JPS6035233A - トルク検出方法及び巻取トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はトルク検出方法及び巻取トルク検出装置に関
し、伝動機構中の歯車軸支部の反力を計測して歯先の伝
達力をめ、これより伝達トルクを算出するようにしたも
のである。

従来、駆動軸のトルクは軸のねじれ歪み量を計測すると
か、ベルトの張り側、ゆるみ側の張力差を検出するとか
によってめている。前者は複雑、大型になる点、後者は
ベルトが伸び、調整を要する点に問題があった。

この発明は学術的正確さより、実用価値のあるもの、特
に巻取トルクを巻取軸近くで監視してトルク制御するに
適したトルク検出方法、装置の開発を目的とする。次に
図面を参照して、この発明の構成、実施態様を説明する
。

第１〜８図にこの発明方法の実施態様６例を示す。いず
れも計測歯車／の軸／αを、その歯車／と駆動歯車λと
の共通中心線Ｃと交叉する方向の移動を制するようロー
ドセル等の荷重計３を介して直接又は間接に支持し、両
歯車／、２の動力伝達時、荷重計３の検出値ｆから両歯
車ｌ、コ歯先間の共通接線方向伝達力Ｆをめ、これより
伝達トルク又はその変化量を算出する。

第１図は第１０．１１図の実施例装置の説明図になって
いる。計測歯車ｌがトルク検出対象となる歯車で、出力
歯車ダ、駆動（入力）歯車−と中心線Ｃを共通にしてい
る。歯車ｌの軸ｌαは軸受／ｂを介して荷重計３により
この場合、共通接線Ｔ方向の動きを制せられている。

稼働時、駆動歯車コの矢印方向回転駆動により歯車／、
りが回され、荷重計３の計測値がｆであるとする。この
時、歯車ｌ、コ歯先間の伝達力Ｆは第２図から簡単にま
る。即ち、歯車／、りの接点Ｐを支点として、上記歯先
伝達力Ｆが軸／αを同方向へ押す力ｆが計測されている
訳であるから、歯車／の半径をτとして次のようになる
。

Ｆ＝ｉプ＝　Ｔ！ 歯車／、Ｊ、ＩＩの三者を同一中心線上に並べると、上
のように計算が容易であるが、第５図のように同一中心
線上にない場合も、第４図に示すように、歯車／をくの
字形レバーに見立て、歯車／、４ｔの接点Ｐを支点とし
て回動させるモーメントと、これによる軸／αの伝達力
ｆと同方向の分力をめれば容易にｆからＦをめられる。

第５図の例は第１２〜１４図の実施例に概略、対応させ
であるが、磁粉クラッチは省略した。第１図のように歯
車軸受／ｂに直接、荷重計３を当てるのでなく、ビーム
５の一端に歯車軸ｌαを通し、中央部に歯車ダの定置軸
化を通し、反対端に荷重計３を当て、ビーム３を介して
歯車軸／ａの動きを制したのである。この場合、荷重計
３に出る力ｆは、歯車軸／ａへの推力ｆ′に等しく、伝
達力Ｆは／　、　ｆ’の値の半分になるのは第１図の場
合と同様である。なお歯車軸を断面で示したもの社装置
された軸である。

第６図は第１７１８図に対応させている。第１．５図の
出力歯車ダが出力ベルト車み、ベルトＩ、ａに変ってい
る。歯車／の軸受／ｂは水平方向にだけ動けるように規
制されている。この場合は、歯車ｌはベルト６αによシ
自由回転を制せられ、荷重計３が計測する歯車軸１５の
横向力は摩擦を無視すれば伝達力Ｆに等しくなる。

第７図はｊＫ１９．２０図に対応するもので、＃８６図
の計測歯車ｌ同様、ベルト車６、ベルト６αによシ拘束
され、歯車軸／ａは駆動歯車二の軸を中央支点とするビ
ームＳ′と、その他端に当てた荷重計３によシ回動を制
せられている。従って、この場合も荷重計３の計測値ｆ
はビーム５１反対端の歯車軸／αに対する反力ｆ′に等
しく、それは又、歯車／、２の歯先間伝達カＦに等しい
。

第８図のものはトルク検出のため特に歯車を加えること
なく、伝動歯車系中の任意の受動、駆動歯車／、２を選
び、その受動歯車／を開側歯車とし′て、その軸受／ｂ
を少し浮かして、軸受台との間に荷重計３を介入させた
だけの例である。軸受／ｂを浮かす手段は任意で、図の
ように締付ボルト７を両側ともゆるめて荷重計３を中央
に入れ＼ば計測値ｆが伝達力Ｆそのま＼に得られるが、
片側だけゆるめ、その側に荷重計３を入れて、計測値を
補正してもよい。なお締付ボルトをゆるめても、軸受が
両歯車離反方向の力で動かないような工夫は必要である
。

以上の力学的な説明はすべて摩擦を無視しているが、巻
取トルクのフィードバック制御、その他のトルク制御に
は摩擦による誤差を無視しても実用上支障のない場合が
大部分である。トルクそのものの値を検出するのでなく
、一定のトルクからの変化を検出して、こｊ、に対応す
る制御が主であるから、学術的に正確な値でなく、概略
の変化量が分るだけでも充分に役立つ。

次に上記トルク検出方法を応用した巻取トルク検出装置
の発明の構成、実施態様を第９図以下によって説明する
。

第９図は巻取装置の一例を示すもので、広幅シートＳが
スリツタータにより数条に分割され、中央のタッチロー
ラｇに接した両側の巻軸１０に振分けて巻取られる。巻
軸ｌθは夫々の巻取アーム／／の先端に付いて回転駆動
される。巻取アームｌ／は巻軸１０に巻取ったシートＳ
の巻き太りにつれ次第にタッチローラざから離れるよう
に起き上り、用要素巻上げたら図のように真直ぐ上に立
上って、巻上げたシートロールＲをクレーンへ渡し、新
しい巻軸を装着するのである。

巻取アームは図の実施例のように文字通シ揺動腕の感じ
のもののほか、腕という感じにはほど遠いブロック体で
、タッチローラに対し直線的に接近離反するものもある
。この巻取アームは駆動源であるモータ又はラインシャ
フト（共通駆動軸）から先端の巻取軸までの伝動機構を
付けている。巻取アームが一対だけの場合は熱論のとと
、第９図の実施例のヌリツタ付巻取装置のように巻取ア
ームを複数対備えた場合も、夫々のシートロール品質を
高めるためには各個に巻取トルク制御を行わねばならな
い。従って、各巻取アームに取付けられる簡素なトルク
検出装置が心機である。

従来は巻取アームの駆動機構にベルト部分を加え、この
ベルトの途中を周知の張力検出装置に通して張力をめ、
これをトルクに換算していた。この検出方法は全体とし
て大きな容積を占める事、ベルトは使用につれて伸びる
ため調整を要し、検出精度が不確実である事、ベルトを
用いない駆動機構に適用できない事などの問題点があっ
た。

この発明のトルク検出方法は歯車を対象とするため、上
の問題点を一掃した巻取トルク検出装置が得られるので
ある。

亀１０．１１図は第１図のトルク検出方法説明図を具体
化したトルク検出装置を示すもので、巻取アームｌ／に
取付けているが、巻取装置以外の駆動機構のフレームに
も、そのま＼取付けられる実施例である。

この場合は巻取アーム／／を貫通した上下の軸穴ｌコ、
／３に出力歯車亭、駆動（入力）歯車コの軸を通し、中
間に第１図の計測歯車／を入れ、その軸受ノｂは、アー
ム７７表面に立てた拘束枠／り。

ｉｓ間の二本の水平案内棒１６を貫通させている。

従って歯車／の軸１８は歯車ケ、−の共通中心線Ｃに直
角力水平方向に移動可能であり、その移動を荷重計３を
介して拘束枠ｌ！に付けた調節ネジ１７により抑えられ
ている。拘束枠ｌψ側の調節ネジ／ざは軸受ｌｂの中心
を中心線Ｃに合わせるためのものである。

つｔシ第１０．１１図の実施例のトルク検出装置は計測
歯車１１その軸受／ｂ、拘束枠／４！、／！、案内棒／
６、繭後の調節ネジ／ｌ、／ｇ　、及び荷重計３ですべ
てであり、極めて簡素である。荷重計３の検出値ｆの１
／２が歯車／、ココ歯先間達力Ｆである事はさきに説明
したとおりであり、そのＦに歯車／又はコの半径を乗ず
れば夫々のトルクとなる事はいうまでも々い。

第１２図以下の実施例は第９図の巻取アーム／ｌにこの
発明装置を適用したものであるが、第１２〜１６図は歯
車だけの場合、第１７図以下はベルトが加わる場合を示
す。まず歯車だけの場合を概説すれば、先端に付けた巻
取軸１０　（第９図）を回転駆動する巻取アーム／／の
伝動機構において、駆動歯車コと出力歯車ダとの間に、
両歯車と中心線Ｃをはｙ共通にする計測歯車／を備え、
またその計測歯車／の軸ｉａの、共通中心線Ｃに直角方
向の移動を制するように設けたロードセル等の荷重計３
を含む支持機構を備えることを特徴とする巻取トルク検
出装置である。

第１２〜１６図の出力歯車ダ、駆動歯車コ、これらの間
の計測歯車ｌの王者の関係は、第１図、第１０図のそれ
と変らない。第１５１５図に示すラインシャフトｌりに
より各巻取アーム／／基部の駆動歯車−が回され、計測
−車／を介して出力歯車ダが回ると磁粉クラッチ２０の
外殻が回り、電気的に一定トルクに調節された磁粉クラ
ッチ出力軸コＯαが回る。これによりベルト６αを介し
て巻取軸ｔｏ’（この場合、巻芯両端を挾持する押コツ
プ）を回す構造である。この第１２〜１６図の実施例は
磁粉クラッチ２０やベルト６ｃに達する前の伝達トルク
を計測するものである。そのトルク検出機構は第５図で
説明したとおりである。計測歯車／の軸ｌαはビーム５
の下端を貫通しており、そのビームＳが出力歯車ヶの軸
ｌαのまわシに回動するのをビーム！上端の突起２／に
当った荷重計３とアームｌｌ側の調節ネジ／７とが制し
ている。

第５図の場合、ビームＳの支点が中央部にあったから／
　、　ｆ’が等しく、その１／２が伝達推力Ｆとしてめ
られた。、ｉ１２．１５図の実施例ではビームＳの支点
である出力歯車軸軸から荷重計３接触部までの距離ｌと
、中間受動歯車軸／、までの距離ｍとが等しくないから
、伝達力Ｆ＝１／２・Ｉ！廓・ｆとなる。

第１７図以下の二実施例は磁粉クラッチ出力軸ＳＯαの
先の歯車を駆動歯車コとし、ベルト車６つき計測歯車ｌ
によシ巻取トルクを検出するものである。いずれも計測
歯車／が同軸に付いたベルト車番の軸／αの、計測歯車
／とその駆動歯車コとの共通中心線Ｃに直角方向以外の
動きを制する軸支機構、つまり第１７．１８図の水平拘
束材ココ、軸受／６％　第１９２０図のビーム枠Ｓ′を
備え、またベルト車番の軸／ａの、共通中心線Ｃに直角
方向の動きを制するように設けたロードセル等の荷重計
３を含む支持機構、第１７図の保持材、２３、第２０図
の押ネジ／７，７ｇを備えることを特徴とする巻取トル
ク検出装置である。

第１２．１５図では磁粉クラッチ２ｏへ入る伝達トルク
を検出したが、第１７．１８図の実施例は磁粉クラッチ
コθから出た伝達トルクを検出するもので、フィードバ
ック制御用によい。即ち磁粉クラッチ出力軸−〇〇先端
の歯車を第６図の駆動歯車−とし、これに噛合うベルト
車６付き歯車を計測歯車／として、両者の間の伝達力Ｆ
をめるようにしたものである。計測歯車ｌのトルクを巻
取軸１０’へ伝えるのはベルト６ｃＬで、その張力を受
ける軸受／ｂを水平拘束材：ｔコで支えるため、軸受ｉ
ｂの水平（共通中心線Ｃに直角方向）反力を計測する荷
重計３の値には摩擦の影響が相当に加わる。従って第６
図の計測値ｆに軸受、案内材間摩擦力を加えて補正した
ものが伝達力Ｆに等しくなるのであるが、伝達力Ｆの変
化量を検出してフィードバック制御する場合には、その
ま＼利用できる。

第１９．２０図の実施例は第７図に示したようにベルト
車６兼計測歯車軸／ａを揺動ビーム枠り′上端に通して
ベルト６αの張力を支えるので、摩擦の影響は前例より
少い。ビーム枠Ｓ′は軸／ａを両端支持するため第１９
図に現われたような溝形をなし、駆動歯車コの軸を支点
とし、下端に荷重計３を当て＼いる。支点から歯車軸／
ａ、荷重計３接触点までを等距離にしているから、第７
図のように荷重計計測値ｆが伝達力Ｆに＃１ソ等しくな
る。

以上、少数の実施例によって説明したが、この発明の方
法、装置は、実施に当る技術者の公知技術によシ、実施
条件に合わせて多様に変化、応用し得ることはいうまで
もなく、巻取装置以外への用途も少くない。実施例は共
通中心線に直角な方向の力を荷重計で検出しているが、
必要に応じて斜方向の力を検出し補正する場合もあり得
ることはいうまでもない。

この発明は学術的な測定精度にこだわらず、トルク制御
に必要にして充分な精度のトルク検出方法を提供し得た
。またその簡素さを利用して巻取トルクを巻取アーム各
個に計測する巻取トルク検出装置をも提供した。

動力伝達系中の歯車軸の反力を計測するので、従来の軸
のねじれ歪計測による方法のように軸の長さが問題にな
らず装置も極めて簡素になる。

所要空間が小さいため、各種機械、装置の回転トルク計
測が著しく容易になるが、特に巻取装置の場合、巻取軸
に近い位置にこの検出装置を付ける事によシ、巻取軸の
巻取り駆動力つまシ巻取トルクを最も精度よくフィード
バック制御でき、シートロール成長につれ巻取トルクを
常時、最適値に制御し得るため巻取品質を著しく向上せ
しめられるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法の一実施例説明図、第２図はその
力学的説明図、第５．４図は歯車配置を変えた同様実施
例とその力学的説明図、第５．６．７．８図は他の四実
施例説明図、第９図は巻取装置の一例説明図、第１０，
１１図はこの発明装置の一実施例の正面図、側面図、第
１２．１３図は同じく他の実施例を適用した巻取アーム
の立面図、側面図、第１４．１５．１６図はその要部拡
大立面図、側面図、平面図、ＪＩＢ１７．１８図はさら
に他の実施例の立面図、側面図、第１９．２０図はさら
に別の実施例の立面図、側面図である。 ／・・・計測歯車、／ｂ・・・同軸受（軸支機構）、コ
・・・駆動歯車、３・・・荷重計、ダ・・・出力歯車、
／／・・・巻取アーム、／７，１ｇ・・・調節ネジ（支
持機構）、：１．３・・・荷重針保持材。 第１図 塩５図 第３図 第６図　＠７図 手続補正音（自１ｌＡ） 昭和５８年１１月６日 特８↑庁長官　志　賀　学　殿 １、本件の表示 特願昭５８−１４３１３４号 ２、発明の名称 トルク検出方法及び巻取トルク検出装置３６補正をする
者 事件との関係　出願人 株式会社　片間機械製作所 ４、代　理　人 〒１０５東京都港区西新橋１−１１−１３粕屋ビル４３
２４　弁理士　福　１）　信　行 ７、補正の内容 （＋）発明の詳細な説明中を以下の通り補正する。 ■あ７頁下から２行目〜第８買上から２行目の「この巻
取アーム・・・伯けている。」を、「この巻取アームは
駆動源である巻軸毎に専用に設けたモータ又はラインシ
ャフト（共通駆動軸）から先端の巻取軸までの伝動機構
を付けている。」に訂正。 ■第１４頁上から１行目から同頁上から５行目の「以上
、・・・少なくない、」を、ｒ以上、少数の実施例によ
って説明したが、この発明の方法、装置は、実施に当る
技術者の公知技術により、実施条件に合わせて多様に変
化、応用し得ることはいうまでもない０例えば、装置は
第９図に示したような中央に左右共通のタッチローラを
備え、巻取アーム側を揺動させるようにした形式の巻取
装置ではなく、左側右側に一木づつの長いタッチローラ
を備えた形式、各巻軸毎の短いタッチローラを個別に備
えた形式、巻軸は常時巻取アームによって定位置に支持
されており、タッチローラがシートロールの巻太りに伴
い離反する形式、流体圧シリンダ等を揺動可能なタッチ
ローラに設けておき、揺動する巻取アームの先端のシー
トロールがシート巻取中もほぼ一定位置にいるようにタ
ッチローラをシートロール表面に押し付けるようにした
形式等の巻取装置でもよい０巻軸を、中心軸の回転を、
これに外挿した多数の細幅カラーを介して１巻芯等に伝
達する、いわゆるフリクション式巻軸とすれば、一本の
巻軸で複数のシートロールを巻上ることもできる。更に
、巻取装置は先述の分割巻取装置ではなく、広幅帯状シ
ートの耳部のみを切落す機能を有する巻替装置、或いは
単に長尺な帯状シートを所要の長さに巻取る巻替装置で
もよい、又、巻取装置以外への用途も少なくない、」に
訂正。 以　上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）計測歯車の軸を、該歯車とその駆動歯車との共通
   中心線と交叉する方向の移動を制するようロードセル等
   の荷重計を介して直接又は間接に支持し、上記両歯車の
   動力伝達時、上記荷重計の計測値から両歯車歯先間の共
   通接線方向伝達力をめ、これよシ伝達トルク又はその変
   化量を算出することを特徴とするトルク検出方法。
2. （２）先端に付けた巻取軸を回転駆動する巻取アームの
   伝動機構において、 駆動歯車と出力歯車との間に、両歯車と中心線をはｙ共
   通にする計測歯車を備え、また上記計測歯車の軸の、上
   記共通中心線と交叉方向の移動を制するように設けたロ
   ードセル等の荷重計を含む支持機構を備えることを特徴
   とする巻取トルク検出装置。
3. （３）先端に付は次巻取軸を回転駆動する巻取アームの
   伝動機構において、 計測歯車が同軸に付いたベルト車の軸の、上記計測歯車
   とその駆動歯車との共通中心線に直角方向以外の動きを
   制する軸支機構と、上記ベルト車の軸の、上記共通中心
   線と交叉方向の動きを制するように設けたロードセル等
   の荷重計を含む支持機構とを備えることを特徴とする巻
   取トルク検出装置。