KR20160109970A

KR20160109970A - 토크 측정기

Info

Publication number: KR20160109970A
Application number: KR1020150052349A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 이시타니; 히로유키 야마우치
Original assignee: 가부시키가이샤 스기노 마신
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2016-09-21
Also published as: JP6285379B2; CN204799702U; KR101995732B1; CN106140878A; CN106140878B; JP2016166818A

Abstract

[과제]
전동 타입의 확관 장치에서도, 회전 기동시의 큰 토크의 영향을 받지 않아, 확관 작업에서 필요하게 되는 토크값을 정확하게 측정할 수 있는 토크 측정기를 얻는다.
[해결 수단]
피측정 대상의 회전체의 회전을 받아 회전하고 있는 회동축의 토크를 토크 검출 수단에서 검출하는 토크 측정기에 있어서, 회동축의 회전을 그 회전이 전달되는 종동축에 연결된 토크 검출 수단의 토크 검지축(13a)으로 서서히 전달하는 클러치 기구를 구비하고, 이 클러치 기구는 회동축 또는 종동축의 어느 일방에 구비된 마찰부(22)와, 이 마찰부(22)가 구비된 회동축(11) 또는 종동축(13a)의 어느 타방에 마찰부(22)와 대향하여 배치한 피접촉부(21)를 구비하여, 마찰부(22)와 피접촉부(21)와의 간극을 접촉시키는 마찰 클러치(21, 22)이며, 회동축(11)의 회전 모두를 토크 검출 수단의 토크 검지축(13a)에 전달한 후에 회동축(11)이 정지했을 때의 토크값을 계측하는 것.

Description

토크 측정기{TORQUE MEASURING DEVICE}

본 발명은, 예를 들면, 열교환기나 보일러 등의 관판(管板)에 삽입한 관(튜브)을 확관하는 롤러식 튜브 확관 장치의 토크를 검출하는 토크 측정기에 관한 것이다.

현재의 튜브 확관 작업은 롤러 확관법이 주류이다. 예를 들면, 열교환기나 보일러 등의 관판에 삽입한 관(튜브)을 확관하는 전기를 구동원으로 하는 튜브 확관 장치는, 일반적으로, 열교환기 등의 관에 삽입되는 튜브 익스팬더(tube expander)와, 튜브 익스팬더를 회전시키는 모터와, 모터와 튜브 익스팬더를 접속하는 커플링과, 모터의 회전 속도 및 토크를 제어하는 컨트롤러로 구성된다.

통상, 이러한 튜브 확관 장치에 의한 확관 작업은 다음과 같이 행해진다.

(1) 컨트롤러에서 회전속도와 토크를 설정하고, 모터를 구동하여 열교환기 등의 관에 삽입된 튜브 익스팬더를 회전시킨다.

(2) 모터가 설정한 토크에 도달하면 모터가 정지한다.

(3) 모터를 역회전시켜 튜브 익스팬더를 관으로부터 뽑아낸다.

이러한 (1)∼(3)의 일련의 작업에 의해 확관 작업은 완료된다. 따라서, 정확하게 확관이 이루어졌는지 아닌지의 판정은 튜브 익스팬더가 소정의 토크(회전축 주위의 힘의 모멘트)에 도달했는지 아닌지에 의해 판단된다.

한편, 토크 관리의 예로서는 토크 센서로 모터의 출력 회전축에 가해지는 토크값을 검출하거나(예를 들면, 특허문헌 1참조), 일정 전압 상태에서 전류를 제어함으로써 균일한 토크를 얻도록 하거나(예를 들면, 특허문헌 2 참조), 모터의 회전축에 걸리는 토크 또는 전류값을 검출함으로써, 관에 삽입된 튜브 익스팬더가 소정의 토크에 도달했는지 아닌지 판정하고 있었다.

그러나, 모터와 튜브 익스팬더와의 거리나, 튜브 익스팬더의 선단부의 굴곡 각도 등에 따라, 간단하게 전달 토크에 변동이 생기기 때문에, 반드시 튜브 익스팬더의 확관부에서 소정의 토크가 얻어지고 있는지 아닌지는 판명되지 않는 것이 현실이었다.

일반적으로 롤러 확관법에 의한 확관은 확관 툴을 20∼30회 회전시킬 필요가 있고, 소정의 토크값에 도달하면 확관 툴의 회전이 정지한다. 이 롤러 확관법에서는, 상기한 바와 같이, 모터 등의 회전구동기의 토크값을 확관 조건의 하나로 설정하고 있다.

설정한 토크값에 도달하면, 확관 완료(관과 관판이 고착)가 되는 것으로 하고 있다. 전동 타입의 회전구동기로 확관 작업을 행하는 경우, 설정한 토크값에 도달했는지 아닌지는 회전구동기의 전류값을 측정하고, 그 전류값으로부터 토크값으로 변환하여 판단하고 있다. 따라서, 토크값을 직접 측정하고 있지 않으므로, 확관 완료시에 실제로 설정한 토크에 도달한 것인지 정확하게는 파악할 수 없다.

그래서, 튜브 익스팬더의 토크를 정확하게 검출하기 위한 토크 측정기가 요구되고 있다. 현재, 비틀림 스프링을 이용한 토크 측정기(예를 들면, 특허문헌 3 참조)가 이미 존재하고 있다. 상세하게는, 확관 작업 중에 회전구동기의 토크값을 측정할 수는 없지만, 확관 공사전이나 확관 공사중에 정기적으로 회전구동기의 토크값을 측정하여 설정값을 조정하는 작업이 행해진다.

일본 특개 평7-290171호 공보 일본 특개 2003-244985호 공보 미국 특허 제3007336호 공보

그런데, 이 토크 측정기는 에어 구동 타입의 확관 장치밖에는 사용할 수 없다. 구체적으로는, 이 측정기는 토크 전달에 비틀림 스프링을 사용하고 있고, 입력축을 수회전 돌리는 것만으로 토크가 검출되는 것이다. 이 때문에, 전기 구동 타입의 튜브 확관 장치에서는 회전 기동시에 순간적으로 큰 토크가 걸리기 때문에, 확관 완료시에 있어서의 토크값이 아니라 회전 기동시의 토크값이 검출되게 되어, 적용할 수 없었다.

따라서, 회전 기동시에 큰 토크가 발생함과 아울러, 전류값이 불안정하게 되기 쉬운 전동 모터에서는, 확관 작업에서 필요하게 되는 토크값을 정확하게 측정할 수 없다.

본 발명은, 전동 타입의 확관 장치에서도, 회전 기동시에 발생하는 큰 토크의 영향을 받지 않고, 확관 작업에서 필요하게 되는 토크값을 정확하게 측정할 수 있는 토크 측정기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 토크 측정기는, 피측정 대상의 회전체의 회전을 받아 회전하고 있는 회동축의 토크를 토크 검출 수단에서 검출하는 토크 측정기에 있어서, 상기 회동축의 회전을 그 회전이 전달되는 종동축에 연결된 토크 검출 수단의 토크 검지축으로 서서히 전달하는 클러치 기구를 구비하고, 이 클러치 기구는 상기 회동축 또는 상기 종동축의 어느 일방에 구비된 마찰부와, 이 마찰부가 구비된 상기 회동축 또는 상기 종동축의 어느 타방에 상기 마찰부와 대향하여 배치한 피접촉부를 구비하여, 상기 마찰부와 피접촉부를 접촉시키는 마찰 클러치이며, 상기 마찰 클러치에 의해 상기 회동축의 회전을 동기시켜 토크 검출 수단의 토크 검지축에 전달한 후에 회동축이 정지했을 때의 토크값을 계측하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 토크 측정기는 청구항 1에 기재된 마찰 클러치가 작동 공기에 의해 상기 마찰부와 피접촉부를 접촉시키는 에어 클러치인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 토크 측정기는 상기 에어 클러치로의 작동 공기의 도입 속도를 조정하는 스피드 컨트롤러 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이상의 본 발명에 있어서, 상기 피측정 대상이 열교환기나 보일러 등의 관판에 삽입한 튜브를 확관할 때에 전기를 구동원으로 하는 튜브 확관 장치인 것이 바람직하다.

본 발명은, 전동 타입의 확관 장치에서도, 회전 기동시에 발생하는 큰 토크의 영향을 받지 않아, 확관 작업에서 필요하게 되는 토크를 정확하게 측정할 수 있는 토크 측정기를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 토크 측정기의 구성을 도시하는 정면도이다.
도 2는 클러치 커버를 떼어낸 상태의 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 일부 단면도를 포함하는 측면도이다.
도 4는 도 1의 에어 클러치의 공압 회로도이다.
도 5는 도 1의 부품 구성을 나타내는 설명도이다.

본 발명에서는, 피측정 대상의 회전체의 회전을 받아 회전하고 있는 회동축의 토크를 토크 검출 수단에서 검출하는 토크 측정기에 있어서, 회동축의 회전을 종동축에 연결된 토크 검출 수단의 토크 검지축으로 서서히 전달하는 클러치 기구를 구비한다.

이 클러치 기구는 회동축 또는 종동축의 일방에 구비된 마찰부와, 이 마찰부가 구비된 회동축 또는 종동축의 타방에 마찰부와 대향하여 배치한 피접촉부를 구비하여, 마찰부와 피접촉부를 접촉시키는 마찰 클러치이며, 회동축의 회전과 종동축에 연결된 토크 검출 수단의 토크 검지축을 동기시킨 후에 회동축이 정지했을 때의 토크값을 계측하는 것이다. 이것에 의해, 전동 타입의 확관 장치에서도, 회전 기동시에 발생하는 큰 토크의 영향을 받지 않아, 확관 작업에서 필요하게 되는 토크를 정확하게 측정할 수 있는 토크 측정기를 얻을 수 있다.

본 발명의 클러치로서는, 기계적으로 맞물리는 맞물림 클러치가 아니라, 원추 또는 원판상의 마찰부와 이것에 대향한 피접촉부를 서서히 접촉시키고, 전달원이 되는 회동축으로부터 전달처가 되는 종동축으로 회전 토크를 전달하는 기구의 마찰 클러치이면 좋다. 이 경우, 마찰부와 피접촉부와의 맞닿음 하중을 조절함으로써 슬라이딩하면서 원활하게 회전 토크를 회동축으로부터 토크 검지축에 전달할 수 있어, 회전 기동시의 큰 토크가 측정 결과에 나타나지 않는다.

바람직한 마찰 클러치로서는 기어 등의 구동에 의해 재빠르게 마찰부와 피접촉부가 접촉하는 클러치보다도, 작동 공기에 의해 마찰부와 피접촉부를 균등하게 서서히 맞닿게 하는 에어 클러치를 들 수 있다.

에어 클러치는 작동 공기에 의해 마찰부와 피접촉부의 간극을 없애도록 양자를 접촉시킨다. 이 경우, 에어 클러치로의 작동 공기의 도입 속도를 조정하는 스피드 컨트롤러 수단을 더 구비함으로써, 용이하게 마찰부와 피접촉부를 서서히 접촉시킬 수 있다.

보다 구체적인 토크 측정기로서는 토크를 검출하는 토크 센서와, 작동 공기에 의해 연결하고 되돌림 스프링으로 개방하는 에어 클러치와, 일방은 토크 센서와 결합하고 타방은 에어 클러치와 결합한 축 조인트와, 에어 클러치에 장착되는 드라이브 샤프트와, 이들 드라이브 샤프트, 에어 클러치, 축 조인트, 토크 센서를 동축상으로 조립한 가대를 구비한다.

본 발명에 의한 토크 측정기는 피측정 대상의 회전체의 회전에 의해 회전하고 있는 회동축을 일정 시간 회전시키고나서 마찰 클러치를 동작시켜 회동축의 회전을 토크 검출 수단의 토크 검지축으로 서서히 전달한다. 토크 검지축에 토크를 전달한 회동축은 결과적으로 회전이 정지한다. 토크 검출 수단은, 회동축이 정지했을 때의 토크값을 계측함으로써, 실제의 확관 작업에 가까운 조건으로 토크를 측정할 수 있고, 즉 관에 삽입한 튜브 익스팬더가 서서히 직경확장하여 관 내면과 접촉하여, 관을 관판에 확관할 때의 토크 곡선과 가까운 토크 곡선이 된다.

이상과 같이, 본 발명의 토크 측정기는, 외부로부터는 작동 공기의 공급만으로 사용할 수 있기 때문에, 옥외나 전력 사정이 상이한 해외에서도 사용하기 쉬운 이점을 얻을 수 있다. 또한 회동축을 일정 시간 회전시키고나서 작동 공기의 공급을 개시함으로써, 마찰 클러치의 회전부가 고정부에 서서히 접촉하여 밀착 후, 회전이 정지하므로, 실제의 확관 작업에 가까운 조건에서 토크를 측정할 수 있는 이점을 얻을 수 있다. 또한 모터 등의 회전구동기의 회전 기동시의 과부하에 영향받지 않는 이점도 얻을 수 있다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 토크 측정기의 구성을 도시하는 정면도이다. 도 2는 클러치 커버를 떼어낸 상태의 도 1의 평면도이다. 도 3은 도 1의 측면도이다. 도 4는 도 1의 에어 클러치의 공압 회로도이다. 도 5는 도 1의 부품 구성을 나타내는 설명도이다. 도면에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 토크 측정기(10)는 열교환기나 보일러 등의 관판에 삽입한 관(튜브)을 확관하는 롤러식 튜브 확관 장치의 토크를 검출하는 것이다.

롤러식 튜브 확관 장치의 회전구동기와 맨드릴 커플링(확관 구동기와 튜브 익스팬더를 접속하기 위한 어태치먼트)으로 일단부가 접속되는 에어 클러치의 회동축으로서의 드라이브 샤프트(11)와, 이 드라이브 샤프트(11)의 타단부에 연결된 에어 클러치(20)와, 에어 클러치(20)의 종동축에 연결된 축 조인트로서의 커플링(12)을 통하여 토크 검출 수단으로서의 토크 센서(13)의 토크 검지축에 연결되어 있다.

즉 회동축의 드라이브 샤프트(11)와, 에어 클러치(20)와, 토크 센서(13)가 동축상으로 베이스(14) 위에 3장의 고정 설치 플레이트(15, 16, 17)로 지지되어 있다.

3장의 고정 설치 플레이트(15, 16, 17) 중, 드라이브 샤프트(11)를 지지하는 프론트 플레이트(15)와, 커플링(12)을 지지하는 중간 플레이트(16)에는 회전시의 마찰을 경감하기 위한 볼 베어링(18)이 각각 배치되어 있다. 토크 센서(13)의 타단부를 지지하는 백 플레이트(17)에는 토크 센서(13)가 에어 클러치의 종동축의 회동을 따라 베이스(14) 위에서 회동하지 않도록 각(角)샤프트(19)로 토크 센서(13)를 지지하고 있다.

에어 클러치(20)(아사히세이코사제 「CSCP2」)는 회동축으로서의 드라이브 샤프트(11)의 타단부에 연결되어 회동하는 피접촉부로서의 디스크(21)와, 종동축에 연결되어 디스크(21)에 대향하여 배치된 마찰부로서의 마찰판(22)이 클러치 커버(23) 내에 배치되어 있다. 디스크(21)와 마찰판(22)이 연결되면, 토크 센서(13)의 토크 검출축(13a)에 연결된 종동축에 드라이브 샤프트(11)의 회동이 전달된다. 또한, 클러치 커버(23)의 상부에는 핸들(30)이 배치되어 있다.

에어 클러치(20)의 회동축(11)측에는, 디스크(21)를 마찰판(22)측으로 눌러 회동축의 토크를 에어 클러치(20)의 종동축에 전달하기 위하여 피스톤부와 공기실(시린지부)의 구동 기구를 구비한다. 본 실시예에서의 에어 클러치는 작동 공기에 의한 공기압으로 디스크(21)를 마찰판(22)측으로 눌러 연결하고, 작동 공기를 배제하는 경우에 되돌림 스프링으로 연결이 개방된다. 디스크(21)는 스플라인을 따라 축방향으로 움직인다. 에어 클러치는 피접촉부와 마찰부와의 간극을 조정할 수 있는 구조로 되어 있다. 본 실시예에서는 에어 클러치(20)의 종동축이 커플링(12)을 통하여 연결된 토크 센서(13)의 토크 검지축(13a)에 회동축의 토크를 전달함으로써 토크가 측정된다.

작동 공기는 프론트 플레이트(15)의 측방에 배치된 공급 구멍(24)에 연통하여 도입되고, 이 공급 구멍(24)에 연통하는 밸브 스위치(25)를 통하여, 에어 클러치(20)의 상면으로부터 도입된다. 에어 클러치(20)로의 도입구에는 작동 공기의 도입 속도를 조정하는 스피드 컨트롤러 수단으로서의 스피드 컨트롤러(26)가 배치되어 있다.

이 토크 측정기(10)의 사용 방법은 다음과 같다.

(1) 토크 측정기(10)의 드라이브 샤프트(11)와, 측정하는 롤러식 튜브 확관 장치의 회전구동기를 접속한다. 접속은, 예를 들면, 확관 장치의 모터 등의 구동부와 튜브 익스팬더를 접속하기 위한 어태치먼트인 맨드릴 커플링으로 직접 토크 측정기(10)와 접속하면 된다.

(2) 확관 장치의 컨트롤러에서 확관 조건(회전속도와 토크값)을 설정한다.

(3) 설정한 확관 조건으로 회전구동기(모터)를 구동한다.

(4) 모터가 설정한 회전속도에 도달하면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 밸브 스위치(25)를 열고 토크 측정기(10)에 작동 공기를 공급한다.

(5) 에어 클러치(20)의 디스크(21)가 마찰판(22)과 접촉하여, 토크 센서(13)에 토크가 서서히 전달된다.

(6) 확관 장치측에서 설정한 토크에 도달하면 모터의 회전이 정지하고, 그 때의 토크값이 토크 센서(13)에 표시된다.

(7) 설정값과 검출된 토크값에 차가 있었을 경우에는, 설정값을 조정한다.

(8) 설정값과 토크값을 일치시킨 뒤에, 롤러식 튜브 확관 장치를 사용하여 열교환기나 보일러 등의 관판에 삽입한 관을 확관한다.

롤러식 튜브 확관 장치의 회전구동기의 토크가 토크 센서(13)에 전해지는 경로로서는 다음과 같다.

(1) 드라이브 샤프트(11)의 회동이 에어 클러치(20)의 디스크(21)측의 회동축에 전달되어, 디스크를 회전시킨다.

(2) 작동 공기가 에어 클러치(20)에 공급되면, 디스크(21)가 마찰판(22)에 밀어 붙여지고, 종동축 상의 마찰판(22)이 영향을 받아 회전하려고 한다.

(3) 종동축에 전달된 회전은 커플링(12)을 통하여 종동축에 연결된 토크 센서(13)의 토크 검지축(13a)에 토크가 전달된다.

(4) 토크 센서(13)의 타단측은 각샤프트(19)로 회전 방지되어 있으므로, 백 플레이트(17)에서 토크를 받게 되어, 토크 센서(13)에 의해 토크값이 계측된다.

또한, 작동 공기의 공급에 대해서는, 에어의 공급 속도가 빠른 경우에는, 회전구동기가 급격하게 정지되게 되어, 회전체의 관성이 가산된 토크값이 검출되게 된다. 따라서, 에어 클러치로의 작동 공기의 도입 속도는 스피드 컨트롤러(26)를 조정하여, 적정하게 설정한다. 구체적으로는, 회전구동기의 정지 속도에는, 경험적으로 10∼20초 정도 걸쳐서 천천히 정지시키면 된다.

또한 본 실시예의 토크 측정기에서는, 회전구동기를 정지시키는데 요하는 에너지는 모두 열로 변환된다. 디스크(21)에는 열을 발산시켜, 스타트나 고빈도의 연결에 의해 과열되지 않도록 냉각 핀(27)이 붙여져 있지만, 연속해서 측정하면 본체의 발열은 피할 수 없어, 측정 후에 다소의 냉각시간이 필요하게 된다.

회동축을 일정 시간 회전시키고나서 작동 공기의 공급을 개시함으로써, 실제의 확관 작업에 가까운 조건으로 토크를 측정할 수 있어, 전동 타입의 확관 장치에서도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 피접촉부로서의 디스크를 회동축에, 마찰부로서의 마찰판을 종동축에 배치한 예를 나타냈지만, 디스크와 마찰판의 회동축 또는 종동축에의 배치는 선택할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

10 토크 측정기
11 드라이브 샤프트(회동축)
12 커플링(축 조인트)
13 토크 센서(토크 검출 수단)
13a 토크 검지축(종동축)
14 베이스
15 프론트 플레이트(고정 설치 플레이트)
16 중간 플레이트(고정 설치 플레이트)
17 백 플레이트(고정 설치 플레이트)
18 볼 베어링
19 각샤프트
20 에어 클러치
21, 22 마찰 클러치(클러치 기구)
21 디스크(피접촉부)
22 마찰판(마찰부)
23 클러치 커버
24 공급 구멍
25 밸브 스위치
26 스피드 컨트롤러(스피드 컨트롤러 수단)
27 냉각 핀
30 핸들

Claims

피측정 대상의 회전체의 회전을 받아 회전하고 있는 회동축의 토크를 토크 검출 수단으로 검출하는 토크 측정기에 있어서,
상기 회동축의 회전을 그 회전이 전달되는 종동축에 연결된 토크 검출 수단의 토크 검지축으로 서서히 전달하는 클러치 기구를 구비하고,
이 클러치 기구는 상기 회동축 또는 상기 종동축의 어느 일방에 구비된 마찰부와, 이 마찰부가 구비된 상기 회동축 또는 상기 종동축의 어느 타방에 상기 마찰부와 대향하여 배치한 피접촉부를 구비하여, 상기 마찰부와 피접촉를 접촉시키는 마찰 클러치이며,
상기 마찰 클러치에 의해 상기 회동축의 회전을 동기시켜 토크 검출 수단의 토크 검지축에 전달한 후에 회동축이 정지했을 때의 토크값을 계측하는 것을 특징으로 하는 토크 측정기.
제 1 항에 있어서, 상기 마찰 클러치가 작동 공기에 의해 상기 마찰부와 피접촉부를 접촉시키는 에어 클러치인 것을 특징으로 하는 토크 측정기.
제 2 항에 있어서, 상기 에어 클러치로의 작동 공기의 도입 속도를 조정하는 스피드 컨트롤러 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 토크 측정기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 대상이 열교환기나 보일러 등의 관판에 삽입한 튜브를 확관할 때에 전기를 구동원으로 하는 튜브 확관 장치인 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.