(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003918367.tif 000002
【図２】
0003918367.tif 000003
【図３】
0003918367.tif 000004
【図４】
0003918367.tif 000005
【図５】
0003918367.tif 000006
【図６】
0003918367.tif 000007
【図７】
0003918367.tif 000008