特許 7223354 トルクセンサ、ロボット、トルク算出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-08

(45)【発行日】2023-02-16

(54)【発明の名称】トルクセンサ、ロボット、トルク算出方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/12 20060101AFI20230209BHJP

   B25J 19/02 20060101ALI20230209BHJP

【ＦＩ】

G01L3/12

B25J19/02

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021553233

(86)(22)【出願日】2019-10-24

(86)【国際出願番号】 JP2019041722

(87)【国際公開番号】W WO2021079464

(87)【国際公開日】2021-04-29

【審査請求日】2022-01-18

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】110003096

【氏名又は名称】弁理士法人第一テクニカル国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】趙 飛

(72)【発明者】

【氏名】藤間 久美子

(72)【発明者】

【氏名】曽我 健仁

(72)【発明者】

【氏名】貞包 健一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 康

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０７４４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８１６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２７６４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７４４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０３５８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１９３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００６４０１５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ３／０８

Ｇ０１Ｌ ３／１２

Ｂ２５Ｊ １９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

起歪体と、
前記起歪体の歪みを検出する光学式センサと、を有し、
前記起歪体は、
リング状の外周部と、
少なくとも一部が前記外周部の径方向の内側に配置された内周部と、を有し、
前記光学式センサは、
前記外周部又は前記内周部の一方に固定され、前記外周部と前記内周部との間に配置されたスケールと、
前記外周部又は前記内周部の他方に固定され、前記外周部と前記内周部との間に前記スケールと対向して配置された検出部と、を有し、
前記起歪体は、
前記外周部又は前記内周部の前記他方に固定され、前記外周部と前記内周部との間に突出し、前記検出部を有する基板を複数の固定位置で固定する基板固定部を有し、
前記検出部は、
前記基板における前記複数の固定位置の中間位置に配置されている、
トルクセンサ。

【請求項2】

前記外周部と前記内周部との間に配置され、前記検出部を有する基板をさらに有する、
請求項１に記載のトルクセンサ。

【請求項3】

前記起歪体は、
前記外周部と前記内周部との間に配置され、前記外周部と前記内周部とを連結する複数の連結部を有し、
前記基板は、
周方向において前記複数の連結部の間の空間に配置されている、
請求項２に記載のトルクセンサ。

【請求項4】

複数の前記基板の各々は、
前記周方向において前記複数の連結部の間の複数の空間にそれぞれ配置されており、
前記トルクセンサは、
前記周方向に隣接する前記基板同士を前記連結部を跨いで電気的に接続する接続部をさらに有する、
請求項３に記載のトルクセンサ。

【請求項5】

前記光学式センサは、
前記起歪体の周方向の複数箇所に配置されており、
前記トルクセンサは、
複数の前記光学式センサの出力に基づいてトルクを算出するトルク算出部をさらに有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項6】

前記複数の光学式センサのうちの２つの前記光学式センサは、
前記周方向に９０度以外の所定の角度間隔で配置されており、
前記トルク算出部は、
前記２つの光学式センサの出力に基づいて前記トルクを算出する、
請求項５に記載のトルクセンサ。

【請求項7】

前記複数の光学式センサのうちの２つの前記光学式センサは、
前記周方向に１８０度以外の所定の角度間隔で配置されており、
前記トルク算出部は、
前記２つの光学式センサの出力に基づいて前記トルクを算出する、
請求項５に記載のトルクセンサ。

【請求項8】

前記複数の光学式センサは、
前記周方向に９０度間隔で配置された４つの前記光学式センサである、
請求項５～７のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項9】

前記複数の光学式センサは、
前記周方向に１２０度間隔で配置された３つの前記光学式センサである、
請求項５～７のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項10】

前記トルク算出部は、
前記複数の光学式センサの出力を加算し、加算した出力に基づいて前記トルクを算出する
請求項５～９のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項11】

前記外周部は、
前記内周部の軸方向一方側の端部よりも前記軸方向一方側に向けて突出した突出部を有しており、
前記トルクセンサは、
前記突出部と前記外周部又は前記内周部が固定される部材との間に配置された第１シール機構をさらに有する、
請求項１～１０のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項12】

前記内周部と前記外周部又は前記内周部が固定される部材との間に配置された第２シール機構をさらに有する、
請求項１～１１のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項13】

前記内周部は、
当該内周部が固定される減速機の内歯車を兼ねている、
請求項１～１１のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項14】

前記基板に形成された第１のピン穴に挿通されて前記基板固定部に形成された第２のピン穴に圧入され、前記基板が固定されたピンをさらに有する、
請求項１に記載のトルクセンサ。

【請求項15】

前記第１のピン穴は、
前記ピンの径よりも大きく形成されており、前記ピンと前記第１のピン穴との隙間には接着剤が充填されている、
請求項１４に記載のトルクセンサ。

【請求項16】

前記起歪体は、
前記外周部及び前記内周部とは別体且つ前記外周部又は前記内周部に対し着脱可能に構成され、前記検出部又は前記スケールが固定される取付片を有する、
請求項１～１５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項17】

前記起歪体は、
前記外周部と前記内周部との間に配置され、前記外周部と前記内周部とを連結する複数の連結部を有し、
前記外周部は、
当該外周部が固定される部材への締結位置が、周方向において前記連結部に対応する位置の方が前記連結部に対応していない位置よりも密に配置されている、
請求項１～１６のいずれか１項に記載のトルクセンサ。

【請求項18】

請求項１～１７のいずれか１項に記載のトルクセンサをアームの先端に備えた、ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、トルクセンサ、ロボット及びトルク算出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、第１の部材と、第１の部材と相対的な回転関係にある第２の部材と、第１の部材と第２の部材とを連結する連結部材と、第１の部材に設けられたスケールと、第２の部材に設けられ、スケールから位置情報を検出する検出ヘッドとを有するトルクセンサが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１８９５１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の従来技術では、第１の部材と第２の部材が連結部材により軸方向に連結され、それらの間の空間にスケールと検出ヘッドが配置される。このため、軸方向寸法が増大してトルクセンサの大型化を招く可能性がある。

【0005】

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、小型化することが可能なトルクセンサ、ロボット及びトルク算出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、起歪体と、前記起歪体の歪みを検出する光学式センサと、を有し、前記起歪体は、リング状の外周部と、少なくとも一部が前記外周部の径方向の内側に配置された内周部と、を有し、前記光学式センサは、前記外周部又は前記内周部の一方に固定され、前記外周部と前記内周部との間に配置されたスケールと、前記外周部又は前記内周部の他方に固定され、前記外周部と前記内周部との間に前記スケールと対向して配置された検出部と、を有する、トルクセンサが適用される。

【0007】

また、本発明の別の観点によれば、上記トルクセンサをアームの先端に備えた、ロボットが適用される。

【0008】

また、本発明の別の観点によれば、アームの先端にトルクセンサを備えたロボットであって、前記トルクセンサは、起歪体と、前記起歪体の歪みを検出するセンサと、を有し、前記起歪体は、リング状の外周部と、少なくとも一部が前記外周部の径方向の内側に配置された内周部と、前記外周部に備えられ、前記内周部の軸方向一方側の端部よりも前記軸方向一方側に向けて突出した突出部と、を有し、前記トルクセンサは、前記突出部と前記外周部又は前記内周部が固定される部材との間に配置されたシール機構を有する、ロボットが適用される。

【0009】

また、本発明の別の観点によれば、起歪体と、前記起歪体の周方向の複数箇所に配置され、前記起歪体の歪みを検出する光学式センサと、を有するトルクセンサによるトルク算出方法であって、複数の前記光学式センサの出力を取得することと、取得した前記複数の光学式センサの前記出力を加算し、加算した出力に基づいてトルクを算出することと、を有する、トルク算出方法が適用される。

【発明の効果】

【0010】

本発明のトルクセンサ等によれば、小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】トルクセンサをＺ軸正の方向側から見た平面図である。

【図2】トルクセンサをＹ軸負の方向側から見た側面図である。

【図3】起歪体をＺ軸正の方向側から見た平面図である。

【図4】図１のＩＶ－ＩＶ断面線における基板の断面構造の一例を表す断面図である。

【図5】検出部をＺ軸負の方向側から見た平面図である。

【図6】基板における一方のスタッドピンによる固定部分を拡大して示す断面図である。

【図7】トルクセンサの基板の全体構成の一例を概念的に表す説明図である。

【図8】トルク算出処理を実行するトルク算出部の機能構成の一例を表すブロック図である。

【図9】第１の系統の出力と第２の系統の出力を加算することで、波動歯車機構を備えた減速機に特有のトルクリップルによる検出誤差をキャンセルすることを説明するためのグラフである。

【図10】ヒステリシスの改善策を施していない比較例のトルクセンサの起歪体をＺ軸正の方向側から見た平面図である。

【図11】比較例のトルクセンサにおける定格荷重に対する定格出力のヒステリシス曲線の一例を表すグラフである。

【図12】３つの光学式センサを１２０度間隔で配置する変形例における、トルクセンサをＺ軸正の方向側から見た平面図である。

【図13】３つの光学式センサを１２０度間隔で配置する変形例における、起歪体をＺ軸正の方向側から見た平面図である。

【図14】３つの光学式センサを１２０度間隔で配置する変形例における、トルク算出処理を実行するトルク算出部の機能構成の一例を表すブロック図である。

【図15】３つの光学式センサを１２０度間隔で配置する変形例において、３つの光学式センサの出力を加算することで、波動歯車機構を備えた減速機に特有のトルクリップルによる検出誤差をキャンセルすることを説明するためのグラフである。

【図16】トルクセンサをアームの先端に備えたロボットの構成の一例を表す外観図である。

【図17】アームの先端部の断面構造の一例を表す断面図である。

【図18】トルクセンサのアクチュエータへの組み付け構成の第１の変形例における、アームの先端部の断面構造の一例を表す断面図である。

【図19】トルクセンサのアクチュエータへの組み付け構成の第２の変形例における、アームの先端部の断面構造の一例を表す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

【0013】

＜１．トルクセンサの全体構成＞
まず、図１及び図２を参照しつつ、本実施形態に係るトルクセンサ１の全体構成の一例について説明する。図１はトルクセンサ１をＺ軸正の方向側から見た平面図、図２はトルクセンサ１をＹ軸負の方向側から見た側面図である。

【0014】

図１及び図２に示すように、トルクセンサ１は、外力により歪みを生じる起歪体３を有する。起歪体３は、比較的軽量な金属で構成されている。起歪体３は、リング状の外周部５と、外周部５の径方向の内側に配置され、外周部５よりも小径のリング状である内周部７と、外周部５と内周部７とを連結する複数（この例では４）の連結部９Ａ～９Ｄを有する。なお、内周部７を中空構造でなく中実構造（円板状の部材等）としてもよい。

【0015】

図１に示すように、外周部５と内周部７とは、Ｚ軸を中心とする径方向に同心円状に配置されている。外周部５には、当該外周部５を外部機器（例えばロボットのアーム、エンドエフェクタ、減速機、モータ等）に固定するための複数の締結ボルト（図示省略）が挿通される複数（この例では１２）のボルト穴１１が形成されている。ボルト穴１１は、Ｚ軸周りの周方向において連結部９Ａ～９Ｄに対応する位置の方が連結部９Ａ～９Ｄに対応していない位置よりも密になるように、連結部９Ａ～９Ｄの各々の近傍に集約して配置されている。内周部７には、当該内周部７を外部機器（例えばロボットのアーム、エンドエフェクタ、減速機、モータ等）に固定するための複数の締結ボルト（図示省略）が挿通される複数（この例では１２）のボルト穴１３が形成されている。ボルト穴１３は、Ｚ軸周りの周方向に略等角度間隔（この例では３０度間隔）で配置されている。

【0016】

なお、ボルト穴１３についても、ボルト穴１１と同様に連結部９Ａ～９Ｄの各々の近傍に集約して配置してもよい。また、ボルト穴１１を、ボルト穴１３と同様にＺ軸周りの周方向に略等角度間隔で配置してもよい。

【0017】

図２に示すように、内周部７のＺ軸方向の厚みは外周部５の厚みよりも大きく形成されている。外周部５と内周部７は、それぞれの底面（Ｚ軸負の方向側の端面）が略面一となり、内周部７の一部が外周部５よりＺ軸正の方向側に突出するように配置されている。なお、内周部７の一部が外周部５よりＺ軸負の方向側に突出してもよいし、Ｚ軸正の方向及び負の方向の両側に突出してもよい。また、外周部５と内周部７の厚みを略同一としてもよいし、内周部７の厚みを外周部５の厚みよりも小さく形成してもよい。

【0018】

連結部９Ａ～９Ｄは、外周部５と内周部７の間の空間Ｓ（図２参照）に、Ｚ軸周りの周方向に略等角度間隔（この例では９０度間隔）で配置されている。連結部９Ａ～９Ｄは、外周部５と内周部７とを、トルクセンサ１の検出対象となるトルク（Ｚ軸周りのねじりモーメントＭｚ）の大きさに応じた量だけＺ軸周りに微小な量だけ相対的に回転可能に連結する。以下では説明の便宜上、空間Ｓのうち、周方向において連結部９Ａ，９Ｂの間の空間をＳ１、連結部９Ｂ，９Ｃの間の空間をＳ２、連結部９Ｃ，９Ｄの間の空間をＳ３、連結部９Ｄ，９Ａの間の空間をＳ４という。

【0019】

なお、連結部の数や配置は、外周部５と内周部７とを所定の剛性を有するように連結可能であれば、上記以外の数や配置としてもよい。

【0020】

図１に示すように、外周部５と内周部７の間の空間Ｓには、複数（この例では４）の基板ＰＢ１～ＰＢ４が配置されている。基板ＰＢ１～ＰＢ４の各々は複数の基板を有しており、基板のセットとして構成されている（図４参照）。基板ＰＢ１～ＰＢ４の各々は、Ｚ軸周りの周方向において複数の連結部９Ａ～９Ｄの間の複数の空間Ｓ１～Ｓ４にそれぞれ配置されている。すなわち、基板ＰＢ１は空間Ｓ１に、基板ＰＢ２は空間Ｓ２に、基板ＰＢ３は空間Ｓ３に、基板ＰＢ４は空間Ｓ４に配置されている。基板ＰＢ３と基板ＰＢ４には、外部機器との間で電源の入力や信号の送受信を行うための外部コネクタ１５，１７がそれぞれ設けられている。

【0021】

周方向に隣接する基板同士、この例では基板ＰＢ４と基板ＰＢ１、基板ＰＢ１と基板ＰＢ２、基板ＰＢ２と基板ＰＢ３はそれぞれ、接続部１９，２１，２３により、連結部９Ａ，９Ｂ，９Ｃを跨いで電気的に接続されている。接続部１９，２１，２３は、例えばフレキシブル基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）である。なお、接続部は基板同士を信号送受信可能に接続するものであればよく、ＦＰＣ以外にも、例えばリード線、ケーブル、コネクタ等を用いてもよい。

【0022】

なお、本実施形態では、Ｚ軸に垂直な方向の軸のうち、周方向において基板ＰＢ２の略中心位置を通る方向（連結部９Ｂ，９Ｃの角度間隔を２等分する方向）の軸をＸ軸、当該Ｘ軸に垂直な方向、すなわち周方向において基板ＰＢ１の略中心位置を通る方向（連結部９Ａ，９Ｂの角度間隔を２等分する方向）の軸をＹ軸とする。

【0023】

＜２．起歪体の構成＞
次に、図３を参照しつつ、起歪体３の構成の一例について説明する。図３は、起歪体３をＺ軸正の方向側から見た平面図である。なお、図３は図１に示すトルクセンサ１から基板ＰＢ１～ＰＢ４及び接続部１９，２１，２３等を取り外した状態を示している。また、図３では煩雑防止のため、内周部７のボルト穴１３の図示を省略している。また、図３では、スケールＳＣ１～ＳＣ４との位置関係を示すために、基板ＰＢ１～ＰＢ４に設置される検出部Ｄ１～Ｄ４を破線で示している。

【0024】

図３に示すように、起歪体３は、外周部５と、内周部７と、連結部９Ａ～９Ｄとを有しており、連結部９Ａ～９Ｄは周方向に略９０度間隔で配置されている。内周部７は、空間Ｓにおいて径方向外側に向けて突出した複数（この例では４）のスケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４を有する。スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４は、周方向に略９０度間隔で配置されている。スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４の上面には、スケールＳＣ１～ＳＣ４が例えばねじ（図示省略）によりそれぞれ固定されている。図示は省略するが、スケールＳＣ１～ＳＣ４の各々は、周方向に配置された複数の反射スリットを有する。

【0025】

スケール固定部ＳＦ１は、Ｙ軸正の方向に突出し、周方向において基板ＰＢ１の２つの固定位置（後述する基板固定部ＰＦ１，ＰＦ１のピン穴２５，２５）の中間位置にスケールＳＣ１を配置する。スケール固定部ＳＦ２は、Ｘ軸正の方向に突出し、周方向において基板ＰＢ２の２つの固定位置（後述する基板固定部ＰＦ２，ＰＦ２のピン穴２５，２５）の中間位置にスケールＳＣ２を配置する。スケール固定部ＳＦ３は、Ｙ軸負の方向に突出し、周方向において基板ＰＢ３の２つの固定位置（後述する基板固定部ＰＦ３，ＰＦ３のピン穴２５，２５）の中間位置にスケールＳＣ３を配置する。スケール固定部ＳＦ４は、Ｘ軸負の方向に突出し、周方向において基板ＰＢ４の２つの固定位置（後述する基板固定部ＰＦ４，ＰＦ４のピン穴２５，２５）の中間位置にスケールＳＣ４を配置する。

【0026】

スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４の各々は、内周部７とは別体のピース（取付片の一例）として構成されている。スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４の各々は、ボルト穴２７が形成された基部２９を有する。基部２９は、ボルト穴２７に挿通された固定ボルト（図示省略）により、内周部７の固定部位（例えば底面側に形成された凹部）に対して着脱される。これにより、スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４の各々は、内周部７に対して着脱可能に固定されている。なお、スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４と内周部７とを一体構成としてもよい。また、スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４を繋げて１個のピースとしてもよい。

【0027】

外周部５は、空間Ｓにおいて内側に向けて突出した複数セット（この例では４セット）の基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４を有する。基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４の各セット、すなわち基板固定部ＰＦ１，ＰＦ１のセットと、基板固定部ＰＦ２，ＰＦ２のセットと、基板固定部ＰＦ３，ＰＦ３のセットと、基板固定部ＰＦ４，ＰＦ４のセットは、周方向に略９０度間隔で配置されている。基板固定部ＰＦ１，ＰＦ１は、スケール固定部ＳＦ１を周方向に挟むように配置され、基板固定部ＰＦ２，ＰＦ２は、スケール固定部ＳＦ２を周方向に挟むように配置され、基板固定部ＰＦ３，ＰＦ３は、スケール固定部ＳＦ３を周方向に挟むように配置され、基板固定部ＰＦ４，ＰＦ４は、スケール固定部ＳＦ４を周方向に挟むように配置されている。基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４の各セットの上面には、検出部Ｄ１～Ｄ４をそれぞれ有する基板ＰＢ１～ＰＢ４が、スタッドピン３１，３１（図４参照）によりそれぞれ複数（この例では２箇所）の固定位置で固定される。

【0028】

基板固定部ＰＦ１，ＰＦ１は、Ｙ軸負の方向にそれぞれ突出し、基板ＰＢ１を固定するためのスタッドピン３１（図４参照）が圧入されるピン穴２５（第２のピン穴の一例）がそれぞれに形成されている。基板固定部ＰＦ１，ＰＦ１は、検出部Ｄ１が周方向において基板ＰＢ１の２つの固定位置（ピン穴２５，２５）の中間位置でスケールＳＣ１とＺ軸方向に対向配置されるように、基板ＰＢ１を固定する。基板固定部ＰＦ２，ＰＦ２は、Ｘ軸負の方向にそれぞれ突出し、基板ＰＢ２を固定するためのスタッドピン３１が圧入されるピン穴２５がそれぞれに形成されている。基板固定部ＰＦ２，ＰＦ２は、検出部Ｄ２が周方向において基板ＰＢ２の２つの固定位置（ピン穴２５，２５）の中間位置でスケールＳＣ２とＺ軸方向に対向配置されるように、基板ＰＢ２を固定する。

【0029】

基板固定部ＰＦ３，ＰＦ３は、Ｙ軸正の方向にそれぞれ突出し、基板ＰＢ３を固定するためのスタッドピン３１が圧入されるピン穴２５がそれぞれに形成されている。基板固定部ＰＦ３，ＰＦ３は、検出部Ｄ３が周方向において基板ＰＢ３の２つの固定位置（ピン穴２５，２５に相当する位置）の中間位置でスケールＳＣ３とＺ軸方向に対向配置されるように、基板ＰＢ３を固定する。基板固定部ＰＦ４，ＰＦ４は、Ｘ軸正の方向にそれぞれ突出し、基板ＰＢ４を固定するためのスタッドピン３１（図４参照）が圧入されるピン穴２５がそれぞれに形成されている。基板固定部ＰＦ４，ＰＦ４は、検出部Ｄ４が周方向において基板ＰＢ４の２つの固定位置（ピン穴２５，２５）の中間位置でスケールＳＣ４とＺ軸方向に対向配置されるように、基板ＰＢ４を固定する。

【0030】

基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４の各々は、外周部５とは別体のピース（取付片の一例）として構成されている。基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４の各々は、ボルト穴３３が形成された基部３５を有する。基部３５は、ボルト穴３３に挿通された固定ボルト（図示省略）により、外周部５の固定部位（例えば底面側に形成された凹部）に対して着脱される。これにより、基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４の各々は、外周部５に対して着脱可能に固定されている。なお、基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４と外周部５とを一体構成としてもよい。

【0031】

なお、上述した起歪体３の構成は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４を外周部５に設けてスケールＳＣ１～ＳＣ４を外周部５に固定し、基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４を内周部７に設けて検出部Ｄ１～Ｄ４を内周部７に固定してもよい。

【0032】

＜３．各基板の構成＞
次に、図４を参照しつつ、基板ＰＢ１～ＰＢ４の各々の構成の一例について説明する。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ断面線（図３にも参照用に図示）における基板ＰＢ１～ＰＢ４の断面構造の一例を表す断面図である。なお、図４では、接続部１９，２１，２３や各基板上の回路部品の図示を省略している。

【0033】

基板ＰＢ１～ＰＢ４の各々の基板構成は同様であるため、ここでは基板ＰＢ１を例にとって説明する。図４に示すように、基板ＰＢ１は、複数（この例では３）の基板ＰＢ１ａ～ＰＢ１ｃを有する。基板ＰＢ１ａ～ＰＢ１ｃはそれぞれ略同一形状であり、Ｚ軸方向に多段に配置されている。基板ＰＢ１ａ～ＰＢ１ｃは、基板固定部ＰＦ１，ＰＦ１及びこれらに圧入された２本のスタッドピン３１，３１により、Ｚ軸方向に所定の隙間をあけてそれぞれ支持されている。基板ＰＢ１ａ～ＰＢ１ｃは、Ｚ軸負の方向側から正の方向側に向けて、基板ＰＢ１ａ，ＰＢ１ｂ，ＰＢ１ｃの順に配置されている。

【0034】

基板ＰＢ１ａは、主としてアナログ信号の信号処理を行う基板である。基板ＰＢ１ａの下面（Ｚ軸負の方向側の面）には、スケール固定部ＳＦ１に固定されたスケールＳＣ１とＺ軸方向に所定の隙間をあけて対向するように、検出部Ｄ１が配置されている。検出部Ｄ１とスケールＳＣ１は第１光学式センサＯＳ１を構成しており、起歪体３の歪みを検出する。基板ＰＢ１ａには、検出部Ｄ１から出力されるアナログ信号の増幅回路や、オフセットの除去回路等が設けられている。

【0035】

基板ＰＢ１ｂは、主としてデジタル信号の信号処理を行う基板である。基板ＰＢ１ｂには、Ａ／Ｄ変換回路、後述するトルク算出部３７として機能する演算回路、電源監視処理回路等が設けられている。これらの回路による機能は、ＣＰＵが実行するプログラムにより実装されてもよいし、その一部又は全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。

【0036】

基板ＰＢ１ｃは、主として通信機能に関わる処理を行う基板である。基板ＰＢ１ｃには、電源回路や、他の機器や基板との間で信号の送受信を行うための通信回路等が設けられている。なお、基板ＰＢ３及び基板ＰＢ４では、基板ＰＢ３ｃ及び基板ＰＢ４ｃの上面（Ｚ軸正の方向側の面）に、前述の外部コネクタ１５，１７（図４では破線で図示）が設けられている。

【0037】

他の基板ＰＢ２～ＰＢ４の基板構成は、上述した基板ＰＢ１と同様であるため説明を省略する。なお、スケール固定部ＳＦ２に固定されたスケールＳＣ２と、基板ＰＢ２の基板ＰＢ２ａに配置された検出部Ｄ２とが、第２光学式センサＯＳ２を構成する。同様に、スケール固定部ＳＦ３に固定されたスケールＳＣ３と、基板ＰＢ３の基板ＰＢ３ａに配置された検出部Ｄ３とが、第３光学式センサＯＳ３を構成する。同様に、スケール固定部ＳＦ４に固定されたスケールＳＣ４と、基板ＰＢ４の基板ＰＢ４ａに配置された検出部Ｄ４とが、第４光学式センサＯＳ４を構成する。

【0038】

なお、上述した基板ＰＢ１～ＰＢ４の基板構成は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上述した各基板の機能を一枚の基板に実装可能である場合には、基板ＰＢ１～ＰＢ４の各々を一枚の基板で構成してもよい。また、複数の基板で処理を分担する場合には、上述したアナログ信号処理、デジタル信号処理、通信処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の基板（例えば２枚の基板）で分担してもよいし、更に機能を細分化して更に多い数の基板（４枚以上の基板）で分担してもよい。

【0039】

＜４．検出部の構成＞
次に、図５を参照しつつ、検出部Ｄ１～Ｄ４の構成の一例について説明する。図５は、検出部Ｄ１～Ｄ４をＺ軸負の方向側から見た平面図である。

【0040】

検出部Ｄ１～Ｄ４の各々の構成は同様であるため、ここでは検出部Ｄ１を例にとって説明する。図５に示すように、検出部Ｄ１は、光源３９と、光源３９をＺ軸を中心とする径方向に挟むように配置された２つの受光部４１を有する。

【0041】

光源３９は、スケールＳＣ１に光を出射する。光源３９としては、照射領域に光を照射可能な光源であれば特に限定されるものではないが、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が使用可能である。光源３９は、特に光学レンズ等が配置されない点光源として構成され、拡散光を出射する。なお、「点光源」という場合、厳密な点である必要はなく、設計上や動作原理上、略点状の位置から拡散光が発せられるものとみなせる光源であれば、有限な出射面から光が発せられてもよい。また、「拡散光」は、点光源から全方位に向かって放たれる光に限定されず、有限の一定の方位に向かって拡散しつつ出射される光を含む。すなわち、ここでいう拡散光には、平行光よりも拡散性を有する光であれば含まれる。このように点光源を使用することにより、光源３９は、対向した位置に配置されるスケールＳＣ１にほぼ均等に光を照射することが可能である。また、光学素子による集光・拡散を行わないので、光学素子による誤差等が生じにくく、スケールＳＣ１への光の直進性を高める事が可能である。

【0042】

各受光部４１は、Ｚ軸周りの周方向に沿って等間隔に配列された複数個（この例では１６個）の受光素子４３を有する。すなわち複数の受光素子４３は、インクリメンタルパターンを有するように形成されている。なお、受光部４１を構成する受光素子４３の数は上記以外でもよい。

【0043】

第１光学式センサＯＳ１は、検出部Ｄ１の光源３９からスケールＳＣ１に光を照射し、スケールＳＣ１で反射された光を受光部４１の各受光素子４３で受光する。これにより、第１光学式センサＯＳ１は、外周部５と内周部７との相対回転量を検出し、当該回転量をトルク算出部３７（図８参照）に送信する。

【0044】

他の検出部Ｄ２～Ｄ４の構成は、上述した検出部Ｄ１と同様であるため説明を省略する。なお、第２光学式センサＯＳ２、第３光学式センサＯＳ３、及び第４光学式センサＯＳ４も、上記と同様にして外周部５と内周部７との相対回転の回転量を検出し、当該回転量をトルク算出部３７（図８参照）に送信する。トルク算出部３７は、光学式センサＯＳ１～ＯＳ４から受信した回転量と連結部９Ａ～９Ｄの弾性係数等とに基づいて、外周部５と内周部７との間に作用するトルク値を算出する。

【0045】

なお、上述した検出部Ｄ１の構成は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記では光源３９を径方向に挟むように２つの受光部４１を配置したが、光源３９を周方向に挟むように２つの受光部を配置してもよい。

【0046】

＜５．基板の固定構造＞
次に、図６を参照しつつ、基板ＰＢ１～ＰＢ４のスタッドピン３１による固定構造の一例について説明する。図６は、基板ＰＢ１～ＰＢ４における一方のスタッドピン３１による固定部分を拡大して示す断面図である。

【0047】

基板ＰＢ１～ＰＢ４の各々の固定構造は同様であり、且つ、２本のスタッドピン３１の各々における固定構造も同様であるため、ここでは基板ＰＢ１の一方のスタッドピン３１による固定構造を例にとって説明する。図４に示すように、スタッドピン３１（ピンの一例）は、直径が異なる複数の部分（この例では３つ）を有する円柱状の部材である。スタッドピン３１は、直径が最も大きい大径部３１Ａと、直径が中程度である中径部３１Ｂと、直径が最も小さい小径部３１Ｃとを有する。大径部３１Ａと中径部３１Ｂとの間には段差部３１ａが形成され、中径部３１Ｂと小径部３１Ｃとの間には段差部３１ｂが形成されている。

【0048】

大径部３１Ａの直径は、基板固定部ＰＦ１のピン穴２５の直径と同等若しくはピン穴２５の直径よりも若干大きく形成されており、大径部３１Ａはピン穴２５に圧入される。一方、基板ＰＢ１ａに形成されたピン穴４５（第１のピン穴の一例）は、大径部３１Ａの直径よりも所定量だけ大きく形成されている。仮に、ピン穴４５と大径部３１Ａの径とを略同等に形成し、大径部３１Ａを基板ＰＢ１ａのピン穴４５と基板固定部ＰＦ１のピン穴２５の両方に圧入する構成とした場合、基板ＰＢ１ａ及び起歪体３（基板固定部ＰＦ１）にピン穴を加工する際に非常に高い寸法精度が要求されることとなり、量産が困難となると共に、組立作業性も低下する。本実施形態では、ピン穴４５を大径部３１Ａの径よりも大きく形成することで、ピン穴の加工の際に要求される寸法精度を下げて量産を可能とすると共に、組立作業も容易となる。

【0049】

また、ピン穴４５の内周面と、ピン穴４５に挿通された大径部３１Ａの外周面との隙間には、接着剤４７が充填されている。これにより、大径部３１Ａに対して基板ＰＢ１ａを強固に固定できる。なお、図６に示す例では、接着剤４７により基板ＰＢ１ａ上に肉盛部（滑らかな裾広がり形状のフィレット）を形成することで、接着面積を増やして接着強度を高めている。また、大径部３１Ａの外周面の接着箇所には、一又は複数（この例では２つ）の溝部３１ｃが形成されている。これにより、溝部３１ｃに充填された接着剤４７が楔となってアンカー効果を奏し、基板ＰＢ１ａのＺ軸方向のずれ防止効果をさらに高めることができる。なお、溝部３１ｃの数は１つでもよいし、３以上としてもよい。また、溝部３１ｃは必ずしも形成しなくともよい。

【0050】

同様に、基板ＰＢ１ｂに形成されたピン穴４９（第１のピン穴の一例）は、中径部３１Ｂの直径よりも所定量だけ大きく形成されている。ピン穴４９の内周面と、ピン穴４９に挿通された中径部３１Ｂの外周面との隙間には、接着剤５１が充填されている。中径部３１Ｂの外周面の接着箇所には、一又は複数（この例では２つ）の溝部３１ｄが形成されている。

【0051】

同様に、基板ＰＢ１ｃに形成されたピン穴５３（第１のピン穴の一例）は、小径部３１Ｃの直径よりも所定量だけ大きく形成されている。ピン穴５３の内周面と、ピン穴５３に挿通された小径部３１Ｃの外周面との隙間には、接着剤５５が充填されている。小径部３１Ｃの外周面の接着箇所には、一又は複数（この例では２つ）の溝部３１ｅが形成されている。

【0052】

なお、上記ではスタッドピン３１の大径部３１Ａを基板固定部ＰＦ１のピン穴２５に圧入する構成としたが、大径部３１Ａの外周面におねじを形成すると共にピン穴２５の内周面にめねじを形成しておき、大径部３１Ａをピン穴２５にねじにより締結する構成としてもよい。

【0053】

他の基板ＰＢ２～ＰＢ４の固定構造は、上述した基板ＰＢ１と同様であるため説明を省略する。

【0054】

＜６．基板の全体構成＞
次に、図７を参照しつつ、トルクセンサ１の基板ＰＢ１～ＰＢ４の全体構成の一例について説明する。図７は、トルクセンサ１の基板ＰＢ１～ＰＢ４の全体構成の一例を概念的に表す説明図である。

【0055】

図７に示すように、トルクセンサ１は４つの基板ＰＢ１～ＰＢ４を有する。基板ＰＢ１を構成する基板ＰＢ１ａ～ＰＢ１ｃは、スタッキングコネクタＣＮ１により相互に電力や信号の送受信が可能に接続されている。基板ＰＢ２を構成する基板ＰＢ２ａ～ＰＢ２ｃは、スタッキングコネクタＣＮ２により相互に電力や信号の送受信が可能に接続されている。基板ＰＢ３を構成する基板ＰＢ３ａ～ＰＢ３ｃは、スタッキングコネクタＣＮ３により相互に電力や信号の送受信が可能に接続されている。基板ＰＢ４を構成する基板ＰＢ４ａ～ＰＢ４ｃは、スタッキングコネクタＣＮ４により相互に電力や信号の送受信が可能に接続されている。

【0056】

また、基板ＰＢ４ｃと基板ＰＢ１ｃとは、スタッキングコネクタＣＮ４，ＣＮ１を介して接続部１９により相互に電力や信号の送受信が可能に接続されている。基板ＰＢ１ｃと基板ＰＢ２ｃとは、スタッキングコネクタＣＮ１，ＣＮ２を介して接続部２１により相互に電力や信号の送受信が可能に接続されている。基板ＰＢ２ｃと基板ＰＢ３ｃとは、スタッキングコネクタＣＮ２，ＣＮ３を介して接続部２３により相互に電力や信号の送受信が可能に接続されている。基板ＰＢ４ｃには、外部機器との間で電源の入力や信号の送受信を行うための外部コネクタ１７が設けられており、基板ＰＢ３ｃには、外部機器との間で電源の入力や信号の送受信を行うための外部コネクタ１５が設けられている。

【0057】

ここでは説明の便宜上、基板ＰＢ１と第１光学式センサＯＳ１とを第１センサモジュールＳＭ１、基板ＰＢ２と第２光学式センサＯＳ２とを第２センサモジュールＳＭ２、基板ＰＢ３と第３光学式センサＯＳ３とを第３センサモジュールＳＭ３、基板ＰＢ４と第４光学式センサＯＳ４とを第４センサモジュールＳＭ４という。

【0058】

周方向に１８０度の角度間隔で配置された第１センサモジュールＳＭ１と第３センサモジュールＳＭ３とは、第１の系統を構成し、第３センサモジュールＳＭ３はマスター、第１センサモジュールＳＭ１はスレーブとして機能する。また、周方向に１８０度の角度間隔で配置された第２センサモジュールＳＭ２と第４センサモジュールＳＭ４とは、第２の系統を構成し、第４センサモジュールＳＭ４はマスター、第２センサモジュールＳＭ２はスレーブとして機能する。

【0059】

第１の系統では、第１センサモジュールＳＭ１が第１光学式センサＯＳ１による検出値を第２センサモジュールＳＭ２を介して第３センサモジュールＳＭ３に送信し、第３センサモジュールＳＭ３が第３光学式センサＯＳ３による検出値に受信した第１光学式センサＯＳ１による検出値を加算して平均値を算出する。同様に、第２の系統では、第２センサモジュールＳＭ２が第２光学式センサＯＳ２による検出値を第３センサモジュールＳＭ３を介して第４センサモジュールＳＭ４に送信し、第４センサモジュールＳＭ４が第４光学式センサＯＳ４による検出値に受信した第２光学式センサＯＳ２による検出値を加算して平均値を算出する。他軸干渉による検出誤差のキャンセル（詳細は後述）のみを行う場合には、第３センサモジュールＳＭ３において上記算出した平均値を用いてトルク値を算出し、外部コネクタ１５を介して外部に送信する。また、第４センサモジュールＳＭ４において上記算出した平均値を用いてトルク値を算出し、外部コネクタ１７を介して外部に送信する。

【0060】

一方、他軸干渉による検出誤差のキャンセルに加えてさらに、トルクセンサ１を波動歯車機構の減速機と合わせて使用する場合におけるトルクリップルによる検出誤差のキャンセル（詳細は後述）を行う場合には、例えば次のようにする。すなわち、第３センサモジュールＳＭ３又は第４センサモジュールＳＭ４のいずれか一方が他方のセンサモジュールに対して上述の算出した平均値を送信し、平均値を受信した他方のセンサモジュールがそれらの平均値同士を加算して平均値をさらに算出する。そして、当該算出した平均値を用いてトルク値を算出し、算出結果を外部コネクタ１５又は外部コネクタ１７を介して外部に送信する。

【0061】

なお、以上では各系統における平均値の算出をマスターで行うようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、各系統における平均値の算出をスレーブで行い、それらの平均値を一方の系統のマスターに送信し、当該マスターにて平均値同士の平均を算出してトルク値を算出してもよい。また例えば、一方の系統における平均値の算出をマスターで行うと共に、他方の系統における平均値の算出をスレーブで行い、当該スレーブから一方の系統のマスターに平均値を送信し、当該マスターにて平均値同士の平均を算出してトルク値を算出してもよい。

【0062】

以上のように、一方の系統におけるマスターとスレーブ間の信号等の送受信を他方の系統のスレーブを介して行う構成とすることで、各系統のマスターとスレーブを直接接続する場合に比べて配線を簡略化できる。また、第３センサモジュールＳＭ３と第４センサモジュールＳＭ４とを接続しないので、これによっても省配線化を促進できる。

【0063】

なお、上述した基板構成は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、第３センサモジュールＳＭ３と第４センサモジュールＳＭ４とを接続部で接続し、基板ＰＢ１～ＰＢ４を円環状に接続してもよい。また例えば、各系統において外部コネクタをマスターに代えて又は加えてスレーブに設けてもよいし、いずれか一方の系統のみのマスター又はスレーブの少なくとも一方に設けてもよい。

【0064】

＜７．トルク算出処理＞
次に、図８を参照しつつ、トルク算出処理の一例について説明する。図８は、トルク算出処理を実行するトルク算出部３７の機能構成の一例を表すブロック図である。なお、図８に示すトルク算出部３７による処理は、基板ＰＢ１ｂ，ＰＢ２ｂ，ＰＢ３ｂ，ＰＢ４ｂのうちの全部又は一部の複数の基板により分担して実行されてもよいし、特定の１つの基板のみにより実行されてもよい。

【0065】

トルク算出部３７は、複数の光学式センサ（この例では４つの光学式センサＯＳ１～ＯＳ４）の出力に基づいてトルク値を算出する。図８に示すように、トルク算出部３７は、換算部５６，５８，６０，６２と、加算部５７と、除算部５９と、加算部６１と、除算部６３と、加算部６５と、除算部６７とを有する。

【0066】

換算部５６，５８，６０，６２の各々は、第１光学式センサＯＳ１、第２光学式センサＯＳ２、第３光学式センサＯＳ３、第４光学式センサＯＳ４のそれぞれの出力（検出値）と、連結部９Ａ～９Ｄの弾性係数等とに基づいて、外周部５と内周部７との間に作用するトルク値をそれぞれ算出する。

【0067】

加算部５７は、換算部５６で算出されたトルク値と、換算部６０で算出されたトルク値とを加算する。除算部５９は、加算部５７により加算されたトルク値を２で除算し、平均値を算出する。

【0068】

加算部６１は、換算部５８で算出されたトルク値と、換算部６２で算出されたトルク値とを加算する。除算部６３は、加算部６１により加算されたトルク値を２で除算し、平均値を算出する。

【0069】

以上のように、周方向に１８０度間隔で配置された光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の出力（換算部により算出されたトルク値を含む）及び光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の出力（換算部により算出されたトルク値を含む）をそれぞれ加算することで、他軸干渉による検出誤差をキャンセルすることができる。ここで「他軸干渉」とは、Ｘ軸周りのねじりモーメントＭｘ、Ｙ軸周りのねじりモーメントＭｙ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向における並進力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのことをいう。トルクセンサ１の外周部５と内周部７との間には、検出対象であるトルク（Ｚ軸周りのねじりモーメントＭｚ）によるＺ軸周りの回転以外にも、トルク以外の外乱の力（ねじりモーメントＭｘ，Ｍｙ）によりＸ軸又はＹ軸周りの相対回転が生じる場合がある。また、トルク以外の外乱の力（並進力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の相対移動が生じる場合がある。

【0070】

例えば、外周部５と内周部７との間にＸ軸周りの相対回転が生じると、第１の系統を構成する光学式センサＯＳ１，ＯＳ３では、スケールＳＣ１，ＳＣ３と検出部Ｄ１，Ｄ３との間隔は変動するが、Ｚ軸周りの周方向に対して平行な位置関係を維持するため、Ｚ軸周りの周方向の検出位置の変化（回転量）は０もしくは非常に小さい。このため、トルクの検出精度への影響は無視できる。一方、第２の系統を構成する光学式センサＯＳ２，ＯＳ４では、スケールＳＣ２，ＳＣ４と検出部Ｄ２，Ｄ４との間でＺ軸周りの周方向に対して傾斜が生じるため、周方向の検出位置が変化し、検出誤差が生じる。しかし、光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の各々では、検出誤差がＺ軸周りの周方向において反対方向（正方向と負方向）に生じるため、光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の出力を加算することで、ねじりモーメントＭｘによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0071】

同様に、外周部５と内周部７との間にＹ軸周りの相対回転が生じると、第２の系統を構成する光学式センサＯＳ２，ＯＳ４ではトルクの検出精度への影響は無視できる。一方、第１の系統を構成する光学式センサＯＳ１，ＯＳ３では、スケールＳＣ１，ＳＣ３と検出部Ｄ１，Ｄ３との間でＺ軸周りの周方向に対して傾斜が生じるため、周方向の検出位置が変化し、検出誤差が生じる。しかし、光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の各々では、検出誤差がＺ軸周りの周方向において反対方向（正方向と負方向）に生じるため、光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の出力を加算することで、ねじりモーメントＭｙによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0072】

なお、外周部５と内周部７との間に、ＸＹ軸平面におけるＸ軸周り及びＹ軸周り以外の相対回転が生じた場合、第１の系統では、上述したようにＸ軸周りの成分についてはトルクの検出精度への影響は無視でき、Ｙ軸周りの成分については光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の出力を加算することで検出誤差をキャンセルできる。また第２の系統では、上述したようにＹ軸周りの成分についてはトルクの検出精度への影響は無視でき、Ｘ軸周りの成分については光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の出力を加算することで検出誤差をキャンセルできる。したがって、トルクセンサ１は、光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の出力及び光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の出力をそれぞれ加算することで、ＸＹ軸平面におけるどの方向の軸周りに相対回転が生じた場合でも、検出誤差をキャンセルできる。

【0073】

また例えば、外周部５と内周部７との間にＸ軸方向の相対移動が生じると、第２の系統を構成する光学式センサＯＳ２，ＯＳ４では、スケールＳＣ２，ＳＣ４と検出部Ｄ２，Ｄ４とのＺ軸周りの周方向の検出位置の変化（回転量）は０もしくは非常に小さいことから、トルクの検出精度への影響は無視できる。一方、第１の系統を構成する光学式センサＯＳ１，ＯＳ３では、スケールＳＣ１，ＳＣ３と検出部Ｄ１，Ｄ３との間でＺ軸周りの周方向の検出位置が変化することから、検出誤差が生じる。しかし、光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の各々では、検出誤差がＺ軸周りの周方向において反対方向（正方向と負方向）に生じるため、光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の出力を加算することで、並進力Ｆｘによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0074】

同様に、外周部５と内周部７との間にＹ軸方向の相対移動が生じると、第１の系統を構成する光学式センサＯＳ１，ＯＳ３では、スケールＳＣ１，ＳＣ３と検出部Ｄ１，Ｄ３とのＺ軸周りの周方向の検出位置の変化（回転量）は０もしくは非常に小さいことから、トルクの検出精度への影響は無視できる。一方、第２の系統を構成する光学式センサＯＳ２，ＯＳ４では、スケールＳＣ２，ＳＣ４と検出部Ｄ２，Ｄ４との間でＺ軸周りの周方向の検出位置が変化することから、検出誤差が生じる。しかし、光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の各々では、検出誤差がＺ軸周りの周方向において反対方向（正方向と負方向）に生じるため、光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の出力を加算することで、並進力Ｆｙによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0075】

なお、外周部５と内周部７との間に、ＸＹ軸平面におけるＸ軸方向及びＹ軸方向以外の相対移動が生じた場合、第１の系統では、上述したようにＹ軸方向の成分についてはトルクの検出精度への影響は無視でき、Ｘ軸方向の成分については光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の出力を加算することで検出誤差をキャンセルできる。また第２の系統では、上述したようにＸ軸方向の成分についてはトルクの検出精度への影響は無視でき、Ｙ軸方向の成分については光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の出力を加算することで検出誤差をキャンセルできる。したがって、トルクセンサ１は、光学式センサＯＳ１，ＯＳ３の出力及び光学式センサＯＳ２，ＯＳ４の出力をそれぞれ加算することで、ＸＹ軸平面におけるどの方向への相対移動が生じた場合でも、検出誤差をキャンセルできる。

【0076】

なお、外周部５と内周部７との間にＺ軸方向の相対移動が生じた場合、光学式センサＯＳ１～ＯＳ４のいずれにおいても、スケールＳＣ１～ＳＣ４と検出部Ｄ１～Ｄ４とのＺ軸周りの周方向の検出位置の変化（回転量）はそれぞれ０もしくは非常に小さいことから、トルクの検出精度への影響は無視できる。

【0077】

加算部６５は、除算部５９により除算された平均値と、除算部６３により除算された平均値とを加算する。言い換えると、加算部６５は、周方向に９０度ずれて配置された第１の系統の出力（平均値）と第２の系統の出力（平均値）を加算する。除算部６７は、加算部６５により加算された平均値を２で除算し、平均値同士の平均値をさらに算出する。

【0078】

以上のように、周方向に９０度ずれて配置された第１の系統の出力（平均値）と第２の系統の出力（平均値）を加算することで、トルクセンサ１を波動歯車機構を備えた減速機と合わせて使用する場合における当該減速機に特有のトルクリップルによる検出誤差をキャンセルすることができる。図示は省略するが、一般に波動歯車機構は、サーキュラスプライン、ウェーブジェネレータ、フレクスプラインを有する。フレクスプラインは、ウェーブジェネレータにより楕円状にたわめられ、長軸の部分でサーキュラスプラインと歯が噛み合い、短軸の部分では歯が離れた状態になる。サーキュラスプライン又はフレクスプラインのいずれか一方を固定し、ウェーブジェネレータを時計方向へ回すと、フレクスプラインは弾性変形し、サーキュラスプラインとの歯の噛み合い位置が順次移動する。ウェーブジェネレータが１回転すると、サーキュラスプラインを固定している場合には、サーキュラスプラインとフレクスプラインの歯数差（例えば２）分だけフレクスプラインが反時計方向へ移動する。フレクスプラインを固定している場合には、歯数差（例えば２）分だけサーキュラスプラインが時計方向へ移動する。

【0079】

波動歯車機構の上記構成により、ウェーブジェネレータが１回転（３６０度）する間に、フレクスプラインとサーキュラスプラインとの歯の噛み合い位置が２回通過する。これにより、図９に示すように、ウェーブジェネレータの１回転につき２周期のトルクリップルが生じ、トルクセンサの検出誤差として現れる場合がある。当該検出誤差は、トルクリップルに起因するため１８０度周期となる。一方、第１の系統の光学式センサＯＳ１，ＯＳ３と第２の系統の光学式センサＯＳ２，ＯＳ４とは、周方向に９０度ずれて配置されているため、各々の出力の検出誤差は９０度の位相差を有する。したがって、トルクセンサ１は、第１の系統の出力（平均値）と第２の系統の出力（平均値）を加算することで、波動歯車機構を備えた減速機に特有のトルクリップルによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0080】

なお、上述したトルク算出処理は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、波動歯車機構を備えない減速機を使用する場合等、他軸干渉による検出誤差のキャンセルのみを行う場合には、加算部６５及び除算部６７を設けずに、除算部５９により除算された平均値と除算部６３により除算された平均値を、第１の系統と第２の系統の各々の独立したトルク値として出力してもよい。この場合、他軸干渉による検出誤差をキャンセルしつつ、センサ出力を二重化することができる。

【0081】

また、加算部５７及び除算部５９で周方向に９０度ずれて配置された第１光学式センサＯＳ１の出力と第２光学式センサＯＳ２の出力（第２光学式センサＯＳ２の出力と第３光学式センサＯＳ３の出力でもよい）とを加算して平均値を算出し、加算部６１及び除算部６３で周方向に９０度ずれて配置された第３光学式センサＯＳ３の出力と第４光学式センサＯＳ４の出力（第４光学式センサＯＳ４の出力と第１光学式センサＯＳ１の出力でもよい）とを加算して平均値を算出し、加算部６５及び除算部６７でそれらの平均値を算出する構成としてもよい。この場合も、他軸干渉による検出誤差をキャンセルできると共に、波動歯車機構に特有のトルクリップルによる検出誤差をキャンセルすることができる。またこの場合において、トルクリップルによる検出誤差のキャンセルのみを行う場合には、加算部６５及び除算部６７を設けずに、除算部５９により除算された平均値と除算部６３により除算された平均値を、各々から独立したトルク値として出力してもよい。この場合、トルクリップルによる検出誤差をキャンセルしつつ、センサ出力を二重化することができる。

【0082】

なお、上述した換算部５６，５８，６０，６２、加算部５７、除算部５９、加算部６１、除算部６３、加算部６５、除算部６７等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、これらの機能は例えば基板ＰＢ１ｂ，ＰＢ２ｂ，ＰＢ３ｂ，ＰＢ４ｂに設けられたＣＰＵ（図示省略）が実行するプログラムにより実装されてもよいし、その一部又は全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。

【0083】

また、光学式センサＯＳ１，ＯＳ３又は光学式センサＯＳ２，ＯＳ４は、それぞれ、周方向に９０度以外の所定の角度間隔で配置された光学式センサの一例である。また、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３、光学式センサＯＳ３，ＯＳ４、又は光学式センサＯＳ４，ＯＳ１は、それぞれ、周方向に１８０度以外の所定の角度間隔で配置された光学式センサの一例である。

【0084】

＜８．ヒステリシスの改善策＞
次に、図１０及び図１１を参照しつつ、トルクセンサ１におけるヒステリシスの改善策の一例について説明する。図１０は、ヒステリシスの改善策を施していない比較例のトルクセンサの起歪体３ＡをＺ軸正の方向側から見た平面図である。図１１は、上記比較例のトルクセンサにおける定格荷重に対する定格出力のヒステリシス曲線の一例を表すグラフである。

【0085】

図１０に示すように、比較例のトルクセンサの起歪体３Ａでは、外周部５に複数（この例では１２）のボルト穴１１が、Ｚ軸周りの周方向において等角度間隔（この例では３０度）となるように配置されている。なお、ボルト穴１１の配置以外の構成は、前述の図３に示す起歪体３と同様であるため説明を省略する。

【0086】

図１１に示すように、ボルト穴１１が等間隔で配置された比較例のトルクセンサでは、定格出力にヒステリシスＨＳが生じる場合がある。このヒステリシスが大きくなると、トルクセンサの検出誤差として現れる。ヒステリシスの原因としては、外周部５の連結部９Ａ～９Ｄ周辺における締結不足により、連結部９Ａ～９Ｄ近傍において外周部５の締結面と外部機器（例えばロボットのアーム、エンドエフェクタ、減速機、モータ等）の締結面との間に滑りが生じていることが考えられる。

【0087】

本実施形態のトルクセンサ１では、前述の図１及び図３に示すように、ボルト穴１１は、Ｚ軸周りの周方向において連結部９Ａ～９Ｄに対応する位置の方が連結部９Ａ～９Ｄに対応していない位置よりも密になるように、連結部９Ａ～９Ｄの各々の近傍に集約して配置されている。具体的には、例えば図３に示すように、連結部９Ａ～９Ｄの各々と略同じ角度（周方向の位置）にボルト穴１１が配置され、その周方向両側に２つのボルト穴１１が例えば略１５度の間隔でそれぞれ配置されている。これにより、外周部５の連結部９Ａ～９Ｄ周辺における締結力を高めることができる。その結果、締結ボルトの本数やボルトサイズを変更することなく、すなわちコストアップやサイズアップをさせずに、外周部５と外周部５を締結する部材との間の締結面の滑りを抑制することができる。その結果、ヒステリシスを小さくし、検出誤差を低減できる。

【0088】

＜９．実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のトルクセンサ１は、起歪体３と、起歪体３の歪みを検出する光学式センサＯＳ１～ＯＳ４と、を有し、起歪体３は、リング状の外周部５と、少なくとも一部が外周部５の径方向の内側に配置された内周部７と、を有し、光学式センサＯＳ１～ＯＳ４は、内周部７に固定され、外周部５と内周部７との間に配置されたスケールＳＣ１～ＳＣ４と、外周部５に固定され、外周部５と内周部７との間にスケールＳＣ１～ＳＣ４と対向して配置された検出部Ｄ１～Ｄ４と、を有する。

【0089】

これにより、外周部５と内周部７の少なくとも一部を軸方向に重ねて配置できるので、トルクセンサ１の軸方向寸法を低減できる。また、光学式センサＯＳ１～ＯＳ４を外周部５と内周部７の隙間の空間Ｓに収容するので、光学式センサＯＳ１～ＯＳ４が外周部５や内周部７から外部に突出する（はみ出す）ことを抑制できる。したがって、トルクセンサ１を小型化できる。

【0090】

また、本実施形態では特に、トルクセンサ１は、外周部５と内周部７との間に配置され、検出部Ｄ１～Ｄ４を有する基板ＰＢ１～ＰＢ４をさらに有する。

【0091】

これにより、光学式センサＯＳ１～ＯＳ４に係る処理回路を有する基板ＰＢ１～ＰＢ４についても外周部５と内周部７の隙間の空間Ｓに収容することができるので、トルクセンサ１をコンパクト化できる。

【0092】

また、本実施形態では特に、起歪体３は、外周部５と内周部７との間に配置され、外周部５と内周部７とを連結する複数の連結部９Ａ～９Ｄを有し、基板ＰＢ１～ＰＢ４は、周方向において複数の連結部９Ａ～９Ｄの間の空間に配置されている。

【0093】

これにより、起歪体３としての機能（連結部９Ａ～９Ｄで連結された外周部５と内周部７がトルクの大きさに応じた量だけ相対的に回転する）を阻害することなく、基板ＰＢ１～ＰＢ４を外周部５と内周部７の隙間の空間Ｓに収容することができる。

【0094】

また、本実施形態では特に、複数の基板ＰＢ１～ＰＢ４の各々は、周方向において複数の連結部９Ａ～９Ｄの間の複数の空間Ｓ１～Ｓ４にそれぞれ配置されており、トルクセンサ１は、周方向に隣接する基板同士を連結部９Ａ～９Ｄを跨いで電気的に接続する接続部１９，２１，２３をさらに有する。

【0095】

これにより、外周部５と内周部７との間で複数の連結部９Ａ～９Ｄによって形成される複数の空間Ｓ１～Ｓ４を有効活用できる。その上で、起歪体３としての機能を阻害することなく、複数の基板ＰＢ１～ＰＢ４間で信号を送受信することができる。

【0096】

また、本実施形態では特に、光学式センサＯＳ１～ＯＳ４は、起歪体３の周方向の複数箇所に配置されており、トルクセンサ１は、複数の光学式センサＯＳ１～ＯＳ４の出力に基づいてトルクを算出するトルク算出部３７をさらに有する。

【0097】

このように周方向に配置された複数の光学式センサＯＳ１～ＯＳ４の出力を使用することで、曲げモーメント（Ｍｘ，Ｍｙ）や並進力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）等の他軸干渉による検出誤差や、トルクセンサ１を波動歯車機構を備えた減速機と合わせて使用する場合における当該減速機に特有のトルクリップルによる検出誤差をキャンセルすることができる。これにより、トルクの検出精度を向上することができる。

【0098】

また、本実施形態では特に、複数の光学式センサＯＳ１～ＯＳ４のうちの２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ３（又は光学式センサＯＳ２，ＯＳ４）は、周方向に９０度以外の所定の角度間隔で配置されており、トルク算出部３７は、２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ３（又は光学式センサＯＳ２，ＯＳ４）の出力に基づいてトルクを算出する。

【0099】

２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ３（又は光学式センサＯＳ２，ＯＳ４）が周方向に９０度以外の角度間隔で配置されている場合、各々のセンサの検出値に曲げモーメント（Ｍｘ，Ｍｙ）や並進力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）等の他軸干渉による検出誤差が所定割合で重畳されるため、それらの出力を使用してトルクを算出することで、他軸干渉の影響を低減することができる。

【0100】

また、本実施形態では特に、複数の光学式センサＯＳ１～ＯＳ４のうちの２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ２（又は光学式センサＯＳ３，ＯＳ４）は、周方向に１８０度以外の所定の角度間隔で配置されており、トルク算出部３７は、２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ２（又は光学式センサＯＳ３，ＯＳ４）の出力に基づいてトルクを算出する。

【0101】

２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ２（又は光学式センサＯＳ３，ＯＳ４）が周方向に１８０度以外の角度間隔で配置されている場合、波動歯車機構を有する減速機に特有の１回転につき２周期のトルクリップルによる検出誤差が所定割合で重畳されるため、それらの出力を使用してトルクを算出することで、波動歯車機構のトルクリップルの影響を低減することができる。

【0102】

また、本実施形態では特に、複数の光学式センサＯＳ１～ＯＳ４は、それぞれ周方向に９０度間隔で配置されている。

【0103】

周方向に１８０度間隔で配置された２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ３（又は光学式センサＯＳ２，ＯＳ４）の出力を使用することで、他軸干渉の影響を低減することができる。また、周方向に９０度間隔で配置された２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ２（又は光学式センサＯＳ３，ＯＳ４）の出力を使用することで、波動歯車機構に特有のトルクリップルの影響を低減することができる。したがって、各々が９０度間隔で配置された４つの光学式センサＯＳ１～ＯＳ４の出力を使用することで、上記両方の影響を共に低減することができる。

【0104】

また、本実施形態では特に、トルク算出部３７は、複数の光学式センサＯＳ１～ＯＳ４の出力を加算し、加算した出力に基づいてトルクを算出する。

【0105】

周方向に１８０度間隔で配置された２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ３（又は光学式センサＯＳ２，ＯＳ４）からは、他軸干渉による検出誤差が異なる符号（正と負）で出力される。また、周方向に９０度間隔で配置された２つの光学式センサＯＳ１，ＯＳ２（又は光学式センサＯＳ３，ＯＳ４）からは、波動歯車機構に特有のトルクリップルによる検出誤差が異なる符号で出力される。したがって、これら２つの光学式センサの出力を加算することにより、検出誤差をキャンセルすることができる。

【0106】

また、本実施形態では特に、起歪体３は、外周部５に固定され、外周部５と内周部７との間に突出し、検出部Ｄ１～Ｄ４を有する基板ＰＢ１～ＰＢ４を複数の固定位置（ピン穴２５，２５に相当する位置）で固定する基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４を有し、検出部Ｄ１～Ｄ４は、基板ＰＢ１～ＰＢ４における複数の固定位置の中間位置（ピン穴２５，２５の中間位置）に配置されている。

【0107】

起歪体３の材料は例えばアルミ等の金属であり、基板ＰＢ１～ＰＢ４は例えば樹脂製である。このため、各材料の熱膨張係数の差により、温度変化時に、基板ＰＢ１ａ～ＰＢ４ａ側に配置する検出部Ｄ１～Ｄ４と起歪体３側に配置するスケールＳＣ１～ＳＣ４との間に相対変位が生じ、検出誤差が生じる可能性がある。本実施形態では、検出部Ｄ１～Ｄ４を、基板ＰＢ１～ＰＢ４における複数の固定位置（詳細にはＰＢ１ａ～ＰＢ４ａにおけるスタッドピン３１が挿通されるピン穴４５に相当する位置）の中間位置に配置する。これにより、検出部Ｄ１～Ｄ４の配置位置では、基板ＰＢ１ａ～ＰＢ４ａが複数の固定位置からの引っ張り合い又は押し合いを受けて起歪体３による熱膨張・熱収縮が支配的となり、検出部Ｄ１～Ｄ４とスケールＳＣ１～ＳＣ４との間に相対変位が生じるのを抑制できる。したがって、検出誤差を低減できる。

【0108】

また、本実施形態では特に、トルクセンサ１は、基板ＰＢ１～ＰＢ４に形成されたピン穴４５，４９，５３に挿通されて基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４に形成されたピン穴２５に圧入され、基板ＰＢ１～ＰＢ４が固定されたスタッドピン３１をさらに有する。

【0109】

トルクセンサ１の出力は、温度サイクルを繰り返すにつれてシフトする場合がある。その原因として、例えば基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４と基板ＰＢ１～ＰＢ４との間で締結面に滑りが生じ、検出部Ｄ１～Ｄ４とスケールＳＣ１～ＳＣ４との間に相対変位が生じることが考えられる。本実施形態では、基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４のピン穴２５に圧入されたスタッドピン３１に対して基板ＰＢ１～ＰＢ４を固定するので、基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４と基板ＰＢ１～ＰＢ４との間の締結面の滑りを抑制できる。これにより、検出誤差を低減できる。

【0110】

また、本実施形態では特に、ピン穴４５はスタッドピン３１の大径部３１Ａの径よりも大きく形成されており、ピン穴４９はスタッドピン３１の中径部３１Ｂの径よりも大きく形成されており、ピン穴５３はスタッドピン３１の小径部３１Ｃの径よりも大きく形成されており、スタッドピン３１とピン穴４５，４９，５３との隙間にはそれぞれ接着剤４７，５１，５５が充填されている。

【0111】

仮に、ピン穴４５，４９，５３とスタッドピン３１の径とを略同等に形成し、スタッドピン３１を基板ＰＢ１～ＰＢ４のピン穴４５，４９，５３と基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４のピン穴２５の両方に圧入する構成とした場合、基板ＰＢ１～ＰＢ４及び起歪体３にピン穴を加工する際に非常に高い寸法精度が要求されることとなり、量産が困難となる。本実施形態では、ピン穴４５，４９，５３をスタッドピン３１の径よりも大きく形成することで、ピン穴の加工の際に要求される寸法精度を下げて量産を可能とすると共に、その隙間に接着剤４７，５１，５５を充填することで、スタッドピン３１に対して基板ＰＢ１～ＰＢ４を強固に固定できる。

【0112】

また、本実施形態では特に、起歪体３は、外周部５及び内周部７とは別体且つ外周部５又は内周部７に対し着脱可能に構成され、検出部Ｄ１～Ｄ４又はスケールＳＣ１～ＳＣ４が固定される取付片として構成される基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４及びスケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４を有する。

【0113】

光学式センサＯＳ１～ＯＳ４を構成するスケールＳＣ１～ＳＣ４と検出部Ｄ１～Ｄ４を、起歪体３の外周部５と内周部７の間に配置する場合、狭いスペース内で繊細な組立作業を行う必要があり、作業性・生産性が低下する可能性がある。本実施形態では、検出部Ｄ１～Ｄ４又はスケールＳＣ１～ＳＣ４が固定される基板固定部ＰＦ１～ＰＦ４及びスケール固定部ＳＦ１～ＳＦ４を外周部５及び内周部７に対して別ピース化することで、外周部５と内周部７の隙間の外部で組立作業を行うことができる。これにより、作業性・生産性を向上できる。

【0114】

また、本実施形態では特に、起歪体３は、外周部５と内周部７との間に配置され、外周部５と内周部７とを連結する複数の連結部９Ａ～９Ｄを有し、外周部５は、当該外周部５が固定される部材（外部機器）への締結位置（ボルト穴１１）が、周方向において連結部９Ａ～９Ｄに対応する位置の方が連結部９Ａ～９Ｄに対応していない位置よりも密に配置されている。

【0115】

ボルト穴１１を等間隔配置とした前述の比較例のトルクセンサでは、出力のヒステリシスが大きい場合があり、検出誤差の一因となる（図１１参照）。その原因として、例えば連結部９Ａ～９Ｄ周辺の締結不足により外周部５と外部機器との間で締結面に滑りが生じ、検出部Ｄ１～Ｄ４とスケールＳＣ１～ＳＣ４との間に相対変位が生じることが考えられる。そこで本実施形態では、締結位置（ボルト穴１１）を連結部９Ａ～９Ｄ周辺に密に配置することにより、外周部５と外部機器とを連結部９Ａ～９Ｄの周辺で集中的に締結することができる。これにより、締結ボルトの本数やボルトサイズを変更することなく、すなわちコストアップやサイズアップをさせずに、外周部５と外部機器との間の締結面の滑りを抑制することができる。その結果、ヒステリシスを小さくし、検出誤差を低減できる。

【0116】

＜１０．変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。

【0117】

（１０－１．３つの光学式センサを１２０度間隔で配置する場合）
上記実施形態では、４つの光学式センサＯＳ１～ＯＳ４を９０度間隔で配置したが、３つの光学式センサを１２０度間隔で配置してもよい。以下、この詳細について図１２～図１５を用いて説明する。

【0118】

まず、図１２を参照しつつ、本変形例に係るトルクセンサ１０１の全体構成の一例について説明する。図１２はトルクセンサ１０１をＺ軸正の方向側から見た平面図である。

【0119】

図１２に示すように、起歪体１０３は複数（この例では３）の連結部９Ａ～９Ｃを有する。連結部９Ａ～９Ｃは、外周部５と内周部７の間の空間Ｓに、Ｚ軸周りの周方向に略等角度間隔（この例では１２０度間隔）で配置されている。以下では説明の便宜上、空間Ｓのうち、周方向において連結部９Ａ，９Ｂの間の空間をＳ１、連結部９Ｂ，９Ｃの間の空間をＳ２、連結部９Ｃ，９Ａの間の空間をＳ３という。

【0120】

外周部５と内周部７の間の空間Ｓには、複数（この例では３）の基板ＰＢ１～ＰＢ３が配置されている。基板ＰＢ１～ＰＢ３の基本的な構成は前述の実施形態と同様であるが、空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が前述の実施形態よりも周方向に長くなったのに対応して、基板ＰＢ１～ＰＢ３についても周方向に長めに形成してもよい。基板ＰＢ１～ＰＢ３の各々は、Ｚ軸周りの周方向において複数の連結部９Ａ～９Ｃの間の複数の空間Ｓ１～Ｓ３にそれぞれ配置されている。すなわち、基板ＰＢ１は空間Ｓ１に、基板ＰＢ２は空間Ｓ２に、基板ＰＢ３は空間Ｓ３に配置されている。基板ＰＢ１と基板ＰＢ３には、外部機器との間で電源の入力や信号の送受信を行うための外部コネクタ１７，１５がそれぞれ設けられている。

【0121】

周方向に隣接する基板同士、この例では基板ＰＢ１と基板ＰＢ２、基板ＰＢ２と基板ＰＢ３はそれぞれ、接続部２１，２３により、連結部９Ｂ，９Ｃを跨いで電気的に接続されている。なお、上記以外のトルクセンサ１０１の構成は、前述の実施形態に係るトルクセンサ１と同様であるので説明を省略する。

【0122】

次に、図１３を参照しつつ、起歪体１０３の構成の一例について説明する。図１３は、起歪体１０３をＺ軸正の方向側から見た平面図である。なお、図１３では煩雑防止のため、内周部７のボルト穴１３の図示を省略している。また、図１３では、スケールＳＣ１～ＳＣ３との位置関係を示すために、基板ＰＢ１～ＰＢ３に設置される検出部Ｄ１～Ｄ３を破線で示している。

【0123】

図１３に示すように、起歪体１０３は、外周部５と、内周部７と、連結部９Ａ～９Ｃとを有しており、連結部９Ａ～９Ｃは周方向に略１２０度間隔で配置されている。内周部７は、空間Ｓにおいて径方向外側に向けて突出した複数（この例では３）のスケール固定部ＳＦ１～ＳＦ３を有する。スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ３は、周方向に略１２０度間隔で配置されている。スケール固定部ＳＦ１～ＳＦ３の上面には、スケールＳＣ１～ＳＣ３が例えばねじ（図示省略）によりそれぞれ固定されている。

【0124】

外周部５は、空間Ｓにおいて内側に向けて突出した複数セット（この例では３セット）の基板固定部ＰＦ１～ＰＦ３を有する。基板固定部ＰＦ１～ＰＦ３の各セット、すなわち基板固定部ＰＦ１，ＰＦ１のセットと、基板固定部ＰＦ２，ＰＦ２のセットと、基板固定部ＰＦ３，ＰＦ３のセットは、周方向に略１２０度間隔で配置されている。基板固定部ＰＦ１～ＰＦ３の各セットの上面には、検出部Ｄ１～Ｄ３をそれぞれ有する基板ＰＢ１～ＰＢ３が、スタッドピン３１，３１によりそれぞれ複数（この例では２箇所）の固定位置で固定される。なお、上記以外の起歪体１０３の構成は、前述の実施形態に係る起歪体３と同様であるので説明を省略する。

【0125】

次に、図１４を参照しつつ、本変形例に係るトルク算出処理の一例について説明する。図１４は、トルク算出処理を実行するトルク算出部１３７の機能構成の一例を表すブロック図である。

【0126】

トルク算出部１３７は、複数の光学式センサ（この例では３つの光学式センサＯＳ１～ＯＳ３）の出力に基づいてトルク値を算出する。図１４に示すように、トルク算出部１３７は、換算部１６４，１６６，１６８と、加算部１６５と、除算部１６７とを有する。

【0127】

換算部１６４，１６６，１６８の各々は、第１光学式センサＯＳ１、第２光学式センサＯＳ２、第３光学式センサＯＳ３のそれぞれの出力（検出値）と、連結部９Ａ～９Ｃの弾性係数等とに基づいて、外周部５と内周部７との間に作用するトルク値をそれぞれ算出する。加算部１６５は、換算部１６４で算出されたトルク値と、換算部１６６で算出されたトルク値と、換算部１６８で算出されたトルク値とを加算する。除算部１６７は、加算部１６５により加算された検出値を３で除算し、平均値を算出する。

【0128】

以上のように、周方向に１２０度間隔で配置された光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力（換算部により算出されたトルク値を含む）を加算することで、他軸干渉による検出誤差をキャンセルすることができる。例えば、外周部５と内周部７との間にＸ軸周りの相対回転が生じると、光学式センサＯＳ１では、スケールＳＣ１と検出部Ｄ１との間隔は変動するが、Ｚ軸周りの周方向に対して平行な位置関係を維持するため、Ｚ軸周りの周方向の検出位置の変化（回転量）は０もしくは非常に小さい。このため、トルクの検出精度への影響は無視できる。一方、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３では、スケールＳＣ２，ＳＣ３と検出部Ｄ２，Ｄ３との間でＺ軸周りの周方向に対して傾斜が生じる成分があるため、周方向の検出位置が変化し、検出誤差が生じる。しかし、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３の各々では、検出誤差がＺ軸周りの周方向において反対方向（正方向と負方向）に生じるため、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、ねじりモーメントＭｘによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0129】

同様に、外周部５と内周部７との間にＹ軸周りの相対回転が生じると、光学式センサＯＳ１では、スケールＳＣ１と検出部Ｄ１との間でＺ軸周りの周方向に対して傾斜が生じ、且つ、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３では、スケールＳＣ２，ＳＣ３と検出部Ｄ２，Ｄ３との間でＺ軸周りの周方向に対して傾斜が生じる成分がある。このため、光学式センサＯＳ１～ＯＳ３ではいずれも、周方向の検出位置が変化し、検出誤差が生じる。しかし、光学式センサＯＳ１と、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３では、検出誤差がＺ軸周りの周方向において反対方向（正方向と負方向）に生じるため、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、ねじりモーメントＭｙによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0130】

なお、外周部５と内周部７との間に、ＸＹ軸平面におけるＸ軸周り及びＹ軸周り以外の相対回転が生じた場合でも、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、上述したようにＸ軸周りの成分及びＹ軸周りの成分の両方について検出誤差をキャンセルできる。したがって、トルクセンサ１０１は、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、ＸＹ軸平面におけるどの方向の軸周りに相対回転が生じた場合でも、検出誤差をキャンセルできる。

【0131】

また例えば、外周部５と内周部７との間にＸ軸方向の相対移動が生じると、光学式センサＯＳ１では、スケールＳＣ１と検出部Ｄとの間でＺ軸周りの周方向の検出位置が変化することから、検出誤差が生じる。また、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３では、スケールＳＣ２，ＳＣ３と検出部Ｄ２，Ｄ３との間でＺ軸周りの周方向の検出位置が変化する成分があることから、検出誤差が生じる。しかし、光学式センサＯＳ１と、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３では、検出誤差がＺ軸周りの周方向において反対方向（正方向と負方向）に生じるため、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、並進力Ｆｘによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0132】

同様に、外周部５と内周部７との間にＹ軸方向の相対移動が生じると、光学式センサＯＳ１では、スケールＳＣ１と検出部Ｄ１とのＺ軸周りの周方向の検出位置の変化（回転量）は０もしくは非常に小さいことから、トルクの検出精度への影響は無視できる。一方、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３では、スケールＳＣ２，ＳＣ３と検出部Ｄ２，Ｄ３との間でＺ軸周りの周方向の検出位置が変化する成分があることから、検出誤差が生じる。しかし、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３の各々では、検出誤差がＺ軸周りの周方向において反対方向（正方向と負方向）に生じるため、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、並進力Ｆｙによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0133】

なお、外周部５と内周部７との間に、ＸＹ軸平面におけるＸ軸方向及びＹ軸方向以外の相対移動が生じた場合でも、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、上述したようにＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成分の両方について検出誤差をキャンセルできる。したがって、トルクセンサ１０１は、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力をそれぞれ加算することで、ＸＹ軸平面におけるどの方向への相対移動が生じた場合でも、検出誤差をキャンセルできる。

【0134】

また、周方向に１２０度間隔で配置された光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、上述した他軸干渉による検出誤差のキャンセルに加えてさらに、トルクセンサ１を波動歯車機構を備えた減速機と合わせて使用する場合における当該減速機に特有のトルクリップルによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0135】

すなわち、前述のように波動歯車機構では、図１５に示すように、ウェーブジェネレータの１回転につき２周期のトルクリップルが生じ、トルクセンサの検出誤差として現れる場合がある。当該検出誤差は、トルクリップルに起因するため１８０度周期となる。一方、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３はそれぞれ周方向に１２０度ずれて配置されているため、図１５に示すように、各々の出力の検出誤差は１２０度の位相差を有する。したがって、トルクセンサ１０１は、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３の出力を加算することで、波動歯車機構を備えた減速機に特有のトルクリップルによる検出誤差をキャンセルすることができる。

【0136】

なお、以上の変形例において、光学式センサＯＳ１，ＯＳ２、光学式センサＯＳ２，ＯＳ３、又は光学式センサＯＳ３，ＯＳ１は、それぞれ、周方向に９０度以外の所定の角度間隔で配置された光学式センサの一例であると共に、周方向に１８０度以外の所定の角度間隔で配置された光学式センサの一例である。

【0137】

以上説明した変形例のトルクセンサ１０１では、３つの光学式センサＯＳ１～ＯＳ３が周方向に１２０度間隔で配置されている。この場合、上述のように各々の光学式センサＯＳ１～ＯＳ３の検出値に、他軸干渉による検出誤差及び波動歯車機構に特有のトルクリップルによる検出誤差が所定割合で重畳される。したがって、周方向に１２０度間隔で配置された３つの光学式センサＯＳ１～ＯＳ３の出力を使用（加算して平均値を算出）することで、他軸干渉の影響及び波動歯車機構に特有のトルクリップルの影響の両方を共に低減することができる。

【0138】

なお、上記変形例では、周方向に９０度以外又は１８０度以外の所定の角度間隔で配置された光学式センサの一例として、周方向に１２０度間隔で配置された３つの光学式センサＯＳ１～ＯＳ３について説明したが、光学式センサの角度配置はこれに限定されるものではない。例えば、周方向に６０度間隔で配置された光学式センサ等、様々な角度間隔で配置することが可能である。

【0139】

（１０－２．その他）
以上では、起歪体３の歪みを検出するセンサとして、光学式のセンサを用いる場合について説明したが、センサの種類はこれに限定されるものではない。例えば、連結部９Ａ～９Ｄにひずみゲージを設けてもよい。また、磁気センサを使用して外周部５と内周部７との相対回転量を検出してもよい。また、スケールと検出部に代えて対向する電極を設けておき、その電極間の距離を検出する静電容量式のセンサ等を使用してもよい。

【0140】

＜１１．トルクセンサの適用例＞
次に、図１６～図１９を参照しつつ、上記実施形態に係るトルクセンサ１（変形例に係るトルクセンサ１０１でもよい）の適用例について説明する。ここでは、トルクセンサ１をロボットのアームに適用する。

【0141】

（１１－１．ロボットの構成）
図１６を参照しつつ、トルクセンサ１をアームの先端に備えたロボット２００の構成の一例について説明する。図１６に示すように、ロボット２００は、基台２０１と、胴体部２０２と、別体として構成された２つのアーム２０３Ｌ，２０３Ｒとを有する、いわゆる双腕ロボットである。なお、ロボット２００は必ずしも双腕ロボットである必要はなく、単一のアームのみ有するロボットとしてもよい。

【0142】

基台２０１は、ロボット２００の設置面（例えば床面）に対し、例えばアンカーボルト等により固定されている。なお、基台２０１は、床面以外の面（例えば天井面や側面等）に固定されてもよい。胴体部２０２は、基台２０１の上端部に旋回可能に支持されている。

【0143】

アーム２０３Ｌは、胴体部２０２の一方側の側部に回動可能に支持されている。このアーム２０３Ｌは、肩部２０４Ｌと、上腕Ａ部２０５Ｌと、上腕Ｂ部２０６Ｌと、下腕部２０７Ｌと、手首Ａ部２０８Ｌと、手首Ｂ部２０９Ｌと、フランジ部２１０Ｌとを備える。

【0144】

肩部２０４Ｌは、胴体部２０２の一方側の側部に回動可能に支持されている。この肩部２０４Ｌは、胴体部２０２との間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、胴体部２０２の一方側の側部に対し回動駆動される。

【0145】

上腕Ａ部２０５Ｌは、肩部２０４Ｌの先端側に旋回可能に支持されている。この上腕Ａ部２０５Ｌは、肩部２０４Ｌとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、肩部２０４Ｌの先端側に対し旋回駆動される。

【0146】

上腕Ｂ部２０６Ｌは、上腕Ａ部２０５Ｌの先端側に回動可能に支持されている。この上腕Ｂ部２０６Ｌは、上腕Ａ部２０５Ｌとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、上腕Ａ部２０５Ｌの先端側に対し回動駆動される。

【0147】

下腕部２０７Ｌは、上腕Ｂ部２０６Ｌの先端側に旋回可能に支持されている。この下腕部２０７Ｌは、上腕Ｂ部２０６Ｌとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、上腕Ｂ部２０６Ｌの先端側に対し旋回駆動される。

【0148】

手首Ａ部２０８Ｌは、下腕部２０７Ｌの先端側に回動可能に支持されている。この手首Ａ部２０８Ｌは、下腕部２０７Ｌとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、下腕部２０７Ｌの先端側に対し回動駆動される。

【0149】

手首Ｂ部２０９Ｌは、手首Ａ部２０８Ｌの先端側に旋回可能に支持されている。この手首Ｂ部２０９Ｌは、手首Ａ部２０８Ｌとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、手首Ａ部２０８Ｌの先端側に対し旋回駆動される。

【0150】

フランジ部２１０Ｌは、手首Ｂ部２０９Ｌの先端側に回動可能に支持されている。このフランジ部２１０Ｌは、手首Ｂ部２０９Ｌとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、手首Ｂ部２０９Ｌの先端側に対し回動駆動される。

【0151】

フランジ部２１０Ｌの先端には、トルクセンサ１を介してハンド２２０Ｌが取り付けられている。ハンド２２０Ｌは、フランジ部２１０Ｌの回動と共にトルクセンサ１を介して回動する。このハンド２２０Ｌは、互いに遠近する方向に動作可能な一対の爪部材２３０を備える。

【0152】

一方、アーム２０３Ｒは、上記アーム２０３Ｌと左右対称な構造を備え、胴体部２０２の他方側の側部に回動可能に支持されている。このアーム２０３Ｒは、肩部２０４Ｒと、上腕Ａ部２０５Ｒと、上腕Ｂ部２０６Ｒと、下腕部２０７Ｒと、手首Ａ部２０８Ｒと、手首Ｂ部２０９Ｒと、フランジ部２１０Ｒとを備える。

【0153】

肩部２０４Ｒは、胴体部２０２の他方側の側部に回動可能に支持されている。この肩部２０４Ｒは、胴体部２０２との間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、胴体部２０２の他方側の側部に対し回動駆動される。

【0154】

上腕Ａ部２０５Ｒは、肩部２０４Ｒの先端側に旋回可能に支持されている。この上腕Ａ部２０５Ｒは、肩部２０４Ｒとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、肩部２０４Ｒの先端側に対し旋回駆動される。

【0155】

上腕Ｂ部２０６Ｒは、上腕Ａ部２０５Ｒの先端側に回動可能に支持されている。この上腕Ｂ部２０６Ｒは、上腕Ａ部２０５Ｒとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、上腕Ａ部２０５Ｒの先端側に対し回動駆動される。

【0156】

下腕部２０７Ｒは、上腕Ｂ部２０６Ｒの先端側に旋回可能に支持されている。この下腕部２０７Ｒは、上腕Ｂ部２０６Ｒとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、上腕Ｂ部２０６Ｒの先端側に対し旋回駆動される。

【0157】

手首Ａ部２０８Ｒは、下腕部２０７Ｒの先端側に回動可能に支持されている。この手首Ａ部２０８Ｒは、下腕部２０７Ｒとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、下腕部２０７Ｒの先端側に対し回動駆動される。

【0158】

手首Ｂ部２０９Ｒは、手首Ａ部２０８Ｒの先端側に旋回可能に支持されている。この手首Ｂ部２０９Ｒは、手首Ａ部２０８Ｒとの間の関節部に設けられたアクチュエータ（図示省略）の駆動により、手首Ａ部２０８Ｒの先端側に対し旋回駆動される。

【0159】

フランジ部２１０Ｒは、手首Ｂ部２０９Ｒの先端側に回動可能に支持されている。このフランジ部２１０Ｒは、手首Ｂ部２０９Ｒとの間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃＲ（後述の図１７参照）の駆動により、手首Ｂ部２０９Ｒの先端側に対し回動駆動される。

【0160】

フランジ部２１０Ｒの先端には、トルクセンサ１を介してハンド２２０Ｒが取り付けられている。ハンド２２０Ｒは、フランジ部２１０Ｒの回動と共にトルクセンサ１を介して回動する。このハンド２２０Ｒは、互いに遠近する方向に動作可能な一対の爪部材２４０を備える。

【0161】

なお、上記アクチュエータはそれぞれ、例えば減速機等を備えたサーボモータにより構成されている。また、上記では、アーム２０３Ｌ，２０３Ｒの長手方向（あるいは延材方向）に沿った回転軸心まわりの回転を「回動」と呼び、アーム２０３Ｌ，２０３Ｒの長手方向（あるいは延材方向）に略垂直な回転軸心まわりの回転を「旋回」と呼んで区別している。

【0162】

また、上記説明における「垂直」は、厳密なものではなく、実質的に生じる公差・誤差は許容されるものとする。また、上記説明における「垂直」は、仮想軸心が交わることを意味するものではなく、仮想軸心同士がなす方向が交差するものであればねじれの位置の場合も含まれるものとする。

【0163】

（１１－２．トルクセンサのアクチュエータへの組み付け構成）
次に、図１７を参照しつつ、ロボット２００におけるトルクセンサ１のアクチュエータへの組み付け構成の一例について説明する。なお、アーム２０３Ｌ，２０３Ｒの各々における組み付け構成は同様であるため、ここではアーム２０３Ｒにおけるトルクセンサ１のアクチュエータＡｃＲへの組み付け構成を例にとって説明する。図１７は、アーム２０３Ｒの先端部の断面構造の一例を表す断面図である。なお、図１７ではトルクセンサ１の外周部５及び内周部７以外の構成の図示を省略する。

【0164】

図１７に示すように、アーム２０３Ｒの手首Ｂ部２０９Ｒの先端には、フランジ部２１０Ｒが回動可能に支持されている。フランジ部２１０Ｒは、手首Ｂ部２０９Ｒとの間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃＲの駆動により回動駆動される。フランジ部２１０Ｒの先端には、トルクセンサ１を介してハンド２２０Ｒが取り付けられている。ハンド２２０Ｒは、フランジ部２１０Ｒの回動と共にトルクセンサ１を介して回動する。

【0165】

アクチュエータＡｃＲは、サーボモータＳＶＭと、減速機ＲＧとを有する。サーボモータＳＶＭは、モータフレーム２５１と、ブラケット２５３と、軸受２５５と、モータシャフト２５７と、回転子２５９と、固定子２６１とを有する。モータフレーム２５１とブラケット２５３とは、ボルト（図示省略）により締結されており、手首Ｂ部２０９Ｒの先端に取り付けられている。ブラケット２５３の内周には例えば２つの軸受２５５が設けられており、中空状のモータシャフト２５７を基端側（トルクセンサ１とは反対側）に突出させて回転可能に支持している。モータシャフト２５７の外周には回転子２５９が設けられ、モータフレーム２５１の内周に設けられた固定子２６１と径方向に間隙を空けて対向配置されている。モータシャフト２５７の内側には、モータフレーム２５１に固定された円筒状のスリーブ２６３が挿通されており、内部にケーブル等を配線することが可能である。

【0166】

減速機ＲＧは、波動歯車機構を備えた減速機である。減速機ＲＧは、滑り軸受２６５と、サーキュラスプライン２６７と、フレクスプライン２６９と、ウェーブジェネレータ２７１とを有する。滑り軸受２６５は、外輪２７３と、摺動体２７５と、内輪２７７とを有する。外輪２７３は、フレクスプライン２６９と共に、ボルト（図示省略）によりサーボモータＳＶＭのブラケット２５３に固定されている。内輪２７７は、サーキュラスプライン２６７に固定されており、サーキュラスプライン２６７と共に摺動体２７５を介して外輪２７３に対して回転可能に支持されている。ウェーブジェネレータ２７１の内周側は、モータシャフト２５７に連結されており、モータシャフト２５７と共に回転する。ウェーブジェネレータ２７１（入力）が１回転すると、フレクスプライン２６９が固定されているため、サーキュラスプライン２６７とフレクスプライン２６９の歯数差（例えば２）分だけ、サーキュラスプライン２６７（出力）がウェーブジェネレータ２７１と同じ回転方向へ移動する。また、減速機ＲＧは、ウェーブジェネレータ２７１のベアリング２７９を覆うベアリングカバー２８１を有する。

【0167】

フランジ部２１０Ｒは、ボルト（図示省略）により減速機ＲＧのサーキュラスプライン２６７に固定されている。フランジ部２１０Ｒの基端側には、シール溝２１１が形成されており、当該シール溝２１１内にベアリングカバー２８１に対して摺動しつつ密封を行うシール部材２１３が設けられている。また、フランジ部２１０Ｒの内周側には、スリーブ２６３を回転可能に支持する軸受２１５が設けられている。

【0168】

トルクセンサ１の外周部５は、ボルト穴１１に挿通された複数（この例では１２）の締結ボルト（図示省略）により、フランジ部２１０Ｒに締結されている。また、トルクセンサ１の内周部７は、ボルト穴１３に挿通された複数（この例では１２）の締結ボルト（図示省略）により、ハンド２２０Ｒに締結されている。

【0169】

以上のように構成したロボット２００によれば、トルクセンサ１の小型化により、アームの長さ方向寸法の増大を抑制しつつ関節部におけるトルクの検出精度を向上させたロボットを実現できる。また、関節部のトルクの検出精度の向上により、トルク制御の精度や、外部の物体との接触等の検出精度を向上できるので、例えば人間と共存するロボット等への適用が期待できる。

【0170】

なお、以上ではアームの先端のアクチュエータＡｃＲにトルクセンサ１を設けた場合について説明したが、その他の関節部のアクチュエータにトルクセンサ１を設置してもよい。

【0171】

（１１－３．トルクセンサのアクチュエータへの組み付け構成の第１の変形例）
図１７に示す構成において、フランジ部の機能をトルクセンサに持たせてフランジ部を不要とし、アームの長さ方向寸法の低減を図ってもよい。図１８は、本変形例におけるアーム２０３Ｒの先端部の断面構造の一例を表す断面図である。

【0172】

図１８に示すように、本変形例に係るトルクセンサ３０１は、外周部３０５と内周部３０７とを有する。外周部３０５は、内周部３０７の基端側（ハンド２２０Ｒとは反対側）の端部よりも基端側に向けて突出した円筒状の突出部３０９を有する。また、トルクセンサ３０１は、突出部３０９と、減速機ＲＧ（内周部が固定される部材の一例）の滑り軸受２６５の外輪２７３との間に配置されたシール部材３１７（第１シール機構の一例）を有する。なお、突出部３０９を有する外周部３０５の外径は、ブラケット２５３の外径と略同じかそれよりも小さくなるように形成されている。トルクセンサ３０１の外周部３０５は、ボルト穴１１に挿通された複数（この例では１２）の締結ボルト（図示省略）により、ハンド２２０Ｒに締結されている。

【0173】

内周部３０７の基端側には、シール溝３１１が形成されており、当該シール溝３１１内に減速機ＲＧのベアリングカバー２８１に対して摺動しつつ密封を行うシール部材３１３（第２シール機構の一例）が設けられている。また、内周部３０７の内周側には、スリーブ２６３を回転可能に支持する軸受３１５が設けられている。トルクセンサ３０１の内周部３０７は、ボルト穴１３に挿通された複数（この例では１２）の締結ボルト（図示省略）により、減速機ＲＧのサーキュラスプライン２６７に締結されている。

【0174】

なお、トルクセンサ３０１の上記以外の構成（起歪体、連結部、基板、光学式センサ等）やトルク算出処理の内容等は、前述の実施形態に係るトルクセンサ１と同様であるので説明を省略する。

【0175】

以上説明した変形例によれば、トルクセンサ３０１に設けたシール部材３１７により、減速機ＲＧとトルクセンサ３０１との間の外周の防塵・防滴性を確保することができる。また、トルクセンサ３０１に設けた軸受３１５によりスリーブ２６３を回転可能に支持できる。このようにして、前述のフランジ部２１０Ｒの機能（シール、軸受等）をトルクセンサ３０１に持たせることにより、フランジ部２１０Ｒとトルクセンサとを一体化し、フランジ部２１０Ｒを不要とすることができる。その結果、フランジ部２１０Ｒの厚み分の寸法を低減できるので、トルクセンサ３０１を取り付けたロボットのアームの長さ方向寸法を低減できる。また、トルクセンサ３０１の外径をアクチュエータＡｃＲの外径内に収めることができ、アームの太さの増大を招くこともない。さらに、フランジ部２１０Ｒが不要となることにより部品点数を低減できると共に、コストを低減できる。

【0176】

また、本変形例では特に、トルクセンサ３０１は、内周部３０７と当該内周部３０７が固定される減速機ＲＧ（ベアリングカバー２８１）との間に配置されたシール部材３１３をさらに有する。これにより、次の効果を奏する。すなわち、アクチュエータＡｃＲ及びトルクセンサ３０１が中空構造の場合には、内部に電気配線やケーブル等が付設されるため、より高い防塵・防滴仕様とするのが好ましい。本変形例では、シール部材３１７に加えてシール部材３１３を設けるので、２重のシール構造により、減速機ＲＧとトルクセンサ３０１との間により高い防塵・防滴性を確保することができる。

【0177】

（１１－４．トルクセンサのアクチュエータへの組み付け構成の第２の変形例）
図１８に示す構成において、減速機にトルクセンサを組み込むことにより減速機とトルクセンサとを一体化させ、アームの長さ方向寸法の更なる低減を図ってもよい。図１９は、本変形例におけるアーム２０３Ｒの先端部の断面構造の一例を表す断面図である。

【0178】

本変形例に係るトルクセンサ４０１は、外周部４０５と内周部４０７とを有する。外周部４０５は、基端側に向けて突出した円筒状の突出部４０９を有する。また、トルクセンサ４０１は、突出部４０９と、減速機ＲＧ（内周部が固定される部材の一例）の滑り軸受２６５の外輪２７３との間に配置されたシール部材４１７（第１シール機構の一例）を有する。なお、突出部４０９を有する外周部４０５の外径は、ブラケット２５３の外径と略同じかそれよりも小さくなるように形成されている。トルクセンサ４０１の外周部４０５は、ボルト穴１１に挿通された複数（この例では１２）の締結ボルト（図示省略）により、ハンド２２０Ｒに締結されている。

【0179】

内周部４０７は、内周面に歯を有する内歯車として形成されたサーキュラスプライン部４１９を有する。このサーキュラスプライン部４１９と、当該サーキュラスプライン部４１９の内側に配置されたフレクスプライン２６９及びウェーブジェネレータ２７１とが、波動歯車機構を構成する。また、内周部４０７の基端側には、シール溝４１１が形成されており、当該シール溝４１１内に減速機ＲＧのベアリングカバー２８１に対して摺動しつつ密封を行うシール部材４１３（第２シール機構の一例）が設けられている。また、内周部４０７の内周側には、スリーブ２６３を回転可能に支持する軸受４１５が設けられている。トルクセンサ４０１の内周部４０７は、ボルト穴１３に挿通された複数（この例では１２）の締結ボルト（図示省略）により、減速機ＲＧの滑り軸受２６５の内輪２７７に締結されている。

【0180】

なお、トルクセンサ４０１の上記以外の構成（起歪体、連結部、基板、光学式センサ等）やトルク算出処理の内容等は、前述の実施形態に係るトルクセンサ１と同様であるので説明を省略する。

【0181】

以上説明した変形例によれば、トルクセンサ４０１の内周部４０７が、減速機ＲＧのサーキュラスプラインを兼ねている。これにより、減速機ＲＧにトルクセンサ４０１を組み込むことが可能となる。その結果、トルクセンサ４０１の厚み寸法分を低減できるので、トルクセンサ４０１を取り付けたロボットのアームの長さ方向寸法をさらに低減できる。また、トルクセンサ４０１の外径をアクチュエータＡｃＲの外径内に収めることができ、アームの太さの増大を招くこともない。さらに、減速機ＲＧにおいてサーキュラスプラインが不要となることにより部品点数を低減できると共に、コストを低減できる。

【0182】

なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。

【0183】

また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさ、形状、位置等が「同一」「同じ」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「同じ」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

【0184】

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

【符号の説明】

【0185】

１ トルクセンサ
３ 起歪体
５ 外周部
７ 内周部
９Ａ～９Ｄ 連結部
１１ ボルト穴（締結位置）
１９ 接続部
２１ 接続部
２３ 接続部
２５ ピン穴（第２のピン穴）
３１ スタッドピン（ピン）
３７ トルク算出部
４５ ピン穴（第１のピン穴）
４７ 接着剤
４９ ピン穴（第１のピン穴）
５１ 接着剤
５３ ピン穴（第１のピン穴）
５５ 接着剤
１０１ トルクセンサ
１０３ 起歪体
２００ ロボット
３０１ トルクセンサ
３０５ 外周部
３０７ 内周部
３０９ 突出部
３１３ シール部材（第２シール機構）
３１７ シール部材（第１シール機構）
４０１ トルクセンサ
４０５ 外周部
４０７ 内周部
４０９ 突出部
４１３ シール部材（第２シール機構）
４１７ シール部材（第１シール機構）
４１９ サーキュラスプライン部
Ｄ１～Ｄ４ 検出部
ＯＳ１ 第１光学式センサ
ＯＳ２ 第２光学式センサ
ＯＳ３ 第３光学式センサ
ＯＳ４ 第４光学式センサ
ＰＢ１～ＰＢ４ 基板
ＰＦ１～ＰＦ４ 基板固定部（取付片）
Ｓ 空間
Ｓ１～Ｓ４ 空間
ＳＣ１～ＳＣ４ スケール
ＳＦ１～ＳＦ４ スケール固定部（取付片）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】