JP6808469B2 - トルクセンサ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えばロボットアームの関節に設けられるトルクセンサに関する。

この種のトルクセンサは、トルクが印加される第１の構造体と、トルクが出力される第２の構造体と、第１の構造体と第２の構造体とを連結する複数の起歪部を有し、これら起歪部に歪センサが配置されている（例えば特許文献１、２、３参照）。

特開２０１３−０９６７３５号公報 特開２０１５−０４９２０９号公報 特許第５６４０９０５号公報

トルクセンサにおいて、歪センサの感度や許容トルク（最大トルク）、あるいはトルクセンサの機械的な強度を独立に設定することが困難であった。

本発明の実施形態は、歪センサの感度や許容トルク、あるいはトルクセンサ機械的な強度を独立に設定することが可能なトルクセンサを提供する。

本実施形態のトルクセンサは、第１機構に連結される第１領域と、第２機構に連結される第２領域と、前記第１領域と前記第２領域を連結する複数の第３領域とを具備し、計測すべきトルクが前記第３領域を介して前記第１機構と前記第２機構との間に伝達されるトルクセンサであって、第１端部、第２端部、及び前記第１端部と前記第２端部の間の第１中間部を有し、前記第１端部が前記第１領域に設けられ、前記第１中間部が前記第２領域に設けられた第１起歪部と、第３端部、第４端部、及び前記第３端部と前記第４端部の間の第２中間部を有し、前記第３端部が前記第１領域に設けられ、第２中間部が前記第２領域に設けられ、前記第４端部が前記第１起歪部の前記第２端部と所定間隔離間して対向された第２起歪部と、前記第１起歪部の前記第２端部と前記第２起歪部の前記第４端部を連結し、抵抗体が設けられた起歪体と、を具備する。

第１の実施形態に係るトルクセンサを示す平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 抵抗体の一例を示す断面図。 第１の実施形態のトルクセンサに適用されるブリッジ回路の一例を示す図。 第１の実施形態のトルクセンサの動作を説明するために示す図。 図６（ａ）（ｂ）は、ブリッジ回路の動作を説明するために示す図。 ブリッジ回路の異なる動作条件における出力電圧を説明するために示す図。 第２の実施形態に係るトルクセンサを示す平面図。 図８の側面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一符号を付している。

（第１の実施形態）
図１、図２において、トルクセンサ１０は、第１構造体（第１領域）１１、第２構造体（第２領域）１２、複数の梁部（第３領域）１３、第１起歪部１４、第２起歪部１５を具備している。

トルクが印加される第１構造体１１と、トルクを出力する第２構造体１２は、ほぼ環状に形成されている。

第１構造体１１は、第１の幅Ｗ１を有する円弧状の第１の部分１１ａ及び第２の部分１１ｂと、第１の幅Ｗ１より狭い第２の幅Ｗ２を有する円弧状の第３の部分１１ｃ及び第４の部分１１ｄを具備している。第１構造体１１の第３の部分１１ｃ及び第４の部分１１ｄは、第１構造体１１の第１の部分１１ａと第２の部分１１ｂの間に配置されている。

第２構造体１２は、円弧状の第５の部分１２ａ及び第６の部分１２ｂと、円弧状の第７の部分１２ｃ及び第８の部分１２ｄを具備している。第２構造体１２の第７の部分１２ｃ及び第８の部分１２ｄは、第２構造体１２の第５の部分１２ａと第６の部分１２ｂの間に配置されている。第２構造体１２の第５の部分１２ａ及び第６の部分１２ｂは、例えば第１構造体１１と同様の第１の幅Ｗ１を有し、第７の部分１２ｃ及び第８の部分１２ｄは、第１の幅Ｗ１より狭い第２の幅Ｗ２を有している。第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂ、第７の部分１２ｃ及び第８の部分１２ｄの幅は、これに限定されるものではなく、変形可能である。

第２構造体１２は、第１構造体１１と同心状に配置され、第１構造体１１の第１の部分１１ａと第２構造体１２の第５の部分１２ａ、及び第１構造体１１の第２の部分１１ｂと第２構造体１２の第６の部分１２ｂは、放射状に配置された複数の梁部１３により連結されている。

梁部１３の幅Ｗ３は、例えば第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂ、及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂの幅Ｗ１より狭く、第１構造体１１の第３の部分１１ｃ、第４の部分１１ｄ、及び第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄの幅Ｗ２より広く設定されている。梁部１３の幅Ｗ３は、これに限定されるものではなく、変形可能である。

また、梁部１３のうち、第１構造体１１の第３の部分１１ｃ、第４の部分１１ｄ、及び第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄに隣接する部分の幅Ｗ３ａは、第３の部分１１ｃ、第４の部分１１ｄ、及び第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄの幅Ｗ２と同等に設定されている。

梁部１３の強度は、梁部１３と第１構造体１１及び第２構造体１２の厚さが等しいと仮定した場合、梁部１３の幅により規定される。複数の梁部１３の強度により、第１構造体１１に印加されたトルクに応じて、第２構造体１２に対する第１構造体１１の実質的な回転角が決定される。

第１構造体１１の第３の部分１１ｃと第２構造体１２の第７の部分１２ｃは、第１起歪部１４により連結されている。第１起歪部１４は、第１端部１４ａ、第２端部１４ｂ、及び第１端部１４ａと第２端部１４ｂとの間の中間部１４ｃを有し、第１端部１４ａが第１構造体１１の第３の部分１１ｃに連結され、中間部１４ｃが第２構造体１２の第７の部分１２ｃに連結されている。第１起歪部１４の第２端部１４ｂは、第２構造体１２のほぼ中央部に延出されている。

第１構造体１１の第４の部分１１ｄと第２構造体１２の第８の部分１２ｄは、第２起歪部１５により連結されている。第２起歪部１５は、第１端部１５ａ、第２端部１５ｂ、及び第１端部１５ａと第２端部１５ｂとの間の中間部１５ｃを有し、第１端部１５ａが第１構造体１１の第４の部分１１ｄに連結され、中間部１５ｃが第２構造体１２の第８の部分１２ｄに連結されている。第２起歪部１５の第２端部１５ｂは、第２構造体１２のほぼ中央部に延出され、第１起歪部１４の第２端部１４ｂと所定間隔離間して対向されている。

第１起歪部１４と第２起歪部１５は、第４の幅Ｗ４を有している。第４の幅Ｗ４は、例えば第１の幅Ｗ１以上に設定されている。しかし、これに限定されるものではなく、第１の幅Ｗ１以下で、第２の幅Ｗ２以上であってもよい。

第１構造体１１、第２構造体１２、複数の梁部１３、第１起歪部１４、第２起歪部１５は、例えば金属により構成されるが、印加されるトルクに対して機械的な強度を十分に得ることができれば、金属以外の材料を使用することも可能である。

また、第１構造体１１の第３の部分１１ｃ、第４の部分１１ｄ、第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄ、第１起歪部１４、及び第２起歪部１５は、第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂ、及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂと別体に形成し、第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂ、及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂに取着してもよい。

図２に示すように、第１起歪部１４において、第１端部１４ａと中間部１４ｃとの間の長さＬ１は、中間部１４ｃと第２端部１４ｂとの間の長さＬ２より短く設定されている。第２起歪部１５において、第１端部１５ａと中間部１５ｃとの間の長さＬ１は、中間部１５ｃと第２端部１５ｂとの間の長さＬ２より短く設定されている。

第１起歪部１４の第２端部１４ｂと第２起歪部１５の第２端部１５ｂは、起歪体１６により連結されている。後述するように、起歪体１６の表面には、ブリッジ回路を構成する抵抗体としての複数の歪センサ（以下、歪ゲージと称す）が設けられている。

上記のように、第１の実施形態に係るトルクセンサ１０は、第１起歪部１４と第２起歪部１５が第１構造体１１と第２構造体１２の中心（トルクの作用中心）に対して対称の位置に配置され、第１起歪部１４と第２起歪部１５を接続する起歪体１６は、第１構造体１１と第２構造体１２の中心部に配置されている。

第１起歪部１４と第２起歪部１５は、起歪体１６に歪を伝達する例えばレバーとして機能する。すなわち、第１起歪部１４の中間部１４ｃ及び第２起歪部１５の中間部１５ｃは、支点として作用し、第１起歪部１４の第１端部１４ａ及び第２起歪部１５の第１端部１５ａは、力点として作用し、第１起歪部１４の第２端部１４ｂ及び第２起歪部１５の第２端部１５ｂは、作用点として作用する。このため、第１起歪部１４と第２起歪部１５は、第１構造体１１に印加されたトルクを増幅して起歪体１６に伝達することができる。すなわち、第１起歪部１４、第２起歪部１５は、第２構造体１２に対する第１構造体１１の回転角に応じて発生した歪を増幅して起歪体１６に伝達する。

尚、第１構造体１１、第２構造体１２、複数の梁部１３の幅を全て同一とし、第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂ、及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂの厚さを、第１構造体１１の第３部分１１ｃ、第４部分１１ｄ、及び第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄの厚さより厚くしてもよい。

第１構造体１１の第３部分１１ｃ、第４部分１１ｄの厚さと第１起歪部１４の厚さは等しく、第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄの厚さと第２起歪部１５の厚さは等しく設定しているが、これに限定されるものではない。例えば第１構造体１１の第３部分１１ｃ、第４部分１１ｄの幅と第１起歪部１４の幅を等しく、第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄの幅と第２起歪部１５の幅を等しく設定し、第１構造体１１の第３部分１１ｃ、第４部分１１ｄの厚さを第１起歪部１４の厚さより薄くし、第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄの厚さを第２起歪部１５の厚さより薄く設定してもよい。

すなわち、第１構造体１１の第３部分１１ｃ、第４部分１１ｄ、及び第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄの剛性が、第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂ、及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂ、第１起歪部１４、及び第２起歪部１５の剛性より低ければよい。

図３は、起歪体１６に設けられた歪ゲージ２１の一例を示すものであり、歪ゲージ２１の端部の断面を示している。歪ゲージ２１は、例えば絶縁膜２１ａ、薄膜抵抗体（感歪膜）２１ｂ、接着膜２１ｃ、配線２１ｄ、接着膜２１ｅ、保護膜としてのガラス膜２１ｆを具備している。例えば金属製の起歪体１６上に絶縁膜２１ａが設けられ、絶縁膜２１ａ上に例えばＣｒ−Ｎ抵抗体により構成された薄膜抵抗体２１ｂが設けられる。直線状又は複数に屈曲された形状などが可能である。薄膜抵抗体２１ｂ上の端部に接着膜２１ｃを介在して、例えば銅（Ｃｕ）により構成された電極リードとしての配線２１ｄが設けられる。配線２１ｄ上には接着膜２１ｅが設けられる。絶縁膜２１ａ、薄膜抵抗体２１ｂ、及び接着膜２１ｅは、ガラス膜２１ｆにより覆われる。接着膜２１ｃは、配線２１ｄと薄膜抵抗体２１ｂとの密着性を高め、接着膜２１ｅは、配線２１ｄとガラス膜２１ｆとの密着性を高めている。接着膜２１ｃ、２１ｅは、例えばクロム（Ｃｒ）を含む膜である。歪ゲージ２１の構成は、これに限定されるものではない。

図４に示すように、起歪体１６は、４個の歪ゲージ２１−１、２１−２、２１−３、２１−４を具備し、４個の歪ゲージ２１−１、２１−２、２１−３、２１−４によりブリッジ回路３０が構成される。

起歪体１６の中心（重心）は、第１構造体１１及び第２構造体１２の中心に配置され、歪ゲージ２１−１、２１−２と、歪ゲージ２１−３、２１−４は、第１構造体１１及び第２構造体１２の中心に対して対称の位置に配置される。

ブリッジ回路３０において、歪ゲージ２１−１と歪ゲージ２１−３は直列接続され、歪ゲージ２１−２と歪ゲージ２１−４は直列接続される。直列接続された歪ゲージ２１−１、２１−３は、直列接続された歪ゲージ２１−２、２１−４と並列接続される。歪ゲージ２１−２と歪ゲージ２１−４の接続点に電源Ｖｏ、例えば５Ｖが供給され、歪ゲージ２１−１と歪ゲージ２１−３の接続点は、例えば接地される。歪ゲージ２１−１と歪ゲージ２１−２の接続点から出力電圧Ｖout+が出力され、歪ゲージ２１−３と歪ゲージ２１−４の接続点から出力電圧Ｖout-が出力される。出力電圧Ｖout+及び出力電圧Ｖout-から式（１）で示すトルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutが得られる。

Ｖout＝（Ｖout+−Ｖout-）
＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４））・Ｖｏ …（１）
ここで、
Ｒ１は、歪ゲージ２１−１の抵抗値
Ｒ２は、歪ゲージ２１−２の抵抗値
Ｒ３は、歪ゲージ２１−３の抵抗値
Ｒ４は、歪ゲージ２１−４の抵抗値
であり、トルクセンサ１０にトルクが印加されていない状態において、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒである。

図５は、トルクセンサ１０にトルクが印加された場合の動作を示している。トルクセンサ１０は、例えば図示せぬロボットの関節に設けられる。第１構造体１１は、例えば図示せぬモータに連結された減速機に取着され、第２構造体１２は、関節に取着される。

第１構造体１１に対して図示矢印Ａ方向にトルクが印加された場合、第１構造体１１は、第２構造体１２対して矢印Ａ方向に回動する。このため、複数の梁部１３が弾性変形する。この時、第１構造体１１の第３の部分１１ｃ、第４の部分１１ｄは、第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂより幅が狭く、第２構造体１２の第７の部分１２ｃ、第８の部分１２ｄは、第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂより幅が狭いため、第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂ、及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂより大きく弾性変形する。

第１構造体１１の第３の部分１１ｃと第２構造体１２の第７の部分１２ｃに連結された第１起歪部１４は、第１端部１４ａと中間部１４ｃとの間の部分が、中間部１４ｃと第２端部１４ｂとの間の部分より大きく変形し、第１構造体１１の第４の部分１１ｄと第２構造体１２の第８の部分１２ｄに連結された第２起歪部１５は、第１端部１５ａと中間部１５ｃとの間の部分が、中間部１５ｃと第２端部１５ｂとの間の部分より大きく変形する。このような動作により、第１起歪部１４の第２端部１４ｂと第２起歪部１５の第２端部１５ｂは、図示Ｘ軸に対してほぼ平行で、互いに異なる方向に移動する。

第１起歪部１４の第２端部１４ｂと第２起歪部１５の第２端部１５ｂの移動に伴い起歪体１６に歪が発生し、この歪がブリッジ回路３０により検出される。

図６（ａ）は、トルクセンサ１０にトルクが印加された場合におけるブリッジ回路３０の抵抗値の変化を示し、図６（ｂ）は、トルクセンサ１０に例えばＸ軸方向のスラスト力が印加された場合におけるブリッジ回路３０の抵抗値の変化を示している。図６（ａ）（ｂ）において、ΔＲは、抵抗値の変化の値である。

図７は、（１）乃至（６）の異なる条件におけるトルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutを式（１）から求めた結果を示すものである。

図７において、
（１）は、トルクセンサ１０にトルク及びスラスト力のいずれもが印加されていない場合
（２）は、トルクセンサ１０にトルクを印加した場合
（３）は、トルクセンサ１０にスラスト力を印加した場合
（４）は、トルクセンサ１０の歪ゲージ２１−１、２１−２に温度変化ΔＴを与えた場合
（５）は、トルクセンサ１０にトルクを印加し、歪ゲージ２１−１、２１−２に温度変化ΔＴを与えた場合
（６）は、トルクセンサ１０にスラスト力を印加し、歪ゲージ２１−１、２１−２に温度変化ΔＴを与えた場合
図７において、Ｒ・（１＋α・ΔＴ）は、抵抗の温度係数がα、温度変化ΔＴの時の抵抗値を示している。

（１）（３）（４）（６）に示す条件の場合、トルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutは、いずれも０Ｖである。すなわち、第１構造体１１、第２構造体１２にスラスト力が印加された場合、及び／又は歪ゲージ２１−１、２１−２に温度変化が与えられた場合、スラスト力や温度変化が相殺され、トルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutは、いずれも０Ｖとなる。

また、（２）に示すトルクを印加した場合、及び（５）に示すトルクと歪ゲージ２１−１、２１−２に温度変化を与えた場合、トルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutとして、−ΔＲ／Ｒ・Ｖｏが出力される。この出力電圧Ｖoutは、抵抗の温度係数αや温度変化ΔＴを含まない値である。したがって、上記トルクセンサ１０は、スラスト力や温度変化を相殺してトルクのみを検出することが可能である。

（第１の実施形態の効果）
上記第１の実施形態によれば、第１構造体１１の第１の部分１１ａ及び第２の部分１１ｂと、第２構造体１２の第５の部分１２ａ及び第６の部分１２ｂは、複数の梁部１３により連結されている。このため、第１構造体１１の第１の部分１１ａ及び第２の部分１１ｂと、第２構造体１２の第５の部分１２ａ及び第６の部分１２ｂ、及び複数の梁部１３の幅や厚さを適宜設定することにより、トルクセンサ１０に印加される許容トルクあるいは機械的な強度を独立して設定することが可能である。

また、第１構造体１１の第３の部分１１ｃと第２構造体１２の第７の部分１２ｃは、第１起歪部１４により連結され、第１構造体１１の第４の部分１１ｄと第２構造体１２の第８の部分１２ｄは、第２起歪部１５により連結され、第１起歪部１４と第２起歪部１５は、ブリッジ回路３０が設けられた起歪体１６により連結されている。このため、第１構造体１１の第３の部分１１ｃと第２構造体１２の第７の部分１２ｃ及び第１起歪部１４と、第１構造体１１の第４の部分１１ｄと第２構造体１２の第８の部分１２ｄ及び第２起歪部１５と、起歪体１６の幅や厚さ、長さを適宜設定することにより、歪ゲージ２１−１、２１−２、２１−３、２１−４の感度を第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂ、及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂから独立して設定することが可能である。

さらに、起歪体１６は、第１起歪部１４と第２起歪部１５と別体に構成されている。このため、起歪体１６及び歪ゲージ２１−１、２１−２、２１−３、２１−４のサイズや形状を第１構造体１１の第１の部分１１ａ、第２の部分１１ｂ、及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ、第６の部分１２ｂから独立して設定することが可能である。したがって、起歪体１６及び歪ゲージ２１−１、２１−２、２１−３、２１−４の面積を微細化することが可能である。

しかも、起歪体１６は、第１起歪部１４と第２起歪部１５と別体に構成されているため、起歪体１６上に微細な歪ゲージ２１−１、２１−２、２１−３、２１−４を容易に製造することが可能である。

また、第１起歪部１４と第２起歪部１５は、ほぼ環状の第１構造体１１及び第２構造体１２の中心に対して対称に配置され、第１起歪部１４と第２起歪部１５を接続する起歪体１６は、第１構造体１１と第２構造体１２の中心部に配置されている。このため、１つの起歪体１６によりトルクを検出することが可能である。

さらに、１つの起歪体１６にブリッジ回路３０を設けることにより、スラスト力や温度変化を相殺してトルクのみを検出することが可能である。

尚、第１の実施形態において、第１構造体１１の第３の部分１１ｃ及び第４の部分１１ｄは、第１構造体１１の第１の部分１１ａ及び第２の部分１１ｂより幅を狭くしたが、これに限らず、第１の部分１１ａ及び第２の部分１１ｂと同等の幅としてもよい。同様に、第２構造体１２の第７の部分１２ｃ及び第８の部分１２ｄは、第２構造体１２の第５の部分１２ａ及び第６の部分１２ｂより幅を狭くしたが、第５の部分１２ａ及び第６の部分１２ｂと同等の幅としてもよい。

また、第１構造体１１の第３の部分１１ｃ及び第４の部分１１ｄ、第２構造体１２の第７の部分１２ｃ及び第８の部分１２ｄ、第１起歪部１４及び第２起歪部１５は、第１構造体１１の第１の部分１１ａ及び第２の部分１１ｂ及び第２構造体１２の第５の部分１２ａ及び第６の部分１２ｂと別体として形成した。しかし、これに限らず、これらを一体的に形成してもよい。

（第２の実施形態）
図８、図９は、第２の実施形態に係るトルクセンサ４０を示している。

第１の実施形態において、第１構造体１１及び第２構造体１２は、幅が異なる複数の部分を具備していた。これに対して、第２の実施形態は、第１構造体及び第２構造体１２の形状が単純化されている。

図８、図９において、トルクが印加される第１構造体４１とトルクが出力される第２構造体４２は、環状に形成され、第２構造体４２は、第１構造体４１に対して同心状に配置されている。第１構造体４１と第２構造体４２は、放射状に配置された複数の梁部４３により連結されている。第１構造体４１、第２構造体４２及び梁部４３の幅や厚さは、ほぼ等しく設定されている。しかし、これに限定されるものではなく、第１構造体４１、第２構造体４２及び梁部４３の幅や厚さは、許容トルクに応じて変形可能である。

第１構造体４１と第２構造体４２の上部には、第１起歪部４４、第２起歪部４５が設けられる。第１起歪部４４と第２起歪部４５は、第１構造体４１と第２構造体４２の中心に対して対称な位置に配置されている。

具体的には、第１起歪部４４の第１端部４４ａは、第１構造体４１に設けられ、第２端部４４ｂは、第２構造体４２のほぼ中央部に位置され、第２端部４４ｂと第１端部４４ａとの間の中間部４４ｃは、第２構造体４２に設けられている。

第２起歪部４５の第１端部４５ａは、第１構造体４１に設けられ、第２端部４５ｂは、第２構造体４２のほぼ中央部に位置され、第２端部４５ｂと第１端部４５ａとの間の中間部４５ｃは、第２構造体４２に設けられている。

第１起歪部４４の第２端部４４ｂは、第２起歪部４５の第２端部４５ｂと所定間隔離間して対向されている。

第１起歪部４４の第１端部４４ａと中間部４４ｃとの間の長さ、中間部４４ｃと第２端部４４ｂとの間の長さの関係は、第１の実施形態の第１起歪部１４と同様であり、第２起歪部４５の第１端部４５ａと中間部４５ｃとの間の長さ、中間部４５ｃと第２端部４５ｂとの間の長さの関係は、第１の実施形態の第２起歪部１５と同様である。

第１起歪部４４と第２起歪部４５は、梁部４３の幅とほぼ同等の幅を有している。しかし、第１起歪部４４と第２起歪部４５の幅は、これに限定されるものではなく、変形可能である。

第１起歪部４４の第２端部４４ｂと第２起歪部４５の第２端部４５ｂは、起歪体４６により連結される。起歪体４６の上面には、第１の実施形態と同様、図４に示すブリッジ回路３０が形成されている。

上記構成のトルクセンサ４０において、第１構造体４１は、例えば図示せぬロボットの関節に設けられたモータの減速機に連結され、第２構造体４２は、図９に示すように、ロボットの関節部分５１に連結される。この状態において、第１構造体４１に対して図８に示す矢印Ａ方向のトルクが印加された場合、第１構造体４１は、第２構造体４２対して矢印Ａ方向に回動する。このため、複数の梁部４３が弾性変形する。これとともに、第１起歪部４４の第１端部４４ａは、中間部４４ｃに対して矢印Ａ方向に回動され、第２端部４４ｂは、Ｘ軸にほぼ平行に移動される。また、第２起歪部４５の第１端部４５ａは、中間部４５ｃに対して矢印Ａ方向に回動され、第２端部４５ｂは、Ｘ軸にほぼ平行で、第１起歪部４４の第２端部４４ｂと反対方向に移動される。

第１起歪部４４の第２端部４４ｂと第２起歪部４５の第２端部４５ｂの移動に伴い起歪体４６に歪が発生し、この歪がブリッジ回路３０により検出される。

ブリッジ回路３０の動作は、第１の実施形態と同様であり、第２の実施形態によっても、スラスト力や温度変化が相殺され、トルクのみを検出することができる。

（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

しかも、第２の実施形態において、第１構造体４１及び第２構造体４２は、同じ幅であり、複数の梁部４３の幅もそれぞれ同じである。このため、第２の実施形態の構成は、第１の実施形態に比べて簡単化されているため、製造が容易である。

尚、上記第１、第２の実施形態において、第１構造体１１、４１及び第２構造体１２、４２は同心状に配置され、第１構造体１１、４１と第２構造体１２、４２が複数の梁部１３、４３により連結されていた。しかし、これに限定されるものではなく、次のような構成とすることも可能である。

例えば第１構造体及び第２構造体を直線状として第１構造体と第２構造体を平行に配置し、複数の梁部により第１構造体と第２構造体を連結し、さらに、第１構造体と第２構造体の長手方向中央部に第１端部が第１構造体に連結され中間部が第２構造体に連結され、第２端部が第２構造体から延出された起歪部を設けた第１センサ部と、第１センサ部と同一構成の第２センサ部を用意する。第１センサ部の起歪部の第２端部と、第２センサ部の起歪部の第２端部との間がトルクの作用中心となり、第１センサ部と第２センサ部が互いに平行にとなるような位置に第１センサ部と第２センサ部を配置する。この状態で、第１センサ部の起歪部の第２端部と、第２センサ部の起歪部の第２端部とを抵抗体が設けられた起歪体により連結する。すなわち、起歪体の中心部がトルクの作用中心と一致するように起歪体を配置する。この構成によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０、４０…トルクセンサ、１１、４１…第１構造体、１２、４２…第２構造体、１３、４３…梁部、１４、４４…第１起歪部、１５、４５…第２起歪部、１６、４６…起歪体、３０…ブリッジ回路、２１−１、２１−２、２１−３、２１−４…歪ゲージ。

Claims (6)

1. 第１機構に連結される第１領域と、第２機構に連結される第２領域と、前記第１領域と前記第２領域を連結する複数の第３領域とを具備し、計測すべきトルクが前記第３領域を介して前記第１機構と前記第２機構との間に伝達されるトルクセンサであって、
   第１端部、第２端部、及び前記第１端部と前記第２端部の間の第１中間部を有し、前記第１端部が前記第１領域に設けられ、前記第１中間部が前記第２領域に設けられた第１起歪部と、
   第３端部、第４端部、及び前記第３端部と前記第４端部の間の第２中間部を有し、前記第３端部が前記第１領域に設けられ、第２中間部が前記第２領域に設けられ、前記第４端部が前記第１起歪部の前記第２端部と所定間隔離間して対向された第２起歪部と、
   前記第１起歪部の前記第２端部と前記第２起歪部の前記第４端部を連結し、抵抗体が設けられた起歪体と、
   を具備することを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記第１起歪部は、前記第１中間部と前記第２端部との間の長さが、前記第１中間部と前記第１端部との間の長さより長く、前記第２起歪部は、前記第２中間部と前記第４端部との間の長さが、前記第２中間部と前記第３端部との間の長さより長いことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
3. 前記第１起歪部と前記第２起歪部は、前記第１領域及び前記第２領域の前記トルクの作用中心に対して対称な位置に配置され、前記起歪体は、前記第１領域及び前記第２領域の前記トルクの作用中心に配置されることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
4. 前記起歪体は、複数の歪ゲージを含むブリッジ回路を具備することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
5. 前記第１領域及び前記第２領域のうち前記第３領域に連結される部分の幅は、前記第１起歪部及び前記第２起歪部に連結される部分の幅より広いことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
6. 前記第１領域及び前記第２領域のうち前記第３領域に連結される部分の幅と、前記第１起歪部及び前記第２起歪部に連結される部分の幅は、等しいことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。

Images