(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシング内に配置され、前記ケーシングに対して回転中心軸の周りを相対回転可能なリングギアを有し、入力軸の回転を出力軸に伝達する遊星歯車機構と、
前記リングギアの外周から径方向外方に向けて突出する係合突起部と、
前記係合突起部が入り込み、前記リングギアとともに前記係合突起部が所定の範囲内で前記回転中心軸の周りの移動を許容する前記ケーシングに形成された開口部と、
前記回転中心軸方向に沿って延び、一端部側が前記ケーシングに固定され、自由端をなす先端側の係合部が前記係合突起部に係合するトルク検知レバーと、
前記係合突起部により加えられる荷重により曲げ変形される前記トルク検知レバーの歪を計測する歪計測手段と、
を有するトルク検出装置。
【請求項２】
前記ケーシングの開口部は、前記トルク検知レバーが収容されるサイズに形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記トルク検知レバーは、一端部側を前記ケーシングに対し、ケーシングの外側から装着される締結部材で固定されることを特徴とする請求項１または２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
前記リングギアは、前記ケーシングに対して、回転中心軸に沿った一方向に付勢されて位置決めされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記係合突起部が前記トルク検知レバーの係合部と係合する係合軸部をバレル形状に形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記係合突起部の先端は、前記トルク検知レバーの係合部と係合する長さまで延びていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車機構を備えた動力伝達装置におけるトルクを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
遊星歯車機構を用いた動力伝達装置には、負荷に加わるトルクを検出するトルク検出装置が設けられている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示されているトルク検出装置は、遊星歯車機構のリングギアの外周部から径方向外方向に突出した突出部材に歪ゲージを貼り付ける。一方、前記リングギアを取り囲むケーシングに、前記突出部材の先端部が係合し、前記リングギアの回転を阻止する。遊星歯車機構は、入力軸に形成された太陽ギアと、太陽ギアに噛み合う複数の遊星ギアと、複数の遊星ギアが噛み合う内周ギアを内周部に形成したリングギアを有する。複数の遊星ギアは、入力ギアと同一軸心上に回転中心を有するケージに回転自在に取り付けられる。
【０００４】
リングギアがケーシングに固定されている場合、入力軸が回転すると、太陽ギアに噛み合う複数の遊星ギアが自転しながら公転し、ケージが回転する。その際、ケーシングには反力が作用する。前記突出部材には、前記反力による曲げ応力によって歪が発生するため、この歪を歪ゲージが検出することにより、負荷に加わるトルクを検出する。
【０００５】
前記突出部材は、突出長さを長くすると、突出部材のたわみ量が多くなり、広範囲でのトルク値を高精度に検出することができる。しかし、突出部材を径方向外方向に長くすると、ケーシングの外径が長くなる。
【０００６】
また、突出部材に歪ゲージを貼り付けているため、例えば歪ゲージの交換には、遊星歯車機構をケーシングから取り出すという大掛かりな分解を必要とし、メインテナンス性が悪い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１４５４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来の課題を解決し、遊星歯車機構のリングギアから高精度にトルクを検出でき、歪ゲージ等の構成部品の交換を容易に行えるトルク検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的を実現するトルク検出装置の第１の構成は、ケーシングと、前記ケーシング内に配置され、前記ケーシングに対して回転中心軸の周りを相対回転可能なリングギアを有し、入力軸の回転を出力軸に伝達する遊星歯車機構と、前記リングギアの外周から径方向外方に向けて突出する係合突起部と、前記係合突起部が入り込み、前記リングギアとともに前記係合突起部が所定の範囲内で前記回転中心軸の周りの移動を許容する前記ケーシングに形成された開口部と、前記回転中心軸方向に沿って延び、一端部側が前記ケーシングに固定され、自由端をなす先端側の係合部が前記係合突起部に係合するトルク検知レバーと、前記係合突起部により加えられる荷重により曲げ変形される前記トルク検知レバーの歪を計測する歪計測手段と、を有する。
【００１０】
本発明の目的を実現するトルク検出装置の第２の構成は、上記した第１の構成において、前記ケーシングの開口部は、前記トルク検知レバーが収容されるサイズに形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の目的を実現するトルク検出装置の第３の構成は、上記したいずれかの構成において、前記トルク検知レバーは、一端部側を前記ケーシングに対し、ケーシングの外側から装着される締結部材で固定されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の目的を実現するトルク検出装置の第４の構成は、上記したいずれかの構成において、前記リングギアは、前記ケーシングに対して、回転中心軸に沿った一方向に付勢されて位置決めされていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の目的を実現するトルク検出装置の第５の構成は、上記したいずれかの構成において、前記係合突起部が前記トルク検知レバーの係合部と係合する係合軸部をバレル形状に形成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の目的を実現するトルク検出装置の第６の構成は、上記したいずれかの構成において、前記係合突起部の先端は、前記トルク検知レバーの係合部と係合する長さまで延びていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、トルク検知レバーを長くしてトルクを高精度計測することができる。しかも、係合突起部をみじかくすることができ、ケーシングの外形形状が部分的に大きく突出するという見栄えの悪さを排除することができる。
【００１６】
また、歪ゲージ等の歪計測手段の故障などで交換の必要が生じた場合では、トルク検知レバーをケーシングの外側から交換することで、新しい歪ゲージ等の歪計測手段を備えたトルク検知レバーを取り付けることができる。その際、遊星歯車機構などを分解する必要はない。
【００１７】
請求項２、６に係る発明によれば、ケーシングの外周面からトルク検知レバーが突出することがないので、ケーシングの外形形状が部分的に突出することのない形状とすることができる。また、トルク検知レバーを保護することができ、またケーシングの外側からトルク検知レバーを容易に取り出すことができる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、トルク検知レバーの取り外し作業及び取付作業を容易に行える。
【００１９】
請求項４に係る発明によれば、係合突起部とトルク検知レバーの係合部と係合位置をずれることなく維持することができる。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、係合軸部は係合部に点接触で当接するため、高精度のトルク検出が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるトルク検出装置の実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１のＡ矢視拡大図。
【図３】図１のトルク検出装置を構成するリングギアを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）の左側面図。
【図４】図１のトルク検出装置を構成するトルク検知体を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の正面図、（ｃ）は（ｂ）の左側面図、（ｄ）は（ｂ）の右側面図、（ｅ）は（ｂ）に示す歪ゲージのリード線の結線状態の図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明によるトルク検出装置の実施形態を示す縦断面図、図２は図１のＡ矢視拡大図である。
【００２４】
図１は、トルク検出装置の実施形態を示す。トルク検出装置１００は、動力伝達装置の一部を構成する遊星歯車機構を２段に連結した減速機に設けられる。第１遊星歯車機構ＰＧ１の第１入力軸１は先端部に第１太陽ギア２が形成される。第１太陽ギア２は、回転中心軸Ｌ１と同一の軸心に対して回転可能に配置される。第１太陽ギア２の周囲には複数の第１遊星ギア３が配置され、第１太陽ギア２に複数の第１遊星ギア３が噛み合う。複数の第１遊星ギア３は、第１キャリア（ケージ）４に回転自在に取り付けられる。
【００２５】
第１ケージ４は、回転中心軸Ｌ１と同一の軸心に対して回転可能に配置される。第１ケージ４は、各第１遊星ギア３に対応して第１支軸５が回転中心軸Ｌ１と平行に取り付けられ、第１支軸５に第１遊星ギア３が回転自在に取り付けられる。
【００２６】
回転中心軸Ｌ１と同一の軸心にリングギア６が回転可能に配置される。リングギア６は内周部に第１内歯７ａと第２内歯７ｂが形成され、リングギア６の内側に配置される複数の第１遊星ギア３が第１内歯７ａに噛み合う。なお、第２遊星歯車機構ＰＧ２のリングギアは第１遊星歯車機構ＰＧ１のリングギア６と共通化し、第２内歯７ｂに第２遊星歯車機構ＰＧ２の第２遊星ギア１０３が噛み合う。
【００２７】
動力伝達装置のケーシング８は、リングギア６の外周に配置される。ケーシング８の内周面８ａとリングギア６の外周面との間には、第１ボールベアリング９と第２ボールベアリング１０が配置される。リングギア６は、ケーシング８に対し、第１ボールベアリング９と第２ボールベアリング１０を介して回転可能に保持される。
【００２８】
第１ボールベアリング９の前端面（第２遊星歯車機構ＰＧ２側）は、リングギア６の段部１１まで前方に押し込まれた位置に配置される。第１ボールベアリング９の後端と、第１ボールベアリング９よりも後方に配置される不図示の固定部材との間に、押し付けバネ１２が配置される。押し付けバネ１２は、第１ボールベアリング９を介してリングギア６を前方に向けて押し付け、リングギア６を軸方向に沿った所定位置に保持する。
【００２９】
第１入力軸１の外周部にはスリーブ１３が回転自在に外装され、スリーブ１３の外周面とリングギア６の内周面との間に第３ボールベアリング１４を配置する。スリーブ１３の前端部に形成したフランジ部１５に、第１支軸５の後端部が差し込まれ、抜け止めリング１６により第１支軸５の抜けが防止される。スリーブ１３は第１ケージ４と一体に回転する。
【００３０】
第１ケージ４には、回転中心軸Ｌ１と同一軸線上に、第２遊星歯車機構ＰＧ２の第２入力軸１０１が一体に形成される。第２入力軸１０１の先端部に第２太陽ギア１０２が形成される。第２太陽ギア１０２の周囲には複数の第２遊星ギア１０３が配置され、第２太陽ギア１０２に複数の第２遊星ギア１０３が噛み合う。複数の第２遊星ギア１０３は、リングギア６の第２内歯７ｂに噛み合う。複数の第２遊星ギア３は、第２キャリア（ケージ）１０４に第２支軸１０５を介して回転自在に取り付けられる。第２ケージ１０４には、回転中心軸Ｌ１を中心とする軸孔部１０４ａが形成される。軸孔部１０４ａは内周部が例えばスプライン加工され、不図示の出力軸がスプライン結合する。第２ケージ１０４は、リングギア６の内周面に係合する前抜け止めプレート１０６により前方への移動が規制される。また、第２支軸１０５の後端部は、後抜け止めプレート１０７に係合し、第２支軸１０５が前方へ抜け出るのを規制する。
【００３１】
図３に示すように、リングギア６の外周部には、径方向に沿って外方に向けて延びる係合突起部１７が形成されている。係合突起部１７は、円柱状に形成される根元部１７ａから先端側に係合軸部１７ｂが形成される。係合軸部１７ｂは、長さ方向の中央部分の直径が最大とし、先端側および基部側に向かうに従って直径が漸減するバレル（樽型）形状に形成される。そして、係合軸部１７ｂの最大直径部が後述する係合凹部２２の内周面と点接触する。
【００３２】
図２に示すように、ケーシング８の周壁部には、中心軸Ｌ１の軸方向に沿って細長い開口部１８が形成される。開口部１８の前部側に係合突起部１７が入り込む。開口部１８の周方向（短手方向）の幅Ｗは、係合突起部１７の外径よりも長く形成される。
【００３３】
開口部１８には、トルク検知レバー２０が配置される。トルク検知レバー２０は、後端部側を直方体形状の固定部２１とし、先端側に突起部１７の係合軸部１７ｂが係合する係合凹部２２が形成される。
【００３４】
開口部１８内に配置されるトルク検知レバー２０は、直方体形状の固定部２１をケーシング１８にボルト５０により固定し、固定部２１から前方に延びる係合凹部２２を自由端とする片持ち支持構造としている。
【００３５】
図４に示すように、固定部２１と係合凹部２２との間には、直方体形状のレバー本体部２３が一体に形成される。レバー本体部２３の対向する一側壁面２３ａと他側壁面２３ｂには、歪検知手段をなす歪ゲージが貼り付けられてトルク検知体を構成する。歪検知手段は、歪ゲージに限定されることはなく、レバー本体部２３の歪を検知できるものであればよい。
【００３６】
本実施形態において、一側壁面２３ａに２枚の歪ゲージ２４ａ、２４ｂが貼り付けられる。固定部２１の上壁面２３ｃには、配線基板２６が貼り付けられる。配線基板２６には、歪ゲージ２４ａ、２４ｂのリード線２５ａ、２５ｂが接続される配線パターン等を有する。配線基板２６には、動力伝達装置の制御部（不図示）に検出信号を出力する出力端子ケーブル（不図示）が接続される。
【００３７】
トルク検知レバー２０が回転中心軸Ｌ１に対して直交する幅方向に曲げ荷重を受けてレバー本体部２３が曲げられると、歪ゲージ２４ａ、２４ｂが曲げ応力の発生に伴う歪を検出する。トルク検知レバー２０が検出した歪に基づいて前記制御部はトルクを求める。レバー本体部２３の回転中心軸Ｌ１方向の長さが長いと、高い検出精度が得られる。本実施形態では、レバー本体部２３を長くしても回転中心軸Ｌ１方向に長くなるだけで、ケーシング８の径方向外方へは延びない。このため、ケーシング８の外形を例えば円筒形状に形成することができる。ここで、図１に示す係合突起部１７をトルク検知レバー２０と同じ長さにし、係合突起部１７にトルク検知レバー２０の役割を持たせようとすると、ケーシング８の一部が径方向外方に向けて大きく突出することになり、使い勝手が悪いものとなる。
【００３８】
固定部２２には、前後方向に２つのボルト孔２７ａ、２７ｂが幅方向に貫通形成されている。開口部１８の幅方向の一端部側の壁部１８ｃには、ボルト５０が挿入される挿入孔部２８が前後方向に形成される。また、開口部１８の幅方向他端部側の壁部１８ｄには、挿入孔部２８に対応してボルト５０のねじ部が螺合するねじ孔２９がそれぞれ形成される。固定部２１の幅は開口部１８にガタなく収容されるサイズに形成されている。
【００３９】
開口部１８にトルク検知レバー２０を固定するには、開口部１８の上方からトルク検知レバー２０を開口部１８内に配置する。次いで、固定部２１のボルト孔２７ａ、２７ｂを壁部１８ｃの挿入孔部２８に位置合わせする。そして、挿入孔部２８側からボルト５０をボルト孔２７ａ、２７ｂに挿入し、ねじ孔２９にねじ込み固定する。
【００４０】
トルク検知レバー２０を開口部１８内に固定する際、突起部１７に係合凹部２２内に入り込んだ状態で回転中心軸Ｌ１方向の位置合わせを行う。トルク検知レバー２０の固定端と、突起部１７が点接触で当接し、曲げ荷重が作用する作用点との距離を所定距離とする位置合わせを行う。
【００４１】
係合凹部２２の最大幅Ｗ１は、開口部１８の幅Ｗよりも狭く形成される。したがって、トルク検知レバー２０は、係合凹部２２が、開口部１８の内周面１８ａ、１８ｂに当接するまで曲げ変形される。係合凹部２２の幅方向において対向し、突起部１７の係合軸部１７ｂと当接する当接壁面２２ａ、２２ｂは、回転中心軸Ｌ１に対して線対称に形成される。本実施形態では、正方向の回転と逆方向の回転の両方の回転時におけるトルクを検出できるようにしている。
【００４２】
当接壁面２２ａと２２ｂとの対向幅は、開口端での幅Ｄ１が奥側での幅Ｄ０よりも広く形成している。すなわち、当接壁面２２ａと２２ｂは共に、回転中心軸Ｌ１に対し、前方に向かうに従って外側に向け広がった傾斜面に形成される。
【００４３】
リングギア６が例えば右回りに方向に回転力を受けると、係合突起部１７の係合軸部１７ｂは、当接壁面２２ａに当接し、トルク検知レバー２０を曲げる。その際、当接壁面２２ａの特定位置に係合軸部１７ｂが当接していれば、トルク検知レバー２０に対する荷重が加わる作用点の位置がずれない。仮に、当接壁面２２ａが回転中心軸Ｌ１と平行であるとすると、トルク検知レバー２０が曲げられるに従って、係合軸部１７ｂが当接する当接壁面２２ａの位置がずれる。すなわち、リングギア６が回転すると係合軸部１７ｂは幅方向に直線的に移動する。トルク検知レバー２０は係合軸部１７ｂにより荷重が加わる湾曲するため、係合軸部１７ｂが当接壁面２２ａに当接する位置は、最初に当接する位置よりも先端側に移動する。そこで、当接壁面２２ａを回転中心軸Ｌ１に対して傾斜面とすることで、係合軸部１７ｂによりトルク検知レバー２０に荷重が加わった際に係合軸部１７ｂが当接壁面２２ａに当接する位置ができるだけずれないようにしている。
【００４４】
また、上述したように、リングギア６は、押し付けバネ１２により、前方の所定位置に押し付けられているので、係合軸部１７ｂとトルク検知レバー２０の係合凹部２２とは回転中心軸Ｌ１の軸方向における当接位置が高精度に位置決めされる。
【００４５】
上記した構成のトルク検出装置１００のトルク検出動作を以下に説明する。
【００４６】
不図示のモータが時計回り方向に回転（正方向回転）すると、第１遊星歯車機構ＰＧ１は、第１入力軸１と一体の第１太陽ギア２が正方向回転する。第１ケージ４を介して第２遊星歯車機構ＰＧ２の第２太陽ギア１０２も正方向回転し、第２遊星歯車機構ＰＧ２の第２ケージ１０４に連結される出力軸（不図示）を介して負荷を回転させる。前記負荷を回転駆動することにより、リングギア６は正方向回転し、リングギア６の係合突起部１７はトルク検知レバー２０に曲げ荷重を加える。負荷トルクが小さければトルク検知レバー２０の曲げ変形が少ないため、レバー本体部２３の曲げ応力に伴う歪は小さい。また、負荷トルクが大きければトルク検知レバー２０の曲げ変形が大きいため、レバー本体部２３の曲げ応力に伴う歪は大きい。トルク検知レバー２０と共にトルク検知体を構成する歪ゲージ（２４ａ、２４ｂ）はレバー本体部２３歪を検出して制御部に検出信号を出力する。なお、負荷トルクが非常に大きい場合は、トルク検知レバー２０の係合凹部２１の外形端が開口部１８の内壁面１８ａに当接し、トルク検知レバー２０の破損を未然に防止する。
【００４７】
一方、トルク検知体を交換する場合、トルク検知レバー２０を固定しているボルト５０をケーシング８の外から抜き取ると、トルク検知レバー２０の固定部２１とケーシング８との固定が解除される。なお、開口部１８はビス止めされた不図示のカバー部材によりケーシング８の外側から覆われている。したがって、トルク検知体の交換作業の前に前記カバー部材を開口部１８から取り外しておく。
【００４８】
トルク検知レバー２０の固定部２１とケーシング８との固定が解除されると、トルク検知レバー２０は開口部１８からケーシング８の外方に抜き出すことができる。その際、トルク検知レバー２０に貼り付けられている配線基板２６に接続されるコネクターケーブル（不図示）を配線基板２６から抜き取ると、トルク検知体を完全にケーシング８から取り外すことができる。逆に、新しいトルク検知体をケーシング８に取り付ける場合は、上記した取り外し作業と逆の手順で行えばよい。
【００４９】
本実施形態のトルク検出装置１００は、回転中心軸と平行に延びるトルク検出レバー１０をケーシング８に配置し、遊星歯車機構ＰＧ１のリングギア６に生じる反力を利用して、リングギア６に設けた係合突起部６によりトルク検出レバー２０に曲げ荷重を作用させる。
【００５０】
この構成によれば、係合突起部６はトルク検出レバー２０の係合凹部２２に係合できる長さだけ径方向外方に向けてリングギア６から突出させればよい。このため、ケーシング８は、係合突起部８の突出長さに影響を受けることなく任意の外形形状に形成することができる。また、トルク検出レバー２０は、ケーシング８の周壁部に回転中心軸方向に沿って配置するため、レバー本体部２３を長くして、歪の検知精度を高めることができる。
【００５１】
一方、トルク検知レバー２０は、ケーシング８の外周面に臨む開口部１８内に収容され、ケーシング８の外側から取り外し及び取り付けができる構成としている。このため、トルク検知レバーに貼り付けた歪ゲージ等のセンサ等が故障しても、トルク検知体のみを交換すれば良い。その際、ケーシング８内に配置した遊星歯車機構等を分解する必要がないので、トルク検知レバー２０の交換作業は簡単に行える。
【００５２】
上記した実施形態は、遊星歯車機構を２段に連結して減速機を構成した動力伝達装置を例にしているが、１段または３段以上の遊星歯車機構であっても良い。また、駆動源は電動モータだけでなく、エアーモータ、エンジン等であってもよい。
【００５３】
また、トルク検知レバー２０をケーシング８に設けた開口部１８内に収容しているが、ケーシング８の周壁部に係合突起部１７の係合軸部１７ｂが貫通する貫通孔部を形成する。この貫通孔部は係合突起部１７が幅方向にある程度移動できる横長の孔部とする。そして、トルク検知レバー２０はケーシング８の外周面に固定部２１をボルトなどで固定するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１００  トルク検出装置
ＰＧ１  第１遊星歯車機構
ＰＧ２  第２遊星歯車機構
Ｌ１  回転中心軸
１  第１入力軸          １０１  第１入力軸
２  第１太陽ギア        １０２  第２太陽ギア
３  第１遊星ギア        １０３  第２遊星ギア
４  第１キャリア（ケージ）        １０４  第２キャリア（ケージ）
５  第１支軸        １０５  第２支軸
６  リングギア
７ａ  第１内歯      ７ｂ  第２内歯
８  ケーシング      ８ａ  内周面
９  第１ボールベアリング
１０  第２ボールベアリング
１１  段部
１２  押し付けバネ
１３  スリーブ
１４  第３ボールベアリング
１５  フランジ部
１６  抜け止めリング          １０６  前抜け止めプレート        １０７  後抜けプレート
１７  係合突起部
１７ａ  根元部      １７ｂ  係合軸部
１８  開口部
１８ａ、１８ｂ  内周壁面      １８ｃ、１８ｄ  壁部
２０  トルク検知レバー
２１  固定部      ２２  係合凹部      ２３  レバー本体部
２２ａ、２２ｂ  当接壁面
２３ａ  一側壁面      ２３ｂ他側壁面      ２３ｃ  上壁面
２４ａ、２４ｂ  歪ゲージ      ２５ａ、２５ｂ  リード線
２６  配線基板
２７ａ、２７ｂ  ボルト孔
２８  挿入孔部
２９  ねじ孔
５０  ボルト
【図１】
0006366438.tif 000002
【図２】
0006366438.tif 000003
【図３】
0006366438.tif 000004
【図４】
0006366438.tif 000005