(57)【要約】【課題】曲げ応力の影響を受けずに高精度な測定を行うことができるトルク量変換器を提供する。【解決手段】トルク量変換器１０は、駆動側フランジ１１と、駆動側フランジ１１に対向配置された従動側フランジ１２と、駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２の間に配置された起歪部１３とを一体構成により備えている。そして、トルク量変換器１０は、起歪部１３の外側に、駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２に接続された複数の柱部材１５を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動側フランジと、
前記駆動側フランジに対向配置された従動側フランジと、
前記駆動側フランジおよび前記従動側フランジの間に配置された起歪部とを一体構成したトルク量変換器であって、
前記起歪部の外側に、前記駆動側フランジおよび前記従動側フランジに接続された複数の柱部材を備えたことを特徴とするトルク量変換器。
【請求項２】
前記柱部材は、前記起歪部に装備される歪検出素子から離れた前記駆動側フランジおよび前記従動側フランジの外周側に、放射状に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１記載のトルク量変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高速で回転するエンジン等の出力部のトルクを測定するのに用いるトルク量変換器に関するものであり、特に曲げ応力の影響を受けずに正確な測定を行うことができるトルク量変換器の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、自動車のエンジン等に生じるトルクを測定するトルク量変換器は、エンジン側に連結された動力導出用シャフトと、ダイナモメータとの間に接続される。トルク量変換器は、動力導出用シャフト側に結合された駆動側フランジと、ダイナモメータ側に結合された従動側フランジと、この駆動側フランジと従動側フランジとを連結する円筒状の起歪部によって構成されている。そして、動力導出用シャフトの回転力が駆動側フランジから従動側フランジに伝達されるときに生じるトルクに応じた起歪部の剪断歪量を起歪部に添着されている歪ゲージにより電気的に測定している。
【０００３】
この起歪部によって精度よく歪量を測定するには、起歪部の外径を小さくするか、或いは起歪部の肉厚を薄くして大きな歪を生じさせる必要がある。しかし、自動車のエンジン等に生じるトルク量を測定する場合には、自動車の急発進や急停止時に急激なトルク変化が発生する。このような急激なトルク変化を測定するためには、起歪部は高い応答性を有する必要があり、高い捩り剛性が要求され、起歪部の外径を大きくするか、或いは起歪部の肉厚を厚くする必要があった。
【０００４】
このような難点を解決するものとして、円筒状の起歪部の回転方向に薄肉円筒部を設け、この薄肉円筒部の外径を大きくすることで、高い捩り剛性を備えたトルク量変換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この構造では、捩れや軸の曲げ撓みを発生し易く、肉厚を厚くするか起歪部の外径を大きくする必要があり、トルク量を高精度に測定することに関し不利な構造であった。
【０００５】
また、このような難点を解決するものとして、起歪部の外周面の円周方向に、中心軸に向かって断面が円弧形状の溝を形成し、起歪部の最薄肉部周辺に歪ゲージを等間隔に添着したトルク量変換器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２２９８０２号公報
【特許文献２】特開２００１−３３０５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記特許文献２に開示されたトルク量変換器では、さらに高精度の測定結果が要求される場合、エンジン側の動力導出用シャフトから与えられる曲げ応力や、動力導出用シャフトの回転に伴い発生する曲げ応力を、歪ゲージが誤検出してしまい、エンジン単体のトルクを高精度に測定する上で障害となっていた。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、曲げ応力の影響を受けずに高精度な測定を行うことができるトルク量変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係るトルク量変換器は、駆動側フランジと、前記駆動側フランジに対向配置された従動側フランジと、前記駆動側フランジおよび前記従動側フランジの間に配置された起歪部とを一体構成したトルク量変換器であって、
前記起歪部の外側に、前記駆動側フランジおよび前記従動側フランジに接続された複数の柱部材を備えたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成のトルク量変換器によれば、起歪部の外側に駆動側フランジおよび従動側フランジに接続された複数の柱部材を備えているので、駆動側フランジに曲げ応力が与えられたとしても、複数の柱部材が曲げ応力を阻止して、起歪部に曲げ応力を伝えることはない。これにより、エンジンのトルクを測定する際に、エンジン側の動力導出用シャフトから与えられる曲げ応力および動力導出用シャフトの回転に伴い発生する曲げ応力が起歪部に伝わることが殆どないので、起歪部の歪ゲージは曲げ応力の影響を受けずに高精度なトルクの測定を行うことができる。
【００１１】
また、本発明に係るトルク量変換器は、柱部材が前記起歪部に装備される歪検出素子から離れた前記駆動側フランジおよび前記従動側フランジの外周側に、放射状に等間隔で配置されていることが好ましい。
【００１２】
上記構成のトルク量変換器によれば、柱部材が起歪部の歪検出素子から離れた駆動側フランジおよび従動側フランジの外周側に放射状に等間隔で配置されていることにより、柱部材を駆動側フランジおよび従動側フランジと一体構成する場合、トルク量変換器の研削加工精度が向上し、さらに、高精度な測定を可能にする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るトルク量変換器によれば、前述したように、エンジンのトルクを測定する際に、エンジン側の動力導出用シャフトから与えられる曲げ応力および動力導出用シャフトの回転に伴い発生する曲げ応力が起歪部に伝わることが殆どないので、曲げ応力の影響を受けずに高精度な測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトルク量変換器の説明図であり、（Ａ）はトルク量変換器の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１のトルク量変換器の斜視図である。
【図３】図１のトルク量変換器の起歪部に取り付けられる歪検出素子を構成する各歪ゲージの配置を示す説明図である。
【図４】図１のトルク量変換器の起歪部に取り付けられる歪ゲージの取り付け状態の一例を示す説明図である。
【図５】歪ゲージによって構成されるホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。
【図６】本発明の第２実施形態のトルク量変換器の断面図である。
【図７】本発明の第３〜第５実施形態のトルク量変換器に適用される柱部材の単体断面図であり、（ａ）は第３実施形態に適用される柱部材、（ｂ）は第４実施形態に適用される柱部材、（ｃ）は第５実施形態に適用される柱部材である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照して本発明の複数の好適な実施形態を説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るトルク量変換器の説明図であり、（Ａ）はトルク量変換器の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２は図１のトルク量変換器の斜視図である。図３は図１のトルク量変換器の起歪部に取り付けられる歪検出素子を構成する各歪ゲージの配置を示す説明図、図４は図１のトルク量変換器の起歪部に取り付けられる歪ゲージの取り付け状態の一例を示す説明図である。
【００１７】
本発明の第１実施形態であるトルク量変換器１０は、図１（Ａ）に図示するように、駆動側フランジ１１と、駆動側フランジ１１に対向配置された従動側フランジ１２と、駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２の間に配置された起歪部１３とが、鉄、合金鋼、ステンレス、アルミニウム、チタニウム等の金属材料により一体構成されている。
また、トルク量変換器１０は、図１（Ｂ）および図２に図示するように、中空円筒状で外形八角形状に形成された起歪部１３の内周の薄肉部に取り付けられた４個の歪検出素子１４と、起歪部１３の外側で起歪部１３から離れた駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２の外周側に放射状に等間隔で八角形の各頂点に対応して配置され、駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２と一体構成されて起歪部１３側がテーパ状に形成され、外周側が円弧状に形成された８個の柱部材１５と、を備えている。
【００１８】
図１（Ａ）に示すように、駆動側フランジ１１は、予め定められた厚み寸法Ｔ１を有する円板形状に形成されている。駆動側フランジ１１は、不図示のエンジン側の動力導出用シャフトに不図示の連結部材を介して接続されている。
また、従動側フランジ１２は、駆動側フランジ１１とほぼ同一形状に形成されており、不図示の連結部材を介してダイナモメータに接続される。
【００１９】
図１（Ｂ）および図２に示すように、起歪部１３は、外周が８角形であり、内周が円形の筒形状に形成されて駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２間の同軸上に駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２と一体構成されている。起歪部１３は、その内周面１６の薄肉部で円周方向に等間隔、即ち円周方向に９０度間隔の４カ所に歪検出素子１４をそれぞれ取り付けている。
【００２０】
具体的には、各歪検出素子１４は、図４に図示するように透明樹脂シート上に２つの抵抗パターンが設けられて構成される。すなわち、図３に図示するように、歪ゲージＡ１と歪ゲージＢ１、歪ゲージＡ２と歪ゲージＢ２、歪ゲージＡ３と歪ゲージＢ３、歪ゲージＡ４と歪ゲージＢ４でそれぞれ構成される。そして、図４に図示するように、複数回折り返す抵抗パターンを有する歪ゲージＡ１は、その抵抗パターンが軸方向Ｙに対して４５°になるように取り付けられている。また、歪ゲージＢ１は、その抵抗パターンが歪ゲージＡ１の抵抗パターンと軸方向Ｙに対して線対称になるように起歪部１３に取り付けられている。
同様にして、歪ゲージＡ２と歪ゲージＢ２、歪ゲージＡ３と歪ゲージＢ３、歪ゲージＡ４と歪ゲージＢ４とはそれぞれの抵抗パターンが軸方向Ｙに対して線対称になるように起歪部１３に取り付けられている。なお、第１実施形態では各歪検出素子１４は、２つの歪ゲージで構成されているが、これに限定されることはなく、要求される検出精度やコストに応じて１つ又は３つ以上の歪ゲージでの構成も可能である。
【００２１】
８個の柱部材１５は、鉄、合金鋼、ステンレス、アルミニウム、チタニウム等の金属材料を素材として、起歪部１３の外側に、駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２と一体に、厚み寸法Ｔ２、長さ寸法Ｌ１、幅寸法Ｗの直方体形状で、外側は駆動側フランジ１１または従動側フランジ１２の半径以下の同心円弧で、起歪部１３側がテーパ状に形成されている。
この柱部材１５は、駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２の外周側に、円周方向に等間隔、即ち円周方向に４５度間隔で、八角形状の起歪部１３の角部（各頂点）にそれぞれ対応して放射状に配置されている。
【００２２】
ここで、起歪部１３の４ヶ所に取り付けられた歪検出素子１４を構成する各歪ゲージは、図５に示すように、歪ゲージＡ１と歪ゲージＡ３、歪ゲージＡ２と歪ゲージＡ４、歪ゲージＢ１と歪ゲージＢ３、歪ゲージＢ２と歪ゲージＢ４の２素子１対の歪ゲージがホイートストンブリッジ回路１７の各一辺を構成するように接続されている。また、各歪検出素子１４は、起歪部１３に生じるトルク量に比例した剪断力によって、例えば、圧縮歪となる歪ゲージＢ１と、引張り歪となる歪ゲージＡ１とに区別されている。
このような構成にすることで、フランジの曲げに対する応力の影響を互いに打ち消し合うようになり、１つの歪ゲージで歪検出素子１４を構成するものに比べて検出精度を大幅に向上させることができる。なお、両者の歪ゲージの抵抗変動は、出力端子１８がそれぞれ接続されている測定回路１９に加算されて測定データを算出するようになっている。
【００２３】
このようなトルク量変換器１０は、エンジンのトルク測定を行う際に、駆動側フランジ１１を貫通して同心円上に複数個設けられたネジ穴２０と不図示の連結部材を用いて、駆動側フランジ１１をエンジン側の動力導出用シャフトに連結させる。また、従動側フランジ１２を貫通して同心円上に複数個設けられたネジ穴２０と不図示の連結部材を用いて、従動側フランジ１２をダイナモメータに接続するように構成されている。即ち、トルク測定を行いたい装置の駆動側に駆動側フランジ１１を連結し、従動側に従動側フランジ１２を連結することでトルク測定が行われる。
【００２４】
エンジンを始動することにより、エンジン側の動力導出用シャフトのトルクに応じたねじれ量（表面せん断応力）を起歪部１３の各歪検出素子１４により電圧に変換し、出力端子１８を通じて測定回路１９に取り込む。そして、測定回路１９により、歪検出素子１４で圧縮歪となる歪ゲージと、引張り歪となる歪ゲージとの抵抗変動を算出して伝達されるトルクを測定する。
【００２５】
このとき、エンジンの回転によって駆動側フランジ１１に曲げ応力が与えられたとしても、前述したように柱部材１５が曲げ応力を阻止して、起歪部１３には曲げ応力が殆ど伝わらない。この結果、起歪部の歪ゲージは、曲げ応力の影響を受けずに高精度なトルクの測定を行うことができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明の第１実施形態のトルク量変換器１０によれば、駆動側フランジ１１に曲げ応力が与えられたとしても、柱部材１５が曲げ応力を阻止して、起歪部１３には曲げ応力が殆ど伝わらない。
これにより、エンジンのトルクを測定する際に、エンジン側の動力導出用シャフトから与えられる曲げ応力および動力導出用シャフトの回転に伴い発生する曲げ応力が起歪部１５には殆ど伝わらないので、曲げ応力の影響を受けずに高精度なトルク測定を行うことができる。
【００２７】
また、本発明のトルク量変換器１０によれば、柱部材１５が起歪部１３の歪検出素子１４から離れた位置で、駆動側フランジ１１および従動側フランジ１２の外周側に放射状に配置されている。そして、柱部材１５の断面形状は、トルク量変換器１０の外周側が円弧状で、内周側が鋭角状になっている。これにより、一つの素材から旋盤加工とエンドミル加工を用いてトルク量変換器１０の形状を一体物として削り出すことが可能になる。このように、トルク量変換器１０を一体物とすることで、トルク量変換器１０の寸法精度と剛性が向上するので高精度なトルク検出が可能になる。また、トルク量変換器１０を駆動側フランジ１１、従動側フランジ１２、起歪部１３および柱部材１５が一体物であることにより、製造する際の研削加工精度をさらに向上させることができる。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態のトルク量変換器について説明する。図６は本発明の第２実施形態のトルク量変換器の要部構成を示す断面図である。なお、以下の各実施形態において、上述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。
【００２９】
図６に示すように、本発明の第２実施形態のトルク量変換器３０は、外周が８角形の中実形状に形成された八角柱状の起歪部３１を備えており、起歪部３１の外周面の円周方向に等間隔、即ち円周方向に９０度間隔の４カ所に第１実施形態と同様に歪検出素子１４をそれぞれ取り付けている。ここで、起歪部３１に取り付けられる歪ゲージの配置や取り付け状態は、第１実施形態と全く同じである。
【００３０】
本実施形態のトルク量変換器３０によれば、中実形状の起歪部３１を適用したことにより、第１実施形態と比べて起歪部３１の成形を簡単に行うことができる。また、起歪部３１の外周面に歪検出素子１４を取り付けるので、第１実施形態と比べて起歪部３１への歪検出素子１４の取り付け作業性が向上する。なお、起歪部３１を中空円筒状にしてもよいことは言うまでもない。
【００３１】
次に、本発明の第３〜第５実施形態のトルク量変換器について説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は本発明のトルク量変換器に適用される別形態の柱部材の単体断面図である。なお、以下の各実施形態において、基本的な構造は上述した第１実施形態と同一であるために、それらの説明は省略し、柱部材の構造のみについて説明する。
【００３２】
（第３実施形態）
図７（ａ）に示すように、本発明の第３実施形態のトルク量変換器４０に適用される柱部材４１は、厚み寸法Ｔ２、長さ寸法Ｌ１、不図示の幅Ｗを有し、外周側に円弧部４２を形成し、内周側に鋭角部４３を形成している。
このトルク量変換器４０によれば、外周側に円弧部４２を形成しているとともに、内周側に鋭角部４３を形成している柱部材４１を適用したことにより、トルク量変換器を駆動側フランジ、従動側フランジ、起歪部および柱部材の一体物として削り出すことが容易になるので、仕上げの際の研削加工精度がさらに向上する。
【００３３】
（第４実施形態）
図７（ｂ）に示すように、本発明の第４実施形態のトルク量変換器５０に適用される柱部材５１は、厚み寸法Ｔ２、長さ寸法Ｌ１、幅Ｗを有し、外周側に円弧部５２を形成し、内周側に円弧部５３を形成している。
このトルク量変換器５０によれば、外周側に円弧部５２を形成しているとともに、内周側に円弧部５３を形成している柱部材５１を適用したことにより、研削加工性よくトルク量変換器を駆動側フランジ、従動側フランジ、起歪部および柱部材の一体構成とすることができる。
【００３４】
（第５実施形態）
図７（ｃ）に示すように、本発明の第５実施形態のトルク量変換器６０に適用される柱部材６１は、厚み寸法Ｔ２、長さ寸法Ｌ１、幅Ｗを有し、外周側に円弧部６２を形成し、内周側にテーパ部６３を形成している。
このトルク量変換器６０によれば、外周側に円弧部６２を形成しているとともに、内周側にテーパ部６３を形成している柱部材６１を適用したことにより、トルク量変換器を駆動側フランジ、従動側フランジ、起歪部および柱部材の一体物として削り出すことが容易になるので、仕上げの際の研削加工性が一段と向上する。
【００３５】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、起歪部の断面形状は、丸形状、三角形状、四角形状や多角形状も可能である。
また、図７において、柱部材の断面は、トルクの伝達を阻害しない断面形状であれば良く、さらに柱部材断面の外周側、内周側に直線部を設けても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１０、３０  トルク量変換器
１１  駆動側フランジ
１２  従動側フランジ
１３、３１  起歪部
１４  歪検出素子
１５  柱部材
４０、５０、６０  トルク量変換器
４１、５１、６１  柱部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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