(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動構造物を回転駆動力によって駆動させる回転駆動機の出力軸に生じる駆動トルクが検出されるトルク計であって、
上記回転駆動機に設けたフランジと上記回転駆動構造物との間に装着され、中心部に上記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、
上記中心貫通穴の周囲に設けられ上記フランジとの締結手段を有するフランジ固定部と、
上記フランジ固定部の外側に設けられると共に上記回転駆動構造物の固定ベースと締結手段で締結されて前記回転駆動機の回転駆動力によって回転しない部位であるベース固定部と、
上記フランジ固定部とベース固定部とが結合されたトルク伝達部位と、
上記トルク伝達部位に削孔された複数の円形穴を有し、
上記円形穴と上記中心貫通穴とを貫通しリード線が配線される複数のリード線用貫通穴をそれぞれ連結する環状溝が形成され、上記円形穴、リード線用貫通穴、及び環状溝の各開口部が密閉材で密封されると共に、上記円形穴の内面には上記リード線と接続されたひずみゲージが接着され、上記トルク伝達部位に働くト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構成としていることを特徴とするトルク計。
【請求項２】
上記円形穴は、回転駆動機側から回転駆動構造物側に向けて板状弾性体を貫通しており、円形穴の内周面にひずみゲージが接着されている請求項１に記載のトルク計。
【請求項３】
上記円形穴は、板状弾性体の回転駆動機側及び回転駆動構造物側から各々削孔され、互いに貫通せず円形底面を有し、該底面にひずみゲージが接着されている請求項１に記載のトルク計。
【請求項４】
上記トルク伝達部位は、上記中心貫通穴の中心位置に対して対称位置に配置されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のトルク計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク計に関し、詳しくは、フランジを有する電動機や減速機等の回転駆動機に容易に取り付けられ、出力軸に生じる駆動トルクの測定精度を改良するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転駆動機からの回転駆動力によって駆動される回転駆動構造物の数は非常に多く、これらの構造物の制御や状態監視において、駆動力を伝達する出力軸に生じる駆動トルクの測定は非常に重要である。現在、種々のトルク計が提供されているが、その中で、ひずみゲージを用いたトルク計の多くは、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、回転駆動機１のトルク伝達軸２の途中に、ひずみゲージ３を接着した軸状弾性体４を連結したトルク計１００を介設し、伝達トルクによって生じる歪を検出する方法を採用している。
【０００３】
上記のようにひずみゲージを用いたトルク計の多くは、回転駆動機のトルク伝達軸の途中にひずみゲージを接着した軸状弾性体を連結し伝達トルクによって生じるひずみを検出する方法をとっている、このようなトルク計においては、回転軸にカップリングを介して軸状弾性体を連結するため、軸方向に余分なスペースを必要とする。また、回転軸から信号を取り出すためにスリップリング等の接触式または非接触式の信号伝達手段が必要になるが、これらの信号伝達手段は高価であり、しかも回転軸に取り付けて回転させる点から、ひずみ検出部を密閉構造にして防水構造にすることが難しく、耐久性、信頼性の点で難点があった。
【０００４】
これに対して、特開昭６２−１１２０２３号では、上記したように回転軸のトルクを直接検出するのではなく、電動機等の駆動機器のハウジングを介して駆動トルクの反力である拘束トルクを測定する方法が提案されている。
【０００５】
また、本出願人は、特開平１１−１８３２７７号において、上記した回転軸のトルクを直接検出するのではなく、電動機等の駆動機器のハウジングを介して駆動トルクの反力である拘束トルクを検出することにより駆動トルクを検出する構成としているトルク計を提案している。
【０００６】
さらに、特開平８−３５８９５号では、ひずみ測定手段が取り付けられたトルク伝達部材によってトルクが伝達される関係に接続された第１と第２の部分からなり、ひずみ測定手段はトルク伝達部材により伝達されるトルクに応じた信号を発生して無線送出部に供給している。無線送出部はトルクに応じた信号を無線受信部に送出し、無線受信部はトルク伝達部材により伝達されるトルクに応じた表示を行うトルク表示装置が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６２−１１２０２３号のトルク検出装置では、拘束トルクを得るために、電動機等のケーシングに追加工を施したり、特別の金具が必要で、取り付けが容易でなく汎用的なトルク計としては難点がある上に、防水機構を持たせるためのシールを行いにくいという問題がある。
【０００８】
また、特開平１１−１８３２７７号のトルク計は、取り付け脚を有する電動機と固定ベースの間にトルク計を組み込んで、出力軸のトルクを検出することを可能としているが、汎用のフランジ付電動機には適用が難しく、取り付け姿勢にも制限がり、電動機等との取り付けスペースについて、未だ改善の余地がある。
【０００９】
さらに、特開平８−３５８９５号のトルク表示装置は、フランジに直結するものではないため、取り付けの際に余分なスペースを要する上に、回転駆動機との接続に手間がかかるという問題がある。さらに、防水機構を持たせるためにはゲージやリード線等の全体を樹脂等で覆う必要があり、シールを行いにくいという問題がある。
【００１０】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、電動機や減速機等の回転駆動機との取り付けに特別な加工を施す必要がなく、取付が容易で、かつ、容易に密閉構造とすることができ、防水機構に優れ、耐久性、信頼性が良好なトルク計を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、回転駆動構造物を回転駆動力によって駆動させる回転駆動機の出力軸に生じる駆動トルクが検出されるトルク計であって、
上記回転駆動機に設けたフランジと上記回転駆動構造物との間に装着され、中心部に上記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、
上記中心貫通穴の周囲に設けられ上記フランジとの締結手段を有するフランジ固定部と、
上記フランジ固定部の外側に設けられると共に上記回転駆動構造物の固定ベースと締結手段で締結されて前記回転駆動機の回転駆動力によって回転しない部位であるベース固定部と、
上記フランジ固定部とベース固定部とが結合されたトルク伝達部位と、
上記トルク伝達部位に削孔された複数の円形穴を有し、
上記円形穴と上記中心貫通穴とを貫通しリード線が配線される複数のリード線用貫通穴をそれぞれ連結する環状溝が形成され、上記円形穴、リード線用貫通穴、及び環状溝の各開口部が密閉材で密封されると共に、上記円形穴の内面には上記リード線と接続されたひずみゲージが接着され、上記トルク伝達部位に働くト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構成としていることを特徴とするトルク計を提供している。
【００１２】
このように、原動機や減速機等の回転駆動機のフランジにトルク計を固定ボルト等の固定手段により直接取り付けることができるため、取り付けが容易である上に、軸方向のスペースも省略化することができる。また、各開口部を金属や樹脂等のダイヤフラム及びカバー等の密閉材によって容易に密封可能な構成としているため、シール処置を施すことができ、防水機能を向上させることができる。さらに、トルク計は回転しないため、耐久性や測定の信頼性も向上させることができる。従って、ひずみゲージにより、ひずみを測定することで、出力軸に生じる駆動トルクを、いかなる測定環境下においても非常に精度良く検出することができる。
【００１３】
上記円形穴は、回転駆動機側から回転駆動構造物側に向けて板状弾性体を貫通しており、円形穴の内周面にひずみゲージが接着されていることが好ましい。上記構成とすることにより、特に薄肉部に生じる低トルクによるひずみを精度良く測定することができる。
【００１４】
上記円形穴は、板状弾性体の回転駆動機側及び回転駆動構造物側から各々削孔され、互いに貫通せず円形底面を有し、該底面にひずみゲージが接着されていることが好ましい。上記構成とすることにより、せん断ひずみを測定することができ、特に剛性の高い高トルクを精度良く測定することができる。
このように測定したいトルクに応じて円形穴の形状やひずみゲージの接着位置を適宜設定することで、種々の方向のひずみを測定することができるため、トルク計の汎用性を高めることができる。
【００１５】
フランジ固定部とベース固定部とが結合されるトルク伝達部位は、２箇所以上、好ましくは４箇所以上であることが好ましい。また、複数のトルク伝達部位は中心貫通穴に対して対称に配置し、各ひずみゲージがほぼ同程度のひずみとなるように設計することが望ましい。これによりトルクに比例した安定した出力を得ることができる。
【００１６】
また、ひずみゲージは円形穴の内側に接着し、上記ひずみゲージを接続して形成したホイートストンブリッジ回路は弾性体の内部を貫通するリード線用貫通穴を使って結線し、上記リード線用貫通穴の一端にはリード線を送線するケーブル引き出し口が設けられるため、カバーやダイヤフラムにより密閉構造が容易な構造となっている。また、密閉構造でありながら、上記ケーブル引き出し口より容易に信号線を取り出すことができる。なお、密閉の方法は防水効果のあるワックスや樹脂で覆う方法と、金属ダイヤフラムや金属カバーを使って溶接密閉する方法がある。
【００１７】
上記トルク伝達部位は上記中心貫通穴の中心を中心とする扇型の一部で形成されることが好ましく、上記扇型と円形穴の間に形成される薄肉部の円形穴内側にひずみゲージを接着し、ひずみを検出する構造とすることが好ましい。これにより、トルク伝達部位の変形による剛性の低下を抑えながら、薄肉部近傍に適度にひずみを集中させて、トルクの出力を得ることができる。また、扇型の中心がトルクの回転中心と一致するため、薄肉部の半径方向の変位は極小となり、トルクによる回転変位に起因するひずみを極大化させることができるため、誤差の小さい安定したトルク出力を得ることができる。
【００１８】
また、板状弾性体は、回転駆動機や回転駆動構造物の形状や用途に応じて円形または矩形等の種々の形状とすることができる。上記固定手段としてはボルトが好ましく、中心貫通穴の中心位置に対して対称位置に配置されることが好ましい。これにより、測定精度をさらに向上することができる。なお、フランジと板状弾性体の間には、板状、シート状の材料を介在させてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３は第１実施形態のトルク計１０を示し、フランジ固定部１１とベース固定部１２間に働くトルクによるひずみが測定され、回転駆動構造物１３を回転駆動力によって駆動させる回転駆動機１４の出力軸１４Ａに生じる駆動トルクが検出される構成としている。
【００２０】
トルク計１０は、回転駆動機１４に設けたフランジ１４Ｂと回転駆動構造物１３との間にアルミ等の金属製の板状弾性体１５が装着されている。板状弾性体１５は所要の肉厚を有する円形状の平板からなり、その上下面は互いに平行である。板状弾性体１５の中心部に回転駆動機１４の出力軸１４Ａが通る中心貫通穴１６が設けられると共に、中心貫通穴１６の周囲にはフランジ１４Ｂとの締結手段としてボルト穴１７（１７Ａ〜１７Ｄ）が垂設されたフランジ固定部１１が設けられている。また、フランジ固定部１１の外周側には、回転構造物１３の固定ベース１３Ａとの締結手段としてボルト穴１８（１８Ａ〜１８Ｄ）が垂設されたベース固定部１２が設けられている。ボルト穴１７、１８には、ボルトＢが挿入され締め付け固定されている。
【００２１】
フランジ固定部１１とベース固定部１２との間を結合してトルクを伝達する4箇所のトルク伝達部位１９が中心貫通穴１６の中心を中心として対称に設けられ、各トルク伝達部位１９は中心貫通穴１６の中心を中心とする扇型の一部で形成されている。トルク伝達部位１９の中央には4個の円形穴２０（２０Ａ〜２０Ｄ）が軸方向に削孔されている。また、円形穴２０と中心貫通穴１６とが貫かれ、リード線が配線されるリード線用貫通穴２１が円形の板状弾性体１５の半径方向に向けて開口されている。フランジ固定部１１の内側には複数のリード線用貫通穴２１を連結する環状溝２２が、中心貫通穴１６と中心を同じくして環状に形成されている。
【００２２】
リード線用貫通穴２１の一端にはリード線を送線するケーブル引き出し口２３が設けられ、円形穴２０、環状溝２２、及びリード線用貫通穴２１の開口部が金属ダイヤフラムやカバーからなる密閉材２４で密封されている。各開口部が密閉材２４により密封されているが、ケーブル引き出し口２３より信号線３２を取り出すことにより検出器３１と連結可能としている。円形穴２０は回転駆動機１４側から回転駆動構造物１３側に向けて板状弾性体１５を貫通しており、円形穴２０の内周面２０ａにリード線と接続されたひずみゲージＳＧ（ＳＧ１〜ＳＧ８）が接着されている。
【００２３】
ひずみゲージＳＧ（ＳＧ１〜ＳＧ８）を図４に示すように接続し、ホイートストンブリッジ回路３０を形成している。ホイートストンブリッジ回路３０の出力線を板状弾性体１５より引き出して検出器３１と接続している。このように、トルク伝達部位１９の薄肉部１９ａに働くトルクによるひずみが測定され出力軸１４Ａに生じる駆動トルクが検出される構成としている。
【００２４】
上記構成とすることにより、原動機や減速機等の回転駆動機１４のフランジ１４Ｂにトルク計１０を固定ボルトＢにより直接取り付けることができるため、取り付けが容易である上に、軸方向のスペースも省略化することができる。また、各開口部を金属ダイヤフラムやカバーからなる密閉材２４によって密封しているため、シール処置を施すことができ、防水機能を向上させることができる。さらに、トルク計１０自体は回転しないため、回転時の擦動によりひずみゲージＳＧ等の部材の消耗を防ぐことができ、耐久性や測定の信頼性も向上させることができる。従って、出力軸１４Ａに生じる駆動トルクを、非常に精度良く検出することができる。
【００２５】
図５は第１実施形態の変形例のトルク計１０’を示し、トルク計１０’の板状弾性体１５’を矩形（長方形）状としている。フランジ固定部１１’のボルト穴１７’により回転駆動機と、ベース固定部１２’のボルト穴１８’により回転駆動構造物とボルト結合している。板状弾性体１５’の中心に中心貫通穴１６’が設けられ、その周囲には環状溝２２’が設けられている。フランジ固定部１１’の外側にベース固定部１２’が設けられており、両者を連結している部分をトルク伝達部位１９’としている。トルク伝達部位１９’の中央には２つの円形穴２０’（２０Ａ’、２０Ｂ’）を板状弾性体１５’を貫通するように垂設している。円形穴２０’の内周面２０ａ’にはひずみゲージＳＧ’が接着されている。また、円形穴２０’等の開口部は上記第１実施形態と同様に密閉材２４’によりシール可能な構成としている。
【００２６】
このように、板状弾性体１５’を矩形形状としても、上記構成とすることにより、第１実施形態と同様に、出力軸に生じるトルクを検出することができると共に、容易にフランジとの固定が可能であり、かつ十分なシール機能を有するため、防水機能を持たせることもできる。
【００２７】
図６は第２実施形態のトルク計４０を示し、トルク計４０の４つの円形穴５０は、板状弾性体４５の回転駆動機側及び回転駆動構造物側から各々削孔され、互いに貫通せず円形底面５０ａを有し、底面５０ａにひずみゲージＳＧ（ＳＧ１１〜ＳＧ１８）が接着されている。上記構成とすることにより、せん断ひずみを測定することができ、特に剛性の高い高トルクを精度良く測定することができる。
【００２８】
なお、本発明のトルク計は上記実施形態以外にも、検出したいトルクや回転駆動機の種類等に応じて種々の形態とすることができ、回転駆動機との取り付けが容易で、密閉可能な防水構造とし、精度良くトルクを検出できる構成であれば良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、フランジを有する原動機や減速機等の回転駆動機のフランジにトルク計を固定ボルト等の固定手段により直接取り付けることができるため、取り付けが容易である上に、軸方向の取り付け時のスペースロスも省略化することができる。また、各開口部を金属や樹脂等のダイヤフラム及びカバー等の密閉材によって容易に密封可能な構成としているため、密閉構造としたシール処置を施すことができ、防水機能を向上させることができる。さらに、トルク計は回転しないため、耐久性や測定の信頼性も向上させることができる。
【００３０】
従って、ひずみゲージにより、ひずみを測定することで、出力軸に生じる駆動トルクを、いかなる測定環境下においても非常に精度良く検出することができる。よって、これまで適用ができなかった分野でのトルク測定が可能になり、トルク監視による操業の安定や製品の品質向上を実現することができる。
【００３１】
また、測定したいトルクに応じて円形穴の形状やひずみゲージの接着位置を適宜設定することで、種々の方向のひずみを測定することができるため、低トルクや高トルク等の検出したいトルクに応じた構成とすることが可能であり、トルク計の汎用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態のトルク計と回転駆動機及び回転駆動構造物との取り付け状況を示す図である。
【図２】  第１実施形態のトルク計の板状弾性体の斜視図である。
【図３】  （Ａ）（Ｂ）は、それぞれ第１実施形態のトルク計の正面図、及び矢印方向から見た側面図である。
【図４】  第１実施形態のトルク計のホイートストンブリッジ回路を示す図である。
【図５】  （Ａ）（Ｂ）は第１実施形態の変形例を示す図である。
【図６】  （Ａ）（Ｂ）は第２実施形態のトルク計を示す図である。
【図７】  （Ａ）（Ｂ）は従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０  トルク計
１１  フランジ固定部
１２  ベース固定部
１３  回転駆動構造物
１４  回転駆動機
１４Ａ  出力軸
１４Ｂ  フランジ
１５  板状弾性体
１６  中心貫通穴
１７、１８  ボルト穴
１９  トルク伝達部位
２０  円形穴
２１  リード線用貫通穴
２２  環状溝
２３  ケーブル引き出し口
２４  密閉材
３０  ホイートストンブリッジ回路
ＳＧ  ひずみゲージ
Ｂ  ボルト
【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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