JP2017072576A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
(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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (32)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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