JP2021004829A - トルク検出センサおよび動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円形体に掛かるトルクを精度よく検出することができ、しかも断線が生じ難いトルク検出センサおよび動力伝達装置を提供する。【解決手段】導体層Ｌ１を有する基板４１を備え、導体層Ｌ１は、円弧状または円環状の抵抗線パターンＲ１，Ｒ２を含み、抵抗線パターンは、円形体の半径方向に対して周方向一方側に一定角度傾斜した複数の抵抗線ｒ１，ｒ２と、複数の抵抗線の端部同士を接続する複数の折り返し部位ｒ１１，ｒ１２と、を含み、複数の抵抗線が、周方向に等間隔に配列されて、周方向に隣り合う抵抗線の端部同士が、半径方向の両側で交互に折り返し部位により接続されて、全体として直列に接続され、折り返し部位は、少なくとも１つの緩曲部を有し、緩曲部の内側形状が、隣り合う抵抗線の間の離間距離の半分よりも大きい曲率半径を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、トルク検出センサおよび動力伝達装置に関する。

近年、例えばロボットの関節などに搭載される減速機の出力歯車において、トルクを精度よく検出することが求められている。斯かる用途に用いられるトルク検出装置は、例えば特開２００４−１９８４００号公報に記載されている。
特開２００４−１９８４００号公報

特開２００４−１９８４００号公報に記載されたトルク検出装置は、減速機の可撓性外歯歯車の表面に貼り付けられる歪みゲージユニットを有する。特開２００４−１９８４００号公報の歪みゲージユニットは、３６０度の円弧形状をした検出セグメントが形成された歪みゲージパターンを備える。上記検出セグメントは、一定の間隔で抵抗線を配列したグリッドパターンが所定形状となるように形成されたものである。斯かるトルク検出装置によれば、可撓性外歯歯車の全周に掛かるトルクを、精度よく検出することができると考えられる。

しかしながら、特開２００４−１９８４００号公報に記載されたトルク検出装置では、歪みゲージパターンの一部に応力が集中しやすいと考えられる。とりわけ、隣り合う抵抗線同士を繋ぐ接続箇所には、応力が集中しやすく、歪みゲージパターンの断線を招いてしまう虞もあった。

本発明の目的は、円形体に掛かるトルクを精度よく検出することができ、しかも断線が生じ難いトルク検出センサおよび動力伝達装置を提供することを目的とする。

本願の１つの観点では、円形体に掛かるトルクを検出するトルク検出センサであって、導体層を有する基板を備えるトルク検出センサが提供される。このトルク検出センサにおいては、前記導体層は、円弧状または円環状の抵抗線パターンを含む。前記抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に一定角度傾斜した複数の抵抗線と、前記複数の抵抗線の端部同士を接続する複数の折り返し部位と、を含む。前記複数の抵抗線が、周方向に等間隔に配列されて、前記周方向に隣り合う前記抵抗線の端部同士が、前記半径方向の両側で交互に前記折り返し部位により接続されて、全体として直列に接続される。前記折り返し部位は、少なくとも１つの緩曲部を有する。前記緩曲部の内側形状は、隣り合う前記抵抗線の間の離間距離の半分よりも大きい曲率半径を有する。

本願の別の１つの観点では、円形体に掛かるトルクを検出するトルク検出センサであって、導体層を有する基板を備えるトルク検出センサが提供される。このトルク検出センサにおいては、前記導体層は、円弧状または円環状の抵抗線パターンを含む。前記抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に一定角度傾斜した複数の抵抗線と、前記複数の抵抗線の端部同士を接続する複数の折り返し部位と、を含む。前記複数の抵抗線が、周方向に等間隔に配列されて、前記周方向に隣り合う前記抵抗線の端部同士が、前記半径方向の両側で交互に前記折り返し部位により接続されて、全体として直列に接続される。前記折り返し部位は、第１緩曲部を有する。前記第１緩曲部の内側形状の曲率中心は、隣り合う前記抵抗線の両方を接線とする円の中心を、順次繋いで形成される線分の両端を通る仮想直線を挟んで、前記第１緩曲部とは反対側に位置する。

本願の観点によれば、円形体に掛かるトルクを精度よく検出することができ、しかも断線が生じ難いトルク検出センサおよび動力伝達装置が提供される。

図１は、第１実施形態に係る動力伝達装置の縦断面図である。 図２は、第１実施形態に係る動力伝達装置の横断面図である。 図３は、第１実施形態に係るトルク検出センサの平面図である。 図４は、第１実施形態に係るホイートストンブリッジ回路の回路図である。 図５は、第１実施形態に係る抵抗線パターンの拡大図である。 図６は、第１実施形態に係る抵抗線パターンの拡大図である。 図７は、変形例に係るトルク検出センサの平面図である。

以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、動力伝達装置の中心軸と平行な方向を「軸方向」、動力伝達装置の中心軸に直交する方向を「半径方向」、動力伝達装置の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．動力伝達装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る動力伝達装置１の縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ位置から見た動力伝達装置１の横断面図である。この動力伝達装置１は、モータから得られる第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数に減速させつつ後段へ伝達する装置である。動力伝達装置１は、例えば、ロボットの関節に、モータとともに組み込まれて使用される。ただし、本発明の動力伝達装置は、アシストスーツ、無人運搬車などの他の装置に用いられるものであってもよい。

図１および図２に示すように、本実施形態の動力伝達装置１は、インタナルギア１０、フレックスギア２０、波動発生器３０、およびトルク検出センサ４０を備えている。

インタナルギア１０は、内周面に複数の内歯１１を有する円環状のギアである。インタナルギア１０は、動力伝達装置１が搭載される装置の枠体に、例えばねじ止めで固定される。インタナルギア１０は、中心軸９と同軸に配置される。また、インタナルギア１０は、フレックスギア２０の後述する筒状部２１の半径方向外側に位置する。インタナルギア１０の剛性は、フレックスギア２０の筒状部２１の剛性よりも、はるかに高い。このため、インタナルギア１０は、実質的に剛体とみなすことができる。インタナルギア１０は、円筒状の内周面を有する。複数の内歯１１は、当該内周面において、周方向に一定のピッチで配列されている。各内歯１１は、半径方向内側へ向けて突出する。

フレックスギア２０は、可撓性を有する円環状のギアである。フレックスギア２０は、中心軸９を中心として回転可能に支持される。フレックスギア２０は、本発明における「円形体」の一例である。

本実施形態のフレックスギア２０は、筒状部２１と平板部２２とを有する。筒状部２１は、中心軸９の周囲において、軸方向に筒状に延びる。筒状部２１の軸方向の先端は、波動発生器３０の半径方向外側、かつ、インタナルギア１０の半径方向内側に位置する。筒状部２１は、可撓性を有するため、半径方向に変形可能である。特に、インタナルギア１０の半径方向内側に位置する筒状部２１の先端部は、自由端であるため、他の部分よりも大きく半径方向に変位可能である。

フレックスギア２０は、複数の外歯２３を有する。複数の外歯２３は、筒状部２１の軸方向の先端部付近の外周面において、周方向に一定のピッチで配列されている。各外歯２３は、半径方向外側へ向けて突出する。上述したインタナルギア１０が有する内歯１１の数と、フレックスギア２０が有する外歯２３の数とは、僅かに相違する。

平板部２２は、ダイヤフラム部２２１と肉厚部２２２とを有する。ダイヤフラム部２２１は、筒状部２１の軸方向の基端部から、半径方向外側へ向けて平板状に広がり、かつ、中心軸９を中心として円環状に広がる。ダイヤフラム部２２１は、軸方向に僅かに撓み変形可能である。肉厚部２２２は、ダイヤフラム部２２１の半径方向外側に位置する、円環状の部分である。肉厚部２２２の軸方向の厚みは、ダイヤフラム部２２１の軸方向の厚みよりも、厚い。肉厚部２２２は、動力伝達装置１が搭載される装置の、駆動対象となる部品に、例えばねじ止めで固定される。

波動発生器３０は、フレックスギア２０の筒状部２１に、周期的な撓み変形を発生させる機構である。波動発生器３０は、カム３１と可撓性軸受３２とを有する。カム３１は、中心軸９を中心として回転可能に支持される。カム３１は、軸方向に視たときに楕円形の外周面を有する。可撓性軸受３２は、カム３１の外周面と、フレックスギア２０の筒状部２１の内周面との間に介在する。したがって、カム３１と筒状部２１とは、異なる回転数で回転できる。

可撓性軸受３２の内輪は、カム３１の外周面に接触する。可撓性軸受３２の外輪は、フレックスギア２０の内周面に接触する。このため、フレックスギア２０の筒状部２１は、カム３１の外周面に沿った楕円形状に変形する。その結果、当該楕円の長軸の両端に相当する２箇所において、フレックスギア２０の外歯２３と、インタナルギア１０の内歯１１とが噛み合う。周方向の他の位置においては、外歯２３と内歯１１とが噛み合わない。

カム３１は、直接または他の動力伝達機構を介して、モータに接続される。モータを駆動させると、カム３１は、中心軸９を中心として第１回転数で回転する。これにより、フレックスギア２０の上述した楕円の長軸も、第１回転数で回転する。そうすると、外歯２３と内歯１１との噛み合い位置も、周方向に第１回転数で変化する。また、上述の通り、インタナルギア１０の内歯１１の数と、フレックスギア２０の外歯２３の数とは、僅かに相違する。この歯数の差によって、カム３１の１回転ごとに、外歯２３と内歯１１との噛み合い位置が、周方向に僅かに変化する。その結果、インタナルギア１０に対してフレックスギア２０が、中心軸９を中心として、第１回転数よりも低い第２回転数で回転する。したがって、フレックスギア２０から、減速された第２回転数の回転運動を取り出すことができる。

＜１−２．トルク検出センサについて＞
トルク検出センサ４０は、フレックスギア２０に掛かる周方向のトルクを検出するセンサである。図１に示すように、本実施形態では、円板状のダイヤフラム部２２１の円形の表面に、トルク検出センサ４０が固定されている。

図３は、トルク検出センサ４０を軸方向に視た平面図である。図３に示すように、トルク検出センサ４０は、基板４１を備える。本実施形態の基板４１は、柔軟に変形可能なフレキシブル基板である。基板４１は、中心軸９を中心とする円環状の本体部４１１と、本体部４１１から半径方向外側へ向けて突出したフラップ部４１２とを有する。基板４１は、導体層Ｌ１を有する。本実施形態の導体層Ｌ１は、基板４１の軸方向における一方側の表面に位置する。

図３に示すように、導体層Ｌ１は、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２を含む。後述するように、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２は、ホイートストンブリッジ回路４２に組み込まれる。別の言い方をすれば、本体部４１１の表面にホイートストンブリッジ回路４２が実装されている。また、信号処理回路４３が、フラップ部４１２に実装されている。

第１抵抗線パターンＲ１は、１本の導体が曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状または円環状のパターンである。本実施形態では、中心軸９の周囲の約３６０°の範囲に、第１抵抗線パターンＲ１が設けられている。第１抵抗線パターンＲ１の材料には、例えば、銅または銅を含む合金が用いられる。第１抵抗線パターンＲ１には、複数の第１抵抗線ｒ１と、複数の折り返し部位ｒ１１とが含まれる。複数の第１抵抗線ｒ１は、互いに略平行な姿勢で、周方向に等間隔に配列される。第１抵抗線パターンＲ１においては、周方向に隣り合う第１抵抗線ｒ１同士が、半径方向の一方側と他方側とで折り返し部位ｒ１１により交互に接続されて、全体として直列に接続されている。各第１抵抗線ｒ１は、基板４１の軸方向における一方側から視たときに、フレックスギア２０の半径方向に対して、周方向一方側に傾斜している。半径方向に対する第１抵抗線ｒ１の傾斜角度は、例えば４５°とされる。折り返し部位ｒ１１については、後に詳述する。

第２抵抗線パターンＲ２は、１本の導体が曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状または円環状のパターンである。本実施形態では、中心軸９の周囲の約３６０°の範囲に、第２抵抗線パターンＲ２が設けられている。第２抵抗線パターンＲ２の材料には、例えば、銅または銅を含む合金が用いられる。第２抵抗線パターンＲ２は、第１抵抗線パターンＲ１よりも、半径方向内側に位置する。すなわち、第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とは、互いに重ならない位置に配置される。第２抵抗線パターンＲ２には、複数の第２抵抗線ｒ２と、複数の折り返し部位ｒ１２とが含まれる。複数の第２抵抗線ｒ２は、互いに略平行な姿勢で、周方向に等間隔に配列される。第２抵抗線パターンＲ２においては、周方向に隣り合う第２抵抗線ｒ２同士が、半径方向の一方側と他方側とで折り返し部位ｒ１２により交互に接続されて、全体として直列に接続されている。各第２抵抗線ｒ２は、基板４１の軸方向における一方側から視たときに、フレックスギア２０の半径方向に対して、周方向他方側に傾斜している。半径方向に対する第２抵抗線ｒ２の傾斜角度は、例えば−４５°とされる。折り返し部位ｒ１２については、後に詳述する。

図４は、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２を含むホイートストンブリッジ回路４２の回路図である。図４に示すように、本実施形態のホイートストンブリッジ回路４２は、第１抵抗線パターンＲ１、第２抵抗線パターンＲ２、第１固定抵抗Ｒａ、および第２固定抵抗Ｒｂを含む。第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とは、直列に接続される。第１固定抵抗Ｒａと第２固定抵抗Ｒｂとは、直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と−極との間において、２つの抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の列と、２つの固定抵抗Ｒａ，Ｒｂの列とが、並列に接続される。また、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の中点Ｍ１と、第１固定抵抗Ｒａおよび第２固定抵抗Ｒｂの中点Ｍ２とが、電圧計Ｖに接続される。

第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の各抵抗値は、フレックスギア２０に掛かるトルクに応じて変化する。例えば、フレックスギア２０に、軸方向の一方側から視たときに、中心軸９を中心として周方向の一方側へ向かうトルクが掛かると、第１抵抗線パターンＲ１の抵抗値が低下し、第２抵抗線パターンＲ２の抵抗値が増加する。一方、フレックスギア２０に、軸方向の一方側から視たときに、中心軸９を中心として周方向の他方側へ向かうトルクが掛かると、第１抵抗線パターンＲ１の抵抗値が増加し、第２抵抗線パターンＲ２の抵抗値が低下する。このように、第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値変化を示す。

そして、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の各抵抗値が変化すると、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の中点Ｍ１と、第１固定抵抗Ｒａおよび第２固定抵抗Ｒｂの中点Ｍ２との間の電位差が変化するので、電圧計Ｖの計測値が変化する。したがって、この電圧計Ｖの計測値に基づいて、フレックスギア２０に掛かるトルクの向きおよび大きさを検出することができる。

信号処理回路４３は、電圧計Ｖにより計測される中点Ｍ１，Ｍ２の間の電位差信号に基づいて、フレックスギア２０に掛かるトルクを検出するための回路である。別の言い方をすれば、信号処理回路４３は、ホイートストンブリッジ回路４２の出力信号に基づいて、フレックスギア２０に掛かるトルクを検出する。第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２を含むホイートストンブリッジ回路４２は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。信号処理回路４３には、例えば、中点Ｍ１，Ｍ２の間の電位差を増幅する増幅器や、増幅後の電気信号に基づいて、トルクの向きおよび大きさを算出するための回路が含まれる。検出されたトルクは、有線または無線により信号処理回路４３に接続された外部の装置へ出力される。

トルク検出センサ４０は、例えば両面接着テープにより、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１に固定される。具体的には、ダイヤフラム部２２１の表面と、基板４１の裏面とが、両面接着テープを介して固定される。両面接着テープは、接着力を有する材料がテープ状に成形されて、形状を維持できる程度に硬化されたものである。このような両面接着テープを用いれば、流動性を有する接着剤を用いる場合よりも、ダイヤフラム部２２１に対するトルク検出センサ４０の固定作業が容易となる。また、作業者による固定作業のばらつきを低減できる。

以上のような構成の動力伝達装置１において、フレックスギア２０の回転に伴ってダイヤフラム部２２１は撓み変形を繰り返す。そのため、第１抵抗線パターンＲ１の半径方向外側の折り返し部位ｒ１１、および第２抵抗線パターンＲ２の半径方向内側の折り返し部位ｒ１２において、応力が集中し易い。より具体的には、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２を仮に単純な円弧状とした場合、当該円弧の始端または終端において、特に応力が集中する。そのため、当該部分において、断線が生じ易くなってしまう。この点、本実施形態では、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２での断線を防ぐために、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２を特有の形状としている。

＜１−３．折り返し部位の詳細についての説明＞
以下では、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２について、図５を参照して詳細に説明する。図５は、抵抗線パターンＲ１の拡大図である。なお、折り返し部位ｒ１２は、折り返し部位ｒ１１と同様の形状・機能を有するため、以下では、折り返し部位ｒ１１のみについて説明する。

折り返し部位ｒ１１は、周方向に隣り合う抵抗線ｒ１の端同士を、曲率が緩やかに移り変わる曲線により一連に繋いだ内側形状および外側形状を有する。本実施形態では、折り返し部位ｒ１１の外側形状は、内側形状と略相似な形状を有する。各折り返し部位ｒ１１は、複数の緩曲部である第１緩曲部ｒ１１１と、第２緩曲部ｒ１１２とを有する。

第１緩曲部ｒ１１１は、隣り合う抵抗線ｒ１のうちの一方の抵抗線ｒ１と折り返し部位ｒ１１の始端との接続箇所に近い部位に設けられる。第１緩曲部ｒ１１１は、その内側形状の接線方向が、フレックスギア２０の半径方向と略一致する。図５に示すように、第１緩曲部ｒ１１１は、その内側形状が、隣り合う抵抗線ｒ１の間の離間距離Ｄ１の半分よりも大きい曲率半径を有する。

第２緩曲部ｒ１１２は、隣り合う抵抗線ｒ１のうちの他方の抵抗線ｒ１と折り返し部位ｒ１１の終端との接続箇所に近い部位に設けられる。第２緩曲部ｒ１１２は、その内側形状の接線方向が、フレックスギア２０の半径方向と略一致する。図５に示すように、第２緩曲部ｒ１１２は、その内側形状が、隣り合う抵抗線ｒ１の間の離間距離Ｄ１の半分よりも大きい曲率半径を有する。

折り返し部位ｒ１１は、第１緩曲部ｒ１１１と第２緩曲部ｒ１１２との間において、その内側形状が、離間距離Ｄ１の半分よりも小さい曲率半径を有する部位を含んでいる。詳細には、本実施形態の折り返し部位ｒ１１は、第１緩曲部ｒ１１１から第２緩曲部ｒ１１２に近づくにつれて内側形状の曲率半径が小さくなり、さらに第２緩曲部ｒ１１２に近づくにつれて内側形状の曲率半径が再び大きくなる。このように、本実施形態の折り返し部位ｒ１１の内側形状は、急激に曲率半径が小さくなる部分が無い。本実施形態の折り返し部位ｒ１１の内側形状は、曲率半径が連続的にかつ緩やかに変化する曲線でできている。

このような構成の折り返し部位ｒ１１においては、全体が曲率の大きい曲線で繋がれているため、フレックスギア２０が回転したときに極端に応力が集中する部分がない。とりわけ、折り返し部位ｒ１１と抵抗線ｒ１との接続箇所の近傍には、フレックスギア２０の半径方向に延びる部分が存在する。この部分には、応力が集中し易いが、本実施形態では、当該箇所の内側形状の曲率半径が特に大きくなっている。そのため、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の断線を効果的に防止することができる。

以上に示したように、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、折り返し部位ｒ１１は、少なくとも１つの緩曲部である第１緩曲部ｒ１１１を有する。第１緩曲部ｒ１１１の内側形状は、隣り合う抵抗線ｒ１の間の離間距離Ｄ１の半分よりも大きい曲率半径を有する。これにより、曲率半径を大きく設定した第１緩曲部ｒ１１１において、応力集中を抑制できる。したがって、抵抗線パターンＲ１の断線を抑制できる。

また、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、第１緩曲部ｒ１１１は、その内側形状の接線方向が、フレックスギア２０の半径方向と略一致する。これにより、折り返し部位ｒ１１のうち特に応力が集中し易い部位において、内側形状により応力集中を抑制できる。したがって、抵抗線パターンＲ１の断線をより抑制できる。

また、図５に示すように、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、折り返し部位ｒ１１の内側形状に内接する内接円の中心を順次繋いで形成される曲線Ｓ１は、抵抗線ｒ１の側から折り返し部位ｒ１１の側に向かうにつれて、フレックスギア２０の半径方向に近づく。これにより、折り返し部位ｒ１１の内側形状が、全体として、局所的な応力集中を抑制できる形状となる。

また、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、折り返し部位ｒ１１の周方向における幅は、隣り合う抵抗線ｒ１同士の周方向における間隔よりも短い。これにより、抵抗線パターンＲ１の折り返し部位ｒ１１の長さを過剰に長くすることなく、応力集中を抑制し、抵抗線パターンＲ１の断線を抑制することができる。その結果、トルク検出センサ４０を小型化することができる。

また、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２は、ホイートストンブリッジ回路４２に組み込まれる。これにより、ホイートストンブリッジ回路４２を用いて、フレックスギア２０に掛かるトルクを検出することができる。

また、本実施形態の動力伝達装置１においては、フレックスギア２０は、筒状部２１と、複数の外歯２３と、ダイヤフラム部２２１とを有する。トルク検出センサ４０の基板４１は、ダイヤフラム部２２１に固定される。これにより、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１に掛かるトルクを検出することができる。

＜１−４．別の観点からの折り返し部位の詳細についての説明＞
以下では、図６を参照して、上述とは別の観点から、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２について詳細に説明する。図６は、抵抗線パターンＲ１の拡大図である。なお、折り返し部位ｒ１２は、折り返し部位ｒ１１と同様の形状・機能を有するため、以下では、折り返し部位ｒ１１のみについて説明する。

折り返し部位ｒ１１は、周方向に隣り合う抵抗線ｒ１の端同士を、曲率が緩やかに移り変わる曲線により一連に繋いだ内側形状および外側形状を有する。本実施形態では、折り返し部位ｒ１１の外側形状は、内側形状と略相似な形状を有する。折り返し部位ｒ１１は、複数の緩曲部である第１緩曲部ｒ１１１と、第２緩曲部ｒ１１２とを有する。

第１緩曲部ｒ１１１は、隣り合う抵抗線ｒ１のうちの一方の抵抗線ｒ１と折り返し部位ｒ１１の始端との接続箇所に近い部位に設けられる。第１緩曲部ｒ１１１は、その内側形状の接線方向が、フレックスギア２０の半径方向と略一致する。図６に示すように、第１緩曲部ｒ１１１の内側形状の曲率中心Ｃ１は、隣り合う抵抗線ｒ１の両方を接線とする円の中心を、順次繋いで形成される線分の両端Ｐ１，Ｐ２を通る仮想直線Ｓ２を挟んで、第１緩曲部ｒ１１１とは反対側に位置する。そのため、第１緩曲部ｒ１１１は、折り返し部位ｒ１１のその他の大部分の領域の内側形状よりも、曲率が大きくなっている。別の言い方をすれば、第１緩曲部ｒ１１１の内側形状は、折り返し部位ｒ１１のその他の領域（第２緩曲部ｒ１１２を除く領域）の内側形状よりも、緩いカーブとなっている。

第２緩曲部ｒ１１２は、隣り合う抵抗線ｒ１のうちの他方の抵抗線ｒ１と折り返し部位ｒ１１の終端との接続箇所に近い部位に設けられる。第２緩曲部ｒ１１２は、その内側形状の接線方向が、フレックスギア２０の半径方向と略一致する。図６に示すように、第２緩曲部ｒ１１２の内側形状の曲率中心Ｃ２は、隣り合う抵抗線ｒ１の両方を接線とする円の中心を、順次繋いで形成される線分の両端Ｐ１，Ｐ２を通る仮想直線Ｓ２に対して、第２緩曲部ｒ１１２が配置される側と同じ側に位置する。より詳細には、第２緩曲部ｒ１１２の内側形状の曲率中心Ｃ２は、第２緩曲部ｒ１１２と仮想直線Ｓ２との間に位置する。ただし、第２緩曲部ｒ１１２は、折り返し部位ｒ１１のその他の大部分の領域の内側形状よりも、曲率が大きくなっている。別の言い方をすれば、第２緩曲部ｒ１１２の内側形状は、折り返し部位ｒ１１のその他の領域（第１緩曲部ｒ１１１を除く領域）の内側形状よりも、緩いカーブとなっている。

折り返し部位ｒ１１は、第１緩曲部ｒ１１１と第２緩曲部ｒ１１２との間において、その内側形状が、離間距離Ｄ１の半分よりも小さい曲率半径を有する部位を含んでいる。詳細には、本実施形態の折り返し部位ｒ１１は、第１緩曲部ｒ１１１から第２緩曲部ｒ１１２に近づくにつれて内側形状の曲率半径が小さくなり、さらに第２緩曲部ｒ１１２に近づくにつれて内側形状の曲率半径が再び大きくなる。このように、本実施形態の折り返し部位ｒ１１の内側形状は、急激に曲率半径が小さくなる部分が無い。本実施形態の折り返し部位ｒ１１の内側形状は、曲率半径が連続的にかつ緩やかに変化する曲線でできている。

このような構成の折り返し部位ｒ１１においては、全体が曲率の大きい曲線で繋がれているため、フレックスギア２０が回転したときに極端に応力が集中する部分がない。とりわけ、折り返し部位ｒ１１と抵抗線ｒ１との接続箇所の近傍には、フレックスギア２０の半径方向に延びる部分が存在する。この部分には、応力が集中し易いが、本実施形態では、当該箇所の内側形状の曲率半径が特に大きくなっている。そのため、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の断線を効果的に防止することができる。

以上に示したように、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、折り返し部位ｒ１１は第１緩曲部ｒ１１１を有する。第１緩曲部ｒ１１１の内側形状の曲率中心Ｃ１は、隣り合う抵抗線ｒ１の両方を接線とする円の中心を、順次繋いで形成される線分の両端Ｐ１，Ｐ２を通る仮想直線Ｓ２を挟んで、第１緩曲部ｒ１１１とは反対側に位置する。これにより、折り返し部位ｒ１１のうち、第１緩曲部ｒ１１１において、応力集中を抑制することができる。したがって、抵抗線パターンＲ１の断線を抑制できる。

また、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、第１緩曲部ｒ１１１は、その内側形状の接線方向が、フレックスギア２０の半径方向と略一致する。これにより、折り返し部位ｒ１１のうち特に応力が集中し易い部位において、内側形状により応力集中を緩和することができる。したがって、抵抗線パターンＲ１の断線をより抑制できる。

＜２．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態には限定されない。

上記の実施形態では、第１抵抗線パターンＲ１の、半径方向内側および半径方向外側の折り返し部位ｒ１１の両方に、本願に特有の形状が適用されていた。同様に、第２抵抗線パターンＲ２の、半径方向内側および半径方向外側の折り返し部位ｒ１２の両方に、本願に特有の形状が適用されていた。しかしながら、これに代えて、第１抵抗線パターンＲ１の半径方向外側の折り返し部位ｒ１１と、第２抵抗線パターンＲ２の半径方向内側の折り返し部位ｒ１２とにのみ、本願に特有の形状を適用してもよい。これは、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１が特に撓み変形し易いのが、半径方向外側の端の領域、および半径方向内側の端の領域のためである。斯かる例を、図７に示してある。図７は、変形例に係るトルク検出センサ４０の平面図である。

上記の実施形態では、折り返し部位ｒ１１の外側形状は、内側形状と略相似であったが、これに限定されない。例えば、折り返し部位における金属線の幅が、抵抗線ｒ１の幅よりも太くなっていてもよい。

また、上記の実施形態のフレックスギア２０では、ダイヤフラム部２２１が、筒状部２１の基端部から半径方向外側へ向けて広がっていた。しかしながら、ダイヤフラム部２２１は、筒状部２１の基端部から半径方向内側へ向けて広がるものであってもよい。

また、上記の実施形態では、トルク検出の対象物が、フレックスギア２０であった。しかしながら、上記実施形態と同等の構造を有するトルク検出センサ４０を、フレックスギア２０以外の円形体に掛かるトルクを検出するために、用いてもよい。

上記の実施形態の抵抗線パターンは、全て、円形体のトルクを検出するために用いられる抵抗線パターンである。これらの抵抗線パターンの数や位置は、適宜に設計変更可能である。その他、トルク検出センサおよび動力伝達装置の細部の構成についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変更してもよい。また、上記の各実施形態および各変型例に登場した要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本願は、トルク検出センサおよび動力伝達装置に利用できる。

１ 動力伝達装置
９ 中心軸
１０ インタナルギア
１１ 内歯
２０ フレックスギア（円形体）
２１ 筒状部
２２ 平板部
２３ 外歯
３０ 波動発生器
３１ カム
３２ 可撓性軸受
４０ トルク検出センサ
４１ 基板
４２ ホイートストンブリッジ回路
４３ 信号処理回路
２２１ ダイヤフラム部
２２２ 肉厚部
４１１ 本体部
４１２ フラップ部
Ｌ１ 導体層
Ｒ１ 第１抵抗線パターン
Ｒ２ 第２抵抗線パターン
Ｓ２ 仮想直線
ｒ１ 抵抗線
ｒ１１ 折り返し部位
ｒ１１１ 第１緩曲部
ｒ１１２ 第２緩曲部
ｒ１２ 折り返し部位
ｒ２ 第２抵抗線

Claims (13)

1. 円形体に掛かるトルクを検出するトルク検出センサであって、
   導体層を有する基板
   を備え、
   前記導体層は、円弧状または円環状の抵抗線パターンを含み、
   前記抵抗線パターンは、
   前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に一定角度傾斜した複数の抵抗線と、
   前記複数の抵抗線の端部同士を接続する複数の折り返し部位と、
   を含み、
   前記複数の抵抗線が、周方向に等間隔に配列されて、前記周方向に隣り合う前記抵抗線の端部同士が、前記半径方向の両側で交互に前記折り返し部位により接続されて、全体として直列に接続され、
   前記折り返し部位は、少なくとも１つの緩曲部を有し、
   前記緩曲部の内側形状が、隣り合う前記抵抗線の間の離間距離の半分よりも大きい曲率半径を有する、トルク検出センサ。
2. 請求項１に記載のトルク検出センサであって、
   前記緩曲部は、その内側形状の接線方向が、前記円形体の半径方向と略一致する、トルク検出センサ。
3. 請求項２に記載のトルク検出センサであって、
   互いに離れた前記緩曲部を、複数有する、トルク検出センサ。
4. 請求項３に記載のトルク検出センサであって、
   前記折り返し部位は、隣り合う前記緩曲部の間において、その内側形状が、前記離間距離の半分よりも小さい曲率半径を有する部位を含む、トルク検出センサ。
5. 円形体に掛かるトルクを検出するトルク検出センサであって、
   導体層を有する基板
   を備え、
   前記導体層は、円弧状または円環状の抵抗線パターンを含み、
   前記抵抗線パターンは、
   前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に一定角度傾斜した複数の抵抗線と、
   前記複数の抵抗線の端部同士を接続する複数の折り返し部位と、
   を含み、
   前記複数の抵抗線が、周方向に等間隔に配列されて、前記周方向に隣り合う前記抵抗線の端部同士が、前記半径方向の両側で交互に前記折り返し部位により接続されて、全体として直列に接続され、
   前記折り返し部位は、第１緩曲部を有し、
   前記第１緩曲部の内側形状の曲率中心が、隣り合う前記抵抗線の両方を接線とする円の中心を、順次繋いで形成される線分の両端を通る仮想直線を挟んで、前記第１緩曲部とは反対側に位置する、トルク検出センサ。
6. 請求項５に記載のトルク検出センサであって、
   前記第１緩曲部は、その内側形状の接線方向が、前記円形体の半径方向と略一致する、トルク検出センサ。
7. 請求項５または請求項６に記載のトルク検出センサであって、
   前記折り返し部位は、第２緩曲部を有し、
   前記第２緩曲部の内側形状の曲率中心が、前記仮想直線に対して、前記第２緩曲部と同じ側に位置する、トルク検出センサ。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のトルク検出センサであって、
   前記折り返し部位の内側形状に内接する内接円の中心を順次繋いで形成される曲線は、前記抵抗線の側から前記折り返し部位の側に向かうにつれて、前記半径方向に近づく、トルク検出センサ。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のトルク検出センサであって、
   前記折り返し部位の前記周方向における幅は、隣り合う前記抵抗線同士の周方向における間隔よりも短い、トルク検出センサ。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のトルク検出センサであって、
    前記抵抗線パターンは、ホイートストンブリッジ回路に組み込まれる、トルク検出センサ。
11. 請求項１０に記載のトルク検出センサであって、
    前記ホイートストンブリッジ回路の出力信号に基づいて、前記円形体に掛かるトルクを検出する信号処理回路
    を備える、トルク検出センサ。
12. 請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のトルク検出センサと、
    前記円形体と、
    を有する動力伝達装置。
13. 請求項１２に記載の動力伝達装置であって、
    前記円形体は、
    軸方向に筒状に延びる可撓性の筒状部と、
    前記筒状部の外周面に設けられた複数の外歯と、
    前記筒状部の軸方向の一方側から半径方向外側または半径方向内側へ向けて広がる平板状のダイヤフラム部と、
    を有し、
    前記基板は、前記ダイヤフラム部に固定される、動力伝達装置。
    

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