JP6977363B2 - トルク検出用モジュール、駆動装置、ステージ装置、ロボット装置、及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルク検出用モジュール、駆動装置、ステージ装置、ロボット装置、及び制御装置に関する。

ロボット装置などにおいて、トルクを検出して、その検出結果をモータなどの制御に利用することが行われている（例えば、特許文献１参照）。トルクの検出に用いられるトルク検出装置は、例えば、検出の対象物に容易に接続可能であることが望まれる。

特開２００３−１６６８８７号公報

本発明の第１の態様においては、トルク検出用モジュールを提供する。トルク検出用モジュールは、第１回転体に接続される第１接続部を備えてよい。トルク検出用モジュールは、第２回転体に接続される第２接続部を備えてよい。トルク検出用モジュールは、第１接続部に固定される支持部材を備えてよい。トルク検出用モジュールは、第１回転体及び第２回転体の軸方向における支持部材と第２接続部との間に設けられ、弾性変形する弾性体を備えてよい。トルク検出用モジュールは、弾性体に覆われ、第２接続部に設けられるスケールを備えてよい。トルク検出用モジュールは、弾性体に覆われ、支持部材に設けられ、スケールとの相対的な回転位置情報を検出する検出ヘッドを備えてよい。本発明の第２の態様においては、トルク検出用モジュールを提供する。トルク検出用モジュールは、第１回転体に接続される第１接続部を備えてよい。トルク検出用モジュールは、第２回転体に接続される第２接続部を備えてよい。トルク検出用モジュールは、第１回転体及び第２回転体の軸方向における第１接続部と第２接続部とに挟まれ、弾性変形する円筒状の弾性体を備えてよい。トルク検出用モジュールは、弾性体の内壁に固定される支持部材を備えてよい。トルク検出用モジュールは、第２接続部に設けられるスケールを備えてよい。トルク検出用モジュールは、支持部材に設けられ、スケールとの相対的な回転位置情報を検出する検出ヘッドを備えてよい。

本発明の第３の態様においては、駆動装置を提供する。駆動装置は、第１の態様又は第２の態様のトルク検出用モジュールを備えてよい。駆動装置は、第１回転体と第２回転体との少なくとも一方に駆動力を供給する駆動部を備えてよい。

本発明の第４の態様においては、ステージ装置を提供する。ステージ装置は、第３の態様の駆動装置を備えてよい。ステージ装置は、駆動装置によって移動するステージを備えてよい。

本発明の第５の態様においては、ロボット装置を提供する。ロボット装置は、第３の態様の駆動装置を備えてよい。ロボット装置は、駆動装置によって移動するアームを備えてよい。

本発明の第６の態様においては、制御装置を提供する。制御装置は、第１の態様又は第２の態様のトルク検出用モジュールから得られる情報に基づいて、第１回転体と第２回転体との少なくとも一方の駆動を制御してよい。

第１実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 第１実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 第１実施形態に係るトルク検出用モジュール、駆動装置、制御装置を示すブロック図である。 第２実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 第２実施形態に係るトルク検出用モジュール、駆動装置、制御装置を示すフロック図である。 変形例に係るトルク検出用モジュールを示すブロック図である。 第３実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 第４実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 第５実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 第５実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 第６実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 変形例に係るトルク検出用モジュールを示す図である。 実施形態に係るステージ装置を示す図である。 実施形態に係るロボット装置を示す図である。

［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。トルク検出用モジュール１は、例えば継手などの構成であり、第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２とを接続する。第１回転体ＳＦ１は、例えば、電動モータなどの駆動装置におけるシャフトである。第１回転体ＳＦ１は、駆動装置のシャフトに変速機を介して接続される回転部材でもよい。

トルク検出用モジュール１は、第１回転体ＳＦ１とともに回転し、第１回転体ＳＦ１のトルクを第２回転体ＳＦ２へ伝達する。トルク検出用モジュール１は、第１回転体ＳＦ１から伝わるトルクを受けることで、自身に変形が発生する。トルク検出用モジュール１は回転位置情報に基づいて自身のねじりの変形を検出し、その検出結果に基づいて、トルク検出用モジュール１に働くトルクが算出される。算出されたトルクは、例えば、第１回転体ＳＦ１の駆動を制御することに利用される。このように、トルク検出用モジュール１は、回転軸方向（例、回転軸ＡＸの軸方向）において、第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２とに接続され、第１回転体ＳＦ１（第２回転体ＳＦ２）の回転に伴って、後述の弾性部が弾性変形して捩じれが生じるように構成されている。

本実施形態におけるトルク検出用モジュール１は、後述する２つの接続部（第１接続部４、第２接続部５）によって第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２とに接続できるため、第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２とに対して固定及び取り外しが容易で脱着可能な構造である。したがって、トルク検出用モジュール１は、メンテナンス等において交換が簡単にでき効率的なメンテナンス作業が可能である。

以下の説明において、適宜、図１等に示すＸＹＺ直交座標系を参照する。このＸＹＺ直交座標系において、Ｚ方向は、トルク検出用モジュール１の回転軸ＡＸと平行な方向（アキシャル方向）である。トルク検出用モジュール１の回転軸ＡＸは、例えば、第１回転体ＳＦ１の回転軸および第２回転体ＳＦ２の回転軸のそれぞれと同軸である。Ｘ方向およびＹ方向は、それぞれ、Ｚ方向に垂直な方向である。また、上記のアキシャル方向に垂直な方向（例、Ｘ方向、Ｙ方向）を、適宜、ラジアル方向と称す。また、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれについて、適宜、矢印と同じ側を＋側（例、＋Ｚ側）と称し、矢印と反対側を−側（例、−Ｚ側）と称する。

図２は、第１実施形態に係るトルク検出用モジュール１をラジアル方向（例、Ｙ方向）から見た図である。トルク検出用モジュール１は、弾性変形する弾性部（弾性体）２と、弾性部２の内部に設けられる検出部３と、を備える。弾性部２の少なくとも一部は、弾性を有する。本実施形態において、弾性部２は、第１接続部４、第２接続部５、本体部６、及び支持部材７を備える。このように、トルク検出用モジュール１の弾性部２は、検出部３（例、スケール１１および検出ヘッド１２）が内蔵されている構成である。

第１接続部４および第２接続部５は、第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２とに基づいて、第１回転体ＳＦ１又は第２回転体ＳＦ２の回転軸（回転軸ＡＸ）の軸方向に沿って互いに対向するように配置される。第１接続部４と第２接続部５は、Ｚ方向において、互いに離れて配置される。第１接続部４と第２接続部５とは、Ｚ方向においてギャップを有する。弾性部２は、その内部に空間ＳＰを有する。図２において、空間ＳＰは、Ｚ方向（回転軸ＡＸの軸方向）において第１接続部４と第２接続部５とに挟まれる領域を含む空間（ギャップ）である。空間ＳＰは、Ｚ方向（回転軸ＡＸの軸方向）において第１接続部４と第２接続部５との間の空間を含む。空間ＳＰは、Ｚ方向から見た場合（回転軸視した場合）に、第１接続部４および第２接続部５の一方または双方と重なる領域を含む。

第１接続部４は、第１回転体ＳＦ１と接触して固定される。第１接続部４は、第１回転体ＳＦ１が挿入される孔部４ａを有する。第１回転体ＳＦ１は、孔部４ａに挿入された状態において、固定部材８によって第１接続部４と固定される。固定部材８は、例えば、ネジ（例、イモネジ、止めネジ、セットスクリュー）を含む。固定部材８は、Ｚ方向周りの第１接続部４と第１回転体ＳＦ１との相対的な回転を抑制するように、第１接続部４と第１回転体ＳＦ１とを固定する。

第２接続部５は、第２回転体ＳＦ２と接触して固定される。第２接続部５は、第２回転体ＳＦ２が挿入される孔部５ａを有する。第２回転体ＳＦ２は、その先端が孔部５ａに挿入された状態において、固定部材９によって第２接続部５と固定される。固定部材９は、固定部材８と同様である。固定部材９は、Ｚ方向周りの第２接続部５と第２回転体ＳＦ２との相対的な回転を抑制するように、第２接続部５と第２回転体ＳＦ２とを固定する。

なお、固定部材８および固定部材９は、それぞれ、ネジ以外でもよく、例えばピン、キーなどでもよい。また、第１接続部４は、第１回転体ＳＦ１に取り外し可能に固定されてもよいし、第１回転体ＳＦ１に対して取り外し不能に固定されてもよい。第１接続部４は、接着あるいは溶接などによって、第１回転体ＳＦ１と固定されてもよい。また、第２接続部５は、第２回転体ＳＦ２に取り外し可能に固定されてもよいし、第２回転体ＳＦ２に対して取り外し不能に固定されてもよい。第２接続部５は、接着あるいは溶接などによって、第２回転体ＳＦ２と固定されてもよい。

図２では、Ｚ方向において、第１接続部４と第２接続部５との間に単一の支持部材７が設けられている。支持部材７は、第１接続部４と接触し、第１接続部４に固定されている。弾性部２の本体部６は、Ｚ方向において第１接続部４と第２接続部５とに挟まれて配置される。本体部６は、支持部材７と第２接続部５との間に配置される。また、例えば、支持部材７を基準にして、Ｚ方向において支持部材７の一方の面に対向する側に第１接続部４が配置され、支持部材７の他方の面に対向する側に第２接続部５が配置される。

本体部６は、第１接続部４および第２接続部５を備え、第１接続部４および第２接続部５と一体化されている。本体部６は、支持部材７と接触し、支持部材７が固定されている。また、本体部６は、第２接続部５と接触し、第２接続部５と固定されている。本体部６は、弾性を有し、弾性部２の一部を構成している。

本体部６は、第１接続部４と第２接続部５とが相対的に回転した場合に、弾性変形する。本体部６は、例えば、Ｚ方向における第１接続部４と第２接続部５との間の空間ＳＰの少なくとも一部に配置（例、充填）された樹脂を含む。弾性部２（例、本体部６）は、第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２と検出部３とを覆う（例、封止する）樹脂を含む。本体部６は、例えば、樹脂が充填されることによって検出部３を封止する封止部（例、樹脂封止部）を含んでもよい。

また、弾性部２には、上記の樹脂のように弾性部２の弾性率を調整する弾性調整部が設けられてもよい。弾性調整部の少なくとも一部は、弾性部２の外部に設けられて、弾性部２の弾性率を調整してもよい。例えば、上記の弾性調整部は、弾性部２の外面（例、外周）に所定の厚みで形成（塗布）された樹脂を含んでもよい。

検出部３は、弾性部２の内部（例、空間ＳＰ）に設けられる。弾性部２の内部は、例えば、アキシャル方向（Ｚ方向）において、弾性部２のうち第１回転体ＳＦ１と接触する部分（例、第１接続部４）から、弾性部２のうち第２回転体ＳＦ２と接触する部分（例、第２接続部５）までの領域の少なくとも一部を含む。また、弾性部２の内部は、例えば、ラジアル方向（例、Ｘ方向、Ｙ方向）において、弾性部２の外周よりも内側の領域である。

検出部３は、回転軸ＡＸと交差する面方向（ＸＹ面方向）に配置され、回転軸ＡＸ（例、第１回転体ＳＦ１）の回転に基づく弾性部２のねじれ方向（例、回転方向）の変形を検出する。検出部３（位置検出部、回転位置検出部）は、弾性部２のねじれ方向の変形を検出するために、弾性部２の内部における第１の対象領域Ａ１と該第１の対象領域Ａ１とは設けられる位置が異なる第２の対象領域Ａ２との相対的な回転位置情報（位置情報）を検出する。回転位置情報は、弾性部２の１回転未満の角度位置を含む。なお、回転位置情報は、回転の数を示す多回転情報を含んでもよい。

第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２とは、弾性部２におけるＺ方向において互いに離れた位置に設定される。第１の対象領域Ａ１（例、後述のセンサ１４）と第２の対象領域Ａ２（例、後述のスケール１１）とは、Ｚ方向において位置決めされた状態（Ｚ方向のギャップが定められた状態）で、弾性部２の内部（例、空間ＳＰ）に配置される。

第１の対象領域Ａ１は、例えば、弾性部２の内部において第１回転体ＳＦ１の側（−Ｚ側）に配置される。本実施形態において、第１の対象領域Ａ１は、検出部３のセンサ１４（後述する）が配置された領域を含む。また、第２の対象領域Ａ２は、例えば、本体部６において第２回転体ＳＦ２の側（＋Ｚ側）に配置される。本実施形態において、第２の対象領域Ａ２は、検出部３のスケール１１（後述する）が配置された領域を含む。

上記の回転位置情報は、例えば１回転未満の角度位置（例、５°）を示す角度位置情報を含む。例えば、検出部３が検出する回転位置情報は、トルク検出用モジュール１の回転軸ＡＸを中心とする第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２とのねじれ角を含む。本実施形態において、検出部３は、第１の対象領域Ａ１の位置（角度位置）を基準（例、０°）として、第１の対象領域Ａ１に対する第２の対象領域Ａ２の角度位置（回転位置、回転角、ねじれ角）を検出する。

検出部３は、スケール１１および検出ヘッド１２を備える。本実施形態において、検出部３は、光学式エンコーダを含む。スケール１１は光学パターンを含み、検出ヘッド１２は、スケール１１を光学的に検出する。スケール１１の光学パターンは、例えばインクリメンタルパターンとアブソリュートパターンとの一方または双方を含む。

検出部３は、回転方向のねじれを検出するために、所定面（例、トルク検出用モジュール１に対して水平方向を含む面）に沿って配置される。上記の所定面は、アキシャル方向に垂直な面（アキシャル方向に垂直な面に平行な面）、回転方向を含む面（回転方向を含む面に平行な面）などである。例えば、スケール１１の光学パターンは、上記の所定面（例、第２接続部５の面５ｂ）に沿うように設けられる。また、検出ヘッド１２は、上記の所定面（例、支持部材７の面７ａ）に沿うように設けられる。

スケール１１の光学パターンは、回転軸ＡＸを中心とする円周上の角度位置によって、光学特性（例、反射率、透過率、光吸収率）が変化する。スケール１１は、弾性部２の内部の第２接続部５の面５ｂ上に設けられている。スケール１１は、例えば、回転軸ＡＸを中心とする円環状の領域（３６０°の範囲にわたって）に連続的に設けられる。スケール１１は、回転軸ＡＸを中心とする円環状の領域のうち一部の角度範囲のみに設けられてもよい。

検出ヘッド１２は、スケール１１と対向するように、配置される。支持部材７は、検出部３の少なくとも一部（例、検出ヘッド１２）を支持する。支持部材７は、例えば、プリント基板などの処理基板を含む。支持部材７は第１接続部４に固定されており、検出ヘッド１２は、支持部材７においてスケール１１と対向する面７ａに設けられている。

検出ヘッド１２は、照射部１３およびセンサ１４を含む。照射部１３（発光部、光源部）は、スケール１１に光を照射する。照射部１３は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子（例、固体光源）を含む。センサ１４（センサ部、受光部、受光センサ、光学センサ、磁気センサ）は、照射部１３から照射されてスケール１１を経由した光を検出する。センサ１４は、例えば、フォトダイオードなどの受光素子（例、光電変換素子）を含む。

本実施形態において、本体部６に充填された樹脂は、スケール１１を経由した光が透過する。センサ１４は、スケール１１を経由して本体部６を透過した光を検出する。樹脂は、照射部１３からスケール１１へ向かう光の光路およびスケール１１からセンサ１４へ向かう光の光路の双方を除く部分については、透光性を有してもよいし、透光性を有さなくてもよい。本実施形態において、検出部３は、反射型検出部（例、反射型エンコーダ）である。検出部３は、照射部１３から照射されてスケール１１で反射した光を、センサ１４によって検出する。検出部３は、透過型検出部（透過型エンコーダ）を含んでもよい。

本実施形態において、トルク検出用モジュール１は、電子部品１５およびバッテリー１６を備える。電子部品１５およびバッテリー１６は、支持部材７に実装される。電子部品１５は、例えば、処理回路（例、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ）が形成された表面実装デバイス（Surface Mount Device）を含む。電子部品１５は、後に図３に示す送信部１７および処理部１８を含む。

電子部品１５は、検出ヘッド１２の検出結果を処理し、検出ヘッド１２から得られる情報を弾性部２の外部へ送信する。例えば、電子部品１５は、検出ヘッド１２の検出結果を処理して、第１の対象領域Ａ１（例、スケール１１）と第２の対象領域Ａ２（例、センサ１４）との相対的な回転位置情報（例、角度位置）を算出する。電子部品１５は、算出した回転位置情報を弾性部２の外部のデバイスへ送信する。

バッテリー１６は、トルク検出用モジュール１で消費される電力の少なくとも一部を供給する。バッテリー１６は、一次電池と二次電池との一方または双方を含む。バッテリー１６は、照射部１３が光を照射する際に消費する電力を供給する。バッテリー１６は、センサ１４が光を検出する際に消費する電力を供給する。バッテリー１６は、電子部品１５が処理を実行する際に消費する電力を供給する。

図３は、第１実施形態に係るトルク検出用モジュール、駆動装置、及び制御装置を示すブロック図である。駆動装置５０は、制御部５１、駆動部５２、及びトルク検出用モジュール１を備える。駆動部５２は、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電動モータ（モータ本体部）を含む。駆動部５２は、可動子（例、電気子）に電流が供給されることで、可動子が固定子（例、永久磁石）に対して回転する。駆動部５２の可動子は、図１に示した第１回転体ＳＦ１と接続される。

制御部５１は、電流制御部５３、駆動回路５４、電力調整部５５、及び電力検出部５６を備える。制御部５１は、制御装置６０（上位制御装置）から供給される指令（制御信号）に基づいて、駆動部５２を制御する。電流制御部５３は、制御装置６０から指令として、駆動部５２の回転に関する目標値（例、シャフトの角速度、角度位置）を受け取る。電流制御部５３は、制御装置６０から指令に基づいて、駆動部５２に供給される電流（以下、供給電流という）の目標値を決定する。電流制御部５３は、供給電力の目標値を駆動回路５４に出力する。

電力調整部５５は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワーデバイスを含む。電力調整部５５は、駆動部５２に供給される電力を調整する。例えば、電力調整部５５は、駆動部５２に対する供給電流を調整する。駆動回路５４は、例えば、ＦＥＴドライバを含む。駆動回路５４は、電流制御部５３から出力される供給電流の目標値に基づいて、電力調整部５５を駆動する。

電力検出部５６は、駆動部５２に供給される電力を検出する。電力検出部５６は、例えば電流センサを含み、駆動部５２に供給される電力として供給電流を検出する。電力検出部５６は、検出した供給電流を電圧に変換し、電流制御部５３に出力する。電流制御部５３は、電力検出部５６の検出結果に基づいて、供給電流の目標値として駆動回路５４に出力する値を更新する。

トルク検出用モジュール１は、検出部３、及び送信部１７を備える。検出部３は、スケール１１、センサ１４、及び処理部１８を備える。処理部１８は、センサ（例、光学センサ、磁気センサ）１４の検出結果を処理し、回転位置情報を算出する。処理部１８は、図２に示した弾性部２の内部（例、空間ＳＰ）に設けられる。処理部１８は、例えば、図２に示した電子部品１５に実装されて設けられる。処理部１５（例、電子部品１５）は、図２に示した支持部材７に固定されて支持される。支持部材７は、図２に示した弾性部２の内部に固定されて設けられる。

送信部１７（通信部）は、検出部３から得られる情報を、有線または無線によって外部へ送信する。例えば、送信部１７は、検出部３から得られる情報として、処理部１８の処理結果（回転位置情報）を送信する。送信部１７は、処理部１８が算出した回転位置情報を無線で外部のデバイスに送信する。送信部１７は、回転位置情報を算出部１９に送信する。

上記の処理部１８および送信部１７は、例えば、図２に示した電子部品１５に設けられる。検出部３および送信部１７は、それぞれ、バッテリー１６から供給される電力によって動作する。なお、検出部３および送信部１７の少なくとも一部は、トルク検出用モジュール１の外部から無線又は有線で電力が供給されてもよい。例えば、検出部３および送信部１７の少なくとも一部は、ワイヤレス電力伝送などの非接触型給電によって電力を供給されることで動作してもよい。また、検出部３および送信部１７の少なくとも一部は、ブラシなどの接触型給電によって電力を供給されることで動作してもよい。

また、検出部３および送信部１７の少なくとも一部は、バッテリー１６（例、１次電池、２次電池）による給電と、上記の非接触給電と、上記の接触型給電とのうち２種以上の給電の組み合わせによって動作してもよい。また、バッテリー１６が二次電池である場合、バッテリー１６は、上記の非接触給電と上記の接触型給電との一方または双方によって充電されてもよい。

また、トルク検出用モジュール１（例、送信部１７）は、バッテリー１６（例、１次電池、２次電池）の残量を示す情報を、トルク検出用モジュール１の外部へ出力してもよい。例えば、トルク検出用モジュール１（例、送信部１７）は、バッテリー１６の残量が所定量以下であることが検出された場合に、バッテリー１６の残量が所定量以下であることを知らせる報知信号（例、エラー信号、警告信号）を外部のデバイス（例、上位コントローラ）に出力してもよい。

次に、算出部１９は、トルク検出用モジュール１の検出部３から得られる情報（例、回転位置情報）に基づいて、トルク検出用モジュール１（例、図２の弾性部２（本体部６））に働くトルクを算出する。算出部１９は、図２の弾性部２（本体部６）に働くトルクを推定する（トルクの推定値を算出する）。ここで、図２の弾性部２を線形バネで近似し、そのＺ方向の長さをＬ（ｍ）とし、Ｚ方向に垂直な断面積をＡ（ｍ^２）とする。算出部１９は、処理部１８が算出した回転位置情報に基づいて、弾性部２の歪εを算出する。例えば、算出部１９は、弾性部２がトルクを受けていない状態（例、第１回転体ＳＦ１が回転していない状態）を基準とし、基準に対する回転位置情報の変化（例、スケール１１の番地の変化）に基づいて、歪εを算出する。また、算出部１９は、算出した歪εと、弾性部２の弾性係数Ｅ（Ｎ／ｍ^２）とを用いて、トルクの推定値σとしてσ＝Ｅ×εを算出する。弾性係数Ｅは、予め、試験あるいは構造解析などによって求められる。

算出部１９は、検出部３の検出結果（例、スケールとセンサとの相対的な位置）から得られるねじり角と、弾性部２の弾性率（例、本体部６の剛性、弾性係数）とに基づいて、弾性部２（例、本体部６）に働くトルクを算出してもよい。例えば、弾性部２を中実の円柱であると近似し、その直径をｄとし、その剛性（剛性率、せん断弾性係数、横弾性係数）をＧとする。ねじれ角をψとし、弾性部２に働くトルクをＴとすると、Ｔ＝π／３２×ψ×Ｇ×ｄ^４／Ｌで近似される。

弾性部２（例、本体部６）の弾性は、例えば、トルク検出用モジュール１を用いて測定可能なトルクのレベル（例、測定範囲、上限値、下限値、設計値、感度）に基づいて、設定される。例えば、弾性部２（例、本体部６）の弾性が高い場合、トルクに対する弾性部２の変形量（例、ねじれ角）が小さくなり、測定可能なトルクの上限値（許容トルク）が高くなる。また、弾性部２（例、本体部６）の弾性が低い場合、トルクに対する弾性部２の変形量（例、ねじれ角）が大きくなり、トルクに対する感度が高くなる。弾性部２の弾性は、例えば、弾性部２のうち弾性を有する部分（例、本体部６）の材料選択によって、調整可能（設定可能）である。例えば、弾性部２（本体部６）は、第１接続部４と第２接続部５とを接続する板バネ等の弾性体を含んでもよい。また、弾性部２（本体部６）は、金属製のバネ（弾性体）および上記の樹脂（弾性体）を含んでもよい。

なお、算出部１９は、検出部３の検出結果から得られるねじれ角と弾性部２（本体部６）に働くトルクとの関係を示す参照情報を用いて、弾性部２（本体部６）に働くトルクを算出してもよい。上記の参照情報は、例えば、構造解析あるいは試験などで予め求められ、記憶部に予め記憶される。上記の参照情報は、数式で表されてもよいし、ねじれ角とトルクとを一組にしたテーブルデータで表されてもよい。算出部１９は、検出部３の検出結果から得られるねじれ角と、上記の参照情報とに基づいて、弾性部２に働くトルクを算出してもよい。

算出部１９は、有線または無線によって制御装置６０と通信可能に接続される。算出部１９は、算出したトルクを制御装置６０に送信する。制御装置６０は、算出部１９が算出したトルクに基づいて駆動装置５０を制御する。例えば、駆動装置５０がロボット装置のアームを駆動する場合、アームが障害物あるいは人体などの物体に衝突すると、駆動装置５０のシャフトの回転が抑制され、トルクの推定値が閾値よりも大きくなる。制御装置６０は、例えば、算出部１９が算出したトルクが閾値を超える場合、駆動装置５０による駆動を抑制（例、角速度を低下）あるいは停止（例、回転を停止）させる。

以上のような本実施形態に係るトルク検出用モジュール１（図２参照）は、弾性部２の内部（空間ＳＰ）に第１の対象領域Ａ１、第２の対象領域Ａ２、及び検出部３が設けられるので、例えば、検出の対象物（第１回転体ＳＦ１、第２回転体ＳＦ２）に容易に取り付けることができる。例えば、トルク検出用モジュール１は、第１接続部４と第１回転体ＳＦ１とが固定され、第２接続部５と第２回転体ＳＦ２とが固定されることで、トルクに関する情報（例、ねじれ角）を測定可能になる。

なお、算出部１９は、算出したトルクを制御装置６０に出力しなくてもよく、算出したトルクを制御装置６０と別の装置に出力してもよい。例えば、算出部１９は、データロガーなどの記憶部に、算出したトルクを記憶させてもよい。この記憶部は、算出部１９から得られるトルクの時間履歴を記憶してもよい。また、算出部１９は、算出したトルクを報知装置に出力してもよい。この報知装置は、算出部１９が算出したトルクが所定の条件を満たす場合に、報知信号（例、アラーム、警報）を出力してもよい。また、この報知装置は、算出部１９が算出したトルクを、数値あるいはグラフとして表示する表示装置を含んでもよい。

なお、算出部１９は、トルク検出用モジュール１に設けられてもよいし、トルク検出用モジュール１以外の装置（例、制御装置６０）に設けられてもよい。この場合、トルクは、回転位置情報に基づいて、外部のデイバス（例、制御装置６０）に設けられた算出部１９によって算出される。駆動装置５０は、制御装置６０を備えてもよい。駆動装置５０は、第１回転体ＳＦ１および第２回転体ＳＦ２の双方に駆動力を供給してもよい。また、実施形態に係るトルク検出用モジュール１は、駆動装置５０と別に提供されてもよい。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図４は、第２実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。本実施形態において、トルク検出用モジュール１は、第１の対象領域Ａ１の回転位置情報と第２の対象領域Ａ２の回転位置情報とを、それぞれ検出する。第１の対象領域Ａ１の回転位置情報および第２の対象領域Ａ２の回転位置情報は、第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２との相対的な回転位置情報として利用可能である。

図４において、弾性部２は、その内部に空間ＳＰを有する中空状の形状である。空間ＳＰは、単一の支持部材７によって区切られた、空間ＳＰ１および空間ＳＰ２を含む。支持部材７（支持部材７の面７ｂ）は、Ｚ方向において、第１接続部４とギャップ（空間ＳＰ１）を介して配置される。支持部材７（支持部材７の面７ｂ）は、第１接続部４と対向するように配置される。また、支持部材７（支持部材７の面７ａ）は、Ｚ方向において、第２接続部５とギャップ（空間ＳＰ２）を介して配置される。支持部材７（支持部材７の面７ａ）は、第２接続部５と対向するように配置される。

支持部材７は、第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２との相対的な回転の回転軸（例、回転軸ＡＸ）に平行なアキシャル方向（Ｚ方向）において、第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２との間に配置される。検出部３の少なくとも一部は、支持部材７に支持される。

弾性部２の本体部６は、第１弾性部２１および第２弾性部２２を含む。第１弾性部２１は、空間ＳＰ１に配置される。第１弾性部２１は、空間ＳＰ１の少なくとも一部に充填された樹脂を含む。第１弾性部２１は、第１接続部４と支持部材７とに挟まれている。第１弾性部２１は、第１接続部４と接触して、第１接続部４に固定される。また、第１弾性部２１は、支持部材７と接触して、支持部材７に固定される。

第２弾性部２２は、空間ＳＰ２に配置される。第２弾性部２２は、空間ＳＰ２の少なくとも一部に充填された樹脂を含む。第２弾性部２２、第２接続部５と支持部材７とに挟まれている。第２弾性部２２は、第２接続部５と接触して、第２接続部５に固定される。また、第２弾性部２２は、支持部材７と接触して、支持部材７に固定される。

本実施形態において、検出部３は、第１検出部２３および第２検出部２４を備える。第１検出部２３は、第１の対象領域Ａ１の回転位置情報を検出する。例えば、第１検出部２３は、所定の基準（例、支持部材７の面７ｂ）に対する第１の対象領域Ａ１の回転位置情報を算出する。第２検出部２４は、第２の対象領域Ａ２の回転位置情報を検出する。例えば、第２検出部２４は、上記の所定の基準（例、支持部材７の面７ａ）に対する第２の対象領域Ａ２の回転位置情報を検出する。第１検出部２３および第２検出部２４は、いずれも所定の基準に対する回転位置情報を検出する。

第１検出部２３は、アキシャル方向（例、Ｚ方向）において支持部材７に対して第１側（例、−Ｚ側）に配置される。第２検出部２４は、アキシャル方向において支持部材７に対して第１側と反対側の第２側（例、＋Ｚ側）に配置される。第２検出部２４は、支持部材７に対して第１検出部２３と反対側に配置される。

第１検出部２３は、スケール２５および検出ヘッド２６を備える光学式エンコーダを含む。スケール２５は光学パターン（例、反射パターン）を含み、検出ヘッド２６は、スケール２５を光学的に検出する。スケール２５は、図２で説明したスケール１１と同様の構成である。スケール２５は、弾性部２の第１接続部４の面４ｂに設けられている。

第１の対象領域Ａ１は、スケール２５が配置された領域を含む。検出ヘッド２６は、支持部材７において第１接続部４と対向する面７ｂに設けられている。検出ヘッド２６は、図２で説明した検出ヘッド１２と同様の構成である。検出ヘッド２６は、図２の照射部１３と同様の照射部２７、及び図２のセンサ１４と同様のセンサ２８を備える。

第２検出部２４は、スケール３０および検出ヘッド３１を備える光学式エンコーダを含む。スケール３０は光学パターン（例、反射パターン）を含み、検出ヘッド３１は、スケール３０を光学的に検出する。スケール３０は、図２で説明したスケール１１と同様の構成である。スケール３０は、弾性部２の第２接続部５の面５ｂに設けられている。第２の対象領域Ａ２は、スケール３０が配置された領域を含む。

検出ヘッド３１は、支持部材７において第２接続部５と対向する面（表面）７ａに設けられている。面７ａは、支持部材７において、検出ヘッド２６が設けられる面（裏面）７ｂと反対側の面である。検出ヘッド３１は、図２で説明した検出ヘッド１２と同様の構成である。検出ヘッド３１は、図２の照射部１３と同様の照射部３２および図２のセンサ１４と同様のセンサ２８を備える。

第１接続部４の面４ｂおよび第２接続部５の面５ｂは、それぞれ、弾性部２の内部を規定する面（例、内面）である。弾性部２の側面は、例えば面４ｂおよび面５ｂのそれぞれに垂直であり、面４ｂおよび面５ｂのそれぞれに連続する面（面４ｂと面５ｂとを結ぶ面）である。

図４において、支持部材７には、電子部品１５ａおよび電子部品１５ｂが実装されて設けられる。電子部品１５ａおよび電子部品１５ｂは、それぞれ、図２で説明した電子部品１５と同様の構成である。電子部品１５ａは、支持部材７において、検出ヘッド２６と同じ面７ｂに設けられる。電子部品１５ａは、検出ヘッド２６の検出結果を処理し、第１の対象領域Ａ１（スケール２５）の回転位置情報を算出する。電子部品１５ａは、算出した第１の対象領域Ａ１の回転位置情報を外部のデバイスに送信する。

電子部品１５ｂは、支持部材７において、検出ヘッド３１と同じ面７ａに設けられる。電子部品１５ｂは、検出ヘッド３１の検出結果を処理し、第２の対象領域Ａ２（スケール３０）の回転位置情報を算出する。電子部品１５ｂは、算出した第２の対象領域Ａ２の回転位置情報を外部のデバイスに送信する。なお、電子部品１５ａと電子部品１５ｂとは、１つの電子部品（電子回路）に統合されていてもよい。

上述のように、第１検出部２３は、支持部材７と第１の対象領域Ａ１との相対的な回転位置情報（以下、θ１で表す）を検出する。また、第２検出部２４は、支持部材７と第２の対象領域Ａ２との相対的な回転位置情報（以下、θ２で表す）を検出する。本実施形態において、検出部３は、上記のθ１およびθ２によって、第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２との相対的な回転位置情報を取得可能である。第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２との相対的な回転位置情報は、θ１とθ２との差（Δθ＝θ１−θ２）の情報を含んでもよいし、θ１とθ２とを一組にした情報を含んでもよい。

図５は、第２実施形態に係るトルク検出用モジュール、駆動装置、及び制御装置を示すブロック図である。トルク検出用モジュール１は、第１検出部２３、第２検出部２４、送信部３４、及び送信部３５を備える。

第１検出部２３は、スケール２５、センサ２８、及び処理部３６を備える。センサ２８は、スケール２５を検出する。処理部３６は、センサ２８の検出結果を処理し、スケール２５（図４の第１の対象領域Ａ１）の回転位置情報を算出する。

送信部３４（通信部）は、第１検出部２３から得られる情報を、有線または無線によって外部へ送信する。例えば、送信部３４は、第１検出部２３から得られる情報として、処理部３６の処理結果（回転位置情報）を送信する。送信部３４は、処理部３６が算出した回転位置情報を無線で外部に送信する。送信部３４は、回転位置情報を算出部１９に送信する。上記の処理部３６および送信部３４は、例えば、図４に示した電子部品１５ａに設けられる。第１検出部２３および送信部３４は、それぞれ、バッテリー１６から供給される電力によって動作する。

第２検出部２４は、スケール３０、センサ３３、及び処理部３７を備える。センサ３３は、スケール３０を検出する。処理部３７は、センサ３３の検出結果を処理し、スケール３０（図４の第２の対象領域Ａ２）の回転位置情報を算出する。

送信部３５（通信部）は、第２検出部２４から得られる情報を、有線または無線によって外部へ送信する。例えば、送信部３５は、第２検出部２４から得られる情報として、処理部３７の処理結果（回転位置情報）を送信する。送信部３５は、処理部３７が算出した回転位置情報を無線で外部に送信する。送信部３５は、回転位置情報を算出部１９に送信する。上記の処理部３７および送信部３５は、例えば、図４に示した電子部品１５ｂに設けられる。第２検出部２４および送信部３５は、それぞれ、バッテリー１６から供給される電力によって動作する。

そして、算出部１９は、トルク検出用モジュール１の検出部３（第１検出部２３、第２検出部２４）から得られる情報（例、少なくとも２つの回転位置情報）に基づいて、トルク検出用モジュール１（例、図５の本体部６）に働くトルクを算出する。算出部１９は、図５の弾性部２（本体部６）に働くトルクの推定する（トルクの推定値を算出する）。算出部１９は、第１検出部２３から得られる回転位置情報と、第２検出部２４から得られる回転位置情報との演算（例、差分）により、図５に示した第１の対象領域Ａ１と第２の対象領域Ａ２との相対的な回転位置情報を取得する。算出部１９は、図３の説明と同様に、相対的な回転位置情報に基づいてトルクを算出する。

図６は、変形例に係るトルク検出用モジュール１を示すブロック図である。図６（Ａ）において、センサ２８およびセンサ３３は、それぞれ、検出結果を１つの処理部１８に出力する。処理部１８は、センサ２８の検出結果およびセンサ３３の検出結果に基づいて、第１の対象領域Ａ１（図４参照）と第２の対象領域Ａ２（図４参照）との相対的な回転位置情報を算出する。処理部１８は、算出した回転位置情報を送信部１７に出力する。送信部１７は、処理部１８が算出した回転位置情報を算出部１９に送信する。そして、上述した通り、算出部１９は、送信部１７から受信した回転位置情報に基づいてトルクを算出する。

図６（Ｂ）において、トルク検出用モジュール１は、上述の算出部１９を備える。処理部１８は、図６（Ａ）と同様に、センサ２８の検出結果およびセンサ３３の検出結果に基づいて、第１の対象領域Ａ１（図４参照）と第２の対象領域Ａ２（図４参照）との相対的な回転位置情報を算出する。処理部１８は、算出した回転位置情報を算出部１９に出力する。算出部１９は、処理部１８から出力された回転位置情報に基づいてトルクを算出する。算出部１９は、算出したトルクを送信部１７に出力する。送信部１７は、算出部１９から出力されたトルクを外部（例、図５の制御装置６０）に送信する。

［第３実施形態］
続いて、第３実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図７は、第３実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。本実施形態において、検出部３は透過型検出部（例、光透過型エンコーダ）を含む。検出部３は、第１検出部２３および第２検出部２４を含み、第１検出部２３および第２検出部２４はいずれも透過型検出部である。

第１検出部２３は、スケール２５、照射部２７、及びセンサ２８を備える。スケール２５は、支持部材７に設けられる。照射部２７は、スケール２５に対して、第２回転体ＳＦ２と同じ側（＋Ｚ側）に配置される。照射部２７は、例えば接続部５の面５ｂ上に配置される。照射部２７は、例えば接続部５に固定され、接続部５に支持される。照射部２７は、支持部材７に設けられたスケール２５（透過パターン）に光を照射する。

センサ２８は、スケール２５に対して、第１回転体ＳＦ１と同じ側（−Ｚ側）に配置される。センサ２８は、スケール２５に対して照射部２７と反対側に配置される。センサ２８は、スケール２５を透過した光を検出する。本実施形態において、第１の対象領域Ａ１は、センサ２８が配置される領域を含む。このように、第１検出部２３は、支持部材７（スケール２５）と第１の対象領域Ａ１（センサ２８）との相対的な回転位置情報を検出する。

第２検出部２４は、スケール３０（透過パターン）、照射部３２、及びセンサ３３を備える。スケール３０は、支持部材７に設けられる。スケール３０は、回転軸ＡＸを中心とする円周の１周分（３６０°）の範囲に連続して設けられてもよい。この場合、スケール３０は、スケール２５と同じ（共用）でもよい。スケール３０は、回転軸ＡＸを中心とする円周の一部に設けられ、スケール２５と別に設けられてもよい。

照射部３２は、スケール３０に対して、第１回転体ＳＦ１と同じ側（−Ｚ側）に配置される。照射部３２は、例えば接続部４の面４ｂ上に配置される。照射部３２は、例えば接続部４に固定され、接続部４に支持される。照射部３２は、支持部材７に設けられたスケール３０に光を照射する。

センサ３３は、スケール３０に対して、第２回転体ＳＦ２と同じ側（＋Ｚ側）に配置される。センサ３３は、スケール３０に対して照射部２７と反対側に配置される。センサ３３は、スケール３０を透過した光を検出する。本実施形態において、第２の対象領域Ａ２は、センサ３３が配置される領域を含む。このように、第２検出部２４は、支持部材７（スケール３０）と第２の対象領域Ａ２（センサ３３）との相対的な回転位置情報を検出する。

［第４実施形態］
第４実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図８は、第４実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。本実施形態において、トルク検出用モジュール１の弾性部２は、外力（第１回転体ＳＦ１又は第２回転体ＳＦ２の回転力）によって回転可能な軸部４１を備える。軸部４１の回転軸（中心軸）は、回転軸ＡＸと同軸である。軸部４１は、第１回転体ＳＦ１に固定される第１接続部４１ａ（例、第１端部）と、第２回転体ＳＦ２に固定される第２接続部４１ｂ（例、第２端部）とを備える。

軸部４１は、第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２とに接続する。軸部４１は、Ｚ方向（回転軸ＡＸの軸方向）の周りで第１回転体ＳＦ１に対して回転しないように（滑りが生じないように）、第１回転体ＳＦ１と固定される。また、軸部４１は、Ｚ方向の周りで第２回転体ＳＦ２に対して回転しないように（滑りが生じないように）、第２回転体ＳＦ２と固定される。軸部４１には、例えば第１回転体ＳＦ１から第２回転体ＳＦ２へ伝達されるトルクによってねじれの変形が生じ、検出部３は、弾性部２を用いて軸部４１のねじれの変形を検出する。

本実施形態において、弾性部２は、軸部４１、支持部材７、支持部材４２、及び支持部材４３を備える。軸部４１、支持部材７、支持部材４２、及び支持部材４３は、２以上が一体的に形成されてもよいし、それぞれが互いに独立した部品として形成されてもよい。支持部材７は、軸部４１に固定されている。支持部材７は、Ｚ方向の周りで軸部４１に対して回転しないように固定される。なお、支持部材７は、Ｚ方向の周りで軸部４１に対して回転可能なように固定（支持）されてもよい。

支持部材４２は、支持部材７に対して第１回転体ＳＦ１と同じ側（−Ｚ側、面７ｂに対向する側）に配置される。支持部材４２は、例えば板状の部材であり、支持部材７と対向するように配置される。支持部材４２は、Ｚ方向の周りで軸部４１の第１接続部４１ａに対して回転しないように、軸部４１に固定される。

第１の対象領域Ａ１および第１検出部２３は、弾性部２の内部（空間ＳＰ）に設けられる。第１の対象領域Ａ１および第１検出部２３は、例えば、軸部４１の外周よりも外側（軸部４１の周囲）、かつ弾性部２の外周よりも内側に配置される。弾性部２の内部は、例えば、アキシャル方向（Ｚ方向）において、支持部材４２から支持部材４３までの領域の少なくとも一部を含む。また、空間ＳＰは、空間ＳＰ１および空間ＳＰ２を含む。第１の対象領域Ａ１（スケール２５）および第１検出部２３は、空間ＳＰ１に設けられる。空間ＳＰ１は、Ｚ方向において、支持部材７と支持部材４２とに挟まれる領域を有する空間を含む。空間ＳＰ１は、Ｚ方向から見た（回転軸ＡＸの軸方向視）場合に支持部材７と支持部材４２との一方または双方と重なる領域である。

第１検出部２３のスケール２５（第１の対象領域Ａ１）は、支持部材４２に設けられる。スケール２５は、支持部材４２において支持部材７と対向する面４２ａに設けられる。第１検出部２３の検出ヘッド２６は、支持部材７において、支持部材４２と対向する面７ｂに設けられる。

支持部材４３は、支持部材７に対して第２回転体ＳＦ２と同じ側（＋Ｚ側、面７ａに対向する側）に配置される。支持部材４３は、例えば板状の部材であり、支持部材７と対向するように配置される。支持部材４３は、Ｚ方向の周りで軸部４１の第２接続部４１ｂに対して回転しないように、軸部４１に固定される。

第２の対象領域Ａ２および第２検出部２４は、弾性部２の内部（空間ＳＰ）に設けられる。第２の対象領域Ａ２および第２検出部２４は、例えば、軸部４１の外周よりも外側（軸部４１の周囲）、かつ弾性部２の外周よりも内側に配置される。第２の対象領域Ａ２（スケール３０）および第２検出部２４は、空間ＳＰのうち空間ＳＰ２に設けられる。空間ＳＰ２は、Ｚ方向において支持部材７と支持部材４３とに挟まれる領域を有する空間を含む。空間ＳＰ２は、Ｚ方向から見た（回転軸ＡＸの軸方向視）場合に支持部材７と支持部材４３との一方または双方と重なる領域である。

第２検出部２４のスケール３０は、支持部材４３に設けられる。スケール３０は、支持部材４３において支持部材７と対向する面４３ａに設けられる。第２検出部２４の検出ヘッド３１は、支持部材７において支持部材４３と対向する面７ａに設けられる。

本実施形態に係るトルク検出用モジュール１は、弾性部２の剛性を、軸部４１に持たせること（軸部４１によって調整すること）ができる。トルク検出用モジュール１は、例えば、軸部４１の材料選択によって弾性部２の剛性を設定することが容易である。例えば、第１回転体ＳＦ１から第２回転体ＳＦ２へ伝わることが想定されるトルクのレベル（程度）に基づいて、軸部４１の剛性を設定することが容易である。例えば、軸部４１の剛性が高い場合、トルクに対する弾性部２の変形量（例、ねじれ角）が小さいので、測定可能なトルクの上限が高くなる。また、例えば、軸部４１の剛性が低い場合、トルクに対する弾性部２の変形量（例、ねじれ角）が大きいので、トルクに対する感度（検出精度）が高くなる。

実施形態に係るトルク検出用モジュール１において、弾性部２は、図２などに示した本体部６の少なくとも一部と、図８などに示した軸部４１の少なくとも一部との一方または双方を含む。例えば、軸部４１が設けられない場合、弾性部２は、本体部６（図２参照）の少なくとも一部を含む。また、軸部４１が設けられる場合、弾性部２は、本体部６の少なくとも一部を備えてもよいし、本体部６を備えなくてもよい。

なお、図８において、空間ＳＰ１および空間ＳＰ２は、それぞれ空隙である。空間ＳＰ１には、図４に示した第１弾性部２１が設けられてもよい。また、空間ＳＰ２には、図４に示した第２弾性部２２が設けられてもよい。また、第１回転体ＳＦ１および第２回転体ＳＦ２は、それぞれ、所定部材に対して回転し、支持部材７は、この所定部材に対して回転しないように固定されてもよい。この場合、第１検出部２３は、第１回転体ＳＦ１の回転位置情報を検出してもよい。また、第２検出部２４は、第２回転体ＳＦ２の回転位置情報を検出してもよい。

上記の回転位置情報は、回転の数を表す多回転情報と、１回転未満の角度位置を表す角度位置情報との一方または双方を含む。トルク検出用モジュール１は、例えば、第１回転体ＳＦ１から伝わるトルクと、第１回転体ＳＦ１の回転位置情報とを検出してもよい。この場合、トルク検出用モジュール１の検出結果に基づいて、第１回転体ＳＦ１に働く馬力が算出されてもよい。

［第５実施形態］
第５実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図９は、第５実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。本実施形態において、弾性部２は、中空の軸部４１を備える。第１の対象領域Ａ１、第２の対象領域Ａ２、及び検出部３は、弾性部２の内部であって、中空の軸部４１の内部に設けられる（後の図１０に示す）。

図１０は、第５実施形態に係るトルク検出用モジュールをラジアル方向（例、Ｙ方向）から見た図である。図１０において、弾性部２は、第１接続部４、第２接続部５、軸部４１、及び支持部材７を備える。第１接続部４は、Ｚ方向の周りで第１回転体ＳＦ１に対して回転しないように、第１回転体ＳＦ１と固定される。第２接続部５は、Ｚ方向の周りで第２回転体ＳＦ２に対して回転しないように、第２回転体ＳＦ２と固定される。

軸部４１は、Ｚ方向において、第１接続部４と第２接続部５とに挟まれている。軸部４１は、例えば、円筒状の部材である。軸部４１は、Ｚ方向の周りで第１接続部４に対して回転しないように、固定部材４５によって第１接続部４と固定されている。軸部４１は、Ｚ方向の周りで第２接続部５に対して回転しないように、固定部材４６によって第２接続部５と固定されている。支持部材７は、軸部４１の内側に配置され、軸部４１の内壁に固定されている。

なお、第１接続部４と第２接続部５との一方または双方は、軸部４１の一部でもよい。例えば、第１接続部４と第２接続部５との一方または双方は、鋳型あるいは型成形などによって軸部４１と一体的に形成された部材（軸部、軸部材）でもよい。実施形態に係る弾性部２の軸部は、第１接続部４と第２接続部５との一方または双方と、軸部４１（軸本体部）とを備えてもよい。

［第６実施形態］
第６実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図１１は、第６実施形態に係るトルク検出用モジュールを示す図である。本実施形態において、トルク検出用モジュール１は、磁気式エンコーダを備える。

検出部３は、スケール１１およびセンサ１４を備える磁気式エンコーダを含む。スケール１１は、回転軸ＡＸの周りの角度位置によって磁界が変化する磁気パターンを含む。磁気パターンは、回転軸ＡＸを中心とする回転方向に着磁された磁石でもよい。磁気パターンは、回転軸ＡＸを中心とする回転方向に複数の磁極を有する磁石でもよい。

検出部３は、回転方向のねじれを検出するために、所定面に沿って配置される。上記の所定面は、アキシャル方向（Ｚ方向）に垂直な面（ＸＹ面）、アキシャル方向に垂直な面に平行な面）、回転方向を含む面、回転方向を含む面に平行な面などである。例えば、スケール１１の磁気パターンは、上記の所定面（例、第２接続部５の面５ｂ）に沿うように設けられる。また、センサ１４は、上記の所定面（例、支持部材７の面７ａ）に沿うように設けられる。

センサ１４は、スケール１１と対向するように、配置される。支持部材７は、検出部３の少なくとも一部（例、センサ１４）を支持する。支持部材７は、例えば、プリント基板などの処理基板を含む。支持部材７は第１接続部４に固定されており、センサ１４は、支持部材７においてスケール１１と対向する面７ａに設けられている。センサ１４は、スケール１１を磁気的に検出する。センサ１４は、例えば、ホール素子あるいはＭＲセンサなどの磁気センサを含む。

図１２は、変形例に係るトルク検出用モジュール１を示す図である。図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）のそれぞれにおいて、検出部３は、第１検出部２３および第２検出部２４を含む。第１検出部２３および第２検出部２４は、それぞれ、磁気式エンコーダを含む。第１検出部２３および第２検出部２４は、それぞれ、図１１の検出部３と同様の構成である。

図１２（Ａ）において、弾性部２（本体部６）は、第１弾性部２１および第２弾性部２２を含む。第１弾性部２１は、支持部材７と第１接続部４との間の空間ＳＰ１に充填された樹脂を含む。第１検出部２３は、空間ＳＰ１に配置されている。第１検出部２３のスケール２５（磁気スケール）は、第１接続部４に設けられる。第１検出部２３のセンサ２８（磁気センサ）は、第１接続部４の面４ｂと対向する位置に配置される。第１検出部２３のセンサ２８は、支持部材７においてスケール２５と対向する位置に配置される。

また、第２弾性部２２は、支持部材７と第２接続部５との間の空間ＳＰ２に充填された樹脂を含む。第２検出部２４は、空間ＳＰ２に配置されている。第２検出部２４のスケール３０（磁気スケール）は、第２接続部５に設けられる。第２検出部２４のセンサ３３（磁気センサ）は、第２接続部５の面５ｂと対向する位置に配置される。第２検出部２４のセンサ３３は、支持部材７においてスケール３０と対向する位置に配置される。

図１２（Ｂ）において、弾性部２は、軸部４１を備える。軸部４１は、第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２とを接続する。支持部材７は、Ｚ方向において第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２との間の軸部４１に固定される。支持部材４２は、Ｚ方向において第１回転体ＳＦ１と支持部材７との間の軸部４１に固定される。支持部材４３は、Ｚ方向において支持部材７と第２回転体ＳＦ２との間の軸部４１に固定される。

第１検出部２３は、Ｚ方向において支持部材７と支持部材４２との間の空間ＳＰ１に配置される。第１検出部２３のスケール２５（磁気スケール）は、支持部材４２に設けられる。第１検出部２３のセンサ２８（磁気センサ）は、支持部材７においてスケール２５と対向する位置に配置される。第２検出部２４は、Ｚ方向において支持部材７と支持部材４３との間の空間ＳＰ２に配置される。第２検出部２４のスケール３０（磁気スケール）は、支持部材４３に設けられる。第２検出部２４のセンサ３３（磁気センサ）は、支持部材７においてスケール３０と対向する位置に配置される。

なお、図１２において、第１検出部２３および第２検出部２４は、一方の検出部（例、第１検出部２３）が磁気式エンコーダ（磁気式検出部）を含み、他方の検出部（例、第２検出部２４）が光学式エンコーダ（光学式検出部）を含んでもよい。また、上記した各実施形態において、第１検出部２３の検出結果に基づいて第１のトルクが算出され、第２検出部２４の検出結果に基づいて第２のトルクが算出されていもよい。第１のトルクは、例えば図１２（Ａ）の場合、アキシャル方向において、支持部材７と第１回転体ＳＦ１との間の部分（例、第１弾性部２１）に働くトルクである。第１のトルクは、例えば、第１検出部２３の検出結果から得られるねじれ角に基づいて、第１実施形態で説明した手法により算出される。また、第２のトルクは、例えば図１２（Ａ）の場合、アキシャル方向において、支持部材７と第２回転体ＳＦ１との間の部分（例、第２弾性部２２）に働くトルクである。第２のトルクは、例えば、第２検出部２４の検出結果から得られるねじれ角に基づいて、第１実施形態で説明した手法により算出される。上記の第１のトルクと第２のトルクとは、弾性体２の内部の力が釣り合っている状態において、ほぼ同じになる。例えば、上記の第１のトルクと第２のトルクとの比較によって、トルク検出の信頼性が向上する。

［ステージ装置］
次に、実施形態に係るステージ装置について説明する。図１３は、実施形態に係るステージ装置を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。

このステージ装置ＳＴＧは、駆動装置５０の第１回転体ＳＦ１に、トルク検出用モジュール１および第２回転体ＳＦ２を介して回転テーブルＴＢ（ステージ、移動体、回転体）を取り付けた構成である。ステージ装置ＳＴＧは、駆動装置５０を駆動して第１回転体ＳＦ１を回転させる。この回転は、トルク検出用モジュール１を介して回転テーブルＴＢに伝達される。第１回転体ＳＦ１が回転する際に、トルク検出用モジュール１は、第１回転体ＳＦ１と第２回転体ＳＦ２との間に働くトルクに関する情報（例、図２の本体部６のねじれ角）を検出する。

ステージ装置ＳＴＧは、トルク検出用モジュール１の検出結果に基づいて、駆動装置５０を制御する。例えば、ステージ装置ＳＴＧは、トルク検出用モジュール１の検出結果から算出されるトルクの推定値が閾値を超える場合、第１回転体ＳＦ１の角速度を低下させ、あるいは第１回転体ＳＦ１の回転を停止させる。なお、ステージ装置ＳＴＧは、第２回転体ＳＦ２の回転運動を直線運動に変換してステージを駆動する構成でもよい。例えば、ステージ装置ＳＴＧは、Ｘステージ、ＸＹステージ、あるいはＸＹＺステージ等のように、ステージを直線的に移動させてもよい。

［ロボット装置］
次に、実施形態に係るロボット装置について説明する。図１４は、実施形態に係るロボット装置を示す図である。なお、図１４には、ロボット装置ＲＢＴの一部（関節部分）を模式的に示した。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略装置または簡略化する。

このロボット装置ＲＢＴは、第１アームＡＲ１と、第２アームＡＲ２と、関節部ＪＴとを有している。第１アームＡＲ１は、関節部ＪＴを介して、第２アームＡＲ２と接続されている。

第１アームＡＲ１は、腕部１０１、軸受１０１ａ、及び軸受１０１ｂを備えている。第２アームＡＲ２は、腕部１０２および接続部１０２ａを有する。接続部１０２ａは、関節部ＪＴにおいて、軸受１０１ａと軸受１０１ｂの間に配置されている。接続部１０２ａは、回転体ＳＦＲと一体的に設けられている。回転体ＳＦＲは、関節部ＪＴにおいて、軸受１０１ａと軸受１０１ｂの両方に挿入されている。回転体ＳＦＲのうち軸受１０１ｂに挿入される側の端部は、軸受１０１ｂを貫通して減速機ＲＧに接続されている。

駆動装置５０の回転体は、トルク検出用モジュール１を介して減速機ＲＧに接続される。減速機ＲＧは、駆動装置５０の回転を例えば１００分の１等に減速して回転体ＳＦＲに伝達する。ロボット装置ＲＢＴは、駆動装置５０の回転体を回転させる。回転体ＳＦの回転は、トルク検出用モジュール１および減速機ＲＧを介して、回転体ＳＦＲに伝達される。接続部１０２ａは回転体ＳＦＲと一体的に回転し、第２アームＡＲ２は、接続部１０２ａの回転によって第１アームＡＲ１に対して回転する。なお、トルク検出用モジュール１は、減速機ＲＧと回転体ＳＦＲとの間のトルクの伝達経路に設けられてもよい。

第１アームＡＲ１と第２アームＡＲ２とが相対的に回転する際に、トルク検出用モジュール１は、駆動装置５０の回転体に働くトルクに関する情報（例、図２の本体部６のねじれ角）を検出する。ロボット装置ＲＢＴは、トルク検出用モジュール１の検出結果に基づいて、駆動装置５０を制御する。例えば、ロボット装置ＲＢＴは、トルク検出用モジュール１の検出結果から算出されるトルクの推定値が閾値を超える場合、駆動装置５０の回転体の角速度を低下させ、あるいは駆動装置５０の回転体の回転を停止させる。なお、ロボット装置ＲＢＴは、上記の構成に限定されず、駆動装置５０は、関節を備える各種ロボット装置に適用できる。

なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。

１・・・トルク検出用モジュール、２・・・弾性部、３・・・検出部、６・・・本体部、７・・・支持部材、１１・・・スケール、１４・・・センサ、１７・・・送信部、１８・・・処理部、４１・・・軸部、５０・・・駆動装置、６０・・・制御装置、Ａ１・・・第１の対象領域、Ａ２・・・第２の対象領域、ＲＢＴ・・・ロボット装置、ＳＴＧ・・・ステージ装置

Claims (12)

1. 第１回転体に接続される第１接続部と、
   第２回転体に接続される第２接続部と、
   前記第１接続部に固定される支持部材と、
   前記第１回転体及び前記第２回転体の軸方向における前記支持部材と前記第２接続部との間に設けられ、弾性変形する弾性体と、
   前記弾性体に覆われ、前記第２接続部に設けられるスケールと、
   前記弾性体に覆われ、前記支持部材に設けられ、前記スケールとの相対的な回転位置情報を検出する検出ヘッドと、を備えるトルク検出用モジュール。
2. 第１回転体に接続される第１接続部と、
   第２回転体に接続される第２接続部と、
   前記第１回転体及び前記第２回転体の軸方向における前記第１接続部と前記第２接続部とに挟まれ、弾性変形する円筒状の弾性体と、
   前記弾性体の内壁に固定される支持部材と、
   前記第２接続部に設けられるスケールと、
   前記支持部材に設けられ、前記スケールとの相対的な回転位置情報を検出する検出ヘッドと、を備えるトルク検出用モジュール。
3. 前記支持部材に支持され、前記回転位置情報を算出する処理部を備え、
   前記処理部は、前記弾性体に覆われる、請求項１又は請求項２に記載のトルク検出用モジュール。
4. 前記検出ヘッドが検出した前記回転位置情報に基づいて、前記弾性体に働くトルクを算出する算出部を備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のトルク検出用モジュール。
5. 前記算出部は、前記検出ヘッドの検出結果から得られる前記スケールと前記検出ヘッドとのねじり角と、前記弾性体の弾性率とに基づいて、前記弾性体に働くトルクを算出する、請求項４に記載のトルク検出用モジュール。
6. 前記検出ヘッドから得られる情報を外部へ送信する送信部を備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のトルク検出用モジュール。
7. 前記支持部材は、前記処理部を支持する、請求項３に記載のトルク検出用モジュール。
8. 前記検出ヘッドは、光学式エンコーダと磁気式エンコーダとの少なくとも一方を含む、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のトルク検出用モジュール。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のトルク検出用モジュールと、
   前記第１回転体と前記第２回転体との少なくとも一方に駆動力を供給する駆動部と、を備える駆動装置。
10. 請求項９に記載の駆動装置と、
    前記駆動装置によって移動するステージと、を備えるステージ装置。
11. 請求項９に記載の駆動装置と、
    前記駆動装置によって移動するアームと、を備えるロボット装置。
12. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のトルク検出用モジュールから得られる情報に基づいて、前記第１回転体と前記第２回転体との少なくとも一方の駆動を制御する制御装置。

Images