(57)【要約】【課題】回転体の曲げ及び捩れを個々に測定することができる簡易な構成の曲げ及び捩れ測定装置を提供する。【解決手段】回転体Ａに同心に取り付けられている円筒体２の周面部２１は、回転体Ａの曲げ及び／又は捩れに応じて、径方向に弾性変形する。回転体Ａに曲げが生じた場合の周面部２１の弾性変形と、一方向の捩れが生じた場合の弾性変形と、逆方向の捩れが生じた場合の弾性変形とは夫々異なるため、周面部２１における周方向の各部位の変形方向及び変形量の分布が判明すれば、回転体Ａの曲げと捩れとを個別に得ることができる。このために、第１〜第４の検出部３１〜３４は、円筒体２の周方向に等間隔で配置してあり、自身と周面部２１との離隔距離を非接触で検出する。そして、演算部は、第１〜第４の検出部３１〜３４夫々の検出結果に基づいて、回転体Ａの曲げ及び捩れ夫々を演算する。【選択図】図５
2011099784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の曲げ及び捩れを測定する曲げ及び捩れ測定装置において、
前記回転体と一体的に回転可能であるよう前記回転体の外側に同心に取り付けられ、前記回転体の曲げ及び／又は捩れに応じて、その周面が径方向に弾性変形する円筒体と、
前記回転体及び円筒体から離隔した状態で該円筒体の周方向に並置してあり、夫々が前記円筒体の周面に対向配置されており、夫々が対向位置の前記周面の径方向の弾性変形を検出する複数個の検出部と、
該検出部の検出結果に基づいて、前記回転体の曲げ及び捩れ夫々を演算する演算部と
を備えることを特徴とする曲げ及び捩れ測定装置。
【請求項２】
“４”の倍数個の検出部を前記円筒体の周方向に等間隔で配置してあり、
各検出部は、該検出部と前記円筒体の周面との離隔距離を検出するようにしてあり、
前記演算部は、
前記円筒体の中心軸に関して対称に配されている２個の検出部毎に、該２個の検出部の検出結果を減算する減算手段と、
該減算手段の減算結果を用いて前記回転体の曲げを演算する曲げ演算手段と、
前記２個の検出部毎に、該２個の検出部の検出結果を加算する加算手段と、
該加算手段の加算結果を用いて前記回転体の捩れを演算する捩れ演算手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載の曲げ及び捩れ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の曲げ及び捩れを測定する曲げ及び捩れ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、チェーンが巻回されているスプロケットの回転軸部が片持ち支持されている場合、回転軸部は、一方向に湾曲した状態で回転する。
このため、従来、湾曲した状態で回転する回転体の曲げ及び捩れを、回転体に取り付けられた歪みゲージの出力信号に基づいて測定することがなされている。
【０００３】
ところで、回転体のトルクを非接触で測定するためのトルクセンサが提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１のトルクセンサは、回転体に加えられたトルクによって、その周面が径方向に撓むように構成されている弾性円筒体と、弾性円筒体の直径の変化（即ち周面の変位）を非接触で検出する非接触変位計と、非接触変位計の出力信号に基づいて、回転体に加えられたトルクを演算する信号処理回路とを備える。
【０００４】
弾性円筒体に一方向のトルクが加えられた場合、弾性円筒体の直径は増加する。また、弾性円筒体に一方向の逆方向（以下、単に逆方向という）のトルクが加えられた場合、弾性円筒体の直径は減少する。直径の増減量の多寡は、トルクの大小に比例する。
ゆえに、信号処理回路は、出力信号の基準値からの差、及び基準値との大小関係に基づいて、回転体に加えられたトルクの大きさ、及びトルクの方向を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６９２４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回転体に取り付けられた歪みゲージには、回転体の曲げ及び捩れが共に作用する。このため、歪みゲージの出力信号には、曲げに起因する信号と捩れに起因する信号とが不可分に含まれている。しかも、湾曲した状態で回転する回転体には、回転の位相によって、歪みゲージが曲げの影響を受け易い位置と、捩れの影響を受け易い位置とが存在する。以上の結果、歪みゲージの出力から、曲げに影響されずに捩れを、また、捩れに影響されずに曲げを演算することは困難である。
【０００７】
特許文献１に記載のトルクセンサにおいては、弾性円筒体が回転体に取り付けられるため、回転体の曲げ及び捩れが共に弾性円筒体に作用する。従って、曲げの影響が大きい場合、特許文献１に記載のトルクセンサは、回転体のトルク（即ち捩れ）を正確に計測することができない。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、回転体の曲げ及び／又は捩れに応じて、その周面が径方向に弾性変形する円筒体と、円筒体の周面の弾性変形を夫々が検出する複数個の検出部と、検出部の検出結果に基づいて、回転体の曲げ及び捩れ夫々を演算する演算部とを備えることにより、回転体の曲げ及び捩れを個々に測定することができる簡易な構成の曲げ及び捩れ測定装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、“４”の倍数個の検出部の検出結果を適宜に加減算した演算結果に基づいて、回転体の曲げ及び捩れ夫々を演算する構成とすることにより、回転体の曲げ及び捩れ夫々を簡単且つ正確に測定することができる曲げ及び捩れ測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係る曲げ及び捩れ測定装置は、回転体の曲げ及び捩れを測定する曲げ及び捩れ測定装置において、前記回転体と一体的に回転可能であるよう前記回転体の外側に同心に取り付けられ、前記回転体の曲げ及び／又は捩れに応じて、その周面が径方向に弾性変形する円筒体と、前記回転体及び円筒体から離隔した状態で該円筒体の周方向に並置してあり、夫々が前記円筒体の周面に対向配置されており、夫々が対向位置の前記周面の径方向の弾性変形を検出する複数個の検出部と、該検出部の検出結果に基づいて、前記回転体の曲げ及び捩れ夫々を演算する演算部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る曲げ及び捩れ測定装置は、“４”の倍数個の検出部を前記円筒体の周方向に等間隔で配置してあり、各検出部は、該検出部と前記円筒体の周面との離隔距離を検出するようにしてあり、前記演算部は、前記円筒体の中心軸に関して対称に配されている２個の検出部毎に、該２個の検出部の検出結果を減算する減算手段と、該減算手段の減算結果を用いて前記回転体の曲げを演算する曲げ演算手段と、前記２個の検出部毎に、該２個の検出部の検出結果を加算する加算手段と、該加算手段の加算結果を用いて前記回転体の捩れを演算する捩れ演算手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、曲げ及び捩れ測定装置は、回転体の曲げ及び捩れを個々に測定するために、円筒体と、複数個の検出部と、演算部とを備える。
円筒体は、回転体の外側に同心に取り付けられ、また、回転体と一体的に回転する。また、円筒体の周面は、回転体の曲げ及び／又は捩れに応じて、径方向に弾性変形する。
【００１３】
各検出部は、回転体及び円筒体から離隔しているため、回転体の曲げ及び捩れの影響を受けない。また、各検出部は、円筒体の周面の径方向の弾性変形（以下、単に弾性変形という）を検出する。ただし、複数個の検出部が、円筒体の周方向に並置されて、夫々が円筒体の周面に対向配置されているため、各検出部が検出する弾性変形は、円筒体の周面の内、検出部が対向する位置の弾性変形である。回転体が回転した場合には、円筒体も回転するため、検出部の対向位置は周方向の定位置ではない。即ち、回転体の回転中は、検出部の対向位置は、円筒体の回転に伴って周方向に変化する。
以下では、回転体に曲げ及び捩れが両方とも生じていない場合の円筒体の周面の位置を基準位置という。
【００１４】
回転体に曲げが生じた場合の円筒体の周面の弾性変形と、回転体に一方向の捩れが生じた場合の円筒体の周面の弾性変形と、回転体に逆方向の捩れが生じた場合の円筒体の周面の弾性変形とは、夫々異なる。
このため、円筒体の周面における径方向の一側及び他側夫々が、基準位置から外側（又は内側）へ変形しており、且つ、変形量が等しい場合には、円筒体に、延いては回転体に、一方向（又は逆方向）の捩れのみが生じており、曲げは生じていないことがわかる。
【００１５】
また、円筒体の周面における径方向の一側が基準位置から外側へ変形し、他側が基準位置から内側へ変形しており、且つ、変形量が等しい場合には、円筒体に、延いては回転体に、曲げのみが生じており、捩れは生じていないことがわかる。しかも、この曲げは、円筒体の周面が基準位置から外側（又は内側）へ変形している側を湾曲の外側（又は内側）とする曲げであることがわかる。
更に、円筒体の周面における径方向の一側の変形量と他側の変形量とが異なる場合には、円筒体に、延いては回転体に、曲げと捩れとが共に生じていることがわかる。
【００１６】
更にまた、円筒体の周面における径方向の一側の変形量の多寡と他側の変形量の多寡とは、曲げ及び捩れ夫々の大小に関連する。
つまり、円筒体の周面における周方向の各部位の変形方向及び変形量（換言すれば、円筒体の周方向の弾性変形の分布）が判明すれば、回転体の曲げと捩れとを個別に得ることができる。そして、円筒体の周方向の弾性変形の分布は、複数個の検出部の検出結果から得ることができる。
従って、演算部は、複数個の検出部の検出結果に基づいて、回転体の曲げ及び捩れ夫々を演算する。
【００１７】
ここで、曲げ及び捩れ測定装置は、偶数個（例えば２個）の検出部が円筒体の周方向に等間隔で並置してあることが望ましい。この場合、曲げ及び捩れ夫々を簡単に演算することができる。ただし、偶数個の検出部が円筒体の周方向に不等間隔で並置されている場合、又は奇数個（例えば３個）の検出部が円筒体の周方向に並置されている場合であっても、各検出部の配置位置に応じて各検出部の検出結果を相互補完することによって、偶数個の検出部が円筒体の周方向に並置してある場合と同様に曲げ及び捩れ夫々を演算することができる。
【００１８】
第２発明にあっては、“４”の倍数個の検出部が、円筒体の周方向に等間隔で配置してあるため、曲げ及び捩れ測定装置には、円筒体の中心軸を対称の中心とする２個の検出部（以下、２個の対称検出部という）が、偶数組（少なくとも２組）存在する。２個の対称検出部は、回転体及び円筒体を介在して対向配置される。以下では、２個の対称検出部が対向する方向を、対称方向という。
各検出部は、自身と円筒体の周面との離隔距離を検出する。このため、各検出部が検出した離隔距離が、自身から基準位置までの距離よりも短い（又は長い）場合には、円筒体の周面における検出部の対向位置が、基準位置から外側（又は内側）へ変形していることがわかる。
【００１９】
ここで、各検出部は、夫々が、円筒体の中心軸から等距離（即ち、基準位置から等距離）離隔して配されていることが望ましい。この場合、以下で説明するように、曲げ及び捩れ夫々を簡単に演算することができる。ただし、検出部の配置位置にズレが生じても、各検出部の検出結果に対してゼロ点補正処理のような所定の補正処理を施せば、格別の問題なく曲げ及び捩れ夫々を演算することができる。
【００２０】
演算部は、減算手段、曲げ演算手段、加算手段、及び捩れ演算手段を有する。
減算手段は、２個の対称検出部毎に、２個の対称検出部の検出結果を減算する。従って、減算手段の減算結果は、偶数個（少なくとも２個）得られる。
回転体に、２個の対称検出部を結ぶ仮想線と回転体の中心軸とを含む面に沿った曲げのみが生じている場合、この２個の対称検出部に係る減算結果が最も大きく、この２個の対称検出部の対称方向に直交する対称方向を有する２個の対称検出部に係る減算結果が最も小さい（具体的には“０”である）。このため、２個の対称検出部に係る減算結果の周方向の分布から、回転体に生じている曲げの方向を求めることができる。
【００２１】
また、２個の対称検出部に係る減算結果からは、捩れの影響が排除されている。何故ならば、捩れによる円筒体の周面の対称方向に沿う弾性変形に起因する離隔距離の増減分は、減算することによって“０”になるからである。
ゆえに、曲げ演算手段は、減算手段の減算結果を用いて、回転体の曲げを演算する。
【００２２】
加算手段は、２個の対称検出部毎に、２個の対称検出部の検出結果を加算する。従って、加算手段の加算結果は、偶数個（少なくとも２個）得られる。
得られた複数個の加算結果が互いに大きく異なる場合、円筒体が回転体に同心に配されていない、又は各検出部が円筒体から等距離の位置に配されていない等の不具合が生じていることがわかる。
【００２３】
また、２個の対称検出部に係る加算結果からは、曲げの影響が排除されている。何故ならば、曲げによる円筒体の周面の対称方向に沿う弾性変形に起因する離隔距離の増減分は、加算することによって“０”になるからである。
ゆえに、捩れ演算手段は、加算手段の加算結果を用いて、回転体の捩れを演算する。
【発明の効果】
【００２４】
第１発明の曲げ及び捩れ測定装置による場合、曲げ及び捩れ測定装置は、回転体と一体的に回転する円筒体と、回転体及び円筒体から離隔した状態で円筒体に対向配置される複数個の検出部と、検出部の検出結果に基づいて演算する演算部とを備えていればよい。即ち、本発明の曲げ及び捩れ測定装置は簡易な構成であるため、安価に製造することができる。
【００２５】
また、円筒体には回転体の曲げ及び捩れが共に作用するが、本発明の曲げ及び捩れ測定装置には検出部が複数存在し、しかも、各検出部は回転体の曲げ及び捩れの影響を受けない。このため、各検出部の検出結果に基づいて、演算部が、曲げに影響されずに捩れを、また、捩れに影響されずに曲げを演算することができる。
以上の結果、本発明の曲げ及び捩れ測定装置は、回転体の曲げ及び捩れを個々に、しかも正確に測定することができる。
【００２６】
第２発明の曲げ及び捩れ測定装置による場合、曲げ及び捩れ測定装置は、円筒体の周方向に等間隔で“４”の倍数個の検出部を配置してある。
このため、２個の対称検出部夫々の検出結果を単純に減算することによって、回転体の曲げを簡単且つ正確に測定することができる。
また、２個の対称検出部夫々の検出結果を単純に加算することによって、回転体の捩れを簡単且つ正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る曲げ及び捩れ測定装置を用いて曲げ及び捩れを測定すべき回転体の構成を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る曲げ及び捩れ測定装置を用いて曲げ及び捩れを測定すべき回転体の構成を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る曲げ及び捩れ測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る曲げ及び捩れ測定装置が備える円筒体の外観構成を略示する斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る曲げ及び捩れ測定装置が備える円筒体及び検出部の配置を模式的に示す断面図である。
【図６】回転体に曲げが生じている場合の円筒体の弾性変形を略示する斜視図である。
【図７】回転体に一方向の捩れが生じている場合の円筒体の弾性変形を略示する斜視図である。
【図８】回転体に逆方向の捩れが生じている場合の円筒体の弾性変形を略示する斜視図である。
【図９】回転体に曲げが生じている場合の円筒体の弾性変形を模式的に示す断面図である。
【図１０】回転体に一方向の捩れが生じている場合の円筒体の弾性変形を模式的に示す断面図である。
【図１１】回転体に逆方向の捩れが生じている場合の円筒体の弾性変形を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る曲げ及び捩れ測定装置で実行される曲げ演算処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態に係る曲げ及び捩れ測定装置で実行される捩れ演算処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係る曲げ及び捩れ測定装置１（後述する図３参照）を用いて曲げ及び捩れを測定すべき回転体としての回転軸部Ａ１，Ａ２の構成を模式的に示す正面図である。また、図２は、回転軸部Ａ１，Ａ２の構成を模式的に示す説明図である。
２本の回転軸部Ａ１，Ａ２は、２個のスプロケットＳ１，Ｓ２の回転軸部であり、互いに平行且つ水平になるよう配されている。
【００２９】
回転軸部Ａ１，Ａ２の先端部には、スプロケットＳ１，Ｓ２の中心部が一体的に外嵌固定されており、回転軸部Ａ１，Ａ２の基端部は、軸受Ｂ１，Ｂ２によって回転可能に支持されている。即ち、回転軸部Ａ１，Ａ２は、片持ち支持されている。
スプロケットＳ１，Ｓ２間には、１本の無端状のチェーンＣが張架されており、スプロケットＳ１（又はスプロケットＳ２）の外周部の一部には、チェーンＣの一側部（又は他側部）が巻回されている。
【００３０】
回転軸部Ａ１が、例えば図示しない電動モータによって、図１における反時計回り（図１に示す矢符方向）に回転するよう駆動されると、回転軸部Ａ１と共に、スプロケットＳ１が矢符方向に回転する。このとき、チェーンＣが白抜矢符方向に回転し、この結果、スプロケットＳ１及び回転軸部Ａ２が矢符方向に従動回転する。
【００３１】
回転軸部Ａ１，Ａ２夫々の先端部には、スプロケットＳ１，Ｓ２の重量、並びにチェーンＣの重量及び張力等に起因する外力が印加されている。このため、回転軸部Ａ１，Ａ２夫々は、図２に示すように、一方向に湾曲した状態で回転する。
以下では、回転軸部Ａ１，Ａ２の何れかに相当する回転体Ａを例示する。本実施の形態における曲げ及び捩れ測定装置１は、回転体Ａの曲げ及び捩れ夫々を測定する。
【００３２】
図３は、曲げ及び捩れ測定装置１の要部構成を示すブロック図である。
曲げ及び捩れ測定装置１は、通信部１０、円筒体２、第１〜第４の検出部３１〜３４、及び演算部４を備えている。ただし、第１〜第４の検出部３１〜３４とは、第１の検出部３１、第２の検出部３２、第３の検出部３３、及び第４の検出部３４という４個の検出部の総称である。
【００３３】
図４は、円筒体２の外観構成を略示する斜視図であり、図５は、円筒体２及び第１〜第４の検出部３１〜３４の配置を模式的に示す断面図である。図４及び図５夫々には、回転体Ａに、曲げ及び捩れの何れも生じていない場合が図示してある。また、図５に示す符号Ｏは、回転体Ａの、延いては円筒体２の中心軸を示している。
以下では、まず、曲げ及び捩れ測定装置１の円筒体２について説明する。
【００３４】
円筒体２は、ステンレス鋼、アルミニウム、又は黄銅等の金属を用いてなり、図４及び図５に示すように、薄肉円筒状の周面部２１と、周面部２１の両端部に一体に形成されている環状部２２，２２とを備えている。周面部２１と、環状部２２，２２夫々とは同心に配されている。
周面部２１の厚みは、周面部２１の内径よりも十分に小さく、周面部２１の内径は、回転体Ａの外径よりも十分に大きい。更に詳細には、周面部２１の内径は、周面部２１が回転体Ａへ接近する方向へ最大限に弾性変形した場合であっても、周面部２１が回転体Ａに接触しないだけの長さを有する。
【００３５】
環状部２２，２２夫々の内径は、回転体Ａの外径に略等しく、環状部２２，２２は、回転体Ａに同心に外嵌固定されている。このため、周面部２１は、回転体Ａに同心に配され、且つ、回転体Ａと一体的に回転可能である。
周面部２１には、複数本（図５では４本）のスリット２３，２３，…が、周方向に等間隔に形成されている。各スリット２３は、周面部２１を貫通しており、各スリット２３の長手方向の両端部は、環状部２２，２２の近傍に配されている。また、各スリット２３の長手方向は、周面部２１の軸長方向及び周方向夫々に対して所定角度だけ傾斜している。
【００３６】
このため、周面部２１に外力が印加された場合、周面部２１は、印加された外力に応じて、スリット２３の幅が広がる方向及び／又は狭まる方向に容易に弾性変形する。この結果、環状部２２，２２夫々を介して回転体Ａの曲げ及び／又は捩れが伝達された場合に、周面部２１は、伝達された曲げ及び／又は捩れの大きさと方向とに応じて、径方向に容易に弾性変形する。
周面部２１の最大変形量は、周面部２１の材質及び肉厚、スリット２３，２３，…の本数、並びにスリット２３，２３，…夫々の幅及び傾斜角度等に依存する。
【００３７】
図６は、回転体Ａに、回転体Ａの中央部が上方向へ突出し、両端部が下方向へ突出する曲げ（以下、上方向の曲げという）が生じている場合の円筒体２の弾性変形を略示する斜視図である。図７及び図８は、回転体Ａに、一方向の捩れ及び逆方向の捩れが生じている場合の円筒体２の弾性変形を略示する斜視図である。ただし、図６〜図８には，スリット２３，２３，…が形成されている周面部２１と、回転体Ａのみが図示してあり、環状部２２，２２の図示は省略してある。
【００３８】
また、図９は、回転体Ａに、図６に示すものと同様の曲げが生じている場合の円筒体２の弾性変形を模式的に示す断面図である。図１０及び図１１は、回転体Ａに、図７及び図８に示すものと同様の捩れが生じている場合の円筒体２の弾性変形を模式的に示す断面図である。ただし、図９〜図１１には、図５と同様に、周面部２１に４本のスリット２３，２３，…が形成されている場合が図示してある。
以下では、回転体Ａに曲げも捩れも生じていない場合の周面部２１の位置（即ち、図４及び図５に示す周面部２１の位置）を、基準位置という。図９〜図１１に示す二点鎖線は、基準位置を示している。
【００３９】
図７に示す一方向の捩れとは、スリット２３，２３，…夫々の幅を狭める方向の捩れである。この捩れのみが回転体Ａに生じている場合、図７及び図１０に示すように、周面部２１は絞られたように弾性変形する。このとき、周面部２１における周方向の各部位は、基準位置よりも内側（即ち、回転体Ａに接近する方向）へ移動する。また、各部位の基準位置からの移動量は等しい。
【００４０】
図８に示す逆方向の捩れとは、スリット２３，２３，…夫々の幅を広げる方向の捩れである。この捩れのみが回転体Ａに生じている場合、図８及び図１１に示すように、周面部２１は膨らんだように弾性変形する。このとき、周面部２１における周方向の各部位は、基準位置よりも外側（即ち、回転体Ａから離隔する方向）へ移動する。また、各部位の基準位置からの移動量は等しい。
【００４１】
図１０及び図１１を参照すればわかるように、捩れのみが生じている場合においては、基準位置から外側（又は内側）への移動量を正数（又は負数）で表わすと、上側部の基準位置からの移動量と下側部の基準位置からの移動量との減算結果は“０”になる。同様に、右側部の基準位置からの移動量と左側部の基準位置からの移動量との減算結果は“０”になる。
【００４２】
図６に示す上方向の曲げのみが回転体Ａに生じている場合、図６及び図９に示すように、周面部２１は、中央部が上方向へ突出して両端部が下方向へ突出するように弾性変形（具体的には湾曲）する。つまり、周面部２１にも上方向の曲げが生じる。このとき、周面部２１における周方向の各部位の内、上側部は、基準位置よりも外側へ移動し、下側部は、基準位置よりも内側へ移動し、左右両側部は、基準位置から移動しない。上側部の基準位置からの移動量と下側部の基準位置からの移動量とは等しい。
【００４３】
図９を参照すればわかるように、曲げのみが生じている場合においては、基準位置から外側（又は内側）への移動量を正数（又は負数）で表わすと、上側部の基準位置からの移動量と下側部の基準位置からの移動量との加算結果は“０”になる。同様に、右側部の基準位置からの移動量と左側部の基準位置からの移動量との加算結果は“０”になる。
【００４４】
図６及び図９の曲げとは逆方向である下方向の曲げ、即ち、回転体Ａの中央部が下方向へ突出し、両端部が上方向へ突出する曲げのみが回転体Ａに生じている場合には、周面部２１にも下方向の曲げが生じる。
同様に、右方向の曲げ、即ち、回転体Ａの中央部が右方向へ突出し、両端部が左方向へ突出する曲げのみが回転体Ａに生じている場合には、周面部２１にも右方向の曲げが生じる。また、左方向の曲げのみが回転体Ａに生じている場合には、周面部２１にも左方向の曲げが生じる。
【００４５】
ここで、回転体Ａの中央部が右上方向へ突出し、両端部が左下方向へ突出する曲げ（以下、右上方向の曲げという）のみが回転体Ａに生じている場合を考える。このとき、周面部２１にも右上方向の曲げが生じる。従って、周面部２１における周方向の各部位の内、上側部及び右側部夫々は、基準位置よりも外側へ移動し、下側部及び左側部夫々は、基準位置よりも内側へ移動する。また、上側部（又は下側部）の基準位置からの移動量と、右側部（又は左側部）の基準位置からの移動量とは等しい。
【００４６】
更に、回転体Ａに、右上方向よりも上方向（又は右方向）側の曲げのみが生じた場合を考える。このとき、周面部２１における周方向の各部位の内、上側部及び右側部夫々は、基準位置よりも外側へ移動し、下側部及び左側部夫々は、基準位置よりも内側へ移動する。ただし、上側部の基準位置からの移動量は、曲げの方向が上方向（又は右方向）に近いほど、右側部の基準位置からの移動量よりも大きくなる（又は小さくなる）。同様に、下側部の基準位置からの移動量は、曲げの方向が上方向（又は右方向）に近いほど、左側部の基準位置からの移動量よりも大きくなる（又は小さくなる）。
従って、周面部２１における周方向の各部位の移動量の分布がわかれば、回転体Ａの曲げの方向がわかる。
【００４７】
次に、図７及び図１０に示す一方向の捩れと、図６及び図９に示す上方向の曲げとが回転体Ａに生じている場合を考える。このとき、周面部２１における周方向の各部位は、あたかも図７及び図１０に示す位置への移動と図６及び図９に示す位置への移動とを同時に行なったかのように移動する。
【００４８】
従って、周面部２１における周方向の各部位の内、上側部は図６及び図９に示す位置よりも内側の位置へ移動し、下側部は図６及び図９に示す位置よりも更に内側の位置へ移動し、左右両側部は、図７及び図１０に示す位置へ移動する。このとき、上側部の基準位置からの移動量は、図９に示す上側部の移動量から図１０に示す上側部の移動量を減じたものである。同様に、下側部の基準位置からの移動量は、図９に示す下側部の移動量に図１０に示す下側部の移動量を加えたものである。
【００４９】
次に、図８及び図１１に示す逆方向の捩れと、図６及び図９に示す上方向の曲げとが回転体Ａに生じている場合を考える。このとき、周面部２１における周方向の各部位は、あたかも図８及び図１１に示す位置への移動と図６及び図９に示す位置への移動とを同時に行なったかのように移動する。
従って、周面部２１における周方向の各部位の内、上側部は図６及び図９に示す位置よりも更に外側の位置へ移動し、下側部は図６及び図９に示す位置よりも外側の位置へ移動し、左右両側部は、図８及び図１１に示す位置へ移動する。
【００５０】
次に、曲げ及び捩れ測定装置１の第１〜第４の検出部３１〜３４について説明する。
図５に示すように、回転体Ａ及び円筒体２は、ハウジングＨに囲繞されている。ハウジングＨの内部には、第１〜第４の検出部３１〜３４が固定されている。
第１〜第４の検出部３１〜３４夫々は、光学式、静電容量式、又は渦電流式等の公知のギャップセンサと、ギャップセンサから出力される電気信号に対して増幅処理、Ａ／Ｄ変換処理、検波処理等の信号処理を施す公知の信号処理回路等とを備える。
【００５１】
図５及び図９〜図１１に示すように、第１〜第４の検出部３１〜３４は、回転体Ａからも円筒体２からも離隔配置されている。周面部２１が第１〜第４の検出部３１〜３４へ接近する方向へ最大限に弾性変形した場合であっても、周面部２１は第１〜第４の検出部３１〜３４に接触しない。
また、第１〜第４の検出部３１〜３４夫々が備えるギャップセンサは、円筒体２に同心に配される仮想的な円周上に、円筒体２の周方向に等間隔で並置されている。
【００５２】
第１の検出部３１（又は第３の検出部３３）のギャップセンサは、周面部２１の上側部（又は下側部）の外周面に対向配置されており、第２の検出部３２（又は第４の検出部３４）ギャップセンサは、周面部２１の右側部（又は左側部）の外周面に対向配置されている。
つまり、第１の検出部３１と第３の検出部３３とは、対称方向が上下方向である２個の対称検出部として機能する。同様に、第２の検出部３２と第４の検出部３４とは、対称方向が左右方向である２個の対称検出部として機能する。
【００５３】
第１〜第４の検出部３１〜３４夫々は、周面部２１の径方向の弾性変形（更に詳細には、自身が対向する位置の弾性変形）を検出する。このために、第１〜第４の検出部３１〜３４夫々は、自身と、周面部２１の外周面の内、自身が対向する部位との離隔距離を検出する。具体的には、第１の検出部３１（又は第３の検出部３３）は、自身と、周面部２１の上側部（又は下側部）の外周面との離隔距離を検出し、第２の検出部３２（又は第４の検出部３４）は、自身と、周面部２１の右側部（又は左側部）の外周面との離隔距離を検出する。
【００５４】
曲げ及び捩れ測定装置１は、周面部２１の弾性変形を、第１〜第４の検出部３１〜３４夫々と周面部２１の外周面との離隔距離（以下、単に離隔距離という）の変化として取り扱う。周面部２１の弾性変形によって、周面部２１が外側へ移動した場合には、離隔距離は短くなり、内側へ移動した場合には長くなる。離隔距離は、正数で表わされる。
なお、曲げ及び捩れ測定装置１は、周面部２１の基準位置からの移動量（即ち変位）を取り扱う構成でもよい。この場合、曲げ及び捩れ測定装置１は、基準位置を“０”とし、基準位置よりも外側（又は内側）の変位を正数（又は負数）で表わす。
【００５５】
第１〜第４の検出部３１〜３４夫々は、検出した離隔距離を示す電気信号（以下、検出信号という）を、演算部４へ出力する。
従って、図５に示す状態では、第１の検出部３１は、離隔距離ｙ10を示す検出信号を出力し、第２の検出部３２は、離隔距離ｘ10を示す検出信号を出力する。また、第３の検出部３３は、離隔距離ｙ20を示す検出信号を出力し、第４の検出部３４は、離隔距離ｘ20を示す検出信号を出力する。ただし、ｘ10＝ｙ10＝ｘ20＝ｙ20である。
【００５６】
同様に、図９に示す状態では、第１の検出部３１は、離隔距離ｙ11を示す検出信号を出力し、第２の検出部３２は、離隔距離ｘ11を示す検出信号を出力する。また、第３の検出部３３は、離隔距離ｙ21を示す検出信号を出力し、第４の検出部３４は、離隔距離ｘ21を示す検出信号を出力する。ただし、ｙ11＜ｘ11＝ｘ21（＝ｘ10）＜ｙ21である。
【００５７】
同様に、図１０及び図１１に示す状態では、第１の検出部３１は、離隔距離ｙ12，ｙ13を示す検出信号を出力し、第２の検出部３２は、離隔距離ｘ12，ｘ13を示す検出信号を出力する。また、第３の検出部３３は、離隔距離ｙ22，ｙ23を示す検出信号を出力し、第４の検出部３４は、離隔距離ｘ22，ｘ23を示す検出信号を出力する。ただし、ｘ13＝ｙ13＝ｘ23＝ｙ23（＜ｘ10）＜ｘ12＝ｙ12＝ｘ22＝ｙ22である。
【００５８】
次に、図３に示す曲げ及び捩れ測定装置１の演算部４について説明する。
演算部４の入力側（又は出力側）と、第１〜第４の検出部３１〜３４夫々（又は通信部１０）とは、信号線を用いて電気的に接続されている。
【００５９】
本実施の形態においては、本発明の実施の形態における減算手段、加算手段、曲げ演算手段及び捩れ演算手段を、ハードウェア的に実現している。このために、演算部４は、減算手段として機能する２個の減算器４１，４２と、加算手段として機能する２個の加算器４３，４４と、曲げ演算手段として機能する曲げ演算部４５と、捩れ演算手段として機能する捩れ演算部４６とを備えている。
減算器４１，４２、加算器４３，４４、曲げ演算部４５、及び捩れ演算部４６夫々は、２個の入力部と１個の出力部とを有している。
【００６０】
減算器４１，４２及び加算器４３，４４夫々の入力部は、第１〜第４の検出部３１〜３４の何れかと電気的に接続されており、出力部は、曲げ演算部４５及び捩れ演算部４６の何れかと電気的に接続されている。
曲げ演算部４５及び捩れ演算部４６夫々の出力部は、通信部１０に電気的に接続されている。
減算器４１及び加算器４３夫々には、第１の検出部３１が出力した検出信号と、第３の検出部３３が出力した検出信号とが入力される。一方、減算器４２及び加算器４４夫々には、第２の検出部３２が出力した検出信号と、第４の検出部３４が出力した検出信号とが入力される。
【００６１】
このため、減算器４１（又は減算器４２）からは、第１の検出部３１（又は第２の検出部３２）が検出した離隔距離から第３の検出部３３（又は第４の検出部３４）が検出した離隔距離を減算した減算結果Ｄ13（又は減算結果Ｄ24）を示す減算結果信号が出力される。減算器４１及び減算器４２夫々が出力した減算結果信号は、曲げ演算部４５に入力される。
【００６２】
一方、加算器４３（又は加算器４４）からは、第１の検出部３１（又は第２の検出部３２）が検出した離隔距離と第３の検出部３３（又は第４の検出部３４）が検出した離隔距離とを加算した加算結果Ｉ13（又は加算結果Ｉ24）を示す加算結果信号が出力される。加算器４３及び加算器４４夫々が出力した加算結果信号は、捩れ演算部４６に入力される。
【００６３】
図１２は、曲げ演算部４５で実行される曲げ演算処理の手順を示すフローチャートである。
曲げ演算部４５は、例えばＡＳＩＣを用いてなる。減算結果信号が入力された曲げ演算部４５は、入力された減算結果信号が示す減算結果Ｄ13，Ｄ24に基づいて、回転体Ａの曲げを演算する。曲げ演算部４５には、後述する定数α、及び後述する算出値Ｄと曲げの大きさとを関連付けるテーブル又は関数等が予め記憶してある。このテーブル又は関数は、後述するＳ１６，Ｓ１９，Ｓ２１夫々の演算処理を実行する場合に利用される。
【００６４】
曲げ演算部４５は、減算結果Ｄ13，Ｄ24の両方が“０”に略等しいか否かを判定する（Ｓ１１）。ここでは、定数αを、α≒０の正の微小値とし、−α≦Ｄ13，Ｄ24≦αが成立する場合に、Ｄ13，Ｄ24≒０であるものとする。
Ｄ13，Ｄ24≒０である場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、曲げ演算部４５は、曲げは生じていないと判定し（Ｓ１２）、回転体Ａに曲げが生じていないことを示す曲げ信号を、通信部１０へ出力して（Ｓ１３）、曲げ演算処理を終了する。
【００６５】
Ｄ13，Ｄ24≒０ではない場合（Ｓ１１でＮＯ）、曲げ演算部４５は、減算結果Ｄ24が“０”に略等しいか否かを判定する（Ｓ１４）。
Ｄ24≒０である場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、曲げ演算部４５は、Ｄ13＜０ならば上方向の曲げが生じていると判定し（図９参照）、Ｄ13＞０ならば下方向の曲げが生じていると判定し（Ｓ１５）、算出値Ｄに減算結果Ｄ13を代入し、算出値Ｄと所定のテーブル又は関数とを用いて曲げの大きさを演算する（Ｓ１６）。
次いで、曲げ演算部４５は、処理をＳ１３へ移し、曲げの方向（即ちＳ１５における判定結果）と曲げの大きさ（即ちＳ１６における演算結果）とを示す曲げ信号を、通信部１０へ出力する。
【００６６】
Ｄ24≒０ではない場合（Ｓ１４でＮＯ）、曲げ演算部４５は、減算結果Ｄ13が“０”に略等しいか否かを判定する（Ｓ１７）。
Ｄ13≒０である場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、曲げ演算部４５は、Ｄ24＜０ならば右方向の曲げが生じていると判定し、Ｄ13＞０ならば左方向の曲げが生じていると判定し（Ｓ１８）、算出値Ｄに減算結果Ｄ24を代入し、算出値Ｄと所定のテーブル又は関数とを用いて曲げの大きさを演算する（Ｓ１９）。
次いで、曲げ演算部４５は、処理をＳ１３へ移し、曲げの方向（即ちＳ１８における判定結果）と曲げの大きさ（即ちＳ１９における演算結果）とを示す曲げ信号を、通信部１０へ出力する。
【００６７】
Ｄ13≒０ではない場合（Ｓ１７でＮＯ）、曲げ演算部４５は、減算結果Ｄ13，Ｄ24夫々が正数であるか負数であるか、及び減算結果Ｄ13，Ｄ24の比率に基づいて、曲げの方向（即ち曲げの角度θ）を演算する（Ｓ２０）。
例えば、Ｄ13，Ｄ24＜０、且つＤ13：Ｄ24≒１：１であれば、曲げの方向は、上方向の曲げから時計回りに４５°ズレた方向である。また、例えば、Ｄ13＜０、Ｄ24＞０、且つＤ13：Ｄ24≒１：２（又はＤ13：Ｄ24≒２：１）であれば、曲げの方向は、上方向の曲げから反時計回りに６０°（又は３０°）ズレた方向である。
【００６８】
Ｓ２０の処理終了後、曲げ演算部４５は、曲げの角度θと減算結果Ｄ13，Ｄ24の何れかと下記の式（１）とを用いて算出値Ｄを算出し、算出値Ｄと所定のテーブル又は関数とを用いて曲げの大きさを演算する（Ｓ２１）。
Ｄ＝Ｄ13×ｃｏｓθ（又はＤ＝Ｄ24×ｓｉｎθ）…（１）
次いで、曲げ演算部４５は、処理をＳ１３へ移し、曲げの方向（即ちＳ２０における判定結果）と曲げの大きさ（即ちＳ２１における演算結果）とを示す曲げ信号を、通信部１０へ出力する。
【００６９】
図１３は、捩れ演算部４６で実行される捩れ演算処理の手順を示すフローチャートである。
捩れ演算部４６は、例えばＡＳＩＣを用いてなる。加算結果信号が入力された捩れ演算部４６は、入力された加算結果信号が示す加算結果Ｉ13，Ｉ24に基づいて、回転体Ａの捩れを演算する。捩れ演算部４６には、各後述する定数β，γ，Ｘ、及び後述する平均値Ｉと捩れの大きさとを関連付けるテーブル又は関数等が予め記憶してある。このテーブル又は関数は、後述するＳ３８の演算処理を実行する場合に利用される。
【００７０】
捩れ演算部４６は、加算結果Ｉ13，Ｉ24の両方が定数Ｘに略等しいか否かを判定する（Ｓ３１）。
ただし、定数Ｘは、回転体Ａに、曲げ及び捩れの何れも生じていない場合の加算結果Ｉ13又は加算結果Ｉ24に等しく、図５の場合は、Ｘ＝ｘ10＋ｘ20＝ｙ10＋ｙ20である。ここでは、定数βを、β≒０の正の微小値とし、｛Ｘ−β｝≦Ｉ13，Ｉ24≦｛Ｘ＋β｝が成立する場合に、Ｉ13，Ｉ24≒Ｘであるものとする。
Ｉ13，Ｉ24≒Ｘである場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、捩れ演算部４６は、捩れは生じていないと判定し（Ｓ３２）、回転体Ａに捩れが生じていないことを示す捩れ信号を、通信部１０へ出力して（Ｓ３３）、捩れ演算処理を終了する。
【００７１】
Ｉ13，Ｉ24≒Ｘではない場合（Ｓ３１でＮＯ）、捩れ演算部４６は、加算結果Ｉ13，Ｉ24の差値が“０”に略等しいか否かを判定する（Ｓ３４）。ここでは、定数γを、γ≒０の正の微小値とし、−γ≦｛Ｉ13−Ｉ24｝≦γが成立する場合に、｛Ｉ13−Ｉ24｝≒０であるものとする。
｛Ｉ13−Ｉ24｝≒０ではない場合（Ｓ３４でＮＯ）、加算結果Ｉ13，Ｉ24が互いに大きく異なるため、捩れ演算部４６は、エラーが生じていることを報知するためのエラー報知信号を、通信部１０へ出力して（Ｓ３５）、捩れ演算処理を終了する。
【００７２】
｛Ｉ13−Ｉ24｝≒０である場合（Ｓ３４でＹＥＳ）、捩れ演算部４６は、加算結果Ｉ13，Ｉ24の平均値Ｉを算出し（Ｓ３６）、算出した平均値Ｉ及び定数Ｘを用いて捩れの方向を判定する（Ｓ３７）。Ｉ＞Ｘであれば、回転体Ａには図１０に示すような一方向の捩れが生じており、Ｉ＜Ｘであれば、回転体Ａには図１１に示すような逆方向の捩れが生じていることがわかる。
次いで、捩れ演算部４６は、平均値Ｉと所定のテーブル又は関数とを用いて捩れの大きさを演算する（Ｓ３８）。
【００７３】
最後に、捩れ演算部４６は、処理をＳ３３へ移し、捩れの方向（即ちＳ３７における判定結果）と捩れの大きさ（即ちＳ３８における演算結果）とを示す捩れ信号を、通信部１０へ出力する。
【００７４】
なお、演算部４は、本発明の実施の形態における減算手段、加算手段、曲げ演算手段及び捩れ演算手段を、ソフトウェア的に実現する構成でもよい。この場合、演算部４は、ＭＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを備える。ＲＯＭには、減算手段、加算手段、曲げ演算手段及び捩れ演算手段をソフトウェア的に実現するためのコンピュータプログラムが記憶されている。ＭＰＵは、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムに従い、ＲＡＭを作業領域として用いつつ、演算部４に入力された検出信号が示す離隔距離に基づいて、所要の演算処理を実行する。そして、ＭＰＵは、曲げ信号及び捩れ信号の組、又は曲げ信号及びエラー報知信号の組を、通信部１０へ出力する。
【００７５】
次に、図３に示す曲げ及び捩れ測定装置１の通信部１０について説明する。
通信部１０は、通信線又はＬＡＮ等を介してパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）５に電気的に接続されている。ＰＣ５は、ユーザが視認するディスプレイ５１を備えている。
通信部１０には、曲げ演算部４５から曲げ信号が入力され、捩れ演算部４６から捩れ信号及びエラー報知信号の何れか一方が入力される。
【００７６】
曲げ信号及び捩れ信号が入力された場合、通信部１０は、入力された曲げ信号が示す曲げの情報（即ち、曲げの有無、曲げの大きさ、及び曲げの方向）と、入力された捩れ信号が示す捩れの情報（即ち、捩れの有無、捩れの大きさ、及び捩れの方向）とをＰＣ５へ送信する。この場合、通信部１０は、ヘッダにＰＣ５のメールアドレスを含み、本文に曲げの情報及び捩れの情報を含む電子メールを生成して、生成した電子メールを送信する構成でもよい。なお、電子メールの送信先は、ユーザの携帯電話機であってもよい。
【００７７】
ＰＣ５は、受信した曲げの情報及び捩れの情報を、ディスプレイ５１に表示させる。ディスプレイ５１に表示された曲げの情報及び捩れの情報を視認することによって、ユーザは、回転体Ａに生じている曲げ及び捩れについての情報を得ることができる。
【００７８】
曲げ信号及びエラー報知信号が入力された場合、通信部１０は、入力されたエラー報知信号が示すエラー情報をＰＣ５へ送信する。
ＰＣ５は、受信したエラー情報を、ディスプレイ５１に表示させる。ディスプレイ５１に表示されたエラー情報を視認したユーザは、曲げ及び捩れ測定装置１に不具合が生じていることを知ることができる。
【００７９】
ディスプレイ５１にエラー情報が表示される場合、換言すれば、加算結果Ｉ13，Ｉ24が互いに大きく異なる場合とは、例えば、円筒体２が回転体Ａに同心に配されていない場合、又は、第１〜第４の検出部３１〜３４が基準位置から等距離の位置に配されていない場合等である。このため、ユーザは、円筒体２を回転体Ａに取り付けなおすか、又は、第１〜第４の検出部３１〜３４夫々の配置位置を調整する。或いは、ユーザは、回転体Ａから負荷を除去した上で、曲げ及び捩れ測定装置１が備える図示しない操作部を操作することによって、演算部４に、ゼロ点補正処理のような所定の補正処理を実行させる。なお、このような補正処理は、図１３に示すＳ３４でＮＯと判定された場合に、自動的に実行される構成でもよい。
【００８０】
ところで、曲げ及び捩れ測定装置１は、通信部１０に替えて、図示しない表示部を備える構成でもよい。この場合、曲げの情報及び捩れの情報、又はエラー情報は、曲げ及び捩れ測定装置１の表示部に表示される。
【００８１】
以上のような曲げ及び捩れ測定装置１は、円筒体２、第１〜第４の検出部３１〜３４、及び演算部４等を備える簡易な構成であるため、安価に製造することができる。また、第１〜第４の検出部３１〜３４夫々の検出結果を加減算することによって、捩れに影響されずに曲げを、また、曲げに影響されずに捩れを、簡単且つ正確に測定することができる。
【００８２】
しかも、第１の検出部３１と第３の検出部３３との対称方向が上下方向（鉛直方向）であり、第２の検出部３２と第４の検出部３４との対称方向が左右方向（水平方向）であるため、測定された曲げの向きは、ユーザにとって直感的にわかりやすい。
【００８３】
なお、曲げ及び捩れ測定装置１が備える検出部の個数は４個に限定されるものではない。ただし、４個、８個、又は１６個の検出部を備える場合には、曲げの方向を、例えば４方位、８方位、又は１６方位に関連付けるように演算することが容易である。また、１２個の検出部を備える場合には、曲げの方向を時計の文字盤に関連付けるように演算することが容易である。このため、測定された曲げの向きが、ユーザにとって直感的にわかりやすいという利点がある。
検出部の個数が増えるほど、より精度が高い測定結果を得ることができるが、その分、曲げ及び捩れ測定装置１の製造コストが増大する。このため、曲げ及び捩れ測定装置１の製造者は、必要な測定精度と許容される製造コストとの兼ね合いで検出部の個数を決定すればよい。
【００８４】
更にまた、円筒体２は、本実施の形態で説明したような構成のものに限定されず、例えば、特許文献１に記載の弾性円筒体の如き構成のものであってもよい。特許文献１に記載されているトルクセンサの部品を流用する場合には、曲げ及び捩れ測定装置１を、より安価に製造することができる。
【００８５】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
また、本発明の効果がある限りにおいて、曲げ及び捩れ測定装置１に、実施の形態に開示されていない構成要素が含まれていてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１    曲げ及び捩れ測定装置
２    円筒体
３１〜３４  第１〜第４の検出部（複数個の検出部）
４    演算部
４１，４２  減算器（減算手段）
４３，４４  加算器（加算手段）
４５  曲げ演算部（曲げ演算手段）
４６  捩れ演算部（捩れ演算手段）
Ａ    回転体
【図１】
2011099784.tif 000003
【図２】
2011099784.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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