CN115366131A - 应变传感器、动力传递装置以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供应变传感器、动力传递装置以及机器人。应变传感器具有绝缘层、第1导体层以及第2导体层。绝缘层固定于被检测体。第1导体层形成在绝缘层的表面上。第2导体层层叠在第1导体层的表面上。第1导体层具有检测线图案。检测线图案包含沿规定的方向延伸的多个电阻线和连接电阻线的端部的折返部。第2导体层层叠在折返部的表面上。

Description

应变传感器、动力传递装置以及机器人

技术领域

本发明涉及应变传感器、动力传递装置以及机器人。

背景技术

近年来，搭载于机器人的关节等的减速器的需求急速提高。关于现有的减速器，例如记载于日本公开公报特开2004-198400号公报中。在该公报中，在以减速后的转速进行旋转的挠性外齿齿轮上粘贴有应变仪。由此，能够检测施加于挠性外齿齿轮的扭矩。

应变仪具有检测线图案，该检测线图案包含相互平行地延伸的多个电阻线和连接相邻的电阻线的端部的折返部。应变仪根据多个电阻线的电阻值的变化来检测被检测体的应变。在这种应变仪中，为了提高应变的检测精度，优选降低折返部的电阻值。为了降低折返部的电阻值，例如考虑使折返部的线宽比多个电阻线的线宽大。

然而，在减速器中使用的挠性外齿齿轮重复进行周期性的挠曲变形。因此，若增大折返部的线宽，则折返部的刚性变高，由此折返部不易挠曲。其结果为，存在折返部的强度下降的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在应变传感器中能够在确保折返部的足够的强度的同时提高多个电阻线对应变的检测精度的技术。

本申请发明为一种应变传感器，其具有：绝缘层，其固定于被检测体；第1导体层，其形成在所述绝缘层的表面上；以及第2导体层，其层叠在所述第1导体层的表面上，所述第1导体层具有检测线图案，该检测线图案包含沿规定的方向延伸的多个电阻线和连接所述电阻线的端部的折返部，其特征在于，在所述折返部的表面上层叠有所述第2导体层。

本申请发明为一种动力传递装置，其特征在于，该动力传递装置具有：上述的应变传感器；以及圆形体，其是所述被检测体。

本申请发明为一种机器人，其特征在于，该机器人具有：上述的动力传递装置；以及臂，其以从所述动力传递装置输出的转速进行旋转。

根据本申请发明，检测线图案的折返部由第2导体层进行加强。由此，能够确保折返部的强度。另外，通过层叠第2导体层，折返部的电阻值下降。由此，能够提高多个电阻线对应变的检测精度。

由以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。

附图说明

图1是动力传递装置的纵剖视图。

图2是动力传递装置的横剖视图。

图3是应变传感器的俯视图。

图4是隔膜部和应变传感器的局部剖视图。

图5是第1检测线图案的局部放大图。

图6是第2检测线图案的局部放大图。

图7是包含第1检测线图案和第2检测线图案的惠斯通电桥电路的电路图。

图8是第2实施方式的应变传感器的俯视图。

图9是第3检测线图案的局部放大图。

图10是包含4个第3检测线图案的第1惠斯通电桥电路的电路图。

图11是包含4个第4检测线图案的第2惠斯通电桥电路的电路图。

图12是第1变形例的应变传感器的俯视图。

图13是第3变形例的检测线图案的局部放大图。

图14是示出邻接部分的长度L与应力S的关系的曲线图。

图15是具有动力传递装置的机器人的局部纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本申请的例示性的实施方式进行说明。

另外，在本申请中，将与动力传递装置的中心轴线平行的方向称为“轴向”，将与动力传递装置的中心轴线垂直的方向称为“径向”，将沿着以动力传递装置的中心轴线为中心的圆弧的方向称为“周向”。但是，上述“平行的方向”也包含大致平行的方向。另外，上述“垂直的方向”也包含大致垂直的方向。

另外，在本申请中，“转速”是指物体每单位时间旋转的次数(旋转速度)。

＜1.第1实施方式＞

＜1-1.动力传递装置的结构＞

图1是第1实施方式的动力传递装置1的纵剖视图。图2是从图1的A-A位置观察的动力传递装置1的横剖视图。该动力传递装置1是将从马达得到的第1转速的旋转运动一边减速到比第1转速低的第2转速一边向后级传递的装置。动力传递装置1例如与马达一起组装到机器人的关节上来使用。但是，本发明的动力传递装置也可以用于辅助套装、无人搬运台车等其他装置。

如图1和图2所示，本实施方式的动力传递装置1具有内齿轮10、柔性齿轮20、波动发生器30以及应变传感器40。

内齿轮10是在内周面具有多个内齿11的圆环状的齿轮。内齿轮10例如通过螺纹紧固而固定于搭载有动力传递装置1的装置的框体。内齿轮10与中心轴线9同轴配置。另外，内齿轮10位于柔性齿轮20的后述的筒状部21的径向外侧。内齿轮10的刚性远高于柔性齿轮20的筒状部21的刚性。因此，内齿轮10实质上可被视为刚体。内齿轮10具有圆筒状的内周面。多个内齿11在该内周面沿周向以一定的间距排列。各内齿11朝向径向内侧突出。

柔性齿轮20是具有挠性的圆环状的齿轮。柔性齿轮20被支承为能够以中心轴线9为中心进行旋转。柔性齿轮20具有筒状部21和平板部22。筒状部21在中心轴线9的周围沿轴向呈筒状延伸。筒状部21的轴向的前端位于波动发生器30的径向外侧且位于内齿轮10的径向内侧。筒状部21由于具有挠性，因此能够在径向上变形。特别是，位于内齿轮10的径向内侧的筒状部21的前端部由于是自由端，因此能够比其他部分更大幅地在径向上位移。

柔性齿轮20具有多个外齿23。多个外齿23在筒状部21的轴向的前端部附近的外周面沿周向以一定的间距排列。各外齿23朝向径向外侧突出。上述的内齿轮10所具有的内齿11的数量与柔性齿轮20所具有的外齿23的数量稍有不同。

平板部22具有隔膜部221和厚壁部222。隔膜部221从筒状部21的轴向的基端部朝向径向外侧呈平板状扩展，并且以中心轴线9为中心呈圆环状扩展。隔膜部221能够在轴向上稍微挠曲变形。厚壁部222是位于隔膜部221的径向外侧的圆环状的部分。厚壁部222的轴向的厚度比隔膜部221的轴向的厚度厚。厚壁部222例如通过螺纹紧固而固定于搭载有动力传递装置1的装置的作为驱动对象的部件。总之，圆形体具有：挠性的筒状部21，其沿轴向呈筒状延伸；多个外齿23，该多个外齿23设置于筒状部21的外周面；以及隔膜部221，其呈从筒状部21的轴向的端部朝向径向外侧或径向内侧扩展的平板状。

波动发生器30是使柔性齿轮20的筒状部21产生周期性的挠曲变形的机构。波动发生器30具有凸轮31和挠性轴承32。凸轮31被支承为能够以中心轴线9为中心进行旋转。凸轮31具有沿轴向观察时为椭圆形的外周面。挠性轴承32介于凸轮31的外周面与柔性齿轮20的筒状部21的内周面之间。因此，凸轮31和筒状部21能够以不同的转速进行旋转。

挠性轴承32的内圈与凸轮31的外周面接触。挠性轴承32的外圈与柔性齿轮20的内周面接触。因此，柔性齿轮20的筒状部21变形为沿着凸轮31的外周面的椭圆形状。其结果为，在相当于该椭圆的长轴的两端的2个部位处，柔性齿轮20的外齿23与内齿轮10的内齿11啮合。在周向的其他位置处，外齿23与内齿11不啮合。

凸轮31直接或经由其他动力传递机构与马达连接。当驱动马达时，凸轮31以中心轴线9为中心以第1转速进行旋转。由此，柔性齿轮20的上述椭圆的长轴也以第1转速进行旋转。于是，外齿23与内齿11的啮合位置也在周向上以第1转速移动。另外，如上所述，内齿轮10的内齿11的数量与柔性齿轮20的外齿23的数量稍有不同。由于该齿数之差，在凸轮31每旋转1周时，外齿23与内齿11的啮合位置在周向上稍微错开。其结果为，柔性齿轮20相对于内齿轮10以中心轴线9为中心而以比第1转速低的第2转速进行旋转。因此，能够从柔性齿轮20取出减速后的第2转速的旋转运动。

＜1-2.应变传感器的结构＞

应变传感器40是检测驱动动力传递装置1时的柔性齿轮20的应变的传感器。在本实施方式中，作为圆形体的柔性齿轮20成为应变传感器40的被检测体。应变传感器40固定于隔膜部221。在本实施方式中，如图1所示，应变传感器40固定在圆板状的隔膜部221的圆形的表面上。即，动力传递装置1具有应变传感器40和作为被检测体的圆形体。由此，在搭载于动力传递装置1的应变传感器40中，能够确保折返部的强度。另外，通过层叠第2导体层，折返部的电阻值下降。由此，能够提高多个电阻线对应变的检测精度。

图3是应变传感器40的俯视图。图4是隔膜部221和应变传感器40的局部剖视图。如图3和图4所示，应变传感器40具有电路板41。本实施方式的电路板41在能够柔软地变形的绝缘层42的表面形成有导体。如图3所示，电路板41具有以中心轴线9为中心的圆环状的主体部411和从主体部411朝向径向外侧突出的副翼部412。

如图4所示，应变传感器40的电路板41具有绝缘层42、第1导体层43以及第2导体层44。绝缘层42由作为绝缘体的树脂构成。第1导体层43和第2导体层44由作为导体的金属构成。第1导体层43形成在绝缘层42的表面上。第1导体层43的材料例如使用含有铜的合金或含有铬的合金。第2导体层44层叠在第1导体层43的表面上。第2导体层44的材料例如使用铜、银或金。即，应变传感器40具有：绝缘层42，其固定于被检测体；第1导体层43，其形成在绝缘层42的表面上；以及第2导体层44，其层叠在第1导体层43的表面上。

在制造电路板41时，首先，在绝缘层42的整个表面形成有构成第1导体层43的金属的薄膜。然后，依照后述的扭矩检测图案Pt和布线部46的形状，对所形成的金属的薄膜进行局部蚀刻。由此，形成第1导体层43。另外，之后，在绝缘层42和第1导体层43的表面形成有构成第2导体层44的金属的薄膜。然后，依照后述的第1折返部ra和第2折返部rb的形状，对所形成的金属的薄膜进行局部蚀刻。由此，形成第2导体层44。此时，由于第2导体层44由与第1导体层43不同的金属材料形成，因此能够在不对第1导体层43进行蚀刻的情况下对第2导体层44进行蚀刻。但是，电路板41的制造方法并不限定于该例。

如图4所示，应变传感器40通过双面粘接带47而固定于柔性齿轮20的隔膜部221。具体而言，隔膜部221的表面与电路板41的绝缘层42的背面经由双面粘接带47而固定。双面粘接带47是将具有粘接力的材料成型为带状，并以能够维持形状的程度固化而成的。若使用这样的双面粘接带47，则与使用具有流动性的粘接剂的情况相比，应变传感器40相对于隔膜部221的固定作业变得容易。另外，能够降低由作业者进行的固定作业的偏差。

另外，为了将隔膜部221的变形向应变传感器40高精度地传递，优选双面粘接带47不具有基膜而仅由粘接材料构成。

＜1-3.关于扭矩检测图案＞

在电路板41上安装有扭矩检测图案Pt、信号处理电路45以及布线部46。扭矩检测图案Pt配置于主体部411。信号处理电路45配置于副翼部412。扭矩检测图案Pt和信号处理电路45通过布线部46而连接。第1导体层43具有扭矩检测图案Pt和布线部46。即，第1导体层43具有从检测线图案的端部延伸的布线部46。

扭矩检测图案Pt是用于检测施加于柔性齿轮20的扭矩的图案。如图3所示，扭矩检测图案Pt包含第1检测线图案R1和第2检测线图案R2。即，第1导体层43具有扭矩检测图案Pt，该扭矩检测图案Pt包含用于检测施加于被检测体的扭矩的检测线图案。

第1检测线图案R1是1根导体一边曲折地弯折一边沿周向延伸的整体为圆弧状或圆环状的图案。在本实施方式中，在中心轴线9的周围的约360°的范围内设置有第1检测线图案R1。

图5是第1检测线图案R1的局部放大图。如图3和图5所示，第1检测线图案R1包含多个第1电阻线r1和多个第1折返部ra。多个第1电阻线r1以相互大致平行的姿势沿周向排列。各第1电阻线r1沿着相对于径向和周向倾斜的方向呈直线状延伸。第1电阻线r1相对于柔性齿轮20的径向而向周向一侧倾斜。第1电阻线r1相对于径向的倾斜角度例如为45°。即，电阻线沿着相对于径向和周向倾斜的方向延伸。由此，能够测定施加于被检测体的扭矩。

第1折返部ra是将在周向上相邻的第1电阻线r1的端部彼此连接的圆弧状的部分。多个第1电阻线r1在径向的内侧和外侧交替地通过第1折返部ra而连接。由此，多个第1电阻线r1整体上串联连接。即，检测线图案包含沿规定的方向延伸的多个电阻线和连接电阻线的端部的折返部。

第2检测线图案R2是1根导体一边曲折地弯折一边沿周向延伸的整体为圆弧状或圆环状的图案。第2检测线图案R2位于比第1检测线图案R1靠径向内侧的位置。在本实施方式中，在中心轴线9的周围的约360°的范围内设置有第2检测线图案R2。

图6是第2检测线图案R2的局部放大图。如图3和图6所示，第2检测线图案R2包含多个第2电阻线r2和多个第2折返部rb。多个第2电阻线r2以相互大致平行的姿势沿周向排列。各第2电阻线r2沿着相对于径向和周向倾斜的方向呈直线状延伸。第2电阻线r2相对于柔性齿轮20的径向而向周向另一侧倾斜。第2电阻线r2相对于径向的倾斜角度例如为45°。即，电阻线沿着相对于径向和周向倾斜的方向延伸。由此，能够测定施加于被检测体的扭矩。

第2折返部rb是将在周向上相邻的第2电阻线r2的端部彼此连接的圆弧状的部分。多个第2电阻线r2在径向的内侧和外侧交替地通过第2折返部rb而连接。由此，多个第2电阻线r2整体上串联连接。即，检测线图案包含沿规定的方向延伸的多个电阻线和连接电阻线的端部的折返部。

图7是包含第1检测线图案R1和第2检测线图案R2的惠斯通电桥电路Ct的电路图。如图7所示，惠斯通电桥电路Ct包含第1检测线图案R1、第2检测线图案R2以及2个固定电阻Rs。第1检测线图案R1与第2检测线图案R2串联连接。2个固定电阻Rs串联连接。而且，在电源电压的+极与-极之间，2个检测线图案R1、R2这一列与2个固定电阻Rs这一列并联连接。另外，第1检测线图案R1和第2检测线图案R2的中间点M1以及2个固定电阻Rs的中间点M2与电压计Vt连接。

第1检测线图案R1和第2检测线图案R2的各电阻值根据施加于柔性齿轮20的扭矩而变化。例如，若对柔性齿轮20施加以中心轴线9为中心而朝向周向的一侧的扭矩，则第1检测线图案R1的电阻值降低，第2检测线图案R2的电阻值增加。另一方面，若对柔性齿轮20施加以中心轴线9为中心而朝向周向的另一侧的扭矩，则第1检测线图案R1的电阻值增加，第2检测线图案R2的电阻值降低。这样，第1检测线图案R1和第2检测线图案R2表示相对于扭矩相互反向的电阻值变化。

而且，当第1检测线图案R1和第2检测线图案R2的各电阻值发生变化时，第1检测线图案R1和第2检测线图案R2的中间点M1与2个固定电阻Rs的中间点M2之间的电位差发生变化，因此电压计Vt的测量值vt发生变化。因此，能够根据该电压计Vt的测量值vt而检测施加于柔性齿轮20的扭矩的朝向和大小。

如图5所示，第1电阻线r1的表面露出第1导体层43。与此相对，在第1折返部ra的表面上层叠有第2导体层44。即，在折返部的表面上层叠有第2导体层44。因此，第1检测线图案R1的第1折返部ra由第2导体层44进行加强。因此，能够确保第1折返部ra的强度。即使柔性齿轮20重复进行椭圆变形，也不易在第1折返部ra产生裂纹。

第1检测线图案R1的电阻值中的有助于扭矩的检测的部分是多个第1电阻线r1的电阻值。因此，当多个第1折返部ra的电阻值大时，扭矩的检测精度降低。在这一点上，如果如本实施方式那样在第1折返部ra上层叠第2导体层44，则第1折返部ra的电阻值下降。由此，能够增大第1检测线图案R1的电阻值中的多个第1电阻线r1的电阻值所占的比例。因此，能够提高扭矩的检测精度。

另外，如图5所示，第1折返部ra的线宽da与第1电阻线r1的线宽d1大致相同。即，折返部的线宽与电阻线的线宽大致相同。这样，与第1折返部ra的线宽da大于第1电阻线r1的线宽d1的情况相比，第1折返部ra的刚性变低。即，第1折返部ra的柔软性变高。因此，能够进一步抑制在第1折返部ra中产生裂纹。

另外，第1折返部ra的线宽da和第1电阻线r1的线宽d1也可以不必严格地相同，可以存在±10％左右的误差。即，第1折返部ra的线宽da只要为第1电阻线r1的线宽d1的90％～110％左右的尺寸即可。另外，第1折返部ra的线宽da也可以为第1电阻线r1的线宽d1以下。即，折返部的线宽也可以为电阻线的线宽以下。如果使第1折返部ra的线宽da为第1电阻线r1的线宽d1以下，则第1折返部ra的柔软性进一步变高。因此，能够进一步抑制在第1折返部ra中产生裂纹。

关于第2检测线图案R2也是同样的。即，如图6所示，第2电阻线r2的表面露出第1导体层43。与此相对，在第2折返部rb的表面上层叠有第2导体层44。即，在折返部的表面上层叠有第2导体层44。因此，第2检测线图案R2的第2折返部rb由第2导体层44进行加强。因此，能够确保第2折返部rb的强度。即使柔性齿轮20重复进行椭圆变形，也不易在第2折返部rb中产生裂纹。

第2检测线图案R2的电阻值中的有助于扭矩的检测的部分是多个第2电阻线r2的电阻值。因此，当多个第2折返部rb的电阻值大时，扭矩的检测精度降低。在这一点上，如果如本实施方式那样在第2折返部rb上层叠第2导体层44，则第2折返部rb的电阻值下降。由此，能够增大第2检测线图案R2的电阻值中的多个第2电阻线r2的电阻值所占的比例。因此，能够提高扭矩的检测精度。

另外，如图6所示，第2折返部rb的线宽db与第2电阻线r2的线宽d2大致相同。即，折返部的线宽与电阻线的线宽大致相同。这样，与第2折返部rb的线宽db大于第2电阻线r2的线宽d2的情况相比，第2折返部rb的刚性变低。即，第2折返部rb的柔软性变高。因此，能够进一步抑制在第2折返部rb中产生裂纹。

另外，第2折返部rb的线宽db与第2电阻线r2的线宽d2也可以不必严格地相同，可以存在±10％左右的误差。即，第2折返部rb的线宽db只要为第2电阻线r2的线宽d2的90％～110％左右的尺寸即可。另外，第2折返部rb的线宽db也可以为第2电阻线r2的线宽d2以下。即，折返部的线宽也可以为电阻线的线宽以下。如果使第1折返部rb的线宽db为第2电阻线r2的线宽d2以下，则第2折返部rb的柔软性进一步变高。因此，能够进一步抑制在第2折返部rb中产生裂纹。

另外，第2导体层44优选使用电阻率或应变灵敏度系数(gauge factor)比第1导体层43低的材料。这样，通过层叠第2导体层44，能够更有效地降低第1折返部ra和第2折返部rb的电阻值。因此，能够进一步提高扭矩检测图案Pt对扭矩的检测精度。例如，可以使第1导体层43的材料为Cu-Ni合金等含有铜的材料，使第2导体层44的材料为铜。或者，可以使第1导体层43的材料为含有铬的材料，使第2导体层44的材料为金。但是，第1导体层43的材料也可以是铬、氮化铬或氧化铬等。即，只要第1导体层43的材料是含有铜的材料或含有铬的材料，第2导体层44的材料是铜、银或金即可。

＜2.第2实施方式(角度检测图案)＞

接着，对第2实施方式进行说明。在第2实施方式中，仅应变传感器40中的检测线图案的形状与上述的第1实施方式不同。其他结构与第1实施方式相同，因此省略重复说明。

图8是第2实施方式的应变传感器40的俯视图。在图8的例子中，在电路板41上安装有角度检测图案Pθ、信号处理电路45以及布线部46。角度检测图案Pθ配置于主体部411。信号处理电路45配置于副翼部412。角度检测图案Pθ和信号处理电路45通过布线部46而连接。第1导体层43具有角度检测图案Pθ和布线部46。

角度检测图案Pθ是用于检测输入到柔性齿轮20的旋转运动的旋转角度的图案。如图8所示，角度检测图案Pθ包含4个第3检测线图案R3和4个第4检测线图案R4。即，第1导体层43具有角度检测图案Pθ，该角度检测图案Pθ包含用于检测输入到被检测体的旋转运动的旋转角度的检测线图案。

4个第3检测线图案R3在中心轴线9的周围沿周向等间隔地排列。在本实施方式中，1个第3检测线图案R3在中心轴线9的周围的约45°的角度范围内扩展。

图9是第3检测线图案R3的局部放大图。如图8和图9所示，第3检测线图案R3包含多个第3电阻线r3和多个第3折返部rc。多个第3电阻线r3在径向上隔开微小的间隔而相互平行地排列。各第3电阻线r3沿着周向呈圆弧状延伸。第3折返部rc是将在径向上相邻的第3电阻线r3的周向的端部彼此连接的圆弧状的部分。多个第3电阻线r3在周向的一端和另一端交替地通过第3折返部rc而连接。由此，多个第3电阻线r3整体上串联连接。

4个第4检测线图案R4配置于与第1检测线图案R1呈同心圆状且在周向上不配置第3检测线图案R3的区域。在本实施方式中，第3检测线图案R3和第4检测线图案R4沿周向交替地排列。而且，4个第3检测线图案R3和4个第4检测线图案R4整体上呈以中心轴线9为中心的圆环状排列。

第4检测线图案R4的局部放大图与第3检测线图案R3相同，因此省略。如图8所示，第4检测线图案R4包含多个第4电阻线r4和多个第4折返部rd。多个第4电阻线r4在径向上隔开微小的间隔而相互平行地排列。各第4电阻线r4沿着周向呈圆弧状延伸。第4折返部rd是将在径向上相邻的第4电阻线r4的周向的端部彼此连接的圆弧状的部分。多个第4电阻线r4在周向的一端和另一端交替地通过第4折返部rd而连接。由此，多个第4电阻线r4整体上串联连接。

图10是包含4个第3检测线图案R3的第1惠斯通电桥电路C1的电路图。在图10的例子中，将4个第3检测线图案R3区分地表示为R31、R32、R33、R34。第3检测线图案R31、R32、R33、R34在图8中以R31为第1个而逆时针地依次排列。

如图10所示，4个第3检测线图案R31、R32、R33、R34组装到第1惠斯通电桥电路C1中。第3检测线图案R31和第3检测线图案R32按照该顺序串联连接。第3检测线图案R34和第3检测线图案R33按照该顺序串联连接。而且，在电源电压的+极与-极之间，2个第3检测线图案R31、R32这一列与2个第3检测线图案R34、R33这一列并联连接。另外，第3检测线图案R31和第3检测线图案R32的中间点M11以及第3检测线图案R34和第3检测线图案R33的中间点M12与第1电压计V1连接。

图11是包含4个第4检测线图案R4的第2惠斯通电桥电路C2的电路图。在图11的例子中，将4个第4检测线图案R4区分地表示为R41、R42、R43、R44。第4检测线图案R41在图8中位于第3检测线图案R31与第3检测线图案R34之间。另外，第4检测线图案R41、R42、R43、R44在图8中以R41为第1个而顺时针地依次排列。

如图11所示，4个第4检测线图案R41、R42、R43、R44组装到第2惠斯通电桥电路C2中。第4检测线图案R41和第4检测线图案R42按照该顺序串联连接。第4检测线图案R44和第4检测线图案R43按照该顺序串联连接。而且，在电源电压的+极与-极之间，2个第4检测线图案R41、R42这一列与2个第4检测线图案R44、R43这一列并联连接。另外，第4检测线图案R41和第4检测线图案R42的中间点M21以及第4检测线图案R44和第4检测线图案R43的中间点M22与第2电压计V2连接。

在动力传递装置1驱动时，在隔膜部221产生在周向上伸长的部分(以下称为“伸长部”)和在周向上收缩的部分(以下称为“收缩部”)。具体而言，2个伸长部和2个收缩部在周向上交替地产生。即，伸长部和收缩部在周向上以90°的间隔交替地产生。而且，这些伸长部和收缩部产生的部位以上述的第1转速进行旋转。

第3检测线图案R31、R32、R33、R34以及第4检测线图案R41、R42、R43、R44的各电阻值根据隔膜部221的周向的应变而变化。例如，在上述的伸长部与某个检测线图案重叠时，该检测线图案的电阻值增加。另外，在上述的收缩部与某个检测线图案重叠时，该检测线图案的电阻值降低。

在图8的例子中，在收缩部与第3检测线图案R31、R33重叠时，伸长部与第3检测线图案R32、R34重叠。另外，在伸长部与第3检测线图案R31、R33重叠时，收缩部与第3检测线图案R32、R34重叠。因此，在第1惠斯通电桥电路C1中，第3检测线图案R31、R33和第3检测线图案R32、R34表示反向的电阻值变化。

另外，在图8的例子中，在收缩部与第4检测线图案R41、R43重叠时，伸长部与第4检测线图案R42、R44重叠。另外，在伸长部与第4检测线图案R41、R43重叠时，收缩部与第4检测线图案R42、R44重叠。因此，在第2惠斯通电桥电路C2中，第4检测线图案R41、R43和第4检测线图案R42、R44表示反向的电阻值变化。

因此，从第1电压计V1和第2电压计V2分别输出周期性变化的正弦波状的测量值v1、v2。该测量值v1、v2的周期T相当于上述的第1转速的周期的1/2倍。另外，能够根据第2电压计V2的测量值v2的相位相对于第1电压计V1的测量值v1的相位超前第1转速的1/8周期量(测量值v1、v2的1/4周期量)、还是滞后第1转速的1/8周期量(测量值v1、v2的1/4周期量)，来判断输入的旋转运动的朝向。

因此，能够根据这2个惠斯通电桥电路C1、C2的输出值来检测输入到柔性齿轮20的旋转运动的旋转角度。具体而言，例如，只要预先准备将第1电压计V1和第2电压计V2的各测量值v1、v2的组合与旋转角度建立对应的函数表，并向该函数表中输入测量值v1、v2，由此输出旋转角度即可。

如图9所示，第3电阻线r3的表面露出第1导体层43。与此相对，在第3折返部rc的表面上层叠有第2导体层44。因此，第3检测线图案R3的第3折返部rc由第2导体层44进行加强。因此，能够确保第3折返部rc的强度。即使柔性齿轮20重复进行椭圆变形，也不易在第3折返部rc中产生裂纹。

第3检测线图案R3的电阻值中的有助于旋转角度的检测的部分是多个第3电阻线r3的电阻值。因此，当多个第3折返部rc的电阻值大时，旋转角度的检测精度降低。在这一点上，如果如本实施方式那样在第3折返部rc上层叠第2导体层44，则第3折返部rc的电阻值下降。由此，能够增大第3检测线图案R3的电阻值中的多个第3电阻线r3的电阻值所占的比例。因此，能够提高旋转角度的检测精度。

另外，如图9所示，第3折返部rc的线宽dc与第3电阻线r3的线宽d3大致相同。这样，与第3折返部rc的线宽dc大于第3电阻线r3的线宽d3的情况相比，第3折返部rc的刚性变低。即，第3折返部rc的柔软性变高。因此，能够进一步抑制在第3折返部rc中产生裂纹。

另外，第3折返部rc的线宽dc与第3电阻线r3的线宽d3也可以不必严格地相同，可以存在±10％左右的误差。即，第3折返部rc的线宽dc只要为第3电阻线r3的线宽d3的90％～110％左右的尺寸即可。另外，第3折返部rc的线宽dc也可以为第3电阻线r3的线宽d3以下。如果使第3折返部rc的线宽dc为第3电阻线r3的线宽d3以下，则第3折返部rc的柔软性进一步变高。因此，能够进一步抑制在第3折返部rc中产生裂纹。

关于第4检测线图案R4也是同样的。即，第4电阻线r4的表面露出第1导体层43。与此相对，在第4折返部rd的表面上层叠有第2导体层44。因此，第4检测线图案R4的第4折返部rd由第2导体层44进行加强。因此，能够确保第4折返部rd的强度。即使柔性齿轮20重复进行椭圆变形，也不易在第4折返部rd中产生裂纹。

第4检测线图案R4的电阻值中的有助于旋转角度的检测的部分是多个第4电阻线r4的电阻值。因此，当多个第4折返部rd的电阻值大时，旋转角度的检测精度降低。在这一点上，如果如本实施方式那样在第4折返部rd上层叠第2导体层44，则第4折返部rd的电阻值下降。由此，能够增大第4检测线图案R4的电阻值中的多个第4电阻线r4的电阻值所占的比例。因此，能够提高旋转角度的检测精度。

另外，第4折返部rd的线宽与第4电阻线r4的线宽大致相同。这样，与第4折返部rd的线宽大于第4电阻线r4的线宽的情况相比，第4折返部rd的刚性变低。即，第4折返部rd的柔软性变高。因此，能够进一步抑制在第4折返部rd中产生裂纹。

另外，第4折返部rd的线宽与第4电阻线r4的线宽也可以不必严格地相同，可以存在±10％左右的误差。即，第4折返部rd的线宽只要为第4电阻线r4的线宽的90％～110％左右的尺寸即可。另外，第4折返部rd的线宽也可以为第4电阻线r4的线宽以下。如果使第4折返部rd的线宽为第4电阻线r4的线宽以下，则第4折返部rd的柔软性进一步变高。因此，能够进一步抑制在第4折返部rd中产生裂纹。

另外，第2导体层44优选使用电阻率或应变灵敏度系数比第1导体层43低的材料。这样，通过层叠第2导体层44，能够更有效地降低第3折返部rc和第4折返部rd的电阻值。因此，能够进一步提高角度检测图案Pθ对旋转角度的检测精度。例如，可以使第1导体层43的材料为Cu-Ni合金等含有铜的材料，使第2导体层44的材料为铜。或者，可以使第1导体层43的材料为含有铬的材料，使第2导体层44的材料为金。但是，第1导体层43的材料也可以是铬、氮化铬或氧化铬等。

＜3.变形例＞

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。

＜3-1.第1变形例＞

在上述的第2实施方式中，在角度检测图案Pθ中，第3检测线图案R3所包含的多个第3电阻线r3和第4检测线图案R4所包含的多个第4电阻线r4分别沿周向延伸。这是为了检测隔膜部221的周向的周期性的变形。然而，在动力传递装置1驱动时，隔膜部221不仅在周向上，还在径向上周期性地变形。因此，可以如图12所示那样第3电阻线r3和第4电阻线r4的朝向为径向。即，第3检测线图案R3所包含的多个第3电阻线r3和第4检测线图案R4所包含的多个第4电阻线r4只要分别沿径向和周向中的任一方向延伸即可。换言之，电阻线只要沿周向或径向延伸即可。由此，电阻线作为角度传感器而发挥功能。

＜3-2.第2变形例＞

在上述的第1实施方式和第2实施方式的应变传感器40中，也可以在从各检测线图案的端部延伸的布线部46的表面上也层叠第2导体层44。这样，布线部46的电阻值下降。因此，能够更高精度地检测第1电阻线r1和第2电阻线r2的电阻值的变化或者第3电阻线r3和第4电阻线r4的电阻值的变化。因此，能够进一步提高扭矩或旋转角度的检测精度。

＜3-3.第3变形例＞

在上述的第1实施方式和第2实施方式中，仅在电阻线和折返部中的折返部上层叠有第2导体层44。然而，也可以如图13所示那样在电阻线r5中的与折返部re相邻的邻接部分r51的表面上层叠第2导体层44。在图13的例子中，在折返部re的表面和电阻线r5的邻接部分r51的表面上层叠有第2导体层44。这样，折返部re和邻接部分r51由第2导体层44进行加强。由此，能够抑制在折返部re与电阻线r5的边界部附近产生裂纹。

图14的曲线图是在图13的构造中，改变邻接部分r51的长度L，对施加于折返部re的内周部中的应力最容易集中的周向的端部E的应力S进行分析而得的结果。图14的横轴表示邻接部分r51的长度L与电阻线r5的线宽w之比L/w。图14的纵轴表示将邻接部分r51的长度L为0时的施加于端部E的应力S设为S0，应力S与应力S0之比S/S0。根据图14的结果可知，与层叠有第2导体层44的邻接部分r51的长度为0以下的情况相比，通过使层叠有第2导体层44的邻接部分r51的长度L大于0，能够减小施加于端部E的应力S。但是，若邻接部分r51的长度L过长，则与邻接部分r51的长度L为0的情况相比，施加于端部E的应力S变大。优选层叠有第2导体层44的邻接部分r51的长度L例如大于0且小于电阻线r5的线宽w的2倍(0＜L/w＜2)。由此，能够抑制施加于端部E的应力S变大。

＜3-4.第4变形例＞

图15是具有动力传递装置1的机器人100的局部纵剖视图。在图15的例子中，动力传递装置1组装到机器人100的关节上。波动发生器30的凸轮31固定于马达90的输出轴91。内齿轮10固定于支承马达90的马达壳体92。柔性齿轮20固定于机器人100的臂93。当驱动马达90时，柔性齿轮20相对于内齿轮10以减速后的第2转速进行旋转。由此，能够使臂93相对于马达壳体92以第2转速进行旋转。即，机器人100具有动力传递装置1和以从动力传递装置1输出的转速进行旋转的臂93。由此，在搭载于机器人100的动力传递装置1中，能够确保折返部的强度。另外，通过层叠第2导体层，折返部的电阻值下降。由此，能够提高多个电阻线对应变的检测精度。

＜3-5.其他变形例＞

在上述的第1实施方式中，扭矩检测图案Pt包含2个检测线图案R1、R2。而且，惠斯通电桥电路Ct成为由2个检测线图案R1、R2和2个固定电阻Rs构成的半桥电路。然而，在第1实施方式的构造中，扭矩检测图案Pt也可以包含4个检测线图案。而且，也可以使惠斯通电桥电路Ct为由该4个检测线图案构成的全桥电路。

上述第1实施方式的应变传感器40仅具有扭矩检测图案Pt作为检测线图案。另外，上述的第2实施方式的应变传感器40仅具有角度检测图案Pθ作为检测线图案。然而，应变传感器40也可以具有扭矩检测图案Pt和角度检测图案Pθ这两者。

另外，在上述的第1实施方式和第2实施方式中，仅在电路板41的单面设置有检测线图案。即，在上述的第1实施方式和第2实施方式中，仅在绝缘层42的单面形成有第1导体层43和第2导体层44。然而，也可以在电路板41的两面设置检测线图案。即，也可以在绝缘层42的两面形成有第1导体层43和第2导体层44。

另外，应变传感器40也可以具有扭矩检测图案Pt和角度检测图案Pθ以外的检测线图案。例如，应变传感器40也可以具有用于检测温度的检测线图案、用于检测柔性齿轮20的轴向的应变的检测线图案。

另外，在上述的第1实施方式和第2实施方式中，信号处理电路45安装在电路板41上。然而，信号处理电路45也可以设置在电路板41的外部。

另外，在上述实施方式的柔性齿轮20中，隔膜部221从筒状部21的基端部朝向径向外侧扩展。然而，隔膜部221也可以从筒状部21的基端部朝向径向内侧扩展。

另外，在上述实施方式中，应变传感器40的被检测体是柔性齿轮20。然而，应变传感器40的被检测体并不限于柔性齿轮20。例如，在具有太阳轮和在太阳轮的周围一边自转一边公转的多个行星轮的行星减速器中，也可以在多个行星轮内接的环上安装本发明的应变传感器。在该情况下，只要在环的圆形的表面上固定电路板即可。即，本发明中的被检测体也可以是行星减速器的环。

此外，关于应变传感器和动力传递装置的细部的结构，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内适当地进行变更。另外，也可以在不产生矛盾的范围内适当地组合上述的各实施方式和各变形例中出现的要素。

本申请发明例如能够使用于应变传感器、动力传递装置以及机器人。

Claims (14)

1.一种应变传感器，其具有：

绝缘层，其固定于被检测体；

第1导体层，其形成在所述绝缘层的表面上；以及

第2导体层，其层叠在所述第1导体层的表面上，

所述第1导体层具有检测线图案，该检测线图案包含沿规定的方向延伸的多个电阻线和连接所述电阻线的端部的折返部，

其特征在于，

在所述折返部的表面上层叠有所述第2导体层。

2.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，

在所述折返部的表面和所述电阻线的与所述折返部相邻的邻接部分的表面上层叠有所述第2导体层。

3.根据权利要求2所述的应变传感器，其特征在于，

所述邻接部分的长度比所述电阻线的线宽的2倍小。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的应变传感器，其特征在于，

所述折返部的线宽与所述电阻线的线宽大致相同。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的应变传感器，其特征在于，

所述折返部的线宽为所述电阻线的线宽以下。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的应变传感器，其特征在于，

所述第2导体层的材料的电阻率比所述第1导体层的材料的电阻率低。

7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的应变传感器，其特征在于，

所述第2导体层的材料的应变灵敏度系数比所述第1导体层的材料的应变灵敏度系数低。

8.根据权利要求6或7所述的应变传感器，其特征在于，

所述第1导体层的材料是含有铜的材料或含有铬的材料，

所述第2导体层的材料是铜、银或金。

9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的应变传感器，其特征在于，

所述第1导体层具有扭矩检测图案，该扭矩检测图案包含用于检测施加于所述被检测体的扭矩的所述检测线图案，

所述电阻线沿着相对于径向和周向倾斜的方向延伸。

10.根据权利要求1至8中的任意一项所述的应变传感器，其特征在于，

所述第1导体层具有角度检测图案，该角度检测图案包含用于检测输入到所述被检测体的旋转运动的旋转角度的所述检测线图案，

所述电阻线沿周向或径向延伸。

11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的应变传感器，其特征在于，

所述第1导体层具有从所述检测线图案的端部延伸的布线部，

在所述布线部的表面上层叠有所述第2导体层。

12.一种动力传递装置，其特征在于，

该动力传递装置具有：

权利要求1至11中的任意一项所述的应变传感器；以及

圆形体，其是所述被检测体。

13.根据权利要求12所述的动力传递装置，其特征在于，

所述圆形体具有：

挠性的筒状部，其沿轴向呈筒状延伸；

多个外齿，该多个外齿设置于所述筒状部的外周面；以及

隔膜部，其呈从所述筒状部的轴向的端部朝向径向外侧或径向内侧扩展的平板状，

所述应变传感器固定于所述隔膜部。

14.一种机器人，其特征在于，

该机器人具有：

权利要求12或13所述的动力传递装置；以及

臂，其以从所述动力传递装置输出的转速进行旋转。

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