JP5109472B2 - 回転装置 - Google Patents
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Description
これら駆動装置としては、シャフトを回転可能に支持する軸受と、コイルが設けられたステータコアとを備えたものが一般的である。
また、駆動装置には、例えばシャフトのトルクを計測するトルク計などの負荷装置が連結される。
この負荷装置としては、計測用シャフトと、この計測用シャフトを回転可能に支持する軸受とを備えたものが知られている。そして、駆動装置のシャフトと、計測用シャフトを連結した状態で、駆動装置のシャフトのトルクを、計測用シャフトを介して測定するようになっている。
そこで、駆動装置及び負荷装置に、径方向外方から潤滑油を供給する供給路がそれぞれに設けられていた。
本発明は、シャフトを回転駆動する駆動部と、前記駆動部に連結された負荷部とを備える回転装置であって、前記シャフトは、前記駆動部と前記負荷部とにわたって延ばされており、前記駆動部は、前記シャフトに設けられた磁石と、前記磁石の周囲に設けられたステータコアと、前記シャフトを回転可能に支持する駆動側軸受とを備え、前記負荷部は、前記シャフトを回転可能に支持する負荷側軸受を備えており、前記シャフトに、前記駆動部と前記負荷部とにわたって前記シャフトのスラスト方向に延ばされ潤滑油を流通させるためのスラスト油路と、前記スラスト油路から前記シャフトのラジアル方向に延ばされ前記シャフトの側壁面に開口部を有するラジアル油路とが設けられ、前記ラジアル油路が、前記駆動部と前記負荷部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする。
なお、「シャフトの側壁面に開口部を有する」とは、シャフトの外側壁面だけでなく内側壁面も含むものである。
以下、本発明の第1の実施形態における回転装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態としての回転装置を示したものである。
回転装置1は、シャフト5を回転駆動する駆動部2と、この駆動部2に連結されたトルク計(負荷部)3とを備えている。
駆動部2は、例えばエンジンを模擬するダイナモ装置からなるものである。
また、駆動部2は、円筒状のケーシング6を備えている。ケーシング6の長手方向の両端には、それぞれ前カバー9及び後カバー10が設けられている。
前カバー9及び後カバー10の中央には、開口部19a,19bがそれぞれ形成されている。
また、シャフト5は、駆動部2内に配置された駆動側シャフト部22と、トルク計3内に配置された負荷側シャフト部23とを備えている。これら駆動側シャフト部22と負荷側シャフト部23とは、連結部24を介して同軸線上に連結されている。
駆動側シャフト部22及び負荷側シャフト部23の外周壁は、インコネル、SUS、チタンなどの難削材からなっている。
駆動側シャフト部22の外周面には、円筒状の永久磁石28が固定されている。そして、永久磁石28の径方向外方には、円筒状のステータコア29が同軸上に設けられている。ステータコア29には、コイル30が設けられている。
円筒壁部13a,13bの内周壁面には、円筒状のSFD(スクイズ・フィルム・ダンパ)スリーブ14a,14bが同軸上に設けられている。SFDスリーブ14a,14bの内周壁面には、駆動側軸受15a,15bが固定されている。
駆動側軸受15a,15bは、アンギュラ玉軸受であり、駆動側シャフト部22を回転可能に支持している。また、駆動側軸受15a,15bのそれぞれのスラスト方向外方側には、予圧リング18a,18bが設けられている。予圧リング18a,18bは、不図示の付勢部材により、駆動側軸受15a,15bに互いに内方に向けられた予圧を与えるものである。すなわち、駆動側軸受15a,15bは、予圧リング18a,18bにより、内方側に付勢されている。予圧リング18a,18bの内周面には、凹部40が形成されている。凹部40は、後述するラジアル油路31a,31dの開口部にそれぞれ対向している。また、凹部40のうち駆動部2の内方側の壁部には、それぞれ駆動側軸受15a,15bに向けられた傾斜部41が形成されている。この傾斜部41は、ラジアル油路31a,31bから噴出された潤滑油を駆動側軸受15a,15bに向けて供給するためのものである。
また、駆動側シャフト部22には、スラスト油路27からラジアル方向に延びるラジアル油路31a,31b,31c,31d,56が設けられている。
また、負荷側シャフト部23にも、スラスト油路27からラジアル方向に延びるラジアル油路32a,32bが設けられている。
また、スリーブ35には、長手方向に貫通する貫通孔36が形成されている。貫通孔36の径寸法φ3は、1〜2mmに設定されている。すなわち、太径部34の径寸法φ2は、貫通孔36の径寸法φ3よりも大きくなっている。また、太径部34と貫通孔36とは連通している。
さらに、スリーブ35は、工具などによってねじ込まれることにより、固定されるようになっている。
連結端部45は、ラジアル方向外方に向けて突出するラジアル突起48を備えている。ラジアル突起48は、周方向に均等間隔に複数設けられている。また、ラジアル突起48の先端は、なだらかなドーム状に形成されている。そのため、図4に示すように、連結凹部43に連結端部45を嵌合すると、ラジアル突起48の先端とラジアル凹部47の内壁面とが点接触するようになっている。すなわち、連結部24は、サーキュラスプライン継ぎ手と呼ばれるものである。
また、駆動側シャフト部22のうちOリング54の手前側(後方側)には、スラスト油路27からラジアル方向に延びるラジアル油路56が形成されている。ラジアル油路56は、円筒壁部50の側壁面(シャフト5の内側壁面)に開口部を有しており、その先端が開放されている。
振り切りリング部61は、互いにスラスト方向外方に向けられている。また、振り切りリング部61の凹部61aは、ラジアル方向外方に没しており、凹部61aは、ラジアル油路31b又はラジアル油路31cの開口部に対向配置されている。振り切りリング部61の基端部は、本体リング部60の外壁面(段差部25への当接面の反対面)に連結されている。すなわち、本体リング部60と振り切りリング部61とが一体部品として形成されている。
また、前カバー74の内面には、トルク計3の内方に向けて円筒状に突出する円筒壁部78が設けられている。
円筒壁部78の内周壁面には、負荷側軸受80a,80bが固定されている。
負荷側軸受80a,80bは、アンギュラ玉軸受であり、負荷側シャフト部23を回転可能に支持している。すなわち、負荷側シャフト部23は、駆動側シャフト部22と連結していない状態では、負荷側軸受80a,80bによって片持ち支持されている。
エンコーダリング83の内縁部には、それぞれ一対の固定リング94が設けられている。すなわち、一対の固定リング94は、エンコーダリング83の内縁部を挟んで負荷側シャフト部23に固定されている。固定リング94及びエンコーダリング83は、当接しており、それぞれ接着剤により負荷側シャフト部23に固定されている。固定リング94は、エンコーダリング83の接着補強部材として機能するものである。
内筒部87の周壁部には、周方向に延びる矩形開口部90が形成されている。矩形開口部90の周方向の両端から内筒部87の中心点を結ぶ仮想線の角度は30°に設定されている。すなわち、矩形開口部90は、周方向に30°延ばされている。
支持ブロック84のスラスト方向の両側面には、一対のフォトセンサ(光センサ)92が設けられている。フォトセンサ92の発光部及び受光部は、エンコーダリング83の外縁部を挟んで対向配置されている。
このような構成のもと、回転操作部89を操作して、外筒部86を回転させると、シャフト5の軸線を中心として、支持ブロック84が、矩形開口部90内を回転移動するようになっている。これにより、支持ブロック84の先端部に設けられたフォトセンサ92も回転移動するようになっている。
このような構成のもと、負荷側シャフト部23の細径部102に一致する位置に鉤部100を配すると、シャフト5が回転可能となり、一方、固定部材97を平行移動させて、平坦部93に一致する位置に鉤部100を配すると、平坦部93と内壁部100aが当接することにより、シャフト5の回転が規制されるようになっている。
図11に示すように、側面視して、T字状に形成されたシャフト端部104aの雌ネジ部105aに、長尺状の芯部108の一端に形成された雄ネジ部107aを螺合する。そして、円筒状の複数の永久磁石ブロック109を芯部108に通していく。さらに、図12に示すように、永久磁石ブロック109を芯部108の長さ分だけ通してから、芯部108の他端に形成された雄ネジ部107bを、T字状に形成されたシャフト端部104bの雌ネジ部105bに螺合する。
これにより、図1に示す駆動側シャフト部22が容易に得られる。
まず、コイル30に通電すると、コイル30から起磁力が発生し、この起磁力と永久磁石28の磁極とが作用して、シャフト5に回転トルクが作用する。これにより、シャフト5が回転駆動する。シャフト5の回転数は、数万回転/分であり、シャフト5は高速回転するものである。
シャフト5が回転するとエンコーダリング83が回転し、これにより、一対のフォトセンサ92のそれぞれから所定のパルス信号が出力される。そして、それらパルス信号の位相差から、その位相差に予め対応付けられたトルク値が読み出され、これによりシャフト5のトルクが測定される。
本実施形態における回転装置1では、以下のようにして潤滑油が供給される。
図1に示すように、後カバー10の開口部19bから開放されたスラスト油路27の開放端から、潤滑油を送り込んでいく。すると、その潤滑油の一部は、ラジアル油路31dを通って、ラジアル油路31dの開口部から噴出される。そして、その潤滑油は、予圧リング18bの凹部40に溜められていき、所定の量を超えると、次々に噴出されてくる潤滑油に押し出され傾斜部41に案内されて、駆動側軸受15bに供給される。
また、スラスト油路27に供給された潤滑油の一部は、ラジアル油路31cを通って、ラジアル油路31cの開口部から噴出される。そして、その潤滑油は、振り切りリング部61の凹部61aに溜められていき、所定の量を超えると、振り切りリング部61の先端から溢れ出し、ステータコア29やコイル30に供給される。これにより、ステータコア29やコイル30が冷却される。
また、スラスト油路27に供給された潤滑油の一部は、ラジアル油路31aを通って、上記と同様にして、駆動側軸受15aに供給される。
さらに、スラスト油路27に供給された潤滑油の一部は、図4に示すように、ラジアル油路56を通って、ラジアル油路56の開口部から噴出される。そして、その潤滑油は、貫通孔53を通って、連結凹部43内に供給され、ラジアル凹部47を通って連結凹部43の先端から排出される。これにより、連結部24の摩擦の発生を抑制することができる。また、Oリング54によって封止されているため、連結端部45の外側に潤滑油を確実に送り込むことができる。
また、スラスト油路27に供給された潤滑油の一部は、ラジアル油路32aを通って、上記と同様にして、負荷側軸受80aに供給される。
このようにして、スラスト油路27の開放端から潤滑油を送り込むだけで、駆動部2及びトルク計3の必要な箇所に全て潤滑油を供給することができる。
したがって、潤滑油供給のための作業負担を減少させることができ、簡易な構成により、迅速かつ容易に潤滑油を供給することができる。
ここで、全てのラジアル油路31a,31b,31c,31d,32a,32bから均一に潤滑油を噴出させるためには、スラスト油路27の径寸法を、ラジアル油路31a,31b,31c,31d,32a,32bの径寸法に対し十分大きく設定する必要がある。つまり、スラスト油路27の径寸法φ1が14mmに設定されていることから、ラジアル油路31a,31b,31c,31d,32a,32bの径寸法を2mm以下にしなければならない場合がある。
しかしながら、シャフト5の外周壁は、難削材からできているため、小さな径の孔を掘ることができない。そこで、径寸法が3〜4mmのラジアル方向の孔を掘って、その孔の先端部に工具などにより、スリーブ35をねじ込んでいく。
これにより、径寸法1〜2mmの孔を有するラジアル油路を容易に形成することができる。
したがって、本実施形態における回転装置1によれば、全てのラジアル油路31a,31b,31c,31d,32a,32bから均一に潤滑油を噴出させることができる。
すなわち、従来では、バランスリング本体と振り切りリングとを別部品として取り付けることが一般的であり、装置全体が大型化してしまっていた。
本実施形態における回転装置1によれば、本体リング部60と振り切りリング部61とが一体部品として形成されているため、スペースの利用効率を向上させることができ、小型化を容易にすることができる。
ここで、本体リング部60と振り切りリング部61とを単に連結するだけでは、スラスト方向に非対称となるため、シャフト5を回転駆動すると、スラスト方向に均等に膨張しなくなってしまう。
そのため、強度限界を考慮すると、充分なしめしろを付けることができないという問題がある。
本実施形態における回転装置1によれば、傾斜部63を設けることにより、バランスリング57のスラスト方向の重心を予め調整しているため、駆動中にバランスリング57をスラスト方向に均等に膨張させることができ、しめしろを安定させることができる。
すなわち、従来では、一対のアンギュラ玉軸受のうち、例えば一方の軸受の外輪と、他方の軸受の内輪及び外輪の3点を固定し、一方の軸受の内輪に予圧を加えていた。
しかしながら、上記のような構成では、SFD(スクイズ・フィルム・ダンパ)スリーブなどに設けることができないという問題がある。なぜなら、SFDスリーブは、ラジアル方向にフリーな状態であるため、軸受に予圧を適正に付与することができないからである。
本実施形態における回転装置1によれば、スラスト方向の前後から予圧リング18a,18bによって予圧を加えていることから、SFDスリーブ14a,14bにも駆動側軸受15a,15b及び負荷側軸受80a,80bを適正に設けることができる。
すなわち、従来では、コイルに通電すると、コイルからのノイズがケーシングを伝わって全体に伝搬してしまっていた。また、コイルからケーシング及び軸受を通って電流がループしてしまうため、軸受の電触が生じてしまう。
本実施形態における回転装置1によれば、絶縁部材65により、ステータコア29とケーシング6とが絶縁されているため、振動や騒音を抑制することができ、かつ耐久性を向上させることができる。
また、絶縁ブッシュ70を介して固定ネジ69によって絶縁部材65を固定していることから、ステータコア29とケーシング6との絶縁状態を保持しながら、絶縁部材65を強固に固定することができる。
すなわち、従来では、エンコーダリングの一方の主面を両面テープなどにより接着していた。しかし、上記のような構成では、高速回転するものでは強度的に不十分である。
本実施形態における回転装置1によれば、エンコーダリング83の両主面に当接させて固定リング94が設けられていることから、エンコーダリング83の固定強度を増強させることができる。
すなわち、例えば、トルク計の校正時や0回転のときには、シャフト5を回転駆動しない状態で、シャフト5のトルクを測定する必要があるが、エンコーダリング83が回転しないと、フォトセンサ92から出力が得られず、トルクを測定することができない。
本実施形態における回転装置1では、回転操作部89を把持して、シャフト5の軸線を中心に外筒部86を回転させる。すると、支持ブロック84を介してフォトセンサ92が回転する。これにより、フォトセンサ92から測定信号が出力され、シャフト5のトルクが測定される。
したがって、本実施形態における回転装置1によれば、簡易な構成によりフォトセンサ92を容易に回転させることができることから、校正時や0回転のときでもシャフト5のトルクを容易に測定することができる。
すなわち、トルク計3の校正時においては、シャフト5の回転を止めておく必要がある。
本実施形態における回転装置1においては、平行操作部98を移動させて、鉤部100を平坦部93の周囲に配する。すると、平坦部93と内壁部100aとが当接することにより、シャフト5の回転が規制される。
一方、シャフト5を回転させるときには、平行操作部98を反対側に移動させて、細径部102に一致する位置に鉤部100を配する。これにより、シャフト5が回転フリーな状態になる。
以上より、本実施形態における回転装置1によれば、シャフト5の回転のロックと解除を行うことができ、高精度な測定を行うことができる。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
2 駆動部
3 トルク計(負荷部)
5 シャフト
15a,15b 駆動側軸受
22 駆動側シャフト部
23 負荷側シャフト部
24 連結部
27 スラスト油路
28 永久磁石(磁石)
29 ステータコア
31a,31b,31c,31d ラジアル油路
32a,32b ラジアル油路
34 太径部(基端部)
35 スリーブ(筒状部材)
36 貫通孔
56 ラジアル油路
80a,80b 負荷側軸受
83 エンコーダリング
84 支持ブロック(支持部)
86 外筒部(円筒部)
89 回転操作部(操作部)
92 フォトセンサ(光センサ)
Claims (6)
- シャフトを回転駆動する駆動部と、前記駆動部に連結された負荷部とを備える回転装置であって、
前記シャフトは、前記駆動部と前記負荷部とにわたって延ばされており、
前記駆動部は、
前記シャフトに設けられた磁石と、
前記磁石の周囲に設けられたステータコアと、
前記シャフトを回転可能に支持する駆動側軸受と
を備え、
前記負荷部は、
前記シャフトを回転可能に支持する負荷側軸受を備えており、
前記シャフトに、前記駆動部と前記負荷部とにわたって前記シャフトのスラスト方向に延ばされ潤滑油を流通させるためのスラスト油路と、前記スラスト油路から前記シャフトのラジアル方向に延ばされ前記シャフトの側壁面に開口部を有するラジアル油路とが設けられ、
前記ラジアル油路が、前記駆動部と前記負荷部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする回転装置。 - 前記駆動部の側に設けられた前記ラジアル油路の開口部から出された潤滑油は、前記駆動側軸受に供給され、
前記負荷部の側に設けられた前記ラジアル油路の開口部から出された潤滑油は、前記負荷側軸受に供給されることを特徴とする請求項1に記載の回転装置。 - 前記駆動部の側に設けられた前記ラジアル油路の開口部から出された潤滑油は、前記ステータコアに供給されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転装置。
- 前記シャフトは、前記駆動部に設けられた駆動側シャフト部と、前記負荷部に設けられた負荷側シャフト部とを備え、
前記駆動側シャフト部と前記負荷側シャフト部とは、連結部を介して連結され、
前記ラジアル油路の開口部から出された潤滑油は、前記連結部に供給されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転装置。 - 前記ラジアル油路は、
太径の基端部と、
前記基端部の先端に設けられ、前記基端部に対して細径の貫通孔を有する筒状部材とを備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の回転装置。 - 前記負荷部は、
前記シャフトに設けられたエンコーダリングと、
前記エンコーダリングの近傍に設けられた光センサと、
前記光センサを支持する支持部と、
内周面に前記支持部が連結された円筒部と、
前記円筒部に設けられ、前記シャフトの軸線を中心として前記光センサとともに前記円筒部を回転させるための操作部と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の回転装置。
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