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Title:
DEVICE FOR DETECTING LOAD TORQUE ON ELECTRIC MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/093625
Kind Code:
A1
Abstract:
A device for detecting load torque on an electric motor, adapted for use for a device for rotating a predetermined load by the motor. The device for detecting load torque can appropriately and highly accurately detect reaction of such a load, or load torque, acting on the drive output shaft of the motor. The motor is fixed to an external casing, which is a specific holding section or a stationary section, to facilitate production of the device, and a support structure is stably placed. The drive output shaft (14) is projected from one end of a housing of the motor (10), a sleeve body (16) is placed so as to surround the drive output shaft, a flange (18) is formed at one end of the sleeve body, and the flange is fixed to the one end of the housing. The other end of the sleeve body is integrally formed as an internal gear section (22) of a reduction mechanism (20) having a planetary gear (21). A strain gauge (24) is attached to the outer periphery of the sleeve body.

Inventors:
TOTSU KATSUYUKI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/051165
Publication Date:
August 07, 2008
Filing Date:
January 28, 2008
Export Citation:
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Assignee:
TOTSU KATSUYUKI (JP)
International Classes:
B25B23/14; B25B21/00; G01L5/24
Foreign References:
JPH0929654A1997-02-04
JPS5694234A1981-07-30
JPS56157966A1981-12-05
JPH0661465U1994-08-30
JPS6263029A1987-03-19
JPS6247936U1987-03-24
JPS533840B21978-02-10
JPS6225980B21987-06-05
JPH10329051A1998-12-15
Other References:
See also references of EP 2127812A4
Attorney, Agent or Firm:
HONDA, Takashi (1-17 Akasaka 1-chome, Minato-k, Tokyo 52, JP)
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Claims:
 電動モータのモータハウジングの一端部より突出する駆動出力軸に対し、この駆動出力軸を囲繞するように配置したスリーブ体を設け、このスリーブ体の一端にフランジ部を形成して前記モータハウジングの一端部に固定すると共に、前記スリーブ体の他端は遊星歯車を備える減速機構のインターナルギヤ部として一体的に構成した構造とし、前記スリーブ体の外周部にストレンゲージを取り付けた構成とすることを特徴とする電動モータの負荷トルク検出装置。
 前記電動モータは、所要の把持部ないし固定部としての外部ケーシングに固定することを特徴とする請求項1記載の電動モータの負荷トルク検出装置。
 電動モータのモータハウジングの一端部より突出する駆動出力軸に対し、この駆動出力軸を囲繞するように配置したスリーブ体を設け、このスリーブ体の一端にフランジ部を形成して前記モータハウジングの一端部に固定すると共に、前記スリーブ体の他端は遊星歯車を備える減速機構のインターナルギヤ部として一体的に構成した構造とし、前記スリーブ体の外周部にストレンゲージを取り付けた構成からなり、
 前記減速機構の出力軸に対しドライバービットを結合すると共に、前記電動モータを電動ドライバーの把持部ケーシング内に固定配置し、前記スリーブ体に取り付けたストレンゲージにより、ねじ締め作業におけるねじの締付けトルクを検出するように構成したことを特徴とする電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置。
 前記減速機構の出力軸に対し、クラッチ機構またはトルクリミッタを介して、ドライバービットを結合することを特徴とする請求項3記載の電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置。
Description:
電動モータの負荷トルク検出装

 本発明は、電動モータを使用してドライ ービットなどの回転工具を回転駆動する電 回転工具等において、例えばドライバービ トによるねじ締め作業に際して電動モータ 負荷トルクとなるねじ締めトルクを適正に 出することができると共に、電動モータの 持構造を安定した配置構成とすることがで る電動モータの負荷トルク検出装置に関す ものである。

 従来、ボルトまたはナットの締付け作業 おいて、締付け直前まではDCモータを低ト クでしかも高速回転させ、締付け直前から 付け時においては、DCモータを高トルクで低 速回転させ、トルク設定値とストレンゲージ の出力が一致したとき、高トルク低速回転の DCモータを停止するようにした定トルク締付 置が提案されている(特許文献1参照)。

 この特許文献1に記載の定トルク締付装置 は、一端部においてDCモータの下部を固定支 すると共に、他端部をケースに固定する軸 部材の外周にストレンゲージを設けた構成 らなり、前記DCモータの上部はツール支持 アリングでケースに支持した構成とするこ により、ボルト等の締付け時に前記軸受部 にネジリモーメントが加わり、その度合い 応じてストレンゲージの内部抵抗が変化し この変化を電気信号として取り出してトル 値として検出することが開示されている。

 これに対し、本発明者は、ねじの締付け の作業を行いながら、当該作業の全工程を じての動的なトルクを、トルク損失を生じ ことなく連続的なトルク値の変動として高 度に測定し得るトルク検出器を開発し、特 を得た(特許文献2参照)。

 この特許文献2に記載のトルク検出器は、 モータと減速機とを連結し、前記減速機から 出力軸を導出してなるねじ締め用動力ユニッ トにおいて、前記動力ユニットの一端を、前 記出力軸を支持する軸受を介してケーシング 内に固定すると共に、動力ユニットの他端を 、これと同軸に延在する扁平状の板体からな る支持体を介してケーシング内に固定し、前 記板体の一側面にストレンゲージを取付けた 構成からなる。すなわち、このトルク検出器 において、前記モータと減速機とからなる動 力ユニットは、ストレンゲージを取付けた支 持体および軸受によって、ケーシング内に懸 架されたものである。

 また、従来のねじ締め機の改良として、 トルクを発生させる第1のモータと、高速回 転を実現する第2のモータを、回転軸が同一 上になるように直列配置して、その間にク ッチを設置し、高速回転のねじ込みから低 回転の締付けに移行するとき、駆動軸の回 が完全に停止してから電磁クラッチを接続 る構成として、クラッチ板の摩耗を少なく 、寿命の長いねじ締め機が提案されている( 許文献3参照)。

 この特許文献3に記載のねじ締め機は、前 記第2のモータの回転軸とドライバービット 間に、ドライバービットに加わるトルクを 出するトルクセンサを設け、ねじの締付け に、前記クラッチが接続状態になった時を 点として、トルクセンサの信号に基づいて ルク値を算出し、その値が所定の値になっ 時に、前記第1のモータを停止させてねじ締 を完了させるように構成したものである。 して、前記トルクセンサは、前記第2のモー タのハウジングに二重構造の歪み管を固定し 、この歪み管の内管の外壁に歪みゲージを貼 り付け、前記歪み管の下部を把持部に連結し た構成が開示されている。

特公昭53-3840号公報

特公昭62-25980号公報

特開平10-329051号公報

 前述した特許文献1において提案された定 トルク締付装置においては、上部を把持部ケ ースに軸支したモータのケーシングに対し、 その下部を、モータに接続される駆動軸を囲 繞するように配置した円筒状の支持体を介し て把持部ケースに固定するものであり、ドラ イバービットに受けるねじ締付け時の反力が 、前記駆動軸を介してモータのケーシングに 伝達される際に、把持部ケースとの間に結合 される支持体に設けたストレンゲージにより 、ねじ締めトルク値として検出するものであ る。

 しかし、前記構成からなる定トルク締付 置により、ねじ締めトルク値を検出する場 、ストレンゲージを取付けた支持体は、モ タを含む全ての荷重を全面的に受ける構成 置であるため、ドライバービットに受ける じ締付け時の反力として作用するネジリモ メントを、適正かつ高精度に検出すること 困難である。また、モータ等を把持部ケー に対して回動変位可能に支持する必要があ 、製造に際しての組立て作業が煩雑となる 共に、モータ等の支持が構造的に不安定な 置構成となる難点がある。

 また、前述した特許文献2に記載のトルク 検出器においては、動力ユニットの他端を、 これと同軸に延在する扁平状の板体からなる 支持体を介して、把持部ケーシング内に固定 する構成であるため、ドライバービットに受 けるねじ締付け時の反力すなわちねじ締めト ルクを、適正かつ高精度に検出する構成とし て、電動モータからなる動力ユニットを把持 部ケーシングに対して回動変位可能に支持す る必要がある。従って、製造に際しての組立 て作業が煩雑となると共に、動力ユニットの 支持が構造的に不安定な配置構成となる難点 がある。

 さらに、前述した特許文献3に記載のねじ 締め機においては、前記特許文献1に記載の トルク締付装置と同様に、ストレンゲージ 取付けた歪み管は、モータを含む全ての荷 を全面的に受ける構成配置であるため、ね 締めトルクを適正かつ高精度に検出するも として、満足する構成配置ではない。また 前記と同様に、同一軸上に直列配置した複 のモータを把持部に対して回動変位可能に 持する必要があり、製造に際しての組立て 業が煩雑となると共に、これらモータの支 が構造的に不安定な配置構成となる難点が る。

 そこで、本発明者は、前述した問題点を 決するため、鋭意研究並びに試作を重ねた 果、電動モータのモータハウジングの一端 側において、前記モータハウジングの一端 より突出する電動モータの駆動出力軸に対 、この駆動出力軸を囲繞するように配置し スリーブ体を設け、このスリーブ体の一端 フランジ部を形成して前記モータハウジン の一端部に固定すると共に、前記スリーブ の他端は遊星歯車を備える減速機構のイン ーナルギヤ部として一体的に構成した構造 し、前記スリーブ体の外周部に一対のスト ンゲージを取り付けた構成とすることによ 、前記減速機構の出力軸に適宜結合される 荷に対し、電動モータの駆動出力軸へ作用 る反対トルクとしての負荷トルクを、前記 リーブ体に取り付けたストレンゲージによ 適正かつ高精度に検出することができ、し も前記電動モータを所要の把持部ないし固 部としての外部ケーシングに固定すること でき、これによりその製造が容易になると に支持構造を安定な配置構成とすることが きることを突き止めた。

 このように構成される電動モータの負荷 ルク検出装置は、例えば、ねじ締め作業を う電動ドライバーのねじ締めトルク検出装 として、好適に応用することができる。す わち、この場合、電動ドライバーとしての 持部ケーシング内に電動モータを固定し、 の電動モータの駆動出力軸から減速機構の 力軸を介して、適宜ドライバービットを結 した構成において、ねじ締め作業に際し、 じの最終的な締付け時においてドライバー ットへ作用する反力すなわちねじの締付け ルクを、前記スリーブ体を介してストレン ージにより適正かつ高精度に検出すること でき、しかも電動モータを把持部ケーシン 内に固定して、その製造が容易になると共 支持構造を安定な配置構成とすることがで ることを突き止めた。

 従って、本発明の目的は、電動モータに り所要の負荷を回転駆動操作する装置にお て、電動モータの駆動出力軸に対して作用 る負荷の反力すなわち負荷トルクを、適正 つ高精度に検出することができると共に、 動モータを所要の把持部ないし固定部とし の外部ケーシングに固定して、その製造を 易にすると共に支持構造を安定な配置構成 することができる電動モータの負荷トルク 出装置を提供することにある。

 また、本発明の別の目的は、電動モータ よりドライバービットを駆動するように構 した電動ドライバーにおいて、電動モータ 把持部ケーシング内に安定に固定した構成 すると共に、ねじ締め作業に際してのねじ 締付けトルクを適正かつ高精度に検出する とができ、その製造を容易にすると共に支 構造を安定な配置構成とすることができる 動ドライバーのねじ締めトルク検出装置を 供することにある。

 前記の目的を達成するため、本発明の請 項1に記載の電動モータの負荷トルク検出装 置は、電動モータのモータハウジングの一端 部より突出する駆動出力軸に対し、この駆動 出力軸を囲繞するように配置したスリーブ体 を設け、このスリーブ体の一端にフランジ部 を形成して前記モータハウジングの一端部に 固定すると共に、前記スリーブ体の他端は遊 星歯車を備える減速機構のインターナルギヤ 部として一体的に構成した構造とし、前記ス リーブ体の外周部にストレンゲージを取り付 けた構成とすることを特徴とする。

 本発明の請求項2に記載の電動モータの負 荷トルク検出装置は、前記電動モータを、所 要の把持部ないし固定部としての外部ケーシ ングに固定することを特徴とする。

 本発明の請求項3に記載の電動ドライバーの ねじ締めトルク検出装置は、前記電動モータ の負荷トルク検出装置を応用したものであっ て、電動モータのモータハウジングの一端部 より突出する駆動出力軸に対し、この駆動出 力軸を囲繞するように配置したスリーブ体を 設け、この駆動出力軸の一端にフランジ部を 形成して前記モータハウジングの一端部に固 定すると共に、前記スリーブ体の他端は遊星 歯車を備える減速機構のインターナルギヤ部 として一体的に構成した構造とし、前記スリ ーブ体の外周部にストレンゲージを取り付け た構成からなり、
 前記減速機構の出力軸に対しドライバービ トを結合すると共に、前記電動モータを電 ドライバーの把持部ケーシング内に固定配 し、前記スリーブ体に取り付けたストレン ージにより、ねじ締め作業におけるねじ締 トルクを検出するように構成したことを特 とする。

 本発明の請求項4に記載の電動ドライバー のねじ締めトルク検出装置は、前記減速機構 の出力軸に対し、クラッチ機構またはトルク リミッタを介して、ドライバービットを結合 することを特徴とする。

 本発明の請求項1に記載の電動モータの負 荷トルク検出装置によれば、電動モータによ り所要の負荷を、遊星歯車を備えた減速機構 を介して回転駆動操作する装置において、電 動モータを固定した状態において、電動モー タの駆動出力軸に対して作用する負荷の反力 すなわち負荷トルクを、前記駆動出力軸を囲 繞するスリーブ体によりネジリモーメントと して有効に作用して、これをストレンゲージ により適正かつ高精度に検出することができ る。

 本発明の請求項2記載の電動モータの負荷 トルク検出装置によれば、電動モータを所要 の把持部ないし固定部としての外部ケーシン グに固定することにより、その製造を容易に すると共に支持構造を安定な配置構成とする ことができる。

 本発明の請求項3記載の電動ドライバーの ねじ締めトルク検出装置は、前記電動モータ の負荷トルク検出装置を応用したものであり 、電動モータから遊星歯車を備えた減速機構 を介してドライバービットに伝達する回転駆 動操作によって、ねじ締め作業を行う電動ド ライバーにおいて、電動モータを固定した状 態において、電動モータの駆動出力軸に対し て作用する反力としてのねじ締付けトルクを 、前記駆動出力軸を囲繞するスリーブ体によ りネジリモーメントとして有効に作用して、 これをストレンゲージにより適正かつ高精度 に検出することができ、しかも電動モータを 把持部ケーシング内に固定して、その製造を 容易にすると共に支持構造を安定な配置構成 とすることができる。

 本発明の請求項4記載の電動ドライバーの ねじ締めトルク検出装置によれば、ドライバ ービットによるねじ締めトルクが所定のトル ク値になった際に、クラッチ機構またはトル クリミッタを作動させて、電動モータを電源 遮断等により迅速に停止させて、ねじ締め作 業の効率化を達成することができる。

 次に、本発明に係る電動モータの負荷ト ク検出装置の実施例につき、添付図面を参 しながら以下詳細に説明する。

 図1は、本発明に係る電動モータの負荷ト ルク検出装置の一実施例を示す概略構成説明 図である。すなわち、図1において、参照符 10は電動モータを示し、この電動モータ10の ータハウジングは所要の固定部として形成 れた外部ケーシング12に固定されている。

 そこで、前記電動モータ10のモータハウ ングの一端部より突出する回転駆動出力軸14 に対して、この回転駆動出力軸14を囲繞する うにスリーブ体16を配置する。このスリー 体16の一端にフランジ部18を形成して、これ 前記電動モータ10のモータハウジングの一 部に固定する。また、前記スリーブ体16の他 端は、遊星歯車21を備える減速機構20のイン ーナルギヤ部22として一体的に構成した構造 とする。そして、前記スリーブ体16の外周部 、適宜ストレンゲージ24を取り付けた構成 する。

 さらに、図1に示す実施例において、前記 電動モータ10の回転駆動出力軸14は、その先 部に形成したピニオン15を介して、前記イン ターナルギヤ部22を含む減速機構20の遊星歯 21に噛合し、その回転駆動力が前記遊星歯車 21を回転自在にして一体的に支承する出力軸2 6に伝達されるように構成されている。そし 、この出力軸26は、適宜電動モータ10により 転駆動する負荷手段に結合される。なお、 1において、参照符号28は前記減速機構20を 繞保持するハウジングを示し、スラスト軸 29を介して前記出力軸26と結合される遊星歯 21からなる減速機構20を回転自在に支承して いる。

 このように構成された本実施例における 動モータの負荷トルク検出装置によれば、 動モータ10の駆動により、減速機構20の出力 軸26を介して所要の負荷手段を回転駆動する 合において、前記負荷手段における負荷ト クは、前記出力軸26および減速機構20を介し て電動モータ10の回転駆動出力軸14に作用す 反力は、前記減速機構20のインターナルギヤ 部22を構成するスリーブ体16にネジリモーメ トとして有効に作用し、この状態をストレ ゲージ24により適正かつ高精度に検出するこ とができる。従って、前記ストレンゲージ24 より検出された信号Ss1,Ss2は、適宜負荷トル ク検出回路に入力して負荷トルクとして変換 表示することができる。

 図2は、前述した構成からなる電動モータ の負荷トルク検出装置を応用した、電動ドラ イバーのねじ締めトルク検出装置の実施例を 示すものである。なお説明の便宜上、図1に す実施例の構成部分と同一の構成部分には 同一の符号を付し、その詳細な説明は省略 る。

 図2において、本実施例の電動ドライバー のねじ締めトルク検出装置においては、電動 モータ10を把持部ケーシング32内に固定保持 、この電動モータ10のモータハウジングの一 端部より突出する回転駆動出力軸14に対して この回転駆動出力軸14を囲繞するように、 記構成からなるスリーブ体16を配置する。そ して、前記減速機構20の出力軸26には、従来 電動ドライバーに設けられているような、 ラッチ機構34およびビットホルダ36を介して ドライバービット38を結合した構成からな 。

 前記クラッチ機構34としては、例えば、 記減速機構20の出力軸26にクラッチ板を取り け、このクラッチ板に対しクラッチボール 軸方向に弾力的に係合させ、ねじ締め作業 おいて、ドライバービット38を介して出力 26に一定以上の負荷トルク(反力)が掛ると、 記クラッチ板がクラッチボールを乗り越え 、ドライバービット38と結合されたビット ルダ36に対する回転駆動力の伝達が遮断され ることにより、ねじを予め設定したトルクで 締付けることができるように構成される。

 この場合、前記クラッチ板がクラッチボ ルを乗り越えた状態を、適宜検出素子によ 検出し、所要のクラッチ動作信号Scを出力 せて、電動モータの電源を遮断するように 成することができる。なお、前記構成から るクラッチ機構34に代えて、トルクリミッタ を設けることもできる。さらに、これらのク ラッチ機構34やトルクリミッタを省略するこ もでき、この場合には前記減速機構20の出 軸26にビットホルダ36を介して、ドライバー ット38を直結した構成とされる。

 次に、前記構成からなる電動ドライバー 使用してねじ締め作業を行う場合のトルク 出動作について説明する。

 本実施例に係る電動ドライバーにおいて 電動モータ10を付勢することにより、その 転駆動出力軸14が正転駆動し、ピニオン15お び遊星歯車21の噛合により減速機構20を介し て、その出力軸26に回転駆動力が伝達される そして、前記出力軸26の回転駆動力は、さ に前記クラッチ機構34およびビットホルダ36 介してドライバービット38に伝達され、ね 締め作業を行うことができる。

 このようなねじ締め作業において、前記 ライバービット38よりビットホルダ36、クラ ッチ機構34、出力軸26および減速機構20を介し て電動モータ10の回転駆動出力軸14に作用す 反力としてのねじ締めトルクは、前記クラ チ機構34と共に、前記減速機構20のインター ルギヤ部22を構成するスリーブ体16にネジリ モーメントとして有効に作用し、この状態を ストレンゲージ24により適正かつ高精度に検 することができる。従って、前記ストレン ージ24により検出される信号Ss1,Ss2は、適宜 じ締めトルク検出回路に入力して、ねじ締 トルクとして変換表示することができる。

 以上、本発明の好適な実施例について説 したが、本発明は前述した実施例に限定さ ることなく、例えばスリーブ体の他端を減 機構のインターナルギヤ以外の電動モータ 負荷構成部材とし、電動ドライバー以外の 種の電動モータの駆動を利用した機器や装 への応用も可能となる等、本発明の精神を 脱しない範囲内において多くの設計変更を うことができる。

本発明に係る電動モータの負荷トルク 出装置の一実施例を示す概略構成説明図で る。 本発明に係る電動モータの負荷トルク 出装置を電動ドライバーのねじ締めトルク 出装置に応用した場合の概略構成説明図で る。

符号の説明

10 電動モータ
12 外部ケーシング
14 回転駆動出力軸
15 ピニオン
16 スリーブ体
18 フランジ部
20 減速機構
21 遊星歯車
22 インターナルギヤ部
24 ストレンゲージ
26 出力軸
28 ハウジング
29 スラスト軸受
32 把持部ケーシング
34 クラッチ機構
36 ビットホルダ
38 ドライバービット