DE102022207172A1

DE102022207172A1 - Aussenverzahnung, wellenuntersetzungsgetriebe und roboter

Info

Publication number: DE102022207172A1
Application number: DE102022207172.7A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Takagi
Original assignee: Nidec Shimpo Corp
Current assignee: Nidec Shimpo Corp
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2022-07-13
Publication date: 2023-01-19
Also published as: US20230014532A1; JP2023013371A; CN115614452A

Abstract

Außenverzahnung 20 weist einen Körperteil 21, mehrere Außenzähne, einen Membranteil 232, und einen Dehnungsmessstreifen 42 auf. Der Körperteil 21 erstreckt sich in axialer Richtung parallel zur Mittelachse. Die mehreren Außenzähne sind auf axial einer Seite des Körperteils 21 angeordnet. Jeder Außenzahn erstreckt sich radial nach außen. Der Membranteil 232 dehnt sich auf der axial anderen Seite des Körperteils 21 in einer Richtung aus, die die axiale Richtung kreuzt. Der Dehnungsmessstreifen 42 ist auf mindestens entweder axial einseitiger Fläche oder axial anderseitiger Fläche des Membranteils 232 angeordnet. Der Dehnungsmessstreifen 42 ist lediglich in einem Bereich angeordnet, der weniger als die Hälfte der radialen Länge von radial einem Ende bis zum radial anderen Ende des Membranteils 232 ist, wobei in einem Schnitt durch die Mittelachse der radiale Mittelpunkt Rm zwischen dem radial einen Ende und dem radial anderen Ende des Membranteils 232 in der Mitte liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Außenverzahnung, ein Wellenuntersetzungsgetriebe und einen Roboter.
HINTERGRUND
In den letzten Jahren nimmt die Nachfrage nach Wellenuntersetzungsgetrieben für Robotergelenke usw. zugenommen. Bei herkömmlichen Wellenuntersetzungsgetrieben ist ein Dehnungsmessstreifen an der Außenverzahnung angebracht, die sich mit der Drehgeschwindigkeit nach der Untersetzung dreht. Hierdurch kann das auf die Außenverzahnung ausgeübte Drehmoment erfasst werden ( JP 2000-131160 A ).
Herkömmliche Außenverzahnungen weisen einen dünnwandigen Membranteil auf. Ein Dehnungsmessstreifen ist an diesem Membranteil angebracht. Die Außenverzahnung ist auf einer Seite der radial inneren Seite und der radial äußeren Seite des Membranteils an einem Ausgangselement fixiert. Die Außenverzahnung weist ferner einen zylindrischen Teil auf, der sich von der anderen Seite der radial inneren Seite und der radial äußeren Seite des Membranteils in axialer Richtung erstreckt.
Da die Außenverzahnung die obige Ausbildung aufweist, ist die in der Außenverzahnung auftretende Dehnungsverteilung aufgrund der geometrischen Form der Außenverzahnung und der Randbedingungen beim Ausüben der äußeren Kraft nicht mehr gleichmäßig, wenn z. B. die Außenverzahnung elliptisch verformt wird oder wenn eine Axialkraft auf die Außenverzahnung einwirkt. Daher ist es schwierig, die Dehnungsmessstreifen im optimalen Bereich der Außenverzahnung anzuordnen und die Belastung des Dehnungsmessstreifens zu reduzieren, während die durch das Drehmoment verursachte Dehnung der Außenverzahnung hochgenau erfasst wird.
In der herkömmlichen Struktur der Außenverzahnungen sind die Dehnungsmessstreifen in einem radial weiten Bereich des Membranteils angeordnet. Daher kann eine große Last auf die Dehnungsmessstreifen ausgeübt werden. Daher ist es bei der herkömmlichen Struktur schwierig, die Belastung des Dehnungsmessstreifens zu reduzieren, während das auf die Außenverzahnung ausgeübte Drehmoment hochgenau zu erfassen.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Die Außenverzahnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: einen zylindrischen Körperteil, der sich in axialer Richtung parallel zur Mittelachse erstreckt, mehrere Außenzähne, die auf axial einer Seite des Körperteils angeordnet sind und sich radial nach außen erstrecken, einen Membranteil, der sich auf der axial anderen Seite des Körperteils in einer Richtung ausdehnt, die die axiale Richtung kreuzt, und einen Dehnungsmessstreifen, der auf mindestens entweder axial einseitiger Fläche oder axial anderseitiger Fläche des Membranteils angeordnet ist. Der Dehnungsmessstreifen ist lediglich in einem Bereich angeordnet, der weniger als die Hälfte der radialen Länge von radial einem Ende bis zum radial anderen Ende des Membranteils ist, wobei in einem Schnitt durch die Mittelachse der radiale Mittelpunkt zwischen dem radial einen Ende und dem radial anderen Ende des Membranteils in der Mitte liegt.
Die obigen und andere Elemente, Merkmale, Schritte, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen verdeutlicht.
Figurenliste
Es zeigt:

1 einen Überblick eines Roboters;
2 eine Längsschnittansicht eines Wellenuntersetzungsgetriebes;
3 eine Querschnittsansicht des Wellenuntersetzungsgetriebes;
4 eine Draufsicht auf einen Drehmomentsensor;
5 eine teilweise Längsschnittansicht einer Außenverzahnung;
6 eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensor;
7 ein Schaltbild einer Brückenschaltung mit einer ersten bis vierten Widerstandsleitung;
8 ein Diagramm, das die Verteilung der Dehnung im Membranteil zeigt;
9 eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensor gemäß einem ersten abgewandelten Beispiel;
10 eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensor gemäß einem zweiten abgewandelten Beispiel;
11 eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensor gemäß einem dritten abgewandelten Beispiel;
12 eine Teilansicht eines Drehmomentsensor gemäß einem vierten abgewandelten Beispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
1 zeigt einen Überblick eines Roboters 100, der mit einem Wellenuntersetzungsgetriebe 1 gemäß einer Ausführungsform ausgestattet ist. Bei dem Roboter 100 handelt es sich bspw. um einen so genannten Industrieroboter, der Arbeiten wie den Transport, die Bearbeitung und den Zusammenbau von Bauteilen in einer Fertigungsleitung für Industrieprodukte übernimmt. Wie in 1 dargestellt, ist der Roboter 100 mit einem Grundrahmen 101, einem Arm 102, einem Motor 103 und dem Wellenuntersetzungsgetriebe 1 versehen.
Der Arm 102 ist am Grundrahmen 101 drehbar gestützt. Der Motor 103 und das Wellenuntersetzungsgetriebe 1 sind in den Gelenkteil zwischen dem Grundrahmen 101 und dem Arm 102 eingebaut. Wenn dem Motor 103 ein Antriebsstrom zugeführt wird, wird vom Motor 103 eine Drehbewegung abgegeben. Die vom Motor 103 abgegebene Drehbewegung wird durch das Wellenuntersetzungsgetriebe 1 verlangsamt und auf den Arm 102 abgegeben. Hierdurch dreht sich der Arm 102 in Bezug auf den Grundrahmen 101 mit der Geschwindigkeit nach der Verlangsamung.
Wie oben beschrieben, weist der Roboter 100 das Wellenuntersetzungsgetriebe 1 auf. Eine Außenverzahnung 20 des Wellenuntersetzungsgetriebes 1, die später beschrieben wird, weist eine Struktur auf, die die Belastung des Dehnungsmessstreifens reduzieren kann, während das auf die Außenverzahnung 20 wirkende Drehmoment hochgenau erfasst wird. Hierdurch kann ein Hochleistungsroboter realisiert werden.
Anschließend wird eine ausführliche Struktur des Wellenuntersetzungsgetriebes 1 erläutert.
Im Folgenden wird die Richtung parallel zur Mittelachse 9 des Wellenuntersetzungsgetriebes 1 als „axiale Richtung“, die Richtung orthogonal zur Mittelachse 9 des Wellenuntersetzungsgetriebes 1 als „radiale Richtung“ und die Richtung entlang des auf die Mittelachse 9 des Wellenuntersetzungsgetriebes 1 zentrierten Bogens als „Umfangsrichtung“ jeweils bezeichnet. Zu der obigen „parallelen Richtung“ gehören jedoch auch im Wesentlichen parallele Richtungen. Zu der obigen „orthogonalen Richtung“ gehören auch eine im Wesentlichen orthogonale Richtungen.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die „radial äußere Seite“ der „radial einen Seite“ und die „radial innere Seite“ der „radial anderen Seite“. Folglich entspricht das „radial äußere Ende“ dem „radial einen Ende“ und das „radial innere Ende“ dem „radial anderen Ende“.
2 zeigt eine Längsschnittansicht des Wellenuntersetzungsgetriebes 1 gemäß einer Ausführungsform. 3 ist eine Querschnittsansicht des Wellenuntersetzungsgetriebes 1, gesehen von der Position A-A in 2. Um die Kompliziertheit der Zeichnung zu vermeiden, wird in 3 die Schraffur weggelassen, die den Schnitt darstellt. Das Wellenuntersetzungsgetriebe 1 ist eine Vorrichtung, die die Drehbewegung einer vom Motor 103 erhaltenen ersten Drehgeschwindigkeit auf eine zweite, als die erste Drehgeschwindigkeit niedrigere Drehgeschwindigkeit reduziert. Wie in 1 und 2 dargestellt, ist das Wellenuntersetzungsgetriebe 1 mit einer Innenverzahnung 10, der Außenverzahnung 20 und einem Wellengenerator 30 versehen. Das Wellenuntersetzungsgetriebe 1 kann das auf die Außenverzahnung 20 wirkende Drehmoment nach dem später beschriebenen Prinzip genauer erfassen.
Die Innenverzahnung 10 ist ein kreisringförmiges Zahnrad, in dessen Mitte die Mittelachse 9 liegt. Die Innenverzahnung 10 ist am Grundrahmen 101 des Roboters 100 fixiert. Die Innenverzahnung 10 ist koaxial zur Mittelachse 9 angeordnet. Die Innenverzahnung 10 ist radial außerhalb von Außenzähnen 22 der Außenverzahnung 20 angeordnet, die später beschrieben wird. Die Steifigkeit der Innenverzahnung 10 ist ausreichend höher als die Steifigkeit des Körperteils 21 der Außenverzahnung 20, der später beschrieben wird. Daher kann die Innenverzahnung 10 als im Wesentlichen starrer Körper betrachtet werden. Die Innenverzahnung 10 weist an seiner Innenumfangsfläche mehrere Innenzähne 11 auf. Die mehreren Innenzähne 11 sind auf der inneren Umfangsfläche der Innenverzahnung 10 mit konstanter Teilung in Umfangsrichtung angeordnet Jeder Innenzähn 11 steht radial nach innen vor. D. h., die Innenverzahnung 10 weist mehrere Innenzähne 11 auf, die radial außerhalb der Außenzähne 22 angeordnet sind und sich radial nach innen erstrecken.
Die Außenverzahnung 20 ist ein biegsam verformbares, ringförmiges Zahnrad. Die Außenverzahnung 20 ist am Arm 102 des Roboters 100 fixiert. Die Außenverzahnung 20 ist drehbar um die Mittelachse 9 gestützt.
Die Außenverzahnung 20 weist den Körperteil 21 und mehrere Außenzähne 22 auf. Die Außenverzahnung 20 weist außerdem einen Scheibenteil 23 auf. Der Körperteil 21 ist ein zylindrischer Teil, der sich in axialer Richtung parallel zur Mittelachse 9 erstreckt. Genauer gesagt ist der Körperteil 21 ein zylindrischer Teil, der sich axial um die Mittelachse 9 erstreckt. Das axial einseitige Ende des Körperteils 21 (im Folgenden als „axial einseitiges Ende“ bezeichnet) ist radial außerhalb des Wellengenerators 30 und radial innerhalb der Innenverzahnung 10 positioniert. Der Körperteil 21 ist flexibel und daher in radialer Richtung verformbar. Insbesondere ist das axial einseitige Ende des Körperteils 21 ein freies Ende und kann daher in radialer Richtung stärker verschoben werden als andere Teile.
Die mehreren Außenzähne 22 sind auf der radial äußeren Seite des axial einen Endes Körperteils 21 angeordnet. Die mehreren Außenzähne 22 sind mit konstanter Teilung in Umfangsrichtung angeordnet. Jeder Außenzahn 22 steht radial nach außen vor. D. h., die mehreren Außenzähne 22 sind auf radial einer Seite des Körperteils 21 angeordnet und erstrecken sich radial nach außen. Die Anzahl der Innenzähne 11 der oben beschriebenen Innenverzahnung 10 unterscheidet sich geringfügig von der Anzahl der Außenzähne 22 der oben beschriebenen Außenverzahnung 20.
Der Scheibenteil 23 erstreckt sich vom axial anderen Ende des Körperteils 21 radial nach außen. Wie in 2 gezeigt, weist der Scheibenteil 23 der vorliegenden Ausführungsform eine Krümmung 231, einen Membranteil 232, und einen dickwandigen Teil 233 auf. D. h., die Außenverzahnung 20 weist den Membranteil 232 auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Scheibenteil 23 ein scheibenförmiger Teil. Der Scheibenteil 23 ist ferner ein ringförmiger Teil, der die Mittelachse 9 umgibt.
Die Krümmung 231 ist ein ringförmiger Teil, der sich vom axial anderseitigen Ende des Körperteils 21 (im Folgenden als „axial anderes Ende“ bezeichnet) zur axial anderen Seite und radial nach außen erstreckt. Wie in 2 dargestellt, ist die Krümmung 231 im Schnitt durch die Mittelachse 9 bogenförmig gekrümmt. Konkret ist die Krümmung 231 im Schnitt durch die Mittelachse 9 bogenförmig und an einen Punkt zentriert, der radial außerhalb des axial anderen Endes des Körperteils 21 positioniert. Das axial andere Ende des Körperteils 21 und das radial innere Ende des Membranteils 232 (im Folgenden als „radial inneres Ende“ bezeichnet) sind über die Krümmung 231 glatt verbunden. D. h., die Außenverzahnung 20 verbindet den Körperteil 21 mit dem Membranteil 232, und weist die Krümmung 231 auf, die im Schnitt durch die Mittelachse 9 bogenförmig gekrümmt ist. Hierdurch kann die Stärke des Verbindungsbereichs zwischen dem Körperteil 21 und dem Membranteil 232 verbessert werden.
Der Membranteil 232 ist ein ringförmiger Teil, der sich vom radial äußeren Ende der Krümmung 231 radial nach außen erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Membranteil 232 ein scheibenförmiger Teil. Der Membranteil 232 dehnt sich in einer Richtung aus, die auf der axial anderen Seite des Körperteils 21 die axiale Richtung kreuzt. Der Membranteil 232 ist flach und kreisringförmig um die Mittelachse 9. D. h., der Membranteil 232 dehnt sich in radial einer Richtung auf der axial anderen Seite des Körperteils 21 aus. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der Membranteil 232 auf der axial anderen Seite des Körperteils 21 radial nach außen des Körperteils 21. Hierdurch kann der Raum radial innerhalb des Körperteils vergrößert werden, im Vergleich zum Fall, in dem sich der Membranteil auf der axial anderen Seite des Körperteils 21 radial nach innen erstreckt, so dass dieser Raum effektiv genutzt werden kann. Der Membranteil 232 ist dünnwandig und ist daher leicht biegsam und verformbar.
Der dickwandige Teil 233 ist ein kreisringförmiger Teil, der sich radial außerhalb des Membranteils 232 positioniert ist. Der dickwandige Teil 233 erstreckt sich vom radial äußeren Ende des Membranteils 232 (im Folgenden als „radial äußeres Ende“ bezeichnet) weiter radial nach außen. Die axiale Dicke des dickwandigen Teils 233 ist größer als die axiale Dicke des Membranteils 232. D. h., die Außenverzahnung 20 weist den dickwandigen Teil 233 auf, der sich vom radial einen Ende des Membranteils 232 weiter zu radial einer Seite des Membranteils 232 ausdehnt, und eine Dicke aufweist, die in axialer Richtung größer ist als der Membranteil 232. Der dickwandige Teil 233 ist am Arm 102 des Roboters 100 z. B. mit Bolzen fixiert.
In der vorliegenden Ausführungsform steht der dickwandige Teil 233 weiter zur axial anderen Seite als die axial anderseitigen Fläche des Membranteils 232 vor. Folglich ist das axial andere Ende des dickwandigen Teils 233 näher auf der axial anderen Seite des Membranteils 232 als das axial andere Ende des Membranteils 232 angeordnet. Auf diese Weise steht der dickwandige Teil 233 nicht zur dem Außenzahn 22 gegenüberliegenden Seite vor. Folglich kann der Raum auf der Seite der Außenzähne 22 verbreitert werden. Als Folge wird die Freiheit bei der Größe, Form und Anordnung der einzelnen auf der Seite der Außenzähne 22 angeordneten Bauteile verbessert.
Der Wellengenerator 30 ist ein Mechanismus zur Erzeugung periodischer biegsamer Verformungen im Körperteil 21 der Außenverzahnung 20. Der Wellengenerator 30 ist radial innerhalb der Außenzähne 22 angeordnet. Genauer gesagt ist der Wellengenerator 30 radial innerhalb der Außenverzahnung 20 angeordnet und um die Mittelachse 9 drehbar. Der Wellengenerator 30 weist einen Nocken 31 und ein flexibles Lager 32 auf. Der Nocken 31 ist um die Mittelachse 9 drehbar gestützt. Die radiale äußere Fläche des Nockens 31 ist in axialer Richtung gesehen elliptisch. Das flexible Lager 32 ist zwischen der radial äußeren Fläche des Nockens 31 und der radial inneren Fläche des Körperteils 21 der Außenverzahnung 20 vorgesehen. Folglich können sich der Nocke 31 und der Körperteil 21 mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten drehen.
Der Innenring des flexiblen Lagers 32 steht mit der radial äußeren Fläche des Nockens 31 in Kontakt. Der Außenring des flexiblen Lagers 32 steht mit der radial inneren Fläche des Körperteils 21 in Kontakt. Der Körperteil 21 wird dadurch entlang der radialen äußeren Fläche des Nockens 31 elliptisch verformt. Dies führt dazu, dass an zwei Punkten, die den beiden Enden der Längsachse der genannten Ellipse entsprechen, die Außenzähne 22 der Außenverzahnung 20 und die Innenähne 11 der Innenverzahnung 10 ineinander eingreifen. An anderen Stellen in Umfangsrichtung greifen die Außenzähne 22 und die Innenzähne 11 nicht ineinander ein.
Der Nocken 31 ist mit der Ausgangswelle des Motors 103 verbunden. Wenn der Motor 103 angetrieben wird, dreht sich der Nocken 31 mit einer ersten Drehgeschwindigkeit um die Mittelachse 9. Hierdurch dreht sich auch die Längsachse der oben beschriebenen Ellipse der Außenverzahnung 20 mit der ersten Drehgeschwindigkeit. Dann ändert sich die Eingriffsposition der Außenzähne 22 und der Innenzähne 11 auch mit der ersten Drehgeschwindigkeit in Umfangsrichtung. Wie oben beschrieben, unterscheiden sich die Anzahl der Innenzähne 11 der Innenverzahnung 10 und die Anzahl der Außenzähne 22 der Außenverzahnung 20 geringfügig voneinander. Aufgrund dieser unterschiedlichen Anzahl von Zähnen ändert sich die Eingriffsposition der Außenzähne 22 und der Innenzähne 11 bei jeder Umdrehung des Nockens 31 geringfügig in Umfangsrichtung. Dies führt dazu, dass sich die Außenverzahnung 20 gegenüber der Innenverzahnung 10 um die Mittelachse 9 mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit dreht, die niedriger als die erste Drehgeschwindigkeit ist.
Die Außenverzahnung 20 ist mit einem Drehmomentsensor 40 versehen. Der Drehmomentsensor 40 ist ein Sensor zur Erfassung des auf die Außenverzahnung 20 ausgeübten Drehmoments. Der Drehmomentsensor 40 ist im Membranteil 232 der Außenverzahnung 20 angeordnet. Konkret weist der Membranteil 232 eine Oberfläche 234 auf, die die Mittelachse 9 kreuzt und sich um die Mittelachse 9 kreisringförmig ausdehnt. Die Oberfläche 234 ist eine axial anderseitige Fläche des Membranteils 232. Der Drehmomentsensor 40 ist an der Oberfläche 234 des Membranteils 232 fixiert.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Drehmomentsensor 40 auf der den Außenzähnen 22 nicht gegenüberliegenden, axial anderseitigen Fläche der beiden Flächen des Membranteils 232 angeordnet. D. h., die Außenverzahnung 20 weist einen Dehnungsmessstreifen 42 auf, der später beschrieben wird. Der Dehnungsmessstreifen 42 auf der axial anderseitigen Fläche des Membranteils 232 angeordnet. Auf diese Weise kann der Raum auf axial einer Seite des Membranteils 232 weitgehend genutzt werden, obwohl der Dehnungsmessstreifen 42 im Membranteil 232 angeordnet ist. Außerdem kann der Dehnungsmessstreifen 42 bei der Herstellung der Außenverzahnung 20 leicht in den Membranteil 232 eingesetzt werden, ohne die Außenzähne 22 zu berühren. Folglich wird die Montage des Dehnungsmessstreifens 42 auf dem Membranteil 232 erleichtert.
Der Drehmomentsensor 40 kann jedoch auch auf axial einseitiger Fläche des Membranteils 232 angeordnet sein. D. h., der Drehmomentsensor 40 muss lediglich auf mindestens einer der axial einseitigen und axial andersseitigen Fläche des Membranteils 232 angeordnet sein. D. h., die Außenverzahnung 20 weist einen Dehnungsmessstreifen 42 auf, der auf mindestens einer der axial einseitigen und axial andersseitigen Fläche des Membranteils 232 angeordnet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Drehmomentsensor 40 radial innerhalb des dickwandigen Teils 233 positioniert. Daher sind ein Teil des dickwandigen Teils 233 und der Drehmomentsensor 40 in Bezug auf die axiale Position des Membranteils 232 an der axial gleichen Position angeordnet. Auf diese Weise können der dickwandige Teil 233 und der Drehmomentsensor 40 im Vergleich zur Anordnung des dickwandigen Teils 233 und des Drehmomentsensors 40 in axial unterschiedlichen Positionen in einem axial engen Bereich angeordnet werden. Folglich kann auch bei Anordnung des Drehmomentsensors 40 die axiale Abmessung der gesamten Außenverzahnung 20 einschließlich des Drehmomentsensors 40 reduziert werden.
4 zeigt eine Draufsicht auf den Drehmomentsensor 40. 5 zeigt eine teilweise Längsschnittansicht der Außenverzahnung 20 in der Nähe des Drehmomentsensors 40. Wie in 4 und 5 dargestellt, weist der Drehmomentsensor 40 eine Isolierschicht 41 und den Dehnungsmessstreifen 42 auf.
Die Isolierschicht 41 ist ein elastisch verformbares Substrat. Die Isolierschicht 41 dehnt sich in einer Richtung aus, die die Mittelachse 9 kreuzt. Die Isolierschicht 41 besteht aus einem isolierenden Harz oder einem anorganischen Isoliermaterial. Die Isolierschicht 41 ist auf der Oberfläche 234 des Membranteils 232 angeordnet. Die Isolierschicht 41 weist einen Hauptkörperteil 411 und einen Klappenteil 412 auf. Der Hauptkörperteil 411 ist ein kreisringförmiger Teil, in dessen Mitte die Mittelachse 9 liegt. Der Klappenteil 412 ist ein Teil, der vom Hauptkörperteil 411 radial nach außen vorsteht.
Der Dehnungsmessstreifen 42 ist auf der Oberfläche der Isolierschicht 41 gebildet. Der Dehnungsmessstreifen 42 besteht aus einem Metall, das ein Leiter ist. Als Material des Dehnungsmessstreifens 42 wird bspw. eine Kupferlegierung, eine Chromlegierung oder Kupfer verwendet. Der Dehnungsmessstreifen 42 weist eine erste Widerstandsleitung W1 bis eine vierte Widerstandsleitung W4 auf. Die erste Widerstandsleitung W1 bis vierte Widerstandsleitung W4 werden über am Klappenteil 412 vorgesehene Elektrodn (nicht dargestellt) mit einem externen Stromkreis verbunden.
Die erste Widerstandsleitung W1 ist eine insgesamt kreisbogenförmige Struktur, bei der sich ein Leiter zickzackförmig gebogen in Umfangsrichtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Widerstandsleitung W1 in einem Bereich von etwa 180° um die Mittelachse 9 halbkreisförmig vorgesehen. 6 zeigt eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensor 40. Wie in 6 dargestellt, umfasst die erste Widerstandsleitung W1 mehrere erste Erfassungsleitungen w1. Die mehreren ersten Erfassungsleitungen w1 sind in einer Umfangsrichtung parallel zueinander angeordnet. Jede erste Erfassungsleitung w1 ist zu einer Seite der Umfangsrichtung in Bezug auf die radiale Richtung geneigt. Der Neigungswinkel der ersten Erfassungsleitung w1 in Bezug auf die radiale Richtung beträgt z. B. 45°. Die Enden der in Umfangsrichtung benachbarten ersten Erfassungsleitungen w1 sind radial innen oder radial außen abwechselnd miteinander verbunden. Hierdurch werden die mehreren ersten Erfassungsleitungen w1 insgesamt in Reihe geschaltet.
Die zweite Widerstandsleitung W2 ist eine insgesamt kreisbogenförmige Struktur, bei der sich ein Leiter zickzackförmig gebogen in Umfangsrichtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Widerstandsleitung W2 in einem Bereich von etwa 180° um die Mittelachse 9 halbkreisförmig vorgesehen. Die zweite Widerstandsleitung W2 umfasst mehrere zweite Erfassungsleitungen. Die mehreren zweiten Erfassungsleitungen sind in einer Umfangsrichtung parallel zueinander angeordnet. Jede zweite Erfassungsleitung ist zu der anderen Seite der Umfangsrichtung in Bezug auf die radiale Richtung geneigt. Der Neigungswinkel der zweiten Erfassungsleitung in Bezug auf die radiale Richtung beträgt z. B. 45°. Die Enden der in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Erfassungsleitungen sind radial innen oder radial außen abwechselnd miteinander verbunden. Hierdurch werden die mehreren zweiten Erfassungsleitungen insgesamt in Reihe geschaltet.
Die erste Widerstandsleitung W1 und die zweite Widerstandsleitung W2 sind konzentrisch und liniensymmetrisch angeordnet. Der radiale Abstand von der Mittelachse 9 zur ersten Widerstandsleitung W1 und der radiale Abstand von der Mittelachse 9 zur zweiten Widerstandsleitung W2 sind im Wesentlichen gleich.
Die dritte Widerstandsleitung W3 ist eine insgesamt kreisbogenförmige Struktur, bei der sich ein Leiter zickzackförmig gebogen in Umfangsrichtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die dritte Widerstandsleitung W3 in einem Bereich von etwa 180° um die Mittelachse 9 halbkreisförmig vorgesehen. Wie in 6 dargestellt, umfasst die dritte Widerstandsleitung W3 mehrere dritte Erfassungsleitungen w3. Die mehreren dritten Erfassungsleitungen w3 sind in einer Umfangsrichtung parallel zueinander angeordnet. Jede dritte Erfassungsleitung w3 ist zu der anderen Seite der Umfangsrichtung in Bezug auf die radiale Richtung geneigt. Der Neigungswinkel der dritten Erfassungsleitung w3 in Bezug auf die radiale Richtung beträgt z. B. 45°. Die Enden der in Umfangsrichtung benachbarten dritten Erfassungsleitungen w3 sind radial innen oder radial außen abwechselnd miteinander verbunden. Hierdurch werden die mehreren dritten Erfassungsleitungen w3 insgesamt in Reihe geschaltet.
Die vierte Widerstandsleitung W4 ist eine insgesamt kreisbogenförmige Struktur, bei der sich ein Leiter zickzackförmig gebogen in Umfangsrichtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die vierte Widerstandsleitung W4 in einem Bereich von etwa 180° um die Mittelachse 9 halbkreisförmig vorgesehen. Die vierte Widerstandsleitung W4 umfasst mehrere vierte Erfassungsleitungen (nicht dargestellt). Die mehreren vierten Erfassungsleitungen sind in einer Umfangsrichtung parallel zueinander angeordnet. Jede vierte Erfassungsleitung ist zu einer Seite der Umfangsrichtung in Bezug auf die radiale Richtung geneigt. Der Neigungswinkel der vierten Erfassungsleitung in Bezug auf die radiale Richtung beträgt z. B. 45°. Die Enden der in Umfangsrichtung benachbarten vierten Erfassungsleitungen sind radial innen oder radial außen abwechselnd miteinander verbunden. Hierdurch werden die mehreren vierten Erfassungsleitungen insgesamt in Reihe geschaltet.
Die dritte Widerstandsleitung W3 und die vierte Widerstandsleitung W4 sind konzentrisch und liniensymmetrisch angeordnet. Der radiale Abstand von der Mittelachse 9 zur dritten Widerstandsleitung W3 und der radiale Abstand von der Mittelachse 9 zur vierten Widerstandsleitung W4 sind im Wesentlichen gleich. Außerdem sind die dritte Widerstandsleitung W3 und die vierte Widerstandsleitung W4 radial innerhalb der ersten Widerstandsleitung W 1 und der zweiten Widerstandsleitung W2 positioniert.
7 zeigt ein Schaltbild einer Brückenschaltung 43 mit der ersten Widerstandsleitung w1 bis der vierten Widerstandsleitung w4. Wie in 7 dargestellt, werden die erste Widerstandsleitung W1 bis zur vierten Widerstandsleitung W4 in die Brückenschaltung 43 eingebaut. Die erste Widerstandsleitung W1 und die zweite Widerstandsleitung W2 werden in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Die dritte Widerstandsleitung W3 und die vierte Widerstandsleitung W4 werden in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Dann werden zwischen dem Plus- und Minuspol der Versorgungsspannung die Reihe der ersten Widerstandsleitung W1 und der zweiten Widerstandsleitung W2 sowie die Reihe der dritten Widerstandsleitung W3 und der vierten Widerstandsleitung W4 parallel geschaltet. Außerdem werden der Mittelpunkt 431 der ersten Widerstandsleitung W1 und der zweiten Widerstandsleitung W2 sowie der Mittelpunkt 432 der dritten Widerstandsleitung W3 und der vierten Widerstandsleitung W4 mit einem Voltmeter V verbunden.
Der Widerstandswert jeder Erfassungsleitung von der ersten Widerstandsleitung W1 bis zur vierten Widerstandsleitung W4 ändert sich je nach dem auf den Membranteil 232 ausgeübten Drehmoment. Wird bspw. ein Drehmoment auf den Membranteil 232 um die Mittelachse 9 ausgeübt, das zu einer Seite in Umfangsrichtung gerichtet ist, so reduzieren sich der Widerstand jeder ersten Erfassungsleitung w1 und der Widerstand jeder vierten Erfassungsleitung, und der Widerstand jeder zweiten Erfassungsleitung und jeder dritten Erfassungsleitung w3 steigen. Wird demgegenüber ein Drehmoment auf die Außenverzahnung 20 um die Mittelachse 9 ausgeübt, das zu der anderen Seite in Umfangsrichtung gerichtet ist, so steigen der Widerstand jeder ersten Erfassungsleitung w1 und der Widerstand jeder vierten Erfassungsleitung, und der Widerstand jeder zweiten Erfassungsleitung und jeder dritten Erfassungsleitung w3 reduzieren sich. Somit zeigen die erste Widerstandsleitung W1 und die vierte Widerstandsleitung W4 sowie die zweite Widerstandsleitung W2 und die dritte Widerstandsleitung W3 Widerstandswertänderungen in entgegengesetzter Richtung zueinander in Bezug auf das Drehmoment.
Wenn sich die jeweiligen Widerstandswerte der ersten Widerstandsleitung W1 und der vierten Widerstandsleitung W4 ändern, ändert sich die Potenzialdifferenz zwischen dem Mittelpunkt 431 der ersten Widerstandsleitung W1 und der zweiten Widerstandsleitung W2 und dem Mittelpunkt 432 der dritten Widerstandsleitung W3 und der vierten Widerstandsleitung W4, so dass sich auch der Messwert des Voltmeters V ändert. Folglich können die Richtung und die Größe des auf den Membranteil 232 ausgeübten Drehmoments auf der Basis des Messwerts des Voltmeters V erfasst werden.
8 zeigt ein Diagramm, das die Verteilung der Dehnung im Membranteil 232 bei einer elliptischen Verformung des Membranteils 232 zeigt. 8 zeigt das Ergebnis einer Strukturanalyse des Membranteils 232. Im Diagramm von 8 zeigt die Abszisse die radiale Position R. Konkret zeigt die Abszisse einen dimensionslosen Wert, der sich aus der Division des Abstands von der Mittelachse 9 durch den Abstand von der Mittelachse 9 zum radial äußeren Ende des Membranteils 232 ergibt.
Im Diagramm von 8 sind zwei Arten von Dehnungen, eine erfasste Dehnung S1 und eine äquivalente Dehnung S2, aufgetragen. Die erfasste Dehnung S1 zeigt die Größe einer Scherdehnung, die durch eine elliptische Verformung im Membranteil 232 erzeugt wird (Scherdehnung (εrθ) in Zylinderkoordinaten mit der Mittelachse 9 als Bezugsachse). Im Diagramm von 8 wird die erfasste Dehnung S1 durch Division durch den maximalen Absolutwert normalisiert. Die äquivalente Dehnung S2 zeigt die multidirektionale Dehnung an jeder radialen Position als einzelnen skalaren Wert (der Dehnungsbetrag, der der Mises-Vergleichsspannung entspricht). Im Diagramm von 8 wird die äquivalente Dehnung S2 durch Division durch den maximalen Wert normalisiert.
Wie im Diagramm von 8 dargestellt, sind in der Nähe des radial inneren Endes im radialen Bereich Rd des Membranteils 232 sowohl die erfasste Dehnung S1 und als auch die äquivalente Dehnung S2 größer. In der Nähe des radial äußeren Endes im radialen Bereich Rd des Membranteils 232 ist ferner die erfasste Dehnung S1 kleiner, jedoch ist die äquivalente Dehnung S2 größer.
Daher ist im Drehmomentsensor 40 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 5 und 6 dargestellt, lediglich in der Nähe der Mitte des Membranteils 232 der Dehnungsmessstreifen 42 angeordnet. Konkret ist der Bereich Rg in radialer Richtung, in dem der Dehnungsmessstreifen 42 angeordnet ist, ein Bereich, der weniger als die Hälfte der radialen Länge vom radial äußeren Ende bis zum radial inneren Ende des Membranteils 232 ist, wobei in einem Schnitt durch die Mittelachse 9 der radiale Mittelpunkt Rm zwischen dem radial äußeren Ende und dem radial inneren Ende des Membranteils 232 in der Mitte liegt. D. h., der Dehnungsmessstreifen 42 ist in einem Bereich angeordnet, der weniger als die Hälfte der radialen Länge vom radial einen Ende bis zum radial anderen Ende des Membranteils 232 ist, wobei in einem Schnitt durch die Mittelachse 9 der radiale Mittelpunkt Rm zwischen dem radial einen Ende und dem radial anderen Ende des Membranteils 232 in der Mitte liegt. D. h., der gesamte radiale Bereich Rg, in dem der Dehnungsmessstreifen 42 angeordnet ist, ist im radialen Bereiche Rd des Membranteils 232 enthalten.
Wenn der Dehnungsmessstreifen 42 auf diese Weise lediglich in der Nähe des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet ist, erfasst der Dehnungsmessstreifen 42 keine Dehnung in der Nähe des radial inneren Endes und in der Nähe des radial äußeren Endes. Wie im Diagramm von 8 dargestellt, ist der Änderungsbetrag sowohl der erfassten Dehnung S1 als auch der äquivalenten Dehnung S2 in der Nähe des radialen Mittelpunkts Rm gering. Der Dehnungsmessstreifen 42 erfasst lediglich einen stabilen Dehnungsbetrag in der Nähe des betreffenden radialen Mittelpunkts Rm. Folglich kann der Drehmomentsensor 40 das auf die Außenverzahnung 20 ausgeübte Drehmoment hochgenau erfassen.
Wenn der Dehnungsmessstreifen 42 in einem breiten Bereich in radialer Richtung des Membranteils 232 angeordnet ist, können in der Nähe des radial inneren Endes und des radial äußeren Endes des Membranteils 232 aufgrund elliptischer Verformung und von Kräften in Richtung der Mittelachse große Dehnungen in dem Membranteil 232 erzeugt werden und auf den Dehnungsmessstreifen 42 kann eine große Last ausgeübt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Dehnungsmessstreifen 42 jedoch lediglich in dem Bereich angeordnet, der weniger als die Hälfte des radialen Bereichs Rd ist, wobei der radiale Mittelpunkt Rm in der Mitte liegt, so dass eine große Belastung des Dehnungsmessstreifens 42 verhindert werden kann.
Es ist bevorzugt, dass der Dehnungsmessstreifen 42 lediglich im Bereich von 40 % oder weniger der radialen Länge von radial einem Ende bis zum radial anderen Ende des Membranteils 232 angeordnet ist, wobei der radiale Mittelpunkt Rm zwischen dem radial einem Ende und dem radial anderen Ende des Membranteils 232 in der Mitte liegt. Mit anderen Worten, ist es wünschenswerter, dass der Bereich Rg, in dem der Dehnungsmessstreifen 42 angeordnet ist, der Bereich von 40 % oder weniger der radialen Länge vom radial äußeren Ende bis zum radial inneren Ende des Membranteils 232 ist, wobei der radiale Mittelpunkt Rm zwischen dem radial äußeren Ende und dem radial inneren Ende des Membranteils 232 in der Mitte liegt. Hierdurch kann der Drehmomentsensor 40 das auf die Außenverzahnung 20 ausgeübte Drehmoment hochgenauer erfassen.
Außerdem ist es noch wünschenswerter, dass der Bereich Rg, in dem der Dehnungsmessstreifen 42 angeordnet ist, der Bereich von 30 % oder weniger der radialen Länge vom radial äußeren Ende bis zum radial inneren Ende des Membranteils 232 ist, wobei der radiale Mittelpunkt Rm zwischen dem radial äußeren Ende und dem radial inneren Ende des Membranteils 232 in der Mitte liegt. Hierdurch kann der Drehmomentsensor 40 das auf die Außenverzahnung 20 ausgeübte Drehmoment hochgenauer erfassen.
Wie in 6 dargestellt, weist der Dehnungsmessstreifen 42 der vorliegenden Ausführungsform einen ersten Streifenteil G1 und einen zweiten Streifenteil G2 auf. Der erste Streifenteil G1 besteht aus der oben beschrieben ersten Widerstandsleitung W1 und zweiten Widerstandsleitung W2. Der zweite Streifenteil G2 besteht aus der oben beschriebenen dritten Widerstandsleitung W3 und vierten Widerstandsleitungen W4. Der erste Streifenteil G1 ist radial außerhalb des zweiten Streifenteils G2 angeordnet. Das radial äußere Ende des ersten Streifenteils G1 ist radial außerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet. Das radial innere Ende des zweiten Streifenteils G2 ist radial innerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das radial innere Ende des ersten Streifenteils G1 in der im Wesentlichen gleichen radialen Position wie der radiale Mittelpunkt Rm des Membranteils 232 angeordnet. Außerdem ist das radial äußere Ende des zweiten Streifenteils G2 in der im Wesentlichen gleichen radialen Position wie der radiale Mittelpunkt Rm des Membranteils 232 angeordnet. Auf diese Weise können in der Nähe des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 der erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 radial nahe beieinander angeordnet sein. Folglich können der gesamte erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 in einem Bereich angeordnet werden, in dem Fehler unwahrscheinlich sind. Im Vergleich zum Fall, in dem der erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 über einen breiten Spalt in radialer Richtung angeordnet sind, ist der Fehler zwischen dem ersten Streifenteil G1 und dem zweiten Streifenteil G2 klein. Wenn z. B. ein Differenzausgang aus der Differenz der Ausgaben des ersten Streifenteils G1 und des zweiten Streifenteils G2 vorgenommen wird, ist der Fehler des Differenzausgangs kleiner.
Insbesondere sind in der vorliegenden Ausführungsform die radiale Länge des ersten Streifenteils G1 und die radiale Länge des zweiten Streifenteils G2 im Wesentlichen gleich. Auf diese Weise kann der Unterschied in der Größe des Fehlers zwischen dem ersten Streifenteil G1 und dem zweiten Streifenteil G2 unterdrückt werden.
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Im Folgenden werden verschiedene abgewandelte Beispiele erläutert, wobei hauptsächlich die Unterschiede zur obigen Ausführungsform erläutert werden. In der folgenden Erläuterung der abgewandelten Beispiele werden bei der Erläuterung der einzelnen Teile die gleichen Symbole verwendet, um das Verständnis der Unterschiede zwischen der obigen Ausführungsform und den abgewandelten Beispielen zu erleichtern.
9 zeigt eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensors 40 gemäß einem ersten abgewandelten Beispiel. Im Beispiel von 9 ist das radial innere Ende des ersten Streifenteils G1 radial außerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet. Das radial äußere Ende des zweiten Streifenteils G2 radial innerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet. Auf diese Weise kann zwischen dem radial inneren Ende des ersten Streifenteils G1 und dem radial äußeren Ende des zweiten Streifenteils G2 ein radialer Spalt vorgesehen sein.
Allerdings ist es wünschenswert, dass der radiale Abstand zwischen dem radial inneren Ende des ersten Streifenteils G1 und dem radial äußeren Ende des zweiten Streifenteils G2 kürzer ist als die radiale Länge R1 des ersten Streifenteils G1 und die radiale Länge R2 des zweiten Streifenteils G2. D. h., es ist wünschenswert, dass der erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 sollten radial nahe beieinander liegen. Hierdurch können der gesamte erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 in einem Bereich angeordnet werden, in dem Fehler unwahrscheinlich sind.
10 zeigt eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensors 40 gemäß dem zweiten abgewandelten Beispiel. In dem Beispiel von 10 sind der erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 derart angeordnet, dass diese in radialer Richtung teilweise überlappen. Konkret ist das radial innere Ende des ersten Streifenteils G1 radial innerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet. Das radial äußere Ende des zweiten Streifenteils G2 ist radial außerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet.
Auf diese Weise können der gesamte erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 näher am radialen Mittelpunkt Rm des Membranteils 2 angeordnet werden. Folglich können der erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 in einem Bereich angeordnet werden, in dem Fehler weniger wahrscheinlich sind. Außerdem können der erste Streifenteil G1 und der zweite Streifenteil G2 in einem radial beschränkten Bereich angeordnet werden und die Verdrahtungsfläche des ersten Streifenteils G1 und des zweiten Streifenteils G2 kann größer angenommen werden.
11 zeigt eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensor 40 gemäß einem dritten abgewandelten Beispiel. In dem Beispiel von 11 weist der erste Streifenteil G1 einen ersten inneren Streifenteil G11 und einen ersten äußeren Streifenteil G12 auf. Der äußere erste Streifenteil G12 ist radial außerhalb des ersten Streifenteils G11 angeordnet. Der zweite Streifenteil G2 weist einen zweiten inneren Streifenteil G21 und einen zweiten äußeren Streifenteil G22 auf. Der zweite äußere Streifenteil G22 ist radial außerhalb des zweiten inneren Streifenteils G21 angeordnet. Der zweite äußere Streifenteil G22 ist ferner radial innerhalb des ersten inneren Streifenteils G11 angeordnet.
Auf diese Weise können mehr Widerstandsleitungen auf einer Seite der Isolierschicht 41 angeordnet werden als bei der obigen Ausführungsform. In der obigen Ausführungsform weist der Drehmomentsensor 40 eine einzige Brückenschaltung 43 mit vier Widerstandsleitungen W1 bis W4 auf. Im Gegensatz dazu können im Beispiel von 11 zwei Brückenschaltungen mit vier Widerstandsleitungen vorgesehen werden. Daher kann der Drehmomentsensor 40 Erfassungssignale von den beiden Brückenschaltungen jeweils ausgeben. Folglich kann durch den Vergleich der beiden Erfassungssignale bestätigt werden, dass die beiden Drehmomentsensoren 40 normal betrieben werden.
12 zeigt eine teilweise Draufsicht auf den Drehmomentsensors 40 gemäß dem vierten abgewandelten Beispiel. In dem Beispiel von 12 sind sowohl der erste Streifenteil G1 als auch der zweite Streifenteil G2 radial außerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet. D. h., im Beispiel von 12 ist der Dehnungsmessstreifen 42 lediglich auf radial einer Seite des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet. Auf diese Weise kann der Bereich radial innerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 für andere Zwecke als die Anordnung von Dehnungsmessstreifen 42 effektiv genutzt werden. Indem ferner der Dehnungsmessstreifen 42 radial außerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet ist, kann der Dehnungsmessstreifen 42 in einem längeren Umfangsbereich angeordnet sein.
Der Dehnungsmessstreifen 42 kann lediglich auf der radial anderen Seite des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 angeordnet sein. In diesem Fall kann der Bereich radial außerhalb des radialen Mittelpunkts Rm des Membranteils 232 für andere Zwecke als die Anordnung von Dehnungsmessstreifen 42 effektiv genutzt werden. Daher kann der längere Umfangsbereich des Membranteils 232 für andere Zwecke verwendet werden.
In der obigen Ausführungsform wurde der Dehnungsmessstreifen 42 auf der Oberfläche der Isolierschicht 41 angeordnet, die ein flexibel verformbares Substrat ist. Der Dehnungsmessstreifen 42 kann jedoch auch auf der Oberfläche 234 des Membranteils 232 angeordnet werden. Beispielsweise wird auf der Oberfläche 234 des Membranteils 232 ein Isolierfilm gebildet, und auf der Oberfläche des Isolierfilms wird durch Sputtern usw. eine Leiterschicht gebildet. Der Dehnungsmessstreifen 42 kann dann gebildet werden, indem überflüssige Teile der Leiterschicht durch chemische Mittel wie Ätzen oder durch physikalische Mittel wie Laser entfernt werden. Für den Isolierfilm wird z. B. ein anorganisches Isoliermaterial verwendet.
Eine Signalverarbeitungsschaltung, die das Erfassungssignal des Dehnungsmessstreifens 42 verarbeitet, kann zusammen mit dem Dehnungsmessstreifen 42 an der Außenverzahnung 20 angebracht werden. Alternativ kann die Signalverarbeitungsschaltung auch entfernt von der Außenverzahnung 20 vorgesehen sein. D. h., die Außenverzahnung 20 kann mindestens mit dem Dehnungsmessstreifen 42 des Drehmomentsensors 40 ausgestattet sein, der eine Widerstandsleitungsstruktur darstellet.
Die Außenverzahnung 20 kann mit einem Drehwinkelsensor weiter versehen sein, der den Drehwinkel der in die Außenverzahnung 20 eingegebenen Drehbewegung erfasst. Dann können periodische Fehler im Erfassungssignal des Drehmomentsensors 40 auf der Basis des Erfassungswerts des Drehwinkelerfassungssensors korrigiert werden. Folglich kann das auf die Außenverzahnung 20 ausgeübte Drehmoment hochgenauer erfasst werden.
Die Außenverzahnung 20 kann mit einem Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Außenverzahnung 20 weiter versehen sein. Auf der Basis des erfassten Wertes des Temperatursensors können dann durch Temperaturänderungen verursachte Fehler im Erfassungssignal des Drehmomentsensors 40 korrigiert werden. Folglich kann das auf die Außenverzahnung 20 ausgeübte Drehmoment hochgenauer erfasst werden.
In der obigen Ausführungsform weist der Drehmomentsensor 40 vier Widerstandsleitungen von der ersten Widerstandsleitung W1 bis zur vierten Widerstandsleitung W4 auf. Außerdem ist die Brückenschaltung 43 eine Vollbrückenschaltung mit vier Widerstandsleitungen von der ersten Widerstandsleitung W1 bis zur vierten Widerstandsleitung W4. Der Drehmomentsensor 40 kann jedoch auch lediglich zwei Widerstandsleitungen aufweisen. In diesem Fall kann die Brückenschaltung 43 eine Halbbrückenschaltung sein, die aus den beiden Widerstandsleitungen und zwei Festwiderständen besteht.
Die Außenverzahnung 20 der obigen Ausführungsform ist ferner ein sogenanntes „hutförmiges“-Zahnrad, bei dem sich der Membranteil 232 vom Körperteil 21 radial nach außen ausdehnt. Die hutförmige Außenverzahnung 20 zeichnet sich darin aus, dass der Raum radial innerhalb des Körperteils 21 effektiv genutzt werden kann. Die Außenverzahnung 20 kann jedoch auch ein sogenanntes „becherförmiges“-Zahnrad sein, bei dem sich der Membranteil 232 vom Körperteil 21 radial nach innen ausdehnt. Im Fall der becherförmigen Außenverzahnung 20 entspricht die „radial innere Seite“ der „radial einen Seite“ und die „radial äußere Seite“ der „radial anderen Seite“. Folglich entspricht das „radial innere Ende“ dem „radial einen Ende“ und das „radial äußere Ende“ dem „radial anderen Ende“.
In der obigen Ausführungsform wird das auf den Roboter 100 angebrachte Wellenuntersetzungsgetriebe 1 erläutert. Das Wellenuntersetzungsgetriebe 1 mit einer ähnlichen Struktur kann jedoch auch auf andere Vorrichtungen wie einen Hilfsanzug, ein unbemannten Transportfahrzeug usw. angebracht werden.
ndere detaillierte Struktur der Außenverzahnung, des Wellenuntersetzungsgetriebes und des Roboters können den Umständen entsprechend geändert werden, sofern diese nicht vom Wesentlichen der vorliegenden Erfindung ablenken. Die in jeder der obigen Ausführungsformen und jedem der abgewandelten Beispiele enthaltenen Elemente können den Umständen entsprechend kombiniert werden, sofern sich keine Widersprüche ergeben.
Die vorliegende Anwendung kann z. B. für Außenverzahnungen, Wellenuntersetzungsgetriebe und Roboter verwendet werden.
Merkmale der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform und deren Modifikationen können den Umständen entsprechend kombiniert werden, sofern kein Konflikt auftritt.
Während bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung oben beschrieben wird, ist es zu verstehen, dass abgewandelte Beispiele und Modifikationen dem Fachmann ohne weiteres naheliegen, ohne vom Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird daher ausschließlich durch die folgenden Ansprüche bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000131160 A [0002]

Claims

Außenverzahnung, aufweisend: einen zylindrischen Körperteil, der sich in axialer Richtung parallel zur Mittelachse erstreckt, mehrere Außenzähne, die auf axial einer Seite des Körperteils angeordnet sind und sich radial nach außen erstrecken, einen Membranteil, der sich auf der axial anderen Seite des Körperteils in einer Richtung ausdehnt, die die axiale Richtung kreuzt, und einen Dehnungsmessstreifen, der auf mindestens entweder axial einseitiger Fläche oder axial anderseitiger Fläche des Membranteils angeordnet ist, wobei der Dehnungsmessstreifen lediglich in einem Bereich angeordnet ist, der weniger als die Hälfte der radialen Länge von radial einem Ende bis zum radial anderen Ende des Membranteils ist, wobei in einem Schnitt durch die Mittelachse der radiale Mittelpunkt zwischen dem radial einen Ende und dem radial anderen Ende des Membranteils in der Mitte liegt.
Außenverzahnung nach Anspruch 1, aufweisend eine Krümmung, die den Körperteil und den Membranteil verbindet, und im Schnitt durch die Mittelachse bogenförmig gekrümmt ist.
Außenverzahnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Dehnungsmessstreifen auf einer axial anderseitigen Fläche des Membranteils angeordnet ist.
Außenverzahnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der Membranteil auf der axial anderseitigen Fläche des Körperteils zu radial einer Seite ausdehnt, einen dickwandigen Teil weiter aufweist, der sich vom radial einen Ende des Membranteils weiter zur radial einen Seite ausdehnt, wobei die axiale Dicke größer ist als die axiale Dicke des Membranteils, wobei das axiale anderen Ende des dickwandigen Teils auf der axial anderen Seite des axial anderen Endes des Membranteils angeordnet ist.
Außenverzahnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Dehnungsmessstreifen lediglich auf radial einer Seite des radialen Mittelpunkts des Membranteils angeordnet ist.
Außenverzahnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Dehnungsmessstreifen einen ersten Streifenteil, dessen radial ein Ende auf radial einer Seite des radialen Mittelpunkts des Membranteils angeordnet ist, und einen zweiten Streifenteil aufweist, dessen radial andere Ende auf radial anderer Seite des radialen Mittelpunkts des Membranteils angeordnet ist, wobei der radiale Abstand zwischen dem radial anderen Ende des ersten Streifenteils und dem radial einen Ende des zweiten Streifenteils kürzer ist als die radiale Länge des ersten Streifenteils und die radiale Länge des zweiten Streifenteils.
Außenverzahnung nach Anspruch 6, wobei die radiale Länge des ersten Streifenteils und die radiale Länge des zweiten Streifenteils im Wesentlichen gleich sind.
Außenverzahnung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei das radial andere Ende des ersten Streifenteils auf der radial anderen Seite des radialen Mittelpunkts des Membranteils angeordnet ist, und das radial eine Ende des zweiten Streifenteils auf der radial einen Seite des radialen Mittelpunkts des Membranteils angeordnet ist.
Außenverzahnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der erste Streifenteil einen ersten inneren Streifenteil und einen ersten äußeren Streifenteil aufweist, der radial außerhalb des ersten inneren Streifenteils angeordnet ist, sowie der zweite Streifenteil einen zweiten inneren Streifenteil und einen zweiten äußeren Streifenteil aufweist, der radial außerhalb des zweiten inneren Streifenteils angeordnet ist.
Außenverzahnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sich der Membranteil auf der axial anderen Seite des Körperteils radial nach außen des Körperteils erstreckt.
Außenverzahnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Dehnungsmessstreifen lediglich in einem Bereich von 40 % oder weniger der radialen Länge von radial einem Ende bis zum radial anderen Ende des Membranteils angeordnet ist, wobei der radiale Mittelpunkt zwischen dem radial einem Ende und dem radial anderen Ende des Membranteils in der Mitte liegt.
Wellenuntersetzungsgetriebe, aufweisend: eine Außenverzahnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, eine Innenverzahnung mit mehreren Innenzähnen, die radial außerhalb der Außenzähne angeordnet sind und sich radial nach innen erstrecken, und einen Wellengenerator, der radial innerhalb der Außenverzahnung angeordnet ist und um die Mittelachse drehbar ist.
Roboter, der ein Wellenuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 12 aufweist.