JP2000131160A - 撓み噛み合い式歯車装置のトルク検出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可撓性外歯歯車に貼りつけた複数の歪みゲー
ジをブリッジ回路接続した構成のトルク検出部を備えた
撓み噛み合い式歯車装置のトルク検出機構において、各
歪みゲージの配線作業、接続作業を効率良く行い得るよ
うにする。 【解決手段】 撓み噛み合い式歯車装置１の可撓性外歯
歯車３の環状ダイヤフラム３３には４対の歪みゲージＡ
１〜Ｄ２が接着され、各歪みゲージの接着位置に開口８
１〜８４が形成された環状のフレキシブルプリント配線
板７がダイヤフラム３３に配置されている。この配線板
７には各歪みゲージをブリッジ配線接続するための配線
パターン７１〜７８が予め形成されている。各歪みゲー
ジのリード端子を配線パターン７１〜７８の端子部分に
半田付けするのみで配線接続作業が終了する。よって、
配線接続作業を効率良く短時間で行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撓み噛み合い式歯車
装置のトルク検出機構に関するものである。さらに詳し
くは、本発明は、撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯
歯車に貼り付けられた複数の歪みゲージを備えたトルク
検出機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】典型的な撓み噛み合い式歯車装置は、剛
性内歯歯車の内側にカップ状の可撓性外歯歯車が配置さ
れ、この可撓性外歯歯車の内側には、楕円形の輪郭をし
た波動発生器が嵌め込まれている。可撓性外歯歯車は波
動発生器によって楕円形状に撓められ、その楕円形状の
長軸方向の両端の２か所で剛性内歯歯車に噛み合ってい
る。入力軸に連結された波動発生器が回転すると、可撓
性外歯歯車と剛性内歯歯車の噛み合い位置も周方向に移
動して、双方の歯車の歯数差に応じた相対回転が発生す
ることになる。

【０００３】この形式の撓み噛み合い式歯車装置のトル
ク検出機構としては、トルク検出素子である歪ゲージ
を、カップ状の可撓性外歯歯車の胴部外周面に接着固定
し、当該可撓性外歯歯車の歪に基づき、撓み噛み合い式
歯車装置を介して伝達されるトルクを検出するように構
成されたものが知られている。

【０００４】可撓性外歯歯車の各部分は、波動発生器に
よって半径方向に繰り返し変位させられる。従って、伝
達トルクが実際には零の場合においても、波動発生器に
連結されている入力軸が回転すると、可撓性外歯歯車の
各部分が半径方向に撓まされる。すなわち、楕円形に撓
まされている可撓性外歯歯車の各部分は、入力軸に連結
された楕円形の波動発生器が回転すると、１回転当たり
２周期の割合で半径方向に繰り返し変位する。この結
果、歪ゲージからはその撓みに対応する出力が検出され
てしまう。

【０００５】従って、精度の良いトルク検出を行なうた
めには、かかる周期的な変位に起因した出力誤差（回転
リップル）を検出出力から排除して、伝達トルクのみに
起因する歪み量を検出する必要がある。この歪みは、１
８０°の位相をもった正弦波成分であるので、可撓性外
歯歯車に対して９０°の角度間隔で配置した一対の歪み
ゲージ等のトルク検出素子の出力を合成することによっ
て、除去することができる。

【０００６】このために、従来においては、装置の回転
軸線の回りに９０度の角度間隔となるように、可撓性外
歯歯車の外周面に１対の歪みゲージを接着固定し、これ
らの歪みゲージの出力を合成した出力を用いて伝達トル
クを算出するようにしている。

【０００７】本願人は、さらに、この構成のトルク検出
機構におけるトルク検出出力に含まれる回転リップルを
確実に除去すると共に、トルク検出出力の直線性を改善
するために、特開平９−１８４７７７号公報において、
可撓性外歯歯車の外歯が形成されている以外の外面およ
び内面のうちの少なくとも一方の面に対して、当該可撓
性外歯歯車の中心軸線の回りに９０°の角度間隔に配置
された一対のトルク検出素子を備えた第１のトルク検出
手段と、同じく当該可撓性外歯歯車の中心軸線の回りに
９０°の角度間隔に配置された一対のトルク検出素子を
備えた第２のトルク検出手段とを備え、第２のトルク検
出手段を、前記第１のトルク検出手段に対して前記中心
軸線の回りに（ｋ×４５°）（ｋは奇数）の角度だけ回
転した位置に配置し、これら第１および第２のトルク検
出手段の検出出力を合成することにより得られる合成出
力に基づき撓み噛み合い式歯車装置の伝達トルクを精度
良く検出する機構を提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、トルク検出素
子として歪みゲージを使用する場合には、通常、直交二
軸型の歪みゲージを４枚あるいは８枚使用し、各歪みゲ
ージを可撓性外歯歯車のダイヤフラムに貼り付け、さら
に、これらの歪みゲージを手作業によりブリッジ配線す
る作業が必要である。このような配線作業は手間の掛か
る作業であり、改善が望まれている。

【０００９】本発明の課題は、可撓性外歯歯車に貼り付
けた複数の歪みゲージがブリッジ配線された構成のトル
ク検出機構において、配線作業の時間短縮化を実現する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、環状の剛性内歯歯車と、この内側に配
置されて前記剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯
が外周面に形成されている環状の可撓性外歯歯車と、こ
の可撓性外歯歯車の内側にはめ込まれて当該可撓性外歯
歯車を半径方向に撓めて前記外歯を前記内歯に対して直
径方向の２か所で噛み合わせた状態に保持すると共に当
該噛み合わせ位置を円周方向に移動させる波動発生器と
を有する撓み噛み合い式歯車装置において、前記可撓性
外歯歯車の前記外歯が形成されている以外の外面および
内面のうちの少なくとも一方の面に、複数の歪みゲージ
が貼り付けられ、これらの歪みゲージにより構成された
ブリッジ回路の出力信号に基づき当該可撓性外歯歯車を
介して伝達されるトルクの検出が行われるトルク検出機
構において、前記複数の歪みゲージを電気的に接続して
いるブリッジ配線がフレキシブルプリント配線板に形成
されていることを特徴としている。

【００１１】ここで、本発明を適用可能な可撓性外歯歯
車は、カップ形状をしたもの、およびシルクハット形状
をしたものがある。カップ形状をした可撓性外歯歯車
は、円筒状の胴部と、前記胴部の一方の開口端側の外周
面に形成された前記外歯と、前記胴部の他端に連続して
半径方向の内方に延びる環状のダイヤフラムを備えてい
る。シルクハット形状の可撓性外歯歯車は、円筒状の胴
部と、前記胴部の一方の開口端側の外周面に形成された
前記外歯と、前記胴部の他端に連続して半径方向の外方
に延びる環状のダイヤフラムを備えている。

【００１２】また、環状のダイヤフラムに歪みゲージを
貼り付ける場合には、フレキシブルプリント配線板を環
状にすればよい。また、環状のフレキシブルプリント配
線板には、ダイヤフラムに貼り付けられている各歪みゲ
ージに対応する位置に開口を形成しておけばよい。

【００１３】本発明のトルク検出機構において、可撓性
外歯歯車に貼り付けられた複数枚の歪みゲージの配線作
業においては、ブジッリ配線パターンが予めフレキシブ
ルプリント配線板に印刷されているので、当該ブリッジ
配線パターンにおける配線端子に対応する歪みゲージの
リード端子を半田付け等によって接続するだけでよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
適用したカップ型撓み噛み合い式歯車装置のトルク検出
機構を説明する。

【００１５】図１（Ａ）および（Ｂ）は、カップ型撓み
噛み合い式歯車装置の軸線に沿って切断した場合の概略
縦断面図、および軸直角断面を示す概略構成図である。
カップ型撓み噛み合い式歯車装置１は、環状の剛性内歯
歯車２と、この内側に配置されたカップ状の可撓性外歯
歯車３と、この内側にはめ込まれた波動発生器４とを備
えている。波動発生器４は楕円形の輪郭をしており、可
撓性外歯歯車３の内側にはめ込まれて当該可撓性外歯歯
車３を楕円形に撓めた状態にしている。この結果、可撓
性外歯歯車３の外歯３１における楕円形の長軸の両端に
位置している部分が、剛性内歯歯車２の内歯２１におけ
る対応する部分に噛み合っている。波動発生器４は入力
軸（図示せず）に連結されており、波動発生器４が高速
回転すると、外歯３１の内歯２１に対する噛み合い位置
が円周方向に高速で移動する。外歯と内歯の歯数差は一
般に２ｎ（ｎは正の整数）に設定されているので、外歯
歯車３と内歯歯車２の間には相対回転が発生する。この
相対回転を、一方の歯車の側から減速回転出力として取
り出している。

【００１６】可撓性外歯歯車３は、円筒状の胴部３２
と、この一端側を封鎖している環状のダイヤフラム３３
と、このダイヤフラム３３の中心に形成した厚肉のボス
３４と、胴部３２の開口端の側の外周面３５において円
周方向に向けて形成した上記の外歯３１を備えている。

【００１７】図２（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、上記
構成の撓み噛み合い式歯車装置１に組み付けたトルク検
出機構の構成要素である歪みゲージの接着位置を示す説
明図、歪みゲージの電気的接続状態を示す回路図、およ
びフレキシブルプリント配線板の説明図である。

【００１８】図２（Ａ）に示すように、本例では、検出
機構のトルク検出素子として、直交二軸型の歪みゲージ
を８枚使用している。第１の対の歪みゲージＡ１、Ａ２
はダイヤフラム３３の表面の同一位置に直交状態で接着
されている。第２の対の歪みゲージＢ１、Ｂ２は、第１
の対の歪みゲージに対して装置軸線１ａを中心として９
０度回転したダイヤフラム３３の表面の位置に直交状態
で接着されている。これに対して、第３の対の歪みゲー
ジＣ１、Ｃ２は、第２の対の歪みゲージに対して装置軸
線１ａを中心として４５度回転したダイヤフラム３３の
表面位置に直交状態で接着されている。第４の対の歪み
ゲージＤ１、Ｄ２は、第３の対の歪みゲージに対して装
置軸線１ａを中心として９０度回転したダイヤフラム３
３の表面位置に直交状態で接着されている。

【００１９】図２（Ｂ）に示すように、これら４対の歪
みゲージによりブリッジ回路５が構成されている。その
一対の接続点５１、５２に所定の電圧、電流を加える
と、他方の一対の接続点５３、５４から、可撓性外歯歯
車３を介して伝達されるトルクの大きさに応じて変動す
る出力信号が得られる。

【００２０】このブリッジ回路５から分かるように、各
歪みゲージを手作業により配線接続する場合には、８本
の配線６１〜６８の引回し作業、およびそれらを各歪み
ゲージのリード端子に接続する作業が必要になる。

【００２１】しかしながら、本例のトルク検出機構で
は、図２（Ｃ）に示すように、ダイヤフラム３３の表面
に配置可能な大きさの環状のフレキシブルプリント配線
板７を備えている。このフレキシブルプリント配線板７
の表面には、例えば銅箔により各配線６１〜６８に対応
する配線パターン７１〜７８が予め印刷されている。ま
た、配線パターン７３、７７には、信号出力用の配線パ
ターン７３１、７７１が接続され、信号入力端部および
信号出力端部Ｓ１〜Ｓ４が円周方向のほぼ同一部位に位
置するようになっている。

【００２２】さらに、環状のフレキシブルプリント配線
板７には、第１〜第４の対の歪みゲージが張り付けられ
ている位置に対応する位置に、長円形の開口８１〜８４
が形成されている。ダイヤフラム３３の表面に当該フレ
キシブルプリント配線板７を重ねた状態において、各対
の歪みゲージにおけるリード端子が露出可能あるいは引
き出し可能となっている。

【００２３】この構成のトルク検出機構においては、第
１〜第４の対の歪みゲージＡ１，２、Ｂ１，２、Ｃ１，
２およびＤ１，２をダイヤフラム３３に接着剤により貼
り付けた後に、プレキシブルプリント配線板７を当該ダ
イヤフラム３３に貼り付ける。この結果、プレキシブル
プリント配線板７の各開口８１〜８４からは各対の歪み
ゲージを臨むことができる。

【００２４】この後は、各歪みゲージのリード端子を対
応する配線パターン７１〜７８の端子部に半田付け等の
方法により接続する。また、配線パターン７１、７５の
それぞれの中程に形成されている信号出力端部Ｓ１、Ｓ
２に信号出力線（図示せず。）を接続し、さらに、配線
パターン７３１、７７１の端部に形成されている信号入
力端部Ｓ３、Ｓ４に信号入力線（図示せず。）を接続す
る。

【００２５】以上のように、本例のトルク検出機構は歪
みゲージをブリッジ配線接続するための配線パターンが
予め形成されている環状のフレキシブルプリント配線板
７を用いて、可撓性外歯歯車３のダイヤフラム３３に貼
り付けた複数枚の歪みゲージをブリッジ配線接続するよ
うにしている。

【００２６】従って、各歪みゲージを接続するための配
線作業、接続作業が極めて簡単になり、作業時間短縮化
を図ることができ、その分、トルク検出機構の製造価格
を低減することができる。

【００２７】また、ブリッジ配線が手作業ではなく、予
めフレキシブルプリント配線板に形成されているので、
配線の信頼性が高いという利点もある。

【００２８】さらには、可撓性外歯歯車のダイヤフラム
３３の部分は当該可撓性外歯歯車の開口端側の撓みに伴
って弾性変位するが、フレキシブルプリント配線板は、
このような変位に追従できるので、耐久性にも優れてい
るという利点もある。

【００２９】これに加えて、一般的なプリント基板を用
いる場合に比べて次のような利点がある。一般的なプリ
ント基板を用いた場合には、可撓性外歯歯車の変形のた
めに、そのダイヤフラムに密着させることができない。
このために、装置寸法が大きくなってしまう。しかし、
本例のようにフレキシブルプリント配線板を用いると、
ダイヤフラムに密着させて、当該ダイヤフラムの変形に
追従させることができる。よって、配線板の設置スペー
スが少なくて済むので、装置寸法の増大を招くことがな
い。

【００３０】（その他の実施の形態）なお、上記の例で
は、８枚の歪みゲージを使用してトルク検出機構の検出
部を構成しているが、歪みゲージの枚数は８枚以上でも
よいし、８枚以下でもよい。また、各対の歪みゲージの
配置関係も、前述の本願人による公開公報に開示されて
いるように各種の関係を採用することができる。

【００３１】さらに、上記の例は、歪みゲージをダイヤ
フラムの外側面に貼り付けているが、その内側面に貼り
付けることもできる。また、胴部の外周面あるいは内周
面に貼り付けることも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、歪みゲ
ージを用いた撓み噛み合い式歯車装置のトルク検出機構
において、歪みゲージをブリッジ接続するための配線パ
ターンが形成されたフレキシブルプリント配線板を用い
ている。従って、手作業により１個１個の歪みゲージ接
続用の配線ケーブルの引き回す作業、配線ケーブルに対
する各歪みゲージの接続作業を行う場合に比べて、配線
接続作業を効率化でき、作業時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なカップ型撓み噛み合い式歯
車装置の装置軸線に沿って切断した場合の概略縦断面
図、および装置軸線に直交する方向に沿って切断した場
合の断面構成を示す概略構成図である。

【図２】図１の撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯
車に対する歪みゲージの接着位置を示す説明図、歪みゲ
ージの接続状態を示す回路図、およびフレキシブルプリ
ント配線板に形成された配線パターンおよび開口を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 撓み噛み合い式歯車装置 １ａ 中心軸線 ２ 内歯歯車 ２１ 内歯 ３ 外歯歯車 ３１ 外歯 ３２ 胴部 ３３ ダイヤフラム Ａ１、Ａ２ 第１の対の歪みゲージ Ｂ１、Ｂ２ 第２の対の歪みゲージ Ｃ１、Ｃ２ 第３の対の歪みゲージ Ｄ１、Ｄ２ 第４の対の歪みゲージ ５ ブリッジ回路 ６１〜６８ 配線 ７ フレキシブルプリント配線板 ７１〜７８ 配線パターン ７３１、７７１ 配線パターン Ｓ１，Ｓ２ 信号出力端部 Ｓ３、Ｓ４ 信号入力端部 ８１〜８４ 開口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状の剛性内歯歯車と、この内側に配置
   されて前記剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯が
   外周面に形成されている環状の可撓性外歯歯車と、この
   可撓性外歯歯車の内側にはめ込まれて当該可撓性外歯歯
   車を半径方向に撓めて前記外歯を前記内歯に対して直径
   方向の２か所で噛み合わせた状態に保持すると共に当該
   噛み合わせ位置を円周方向に移動させる波動発生器とを
   有する撓み噛み合い式歯車装置において、 前記可撓性外歯歯車の前記外歯が形成されている以外の
   外面および内面のうちの少なくとも一方の面に、複数の
   歪みゲージが貼り付けられ、 これらの歪みゲージにより構成されたブリッジ回路の出
   力信号に基づき当該可撓性外歯歯車を介して伝達される
   トルクの検出が行われ、 前記複数の歪みゲージを電気的に接続しているブリッジ
   配線は、フレキシブルプリント配線板に形成されている
   ことを特徴とするトルク検出機構。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記可撓性外歯歯車は、円筒状の胴部と、前記胴部の一
   方の開口端側の外周面に形成された前記外歯と、前記胴
   部の他端に連続して半径方向の内方あるいは外方に延び
   ている環状のダイヤフラムを備えており、 前記歪みゲージは前記ダイヤフラムに貼り付けられてい
   ることを特徴とするトルク検出機構。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記フレキシブルプリント配線板は環状をしており、前
   記可撓性外歯歯車のダイヤフラムに貼り付けた前記歪み
   ゲージに対応する位置に開口が形成されていることを特
   徴とするトルク検出機構。