JP2014142027A

JP2014142027A - 減速装置

Info

Publication number: JP2014142027A
Application number: JP2013011421A
Authority: JP
Inventors: Hikarikaku Tamura; 光拡田村; Hidetaka Yamashita; 英隆山下
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】様々な減速機構を有する減速装置の出力トルクをより好適に検知する。
【解決手段】減速機１０４は、ホロー構造の出力シャフト１２２と、出力シャフト１２２に内挿され、相手機械の被駆動シャフト１２４を環囲するトルク検知ブッシュ１２６と、を備える。出力シャフト１２２とトルク検知ブッシュ１２６とは、出力シャフト１２２の回転によってトルク検知ブッシュ１２６が回転し、かつ、出力シャフト１２２の回転によってトルク検知ブッシュ１２６に出力軸方向の力が作用するよう、係合される。トルク検知ブッシュ１２６の内周側には、トルク検知ブッシュ１２６と被駆動シャフト１２４との相対的な回転を制限する制限機構が設けられる。減速機１０４は、トルク検知ブッシュ１２６に作用する出力軸方向の力を検知するロードセル１７２を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ホロー構造の出力シャフトを備える減速装置に関する。

ギヤモータは、クレーンなどの大型可動装置の足回りやベルトコンベヤのローラ駆動などに用いられており、その適用範囲は広い。ギヤモータは一般に原動機と減速機とを備えており、減速機の出力シャフトに相手機械の被駆動シャフトを取り付けて使用される。

減速機には通常、過負荷から保護するための装置が取り付けられている。従来、この装置を減速機の入力段に配置することで、コンパクト化し安価にすることが知られている。しかしながら、この手法は、出力段までの機械効率等の影響から、出力シャフトで発生しているトルクを検出する手段としては正確性で劣る。

また、特許文献１に記載される駆動装置のように、減速機を構成するハスバ歯車やベベルギヤにセンサを取り付けることでトルクを検知する技術が知られている。

特開２００１−１２４１５３号公報

しかしながら、ハスバ歯車やベベルギヤのかみ合いのスラスト分力を検知するタイプでは、歯車同士がずれることが検知の前提となっているので、動力伝達の面では好ましくない。また、減速機が主に平歯車などのスラスト分力を発生させない歯車で構成されている場合には、特許文献１に記載されるような手法を適用することは困難である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は様々な減速機構を有する減速装置の出力トルクをより好適に検知できる技術の提供にある。

本発明のある態様は減速装置に関する。この減速装置は、ホロー構造の出力シャフトと、出力シャフトに内挿され、相手機械の被駆動シャフトを環囲するブッシュと、を備える減速装置である。出力シャフトとブッシュとは、出力シャフトの回転によってブッシュが回転し、かつ、出力シャフトの回転によってブッシュに出力シャフトが延在する延在方向の力が作用するよう、係合される。ブッシュの内周側には、ブッシュと被駆動シャフトとの相対的な回転を制限する制限機構が設けられる。本減速装置はさらに、ブッシュに作用する延在方向の力を検知する検知手段を備える。

なお、以上の要素の任意の組み合わせや、本発明の要素や表現を装置、方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、様々な減速機構を有する減速装置の出力トルクをより好適に検知できる。

実施の形態に係るギヤモータを備えるベルトコンベヤシステムの斜視図である。被駆動シャフトと連結された図１の減速機の断面図である。図１の減速機の要部の断面斜視図である。第１変形例に係る減速機の断面図である。第２変形例に係る減速機の断面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係るギヤモータ１００を備えるベルトコンベヤシステム２の斜視図である。ベルトコンベヤシステム２は、コンベヤベルト１１０と、第１従動ローラ１１２と、第２従動ローラ１１４と、駆動ローラ１１６と、第１フレーム１１８と、第２フレーム１１９と、トルクアーム１０６と、を備える。

第１従動ローラ１１２、第２従動ローラ１１４および駆動ローラ１１６はこの順に、実質的に水平方向に並んで配置される。コンベヤベルト１１０は、これら３つのローラの周りに巻き回される。第１従動ローラ１１２、第２従動ローラ１１４および駆動ローラ１１６のそれぞれのシャフト（第１従動ローラ１１２のシャフトおよび第２従動ローラ１１４のシャフトは不図示、駆動ローラ１１６のシャフトは図２で図示）の一端は、第１フレーム１１８に軸受（不図示）を介して回転可能に取り付けられ、他端は、第２フレーム１１９に軸受（不図示）を介して回転可能に取り付けられる。第１フレーム１１８および第２フレーム１１９は、ベルトコンベヤシステム２が配置される工場などの建物の床に対して固定される。建物の床は外部部材であるが、外部部材は床の他に、例えば柱や壁や別の装置であってもよい。

駆動ローラ１１６のシャフト（以下、被駆動シャフトと称す）は、第１フレーム１１８を貫通し、したがって第１フレーム１１８の駆動ローラ１１６とは反対側に露出する部分（以下、露出部分と称す）を有する。

ギヤモータ１００は駆動ローラ１１６を回転させるべく被駆動シャフトの露出部分に取り付けられる。ギヤモータ１００は、モータ１０２と、減速機１０４と、を含む。モータ１０２は電動モータである。減速機１０４は直交減速機であり、入力シャフト（不図示）は出力シャフトと略直交する。

減速機１０４は、原動機としてのモータ１０２と被動機としての駆動ローラ１１６との間に位置する。減速機１０４は、モータ１０２の回転を駆動ローラ１１６に伝達する。この際、減速機１０４は、モータ１０２によって減速機１０４の入力シャフト（不図示）に提供される回転速度およびトルクを、駆動ローラ１１６に必要な回転速度およびトルクに変換し、減速機１０４の出力シャフトを介して被駆動シャフトに与える。

トルクアーム１０６は、ギヤモータ１００の被駆動シャフトの周りの回転を防止する。トルクアーム１０６がギヤモータ１００から取り外された場合、ギヤモータ１００の被駆動シャフトに対する角度位置は不定となる。トルクアーム１０６は、ギヤモータ１００の被駆動シャフトに対する角度位置が略一定となるよう、ギヤモータ１００を支持する。特にトルクアーム１０６はギヤモータ１００に回転反力を与える。一例では、ギヤモータ１００の姿勢はトルクアーム１０６のみによって定まる。ギヤモータ１００は、トルクアーム１０６、被駆動シャフトおよびモータ１０２への電気配線を除いて、直接外部部材に機械的に固定されていない。

トルクアーム１０６の一端１０６ａは減速機１０４の筐体にボルトにより固定されている。トルクアーム１０６の他端１０６ｂは取り付け板１２０にボルトにより固定されている。取り付け板１２０は工場の床に固定された板である。

図２は、被駆動シャフト１２４と連結された減速機１０４の断面図である。減速機１０４の出力シャフト１２２はホロー構造を有しており、トルク検知ブッシュ１２６を介してソリッド（中実）型の被駆動シャフト１２４と機械的に連結される。

減速機１０４は、ベベルピニオンシャフト１２８に形成されたベベルピニオン１３０と、出力シャフト１２２に固定されたベベルギヤ１３２と、を備える。モータ１０２の回転は、ベベルピニオン１３０とベベルギヤ１３２とのかみ合いを介して減速されながら出力シャフト１２２に伝達される。ベベルピニオンシャフト１２８は減速機１０４の入力シャフトの回転を受けて回転する。

減速機１０４の筐体１３４は、ベベルピニオンシャフト１２８を回転自在に支持する第１筐体部分１４０と、駆動ローラ１１６とは反対側の第１筐体部分１４０の開口１４０ａを閉塞する第２筐体部分１４２と、を有する。第２筐体部分１４２は複数のボルト１４４によって第１筐体部分１４０に固定される。

ベベルピニオンシャフト１２８は、第１筐体部分１４０に組み込まれた一対の円錐ころ軸受１５６、１５８によって回転自在に支持されている。第１筐体部分１４０とベベルピニオンシャフト１２８との間のうち一対の円錐ころ軸受１５６、１５８によって挟まれる部分には、オイルシール（シール部材）１６０が２個並んで配置されている。

ベベルギヤ１３２は出力シャフト１２２に、キー連結により固定される。出力シャフト１２２の外周面には第１キー凹部１２２ａが形成され、ベベルギヤ１３２の内周面には対応する第２キー凹部１３２ａが形成される。第１キー凹部１２２ａおよび第２キー凹部１３２ａには第１キー１６２が嵌め込まれる。

出力シャフト１２２は減速機１０４の筐体１３４を貫通しており、その内側に第１中空部１３６を規定する。トルク検知ブッシュ１２６は、第１中空部１３６に挿入される。トルク検知ブッシュ１２６はホロー構造を有しており、その内側に第２中空部１３８を規定する。被駆動シャフト１２４は、第２中空部１３８に挿入される。すなわち、トルク検知ブッシュ１２６は出力シャフト１２２に内挿されると共に、被駆動シャフト１２４を環囲する。

出力シャフト１２２は、第１筐体部分１４０と第２筐体部分１４２にそれぞれ組み込まれた一対の円錐ころ軸受１４６、１４８によって回転自在に両持ち支持されている。第１筐体部分１４０と第２筐体部分１４２との間にはＯリング（シール部材）１５０が配置されている。

以下、出力シャフト１２２が延在する方向を出力軸方向と称す。言い換えると、出力シャフト１２２は出力軸方向に沿って延在する。また、図２の例に倣い、出力軸方向に沿って駆動ローラ１１６に近づく向きを右向き、遠ざかる向きを左向きと称す。また、部材の駆動ローラ１１６に面する側を右側、その反対側を左側と称す。

第１筐体部分１４０と出力シャフト１２２との間のうち円錐ころ軸受１４６の右側となる部分には、オイルシール（シール部材）１５２が２個並んで配置されている。第２筐体部分１４２と出力シャフト１２２との間のうち円錐ころ軸受１４８の左側となる部分には、オイルシール（シール部材）１５４が２個並んで配置されている。

出力シャフト１２２の左側の端部にはカバープレート１６４が複数のボルト１６６によって固定されている。カバープレート１６４の右側の面には、無線通信可能なロードセル１７２が取り付けられている。ロードセル１７２の検知面はトルク検知ブッシュ１２６の左側の端面１２６ｂと当接する。ロードセル１７２は、トルク検知ブッシュ１２６に作用する出力軸方向の力（スラスト力）を検知し、検知結果を無線で外部の受信機（不図示）に送信する。ロードセル１７２はバッテリ駆動であってもよい。

出力シャフト１２２の右側の端部には、ストッパ部材１６８が複数のボルト１７０によって固定されている。ストッパ部材１６８はディスク状の部材であり、被駆動シャフト１２４はストッパ部材１６８に遊嵌される。特にストッパ部材１６８の内径は被駆動シャフト１２４の外径と出力シャフト１２２の内径との間である。したがって、ストッパ部材１６８の内周側は、出力シャフト１２２の右側の端面１２２ｂから半径方向内向きに突出する。トルク検知ブッシュ１２６の右側の端面１２６ａがストッパ部材１６８の突出した部分に当たることにより、トルク検知ブッシュ１２６の出力軸方向の移動が制限される。

トルク検知ブッシュ１２６の内周側には、トルク検知ブッシュ１２６と被駆動シャフト１２４との相対的な回転を制限する制限機構が設けられる。この制限機構は、相対的な回転を制限する一方、トルク検知ブッシュ１２６が被駆動シャフト１２４に対して出力軸方向に移動可能となるよう構成される。より具体的には、トルク検知ブッシュ１２６は被駆動シャフト１２４に、キー連結により固定される。被駆動シャフト１２４の外周面には第３キー凹部１２４ａが形成され、トルク検知ブッシュ１２６の内周面には対応する第４キー凹部１２６ｃが形成される。特に第４キー凹部１２６ｃは、出力軸方向に沿って、トルク検知ブッシュ１２６の全長に亘って形成されたキー溝である。第３キー凹部１２４ａおよび第４キー凹部１２６ｃには第２キー１７４が嵌め込まれる。第２キー１７４は、トルク検知ブッシュ１２６と被駆動シャフト１２４との相対的な回転を制限する。

第２キー１７４は第４キー凹部１２６ｃに沿って第４キー凹部１２６ｃのなかで摺動することができる。したがって、トルク検知ブッシュ１２６は被駆動シャフト１２４に対して、ストッパ部材１６８による制限はあるものの、出力軸方向にある程度移動可能となっている。すなわち、トルク検知ブッシュ１２６は第２キー１７４に対して出力軸方向に移動可能となるよう被駆動シャフト１２４に連結される。

出力シャフト１２２には半径方向に沿った貫通孔である連通路１７６が形成される。連通路１７６の一端は減速機１０４の内部空間１７８に開口し、他端は出力シャフト１２２の第１中空部１３６に開口する。減速機１０４の内部空間１７８に存在する潤滑剤は、連通路１７６を通じて出力シャフト１２２とトルク検知ブッシュ１２６との係合部に供給される。

出力シャフト１２２とトルク検知ブッシュ１２６とは、出力シャフト１２２の回転によってトルク検知ブッシュ１２６が回転し、かつ、出力シャフト１２２の回転によってトルク検知ブッシュ１２６に出力軸方向の力が作用するよう、係合される。

図３は、減速機１０４の要部の断面斜視図である。出力シャフト１２２とトルク検知ブッシュ１２６とはヘリカルスプラインにより係合される。トルク検知ブッシュ１２６の外周面１２６ｄには雄ヘリカルスプラインが形成され、出力シャフト１２２の内周面１２２ｃには対応する雌ヘリカルスプラインが形成され、雌雄のヘリカルスプラインは互いにかみ合っている。このヘリカルスプラインを介して出力シャフト１２２からトルク検知ブッシュ１２６へトルクが伝達される。ヘリカルスプラインは、伝達されるトルクのうちの所定の割合を、トルク検知ブッシュ１２６に作用する出力軸方向左向き（ロードセル１７２に向かう向き）の力に変換する。

本実施の形態に係るギヤモータ１００によると、トルク検知ブッシュ１２６に作用する出力軸方向左向きの力をロードセル１７２によって検知することで、減速機１０４の出力トルクを計測することができる。したがって、減速機１０４のギヤにセンサを取り付ける等の減速機１０４の内部構造への追加や変更を行うことなく、減速機１０４の出力トルクをより出力シャフト１２２に近い側で検知することができる。その結果、例えばより正確な出力トルクの値に基づくより効率的かつ確実な過負荷に対する保護を実現できる。

また、本実施の形態に係るギヤモータ１００では、減速機１０４で使用されるギヤの種類によらずに出力トルクを計測することができる。したがって、本実施の形態に係る技術的思想は、ギヤ構造を異にするより多くの種類の減速機に適用可能である。

また、本実施の形態に係るギヤモータ１００では、トルク検知ブッシュ１２６は被駆動シャフト１２４に対して出力軸方向に移動可能である。したがって、トルク検知ブッシュ１２６と出力軸方向で対向するロードセル１７２による、トルク検知ブッシュ１２６に作用する出力軸方向の力の検知が可能となる。すなわち、本実施の形態では、あえてフロートしたトルク検知ブッシュ１２６を出力シャフト１２２と被駆動シャフト１２４とに介在させ、そのトルク検知ブッシュ１２６を圧力センサに作用させて出力トルクを測定している。本発明者は当業者としての経験から、トルク検知ブッシュ１２６を設けるほうが減速機１０４の内部構造を変更するよりも、コストの面でも、手間の面でも、測定正確性の面でも優れていることを見出した。

また、本実施の形態に係るギヤモータ１００では、出力シャフト１２２に連通路１７６が設けられ、連通路１７６を介してヘリカルスプラインに潤滑剤が供給される。したがって、ヘリカルスプラインにおけるフレッティングを抑制できる。フレッティングは、２部材間で振動などにより微小な相対滑りが繰り返し発生し、表面損傷が生じる現象である。特に本実施の形態では、トルク検知ブッシュ１２６は出力シャフト１２２に対して頻繁に（微少量ながら）移動するので、連通路１７６によるフレッティング抑制効果は顕著である。

以上、実施の形態に係るギヤモータ１００の構成および動作について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、トルク検知ブッシュ１２６の左側の端面１２６ｂがロードセル１７２に接触する場合について説明したが、これに限られない。例えば、減速機は、トルク検知ブッシュの左側の端面と出力軸方向において対向する対向部を備え、対向部は、トルク検知ブッシュに作用する出力軸方向の力をロードセルに伝達するよう構成されてもよい。

図４は、第１変形例に係る減速機２０４の断面図である。トルク検知ブッシュ２２６の左側の端部とロードセル１７２との間には対向部２０８が介在する。対向部２０８は、大径部と、大径部よりも小径の小径部と、を有する。小径部は大径部の左側に設けられる。トルク検知ブッシュ２２６の左側の端面２２６ａは大径部に当接し、小径部はロードセル１７２に当接する。

本変形例によると、トルク検知ブッシュ２２６のホロー径を、ロードセル１７２のサイズに依らずに自由に設定することができる。ホロー径とロードセル１７２のサイズとの齟齬を対向部２０８によって吸収できるからである。

実施の形態では、無線通信可能なロードセル１７２を使用する場合について説明したが、これに限られない。例えば、スリップリングを介してロードセルに電力を供給してもよく、またロードセルによる検知結果をスリップリングを介して外部の受信機に送信してもよい。また、減速機は、減速機の筐体に固定され、ロードセルと配線により電気的に接続された信号伝達手段を備え、その信号伝達手段は、配線を介してロードセルにおける検知結果を取得し、取得された検知結果を外部の受信機に送信してもよい。

図５は、第２変形例に係る減速機３０４の断面図である。出力シャフト１２２の左側の端部にはリング状のカバーリング３６４が複数のボルト３６６によって固定されている。カバーリング３６４の右側には、ロードセル３７２が複数のボルト３７３によって固定されている。ロードセル３７２の検知面は対向部２０８の小径部に当接する。

減速機３０４の筐体３３４は、第１筐体部分１４０と、第２筐体部分１４２と、出力シャフト１２２の左側（例えば、カバーリング３６４）を覆うように第２筐体部分１４２の左側に複数のボルト３４５によって固定された第３筐体部分３４３と、を有する。

第３筐体部分３４３のうち出力シャフト１２２の回転軸と交差する部分には、信号伝達手段３９０が固定される。信号伝達手段３９０は、回転部分３９２と、第１非回転部分３９４と、第２非回転部分３９６と、を有する。回転部分３９２は、ロードセル３７２と３本の電気配線により電気的に接続される。回転部分３９２は非回転部分３９４、３９６に対して回転可能に構成される。第１非回転部分３９４および第２非回転部分３９６は一体的な部材であるが、第１非回転部分３９４は第２非回転部分３９６よりも大径に構成される。第２非回転部分３９６は第３筐体部分３４３に設けられた回転軸を中心とする開口３４３ａに嵌め込まれ、芋ネジ３９８によって固定される。第２非回転部分３９６から３本の電気配線が例えば外部の受信機に向けて出ている。回転部分３９２に接続される３本の電気配線はそれぞれ、第２非回転部分３９６から出る３本の電気配線と電気的に対応する。ロードセル３７２における検知結果は、これらの電気配線および信号伝達手段３９０を介して、電気信号として受信機に伝達される。信号伝達手段３９０として、例えばロータリーコネクタが採用されてもよい。

実施の形態では、減速機は直交減速機である場合について説明したが、これに限られず、例えば減速機は平行軸減速機であってもよい。また、減速機構は歯車によるものに限られず、例えば、トラクション機構やベルト−プーリ機構であってもよい。

２ベルトコンベヤシステム、１００ギヤモータ、１０２モータ、１０４減速機、１０６トルクアーム、１２２出力シャフト、１２４被駆動シャフト、１２６トルク検知ブッシュ。

Claims

ホロー構造の出力シャフトと、
前記出力シャフトに内挿され、相手機械の被駆動シャフトを環囲するブッシュと、を備える減速装置であって、
前記出力シャフトと前記ブッシュとは、前記出力シャフトの回転によって前記ブッシュが回転し、かつ、前記出力シャフトの回転によって前記ブッシュに前記出力シャフトが延在する延在方向の力が作用するよう、係合され、
前記ブッシュの内周側には、前記ブッシュと前記被駆動シャフトとの相対的な回転を制限する制限機構が設けられ、
本減速装置はさらに、前記ブッシュに作用する前記延在方向の力を検知する検知手段を備えることを特徴とする減速装置。
前記制限機構は、前記ブッシュが前記被駆動シャフトに対して前記延在方向に移動可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
前記制限機構はキーによって相対的な回転を制限し、
前記ブッシュは前記キーに対して前記延在方向に移動可能となるよう前記被駆動シャフトに連結されることを特徴とする請求項２に記載の減速装置。
前記ブッシュの内周面にはその全長に亘って前記延在方向に前記キーに対応するキー溝が設けられることを特徴とする請求項３に記載の減速装置。
前記出力シャフトには本減速装置の内部に開口する通路が設けられ、
前記減速装置の内部の潤滑剤は、前記通路を通じて前記出力シャフトと前記ブッシュとの係合部に供給されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の減速装置。
前記相手機械とは反対側の前記ブッシュの端部と前記延在方向において対向する対向部をさらに備え、
前記対向部は、前記ブッシュに作用する前記延在方向の力を前記検知手段に伝達するよう構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の減速装置。
前記検知手段は、前記出力シャフトに固定されると共に前記相手機械とは反対側の前記ブッシュの端部と前記延在方向において対向し、
本減速装置は、本減速装置の筐体に固定され、前記検知手段と配線により電気的に接続された信号伝達手段をさらに備え、
前記信号伝達手段は、前記配線を介して前記検知手段における検知結果を取得し、取得された検知結果を外部に伝達することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の減速装置。