JPS59111029A - 回転トルク計測器 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、例えばねじ締めドライ・く−の、ねじ締め力
のような回転トルク計測器に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の回転トルク計測器は第１図に示すような原理、構
造のものがある。回転シャフト１は、１方の端１ａを回
転トルクの入力端とし、他方を出力端１ｂとし、その中
間を薄板６を介して１本のシャフトを構成する。こＸで
出力端に回転負荷をつなぎ入力端に回転力を加えると、
薄板部分に「捩じれ」が生ずる。薄板部には歪検出素子
６が貼付けてあり、この素子は引っ張り又は圧縮により
電気抵抗が変化するもので、捩じれ量に応じた電気抵抗
変化を得るものである。

この電気抵抗変化を計測すれば回転トルりを知ることが
できる。しかしながらシャフト回転はしているため、歪
検出素子と、計測回路９と全直接電気配線できない。こ
のためシャフト１に設けた絶縁材２と、更にその上に２
つの導電体摺動リング３ａ及び３ｂを設け、前記歪素子
の配線をこれらのリングに接続する。そしてこれらリン
グにそれぞれ当接して設けた刷子４ａと４ｂにより配線
を引き出し、計測回路９へ結ぶ。

以上の構成によって、回転中に伝達さ汎る回転トルク量
の計測ができる。

しかしながらこのような構成は、摺動リングと刷子が必
要であり、これらは動作中摺動状態にあり、互の接触部
は摩滅し短寿透はまぬがれないし、回転数が高くなると
摺動部の電気抵抗が不安定となり計測誤差の原因となる
という欠点を有していた。更に、前記のシャフトの捩れ
量、すなわち回転トルク量と、得られる電気信号の変化
量ははソ比例関数のものが通常で、それ以外の任意の関
数（例えば対数など）のものは製作困難な構成である。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、摺動部を不要とした無接触構
造であり、長寿命でかつ、高速回転に於ても。計測誤差
の生じない回転トルク計測器を提供する。更に、回転ト
ルク量と、それに応じて得られる電気信号量の関係を任
意の関数関係に設定することの容易な構成手段を提供す
るものである。

発明の構成 本発明は、回転トルク（捩じれ力）Ｋよって微小に変形
（捩じれ）する回転シャフトと、このシャフトに固着し
て設けた２枚のスリット板と、こねら２枚のスリットを
通過する光量が、上記捩じれ変形に１芯じて変化し、こ
の光量変化をとらえて回転トルク値とする構成の回転ト
ルク計測器で回転部分に接触する構造を無くしたことに
よる上記発明の目的の効果を有すると共に、上記スリッ
ト板のスリット形状によって、回転トルク量と、受光部
出力量の関係を任意に設定できること及び過大な捩じれ
力・が上記回転シャフトに加わった場合でも破かいしな
い構造を有するなどの特長を備えている。

実施例の説明 以下本発明の実施例について、第２図及び第３図を用い
て説明する。第２図は、本発明実施例の回転トルク計測
器を示すもので、第２図（Ａ）はその断面図で主要な構
成の全体とその配置関係を示しており、まず中心となる
シャフト１０は、その中央部を両側から削り取り薄板状
の変形容易部１０’を設けており、第２図（Ａ）にこれ
の板状断面形状を示し、第２図（Ｃ）にその斜視図を示
す。これは、シャフトの一方の端に回転負荷を取付け、
他端に回転力を加えると、この変形容易部１０′に捩じ
れ変形を生じさせるためのものである。

２枚のスリット板１２ａ、１２ｂはそれぞれ取付金具１
１ａ、１１ｂを介してシャフト１０へ固着するが、その
軸方向の固着位置は変形容易部１０′を中央に挾んだ状
態で、かつ両スリット板が接しないわずかな間隙を設け
た位置とする。このスリット板は、第３図に示す如き多
数のスリットを全円周にわたり（図では省略しているが
）放射状に配置しており、これらのスリットは全て同一
形状でその配列は等間隔としている。更にこのスリ、ト
は透明で光が通れるものでそれ以外の部分は不透明で遮
光部とする。

このようなスリット板の製作は例えばスリット板の基材
が金属のような不透明の場合は透光部を窓のように切り
抜いてこれをスリットとする。又、ガラスや透明樹脂材
の場合は白黒写真フィルムと同じ製法で黒色の不透明部
を焼付けて遮光部とし、透明部をスリットとするなどの
方法で、寸法的に高精度なものを容易に製作できる。

第２図の２枚のスリット板１２ａと１２ｂは全く同じも
のを２枚製作してそれぞれに用いることができる。但し
、これ等スリット板の前述した、シャツ）１０への固着
時における回転角方向の位置は、シャフトに回転トルク
が加わっていない時に、２枚のスリット板の、それぞれ
のスリ、ノドが完全に重なる位置とする（スリット通過
光量が最大）。次に、このスリットへ光を照射するだめ
の光源１３（白熱電球か又は発光ダイオードなどの発光
部品からなるンとその光を受ける受光部１４（フォトト
ランジスタか、又は太陽電池などの光電変換部品からな
る）を固定して設ける。

更にこの受光部の受光面積の決定は重要で、第３図の破
線で囲った部分が受光面１７を示す。スリット毎のピッ
チ寸法をＰとしたとき、スリット１６の円周方向の巾を
Ｐ／２　とし、遮光部分も又Ｐ／２としたとき、受光面
１７の巾はＰの整数（ｎ）倍とする。このような正確な
寸法の受光面を得るには、正確な寸法で切り抜いたマス
ク１７を作り、これを受光部の前に取り付けることで実
施できる。

上記のような、スリット間ピッチと受光面との寸法関係
から成る場合光源１３から発した光が１本又は複数本の
スリットを通り受光部に達する縮少光量は、スリット板
の回転移動に関係なく一定である。これは受光面と重な
るスリットの総面積がスリット板のどのような回転角に
対しても一定であるから当然である。但し、２枚のスリ
ット板のスリット位置が重なっている場合（シャフトに
捩じれが生じていない、すなわち回転トルクが加わって
いない）の受光量に比べ、２枚のスリット位置がずれて
いる場合（シャフトが捩じれている）の受光量は変化す
る。このようにしてシャフトの回転や速度には関係無く
シャフトの捩じれ量に応じた受光量変化のみが受光部か
ら得られる。

第４図のＡ点はシャフト捩じれ角が零（回転トルク零）
の点で、受光量は最大ａである。Ｂ点はシャフトがある
角度で捩じれている場合で受光量はｂとなる。更に大き
く捩じれスリットの１ピ。

部分に至る角度Ｃ点で受光量は最少Ｃとなる。第４図の
特性線１９は捩じれ角と受光量が比例関係の場合のもの
である。更に捩じれ角が大きくなると線２０へ移り、受
光量が増加方向となる。この領域も情報処理手段と合わ
せて用いることによって使用可能であるがその説明は省
略し、こ＼では、この領域は使用しない領域とする。

以上のような捩じれ角と受光量を比例特性で対応させる
場合のスリット板のスリットの形状は第３図に示すよう
な、円板の中心１８からの放射線を２辺とする長方形で
あればよい。この形状の場合、２辺とする放射線の角度
と、出来上る長方形の面積が比例するので、２枚のスリ
ット板の互いのずれ角度の変化と、２枚のスリットの透
光有効面積の変化率が比例する。又、別の目的で例えば
回転トルク量が小さい領域は感度良く計測し、トルク量
が大きい領域での計測感度を鈍らせる（例えば対数目盛
で計測したい場合）などのようにシャフトの捩じれ角と
受光酸が比例関係でない第４図の破線２１又は２２の如
き特性を構成するには、これらの目的によって一義的に
定まるスリット形状を用いることによって容易に実現で
きる。このようにスリット形状の選択で任意のトルク計
測特性が得られることも本案の特徴の１つである。しか
もこのようなスリットの寸法的に高精度な加工は写真技
術の応用などで実施は容易である。

第２図の受光部１４は前述のごとく光電変換部品から成
っているため、受光量に比例した電気信号出力が得られ
る。この電気信号は増巾及び雑音成分の除去などの電気
的な処理を行う増巾回路１６を経て回転トルク信号とし
て各種用途に利用される。

なお、シャン）１０には、変形容易部１０′を設けてい
るのでこの部分の弾性変形の限界を越える大きなトルク
が加えられると破かいする恐れがある。これを防止する
ためにシャフトの捩じれ角が使用範囲を越えて変形させ
ない構造として、第２図りの薄板状の変形容易部１０′
の両側に微小な間隙を介してストッパー１０″と１０′
〃を備えている。これらストッパーは片方支持のため通
常では捩じれ力は加わらず不用のものであるが、変形容
易部１０’が変形しストッパーとの間隙を越えて接する
と捩じれに抵抗した支えとなる。これによって使用範囲
を越える大きなトルクから保護できる。この保護が作用
するレベルは、間隙の加工寸法によって設定できる。尚
このような形状の加工はワイヤーカット放電加工機を用
いるなどで簡単に量産可能である。

なお本発明では２枚のスリット板は、それぞれのスリッ
トが完全に重なる位置でシャフトにそれぞれ固着するも
のとして説明したが、これは完全にずれた位置で固着し
ても良い。その場合第４図の特性は捩じれ角零の時、受
光量零から始まり、捩れ角増加に応じて受光量が増加す
る線２０のようになる。

発明の効果 以上のように本発明は、変形容易部をほどこした回転シ
ャフトと、これに加わる回転トルりによって、生ずる捩
じれ角の変化を、２枚のスリット板のスリット通過する
光量の変化として計測する構成によって回転トルク量を
非接触構成で計測でき、その結果長寿命で、高速回転に
於ても信頼性の良い計測ができ、更に、スリット形状の
選択によって、比例特性や対数特性などの任意の計測特
性を構成できるなど、その実用的効果は犬なるものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の摺動リングと刷子を用いた接触方式の
回転トルク計測器の斜視図、第２図は本発明の一実施例
における非接触方式の回転トルク計測器であり、（Ａ）
は断面図、＄ンは回転シャフトに２枚のスリット板を固
着した状態を示す斜視図、（Ｃ″＃回転シャフトの斜視
図、ＣＤ）Ｕニストラパーを設けた回転シャフトの断面
図、第３図はスリット板の部分平面図、第４図は計測器
の計測特性図である。 １ｏ・・・・・・回転シャフト、１０′・・・・・・変
形容易部、１０“、１０“′・・・・・・ストッパー、
１２ａ、１２ｂ・・・・・・２枚のスリット板、１３・
・・・・・光源、１４・・・・・・受光部、１２・・・
・・スリット板、１６・・・・・スリット、１７・・・
・・・受光部の受光面、１８・・・・・・円の中心点。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 第４図 ソイフトのＩ炎乙゛水角

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）捩じれ変形が生じ易い変形容易部を備えた回転シ
   ャフトと、前記回転シャフトの変形容易部を鋏んだ両側
   にそれぞれ固着して設けられ、スリットを多数円周上に
   配した２枚のスリット板と、この２枚のスリット板のス
   リットに光を照射する光源と、スリットを通過した光を
   受光し、電気信号に変換する受光部とを備えた回転トル
   ク計測器。
2. （２）前記スＩＪ　ｙｌ、板は、同一形状のスリットを
   等間隔に全周にわたり放射状に配置し、このスリットを
   通過した光を受光する受光部の、円周方向の巾を上記ス
   リット毎のピンチの整数倍とした特許請求の範囲第１項
   記載の回転トルク計測器。
3. （３）回転シャフトの変形容易部に近接して、捩じれ変
   形を制限するストッパーを設けた特許請求の範囲第１項
   記載の回転トルク計測器。