじ３６には、係合駒３７が固定されている。係合駒３７の下端面には、被測定ワーク１の保持部材３の上端部に係合する係合溝３７ａが形成されている。

図４に示すように、荷重測定用センサ１４の出力はアンプユニット４０により増幅され、トルク演算回路４１によって画像処理され、モニター４２に表示される。ここで、トルク演算回路４１はコンピュータに置き換えることができる。モータ３０はコントローラ４３によって制御され、コントローラ４３によるモータ３０の制御パルスは、トルク演算回路４１にも入力される。トルク演算回路４１は、回転軸２３の回転角に対する被測定ワーク１のトルク値を演算し、この出力はモニター４２に表示される。モニター４２には、図６又は図７（ａ）に示すように、例えば横軸を回転軸２３の回転角ｘとし、縦軸を被測定ワーク１のトルクｔとして表示される。なお、図６又は図７（ａ）は一例として被測定ワーク１がＯＡ機器用チルトヒンジの場合で、回転軸２３の１回転（３６０°）を８秒で駆動した場合を示す。

次に作用について説明する。図１はつまみ３３を手で上方に引き上げた状態を示す。この状態で測定用カプラー１２の係合穴１２ａに回転シャフト２の一端部２ａを係合させる。次に回転軸２３を自重で下降させ、係合駒３７の係合溝３７ａを保持部材３に係合させる。この状態でモータ３０を始動させる。モータ３０の出力軸の回転は、駆動スプロケット３１、チェーン３２を介して従動スプロケット２４及びスプロケットホルダ２５に伝達される。これにより、回転軸２３が回転し、回転軸２３の回転は弾性部材３４、係合駒３７を介して被測定ワーク１の保持部材３に伝達される。

回転軸２３の回転に伴って弾性部材３４がねじれて弾性変形し、該弾性部材３４に大きな回転エネルギーが蓄積される。弾性部材３４に蓄積された回転エネルギーが一定値に達すると、保持部材３が回転させられ、保持部材３との摩擦力により回転シャフト２が同方向に回転しようとする。この回転シャフト２の回転力は、測定用カプラー１２を介して測定用レバー１３に伝達される。しかし、測定用レバー１３の回転は、荷重測定用センサ１４により阻止され、該荷重測定用センサ１４によって測定用レバー１３のトルク（荷重）が測定される。即ち、保持部材３のみが係合駒３７によって回転させられ、回転シャフト２のトルク（荷重）は荷重測定用センサ１４によって測定される。荷重測定用センサ１４によって測定された荷重は、アンプユニット４０によって増幅され、トルク演算回路４１で画像処理されてモニター４２に表示される。そこで、作業者はモニター４２に表示された画像によって被測定ワーク１の良否を判断する。

本実施の形態は、被測定ワーク１がＯＡ機器用チルトヒンジの場合であるので、その使用条件に適した測定方法となっている。即ち、測定用カプラー１２の中心から荷重測定用センサ１４の測定部までの距離を１０ｃｍ、回転軸２３を８秒で１回転させた。この時の荷重測定用センサ１４で検出し、アンプユニット４０で増幅してトルク演算回路４１で画像処理したモニター４２の映像の１例を図６に示す。図６又は図７（ａ）において、Ｈｔはトルクの上限値、Ｌｔはトルクの下限値、Ｌｘは調査スタート位置（角度）、Ｈｘは調査終了位置をそれぞれ示す。

図６及び図７（ａ）はトルクが許容値であるＨｔとＬｔ間である４〜６Ｋｇ／ｃｍの範囲内であるので、トルク値は良品となる。勿論、トルクがＨｔより大きい場合、またＬｔより小さい場合にはトルク値不良と判定することは言うまでもない。また図６の場合は、波形が緩やかな曲線であるので、ＯＡ機器用チルトヒンジとして用いた場合、滑らかでスムーズな回転が得られ、ディスプレー体をスムーズに開閉できる感触度は良品として判定できる。しかし、図７（ａ）の場合は、トルクに急激な変化部、即ち変化率が大きいｔ１、ｔ２部が存在する。ｔ１は下方へのトルク変化率が大きい場合、ｔ２は上方へのトルク変化率が大きい場合を示す。このように大きなトルク変化率部が存在すると、ディスプレー体を開閉する感触度は悪く、スムーズに開閉できない。従って、このように急激なトルク変化率部が存在する場合には、感触度不良とする。

このように、モニター４２に表示された映像を目視で判断して、回転トルクの良否の判定は勿論のこと、回転のスムーズさの感触度を判断できるので、長年の熟練を必要としなく、また個人差も少なくて判定できる。

本発明の測定トルク処理手段の実施の形態を図５により説明する。図４に示す測定トルク処理手段は、モニター４２の映像によってトルク値及び感触値の判定を目視によって行った。本実施の形態は、トルク値及び感触値の判定を自動的に行う場合を示す。

まず、トルク許容値判定手段について説明する。入力手段５０によって許容トルク、即ち最大トルクＨｔと最小トルクＬｔを記憶する許容トルクメモリ５１を有し、この許容トルクメモリ５１に記憶された許容トルクと前記トルク演算回路４１で調査スタート位置Ｌｘから調査終了位置Ｈｘまで演算されたトルクｔ（ｘ）は、トルク比較器５２により比較される。なお、最大トルクＨｔ及び細少トルクＬｔはその製品に応じて予め実験によって調査して設定される。図６及び図７（ａ）の場合は、許容トルクメモリ５１に記憶された許容トルクの範囲内であるので、トルク比較器５２からはＯＫ（良品）の信号が出力される。もし、トルク演算回路４１より出力されたトルク値が許容トルクメモリ５１に記憶された許容トルクの範囲外である場合には、トルク比較器５２からはＮＧ（トルク値不良）の信号が出力される。このように、自動的に許容トルクの範囲内であるか否かが判定される。

次に感触値判定手段について説明する。トルク演算回路４１で演算されたトルクデータをｔ（ｘ）とする。ｘはモータ３０に入力されるパルス数で表されるが、モニター４２には、図６及び図７（ａ）に示すように、作業者に判り易くするために角度位置で表示される。今、ｘパルス位置からｂパルス位置までのトルクのデータ平均値をＴ（ｘ＋ｂ）とすると、Ｔ（ｘ＋ｂ）はｘからｂまでのトルクデータ総和の平均値であり、〔数１〕で表される。また（ｘ＋ｎm ）パルス位置からａパルス位置までのトルクのデータ平均値をＴ（ｘ＋ｎm ＋ａ）とすると、Ｔ（ｘ＋ｎm ＋ａ）は（ｘ＋ｎm ）からａまでのトルクデータ総和の平均値であり、〔数２〕で表される。そこで、Ｔ（ｘ＋ｎm ＋ａ）からＴ（ｘ＋ｂ）を引いた値がトルクのデータ変化率Ｔｍ（ｘ）として〔数３〕の一般式で表される。ここで、ｘ，ｍは１以上の任意の整数、ｎm ，ａ及びｂはそれぞれそれぞれ０以上の任意の整数である。

〔数３〕のデータ変化率Ｔｍ（ｘ）から感触値変換関数Ｆ（ｘ）を〔数４〕のように定義する。この感触値変換関数Ｆ（ｘ）は、データ変化率演算回路５３からの入力によってトルクｔ（ｘ）により算出される。ここで、ｋ1,ｋ2,ｋ3,ｋ4 ・・・は、重み付け係数であり、回転シャフト２と保持部材３との相対回転位置によって実験により決める。図７（ａ）におけるｔ（ｘ）によるＦ（ｘ）は、急激なトルク値感触値部ｔ１、ｔ２によって図７（ｂ）に示すように、トルク値感触値部ｔ１によって下方感触部ｔ１１、上方感触部ｔ１２が得られ、トルク値感触値部ｔ２によって上方感触部ｔ２１、下方感触部ｔ２２が得られる。

一方、入力手段５０によって入力される感触値、即ち最小感触値Ｓ1 と最大感触値Ｓ2 を記憶する許容感触値メモリ５５を有し、この許容感触値メモリ５５に記憶された許容感触値と感触値変換回路５４で演算された感触値値とは、感触値比較器５６で比較される。なお、最小感触値Ｓ1 及び最大感触値Ｓ2 はその製品に応じて予め実験によって調査して設定される。図７（ｂ）に示すように、下方感触部ｔ１１及び下方感触部ｔ２２は最小感触値Ｓ1 より小さく、また上方感触部ｔ１２は最大感触値Ｓ2 より大きいので、感触値比較器５６からはＮＧ（感触値不良）信号が出力される。仮に下方感触部ｔ１１、上方感触部ｔ１２、下方感触部ｔ２２が最小感触値Ｓ1 と最大感触値Ｓ2 の範囲内であればＯＫ（感触値良品）の信号が出力される。

また感触値変換回路５４によって算出された感触値変換関数Ｆ（ｘ）は、前記した感触値比較器５６に入力されると共に感触値演算回路６７に入力され、この感触値演算回路６７によって総合感触値Ｋが算出される。総合感触値Ｋは、〔数７〕によって負の感触値Ｋ1 の絶対値と正の感触値Ｋ2 を加えた値となる。
負の感触値Ｋ1 は、負の最小感触値Ｓ1 でカットした絶対値であり、０＞Ｆ（ｘ）＞Ｓ1 の時で〔数５〕となる。これは図７（ｃ）に示すＫ1 となる。
正の感触値Ｋ2 は、正の最大感触値Ｓ2 でカットした値であり、０≦Ｆ（ｘ）＜Ｓ2 の時で〔数６〕となる。これは図７（ｃ）に示すＫ2 となる。感触値演算回路６７で算出された総合感触値Ｋは、その値が大きいほど感触度が悪いことになる。

なお、上記実施の形態においては、ねじれ部材の一例としてゴム等の弾性部材２２を用いたが、例えばねじれ変形が可能なコイルバネ、棒状又は板状のばね材を用いてもよい。また手動で被測定ワーク１をセットし、手動で回転軸２３を上下動させたが、これらは自動で行って良いことは言うまでもない。

本発明の摩擦回転部品のトルク測定器の一実施の形態を示す正面図である。 平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 測定トルク処理手段の一実施の形態を示す回路図である。 測定トルク処理手段の他の形態を示す回路図である。 荷重測定用センサの出力値及び感触度が共に良品である場合の説明図である。 荷重測定用センサの出力値は良品であるが感触度が不良である場合の説明図である。

符号の説明

１ 被測定ワーク
２ 回転シャフト
３ 保持部材
１０ ベース板
１１ 軸受ホルダ
１２ 測定用カプラー
１２ａ 係合穴
１２ｂ 装着穴
１３ 測定用レバー
１４ 荷重測定用センサ
２１ 支持板
２２ 軸受ホルダ
２３ 回転軸
２４ 従動スプロケット
２５ スプロケットホルダ
３０ モータ
３１ 駆動スプロケット
３２ チェーン
３４ 弾性部材
３７ 係合駒
４０ アンプユニット
４１ トルク演算回路
４２ モニター
４３ コントローラ
５１ 許容トルクメモリ
５２ トルク比較器
５３ データ変化率演算回路
５４ 感触値変換回路
５５ 許容感触値メモリ
５６ 感触値比較器
５７ 感触値演算回路

Claims (6)

1. 回転シャフトと、この回転シャフトに摩擦係合し該回転シャフトと相対的に回転させられる保持部材とを少なくとも有した摩擦回転部品のトルク測定器において、前記回転シャフト又は保持部材の一方を支持して共に回転可能に設けられた測定用支持部材と、この測定用支持部材の回転を阻止するように配設され該測定用支持部材の荷重を測定する荷重測定用センサと、前記回転シャフト又は保持部材の他方に係合する係合駒と、この係合駒に結合された弾性部材と、この弾性部材に結合され上下動可能に設けられた回転軸と、この回転軸を回転駆動させるモータとからなり、前記荷重測定用センサの検出荷重を少なくともモニターに表示することを特徴とする摩擦回転部品のトルク測定器。
2. 回転シャフトと、この回転シャフトに摩擦係合し該回転シャフトと相対的に回転させられる保持部材とを少なくとも有した摩擦回転部品のトルク測定器において、前記回転シャフト又は保持部材の一方を支持して共に回転可能に設けられた測定用支持部材と、この測定用支持部材の回転を阻止するように配設され該測定用支持部材の荷重を測定する荷重測定用センサと、前記回転シャフト又は保持部材の他方に係合する係合駒と、この係合駒に結合された弾性部材と、この弾性部材に結合され上下動可能に設けられた回転軸と、この回転軸を回転駆動させるモータと、トルクの許容値を判定するトルク許容値判定手段と、トルクの急激な変化率を判定する感触値判定手段とからなることを特徴とする摩擦回転部品のトルク測定器。
3. 前記測定用支持部材は、前記回転シャフト又は保持部材の一方が装着されて係合する測定用カプラーと、この測定用カプラーに固定された測定用レバーとからなり、前記荷重測定用センサは、前記測定用レバーに対向して該測定用レバーの回転方向側に配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の摩擦回転部品のトルク測定器。
4. 前記トルク許容値判定手段は、前記荷重測定用センサの検出荷重と前記モータの回転とから前記摩擦回転部品のトルクを算出するトルク演算回路と、許容トルクが記憶された許容トルクメモリと、前記トルク演算回路により算出されたトルクと前記許容トルクメモリに記憶された許容トルクとを比較して許容トルク範囲外の時にトルク不良信号を出力するトルク比較器とからなることを特徴とする請求項２記載の摩擦回転部品のトルク測定器。
5. 前記感触値判定手段は、前記荷重測定用センサの検出荷重と前記モータの回転とから前記摩擦回転部品のトルクを算出するトルク演算回路と、このトルク演算回路により算出されたトルクのデータ変化率を算出するデータ変化率演算回路と、このデータ変化率演算回路より算出されたデータ変化率の大きいデータを拡大して感触値を算出する感触値変換回路と、許容される感触値が記憶された許容感触値メモリと、前記感触値変換回路により算出された感触値と前記許容感触値メモリに記憶された感触値とを比較して許容感触値範囲外の時に感触値不良信号を出力する感触値比較器とからなることを特徴とする請求項２記載の摩擦回転部品のトルク測定器。
6. 前記感触値判定手段は、請求項５の構成の他に前記感触値変換回路により算出された感触値の前記許容感触値範囲外の感触値の絶対値を加算して総合感触値を算出する感触値演算回路を備えていることを特徴とする請求項２記載の摩擦回転部品のトルク測定器。

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