电动马达的负荷转矩检测装置.pdf

本发明涉及电动马达的负荷转矩检测装置，在通过电动马达旋转驱动操作所需负荷的装置中，能够合理且高精度地检测对电动马达的驱动输出轴作用的负荷的反力即负荷转矩，并能够将电动马达固定在作为所需把持部或固定部的外部壳体上，从而易于制造并成为支撑结构稳定的配置结构。对从电动马达(10)的马达罩体的一端部突出的驱动输出轴(14)设置以围绕该驱动输出轴的方式配置的套筒体(16)，在该套筒体的一端形成凸缘部(18)，该凸缘部固定在上述马达罩体的一端部上，并且上述套筒体的另一端作为具备行星齿轮(21)的减速机构(20)的内啮合齿轮部(22)而一体地构成，并且，在上述套筒体的外周部安装有应变计(24)。

1.  一种电动马达的负荷转矩检测装置，其特征在于，
对于从电动马达的马达罩体的一端部突出的驱动输出轴，设置以围绕该驱动输出轴的方式配置的套筒体，在该套筒体的一端形成凸缘部，该凸缘部固定在上述马达罩体的一端部上，并且上述套筒体的另一端作为具备行星齿轮的减速机构的内啮合齿轮部而一体地构成，并且，在上述套筒体的外周部安装有应变计。

2.  根据权利要求1所述的电动马达的负荷转矩检测装置，其特征在于，
上述电动马达固定在作为所需的把持部或固定部的外部壳体上。

3.  一种电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置，其特征在于，
对于从电动马达的马达罩体的一端部突出的驱动输出轴，设置以围绕该驱动输出轴的方式配置的套筒体，在该套筒体的一端形成凸缘部，该凸缘部固定在上述马达罩体的一端部上，并且上述套筒体的另一端作为具备行星齿轮的减速机构的内啮合齿轮部而一体地构成，并且，在上述套筒体的外周部安装有应变计，
在上述减速机构的输出轴上连接旋具刀头，并且将上述电动马达固定配置在电动旋具的把持部壳体内，通过安装在上述套筒体上的应变计检测螺纹拧紧作业中的螺纹的紧固转矩。

4.  根据权利要求3所述的电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置，其特征在于，
在上述减速机构的输出轴上，经由离合器机构或转矩限制器连接旋具刀头。

电动马达的负荷转矩检测装置
技术领域
本发明涉及电动马达的负荷转矩检测装置，能够在通过使用电动马达对旋具刀头(driver bit)等旋转工具进行旋转驱动的电动旋转工具等中，例如在旋具刀头进行螺纹拧紧作业时，能够合理地检测成为电动马达的负荷转矩的螺纹拧紧转矩，并且能够使电动马达的支撑结构稳定地配置构成。
背景技术
以往，提出有恒转矩紧固装置，在螺栓或螺母的紧固作业中，直到马上被紧固之前，以低转矩使DC马达高速旋转，从马上被紧固之前至紧固时，以高转矩使DC马达低速旋转，在转矩设定值与应变计的输出一致时，使高转矩低速旋转的DC马达停止(参照专利文献1)。
对于在该专利文献1中记载的恒转矩紧固装置，在一端部固定支撑有DC马达的下部且另一端部固定在外壳上的轴承构件的外周上设置应变计，上述DC马达的上部通过刀具支撑轴承支撑在外壳上，由此，在紧固螺栓等时向上述轴承构件上施加扭矩，根据该扭矩的程度，应变计的内部电阻发生变化，将该变化作为电信号取出，从而作为转矩值进行检测。
对应于此，本发明人发明了一种转矩检测器，并获得了专利权，该转矩检测器在进行螺纹的紧固等作业的同时，在不产生转矩损失的情况下，高精度地测定出该作业的整个工序中的动态的转矩来作为连续的转矩值的变动(参照专利文献2)。
对于在该专利文献2中记载的转矩检测器，在马达与减速器连接，从上述减速器引出输出轴而形成的螺纹拧紧用动力单元中，将上述动力单元的一端经由支撑上述输出轴的轴承固定在壳体内，并且将动力单元的另一端经由与其同轴延伸的扁平状的板体所形成的支撑体固定在壳体内，在上述板体的一个侧面安装应变计。即，在该转矩检测器中，由上述马达和减速器形成的动力单元被安装有应变计的支撑体以及轴承悬架在壳体内。
此外，作为以往的螺纹拧紧机的改良提出有如下的螺纹拧紧机，该螺纹拧紧机将产生高转矩的第一马达和实现高速旋转的第二马达旋转轴同轴地串联配置，在其之间设置离合器，在从高速旋转的旋入移行至低速旋转的紧固时，在驱动轴的旋转完全停止后使电磁离合器连接，从而离合器板的损耗小，螺纹拧紧机寿命长(参照专利文献3)。
对于在该专利文献3中记载的螺纹拧紧机，在上述第二马达的旋转轴与旋具刀头之间设置检测向旋具刀头施加的转矩的转矩传感器，在紧固螺纹时，以上述离合器成为连接状态时为起点，基于转矩传感器的信号算出转矩值，在该值成为规定的值时，使上述第一马达停止，结束螺纹拧紧作业。而且，对于上述转矩传感器公开有下述结构，即，在上述第二马达的罩体上固定双重结构的应变管(歪み管)，在该应变管的内管的外壁上粘贴应变仪，将上述应变管的下部连接在把持部上。
专利文献1：日本特公昭53-3840号公报
专利文献2：日本特公昭62-25980号公报
专利文献3：日本特开平10-329051号公报
在上述的专利文献1中提出的恒转矩紧固装置中，对于将上部轴支承在把持部外壳上的马达的壳体，将其下部，经由围绕连接在马达上的驱动轴配置的圆筒状的支撑体固定在把持部外壳上，在旋具刀头受到的紧固螺纹时的反力经由上述驱动轴传递至马达的壳体上时，通过在与把持部外壳之间连接的支撑体上设置的应变计将上述反力作为螺纹拧紧转矩值进行检测。
但是，在通过由上述结构构成的恒转矩紧固装置检测螺纹拧紧转矩值时，安装有应变计的支撑体是承受包括马达在内的全部负载的结构配置，因此，难于合理且高精度地检测作为旋具刀头受到的紧固螺纹时的反力而作用的扭矩。此外，需要将马达等支撑成能够相对于把持部外壳转动变位，从而存在制造时的组装作业变得烦杂并且马达等的支撑变为构造上变得不稳定的配置结构的难点。
此外，在上述的专利文献2中记载的转矩检测器中，将动力单元的另一端，经由与其同轴延伸的扁平状的板体所构成的支撑体，固定在把持部壳体内，因此，要构成为合理且高精度地检测旋具刀头所承受的紧固螺纹时的反力即螺纹拧紧转矩的结构，则需要将由电动马达构成的动力单元支撑成能够相对于把持部壳体转动变位。因此，存在制造时的组装作业变得烦杂并且马达等的支撑变为构造上变得不稳定的配置结构的难点。
而且，在上述的专利文献3中记载的螺纹拧紧机中，与在上述专利文献1中记载的恒转矩紧固装置相同，安装有应变计的应变管承受包括马达在内的全部负载，因此不能满足合理且高精度地检测螺纹拧紧转矩。此外，与上述相同，需要将在同一轴上串联配置的多个马达支撑成能够相对于把持部转动变位，从而存在制造时的组装作业变得烦杂，并且这些马达的支撑变为构造上变得不稳定的配置结构的难点。
发明内容
因此，为了解决上述问题，经本发明人的细致研究以及多次的实验，结果发现，在电动马达的马达罩体的一端部侧，对于从上述马达罩体的一端部突出的电动马达的驱动输出轴，以围绕该驱动输出轴的方式设置套筒(sleeve)体，在该套筒体的一端形成凸缘部，该凸缘部固定在上述马达罩体的一端部上，并且在上述套筒体的另一端作为具备行星齿轮的减速机构的内啮合齿轮部而一体地构成，在上述套筒体的外周部安装有一对应变计，由此，能够通过安装在上述套筒体上的应变计，合理且高精度地针对在上述减速机构的输出轴上适当地连接的负荷检测作为向电动马达的驱动输出轴作用的反对转矩的负荷转矩，而且，能够将上述电动马达固定在作为所需的把持部或固定部的外部壳体上，由此，能够易于制造，并且成为支撑结构稳定的配置结构。
对于这样构成的电动马达的负荷转矩检测装置，例如，优选应用于进行螺纹拧紧作业的电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置。即，此时能够发现，在电动旋具的把持部壳体内固定电动马达，从该电动马达的驱动输出轴经由减速机构的输出轴适当地与旋具刀头连接，在该结构中，在进行螺纹拧紧作业时，能够通过应变计，经上述套筒体，合理且高精度地检测在对螺纹进行最终的紧固时向旋具刀头作用的反力即螺纹的紧固转矩，而且将电动马达固定在把持部壳体内，从而能够易于制造，并且成为支撑结构稳定的配置结构。
因此，本发明的目的在于提供电动马达的负荷转矩检测装置，在通过电动马达旋转驱动操作所需的负荷的装置中，能够合理且高精度地检测对电动马达的驱动输出轴作用的负荷的反力即负荷转矩，并且能够将电动马达固定在作为所需的把持部或固定部的外部壳体上，从而易于制造并且成为支撑结构稳定的配置结构。
此外，本发明的其他的目的在于提供电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置，在通过电动马达驱动旋具刀头的电动旋具中，能够将电动马达稳定地固定在把持部壳体内，并且合理且高精度地检测螺纹拧紧作业时的螺纹的紧固转矩，从而易于制造并且成为支撑结构稳定的配置结构。
用于解决课题的手段
为了达到上述的目的，在本发明的技术方案1中，电动马达的负荷转矩检测装置的特征在于，对于从电动马达的马达罩体的一端部突出的驱动输出轴，设置以围绕该驱动输出轴的方式配置的套筒体，在该套筒体的一端形成凸缘部，该凸缘部固定在上述马达罩体的一端部上，并且上述套筒体的另一端作为具备行星齿轮的减速机构的内啮合齿轮部而一体地构成，并且在上述套筒体的外周部安装有应变计的结构。
在本发明的技术方案2中，电动马达的负荷转矩检测装置的特征在于，上述电动马达固定在作为所需的把持部或固定部的外部壳体上。
在本发明的技术方案3中，电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置应用了上述电动马达的负荷转矩检测装置，其特征在于，对于从电动马达的马达罩体的一端部突出的驱动输出轴，设置以围绕该驱动输出轴的方式配置的套筒体，在该驱动输出轴的一端形成凸缘部，该凸缘部固定在上述马达罩体的一端部上，并且上述套筒体的另一端作为具备行星齿轮的减速机构的内啮合齿轮部而一体地构成，并且在上述套筒体的外周部安装有应变计，在上述减速机构的输出轴上连接旋具刀头，并且将上述电动马达固定配置在电动旋具的把持部壳体内，通过安装在上述套筒体上的应变计，检测螺纹拧紧作业中的螺纹紧固转矩。
在本发明的技术方案4中，电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置的特征在于，在上述减速机构的输出轴上，经由离合器机构或转矩限制器连接旋具刀头。
发明效果
根据在本发明的技术方案1中记载的电动马达的负荷转矩检测装置，在通过电动马达经具备行星齿轮的减速机构旋转驱动操作所需的负荷的装置中，在固定电动马达的状态下，能够通过围绕上述驱动输出轴的套筒体，有效地作用对电动马达的驱动输出轴作用的负荷的反力即负荷转矩，作为扭矩，通过应变计合理且高精度地检测该负荷转矩。
根据在本发明的技术方案2中记载的电动马达的负荷转矩检测装置，能够将电动马达固定在作为所需的把持部或固定部的外部壳体上，从而易于制造并且成为支撑结构稳定的配置结构。
在本发明的技术方案3中记载的电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置应用上述电动马达的负荷转矩检测装置，在通过从电动马达经具备行星齿轮的减速机构传递至旋具刀头的旋转驱动操作，进行螺纹拧紧作业的电动旋具中，在固定了电动马达固定的状态下，能够通过围绕上述驱动输出轴的套筒体，有效地作用作为对电动马达的驱动输出轴作用的反力的螺纹紧固转矩，作为扭矩，通过应变计合理且高精度地检测该螺纹紧固转矩，而且能够将电动马达固定在把持部壳体内，从而易于制造并且成为支撑结构稳定的配置结构。
根据在本发明的技术方案4中记载的电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置，在旋具刀头的螺纹拧紧转矩变为规定的转矩值时，使离合器机构或转矩限制器动作，切断电动马达与电源的连接，使电动马达迅速停止，从而能够高效地进行螺纹拧紧作业。
附图说明
图1是表示本发明的电动马达的负荷转矩检测装置的一个实施例的简要结构说明图。
图2是将本发明的电动马达的负荷转矩检测装置应用在电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置上时的简要结构说明图。
附图标记说明
10电动马达
12外部壳体
14旋转驱动输出轴
15小齿轮
16套筒体
18凸缘部
20减速机构
21行星齿轮
22内啮合齿轮部
24应变计
26输出轴
28罩体
29推力轴承
32把持部壳体
34离合器机构
36刀头架
38旋具刀头
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的电动马达的负荷转矩检测装置的实施例。
图1是表示本发明的电动马达的负荷转矩检测装置的一个实施例的简要结构说明图。即，在图1中，附图标记10表示电动马达，该电动马达10的马达罩体固定在作为所需的固定部而形成的外部壳体12上。
因此，对于从上述电动马达10的马达罩体的一端部突出的旋转驱动输出轴14，以围绕该旋转驱动输出轴14的方式配置套筒体16。在该套筒体16的一端上形成凸缘部18，该凸缘部18固定在上述电动马达10的马达罩体的一端部上。此外，上述套筒体16的另一端作为具备行星齿轮21的减速机构20的内啮合齿轮部22而一体地构成。并且，在上述套筒体16的外周部适当地安装有应变计24。
而且，在图1所示的实施例中，上述电动马达10的旋转驱动输出轴14经由形成在其前端部的小齿轮15，与包括上述内啮合齿轮部22的减速机构20的行星齿轮21啮合，其旋转驱动力传递至一体地支撑上述行星齿轮21而使其自由旋转的输出轴26上。并且，该输出轴26适当地与通过电动马达10来进行旋转驱动的负荷部件连接。另外，在图1中，附图标记28表示围绕保持上述减速机构20的罩体，该罩体经由推力轴承29支撑由与上述输出轴26连接的行星齿轮21构成的减速机构20，并使其自由旋转。
根据这样构成的本实施例的电动马达的负荷转矩检测装置，在通过电动马达10的驱动，经减速机构20的输出轴26驱动所需的负荷部件使其旋转时，上述负荷部件中的负荷转矩经上述输出轴26以及减速机构20作用在电动马达10的旋转驱动输出轴14上的反力作为扭矩有效地作用在构成上述减速机构20的内啮合齿轮部22的套筒体16上，通过应变计24能够合理且高精度地检测此状态。因此，通过上述应变计24检测出的信号Ss1、Ss2能够适当地输入至负荷转矩检测电路而变换表示为负荷转矩。
图2是表示应用了上述结构的电动马达的负荷转矩检测装置的电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置的实施例。另外，为了便于说明，在与图1所示的实施例的结构部分相同的结构部分上标注同一附图标记，省略其详细的说明。
在图2中，在本实施例的电动旋具的螺纹拧紧转矩检测装置中，将电动马达10固定保持在把持部壳体32内，对于从该电动马达10的马达罩体的一端部突出的旋转驱动输出轴14，以围绕该旋转驱动输出轴14的方式，配置上述结构的套筒体16。并且，在上述减速机构20的输出轴26上，经由设置在以往的电动旋具上的离合器机构34以及刀头架36，连接有旋具刀头38。
作为上述离合器机构34，例如，在上述减速机构20的输出轴26上安装有离合器板，使离合器球(clutch ball)在轴向弹性地卡合在该离合器板上，若在螺纹拧紧作业中，经旋具刀头38在输出轴26上施加一定以上的负荷转矩(反力)，则上述离合器板越过离合器球，不向与旋具刀头38连接的刀头架36传递旋转驱动力，由此，能够以预先设定的转矩紧固螺纹。
此时，能够适当地通过检测元件检测上述离合器板越过离合器球的状态，并输出所需的离合器动作信号Sc，切断电动马达的电源。另外，能够设置转矩限制器来代替上述结构的离合器机构34。而且，也能够省略这些离合器机构34或转矩限制器，此时，在上述减速机构20的输出轴26上，经由刀头架36直接连接旋具刀头38。
下面，说明使用上述结构的电动旋具进行螺纹拧紧作业时的转矩检测动作。
在本实施例的电动旋具中，通过对电动马达10施力，其旋转驱动输出轴14进行正转驱动，通过小齿轮15以及行星齿轮21的啮合，经由减速机构20，将旋转驱动力传递至其输出轴26上。并且，上述输出轴26的旋转驱动力能够进一步经上述离合器机构34以及刀头架36传递至旋具刀头38上，从而进行螺纹拧紧作业。
在这样的螺纹拧紧作业中，从上述旋具刀头38经刀头架36、离合器机构34、输出轴26以及减速机构20作用至电动马达10的旋转驱动输出轴14的反力即螺纹拧紧转矩能够作为转矩有效地作用至上述离合器机构34和构成上述减速机构20的内啮合齿轮部22的套筒体16上，并且能够通过应变计24合理且高精度地检测此状态。因此，上述应变计24检测的信号Ss1、Ss2能够适当地输入至螺纹拧紧转矩检测电路，变换显示为螺纹拧紧转矩。
以上，说明了本发明的优选的实施例，但本发明不限于上述的实施例，在不脱离本发明的精神的范围内能够进行多种设计的变更，例如，能够应用于将套筒体的另一端作为减速机构的内啮合齿轮以外的电动马达的负荷构成构件，利用电动旋具以外的各种电动马达的驱动的设备或装置等。