JPH05134769A - トルク制御型アクチユエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、内部損失で軸トルクが変動しない
小型の減速機と、出力軸の周囲でその軸トルクを検出す
るトルクセンサとを設け、高精度なトルク制御が可能で
かつ小型のトルク制御型アクチュエータを提供すること
を目的とする。 【構成】 筒状のケース11、13、14と、ケース11内に収
納されケース軸線回りに回転自在な回転ブロック20と、
ケース内周部に固設された内歯歯車45と、内歯歯車45に
噛合するそれとは歯数が僅かに異なる外歯歯車35、36
と、回転ブロック20に両持ちされ外歯歯車35、36を公転
可能に支持する複数のクランク軸26と、ケース11に同軸
に連結されたモータ12と、モータ12の回転をクランク軸
26に伝達するギヤ46、47と、回転ブロック20に一体回転
するように連結された出力軸48と、出力軸48の外周部近
傍に設けられたトルクセンサ50とを備えるように構成す
る。トルクセンサ50は、磁歪式トルクセンサであるのが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルク制御型アクチュ
エータに関し、特に小型トルクセンサを内蔵したトルク
制御型アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】トルク出力が得られる回転式のアクチュ
エータは、例えば各種組立に使用するねじの締付け機、
フィルムや糸の巻き取り装置、移送装置等に多用されて
いるが、用途により出力軸のトルクを管理することが必
要となる。そのような場合、トルク検出手段を付設しそ
の検出情報に基づいて出力軸のトルク制御が行なわれ
る。

【０００３】この種のトルク制御型アクチュエータとし
ては、電動モータを使用し、そのモータ出力を減速機構
により減速するようにしたものが近時は主流になってお
り、減速機構として、サンギヤ、ピニオンおよびキャリ
ヤ等を有する遊星歯車減速機構を設け、極力小型にする
ために複数段にして高減速比を得ているものが多い。ま
た、トルク反力の検出では外乱が取り込まれ易いため軸
トルクを検出するようにし、そのトルク検出手段として
ストレインゲージ等が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のトルク制御型アクチュエータにあっては、前
記サンギヤおよびピニオンの噛み合っている歯数が少な
いため、特に出力軸が低速回転する場合に、アクチュエ
ータ内部での機械的損失による出力トルクの変動が顕著
になり、厳密なトルク制御を行うことが困難であった。

【０００５】また、トルク検出のためにストレインゲー
ジを用いていたため、装置の小型化が容易でなく、例え
ば電動レンチやナットランナーといった小型のアクチュ
エータには適用が困難であった。そこで、本発明は、内
部損失により出力軸トルクが変動しない小型の減速機
と、出力軸の周囲でその軸トルクを検出するトルク検出
器とを設けることにより、高精度なトルク制御が可能
で、かつ小型のトルク制御型アクチュエータを提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明は、筒状のケースと、ケース内に収納され、ケース
の軸線回りに回転自在な回転ブロックと、ケースの内周
部に固定して設けられた内歯歯車と、内歯歯車に噛合す
る内歯歯車とは歯数が僅かに異なる外歯歯車と、回転ブ
ロックに両持ちされ、外歯歯車を所定偏心量で円運動可
能に支持する複数のクランク軸と、ケースに同軸に連結
されたモータと、モータの回転をクランク軸又は外歯歯
車に伝達する回転伝達手段と、回転ブロックと一体回転
するよう回転ブロックに連結された出力軸と、出力軸の
外周部近傍に設けられたトルクセンサと、を備えたこと
を特徴とするものであり、前記トルクセンサは、磁歪式
トルクセンサであるのが好ましい。

【０００７】

【作用】本発明では、複数のクランク軸を介して外歯歯
車が回転ブロックに支持され、この外歯歯車が内歯歯車
に噛み合った状態でモータからの動力を直接又は間接的
に入力し、内歯歯車に沿って所定偏心量で円運動（公
転）するとともに、内歯歯車との歯数差に応じて回転
（自転）し、回転ブロックおよび出力軸がゆっくりと回
転する。したがって、外歯歯車と内歯歯車は噛み合い歯
数が多く、内部損失の変動によるトルク変動がほとんど
無いから、トルク制御が容易となる。

【０００８】また、磁歪式トルクセンサを利用すれば、
筒状のケースと出力軸の間にこれを容易に装着すること
がてき、より小型で高精度なトルク検出が可能になる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１、図２は本発明に係るトルク制御型アクチュエータの
一実施例を示す図である。まず、構成を説明する。図
１、図２において、11は円筒状の本体ケースである。ケ
ース11の一端側には電動モータ12（詳細は図示していな
い）が同軸に連結されており、ケース11の他端側には後
述する計器類を収納した支持ケース13、14がボルト15等
によって固定されている。これら本体ケース11および支
持ケース13、14は、本発明の筒状のケースを構成してい
る。

【００１０】ケース11には、回転ブロック20が同軸に収
納されている。この回転ブロック20は、ケース11の軸方
向に所定間隙を隔てる平行な一対のプレート部21、22
と、これらを一体的に連結する複数の支柱部23とを有
し、プレート部21、22の外周部でニードル軸受24、25を
介してケース11の軸線回りに回転自在に支持されてい
る。この回転ブロック20には例えば３本（複数本）のク
ランク軸26がそれぞれニードル軸受27、28を介して両持
ち支持されており、複数のクランク軸26には所定歯数の
一対の外歯歯車35、36が軸受41、42を介して公転可能
に、すなわちケース11の軸線に対し所定偏心量で円運動
できるように支持されている。また、外歯歯車35、36に
は回転ブロック20の支柱部23が遊嵌される複数の穴部35
ａ、36ａが形成されている。45は所謂ピン歯車を用いた
内歯歯車であり、内歯歯車45は外歯歯車35、36より僅か
に例えば１つだけ歯数が多く形成され、外歯歯車35、36
と噛み合うようケース11の内周部に固定して設けられて
いる。

【００１１】電動モータ12の出力軸12ａにはギヤ46が取
付けられており、ギヤ46には各クランク軸26の一端に固
定された３つのギヤ47が噛合している。これらのギヤ4
6、47はモータ12の回転をクランク軸26に伝達する回転
伝達手段を構成しており、外歯歯車35、36が内歯歯車45
と噛み合いながら公転するとき、内歯歯車45と外歯歯車
35、36との歯数差に応じて外歯歯車35、36が自転し、回
転ブロック20がゆっくりと回動する。また、回転ブロッ
ク20にはそのプレート部21と一体に出力軸48が連結され
ており、回転ブロック20の回動によりこの出力軸48が回
動する。なお、出力軸48はの先端部48ａには、例えば図
示しないナット又はボルト保持用のソケットが着脱され
るようになっている。

【００１２】一方、出力軸48の外周面近傍にはトルクセ
ンサ50が配設されており、トルクセンサ50は、例えば公
知の磁歪式トルクセンサからなる。具体的には、トルク
センサ50は、例えば出力軸48の所定領域に形成された磁
気異方性領域51、52と、これらに対向する２組のコイル
53、54とを有しており、２組のコイル53、54は、各組の
一端が同一電位点となり、他端がトルクセンサ50の出力
端子となるように結線され、その出力端子は電動モータ
12を制御する図外のコントローラに接続されている。そ
して、出力軸48にトルクがかかるとき一方の磁気異方性
領域51又は52に圧縮力を、他方の磁気異方性領域52又は
51に引張力を発生させることで、出力軸48の透磁率を変
化させるとともに、軸トルクに対応する所定レベルの電
圧を取り出し得るようにしている。

【００１３】なお、電動モータ12は、例えばケース11に
装着された図示しない起動スイッチが押されたとき起動
されるようになっている。また、図１において、61はケ
ース13に嵌入されるとともに環状部材62を介してケース
11に嵌合され、両ケース11、13を同軸に案内するラジア
ル軸受であり、63はケース14に装着されて出力軸48の先
端部48ａを軸支するラジアル軸受である。また、29はプ
レート部21に嵌入・抜け止めされクランク軸26の軸方向
の移動を規制する軸受である。

【００１４】次に、作用を説明する。前記起動スイッチ
が押され電動モータ12が駆動されると、この電動モータ
12の回転がギヤ46、47を介してクランク軸26に伝達さ
れ、クランク軸26の回転に伴って外歯歯車35、36が公転
運動しつつ内歯歯車45とのわずかな歯数差に応じて自転
し、これによって回転ブロック20および出力軸48が低速
で回転する。また、トルクセンサ50の出力電圧に応じて
電動モータ12の回転が制御され、所望の回転トルクで本
実施例のアクチュエータが作動する。

【００１５】この状態において、外歯歯車35、36および
内歯歯車45は噛み合っている状態にある歯数が多く、常
に全歯数の半数程度になる。したがって、過負荷や衝撃
に耐え得るとともに、外歯歯車35、36と内歯歯車45の噛
み合い状態が常に一様なものとなり、内部損失による出
力トルクの変動が防止される。このように本実施例で
は、外歯歯車35、36と内歯歯車45の噛み合い歯数が多い
ために減速機構の内部損失による出力軸トルクの変動が
ほとんど無く、したがって、軸トルク検出を容易にして
高精度なトルク制御を行うことができる。また、磁歪式
トルクセンサ50を出力軸48の外周部近傍に配置している
ので、トルクセンサ内蔵式でありながらよりきわめて小
型・軽量なトルク制御型アクチュエータにすることがで
きる。さらに、外歯歯車35、36と内歯歯車45の歯数を適
宜設定することにより、高減速比を得ることができる。
この結果、耐衝撃性に優れ、所望トルクの得られる小型
・軽量のトルク制御型アクチュエータを実現できる。

【００１６】さらに、従来のトルク制御型アクチュエー
タのように減速機構の入力軸にキャリア等の大きな慣性
質量が結合せず、それぞれの回転体の回転中心軸から重
心までの距離が非常に小さいことから、減速機構におけ
るイナーシャが小さく、起動時における加速時間が短縮
される。したがって、作業（例えば、ボルト、ナットの
締付け）の時間を短縮して高速化を図ることができる。

【００１７】なお、本実施例においては、外歯歯車35、
36を駆動するために、ギヤ46、47を有する回転伝達手段
によってクランク軸26を回転させていたが、電動モータ
12の出力軸に所謂センタクランク軸を設けて外歯歯車3
5、36にモータ12の回転を直接的に伝達する回転伝達手
段とすることもできる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、複数のクランク軸を介
して回転ブロックに支持された外歯歯車が内歯歯車に沿
って公転するとともに内歯歯車との歯数差に応じ自転す
るようにし、回転ブロックから出力軸に減速回転を取り
出すとともに、この出力軸の外周部近傍にトルクセンサ
を設けているので、噛み合い歯数が多いために内部損失
による出力軸トルクの変動がほとんどなく、高精度なト
ルク制御のできる小型のトルク制御型アクチュエータを
提供することができる。

【００１９】また、前記トルクセンサとして磁歪式トル
クセンサを採用すれば、より小型・軽量にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルク制御型アクチュエータの一
実施例の全体構成を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

11 本体ケース（ケース） 12 電動モータ（モータ） 13、14 支持ケース（ケース） 20 回転ブロック 26 クランク軸 35、36 外歯歯車 45 内歯歯車 46、47 ギヤ（回転伝達手段） 48 出力軸 50 トルクセンサ（磁歪式トルクセンサ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状のケースと、 ケース内に収納され、ケースの軸線回りに回転自在な回
   転ブロックと、 ケースの内周部に固定して設けられた内歯歯車と、 内歯歯車に噛合する内歯歯車とは歯数が僅かに異なる外
   歯歯車と、 回転ブロックに両持ちされ、外歯歯車を所定偏心量で円
   運動可能に支持する複数のクランク軸と、 ケースに同軸に連結されたモータと、 モータの回転をクランク軸又は外歯歯車に伝達する回転
   伝達手段と、 回転ブロックと一体回転するよう回転ブロックに連結さ
   れた出力軸と、 出力軸の外周部近傍に設けられたトルクセンサと、を備
   えたことを特徴とするトルク制御型アクチュエータ。
2. 【請求項２】前記トルクセンサが、磁歪式トルクセンサ
   であることを特徴とする請求項１記載のトルク制御型ア
   クチュエータ。