JP6162080B2 - トルク検出器 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の回転トルクを検出して、この検出信号を出力する機構を有したトルク検出器に関するものである。

電動機の回転軸の回転トルクの測定は、間接的測定手段として、電動機の電流値から推定する測定手段や、電動機の回転子に掛かる力を測定する方法があるものの、いずれも精度的に劣るため、直接的に測定できることが望まれてきた。

電動機の回転軸の回転トルクの測定は回転軸のねじれを直接的に測定する手段で実現でき、回転軸の磁歪を測定する手段、光学的に回転軸のねじれを測定する手段、歪みゲージを用いて回転軸の歪み量を測定する手段が知られている。

回転軸の磁歪を測定する手段は、高速回転でも測定できるという利点はあるものの、電動機の回転軸のように、軸に継続的な負荷が掛かる場合には、軸自体が時間に伴うクリープ変形を起こしてしまい、高精度な測定は困難な状況となっている。また光学的な測定手段では、軸のクリープ変形分が出力に現れてしまい、誤差の原因となって、いずれも測定の精度に難点がある。

一方、歪みゲージを用いて測定をするものでは、温度変化とクリープ変形に対する自己補償特性を付与することができるため、別段の補償手段を講ずることなく、温度変化や回転軸のクリープ変形に対する補償ができる。従って高精度かつ高安定な回転トルク測定が可能となる。しかしながら歪みゲージを用いた場合、歪みゲージは回転をしている回転軸側に設けられる必要があり、歪みゲージへの駆動電源の供給および測定信号の受け渡しが課題となっていた。これら電気的接続は、スリップリングのような接触体を用いる接触方式がその摩耗に起因する問題を回避できないため、接触体を用いない非接触方式が近年採用され始めている。

直接的な測定方法で回転軸の回転トルクを測定できるトルク検出器は、電動機、もしくは電動機と接続された減速機と、負荷となる部材との中間に配備されて、軸継ぎ手などを介して接続されて使用されるのが通常である。しかしながら、モータ、減速機、トルク測定器を直列に配備すると、軸方向の長さが増大するばかりでなく、配線も複雑になるという課題があった。

近年、このような電動機、減速機、トルク検出器という要素の組み合わせは特にロボット等において重要なものとなりつつあり、予めそれぞれ個々に完成された筐体になっている要素を組み合わせ、軸継ぎ手を介して電動アクチュエータとすることでは、現実的に有用なものとは言えないという難点があった。

特許３５１２１６０号公報 特開２０１３−２１５０８１号公報 実用新案登録第３１８１７６５号公報

特許文献１によれば、上記課題に対して、波動歯車減速機とトルク検出器を合体させたものが提示されている。この波動歯車減速機の可撓性の外歯歯車を備えた円筒状の胴部と繋がった部分、すなわちフレックススプラインにおけるダイヤフラム部に設けたボス部材に歪みゲージを貼り付けて、この部分の変形からトルクを測定するようにしている。通常この種の波動歯車減速機は、フレックススプラインが出力軸の構成をなすが、ここではフレックススプラインを固定として、フレックススプラインと噛み合う歯車を有して外周にあるサーキュラスプラインが回転する構造となっている。従って、この歪みゲージによる測定箇所は実際に減速されて回転する部材ではなく、実際に回転する外周の剛性の高いサーキュラスプラインの内歯との歯面を介して伝わって来るものを測定しており、可撓性あるフレックススプライン胴部を経由することで、測定の精度は低くなってしまう。またフレックススプラインにおけるダイヤフラム部の形状のバリエーションにより、最適な歪みゲージの貼る位置、向きなどは違うためその都度条件出しが必要となる難点がある。

特許文献２によれば、電動機、減速機、トルク検出器を一体の構造にして、軸方向の全長を抑えていて、実際に回転する減速機出力の部分に歪みゲージによるトルク測定部を設けている。しかしながら、歪みゲージからの配線は中空の駆動軸内を通すことでしか実現できず、中空軸のモータのみでの適用となるため、汎用性に乏しい。また、歪みゲージからの配線は中空の駆動軸内を通すため、減速機からの出力軸が同じ方向に何度も回転した際、配線材はねじれてしまい、断線を引き起こすため何らかの対策が必要になる。

さらに、歪みゲージはホイートストンブリッジ回路を形成して、歪みを測定するため、この回路基板までの配線長が長いのはノイズの点で不利である。特許文献２では電動機と一体型であるためノイズの発生は大きく、この対策のために配線材や電気回路に多大な負担が生じ、コストアップになる。
また負荷側の形状がフランジ型にて負荷装置に接続される構成となっているため、負荷装置側とネジによって締結が行われる際に、接触が面接触となるため、締結によるゆがみが生じ、歪みゲージを設けた起歪部がこれにより影響を受けてしまい正確な計測が困難であった。

特許文献３によれば、電動機、減速機、トルク検出器を一体の構造にして、実際に回転する減速機出力後の部分に歪みゲージを貼り、回転軸へ非接触で給電を行い、回転軸側に設けたホイートストンブリッジ回路および変調回路にてトルク計測信号も非接触にてデジタル送信している。この方法であれば、トルクの測定精度、配線の課題がクリアされている。
しかしながら、実際ロボットなどに組み込んだ場合には、出力軸に対してラジアル荷重が印加される場合がある。すなわち重量物を持ち上げつつ回転させることは頻繁に行われ、トルクを測る起歪体を兼ねた回転軸はこのラジアル荷重の影響を受けて正確なトルクの測定が困難となっていた。

また、出力軸に繋がる負荷が別の支持体などに回転可能に支持された回転体である場合は、その回転軸と出力軸との軸心合わせを行う必要があり、負荷側にその機能を持たせておくか、カップリングなど軸継ぎ手を中間に介在させる等を行うことになり、軸方向の長さの増大を招いていた。

本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、簡単な構成で高精度なトルク検出を行うことができるトルク検出器を提供するものである。

本発明に係るトルク検出器は
回転自在に支持され、歪を感知する起歪部を有し、起歪部に歪みゲージを設けてなる回
転軸と、
回転軸の軸方向において歪みゲージを挟むように、それぞれ切り欠き部が設けられた、
第１の可撓部と第２の可撓部を有し、
第１の可撓部および第２の可撓部の切り欠き部は、それぞれ回転軸の軸方向にｎ列（ｎ
は２以上の整数）あって、前記各ｎ列はｍ回の回転対称形状（ｍは２以上の整数）もしく
は非回転対称形状（非回転対称形の場合はｍ＝１とする）からなり、回転軸の軸心を中心
として回転方向に（３６０／（ｎ×ｍ））度の位相差にて列を成して設けられ、第２の可
撓部の切り欠き部は、第１の可撓部の切り欠き部とそれぞれ１８０度の位相差の順列で第
１の可撓部と同数の列をなして設けられるように構成されている。

第１の可撓部の切り欠き部と、第１の可撓部の切り欠き部と１８０度の位相差を有する第２の可撓部の切り欠き部が、回転軸の軸方向距離においてそれぞれ略等距離であることが好ましい。

また、回転軸の入力側には波動歯車減速機が連結されていることが好ましい。

この構成により、トルクを測る起歪体を兼ねた回転軸に対して負荷側の軸に加わるラジアル荷重の影響を低減するとともに、負荷側との軸継手を不要としていながら、正確なトルクの測定を可能とすることができる。

本発明の実施形態のトルク検出器を示す外観図 本発明の第１の実施形態のトルク検出器の断面図 本発明の第１の実施形態のトルク検出器の回転軸部分に係る側面図 本発明の第１の実施形態の回転軸の可撓部の側面図およびその断面図 本発明の第１の実施形態の回転軸の可撓部および起歪部の側面図 本発明の第１の実施形態において回転軸にラジアル荷重がかかった際の可撓部および起歪部の模式側面図 本発明の第２の実施形態の回転軸の可撓部の側面図およびその断面図 本発明の第２の実施形態の回転軸の可撓部および起歪部の側面図 本発明の第２の実施形態において回転軸にラジアル荷重がかかった際の可撓部および起歪部の模式側面図 本発明の第３の実施形態の回転軸の可撓部の側面図およびその断面図 本発明の第３の実施形態の回転軸の可撓部および起歪部の側面図 本発明の第３の実施形態において回転軸にラジアル荷重がかかった際の可撓部および起歪部の模式側面図

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態によるトルク検出器について説明する。

図１は本発明の第１の実施形態によるトルク検出器を示す外観図である。図１では一部の外装筐体等の部材を省略して、トルク検出器の内部構造を示している。

図２は本発明の第１の実施形態のトルク検出器の断面図であり、図１同様に一部の外装筐体等の部材を省略して、図１で示したＫＫ断面にてトルク検出器の内部構造を示している。
図３は本発明の第１の実施形態のトルク検出器の回転軸部分に係る側面図であり、図１および図２よりさらに幾つかの部材を省略して示している。

以下図１、図２、図３を参照して、本発明のトルク検出器について説明する。
回転軸２は、回転自在に支持され、電動機などからの動力を伝達するとともに、回転トルクを検出する起歪部１７も備えている。起歪部１７は、回転軸２の軸方向の中央部でその直径が小さく設けられており、回転軸２の軸方向には強度を有して変形せず、ねじれ方向には撓むため、ここに歪みゲージ３を貼付し（図３参照）、この起歪部１７に生じるねじれを感知して、回転トルクを検知するものである。この起歪部１７の形状は円柱形に限らず、測定する回転トルク量によって最適なものが選択される。

回転軸２の負荷側においては不図示の負荷と接続され、負荷と一緒に回転しつつ回転トルクを検出することになる。一方回転軸２の駆動側においては図１および図２に示す減速機や不図示の電動機と接続されて回転動力が伝達されて来る。

ベアリング４は例えば円筒形のコロによる線接触にて荷重を受けるクロスローラベアリングであり、その外輪は筐体１５に固定されており、回転軸２を回転自在に支持するように設けられている。
ベアリング押え５は、ベアリング４の内輪を回転軸２に押さえつけて固定するリング状の部材である。
ベアリング６は、外輪が不図示の筐体に固定されており、回転軸２を回転自在に支持するように設けられている。
ベアリング押え７は、ベアリング６の内輪を回転軸２に押さえつけて固定するリング状の部材である。

１次側コア１１および固定側基板１３、２次側コア９および２次側コイル１０および回転側基板１４は、回転トランス構造を成している。回転軸２には回転軸２と共に回転する回転側基板１４があり、回転側基板１４には歪みゲージ３を含んで構成するホイートストンブリッジ回路が搭載されているため、非接触にて電力を供給している。

以下、電源および電気信号の流れについて説明する。
固定側基板１３には、外部の直流電源装置より電源が供給され、これを交流変換して回転軸２側へ電力を供給するスイッチング回路が設けられている。

１次側コア１１は、両端に突部を設けた断面コの字型の形状をしたフェライトであり、１次側コアホルダ１２を介して固定側基板１３に取り付けられている。１次側コア１１の両突部間には銅線を巻回してなる１次側コイルが設けられている。この１次側コイルには固定側基板１３のスイッチング回路から電力が供給される。

一方、回転軸２には、１次側コア１１および１次側コイルと所定間隔をおいて対向するように、トランスの２次側が構成されている。回転軸２と同軸で円筒状に設けられた２次側コアベース８上に、フェライトでできた２次側コア９が設けられ、この２次側コア９の外周には銅線を巻回してなる２次側コイル１０が設けられている。

従って、外部の直流電源装置から固定側基板１３へ電源が供給され、固定側基板１３上のスイッチング回路にて交流に変換された電流を１次側コイルに通電すると、交流磁界が発生し。この交流磁界が回転軸２側の２次側コア９に透過することで、２次側コイル１０に電流が誘起される。誘起された電流は、回転側基板１４内の整流化回路および安定化回路を経て、ホイートストンブリッジ回路を成す歪みゲージ３に供給される。

実際のトルクの検出は、回転軸２にトルクが加わると、回転軸２の起歪部１７がトルクの大きさに応じて歪み、この歪みの大きさが歪みゲージ３の抵抗値の変化の大きさとして検出される。検出は回転側基板１４内に設けられた検出回路により行われ、この検出アナログ信号はＡ／Ｄ変換でデジタル化および変調される。

このデジタル化した信号は、回転側基板１４に設けられた赤外線通信を行うＬＥＤにより送信され、固定側基板１３上に設けられた受光素子でこれを受信して、トルク値に対応したデジタル信号を得ることができる。固定側基板１３には復調回路が設けられており、検出したトルク値に対応する電圧信号を出力できるようになっている。そして、この出力された電圧信号は、公知の手段にて表示器等に表示される。

なお回転側基板１４は、ベアリング押え５を介して回転軸２に固定されているとともに、リング状の形状をしていて、回転時のバランスを保つように電子部品の配置位置が基板上で考慮されている。

一方、回転軸２に対して駆動側には、波動歯車減速機が接続されている。波動歯車減速機は、薄肉カップの形状をして開口部外周にギア歯がもうけられたフレックススプライン２０と、このフレックススプライン２０の外周ギア歯に対応して内周面にギア歯を持つサーキュラスプライン２１と、フレックススプライン２０の開口した内周部に位置して不図示のモータ等の回転駆動源に設けられた回転出力軸と結合したウエーブジェネレータ２２から構成されている。

ウエーブジェネレータ２２は楕円状カムの外周に薄肉のボール・ベアリングを組み合わせた部品であり、ベアリングの内輪はカムに固定され、外輪はボールを介して弾性変形する。フレックススプライン２０は薄肉カップ状の金属弾性体であり、このフレックスプライン２０の薄肉カップの底をダイヤフラムと呼んで通常出力軸として機能する。サーキュラスプライン２１は剛体リング状の部品で、フレックススプライン２０より歯数が２枚多い内歯構造となっている。

フレックススプライン２０はウエーブジェネレータ２２により楕円状に撓み、楕円の長軸の箇所でサーキュラスプライン２１と歯が噛み合い、短軸の箇所では歯は噛み合わない状態になる。サーキュラスプライン２１を固定し、ウエーブジェネレータを時計方向へ回すと、フレックススプライン２０は弾性変形し、サーキュラスプライン２１との歯の噛み合い位置が順次移動する。ウエーブジェネレータ２２が1回転すると、歯数差２枚分だけフレックススプライン２０は反時計方向へ移動する。

従って、波動歯車減速機のフレックスプライン２０のダイヤフラムが出力部となって、この波動歯車減速機の減速比だけ減速することになる。

一方、回転軸２の歪みゲージ３を挟みこむように位置して、第１の可撓部１８ａと第２の可撓部１８ｂが対を成して設けられており、第１の可撓部１８ａは切り欠き部１０１ａおよび切り欠き部１０２ａ、第２の可撓部１８ｂは切り欠き部１０１ｂおよび切り欠き部１０２ｂからなる。（図３参照）

図４は本発明の第１の実施形態の回転軸の可撓部の側面図およびその断面図
であり、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１０１ａおよび切り欠き部１０２ａの詳細を示している。
この側面図をＡＡおよびＢＢの断面で切断した図が、それぞれＳｅｃｔｉｏｎＡＡ、ＳｅｃｔｉｏｎＢＢとして示されている。

切り欠き部１０１ａおよび切り欠き部１０２ａは、回転軸２の半径方向において加工稜線を略直線で、加工形状を半月状にて切り欠いたもので、回転軸２の残り部分が斜線で示されている。第１の可撓部１８ａの切り欠き部１０１ａと切り欠き部１０２ａの２列で（ｎ＝２）、各２回の回転対称形の切り欠き部群から成っており（ｍ＝２）、｛３６０度／（ｎ×ｍ）＝３６０度／（２×２）＝｝９０度の位相差をもって配置されている。従って、切り欠き部１０２ａは切り欠き部１０１ａを９０度回転させたものであると言える。本実施例では例えば軸方向で０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの幅の切り欠きを設けており、放電ワイヤもしくは円盤状の刃物による切削加工等で加工される。

図５は本発明の第１の実施形態の回転軸の可撓部および起歪部の側面図であり、
回転軸方向に起歪部１７を挟むように第１の可撓部１８ａと第２の可撓部１８ｂが対を成して設けられており、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１０１ａおよび切り欠き部１０２ａ、第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１０１ｂおよび切り欠き部１０２ｂの配置を示している。

すなわち第１の可撓部１８ａの切り欠き部１０１ａと第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１０１ｂ、および第１の可撓部１８ａの切り欠き部１０２ａと第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１０２ｂは、同順で並んで設けられている。また、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１０１ａと第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１０１ｂの軸方向の距離ｘ１と、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１０２ａと第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１０２ｂの軸方向の距離ｘ２はほぼ同一で設けられている。これらについての効果等の詳細は後述する。

図７は本発明の第２の実施形態の回転軸の可撓部の側面図およびその断面図
を示しており、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１１１ａ、切り欠き部１１２ａ、切り欠き部１１３ａ、切り欠き部１１４ａの詳細を示している。
この側面図をＣＣ、ＤＤ、ＥＥ、ＦＦの断面で切断した図が、それぞれＳｅｃｔｉｏｎＣＣ、ＳｅｃｔｉｏｎＤＤ、ＳｅｃｔｉｏｎＥＥ、ＳｅｃｔｉｏｎＦＦとして示されている。

第１の可撓部１８ａの切り欠き部１１１ａ、切り欠き部１１２ａ、切り欠き部１１３ａ、切り欠き部１１４ａは、回転軸２の半径方向において加工稜線を略直線で半月状にて切り欠いたもので、軸の残り部分が斜線で示されている。ここでの切り欠き部は４列（ｎ＝４）あって、各列には回転対称とはなっていない切り欠き部があり従ってｍ＝１として、｛３６０度／（ｎ×ｍ）＝３６０度／（４×１）＝｝９０度の位相差で等分配置されている。従って、切り欠き部１１２ａは切り欠き部１１１ａを９０度回転させたものであり、切り欠き部１１３ａおよび切り欠き部１１４ａも同様であり、それぞれ回転軸２の軸において回転軸の軸心を中心として９０度ずつ回転させたものになっている。本実施例では第１の実施例同様に軸方向で０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの幅の切り欠きを設けており、放電ワイヤもしくは円盤状の刃物による切削加工等で加工される。

図８は本発明の第２の実施形態の回転軸の可撓部および起歪部の側面図であり、
回転軸方向に起歪部１７を挟むように第１の可撓部１８ａと第２の可撓部１８ｂが対を成して設けられており、第１の可撓部１８ａおよび第２の可撓部１８ｂの各切り欠き部の配置状態を示している。

第１の可撓部１８ａは図８において左側から、切り欠き部１１１ａ、切り欠き部１１２ａ、切り欠き部１１３ａ、切り欠き部１１４ａの順で並んでいる。一方第２の可撓部１８ｂは同図において左側から、切り欠き部１１１ｂ、切り欠き部１１２ｂ、切り欠き部１１３ｂ、切り欠き部１１４ｂの順で並んでいる。
ここで、切り欠き部１１１ａと切り欠き部１１３ｂ、切り欠き部１１２ａと切り欠き部１１４ｂ、切り欠き部１１３ａと切り欠き部１１１ｂ、切り欠き部１１４ａと切り欠き部１１２ｂはそれぞれ同じ位相の切り欠きである。

切り欠き部１１１ａと切り欠き部１１１ｂは１８０度の位相差をもって軸方向の距離ｙ１にて設けられ、切り欠き部１１２ａと切り欠き部１１２ｂ も１８０度の位相差をもって軸方向の距離ｙ２、切り欠き部１１３ａと切り欠き部１１３ｂも１８０度の位相差をもって軸方向の距離ｙ３、切り欠き部１１４ａと切り欠き部１１４ｂも １８０度の位相差をもって軸方向の距離ｙ４にてそれぞれ設けられている。

さらに距離ｙ１と距離ｙ２と距離ｙ３と距離ｙ４は、ほぼ同一距離となっている。すなわち、１８０度の位相差をもって一定の間隔を有した切り欠きが、回転方向で９０度の位相差をもってほぼ等距離で配備されている。

次いで図６と図９を用いて、回転軸２にラジアル荷重Ｇが印加された際の、本発明の効果について説明する。
図６と図９は共に、ラジアル荷重Ｇが印加された際の回転軸２の起歪部１７と第１の可撓部１８ａおよび第２の可撓部１８ｂの変形を誇張して描いたものである。

図９で説明すると、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１１１ａは回転軸２の半径方向にて隙間が広くなる方向であるが、切り欠き部１１３ａは逆に回転軸２の半径方向にて隙間が狭くなる方向に変形する。実際には回転軸２が回転するため、切り欠き部１１２ａ、切り欠き部１１３ａ、切り欠き部１１４ａの順で、回転方向が逆ならば切り欠き部１１４ａ、切り欠き部１１３ａ、切り欠き部１１２ａの順で連続的に同様に順次変形する。
そして、第１の可撓部１８ａおよび第２の可撓部１８ｂではそれぞれの切り欠き部の位相が１８０度ずれたものが、それぞれ等距離で設けられており、例えば切り欠き部１１１ａと切り欠き部１１１ｂは対を成して同時に回転軸２の半径方向にて隙間が広くなる方向に変形するようになっている。

従って、ラジアル荷重Ｇが回転軸２へ印加された場合でも、この第１の可撓部１８ａの切り欠き部１１１ａ〜１１４ａ、第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１１１ｂ〜１１４ｂの変形により、ベアリング４およびベアリング６と相まって、回転軸２の起歪部１７、すなわち歪みゲージ３が貼ってあり微小な歪を感知して回転トルクの計測を行う部分に生ずる過大な歪を吸収することで、起歪部１７への影響を低減することが出来る。また、距離ｙ１と距離ｙ２と距離ｙ３と距離ｙ４は、ほぼ同一距離となっていて、１８０度の位相差をもって一定の間隔を有した一対の切り欠きが９０度の位相差をもってほぼ等距離で配備されているため、回転軸２が曲げモーメントを受けた場合において、回転角度による曲げモーメントを略均一にすることができる。（図９参照）

さらに回転軸２と回転軸２の負荷側に接続される負荷装置および減速機側のフレックススプライン２０との回転中心に若干のずれがあったとしても、この第１の可撓部１８ａの切り欠き部１１１ａ〜１１４ａ、第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１１１ｂ〜１１４ｂの変形により、軸中心ズレを吸収することが出来る。
これにより特に、回転軸２の負荷側と負荷装置の間に軸継ぎ手などを設ける必要がなく、軸方向の全長を短くすることができ、特にロボットなどにおいて有用である。

ここで、第１の実施例の図４における切り欠き部１０１ａは、第１の実施例の図７の切り欠き部１１１ａと切り欠き部１１３ａの和の形状であり、例えば軸方向の長さの制限があって短い範囲で切り欠き部を設ける必要がある場合に好適である。図４における切り欠き部１０１ａは、図７の切り欠き部１１１ａと切り欠き部１１３ａの双方を含んだ形となっているため、見かけ上同じ形状になっているが、基本は位相が１８０度ずれたものを設けており、第２の実施例の応用的なものと言える。

さらに、図１０は本発明の第３の実施形態の回転軸の可撓部の側面図およびその断面図であり、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１２１ａおよび切り欠き部１２２ａの詳細を示している。
この側面図をＨＨおよびＪＪの断面で切断した図が、それぞれＳｅｃｔｉｏｎＨＨ、ＳｅｃｔｉｏｎＪＪとして示されている。

切り欠き部１２１ａおよび切り欠き部１２２ａは、回転軸２の半径方向において加工稜線を略直線で、回転軸２の軸心を中心として３回の回転対称形にてそれぞれ設けられ、回転軸２の残り部分が三角形となって斜線で示されている。切り欠き部１２１ａ、切り欠き部１２２ａの２列（ｎ＝２）で構成され、３回の回転対称の切り欠き部群があって（ｍ＝３）、すなわち｛３６０度／（ｎ×ｍ）＝３６０度／（２×３）＝｝６０度の位相差をもって配置されている。切り欠き部１２２ａは切り欠き部１２１ａを６０度回転させたものであると同時に、３回の回転対称形であるから１８０度の位相差も含むことになる。本実施例も例えば軸方向で０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの幅の切り欠きを設けており、放電ワイヤもしくは円盤状の刃物による切削加工等で加工される。

図１１は本発明の第３の実施形態の回転軸の可撓部および起歪部の側面図であり、回転軸方向に起歪部１７を挟むように第１の可撓部１８ａと第２の可撓部１８ｂが対を成して設けられており、第１の可撓部１８ａおよび第２の可撓部１８ｂの各切り欠き部の配置状態を示している。第１の可撓部１８ａの切り欠き部１２１ａと第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１２２ｂ、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１２２ａと第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１２１ｂは同位相である。

すなわち、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１２１ａと第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１２１ｂは、位相差が１８０度にて軸方向距離ｚ１で設けられ、第１の可撓部１８ａの切り欠き部１２２ａと第２の可撓部１８ｂの切り欠き部１２２ｂも、位相差が１８０度にて軸方向距離ｚ２で設けられている。そして距離ｚ１と距離ｚ２は等しく設けられている。
図１２は図６や図９同様に、ラジアル荷重Ｇが印加された際の回転軸２の起歪部１７と第１の可撓部１８ａおよび第２の可撓部１８ｂの変形を誇張して描いたものである。第１の実施形態および第２の実施形態同様に、ラジアル荷重Ｇが印加された際の第１の可撓部１８ａおよび第２の可撓部１８ｂの切り欠き部群の変形により、起歪部１７への影響を低減することができる。

このように本発明によれば、第１の可撓部１８ａおよび第２の可撓部１８ｂに設けられる切り欠き部群の形状および配置は、回転軸２の直径寸法や軸方向の長さおよび所望するトルク検出範囲等によって適宜選択が可能であるため、設計自由度が高く有用である。

さらに、回転軸２と連結された負荷装置からこのトルク検出器の検出範囲を超えたトルクが急激に印加された場合、第１の可撓部１８ａの切り欠き部群、もしくは第２の可撓部１８ｂの切り欠き部群により残留した回転軸断面部によってこのトルクを吸収して、波動歯車減速機を保護することができる。もし波動歯車減速機に過大なトルクが急激に印加されると、歯車部の歯飛びによる損傷、フレックススプライン２０の薄肉カップの塑性変形など高価な部品の損傷が起こる。

これと比較して、回転軸２の損傷だけであれば、歪みゲージ３のみがこの回転軸２に接着配置されているだけであるので、回転側基板１４、２次側コアホルダ８等の部品を外して、回転軸２のみの交換で再組み立てが出来るため、メンテナンス性にも優れている。
本発明の実施例では、第２の可撓部１８ａないし第２の可撓部１８ｂを有する回転軸２は起歪部１７と一体構造であるが、これを着脱可能な分離型にして設けることも可能である。着脱可能な分離型であればさらに、負荷装置からこのトルク検出器の検出範囲を超えたトルクが急激に印加された場合のメンテナンス性は向上する。

これに加えて、図１、図２、図３に示すように回転軸２の負荷側の形状がフランジ型となって負荷装置に接続される構成となっている場合、負荷装置側とネジによって締結が行われるのが一般的であるが、接触部が面接触となるため、締結によって回転軸２にゆがみが生じてしまう。よってこの第１の可撓部１８ａないし第２の可撓部１８ｂの切り欠き部群により、締結によって生じる回転軸２の起歪部１７への影響を排除している。

また本発明の実施例では、減速機には波動歯車減速機を用いて説明したが、これはバックラッシュが基本的に無いためであり、これを満たす減速機であることが好ましい。

本発明の活用例として、電動機、減速機およびトルク検出部を一体化したアクチュエータへの適用が可能である。

１ トルク検出器
２ 回転軸
３ 歪みゲージ
４ ベアリング
５ ベアリング押え
６ ベアリング
７ ベアリング押え
８ ２次側コアベース
９ ２次側コア
１０ ２次側コイル
１１ １次側コア
１２ １次側コアホルダ
１３ １次側基板
１４ ２次側基板
１５ 筐体
１７ 起歪部
１８ａ 第１の可撓部
１８ｂ 第２の可撓部
２０ フレックススプライン
２１ サーキュラスプライン
２２ ウエーブジェネレータ
１０１ａ、１０２ａ、１０１ｂ、１０２ｂ、１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂ、１２１ａ、１２２ａ、１２１ｂ、１２２ｂ 切り欠き部

Claims (3)

1. 回転自在に支持され、歪を感知する起歪部を有し、前記起歪部に歪みゲージを設けてな
   る回転軸と、
   前記回転軸の軸方向において前記歪みゲージを挟むように、それぞれ切り欠き部が設け
   られた、第１の可撓部と第２の可撓部を有し、
   前記第１の可撓部および前記第２の可撓部の前記切り欠き部は、それぞれ前記回転軸の
   軸方向にｎ列（ｎは２以上の整数）あって、前記各ｎ列はｍ回の回転対称形状（ｍは２以上の整数）もしくは非回転対称形状（非回転対称形の場合はｍ＝１とする）からなり、前記回転軸の軸心を中心として回転方向に（３６０／（ｎ×ｍ））度の位相差にて列を成して設けられ、
   前記第２の可撓部の前記切り欠き部は、前記第１の可撓部の前記切り欠き部とそれぞれ１８０度の位相差の順列で前記第１の可撓部と同数の列をなして設けられることを特徴とするトルク検出器。
   
2. 前記第１の可撓部の前記切り欠き部と、前記第１の可撓部の前記切り欠き部と１８０度の位相差を有する前記第２の可撓部の前記切り欠き部が、回転軸の軸方向距離においてそれぞれ略等距離であることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出器。
3. 前記回転軸の駆動入力側には波動歯車減速機が連結されていることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載のトルク検出器。