JP2007155593A - 遊星歯車装置の検出機構組付け方法 - Google Patents

遊星歯車装置の検出機構組付け方法 Download PDF

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Abstract

【課題】トルク検出用の歪ゲージおよび角度検出器が組み込まれた軸長の短い遊星減速機を備えた回転アクチュエータを実現すること。
【解決手段】回転アクチュエータ１はモータ２と遊星減速機３から構成されており、遊星減速機３の内歯歯車３０は、内歯３１が形成された内歯形成部分３２と、薄肉の円筒状部分３３と、装置ハウジング１１に固定された円環状フランジ３４を備えている。円筒状部分３３の外周面部分３３ａが歪ゲージ４１の貼り付け場所として用いられ、当該円筒状部分３３の内側空間が、入力軸１３の角度検出器４２の設置場所として用いられる。同心状に歪ゲージおよび角度検出器を配置することにより、これら二種類の検出機構を備えた軸長の短い回転アクチュエータを実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、歪ゲージなどを備えた負荷トルク検出機構およびエンコーダ、レゾルバなどの回転情報検出機構を備えた遊星歯車装置に関し、特に、装置軸線方向の寸法増加を招くことなく、これらの検出機構を組み付けるための検出機構組付け方法に関するものである。
回転アクチュエータとしては、モータ出力軸に遊星歯車装置が同軸状態に連結固定された構成のものが知られている。このような回転アクチュエータでは、その回転位置を検出するために、モータ出力軸あるいは遊星歯車装置の入力要素、または、減速歯車装置の出力要素にエンコーダ、レゾルバなどの角度検出器が取り付けられる。また、負荷トルクを検出するために、回転力の伝達経路に、負荷トルクによって歪が発生する部位を形成し、当該部位に発生する歪を歪ゲージなどを用いて検出して負荷トルクを測定するようにしている。
これらの角度検出器およびトルクセンサは、モータ出力軸、遊星歯車装置の入力軸あるいは出力軸などに取り付けられるので、これらの設置場所を確保するために、回転アクチュエータの軸線方向の寸法を増加させる必要がある。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、トルク検出機構および回転情報検出機構の設置スペースを少なくして、遊星歯車装置の軸長の増加を抑制可能な検出機構組付け方法を提案することにある。
また、本発明の課題は、トルク検出機構および回転情報検出機構を備えた軸長の短い遊星歯車装置を提案することにある。
さらに、本発明の課題は、トルク検出機構および回転情報検出機構を備えた軸長の短い遊星歯車装置を有する回転アクチュエータを提案することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の遊星歯車装置の検出機構組付け方法は、
遊星歯車装置の内歯歯車における、内歯形成部分と他の部材への固定部分との間に、円筒状部分を形成し、
当該円筒状部分の外周面あるいは内周面を、負荷トルクによる歪を検出するための検出素子の配置あるいは形成場所とし、
前記円筒状部分の内部を、前記遊星歯車装置の入力回転要素あるいは出力回転要素の回転情報を検出するための回転情報検出機構の設置場所として用いることを特徴としている。
本発明では、内歯歯車における力点および固定点の間に、例えば薄肉の円筒状部分が形成され、この表面に、例えば機械的歪を検出するための歪ゲージが貼り付けられる。したがって、負荷トルクを検出するために別部材を配置する必要がなく、また、軸長の大幅な増加を伴うことなく、歪ゲージなどのトルク検出機構の検出素子を配置あるいは形成することができる。また、当該円筒状部分の内部空間が角度検出器などのような回転情報検出機構を組み込むためのスペースとして利用されるので、双方の検出機構が半径方向に配置された状態になり、軸長の増加が抑制される。よって、トルク検出機構および回転情報検出機構を備えた軸長の短い遊星歯車装置が得られる。
ここで、上記の円筒状部分の代わりに、円筒状部分および、当該円筒状部分の一端から半径方向の外側に広がっている円環状部分を形成し、前記円環状部分における一方の円環状側面を、負荷トルクによる歪を検出するための検出素子の配置あるいは形成場所とし、前記円筒状部分の内部を、前記遊星歯車装置の入力回転要素あるいは出力回転要素の回転情報を検出するための検出機構の設置場所として用いるようにしてもよい。
次に、本発明は、負荷トルク検出機構と、入力回転情報あるいは出力回転情報を検出するための回転情報検出機構とを備えた遊星歯車装置において、前記遊星歯車装置の内歯歯車には、内歯形成部分と他の部材への固定部分との間に、円筒状部分が形成されており、当該円筒状部分の外周面あるいは内周面には、前記負荷トルク検出機構の検出素子が配置あるいは形成されており、前記円筒状部分の内部には前記回転情報検出機構が配置されていることを特徴としている。
また、本発明は、負荷トルク検出機構と、入力回転情報あるいは出力回転情報を検出するための回転情報検出機構とを備えた遊星歯車装置において、遊星歯車装置の内歯歯車には、内歯形成部分と他の部材への固定部分との間に、円筒状部分および、当該円筒状部分の一端から半径方向の外側に広がっている円環状部分が形成されており、前記円環状部分における一方の円環状側面には、前記負荷トルク検出機構の検出素子が配置あるいは形成されており、前記円筒状部分の内部には前記回転情報検出機構が設置されていることを特徴としている。
次に、本発明は、モータと、当該モータに同軸状態に取り付けた遊星歯車装置と、前記モータの出力軸の回転情報を検出するための回転情報検出機構と、前記遊星歯車装置の負荷トルクを検出するためのトルク検出機構とを有している回転アクチュエータにおいて、前記遊星歯車装置は、筒状の装置ハウジングと、当該装置ハウジングに固定された前記内歯歯車と、前記モータの出力軸に同軸状態に連結されている入力軸と、前記入力軸に形成した太陽歯車と、前記内歯歯車および前記太陽歯車に噛み合っている遊星歯車とを備えており、前記内歯歯車は、前記遊星歯車に噛み合っている内歯が形成されている内歯形成部分と、当該内歯形成部分の一端から同軸状態に延びている円筒状部分と、当該円筒状部分の端に連続している円環状フランジとを備え、当該円環状フランジは前記装置ハウジングに固定されており、前記円筒状部分の内周面あるいは外周面に、前記トルク検出機構の検出素子が配置あるいは形成されており、当該円筒状部分の内側には、前記入力軸に取り付けた前記回転情報検出機構が組み込まれていることを特徴としている。
本発明では、遊星歯車装置の内歯歯車に、負荷トルクによる歪を検出するための歪ゲージなどの検出素子を配置あるいは形成するための円筒状部分を形成し、当該円筒状部分の内部空間を、エンコーダ、レゾルバなどの回転情報検出器の組み込み場所として利用するようにしている。したがって、本発明によれば、軸長の大幅な増加を伴うことなく、二種類の検出機構を遊星歯車装置に組み込むことができる。また、モータおよび遊星歯車装置を備えた回転アクチュエータの軸長の大幅な増加を伴うことなく二種類の検出機構を組み込むことができる。
以下に、図面を参照して、本発明を適用した回転アクチュエータの実施の形態を説明する。
図１は本発明を適用した回転アクチュエータの概略縦断面図である。回転アクチュエータ１は、モータ２と、このモータ２の前端に同軸状に連結された遊星減速機３（遊星歯車装置）を有している。モータ２は、筒状のモータハウジング４と、その前後の端壁部分に取り付けた軸受５、６によって回転自在に支持されているモータ出力軸７と、当該モータ出力軸７に取り付けたロータ８と、当該ロータ８を一定の間隔で取り囲む状態でモータハウジング４の内周面に取り付けたステータ９とを備えている。モータ出力軸７はモータハウジング４の前面から突出して遊星減速機３の側に同軸状態に連結固定されている。
遊星減速機３は二段遊星減速機であり、筒状の装置ハウジング１１の内部には、その後端側の中心に、前段側太陽歯車１２が一体形成された入力軸１３が配置されている。入力軸１３はモータ出力軸７にカップリング１４を介して連結固定されている。
前段側太陽歯車１２には複数の前段側遊星歯車１５が噛み合っており、これらの前段側遊星歯車１５は前後段共通の内歯歯車３０に噛み合っている。前段側遊星歯車１５を支持している前段側キャリア１７は、入力軸１３の先端部分に片持ち状態で回転自在に支持されており、その前側面には同軸状態に後段側太陽歯車１８が一体形成されている。
後段側太陽歯車１８には複数の後段側遊星歯車１９が噛み合っており、各後段側遊星歯車１９は共通の内歯歯車３０に噛み合っている。後段側遊星歯車１９を支持している後段側キャリア２０には出力軸２１が同軸状態で一体形成されている。出力軸２１は、装置ハウジング１１の先端部に取り付けた軸受２２によって回転自在の状態に支持されている。この出力軸２１は装置ハウジング１１の先端から前方に突出した先端部を備えており、ここが負荷側の部材（図示せず）に連結固定されるようになっている。
ここで、本例の内歯歯車３０は、内歯３１が形成されている内歯形成部分３２と、この内歯形成部分３２の後端（モータ側の端）から同軸状態で円筒状に延びている薄肉の円筒状部分３３と、この円筒状部分３３の後端に形成された厚肉の円環状フランジ３４とを備えている。円環状フランジ３４は半径方向の外側に広がっている部分３４ａが、装置ハウジング１１の後端面１１ａおよびモータハウジング４の前端外周縁部分に形成した取付フランジ４ａの間に挟まれている。モータハウジング４と装置ハウジング１１は、この状態で、複数本の固定ボルト１６によって相互に連結固定されている。
この構成の内歯歯車３０における円筒状部分３３は、その外周面部分３３ａが凹状の面とされて、両側の内歯形成部分３２および円環状フランジ３４に比べて薄肉とされている。この外周面部分３３ａには、負荷トルクによる歪を検出するための歪ゲージ４１が円周方向に向けて一定の角度間隔で貼り付けられている。これらの歪ゲージ４１の検出信号に基づき負荷トルクを測定することができる。かかる構成のトルク検出機構は公知であるので、これ以上の説明は省略する。
なお、トルク検出機構としては、円筒状部分３３の機械的歪を抵抗変化として検出する歪ゲージを用いる代わりに、当該円筒状部分３３に磁気ストライプを形成し、負荷トルクによる磁気歪を検出することにより負荷トルクを測定するものを用いることもできる。この場合には、円筒状部分３３の外周面部分３３ａに所定パターンの磁気ストライプを形成するか、あるいは、磁性片（テープ）を所定のパターンで貼り付ければよい。当該磁歪式のトルク検出機構も公知である。
次に、内歯歯車３０の円筒状部分３３および円環状フランジ３４の内側の円環状スペースには、入力軸１３の回転情報、例えば、回転角度を検出するための角度検出器４２が配置されている。角度検出器４２はエンコーダ、レゾルバなどである。
このように構成した本例の回転アクチュエータ１では、遊星減速機３の内歯歯車３０に薄肉の円筒状部分３３を形成し、当該部分の外周面部分３３ａに歪ゲージ４１を貼り付けることにより、当該部分に生ずる負荷トルクによる歪を検出し、負荷トルクを測定するようにしている。したがって、トルク検出用の別部材を配置することなく、歪ゲージ４１の配置位置を確保できる。
また、歪ゲージ４１を貼り付けるために形成した円筒状部分３３の内側に形成された円環状のスペースを利用して、角度検出器４２を配置するようにしている。すなわち、同心状に歪ゲージ貼り付け部分および角度検出器４２を配置するようにしている。この結果、回転アクチュエータ１の軸長の増加を伴うことなく、角度検出器取付用のスペースを確保できる。
よって、トルク検出機構および角度検出器を備えた軸長の短い回転アクチュエータ１を得ることができる。
なお、本例では円筒状部分３３の外周面部分３３ａを、歪ゲージなどのトルク検出用の検出素子の配置あるいは形成場所としている。この代わりに、円筒状部分３３の内周面部分を利用してもよい。
また、図２（ａ）に示すように、内歯歯車３０Ａを、内歯３１が形成されている内歯形成部分３２と、ハウジングなどの固定部材の側に固定するための固定部分３４との間に、円筒状部分３３１および半径方向の外側に広がっている円環状部分３３２を備えた形状のものとしてよい。この場合には、円環状部分３３２を薄肉とし、この部分のいずれか一方、あるいは双方の円環状側面３３２ａ、３３２ｂを検出素子４１Ａの配置あるいは形成場所として利用すればよい。また、これらの内側の空間を、角度検出器などの回転情報検出機構４２Ａを配するために利用すればよい。
さらに、図２（ｂ）に示すように、内歯歯車３０Ｂを、内歯３１が形成されている内歯形成部分３２と、固定部分３４との間に、円筒状部分３３３および半径方向の内側に広がっている円環状部分３３４を備えた形状のものとしてもよい。この場合にも、円環状部分３３４を薄肉とし、この部分のいずれか一方あるいは双方の円環状側面３３４ａ、３３４ｂを、検出素子４１Ｂの配置あるいは形成場所とすればよい。また、円筒状部分３３３の内側空間を角度検出器などの回転情報検出機構４２Ｂの配置場所として利用すればよい。
本発明を適用した回転アクチュエータの概略縦断面図である。 遊星減速機の内歯歯車の別の例を示す説明図である。
符号の説明
１ 回転アクチュエータ
２ モータ
３ 遊星減速機
７ モータ出力軸
１１ 装置ハウジング
１２ 前段側太陽歯車
１３ 入力軸
１５ 前段側遊星歯車
１７ 前段側キャリア
１８ 後段側太陽歯車
１９ 後段側遊星歯車
２０ 後段側キャリア
２１ 出力軸
３０、３０Ａ、３０Ｂ 内歯歯車
３１ 内歯
３２ 内歯形成部分
３３、３３１、３３３ 円筒状部分
３４ 円環状フランジ（固定部分）
４１、４１Ａ、４１Ｂ 歪ゲージ（検出素子）
４２、４２Ａ、４２Ｂ 角度検出器（回転情報検出機構）

Claims (5)

  1. 遊星歯車装置の内歯歯車における、内歯形成部分と他の部材への固定部分との間に、円筒状部分を形成し、
    当該円筒状部分の外周面あるいは内周面を、前記内歯歯車を介して伝達される伝達トルクを測定するための検出素子の配置あるいは形成場所とし、
    前記円筒状部分の内部を、前記遊星歯車装置の入力回転要素あるいは出力回転要素の回転情報を検出するための回転情報検出機構の設置場所として用いることを特徴とする遊星歯車装置の検出機構組付け方法。
  2. 遊星歯車装置の内歯歯車における、内歯形成部分と他の部材への固定部分との間に、円筒状部分および、当該円筒状部分の一端から半径方向の外側に広がっている円環状部分を形成し、
    前記円環状部分における一方の円環状側面を、前記内歯歯車を介して伝達される伝達トルクを測定するための検出素子の配置あるいは形成場所とし、
    前記円筒状部分の内部を、前記遊星歯車装置の入力回転要素あるいは出力回転要素の回転情報を検出するための検出機構の設置場所として用いることを特徴とする遊星歯車装置の検出機構組付け方法。
  3. 負荷トルク検出機構と、入力回転情報あるいは出力回転情報を検出するための回転情報検出機構とを備えた遊星歯車装置において、
    前記遊星歯車装置の内歯歯車は、内歯形成部分と他の部材への固定部分との間に、円筒状部分が形成されており、
    当該円筒状部分の外周面あるいは内周面には、前記負荷トルク検出機構の検出素子が配置あるいは形成されており、
    前記円筒状部分の内部には前記回転情報検出機構が配置されていることを特徴とする遊星歯車装置。
  4. 負荷トルク検出機構と、入力回転情報あるいは出力回転情報を検出するための回転情報検出機構とを備えた遊星歯車装置において、
    遊星歯車装置の内歯歯車には、内歯形成部分と他の部材への固定部分との間に、円筒状部分および、当該円筒状部分の一端から半径方向の外側に広がっている円環状部分が形成されており、
    前記円環状部分における一方の円環状側面には、前記負荷トルク検出機構の検出素子が配置あるいは形成されており、
    前記円筒状部分の内部には前記回転情報検出機構が設置されていることを特徴とする遊星歯車装置。
  5. モータと、
    当該モータに同軸状態に取り付けた遊星歯車装置と、
    前記モータの出力軸の回転情報を検出するための回転情報検出機構と、
    前記遊星歯車装置を介して伝達される伝達トルクを検出するためのトルク検出機構とを有し、
    前記遊星歯車装置は、
    筒状の装置ハウジングと、
    当該装置ハウジングに固定された前記内歯歯車と、
    前記モータの出力軸に同軸状態に連結されている入力軸と、
    前記入力軸に形成した太陽歯車と、
    前記内歯歯車および前記太陽歯車に噛み合っている遊星歯車とを備えており、
    前記内歯歯車は、前記遊星歯車に噛み合っている内歯が形成されている内歯形成部分と、当該内歯形成部分の一端から同軸状態に延びている円筒状部分と、当該円筒状部分の端に連続している円環状フランジとを備え、当該円環状フランジは前記装置ハウジングに固定されており、
    前記円筒状部分の内周面あるいは外周面に、前記トルク検出機構の検出素子が配置あるいは形成されており、
    当該円筒状部分の内側には、前記入力軸に取り付けた前記回転情報検出機構が組み込まれていることを特徴とする回転アクチュエータ。
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