(57)【要約】【課題】構造が簡単で低コストのトルク検出装置及びトルク検出装置の組み込まれた動力伝達装置を得る。【解決手段】遊星歯車減速装置１１０は、内歯歯車（被検査体）１１８と、該内歯歯車１１８に揺動しながら内接噛合する外歯歯車（遊星歯車）１１６と、を有し、内歯歯車１１８の自転を拘束した状態で外歯歯車１１６の自転成分を出力として取り出す。この装置１１０の内歯歯車１１８に掛かるトルクを検出するために、内歯歯車１１８を微小回転可能とし、かつ、内歯歯車１１８の軸心Ｏと平行に片持ち状態でセンサ本体１６０を配置し、その解放端側を内歯歯車１１８の微小回転に伴って変形させる。センサ本体１６０の変形面１６０ｂ、１６０ｃには歪ゲージが貼付される。【選択図】図２
2006162342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材のトルクが掛かる被検査体の負荷トルクを検出するトルク検出装置において、
前記被検査体の前記負荷トルクを受ける連結部と、
該連結部において前記被検査体と連結されると共に、該連結部で受けた前記負荷トルクの掛かる方向と直角の方向に延在され、且つ該負荷トルクによって変形可能とされたセンサ本体と、
該センサ本体の変形面に貼付された歪ゲージと、を備えた
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記センサ本体が、前記被検査体の正逆いずれの方向の動きに対しても変形可能とされ、且つ、前記歪ゲージが、正逆いずれの方向の変形に対しても対応可能な前記変形面に貼付されている
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記連結部は、前記センサ本体に形成された突起部又は係合孔である
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のトルク検出装置と該トルク検出装置と連結される減速機とを備え、
前記被検査体が、該減速機における回転部材のトルクが掛かる部材である
ことを特徴とするトルク検出装置付の動力伝達装置。
【請求項５】
請求項４において、前記減速機は
内歯歯車と、該内歯歯車と噛合する遊星歯車と、該遊星歯車を支持するキャリヤと、を有し、
そのうちの１つが、回転部材であり、他の１つが被検査体である
ことを特徴とするトルク検出装置付きの動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置及びトルク検出装置付きの動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１において、図５に示されるようなトルク検出装置付きの遊星歯車装置１０が提案されている。この遊星歯車装置１０は、内歯歯車１８と該内歯歯車１８に揺動しながら内接噛合する外歯歯車１６と、を有し、該内歯歯車１８の自転を拘束し、外歯歯車１６の自転成分を出力として取り出す揺動内接噛合式の遊星歯車構造を備える。
【０００３】
ここで、前記内歯歯車１８には、ドッグ棒７０が半径方向に突出して組み込まれている。動力伝達を行うために外歯歯車１６が内歯歯車１８の内側で揺動回転すると、その負荷トルク（回転トルク）が内歯歯車１８に掛かる。内歯歯車１８は微小範囲内において回転（変位）可能とされ、外歯歯車１６から負荷トルクが掛かると、図の矢印の方向（負荷トルクの係る方向）Ｘｏに変位しようとする。その結果、ドッグ棒７０、鋼球８２およびロッド８４を介して当該変位（負荷トルク）がロードセル６２に伝わるようになっている。ロードセル６２は、負荷トルクに対応する電気的アナログ信号を創成し、発生している負荷トルクを検出可能である。
【０００４】
なお、外歯歯車１６が逆回転する場合においても負荷トルクを検出する必要がある場合には、図５の左側のストッパプレート５１を外して左右対称に別途のロードセル（図示略）を配置することにより、正逆いずれの方向に対しても負荷トルクを検出することができるようになる。
【０００５】
【非特許文献１】住友重機械工業株式会社「トルクリミッタ付サイクロ減速機（サイクロは登録商標）」カタログＮｏ．Ｃ０３０１−４（１９９８年９月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来のトルク検出装置（あるいはトルク検出装置付きの遊星歯車装置）にあっては、構造が複雑となり、コスト高となり易いという問題があった。特に、正逆いずれの方向に対しても負荷トルクを検出しようとした場合には、大掛かりなトルク検出機構を２セット配備する必要があることから、コストの増大が著しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、構造が簡単で、低コストなトルク検出装置、あるいはトルク検出装置付きの動力伝達装置を提供することその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、回転部材のトルクが掛かる被検査体の負荷トルクを検出するトルク検出装置において、前記被検査体の前記負荷トルクを受ける連結部と、該連結部において前記被検査体と連結されると共に、該連結部で受けた前記負荷トルクの掛かる方向と直角の方向に延在され、且つ該負荷トルクによって変形可能とされたセンサ本体と、該センサ本体の変形面に貼付された歪ゲージと、を備えたことにより、上記課題を解決したものである。
【０００９】
本発明においては、トルクを受けることによって変形し得るセンサ本体を用意し、該センサ本体を負荷トルクの掛かる方向（負荷トルクが回転トルクの場合はその接線方向）と直角の方向に配置する。この方向は、例えば、被検査体との連結部が微小回転可能な場合には当該微小回転の軸心と平行な方向ということになる。そして、このセンサ本体が連結部の動き（回転あるいは変位）に伴って変形するように構成する。この結果、このセンサ本体の変形面に歪ゲージを貼付することにより、変形に対応する負荷トルクをダイレクトに検出可能である。
【００１０】
また、本発明に係るセンサ本体は、負荷トルクの掛かる方向と直角に配置されているため、これ自体が基本的に被検査体の正逆の回転あるいは変位方向に対して対称な配置関係になっている。従って、例えば、後述するように、歪ゲージをセンサ本体上の「正逆対称に変形する変形面」に貼付することにより、１個のセンサ本体で、正逆両方向の負荷トルクを検出するように構成することも可能である。
【００１１】
なお、本発明は、捉え方によっては、前記被検査体が、減速機における回転部材のトルクが掛かる部材であるトルク検出装置付きの動力伝達装置、と捉えることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
簡単な構造及び低コストで被検査体の負荷トルクを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の例を詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図３に、本発明の実施形態の一例が適用されたトルク検出装置付きの遊星歯車減速装置の一例を示す。
【００１５】
この遊星歯車減速装置１１０は、モータＭに対して２つの減速機構Ａ、Ｂを直列に連結したものである。前段減速機構Ａは、入力軸（モータ軸）１１２、偏心体１１４、２枚の外歯歯車（遊星歯車体）１１６（１１６Ａ、１１６Ｂ）、該外歯歯車１１６が内接する内歯歯車（被検査体）１１８、及び出力軸１２２を主な構成要素として備える。
【００１６】
図２及び図３に示されるように、内歯歯車１１８は、該内歯歯車１１８に掛かる負荷トルクを検出するために、ケーシング１５０の内周面１５０Ａに沿って微小回転（変位）可能である。なお、内歯歯車１１８のトルク検出に関係する構成（トルク検出機構Ｔの構成）については、後に詳述する。
【００１７】
各外歯歯車１１６は、内歯歯車１１８よりも僅かだけ少ない歯数を有し、該内歯歯車１１８に揺動しながら内接噛合するように組み込まれている。また、外歯歯車１１６は、該外歯歯車１１６を貫通する内ピン孔１３０を備え、この内ピン孔１３０と、前記出力軸１２２のフランジ部１２２Ａに圧入・固定され該内ピン孔１３０に遊嵌する内ピン１４０との遊嵌により、外歯歯車１１６の自転成分がフランジ部１２２Ａ側に取り出されるようになっている。この実施形態における「回転部材」は、キャリヤに相当するフランジ部１２２Ａである。
【００１８】
なお、内歯歯車１１８の歯形は、具体的にはローラ状のピン１１８Ａ１及びその外周に被せられた中空の外ローラ１１８Ａ２によって構成されている。また、内歯歯車１１８の内ピン１４０にもその外側に摺動促進部材として内ローラ１４２が被せられている。
【００１９】
後段減速機構Ｂは、前段減速機構Ａの出力軸１２２をその入力軸としている。後段減速機構Ｂは、扱うトルク及び減速比（内歯歯車２１８および外歯歯車２１６の歯数）が異なっていることなどを除き、基本的に前段の減速機構Ａと同様の構成を有している。そのため、図面上現れている部分において前段の減速機構Ａの対応する部材に付されている符号と下２けたが同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
【００２０】
ここで、トルク検出に関する構造について詳細に説明する。
【００２１】
本実施形態に係るトルク検出機構Ｔは、内歯歯車１１８に掛かる負荷トルクによって変形するセンサ本体１６０と、該センサ本体１６０の変形状態を捉える歪ゲージ（図示略：後述）とを備える。
【００２２】
前述したように、内歯歯車１１８は、ケーシング１５０の内周面１５０Ａに摺動可能に組み込まれており、微小回転（この実施形態ではセンサ本体１６０が変形可能な範囲の回転）が可能である。内歯歯車１１８の一部には、その半径方向にねじ孔１１８Ｂが形成されており、ドッグ棒１７０がねじ込まれている。ドッグ棒１７０は、その先端に突起部１７０Ａを備える。
【００２３】
一方、ケーシング１５０には、ボルト１５２を介してセンサケース１５４が固定されている。センサケース１５４内にはセンサ本体１６０が、内歯歯車１１８において負荷トルクのかかる方向（Ｘ方向：内歯歯車１１８のピッチ円の接線方向）と直角の方向（Ｙ方向：内歯歯車１１８の軸心Ｏと平行な方向）に沿って配置されている。このセンサ本体１６０は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、その全体がビーム状である。センサ本体１６０は、ボルト１５６、１５８を介して片持ち状態でセンサケース１５４に取付けられることから、該センサ本体１６０をセンサケース１５４に固定するためのボルト１５６、１５８が螺合するネジ穴１６０Ｂ、１６０ Ｃを備え、更に、その解放端側に前記ドッグ棒１７０の突起部１７０Ａが係入される貫通孔１６０Ａを備える。この実施形態では、このドック棒１７０の突起部１７０Ａが係入される貫通孔（係合孔）１６０Ａが本発明における連結部を形成している。
【００２４】
この構成により、センサ本体１６０は、その解放端側が内歯歯車１１８の微小回転に伴って当該微小回転方向（Ｘ方向）に変形可能である。
【００２５】
センサ本体１６０の側面１６０ｂ、１６０ｃにはシリコン樹脂でコーティング処理された前記歪ゲージが貼付されている（コーティング処理されているため表面からは見えない）。従って、内歯歯車１１８のいずれの方向の負荷トルクもこの１個のセンサ本体１６０で検出可能とされている。即ち、外歯歯車１１６が正逆いずれの方向に回転する場合でも１個のセンサ本体１６０のみで検出可能である。歪ゲージによって発生・検出されたアナログ信号は、コード１６４を介してコントローラ１６６に入力されている。コントローラ１６６は、この実施形態では、入力された歪ゲージ１６２からのアナログ信号を処理して現時点で内歯歯車１１８にかかっている負荷トルクを算出し、これが所定値以上であった場合に、モータＭのカットオフ制御を行なうように構成されている。
【００２６】
次に、この遊星歯車減速装置１１０の作用を説明する。
【００２７】
モータＭによって前段減速機構Ａの入力軸（モータ軸）１１２が回転されると、偏心体１１４が該入力軸１１２と一体的に回転する。偏心体１１４の外周は入力軸１１２の軸心Ｏに対して偏心しているため、入力軸１１２が１回回転すると該偏心体１１４の外周に装着されている外歯歯車１１６が１回揺動する。内歯歯車１１８は、微小範囲内で僅かに回転可能とされているだけであり、基本的にその自転が拘束されているため（実質的に固定されているため）、この１回の揺動により内歯歯車１１８に対して外歯歯車１１６が両歯車１１８、１１６の歯数差に相当する分だけ相対回転する。この相対回転が、内ピン孔１３０、内ローラ１４２及び内ピン１４０を介して出力軸１２２のフランジ部１２２Ａ側に取り出される。外歯歯車１１６の揺動成分は、内ピン孔１３０と内ピン１４０（内ローラ１４２）との遊嵌によって吸収される。この結果、（内歯歯車１１８と外歯歯車１１６の歯数差）／（外歯歯車１１６の歯数）に相当する減速比を実現することができる。
【００２８】
また、後段減速機構Ｂにおいても前段減速機構Ａの出力軸１２２を自身の入力軸２１２として全く同様の減速が実現される。この結果、結局、減速装置１１０全体では両減速機構Ａ、Ｂの減速比を掛け合わせた極めて高い減速比を実現できる。
【００２９】
ここで、外歯歯車１１６が揺動回転すると、その負荷トルク（回転トルク）が内歯歯車１１８に掛かる。すると、内歯歯車１１８は、ケーシング１５０の内周面１５０Ａに案内されながら負荷トルクのかかった方向（Ｘ方向）に回転しようとする。この結果、内歯歯車１１８と一体化されているドッグ棒１７０が、その突起部１７０Ａを介して連結されているセンサ本体１６０の解放端側を、当該負荷トルクが掛かる方向Ｘに変形させる。したがって、歪ゲージがこの変形量に相当する分だけ歪み、当該歪に対応したアナログ信号を発生する。発生したアナログ信号は、コード１６４を介してコントローラ１６６に入力される。コントローラ１６６では、所定の演算処理を行うことにより、現在内歯歯車１１８に掛かっている負荷トルクを算出する。算出の結果、掛かっている負荷トルクが予め定められた限界トルクを超えたと判断された場合には、モータＭの電源をカットする指令を出すことにより、当該遊星歯車減速装置１１０によって駆動されている図示せぬ駆動対象機械が損傷するのを防止する。
【００３０】
なお、検出された負荷トルクの情報に基づいて具体的にどのような制御を行うかについては、この例に限定されるものではなく、例えば、この算出された負荷トルクの情報に基づいて当該負荷トルクを所定の状態に維持するようにモータＭその他を自動制御するように構成してもよいし、さらには、図示せぬＡＣインバータドライブやＤＣモータ等と組み合わせて負荷変動に追随した回転速度制御を行うように構成してもよい。
【００３１】
上記実施形態においては、トルク検出機構Ｔが２つの減速機構Ａ、Ｂのうち、前段に相当する減速機構Ａ側に取付けられていたため、センサ本体１６０を比較的小さな部材とすることが可能となり、全体のコンパクト化が図られている。
【００３２】
また、上記実施形態においては、検出の精度を高めるために歪みケージをセンサ本体の２面（１６０ｂ、１６０ｃ）にそれぞれ貼付するようにしていたが、本発明では歪ゲージの具体的な貼付の仕方については特に上記例に限定されない。例えば、センサ本体１６０の上面１６０ａにＸｓ方向に対して４５°の角度で貼付することにより、（その変形方向までをも考慮した変形成分を検出することによって）１個の歪ゲージで正逆双方向の負荷トルクを検出できるようにすることもできる。また、動力伝達装置の回転方向が一方向に定まっている場合には、歪ゲージを、センサ本体の変形面の１面のみに、当該一方向の変形に対して最も敏感な貼付角度で貼付するだけとすることもできる。
【００３３】
また、上記実施形態においては、本発明を揺動内接噛合式の遊星歯車減速装置１１０に適用した例が示されていたが、本発明は、このほかにさまざまな適用例が考えられる。例えば、内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する遊星歯車と、を有し、該内歯歯車の自転を拘束し、遊星歯車の公転成分（キャリヤの自転成分）を出力として取り出す遊星歯車構造を備えた動力伝達装置（例えば単純遊星歯車装置）の前記内歯歯車に掛かるトルクを検出するためのトルク検出装置としても適用可能である。この場合、例えば内歯歯車が、負荷トルクの掛かる方向に微小回転可能とされる。センサ本体は、該内歯歯車の軸心と平行に片持ち状態で配置し、その解放端側が該内歯歯車の回転に伴って負荷力トルクの掛かる方向に変形できるように内歯歯車と連結する。歪ゲージは、該センサ本体の変形面に貼付する。
【００３４】
更には、例えば、この種の遊星歯車装置にあっては、遊星歯車の公転（あるいはキャリヤ自転）を拘束し、内歯歯車の自転を出力として取り出す使い方をする場合もあるが（いわゆる枠回転）、この場合にも、本発明は適応できる。すなわち、この場合は、例えば、内ピンの固定されたフランジ部（キャリヤ）を「被検査体」として負荷トルクに応じて微小回転可能とする。センサ本体は、該フランジ部あるいはキャリヤの軸心と平行に片持ち状態でを組み込み、その解放端側が、フランジ部あるいはキャリヤの微小回転に伴って変形できるような構成とする。このような構成により、全く同様にフランジ部あるいはキャリヤに掛かる負荷トルクを検出可能である。
【００３５】
また、本発明は、更に、例えば、外歯歯車（遊星歯車）が変形する撓み噛み合い式の遊星歯車装置、歯車の代わりにローラとローラの摩擦伝達あるいはトラクション伝達によって動力を伝達する遊星ローラ装置にも適用可能である。遊星ローラ装置に適用する場合は、内歯歯車をリングローラ、遊星歯車を遊星ローラ、と置き換えて考えればよく、本発明における歯車の概念にはローラも含まれる。
【００３６】
さらには、適用される装置は必ずしも減速装置である必要もない。
【００３７】
又、連結部の構造としては、ドッグ棒の突起部が係入される貫通孔という構成のほか、ドッグ棒に設けた凹部に係入する突起部という構成であっても良いし、その他、種々の連結構造を用いることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
自身の動きが基本的に拘束された被検査体に、現にどの程度の負荷トルクが掛かっているかを検出するためのトルク検出装置として、あるいは該トルク検出装置の付設された動力伝達装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るトルク検出装置が組み込まれたモータ付き揺動内接噛合式の遊星歯車減速装置の縦断面図
【図２】図１の矢視II−II線に沿う半断面図
【図３】図１のトルク検出機構部分の平面図
【図４】センサ本体の平面図および正面図
【図５】従来のトルク検出装置を示す断面図
【符号の説明】
【００４０】
Ｍ…モータ
Ａ…前段減速機構
Ｂ…後段減速機構
Ｔ…トルク検出機構
１１０…遊星歯車減速装置
１１２…入力軸
１１４…偏心体
１１６…外歯歯車（遊星歯車）
１１８…内歯歯車（被検査体）
１１８Ｂ…ねじ孔
１２２…出力軸
１３０…内ピン孔
１４０…内ピン
１５０…ケーシング
１５２…ボルト
１５４…センサケース
１５６、１５８…ボルト
１６０…センサ本体
１６４…コード
１６６…コントローラ
１７０…ドッグ棒
１７２…突起部
【図１】
2006162342.tif 000003
【図２】
2006162342.tif 000004
【図３】
2006162342.tif 000005
【図４】
2006162342.tif 000006
【図５】
2006162342.tif 000007