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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-11
(45)【発行日】2024-09-20
(54)【発明の名称】測定器
(51)【国際特許分類】
G01L 3/10 20060101AFI20240912BHJP
【ＦＩ】
G01L3/10 311
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023076562
(22)【出願日】2023-05-08
【審査請求日】2024-03-11
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000145806
【氏名又は名称】株式会社小野測器
(74)【代理人】
【識別番号】100099748
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 克志
(72)【発明者】
【氏名】山田 計
(72)【発明者】
【氏名】大島 良太
(72)【発明者】
【氏名】長塩 拓馬
【審査官】松山 紗希
(56)【参考文献】
【文献】実開平０３－０２１７４７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００５－１３４２２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１４０１２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１３５１０４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ３／００－３／２６
Ｇ０１Ｌ １／００－１／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象軸に固定される測定器であって、起歪体と、当該起歪体の両端にそれぞれ連結する第１固定部と第２固定部とを備えた起歪部と、
前記起歪体に固定された歪ゲージと、
前記第１固定部と前記第２固定部とを、前記測定対象軸の軸方向に相互に離れた位置に対して、前記起歪体が前記測定対象軸に接しない形態で固定する固定器具とを備え、
前記起歪体は、前記第１固定部と前記第２固定部の間の中途位置において２回以上折り返す屈曲した形状を有することを特徴とする測定器。
【請求項2】
測定対象軸に固定される測定器であって、起歪体と、当該起歪体の両端にそれぞれ連結する第１固定部と第２固定部とを備えた起歪部と、
前記起歪体に固定された歪ゲージと、
前記第１固定部と前記第２固定部とを、前記測定対象軸の軸方向に相互に離れた位置に対して、前記起歪体が前記測定対象軸に接しない形態で固定する固定器具とを備え、
前記起歪体は、前記第１固定部側の部分である第１部分と、前記第２固定部側の部分である第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の中央部分を有し、前記第１部分と前記第２部分は、平等強さの梁の形状を有することを特徴とする測定器。
【請求項3】
請求項１または２記載の測定器であって、前記起歪体は、前記測定対象軸の軸方向に延びる第１の辺と、当該第１の辺より前記測定対象軸に近い位置で前記測定対象軸の軸方向に延びる第２の辺との間の面である側面を有し、前記歪ゲージは前記起歪体の前記側面に固定されていることを特徴とする測定器。
【請求項4】
測定対象軸に固定される測定器であって、前記測定対象軸の軸方向に延びる第１の辺と、当該第１の辺より前記測定対象軸に近い位置で前記測定対象軸の軸方向に延びる第２の辺との間の面である側面を有する起歪体と、当該起歪体の両端にそれぞれ連結する第１固定部と第２固定部とを備えた起歪部と、
前記起歪体の前記側面に固定された歪ゲージと、
前記第１固定部と前記第２固定部とを、前記測定対象軸の軸方向に相互に離れた位置に対して、前記起歪体が前記測定対象軸に接しない形態で固定する固定器具とを備え、
前記第１固定部と前記第２固定部とが前記測定対象軸に対して固定された状態における前記起歪体の前記測定対象軸の軸方向と垂直な断面は、前記測定対象軸に近づくほど幅が小さくなる形状を備えていることを特徴とする測定器。
【請求項5】
請求項４記載の測定器であって、
前記起歪体の前記側面は、前記第１固定部と前記第２固定部とが前記測定対象軸に対して固定された状態において当該側面の各部分が測定対象軸の周方向と直交する平面であることを特徴とする測定器。
【請求項6】
測定対象軸に固定される測定器であって、第１ブロックと第２ブロックとを備え、前記第１ブロックと前記第２ブロックと前記測定対象軸を間に挟んで締結することにより前記測定対象軸に固定される第１把持部と、
第３ブロックと第４ブロックとを備え、前記第３ブロックと前記第４ブロックと前記測定対象軸を間に挟んで締結することにより、前記第１把持部と前記測定対象軸の軸方向に離れた位置において前記測定対象軸に固定される第２把持部と、
前記第１ブロックと前記第３ブロックとを前記測定対象軸の軸方向に連結する第１起歪部と、
前記第２ブロックと前記第４ブロックとを前記測定対象軸の軸方向に連結する連結する第２起歪部と、
前記第１起歪部と前記第２起歪部の少なくとも一方に固定された歪ゲージとを備え、
前記第１把持部と前記第２把持部を前記測定対象軸に固定することにより、当該測定器は前記測定対象軸に固定され、
前記第１ブロックと前記第２ブロックと前記第３ブロックと前記第４ブロックの、当該測定器が前記測定対象軸に固定されたときに当該測定対象軸と当接する面は、当該測定器が前記測定対象軸に固定された状態において、当該測定対象軸の軸方向と当該測定対象軸の当該面に向かう径方向との双方に直交する方向からみて、前記軸方向の中央部が前記測定対象軸の方向に膨らんだ曲面となっていることを特徴とする測定器。
【請求項7】
請求項６記載の測定器であって、
前記第１ブロックと前記第３ブロックとを連結する少なくとも２つの前記第１起歪部と、
前記第２ブロックと前記第４ブロックとを連結する少なくとも２つの前記第２起歪部とを備え、
前記歪ゲージは、前記２つの第１起歪部と前記２つの第２起歪部のうちの少なくともいずれか一つに固定され、
前記２つの第１起歪部は、当該測定器が前記測定対象軸に固定された状態において、当該２つの第１起歪部が前記測定対象軸の軸方向に平行して延び、
前記２つの第２起歪部は、当該測定器が前記測定対象軸に固定された状態において、当該２つの第２起歪部が前記測定対象軸の軸方向に平行して延びることを特徴とする測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主として、回転軸のトルクを測定する測定器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
回転軸のトルクを計測する測定器としては、図１０に示す測定器が知られている（たとえば、特許文献１）。
図１０ａは回転軸の軸方向と直交する方向に見た測定器の構成を、図１０ｂは回転軸の軸方向に見た測定器の構成を示しており、この測定器は、回転軸１０００を挟持する２分割された第１上台座１０１１と第１下台座１０１２よりなる第１取付台座１０１３と、第１取付台座１０１３による挟持面から軸方向に所定距離だけ離隔された位置で回転軸１０００を挟持する２分割された第２上台座１０２１と第２下台座１０２２よりなる第２取付台座１０２３と、第１取付台座１０１３と第２取付台座１０２３のそれぞれに両端が固定される梁状の起歪部１０３０と、起歪部１０３０の側面の中間部に添着した歪ゲージ１０３１を備えており、歪ゲージ１０３１で検出した起歪部１０３０の曲げ歪み量より、回転軸１０００のトルクを検出している。
図１０ａは回転軸の軸方向と直交する方向に見た測定器の構成を、図１０ｂは回転軸の軸方向に見た測定器の構成を示しており、この測定器は、回転軸１０００を挟持する２分割された第１上台座１０１１と第１下台座１０１２よりなる第１取付台座１０１３と、第１取付台座１０１３による挟持面から軸方向に所定距離だけ離隔された位置で回転軸１０００を挟持する２分割された第２上台座１０２１と第２下台座１０２２よりなる第２取付台座１０２３と、第１取付台座１０１３と第２取付台座１０２３のそれぞれに両端が固定される梁状の起歪部１０３０と、起歪部１０３０の側面の中間部に添着した歪ゲージ１０３１を備えており、歪ゲージ１０３１で検出した起歪部１０３０の曲げ歪み量より、回転軸１０００のトルクを検出している。
【0003】
また、本発明に関する技術としては、形状によって梁に加わる曲げ応力を均一化する平等強さの梁の各種形状が知られている（たとえば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】実登３０２９５４８号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】Hitopedia、”平等強さの片持ちはり”、［online］、［令和５年３月２３日検索］，インターネット ＜URL：https://hitopedia.net/%E5%B9%B3%E7%AD%89%E5%BC%B7%E3%81%95%E3%81%AE%E7%89%87%E6%8C%81%E3%81%A1%E3%81%AF%E3%82%8A/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図１０に示した測定器によれば、回転軸１００の捻れを梁状の起歪部１０３０の曲げ歪みに変換し、曲げ歪み量から回転軸のトルクを検出する構成となっているが、回転軸に捻れが発生したときに１０３０に加わる力の大きさや、歪ゲージ１０３１を添着した面に対する方向が、内周側と外周側とで異なるため、実際には起歪部１０３０が捻れるように変形する。そして、この影響によって、精度良くトルクを検出できなくなることがある。
【0007】
また、図１０に示した測定器によれば、起歪部１０３０の剛性が大きいと、起歪部１０３０を介して加わる力により、第１取付台座１０１３や第２取付台座１０２３が回転軸１０００に対して滑動してしまい、精度良くトルクを検出できなくなることがある。
一方で、起歪部１０３０の剛性を小さくして変形しやすくすることができるならば、曲げ応力が低減されるためトルク検出のレンジの上限を大きく設定することができ、変形量が限界を超えるとことで発生する起歪部１０３０の破損が回避可能となると共に、第１取付台座１０１３や第２取付台座１０２３の滑動を抑止できるが、トルク検出の感度は低くなる。
一方で、起歪部１０３０の剛性を小さくして変形しやすくすることができるならば、曲げ応力が低減されるためトルク検出のレンジの上限を大きく設定することができ、変形量が限界を超えるとことで発生する起歪部１０３０の破損が回避可能となると共に、第１取付台座１０１３や第２取付台座１０２３の滑動を抑止できるが、トルク検出の感度は低くなる。
【0008】
そこで、本発明は、回転軸のトルクをより精度良く計測できる測定器を提供することを課題とする。
また、併せて、本発明は、回転軸のトルクを計測する測定器の、所要のトルク検出の感度とレンジの上限の最適化に適した構造を提供することを課題とする。
また、併せて、本発明は、回転軸のトルクを計測する測定器の、所要のトルク検出の感度とレンジの上限の最適化に適した構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題達成のために、本発明は、測定対象軸に固定される測定器に、起歪体と、当該起歪体の両端にそれぞれ連結する第１固定部と第２固定部とを備えた起歪部と、前記起歪体に固定された歪ゲージと、前記第１固定部と前記第２固定部とを、前記測定対象軸の軸方向に相互に離れた位置に対して、前記起歪体が前記測定対象軸に接しない形態で固定する固定器具とを備えたものである。
【0010】
ここで、前記起歪体は、前記第１固定部と前記第２固定部の間の中途位置において２回以上折り返す屈曲した形状を備えている。
このように測定器を構成することにより、起歪体の実質的な長さを拡張して、起歪体に加わる応力を小さくすることが可能となる。したがって、起歪体の長さを適当に設定するだけで、トルク検出の感度とレンジの上限のトレードオフの関係を、目的に応じたものに最適化することができる。
このように測定器を構成することにより、起歪体の実質的な長さを拡張して、起歪体に加わる応力を小さくすることが可能となる。したがって、起歪体の長さを適当に設定するだけで、トルク検出の感度とレンジの上限のトレードオフの関係を、目的に応じたものに最適化することができる。
【0011】
または、前記起歪体は、前記第１固定部側の部分である第１部分と、前記第２固定部側の部分である第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の中央部分を有し、前記第１部分と前記第２部分は、平等強さの梁の形状を有するものである。
このように測定器を構成することにより、起歪体の全体の見かけの剛性を変えることなく、ウイークポイントとなる両端の第１部分と第２部分において曲げ応力が１箇所に集中しないように分散することで起歪体の両端部の破損を抑制でき、結果、検出レンジの上限を大きく設定できる。また、この両端の第１部分と第２部分において曲げ応力は一様となるので、歪ゲージを両端部内において任意の位置に設置することができるようになる。
このように測定器を構成することにより、起歪体の全体の見かけの剛性を変えることなく、ウイークポイントとなる両端の第１部分と第２部分において曲げ応力が１箇所に集中しないように分散することで起歪体の両端部の破損を抑制でき、結果、検出レンジの上限を大きく設定できる。また、この両端の第１部分と第２部分において曲げ応力は一様となるので、歪ゲージを両端部内において任意の位置に設置することができるようになる。
【0012】
または、前記起歪体を、前記測定対象軸の軸方向に延びる第１の辺と、当該第１の辺より前記測定対象軸に近い位置で前記測定対象軸の軸方向に延びる第２の辺との間の面である側面を備えたものとし、前記起歪体の前記側面に前記歪ゲージを固定すると共に、前記第１固定部と前記第２固定部とが前記測定対象軸に対して固定された状態における前記起歪体の前記測定対象軸の軸方向と垂直な断面を、前記測定対象軸に近づくほど幅が小さくなる形状としたものである。
【0013】
このように測定器を構成することにより、内周側と外周側に加わる力の相違によって生じる歪みを歪ゲージの感度がない方向の歪みにし、歪ゲージの検出精度の低下を抑制できる。
また、この場合には、前記起歪体の前記側面を、前記第１固定部と前記第２固定部とが前記測定対象軸に対して固定された状態において当該側面の各部分が測定対象軸の周方向と直交する平面としてよい。
なお、前記起歪体を屈曲した形状として測定器や、前記起歪体の前記第１部分と前記第２部分を平等強さの梁の形状とした測定器においても、前記起歪体を、前記測定対象軸の軸方向に延びる第１の辺と、当該第１の辺より前記測定対象軸に近い位置で前記測定対象軸の軸方向に延びる第２の辺との間の面である側面を備えたものとし、前記起歪体の前記側面に前記歪ゲージを固定してよい。
また、この場合には、前記起歪体の前記側面を、前記第１固定部と前記第２固定部とが前記測定対象軸に対して固定された状態において当該側面の各部分が測定対象軸の周方向と直交する平面としてよい。
なお、前記起歪体を屈曲した形状として測定器や、前記起歪体の前記第１部分と前記第２部分を平等強さの梁の形状とした測定器においても、前記起歪体を、前記測定対象軸の軸方向に延びる第１の辺と、当該第１の辺より前記測定対象軸に近い位置で前記測定対象軸の軸方向に延びる第２の辺との間の面である側面を備えたものとし、前記起歪体の前記側面に前記歪ゲージを固定してよい。
【0014】
また、前記課題達成のために、本発明は、測定対象軸に固定される測定器に、第１ブロックと第２ブロックとを備え、前記第１ブロックと前記第２ブロックとで前記測定対象軸を間に挟んで締結することにより前記測定対象軸に固定される第１把持部と、第３ブロックと第４ブロックとを備え、前記第３ブロックと前記第４ブロックとで前記測定対象軸を間に挟んで締結することにより、前記第１把持部と前記測定対象軸の軸方向に離れた位置において前記測定対象軸に固定される第２把持部と、前記第１ブロックと前記第３ブロックとを連結する少なくとも２つの第１起歪部と、前記第２ブロックと前記第４ブロックとを連結する少なくとも２つの第２起歪部と、前記２つの第１起歪部と前記２つの第２起歪部のうちの少なくともいずれか一つに固定された歪ゲージとを備えたものである。
【0015】
ここで、前記第１把持部と前記第２把持部を前記測定対象軸に固定することにより、当該測定器は前記測定対象軸に固定され、前記２つの第１起歪部は、当該測定器が前記測定対象軸に固定された状態において、当該２つの第１起歪部は、前記測定対象軸の軸方向に平行して延び、前記２つの第２起歪部は、当該測定器が前記測定対象軸に固定された状態において、当該２つの第２起歪部が前記測定対象軸の軸方向に平行して延びる。
【0016】
このように測定器を構成することにより、第１把持部や第２把持部が測定対象軸の中心軸と直交する軸まわりに回転してしまう挙動の発生を抑制できる。
または、本発明は、前記第１起歪部と前記第２起歪部の数を任意とし、前記第１ブロックと前記第２ブロックと前記第３ブロックと前記第４ブロックの、当該測定器が前記測定対象軸に固定されたときに当該測定対象軸と当接する面を、当該測定器が前記測定対象軸に固定された状態において、当該測定対象軸の軸方向と当該測定対象軸の当該面に向かう径方向との双方に直交する方向からみて、前記軸方向の中央部が前記測定対象軸の方向に膨らんだ曲面としたものである。
または、本発明は、前記第１起歪部と前記第２起歪部の数を任意とし、前記第１ブロックと前記第２ブロックと前記第３ブロックと前記第４ブロックの、当該測定器が前記測定対象軸に固定されたときに当該測定対象軸と当接する面を、当該測定器が前記測定対象軸に固定された状態において、当該測定対象軸の軸方向と当該測定対象軸の当該面に向かう径方向との双方に直交する方向からみて、前記軸方向の中央部が前記測定対象軸の方向に膨らんだ曲面としたものである。
【0017】
このように測定器を構成することにより、前記第１ブロックと前記第２ブロックと前記第３ブロックと前記第４ブロックと測定対象軸の接触を点接触として、第１把持部や第２把持部が測定対象軸の中心軸と直交する軸まわりに回転してしまうときの回転中心を固定化できる。そして、これにより、測定対象軸の捻れによって回転してしまった第１把持部や第２把持部が、当該捻れが無くなったあとに、元の状態に復帰することが期待できる。
【発明の効果】
【0018】
以上のように、本発明によれば、測定器において、回転軸のトルクをより精度良く計測できる。
また、所要のトルク検出の感度とレンジの上限の最適化を容易にできる。
また、所要のトルク検出の感度とレンジの上限の最適化を容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態に係る測定器の構成を示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係る測定器の使用形態を示す図である。
【図3】本発明の実施形態に係る測定器の作用を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に係る測定器の他の構成例を示す図である。
【図5】本発明の実施形態に係る測定器の他の構成例を示す図である。
【図6】本発明の実施形態に係る測定器の他の構成例を示す図である。
【図7】本発明の実施形態に係る測定器の他の構成例を示す図である。
【図8】本発明の実施形態に係る測定器の他の構成例を示す図である。
【図9】本発明の実施形態に係る測定器の他の構成例を示す図である。
【図10】公知の測定器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに本実施形態に係る測定器を示す。
便宜上、図中に示すように測定器の前後上下左右を定めるものとして、測定器は、前後方向を高さ方向とする中空筒形状の第１把持部１と、前後方向を高さ方向とする中空筒形状の第２把持部２と、第１把持部１と第２把持部２を上下のそれぞれにおいて連結する２本の起歪部３を有する。
図１ａに本実施形態に係る測定器を示す。
便宜上、図中に示すように測定器の前後上下左右を定めるものとして、測定器は、前後方向を高さ方向とする中空筒形状の第１把持部１と、前後方向を高さ方向とする中空筒形状の第２把持部２と、第１把持部１と第２把持部２を上下のそれぞれにおいて連結する２本の起歪部３を有する。
【0021】
第１把持部１は、中空円筒形状を２分割した上側部分の形状と下側部分の形状を、それぞれ概ね有する第１上部ブロック１１と第１下部ブロック１２とを、ボルト４で上下に連結した構造を有し、第２把持部２は、中空円筒形状を２分割した上側部分の形状と下側部分の形状を、それぞれ概ね有する第２上部ブロック２１と第２下部ブロック２２とを、ボルト４で上下に連結した構造を有する。
【0022】
第１上部ブロック１１、第１下部ブロック１２、第２上部ブロック２１、第２下部ブロック２２は同じ形状を有し、測定器に組み込む向きのみが異なる。
そこで、図１ｂに、第１上部ブロック１１を代表にとり各ブロックの構成を示す。
図１ｂ１は第１上部ブロック１１の前面を、図１ｂ２は第１上部ブロック１１の上面を、図１ｂ３は第１上部ブロック１１の下面を、図１ｂ４は第１上部ブロック１１の左面を、図１ｂ５は第１上部ブロック１１の右面を表す。なお、第１上部ブロック１１の後面は前面と同様に表れる。
そこで、図１ｂに、第１上部ブロック１１を代表にとり各ブロックの構成を示す。
図１ｂ１は第１上部ブロック１１の前面を、図１ｂ２は第１上部ブロック１１の上面を、図１ｂ３は第１上部ブロック１１の下面を、図１ｂ４は第１上部ブロック１１の左面を、図１ｂ５は第１上部ブロック１１の右面を表す。なお、第１上部ブロック１１の後面は前面と同様に表れる。
【0023】
図示するように、第１上部ブロック１１の下面の上下左右方向の中央部はＶ字溝状に上方向に凹んでいる。また、第１上部ブロック１１の上面の左右方向中央の位置には、前後方向に通った起歪部３の拘束用の溝１１１が設けられている。
また、第１上部ブロック１１の左右外側の位置に第１下部ブロック１２との連結用のボルト４のための上下方向に貫通したボルト穴１１２とネジ穴１１３が設けられ、第１上部ブロック１１の上面の溝１１１には、起歪部固定用のネジのネジ穴１１４が設けられている。
また、第１上部ブロック１１の左右外側の位置に第１下部ブロック１２との連結用のボルト４のための上下方向に貫通したボルト穴１１２とネジ穴１１３が設けられ、第１上部ブロック１１の上面の溝１１１には、起歪部固定用のネジのネジ穴１１４が設けられている。
【0024】
次に、２本の起歪部３は、同じ構成を備えている。
便宜上、図１ａ中の中心軸CXの方向を起歪部３の軸方向、中心軸CXを、中心を通る法線とする円の径方向であって中心軸CXに近づく方向を起歪部３の内方向、当該円の径方向であって中心軸CXから遠ざかる方向を起歪部３の外方向、軸方向および内外方向と直交する方向（当該円の起歪部３の中心角の間の弧の弦の方向）を起歪部３の弦方向として、起歪部３の構成を６面図によって図１ｃに示す。
便宜上、図１ａ中の中心軸CXの方向を起歪部３の軸方向、中心軸CXを、中心を通る法線とする円の径方向であって中心軸CXに近づく方向を起歪部３の内方向、当該円の径方向であって中心軸CXから遠ざかる方向を起歪部３の外方向、軸方向および内外方向と直交する方向（当該円の起歪部３の中心角の間の弧の弦の方向）を起歪部３の弦方向として、起歪部３の構成を６面図によって図１ｃに示す。
【0025】
図示するように起歪部３は、軸方向の両端に設けた２つの固定部３１と、２つの固定部３１を連結する固定部３１より弦方向に対し肉薄である梁状の起歪体３２とを有する。
固定部３１の内側は起歪部３の拘束用の溝１１１に嵌まり込む形状を有する。また、固定部３１の弦方向の左右の位置には、起歪部固定用のネジを通すボルト穴３３が設けられている。
図１ｃの断面線A-Aによる断面を図１ｄに示すように、軸方向に見たときの起歪部３の起歪体３２の断面は、内側程、弦方向の厚さが中央部に向かって薄くなる楔状の形状を有している。
次に、起歪体３２の弦方向の側面には、歪ゲージ３４が、１または複数、接着などにより固定される。歪ゲージ３４は、図１ｅに示す内外方向の軸まわりの曲げ歪みを検出するように配置する。また、歪ゲージ３４は、望ましくは起歪体３２の軸方向の端部よりの位置に配置する。
固定部３１の内側は起歪部３の拘束用の溝１１１に嵌まり込む形状を有する。また、固定部３１の弦方向の左右の位置には、起歪部固定用のネジを通すボルト穴３３が設けられている。
図１ｃの断面線A-Aによる断面を図１ｄに示すように、軸方向に見たときの起歪部３の起歪体３２の断面は、内側程、弦方向の厚さが中央部に向かって薄くなる楔状の形状を有している。
次に、起歪体３２の弦方向の側面には、歪ゲージ３４が、１または複数、接着などにより固定される。歪ゲージ３４は、図１ｅに示す内外方向の軸まわりの曲げ歪みを検出するように配置する。また、歪ゲージ３４は、望ましくは起歪体３２の軸方向の端部よりの位置に配置する。
【0026】
このような、歪ゲージ３４としては、たとえば、図１ｆに示す１素子、単軸の歪ゲージ３４を用いることができる。
ここで、図示は省略したが、測定器には、歪ゲージ３４を用いた検出回路や、検出回路で検出した値を外部に無線送信する無線通信部や、これらに電力を供給するバッテリなども内蔵されている。
次に、測定器の使用法について説明する。
使用時には、図２ａに示すように、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上面の起歪部３の拘束用の溝１１１に、起歪部３の固定部３１を、起歪部３が第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１を連結するように嵌め込み、嵌め込んだ起歪部３を、ネジ穴１１４とボルト穴３３を用いて、起歪部固定用ネジ５で固定する。また、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の起歪部３の拘束用の溝１１１に、起歪部３の固定部３１を、起歪部３が第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２を連結するように嵌め込み、嵌め込んだ起歪部３を、ネジ穴１１４とボルト穴３３を用いて、起歪部固定用ネジ５で固定する。
ここで、図示は省略したが、測定器には、歪ゲージ３４を用いた検出回路や、検出回路で検出した値を外部に無線送信する無線通信部や、これらに電力を供給するバッテリなども内蔵されている。
次に、測定器の使用法について説明する。
使用時には、図２ａに示すように、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上面の起歪部３の拘束用の溝１１１に、起歪部３の固定部３１を、起歪部３が第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１を連結するように嵌め込み、嵌め込んだ起歪部３を、ネジ穴１１４とボルト穴３３を用いて、起歪部固定用ネジ５で固定する。また、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の起歪部３の拘束用の溝１１１に、起歪部３の固定部３１を、起歪部３が第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２を連結するように嵌め込み、嵌め込んだ起歪部３を、ネジ穴１１４とボルト穴３３を用いて、起歪部固定用ネジ５で固定する。
【0027】
そして、第１上部ブロック１１と第１下部ブロック１２の間と、第２上部ブロック２１と第２下部ブロック２２の間に測定対象の回転軸１００が位置するように、各ブロックを配置した上で、図２ｂ１、ｂ２、ｂ３に示すように、第１上部ブロック１１と第１下部ブロック１２、第２上部ブロック２１と第２下部ブロック２２を、ボルト穴１１２とネジ穴１１３を用いて、ボルト４で締結し、測定器を回転軸１００に固定する。ここで、測定対象の回転軸１００は、たとえば、自動車のドライブシャフトとすることができる。
【0028】
ここで、図２ｂ１は、測定器の上方向からみた測定器と回転軸１００の関係を、ｂ２は測定器の左方からみた測定器と回転軸１００の関係を、ｂ３は測定器の前方からみた測定器と回転軸１００の関係を示している。
上述のように起歪体３２の断面は楔状の形状を有しており、図２ｂ１の断面線A-Aによる断面を図２ｃに示すように、前後方向に見たときに、およそ、起歪体３２の左右の面は回転軸１００の周方向と垂直な平面であり、左右の面を延長した線は回転軸１００の中心を通る。
上述のように起歪体３２の断面は楔状の形状を有しており、図２ｂ１の断面線A-Aによる断面を図２ｃに示すように、前後方向に見たときに、およそ、起歪体３２の左右の面は回転軸１００の周方向と垂直な平面であり、左右の面を延長した線は回転軸１００の中心を通る。
【0029】
さて、このように測定器を回転軸１００に固定した状態で、図３ａに示すようにトルクが負荷され回転軸１００が捻れると、回転軸１００に固定されている各起歪部３の両端の固定部３１間に捻れ角の差が発生し、捻れ角の差に応じた歪みが起歪体３２に発生する。
この歪みは、図３ｂに起歪体３２の弦方向を横切る側面の変形のようすを誇張して示すように、起歪部３の内外方向の軸まわりの曲げ歪みとして表れ、この曲げ歪みが、各歪ゲージ３４を用いた検出回路で検出される。そして、検出された値は、無線通信装置により外部に無線送信され、外部の装置において検出された値をトルクに変換することによりトルクの測定が行われる。ただし、外部の装置は、各歪ゲージ３４を用いた検出回路で検出された値より、回転軸１００の歪みや応力を測定するものとしてもよい。
この歪みは、図３ｂに起歪体３２の弦方向を横切る側面の変形のようすを誇張して示すように、起歪部３の内外方向の軸まわりの曲げ歪みとして表れ、この曲げ歪みが、各歪ゲージ３４を用いた検出回路で検出される。そして、検出された値は、無線通信装置により外部に無線送信され、外部の装置において検出された値をトルクに変換することによりトルクの測定が行われる。ただし、外部の装置は、各歪ゲージ３４を用いた検出回路で検出された値より、回転軸１００の歪みや応力を測定するものとしてもよい。
【0030】
ここで、回転軸１００に捻れが生じたとき、起歪体３２の両端部には周方向の力が加わり、この力の大きさは内周側と外周側で異なるものとなる。
また、図３ｃ１に示すように、起歪体３２の断面を長方形とした場合には起歪体３２の両端部に加わる力の起歪体３２の面に対する方向も内周側と外周側で異なるものとなり、力の大きさと方向の相違によって起歪体３２の複雑な捻れが発生し、歪ゲージ３４を用いた検出の精度が低下する要因となる。
また、図３ｃ１に示すように、起歪体３２の断面を長方形とした場合には起歪体３２の両端部に加わる力の起歪体３２の面に対する方向も内周側と外周側で異なるものとなり、力の大きさと方向の相違によって起歪体３２の複雑な捻れが発生し、歪ゲージ３４を用いた検出の精度が低下する要因となる。
【0031】
一方、本実施形態では、図３ｃ２に示すように、起歪体３２の断面を起歪体３２の左右の面が回転軸１００の周方向とおよそ垂直となる楔状の形状としているので、起歪体３２の左右の面に対して加わる力の方向は内周側と外周側でおよそ同じ方向となる。したがって、内周側と外周側での力の大きさの相違は、歪ゲージ３４で検出する起歪体３２の内外方向の軸まわりの曲げ歪みと垂直な方向の曲げ（周方向のたわみ）を発生させる。そして、この垂直な方向の曲げ歪に対して歪ゲージ３４は感度がないので、この方向の曲げ歪みは、歪ゲージ３４の検出に影響を与えない。
【0032】
よって、本実施形態によれば、起歪体３２に加わる力の内周側と外周側での方向の相違による歪ゲージ３４の検出精度の低下を抑制できる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ここで、以上の実施形態では、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部を連結する一つの起歪部３と、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の下部を連結する一つの起歪部３との、２つの起歪部３を用いたが、これは、図４ａ１、ａ２に示すように、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部を平行する２つの起歪部３で連結し、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の下部を平行する２つの起歪部３で連結してもよい。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ここで、以上の実施形態では、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部を連結する一つの起歪部３と、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の下部を連結する一つの起歪部３との、２つの起歪部３を用いたが、これは、図４ａ１、ａ２に示すように、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部を平行する２つの起歪部３で連結し、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の下部を平行する２つの起歪部３で連結してもよい。
【0033】
また、この場合にも、図４ａ１の断面線A-Aによる断面を図４ａ３に示すように、起歪部３の起歪体３２の断面形状を左右の面が回転軸１００の周方向とおよそ垂直となる楔状としてよい。
このように、各ブロック間を平行に連結するように設けた２本の起歪部３は、平行リンク的に作用し、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の向きを平行に保ち、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の向きを平行に保つ働きをする。
したがって、図４ｂ１に第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２をそれぞれ１本の起歪部３で連結した場合について示したように、回転軸１００の捻れによって、第１把持部１や第２把持部２が回転軸１００の中心軸と直交する軸まわりに回転してしまう挙動の発生を、図４ｂ２に示すように抑制することができる。
このように、各ブロック間を平行に連結するように設けた２本の起歪部３は、平行リンク的に作用し、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の向きを平行に保ち、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の向きを平行に保つ働きをする。
したがって、図４ｂ１に第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２をそれぞれ１本の起歪部３で連結した場合について示したように、回転軸１００の捻れによって、第１把持部１や第２把持部２が回転軸１００の中心軸と直交する軸まわりに回転してしまう挙動の発生を、図４ｂ２に示すように抑制することができる。
【0034】
または、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部を連結する２つの起歪部３や、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の下部を連結する２つの起歪部３を図４ａ１、ａ２のように用いることに代えて、２つの起歪部３を一体化した起歪部３を２つ用いてもよい。
【0035】
すなわち、たとえば、図５ａの６面図に示すような、起歪部３の両端の固定部３１に、平行となるように２つの起歪体３２の各端をそれぞれ連結した起歪部３を用い、図５ｂに示すように、この起歪部３を２つ用いて、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部と、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の下部とを連結する。
【0036】
なお、この場合にも、図５ｂの断面線A-Aによる断面を図５ｃに示すように、起歪部３の起歪体３２の断面形状を左右の面が回転軸１００の周方向とおよそ垂直となる楔状としてよい。
または、以上の実施形態において、起歪部３として、図６ａの６面図に示すような、両端の固定部３１の間の中途位置において２回以上折り返す屈曲した形状を有する起歪体３２を備えた起歪部３を二つ用いて、図６ｂに示すように第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部と、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の下部とをそれぞれ連結してもよい。
または、以上の実施形態において、起歪部３として、図６ａの６面図に示すような、両端の固定部３１の間の中途位置において２回以上折り返す屈曲した形状を有する起歪体３２を備えた起歪部３を二つ用いて、図６ｂに示すように第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部と、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の下部とをそれぞれ連結してもよい。
【0037】
このような屈曲した形状を有する起歪体３２を備えた起歪部３を用いることにより、起歪体３２の実質的な長さを拡張して、回転軸１００の捻れが発生したときに、起歪体３２に加わる応力を小さくすることが可能となる。したがって、起歪体３２の長さを適当に設定するだけで、トルク検出の感度とレンジの上限のトレードオフの関係を、目的に応じたものに最適化することができる。
【0038】
なお、この場合にも、図６ｂの断面線A-Aによる断面を図６ｃに示すように、起歪部３の起歪体３２の断面形状を左右の面が回転軸１００の周方向とおよそ垂直となる楔状としてよい。
また、このように屈曲した形状を有する起歪体３２を備える場合の起歪体３２の形状は、一方の固定部３１から他方の固定部３１に至るまでに、トータルで0度となるように折れ曲がる形状であれば、図６ａ、ｂに示した形状以外としてよい。
たとえば、図６ｄに示すように、起歪体３２と両端の固定部３１との連結位置を弦方向について揃えるようにしてもよいし、折返しの回数を３回以上としてもよい
または、以上の実施形態において、起歪部３として、図７ａの６面図に示すような、起歪体３２の両端部分を平等強さの梁の形状としたものを用いてもよい。
また、このように屈曲した形状を有する起歪体３２を備える場合の起歪体３２の形状は、一方の固定部３１から他方の固定部３１に至るまでに、トータルで0度となるように折れ曲がる形状であれば、図６ａ、ｂに示した形状以外としてよい。
たとえば、図６ｄに示すように、起歪体３２と両端の固定部３１との連結位置を弦方向について揃えるようにしてもよいし、折返しの回数を３回以上としてもよい
または、以上の実施形態において、起歪部３として、図７ａの６面図に示すような、起歪体３２の両端部分を平等強さの梁の形状としたものを用いてもよい。
【0039】
図７ｂは、起歪体３２を抜き出して、その形状を示したものであり、この起歪体３２の両端の軸方向範囲７０１の部分である端部の形状は、力Ｆが加わる方向を高さ方向とする高さ一定の平等強さの梁の形状となっている。また、この起歪体３２の両端部の間の軸方向範囲７０２の部分である中央部は直方体の形状を備えている。
【0040】
起歪体３２の全体に渡って、起歪部３の弦方向（高さ方向）の厚みは一定である。また、中央部の内外方向の厚みは一定である。そして、両端部は、内外方向の厚みが、固定部３１との連結箇所で中央部の厚みより大きく、連結箇所から離れるほど中央部の厚みまで小さくなる形状を備えている。
【0041】
この両端部の形状は、曲げ応力が均一化する平等強さの梁の形状であり、両端部内において曲げ応力は均一化される。
一方、起歪体３２は、一方の固定部３１との連結箇所を支持点、梁の中央を力点とする仮想的に二分割した片持ち梁と捉えることができ、起歪体３２が直方体などの一様な形状を備えている場合、固定部３１との固定点付近で曲げ応力が最大となり、固定部３１との固定部３１との中間的付近では曲げ応力は小さくなる。併せて、大きく形状変化する起歪体３２と固定部３１との連結箇所にて応力集中が発生する。したがって、起歪体３２の両端部が最も破損の可能性が大きい部分となる。
一方、起歪体３２は、一方の固定部３１との連結箇所を支持点、梁の中央を力点とする仮想的に二分割した片持ち梁と捉えることができ、起歪体３２が直方体などの一様な形状を備えている場合、固定部３１との固定点付近で曲げ応力が最大となり、固定部３１との固定部３１との中間的付近では曲げ応力は小さくなる。併せて、大きく形状変化する起歪体３２と固定部３１との連結箇所にて応力集中が発生する。したがって、起歪体３２の両端部が最も破損の可能性が大きい部分となる。
【0042】
一方、本実施形態では、起歪体３２の両端部の形状を平等強さの梁の形状としているので、起歪体３２の全体の剛性を大きくすることなく、曲げ応力が１箇所に集中しないように両端部内において分散して起歪体３２の両端部の破損を抑制でき、結果、検出レンジの上限を大きく設定できる。また、この両端部内において曲げ応力は一様となるので、歪ゲージ３４を両端部内において任意の位置に設置することができるようになる。
【0043】
なお、起歪部３の起歪体３２の形状としては、両端部分を平等強さの梁の形状としたものであれば、図７ａ、ｂに示した形状以外の形状を用いることができる。
たとえば、図７ｃに起歪部３の６面図を、図７ｄに起歪体３２の形状を示すように、起歪体３２の形状として、力Ｆが加わる方向と軸方向とに垂直な方向を幅方向とする幅一定の平等強さの梁の形状を用いることもできる。
この形状は起歪体３２の全体に渡って、起歪部３の内外方向（幅方向）の厚みは一定である。また、中央部の弦方向の厚みは一定である。そして、両端部は、弦方向の厚みが、固定部３１との連結箇所で中央部の厚みより大きく、連結箇所から離れるほど中央部の厚みまで小さくなる形状を備えている。
たとえば、図７ｃに起歪部３の６面図を、図７ｄに起歪体３２の形状を示すように、起歪体３２の形状として、力Ｆが加わる方向と軸方向とに垂直な方向を幅方向とする幅一定の平等強さの梁の形状を用いることもできる。
この形状は起歪体３２の全体に渡って、起歪部３の内外方向（幅方向）の厚みは一定である。また、中央部の弦方向の厚みは一定である。そして、両端部は、弦方向の厚みが、固定部３１との連結箇所で中央部の厚みより大きく、連結箇所から離れるほど中央部の厚みまで小さくなる形状を備えている。
【0044】
また、以上の実施形態において、第１上部ブロック１１、第１下部ブロック１２、第２上部ブロック２１、第２下部ブロック２２の内周側のＶ字溝状の凹みの回転軸１００と接する面を、図８ａ１の前面図や、図８ａ１の断面線A-Aによる断面を示した図８ａ２に示すように、前後方向の中央部が内側に膨らんだ曲面８０１としてもよい。
【0045】
このような曲面８０１とすることにより、図８ｂに黒丸で示すように、第１上部ブロック１１、第１下部ブロック１２、第２上部ブロック２１、第２下部ブロック２２と回転軸１００の接触を、ほぼ点接触とすることができる。
なお、Ｖ字溝状の凹みの回転軸１００と接する面の形状としては、前後方向の中央部が内側に膨らんだ曲面８０１となる形状であれば、球面の一部となる曲面などの他の曲面の形状を用いてよい。
ここで、図８ｃ１に黒塗り潰しの四角形で示すように、Ｖ字溝状の凹みの回転軸１００と接する面を平面とした場合には、第１上部ブロック１１、第１下部ブロック１２、第２上部ブロック２１、第２下部ブロック２２と回転軸１００の接触は線状の面接触となる。
そして、このような面接触である場合には、図８ｃ２に示すように、第１把持部１や第２把持部２が回転軸１００の中心軸と直交する軸まわりに回転する際の回転中心が定まらず、回転軸１００の捻れによって第１把持部１や第２把持部２が回転してしまった場合に、当該捻れが無くなったあとに、第１把持部１や第２把持部２が元の状態に復帰できなくなる。
なお、Ｖ字溝状の凹みの回転軸１００と接する面の形状としては、前後方向の中央部が内側に膨らんだ曲面８０１となる形状であれば、球面の一部となる曲面などの他の曲面の形状を用いてよい。
ここで、図８ｃ１に黒塗り潰しの四角形で示すように、Ｖ字溝状の凹みの回転軸１００と接する面を平面とした場合には、第１上部ブロック１１、第１下部ブロック１２、第２上部ブロック２１、第２下部ブロック２２と回転軸１００の接触は線状の面接触となる。
そして、このような面接触である場合には、図８ｃ２に示すように、第１把持部１や第２把持部２が回転軸１００の中心軸と直交する軸まわりに回転する際の回転中心が定まらず、回転軸１００の捻れによって第１把持部１や第２把持部２が回転してしまった場合に、当該捻れが無くなったあとに、第１把持部１や第２把持部２が元の状態に復帰できなくなる。
【0046】
一方、本実施形態によれば、接触はほぼ点接触であるので回転中心は固定となり、回転軸１００の捻れによって第１把持部１や第２把持部２が回転してしまった場合でも、当該捻れが無くなったあとに、第１把持部１や第２把持部２が元の状態に復帰できることが期待できる。
【0047】
また、以上の実施形態では、起歪部３を、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の上部と、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の下部とに連結することにより、起歪部３の両端の固定部３１を回転軸１００に対して固定したが、この固定は起歪部３の固定部３１を回転軸１００に押圧することにより行ってもよい。
【0048】
たとえば、図９ａ、ｂに示すように、第１上部ブロック１１と第１下部ブロック１２の内周面に設けた固定用溝９０１に２つの起歪部３の一方の端部の固定部３１を嵌め込み、第２上部ブロック２１と第２下部ブロック２２の内周面に設けた固定用溝９０１に２つの起歪部３の他方の端部の固定部３１を嵌め込んだ上で、第１上部ブロック１１と第１下部ブロック１２を締結し、第２上部ブロック２１と第２下部ブロック２２を締結することにより、第１上部ブロック１１と第１下部ブロック１２で２つの起歪部３の一方の端部の固定部３１を回転軸１００との間に挟みこみ、第２上部ブロック２１と第２下部ブロック２２で２つの起歪部３の他方の端部の固定部３１を回転軸１００との間に挟みこんで、４つの起歪部３の固定部３１を回転軸１００に対して固定するようにしてもよい。
【0049】
起歪部３の６面図を図９ｃに示すように、起歪部３の固定部３１は、固定部３１が、各ブロックの内周面に設けた固定用溝９０１と回転軸１００との間に挟み込まれて固定されたときに、各ブロックの内周面と起歪体３２よりも、内周側に突出する形状を備えており、起歪部３の固定部３１を回転軸１００に対して固定した状態において、各ブロックや起歪体３２は回転軸１００と接触しない。
【0050】
なお、この場合にも、図９ｂの断面線A-Aによる断面を図９ｄに示すように、起歪部３の起歪体３２の断面形状を左右の面が回転軸１００の周方向とおよそ垂直となる楔状としてよい。
また、図９ａ、ｂでは、図４ａ１、ａ２と同様に、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の間に平行する２つの起歪部３を設け、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の間に平行する２つの起歪部３を設けた場合について示したが、起歪部３の数は任意としてよい。
また、図９ａ、ｂでは、図４ａ１、ａ２と同様に、第１上部ブロック１１と第２上部ブロック２１の間に平行する２つの起歪部３を設け、第１下部ブロック１２と第２下部ブロック２２の間に平行する２つの起歪部３を設けた場合について示したが、起歪部３の数は任意としてよい。
【0051】
【符号の説明】
【0052】
１…第１把持部、２…第２把持部、３…起歪部、４…ボルト、５…起歪部固定用ネジ、１１…第１上部ブロック、１２…第１下部ブロック、２１…第２上部ブロック、２２…第２下部ブロック、３１…固定部、３２…起歪体、３３…ボルト穴、３４…歪ゲージ、１００…回転軸、１１１…溝、１１２…ボルト穴、１１３…ネジ穴、１１４…ネジ穴、８０１…曲面、９０１…固定用溝、１０００…回転軸、１０１１…第１上台座、１０１２…第１下台座、１０１３…第１取付台座、１０２１…第２上台座、１０２２…第２下台座、１０２３…第２取付台座、１０３０…起歪部、１０３１…歪ゲージ。
【要約】
【課題】回転軸のトルクを計測する測定器のトルク検出の感度と検出レンジ上限の最適化を容易とする。
【解決手段】
起歪部３は、両端に設けた２つの固定部３１と、２つの固定部３１を連結する梁状の起歪体３２とを有する。起歪体３２には歪ゲージ３４が固定されており、起歪部３の両端の固定部３１は、回転軸１００に対して後付けされる器具を用いて、回転軸１００の軸方向に離れた位置に対して固定される。起歪体３２の形状を、両端の固定部３１の間の中途位置において２回以上折り返す屈曲した形状として、起歪体３２の実質的な長さを拡張して、起歪体３２に加わる応力が過大となるのを抑制する。
【選択図】図６
【解決手段】
起歪部３は、両端に設けた２つの固定部３１と、２つの固定部３１を連結する梁状の起歪体３２とを有する。起歪体３２には歪ゲージ３４が固定されており、起歪部３の両端の固定部３１は、回転軸１００に対して後付けされる器具を用いて、回転軸１００の軸方向に離れた位置に対して固定される。起歪体３２の形状を、両端の固定部３１の間の中途位置において２回以上折り返す屈曲した形状として、起歪体３２の実質的な長さを拡張して、起歪体３２に加わる応力が過大となるのを抑制する。
【選択図】図６
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
