JP3440951B2 - Harmonic reducer - Google Patents
Harmonic reducerInfo
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- JP3440951B2 JP3440951B2 JP09168792A JP9168792A JP3440951B2 JP 3440951 B2 JP3440951 B2 JP 3440951B2 JP 09168792 A JP09168792 A JP 09168792A JP 9168792 A JP9168792 A JP 9168792A JP 3440951 B2 JP3440951 B2 JP 3440951B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はロボットなどの駆動源に
使用されるモータの減速機として使用される調和減速機
の構造、特に、トルクセンサを組み込んだ調和減速機に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】回転駆動系を有するロボットやマニピュ
レータの制御に、非接触でかつ小型のトルクセンサが要
求されている。このようなトルクセンサには種々の方式
があるが、非接触で小型化に有利な方式としては磁歪式
トルクセンサがある。これは、図2に概略構造を示すよ
うに、磁性体に力が印加されると磁性体の透磁率が変わ
るという逆磁歪効果を利用してトルク検出を行うもので
ある。磁性体回転軸1の透磁率の変化は回転軸1の周囲
に一定ギャップを保って巻いてあるコイル2またはコイ
ルを巻いた磁気ヘッド(図示せず)のインピーダンス変
化として検出する。このようなトルクセンサは負荷側回
転軸に組み込んで使用される。たとえば、モータと組み
合わせた調和減速機の場合、図3のような構成になる。
モータ3に調 和減速機4を介して負荷5と回転軸1とが
結合されており、この負荷側の回転軸にトルクセンサ6
が設けられている。調和減速機は図4に示す構造となっ
ており、モータのトルクはウエーブ・ジェネレータ4
1、サーキュラ・スプライン42、フレクスプライン4
3の3つの部品を介して負荷側の回転軸に伝達される。
このうち、フレクスプラインは変形を必要とするため、
板厚の薄い高強度を有するマルエージング鋼を用いて、
長い筒状に成形されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図3のよう
にトルクセンサを出力軸に組み込んだ場合、出力軸はト
ルクセンサを構成する分だけ(普通30mm以上)長く
する必要がある。その結果、この構成でロボットを作っ
た場合、大形化するという問題があった。本発明はこれ
らの問題点を改善したもので、トルクセンサを組み込ん
だ小形の調和減速機を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の調和減速機は、
ウェーブジェネレータ、サーキュラスプラインおよびフ
レクスプラインからなり、前記フレクスプラインはトル
クが作用する被測定部に真空技術により膜を形成し、そ
の周囲に一定の空隙を設けてコイルを配置し、前記フレ
クスプラインにかかるトルクを前記被測定部の磁気特性
の変化に基づくインピーダンスの変化として検出するセ
ンサを備えたもので、前記フレクスプラインをマルエー
ジング鋼で構成し、前記膜の材質を銅、銅合金、アルミ
ニウム合金のいずれかとし、かつ、熱膨張係数が前記マ
ルエージング鋼より大きく、引っ張り強さが20kg/
mm 2 以上の特性を有している材料とし、0.1〜30
μmの膜厚に形成したものである。なお、この膜を設け
る手段については、本発明者らが先に出願した特願平4
−70328(特開平5−231967)に関連したも
のである。
【0005】
【作用】調和減速機の出力軸につながるフレクスプライ
ンの一部にトルクセンサを組み込んだため、出力軸の長
さを長くする必要はなく、小形にできる。なお、フレク
スプラインの外周上の一部に膜を被覆することにより、
マルエージング鋼からなる回転軸のトルク出力特性を大
幅に向上させることができる。
【0006】
【実施例】以下、本発明を実施例を示す図に基づいて詳
細に説明する。本発明の実施例を図1に示す。図1はフ
レクスプラインに磁歪式のトルクセンサを組み込んだ構
成図である。フレクスプライン43の外周部表面に膜3
を形成し、空隙を介してトルク検出用のコイル2を配置
した状態を示している。マルエージング鋼からなるフレ
クスプライン43をトリクレン、純水、アルコールの順
に超音波洗浄を施したのち、各種真空槽(スパッタリン
グ、イオンプレーティング、レーザ)内にセットした。
5×10-2Torr以下に排気したのち、フレクスプラ
イン43を300〜600℃に加熱し、銅、銅合金、ア
ルミニウム合金の膜を種々の厚さに形成した。このフレ
クスプライン43を用いて、調和減速機4を構成し、モ
ータおよび負荷と組合せてトルク出力・特性を調べた。
その結果を表1〜表3に示す。表1は膜材質として銅よ
び銅合金を、表2はアルミニウム合金を、表3はクロム
およびアルミニウムをそれぞれ用いた場合のセンサから
得られた出力電圧である。膜を形成しない場合の出力は
0.1Vである。
【0007】
【表1】【0008】
【表2】【0009】
【表3】【0010】表1〜表3から分かるとおり、回転軸1の
熱膨張係数より大きい値をもち、引張り強さが20kg
/mm2 以上の銅、銅合金およびアルミニウム合金の膜
は膜厚が0.1〜30μm、形成温度が300〜550
℃の範囲においてトルク出力は従来法より大きくなるこ
とが分かる。これに対して、熱膨張係数が小さいCrや
引張強さの小さいAlなどの膜のものは出力が小さく全
く効果がなかった(表3)。 出力軸にトルクセンサを
組み込んだ場合と同様にトルクを検出できることを確認
した。なお、本実施例ではモータに組み込んだ構造で示
したが、油圧ユニットとの組合せでも同様に小形化でき
る。
【0011】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は調和減速機
のフレクスプラインに磁歪式のトルクセンサを設けたの
で、出力軸にトルクセンサを組み込むスペースを新たに
とる必要がなく、調和減速機を小形化できる効果があ
る。その結果、ロボット等の小型化に大きく貢献でき
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a harmonic reduction gear used as a reduction gear of a motor used for a driving source of a robot or the like, and more particularly, to a motor incorporating a torque sensor. It relates to a harmonic reducer. 2. Description of the Related Art A non-contact and small torque sensor is required for controlling a robot or a manipulator having a rotary drive system. There are various types of such torque sensors, and a magnetostrictive torque sensor is a non-contact and advantageous type for downsizing. As shown in the schematic structure in FIG. 2, torque detection is performed by utilizing the inverse magnetostrictive effect that the magnetic permeability of the magnetic material changes when a force is applied to the magnetic material. A change in the magnetic permeability of the magnetic rotating shaft 1 is detected as an impedance change of the coil 2 wound around the rotating shaft 1 with a constant gap or a magnetic head (not shown) wound with the coil. Such a torque sensor is used by being incorporated into a load-side rotating shaft. For example, in the case of a harmonic reducer combined with a motor, the configuration is as shown in FIG.
A load 5 through the motor 3 two harmonized reduction gear 4 are the rotary shaft 1 is a bond, the torque sensor 6 to the rotation axis of the load-side
Is provided. The harmonic reducer has the structure shown in FIG.
1. Circular spline 42, flex spline 4
And transmitted to the rotating shaft on the load side via the three components.
Of these, the flexspline requires deformation,
Using a maraging steel with a thin plate and high strength,
It is formed in a long cylindrical shape. However, when a torque sensor is incorporated in an output shaft as shown in FIG. 3, the output shaft needs to be longer (usually 30 mm or more) by the amount of the torque sensor. As a result, there is a problem that the size of the robot is increased when the robot is manufactured with this configuration. The present invention has been made to solve these problems, and provides a small-sized harmonic reduction gear incorporating a torque sensor. [0004] A harmonic reduction gear according to the present invention comprises:
Wave generators, circular splines and filters
Lex spline, and the flex spline is
A film is formed on the part to be measured where the
The coil is arranged with a certain gap around the
The torque applied to the spline is determined by the magnetic characteristics of the measured part.
Detected as a change in impedance based on the change in
The flex spline is
Zing steel, the material of the film is copper, copper alloy, aluminum
Aluminum alloy and the coefficient of thermal expansion is
Larger than ruaging steel, with a tensile strength of 20kg /
0.1 to 30 mm 2
It was formed to a thickness of μm. The means for providing this film is described in Japanese Patent Application No.
-70328 (JP-A-5-231967). [0005] Since the torque sensor is incorporated in a part of the flex spline connected to the output shaft of the harmonic reducer, it is not necessary to increase the length of the output shaft, and the output shaft can be made compact. In addition, by coating the film on a part of the outer circumference of the flexspline,
The torque output characteristics of the rotating shaft made of maraging steel can be greatly improved. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings showing an embodiment. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram in which a magnetostrictive torque sensor is incorporated in a flexspline. The film 3 is formed on the outer peripheral surface of the flexspline 43.
Are formed, and the coil 2 for torque detection is arranged via a gap. The flexspline 43 made of maraging steel was subjected to ultrasonic cleaning in the order of trichlene, pure water, and alcohol, and then set in various vacuum chambers (sputtering, ion plating, laser).
After evacuating to 5 × 10 −2 Torr or less, the flexspline 43 was heated to 300 to 600 ° C. to form copper, copper alloy, and aluminum alloy films of various thicknesses. Using this flexspline 43, a harmonic reduction gear 4 was constructed, and the torque output and characteristics were examined in combination with a motor and a load.
The results are shown in Tables 1 to 3. Table 1 shows copper as the film material
Table 2 shows aluminum alloy, Table 3 shows chromium
And sensors using aluminum respectively
This is the output voltage obtained . The output when no film is formed is 0.1V. [Table 1] [Table 2] [Table 3] As can be seen from Tables 1 to 3, it has a value larger than the thermal expansion coefficient of the rotating shaft 1 and has a tensile strength of 20 kg.
/ Mm 2 or more of copper, copper alloy and aluminum alloy films have a thickness of 0.1 to 30 μm and a formation temperature of 300 to 550.
It can be seen that the torque output in the range of ° C. is larger than that of the conventional method. On the other hand, films having a small coefficient of thermal expansion such as Cr and Al having a small tensile strength had a small output and had no effect (Table 3). It was confirmed that torque could be detected in the same way as when a torque sensor was incorporated in the output shaft. In the present embodiment, the structure is shown in which the motor is incorporated, but the size can be reduced similarly in combination with a hydraulic unit. As described above, according to the present invention, since the magnetostrictive torque sensor is provided on the flexspline of the harmonic reducer, there is no need to newly take up space for incorporating the torque sensor on the output shaft. This has the effect of reducing the size of the harmonic reduction gear. As a result, it can greatly contribute to downsizing of a robot or the like.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフレクスプラインに磁歪式トルクセン
サを組み込んだ構成図
【図2】磁歪式トルクセンサの構成図
【図3】従来のトルクセンサを内蔵したモータ付き調和
減速機の構成図
【図4】調和減速機の構造を示す図
【符号の説明】
1 回転軸
2 コイル
3 膜
4 調和減速機BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a flexspline of the present invention in which a magnetostrictive torque sensor is incorporated. FIG. 2 is a configuration diagram of a magnetostrictive torque sensor. FIG. conditioner <br/> reducer configuration Figure 4 description of the code is a diagram showing a structure of a conditioner reducer 1 rotating shaft 2 coil 3 film 4 conditioner reducer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−138771(JP,A) 特開 平2−262028(JP,A) 特開 昭63−252487(JP,A) 特開 昭63−182535(JP,A) 特開 昭59−164931(JP,A) 特開 昭63−297545(JP,A) 特開 平1−225182(JP,A) 特開 平3−231127(JP,A) 実開 昭61−22953(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16H 1/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-187771 (JP, A) JP-A-2-262828 (JP, A) JP-A-63-252487 (JP, A) JP-A-63-252 182535 (JP, A) JP-A-59-164931 (JP, A) JP-A-63-297545 (JP, A) JP-A-1-225182 (JP, A) JP-A-3-231127 (JP, A) 61-22953 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F16H 1/32
Claims (1)
インおよびフレクスプラインからなり、前記フレクスプ
ラインはトルクが作用する被測定部に真空技術により膜
を形成し、その周囲に一定の空隙を設けてコイルを配置
し、前記フレクスプラインにかかるトルクを前記被測定
部の磁気特性の変化に基づくインピーダンスの変化とし
て検出するセンサを備えた調和減速機において、 前記フレクスプラインをマルエージング鋼で構成し、前
記膜の材質を銅、銅合金、アルミニウム合金のいずれか
とし、かつ、熱膨張係数が前記マルエージング鋼より大
きく、引っ張り強さが20kg/mm 2 以上の特性を有
している材料とし、0.1〜30μmの膜厚に形成した
ことを特徴とする調和減速機。 (57) [Claims] [Claim 1] Wave generator, circular plug
And the flexspline
The line is filmed by vacuum technology on the part to be measured where torque acts.
Is formed, and a coil is arranged with a certain space around it
And the torque applied to the flexspline is measured
Change in impedance based on the change in magnetic properties of the part
In a harmonic reduction gear provided with a sensor for detecting the flex spline, the flex spline is made of maraging steel.
The material of the film is copper, copper alloy or aluminum alloy
And the thermal expansion coefficient is larger than that of the maraging steel.
Listen, tensile strength is have a 20kg / mm 2 or more properties
And formed to a thickness of 0.1 to 30 μm.
A harmonic reduction gear characterized by the above.
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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- 1992-03-16 JP JP09168792A patent/JP3440951B2/en not_active Expired - Fee Related
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