(57)【要約】【課題】回転自在に保持された軸部材にかかるトルクを正確に計測できる軸トルク計測装置を提供する。【解決手段】回転自在に保持された軸部材（回転軸）２に、トルクを伝達するための回転部材（プーリ）１が嵌合されるとともに、その回転部材１を軸線方向に押圧する締結具（ナット）５が前記軸部材２に嵌合され、かつその締結具５と共に前記回転部材１を挟み付ける受け面６が前記軸部材２に形成され、さらに前記軸部材２の歪みに基づいてトルクを計測するセンサ（歪みゲージ）１１が前記軸部材２に取り付けられているトルク計測装置において、前記軸部材２のうち、前記締結具５と前記受け面６との間の締結荷重作用領域を外れた箇所１５に前記センサ（歪みゲージ）１１が取り付けられていることによる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に保持された軸部材に、トルクを伝達するための回転部材が嵌合されるとともに、その回転部材を軸線方向に押圧する締結具が前記軸部材に嵌合され、かつその締結具と共に前記回転部材を挟み付ける受け面が前記軸部材に形成され、さらに前記軸部材の歪みに基づいてトルクを計測するセンサが前記軸部材に取り付けられているトルク計測装置において、
前記軸部材のうち、前記締結具と前記受け面との間の締結荷重作用領域を外れた箇所に前記センサが取り付けられていることを特徴とするトルク計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は回転軸に作用するトルクを計測する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の装置において動力を伝達する場合、回転軸を介して行うのが一般的であり、また、その回転軸にトルクを伝達するための手段として、歯車やプーリあるいはスプロケットなどの回転部材を用いることが広く行われている。その一例として特許文献１にはプーリを介してトルクが伝達される車両用オルタネータ（発電機）が記載されている。その構造を簡単に説明するとロータと一体化されたロータ軸の一端部がケーシングから突出するとともにケーシングの開口部に嵌合された軸受によって回転自在に支持され、さらにケーシングから突出したロータ軸の先端部にプーリが嵌合されている。そしてロータ軸の先端に螺合されたナットによってプーリを軸線方向に押圧することにより、プーリがロータ軸に固定されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１３０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているオルタネータの発電効率やオルタネータに入力される動力を求める場合、前記ロータ軸に作用するトルクを検出することが望まれる。その場合、ロータ軸の歪みからトルクを算出することが簡便である。しかしながら、前記ロータ軸にはプーリを介して伝達されるトルクだけでなく、プーリを取り付けるためのスラスト力やプーリに巻き掛けられたベルトによる曲げ荷重などが作用していて、ロータ軸の歪みはトルク以外の要因によっても生じる。すなわちロータ軸の歪みはトルクのみを反映したものではないため、プーリなどの回転部材が取り付けられたロータ軸などの軸部材の歪みに基づいてトルクを正確に検出するためには新たな技術が開発される必要があった。
【０００５】
この発明は、上記の事情を背景としてなされたもので、プーリや歯車などの回転部材が取り付けられた軸部材のトルクを精度よく計測することのできるトルク計測装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、回転自在に保持された軸部材に、トルクを伝達するための回転部材が嵌合されるとともに、その回転部材を軸線方向に押圧する締結具が前記軸部材に嵌合され、かつその締結具と共に前記回転部材を挟み付ける受け面が前記軸部材に形成され、さらに前記軸部材の歪みに基づいてトルクを計測するセンサが前記軸部材に取り付けられているトルク計測装置において、前記軸部材のうち、前記締結具と前記受け面との間の締結荷重作用領域を外れた箇所に前記センサが取り付けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、トルクを伝達するための軸部材のうち、前記締結具と前記受け面との間の締結荷重作用領域を外れた箇所に前記センサが取り付けられていることにより、前記センサで検出される歪みは回転部材を取り付けるための荷重による影響を受けないものとなるので、トルクを精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。この発明で対象とする回転部材は、具体的には、プーリや歯車、スプロケット、ローラ、円盤などである。また、この発明で対象とする軸部材は、中実軸や中空軸などである。
【０００９】
図１には回転部材と軸部材との一例として、互いに締結されているプーリ１と回転軸２とが示されている。これらのプーリ１と回転軸２との形状は、図２および図３に詳しく示されるように、プーリ１と回転軸２とが接触するプーリ１の内周部内と回転軸２の外周部内にキー溝３が設けられ、図４に示されるキー４が収まる構造となっている。
【００１０】
プーリ１はナット５と回転軸２の締結のための受け面６とによって嵌合される構造となっている。回転軸２はケーシング７に装備されたベアリング８に回転自在に支持されており、この回転軸２はオルタネータ９内のロータ１０と一体の構成となっている。
【００１１】
この回転軸２には、ベアリング８に収納される部位に歪みゲージ１１が貼り付けられている。この歪みゲージ１１が貼り付けられる部位は、図１および図２に示すように、細径化されている。つまり歪みゲージ１１の貼り付けられるこの細径化部位１３の回転軸２の軸径は、歪みゲージ１１がベアリング８に干渉せず、また、トルク測定のために効果的な応力集中を得る目的から、他の部位より細くされている。
【００１２】
また、この回転軸２に貼り付けられた歪みゲージ１１はリード線１２につなげられる。このリード線１２は、回転軸２に設けられた電装用の孔１４に通される。さらに、このリード線１２は、回転軸２と共に回転するため、その絡まりを防止し、かつ回転可能に電流を導通するための図示しないスリップリングなどにつながる構成となる。
【００１３】
つぎに作用について説明する。図１において図示しない動力源からベルトを介してプーリ１にトルクが伝えられる。プーリ１が回転することにより、キー４を介して、回転軸２もプーリ１の回転に伴い回転をする。回転軸２の回転によりオルタネータ９内のロータ１０が回転して発電を行う。
【００１４】
このとき、回転軸２で起きるねじり変形により回転軸２の表面に発生したねじり変形を、歪みゲージ１１が捉える。この歪みゲージ１１の展縮変形により、この歪みゲージ１１の電気抵抗が変化する。そして、この歪みゲージ１１において検出された電気抵抗の変化により、回転軸２にかかるトルクを計測することができる。
【００１５】
つぎに上述した構成による効果について説明する。図１に示す構成により、エンジンなどの動力源から動力伝達機構を介して、プーリ１に伝えられたトルクは、プーリ１から、回転軸２を介して、オルタネータ９内のロータ１０を回転させて、誘導起電力により発電を行う。この際、発電された電力が交流である場合、ダイオードなどで整流が行われ、そして、バッテリ等に充電もしくはそのまま直流電力として、ヘッドライトの点灯などの車両内に設けられた電力を利用する設備機器により利用できる。
【００１６】
このような構成において回転軸２のトルクを検出することにより、動力源のトルクによる運動エネルギーがオルタネータ９で電気エネルギーに変換される際のエネルギー変換効率などを求めることができる。
【００１７】
この発明にかかる上記の構成によると、プーリ１と回転軸２とにキー溝３が設けられ、キー溝３にキー４を収める構成とされている。これにより、ナット５により回転軸２が引っ張られ、その反力による締め付けでの締結力を特に大きくしなくても十分なトルクを伝達することができる。そして、ナット５による締付けトルクが特に大きくないことにより、また主にプーリ１と回転軸２との接触部位に設けられたキー溝３とキー４とからトルクが伝えられることで、回転軸２がトルク計測結果に影響を及ぼすような変形を起こさずに、より精度の高いトルク計測が可能となる。また、回転軸２が不要な塑性変形を起こさないため、回転軸２の耐久性を向上することができる。
【００１８】
また、プーリ１からロータ１０へと伝えられるトルクは、キー４を介して回転軸２に伝えられるトルクと、プーリ１における回転軸２とナット５との締め付けにより伝えられるトルクとで伝達される。これにより、ロータ１０への動力伝達は回転軸２を介してすべて行われる。また、歪みゲージ１１は締結荷重作用領域を外れた箇所１５に取り付けられているので、歪みゲージ１１で検出された回転軸２のねじり変形による歪みゲージ１１の電気抵抗の変化は、締結荷重による回転軸２に作用する力の影響を受けず、プーリ１から回転軸２に伝えられたトルクによるねじり変形によるものとなり、トルク計測の精度を向上することができる。
【００１９】
また、この回転軸２において回転軸の細径化部位１３が設けられていることにより、トルクに対する回転軸２のねじれ量が増大し、微細な回転軸２のねじれの挙動をより確実に検出することができる。
【００２０】
すなわち、トルク計測結果において、たとえば、図５に示されるような回転軸２の歪み量と回転軸２のトルクとの関係をそれぞれ縦軸と横軸とに表したグラフでは、回転軸２の歪み量が大きくなっているから、その歪み量とトルクとの比（歪み／トルク比）が大きくなり、計測結果のノイズによる影響を弱くすることができる。そして、ノイズが低減されたことや回転軸２の塑性変形が起らないため、線形性を増すことができる。
【００２１】
また、回転軸２には図１および図２に破線で示されているリード線１２を通す孔１４が設けられている。このリード線１２と歪みゲージ１１とが接続され、歪みゲージ１１による信号が図示しない増幅器に送られ、増幅される。そして、図示しない信号処理装置によりデータをモニタおよび記録することができる。
【００２２】
なお、歪みゲージ１１を回転軸２に貼り付ける際には、トルク計測結果に影響を与えないように、回転軸２の歪みゲージ１１を貼り付ける部位にアセトンなどの有機溶剤等を使用し適切な方法により洗浄する。また、適切な方法で慎重に貼り付けることにより、精度の高い計測結果を得ることができる。
【００２３】
以上に示された構成は、発明の具体例を示す一例であり、たとえば、プーリ１と回転軸２とはキー溝３とキー４とによりトルクを伝達し、ナット５により締結される構成となっているが、ナット５以外の一般的な締結用機械部品による締結であってもよい。また、このキーの構造は、プーリ１もしくは回転軸２と一体成形されたものであっても構わない。
【００２４】
また、回転軸２は、ロータ１０の軸と別に設けられ、プーリ１とオルタネータ９との間においてカップリング等の継手などでロータ１０の軸とつながった構成であってもよい。
【００２５】
また、歪みゲージ１１は金属を用いたものでなくても、半導体を用いた歪みセンサなどであってもよい。
【００２６】
なお、上記の具体例では、車両用のオルタネータ９による発電を行う回転軸２のトルク計測装置の構成を挙げたが、この発明は車両に限定されないのであって回転を行う軸部材を備えた機械装置類であればよく、その用途に関し特に制約されることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明をオルタネータに適用した例を示す断面図を模式的に表す図である。
【図２】この発明の回転自在に保持された軸部材の一つの例を模式的に示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】この発明でトルクを伝達するための回転部材の一例であるプーリを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断側面図である。
【図４】そのキーの一例を示す斜視図である。
【図５】歪み／トルク計測値の計測結果を本発明例と従来例とについて示す線図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…プーリ（トルクを伝達するための回転部材）、  ２…回転軸（軸部材）、  ３…キー溝、  ４…キー、  ５…ナット（回転部材１を軸線方向に押圧する締結具）、  ６…受け面、  ８…ベアリング（転がり軸受け）、  １１…歪みゲージ（センサ）、  １５…締結荷重作用領域を外れた箇所。
【図１】
2010043919.tif 000003
【図２】
2010043919.tif 000004
【図３】
2010043919.tif 000005
【図４】
2010043919.tif 000006
【図５】
2010043919.tif 000007