WO2024253017A1 - トルク検出装置を備えた波動歯車装置 - Google Patents

トルク検出装置を備えた波動歯車装置 Download PDF

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    • G01L5/0019—Force sensors associated with a bearing by using strain gages, piezoelectric, piezo-resistive or other ohmic-resistance based sensors

Definitions

  • the present invention relates to a strain gauge type torque detector that detects the torque transmitted through a flexible external gear.
  • Wave gear devices equipped with strain gauge-type torque detection devices have been proposed in Patent Documents 1 to 3.
  • To accurately detect torque in a wave gear device it is necessary to be able to remove rotational ripple, which is a periodic error component contained in the strain gauge output signal that occurs regardless of the transmitted torque, and to improve the linearity of the detection output.
  • multiple sets of strain gauges are used to be able to compensate for elliptical distortion, which is a periodic error component contained in the detection output due to the rotation of the wave generator.
  • the torque detection section 20 of this embodiment is divided into a first torque detection section 20A and a second torque detection section 20B which output two independent systems of detection signals.
  • the first torque detection section 20A of the torque detection section 20 includes four sets of strain gauges 11 (A1, A2), 11 (C1, C2), 11 (E1, E2), and 11 (G1, G2) arranged at 90° intervals, and as shown in Fig. 4B, these four sets of strain gauges form a first Wheatstone bridge circuit 21A.
  • Fig. 4A strain gauges
  • the second torque detection section 20B includes the remaining four sets of strain gauges 11 (B1, B2), 11 (D1, D2), 11 (F1, F2), and 11 (H1, H2) arranged at 90° intervals, and as shown in Fig. 4D, these sets form a second Wheatstone bridge circuit 21B.
  • a first detection signal 22A which is an output signal of the first Wheatstone bridge circuit 21A constituting the first torque detection section 20A
  • a second detection signal 22B which is an output signal of the second Wheatstone bridge circuit 21B constituting the second torque detection section 20B, are supplied to the signal processing unit 30 via cable wiring 40.
  • the signal processing unit 30 includes a first amplifier 31A for adjusting the gain of the first detection signal 22A, a second amplifier 31B for adjusting the gain of the second detection signal 22B independently of the first amplifier 31A, and an output synthesis unit 31C for synthesizing the first detection signal 23A and the second detection signal 23B after the gain adjustment to generate a synthesis signal 23C.
  • the signal processing unit 30 also includes a calculation unit 32 for calculating the transmission torque based on the first detection signal 23A after the gain adjustment, the second detection signal 23B after the gain adjustment, and the synthesis signal 23C, and an output port 33.
  • the torque detection section is divided into a first torque detection section 20A(2) having a first Wheatstone bridge circuit 21A(2) consisting of four sets of strain gauges 11(A1, A2), 11(C1, C2), 11(F1, F2), and 11(H1, H2) as shown in FIG. 6(A) and (B), and a second torque detection section 20B(2) having a second Wheatstone bridge circuit 21B(2) consisting of the remaining four sets of strain gauges 11(B1, B2), 11(D1, D2), 11(E1, E2), and 11(G1, G2) as shown in FIG. 6(C) and (D).
  • FIG. 8 an example in which the torque detection unit 20(3) is divided into two independent systems (a first torque detection unit 20A and a second torque detection unit 20B) is shown in FIG. 8 and FIG. 8 is divided into a first torque detection section 20A(3) including a first bridge circuit 21A(3) consisting of three sets of strain gauges 11 (A1, A2) to 11 (C1, C2), and a second torque detection section 20B(3) including a second bridge circuit 21B(3) consisting of the remaining three sets of strain gauges 11 (D1, D2) to 11 (F1, F2).
  • Torque detection is performed based on the detection outputs from the three sets of strain gauges 11 that make up the first bridge circuit 21A(3) and the detection outputs from the three sets of strain gauges 11 that make up the second bridge circuit 21B(3).
  • FIG. 9 shows another example of a two-system torque detection unit 20(3) in the case of six strain gauges arranged at 60° (see FIG. 7).
  • the torque detection unit is divided into a first torque detection unit 20A(4) having a first bridge circuit (not shown) consisting of three sets of strain gauges 11(A1, A2), 11(C1, C2), and 11(E1, E2), and a second torque detection unit 20B(4) having a second bridge circuit (not shown) consisting of the remaining three sets of strain gauges 11(B1, B2), 11(D1, D2), and 11(F1, F2).
  • the transmission torque can be calculated based on each of the three systems of output.
  • the broken line Lb shows the error component ratio contained in the second torque detection signal obtained from the second torque detection unit.
  • the broken line Lb is obtained by shifting the phase of the broken line La, which is the actual measurement value, by 30°.
  • the broken line Lc (addition of two signals) shows the error component ratio contained in the composite signal obtained by combining the first torque detection signal and the second torque detection signal. As can be seen from the graph, the sixth-order periodic error component contained in the torque detection signal is significantly reduced.
  • the strain gauge is attached to the diaphragm of a top hat shaped external gear.
  • the strain gauge may be attached to a surface portion of the cylindrical body of the external gear other than the portion where the external teeth are formed.
  • the present invention is also similarly applicable to a strain gear device with a cup-shaped external gear and a strain gear device with a cylindrical external gear.
  • a two-axis stacked arrangement type is used as the two-axis orthogonal strain gauge.
  • Two-axis planar arrangement type is also known as a two-axis orthogonal strain gauge, and it goes without saying that this type of two-axis orthogonal strain gauge may also be used.

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Abstract

波動歯車装置（１）の歪ゲージ式のトルク検出部（２０）は、独立した２系統の検出信号を出力する第１トルク検出部（２０Ａ）および第２トルク検出部（２０Ｂ）を備えている。第１、第２トルク検出部（２０Ａ、２０Ｂ）は、外歯歯車（３）のダイヤフラム（３ｃ）に、中心軸線回りに所定の角度間隔で貼り付けた複数組の歪ゲージ（１１）を備えている。第１トルク検出部（２０Ａ）からの第１検出信号（２２Ａ）と第２トルク検出部（２０Ｂ）からの第２検出信号（２２Ｂ）をゲイン調整後に合成して合成信号（２３Ｃ）が生成される。第１検出信号（２３Ａ）、第２検出信号（２３Ｂ）、合成信号（２３Ｃ）のそれぞれに基づき伝達トルクを算出できる。トルク検出装置（１０）から、独立した２系統の検出出力（２４Ａ、２４Ｂ）に、高精度出力（２４Ｃ）を加えた３系統出力が得られる。

Description

トルク検出装置を備えた波動歯車装置
　本発明は、可撓性の外歯歯車を介して伝達される伝達トルクを検出する歪ゲージ式のトルク検出装置を備えた波動歯車装置に関する。
　歪ゲージ式のトルク検出装置を備えた波動歯車装置は、特許文献１～３において提案されている。波動歯車装置のトルク検出を精度良く行うためには、伝達トルクに関係無く発生する歪みゲージ出力信号に含まれる周期的誤差成分である回転リップルを除去でき、また、検出出力の直線性を改善する必要がある。このため、波動発生器の回転に起因して検出出力に含まれる周期的誤差成分である楕円歪を補償できるように、複数組の歪ゲージが使用される。
　特許文献１においては、外歯歯車の表面に９０°間隔で配置した一対の歪ゲージからなるトルク検出手段を、外歯歯車の中心軸線回りに、ｋ×４５°（ｋは奇数）の角度だけ回転した位置に２組配置し、これら２組のトルク検出手段の検出出力の合成出力に基づき伝達トルクを算出している。特許文献２においては、複数の検出素子の出力を合成して得られる検出出力に含まれる周期的誤差を除去できるように、各検出素子の出力のゲイン調整を行う方法が提案されている。特許文献３には、補償したい回転リップル成分の次数をＮ（Ｎ：正の整数）とした場合に、（２Ｎ＋１）枚以上の枚数の歪みゲージを外歯歯車に貼り、それぞれの出力を増幅器でゲイン調整した後に合成して検出信号を生成する方法が提案されている。
特許第３６４４５５８号公報 特許第４５６９９９０号公報 特開２００４－４５３７８号公報
　ここで、人協働型ロボットなどに安全対策の目的でトルクセンサを搭載する場合などにおいては、万一センサが故障しても安全性を保証できるように、センサの２重化や２系統化が望まれる。
　本発明の目的は、複数組の歪ゲージの配置を工夫することで歪ゲージ式のトルク検出装置を２重化して、独立した２系統の検出出力に、高精度出力を加えた３系統出力を得ることができるようにしたトルク検出装置を備えた波動歯車装置を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明は、可撓性の外歯歯車を介して伝達される伝達トルクを検出するトルク検出装置を備えた波動歯車装置において、
　前記トルク検出装置は、
　独立した２系統の検出信号を出力する第１トルク検出部および第２トルク検出部と、
　前記第１トルク検出部の前記検出信号である第１検出信号と前記第２トルク検出部の前記検出信号である第２検出信号とを合成して合成信号を生成する出力合成部と、
　前記第１検出信号、前記第２検出信号および前記合成信号のそれぞれに基づき前記伝達トルクを算出可能な演算部と、
を備えており、
　前記第１トルク検出部は、前記外歯歯車の中心軸線を中心として当該外歯歯車の表面に所定の角度間隔で貼り付けた第１群の歪ゲージを備えた歪ゲージ式のトルク検出部であり、
　前記第２トルク検出部は、前記外歯歯車の中心軸線を中心として当該外歯歯車の表面に所定の角度間隔で貼り付けた第２群の歪ゲージを備えた歪ゲージ式のトルク検出部であることを特徴としている。
　波動歯車装置の外歯歯車は、波動発生器によって楕円形状に撓められ、当該楕円形状の長軸が位置する部分において、剛性の内歯歯車にかみ合う。歪ゲージの検出信号には、周期的誤差成分として、１８０°周期の楕円歪成分および１８０°の整数倍の周期の誤差成分が含まれる。この場合には、例えば、外歯歯車の中心軸線回りに、４５°の角度間隔あるいは６０°の角度間隔で配置した複数枚の歪ゲージを２群に分け、各群の歪ゲージから独立した検出信号が得られるようにする。また、２群の歪ゲージ群から得られる独立した２系統の検出信号を合成して、回転リップルが除去され、直線性が改善された高精度出力が得られるようにする。
　本発明によれば、周期的誤差成分を除去するために外歯歯車の中心軸線回りに配置した複数組の歪ゲージを２つの群に分けて、独立した２系統の検出信号が得られるようにしている。また、２系統の検出信号を合成することで周期的誤差成分が除去された高精度出力を加えた３系統出力が得られるようにしている。これにより、伝達トルク検出を高精度に行うことができ、万一、一方の検出部が故障しても安全性を保証できるトルク検出装置が得られる。
本発明を適用したトルク検出装置を備えた波動歯車装置を示す説明図である。 （Ａ）は外歯歯車の概略縦断面図、（Ｂ）は外歯歯車の概略端面図である。 （Ａ）はトルク検出部を構成する８組の歪ゲージを示す説明図、（Ｂ）は８組の歪ゲージから構成されるホイートストンブリッジ回路を示す説明図である。 （Ａ）は第１トルク検出部を構成する４組の歪ゲージを示す説明図、（Ｂ）は第１ホイートストンブリッジ回路を示す説明図、（Ｃ）は第２トルク検出部を構成する４組の歪ゲージを示す説明図、（Ｄ）は第２ホイートストンブリッジ回路を示す説明図である。 （Ａ）は第１トルク検出部を構成する４組の歪ゲージを示す説明図、（Ｂ）は第１ホイートストンブリッジ回路を示す説明図、（Ｃ）は第２トルク検出部を構成する４組の歪ゲージを示す説明図、（Ｄ）は第２ホイートストンブリッジ回路を示す説明図である。 （Ａ）は第１トルク検出部を構成する４組の歪ゲージを示す説明図、（Ｂ）は第１ホイートストンブリッジ回路を示す説明図、（Ｃ）は第２トルク検出部を構成する４組の歪ゲージを示す説明図、（Ｄ）は第２ホイートストンブリッジ回路を示す説明図である。 トルク検出部を構成する６組の歪ゲージを示す説明図である。 （Ａ）は第１トルク検出部を構成する３組の歪ゲージを示す説明図、（Ｂ）は第１ブリッジ回路を示す説明図、（Ｃ）は第２トルク検出部を構成する３組の歪ゲージを示す説明図、（Ｄ）は第２ブリッジ回路を示す説明図である。 （Ａ）は第１トルク検出部を構成する３組の歪ゲージを示す説明図、（Ｂ）は第２トルク検出部を構成する３組の歪ゲージを示す説明図である。 （Ａ）はトルク検出部を構成する６組の歪ゲージを示す説明図、（Ｂ）は第１トルク検出部を構成する３組の歪ゲージを示す説明図、（Ｃ）は第２トルク検出部を構成する３組の歪ゲージを示す説明図である。 （Ａ）は、図１０（Ｂ）に示す第１トルク検出部から得られる入力回転角度に対するトルク検出出力に含まれる回転リップル（％）の測定結果を示すグラフであり、（Ｂ）は図１０に示す構成のトルク検出部から得られるトルク検出出力（合成信号）に含まれる回転リップルのシミュレーション結果を示すグラフである。
（全体構成）
　図１は本発明を適用した波動歯車装置を示す概略縦断面図である。図２（Ａ）は外歯歯車を示す縦断面図であり、図２（Ｂ）はトルク検出部が取り付けられている外歯歯車の端面図である。
　波動歯車装置１は、剛性の内歯歯車２と、この内側に同軸に配置された可撓性の外歯歯車３と、この内側に同軸に嵌め込まれた楕円状輪郭の波動発生器４と、内歯歯車２および外歯歯車３を相対回転自在の状態で支持しているクロスローラベアリング５と、中空入力軸６と、軸方向の一方の側に配置されたエンドプレート７と、軸方向の他方の側に配置されたエンドプレート８とを備えている。中空入力軸６の両側の軸端部は、それぞれ、ボールベアリング９ａ、９ｂを介して、エンドプレート７、８によって支持されている。
　外歯歯車３はシルクハット形状をしており、外歯３ａが形成されている円筒状胴部３ｂと、この一端に連続して半径方向の外方に延びるダイヤフラム３ｃと、この外周縁に形成されている円環状のボス３ｄとを備えている。円筒状胴部３ｂは波動発生器４によって楕円形状に撓められ、外歯３ａが内歯歯車２の内歯２ａに対して部分的にかみ合っている。波動発生器４は、中空入力軸６に一体形成された一定幅のカム板４ａと、このカム板４ａの楕円状外周面に嵌めたウエーブベアリング４ｂとを備えている。
　中空入力軸６の回転に伴って波動発生器４が回転すると、両歯車２、３のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に生じる。内歯歯車２は、クロスローラベアリング５の内輪５ａとエンドプレート７との間に挟まれており、この状態で、これら三部材が同軸に締結固定されている。外歯歯車３のボス３ｄは、クロスローラベアリング５の外輪５ｂと他方のエンドプレート８との間に挟まれており、この状態で、これら三部材が同軸に締結固定されている。例えば、内歯歯車２の側を回転しないように固定すると、外歯歯車３が回転し、出力軸として機能するエンドプレート８を介して、不図示の負荷部材の側に減速回転が出力される。
（トルク検出装置）
　波動歯車装置１には、外歯歯車３を介して伝達される伝達トルクを検出するトルク検出装置１０が付設されている。トルク検出装置１０は、外歯歯車３に取り付けたトルク検出部２０と、波動歯車装置１の外部に配置された信号処理ユニット３０と、トルク検出部２０および信号処理ユニット３０の間を接続するケーブル配線４０とを備えている。トルク検出部２０は、外歯歯車３のダイヤフラム３ｃに貼り付けた複数組の歪ゲージ１１およびフレキシブルプリント配線基板１２を備えている。本例では、図２（Ｂ）に示すように、外歯歯車３の中心軸線回りに、４５°の等角度間隔で配列された８組の歪ゲージを備えている。各歪ゲージ１１は、図２（Ａ）において網掛け部分で示すように、コーティング層１３によって保護されている。また、フレキシブルプリント配線基板１２に形成した配線パターン（図示せず）によって、相互に結線されている。
　図３（Ａ）は、外歯歯車３のダイヤフラム３ｃに貼り付けた８組の歪ゲージ１１の配置状態を示す説明図である。各歪ゲージ１１は直交２軸型のものであり、外歯歯車３の中心軸線を中心として４５°の等角度間隔に配置されている。以下、各歪ゲージ１１を、時計回りに、歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）、１１（Ｂ１，Ｂ２）、１１（Ｃ１，Ｃ２）、１１（Ｄ１，Ｄ２）、１１（Ｅ１，Ｅ２）、１１（Ｆ１，Ｆ２）、１１（Ｇ１，Ｇ２）および１１（Ｈ１，Ｈ２）として説明する。
（トルク検出部）
　本例のトルク検出部２０は、図４に示すように、独立した２系統の検出信号を出力する第１トルク検出部２０Ａおよび第２トルク検出部２０Ｂに分かれている。
　図４（Ａ）に示すように、トルク検出部２０の第１トルク検出部２０Ａは、９０°間隔で配置された４組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）、１１（Ｃ１，Ｃ２）、１１（Ｅ１，Ｅ２）および１１（Ｇ１，Ｇ２）を備え、図４（Ｂ）に示すように、これら４組の歪ゲージにより、第１ホイートストンブリッジ回路２１Ａが組まれている。同様に、第２トルク検出部２０Ｂは、図４（Ｃ）に示すように、残りの９０°間隔で配置された４組の歪ゲージ１１（Ｂ１，Ｂ２）、１１（Ｄ１，Ｄ２）、１１（Ｆ１，Ｆ２）および１１（Ｈ１，Ｈ２）を備え、これらにより、図４（Ｄ）に示すように、第２ホイートストンブリッジ回路２１Ｂが組まれている。第１トルク検出部２０Ａを構成する第１ホイートストンブリッジ回路２１Ａの出力信号である第１検出信号２２Ａ、および第２トルク検出部２０Ｂを構成する第２ホイートストンブリッジ回路２１Ｂの出力信号である第２検出信号２２Ｂは、ケーブル配線４０を介して、信号処理ユニット３０に供給される。
　信号処理ユニット３０は、図１（Ａ）に示すように、第１検出信号２２Ａのゲイン調整を行う第１増幅部３１Ａ、第１増幅部３１Ａとは独立して第２検出信号２２Ｂのゲイン調整を行う第２増幅部３１Ｂ、および、ゲイン調整後の第１検出信号２３Ａおよび第２検出信号２３Ｂを合成して合成信号２３Ｃを生成する出力合成部３１Ｃを備えている。また、信号処理ユニット３０は、ゲイン調整後の第１検出信号２３Ａ、ゲイン調整後の第２検出信号２３Ｂ、合成信号２３Ｃのそれぞれに基づき伝達トルクを算出する演算部３２および出力ポート３３を備えている。第１検出信号２３Ａ、第２検出信号２３Ｂおよび合成信号２３Ｃのそれぞれに基づき算出された伝達トルクを表す第１検出トルク信号２４Ａ、第２検出トルク信号２４Ｂおよび合成トルク信号２４Ｃ（高精度検出信号）は、出力ポート３３から、不図示の上位側のコントローラなどに出力される。出力ポート３３から、第１検出信号２３Ａ、第２検出信号２３Ｂおよび合成信号２３Ｃを出力して、上位側で伝達トルク値を演算する場合、上位側で合成信号２３Ｃを生成する場合も考えられる。
　独立した２系統の第１検出信号２３Ａと第２検出信号２３Ｂを加算して得られる合成信号２３Ｃは、図３（Ｂ）に示す８組の歪ゲージから構成されるホイートストンブリッジ回路の出力と等価であり、回転リップル誤差が除去され、直線性が改善された高精度検出出力である。
　このように、本例のトルク検出装置１０では、周期的誤差成分を除去するために外歯歯車３の中心軸線回りに配置した８組の歪ゲージ１１を用いて、独立した２系統の検出信号が得られるトルク検出機構が構築される。一方のセンサ系統が故障しても他方によって伝達トルクの検出を継続できるので安全性が確保される。また、２系統の検出信号を合成することで周期的誤差成分が除去された検出出力を用いて、トルク検出を精度良く行うことができる。
　なお、高精度信号（合成信号２３Ｃ）は、２系統出力（第１検出信号２３Ａ、第２検出信号２３Ｂ）をユーザ側で加算して得ることもできる。また、信号処理ユニット３０のアンプ上で出力信号（２３Ａ、２３Ｂ）をデジタル変換してシリアル出力すれば、２系統の信号（２３Ａ、２３Ｂ）に高精度信号（合成信号２３Ｃ）を合わせて出力することもできる。例えば、低精度２系統信号１２ｂｉｔ、高精度信号１２ｂｉｔとした場合、２４ｂｉｔシリアル信号の上位（第１、第２検出信号２３Ａ、２３Ｂ）、下位（合成信号２３Ｃ）として、送信できる。
　図５および図６には、歪ゲージ８か所４５°配置の場合におけるトルク検出部２０の２系統化の別の例を示してある。図５の例では、トルク検出部は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、４組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）～１１（Ｄ１，Ｄ２）から構成される第１ホイートストンブリッジ回路２１Ａ（１）を備えた第１トルク検出部２０Ａ（１）と、図５（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、残りの４組の歪ゲージ１１（Ｅ１，Ｅ２）～１１（Ｈ１，Ｈ２）から構成される第２ホイートストンブリッジ回路２１Ｂ（１）を備えた第２トルク検出部２０Ｂ（１）に分けられている。
　図６の例では、トルク検出部は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、４組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）、１１（Ｃ１，Ｃ２）、１１（Ｆ１，Ｆ２）、１１（Ｈ１，Ｈ２）から構成される第１ホイートストンブリッジ回路２１Ａ（２）を備えた第１トルク検出部２０Ａ（２）と、図６（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、残りの４組の歪ゲージ１１（Ｂ１，Ｂ２）、１１（Ｄ１，Ｄ２）、１１（Ｅ１，Ｅ２）、１１（Ｇ１，Ｇ２）から構成される第２ホイートストンブリッジ回路２１Ｂ（２）を備えた第２トルク検出部２０Ｂ（２）に分けられている。
（トルク検出部の別の例）
　図７にはトルク検出部２０の別の例を示してあり、この図に示すトルク検出部２０（３）は、外歯歯車のダイヤフラムに、中心軸線回りに６０°の等角度間隔に貼り付けた６組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）～１１（Ｆ１，Ｆ２）を備えた構成となっている（歪ゲージ６か所６０°配置）。
　この場合におけるトルク検出部２０（３）を独立した２系統（第１トルク検出部２０Ａと第２トルク検出部２０Ｂ）に分ける例を、図８および図９に示してある。
　図８に示すトルク検出部２０は、３組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）～１１（Ｃ１，Ｃ２）から構成される第１ブリッジ回路２１Ａ（３）を備えた第１トルク検出部２０Ａ（３）と、残りの３組の歪ゲージ１１（Ｄ１，Ｄ２）～１１（Ｆ１，Ｆ２）から構成される第２ブリッジ回路２１Ｂ（３）を備えた第２トルク検出部２０Ｂ（３）とに分けられている。第１ブリッジ回路２１Ａ（３）を構成する３組の歪ゲージ１１のそれぞれからの検出出力、および第２ブリッジ回路２１Ｂ（３）を構成する３組の歪ゲージ１１のそれぞれからの検出出力に基づき、トルク検出が行われる。
　この場合には、第１ブリッジ回路２１Ａ（３）を構成する３組の歪ゲージ１１のそれぞれからの検出出力（ＯＵＴ１～３）が、不図示のゲイン調整用の増幅部を介して増幅された後に合成されて、第１検出信号が生成される。同様に、第２ブリッジ回路２１Ｂ（３）を構成する３組の歪ゲージ１１のそれぞれからの検出出力（ＯＵＴ４～６）が、不図示のゲイン調整用の増幅部を介して増幅された後に合成されて、第２検出信号が生成される。また、第１検出信号および第２検出信号が合成されて合成信号が生成される。第１検出信号、第２検出信号、および、合成信号のそれぞれに基づき、伝達トルクが算出される。
　図９には、歪ゲージ６か所６０°配置の場合（図７参照）におけるトルク検出部２０（３）の２系統化の別の例を示してある。図９の例では、トルク検出部は、３組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）、１１（Ｃ１，Ｃ２）および１１（Ｅ１，Ｅ２）から構成される第１ブリッジ回路（図示せず）を備えた第１トルク検出部２０Ａ（４）と、残りの３組の歪ゲージ１１（Ｂ１，Ｂ２）、１１（Ｄ１，Ｄ２）および１１（Ｆ１，Ｆ２）から構成される第２ブリッジ回路（図示せず）を備えた第２トルク検出部２０Ｂ（４）に分けられている。この場合においても、図８の例と同様に、３系統の出力が得られる。３系統の出力のそれぞれに基づき、伝達トルクの算出が可能である。
（トルク検出部の更に別の例）
　図１０（Ａ）には、独立した２系統の第１トルク検出部および第２トルク検出部を備えたトルク検出部２０の別の例を示してあり、この図に示すトルク検出部２０（５）は、外歯歯車のダイヤフラムに貼り付けた６組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）～１１（Ｆ１，Ｆ２）を備えている。図１０（Ｂ）に示すように、第１トルク検出部２０Ａ（５）を構成する３組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）、１１（Ｃ１，Ｃ２）および１１（Ｅ１，Ｅ２）は、ダイヤフラムの中心軸線回りに１２０°の等角度間隔に貼り付けられている。図１０（Ｃ）に示すように、第２トルク検出部２０Ｂ（５）を構成する残りの３組の歪ゲージ１１（Ｂ１，Ｂ２）、１１（Ｄ１，Ｄ２）および１１（Ｆ１，Ｆ２）も、ダイヤフラムの中心軸線回りに１２０°の等角度間隔に貼り付けられている。さらに、１２０°の角度間隔で配置した３組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）、１１（Ｃ１，Ｃ２）および１１（Ｅ１，Ｅ２）のそれぞれに対して、３０°回転した角度位置に、３組の歪ゲージ１１（Ｂ１，Ｂ２）、１１（Ｄ１，Ｄ２）および１１（Ｆ１，Ｆ２）のそれぞれが位置している。
　この場合には、第１トルク検出部２０Ａ（５）を構成する３組の歪ゲージ１１（Ａ１，Ａ２）、１１（Ｃ１，Ｃ２）および１１（Ｅ１，Ｅ２）から構成される第１ブリッジ回路の出力である第１検出信号２２Ａが、不図示のゲイン調整用の増幅部を介して増幅されて第１検出信号２３Ａが生成される。同様に、第２トルク検出部２０Ｂ（５）を構成する３組の歪ゲージ１１（Ｂ１，Ｂ２）、１１（Ｄ１，Ｄ２）および１１（Ｆ１，Ｆ２）から構成される第２ブリッジ回路の出力である第２検出信号２２Ｂが、不図示のゲイン調整部を介して増幅されて第２検出信号２３Ｂが生成される。これら２系統の検出信号を合成することで、合成信号２３Ｃが生成される。３０°の位相差のある独立した２系統の第１トルク検出信号と第２トルク検出信号を加算して得られる合成信号は、回転リップルの６次成分が除去され、直線性が改善された高精度検出出力である。
　図１１（Ａ）に示すグラフは、図１０（Ｂ）に示す第１トルク検出部（３組の歪ゲージ１１を１２０°の等角度で配置した場合）から得られる第１トルク検出信号に含まれる誤差成分割合を示す実測値であり、図１１（Ｂ）は、図１０に示すトルク検出部２０（５）によるトルク検出のシミュレーション結果を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は波動発生器の入力回転角度（ｄｅｇ）を示し、縦軸はトルク検出信号に含まれ誤差成分の割合（％）を示す。
　図１１（Ｂ）に示すグラフにおいて、折れ線Ｌａ（実測値）は、図１１（Ａ）に示した第１トルク検出部から得られる第１トルク検出信号に含まれる誤差成分割合（実測値）である。折れ線Ｌｂは、第２トルク検出部から得られる第２トルク検出信号に含まれる誤差成分割合を示す。折れ線Ｌｂは、実測値である折れ線Ｌａを３０°位相をずらしたものである。折れ線Ｌｃ（２信号加算）は、第１トルク検出信号および第２トルク検出信号を合成して得られる合成信号に含まれる誤差成分割合を示す。グラフから分かるように、トルク検出信号に含まれる６次の周期的誤差成分が大幅に低減されることが見て取れる。
　ここで、先に述べた図７、図８に示す６組の歪ゲージ１１から第１、第２トルク検出部を構成した場合には、これらのトルク検出部の６チャンネル（６ＣＨ）の信号（ＯＵＴ１～ＯＵＴ６）のそれぞれのゲイン調整を行うことで、回転リップルに含まれる２つの周波数成分まで補償することができるが、６ＣＨの出力を個別に処理する必要がある。
　これに対して、本例の場合には、１２０°の角度間隔で配置した３組の歪ゲージ１１から第１トルク検出部を構成し、第１トルク検出部の３組の歪ゲージ１１に対して３０°回転した位置に配置した３組の歪ゲージ１１から第２トルク検出部を構成している。第１、第２トルク検出部から得られる２ＣＨの出力を単に加算するだけで、回転リップルの６次成分が除去され、直線性が改善された高精度の検出出力（合成信号）が得られる。
（その他の実施の形態）
　上記の例では、外歯歯車としてシルクハット形状をした外歯歯車のダイヤフラムに歪ゲージが貼り付けられている。歪ゲージの貼り付け位置は、外歯歯車の円筒状胴部における外歯形成部分以外の表面部分であってもよい。また、本発明は、カップ形状をした外歯歯車を備えた波動歯車装置、円筒状の外歯歯車を備えた波動歯車装置に対しても同様に適用可能である。
　また、上記の例では、２軸直交型歪ゲージとして２軸重ね配置形式のものを使用している。２軸直交型歪ゲージとしては、２軸平面配置形式のものも知られており、この形式の２軸直交型歪ゲージを使用してもよいことは勿論である。

Claims (8)

  1. 　可撓性の外歯歯車を介して伝達される伝達トルクを検出するトルク検出装置を備えた波動歯車装置であって、
    　前記トルク検出装置は、
    　独立した２系統の検出信号を出力する第１トルク検出部および第２トルク検出部と、
    　前記第１トルク検出部の前記検出信号である第１検出信号と前記第２トルク検出部の前記検出信号である第２検出信号とを合成して合成信号を生成する出力合成部と、
    　前記第１検出信号、前記第２検出信号および前記合成信号、または、これらの信号に基づき算出された前記伝達トルクを表す第１検出トルク信号、第２検出トルク信号および合成トルク信号を出力する出力部と、
    を備えており、
    　前記第１トルク検出部は、前記外歯歯車の中心軸線を中心として当該外歯歯車の表面に所定の角度間隔で貼り付けた第１群の歪ゲージを備えており、
    　前記第２トルク検出部は、前記外歯歯車の中心軸線を中心として当該外歯歯車の表面に所定の角度間隔で貼り付けた第２群の歪ゲージを備えていることを特徴とする波動歯車装置。
  2. 　請求項１に記載の波動歯車装置において、
    　前記外歯歯車は、外歯が形成された円筒状胴部、および、当該円筒状胴部の一端から半径方向に延びるダイヤフラムを備えたカップ形状あるいはシルクハット形状をしており、
    　前記外歯歯車の前記円筒状胴部は、波動発生器によって楕円形状に撓められて、前記楕円形状の長軸上に位置する前記外歯が、剛性の内歯歯車にかみ合っており、
    　前記第１群の歪ゲージおよび前記第２群の歪ゲージは、前記外歯歯車の前記ダイヤフラムの表面に貼り付けられている波動歯車装置。
  3. 　請求項２に記載の波動歯車装置において、
    　前記中心軸線を中心として、４５°の等角度間隔で配置された８組の第１～第８歪ゲージを備え、
    　前記第１～第８歪ゲージが、この順序で時計回りに配置されており、
    　前記第１トルク検出部は、前記第１群の歪ゲージとして、前記第１、第３、第５および第７歪ゲージを備え、これら第１、第３、第５および第７歪ゲージから構成される第１ホイートストンブリッジ回路の出力が増幅されて、前記第１検出信号として出力され、
    　前記第２トルク検出部は、前記第２群の歪ゲージとして、前記第２、第４、第６および第８歪ゲージを備え、これら第２、第４、第６、第８歪ゲージから構成される第２ホイートストンブリッジ回路の出力が増幅されて、前記第２検出信号として出力される波動歯車装置。
  4. 　請求項２に記載の波動歯車装置において、
    　前記中心軸線を中心として、４５°の等角度間隔で配置された８組の第１～第８歪ゲージを備え、
    　前記第１～第８歪ゲージが、この順序で時計回りに配置されており、
    　前記第１トルク検出部は、前記第１群の歪ゲージとして、前記第１～第４歪ゲージを備え、これら第１～第４歪ゲージから構成される第１ホイートストンブリッジ回路の出力が増幅されて、前記第１検出信号として出力され、
    　前記第２トルク検出部は、前記第２群の歪ゲージとして、前記第５～第８歪ゲージを備え、これら第５～第８歪ゲージから構成される第２ホイートストンブリッジ回路の出力が増幅されて、前記第２検出信号として出力される波動歯車装置。
  5. 　請求項２に記載の波動歯車装置において、
    　前記中心軸線を中心として、４５°の等角度間隔で配置された８組の第１～第８歪ゲージを備え、
    　前記第１～第８歪ゲージが、この順序で時計回りに配置されており、
    　前記第１トルク検出部は、前記第１群の歪ゲージとして、前記第１、第３、第６および第８歪ゲージを備え、これら第１、第３、第６および第８歪ゲージから構成される第１ホイートストンブリッジ回路の出力が増幅されて、前記第１検出信号として出力され、
    　前記第２トルク検出部は、前記第２群の歪ゲージとして、前記第２、第４、第５および第７歪ゲージを備え、これら第２、第４、第５および第７歪ゲージから構成される第２ホイートストンブリッジ回路の出力が増幅されて、前記第２検出信号として出力される波動歯車装置。
  6. 　請求項２に記載の波動歯車装置において、
    　前記中心軸線を中心として、６０°の等角度間隔で配置された６組の第１～第６歪ゲージを備え、
    　前記第１～第６歪ゲージが、この順序で時計回りに配置されており、
    　前記第１トルク検出部は、前記第１群の歪ゲージとして、前記第１～第３歪ゲージを備え、これら第１～第３歪ゲージからの出力がそれぞれ増幅された後に合成されて、前記第１検出信号として出力され、
    　前記第２トルク検出部は、前記第２群の歪ゲージとして、前記第４～第６歪ゲージを備え、これら第４～第６歪ゲージからの出力がそれぞれ増幅された後に合成されて、前記第２検出信号として出力される波動歯車装置。
  7. 　請求項２に記載の波動歯車装置において、
    　前記中心軸線を中心として、６０°の等角度間隔で、時計回りに配列された６組の第１～第６歪ゲージを備え、
    　前記第１～第６歪ゲージが、この順序で時計回りに配置されており、
    　前記第１トルク検出部は、前記第１群の歪ゲージとして、前記第１、第３および第５歪ゲージを備え、これら第１、第３、第５歪ゲージからの出力がそれぞれ増幅された後に合成されて、前記第１検出信号として出力され、
    　前記第２トルク検出部は、前記第２群の歪ゲージとして、前記第２、第４および第６歪ゲージを備え、これら第２、第４および第６歪ゲージからの出力がそれぞれ増幅された後に合成されて、前記第２検出信号として出力される波動歯車装置。
  8. 　請求項２に記載の波動歯車装置において、
    　前記中心軸線を中心として、所定の角度間隔で、時計回りに配列された６組の第１～第６歪ゲージを備え、
    　前記第１～第６歪ゲージが、この順序で時計回りに配置されており、
    　前記第１トルク検出部は、前記第１群の歪ゲージとして、前記第１、第３および第５歪ゲージを備え、これら第１、第３、第５歪ゲージからの出力が合成されて、前記第１検出信号として出力され、
    　前記第２トルク検出部は、前記第２群の歪ゲージとして、前記第２、第４および第６歪ゲージを備え、これら第２、第４および第６歪ゲージからの出力が合成されて、前記第２検出信号として出力され、
    　前記第１群の歪ゲージである前記第１、第３および第５歪ゲージのそれぞれに対して、前記第２群の歪ゲージである前記第２、第４および第６歪ゲージのそれぞれは、時計回りに３０°の角度だけ回転した位置に配置されている波動歯車装置。
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