JP2024016799A - 可撓性外歯歯車および波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波動歯車装置の外歯歯車のダイヤフラムに歪ゲージが貼り付けられている場合において、歪ゲージのリード線、配線パターンの断線を防止できるようにすること。【解決手段】波動歯車装置１の可撓性の外歯歯車３は、円筒状胴部３２の一体から半径方向の外方に延びるダイヤフラム３３、ダイヤフラム３３の外周縁に形成した円環状のボス３４を備えている。ダイヤフラム３３には、円周方向に等角度間隔で、トルク検出用の歪ゲージ１１が貼り付けられている。各歪ゲージ１１は、ゲージリード線の引き出し側が、ボス３４側を向いた姿勢で配置されている。ダイヤフラム３３はボス側に接近するほど、撓み量が少ないので、歪ゲージ１１から引き出されるゲージリード線の断線等が起きにくい。【選択図】図３

Description

本発明は、シルクハット形状あるいはカップ形状をした可撓性外歯歯車のダイヤフラムに、伝達トルク検出用の歪ゲージが貼り付けられている波動歯車装置の可撓性外歯歯車、および当該可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置に関する。

歪ゲージ式のトルク検出装置を備えたカップ型波動歯車装置、シルクハット型波動歯車装置は、特許文献１～４に提案されている。特許文献１においては、歪ゲージを、カップ形状あるいはシルクハット形状の外歯歯車におけるダイヤフラムとボスとに跨る状態に貼り付けて、歪ゲージから引き出されるリード線、歪ゲージ間等を繋ぐ配線パターンの断線を防止している。

波動歯車装置のトルク検出においては、伝達トルクに関係無く発生する歪みゲージ出力信号に含まれる周期的誤差成分である回転リップルを除去あるいは抑制する必要がある。特許文献２～４には、周期的誤差成分を除去するための方法が提案されている。例えば、特許文献４には、補償したい回転リップル成分の次数をＮ（Ｎ：正の整数）とした場合に、（２Ｎ＋１）箇所以上に歪みゲージを貼り、それぞれの信号を差動増幅回路で測定し、ゲイン調整して加算する方法が提案されている。

特許第３５１２１６０号公報 特許第３６４４５５８号公報 特許第４５６９９９０号公報 特開２００４－４５３７８号公報

ここで、波動歯車装置の外歯歯車において、ボスの部分を利用することなく、ダイヤフラムの部分に歪ゲージを貼り付ける場合に、歪ゲージのリード線、配線パターンの断線を防止するための有効な方法については提案されていない。

また、楕円状に撓められる外歯歯車のダイヤフラムに貼り付けた複数の歪ゲージの出力には、波動発生器１回転につき２周期の大きな振幅の誤差成分が含まれている。歪ゲージの出力信号の加算前の増幅回路のゲインを大きくすると、出力信号が飽和してしまうため、あまり大きなゲイン設定ができない。しかしながら、初段の増幅回路には高精度な計装アンプを使用するため、ここでゲインを大きくとった方が最終的なＳ／Ｎ比は有利になるので、歪ゲージの出力信号の初段増幅回路のゲインを大きくできることが望ましい。

さらに、波動歯車装置の外歯歯車に貼り付けた歪ゲージの出力に基づきトルク検出を行う場合、波動歯車装置の構成部品として欠かせない部品である出力軸ベアリングやオイルシールの摩擦により、トルク検出の直線性誤差やヒステリシスが大きくなる。その影響は、型番・速比によって異なるが、過去の実験データから、波動歯車装置の起動停止時のピークトルクに対して１％～２％、定格トルクに対して２％～４％ほどあり、高精度なトルク検出の妨げになる。また、回転方向がＣＷからＣＣＷ方向に変化したときにも、この摩擦の影響によりトルクセンサ出力のゼロ点がシフトするという課題がある。

本発明は、可撓性外歯歯車に貼り付けた歪ゲージを用いて伝達トルクを検出する場合における課題に着目してなされたものであり、その目的は、可撓性外歯歯車のダイヤフラムに歪ゲージが貼り付けられている場合における歪ゲージのリード線、配線パターンの断線を防止できるようにした波動歯車装置の可撓性外歯歯車、および、当該可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、歪ゲージの出力信号の初段増幅回路のゲインを大きくできるように、歪ゲージの出力信号に含まれる周期的誤差成分の主成分を相殺できるように歪ゲージが配置された波動歯車装置の可撓性外歯歯車、および、当該可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置を提供することにある。
更に、本発明の目的は、オイルシール等に起因するトルク検出精度の低下を抑制可能な波動歯車装置を提供することにある。

本発明は、
外歯が形成され、半径方向に撓み可能な円筒状胴部と、
前記円筒状胴部の一端から半径方向に延びるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの外周縁あるいは内周縁に形成されたボスと、
前記ダイヤフラムの表面に貼り付けられ、伝達トルクの検出に用いる複数の歪ゲージと、
を備えた波動歯車装置の可撓性外歯歯車において、
前記歪ゲージは、ゲージリード線の引き出し側が前記ボスの側を向く姿勢で、前記ダイヤフラムに貼り付けられていることを特徴としている。

本発明の可撓性外歯歯車では、歪ゲージのゲージリード線の引き出し側が、撓みの少ないボス側を向いた姿勢で配置されているので、ダイヤフラムの撓みに起因するゲージリード線の断線が起きにくい。

本発明において、可撓性外歯歯車は、前記歪ゲージの間を接続する配線パターンおよび前記歪ゲージとの間に架け渡されるゲージリード線の半田ランドを備えたフレキシブルプリント配線基板を備えている場合がある。この場合、前記フレキシブルプリント配線基板は、前記歪ゲージが貼り付けられている前記ダイヤフラムの前記表面に取り付けられており、前記配線パターンおよび前記半田ランドは、半径方向において、前記筒状胴部よりも前記ボスに寄った位置に配置されていることが望ましい。また、前記フレキシブルプリント配線基板は、前記ダイヤフラムの前記表面において円周方向に離散配置したスペーサを介して、前記ダイヤフラムに取り付けられていることが望ましい。さらに、前記ゲージリード線は、弛みのある状態で、前記歪ゲージと前記フレキシブルプリント配線基板の前記半田ランドとの間に架け渡されていることが望ましい。これに加えて、前記歪ゲージの前記ゲージリード線および前記フレキシブルプリント配線基板の前記半田ランドを含む部位は、コーティング剤で覆われていることが望ましい。

本発明において、上記構成の可撓性外歯歯車は、
前記ダイヤフラムの前記表面において、円周方向に９０度の角度間隔の位置に貼り付けた２つの前記歪ゲージを、歪ゲージ・セットと呼び、Ｎを正の整数とすると、
前記歪ゲージ・セットが、前記円周方向における相互に異なる（２Ｎ＋１）か所の位置に配置されていることを特徴としている。
このように配置した歪ゲージ・セットから得られる出力信号においては、周期的誤差成分の主成分が相殺されており、当該出力信号に残っている周期的誤差成分の振幅は、１か所の歪ゲージから得られる出力信号に含まれる周期的誤差成分よりも小さい。よって、歪ゲージ・セットの出力信号の初段増幅回路のゲインを大きくすることができ、伝達トルクの検出精度の改善に有利である。

次に、本発明の波動歯車装置は、
剛性の内歯歯車と、
前記内歯歯車にかみ合い可能な上記構成の可撓性外歯歯車と、
前記可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて前記内歯歯車に対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
を備えていることを特徴としている。

ここで、本発明の波動歯車装置が、前記内歯歯車と前記可撓性外歯歯車を相対回転可能な状態で支持しているベアリングと、前記ベアリングの内外輪の間から外部に潤滑剤が漏出することを防止するオイルシールとを備えている場合には、
前記オイルシールとして、接触シールではなく、非接触シールを用いることが望ましい。
これにより、トルク検出における直線性誤差とヒステリシスの影響が大きく改善されるので、非接触シールの使用は、トルク検出の精度向上に有効である。

本発明を適用した波動歯車装置の概略縦断面図である。 （Ａ）は外歯歯車の概略縦断面図、（Ｂ）は外歯歯車の概略端面図である。 （Ａ）は外歯歯車のダイヤフラムにおける歪ゲージの貼り付け位置および歪ゲージ番号を示す説明図、（Ｂ）はフレキシブルプリント配線基板および配線パターンの端子番号を示す説明図、（Ｃ）は歪ゲージブリッジ回路を示す回路図である。 （Ａ）は直交２軸型歪ゲージの貼り付け位置を示す説明図、（Ｂ）は２軸平面配置用の歪ゲージの貼り付け位置を示す説明図である。 （Ａ）はカップ形状の外歯歯車の概略縦断面図、（Ｂ）は歪ゲージ貼り付け状態を示す説明図である。 （Ａ）は歪ゲージの別の配置例を示す説明図、（Ｂ）はそのトルク検出装置の回路図である。

（全体構成）
図１は本発明を適用した波動歯車装置を示す概略縦断面図である。図２（Ａ）は外歯歯車を示す縦断面図であり、図２（Ｂ）はトルク検出部が取り付けられている外歯歯車の端面図である。波動歯車装置１は、剛性の内歯歯車２と、この内側に同軸に配置された可撓性の外歯歯車３と、この内側に同軸に嵌め込まれた楕円状輪郭の波動発生器４と、内歯歯車２および外歯歯車３を相対回転自在の状態で支持しているクロスローラベアリング５と、中空入力軸６と、軸方向の一方の側に配置されたエンドプレート７と、軸方向の他方の側に配置されたエンドプレート８とを備えている。中空入力軸６の両側の軸端部は、それぞれ、ボールベアリング９ａ、９ｂを介して、エンドプレート７、８によって支持されている。また、波動歯車装置１には伝達トルク検出用のトルク検出部１０が付設されている。トルク検出部１０は、外歯歯車３のダイヤフラム３３に取り付けた複数組の歪ゲージ１１、フレキシブルプリント配線基板１２、ケーブル配線１３、歪ゲージ１１の検出信号に基づき伝達トルクを算出する信号処理回路（図示せず）等から構成される。

外歯歯車３はシルクハット形状をしており、外歯３１が形成されている円筒状胴部３２と、この一端に連続して半径方向の外方に延びるダイヤフラム３３と、この外周縁に形成されている円環状のボス３４とを備えている。円筒状胴部３２は波動発生器４によって楕円形状に撓められ、外歯３１が内歯歯車２の内歯２１に対して部分的にかみ合っている。波動発生器４は、中空入力軸６に一体形成された一定幅のカム板４１と、このカム板４１の楕円状外周面に嵌めたウエーブベアリング４２とを備えている。

中空入力軸６の回転に伴って波動発生器４が回転すると、両歯車２、３のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に生じる。内歯歯車２は、クロスローラベアリング５の内輪５１とエンドプレート７との間に挟まれており、この状態で、これら三部材が同軸に締結固定されている。外歯歯車３のボス３４は、クロスローラベアリング５の外輪５２と他方のエンドプレート８との間に挟まれており、この状態で、これら三部材が同軸に締結固定されている。例えば、内歯歯車２の側を回転しないように固定すると、外歯歯車３が回転し、出力軸として機能するエンドプレート８を介して、不図示の負荷部材の側に減速回転が出力される。

（トルク検出部）
図３（Ａ）は外歯歯車３のダイヤフラム３３における歪ゲージ１１の貼り付け位置を示す説明図である。図３（Ｂ）はフレキシブルプリント配線基板１２および配線パターンの端子番号を示す説明図、図３（Ｃ）は歪ゲージ１１および配線パターンによって構成される歪ゲージブリッジ回路を示す回路図である。

外歯歯車３のダイヤフラム３３において、円筒状胴部３２の内周面に繋がっている内側端面３５には、複数枚の歪ゲージ１１が接着剤により貼り付けられている。また、内側端面３５には、両面テープ等からなるスペーサ１４を介して、フレキシブルプリント配線基板１２（以下、「ＦＰＣ１２」という。）が取り付けられている。ＦＰＣ１２からはケーブル配線１３が引き出されている。また、歪ゲージ１１のそれぞれが配置されている部位は、配線保護のためにコーティング剤によって覆われたコーティング剤塗布部１６となっている。図においては、コーティング剤塗布部１６を網掛け部分として示してある。

具体的に説明すると、図３（Ａ）に示すように、外歯歯車３のダイヤフラム３３において、円筒状胴部３２の内周面に繋がっている内側端面３５には、接着剤により、歪ゲージ１１が貼り付けられている。歪ゲージ１１は直交２軸型の歪ゲージであり、２枚の歪ゲージ素子のそれぞれが、ゲージベース１１１と、ベース表面に所定のパターンで形成された金属箔からなる抵抗線部分１１２と、抵抗線部分１１２をゲージリード線に接続するためのゲージリード端子部１１３とを備えている。

本例の歪ゲージ１１は、ダイヤフラム３３の内側端面３５において、その円筒状胴部３２に繋がる円形内周縁部分３６よりも、ボス３４に繋がる円形外周縁部分３７の側に近い位置において、２枚の歪ゲージ素子が半径線ｒに対して左右に４５°傾斜した状態に配置されている。また、歪ゲージ１１は、そのゲージリード端子部１１３の側（ゲージリード端子の引き出し側）が、ボス側である円形外周縁部分３７の側（半径方向の外側）を向く姿勢で配置されている。

歪ゲージ１１は、外歯歯車３の撓みに起因する出力変動補償のために、同一円周上に複数枚貼り付けられている。本例では、８組の歪ゲージ１１が、円周方向に４５°の等角度間隔でダイヤフラム３３の内側端面３５に貼り付けられている。

ＦＰＣ１２は、図２に示すように、矩形輪郭をした一定厚さのスペーサ１４を介して、ダイヤフラム３３の内側端面３５に貼り付けられている。スペーサ１４は、円周方向に４５°の角度間隔で配置されている。したがって、ＦＰＣ１２は、スペーサ１４が配置されている部分以外の部分においては、スペーサ１４の厚さ分、例えば１ｍｍ程度、ダイヤフラム３３の内側端面３５から浮き上がった位置にある。ＦＰＣ１２は、一定幅の円環形状をした片面フレキシブル基板からなり、歪ゲージ１１のそれぞれに対応する部位に長円形の開口部１２１が形成されている。また、その表面には、各開口部１２１の両側にリード線接続用の半田ランド部１２２、および歪ゲージ間等を接続する配線パターン１２３、外部に引き出されるケーブル配線１３を接続するための外部引出し配線用の半田ランド部１２４が形成されている。

本例では、歪ゲージ１１をボス側の円形外周縁部分３７に寄せた位置に配置しており、これに合わせて、半田ランド部１２２、１２４および配線パターン１２３も、ボス側の円形外周縁部分３７に寄せた位置に配置されている。また、円周方向に延びる各配線パターン１２３は、なるべく曲率半径の大きな円弧を描くように形成されている。さらに、歪ゲージ１１のゲージリード端子部１１３と、ＦＰＣ１２の側の対応する接続端子である半田ランド部１２２との間を結ぶゲージリード線１７は、図２（Ａ）に示すように、１～２ｍｍ程度の弛みを持たせた状態で、これらの部位１１３、１２２の間に架け渡されている。

図２に示すように、ＦＰＣ１２において、歪ゲージ１１が位置する開口部を含む部分は、シリコーンゴム等のコーティング剤によって覆われたコーティング剤塗布部１６となっている。コーティング剤塗布部１６は、歪ゲージ１１および半田ランド部１２２、１２４を含む範囲に形成されている。

なお、図３（Ｃ）に示すように、歪ゲージ１１は、配線パターン１２３によって接続されて、歪ゲージブリッジ回路を構成している。図３（Ｃ）に示す符号Ａ_１、Ａ_２～Ｈ_１、Ｈ_２は、それぞれ、図３（Ａ）において同一符号で示す位置にある８組の２軸直交型の歪ゲージ１１のそれぞれを示す。また、図３（Ｃ）における歪ゲージ１１のそれぞれの間の配線パターン１２３は、図３（Ｂ）において同一符号で示すＦＰＣ端子（半田ランド部１２２）の間を繋ぐ配線パターンである。

このように構成した歪ゲージ１１、ＦＰＣ１２を含むトルク検出部１０は、次のような作用効果を奏する。
（１）外歯歯車３のダイヤフラム３３における変位量が、ボス３４に繋がっている円形外周縁部分の部位では実質的に零であり、ここから、円筒状胴部３２に向けて増加していることに鑑みて、歪ゲージ１１のゲージリード線１７の引出側がボス３４の側を向く状態で、歪ゲージ１１をダイヤフラム３３に貼り付けてある。ゲージリード端子部１１３から引き出されるゲージリード線１７は、ダイヤフラム３３の撓みによって大きく引っ張られることがなく、その断線が起こりにくい。これにより、歪ゲージ１１から引き出されるゲージリード線１７が断線しにくくなる。
（２）歪ゲージ１１から引き出されるゲージリード線１７は、十分な余長を取って弛ませた状態で、ＦＰＣ１２の端子（半田ランド部１２２）に半田付けされる。歪ゲージ１１が貼り付けられているダイヤフラム３３の撓みによって、ゲージリード線１７に大きな引張力が作用しても、弛みの部分が引張力を緩和させるので、ゲージリード線１７に断線が起きにくい。
（３）歪ゲージ１１およびゲージリード線１７が配置されているＦＰＣ１２の部位が、シリコーンゴムなどのコーティング剤で覆われたコーティング剤塗布部１６で保護されている。これより、ゲージリード線１７の断線が起きにくい。
（４）歪ゲージ１１の間等を接続しているＦＰＣ１２に形成されている配線パターン１２３、半田ランド部１２２、１２４は、ダイヤフラム３３の内側端面３５上において、ボス３４に近い位置に配置している。また、配線パターン１２３の曲率半径を極力大きくしている。これにより、配線パターン１２３に断線が起きにくい。
（５）配線パターン１２３が形成されているＦＰＣ１２は、ダイヤフラム３３の内側端面３５に直接貼るのではなく、内側端面３５において円周方向に離散配置した両面テープなどからなるスペーサ１４を介して、ダイヤフラム３３に貼り付けられている。ＦＰＣ１２は、スペーサ１４以外の部位では、内側端面３５から離れている。よって、ダイヤフラム３３の撓みに起因して、引張力がＦＰＣ１２に作用することを抑制でき、ＦＰＣ１２の断線が起きにくい。

（非接触型シール）
次に、本例の波動歯車装置１においては、図１に示すように、内歯歯車２と外歯歯車３とを相対回転可能な状態で支持しているクロスローラベアリング５に、一般的に使用されている接触シールであるオイルシールの代わりに、非接触型シール１８、本例ではラビリンスシールが取り付けられている。非接触型シール１８によって、クロスローラベアリング５の内外輪５１、５２の間を介して装置外部への潤滑剤の漏れが防止される。

外歯歯車３に貼り付けた歪ゲージ１１を用いたトルク検出においては、オイルシール等の摩擦により、トルク検出の直線性誤差やヒステリシスが大きくなり、高精度なトルク検出の妨げになる。また、回転方向がＣＷからＣＣＷ方向に変化したときにも、この摩擦の影響によりトルクセンサ出力のゼロ点がシフトするという課題がある。

本例では、接触型シールであるオイルシールの代わりに非接触型シール１８を配置してある。本発明者等の実験によれば、オイルシールを取り除くだけで、トルク検出における直線性誤差とヒステリシスの影響が大きく改善されることが確認された。よって、歪ゲージを用いたトルク検出において、オイルシールに代えて、油溝、スリンガ、ラビリンスシール等の非接触型シールを用いることが検出精度の向上に有効である。

なお、波動歯車装置１において、中空入力軸６の両軸端部を支持しているボールベアリング９ａ、９ｂからの潤滑剤漏れを防止するためのオイルシール１９ａ、１９ｂが取り付けられている。これらのオイルシール１９ａ、１９ｂの代わりに、非接触型シールを用いることができる。

（歪ゲージの別の例および貼り付け位置）
図４は歪ゲージ１１の別の例および貼り付け位置を示す説明図である。図４（Ａ）に示す歪ゲージ１１Ａは、基本構成は歪ゲージ１１と同一であるが、そのゲージリード端子部１１３の側において、ゲージベース１１１を、ダイヤフラム３３の円形外周縁部分３７に沿った円弧形状にカットしてある。これにより、歪ゲージ１１Ａを、ボス３４の側により接近させた位置に配置してある。これにより、歪ゲージ１１Ａから引き出されるゲージリード線は、ダイヤフラム３３の撓みによる影響がより小さくなり、断線が起きにくい。

図４（Ｂ）は、歪ゲージ１１として、２軸平面配置用の歪ゲージ１１Ｂを使用した場合の例を示してある。この場合においても、歪ゲージ１１Ｂのゲージリード端子部の側を、ボス側の円形外周縁部分に向ける。また、歪ゲージ１１Ｂを、可能な限り、円形外周縁部分に接近した位置に貼り付ける。この場合においても、直交２軸型の歪ゲージ１１、１１Ａの場合と同様に、ゲージリード線の断線が起きにくいという作用効果が得られる。

（カップ形状の外歯歯車の例）
図５（Ａ）および（Ｂ）は、本発明を適用したカップ形状の外歯歯車を示す縦断面図および端面図である。カップ形状の外歯歯車３３０を備えた波動歯車装置は、シルクハット形状の外歯歯車を備えた波動歯車装置と同様に、波動発生器によって楕円状に撓められてその外歯３３１が剛性の内歯歯車の内歯に対して部分的にかみ合わされる。

カップ形状の外歯歯車３３０は、外歯３３１が形成された円筒状胴部３３２の一端から半径方向の内方にダイヤフラム３３３が延びており、ダイヤフラム３３３の内周縁に円環状のボス３３４が形成されている。ダイヤフラム３３３において、円筒状胴部３３２の外周面に繋がる外側端面３３５に、伝達トルク検出用のトルク検出部３１０が配置されている。トルク検出部用の複数組の歪ゲージ３１１が貼り付けられている。

具体的に説明すると、外歯歯車３３０のダイヤフラム３３３において、円筒状胴部３３２の外周面に繋がっている外側端面３３５には、接着剤により、複数組の直交２軸型の歪ゲージ３１１が貼り付けられている。歪ゲージ３１１は、ゲージベース３１２と、ベース表面に所定のパターンで形成された金属箔からなる抵抗線部分３１３と、抵抗線部分３１３をゲージリード線に接続するためのゲージリード端子部３１４とを備えている。

歪ゲージ３１１は、ダイヤフラム３３３の外側端面３３５において、その円筒状胴部３３２に繋がる円形外周縁部分３３６よりも、ボス３３４に繋がる円形内周縁部分３３７の側に近い位置において、半径線に対して左右に４５°傾斜した状態に配置されている。また、歪ゲージ３１１は、そのゲージリード端子部３１４がボス３３４の側の円形内周縁部分３３７を向くように配置されている。また、歪ゲージ３１１は、外歯歯車３３０の撓みに起因する出力変動補償のために、同一円周上に複数枚貼り付けられている。本例では、２枚一組の歪ゲージ３１１が、円周方向に４５°の等角度間隔でダイヤフラム３３３の外側端面３３５に、８組貼り付けられている。

外歯歯車３３０のボス３３４には、歪ゲージ３１１の間を繋ぐ配線パターン、半田ランドが形成されたＦＰＣ３２０が取り付けられ、ＦＰＣからは信号線ケーブルが引き出される。ＦＰＣはシルクハット形状の外歯歯車３に取り付けたＦＰＣ１２と同様な構成とすることができる。

（歪ゲージの配置例）
ここで、図１に示す波動歯車装置１において、１か所の歪ゲージ１１からは、波動発生器１回転につき２周期の大きな振幅の信号が含まれているため、加算前の増幅回路のゲインを大きくすると、出力信号が飽和してしまうため、あまり大きなゲイン設定ができない。波動発生器４の回転による周期的変動は１８０度１周期の信号が主成分のため、９０度ずらした２か所に配置した２枚の歪ゲージ１１を１セットとし、Ｎを正の整数とする。このセットを、（２Ｎ＋１）か所に配置し、各セットの歪ゲージ１１の出力をそれぞれ測定する。周期的誤差信号の主成分が相殺されているため、１か所の歪ゲージよりも残りの誤差信号の振幅は小さくなり、初段増幅回路のゲインを大きくすることができる。

図６（Ａ）は歪ゲージの配置例を示す説明図である。この図においては、Ｎ＝１の場合である３セット分の歪ゲージが配置される場合を示してある。図に示すように、シルクハット形状の可撓性外歯歯車のダイヤフラム３３には、６組の直交２軸型の歪ゲージ１１（Ａ_１，Ａ_２）、１１（Ａ_３，Ａ_４）、１１（Ｂ_１，Ｂ_２）、１１（Ｂ_３，Ｂ_４）、１１（Ｃ_１，Ｃ_２）および１１（Ｃ_３，Ｃ_４）が貼り付けられている。歪ゲージ１１（Ａ_１，Ａ_２）と歪ゲージ１１（Ａ_３，Ａ_４）は、円周方向において９０度の角度間隔の位置に貼り付けられた第１歪ゲージ・セットである。同様に、歪ゲージ１１（Ｂ_１，Ｂ_２）と歪ゲージ１１（Ｂ_３，Ｂ_４）は円周方向に９０度の角度間隔で貼り付けた第２歪ゲージ・セットであり、歪ゲージ１１（Ｃ_１，Ｃ_２）と歪ゲージ１１（Ｃ_３，Ｃ_４）は円周方向に９０度の角度間隔で貼り付けた第３歪ゲージ・セットである。本例では、Ｎ＝１であり、また、第１、第２，第３歪ゲージ・セットは、それらの円周方向の中心が、１２０度の角度間隔となるように配置されている。

図６（Ｂ）は、このように歪ゲージが配置されているトルク検出部の回路図を示す。トルク検出部は、３組の第１歪ゲージ・セットＡ、第２歪ゲージ・セットＢおよび第３歪ゲージ・セットＣを構成している６組の直交２軸型の歪ゲージ１１（Ａ_１，Ａ_２）、１１（Ａ_３，Ａ_４）、１１（Ｂ_１，Ｂ_２）、１１（Ｂ_３，Ｂ_４）、１１（Ｃ_１，Ｃ_２）および１１（Ｃ_３，Ｃ_４）によってブリッジ回路が構成されている。３組の第１～第３歪ゲージ・セットから信号処理回路に入力される３組の出力信号においては、周期的誤差成分の主成分（１８０度１周期の誤差成分）が相殺されるので、個々の歪ゲージ１１の出力信号に比べて、含まれている周期的誤差成分の振幅が小さい。よって、信号処理回路において、初段増幅回路のゲインを大きくすることができ、これにより、伝達トルクの検出精度を高めることができる。

また、従来の方法では、歪ゲージとして、直交２軸型ゲージを使っても、ハーフブリッジ回路構成での測定になる。本例では、フルブリッジ回路構成での測定ができるため、トルク出力は２倍になり、Ｓ／Ｎ比が向上する。また、ホイートストンブリッジ内の固定抵抗が不要になり、４辺が歪ゲージとなるため温度特性も向上する。

１ 波動歯車装置
２ 内歯歯車
３ 外歯歯車
４ 波動発生器
５ クロスローラベアリング
６ 中空入力軸
７、８ エンドプレート
９ａ、９ｂ ボールベアリング
１０ トルク検出部
１１、１１Ａ、１１Ｂ 歪ゲージ
１２ ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）
１３ ケーブル配線
１４ スペーサ
１６ コーティング剤塗布部
１７ ゲージリード線
１８ 非接触型シール
１９ａ、１９ｂ オイルシール
２１ 内歯
３１ 外歯
３２ 円筒状胴部
３３ ダイヤフラム
３４ ボス
３５ 内側端面
３６ 円形内周縁部分
３７ 円形外周縁部分
４１ カム板
４２ ウエーブベアリング
５１ 内輪
５２ 外輪
１１１ ゲージベース
１１２ 抵抗線部分
１１３ ゲージリード端子部
１２１ 開口部
１２２ 半田ランド部
１２３ 配線パターン
１２４ 半田ランド部
３１０ トルク検出部
３１１ 歪ゲージ
３１２ ゲージベース
３１３ 抵抗線部分
３１４ ゲージリード端子部
３２０ ＦＰＣ
３３０ 外歯歯車
３３１ 外歯
３３２ 円筒状胴部
３３３ ダイヤフラム
３３４ ボス
３３５ 外側端面
３３６ 円形外周縁部分
３３７ 円形内周縁部分
ｒ 半径線

Claims (8)

1. 外歯が形成され、半径方向に撓み可能な円筒状胴部と、
   前記円筒状胴部の一端から半径方向に延びるダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムの外周縁あるいは内周縁に形成されたボスと、
   前記ダイヤフラムの表面に貼り付けられ、伝達トルクの検出に用いる複数の歪ゲージと、
   を備えた波動歯車装置の可撓性外歯歯車において、
   前記歪ゲージは、ゲージリード線の引き出し側が前記ボスの側を向く姿勢で、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波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
2. 請求項１において、
   前記歪ゲージの間を接続する配線パターンおよび前記歪ゲージとの間に架け渡されるゲージリード線の半田ランドを備えたフレキシブルプリント配線基板を備えており、
   前記フレキシブルプリント配線基板は、前記歪ゲージが貼り付けられている前記ダイヤフラムの前記表面に取り付けられており、
   前記配線パターンおよび前記半田ランドは、半径方向において、前記円筒状胴部よりも前記ボスに寄った位置に配置されている波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
3. 請求項２に記載の可撓性外歯歯車おいて、
   前記フレキシブルプリント配線基板は、前記ダイヤフラムの前記表面において円周方向に離散配置したスペーサを介して、前記ダイヤフラムに取り付けられている可撓性外歯歯車。
4. 請求項３に記載の可撓性外歯歯車において、
   前記ゲージリード線は、弛みのある状態で、前記歪ゲージと前記フレキシブルプリント配線基板の前記半田ランドとの間に架け渡されている可撓性外歯歯車。
5. 請求項４に記載の可撓性外歯歯車において、
   前記歪ゲージの前記ゲージリード線および前記フレキシブルプリント配線基板の前記半田ランドを含む部位は、コーティング剤で覆われている可撓性外歯歯車。
6. 請求項１に記載の可撓性外歯歯車において、
   前記ダイヤフラムの前記表面において、円周方向に９０度の角度間隔の位置に貼り付けた２つの前記歪ゲージを、歪ゲージ・セットと呼び、Ｎを正の整数とすると、
   前記歪ゲージ・セットが、前記円周方向における相互に異なる（２Ｎ＋１）か所の位置に配置されている可撓性外歯歯車。
7. 剛性の内歯歯車と、
   前記内歯歯車にかみ合い可能な、請求項１ないし６のうちのいずれか一つの項に記載の前記可撓性外歯歯車と、
   前記可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて前記内歯歯車に対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
   を備えていることを特徴とする波動歯車装置。
8. 請求項７に記載の波動歯車装置おいて、
   前記内歯歯車と前記可撓性外歯歯車を相対回転可能な状態で支持しているベアリングと、
   前記ベアリングの内外輪の間から外部に潤滑剤が漏出することを防止する非接触シールと、
   を備えていることを特徴とする波動歯車装置。

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