JP2023003061A - センサおよび動力伝達装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】センサにおいて、抵抗線が占める領域を小さくすることができる技術を提供する。【解決手段】センサ４０は、ベース部と、複数の第１抵抗線Ｒ１と、複数の第２抵抗線Ｒ２と、を有する。ベース部は、中心軸に対して交差する方向に広がる。複数の第１抵抗線は、ベース部の表面に、周方向に配列される。複数の第２抵抗線は、ベース部の表面に、複数の第１抵抗線と同心に、かつ、第１抵抗線の周方向間に配置される。第１抵抗線は、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下かつ径方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下である。これにより、ベース部の表面において第１抵抗線が占める領域を小さくすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、センサおよび動力伝達装置に関する。
近年、ロボットの関節などに搭載される減速機の需要が急速に高まっている。従来の減速機については、例えば、特開２００４－１９８４００号公報に記載されている。この公報では、減速後の回転数で回転する可撓性外歯歯車に、歪みゲージが貼り付けられている。これにより、可撓性外歯歯車にかかるトルクの検出が可能となっている。
特開２００４－１９８４００号公報
しかしながら、この種の減速機に用いられる可撓性外歯歯車は、周期的な撓み変形を繰り返す。このため、歪みゲージの出力値は、本来計測したいトルクに起因する成分と、可撓性外歯歯車の周期的な変形に起因する誤差成分とを含むこととなる。この誤差成分は、可撓性外歯歯車に入力される回転運動の回転角度に応じて変化する。
そこで、歪みゲージに、可撓性外歯歯車に入力される回転運動の回転角度を検出するための抵抗線を設けることが考えられる。そうすれば、当該抵抗線により検出された回転角度に応じた誤差成分を、トルクの検出値から差し引くことで、可撓性外歯歯車にかかるトルクを、精度よく出力できる。
ただし、その場合、トルクを検出するための抵抗線と、回転角度を検出するための抵抗線とを、限られたスペースに配置する必要がある。このため、回転角度を検出するための抵抗線が占める領域を、極力小さくすることが求められる。
本発明の目的は、センサにおいて、抵抗線が占める領域を小さくすることができる技術を提供することである。
本発明のセンサは、中心軸に対して交差する方向に広がるベース部と、前記ベース部の表面に、周方向に配列された複数の第１抵抗線と、前記ベース部の表面に、前記複数の第１抵抗線と同心に、かつ、前記第１抵抗線の周方向間に配置された複数の第２抵抗線と、を有し、少なくとも一つの前記第１抵抗線において、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下かつ径方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下である。
本願発明によれば、第１抵抗線は、周方向または径方向に沿う領域の数が１以下である。このため、ベース部の表面において第１抵抗線が占める領域を小さくすることができる。
図１は、動力伝達装置の縦断面図である。 図２は、動力伝達装置の横断面図である。 図３は、センサの平面図である。 図４は、ダイヤフラム部およびセンサの部分断面図である。 図５は、４つの第１抵抗線を含む第１ブリッジ回路の回路図である 図６は、４つの第２抵抗線を含む第２ブリッジ回路の回路図である。 図７は、第１電圧計の計測値および第２電圧計の計測値を示したグラフである。 図８は、センサの部分平面図である。 図９は、第３抵抗線～第６抵抗線を含む第３ブリッジ回路の回路図である。 図１０は、補正処理を概念的に示した図である。 図１１は、第１変形例に係るセンサの平面図である。 図１２は、第１変形例に係るセンサの平面図である。 図１３は、第１変形例に係るセンサの平面図である。 図１４は、第１変形例に係る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「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。
また、本願において「回転数」とは、単位時間あたりの回転数、すなわち回転の速さを表す。
＜１．動力伝達装置の構成＞
図１は、一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、無人搬送台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、例えばボルトにより固定される。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、径方向内側へ向けて突出する。
フレックスギア２０は、撓み変形可能な環状のギアである。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「可撓部材」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の軸方向の先端部は、波動発生器３０の径方向外側、かつ、インタナルギア１０の径方向内側に位置する。筒状部２１は、可撓性を有するため、径方向に変形可能である。特に、インタナルギア１０の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径方向外側面に設けられている。複数の外歯２３は、周方向に一定のピッチで配列されている。各外歯２３は、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、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、例えばボルトにより固定される。
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の径方向外側面は、軸方向に視たときに楕円形である。可撓性軸受３２は、カム３１の径方向外側面と、フレックスギア２０の筒状部２１の径方向内側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の径方向外側面に接触する。可撓性軸受３２の外輪は、フレックスギア２０の径方向内側面に接触する。このため、フレックスギア２０の筒状部２１は、カム３１の径方向外側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。
＜２．センサについて＞
＜２－１．センサの構成＞
センサ４０は、フレックスギア２０にかかる周方向のトルクを検出するための検出器である。センサ４０は、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１に固定される。ダイヤフラム部２２１は、中心軸９に対して交差し、かつ、中心軸９を中心として円環状に広がる表面２２３を有する。表面２２３は、軸方向を向く面である。センサ４０は、ダイヤフラム部２２１の当該表面２２３に固定される。
図３は、センサ４０の平面図である。図４は、ダイヤフラム部２２１およびセンサ４０の部分断面図である。図３および図４に示すように、センサ４０は、回路基板４１を有する。本実施形態の回路基板４１は、柔軟に変形可能な絶縁層４２の表面に、導体が形成されたものである。回路基板４１は、本体部４１１およびフラップ部４１２を有する。本体部４１１は、中心軸９を中心とする円環状の部分である。フラップ部４１２は、本体部４１１から径方向外側へ向けて突出した部分である。
図４に示すように、回路基板４１は、絶縁層４２と、第１導体層４３と、第２導体層４４とを有する。絶縁層４２は、中心軸９に対して交差する方向に広がる。絶縁層４２は、絶縁体である樹脂または無機絶縁材料からなる。絶縁層４２は、本発明における「ベース部」の一例である。絶縁層４２は、ダイヤフラム部２２１の表面２２３に配置される。第１導体層４３および第２導体層４４は、導体である金属からなる。第１導体層４３は、絶縁層４２の表面に形成される。第１導体層４３の材料には、例えば、銅を含む材料またはクロムを含む材料が使用される。第２導体層４４は、第１導体層４３の表面に積層される。第２導体層４４の材料には、例えば、銅、銀、または金が使用される。
回路基板４１の製造時には、まず、絶縁層４２の表面の全体に、第１導体層４３を構成する金属の薄膜が形成される。そして、形成された金属の薄膜を、後述する第１抵抗線Ｒ１～第７抵抗線Ｒ７および接続線Ｗ１～Ｗ３の形状に合わせて、部分的にエッチングする。これにより、第１導体層４３が形成される。その後、絶縁層４２および第１導体層４３の表面に、第２導体層４４を構成する金属の薄膜が形成される。そして、形成された金属の薄膜を、後述する接続線Ｗ１～Ｗ３の形状に合わせて、部分的にエッチングする。これにより、第２導体層４４が形成される。その際、第２導体層４４は、第１導体層４３とは異なる金属材料により形成されるため、第１導体層４３をエッチングすることなく、第２導体層４４をエッチングすることができる。ただし、回路基板４１の製造方法は、この例には限定されない。
図４に示すように、回路基板４１は、両面接着テープ４５により、ダイヤフラム部２２１の表面２２３に固定される。具体的には、ダイヤフラム部２２１の表面２２３と、回路基板４１の裏面とが、両面接着テープ４５を介して固定される。両面接着テープ４５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４５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。
なお、ダイヤフラム部２２１の変形をセンサ４０へ精度よく伝達するために、両面接着テープ４５は、ベースフィルムを有さず、接着材料のみで構成されていることが好ましい。
図３に示すように、本実施形態のセンサ４０は、信号処理回路Ｃ０を有する。信号処理回路Ｃ０は、フラップ部４１２に配置されている。また、本実施形態のセンサ４０は、回転角度検出センサＳ１、トルク検出センサＳ２、および温度検出センサＳ３を含む。以下、各検出センサについて、詳細に説明する。
＜２－２．回転角度検出センサについて＞
回転角度検出センサＳ１は、トルク検出センサＳ２の検出値を補正するために、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を検出するセンサである。
図３に示すように、回転角度検出センサＳ１は、４つの第１抵抗線Ｒ１と、４つの第２抵抗線Ｒ２とを有する。４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２は、絶縁層４２の表面に配置される。４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２は、上述した第１導体層４３により構成される。
４つの第１抵抗線Ｒ１は、中心軸９の周囲において、周方向に等間隔に配列される。４つの第１抵抗線Ｒ１は、それぞれ、１本の導体である。各第１抵抗線Ｒ１は、周方向に沿って円弧状に延びる。４つの第２抵抗線Ｒ２は、中心軸９の周囲において、周方向に等間隔に配列される。４つの第２抵抗線Ｒ２は、それぞれ、１本の導体である。各第２抵抗線Ｒ２は、周方向に沿って円弧状に延びる。
４つの第１抵抗線Ｒ１と、４つの第２抵抗線Ｒ２とは、同心状に配置される。各第２抵抗線Ｒ２は、周方向に隣り合う２つの第１抵抗線Ｒ１の間に配置される。第１抵抗線Ｒ１の周方向の中央部と、第２抵抗線Ｒ２の周方向の中央部とは、中心軸９の周りに４５°の間隔で、交互に配置される。本実施形態では、４つの第１抵抗線Ｒ１と、４つの第２抵抗線Ｒ２とが、全体として、中心軸９を中心とする円環状に配置される。このように、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を複数配置することで、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を、精度よく検出できる。
図５は、４つの第１抵抗線Ｒ１を含む第１ブリッジ回路Ｃ１の回路図である。図５の例では、４つの第１抵抗線Ｒ１を、Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄとして区別して示す。第１抵抗線Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、図３においてＲａから反時計回りに、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄの順に配列される。
図５に示すように、４つの第１抵抗線Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、第１ブリッジ回路Ｃ１に組み込まれる。第１抵抗線Ｒａと第１抵抗線Ｒｂとは、この順に直列に接続される。第１抵抗線Ｒｄと第１抵抗線Ｒｃとは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、２つの第１抵抗線Ｒａ，Ｒｂの列と、２つの第１抵抗線Ｒｄ，Ｒｃの列とが、並列に接続される。また、第１抵抗線Ｒａおよび第１抵抗線Ｒｂの中間点Ｍ１１と、第１抵抗線Ｒｄおよび第１抵抗線Ｒｃの中間点Ｍ１２とが、第１電圧計Ｖ１に接続される。
図６は、４つの第２抵抗線Ｒ２を含む第２ブリッジ回路Ｃ２の回路図である。図６の例では、４つの第２抵抗線Ｒ２を、Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈとして区別して示す。第２抵抗線Ｒｅは、図３において、第１抵抗線Ｒａと第１抵抗線Ｒｄとの間に位置する。また、第２抵抗線Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈは、図３においてＲｅから時計回りに、Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈの順に配列される。
図６に示すように、４つの第２抵抗線Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇ、Ｒｈは、第２ブリッジ回路Ｃ２に組み込まれる。第２抵抗線Ｒｅと第２抵抗線Ｒｆとは、この順に直列に接続される。第２抵抗線Ｒｈと第２抵抗線Ｒｇとは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、２つの第２抵抗線Ｒｅ，Ｒｆの列と、２つの第２抵抗線Ｒｈ，Ｒｇの列とが、並列に接続される。また、第２抵抗線Ｒｅおよび第２抵抗線Ｒｆの中間点Ｍ２１と、第２抵抗線Ｒｈおよび第２抵抗線Ｒｇの中間点Ｍ２２とが、第２電圧計Ｖ２に接続される。
動力伝達装置１の駆動時には、ダイヤフラム部２２１に、周方向に伸長する部分（以下「伸長部」と称する）と、周方向に収縮する部分（以下「収縮部」と称する）とが、発生する。具体的には、２つの伸長部と２つの収縮部とが、周方向に交互に発生する。すなわち、伸長部と収縮部とは、中心軸９を中心として、周方向に９０°の間隔で交互に発生する。そして、これらの伸長部および収縮部の発生する箇所が、上述した第１回転数で回転する。
第１抵抗線Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄおよび第２抵抗線Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇ、Ｒｈの各抵抗値は、ダイヤフラム部２２１の周方向の伸縮に応じて変化する。例えば、上述した伸長部が、ある抵抗線と重なるときには、その抵抗線の抵抗値が増加する。また、上述した収縮部が、ある抵抗線と重なるときには、その抵抗線の抵抗値が低下する。
図３の例では、収縮部が第１抵抗線Ｒａ，Ｒｃと重なるときには、伸長部が第１抵抗線Ｒｂ，Ｒｄと重なる。また、伸長部が第１抵抗線Ｒａ，Ｒｃと重なるときには、収縮部が第１抵抗線Ｒｂ，Ｒｄと重なる。したがって、第１ブリッジ回路Ｃ１では、第１抵抗線Ｒａ，Ｒｃと、第１抵抗線Ｒｂ，Ｒｄとが、逆向きの抵抗値変化を示す。
また、図３の例では、収縮部が第２抵抗線Ｒｅ，Ｒｇと重なるときには、伸長部が第２抵抗線Ｒｆ，Ｒｈと重なる。また、伸長部が第２抵抗線Ｒｅ，Ｒｇと重なるときには、収縮部が第２抵抗線Ｒｆ，Ｒｈと重なる。したがって、第２ブリッジ回路Ｃ２では、第２抵抗線Ｒｅ，Ｒｇと、第２抵抗線Ｒｆ，Ｒｈとが、逆向きの抵抗値変化を示す。
図７は、第１ブリッジ回路Ｃ１の第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１と、第２ブリッジ回路Ｃ２の第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２とを、示したグラフである。動力伝達装置１の駆動時には、図７のように、第１電圧計Ｖ１および第２電圧計Ｖ２から、それぞれ、周期的に変化する正弦波状の計測値ｖ１，ｖ２が出力される。この計測値ｖ１，ｖ２の周期Ｔは、上述した第１回転数の周期の１／２倍に相当する。また、第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１の位相に対して、第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２の位相が、第１回転数の１／８周期分（計測値ｖ１，ｖ２の１／４周期分）進んでいるか、それとも第１回転数の１／８周期分（計測値ｖ１，ｖ２の１／４周期分）遅れているかにより、入力される回転運動の向きを判断できる。
したがって、これらの第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１および第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を検出できる。具体的には、例えば、第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１および第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２の組み合わせと、回転角度とを対応づけた関数テーブルを予め用意し、その関数テーブルに計測値ｖ１，ｖ２を入力することにより、回転角度を出力すればよい。
このように、本実施形態では、これらの第１ブリッジ回路Ｃ１および第２ブリッジ回路Ｃ２が、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を検出する検出回路として機能する。すなわち、本実施形態では、フレックスギア２０に取り付けられるセンサ４０が、検出回路を有する。このため、センサ４０が検出回路を有さない場合と比べて、センサ４０の外部へ延ばす配線を減らすことができる。その結果、フレックスギア２０に対するセンサ４０の取り付けが容易となる。また、検出回路が第１ブリッジ回路Ｃ１および第２ブリッジ回路Ｃ２を有することで、可撓部材であるフレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を、適切に検出できる。
本実施形態では、複数の第１抵抗線Ｒ１が、それぞれ、周方向の一端から他端まで、周方向に沿って延びる弧状である。すなわち、各第１抵抗線Ｒ１が、周方向に沿う１つの抵抗線の領域で構成されている。このため、第１抵抗線Ｒ１が、周方向に沿う抵抗線の領域を複数有する場合と比べて、絶縁層４２の表面において第１抵抗線Ｒ１が占める領域を小さくすることができる。
同様に、本実施形態では、複数の第２抵抗線Ｒ２が、それぞれ、周方向の一端から他端まで、周方向に沿って延びる弧状である。すなわち、各第２抵抗線Ｒ２が、周方向に沿う１つの抵抗線の領域で構成されている。このため、第２抵抗線Ｒ２が、周方向に沿う抵抗線の領域を複数有する場合と比べて、絶縁層４２の表面において第２抵抗線Ｒ２が占める領域を小さくすることができる。
図８は、センサ４０の部分平面図である。具体的には、図８は、図３において二点鎖線で囲まれた領域付近の拡大図である。図３および図８に示すように、センサ４０は、複数の接続線Ｗ１を有する。一部の接続線Ｗ１は、第１抵抗線Ｒ１の端部から延びて、複数の第１抵抗線Ｒ１を互いに接続する。これにより、上述した第１ブリッジ回路Ｃ１が形成される。また、他の一部の接続線Ｗ１は、第２抵抗線Ｒ２の端部から延びて、複数の第２抵抗線Ｒ２を互いに接続する。これにより、上述した第２ブリッジ回路Ｃ２が形成される。
図８に示すように、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２は、第１導体層４３により構成される。すなわち、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の表面は、第１導体層４３が露出している。これに対し、接続線Ｗ１は、第１導体層４３および第２導体層４４により構成される。すなわち、接続線Ｗ１の表面には、第２導体層４４が積層されている。
このように、接続線Ｗ１を、第１導体層４３および第２導体層４４により構成すれば、接続線Ｗ１を第１導体層４３のみで構成する場合と比べて、接続線Ｗ１の抵抗値が下がる。これにより、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の相対的な抵抗値が上がる。したがって、第１ブリッジ回路Ｃ１および第２ブリッジ回路Ｃ２において、接続線Ｗ１の抵抗値の変化が、計測値ｖ１，ｖ２に及ぼす影響を小さくすることができる。すなわち、第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１は、第１抵抗線Ｒ１の抵抗値の変化を、より精度よく反映する。また、第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２は、第２抵抗線Ｒ２の抵抗値の変化を、より精度よく反映する。
したがって、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が、周方向に沿う抵抗線の領域を複数有していなくとも、第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１および第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を、精度よく検出できる。
第２導体層４４の材料の比抵抗は、第１導体層４３の材料の比抵抗よりも低いことが望ましい。あるいは、第２導体層４４の材料のゲージ率は、第１導体層４３の材料のゲージ率よりも低いことが望ましい。第２導体層４４に、比抵抗またはゲージ率が低い材料を使用すれば、第２導体層４４を積層することにより、接続線Ｗ１の抵抗値を、より効果的に下げることができる。したがって、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２による回転角度の検出精度を、より向上させることができる。したがって、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が、周方向に沿う抵抗線の領域を複数有していなくとも、第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１および第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を、精度よく検出できる。
例えば、第１導体層４３の材料を、Ｃｕ－Ｎｉ合金などの銅を含む材料とし、第２導体層４４の材料を、銅とするとよい。あるいは、第１導体層４３の材料を、クロムを含む材料とし、第２導体層４４の材料を、金とするとよい。ただし、第１導体層４３の材料は、クロム、窒化クロム、または酸化クロム等であってもよい。
また、図８に示すように、接続線Ｗ１の線幅ｄ０は、第１抵抗線Ｒ１の線幅ｄ１および第２抵抗線Ｒ２の線幅ｄ２よりも、広い。このようにすれば、接続線Ｗ１の抵抗値を、より下げることができる。したがって、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２による回転角度の検出精度を、より向上させることができる。したがって、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が、周方向に沿う抵抗線の領域を複数有していなくとも、第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１および第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を、精度よく検出できる。
なお、必ずしも、接続線Ｗ１の全ての部分の線幅が、第１抵抗線Ｒ１の線幅ｄ１および第２抵抗線Ｒ２の線幅ｄ２よりも広くなくてもよい。接続線Ｗ１の少なくとも一部の線幅が、第１抵抗線Ｒ１の線幅ｄ１および第２抵抗線Ｒ２の線幅ｄ２よりも広ければよい。
また、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の軸方向の厚みを薄くすれば、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の抵抗値を、より高くすることができる。これにより、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２による回転角度の検出精度を、より向上させることができる。したがって、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が、周方向に沿う抵抗線の領域を複数有していなくとも、第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１および第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を、精度よく検出できる。
第１抵抗線Ｒ１の軸方向の厚みおよび第２抵抗線Ｒ２の軸方向の厚みは、例えば、１０００ｎｍ以下とすることが望ましい。すなわち、図４に示すように、第１導体層４３の軸方向の厚みｈを、１０００ｎｍ以下とすることが望ましい。
＜２－３．トルク検出センサについて＞
トルク検出センサＳ２は、フレックスギア２０にかかる周方向のトルクを検出するセンサである。
図３に示すように、トルク検出センサＳ２は、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６を有する。第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６は、絶縁層４２の表面に配置される。第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６は、上述した第１導体層４３により構成される。
第３抵抗線Ｒ３は、１本の導体がジグザグに曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状のパターンである。本実施形態では、中心軸９を中心とする約１８０°の範囲に、第３抵抗線Ｒ３が、半円状に設けられている。また、第３抵抗線Ｒ３は、複数の検出線ｒ３を含む。複数の検出線ｒ３は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各検出線ｒ３は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜している。径方向に対する検出線ｒ３の傾斜角度は、例えば４５°とされる。周方向に隣り合う検出線ｒ３の端部同士は、径方向の内側または外側で交互に接続される。これにより、複数の検出線ｒ３が、全体として直列に接続される。
第４抵抗線Ｒ４は、１本の導体がジグザグに曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状のパターンである。本実施形態では、中心軸９を中心とする約１８０°の範囲に、第４抵抗線Ｒ４が、半円状に設けられている。また、第４抵抗線Ｒ４は、複数の検出線ｒ４を含む。複数の検出線ｒ４は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各検出線ｒ４は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜している。径方向に対する検出線ｒ４の傾斜角度は、例えば４５°とされる。周方向に隣り合う検出線ｒ４の端部同士は、径方向の内側または外側で交互に接続される。これにより、複数の検出線ｒ４が、全体として直列に接続される。
第３抵抗線Ｒ３と第４抵抗線Ｒ４とは、同心かつ線対称に配置される。また、中心軸９から第３抵抗線Ｒ３までの径方向の距離と、中心軸９から第４抵抗線Ｒ４までの径方向の距離と、は同一である。
第５抵抗線Ｒ５は、１本の導体がジグザグに曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状のパターンである。本実施形態では、中心軸９を中心とする約１８０°の範囲に、第５抵抗線Ｒ５が、半円状に設けられている。また、第５抵抗線Ｒ５は、複数の検出線ｒ５を含む。複数の検出線ｒ５は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各検出線ｒ５は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜している。径方向に対する検出線ｒ５の傾斜角度は、例えば４５°とされる。周方向に隣り合う検出線ｒ５の端部同士は、径方向の内側または外側で交互に接続される。これにより、複数の検出線ｒ５が、全体として直列に接続される。
第６抵抗線Ｒ６は、１本の導体がジグザグに曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状のパターンである。本実施形態では、中心軸９を中心とする約１８０°の範囲に、第６抵抗線Ｒ６が、半円状に設けられている。また、第６抵抗線Ｒ６は、複数の検出線ｒ６を含む。複数の検出線ｒ６は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各検出線ｒ６は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜している。径方向に対する検出線ｒ６の傾斜角度は、例えば４５°とされる。周方向に隣り合う検出線ｒ６の端部同士は、径方向の内側または外側で交互に接続される。これにより、複数の検出線ｒ６が、全体として直列に接続される。
第５抵抗線Ｒ５と第６抵抗線Ｒ６とは、同心かつ線対称に配置される。また、中心軸９から第５抵抗線Ｒ５までの径方向の距離と、中心軸９から第６抵抗線Ｒ６までの径方向の距離と、は同一である。また、第５抵抗線Ｒ５および第６抵抗線Ｒ６は、第３抵抗線Ｒ３および第４抵抗線Ｒ４よりも、径方向内側に位置する。
図９は、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６を含む第３ブリッジ回路Ｃ３の回路図である。図９に示すように、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６は、第３ブリッジ回路Ｃ３に組み込まれる。第３抵抗線Ｒ３と第４抵抗線Ｒ４とは、この順に直列に接続される。第５抵抗線Ｒ５と第６抵抗線Ｒ６とは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、第３抵抗線Ｒ３および第４抵抗線Ｒ４の列と、第５抵抗線Ｒ５および第６抵抗線Ｒ６の列とが、並列に接続される。また、第３抵抗線Ｒ３および第４抵抗線Ｒ４の中間点Ｍ３１と、第５抵抗線Ｒ５および第６抵抗線Ｒ６の中間点Ｍ３２とが、第３電圧計Ｖ３に接続される。
第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６の各検出線ｒ３～ｒ６の抵抗値は、フレックスギア２０にか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、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かかると、第３抵抗線Ｒ３の各検出線ｒ３の抵抗値および第６抵抗線Ｒ６の各検出線ｒ６の抵抗値が低下し、第４抵抗線Ｒ４の各検出線ｒ４の抵抗値および第５抵抗線Ｒ５の各検出線ｒ５の抵抗値が増加する。一方、フレックスギア２０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かかると、第３抵抗線Ｒ３の各検出線ｒ３の抵抗値および第６抵抗線Ｒ６の各検出線ｒ６の抵抗値が増加し、第４抵抗線Ｒ４の各検出線ｒ４の抵抗値および第５抵抗線Ｒ５の各検出線ｒ５の抵抗値が低下する。このように、第３抵抗線Ｒ３および第６抵抗線Ｒ６と、第４抵抗線Ｒ４および第５抵抗線Ｒ５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３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６の各抵抗値が変化すると、第３抵抗線Ｒ３および第４抵抗線Ｒ４の中間点Ｍ３１と、第５抵抗線Ｒ５および第６抵抗線Ｒ６の中間点Ｍ３２との間の電位差が変化するので、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３も変化する。したがって、この第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３に基づいて、フレックスギア２０にか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。
第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６は、それぞれ、接続線Ｗ２により、互いに接続される。これにより、上述した第３ブリッジ回路Ｃ３が形成される。第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６は、第１導体層４３により構成される。すなわち、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６の表面は、第１導体層４３が露出している。これに対し、接続線Ｗ２は、第１導体層４３および第２導体層４４により構成される。すなわち、接続線Ｗ２の表面には、第２導体層４４が積層されている。
このように、接続線Ｗ２を、第１導体層４３および第２導体層４４により構成すれば、接続線Ｗ２を第１導体層４３のみで構成する場合と比べて、接続線Ｗ２の抵抗値が下がる。これにより、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６の相対的な抵抗値が上がる。したがって、第３ブリッジ回路Ｃ３において、接続線Ｗ２の抵抗値の変化が、計測値ｖ３に及ぼす影響を小さくすることができる。すなわち、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３は、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６の抵抗値の変化を、より精度よく反映する。したがって、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３に基づいて、フレックスギア２０にかかるトルクを、精度よく検出できる。
上述の通り、このセンサ４０では、絶縁層４２の表面において、回転角度検出センサＳ１を構成する複数の第１抵抗線Ｒ１および複数の第２抵抗線Ｒ２が占める領域が小さい。このため、回転角度検出センサＳ１を構成する複数の第１抵抗線Ｒ１および複数の第２抵抗線Ｒ２と、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６とが、絶縁層４２の同一の面に配置されている。このようにすれば、センサ４０の製造時に、絶縁層４２の両面に、導体層を形成する必要がない。したがって、センサ４０の製造コストを低減できる。
また、本実施形態の第１抵抗線Ｒ１は、周方向の一端から他端まで、周方向に沿って延びる弧状である。また、本実施形態の第２抵抗線Ｒ２は、周方向の一端から他端まで、周方向に沿って延びる弧状である。このため、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が径方向に延びる場合よりも、径方向の狭い範囲に、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。したがって、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の径方向内側または径方向外側に、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６を配置するスペースを広く確保できる。
また、本実施形態では、回転角度検出センサＳ１を構成する複数の第１抵抗線Ｒ１および複数の第２抵抗線Ｒ２が、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６よりも、径方向外側に位置する。このようにすれば、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の端部から延びる接続線Ｗ１を、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６に遮られることなく、径方向外側の信号処理回路Ｃ０まで延ばすことができる。
＜２－４．リップル補正について＞
動力伝達装置１の駆動時には、フレックスギア２０に、周期的な撓み変形が生じる。このため、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３には、本来計測したいトルクを反映した成分と、フレックスギア２０の周期的な撓み変形に起因する誤差成分（リップル）とが含まれる。当該誤差成分は、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度に応じて変化する。
そこで、信号処理回路Ｃ０は、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３から、上記の誤差成分をキャンセルするための補正処理を行う。図１０は、信号処理回路Ｃ０の当該補正処理を、概念的に示した図である。図１０のように、信号処理回路Ｃ０には、第１電圧計Ｖ１、第２電圧計Ｖ２、および第３電圧計Ｖ３の各計測値ｖ１，ｖ２，ｖ３が入力される。信号処理回路Ｃ０は、まず、第１電圧計Ｖ１および第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ１，ｖ２に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を検出する。そして、検出された回転角度に応じて、上述した誤差成分を算出する。その後、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３を、算出された誤差成分を用いて補正する。その結果、フレックスギア２０にかかるトルクを、より精度よく出力することができる。
なお、信号処理回路Ｃ０は、上述した回転角度を演算することなく、第１電圧計Ｖ１および第２電圧計Ｖ２の各計測値ｖ１，ｖ２に所定の係数をかけて、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３に合成してもよい。このようにすれば、回転角度の演算にかかる処理負担が削減されるため、信号処理回路Ｃ０の演算速度を向上させることができる。
＜２－５．温度補正について＞
本実施形態のセンサ４０は、温度の影響を補正するために、温度検出センサＳ３を含む。
図３に示すように、温度検出センサＳ３は、第７抵抗線Ｒ７を有する。第７抵抗線Ｒ７は、絶縁層４２の表面に配置される。第７抵抗線Ｒ７は、上述した第１導体層４３および第２導体層４４により構成される。第７抵抗線Ｒ７は、中心軸９を中心として弧状に延びる。このため、周方向のトルクによる第７抵抗線Ｒ７の抵抗値の変化は、極めて小さい。また、第７抵抗線Ｒ７は、中心軸９の周りの略全周に亘って延びる。このため、第７抵抗線Ｒ７の抵抗値は、ダイヤフラム部２２１の撓み変形に起因する伸縮の影響も受けにくい。したがって、第７抵抗線Ｒ７の抵抗値は、温度による変化が支配的となる。したがって、第７抵抗線Ｒ７の抵抗値を測定すれば、フレックスギア２０の温度を反映した信号を取得できる。
信号処理回路Ｃ０は、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３を、上記の回転角度だけではなく、第７抵抗線Ｒ７の抵抗値も考慮して、補正する。具体的には、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３を、温度による変化をキャンセルする方向に増加または減少させる。このようにすれば、温度変化の影響を抑制して、フレックスギア２０にかかるトルクを、より精度よく検出できる。
なお、第１導体層４３の材料に、温度による抵抗値の変化が極めて小さいＣｕ－Ｎｉ合金を使用する場合、上述の通り、第７抵抗線Ｒ７は、第１導体層４３および第２導体層４４により構成される。ただし、第１導体層４３の材料に、温度による抵抗値の変化が大きい銅などを使用する場合、第７抵抗線Ｒ７は、第１導体層４３のみで構成してもよい。
第７抵抗線Ｒ７と信号処理回路Ｃ０とは、接続線Ｗ３により、互いに接続される。接続線Ｗ３は、第１導体層４３および第２導体層４４により構成される。すなわち、接続線Ｗ３の表面には、第２導体層４４が積層されている。
このように、接続線Ｗ３を、第１導体層４３および第２導体層４４により構成すれば、接続線Ｗ３を第１導体層４３のみで構成する場合と比べて、接続線Ｗ３の抵抗値が下がる。これにより、第７抵抗線Ｒ７の相対的な抵抗値が上がる。したがって、接続線Ｗ３の抵抗値の変化が、温度検出センサＳ３の検出値に及ぼす影響を、小さくすることができる。したがって、第７抵抗線Ｒ７の抵抗値の変化に基づいて、フレックスギア２０の温度を、精度よく検出できる。
＜３．変形例＞
以上、本発明の一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。
＜３－１．第１変形例＞
図１１は、第１変形例に係るセンサ４０の平面図である。図１１では、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６、温度検出センサＳ３を構成する第７抵抗線Ｒ７、および接続線Ｗ１～Ｗ３の図示が省略されている。
上記の実施形態では、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２が、それぞれ、周方向の一端から他端まで、曲線状に延びていた。これに対し、図１１の第１変形例では、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２が、それぞれ、周方向の一端から他端まで直線状に延びている。このような形状であっても、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２の各抵抗値は、ダイヤフラム部２２１の周方向の伸縮に応じて変化する。したがって、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２の抵抗値の変化に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を検出できる。
このように、４つの第１抵抗線Ｒ１のうち、少なくとも一つの第１抵抗線Ｒ１が、曲線状または直線状であってもよい。また、４つの第２抵抗線Ｒ２のうち、少なくとも一つの第２抵抗線Ｒ２が、曲線状または直線状であってもよい。これにより、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の配置の自由度が向上する。例えば、回路基板４１上の他の配線を避けつつ、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。あるいは、フレックスギア２０の形状を考慮して、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。特に、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が直線状の場合、抵抗線の長さを短くして、抵抗線を容易に形成できる。
＜３－２．第２変形例＞
図１２は、第２変形例に係るセンサ４０の平面図である。図１２では、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６、温度検出センサＳ３を構成する第７抵抗線Ｒ７、および接続線Ｗ１～Ｗ３の図示が省略されている。
図１２の第２変形例では、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２が、それぞれ、周方向の一端と他端との間で、略周方向に沿って、折れ線状に延びている。このような形状であっても、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２の各抵抗値は、ダイヤフラム部２２１の周方向の伸縮に応じて変化する。したがって、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２の抵抗値の変化に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を検出できる。
このように、４つの第１抵抗線Ｒ１のうち、少なくとも一つの第１抵抗線Ｒ１が、略周方向に沿って延びる折れ線状であってもよい。また、４つの第２抵抗線Ｒ２のうち、少なくとも一つの第２抵抗線Ｒ２が、略周方向に沿って延びる折れ線状であってもよい。これにより、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の配置の自由度が向上する。例えば、回路基板４１上の他の配線を避けつつ、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。あるいは、フレックスギア２０の形状を考慮して、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。特に、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が折れ線状の場合、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が直線状の場合よりも、周方向の伸縮をより正確に反映した検出結果を得ることができる。
＜３－３．第３変形例＞
図１３は、第３変形例に係るセンサ４０の平面図である。図１３では、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６、温度検出センサＳ３を構成する第７抵抗線Ｒ７、および接続線Ｗ１～Ｗ３の図示が省略されている。
図１３の第３変形例では、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２が、それぞれ、周方向および径方向に対して斜めに延びている。このような形状であっても、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２の各抵抗値は、ダイヤフラム部２２１の周方向の伸縮に応じて変化する。したがって、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２の抵抗値の変化に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を検出できる。
このように、４つの第１抵抗線Ｒ１のうち、少なくとも一つの第１抵抗線Ｒ１が、周方向および径方向に対して斜めに延びていてもよい。また、４つの第２抵抗線Ｒ２のうち、少なくとも一つの第２抵抗線Ｒ２が、周方向および径方向に対して斜めに延びていてもよい。これにより、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の配置の自由度が向上する。例えば、回路基板４１上の他の配線を避けつつ、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。あるいは、フレックスギア２０の形状を考慮して、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。
なお、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を、周方向に対して傾斜させる場合、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の各抵抗値は、フレックスギア２０にかかるトルクに応じて変化する。このトルクに起因する抵抗値の変化をキャンセルするために、４つの第１抵抗線Ｒａ～Ｒｄのうち、中心軸９に対して１８０°離れた２つの第１抵抗線Ｒａ，Ｒｃは、周方向に対して逆向きに傾斜させることが望ましい。また、４つの第１抵抗線Ｒａ～Ｒｄのうち、中心軸９に対して１８０°離れた２つの第１抵抗線Ｒｂ，Ｒｄも、周方向に対して逆向きに傾斜させることが望ましい。ただし、周方向に隣り合う第１抵抗線Ｒ１の周方向に対する傾斜の向きは、同じであってもよく、逆向きであってもよい。
同様に、４つの第２抵抗線Ｒｅ～Ｒｈのうち、中心軸９に対して１８０°離れた２つの第２抵抗線Ｒｅ，Ｒｇは、周方向に対して逆向きに傾斜することが望ましい。また、４つの第２抵抗線Ｒｅ～Ｒｈのうち、中心軸９に対して１８０°離れた２つの第２抵抗線Ｒｆ，Ｒｈも、周方向に対して逆向きに傾斜することが望ましい。ただし、周方向に隣り合う第２抵抗線Ｒ２の周方向に対する傾斜の向きは、同じであってもよく、逆向きであってもよい。
＜３－４．第４変変形＞
図１４は、第４変形例に係るセンサ４０の平面図である。図１４では、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６、温度検出センサＳ３を構成する第７抵抗線Ｒ７、および接続線Ｗ１～Ｗ３の図示が省略されている。
上記の実施形態では、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２が、それぞれ、周方向に延びていた。これは、ダイヤフラム部２２１の周方向の周期的な変形を検出するためである。しかしながら、動力伝達装置１の駆動時には、ダイヤフラム部２２１は、周方向だけではなく、径方向にも周期的に変形する。このため、図１４のように、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２は、それぞれ、径方向に延びていてもよい。この場合でも、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２の各抵抗値は、ダイヤフラム部２２１の径方向の伸縮に応じて変化する。したがって、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２の抵抗値の変化に基づいて、フレックスギア２０に入力される回転運動の回転角度を検出できる。
図１４の例では、複数の第１抵抗線Ｒ１が、それぞれ、径方向の一端から他端まで、径方向に沿って直線状に延びる。すなわち、各第１抵抗線Ｒ１が、径方向に沿う１つの抵抗線の領域で構成されている。このため、第１抵抗線Ｒ１が、径方向に沿う抵抗線の領域を複数有する場合と比べて、絶縁層４２の表面において第１抵抗線Ｒ１が占める領域を小さくすることができる。
同様に、図１４の例では、複数の第２抵抗線Ｒ２が、それぞれ、周方向の一端から他端まで、径方向に沿って直線状に延びる。すなわち、各第２抵抗線Ｒ２が、径方向に沿う１つの抵抗線の領域で構成されている。このため、第２抵抗線Ｒ２が、径方向に沿う抵抗線の領域を複数有する場合と比べて、絶縁層４２の表面において第２抵抗線Ｒ２が占める領域を小さくすることができる。
＜３－５．他の変形例＞
上記の実施形態では、４つの第１抵抗線Ｒ１の各々において、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１つであった。また、上記の実施形態では、４つの第２抵抗線Ｒ２の各々において、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１つであった。しかしながら、４つの第１抵抗線Ｒ１のうち、少なくとも一つの第１抵抗線Ｒ１において、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１つであってもよい。また、４つの第２抵抗線Ｒ２のうち、少なくとも一つの第２抵抗線Ｒ２において、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１つであってもよい。
すなわち、少なくとも一つの第１抵抗線Ｒ１において、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下かつ径方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下であればよい。これにより、絶縁層４２の表面において第１抵抗線Ｒ１が占める領域を小さくすることができる。また、少なくとも一つの第２抵抗線Ｒ２において、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下かつ径方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下であればよい。これにより、絶縁層４２の表面において第２抵抗線Ｒ２が占める領域を小さくすることができる。
また、上記の実施形態では、４つの第１抵抗線Ｒ１の径方向の位置と、４つの第２抵抗線Ｒ２の径方向の位置とが、同一であった。しかしながら、４つの第１抵抗線Ｒ１の径方向の位置と、４つの第２抵抗線Ｒ２の径方向の位置とは、異なっていてもよい。これにより、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の配置の自由度が向上する。例えば、回路基板４１上の他の配線を避けつつ、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。あるいは、フレックスギア２０の形状を考慮して、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２を配置できる。
また、上記の実施形態では、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２が、周方向に等間隔に配置されていた。しかしながら、４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２が、周方向に不均一な間隔で配置されていてもよい。
また、上記の実施形態では、回転角度検出センサＳ１を構成する４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２は、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６よりも、径方向外側に位置していた。しかしながら、回転角度検出センサＳ１を構成する４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２は、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６よりも、径方向内側に位置していてもよい。
また、上記の実施形態では、回転角度検出センサＳ１を構成する４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２と、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６とが、絶縁層４２の同一の面に配置されていた。しかしながら、回転角度検出センサＳ１を構成する４つの第１抵抗線Ｒ１および４つの第２抵抗線Ｒ２と、トルク検出センサＳ２を構成する第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６とが、絶縁層４２の異なる面に配置されていてもよい。その場合、絶縁層４２の両面に、第１導体層４３および第２導体層４４が形成されていてもよい。
また、上記の実施形態のセンサ４０は、４つの第１抵抗線Ｒ１と、４つの第２抵抗線Ｒ２とを、有していた。しかしながら、センサ４０が有する第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２の数は、それぞれ４つ以外でもよい。
また、上記の実施形態では、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２が、回路基板４１の絶縁層４２の表面に配置されていた。しかしながら、第１抵抗線Ｒ１および第２抵抗線Ｒ２は、ダイヤフラム部２２１の表面２２３に配置されていてもよい。例えば、ダイヤフラム部２２１の表面２２３に、絶縁膜を形成し、当該絶縁膜の表面に、スパッタリングなどで導体層を形成する。そして、エッチング等の科学的手段またはレーザなどの物理的手段により、導体層の不要な部分を除去すればよい。この場合、ダイヤフラム部２２１の表面２２３に形成される絶縁膜が、本発明における「ベース部」となる。なお、絶縁膜には、例えば、無機絶縁材料が使用される。
また、センサ４０は、回転角度検出センサＳ１、トルク検出センサＳ２、および温度検出センサＳ３以外のセンサを含んでいてもよい。例えば、センサ４０は、フレックスギア２０の軸方向の歪みを検出するためのセンサを含んでいてもよい。
また、上記の実施形態では、トルク検出センサＳ２が、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６の４つの抵抗線を有していた。そして、第３ブリッジ回路Ｃ３は、第３抵抗線Ｒ３～第６抵抗線Ｒ６の４つの抵抗線を含むフルブリッジ回路となっていた。しかしながら、トルク検出センサＳ２は、２つの抵抗線のみを有していてもよい。その場合、第３ブリッジ回路Ｃ３は、当該２つの抵抗線と、２つの固定抵抗とで構成される、ハーフブリッジ回路とすればよい。
また、上記の実施形態では、信号処理回路Ｃ０が、回路基板４１に実装されていた。しかしながら、信号処理回路Ｃ０は、回路基板４１の外部に設けられていてもよい。
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の軸方向の端部から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の軸方向の端部から径方向内側へ向けて広がっていてもよい。
また、上記の実施形態では、センサ４０の検出対象物が、フレックスギア２０であった。しかしながら、センサ４０の検出対象物は、フレックスギア２０には限られない。上記実施形態と同等の構造を有するセンサ４０を、フレックスギア２０以外の可撓部材に入力される回転運動の回転角度を検出するために用いてもよい。
その他、センサおよび動力伝達装置の細部の構成については、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形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、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
２０ フレックスギア
３０ 波動発生器
４０ センサ
４１ 回路基板
４２ 絶縁層
４３ 第１導体層
４４ 第２導体層
２２１ ダイヤフラム部
４１１ 本体部
４１２ フラップ部
Ｃ０ 信号処理回路
Ｃ１ 第１ブリッジ回路
Ｃ２ 第２ブリッジ回路
Ｃ３ 第３ブリッジ回路
Ｒ１，Ｒａ～Ｒｄ 第１抵抗線
Ｒ２，Ｒｅ～Ｒｈ 第２抵抗線
Ｒ３ 第３抵抗線
Ｒ４ 第４抵抗線
Ｒ５ 第５抵抗線
Ｒ６ 第６抵抗線
Ｒ７ 第７抵抗線
Ｓ１ 回転角度検出センサ
Ｓ２ トルク検出センサ
Ｓ３ 温度検出センサ
Ｗ１ 接続線
Ｗ２ 接続線
Ｗ３ 接続線

Claims (21)

  1. 中心軸に対して交差する方向に広がるベース部と、
    前記ベース部の表面に、周方向に配列された複数の第１抵抗線と、
    前記ベース部の表面に、前記複数の第１抵抗線と同心に、かつ、前記第１抵抗線の周方向間に配置された複数の第２抵抗線と、
    を有し、
    少なくとも一つの前記第１抵抗線において、周方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下かつ径方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下である、センサ。
  2. 請求項１に記載のセンサであって、
    少なくとも一つの前記第２抵抗線において、前記周方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下かつ前記径方向に沿う抵抗線の領域の数が１以下である、センサ。
  3. 請求項１または請求項２に記載のセンサであって、
    少なくとも一つの前記第１抵抗線は、直線状、曲線状、または折れ線状に延び、
    少なくとも一つの前記第２抵抗線は、直線状、曲線状、または折れ線状に延びる、センサ。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のセンサであって、
    前記複数の第１抵抗線は、それぞれ、前記周方向および前記径方向に対して斜めに延び、
    前記複数の第２抵抗線は、それぞれ、前記周方向および前記径方向に対して斜めに延びる、センサ。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のセンサであって、
    前記ベース部は、絶縁層であり、
    前記絶縁層の表面に形成された第１導体層と、
    前記第１導体層の表面に積層された第２導体層と、
    を有し、
    前記第１抵抗線および前記第２抵抗線は、前記第１導体層により構成され、
    前記第１抵抗線および前記第２抵抗線の端部から延びる接続線は、前記第１導体層および前記第２導体層により構成される、センサ。
  6. 請求項５に記載のセンサであって、
    前記第２導体層の材料の比抵抗は、前記第１導体層の材料の比抵抗よりも低い、センサ。
  7. 請求項５に記載のセンサであって、
    前記第２導体層の材料のゲージ率は、前記第１導体層の材料のゲージ率よりも低い、センサ。
  8. 請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のセンサであって、
    前記第１導体層の材料は、銅を含む材料またはクロムを含む材料であり、
    前記第２導体層の材料は、銅、銀、または金である、センサ。
  9. 請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載のセンサであって、
    前記接続線の少なくとも一部の線幅は、前記第１抵抗線の線幅および前記第２抵抗線の線幅よりも広い、センサ。
  10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のセンサであって、
    前記第１抵抗線は、周方向の一端から他端まで、周方向に沿って延びる弧状であり、
    前記第２抵抗線は、周方向の一端から他端まで、周方向に沿って延びる弧状である、センサ。
  11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のセンサであって、
    前記第２抵抗線の径方向位置は、前記第１抵抗線の径方向位置と異なる、センサ。
  12. 請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のセンサであって、
    ４つの前記第１抵抗線と、
    ４つの前記第２抵抗線と、
    を有し、
    前記第１抵抗線の周方向の中央部と、前記第２抵抗線の周方向の中央部とが、前記中心軸の周りに４５°間隔で交互に配置されている、センサ。
  13. 請求項１２に記載のセンサであって、
    前記第１抵抗線および前記第２抵抗線を含む検出回路
    を有する、センサ。
  14. 請求項１３に記載のセンサであって、
    前記検出回路は、
    前記４つの第１抵抗線を含む第１ブリッジ回路と、
    前記４つの第２抵抗線を含む第２ブリッジ回路と、
    を有する、センサ。
  15. 請求項１３または請求項１４に記載のセンサであって、
    前記ベース部は、前記中心軸と交差する方向に広がり、撓み変形可能な可撓部材の表面に配置され、
    前記検出回路により、前記可撓部材に入力される回転運動の回転角度を検出する回転角度検出センサと、
    前記可撓部材に掛かるトルクを検出するトルク検出センサと、
    を含む、センサ。
  16. 請求項１５に記載のセンサであって、
    前記回転角度検出センサにより検出される前記回転角度に基づいて、前記トルク検出センサの計測値を補正する信号処理回路
    を備える、センサ。
  17. 請求項１５または請求項１６に記載のセンサであって、
    前記トルク検出センサを構成する抵抗線と、前記複数の第１抵抗線と、前記複数の第２抵抗線とが、前記ベース部の同一の面に配置される、センサ。
  18. 請求項１７に記載のセンサであって、
    前記複数の第１抵抗線および前記複数の第２抵抗線は、前記トルク検出センサを構成する抵抗線よりも径方向外側に位置する、センサ。
  19. 請求項１５から請求項１８までのいずれか１項に記載のセンサであって、
    前記中心軸を中心として弧状に延びる抵抗線により、前記可撓部材の温度を検出する温度検出センサ
    をさらに含む、センサ。
  20. 請求項１５から請求項１９までのいずれか１項に記載のセンサと、
    前記可撓部材と、
    を有する動力伝達装置。
  21. 請求項２０に記載の動力伝達装置であって、
    前記可撓部材は、
    軸方向に筒状に延びる可撓性の筒状部と、
    前記筒状部の径方向外側面に設けられた複数の外歯と、
    前記筒状部の軸方向の端部から径方向外側または径方向内側に向けて広がるダイヤフラム部と、
    を有し、
    前記ベース部は、前記ダイヤフラム部の表面に配置される、動力伝達装置。
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