特許 7466290 ねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-04

(45)【発行日】2024-04-12

(54)【発明の名称】ねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/12 20060101AFI20240405BHJP

   G01L 3/10 20060101ALI20240405BHJP

【ＦＩ】

G01L3/12

G01L3/10 317

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019200515

(22)【出願日】2019-11-05

(65)【公開番号】P2021076380

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-08-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000198318

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ検査計測

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】瀧本 英敏

(72)【発明者】

【氏名】渡部 輝

(72)【発明者】

【氏名】森田 精治

【審査官】松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－１４０８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２４０４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０１７４３１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ３／００－３／２６

Ｇ０１Ｂ １１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸のねじれ量を測定するねじれ計であって、
前記回転軸の軸方向に所定距離を隔てて前記回転軸に篏合され、円周方向に沿って所定領域に第１遮光部及びスリット部が交互に形成された二つのスリットリングと、
前記スリットリングのそれぞれに対応して設けられ、前記第１遮光部及び前記スリット部を光学的に検出し、検出結果を示すパルス信号を出力する光学式エンコーダと、
各前記光学式エンコーダからのパルス信号に基づいて前記回転軸のねじれ量を演算するねじれ量演算部と、を備え、
前記スリット部は、
第１のスリット幅を有する第１のスリットと、
前記第１のスリット幅よりも狭い第２のスリット幅を有し、前記円周方向における前記第１のスリットの両端側にそれぞれ設けられている第２のスリットと、
前記第１のスリットと前記第２のスリットとの間に設けられ、前記第１遮光部よりも幅が狭い第２遮光部と、
を有することを特徴とするねじれ計。

【請求項2】

回転軸の周面に設けられ、前記回転軸のねじれ量を測定するために用いられるスリットリングであって、
所定領域において円周方向に第１遮光部及びスリット部が交互に形成され、
前記スリット部は、
第１のスリット幅を有する第１のスリットと、
前記第１のスリット幅よりも狭い第２のスリット幅を有し、円周方向における前記第１のスリットの両端側にそれぞれ設けられている第２のスリットと、
前記第１のスリットと前記第２のスリットとの間に設けられ、前記第１遮光部よりも幅が狭い第２遮光部と、
を有することを特徴とする、スリットリング。

【請求項3】

請求項１に記載のねじれ計と、
前記ねじれ計の測定結果に基づいて前記回転軸に作用する軸馬力を演算する軸馬力算出部と、
を備えることを特徴とする軸馬力計。

【請求項4】

請求項１に記載のねじれ計と、
前記ねじれ計の測定結果と前記回転軸の軸回転数とに基づいて前記回転軸のトルクである軸トルクを演算する軸トルク算出部と、
を備えるトルク計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計、弾性係数測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、回転軸に発生するねじれを測定するねじれ計が開示されている。
このねじれ計は、回転軸に独立して装着された検出リング間の変位を検出することによってネジレ角を求めるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６１－１８９４２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記従来のねじれ計は、検出リングに対して非接触で電力を供給する電力供給系が必要であり、また測定データを無線送信する通信系も必要である。よって装置構成が複雑であり、コスト高になると共にメンテナンス性にも難がある。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、装置構成が従来よりも簡単になるねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計及び弾性係数測定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】

（１）本発明の一態様は、回転軸のねじれ量を測定するねじれ計であって、前記回転軸の軸方向に所定距離を隔てて前記回転軸に篏合され、円周方向に沿って所定領域に第１遮光部及びスリット部が交互に形成された二つのスリットリングと、前記スリットリングのそれぞれに対応して設けられ、前記第１遮光部及び前記スリット部を光学的に検出し、検出結果を示すパルス信号を出力する光学式エンコーダと、各前記光学式エンコーダからのパルス信号に基づいて前記回転軸のねじれ量を演算するねじれ量演算部と、を備えることを特徴とするねじれ計である。

【0007】

（２）上記（１）のねじれ計であって、前記スリット部は、第１のスリット幅を有する第１のスリットと、前記第１のスリット幅よりも狭い第２のスリット幅を有し、前記円周方向における前記第１のスリットの両端側にそれぞれ設けられている第２のスリットと、前記第１のスリットと前記第２のスリットとの間に設けられ、前記第１遮光部よりも幅が狭い第２遮光部と、を有してもよい。

【0008】

（３）本発明の一態様は、回転軸の周面に設けられ、前記回転軸のねじれ量を測定するために用いられるスリットリングであって、所定領域において円周方向に第１遮光部及びスリット部が交互に形成され、前記スリット部は、第１のスリット幅を有する第１のスリットと、前記第１のスリット幅よりも狭い第２のスリット幅を有し、前記円周方向における前記第１のスリットの両端側にそれぞれ設けられている第２のスリットと、前記第１のスリットと前記第２のスリットとの間に設けられ、前記第１遮光部よりも幅が狭い第２遮光部と、を有することを特徴とする、スリットリングである。

【0009】

（４）上記（１）又は上記（２）のねじれ計と、前記ねじれ計の測定結果に基づいて前記回転軸に作用する軸馬力を演算する軸馬力算出部と、を備えることを特徴とする軸馬力計である。

【0010】

（５）上記（４）の軸馬力計と、前記軸馬力算出部が演算した前記軸馬力に基づいて前記回転軸のトルクである軸トルクを演算する軸トルク算出部と、を備えるトルク計である。

【0011】

（６）本発明の一態様は、第１の回転軸と第２の回転軸とを軸方向に相互接続する継手の横弾性係数を測定する弾性係数測定装置であって、前記第１の回転軸の軸方向に所定距離を隔てて前記第１の回転軸に篏合され、円周方向に沿って所定領域に第１遮光部及びスリット部が交互に形成された第１，第２のスリットリングと、前記第２の回転軸の軸方向に篏合され、前記第１の回転軸の前記円周方向に沿って所定領域に第１遮光部及びスリット部が交互に形成された第３のスリットリングと、前記第１，第２，第３のスリットリングのそれぞれに対応して設けられ、前記第１遮光部及び前記スリット部を光学的に検出し、検出結果を示すパルス信号を出力する第１，第２，第３の光学式エンコーダと、前記第１，第２の光学式エンコーダからのパルス信号に基づいて前記第１の回転軸のねじれ量である第１のねじれ量を演算し、前記第１のねじれ量及び第１の回転軸の回転数に基づいて前記第１の回転軸に作用する軸馬力を演算する演算装置と、を備え、前記演算装置は、第１、第３の光学式エンコーダの各パルス信号に基づいて前記第２の回転軸のねじれ量である第２のねじれ量を演算し、前記軸馬力及び前記第２のねじれ量に基づいて前記横弾性係数を演算する、ことを特徴とする弾性係数測定装置である。

【発明の効果】

【0012】

以上説明したように、本発明によれば、装置構成が従来よりも簡単になるねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計及び弾性係数測定装置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る測定装置１００の概略構成の一例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係るリットリング１の概略構成図である。

【図3】本実施形態に係る光学式エンコーダ２を説明する図である。

【図4】本実施形態に係る位相差Φ１の算出方法を説明する図である。

【図5】本実施形態に係る軸馬力ＳＨＰ及び軸トルクＱを説明する図である。

【図6】第１の実施形態に係る演算部４の動作の流れを示す図である。

【図7】第２の実施形態に係る測定装置２００の概略構成の一例を示す図である。

【図8】第２の実施形態に係るスリットリング３０の展開図である。

【図9】第２の実施形態に係る作用効果を説明する図である。

【図10】第２の実施形態に係る作用効果を説明する図である。

【図11】本実施形態に係る弾性係数測定装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本実施形態に係るねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計、弾性係数測定装置を、図面を用いて説明する。

【0015】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る測定装置１００の概略構成の一例を示す図である。
ここで、測定装置１００は、回転軸Ｘのねじれ量δを検出する。第１の実施形態に係る測定装置１００は、本発明の「ねじれ計」の一例である。

【0016】

ここで、回転軸Ｘは、特に限定されるものではないが、例えば船舶の主機関の出力軸とプロペラとを連結する中間軸である。中間軸は、一端が出力軸に連結され、他端がプロペラ軸の一端に連結されると共に中間軸受によって支持されている。前記プロペラ軸には、プロペラが装着されている。前記中間軸は、主機関の回転動力を、プロペラ軸を介してプロペラに伝達する力伝達部材であり、比較的大きなねじれ力が中心軸（回転中心）周りに作用する。なお、前記プロペラ軸は、船尾管軸受によって支持され、一端が中間軸の他端に連結されると共に他端にプロペラが装着固定されている。

【0017】

以下において、第１の実施形態に係る測定装置１００について説明する。
図１に示すように、測定装置１００は、二つのスリットリング１、二つの光学式エンコーダ２及び演算装置３を備えている。

【0018】

各スリットリング１は、回転軸Ｘに挿入され篏合されており、回転軸Ｘの軸方向に所定距離を隔てて平行対峙する円盤状の部材である。図１及び図２に示すように、スリットリング１は、円周方向に沿って所定領域１０にスリット部１１及び遮光部１２が交互に形成されている。図２（ａ）は、第１の実施形態に係るスリットリング１の全体図である。図２（ｂ）は、第１の実施形態に係るスリットリング１の展開図である。なお、図２における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されている。

【0019】

各スリット部１１は、スリットであって、円周方向の幅（以下、「スリット幅」という。）Ｗ１がすべて同一である。このスリット部１１は、回転軸Ｘの軸方向の光を透過させる。

【0020】

各遮光部１２（第１遮光部）は、回転軸Ｘの軸方向の光を遮る部分であって、円周方向の幅（以下、「遮光幅」という。）Ｗ２がすべて同一である。例えば、遮光部１２は、スリットリング１の同一の部材によって形成されている。すなわち、所定領域１０において、円周方向に沿って等間隔にスリット部１１が形成されれば、遮光部１２も形成される。なお、第１の実施形態では、スリット幅Ｗ１＝遮光幅Ｗ２は同一であって、Ｗ（＝Ｗ１＝Ｗ２）と称する場合がある。
第１の実施形態のスリットリング１は、スリットリング１に形成されているスリット部１１及び遮光部１２の数には、特に限定されず、複数であればよい。
また、スリット部１１及び遮光部１２は、全周にわたって設けられていてもよいし、一部分のみに設けられてもよい。

【0021】

なお、二つのスリットリング１のそれぞれを区別する場合には、一方を「第１のスリットリング１Ａ」と称し、他方を「第２のスリットリング１Ｂ」と称する。

【0022】

光学式エンコーダ２は、二つのスリットリング１のそれぞれに対応して設けられ、所定領域１０において形成されたスリット部１１及び遮光部１２を光学的に検出する。そして、光学式エンコーダ２は、その検出結果を示すパルス信号Ｐを出力する。
例えば、光学式エンコーダ２は、図３に示すように、発光部２１及び検出部２２を有する。

【0023】

発光部２１は、検出部２２に対向して設けられており、光を発生させて検出部２２に向けて照射する。例えば、発光部２１は、発光ダイオードである。

【0024】

検出部２２は、発光部２１からの光を検出（受光）した場合には、その検出結果に応じた信号（例えば、Ｈｉレベルの信号）を出力し、発光部２１からの光を検出していない場合には、その検出結果に応じた信号（例えば、Ｌｏレベルの信号）を出力する。このように、検出部２２は、発光部２１からの光の検出の有無に応じたパルス信号Ｐを出力する。検出部２２は、例えば、例えば、フォトトランジスタやフォトＩＣである。

【0025】

具体的には、対向する発光部２１と検出部２２との間に、スリットリング１の所定領域１０が配置されている。発光部２１と検出部２２との間の光路上にスリット部１１があると、発光部２１から検出部２２への光が遮られない非遮光状態となる。よって、検出部２２は、発光部２１からの光を検出してＨｉレベルのパルス信号Ｐを出力する。一方、発光部２１と検出部２２との間の光路上に遮光部１２があると、発光部２１から検出部２２への光が遮られる遮光状態となる。よって、検出部２２は、発光部２１からの光を検出できないため、Ｌｏレベルのパルス信号Ｐを出力する。
なお、図３に示す光学式エンコーダ２は、透過型のフォトインタラプタである場合を例として説明したが、これに限定されず、反射型のフォトインタラプタであってもよい。

【0026】

なお、二つの光学式エンコーダ２のそれぞれを区別することを目的として、第１のスリットリング１Ａに対応して設けられている光学式エンコーダ２を「第１の光学式エンコーダ２Ａ」と称し、第２のスリットリング１Ｂに対応して設けられている光学式エンコーダ２を「第２の光学式エンコーダ２Ｂ」と称する。さらに、第１の光学式エンコーダ２Ａからのパルス信号Ｐを「パルス信号Ｐ１」と称し、第２の光学式エンコーダ２Ｂからのパルス信号Ｐを「パルス信号Ｐ２」と称する。

【0027】

演算装置３は、第１の光学式エンコーダ２Ａ及び第２の光学式エンコーダ２Ｂからの各パルス信号Ｐ１，Ｐ２に基づいて回転軸Ｘのねじれ量δを演算する。

【0028】

演算装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）などのプロセッサ及び不揮発性又は揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））を備えてもよい。例えば、演算装置３は、ＭＣＵなどのマイクロコントローラであってもよい。例えば、演算装置３は、コンピュータである。また、演算装置３は、ねじれ量δに基づいて回転軸Ｘに作用する軸馬力ＳＨＰや軸トルクＱを演算してもよい。第１の実施形態では、演算装置３は、ねじれ量δを演算し、ねじれ量δに基づいて軸馬力ＳＨＰ及び軸トルクＱを演算する場合について説明するが、これに限定されず、軸馬力ＳＨＰ及び軸トルクＱを演算しなくてもよい。なお、演算装置３がねじれ量δに基づいて軸馬力ＳＨＰを演算する場合には、第１の実施形態に係る測定装置１００は、本発明の「軸馬力計」の一例である。なお、演算装置３がねじれ量δに基づいて軸トルクＱを演算する場合には、第１の実施形態に係る測定装置１００は、本発明の「トルク計」の一例である。

【0029】

演算装置３は、演算部４、軸馬力算出部５、軸トルク算出部６及び出力部７を備える。

【0030】

演算部４は、回転数演算部４１及び位相演算部４２を備える。なお、演算部４は、本発明の「ねじれ量演算部」の一例である。

【0031】

回転数演算部４１は、第１の光学式エンコーダ２Ａからのパルス信号Ｐ１に基づいて回転軸Ｘの回転数Ｎｒｐｍを求める。例えば、回転数演算部４１は、パルス信号Ｐ１における立上りのタイミングに基づいて回転軸Ｘの回転数Ｎｒｐｍを求める。より具体的には、所定領域１０の円周ＣＰは、回転数演算部４１に予め設定されている。例えば、円周ＣＰは、スリット幅Ｗ１×スリット部１１の数Ｘ１（Ｗ１×Ｘ１）と、遮光幅Ｗ２×遮光部１２の数Ｘ２（Ｗ２×Ｘ２）と、の合計である。ここで、演算部４は、基準パルス信号Ｐｂを生成している。基準パルス信号Ｐｂの周波数ｆｂは、既知である。基準パルス信号Ｐｂの周波数ｆｂは、パルス信号Ｐ１及びパルス信号Ｐ２よりも高く、例えば、数ＭＨｚ～数百ＭＨｚである。回転数演算部４１は、パルス信号Ｐ１がＨｉレベルの期間Ｔ１において、基準パルス信号Ｐｂのパルス数をカウントする。そして、回転数演算部４１は、その基準パルス信号Ｐｂのパルス数のカウント値ｎ１と周波数ｆｂとを以下の式（１）に代入することで回転数Ｎｒｐｍを算出する。

【0032】

Ｎｒｐｍ＝Ｗ１÷（１秒×ｎ１／ｆｂ）×６０秒÷ＣＰ …（１）

【0033】

回転数演算部４１は、算出した回転数Ｎｒｐｍを軸馬力算出部５、軸トルク算出部６及び出力部７に出力する。

【0034】

位相演算部４２は、第１の光学式エンコーダ２Ａからのパルス信号Ｐ１と、第２の光学式エンコーダ２Ｂからのパルス信号Ｐ２とに基づいて、パルス信号Ｐ１とパルス信号Ｐ２２との位相差Φ１を計測する。この位相差Φ１は、第１のスリットリング１Ａにおける回転の位相と、第２のスリットリング１Ｂの回転の位相との差である。

【0035】

具体的には、図４に示すように、位相演算部４２は、回転軸Ｘが第２方向に回転している場合には、パルス信号Ｐ１におけるＬｏレベルからＨｉレベルへの立上がりのタイミングと、パルス信号Ｐ２におけるＬｏレベルからＨｉレベルへの立上がりのタイミングとの間の期間Ｔ２において、基準パルス信号Ｐｂのパルス数をカウントする。そして、位相演算部４２は、期間Ｔ２における基準パルス信号Ｐｂのパルス数のカウント値を「ｎ２」とする。一方、位相演算部４２は、回転軸Ｘが第２方向とは反対方向の第１方向に回転している場合には、パルス信号Ｐ１におけるＨｉレベルからＬｏレベルへの立下がりのタイミングと、パルス信号Ｐ２におけるＨｉレベルからＬｏレベルへの立下がりのタイミングとの間の期間Ｔ３において、基準パルス信号Ｐｂのパルス数をカウントする。そして、位相演算部４２は、期間Ｔ３における基準パルス信号Ｐｂのパルス数のカウント値を「ｎ２」とする。なお、演算部４は、パルス信号Ｐ１及びパルス信号Ｐ２に基づいて回転軸Ｘの回転方向が第１方向か第２方向かを判定してもよいし、外部から回転軸Ｘの回転方向の情報を取得してもよい。回転方向の検出は、公知の技術を用いてもよい。例えば、第１のスリットリング１Ａと第２のスリットリング１Ｂとは、半ピッチ（Ｗ／２）分だけずらして回転軸Ｘに篏合されている。よって、演算部４は、パルス信号Ｐ１がＬｏレベルからＨレベルに立ち上がった時のパルス信号Ｐ２がＬｏレベルもしくは Ｈレベルのいずれかであるかで回転方向が第１方向か第２方向かを判別してもよい。
位相演算部４２は、以下に示す式（２）を用いて、位相差Φ１を求める。

【0036】

Φ１＝Ｗ１÷ｎ１×ｎ２ …（２）

【0037】

なお、上記式（２）で用いられるカウント値ｎ１は、式（１）で用いられるカウント値ｎ１である。
位相演算部４２は、求めた位相差Φ１をねじれ量算出部４３に出力する。

【0038】

ねじれ量算出部４３は、位相差Φ１からオフセット位相差Φ０を差し引くことで、ねじれ量δを算出する。オフセット位相差Φ０は、ねじれ量δが発生していない状態（例えば、回転軸Ｘに負荷（例えば、プロペラ）が取り付けられていない状態）でのパルス信号Ｐ１とパルス信号Ｐ２との位相差である。このオフセット位相差Φ０は、例えば、二つのスリットリング１や二つの光学式エンコーダ２の取り付け誤差によって生じるものである。よって、オフセット位相差Φ０が無視できる程度に小さい値であるならば、ねじれ量算出部４３は、位相差Φ１をねじれ量δとして算出してもよい。ただし、オフセット位相差Φ０が無視できない程度であるならば、ねじれ量算出部４３は、位相差Φ１からオフセット位相差Φ０を差し引いた値をねじれ量δ（＝Φ１－Φ０）として算出する。なお、オフセット位相差Φ０は、予め測定することが可能であり、既知の値（定数）として取り扱うことができる。したがって、ねじれ量算出部４３は、予めオフセット位相差Φ０を格納し、そのオフセット位相差Φ０を考慮してねじれ量δを演算してもよい。ねじれ量算出部４３は、ねじれ量δを軸馬力算出部５及び軸トルク算出部６に出力する。

【0039】

軸馬力算出部５は、演算部４からの回転数Ｎｒｐｍ及びねじれ量δに基づいて、回転軸Ｘに作用する軸馬力ＳＨＰを演算する。軸馬力ＳＨＰ（ｋＷ）は、周知のように回転軸Ｘの軸トルクＱ（Ｎｍ）及び軸回転数Ｎ（ｍｉｎ^－１）によって、以下に示す式（３）のように与えられる。また、軸トルクＱ（Ｎｍ）は、回転軸Ｘの横弾性係数Ｇ（Ｎ／ｍｍ２）、極慣性モーメントＪ（ｍｍ^４）及び単位長さ当たりのねじれ角θ´（ｒａｄ／ｍｍ）によって、以下に示す式（４）のように与えられる。

【0040】

ＳＨＰ＝（２・π・Ｎｒｐｍ・Ｑ／６０）×１／１０００ …（３）

【0041】

Ｑ＝Ｇ・Ｊ・θ´／１０００ …（４）

【0042】

極慣性モーメントＪは、図５に示すように回転軸Ｘの直径Ｄ（ｍｍ）によって式（５）のように表される。さらに、ねじれ角θ´（ｒａｄ／ｍｍ）は、図５に示すように回転軸Ｘにおける第１のスリットリング１Ａと第２のスリットリング１Ｂとの間隔ｌ（ｍｍ）、当該間隔ｌ（ｍｍ）におけるねじれ角θ（ｒａｄ）及びねじれ量δ（ｍｍ）並びに回転軸Ｘの半径ｒ（ｍｍ）によって式（６）のように表される。なお、ねじれ量δ（ｍｍ）は、図５に示すようにねじれ角θ（ｒａｄ）に対応する回転軸Ｘの周面距離であって、第１のスリットリング１Ａと第２のスリットリング１Ｂとの相対的なズレ量である。

【0043】

Ｊ＝πＤ^４／３２ …（５）

【0044】

θ´＝θ／ｌ，θ＝δ／ｒ …（６）

【0045】

式（３）は、式（４）から式（６）により、下記の式（７）のように表される。

【0046】

ＳＨＰ＝（２・π・Ｎｒｐｍ・Ｇ・（Ｄ^４・π／３２）・δ／（ｌ・ｒ））／（６・１０^７）…（７）

【0047】

ここで、式（７）で表されているパラメータのうち、回転数Ｎｒｐｍ及びねじれ量δ以外の物理量を定数として演算装置３に予め記憶している。よって、軸馬力算出部５は、回転数Ｎｒｐｍ及びねじれ量δを式（７）に代入することで軸馬力ＳＨＰを算出することができる。

【0048】

ここで、図５の点ａ，ｂは第１のスリットリング１Ａの基準点ａと第２のスリットリング１Ｂの基準点ｂを示している。図５では二つの基準点ａ，ｂ間に周面上のオフセットがない状態を示しているが、実際にはオフセット量が存在する。このオフセット量は、回転軸Ｘが回転停止している状態における二つの基準点ａ，ｂの周面周りの位置偏差であって、上述のオフセット位相差Φ０に相当する。

【0049】

軸トルク算出部６は、演算部４からの回転数Ｎｒｐｍ及びねじれ量δに基づいて、式（４）～式（６）を用いて回転軸Ｘに作用する軸トルクＱを演算する。

【0050】

出力部７は、回転数Ｎｒｐｍ、軸馬力ＳＨＰ及び軸トルクＱを外部に出力する。例えば、出力部７は、アナログ出力である。出力部７は、ねじれ量δを外部に出力してもよい。

【0051】

次に、第１の実施形態に係る演算部４の動作の流れについて、図６を用いて説明する。図６は、第１の実施形態に係る演算部４の動作の流れを示す図である。
事前に、演算部４は、無負荷状態である回転軸Ｘが所定回転数Ｎｔｈ未満で回転している場合に、位相差Φ１を求め、その位相差Φ１をオフセット位相差Φ０として記憶している。
回転軸Ｘが所定回転数Ｎｔｈ以上で回転すると、演算部４は、第１の光学式エンコーダ２Ａからのパルス信号Ｐ１と、第２の光学式エンコーダ２Ｂからのパルス信号Ｐ２とに基づいて、パルス信号Ｐ１とパルス信号Ｐ２２との位相差Φ１を計測する（ステップＳ１０１）。そして、演算部４は、当該位相差Φ１からオフセット位相差Φ０を差し引くことでねじれ量δを求める（ステップＳ１０２）。また、軸馬力算出部５は、回転軸Ｘの回転数Ｎｒｐｍ及びねじれ量δに基づいて、回転軸Ｘに作用する軸馬力ＳＨＰを演算する（ステップＳ１０３）。さらに、軸トルク算出部６は、回転軸Ｘの回転数Ｎｒｐｍ及びねじれ量δに基づいて回転軸Ｘに作用する軸トルクＱを演算する（ステップＳ１０４）。

【0052】

このように、ねじれ量δ及び軸回転数Ｎｒｐｍに基づいて軸馬力ＳＨＰ（ｋＷ）及び軸トルクＱ（Ｎｍ）を容易に求めることが可能である。したがって、第１の実施形態によれば、装置構成が従来よりも簡単なねじれ計、軸馬力計及びトルク計を提供することが可能である。

【0053】

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る測定装置２００について説明する。図７は、測定装置２００の概略構成の一例を示す図である。第２の実施形態の測定装置２００は、第１の実施形態と比較して、スリットリング１における所定領域１０の構成が異なる点で相違し、その他の構成については第１の実施形態と同様である。ここで、測定装置２００は、本発明の「ねじれ計」、「軸馬力計」及び「トルク計」の一例である。

【0054】

以下において、第２の実施形態に係る測定装置２００について説明する。
図７に示すように、測定装置２００は、二つのスリットリング３０、二つの光学式エンコーダ２及び演算装置３を備えている。
二つのスリットリング３０は、回転軸Ｘに挿入され篏合されており、回転軸Ｘの軸方向に所定距離を隔てて平行対峙する円盤状の部材である。図８に示すように、スリットリング３０は、円周方向に沿って所定領域１０にスリット部１３及び遮光部１４が交互に形成されている。図８は、第２の実施形態に係るスリットリング３０の展開図である。なお、図８における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されている。

【0055】

各スリット部１３は、第１のスリット１５、二つの第２のスリット１６及び二つの遮光部１７を備える。スリット部１３の円周方向の長さＷ３は、遮光部１４の遮光幅Ｗ４よりも長い。

【0056】

第１のスリット１５は、回転軸Ｘの軸方向の光を透過させるスリットである。第１のスリット１５における円周方向の幅を「第１のスリット幅」と称する。
第２のスリット１６は、回転軸Ｘの軸方向の光を透過させるスリットであり、周方向における第１のスリット１５の両端側にそれぞれ設けられている。第２のスリット１６における円周方向の幅を「第２のスリット幅」と称する。第２のスリット幅は、第１のスリット幅よりも狭い。
遮光部１７（第２遮光部）は、回転軸Ｘの軸方向の光を遮る部分であって、遮光幅がすべて同一である。遮光部１７は、第１のスリット１５と第２のスリット１６との間に設けられ、遮光部１４よりも遮光幅が狭い。

【0057】

各遮光部１４（第１遮光部）は、遮光部１２に相当し、回転軸Ｘの軸方向の光を遮る部分であって、遮光幅Ｗ４がすべて同一である。例えば、遮光部１４は、スリットリング１の同一の部材によって形成されている。
第２の実施形態のスリットリング３０は、スリットリング３０に形成されているスリット部１３及び遮光部１４の数には、特に限定されず、複数であればよい。
また、スリット部１３及び遮光部１４は、全周にわたって設けられていてもよいし、一部分のみに設けられてもよい。

【0058】

なお、二つのスリットリング３０のそれぞれを区別する場合には、一方を「第１のスリットリング３０Ａ」と称し、他方を「第２のスリットリング３０Ｂ」と称する。
第１の光学式エンコーダ２Ａは、第１のスリットリング３０Ａに対応して設けられている。第２の光学式エンコーダ２Ｂは、第２のスリットリング３０Ｂに対応して設けられている。

【0059】

次に、第２の実施形態に係るスリットリング３０の作用効果について説明する。
検出部２２は、発光部２１からの光の光量（相対光量）Ｉｑを検出（受光）する。そして、検出部２２は、その相対光量Ｉｑが閾値Ｉｑｔｈ以上である場合にはＨｉレベルのパルス信号を出力し、相対光量Ｉｑが閾値Ｉｑｔｈ未満である場合には、Ｌｏレベルのパルス信号を出力する。ここで、パルス信号ＰのＨｉレベルのパルス幅Ｐｗは、所定領域１０に形成されたスリット部１１のスリット幅Ｗ１と等しいことが理想である。ただし、光学式エンコーダ２の特性上、スリット幅Ｗ１＝パルス幅Ｐｗとはならない。
すなわち、相対光量Ｉｑを示す光電流信号は、所定領域１０に形成されたスリットの幅と等しい矩形波とはならず、実際には、図９に示すように、フォトインタラプタの特性上、台形となる。検出部２２は、この台形の光電流と閾値Ｉｑｔｈとを比較することでパルス信号Ｐを生成する。よって、実際に生成されるパルス信号Ｐのパルス幅Ｐｗは、スリット幅Ｗ１と等しくならない。なお、閾値Ｉｑｔｈには、ヒステリシス幅が設定されてもよい。すなわち、閾値Ｉｑｔｈは、二つの第１閾値Ｉｑｔｈ１及び第２閾値Ｉｑｔｈ２を有してもよい。この場合には、相対光量Ｉｑを示す光電流信号が第１閾値Ｉｑｔｈ１を上回ると、パルス信号がＨｉレベルとなり、相対光量Ｉｑを示す光電流信号が第１閾値Ｉｑｔｈ１よりも低い第２閾値Ｉｇｔｈ２を下回るとパルス信号がＬｏレベルとなる。

【0060】

そこで、第２の実施形態に係るスリットリング３０は、スリット幅（第１のスリット幅）がスリット幅Ｗ１よりも狭い第１のスリット１５を有し、その第１のスリット１５の両端側に第２のスリット１６を設ける。そして、第１のスリット１５と第２のスリット１６との間に遮光部１７を設ける。ここで、第１のスリット幅及び二つの遮光部１７の遮光幅を合計した長さがスリット幅Ｗ１となる。
これにより、第２のスリット１６を透過してくる光量により、図１０に示す相対光量Ｉｑを示す光電流信号は、図９に示す光電流信号よりも早く立ち上がり、且つ、遅く立ち下がる。これにより、光学式エンコーダ２は、パルス幅Ｐｗがスリット幅Ｗ１であるパルス信号Ｐを生成することができる。

【0061】

（変形例）
次に、第１の実施形態に係る弾性係数測定装置について図１１を参照して説明する。

【0062】

この弾性係数測定装置は、主機関の出力軸Ｘｓと回転軸Ｘ（中間軸）とを連結する継手３００（軸カップリング）の横弾性係数Ｇc（Ｎ／ｍｍ２）を測定するものである。この継手３００は、出力軸Ｘｓと回転軸Ｘ（中間軸）とを軸方向（直線状）に相互接続する機械部品である。また、回転軸Ｘ（中間軸）及び出力軸Ｘｓは、本発明の一対の回転軸に相当し、回転軸Ｘ（中間軸）は本発明における一方の回転軸に相当し、出力軸Ｘｓは本発明における他方の回転軸に相当する。回転軸Ｘは、第１の回転軸に相当する。出力軸Ｘｓは、第２の回転軸に相当する。

【0063】

この弾性係数測定装置は、上述した軸馬力計に第３のスリットリング１Ｃ及び第３の光学式エンコーダ２Ｃを追加すると共に、演算装置３に代えて演算装置３Ｃを備える。

【0064】

第３のスリットリング１Ｃは、スリットリング１と同一であり、図１１に示すように出力軸Ｘｓの周面に設けられている。この第３のスリットリング１Ｃは、出力軸Ｘｓに挿入され篏合されている。

【0065】

第３の光学式エンコーダ２Ｃは、光学式エンコーダ２と同一であり、出力軸Ｘｓの周囲に固定設置され、上記第３のスリットリング１Ｃの所定領域１０に形成されたスリット部１１及び遮光部１２を光学的に検出する。そして、第３の光学式エンコーダ２Ｃは、その検出結果を示すパルス信号Ｐ（Ｐ３）を出力する。

【0066】

演算装置３Ｃは、上述した演算装置３と同様に一種のコンピュータであり、第１～第３の光学式エンコーダ２Ａ～２Ｃの各パルス信号Ｐに基づいて、継手３００（軸カップリング）の横弾性係数Ｇc（Ｎ／ｍｍ２）を演算する。すなわち、この演算装置３Ｃは、上述したように第１、第２の光学式エンコーダ２Ａ，２Ｂの各パルス信号Ｐに基づいて軸馬力ＳＨＰ及び軸回転数Ｎｒｐｍを演算すると共に、第１、第３の光学式エンコーダ２Ａ，２Ｃの各パルス信号Ｐに基づいて出力軸Ｘｓと回転軸Ｘ（中間軸）とのねじれ量δc（ｍｍ）を演算する。

【0067】

また、演算装置３Ｃは、このようにして得られた軸馬力ＳＨＰ及び軸回転数Ｎｒｐｍ並びにねじれ量δｃ（ｍｍ）を下式（８）に代入することにより横弾性係数Ｇc（Ｎ／ｍｍ２）を演算する。なお、この式（８）において、ｌｘは第１のスリットリング１Ａと第３のスリットリング１Ｃとの間隔（ｍｍ）である。また、このような演算装置３Ｃは、本発明の横弾性係数演算部に相当する。

【0068】

Ｇｃ＝（９６・１０^７・ＳＨＰ・ｌｘ・ｒ）／（π^２・Ｎｒｐｍ・δｃ・１０^４） …（８）

【0069】

なお、弾性係数測定装置は、第２の実施形態に適用してもよい。この場合には、第３のスリットリング１Ｃに代えて第３のスリットリング３０Ｃとなり、第３のスリットリング３０Ｃは、スリットリング３０と同一の構成となる。

【0070】

このように、変形例によれば、回転軸Ｘの周面に所定距離を隔てに設けられた二つのスリットリング及び出力軸Ｘｓの周面に設けられた１つのスリットリング並びに固定設置された第１～第３の光学式エンコーダ２Ａ～２Ｃとの組み合わせに基づいて横弾性係数Ｇc（Ｎ／ｍｍ^２）を取得するので、装置構成が従来よりも簡単な弾性係数測定装置を提供することが可能である。

【0071】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0072】

１００ 測定装置
１ スリットリング
２ 光学式エンコーダ
３ 演算装置
４ 演算部（ねじれ量演算部）
５ 軸馬力算出部
６ 軸トルク算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】