JPH10227704A

JPH10227704A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH10227704A
Application number: JP3019097A
Authority: JP
Inventors: Jun Sasahara; 潤笹原; Hideo Takahashi; 英男高橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-08-25
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: JP3824368B2

Abstract

(57)【要約】【課題】トルクを受けたときでの弾性体の弾性変形に
正確に対応して磁性体が変形し、正確なトルク検出が可
能なトルクセンサを得る。【解決手段】トルク伝達可能でこのトルクを受けて弾
性変形するフレクスプライン部材（弾性体）１０の表面
に、フレクスプライン部材１０の弾性変形に応じてその
磁気歪特性が変化する第１磁性体層２２を周方向に延び
て一体に形成し、第１磁性体層２２上に磁気歪特性の変
化を検出する平板状コイル２３，２４を重ねて配設し、
この平板状コイルを覆って第２磁性体層２５を配設して
トルクセンサが構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば産業ロボットの
減速機等として用いられるハーモニックドライブ機構等
において伝達されるトルクを検出するトルクセンサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年産業ロボットは多用されているが、
このロボットの制御において、関節部等のトルクを計測
しこれを制御に利用することは、ロボットの制御性能を
向上させる上で非常に有用である。また、計測トルクを
用いて故障診断を行うようにすれば、安全性を向上させ
ることができる。このようなロボットに用いられるハー
モニックドライブ機構といった減速機等において生じる
非線形摩擦はサーボ系の高速化、高精度化を阻害する要
因の一つであり、この摩擦を検出トルクを用いて補償
し、サーボ系の作動速度、精度を向上させることも考え
られている。

【０００３】このように伝達トルクを計測することはロ
ボットの制御等において非常に重要なことであり、従来
から、種々の検出装置が用いられている。一例を挙げれ
ば、歪ゲージを用いたトルク検出装置があり、この装置
の場合には、例えば、ハーモニックドライブ機構のフレ
クスプラインの弾性変形を、歪ゲージを用いて検出して
トルク検出が行われる。

【０００４】しかしながら、歪ゲージは衝撃等に弱いた
め、移動ロボット等のような関節部に衝撃がかかり易い
ものに用いるのが難しいという問題がある。また、減速
機構とは別体に構成されたトルクセンサを組み込んで用
いることもあるが、このようなトルクセンサを用いると
きには、新たに弾性要素を導入したり、ロボットの関節
部の機構を変更しなければならない。ここで、弾性要素
の追加は機構全体の剛性を低下させてロボットの性能を
低下させるおそれがあるという問題があり、関節部の機
構の変更は全体重量増加を招き、移動ロボット等の場合
には駆動に必要なエネルギーが増加するという問題があ
る。

【０００５】このようなことから、本出願人は、特開平
７−３１１１０２号に開示されているように、弾性体の
表面に周方向に延びて接着され、この弾性体の弾性変形
に応じてその磁気歪特性が変化する第１磁性体層と、こ
の第１磁性体層上に重ねて配設され、磁気歪特性の変化
を検出する平板状コイルと、この平板状コイルを覆って
配設された第２磁性体層とから構成されるトルクセンサ
を発明した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなトルクセン
サの場合には、新たに弾性要素を追加したり、機構を変
更したりする必要がなく、ひずみゲージを用いる必要も
ないのであるが、第１磁性体層が、接着剤を用いて弾性
体の表面に接着されるものである場合には、この接着層
により弾性体の弾性変形が第１磁性体層に伝わりにくく
なり、正確な弾性変形の検出が難しいという問題が生じ
うる。すなわち、弾性体自体は伝達トルクに応じて弾性
変形しても、接着剤層がこの変形の一部を吸収して第１
磁性体層に伝達され、第１磁性体層の変形が小さくな
り、トルク検出が不正確になるおそれがあるという問題
がある。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みたもので、
弾性体の弾性変形に正確に対応して磁性体が変形し、正
確なトルク検出が可能なトルクセンサを提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明においては、トルク伝達可能でこのトルクを
受けて弾性変形する弾性体の表面に、弾性体の弾性変形
に応じてその磁気歪特性が変化する第１磁性体層を、周
方向に延びて一体に形成し、第１磁性体層上に磁気歪特
性の変化を検出する平板状コイルを重ねて配設し、この
平板状コイルを覆って第２磁性体層を配設してトルクセ
ンサが構成される。

【０００９】このような構成のトルクセンサは、減速機
構等のトルク伝達部材の側面もしくは外周面に周方向に
延びて第１磁性体層が一体形成される。このように第１
磁性体層がトルク伝達部材（弾性体）の表面に一体形成
されるため、弾性体の弾性変形がそのまま第１磁性体層
に伝達され、第１磁性体層の磁気歪特性は伝達トルクに
正確に比例して変化する。このため、本発明のトルクセ
ンサでは非常に正確な伝達トルク検出が可能である。な
お、このような第１磁性体層は、弾性体の表面にスパッ
タリング、蒸着、溶射等によりアモルファス層を設けて
一体に形成可能である。

【００１０】しかも、このトルクセンサは、２つの磁性
体層と、これらに挟まれたプリント配線板から構成され
ており、厚さの薄い構成であるため、減速機構のトルク
伝達部材（例えば、ハーモニックドライブ機構のフレク
スプライン部材）の表面に直接設けることができ、減速
機構を変更したり、新たな部品を追加することなく簡単
に取り付けることが可能である。さらに、歪ゲージに比
べて耐衝撃性能が高く、移動ロボットにのように衝撃が
加わりやすい関節部等にも用いることが可能である。

【００１１】なお、第１磁性体層を、弾性体の表面に一
定厚さを有して形成されたアモルファス層から形成し、
この平面状アモルファス層に周方向に対し所定の傾斜角
度を有した複数のスリットを周方向に並んで形成するの
が好ましい。もしくは、第１磁性体層を、弾性体の表面
に直線状平面形状を有して形成された複数の線状アモル
ファス層から形成し、この線状アモルファス層を周方向
に対し所定の傾斜角度を有して周方向に並んで形成する
のが好ましい。

【００１２】弾性体がトルクを受けて弾性変形するとき
に、この弾性体の表面における磁気歪は周方向に対して
４５度の方向において最大となり、磁気透磁率変化もこ
の方向において最大となる。このため、周方向に対して
所定の傾斜角度、例えば、４５度の角度を有した複数の
スリットもしくは線状アモルファス層を周方向に並べて
形成すれば、形状的な異方性効果が加わって弾性変形時
における磁気透磁率変化が増幅されて表れるため、トル
ク検出をより正確に行うことができる。

【００１３】さらに、弾性体の弾性変化に伴って磁気歪
特性を変化させる第１磁性体層に設けられた一対のスリ
ット列の一方が周方向に対して右にほぼ４５度の角度を
もって形成され、他方が周方向に対して左にほぼ４５度
の角度をもって形成され、第一の磁性体層の同一円周上
に異なった角度を有するスリット列を交互に等間隔に並
べて配設し、検出コイルを、この一方の角度を有するス
リット列に対向する第一の検出コイル層と他方の角度を
有するスリット列に対向する第二の検出コイル層とに分
割して構成することが望ましい。

【００１４】弾性体がトルクを受けて弾性変形すると
き、この弾性体の表面における磁気歪は周方向に対して
４５度の方向において最大となり、透磁率変化もこの方
向において最大となるため、前述したように、周方向に
対して４５度の角度を有した複数のスリット列を同一円
周上に並べて形成すれば、形状的な異方性効果が加わっ
て弾性変形時における透磁率変化が増幅して現れる。従
って、スリット列をこの方向に設けることにより、トル
ク検出をより正確に行うことができる。

【００１５】また、弾性変形時に第１磁性体層の表面に
は圧縮応力および引張応力が相反する方向に生じるた
め、上記のように左右それぞれ４５度の角度を有するス
リット列を交互に等間隔に配設すれば、第一の検出コイ
ル層によって検出される誘導起電力と、第二の検出コイ
ル層によって検出される誘導起電力とが絶対値として同
一の出力値となり、かつ、正負逆に出力されるため、両
起電力の差を検出することによりトルク検出をより正確
に行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好ましい実施
例について説明する。本発明に係るトルクセンサを備え
たハーモニックドライブ機構の一例を図１に示してい
る。この機構は、内歯サーキュラースプライン１ａが形
成されたほぼ円筒状の支持ケース１とこの支持ケース１
に結合されたフランジカバー２とに囲まれた空間内に、
以下の部材をベアリング８ａ，８ｂにより回転自在に支
持して構成される。なお、これら支持ケース１およびフ
ランジカバー２は通常、固定保持される。ハーモニック
ドライブ機構は入力軸３の回転を非常に大きな減速比
（数十から百数十といった非常に大きな減速比）で減速
して出力軸１３に伝達する機構であるが、この機構その
ものは従来から公知であるので、この機構自体の説明は
簡単に行う。

【００１７】入力軸３はベアリング８ａを介してフラン
ジカバー２により回転自在に支持されており、一端が外
方に突出し、他端に楕円盤カム５が結合されている。こ
の楕円盤カム５の外周に沿って複数の押圧ボール６ａを
等間隔で配設してウェーブジェネレータ６が構成されて
いる。一方、出力軸１３はベアリング８ｂを介して支持
ケース１により回転自在に支持されるとともに、一端が
支持ケース１の側面から外方に突出し、他端が支持ケー
ス２内に配設されたフレクスプライン部材１０に結合さ
れている。

【００１８】フレクスプライン部材１０は、弾性材料か
ら形成された部材で、先端部に外歯フレクスプライン１
１を有するとともに、この外歯フレクスプライン１１と
出力軸１３とを結合する円盤状底壁１２ａを有した薄肉
円筒状のカップリング部１２を有して構成される。外歯
フレクスプライン１１の内周面に沿ってウェーブジェネ
レータ６が位置するとともに、この外歯フレクスプライ
ン１１は内歯サーキュラースプライン１ａと噛合する位
置にある。

【００１９】ウェーブジェネレータ６において、楕円盤
カム５はその楕円形状に対応してボール６ａを外周方向
に押し上げ、フレクスプライン１１は楕円形に弾性変形
される。このとき、フレクスプライン１１における楕円
の長軸に対応する部分が最も外周側に押し出されるよう
に変形し、フレクスプライン１１は１８０度離れた２箇
所において内歯サーキュラースプライン１ａと噛合す
る。

【００２０】以上の構成のハーモニックドライブ機構に
おいて、入力軸３が回転駆動されるとこれに結合された
ウェーブジェネレータ６（楕円盤カム５）が一緒に回転
され、フレクスプライン１１と内歯サーキュラースプラ
イン１ａとの噛合位置がこの回転とともに回転移動す
る。ここで、内歯サーキュラースプライン１ａの歯数に
対してフレクスプライン１１の歯数が１〜数枚少なく形
成されており、上記のように入力軸３の回転に応じて噛
合位置が回転移動すると、入力軸３が１回転したときに
フレクスプライン部材１０はこの相違歯数分だけ回転す
る。すなわち、入力軸３の一回転に対して出力軸１３は
フレクスプライン１１の１〜数枚の歯数分しか回転され
ず、非常に大きな減速比で回転が伝達される。

【００２１】このハーモニックドライブ機構におけるフ
レクスプライン部材１０の円盤状底壁１２ａの外側面
に、このフレクスプライン部材１０を介して伝達される
トルクを検出するトルクセンサ２０が配設されている。
このトルクセンサ２０の上には保護カバー１５が取り付
けられている。なお、フレクスプライン部材１０を保護
カバー１５を外した状態で図２に示している。

【００２２】本例のトルクセンサ２０は、図３に示すよ
うに、中央に開口を有するドーナッツ型円盤状に形成さ
れ、このトルクセンサ２０を構成する励磁コイルを励磁
したり、検出コイルの誘導起電力を検出したりする処理
回路３０がトルクセンサ２０に接続されている。

【００２３】このトルクセンサ２０をフレクスプライン
部材１０に取り付けた状態を図４に示している。トルク
センサ２０は、これを構成するフレクスプライン部材１
０の円盤状底壁１２ａの外側面に一体形成された第１磁
性体層２２を有する。この第１磁性体層２２は、アモル
ファスになりやすい、すなわちアモルファス形成能の高
い材料（例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−
Ｂ等）を用いてスパッタリング、蒸着、溶射等の処理を
行って、円盤状底壁１２ａの表面にアモルファス層を形
成して作られる。

【００２４】この第１磁性体層２２の上には、励磁コイ
ルパターン２３ａ，２３ｂが形成された励磁用プリント
配線板２３と、検出コイルパターン２４ａ，２４ｂが形
成された検出用プリント配線板２４とが重ねて配設さ
れ、この上に、アモルファスシートもしくはアモルファ
ス合金シートからなる第２磁性体層２５ａ，２５ｂが配
設されている。

【００２５】第１磁性体層２２は、図５に示すように、
中央に円状開口２２ｃを有した円盤状のアモルファス層
からなり、周方向に整列した複数のスリット２２ａ，２
２ｂが２列にリング状に並んで形成されている。図示の
ように、内周側スリット２２ａおよび外周側スリット２
２ｂはそれぞれ、周方向に対して４５度傾いて形成され
ており、しかも、内周側スリット２２ａは周方向に対し
て左側に４５度傾き、外周側スリット２２ｂは周方向に
対して右側に４５度傾いて形成されている。なお、内周
側スリット２２ａを右側に４５度傾け、外周側スリット
２２ｂを左側に４５度傾けてもよい。

【００２６】なお、前述のように第１磁性体層２２はス
パッタリング、蒸着、溶射などにより形成されるのであ
るが、このときにスリット部分にマスキングを施して上
記スリット２２ａ，２２ｂを形成することができる。ま
た、全体に一様なアモルファス層を形成したのち、スリ
ット部に当たる部分をエッチングにより除去してスリッ
ト２２ａ，２２ｂを形成しても良い。

【００２７】励磁用プリント配線板２３は、図６に示す
ように、絶縁材料性フレキシブルプリント基板２３ｅの
表面に、内周側に位置するとともに時計回り方向に形成
された第１励磁コイルパターン２３ａと、外周側に位置
するとともに反時計回り方向に形成された第２励磁コイ
ルパターン２３ｂとが形成されて作られている。図にお
いて、各コイルパターン２３ａ，２３ｂはそれぞれ約二
周するように形成されているが、もっと多くの巻数のコ
イルパターンをそれぞれ形成しても良い。

【００２８】なお、図４においてはコイルパターン２２
ａ，２２ｂを模式的に断面円形に示しているが、実際は
プリント基板の上に形成された導電材料パターンであ
る。また、図６において、実線のコイルパターンはフレ
キシブルプリント基板２３ｅの表面に形成され、破線の
コイルパターンは裏面に形成されている。なお、間に絶
縁層を介して両コイルパターンを表面もしくは裏面に多
層に形成してもよい。

【００２９】第１励磁コイルパターン２３ａの外周端と
第２励磁コイルパターン２３ｂの内周端が接続されると
ともに、第１励磁コイルパターン２３ａの内周端と第２
励磁コイルパターン２３ｂの外周端がそれぞれ励磁用コ
ネクタ部２３ｃに接続されており、励磁用コネクタ部２
３ｃ以外のコイルパターンは絶縁コーティングされてい
る。励磁用コネクタ部２３ｃは露出しており、これらコ
ネクタ部２３ｃ間に電流を流せば、第１および第２励磁
コイルパターン２３ａ，２３ｂを流れる電流により、図
４に矢印Ｐ，Ｑで示す磁界が発生する。このとき、両コ
イルパターン２３ａ，２３ｂの巻方向が反対なので、両
磁界Ｐ，Ｑも反対方向の磁界となる。

【００３０】検出用プリント配線板２４は、図７に示す
ように、絶縁材料性フレキシブルプリント基板２４ｅの
表面に、内周側に位置して時計回り方向に形成された第
１検出コイルパターン２４ａと、外周側に位置して反時
計回り方向に形成された第２検出コイルパターン２４ｂ
とが形成されて作られている。この検出用プリント配線
板２４においても、各コイルパターン２４ａ，２４ｂの
巻数をもっと多くしても良く、実線のコイルパターンが
フレキシブルプリント基板２３ｅの表面に形成され、破
線のコイルパターンが裏面に形成される。なお、第１検
出コイルパターン２４ａは第１検出用コネクタ部２３ｃ
に繋がり、第２検出コイルパターン２４ｂは第２検出用
コネクタ部２３ｄに繋がる。

【００３１】上記両プリント配線板２３，２４が第１磁
性体層２２の上に重ねられた状態で、第１励磁コイルパ
ターン２３ａおよび第１検出パターン２４ａはともに内
周側スリット２２ａの上に重なり、第２励磁コイルパタ
ーン２３ｂおよび第２検出パターン２４ｂはともに外周
側スリット２２ｂの上に重なる。

【００３２】そして、内周側に位置する第２磁性体層２
５ａは第１励磁コイルパターン２３ａおよび第１検出パ
ターン２４ａを覆うリング状に形成され、これらの上に
重ねて取り付けられる。同様に、外周側に位置する第２
磁性体層２５ｂは第２励磁コイルパターン２３ｂおよび
第２検出パターン２４ｂを覆うリング状に形成され、こ
れらの上に重ねて取り付けられる。これら第２磁性体層
２５ａ，２５ｂは励磁用コネクタ部２３ｃ間に電流を流
して図４に示す磁界Ｐ，Ｑを発生されるとき誘磁体とし
ての役目を果たし、第１および第２励磁コイルパターン
２３ａ，２３ｂの周りに磁界Ｐ，Ｑを明瞭に発生させ
る。

【００３３】第１磁性体層２２はフレクスプライン部材
１０の円盤状底壁１２ａの外側面に一体に形成されてい
るため、フレクスプライン部材１０を介してトルク伝達
がなされるときにフレクスプライン部材１０がこのトル
クを受けて弾性変形すると、第１磁性体層２２もそのま
ま一緒に変形し、この変形により第１磁性体層２２の磁
気歪特性が変化して透磁率が変化する。このように透磁
率が変化すると、磁界Ｐ，Ｑの強度が変化するので、第
１および第２検出コイルパターン２４ａ，２４ｂに生じ
る誘導起電力の変化を第１および第２コネクタ部２４
ｃ，２４ｄから取り出して検出すれば、透磁率の変化を
検出することができる。

【００３４】このようにして検出した透磁率の変化はフ
レクスプライン部材１０の弾性変形に比例するため、こ
の透磁率の変化に基づいてフレクスプライン部材１０を
介して伝達されるトルクを演算して求めることができ
る。なお、フレクスプライン部材１０はウェーブジェネ
レータ６により楕円形状に弾性変形されるため、第１磁
性体層２２の磁気歪特性はこの弾性変形の影響も受ける
のであるが、楕円形状の弾性変形は全周にわたって磁気
歪特性を平均すれば、零となるため、実際には伝達トル
クのみを検出することが可能である。

【００３５】このように、本発明のトルクセンサは第１
磁性体層２２の透磁率の変化を検出してトルクを検出す
るものであるが、第１磁性体層２２の透磁率の変化が最
大となる方向、すなわち、周方向に対して４５度傾いた
方向にスリット２２ａ，２２ｂを形成している。図５に
示すように、フレクスプライン部材１０にトルクＴが作
用すると内周側のスリット２２ａが形成された部分には
矢印Ａで示すようにスリット２２ａの方向に圧縮力が作
用し、外周側のスリット２２ａが形成された部分には矢
印Ｂで示すようにスリット２２ｂの方向に引っ張り力が
作用する。このとき、スリット２２ａ，２２ｂにより形
状的な異方性効果を得て第１磁性体層２２における透磁
率変化を増幅させることができ、トルクの検出精度がよ
り高くなる。

【００３６】なお、本例においては、図５に示すよう
に、第１磁性体層２２はフレクスプライン部材１０の底
壁１２ａの外側面に一体形成された円盤状のアモルファ
ス層からなり、この円盤状のアモルファス層に斜めにス
リット２２ａ，２２ｂを形成しているが、これと逆の関
係のアモルファス層により第１磁性体層を形成しても良
い。すなわち、スリット２２ａ，２２ｂの部分に線状の
アモルファス層を形成しても良い。

【００３７】以上のようにして透磁率変化を検出する装
置、すなわち、図３に示した処理回路３０について図８
を参照して説明する。この回路３０は交流電源３１を有
しており、この交流電源３１からの交流電流が励磁用コ
ネクタ部２３ｃを介して第１および第２励磁コイルパタ
ーン２３ａ，２３ｂに流されてこれらが励起される。こ
れにより、この電流に対応して互いに反対方向となる磁
界Ｐ，Ｑが図４に示すように、これらコイルパターン２
３ａ，２３ｂの周りに発生する。

【００３８】この磁界Ｐ，Ｑは、第１および第２検出コ
イルパターン２４ａ，２４ｂに相互誘導起電力を発生さ
せ、この相互誘導起電力が第１および第２コネクタ部２
４ｃ，２４ｄを介してブリッジ回路３２ａ，３２ｂに取
り出される。ここで、磁界Ｐ，Ｑの方向が逆なので、誘
導起電力は一方がプラスで他方がマイナスの値となり、
これがブリッジ回路３２ａ，３２ｂを介して両者の差に
該当する電圧として検出端子３３から取り出される。

【００３９】以上まとめると、ハーモニックドライブ機
構の入力軸３の回転が減速されて出力軸１３に伝達され
るとき、フレクスプライン部材１０を介してトルク伝達
がなされるので、この伝達トルクの大きさに応じてフレ
クスプライン部材１０が弾性変形する。このため、第１
磁性体層２２の透磁率が変化し、磁界Ｐ，Ｑの強さが変
化し、検出端子３３において検出される電圧も変化す
る。この電圧変化から透磁率の変化を演算し、フレクス
プライン部材１０を介して伝達されるトルクの大きさを
求めることができる。

【００４０】次に、本発明に係るトルクセンサの第２実
施例を図９〜図１１を参照しながら説明する。このトル
クセンサ５０は、図９（Ａ）に示すように、フレクスプ
ライン部材１０のカップリング部１２における円筒状外
周面に沿って設けられており、カバー１６（図１０参
照）により覆われて保護されている。このトルクセンサ
５０は、図９（Ｂ）に示すように、カップリング部１２
の外周面に対応する円筒状に形成され、処理回路３０が
接続されている。

【００４１】このトルクセンサ５０をフレクスプライン
部材１０に取り付けた状態を図１０に示しており、アモ
ルファス層からなる第１磁性体層５２はカップリング部
１２の外周面に一体形成されている。第１磁性体層５２
の上には、励磁コイルパターン５３ａ，５３ｂが形成さ
れた励磁用プリント配線板５３と、検出コイルパターン
５４ａ，５４ｂが形成された検出用プリント配線板５４
とが重ねて配設され、さらに、この上に、アモルファス
シート製の第２磁性体層５５ａ，５５ｂが配設されてい
る。

【００４２】第１磁性体層５２には、図１１に示すよう
に、周方向に延びて整列した複数のスリット５２ａ，５
２ｂがそれぞれ周方向に対して４５度傾いて２列に形成
されている。図示のようにトルクＴが作用したときに発
生する圧縮力Ａの方向と平行になるように左側スリット
５２ａは周方向に対して左に４５度傾いて形成され、引
っ張り力Ｂの方向と平行になるように右側スリット５２
ｂは周方向に対して右に４５度傾いて形成されている。
なお、左側スリット５２ａを右に４５度傾け、右側スリ
ット５２ｂを左に４５度傾けてもよい。

【００４３】励磁用プリント配線板５３は、絶縁材料性
フレキシブルプリント基板の表面に２列に並んで第１お
よび第２励磁コイルパターン５３ａ，５３ｂが互いに反
対方向に巻くように形成されて作られている。このた
め、第１および第２励磁コイルパターン５３ａ，５３ｂ
に電流を流せば、図１１に矢印Ｐ，Ｑで示す磁界が発生
する。このとき、両コイルパターン５３ａ，５３ｂの巻
方向が反対なので、両磁界Ｐ，Ｑも反対方向の磁界であ
る。検出用プリント配線板５４は、絶縁材料性フレキシ
ブルプリント基板の表面に２列に並んで第１および第２
検出コイルパターン５４ａ，５４ｂが互いに反対方向に
巻くように形成されて作られている。

【００４４】上記両プリント配線板５３，５４が第１磁
性体層５２の上に重ねられた状態で、第１励磁コイルパ
ターン５３ａおよび第１検出パターン５４ａはともに左
側スリット５２ａの上に重なり、第２励磁コイルパター
ン５３ｂおよび第２検出パターン５４ｂはともに右側ス
リット５２ｂの上に重なる。そして、左側に位置する第
２磁性体層５５ａは第１励磁コイルパターン５３ａおよ
び第１検出パターン５４ａの上に重ねて取り付けられ、
同様に、右側に位置する第２磁性体層５５ｂは第２励磁
コイルパターン５３ｂおよび第２検出パターン５４ｂの
上に重ねて取り付けられる。これら第２磁性体層５５
ａ，５５ｂは磁界Ｐ，Ｑを発生されるとき誘磁体として
の役目を果たす。

【００４５】このトルクセンサ５０を用いても、これに
繋がる処理回路３０によりフレクスプライン１０にトル
クが加わったときに生じる第１磁性体層５２の透磁率変
化を検出することができ、このトルクを正確に検出する
ことができる。なお、処理回路３０は図８に示すもので
あり、既に説明している。

【００４６】以上においては励磁コイルと検出コイルと
を重ねて配設し、励磁コイルを通電励磁することにより
検出コイルに相互誘導作用により生じる相互誘導起電力
を検出して透磁率変化の検出ひいてはトルクの検出を行
う例を説明した。しかしながら、本発明はこのような相
互誘導作用を利用するものに限られず、自己誘導作用を
利用してトルク検出を行うことも可能である。

【００４７】自己誘導作用を利用するトルクセンサは、
第１磁性体層と第２磁性体層との間に１枚のみのプリン
ト配線板が配設されて構成される。なお、第１磁性体層
および第２磁性体層は上記実施例のものと同じである。
第１磁性体層６２には、上述の励磁用プリント配線板２
２，５２と同様に、２列に並んで且つ周方向に対して４
５度傾いた複数のスリット６２ａ，６２ｂが形成されて
いる。そして、プリント配線板６３にはそれぞれスリッ
ト６２ａ，６２ｂと対向するコイルパターン６３ａ，６
３ｂが形成されている。

【００４８】これらコイルパターン６３ａ，６３ｂは、
図１２に示すように、処理回路７０に接続される。この
処理回路７０においては、交流電源７１からの交流電流
がコイルパターン６３ａ，６３ｂに流されてこれらが励
起される。これにより、この電流に対応して互いに反対
方向となる磁界Ｐ，Ｑがこれらコイルパターンの周りに
発生する。このとき、電流変化に応じて自己誘導起電力
がこれらコイルパターン６３ａ，６３ｂに発生する。こ
の自己誘導起電力が加算器７２を介して端子７３から取
り出されるようになっている。

【００４９】このような状態で、フレクスプライン部材
にトルクが加わって弾性変形し、第１磁性体層６２の透
磁率が変化すると、このコイルパターン６３ａ，６３ｂ
に発生する自己誘導起電力も変化する。このため、端子
７３から取り出された自己誘導起電力に基づいてフレク
スプライン部材を介して伝達されるトルクを演算して求
めることができる。

【００５０】次に、本発明の第３実施例に係るトルクセ
ンサ１２０について説明する。このトルクセンサ１２０
は、図１３に示すように、中央に開口を有するドーナッ
ツ型円盤状に形成され、このトルクセンサ１２０を構成
する励磁コイルを励磁する発振回路１４０と、検出コイ
ルの誘導起電力を検出する信号処理回路１３０がトルク
センサ１２０に接続されている。

【００５１】このトルクセンサ１２０をフレクスプライ
ン部材１０に取り付けた状態を図１４に示している。こ
のトルクセンサ１２０においては、カップリング部１２
の円盤状底壁（ダイヤフラム部）１２ａの表面にアモル
ファス層からなる第１磁性体層１２２を一体形成してい
る。この第１磁性体層１２２の上には、励磁コイルパタ
ーンが形成された励磁用プリント配線板１２３と、検出
コイルパターンが形成された検出用プリント配線板１２
４とが重ねて配設され、この上に、アモルファス合金シ
ートからなる第２磁性体層１２５が配設されている。

【００５２】第１磁性体層１２２は、図１５に示すよう
に、中央に円状の開口１２２ｃを有した円盤状に形成さ
れており、第一磁性体層１２２の同一円周上には、小円
形内に整列した複数のスリット列（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ…
…、ＳＦ）が周方向にそれぞれ等間隔に並んで形成され
ている。図示のように、このスリット列は第一磁性体層
１２２の回転中心軸を中心に点対称とした一対のスリッ
ト列（例えばＳＡとＳＤ）を一組として、複数組をそれ
ぞれ等間隔に配設し、しかも、一方のスリット列ＳＡは
周方向に対して右側に４５度傾き、他方のスリット列Ｓ
Ｄは周方向に対して左側に４５度傾いて形成されてい
る。なお、スリット列ＳＡを左側に、スリット列ＳＤを
右側に傾斜させてもよい。また、スリット対の数は図示
のように３個とは限られず、いくつであってもよい。実
際はもっと多くのスリット対を等間隔に配設して構成さ
れている。

【００５３】励磁用プリント配線板１２３は、図１６に
示すように、絶縁材料性フレキシブルプリント基板１２
３ｄの表面であって、第一磁性体層１２２に重ねてフレ
クスプライン部材１０のダイヤフラム部１２ａに配設さ
れたときに、前記スリット列ＳＡ、ＳＢ、……ＳＦに重
なる位置に、時計方向回り（反時計方向でもかまわな
い）に渦巻き状に成形された複数の励磁コイルパターン
ＲＡ、ＲＢ、……ＲＦが形成されて作られている。そし
て、これらの励磁コイルパターンＲＡ，ＲＢ、……、Ｒ
Ｆはコイルに流れる電流方向が互いに同一となるよう
に、一のコイルパターンの終端と隣接した次のコイルパ
ターンの始端とが接続されて作られている。コイルの巻
き数は特に限定されるものではなく、発生させるべき磁
束数等によって決められるべきものである。

【００５４】最初のコイルパターン（図１６の例ではＲ
Ｄ）の始点と最終のコイルパターン（図１６の例ではＲ
Ｃ）の終点は通電励磁用の発振回路１４０に接続されて
いる。これらのコイルパターンは発振回路１４０および
信号処理回路１３０との接続部分を除いては全て絶縁コ
ーティングされており、これらコイルパターンに電流を
流せばこの電流により電磁誘導された磁界が図１４に示
す方向に交番磁界Ｐとして発生する。この磁界は円形電
流により発生するため、その円形部の中心を通過するよ
うに集束した磁界となる。

【００５５】検出用プリント配線板１２４も励磁用プリ
ント配線板１２３と同様に、図１７に示すように、絶縁
材料性フレキシブルプリント基板１２４ｄの表面であっ
て、第一磁性体層１２２に重ねてフレクスプライン部材
１０のダイヤフラム部１２ａに配設されたときに、前記
複数のスリット列ＳＡ、ＳＢ、……、ＳＦおよびそれぞ
れの励磁コイルパターンＲＡ、ＲＢ……、ＲＦに重なる
位置に、渦巻き状に成形されたコイルパターンが前記ス
リット列の数と同数だけ形成されて作られている。

【００５６】そして、これらのコイルパターン（ＫＡ，
ＫＢ，ＫＣ……、ＫＦ）は、一のコイルパターンの終端
と一つおいて隣接する他のコイルパターンの始端とが接
続され、それぞれ第一の検出コイル層１２４ａと第二の
検出コイル層１２４ｂとを形成して構成されている。こ
れらの検出用コイルパターンの巻き方向は時計方向（ｃ
ｗ）および反時計方向（ｃｃｗ）の何れであってもよい
が、少なくとも、同一の検出コイル層に含まれるコイル
パターンの巻き方向は同一でなければならない。なお、
各コイルパターンの巻き数を各コイルパターンが同一で
ある限り、もっと多くしても良く、図１７に示された巻
数に限定されるものではない。

【００５７】第一の検出コイル層２４ａの最初のコイル
パターン（図１７の例ではＫＥ）の一端は基準電位に接
続され、最後のコイルパターン（図１７の例ではＫＣ）
の終端が差動増幅回路の一端に接続され（例えば、プラ
ス側入力）、第二の検出コイル層１２４ｂの最初のコイ
ルパターンの一端は前記と同じ基準電位に接続され、最
後のコイルパターンの終端は差動増幅器の他端（例え
ば、マイナス側入力）に接続されている（図１９参
照）。これらの検出コイル層１２４ａ，１２４ｂも接続
部分を除いては全て絶縁コーティングされており、前記
磁界の変化に対して誘導電流が流れるようになってい
る。

【００５８】上述した両プリント配線板１２３、１２４
が第一磁性体層１２２の上に重ねられた状態で第一磁性
体層１２２上に形成されたスリット列ＳＡ、励磁コイル
パターンＲＡおよび検出コイルパターンＫＡが重なり、
また、スリット列ＳＢ、励磁コイルパターンＲＢおよび
検出コイルパターンＫＢが重なる。これら全てのスリッ
ト列と各コイルパターンの対応関係を表す表を図１８に
示す。

【００５９】第２の磁性体層１２５は励磁用プリント配
線板１２３および検出用プリント配線板１２４を覆うリ
ング状に形成され、これらの上に重ねて取り付けられ
る。この第２の磁性体層１２５は本発明の必須の構成要
件ではないが、励磁コイル層１２３ａに交流電流を流し
て図１４に示す磁界Ｐを発生させるときの磁束路として
の役割を果たす。従って、第２磁性体層１２５が存在す
る場合には漏れ磁束が少なくなり、第一磁性体層１２２
を通過する磁束数の減少を抑えて、弾性変形に対する磁
界の強さの変化を大きくでき、透磁率変化の検出精度を
高めることができる。

【００６０】ここで、フレクスプライン部材１０を介し
てトルク伝達がなされるときにフレクスプライン部材１
０がこのトルクを受けて弾性変形すると、第一磁性体層
１２２も一緒に変形し、この変形により第一磁性体層１
２２の磁気歪特性が変化して透磁率が変化する。このよ
うに透磁率が変化すると図１４に示す磁界Ｐの強さが変
化するので検出コイル層１２４ａ，１２４ｂに生じる誘
導起電力を検出すれば透磁率の変化を検出することがで
きる。

【００６１】本発明のトルクセンサ１２０では透磁率変
化の最大となる方向、すなわち第一磁性体層１２２の周
方向に対して４５度傾いた方向にスリット列ＳＡ、Ｓ
Ｂ、ＳＣ……、ＳＦを形成しており、このスリット列に
よって形状的な異方性効果を得て第一磁性体層１２２に
おける透磁率変化を増幅させている。そして、図１５に
示すように、周方向に対し右に４５度傾斜するスリット
列ＳＡ，ＳＣ，ＳＥと左に４５度傾斜するスリット列Ｓ
Ｂ，ＳＤ，ＳＦとが交互に等間隔に配置しているため、
フレクスプライン部材１０にトルクＴが図示方向に作用
すると、スリット列ＳＡ，ＳＣ，ＳＥが形成された第一
磁性体層１２２の部分には矢印Ｕ（図１５の拡大図に示
す）で示す方向に引張力が作用し、スリット列ＳＢ，Ｓ
Ｄ，ＳＦが形成された第一磁性体層２２の部分には矢印
Ｖ（図１５の拡大図に示す）で示す方向に圧縮力が作用
する。しかも、これらの引張力および圧縮力は第一磁性
体層１２２の中心からの距離が等しい部分に生じたもの
であり、等しい応力に応じて生じたものであることか
ら、全て絶対値の等しいものである。

【００６２】このような応力によって第一磁性体層１２
２の透磁率変化を検出する装置、すなわち、図１３の信
号処理回路１３０について図１９を参照して説明する。
この回路１６０は発振回路１４１を有しており、この発
振回路１４１からの交流電流が励磁コイル１２３ａに供
給されて、励磁コイル層１２３ａ周辺に図１４に示すよ
うなコイルパターンの中心に集束するような磁界Ｐを発
生させる。なおこのとき、各コイルパターンＲＡ等は同
一方向の磁界を発生させるため、発生した磁界が第一磁
性体層１２２の内部で互いに干渉し合うことはない。

【００６３】この磁界Ｐは第一磁性体層１２２および第
二磁性体層１２５の内部を磁束路とした交番磁界であ
り、検出コイルパターンＫＡ、ＫＢ等とも鎖交して生じ
ている。従って、発生した磁界が変化する度に第一およ
び第二の検出コイル層１２４ａ、１２４ｂに相互誘導起
電力が発生する。さらに、第一磁性体層１２２の変形に
よる磁気歪特性の変化によって、第一磁性体層１２２の
透磁率が変化するため、この磁界は透磁率に変化に従っ
てその強さを変化させることになる。この磁界の変化は
検出コイル層１２４ａ、１２４ｂの相互誘導起電力の変
化として検出することが可能である。

【００６４】ところで、第一磁性体層１２２の透磁率の
変化は、弾性変形が引張力による場合と圧縮力による場
合とで異なり、従って、応力が零の状態を基準とすると
両者において正負逆の信号として検出することが可能で
ある。このため、本発明では、検出コイル層を、スリッ
ト列ＳＡ，ＳＣ，ＳＥが形成された第一磁性体層１２２
の部位に生じた応力に対応して生じる透磁率変化を磁界
の変化として検出する第一の検出コイル層１２４ａと、
スリット列ＳＢ，ＳＤ，ＳＦが形成された第一磁性体層
１２２の部位に生じる応力に対応して生じた透磁率変化
を磁界の変化として検出する第２の検出コイル群１２４
ｂとに分割して構成している。

【００６５】このように検出コイルを分割して構成する
と、図２０に示すように、第一の検出コイル層１２４ａ
から検出される誘導起電力の変化分が正の信号として検
出されるときには第二の検出コイル層１２４ｂから検出
される誘導起電力の変化分は負の信号となり、また、第
一の検出コイル層１２４ａから検出される誘導起電力の
変化分が負の信号として検出されるときには第二の検出
コイル層１２４ｂから検出される誘導起電力は変化分は
正の信号となる。しかもその絶対値はトルクのかかる方
向に左右されず、同一である（図２０の直線（ａ）、
（ｂ））。従って、両検出コイル層１２４ａ、１２４ｂ
の出力を差動増幅器１３１のそれぞれの入力に接続すれ
ば透磁率の変化を両者の差に該当する電圧として取り出
すことができる（図２０の曲線（ｃ））。

【００６６】このようにして検出した透磁率変化に対応
する電圧はフレクスプライン部材１０の弾性変形に比例
するため、この電圧に基づいてフレクスプライン部材１
０を介して伝達されるトルクを演算して求めることがで
きる。なお、フレクスプライン部材１０はウェーブジェ
ネレータ６により楕円形状に弾性変形されるため、第１
磁性体層１２２の磁気歪特性はこの弾性変形の影響も受
けるのであるが、楕円形状の弾性変形は全周にわたって
磁気歪特性を平均すれば零となるものである。従って、
検出コイル層１２４ａのコイルパターンの数を増やすか
若しくは第一磁性体層１２２に相互に傾斜方向の異なる
スリット列を左右対称に構成していけば同じく平均して
零となり、実際には伝達トルクのみを検出することがで
きる。

【００６７】以上においては、励磁用プリント配線板１
２３と検出用プリント配線板１２４を重ねて配設し、励
磁コイル層１２３ａの通電により発生する磁界を検出コ
イル層１２４ａ，１２４ｂに生じる相互誘導起電力とし
て検出して透磁率変化の検出ひいてはトルクの検出を行
う実施例を説明した。しかしながら、本発明はこのよう
な相互誘導作用によるものに限られず、自己誘導作用を
利用してトルク検出を行うことも可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のトルクセ
ンサによれば、トルク伝達可能でこのトルクを受けて弾
性変形する弾性体の表面に、弾性体の弾性変形に応じて
その磁気歪特性が変化する第１磁性体層を周方向に延び
て一体に形成しているので、弾性体の弾性変形がそのま
ま第１磁性体層に伝達され、第１磁性体層の磁気歪特性
は伝達トルクに正確に比例して変化する。このため、本
発明のトルクセンサでは非常に正確な伝達トルク検出が
可能である。

【００６９】しかも、このトルクセンサは、２つの磁性
体層と、これらに挟まれたプリント配線板から構成され
ており、厚さの薄い構成であるため、減速機構のトルク
伝達部材（例えば、ハーモニックドライブ機構のフレク
スプライン部材）の表面に直接設けることができ、減速
機構を変更したり、新たな部品を追加することなく簡単
に取り付けることが可能である。さらに、歪ゲージに比
べて耐衝撃性能が高く、移動ロボットにのように衝撃が
加わりやすい関節部等にも用いることが可能である。

【００７０】なお、第１磁性体層を、弾性体の表面に一
定厚さを有して形成されたアモルファス層から形成し、
この平面状アモルファス層に周方向に対し所定の傾斜角
度を有した複数のスリットを周方向に並んで形成するの
が好ましい。もしくは、第１磁性体層を、弾性体の表面
に直線状平面形状を有して形成された複数の線状アモル
ファス層から形成し、この線状アモルファス層を周方向
に対し所定の傾斜角度を有して周方向に並んで形成する
のが好ましい。

【００７１】弾性体がトルクを受けて弾性変形するとき
に、この弾性体の表面における磁気歪は周方向に対して
４５度の方向において最大となり、磁気透磁率変化もこ
の方向において最大となる。このため、周方向に対して
所定の傾斜角度、例えば、４５度の角度を有した複数の
スリットもしくは線状アモルファス層を周方向に並べて
形成すれば、形状的な異方性効果が加わって弾性変形時
における磁気透磁率変化が増幅されて表れるため、トル
ク検出をより正確に行うことができる。

【００７２】さらに、弾性体の弾性変化に伴って磁気歪
特性を変化させる第１磁性体層に設けられた一対のスリ
ット列の一方が周方向に対して右にほぼ４５度の角度を
もって形成され、他方が周方向に対して左にほぼ４５度
の角度をもって形成され、第一の磁性体層の同一円周上
に異なった角度を有するスリット列を交互に等間隔に並
べて配設し、検出コイルを、この一方の角度を有するス
リット列に対向する第一の検出コイル層と他方の角度を
有するスリット列に対向する第二の検出コイル層とに分
割して構成することが望ましい。

【００７３】弾性体がトルクを受けて弾性変形すると
き、この弾性体の表面における磁気歪は周方向に対して
４５度の方向において最大となり、透磁率変化もこの方
向において最大となるため、前述したように、周方向に
対して４５度の角度を有した複数のスリット列を同一円
周上に並べて形成すれば、形状的な異方性効果が加わっ
て弾性変形時における透磁率変化が増幅して現れる。従
って、スリット列をこの方向に設けることにより、トル
ク検出をより正確に行うことができる。

【００７４】また、弾性変形時に第１磁性体層の表面に
は圧縮応力および引張応力が相反する方向に生じるた
め、上記のように左右それぞれ４５度の角度を有するス
リット列を交互に等間隔に配設すれば、第一の検出コイ
ル層によって検出される誘導起電力と、第二の検出コイ
ル層によって検出される誘導起電力とが絶対値として同
一の出力値となり、かつ、正負逆に出力されるため、両
起電力の差を検出することによりトルク検出をより正確
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルクセンサが用いられるハーモ
ニックドライブ機構を示す断面斜視図である。

【図２】この機構を構成するフレクスプライン部材およ
びこれに取り付けられたトルクセンサを示す斜視図であ
る。

【図３】トルクセンサおよび処理回路を示す斜視図であ
る。

【図４】フレクスプライン部材に取り付けられたトルク
センサを示す断面図である。

【図５】トルクセンサを構成する第１磁性体層の平面図
である。

【図６】トルクセンサを構成する励磁用プリント配線板
の平面図である。

【図７】トルクセンサを構成する検出用プリント配線板
の平面図である。

【図８】処理回路を示す電気回路図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係るフレクスプライン
部材およびこれに取り付けられたトルクセンサを示す斜
視図（Ａ）およびトルクセンサおよび処理回路を示す斜
視図（Ｂ）である。

【図１０】このフレクスプライン部材に取り付けられた
トルクセンサを示す断面図である。

【図１１】トルクセンサを構成する第１磁性体層の平面
図である。

【図１２】処理回路の異なる例を示す電気回路図であ
る。

【図１３】本発明の第３の実施例に係るトルクセンサ部
の構成を表す斜視図である。

【図１４】フレクスプライン部材に取り付けられた第３
実施例に係るトルクセンサを示す断面図である。

【図１５】このトルクセンサを構成する第一磁性体層の
平面図およびスリット部の拡大図である。

【図１６】このトルクセンサを構成する励磁用プリント
配線板の平面図である。

【図１７】このトルクセンサを構成する検出用プリント
配線板の平面図である。

【図１８】フレクスプライン部材に取り付けらたトルク
センサのスリット列とコイルパターンとの重ね合わせ状
態を表す表である。

【図１９】信号処理回路を示す電気回路図である。

【図２０】本発明にかかるトルクセンサよって検出され
る誘導起電力対トルクの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１支持ケース６ウェーブジェネレータ１０フレクスプライン部材２１，５１カーボンクロスシート２２，５２第１磁性体層２３，５３励磁用プリント配線板２４，５４検出用プリント配線板３０，５０処理回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年６月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】トルクセンサ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば産業ロボットの
減速機等として用いられる波動減速機構等において伝達
されるトルクを検出するトルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年産業ロボットは多用されているが、
このロボットの制御において、関節部等のトルクを計測
しこれを制御に利用することは、ロボットの制御性能を
向上させる上で非常に有用である。また、計測トルクを
用いて故障診断を行うようにすれば、安全性を向上させ
ることができる。このようなロボットに用いられる波動
減速機構といった減速機等において生じる非線形摩擦は
サーボ系の高速化、高精度化を阻害する要因の一つであ
り、この摩擦を検出トルクを用いて補償し、サーボ系の
作動速度、精度を向上させることも考えられている。

【０００３】このように伝達トルクを計測することはロ
ボットの制御等において非常に重要なことであり、従来
から、種々の検出装置が用いられている。一例を挙げれ
ば、歪ゲージを用いたトルク検出装置があり、この装置
の場合には、例えば、波動減速機構のフレクスプライン
の弾性変形を、歪ゲージを用いて検出してトルク検出が
行われる。

【０００６】

【０００８】

【００１０】しかも、このトルクセンサは、２つの磁性
体層と、これらに挟まれたプリント配線板から構成され
ており、厚さの薄い構成であるため、減速機構のトルク
伝達部材（例えば、波動減速機構のフレクスプライン部
材）の表面に直接設けることができ、減速機構を変更し
たり、新たな部品を追加することなく簡単に取り付ける
ことが可能である。さらに、歪ゲージに比べて耐衝撃性
能が高く、移動ロボットにのように衝撃が加わりやすい
関節部等にも用いることが可能である。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好ましい実施
例について説明する。本発明に係るトルクセンサを備え
た波動減速機構の一例を図１に示している。この機構
は、内歯サーキュラースプライン１ａが形成されたほぼ
円筒状の支持ケース１とこの支持ケース１に結合された
フランジカバー２とに囲まれた空間内に、以下の部材を
ベアリング８ａ，８ｂにより回転自在に支持して構成さ
れる。なお、これら支持ケース１およびフランジカバー
２は通常、固定保持される。波動減速機構は入力軸３の
回転を非常に大きな減速比（数十から百数十といった非
常に大きな減速比）で減速して出力軸１３に伝達する機
構であるが、この機構そのものは従来から公知であるの
で、この機構自体の説明は簡単に行う。

【００２０】以上の構成の波動減速機構において、入力
軸３が回転駆動されるとこれに結合されたウェーブジェ
ネレータ６（楕円盤カム５）が一緒に回転され、フレク
スプライン１１と内歯サーキュラースプライン１ａとの
噛合位置がこの回転とともに回転移動する。ここで、内
歯サーキュラースプライン１ａの歯数に対してフレクス
プライン１１の歯数が１〜数枚少なく形成されており、
上記のように入力軸３の回転に応じて噛合位置が回転移
動すると、入力軸３が１回転したときにフレクスプライ
ン部材１０はこの相違歯数分だけ回転する。すなわち、
入力軸３の一回転に対して出力軸１３はフレクスプライ
ン１１の１〜数枚の歯数分しか回転されず、非常に大き
な減速比で回転が伝達される。

【００２１】この波動減速機構におけるフレクスプライ
ン部材１０の円盤状底壁１２ａの外側面に、このフレク
スプライン部材１０を介して伝達されるトルクを検出す
るトルクセンサ２０が配設されている。このトルクセン
サ２０の上には保護カバー１５が取り付けられている。
なお、フレクスプライン部材１０を保護カバー１５を外
した状態で図２に示している。

【００３９】以上まとめると、波動減速機構の入力軸３
の回転が減速されて出力軸１３に伝達されるとき、フレ
クスプライン部材１０を介してトルク伝達がなされるの
で、この伝達トルクの大きさに応じてフレクスプライン
部材１０が弾性変形する。このため、第１磁性体層２２
の透磁率が変化し、磁界Ｐ，Ｑの強さが変化し、検出端
子３３において検出される電圧も変化する。この電圧変
化から透磁率の変化を演算し、フレクスプライン部材１
０を介して伝達されるトルクの大きさを求めることがで
きる。

【００６８】

【００６９】しかも、このトルクセンサは、２つの磁性
体層と、これらに挟まれたプリント配線板から構成され
ており、厚さの薄い構成であるため、減速機構のトルク
伝達部材（例えば、波動減速機構のフレクスプライン部
材）の表面に直接設けることができ、減速機構を変更し
たり、新たな部品を追加することなく簡単に取り付ける
ことが可能である。さらに、歪ゲージに比べて耐衝撃性
能が高く、移動ロボットにのように衝撃が加わりやすい
関節部等にも用いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルクセンサが用いられる波動減
速機構を示す断面斜視図である。

【図８】処理回路を示す電気回路図である。

【図１２】処理回路の異なる例を示す電気回路図であ
る。

【図１９】信号処理回路を示す電気回路図である。

【符号の説明】１支持ケース６ウェーブジェネレータ１０フレクスプライン部材２１，５１カーボンクロスシート２２，５２第１磁性体層２３，５３励磁用プリント配線板２４，５４検出用プリント配線板３０，５０処理回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トルク伝達可能でこのトルクを受けて弾
性変形する弾性体の表面に設けられ、前記トルクを検出
するトルクセンサであって、前記弾性体の表面に周方向に延びて一体に形成され前記
弾性体の弾性変形に応じてその磁気歪特性が変化する第
１磁性体層と、この第１磁性体層上に重ねて配設され前
記磁気歪特性の変化を検出する平板状コイルと、この平
板状コイルを覆って配設された第２磁性体層とから構成
されることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】前記第１磁性体層が、前記弾性体の表面
にスパッタリング、蒸着、溶射等によりアモルファス層
を設けて形成されることを特徴とする請求項１に記載の
トルクセンサ。
【請求項３】前記第１磁性体層が前記弾性体の表面に
一定厚さを有して形成されたアモルファス層からなり、
この平面状アモルファス層に周方向に対し所定の傾斜角
度を有した複数のスリットが周方向に並んで形成されて
いることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のトル
クセンサ。
【請求項４】前記第１磁性体層が前記弾性体の表面に
直線状平面形状を有して形成された複数の線状アモルフ
ァス層からなり、この線状アモルファス層が周方向に対
し所定の傾斜角度を有して周方向に並んで形成されてい
ることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のトルク
センサ。
【請求項５】前記第１磁性体層にはその中心を挟んで
対称の位置に、前記周方向に対して左右対称の傾斜をも
った一対のスリット列が複数個、同一円周上にそれぞれ
離間して形成されており、前記平板状コイルは前記第１
磁性体層のスリット列上に重ねて配設されていることを
特徴とする請求項１もしくは２に記載のトルクセンサ。
【請求項６】前記一対のスリット列の一方が周方向に
対し右にほぼ４５度の角度を有し、他方が周方向に対し
左にほぼ４５度の角度を有して設けられ、前記第１磁性
体層の同一円周上において各々異なった角度を有する前
記スリット列を交互に等間隔に並んで配設したことを特
徴とする請求項５に記載のトルクセンサ。