JP2023093706A - トルク検出センサ、動力伝達装置、及び、ロボット - Google Patents

トルク検出センサ、動力伝達装置、及び、ロボット Download PDF

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Abstract

【課題】歯車等の円形体用の安価かつ薄型のトルク検出センサを提供する。【解決手段】トルク検出センサは、第１の抵抗線パターンと第２の抵抗線パターンとを有する。第１の抵抗線パターンは、円形体の半径方向に対して周方向一方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状または円環状のパターンである。第２の抵抗線パターンは、円形体の半径方向に対して周方向他方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状または円環状のパターンである。第１の抵抗線と、第２の抵抗線とは、互いに重ならない位置に配置される。このため、これらの抵抗線パターンを単層で構成することができる。したがって、円形体用の安価かつ薄型のトルク検出センサを実現できる。【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、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２０００－１３１１６０号公報および特開２００５－６９４０１号公報に記載されている。これらの公報では、減速後の回転数で回転する歯車に、歪みゲージが貼り付けられている。これにより、歯車にかかるトルクの検出が可能となっている。
特開２０００－１３１１６０号公報 特開２００５－６９４０１号公報
しかしながら、上記公報の構造では、歯車の周方向の数か所に、歪みゲージが離散的に貼り付けられている。各歪みゲージが検出するトルクは、歯車の局所的な一部分のトルクである。このような構造では、歯車の全周にかかるトルクを、精度よく検出することが困難であった。
また、従来の構造では、複数の歪みゲージとは別に、歪みゲージからの出力信号を処理する回路基板を設ける必要があった。また、歪みゲージと回路基板とを接続するために、歪みゲージに導線を半田付けする必要があった。これにより、トルクの検出に関わる部分の製造コストが嵩むとともに、トルクの検出に関わる部分を全体として薄型化することが困難となっていた。
本発明の目的は、歯車等の円形体用の安価かつ薄型のトルク検出センサを提供することである。
本願の第１発明は、円形体にかかるトルクを検出するトルク検出センサであって、第１の抵抗線パターンと第２の抵抗線パターンとを有し、前記第１の抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状または円環状のパターンであり、前記第２の抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向他方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状または円環状のパターンであり、前記第１の抵抗線と、前記第２の抵抗線とが、互いに重ならない位置に配置される。
本願の第２発明は、円形体にかかるトルクを検出するトルク検出センサであって、前記円形体の周方向の歪みを検出する周方向歪み検出用抵抗線パターンと、前記円形体の軸方向の歪みを検出するスラスト歪み検出用抵抗線パターンと、を有し、前記周方向歪み検出用抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列されたパターンであり、前記スラスト歪み検出用抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に延びる抵抗線が、周方向に複数配列されたパターンであり、前記周方向歪み検出用抵抗線パターンと、スラスト歪み検出用抵抗線パターンとは、互いに重ならない位置に配置される。
本願の第１発明によれば、第１の抵抗線パターンと第２の抵抗線パターンとを含むブリッジ回路からの出力信号により、円形体にかかるトルクを検出できる。第１の抵抗線パターンと第２の抵抗線パターンとは、互いに重ならないため、これらの抵抗線パターンを単層で構成することができる。したがって、円形体用の安価かつ薄型のトルク検出センサを実現できる。
本願の第２発明によれば、周方向歪み検出用抵抗線パターンを含むブリッジ回路からの出力信号により、円形体にかかるトルクを検出できる。また、スラスト歪み検出用抵抗線パターンの抵抗値に基づいて、周方向歪み検出用抵抗線パターンを含むブリッジ回路からの出力信号を補正することで、円形体の軸方向の変形に起因する成分をキャンセルできる。その結果、円形体にかかるトルクを、より精度よく検出できる。また、周方向歪み検出用抵抗線パターンとスラスト歪み検出用抵抗線パターンとは、互いに重ならないため、これらの抵抗線パターンを単層で構成することができる。したがって、円形体用の安価かつ薄型のトルク検出センサを実現できる。
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実施形態に係るトルク検出センサおよびダイヤフラム部の部分断面図である。 図６は、第２実施形態に係るトルク検出センサの平面図である。 図７は、第３実施形態に係るトルク検出センサの平面図である。 図８は、第４実施形態に係るトルク検出センサの平面図である。 図９は、第４実施形態に係るブリッジ回路の回路図である。 図１０は、第５実施形態に係るトルク検出センサの平面図である。 図１１は、第６実施形態に係るトルク検出センサの平面図である。 図１２は、第７実施形態に係るトルク検出センサの平面図である。 図１３は、第１変形例に係るトルク検出センサの平面図である。 図１４は、第２変形例に係るトルク検出センサおよびダイヤフラム部の部分断面図である。
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、無人搬送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にか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、回路基板４１を有する。本実施形態の回路基板４１は、柔軟に変形可能なフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。回路基板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。回路基板４１には、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を含むブリッジ回路４２と、信号処理回路４３とが、実装されている。第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２は、本体部４１１に配置されている。信号処理回路４３は、フラップ部４１２に配置されている。
第１の抵抗線パターンＲ１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の抵抗線パターンＲ１が設けられている。第１の抵抗線パターン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の抵抗線パターンＲ１には、複数の第１抵抗線ｒ１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、周方向に配列される。各第１抵抗線ｒ１は、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。
第２の抵抗線パターンＲ２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の抵抗線パターンＲ２が設けられている。第２の抵抗線パターン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の抵抗線パターンＲ２は、第１の抵抗線パターンＲ１よりも、半径方向内側に位置する。すなわち、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、互いに重ならない位置に配置される。第２の抵抗線パターンＲ２には、複数の第２抵抗線ｒ２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、周方向に配列される。各第２抵抗線ｒ２は、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。
図４は、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を含むブリッジ回路４２の回路図である。図４に示すように、本実施形態のブリッジ回路４２は、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第１固定抵抗Ｒａ、および第２固定抵抗Ｒｂを含む。第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターン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の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターン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の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２のそれぞれの抵抗値は、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１の抵抗線パターンＲ１の抵抗値が低下し、第２の抵抗線パターンＲ２の抵抗値が増加する。一方、フレックスギア２０に、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１の抵抗線パターンＲ１の抵抗値が増加し、第２の抵抗線パターンＲ２の抵抗値が低下する。このように、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターン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の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２のそれぞれの抵抗値が変化すると、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターン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。
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（ブリッジ回路の出力信号）に基づいて、フレックスギア２０にかかるトルクを検出するための回路である。第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を含むブリッジ回路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。
図５は、ダイヤフラム部２２１およびトルク検出センサ４０の部分断面図である。図５に示すように、トルク検出センサ４０は、両面接着テープ４４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、回路基板４１の裏面とが、両面接着テープ４４を介して固定される。両面接着テープ４４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４４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。
なお、ダイヤフラム部２２１の変形をトルク検出センサ４０へ精度よく伝達するために、両面接着テープ４４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。
以上のように、本実施形態の動力伝達装置１では、トルク検出センサ４０により、フレックスギア２０にかかるトルクを検出できる。したがって、検出したトルクを、動力伝達装置１が搭載される装置の制御や、故障検出に用いることができる。特に、本実施形態では、トルク検出センサ４０が、動力伝達装置１の構成部品のうち、最も出力側の部品であるフレックスギア２０に固定されている。このようにすれば、フレックスギア２０に出力側からかかる外力を、トルク検出センサ４０により精度よく検出することができる。したがって、例えば、外力を検出したときに装置を緊急停止させるような制御を、応答性よく行うことができる。
特に、本実施形態のトルク検出センサ４０では、フレックスギア２０の周方向の一部分のみにひずみゲージを取り付けるのではなく、フレックスギア２０の周方向のほぼ全周に亘って、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を設ける。これにより、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。
また、本実施形態のトルク検出センサ４０では、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とが、互いに重ならない位置に配置される。このため、回路基板４１上において、これらの抵抗線パターンＲ１，Ｒ２を、単一の層に形成することができる。これにより、回路基板４１をシンプルな構造とすることができる。その結果、安価かつ薄型のトルク検出センサ４０を実現できる。
特に、本実施形態のトルク検出センサ４０では、ブリッジ回路４２と信号処理回路４３とが、１枚の回路基板４１に実装されている。このようにすれば、ブリッジ回路４２が搭載された回路基板４１とは別に、信号処理回路４３が搭載された回路基板を用意する必要がない。したがって、より安価で薄型のトルク検出センサ４０を実現できる。また、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を、柔軟なフレキシブルプリント基板に実装することで、フレックスギア２０にかかるトルクの検出精度を、より高めることができる。
第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の材料には、銅または銅を含む合金が用いられる。銅または銅を含む合金を用いれば、コンスタンタン等の高価な材料を用いる場合よりも、材料費を抑えることができる。また、回路基板の配線として一般的な銅または銅を含む合金を用いることにより、通常のプリント配線基板と同様の製造工程で、トルク検出センサ４０を製造できる。したがって、トルク検出センサ４０の製造コストを、より抑制できる。
＜２．第２実施形態＞
続いて、第２実施形態に係るトルク検出センサ４０について、説明する。図６は、第２実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。このトルク検出センサ４０は、温度検出用抵抗線パターンＲｈを有する点が、第１実施形態と相違する。他の部分については、第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。
上述の通り、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の材料に、銅または銅を含む合金を用いると、トルク検出センサ４０の材料費を抑えることができる。ただし、コンスタンタン等の高価な材料と比べて、銅の抵抗値は、環境温度により変化しやすい。そこで、第２実施形態のトルク検出センサ４０は、温度の影響を補正するために、トルク検出センサ４０に温度検出用抵抗線パターンＲｈを設けている。
温度検出用抵抗線パターンＲｈは、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２と同様に、回路基板４１上に実装されている。また、温度検出用抵抗線パターンＲｈは、信号処理回路４３と電気的に接続されている。温度検出用抵抗線パターンＲｈの材料には、例えば、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２と同じ銅または銅を含む合金を用いればよい。
温度検出用抵抗線パターンＲｈは、フレックスギア２０の周方向に沿って、円弧状または円環状に延びるパターンである。このため、周方向のトルクによる温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値の変化は、極めて小さい。したがって、温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値は、温度による変化が支配的となる。したがって、温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値を測定すれば、フレックスギア２０の温度または環境温度を反映した信号を取得できる。
信号処理回路４３は、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を含むブリッジ回路４２からの出力信号を、温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値で補正する。具体的には、ブリッジ回路４２からの出力信号の値を、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。そして、補正後の出力信号に基づいて、トルクを検出する。このようにすれば、安価な銅または銅合金を使用しつつ、温度変化の影響を抑制して、フレックスギア２０にかかるトルクを精度よく検出できる。
特に、本実施形態では、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２との間の半径方向の隙間に、温度検出用抵抗線パターンＲｈが配置されている。このようにすれば、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２のいずれとも近接した位置に、温度検出用抵抗線パターンＲｈを配置できる。したがって、温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値に基づいて、ブリッジ回路４２の出力信号に対する補正値を、より適正に算出できる。
また、温度検出用抵抗線パターンＲｈを設けることで、フレックスギア２０を含む動力伝達装置１の温度を推定できる。したがって、動力伝達装置１の温度が過剰に高くなっていないかどうかの監視も可能となる。
＜３．第３実施形態＞
続いて、第３実施形態に係るトルク検出センサ４０について、説明する。図７は、第３実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。このトルク検出センサ４０は、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の形状が、第１実施形態と相違する。他の部分については、第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。
図７に示すように、第１の抵抗線パターンＲ１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の周囲の約１８０°の範囲に、第１の抵抗線パターンＲ１が、半円状に設けられている。第１の抵抗線パターンＲ１には、複数の第１抵抗線ｒ１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、周方向に配列される。各第１抵抗線ｒ１は、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。
第２の抵抗線パターンＲ２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の周囲の約１８０°の範囲に、第２の抵抗線パターンＲ２が、半円状に設けられている。第２の抵抗線パターンＲ２には、複数の第２抵抗線ｒ２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、周方向に配列される。各第２抵抗線ｒ２は、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。
第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、同心かつ線対称に配置される。具体的には、軸方向に視たときに、中心軸９を通る仮想直線Ｌに対して、一方側に第１の抵抗線パターンＲ１が配置され、他方側に第２の抵抗線パターンＲ２が配置される。すなわち、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、互いに重ならない位置に配置される。また、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、中心軸９に対する径が同一である。
この第３実施形態の構造でも、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターン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。このため、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を含むブリッジ回路４２からの出力信号に基づいて、フレックスギア２０にかかるトルクを検出できる。
また、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、互いに重ならない位置に配置される。このため、回路基板４１上において、これらの抵抗線パターンＲ１，Ｒ２を、単一の層に形成することができる。これにより、回路基板４１をシンプルな構造とすることができる。その結果、安価かつ薄型のトルク検出センサ４０を実現できる。
動力伝達装置１の駆動時には、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１が、僅かに軸方向に変位する。この軸方向の変位量は、ダイヤフラム部２２１の半径方向の位置によって異なる。そして、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位は、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の抵抗値にも影響する。しかしながら、本実施形態では、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とが、中心軸９に対して同径の位置に配置される。このため、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位により、第１の抵抗線パターンＲ１の抵抗値と、第２の抵抗線パターンＲ２の抵抗値とが、同じように変化する。それゆえ、ブリッジ回路４２の電圧計Ｖの検出値が、影響を受けにくい。したがって、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位の影響を抑えて、フレックスギア２０にかかる周方向のトルクを精度よく検出できる。
＜４．第４実施形態＞
続いて、第４実施形態に係るトルク検出センサ４０について、説明する。図８は、第４実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。このトルク検出センサ４０は、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４を有する点と、温度検出用抵抗線パターンＲｈを有する点とが、第１実施形態と相違する。他の部分については、第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態の回路基板４１には、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４を含むブリッジ回路４２と、温度検出用抵抗線パターンＲｈとが、実装されている。ブリッジ回路４２および温度検出用抵抗線パターンＲｈは、それぞれ、信号処理回路４３と電気的に接続されている。各抵抗線パターンＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒｈ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の抵抗線パターンＲ１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の周囲の約１８０°の範囲に、第１の抵抗線パターンＲ１が、半円状に設けられている。第１の抵抗線パターンＲ１には、複数の第１抵抗線ｒ１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、周方向に配列される。各第１抵抗線ｒ１は、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。
第２の抵抗線パターンＲ２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の周囲の約１８０°の範囲に、第２の抵抗線パターンＲ２が、半円状に設けられている。第２の抵抗線パターンＲ２には、複数の第２抵抗線ｒ２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、周方向に配列される。各第２抵抗線ｒ２は、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。
第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、同心かつ線対称に配置される。具体的には、軸方向に視たときに、中心軸９を通る仮想直線Ｌに対して、一方側に第１の抵抗線パターンＲ１が配置され、他方側に第２の抵抗線パターンＲ２が配置される。また、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、中心軸９に対する径が同一である。
第３の抵抗線パターン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の周囲の約１８０°の範囲に、第３の抵抗線パターンＲ３が、半円状に設けられている。第３の抵抗線パターンＲ３には、複数の第３抵抗線ｒ３が含まれる。複数の第３抵抗線ｒ３は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第３抵抗線ｒ３は、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３抵抗線ｒ３の傾斜角度は、例えば４５°とされる。
第４の抵抗線パターン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の周囲の約１８０°の範囲に、第４の抵抗線パターンＲ４が、半円状に設けられている。第４の抵抗線パターンＲ４には、複数の第４抵抗線ｒ４が含まれる。複数の第４抵抗線ｒ４は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第４抵抗線ｒ４は、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４抵抗線ｒ４の傾斜角度は、例えば－４５°とされる。
第３の抵抗線パターンＲ３および第４の抵抗線パターンＲ４は、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２よりも、半径方向内側に位置する。また、第３の抵抗線パターンＲ３と第４の抵抗線パターンＲ４とは、同心かつ線対称に配置される。具体的には、軸方向に視たときに、中心軸９を通る仮想直線Ｌに対して、一方側に第３の抵抗線パターンＲ３が配置され、他方側に第４の抵抗線パターンＲ４が配置される。また、第３の抵抗線パターンＲ３と第４の抵抗線パターンＲ４とは、中心軸９に対する径が同一である。
このように、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４は、いずれも、互いに重ならない位置に配置される。
図９は、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４を含むブリッジ回路４２の回路図である。図９に示すように、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、直列に接続される。第３の抵抗線パターンＲ３と第４の抵抗線パターンＲ４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、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の列と、第３の抵抗線パターンＲ３および第４の抵抗線パターンＲ４の列とが、並列に接続される。また、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の中点Ｍ１と、第３の抵抗線パターンＲ３および第４の抵抗線パターンＲ４の中点Ｍ２とが、電圧計Ｖに接続される。
第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４のそれぞれの抵抗値は、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１の抵抗線パターンＲ１および第４の抵抗線パターンＲ４の抵抗値が低下し、第２の抵抗線パターンＲ２および第３の抵抗線パターンＲ３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１の抵抗線パターンＲ１および第４の抵抗線パターンＲ４の抵抗値が増加し、第２の抵抗線パターンＲ２および第３の抵抗線パターンＲ３の抵抗値が低下する。このように、第１の抵抗線パターンＲ１および第４の抵抗線パターンＲ４と、第２の抵抗線パターンＲ２および第３の抵抗線パターンＲ３とは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値変化を示す。
このように、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４のそれぞれの抵抗値が変化すると、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の中点Ｍ１と、第３の抵抗線パターンＲ３および第４の抵抗線パターンＲ４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。
また、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４は、互いに重ならない位置に配置される。このため、回路基板４１上において、これらの抵抗線パターンＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を、単一の層に形成することができる。これにより、回路基板４１をシンプルな構造とすることができる。その結果、安価かつ薄型のトルク検出センサ４０を実現できる。
動力伝達装置１の駆動時には、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１が、僅かに軸方向に変位する。この軸方向の変位量は、ダイヤフラム部２２１の半径方向の位置によって異なる。そして、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位は、各抵抗線パターンＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値にも影響する。しかしながら、本実施形態では、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とが、中心軸９に対して同径の位置に配置される。また、第３の抵抗線パターンＲ３と第４の抵抗線パターンＲ４とが、中心軸９に対して同径の位置に配置される。このため、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位により、第１の抵抗線パターンＲ１の抵抗値と第２の抵抗線パターンＲ２の抵抗値とが同じように変化し、第３の抵抗線パターンＲ３の抵抗値と第４の抵抗線パターンＲ４の抵抗値とが、同じように変化する。それゆえ、ブリッジ回路４２の電圧計Ｖの検出値が、影響を受けにくい。したがって、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位の影響を抑えて、フレックスギア２０にかかる周方向のトルクを精度よく検出できる。
温度検出用抵抗線パターンＲｈは、フレックスギア２０の周方向に沿って、円弧状または円環状に延びるパターンである。このため、周方向のトルクによる温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値の変化は、極めて小さい。したがって、温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値は、温度による変化が支配的となる。したがって、温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値を測定すれば、フレックスギア２０の温度または環境温度を反映した信号を取得できる。
信号処理回路４３は、ブリッジ回路４２からの出力信号を、温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値で補正する。そして、補正後の出力信号に基づいて、トルクを検出する。このようにすれば、安価な銅または銅合金を使用しつつ、温度変化の影響を抑制して、フレックスギア２０にかかるトルクを精度よく検出できる。
特に、本実施形態では、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２と、第３の抵抗線パターンＲ３および第４の抵抗線パターンＲ４との間の半径方向の隙間に、温度検出用抵抗線パターンＲｈが配置されている。このようにすれば、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４のいずれとも近接した位置に、温度検出用抵抗線パターンＲｈを配置できる。したがって、温度検出用抵抗線パターンＲｈの抵抗値に基づいて、ブリッジ回路４２の出力信号に対する補正値を、より適正に算出できる。
また、温度検出用抵抗線パターンＲｈを設けることで、フレックスギア２０を含む動力伝達装置１の温度を推定できる。したがって、動力伝達装置１の温度が過剰に高くなっていないかどうかの監視も可能となる。
＜５．第５実施形態＞
続いて、第５実施形態に係るトルク検出センサ４０について、説明する。図１０は、第５実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。このトルク検出センサ４０は、第３の抵抗線パターンＲ３および第４の抵抗線パターンＲ４の位置が、第４実施形態と相違する。他の部分については、第４実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。
図１０に示すように、第１の抵抗線パターンＲ１と第２の抵抗線パターンＲ２とは、軸方向に視たときに、中心軸９を通る仮想直線Ｌ１に対して線対称に配置される。これに対し、第３の抵抗線パターンＲ３と第４の抵抗線パターンＲ４とは、軸方向に視たときに、中心軸９を通り、かつ、上記の仮想直線Ｌ１と直交する仮想直線Ｌ２に対して線対称に配置される。すなわち、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の境界線である仮想直線Ｌ１と、第３の抵抗線パターンＲ３および第４の抵抗線パターンＲ４の境界線である仮想直線Ｌ２とが、直交している。
このようにすれば、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の境界部の周方向の位置と、第３の抵抗線パターンＲ３および第４の抵抗線パターンＲ４の境界部の周方向の位置とが、重ならない。すなわち、抵抗線パターンの境界部の周方向の位置が分散する。このため、抵抗線パターンの境界部に起因する出力信号の周期的なリップルを低減できる。その結果、フレックスギア２０にかかるトルクを、より精度よく検出できる。
なお、仮想直線Ｌ１と仮想直線Ｌ２とは、必ずしも直交していなくてもよい。仮想直線Ｌ１と仮想直線Ｌ２とは、中心軸９の位置において、互いに交差していればよい。仮想直線Ｌ１に対する仮想直線Ｌ２の角度は、図１０の例では９０°であるが、これに代えて、仮想直線Ｌ１に対する仮想直線Ｌ２の角度を、６０°や４５°としてもよい。
＜６．第６実施形態＞
続いて、第６実施形態に係るトルク検出センサ４０について、説明する。図１１は、第６実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。このトルク検出センサ４０は、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２の形状は、第３実施形態と同等である。ただし、スラスト歪み検出用抵抗線パターンＲｔを有する点が、第３実施形態と相違する。他の部分については、第３実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。
図１１に示すように、本実施形態の回路基板４１には、スラスト歪み検出用抵抗線パターンＲｔが実装されている。スラスト歪み検出用抵抗線パターンＲｔは、信号処理回路４３と電気的に接続されている。スラスト歪み検出用抵抗線パターンＲｔの材料には、例えば、銅または銅を含む合金が用いられる。
図１１のトルク検出センサ４０は、スラスト歪み検出用抵抗線パターンＲｔとして、外側抵抗線パターンＲｏと、内側抵抗線パターンＲｉと、の２つの抵抗線パターンを有する。
外側抵抗線パターンＲｏ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、外側抵抗線パターンＲｏが設けられている。外側抵抗線パターンＲｏは、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２よりも、半径方向外側に位置する。すなわち、外側抵抗線パターンＲｏは、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２と重ならない位置に配置されている。外側抵抗線パターンＲｏには、複数の外側抵抗線ｒｏが含まれる。複数の外側抵抗線ｒｏは、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各外側抵抗線ｒｏは、フレックスギア２０の半径方向に延びる。
内側抵抗線パターンＲｉ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、内側抵抗線パターンＲｉが設けられている。内側抵抗線パターンＲｉは、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２よりも、半径方向内側に位置する。すなわち、内側抵抗線パターンＲｉは、第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、および外側抵抗線パターンＲｏと重ならない位置に配置されている。内側抵抗線パターンＲｉには、複数の内側抵抗線ｒｉが含まれる。複数の内側抵抗線ｒｉは、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各内側抵抗線ｒｉは、フレックスギア２０の半径方向に延びる。
このように、外側抵抗線パターンＲｏに含まれる複数の外側抵抗線ｒｏと、内側抵抗線パターンＲｉに含まれる複数の内側抵抗線ｒｉとは、いずれも半径方向に延びる。このため、周方向のトルクによる外側抵抗線パターンＲｏおよび内側抵抗線パターンＲｉの抵抗値の変化は、極めて小さい。ただし、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１が軸方向に変位すると、外側抵抗線パターンＲｏおよび内側抵抗線パターンＲｉの抵抗値は、大きく変化する。したがって、外側抵抗線パターンＲｏおよび内側抵抗線パターンＲｉの各抵抗値を測定すれば、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位量を反映した信号を取得できる。
信号処理回路４３は、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を含むブリッジ回路４２からの出力信号を、外側抵抗線パターンＲｏおよび内側抵抗線パターンＲｉのそれぞれの抵抗値で補正する。具体的には、ブリッジ回路４２からの出力信号の値を、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位の影響をキャンセルする方向に、増加または減少させる。そして、補正後の出力信号に基づいて、トルクを検出する。このようにすれば、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位の影響を抑制して、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。
特に、本実施形態のトルク検出センサ４０は、スラスト歪み検出用抵抗線パターンＲｔとして、外側抵抗線パターンＲｏと内側抵抗線パターンＲｉとの２つの抵抗線パターンを有する。このようにすれば、外側抵抗線パターンＲｏと内側抵抗線パターンＲｉとを含むブリッジ回路を構成することができる。したがって、当該ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、ダイヤフラム部２２１の軸方向の変位量を、より精度よく検出できる。したがって、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２を含むブリッジ回路４２からの出力信号に対する補正値を、より適正に算出できる。
なお、スラスト歪み検出用抵抗線パターンＲｔは、上述した任意の実施形態のトルク検出センサ４０に追加することができる。例えば、第１実施形態のトルク検出センサ４０に、本実施形態と同様のスラスト歪み検出用抵抗線パターンＲｔを追加してもよい。
＜７．第７実施形態＞
続いて、第７実施形態に係るトルク検出センサ４０について、説明する。図１２は、第７実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。このトルク検出センサ４０は、温度検出用抵抗線パターンＲｈを有する点が、第６実施形態と相違する。他の部分については、第６実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。
温度検出用抵抗線パターンＲｈの形状および作用については、上述した第２実施形態および第４実施形態と同等である。本実施形態では、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２と、内側抵抗線パターンＲｉとの間の隙間に、温度検出用抵抗線パターンＲｈが配置されている。ただし、温度検出用抵抗線パターンＲｈの位置は、第１の抵抗線パターンＲ１および第２の抵抗線パターンＲ２と、外側抵抗線パターンＲｏとの間であってもよい。
＜８．変形例＞
以上、本発明の第１実施形態～第７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。
＜８－１．第１変形例＞
図１３は、第１変形例に係るトルク検出センサ４０の平面図である。図１３の例では、トルク検出センサ４０の回路基板４１が、３つの位置決め部４１３を有する。各位置決め部４１３は、回路基板４１の本体部４１１の外周部から、半径方向外側へ向けて突出する。動力伝達装置１の製造時において、フレックスギア２０にトルク検出センサ４０を固定するときには、３つの位置決め部４１３と、フレックスギア２０の肉厚部２２２の内周面とを、半径方向に接触させる。これにより、フレックスギア２０に対して回路基板４１の本体部４１１を同軸に位置決めする作業が、容易となる。また、フレックスギア２０に対する本体部４１１の位置決め精度を向上させることができる。
なお、フレックスギア２０の肉厚部２２２の内周面に、半径方向内側へ突出する複数の位置決め部を設けてもよい。そして、当該位置決め部と、本体部４１１の外周部とを、半径方向に接触させることにより、フレックスギア２０に対する回路基板４１の位置決めを行ってもよい。また、フレックスギア２０および回路基板４１の両方に、位置決め部を設けてもよい。すなわち、位置決め部は、フレックスギア２０および回路基板４１の少なくともいずれか一方に設けられていればよい。
＜８－２．第２変形例＞
図１４は、第２変形例に係るトルク検出センサ４０およびダイヤフラム部２２１の部分断面図である。図１４の例では、回路基板４１は、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２が実装された面をダイヤフラム部２２１の表面に向けた状態で、ダイヤフラム部２２１に固定されている。このようにすれば、ダイヤフラム部２２１の表面と抵抗線パターンＲ１，Ｒ２とが接近する。これにより、ダイヤフラム部２２１にかかるトルクを、より精度よく検出できる。
回路基板４１とダイヤフラム部２２１とは、流動性を有する接着剤ではなく、両面接着テープ４４を介して固定される。このため、回路基板４１とダイヤフラム部２２１の表面との間に、一定の間隔を確保できる。したがって、金属製のダイヤフラム部２２１と、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２との間において、絶縁を保つことができる。
＜８－３．他の変形例＞
上記の実施形態では、ブリッジ回路４２および信号処理回路４３の両方が、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４３は、回路基板４１の外部に設けられていてもよい。
また、上記の実施形態では、各抵抗線パターンの材料に、銅または銅を含む合金が使用されていた。しかしながら、抵抗線パターンの材料に、コンスタンタン、ＳＵＳ、アルミニウム等の他の金属を用いてもよい。また、抵抗線パターンの材料に、セラミックスや樹脂などの非金属材を用いてもよい。また、抵抗線パターンの材料に、導電性インクを用いてもよい。導電性インクを用いる場合には、回路基板４１の表面に、導電性インクで各抵抗線パターンをプリントすればよい。
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以外の円形体にかかるトルクを検出するために、用いてもよい。
上記の実施形態の第１の抵抗線パターンＲ１、第２の抵抗線パターンＲ２、第３の抵抗線パターンＲ３、および第４の抵抗線パターンＲ４は、全て、円形体の周方向の歪みを検出する周方向歪み検出用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。
本出願は、２０１９年１月１８日に出願された日本特許出願である特願２０１９－００７１４１号に基づく優先権を主張し、当該日本特許出願に記載されたすべての記載内容を援用する。
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
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 回路基板
４２ ブリッジ回路
４３ 信号処理回路
４４ 両面接着テープ
２２１ ダイヤフラム部
２２２ 肉厚部
４１１ 本体部
４１２ フラップ部
４１３ 位置決め部
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ 仮想直線
Ｍ１，Ｍ２ 中点
Ｒ１ 第１の抵抗線パターン
Ｒ２ 第２の抵抗線パターン
Ｒ３ 第３の抵抗線パターン
Ｒ４ 第４の抵抗線パターン
Ｒａ 第１固定抵抗
Ｒｂ 第２固定抵抗
Ｒｈ 温度検出用抵抗線パターン
Ｒｔ スラスト歪み検出用抵抗線パターン
Ｒｏ 外側抵抗線パターン
Ｒｉ 内側抵抗線パターン
Ｖ 電圧計
ｒ１ 第１抵抗線
ｒ２ 第２抵抗線
ｒ３ 第３抵抗線
ｒ４ 第４抵抗線
ｒｏ 外側抵抗線
ｒｉ 内側抵抗線
本発明は、トルク検出センサ、動力伝達装置、及び、ロボットに関する。
本願の第１発明は、円形体にかかるトルクを検出するトルク検出センサであって、第１ の抵抗線パターンと、第２の抵抗線パターンと、第３の抵抗線パターンと、第４の抵抗線 パターンと、を有し、前記第１の抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方 向一方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状のパターンであり、前記第 ２の抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向他方側に傾斜した抵抗線が 、周方向に複数配列された円弧状のパターンであり、前記第３の抵抗線パターンは、前記 円形体の半径方向に対して周方向他方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円 弧状のパターンであり、前記第４の抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周 方向一方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状のパターンであり、前記 第２の抵抗線パターンは、前記第１の抵抗線パターンと同心かつ線対称に配置され、前記 第３の抵抗線パターンは、前記第１の抵抗線パターンおよび前記第２の抵抗線パターンよ りも半径方向内側に位置し、前記第４の抵抗線パターンは、前記第３の抵抗線パターンと 同心かつ線対称に配置される。
本願の第２発明は、動力伝達装置であって、第１発明のトルク検出センサと、前記円形 体と、を有する。
本願の第３発明は、ロボットであって、第２発明の動力伝達装置を有する。
本願の第２発明及び第３発明によれば、第１発明のトルク検出センサを有する動力伝達 装置及びロボットを実現できる。
本願は、トルク検出センサ、動力伝達装置、及び、ロボットに利用できる。

Claims (20)

  1. 円形体にかかるトルクを検出するトルク検出センサであって、
    第１の抵抗線パターンと第2の抵抗線パターンとを有し、
    前記第１の抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状または円環状のパターンであり、
    前記第２の抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向他方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状または円環状のパターンであり、
    前記第１の抵抗線と、前記第２の抵抗線とが、互いに重ならない位置に配置されるトルク検出センサ。
  2. 円形体にかかるトルクを検出するトルク検出センサであって、
    前記円形体の周方向の歪みを検出する周方向歪み検出用抵抗線パターンと、
    前記円形体の軸方向の歪みを検出するスラスト歪み検出用抵抗線パターンと、
    を有し、
    前記周方向歪み検出用抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列されたパターンであり、
    前記スラスト歪み検出用抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に延びる抵抗線が、周方向に複数配列されたパターンであり、
    前記周方向歪み検出用抵抗線パターンと、スラスト歪み検出用抵抗線パターンとは、互いに重ならない位置に配置される、トルク検出センサ。
  3. 請求項１に記載のトルク検出センサであって、
    前記第２の抵抗線パターンは、前記第１の抵抗線パターンよりも半径方向内側に位置する、トルク検出センサ。
  4. 請求項１に記載のトルク検出センサであって、
    第３の抵抗線パターンと第４の抵抗線パターンとをさらに有し、
    前記第１の抵抗線パターンは、円弧状のパターンであり、
    前記第２の抵抗線パターンは、前記第１の抵抗線パターンと同心かつ線対称に配置される円弧状のパターンであり、
    前記第３の抵抗線パターンは、前記第１の抵抗線パターンおよび前記第２の抵抗線パターンよりも半径方向内側に位置し、前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状のパターンであり、
    前記第４の抵抗線パターンは、前記第３の抵抗線パターンと同心かつ線対称に配置され、前記円形体の半径方向に対して周方向他方側に傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列された円弧状のパターンである、トルク検出センサ。
  5. 請求項４に記載のトルク検出センサであって、
    前記第１の抵抗線パターンおよび前記第２の抵抗線パターンの境界線と、
    前記第３の抵抗線パターンおよび前記第４の抵抗線パターンの境界線とが、
    互いに交差する、トルク検出センサ。
  6. 請求項１に記載のトルク検出センサであって、
    前記第１の抵抗線パターンおよび前記第２の抵抗線パターンと重ならない位置に配置され、前記円形体の半径方向に延びる抵抗線が、周方向に複数配列されたスラスト歪み検出用抵抗線パターンをさらに有する、トルク検出センサ。
  7. 請求項６に記載のトルク検出センサであって、
    前記第１の抵抗線パターンは、円弧状のパターンであり、
    前記第２の抵抗線パターンは、前記第１の抵抗線パターンと同心に配置される円弧状のパターンであり、
    前記スラスト歪み検出用抵抗線パターンは、
    前記第１の抵抗線パターンおよび前記第２の抵抗線パターンよりも半径方向外側に位置する外側抵抗線パターンと、
    前記第１の抵抗線パターンおよび前記第２の抵抗線パターンよりも半径方向内側に位置する内側抵抗線パターンと、
    を含む、トルク検出センサ。
  8. 請求項７に記載のトルク検出センサであって、
    前記第１の抵抗線パターンと前記第２の抵抗線パターンとが、線対称に配置される、トルク検出センサ。
  9. 請求項１、請求項３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、
    前記円形体の周方向に沿って延びる温度検出用抵抗線パターンをさらに有する、トルク検出センサ。
  10. 請求項１、請求項３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、
    前記第１の抵抗線パターンと前記第２の抵抗線パターンとを少なくとも含むブリッジ回路
    を備える、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、
    前記ブリッジ回路の出力信号に基づいて、トルクを検出する信号処理回路
    をさらに備える、トルク検出センサ。
  12. 請求項１１に記載のトルク検出センサであって、
    前記ブリッジ回路および前記信号処理回路の少なくとも一方が実装された回路基板
    を有する、トルク検出センサ。
  13. 請求項１２に記載のトルク検出センサであって、
    前記回路基板は、フレキシブルプリント基板である、トルク検出センサ。
  14. 請求項１２または請求項１３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の材料は、銅または銅を含む合金である、トルク検出センサ。
  15. 請求項１２または請求項１３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の材料は、導電性インクである、トルク検出センサ。
  16. 請求項１２から請求項１５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。
  17. 請求項１６に記載の動力伝達装置であって、
    前記円形体および前記回路基板のいずれか一方は、前記円形体および前記回路基板の他方と半径方向に接触する位置決め部
    を有する、動力伝達装置。
  18. 請求項１６または請求項１７に記載の動力伝達装置であって、
    前記円形体に前記回路基板を固定する両面接着テープをさらに有する、動力伝達装置。
  19. 請求項１６から請求項１８までのいずれか１項に記載の動力伝達装置であって、
    前記回路基板は、前記抵抗線パターンが実装された面を前記円形体の表面に向けた状態で、前記円形体に固定される、動力伝達装置。
  20. 請求項１６から請求項１９までのいずれか１項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端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、
    前記回路基板は、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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