断続なトルクを与える方法とは？

大昔、カムを使った生産機械でどこまで高速にできるか実験していた、、、傍にいましたが、五月蠅いの何の、、、

＞5000rpm　→12msec／ｒ　on/off それぞれ１～２msec　？

メカの限界を越えていると思います。　要素としてカムクラッチが使えそうだが
　　http://www.tsubakimoto.jp/tem/pdf/manual/cc/cc-guide.pdf
　　最大1200回／分

＞モーターを先端につなげれば出来る

これで充分過ぎるほどウリに出来る技術では？

何をやりたいか分らないが

インパクトレンチ(ドライバー)などの機構と同じでは？

場合によっては市販品の機構部を移植も可能では
でも 回転が速いのでそのままでは難しいかも。

>先端に断続的に（例えば1回転に1回）任意のトルク（20N・m程度）をかける方法
5000rpmというと空圧モーターでしょうか？
トルクの与え方がパルス上またはのこぎり歯状で良いのでしょうか？
回転数が高いので精度よくできるかわかりませんが、トルクレリーサやリミ
ッターを中間に設置すれば、可能だと思います。
非接触の伝達機構も有りますが、電磁石式ならトルク調整ができるかも知れ
ません。

ワンウェイクラッチ（例えば、自転車の後輪のスプロケットにセットされている物）
を上手く利用できませんか？

右回り時には空回り（無負荷に近い）、左回り時には負荷が掛かる回転が、ワンウェイ
クラッチです。
そして、右回り時には空回り（無負荷に近い）で自転車のスプロケットは廻りますが、
これは、軸が無回転で固定使用のためです。
軸が、スプロケットよりほんの少しだけ速く回ると、軸に対してスプロケットは左回り回転
となり負荷が掛かる状態になります。
この関係を上手く利用するのです。（詳しい記述は言えませんが）

簡単には、ブレーキ機構を取り付けです。（メンテナンスが必要となりますが）
ディスクブレーキ機構を追加ですかね。