JP3760856B2 - トルク検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトルク検出装置に係り、特に把持部に作用する操作力の傾きによる誤差を解消するように構成したトルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来のトルク検出装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はトルク検出値を示す指示機構の平面図である。
【０００３】
図１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、例えば、ボルトあるいはナットなどの締め付けトルクを測定する従来のトルク検出装置としては、操作者が把持する把持部１０を有する棒状のフレーム１２と、フレーム１２の先端部に設けられボルトあるいはナットなどに係合する工具が装着される係合部１４と、フレーム１２の内部空間に設けられたトルク指示機構１６と、から構成されている。
【０００４】
トルク指示機構１６は、係合部１４の軸と一体に結合され、フレーム１２の内部空間に沿って延在形成されたダイアルバー１８と、ダイアルバー１８の先端に連結されたＴ字状ギヤ２０と、Ｔ字状ギヤ２０に噛合する小径ギヤ２２と、小径ギヤ２２の軸２４の端部に支持された指示針２６とから構成されている。
【０００５】
操作者が把持部１０を締め付け方向へ回動操作することにより、ダイアルバー１８が角度θ撓むと、ダイアルバー１８の先端に連結されたＴ字状ギヤ２０が角度α回動する。そして、Ｔ字状ギヤ２０に噛合する小径ギヤ２２が回転駆動されて指示針２６が角度β回動する。
【０００６】
操作者は、指示針２６の先端が指す目盛りを読むことで係合部１４に作用したトルクＴを読み取ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトルク検出装置では、操作者が把持部１０を把持してフレーム１２を締め付け方向に回動させるとき、把持部１０を把持した位置によって把持部１０を回動操作する際に把持部１０の根元付近を中心とする回転モーメントが作用してしまい、この回転モーメントが係合部１４を締め付け方向に回動させるトルクに加算された値がトルクの検出値になってしまうという問題があった。
【０００８】
従って、従来は、把持部１０をフレーム１２の中間部分を支点として回動させるような操作力を付与した場合、あるいは操作者の把持する位置が異なる場合には、係合部１４にトルクを作用させない状態であるのに、指示針２６が回動してしまうため、操作力の作用位置あるいは作用方向によってトルク検出値に誤差が生じることになる。
【０００９】
また、ねじの取付位置によっては、狭くて操作しにくかったり、あるいは他の部材と干渉しないように把持部１０を操作する必要があり、係合部１４にトルクが伝達されるように把持部１０を操作することが難しい場合もある。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題を解決したトルク検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、被回転部に係合する係合部を有する第１アームと、第１アームに作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、操作力が付与される把持部を有する第２アームと、第２アームに作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、一端に第１のアームが支持され、他端に第２のアームが支持された支持ベースと、第１の歪検出部で検出された検出値と第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、を備えており、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、第１の歪検出部は、第１のアームの係合部と一体に設けられ、第２のアーム側へ延在形成された第１の指示部であり、第２の歪検出部は、第２のアームの把持部と一体に設けられ、第１のアーム側へ延在形成された第２の指示部であり、指示部は、第１の指示部の端部と第２の指示部の端部との相対変位により被回転部に作用するトルクのみを指示するものであり、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、第１の歪検出部及び第２の歪検出部は、第１のアーム及び第２のアームの起歪部に貼り付けられた歪ゲージからなり、指示部は、歪ゲージから得られた信号の比較により被回転部に作用するトルクのみを指示することを特徴とするものであり、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、被回転部に係合する係合部と、係合部に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、一端に係合部の端部が挿入される取付孔が設けられた支持ベースと、支持ベースの他端に設けられ、操作力が付与される把持部と、把持部に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、第１の歪検出部で検出された検出値と第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、を備えており、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図２は本発明になるトルク検出装置の第１実施例を示す平面図である。図３はトルク検出装置の第１実施例の側面図である。
図２及び図３に示されるように、トルク検出装置３０は、ナットまたはボルトなどの被回転部に係合する係合部３２を有する第１アーム３４と、第１アーム３４に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部３６と、操作力が付与される把持部３８を有する第２アーム４０と、第２アーム４０に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部４２と、一端に第１のアーム３４が支持され、他端に第２のアーム４０が支持された支持ベース４４と、第１の歪検出部３６で検出された検出値と第２の歪検出部４２で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクから操作力の作用方向の傾きによる歪を除いたトルクを示す指示部４６とから構成されている。
【００１６】
また、第１の歪検出部３６は、第１のアーム３４の係合部３２と一体に設けられ、第２のアーム４０側へ延在形成された指示針（第１の指示部）４８を有する。この指示針４８は、第１のアーム３４の撓み量を基端から先端４８ａまでの長さＬ１により拡大する。尚、指示針４８の長さＬ１を係合部３２の長さＬ３よりも十分に大きくとることでトルク検出精度が高まる（Ｌ１＞Ｌ３）。
【００１７】
また、第２の歪検出部４２は、第２のアーム４０の把持部３８と一体に設けられ、第１のアーム４２側へ延在形成された目盛り部（第２の指示部）５０を有する。目盛り部５０は、扇形状に形成された目盛り板５０ａと、目盛り板５０ａを指示する腕部５０ｂとを有する。この目盛り板５０ａは、腕部５０ｂの延在長さＬ２により第２のアーム４０の撓み量を拡大する。
【００１８】
指示部４６は、指示針４８と目盛り部５０との相対変位により係合部３２に作用するトルクから操作力の作用方向の傾きまたは作用位置のずれによる歪を除いたトルクが指示される。そのため、トルク検出装置３０では、操作力の作用方向のばらつきに拘らず係合部３２に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１９】
第１のアーム３４は、支持ベース４４の延在方向に延在する向きに配置されており、両端近傍には、係止ピン５２，５４が挿通される係止孔３４ａ，３４ｂが設けられている。また、係止ピン５２，５４は、支持ベース４４に設けられたねじ孔４４ａ，４４ｂに螺入される。また、第１のアーム３４は、係止孔３４ａと３４ｂの間に延在する起歪部３４ｃが細く括れているため、後述するように締め付けトルクの作用により撓みやすい形状となっている。そして、第１のアーム３４と一体に設けられた指示針４８は、第１のアーム３４の撓み量に応じて係止ピン５２を中心に回動する。
【００２０】
係合部３２は、先端に六角形状のナットまたはボルトに係合される係合凹部３２ａを有し、係止ピン５２よりも先端側に突出しており、係止ピン５２を支点として揺動することができる。係合部３２は、第１のアーム３４と一体に設けられているため、支持ベース４４に回転方向（Ａ方向またはＢ方向）の操作力が伝達されると、係止ピン５２を支点として回動すると共に、第１のアーム３４が係止ピン５２，５４間で湾曲するように撓む。
【００２１】
そして、係合部３２が係止ピン５２を支点として回動するのに伴って、係合部３２と一体に設けられた指示針４８は、係止ピン５２を支点として回動するため、支持ベース４４の中心線に対して第１のアーム３４の撓み量に応じた角度だけ回動する。これにより、指示針４８の先端４８ａは、目盛り部５０に対して変位する。
【００２２】
一方、第２のアーム４０は、支持ベース４４の延在方向に延在する向きに配置されており、両端近傍には、係止ピン５６，５８が挿通される係止孔４０ａ，４０ｂが設けられている。また、係止ピン５６，５８は、支持ベース４４に設けられたねじ孔４４ｃ，４４ｄに螺入される。また、第２のアーム４０は、係止孔４０ａと４０ｂの間に延在する起歪部４０ｃが細く括れているため、後述するように締め付けトルクの作用により撓みやすい形状となっている。そして、第２のアーム４０と一体に設けられた目盛り部５０は、第２のアーム４０の撓み量に応じて係止ピン５８を中心に回動する。
【００２３】
把持部３８は、支持ベース４４の他端側より突出しており、係止ピン５８を回動支点として揺動可能に設けられている。また、目盛り部５０は、把持部３８と一体に設けられているので、把持部３８に回転方向（Ｃ方向またはＤ方向）の操作力が付与されると、係止ピン５８を支点として回動すると共に、第２のアーム４０が係止ピン５６，５８間で湾曲するように撓む。
【００２４】
そして、把持部３８が係止ピン５８を支点として回動するのに伴って、把持部３８と一体に設けられた目盛り部５０は、係止ピン５８を支点として回動するため、支持ベース４４の中心線に対して第２のアーム４０の撓み量に応じた角度だけ回動する。これにより、目盛り部５０の目盛り板５０ａは、指示針４８に対して変位する。尚、指示針４８の回動方向と目盛り部５０の回動方向は、互いに逆方向となる。
【００２５】
図４はトルク検出装置３０の力の作用について説明するための図である。
図４に示されるように、トルク検出装置３０において、係合部３２に係合するナットまたはボルトの回転中心Ｏから係合部３２の回動中心Ｐ１（係止ピン５２）までの距離をｘ１、回転中心Ｏから把持部３８の回動中心Ｐ２（係止ピン５８）までの距離をｘ２、回転中心Ｏから操作力の作用点までの距離をＬとすると、回動中心Ｐ１の回転モーメントｙ１、回動中心Ｐ２の回転モーメントｙ２は、次式のように表せる。
ｙ１＝ａｘ１＋ｂ…（１）
ｙ２＝ａｘ２＋ｂ…（２）
そして、上記２式より、
ａ＝（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）…（３）
ｂ＝（ｙ１＋ｙ２−ａｘ１−ａｘ２）／２ …（４）
が得られる。この（３）（４）式より、締め付けトルクＴの演算式は、
Ｔ＝（ｙ１ｘ２−ｙ２ｘ１）／（ｘ２−ｘ１）…（５）
となる。従って、トルク検出装置３０を用いた場合の締め付けトルクＴは、操作力の作用点の位置（Ｌの値）に拘らず、求めることが可能になる。すなわち、操作者は、把持部３８を把持する位置や把持部３８を押圧操作するときの押圧方向に神経を使わずに操作しても正確な締め付けトルクＴが測定される。
【００２６】
また、上記実施例の第１のアーム３４と第２のアーム４０との剛性が同じになるように製作した場合、上記（５）式から、図２，図４に示す長さ比をＬ１：Ｌ２＝ｘ２：ｘ１とすることにより、指示針４８と目盛り部５０との相対変位による補正が可能になる。
【００２７】
ここで、上記のように構成されたトルク検出装置３０を用いたトルク検出動作について説明する。
【００２８】
図５はトルク検出装置３０のトルク検出動作を説明するための平面図である。尚、図５においては、トルク検出装置３０を用いてナット６０を所定の締め付けトルクで締める場合について説明する。
図５に示されるように、トルク検出装置３０は、係合部３２の係合凹部３２ａに六角形状のナット（被回転部）６０に係合されて、把持部３８をＤ方向へ回動操作することで、操作力Ｆが締め付けトルクＴとなってナット６０に作用させる。ナット６０を締め付ける締め付けトルクＴは、係合部３２と一体に形成された第１のアーム３４の撓み量によって検出される。すなわち、第１のアーム３４と一体に設けられた指示針４８は、相対的に第１のアーム３４の側方にずれ、第１のアーム３４の撓み量に応じた角度αだけずれる。よって、指示針４８は、先端４８ａが目盛り部５０に対して反時計方向に角度α回動変位する。
【００２９】
また、操作者は、把持部３８を把持する際の持ち方によって支持ベース４４を回動させる方向（支持ベース４４の延在方向と直交する方向）以外の方向に操作力を付与してしまう場合がある。このような操作力の作用方向が把持部３８の延在方向と直交する方向以外の方向に作用させた場合には、第２のアーム４０が撓む。この第２のアーム４０の撓み量は、第２のアーム４０に対する目盛り部５０の回動角度βとなる。
【００３０】
目盛り部５０は、第２のアーム４０の撓み量に応じて時計方向に角度β回動変位するため、指示針４８の動作方向（反時計方向）に対して逆方向に回動変位する。これにより、指示部４６は、指示針４８と目盛り部５０との相対変位により把持部３８に対する操作力の作用方向または作用位置のばらつきによるトルク変動の影響を受けずにナット６０に作用した締め付けトルクＴのみを正確に測定することが可能になる。
【００３１】
尚、把持部３８をＣ方向に回動操作する場合も指示部４６は、上記と動作同様に指示針４８と目盛り部５０との相対変位により把持部３８に対する操作力の作用方向のばらつきによるトルク変動の影響を受けずに締め付けトルクＴのみを正確に測定することが可能になる。
【００３２】
図６はトルク検出装置の第２実施例を示す平面図である。図７はトルク検出装置の第２実施例の側面図である。
図６及び図７に示されるように、トルク検出装置７０は、ナットまたはボルトなどの被回転部に係合する係合部７２を有する第１アーム７４と、第１アーム７４に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部７６と、操作力が付与される把持部７８を有する第２アーム８０と、第２アーム８０に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部８２と、一端に第１のアーム７４が支持され、他端に第２のアーム８０が支持された支持ベース８４と、第１の歪検出部７６で検出された検出値と第２の歪検出部８２で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクから操作力の作用方向の傾きによる歪を除いたトルクを示す指示部８６とから構成されている。
【００３３】
第１の歪検出部７６は、第１のアーム７４の起歪部７４ｃの両面に貼り付けられた歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４から構成されている。また、第２の歪検出部８２は、第２のアーム８０の起歪部８０ｃの両面に貼り付けられた歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４から構成されている。
【００３４】
指示部８６は、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４、Ｇｂ１〜Ｇｂ４から得られた信号の比較により被回転部に作用するトルクから操作力の作用方向の傾きによる歪を除いたトルクを得るための検出回路を有する。
【００３５】
また、支持ベース８４は、断面がコ字状に形成された上カバー８４Ａと下カバー８４Ｂを上下方向から結合させた構成であり、上カバー８４Ａと下カバー８４Ｂとの間に中空部８４ａを有する。中空部８４ａには、第１アーム７４及び第２アーム８０が収納されている。また、第１アーム７４と第２アーム８０との間には、指示部８６が配置されており、指示部８６の上面に設けられたトルク表示部９０が支持ベース８４の中央に設けられた窓８４ｂに対向している。
【００３６】
第１のアーム７４は、支持ベース８４の延在方向に延在する向きに配置されており、両端近傍には、係止ピン９２，９４が挿通される係止孔７４ａ，７４ｂが設けられている。また、係止ピン９２，９４は、係止孔７４ａ，７４ｂを貫通して支持ベース８４の小孔に挿通されている。
【００３７】
また、第１のアーム７４は、係止孔７４ａと７４ｂの間に延在する起歪部７４ｃが細く括れているため、後述するように締め付けトルクの作用により撓みやすい形状となっている。そして、係止ピン９２の近傍に位置する第１のアーム７４の起歪部７４ｃには、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４が貼り付けられている。
【００３８】
係合部７２は、先端に六角形状のナットまたはボルトに係合される係合凹部７２ａを有し、係止ピン９２よりも先端側に突出しており、係止ピン９２を支点として揺動することができる。係合部７２は、第１のアーム７４と一体に設けられているため、支持ベース８４に回転方向（Ａ方向またはＢ方向）の操作力が伝達されると、係止ピン９２を支点として回動すると共に、第１のアーム７４が係止ピン９２，９４間で湾曲するように撓む。
【００３９】
一方、第２のアーム８０は、支持ベース８４の延在方向に延在する向きに配置されており、両端近傍には、係止ピン９６，９８が挿通される係止孔８０ａ，８０ｂが設けられている。また、係止ピン９６，９８は、係止孔８０ａ，８０ｂを貫通して、支持ベース８４の小孔に挿通される。第２のアーム８０は、係止孔８０ａと８０ｂの間に延在する起歪部８０ｃが細く括れているため、後述するように締め付けトルクの作用により撓みやすい形状となっている。
【００４０】
把持部７８は、支持ベース８４の他端側より突出しており、係止ピン９８を回動支点として揺動可能に設けられている。また、把持部７８に回転方向（Ｃ方向またはＤ方向）の操作力が付与されると、係止ピン９８を支点として回動すると共に、第２のアーム８０が係止ピン９６，９８間で湾曲するように撓む。
【００４１】
図８は第２実施例のトルク検出回路を示す回路図である。
図８に示されるように、トルク検出回路１００は、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４、Ｇｂ１〜Ｇｂ４からなるホイストンブリッジ回路１０２と、ホイストンブリッジ回路１０２のＡ，Ｂ間の電位差を検出する差動増幅器１０４と、差動増幅器１０４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０６と、Ａ／Ｄコンバータ１０６からの出力に基づいて締め付けトルクＴの数値を表示する表示部９０とから構成されている。
【００４２】
ホイストンブリッジ回路１０２は、歪ゲージＧａ１とＧｂ３、歪ゲージＧｂ２とＧａ３、歪ゲージＧａ２とＧｂ４、歪ゲージＧａ４とＧｂ１がひし形の各辺をつなぐように配置されている。従って、ホイストンブリッジ回路１０２は、起歪部７４ｃの歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４の何れかと起歪部８０ｃの歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４の何れかとが直列となるように設けられている。
【００４３】
そして、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４、Ｇｂ１〜Ｇｂ４は、引っ張り荷重あるいは圧縮荷重によってその抵抗値が変化するため、起歪部７４ｃ，８０ｃに撓みが生じると、第１のアーム７４の撓み量と第２のアーム８０の撓み量とが相殺されて第２のアーム８０の撓み量を差し引いた係合部７２の締め付けトルクＴのみが表示部９０に表示される。
【００４４】
ここで、上記係止ピン９２の回りの歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４の出力感度と、係止ピン９８の回りの歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４の出力感度とが同じになるように製作した場合、前述した（５）式から、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４と歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４との出力比をＧａ：Ｇｂ＝ｘ２：ｘ１となるように、例えば、歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４に並列に可変抵抗を設けてこれを調整することにより、第２のアーム８０に生じた撓みによる誤差の補正が可能になる。
【００４５】
ここで、上記のように構成されたトルク検出装置７０を用いたトルク検出動作について説明する。
【００４６】
図９はトルク検出装置７０のトルク検出動作を説明するための平面図である。尚、図９においては、トルク検出装置７０を用いてナット６０を所定の締め付けトルクで締める場合について説明する。
図９に示されるように、トルク検出装置７０は、係合部７２の係合凹部７２ａに六角形状のナット（被回転部）６０に係合されて、把持部７８をＤ方向へ回動操作することで、操作力Ｆが締め付けトルクＴとなってナット６０に作用させる。ナット６０を締め付ける締め付けトルクＴは、係合部７２と一体に形成された第１のアーム７４の撓み量によって検出される。すなわち、第１のアーム７４の起歪部７４ｃに貼り付けられた歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４により第１のアーム７４の撓み量に応じた抵抗値として得られる。
【００４７】
また、操作者は、把持部７８を把持する際の持ち方によって支持ベース８４を回動させる方向（支持ベース８４の延在方向と直交する方向）以外の方向に操作力を付与してしまう場合がある。このような操作力の作用方向が把持部７８の延在方向と直交する方向以外の方向に作用させた場合には、第２のアーム８０が撓む。この第２のアーム８０の撓み量は、起歪部８０ｃに貼り付けられた歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４により第２のアーム８０の撓み量に応じた抵抗値として得られる。
【００４８】
これにより、指示部８６は、上記ホイストンブリッジ回路１０２により把持部７８に対する操作力Ｆの作用方向あるいは作用位置のばらつきによるトルク変動の影響を受けずにナット６０に作用した締め付けトルクＴのみを正確に測定することが可能になる。
【００４９】
図１０はトルク検出装置の第３実施例を示す平面図である。図１１はトルク検出装置の第３実施例の側面図である。
図１０及び図１１に示されるように、トルク検出装置１１０は、被回転部に係合する係合部１１２と、係合部１１２に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部１１４と、一端に係合部１１２の端部が挿入される取付孔１１６が設けられた支持ベース１１８と、支持ベース１１８の他端に設けられ、操作力が付与される把持部１２０と、把持部１２０に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部１２２とを備えてなる。
【００５０】
トルク検出装置１１０では、支持ベース１１８と把持部１２０とが一体形成されており、係合部１１２が着脱自在に取付孔１１６に装着される。
【００５１】
また、トルク検出装置１１０は、支持ベース１１８の上面に指示部１２４が設けられている。この指示部１２４は、第１の歪検出部１１４で検出された検出値と第２の歪検出部１２２で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクを求め、その値を表示部１２６に表示する。
【００５２】
さらに、指示部１２４には、各種の入力操作を行うための操作スイッチ１２８が複数設けられている。また、支持ベース１１８の側面には、測定データを外部機器へ転送するケーブルを接続するためのコネクタ１２９が取り付けられている。
【００５３】
係合部１１２は、一端に六角形状のナットまたはボルトに係合する係合凹部１１２ａを有し、他端に支持ベース１１８の取付孔１１６に挿入される第１の歪検出部１１４を有する。第１の歪検出部１１４は、取付孔１１６の内径よりも小径に括れた起歪部１３０の側面に歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４が貼り付けられている。
【００５４】
また、第１の歪検出部１１４は、起歪部１３０の付け根部に取付孔１１６の入り口との隙間をシールするＯリング１３２が装着され、起歪部１３０の先端側には取付孔１１６に嵌合する丸棒状の嵌合部１３４を有する。
【００５５】
さらに、取付孔１１６に挿入された嵌合部１３４は、支持ベース１１８の下面に設けられたねじ孔１３６に螺入されたねじ１３８により締結される。そして、係合部１１２を交換するときは、ねじ１３８を緩めて締結を解除する。従って、係合部１１２及び第１の歪検出部１１４を容易に交換することができ、被回転部の形状や取り付け位置などに対応した形状の係合部を用意しておくことにより、トルク測定対象を広げることができる。
【００５６】
また、係合部１１２を複数種用意することで、例えば、係合凹部１１２ａから第１の歪検出部１１４までの距離を小さく設定したものと交換することも可能になり、これにより、トルクの測定感度を高めることができる。
【００５７】
また、第２の歪検出部１２２は、把持部１２０の付け根部分の両側面に貼り付けられた歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４により構成されている。そして、係合部１１２の起歪部１３０に取り付けられた歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４と、把持部１２０に取り付けられた歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４とは、前述した第２実施例と同様にホイストンブリッジ回路１０２（図８参照）を構成する。
【００５８】
このように構成されたトルク検出装置１１０では、前述した第２実施例と同様に、上記ホイストンブリッジ回路１０２により把持部１２０に対する操作力Ｆの作用方向あるいは作用位置のばらつきによるトルク変動の影響を受けずにナット６０に作用した締め付けトルクＴのみを正確に測定することが可能になる。
【００５９】
尚、上記実施例では、ナットまたはボルトを締め付けるトルクを測定する場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の被回転部に作用するトルクを検出するのにも適用できるのは勿論である。
【００６０】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、被回転部に係合する係合部を有する第１アームと、第１アームに作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、操作力が付与される把持部を有する第２アームと、第２アームに作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、一端に第１のアームが支持され、他端に第２のアームが支持された支持ベースと、第１の歪検出部で検出された検出値と第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、を備えてなるため、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００６１】
また、請求項２記載の発明によれば、第１の歪検出部は、第１のアームの係合部と一体に設けられ、第２のアーム側へ延在形成された第１の指示部であり、第２の歪検出部は、第２のアームの把持部と一体に設けられ、第１のアーム側へ延在形成された第２の指示部であり、指示部は、第１の指示部の端部と第２の指示部の端部との相対変位により被回転部に作用するトルクのみを指示するものであるため、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００６２】
また、請求項３記載の発明によれば、第１の歪検出部及び第２の歪検出部は、第１のアーム及び第２のアームの起歪部に貼り付けられた歪ゲージからなり、指示部は、歪ゲージから得られた信号の比較により被回転部に作用するトルクのみを指示するため、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００６３】
また、請求項４記載の発明によれば、被回転部に係合する係合部と、係合部に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、一端に係合部の端部が挿入される取付孔が設けられた支持ベースと、支持ベースの他端に設けられ、操作力が付与される把持部と、把持部に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、第１の歪検出部で検出された検出値と第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、を備えてなるため、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。また、係合部及び第１の歪検出部を容易に交換することができ、被回転部の形状や取り付け位置などに対応した形状の係合部を用意しておくことにより、トルク測定対象を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のトルク検出装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はトルク検出値を示す指示機構の平面図である。
【図２】本発明になるトルク検出装置の第１実施例を示す平面図である。
【図３】トルク検出装置の第１実施例の側面図である。
【図４】トルク検出装置３０の力の作用について説明するための図である。
【図５】トルク検出装置３０のトルク検出動作を説明するための平面図である。
【図６】トルク検出装置の第２実施例を示す平面図である。
【図７】トルク検出装置の第２実施例の側面図である。
【図８】第２実施例のトルク検出回路を示す回路図である。
【図９】トルク検出装置７０のトルク検出動作を説明するための平面図である。
【図１０】トルク検出装置の第３実施例を示す平面図である。
【図１１】トルク検出装置の第３実施例の側面図である。
【符号の説明】
３０，７０，１１０ トルク検出装置
３２，７２，１１２ 係合部
３４，７４，１１４ 第１アーム
３４ｃ，７４ｃ，７４ｃ，８０ｃ 起歪部
３６，７６，１１４ 第１の歪検出部
３８，７８，１２０ 把持部
４０，８０ 第２アーム
４２，８２，１２２ 第２の歪検出部
４４，８４，１１８ 支持ベース
４６，８６，１２４ 指示部
４８ 指示針
５０ 目盛り部
５２，５４，５６，５８，９２，９４，９６，９８ 係止ピン
６０ ナット
９０，１２６ 表示部
１００ トルク検出回路
１０２ ホイストンブリッジ回路
１１６ 取付孔
１３０ 起歪部
１３２ Ｏリング
１３４ 嵌合部
【発明の属する技術分野】
本発明はトルク検出装置に係り、特に把持部に作用する操作力の傾きによる誤差を解消するように構成したトルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来のトルク検出装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はトルク検出値を示す指示機構の平面図である。
【０００３】
図１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、例えば、ボルトあるいはナットなどの締め付けトルクを測定する従来のトルク検出装置としては、操作者が把持する把持部１０を有する棒状のフレーム１２と、フレーム１２の先端部に設けられボルトあるいはナットなどに係合する工具が装着される係合部１４と、フレーム１２の内部空間に設けられたトルク指示機構１６と、から構成されている。
【０００４】
トルク指示機構１６は、係合部１４の軸と一体に結合され、フレーム１２の内部空間に沿って延在形成されたダイアルバー１８と、ダイアルバー１８の先端に連結されたＴ字状ギヤ２０と、Ｔ字状ギヤ２０に噛合する小径ギヤ２２と、小径ギヤ２２の軸２４の端部に支持された指示針２６とから構成されている。
【０００５】
操作者が把持部１０を締め付け方向へ回動操作することにより、ダイアルバー１８が角度θ撓むと、ダイアルバー１８の先端に連結されたＴ字状ギヤ２０が角度α回動する。そして、Ｔ字状ギヤ２０に噛合する小径ギヤ２２が回転駆動されて指示針２６が角度β回動する。
【０００６】
操作者は、指示針２６の先端が指す目盛りを読むことで係合部１４に作用したトルクＴを読み取ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトルク検出装置では、操作者が把持部１０を把持してフレーム１２を締め付け方向に回動させるとき、把持部１０を把持した位置によって把持部１０を回動操作する際に把持部１０の根元付近を中心とする回転モーメントが作用してしまい、この回転モーメントが係合部１４を締め付け方向に回動させるトルクに加算された値がトルクの検出値になってしまうという問題があった。
【０００８】
従って、従来は、把持部１０をフレーム１２の中間部分を支点として回動させるような操作力を付与した場合、あるいは操作者の把持する位置が異なる場合には、係合部１４にトルクを作用させない状態であるのに、指示針２６が回動してしまうため、操作力の作用位置あるいは作用方向によってトルク検出値に誤差が生じることになる。
【０００９】
また、ねじの取付位置によっては、狭くて操作しにくかったり、あるいは他の部材と干渉しないように把持部１０を操作する必要があり、係合部１４にトルクが伝達されるように把持部１０を操作することが難しい場合もある。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題を解決したトルク検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、被回転部に係合する係合部を有する第１アームと、第１アームに作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、操作力が付与される把持部を有する第２アームと、第２アームに作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、一端に第１のアームが支持され、他端に第２のアームが支持された支持ベースと、第１の歪検出部で検出された検出値と第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、を備えており、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、第１の歪検出部は、第１のアームの係合部と一体に設けられ、第２のアーム側へ延在形成された第１の指示部であり、第２の歪検出部は、第２のアームの把持部と一体に設けられ、第１のアーム側へ延在形成された第２の指示部であり、指示部は、第１の指示部の端部と第２の指示部の端部との相対変位により被回転部に作用するトルクのみを指示するものであり、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、第１の歪検出部及び第２の歪検出部は、第１のアーム及び第２のアームの起歪部に貼り付けられた歪ゲージからなり、指示部は、歪ゲージから得られた信号の比較により被回転部に作用するトルクのみを指示することを特徴とするものであり、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、被回転部に係合する係合部と、係合部に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、一端に係合部の端部が挿入される取付孔が設けられた支持ベースと、支持ベースの他端に設けられ、操作力が付与される把持部と、把持部に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、第１の歪検出部で検出された検出値と第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、を備えており、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図２は本発明になるトルク検出装置の第１実施例を示す平面図である。図３はトルク検出装置の第１実施例の側面図である。
図２及び図３に示されるように、トルク検出装置３０は、ナットまたはボルトなどの被回転部に係合する係合部３２を有する第１アーム３４と、第１アーム３４に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部３６と、操作力が付与される把持部３８を有する第２アーム４０と、第２アーム４０に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部４２と、一端に第１のアーム３４が支持され、他端に第２のアーム４０が支持された支持ベース４４と、第１の歪検出部３６で検出された検出値と第２の歪検出部４２で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクから操作力の作用方向の傾きによる歪を除いたトルクを示す指示部４６とから構成されている。
【００１６】
また、第１の歪検出部３６は、第１のアーム３４の係合部３２と一体に設けられ、第２のアーム４０側へ延在形成された指示針（第１の指示部）４８を有する。この指示針４８は、第１のアーム３４の撓み量を基端から先端４８ａまでの長さＬ１により拡大する。尚、指示針４８の長さＬ１を係合部３２の長さＬ３よりも十分に大きくとることでトルク検出精度が高まる（Ｌ１＞Ｌ３）。
【００１７】
また、第２の歪検出部４２は、第２のアーム４０の把持部３８と一体に設けられ、第１のアーム４２側へ延在形成された目盛り部（第２の指示部）５０を有する。目盛り部５０は、扇形状に形成された目盛り板５０ａと、目盛り板５０ａを指示する腕部５０ｂとを有する。この目盛り板５０ａは、腕部５０ｂの延在長さＬ２により第２のアーム４０の撓み量を拡大する。
【００１８】
指示部４６は、指示針４８と目盛り部５０との相対変位により係合部３２に作用するトルクから操作力の作用方向の傾きまたは作用位置のずれによる歪を除いたトルクが指示される。そのため、トルク検出装置３０では、操作力の作用方向のばらつきに拘らず係合部３２に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００１９】
第１のアーム３４は、支持ベース４４の延在方向に延在する向きに配置されており、両端近傍には、係止ピン５２，５４が挿通される係止孔３４ａ，３４ｂが設けられている。また、係止ピン５２，５４は、支持ベース４４に設けられたねじ孔４４ａ，４４ｂに螺入される。また、第１のアーム３４は、係止孔３４ａと３４ｂの間に延在する起歪部３４ｃが細く括れているため、後述するように締め付けトルクの作用により撓みやすい形状となっている。そして、第１のアーム３４と一体に設けられた指示針４８は、第１のアーム３４の撓み量に応じて係止ピン５２を中心に回動する。
【００２０】
係合部３２は、先端に六角形状のナットまたはボルトに係合される係合凹部３２ａを有し、係止ピン５２よりも先端側に突出しており、係止ピン５２を支点として揺動することができる。係合部３２は、第１のアーム３４と一体に設けられているため、支持ベース４４に回転方向（Ａ方向またはＢ方向）の操作力が伝達されると、係止ピン５２を支点として回動すると共に、第１のアーム３４が係止ピン５２，５４間で湾曲するように撓む。
【００２１】
そして、係合部３２が係止ピン５２を支点として回動するのに伴って、係合部３２と一体に設けられた指示針４８は、係止ピン５２を支点として回動するため、支持ベース４４の中心線に対して第１のアーム３４の撓み量に応じた角度だけ回動する。これにより、指示針４８の先端４８ａは、目盛り部５０に対して変位する。
【００２２】
一方、第２のアーム４０は、支持ベース４４の延在方向に延在する向きに配置されており、両端近傍には、係止ピン５６，５８が挿通される係止孔４０ａ，４０ｂが設けられている。また、係止ピン５６，５８は、支持ベース４４に設けられたねじ孔４４ｃ，４４ｄに螺入される。また、第２のアーム４０は、係止孔４０ａと４０ｂの間に延在する起歪部４０ｃが細く括れているため、後述するように締め付けトルクの作用により撓みやすい形状となっている。そして、第２のアーム４０と一体に設けられた目盛り部５０は、第２のアーム４０の撓み量に応じて係止ピン５８を中心に回動する。
【００２３】
把持部３８は、支持ベース４４の他端側より突出しており、係止ピン５８を回動支点として揺動可能に設けられている。また、目盛り部５０は、把持部３８と一体に設けられているので、把持部３８に回転方向（Ｃ方向またはＤ方向）の操作力が付与されると、係止ピン５８を支点として回動すると共に、第２のアーム４０が係止ピン５６，５８間で湾曲するように撓む。
【００２４】
そして、把持部３８が係止ピン５８を支点として回動するのに伴って、把持部３８と一体に設けられた目盛り部５０は、係止ピン５８を支点として回動するため、支持ベース４４の中心線に対して第２のアーム４０の撓み量に応じた角度だけ回動する。これにより、目盛り部５０の目盛り板５０ａは、指示針４８に対して変位する。尚、指示針４８の回動方向と目盛り部５０の回動方向は、互いに逆方向となる。
【００２５】
図４はトルク検出装置３０の力の作用について説明するための図である。
図４に示されるように、トルク検出装置３０において、係合部３２に係合するナットまたはボルトの回転中心Ｏから係合部３２の回動中心Ｐ１（係止ピン５２）までの距離をｘ１、回転中心Ｏから把持部３８の回動中心Ｐ２（係止ピン５８）までの距離をｘ２、回転中心Ｏから操作力の作用点までの距離をＬとすると、回動中心Ｐ１の回転モーメントｙ１、回動中心Ｐ２の回転モーメントｙ２は、次式のように表せる。
ｙ１＝ａｘ１＋ｂ…（１）
ｙ２＝ａｘ２＋ｂ…（２）
そして、上記２式より、
ａ＝（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）…（３）
ｂ＝（ｙ１＋ｙ２−ａｘ１−ａｘ２）／２ …（４）
が得られる。この（３）（４）式より、締め付けトルクＴの演算式は、
Ｔ＝（ｙ１ｘ２−ｙ２ｘ１）／（ｘ２−ｘ１）…（５）
となる。従って、トルク検出装置３０を用いた場合の締め付けトルクＴは、操作力の作用点の位置（Ｌの値）に拘らず、求めることが可能になる。すなわち、操作者は、把持部３８を把持する位置や把持部３８を押圧操作するときの押圧方向に神経を使わずに操作しても正確な締め付けトルクＴが測定される。
【００２６】
また、上記実施例の第１のアーム３４と第２のアーム４０との剛性が同じになるように製作した場合、上記（５）式から、図２，図４に示す長さ比をＬ１：Ｌ２＝ｘ２：ｘ１とすることにより、指示針４８と目盛り部５０との相対変位による補正が可能になる。
【００２７】
ここで、上記のように構成されたトルク検出装置３０を用いたトルク検出動作について説明する。
【００２８】
図５はトルク検出装置３０のトルク検出動作を説明するための平面図である。尚、図５においては、トルク検出装置３０を用いてナット６０を所定の締め付けトルクで締める場合について説明する。
図５に示されるように、トルク検出装置３０は、係合部３２の係合凹部３２ａに六角形状のナット（被回転部）６０に係合されて、把持部３８をＤ方向へ回動操作することで、操作力Ｆが締め付けトルクＴとなってナット６０に作用させる。ナット６０を締め付ける締め付けトルクＴは、係合部３２と一体に形成された第１のアーム３４の撓み量によって検出される。すなわち、第１のアーム３４と一体に設けられた指示針４８は、相対的に第１のアーム３４の側方にずれ、第１のアーム３４の撓み量に応じた角度αだけずれる。よって、指示針４８は、先端４８ａが目盛り部５０に対して反時計方向に角度α回動変位する。
【００２９】
また、操作者は、把持部３８を把持する際の持ち方によって支持ベース４４を回動させる方向（支持ベース４４の延在方向と直交する方向）以外の方向に操作力を付与してしまう場合がある。このような操作力の作用方向が把持部３８の延在方向と直交する方向以外の方向に作用させた場合には、第２のアーム４０が撓む。この第２のアーム４０の撓み量は、第２のアーム４０に対する目盛り部５０の回動角度βとなる。
【００３０】
目盛り部５０は、第２のアーム４０の撓み量に応じて時計方向に角度β回動変位するため、指示針４８の動作方向（反時計方向）に対して逆方向に回動変位する。これにより、指示部４６は、指示針４８と目盛り部５０との相対変位により把持部３８に対する操作力の作用方向または作用位置のばらつきによるトルク変動の影響を受けずにナット６０に作用した締め付けトルクＴのみを正確に測定することが可能になる。
【００３１】
尚、把持部３８をＣ方向に回動操作する場合も指示部４６は、上記と動作同様に指示針４８と目盛り部５０との相対変位により把持部３８に対する操作力の作用方向のばらつきによるトルク変動の影響を受けずに締め付けトルクＴのみを正確に測定することが可能になる。
【００３２】
図６はトルク検出装置の第２実施例を示す平面図である。図７はトルク検出装置の第２実施例の側面図である。
図６及び図７に示されるように、トルク検出装置７０は、ナットまたはボルトなどの被回転部に係合する係合部７２を有する第１アーム７４と、第１アーム７４に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部７６と、操作力が付与される把持部７８を有する第２アーム８０と、第２アーム８０に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部８２と、一端に第１のアーム７４が支持され、他端に第２のアーム８０が支持された支持ベース８４と、第１の歪検出部７６で検出された検出値と第２の歪検出部８２で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクから操作力の作用方向の傾きによる歪を除いたトルクを示す指示部８６とから構成されている。
【００３３】
第１の歪検出部７６は、第１のアーム７４の起歪部７４ｃの両面に貼り付けられた歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４から構成されている。また、第２の歪検出部８２は、第２のアーム８０の起歪部８０ｃの両面に貼り付けられた歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４から構成されている。
【００３４】
指示部８６は、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４、Ｇｂ１〜Ｇｂ４から得られた信号の比較により被回転部に作用するトルクから操作力の作用方向の傾きによる歪を除いたトルクを得るための検出回路を有する。
【００３５】
また、支持ベース８４は、断面がコ字状に形成された上カバー８４Ａと下カバー８４Ｂを上下方向から結合させた構成であり、上カバー８４Ａと下カバー８４Ｂとの間に中空部８４ａを有する。中空部８４ａには、第１アーム７４及び第２アーム８０が収納されている。また、第１アーム７４と第２アーム８０との間には、指示部８６が配置されており、指示部８６の上面に設けられたトルク表示部９０が支持ベース８４の中央に設けられた窓８４ｂに対向している。
【００３６】
第１のアーム７４は、支持ベース８４の延在方向に延在する向きに配置されており、両端近傍には、係止ピン９２，９４が挿通される係止孔７４ａ，７４ｂが設けられている。また、係止ピン９２，９４は、係止孔７４ａ，７４ｂを貫通して支持ベース８４の小孔に挿通されている。
【００３７】
また、第１のアーム７４は、係止孔７４ａと７４ｂの間に延在する起歪部７４ｃが細く括れているため、後述するように締め付けトルクの作用により撓みやすい形状となっている。そして、係止ピン９２の近傍に位置する第１のアーム７４の起歪部７４ｃには、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４が貼り付けられている。
【００３８】
係合部７２は、先端に六角形状のナットまたはボルトに係合される係合凹部７２ａを有し、係止ピン９２よりも先端側に突出しており、係止ピン９２を支点として揺動することができる。係合部７２は、第１のアーム７４と一体に設けられているため、支持ベース８４に回転方向（Ａ方向またはＢ方向）の操作力が伝達されると、係止ピン９２を支点として回動すると共に、第１のアーム７４が係止ピン９２，９４間で湾曲するように撓む。
【００３９】
一方、第２のアーム８０は、支持ベース８４の延在方向に延在する向きに配置されており、両端近傍には、係止ピン９６，９８が挿通される係止孔８０ａ，８０ｂが設けられている。また、係止ピン９６，９８は、係止孔８０ａ，８０ｂを貫通して、支持ベース８４の小孔に挿通される。第２のアーム８０は、係止孔８０ａと８０ｂの間に延在する起歪部８０ｃが細く括れているため、後述するように締め付けトルクの作用により撓みやすい形状となっている。
【００４０】
把持部７８は、支持ベース８４の他端側より突出しており、係止ピン９８を回動支点として揺動可能に設けられている。また、把持部７８に回転方向（Ｃ方向またはＤ方向）の操作力が付与されると、係止ピン９８を支点として回動すると共に、第２のアーム８０が係止ピン９６，９８間で湾曲するように撓む。
【００４１】
図８は第２実施例のトルク検出回路を示す回路図である。
図８に示されるように、トルク検出回路１００は、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４、Ｇｂ１〜Ｇｂ４からなるホイストンブリッジ回路１０２と、ホイストンブリッジ回路１０２のＡ，Ｂ間の電位差を検出する差動増幅器１０４と、差動増幅器１０４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０６と、Ａ／Ｄコンバータ１０６からの出力に基づいて締め付けトルクＴの数値を表示する表示部９０とから構成されている。
【００４２】
ホイストンブリッジ回路１０２は、歪ゲージＧａ１とＧｂ３、歪ゲージＧｂ２とＧａ３、歪ゲージＧａ２とＧｂ４、歪ゲージＧａ４とＧｂ１がひし形の各辺をつなぐように配置されている。従って、ホイストンブリッジ回路１０２は、起歪部７４ｃの歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４の何れかと起歪部８０ｃの歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４の何れかとが直列となるように設けられている。
【００４３】
そして、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４、Ｇｂ１〜Ｇｂ４は、引っ張り荷重あるいは圧縮荷重によってその抵抗値が変化するため、起歪部７４ｃ，８０ｃに撓みが生じると、第１のアーム７４の撓み量と第２のアーム８０の撓み量とが相殺されて第２のアーム８０の撓み量を差し引いた係合部７２の締め付けトルクＴのみが表示部９０に表示される。
【００４４】
ここで、上記係止ピン９２の回りの歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４の出力感度と、係止ピン９８の回りの歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４の出力感度とが同じになるように製作した場合、前述した（５）式から、歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４と歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４との出力比をＧａ：Ｇｂ＝ｘ２：ｘ１となるように、例えば、歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４に並列に可変抵抗を設けてこれを調整することにより、第２のアーム８０に生じた撓みによる誤差の補正が可能になる。
【００４５】
ここで、上記のように構成されたトルク検出装置７０を用いたトルク検出動作について説明する。
【００４６】
図９はトルク検出装置７０のトルク検出動作を説明するための平面図である。尚、図９においては、トルク検出装置７０を用いてナット６０を所定の締め付けトルクで締める場合について説明する。
図９に示されるように、トルク検出装置７０は、係合部７２の係合凹部７２ａに六角形状のナット（被回転部）６０に係合されて、把持部７８をＤ方向へ回動操作することで、操作力Ｆが締め付けトルクＴとなってナット６０に作用させる。ナット６０を締め付ける締め付けトルクＴは、係合部７２と一体に形成された第１のアーム７４の撓み量によって検出される。すなわち、第１のアーム７４の起歪部７４ｃに貼り付けられた歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４により第１のアーム７４の撓み量に応じた抵抗値として得られる。
【００４７】
また、操作者は、把持部７８を把持する際の持ち方によって支持ベース８４を回動させる方向（支持ベース８４の延在方向と直交する方向）以外の方向に操作力を付与してしまう場合がある。このような操作力の作用方向が把持部７８の延在方向と直交する方向以外の方向に作用させた場合には、第２のアーム８０が撓む。この第２のアーム８０の撓み量は、起歪部８０ｃに貼り付けられた歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４により第２のアーム８０の撓み量に応じた抵抗値として得られる。
【００４８】
これにより、指示部８６は、上記ホイストンブリッジ回路１０２により把持部７８に対する操作力Ｆの作用方向あるいは作用位置のばらつきによるトルク変動の影響を受けずにナット６０に作用した締め付けトルクＴのみを正確に測定することが可能になる。
【００４９】
図１０はトルク検出装置の第３実施例を示す平面図である。図１１はトルク検出装置の第３実施例の側面図である。
図１０及び図１１に示されるように、トルク検出装置１１０は、被回転部に係合する係合部１１２と、係合部１１２に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部１１４と、一端に係合部１１２の端部が挿入される取付孔１１６が設けられた支持ベース１１８と、支持ベース１１８の他端に設けられ、操作力が付与される把持部１２０と、把持部１２０に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部１２２とを備えてなる。
【００５０】
トルク検出装置１１０では、支持ベース１１８と把持部１２０とが一体形成されており、係合部１１２が着脱自在に取付孔１１６に装着される。
【００５１】
また、トルク検出装置１１０は、支持ベース１１８の上面に指示部１２４が設けられている。この指示部１２４は、第１の歪検出部１１４で検出された検出値と第２の歪検出部１２２で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクを求め、その値を表示部１２６に表示する。
【００５２】
さらに、指示部１２４には、各種の入力操作を行うための操作スイッチ１２８が複数設けられている。また、支持ベース１１８の側面には、測定データを外部機器へ転送するケーブルを接続するためのコネクタ１２９が取り付けられている。
【００５３】
係合部１１２は、一端に六角形状のナットまたはボルトに係合する係合凹部１１２ａを有し、他端に支持ベース１１８の取付孔１１６に挿入される第１の歪検出部１１４を有する。第１の歪検出部１１４は、取付孔１１６の内径よりも小径に括れた起歪部１３０の側面に歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４が貼り付けられている。
【００５４】
また、第１の歪検出部１１４は、起歪部１３０の付け根部に取付孔１１６の入り口との隙間をシールするＯリング１３２が装着され、起歪部１３０の先端側には取付孔１１６に嵌合する丸棒状の嵌合部１３４を有する。
【００５５】
さらに、取付孔１１６に挿入された嵌合部１３４は、支持ベース１１８の下面に設けられたねじ孔１３６に螺入されたねじ１３８により締結される。そして、係合部１１２を交換するときは、ねじ１３８を緩めて締結を解除する。従って、係合部１１２及び第１の歪検出部１１４を容易に交換することができ、被回転部の形状や取り付け位置などに対応した形状の係合部を用意しておくことにより、トルク測定対象を広げることができる。
【００５６】
また、係合部１１２を複数種用意することで、例えば、係合凹部１１２ａから第１の歪検出部１１４までの距離を小さく設定したものと交換することも可能になり、これにより、トルクの測定感度を高めることができる。
【００５７】
また、第２の歪検出部１２２は、把持部１２０の付け根部分の両側面に貼り付けられた歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４により構成されている。そして、係合部１１２の起歪部１３０に取り付けられた歪ゲージＧａ１〜Ｇａ４と、把持部１２０に取り付けられた歪ゲージＧｂ１〜Ｇｂ４とは、前述した第２実施例と同様にホイストンブリッジ回路１０２（図８参照）を構成する。
【００５８】
このように構成されたトルク検出装置１１０では、前述した第２実施例と同様に、上記ホイストンブリッジ回路１０２により把持部１２０に対する操作力Ｆの作用方向あるいは作用位置のばらつきによるトルク変動の影響を受けずにナット６０に作用した締め付けトルクＴのみを正確に測定することが可能になる。
【００５９】
尚、上記実施例では、ナットまたはボルトを締め付けるトルクを測定する場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の被回転部に作用するトルクを検出するのにも適用できるのは勿論である。
【００６０】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、被回転部に係合する係合部を有する第１アームと、第１アームに作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、操作力が付与される把持部を有する第２アームと、第２アームに作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、一端に第１のアームが支持され、他端に第２のアームが支持された支持ベースと、第１の歪検出部で検出された検出値と第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、を備えてなるため、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００６１】
また、請求項２記載の発明によれば、第１の歪検出部は、第１のアームの係合部と一体に設けられ、第２のアーム側へ延在形成された第１の指示部であり、第２の歪検出部は、第２のアームの把持部と一体に設けられ、第１のアーム側へ延在形成された第２の指示部であり、指示部は、第１の指示部の端部と第２の指示部の端部との相対変位により被回転部に作用するトルクのみを指示するものであるため、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００６２】
また、請求項３記載の発明によれば、第１の歪検出部及び第２の歪検出部は、第１のアーム及び第２のアームの起歪部に貼り付けられた歪ゲージからなり、指示部は、歪ゲージから得られた信号の比較により被回転部に作用するトルクのみを指示するため、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。
【００６３】
また、請求項４記載の発明によれば、被回転部に係合する係合部と、係合部に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、一端に係合部の端部が挿入される取付孔が設けられた支持ベースと、支持ベースの他端に設けられ、操作力が付与される把持部と、把持部に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、第１の歪検出部で検出された検出値と第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、を備えてなるため、操作力の作用方向のばらつきに拘らず被回転部に作用するトルクのみを正確に検出することが可能になる。また、係合部及び第１の歪検出部を容易に交換することができ、被回転部の形状や取り付け位置などに対応した形状の係合部を用意しておくことにより、トルク測定対象を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のトルク検出装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はトルク検出値を示す指示機構の平面図である。
【図２】本発明になるトルク検出装置の第１実施例を示す平面図である。
【図３】トルク検出装置の第１実施例の側面図である。
【図４】トルク検出装置３０の力の作用について説明するための図である。
【図５】トルク検出装置３０のトルク検出動作を説明するための平面図である。
【図６】トルク検出装置の第２実施例を示す平面図である。
【図７】トルク検出装置の第２実施例の側面図である。
【図８】第２実施例のトルク検出回路を示す回路図である。
【図９】トルク検出装置７０のトルク検出動作を説明するための平面図である。
【図１０】トルク検出装置の第３実施例を示す平面図である。
【図１１】トルク検出装置の第３実施例の側面図である。
【符号の説明】
３０，７０，１１０ トルク検出装置
３２，７２，１１２ 係合部
３４，７４，１１４ 第１アーム
３４ｃ，７４ｃ，７４ｃ，８０ｃ 起歪部
３６，７６，１１４ 第１の歪検出部
３８，７８，１２０ 把持部
４０，８０ 第２アーム
４２，８２，１２２ 第２の歪検出部
４４，８４，１１８ 支持ベース
４６，８６，１２４ 指示部
４８ 指示針
５０ 目盛り部
５２，５４，５６，５８，９２，９４，９６，９８ 係止ピン
６０ ナット
９０，１２６ 表示部
１００ トルク検出回路
１０２ ホイストンブリッジ回路
１１６ 取付孔
１３０ 起歪部
１３２ Ｏリング
１３４ 嵌合部
Claims (4)
- 被回転部に係合する係合部を有する第１アームと、
該第１アームに作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、
操作力が付与される把持部を有する第２アームと、
該第２アームに作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、
一端に前記第１のアームが支持され、他端に前記第２のアームが支持された支持ベースと、
前記第１の歪検出部で検出された検出値と前記第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて前記被回転部に作用するトルクを示す指示部と、
を備えてなることを特徴とするトルク検出装置。 - 前記第１の歪検出部は、前記第１のアームの係合部と一体に設けられ、前記第２のアーム側へ延在形成された第１の指示部であり、
前記第２の歪検出部は、前記第２のアームの把持部と一体に設けられ、前記第１のアーム側へ延在形成された第２の指示部であり、
前記指示部は、前記第１の指示部の端部と前記第２の指示部の端部との相対変位により前記被回転部に作用するトルクのみを指示することを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。 - 前記第１の歪検出部及び第２の歪検出部は、前記第１のアーム及び前記第２のアームの起歪部に貼り付けられた歪ゲージからなり、
前記指示部は、前記歪ゲージから得られた信号の比較により前記被回転部に作用するトルクのみ指示することを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。 - 被回転部に係合する係合部と、
該係合部に作用するトルクに応じた歪を検出する第１の歪検出部と、
一端に前記係合部の端部が挿入される取付孔が設けられた支持ベースと、
該支持ベースの他端に設けられ、操作力が付与される把持部と、
該把持部に作用する操作力の作用方向に応じた歪を検出する第２の歪検出部と、
前記第１の歪検出部で検出された検出値と前記第２の歪検出部で検出された検出値との差に基づいて前記被回転部に作用するトルクのみを指示する指示部と、
を備えてなることを特徴とするトルク検出装置。
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