JP7338936B2 - トルク検出センサおよび動力伝達装置 - Google Patents

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、歯車に掛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、歯車の全周に掛かるトルクを、精度よく検出することが困難であった。

そこで、歯車の周方向の広い範囲（例えば全周）にわたって、歪みゲージを貼り付けることも考え得る。しかしながら、掛かる構成は、歯車が小径の場合には適用が困難である。

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、しかも小径の円形体にも適用可能なトルク検出センサを提供することを目的とする。

本願の観点では、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、第１導体層と第２導体層とを有する基板を備えるトルク検出センサが提供される。前記第１導体層および前記第２導体層は、それぞれ、抵抗線パターンを含む。前記第１導体層および前記第２導体層の少なくともいずれか一方の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傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列されて直列的に接続された円弧状または円環状のパターンを含む。

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、しかも小径の円形体にも適用可能なトルク検出センサが提供される。

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実施形態に係るトルク検出センサの裏面図である。 図５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２実施形態に係るトルク検出センサの裏面図である。 図８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９は、第３実施形態に係るトルク検出センサの裏面図である。 図１０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１１は、第４実施形態に係るトルク検出センサの裏面図である。 図１２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１３は、第５実施形態に係るトルク検出センサの裏面図である。

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４は、トルク検出センサ４０を軸方向に視た裏面図である。図３および図４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、両面が柔軟に変形可能な両面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、第１導体層Ｌ１と、第２導体層Ｌ２とを有する。本実施形態の第１導体層Ｌ１は、基板４１の軸方向における一方側の端面（表面）に位置する表面導体層である。本実施形態の第２導体層Ｌ２は、基板４１の軸方向における他方側の端面（裏面）に位置する裏面導体層である。

図３に示すように、第１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。

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。

図５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５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。

また、図３に示すように、第１導体層Ｌ１は、第３抵抗線パターンＲ３を含む。第３抵抗線パターンＲ３は、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２とともに、本体部４１１の表面に実装されている。第３抵抗線パターンＲ３は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。第３抵抗線パターンＲ３の材料には、例えば、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２と同じ銅または銅を含む合金が用いられる。

第３抵抗線パターンＲ３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第３抵抗線パターンＲ３の抵抗値の変化は、極めて小さい。したがって、第３抵抗線パターンＲ３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３抵抗線パターンＲ３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からの出力信号を、第３抵抗線パターンＲ３の抵抗値で補正する。具体的には、ホイートストンブリッジ回路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、安価な銅または銅を含む合金を使用しつつ、温度変化の影響を抑制して、フレックスギア２０に掛かるトルクを精度よく検出できる。

また、図４に示すように、第２導体層Ｌ２は、スラスト歪み検出用のパターンである第４抵抗線パターンＲ４および第５抵抗線パターンＲ５を含む。また、第４抵抗線パターンＲ４および第５抵抗線パターンＲ５は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。第４抵抗線パターンＲ４および第５抵抗線パターンＲ５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４抵抗線パターンＲ４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４抵抗線パターンＲ４が設けられている。第４抵抗線パターンＲ４は、軸方向において第１抵抗線パターンＲ１と重複する位置に位置する。第４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、周方向に等間隔に配列される。第４抵抗線パターンＲ４においては、周方向に隣り合う第４抵抗線ｒ４同士が、半径方向の一方側と他方側とで交互に接続されて、全体として直列に接続されている。各第４抵抗線ｒ４は、フレックスギア２０の半径方向に延びている。

第５抵抗線パターンＲ５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５抵抗線パターンＲ５が設けられている。第５抵抗線パターンＲ５は、第４抵抗線パターンＲ４よりも、半径方向内側に位置する。具体的には、第５抵抗線パターンＲ５は、軸方向において第２抵抗線パターンＲ２と重複する位置に位置する。第５抵抗線パターンＲ５には、複数の第５抵抗線ｒ５が含まれる。複数の第５抵抗線ｒ５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５抵抗線パターンＲ５においては、周方向に隣り合う第５抵抗線ｒ５同士が、半径方向の一方側と他方側とで交互に接続されて、全体として直列に接続されている。各第５抵抗線ｒ５は、フレックスギア２０の半径方向に延びている。

このように、第４抵抗線パターンＲ４に含まれる第４抵抗線ｒ４と、第５抵抗線パターンＲ５に含まれる第５抵抗線ｒ５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第４抵抗線パターンＲ４および第５抵抗線パターンＲ５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、第４抵抗線パターンＲ４および第５抵抗線パターンＲ５の抵抗値は、大きく変化する。したがって、第４抵抗線パターンＲ４および第５抵抗線パターンＲ５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からの出力信号を、第４抵抗線パターンＲ４および第５抵抗線パターンＲ５の各抵抗値で補正する。具体的には、ホイートストンブリッジ回路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に掛かるトルクを精度よく検出できる。

さらに言えば、第４抵抗線パターンＲ４と第５抵抗線パターンＲ５とでスラスト歪み検出用のホイートストンブリッジ回路（図示省略）を形成してもよい。その場合、スラスト歪み検出用のホイートストン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。

＜１－３．まとめ＞
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に掛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に出力側から掛かる外力を、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歪みゲージを取り付けるのではなく、フレックスギア２０の周方向の略全周に渡って、第１抵抗線パターンＲ１および第２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に掛かるトルクを、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においては、基板４１は、第１導体層Ｌ１と第２導体層Ｌ２とを有する。第１導体層Ｌ１は、第１抵抗線パターンＲ１、第２抵抗線パターンＲ２、および第３抵抗線パターンＲ３を含む。第２導体層Ｌ２は、第４抵抗線パターンＲ４および第５抵抗線パターンＲ５を含む。第１導体層Ｌ１の抵抗線パターンＲ１，Ｒ２，Ｒ３と、第２導体層Ｌ２の抵抗線パターンＲ４，Ｒ５とは、軸方向において部分的に重複する。これにより、基板４１において抵抗線パターンＲ１～Ｒ５を配置するためのスペースを確保しつつ、基板４１を径方向に小型化することができる。よって、小型のフレックスギア２０にも適用可能なトルク検出センサ４０が実現する。

また、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、第１導体層Ｌ１は表面導体層であり、第２導体層Ｌ２は裏面導体層である。これにより、トルク検出センサ４０を薄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導体層Ｌ１は、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２を含む。また、第２導体層Ｌ２は、スラスト歪み検出用のパターンである抵抗線パターンＲ４，Ｒ５を含む。これにより、ダイヤフラム部２２１の軸方向の歪みを考慮に入れた上で、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。

また、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、第１導体層Ｌ１は、第３抵抗線パターンＲ３を含む。これにより、ダイヤフラム部２２１の温度または環境温度を考慮に入れた上で、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。

また、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、導体層Ｌ１，Ｌ２の材料は、銅または銅を含む合金である。これにより、トルク検出センサ４０の材料費を抑えることができる。また、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。

また、本実施形態のトルク検出センサ４０においては、抵抗線パターンＲ１，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に掛かるトルクを精度よく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（円形体）２０は、筒状部２１と、外歯２３と、ダイヤフラム部２２１とを有する。そして、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。

＜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、本実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。図７は、本実施形態に係るトルク検出センサ４０の裏面図である。このトルク検出センサ４０は、第１導体層Ｌ１に第１抵抗線パターンＲ１と第６抵抗線パターンＲ６を含む一方、第２導体層Ｌ２に第４抵抗線パターンＲ４と第７抵抗線パターンＲ７とを含む点が、第１実施形態と相違する。以下の説明においては、第１実施形態に示したのと同様の構成・機能の部分については、同一の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の第１導体層Ｌ１は、第１抵抗線パターンＲ１と第６抵抗線パターンＲ６とを含む。すなわち、第１抵抗線パターンＲ１および第６抵抗線パターンＲ６は、基板４１の表面に実装されている。第１抵抗線パターンＲ１の形状は、第１実施形態の第１抵抗線パターンＲ１の形状と、同等である。第１抵抗線パターンＲ１および第６抵抗線パターンＲ６は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。

第６抵抗線パターンＲ６は、１本の導体が曲折しながら延びる、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６抵抗線パターンＲ６が設けられている。第６抵抗線パターンＲ６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６抵抗線パターンＲ６には、複数の第６抵抗線ｒ６が含まれる。複数の第６抵抗線ｒ６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６抵抗線パターンＲ６においては、周方向に隣り合う第６抵抗線ｒ６同士が、半径方向の一方側と他方側とで交互に接続されて、全体として直列に接続されている。各第６抵抗線ｒ６は、フレックスギア２０の半径方向に延びている。

図７に示すように、本実施形態の第２導体層Ｌ２は、第４抵抗線パターンＲ４と第７抵抗線パターンＲ７とを含む。すなわち、第４抵抗線パターンＲ４および第７抵抗線パターンＲ７は、基板４１の裏面に実装されている。第４抵抗線パターンＲ４の形状は、第１実施形態の第４抵抗線パターンＲ４の形状と、同等である。第４抵抗線パターンＲ４および第７抵抗線パターンＲ７は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。上述の第１抵抗線パターンＲ１および第７抵抗線パターンＲ７は、ホイートストンブリッジ回路４２に組み込まれる。

第７抵抗線パターンＲ７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７抵抗線パターンＲ７が設けられている。第７抵抗線パターンＲ７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７抵抗線パターンＲ７には、複数の第７抵抗線ｒ７が含まれる。複数の第７抵抗線ｒ７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７抵抗線パターンＲ７においては、周方向に隣り合う第７抵抗線ｒ７同士が、半径方向の一方側と他方側とで交互に接続されて、全体として直列に接続されている。各第７抵抗線ｒ７は、基板４１の軸方向における他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７抵抗線ｒ７の傾斜角度は、例えば４５°とされる。

第１抵抗線パターンＲ１および第７抵抗線パターンＲ７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７抵抗線パターンＲ７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７抵抗線パターンＲ７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７抵抗線パターンＲ７とは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値の変化を示す。本実施形態では、この性質を利用して、ホイートストンブリッジ回路４２に設けられた電圧計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。

本実施形態のトルク検出センサ４０においては、第１導体層Ｌ１の抵抗線パターンＲ１，Ｒ６と、第２導体層Ｌ２の抵抗線パターンＲ４，Ｒ７とが、軸方向において部分的に重複する。これにより、基板４１において抵抗線パターンＲ１，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ７を配置するためのスペースを確保しつつ、基板４１を径方向に小型化することができる。よって、小型のフレックスギア２０にも適用可能なトルク検出センサ４０が実現する。

なお、本実施形態では、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するための抵抗線パターンは、設けられていない。このように、第１実施形態の第３抵抗線パターンＲ３に相当する抵抗線パターンは、省略してもよい。

＜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８は、本実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。図９は、本実施形態に係るトルク検出センサ４０の裏面図である。このトルク検出センサ４０は、第１導体層Ｌ１に第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とを含む一方、第２導体層Ｌ２に第３抵抗線パターンＲ３を含む点が、第１～第２実施形態と相違する。

図８に示すように、本実施形態の第１導体層Ｌ１は、第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とを含む。すなわち、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２は、基板４１の表面に実装されている。第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。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。

第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の形状は、第１実施形態の第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の形状と、同等である。このため、本実施形態においても、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の変化を示す。本実施形態では、この性質を利用して、ホイートストンブリッジ回路４２に設けられた電圧計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。

また、図９に示すように、本実施形態の第２導体層Ｌ２は、第３抵抗線パターンＲ３を含む。すなわち、第３抵抗線パターンＲ３は、基板４１の裏面に実装されている。第３抵抗線パターンＲ３の形状は、第１実施形態の第３抵抗線パターンＲ３の形状と、同等である。このため、本実施形態においても、第３抵抗線パターンＲ３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からの出力信号を、第３抵抗線パターンＲ３の抵抗値で補正する。具体的には、ホイートストンブリッジ回路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、温度変化の影響を抑制して、フレックスギア２０に掛かるトルクを精度よく検出できる。

特に、本実施形態では、軸方向に視たときに、第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２との間の半径方向の隙間に、第３抵抗線パターンＲ３が配置されている。このようにすれば、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２のいずれとも近接した位置に、温度補正用の第３抵抗線パターンＲ３を配置できる。よって、第３抵抗線パターンＲ３の抵抗値に基づいて、ホイートストンブリッジ回路４２の出力信号に対する補正値を、より適正に算出できる。

＜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１０は、本実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。図１１は、本実施形態に係るトルク検出センサ４０の裏面図である。このトルク検出センサ４０は、第１導体層Ｌ１に第１抵抗線パターンＲ１を含む一方、第２導体層Ｌ２に第３抵抗線パターンＲ３および第７抵抗線パターンＲ７を含む点が、第１～第３実施形態と相違する。

図１０に示すように、本実施形態の第１導体層Ｌ１は、第１抵抗線パターンＲ１を含む。すなわち、第１抵抗線パターンＲ１は、基板４１の表面に実装されている。第１抵抗線パターンＲ１の形状は、第１実施形態の第１抵抗線パターンＲ１の形状と、同等である。第１抵抗線パターンＲ１は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。

図１１に示すように、本実施形態の第２導体層Ｌ２は、第３抵抗線パターンＲ３および第７抵抗線パターンＲ７を含む。すなわち、第３抵抗線パターンＲ３および第７抵抗線パターンＲ７は、基板４１の裏面に実装されている。第３抵抗線パターンＲ３および第７抵抗線パターンＲ７は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。第１抵抗線パターンＲ１および第７抵抗線パターンＲ７は、ホイートストンブリッジ回路４２に組み込まれる。

第１抵抗線パターンＲ１の形状は、第２実施形態の第１抵抗線パターンＲ１の形状と、同等である。また、第７抵抗線パターンＲ７の形状は、第２実施形態の第７抵抗線パターンＲ７の形状と、同等である。このため、本実施形態においても、第１抵抗線パターンＲ１と第７抵抗線パターンＲ７とは、トルクに対して互いに逆向きの対抗値の変化を示す。本実施形態では、この性質を利用して、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。

また、第３抵抗線パターンＲ３の形状は、第１実施形態の第３抵抗線パターンＲ３の形状と、同等である。このため、本実施形態においても、第３抵抗線パターンＲ３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抵抗線パターンＲ１および第７抵抗線パターンＲ７を含むホイートストンブリッジ回路４２からの出力信号を、第３抵抗線パターンＲ３の抵抗値で補正する。具体的には、ホイートストンブリッジ回路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、温度変化の影響を抑制して、フレックスギア２０に掛かるトルクを精度よく検出できる。

＜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１２は、本実施形態に係るトルク検出センサ４０の平面図である。図１３は、本実施形態に係るトルク検出センサ４０の裏面図である。このトルク検出センサ４０は、第１導体層Ｌ１に第８抵抗線パターンＲ８、第９抵抗線パターンＲ９、第１０抵抗線パターンＲ１０、および第１１抵抗線パターンＲ１１を含む一方、第２導体層Ｌ２に第１２抵抗線パターンＲ１２、第１３抵抗線パターンＲ１３、第１４抵抗線パターンＲ１４、および第１５抵抗線パターンＲ１５を含む点が、第１～第４実施形態と相違する。

図１２に示すように、本実施形態の第１導体層Ｌ１は、第８抵抗線パターンＲ８、第９抵抗線パターンＲ９、第１０抵抗線パターンＲ１０、および第１１抵抗線パターンＲ１１を含む。すなわち、第８抵抗線パターンＲ８、第９抵抗線パターンＲ９、第１０抵抗線パターンＲ１０、および第１１抵抗線パターンＲ１１は、基板４１の表面に実装されている。第８抵抗線パターンＲ８、第９抵抗線パターンＲ９、第１０抵抗線パターンＲ１０、および第１１抵抗線パターンＲ１１は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。

第８抵抗線パターンＲ８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８抵抗線パターンＲ８が、半円状に設けられている。第８抵抗線パターンＲ８には、複数の第８抵抗線ｒ８が含まれる。複数の第８抵抗線ｒ８は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第８抵抗線ｒ８は、軸方向の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８抵抗線ｒ８の傾斜角度は、例えば４５°とされる。

第９抵抗線パターンＲ９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９抵抗線パターンＲ９が、半円状に設けられている。第９抵抗線パターンＲ９には、複数の第９抵抗線ｒ９が含まれる。複数の第９抵抗線ｒ９は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第９抵抗線ｒ９は、軸方向の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９抵抗線ｒ９の傾斜角度は、例えば－４５°とされる。

第８抵抗線パターンＲ８と第９抵抗線パターンＲ９とは、同心かつ線対称に配置される。具体的には、軸方向の一方側から視たときに、中心軸９を通る仮想直線Ｌに対して、一方側に第８抵抗線パターンＲ８が配置され、他方側に第９抵抗線パターンＲ９が配置される。また、第８抵抗線パターンＲ８と第９抵抗線パターンＲ９とは、中心軸９に対する径が同一である。

第１０抵抗線パターンＲ１０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１０抵抗線パターンＲ１０が、半円状に設けられている。第１０抵抗線パターンＲ１０は、第８抵抗線パターンＲ８よりも径方向内方側に位置している。第１０抵抗線パターンＲ１０には、複数の第１０抵抗線ｒ１０が含まれる。複数の第１０抵抗線ｒ１０は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第１０抵抗線ｒ１０は、軸方向の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１０抵抗線ｒ１０の傾斜角度は、例えば－４５°とされる。

第１１抵抗線パターンＲ１１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１１抵抗線パターンＲ１１が、半円状に設けられている。第１１抵抗線パターンＲ１１は、第９抵抗線パターンＲ９よりも径方向内方側に位置している。第１１抵抗線パターンＲ１１には、複数の第１１抵抗線ｒ１１が含まれる。複数の第１１抵抗線ｒ１１は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第１１抵抗線ｒ１１は、軸方向の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１１抵抗線ｒ１１の傾斜角度は、例えば４５°とされる。

第１０抵抗線パターンＲ１０と第１１抵抗線パターンＲ１１とは、同心かつ線対称に配置される。具体的には、軸方向の一方側から視たときに、中心軸９を通る仮想直線Ｌに対して、一方側に第１０抵抗線パターンＲ１０が配置され、他方側に第１１抵抗線パターンＲ１１が配置される。また、第１０抵抗線パターンＲ１０と第１１抵抗線パターンＲ１１とは、中心軸９に対する径が同一である。

図１３に示すように、本実施形態の第２導体層Ｌ２は、第１２抵抗線パターンＲ１２、第１３抵抗線パターンＲ１３、第１４抵抗線パターンＲ１４、および第１５抵抗線パターンＲ１５を含む。すなわち、第１２抵抗線パターンＲ１２、第１３抵抗線パターンＲ１３、第１４抵抗線パターンＲ１４、および第１５抵抗線パターンＲ１５は、基板４１の裏面に実装されている。第１２抵抗線パターンＲ１２、第１３抵抗線パターンＲ１３、第１４抵抗線パターンＲ１４、および第１５抵抗線パターンＲ１５は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。

第１２抵抗線パターンＲ１２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１２抵抗線パターンＲ１２が、半円状に設けられている。第１２抵抗線パターンＲ１２には、複数の第１２抵抗線ｒ１２が含まれる。複数の第１２抵抗線ｒ１２は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第１２抵抗線ｒ１２は、軸方向の他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１２抵抗線ｒ１２の傾斜角度は、例えば４５°とされる。すなわち、第１２抵抗線パターンＲ１２は、軸方向に視たときに、第９抵抗線パターンＲ９と重複している。

第１３抵抗線パターンＲ１３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１３抵抗線パターンＲ１３が、半円状に設けられている。第１３抵抗線パターンＲ１３には、複数の第１３抵抗線ｒ１３が含まれる。複数の第１３抵抗線ｒ１３は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第１３抵抗線ｒ１３は、軸方向の他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９抵抗線ｒ９の傾斜角度は、例えば－４５°とされる。すなわち、第１３抵抗線パターンＲ１３は、軸方向に視たときに、第８抵抗線パターンＲ８と重複している。

第１２抵抗線パターンＲ１２と第１３抵抗線パターンＲ１３とは、同心かつ線対称に配置される。具体的には、軸方向の他方側から視たときに、中心軸９を通る仮想直線Ｌに対して、一方側に第１２抵抗線パターンＲ１２が配置され、他方側に第１３抵抗線パターンＲ１３が配置される。また、第１２抵抗線パターンＲ１２と第１３抵抗線パターンＲ１３とは、中心軸９に対する径が同一である。

第１４抵抗線パターンＲ１４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１４抵抗線パターンＲ１４が、半円状に設けられている。第１４抵抗線パターンＲ１４は、第１２抵抗線パターンＲ１２よりも径方向内方側に位置している。第１４抵抗線パターンＲ１４には、複数の第１４抵抗線ｒ１４が含まれる。複数の第１４抵抗線ｒ１４は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第１４抵抗線ｒ１４は、軸方向の他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１０抵抗線ｒ１０の傾斜角度は、例えば－４５°とされる。すなわち、第１４抵抗線パターンＲ１４は、軸方向に視たときに、第１１抵抗線パターンＲ１１と重複している。

第１５抵抗線パターンＲ１５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１５抵抗線パターンＲ１５が、半円状に設けられている。第１５抵抗線パターンＲ１５は、第１３抵抗線パターンＲ１３よりも径方向内方側に位置している。第１５抵抗線パターンＲ１５には、複数の第１５抵抗線ｒ１５が含まれる。複数の第１５抵抗線ｒ１５は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第１５抵抗線ｒ１５は、軸方向の他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１１抵抗線ｒ１１の傾斜角度は、例えば４５°とされる。すなわち、第１５抵抗線パターンＲ１５は、軸方向に視たときに、第１０抵抗線パターンＲ１０と重複している。

第１４抵抗線パターンＲ１４と第１５抵抗線パターンＲ１５とは、同心かつ線対称に配置される。具体的には、軸方向の他方側から視たときに、中心軸９を通る仮想直線Ｌに対して、一方側に第１４抵抗線パターンＲ１４が配置され、他方側に第１５抵抗線パターンＲ１５が配置される。また、第１４抵抗線パターンＲ１４と第１５抵抗線パターンＲ１５とは、中心軸９に対する径が同一である。

第８抵抗線パターンＲ８～第１５抵抗線パターンＲ１５は、ホイートストンブリッジ回路に組み込まれる。例えば、第８抵抗線パターンＲ８と第１３抵抗線パターンＲ１３とを直列に接続したものＲ８＋１３と、第９抵抗線パターンＲ９と第１２抵抗線パターンＲ１２とを直列に接続したものＲ９＋１２と、第１０抵抗線パターンＲ１０と第１５抵抗線パターンＲ１５とを直列に接続したものＲ１０＋１５と、第１１抵抗線パターンＲ１１と第１４抵抗線パターンＲ１４とを直列に接続したものＲ１１＋１４とが、ホイートストンブリッジ回路４２に組み込まれる。

本実施形態においては、抵抗線パターンＲ８＋１３と、抵抗線パターンＲ９＋１２とは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値の変化を示す。また、抵抗線パターンＲ１０＋１５と、抵抗線パターンＲ１１＋１４とは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値の変化を示す。本実施形態では、この性質を利用して、ホイートストンブリッジ回路４２に設けられた電圧計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。

上述のように、本実施形態においては、軸方向に視たときに重複するパターン同士を直列に繋ぐことにより、抵抗値をより大きく出来ている。別の言い方をすれば、基板４１の両面を利用して抵抗線パターンを効率よく配置出来ている。したがって、トルク検出センサ４０のセンサ感度を向上することができる。

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の軸方向の変位は抵抗線パターンＲ８～Ｒ１５の抵抗値にも影響する。しかしながら、本実施形態では、抵抗線パターンＲ８＋１３と、抵抗線パターンＲ９＋１２とが、中心軸９に対して同径の位置に配置される。同様に、抵抗線パターンＲ１０＋１５と、抵抗線パターンＲ１１＋１４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、抵抗線パターンＲ８＋１３と、抵抗線パターンＲ９＋１２とが、同じように変化する。同様に、抗線パターンＲ１０＋１５と、抵抗線パターンＲ１１＋１４とが、同じように変化する。それ故に、ホイートストンブリッジ回路４２の電圧計Ｖの検出値が、軸方向の変位の影響を受け難い。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に掛かる周方向のトルクを精度よく検出できる。

本実施形態のトルク検出センサ４０においては、第１導体層Ｌ１の抵抗線パターンＲ８～Ｒ１１と、第２導体層Ｌ２の抵抗線パターンＲ１２～Ｒ１５とが、軸方向において部分的に重複する。これにより、基板４１において抵抗線パターンＲ８～Ｒ１５を配置するためのスペースを確保しつつ、基板４１を径方向に小型化することができる。よって、小型のフレックスギア２０にも適用可能なトルク検出センサ４０が実現する。

＜６．変形例＞
以上、本発明の第１～第５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導体層Ｌ１は基板４１の表面導体層であり、第２導体層は基板４１の裏面導体層であった。しかしながら、第１導体層Ｌ１を基板の裏面導体層とし、第２導体層Ｌ２を基板の表面導体層としてもよい。すなわち、基板のいずれの面をフレックスギアのダイヤフラム部の表面に固定するかは、任意である。

上記の実施形態では、基板は、表面導体層と裏面導体層とを有していた。しかしながら、基板が中間導体層をさらに備えていてもよい。その場合、第１導体層は、表面導体層、裏面導体層、および中間導体層のいずれかであり、第２導体層は、表面導体層、裏面導体層、および中間導体層の他のいずれかであることにしてもよい。あるいは、表面導体層、裏面導体層、および中間導体層の全ての層に、上述した抵抗線パターンのいずれかが配置されていてもよい。これにより、多層構造の基板の各層に、抵抗線パターンを配置できる。その結果、基板を径方向により小型化することができる。

上記の第５実施形態においては、例えば、第８抵抗線パターンＲ８と第１３抵抗線パターンＲ１３とが、軸方向に視たときに、重複していた。すなわち、第８抵抗線パターンＲ８の第８抵抗線ｒ８と、第１３抵抗線パターンＲ１３の第１３抵抗線ｒ１３とが、軸方向に視たときに、互いに平行であった。しかしながら、これに代えて、第８抵抗線パターンＲ８の第８抵抗線ｒ８と、第１３抵抗線パターンＲ１３の第１３抵抗線ｒ１３とが、軸方向に視たときに交差することにしてもよい。斯かる場合、第８抵抗線ｒ８と第１３抵抗線ｒ１３との交差角度は任意である。その場合でも、基板４１において抵抗線パターンを配置するためのスペースを確保しつつ、基板４１を径方向に小型化することができる。よって、小型の円形体にも適用可能なトルク検出センサが実現する。

上記の実施形態では、ホイートストンブリッジ回路４２および信号処理回路４３の両方が、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、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、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、円形体の周方向の歪みを検出するために直接的にまたは間接的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
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
Ｌ 仮想直線
Ｌ１ 導体層
Ｌ１ 第１導体層
Ｌ２ 第２導体層
Ｒ１～Ｒ１５ 抵抗線パターン
ｒ１～ｒ１５ 抵抗線

Claims (10)

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、
   第１導体層と第２導体層とを有する基板
   を備え、
   前記第１導体層および前記第２導体層は、それぞれ、抵抗線パターンを含み、
   前記第１導体層および前記第２導体層の少なくともいずれか一方の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傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列されて直列的に接続された円弧状または円環状のパターンを含み、
   前記第１導体層および前記第２導体層の少なくともいずれかの前記抵抗線パターンは、
   前記円形体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を含み、
   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、
   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、
   前記信号処理回路は、前記ホイートストンブリッジ回路からの出力信号を、前記円弧状または円環状に延びるパターンの抵抗値で補正する、トルク検出センサ。
2. 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、
   第１導体層と第２導体層とを有する基板
   を備え、
   前記第１導体層および前記第２導体層は、それぞれ、抵抗線パターンを含み、
   前記第１導体層および前記第２導体層の少なくともいずれか一方の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傾斜した抵抗線が、周方向に複数配列されて直列的に接続された円弧状または円環状のパターンを含み、
   前記円弧状または円環状のパターンは複数存在し、
   前記円弧状または円環状のパターンは前記円形体の半径方向において異なる位置に配置される、
   トルク検出センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載のトルク検出センサであって、
   前記基板は、表面導体層と裏面導体層とを有し、
   前記第１導体層は、前記表面導体層および前記裏面導体層のいずれか一方であり、
   前記第２導体層は、前記表面導体層および前記裏面導体層のいずれか他方であるトルク検出センサ。
4. 請求項１または請求項２に記載のトルク検出センサであって、
   前記基板は、表面導体層、裏面導体層、および中間導体層を有し、
   前記第１導体層は、前記表面導体層、前記裏面導体層、および中間導体層のいずれかであり、
   前記第２導体層は、前記表面導体層、前記裏面導体層、および中間導体層の他のいずれか一つである、トルク検出センサ。
5. 請求項１または請求項２に記載のトルク検出センサであって、
   前記第１導体層および前記第２の導体層のいずれか他方の前記抵抗線パターンは、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て直列的に接続された円弧状または円環状のパターンを含む、トルク検出センサ。
6. 請求項３に記載のトルク検出センサであって、
   前記基板は、両面フレキシブル基板である、トルク検出センサ。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のトルク検出センサであって、
   前記導体層の材料は、銅または銅を含む合金である、トルク検出センサ。
8. 請求項１に記載のトルク検出センサであって、
   前記信号処理回路は、前記基板または前記基板とは別の基板に実装される、トルク検出センサ。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一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。
10. 請求項９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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