CN107850503A - 力矩传感器 - Google Patents

Abstract

将Z轴作为中心轴线，按照从内侧向外侧的顺序配置有内侧支承体(110)、检测用变形体(120)和环状的外侧支承体(130)。检测用变形体(120)的内侧支承点(P1、P2)近旁的内侧面利用内侧连接构件(141、142)与内侧支承体(110)的外侧面相连接，检测用变形体(120)的外侧支承点(Q1、Q2)近旁的外侧面利用外侧连接构件(151、152)与外侧支承体(130)的内侧面相连接。当在固定了内侧支承体(110)的状态下顺时针方向的力矩作用于外侧支承体(130)时，检测部(121、123)向外侧位移，检测部(122、124)向内侧位移。对这些构件的位移进行电检测，来作为由对置电极(E11‑F11、E12‑F12、E13‑F13、E14‑F14)构成的4组电容元件的静电电容值的变化。

Description

力矩传感器

技术领域

本发明涉及一种力矩传感器，特别是涉及一种能够检测绕旋转轴线进行作用的力矩的传感器。

背景技术

检测绕旋转轴线进行作用的力矩的力矩传感器被广泛利用在各种各样的输送机械、工业机械中。例如在下述的专利文献1中公开了一种传感器，该传感器利用应变仪检测在环状的载荷检测机构部产生的应变，从而将进行作用的力成分以及力矩成分作为电信号输出。另外，在专利文献2中公开了一种传感器，该传感器在刚性中央构件与刚性环状环之间设有多个径向构件，通过检测在该径向构件产生的应变，将进行作用的力成分以及力矩成分作为电信号输出。

此外，在专利文献3中公开了一种传感器，该传感器利用支承体从沿着旋转轴线的两侧对具有供旋转轴贯穿的贯穿开口部的检测环进行支承，并利用电容元件检测该检测环的弹性变形，从而将绕旋转轴线进行作用的力矩作为电信号输出。另外，在专利文献4中公开了一种传感器，该传感器采用将多条检测环相邻配置的构造，从而能够确保内部空间，并且能够调整力与力矩的检测灵敏度的平衡。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平6-41892号公报

专利文献2：日本特表2001-500979号公报

专利文献3：日本特开2012-037300号公报

专利文献4：日本特许第5667723号公报

发明内容

发明要解决的问题

在安装于机器人手臂的关节部分那样的用途中，希望有一种构造简单、厚度较薄的薄型的力矩传感器。但是，迄今为止提出的力矩传感器在构造上难以实现薄型化。

例如在前述的专利文献1所公开的传感器的情况下，需要在环状的载荷检测机构部安装两根刚体部，难以实现薄型化。另外，在专利文献2所公开的传感器的情况下，由于检测在径向构件产生的应变，因此整体上的构造复杂化，不适合薄型化。并且，在专利文献3、4所公开的传感器的情况下，由于采用的是层叠检测环、支承体的构造，因此还是难以实现薄型化。

本发明是鉴于所述实际情况而做成的，目的在于提供一种构造简单并减小了厚度的薄型的力矩传感器。

用于解决问题的方案

(1)本发明的第1技术方案的力矩传感器用于检测绕旋转轴线的力矩，其中，

该力矩传感器包括：

检测用变形体，其由沿围绕旋转轴线的周围的基本环状路配置的环状结构体构成，并且至少一部分发生弹性变形；

内侧支承体，其配置在检测用变形体的内侧；

外侧支承体，其由配置在检测用变形体的外侧的环状结构体构成；

内侧连接构件，其将检测用变形体与内侧支承体连接起来；

外侧连接构件，其将检测用变形体与外侧支承体连接起来；以及

检测元件，其检测在检测用变形体发生的弹性变形，

当在基本环状路上的彼此不同的位置定义内侧支承点以及外侧支承点时，

内侧连接构件将检测用变形体的内侧面的设在内侧支承点近旁的内侧连接面和内侧支承体的与该内侧连接面相对的相对面连接起来，

外侧连接构件将检测用变形体的外侧面的设在外侧支承点近旁的外侧连接面和外侧支承体的与该外侧连接面相对的相对面连接起来，

检测元件检测位于检测用变形体的内侧支承点与外侧支承点之间的检测部的弹性变形。

(2)本发明的第2技术方案在上述的第1技术方案的力矩传感器的基础上，

在配置为XYZ三维正交坐标系的Z轴成为旋转轴线时，基本环状路位于XY平面内，

检测用变形体、内侧支承体、外侧支承体、内侧连接构件和外侧连接构件均沿XY平面配置。

(3)本发明的第3技术方案在上述的第2技术方案的力矩传感器的基础上，

在基本环状路上交替地配置有多个即n个(n≥2)内侧支承点和多个即n个外侧支承点，并且设有多条即n条内侧连接构件和多条即n条外侧连接构件。

(4)本发明的第4技术方案在上述的第3技术方案的力矩传感器的基础上，

通过设定为n＝2，在基本环状路上交替地配置有两个内侧支承点和两个外侧支承点，

第1内侧支承点位于正侧的X轴与基本环状路的交点，第2内侧支承点位于负侧的X轴与基本环状路的交点，第1外侧支承点位于正侧的Y轴与基本环状路的交点，第2外侧支承点位于负侧的Y轴与基本环状路的交点，

第1内侧连接构件配置在正侧的X轴上，第2内侧连接构件配置在负侧的X轴上，第1外侧连接构件配置在正侧的Y轴上，第2外侧连接构件配置在负侧的Y轴上。

(5)本发明的第5技术方案在上述的第4技术方案的力矩传感器的基础上，

所述力矩传感器设有：

第1检测元件，其对配置在XY坐标系的第1象限的第1检测部的弹性变形进行检测；

第2检测元件，其对配置在XY坐标系的第2象限的第2检测部的弹性变形进行检测；

第3检测元件，其对配置在XY坐标系的第3象限的第3检测部的弹性变形进行检测；以及

第4检测元件，其对配置在XY坐标系的第4象限的第4检测部的弹性变形进行检测。

(6)本发明的第6技术方案在上述的第5技术方案的力矩传感器的基础上，

第1检测元件基于第1检测部的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测，第2检测元件基于第2检测部的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测，第3检测元件基于第3检测部的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测，第4检测元件基于第4检测部的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测。

(7)本发明的第7技术方案在上述的第6技术方案的力矩传感器的基础上，

第1检测元件具有第1电容元件，该第1电容元件由配置在第1检测部的内侧面的第1位移电极和配置在内侧支承体的与第1位移电极相对的位置的第1固定电极构成，

第2检测元件具有第2电容元件，该第2电容元件由配置在第2检测部的内侧面的第2位移电极和配置在内侧支承体的与第2位移电极相对的位置的第2固定电极构成，

第3检测元件具有第3电容元件，该第3电容元件由配置在第3检测部的内侧面的第3位移电极和配置在内侧支承体的与第3位移电极相对的位置的第3固定电极构成，

第4检测元件具有第4电容元件，该第4电容元件由配置在第4检测部的内侧面的第4位移电极和配置在内侧支承体的与第4位移电极相对的位置的第4固定电极构成。

(8)本发明的第8技术方案在上述的第6技术方案的力矩传感器的基础上，

第1检测元件具有第1电容元件，该第1电容元件由配置在第1检测部的外侧面的第1位移电极和配置在外侧支承体的与第1位移电极相对的位置的第1固定电极构成，

第2检测元件具有第2电容元件，该第2电容元件由配置在第2检测部的外侧面的第2位移电极和配置在外侧支承体的与第2位移电极相对的位置的第2固定电极构成，

第3检测元件具有第3电容元件，该第3电容元件由配置在第3检测部的外侧面的第3位移电极和配置在外侧支承体的与第3位移电极相对的位置的第3固定电极构成，

第4检测元件具有第4电容元件，该第4电容元件由配置在第4检测部的外侧面的第4位移电极和配置在外侧支承体的与第4位移电极相对的位置的第4固定电极构成。

(9)本发明的第9技术方案在上述的第7技术方案或第8技术方案的力矩传感器的基础上，

所述力矩传感器还设有检测回路，该检测回路基于第1电容元件的静电电容值及第3电容元件的静电电容值之和与第2电容元件的静电电容值及第4电容元件的静电电容值之和的差值，输出绕旋转轴线进行作用的力矩的检测值。

(10)本发明的第10技术方案在上述的第6技术方案的力矩传感器的基础上，

第1检测元件具有第1内侧电容元件和第1外侧电容元件，所述第1内侧电容元件由配置在第1检测部的内侧面的第1内侧位移电极和配置在内侧支承体的与第1内侧位移电极相对的位置的第1内侧固定电极构成，所述第1外侧电容元件由配置在第1检测部的外侧面的第1外侧位移电极和配置在外侧支承体的与第1外侧位移电极相对的位置的第1外侧固定电极构成，

第2检测元件具有第2内侧电容元件和第2外侧电容元件，所述第2内侧电容元件由配置在第2检测部的内侧面的第2内侧位移电极和配置在内侧支承体的与所述第2内侧位移电极相对的位置的第2内侧固定电极构成，所述第2外侧电容元件由配置在第2检测部的外侧面的第2外侧位移电极和配置在外侧支承体的与第2外侧位移电极相对的位置的第2外侧固定电极构成，

第3检测元件具有第3内侧电容元件和第3外侧电容元件，所述第3内侧电容元件由配置在第3检测部的内侧面的第3内侧位移电极和配置在内侧支承体的与第3内侧位移电极相对的位置的第3内侧固定电极构成，所述第3外侧电容元件由配置在第3检测部的外侧面的第3外侧位移电极和配置在外侧支承体的与第3外侧位移电极相对的位置的第3外侧固定电极构成，

第4检测元件具有第4内侧电容元件和第4外侧电容元件，所述第4内侧电容元件由配置在第4检测部的内侧面的第4内侧位移电极和配置在内侧支承体的与第4内侧位移电极相对的位置的第4内侧固定电极构成，所述第4外侧电容元件由配置在第4检测部的外侧面的第4外侧位移电极和配置在外侧支承体的与第4外侧位移电极相对的位置的第4外侧固定电极构成。

(11)本发明的第11技术方案在上述的第2技术方案～第10技术方案的力矩传感器的基础上，

基本环状路是以原点O为中心配置在XY平面上的第1圆，

检测用变形体由沿所述第1圆延伸的圆环状结构体构成，

外侧支承体由沿着以原点O为中心配置在XY平面上并且直径比第1圆的直径大的第2圆延伸的圆环状结构体构成。

(12)本发明的第12技术方案在上述的第11技术方案的力矩传感器的基础上，

内侧支承体由沿着以原点O为中心配置在XY平面上并且直径比第1圆的直径小的第3圆延伸的圆环状结构体构成。

(13)本发明的第13技术方案在上述的第2技术方案～第12技术方案的力矩传感器的基础上，

在XYZ三维正交坐标系上，外侧支承体的上表面位于用方程式Z＝+d表示的第1平面上，外侧支承体的下表面位于用方程式Z＝-d表示的第2平面上，

检测用变形体、内侧支承体、外侧支承体、内侧连接构件和外侧连接构件均收纳在被第1平面和第2平面夹着的空间内。

(14)本发明的第14技术方案在上述的第2技术方案～第12技术方案的力矩传感器的基础上，

在将XYZ三维正交坐标系的Z轴设定为铅垂轴时，外侧支承体的上端面位于比内侧支承体的上端面靠上方预定的空隙尺寸的位置，内侧支承体的下端面位于比外侧支承体的下端面靠下方预定的空隙尺寸的位置。

发明的效果

在本发明的力矩传感器中，在发生弹性变形的检测用变形体的内侧配置有内侧支承体，在该检测用变形体的外侧配置有环状的外侧支承体。而且，检测用变形体的内侧面和内侧支承体的相对面由内侧连接构件连接，并且检测用变形体的外侧面和外侧支承体的相对面由外侧连接构件连接。因此，所有的构成要素沿平面配置，能够实现构造简单并且厚度被抑制为较薄的薄型的力矩传感器。

附图说明

图1的(a)是本发明的第1实施方式的力矩传感器的俯视图，图1的(b)是用XZ平面剖切该力矩传感器而得到的主剖视图。

图2是用XY平面剖切图1所示的力矩传感器的基本结构体100而得到的横剖视图(关于安装用孔部以及定位用孔部，省略图示)。

图3是对图2所示的基本结构体100的各部分施加不同的阴影线来进行表示的横剖视图。

图4是说明在图3所示的基本结构体100附加4组检测元件而构成的力矩传感器的检测动作的横剖视图。

图5是用XY平面剖切本发明的第2实施方式的力矩传感器，并对各部分施加不同的阴影线来进行表示的横剖视图(关于安装用孔部以及定位用孔部，省略图示)。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。

<<<§1.第1实施方式的基本构造>>>

图1的(a)是本发明的第1实施方式的力矩传感器的俯视图，图1的(b)是用XZ平面剖切该力矩传感器而得到的主剖视图。

如图1的(a)所示，构成该力矩传感器的主要的结构部的基本结构体100整体形成为圆盘状。这里，为了方便说明，如图所示，定义在该力矩传感器的中心位置具有原点O的XYZ三维正交坐标系，在将力矩传感器配置在该坐标系的前提下，说明各部分的构造。在图1的(a)的俯视图的情况下，在图的右侧定义X轴，在图的上方定义Y轴，在垂直于纸面的面前方向定义Z轴。将Z轴作为中心轴线来配置力矩传感器。在图1的(b)的主剖视图中，在图的纸面右侧定义X轴，在图的纸面上方定义Z轴，在垂直于纸面的里侧定义Y轴。该力矩传感器起到检测将Z轴作为旋转轴线而绕该旋转轴线进行作用的力矩的功能。另外，旋转轴线是用于定义所检测的力矩的假想的轴。

如图1的(a)所示，基本结构体100包括位于内侧的内侧支承体110、配置为环绕该内侧支承体110的外侧的检测用变形体120、和配置为进一步环绕该检测用变形体120的外侧的外侧支承体130。此外，基本结构体100具有将内侧支承体110与检测用变形体120连接起来的内侧连接构件140和将检测用变形体120与外侧支承体130连接起来的外侧连接构件150。在这里表示的实施方式的情况下，内侧支承体110形成为在中央形成有空心部H(通孔)的大致长方体状的构件。检测用变形体120是配置在内侧支承体110的周围的环状结构体，外侧支承体130是进一步配置在检测用变形体120的周围的环状结构体。

另外，图示的实施方式是使用了圆环状的检测用变形体120以及圆环状的外侧支承体130的例子，但本发明所说的“环”不限定于“圆环”，也包含“方环”、“任意形状的圈”，作为检测用变形体120以及外侧支承体130，例如也可以使用“方环状”的形状的构件、“六边形的环状”、“八边形的环状”的构件。

对于内侧支承体110而言，在4处设有安装用孔部111(小的圆形孔)，在两处设有定位用孔部112(大一些的圆形孔)。同样，对于外侧支承体130而言，在6处设有安装用孔部131(小的圆形孔)，在两处设有定位用孔部132(大一些的圆形孔)。在这里表示的实施方式的情况下，如图1的(b)所示，安装用孔部111、131与空心部H同样，是上下(Z轴方向)贯通的孔。另外，虽然在图1的(b)中未图示，但定位用孔部112、132也是上下(Z轴方向)贯通的孔。

该力矩传感器最适合用在安装于机器人手臂的关节部分那样的用途中。例如，当在图1的(b)所示的基本结构体100的下方(-Z侧)配置第1臂部且在上方(+Z侧)配置第2臂部时，该基本结构体100作为将两个臂部连接起来的关节构件发挥功能。安装用孔部111、131被用作用于将该基本结构体100安装到各臂部的螺栓贯穿用的孔部。在上述例子的情况下，例如在利用贯穿于安装用孔部111的螺栓将内侧支承体110安装到配置在下方的第1臂部、利用贯穿于安装用孔部131的螺栓将外侧支承体130安装到配置在上方的第2臂部时，能够检测相对于第1臂部施加于第2臂部的力矩。当然，也可以根据需要在安装用孔部111、131的内表面形成螺纹。

另一方面，定位用孔部112、132是在安装该力矩传感器时用于定位的用途的孔，通过将定位用销插入该定位用孔部112、132，能够进行定位操作。当然，定位用孔部112、132不必一定形成为通孔，也可以形成为凹陷状的孔部。

另外，安装用孔部111、131、定位用孔部112、132并非该力矩传感器必须的构成要素，而且在动作原理上，并非是对力矩检测发挥直接性的功能的构成要素。例如，当采用不用螺栓的粘接方法来进行与臂部的连接时，就不需要设置安装用孔部111、131。另外，当采用其他的方法进行定位操作时，也不需要设置定位用孔部112、132。因而，在图2以后的图中，省略安装用孔部111、131、定位用孔部112、132的图示。

图2是用XY平面剖切图1所示的力矩传感器的基本结构体100而得到的横剖视图。在这里表示的实施方式的情况下，基本结构体100为圆盘状的一片的一体结构体，通过对铁、不锈钢、铝等金属板实施通过线切割进行的加工，构成该基本结构体100。另外，也可以对金属板实施切削加工(例如通过铣削进行的加工)来构成基本结构体100。在本实施方式中，着眼于该基本结构体100的各部分的功能，将各部分称为内侧支承体110、检测用变形体120、外侧支承体130、内侧连接构件140和外侧连接构件150。

如上所述，实际上，在内侧支承体110设有安装用孔部111以及定位用孔部112，并在外侧支承体130设有安装用孔部131以及定位用孔部132，但在图2中省略了图示。

图3是对图2所示的基本结构体100的各部分分别施加不同的阴影线而进行表示的横剖视图，在几何学上是与图2完全相同的图。以下，参照该图3进一步详细地说明基本结构体100的各部分的构造。

首先，设在中央的内侧支承体110是在中心形成有圆形的空心部H的大致长方体状的构件，起到从内侧支承检测用变形体120的作用。空心部H虽然不是必须的，但在实用中优选设置。这是因为，当在中心预先形成空心部H时，能够根据需要使各种各样的构件(例如，用于输出电信号的布线)贯穿该空心部H。

检测用变形体120由沿图中用单点划线表示的基本环状路R配置的环状结构体构成。在本实施方式的情况下，基本环状路R是以旋转轴线(Z轴)为中心在XY平面上描画而成的圆，因此检测用变形体120由配置为环绕内侧支承体110的外侧的圆环状的结构体形成。如后所述，当绕旋转轴线(Z轴)的力矩作用于该传感器时，在检测用变形体120的至少一部分发生弹性变形。并且，利用检测元件检测该弹性变形，从而将进行作用的力矩作为电信号输出。

外侧支承体130由配置在检测用变形体120的外侧的环状结构体构成，在本实施方式的情况下，利用沿直径比基本环状路R的直径大的圆延伸的圆环状结构体，构成外侧支承体130。

内侧连接构件140是起到将检测用变形体120的内侧面与内侧支承体110的外侧面连接起来的作用的构件。在图示的例子的情况下，内侧连接构件140由配置在正侧的X轴上的第1内侧连接构件141和配置在负侧的X轴上的第2内侧连接构件142构成。另一方面，外侧连接构件150是起到将检测用变形体120的外侧面和外侧支承体130的内侧面连接起来的作用的构件。在图示的例子的情况下，外侧连接构件150由配置在正侧的Y轴上的第1外侧连接构件151和配置在负侧的Y轴上的第2外侧连接构件152构成。

结果，检测用变形体120处于如下状态，即，由内侧支承体110借助两条内侧连接构件141、142从内侧支承，并由外侧支承体130借助两条外侧连接构件151、152从外侧支承。

如图2所示，实际上，基本结构体100是由同一种材质形成的一体结构体，在着眼于将Z轴作为中心轴线时的径向的壁厚时，检测用变形体120的壁厚设定为比内侧支承体110的壁厚、外侧支承体130的壁厚薄。因此，检测用变形体120的至少一部分会发生弹性变形。

这里，为了方便说明，关于图3所示的圆环状的检测用变形体120(施加了由点形成的阴影线的部分)，沿基本环状路R设置多个区间。即，设定利用连接构件141、142固定于内侧支承体110的区间、利用连接构件151、152固定于外侧支承体130的区间和位于这些各区间之间的区间。并且，将利用各连接构件141、142、151、152固定于内侧支承体110或外侧支承体130的区间称为“固定部”，将被这些“固定部”夹着的区间称为“检测部”。

具体而言，图3所示的检测用变形体120包括利用第1内侧连接构件141固定于内侧支承体110的第1固定部(位于正侧的X轴近旁的部分)、利用第1外侧连接构件151固定于外侧支承体130的第2固定部(位于正侧的Y轴近旁的部分)、利用第2内侧连接构件142固定于内侧支承体110的第3固定部(位于负侧的X轴近旁的部分)和利用第2外侧连接构件152固定于外侧支承体130的第4固定部(位于负侧的Y轴近旁的部分)，此外还包括被第1固定部和第2固定部夹着的第1检测部121(位于XY坐标系的第1象限的部分)、被第2固定部和第3固定部夹着的第2检测部122(位于XY坐标系的第2象限的部分)、被第3固定部和第4固定部夹着的第3检测部123(位于XY坐标系的第3象限的部分)和被第4固定部和第1固定部夹着的第4检测部124(位于XY坐标系的第4象限的部分)。

结果，图3所示的检测用变形体120成为由沿基本环状路R交替配置的4组固定部和4组检测部构成的结构体。这里，4组检测部121、122、123、124如上所述是径向的厚度较薄、而且也不与内侧连接构件141、142、外侧连接构件151、152连接的部分，因此因力矩的作用而大幅地弹性变形。另外，在这里表示的实施方式的情况下，在各检测部121、122、123、124的内侧的一部分形成有稍微向内侧呈凸状隆起的隆起部，如后所述，该各隆起部是用于谋求方便形成位移电极的构件，在本发明的检测原理上不一定是必需的构件。

当然，基本结构体100是由同一种材质形成的一体结构体，当利用例如铁、不锈钢、铝等金属构成该基本结构体100时，在力矩的作用下所有的部分发生弹性变形。但是，由于各检测部121、122、123、124是易于发生弹性变形的部分，因此与在各检测部121、122、123、124发生的弹性变形相比，在内侧支承体110、外侧支承体130、内侧连接构件141、142和外侧连接构件151、152发生的弹性变形是微弱的。换言之，为了使基于进行作用的力矩的弹性变形集中于各检测部121、122、123、124，优选将除了各检测部121、122、123、124以外的部分的壁厚设计为使这些部分尽量作为刚体进行行动。

以上，参照图2以及图3说明了基本结构体100的各部分的构造。本发明的力矩传感器通过在该基本结构体100进一步附加检测元件而构成。在图1的(a)中表示通过在基本结构体100附加检测元件D1～检测元件D4这4组检测元件而构成的第1实施方式的力矩传感器。检测元件D1～检测元件D4这4组检测元件具有对在检测用变形体120发生的弹性变形进行电检测的功能，在图示的例子的情况下，检测元件D1～检测元件D4均由电容元件构成。即，各检测元件D1～D4由使形成于检测用变形体120的内侧面的位移电极和形成于内侧支承体110的外侧面的固定电极相对的电容元件构成。关于这些各检测元件D1～D4的功能，在以下的§2中做详细说明。

<<<§2.第1实施方式的检测动作>>>

接下来，参照图4说明图1所示的第1实施方式的力矩传感器的检测动作。图4是说明通过在图3所示的基本结构体100附加4组检测元件而构成的力矩传感器的检测动作的图，相当于用XY平面剖切图1的(a)所示的力矩传感器而得到的横剖视图。如上所述，基本结构体100是由同一种材质形成的一体结构体，在图4中，与图3同样，对各部分施加不同的阴影线来进行表示。

如图所示，在检测用变形体120的内侧面的4处分别设有位移电极E11、E12、E13、E14，在内侧支承体110的外侧面的4处分别设有固定电极F11、F12、F13、F14。

更具体而言，在第1检测部121的内侧面的隆起部设有第1位移电极E11，在内侧支承体110的相对面设有与第1位移电极E11相对的第1固定电极F11。这一对电极E11、F11构成电容元件。图1的(a)所示的第1检测元件D1就是该电容元件。

另一方面，在第2检测部122的内侧面的隆起部设有第2位移电极E12，在内侧支承体110的相对面设有第2固定电极F12，构成成为图1的(a)所示的第2检测元件D1的电容元件。同样，在第3检测部123的内侧面的隆起部设有第3位移电极E13，在内侧支承体110的相对面设有第3固定电极F13，构成成为图1的(a)所示的第3检测元件D3的电容元件。另外，在第4检测部124的内侧面的隆起部设有第4位移电极E14，在内侧支承体110的相对面设有第4固定电极F14，构成成为图1的(a)所示的第4检测元件D4的电容元件。

另外，在检测用变形体120的内侧面的隆起部与各位移电极E11～E14之间插入有绝缘基板(图中的涂白部分)，在内侧支承体110与各固定电极F11～F14之间也插入有绝缘基板(图中的涂白部分)。这样隔着绝缘基板形成各电极是因为，在本实施方式的情况下，如图2所示，基本结构体100是利用由金属形成的一体结构体构成的，需要使各电极电独立。因而，在利用树脂等绝缘材料构成基本结构体100的情况下，不必设置绝缘基板。

这里，为了方便说明该图4所示的力矩传感器的检测动作，在用单点划线表示的圆形的基本环状路R(围绕旋转轴线(Z轴)的周围的XY平面上的圆)上，定义内侧支承点P1、P2(在图中用×记号表示)和外侧支承点Q1、Q2(在图中用空心圆表示)。如图所示，两个内侧支承点P1、P2和两个外侧支承点Q1、Q2在基本环状路R上交替配置。更具体而言，第1内侧支承点P1位于正侧的X轴与基本环状路R的交点，第2内侧支承点P2位于负侧的X轴与基本环状路R的交点，第1外侧支承点Q1位于正侧的Y轴与基本环状路R的交点，第2外侧支承点Q2位于负侧的Y轴与基本环状路R的交点。

现在试想下，在固定了内侧支承体110的状态下，如图中白箭头所示，在将Z轴作为旋转轴线的顺时针方向的力矩(转矩)作用于外侧支承体130的情况下，在检测用变形体120会发生怎样的变形。在该情况下，图中用×记号表示的内侧支承点P1、P2由于借助内侧连接构件141、142与内侧支承体110相连接，因此成为固定点。而图中用空心圆表示的外侧支承点Q1、Q2借助外侧连接构件151、152与外侧支承体130相连接，因此在顺时针方向的力矩作用于外侧支承体130的情况下，上述外侧支承点Q1、Q2接受顺时针方向的转矩的作用。

于是，点Q1以靠近点P1的方式移动，因此第1检测部121以向外侧鼓出的方式变形。同样，点Q2以靠近点P2的方式移动，因此第3检测部123也以向外侧鼓出的方式变形。结果，第1位移电极E11远离第1固定电极F11，由两个电极构成的电容元件(第1检测元件D1)的静电电容值C1减少。同样，第3位移电极E13远离第3固定电极F13，由两个电极构成的电容元件(第3检测元件D3)的静电电容值C3也减少。

另一方面，点Q1以远离点P2的方式移动，因此第2检测部122以向内侧凹陷的方式变形。同样，点Q2以远离点P1的方式移动，因此第4检测部124也以向内侧凹陷的方式变形。结果，第2位移电极E12靠近第2固定电极F12，由两个电极构成的电容元件(第2检测元件D2)的静电电容值C2增加。同样，第4位移电极E14靠近第4固定电极F14，由两个电极构成的电容元件(第4检测元件D4)的静电电容值C4增加。

结果，第1检测元件D1(由电极对E11、F11形成的电容元件)起到对配置在XY坐标系的第1象限的第1检测部121的弹性变形进行检测的作用。另外，第2检测元件D2(由电极对E12、F12形成的电容元件)起到对配置在XY坐标系的第2象限的第2检测部122的弹性变形进行检测的作用。另外，第3检测元件D3(由电极对E13、F13形成的电容元件)起到对配置在XY坐标系的第3象限的第3检测部123的弹性变形进行检测的作用。另外，第4检测元件D4(由电极对E14、F14形成的电容元件)起到对配置在XY坐标系的第4象限的第4检测部124的弹性变形进行检测的作用。

实际上，将各检测部的弹性变形作为以Z轴为中心的径向的位移来进行检测。即，第1检测元件D1基于第1检测部121的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测。第2检测元件D2基于第2检测部122的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测。另外，第3检测元件D3基于第3检测部123的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测。另外，第4检测元件D4基于第4检测部124的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测。

在这里表示的实施方式的情况下，作为各检测元件D1～D4，使用由一对对置电极形成的电容元件。即，第1检测元件D1由第1电容元件构成，第1电容元件由配置在第1检测部121的内侧面的第1位移电极E11和配置在内侧支承体110的与第1位移电极E11相对的位置的第1固定电极F11构成。第2检测元件D2由第2电容元件构成，第2电容元件由配置在第2检测部122的内侧面的第2位移电极E12和配置在内侧支承体110的与第2位移电极E12相对的位置的第2固定电极F12构成。第3检测元件D3由第3电容元件构成，第3电容元件由配置在第3检测部123的内侧面的第3位移电极E13和配置在内侧支承体110的与第3位移电极E13相对的位置的第3固定电极F13构成。第4检测元件D4由第4电容元件构成，第4电容元件由配置在第4检测部124的内侧面的第4位移电极E14和配置在内侧支承体110的与第4位移电极E14相对的位置的第4固定电极F14构成。

在具有这种结构的力矩传感器中，为了将绕旋转轴线(Z轴)进行作用的力矩的检测值作为电信号输出，准备用于运算以下的算式并输出检测结果D的检测回路即可。

D＝(C1+C3)-(C2+C4)

即，该检测回路的输出为第1电容元件D1的静电电容值C1及第3电容元件D3的静电电容值C3之和“C1+C3”与第2电容元件D2的静电电容值C2及第4电容元件D4的静电电容值C4之和“C2+C4”的差值。

例如如图4所示，当顺时针方向的力矩作用于外侧支承体130时，如上所述，静电电容值C1、C3减少，静电电容值C2、C4增加，因此差值“(C1+C3)-(C2+C4)”作为负的值输出。相反，当逆时针方向的力矩作用于外侧支承体130时，静电电容值C1、C3增加，静电电容值C2、C4减少，因此差值“(C1+C3)-(C2+C4)”作为正的值输出。因而，该差值的正负号表示进行作用的力矩的朝向，该差值的绝对值表示进行作用的力矩的大小。

这种差值检测在减小检测误差的方面是有效的。例如，在因温度环境的变化而使基本结构体100的各部分发生了膨胀、收缩，并且各电容元件的电极间隔发生了变化的情况下，只要进行所述差值检测，也能将基于该种电极间隔的变化产生的误差抵消。

<<<§3.第2实施方式的基本构造>>>

接下来，参照图5说明本发明的第2实施方式的力矩传感器的基本构造。图5是用XY平面剖切通过在基本结构体100’附加4组检测元件而构成的力矩传感器所得到的横剖视图。该图5所示的基本结构体100’具有与图4所示的基本结构体100大致相同的构造，并且仍是利用由同一种材质形成的一体结构体构成该基本结构体100’。在该图5中，与图4同样，也对各部分施加了不同的阴影线。

图5所示的基本结构体100’与图4所示的基本结构体100的不同之处仅在于检测用变形体120的形状。换言之，图5所示的内侧支承体110、外侧支承体130、内侧连接构件141、142和外侧连接构件151、152与图4所示的相同附图标记的各构成要素完全相同。图5所示的检测用变形体120是形状与图4所示的检测用变形体120的形状有一些不同的构成要素，这里为了方便说明，使用相同的附图标记“120”进行表示。同样，图5所示的各检测部121～124是形状与图4所示的各检测部121～124的形状有一些不同的构成要素，使用相同的附图标记“121～124”进行表示。

该图5所示的第2实施方式的力矩传感器也是通过在上述的基本结构体100’附加检测元件D1～检测元件D4这4组检测元件而构成的。这里，图4所示的第1实施方式与图5所示的第2实施方式的较大的区别在于：在前者的情况下，各检测元件D1～D4设在检测用变形体120的内侧，相对于此，在后者的情况下，各检测元件D1～D4设在检测用变形体120的外侧。

具体而言，在图5所示的第2实施方式的力矩传感器的情况下，第1检测元件D1由第1电容元件构成，第1电容元件包括配置在第1检测部121的外侧面的第1位移电极E21和配置在外侧支承体130的与第1位移电极E21相对的位置的第1固定电极F21。另外，第2检测元件D2由第2电容元件构成，第2电容元件包括配置在第2检测部122的外侧面的第2位移电极E22和配置在外侧支承体130的与第2位移电极E22相对的位置的第2固定电极F22。另外，第3检测元件D3由第3电容元件构成，第3电容元件包括配置在第3检测部123的外侧面的第3位移电极E23和配置在外侧支承体130的与第3位移电极E23相对的位置的第3固定电极F23。另外，第4检测元件D4由第4电容元件构成，第4电容元件包括配置在第4检测部124的外侧面的第4位移电极E24和配置在外侧支承体130的与第4位移电极E24相对的位置的第4固定电极F24。

这样，在将构成各检测元件D1～D4的电容元件设在检测用变形体120的外侧时，各电容元件的静电电容值的增减的关系与图4所示的第1实施方式相反。例如，在与图4所说明的例子同样地固定了内侧支承体110的状态下，顺时针方向的力矩作用于外侧支承体130时，图5所示的电极E21、F21的间隔以及电极E23、F23的间隔减小，第1检测元件D1的静电电容值C1以及第3检测元件D3的静电电容值C3增加。另一方面，电极E22、F22的间隔以及电极E24、F24的间隔增大，第2检测元件D2的静电电容值C2以及第4检测元件D4的静电电容值C4减小。

因而，能与第1实施方式同样地进行差值检测，通过求出差值“(C1+C3)-(C2+C4)”，能够检测进行作用的力矩的朝向和大小。在该情况下，当顺时针方向的力矩作用于外侧支承体130时，差值“(C1+C3)-(C2+C4)”取正的值，当逆时针方向的力矩作用于外侧支承体130时，差值“(C1+C3)-(C2+C4)”取负的值。

另外，在图5所示的实施方式中，在检测用变形体120的外侧面与各位移电极E21～E24之间未夹插绝缘基板，在外侧支承体130的内侧面与各固定电极F21～F24之间也未夹插绝缘基板。这是因为，设想的是利用树脂等绝缘材料构成基本结构体100’的情况。在利用金属等导电性材料构成基本结构体100’的情况下，与图4所示的实施方式同样，隔着绝缘基板形成各电极即可。

另外，在图4所示的实施方式中，在检测用变形体120的各检测部121、122、123、124的内侧位置设有隆起部，在该隆起部的顶面形成有各位移电极E11～E14，这是出于缩小与各固定电极F11～F14之间的电极间距离来提高检测灵敏度的考量。在图5所示的实施方式的情况下，检测用变形体120的外侧面与外侧支承体130的内侧面的距离比较小，因此未设置隆起部，若需要，则也可以设置向检测用变形体120的外侧突出的隆起部。

<<<§4.本发明的特征及其变形例>>>

以上，说明了本发明的图1～图4所示的第1实施方式和图5所示的第2实施方式，当然，本发明并不限定于这些实施方式。

例如，图4所示的第1实施方式是在检测用变形体120的内侧配置有检测元件D1～检测元件D4(位移电极E11～位移电极E14和固定电极F11～固定电极F14)的例子，图5所示的第2实施方式是在检测用变形体120的外侧配置有检测元件D1～检测元件D4(位移电极E21～位移电极E24和固定电极F21～固定电极F24)的例子。但是，也可以是在检测用变形体120的内侧以及外侧这双方均分别设有检测元件的第3实施方式。具体而言，在该第3实施方式中，在图4所示的第1实施方式的构造的基础上，进一步附加图5所示的第2实施方式的位移电极E21～位移电极E24以及固定电极F21～固定电极F24即可。

总之，在第3实施方式中，第1检测元件D1具有第1内侧电容元件和第1外侧电容元件。第1内侧电容元件由配置在第1检测部121的内侧面的第1内侧位移电极E11和配置在内侧支承体110的与该第1内侧位移电极E11相对的位置的第1内侧固定电极F11构成。第1外侧电容元件由配置在第1检测部121的外侧面的第1外侧位移电极E21和配置在外侧支承体130的与该第1外侧位移电极E21相对的位置的第1外侧固定电极F21构成。另外，第2检测元件D2具有第2内侧电容元件和第2外侧电容元件。第2内侧电容元件由配置在第2检测部122的内侧面的第2内侧位移电极E12和配置在内侧支承体110的与该第2内侧位移电极E12相对的位置的第2内侧固定电极F12构成。第2外侧电容元件由配置在第2检测部122的外侧面的第2外侧位移电极E22和配置在外侧支承体130的与该第2外侧位移电极E22相对的位置的第2外侧固定电极F22构成。

同样，在该第3实施方式中，第3检测元件D3具有第3内侧电容元件和第3外侧电容元件。第3内侧电容元件由配置在第3检测部123的内侧面的第3内侧位移电极E13和配置在内侧支承体110的与该第3内侧位移电极E13相对的位置的第3内侧固定电极F13构成。第3外侧电容元件由配置在第3检测部123的外侧面的第3外侧位移电极E23和配置在外侧支承体130的与该第3外侧位移电极E23相对的位置的第3外侧固定电极F23构成。另外，第4检测元件D4具有第4内侧电容元件和第4外侧电容元件。第4内侧电容元件由配置在第4检测部124的内侧面的第4内侧位移电极E14和配置在内侧支承体110的与该第4内侧位移电极E14相对的位置的第4内侧固定电极F14构成。第4外侧电容元件由配置在第4检测部124的外侧面的第4外侧位移电极E24和配置在外侧支承体130的与该第4外侧位移电极E24相对的位置的第4外侧固定电极F24构成。

以上说明的各实施方式的力矩传感器的特征在于，在配置为使XYZ三维正交坐标系的Z轴成为旋转轴线时，基本环状路R位于XY平面内，检测用变形体120、内侧支承体110、外侧支承体130、内侧连接构件140和外侧连接构件150均沿XY平面配置。即，检测用变形体120、内侧支承体110、外侧支承体130、内侧连接构件140和外侧连接构件150均配置在包含XY平面的位置(横截XY平面的位置)。因而，检测用变形体120、内侧支承体110、外侧支承体130、内侧连接构件140和外侧连接构件150均显现在图4、图5所示的用XY平面剖切得到的剖切面上。这样，在实现将厚度抑制为较薄的薄型的力矩传感器的方面，沿XY平面的配置是重要的。

特别是，参照图1的(b)可清楚得知，以上说明的各实施方式的力矩传感器在XYZ三维正交坐标系上，外侧支承体130的上表面位于用方程式(Z＝+d)表示的第1平面上，外侧支承体130的下表面位于用方程式(Z＝-d)表示的第2平面上，检测用变形体120、内侧支承体110、外侧支承体130、内侧连接构件140和外侧连接构件150均收纳在夹在该第1平面与第2平面之间的空间内。另外，构成各检测元件D1～D4的电容元件也收纳在所述空间内。

采用这种结构，能将力矩传感器整体的厚度(Z轴方向上的尺寸)抑制在2d的范围内，能够实现构造简单、厚度被抑制为较薄的薄型的力矩传感器。当然，在动作原理上，各检测元件D1～D4配置在所述空间位置即可，即使各检测元件D1～D4的一部分自所述空间伸出，也不影响检测。但是，在将力矩传感器整体的厚度抑制在2d的范围内来谋求薄型化的方面，优选构成各检测元件D1～D4的电容元件也收纳在所述空间内。

当然，在将该力矩传感器安装到机器人手臂的关节部分等来进行利用的情况下，优选对各部分的上表面位置以及下表面位置施加一些修正。例如，试想下这种情况：将该力矩传感器插入到机器人手臂的上臂部与下臂部之间，使外侧支承体130与配置在该力矩传感器的上方的上臂部的下表面接合，使内侧支承体110与配置在该力矩传感器的下方的下臂部的上表面接合，如此利用该力矩传感器。在将这种方式的利用作为前提的情况下，在图1的(b)中，优选将外侧支承体130的上表面位置修正为用方程式(Z＝+d+δ1)表示的平面位置，并将内侧支承体110的下表面位置修正为用方程式(Z＝-d-δ2)表示的平面位置。这样，能在内侧支承体110的上表面与上臂部的下表面之间确保预定的空隙尺寸δ1，避免两者间的不必要的接触，同样，能在外侧支承体130的下表面与下臂部的上表面之间确保预定的空隙尺寸δ2，避免两者间的不必要的接触。

当然，也可以在外侧支承体130的上表面设置阶梯构造(例如在一部分形成向上方隆起的隆起部)，或在内侧支承体110的下表面设置阶梯构造(例如在一部分形成向下方隆起的隆起部)，从而确保所述空隙尺寸δ1、δ2。总之，如图1的(b)所示，在将XYZ三维正交坐标系的Z轴设定为沿上下方向延伸的铅垂轴时，形成如下这种构造：外侧支承体130的上端面(位于最上方的面)位于比内侧支承体110的上端面(位于最上方的面)靠上方预定的空隙尺寸δ1的位置，内侧支承体110的下端面(位于最下方的面)位于比外侧支承体130的下端面(位于最下方的面)靠下方预定的空隙尺寸δ2的位置。当这样设置时，整体的厚度比2d稍厚一些，但即使在安装到机器人手臂的关节部分等进行利用的情况下，也能避免不必要的接触。

另外，在以上说明的实施方式中，例如如图4所示的例子那样，在基本环状路R上交替地配置有两个内侧支承点P1、P2和两个外侧支承点Q1、Q2，并且设有两组内侧连接构件141、142和两组外侧连接构件151、152。但是，内侧支承点P的数量、外侧支承点Q的数量并不一定限定于两个。例如也可以在基本环状路R上交替地配置3个内侧支承点P1、P2、P3和3个外侧支承点Q1、Q2、Q3，并设置3组内侧连接构件141、142，143和3组外侧连接构件151、152、153。

总之，在本发明的力矩传感器中，在基本环状路R上的彼此不同的位置定义至少1个内侧支承点P和至少1个外侧支承点Q。并且，利用内侧连接构件将检测用变形体的内侧面的设在内侧支承点P近旁的内侧连接面和内侧支承体110的与该内侧连接面相对的相对面连接起来，利用外侧连接构件将检测用变形体的外侧面的设在外侧支承点近旁的外侧连接面和外侧支承体130的与该外侧连接面相对的相对面连接起来即可。并且，利用检测元件对位于检测用变形体的内侧支承点P与外侧支承点Q之间的检测部的弹性变形进行检测即可。

当然，在实用中，优选在基本环状路R上交替地配置多个即n个(n≥2)内侧支承点P和多个即n个外侧支承点Q，并且设置多条即n条内侧连接构件和多条即n条外侧连接构件。在该情况下也是，多条即n条内侧连接构件分别将检测用变形体的内侧面的设在内侧支承点P近旁的内侧连接面和内侧支承体的与内侧连接面相对的相对面连接起来，多条即n条外侧连接构件分别将检测用变形体的外侧面的设在外侧支承点Q近旁的外侧连接面和外侧支承体的与外侧连接面相对的相对面连接起来即可。以上说明的第1实施方式以及第2实施方式成为设定成n＝2的例子。

另外，以上说明的实施方式是如下这样的例子：作为基本环状路R，设定以原点O为中心配置在XY平面上的第1圆，利用沿该第1圆延伸的圆环状结构体构成检测用变形体120，利用沿着以原点O为中心配置在XY平面上并且直径比所述第1圆的直径大的第2圆延伸的圆环状结构体，来构成外侧支承体130。但是，如上所述，不必一定利用圆环状的结构体来构成检测用变形体120、外侧支承体130。例如也可以利用平面形状为矩形的方环状的结构体来构成，或者利用平面形状为六边形的环状结构体来构成。当然，也可以利用沿将原点O作为中心配置在XY平面上并且直径比所述第1圆的直径小的第3圆延伸的圆环状结构体，来构成内侧支承体110。

最后，说明检测元件的变形例。在以上说明的实施方式中，将一方的位移电极配置在检测用变形体的内侧面(第1实施方式)或外侧面(第2实施方式)，将另一方的固定电极配置在内侧支承体(第1实施方式)的外侧面或外侧支承体(第2实施方式)的内侧面，将由彼此相对的位移电极和固定电极构成的电容元件用作检测元件。但是，本发明中的检测元件只要是具有以某种方式检测在检测用变形体发生的弹性变形的功能的元件即可，不必一定为电容元件。

例如，也可以替代电容元件，将应变仪用作检测元件。具体而言，将作为检测元件发挥功能的应变仪分别粘贴到设在检测用变形体120的4处的检测部121～检测部124，对各应变仪的电阻值的变化进行电检测，也能进行力矩的检测。

但需要注意的是，在实用中，作为本发明的检测元件，使用电容元件是最佳的。电容元件由于能够利用简单的电极层来构成，因此是非常便宜的。另外，当使用电容元件时，也能使制造工艺简单化。例如在图1的(a)所示的第1实施方式的情况下，在形成金属的一体结构体而做成了基本结构体100后，进行将形成有电极层的8组绝缘基板粘贴到预定位置的作业即可。

另外，在利用电容元件构成检测元件的情况下，优选将相对的一对电极中的一方的面积设定为比另一方的面积大。这是出于如下的考量：在因力矩的作用而使位移电极沿旋转方向移动了一些，使两个电极的相对位置发生了错位的情况下，也能恒定地维持作为电容元件的有效相对面积。电容元件的静电电容值不仅依赖于相对的一对电极间的距离，也依赖于有效相对面积。于是，在预先将一方的面积设定为比另一方的面积大，即使位移电极的位置有些许变化，也能恒定地保持有效相对面积时，静电电容值变成只依赖于电极间的距离，因此能够进行更加准确的检测。

另外，在以上说明的实施方式中，作为用在各电容元件中的电极，使用了分别独立的单独电极，但也可以利用1片共用电极构成位移电极以及固定电极中的一者。例如在图5所示的例子中，也可以替代形成位移电极E21～位移电极E24这4片独立的位移电极，形成将检测用变形体120的外侧面覆盖的1片共用电极，将该共用电极的局部区域(与固定电极F21～固定电极F24相对的区域)分别用作位移电极E21～位移电极E24。

即使利用共用电极构成一方的电极，只要另一方的电极为独立电极，也能在电学上形成分别独立的电容元件。或者，在上述例子的情况下，在利用金属等导电性材料构成检测用变形体120时，也能将检测用变形体120的外侧面的表皮层直接用作共用电极。当然，也可以替代利用1片共用电极构成位移电极侧，用1片共用电极构成固定电极侧。

但需要注意的是，在利用共用电极构成一方的电极时，在对静电电容值进行电检测时，检测信号容易混入噪声，因此在需要进行灵敏度高的准确的检测的情况下，优选分别利用独立电极构成各电极。

另外，在以上说明的实施方式中，利用平板状的电极层来构成用于构成电容元件的各电极，但电极不必一定形成为平板状，也可以有些许弯曲。例如在图5中，描画了均使用平板状的电极来作为各位移电极E21～E24以及各固定电极F21～F24的例子，但也可以将各位移电极E21～E24设定为沿着检测用变形体120的外周面的曲面，将各固定电极F21～F24设定为沿着外侧支承体的内周面的曲面。

另外，在以上说明的实施方式中，力矩传感器具有使位移电极E21～位移电极E24和固定电极F21～固定电极F24分别成对的4个电容元件，但本发明并不限定于此。若能检测到绕旋转轴线(Z轴)的力矩作用于力矩传感器(若不检测力矩的朝向、力矩的大小)，则力矩传感器例如也可以具有使位移电极E21和固定电极F21成对的1个电容元件。

本发明能够不脱离本发明的广义的精神和范围地进行各种各样的实施方式以及变形。另外，上述的实施方式用于说明本发明，并非限定本发明的范围。即，本发明的范围并非由实施方式明示，而是由权利要求书来明示。并且，在权利要求书内以及与权利要求书同等的发明意义的范围内实施的各种各样的变形被视作在本发明的范围内。

另外，本发明主张将在2015年7月29日提交的日本特许出愿2015-149611号作为基础的优先权，并在本说明书中通过参照而援引日本特许出愿2015-149611号的说明书、权利要求书、附图的全部内容。

附图标记说明

100、力矩传感器的基本结构体(第1实施方式)；100’、力矩传感器的基本结构体(第2实施方式)；110、内侧支承体；111、安装用孔部；112、定位用孔部；120、检测用变形体；121、第1检测部；122、第2检测部；123、第3检测部；124、第4检测部；130、外侧支承体；131、安装用孔部；132、定位用孔部；140、内侧连接构件；141、第1内侧连接构件；142、第2内侧连接构件；150、外侧连接构件；151、第1外侧连接构件；152、第2外侧连接构件；D1、第1检测元件；D2、第2检测元件；D3、第3检测元件；D4、第4检测元件；d、厚度方向的尺寸值；E11、第1位移电极；E12、第2位移电极；E13、第3位移电极；E14、第4位移电极；E21、第1位移电极；E22、第2位移电极；E23、第3位移电极；E24、第4位移电极；F11、第1固定电极；F12、第2固定电极；F13、第3固定电极；F14、第4固定电极；F21、第1固定电极；F22、第2固定电极；F23、第3固定电极；F24、第4固定电极；H、空心部；O、XYZ三维正交坐标系的原点；P1、第1内侧支承点；P2、第2内侧支承点；Q1、第1外侧支承点；Q2、第2外侧支承点；R、基本环状路；X、XYZ三维正交坐标系的坐标轴；Y、XYZ三维正交坐标系的坐标轴；Z、XYZ三维正交坐标系的坐标轴。

Claims (14)

1.一种力矩传感器，其用于检测绕旋转轴线的力矩，其特征在于，

该力矩传感器包括：

检测用变形体，其由沿围绕所述旋转轴线的周围的基本环状路配置的环状结构体构成，并且至少一部分发生弹性变形；

内侧支承体，其配置在所述检测用变形体的内侧；

外侧支承体，其由配置在所述检测用变形体的外侧的环状结构体构成；

内侧连接构件，其将所述检测用变形体与所述内侧支承体连接起来；

外侧连接构件，其将所述检测用变形体与所述外侧支承体连接起来；以及

检测元件，其检测在所述检测用变形体发生的弹性变形，

在所述基本环状路上的彼此不同的位置定义内侧支承点以及外侧支承点，

所述内侧连接构件将所述检测用变形体的内侧面的设在所述内侧支承点近旁的内侧连接面与所述内侧支承体的与所述内侧连接面相对的相对面连接起来，

所述外侧连接构件将所述检测用变形体的外侧面的设在所述外侧支承点近旁的外侧连接面与所述外侧支承体的与所述外侧连接面相对的相对面连接起来，

所述检测元件检测位于所述检测用变形体的所述内侧支承点与所述外侧支承点之间的检测部的弹性变形。

2.根据权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于，

在配置为XYZ三维正交坐标系的Z轴成为旋转轴线时，基本环状路位于XY平面内，

检测用变形体、内侧支承体、外侧支承体、内侧连接构件和外侧连接构件均沿XY平面配置。

3.根据权利要求2所述的力矩传感器，其特征在于，

在基本环状路上交替地配置有多个即n个内侧支承点和多个即n个外侧支承点，并且设有多条即n条内侧连接构件和多条即n条外侧连接构件，其中，n≥2。

4.根据权利要求3所述的力矩传感器，其特征在于，

通过设定为n＝2，在基本环状路上交替地配置有两个内侧支承点和两个外侧支承点，

第1内侧支承点位于正侧的X轴与所述基本环状路的交点，第2内侧支承点位于负侧的X轴与所述基本环状路的交点，第1外侧支承点位于正侧的Y轴与所述基本环状路的交点，第2外侧支承点位于负侧的Y轴与所述基本环状路的交点，

第1内侧连接构件配置在正侧的X轴上，第2内侧连接构件配置在负侧的X轴上，第1外侧连接构件配置在正侧的Y轴上，第2外侧连接构件配置在负侧的Y轴上。

5.根据权利要求4所述的力矩传感器，其特征在于，

所述力矩传感器包括：

第1检测元件，其对配置在XY坐标系的第1象限的第1检测部的弹性变形进行检测；

第2检测元件，其对配置在XY坐标系的第2象限的第2检测部的弹性变形进行检测；

第3检测元件，其对配置在XY坐标系的第3象限的第3检测部的弹性变形进行检测；以及

第4检测元件，其对配置在XY坐标系的第4象限的第4检测部的弹性变形进行检测。

6.根据权利要求5所述的力矩传感器，其特征在于，

第1检测元件基于第1检测部的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测，第2检测元件基于第2检测部的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测，第3检测元件基于第3检测部的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测，第4检测元件基于第4检测部的以Z轴为中心的径向的位移进行弹性变形的检测。

7.根据权利要求6所述的力矩传感器，其特征在于，

第1检测元件具有第1电容元件，该第1电容元件由配置在第1检测部的内侧面的第1位移电极和配置在内侧支承体的与所述第1位移电极相对的位置的第1固定电极构成，

第2检测元件具有第2电容元件，该第2电容元件由配置在第2检测部的内侧面的第2位移电极和配置在内侧支承体的与所述第2位移电极相对的位置的第2固定电极构成，

第3检测元件具有第3电容元件，该第3电容元件由配置在第3检测部的内侧面的第3位移电极和配置在内侧支承体的与所述第3位移电极相对的位置的第3固定电极构成，

第4检测元件具有第4电容元件，该第4电容元件由配置在第4检测部的内侧面的第4位移电极和配置在内侧支承体的与所述第4位移电极相对的位置的第4固定电极构成。

8.根据权利要求6所述的力矩传感器，其特征在于，

第1检测元件具有第1电容元件，该第1电容元件由配置在第1检测部的外侧面的第1位移电极和配置在外侧支承体的与所述第1位移电极相对的位置的第1固定电极构成，

第2检测元件具有第2电容元件，该第2电容元件由配置在第2检测部的外侧面的第2位移电极和配置在外侧支承体的与所述第2位移电极相对的位置的第2固定电极构成，

第3检测元件具有第3电容元件，该第3电容元件由配置在第3检测部的外侧面的第3位移电极和配置在外侧支承体的与所述第3位移电极相对的位置的第3固定电极构成，

第4检测元件具有第4电容元件，该第4电容元件由配置在第4检测部的外侧面的第4位移电极和配置在外侧支承体的与所述第4位移电极相对的位置的第4固定电极构成。

9.根据权利要求7或8所述的力矩传感器，其特征在于，

所述力矩传感器还包括检测回路，该检测回路基于第1电容元件的静电电容值及第3电容元件的静电电容值之和与第2电容元件的静电电容值及第4电容元件的静电电容值之和的差值，输出绕旋转轴线进行作用的力矩的检测值。

10.根据权利要求6所述的力矩传感器，其特征在于，

第1检测元件具有第1内侧电容元件和第1外侧电容元件，所述第1内侧电容元件由配置在第1检测部的内侧面的第1内侧位移电极和配置在内侧支承体的与所述第1内侧位移电极相对的位置的第1内侧固定电极构成，所述第1外侧电容元件由配置在第1检测部的外侧面的第1外侧位移电极和配置在外侧支承体的与所述第1外侧位移电极相对的位置的第1外侧固定电极构成，

第2检测元件具有第2内侧电容元件和第2外侧电容元件，所述第2内侧电容元件由配置在第2检测部的内侧面的第2内侧位移电极和配置在内侧支承体的与所述第2内侧位移电极相对的位置的第2内侧固定电极构成，所述第2外侧电容元件由配置在第2检测部的外侧面的第2外侧位移电极和配置在外侧支承体的与所述第2外侧位移电极相对的位置的第2外侧固定电极构成，

第3检测元件具有第3内侧电容元件和第3外侧电容元件，所述第3内侧电容元件由配置在第3检测部的内侧面的第3内侧位移电极和配置在内侧支承体的与所述第3内侧位移电极相对的位置的第3内侧固定电极构成，所述第3外侧电容元件由配置在第3检测部的外侧面的第3外侧位移电极和配置在外侧支承体的与所述第3外侧位移电极相对的位置的第3外侧固定电极构成，

第4检测元件具有第4内侧电容元件和第4外侧电容元件，所述第4内侧电容元件由配置在第4检测部的内侧面的第4内侧位移电极和配置在内侧支承体的与所述第4内侧位移电极相对的位置的第4内侧固定电极构成，所述第4外侧电容元件由配置在第4检测部的外侧面的第4外侧位移电极和配置在外侧支承体的与所述第4外侧位移电极相对的位置的第4外侧固定电极构成。

11.根据权利要求2所述的力矩传感器，其特征在于，

基本环状路是以原点O为中心配置在XY平面上的第1圆，

检测用变形体由沿所述第1圆延伸的圆环状结构体构成，

外侧支承体由沿着以原点O为中心配置在XY平面上并且直径比所述第1圆的直径大的第2圆延伸的圆环状结构体构成。

12.根据权利要求11所述的力矩传感器，其特征在于，

内侧支承体由沿着以原点O为中心配置在XY平面上并且直径比第1圆的直径小的第3圆延伸的圆环状结构体构成。

13.根据权利要求2所述的力矩传感器，其特征在于，

在XYZ三维正交坐标系上，外侧支承体的上表面位于用方程式Z＝+d表示的第1平面上，外侧支承体的下表面位于用方程式Z＝-d表示的第2平面上，

检测用变形体、内侧支承体、外侧支承体、内侧连接构件和外侧连接构件均收纳在被所述第1平面和所述第2平面夹着的空间内。

14.根据权利要求2所述的力矩传感器，其特征在于，

在将XYZ三维正交坐标系的Z轴设定为铅垂轴时，外侧支承体的上端面位于比内侧支承体的上端面靠上方预定的空隙尺寸的位置，内侧支承体的下端面位于比外侧支承体的下端面靠下方预定的空隙尺寸的位置。