(57)【要約】【課題】生産性の低下やコストの増大を抑制しつつトルクセンサの検出精度を向上する。【課題を解決するための手段】トルクセンサ１は、円環部材２及び円環部材３と、円環部材２及び円環部材３とを、トルクの大きさに応じた量だけＺ軸周りに相対的に回転可能に連結すると共に、トルク以外の力によりＺ軸に垂直なＸ軸周りに相対的に回転可能に連結する連結部材４と、円環部材２に配置されたスケール５と、円環部材３に配置され、Ｘ軸上の位置からスケール５に光を出射する発光部１７ａと、円環部材３に配置され、発光部１７ａから出射されてスケール５で反射された光を受光する受光部１６とを有する。
2019021442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材及び第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材とを、トルクの大きさに応じた量だけ第１軸心周りに相対的に回転可能に連結すると共に、前記トルク以外の力により前記第１軸心に垂直な第２軸心周りに相対的に回転可能に連結する連結部材と、
前記第１の部材に配置されたスケールと、
前記第２の部材に配置され、前記第２軸心上の位置から前記スケールに光を出射する発光部と、
前記第２の部材に配置され、前記発光部から出射されて前記スケールで反射された光を受光する受光部と、
を有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記第２の部材に配置され、前記発光部が配置された基板と、
前記発光部が前記第２軸心上に位置するように、前記第１軸心方向における前記基板の前記第２の部材に対する高さを規定する第１高さ規定部材と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記第１の部材に配置され、前記受光部との間隔が所定の寸法となるように、前記第１軸心方向における前記スケールの前記第１の部材に対する高さを規定する第２高さ規定部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記スケール、前記発光部及び前記受光部は、
前記第１軸心周りの周方向において１８０°離れた位置に２組配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記第２の部材は、
前記第１軸心を中心とする径方向において円環状の前記第１の部材の内側に配置された円環状の部材であり、
前記連結部材は、
前記径方向に延設され、前記第１の部材の内周面と前記第２の部材の外周面とを連結する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項６】
モータと、
前記モータの第１出力軸に連結された減速機と、
前記減速機の第２出力軸に前記第１の部材又は前記第２の部材が連結された、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のトルクセンサと、
を有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載のアクチュエータを関節部に備える
ことを特徴とするロボット。
【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、アクチュエータ及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアエンコーダ式のトルクセンサでは、Ｚ軸周りのトルク以外の外乱によってスケールと検出ヘッドとの間の相対距離や平行度が変動した場合、検出誤差を生じる可能性がある。【０００３】
このような検出誤差を低減するために、例えば特許文献１に記載のトルクセンサが知られている。このトルクセンサは、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、スケールと検出ヘッドを連結し、スケールに対する検出ヘッドの所定の方向への変位を許容しつつそれ以外の方向への変位を拘束する第１の連結部と、第１の部材とスケール又は第２の部材と検出ヘッドとを連結し、第１の部材に対するスケール、又は、第２の部材に対する検出ヘッドの所定の方向への変位を拘束しつつそれ以外の方向への変位を許容する第２の連結部とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
上記の従来技術では、第１の連結部や第２の連結部といった部品が追加されるため、部品点数の増大による生産性の低下やコストの増大を招く可能性がある。【０００６】
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、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつ検出精度を向上できるトルクセンサ、アクチュエータ及びロボット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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とを、トルクの大きさに応じた量だけ第１軸心周りに相対的に回転可能に連結すると共に、前記トルク以外の力により前記第１軸心に垂直な第２軸心周りに相対的に回転可能に連結する連結部材と、前記第１の部材に配置されたスケールと、前記第２の部材に配置され、前記第２軸心上の位置から前記スケールに光を出射する発光部と、前記第２の部材に配置され、前記発光部から出射されて前記スケールで反射された光を受光する受光部と、を有するトルクセンサが適用される。【０００８】
また、本発明の別の観点によれば、モータと、前記モータの第１出力軸に連結された減速機と、前記減速機の第２出力軸に前記第１の部材又は前記第２の部材が連結された、上記トルクセンサと、を有するアクチュエータが適用される。【０００９】
また、本発明の別の観点によれば、上記アクチュエータを関節部に備えるロボットが適用される。【００１０】
また、本発明の別の観点によれば、第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とを、トルクの大きさに応じた量だけ第１軸心周りに相対的に回転可能に連結すると共に、前記トルク以外の力により前記第１軸心に垂直な第２軸心周りに相対的に回転可能に連結する連結部材と、前記第１の部材に配置されたスケールと、前記第２の部材に配置され、前記スケールに光を出射する発光部と、前記第２の部材に配置され、前記発光部から出射されて前記スケールで反射された光を受光する受光部と、前記第１軸心方向における前記第２軸心の高さと前記発光部の高さとを一致させる手段と、を有するトルクセンサが適用される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつ検出精度を向上できるトルクセンサ、アクチュエータ及びロボットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るトルクセンサの全体構成の一例を表す説明図である。
【図２】トルクセンサの基板及びスケールの取り付け構造の一例を表す説明図である。
【図３】光学モジュールの構成の一例を表す説明図である。
【図４Ａ】円環部材における基板の取り付け箇所を径方向内側から見た説明図である。
【図４Ｂ】円環部材におけるスケールの取り付け箇所を径方向外側から見た説明図である。
【図５】トルクセンサの外側の円環部材と内側の円環部材のＸ軸周りの相対回転を表す説明図である。
【図６】相対回転の回転中心がスケール表面にある比較例において、光学モジュールとスケールとの相対回転の挙動の一例を表す説明図である。
【図７】相対回転の回転中心が発光面上にある実施形態において、光学モジュールとスケールとの相対回転の挙動の一例を表す説明図である。
【図８】受光部をＸ軸に垂直な方向に光源を挟むように配置した変形例における光学モジュールの構成の一例を表す説明図である。
【図９】スケール及び基板を周方向に１８０°離れた位置に２組配置した変形例におけるトルクセンサの全体構成の一例を表す説明図である。
【図１０】トルクセンサの適用例を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
＜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。
【００１５】
図１及び図２に示すように、トルクセンサ１は、円環部材２と、円環部材３と、円環部材２と円環部材３を連結する連結部材４と、円環部材２に配置されたスケール５と、円環部材３に配置された基板１０を有する。
【００１６】
円環部材２（第１の部材の一例）と円環部材３（第２の部材の一例）は、共に円環状の部材であり、Ｚ軸を中心とする同心円状に配置されている。Ｚ軸を中心とする径方向において、円環部材２が外側、円環部材３が内側に配置されている。
【００１７】
連結部材４は、Ｚ軸周りの周方向に等間隔で複数本（この例では６０°間隔で６本）配置されており、各連結部材４は径方向に沿って延設されている。各連結部材４は、円環部材２の内周面と円環部材３の外周面とを連結している。連結部材４は、円環部材２と円環部材３とを、トルクセンサ１の検出対象となるトルク（Ｚ軸周りの回転モーメントＭｚ）の大きさに応じた量だけＺ軸（第１軸心の一例）周りに微小な量だけ相対的に回転可能に連結する。また連結部材４は、円環部材２と円環部材３とを、上記トルク以外の外乱の力によりＺ軸に垂直な方向の軸周りに微小な量だけ相対的に回転可能となるように連結する。本明細書では、上記Ｚ軸に垂直な方向の軸のうち、後述する発光部１７ａや受光部１６の中心位置を通る方向の軸をＸ軸（第２軸心の一例）と、当該Ｘ軸に垂直な方向の軸をＹ軸と定義する。
【００１８】
なお、連結部材４の数や配置は、円環部材２と円環部材３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。
【００１９】
また以下では、トルクセンサ１の構造の説明の便宜上、上下等の方向を以下のように定め、適宜使用する。図１において、Ｚ軸正の方向（図１における紙面手前方向）を「上」とし、Ｚ軸負の方向（図１における紙面奥方向）を「下」とする。但し、当該方向はトルクセンサ１の設置態様によって変動するものであり、トルクセンサ１の各構成の位置関係を限定するものではない。また、本明細書において「高さ」や「高さ位置」という場合、Ｚ軸方向における高さや高さ位置を指すものとする。
【００２０】
図２に示すように、スケール５は、例えば長方形状のスケール板１５上に、Ｘ軸に垂直な方向に沿って直線状にスケールが配列されたリニアスケールである。スケール板１５は、スケール５の配列方向の両端に２つの貫通穴１５ａを有する。これら貫通穴１５ａは、円環部材２に設けられた突起１３の２つのネジ穴１３ａにそれぞれ対応している。スケール板１５は、スケール５の配列方向がＸ軸に垂直な方向となる姿勢で、円環部材２の突起１３上に載置される。そして、貫通穴１５ａに挿通された図示しないネジが突起１３のネジ穴１３ａにねじ込まれることで、スケール板１５が突起１３に固定される。なお、スケール５は、上記リニアスケールに代えて、Ｚ軸周りの周方向に沿ってスケールが配列されたロータリースケールとしてもよい。また、スケール板１５をネジではなく、例えば接着剤により突起１３に固定してもよい。
【００２１】
基板１０は、例えば長方形状の基板であり、Ｘ軸方向に沿って円環部材３の内周部から円環部材２の外周部に亘って配置されている。基板１０は、先端部の下側の面のスケール５に対向する位置に、光源１７と受光部１６とを備えた光学モジュール６を有する。また基板１０は、光学モジュール６が設けられた先端部とは反対側の基端部側に、４つの貫通穴１０ａを有する。これら貫通穴１０ａは、円環部材３に設けられた４つの突起１２のネジ穴１２ａにそれぞれ対応している。基板１０は、光学モジュール６がスケール５と対向する姿勢で、基端部側が円環部材３の４つの突起１２上に載置される。そして、貫通穴１０ａに挿通された図示しないネジが突起１２のネジ穴１２ａにねじ込まれることで、基板１０が突起１２に固定される。
【００２２】
図２に示すように、円環部材２及び円環部材３の上側の面には、Ｘ軸方向に沿って円環部材３の内周部から円環部材２の外周部に亘って、断面形状が略矩形状である凹状溝７が設けられている。凹状溝７のＹ軸方向の幅寸法Ｗｇは、基板１０のＹ軸方向の寸法Ｗｓよりも若干大きい。凹状溝７のうち、円環部材３における凹状溝部７ａの四隅には、上述の４つの突起１２が設けられている。また、凹状溝７のうち、円環部材２における凹状溝部７ｂの外周側には、上述の突起１３が設けられている。
【００２３】
なお、突起１２の数や配置、形状は、基板１０を円環部材３に精度良い位置及び高さに固定可能であれば、上記以外の数や配置、形状としてもよい。また、突起１３の数や配置、形状についても、スケール５を円環部材２に精度良い位置及び高さに固定可能であれば、上記以外の数や配置、形状としてもよい。また、突起１２や突起１３は円環部材３，２と一体的に形成されてもよいし、別部品としてもよい。別部品とする場合には、突起１２，１３を円環部材３，２に対してネジや接着剤等で固定してもよい。
【００２４】
＜２．光学モジュールの構成及び高さ位置＞
次に、図３、図４Ａ及び図４Ｂを参照しつつ、光学モジュール６の構成及び高さ位置の一例について説明する。なお、図３は基板１０における光学モジュール６の取り付け箇所を下側から見た図であり、図４Ａは円環部材３における基板１０の取り付け箇所を径方向内側から見た図であり、図４Ｂは円環部材２におけるスケール５の取り付け箇所を径方向外側から見た図である。
【００２５】
図３に示すように、光学モジュール６は、光源１７と、光源１７をＸ軸方向に挟むように配置された２つの受光部１６を有する。
【００２６】
光源１７は発光部１７ａを有しており、発光部１７ａのＺ軸周りの周方向の位置がＸ軸と一致するように配置されている。発光部１７ａは、Ｘ軸上の位置からスケール５に光を出射する。すなわち光源１７は、発光部１７ａの高さ位置がＸ軸の高さ位置と一致するように配置されている。光源１７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１７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、発光部１７ａから拡散光を出射する。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１７は、対向した位置に配置されるスケール５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５への光の直進性を高める事が可能である。
【００２７】
各受光部１６は、Ｘ軸に垂直な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１８を有する。すなわち複数の受光素子１８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。各受光部１６は、Ｘ軸に垂直な方向における中心位置がＸ軸と一致するように配置されている。なお、受光部１６を構成する受光素子１８の数は上記以外でもよい。
【００２８】
光学モジュール６は、光源１７の発光部１７ａからスケール５に光を照射し、スケール５で反射された光を受光部１６の各受光素子１８で受光する。これにより、光学モジュール６は、円環部材２と円環部材３の相対回転の回転量を検出し、当該回転量を制御部９（図１参照）に送信する。制御部９は、受信した回転量と連結部材４の弾性係数等とに基づいて、円環部材２と円環部材３との間に作用するトルクを算出する。なお、制御部９は、基板１０に設けられてもよいし、トルクセンサ１の外部に設けられてもよい。
【００２９】
図４Ａに示すように、上述の４つの突起１２は、凹状溝部７ａに所定の高さとなるように形成されている。基板１０の高さ位置は、凹状溝部７ａの深さＨｇａと突起１２の高さＨｓａにより規定（決定、設定）される。本実施形態では、図４Ｂに示すように、基板１０の下面に設けられた光学モジュール６の光源１７の発光部１７ａがＸ軸上に位置する（つまり発光部１７ａの高さ位置がＸ軸の高さ位置と一致する）ように、基板１０の高さ位置が規定（決定、設定）されている。したがって、突起１２は、発光部１７ａがＸ軸上に位置するように基板１０の円環部材３に対する高さを規定（決定、設定）する第１高さ規定部材として機能する。
【００３０】
なお、光源１７の発光部１７ａと受光部１６の受光面１８ａが同じ高さにある場合、上記構成により、受光部１６の受光面１８ａはＸ軸上に位置することとなる。また、図４Ｂに示すように、光源１７の発光部１７ａが受光面１８ａから突出する場合でも、その突出量が微小である場合には、上記構成により、受光部１６の受光面１８ａも実質的にＸ軸上に位置することとなる。
【００３１】
図４Ｂに示すように、上述の突起１３は、凹状溝部７ｂに所定の高さとなるように形成されている。スケール５の高さ位置は、凹状溝部７ｂの深さＨｇｂと突起１３の高さＨｓｂにより規定（決定、設定）される。本実施形態では、図４Ｂに示すように、発光部１７ａがＸ軸上に位置する光学モジュール６の受光部１６の受光面１８ａとスケール５との間隔Ｇが光学モジュール６の仕様や性能等に応じた所定の寸法となるように、スケール５の高さ位置が規定（決定、設定）されている。したがって、突起１３は、受光部１６の受光面１８ａとの間隔が所定の寸法となるようにスケール５の円環部材２に対する高さを規定（決定、設定）する第２高さ規定部材として機能する。
【００３２】
＜３．外乱の力による光学モジュールとスケールとの相対回転の挙動＞
次に、図５乃至図７を参照しつつ、外乱の力による光学モジュール６とスケール５との相対回転の挙動の一例について説明する。前述のように、円環部材２と円環部材３との間には、検出対象であるトルク（Ｚ軸周りの回転モーメント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によりＸ軸及びＹ軸周りの回転が生じる場合がある。
【００３３】
外乱の力により円環部材２と円環部材３との間にＹ軸周りの相対回転が生じると、スケール５と受光面１８ａとの間隔Ｇが変動することとなるが、スケール５と受光面１８ａとは平行な位置関係を維持し、Ｚ軸周りの回転方向の相対位置変化（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。
【００３４】
一方、図５に示すように、外乱の力により円環部材２と円環部材３との間にＸ軸周りの相対回転が生じると、スケール５と受光部１６の受光面１８ａとの相対回転により、スケール５と受光面１８ａとが傾斜し、トルクの検出誤差が生じる可能性がある。この詳細について、以下に比較例を用いて説明する。なお、実際には円環部材２と円環部材３のＸ軸周りの回転量は微小であるが、上記図５では、理解を容易とするためにＸ軸周りの回転量を誇張して示している。
【００３５】
図６は、比較例における外乱による光学モジュール６とスケール５の相対回転の挙動を表す説明図である。この比較例は、相対回転の回転中心であるＸ軸の高さ位置が発光部１７ａの高さ位置と一致していない例であり、図６に示す例ではスケール５と一致している。この場合には、受光面１８ａに対するスケール５の相対的な傾斜により、受光部１６における所定の受光位置（例えば受光部１６のＸ軸に垂直な方向における中心位置ＰＤｃ）と当該受光位置に受光される光に対応するスケール位置との間の対応関係に変動が生じる。例えば図６に示すように、受光部１６の中心位置ＰＤｃに受光される光が、相対回転が生じる前のスケール５（実線で図示）では回転量０のスケール位置ＳＫｏからの反射光であるのに対し、相対回転が生じた後のスケール５（波線で図示）では所定の回転量だけずれたスケールＳＫ１からの反射光となる。このため、比較例においては、円環部材２と円環部材３との間にＸ軸周りの相対回転が生じると、トルクの検出誤差が生じる。
【００３６】
図７は、本実施形態における外乱による光学モジュール６とスケール５の相対回転の挙動を表す説明図である。本実施形態の場合には、相対回転の回転中心であるＸ軸の高さ位置が発光部１７ａの高さ位置と一致している。このため、光学モジュール６とスケール５が相対回転する際、スケール５はＸ軸を中心とする円弧Ｃ上をスケール５の表面が円弧Ｃの接線方向となる姿勢で移動する。これにより、受光部１６における所定の受光位置（例えば受光部１６のＸ軸に垂直な方向における中心位置ＰＤｃ）と当該受光位置に受光される光に対応するスケール位置との間の対応関係に変動が生じないようにすることができる。例えば図７に示すように、受光部１６の中心位置ＰＤｃに受光される光が、相対回転が生じる前のスケール５（実線で図示）では回転量０のスケール位置ＳＫｏからの反射光であるのに対し、相対回転が生じた後のスケール５（波線で図示）でも同様にスケール位置ＳＫｏからの反射光となる。このため、本実施形態においては、円環部材２と円環部材３との間にＸ軸周りの相対回転が生じた場合でも、トルクの検出誤差が生じるのを抑制できる。
【００３７】
なお、外乱により、円環部材２と円環部材３との間に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、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上記構成により検出誤差を抑制できる。したがって、トルクセンサ１は、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、検出誤差を抑制できる。
【００３８】
以上において、突起１２及び突起１３は、第１軸心方向における第２軸心の高さと発光部の高さとを一致させる手段の一例に相当する。
【００３９】
＜４．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、円環部材２及び円環部材３と、円環部材２及び円環部材３とを、トルクの大きさに応じた量だけＺ軸周りに相対的に回転可能に連結すると共に、トルク以外の外乱等の力によりＺ軸に垂直なＸ軸周りに相対的に回転可能に連結する連結部材４と、円環部材２に配置されたスケール５と、円環部材３に配置され、Ｘ軸上の位置からスケール５に光を出射する発光部１７ａと、円環部材３に配置され、発光部１７ａから出射されてスケール５で反射された光を受光する受光部１６とを有する。
【００４０】
発光部１７ａがＸ軸上に位置することにより、上述したように、円環部材２と円環部材３との間にＸ軸周りの回転が生じた場合であっても、受光面１８ａにおける所定の受光位置（例えば中心位置ＰＤｃ）と当該受光位置に受光される光に対応するスケール位置との間の対応関係に変動が生じないようにすることができる。しかも、検出誤差を抑制するために、例えば光学モジュール６やスケール５の移動を規制する部品等の別部品を設ける必要がない。したがって、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつ検出精度を向上することができる。
【００４１】
また、本実施形態では特に、円環部材３に配置され、発光部１７ａが配置された基板１０と、発光部１７ａがＸ軸上に位置するように、Ｚ軸方向における基板１０の円環部材３に対する高さを規定する突起１２と有する。
【００４２】
これにより、例えば突起１２の寸法精度（加工精度）を向上することによって、発光部１７ａのＸ軸に対する位置精度をより向上することができる。
【００４３】
また、本実施形態では特に、円環部材２に配置され、受光部１６との間隔が所定の寸法となるように、Ｚ軸方向におけるスケール５の円環部材２に対する高さを規定する突起１３を有する。これにより、次の効果を奏する。
【００４４】
すなわち、スケール５と受光部１６の受光面１８ａとの間隔Ｇは、光学モジュール６の性能や仕様等に応じた所定の値に固定的に設定される。したがって、トルクの検出精度を向上するためには、発光部１７ａの高さと共に、スケール５の高さについても精度良く規定するのが好ましい。
【００４５】
本実施形態によれば、例えば突起１３の寸法精度（加工精度）を向上することによって、スケール５の位置精度を向上できる。その結果、間隔Ｇの寸法精度を確保できるので、トルクの検出精度を向上することができる。
【００４６】
また、本実施形態では特に、円環部材３は、Ｚ軸を中心とする径方向において円環状の円環部材２の内側に配置された円環状の部材であり、連結部材４は、径方向に延設され、円環部材２の内周面と円環部材３の外周面とを連結する。
【００４７】
これにより、円環部材２と円環部材３とを径方向において外側及び内側に配置できるので、トルクセンサ１のＺ軸方向の厚みを小さくでき、小型化できる。
【００４８】
＜５．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。
【００４９】
（５−１．Ｘ軸に垂直な方向に光源を挟むように受光部を配置する場合）
上記実施形態では、光学モジュール６において、光源１７をＸ軸方向に挟むように２つの受光部１６を配置したが、光源１７をＸ軸に垂直な方向に挟むように２つの受光部を配置してもよい。本変形例の光学モジュール６Ａの構成の一例を図８に示す。
【００５０】
図８に示すように、光学モジュール６Ａでは、２つの受光部１６Ａが光源１７をＸ軸に垂直な方向に挟むように配置されている。各受光部１６Ａは、Ｘ軸に垂直な方向に沿って等間隔に配列された複数個（この例では８個）の受光素子１８を有する。複数の受光素子１８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。２つの受光部１６Ａは、それらの中間位置（光源１７の発光部１７ａの位置）がＸ軸と一致するように配置されている。光源１７は、発光部１７ａの高さ位置がＸ軸の高さ位置と一致するように配置されている。なお、受光部１６Ａを構成する受光素子１８の数は上記以外でもよい。本変形例における上記以外の構成は上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
本変形例の光学モジュール６Ａでも、発光部１７ａがＸ軸上に位置するので、円環部材２と円環部材３との間にＸ軸周りの相対回転が生じても、トルクの検出誤差が生じるのを抑制することができる。
【００５２】
（５−２．スケール及び基板を周方向に１８０°離れた位置に２組配置した場合）
上記実施形態では、スケール５及び基板１０をＸ軸方向に沿った一方側の位置に１組のみ配置したが、スケール５及び基板１０をＸ軸方向に沿った一方側と他方側に２組配置してもよい。本変形例のトルクセンサ１Ａの構成の一例を図９に示す。
【００５３】
図９に示すように、トルクセンサ１Ａは、円環部材２に設けられたスケール５と円環部材３に設けられた基板１０の組が、Ｘ軸の正の方向及び負の方向にそれぞれ沿った一方側と他方側の位置（Ｚ軸周りの周方向において１８０°離れた位置）に１組ずつ、計２組が配置されている。いずれの基板１０も上記実施形態と同様の構成であり、光学モジュール６において光源１７の発光部１７ａがＸ軸（正の方向及び負の方向）上に位置するように構成されている。
【００５４】
各基板１０の光学モジュール６は、円環部材２と円環部材３の相対回転の回転量を検出し、当該回転量を制御部９にそれぞれ送信する。本変形例における上記以外の構成は上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
本変形例のトルクセンサ１Ａでは、２組のスケール５及び基板１０のそれぞれにおいて、発光部１７ａをＸ軸上に位置させることができる。したがって、制御部９に対応する回路（切替回路等）を設けておくことにより、一方の組のスケール５又は光学モジュール６に不具合が生じた場合でも、他方の組に切り替えてセンサ機能を維持することができる。その結果、トルクセンサの二重化（冗長化）が可能となる。
【００５６】
（５−３．その他）
上記実施形態では、外側の円環部材２にスケール５を設置し、内側の円環部材３に基板１０（発光部１７ａ、受光部１６）を設置した場合について説明したが、反対に、内側の円環部材３にスケール５を設置し、外側の円環部材２に基板１０（発光部１７ａ、受光部１６）を設置してもよい。
【００５７】
また上記実施形態では、連結部材４で連結される部材を円環状の部材としたが、これに限定されるものではなく、例えば円板状の部材としてもよい。この場合、２つの円板部材がＺ軸方向に隣接配置され、それらをＺ軸上に配置された柱状の連結部材で連結した構成としてもよい。
【００５８】
＜６．トルクセンサの適用例＞
次に、図１０を参照しつつ、上記実施形態や変形例等に係るトルクセンサ１，１Ａの適用例について説明する。
【００５９】
以上説明したトルクセンサ１，１Ａは、例えばロボットの関節部に設けられるアクチュエータに適用することが可能である。アクチュエータの構成の一例を図１０に示す。
【００６０】
図１０に示すように、アクチュエータ２０は、モータ２１と、モータ２１の出力軸２１ａ（第１出力軸の一例）に連結された減速機２２と、減速機２２の出力軸２２ａ（第２出力軸の一例）に上述した円環部材２又は円環部材３が連結されたトルクセンサ１，１Ａとを備える。なお、減速機２２を設けずに、モータ２１の出力軸２１ａを直接トルクセンサ１，１Ａの円環部材２又は円環部材３に連結してもよい。アクチュエータ２０は、トルクセンサ１の円環部材２又は円環部材３のうち、減速機２２の出力軸２２ａに連結されていない方の円環部材を出力軸２０ａとし、例えばロボット２４の可動部等の駆動対象２３に連結し、駆動対象２３を駆動する。ロボット２４は、少なくとも１つのアクチュエータ２０を関節部に備える。
【００６１】
以上のように構成したアクチュエータ２０によれば、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつトルクの検出精度を向上させたアクチュエータを実現できる。また、アクチュエータ２０を関節部に備えたロボット２４によれば、生産性の低下やコスト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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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】
【００６５】
１            トルクセンサ
１Ａ          トルクセンサ
２            円環部材（第１の部材の一例）
３            円環部材（第２の部材の一例）
４            連結部材
５            スケール
１０          基板
１２          突起（第１高さ規定部材の一例）
１３          突起（第２高さ規定部材の一例）
１６          受光部
１６Ａ        受光部
１８ａ        受光面
２０          アクチュエータ
２１          モータ
２１ａ        出力軸（第１出力軸の一例）
２２          減速機
２２ａ        出力軸（第２出力軸の一例）
２４          ロボット
Ｘ            Ｘ軸（第２軸心の一例）
Ｚ            Ｚ軸（第１軸心の一例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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