JPH07151618A - トルク測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】安価でしかも簡単な構成のトルク測定器を提供
する。 【構成】測定器本体２に、回転軸と、外輪軸と、粉体と
を備えてなるパウダクラッチ３を設ける。そして、この
パウダクラッチ３の外輪軸に、円周部に複数の歯が形成
されたスリット板１２と、引張部材が巻回固定された巻
回部材とを連結するとともに、前記引張部材の他端を弾
性部材の他端に連結する。一方、前記測定器本体にはス
リット板１２の円周部に位置するパルス測定部を取り付
けるように構成されている。 【効果】上記構成によりトルク測定器の構成を非常に簡
単にできるとともに、信頼性も充分高いものが得られ
る。また、スリット板等主要部品の加工についても容易
に行うことができるといった特徴を備えており、このこ
とによって加工ミスの減少が誘発され、非常に安価に製
作することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、安価にしかも簡単な構
成によって回転体のトルクを測定することのできるトル
ク測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転体にかかる負荷トルクの測定
には、一般に起歪式トルクセンサ、あるいは磁歪式トル
クセンサが組み込まれたトルク測定器が使用されてい
る。これらのトルクセンサのうち、起歪式トルクセンサ
３０は図８に示すように薄肉の起歪管３０ａの外周表面
に歪みゲージ３０ｂを貼付し、負荷トルクによる起歪管
３０ａの歪み量を検出し、それをトルク値に換算するも
のである。また、磁歪式トルクセンサ４０は、図９に示
すように互いに対向する傾斜溝４１ａの形成された回転
軸４１を覆うように励磁コイル４０ａを設置し、この励
磁コイル４０ａの外周に検出コイル４０ｂを配置する構
成となっている。この磁歪式トルクセンサ４０は、セン
サ軸４１の透磁率変化にともなう検出コイル４０ｂから
の出力電圧の変化をトルク値に換算するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記磁歪式トルクセン
サ４０は、センサ軸４１の傾斜溝４１ａの精度及び励
磁、検出コイル４０ａ，４０ｂの巻き方によって測定ト
ルクの信頼性が変わってくるため、溝加工時及びコイル
製作時には細心の注意がはらわれているが、双方精密な
作業となってしまうことから加工ミスは依然として多
く、そのため、センサ製作にコストがかかってしまうと
いった問題が発生している。また、起歪式トルクセンサ
３０においては、起歪管３０ａの肉厚が薄い上に、正確
なトルク値を検出するために加工精度を要求されている
ため、加工にミスが発生し易いといった問題も発生して
いる。しかも磁歪式、起歪式のトルクセンサ双方、何ら
かの原因で故障等を生じた場合には、構成部品、動作理
論等を熟知した技術者でなければ修理あるいは部品交換
を行うことができないといった問題も挙げられており、
これらの問題の早期解決が望まれている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
し、安価であるとともに簡単な構成のトルク測定器を提
供することを目的とする。この目的を達成するために、
測定器本体に、被測回転体の回転を受けて回転する回転
軸と、この回転軸を内挿し、回転軸と独立して回転可能
な外輪軸と、外輪軸と回転軸の間に封入されて、磁力作
用によって密度の変化を生じる粉体とを備えてなるパウ
ダクラッチを設ける。そして、このパウダクラッチの外
輪軸に、円周部に複数の歯が形成されたスリット板と、
引張り部材が巻回固定された巻回部材とを一体に回転す
るように連結するとともに、前記引張り部材の他端を一
端が固定された弾性部材の他端に連結する。一方、前記
測定器本体にはスリット板の円周部に位置するパルス検
出部を取り付けるように構成されている。

【０００５】

【作用】上記トルク測定器において、パウダクラッチの
回転軸が回転している状態でパウダクラッチのコイルに
電流が付加され、コイルが励磁状態になると、その磁力
によって粉体個々が磁化され、それぞれが結合する現象
を起こす。このため、回転軸と外輪軸とは粉体との摩擦
力によって一体に回転する。しかし、外輪軸には、他方
が弾性部材に連結された引張り部材が巻回されているた
め、外輪軸の回転は、弾性部材の弾性力と、粉体によっ
て生じている摩擦力とが釣り合った時点で制動される。
このとき、外輪軸の回転量に応じてスリット板から相当
量のパルスが発生し、このパルスはパルス検出部によっ
て検出されるとともに、検出されたパルスはトルク値に
換算される。

【０００６】

【実施例】以下本発明に係る一実施例の構成及び作用を
添付図面に基づき説明する。図１乃至図３において１は
トルク検出器であり、中空に加工されたブロックよりな
る測定器本体２と、粉体の密度変化によりクラッチ動作
を行うパウダクラッチ３とを備えてなる。このトルク測
定器１におけるパウダクラッチ３は図４に示すように、
３重構造をなす形状であり、最中心位置の回転軸３ａ、
この回転軸３ａと一定間隔を有するとともに回転軸３ａ
を内挿する外輪軸３ｂ、外輪軸３ｂを内包するカップリ
ング３ｃから構成されている。前記回転軸３ａは円筒状
に構成されており、回転体の軸、あるいは回転体に連結
される伝達軸等を貫挿して固定できるように構成されて
いる。前記外輪軸３ｂは、この回転軸３ａの外周に位置
して回転軸３ａと独立に回転可能である。この外輪軸３
ｂは、円筒状のスリーブ３ｃ１とスリーブ３ｃ１外周か
ら突出するフランジ３ｃ２とを有するカップリング３ｃ
内に内挿されている。また、前記回転軸３ａには、カッ
プ状の抑制カップ３ａ１が一体に回転するように取り付
けられており、この抑制カップ３ａ１は、前記外輪軸３
ｂに形成される粉体室３ｂ１内に常時位置している。粉
体室３ｂ１内には、前記カップリング３ｃ内周面に配設
されたコイル３ｅに電流が付加されることによって生じ
る磁力の作用によって結合する粉体３ｄが封入されてい
る。

【０００７】上記構成を述べたパウダクラッチ３の回転
軸３ａには、伝達軸４が一体に回転可能に貫挿固定され
ており、この伝達軸４の一端は、前記測定器本体２のパ
ウダクラッチ３固定面に対向する面にパウダクラッチ３
と同軸を有するように設置された減速装置５に連結され
ている。この減速装置５は一般に市販されている遊星歯
車減速機５ａをケース５ｂ内に装着したものである。伝
達軸４はこの減速装置５の出力側に連結されているもの
で、入力側には、ユニバーサルジョイント軸６の一端が
連結されている。このユニバーサルジョイント軸６の他
端には回転体に連結可能な係合部７が取り付けられてお
り、この係合部７は被測回転体に応じて交換使用するこ
とができるようにユニバーサルジョイント軸６にねじ込
まれる構成となっている。尚、減速装置５はパウダクラ
ッチ３に過大な回転数が入力されるのを防止するために
設けられたものであり、パウダクラッチ３が許容入力回
転数の大きい機種である場合においては必要とされない
装置である。

【０００８】前記伝達軸４の他端は、測定器本体２の後
方位置に立設された支持板８の支持穴８ａに及ぶととも
に、支持板８とパウダクラッチ３との間には、図５に示
すような円周部を複数等分して略四角状の歯９ａの形成
された円板状のスリット円板９が嵌入されている。ま
た、支持板８上部にはパルス検出部の一例であるフォト
センサ１０が取り付けられており、このフォトセンサ１
０の検出部は前記スリット円板９における円周の一部を
覆い、スリット円板９が回転することによって発生する
パルスを検出するように構成されている。

【０００９】一方、前記パウダクラッチ３の外輪軸一端
には、段付きの溝１１ａを有するプーリ１１が一体に回
転可能に結合されており、このプーリ１１にはさらにそ
の前面に、扇形状のスリット板１２が螺接されている。
このスリット板１２の大円弧部にはここを複数等分する
略四角形状の歯１２ａが形成されており、回転時には前
記測定器本体２上部に取り付けられた２個のフォトセン
サ１３，１３によってパルス検出が可能なように構成さ
れている。これらフォトセンサ１３，１３とスリット板
１２の歯１２ａとの位置関係は図６に示すように、一方
のフォトセンサ１３がスリット板１２における歯１２ａ
一枚を完全に覆っている場合には、他方のフォトセンサ
１３はスリット板１２の歯１２ａ一枚の半分を覆ってい
る状態に設定されている。このフォトセンサ１３の取付
位置の関係は、使用状態によって後記するワイヤ１４の
伸び等の影響を受けてずれてしまうため、その調整用に
フォトセンサ１３の取付穴は長穴状に形成されている。
さらに、フォトセンサ１３の出力は図示を省略したマイ
コン部に送られるようになっており、ここでフォトセン
サ１３による検出パルス数がトルク値に換算されるよう
に構成されている。ただし、マイコン部において、図７
に示すように１パルスは２ｋｇｆ・ｃｍ（０．１９６Ｎ
・ｍ）の換算値をとるように設定されている。

【００１０】前記プーリ１１には引張り部材の一例であ
るワイヤ１４が巻回固定されており、その巻回方向の先
端は、プーリ１１の溝１１ａ底面からプーリ１１側面に
渡って設けられた穿設穴１１ｂよりプーリ側面に突出
し、そこでねじにより固定されている。また、このワイ
ヤ１４の一端はプーリ１１の水平接線方向に延びてお
り、先端はばね１５に連結されて常時プーリ１１に対し
て引っ張る方向に付勢されている。この付勢方向はトル
ク測定時における外輪軸３ｂの回転方向と逆方向になる
ように構成されている。ワイヤ１４を引張り付勢するば
ね１５は、前記測定器本体２のパウダクラッチ３取り付
け面と直交する面に固定された円筒状のばねケース１６
内に収納されており、一端でワイヤ１４を支持するとと
もに、他端はばねケース１６後部を覆蓋するカバー１７
に設けられた支持棒１７ａにより支持されている。

【００１１】次に実施例の作用について述べる。上記構
成を述べたトルク測定器１におけるユニバーサルジョイ
ント軸６先端の係合部７を被測回転体に連結し、被測回
転体を回転させると、その回転はユニバーサルジョイン
ト軸６から減速装置５に入力されるとともに、減速機に
より回転数を１／３に減速されて後伝達軸４に出力され
る。伝達軸４が回転するとパウダクラッチ３の回転軸３
ａ及びスリット円板９も回転するため、フォトセンサ１
０によって一定時間内のパルス数が検出され、その信号
はマイコン部に送られるとともにマイコン部において伝
達軸４の回転数に換算される。このときパウダクラッチ
３のコイル３ｅに電流は付加されていないため、粉体３
ｄは結合しておらず外輪軸３ｂと回転軸３ａとは完全に
独立しており、回転軸３ａのみが回転している状態であ
る。

【００１２】その後伝達軸４の回転数が最高回転数に達
すると、マイコン部からの信号によリパウダクラッチ３
のコイル３ｅに電流が付加される。これによって粉体室
３ｂ１内の粉体個々が磁化され結合することによって、
回転軸３ａの抑制カップ３ａ１と粉体３ｄの間に摩擦力
が発生するとともに、粉体３ｄと外輪軸３ｂとの間にも
同様の摩擦力が発生する。この粉体３ｄ間の結合力はコ
イル３ｅに作用する電流値が大きくなればなる程強くな
り、かくして外輪軸３ｂと回転軸３ａとは一体に回転す
る。しかし、本トルク測定器１においてはプーリ１１に
巻回されたワイヤ１４がばね１５により引張り付勢され
て、外輪軸３ｂの回転方向とは逆方向の力を作用させて
いる関係上、外輪軸３ｂと回転軸３ａは粉体３ｄによる
摩擦力がばね力と釣り合うまでは一体に回転するが、そ
の後はばね力が摩擦力に勝るために、外輪軸３ｂと回転
軸３ａとの間に滑りが発生し、外輪軸３ｂは回転を停止
し、回転軸３ａは粉体３ｄによる摩擦力によって回転数
を低下させるものの回転を維持する。

【００１３】外輪軸３ｂの回転にともなってプーリ１１
及びスリット板１２も当然の如く回転する訳であり、こ
のためスリット板１２の回転量に応じたパルス数がフォ
トセンサ１３によって検出される。一方、回転軸３ａの
スリット円板９からもフォトセンサ１０によりパルス数
が検出される。これらの検出パルス数はマイコン部に送
られ、そこでスリット板１２からのパルス数はトルク値
に、またスリット円板９からのパルス数は回転数にそれ
ぞれ換算されるとともに、マイコン部における表示部に
表示されて、一連のトルク検出動作を終了する。

【００１４】尚、本実施例において巻回部材の一例とし
てプーリ１１を取上げたが、何もこれに限定されるもの
でなく、スプロケットあるいは歯車といったような一般
に動力伝達機構に用いられるものであれば得られる効果
は同じである。また、引張り部材の一例としてワイヤ１
４を使用したが、これは巻回部材にプーリ１１を使用し
たことにより、それとのマッチングを図るためであり、
巻回部材に応じて、チェーンあるいはベルト類等を使用
しても同様の効果を得ることができる。さらに、弾性部
材はばね１５に限定されるものではなく、例えばゴム材
であってもよく、パルス検出部においても本実施例では
フォトセンサを使用しているが、他のセンサを使用して
も全く問題はない。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、測定器本
体に、被測回転体の回転を受けて回転する回転軸と、こ
の回転軸を内挿し、回転軸と独立して回転可能な外輪軸
と、外輪軸と回転軸の間に封入されて、磁力作用によっ
て密度の変化を生じる粉体とを備えてなるパウダクラッ
チを設ける。そして、このパウダクラッチの外輪軸に、
円周部に複数の歯が形成されたスリット板と、引張り部
材が巻回固定された巻回部材とを一体に回転するように
連結するとともに、前記引張り部材の他端を一端が固定
された弾性部材の他端に連結する。一方、前記測定器本
体にはスリット板の円周部に位置するパルス検出部を取
り付けるように構成したトルク測定器である。このトル
ク測定器においては、回転量をパルスによって出力し、
それをトルクに換算する原理を用いているために、トル
ク測定器の構成を非常に簡単にできるとともに、信頼性
も充分高いものが得られる。また、スリット板等主要部
品の加工についても、従来のトルクセンサのように高精
度を要求する必要がなく、加工を容易に行うことができ
るといった特徴をも備えており、このことによって加工
ミスの減少が誘発され、トルク測定器を非常に安価に製
作することができるといった特有の効果を有する。さら
に、スリット円板とフォトセンサを設けたため、パウダ
クラッチにおける粉体の結合力とそれによる軸発生トル
クとの関係を用いることにより、あるトルクが作用して
いる状態でそのときの軸回転数を測定するといった用途
にも容易に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるトルク測定器の外観側面図で
ある。

【図２】 図１の要部断面図である。

【図３】 本発明にかかるトルク測定器の正面要部断面
図である。

【図４】 パウダクラッチの断面説明図である。

【図５】 スリット円板を示す説明図である。

【図６】 フォトセンサの位置関係を示す説明図であ
る。

【図７】 スリット板より得られるパルス波形を示した
説明図である。

【図８】 従来例の説明図である。

【図９】 従来例の説明図である。

【符号の説明】

１ トルク検出器 ２ 測定器本体 ３ パウダクラッチ ３ａ 回転軸 ３ａ１ 抑制カップ ３ｂ 外輪軸 ３ｂ１ 粉体室 ３ｃ カップリング ３ｃ１ スリーブ ３ｃ２ フランジ ３ｄ 粉体 ３ｅ 粉体制御室 ４ 伝達軸 ５ 減速装置 ５ａ 遊星歯車減速機 ５ｂ ケース ６ ユニバーサルジョイント軸 ７ 係合部 ８ 支持板 ８ａ 支持穴 ９ スリット円板 ９ａ 歯 １０ フォトセンサ １０ａ 検出部 １１ プーリ １１ａ 溝 １１ｂ 穿設穴 １２ スリット板 １２ａ 歯 １３ フォトセンサ １４ ワイヤ １５ ばね １６ ばねケース １７ カバー １７ａ ばね受け

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定器本体に、被測回転体の回転を受け
   て回転する回転軸と、この回転軸を内挿し、回転軸と独
   立して回転可能な外輪軸と、外輪軸と回転軸の間に封入
   されて、磁力作用によって密度の変化を生じる粉体とを
   備えてなるパウダクラッチを設け、このパウダクラッチ
   の外輪軸に、円周部に複数の歯が形成されたスリット板
   と、引張り部材が巻回固定された巻回部材とを一体に回
   転するように連結するとともに、前記引張り部材の他端
   を一端が固定された弾性部材の他端に連結する一方、前
   記測定器本体にスリット板の円周部に位置するパルス検
   出部を取り付けたことを特徴とするトルク測定器。
2. 【請求項２】 パウダクラッチにおける回転軸に、円周
   部に歯の形成されたスリット円板を取り付けるととも
   に、測定器本体に、このスリット円板の円周部に位置す
   るパルス検出部を設置したことを特徴とする請求項１に
   記載のトルク測定器。