(57)【要約】【課題】歪みを検出して捩じれ量を知ることができるトルク検出装置及びトルク検出装置と結合する回転駆動具を提供する。【解決手段】トルク検出装置は、遊車２、直線形状の位置決め梁３及び歪みゲージ４を備える。遊車２は、入力軸５と出力軸６との間に配設され、遊車２が、入力軸５と出力軸６とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、接線力の総和により生成された反作用力を遊車２の負荷として用いる。直線形状の位置決め梁３は、位置決め梁３に沿って延びた梁中心線を有する。遊車２のギヤセンタは、梁中心線が通る位置決め梁３上に枢支連結される。歪みゲージ４は、梁中心線が通る位置決め梁上に固定される。遊車２のギヤセンタは、梁中心線により歪みゲージ４の中心と離間する。位置決め梁３は、梁中心線に沿って変換した遊車２の負荷が梁中心線に沿った軸方向力に生成される。【選択図】図３
2017072576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、
前記遊車は、入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車が、前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、
前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に枢支連結され、
前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線により前記歪みゲージの中心と離間し、
前記位置決め梁は、前記梁中心線に沿って変換した前記遊車の負荷が前記梁中心線に沿った軸方向力に生成され、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用を受けとって歪みが生成され、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用いることを特徴とする、トルク検出装置。
【請求項２】
前記遊車、前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ非同軸方向に配置されてい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】
前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、
前記接線力の方向は、前記反作用力の方向と反対であり、
前記反作用力は、前記軸方向力として用いることを特徴とする、請求項２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
前記位置決め梁の梁中心線の方向は、前記接線力に対して平行であり、
前記入力軸、前記遊車及び前記出力軸の中心は、同一の垂直線上に位置し、
前記垂直線は、前記梁中心線に対して直角であることを特徴とする、請求項３に記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記入力軸は、前記入力歯車と枢支連結され、
前記出力軸は、前記出力歯車と枢支連結され、
前記遊車は、アイドルギヤであり、
前記アイドルギヤは、前記入力歯車及び前記出力歯車と噛合して負荷を受けとることを特徴とする、請求項３に記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記位置決め梁は、前記遊車により分離され、前記遊車の両側の共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、
前記歪みゲージは、前記第１の位置決め梁及び前記第２の位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記梁中心線上に配設され、
前記軸方向力により前記第１の位置決め梁上の前記歪みゲージに引張作用が発生して引張歪が生成され、
前記軸方向力により前記第２の位置決め梁上の前記歪みゲージに圧縮作用が発生して圧縮歪が生成されることを特徴とする、請求項５に記載のトルク検出装置。
【請求項７】
前記固定端として使用してトルク検出装置を収容するために用いるケーシングをさらに備え、
前記位置決め梁は、前記ケーシングに一体化するように固定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８】
請求項１に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、
駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、
前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることを特徴とする、回転駆動具。
【請求項９】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、
前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることを特徴とする、請求項８に記載の回転駆動具。
【請求項１０】
遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、
前記遊車は、入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車が、前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、
前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記遊車のギヤセンタは、前記位置決め梁上に枢支連結され、
前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線により前記歪みゲージの中心と離間し、
前記位置決め梁は、前記梁中心線に沿って前記遊車の負荷を前記梁中心線に沿った軸方向力に変換し、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用を受けて生成された歪みを受けとり、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用いることを特徴とする、トルク検出装置。
【請求項１１】
前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ同軸方向で間隔をおいて配置されてい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１２】
前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、
前記接線力は、前記反作用力の方向は反対であり、
前記反作用力は、前記軸方向力として用いることを特徴とする、請求項１１に記載のトルク検出装置。
【請求項１３】
前記位置決め梁の前記梁中心線は、前記接線力の方向に対して平行であり、
前記入力軸、前記遊車及び前記出力軸の中心は、同一の垂直線上に位置し、
前記垂直線は、前記梁中心線に対して直角であることを特徴とする、請求項１０に記載のトルク検出装置。
【請求項１４】
前記遊車のギヤセンタは、前記位置決め梁の前記梁中心線上に枢支連結されていることを特徴とする、請求項１０又は１３に記載のトルク検出装置。
【請求項１５】
前記入力軸は、太陽歯車に枢支連結され、
前記出力軸は、前記太陽歯車の周りを囲むように形成された円環状歯車により構成され、
前記遊車は、少なくとも２つであり、太陽歯車と円環状歯車との間のプラネタリギヤに対称的に配置され、
前記プラネタリギヤは、入力の前記太陽歯車と出力の前記円環状歯車との間に噛合されて捩じれを受けとり、前記プラネタリギヤが前記位置決め梁により拘束され、前記太陽歯車の周りで回転しないことを特徴とする、請求項１２に記載のトルク検出装置。
【請求項１６】
前記入力軸の枢支連結の対象は、前記出力軸の形成対象と交換し得ることを特徴とする、請求項１５に記載のトルク検出装置。
【請求項１７】
前記位置決め梁は、複数であり、前記プラネタリギヤにより分離され、ホイールベース上に対称的に配置されて固定端として使用されることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載のトルク検出装置。
【請求項１８】
前記プラネタリギヤは、分離されて前記プラネタリギヤの両側の共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、
前記歪みゲージは、前記位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記位置決め梁の前記梁中心線上に配設され、
前記軸方向力により前記第１の位置決め梁に引張作用が発生して引張歪が生成され、
前記軸方向力により前記第２の位置決め梁に圧縮作用が発生して圧縮歪が生成され、
前記歪みゲージは、前記引張歪及び前記圧縮歪のうちの少なくとも何れか１つの歪みを検出して歪むことを特徴とする、請求項１５又は１６に記載のトルク検出装置。
【請求項１９】
前記ホイールベースの中心には、ハブが形成され、
前記太陽歯車は、前記ハブの中心に挿設されることを特徴とする、請求項１８に記載のトルク検出装置。
【請求項２０】
前記トルク検出装置を収容するケーシングをさらに備え、
前記ホイールベースは、前記ケーシングに一体化するように固定されることを特徴とする、請求項１８に記載のトルク検出装置。
【請求項２１】
請求項１０に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、
駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、
前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることを特徴とする、回転駆動具。
【請求項２２】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、
前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることを特徴とする、請求項２１に記載の回転駆動具。
【請求項２３】
遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、
前記遊車は、入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車が前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、
前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記位置決め梁は、固定端として使用するホイールベース上に形成され、前記遊車のギヤセンタは、前記ホイールベース上に枢支連結され、
前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、
前記遊車の負荷は、前記ホイールベースから前記位置決め梁へ伝わり、前記位置決め梁により、負荷を前記梁中心線に沿った軸方向力へ変換し、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用により生成された歪みを受けとり、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用いることを特徴とする、トルク検出装置。
【請求項２４】
前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ同軸方向で間隔をおいて配置されていることを特徴とする、請求項２３に記載のトルク検出装置。
【請求項２５】
前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、
前記接線力と前記反作用力との方向は反対であり、
前記反作用力は、前記軸方向力の方向に非平行であることを特徴とする、請求項２４に記載のトルク検出装置。
【請求項２６】
前記入力軸は、太陽歯車に枢支連結され、
前記出力軸は、前記太陽歯車の周りを囲むように形成された円環状歯車により構成され、
前記遊車は、少なくとも２つであり、前記太陽歯車と前記円環状歯車との間のプラネタリギヤに対称的に配置され、
前記プラネタリギヤは、入力の前記太陽歯車と出力の前記円環状歯車との間に噛合されて捩じれを受けとり、前記プラネタリギヤが前記ホイールベースにより拘束され、前記太陽歯車の周りで回転しないことを特徴とする、請求項２５に記載のトルク検出装置。
【請求項２７】
前記入力軸の枢支連結の対象は、前記出力軸の形成対象と交換し得ることを特徴とする、請求項２６に記載のトルク検出装置。
【請求項２８】
前記位置決め梁は、分離されて共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、
前記歪みゲージは、前記位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記位置決め梁の前記梁中心線上に配設され、
前記軸方向力により前記第１の位置決め梁に引張作用が発生して引張歪が生成され、
前記軸方向力により前記第２の位置決め梁に圧縮作用が発生して圧縮歪が生成され、
前記歪みゲージは、前記引張歪及び前記圧縮歪のうちの少なくとも何れか１つの歪みを検出して歪むことを特徴とする、請求項２６又は２７に記載のトルク検出装置。
【請求項２９】
前記ホイールベースの中心には、ハブが形成され、
前記太陽歯車は、前記ハブの中心に挿設されることを特徴とする、請求項２８に記載のトルク検出装置。
【請求項３０】
前記トルク検出装置を収容するケーシングをさらに備え、
前記ホイールベースは、前記ケーシングに一体化するように固定されることを特徴とする、請求項２８に記載のトルク検出装置。
【請求項３１】
請求項２３に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、
駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、
前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることを特徴とする、回転駆動具。
【請求項３２】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、
前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることを特徴とする、請求項３１に記載の回転駆動具。
【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と結合する回転駆動具に関し、特に、歪みを検出して捩じれ量を知ることができるトルク検出装置及びトルク検出装置と結合する回転駆動具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転駆動具は、捩じれを発生させるが、機構が捩じれを伝える過程で、捩じれ量の変化を正確に検出することは容易でなかった。
【０００３】
特許文献１〜４では、歪みゲージ（ｓｔｒａｉｎ  ｇａｕｇｅ）をセンサーとして用い、捩じり駆動装置が発生させる捩じれ量の変化値を測定する技術が開示されている。
【０００４】
一般によく見かける歪みゲージは、金属線が一方向でアレイ状に配列されて成形された金属プレートである。この金属プレートの両端には、歪みゲージの信号処理モジュールに接続されたピンがそれぞれ設けられている。実際の応用では、荷重を受けると歪みが発生する金属担体素材上に歪みゲージを固定し、担体素材が変形すると担体素材の歪みに反応して歪みゲージの抵抗値が変化するため、担体素材に歪みが発生していることが分かる。
【０００５】
上述した特許文献１〜４は、機構部品を担体素材として歪みゲージに搭載し、担体素材により捩じれを吸収し、担体素材に捩じれが発生すると歪みゲージが変形し、駆動具の捩じれ量の変化を検出することができる。
【０００６】
しかし、特許文献１〜４では、歪みゲージを担体素材上に配置し、捩じれを歪みに変換する機能は理想的とは言えなかった。例えば、特許文献１では、捩じれを伝達する歯車に形成された複数のシアウェブ（ｓｈｅａｒ  ｗｅｂ）上に複数の歪みゲージを直接配置し、シアウェブを上述したような担体素材として用いる。上述したシアウェブは、そのウェブ面（ｗｅｂ  ｓｕｒｆａｃｅ）に沿って負荷を伝達してシアウェブに歪みを発生させるが、その歪みには、法線方向の歪み（ｎｏｒｍａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｓｔｒａｉｎ）の他に剪断歪みを含み、シアウェブに発生する歪みでは、歯車のトルク値の変化を十分に表すことができず、高い正確性・精密性で捩じれを検出することはできなかった。
【０００７】
例えば、特許文献３では、ケーシングに固定され、トルクシャフトに枢支連結されたトランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が開示されている。このトランスデューサは、円盤状を呈してトルクシャフトの中心に枢支連結されたハブ（ｈｕｂ）を有し、ハブの周りが延伸し、リングを有する円板状のウェブ（ｗｅｂ）が形成され、ウェブを担体素材として用い、少なくとも一つの歪みゲージが搭載され、トルクシャフトの捩じれの変化を検出する。しかしウェブがリングを有する円板状に成形されているため、捩じれが変換されて生成された作用力を集中的に伝達させることは困難であった。言い換えると、捩じれの伝達により発生した歪みをウェブが受けると、リング状のウェブ全域に歪みが分散され、歪みゲージに発生する変形量が減り、捩じれ検出の正確性・精密性が低下する。
【０００８】
例えば、特許文献２では、枠形状のトルク伝達要素（ｔｏｒｑｕｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）の側端面に取り付けられた歪みゲージが開示されている。トルク伝達要素の中心には、円環状歯車が連結され、歪みゲージにより円環状歯車のトルクを検出する。歪みゲージが搭載されたトルク伝達要素の側端面と円環状歯車の軸心との間は、トルク伝達要素の周辺のリング形状体により作用力を伝達し、歪みゲージが取り付けられた位置が折曲トルクの作用を受けるため、トルク検出の正確性・精密性は低かった。
【０００９】
特許文献４では、システムに問題が起きて瞬間的に発生する力又は捩じれを検出し、安全を確保するために用いる力・トルクセンサ（ｆｏｒｃｅ  ｔｏｒｑｕｅ  ｓｅｎｓｏｒ）が開示されている。力・トルクセンサの中心には、同様に回転要素に同軸に接続されたハブが形成され、力・トルクセンサの周辺にはリム（ｒｉｍ）が形成されている。ハブの周囲とリムとの間には複数のビーム（ｂｅａｍ）が形成され、各ビームの周囲の端面には、歪みゲージがそれぞれ固定され、各ビームが受けた負荷をビームの湾曲負荷へ変換し、引張力、圧縮力又は剪断力を発生させ、ビーム上に設けた歪みゲージによりビーム上に発生した歪みを検出し、力のトルク値の変化を検出することができる。しかし、この特許文献４では、ビームが受けた負荷を如何に引張力又は／及び圧力又は剪断力へ変換するか具体的な技術が開示されていない上、測定の精度を高めるために、各ビームの周りの端面に歪みゲージを固設しなければならなかったため歪みゲージの数が多くなり、応力構造の複雑度が高かった。
【００１０】
上述した特許文献１〜４から分かるように、歪みゲージが搭載された従来技術のトルクセンサは、ビームに負荷がかかり引張又は／及び圧縮応力により発生する歪みにより、歪みゲージを変形させるが、歪みゲージに発生する変形によりビームに対する捩じれ中心の形成位置については説明されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５１７２７７４号明細書
【特許文献２】米国特許第８３０２７０２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１００１３９４３２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１５０１３５８５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の主な目的は、従来のトルク検出装置中に配置した歪みゲージの構造位置を改善し、トルクを生成して歪みゲージに作用する引張応力又は／及び圧縮応力へ十分に変換し、トルクが非法線方向の合力又は分力に変換されて歪みゲージに不必要な湾曲が生じることを防ぎ、歪みゲージが検出するトルクの精度を高めるトルク検出装置及びトルク検出装置と結合する回転駆動具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、前記遊車は、入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車が、前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に枢支連結され、前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線により前記歪みゲージの中心と離間し、前記位置決め梁は、前記梁中心線に沿って変換した前記遊車の負荷が前記梁中心線に沿った軸方向力に生成され、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用を受けとりて歪みが生成され、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用いることを特徴とする、トルク検出装置が提供される。
【００１４】
前記遊車、前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ非同軸方向に配置されていることが好ましい。
【００１５】
前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、前記接線力の方向は、前記反作用力の方向と反対であり、前記反作用力は、前記軸方向力として用いることが好ましい。
【００１６】
前記位置決め梁の梁中心線の方向は、前記接線力に対して平行であり、前記入力軸、前記遊車及び前記出力軸の中心は、同一の垂直線上に位置し、前記垂直線は、前記梁中心線に対して直角であることが好ましい。
【００１７】
前記入力軸は、前記入力歯車と枢支連結され、前記出力軸は、前記出力歯車と枢支連結され、前記遊車は、アイドルギヤであり、前記アイドルギヤは、前記入力歯車及び前記出力歯車と噛合して負荷を受けとることが好ましい。
【００１８】
前記位置決め梁は、前記遊車により分離され、前記遊車の両側の共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、前記歪みゲージは、前記第１の位置決め梁及び前記第２の位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記梁中心線上に配設され、前記軸方向力により前記第１の位置決め梁上の前記歪みゲージに引張作用が発生して引張歪が生成され、前記軸方向力により前記第２の位置決め梁上の前記歪みゲージに圧縮作用が発生して圧縮歪が生成されることが好ましい。
【００１９】
前記固定端として使用してトルク検出装置を収容するために用いるケーシングをさらに備え、前記位置決め梁は、前記ケーシングに一体化するように固定されることが好ましい。
【００２０】
本発明の第１の形態に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることが好ましい。
【００２１】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることが好ましい。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の第２の形態によれば、遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、前記遊車は、入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車が、前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記遊車のギヤセンタは、前記位置決め梁上に枢支連結され、前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線により前記歪みゲージの中心と離間し、前記位置決め梁は、前記梁中心線に沿って前記遊車の負荷を前記梁中心線に沿った軸方向力に変換し、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用を受けて生成された歪みを受けとり、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用いることを特徴とする、トルク検出装置が提供される。
【００２３】
前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ同軸方向で間隔をおいて配置されていることが好ましい。
【００２４】
前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、前記接線力は、前記反作用力の方向は反対であり、前記反作用力は、前記軸方向力として用いることが好ましい。
【００２５】
前記位置決め梁の前記梁中心線は、前記接線力の方向に対して平行であり、前記入力軸、前記遊車及び前記出力軸の中心は、同一の垂直線上に位置し、前記垂直線は、前記梁中心線に対して直角であることが好ましい。
【００２６】
前記遊車のギヤセンタは、前記位置決め梁の前記梁中心線上に枢支連結されていることが好ましい。
【００２７】
前記入力軸は、太陽歯車に枢支連結され、前記出力軸は、前記太陽歯車の周りを囲むように形成された円環状歯車により構成され、前記遊車は、少なくとも２つであり、太陽歯車と円環状歯車との間のプラネタリギヤに対称的に配置され、前記プラネタリギヤは、入力の前記太陽歯車と出力の前記円環状歯車との間に噛合されて捩じれを受けとり、前記プラネタリギヤが前記位置決め梁により拘束され、前記太陽歯車の周りで回転しないことが好ましい。
【００２８】
前記入力軸の枢支連結の対象は、前記出力軸の形成対象と交換し得ることが好ましい。
【００２９】
前記位置決め梁は、複数であり、前記プラネタリギヤにより分離され、ホイールベース上に対称的に配置されて固定端として使用されることが好ましい。
【００３０】
前記プラネタリギヤは、分離されて前記プラネタリギヤの両側の共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、前記歪みゲージは、前記位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記位置決め梁の前記梁中心線上に配設され、前記軸方向力により前記第１の位置決め梁に引張作用が発生して引張歪が生成され、前記軸方向力により前記第２の位置決め梁に圧縮作用が発生して圧縮歪が生成され、前記歪みゲージは、前記引張歪及び前記圧縮歪のうちの少なくとも何れか１つの歪みを検出して歪むことが好ましい。
【００３１】
前記ホイールベースの中心には、ハブが形成され、前記太陽歯車は、前記ハブの中心に挿設されることが好ましい。
【００３２】
前記トルク検出装置を収容するケーシングをさらに備え、前記ホイールベースは、前記ケーシングに一体化するように固定されることが好ましい。
【００３３】
本発明の第２の形態に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることが好ましい。
【００３４】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることが好ましい。
【００３５】
上記課題を解決するために、本発明の第３の形態によれば、遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、前記遊車は、入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車が前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記位置決め梁は、固定端として使用するホイールベース上に形成され、前記遊車のギヤセンタは、前記ホイールベース上に枢支連結され、前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、前記遊車の負荷は、前記ホイールベースから前記位置決め梁へ伝わり、前記位置決め梁により、負荷を前記梁中心線に沿った軸方向力へ変換し、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用により生成された歪みを受けとり、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用いることを特徴とする、トルク検出装置が提供される。
【００３６】
前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ同軸方向で間隔をおいて配置されていることが好ましい。
【００３７】
前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、前記接線力と前記反作用力との方向は反対であり、前記反作用力は、前記軸方向力の方向に非平行であることが好ましい。
【００３８】
前記入力軸は、太陽歯車に枢支連結され、前記出力軸は、前記太陽歯車の周りを囲むように形成された円環状歯車により構成され、前記遊車は、少なくとも２つであり、前記太陽歯車と前記円環状歯車との間のプラネタリギヤに対称的に配置され、前記プラネタリギヤは、入力の前記太陽歯車と出力の前記円環状歯車との間に噛合されて捩じれを受けとり、前記プラネタリギヤが前記ホイールベースにより拘束され、前記太陽歯車の周りで回転しないことが好ましい。
【００３９】
前記入力軸の枢支連結の対象は、前記出力軸の形成対象と交換し得ることが好ましい。
【００４０】
前記位置決め梁は、分離されて共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、前記歪みゲージは、前記位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記位置決め梁の前記梁中心線上に配設され、前記軸方向力により前記第１の位置決め梁に引張作用が発生して引張歪が生成され、前記軸方向力により前記第２の位置決め梁に圧縮作用が発生して圧縮歪が生成され、前記歪みゲージは、前記引張歪及び前記圧縮歪のうちの少なくとも何れか１つの歪みを検出して歪むことが好ましい。
【００４１】
前記ホイールベースの中心には、ハブが形成され、前記太陽歯車は、前記ハブの中心に挿設されることが好ましい。
【００４２】
前記トルク検出装置を収容するケーシングをさらに備え、前記ホイールベースは、前記ケーシングに一体化するように固定されることが好ましい。
【００４３】
上記課題を解決するために、本発明の第３の形態に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることが好ましい。
【００４４】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることが好ましい。
【発明の効果】
【００４５】
本発明のトルク検出装置及びトルク検出装置と結合する回転駆動具は、以下（１）〜（３）の効果を有する。
（１）遊輪は、入力軸及び出力軸に発生した接線力を受けとり、引張又は／及び圧縮の軸方向力に変換して位置決め梁に作用させ、歪みゲージが固定された位置決め梁の各単位面積が受けとる引張又は／及び圧縮応力を均等にし、位置決め梁の特定長さの範囲内に均等な歪みを発生させ、それに伴って歪みゲージに変形が均等に生じ、位置決め梁が不必要な折曲トルクを受けとることを防ぐため、歪みゲージのトルク検出精度を高めることができる。
（２）上述した遊車のギヤセンタを位置決め梁に枢支連結する際、位置決め梁の梁中心線は、入力軸及び出力軸の遊輪に対する接線力の方向に対して平行又は非平行であり、かつ、入力軸、遊輪及び出力軸の中心が同一の垂直線上に位置し、垂直線と梁中心線とが直角であり、位置決め梁が梁中心線方向の軸方向力（即ち法線方向の力）を伝達する際、他の方向の分力が生成されることがなく、位置決め梁が不必要な折曲トルクを受けることを防ぐため、歪みゲージのトルク検出精度を高めることができる。
（３）上述した遊車のギヤセンタをホイールベースに枢支連結する際、梁中心線は法線方向に対して非平行であり、遊輪の負荷により、ホイールベースの応力を分散して位置決め梁へ伝達し、位置決め梁が梁中心線方向へ軸方向力（即ち法線方向の力）を伝達するとき、他の方向の分力が発生することを防ぎ、位置決め梁が不必要な折曲トルクを受けることを防ぐため、歪みゲージのトルク検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトルク検出装置を示す分解斜視図である。
【図２Ａ】図１の位置決め梁を示す正面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図３】図１を組み立てた後の横断面図である。
【図４】図３の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図５】図４中で生成される前向きの力が位置決め梁に作用する状態を示す説明図である。
【図６Ａ】図２Ｂの位置決め梁を示す部分拡大図である。
【図６Ｂ】図６Ａの断面図である。
【図７Ａ】図１の歪みゲージが異なる数で搭載された状態を示す回路図である。
【図７Ｂ】図１の歪みゲージが異なる数で搭載された状態を示す回路図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るトルク検出装置を示す分解斜視図である。
【図９】図８の位置決め梁を示す平面図である。
【図１０】図８の断面図である。
【図１１】図１０の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図１２】図１１で生成した軸方向力が位置決め梁に作用するときの状態を示す説明図である。
【図１２Ａ】図１２の位置決め梁が力を受けてＸ−Ｙ軸方向の歪みが生成するときの状態を示す説明図である。
【図１３】図９の歪みゲージが軸方向力の作用を受けたときの状態を示す断面図である。
【図１４】図９の４つの歪みゲージが搭載された状態を示す回路図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係るトルク検出装置を示す断面図である。
【図１６】図１５の軸方向力が位置決め梁に作用するときの状態を示す説明図である。
【図１７】図１の第１実施形態で製作した回転駆動具と組み合わせた状態を示す断面図である。
【図１８】図８の第２実施形態又は図１５の第３実施形態で製作された回転駆動具を示す断面図である。
【図１９】図１７及び図１８の実施形態の制御方式を説明する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【００４８】
（第１実施形態）
まず、図１〜図４を参照する。図１〜図４に示すように、本発明の第１実施形態に係るトルク検出装置は、少なくとも遊車２、位置決め梁３、歪みゲージ４、入力軸５及び出力軸６から構成されてなる。さらに詳細には、ケーシング１を利用して遊車２、位置決め梁３、歪みゲージ４、入力軸５及び出力軸６が組み立てられる。
【００４９】
図１を参照する。図１に示すように、ケーシング１は、半分に分割された上ケーシング１１と下ケーシング１２とがねじ１３により螺合されて組み立てられる。ケーシング１は、デバイス全体の固定端として用い、入力軸５と出力軸６とが枢支連結される。さらに詳細には、入力軸５及び出力軸６が軸受５０，６０を介してケーシング１内に枢支連結され、入力軸５及び出力軸６の端部５１，６１がケーシング１から突出されている。
【００５０】
図２Ａ及び図２Ｂは、図１の位置決め梁３の実施形態を示す。位置決め梁３は、例えば、炭素鋼などの金属からなり、均質で直線状に形成され、梁体の各セクションは同じ断面を呈し、位置決め梁３は、トルク検出装置の中央部に配置され、直線状の梁中心線３０を有する。梁中心線３０は、位置決め梁３に沿って延び、梁中心線３０が貫通されて位置決め梁３の両端及び両側が均等に分けられる。ここで梁は、本体が耐引張及び耐圧を有する金属強度を備え、作用力を均一に伝達し、それに用いる金属材料の許容範囲内で均等な歪みが発生し、歪みゲージ４の担体として用いる。
【００５１】
直線状の位置決め梁３の両端には、フック部３１及びベース部３２がそれぞれ一体化するように延設されている。フック部３１はＴ字状である。ベース部３２は、矩形の枠形状である。梁中心線３０は、ベース部３２及びフック部３１の中心を通るように延びる。ベース部３２には、梁中心線３０上に位置する枢着孔３２ａが形成され、ベース部３２の中心には、遊車２を収容するための収容室３２ｂが形成されている。
【００５２】
図３及び図４に示すように、図１の遊車２は、ベース部３２の枢着孔３２ａに軸受２０及びアイドルギヤ２１が取り付けられてベース部３２の収容室３２ｂ内に枢着される。軸受２０及びアイドルギヤ２１は、遊車２の内部に配設される。このような構成により、位置決め梁３を通過する梁中心線３０の一端には、遊車２のギヤセンタが枢着される。遊車２は、位置決め梁３を離間させ、フック部３１に対応する。
【００５３】
図１〜図４を参照する。図１〜図４に示すように、上述した位置決め梁３は、ベース部３２の両端に形成されるとともに、第１の位置決め梁３ａ及び第２の位置決め梁３ｂを含む。フック部３１は、第１の位置決め梁３ａ及び第２の位置決め梁３ｂの外端部にそれぞれ形成される。このような構成により、ベース部３２と、ベース部３２内の遊車２とが、第１の位置決め梁３ａと第２の位置決め梁３ｂとの間に着座する。第１の位置決め梁３ａ、第２の位置決め梁３ｂ及び遊車２のギヤセンタは、それぞれ同一の梁中心線３０に位置する。
【００５４】
位置決め梁３は、ケーシング１内に固定しなければならないため、ケーシング１内には半分に分割された埋め込み溝１４が形成され、位置決め梁３の両端に設けられたフック部３１が埋め込み溝１４内に埋め込まれ、ケーシング１内に位置決め梁３が固定される。埋め込み溝１４の形状は、フック部３１に対応したＴ字状に形成されるか、その他互いに対応して組み合わせることができる形状でもよい。また、位置決め梁３は、螺設その他一体成形させ得る方式によりケーシング１内に固定してもよい。
【００５５】
図５を参照する。図５に示すように、本実施形態の遊車２は、入力軸５と出力軸６との間に配設されなければならず、遊車２は、入力軸５と出力軸６とにそれぞれ形成する接線力（接線方向の力）Ｆ１，Ｆ２を受けとり（図５を参照する）、遊車２の負荷として反作用力Ｆが生成される。
【００５６】
さらに詳細には、出力軸６が外界と接続された動力要求端の抵抗力を受けると、遊車２を介して伝達され、入力軸５が駆動トルクを発生させる（図５を参照する）。説明の便宜上、入力軸５から出力軸６へ駆動トルクが伝達される際、減衰は発生しないものとする。具体的に述べると、遊車２と、入力軸５と、出力軸６とはそれぞれ非同軸方向で配置されている。さらに詳細には、入力軸５、遊車２及び出力軸６の中心は、同一の垂直線Ｌ上に位置し、上述したように垂直線Ｌは、図面中のＹ軸方向に対して平行であり、垂直線Ｌと梁中心線３０とは直角である。また、入力歯車５２は、入力軸５と同軸に固定される。出力歯車６２は、出力軸６と同軸に固定される。遊車２は、アイドルギヤとして用い、遊車２が互いに噛合されて入力歯車５２及び出力歯車６２と接触されて負荷を受けて駆動トルクを伝達する。ここで「同軸に固定する」とは、歯車と軸とが一体成形されるか、ボルト、ピンなどが嵌挿され、歯車と軸とが同軸で固定されて一体成形されることを表し、入力歯車５２、遊車２及び出力歯車６２は、垂直線Ｌ上で噛合接触される。入力歯車５２、アイドルギヤ（遊車）２及び出力歯車６２は、ケーシング１内に収容される。
【００５７】
図５を参照する。図５に示すように、入力歯車５２が時計回りで回転すると、アイドルギヤ２が逆時計回りで回転し、アイドルギヤ２により出力歯車６２を時計回りで回転させて動力を出力する。もし入力歯車５２と出力歯車６２とのピッチ円半径Ｒが等しいと仮定した場合（即ち減速比は発生しない）、入力歯車５２が回転又は静止するとき、ギヤセンタに駆動トルクＴ２＝Ｒ×Ｆ２が発生する。ここでＦ２は、入力歯車５２がアイドルギヤ２を回転させるかアイドルギヤ２が静止状態のときにＸ軸方向で発生する接線力を表す。出力歯車６２が回転又は静止しているとき、そのギヤセンタにはトルクＴ１＝Ｒ×Ｒ１が発生する。ここでＦ１は、出力歯車６２がアイドルギヤ２と噛合して回転されるときにＸ軸方向に発生する接線力を表す。接線力Ｆ１，Ｆ２は、互いに同じ方向で平行である。梁中心線３０と接線力Ｆ１，Ｆ２の方向とは平行である。
【００５８】
出力歯車６２が外界に動力を出力する際、負荷のトルクＴ１に打ち勝つために、出力歯車６２の駆動トルクＴ２は出力歯車６２にかかる負荷の捩じれＴ１に打ち勝ってバランスをとる必要がある。当業者であればフォースバランス定理（ｆｏｒｃｅ  ｂａｌａｎｃｅ  ｔｈｅｏｒｅｍ）ΣFx=0からF=F1+F2であることが分かる。固定された位置決め梁３は、アイドルギヤ２を拘束してアイドルギヤ２はその場で自転するだけであり、上記式のＦは遊車２の負荷となる上、アイドルギヤ２のギヤセンタから梁中心線３０に沿って生成した反作用力でもあり、この反作用力Ｆ（以下、軸方向力Ｆと称する）は、法線方向の力が位置決め梁３に作用する。言い換えると、位置決め梁３が軸方向力Ｆの作用を受けて歪みが生成される（以下で詳説する）。
【００５９】
上述した位置決め梁３が第１の位置決め梁３ａと第２の位置決め梁３ｂとに区分される際、その両端のフック部３１が既にケーシング１内に埋め込まれているため、Ｘ軸方向の軸方向力Ｆは、法線方向の圧縮力Fcompressを第１の位置決め梁３ａに作用させて圧縮歪が生成する。軸方向力Ｆは、法線方向の引張力Ftensileが第２の位置決め梁３ｂに作用して引張歪が生成する。
【００６０】
図２Ａ及び図２Ｂを参照する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、歪みゲージ４は、梁中心線３０が貫通された位置決め梁３上に固定される。基本的に、位置決め梁３が歪みゲージ４の何れか一つの箇所に固定される断面積全てが同じである条件下では、何れか一つの断面積中の各地点で発生する歪みが全て同じでなければならない。そのため、歪みゲージ４が梁中心線３０に対して平行で位置決め梁３上に固定されるだけで、単純な引張歪又は／及び圧縮歪を検出することができる。言い換えると、位置決め梁３の梁中心線３０上の歪みゲージ４の固定位置が僅か上方又は下方へずれたとしても歪みを検出する精度に悪影響を及ぼすことはない。上述した位置決め梁３は、第１の位置決め梁３ａと第２の位置決め梁３ｂとに区分される実施形態において、歪みゲージ４は、第１の位置決め梁３ａ及び第２の位置決め梁３ｂの梁中心線を通る梁中心線３０に固定されなければならず、遊車２のギヤセンタと歪みゲージ４の中心とは梁中心線３０により離間される。ここで「固定する」には、歪みゲージ４を第１の位置決め梁３ａ及び第２の位置決め梁３ｂにそれぞれ強固に結合するように一体成形し得る接着、埋め込みなどの方式が含まれる。また、図６Ａに示すように、「歪みゲージ４の中心が梁中心線３０により離間される」とは、歪みゲージ４が互いに平行に形成されたピン４１，４２を２つ有し、２つのピン間には、複数のジグザグ状の検出部４３が接続されるように形成され、固定する際、上述した２つのピン４１，４２が梁中心線３０の両側に分けて設けられ、複数のジグザグ状の検出部４３が梁中心線３０の両側に略平行に分けて設けられる。上述した２つのピン４１，４２は、電気ブリッジ回路に接続するために用いられる（以下で詳説する）。このような構成により、法線方向の引張力Ftensileにより第１の位置決め梁３ａ上の歪みゲージ４に引張歪が発生される。また、法線方向の圧縮力Fcompressにより第２の位置決め梁３ｂ上の歪みゲージ４に圧縮歪が発生される。
【００６１】
図６Ａ及び図６Ｂを参照する。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、位置決め梁３に発生する歪みεを高感度で検出するために、好適な実施形態では、曲度又は外観形状の変化により位置決め梁３のセクションの断面積が異なる場合、位置決め梁３の最小断面積Ａの箇所に歪みゲージ４を固定することが好ましく、最小断面積Ａは、歪みゲージ４を貼り付けるか固定するのに十分な長さを位置決め梁３上で維持しなければならず、適宜な長さの範囲内の最小断面積Ａを等しくし、遊車２が受ける負荷がベース部３２を介して歪みゲージ４が固定された位置決め梁３の最小断面積Ａの箇所に速やかに伝達されて歪みが発生する。しかし、本発明はこれだけに限定されるわけではなく、梁中心線が通る位置決め梁３上に歪みゲージ４が固定され、歪みゲージ４が発生させる歪みを検出する他の方式を採用してもよい。また、歪みゲージ４が固定された位置決め梁３の断面積Ａ中の各ポイントＰの応力σは、位置決め梁３の材料として選択した金属材料の疲労強度以内でなければならない。上述した応力σ及び歪みεは、次式（１）及び（２）で表すことができる。
【００６２】
【数１】
2017072576.tif 000003
【００６３】
【数２】
2017072576.tif 000004
【００６４】
上記式において、Sultは、引張強度であり、Eは位置決め梁の金属材料のヤング率であり、εは、位置決め梁に発生する歪みであり、δは、第１の位置決め梁又は第２の位置決め梁が軸方向力Ｆの作用を受けた後の伸長量又は減縮量であり、Lは、第１の位置決め梁又は第２の位置決め梁が力を受ける前の長さである。
【００６５】
本発明において、さらに以下のデータは位置決め梁３に歪みが発生する構造の安全性をシミュレートしたものであり、出力歯車６２が受けとるトルクT1=16N・mを設定し、力のバランスに基づいて入力歯車５２に加わる駆動トルクT2=T2=16N・mが分かる。出力歯車６２と入力歯車５２とのピッチ円半径はR=15.3 mmであり、遊車２のピッチ円半径はr=5.1mmである。このことから以下の式が得られる。
【００６６】
【数３】
2017072576.tif 000005
【００６７】
位置決め梁３の金属材料をA6061・T6に設定し、その機械的性質は、降伏強度が28 kgf/mm2であり、引張強度Sultが32 kgf/mm2であり、ヤング率はE=7000kgf/mm2である。また、歪みゲージ４が固定された位置決め梁３の箇所の断面積をA=5.6x1.2=6.72 mm2に設定し、位置決め梁３（ここで位置決め梁３とは、第１の位置決め梁３ａ又は第２の位置決め梁３ｂを指す）の長さをL=9mmに設定し、数式（１）に基づき、歪みゲージ４が固定された位置決め梁３の場所の応力σを得る。
【００６８】
【数４】
2017072576.tif 000006
【００６９】
このことから分かるように、応力σは引張強度Sult=32Kgf/mm2の半分より小さいため、位置決め梁３は十分な疲労寿命を有することが分かる。
【００７０】
また、数式（１）から分かるように、歪みゲージ４が固定された位置決め梁３の箇所に発生する歪みε = σ/E = 15.9/7000 = 0.0023が分かり、数式（２）から、歪みε = δ/Lが分かる。即ち、位置決め梁の伸長量又は減縮量は、δ = ε x L = 0.0023 x 9 = 0.024 mmである。このことから判断できるように、位置決め梁３の材料として選択するA6061・T6金属材料の引張強度（又は圧縮強度）Sult(32kgf/mm2)と、降伏強度(28kgf/mm2) とにより判断し、応力σ(15.9Kgf/mm2) は、この担体素材上で受けとることができるため、位置決め梁３（第１の位置決め梁３ａ及び第２の位置決め梁３ｂを含む）の構造が安全であると判断することができる。
【００７１】
位置決め梁３（第１の位置決め梁３ａ及び第２の位置決め梁３ｂを含む。以下同じ）の両端のベース部３２及びフック部３１は、同じ金属材料を使用して延伸するように一体成形されているため、位置決め梁３の構造が安全な前提下で、ベース部３２及びフック部３１が軸方向力Ｆ（法線方向の圧縮力Fpress又は法線方向の引張力Fstrainを指す）を伝達する過程で発生する応力σ及び歪みεは安全範囲内でなければならないことをここで併せて述べておく。
【００７２】
図７Ａ及び図７Ｂを参照する。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、１本の位置決め梁３上に１つの歪みゲージ４が固定され得る限り、図７Ａの位置決め梁３の数は単数又は複数であってもよい。例えば、図１〜図４に示す実施形態において、第１の位置決め梁３ａ及び第２の位置決め梁３ｂは、そのうち一つの位置決め梁３ａ上に歪みゲージ４が固設され、電気ブリッジ９１が歪みゲージ４のピン４１，４２に接続されていれば、位置決め梁３上の歪みゲージ４に発生する上述の歪みεにより影響されたときの変化量を測定することができる。電気ブリッジ９１は、次式（３）で表すことができる。
【００７３】
【数５】
2017072576.tif 000007
【００７４】
上記式（３）において、Vinは電源供給端の入力電圧であり、Vabは、ａ点の電圧VaとVb
との間の電圧差であり、R4は、歪みゲージ４の抵抗値R1=R2=R3=Rとそれぞれ異なる抵抗値である。歪みゲージ４が法線方向の圧縮力Fcompress又は法線方向の引張力Ftensileの作用を受けると、R4が変化する。上述した「変化」には、歪みゲージ４が圧力を受けて抵抗値が小さくなることと、引張を受けて抵抗値が大きくなることとが含まれる。このことから、R4=R+ΔRを数式（３）に組み込むと次式（４）が得られる。
【００７５】
【数６】
2017072576.tif 000008
【００７６】
上記式（４）において、ΔRは抵抗値が小さくなるか大きくなる変化量である。ΔRの変化量が非常に小さいため、Vabの数値も非常に小さい。計装アンプ９１ａによりその数値は増倍させる必要があり、計装アンプ９１ａの増大率はGであり、V0sは、次式（５）から得られる。
【００７７】
【数７】
2017072576.tif 000009
【００７８】
上述した出力電圧V0sを整流器９１ｂにより整流した後、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）９１ｃへ供給し、出力電圧V0sの変化数値に基づき、上述した位置決め梁３を軸方向力の作用として受けて発生した歪みとして用い、変換及び計算により入力軸５と出力軸６との間の正確なトルク検出数値を得る。
【００７９】
図７Ｂは、図１〜図４の第１の位置決め梁３ａ及び第２の位置決め梁３ｂの実施形態を示し、２本の位置決め梁上に固設した歪みゲージ４（即ち２つの歪みゲージ）の電気ブリッジ９２の配置を示し（R1=R3=R）、２つの歪みゲージ４が上述した法線方向の圧縮力Fcompress又は引張力Ftensileの作用を受けると、２つの歪みゲージ４の抵抗値R2及び抵抗値R4が変化する。２つの歪みゲージ４の抵抗値R2及び抵抗値R4が力を受けるときの抵抗値の変化量がそれぞれ−ΔR及びΔRであるため、R2=R・ΔR及びR4=R+ΔRを数式（３）に組み込むと次式（６）が得られる。
【００８０】
【数８】
2017072576.tif 000010
【００８１】
計装アンプ９２ａによりＧ倍に増幅した後、次式（７）に基づいて出力電圧V0dが得られる。
【００８２】
【数９】
2017072576.tif 000011
【００８３】
計装アンプ９２ａ、整流器９２ｂ及びマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）９２ｃの機能は上述したものと同じである。
【００８４】
数式（５）と数式（７）とを比べると分かるように、２つの歪みゲージを使用する場合、１つの歪みゲージを使用する場合と比べ、より大きな出力電圧変化量V0dを得ることができ（即ち、V0s< V0d）、２つの歪みゲージを使用したときの電圧変化量は、１つの歪みゲージを使用したときの約２倍である。ここで分母は固定値であるため、２つの歪みゲージを使用する線形性は、１つの歪みゲージを使用した場合よりも好ましい。
【００８５】
以下、１〜４つの歪みゲージ４が配置されたトルク検出装置について説明する。
【００８６】
（第２実施形態）
図８〜図１１を参照する。図８〜図１１に示すように、本発明の第２実施形態に係るトルク検出装置は、プラネタリ減速機構を改良して形成した減速又は加速の機能と、トルク検出機能と、を兼備える。
【００８７】
図９を参照する。図９に示すように、トルク検出装置には、４本の位置決め梁３０１が含まれる。上述した４本の位置決め梁３０１は、固定端として使用するホイールベース３００に一体成形される。ホイールベース３００の周りには、丸型ベース３０２が設けられている。ホイールベース３００の中心には、ハブ３０３が形成されている。上述した４本の位置決め梁３０１は、丸型ベース３０２とハブ３０３との間に延伸されている。４本の位置決め梁３０１には、第１の位置決め梁３０１ａ、第２の位置決め梁３０１ｂ、第３の位置決め梁３０１ｃ及び第４の位置決め梁３０１ｄが含まれる。第１の位置決め梁３０１ａ及び第２の位置決め梁３０１ｂには、同一の梁中心線３０ａが貫通されて均等に分けられる。第３の位置決め梁３０１ｃ及び第４の位置決め梁３０１ｄには、もう１本の梁中心線３０ｂが貫通されて均等に分けられる。梁中心線３０ａと梁中心線３０ｂとは間隔をあけて平行に形成され、ホイールベース３００に対して対称的に分けられる。ここで、上述した第１実施形態の方式に基づき、梁中心線３０ａが貫通された第１の位置決め梁３０１ａ及び第２の位置決め梁３０１ｂ上には歪みゲージ４がそれぞれ固設され、かつ、梁中心線３０ｂが貫通された第３の位置決め梁３０１ｃ及び第４の位置決め梁３０１ｄ上にも歪みゲージ４がそれぞれ固設される。
【００８８】
図９に示すように、ハブ３０３の両側の中央セクションには、耳部３０４がそれぞれ延設されている。第１の位置決め梁３０１ａと第２の位置決め梁３０１ｂとの間と、第３の位置決め梁３０１ｃと第４の位置決め梁３０１ｄとの間とは、耳部３０４が延ばされて一体成形される。言い換えると、上述した耳部３０４は、各位置決め梁の端部と見なすことができる。
【００８９】
図８に示すように、上ケーシング１１０と下ケーシング１２０とはねじ１３０により螺着されてケーシング１００が形成され、上述したホイールベース３００に固定され、２つの耳部３０４上には、遊車２００，２０１がそれぞれ枢着される。上述した遊車２００，２０１は、本実施形態では、遊車と同じ機能を有するプラネタリギヤ（以下、符号２００、２０１で表示する）と見なすことができ、プラネタリギヤ２００の中心は、第１の位置決め梁３０１ａと第２の位置決め梁３０１ｂとの間に着座し、第１の位置決め梁３０１ａ、プラネタリギヤ２００のギヤセンタと、第２の位置決め梁３０１ｂとには、同一の梁中心線３０ａが順次貫通され、プラネタリギヤ２０１の中心は、第３の位置決め梁３０１ｃと第４の位置決め梁３０１ｄとの間に着座し、第３の位置決め梁３０１ｃ、プラネタリギヤ２０１のギヤセンタと、第４の位置決め梁３０１ｄとには、同一の梁中心線３０ｂが順次貫通され、プラネタリギヤ２００，２０１のギヤセンタは、同一の梁中心線の歪みゲージ４の中心との間に位置し、梁中心線３０ａ，３０ｂにより離間される。
【００９０】
図８及び図１０に示すように、入力軸５００は、上ケーシング１１０に枢着されてハブ３０３の中心に挿設され、入力軸５００の端部５０１がケーシング１００から突出され、入力軸５００の他端がケーシング１００内に至るまで延びて太陽歯車５０２に枢支連結される。そのため、太陽歯車５０２は、ハブ３０３の中心に挿設され、上述したプラネタリギヤ２００，２０１と噛合される。
【００９１】
図１０及び図１１に示すように、本実施形態の入力軸５００は、出力軸６００と間隔をおいて同軸に配設される。出力軸６００は、太陽歯車５０２の周りを囲むように形成された円環状歯車６０２により構成されている。言い換えると、出力軸６００は、円環状歯車６０２と同軸に一体成形され、かつ、下ケーシング１２０の中心に枢着され、円環状歯車６０２がケーシング１００内に着座してプラネタリギヤ２００，２０１と噛合される。
【００９２】
図１１に示すように、プラネタリギヤ２００，２０１は、４本の位置決め梁３０１により拘束されて太陽歯車５０２の周りで回転せず、プラネタリギヤ２００，２０１が入力の太陽歯車５０２と出力の円環状歯車６０２との間に噛合され、接線力の負荷を受けとる。さらに詳細には、入力軸５００と、入力軸５００と枢支連結された太陽歯車５０２とを、遊車として使用するプラネタリギヤ２００，２０１及び、出力軸６００とその円環状歯車６０２として用いる。これら要素の中心は同一の垂直線Ｌ１上に位置する。上述した垂直線Ｌ１は、図１１のＹ軸方向に対して平行である上、梁中心線３０ａ，３０ｂに対して直角であり、入力の太陽歯車５０２と、遊車として用いるプラネタリギヤ２００，２０１と、出力の円環状歯車６０２とは、同様に垂直線Ｌ１上に位置して互いに噛合される。
【００９３】
そのため、入力軸５００と出力軸６００とは、太陽歯車５０２及び円環状歯車６０２を介して接触され、遊車としてプラネタリギヤ２００，２０１を用いる。太陽歯車５０２が時計回りで回転すると、２つのプラネタリギヤ２００，２０１が逆時計回りで回転し、プラネタリギヤ２００，２０１により円環状歯車６０２が逆時計回りで回転されて動力が出力される。円環状歯車６０２は、外界のトルク負荷T1’に打ち勝たなければならず、太陽歯車５０２は、トルクT2’を入力し、T2’は、減速比を乗算して得たトルクによりT1’に打ち勝ってバランスをとらなければならない。太陽歯車５０２とプラネタリギヤ２００，２０１との噛合接触点には、接線力F1’が形成され、円環状歯車６０２とプラネタリギヤ２００，２０１との噛合接触点には、接線力F2’が形成される。上述した接触力F1’，F2’は、ｘ軸方向に沿って互いに平行であり、４本の位置決め梁３０１の梁中心線３０ａ，３０ｂは、接線力F1’，F2’の方向に対して平行である。
【００９４】
図１２に示すように、フォースバランス定理（ｆｏｒｃｅ  ｂａｌａｎｃｅ  ｔｈｅｏｒｅｍ）ΣFx=0からF’=F1’+F2’であることが分かる。同様に、固定端の４本の位置決め梁３０１がプラネタリギヤ２００，２０１を拘束してその場で自転するだけであり、上記式F’は、プラネタリギヤ２００，２０１のギヤセンタが、梁中心線３０ａ，３０ｂに沿って生成した反作用力となり、この反作用力F’（以下、軸方向力Ｆと称する）は、法線力で４本の位置決め梁３０１に作用する。言い換えると、４本の位置決め梁３０１は、軸方向力F’の作用を受けて歪みが発生する。
【００９５】
図１３に示すように、梁中心線３０ａ上の第１の位置決め梁３０１ａ及び第２の位置決め梁３０１ｂにとって、軸方向力F’がＸ軸方向の法線の圧縮力Fcompressを第１の位置決め梁３０１ａと、その梁上に固定した歪みゲージ４とに作用させて圧縮歪が発生する。軸方向力Ｆ’は、法線の引張力Ftensileを第２の位置決め梁３０１ｂと、その梁上に固定した歪みゲージ４に作用させて引張歪が発生する。同様に、第３の位置決め梁３０１ｃと、その梁上に固定した歪みゲージ４とにも軸方向力Ｆ’がＸ軸方向の法線の圧縮力Fcompressを受けとって圧縮歪が発生し、第４の位置決め梁３０１ｄと、その梁上に固定された歪みゲージ４とにも軸方向力F’が加わり、Ｘ軸方向の法線の引張力Ftensileを受けて引張歪が発生する。
【００９６】
また、本発明は、さらに以下のデータにより４本の位置決め梁３０１に歪みが発生する構造の安全性をシミュレートするが、これには円環状歯車６０２から受けとるトルクT1’=16N・mが設定され、力のバランスに基づいて太陽歯車５０２に加わる駆動トルクT2’=T1’/GR(gear ratio)を知り、円環状歯車６０２のピッチ円半径をR’=15.3mmに設定し、太陽歯車５０２とプラネタリギヤ２００，２０１とのピッチ円半径はr’=5.1mmであり、上記式（１）及び（２）を計算すると、F1’=F2’=(T1’/R’)/2=106.6/2Kg=53.3Kgf、かつ、F’=F1’+F2’=106.6 Kgfが得られる。
【００９７】
本実施形態では、上述した第１実施形態と同じ金属材料（A6061・T6）で製作され、４本の同じサイズの位置決め梁３０１（ホイールベース３００と一体成形される）を含み、ホイールベース３００上に形成された４本の位置決め梁３０１の構造が安全であり、かつ、ホイールベース３００に一体成形された丸型ベース３０２及びハブ３０３の構造は安全であると判断することができる。
【００９８】
また、図１２Ａを続けて参照する。図１２Ａでは、図１２の入力の太陽歯車５０２と、遊車として使用するプラネタリギヤ２００，２０１と、出力の円環状歯車６０２とが噛合して伝動過程において、位置決め梁３がＸ軸方向で軸方向力F’(F’=F1’・F2’)の応力σ作用を受けて歪みεを発生させる分析を行う他、遊車が円環状歯車により制限され、太陽歯車５０２の周りを公転すると、Ｙ軸方向で僅かに変位し、Ｙ軸方向に僅かに軸方向作用力ΔFyが発生する。分析すると、上述した太陽歯車５０２のピッチ円半径r’=5.1mmと、プラネタリギヤ２００のピッチ円半径r’=5.1mmとに基づき、Rb=10.2mmであることが分かり、位置決め梁の伸長量（又は減縮量）がδ=0.024 mmである状況下で、ピタゴラスの定理(a2+b2=c2)から、次式（８）が得られる。
【００９９】
【数１０】
2017072576.tif 000012
【０１００】
計算結果からb=10.19997であることが分かり、図１２ＡからRb=b+ΔFy、即ちΔFy=Rb・b=0.000028であることが分かる。bの値はRbに略等しく、ΔFyはｙ軸方向の変形量が非常に小さいことを表すため、このことは考慮する必要がない。
【０１０１】
図１４を参照する。図１４に示すように、本実施形態において４本の位置決め梁３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ上には、それぞれ１つの歪みゲージ４が固定されて電気ブリッジ回路が製作される。歪みゲージ４が収縮力又は伸長力を受けると、その抵抗値R1，R2，R3，R4が変化し、抵抗値R2，R3が力を受けるときの抵抗値の変化量は−ΔRであり、抵抗値R1，R4が力を受けると抵抗値変化量はΔRであるため、抵抗値はR2=R3=R・ΔR、R1=R4=R+ΔRであり、上記式（３）に組み込むと次式（９）が得られる。
【０１０２】
【数１１】
2017072576.tif 000013
【０１０３】
計装アンプ９３ａによりＧ倍増幅した後、計算により次式（１０）の出力電圧V0qが得られる。
【０１０４】
【数１２】
2017072576.tif 000014
【０１０５】
計装アンプ９３ａ、整流器９３ｂ及びマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）９３ｃの機能は上述したものと同じである。
【０１０６】
数式（７）と数式（１０）とを比べると分かるように、４つの歪みゲージを使用する場合、２つの歪みゲージを使用する場合と比べ、大きな出力電圧変化量V0q を得ることができ（即ち、V0d< V0q ）、４つの歪みゲージは、２つの歪みゲージの変化量の２倍であり、１つの歪みゲージの変化量の約４倍である。そのため本発明では、設置する歪みゲージが多いほど、変換して得られるトルク検出数値の精度が高くなる。しかし、歪みゲージの設置数は４つだけに限定されるわけではない。言い換えると、上記式（５）及び上記式（７）で開示されている応用は、４本の位置決め梁３０１を有する実施形態にも適用することができる。
【０１０７】
ここで、図８〜図１１に示すように、第２実施形態に係るトルク検出装置は、上述した位置決め梁３０１が互いに平行（同一線及び非同一線を含む）かつ対称的に配置されているが、プラネタリギヤ２００，２０１が対称的に配置されている限り、プラネタリギヤ２００，２０１のギヤセンタは、４本の位置決め梁３０１の梁中心線３０ａ，３０ｂ上に枢支連結されなくともよい。このように、当業者であれば、力学的原理の分析により同様の結果を得ることができるということをここで述べておく。
【０１０８】
（第３実施形態）
図１５を参照する。図１５に示すように、本発明の第３実施形態に係るトルク検出装置は、第２実施形態と異なり、遊車２０３，２０４のギヤセンタが前述した位置決め梁３０１上に枢支連結されず、位置決め梁３０１と一体成形されて固定端として使用するホイールベース３０５上に枢支連結され、この構成により、遊車として使用するプラネタリギヤ２０３，２０４が、位置決め梁３０１でなくホイールベース３０５により拘束され、太陽歯車５０２の周りでプラネタリギヤ２０３，２０４は回転されない。さらに詳細には、ホイールベース３０５上には、入力軸５００の両端に隣り合うとともに対称的な耳部３０５ａ，３０５ｂが設けられる。遊車２０３，２０４は、耳部３０５ａ，３０５ｂにそれぞれ枢支連結されて互いに対称的に設置され、位置決め梁３０１の周辺に隣り合うが、その他は第２実施形態と同じである。
【０１０９】
図１５を参照する。図１５に示すように、遊車２０３，２０４は、Ｘ方向で水平かつ対称的に入力軸５００の両側に枢支連結されている。言い換えると、遊車２０３，２０４のギヤセンタと入力軸５００の軸心とは、同一水平面のギヤ中心線Ｌ２上に着座し、ギヤ中心線Ｌ２と上述した梁中心線３０ａ，３０ｂとは互いに平行である。
【０１１０】
図１５及び図１６を参照する。図１５及び図１６に示すように、ギヤ中心線L2と上述した梁中心線３０ａ，３０ｂとが平行であるとき、フォースバランス定理（ｆｏｒｃｅ  ｂａｌａｎｃｅ  ｔｈｅｏｒｅｍ）ΣFy=0及びΣM0=0に基づいてF”=F1”+ F2”、かつ、F”x R”=Fstrain x Rstrainであることが分かる。
【０１１１】
F1”は、入力の太陽歯車５０２と、遊車として使用するプラネタリギヤ２０３，２０４との噛合接触点に形成したＹ方向の接線力であり、F2”は、出力として用いる円環状歯車６０２と、プラネタリギヤ２０３，２０４との噛合接触点に形成したＹ方向の接線力であり、F”は、プラネタリギヤ２０３，２０４のギヤセンタからＹ方向に沿って発生した反作用力であり、R”は、太陽歯車５０２のギヤセンタとプラネタリギヤ２０３のギヤセンタとの間隔距離であり、Fstrainは、４本の位置決め梁３０１がそれぞれ受ける軸方向力であり、Rstrainは、ギヤ中心線L2と梁中心線との間隔距離である。これにより上述した位置決め梁３０１がそれぞれ受ける軸方向力Fstrainの数値を求め、前述した位置決め梁３０１に発生する歪みが分かる。
【０１１２】
また、遊車として使用するプラネタリギヤ２０３，２０４は、前述した位置決め梁３０１の配置角度の変化により変化するのではなく、入力として用いる太陽歯車５０２と、出力として用いる円環状歯車６０２との間でトルクの伝達及び変換が行われるため、ギヤ中心線L2も梁中心線３０ａ，３０ｂに対して平行に配置されなくてもよい。言い換えると、ギヤ中心線L2は、前述した梁中心線３０ａ，３０ｂ間で非０度の夾角θ（図示せず）が形成されてもよい。フォースバランス定理（ｆｏｒｃｅ  ｂａｌａｎｃｅ  ｔｈｅｏｒｅｍ）から、
【０１１３】
【数１３】
2017072576.tif 000015
により位置決め梁３０１が得る軸方向力Fstrainを知り、上述した歪みをさらに算出することができるが、これらは全て本発明の範囲内に含まれる。
【０１１４】
以下、本発明が上述したトルク検出装置を回転駆動具上に配置し、駆動過程における回転駆動具のトルク値を検出するために用いる。
【０１１５】
図１７を参照する。図１７は、図１の第１実施形態のトルク検出装置の回転駆動具を示す。さらに詳細には、上述した回転駆動具は、実質上従来の電動式又は空気式のスクリュードライバー（ｓｃｒｅｗ  ｄｒｉｖｅｒ）でもよく、これには駆動軸７１及び作動軸７２が含まれる。駆動軸７１は、駆動トルクを供給する駆動モータ７３に枢支連結され、作動軸７２は、トルクを出力して外部のワークを回転させる。
【０１１６】
図１７を参照する。図１７に示すように、回転駆動具が電動式のスクリュードライバー（釘打ち機とも称する）である場合を例に説明する。この電動式のスクリュードライバーは、ガン本体７０と、ガン本体７０の内部空間内に配置された電池７４と、回路基板７５と、駆動モータ７３と、駆動軸７１とを有する。電池７４は、外付けされた電源により充電する上、回路基板７５と電気的に接続されている。回路基板７５には、駆動モータ７３が接続され、電池７４から電力が供給されて駆動モータ７３を駆動し、駆動軸７１を回転させる。本実施形態の駆動モータ７３は電動モータであり、駆動軸７１の一端はガン本体７０から突出される。
【０１１７】
図１７を参照する。図１７に示すように、図１の第１実施形態に係るトルク検出装置中のケーシング１は、ガン本体７０に直接モジュール式に組み立てられ、駆動軸７１を有する端部が突出されている。このモジュール式に組み立てるということには、埋め込み、クリップ、係止その他一体成形する機械的手段が含まれ、駆動軸７１が入力軸５に枢支連結され、入力軸５を回転させる。
【０１１８】
図１７を参照する。図１７に示すように、出力軸６を有する端部が突出されたケーシング１には、シャフトベース７６がモジュール式に組み立てられ、作動軸７２がシャフトベース７６内に枢支連結され、作動軸７２が出力軸６と枢支連結され、作動軸７２を回転させてトルクを出力し、外部のワークを回転させる。駆動軸７１と作動軸７２とは、互いに非同軸方向で配置される。トルク検出装置は、外部のワークを駆動させるのに必要なトルク値を知って制御するために、駆動軸７１から作動軸７２へ伝達されるトルクを検出する機能を有する。
【０１１９】
図１８を参照する。以下、図１８に示すように、図８の第２実施形態又は図１５の第３実施形態のトルク検出装置に回転駆動具を組み合わせる。さらに詳細には、上述した回転駆動具は、実質上従来の電動式又は空気式のスクリュードライバーであり、このスクリュードライバーには、駆動軸８１及び作動軸８２が含まれる。駆動軸８１には、駆動モータ８３が接続されて駆動トルクが供給される。作動軸８２は、トルクを出力し、外部のワークを回転させる。
【０１２０】
図１８を参照する。以下、図１８に基づき、回転駆動具が電動式のスクリュードライバー（釘打ち機とも称する）である場合を例に説明する。この電動式のスクリュードライバーは、ガン本体８０と、ガン本体８０の内部空間内に配置された電池８４と、回路基板８５と、駆動モータ８３と、駆動軸８１とを有する。電池８４には、電源が外付けされて充電を行う上、回路基板８５と電気的に接続されている。回路基板８５は、電線により駆動軸８１と接続され、電池８４が電力を供給して駆動モータ８３を駆動し、駆動軸８１を回転させる。本実施形態の駆動モータ８３は電動モータでなければならず、駆動軸８１の一端がガン本体８０から突出されている。
【０１２１】
図１８を参照する。図１８に示すように、図８の第２実施形態に係るトルク検出装置中のケーシング１００は、ガン本体８０に直接モジュール式に組み立てられ、駆動軸８１を有する端部が突出され、駆動軸８１が入力軸５００に枢支連結され、入力軸５００を回転させる。
【０１２２】
図１８を参照する。図１８に示すように、出力軸６００を有する端部が突出されたケーシング１００には、シャフトベース８６がモジュール式に組み立てられ、作動軸８２がシャフトベース８６内に枢支連結され、作動軸８２が出力軸６００と枢支連結され、作動軸８２を回転させてトルクを出力し、外部のワークを回転させる。駆動軸８１と作動軸８２とは、互いに同軸方向で配置される。トルク検出装置は、外部のワークを駆動させるのに必要なトルク値を知って制御するために、駆動軸８１から作動軸８２へ伝達するトルクを検出する機能を有する。
【０１２３】
本発明の回転駆動具は、図１７及び図１８の２つの実施形態の電動式のスクリュードライバー以外に、空気式のスクリュードライバーその他電動式又は空気式の回転駆動具をさらに含んでもよい。勿論、この工具は、手持ち式又は工具機に固定される方式でもよい。回転駆動具が高圧空気を動力源として供給する空気式のタイプである場合、駆動モータは空気圧モータでなければならない。
【０１２４】
図１９を参照する。図１９は、図１７及び図１８の実施形態を説明する流れ図である。図７Ａ、図７Ｂ及び図１４の整流器９１ｂ，９２ｂ，９３ｂは、出力電圧V0s，V0d ，V0qを整流する機能を有し、回転する駆動具が現在出力している作動トルクを表す電圧数値｜Ｖ０｜を得て、電圧数値｜Ｖ０｜をマイクロコントローラユニット９１ｃ，９２ｃ，９３ｃへ伝達し、回転駆動具が出力するトルク値を算出する。マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）９１ｃ，９２ｃ，９３ｃ内には、電圧・トルク変換モジュール９４が搭載されている。電圧数値｜Ｖ０｜が電圧・トルク変換モジュール９４へ伝達され、電圧数値｜Ｖ０｜がトルク値｜Ｔ０｜に変換され、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）９１ｃ，９２ｃ，９３ｃ又は電圧・トルク変換モジュール９４には、所定のトルク値｜Ｔ０Ｃ｜が内蔵又は外部設定されている。
【０１２５】
トルク値｜Ｔ０｜が所定のトルク値｜Ｔ０Ｃ｜より小さいとき（即ち｜Ｔ０｜＜｜Ｔ０Ｃ｜のとき）、回転駆動具は回転し続ける。トルク値｜Ｔ０｜が所定のトルク値｜Ｔ０Ｃ｜より大きいとき（即ち｜Ｔ０｜＞｜Ｔ０Ｃ｜のとき）、回転駆動具は回転を止め、設定したリセット条件を工具が満たすか否かを判断する。もしイエスの場合、電圧・トルク変換モジュール９４の正常な動作が回復し、電圧数値｜Ｖ０｜がトルク値｜Ｔ０｜に変換され、トルク制御の動作を繰り返す。もしノーの場合、回転動作を停止し、トルク値｜Ｔ０｜が設定したリセット条件を満たすか否かを改めて判断する。
【０１２６】
上述した第１実施形態〜第３実施形態の説明から分かるように、本発明のトルク検出装置及びトルク検出装置と結合する回転駆動具は、遊輪として使用するアイドルギヤ又はプラネタリギヤを入力端と出力端との間に配設して負荷を受けとり、歪みゲージが固定された位置決め梁に速やかに伝動され、位置決め梁が不必要な折曲ロードを受けとることを効果的に防ぎ、位置決め梁の特定の長さ範囲内に均等な歪みを発生させ、これに伴って歪みゲージに均等な変形が生じるため、歪みゲージが検出するトルクの精度を高めることができる。
【０１２７】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１２８】
１      ケーシング
２      遊車（アイドルギヤ）
３      位置決め梁
３ａ    第１の位置決め梁
３ｂ    第２の位置決め梁
４      歪みゲージ
５      入力軸
６      出力軸
１１    上ケーシング
１２    下ケーシング
１３    ねじ
１４    埋め込み溝
２０    軸受
２１    アイドルギヤ
３０    梁中心線
３０ａ  梁中心線
３０ｂ  梁中心線
３１    フック部
３２    ベース部
３２ａ  枢着孔
３２ｂ  収容室
４１    ピン
４２    ピン
４３    検出部
５０    軸受
５１    端部
５２    入力歯車
６０    軸受
６１    端部
６２    出力歯車
７０    ガン本体
７１    駆動軸
７２    作動軸
７３    駆動モータ
７４    電池
７５    回路基板
７６    シャフトベース
８０    ガン本体
８１    駆動軸
８２    作動軸
８３    駆動モータ
８４    電池
８５    回路基板
８６    シャフトベース
９１    電気ブリッジ
９１ａ  計装アンプ
９１ｂ  整流器
９１ｃ  マイクロコントローラユニット
９２    電気ブリッジ
９２ａ  計装アンプ
９２ｂ  整流器
９２ｃ  マイクロコントローラユニット
９３    電気ブリッジ
９３ａ  計装アンプ
９３ｂ  整流器
９３ｃ  マイクロコントローラユニット
９４    電圧・トルク変換モジュール
１００  ケーシング
１１０  上ケーシング
１２０  下ケーシング
１３０  ねじ
２００  遊車（プラネタリギヤ）
２０１  遊車（プラネタリギヤ）
２０３  遊車（プラネタリギヤ）
２０４  遊車（プラネタリギヤ）
３００  ホイールベース
３０１  位置決め梁
３０１ａ  第１の位置決め梁
３０１ｂ  第２の位置決め梁
３０１ｃ  第３の位置決め梁
３０１ｄ  第４の位置決め梁
３０２  丸型ベース
３０３  ハブ
３０４  耳部
３０５  ホイールベース
３０５ａ  耳部
３０５ｂ  耳部
５００  入力軸
５０１  端部
５０２  太陽歯車
６００  出力軸
６０２  円環状歯車
Ｌ      垂直線
Ｌ１    垂直線
Ｌ２    ギヤ中心線
【図１】
2017072576.tif 000016
【図２Ａ】
2017072576.tif 000017
【図２Ｂ】
2017072576.tif 000018
【図３】
2017072576.tif 000019
【図４】
2017072576.tif 000020
【図５】
2017072576.tif 000021
【図６Ａ】
2017072576.tif 000022
【図６Ｂ】
2017072576.tif 000023
【図７Ａ】
2017072576.tif 000024
【図７Ｂ】
2017072576.tif 000025
【図８】
2017072576.tif 000026
【図９】
2017072576.tif 000027
【図１０】
2017072576.tif 000028
【図１１】
2017072576.tif 000029
【図１２】
2017072576.tif 000030
【図１２Ａ】
2017072576.tif 000031
【図１３】
2017072576.tif 000032
【図１４】
2017072576.tif 000033
【図１５】
2017072576.tif 000034
【図１６】
2017072576.tif 000035
【図１７】
2017072576.tif 000036
【図１８】
2017072576.tif 000037
【図１９】
2017072576.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月20日(2017.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、
前記位置決め梁の両端には、フック部及びベース部がそれぞれ一体化するように延設され、前記ベース部の中心には、前記遊車を収容するための収容室が形成され、
前記遊車は、入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車が、前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、
前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に枢支連結され、
前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に回転自在に配置され、
前記位置決め梁は、前記梁中心線に沿って変換した前記遊車の負荷が前記梁中心線に沿った軸方向力に生成され、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用を受けとって歪みが生成され、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用いることを特徴とする、トルク検出装置。
【請求項２】
前記遊車、前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ非同軸方向に配置されてい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】
前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、
前記接線力の方向は、前記反作用力の方向と反対であり、
前記反作用力は、前記軸方向力として用いることを特徴とする、請求項２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
前記位置決め梁の梁中心線の方向は、前記接線力に対して平行であり、
前記入力軸、前記遊車及び前記出力軸の中心は、同一の垂直線上に位置し、
前記垂直線は、前記梁中心線に対して直角であることを特徴とする、請求項３に記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記入力軸は、入力歯車と枢支連結され、
前記出力軸は、出力歯車と枢支連結され、
前記遊車は、アイドルギヤであり、
前記アイドルギヤは、前記入力歯車及び前記出力歯車と噛合して負荷を受けとることを特徴とする、請求項３に記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記位置決め梁は、前記遊車により分離され、前記遊車の両側の共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、
前記歪みゲージは、前記第１の位置決め梁及び前記第２の位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記梁中心線上に配設され、
前記軸方向力により前記第１の位置決め梁上の前記歪みゲージに引張作用が発生して引張歪が生成され、
前記軸方向力により前記第２の位置決め梁上の前記歪みゲージに圧縮作用が発生して圧縮歪が生成されることを特徴とする、請求項５に記載のトルク検出装置。
【請求項７】
前記固定端として使用してトルク検出装置を収容するために用いるケーシングをさらに備え、
前記位置決め梁は、前記ケーシングに一体化するように固定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８】
請求項１に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、
駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、
前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることを特徴とする、回転駆動具。
【請求項９】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、
前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることを特徴とする、請求項８に記載の回転駆動具。
【請求項１０】
遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、
前記遊車は入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車は、少なくとも２つであり、太陽歯車と円環状歯車との間のプラネタリギヤに対称的に配置され、
前記プラネタリギヤは、入力の前記太陽歯車と出力の前記円環状歯車との間に噛合されて捩じれを受けとり、前記プラネタリギヤがホイールベースにより拘束され、前記太陽歯車の周りで回転せず、
前記ホイールベースの中心には、ハブが形成され、
前記太陽歯車は、前記ハブの中心に挿設され、
前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ同軸方向で間隔をおいて配置され、前記入力軸は太陽歯車に枢支連結され、前記出力軸は前記太陽歯車の周りを囲むように形成された円環状歯車により構成され、前記遊車が、前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、前記接線力は前記反作用力の方向は反対であり、前記反作用力は前記軸方向力として用い、
前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、
前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記遊車のギヤセンタは、前記位置決め梁上に枢支連結され、
前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、前記遊車のギヤセンタは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に回転自在に配置され、
前記位置決め梁は、前記梁中心線に沿って前記遊車の負荷を前記梁中心線に沿った軸方向力に変換し、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用を受けて生成された歪みを受けとり、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用いることを特徴とする、トルク検出装置。
【請求項１１】
前記位置決め梁の前記梁中心線は、前記接線力の方向に対して平行であり、
前記入力軸、前記遊車及び前記出力軸の中心は、同一の垂直線上に位置し、
前記垂直線は、前記梁中心線に対して直角であることを特徴とする、請求項１０に記載のトルク検出装置。
【請求項１２】
前記遊車のギヤセンタは、前記位置決め梁の前記梁中心線上に枢支連結されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のトルク検出装置。
【請求項１３】
前記入力軸の枢支連結の対象は、前記出力軸の形成対象と交換し得ることを特徴とする、請求項１０に記載のトルク検出装置。
【請求項１４】
前記位置決め梁は、複数であり、前記プラネタリギヤにより分離され、ホイールベース上に対称的に配置されて固定端として使用されることを特徴とする、請求項１０又は１３に記載のトルク検出装置。
【請求項１５】
前記プラネタリギヤは、分離されて前記プラネタリギヤの両側の共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、
前記歪みゲージは、前記位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記位置決め梁の前記梁中心線上に配設され、
前記軸方向力により前記第１の位置決め梁に引張作用が発生して引張歪が生成され、
前記軸方向力により前記第２の位置決め梁に圧縮作用が発生して圧縮歪が生成され、
前記歪みゲージは、前記引張歪及び前記圧縮歪のうちの少なくとも何れか１つの歪みを検出して歪むことを特徴とする、請求項１４に記載のトルク検出装置。
【請求項１６】
前記トルク検出装置を収容するケーシングをさらに備え、
前記ホイールベースは、前記ケーシングに一体化するように固定されることを特徴とする、請求項１５に記載のトルク検出装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、
駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、
前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることを特徴とする、回転駆動具。
【請求項１８】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、
前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることを特徴とする、請求項１７に記載の回転駆動具。
【請求項１９】
遊車、直線形状の位置決め梁及び歪みゲージを備えたトルク検出装置であって、
前記遊車は、入力軸と出力軸との間に配設され、前記遊車が前記入力軸と前記出力軸とにそれぞれ形成される接線力を受けとり、前記接線力の総和により生成された反作用力を前記遊車の負荷として用い、
前記接線力の方向はそれぞれ同じであり、
前記接線力と前記反作用力との方向は反対であり、
前記反作用力は、前記軸方向力の方向に非平行であり、
前記直線形状の位置決め梁は、前記位置決め梁に沿って延びた梁中心線を有し、前記位置決め梁は、固定端として使用するホイールベース上に形成され、前記遊車のギヤセンタは、前記ホイールベース上に枢支連結され、
前記歪みゲージは、前記梁中心線が通る前記位置決め梁上に固定され、
前記遊車の負荷は、前記ホイールベースから前記位置決め梁へ伝わり、前記位置決め梁により、負荷を前記梁中心線に沿った軸方向力へ変換し、前記位置決め梁は、前記軸方向力の作用により生成された歪みを受けとり、前記歪みゲージが検出する歪みを前記入力軸と前記出力軸との間のトルク検出値として用い、
前記入力軸は、太陽歯車に枢支連結され、
前記出力軸は、前記太陽歯車の周りを囲むように形成された円環状歯車により構成され、
前記遊車は、少なくとも２つであり、前記太陽歯車と前記円環状歯車との間のプラネタリギヤに対称的に配置され、
前記プラネタリギヤは、入力の前記太陽歯車と出力の前記円環状歯車との間に噛合されて捩じれを受けとり、前記プラネタリギヤが前記ホイールベースにより拘束され、前記太陽歯車の周りで回転せず、
前記ホイールベースの中心には、ハブが形成され、
前記太陽歯車は、前記ハブの中心に挿設される
ことを特徴とする、トルク検出装置。
【請求項２０】
前記入力軸及び前記出力軸は、それぞれ同軸方向で間隔をおいて配置されていることを特徴とする、請求項１９に記載のトルク検出装置。
【請求項２１】
前記入力軸の枢支連結の対象は、前記出力軸の形成対象と交換し得ることを特徴とする、請求項１９に記載のトルク検出装置。
【請求項２２】
前記位置決め梁は、分離されて共同の前記梁中心線上の第１の位置決め梁及び第２の位置決め梁に形成され、
前記歪みゲージは、前記位置決め梁のうちの少なくとも何れか１つの前記位置決め梁の前記梁中心線上に配設され、
前記軸方向力により前記第１の位置決め梁に引張作用が発生して引張歪が生成され、
前記軸方向力により前記第２の位置決め梁に圧縮作用が発生して圧縮歪が生成され、
前記歪みゲージは、前記引張歪及び前記圧縮歪のうちの少なくとも何れか１つの歪みを検出して歪むことを特徴とする、請求項１９又は２１に記載のトルク検出装置。
【請求項２３】
前記トルク検出装置を収容するケーシングをさらに備え、
前記ホイールベースは、前記ケーシングに一体化するように固定されることを特徴とする、請求項２２に記載のトルク検出装置。
【請求項２４】
請求項１９に記載のトルク検出装置と結合する回転駆動具であって、
駆動モータに接続されて駆動トルクを提供するとともに、前記入力軸に枢支連結された駆動軸と、
前記出力軸と枢支連結された作動軸と、を備えることを特徴とする、回転駆動具。
【請求項２５】
前記回転駆動具はスクリュードライバーであり、
前記駆動モータは、電気式モータ又は空気式モータであることを特徴とする、請求項２４に記載の回転駆動具。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図３及び図４に示すように、ベース部３２の枢着孔３２ａに軸受２０及びアイドルギヤ２１が取り付けられ、図１の遊車２は、ベース部３２の収容室３２ｂ内で軸受２０に枢着される。軸受２０及びアイドルギヤ２１は、遊車２の内部に配設される。このような構成により、位置決め梁３を通過する梁中心線３０と、遊車２の中心線とが交差する。