WO2019198334A1 - 歪センサの固定装置とそれを用いたトルクセンサ - Google Patents

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WO2019198334A1
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strain
fixing member
sensor
fixing device
fixing
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嵩幸 遠藤
金井　孝
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日本電産コパル電子株式会社
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    • G01L3/1457—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving resistance strain gauges
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    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a strain sensor fixing device provided at a joint of a robot arm, for example, and a torque sensor using the same.
  • the torque sensor has a first structure to which torque is applied, a second structure to which torque is output, and a plurality of strain generating portions as beams that connect the first structure and the second structure.
  • a plurality of strain gauges as sensor elements are arranged in these strain generating portions. These strain gauges constitute a bridge circuit (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
  • a strain sensor is provided with a plurality of strain gauges as sensor elements on a metal strain body.
  • a method for fixing the strain sensor to the torque sensor for example, there are a method using welding, a method using an adhesive, and a method using a plurality of screws.
  • the strain sensor when the strain sensor is fixed to the structure by welding, the temperature of the strain generating body is rapidly increased by welding. For this reason, the composition and shape of the strain generating body and the strain gauge change, which may affect the performance of the strain sensor.
  • the strain sensor when the strain sensor is fixed to the structure using an adhesive, a low-rigidity adhesive is interposed between the strain generating body and the structure. For this reason, the deformation of the structure is not directly transmitted to the strain generating body, which may reduce the sensitivity of the strain sensor.
  • the strain sensor when the strain sensor is fixed to the structure using a screw, a presser member is provided on the strain generating body, and the presser member is fastened to the structure with the screw, so that the strain generating body is attached to the structure by the presser member. Fixed.
  • the pressing member and the strain generating body are in surface contact, the pressing member needs to hold a high pressing force against the strain generating body.
  • This embodiment provides a strain sensor fixing device capable of securely fixing a strain sensor to a structure and a torque sensor using the same, by preventing a decrease in sensor performance and an increase in device configuration.
  • the strain sensor fixing device has a first end and a second end, and the second end contacts a third end of the strain generating body provided on the first structure.
  • a possible fixing member a protrusion provided on one of the first end of the fixing member and a portion corresponding to the first end of the first structure, and being inserted into the first structure, A screw screwed between the first end and the second end of the fixing member.
  • the torque sensor includes a first structure, a second structure, a plurality of third structures that connect the first structure and the second structure, the first structure, and the first structure.
  • a strain-generating body provided between the two structures, a first fixing device provided in the first structure, and fixing a first end of the strain-generating body to the first structure;
  • a second fixing device that is provided in two structures and fixes a second end of the strain body to the second structure, and each of the first fixing device and the second fixing device includes:
  • the fourth end portion has a third end portion and a fourth end portion, and the fourth end portion is provided on the first end portion of the strain generating body provided on the first structure body or on the second structure body.
  • One of the fixing member that contacts the second end portion of the strained body, the third end portion of the fixing member, and the portion corresponding to the third end portion of the first structure Or a protrusion provided on one of the third end portion of the fixing member and a portion corresponding to the third end portion of the second structure, and being inserted into the first structure or the second structure. And a screw screwed between the third end portion and the fourth end portion of the fixing member.
  • Embodiments of the present invention provide a strain sensor fixing device capable of securely fixing a strain sensor to a structure, and a torque sensor using the same, by preventing deterioration in sensor performance and enlargement of the device configuration. it can.
  • the top view shown except for a part of FIG. FIG. 4 is a perspective view of FIG. 3.
  • the top view which expands and shows the B section of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 2, showing the present embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of a torque sensor 10 to which the present embodiment is applied.
  • the configuration of the torque sensor 10 is not limited to this, and can be applied to torque sensors having various configurations.
  • the present embodiment can be applied not only to a torque sensor but also to a force sensor using a strain gauge.
  • the torque sensor 10 includes a first structure 11, a second structure 12, a plurality of third structures 13, a fourth structure 14, a fifth structure 15, stoppers 16 and 17, and a cover 18. is doing.
  • the first structure 11 and the second structure 12 are formed in an annular shape, and the diameter of the second structure 12 is smaller than the diameter of the first structure 11.
  • the second structure 12 is arranged concentrically with the first structure 11, and the first structure 11 and the second structure 12 are connected by a third structure 13 as a plurality of beam portions arranged radially.
  • the second structure 12 has a hollow portion 12a, and, for example, a wiring (not shown) is passed through the hollow portion 12a.
  • the first structure 11 is connected to, for example, a measurement target, and the plurality of third structures 13 transmit torque from the first structure 11 to the second structure 12.
  • the second structure 12 may be connected to the measurement target, and torque may be transmitted from the second structure 12 to the first structure 11 via the plurality of third structures 13.
  • the first structure 11, the second structure 12, and the plurality of third structures 13 are made of metal, for example, stainless steel, as long as mechanically sufficient strength can be obtained with respect to applied torque. It is also possible to use materials other than metals.
  • FIG. 2 shows a state where the stoppers 16 and 17 of FIG. 1 are removed.
  • a first strain sensor 19 and a second strain sensor 20 are provided between the first structure 11 and the second structure 12. That is, as will be described later, one end portions of the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20 are joined to the first structure 11, and the other end portions of the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20 are The two structures 12 are joined.
  • first strain sensor 19 and the second strain sensor 20 are disposed at positions symmetrical with respect to the centers of the first structure 11 and the second structure 12 (the center of torque action). In other words, the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20 are arranged on the diameters of the annular first structure body 11 and second structure body 12.
  • the thickness of the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20, that is, the thickness of the strain generating body described later is thinner than the thickness of the third structure 13.
  • the mechanical strength of the torque sensor 10 is set by the thickness and width of the third structure 13.
  • the strain body is provided with a plurality of strain gauges as sensor elements, and a bridge circuit is constituted by these sensor elements.
  • the stoppers 16 and 17 function as a waterproof cover that protects the mechanical deformation of the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20 and prevents moisture from entering the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20. have. Details of the stoppers 16 and 17 will be described later.
  • the first strain sensor 19 is connected to the flexible substrate 21, and the second strain sensor 20 is connected to the flexible substrate 22.
  • the flexible boards 21 and 22 are connected to a printed board (not shown) covered by the cover 18.
  • An operational amplifier that amplifies an output voltage of a bridge circuit, which will be described later, is disposed on the printed circuit board. Since the circuit configuration is not the essence of this embodiment, the description is omitted.
  • the first strain sensor 19, the second strain sensor 20, the flexible substrates 21, 22 and the cover 18 are removed from FIG. 1 and FIG. Only the third structure 13, the fourth structure 14, and the fifth structure 15 are shown.
  • the torque sensor 10 is used as a strain generating body for the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20 when a force in the direction other than the torque (Mz), in particular, the forces in the illustrated arrow Fz direction and the Mx direction are applied to the torque sensor 10.
  • the structure is such that strain does not concentrate on a plurality of strain gauges as the provided sensor elements.
  • the fourth structure 14 and the fifth structure 15 are provided at positions symmetrical with respect to the centers of the first structure 11 and the second structure 12, and the fourth structure 14 includes the first structure 14 and the first structure 11.
  • the structure 11 has a recess 14 f continuous from the second structure 12, and the fifth structure 15 has a recess 15 f continuous from the first structure 11 to the second structure 12.
  • the first strain sensor 19 is disposed in the recess 14 f of the fourth structure 14, and the second strain sensor 20 is disposed in the recess 15 f of the fifth structure 15.
  • the number of strain sensors may be three or more. In this case, the number of structures may be increased according to the number of strain sensors.
  • the fourth structure 14 includes a first connection part 14 a and a second connection part 14 b as joint parts for joining the first strain sensor 19, and a third connection part 14 c and a fourth part as beams. It has the connection part 14d and the opening part 14e enclosed by the 1st connection part 14a, the 2nd connection part 14b, the 3rd connection part 14c, and the 4th connection part 14d.
  • the fourth structure 14 is a beam having an opening 14 e provided between the first structure 11 and the second structure 12.
  • the first connection portion 14a extends from the first structure 11 to the second structure 12 side.
  • the second connection portion 14b extends from the second structure 12 to the first structure 11 side.
  • the 3rd connection part 14c and the 4th connection part 14d as a beam are provided between the 1st connection part 14a and the 2nd connection part 14b.
  • the length L1 of the third connection portion 14c and the fourth connection portion 14d is shorter than the length L2 (also shown in FIG. 1) of the third structure 13 as a beam.
  • a width W1 in the torque (Mz) direction of the third connection portion 14c and the fourth connection portion 14d is narrower than a width W2 in the torque direction of the first connection portion 14a and the second connection portion 14b, and the third connection portion 14c and the fourth connection portion 14c.
  • the total width W1 of the connecting portion 14d is narrower than the width W3 (shown in FIG. 1) of the third structure 13 in the torque (Mz) direction. For this reason, the stiffness in the torque direction of the third connection portion 14c and the fourth connection portion 14d is lower than the stiffness in the torque direction of the first connection portion 14a, the second connection portion 14b, and the third structure 13.
  • the thickness in the Fz direction of the third connection portion 14c and the fourth connection portion 14d is equal to the thickness in the Fz direction of the first structure body, the second structure body, and the third structure body. Furthermore, the sum of the length L11 of the first connection portion 14a, the length L12 of the second connection portion 14b, and the length L1 of the third connection portion 14c and the fourth connection portion 14d is the length of the third structure 13. Is equal to For this reason, the rigidity in the Fz direction of the third connection part 14c and the fourth connection part 14d is slightly smaller than the rigidity of the third structure 13 in the Fz direction.
  • the total of the length L11 of the first connection portion 14a, the length L12 of the second connection portion 14b, and the length L1 of the third connection portion 14c and the fourth connection portion 14d is the length of the third structure 13. Is not limited to the case of being equal to each other.
  • the configurations of the fourth structure 14 and the fifth structure 15 are not limited to this, and any configuration that can hold the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20 is acceptable. .
  • FIG. 6 is an enlarged view of the portion indicated by B in FIG.
  • the first strain sensor 19 is covered with the stopper 16, and the second strain sensor 20 is covered with the stopper 17.
  • the stopper 16 and the stopper 17 are made of, for example, stainless steel or an iron-based alloy.
  • the stopper 16 and the stopper 17 prevent mechanical deformation of the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20, and protect a plurality of strain gauges 19-2 (shown in FIG. 8).
  • the stopper 16 and the stopper 17 also serve as a waterproof cover for the first strain sensor 19 and the second strain sensor 20. Description of a specific waterproof structure is omitted.
  • the stopper 16 has one end portion 16a and the other end portion 16b, and the width of the other end portion 16b of the stopper 16 is narrower than the width of the one end portion 16a.
  • One end 16a of the stopper 16 is, for example, press-fitted and fixed in a recess 14f as an engaging portion formed on the second structure 12 side of the fourth structure 14.
  • the other end 16 b of the stopper 16 is disposed in a recess 14 f formed on the first structure 11 side of the fourth structure 14.
  • the width of the other end portion 16b of the stopper 16 is narrower than the width of the concave portion 14f provided on the first structure 11 side, and there is a gap between both sides of the other end portion 16b of the stopper 16 and the side surface of the concave portion 14f.
  • Each GP is provided.
  • the gap GP is determined by the rigidity of the third structure 13 and the rated torque. Specifically, when a torque of, for example, 1000 N ⁇ m is applied to the torque sensor 10 and the first structure 11 is deformed by, for example, 10 ⁇ m relative to the second structure 12, the gap GP is set to, for example, 10 ⁇ m.
  • (Configuration of fixing device) 7 and 8 show strain sensor fixing devices 31 and 32 according to the present embodiment.
  • the fixing device 31 fixes the first end of the strain-generating body 19-1 constituting the first strain sensor 19 to the first connecting portion 14a
  • the fixing device 32 includes the second end of the strain-generating body 19-1. Is fixed to the second connecting portion 14b.
  • the fixing devices 31 and 32 have the same configuration, the configuration will be described using the fixing device 31.
  • the same parts as those of the fixing device 31 are denoted by the same reference numerals.
  • the fixing device 31 includes a fixing member 41 and a screw 42.
  • the width of the fixing member 41 is slightly narrower than the width of the recess 14f, and the fixing member 41 is provided in the recess 14f so that the side surface of the fixing member 41 can contact the side surface of the recess 14f. For this reason, when the fixing member 41 is fastened with a screw which will be described later, the rotation in the recess 14f is suppressed.
  • the fixing member 41 has a protrusion 41a at the first end, a corner 41b at the second end, and a screw hole 41c between the first end and the second end.
  • the protrusion 41a is in contact with the bottom of the recess 14f.
  • the height H1 of the protrusion 41a is higher than the thickness H2 of the strain body 19-1. That is, H1> H2.
  • the corner 41b is preferably in line contact with the strain body 19-1. For this reason, it is preferable that the radius R is 0.1 mm or less as the processing accuracy of the corner portion 41b.
  • the width of the fixing member 41 is wider than the width of the strain-generating body 19-1, and the corner 41b of the fixing member 41 is the first end portion or the second end portion of the strain-generating body 19-1. It is possible to contact the whole of the width direction.
  • the 1st connection part 14a is contained in the 1st structure 11, and the 1st connection part 14a comprises the bottom part of the recessed part 14f.
  • a through hole 14a-1 into which the screw 42 is inserted is provided at the bottom of the recess 14f.
  • the 2nd connection part 14b is contained in the 2nd structure 12, and the 2nd connection part 14b comprises the bottom part of the recessed part 14f.
  • a through hole 14b-1 into which the screw 42 is inserted is provided at the bottom of the recess 14f.
  • the screws 42 are respectively screwed into the screw holes 41c of the fixing member 41 in a state of being inserted into the through holes 14a-1 and 14b-1.
  • the first strain sensor 19 when the first strain sensor 19 is fixed by the fixing device 31 and the fixing device 32, the first strain sensor 19 is interposed between the first connection portion 14a and the second connection portion 14b as shown in FIG. Be placed.
  • the corner portion 41 b of the fixing member 41 of the fixing device 31 is in contact with the first end portion of the strain body 19-1 constituting the first strain sensor 19, and the corner portion of the fixing member 41 of the fixing device 32. 41b is in contact with the second end of the strain-generating body 19-1 constituting the first strain sensor 19.
  • the fixing member 41 is rotated in the directions of the arrows C and D with the protrusion 41a as a fulcrum, and the corner portion 41b of the fixing member 41 comes into pressure contact with the surface of the strain body 19-1. . Accordingly, as shown in FIG. 8, the corner portion 41b of the fixing member 41 is in line contact with the surface of the strain generating body 19-1, and the strain generating body 19-1 is connected to the first connecting portion by the two fixing members 41. 14a and the second connecting portion 14b.
  • the fixing member 41 is rotated about the protrusion 41a by tightening the screw 42, and the corner portion 41b is in line contact with the strain body 19-1. For this reason, it is possible to fix the strain generating body 19-1 to the first structure 11 and the second structure 12 with a higher pressure than in the conventional case where the strain generating body and the fixing member are in surface contact. Is possible. Therefore, variation in the fixing strength of the strain body 19-1 with respect to the first structure 11 and the second structure 12 can be reduced.
  • the strain-generating body 19-1 can be attached to the first structural body simply by bringing the corner portion 41b of the fixing member 41 into line contact with the strain-generating body 19-1. 11 and the second structure 12 can be fixed. Therefore, as in the case where the strain body 19-1 is fixed to the first structure 11 and the second structure 12 by welding, thermal deformation of the strain body 19-1 and the strain gauge can be prevented. Further, unlike the case where the strain body 19-1 is fixed with an adhesive, no low rigidity portion is interposed between the strain body and the first structure 11 and the second structure 12. Therefore, according to the fixing method using the fixing member 41 of the present embodiment, it is possible to prevent a decrease in sensitivity of the torque sensor 10.
  • a fixing member wider than the strain generating body is provided on the strain generating body and provided on both sides of the fixing member in the width direction.
  • the fixing member is deformed by tightening the plurality of screws, and the central portion in the width direction of the fixing member is separated from the surface of the strain generating body. For this reason, the effective contact area between the strain body and the fixing member is reduced, and the fixing strength is reduced. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the presser member in order to obtain the necessary fixing strength by suppressing the deformation of the presser member.
  • the fixing member 41 is fixed to the first structure 11 or the second structure 12 by one screw 42 provided between the protrusion 41a and the corner 41b.
  • the corner 41b of the fixing member 41 is brought into line contact with the strain body 19-1.
  • the corner 41b of the fixing member 41 hardly deforms in the direction perpendicular to the width direction of the strain body 19-1. Therefore, the corner 41b of the fixing member 41 can be in line contact with the strain generating body 19-1 without being interrupted in the width direction. For this reason, it is not necessary to increase the thickness of the fixing member 41 more than necessary in order to obtain a required fixing strength, and it is possible to prevent the fixing member 41 from being enlarged.
  • the fixing devices 31 and 32 are constituted by one fixing member 41 and one screw 42. For this reason, the number of parts is small, and it is possible to prevent the fixing devices 31 and 32 from increasing in size and the torque sensor 10 from increasing in size.
  • the fixing devices 31 and 32 are constituted by one fixing member 41 and one screw 42, the fixing devices 31 and 32 can be easily assembled.
  • the fixing member 41 has the protrusion 41a.
  • the protrusion 41a is not necessarily provided on the fixing member 41.
  • the fixing member 41 is provided on the first structure 11 and the second structure 12. Also good.
  • protrusions 41a are respectively provided on portions of the surface of the first connection portion 14a and the surface of the second connection portion 14b corresponding to the first end portion of the fixing member, and the first end portion of the fixing member 41 is It may be placed on the protrusion 41a. That is, the fixing member 41 may be provided so as to be rotatable about the protrusion 41a.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
  • the strain sensor fixing device of the present embodiment is applied to a torque sensor, and the torque sensor is applied to a joint of a robot arm, for example.
  • SYMBOLS 10 Torque sensor, 11 ... 1st structure, 12 ... 2nd structure, 13 ... 3rd structure, 19-1 ... Strain body, 31, 32 ... Fixing device, 41 ... Fixing member, 41a ... Protrusion, 41b ... corner, 42 ... screw.

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Abstract

センサ性能の低下及び装置構成の大型化を防止して、歪センサを構造体に確実に固定することが可能な歪センサの固定装置とそれを用いたトルクセンサを提供する。固定部材４１は、第１端部に第１構造体１１に接触する突起４１aが設けられ、第２端部が第１構造体１１の上に設けられた起歪体１９－１の第１端部に接触可能とされている。ねじ４２は、第１構造体１１に挿入され、固定部材４１の第１端部と第２端部の間に螺合される。

Description

歪センサの固定装置とそれを用いたトルクセンサ
　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歪センサの固定装置とそれを用いたトルクセンサに関する。
　トルクセンサは、トルクが印加される第１構造体と、トルクが出力される第２構造体と、第１構造体と第２構造体とを連結する梁としての複数の起歪部とを有し、これら起歪部にセンサ素子としての複数の歪ゲージが配置されている。これら歪ゲージによりブリッジ回路が構成されている（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 特開２０１７－１７２９８３号公報
　一般に、歪センサは、金属製の起歪体上にセンサ素子としての複数の歪ゲージが設けられている。この歪センサをトルクセンサに固定する方法として、例えば溶接を用いる方法、接着剤を用いる方法、複数のねじを用いる方法がある。
　しかし、溶接により歪センサを構造体に固定する場合、溶接による起歪体の急激な温度上昇を伴う。このため、起歪体及び歪ゲージの組成や形状などが変化し、歪センサの性能に影響を与える可能性がある。
　また、接着剤を用いて歪センサを構造体に固定する場合、起歪体と構造体との間に低剛性の接着剤が介在する。このため、構造体の変形が直接起歪体に伝達されず、歪センサの感度を低下させる可能性がある。
　一方、ねじを用いて歪センサを構造体に固定する場合、起歪体上に押え部材を設け、押え部材をねじにより構造体に締結することにより、押え部材によって、起歪体が構造体に固定される。このような構成の場合、押え部材と起歪体は面接触するため、押え部材は、起歪体に対して高い押圧力を保持する必要がある。高い押圧力を保持するため、押え部材の大型化及び高剛性化、ねじの大型化及びねじの数の増加が必要である。したがって、押え部材やねじが設けられるトルクセンサの小型、薄型化が困難となる。
　本実施形態は、センサ性能の低下及び装置構成の大型化を防止して、歪センサを構造体に確実に固定することが可能な歪センサの固定装置とそれを用いたトルクセンサを提供する。
　実施形態に係る歪センサの固定装置は、第１端部と第２端部を有し、前記第２端部が第１構造体の上に設けられた起歪体の第３端部に接触可能な固定部材と、前記固定部材の前記第１端部と前記第１構造体の前記第１端部に対応する部分との一方に設けられた突起と、前記第１構造体に挿入され、前記固定部材の前記第１端部と前記第２端部の間に螺合されるねじと、を具備する。
　実施形態のトルクセンサは、第１構造体と、第２構造体と、前記第１構造体と前記第２構造体とを接続する複数の第３構造体と、前記第１構造体と前記第２構造体との間に設けられた起歪体と、前記第１構造体に設けられ、前記起歪体の第１端部を前記第１構造体に固定する第１固定装置と、前記第２構造体に設けられ、前記起歪体の第２端部を前記第２構造体に固定する第２固定装置と、を具備し、前記第１固定装置及び前記第２固定装置のそれぞれは、第３端部及び第４端部を有し、前記第４端部が前記第１構造体の上に設けられた前記起歪体の前記第１端部又は前記第２構造体の上に設けられた前記起歪体の前記第２端部に接触する固定部材と、前記固定部材の前記第３端部と前記第１構造体の前記第３端部に対応する部分との一方、又は前記固定部材の前記第３端部と前記第２構造体の前記第３端部に対応する部分との一方に設けられた突起と、前記第１構造体又は前記第２構造体に挿入され、前記固定部材の前記第３端部と前記第４端部の間に螺合されるねじと、を具備する。
　本発明の実施形態は、センサ性能の低下及び装置構成の大型化を防止して、歪センサを構造体に確実に固定することが可能な歪センサの固定装置とそれを用いたトルクセンサを提供できる。
本実施形態が適用されるトルクセンサを示す平面図。 図１の一部を除いて示す平面図。 図２の一部を除いて示す平面図。 図３の斜視図。 図３に破線で示すＡ部を拡大して示す平面図。 図１のＢ部を拡大して示す平面図。 本実施形態を示すものであり、図２のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図。 図７に示す固定部材と起歪体の関係を示す平面図。
　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。
　図１は、本実施形態が適用されるトルクセンサ１０の一例を示している。トルクセンサ１０の構成は、これに限定されるものでなく、様々な構成のトルクセンサに適用することが可能である。また、トルクセンサに限らず、歪ゲージを用いた力覚センサなどに本実施形態を適用することも可能である。
　図１において、トルクセンサ１０は、第１構造体１１、第２構造体１２、複数の第３構造体１３、第４構造体１４、第５構造体１５、ストッパー１６、１７、カバー１８を具備している。
　第１構造体１１と、第２構造体１２は、環状に形成され、第２構造体１２の径は、第１構造体１１の径より小さい。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と第２構造体１２は、放射状に配置された複数の梁部としての第３構造体１３により連結されている。第２構造体１２は、中空部１２aを有しており、中空部１２aには、例えば図示せぬ配線が通される。
　第１構造体１１は、例えば被計測体に連結され、複数の第３構造体１３は、第１構造体１１から第２構造体１２にトルクを伝達する。逆に、第２構造体１２を被計測体に連結し、第２構造体１２から第１構造体１１に複数の第３構造体１３を介してトルクを伝達してもよい。
　第１構造体１１、第２構造体１２、複数の第３構造体１３は、金属、例えばステンレス鋼により構成されるが、印加されるトルクに対して機械的に十分な強度を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。
　図２は、図１のストッパー１６、１７を外した状態を示している。第１構造体１１と第２構造体１２との間には、第１歪センサ１９、第２歪センサ２０が設けられている。すなわち、後述するように、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０の一端部は、第１構造体１１に接合され、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０の他端部は、第２構造体１２に接合されている。
　また、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０は、第１構造体１１及び第２構造体１２の中心（トルクの作用中心）に対して対称な位置に配置されている。換言すると、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０は、環状の第１構造体１１及び第２構造体１２の直径上に配置されている。
　第１歪センサ１９と第２歪センサ２０の厚み、すなわち、後述する起歪体の厚みは、第３構造体１３の厚みより薄い。トルクセンサ１０の機械的な強度は、第３構造体１３の厚みや幅により設定される。起歪体には、センサ素子としての複数の歪ゲージが設けられ、これらセンサ素子によりブリッジ回路が構成される。
　ストッパー１６、１７は、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０の機械的な変形を保護するとともに、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０への水分の侵入を防ぐ防水カバーとしての機能を有している。ストッパー１６、１７の詳細については、後述する。
　第１歪センサ１９はフレキシブル基板２１に接続され、第２歪センサ２０はフレキシブル基板２２に接続されている。フレキシブル基板２１、２２は、カバー１８により覆われた図示せぬプリント基板に接続されている。プリント基板には、後述するブリッジ回路の出力電圧を増幅する演算増幅器などが配置されている。回路構成は、本実施形態の本質ではないため、説明は省略する。
　図３、図４は、図１、図２から第１歪センサ１９と第２歪センサ２０、フレキシブル基板２１、２２及びカバー１８等を外し、第１構造体１１、第２構造体１２、複数の第３構造体１３、第４構造体１４、第５構造体１５のみを示している。
　トルクセンサ１０は、トルク（Ｍｚ）以外の方向、特に、図示矢印Ｆｚ方向、Ｍｘ方向の力がトルクセンサ１０に印加された際、第１歪センサ１９及び第２歪センサ２０の起歪体に設けられたセンサ素子としての複数の歪ゲージに歪が集中しない構造とされている。
　具体的には、第１構造体１１及び第２構造体１２の中心に対して対称な位置に第４構造体１４と第５構造体１５とが設けられ、第４構造体１４は、第１構造体１１から第２構造体１２に連続する凹部１４ｆを有し、第５構造体１５は第１構造体１１から第２構造体１２に連続する凹部１５ｆを有している。後述するように、第１歪センサ１９は、第４構造体１４の凹部１４ｆ内に配置され、第２歪センサ２０は、第５構造体１５の凹部１５ｆ内に配置される。
　尚、図１乃至図４は、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０の２つの歪センサを具備する場合について示しているが、歪センサの数は、３つ以上であってもよい。この場合、歪センサの数に応じて構造体の数を増加すればよい。
　第４構造体１４及び第５構造体１５は、同一の構成であるため、第４構造体１４についてのみ具体的に説明する。
　図５に示すように、第４構造体１４は、第１歪センサ１９を接合する接合部としての第１接続部１４ａ及び第２接続部１４ｂと、梁としての第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄと、第１接続部１４ａ、第２接続部１４ｂ、第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄとに囲まれた開口部１４ｅと、を有している。
　換言すると、第４構造体１４は、第１構造体１１と第２構造体１２との間に設けられた開口部１４ｅを有する梁である。
　第１接続部１４ａは、第１構造体１１から第２構造体１２側に延出している。第２接続部１４ｂは、第２構造体１２から第１構造体１１側に延出している。
　梁としての第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄは、第１接続部１４ａと第２接続部１４ｂとの間に設けられている。
　第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄの長さＬ１は、梁としての第３構造体１３の長さＬ２（図１にも示す）より短い。第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄのトルク（Ｍｚ）方向の幅Ｗ１は、第１接続部１４ａ及び第２接続部１４ｂのトルク方向の幅Ｗ２より狭く、第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄの幅Ｗ１の合計は、第３構造体１３のトルク（Ｍｚ）方向の幅Ｗ３（図１に示す）より狭い。このため、第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄのトルク方向の剛性は、第１接続部１４ａ、第２接続部１４ｂ及び第３構造体１３のトルク方向の剛性に比べて低い。
　また、第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄのＦｚ方向の厚みは、第１構造体、第２構造体及び第３構造体のＦｚ方向の厚みと等しい。さらに、第１接続部１４ａの長さＬ１１と、第２接続部１４ｂの長さＬ１２と、第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄの長さＬ１の合計は、第３構造体１３の長さと等しい。このため、第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄのＦｚ方向の剛性は、第３構造体１３のＦｚ方向の剛性よりやや小さくなる。
　尚、第１接続部１４ａの長さＬ１１と、第２接続部１４ｂの長さＬ１２と、第３接続部１４ｃ及び第４接続部１４ｄの長さＬ１の合計は、第３構造体１３の長さと等しい場合に限らず、等しくなくてもよい。
　尚、本実施形態において、第４構造体１４、第５構造体１５の構成は、これに限定されるものではなく、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０を保持できる構成であればよい。
　図６は、図１のＢで示す部分を拡大して示している。
　図２を参照して説明したように、第１歪センサ１９は、ストッパー１６により覆われ、第２歪センサ２０は、ストッパー１７により覆われている。ストッパー１６及びストッパー１７は、例えばステンレス鋼や鉄系の合金により形成される。ストッパー１６及びストッパー１７は、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０の機械的な変形を防止し、複数の歪ゲージ１９－２（図８に示す）を保護する。さらに、ストッパー１６及びストッパー１７は、第１歪センサ１９と第２歪センサ２０の防水カバーを兼ねている。具体的な防水構造については、説明を省略する。
　ストッパー１６とストッパー１７の構成は同一であるため、ストッパー１６についてのみ説明する。
　図６に示すように、ストッパー１６は、一端部１６ａと他端部１６ｂを有し、ストッパー１６の他端部１６ｂの幅は、一端部１６ａの幅より狭くされている。ストッパー１６の一端部１６ａは、第４構造体１４の第２構造体１２側に形成された係合部としての凹部１４ｆ内に例えば圧入され、固定される。ストッパー１６の他端部１６ｂは、第４構造体１４の第１構造体１１側に形成された凹部１４ｆ内に配置される。ストッパー１６の他端部１６ｂの幅は、第１構造体１１側に設けられた凹部１４ｆの幅より狭く、ストッパー１６の他端部１６ｂの両側と、凹部１４ｆの側面との間には、間隙ＧＰがそれぞれ設けられる。
　間隙ＧＰは、第３構造体１３の剛性と定格トルクにより決定される。具体的には、トルクセンサ１０に例えば１０００Ｎ・ｍのトルクが印加され、第１構造体１１が第２構造体１２に対して例えば１０μｍ変形する場合、間隙ＧＰは、例えば１０μｍに設定される。
（固定装置の構成）
　図７、図８は、本実施形態に係る歪センサの固定装置３１、３２を示している。固定装置３１は、第１歪センサ１９を構成する起歪体１９－１の第１端部を第１接続部１４ａに固定し、固定装置３２は、起歪体１９－１の第２端部を第２接続部１４ｂに固定する。
　固定装置３１、３２は、同一構成であるため、固定装置３１を用いて、その構成について説明し、固定装置３２において、固定装置３１と同一部分には同一符号を付す。
　固定装置３１は、固定部材４１とねじ４２を具備している。固定部材４１の幅は、凹部１４ｆの幅より僅かに狭くされ、固定部材４１は、凹部１４ｆ内に設けられた状態で、固定部材４１の側面が凹部１４ｆの側面に接触可能とされている。このため、固定部材４１は、後述するねじで締結されるとき、凹部１４ｆ内での回転が抑制される。
　固定部材４１は、第１端部に突起４１ａを有し、第２端部に角部４１ｂを有し、第１端部と第２端部の間にねじ穴４１ｃを有している。
　突起４１ａは、凹部１４ｆの底部に接している。突起４１ａの高さＨ１は、起歪体１９－１の厚さＨ２より高い。すなわち、Ｈ１＞Ｈ２である。角部４１ｂは、起歪体１９－１に線接触することが好ましい。このため、角部４１ｂの加工精度は、半径Ｒが０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
　図８に示すように、固定部材４１の幅は、起歪体１９－１の幅より広く、固定部材４１の角部４１ｂは、起歪体１９－１の第１端部又は第２端部の幅方向の全体に接触可能とされている。
　図７に示すように、第１接続部１４ａは第１構造体１１に含まれ、第１接続部１４ａは凹部１４ｆの底部を構成している。凹部１４ｆの底部には、ねじ４２が挿入される貫通孔１４ａ－１が設けられている。第２接続部１４ｂは、第２構造体１２に含まれ、第２接続部１４ｂは、凹部１４ｆの底部を構成している。凹部１４ｆの底部には、ねじ４２が挿入される貫通孔１４ｂ－１が設けられている。ねじ４２は、貫通孔１４ａ－１、１４ｂ－１に挿入された状態で、固定部材４１のねじ穴４１ｃにそれぞれ螺合される。
　上記構成において、固定装置３１及び固定装置３２により第１歪センサ１９を固定する場合、図７に示すように、第１歪センサ１９が第１接続部１４ａと第２接続部１４ｂとの間に配置される。この状態において、固定装置３１の固定部材４１の角部４１ｂは、第１歪センサ１９を構成する起歪体１９－１の第１端部に接触され、固定装置３２の固定部材４１の角部４１ｂは、第１歪センサ１９を構成する起歪体１９－１の第２端部に接触される。
　この状態において、ねじ４２を締め付けると、固定部材４１は、突起４１ａを支点として図示矢印Ｃ、Ｄ方向に回動され、固定部材４１の角部４１ｂが起歪体１９－１の表面に圧接する。これにより、固定部材４１の角部４１ｂは、図８に示すように、起歪体１９－１の表面に線接触し、起歪体１９－１は、２つの固定部材４１によって第１接続部１４ａと第２接続部１４ｂに固定される。
（実施形態の効果）
　上記実施形態によれば、固定部材４１は、ねじ４２を締め付けることにより、突起４１ａを支点として回動し、角部４１ｂが起歪体１９－１に対して線接触する。このため、従来のように起歪体と固定部材が面接触する場合に比べて、起歪体１９－１を第１構造体１１、第２構造体１２に対して高い圧力で固定することが可能である。したがって、第１構造体１１及び第２構造体１２に対する起歪体１９－１の固定強度のばらつきを低下させることができる。
　しかも、本実施形態の固定部材４１を用いた固定方法によれば、固定部材４１の角部４１ｂを起歪体１９－１に線接触させるだけで、起歪体１９－１を第１構造体１１と第２構造体１２に固定させることができる。このため、起歪体１９－１を溶接により第１構造体１１及び第２構造体１２に固定する場合のように、起歪体１９－１及び歪ゲージに対する熱的な変形を防止できる。また、起歪体１９－１を接着剤で固定する場合のように、起歪体と第１構造体１１及び第２構造体１２との間に低剛性部が介在しない。したがって、本実施形態の固定部材４１を用いた固定方法によれば、トルクセンサ１０の感度の低下を防止できる。
　さらに、例えば起歪体を固定部材と複数のねじを用いて構造体に固定する場合、起歪体より幅が広い固定部材を起歪体上に設け、固定部材の幅方向の両側に設けられた複数のねじを構造体に螺合することにより、起歪体が固定部材により固定される。この場合、複数のねじを締め付けることにより固定部材が変形し、固定部材の幅方向の中央部が起歪体の表面から離れる。このため、起歪体と固定部材との実効的な接触面積が減少し、固定強度が低下する。したがって、押え部材の変形を抑えて必要な固定強度を得るため、押え部材の厚みを厚くする必要がある。
　これに対して、本実施形態の場合、固定部材４１は、突起４１aと角部４１ｂとの間に設けられた１つのねじ４２により、固定部材４１を第１構造体１１又は第２構造体１２側に回動させ、固定部材４１の角部４１ｂを起歪体１９－１に線接触させている。このため、固定部材４１の角部４１ｂは起歪体１９－１の幅方向と垂直に交差する方向に殆ど変形しない。したがって、固定部材４１の角部４１ｂは幅方向に途切れることなく、起歪体１９－１に線接触することができる。このため、必要な固定強度を得るために固定部材４１の厚みを必要以上に厚くする必要がなく、固定部材４１の大型化を防止することが可能である。
　しかも、固定装置３１、３２は、１つの固定部材４１と１つのねじ４２とにより構成されている。このため、部品点数が少なく、固定装置３１、３２の大型化、及びトルクセンサ１０の大型化を防止することが可能である。
　さらに、固定装置３１、３２は、１つの固定部材４１と１つのねじ４２とにより構成されているため、固定装置３１、３２の組み立てが容易である。
　尚、固定部材４１は、突起４１aを有しているが、突起４１aは、必ずしも固定部材４１に設けられている必要はなく、例えば第１構造体１１及び第２構造体１２に設けられていてもよい。具体的には、第１接続部１４aの表面及び第２接続部１４ｂの表面で、固定部材の第１端部に対応する部分に突起４１aがそれぞれ設けられ、固定部材４１の第１端部が突起４１aの上に載置されていてもよい。すなわち、固定部材４１は、突起４１aを支点として回動可能に設けられればよい。
　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。
　本実施形態の歪センサの固定装置は、トルクセンサに適用され、トルクセンサは、例えばロボットアームの関節に適用される。
　１０…トルクセンサ、１１…第１構造体、１２…第２構造体、１３…第３構造体、１９－１…起歪体、３１、３２…固定装置、４１…固定部材、４１a…突起、４１ｂ…角部、４２…ねじ。

Claims (6)

  1. 　第１端部と第２端部を有し、前記第２端部が第１構造体の上に設けられた起歪体の第３端部に接触可能な固定部材と、
    　前記固定部材の前記第１端部と前記第１構造体の前記第１端部に対応する部分との一方に設けられた突起と、
    　前記第１構造体に挿入され、前記固定部材の前記第１端部と前記第２端部の間に螺合されるねじと、
    　を具備する歪センサの固定装置。
  2. 　前記突起の高さは、前記起歪体の厚みより高いことを特徴とする請求項１記載の歪センサの固定装置。
  3. 　前記固定部材の前記第２端部は、前記起歪体の幅より広く、前記起歪体に線接触することを特徴とする請求項１又は２に記載の歪センサの固定装置。
  4. 　第１構造体と、
    　第２構造体と、
    　前記第１構造体と前記第２構造体とを接続する複数の第３構造体と、
    　前記第１構造体と前記第２構造体との間に設けられた起歪体と、
    　前記第１構造体に設けられ、前記起歪体の第１端部を前記第１構造体に固定する第１固定装置と、
    　前記第２構造体に設けられ、前記起歪体の第２端部を前記第２構造体に固定する第２固定装置と、
    　を具備し、
    　前記第１固定装置及び前記第２固定装置のそれぞれは、
    　第３端部及び第４端部を有し、前記第４端部が前記第１構造体の上に設けられた前記起歪体の前記第１端部又は前記第２構造体の上に設けられた前記起歪体の前記第２端部に接触する固定部材と、
    　前記固定部材の前記第３端部と前記第１構造体の前記第３端部に対応する部分との一方、又は前記固定部材の前記第３端部と前記第２構造体の前記第３端部に対応する部分との一方に設けられた突起と、
    　前記第１構造体又は前記第２構造体に挿入され、前記固定部材の前記第３端部と前記第４端部の間に螺合されるねじと、
    　を具備することを特徴とするトルクセンサ。
  5. 　前記突起の高さは、前記起歪体の厚みより高いことを特徴とする請求項４記載のトルクセンサ。
  6. 　前記固定部材の前記第４端部は、前記起歪体の幅より広く、前記起歪体に線接触することを特徴とする請求項４又は５記載のトルクセンサ。
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