JP3029548U - 簡易取付型のトルク変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルク計測対象軸に追加的な加工等をせずに
簡単に取付けたり、取外して他の箇所に移設することも
できると共に、高感度で且つ高精度なトルク計測を実現
する。 【解決手段】 トルク計測対象軸１の外周に、を所定距
離Ｌ隔てて第１の上台座２，第１の下台座３でなる第１
の取付け台座と、第２の上台座４，第２の下台座５でな
る第２の取付け台座を、固定ねじ１８，１９を用いて挟
持固定する。このとき第１の上台座２と第２の上台座４
の間に位置決め用ダミー部材２０が固定され、また第１
の下台座３と第２の下台座５の間にも位置決め用ダミー
部材２３を用いて固定されるので正確な位置決めがなさ
れる。しかる後、位置決め用ダミー部材２０と２３を取
り外してここに起歪板を取付ける。トルクによる軸のね
じれが起歪板に拡大して伝達されるので高感度で且つ高
精度なトルク計測を行うことができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、回転軸等に生じるトルクをひずみゲージを用いて検出すると共に、 トルク計測対象軸に簡単に着脱することができる簡易取付型のトルク変換器に関 するものである。

【０００２】

【従来の技術】

回転軸等に生じるトルクを検出するには、主として次の従来例と従来例が ある。 即ち、従来例は、トルク伝達系中に起歪部を有する起歪体を介挿し、トルク計 測対象軸に加わるトルクを起歪部に伝達し、この起歪部にトルクに応じて生じる ねじれ量を当該起歪部に添着されたひずみゲージによって抵抗値変化や電圧変化 等の電気量に変換することによってトルク検出を行う「トルク変換器」をトルク 計測対象軸に取り付けることによって行うものである。

【０００３】 そして、このトルク変換器をトルク計測対象軸に取付けるには、当該トルク計 測対象軸を含む設備を新規に設置すると同時に行う場合と、既存設備に追加的に 行う場合があり、同時に行う場合には、取付け時に正確に位置合わせを行い、追 加的に行う場合には、トルク計測対象軸を切断し、そこにトルク変換器を取付け るための改造工事が必要とされる。 また、従来例は、トルク計測対象軸の外周表面に直接にひずみゲージを添着し 、当該トルク計測対象軸に印加されるトルクに応じて生じる軸のねじれ量の変化 をひずみゲージによって抵抗値変化や電圧変化等の電気量の変化として変換する ことによってトルク検出を行うものである。

【０００４】 ここで、トルク計測対象軸にひずみゲージを直接に添着する態様としては、ト ルク計測対象軸の外周表面の形状をそのままの状態でひずみゲージを添着する場 合と、例えば特公昭６０−４６３７２公報の「第１図」に記載されているように モータ等の回転軸でなるトルク計測対象軸の一部に所定長さだけ細径にされた起 歪部を形成し、この起歪部にひずみゲージを直接に添着する場合がある。 また、前述の従来例または従来例においては、ひずみゲージの出力を外部に 取り出すために、スリップリング形式の接触型伝達形式と、光形式もしくは電波 形式等の非接触伝達形式で行う場合とがある。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

従来例においては、トルク計測対象軸にトルク変換器を取付ける際に精密な 位置合わせ、即ち、トルク計測対象軸の軸とトルク変換器の検出基準軸が所定の 角度関係となるように精密な位置合わせが必要とされ、かなり煩雑かつ微妙な調 整作業が必要となり、高度の技能を要するために非能率的な作業になってしまう という問題がある。 また、既存の設備にトルク変換器を追加的に取付ける場合には、軸切断等の大掛 かりな改修工事を要するという問題があるほか、軸切断が不可能な場合には、ト ルク変換器の設置も不可能となる問題がある。

【０００６】 一方、従来例の場合には、ひずみゲージを直接にトルク計測対象軸に添着す る際に位置決め、仮固定、接着等の一連の添着工程が必要とされかつ高度な専門 技術が必要とされ簡易に取付ける事ができないという問題がある。 その上、トルク計測対象軸は所要のトルクを伝達するため、充分の余裕を持たせ て設計してある関係でねじり剛性を大きく取っている場合が多く、従ってひずみ 出力が小さいのでひずみ量が少なく必要なトルク計測精度が得られない場合が多 い。

【０００７】 また、従来例と従来例のいずれに対しても共通して言えることは、既存の 設備におけるトルク計測対象軸の測定箇所は、「トルク変換器の設置部位」また は「ひずみゲージが直接に設けられた特定部位」であり、複数箇所のトルク計測 を行う場合には、それぞれに対応して「トルク変換器」または「ひずみゲージ」 を設置しなければならないことである。 従って、トルク計測対象軸の測定箇所を簡単に移設することはできないという不 都合もある。

【０００８】 本考案は、上述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ト ルク計測対象軸に追加的な加工を施したり切断加工を施したりすることなく、ト ルク計測対象軸のいずれにも簡単に取付けられ、しかも簡単に取り外して他の箇 所に移設することができると共に、高感度で且つ精度よくトルク計測を行うこと ができる簡易取付型のトルク変換器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上述の目的を達成するために、請求項１に係る簡易取付型のトルク変換器は、 トルク計測対象軸の軸上の任意位置における外周面を、２分割された第１の上台 座と第１の下台座で挟持し得るように形成された第１の取付台座と、 この第１の取付台座による挟持面から上記軸上で所定距離だけ離隔された位置 における上記トルク計測対象軸の外周面を、２分割された第２の上台座と第２の 下台座で挟持し得るように形成された第２の取付台座と、 上記第１の取付台座を形成する第１の上台座と第１の下台座を、その取付面を 上記トルク計測対象軸の外周面に密接させて挟持して固定させる第１の固定部材 と、 上記第２の取付台座を形成する第２の上台座と第２の下台座を、その取付面を 上記トルク計測対象軸の外周面に密接させて挟持して固定させる第２の固定部材 と、 両端が、上記第１の固定部材で固定された上記第１の取付台座と上記第２の固 定部材で固定された上記第２の取付台座のそれぞれに固定されると共に、中間部 に、上記トルク計測対象軸に生じるトルクに基づくひずみ量の変化を電気量の変 化に変換するひずみゲージが添着された起歪部を有する起歪板と、 を具備し、 上記トルク計測対象軸に印加されるトルクによって生じるねじれを上記第１の 取付台座と上記第２の取付台座との間に介挿された上記起歪板の起歪部に伝達さ せ、その起歪部に伝達されたひずみを上記起歪部に添着された上記ひずみゲージ によって電気的出力として取り出すことによって上記トルク計測対象軸に生じる トルクを計測し得るように構成したことを特徴とするものである。

【００１０】 また、請求項２に係る簡易取付型のトルク変換器は、上記第１の上台座と上記 第１の下台座が上記第１の固定部材で一体化され、かつ上記第２の上台座と上記 第２の下台座が上記起歪板を正規の状態で上記第２の固定部材で一体化されるよ うにするため、上記第１の下台座と上記第２の下台座のそれぞれおよび／または 上記第１の上台座と上記第２の上台座のそれぞれを一体に仮固定する剛性大なる 位置決め用ダミー部材、 を具備することを特徴とするものである。

【００１１】 また、請求項３に係る簡易取付型のトルク変換器は、上記起歪板における起歪 部の位置を、上記トルク計測対象軸から外方に離れた位置に設定し、当該トルク 計測対象軸に生じるトルクに基づくねじり変位を該トルク計測対象軸の半径方向 で拡大するように構成したことを特徴とするものである。 また、請求項４に係る簡易取付型のトルク変換器は、上記起歪板の長さに対し起 歪部の長さを充分短く設定することにより、上記トルク計測対象軸に生じるトル クに基づいて上記第１の取付台座と上記第２の取付台座との間に生じるねじり変 位を、該トルク計測対象軸の軸方向で拡大するように構成することを特徴とする ものである。

【００１２】

【作用】

上述のように構成された本考案に係る簡易取付型のトルク変換器は、２分割さ れた第１の上台座と第１の下台座でなる第１の取付台座および２分割された第２ の上台座と第２の下台座でなる第２の取付台座とを、第１および第２の固定部材 で固定することによって所定距離だけ離隔されたトルク計測対象軸の軸上位置に 挟持せしめられる。

【００１３】 この第１の取付け台座と第２の取付け台座の間に、起歪部を有する起歪板の両 端のそれぞれを固定し、上記トルク計測対象軸に生じるトルクによって上記第１ の取付台座と上記第２の取付台座との間に相対的に生じるねじれが上記起歪板の 上記起歪部に拡大されて伝達される。この起歪部に添着された上記ひずみゲージ がねじれに応じて抵抗変化を示すことから、上記トルク計測対象軸に生じるトル クが計測される。

【００１４】

【考案の実施の形態】

以下、本考案の一実施の形態に係る簡易取付型のトルク変換器を図１ないし図 ５を用いて説明する。この例は、ギアボックス駆動軸に生じるトルクを計測する ために本考案を適用したものである。 即ち、図１は、トルク計測対象軸１にトルク変換器を取付ける状態を示す正面図 であり、図２は、図１中に示される第１の上台座２と第１の下台座３でなる第１ の取付け台座の詳細を示す断面図であり、図３は起歪板２６を取付ける状態を示 す正面図であり、図４および図５は、トルク発生に基づく各部の機械変位を模式 的に示す図である。

【００１５】 図１において、トルク計測対象軸１は、具体的には、ギアボックス駆動軸であ り、この駆動軸に生じるトルクが計測されるものである。 トルク計測対象軸１の軸上の任意位置における外周面を、２分割された第１の上 台座２と第１の下台座３で挟持し得るように形成された第１の取付台座が設けら れている。

【００１６】 また、この第１の上台座２と第１の下台座３でなる第１の取付台座による挟持 面から上記トルク計測対象軸１の軸上で所定距離（後述する起歪板の設置長Ｌ） だけ離隔された位置における上記トルク計測対象軸１の外周面に、２分割された 第２の上台座４と第２の下台座５で挟持し得るように形成された第２の取付台座 が設けられている。詳しくは、第１の上台座２の中央部には、略半円形状、即ち 、トルク計測対象軸１の外周面１Ａの直径ａと同一円弧面を有しその深さが直径 ａの１／２より数ｍｍ少ない深さｂの略半円弧状の挟持面２Ａが形成されている 。

【００１７】 また、第１の下台座３の中央部にも、挟持面２Ａと対称な略半円弧状、即ち、 トルク計測対象軸１の外周面１Ａの直径ａと同一円弧面を有し、その深さが直径 ａの１／２より数ｍｍ少ない深さｃの略半円弧状の挟持面３Ａが形成されている 。また、深さｂ＝深さｃとなっている。従って、第１の上台座２と第１の下台座 ３でトルク計測対象軸１の外周面１Ａを挟持した場合、第１の上台座２と第１の 下台座３の円弧面以外の平面部の間に間隙（固定部材による締め代）が生じるこ とになる。

【００１８】 第１の上台座２に形成された挟持面２Ａの両端寄りのそれぞれには、座ぐり穴 ６と座ぐり穴７が穿設され、その挟持面２Ａ寄りに穴８、穴９が穿設されている 。この穴８、穴９には、下部に緩いテーパ部が形成されたガイドテーパピン１０ ，１１のそれぞれの基部が強く嵌入されている。 また、第１の上台座２の上部中央には、後述する位置決め用ダミー部材２０また は起歪板２６が取付け固定されることになる。

【００１９】 上述のような第１の上台座２と第１の下台座３のそれぞれの挟持面２Ａ，３Ａ から上記軸上で所定距離Ｌだけ離隔された位置における上記トルク計測対象軸１ の外周面を、２分割された第２の上台座４と第２の下台座５で挟持し得るように 形成された第２の取付台座が設けられている。 この第２の上台座４と第２の下台座５は、前述の第１の上台座２と第１の下台座 ３と同様に形成されている。

【００２０】 従って、トルク変換器をトルク計測対象軸１に取付ける場合には、先ず、図１ に示すように第１の上台座２と第２の上台座４を所定距離Ｌだけ離隔した状態で 、剛性大なる位置決め用ダミー部材２０の片端を固定ねじ２１を用いて第１の上 台座２の上部に固定すると共に、該位置決め用ダミー部材２０の他端を固定ねじ ２２を用いて第２の上台座４の上部に固定する。その後第１の下台座３と第２の 下台座５を所定距離だけ離隔した状態で、剛性大なる位置決め用ダミー部材２３ の片端を固定ねじ２４を用いて第１の下台座３の下部に固定し、さらに、該位置 決め用ダミー部材２３の他端を固定ねじ２５を用いて第２の下台座５の下部に固 定する。

【００２１】 しかる後、第１の上台座２の挟持面２Ａと第１の下台座３の挟持面３Ａでトル ク計測対象軸１の外周面を挟持すべく第１の上台座２のガイドテーパピン１０， １１を第１の下台座３の穴１５，１６に嵌合させ、第２の上台座４に設けられた ２つのガイドテーパピン（図示せず）のそれぞれを第２の下台座５に穿設された ２つの穴（図示せず）に嵌合させ、固定ねじ１８，１８を用いて第１の上台座２ と第１の下台座３を一体化すると共に、固定ねじ１９，１９を用いて第２の上台 座４と第２の下台座５を一体化する。

【００２２】 このようにしてトルク計測対象軸１に、第１の上台座と２第１の下台座３でな る第１の取付け台座と、第２の上台座４と第２の下台座５でなる第２の取付け台 座とを固定した後に、固定ねじ２１，２２，２４，２５のそれぞれを緩めて外す ことによって位置決め用ダミー部材２０と位置決め用ダミー部材２３を取り外す 。

【００２３】 しかる後、図３に示すように中間部に断面が小に形成されて大きな曲げひずみ を生じ易いような薄肉に形成された起歪部２６Ａを有し、この起歪部２６Ａに生 じる曲げひずみの伸び側と縮み側の対称位置にひずみゲージ２６Ｂ，２６Ｂ，… …が添着された起歪板２６の片端を、固定ねじ２７を用いて第１の上台座２に固 定し、該起歪板２６の他端を固定ねじ２８を用いて固定する。 次に、以上のようにトルク計測対象軸１に取付けられた起歪板２６によるトルク 検出について図４と図５を用いて説明する。

【００２４】 トルク計測対象軸１にトルクが生じると、第２の上台座４と第２の下台座５で なる第２の取付け台座における水平基準軸Ａに直交する垂直基準軸Ｂに対してト ルク計測対象軸１が角度αだけねじられることになり、換言すれば第１の上台座 ２と第１の下台座３でなる第１の取付け台座が相対的に角度αだけねじられるこ とになる。ここで、トルク計測対象軸１に生じるトルク発生に基づく機械量変位 は、起歪板２６がトルク計測対象軸１の外周面から離れて配設されているので外 径が大きい分だけ変位拡大がなされることになる。

【００２５】 また、起歪板２６の中間部に位置する起歪部２６Ａにおけるひずみ量は、図５ に示すように第１の上台座２と第２の上台座４の離隔距離Ｌにより拡大され水平 基準軸Ｃに対して角度βだけ傾いた状態でなされる。 従って、起歪板２６に添着された４つのひずみゲージ２６Ｂによって組まれたホ イートストンブリッジ回路の入力端にブリッジ電源を印加することによって、出 力端から図示しない中継リードを介してトルク計測対象軸１に生じるトルクを２ 段階、即ち、径方向に拡大されると共に、水平方向にも拡大された状態でひずみ 出力を導出することができる。

【００２６】 よって、従来例のようにトルク計測対象軸１の表面に直接にひずみゲージを 添着した場合に比して１０倍程度の出力を取り出すことができる。 また、起歪板２６をトルク計測対象軸１に取付けるに際しては、第１の上台座２ と第１の下台座３でなる第１の取付け台座と、第１の下台座３と第２の上台座４ でなる第２の取付け台座とを所定距離を厳密に離隔するように位置決め用ダミー 部材２０と位置決め用ダミー部材２３を固定した状態で行っているので、起歪板 ２６の固定時に大きな初期ひずみが生じたり、ひずみゲージ２６Ｂの初期破損等 の事故が防止される。

【００２７】 また、第１の上台座２と第１の下台座３の位置合わせ、並びに第２の上台座４ と第２の下台座５の位置合わせがガイドテーパピン１０，１１等によってなされ るために前述の距離Ｅが厳格にされると共に、両者の組み付けの径方向の位置合 わせも正確に行うことができる。 なお、本考案の実施の形態は、前述の例に限定されることなく本考案の要旨を逸 脱しない範囲内で種々変形した形態を採ってもよいことは勿論である。

【００２８】 例えば、第１の取付け台座と第２の取付け台座は、２つ割りに限らず、３つ割 り、４つ割り等であってもよくこの場合、複数の台座を無理なストレスを与えな いで仮固定するための位置決め用ダミー部材も台座の数だけ設置するようにして もよい。

【００２９】 また、起歪板は、符号２６で示すように１つであるが必要に応じてそれ以上に してもよく、起歪部２６Ａの形状については、図５に示すものは、平行四辺形型 のビームであるが、単に薄肉にするだけでもよく、要は、実際にトルク計測対象 軸１に生じる値の大小および必要とされる精度に応じて任意の形状にすることが できる。

【００３０】 さらに、起歪部２６Ａに添着されるひずみゲージの個数並びにその配置につい ても実際にトルク計測対象軸１に生じる値の大小および必要とされる精度に応じ て任意のものとすることができる。

【００３１】

【考案の効果】

以上の説明で明らかなように、本考案に係る簡易取付型のトルク変換器は、ト ルク計測対象軸にトルク変換器を取付ける際の精密な位置合わせ、即ち、トルク 計測対象軸の軸とトルク変換器の検出基準軸が所定の角度関係となるように精密 な位置合わせが、位置決め用ダミー部材を第１の上台座と第２の上台座に仮に固 定することによって行うことができるので、煩雑かつ微妙な調整作業が必要なく 能率的な位置合わせ作業を行うことができる。

【００３２】 また、既存の設備にトルク変換器を追加的に取付けたり、取り付け位置を移動 させることが、第１の上台座と第１の下台座の固定と、第２の上台座と第２の下 台座の固定を固定ねじの取り外しによって簡単に行えるので、少ない設備投資で もって多数部位のトルク検出を順次に行うことができる。

【００３３】 また、ひずみゲージを直接にトルク計測対象軸に添着していないので高度な専 門技術が不要であり、特殊技能を有さない作業者であっても容易かつ確実に取り 付け作業を行うことができる。

【００３４】 また、トルク計測対象軸は過大トルクが負荷されてもよいように安全率を大き くとっている関係上、ねじり剛性を大きく取っている場合が多く、その表面での ひずみ出力が小さいので必要なトルク計測精度が得られない場合が多いが、本考 案においては、トルク計測対象軸に生じるトルクに基づくひずみが拡大されて起 歪部を変形させるため、大きな出力が精度よく得ることができる。

【００３５】 また、トルク計測対象軸に追加的な加工を施したりトルク計測対称軸自体に切 断加工を施したりすることなく、トルク計測対象軸に簡単に取付けられ、しかも 簡単に取り外して他の箇所に移設することができる簡易取付型のトルク変換器を 提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施の形態に係る簡易取付型のトル
ク変換器をトルク計測対称軸に取付ける際の状態を示す
正面図である。

【図２】図１中に示される第１の上台座と第１の下台座
でなる第１の取付け台座の詳細を示す断面図である。

【図３】第１の取付け台座と第２の取付け台座に起歪板
を取付ける際の状態を示す正面図である。

【図４】トルク発生に基づく各部の機械変位を誇張して
模式的に示す図である

【図５】トルク発生に基づく各部の機械変位を誇張して
模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ トルク計測対象軸 ２ 第１の上台座 ２Ａ 挟持面 ３ 第１の下台座 ３Ａ 挟持面 ４ 第２の上台座 ５ 第２の下台座 ６，７ 座ぐり穴 ８，９，１５，１６ 穴 １０，１１ ガイドテーパピン １２，１７ 座ぐりねじ穴 １３，１４ ねじ穴 １８，１９ 固定ねじ ２０，２３ 位置決め用ダミー部材 ２１，２２，２４，２５ 固定ねじ ２６ 起歪板 ２６Ａ 起歪部 ２６Ｂ ひずみゲージ ２７，２８ 固定ねじ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク計測対象軸の軸上の任意位置にお
   ける外周面を、２分割された第１の上台座と第１の下台
   座で挟持し得るように形成された第１の取付台座と、 この第１の取付台座による挟持面から上記軸上で所定距
   離だけ離隔された位置における上記トルク計測対象軸の
   外周面を、２分割された第２の上台座と第２の下台座で
   挟持し得るように形成された第２の取付台座と、 上記第１の取付台座を形成する第１の上台座と第１の下
   台座を、その取付面を上記トルク計測対象軸の外周面に
   密接させて挟持して固定させる第１の固定部材と、 上記第２の取付台座を形成する第２の上台座と第２の下
   台座を、その取付面を上記トルク計測対象軸の外周面に
   密接させて挟持して固定させる第２の固定部材と、 両端が、上記第１の固定部材で固定された上記第１の取
   付台座と上記第２の固定部材で固定された上記第２の取
   付台座のそれぞれに固定されると共に、中間部に、上記
   トルク計測対象軸に生じるトルクに基づくひずみ量の変
   化を電気量の変化に変換するひずみゲージが添着された
   起歪部を有する起歪板と、 を具備し、 上記トルク計測対象軸に印加されるトルクによって生じ
   るねじれを上記第１の取付台座と上記第２の取付台座と
   の間に介挿された上記起歪板の起歪部に伝達させ、その
   起歪部に伝達されたひずみを上記起歪部に添着された上
   記ひずみゲージによって電気的出力として取り出すこと
   によって上記トルク計測対象軸に生じるトルクを計測し
   得るように構成したことを特徴とする簡易取付型のトル
   ク変換器。
2. 【請求項２】 上記第１の上台座と上記第１の下台座が
   上記第１の固定部材で一体化され、かつ上記第２の上台
   座と上記第２の下台座が上記起歪板を正規の状態で上記
   第２の固定部材で一体化されるようにするため、上記第
   １の下台座と上記第２の下台座のそれぞれおよび／また
   は上記第１の上台座と上記第２の上台座のそれぞれを一
   体に仮固定する剛性大なる位置決め用ダミー部材を具備
   することを特徴とする請求項１記載の簡易取付型のトル
   ク変換器。
3. 【請求項３】 上記起歪板における起歪部の位置を、上
   記トルク計測対象軸から外方に離れた位置に設定し、当
   該トルク計測対象軸に生じるトルクに基づくねじり変位
   を該トルク計測対象軸の半径方向で拡大するように構成
   したことを特徴とする請求項１記載の簡易取付型のトル
   ク変換器。
4. 【請求項４】 上記起歪板の長さに対し起歪部の長さを
   充分短く設定することにより、上記トルク計測対象軸に
   生じるトルクに基づいて上記第１の取付台座と上記第２
   の取付台座との間に生じるねじり変位を、該トルク計測
   対象軸の軸方向で拡大するように構成することを特徴と
   する請求項１記載の簡易取付型のトルク変換器。