JP2005069402A - トルク検出機構付き波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性に優れた歪みゲージ式トルク検出機構を備えた波動歯車装置を提案すること。
【解決手段】 波動歯車装置１のシルクハット形状の可撓性外歯歯車２０におけるボス２３の端面２３ａとダイヤフラム２２の端面２２ａは、同一平面上に位置する連続する平坦面とされ、端面２３ａ、２２ａの境界部分に歪みゲージ４１が貼り付けられている。歪みゲージ４１の抵抗線部分４１ｂはダイヤフラム側の端面２２ａに貼り付けられ、接続端子部４１ａはボス側の端面２３ａに貼り付けられている。平坦面に歪みゲージ４１を貼り付ければ良いので、貼り付け作業が容易であり、貼り付けの信頼性も高まる。ボス側に貼り付けた接続端子部４１ａには繰り返し変形が作用しないので、断線などの弊害が起きない。よって、トルク検出機構の耐久性が向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は歪みゲージ式のトルク検出機構を備えた波動歯車装置に関し、特に、その可撓性外歯車に貼り付けられた歪みゲージの耐久性の向上を図ったトルク検出機構付き波動歯車装置に関するものである。

波動歯車装置としてはシルクハット型と呼ばれるものが知られており、この形式の波動歯車装置は、環状の剛性内歯歯車の内側にシルクハット形状をした可撓性外歯歯車を配置し、この外歯歯車の内側に嵌めた楕円形の波動発生器によって当該外歯歯車を楕円形に撓めて長軸方向の両端位置で両歯車を噛み合わせた構成となっている。波動発生器をモータ等によって回転させると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動する。両歯車には２ｎ枚（ｎは正の整数）、通常は２枚の歯数差があるので、当該歯数差に応じて、両歯車の間には相対回転運動が発生する。一方の歯車を回転しないように固定しておくことにより、他方の歯車から歯数差に応じて大幅に減速された回転出力を取り出すことができる。

この構成の波動歯車装置の伝達トルクを測定するための機構としては、可撓性外歯歯車の表面に歪みゲージを貼り付け、この歪みゲージの出力に基づき伝達トルクを測定するトルク検出機構が知られている。可撓性外歯歯車は上記のように楕円形の波動発生器によって繰り返し半径方向に撓められる。従って、当該外歯歯車の表面に貼りつけた歪みゲージにおけるリード線が接続されている接続端子部も同様に繰り返し撓められることになる。リード線との接続部分が繰り返し撓められると、その部分で断線が発生しやすい。このため、波動歯車装置に取り付けた歪みゲージ式のトルク検出機構の耐久性が低いという問題点がある。

この問題を解決するために、下記の特許文献１では、歪みゲージの接続端子部を可撓性外歯歯車のボスに貼り付けることを提案している。ボスは、可撓性外歯歯車を他の部材に連結するための部分であるので、厚肉であり、ダイヤフラムのような大きな弾性変形が繰り返し発生することがない。よって、リード線が断線してしまうという弊害を回避できる。
特開２０００−３２０６２２号公報

ここで、図３に示すように、一般的に使用されているシルクハット形状の可撓性外歯歯車１００では、その円筒状の胴部１０１の外周面に連続しているダイヤフラム１０２の端面１０２ａに、ボス１０３の同一側の端面１０３ａが連続している。このボス側の端面１０３ａは可撓性外歯歯車１００の中心軸線１００ａに垂直な平面であるが、ダイヤフラム側の端面１０２ａは端面１０３ａに対して僅かに傾いている。このようにダイヤフラム１０２とボス１０３の境界部分が折れ曲がっているので、この境界部分に歪みゲージ１０５を貼り付ける作業においては、かかる折れ曲がり形状に合わせて歪みゲージ１０５の抵抗線部分１０５ａおよび接続端子部１０５ｂを押さえ付けて接着固定する必要がある。このため、歪みゲージ１０５の貼り付けが容易でない。また、貼り付けの信頼性も低いので、トルク検出機構の耐久性の低下を招くおそれがある。

本発明の課題は、このような問題点を解消して、耐久性の高い歪みゲージ式のトルク検出機構を備えた波動歯車装置を提案することにある。

本発明のトルク検出機構付きの波動歯車装置は、
剛性内歯歯車と、
可撓性外歯歯車と、
前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせると共に両歯車の噛み合い位置を円周方向に移動させることにより両歯車に相対回転を発生させる波動発生器と、
前記可撓性外歯歯車を介して伝達されるトルクを検出するために、当該可撓性外歯歯車に貼り付けた歪みゲージおよび当該歪みゲージに接続されたリード線を備えたトルク検出部とを有し、
前記可撓性外歯歯車は、円筒状の胴部と、この胴部の一端から半径方向の外側に広がる円環状のダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周縁に一体形成された円環状のボスと、前記胴部の他端側部分の外周面に形成された外歯とを備えており、
前記ダイヤフラムおよび前記ボスにおける相互に連続しているそれぞれの端面は、少なくともそれらの境界部分が同一平面上に位置する平坦面部分とされており、
前記歪みゲージは、トルク検出用の抵抗線部分と、この抵抗線部分を前記リード線に接続するための接続端子部とを備えており、
前記接続端子部は、前記ボスの側の前記平坦面部分に貼り付けられており、
前記抵抗線部分は、少なくとも前記ダイヤフラム側の前記平坦面部分に貼り付けられていることを特徴としている。

ここで、前記胴部の内周面に連続している前記ダイヤフラムの端面と、当該端面と同一の側に位置している前記ボスの端面とを、同一平面上に位置する前記平坦面部分とすることが望ましい。

本発明では、シルクハット形状の可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置において、その可撓性外歯歯車におけるボスとダイヤフラムの境界部分を同一平面上に位置する平坦面部分とし、トルク検出用の歪みゲージにおける接続端子部を平坦面部分のボス側の部分に貼り付け、抵抗線部分をダイヤフラム側の部分に貼り付けるようにしている。従って、リード線に接続されている接続端子部がボス側に貼り付けられているので、この部分が繰り返し弾性変形に晒されて断線してしまうことがない。また、歪みゲージが貼り付けられているボスとダイヤフラムの境界部分を同一平面上に位置する平坦面としてあるので、歪みゲージの貼り付け作業を容易かつ確実に行うことができ、貼り付けの信頼性も高まる。よって、耐久性に優れた歪みゲージ式のトルク検出機構を備えた波動歯車装置を実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したトルク検出機構付き波動歯車装置を説明する。

図１は本発明を適用したシルクハット型波動歯車装置の一例を示す概略縦断面図である。本例の波動歯車装置１は、中空入力軸２と、この中空入力軸２の左側の部分を軸受３を介して内周縁部分により回転自在の状態で支持している円環状の大径端板４と、中空入力軸２の右側部分を軸受５を介して内周縁部分により回転自在の状態で支持している円環状の小径端板６とを有している。大径端板４と小径端板６における装置軸線１ａの方向の間の部分には、これらを相対回転が自在の状態で連結しているクロスローラベアリング７が同軸状態に配置されている。

クロスローラベアリング７の内輪７１における右側環状端面と、小径端板６の左側円環状端面部分６ａとの間には、同軸状態で円環状の剛性内歯歯車１０が挟まれ、この状態で三部材が締結ボルト８によって締結固定されている。剛性内歯歯車１０の内側には同軸状態でシルクハット形状の可撓性外歯歯車２０が配置されている。可撓性外歯歯車２０は、円筒状の胴部２１と、この胴部２１の一端（本例では左側の端）から半径方向の外側に広がっている円環状のダイヤフラム２２と、ダイヤフラム２２の外周端に連続して一体形成された円環状のボス２３と、胴部２１の他端側（右端側）の外周面部分に形成された外歯２４とを備えている。外歯２４は剛性内歯歯車１０の内歯１１に対峙している。

可撓性外歯歯車２０のボス２３は、大径端板４の右側円環状端面部分４ａと、クロスローラベアリング７の外輪７２における左側環状端面との間に挟まれ、この状態で三部材が締結ボルト９によって締結固定されている。従って、クロスローラベアリング７の内輪７１に固定された剛性内歯歯車１０と、その外輪７２に固定された可撓性外歯歯車２０とは、クロスローラベアリング７によって相対回転が自在の状態で連結されている。

中空入力軸２における外歯２４の形成部分に対峙している外周面部分には楕円形輪郭のカム板部分３１が一体形成されており、このカム板部分３１の外周面には可撓性の軌道輪を備えたウエーブベアリング３２が装着されている。これらカム板部分３１およびウエーブベアリング３２によって波動発生器３０が構成されている。この波動発生器３０によって可撓性外歯歯車２０の外歯形成部分は楕円形に撓められており、これにより、楕円形の長軸方向の両端部分に位置する外歯２４の部分が内歯１１に噛み合っている。

例えば、中空入力軸２の左端側の部分がモータなどの回転源に連結され、大径端板４に固定されている可撓性外歯歯車２０の側が固定側部材（図示せず）に固定され、小径端板６に固定されている剛性内歯歯車１０の側が負荷側（図示せず）に連結される。中空入力軸２が回転すると、そこに形成されている波動発生器３０が一体回転して、両歯車１０、２０の噛み合い位置が円周方向に移動する。この結果、両歯車の歯数差に応じて、両歯車１０、２０の間に、入力回転に比べて大幅に減速された相対回転が発生し、負荷側に連結されている剛性内歯歯車１０が回転する。

この構成の波動歯車装置１には歪みゲージ式のトルク検出部４０が組み込まれている。トルク検出部４０は、可撓性外歯歯車２０に貼り付けた複数の歪みゲージ４１と、各歪みゲージ４１から引き出されるリード線の接続パターンが印刷されているプリント配線基板４２と、このプリント配線基板４２に接続されている外部引き出し線４３とを備えており、外部引き出し線４３は、大径端板４を貫通してその外周面から外側に引き出されている。

図２（ａ）は可撓性外歯歯車２０を取り出して示す縦断面図であり、図２（ｂ）はその歪みゲージ貼り付け部分を示す部分拡大断面図である。これらの図に示すように、可撓性外歯歯車２０の胴部２１の内周面２１ａに連続しているダイヤフラム２２の左側端面２２ａと、ボス２３の左側端面２３ａとが連続するように、ダイヤフラム２２の外周端にボス２３が一体形成されている。また、ダイヤフラム２２の左側端面２２ａとボス２３の左側端面２３ａは、装置軸線１ａに直交する同一平面上に位置する平坦面とされている。これら左側端面２２ａ、２３ａの境界Ａに跨る状態で各歪みゲージ４１が貼り付けられている。すなわち、歪みゲージ４１におけるリード線側との接続端子部４１ａが弾性変形の無いボス側の端面２３ａに貼り付けられ、これに連続している抵抗線部分４１ｂがボス側の端面２３ａから境界Ａを越えてダイヤフラム側の端面２２ａまで延びており、これらの表面に貼りつけられている。

この構成の波動歯車装置１では、そのシルクハット形状の可撓性外歯歯車２０におけるボス２３の端面２３ａとダイヤフラム２２の端面２２ａを同一平面上に位置する連続した平坦面部分としてある。そして、この平坦面部分に、トルク検出用の歪みゲージ４１を貼り付けてある。また、歪みゲージ４０におけるリードの接続端子部４１ａをボス側の平坦面部分に貼り付け、抵抗線部分４１ｂをボス側およびダイヤフラム側の平坦面部分に跨るように貼り付けてある。従って、従来のような折れ曲がった表面部分に歪みゲージを貼り付ける場合とは異なり、歪みゲージの貼り付け作業が容易になり、また、歪みゲージを確実に貼り付けることができるので、剥離などによる信頼性の低下も回避できる。また、リードに接続されている接続端子部がボス側に貼り付けられているので、この部分が繰り返し弾性変形に晒されて断線してしまうこともない。よって、耐久性に優れた歪みゲージ式のトルク検出機構を備えた波動歯車装置を実現できる。

本発明を適用した歪みゲージ式のトルク検出機構を備えた波動歯車装置を示す縦断面図である。 （ａ）は図１のシルクハット形状の可撓性外歯歯車を示す縦断面図であり、（ｂ）はその歪みゲージ貼り付け部分を示す部分拡大断面図である。 従来のシルクハット形状の可撓性外歯歯車を示す縦断面図および、その歪みゲージ貼り付け部分を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 波動歯車装置
１ａ 軸線
２ 中空入力軸
３、５ 軸受
４ 大径端板
６ 小径端板
７ クロスローラベアリング
８、９ 締結ボルト
１０ 剛性内歯歯車
１１ 内歯
２０ 可撓性外歯歯車
２１ 胴部
２２ ダイヤフラム
２２ａ 端面
２３ ボス
２３ａ 端面
２４ 外歯
３０ 波動発生器
３１ カム板部分
３２ ウエーブベアリング
４０ トルク検出部
４１ 歪みゲージ
４１ａ 接続端子部
４１ｂ 抵抗線部分
４２ プリント配線基板
４３ 外部引き出し線

Claims (2)

1. 剛性内歯歯車と、
   可撓性外歯歯車と、
   前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせると共に両歯車の噛み合い位置を円周方向に移動させることにより両歯車に相対回転を発生させる波動発生器と、
   前記可撓性外歯歯車を介して伝達されるトルクを検出するために、当該可撓性外歯歯車に貼り付けた歪みゲージおよび当該歪みゲージに接続されたリード線を備えたトルク検出部とを有し、
   前記可撓性外歯歯車は、円筒状の胴部と、この胴部の一端から半径方向の外側に広がる円環状のダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周縁に一体形成された円環状のボスと、前記胴部の他端側部分の外周面に形成された外歯とを備えており、
   前記ダイヤフラムおよび前記ボスにおける相互に連続しているそれぞれの端面は、少なくともそれらの境界部分が同一平面上に位置する平坦面部分とされており、
   前記歪みゲージは、トルク検出用の抵抗線部分と、この抵抗線部分を前記リード線に接続するための接続端子部とを備えており、
   前記接続端子部は、前記ボスの側の前記平坦面部分に貼り付けられており、
   前記抵抗線部分は、少なくとも前記ダイヤフラム側の前記平坦面部分に貼り付けられているトルク検出機構付き波動歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記胴部の内周面に連続している前記ダイヤフラムの端面と、当該端面と同一の側に位置している前記ボスの端面とが、同一平面上に位置する前記平坦面部分であるトルク検出機構付き波動歯車装置。

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