JPWO2019163258A1 - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

一実施形態に係るトルクセンサは、外環状部と、前記外環状部と中心を共有する内環状部と、前記外環状部と前記内環状部とを連結する複数のスポーク部と、を有する起歪体と、前記起歪体上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、直列に接続された第１抵抗部及び第２抵抗部と、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部との間に接続された第１出力端子と、を備え、前記第１抵抗部は、前記複数のスポーク部にそれぞれ配置され、直列に接続された複数の第１ゲージ素子を備え、前記第２抵抗部は、前記複数のスポーク部にそれぞれ配置され、直列に接続された複数の第２ゲージ素子を備える。

Description

本発明は、トルクセンサに関する。

近年、円盤状の起歪体と歪ゲージとを備えたトルクセンサが、ロボットの関節部分などで用いられている。このようなトルクセンサでは、起歪体を回転軸と垂直に配置し、トルクに応じた起歪体の歪みを歪ゲージにより検出することにより、起歪体に加わったトルクを検出する。

特開２０１３−９６７３５号公報

しかしながら、従来のトルクセンサでは、起歪体に回転方向とは異なる方向から荷重が加わった場合、当該荷重による起歪体の歪みが歪ゲージにより検出され、検出されるトルクに誤差が生じるという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、トルクの精度よく検出できるトルクセンサを提供することを目的とする。

一実施形態に係るトルクセンサは、外環状部と、前記外環状部と中心を共有する内環状部と、前記外環状部と前記内環状部とを連結する複数のスポーク部と、を有する起歪体と、前記起歪体上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、直列に接続された第１抵抗部及び第２抵抗部と、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部との間に接続された第１出力端子と、を備え、前記第１抵抗部は、前記複数のスポーク部にそれぞれ配置され、直列に接続された複数の第１ゲージ素子を備え、前記第２抵抗部は、前記複数のスポーク部にそれぞれ配置され、直列に接続された複数の第２ゲージ素子を備える。

本発明の各実施形態によれば、トルクの精度よく検出できるトルクセンサを提供できる。

トルクセンサの一例を示す平面図。 図１のトルクセンサのＡ−Ａ線断面図。 トルクセンサの回路構成の一例を示す図。

以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重畳した説明を省略する。

一実施形態に係るトルクセンサ１００について、図１〜図３を参照して説明する。本実施形態に係るトルクセンサ１００は、トルクを検出する円盤状のセンサである。トルクセンサ１００は、ロボットの関節部分などに、回転軸と垂直に搭載される。

図１は、トルクセンサ１００の一例を示す平面図である。図２は、図１のトルクセンサ１００のＡ−Ａ線断面図である。図３は、トルクセンサ１００の回路構成の一例を示す図である。以下、便宜上、図における上下左右を、トルクセンサ１００の上下左右として説明する。

トルクセンサ１００は、起歪体１と、絶縁層２と、第１抵抗部Ｒ１と、第２抵抗部Ｒ２と、第３抵抗部Ｒ３と、第４抵抗部Ｒ４と、第１出力端子Ｔ１と、第１出力端子Ｔ２と、変換回路３と、を備える。

起歪体１は、トルクを加えられる円盤状部材である。トルクセンサ１００は、歪ゲージを利用して起歪体１の歪みを検出することにより、起歪体１に加えられたトルクを検出する。図１に示すように、起歪体１は、外環状部１１と、内環状部１２と、複数のスポーク部１３と、を有する。

外環状部１１は、起歪体１の外側に位置する環状部分である。外環状部１１は、駆動源からの駆動力を伝達する伝達部材、又は起歪体１を介して駆動力を伝達される操作体に、外環状部１１をボルトにより固定するための複数の開口部１４を有する。以下、外環状部１１の中心を中心Ｃと称する。

内環状部１２は、起歪体１の内側に位置する環状部分である。内環状部１２は、外環状部１１と中心Ｃを共有し、外環状部１１の内半径より小さい外半径を有する。内環状部１２は、駆動源からの駆動力を伝達する伝達部材、又は起歪体１を介して駆動力を伝達される操作体に、内環状部１２をボルトにより固定するための複数の開口部１５を有する。内環状部１２が伝達部材に固定された場合、外環状部１１は操作体に固定され、内環状部１２が操作体に固定された場合、外環状部１１は伝達部材に固定される。また、内環状部１２は、延出部１６を有する。

延出部１６は、内環状部１２から外環状部１１に向かって延出した部分である。延出部１６を設けることにより、変換回路３を含む回路素子を配置するスペースを容易に確保することができる。なお、図１の例では、内環状部１２は、等間隔に配置された４つの延出部１６を有するが、延出部１６の配置及び数は、任意に設計可能である。また、延出部１６は、外環状部１１から内環状部１２に向かって延出するように設けられてもよい。

スポーク部１３は、外環状部１１と内環状部１２とを連結する部分であり、起歪体１の強度を維持するため、複数設けられる。スポーク部１３は、外環状部１１と内環状部１２との間でトルクを伝達する部分であるため、起歪体１において相対的にトルクに応じた歪みが大きい部分となる。なお、図１の例では、起歪体１は、等間隔（９０°毎）に配置された４つのスポーク部１３を有するが、スポーク部１３の数及び配置はこれに限られない。ただし、複数のスポーク部１３は、図１の例のように、等間隔に配置されるのが好ましい。これにより、後述する通り、中心Ｃを対称中心とした点対称の位置に歪ゲージを配置することができる。

絶縁層２は、起歪体１上に設けられた絶縁性の層であり、少なくとも複数のスポーク部１３を覆うように配置される。絶縁層２は、起歪体１上に形成された酸化膜、窒化膜、又は樹脂製の絶縁膜であってもよいし、起歪体１上に固定された絶縁性のプリント基板であってもよい。プリント基板は、フレキシブル基板であってもよいし、リジッド基板であってもよい。いずれの場合も、絶縁層２は、起歪体１の歪みに応じて歪むように、全面を起歪体１に固定される。また、起歪体１がプリント基板により形成されてもよい。この場合、起歪体１が絶縁層２の役割を果たす。なお、絶縁層２は、図１の例のように、外環状部１１の少なくとも一部と、内環状部１２の少なくとも一部と、を覆うように配置されるのが好ましい。これにより、絶縁層２の面積が大きくなるため、回路設計の自由度を向上させることができる。

ここで、絶縁層２上に形成される回路構成について、図３を参照して説明する。図３は、トルクセンサ１００の回路構成の一例を示す図である。図３に示すように、絶縁層２上には、第１抵抗部Ｒ１と、第２抵抗部Ｒ２と、第３抵抗部Ｒ３と、第４抵抗部Ｒ４と、第１出力端子Ｔ１と、第１出力端子Ｔ２と、変換回路３と、が設けられる。

第１抵抗部Ｒ１は、一端が電源に接続され、他端が第１出力端子Ｔ１に接続される。第２抵抗部Ｒ１は、一端が第１出力端子Ｔ１に接続され、他端がグラウンドに接続される。すなわち、第１抵抗部Ｒ１及び第２抵抗部Ｒ２は、直列に接続され、ハーフブリッジ回路を構成する。第１抵抗部Ｒ１と第２抵抗部Ｒ２との間の電圧（電源電圧Ｖｄｄを第１抵抗部Ｒ１及び第２抵抗部Ｒ２で分圧した電圧）が、第１出力端子Ｔ１から出力電圧Ｖ１として出力される。第１出力端子Ｔ１は、変換回路３に接続され、出力電圧Ｖ１は、変換回路３に入力される。

第３抵抗部Ｒ３は、一端が電源に接続され、他端が第２出力端子Ｔ２に接続される。第４抵抗部Ｒ４は、一端が第２出力端子Ｔ２に接続され、他端がグラウンドに接続される。すなわち、第３抵抗部Ｒ３及び第４抵抗部Ｒ４は、直列に接続され、ハーフブリッジ回路を構成する。第３抵抗部Ｒ３と第４抵抗部Ｒ４との間の電圧（電源電圧Ｖｄｄを第３抵抗部Ｒ３及び第４抵抗部Ｒ４で分圧した電圧）が、第３出力端子Ｔ３から出力電圧Ｖ２として出力される。第２出力端子Ｔ２は、変換回路３に接続され、出力電圧Ｖ２は、変換回路３に入力される。

図３からわかるように、第３抵抗部Ｒ３及び第４抵抗部Ｒ４は、第１抵抗部Ｒ１及び第２抵抗部Ｒ２と並列に接続され、第１抵抗部Ｒ１及び第２抵抗部Ｒ２と共にブリッジ回路を構成する。第１抵抗部Ｒ１、第２抵抗部Ｒ２、第３抵抗部Ｒ３、及び第４抵抗部Ｒ４は、後述する通り、いずれも複数の歪ゲージを備え、起歪体に加わったトルクに応じて抵抗値が変化する。このため、出力電圧Ｖ１は、トルクに応じて変化した第１抵抗部Ｒ１及び第２抵抗部Ｒ２の抵抗値に応じた電圧となる。同様に、出力電圧Ｖ２は、トルクに応じて変化した第３抵抗部Ｒ３及び第４抵抗部Ｒ４の抵抗値に応じた電圧となる。すなわち、出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、いずれもトルクに応じた電圧となる。

変換回路３は、出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、トルクを検出する回路である。具体的には、変換回路３は、出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差を、予め用意されたテーブルを参照して、トルクに変換する。図３の例では、変換回路３が１つのＩＣ（Integrated Circuit）である場合を想定しているが、変換回路３は、複数のディスクリート部品により構成されてもよい。また、図１の例では、内環状部１２が延出部１６を有するため、変換回路３を内環状部１２に容易に配置することができる。

次に、第１抵抗部Ｒ１、第２抵抗部Ｒ２、第３抵抗部Ｒ３、及び第４抵抗部Ｒ４の構成について、図１を参照して説明する。

第１抵抗部Ｒ１は、プリント配線（図示省略）により直列に接続された４つの第１歪ゲージｒ１を備える。第１歪ゲージｒ１は、絶縁層２に金属材料をプリントすることにより形成されてもよいし、絶縁層２に金属箔を貼付することにより形成されてもよい。また、第１歪ゲージｒ１は、絶縁層２に実装された独立した素子であってもよい。いずれの場合も、第１歪ゲージｒ１は、絶縁層２の歪みに応じて歪むように、全面を起歪体１に固定される。このような構成により、起歪体１に荷重が加わると、荷重に応じて起歪体１が歪み、起歪体１と共に絶縁層２が歪み、絶縁層２と共に第１歪ゲージｒ１が歪み、歪みに応じて各第１歪ゲージｒ１の抵抗値が変化し、各第１歪ゲージｒ１の抵抗値の変化に応じて第１抵抗部Ｒ１の抵抗値が変化する。結果として、出力電圧Ｖ１が、荷重に応じて変化する。

複数の第１歪ゲージｒ１は、複数のスポーク部１３にそれぞれ配置される。図１の例では、各スポーク部１３に第１歪ゲージｒ１が１つ配置されているが、各スポーク部１３に複数の第１歪ゲージｒ１が配置されてもよい。上述の通り、スポーク部１３は、起歪体１において相対的にトルクに応じた歪みが大きい部分であるため、スポーク部１３に第１歪ゲージｒ１を配置することにより、トルクに応じて出力電圧Ｖ１を相対的に大きく変化させ、トルクを精度よく検出することができる。

また、各スポーク部１３に第１歪ゲージｒ１を配置することにより、起歪体１の回転方向と異なる方向から荷重が加わった場合であっても、トルクを精度よく検出することができる。例えば、起歪体１に図１の矢印Ｂの方向（回転方向とは異なる方向）の荷重が加わった場合、起歪体１の上側のスポーク部１３に配置された第１歪ゲージｒ１は延びて抵抗値が大きくなり、起歪体１の下側のスポーク部１３に配置された第１歪ゲージｒ１は縮んで抵抗値が小さくなる。すなわち、矢印Ｂの方向の荷重による、各第１歪ゲージｒ１の抵抗値の変化が互いに相殺される。この結果、第１抵抗部Ｒ１の抵抗値に対する矢印Ｂの方向の荷重による影響が抑制され、回転方向のトルクに応じた出力電圧Ｖ１が出力されるため、出力電圧Ｖ１に基づいて、トルクを精度よく検出することができる。

また、複数の第１歪ゲージｒ１は、等間隔に配置されるのが好ましい。図１の例では、４つの第１歪ゲージｒ１が９０°ごとに配置されている。これにより、荷重が加わる方向によらず、各第１歪ゲージｒ１の抵抗値の変化を均一に相殺することができる。このような第１歪ゲージｒ１の配置を実現するために、スポーク部１３は等間隔に配置されるのが好ましい。

また、複数の第１歪ゲージｒ１は、中心Ｃを中心とした同一円周上に配置されるのが好ましい。これにより、複数の第１歪ゲージｒ１に対する、回転方向と異なる方向からの荷重による影響を均一化し、相殺精度を向上させることができる。

また、複数の第１歪ゲージｒ１は、中心Ｃを中心とした点対称の位置にそれぞれ配置されるのが好ましい。図１の例では、左上及び右下の第１歪ゲージｒ１が点対称の位置に配置され、右上及び左下の第１歪ゲージｒ１が点対称の位置に配置されている。これにより、点対称の位置に配置された第１歪ゲージｒ１の組に対する、回転方向と異なる方向からの荷重による影響をさらに均一化し、相殺精度を向上させることができる。このような第１歪ゲージｒ１の配置を実現するために、スポーク部１３は中心Ｃを対称中心とした点対称の位置に配置されるのが好ましい。

なお、第１抵抗部Ｒ１は、複数の第１歪ゲージｒ１を備えればよく、その数は４つに限られない。ただし、第１抵抗部Ｒ１は、第１歪ゲージｒ１を点対称に配置可能とするために、偶数個の第１歪ゲージｒ１を備えるのが好ましい。

第２抵抗部Ｒ２は、プリント配線（図示省略）により直列に接続された４つの第２歪ゲージｒ２を備える。第２歪ゲージｒ２は、絶縁層２に金属材料をプリントすることにより形成されてもよいし、絶縁層２に金属箔を貼付することにより形成されてもよい。また、第２歪ゲージｒ２は、絶縁層２に実装された独立した素子であってもよい。いずれの場合も、第２歪ゲージｒ２は、絶縁層２の歪みに応じて歪むように、全面を起歪体１に固定される。このような構成により、起歪体１に荷重が加わると、荷重に応じて起歪体１が歪み、起歪体１と共に絶縁層２が歪み、絶縁層２と共に第２歪ゲージｒ２が歪み、歪みに応じて各第２歪ゲージｒ２の抵抗値が変化し、各第２歪ゲージｒ２の抵抗値の変化に応じて第２抵抗部Ｒ２の抵抗値が変化する。結果として、出力電圧Ｖ１が、荷重に応じて変化する。

複数の第２歪ゲージｒ２は、複数のスポーク部１３にそれぞれ配置される。図１の例では、各スポーク部１３に第２歪ゲージｒ２が１つ配置されているが、各スポーク部１３に複数の第２歪ゲージｒ２が配置されてもよい。上述の通り、スポーク部１３は、起歪体１において相対的にトルクに応じた歪みが大きい部分であるため、スポーク部１３に第２歪ゲージｒ２を配置することにより、トルクに応じて出力電圧Ｖ１を相対的に大きく変化させ、トルクを精度よく検出することができる。

また、各スポーク部１３に第２歪ゲージｒ２を配置することにより、起歪体１の回転方向と異なる方向から荷重が加わった場合であっても、トルクを精度よく検出することができる。例えば、起歪体１に図１の矢印Ｂの方向（回転方向とは異なる方向）の荷重が加わった場合、起歪体１の上側のスポーク部１３に配置された第２歪ゲージｒ２は延びて抵抗値が大きくなり、起歪体１の下側のスポーク部１３に配置された第２歪ゲージｒ２は縮んで抵抗値が小さくなる。すなわち、矢印Ｂの方向の荷重による、各第２歪ゲージｒ２の抵抗値の変化が互いに相殺される。この結果、第２抵抗部Ｒ２の抵抗値に対する矢印Ｂの方向の荷重による影響が抑制され、回転方向のトルクに応じた出力電圧Ｖ１が出力されるため、出力電圧Ｖ１に基づいて、トルクを精度よく検出することができる。

また、複数の第２歪ゲージｒ２は、等間隔に配置されるのが好ましい。図１の例では、４つの第２歪ゲージｒ２が９０°ごとに配置されている。これにより、荷重が加わる方向によらず、各第２歪ゲージｒ２の抵抗値の変化を均一に相殺することができる。このような第２歪ゲージｒ２の配置を実現するために、スポーク部１３は等間隔に配置されるのが好ましい。

また、複数の第２歪ゲージｒ２は、中心Ｃを中心とした同一円周上に配置されるのが好ましい。これにより、複数の第２歪ゲージｒ２に対する、回転方向と異なる方向からの荷重による影響を均一化し、相殺精度を向上させることができる。

また、複数の第２歪ゲージｒ２は、中心Ｃを中心とした点対称の位置にそれぞれ配置されるのが好ましい。図１の例では、左上及び右下の第２歪ゲージｒ２が点対称の位置に配置され、右上及び左下の第２歪ゲージｒ２が点対称の位置に配置されている。これにより、点対称の位置に配置された第２歪ゲージｒ２の組に対する、回転方向と異なる方向からの荷重による影響をさらに均一化し、相殺精度を向上させることができる。このような第２歪ゲージｒ２の配置を実現するために、スポーク部１３は中心Ｃを対称中心とした点対称の位置に配置されるのが好ましい。

また、第２歪ゲージｒ２は、各スポーク部１３において、第１歪ゲージｒ１からみて回転方向の一方側に配置される。各スポーク部１３において、回転方向の一方側に第２歪ゲージｒ２が配置され、回転方向の他方側に第１歪ゲージｒ１が配置される。このような配置により、起歪体１にトルクが加わると、第１歪ゲージｒ１の抵抗値と第２歪ゲージｒ２の抵抗値とは逆向きに変化する。このような第１抵抗部Ｒ１及び第２抵抗部Ｒ２によりハーフブリッジ回路を構成し、第１抵抗部Ｒ１と第２抵抗部Ｒ２との間の電圧を出力電圧Ｖ１として出力することにより、トルクに応じた出力電圧Ｖ１の変化を増幅することができる。

なお、第２抵抗部Ｒ２は、複数の第２歪ゲージｒ２を備えればよく、その数は４つに限られない。ただし、第２抵抗部Ｒ２は、第２歪ゲージｒ２を点対称に配置可能とするために、偶数個の第２歪ゲージｒ２を備えるのが好ましい。

第３抵抗部Ｒ３は、プリント配線（図示省略）により直列に接続された４つの第３歪ゲージｒ３を備える。第３歪ゲージｒ３は、絶縁層２に金属材料をプリントすることにより形成されてもよいし、絶縁層２に金属箔を貼付することにより形成されてもよい。また、第３歪ゲージｒ３は、絶縁層２に実装された独立した素子であってもよい。いずれの場合も、第３歪ゲージｒ３は、絶縁層２の歪みに応じて歪むように、全面を起歪体１に固定される。このような構成により、起歪体１に荷重が加わると、荷重に応じて起歪体１が歪み、起歪体１と共に絶縁層２が歪み、絶縁層２と共に第３歪ゲージｒ３が歪み、歪みに応じて各第３歪ゲージｒ３の抵抗値が変化し、各第３歪ゲージｒ３の抵抗値の変化に応じて第３抵抗部Ｒ３の抵抗値が変化する。結果として、出力電圧Ｖ２が、荷重に応じて変化する。

複数の第３歪ゲージｒ３は、複数のスポーク部１３にそれぞれ配置される。図１の例では、各スポーク部１３に第３歪ゲージｒ３が１つ配置されているが、各スポーク部１３に複数の第３歪ゲージｒ３が配置されてもよい。上述の通り、スポーク部１３は、起歪体１において相対的にトルクに応じた歪みが大きい部分であるため、スポーク部１３に第３歪ゲージｒ３を配置することにより、トルクに応じて出力電圧Ｖ２を相対的に大きく変化させ、トルクを精度よく検出することができる。

また、各スポーク部１３に第３歪ゲージｒ３を配置することにより、起歪体１の回転方向と異なる方向から荷重が加わった場合であっても、トルクを精度よく検出することができる。例えば、起歪体１に図１の矢印Ｂの方向（回転方向とは異なる方向）の荷重が加わった場合、起歪体１の上側のスポーク部１３に配置された第３歪ゲージｒ３は延びて抵抗値が大きくなり、起歪体１の下側のスポーク部１３に配置された第３歪ゲージｒ３は縮んで抵抗値が小さくなる。すなわち、矢印Ｂの方向の荷重による、各第３歪ゲージｒ３の抵抗値の変化が互いに相殺される。この結果、第３抵抗部Ｒ３の抵抗値に対する矢印Ｂの方向の荷重による影響が抑制され、回転方向のトルクに応じた出力電圧Ｖ２が出力されるため、出力電圧Ｖ２に基づいて、トルクを精度よく検出することができる。

また、複数の第３歪ゲージｒ３は、等間隔に配置されるのが好ましい。図１の例では、４つの第３歪ゲージｒ３が９０°ごとに配置されている。これにより、荷重が加わる方向によらず、各第３歪ゲージｒ３の抵抗値の変化を均一に相殺することができる。このような第３歪ゲージｒ３の配置を実現するために、スポーク部１３は等間隔に配置されるのが好ましい。

また、複数の第３歪ゲージｒ３は、中心Ｃを中心とした同一円周上に配置されるのが好ましい。これにより、複数の第３歪ゲージｒ３に対する、回転方向と異なる方向からの荷重による影響を均一化し、相殺精度を向上させることができる。

また、複数の第３歪ゲージｒ３は、中心Ｃを中心とした点対称の位置にそれぞれ配置されるのが好ましい。図１の例では、左上及び右下の第３歪ゲージｒ３が点対称の位置に配置され、右上及び左下の第３歪ゲージｒ３が点対称の位置に配置されている。これにより、点対称の位置に配置された第３歪ゲージｒ３の組に対する、回転方向と異なる方向からの荷重による影響をさらに均一化し、相殺精度を向上させることができる。このような第３歪ゲージｒ３の配置を実現するために、スポーク部１３は中心Ｃを対称中心とした点対称の位置に配置されるのが好ましい。

なお、第３抵抗部Ｒ３は、複数の第３歪ゲージｒ３を備えればよく、その数は４つに限られない。ただし、第３抵抗部Ｒ３は、第３歪ゲージｒ３を点対称に配置可能とするために、偶数個の第３歪ゲージｒ３を備えるのが好ましい。

第４抵抗部Ｒ４は、プリント配線（図示省略）により直列に接続された４つの第４歪ゲージｒ４を備える。第４歪ゲージｒ４は、絶縁層２に金属材料をプリントすることにより形成されてもよいし、絶縁層２に金属箔を貼付することにより形成されてもよい。また、第４歪ゲージｒ４は、絶縁層２に実装された独立した素子であってもよい。いずれの場合も、第４歪ゲージｒ４は、絶縁層２の歪みに応じて歪むように、全面を起歪体１に固定される。このような構成により、起歪体１に荷重が加わると、荷重に応じて起歪体１が歪み、起歪体１と共に絶縁層２が歪み、絶縁層２と共に第４歪ゲージｒ４が歪み、歪みに応じて各第４歪ゲージｒ４の抵抗値が変化し、各第４歪ゲージｒ４の抵抗値の変化に応じて第４抵抗部Ｒ４の抵抗値が変化する。結果として、出力電圧Ｖ２が、荷重に応じて変化する。

複数の第４歪ゲージｒ４は、複数のスポーク部１３にそれぞれ配置される。図１の例では、各スポーク部１３に第４歪ゲージｒ４が１つ配置されているが、各スポーク部１３に複数の第４歪ゲージｒ４が配置されてもよい。上述の通り、スポーク部１３は、起歪体１において相対的にトルクに応じた歪みが大きい部分であるため、スポーク部１３に第４歪ゲージｒ４を配置することにより、トルクに応じて出力電圧Ｖ２を相対的に大きく変化させ、トルクを精度よく検出することができる。

また、各スポーク部１３に第４歪ゲージｒ４を配置することにより、起歪体１の回転方向と異なる方向から荷重が加わった場合であっても、トルクを精度よく検出することができる。例えば、起歪体１に図１の矢印Ｂの方向（回転方向とは異なる方向）の荷重が加わった場合、起歪体１の上側のスポーク部１３に配置された第４歪ゲージｒ４は延びて抵抗値が大きくなり、起歪体１の下側のスポーク部１３に配置された第４歪ゲージｒ４は縮んで抵抗値が小さくなる。すなわち、矢印Ｂの方向の荷重による、各第４歪ゲージｒ４の抵抗値の変化が互いに相殺される。この結果、第４抵抗部Ｒ４の抵抗値に対する矢印Ｂの方向の荷重による影響が抑制され、回転方向のトルクに応じた出力電圧Ｖ２が出力されるため、出力電圧Ｖ２に基づいて、トルクを精度よく検出することができる。

また、複数の第４歪ゲージｒ４は、等間隔に配置されるのが好ましい。図１の例では、４つの第４歪ゲージｒ４が９０°ごとに配置されている。これにより、荷重が加わる方向によらず、各第４歪ゲージｒ４の抵抗値の変化を均一に相殺することができる。このような第４歪ゲージｒ４の配置を実現するために、スポーク部１３は等間隔に配置されるのが好ましい。

また、複数の第４歪ゲージｒ４は、中心Ｃを中心とした同一円周上に配置されるのが好ましい。これにより、複数の第４歪ゲージｒ４に対する、回転方向と異なる方向からの荷重による影響を均一化し、相殺精度を向上させることができる。

また、複数の第４歪ゲージｒ４は、中心Ｃを中心とした点対称の位置にそれぞれ配置されるのが好ましい。図１の例では、左上及び右下の第４歪ゲージｒ４が点対称の位置に配置され、右上及び左下の第４歪ゲージｒ４が点対称の位置に配置されている。これにより、点対称の位置に配置された第４歪ゲージｒ４の組に対する、回転方向と異なる方向からの荷重による影響をさらに均一化し、相殺精度を向上させることができる。このような第４歪ゲージｒ４の配置を実現するために、スポーク部１３は中心Ｃを対称中心とした点対称の位置に配置されるのが好ましい。

また、第４歪ゲージｒ４は、各スポーク部１３において、第３歪ゲージｒ３からみて回転方向の一方側に配置される。各スポーク部１３において、回転方向の一方側に第４歪ゲージｒ４が配置され、回転方向の他方側に第３歪ゲージｒ３が配置される。このような配置により、起歪体１にトルクが加わると、第３歪ゲージｒ３の抵抗値と第４歪ゲージｒ４の抵抗値とは逆向きに変化する。このような第３抵抗部Ｒ３及び第４抵抗部Ｒ４によりハーフブリッジ回路を構成し、第３抵抗部Ｒ３と第４抵抗部Ｒ４との間の電圧を出力電圧Ｖ２として出力することにより、トルクに応じた出力電圧Ｖ２の変化を増幅することができる。

なお、第４抵抗部Ｒ４は、複数の第４歪ゲージｒ４を備えればよく、その数は４つに限られない。ただし、第４抵抗部Ｒ４は、第４歪ゲージｒ４を点対称に配置可能とするために、偶数個の第４歪ゲージｒ４を備えるのが好ましい。

以上説明した通り、本実施形態によれば、第１歪ゲージｒ１が複数のスポーク部１３に配置されるため、起歪体１に回転方向とは異なる方向から荷重が加わった場合であっても、当該荷重による影響が複数の第１歪ゲージｒ１の間で相殺され、当該荷重により生じる第１抵抗部Ｒ１の抵抗値の誤差が抑制される。これは、第２抵抗部Ｒ２、第３抵抗部Ｒ３、及び第４抵抗部Ｒ４についても同様である。したがって、本実施形態によれば、起歪体１に回転方向とは異なる方向から荷重が加わった場合であっても、トルクに応じた出力電圧Ｖ１，Ｖ２を精度良く出力し、出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、トルクを精度よく検出することができる。

なお、本実施形態において、第３抵抗部Ｒ３及び第４抵抗部Ｒ４を備えない構成も可能である。このような場合であっても、トルクセンサ１００は、出力電圧Ｖ１に基づいて、トルクを精度よく検出することができる。

また、外環状部１１及び内環状部１２は、完全な環状になっている必要はなく、部分的に欠損していてもよい。すなわち、外環状部１１及び内環状部１２は、スポーク部１３を介して１つの起歪体１として繋がっていればよい。

また、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

また、本国際出願は、２０１８年２月２１日に出願した日本国特許出願第２０１８−０２９１４０号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。

１：起歪体
２：絶縁層
３：変換回路
１１：外環状部
１２：内環状部
１３：スポーク部
１４：開口部
１５：開口部
１６：延出部
１００：トルクセンサ
Ｒ１：第１抵抗部
Ｒ２：第２抵抗部
Ｒ３：第３抵抗部
Ｒ４：第４抵抗部
ｒ１：第１ゲージ素子
ｒ２：第２ゲージ素子
ｒ３：第３ゲージ素子
ｒ４：第４ゲージ素子

Claims (7)

1. 外環状部と、前記外環状部と中心を共有する内環状部と、前記外環状部と前記内環状部とを連結する複数のスポーク部と、を有する起歪体と、
   前記起歪体上に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層上に設けられ、直列に接続された第１抵抗部及び第２抵抗部と、
   前記第１抵抗部と前記第２抵抗部との間に接続された第１出力端子と、
   を備え、
   前記第１抵抗部は、前記複数のスポーク部にそれぞれ配置され、直列に接続された複数の第１ゲージ素子を備え、
   前記第２抵抗部は、前記複数のスポーク部にそれぞれ配置され、直列に接続された複数の第２ゲージ素子を備える
   トルクセンサ。
2. 前記複数のスポーク部、前記複数の第１ゲージ素子、及び前記複数の第２ゲージ素子の少なくとも１つは、等間隔に配置される
   請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記複数のスポーク部、前記複数の第１ゲージ素子、及び前記複数の第２ゲージ素子の少なくとも１つは、前記中心を対称中心とした点対称の位置にそれぞれ配置される
   請求項１又は請求項２に記載のトルクセンサ。
4. 前記絶縁層上に設けられ、直列に接続された第３抵抗部及び第４抵抗部と、
   前記第３抵抗部と前記第４抵抗部との間に接続された第２出力端子と、
   を更に備え、
   前記第３抵抗部は、前記複数のスポーク部にそれぞれ配置され、直列に接続された複数の第３ゲージ素子を備え、
   前記第４抵抗部は、前記複数のスポーク部にそれぞれ配置され、直列に接続された複数の第４ゲージ素子を備える
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のトルクセンサ。
5. 前記複数のスポーク部、前記複数の第３ゲージ素子、及び前記複数の第４ゲージ素子の少なくとも１つは、等間隔に配置される
   請求項４に記載のトルクセンサ。
6. 前記複数のスポーク部、前記複数の第１ゲージ素子、及び前記複数の第２ゲージ素子の少なくとも１つは、前記中心を対称中心とした点対称の位置にそれぞれ配置される
   請求項４又は請求項５に記載のトルクセンサ。
7. 前記起歪体は、前記外環状部から前記内環状部に向かって、又は前記内環状部から前記外環状部に向かって延出した延出部を有する
   請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のトルクセンサ。

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