JP3918367B2 - トルク検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械等の一般産業機械に使用される、モータと減速機を結合したギヤードモータ等に組み込まれ、軸に一定値以上のトルクが加わると信号を発生するトルク検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械の主軸等を定位置で停止制御する用途に使用されるギヤードモータでは、位置決め用リミットスイッチ調整時の機械的ストッパへの衝突または結合相手機械の連結系統の遊びにより発生する始動時、制動時の衝撃さらには過大な負荷トルクが作用するとモータ、減速機または相手機械が電気的または機械的に損傷することがあるので、一般に相手機械側に一定値以上のトルクが加わるとこれを逃がすトルクリミッタを設けて損傷を防止するようにしていた。例えば特開平3−173332号公報が知られており、モータ軸と歯車軸との連結部に、軸方向にばね作用を行う環状ばねが、回転円盤をライニングに押圧し、一定値以上のトルクが加わるとスリップする構成となっている。または過大な負荷トルクが作用した時に、モータの電流値の増加を検出して、モータを停止または制御するようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
トルクリミッタを設けて損傷を防止する場合には、相手機械側に一定値以上のトルクが加わることは防止できても、モータは回転を続けるので別に回転を停止するための装置を付加する必要があり高価となる。またトルクリミッタ部の摩擦による発熱や、ライニングの寿命と保守や、取付け場所等の問題もあった。モータの電流値の増加を検出する方式の場合には、モータの停止までに数秒の時間を要し急激なトルクの上昇にはすぐに追随することがむずかしく、信頼性の高い保護を行う上で問題があった。
【0004】
この発明の目的は、モータ等の一方の軸に一定値以上のトルクが加わった場合に瞬時に信号を発生してモータ等を停止させる等して、モータ、減速機等または相手機械の損傷を防止し、信頼性の高い保護を行うとともに、発熱や寿命や保守や取付け場所等の問題も解決し、トルク検出部をコンパクトに内蔵することができるようにした、ギヤードモータ等に組み込まれるトルク検出装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明群のトルク検出装置は、モータ軸から歯車軸にトルクを伝達する歯車装置を備えたトルク検出装置において、少なくともどちらか一方の軸の歯車は軸線に対して傾斜した歯を備え、前記傾斜した歯に他方の軸の歯車がかみ合ってトルクを伝達するものであって、前記モータ軸を軸方向に移動可能に軸受と弾性体によって支承し、前記モータ軸が傾斜した歯から発生する軸方向の分力によって前記弾性体の弾性力に抗して軸方向に移動することによって動作するスイッチをモータの外被の内部に設置し、前記スイッチを動作させて信号を発生するものである。このとき、歯車装置としてはすば歯車を使用したり、弾性体を予め一定荷重に圧縮保持したり、スイッチを複数個を動作位置を変えて設置したり、スイッチをモータ軸の軸方向のいずれの方向の移動にも対応してそれぞれ設置したり、ケースとこのケースによって予め一定の荷重が与えられるように圧縮保持された弾性体とから成るばねユニットを前記モータ軸の軸方向のいずれの方向の移動にも対応してそれぞれ設置したりする。
【0006】
この発明によると、モータ等の一方の軸に一定値以上のトルクが加わった場合に瞬時に信号を発生してモータ等を停止させる等して、モータ、減速機等または相手機械の損傷を防止し、信頼性の高い保護を行うとともに、発熱や寿命や保守や取付け場所等の問題も解決し、トルク検出部をコンパクトに内蔵することができるようにした、ギヤードモータ等に組み込まれるトルク検出装置を提供することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図2はこの発明の全体構成図であり、図1はこの発明の実施例1のモータ部分の断面図である。図において、モータ1の運転側の軸受2と、反運転側の軸受3によってモータ軸4が支承されている。モータ軸4の軸端部には、はすば歯車5が加工されており、はすば歯車6とかみあって歯車軸7を介して減速機8にモータのトルクを伝達する。はすば歯車5と、はすば歯車6によって一方の軸から他方の軸にトルクを伝達する歯車装置が構成されている。モータ軸4の運転側の軸受2の内側の隣にはフランジ部9を備えた回転板10が、移動しないように圧入等によって固定され、モータ軸4とともに回転する。モータ1の運転側ブラケット11にホルダ12がねじで固定され、ホルダ12に第一スイッチ13が固定され、前記第一スイッチ13の作動片14の先端は、前記モータ1が通常のトルクで回転している時には前記フランジ部9に接触しないように近接して配置されている。前記モータ軸4を支承する前記反運転側の軸受3の外側の隣には第一弾性体15が反運転側の軸受3と反運転側ブラケット16によって挟持されている。
【0008】
図6は、はすば歯車を示しており、歯17が軸中心線に対して角度θだけ傾斜しているために、歯17にトルクによる荷重Wが加わると歯と直角の方向の分力Wnが発生するとともに軸方向の分力Wtが発生する。前記はすば歯車5においても、これと同様にモータ1の発生トルクに比例して軸方向の分力Wtが発生する。すなわち前記モータ軸4の軸端部の歯車を、はすば歯車にすることによってモータの発生トルクに比例した軸方向の分力Wtを得ることができる。
【0009】
このことは相手の機械の負荷トルクに比例して前記モータ軸4に軸方向の分力Wtが発生することであり、本発明ではこの軸方向の分力Wtが前記モータ軸4に働く。前記軸受2、3を前記運転側ブラケット11前記反運転側ブラケット16に対して軸方向に移動可能に構成することによってモータ軸4は軸方向に移動可能に第一弾性体15によって支承される。軸方向の分力Wtの方向が図6のように左向きの場合には、この軸方向の分力Wtは前記モータ軸4を介して前記第一弾性体15に働き、第一弾性体15の弾性力に抗して第一弾性体15を圧縮して軸を軸方向に左に移動しようとする。
【0010】
相手の機械の負荷トルクが正常な場合には、軸方向の分力Wtによってモータ軸4が前記軸受2、3の外径部ですべって軸方向に左に移動しても前記フランジ部9は前記第一スイッチ13の作動片14の先端に接触しないように予め設定しておく。次に、相手の機械の負荷トルクが正常な値を超えた場合には前記第一弾性体15に正常な値以上の軸方向の分力Wtが働き、第一弾性体15の弾性力に抗して第一弾性体15をさらに圧縮して、モータ軸4は前記軸受2、3の外径部がさらにすべって軸方向に左に移動し、この移動にともなって前記回転板10のフランジ部9もさらに軸方向に左に移動し、フランジ部9は前記第一スイッチ13の作動片14の先端を押して、第一スイッチ13を動作させて電気信号を発生させるように予め設定しておく。この設定によって相手の機械の負荷トルクが正常な場合には電気信号が発生せずモータ1を停止させることはないが、相手の機械の負荷トルクが正常な値を超えた場合には電気信号が発生しこの電気信号によってモータ1を停止させて、モータ1、前記減速機8または相手機械の損傷を防止することができる。
【0011】
前記第一スイッチ13の作動片14の先端は回転しているフランジ部9に接触することになるが、第一スイッチ13が動作しモータが停止するまでの時間が短い場合や、相手の機械の負荷トルクが正常な値を超える時は少ない場合等には、作動片14の先端の摩耗は問題とならない。また前記第一スイッチ13は光電スイッチや近接スイッチ等のような接触する作動片14の無いスイッチを使用することもでき、このことによっても前記摩耗の問題は解決できる。
【0012】
次に図1の応用として前記軸受3の外側の隣の第一弾性体15を前記反運転側の軸受3と前記反運転側ブラケット16によって予め一定荷重に圧縮保持しする場合がある。相手の機械の負荷トルクが正常な場合には、軸方向の分力Wtよりも前記第一弾性体15を圧縮している一定の荷重の方を予め大きく設定しておくことによって、前記モータ軸4は軸方向に左に全く移動しない。相手の機械の負荷トルクが正常な値を超えて軸方向に働いた場合には、この時の軸方向の分力Wtは前記第一弾性体15を圧縮している一定の荷重を超えるように予め設定しておくことによって、第一弾性体15は圧縮されて、モータ軸4は前記軸受2、3の外径部がすべって左の軸方向に移動し前記と同様に電気信号を発生しこの電気信号によってモータ1を停止させることができる。
【0013】
前記第一弾性体15を圧縮している一定の荷重は圧縮量等によって調整することができる。このことによって前記第一スイッチ13の作動片14の先端と前記フランジ部9との隙間は正常な負荷トルク以下では一定値となり停止時にも変わらないので、予め正常な負荷トルクによるモータ軸4の移動量を見込んで隙間を広くする必要が無いので前記第一スイッチ13の設置の調整が容易となる。また正常な負荷トルクでは前記モータ軸4の軸方向の移動が無いのでモータ軸が第一弾性体15によって左右に共振したりすることもなく、よって前記第一スイッチ13の誤動作することを防止することができる。
【0014】
以上の構成と動作は軸が左の軸方向に移動する場合で説明したが、部品の配置を対称に変える等すれば軸が右の軸方向に移動する場合でも同様であるので説明を省略する。または以下の説明によっても軸が右の軸方向に移動する場合が類推できる。モータ1が正回転のみで逆回転はしない用途等にはこの構成を適用することができる。
【0015】
図3はこの発明の実施例2のモータ部分の断面図である。図3は前記図1に対して次を追加した構成になっており、図1と共通する部分は説明を省略する。即ち前記回転板10にもうひとつのフランジ部18を備えており、前記ホルダ12にももうひとつの第二スイッチ19が固定されている。前記モータ軸4を支承する前記運転側の軸受2の隣には第二弾性体20が運転側の軸受2と運転側ブラケット11によって挟持されている。前記軸受2、3を前記運転側ブラケット11前記反運転側ブラケット16に対して軸方向に移動可能に構成することによって、モータ軸4は軸方向の左右に移動可能に第一弾性体15第二弾性体20によって支承される。図1に関して説明したように、この第二弾性体20にも荷重が与えられないかまたは一定の荷重が与えられ圧縮されて前記運転側の軸受2と前記運転側ブラケット11によって挟持されている。すなわち、モータ1が停止しているときには前記第一弾性体15と第二弾性体20の圧縮荷重は釣り合っており、モータ1が回転しているときには前記第一弾性体15の圧縮荷重と第二弾性体20の圧縮荷重と軸方向の分力Wtの荷重の釣り合う軸方向の位置で、モータ軸4は回転する。以上が前記図1に対して追加した構成である。
【0016】
この構成において前記モータ1が通常のトルクで正回転した時にはモータ軸4には軸方向に左向きの分力Wtが働くが前記第一スイッチ13の作動片14の先端は前記フランジ部9に接触しない範囲に設定する。また前記モータ1が逆回転した時には、軸方向の分力Wtが図6と反対の方向に働く。このことから、モータ1が通常のトルクで逆回転した時には、モータ軸4には軸方向に右向きの分力Wtが働くが前記第二スイッチ19の作動片14の先端は前記フランジ部18に接触しない範囲に設定する。
【0017】
前記モータ1のトルクが正常な値を超えてそれぞれ正回転または逆回転した時には、前記第一弾性体15または第二弾性体20に正常な値以上の軸方向の分力Wtが働き、モータ軸4は前記軸受2、3の外径部がすべって軸方向に左または右に移動する。この移動にともなって前記回転板10のフランジ部9または18も軸方向に左または右に移動し、したがってフランジ部9または18は前記第一スイッチ13または第二スイッチ19の作動片14の先端を押して、電気信号を発生させるように設定する。この設定によってモータ1は正常なトルクでそれぞれ正回転または逆回転した時には停止しない。しかし正常な値を超えてそれぞれ正回転または逆回転した時には、前記モータ軸4の左または右の移動が前記第一スイッチ13または第二スイッチ19を動作させて電気信号を発生し、この電気信号によってモータ1を停止することができるので、モータ1、前記減速機8または相手機械の損傷を防止することができる。
【0018】
図4はこの発明の実施例3の運転側の軸受近辺の拡大断面図である。図4は前記図1に対して次を変更した構成になっており、図1と共通する部分は説明を省略する。即ち前記第一スイッチ13を削除して代わりに前記第二スイッチ19を設置し、前記第一弾性体15を削除して代わりに前記運転側の軸受2と前記運転側ブラケット11の間に板ばねユニット24を追加する。図4において前記第二弾性体20は両側に鍔21を備えたケース22と前記ケース内で軸方向に移動可能に保持されたプレート23とによって挟持され、予め一定の荷重が与えられるように圧縮して挟持されて板ばねユニット24を構成している。前記運転側ブラケット11は前記板ばねユニット24の中の前記第二弾性体20が前記プレート23の軸方向の移動によって圧縮されて、前記ケース22の外径部がすべって右の軸方向に移動してもケース22は右に移動できるような空間を備えた構成とする。
【0019】
この構成によって、相手の機械の負荷トルクが正常な場合には、軸方向の分力Wtよりも前記板ばねユニット24の前記第二弾性体20を圧縮している一定の荷重の方を予め大きく設定しておくことによって、前記モータ軸4は軸方向に右に全く移動しない。相手の機械の負荷トルクが正常な値を超えた場合には、この時の軸方向の分力Wtは前記第二弾性体20を圧縮している一定の荷重を超えるように予め設定しておくことによって、第二弾性体20は圧縮されて、モータ軸4は前記軸受2、3、および前記ケース22の外径部がすべって右の軸方向に移動し前記と同様に前記第二スイッチ19を動作させて電気信号を発生しこの電気信号によってモータ1を停止させることができる。図1と同様に軸が左の軸方向に移動する場合も容易に構成できるし、設置の調整が容易となり共振による誤動作も防止することができる。
【0020】
図5はこの発明の実施例4の運転側の軸受近辺の拡大断面図である。実施例4は前記実施例3に対して次を変更した構成になっており、実施例3と共通する部分は説明を省略する。即ち前記第一スイッチ13を追加して第一スイッチ13と前記第二スイッチ19の両方を設置する。また前記反運転側ブラケット16には前記反運転側の軸受3の外側の隣に板ばねユニット24を追加する。前記反運転側ブラケット16は前記板ばねユニット24の中の前記第二弾性体20が前記プレート23の軸方向の移動によって圧縮されて、前記ケース22の外径部がすべって左の軸方向に移動してもケース22は左に移動できるような空間を備えた構成とする。すなわち前記板ばねユニット24は前記軸受2、3の外側の側面に接して対称に設置する。
【0021】
この構成によって、前記モータ1が通常のトルクで正回転または逆回転した時にはモータ軸4は軸方向に移動せずに前記第一スイッチ13または前記第二スイッチ19は動作しない。前記モータ1のトルクが正常な値を超えてそれぞれ正回転または逆回転した時には、前記軸受3または2の外側の側面に接して対称に設置した前記板ばねユニット24が圧縮されて、モータ軸4は前記軸受2、3、および前記ケース22の外径部がすべって左または右のいずれの軸方向にも移動し前記と同様に前記第一スイッチ13または前記第二スイッチ19を動作させて電気信号を発生しこの電気信号によってモータ1を停止させることができる。
【0022】
図7は前記図5において板ばねユニット24による前記モータ軸4の軸方向の移動と板ばねユニット24の荷重の関係とともに、前記モータ1の正回転と逆回転のそれぞれのときの前記第一スイッチ13と前記第二スイッチ19の動作を示す。
【0023】
実施例4によると前記第一スイッチ13および前記第二スイッチ19の設置の調整が容易となる。また正常な負荷トルクでは前記モータ軸4の軸方向の移動が無いので前記モータ1の正回転と逆回転のそれぞれについてモータ軸等の回転部の軸方向の共振が防止でき、前記第一スイッチ13または前記第二スイッチ19の誤動作することを防止することができる。
【0024】
前記はすば歯車5のかわりに、ねじれ歯、丸歯、ねじ歯などの傾斜した歯をそなえた物を使用しても、軸方向の分力Wtが発生するので前記と同一の動作と効果を得ることができる。また前記モータ軸4のかわりに、前記歯車軸7の方を軸方向に移動可能にして前記と同じ構成としても前記と同一の動作と効果を得ることができる。
【0025】
次に図3または図5については前記第一スイッチ13または第二スイッチ19は各々1個を図示しているが、これを各々複数個を動作位置を変えて軸方向に配置することができる。前記で説明したように相手の機械の負荷トルクに比例して前記モータ軸4に軸方向の分力Wtが発生するので、動作位置を変えることによって正常な値を超えた負荷トルク値の大、小でこの複数個をそれぞれ動作させて、最初の動作で警報を発生し、次の動作でモータを停止することもできる。または各々1個であっても前記モータ軸4の移動とともに異なった値の信号を発生するスイッチを使用することによって、これと同様な働きをさせることができる。図3または図5の構成は前記第一スイッチ13または前記第二スイッチ19を前記モータ1の外被25の内部に設置しており、このことによってスイッチ内部に外部からごみや水等が侵入することを防止することができる。
前記モータ1が停止状態から起動する場合に、通常は減速機8の慣性は小さいので負荷トルクは小さく、したがってモータ1の起動トルクで前記第一スイッチ13または前記第二スイッチ19が動作して電気信号が発生されることはない。起動時に負荷トルクが大きく、モータ1の起動トルクで前記第一スイッチ13または前記第二スイッチ19が動作して電気信号が発生する場合には、モータを起動している間だけ、スイッチ13または19の信号を無視して通電を継続するように電源の回路を構成することによって、起動を完了させることができる。
【0026】
【発明の効果】
この発明によれば、モータ等の一方の軸に一定値以上のトルクが加わった場合に瞬時に信号を発生してモータ等を停止させる等して、モータ、減速機等または相手機械の損傷を防止し、信頼性の高い保護を行うとともに、発熱や寿命や保守や取付け場所等の問題も解決し、トルク検出部をコンパクトに内蔵することができるようにした、ギヤードモータ等に組み込まれるトルク検出装置を提供することができる。。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1のモータ部分の断面図
【図2】この発明の全体構成図
【図3】この発明の実施例2のモータ部分の断面図
【図4】この発明の実施例3の運転側の軸受近辺の拡大断面図
【図5】この発明の実施例4の運転側の軸受近辺の拡大断面図
【図6】はすば歯車の荷重説明の側面図
【図7】板ばねユニットの荷重とスイッチの動作の関係図
【符号の説明】
1 モータ
2 軸受
3 軸受
4 モータ軸
5 はすば歯車
6 はすば歯車
7 歯車軸
8 減速機
9 フランジ部
10 回転板
11 運転側ブラケット
12 ホルダ
13 第一スイッチ
14 作動片
15 第一弾性体
16 反運転側ブラケット
17 歯
18 フランジ部
19 第二スイッチ
20 第二弾性体
21 鍔
22 ケース
23 プレート
24 板ばねユニット
25 外被
Claims (7)
- モータ軸から歯車軸にトルクを伝達する歯車装置を備えたトルク検出装置において、少なくともどちらか一方の軸の歯車は軸線に対して傾斜した歯を備え、前記傾斜した歯に他方の軸の歯車がかみ合ってトルクを伝達するものであって、前記モータ軸を軸方向に移動可能に軸受と弾性体によって支承し、前記モータ軸が傾斜した歯から発生する軸方向の分力によって前記弾性体の弾性力に抗して軸方向に移動することによって動作するスイッチをモータの外被の内部に設置し、前記スイッチを動作させて信号を発生することを特徴とするトルク検出装置。
- 請求項1に記載のトルク検出装置において、傾斜した歯をもつ歯車として、はすば歯車を使用したことを特徴とするトルク検出装置。
- 請求項1または請求項2に記載のトルク検出装置において、前記モータ軸を軸方向の一方向への移動が可能に軸受と弾性体によって支承し、前記モータ軸を軸方向のもう一方向への移動は規制する軸受によって支承し、前記弾性体は前記軸方向の一方向への移動が可能な軸受を介して予め一定荷重に軸方向に圧縮保持し、この一定荷重を超えた荷重が前記軸方向の分力によって移動可能な軸方向に働いた場合に前記モータ軸が軸方向に移動し、前記スイッチを動作させて信号を発生することを特徴とするトルク検出装置。
- 請求項1または請求項2に記載のトルク検出装置において、前記弾性体および前記スイッチを前記モータ軸の軸方向のいずれの方向の移動にも対応してそれぞれ設置し、前記モータ軸を軸方向のいずれの方向への移動も可能に軸受と弾性体によって支承し、前記モータ軸の正回転または逆回転のいずれにおいても前記モータ軸の軸方向のそれぞれの方向への移動がそれぞれの前記スイッチを動作させてそれぞれの信号を発生することを特徴とするトルク検出装置。
- 請求項1または請求項2に記載のトルク検出装置において、前記弾性体はケースとこのケースによって予め一定の荷重が与えられるように軸方向に圧縮保持された弾性体とから成るばねユニットとしたことを特徴とするトルク検出装置。
- 請求項1または請求項2に記載のトルク検出装置において、前記弾性体はケースとこのケースによって予め一定の荷重が与えられるように軸方向に圧縮保持された弾性体とから成るばねユニットとし、前記ばねユニットおよび前記スイッチを前記モータ軸の軸方向のいずれの方向の移動にも対応してそれぞれ設置し、前記モータ軸を軸方向のいずれの方向への移動も可能に軸受と前記ばねユニットによって支承し、前記モータ軸の正回転または逆回転のいずれにおいても前記モータ軸の軸方向のそれぞれの方向への移動がそれぞれの前記スイッチを動作させてそれぞれの信号を発生することを特徴とするトルク検出装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のトルク検出装置において、前記スイッチを複数個を動作位置を変えて軸方向に配置したことを特徴とするトルク検出装置。
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