(57)【要約】【課題】モータの負荷によらずトルクセンサの精度への影響を抑制可能とする。【解決手段】出力軸２１を有するモータ２と、入力軸３１及び出力軸３２を有する減速機３と、減速機３が有する出力軸３２に直接接続され、当該出力軸３２に加えられたトルクを検出するトルクセンサ４と、熱抵抗を有し、モータ２が有する出力軸２１と減速機３が有する入力軸３１とを接続する動力伝達機構と、熱抵抗を有し、モータ２及び動力伝達機構を保持する保持部７とを備えた。【選択図】図１
2020067295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸を有するモータと、
入力軸及び出力軸を有する減速機と、
前記減速機が有する出力軸に直接接続され、当該出力軸に加えられたトルクを検出するトルクセンサと、
熱抵抗を有し、前記モータが有する出力軸と前記減速機が有する入力軸とを接続する動力伝達機構と、
熱抵抗を有し、前記モータ及び前記動力伝達機構を保持する保持部と
を備えたアクチュエーティングユニット。
【請求項２】
前記動力伝達機構は、ベルトである
ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項３】
前記動力伝達機構は、一対の歯車である
ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項４】
前記トルクセンサに設けられ、周囲の温度を検出する温度センサを備え、
前記トルクセンサは、前記温度センサにより検出された温度に基づいて、検出したトルクに対する温度補正を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項５】
前記トルクセンサは、
外力からのせん断応力に応じた電圧を出力する歪センサを有し、
前記歪センサは、
外力に応じて歪みが生じる基板層と、
前記基板層に形成された抵抗ゲージと、
前記基板層の一面に形成され、当該基板層の前記抵抗ゲージが形成された箇所を薄肉部とさせる溝部と、
前記基板層の一面に接合された絶縁層とを備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項６】
前記基板層はシリコン層である
ことを特徴とする請求項５記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項７】
前記シリコン層は、表面の結晶方位が（１００）である
ことを特徴とする請求項６記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項８】
前記抵抗ゲージは、前記基板層に成膜されることで形成された
ことを特徴とする請求項５から請求項７のうちの何れか１項記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項９】
前記抵抗ゲージは、前記シリコン層の＜１１０＞方向に形成された
ことを特徴とする請求項６又は請求項７記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項１０】
前記シリコン層の一面に形成され、前記溝部を当該シリコン層の側面に連通する連通溝部を備えた
ことを特徴とする請求項６、請求項７又は請求項９のうちの何れか１項記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項１１】
前記トルクセンサは、
起歪部、当該起歪部の軸方向における一端に設けられ、当該起歪部に対して当該軸方向に垂直な方向に幅広な第１の部材、及び、当該起歪部の軸方向における他端に設けられ、当該起歪部に対して当該軸方向に垂直な方向に幅広な第２の部材を有する回転軸体を有し、
前記第１の部材は、前記起歪部に対して前記軸方向に垂直な方向に乖離した位置に第１の搭載部を有し、
前記第２の部材は、前記起歪部に対して前記軸方向に垂直な方向に乖離した位置に第２の搭載部を有し、
前記歪センサは、前記第１の搭載部及び前記第２の搭載部に跨って固定された
ことを特徴とする請求項５から請求項１０のうちの何れか１項記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項１２】
前記歪センサは、前記第１の搭載部及び前記第２の搭載部に直接跨って固定された
ことを特徴とする請求項１１記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項１３】
前記トルクセンサは、
前記第１の搭載部及び前記第２の搭載部に直接跨って固定されたベース板を有し、
前記歪センサは、前記ベース板に搭載された
ことを特徴とする請求項１１記載のアクチュエーティングユニット。
【請求項１４】
前記第１の搭載部及び前記第２の搭載部は、溝である
ことを特徴とする請求項１１から請求項１３のうちの何れか１項記載のアクチュエーティングユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トルクセンサを備えたアクチュエーティングユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット等で用いられているアクチュエーティングユニットとしては、アクチュエーティングユニットが出力する力（トルク）を検知するトルクセンサを有するものがある（例えば特許文献１，２参照）。また、トルクセンサの中には、トルクセンサの構造体の一部の変形をひずみゲージを用いて検知する方式をとるものがある（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０９０９９号公報
【特許文献２】特開２００９−５８３８８号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４９９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献３で示されているひずみゲージを用いたトルクセンサでは、温度変化により精度への影響があることが報告されている。アクチュエーティングユニットでは、モータ等のアクチュエータが発熱源であり、熱がトルクセンサに伝わりやすい構造だと、モータの負荷変動によりトルクセンサの出力値に誤差が生じる。特許文献１，２では、アクチュエーティングユニットが、モータ、減速機及びトルクセンサと直列で構成されており、モータの熱が減速機を通じてトルクセンサの精度に影響しやすい構造になっている。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モータの負荷によらずトルクセンサの精度への影響を抑制可能なアクチュエーティングユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るアクチュエーティングユニットは、出力軸を有するモータと、入力軸及び出力軸を有する減速機と、減速機が有する出力軸に直接接続され、当該出力軸に加えられたトルクを検出するトルクセンサと、熱抵抗を有し、モータが有する出力軸と減速機が有する入力軸とを接続する動力伝達機構と、熱抵抗を有し、モータ及び動力伝達機構を保持する保持部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、上記のように構成したので、モータの負荷によらずトルクセンサの精度への影響を抑制可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットの構成例を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットの構成例を示す分解斜視図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂは、実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットの効果を説明するための図であり、図３Ａは従来のアクチュエーティングユニットでの熱等価回路を示す図であり、図３Ｂは実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットでの熱等価回路を示す図である。
【図４】図４Ａ、図４Ｂは、この発明の実施の形態１に係るトルクセンサの構成例を示す図であり、図４Ａは側面図であり、図４Ｂは上方から見た斜視図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、この発明の実施の形態１における歪センサの構成例を示す図であり、図５Ａは上面図であり、図５Ｂは側面図であり、図５ＣはＡ−Ａ’線断面図である。
【図６】図６Ａはこの発明の実施の形態１における抵抗ゲージの配置例を示す上面図であり、図６Ｂは図６Ａに示す抵抗ゲージにより構成されるフルブリッジ回路の構成例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１における歪センサの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８Ａ、図８Ｂは、トルクセンサの基本動作原理を説明する図であり、図８Ａは回転軸体に加えられたトルクを示す側面図であり、図８Ｂは図８Ａに示すトルクにより歪センサに発生した応力分布の一例を示す図である。
【図９】図９Ａ、図９Ｂは、この発明の実施の形態１に係るトルクセンサの効果を示す図であり、図９Ａは歪センサの搭載位置を示す図であり、図９Ｂは歪センサの搭載位置とトルクセンサの感度との関係の一例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１における回転軸体の別の構成例を示す断面図（歪センサがベース板を介して回転軸体に取付けられた状態を示す図）である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃは、この発明の実施の形態１における抵抗ゲージの別の配置例を示す上面図である。
【図１２】図１２Ａはこの発明の実施の形態１における抵抗ゲージの別の配置例を示す上面図であり、図１２Ｂは図１２Ａに示す抵抗ゲージにより構成されるハーフブリッジ回路の構成例を示す図である。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｃは、この発明の実施の形態１におけるシリコン層の別の構成例を示す裏面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１，２は、実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットの構成例を示す図である。
アクチュエーティングユニットは、図１，２に示すように、ボディ１に、モータ２、減速機３、トルクセンサ４、温度センサ５、ベルト（動力伝達機構）６及び保持部７を備えている。
【００１０】
モータ２は、動力を出力するための出力軸２１を有する。図１では、モータ２は、保持部７に取付けられている。このモータ２は、アクチュエーティングユニットにおける主な発熱源である。
【００１１】
減速機３は、入力軸３１及び出力軸３２を有し、入力軸３１に入力された動力の回転速度を減じて出力軸３２から出力する。
【００１２】
トルクセンサ４は、減速機３が有する出力軸３２に直接接続され、当該出力軸３２に加えられたトルクを検出する。なお、トルクセンサ４は、温度センサ５により検出された温度に基づいて、検出したトルクに対する温度補正を行う機能も有する。なお、温度補正機能は、トルクセンサ４に必須の機能ではなく、トルクセンサ４に設けられていなくてもよい。
【００１３】
温度センサ５は、トルクセンサ４に設けられ、周囲の温度を検出する。なお、温度センサ５は、アクチュエーティングユニットに必須の構成ではなく、アクチュエーティングユニットに設けられていなくてもよい。
【００１４】
ベルト６は、熱抵抗を有し、モータ２が有する出力軸２１と減速機３が有する入力軸３１とを接続して動力を伝達可能とする。図１，２では、モータ２が有する出力軸２１にプーリ８が取付けられ、減速機３が有する入力軸３１にプーリ９が取付けられている。そして、ベルト６は、プーリ８及びプーリ９に取付けられることで、出力軸２１と入力軸３１とを接続している。
【００１５】
保持部７は、熱抵抗を有し、モータ２及びベルト６を保持する。
また、図１に示すように、減速機３の固定フランジ及び保持部７は、ボディ１に固定されている。
【００１６】
このように、実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットでは、アクチュエーティングユニットにおける主な発熱源であるモータ２と、減速機３との間に、熱抵抗を有するベルト６及び保持部７を取り付けている。この場合、モータ２から発生した熱は大きく分けて２つの経路（ベルト６を介した経路と、保持部７及びボディ１を介した経路）で減速機３に伝わる。そして、減速機３に伝わった熱は、トルクセンサ４に入力される。なお、ベルト６を経由する熱は、保持部７を経由する熱に比べて大変少ないため、無視してよい。このように、実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットは、ベルト６及び保持部７を用いることでモータ２とトルクセンサ４との間での熱抵抗が大きくなり、モータ２の負荷変動によるトルクセンサ４の精度への影響を抑制可能となる。
【００１７】
図３は、あるモータ取付け条件での熱抵抗を、従来構造と実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットとで比較した熱等価回路図である。なお図３では、ベルト６を経由する熱は無視している。
図３Ａにおいて、符号３０１は発熱源（モータ２）を示し、符号３０２はモータ２と減速機３との間の空気層による熱抵抗を示し、符号３０３はボディ１による熱抵抗を示し、符号３０４は減速機３による熱抵抗を示し、符号３０５は減速機３とトルクセンサ４との間の空気層による熱抵抗を示している。そして、図３では、符号３０２に示す熱抵抗は７．３７［Ｋ／Ｗ］である。よって、従来構造におけるモータ２と減速機３との間（図３に示す破線より左側）での熱抵抗は、７．３７［Ｋ／Ｗ］となる。
一方、図３Ｂにおいて、符号３０６はモータ２と保持部７との間の空気層による熱抵抗を示し、符号３０７は保持部７による熱抵抗を示し、符号３０８は保持部７と減速機３との間の空気層による熱抵抗を示している。そして、図３では、符号３０６に示す熱抵抗は７．３７［Ｋ／Ｗ］であり、符号３０７に示す熱抵抗は７．２２［Ｋ／Ｗ］であり、符号３０８に示す熱抵抗は２．９１［Ｋ／Ｗ］である。よって、実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットにおけるモータ２と減速機３との間（図３に示す破線より左側）での熱抵抗は、（７．３７＋７．２２＋２．９１）＝１７．５［Ｋ／Ｗ］となる。
【００１８】
すなわち、図３に示すように、実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットでは、モータ２と減速機３との間に保持部７を追加している分、従来構造に対して熱抵抗が増加している。よって、実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットは、従来構造に対し、モータ２の発熱が減速機３（トルクセンサ４）に伝わり難い構造であると言える。
【００１９】
なお、モータ２の発熱がトルクセンサ４に伝わり難くするための構造として、例えば、減速機３とトルクセンサ４との間に熱抵抗を有する部材を設けた構造も考えられる。しかしながら、この構造では、減速機３に生じるトルクをトルクセンサ４で正確に検出できない可能性がある。また、モータ２の発熱はボディ１を介してもトルクセンサ４に伝わる。
それに対し、実施の形態１のようにモータ２と減速機３との間に熱抵抗を有する部材を設けることで、トルクセンサ４によるトルク検出性能を妨げることなく、モータ２の発熱がトルクセンサ４に伝わり難い構造を効果的に実現可能となる。
【００２０】
なお図１，２では、モータ２と減速機３との間の動力伝達機構としてベルト６を用いた。しかしながら、これに限らず、動力伝達機構は、熱抵抗を有し、モータ２が有する出力軸２１と減速機３が有する入力軸３１とを接続可能な部材であればよい。例えば、モータ２と減速機３との間の動力伝達機構として一対の歯車を用いてもよく、ベルト６を用いた場合と同様の効果が得られる。なお、一対の歯車は、一方の歯車が出力軸２１に取付けられ、他方の歯車が入力軸３１に取付けられ、互いの歯車が噛み合うように構成されている。
【００２１】
また図１，２では、減速機３及びトルクセンサ４の軸とモータ２の軸とが平行（略平行の意味を含む）である場合を示した。しかしながら、これに限らず、減速機３及びトルクセンサ４の軸とモータ２の軸とは平行でなくてもよい。
【００２２】
なお以下に、トルクセンサ４の構成例について説明する。
トルクセンサ４は、回転軸体４１に加わるトルクを検出する。図４では、トルクセンサ４は、回転軸体４１、歪センサ４２及びベース板４３を備えている。
【００２３】
回転軸体４１は、軸方向における一端に駆動系１０（図１，２では減速機３）が接続され、他端にロボットハンド等の負荷系が接続される。この回転軸体４１は、図４に示すように、フランジ部（第１の部材）４１１、フランジ部（第２の部材）４１２及び起歪部４１３を有している。
【００２４】
フランジ部４１１は、軸方向における一端に駆動系１０のシャフト（図１，２では減速機３が有する出力軸３２）が接合される。フランジ部４１１は、起歪部４１３に対して径方向外側に、ベース板４３の一端側を搭載可能な搭載部（第１の搭載部）４１１１を有している。図４では図示を省略しているが、搭載部４１１１は、フランジ部４１１の周面に対してＤカット加工が施されることで構成されている。
【００２５】
フランジ部４１２は、軸方向における一端に負荷系のシャフトが接合される。フランジ部４１２は、起歪部４１３に対して径方向外側に、ベース板４３の他端側を搭載可能な搭載部（第２の搭載部）４１２１を有している。図４では図示を省略しているが、搭載部４１２１は、フランジ部４１２の周面に対してＤカット加工が施されることで構成されている。
【００２６】
なお上記では、搭載部４１１１がフランジ部４１１の周面に対してＤカット加工が施されることで構成され且つ搭載部４１２１がフランジ部４１２の周面に対してＤカット加工が施されることで構成された場合を示した。
しかしながら、これに限らず、フランジ部４１１の周面の一部を搭載部４１１１とし、フランジ部４１２の周面の一部を搭載部４１２１としてもよい。この場合、ベース板４３は、搭載部４１１１，４１２１であるフランジ部４１１，４１２の周面に搭載可能であるように、例えば曲面加工が施される。
【００２７】
起歪部４１３は、フランジ部４１１とフランジ部４１２との間に設けられ、フランジ部４１１及びフランジ部４１２より小さな軸径に構成されている。起歪部４１３は、回転軸体４１にトルクが加えられた場合に、回転軸体４１の中で最も大きな歪が生じる部分である。例えば、起歪部４１３の軸径は、回転軸体４１として必要な剛性を維持可能な最小直径に設定される。この起歪部４１３は、軸方向における一端がフランジ部４１１の他端に接続され、他端がフランジ部４１２の他端に接続される。
【００２８】
このように、回転軸体４１は、フランジ部４１１とフランジ部４１２との間に、フランジ部４１１及びフランジ部４１２より軸径が小さい起歪部４１３を有するＨ型起歪体に構成されている。
【００２９】
歪センサ４２は、ベース板４３を介して回転軸体４１に取付けられ、外部からのせん断応力（引張応力及び圧縮応力）に応じた電圧を出力する。以下では、歪センサ４２として半導体歪ゲージを用いた場合を示す。歪センサ４２は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）により実現される。歪センサ４２は、ベース板４３の起歪部４１３に対向する位置に搭載される。歪センサ４２は、図５，６に示すように、シリコン層（基板層）４２１及び絶縁層４２２を有する。
【００３０】
シリコン層４２１は、外力に応じて歪みが生じる単結晶シリコンであり、複数の抵抗ゲージ（拡散抵抗）４２３から成るホイートストンブリッジ回路を有するセンサ層である。シリコン層４２１には、裏面（一面）の中央に、溝部４２１１が形成されている。溝部４２１１により、シリコン層４２１には薄肉部４２１２が構成される。抵抗ゲージ４２３は、この薄肉部４２１２に形成される。
【００３１】
なお、薄肉部４２１２の厚さは、シリコン層４２１の剛性等に応じて適宜設計される。例えば、シリコン層４２１の剛性が低い場合には薄肉部４２１２は厚くされ、シリコン層４２１の剛性が高い場合には薄肉部４２１２は薄くされる。
【００３２】
また、単結晶シリコンは、結晶異方性を有し、ｐ型シリコン（１００）面において、＜１１０＞方向のときに最もピエゾ抵抗係数が大きくなる。そのため、抵抗ゲージ４２３は、例えば表面の結晶方位が（１００）であるシリコン層４２１の＜１１０＞方向に形成される。
図６では、フルブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を構成する４つの抵抗ゲージ４２３（Ｒ１〜Ｒ４）が、シリコン層４２１の辺方向に対して斜め方向（４５度方向）に形成され、歪センサ４２が２方向のせん断応力を検知する場合を示している。なおここでは、上記斜め方向の具体例として４５度方向とした場合を示したが、上記斜め方向は４５度方向に限定されず、歪センサ４２の特性上、ある程度のずれ（例えば４４度方向又は４６度方向等）は許容される。
【００３３】
絶縁層４２２は、上面がシリコン層４２１の裏面に接合され、裏面が回転軸体４１に接合される台座である。この絶縁層４２２としては、例えばガラス又はサファイア等を用いることができる。
【００３４】
次に、歪センサ４２の製造方法の一例について、図７を参照しながら説明する。
歪センサ４２の製造方法では、図７に示すように、まず、シリコン層４２１に、イオン注入により複数の抵抗ゲージ４２３を形成する（ステップＳＴ１）。そして、複数の抵抗ゲージ４２３によりホイートストンブリッジ回路を形成する。
次いで、シリコン層４２１の裏面に、エッチングにより溝部４２１１を形成する（ステップＳＴ２）。これにより、シリコン層４２１の抵抗ゲージ４２３が形成された箇所を薄肉部４２１２とさせる。
次いで、シリコン層４２１の裏面と絶縁層４２２の上面とを、例えば陽極接合により接合する（ステップＳＴ３）。
【００３５】
ベース板４３は、歪センサ４２が搭載され、フランジ部４１１に設けられた搭載部４１１１及びフランジ部４１２に設けられた搭載部４１２１に直接跨って固定される板部材である。このベース板４３としては、例えばコバール等の金属部材を用いることができる。図４では、ベース板４３が、フランジ部４１１及びフランジ部４１２の周面に跨って固定された場合を示している。
【００３６】
また上記のようにして製造された歪センサ４２をベース板４３に取付ける場合には、絶縁層４２２の裏面とベース板４３とを例えばはんだ接合により接合する。この際、絶縁層４２２の裏面及びベース板４３の接合部位をメタライズした上で、はんだ接合を行う。また、ベース板４３を回転軸体４１に取付ける場合にも上記と同様に例えばはんだ接合により接合する。
【００３７】
また、歪センサ４２は、抵抗ゲージ４２３が回転軸体４１の軸方向に対して斜め方向（４５度方向）を向くように配置される。すなわち、抵抗ゲージ４２３は、回転軸体４１にトルクが加わった際に発生するせん断応力の発生方向を向くように配置される。なおここでは、上記斜め方向の具体例として４５度方向とした場合を示したが、上記斜め方向は４５度方向に限定されず、歪センサ４２の特性上、ある程度のずれ（例えば４４度方向又は４６度方向等）は許容される。
【００３８】
次に、トルクセンサ４の基本動作原理について、図８を参照しながら説明する。図８Ａでは、歪センサ４２が取付けられた回転軸体４１の一端に駆動系１０が接続され、この駆動系１０により回転軸体４１にトルクが加えられた状態を示している。また図８では、円柱状の回転軸体４１を用い、歪センサ４２が回転軸体４１に直接取付けられた場合を示している。
図８Ａに示すように、回転軸体４１にトルクが加えられることで、回転軸体４１に取付けられた歪センサ４２が歪み、歪センサ４２の表面に図８Ｂに示すようなせん断応力が発生する。図８では、色が濃い点程引張応力が強い状態であり、色が薄い点程圧縮応力が強い状態であることを示している。そして、回転軸体４１の軸方向に対して斜め方向（４５度方向）を向いた抵抗ゲージ４２３は、このせん断応力に応じて抵抗値が変化し、歪センサ４２は、抵抗値の変化に応じた電圧を出力する。そして、トルクセンサ４は、この歪センサ４２により出力された電圧から回転軸体４１に加えられたトルクを検出する。
【００３９】
実施の形態１に係るトルクセンサ４では、Ｈ型起歪体である回転軸体４１に対し、ベース板４３を介して、歪センサ４２が起歪部４１３の径方向外側に配置されている。
これにより、許容トルクを確保し、且つ、歪センサ４２を有効に歪ませることができる。すなわち、回転軸体４１にトルクが加わった際に生じる歪みの大きさは軸心から径方向外側になるほど増加する。よって、軸心から外側に離れた位置に歪センサ４２が配置されることで、回転軸体４１に加わるトルクに対する検出感度が向上する。また、起歪部４１３より径方向外側に歪センサ４２が配置されることで、ベース板４３の取付けが容易となる。
【００４０】
図９に実施の形態１に係るトルクセンサ４の効果を示す。
図９Ａに示すように、回転軸体４１の軸心から歪センサ４２までの距離（図９Ａに示すｄ）を歪センサ４２の搭載位置とする。この場合、この搭載位置とトルクセンサ４の感度との関係は、例えば図９Ｂに示すようになる。なお図９Ｂでは、搭載位置であるｄと起歪部４１３の軸径であるｒとの比である（ｄ／ｒ）を用い、歪センサ４２を起歪部４１３に取付けた場合（ｄ／ｒ＝１）での感度を１として、（ｄ／ｒ）と感度比との関係を示している。この図９Ｂに示すように、歪センサ４２を起歪部４１３より径方向外側に配置することで、トルクセンサ４の感度が向上することがわかる。
【００４１】
また、歪センサ４２がベース板４３に搭載されることで、ベース板４３が歪センサ４２に対して剛性調整の役割を果たす。また、歪センサ４２がベース板４３に搭載されることで、歪センサ４２の固定及び信号取出し工程をベース板４３上で実施でき、トルクセンサ４の組立時におけるハンドリング性が向上する。よって、歪センサ４２が扱い易く、プロセス装置上の制約も少ない。
【００４２】
また、歪センサ４２とベース板４３との接合では、はんだ接合等により熱が加えられる。そのため、ベース板４３の材料を適切に選択することで、線膨張率の差による温度特性悪化を低減できる。
例えば、歪センサ４２としてシリコンを用いた場合には、ベース板４３として、シリコンに対して線膨張係数が近いコバールを用いる。これにより、トルクセンサ４の温度特性が向上する。また、歪センサ４２をベース板４３にはんだ接合等により固定する際に、線膨張係数の違いにより生じる熱歪を抑制できる（熱プロセスの影響を抑制できる）。
【００４３】
なお上記のトルクセンサ４では、シリコン層４２１の裏面中央に溝部４２１１が形成されることで薄肉部４２１２が構成され、抵抗ゲージ４２３がこの薄肉部４２１２に形成されている。これにより、抵抗ゲージ４２３が形成された薄肉部４２１２に応力を集中させることができ、回転軸体４１に加わるトルクに対する検出感度が向上する。
【００４４】
また上記では、搭載部４１１１は、フランジ部４１１の周面に対してＤカット加工が施されることで構成され、又は当該周面の一部である場合を示した。同様に、搭載部４１２１は、フランジ部４１２の周面に対してＤカット加工が施されることで構成され、又は当該周面の一部である場合を示した。しかしながら、これに限らず、歪センサ４２が起歪部４１３より径方向外側に配置されていればよい。よって、例えば図１０に示すように、フランジ部４１１の周面に溝が形成されることで搭載部４１１１が構成され、フランジ部４１２の周面に溝が形成されることで搭載部４１２１が構成されてもよい。このように、溝形状の搭載部４１１１及び搭載部４１２１を用いることで、ベース板４３を回転軸体４１に固定する際にベース板４３が搭載部４１１１及び搭載部４１２１に嵌め合い、位置決めが容易となる。
【００４５】
また上記では、回転軸体４１を構成するフランジ部４１１、フランジ部４１２及び起歪部４１３がそれぞれ円柱形又は略円柱形である場合を示した。しかしながら、これに限らず、フランジ部４１１、フランジ部４１２及び起歪部４１３はそれぞれ、例えば、角柱形、又は段差等を含む形状であってもよい。
【００４６】
また、４つの抵抗ゲージ４２３の配置は図６に示す配置に限らず、例えば図１１に示すような配置としてもよい。
【００４７】
また上記では、ホイートストンブリッジ回路として、４つの抵抗ゲージ４２３（Ｒ１〜Ｒ４）から成るフルブリッジ回路を用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、図１２に示すように、ホイートストンブリッジ回路として、２つの抵抗ゲージ４２３（Ｒ１，Ｒ２）から成るハーフブリッジ回路を用いてもよい。なお、図１２ＢにおけるＲは、固定抵抗である。
【００４８】
また図１３に示すように、シリコン層４２１の裏面に、溝部４２１１をシリコン層４２１の側面に連通する連通溝部４２１３が形成されてもよい。ここで、シリコン層４２１と絶縁層４２２との接合では、陽極接合により４００度程度の温度が加えられる。そのため、連通溝部４２１３が無い場合には、陽極接合の際に、シリコン層４２１と絶縁層４２２との間の溝部４２１１に存在する空気が高温状態で封止されてしまい、常温に下がるとその空気が収縮するため、薄肉部４２１２が変形し、歪センサ４２のゼロ点がずれてしまう恐れがある。一方、連通溝部４２１３が設けられることで、陽極接合の際に、溝部４２１１に存在する空気を外部に逃がすことができ、薄肉部４２１２の変形を回避できる。
なお、シリコン層４２１は、溝部４２１１及び連通溝部４２１３により、全体が薄くならないように、一部のみが薄くなるように構成される必要がある。
【００４９】
なお上記では、基板層として、シリコン層４２１を用いた場合を示したが、これに限らず、外力に応じて歪みが生じる部材であればよい。例えば、基板層として、絶縁体（ガラス等）又は金属を用いることができる。ここで、基板層が絶縁体である場合には、抵抗ゲージ４２３は、当該絶縁体にスパッタリング等により成膜されることで形成される。また、基板層が金属である場合には、抵抗ゲージ４２３は、当該金属に絶縁膜を介してスパッタリング等により成膜されることで形成される。また、基板層としてシリコン層４２１を用い、抵抗ゲージ４２３が、当該シリコン層４２１にスパッタリング等により成膜されることで形成されてもよい。
基板層として上記絶縁体又は金属を用いた場合でも、一般的な金属歪ゲージよりもゲージ率は高くなる。また、成膜によって抵抗ゲージ４２３を形成した場合には、シリコン層４２１にイオン注入により抵抗ゲージ４２３を形成した場合に対し、結晶方位によってゲージ率が変わることはなく、すなわち、方向を限定する必要がなくなる。
一方、ゲージ率は、成膜によって抵抗ゲージ４２３を形成した場合に対し、シリコン層４２１にイオン注入により抵抗ゲージ４２３を形成した場合の方が、４〜１０倍以上高くなる。
【００５０】
また上記では、歪センサ４２として、図５に示すような形状の半導体歪ゲージを用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、その他の形状の半導体歪ゲージを用いてもよい。また、歪センサ４２として、その他の歪ゲージ（例えば金属歪ゲージ）を用いてもよい。
【００５１】
また上記では、歪センサ４２が、ベース板４３を介して回転軸体４１に取付けられる場合を示した。しかしながら、これに限らず、半導体歪ゲージのように歪センサ４２の剛性が高い場合には、ベース板４３を用いず、歪センサ４２がフランジ部４１１に設けられた搭載部４１１１及びフランジ部４１２に設けられた搭載部４１２１に直接跨って固定されてもよい。
なお、薄膜歪ゲージのように歪センサ４２の剛性が低い場合には、ベース板４３を用いる必要がある。また、この場合には、ベース板４３は、歪センサ４２に対して剛性調整の役割も果たす。
【００５２】
また上記では、回転軸体４１がＨ型起歪体である場合を示した。しかしながら、これに限らず、回転軸体４１はその他の形状（例えば円柱形状）でもよい。
【００５３】
以上のように、この実施の形態１によれば、アクチュエーティングユニットは、出力軸２１を有するモータ２と、入力軸３１及び出力軸３２を有する減速機３と、減速機３が有する出力軸３２に直接接続され、当該出力軸３２に加えられたトルクを検出するトルクセンサ４と、熱抵抗を有し、モータ２が有する出力軸２１と減速機３が有する入力軸３１とを接続する動力伝達機構と、熱抵抗を有し、モータ２及び動力伝達機構を保持する保持部７とを備えた。これにより、実施の形態１に係るアクチュエーティングユニットは、モータ２の負荷によらずトルクセンサ４の精度への影響を抑制可能となる。
【００５４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ボディ
２  モータ
３  減速機
４  トルクセンサ
５  温度センサ
６  ベルト（動力伝達機構）
７  保持部
８，９  プーリ
１０  駆動系
４１  回転軸体
４２  歪センサ
４３  ベース板
４１１  フランジ部（第１の部材）
４１２  フランジ部（第２の部材）
４１３  起歪部
４２１  シリコン層（基板層）
４２２  絶縁層
４２３  抵抗ゲージ（拡散抵抗）
４２１１  溝部
４２１２  薄肉部
４２１３  連通溝部
４１１１  搭載部（第１の搭載部）
４１２１  搭載部（第２の搭載部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020067295.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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