(57)【要約】【課題】  比較的簡単に組み込むことができて信頼性の高いトルクセンサを備えたハーモニックドライブ（登録商標）減速機を提供する。【解決手段】歯を持つフレクスプラインを備えたハーモニックドライブ（登録商標）減速機において、フレクスプライン１は歯の方向に着磁されており、フレクスプライン１の磁気特性の変化に基づく漏れ磁界の変化を検出する磁界センサ２が歯の外側面に非接触で配置されており、その磁界センサ２の出力によってフレクスプラインが伝達するトルクを検出する。【選択図】図１
2007108013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯を持つフレクスプラインを備えたハーモニックドライブ（登録商標）減速機において、
前記フレクスプラインは歯の方向に着磁されており、
前記フレクスプラインの磁気特性の変化に基づく漏れ磁界の変化を検出する磁界センサが前記歯の外側面に非接触で配置されており、
その磁界センサの出力によって前記フレクスプラインが伝達するトルクを検出することを特徴とするハーモニックドライブ（登録商標）減速機。
【請求項２】
歯を持つフレクスプラインを備えたハーモニックドライブ（登録商標）減速機において、
前記フレクスプラインは歯のない部分にその歯と平行に第２の歯が形成されており、
前記フレクスプラインの磁気特性の変化に基づく漏れ磁界の変化を検出する磁界センサがその第２の歯の外側面に非接触で配置されおり、
その磁界センサの出力によって前記フレクスプラインが伝達するトルクを検出することを特徴とするハーモニックドライブ（登録商標）減速機。
【請求項３】
前記磁界センサがＭＩセンサとＭＲセンサとホール素子のいずれか一つであることを特徴とする請求項１または２に記載のハーモニックドライブ（登録商標）減速機。
【請求項４】
前記磁界センサがサーキュラスプラインの中に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載のハーモニックドライブ（登録商標）減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットの減速機等として用いられるハーモニックドライブ（登録商標）減速機に関するものであり、特に伝達するトルクを検出する機能を備えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハーモニックドライブ（登録商標）減速機が産業用ロボット等において広く使われてきており、トルクセンサを内蔵したものも開発されている。その第１従来例について図４を用いて説明する。図４はハーモニックドライブ（登録商標）減速機の主要部の構成を説明する図であり、１０３はフレクスプラインの外周部表面に形成された膜、１０２は膜１０３と空隙を介して固定側に設けられたトルク検出用のコイルである。膜１０３はスパッタリング法等によって０．１〜３０μｍの厚さでフレクスプラインに被服されており、膜１０３とコイル１０２とで  磁歪式トルクセンサを構成している。このようなトルクセンサがフレクスプラインの一部に組み込まれてハーモニックドライブ（登録商標）減速機に適用されているので、出力軸にトルクセンサを組み込むスペースを新たにとる必要がなく、出力軸の長さを長くせずに小型にできてロボット等の小型化に貢献できるという利点を有している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
次に第２従来例としてトルクセンサを備えた波動減速機について図５、図６を用いて説明する。図５はトルクセンサを備えた波動減速機の内部の構成を示す図であり、一部を切り欠いた斜視図である。図６はトルクセンサを含むその要部の断面図である。
図１において、２０３は軸受２０８ａに支持された入力軸、２１３は軸受２０８ｂに支持された出力軸であり、入力軸２０３の回転を減速して出力軸２１３に伝える減速機構が支持ケース２０１とフランジカバー２０２で囲まれた空間に配置されている。出力軸２１３は円盤状底板２１２ａを介して円筒状のフレクスプライン部材２１０に連結されており、フレクスプライン部材２１０と入力軸２０３との間に内歯サーキュラスプライン２０１ａが介在している。その介在によって入力軸２０３の回転を大きな減速比で減速して出力軸２１３に伝達することができるようになっている。円盤状底板２１２ａの外側にはトルクセンサ２２０が設けられており、保護カバー２１５で覆われて保護されている（例えば、特許文献２参照）。図６は、トルクセンサ２２０が設けられている部位の詳細を示す断面図である。トルクセンサ２２０は、弾性体の円盤状底板２１２ａの外側表面に周方向に延びて接着されており、円盤状底板２１２ａの弾性変形に応じて磁気歪特性が変化する第１磁性層２２２と、第１磁性層上に重ねて配設されて磁気歪特性の変化を検出する平板状コイル２２３と、平板状コイルを覆って配設された第２磁性体層２２４とから構成されている。以上のような構成になっているため、新たな弾性要素の追加や機構の変更をすることなく、また歪ゲージを用いることなく、トルク測定を行うことができる。
【特許文献１】特開平７−１０３２９１公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特許第３４５１１３０公報（第７頁、図１、４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが第１従来例のハーモニックドライブ（登録商標）減速機は、フレクスプラインの外周に空隙を介しトルク検出用のコイルを配置してトルクを検出することができるようになっているが、予めフレクスプラインの外周にコイルを配置する必要があるため、そのコイルを配置するのに時間がかかるという問題点があった。
また第２従来例の波動減速機は、円盤状底板にトルクセンサを装着してトルクを計測することができるようになっているが、磁性体の取付け方によってはセンサの信頼性が低く、長時間使用したときに磁性体がはがれるという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、フレクスプラインの外側面に非接触で比較的簡単に組み込むことができて信頼性の高いトルクセンサを備えたハーモニックドライブ（登録商標）減速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、第１の発明は、歯を持つフレクスプラインを備えたハーモニックドライブ（登録商標）減速機において、フレクスプラインが歯の方向に着磁され、フレクスプラインの磁気特性の変化に基づく漏れ磁界の変化を検出する磁界センサが歯の外側面に非接触で配置され、その磁界センサの出力によってフレクスプラインが伝達するトルクを検出することを特徴としている。
また第２の発明は、歯を持つフレクスプラインを備えたハーモニックドライブ（登録商標）減速機において、フレクスプラインが歯のない部分にその歯と平行に第２の歯が形成され、フレクスプラインの磁気特性の変化に基づく漏れ磁界の変化を検出する磁界センサがその第２の歯の外側面に非接触で配置され、その磁界センサの出力によってフレクスプラインが伝達するトルクを検出することを特徴としている。
また第３の発明は、磁界センサがＭＩセンサとＭＲセンサとホール素子のいずれか一つであり、第４の発明は、磁界センサがサーキュラスプラインの中に配置されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
第１の発明によると、フレクスプラインが歯の方向に着磁され、磁界センサが歯の外側面に非接触で配置されているので、磁界センサを比較的簡単に組み込むことができる。
第２の発明によると、フレクスプラインが歯のない部分にその歯と平行に第２の歯が形成され、磁界センサがその第２の歯の外側面に非接触で配置されているので、磁界センサを比較的簡単に組み込むことができる。
第３の発明によると、磁界センサがＭＩセンサとＭＲセンサとホール素子のいずれか一つであるので、トルクセンサの信頼性を高めることができる。
第４の発明によると、磁界センサがサーキュラスプラインの中に配置されているので、トルクセンサの信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明のハーモニックドライブ（登録商標）減速機の構成を示す図であり、主要部品についての一部を切り欠いた斜視図である。図において、１はフレクスプライン、２は磁界センサ、３はウェーブジェネレータ、４はサーキュラスプラインである。フレクスプライン１は図４のフレクスプラインに対応しており、図２はフレクスプライン１の着磁方向を説明する図である。図１のトルクセンサは、磁界センサ２とフレクスプライン１から構成されており、図２に示すように、磁界センサは、フレクスプライン部材の外側面とは非接触でサーキュラスプラインの全周にわたって均一に配設されている。図１に示す主要部の構成を少し詳しく説明すると次のようになる。
【０００９】
図示しない円筒状の支持ケースに内歯サーキュラスプラインが形成されており、この支持ケースと図示しないフランジカバーで囲まれた空間にトルクセンサが内蔵されている。そしてフレクスプライン１がベアリングにより回転自在に支持されている。支持ケースとフランジカバーは通常、固定支持されており、ハーモニックドライブ（登録商標）減速機は入力軸の回転を数十から百数十といった非常に大きな減速比で減速して出力軸に伝達する。
【００１０】
図示しない入力軸は図示しないベアリングを介して図示しないフランジカバーにより回転自在に支持されており、一端が外方に突出し、他端が図示しない楕円盤カムに結合されている。この楕円盤カムの外周に沿って複数の押圧ボールが等間隔で配設されており、ウェーブジェネレータ３が構成されている。図示しない出力軸は図示しないベアリングを介して図示しない支持ケースにより回転自在に支持されるとともに、一端が支持ケースの側面から外方に突出し、他端が支持ケース内に配設されたフレクスプライン１に結合されている。
【００１１】
フレクスプライン１は、弾性材料で形成されており、先端部に図示しない外歯フレクスプラインを供えている。この外歯フレクスプラインと出力軸が図示しない円盤状底をもつ薄肉円筒状のカップリングで結合されている。外歯フレクスプラインの内側にはその内周面に沿ってウェーブジェネレータがあり、内歯サーキュラースプラインと噛合している。
楕円盤カムが外面でボールを外周方向に押し上げると、フレクスプラインが楕円形に弾性変形する。楕円の長軸に対応する２箇所が最も外周側に押し出されれて内歯サーキュラースプラインと噛合する。
【００１２】
次に、以上の構成のハーモニックドライブ（登録商標）減速機の動作について説明する。入力軸が回転するとウェーブジェネレータの楕円盤カムも回転し、フレクスプラインと内歯サーキュラースプラインの噛合位置も回転する。ここで、内歯サーキュラースプラインの歯数よりもフレクスプラインの歯数が２枚少ない場合は、入力軸が１回転すればフレクスプライン部材はこの相違歯数分だけ、すなわち、２枚の歯数分しか回転せず、非常に大きな減速比で減速される。
フレクスプライン部材がトルクを伝達するときに弾性変形すると、磁気特性の変化に基づく漏れ磁界が変化する。この漏れ磁界の変化は磁界センサで検出される。漏れ磁界の変化はフレクスプライン部材の弾性変形に比例するため、検出された漏れ磁界の変化から演算によってトルクを求めることができる。
【実施例２】
【００１３】
図３は、トルクセンサの他の構成を説明する図である。図２と異なるのは、図２のフレクスプライン１の歯のないところに第２の歯５を設け、その近傍に空隙を介して磁界センサ２を設けた点である。図２とは、磁界センサの位置と、空隙を介して対向する歯が異なっているだけであり、実施例１と同じように動作し、トルクを検出することができる。
【００１４】
上記の実施例では、磁界センサを用いているが、本発明の趣旨によると他の種類のセンサを用いてもよい。磁界センサに代えて、ＭＩセンサ、ＭＲセンサもしくはホール素子のいずれとしてもよい。いずれのセンサによってもフレクスプライン部材の磁気特性の変化に基づく漏れ磁界の変化を検出することができるので、演算によって伝達するトルクを求めることができる。
また、磁界センサは、フレクスプライン部材の外側面と非接触としつつ、サーキュラスプラインの全周にわたって均一になるように配設してもよい。そのような配置によっても実施例１、２と同様に伝達するトルクを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のハーモニックドライブ（登録商標）減速機機構の要部の一部切り欠き斜視図
【図２】トルクセンサを説明する図
【図３】他のトルクセンサを説明する図
【図４】従来のハーモニックドライブ（登録商標）減速機のフレクスプライン
【図５】従来の波動減速機
【図６】図５の要部説明図
【符号の説明】
【００１６】
１  フレクスプライン        ２  磁界センサ              ３  ウェーブジェネレータ
４  サーキュラスプライン    ５  加工した歯
【図１】
2007108013.tif 000003
【図２】
2007108013.tif 000004
【図３】
2007108013.tif 000005
【図４】
2007108013.tif 000006
【図５】
2007108013.tif 000007
【図６】
2007108013.tif 000008