(57)【要約】【課題】トルクを精度良く測定できるトルクセンサを提供する。【解決手段】本発明の一形態に係るトルクセンサ１は、第１の部材１１と、第２の部材１２と、連結部材１３と、スケール１４と、検出ヘッド１５と、を備え、さらにスケール１４と検出ヘッド１５とを連結し、スケール１４に対する検出ヘッド１５の第１の線Ｌ１と平行な方向への変位を許容し、他の方向への変位を拘束する第１の連結部１６と、第１の部材１１とスケール１４、又は第２の部材１２と検出ヘッド１５とを連結し、第１の部材１１に対するスケール１４、又は第２の部材１２に対する検出ヘッド１５の第１の線Ｌ１と平行な方向への変位を拘束し、他の方向への変位を許容する第２の連結部１７と、備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアエンコーダ式のトルクセンサであって、
第１の部材と、
前記第１の部材と対向するように配置され、前記第１の部材と相対的な回転関係にある第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材とを連結する連結部材と、
複数のトラックが示され、前記トラックが延在する方向に延びる第１の線と、前記第１の線と前記連結部材の中心軸とを結ぶ第２の線とが直交するように、前記第１の部材に設けられたスケールと、
前記第２の部材に設けられ、前記スケールから位置情報を検出する検出ヘッドと、
前記スケールと前記検出ヘッドとを連結し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの前記第１の線と平行な方向への変位を許容し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの前記第１の線と平行な方向以外の方向への変位を拘束する第１の連結部と、
前記第１の部材と前記スケール、又は前記第２の部材と前記検出ヘッドとを連結し、前記第１の部材に対する前記スケール、又は前記第２の部材に対する前記検出ヘッドの前記第１の線と平行な方向への変位を拘束し、前記第１の部材に対する前記スケール、又は前記第２の部材に対する前記検出ヘッドの前記第１の線と平行な方向以外の方向への変位を許容する第２の連結部と、
を備えるトルクセンサ。
【請求項２】
前記第１の連結部は、板状部材を備え、
前記板状部材の最も面積が広い面は、前記第２の線と、前記連結部材の中心軸である第３の線と、を含む面と平行に配置される請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記第２の連結部は、前記第１の線と平行な方向への剛性が前記第１の連結部の剛性より高く、前記第１の線と平行な方向以外の方向への剛性が前記第１の連結部の剛性より低い請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記第２の連結部は、シート状の弾性部材を備える請求項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の連結部は、板金状の弾性部材を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項６】
前記第２の連結部は、前記スケール又は前記検出ヘッドに設けられたピンと、
前記ピンが挿入され、前記第１の部材又は前記第２の部材において前記第２の線と平行に延在する可動部と、
を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項７】
前記第２の連結部は、前記ピンと前記可動部との間に、前記第１の線と平行に配置された弾性部材を備える請求項６に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサに関し、特にリニアエンコーダ式のトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
トルクセンサは、ロボット等の関節部分に設けられることが多い。このようなトルクセンサの中で、リニアエンコーダ式のトルクセンサは、例えば図１３に示すような構成とされている。
【０００３】
図１３に示すトルクセンサ１００は、第１の円板１１０、第２の円板１２０、連結部材１３０、スケール１４０、検出ヘッド１５０、を備えている。第１の円板１１０は、例えばロボットのアームの入力軸に連結される。この第１の円板１１０は、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面と略平行に配置されている。第２の円板１２０は、例えばロボットの関節に搭載される減速ギア等の出力軸に連結される。この第２の円板１２０も、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面と略平行に配置されている。このような第１の円板１１０と第２の円板１２０とは、Ｚ軸と平行に配置された連結部材１３０によって当該連結部材１３０を中心として（即ち、Ｚ軸回りに）相対的な回転が許容されている。
【０００４】
スケール１４０は、第１の円板１１０に設けられている。このスケール１４０の長手方向には、複数のトラックが示されている。スケール１４０の長手方向は、Ｘ軸方向に配置されている。
【０００５】
検出ヘッド１５０は、第２の円板１２０に設けられている。この検出ヘッド１５０は、スケール１４０の直上に配置されている。
【０００６】
これにより、第１の円板１１０と第２の円板１２０とが連結部材１３０を中心として相対的に回転すると、検出ヘッド１５０は、スケール１４０上を移動してトラックを読み取って、検出ヘッド１５０とスケール１４０との相対変位量を検出する。そして、検出ヘッド１５０は、図示を省略した処理装置に当該相対変位量を出力する。処理装置は、入力された相対変位量や連結部材１３０の弾性係数等に基づいて、第１の円板１１０と第２の円板１２０との間に作用するトルクを算出する。このとき第１の円板１１０と第２の円板１２０とは連結部材１３０を中心として相対的に回転しているため、正確には円弧上の変位量を測定する必要があるが、実際の回転の角度としては非常に微小なので、回転運動の接線方向の直線変位をリニアエンコーダで測定することで代替しても、精度の悪化は無視できるほど小さい。
【０００７】
ところで、特許文献１乃至３には、他の構成によりトルクを算出する技術が開示されている。
特許文献１には、回転ドラムのドラム面に接するブレーキライニングを板バネで支持し、回転する回転ドラムにブレーキライニングが接した際の板バネの撓み量を計測し、その計測した結果に基づいて回転ドラムに作用するトルクを算出している。
【０００８】
特許文献２には、入力側のステアーリングシャフトと、出力側のステアーリングシャフトに設けた円板とを、放射状に配置した板バネで連結し、当該板バネの撓み量を計測し、その計測した結果に基づいてステアーリングシャフトに作用するトルクを算出している。
【０００９】
特許文献３には、シャフト部と固定部とをストレンゲージで連結し、当該ストレンゲージの撓み量を計測し、その計測した結果に基づいてシャフト部に作用するトルクを算出している。ここで、シャフト部と固定部とは、シャフト部が固定部に対して偏芯や非同軸を発生させないように板バネで連結している。
しかし、特許文献１乃至３に開示されている技術は、リニアエンコーダ式のトルクセンサの技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平５−６２９３７号公報
【特許文献２】特開平６−２２９８４９号公報
【特許文献３】実開昭６３−４８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１３に示すトルクセンサ１００は、連結部材１３０が弾性部材であるため、Ｚ軸回りのトルク以外の外乱によって、図１４に示すように、第１の円板１１０と第２の円板１２０とがＺ軸回りの回転以外の相対変位を生じ、スケール１４０と検出ヘッド１５０との間の相対距離や平行度を維持することができない（図１５）。ここで、図１５は、トルクセンサ１００の測定誤差を示している。図１５から、誤差は本来０付近で水平であるべきだが、誤差が生じていることが分かる。そのため、図１３に示すトルクセンサ１００は、トルクを精度良く測定できない課題を有する。
【００１２】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、トルクを精度良く測定できるトルクセンサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の形態に係るトルクセンサは、リニアエンコーダ式のトルクセンサであって、第１の部材と、前記第１の部材と対向するように配置され、前記第１の部材と相対的な回転関係にある第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とを連結する連結部材と、複数のトラックが示され、前記トラックが延在する方向に延びる第１の線と、前記第１の線と前記連結部材の中心軸とを結ぶ第２の線とが直交するように、前記第１の部材に設けられたスケールと、前記第２の部材に設けられ、前記スケールから位置情報を検出する検出ヘッドと、前記スケールと前記検出ヘッドとを連結し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの前記第１の線と平行な方向への変位を許容し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの前記第１の線と平行な方向以外の方向への変位を拘束する第１の連結部と、前記第１の部材と前記スケール、又は前記第２の部材と前記検出ヘッドとを連結し、前記第１の部材に対する前記スケール、又は前記第２の部材に対する前記検出ヘッドの前記第１の線と平行な方向への変位を拘束し、前記第１の部材に対する前記スケール、又は前記第２の部材に対する前記検出ヘッドの前記第１の線と平行な方向以外の方向への変位を許容する第２の連結部と、を備える。
【００１４】
本発明の第２の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第１の連結部は、板状部材を備え、前記板状部材の最も面積が広い面は、前記第２の線と、前記連結部材の中心軸である第３の線と、を含む面と平行に配置される。
【００１５】
本発明の第３の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第２の連結部は、前記第１の線と平行な方向への剛性が前記第１の連結部の剛性より高く、前記第１の線と平行な方向以外の方向への剛性が前記第１の連結部の剛性より低い。
【００１６】
本発明の第４の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第２の連結部は、シート状の弾性部材を備える。
【００１７】
本発明の第５の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第２の連結部は、板金状の弾性部材を備える。
【００１８】
本発明の第６の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第２の連結部は、前記スケール又は前記検出ヘッドに設けられたピンと、前記ピンが挿入され、前記第１の部材又は前記第２の部材において前記第２の線と平行に延在する可動部と、を備える。
【００１９】
本発明の第７の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第２の連結部は、前記ピンと前記可動部との間に、前記第１の線と平行に配置された弾性部材を備える。
【発明の効果】
【００２０】
以上、説明したように、本発明によると、トルクを精度良く測定できるトルクセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１に係るトルクセンサを概略的に示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るトルクセンサを概略的に示す左側面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るトルクセンサを概略的に示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るトルクセンサの変形時を概略的に示す正面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るトルクセンサを概略的に示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るトルクセンサを概略的に示す左側面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るトルクセンサを概略的に示す底面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るトルクセンサの変形時を概略的に示す左側面図である。
【図９】他の実施形態に係るトルクセンサを概略的に示す正面図である。
【図１０】他の実施形態に係るトルクセンサを概略的に示す部分左側面図である。
【図１１】他の実施形態に係るトルクセンサを概略的に示す左側面図である。
【図１２】他の実施形態に係るトルクセンサを概略的に示す左側面図である。
【図１３】関連するトルクセンサを概略的に示す左側面図である。
【図１４】関連するトルクセンサにおける、第１の円板に対して第２の円板がＺ軸回り以外の外力によって変位した様子を概略的に示す図である。
【図１５】関連するトルクセンサの測定誤差を示す図である。
【図１６】トルクセンサの変形時における、検出ヘッドとスケールとの配置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されており、重複する説明は省略されている。ちなみに、以下の説明において「略」との語彙を用いて説明しているが、当該「略」は精密な意味での平行度や拘束等を言うのではなく、本発明の目的を達成することができる範囲において許容される平行度や拘束等を含む意味で用いている。
【００２３】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１に係るトルクセンサを、図面に基づいて説明する。図１は、トルクセンサを概略的に示す正面図である。図２は、トルクセンサを概略的に示す左側面図である。図３は、トルクセンサを概略的に示す平面図である。
【００２４】
トルクセンサ１は、リニアエンコーダ式のトルクセンサであって、例えばロボットの関節等に好適に用いることができる。トルクセンサ１は、第１の部材１１、第２の部材１２、連結部材１３、スケール１４、検出ヘッド１５、第１の連結部１６、第２の連結部１７を備えている。
【００２５】
第１の部材１１は、例えばロボットのアームの入力軸に連結される。本実施形態の第１の部材１１は、円形の板状部材である。この第１の部材１１は、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面と略平行に配置されている。
【００２６】
第２の部材１２は、例えばロボットの関節に搭載された減速ギア等の出力軸に連結される。本実施形態の第２の部材１２は、第１の部材１１と等しい形状とされており、円形の板状部材である。この第２の部材１２も、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面と略平行に配置されている。そして、第２の部材１２は、第１の部材１１とＺ軸方向から見て重ねられている。
【００２７】
但し、第１の部材１１及び第２の部材１２は、減速ギア等の出力軸からアームの入力軸にトルクを良好に伝達することができる、形状、材質等であれば良い。
【００２８】
連結部材１３は、第１の部材１１と第２の部材１２とを連結する。詳細には、連結部材１３は、第１の部材１１の中心と第２の部材１２の中心とを連結する。連結部材１３は、中心軸Ｏを中心として捻じれ、且つ略撓まない、材質、形状とされていることが好ましい。この連結部材１３が捩れることにより、第１の部材１１と第２の部材１２とは、当該連結部材１３を中心として相対的に回転する。
【００２９】
スケール１４は、ベース１８を介して第１の部材１１に設けられている。詳細には、スケール１４は、第１の部材１１における第２の部材１２と対向する面に設けられている。そして、スケール１４は、第２の部材１２の外周縁近傍に配置されている。
【００３０】
このスケール１４は、一般的なリニアエンコーダで用いられるスケールと同様に、長手方向に向かってトラック（図示を省略）が示されている。スケール１４のトラックが示された面は、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面と略平行に配置されている。また、スケール１４のトラックが示された面は、第２の部材１２と向かい合うように配置されている。そして、スケール１４は、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面上で、当該スケール１４の長手方向に延びる第１の線Ｌ１と、第１の線Ｌ１と連結部材１３の中心軸Ｏとを結ぶ第２の線Ｌ２とが略直交するように、配置されている。結果として、スケール１４の長手方向は、Ｘ軸方向に配置されている。
【００３１】
検出ヘッド１５は、ベース１９を介して第２の部材１２に設けられている。詳細には、検出ヘッド１５は、第２の部材１２における第１の部材１１と対向する面に設けられている。このとき、検出ヘッド１５は、第１の部材１１と第２の部材１２とが連結部材１３を中心として相対的に回転した際に、スケール１４のトラックが示された面との距離が略一定となるように、配置されている。そして、検出ヘッド１５は、スケール１４とＺ軸方向に重なるように、即ちスケール１４のトラックが示された面と向かい合うように配置されている。そのため、検出ヘッド１５は、第１の部材１１の外周縁近傍に配置されている。
【００３２】
この検出ヘッド１５は、一般的なリニアエンコーダに用いられる検出ヘッドと同様に、発光源や受光素子等を備えている。つまり、検出ヘッド１５は、当該検出ヘッド１５とスケール１４とが相対的に変位した際に、スケール１４に示されたトラックに基づくパルス数から相対変位量を位置情報として検出する。検出ヘッド１５は、図示を省略した処理装置に当該位置情報を出力する。処理装置は、当該位置情報や連結部材１３の弾性係数等に基づいて、入力側と出力側との間に作用するトルクを算出する。
【００３３】
そのため、第１の部材１１と第２の部材１２とが連結部材１３を中心として相対的に回転した際に、検出ヘッド１５がスケール１４上を移動する。しかし、図１４のように検出ヘッド１５とスケール１４との相対距離や平行度が変化したり、図１６のように検出ヘッドがスケールに対して連結部材１３を中心として回転移動したりするため、第１の部材１１と第２の部材１２との相対的な回転変位量を精度良く計測することができない（図１５）。
【００３４】
そこで、本実施形態のトルクセンサ１は、第１の連結部１６、第２の連結部１７を備えている。
第１の連結部１６は、検出ヘッド１５に対するスケール１４の第１の線Ｌ１と略平行な方向への変位を許容し、且つ検出ヘッド１５に対するスケール１４の他の方向（第１の線Ｌ１と平行な方向以外の方向）への変位を略拘束する。ここで、一般的に板状部材は、最も広い面に対して直交する方向への剛性が他の方向への剛性に比べて低い。
【００３５】
そこで、本実施形態では、第１の連結部１６として例えば鋼材などの板状部材が用いられている。第１の連結部１６における最も広い面１６ａは、第１の線Ｌ１と、連結部材１３の中心軸Ｏである線Ｌ３と、を含む平面と略平行に配置されている。つまり、図示例では、第１の連結部１６における最も広い面１６ａは、Ｙ軸とＺ軸とを含む平面と略平行に配置されている。そして、第１の連結部１６は、スケール１４を当該スケール１４の長手方向から挟み込むように、配置されている。つまり、第１の連結部１６は、スケール１４を挟んでＸ軸方向で向かい合うように配置されている。
【００３６】
また、第１の連結部１６における他方側の第１の連結部１６と対向する面のＺ軸方向の一方の部分（図１では紙面に対して上側の部分）は、検出ヘッド１５に接合されている。一方、第１の連結部１６における他方側の第１の連結部１６と対向する面のＺ軸方向の他方の部分（図１では紙面に対して下側の部分）は、スケール１４に接合されている。但し、本実施形態では、ベース１８を介してスケール１４に接合されている。その結果、第１の連結部１６は、スケール１４と検出ヘッド１５とを連結することになる。
【００３７】
このような第１の連結部１６は、上述のように検出ヘッド１５に対するスケール１４の第１の線Ｌ１と略平行な方向への変位を許容し、且つ検出ヘッド１５に対するスケール１４の他の方向への変位を略拘束するように、材質、各寸法等を設定すれば良い。各方向への剛性は理論式もしくは有限要素法解析などを用いて推定できるため、弾性部材１３のねじり剛性と併せて考慮することで、トルク検出感度低下の度合いを考えて設計を行うことができる。また、設計のパラメータとしては第１の連結部１６の部材の厚みや幅、長さなどを用いることができる。
【００３８】
ここで、弾性部材１３のねじれによる回転変位量は小さいので、第１の連結部１６におけるスケール１４の長手方向の剛性が低ければ、第１の連結部１６による中心軸Ｏ回りの微小ねじりの剛性も低くなるので、弾性部材１３のねじれの剛性への影響はトルク測定に与えないほど小さい（第１の連結部１６のＸ軸方向の剛性をK、中心軸Ｏからの半径をr，中心軸Ｏ回りの等価ねじり剛性をGとすると、G = d\tau / d\theta = K r^2 d\theta/d\theta = K r^2と近似できるため、Kが低ければGも低くなる）。
【００３９】
なお、上記GおよびKを低くすることは、他の方向への剛性とのトレードオフになるが、第１の連結部１６を幅に対して十分薄くして、長さ(ヘッド面とスケール面の距離方向)を短くすることで、剛性の異方性を高める(スケール長手方向の剛性を低く、他の方向の剛性を高く)設計ができる。
【００４０】
第２の連結部１７は、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面と略平行な面において、スケール１４の第１の線Ｌ１と略平行な方向への変位を略拘束し、他の方向への変位を許容する。ここで、一般的にゴム等のシート状の弾性体は、平面と略平行な方向への剛性が高く、その一方で、他の方向への剛性は低い。スケール１４の形状を考えると、ゴムシートはＸ軸方向に長い形状を取ることになるので、その剛性はＸ軸方向に関して選択的に高くなる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、第２の連結部１７としてシート状の弾性体が用いられている。そして、第２の連結部１７は、ベース１８と第１の部材１１との間に介在されている。その結果、第２の連結部１７は、第１の部材１１とスケール１４とを連結することになる。
【００４２】
このような第２の連結部１７は、スケール１４の第１の線Ｌ１と略平行な方向への変位を略拘束し、他の方向への変位を許容することができるように、材質、各寸法等を設定すれば良い。
【００４３】
図４は、第１の部材１１と第２の部材１２とが連結部材１３を中心として相対的に回転した際のトルクセンサ１の様子を概略的に示す正面図である。
上述のように、第１の連結部１６は、検出ヘッド１５に対するスケール１４の第１の線Ｌ１と略平行な方向への変位を許容し、且つ検出ヘッド１５に対するスケール１４の他の方向への変位を略拘束する。しかも、第２の連結部１７は、スケール１４の第１の線Ｌ１と略平行な方向への変位を略拘束し、他の方向への変位を許容する。つまり、第２の連結部１７は、第１の連結部１６に引っ張られてスケール１４が第１の線Ｌ１と略平行な方向に追従することを略防ぎ、且つ第１の部材１１と第２の部材１２との間にＺ軸回りの回転以外の相対変位が生じたとしても、検出ヘッド１５とスケール１４との相対距離や平行度が変わることを防ぐ。また、第２の連結部１７は、回転軸１３を中心とする円周に沿って変位する検出ヘッド１５の回転に倣うように、スケール１４を第２の線Ｌ２上で外方に若干移動させた位置で自転させる。第２の連結部１７の第１の線Ｌ１以外の方向の剛性は、第１の連結部１６の剛性より低いため、第１の部材１１と第２の部材１２との間に、トルク測定を妨げるような過大な力を発生させること無く、スケール１４と第１の部材１１との間の第１の線Ｌ１以外の方向の変位を吸収することができる。
【００４４】
そのため、スケール１４と検出ヘッド１５との相対距離や平行度を略維持した状態で、スケール１４の長手方向に沿って検出ヘッド１５を精度良く変位させることができる。よって、スケール１４と検出ヘッド１５との相対的な変位量を精度良く算出することができ、ひいては出力側（例えばロボットのアーム等）に作用するトルクを精度良く算出することができる。
【００４５】
ちなみに、第２の連結部１７の弾性変形によって、第１の連結部１６に引っ張られてスケール１４が第１の線Ｌ１と略平行な方向に変位してしまうが、第２の連結部１７の弾性変形は微小であり、しかも当該弾性変形は第１の線Ｌ１と略平行な方向における検出ヘッド１５に対するスケール１４の変位量に比べて極めて小さいので、測定精度に略影響を与えない。
【００４６】
また、第１の部材１１と第２の部材１２とが連結部材１３を中心として相対的に回転して、第１の連結部１６が傾動した際に、スケール１４と検出ヘッド１５との相対距離が変位するが、この変位量は微小であり、測定精度に略影響を与えない。
【００４７】
＜実施形態２＞
本発明の実施形態２に係るトルクセンサを、図面に基づいて説明する。図５は、トルクセンサを概略的に示す正面図である。図６は、トルクセンサを概略的に示す左側面図である。図７は、トルクセンサを概略的に示す底面図である。なお、実施形態１のトルクセンサと共通の要素には、共通の符号を付している。
【００４８】
本実施形態のトルクセンサ１０は、実施形態１のトルクセンサ１と略同様の構成とされているが、第２の連結部２７の構成が異なる。
すなわち、第２の連結部２７は、ピン２１、可動部２２を備えている。ピン２１は、ベース１８の下面からＺ軸方向に突出している。ピン２１は、可動部２２に挿入されている。
【００４９】
可動部２２は、第１の部材１１に形成されている。可動部２２は、Ｙ軸と平行な方向に向かって形成された切り欠き部である。但し、可動部２２は、切り欠き形状である必要はなく、溝部でも長孔でも良い。
【００５０】
図８は、第１の部材１１と第２の部材１２とが連結部材１３を中心として相対的に回転した際のトルクセンサ１０の様子を概略的に示す正面図である。
第１の部材１１と第２の部材１２とが連結部材１３を中心として相対的に回転すると、ピン２１が可動部２２内において外方に移動しつつ、ピン２１が可動部２２内で自転することで、連結部材１３を中心とする円周に沿って変位する検出ヘッド１５の回転に倣うように、スケール１４を第２の線Ｌ２上において外方に若干移動させた位置で自転させることができる。そのため、実施形態１のトルクセンサ１と同様に、スケール１４の長手方向に沿って検出ヘッド１５を精度良く変位させることができる。よって、スケール１４と検出ヘッド１５との相対的な変位量を精度良く算出することができ、ひいては出力側（例えばロボットのアーム等）に作用するトルクを精度良く算出することができる。
【００５１】
なお、本実施形態の図示例のように、可動部２２がＸ軸方向に余裕を有し、ピン２１と可動部２２との間にバネ等の弾性部材２３を備えていることが好ましい。これにより、ピン２１を可動部２２内でスムーズに動作させることができる。しかも、第１の線Ｌ１と略平行な方向へのピン２１の変位を弾性部材２３で略拘束するので、精度を落とすことなく、スケール１４と検出ヘッド１５との相対的な変位量を算出することができる。
【００５２】
このとき、弾性部材２３の第１の線Ｌ１方向の弾性率は、第１の連結部１６の周方向の弾性率より高く、それ以外の方向の弾性率は第１の連結部１６の弾性率より低く設定される。
【００５３】
＜その他の形態＞
第２の連結部の構成は、上述の限りでなく、例えば図９及び図１０に示すように、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面と略平行な部分とＸ軸とＺ軸とを含む平面と略平行な部分とが交互に連続するように折り曲げた板状部材（板金状の弾性体）３７で、スケール１４と第１の部材１１とを連結しても良い。要するに、第２の連結部は、スケール１４の長手方向と略平行な方向への変位を略拘束し、スケール１４の他の方向への変位を許容することができれば良い。
【００５４】
また、スケール１４及び検出ヘッド１５の配置は、上述の限りでなく、例えば図１１及び図１２に示すように配置しても良い。図１１に示すトルクセンサは、実施形態１のトルクセンサ１と略同様の構成とされているが、スケール１４のトラックが示された面がＸ軸とＺ軸とを含む平面と略平行に配置されている。また、スケール１４のトラックが示された面は外方に向かって配置されている。そして、スケール１４の長手方向がＸ軸方向に配置されている。このスケール１４は、第２の連結部４７を介して第１の部材１１に連結されている。
【００５５】
第２の連結部４７は、Ｙ・Ｚ断面がＬ字形状の冶具４８とシート状の弾性体４９とを備える。弾性体４９は、第１の部材１１に対するスケール１４における当該スケール１４の長手方向への変位を略拘束し、他の方向への変位を許容する。
【００５６】
また、検出ヘッド１５は、Ｙ軸方向から見ると、スケール１４に重なるように、即ちスケール１４のトラックが示された面と向かい合うように配置されている。そして、検出ヘッド１５は、Ｙ軸方向においてスケール１４より外方に配置され、Ｙ・Ｚ断面がＬ字形状の冶具４１を介して第２の部材１２に連結されている。但し、スケール１４のトラックが示された面を内方に向かって配置し、当該スケール１４のトラックと向かい合うように検出ヘッド１５をスケール１４に対して内方に配置しても良い。
【００５７】
これらのスケール１４と検出ヘッド１５とは、第１の連結部４６を介して連結されている。第１の連結部４６としては、上述の実施形態と同様に、板状部材が用いられる。この第１の連結部４６における最も広い面は、Ｙ軸とＺ軸とを含む平面と略平行に配置されている。そして、第１の連結部４６は、スケール１４を当該スケール１４の長手方向から挟み込むように、配置されている。
【００５８】
このような構成においても、第１の連結部４６によって、スケール１４の長手方向のみの変位を許容するように略拘束され、スケール１４と第１の部材１１との間の、スケール１４の長手方向以外の方向の相対変位は、第２の連結部４７の弾性体４９の各方向への弾性変形によって、スケール１４と第１の部材１１との間に当該スケール１４の長手方向以外の方向に過大な力を発生させずに、吸収される。このとき、第１の部材１１と第２の部材１２とが連結部材１３を中心として相対的に回転して、第１の連結部４６が傾動した際に、スケール１４と検出ヘッド１５との相対距離が変位するが、この変位量は微小であり、測定精度に略影響を与えない。また、第２の連結部４７の弾性体４９の弾性変形によって、スケール１４と検出ヘッド１５との平行度は略維持される。
【００５９】
したがって、図１１に示すトルクセンサも、スケール１４と検出ヘッド１５との相対距離や平行度を略維持した状態で、スケール１４の長手方向に沿って検出ヘッド１５を精度良く変位させることができる。よって、スケール１４と検出ヘッド１５との相対的な変位量を精度良く算出することができ、ひいては出力側（例えばロボットのアーム等）に作用するトルクを精度良く算出することができる。
【００６０】
図１２に示すトルクセンサは、図１１に示すトルクセンサと略同様の構成とされているが、図９に示すトルクセンサと同様に、スケール１４が折り曲げた板状部材（第２の連結部）５７を介して第１の部材１１に連結されている。つまり、第１の部材１１は、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面と略平行な部分とＸ軸とＺ軸とを含む平面と略平行な部分とが交互に連続しており、Ｘ軸とＺ軸とを含む平面と略平行な部分の外面に、スケール１４におけるトラックが示された面と逆側の面が接合されている。
【００６１】
このような構成においても、第１の連結部４６によって、スケール１４の長手方向のみの変位を許容するように略拘束され、スケール１４と第１の部材１１との間の、スケール１４の長手方向以外の方向の相対変位は、第２の連結部５７の各方向への弾性変形によって、スケール１４と第１の部材１１との間に当該スケール１４の長手方向以外の方向に過大な力を発生させずに、吸収される。このとき、第１の部材１１と第２の部材１２とが連結部材１３を中心として相対的に回転して、第１の連結部４６が傾動した際に、スケール１４と検出ヘッド１５との相対距離が変位するが、この変位量は微小であり、測定精度に略影響を与えない。また、第２の連結部５７の弾性変形によって、スケール１４と検出ヘッド１５との平行度は略維持される。
【００６２】
したがって、図１２に示すトルクセンサも、スケール１４と検出ヘッド１５との相対距離や平行度を維持した状態で、スケール１４の長手方向に沿って検出ヘッド１５を精度良く変位させることができる。よって、スケール１４と検出ヘッド１５との相対的な変位量を精度良く算出することができ、ひいては出力側（例えばロボットのアーム等）に作用するトルクを精度良く算出することができる。
【００６３】
以上、本発明に係るトルクセンサの実施形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、第１の部材にスケールを設け、第２の部材に検出ヘッドを設けているが、逆の構成でも良い。また、上述の実施形態では、第２の連結部をスケール側に配置しているが、検出ヘッド側に配置しても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１、１０  トルクセンサ
１１  第１の部材
１２  第２の部材
１３  連結部材
１４  スケール
１５  検出ヘッド
１６  第１の連結部
１６ａ  最も広い面
１７、２７、３７  第２の連結部
１８、１９  ベース
２１  ピン
２２  可動部
２３  弾性部材
４１  冶具
４６  第１の連結部
４７  第２の連結部
４８  冶具
４９  弾性体
５７  第２の連結部
１００  トルクセンサ
１１０  第１の回転板
１２０  第２の回転板
１３０  軸
１４０  スケール
１５０  検出ヘッド
【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】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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