(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動可能なモータと、前記モータに接続されこのモータの回転を増力し出力可能な遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構の内歯歯車に係合し前記内歯歯車を回転規制する係合部をその両端に備えて成る起歪体と、この起歪体に貼り付けられ前記内歯歯車の回転反力により生じた歪みを検出する歪ゲージと、所定の電圧を出力可能なアンプと、前記歪ゲージから延びるリード線および前記アンプから延びる信号線を連結可能な中継端子とから構成され、前記起歪体の一端を前記モータの支持部材に係合させる一方、起歪体の他端を前記内歯歯車の係合部に係合させたトルクセンサにおいて、
前記中継端子は、前記起歪体を内包するよう配された内包部材に固着されて成り、
前記内包部材は、前記係合部に嵌合する嵌合穴と、この嵌合穴に連設され前記係合部を挿通自在な挿通穴とを備え、前記嵌合穴を前記起歪体の一方の係合部に嵌合するよう配されて成ることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記内包部材は、前記挿通穴を前記起歪体の他方の係合部に到達する長さを備えて成ることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記内包部材は、これに内包した歪ゲージのリード線を前記中継端子へ通過可能な切欠部を備えて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記内包部材は、絶縁性を有する樹脂素材であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記起歪体は、両端の係合部にそれぞれリング部材を備えて成り、
前記リング部材は、前記内包部材を軸方向へ移動しないよう支持して成ることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のトルクセンサ。
【請求項６】
ねじに係合可能なビットを回転駆動してワークにねじを締結するねじ締め機であって、前記ビットを請求項１ないし請求項５の何れかに記載のトルクセンサに接続して成ることを特徴とするねじ締め機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度なトルク検出を可能とするトルクセンサおよびこれを備えたねじ締め機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のトルクセンサは、特許文献１および特許文献２に示すように、回転駆動可能なモータと、このモータに接続された減速機と、この減速機の出力軸に負荷されるトルクに応じて歪を生じる起歪体と、この起歪体に貼り付けられた歪ゲージとを備えて成る。前記減速機は、所謂遊星歯車機構で構成されており、前記モータの回転を受けて回転する太陽歯車と、この太陽歯車の回転に伴って回転する複数の遊星歯車と、これら遊星歯車に何れも噛合しかつ内包するよう配された内歯歯車とから構成され、前記出力軸は、複数の遊星歯車を回転自在に備えて成る。
【０００３】
また、特許文献２に示す起歪体は、両端にスプライン部を備えた中空軸であり、その一端が前記モータの取付部材に係合し、他端が前記内歯歯車に係合するよう配置されている。これにより、従来のトルクセンサは、モータの回転を受けて前記遊星歯車が内歯歯車の内歯に噛み合いながら自転するとともに、これら遊星歯車を備えた出力軸が回転する。この時、出力軸の回転に抗するような負荷トルクが出力軸に加わると、前記内歯歯車が自転する方向に反力を受け、この反力が前記起歪体に伝達されて起歪体をねじり方向へ歪ませる。よって、従来のトルクセンサは、減速機の出力軸の反力を歪ゲージによって検出することができる。
【０００４】
また、従来のトルクセンサは、特許文献３に示すように所定の設定トルクによりワークにねじを締結するねじ締め機に搭載される。この従来のねじ締め機は、前記出力軸に連結したビットと、前記モータおよび前記歪ゲージを接続した制御装置とを備えて成る。また、制御装置は、前記歪ゲージから出力される信号に基づき前記ビットに加わるトルクを算出可能に構成され、この算出トルクと予め設定した設定トルクとを比較し、前記算出トルクが設定トルクへ到達するまで前記モータを回転駆動制御可能に構成されている。
【０００５】
一方、特許文献４および特許文献５には、前記起歪体に貼り付けられている歪ゲージの状態が開示されており、前記起歪体には、歪ゲージおよびゲージ端子がそれぞれ接着剤によって貼り付けられている。また、前記ゲージ端子は、歪ゲージから延びるリード線と、前記制御装置から延びる信号線とを中継する箇所であり、半田付け等により前記リード線および信号線を接続するよう構成される。また、特許文献５には、前記リード線および信号線の接続方法を半田付けから超音波ボンディングに変えていることが開示されており、この超音波ボンディングによる接続時には、前記接着剤の溶融を防止することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平06-61465
【特許文献２】特開2014-29309号公報
【特許文献３】特公平06-96209号公報
【特許文献４】特開平07-35628号公報
【特許文献５】特開2006-234708号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のトルクセンサは、前記起歪体の歪み量を検出する必要の無いゲージ端子まで起歪体に接着しているため、起歪体に生じる歪み量は、理論値よりも小さな歪み量しか発生しない傾向にある。さらに、前記ゲージ端子に塗布された接着剤の量や貼り付け状態もトルクセンサ毎に異なるため、個々のトルクセンサの検出性能にバラつきが生じ易い。したがって、従来のトルクセンサは、較正時に調整するゼロ調整やゲイン調整の調整範囲を広くしなければならず、これらを調整するアンプ等の機器の性能を高機能にしなければならないという問題があった。
【０００８】
また、従来のトルクセンサは、前記リード線と信号線とを超音波ボンディングにより接続しているため、一般に普及している半田ごてのような簡単な器具を用いることができないという問題もあった。さらに、従来のトルクセンサは、外観寸法を小さくするため、低トルクを検出可能にする場合、トルク検出箇所となる起歪体のサイズを小さくしてことが考えられるが、小さなサイズの起歪体であると極めて狭いエリアに歪ゲージおよびゲージ端子を接着しなければならないという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のトルクセンサまたはこれを搭載したねじ締め機は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、回転駆動可能なモータと、前記モータに接続されこのモータの回転を増力し出力可能な遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構の内歯歯車に係合し前記内歯歯車を回転規制する係合部をその両端に備えて成る起歪体と、この起歪体に貼り付けられ前記内歯歯車の回転反力により生じた歪みを検出する歪ゲージと、所定の電圧を出力可能なアンプと、前記歪ゲージから延びるリード線および前記アンプから延びる信号線を連結可能な中継端子とから構成され、前記起歪体の一端を前記モータの支持部材に係合させる一方、起歪体の他端を前記内歯歯車の係合部に係合させて成り、前記中継端子は、前記起歪体を内包するよう配された内包部材に固着されて成り、前記内包部材は、前記係合部に嵌合する嵌合穴と、この嵌合穴に連設され前記係合部を挿通自在な挿通穴とを備え、前記嵌合穴を前記起歪体の一方の係合部に嵌合するよう配されて成ることを特徴とする。なお、前記内包部材は、前記挿通穴を前記起歪体の他方の係合部に到達する長さを備えて成ることが望ましい。また、前記内包部材は、これに内包した歪ゲージのリード線を前記中継端子へ通過可能な切欠部を備えて成ることが望ましい。さらに、前記内包部材は、絶縁性を有する樹脂素材であってもよく、前記起歪体は、両端の係合部にそれぞれリング部材を備えて成り、前記リング部材は、前記内包部材を軸方向へ移動しないよう支持して成ることが望ましい。また、ねじに係合可能なビットを回転駆動してワークにねじを締結するねじ締め機であって、前記ビットを前記トルクセンサに接続して成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のトルクセンサおよびこのトルクセンサを備えたねじ締め機は、内包部材に起歪体の係合部に嵌合する嵌合穴および係合部を挿通自在な挿通穴を配し、嵌合穴を起歪体の一方の係合部に嵌合させ、挿通穴を他方の係合部を覆い囲うように内包部材を配置している。これにより、内歯歯車の回転反力を受けた起歪体がねじられて歪を生じた際、内包部材は、他方の係合部に対して相対回転する。よって、歪みを検出しない中継端子を起歪体に貼り付けていた従来品に比べて中継端子を接着する接着剤等の影響を取り除くことができ、高精度なトルク検出が可能となる利点がある。また、内包部材を起歪体とは別構造にしているため、リード線と信号線との接続箇所となる中継端子に半田付けを施しても半田付けにより生じる熱が起歪体へ伝達され難い。さらに、本発明のトルクセンサは、前記起歪体に前記中継端子を貼り付ける必要が無いので、従来に比べて起歪体のサイズをコンパクトな寸法に設定可能となりトルクセンサあるいはこれを搭載したねじ締め機の外観寸法を短寸にできるという利点もある。
【００１１】
また、本発明のトルクセンサは、前記内包部材の長さを起歪体の両端に位置する係合部にそれぞれ掛かる寸法としているため、内包部材が常時起歪体にガイドされる。したがって、リード線および信号線を接続する中継端子は起歪体に対して大きく傾くことも生じ難く、リード線あるいは信号線の断線等の発生も抑制できるという利点もある。
【００１２】
さらに、本発明のトルクセンサは、内包部材に切欠部を備えるため、歪ゲージのリード線を中継端子に配線し易いという利点もある。また、内包部材は、絶縁性の高い樹脂素材であるため、導通性を備えるリード線および信号線の配線処理が容易になるという利点もある。しかも、前記起歪体は、内包部材を抜け止め支持するリング部材を前記係合部にそれぞれ取り付けて成るので、内包部品を起歪体に位置決めし易いという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の要部一部切欠き断面図である。
【図３】本発明に係る起歪体および内包部材の一実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のトルクセンサを図１ないし図３に基づき説明する。本発明のトルクセンサ１は、所定の回転数およびトルクに基づいて回転駆動可能なＡＣサーボモータＭ（以下、単にモータという）と、このモータの回転軸ＭＯに接続した遊星歯車機構と、この遊星歯車機構の内歯歯車１０に係合して回転を規制する起歪体２０とを備えて成る。
【００１５】
前記モータＭは、前記回転軸ＭＯを一端から突出させて回転自在に支持する本体を備えて成り、この本体を固定するモータ取付板２に取り付けられている。また、回転軸ＭＯは、その先端を２面幅に形成されており、後記遊星歯車機構の太陽歯車１１に接続されている。
【００１６】
前記遊星歯車機構は、太陽歯車１１と、この太陽歯車１１に係合する複数の遊星歯車１２と、これら複数の遊星歯車１２を内包するとともに内周面に形成された内歯に遊星歯車１２を係合可能な内歯歯車１０と、太陽歯車１１の一端側を内包するとともに遊星歯車１２を回転自在に軸支する出力軸１３と、この出力軸１３および内歯歯車１０をそれぞれ回転自在に軸支したギアケース１４とを備えて成る。
【００１７】
前記太陽歯車１２は、モータＭの回転軸ＭＯに係合する係合部１１ｃを備えた連結軸１１ａと、この連結部１１ａの下方に配され遊星歯車１２の外形に噛合するギア部１１ｂと、このギア部１１ｂの下方に配された軸支部１１ｃとをそれぞれ一体に備えて成る。
【００１８】
前記内歯歯車１０は、遊星歯車１２に係合可能な内歯を備えた内歯リング１０ａと、この内歯リング１０ａに内包され係合した起歪体プレート１０ｂとから構成される。
【００１９】
前記起歪体２０は、太陽歯車１１の連結部１１ａを通過可能な通過穴２０ａと、その両端に配され係合部２１ａ，２１ｂと、これら係合部２１ａ，２１ｂを接続した薄肉の起歪部２１ｃとから構成される。また、前記起歪体２０は、係合部２１ａに嵌合可能な嵌合穴３１と、この嵌合穴３１に連設され嵌合穴３１よりも大径の挿通穴３２とを備えて成る内包部材３０を取り付けて成る。
【００２０】
前記係合部２１ａ，２１ｂは、同一形状のスプライン形状に構成され、係合部２１ｂは、起歪体プレート１０ｂに嵌合するよう配される一方、係合部２１ａは、モータ取付板２に固定されたセンサケース３に嵌合するように配されて成る。さらに、前記起歪部２１ｃは、その外周に貼り付けられ歪みによって抵抗変化する歪ゲージＳを備えて成り、この歪ゲージＳは、センサケース３に取り付けられたアンプＡに導通可能に接続されている。
【００２１】
前記アンプＡは、前記制御装置に接続されており、所定の電源電圧を後記中継端子Ｔを介して歪ゲージＳへ入力する一方、歪ゲージＳを通過した測定電圧を取り込み可能に構成されている。
【００２２】
前記内包部材３０は、起歪体２０の起歪部２１ｃよりも長い全長に設定されているため、前記嵌合穴３１が起歪体２０の係合部２１ａに嵌合する一方、前記挿通穴３２が起歪体２０の係合部２１ｂを一部覆うようになっている。また、この内包部材３０は、前記起歪体２０の両端に取り付けられたリング部材によって軸方向へ抜け止めされており、このリング部材は、係合部２１ａ，２１ｂにそれぞれ形成された溝に嵌り込み脱着可能な軸用止め輪で構成されている。さらに、前記内包部材３０は、絶縁性の高い樹脂素材から成り、その外周にエッチング等によって形成された薄膜の回路である中継端子Ｔを貼り付けて成る。この中継端子Ｔは、前記歪ゲージＳから延びるリード線Ｌ１および前記アンプＡから延びる信号線Ｌ２を半田付けなどによって接続可能に構成される。また、前記内包部材３０は、この内側に位置する歪ゲージＳの前記リード線Ｌ１を通過可能な切欠部３３を備えて成り、この切欠部３３を通過させたリード線Ｌ１を前記中継端子Ｔへ接続させて成る。
【００２３】
また、前記出力軸１３は、ワークに螺入され部品締結可能なねじに係合するビット（図示せず）を取り付け可能に構成されている。これにより、前記ビットを取り付けたトルクセンサ１は、前記ワークへねじを螺入する際に生じるトルクを検出可能なため、締付けトルクを高精度に検出しつつ制御するねじ締め機として活用できる。
【００２４】
次に、このように構成したトルクセンサ１およびこのトルクセンサ１を搭載したねじ締め機の作用について説明する。
【００２５】
前記モータＭが図示しない制御装置の指令を受けることで、前記回転軸ＭＯおよび前記太陽歯車１１は、所定の回転数および回転トルクで一体に回転駆動する。また、これと同時に前記アンプＡは、前記制御装置の指令を受けて所定の電圧を前記中継端子Ｔへ入力して歪ゲージＳを通過した測定電圧を読み込みこれを制御装置へ出力する。
【００２６】
これにより、前記遊星歯車１２は、太陽歯車１１の回転方向とは逆方向に自転するとともに、前記起歪体２０によって回転規制された内歯歯車１０の内壁に沿って太陽歯車１１に対して公転する。これにより、前記出力軸１３は、モータＭが発揮した回転数および回転トルクをそれぞれ減速および増力されて回転し、前記太陽歯車１１の回転方向と同一方向に回転する。
【００２７】
前記出力軸１３は、この回転に反する負荷トルクを受けると、出力軸１３に軸支された遊星歯車１２を介して前記内歯歯車１０に反力トルクが生じるため、前記内歯歯車１０は、前記起歪体２０をねじり方向へ歪ませる。前記歪ゲージＳを通過する電圧は、この起歪体の２０の歪に応じて高くなり、この測定電圧と前記反力トルクとが比例関係にあるので、出力軸１３に負荷された負荷トルクとして扱うことができる。
【００２８】
また、この時、前記内包部材３０は、上述のように起歪体２０の係合部２１ａに嵌合する一方、前記係合部２１ｂには嵌合しないように配されているため、前記内歯歯車１０の反力トルクを起歪体２０のように伝達されない。つまり、前記中継端子Ｔは、起歪体２０から切り離された構成の内包部材３０に貼り付けられているので、従来のようにこの中継端子Ｔの貼り付けによるトルク検出精度の悪影響を低減できる。
【符号の説明】
【００２９】
１    トルクセンサ
１０    内歯歯車
１１    太陽歯車
１２    遊星歯車
１３    出力軸
２０    起歪体
２１ａ  係合部
２１ｂ  係合部
３０    内包部材
３１    嵌合穴
３２    挿通穴
３３    切欠部
Ｓ    歪ゲージ
Ｔ    中継端子
【要約】
【課題】高精度なトルク検出を可能とするトルクセンサの提供。
【解決手段】モータMに接続された遊星歯車機構と、遊星歯車機構の内歯歯車10に係合する起歪体20と、起歪体20に貼り付けた歪ゲージSと、所定電圧を出力可能なアンプAと、歪ゲージSのリード線L1およびアンプAの信号線L2を中継する中継端子Tとを備える。中継端子Tは、起歪体20を内包する内包部材30に固着され、内包部材30は、起歪体20の係合部21a,21bに嵌合する嵌合穴31と、嵌合穴31に連設され係合部21a,21bを挿通自在な挿通穴32とを備え、嵌合穴31を起歪体20の一方の係合部21aに嵌合させて配置する。これにより、内歯歯車10の回転反力が起歪体20に伝達されると起歪体20に歪みが生じる一方、内包部品30には歪みが生じない。よって、歪みを検出しない中継端子Tを毎回歪まない中継部材30に配置しているので、中継端子Tの貼り付けによるトルク検出精度の悪影響を排除できる。
【選択図】図１【図１】
0006053086.tif 000002
【図２】
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【図３】
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