JPH09145498A - 負荷トルク試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体で発生させるトルクよりも小さなトル
クをブレーキ装置を駆動させるトルクとして与えること
ができる負荷トルク試験装置の提供。 【解決手段】 駆動部であるブレーキ板２２及び規制部
であるコイル２３を有する電磁ブレーキ装置２０を備え
るとともに、負荷トルク計測装置を、遊星歯車機構２４
と負荷トルクの検出部とにより構成し、遊星歯車機構２
４は、電動モータ１のトルクに応じて回転するキャリア
２６と、遊星歯車２７と、太陽歯車２９と、内周部に遊
星歯車２７と噛み合う内歯車３０を設けたケーシング３
１とを有し、また、上述の検出部は、ケーシング３１に
一体に設けた作動部３２と、この作動部３２の移動を微
小変位に抑える固定部材３３と、作動部３２の微小変位
に伴うひずみを検出して信号を出力するひずみゲージ３
５とを含む構成にしてある。 【効果】 ブレーキ装置を小型にし、試験精度を向上さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ、電動ドラ
イバ、電動レンチ等の回転体で発生させたトルクに伴う
負荷トルクの計測試験をおこなう負荷トルク試験装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の負荷トルク試験装置の一例
の概略構成を示す図である。この図において、１はトル
クを発生させる所定の回転体、例えば電動モータ、２は
電動モータ１の出力軸である。３はブレーキ装置、例え
ば電磁ブレーキ装置で、この電磁ブレーキ装置３は、電
動モータ１で発生させたトルクに伴って回転する駆動
部、例えばブレーキ板４と、このブレーキ板４の回転を
規制する規制部、すなわちコイル５とを備えている。な
お、ブレーキ板４の一端面には、電動モータ１で発生さ
せたトルクに伴って回転する入力軸６が接続されてい
る。

【０００３】７は電動モータ１と電磁ブレーキ装置３と
の間に配置され、電動モータ１で発生させたトルクを電
磁ブレーキ装置３のブレーキ板４の回転力として伝える
とともに、電磁ブレーキ装置３で生じさせた負荷トルク
を検出し、相当する信号を出力する負荷トルク計測装置
である。この負荷トルク計測装置７は、電動モータ１に
対向する側に入力軸８を備え、電磁ブレーキ装置３に対
向する側に出力軸９を備えている。１０は電動モータ１
の出力軸２と負荷トルク計測装置７の入力軸８とを連結
し、これらを一体に回転させるカップリング、１１は負
荷トルク計測装置７の出力軸９と電磁ブレーキ装置３の
入力軸６とを連結し、これらを一体に回転させるカップ
リングである。

【０００４】この従来技術では、例えば電磁ブレーキ装
置３を開放した状態において、電動モータ１を駆動する
と出力軸２が回転し、カップリング１０を介して負荷ト
ルク計測装置７の入力軸８が回転し、これに応じてその
出力軸９が回転し、カップリング１１を介して電磁ブレ
ーキ装置３の入力軸６が回転し、この入力軸６と一体的
にブレーキ板４が回転する。したがって、電動モータ１
で発生させたトルクが、上述した出力軸２、カップリン
グ１０、入力軸８、出力軸９、カップリング１１、入力
軸６を介して電磁ブレーキ装置３に伝えられる。すなわ
ち、電動モータ１で発生させたトルクをＴとすると、電
磁ブレーキ装置３にその同じ大きさのトルクＴが与えら
れるようになっている。

【０００５】また、負荷トルク試験に際し、電磁ブレー
キ装置３を制動させるためにコイル５を励磁させた状態
において電動モータ１を駆動すると、励磁電流の値の増
加に応じてブレーキ板４の回転に対する規制力、すなわ
ち負荷トルクが次第に大きくなり、その負荷トルクが負
荷トルク計測装置７で検出され、信号として出力され
る。その信号に基づいて、例えば該当する負荷トルクの
値をアナログ表示、あるいはデジタル表示することがお
こなわれる。

【０００６】図６は、図５に示す従来技術で得られる負
荷トルク・励磁電流特性を示す図である。前述したよう
に、電磁ブレーキ装置３のコイル５の励磁電流を増加さ
せるにつれて負荷トルク、すなわち回されまいと抵抗す
るトルクが、ほぼ比例的に増加する関係の特性が得られ
る。また、このようにして得られた特性から、その試験
に用いられている電動モータ１の出力特性が、許容範囲
内にあるかどうか等の判断がなされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術にあっては、電動モータ１で発生させたトルク
が、そのままの大きさで、すなわち１：１の大きさの関
係で電磁ブレーキ装置３に伝えられることから、電動モ
ータ１で発生させるトルクが比較的大きくなると、例え
ば４０Ｋｇ・ｃｍ等であるような場合、その与えるトル
クの大きさに相応して電磁ブレーキ装置３の全体形状を
大きくせざるを得ない。

【０００８】これに伴い、ブレーキ板４の直径、及び重
量が大きくなり、これらの直径、重量の関数である慣性
モーメントが大きくなってしまう。すなわち、静止した
無負荷、あるいは制動状態にあるブレーキ板４を回しは
じめるのに比較的大きな力が必要となる。そのため、本
来はできるだけ無負荷に近い状態からの負荷トルクの試
験データを得たいところが、現実に得られる負荷トルク
の初期値ＴｆＡが図６に示すように、無負荷（０）より
もかなり大きくなってしまい、所望の試験データが得ら
れにくくなる問題がある。

【０００９】図６に示すＡは、ブレーキ板４の大きな慣
性モーメントのために、静止した無負荷、あるいは制動
状態にあるブレーキ板４を回転させることができない領
域を示している。

【００１０】本発明は、上記した従来技術における実情
に鑑みてなされたもので、その目的は、回転体で発生さ
せるトルクよりも小さなトルクをブレーキ装置を駆動さ
せるトルクとして与えることができる負荷トルク試験装
置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係る発明は、所定の回転体で発
生させたトルクに伴って回転する駆動部、及びこの駆動
部の回転を規制する規制部を有するブレーキ装置と、上
記ブレーキ装置において生じる負荷トルクを検出する負
荷トルク計測装置とを備えた負荷トルク試験装置におい
て、上記負荷トルク計測装置が、遊星歯車機構と、この
遊星歯車機構に伝えられる上記負荷トルクを検出する検
出部とを備え、上記遊星歯車機構は、上記回転体で発生
させたトルクに応じて回転するキャリアと、このキャリ
アに回転可能に保持される遊星歯車と、この遊星歯車に
噛み合い、上記ブレーキ装置にトルクを出力する出力軸
が接続される太陽歯車と、上記遊星歯車、及び上記太陽
歯車を内部に収納するとともに、内周部に上記遊星歯車
と噛み合う内歯車を設けたケーシングとを有し、上記検
出部は、上記遊星歯車機構のケーシングに伝えられる回
転力を、負荷トルクとして検出し、相当する信号を出力
する構成にしてある。

【００１２】この請求項１に係る発明では、例えば、ブ
レーキ装置を開放させた状態において、所定の回転体を
駆動すると、この回転体で発生したトルクに応じて遊星
歯車機構のキャリアが回転し、このキャリアの回転に伴
い遊星歯車が、ケーシングの内歯車に噛み合いつつ回転
しながら、ケーシングの内周面に沿って移動し、この遊
星歯車の回転に伴って太陽歯車が回転し、この太陽歯車
と一体的に当該太陽歯車に接続した出力軸が回転し、こ
れらの動作により回転体で発生させたトルクに対応する
トルクがブレーキ装置に伝えられる。

【００１３】ここで、キャリア、遊星歯車、内歯車、太
陽歯車を含む遊星歯車機構は、一般には減速装置を形成
するが、キャリアが回転体側に位置しているために、こ
の発明では増速装置を形成することになり、これに伴っ
て、ブレーキ装置に与えられる回転数は、回転体の回転
数よりも大きくなるものの、ブレーキ装置に与えられる
トルクを、回転体で発生させたトルクよりも小さなもの
とすることができる。

【００１４】また、負荷トルク試験に際し、ブレーキ装
置を無負荷あるいは制動させた状態において回転体を駆
動すると、このブレーキ装置の制動に伴って生じる負荷
トルクが上述の出力軸、太陽歯車、遊星歯車、内歯車を
介してケーシングを回転させる力として、このケーシン
グに伝えられ、その回転力が負荷トルクとして検出部で
検出される。

【００１５】そして、上述のように、ブレーキ装置に回
転体のトルクよりも小さなトルクを与えることができる
ので、ブレーキ装置は、この小さなトルクに対応する全
体形状を有するものであれば済む。すなわち、このブレ
ーキ装置の小型化を実現させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の負荷トルク試験装
置の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明
の一実施形態の構成を示す図、図２は図１に示す実施形
態に備えられる遊星歯車機構を示す図である。なお、図
２は図１のＣ方向から見た図に相当している。

【００１７】図１に示す実施形態も、トルクを発生させ
る回転体として、例えば電動モータ１を設けてあり、２
はこの電動モータ１の出力軸である。２０は電動モータ
１で発生させたトルクに伴って駆動するブレーキ装置、
例えば電磁ブレーキ装置で、入力軸２１が接続された駆
動部、すなわちブレーキ板２２と、このブレーキ板２２
の回転を規制する規制部、すなわちコイル２３とを備え
ている。

【００１８】２４は電動モータ１と電磁ブレーキ装置２
０との間に配置した遊星歯車機構である。この遊星歯車
機構２４は、カップリング１０を介して電動モータ１の
出力軸２に連結され、この出力軸２と一体に回転する入
力軸２５と、この入力軸２５に固定されるキャリア２６
と、このキャリア２６に回転可能に保持される遊星歯車
２７と、この遊星歯車２７に噛み合い、電磁ブレーキ装
置２０にトルクを出力する出力軸２８が接続される太陽
歯車２９と、上述したキャリア２６、遊星歯車２７、及
び太陽歯車２９を内部に収納するとともに、内周部に遊
星歯車２７と噛み合う内歯車３０を設けたケーシング３
１とを有している。なお、太陽歯車２９に接続した出力
軸２８は、カップリング１１を介して電磁ブレーキ装置
２０の入力軸２１に連結してあり、これにより出力軸２
８と入力軸２１とが一体に回転するようになっている。

【００１９】また、上述した遊星歯車機構２４のケーシ
ング３１には、突起体を形成する作動部３２を一体に設
けてある。３３は負荷トルクの発生に際して、ケーシン
グ３１に伝えられる回転力に伴う作動部３２の移動を微
小変位に抑制する抑制手段、すなわち固定部材である。
この固定部材３３には溝３４を形成してあり、例えば作
動部３２の上端部分を溝３４に嵌入させてある。３５
は、作動部３２の上述した微小変位に相応する信号を出
力する検知素子、例えば作動部３２の微小変位に伴って
当該作動部３２に生じるひずみを検出するひずみゲージ
で、作動部３２に貼付してある。

【００２０】上述した作動部３２と、固定部材３３と、
ひずみゲージ３５とによって、電磁ブレーキ装置２０に
おいて発生し、遊星歯車機構２４に伝えられる負荷トル
クを検出する検出部が構成されている。また、この検出
部と遊星歯車機構２４とによって負荷トルク計測装置が
構成されている。

【００２１】このように構成した実施形態では、例え
ば、電磁ブレーキ装置２０を開放した状態、すなわちコ
イル２３を消磁させたままの状態において、電動モータ
１を駆動すると出力軸２が回転し、カップリング１０を
介して遊星歯車機構２４の入力軸２５が回転し、これと
一体的にキャリア２６が回転する。このキャリア２６の
回転に伴い遊星歯車２７が、ケーシング３１の内歯車３
０に噛み合いつつ回転しながら、ケーシング３１の内周
面に沿って移動し、この遊星歯車２７の回転に伴って太
陽歯車２９が回転し、この太陽歯車２９と一体的に当該
太陽歯車に接続した出力軸２８が回転し、カップリング
１１を介して電磁ブレーキ装置２０の入力軸２１が回転
し、この入力軸２１と一体的にブレーキ板２２が回転す
る。

【００２２】したがって、電動モータ１で発生させたト
ルクが、上述した出力軸２、カップリング１０、遊星歯
車機構２４の入力軸２５、キャリア２６、遊星歯車２
７、太陽歯車２９、出力軸２８、カップリング１１を介
して電磁ブレーキ装置２０に伝えられる。

【００２３】この場合、一般には遊星歯車機構は減速装
置を形成するが、この実施形態では、キャリア２６が回
転体である電動モータ１側に位置するように遊星歯車機
構２４を配置してあるので、増速装置を形成する。ここ
で、その増速比を例えば１：４とすると、電動モータ１
の回転数に比べて４倍の速さの回転数で電磁ブレーキ装
置２０のブレーキ板２２が回転する。電動モータ１の回
転数をＮ、そのトルクをＴ、電磁ブレーキ装置２０のブ
レーキ板２２の回転数をＮｂ、入力されるトルクをＴｂ
とすると、 Ｎ×Ｔ＝Ｎｂ×Ｔｂ すなわち、Ｔｂ＝（Ｎ×Ｔ）
／Ｎｂの関係がある。今、増速比が１：４であることか
ら、Ｎｂ＝４Ｎ となり、 Ｔｂ＝（Ｎ×Ｔ）／４Ｎ ＝Ｔ／４ となる。つまり、電磁ブレーキ装置２０に入力されるト
ルクＴｂを、電動モータ１で発生させるトルクＴの１／
４の大きさの、比較的小さなトルクとすることができ
る。

【００２４】そして、負荷トルク試験に際し、電磁ブレ
ーキ装置２０を無負荷あるいはそのコイル２３を励磁さ
せた制動状態において、電動モータ１を駆動すると、電
磁ブレーキ装置２０の制動動作に伴って負荷トルクが生
じ、その負荷トルクが上述した電磁ブレーキ装置２０の
入力軸２１、カップリング１１、出力軸２８、太陽歯車
２９、遊星歯車２７、内歯車２７を介してケーシング３
１を回転させる力として、図２の矢印３６で例示するよ
うに、このケーシング３１に伝えられる。このとき、作
動部３２はケーシング３１に一体に設けられていること
から、ケーシング３１とともに回転しようとするが、そ
の上端部分が固定部材３３によって動きを阻止されてい
るので、その作動部３２に前述した負荷トルクの大きさ
に相応した微小変位、すなわち、ひずみを生じる。この
ひずみが、ひずみゲージ３５を介して検出される。ひず
みゲージ３５から出力される信号は、所定の処理がなさ
れ、例えば該当する負荷トルクデータとしてアナログ表
示、あるいはデジタル表示される。このように測定され
る負荷トルクの試験データを確認することにより、電動
モータ１の出力特性が許容範囲内にあるかどうか等、判
断することができる。

【００２５】図３は図１に示す実施形態で得られる負荷
トルク・励磁電流特性を示す図である。前述した図６の
特性と同様に、電磁ブレーキ装置２０のコイル２３の励
磁電流を増加させるにつれて負荷トルク、すなわち回さ
れまいと抵抗するトルクが、ほぼ比例的に増加する関係
の特性が得られる。なお、この図３でＴｆＢは、得られ
る負荷トルクデータの初期値を示している。また、図３
中のＢは、ブレーキ板２２の慣性モーメントのために、
静止した無負荷または制動状態にあるブレーキ板４を、
回転させることができない領域を示している。

【００２６】このように構成した実施形態によれば、電
磁ブレーキ装置２０に電動モータ１のトルクＴよりも小
さなトルク、例えば１／４の大きさのトルクＴｂを与え
ることができるので、電磁ブレーキ装置２０は、この小
さなトルクＴｂに対応する全体形状を有するもので済
み、前述した図５に示した電磁ブレーキ装置３に比べて
小型にすることができる。したがって、電磁ブレーキ２
０に備えられるブレーキ板２２も直径、重量の小さいも
のとすることができ、このブレーキ板２２の慣性モーメ
ントを極力小さくすることができる。これにより、ブレ
ーキ板２２が静止した無負荷または制動状態から、トル
クＴｂが入力された際に、電磁ブレーキ装置２０のコイ
ル２３に与えられる励磁電流が、図６に示すように比較
的小さな励磁電流であってもブレーキ板２２を回転させ
はじめることができ、負荷トルクの試験データとして無
負荷（０）に近い値の初期値ＴｆＢが得られ、試験精度
を向上させることができる。

【００２７】図４は本発明の別の実施形態の要部、すな
わち遊星歯車機構部分を示す図で、前述した図２に対応
するものである。

【００２８】この別の実施形態では、検出部を構成する
作動部３７を板厚の大きい十分に剛性の高い部材によっ
て形成してあるとともに、作動部３７に設ける検知素子
が、負荷トルク検出時のケーシング３１に伝えられる回
転力による作動部３７の微小変位に伴う押圧力を検出す
る圧電素子３８から成っている。

【００２９】作動部３７の動きを抑制する抑制部材３９
には、作動部３７の微小な変位を許容する穴４０を形成
してあり、作動部３７の例えば上半分は、この抑制部材
３９の穴４０内に位置させてある。圧電素子３８は、作
動部３７の側面と、抑制部材３９の穴４０の壁面との隙
間に配置してある。この圧電素子３８は作動部３７に保
持させてもよく、あるいは穴４０の壁面に保持させても
よい。その他の構成は、例えば前述した図１，２に示す
実施形態と同等である。

【００３０】このように構成した別の実施形態では、電
磁ブーキ装置２０の制動によって生じた負荷トルクによ
りケーシング３１が回転しようとするが、このとき一体
的に作動部３７も回転しようとして、抑制部材３９の穴
４０内を微小変位し、圧電素子３８を押圧する。すなわ
ち、負荷トルクに応じた押圧力が圧電素子３８に作用
し、信号として出力される。

【００３１】このように構成した別の実施形態でも、検
出部の構成を除けば前述した図１，２に示す実施形態と
同様の構成であるので、電磁ブレーキ装置２０の小型化
を実現でき、これに伴い得られる負荷トルクの試験デー
タの初期値ＴｆＢを、より無負荷（０）に近い値とする
ことができ、試験精度を向上させることができる。

【００３２】なお、上記実施形態にあっては、増速比４
倍の遊星歯車機構２４を設けてあるが、遊星歯車２７、
内歯車３１、太陽歯車２９等の形状寸法を考慮すること
により、所望の増速比を得ることができ、すなわち電動
モータ１のトルクＴに対して所望の比率の小さいトルク
Ｔｂを電磁ブレーキ装置２０に与えることができる。

【００３３】また、上記実施形態では、トルクを発生さ
せる出力試験対象の回転体として電動モータ１を挙げた
が、本発明は、これに限られず、回転体が油圧モータで
あってもよく、また、電動ドライバ、電動レンチ等の電
動工具であってもよい。

【００３４】また、上記実施形態ではブレーキ装置とし
て電磁ブレーキ装置２０を挙げたが、このブレーキ装置
の態様は種々のものを取り得る。

【００３５】また、ケーシング３１に伝えられる回転力
に応じて負荷トルクを検出する検出部の構成も、上記し
た実施形態に示すものに限られず、種々の態様を取り得
る。例えば、図１に示す固定部材３３に一体に作動部３
２を設け、ケーシング３１に形成した溝に、そのような
作動部３２の下端部を嵌入させる構成とすることもでき
る。

【００３６】また、上記実施形態ではカップリング１
０、入力軸２５を介して電動モータ１で発生させたトル
クＴを遊星歯車機構２４に伝える構成にしてあるが、回
転体の形状寸法などが比較的小さい場合などにあって
は、カップリング１０や入力軸２５等を設けずに、該当
する回転体の出力軸を遊星歯車機構２４のキャリア２６
に直接に接続する構成にしてもよい。カップリング１１
についても同様であり、遊星歯車機構２４の出力軸２８
を直接に電磁ブレーキ装置２０に接続してもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、回転体で発生させるト
ルクよりも小さなトルクをブレーキ装置を駆動させるト
ルクとして与えることができ、この小さなトルクに対応
させてブレーキ装置を小型にすることができ、これに伴
い得られる負荷トルクの試験データの初期値を無負荷に
近い値とすることができ、試験精度を従来に比べて向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の負荷トルク試験装置の一実施形態の構
成を示す図である。

【図２】図１に示す実施形態に備えられる遊星歯車機構
を示す図である。

【図３】図１に示す実施形態で得られる負荷トルク・励
磁電流特性を示す図である。

【図４】本発明の別の実施形態を示す図である。

【図５】従来の負荷トルク試験装置の一例の概略構成を
示す図である。

【図６】図５に示す従来技術で得られる負荷トルク・励
磁電流特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 電動モータ（所定の回転体） ２ 出力軸 １０ カップリング １１ カップリング ２０ 電磁ブレーキ装置（ブレーキ装置） ２１ 入力軸 ２２ ブレーキ板（駆動部） ２３ コイル（規制部） ２４ 遊星歯車機構〔負荷トルク計測装置〕 ２５ 入力軸 ２６ キャリア ２７ 遊星歯車 ２８ 出力軸 ２９ 太陽歯車 ３０ 内歯車 ３１ ケーシング ３２ 作動部〔検出部・負荷トルク計測装置〕 ３３ 固定部材（抑制手段）〔検出部・負荷トルク計測
装置〕 ３４ 溝 ３５ ひずみゲージ（検知素子）〔検出部・負荷トルク
計測装置〕 ３７ 作動部〔検出部・負荷トルク計測装置〕 ３８ 圧電素子（検知素子） ３９ 抑制部材 ４０ 穴

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の回転体で発生させたトルクに伴っ
   て回転する駆動部、及びこの駆動部の回転を規制する規
   制部を有するブレーキ装置と、 上記ブレーキ装置において生じる負荷トルクを検出する
   負荷トルク計測装置とを備えた負荷トルク試験装置にお
   いて、 上記負荷トルク計測装置が、遊星歯車機構と、この遊星
   歯車機構に伝えられる上記負荷トルクを検出する検出部
   とを備え、 上記遊星歯車機構は、 上記回転体で発生させたトルクに応じて回転するキャリ
   アと、 このキャリアに回転可能に保持される遊星歯車と、 この遊星歯車に噛み合い、上記ブレーキ装置にトルクを
   出力する出力軸が接続される太陽歯車と、 上記遊星歯車、及び上記太陽歯車を内部に収納するとと
   もに、内周部に上記遊星歯車と噛み合う内歯車を設けた
   ケーシングとを有し、 上記検出部は、上記遊星歯車機構のケーシングに伝えら
   れる回転力を、負荷トルクとして検出し、相当する信号
   を出力することを特徴とする負荷トルク試験装置。
2. 【請求項２】 上記検出部は、 上記ケーシングに一体に設けた作動部と、 上記ケーシングに伝えられる回転力に伴う上記作動部の
   移動を微小変位に抑制する抑制手段と、 上記作動部の微小変位に相応する信号を出力する検知素
   子とを有することを特徴とする請求項１記載の負荷トル
   ク試験装置。
3. 【請求項３】 上記検知素子が、上記作動部の微小変位
   に伴って当該作動部に生じるひずみを検出するひずみゲ
   ージから成ることを特徴とする請求項２記載の負荷トル
   ク試験装置。
4. 【請求項４】 上記検知素子が、上記作動部の微小変位
   に伴う押圧力を検出する圧電素子から成ることを特徴と
   する請求項２記載の負荷トルク試験装置。