CN114761774A - 转矩传感器 - Google Patents

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Abstract

转矩传感器(1)具备，第1区域(2)；第2区域(3)，其配置于第1区域(2)的周围；多个梁部(4)，其将第1区域(2)与第2区域(3)连接；以及检测部(10)，其以能够检测作用于第1区域(2)与第2区域(3)之间的转矩的方式构成，配置于第1区域(2)。检测部(10)具有：绝缘膜(11)，其层叠于第1区域(2)；和应变仪(12)，其层叠于绝缘膜(11)，以能够与转矩相应地变形的方式构成。

Description

转矩传感器
技术领域
本发明涉及转矩传感器。
背景技术
以往，已知在机器人的关节部分等中使用的转矩传感器(例如，专利文献1等)。
在专利文献1的转矩传感器中，由内环状部、外环状部和使它们联接的辐条(spoke)部构成应变体。而且，以覆盖辐条部的方式设置有绝缘层，在该绝缘层上设置有电阻部。由此，专利文献1的转矩传感器以能够通过检测电阻部的电阻值来检测施加至应变体的转矩的方式构成。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2019/163258号。
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的转矩传感器中，为了将应变体与电阻部之间绝缘，需要由绝缘层覆盖配置电阻部的辐条部。在此情况下，需要配合于辐条部的形状而形成绝缘层，因而变得难以形成绝缘层。因此，存在绝缘层的形成工序变得繁琐这一问题。
本发明的目的在于，提供能够使制造工序变得容易的转矩传感器。
用于解决课题的方案
关于本发明的转矩传感器，其特征在于，具备：第1区域；第2区域，其配置于前述第1区域的周围；多个梁部，其将前述第1区域与前述第2区域连接；以及检测部，其以能够检测作用于前述第1区域与前述第2区域之间的转矩的方式构成，配置于前述第1区域；前述检测部具有：绝缘膜，其层叠于前述第1区域；和应变仪，其层叠于前述绝缘膜，以能够与前述转矩相应地变形的方式构成。
在本发明中，在第1区域层叠有绝缘膜，在该绝缘膜层叠有应变仪。因此，不需要在将第1区域与第2区域连接的多个梁部设置绝缘膜，因而能够使绝缘膜的形成工序变得容易。
在本发明的转矩传感器中，优选的是，前述绝缘膜由多层构成。
在该构成中，能够易于调整绝缘膜的厚度。
在本发明的转矩传感器中，优选的是，前述检测部具有层叠于前述应变仪的保护膜。
在该构成中，在应变仪层叠有保护膜，因而例如能够防止离子性污染等附着于应变仪。因此，能够抑制离子性污染等所导致的对应变仪的表面电荷的影响，能够良好地保持应变仪的检测精度。
在本发明的转矩传感器中，优选的是，前述第1区域具有设置于与前述梁部对应的位置的连接部，前述应变仪配置于前述连接部。
在该构成中，应变仪配置于梁部旁边的连接部，因而在由于作用于第1区域与第2区域之间的转矩而导致梁部发生应变时，该梁部的应变能够易于传递至应变仪。因此，能够根据应变仪的检测值而精度良好地检测上述转矩。
在本发明的转矩传感器中，优选的是，前述连接部具有沿着形成于前述第1区域与前述第2区域之间的开口弯曲的端缘部，前述应变仪配置于与前述端缘部对置的位置。
在该构成中，在转矩作用于第1区域与第2区域之间时，应力易于集中的端缘部弯曲，因而能够缓和偏向的应力集中。因此，能够抑制由于偏向的应力集中而导致利用应变仪的转矩的检测精度恶化。
在本发明的转矩传感器中，优选的是，前述绝缘膜由绝缘性玻璃构成。
在该构成中，绝缘膜由绝缘性玻璃构成，因而例如与绝缘膜由绝缘性树脂构成的情况相比，在转矩作用于第1区域与第2区域之间时，能够减小由于该转矩而导致绝缘膜发生弹性变形的量。因此，上述转矩所导致的应变更直接地传递至应变仪，因而能够提高利用应变仪的转矩的检测灵敏度。
在本发明的转矩传感器中，优选的是，具备：第1桥式电路和第2桥式电路，其具有前述应变仪而构成；和判定部，其判定前述第1桥式电路与前述第2桥式电路的输出的差是否超过既定范围。
在该构成中，能够由判定部判定第1桥式电路与第2桥式电路的输出的差超过既定范围。因此，在具有应变仪而构成的第1桥式电路或第2桥式电路中的任一个中产生异常的情况下，能够检查到该异常。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式所涉及的转矩传感器的概况的俯视图。
图2是示出第1实施方式的转矩传感器的主要部分的概况的放大俯视图。
图3是示出第1实施方式的转矩传感器的主要部分的概况的放大截面图。
图4是示出第2实施方式所涉及的转矩传感器的概况的俯视图。
图5是示出第2实施方式的转矩传感器的主要部分的概况的放大俯视图。
具体实施方式
[第1实施方式]
基于附图而对本发明的第1实施方式的转矩传感器1进行说明。
图1是示出本实施方式的转矩传感器1的概况的俯视图。此外，本实施方式的转矩传感器1搭载于机器人的关节部分等，以能够检测作用于第1区域2与第2区域3之间的转矩的方式构成。
如图1中示出那样，转矩传感器1具备第1区域2、第2区域3、梁部4以及检测部10。
[第1区域2]
第1区域2以金属制以圆板状形成。在本实施方式中，第1区域2连接至例如马达等驱动装置的输出轴。由此，第1区域2以传递由马达等驱动装置产生的转矩的方式构成。
在第1区域2配置有检测部10。
另外，第1区域2具有第1连接部21(参照图2)。第1连接部21在第1区域2中设置于与梁部4对应的位置、即与梁部4的端部连接的区域。在本实施方式中，与梁部4相应地，第1连接部21设置于4处。此外，第1连接部21是本发明的连接部的一个示例。另外，在图2中，由虚线示出与第1连接部21对应的区域。
而且，各个第1连接部21具有沿着形成于第1区域2与第2区域3之间的开口O弯曲的第1端缘部211。在本实施方式中，各个第1连接部21各具有2处第1端缘部211。此外，第1端缘部211是本发明的端缘部的一个示例。
另外，在本实施方式中，在第1区域2显示有对准标记22。在设置后述的检测部10的应变仪12、导体14、电极15时，该对准标记22成为对位的基准。在本实施方式中，2个对准标记22显示于夹着第1区域2的中心P而对置的位置。
[第2区域3]
第2区域3以金属制以圆环状形成，在俯视观察下配置于第1区域2的周围。在本实施方式中，第2区域3与第1区域2以同心圆状配置。
另外，在本实施方式中，在第2区域3设置有多个省略图示的孔部。由此，螺栓等紧固件插入至该孔部，从而通过该紧固件来固定于固定部件等。
[梁部4]
梁部4是配置于第1区域2的外周与第2区域3的内周之间并将第1区域2与第2区域3连接的部件。因此，在由驱动装置产生的转矩传递至第1区域2时，梁部4将该转矩传递至第2区域3。在此，在本实施方式中，第2区域3固定于固定部件，因而第1区域2与第2区域3之间的转矩作用于梁部4。因此，梁部4是易于产生该转矩所导致的应变的部位。
在本实施方式中，梁部4与第1区域2和第2区域3一体地利用金属制板部件设置。即，在本实施方式中，通过对金属制板部件进行加工来形成有第1区域2、第2区域3和梁部4。此外，金属制板部件具有能够发生弯折挠曲的程度的厚度。
另外，在本实施方式中，梁部4具有第1梁部41、第2梁部42、第3梁部43和第4梁部44的4个梁部。
而且，各个梁部41、42、43、44配置于夹着第1区域2而相对于成为一对的梁部41、42、43、44对置的位置。具体而言，成为一对的第1梁部41和第2梁部42配置于夹着第1区域2而对置的位置、即构成第1区域2的圆的同一直径线上。另外，成为一对的第3梁部43和第4梁部44配置于夹着第1区域2而对置的位置、即构成第1区域2的圆的同一直径线上。
另外，在本实施方式中，各梁部41、42、43、44以第1区域2侧的端部和第2区域3侧的端部与中央部分相比而宽度更宽的方式形成。由此，在转矩作用于各梁部41、42、43、44时，应力易于集中的端部宽度较宽，因而能够抑制由于该转矩而导致各梁部41、42、43、44损伤。
此外，在本实施方式中，各梁部41、42、43、44以第2区域3侧的端部与第1区域2侧的端部相比而宽度略宽的方式形成。
[检测部10]
图2是示出转矩传感器1的主要部分的概况的放大俯视图，图3是示出转矩传感器1的主要部分的概况的放大截面图，具体而言，是沿着图2中的III-III线截断的放大截面图。在本实施方式中，检测部10以能够检测由于作用于第1区域2与第2区域3之间的转矩而产生的应变的方式构成。此外，在图3中，为了易于理解检测部10的层构成，夸大地示出绝缘膜11、应变仪12、保护膜13和导体14的厚度。
如图1-图3中示出那样，检测部10具有绝缘膜11、应变仪12、保护膜13、导体14以及电极15。
[绝缘膜11]
绝缘膜11以覆盖第1区域2的大致表面整体的方式层叠，是用于将应变仪12或导体14等与第1区域2之间绝缘的膜。
在本实施方式中，绝缘膜11由多层构成。具体而言，由第1绝缘层111、第2绝缘层112和第3绝缘层113的3层绝缘层构成。而且，各个绝缘层111、112、113通过在第1区域2的表面层叠绝缘性玻璃材料来形成。即，在本实施方式中，绝缘膜11由绝缘性玻璃构成。因此，在本实施方式中，例如，与绝缘膜11由绝缘性树脂构成的情况相比，在转矩作用于第1区域2与第2区域3之间时，能够减小由于该转矩而导致绝缘膜11发生弹性变形的量。
另外，在本实施方式中，绝缘膜11由透明绝缘性玻璃构成。因此，能够通过绝缘膜11对显示于第1区域2的表面的对准标记22进行视觉辨认。
进而，在本实施方式中，绝缘膜11由多层构成，因而能够易于调整绝缘膜11的厚度。
[应变仪12]
应变仪12层叠于绝缘膜11，设置于与前述的各梁部41、42、43、44对应的位置。而且，应变仪12具有第1应变仪121、第2应变仪122、第3应变仪123、第4应变仪124的4个应变仪。
而且，各应变仪121、122、123、124分别具备2个电阻体R1和R2而构成。此外，在本实施方式中，电阻体R1、R2通过印刷来形成。
构成各应变仪121、122、123、124的电阻体R1、R2分别配置于与各梁部41、42、43、44对应的第1连接部21。具体而言，电阻体R1、R2在第1连接部21中配置于与第1端缘部211对置的位置。由此，以如下的方式构成：当转矩作用于第1区域2与第2区域3之间且由于该转矩而在各梁部41、42、43、44产生应变时，该应变经由第1连接部21传递至电阻体R1、R2，由于该应变而导致电阻体R1、R2变形。即，电阻体R1和电阻体R2以能够与作用于第1区域2与第2区域3之间的转矩相应地变形的方式构成。
此时，各应变仪121、122、123、124的电阻体R1、R2配置于与第1端缘部211对置的位置。而且，第1端缘部211沿着开口O弯曲，因而在转矩作用于第1区域2与第2区域3之间时，能够抑制应力相对于该第1端缘部211偏向地集中。由此，当由于上述转矩而在各梁部41、42、43、44产生应变时，能够抑制产生偏向的应力集中所导致的局部应变。因此，能够抑制偏向的应力集中所导致的局部应变传递至应变仪12，因而能够抑制应变仪12的检测精度恶化。
另外，电阻体R1、R2通过导体14和电极15来电连接至省略图示的电路基板，构成桥式电路。具体而言，电阻体R1连接至电源电位VDD，电阻体R2连接至接地电位GND。由此，各应变仪121、122、123、124串联地连接于电源电位VDD与接地电位GND之间。
而且，在本实施方式中，转矩传感器1以如下的方式构成：通过检测由于与上述转矩相应的电阻体R1、R2的变形导致电阻体R1、R2之间的电压的变化量，从而能够检测作用于第1区域2与第2区域3之间的转矩。此外，基于电阻体R1、R2之间的电压的变化的转矩的检测方法是众所周知的，因而省略详细说明。
[保护膜13]
保护膜13以除了配置有电极15的部位以外覆盖第1区域2的大致表面整体的方式以圆环状层叠。此外，在图1、2中，保护膜13作为由单点划线包围的区域示出。
在本实施方式中，保护膜13通过涂覆绝缘性玻璃材料来形成。即，在本实施方式中，保护膜13由绝缘性玻璃构成。由此，在本实施方式中，能够抑制离子性污染等所导致的对电阻体R1、R2的表面电荷的影响。即，能够抑制由于离子性污染等而导致电阻体R1、R2之间的电压变化且应变仪12的检测精度恶化。
此外，保护膜13不限于上述构成，例如，也可以由绝缘性树脂构成。另外，保护膜13不限于以除了配置有电极15的部位以外覆盖第1区域2的大致表面整体的方式以圆环状层叠，例如，也可以以覆盖应变仪12的方式以带状形成。
[导体14]
导体14层叠于绝缘膜11，由金等导电性金属构成。在本实施方式中，导体14使应变仪12与电极15电连接。另外，导体14通过印刷来形成。
[电极15]
电极15是用于使应变仪12电连接至省略图示的电路基板的电极。在本实施方式中，与各应变仪121、122、123、124的电阻体R1、R2相应地，12个电极15设置于第1区域2的中央附近。
而且，如前述那样，构成应变仪12的电阻体R1、R2通过经由该电极15连接至电路基板来构成桥式电路。此外，在本实施方式中，电极15与导体14同样地通过印刷来形成。
[转矩传感器1的制造方法]
接着，对转矩传感器1的制造方法进行说明。
首先，对不锈钢等金属的板材进行加工，将第1区域2、第2区域3和梁部4成形。此时，也可以在第2区域3形成能够将螺栓等紧固件插入贯通的孔部。另外，也可以在第1区域2形成螺纹孔，该螺纹孔能够螺纹接合用于使连接至电极15的电路基板固定的固定螺钉。
接着，将对准标记22印字于第1区域2的表面。然后，在第1区域2的表面涂覆绝缘性玻璃材料，从而形成绝缘膜11。此时，也可以通过旋涂来形成绝缘膜11。
接着，在绝缘膜11上，通过印刷来形成导体14和电极15。此时，以对准标记22为基准来对导体14和电极15进行定位。
然后，通过印刷来以连接至导体14的方式形成应变仪12。此时，以对准标记22为基准来对应变仪12进行定位。因此，能够防止应变仪12的位置相对于导体14偏移。
此后，以除了配置有电极15的中央附近以外覆盖第1区域2的大致表面整体的方式以圆环状涂敷绝缘性玻璃材料而形成保护膜13。
然后，最后，使电路基板电连接至电极15。
在如以上那样的本实施方式中，能够起到以下的效果。
(1)在本实施方式中，在第1区域2层叠有绝缘膜11，在该绝缘膜11层叠有应变仪12。因此，不需要在将第1区域2与第2区域3连接的多个梁部4设置绝缘膜11，因而能够使绝缘膜11的形成工序变得容易。
(2)在本实施方式中，绝缘膜11由多层构成，因而能够易于调整绝缘膜11的厚度。
(3)在本实施方式中，在应变仪12层叠有保护膜13，因而例如能够防止离子性污染等附着于应变仪12。因此，能够抑制离子性污染等所导致的对应变仪12的表面电荷的影响，能够良好地保持应变仪12的检测精度。
(4)在本实施方式中，应变仪12配置于梁部4旁边的第1连接部21，因而在由于作用于第1区域2与第2区域3之间的转矩而导致梁部4发生应变时，该梁部4的应变能够易于传递至应变仪12。因此，能够根据应变仪12的检测值而精度良好地检测上述转矩。
(5)在本实施方式中，在转矩作用于第1区域2与第2区域3之间时，应力易于集中的第1端缘部211弯曲，因而能够缓和偏向的应力集中。因此，能够抑制由于偏向的应力集中而导致应变仪12的检测精度恶化。
(6)在本实施方式中，绝缘膜11由绝缘性玻璃构成，因而例如与绝缘膜11由绝缘性树脂构成的情况相比，在转矩作用于第1区域2与第2区域3之间时，能够减小由于该转矩而导致绝缘膜11发生弹性变形的量。因此，上述转矩所导致的应变更直接地传递至应变仪12，因而能够提高应变仪12的检测灵敏度。
(7)在本实施方式中，在第1区域2显示有对准标记22。因此，在设置应变仪12、导体14、电极15时，能够使对位变得容易。
[第2实施方式]
接着，基于附图而对本发明的第2实施方式进行说明。
在第2实施方式中，在应变仪12A配置于第2区域3A的点上，与第1实施方式不同。此外，在第2实施方式中，对与第1实施方式同一或同样的构成赋予同一符号并省略说明。
图4是示出本实施方式的转矩传感器1A的概况的俯视图，图5是示出转矩传感器1A的主要部分的概况的放大俯视图。
如图4、图5中示出那样，转矩传感器1A与前述的第1实施方式的转矩传感器1同样地具备第1区域2A、第2区域3A、梁部4A以及检测部10A。
[第1区域2A]
第1区域2A是金属制，在俯视观察下以圆形状形成。而且，在本实施方式中，在第1区域2A，在中央形成有孔部23A。
[第2区域3A]
第2区域3A与前述的第1实施方式同样地以金属制以圆环状形成，在俯视观察下配置于第1区域2A的周围。
在本实施方式中，在第2区域3A，配置有检测部10A。
另外，在本实施方式中，与前述的第1实施方式同样地，在第2区域3A设置有螺栓等紧固件所插入的多个孔部(省略图示)。
另外，第2区域3A具有第2连接部31A。第2连接部31A在第2区域3A中设置于与梁部4A对应的位置、即与梁部4A的端部连接的区域。在本实施方式中，与梁部4A相应地，第2连接部31A设置于4处。此外，在图5中，由虚线示出与第2连接部31A对应的区域。
而且，各个第2连接部31A具有沿着形成于第1区域2A与第2区域3A之间的开口O弯曲的第2端缘部311A。在本实施方式中，各个第2连接部31A各具有2处第2端缘部311A。
[梁部4A]
梁部4A与前述的第1实施方式同样地是配置于第1区域2A的外周与第2区域3A的内周之间并将第1区域2A与第2区域3A连接的部件。
在本实施方式中，梁部4A与第1区域2A和第2区域3A一体地利用金属制板部件设置。
另外，在本实施方式中，梁部4A具有第1梁部41A、第2梁部42A、第3梁部43A和第4梁部44A的4个梁部。
而且，各个梁部41A、42A、43A、44A配置于夹着第1区域2A而相对于成为一对的梁部41A、42A、43A、44A对置的位置。
另外，在本实施方式中，与前述的第1实施方式同样地，各梁部41A、42A、43A、44A以第1区域2A侧的端部和第2区域3A侧的端部与中央部分相比而宽度更宽的方式形成。
[检测部10A]
在本实施方式中，检测部10A以能够检测由于作用于第1区域2A与第2区域3A之间的转矩而产生的应变的方式构成。而且，检测部10A具有绝缘膜11A、应变仪12A以及保护膜13A。此外，在图4、5中，省略连接至应变仪12A的导体和电极的图示，但导体和电极与应变仪12A同样地配置于第2区域3A。
[绝缘膜11A]
绝缘膜11A以覆盖第2区域3A的表面的大致一半的方式层叠，是用于将应变仪12A或导体(省略图示)等与第2区域3A之间绝缘的膜。
在本实施方式中，绝缘膜11A与前述的第1实施方式同样地由多个绝缘层(省略图示)构成。而且，各个绝缘层通过在第2区域3A的表面层叠绝缘性玻璃材料来形成。
[应变仪12A]
应变仪12A层叠于绝缘膜11A，设置于与前述的各梁部41A、42A、43A、44A对应的位置。而且，应变仪12A与前述的第1实施方式同样地具有第1应变仪121A、第2应变仪122A、第3应变仪123A、第4应变仪124A的4个应变仪。
而且，各应变仪121A、122A、123A、124A分别具备2个电阻体R1和R2而构成。
构成各应变仪121A、122A、123A、124A的电阻体R1、R2分别配置于与各梁部41A、42A、43A、44A对应的第2连接部31A。具体而言，电阻体R1、R2在第2连接部31A中配置于与第2端缘部311A对置的位置。由此，以如下的方式构成：当转矩作用于第1区域2A与第2区域3A之间且由于该转矩而在各梁部41A、42A、43A、44A产生应变时，该应变经由第2连接部31A传递至电阻体R1、R2，由于该应变而导致电阻体R1、R2变形。
此时，各应变仪121A、122A、123A、124A的电阻体R1、R2配置于与第2端缘部311A对置的位置。而且，第2端缘部311A沿着开口O弯曲，因而在转矩作用于第1区域2A与第2区域3A之间时，能够抑制应力相对于该第2端缘部311A偏向地集中。
[保护膜13A]
保护膜13A以覆盖绝缘膜11A的方式以圆环状层叠。此外，在图4、图5中，保护膜13A作为由单点划线包围的区域示出。
在本实施方式中，与前述的第1实施方式同样地，保护膜13A通过涂覆绝缘性玻璃材料来形成。由此，能够抑制离子性污染等所导致的对电阻体R1、R2的表面电荷的影响。即，能够抑制由于离子性污染等而导致电阻体R1、R2之间的电压变化且应变仪12A的检测精度恶化。
此外，保护膜13A不限于上述构成，例如，也可以由绝缘性树脂构成。另外，保护膜13A不限于以覆盖绝缘膜11A的方式以圆环状层叠，例如，也可以以覆盖应变仪12A的方式以带状形成。
在如以上那样的本实施方式中，能够起到以下的效果。
(8)在本实施方式中，在第2区域3A层叠有绝缘膜11A，在该绝缘膜11A层叠有应变仪12A。因此，不需要在将第1区域2A与第2区域3A连接的多个梁部4A设置绝缘膜11A，因而能够使绝缘膜11A的形成工序变得容易。
(9)在本实施方式中，应变仪12A配置于梁部4A旁边的第2连接部31A，因而在由于作用于第1区域2A与第2区域3A之间的转矩而导致梁部4A发生应变时，该梁部4A的应变能够易于传递至应变仪12A。因此，能够根据应变仪12A的检测值而精度良好地检测上述转矩。
(10)在本实施方式中，在转矩作用于第1区域2A与第2区域3A之间时，应力易于集中的第2端缘部311A弯曲，因而能够缓和偏向的应力集中。因此，能够抑制由于偏向的应力集中而导致应变仪12A的检测精度恶化。
[变形例]
此外，本发明不限定于前述的各实施方式，在本发明中包括能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良等。
在前述各实施方式中，第1区域2、2A连接至驱动装置，第2区域3、3A固定于固定部件，但不限定于此。例如，也可以是驱动装置连接至第2区域3、3A，第1区域2、2A固定于固定部件。
在前述各实施方式中，第1区域2、2A以圆板状形成，但不限定于此。例如，第1区域也可以在俯视观察下以矩形状形成，或者也可以以十字状或圆环状形成。进而，也可以在第1区域相对于厚度方向形成有凹部或凸部，或者也可以形成有阶梯差。
在前述各实施方式中，第2区域3以圆环状形成，但不限定于此。例如，第2区域也可以以多边环状形成，以包围第1区域的周围的方式配置即可。进而，也可以在第2区域相对于厚度方向形成有凹部或凸部。
在前述各实施方式中，第1区域2、2A、第2区域3、3A和梁部4、4A由金属制板部件一体地形成，但不限定于此。例如，第1区域、第2区域和梁部也可以由树脂部件或瓷器部件形成。另外，第1区域、第2区域和梁部也可以由单独的部件形成，这些件通过焊接等来接合。
在前述各实施方式中设置有4个梁部4、4A，但不限定于此。例如，也可以设置有5个以上的梁部，或者也可以是3个以下，设置有多个梁部即可。另外，各梁部也可以不配置于相对于成为一对的梁部夹着第1区域而对置的位置。
在前述各实施方式中，各梁部41、41A、42、42A、43、43A、44、44A以第1区域2、2A侧的端部和第2区域3、3A侧的端部与中央部分相比而宽度更宽的方式形成，但不限定于此。例如，梁部也可以以端部和中央部分成为相同宽度的方式形成。
在前述各实施方式中，绝缘膜11、11A由绝缘性玻璃构成，但不限定于此。例如，绝缘膜也可以由绝缘性树脂构成。
另外，在前述各实施方式中，绝缘膜11、11A由多层构成，但不限定于此。例如，绝缘膜也可以由单层的绝缘层构成。
进而，绝缘膜也可以例如利用由绝缘性玻璃构成的绝缘层和由绝缘性树脂构成的绝缘层来构成。即，也可以由特性不同的多个绝缘层构成。能够通过如此构成来得到具有期望的线膨胀系数的绝缘膜。即，能够得到具有与第1区域同等的线膨胀系数的绝缘膜。
在前述第1实施方式中，第1连接部21的第1端缘部211沿着开口O弯曲，但不限定于此。例如，第1连接部的第1端缘部也可以由直线部和角部构成。
另外，在前述第2实施方式中，第2连接部31A的第2端缘部311A沿着开口O弯曲，但不限定于此。例如，第2连接部的第2端缘部也可以由直角部和角部构成。
在前述各实施方式中，在应变仪12、12A层叠有保护膜13、13A，但不限定于此。例如，在本发明中还包括不在应变仪层叠保护膜的情况。
在前述各实施方式中，电阻体R1、R2通过印刷来形成，但不限定于此。例如，电阻体也可以通过蒸镀或溅镀来形成。
在前述各实施方式中，导体14和电极15通过印刷来形成，但不限定于此。例如，导体和电极也可以通过蒸镀或溅镀来形成。
在前述第1实施方式中，绝缘膜11以覆盖第1区域2的大致表面整体的方式层叠，但不限定于此。例如，绝缘膜也可以以覆盖第1区域的一部分的方式层叠，至少层叠于配置应变仪、导体、电极的位置即可。即，绝缘膜以能够将应变仪、导体和电极与第1区域之间绝缘的方式配置即可。
另外，在前述第2实施方式中，绝缘膜11A以覆盖第2区域3A的大致表面一半的方式层叠，但不限定于此。例如，绝缘膜也可以以覆盖第2区域的表面整体的方式层叠，至少层叠于配置应变仪、导体、电极的位置即可。即，绝缘膜以能够将应变仪、导体和电极与第2区域之间绝缘的方式配置即可。
在前述各实施方式中，导体14使应变仪12、12A与电极15电连接，但不限定于此。例如，除了应变仪之外，导体14还可以使校正电阻电连接至电极。能够实现能够通过如此构成并从电阻体之间的电压的变化量减去施加至校正电阻的电压的变化量来校正温度等所导致的电阻体之间的电压的变化量。因此，能够使应变仪的检测精度提升。
在前述各实施方式中，具有应变仪而构成的多个桥式电路也可以例如具备第1桥式电路和第2桥式电路而构成。而且，也可以具备判定第1桥式电路与第2桥式电路的输出的差是否超过既定范围的判定部而构成。
通过如此构成，在具有应变仪而构成的第1桥式电路或第2桥式电路中的任一个中产生异常的情况下，能够检查到该异常。
在前述各实施方式中，转矩传感器1搭载于机器人的关节部分等，但不限定于此。例如，转矩传感器也可以搭载于车等运输机械或加工装置等产业用机械，能够在各种各样的领域中适用于作用有转矩的部位。
符号说明
1、1A……转矩传感器，2、2A……第1区域，3、3A……第2区域，4、4A……梁部，10、10A……检测部，11、11A……绝缘膜，12、12A……应变仪，13、13A……保护膜，14……导体，15……电极、21……第1连接部(连接部)，22……对准标记，31A……第2连接部，41、41A……第1梁部， 42、42A……第2梁部，43、43A……第3梁部，44、44A……第4梁部，111……第1绝缘层，112……第2绝缘层，113……第3绝缘层，121、121A……第1应变仪，122、122A……第2应变仪， 123、123A……第3应变仪，124、124A……第4应变仪，211……第1端缘部(端缘部)，311……第2端缘部，O……开口，R1……电阻体，R2……电阻体。

Claims (7)

1.一种转矩传感器，其特征在于，具备：
第1区域；
第2区域，其配置于所述第1区域的周围；
多个梁部，其将所述第1区域与所述第2区域连接；以及
检测部，其以能够检测作用于所述第1区域与所述第2区域之间的转矩的方式构成，配置于所述第1区域；
所述检测部具有：
绝缘膜，其层叠于所述第1区域；和
应变仪，其层叠于所述绝缘膜，以能够与所述转矩相应地变形的方式构成。
2.根据权利要求1所述的转矩传感器，其特征在于，
所述绝缘膜由多层构成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的转矩传感器，其特征在于，
所述检测部具有层叠于所述应变仪的保护膜。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的转矩传感器，其特征在于，
所述第1区域具有设置于与所述梁部对应的位置的连接部，
所述应变仪配置于所述连接部。
5.根据权利要求4所述的转矩传感器，其特征在于，
所述连接部具有沿着形成于所述第1区域与所述第2区域之间的开口弯曲的端缘部，
所述应变仪配置于与所述端缘部对置的位置。
6.根据权利要求1至权利要求5中的任一项所述的转矩传感器，其特征在于，
所述绝缘膜由绝缘性玻璃构成。
7. 根据权利要求1至权利要求6中的任一项所述的转矩传感器，其特征在于，具备：
第1桥式电路和第2桥式电路，其具有所述应变仪而构成；和
判定部，其判定所述第1桥式电路与所述第2桥式电路的输出的差是否超过既定范围。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112611489A (zh) * 2020-12-21 2021-04-06 陕西电器研究所 一种基于薄膜溅射的抗过载扭矩传感器
JP2023125099A (ja) 2022-02-28 2023-09-07 長野計器株式会社 トルクセンサ

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4703663A (en) * 1984-08-09 1987-11-03 Klaus Oppermann Force sensor for electrical measuring of forces, torques, acceleration pressures and mechanical stresses
CN101277794A (zh) * 2005-09-16 2008-10-01 Abb公司 工业机器人
JP2013002864A (ja) * 2011-06-14 2013-01-07 Toyota Motor Corp 起歪体及びこれを含む装置
JP2013011567A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Toyota Motor Corp トルク計測装置
JP2013096735A (ja) * 2011-10-28 2013-05-20 Toyota Motor Corp 起歪体及びトルクセンサ
CN105742371A (zh) * 2014-12-26 2016-07-06 长野计器株式会社 传感器模块以及传感器模块的制造方法
US20170205296A1 (en) * 2016-01-19 2017-07-20 Ati Industrial Automation, Inc. Force/torque sensor having instrumentation on fewer than four beam surfaces
US20170211999A1 (en) * 2016-01-25 2017-07-27 Ati Industrial Automation, Inc. Force/torque sensor having redundant instrumentation and operative to detect faults
CN207556719U (zh) * 2016-10-17 2018-06-29 弗兰卡埃米卡有限公司 扭矩传感器装置、机器人的机械手和机器人
CN208672208U (zh) * 2018-08-10 2019-03-29 新东工业株式会社 力传感器
CN109642837A (zh) * 2016-08-31 2019-04-16 森索驱动有限公司 具有分流辐条的扭矩传感器
CN110088584A (zh) * 2016-12-27 2019-08-02 第一精工株式会社 力矩传感器
US20190250051A1 (en) * 2016-12-07 2019-08-15 Nidec Copal Electronics Corporation Torque sensor
TW201939005A (zh) * 2018-03-08 2019-10-01 日商日本電產科寶電子股份有限公司 轉矩感測器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4932270A (en) 1989-03-21 1990-06-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Torque sensor having a spoked sensor element support structure
IL159651A0 (en) * 2003-12-30 2004-06-01 Nexense Ltd Method and apparatus for measuring torque
WO2019163258A1 (ja) 2018-02-21 2019-08-29 アルプスアルパイン株式会社 トルクセンサ

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4703663A (en) * 1984-08-09 1987-11-03 Klaus Oppermann Force sensor for electrical measuring of forces, torques, acceleration pressures and mechanical stresses
CN101277794A (zh) * 2005-09-16 2008-10-01 Abb公司 工业机器人
JP2013002864A (ja) * 2011-06-14 2013-01-07 Toyota Motor Corp 起歪体及びこれを含む装置
JP2013011567A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Toyota Motor Corp トルク計測装置
JP2013096735A (ja) * 2011-10-28 2013-05-20 Toyota Motor Corp 起歪体及びトルクセンサ
CN105742371A (zh) * 2014-12-26 2016-07-06 长野计器株式会社 传感器模块以及传感器模块的制造方法
US20170205296A1 (en) * 2016-01-19 2017-07-20 Ati Industrial Automation, Inc. Force/torque sensor having instrumentation on fewer than four beam surfaces
US20170211999A1 (en) * 2016-01-25 2017-07-27 Ati Industrial Automation, Inc. Force/torque sensor having redundant instrumentation and operative to detect faults
CN109642837A (zh) * 2016-08-31 2019-04-16 森索驱动有限公司 具有分流辐条的扭矩传感器
CN207556719U (zh) * 2016-10-17 2018-06-29 弗兰卡埃米卡有限公司 扭矩传感器装置、机器人的机械手和机器人
CN110050180A (zh) * 2016-10-17 2019-07-23 弗兰卡埃米卡有限公司 扭矩传感器装置和用于检测扭矩的方法
US20190275681A1 (en) * 2016-10-17 2019-09-12 Franka Emika Gmbh Torque sensor device and method for detecting torques
US20190250051A1 (en) * 2016-12-07 2019-08-15 Nidec Copal Electronics Corporation Torque sensor
CN110088584A (zh) * 2016-12-27 2019-08-02 第一精工株式会社 力矩传感器
TW201939005A (zh) * 2018-03-08 2019-10-01 日商日本電產科寶電子股份有限公司 轉矩感測器
CN208672208U (zh) * 2018-08-10 2019-03-29 新东工业株式会社 力传感器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙玉香;许玉云;曹会彬;双丰;高理富;葛运建;: "基于冗余测量的空间机械臂关节扭矩传感器研究", 传感技术学报, no. 11, 15 November 2018 (2018-11-15) *
宋国民, 张为公, 翟羽健: "新型非接触式车轮扭矩传感器设计", 测控技术, no. 01, 18 January 2001 (2001-01-18) *
高晓辉, 刘宏, 蔡鹤皋, 姜力: "机器人手指尖六维力/力矩传感器的研制", 高技术通讯, no. 03, 28 March 2002 (2002-03-28) *

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Publication number Publication date
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