特許 7603537 トルク計および計測システム

(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】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】トルク計および計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20241213BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 311

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021105105

(22)【出願日】2021-06-24

(65)【公開番号】P2023003812

(43)【公開日】2023-01-17

【審査請求日】2024-02-28

(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】宮田 徹

(72)【発明者】

【氏名】袈裟丸 定

(72)【発明者】

【氏名】小田 洋司

【審査官】松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３２１３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０７４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３３０５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０２１５８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ３／００－３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トルクを検出するトルク計であって、
第１回転シャフトのフランジである第１フランジとボルトで連結される第１円盤部と、
第２回転シャフトのフランジである第２フランジとボルトで連結される第２円盤部と、
前記第１円盤部と前記第２円盤部を連結する、中空の起歪部と、
前記起歪部の内周面に固定されたひずみゲージとを備え、
前記第１円盤部は、周方向に配列された、前記第１フランジと当該第１円盤部を連結するボルトが通されるｎ個（但し、ｎは複数）のボルト孔を有し、
前記第２円盤部は、前記ｎ個のボルト孔の各々と当該トルク計の軸方向に見て重なる位置に設けられた、前記第１フランジと前記第１円盤部を連結するボルトを通過させるためのｎ個の貫通孔と、周方向に配列された、前記第２フランジと当該第２円盤部を連結するボルトが螺合されるｍ個（但し、ｍは複数）のネジ穴とを有し、
当該トルク計の軸回りに一方向に進む角度を位相角として、前記各ネジ穴は、前記ボルト孔と位相角が異なる位置に設けられており、
前記ひずみゲージは、位相角が当該ひずみゲージに最も近い前記ボルト孔と当該ひずみゲージとの位相角の差と、位相角が当該ひずみゲージに最も近い前記ネジ穴と当該ひずみゲージとの位相角の差とが等しくなる位置に配置されていることを特徴とするトルク計。

【請求項2】

請求項１記載のトルク計であって、
前記ｍは前記ｎと等しい数であり、
前記ｎ個のボルト孔は、３６０／ｎ°の位相角間隔で配列されており、
前記ｎ個のネジ穴は、３６０／ｎ°の位相角間隔で配列されており、
前記ｎ個のネジ穴と前記ｎ個のボルト孔とは３６０／２ｎ°位相角が異なり、
前記ひずみゲージは、位相角が当該ひずみゲージに最も近い前記ボルト孔と、位相角が当該ひずみゲージに最も近い前記ネジ穴の双方と３６０／４ｎ°位相角が異なる位置に配置されていることを特徴とするトルク計。

【請求項3】

請求項２記載のトルク計であって、
前記ひずみゲージをｎ個備え、
前記ｎ個のひずみゲージは、３６０／ｎ°の位相角間隔で配列されており、
前記ｎ個のひずみゲージと前記ｎ個のボルト孔とは３６０／４ｎ°位相角が異なることを特徴とするトルク計。

【請求項4】

請求項１、２または３記載のトルク計であって、
前記第１フランジが連結されたときに前記第１フランジと対向する前記第１円盤部の面の、前記ボルト孔の周囲の領域のうちの少なくとも一部の部分は、前記第１フランジが連結された状態において、当該第１円盤部と前記第１フランジとが軸方向に当接する箇所が、当該部分のみとなるように、前記第１フランジ方向に突出した形状を有し、
前記第２フランジが連結されたときに前記第２フランジと対向する前記第２円盤部の面の、前記ネジ穴の周囲の領域のうちの少なくとも一部の部分は、前記第２フランジが連結された状態において、当該第２円盤部と前記第２フランジとが軸方向に当接する箇所が、当該部分のみとなるように、前記第２フランジ方向に突出した形状を有していることを特徴とするトルク計。

【請求項5】

請求項１、２または３記載のトルク計と、前記第１フランジを備えた前記第１回転シャフトと、前記第２フランジを備えた前記第２回転シャフトとを備えた計測システムであって、
前記第１フランジと前記第１円盤部とは、前記ボルト孔の周囲の領域のみが軸方向に当接しており、
前記第２フランジと前記第２円盤部とは、前記ネジ穴の周囲の領域のみが軸方向に当接していることを特徴とする計測システム。

【請求項6】

請求項１、２または３記載のトルク計と、前記第１フランジを備えた前記第１回転シャフトと、前記第２フランジを備えた前記第２回転シャフトとを備えた計測システムであって、
前記第１フランジと前記第１円盤部とが軸方向に直接当接しないように前記第１フランジと前記第１円盤部との間に配置された、軸方向に見て前記ボルト孔の周囲の領域において、一方の端面が前記第１円盤部に軸方向に当接し他方の端面が前記第１フランジに軸方向に当接している第１部材と、
前記第２フランジと前記第２円盤部とが軸方向に直接当接しないように前記第２フランジと前記第２円盤部との間に配置された、軸方向に見て前記ネジ穴の周囲の領域において、一方の端面が第２フランジに軸方向に当接し他方の端面が前記第２円盤部に軸方向に当接している第２部材と、
のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転軸によって伝達されるトルクを計測する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

回転軸によって伝達されるトルクを計測する技術としては、図９ａに示すトルク計９が知られている（たとえば、特許文献１）。
図９ａはトルク計９の一部を切り欠いた側面図であり、斜線のハッチングを施した部分が切り欠いた後の断面を表す。
図示するように、このトルク計９は、中空の円筒形状の中空体部９１の軸方向の一端に駆動側フランジ部９２を設け、他端に負荷側フランジ部９３を設けたものである。中空体部９１の軸方向の中央部は肉薄に形成されており、中空体部９１の内周面の肉薄部分にひずみゲージ９４が固定されている。

【0003】

図９ｂに示すように、トルク計９の駆動側フランジ部９２には、駆動側の回転軸１００のフランジ１０１がボルトによって締結され、負荷側フランジ部９３には負荷側の回転軸１１０のフランジ１１１がボルトによって締結される。

【0004】

このようなトルク計９において、駆動側の回転軸１００と負荷側の回転軸１１０との間で伝達されるトルクが、中空体部９１の内周面の肉薄部分の歪みとしてひずみゲージ９４によって計測される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００５-３２１３３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図９ａ、ｂに示したトルク計９を実際に適用する場合、フランジ１０１と駆動側フランジ部９２との締結と、フランジ１１１と負荷側フランジ部９３との締結作業の双方が一方の回転軸側から行えなければならないときがある。

【0007】

たとえば、図９ａ、ｂに示したトルク計９を、負荷側の回転軸１１０に負荷を加える装置の近くに配置する場合、回転軸１１０側に締結の作業に必要なスペースがなくなるので、駆動側の回転軸１００側から、フランジ１１１と負荷側フランジ部９３との締結と、フランジ１０１と駆動側フランジ部９２との締結の双方を行えなければならない。

【0008】

図９ｃ１に示すように、駆動側の回転軸１００側から、駆動側フランジ部９２に設けた孔９２１を通過させたボルトで、フランジ１１１と負荷側フランジ部９３とを連結した上で、図９ｃ２に示すように、駆動側フランジ部９２とフランジ１０１をボルトで連結する構造とすれば、駆動側の回転軸１００側のみから、フランジ１１１と負荷側フランジ部９３との締結と、フランジ１０１と駆動側フランジ部９２との締結の双方を行うことができる。

【0009】

このような構造とすると、フランジ１０１と駆動側フランジ部９２とを連結するボルトと、フランジ１１１と負荷側フランジ部９３とを連結するボルトとを軸方向に見て重なる位置に配置することができなくなり、フランジ１０１と駆動側フランジ部９２との連結の形態と、フランジ１１１と負荷側フランジ部９３との連結の形態が非対称となる。

【0010】

この非対称性がトルク計の計測誤差を生じさせる要因となっていた。
本発明は、２つの回転軸の間に配置される、各回転軸との連結作業を一方の回転軸側から行えるトルク計において、より誤差を低減した高精度なトルク計測を行うことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記課題達成のために、本発明は、トルクを検出するトルク計に、第１回転シャフトのフランジである第１フランジとボルトで連結される第１円盤部と、第２回転シャフトのフランジである第２フランジとボルトで連結される第２円盤部と、前記第１円盤部と前記第２円盤部を連結する、中空の起歪部と、前記起歪部の内周面に固定されたひずみゲージとを備え、前記第１円盤部に、周方向に配列された、前記第１フランジと当該第１円盤部を連結するボルトが通されるｎ個（但し、ｎは複数）のボルト孔を設け、前記第２円盤部に、前記ｎ個のボルト孔の各々と当該トルク計の軸方向に見て重なる位置に設けられた、前記第１フランジと前記第１円盤部を連結するボルトを通過させるためのｎ個の貫通孔と、周方向に配列された、前記第２フランジと当該第２円盤部を連結するボルトが螺合されるｍ個（但し、ｍは複数）のネジ穴とを設けたものである。ここで、当該トルク計の軸回りに一方向に進む角度を位相角として、前記各ネジ穴は、前記ボルト孔と位相角が異なる位置に設けられており、前記ひずみゲージは、位相角が当該ひずみゲージに最も近い前記ボルト孔と当該ひずみゲージとの位相角の差と、位相角が当該ひずみゲージに最も近い前記ネジ穴と当該ひずみゲージとの位相角の差とが等しくなる位置に配置されている。

【0012】

このようなトルク計において、前記ｍを前記ｎと等しい数とし、前記ｎ個のボルト孔は、３６０／ｎ°の位相角間隔で配列し、前記ｎ個のネジ穴は、３６０／ｎ°の位相角間隔で配列してよい。この場合、前記ｎ個のネジ穴と前記ｎ個のボルト孔とは３６０／２ｎ°位相角を異ならせ、前記ひずみゲージは、位相角が当該ひずみゲージに最も近い前記ボルト孔と、位相角が当該ひずみゲージに最も近い前記ネジ穴の双方と３６０／４ｎ°位相角が異なる位置に配置する。

【0013】

この場合、トルク計に前記ひずみゲージをｎ個備え、前記ｎ個のひずみゲージを、３６０／ｎ°の位相角間隔で、前記ｎ個のボルト孔と３６０／４ｎ°位相角を異ならせて配列してもよい。

【0014】

以上のトルク計は、前記第１フランジが連結されたときに前記第１フランジと対向する前記第１円盤部の面の、前記ボルト孔の周囲の領域のうちの少なくとも一部の部分を、前記第１フランジが連結された状態において、当該第１円盤部と前記第１フランジとが軸方向に当接する箇所が、当該部分のみとなるように、前記第１フランジ方向に突出した形状とし、前記第２フランジが連結されたときに前記第２フランジと対向する前記第２円盤部の面の、前記ネジ穴の周囲の領域のうちの少なくとも一部の部分を、前記第２フランジが連結された状態において、当該第２円盤部と前記第２フランジとが軸方向に当接する箇所が、当該部分のみとなるように、前記第２フランジ方向に突出した形状としてもよい。

【0015】

併せて本発明は、トルク計と、前記第１フランジを備えた前記第１回転シャフトと、前記第２フランジを備えた前記第２回転シャフトとを備えた計測システムを提供する。
このような計測システムは、前記第１フランジと前記第１円盤部とが、前記ボルト孔の周囲の領域のみで軸方向に当接し、前記第２フランジと前記第２円盤部とが、前記ネジ穴の周囲の領域のみで軸方向に当接するように構成してよい。
または、このような計測システムに、前記第１フランジと前記第１円盤部とが軸方向に直接当接しないように前記第１フランジと前記第１円盤部との間に配置された、軸方向に見て前記ボルト孔の周囲の領域において、一方の端面が前記第１円盤部に軸方向に当接し他方の端面が前記第１フランジに軸方向に当接している第１部材と、前記第２フランジと前記第２円盤部とが軸方向に直接当接しないように前記第２フランジと前記第２円盤部との間に配置された、軸方向に見て前記ネジ穴の周囲の領域において、一方の端面が第２フランジに軸方向に当接し他方の端面が前記第２円盤部に軸方向に当接している第２部材と、のうちの少なくとも一方を備えてもよい。

【0016】

これらのトルク計や計測システムによれば、第１回転シャフトの第１フランジと第２回転シャフトの第２フランジ双方のトルク計への連結作業を第２回転シャフト側から行うことができると共に、第１フランジから働く誤差の要因となる力と第２フランジから働く誤差の要因となる力とをバランスさせ、ひずみゲージによる歪みの計測誤差や状態の変化に伴う計測誤差の変化を低減できる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、２つの回転軸の間に配置される、各回転軸との連結作業を一方の回転軸側から行えるトルク計において、より誤差を低減した高精度なトルク計測を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係るトルク測定装置、計測システムの構成を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係るトルク計を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係るトルク測定装置の回転検出の構成を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係るトルク計への回転シャフトの連結構造を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係るトルク計のボルト孔とネジ穴の周辺を示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係るひずみゲージとその配置を示す図である。

【図7】本発明の実施形態に係る歪検出回路を示す図である。

【図8】本発明の実施形態に係るトルク計の他の構成例を示す図である。

【図9】公知のトルク計を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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トルク測定装置の構成を示す。
図１ａにおいて、図１ａ１はトルク測定装置の正面図を、図１ａ２はトルク測定装置の側面図を、図１ａ３はトルク測定装置の背面図を表す。
図示するように、トルク測定装置は、トルク計１とステータ２より構成され、ステータ２は、円環状のリング部２１を備えている。
トルク測定装置を用いて、たとえば、図１ｂに示すような計測システムが構成される。
図１ｂの計測システムにおいて、トルク計１の正面側には第１回転シャフト３の端部に設けられたフランジである第１フランジ３１が連結され、トルク計１の背面側には第２回転シャフト４の端部に設けられたフランジである第２フランジ４１が連結されている。第２回転シャフト４は、エンジンや電気モータ等の駆動装置６によって回転駆動され、第１回転シャフト３はダイナモメータ等の負荷装置５に連結されており、トルク測定装置は第１回転シャフト３と第２回転シャフト４との間で働くトルクを測定する。ただし、第２回転シャフト４を負荷装置５に連結し、第１回転シャフト３を駆動装置６によって回転駆動する構成とすることもできる。

【0020】

計測システムにおいて、トルク計１は、ステータ２のリング部２１と非接触な態様で、一部がリング部２１の中空内に位置するように、トルク計１に連結した第１回転シャフト３と第２回転シャフト４によって支持される。

【0021】

ステータ２のリング部２１は、ワイヤレス給電の送電用コイルとワイヤレス通信アンテナを兼ねるワンターンのコイルを形成しており、ステータ２は、トルク計１へのワイヤレス送電と、トルク計１とのワイヤレス通信を行うことができる。

【0022】

次に、図２にトルク計１の構成を示す。
図２ａ１にトルク計１の正面図を、図２ａ２にトルク計１の側面図を、図２ａ３にトルク計１の背面図を示す。
また、図２ａ１、ａ３に示すように、０°から３６０°まで正面からみて時計まわりに進むトルク計１の位相角を定義するものとして、図２ｂに、図２ａ１に示す位相角０°の切断線Ａ-Ａによる断面図を示す。ここで、iを０から７までの整数として、位相角０＋（４５×ｉ)°の切断線による断面は図２ｂと同様である。

【0023】

また、図２ｃに、図２ａ３に示す位相角２２.５°の切断線Ｂ-Ｂによる断面図をを示す。ここで、位相角２２.５＋（４５×ｉ)°の切断線による断面は図２ｃと同様である。
また、図２ｄに、図２ａ３に示す位相角１１.２５°の切断線Ｃ-Ｃによる断面図を示す。ここで、位相角１１.２５＋（４５×ｉ)°の切断線による断面は図２ｄと同様である。
各図に示すように、トルク計１は、中空の円筒形状の起歪部１１と、起歪部１１の正面側にフランジ状に設けた、中央孔のある円盤形状の第１円盤部１２と、起歪部１１の背面側にフランジ状に設けた、中央孔のある円盤形状の第２円盤部１３と、第２円盤部１３の外周面に設けられた補助フランジ１４を有する。

【0024】

また、起歪部１１の軸方向についての中央の部分は歪み易いように肉薄に形成されており、図２ｄに示すように、この肉薄部分の位相角１１.２５＋（４５×ｉ)°の位置にひずみゲージ１５が固定されている。

【0025】

第１円盤部１２は、周に沿って等位相角間隔で配置された８個のボルト孔１２１を有し、各ボルト孔１２１は位相角０＋（４５×ｉ)°の位置に設けられている。
第２円盤部１３は、周に沿って等位相角間隔で配置された８個のネジ穴１３１を有し、各ネジ穴１３１は位相角２２.５＋（４５×ｉ）°の位置に設けられている。また、各ネジ穴１３１の中心軸の径方向の位置は、第１円盤部１２のボルト孔１２１の中心軸の径方向の位置と等しい。

【0026】

また、第２円盤部１３は、周に沿って等位相角間隔で配置された８個の貫通孔１３２を有し、各貫通孔１３２は位相角０＋（４５×ｉ)°の位置に、中心軸が軸方向に見て第１円盤部１２のボルト孔１２１の中心軸と重なるように配置されている。また、各貫通孔１３２の穴径は、ボルトが軸方向に貫通孔１３２を通過できる穴径に設定されている。

【0027】

第１円盤部１２の外周端部には、ワイヤレス給電の受電用コイルとワイヤレス通信アンテナを兼ねるコイル１６が巻き回されている。
ここで、図１ａに示すように、第１円盤部１２は、ステータ側コイルを収容したステータ２のリング部２１の中空内にリング部２１と同軸状に配置されており、トルク計１は、第１円盤部１２の外周端部に巻き回されたコイル１６を介してステータ２からワイヤレスで電力を受けることができると共に、ステータ２とのワイヤレス通信を行うことができる。

【0028】

トルク計１は、ひずみゲージ１５を用いて構成した歪検出回路を備えており、歪検出回路は、コイル１６に給電された電力を用いて起歪部１１の歪みを検出し、歪検出回路で検出された歪みはコイル１６を介してワイヤレス通信によってステータ２に送信される。

【0029】

第２円盤部１３の外周面に設けられた補助フランジ１４を用いて、図３ａの側面図、図３ｂの背面図に示すように、回転検出に用いる円環形状の歯車１７をトルク計１に装備することができる。歯車１７を用いて、回転検出を行う場合、ステータ２に、歯車１７の歯の通過に伴う磁気的変化を検出する磁気センサ２２を設け、磁気センサ２２の出力からトルク計１の回転角や回転速度を算定する。ただし、歯車１７に代えて、周方向にスリットを並べた円環形状の円板を、補助フランジ１４を用いてトルク計１に装備し、ステータ２に、磁気センサ２２に代えて、スリットの通過に伴う光学的変化を検出する光学センサを設け、光学センサの出力からトルク計１の回転角や回転速度を算定してもよい。

【0030】

次に、計測システム構成時の、負荷装置５に連結された第１回転シャフト３と駆動装置６によって回転駆動される第２回転シャフト４と、トルク計１との連結構造について説明する。

【0031】

図４ａに模式的に示すように、トルク計１の正面側には、第１回転シャフト３の端部の第１フランジ３１が、トルク計１の背面側には第２回転シャフト４の端部の第２フランジ４１が連結され、トルク計１はひずみゲージ１５によって、第２回転シャフト４と第１回転シャフト３との間で伝達されるトルクを起歪部１１の歪みとして検出する。

【0032】

図４ｂの側面図に示すように、第１フランジ３１のトルク計１への連結は、ボルトを用いて、第１円盤部１２と第１フランジ３１を締結することにより行い、第２フランジ４１のトルク計１への連結は、ボルトを用いて、第２円盤部１３と第２フランジ４１を締結することにより行う。

【0033】

第１回転シャフト３、第２回転シャフト４のトルク計１への連結は次の手順で行う。
まず、図４ｃ１に示すように、背面側から第２円盤部１３の貫通孔１３２を通過させたボルトを第１円盤部１２のボルト孔１２１に通し、ボルト孔１２１に通したボルトを、第１回転シャフト３の第１フランジ３１に設けられている連結用ネジ穴３１１に螺合することにより、第１円盤部１２と第１フランジ３１を締結する。

【0034】

次に、図４ｃ２に示すように、第２回転シャフト４の第２フランジ４１に設けられている連結用ボルト孔に通したボルトを、第２円盤部１３のネジ穴１３１に螺合することにより、第２円盤部１３と第２フランジ４１を締結する。

【0035】

このように本実施形態に係るトルク計１は、第１フランジ３１と第２フランジ４１の双方のトルク計１に対する連結の作業を背面側から行うことができる。
次に、第１円盤部１２のボルト孔１２１の周辺を正面側から斜視したようすを図５ａ１に模式的に示し、第１円盤部１２のボルト孔１２１の断面を図５ａ２に模式的に示す。
第１円盤部１２の正面側端面は、ボルト孔１２１の周辺を除き、軸方向を法線とする同じ平面を形成しているが、図示するように、ボルト孔１２１の周辺は、ボルト孔１２１を中央孔とする円環状に正面方向に向かって僅かに、ボルト孔１２１の周辺外の平面よりも突出している（凸となっている）。凸部の形状は例えば、ボルト孔１２１の直径はφ１９、ボルト孔１２１の周辺の平面より突出している部分の高さは０．１ｍｍ、直径はφ２９である。

【0036】

一方、第１回転シャフト３の第１フランジ３１の第１円盤部１２の正面側端面と対向する端面は平面に形成されている。
したがって、第１回転シャフト３をボルトでトルク計１に連結した状態において、第１円盤部１２の、第１回転シャフト３の第１フランジ３１と軸方向に当接する領域は、図５ａ３に灰色の塗りつぶしで示したボルト孔１２１の周辺の領域のみとなる。

【0037】

次に、第２円盤部１３のネジ穴１３１の周辺を背面側から斜視したようすを図５ｂ１に模式的に示し、第２円盤部１３のネジ穴１３１の断面を図５ｂ２に模式的に示す。
第２円盤部１３の背面側端面は、ネジ穴１３１の周辺を除き、軸方向を法線とする同じ平面を形成しているが、図示するように、ネジ穴１３１の周辺は、ネジ穴１３１を中央孔とする円環状に背面方向に向かって僅かに、ネジ穴１３１の周辺外の平面よりも突出している（凸となっている）。凸部の形状は例えば、ネジ穴１３１はＭ１８、ネジ穴１３１の周辺の平面より突出している部分の高さは０．１ｍｍ、直径はφ２９である。

【0038】

一方、第２回転シャフト４の第２フランジ４１の第２円盤部１３の正面側端面と対向する端面は平面に形成されている。
したがって、第２回転シャフト４をボルトでトルク計１に連結した状態において、第２円盤部１３の、第２回転シャフト４の第２フランジ４１と軸方向に当接する領域は、図５ｂ３に灰色の塗りつぶしで示したネジ穴１３１の周辺の領域のみとなる。

【0039】

このようなトルク計１によれば、第１円盤と第１フランジ３１との接触箇所が、両者を締結するボルト周辺の領域のみに集中し、接触面積は低減する。同様に、第２円盤と第２フランジ４１との接触箇所が、両者を締結するボルト周辺の領域のみに集中し、接触面積は低減する。

【0040】

図６ａにひずみゲージ１５の構成を示す。
図示するように、各ひずみゲージ１５は、変形によって抵抗値が変化する抵抗素子Ｌと抵抗素子Ｒを備えている。そして、各ひずみゲージ１５は、図中に矢印で示した方向が位相角が進む方向となるように、起歪部１１の内周面に固定される。

【0041】

図６ｂにひずみゲージ１５の配置を模式的に示す。ひずみゲージ１５は起歪部１１の内周面の周方向にそって４５°の位相角差をもって８個固定される。
８個のひずみゲージ１５は、位相角１１.２５＋（４５×ｉ)°の位置、すなわち、位相角が１１.２５°、５６.２５°、１０１.２５°、１４６.２５°、１９１.２５°、２３６.２５°、２８１.２５°、３２６.２５°の各位置に、位相角が減る方向側に抵抗素子Ｌが位置し位相角が進む方向側に抵抗素子Ｒが位置するように固定される。

【0042】

図７に、トルク計１が備える歪検出回路を示す。
歪検出回路は、電源回路７００がコイル１６でワイヤレス受電した電力から生成した定電圧電源を動作電源として稼働する回路であり、起歪部１１の歪み量を表す検出信号を出力するブリッジ回路７０１、ブリッジ回路７０１の出力を増幅するアンプ７０２、アンプ７０２の出力電圧の大きさで発振周波数が制御される電圧-周波数変換器７０３、電圧-周波数変換器７０３が出力する発振信号を、たとえば、５.５MHzの搬送波で振幅変調する振幅偏移変調回路７０４、振幅偏移変調回路７０４が出力する振幅変調波信号を増幅する送信アンプ７０５を備えている。

【0043】

そして、送信アンプ７０５で増幅された振幅変調波信号でコイル１６が駆動され、振幅変調波信号がステータ２に無線送信される。
ステータ２は、リング部２１のステータ側コイルで受信した振幅変調波信号を発振信号に復調し、復調した発振信号の周波数を起歪部１１の歪み量、もしくは、第１回転シャフト３から第２回転シャフト４に伝達されるトルクを表す測定信号に変換する。

【0044】

歪検出回路のブリッジ回路７０１は、８個のひずみゲージ１５の抵抗素子Ｌと抵抗素子Ｒである１６個の抵抗素子を用いて構成したブリッジ回路７０１であり、図６ｂに示すように、１１.２５°の位置のひずみゲージ１５を１５Ａ、５６.２５°の位置のひずみゲージ１５を１５Ｂ、１０１.２５°の位置のひずみゲージ１５を１５Ｃ、１４６.２５°の位置のひずみゲージ１５を１５Ｄ、１９１.２５°の位置のひずみゲージ１５を１５Ｅ、２３６.２５°の位置のひずみゲージ１５を１５Ｆ、２８１.２５°の位置のひずみゲージ１５を１５Ｇ、３２６.２５°の位置のひずみゲージ１５を１５Ｈとして、ブリッジ回路７０１中の抵抗素子１５ｘ_Ｌはひずみゲージ１５ｘの抵抗素子Ｌを、抵抗素子１５ｘ_Ｒはひずみゲージ１５ｘの抵抗素子Ｒを表す。ここで、ｘは前記ＡからＨを表す。

【0045】

以上のように本実施形態では、第１フランジ３１と第２フランジ４１の双方のトルク計１に対する締結を背面側から行えるように、第１円盤部１２と第１フランジ３１のボルトによる締結に用いる第１円盤部１２のボルト孔１２１と、第２円盤部１３と第２フランジ４１のボルトによる締結に用いる第２円盤部１３のネジ穴１３１とを位相角を２２.５°ずらして設け、トルク計１の背面側から第１円盤部１２のボルト孔１２１にボルトを装着するための貫通孔１３２を第２円盤部１３に軸方向に見て第１円盤部１２のボルト孔１２１と重なる位置に設けた。

【0046】

その上で、ひずみゲージ１５を４５°の位相角間隔で８個設け、各ひずみゲージ１５の位相角を、当該ひずみゲージ１５と位相角が最も近い第１円盤部１２のボルト孔１２１に対しても、当該ひずみゲージ１５と位相角が最も近い第２円盤部１３のネジ穴１３１に対しても等しく１１.２５°異ならせた。

【0047】

本発明者らは、実験によって、このような第１円盤部１２のボルト孔１２１と第２円盤部１３のネジ穴１３１との位置関係で配置すれば、ひずみゲージ１５による歪みの計測誤差を低減できると共に、トルク計１に加わるトルクの変化による計測誤差の変化を抑制できることを確認した。

【0048】

このような効果は以下の理由により得られるものと考えられる。
第１円盤部１２と第１フランジ３１とをボルト締結することで第１円盤部１２を第１フランジ３１方向に引っ張る方向の力が働き、第２円盤部１３と第２フランジ４１とをボルト締結することで第２円盤部１３を第２フランジ４１方向に引っ張る方向の力が働く。この両方向の力がバランスしていない位置では、その位置に両方向の力に起因して加わる力の大きさや向きが、トルク計１に加わるトルクの大きさ等の状態の変化に応じて大きく変動し、当該位置で歪みを計測すると、大きな計測の誤差として表れる。

【0049】

本実施形態では、上述した両方向の力がバランスする、ボルト孔１２１の位相角とネジ穴１３１の位相角の中間の位相角となる位置にひずみゲージ１５を配置しているので、当該両方向の力に起因して加わる力の大きさや向きの状態の変化に応じた変動は小さく、ひずみゲージ１５の計測の誤差や計測誤差の変化が抑制される。

【0050】

本実施形態では、さらに、ボルト孔１２１の周辺に集中させた第１円盤部１２と第１フランジ３１とが軸方向に当接する領域においてのみ第１円盤部１２と第１フランジ３１との間で力が伝達され、ネジ穴１３１の周辺に集中させた第２円盤部１３と第２フランジ４１とが軸方向に当接する領域においてのみ第１円盤部１２と第１フランジ３１との間で力が伝達されるようにしているので、ひずみゲージ１５に働く、誤差の要因となる力を、より安定的に低減することができる。

【0051】

以上、本発明の実施形態について説明した。
以上の実施形態ではひずみゲージ１５の数を８個としたが、ひずみゲージ１５の数は任意であってよい。
ただし、いずれの場合も、ひずみゲージ１５は、ボルト孔１２１の位相角とネジ穴１３１の位相角との中間の位相角の位置に配置する。ひずみゲージ１５の数を４個とする場合には、たとえば、図６ｃに示すように、９０°の位相角間隔で、１１.２５°、１０１.２５°、１９１.２５°、２８１.２５°の位相角の位置にひずみゲージ１５を配置する。

【0052】

以上の実施形態ではボルト孔１２１、貫通孔１３２、ネジ穴１３１の数を８個としたが、これらの数は任意であってよい。また、ネジ穴１３１の数を、ボルト孔１２１／貫通孔１３２の数の倍数や約数としてもよい。ただし、いずれの場合も、ひずみゲージ１５は、ボルト孔１２１の位相角とネジ穴１３１の位相角との中間の位相角の位置に配置する。

【0053】

また、以上の実施形態では、第１円盤部１２と第１フランジ３１とがボルト孔１２１の周辺においてのみ軸方向に当接し、第２円盤部１３と第２フランジ４１とがネジ穴１３１の周辺においてのみ軸方向に当接するように構成したが、第１円盤部１２の端面の各ボルト孔１２１を包含する円環状の領域の全体を第１フランジ３１と当接させたり、第２円盤部１３の各ネジ穴１３１を包含する円環状の領域の全体を第２フランジ４１と当接させたりする等の形態で、第１円盤部１２と第１フランジ３１や、第２円盤部１３と第２フランジ４１を、より広い面で軸方向に当接してもよい。

【0054】

このようにしても、第１円盤部１２と第１フランジ３１との間の力はボルトによる締結力が直接加わるボルト孔１２１の周辺で強く働き、第２円盤部１３と第２フランジ４１との間の力はボルトによる締結力が直接加わるネジ穴１３１の周辺で強く働くので、ひずみゲージ１５による歪みの計測誤差や状態の変化に伴う計測誤差の変動を抑制できる一定の効果を見込むことができる。

【0055】

また、以上の実施形態では、第１円盤部１２の正面側端面のボルト孔１２１の周辺を正面方向に突出させることにより、第１円盤部１２と第１フランジ３１とが軸方向に当接する領域がボルト孔１２１の周辺の領域のみとなるようにしたが、これは、第１円盤部１２の正面側端面のボルト孔１２１の周辺を突出させずに正面側端面を平面に形成し、その代わりに、図８ａ１の第１回転シャフト３の第１フランジ３１の模式的な斜視図や、図８ａ２の第１フランジ３１の連結用ネジ穴３１１の周辺の模式的な斜視図に示すように、第１フランジ３１の連結用ネジ穴３１１の周辺を背面方向に僅かに突出させることにより、第１円盤部１２と第１フランジ３１とが軸方向に当接する領域をボルト周辺の領域のみとしてもよい。

【0056】

同様に、第２円盤部１３の背面側端面のネジ穴１３１の周辺を突出させずに背面側端面を平面に形成し、その代わりに、図８ｂ１の第２回転シャフト４の第２フランジ４１の模式的な斜視図や、図８ｂ２の第２フランジ４１の連結用ボルト孔の周辺の模式的な斜視図に示すように、第２回転シャフト４の第２フランジ４１の連結用ボルト孔周辺を正面方向に僅かに突出させることにより、第２円盤部１３と第２フランジ４１とが軸方向に当接する領域をボルト周辺の領域のみとしてもよい。

【0057】

また、他の実施形態は、第１円盤部１２の正面側端面のボルト孔１２１の周辺を突出させずに正面側端面を平面に形成し、その代わりに、図８ｃ１の模式図に示すように、第１円盤部１２と第１フランジ３１との連結に用いるボルトを、第１円盤部１２の正面側端面と第１フランジ３１の間で円環部材７の中央孔を通して、第１フランジ３１の連結用ネジ穴３１１に螺合することにより、第１円盤部１２が第１フランジ３１側と軸方向に接触する領域をボルト周辺の領域に限定してもよい。

【0058】

同様に、第２円盤部１３の背面側端面のネジ穴１３１の周辺を突出させずに背面側端面を平面に形成し、図８ｃ２に示すように、第２円盤部１３と第２フランジ４１との連結に用いるボルトを、第２円盤部１３の背面側端面と第２フランジ４１の間で円環部材７の中央孔を通して、第２円盤部１３のネジ穴１３１に螺合することにより、第２円盤部１３が第２フランジ４１側と軸方向に接触する領域をボルト周辺の領域に限定してもよい

【符号の説明】

【0059】

１…トルク計、２…ステータ、３…第１回転シャフト、４…第２回転シャフト、５…負荷装置、６…駆動装置、７…円環部材、９…トルク計、１１…起歪部、１２…第１円盤部、１３…第２円盤部、１４…補助フランジ、１５…ひずみゲージ、１６…コイル、１７…歯車、２１…リング部、２２…磁気センサ、３１…第１フランジ、４１…第２フランジ、９１…中空体部、９２…駆動側フランジ部、９３…負荷側フランジ部、９４…ひずみゲージ、１２１…ボルト孔、１３１…ネジ穴、１３２…貫通孔、７００…電源回路、７０１…ブリッジ回路、７０２…アンプ、７０３…電圧-周波数変換器、７０４…振幅偏移変調回路、７０５…送信アンプ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】