JPH0427834A - トルクリミッタ - Google Patents

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】 鼓１じど訪 本発明は、トルク計、より詳細には、歯車回転される負
荷トルクを該負荷側歯車と翻動側歯車との間に回転自在
に軸承された中間歯車に作用する軸力から測定するトル
ク計に関する。

ｋ米致嵐 回転駆動される負荷のトルクを測定することは駆動軸の
駆動安金上も必要であり、また、エンジンの動力、船舶
舶の推進機の軸馬力の測定には欠かせないものである。

またバルブアクチュエータのように、閉弁に伴なう駆動
停止の検知手段としても利用され応用分野は枚挙できな
い程である。

トルクの測定には、駆動軸の捩り応力をストレンゲージ
を用いて測定し、捩り応力に比例する値としてトルクを
求めることが行われている。しかしストレンゲージの出
力は小さく、しかも回転ひずみ出力を取り出すためにス
リップリングを使用しているので、その接触ノイズは相
対的に大きくＳＮ比が劣化する等の問題があった。また
、ストレンゲージを被測物体に貼着するとき、絶縁抵抗
が精度に大きく影響するので、特に屋外で使用する場合
絶縁処理に注意を要した。このようなトルクの測定は精
度の高いものであるが１通常は必ずしも高精度である必
要はなく、このために簡易なトルク計を利用したトルク
リミッタ等が多く市販されている。

第６図に、−例としてトルクをばね力の変位に変換する
トルク計を利用したトルクリミッタ１００の平面図を示
す。図において１０１は駆動軸１０１ａに嵌着されるハ
ブであり、駆動軸１０１ａと共に回転する筒状体で底部
に鍔１０１ｂを有し、該鍔１０１ｂには直杆上にピン穴
１０１ｃ、１０１ｃが穿孔されており、一方のピン穴１
０１ｃにはスプリング受け１０３のピン１０３ａを嵌挿
固定し、他方のピン穴１０１ｃにはドライブキー１０８
がピン１０８ａを軸として回動可能に緩挿されている。

１０２は負荷側の軸（図示せず）に固着されるハウジン
グで、前記ハブ１０１とはトルクスプリング１０６，１
０７および円弧面で摺動可能なスプリングスライド１０
４．１０５を介して弾性的に接合されている。

ａ図は無負荷回転または静止状態のもので、溝１０２ａ
に係止し、側面をトルクスプリング１０６．１０７によ
り各々押圧されたスプリングスライド１０４，１０５の
端面でばね力により保持され接合している。ｂ図はハブ
１０１を矢印ｄ方向に回転駆動したとき、負荷トルクが
トルクスプリング１０６，１０７のばねカで設定された
値を運えた場合のもので、トルクスプリング１０６は縮
み、１０７は伸長し、ドライブキー１０８の端部は、溝
１０２ａから外れ、負荷側のハウジング１０２へのトル
ク伝達ができずに空転する。

従沫まｕ１欠１皿傳２ 以上に述べたトルクリミッタは、設定されたモーメント
以上の負荷となったとき負荷トルクを伝達するドライブ
キーの連結が解除され、設定値以上のトルクが伝達でき
ないようにする安全装置であるが、トルクを計測する手
段は、モーメントアーム一定条件において、トルクスプ
リングが接線力と平衝するトルクスプリングのたわみ量
を求めることであるが、このたわみ量はドライブキーの
連結を解除するのに必要な変位であるから、大きいトル
クの駆動軸に介装する場合は、適合するばね定数をもっ
た他のトルクスプリングと交換しなければならなかった
。また、軸径が大きくなると、トルクスプリングも大き
くなり、これに伴ってハウジング外径も大きくなり高価
となった。

１延煎抜立土役 本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので
、ホ形軽量でしかも簡易なトルク計を提供することを目
的にし、トルクリミッタを構成する場合でも多重のセキ
ュリティ手段を併設できるようにすることを他の目的と
するものである。本発明の要旨とするものは、測定され
るトルク負荷を回転駆動する軸に固定された負荷側歯車
と、該負荷側歯車を駆動する駆動側歯車と、駆動側歯車
と負荷側歯車との間に介在し噛合する中間歯車とからな
り、中間歯車の少くとも一つの中間歯車軸を噛み合い接
線方向に微小移動可能で、且つ、軸まわりに回転可能に
軸承し、該中間歯車軸に接線方向に作用する軸力に基づ
いて負荷のトルクを測定することを特徴とするものであ
る。

失−胤一族 第１図は、本発明のトルク計についての原理説明図であ
る。１は固定されたモータ醇朴動源の軸０１に嵌着され
た半径γ３の第１歯車におけるピンチ曲線（以下の歯車
もすべて同様にピッチ曲線で図示する。）を示すもので
、記動歯車となるものである。２１は第１歯車１と噛合
する半径γ２の第２の歯車であり、図においてては半径
γ、の歯車２２と同軸０２で一体をなす段歯車で軸０２
に対して回転可能に軸承される。また軸０２は、該軸Ｏ
０に垂直な噛み合い接線方向に変位できるように支持さ
れている。３は軸○、を介してトルク負荷を回転駆動す
る半径Ｒの第３の歯車と軸Ｑ３とは固着され、軸０３は
回転可能に軸承される。即ち、該第３歯車は被駆動歯車
である。各々の軸０１．０２，０３は同一線上に配置さ
れなし１場合でも微力範囲で本発明は成立するものであ
るが、後述のごとく一直線上Ｘ−Ｘ上に配列された場合
は測定感度は最も高くなる。いま負荷トルクを−Ｍとし
第３歯車○、を矢印り方向の回軸とした場合について説
明すると、赴動力として軸○、には反力としてのモーメ
ントＭが必要である。モーメントＭは、第３歯車３と噛
合する第２の歯車２２の噛合位ＮＢにおいて軸Ｘ−Ｘに
垂直な噛み合い接線方向の接線力をＦ’　　（点線で示
す）とするとＭ＝Ｆ’　Ｒ（１） であり第２歯車２２は反力Ｆ（実線で示す）を受ける。

これから（２）式が得られる。

Ｆ＝Ｆ’＝　−（２） 次に第２歯車２１．２２のモーメントについて考えると
負荷側の第２歯車２２と駆動側の歯車２１とが受けるモ
ーメントｍは等しいから、第１歯車１と第２歯車２１と
の噛合位置Ａにおいて軸Ｘ−Ｘに垂直な噛み合い接線方
向の接線力ｆ（実線で示す）とすると（３）式が得られ
る。

ｍ＝ｙｚＦ＝ｙｚｆ　　　　　　（３）軸０２には駆動
側の接線力ｆと負荷側の反力Ｆとか作用するから（２）
、（３）式より Ｒγ２ となり、Ｒ２γ□、γ２は各々既知であるから（４）式
より、モーメントＭを第２歯車２１．２２の軸０２に作
用する軸力から検知することができる。

各々の軸が一直線上にない一般の場合は、接線力Ｆ、ｆ
のベクトル和として作用するので直線上に配置された場
合よりも小さくなる。尚、図においては、第２歯車を２
１．２２の段歯車として説明したが１枚の場合、複数の
中間歯車が配設される場合にも成立する。叙上の如く、
軸０２にはモーメントＭに比例した軸力が作用するので
、軸０２を変位可能に支持して力Ｆ＋ｆ＝Ｐを検知すれ
ばモーメントＭが測定される。

第２図は、軸力Ｆ＋ｆを測定してモーメントＭを検知す
る本発明の一実施例の原理を示すもので、各々の歯車は
第１図と同一で同一の符号を付す。

（以下の実施例も同様）図において４は、軸０２に垂直
な噛み合に接線方向に軸力を伝達するバーで固定位置１
０に固定されたガイド５，５て矢印Ｐ方向のみ変位させ
るもので、図示のように摺動するようにしてもよく、−
辺をバー４の軸に沿って固着した板ばね等で弾性的に支
持してもよい。

バー４の他端４１と固定点１０との間には初期値たわみ
δのばね１０を配設しＰ方向への変位量の変化Δδから
モーメントＭを求めるものである。

第３図は、他の実施例で、第２図の計測ばね６に替えて
計測板ばね８の固定位Ｗ１０で片持支持し、該計測板ば
ね８の矢印Ｐ又は反対方向Ｐ′の力を支持位置近傍の両
面に貼着されたひすみゲージ８２および８３のひずみ量
の変化から正逆両方向のモーメントＭを測定するもので
ある。尚、動点８１は軸ｏ２に固定されている。

第４図は、軸力Ｐを圧力の変化から検知する他の実施例
で、７は油圧シリンダである。７１はピストンで、バー
４とは端部４１においてピストンロット４２に連結され
ており、圧力の変化を圧力計７３で読みとられ、現場読
取に利用される。

第５図は、本発明のトルク計を利用したトルクリミッタ
で、（ａ）図は側断面図、（ｂ）図は（ａ）図の矢視Ｘ
−Ｘ断面図である。複数のリミッタを具備し、より安全
性を高めるトルクリミッタを提供するものである。図に
おいて１１は基台で、摺動バー４１を矢印Ｐ方向に変位
できるように、例えば溝４４に嵌挿されたピン１３．１
３で案内される。ピン１３．１３は矢印Ｐ方向からみて
コの字形の位置決め部材１２により摺動バー４１が摺動
できる程度の僅かな隙を保つように基台１１に螺着され
る。摺動バー４１は、一端をコの字形に開口して軸０２
の両端を固着し、開口部に第２歯車２１．２２をベアリ
ング２９．２９により回転可能で軸０２方向に移動可能
に軸承されている。第２歯車２１と、２２とは、例えば
、軸方向に微小変位して着脱する板状のクラッチ２３に
より係止されている。４５は第２歯車２１を回転自在に
支えるスラストベアリングである。第２歯車２２とクラ
ッチ２３との間には凹環部２２１が設けられ該凹環部２
２１には、固定ピン９０まわり矢印θ方向に回転するし
金具９の腕９１端部に配設されたローラ９３，９３が当
接している。

Ｌ金具９の他端にはマイクロスイッチ９２が当接し矢印
θ方向の回転により作動する。Ｌ金具９は常時摺動バー
４１に固着したピン４２で位置決めされ、ばね４３によ
りピン４２と離間しないように押圧されている。摺動バ
ー４１の他端側には板ばね６１を収納する円筒室４１２
が設けられている。板ばね６１は、前記円筒室４１２内
面で摺動する鍔部を配設した押え金具４１３により保持
され圧力設定ねし１４を回動してボール１５を介して均
一に板ばね６１を押圧し初期荷重を設定する。

この時摺動バー４１は肩部４１５が基板１１に当接して
板ばね６１を受けている。前記、初期荷重は、負荷の許
容トルクに相当するもので、初期荷重に達するまでの軸
荷重Ｐ０範囲内では摺動バーは移動せず第２歯車２１．
２２はクラッチ２３により連結し図示しない駆動側の第
１歯車１からの動力を負荷駆動側の歯車３に回転を伝達
し続ける。

負荷トルクが設定荷重を越えると摺動バー４１は矢印Ｐ
方向に移動を開始し、これに従ってＬ字金具９は、ピン
４２に押圧され軸９０まわりに矢印θ方向に回転し、ロ
ーラ９３により第２歯車２２を軸方向に押上げクラッチ
２３の接合を外し第３歯車３への動力伝達を解く。更に
またマイクロスイッチの電気スイッチを閉路し警報を発
するとか、モータ（図示せず）の駆動を停止する等の安
全操作が行われる。

夏−一末 以上に述べたように、本発明のトルク計によれば、各々
軸位置の定まった駆動側歯車と負荷側の歯車との間に変
位可能な軸まわりに回転可能に軸承を出た中間歯車を噛
合し、該中間歯車軸に垂直な方向に作用する軸力を測定
するという簡単で小形な構成により負荷のトルクを測定
でき、またモーメントリミッタを提供できる等、その効
果は極めて大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のトルク計の原理説明図、第２．３．
４図は、本発明のトルク針を用いた実施例を説明するた
めの図、第５図は、多重トルクリミッタの実施例を説明
するための図、第６図は、従来のトルク計を応用したト
ルクリミッタを説明するための図である。 １・・・第１歯車（駆動側）、２１．２２・・・第２歯
車、３・・・第３歯車（負荷側）、４・・バー、５・・
ガイド、６・計測板ばね、７・・油圧シリンダ、８・・
・計測板ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定されるトルク負荷を回転駆動する軸に固定され
   た負荷側歯車と、該負荷側歯車を駆動する駆動側歯車と
   、駆動側歯車と負荷側歯車との間に介在し噛合する中間
   歯車とからなり、中間歯車の少くとも一つの中間歯車軸
   を噛み合い接線方向に微小移動可能で、且つ、軸まわり
   に回転可能に軸承し、該中間歯車軸に接線方向に作用す
   る軸力に基づいて負荷のトルクを測定することを特徴と
   するトルク計。 ２、負荷のトルクを、中間歯車軸に作用する軸力と平衝
   するばねの変位に比例した量として測定する請求項第１
   項記載のトルク計。 ３、中間歯車軸を弾性梁状体により片持ち支持し、該弾
   性梁状体に歪ゲージを貼着し、軸力を歪ゲージによる弾
   性梁状体の撓み量として測定する請求項第１のトルク計
   。 ４、中間歯車軸を微小移動可能に支持する支持端に油圧
   ピストンを配設し、負荷トルクを油圧ピストンの油圧の
   読み値から測定する請求項第１記載のトルク計。 ５、駆動軸歯車と負荷側歯車とに各々噛合する同軸な段
   歯車とからなり回転可能に軸承された中間歯車と、該中
   間歯車軸を噛み合い接線方向に移動可能に支持する支持
   手段と、所定トルクに相当する移動方向に撓むばね力を
   予め支持手段に付与するばね手段と、支持手段の移動に
   伴って中間歯車を軸方向に移動するリンク機構と、前記
   中間歯車の駆動側歯車、負荷側歯車と噛合する段歯車の
   何れかを軸方向に移動することにより着脱可能とするク
   ラッチと、支持手段の移動を検知する検知手段とからな
   り、負荷トルクが前記所定トルクを越えたとき、前記検
   知手段により検知するとともに、リンク機構の応動によ
   りクラッチの接合を解き負荷を駆動しないようにした請
   求項１記載のトルクリミッタ。