WO2005075950A1 - トルク計 - Google Patents

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WO2005075950A1
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torque
load
torque meter
disposed
thin
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PCT/JP2004/001113
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English (en)
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Inventor
Akio Takamura
Kenichi Otsuka
Tooru Miyata
Original Assignee
Ono Sokki Co.,Ltd.
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Publication date
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • G01L3/1457Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving resistance strain gauges

Definitions

  • the present invention relates to a torque meter for measuring a driving torque or the like generated on an output shaft of a rotary drive machine such as an electric motor or a reduction gear.
  • This type of torque meter measures a moment about an axis such as a rotation axis or a stationary axis.
  • the torque is detected by detecting the twisting force of the shaft generated by the torque or the twisting angle of the shaft deformed by the torque.
  • a twisting force one using a piezoelectric element that generates a charge proportional to the received force is known, and torque can be detected as force.
  • the magnetostrictive element is an element using a material whose magnetic characteristics change when it receives a force, and detects torque as a force.
  • a strain gauge method and a rotational pulse phase difference method are well known, and a minute twist angle of the shaft can be detected as a minute displacement.
  • Patent Document 1 includes a plate-like elastic body having a central through hole at a central portion through which an output shaft of the rotary drive passes, which is mounted between a flange provided on the rotary drive and the rotary drive structure.
  • a torque transmission comprising a flange fixing portion provided around a hole and having a fastening means with the flange, and a base fixing portion provided outside the flange fixing portion and having a fastening means with a fixing base of the rotary drive structure.
  • a torque meter is disclosed in which distortion due to torque is measured and drive torque generated on the output shaft is detected.
  • the load such as thrust load (axial load), radial load (radial load), bending load, centrifugal load, etc. is applied to the rotating shaft and the stationary shaft in addition to the above-mentioned Often join at the same time.
  • Patent Document 2 mounts a plurality of sensors in a differential sensor / one structure for torque detection, and adds each sensor to the torque. It is proposed that the output be increased, and for changes other than torque, each sensor be subtracted to reduce the output.
  • Patent Document 2 can reduce effects other than torque depending on the operation structure, but in order to sufficiently reduce the effects, it is necessary to remove the effects due to unbalance between sensors, structure unbalance, etc. The problem is that manufacturing becomes difficult.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0 0 3 8 8
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5 3-1 0 6 1 8 1
  • the object of the present invention is to provide a torque meter capable of measuring torque with high accuracy, ideally without affecting other than torque, by detecting only torque without being affected by various loads described above. To provide.
  • an elastic member disposed in a power transmission path, which is deformed upon receiving a torque to be measured, and a torque detecting torque based on deformation of the elastic member.
  • the elastic member in the torque meter of the first invention, includes an input unit, an output unit, and a deformation unit disposed between the input unit and the output unit, The torque member and the load member are formed in the deformed portion, and the torque meter is a torque meter.
  • a third aspect of the invention is the torque meter according to the first or the second aspect of the invention, wherein the weir member is a flange-type member, and the torque member and the load member are thin-walled portions formed on the weir member.
  • the torque member is characterized in that the surface direction of the thin portion is disposed in parallel with the torque direction, and the load member is disposed in the thickness direction of the thin portion in parallel with the torque direction. It is a measure.
  • a fourth invention is the torque meter according to the first or second invention, wherein the elastic member is a torso bar type member, the torque member is a small diameter shaft portion, and the loading member is the small diameter
  • the thin-walled portion is formed in the radial direction of the shaft portion and the surface direction is disposed in the direction of the twisting moment.
  • the elastic member is a cylindrical member
  • the torque member is a thin-walled portion arranged in an arc direction
  • the load member Is a thin-walled portion disposed in a radial direction, which is a torque meter characterized by:
  • a sixth invention is the torque meter according to any one of the first to fifth inventions, wherein the torque detection means is attached to the torque member and / or the load member. .
  • a seventh invention relates to the torque meter according to any one of the first to sixth inventions,
  • the torque detection means is a torque meter characterized by using two or more kinds of means.
  • the torque detection means can be attached to the torque member or to any part other than the torque member, so the degree of freedom of the attachment location is increased and the structure can be made easy.
  • the torque detection means is attached to a part other than the torque member, the additional processing for reducing the variation between the torque members can be facilitated at the time of adjustment, and the unbalance can be reduced.
  • the torque detection means can be attached to both the torque member and the load member, the latter signal can be used as a torque correction signal, and the accuracy can be improved.
  • Two or more types of torque detection means can be used, and switching can be used according to the purpose by using multiple types of torque detection means, or the signals of multiple types of torque detection means can be calculated and mixed , Correction of temperature etc. can be done more accurately.
  • FIG. 1 shows an embodiment 1 of a torque meter according to the invention.
  • FIG. 2 is a view showing a direction of receiving a load of a torque member and a load member of the torque meter according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing the deformation direction of the torque member of the torque meter according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing the deformation direction of the load member of the torque meter according to the first embodiment.
  • Figure 5 models the torque members and load members of the torque meter according to Example 1 It is a figure explaining how torque and load are applied.
  • FIG. 6 is a view showing a second embodiment of the torque meter according to the present invention.
  • FIG. 7 shows a third embodiment of a torque meter according to the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a fourth embodiment of the torque meter according to the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a fifth embodiment of a torque meter according to the present invention.
  • FIG. 10 shows a sixth embodiment of a torque meter according to the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a seventh embodiment of the torque meter according to the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a torque meter according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the present invention achieves the purpose of accurately detecting only torque without being affected by various loads by separating the torque member and the load member.
  • FIG. 1 shows an embodiment 1 of a torque meter according to the invention.
  • the torque meter 1 is disposed in the power transmission path, and detects torque based on the deformation of the elastic member 10 that is deformed upon receiving the torque to be measured and the deformation of the elastic member 10. Means 20 are provided.
  • the elastic member 10 is disposed between the main body of the rotary drive (not shown) and the fixed portion of the rotary drive.
  • the inertia member 10 is made of metal such as aluminum and has a predetermined thickness, and is a flange type member whose upper and lower surfaces are parallel to each other.
  • the elastic member 10 includes a first fixing portion (input portion) 11 fixed to the main body side of the rotary drive, and a second fixing portion (output portion) fixed to the stationary portion side of the rotary drive. And a deformed portion 1-3 disposed between the first fixed portion 11 and the second fixed portion 12. A plurality of (in this case, eight) holes 14 are formed in the deformed portion 13, and each hole 1 is formed.
  • the connecting part between 4 is torque member 1 5 and load member 1 6 every other one.
  • the torque member 15 is a portion that receives the torque applied to the elastic member 10, and as shown in FIG. 1 (B), a thin portion in which the surface direction is disposed parallel to the torque direction of the elastic member 10. It is.
  • the load member 16 is a portion separated from the torque member 15 to support the load of the elastic member 10, and is a thin-walled portion whose thickness direction is disposed parallel to the torque direction of the elastic member 10 It is.
  • the torque detecting means 20 has a strain gauge attached to the torque member 15 and detects torque with a conventional differential sensor structure.
  • the torque detection means 20, for example, a strain gauge or the like may be attached to the torque member 1 5, but may be attached to another part or may be attached to only a portion of the torque member 15 .
  • Fig. 2 is a view showing a direction of receiving a load of a torque member and a load member of the torque meter according to the first embodiment.
  • Fig. 3 is a view showing a deformation direction of a torque member of the torque sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing the direction of deformation of a load member of the torque meter according to the first embodiment.
  • the torque member 15 applies torque T and radial load Ra in the surface direction and applies thrust load S and moment M in the thickness direction.
  • deformation due to thrust load S and moment M is as shown in Fig. 3 (B)
  • deformation due to radial load R a is as shown in Fig. 3 (C).
  • the load member 16 has torque T applied in the thickness direction and radial load Ra, thrust load S, and moment M applied in the surface direction.
  • the deformation due to the load T is as shown in Figure 4 ( ⁇ )
  • the deformation due to the thrust load S and the moment M is as shown in Figure 4 (B)
  • the deformation due to the radial load R a is as shown in Figure 4 (C) become that way.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining how torque and load are applied by modeling the torque member and one load member of the torque meter according to the first embodiment.
  • torque members 15 and load members 16 have the same cross section, the same set length, and a rectangular ratio (for example, set the set ratio and ratio of 1: 5),
  • the difference between load members 16 is considered to be the difference in the direction in which each force is received.
  • torque members 15 and load members 16 are the same, so this is not considered here.
  • the torque member 1 5 will share the load corresponding to the torque 25 times that of the load member 1 16. Therefore, internal stress occurs and distortion can be measured with high sensitivity.
  • the thrust load and the moment are opposite to the torque, and the torque member 15 shares the load of 1/25 of the load member 16 (the ratio of the second moment of area).
  • the torque meter 1 of Example 1 can intentionally select the force to be received by appropriately matching the cross-sectional shapes of the torque member 15 and the load member 16 in the load direction, the torque member With proper determination of 1 5, the load members can be properly positioned according to other required load capacity.
  • the torque meter 1 structurally separates the torque member 15 which is a torque receiving member and the load member 16 which is a load receiving member, for example. Since the load is supported separately from the torque, the influence on these torques can be further reduced.
  • FIG. 6 is a view showing a second embodiment of the torque meter according to the present invention.
  • the same reference numerals or the same reference numerals at the end are added to the portions having the same functions as in the first embodiment described above, and the overlapping description and the drawings are appropriately omitted.
  • the torque meter 1B of the second embodiment eight grooves 14B are formed in the deformed portion ⁇ 3 ⁇ , and every other connection portion between the grooves 14B is a torque member 15 and a load. It has become a member 16.
  • the groove structure portion 14B serves as a guide and can be expected to have the effect of reducing danger and damage. Further, by changing to the structure of the hole 14 of the first embodiment and the groove 14 B of the second embodiment, the processing method can be changed, and they can be appropriately selected.
  • FIG. 6 shows an embodiment 3 of a torque meter according to the present invention.
  • Two load members, 1 6 C and 1 6 C, are arranged.
  • the number of torque members and the number of load members may be different. That is, according to Example 3, the number of load members can be selected according to the magnitude of the load other than torque.
  • FIG. 8 is a view showing a fourth embodiment of the torque meter according to the present invention.
  • torque meter 1D of the fourth embodiment eight groove portions 14D are formed in the deformation portion 13D, and every other connection portion between the groove portions 14D is torque member 15D and load member It is 1 6 D.
  • torque members 1 5D and load members 1 6 D Another type of torque detection means 2 1, 2 2 is provided.
  • the torque detection means 21 may use a strain gauge, and the torque detection means 22 may use a response type capacitive sensor, etc.
  • the signal of any sensor can be used according to the application. In other words, when responsiveness is required but stability (noise, temperature) is not so important, conversely, responsiveness is not necessary so much and stability is necessary.
  • the torque detection means can be selected appropriately.
  • the torque detection means 2 1, 2 2 by attaching the torque detection means 2 1, 2 2 to both of the torque member 15 D and the load member 1 6 D, the latter signal can be used as a torque correction signal. Can be improved.
  • FIG. 9 is a view showing a fifth embodiment of a torque meter according to the present invention.
  • the torque meter 3 of the fifth embodiment is provided with a flange-type elastic member 30 disposed in the power transmission path and deformed in response to the torque to be measured.
  • the inertia member 30 is made of metal such as aluminum and has a predetermined thickness, and is a wheel-shaped member whose upper and lower surfaces are parallel to each other.
  • the elastic member 30 comprises a first fixing portion (input shaft) 31 fixed to the main body of the rotary drive and a second fixing portion (output shaft) 3 fixed to the stationary portion of the rotary drive. And a deformation portion 33 disposed between the first fixing portion 31 and the second fixing portion 32.
  • the torque member 35 and the load member 36 are alternately arranged in the form of spokes in every other deformation portion 33.
  • the torque member 35 is a thin-walled portion in which the surface direction is disposed in parallel with the torque direction of the elastic member 30 as shown in FIG. 9 (B).
  • the load member 36 is a thin-walled portion in which the thickness direction is disposed in parallel with the torque direction, as shown in FIG. 9 (C).
  • Toru The crack detection means 40 is a strain gauge stuck on the torque member 35. (Example 6)
  • FIG. 10 shows a sixth embodiment of a torque meter according to the present invention.
  • the deformed portion 3 3 B of the flange type elastic member 3 0 B is a torque member 1 35 B and a load member 3 6 B with a first fixing portion 31 and a second fixing portion Similar to Example 5 in that 3 2 is connected.
  • three torque members 1 3 5 B are thin-walled portions arranged in the tangential direction of the first fixed portion 31.
  • the load members 1 3 6 B are thin-walled portions disposed three in the radial direction of the first fixed portion 31.
  • the torque detection means 4 0 is a strain gauge attached on the torque member 1 35 B.
  • FIG. 11 is a diagram showing a seventh embodiment of the torque meter according to the present invention.
  • the torque meter 5 of the seventh embodiment is provided with an elastic member 50 of a torque bar type that is disposed in the power transmission path and that deforms in response to the torque to be measured.
  • the elastic member 50 is made of metal such as aluminum and is a shaft member having a predetermined diameter. As shown in FIG. 1 1 (A), the elastic member 50 includes a first fixed portion (input shaft) 51, a second fixed portion (output shaft) 52, a first fixed portion 51, and a first fixed portion 51. And a deformation portion 53 disposed between the fixing portion 52 and the fixing portion 52.
  • the deformed portion 53 is formed with four cutting portions 5 4.
  • the torque member 55 is a small diameter shaft portion.
  • the load members 56 are thin-walled portions which are disposed in the radial direction of the torque member 55 and parallel to the torque direction in the thickness direction.
  • the torque detection means 60 is designed to detect encoders 61, 62 provided on the input side and the output side of the elastic member 50 with non-contact sensors 63, 64. . (Example 8)
  • FIG. 12 is a view showing a torque meter according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the torque meter 7 of the eighth embodiment is provided with a cylindrical elastic member 70 disposed in the power transmission path and deformed in response to the torque to be measured.
  • This elastic member 70 is, as shown in FIG. 12 (A), a disk-shaped first fixing portion (input shaft) 71, a disk-shaped second fixing portion (output shaft) 72, and a first A deformation portion 73 disposed between the fixing portion 71 and the second fixing portion 72 is provided.
  • the torque member 75 is four thin-walled portions which are a part of the cylinder. Also, the load member 176 is a thin-walled portion disposed in the radial direction.
  • the torque detection means 80 is a strain gauge attached on the torque member 75.
  • the fifth embodiment to the eighth embodiment can be appropriately selected in consideration of performance, cost and the like because the manufacturing method and the processing method also change depending on the difference in the structure.
  • the seventh embodiment is useful for reducing the influence of inertia moment because the moment of inertia can be reduced because the axial outer diameter can be reduced due to its structure.
  • torque members and load members may be the same or different.
  • the torque member and load member may or may not be coupled. Also, the torque member and the load member do not have to be paired.
  • the torque detection means may have two or more types. Yes. Also, a load sensor may be used and used as a correction signal.

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Abstract

各種の荷重の影響を受けずに、トルクだけを検出することにより、精度のよいトルク測定を可能とする。動力伝達経路中に配置され、測定すべきトルクを受けて変形する弾性部材(10)と、弾性部材(10)の変形に基づいて、トルクを検出するトルク検出手段(20)とを備え、弾性部材(10)は、回転駆動機の本体部側に固定される第1固定部(入力部)(11)と、回転駆動機の固定部側に固定される第2固定部(出力部)(12)と、第1固定部(11)と第2固定部(12)との間に配置される変形部(13)とを備え、変形部(13)は、8個の孔部(14)が形成されており、各孔部(14)の間の繋ぎ部分は、1つおきに、弾性部材(10)に加えられるトルクを受けるトルクメンバー(15)と、トルクメンバー(15)とは分離して設けられ、弾性部材(10)の荷重を支える荷重メンバー(16)になっている。

Description

トルク計 技術分野
本発明は、 電動機や減速機等の回転駆動機の出力軸に生じる駆動トルクなどを 測定するトルク計に関するものである。
背景技術
この種のトルク計は、 回転軸又は静止軸等の軸を中心とするモーメントを測定 するものである。
通常、 トルクの検出は、 トルクによって発生する軸の捩り力、 又は、 トルクに よって変形する軸の捩り角度を検出する方法がとられている。 捩り力を検出する 手段は、 受けた力に比例した電荷を発生する圧電素子を使ったものが知られてお り、 トルクを力として検出することができる。 また、 磁歪素子は、 力を受けると 磁気的特性が変化する素材を用いた素子であり、 トルクを力として検出するもの である。 一方、 捩れ角度を検出する手段は、 歪みゲージ方式、 回転パスル位相差 方式がよく知られており、 軸の微小な捩れ角を微小変位として検出することがで きる。
特許文献 1は、 回転駆動機に設けたフランジと回転駆動構造物との間に装着さ れ、 中心部に回転駆動機の出力軸が通る中心貫通穴を有する板状弾性体を備え、 中心貫通穴の周囲に設けられフランジとの締結手段を有するフランジ固定部と、 フランジ固定部の外側に設けられ回転駆動構造物の固定ベースとの締結手段を有 するベース固定部とが結合されたトルク伝達部位に削孔された複数の円形穴を有 し、 その円形穴の内面には、 ひずみゲージが接着され、 トルク伝達部位に働く卜 ルクによるひずみが測定され、 出力軸に生じる駆動トルクが検出されるトルク計 を開示している。
しかし、 特許文献 1のようなトルク計は、 回転軸、 静止軸には、 上記モーメン ト以外に、 スラスト荷重 (軸方向荷重) 、 ラジアル荷重 (半径方向荷重) 、 曲げ 荷重、 遠心荷重などの荷重が同時に加わることが多い。
従って、 トルク以外の力の影響を避けるためには、 上記捩り力又は捩り角度が これらの荷重によって影響を受けないように工夫する必要がある。
トルク以外の力の影響を受けないようにするために、 特許文献 2は、 トルク検 出に複数のセンサ一を差動センサ一構造で取り付け、 トルクに対しては、 各セン サーを加算して出力が大きくなるようにし、 トルク以外の変化に対しては、 各セ ンサーを差し引きして出力が小さくなるようにすることを提案している。
しかし、 特許文献 2は、 作動構造によってトルク以外の影響を小さくすること ができるが、 その影響を十分小さくするためには、 センサ一間のアンバランス、 構造のアンバランスなどによる影響を除去しなければならず、 製造が困難になる という問題があった。
(特許文献 1 ) 特開 2 0 0 3— 8 3 8 2 4号公報
(特許文献 2 ) 特開昭 5 3 - 1 0 6 1 8 1号公報
発明の開示
本発明の目的は、 上述した各種の荷重の影響を受けずに、 トルクだけを検出す ることにより、 理想的にはトルク以外の影響はゼロにして、 精度のよいトルク測 定ができるトルク計を提供することである。
前記課題を解決するために、 第 1の発明は、 動力伝達経路中に配置され、 測定 すべきトルクを受けて変形する弾性部材と、 前記弾性部材の変形に基づいて、 ト ルクを検出するトルク検出手段と、 を含むトルク計において、 前記弾性部材に加 えられるトルクを受けるトルクメンバ一と、 前記トルクメンバ一とは分離して設 けられ、 前記弾性部材の荷重を支える荷重メンバーと、 を備えることを特徴とす るトルク計である。
第 2の発明は、 第 1の発明のトルク計において、 前記弾性部材は、 入力部と、 出力部と、 前記入力部と前記出力部との間に配置される変形部とを備え、 前記卜 ルクメンバー及び前記荷重メンバーは、 前記変形部に形成されていること、 を特 徴とするトルク計である。
第 3の発明は、 第 1又は第 2の発明のトルク計において、 前記弹性部材は、 フ ランジ型の部材であり、 前記トルクメンバー及び荷重メンバーは、 前記弹性部材 に形成された薄肉部であり、 前記トルクメンバ一は、 トルク方向と平行に、 薄肉 部の面方向が配置され、 前記荷重メンバーは、 トルク方向に平行に、 薄肉部の厚 み方向が配置されること、 を特徴とするトルク計である。
第 4の発明は、 第 1又は第 2の発明のトルク計において、 前記弾性部材は、 ト ーシヨンバー型の部材であり、 前記トルクメンバーは、 小径軸部であり、 前記荷 重メンバーは、 前記小径軸部の放射方向に形成され、 捩じりモーメントの方向に 面方向が配置された薄肉部であること、 を特徴とするトルク計である。
第 5の発明は、 第 1又は第 2の発明のトルク計において、 前記弾性部材は、 円 筒型の部材であり、 前記トルクメンバーは、 円弧方向に配置された薄肉部であり、 前記荷重メンバーは、 放射方向に配置された薄肉部であること、 を特徴とするト ルク計である。
第 6の発明は、 第 1から第 5までのいずれか 1つの発明のトルク計において、 前記トルク検出手段は、 前記トルクメンバー及び 又は前記荷重メンバーに取り 付けること、 を特徴とするトルク計である。
第 7の発明は、 第 1から第 6までのいずれか 1つの発明のトルク計において、 前記トルク検出手段は、 2種類以上の手段を用いること、 を特徴とするトルク計 である。
以上説明したように、 本発明によれば、 以下のような効果がある。
( 1 ) トルクメンバ一と荷重メンバ一に分けたので、 トルク以外の荷重は、 主に 荷重メンバーで支えることができ、 トルクへの影響が小さくなる。 したがって、 同じトルク感度のトルク検出手段に対して、 耐荷重を大きくすることができる。
( 2 ) トルク検出手段は、 トルクメンバーに取り付けることも、 トルクメンバー 以外の部分に取り付けることができるので、 取付場所の自由度が増し、 作りやす い構造とすることができる。 また、 トルク検出手段は、 トルクメンバー以外の部 分に取り付ければ、 調節時にトルクメンバー間のばらつきを小さくするための追 加加工がし易くなり、 アンバランスを小さくすることができる。 さらに、 トルク 検出手段は、 トルクメンバ一と荷重メンバーの両方に取り付けることにより、 後 者の信号をトルクの補正信号とすることができ、 精度を向上させることができる。
( 3 ) トルク検出手段は、 2種類以上用いることができ、 複数種類のトルク検出 手段を使うことにより、 目的に応じて切り替えて使ったり、 複数種類のトルク検 出手段の信号を演算混合して、 温度などの補正をより正確に行つたりできるよう になる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明によるトルク計の実施例 1を示す図である。
図 2は、 実施例 1によるトルク計のトルクメンバーと荷重メンバーの負荷を受 ける方向を示す図である。
図 3は、 実施例 1によるトルク計のトルクメンバーの変形方向を示す図である。 図 4は、 実施例 1によるトルク計の荷重メンバーの変形方向を示す図である。 図 5は、 実施例 1によるトルク計のトルクメンバーと荷重メンバーをモデル化 して、 トルクと荷重のかかり方を説明する図である。
図 6は、 本発明によるトルク計の実施例 2を示す図である。
図 7は、 本発明によるトルク計の実施例 3を示す図である。
図 8は、 本発明によるトルク計の実施例 4を示す図である。
図 9は、 本発明によるトルク計の実施例 5を示す図である。
図 1 0は、 本発明によるトルク計の実施例 6を示す図である。
図 1 1は、 本発明によるトルク計の実施例 7を示す図である。
図 1 2は、 本発明によるトルク計の実施例 8を示す図である。
発明を実施するための最良の形態 .
本発明は、 各種の荷重の影響を受けずに、 トルクだけを精度よく検出するとい う目的を、 トルクメンバ一と荷重メンバーを分離することによって実現する。
以下、 図面等を参照して、 本発明の実施例をあげて、 さらに詳しく説明する。 (実施例 1 )
図 1は、 本発明によるトルク計の実施例 1を示す図である。
実施例 1のトルク計 1は、 動力伝達経路中に配置され、 測定すべきトルクを受 けて変形する弾性部材 1 0と、 弾性部材 1 0の変形に基づいて、 トルクを検出す るトルク検出手段 2 0とを備えている。
弾性部材 1 0は、 回転駆動機 (不図示) の本体部とその回転駆動機の固定部と の間に配置される。 この弹性部材 1 0は、 アルミニウム等の金属製であって、 所 定の肉厚を有し、 その上下面が互いに平行なフランジ型の部材である。
この弾性部材 1 0は、 回転駆動機の本体部側に固定される第 1固定部 (入力 部) 1 1と、 回転駆動機の固定部側に固定される第 2固定部 (出力部) 1 2と、 第 1固定部 1 1と第 2固定部 1 2との間に配置される変形部 1—3とを備えている。 変形部 1 3は、 複数 (ここでは 8個) の孔部 1 4が形成されており、 各孔部 1 4の間の繋ぎ部分は、 1つおきに、 トルクメンバー 1 5と荷重メンバー 1 6にな つている。
トルクメンバ一 1 5は、 弾性部材 1 0に加えられるトルクを受ける部分であり、 図 1 ( B ) に示すように、 弾性部材 1 0のトルク方向と平行に、 面方向が配置さ れる薄肉部である。
荷重メンバ一 1 6は、 トルクメンバー 1 5とは分離して設けられ、 弾性部材 1 0の荷重を支える部分であり、 弾性部材 1 0のトルク方向に平行に、 厚み方向が 配置される薄肉部である。
トルク検出手段 2 0は、 実施例 1では、 トルクメンバー 1 5上に歪みゲ一ジを 貼りつけてあり、 従来の差動センサ一構造でトルクを検出している。
なお、 トルク検出手段 2 0、 例えば、 歪みゲ一ジなどは、 トルクメンバー 1 5 に取り付けるが、 それと別の部分に取り付けてもよいし、 一部のトルクメンバー 1 5のみに貼り付けてもよい。
図 2は、 実施例 1によるトルク計のトルクメンバーと荷重メンバーの負荷を受 ける方向を示す図、 図 3は、 実施例 1によるトルク計のトルクメンバ一の変形方 向を示す図、 図 4は、 実施例 1によるトルク計の荷重メンバ一の変形方向を示す 図である。
トルクメンバー 1 5は、 図 2 (A) に示すように、 トルク Tとラジアル荷重 R aが面方向にかかり、 スラスト荷重 Sとモーメント Mが厚さ方向にかかるので、 トルク Tによる変形が、 図 3 (A) のようになり、 スラスト荷重 Sとモーメント Mによる変形が、 図 3 ( B ) のようになり、 ラジアル荷重 R aによる変形が、 図 3 ( C) のようになる。 '
荷重メンバー 1 6は、 図 2 ( B ) に示すように、 トルク Tが厚さ方向にかかり、 ラジアル荷重 R a、 スラスト荷重 S、 モーメント Mが面方向にかかるので、 トル ク Tによる変形が、 図 4 (Α) のようになり、 スラスト荷重 Sとモーメント Mに よる変形が、 図 4 (B) のようになり、 ラジアル荷重 R aによる変形が、 図 4 (C) のようになる。
図 5は、 実施例 1によるトルク計のトルクメンバーと荷重メンバ一をモデル化 して、 トルクと荷重のかかり方を説明する図である。
トルクメンバー 1 5、 荷重メンバー 1 6を同じ断面積で同じ夕テ、 ョコ比の直 方体としたとき (例えば、 夕テ、 ョコ比は 1 : 5とする) 、 トルクメンバー 1 5 と荷重メンバ一 1 6の差は、 それぞれの力を受ける方向の違いと考えられる。 伹 し、 ラジアル方向については、 トルクメンバー 1 5も荷重メンバ一 1 6も同等で あるので、 ここでは考えない。
この直方体 (図 5 (A) ) を、 両端固定の梁と考えたときに、 荷重 (R) に対 するたわみ δは、 次式 (1) で表される。
(5 = (L3 Zl 2 Ε) · (1/1) · R … (1)
次に、 トルクメンバー 1 5と荷重メンバー 1 6の荷重分担比を求める。
トルクメンバ一 1 5と荷重メンバー 1 6が同時に存在した場合に、 負荷がかか つたときのたわみは、 同じであり、 そのときの分担される負荷を Rl 、 R2 と すると、 次式 (2) が成り立つ。
(L3 /12 Ε) · (1/1 1 ) · R1
= (L3 /1 2 Ε) · (1/12 ) - R2 - (2)
E、 Lが同じであるとすれば、 次式 (3) で表される。
(12 /1 1 ) - (R2 /R1 ) … (3)
ここで、 図 5 (D) に示すように、 夕テ、 ョコ比 1対 5の直方体で考えている ので、 断面 2次モーメントは、 I = (1Z1 2) bh3 で表されるので、 I I = (1/12) h - (5 h) 3 = (1/1 2) - 12 5 h4 - (4) 12 = (1/1 2) 5 h . ( ) 3 = (1/1 2) · 5 h4 ··· (5)
(R2 /Rl ) = ( I 2 / 1 1 ) = (1/2 5) ··· (6)
上記の例では、 トルクメンバ一 1 5は、 トルクに対応する負荷を、 荷重メンバ 一 1 6の 25倍分担することになる。 したがって、 内部応力が発生し、 ゆがみを 感度よく測定することができる。
一方、 スラスト荷重、 モーメントに関しては、 トルクとは逆になり、 トルクメ ンバー 1 5が荷重メンバー 1 6の 1/25 (断面 2次モーメントの比) の負荷を 分担することになる。
以上のように、 実施例 1のトルク計 1は、 トルクメンバー 1 5と荷重メンバー 1 6の断面形状を、 荷重方向に適切に合わせることで、 受ける力を意識的に選択 できるので、 トルクメンバ一 1 5を適切に決めた上で、 要求されるその他の荷重 負荷能力に合せて荷重メンバーを適切に配置することができる。
したがって、 トルク以外の荷重は、 主に荷重メンバー 1 6で支えることができ、 トルクへの影響が小さくなる。 したがって、 同じトルク感度のトルク検出手段 2 0に対して、 耐荷重を大きくすることができる。
つまり、 トルク計 1は、 作動センサ一構造に加えて、 トルクを受ける部材であ るトルクメンバ一 1 5と、 それ以外の例えば、 荷重を受ける部材である荷重メン バー 16を構造的に分離して、 荷重はトルクとは別に支えるようにしたので、 こ れらのトルクへの影響を一層小さくすることができる。
また、 トルクメンバ一 1 5と荷重メンバー 1 6を分離することにより、 荷重の 影響を小さくすることができ、 捩り量は変えずに (トルクに対する感度は変えず に) 、 荷重剛性のみ強くすることができる。
(実施例 2)
図 6は、 本発明によるトルク計の実施例 2を示す図である。 なお、 以下に示す各実施例では、 前述した実施例 1と同様な機能を果たす部分 には、 同一の符号又は末尾に統一した符号を付して、 重複する説明や図面を適宜 省略する。
実施例 2のトルク計 1 Bでは、 変形部 Γ3Βは、 8本の溝部 14Bが形成され ており、 各溝部 14 Bの間の繋ぎ部分は、 1つおきに、 トルクメンバ一 1 5と荷 重メンバー 16になっている。
実施例 2によれば、 万が一、 トルクメンバー 1 5、 荷重メンバー 1 6が破損し ても、 溝構造部 14Bがガイドとなり、 危険、 損害を小さくする効果が期待でき る。 また、 実施例 1の孔部 14と実施例 2の溝部 14 Bの構造に変えることによ つて、 加工方法も変更でき、 それらを適宜選択することができる。
(実施例 3)
図 Ίは、 本発明によるトルク計の実施例 3を示す図である。
実施例 3のトルク計 1 Cでは、 変形部 1 3 Cは、 4本の溝部 14 Cが形成され ており、 各溝部 14 Cの間の繋ぎ部分は、 1つのトルクメンバー 1 5 Cを挟んで、
2つの荷重メンバ一 1 6 C, 1 6 Cが配置されている。
このように、 トルクメンバ一と荷重メンバーの数は、 異なっていてもよい。 つ まり、 実施例 3によれば、 トルク以外の加重の大きさに合わせて、 荷重メンバー の数を選択することができる。
(実施例 4)
図 8は、 本発明によるトルク計の実施例 4を示す図である。
実施例 4のトルク計 1 Dでは、 変形部 1 3Dは、 8本の溝部 14Dが形成され ており、 各溝部 14 Dの間の繋ぎ部分は、 1つおきに、 トルクメンバー 1 5Dと 荷重メンバー 1 6 Dになっている。
この実施例 4では、 さらに、 トルクメンバー 1 5Dと荷重メンバ一 1 6 Dとに、 別の種類のトルク検出手段 2 1、 2 2が設けられている。
例えば、 トルク検出手段 2 1は歪ゲージ、 トルク検出手段 2 2は応答性のよい 静電容量式センサーを用いるなど、 用途に合わせて、 いずれかのセンサーの信号 を用いることができる。 つまり、 応答性は必要であるが、 安定性 (ノイズ、 温 特) はそれほど必要ない場合、 逆に、 応答性はそれほど必要なく、 安定性は必要 である場合などのように、 使用用途によって、 トルク検出手段を適宜選択するこ とができる。
実施例 4では、 トルク検出手段 2 1、 2 2は、 ,トルクメンバー 1 5 Dと荷重メ ンバー 1 6 Dの両方に取り付けることにより、 後者の信号をトルクの補正信号と することができ、 精度を向上させることができる。
(実施例 5 )
図 9は、 本発明によるトルク計の実施例 5を示す図である。
実施例 5のトルク計 3は、 動力伝達経路中に配置され、 測定すべきトルクを受 けて変形するフランジ型の弾性部材 3 0を備えている。
弹性部材 3 0は、 アルミニウム等の金属製であって、 所定の肉厚を有し、 その 上下面が互いに平行な車輪状の部材である。
この弾性部材 3 0は、 回転駆動機の本体部側に固定される第 1固定部 (入力 軸) 3 1と、 回転駆動機の固定部側に固定される第 2固定部 (出力軸) 3 2と、 第 1固定部 3 1と第 2固定部 3 2との間に配置される変形部 3 3とを備えている。 実施例 5では、 変形部 3 3は、 1つおきに、 トルクメンバー 3 5と荷重メンバ —3 6とが交互にスポーク状に配置されている。
トルクメンバ一 3 5は、 図 9 (B ) に示すように、 '弾性部材 3 0のトルク方向 と平行に、 面方向が配置される薄肉部である。 荷重メンバー 3 6は、 図 9 ( C ) に示すように、 トルク方向に平行に、 厚み方向が配置される薄肉部である。 トル ク検出手段 4 0は、 トルクメンバー 3 5上に貼りつけられた歪みゲージである。 (実施例 6 )
図 1 0は、 本発明によるトルク計の実施例 6を示す図である。
実施例 6のトルク計 3 Bでは、 フランジ型の弾性部材 3 0 Bの変形部 3 3 Bは、 トルクメンバ一 3 5 Bと荷重メンバー 3 6 Bで第 1固定部 3 1と第 2固定部 3 2 とを連結している点で、 実施例 5と類似している。
しかし、 トルクメンバ一 3 5 Bは、 図 1 0 ( B ) に示すように、 第 1固定部 3 1の接線方向に、 3本配置された薄肉部分である。 荷重メンバ一 3 6 Bは、 第 1 固定部 3 1の放射方向に、 3本配置された薄肉部分である。 トルク検出手段 4 0 は、 トルクメンバ一 3 5 B上に貼りつけられた歪みゲージである。
(実施例 7 )
図 1 1は、 本発明によるトルク計の実施例 7を示す図である。
実施例 7のトルク計 5は、 動力伝達経路中に配置され、 測定すべきトルクを受 けて変形するトーシヨンバ一型の弾性部材 5 0を備えている。
弾性部材 5 0は、 アルミニウム等の金属製であって、 所定の直径の軸部材であ る。 この弾性部材 5 0は、 図 1 1 (A) に示すように、 第 1固定部 (入力軸) 5 1と、 第 2固定部 (出力軸) 5 2と、 第 1固定部 5 1と第 2固定部 5 2との間に 配置される変形部 5 3とを備えている。
実施例 7では、 変形部 5 3は、 図 1 1 (B ) に示すように、 4個の切削部 5 4 が形成されている。 トルクメンバー 5 5は、 小径の軸部分である。 荷重メンバ一 5 6は、 トルクメンバー 5 5の放射方向に配置され、 トルク方向に平行に、 厚み 方向が配置された薄肉部である。
トルク検出手段 6 0は、 弾性部材 5 0の入力側と出力側に設けられたェンコ一 ダ盤 6 1、 6 2を非接触のセンサ一 6 3、 6 4で検出するようにしたものである。 (実施例 8 )
図 1 2は、 本発明によるトルク計の実施例 8を示す図である。
実施例 8のトルク計 7は、 動力伝達経路中に配置され、 測定すべきトルクを受 けて変形する円筒型の弾性部材 7 0を備えている。
この弾性部材 7 0は、 図 1 2 (A) に示すように、 円盤状の第 1固定部 (入力 軸) 7 1と、 円盤状の第 2固定部 (出力軸) 7 2と、 第 1固定部 7 1と第 2固定 部 7 2との間に配置される変形部 7 3とを備えている。
実施例 8の変形部 7 3では、 図 1 2 ( B ) に示すように、 トルクメンバー 7 5 は、 円筒の一部である 4つの薄肉部分である。 また、 荷重メンバ一 7 6は、 放射 方向に配置された薄肉部分である。
トルク検出手段 8 0は、 トルクメンバー 7 5上に貼りつけられた歪みゲージで ある。
実施例 5から実施例 8は、 その構造の相違によって製作、 加工方法も変わるの で、 性能、 費用等を考慮して適宜選択できる。 例えば、 実施例 7は、 構造上、 軸 外径を小さくできるために、 慣性モーメントを小さくできるので、 慣性モ一メン トの影響を小さくしたい場合に有用である。
(変形例)
以上説明した実施例に限定されることなく、 種々の変形や変更が可能であって、 それらも本発明の均等の範囲内である。
( 1 ) トルクメンバーと荷重メンバーは、 同数でも、 数が異なっていてもよい。
( 2 ) トルクメンバ一と荷重メンバーは、 連結されていてもよいが、 連結されて いなくてもよい。 また、 トルクメンバ一と荷重メンバーは、 対になっていなくて もよい。
( 3 ) トルク検出手段は、 複数で持っていてもよいし、 複数種類持っていてもよ い。 また、 荷重センサーを持ち、 それを補正信号として使用するようにしてもよい

Claims

請求の範囲
1 . 動力伝達経路中に配置され、 測定すべきトルクを受けて変形する弾性部材と、 前記弹性部材の変形に基づいて、 トルクを検出するトルク検出手段と、
を含むトルク計において、
前記弾性部材に加えられるトルクを受けるトルクメンバーと、
前記トルクメンバーとは分離して設けられ、 前記弹性部材の荷重を支える荷重 ■ メンバ一と、
を備えることを特徴とするトルク計。
2 . 請求の範囲 1に記載のトルク計において、
前記弹性部材は、 入力部と、 出力部と、 前記入力部と前記出力部との間に配置 される変形部とを備え、
前記トルクメンバ一及び前記荷重メンバ一は、 前記変形部に形成されているこ と、
を特徴とするトルク計。
3 . 請求の範囲 1又は請求の範囲 2に記載のトルク計において、
前記弾性部材は、 フランジ型の部材であり、
前記トルクメンバー及び荷重メンバ一は、 前記弾性部材に形成された薄肉部で あり、
前記トルクメンバ一は、 トルク方向と平行に、 薄肉部の面方向が配置され、 前記荷重メンバーは、 トルク方向に平行に、 薄肉部の厚み方向が配置されるこ と、
を特徴とするトルク計である。
4 . 請求の範囲 1又は請求の範囲 2に記載のトルク計において、
前記弾性部材は、 卜ーションバー型の部材であり、 前記トルクメンバーは、 小径軸部であり、
前記荷重メンバーは、 前記小径軸部の放射方向に形成され、 捩じりモーメント の方向に面方向が配置された薄肉部であること、
を特徴とするトルク計。
5 . 請求の範囲 1又は請求の範囲 2に記載のトルク計において、
前記弾性部材は、 円筒型の部材であり、
前記トルクメンバーは、 円弧方向に配置された薄肉部であり、
前記荷重メンバーは、 放射方向に配置された薄肉部であること、
を特徴とするトルク計。
6 . 請求の範囲 1から請求の範囲 5までのいずれか 1項に記載のトルク計におい て、
前記トルク検出手段は、 前記トルクメンバー及び Z又は前記荷重メンバ一に取 り付けること、
を特徴とするトルク計。
7 . 請求の範囲 1から請求の範囲 6までのいずれか 1項に記載のトルク計におい て、
前記トルク検出手段は、 2種類以上の手段を用いること、
を特徴とするトルク計。
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