JP2023018918A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出環境下の温度の影響を低減し、適正な状態量の検出を行う。【解決手段】所定の状態量を検出するセンサ装置６０であって、第１検出と当該第１検出よりも発生する状態量が小さい第２検出とを行い、第２検出の検出値に基づいて、第１検出の検出値を補正する補正部６１を有する。状態量が小さい第２検出の検出値は、環境温度の影響が小さいので、例えば、補正部６１は、第１検出で取得した検出値を第２検出で取得した検出値に基づいて補正し、状態量の適正化を図る。【選択図】図２

Description

本発明は、センサ装置に関する。

対象装置の状態量を検出するセンサ装置として、例えば、歪みゲージを用いて撓み噛合い式歯車装置の内歯歯車の歪みを検出する装置が挙げられる（例えば特許文献１を参照）。

実開平０７－２０５３７号公報

しかしながら、従来は、外乱の対策について改善の余地があった。

本発明は、外乱の影響を低減し、適正な状態量の検出を行うことを目的とする。

本発明は、
所定の状態量を検出するセンサ装置であって、
第１検出と当該第１検出よりも発生する状態量が小さい第２検出とを行い、
前記第２検出の検出値に基づいて、第１検出の検出値を補正する補正部を有するセンサ装置である。

本発明によれば、外乱の影響を低減し、適正な状態量の検出を行うことが可能となる。

本発明の実施形態１に係るセンサ装置が適用された撓み噛合い式歯車装置を示す軸方向断面図である。 第１内歯部材の斜視図である。 図３（Ａ）は非対角配置の二つの歪みゲージが組み込まれたホイートストンブリッジ回路の回路図、図３（Ｂ）はその等価回路図を示す。 実施形態２に係るセンサ装置を適用した撓み噛合い式歯車装置の第１内歯部材を示す正面図である。 実施形態３に係るセンサ装置が適用された撓み噛合い式歯車装置の第１内歯部材の他の例を示す斜視図である。 図５の第１内歯部材の軸方向断面図である。 実施形態４に係るセンサ装置が適用された撓み噛合い式歯車装置の第１内歯部材を示す正面図である。 実施形態５に係るセンサ装置が適用された撓み噛合い式歯車装置の第１内歯部材の正面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

［実施形態１］
この実施形態１では、撓み噛合い式歯車装置１（回転装置）を状態量を検出する対象である対象装置として、歪みゲージ４１６（検出部）を用いて、撓み噛合い式歯車装置１の歪み（状態量）の検出を行うセンサ装置６０（図２参照）を例示する。なお、センサ装置６０によって検出される歪みは、撓み噛合い式歯車装置１のトルク検出に利用される。

［撓み噛合い式歯車装置］
図１は、本発明の実施形態１に係るセンサ装置６０が適用された撓み噛合い式歯車装置１を示す軸方向断面図である。
なお、以下の説明では、後述する回転軸Ｏ１に平行な方向を軸方向、回転軸Ｏ１を中心とする円周に沿った方向を周方向、回転軸Ｏ１を中心とする円周の半径に沿った方向を径方向という。

撓み噛合い式歯車装置１は、例えば、減速装置である。撓み噛合い式歯車装置１の用途は特に限定されることなく、様々な用途に適用でき、例えば人と協働で作業を行う協働ロボットの関節を駆動するのに用いられる。この撓み噛合い式歯車装置１は、起振体軸３０、起振体軸受３１、第１外歯部３２（外歯歯車）、第２外歯部３３（外歯歯車）、第１内歯部４１１、第２内歯部４２１、ケーシング４３、第１カバー４４、第２カバー４５、第３カバー４９、軸受４６、４７、主軸受４８及びストッパーリング５１、５２を備える。

起振体軸３０は、回転軸Ｏ１を中心に回転する中空筒状の軸であり、回転軸Ｏ１に垂直な断面（軸直角断面）の外形が非円形（例えば楕円状）の起振体３０Ａと、起振体３０Ａの軸方向の両側に設けられた軸部３０Ｂ、３０Ｃとを有する。楕円状は、幾何学的に厳密な楕円である必要はなく、略楕円を含む。軸部３０Ｂ、３０Ｃは、回転軸Ｏ１に垂直な断面の外形が円形の軸である。なお、起振体軸３０は、中実軸であってもよい。

第１内歯部４１１は、剛性を有する内歯歯車としての第１内歯部材４１の内周の一部に歯が設けられて構成される。
第２内歯部４２１は、剛性を有する第２内歯部材４２の内周の一部に歯が設けられて構成される。

第１外歯部３２と第２外歯部３３とは、可撓性を有する一つの金属製の円筒状の基部３４の外周において、軸方向の一方と他方とに並んで一体的に設けられている。これら第１外歯部３２、第２外歯部３３及び基部３４は、外歯歯車を構成している。
そして、第１外歯部３２は、第１内歯部４１１と噛合し、第２外歯部３３は、第２内歯部４２１と噛合している。

起振体軸受３１は、例えばコロ軸受であり、起振体３０Ａと第１外歯部３２及び第２外歯部３３が形成された基部３４との間に配置される。起振体３０Ａと第１外歯部３２及び第２外歯部３３とは、起振体軸受３１を介して相対的に回転可能にされる。
起振体軸受３１は、基部３４の内側に嵌入される外輪３１ａと、複数の転動体（コロ）３１ｂと、複数の転動体３１ｂを保持する保持器３１ｃとを有する。
複数の転動体３１ｂは、第１外歯部３２及び第１内歯部４１１の径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第１群の転動体３１ｂと、第２外歯部３３及び第２内歯部４２１の径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第２群の転動体３１ｂとを有する。これらの転動体３１ｂは、起振体３０Ａの外周面と外輪３１ａの内周面とを転走面として転動する。起振体軸受３１は、起振体３０Ａとは別体の内輪を有してもよい。また、起振体軸受３１は、外輪３１ａをなくして、基部３４の内周面を外輪側転走面としてもよい。転動体の種類も特に限定されるものではなく、例えば玉でもよい。また、転動体の列数も２つに限定されるものではなく、１列でもよいし、３列以上でもよい。

ストッパーリング５１、５２は、第１外歯部３２及び第２外歯部３３と起振体軸受３１との軸方向の両側に配置され、第１外歯部３２及び第２外歯部３３と起振体軸受３１の軸方向の移動を規制する。

ケーシング４３は、第２内歯部材４２の外周側を覆う。ケーシング４３の内周部には、主軸受４８の外輪部が形成されており、主軸受４８を介して第２内歯部材４２を回転自在に支持している。ケーシング４３は、例えば、ボルトのような連結部材を介して第１内歯部材４１と連結される。

主軸受４８は、例えば、クロスローラ軸受であり、第２内歯部材４２と一体化された内輪部とケーシング４３と一体化された外輪部との間に配置される複数の転動体とを有する。なお、主軸受４８は、その種類が特に限定されるものではなく、例えば第２内歯部材４２とケーシング４３との間で、軸方向に離間した複数の軸受（アンギュラ玉軸受、テーパ軸受等）から構成されてもよいし、４点接触ボール軸受であってもよい。また、主軸受４８は、第２内歯部材４２やケーシング４３とは別に専用の内輪、外輪を有していてもよい。
また、ケーシング４３と第２内歯部材４２との間であって、主軸受４８よりも出力側には、オイルシール５４１が設けられ、軸方向外側（出力側）への潤滑剤の流出を抑制する。

第１カバー４４は、例えば、図示しないボルト等の連結部材を介して第３カバー４９と連結され、さらに、第３カバー４９は、例えば、図示しないボルト等の連結部材を介して第１内歯部材４１及びケーシング４３と連結されている。
そして、第１カバー４４は、第１外歯部３２と第１内歯部４１１とを軸方向の反出力側から覆う。第１カバー４４、第３カバー４９、第１内歯部材４１及びケーシング４３は、直接または間接的に外部部材（例えば、協働ロボットの基端側アーム部材）に連結される。

なお、外部部材（相手部材ともいう。例えば、撓み噛合い式歯車装置１を部品として組み込む本体装置の相互に動力伝達が行われる一方の部材等）と連結されて減速された運動を外部部材に出力する側を出力側と呼び、軸方向における出力側とは反対側を反出力側と呼ぶ。第１カバー４４と起振体軸３０の軸部３０Ｂとの間には軸受４６が配置され、起振体軸３０は、回転自在に第１カバー４４に支持される。なお、軸受４６は、玉軸受を例示しているが他のラジアル軸受を使用しても良い。
また、第１カバー４４と起振体軸３０の軸部３０Ｂとの間であって、軸受４６よりも反出力側には、オイルシール５４２が設けられ、軸方向外側（反出力側）への潤滑剤の流出を抑制する。

第２カバー４５は、例えば、ボルト等の連結部材５３３を介して第２内歯部材４２と連結され、第２外歯部３３と第２内歯部４２１とを軸方向の出力側から覆う。第２カバー４５及び第２内歯部材４２は、減速された運動を出力する外部部材（例えば、協働ロボットの先端側アーム部材）に連結される（この外部部材は、第１内歯部材４１等が連結される外部部材に対して相対回転する部材）。
第２カバー４５と起振体軸３０の軸部３０Ｃとの間には軸受４７が配置され、起振体軸３０は、回転自在に第２カバー４５に支持される。なお、軸受４７は、玉軸受を例示しているが他のラジアル軸受を使用しても良い。
また、第２カバー４５と起振体軸３０の軸部３０Ｃとの間であって、軸受４７よりも出力側には、オイルシール５４３が設けられ、軸方向外側（出力側）への潤滑剤の流出を抑制する。なお、第２カバー４５は、第２内歯部材４２と一体的に形成されてもよい。

さらに、第１内歯部材４１とケーシング４３との間にはシール用のＯリング５５１が介挿されている。
同様に、第１内歯部材４１と第３カバー４９との間にはシール用のＯリング５５４が介挿され、第３カバー４９と第１カバー４４との間にはシール用のＯリング５５２が介挿され、第２内歯部材４２と第２カバー４５との間にはシール用のＯリング５５３が介挿されている。
従って、撓み噛合い式歯車装置１の内部空間（第１外歯部３２と第１内歯部４１１の噛合い部、第２外歯部３３と第２内歯部４２１の噛合い部、主軸受４８、軸受４６，４７、起振体軸受３１等の存在する空間）は、潤滑剤が封入される潤滑剤封入空間とされ、オイルシール５４１～５４３やＯリング５５１～５５４によって密封されている。

図２は第１内歯部材４１の斜視図である。図示のように、第１内歯部材４１は、内周に第１内歯部４１１の内歯が形成された内歯リング部４１２と、ケーシング４３及び第３カバー４９と共に外部部材に連結される外部連結部４１３と、径方向における内歯リング部４１２と外部連結部４１３との間に設けられ、第１内歯部材４１にトルクが作用したときに内歯リング部４１２よりも変形しやすい（変形量が大きい）構成とされた変形容易部４１４とを備えている。

内歯リング部４１２は、リング状であってその内周面に前述した第１内歯部４１１（内歯）が形成されている。
外部連結部４１３は、リング状であって第１内歯部材４１の最外周に位置し、周方向に一定間隔で外部部材に対する複数の取付穴が軸方向に貫通形成されている。なお、外部連結部４１３は、直接、外部部材に連結されてもよいし、第１カバー４４や第３カバー４９を介して外部部材に連結されてよい。

変形容易部４１４は、内歯リング部４１２と外部連結部４１３との間に周方向に間欠的に設けられた複数の柱部材４１５により構成されている。
柱部材４１５は、内歯リング部４１２の外周から径方向外側に向かって延出され、外部連結部４１３の内周に連結されている。なお、ここでは、変形容易部４１４、内歯リング部４１２及び外部連結部４１３は、同一材料（例えば、金属材料、樹脂材料等）により一体的に形成されている場合を例示する。
また、柱部材４１５は、周方向について一定の間隔で四つ設けられている場合を例示する。つまり、第１内歯部材４１の互いに直交する二つの直径方向のそれぞれの両端部に柱部材４１５が配置されている。
各柱部材４１５の周方向の間隔は、均一であることが好ましいが、必須ではない。また、柱部材４１５の個数も増減可能である。

外部連結部４１３及び柱部材４１５は、軸方向の幅（厚み）が等しく、内歯リング部４１２よりも軸方向の幅が小さくなっている。なお、柱部材４１５は、外部連結部４１３と軸方向の幅が異なってもよく、例えばトルク伝達の機能確保のための強度が十分であれば、外部連結部４１３よりも軸方向の幅を小さくしても良い。また、柱部材４１５は、歪みゲージ４１６を収める凹部を有してもよい。
なお、外部連結部４１３の径方向内側における出力側の平面には、周方向全周に渡って、出力側に凸となる凸条４１３ａが形成されており、ケーシング４３の反出力側の凹部に嵌入（インロー嵌合）されている。

［減速動作］
図示略のモータ等から回転運動が入力され、起振体軸３０が回転すると、起振体３０Ａの運動が第１外歯部３２及び第２外歯部３３に伝わる。このとき、第１外歯部３２及び第２外歯部３３は、起振体３０Ａの外周面に沿った形状に規制され、軸方向から見て、長軸部分と短軸部分とを有する楕円形状に撓んでいる。さらに、第１外歯部３２は、固定された第１内歯部材４１の第１内歯部４１１と長軸部分で噛合っている。このため、第１外歯部３２及び第２外歯部３３は、起振体３０Ａと同じ回転速度で回転することはなく、第１外歯部３２及び第２外歯部３３の内側で起振体３０Ａが相対的に回転する。そして、この相対的な回転に伴って、第１外歯部３２及び第２外歯部３３は長軸位置と短軸位置とが周方向に移動するように撓み変形する。この変形の周期は、起振体軸３０の回転周期に比例する。

第１外歯部３２及び第２外歯部３３が撓み変形する際、その長軸位置が移動することで、第１外歯部３２と第１内歯部４１１との噛合う位置が回転方向に変化する。ここで、第１外歯部３２の歯数が１００で、第１内歯部４１１の歯数が１０２だとすると、噛合う位置が一周するごとに、第１外歯部３２と第１内歯部４１１との噛合う歯がずれていき、これにより第１外歯部３２が回転（自転）する。上記の歯数であれば、起振体軸３０の回転運動は減速比１００：２で減速されて第１外歯部３２に伝達される。

一方、第１外歯部３２と基部３４を共通とする第２外歯部３３は、第２内歯部４２１と噛合っているため、起振体軸３０の回転によって第２外歯部３３と第２内歯部４２１との噛合う位置も回転方向に変化する。一方、第２内歯部４２１の歯数と第２外歯部３３の歯数とは一致しているため、第２外歯部３３と第２内歯部４２１とは相対的に回転せず、第２外歯部３３の回転運動が減速比１：１で第２内歯部４２１へ伝達される。これらによって、起振体軸３０の回転運動が減速比１００：２で減速されて、第２内歯部材４２及び第２カバー４５へ伝達される。そして、この減速された回転運動が外部部材に出力される。

［センサ装置］
センサ装置６０は、図２に示すように、第１内歯部材４１の各柱部材４１５に設けられた検出部としての歪みゲージ４１６－１～４１６－４と、各歪みゲージ４１６－１～４１６－４と接続された測定装置４１７とを有する。
上記各歪みゲージ４１６－１～４１６－４は、いずれも、構造、特性、性能等が同一の歪みゲージであり、これらを区別することなく共通する説明を行う場合には「歪みゲージ４１６」と総称的に記載する。

歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－３とは、直径方向の両端部に位置する二つの柱部材４１５の一方と他方とにそれぞれに設けられ、歪みゲージ４１６－２と歪みゲージ４１６－４とは、上記直径方向に直交する他の直径方向の両端部に位置する二つの柱部材４１５の一方と他方とにそれぞれに設けられている。
なお、以下の説明では、直径方向の両端部に位置する二つの歪みゲージ４１６－１と４１６－３の配置及び他の直径方向の両端部に位置する二つの歪みゲージ４１６－２と歪みゲージ４１６－４の配置を「対角配置」といい、「対角配置」とならない二つの歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－２、二つの歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－４、二つの歪みゲージ４１６－３と歪みゲージ４１６－２、二つの歪みゲージ４１６－３と歪みゲージ４１６－４の配置を「非対角配置」というものとする。

また、撓み噛合い式歯車装置１の回転動作において、歪みゲージ４１６が起振体３０Ａの「長軸側」にあるという場合には、起振体３０Ａの長軸を中心として周方向の両側について既定の角度範囲内にあることを示す。また、歪みゲージ４１６が起振体３０Ａの短軸よりも長軸に近い場合を、「長軸側」にあるということもできる。
また、歪みゲージ４１６が起振体３０Ａの「短軸側」にあるという場合には、長軸側にある場合よりも短軸に近い場合（長軸側以外にある場合）を示し、さらには、起振体３０Ａの短軸を中心として周方向の両側について既定の角度範囲内にあることを示すものとしてもよい。
「長軸側」又は「短軸側」における既定の角度は、例えば、長軸又は短軸を中心に両方向にそれぞれに45°の範囲内を例示するが、より狭く設定してもよい。

歪みゲージ４１６は、柱部材４１５における径方向の伸縮の歪みを検出する方向で当該柱部材４１５に取り付けられている場合を例示する。
なお、歪みゲージ４１６が検出する歪みの方向は、径方向に限定されるものではなく、周方向や軸方向或いはこれらを合成した斜め方向であってもよい。
変形容易部４１４（柱部材４１５）は、第１内歯部材４１にトルクが作用したときに（具体的には、外部連結部４１３が外部部材に連結された状態で、第１内歯部４１１が噛合い反力を受けることで、第１内歯部材４１にトルクが作用したときに）、内歯リング部４１２よりも大きく変形する。その結果、柱部材４１５に生じる径方向の伸縮歪みも大きくなる。この柱部材４１５の歪みにはトルクとの相関があるため、歪みを歪みゲージ４１６で検出することにより、トルクを取得することができる。

各歪みゲージ４１６は、測定装置４１７に接続されている。なお、図２では一つの歪みゲージ４１６のみが接続されている状態を図示しているが実際は全ての歪みゲージ４１６が測定装置４１７に接続されている。
歪みゲージ４１６は、歪みに応じて抵抗値が変化する特性を有するので、測定装置４１７は、各歪みゲージ４１６の抵抗値を示す検出信号（例えば、電圧信号）を受信して歪みを取得することができる。
撓み噛合い式歯車装置１は、回転を行う略楕円状の起振体３０Ａの長軸側となる柱部材４１５が最も収縮を生じる。測定装置４１７は、起振体３０Ａの回転角度を検出する回転検出装置（図示略）を備えており、それぞれの柱部材４１５が起振体３０Ａの長軸側となる回転角度を検出するタイミングで各歪みゲージ４１６からの歪み検出信号を取得する。
また、測定装置４１７は、起振体３０Ａの長軸側に位置する歪みゲージ４１６の歪み検出信号が示す検出値とトルク値とを対応付けたデータテーブルを保有しており、データテーブルを参照してトルク値を取得することができる。なお、測定装置４１７は、データテーブルを利用せず、各歪みゲージ４１６の検出値からトルク値を演算により取得してもよい。

測定装置４１７は、各歪みゲージ４１６が起振体３０Ａの回転角度に応じて個別に第１検出と当該第１検出よりも発生する歪み量が小さい第２検出とを行うので、各歪みゲージ４１６が第１検出を行う際に他の歪みゲージ４１６が行う第２検出の検出値に基づいて第１検出の検出値の外乱（環境温度）による変動に対する補正（温度補償）を実行する。
ここで、第２検出を行う他の歪みゲージ４１６は、歪み（状態量）の発生量が第１検出を行う歪みゲージ４１６よりも小さく、環境温度が第１検出を行う歪みゲージ４１６とほぼ等しくなる配置又は検出タイミングとなるものが好ましい。
この実施形態１では、上記第２検出を行う歪みゲージ４１６の好適な条件を、第１検出を行う歪みゲージ４１６に対する配置によって実現する例を説明する。

図３（Ａ）は、非対角配置の二つの歪みゲージ４１６が組み込まれたホイートストンブリッジ回路６１の回路図、図３（Ｂ）はその等価回路図である。

ホイートストンブリッジ回路６１は、第１～第４経路６１１～６１４を有する。そして、第１経路６１１の一端部と第３経路６１３の一端部とがいずれも電圧供給源の正極側に接続されている。また、第２経路６１２の一端部と第４経路６１４の一端部とがいずれも電圧供給源の負極側（アース側）に接続されている。
さらに、ホイートストンブリッジ回路６１は、第１経路６１１の他端部と第２経路６１２の他端部とが連結された連結点と、第３経路６１３の他端部と第４経路６１４の他端部とが連結され連結点とを有し、測定装置４１７は、二つの連結点の間の電位差を歪み検出信号として検出する。

測定装置４１７は、非対角配置となる二つの歪みゲージ４１６を組み込んだホイートストンブリッジ回路６１を二組備えている。
本実施形態では、例えば、一方のホイートストンブリッジ回路６１には、歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－２とが組み込まれ、もう一方のホイートストンブリッジ回路６１には、歪みゲージ４１６－３と歪みゲージ４１６－４とが組み込まれている。なお、二つの歪みゲージ４１６は、非対角配置となる他の組み合わせでもよい。

図３（Ａ）では歪みゲージ４１６－１，４１６－２の組み合わせからなるホイートストンブリッジ回路６１を図示し、これらの組み合わせからなるホイートストンブリッジ回路６１について説明し、もう一方のホイートストンブリッジ回路６１については、説明を省略する。
もう一方のホイートストンブリッジ回路６１は、以下の説明における歪みゲージ４１６－１と４１６－２とをそれぞれ歪みゲージ４１６－３と４１６－４とに置き換えればよい。

上記ホイートストンブリッジ回路６１において、第１経路６１１には歪みゲージ４１６－１が設けられ、第２経路６１２には歪みゲージ４１６－２が設けられ、第３経路６１３と第４経路６１４には、それぞれ抵抗器Ｒ１，Ｒ２が設けられている。
抵抗器Ｒ１，Ｒ２は、いずれも、常温下（例えば、20[℃]）で歪みが生じていない状態の歪みゲージ４１６の抵抗値と等しい。

図３（Ｂ）の等価回路図に示すように、ホイートストンブリッジ回路６１は、直列接続された歪みゲージ４１６－１及び歪みゲージ４１６－２と、直列接続された抵抗器Ｒ１及び抵抗器Ｒ２とが電圧供給源の正極側と負極側の間で並列接続されている。
そして、測定装置４１７は、歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－２との間と抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との間の二点間の電位差を出力電圧ｅ（歪み検出信号）として取得する。
電圧供給源からの供給電圧をＥ、歪みゲージ４１６－１、歪みゲージ４１６－２、抵抗器Ｒ１、抵抗器Ｒ２のそれぞれの抵抗値をε１～ε４とした場合、出力電圧ｅは次式(1)となる。
ｅ＝（Ｋ／４）・（ε１－ε２－ε３＋ε４）・Ｅ …(1)
なお、Ｋは、ゲージ率であり、通常は約2.0とされる。

ε３＝ε４なので、出力電圧ｅは次式(2)となり、歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－２の抵抗値（出力）の差に比例した値となる。
ｅ＝（Ｋ／４）・（ε１－ε２）・Ｅ …(2)

歪みゲージ４１６は、歪みに応じた抵抗値の特性が環境温度によって変動を生じるので、正しく歪みを検出するためには、検出時の環境温度に応じた温度補償を行う必要がある。

前述したように、撓み噛合い式歯車装置１は、主に、第１内歯部４１１と第１外歯部３２、第２内歯部４２１と第２外歯部３３の噛み合い部分から熱が生じ、第１内歯部材４１では、内歯リング部４１２から外部連結部４１３に熱が伝わる。その際、これらの間に存在する複数の柱部材４１５は、いずれも等しい条件で熱が伝わるので、各歪みゲージ４１６－１～４１６－４は、各柱部材４１５は、常に、ほぼ等しい環境温度となっている。

そして、歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－２とは、非対角配置であるため、例えば、一方の歪みゲージ４１６－１が回転する起振体３０Ａの長軸側となるときに、他方の歪みゲージ４１６－２は、起振体３０Ａの短軸側となる。このため、歪みゲージ４１６－１が設けられた柱部材４１５に比べて歪みゲージ４１６－２が設けられた柱部材４１５の歪み量は、十分に小さくなる。例えば、歪みゲージ４１６－２は、殆ど歪みが生じていない状態である。

つまり、一方の歪みゲージ４１６－１が起振体３０Ａの長軸側となって検出される歪み量（状態量）が大きくなる第１検出を行うタイミングで、他方の歪み量の歪みゲージ４１６－２は、短軸側となって検出される歪み量（状態量）が第１検出よりも十分に小さくなる第２検出を行う。
上記第１検出によって歪みゲージ４１６－１から得られる検出値は、柱部材４１５に生じた歪み量に応じた値に、その時の環境温度による変動値が加えられた値である。一方、同じタイミングで第２検出によって歪みゲージ４１６－２から得られる検出量は、柱部材４１５の歪み量が十分に小さいので、専ら、その時の環境温度による変動値のみとなる。

前述したように、ホイートストンブリッジ回路６１は、歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－２の抵抗値（出力）の差に比例した出力電圧ｅを出力する。従って、歪みゲージ４１６－１が長軸側にあるときに検出される出力電圧ｅは、歪みゲージ４１６－１の柱部材４１５に生じた歪み量に応じた値から環境温度による変動値を減じた値（温度補償を行った検出値）となる。

なお、歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－２とは非対角配置であるため、歪みゲージ４１６－２が長軸側に位置して第１検出を行う場合には、歪みゲージ４１６－１は短軸側となって第２検出を行うことから、歪みゲージ４１６－２の検出値の温度補償も行うことができる。
また、歪みゲージ４１６－３と歪みゲージ４１６－４についても、同じホイートストンブリッジ回路６１を構成するので、これらについても温度補償を行いつつ、歪み検出を行うことができる。

［実施形態１の技術的効果］
上記センサ装置６０は、各歪みゲージ４１６の柱部材４１５における歪み量が大きくなるときの第１検出に基づく検出値と当該第１検出よりも歪みが小さくなる第２検出に基づく検出値とを取得し、第２検出の検出値に基づいて、第１検出の検出値を補正するホイートストンブリッジ回路６１を有するので、歪みの検出時の外乱となる温度ドリフトの影響を抑制し、より精度良く歪み検出を行うことが可能となる。また、歪みをより精度良く検出することで、撓み噛合い式歯車装置１のトルクもより精度良く検出することが可能となる。

また、センサ装置６０のホイートストンブリッジ回路６１において、第１検出と第２検出とを別々の歪みゲージ４１６（例えば、図３（Ａ）の例では、歪みゲージ４１６－１と歪みゲージ４１６－２）により行っている。
このため、第１検出と第２検出とを同時的に実行できるため、測定処理全体の時間短縮化を図ることが可能となる。

また、センサ装置６０は、複数の歪みゲージ４１６のそれぞれが撓み噛合い式歯車装置１の回転動作に伴って第１検出および第２検出を順に行うことを利用して、第１検出を行う歪みゲージ４１６（例えば、４１６－１）で歪み検出を行い、同じタイミングで第２検出を行う歪みゲージ４１６（例えば、４１６－２）の検出に基づいて補正を行っている。
このため、補正を行うための専用の歪みゲージ（温度補償用の歪みゲージ）を用意しないで温度補償を伴う歪み検出を行うことが可能となり、必要となる歪みゲージ４１６の個体数を低減することが可能となる。
また、温度補償用の歪みゲージを設置するスペースを確保する必要がなくなり、さらには、これにより対象装置の小型化を図ることが可能となる。

また、対象装置としての撓み噛合い式歯車装置１は、回転動作を行う回転装置であり、センサ装置６０は、撓み噛合い式歯車装置１の回転動作に伴って、第１検出と第２検出とを行うので、回転動作中は連続的に温度補償を伴う歪み検出を行うことが可能となる。
特に、対象装置は、撓み噛合い式歯車装置１であるため、起振体３０Ａの長軸位置が回転するため、その周囲に複数の歪みゲージ４１６を配置することにより、回転動作に伴い周期的かつ連続的に温度補償を伴う歪み検出を行うことが可能となる。

なお、補正部としてホイートストンブリッジ回路６１を例示したが、ホイートストンブリッジ回路に限らず、第１検出を行う歪みゲージ４１６の歪み検出信号の検出値に対して第２検出を行う歪みゲージ４１６の歪み検出信号の検出値で減算等の補正を行うことが可能な他の回路等の構成を補正部としてもよい。

［実施形態２］
図４は本発明の実施形態２に係るセンサ装置が適用された撓み噛合い式歯車装置１の第１内歯部材４１Ｄを示す正面図である。
前述した実施形態１では、四つの歪みゲージ４１６を周方向に均一間隔で設けた構成を例示したが、歪みゲージ４１６の個体数は上記に限定されず、また、奇数個であってもよい。
例えば、図４に示すように、柱部材４１５を七本設け、各柱部材４１５に歪みゲージ４１６－１～４１６－７を個別に設けてもよい。

上記配置の場合、例えば、歪みゲージ４１６－１が起振体３０Ａの長軸側に位置した状態では、歪みゲージ４１６－１と非対角配置となる歪みゲージ４１６－２，４１６－３，４１６－６，４１６－７が短軸側となる。即ち、歪みゲージ４１６－１が長軸側に位置して大きな歪み量を検出する際に、歪みゲージ４１６－２，４１６－３，４１６－６，４１６－７は短軸側となって検出する歪み量は十分に小さくなる。従って、歪みゲージ４１６－１により第１検出の検出値を取得する際には、上記歪みゲージ４１６－２，４１６－３，４１６－６，４１６－７のいずれかから第２検出による検出値を取得することが好ましい。

例えば、各歪みゲージ４１６について上記非対角配置となる他の歪みゲージ４１６とのホイートストンブリッジ回路６１を構成することで、第１内歯部材４１Ｄのように歪みゲージ４１６の搭載数の異なる場合も第１内歯部材４１と同様の歪み検出を行うことが可能である。

なお、実施形態２の場合も、ホイートストンブリッジ回路ではなく、第１検出を行う歪みゲージ４１６の歪み検出信号の検出値に対して第２検出を行う歪みゲージ４１６の歪み検出信号の検出値で減算等の補正を行うことが可能な他の回路等の構成を補正部としてもよい。

［実施形態３］
図５は本発明の実施形態３に係るセンサ装置が適用された撓み噛合い式歯車装置１の第１内歯部材４１Ｅの射視図である。
前述した第１内歯部材４１は、変形容易部４１４が、周方向に間欠的な四つの柱部材４１５で構成されているがこれに限定されない。
この第１内歯部材４１Ｅのように、変形容易部４１４Ｅが、内歯リング部４１２と外部連結部４１３との間で周方向に連続したリング状の平板から形成されている。
但し、図６の軸方向断面図に示すように、この変形容易部４１４Ｅの軸方向の厚さｄ３が、内歯リング部４１２の軸方向の厚さｄ１及びと外部連結部４１３の軸方向の厚さｄ２のいずれよりも小さく設定されている。

そして、複数の歪みゲージ４１６が、周方向に均一間隔で変形容易部４１４Ｅのいずれかの平面上に取り付けられている。ここでは、歪みゲージ４１６を四つ設ける場合を例示する。なお、歪みゲージ４１６は、四つに限定されず増減可能である。
各歪みゲージ４１６は、径方向に沿って伸縮歪みを検出する方向に取り付けられている。

このように、第１内歯部材４１Ｅでは、変形容易部４１４Ｅを周方向に連続した平板状としており、その軸方向厚さｄ３が、内歯リング部４１２の軸方向の厚さｄ１及びと外部連結部４１３の軸方向の厚さｄ２よりも小さく設定されている。このため、変形容易部４１４Ｅは、撓み噛合い式歯車装置のトルク伝達時において、内歯リング部４１２よりも変形し易く、その結果径方向に沿って伸縮歪みも生じやすく、変形容易部４１４と同様に、より精度の高い良好なトルク検出を行うことが可能である。なお、変形容易部４１４Ｅの軸方向厚さｄ３は、少なくとも内歯リング部４１２の軸方向厚さｄ１よりも小さければよく、外部連結部４１３の軸方向厚さｄ２と同じかｄ２より大きくてもよい。

なお、変形容易部４１４Ｅは、厚さを薄くすることで変形を容易としているが、厚さではなく、変形容易部４１４Ｅを他の部分（内歯リング部４１２、外部連結部４１３）よりも軟質な金属材料、より軟質な樹脂材料で形成してもよい。

さらに、実施形態１～３では、第１内歯部材４１，４１Ｄ，４１Ｅに変形容易部４１４，４１４Ｅを設けているが、これらは必須ではない。
変形容易部を有さない第１内歯部材に対して、撓み噛合い式歯車装置１の回転動作により歪みが発生し、同様に温度が伝達される複数個所に複数の歪みゲージ４１６を設けてもよい。

［実施形態４］
図７は本発明の実施形態４に係るセンサ装置が適用された撓み噛合い式歯車装置１の第１内歯部材４１Ｆを示す正面図である。
前述した第１内歯部材４１に設けられたセンサ装置６０は、周方向に均一間隔で設けられた各歪みゲージ４１６がそれぞれ起振体３０Ａの長軸側に位置するときに第１検出を行い、同タイミングで短軸側に位置する非対角配置の他の歪みゲージ４１６が第２検出を行う構成としている。
即ち、第１内歯部材４１に設けられた全ての歪みゲージ４１６が第１検出と第２検出とを行う構成となっており、第２検出のみを専用に行う歪みゲージは設けられていない。

これに対して、実施形態４に係るセンサ装置は、第１検出（状態量の検出）を行わないで第２検出のみを行う専用の歪みゲージ４１６ａを備えている。上記歪みゲージ４１６ａは、構造、特性、性能等が歪みゲージ４１６と同一の歪みゲージである。
第１内歯部材４１Ｆは、柱部材４１５と同様に内歯リング部４１２の外周から半径方向外側に延出され、その延出端部が外部連結部４１３には接触しない柱部材４１５ａを有し、当該柱部材４１５ａに上記の歪みゲージ４１６ａが設けられている。
柱部材４１５ａは、柱部材４１５と同一材料であって幅や厚さも等しく設定されており、これによって、柱部材４１５と同程度に温度伝達が行われる。一方、柱部材４１５ａは、外部連結部４１３に接触しないので、撓み噛合い式歯車装置１の回転動作の際には、起振体３０Ａの長軸側に位置する場合であっても歪みが発生しない構造となっている。

上記歪みゲージ４１６ａを柱部材４１５ａに取り付けることにより、当該歪みゲージ４１６ａは、他の歪みゲージ４１６とほぼ等しい環境温度で撓み噛合い式歯車装置１の回転動作により歪み変化の影響をほぼ排除した状態で第２検出を行うことを可能としている。

そして、実施形態４に係るセンサ装置は、撓み噛合い式歯車装置１の回転動作時において、起振体３０Ａの長軸側に位置した歪みゲージ４１６の第１検出による歪み検出信号の検出値から歪みゲージ４１６ａの第２検出による歪み検出信号の検出値を減算することで温度補償を行い、適正な歪みを検出することができる。

この場合、各歪みゲージ４１６の第１検出のタイミングでホイートストンブリッジ接続が行われるように歪みゲージ４１６ａの切り替え接続を行い、各歪みゲージ４１６ごとにホイートストンブリッジ回路６１を構成する。
また、あるいは、各歪みゲージ４１６の第１検出が行われると、その検出値に対して、歪みゲージ４１６ａの第２検出による検出値に基づいて補正処理（減算処理）を行うようにソフトウェア処理を行ってもよい。

［実施形態５］
図８は本発明の実施形態５に係るセンサ装置６０Ｇを適用した撓み噛合い式歯車装置１の第１内歯部材４１Ｇの正面図である。
前述したセンサ装置６０では、第１検出と第２検出とを別々の歪みゲージ４１６が行い、それぞれの歪み検出信号に基づく検出値から温度補償を伴う歪み検出を行っている。
これに対して、センサ装置６０Ｇでは、各歪みゲージ４１６が起振体３０Ａの長軸側に位置するときに第１検出を行い、起振体３０Ａが回転して短軸側に位置するときに第２検出を行い、歪みゲージ４１６が行った第１検出に基づく歪み検出信号の検出値に対して同一の歪みゲージ４１６が行った第２検出に基づく歪み検出信号の検出値を減じて温度補償を行う。

このため、センサ装置６０Ｇは、歪み検出と温度補償とを同時的に行うホイートストンブリッジ回路６１を補正部として利用しない。
センサ装置６０Ｇは、各歪みゲージ４１６に接続された抵抗値を検出する複数の処理回路４１８と、各処理回路４１８に接続された補正部としての測定装置４１７Ｇとを有する。
そして、測定装置４１７Ｇは、各歪みゲージ４１６ごとに、第１検出時の歪み検出信号に基づく検出値と第２検出時の歪み検出信号に基づく検出値とを記憶する記憶部を備えている。さらに、測定装置４１７Ｇは、各歪みゲージ４１６ごとに、記憶部に直近の第１検出時の検出値と直近の第２検出時の検出値とが揃うと、各歪みゲージ４１６ごとに温度補償を行った歪みの検出値を算出する。

上記実施形態５に示すセンサ装置６０Ｇでは、各歪みゲージ４１６が第１検出と第２検出とをいずれかの順番で実行し、同一の歪みゲージ４１６によって取得された第１検出による検出値と第２検出による検出値とに基づいて各歪みゲージ４１６ごとに個別に温度補償を伴う歪み検出を行っている。
このため、第２検出を行うための専用の歪みゲージが不要となり、さらには、第１検出を行う歪みゲージ４１６と第２検出を行う他の歪みゲージ４１６とを対で用意する必要がなく、構成の簡易化、製造容易、部品点数の低減等を図ることが可能となる。
また、歪みゲージ４１６を複数設ける場合に、各歪みゲージ４１６の環境温度が等しくなる配置を選択する必要もなく、設計の自由度を確保することが可能となる。
また、上記構成であれば、歪みゲージ４１６を最少で一つのみにまで低減することが可能である。

また、対象装置としての撓み噛合い式歯車装置１は、各歪みゲージ４１６が起振体３０Ａの長軸側となるときに第１検出を行い、短軸側となるときに第２検出を行い、これらの検出値から温度補償を伴う歪み検出を行っている。
センサ装置６０Ｇは、上記のように各歪みゲージ４１６が周期的に第１検出と第２検出とを行う機会が得られやすい撓み噛合い式歯車装置１に対して、特に好適に歪み検出を行うことが可能である。

［その他］
上記各実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記各実施形態で示したセンサ装置は、対象装置として筒型の撓み噛合い式歯車装置を例に挙げて説明したが、筒型以外の撓み噛合い式歯車装置、例えばカップ型やシルクハット型などにも好適に適用できる。
さらに、各実施形態で示したセンサ装置は、対象装置として撓み噛合い式歯車装置にも限定されず、回転動作や直動動作などの各種動作を伴う他の装置、例えばモータ、リニアモータ、ボールねじ装置、射出成型機などにも適用可能である。この場合、複数の歪みゲージを有する構成の場合には、回転動作を行う部材の周囲に配置し、あるいは、直動動作を行う部材の動作範囲に並べて配置することが好ましい。

また、検出部として歪みゲージを例示したがこれに限らず、温度補償等の補正を要するあらゆるセンサについて、上記センサ装置の構成を適用可能である。歪みゲージ以外の検出部としては、例えば、磁気センサ、振動センサ等が挙げられる。
また、実施形態においては、第１検出の検出値から第２検出の検出値を減じることにより補正を行っていたが、第１検出の検出値を第２検出の検出値に基づいて補正していれば、補正方法は特に限定されない。例えば、第２検出の検出値に所定の係数を乗じた上で、第１検出の検出値から減じてもよい。

１ 歯車装置
３０ 起振体軸
３０Ａ 起振体
３２ 第１外歯部（外歯歯車）
３３ 第２外歯部（外歯歯車）
４１ 第１内歯部材
４１１ 第１内歯部
４１２ 内歯リング部
４１３ 外部連結部
４１４ 変形容易部
４１５ 柱部材
４１６，４１６－１～４１６－７ 歪みゲージ（検出部）
４１７ 測定装置
４１７Ｇ 測定装置（補正部）
４１８ 処理回路
４２ 第２内歯部材
４２１ 第２内歯部
６０，６０Ｇ センサ装置
６１ ホイートストンブリッジ回路（補正部）
Ｏ１ 回転軸
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗器

Claims (7)

1. 所定の状態量を検出するセンサ装置であって、
   第１検出と当該第１検出よりも発生する状態量が小さい第２検出とを行い、
   前記第２検出の検出値に基づいて、前記第１検出の検出値を補正する補正部を有するセンサ装置。
2. 前記第１検出と前記第２検出とを、別の検出部により行う
   請求項１に記載のセンサ装置。
3. 複数の前記検出部が、対象装置の動作に伴って、前記第１検出および前記第２検出を行う
   請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記対象装置は、回転装置であり、当該回転装置の回転に伴って、複数の前記検出部が前記第１検出と前記第２検出とを行う
   請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記回転装置は、軸直角断面の外形が略楕円形状の起振体を有する撓み噛合い式歯車装置であり、
   前記起振体の長軸側の前記検出部が前記第１検出を行い、前記起振体の短軸側の前記検出部が前記第２検出を行う
   請求項４に記載のセンサ装置。
6. 前記第１検出および前記第２検出は、同一の検出部により実施され、時間の経過に伴って、前記第１検出と前記第２検出とに切り替わる
   請求項１に記載のセンサ装置。
7. 対象装置は、軸直角断面の外形が略楕円形状の起振体を有する撓み噛合い式歯車装置であり、前記検出部は、前記起振体の短軸側よりも長軸側と近くなるときに前記第１検出を行い、前記第１検出時よりも前記起振体の短軸側と近くなるときに前記第２検出を行う
   請求項６に記載のセンサ装置。

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