(57)【要約】【課題】駆動側と被動側の間に少ない部品でコンパクトに設置することができ、構造が簡単で、信頼性を向上でき、組立容易な、トルク検出装置を提供する。【解決手段】トルク検出装置（２０）が、駆動側および被動側の間の回転軸線（Ｘ）上に駆動側あるいは被動側の一方に回転方向の動きを固定し取付けたボス（７）と、このボスに半径方向に延び取付けられた円板体（１０）と、この円板体に対向しボスに半径方向に延び取付けられ半径方向の外方を駆動側あるいは被動側の他方に取付けた回転方向の弾性変形が可能な円板弾性体（８）と、回転軸線を中心にした円板体および円板弾性体の回転方向の相対変位を検出する変位検出器（１２）と、変位検出器の出力に基づいて駆動側と被動側の間のトルクを演算する演算器（１４）を備えている。【選択図】図１
2008286677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動側および被動側の間の回転軸線上に駆動側あるいは被動側のいずれか一方に回転方向の動きを固定し取付けられたボスと、
このボスに半径方向に延び取付けられた円板体と、
この円板体に対向し該ボスに半径方向に延び取付けられ半径方向の外方を該駆動側あるいは被動側の他方に取付けられた回転方向の弾性変形が可能な円板弾性体と、
回転軸線を中心にした円板体および円板弾性体の回転方向の相対変位を検出する変位検出器と、
変位検出器の出力に基づいて駆動側と被動側の間のトルクを演算する演算器と
を備えていることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
該円板体および円板弾性体が、
対向する外周縁に周方向に等間隔で形成した複数のスリットを備え、
該変位検出器が、
円板体および円板弾性体のスリットの回転方向の「ずれ」を検出する
ことを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項３】
該演算器がさらに、
該スリットによって発生するパルス信号および演算された該トルクに基づいて、動力を算出する
ことを特徴とする請求項２記載のトルク検出装置。
【請求項４】
駆動側がエンジンであり、
該円板弾性体がこのエンジンのフライホイールに取付けられ、
被動側が油圧ポンプであり、
該ボスが油圧ポンプの駆動機構であるポンプドライブに取付けられている
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項５】
該円板体、円板弾性体およびボスが、
駆動側と被動側を連結し動力を伝達するカップリングを形成している
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置、さらに詳しくは、油圧ショベルなどの作業機に搭載したエンジンとそれによって駆動される油圧ポンプの間に好適に設置できるトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的なトルク検出装置（例えば、特許文献１参照）は、駆動側と被動側を、回転軸線を中心にした円周上に設置した伸縮自在な複数個（４個）のコイルスプリングによって連結し、駆動側、被動側それぞれに回転軸線を中心にしたパルスギアを取付け、パルスギア各々に回転検出器を設け、回転トルクが加わったときのコイルスプリングの伸縮によるパルスギアの位相のずれを演算し、トルクを検出している。
【特許文献１】特公昭５８−１４９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したとおりの形態の従来のトルク検出装置には、次のとおりの解決すべき課題がある。
【０００４】
すなわち、駆動側および被動側を複数個のコイルスプリングで連結し、回転駆動トルクが加わったときのパルスギアの位相のずれを２個の回転検出器の出力によって演算しているので、トルク検出装置の部品点数が多く、演算の構造が複雑で、その分信頼性が低下しまた設置スペースも大きく、組立工数も多くかかる。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、駆動側と被動側の間に少ない部品でコンパクトに設置することができ、構造が簡単で、信頼性を向上でき、組立容易な、トルク検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば上記技術的課題を解決するトルク検出装置として、駆動側および被動側の間の回転軸線上に駆動側あるいは被動側のいずれか一方に回転方向の動きを固定し取付けられたボスと、このボスに半径方向に延び取付けられた円板体と、この円板体に対向し該ボスに半径方向に延び取付けられ半径方向の外方を該駆動側あるいは被動側の他方に取付けられた回転方向の弾性変形が可能な円板弾性体と、回転軸線を中心にした円板体および円板弾性体の回転方向の相対変位を検出する変位検出器と、変位検出器の出力に基づいて駆動側と被動側の間のトルクを演算する演算器とを備えていることを特徴とするトルク検出装置が提供される。
【０００７】
好適には、該円板体および円板弾性体が、対向する外周縁に周方向に等間隔で形成した複数のスリットを備え、該変位検出器が、円板体および円板弾性体のスリットの回転方向の「ずれ」を検出する。
【０００８】
該演算器はまた、該スリットによって発生するパルス信号および演算された該トルクに基づいて、動力を算出する。
【０００９】
そして、駆動側がエンジンであり、該円板弾性体がこのエンジンのフライホイールに取付けられ、被動側が油圧ポンプであり、該ボスが油圧ポンプの駆動機構であるポンプドライブに取付けられている。さらに、該円板体、円板弾性体およびボスが、駆動側と被動側を連結し動力を伝達するカップリングを形成している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に従って構成されたトルク検出装置は、駆動側および被動側の間の駆動側あるいは被動側のいずれか一方に取付けられたボスと、ボスに取付けられた円板体と、円板体に対向してボスに取付けられ外方を駆動側あるいは被動側の他方に取付けられた円板弾性体と、円板体および円板弾性体の回転方向の相対変位を検出する変位検出器と、変位検出器の出力に基づいて駆動トルクを演算する演算器を備えている。
【００１１】
したがって、駆動側と被動側の間に、少ない部品でコンパクトに設置することができ、構造が簡単で、信頼性を向上でき、組立が容易な、トルク検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に従って構成されたトルク検出装置について、好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１３】
図１を参照して説明する。トルク検出装置２０は、駆動側としてのエンジン１のフライホイール２および被動側としての油圧ポンプ３のポンプドライブ４の間の回転軸線Ｘ上のポンプドライブ軸５に、回転方向（矢印Ｚ）の動きを固定し取付けられたボス７と、このボス７に半径方向に延び取付けられた円板体１０と、この円板体１０に対向してボス７に半径方向に延び取付けられ半径方向の外方をフライホイール２に取付けられた回転方向Ｚの弾性変形が可能な円板弾性体８と、回転軸線Ｘを中心にした円板体１０および円板弾性体８の回転方向Ｚの相対変位を検出する変位検出器としての非接触変位検出器１２と、変位検出器１２の出力に基づいて駆動側と被動側の間のトルクを演算する演算器１４を備えている。
【００１４】
ボス７は鋼によって軸線Ｘ方向に延びる円柱状に形成され、ボス７の回転軸線Ｘ上には雌スプラインが形成されポンプドライブ軸５の先端の雄スプラインが嵌合している。
【００１５】
図１とともに図２を参照して説明する。円板体１０は、剛性を有する鋼板によってドーナツ板状に形成され、内径部がボス７に一体的に接合されている。外周縁には周方向に等間隔で半径方向に延びる複数の空隙であるスリットＳＬが形成されている。
【００１６】
円板弾性体８は、弾性を有する補強繊維入りの合成ゴムによってドーナツ板状に形成され内径部がボス７に一体的に接合された弾性リング８ａと、弾性リング８ａの外径部が接合されるとともに円板体１０と同一の外径を有する、鋼板によって形成された固定リング８ｂと、固定リング８ｂの内径側に軸線Ｘ方向に延びるボルト穴を有してピッチ円上に一体に取付けられ配設された鋼製の複数の取付ボス８ｃを備えている。固定リング８ｂの周縁には、円板体１０のスリットＳＬと対向した位置に、円板体１０のスリットＳＬと実質上同じ大きさ・配列のスリットＳＬが形成されている。
【００１７】
なお、弾性リング８ａは、回転軸線Ｘを中心にした円板体１０および円板弾性体８の回転方向Ｚの相対変位を生成するものであればよいので、材料としては、検出するトルクの大きさなどに応じて、金属、非金属、プラスチックなど適宜のものを採用すればよい。
【００１８】
円板弾性体８は、複数の取付ボス８ｃを通した複数のボルト１１をフライホイール２のねじ穴に取付けることによって、フライホイール２に取付けられている。
【００１９】
これらの円板体１０、円板弾性体８およびボス７は、駆動側としてのエンジン１と被動側としての油圧ポンプ３のポンプドライブ４を連結して動力を伝達するカップリング６を形成している。
【００２０】
図１から明らかなように、ポンプドライブ４および油圧ポンプ３は、ポンプドライブ軸５をエンジン１のフライホイール２に取付けた円板弾性体８のボス７の雌スプラインに挿脱することにより、容易に、簡単にエンジン１に着脱することができる。
【００２１】
非接触検出変位器１２は、レーザー変位センサを備え、円板体１０および円板弾性体８のスリットＳＬに向けて円板体１０側からレーザー光を投射することができる位置、例えばエンジン１のフライホイールハウジングに取付けられている。非接触変位検出器１２は放射状に延びるスリットＳＬの半径方向の略中間に位置する、回転軸線Ｘを中心にしたピッチ円Ｐ上に位置づけられている。
【００２２】
図２とともに図３を参照して、スリットＳＬおよび非接触変位検出器１２の作用について説明する。
【００２３】
円板体１０および円板弾性体８のスリットＳＬは、「無負荷時」（図２（ａ））においては回転軸線Ｘ方向に見てそれぞれ整合し重なっているので、非接触変位検出器１２の出力信号は、図３（ａ）に示すように、スリットＳＬから次のスリットＳＬまでの間隔時間「Ｔ０」に対し、レーザー光がスリットＳＬを通過している状態を時間「Ｔ１」として検出し、円板体１０を照射している時間を「Ｔ２」として検出する。
【００２４】
そして「負荷時」（図２（ｂ））においては、円板体１０および円板弾性体８のスリットＳＬは回転軸線Ｘ方向に見て負荷トルクによって「ずれ」が生じスリットＳＬも狭くなるので、非接触変位検出器１２の出力信号は、図３（ｂ）に示すように、スリットＳＬから次のスリットＳＬまでの間隔時間「Ｔ０」に対し、狭くなったスリットＳＬをレーザー光が通過する時間「Ｔ１」は短く検出され、変位検出器１２から遠方の円板弾性体８の固定リング８ｂを照射する時間が「Ｔ３」として検出され、手前の円板体１０を照射する時間は前記の「Ｔ２」として検出され、信号は階段状に検出される。
【００２５】
したがって、Ｔ０とＴ１の比率によって固定リング８ｂと円板体１０の「ずれ」である位相が演算器１４によって求められトルクが検出される。
【００２６】
図４を参照して、演算器１４について説明する。演算器１４は、変位検出器１２からの信号により位相角を求める位相角検出器Ｓ１および位相角検出器Ｓ１の出力をトルクに変換するトルク変換器Ｓ２を備えている。演算器１４はまた、変位検出器１２からの信号により回転数を求める回転数演算器Ｓ３および回転数演算器Ｓ３の回転数とトルク変換器Ｓ２の出力から動力を求める乗算器Ｓ４を備えている。トルク変換器Ｓ２の出力はトルク表示器１５に、乗算器Ｓ４の出力は動力表示器１６にそれぞれ接続されている。
【００２７】
すなわち、演算器１４は、位相角検出器Ｓ１で非接触変位検出器１２のパルス信号を読み込み位相角を求め、トルク換算器Ｓ２で位相角検出器Ｓ１で求めた位相角をトルクに変換しトルク表示器１５に出力する。一方、回転数演算器Ｓ３で非接触変位検出器１２のパルス信号から回転数を求め、乗算器Ｓ４で回転数演算器Ｓ３の回転数とトルク変換器Ｓ２のトルクから動力を求めて動力表示器１６に表示する。
【００２８】
上述したとおりのトルク検出装置２０の効果について説明する。
【００２９】
トルク検出装置２０は、駆動側および被動側の間の駆動側あるいは被動側のいずれか一方（実施例は被動側）に取付けられたボス７と、ボス７に取付けられた円板体１０と、円板体１０に対向してボス７に取付けられ外方を駆動側あるいは被動側の他方（実施例は駆動側）に取付けられた円板弾性体８と、円板体１０および円板弾性体８の回転方向Ｚの相対変位を検出する変位検出器１２、１個と、変位検出器１２の出力に基づいて駆動側と被動側の間のトルクを演算する演算器１４を備えている。
【００３０】
したがって、トルク検出装置２０は、駆動側と被動側の間に、少ない簡単な構成の部品でコンパクトに設置する設置でき、構造が簡単で信頼性を向上でき、組立も容易である。
【００３１】
円板体１０および円板弾性体８は、対向する外周縁に周方向に等間隔で形成した複数のスリットＳＬを備え、変位検出器１２は、円板体１０および円板弾性体８のスリットＳＬの回転方向の「ずれ」を検出する。
【００３２】
したがって、スリットＳＬによって駆動側と被動側の「ずれ」を、容易に確実に、かつ簡単な構造で検出することができる。
【００３３】
演算器１４はさらに、スリットＳＬによって発生するパルス信号および演算されたトルクに基づいて、動力を算出する。
【００３４】
したがって、例えば油圧ショベルなどの作業機において、検出したトルクとともに動力を運転席のモニターなどの表示器に表示することにより、オペレータは作業機を、作業負荷をモニターしながら効率よく稼動させることができる。
【００３５】
また、駆動側は作業機のエンジン１であり、円板弾性体８はこのエンジン１のフライホイール２に取付けられ、被動側は油圧ポンプ３であり、ボス７は油圧ポンプ３の駆動機構であるポンプドライブ４に取付けられている。
【００３６】
したがって、作業機のエンジンと油圧ポンプの間に、トルク検出装置２０をコンパクトに設置することができる。また、ポンプドライブ４および油圧ポンプ３は、ポンプドライブ軸５をエンジン１のフライホイール２に取付けた円板弾性体８のボス７の雌スプラインに挿脱することによって、エンジン１に容易に簡単に着脱することができる。
【００３７】
さらに、円板体１０、円板弾性体８およびボス７は、駆動側と被動側を連結し動力を伝達するカップリング６を形成している。
【００３８】
したがって、トルク検出装置を兼ねた、簡単な構造のカップリング６を形成することができる。
【００３９】
以上、本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば下記のように、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。
【００４０】
本発明の実施例においては、トルク検出装置２０は、駆動側としてのエンジン１のフライホイール２と被動側としての油圧ポンプ３のポンプドライブ軸５の間に、設置されているが、トルク検出装置２０は、他のトルクが伝達される機構の適宜の部分に設置できることは言うまでもない。
【００４１】
本発明の実施例においては、ボス７は被動側としての油圧ポンプ３のポンプドライブ４のポンプドライブ軸５に取付けられているが、逆にボス７を駆動側のエンジン１のフライホイール２に取付け、円板弾性体８をポンプドライブ４に取付けるようにしてもよい。
【００４２】
本発明の実施例においては、回転方向Ｚを一方向に限定したが、トルク検出装置２０は逆の回転方向用としても、あるいは正逆両方向回転用にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に従って構成されたトルク検出装置の構成説明図。
【図２】図１のＡ矢印方向に見てスリットの部分を（ａ）無負荷時（ｂ）負荷時で示した説明図。
【図３】図１の非接触変位検出器の出力信号を（ａ）無負荷時（ｂ）負荷時で示した線図。
【図４】図１の演算器の演算回路図。
【符号の説明】
【００４４】
１：エンジン（駆動側）
２：フライホイール
３：油圧ポンプ（被動側）
４：ポンプドライブ
６：カップリング
７：ボス
８：円板弾性体
１０：円板体
１２：非接触変位検出器（変位検出器）
１４：演算器
２０：トルク検出装置
ＳＬ：スリット
Ｘ：回転軸線
【図１】
2008286677.tif 000003
【図２】
2008286677.tif 000004
【図３】
2008286677.tif 000005
【図４】
2008286677.tif 000006