(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストを増大させることなく、起歪部の剛性、歪検出部の検出感度及びその取り付け性がバランス良く得られる高速回転に適したトルクセンサを提供する。【解決手段】駆動側と負荷側との間で捩りを伴いながらトルクを伝達する起歪部２と、起歪部２の内周面２ａに取り付けられ起歪部２に対するトルク入力によって内周面２ａに生じる応力に対応する歪量を検出する歪検出部４とを有し、歪検出部４の検出結果に基づき起歪部２に作用するトルクの大きさを算出する装置である。起歪部２の内周面２ａと外周面２ｂとの間に、内周面２ａ及び外周面２ｂを残しつつ軸方向一端側から他端側に向けて少なくとも一部を肉抜きした状態にして径方向の肉厚を薄くする穴部５を設け、内周面２ａのうち穴部５と径方向で重なる部位に生じる応力を穴部５のない場合に比べて増大させることにより歪検出部４で検出する歪量を穴部５のない場合に比べて増加させた。【選択図】図３
2012127883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状をなし軸方向一端に駆動力が入力され軸方向他端に負荷が入力されて駆動側と負荷側との間で捩りを伴いながらトルクを伝達する起歪部と、前記起歪部の内周面に取り付けられ起歪部に対するトルク入力によって内周面に生じる応力に対応する歪量を検出する歪検出部とを具備し、歪検出部の検出結果に基づき起歪部に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、
前記起歪部の内周面と外周面との間に、当該内周面及び外周面を残しつつ軸方向一端側から他端側に向けて少なくとも一部を肉抜きした状態にして径方向の肉厚を薄くする穴部を設け、内周面のうち穴部と径方向で重なる部位に生じる応力を当該穴部のない場合に比べて増大させることにより前記歪検出部で検出する歪量を前記穴部のない場合に比べて増加させていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記穴部は、前記外周面側よりも前記内周面側寄りに形成されている請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記歪検出部は、前記内周面のうち前記穴部と径方向で重なる部位を含む領域に取り付けられている請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記穴部は、その中心軸を前記起歪部の軸方向に沿うように形成してあり、
前記歪検出部は、前記軸方向に交差する所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域を有し或る方向の歪量を検出する第一の受感部と、前記所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域を有し第一の受感部とは異なる方向の歪量を検出する第二の受感部とを備えている請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記起歪部のうち軸方向両端部を避けた部位の一部を前記歪検出部を取り付けるための取付領域とし、前記穴部は、前記起歪部の軸方向一端から前記取付領域に向けて肉抜きすることにより形成されるものであり、前記軸方向一端における内周面と外周面との肉厚を前記取付領域における内周面と外周面との肉厚よりも厚く設定している請求項１〜４のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のトルクセンサを備えた駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク入力により起歪部に生じる歪みを歪検出部で検出してトルクを算出するトルクセンサに係り、特に、起歪部の剛性、歪検出部の検出感度及びその取り付け性のバランスを適正化したトルクセンサ及びこれを備えた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電磁作用により回転駆動するモータ等の駆動装置のシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサが知られている。例えば特許文献１には、駆動装置及び負荷装置のシャフトにそれぞれ接続されるフランジ等の接続部と、接続部同士を連結し駆動側及び負荷側の間で捩りを伴いながらトルク伝達を行う円筒状の起歪部と、起歪部の内周面に軸方向に沿って延びる溝部と、溝部の溝底に貼付されトルク入力によって溝底に生じる応力に対応する歪量を検出する歪みゲージ等の歪検出部とを備え、歪検出部の検出結果に基づいて起歪部に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９３６２９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トルクセンサを高速回転に対応させるためには、起歪部の剛性、歪検出部の検出感度及びその取り付け性をバランス良く確保することが要求される。
【０００５】
しかしながら、上記従来のトルクセンサのように起歪部の内周面に溝部が形成されているものでは、トルクセンサの高回転化に伴い遠心力により起歪部が破壊されることを防止すべく起歪部の径を小さくすると、内周面が凹凸形状であるので、歪検出部の取付場所の確保や取付作業が難しくなる。
【０００６】
また、上記従来のトルクセンサでは、起歪部の内周面に径方向の肉厚を薄くする溝部を設けることで、トルク入力により内周面（溝部）に生じる応力を溝部のない場合に比べて増大させて歪検出部の検出感度を向上させるものの、その反面、内周面に一部途切れる部位が形成される等の要因により起歪部の剛性を著しく損なってしまう。
【０００７】
一方、必要な剛性や検出感度を確保したまま起歪部の径を小さくせずに高速回転に対応する別の手段としては、チタン合金や超々ジュラルミンなど、高い引張降伏応力又は低い密度の材料で起歪部を構成すればよいが、前者は加工が困難で製造コストが増大し、後者は耐食性に劣るといった問題がある。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、製造コストを増大させることなく、起歪部の剛性、歪検出部の検出感度及びその取り付け性がバランス良く得られる高速回転に適したトルクセンサ及びこれを備えた駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１０】
すなわち、本発明のトルクセンサは、略円筒状をなし軸方向一端に駆動力が入力され軸方向他端に負荷が入力されて駆動側と負荷側との間で捩りを伴いながらトルクを伝達する起歪部と、前記起歪部の内周面に取り付けられ起歪部に対するトルク入力によって内周面に生じる応力に対応する歪量を検出する歪検出部とを具備し、歪検出部の検出結果に基づき起歪部に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、前記起歪部の内周面と外周面との間に、当該内周面及び外周面を残しつつ軸方向一端側から他端側に向けて少なくとも一部を肉抜きした状態にして径方向の肉厚を薄くする穴部を設け、内周面のうち穴部と径方向で重なる部位に生じる応力を当該穴部のない場合に比べて増大させることにより前記歪検出部で検出する歪量を前記穴部のない場合に比べて増加させていることを特徴とする。
【００１１】
このように、起歪部の内周面と外周面との間に、内周面及び外周面を残しつつ軸方向一端側から他端側に向けて少なくとも一部を肉抜きした状態にすることで中空部たる穴部を設け、この穴部によって径方向の肉厚の薄い薄肉部位を設けているので、内周面のうち穴部と径方向で重なる部位にトルク入力により生じる応力が集中しやすくなり、この部位に生じる応力が穴部のない場合に比べて増大し、この部位だけでなくその近傍など応力の増大する部位が全体的に増え、その結果、歪検出部で検出する歪量を穴部のない場合に比べて増加させて歪検出部による検出感度を向上させることが可能となる。しかも、穴部を設けても内周面全面が残るので、内周面に溝部を設ける場合に比べて歪検出部の取り付け性を向上させることが可能となる。さらに、内周面や外周面に途切れる部分を設けていない等の理由により、溝部を設ける場合に比べて起歪部の剛性の低下を抑制することが可能となる。したがって、起歪部の剛性、歪検出部の検出感度及びその取り付け性をバランス良く得られ高速回転に適したトルクセンサを提供することが可能となる。
【００１２】
歪検出部による検出感度をより一層向上させるためには、前記穴部は、前記外周面側よりも前記内周面側寄りに形成されていることが好ましい。
【００１３】
歪量を効率的に且つ高感度で検出するためには、前記歪検出部は、前記内周面のうち前記穴部と径方向で重なる部位を含む領域に取り付けられていることが望ましい。
【００１４】
歪検出部の取り付け位置ズレによる検出値のバラツキを抑えて検出精度を向上させるためには、前記穴部は、その中心軸を前記起歪部の軸方向に沿うように形成してあり、前記歪検出部は、前記軸方向に交差する所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域を有し或る方向の歪量を検出する第一の受感部と、前記所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域を有し第一の受感部とは異なる方向の歪量を検出する第二の受感部とを備えていることが効果的である。
【００１５】
本発明の好適な適用例の一例としては、前記起歪部のうち軸方向両端部を避けた部位の一部を前記歪検出部を取り付けるための取付領域とし、前記穴部は、前記起歪部の軸方向一端から前記取付領域に向けて肉抜きすることにより形成されるものであり、前記軸方向一端における内周面と外周面との肉厚を前記取付領域における内周面と外周面との肉厚よりも厚く設定していることが挙げられる。
【００１６】
本発明のトルクセンサは、回転駆動する駆動装置に適用するのが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、以上説明したように、起歪部の内周面と外周面との間に、内周面及び外周面を残しつつ軸方向一端側から他端側に向けて少なくとも一部を肉抜きした状態にすることで中空部たる穴部を設け、この穴部によって径方向の肉厚の薄い薄肉部位を設けているので、内周面のうち穴部と径方向で重なる部位にトルク入力により生じる応力が集中しやすくなり、この部位に生じる応力が穴部のない場合に比べて増大し、この部位だけでなくその近傍など応力の増大する部位が全体的に増え、その結果、歪検出部で検出する歪量を穴部のない場合に比べて増加させて歪検出部による検出感度を向上させることが可能となる。しかも、穴部を設けても内周面全面が残るので、内周面に溝部を設ける場合に比べて歪検出部の取り付け性を向上させることが可能となる。さらに、内周面や外周面に途切れる部分を設けていない等の理由により、溝部を設ける場合に比べて起歪部の剛性の低下を抑制することが可能となる。したがって、起歪部の剛性、歪検出部の検出感度及びその取り付け性をバランス良く得られ高速回転に適したトルクセンサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るトルクセンサの構成を模式的に示す図。
【図２】図１のＡ−Ａ部位断面図。
【図３】起歪部に形成した穴部を詳細に示す図２のＢ−Ｂ部位端面図。
【図４】歪検出部の取り付け姿勢と穴部との位置関係を模式的に示す図。
【図５】捩り剛性及びせん断応力について本発明と従来との比較結果を示す図。
【図６】本発明の他の実施形態において歪検出部の取り付け姿勢と穴部との位置関係を模式的に示す図。
【図７】本発明の上記以外の実施形態に係る穴部の形状を模式的に示す図。
【図８】本発明の上記以外の実施形態に係る起歪部の形状を模式的に示す図。
【図９】本発明のトルクセンサを適用したモータ等の駆動装置を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係るトルクセンサを、図面を参照して説明する。
【００２０】
トルクセンサＴｓは、図１及び図２に示すように、略円筒状をなし軸方向両端がそれぞれ駆動側（駆動装置）及び負荷側（負荷装置）に接続され駆動側及び負荷側の間で捩れを伴いながらトルクを伝達する起歪部２と、起歪部２の軸方向両端に設けられ駆動装置及び負荷装置のシャフトを接続するためのフランジ等の接続部３と、起歪部２に取り付けられトルク入力によって起歪部２に生じる応力に対応する歪量を検出する歪ゲージを用いた歪検出部４とを備え、歪検出部４の検出結果に基づいて起歪部２に作用するトルクの大きさを算出する装置である。すなわち、起歪部２の軸方向一端は、回転駆動するモータ等の駆動装置の駆動力出力軸（シャフト）と関連付けられて駆動装置により駆動力が入力され、起歪部２の軸方向他端は、負荷装置のシャフトと関連付けられて負荷装置により負荷が入力される。本実施形態のトルクセンサＴｓは、起歪部２の軸方向一端と駆動力出力軸（シャフト）とを接続してトルクセンサを備えた駆動装置を構成するために利用される。勿論、起歪部の軸方向一端と駆動力出力軸（シャフト）とを同一部材として一体に形成することで、トルクセンサが一体に組み込まれている駆動装置を構成してもよい。この場合、トルクセンサ及び駆動装置を合わせた装置全体の軸方向寸法を小形化することも可能となる。
【００２１】
なお、図９に概念図を用いて模式的に示すように、駆動装置Ｍは周知のモータ等を用いたもので、ケーシングＭ１に固定され磁界を発生させる固定子Ｍ２と、固定子Ｍ２に対して回転可能な状態でケーシングＭ１に支持され磁界を受けて回る回転子Ｍ３とを有し、固定子Ｍ２への通電制御により磁界を変化させ、固定子Ｍ２と回転子Ｍ３との間に反発力や吸引力等を作用させて回転子Ｍ３を回転させ、電気エネルギーから回転駆動力を得るものである。回転子Ｍ３の駆動力出力軸Ｍ３ａ（シャフト）に前記起歪部２が関連付けられている。図９に示す駆動装置Ｍは概念図で示したものにすぎず、この図示の駆動装置に限定されるものではない。また駆動装置にはモータ以外のものを用いてもよい。
【００２２】
トルクセンサＴｓについての説明に戻ると、起歪部２及び接続部３は、図１及び図２に示すように、共に略円筒状をなし、起歪部２の軸方向両端に接続部３・３を連結した状態で両者を一体の部材としてシャフトを構成している。言い換えると、シャフトのうち軸方向両端部を接続部３・３に設定し、接続部３・３同士の間の部位を起歪部２に設定したものとも言える。起歪部２及び接続部３の内径は同一であるが、接続部３の外径を起歪部２の外径よりも大きくして接続部３をフランジ状に形成し、接続部３よりも起歪部２にトルク入力による捩れが発生しやすくしている。両接続部３・３のうち一方の接続部３に内部の中空空間ＳＰ１を閉止する閉止部３ａを形成し、他方の接続部３に内部の中空空間ＳＰ１を軸方向に解放する開口部３ｂを設けるとともに、この開口部３ｂを塞ぐ位置に、封止板３０をＯリング等の封止部材３１やネジ等の止着具ｖｏを介して着脱可能に構成している。このように、中空空間ＳＰ１に歪検出部４等の各部を収納した状態で容易に密閉可能にしたので、各部を油や埃等から保護することを可能としている。接続部３は、上記封止板３０を装着するためのネジ孔３２やＯリング等の封止部材３１が設けてある他、駆動装置や負荷装置のシャフトを接続するための接続用孔３３が形成されている。
【００２３】
起歪部２は、図１及び図２に示すように、その内部が肉抜きされて軸心Ｃｎを中心とする円弧に沿った内周面２ａが形成されている。起歪部２の内周面２ａと外周面２ｂとの間には、内周面２ａ及び外周面２ｂを残しつつ軸方向一端側から他端側に向けて少なくとも一部を肉抜きした状態にして径方向の肉厚を薄くする穴部５が形成されている。この穴部５は、内周面２ａ及び外周面２ｂの間に設けられた中空部であり、周方向に沿って等間隔に複数設けられている。各々の穴部５は、図１に示すように、他の一つの穴部５と軸心Ｃｎを中心として互いに対称となる位置に配置されて対をなしている。また、穴部５は、図２に示すように、一方の接続部３の軸方向一端から起歪部２を経由して他方の接続部３に至るまで軸方向に沿ってドリル加工等により肉抜きして設けられており、起歪部２の軸方向全域に亘り形成されている。なお、本実施形態では、穴部５は、軸方向に沿って延在しているが、軸方向一端側から他端側に向けて延びていれば、これに限定されるものではない。例えば、穴部５の中心軸Ｐ１が起歪部２の軸方向に対して傾斜していてもよい。
【００２４】
穴部５は、図３に示すように、軸方向に直交する横断面において点Ｐ１を中心とする半径ｒ１の円形をなしている。穴部５の中心軸Ｐ１は、径方向における外周面２ｂ及び内周面２ａの中央Ｐ０より内方にある位置関係に設定されて、穴部５は、外周面２ｂ側よりも内周面２ａ側寄りに形成されている。このように、穴部５を外周面２ｂ側よりも内周面２ａ側寄りに形成することで、穴部５の内周側の肉厚を外周側の肉厚よりも薄くして、穴部５に径方向で重なる範囲においてトルク入力で生じる応力が外周面よりも内周面に集中しやすくしている。なお、穴部５の中心軸Ｐ１は、起歪部２の軸方向に沿って配置されている。
【００２５】
歪検出部４は、図４に示すように、トルクが起歪部２に作用することで起歪部２に生じる機械的な寸法の微小な変化（ひずみ）を電気信号として検出するシート状の歪ゲージを用いたもので、内周面２ａのうち穴部５と径方向で重なる部位２ａｂを含む領域に接着剤を介して貼付されている。このように歪検出部４を起歪部２の内周面２ａに設けることで、高速回転時の遠心力によって歪検出部４の損傷や起歪部２と離反することを有効に防止している。この穴部５と径方向で重なる部位２ａｂの中でも、径方向の肉厚が最も薄い部位Ｐ２に対して最も応力が集中すると考えられる。この応力集中部位Ｐ２は、穴部５の中心軸Ｐ１が軸方向に沿って形成されているので、内周面２ａに軸方向に沿って配置されることになる。なお、この応力集中部位Ｐ２は、内周面２ａのうち穴部５の中心Ｐ１と起歪部２の軸心Ｃｎとを結ぶ直線上にある部位とも言え、内周面２ａのうち穴部５の中心Ｐ１と径方向で重なる部位とも言える。勿論、歪検出部４は、内周面２ａのうち穴部５と径方向で重なる部位２ａｂに貼付することが望ましいが、かかる部位２ａｂ以外の内周面２ａに貼付しても穴部５のない場合に比べると有効である。
【００２６】
本実施形態の歪検出部４は、図４に示すように、穴部５に取り付けた状態において、起歪部２の軸方向（穴部５の中心軸に沿った方向）に直交（交差でもよい）する所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域４０を有し或る方向（図４において矢印Ｙ１で示す方向であり、軸方向に対して４５度傾斜する方向）の歪量を検出する第一の受感部４ａと、所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域４１を有し第一の受感部４ａとは異なる方向（具体的には矢印Ｙ１に直交する方向であり、矢印Ｙ２で示す方向）の歪量を検出する第二の受感部４ｂとを備え、所定方向に向かってリード線Ｌｉが延び出ている。すなわち、歪検出部４は、所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域４０、４１をそれぞれ有する複数の受感部４ａ，４ｂを備え、所定方向が軸方向（穴部５の中心軸Ｐ１に沿った方向）に直交又は交差する姿勢で内周面２ａに貼付されている。受感領域４０、４１には、金属箔等の金属抵抗体が配列されており、歪検出部４の貼付面に生じた歪みが受感領域４０、４１に伝達して金属抵抗体が伸縮した場合に抵抗値が変化することを利用して歪量を検出するものである。本実施形態では、互いに軸心Ｃｎを中心として対称となる位置にある対をなす穴部５と径方向で重なる内周面に歪検出部をそれぞれ取り付けて歪検出部を一対又は複数対とし、複数（例えば８つ）の歪ゲージを既知の４ゲージ法でブリッジ回路を構成して接続している。なお、図４に示す受感領域４０、４１は、あくまでも歪ゲージのゲージパターンのイメージ図であり、本発明に適用可能な歪検出部が図４に示すゲージパターンに限定されることを意味するものではない。
【００２７】
図２に示すように、起歪部２及び接続部３の内部にある中空空間ＳＰ１には、歪ゲージたる歪検出部４に電圧を印加し且つ歪検出部４で検出した歪信号を中空空間ＳＰ１の外部へ送信するテレメータ等の送信部６０が設けられている。また、起歪部２の外部には、送信部６０から送信された歪信号を受信してトルクの大きさを演算処理により算出する演算部６１と、送信部６０に電力を非接触で供給する電力供給部６２とが設けられている。すなわち、電力供給部６２からアンテナコイル（図示せず）を介して送信部６０に電力が供給され、歪検出部４に電圧が印加される。そして、起歪部２にトルクが作用すると、起歪部２に捩れが生じ、この捩れが内周面２ａに取り付けられた歪検出部４によって歪量として検出される。内周面２ａのうち径方向の肉厚を薄くする穴部５と径方向で重なる部位２ａｂには、トルク入力によって生じる応力が集中しやすく、歪検出部４は、この部位２ａｂを含む領域に貼付されているので、歪量を効率的に且つ高感度で検出することになる。歪検出部４で検出した歪量に対応する歪信号が送信部６０から演算部６１に送信され、演算部６１によって歪信号（歪検出部の検出結果）に基づいてトルクの大きさが算出される。
【００２８】
ここで、従来のトルクセンサと比較実験を行うために、起歪部２が単なる中空軸である場合と、同じ中空軸の内周面に溝部が形成されている場合と、図３に示すように同じ中空軸に穴部５を設けた本実施形態の場合とについて、捩り剛性及び歪検出部４の取り付け位置におけるせん断応力とを計算した結果を以下に示す。計算対象となる起歪部については、図３に例示するように、いずれの例についても起歪部の内外径差（Ｄ−ｄ）を５mm、外径を２０〜６０mm、横弾性係数Ｇを鋼相当の約８０ＧＰａとしている。図３に示す本実施形態の場合は、穴部５の直径（２×ｒ１）を３mm、穴部５と内周面２ａとの間隔ｗ２を０．５mmとしている。内周面に溝部を設けた場合は、溝部の周方向の幅寸法を６mm、溝部の底と外周面との距離を１mmとしている。計算式は、起歪部の外径をＤ、内径をｄ、トルクをＴとし、起歪部の捩り剛性ＧＩ＝πＧ（Ｄ４−ｄ４）／３２、内周面に生じるせん断応力τ＝１６ｄＴ／π（Ｄ４−ｄ４）、内周面のひずみε＝τ／２Ｇとして計算している。計算結果は、ＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）によって求めている。
【００２９】
その計算結果は、図５に示すように、本実施形態の穴部５を設けたものは、従来の溝部を設けた場合よりも高い捩り剛性を得られており、溝部を設けた場合に比べて起歪部２の剛性の低下が抑えられている。また、本実施形態の穴部５を設けたものは、内周面に得られるせん断応力（歪量）が溝部を設けた場合の値まで至らないものの、中空軸の場合に比べて増大している。したがって、従来の中空軸の場合では、内周面に凹凸形状がなく起歪部の取り付け性に優れている反面、捩り剛性及び検出感度に劣るものであり、歪部の剛性、歪検出部の検出感度及びその取り付け性のバランスに欠くものである。同様に、内周面に溝部を設けた場合では、検出感度に優れている反面、内周面が凹凸形状になるため起歪部の取り付け性や起歪部の捩り剛性が十分ではなく、歪部の剛性、歪検出部の検出感度及びその取り付け性のバランスに欠くものである。しかし、本実施形態のように穴部を設けた場合では、従来の中空軸や溝部を設けた場合に比べて起歪部２の剛性、歪検出部４の検出感度及びその取り付け性をバランス良く得ていることが分かる。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係るトルクセンサは、略円筒状をなし軸方向一端に駆動力が入力され軸方向他端に負荷が入力されて駆動側と負荷側との間で捩りを伴いながらトルクを伝達する起歪部２と、起歪部２の内周面２ａに取り付けられ起歪部２に対するトルク入力によって内周面２ａに生じる応力に対応する歪量を検出する歪検出部４とを具備し、歪検出部４の検出結果に基づき起歪部２に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、起歪部２の内周面２ａと外周面２ｂとの間に、内周面２ａ及び外周面２ｂを残しつつ軸方向一端側から他端側に向けて少なくとも一部を肉抜きした状態にして径方向の肉厚を薄くする穴部５を設け、内周面２ａのうち穴部５と径方向で重なる部位に生じる応力を穴部５のない場合に比べて増大させることにより歪検出部４で検出する歪量を穴部５のない場合に比べて増加させている。
【００３１】
このように、起歪部２の内周面２ａと外周面２ｂとの間に、内周面２ａ及び外周面２ｂを残しつつ軸方向一端側から他端側に向けて少なくとも一部を肉抜きした状態にすることで中空部たる穴部５を設け、この穴部５によって径方向の肉厚の薄い薄肉部位を設けているので、内周面２ａのうち穴部５と径方向で重なる部位２ａｂにトルク入力により生じる応力が集中しやすくなり、この部位２ａｂに生じる応力が穴部５のない場合に比べて増大し、この部位２ａｂだけでなくその近傍など応力の増大する部位が全体的に増え、その結果、歪検出部４で検出する歪量を穴部のない場合に比べて増加させて歪検出部４による検出感度を向上させることが可能となる。しかも、穴部５を設けても内周面２ａ全面が残るので、内周面に溝部を設ける場合に比べて歪検出部４の取り付け性を向上させることが可能となる。さらに、内周面や外周面に途切れる部分を設けていない等の理由により、溝部を設ける場合に比べて起歪部２の剛性の低下を抑制することが可能となる。したがって、起歪部２の剛性、歪検出部４の検出感度及びその取り付け性をバランス良く得られ高速回転に適したトルクセンサを提供することが可能となる。
【００３２】
特に、本実施形態では、穴部５は、外周面２ｂ側よりも内周面２ａ側寄りに形成されているので、穴部５の内周側の肉厚を外周側の肉厚よりも薄くして、穴部５に径方向で重なる範囲においてトルク入力で生じる応力が外周面よりも内周面に集中しやすくなり、歪検出部４の検出感度をより一層向上させることが可能となる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、歪検出部４は、内周面２ａのうち穴部５と径方向で重なる部位を含む領域に取り付けられているので、応力集中する部位で歪量を効率的且つ高感度で検出することが可能となる。
【００３４】
その他、本実施形態では、穴部５は、その中心軸Ｐ１を起歪部２の軸方向に沿うように形成してあり、歪検出部４は、軸方向に交差する所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域４０を有し或る方向（Ｙ１）の歪量を検出する第一の受感部４ａと、所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域４１を有し第一の受感部４ａとは異なる方向（Ｙ２）の歪量を検出する第二の受感部４ｂとを備えているので、歪検出部４の取り付け位置が例えば軸方向又は周方向にズレたとしても、複数の受感領域４０、４１が応力集中部位Ｐ２を同時にまたがる状態が維持され、取り付け位置ズレによる検出値のバラツキを抑えて検出精度を向上させることが可能となる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３６】
例えば、本実施形態では、図４に示すように、所定方向に沿って延びた長尺状の受感領域４０、４１をそれぞれ有する複数の受感部４ａ，４ｂを備えた歪検出部４を、所定方向が軸方向に直交する姿勢で内周面２ａに貼付しているが、図６に示すように、歪検出部４を所定方向と軸方向とをほぼ一致する姿勢で貼付してもよい。なお、この場合、第一の受感部４ａは、図中矢印Ｙ１で示す方向の歪量を検出し、第二の受感部４ｂは、図中矢印Ｙ２で示す方向の歪量を検出する。また、本実施形態では、二つの受感部４ａ，４ｂが一組となった歪検出部４を用いて起歪部２の捩れに対応する二方向の歪量を検出しているが、第一，第二の受感部４ａ，４ｂが別々に構成された歪検出部を複数一組として用いてもよい。
【００３７】
また、図７（ａ）に示すように、起歪部１０２に長穴状の穴部１０５を形成してもよいし、図７（ｂ）に示すように、起歪部２０２に、内周側と外周側で曲率の異なる複数の曲面で構成した穴部２０５を形成してもよい。また、起歪部２に設けられる穴部５の数は、歪検出部４の数よりも多くてもよい。穴部５の大きさや配置位置は、適宜変更可能である。穴部の形状は円弧状に限られず、適宜変更可能である。例えば多角形状など鋭角部を有する形状等が挙げられる。穴部を複数形成した場合には各々の穴部の径や断面形状が異なっていてもよい。例えば大小の丸穴や、丸穴と長穴とを交互に周方向に配置する構成が挙げられる。また、内周面のうち単一の穴部と径方向で重なる位置に複数の歪検出部を取り付けてもよい。また、起歪部に形成された穴は、歪検出部を取り付ける位置と少なくとも径方向で重なる位置まで設けられていれば、起歪部２や接続部３などの部材を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。起歪部２の捩り剛性は、起歪部２の内外径の大きさと、穴部の大きさとその数によって上記発明の範囲において調整可能である。内周面２ａに生じる応力すなわち検出感度は、穴部と起歪部内周面との距離によって上記発明の範囲において調整可能である。
【００３８】
また、歪検出部として歪ゲージを例として述べているが、起歪部に生じる歪みを検出できるものであれば歪ゲージ以外のものでもよい。例えば、圧電素子を用いてもよいし、起歪部の内周面に応力に応じて発光する材を塗布して受光センサで検出するようにしてもよい。
【００３９】
さらにまた、接続部３は、駆動装置又は負荷装置のシャフトに接続できるものであれば、フランジに限定されるものではない。例えば、スプライン形状やキーによって接続する形状でもよい。本実施形態では、接続部３及び起歪部２を一体の部材で形成しているが、別々の部材をネジや圧入などの連結方法で結合してもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、起歪部２の内外径差は、軸方向全域に亘り一定であるが、図８に示すように、内外径差を異ならせて肉厚部分と薄肉部分とを形成してもよい。すなわち、図８に示すように、外径をｗ３とした略円筒形状の起歪部３０２のうち軸方向両端部３０２ｃ，３０２ｄを避けた部位の一部（軸方向中央部）を、歪検出部４を取り付けるための取付領域Ａｒに設定してある。起歪部２のうち軸方向両端部の内径をｗ４にする一方、取付領域Ａｒの内径をｗ５（ｗ４＜ｗ５）に設定して、起歪部２の軸方向一端３０２ｃにおける内周面３０２ａと外周面３０２ｂとの肉厚（ｗ３−ｗ４）を取付領域Ａｒにおける内周面３０２ａと外周面３０２ｂとの肉厚（ｗ３−ｗ５）よりも厚く設定している。軸方向両端部３０２ｃ，３０２ｄと取付領域Ａｒとの間の内周面３０２ａは、軸方向に対して傾斜するテーパ面を形成している。穴部３０５は、起歪部３０２の軸方向一端３０２ｃから取付領域Ａｒに向けてドリル加工等により肉抜きすることにより形成される。このように構成すると、起歪部３０２の軸方向両端部よりも肉薄な取付領域Ａｒの方が捻れやすくなり、取付領域Ａｒでの歪検出部４の検出感度を有効に向上させることが可能となる。しかも、起歪部の内外径差（肉厚）が一定である構造では、起歪部の肉厚を必要な検出感度を得るための厚みに設定すると、軸方向両端部の厚みがフランジ等の接続部を介して負荷装置や駆動装置に取り付けるにあたり不足して取り付けにくくなるが、本発明では、起歪部３０２の軸方向一端３０２ｃにおける径方向の肉厚を取付領域Ａｒの肉厚に比して厚く設定しているので、取付領域Ａｒの肉厚を適度に設定して的確に検出感度を確保しつつ、フランジ等の接続部を介して負荷側及び駆動側と接続しやすくすることが可能となる。さらに、例えば起歪部の肉厚に対して大きな径の穴部を形成する場合には、起歪部３０２の軸方向一端３０２ｃから取付領域Ａｒに向けてドリル加工等により肉抜きを開始する際に、部材が膨らむ等の変形を起こして加工が難しい場合があるが、本発明のように起歪部３０２の軸方向一端における肉厚を取付領域Ａｒの肉厚よりも厚く設定しておくことで、取付領域Ａｒの肉厚を必要感度を得るための厚みにしても、軸方向一端の肉厚を肉抜き開始時に部材変形等の不具合が生じない程度の厚みに設定することができ、適切な加工処理を実現可能となる。
【００４１】
その他、検出した歪信号の演算部６１への伝送や電力供給部６２から歪検出部４への電力供給は無線だけでなく、例えばスリップリングを用いた有線で行ってもよい。
【００４２】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｔｓ…トルクセンサ
２…起歪部
２ａ…内周面
２ａｂ…内周面のうち穴部と径方向で重なる部位
２ｂ…外周面
４…歪検出部
４ａ…第一の受感部
４ｂ…第二の受感部
４０、４１…受感領域
５…穴部
Ｐ１…穴部の中心軸
Ａｒ…取付領域
【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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