KR102242625B1

KR102242625B1 - 토크 센서

Info

Publication number: KR102242625B1
Application number: KR1020197021749A
Authority: KR
Inventors: 가즈토 아키바; 다카히토 가미우토; 아키히로 구로마루
Original assignee: 아이펙스 가부시키가이샤
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2021-04-20
Also published as: WO2018124081A1; EP3564638A4; TWI667457B; JP6428982B1; US11187600B2; TW201831871A; TWI772635B; CN110088584B; TW201932808A; KR20190100316A; JPWO2018124081A1; EP3564638A1; CN110088584A; EP3564638B1; US20210131890A1

Abstract

접속체(130)는 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120) 사이에 배치되며, 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120)를 접속한다. 변형체(140)는, Z축을 중심으로 하는 회전방향에 관한 제 1 위치에서 일단이 내측 지지체(110)에 접속되며, 제 1 위치와는 상이한 제 2 위치에서 타단이 외측 지지체(120)에 접속되며, 제 1 위치와 제 2 위치 사이에 압축력 또는 인장력이 가해지면 반경방향으로 변형되도록 굴곡된다. 검출체(150)는, 변형체(140)와 외측 지지체(120)에 대향하여 마련된 전극끼리로 구성되는 용량 소자를 구비하며, 용량 소자의 특성값에 근거하여, 변형체(140)에 생긴 탄성 변형을 검출한다.

Description

토크 센서

본 발명은 토크 센서에 관한 것이다.

회전축 주위에 작용한 토크를 검출하는 토크 센서는 여러 가지 수송 기계나 산업 기계에 널리 이용되고 있다. 예를 들면, 하기의 특허문헌 1에는, 환상의 하중 검출 기구부에 생기는 비틀림을 스트레인 게이지에 의해 검출하는 것에 의해, 작용한 힘 성분 및 모멘트 성분을 전기 신호로서 출력하는 센서가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 강성 중앙 부재와 강성 환상 링 사이에 복수의 반경방향 부재를 마련하고, 이 반경방향 부재에 생기는 비틀림을 검출하는 것에 의해, 작용한 힘 성분 및 모멘트 성분을 전기 신호로서 출력하는 센서가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 회전축이 관통 삽입되는 관통 개구부를 갖는 검출 링을 회전축을 따른 양측으로부터 지지체에 의해 지지하고, 해당 검출 링의 탄성 변형을 용량 소자를 이용하여 검출하는 것에 의해, 회전축 주위에 작용한 토크를 전기 신호로서 출력하는 센서가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는, 복수 개의 검출 링을 인접 배치하는 구조를 채용하는 것에 의해, 내부 공간을 확보하면서, 힘과 모멘트의 검출 감도의 밸런스를 조정하는 것이 가능한 센서가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제 평6-41892 호 공보 일본 특허 공표 제 2001-500979 호 공보 일본 특허 공개 제 2012-037300 호 공보 일본 특허 제 5667723 호 공보

로봇 아암의 관절 부분에 장착하도록 한 용도에서는, 구조가 단순하고, 두께가 얇은 박형의 토크 센서가 요구되고 있다. 그렇지만, 지금까지 제안되어 있는 토크 센서는 구조상 박형화가 곤란하다.

예를 들면, 전술의 특허문헌 1에 개시되어 있는 센서에서는, 환상의 하중 검출 기구부에 2개의 강체부를 장착할 필요가 있어, 박형화가 곤란하다. 또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 센서에서는, 반경방향 부재에 생기는 비틀림을 검출하기 위해, 전체적인 구조가 복잡하게 되어, 박형화에는 적합하지 않다. 그리고, 특허문헌 3, 4에 개시되어 있는 센서에서는, 검출 링이나 지지체를 적층하는 구조를 채용하고 있기 때문에, 박형화를 도모하는 것이 곤란하다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 구조가 단순하고, 두께를 얇게 한 박형의 토크 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 토크 센서는,

제 1 대상물과 제 2 대상물 사이에 발생하는 회전축 주위의 토크를 검출하는 토크 센서에 있어서,

상기 제 1 대상물을 지지하는 제 1 지지체와,

상기 제 2 대상물을 지지하고, 상기 회전축을 중심으로 하는 반경방향에 관하여 상기 제 1 지지체보다 외측에 상기 제 1 지지체와 공간을 두고서 배치된 제 2 지지체와,

상기 제 1 지지체와 상기 제 2 지지체 사이에 배치되며, 상기 제 1 지지체와 상기 제 2 지지체를 접속하는 복수의 접속체와,

상기 제 1 지지체와, 상기 제 2 지지체와, 인접하는 2개의 상기 접속체로 둘러싸인 공간에 배치되며, 상기 회전축을 중심으로 하는 회전방향에 관한 제 1 위치에서 일단이 상기 제 1 지지체에 접속되며, 상기 회전방향에 관한 상기 제 1 위치와는 상이한 제 2 위치에서 타단이 상기 제 2 지지체에 접속되며, 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에 압축력 또는 인장력이 가해지면 상기 반경방향으로 변형되도록 굴곡된 판형상의 변형체와,

상기 변형체와 상기 제 1 지지체 사이에 마련된 검출자, 또는 상기 변형체와 상기 제 2 지지체 사이에 마련된 검출자 중 어느 하나의 검출자의 특성값에 근거하여, 상기 변형체에 생긴 탄성 변형을 검출하는 검출체를 구비한다.

상기 검출체는,

상기 변형체와 상기 제 1 지지체에 대향하여 마련된 전극끼리, 또는 상기 변형체와 상기 제 2 지지체에 대향하여 마련된 전극끼리 중 어느 하나로 구성되는 용량 소자를 가지고, 상기 용량 소자의 특성값에 근거하여, 상기 변형체에 생긴 탄성 변형을 검출하는 것으로 하여도 좋다.

이 경우, 상기 제 1 지지체, 상기 제 2 지지체, 상기 접속체, 상기 변형체 및 상기 검출체가 상기 회전축에 직교하는 2차원 평면을 따라서 배치되어 있는 것으로 하여도 좋다.

상기 변형체는,

상기 제 1 지지체에 있어서의 상기 제 2 지지체를 향한 면으로부터 상기 제 2 지지체를 향하여 돌출된 판형상의 제 1 돌출체와,

상기 제 2 지지체에 있어서의 상기 제 1 지지체를 향한 면으로부터 상기 제 1 지지체를 향하여 돌출된 판형상의 제 2 돌출체와,

상기 제 1 돌출체의 선단과 상기 제 2 돌출체의 선단에 접속되며, 상기 회전축의 회전방향을 따라서 연장설치된 판형상의 연장설치체를 구비하는 것으로 하여도 좋다.

상기 회전방향에 관하여, 상기 제 1 돌출체의 폭 및 상기 제 2 돌출체의 폭은 상기 접속체의 폭보다 좁은 것으로 하여도 좋다.

상기 변형체는,

상기 회전축에 직교하며, 상기 회전축의 위치를 원점으로 하는 2차원 직교 좌표계의 제 1 상한(quadrant)에 배치되어 있는 제 1 변형체와,

상기 2차원 직교 좌표계의 제 2 상한에 배치되어 있는 제 2 변형체와,

상기 2차원 직교 좌표계의 제 3 상한에 배치되어 있는 제 3 변형체와,

상기 2차원 직교 좌표계의 제 4 상한에 배치되어 있는 제 4 변형체를 구비하는 것으로 하여도 좋다.

상기 검출체는,

상기 제 1 변형체의 탄성 변형을 검출하는 제 1 검출체와,

상기 제 2 변형체의 탄성 변형을 검출하는 제 2 검출체와,

상기 제 3 변형체의 탄성 변형을 검출하는 제 3 검출체와,

상기 제 4 변형체의 탄성 변형을 검출하는 제 4 검출체를 구비하는 것으로 하여도 좋다.

상기 검출체는,

상기 변형체에 마련된 제 1 전극과,

상기 제 1 전극에 대향하여 상기 제 1 지지체에 마련된 제 2 전극을 구비하는 것으로 하여도 좋다.

상기 검출체는,

상기 변형체에 마련된 제 3 전극과,

상기 제 3 전극에 대향하여 상기 제 2 지지체에 마련된 제 4 전극을 구비하는 것으로 하여도 좋다.

상기 접속체는, 상기 제 1 지지체와의 접속 부분으로부터 상기 제 2 지지체와의 접속 부분까지의 사이에, 상기 회전방향의 폭이 다른 부분보다 좁은 부분을 갖는 것으로 하여도 좋다.

상기 제 1 지지체, 상기 제 2 지지체, 상기 접속체 및 상기 변형체는 동일한 부재로 구성되어 있으며,

상기 제 1 지지체와 상기 접속체를 접속하는 부분, 상기 제 2 지지체와 상기 접속체를 접속하는 부분, 상기 제 1 지지체와 상기 변형체를 접속하는 부분, 상기 제 2 지지체와 상기 변형체를 접속하는 부분의 각각의 외연이 호형상으로 형성되어 있는 것으로 하여도 좋다.

본 발명에 의하면, 제 1 지지체와 제 2 지지체가 복수의 접속체로 접속되어 있다. 또한, 인접하는 접속체끼리와 제 1 지지체와 제 2 지지체로 둘러싸인 공간에 변형체가 배치되어 있다. 그리고, 변형체와 제 1 지지체 사이에 또는 변형체와 제 2 지지체 사이에, 검출체에 있어서의 검출자가 마련되어 있다. 이에 의해, 전체의 구성을 평면을 따라서 배치하는 것이 가능해져, 구조가 단순하고, 두께를 얇게 억제한 박형의 토크 센서를 실현하는 것이 가능하게 된다.

도 1a는 본 발명의 실시형태 1에 따른 토크 센서의 상면도이다.
도 1b는 토크 센서를 A-A 평면으로 절단한 단면도이다.
도 1c는 토크 센서를 B-B 평면으로 절단한 단면도이다.
도 2는 도 1a에 도시하는 토크 센서의 기본 구조체를 XY 평면으로 절단한 횡단면도이다.
도 3은 기본 구조체의 각 부(部)를 구획하여 도시하는 상면도이다.
도 4는 토크 센서의 검출 동작을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 2에 따른 토크 센서의 상면도이다.

실시형태 1

우선, 본 발명의 실시형태 1에 대해 도 1a 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1a에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 토크 센서의 주요 구조부를 구성하는 기본 구조체(100)의 형상은 전체적으로 원판형상이다. 여기에서는, 설명의 편의상, 도시하는 바와 같이, 이 토크 센서의 중심 위치에 원점(O)을 갖는 XYZ 삼차원 직교 좌표계를 정의하고, 이 좌표계에 토크 센서가 배치되어 있다는 전제로, 각 부(部)의 구조를 설명하기로 한다. 도 1a의 경우, 도면의 우측방향에 X축, 도면의 상방향에 Y축, 지면 수직 바로 전방향에 Z축이 정의되어 있다. 토크 센서는 Z축을 중심축으로 하여 배치되어 있다. 이 토크 센서는, Z축을 회전축으로 하여, 해당 회전축 주위에 작용하는 토크를 검출한다. 또한, 회전축은 검출된 토크를 정의하기 위한 가상적인 축이다.

도 1a에 도시하는 바와 같이, 기본 구조체(100)는 원점(O)에 중심이 위치하며, 제 1 대상물을 지지하는 내측 지지체(110)와, 그 외측을 둘러싸도록 배치되며, 제 2 대상물을 지지하는 외측 지지체(120)를 구비한다. 내측 지지체(110)는, 중앙에 공동부(H)(관통 구멍)가 형성된 환상 구조체이며, 외측 지지체(120)는, 그 주위에 배치된 환상 구조체이다. 외측 지지체(120)는, Z축을 중심으로 하는 반경방향에 관하여 내측 지지체(110)와 공간을 두고서 배치되어 있다.

또한, "환"은 "원환"으로 한정되지 않으며, "방환(square ring)"이나 "임의 형상의 고리(ring)"도 포함하는 것이며, 내측 지지체(110) 및 외측 지지체(120)로서는, 예를 들면 "방환상(square-ring shape)"의 형상의 것이나, "육각형의 환상(hexagonal-ring shaped)"이나 "팔각형의 환상(octagonal-ring shaped)"의 것을 이용하여도 상관없다.

또한, 기본 구조체(100)는 4개의 접속체(130)를 구비한다. 각 접속체(130)는 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120) 사이에 배치되며, 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120)를 접속한다. 구체적으로는, 각 접속체(130)는 내측 지지체(110)의 외측면과 외측 지지체(120)의 내측면을 접속한다. 이 기본 구조체(100)에서는, 접속체(130)로서, 정측(positive side)의 X축 상에 배치된 제 1 접속체(131)와, 정측의 Y축 상에 배치된 제 2 접속체(132)와, 부측(negative side)의 X축 상에 배치된 제 3 접속체(133)와, 부측의 Y축 상에 배치된 제 4 접속체(134)가 마련되어 있다. 이하, 적절히, 간략하게 접속체(131, 132, 133, 134)라고도 한다. 이 접속체(131 내지 134)에 의해, 평판형상의 기본 구조체(100)는, 예를 들면, 기본 구조체(100)를 변형시키려고 하는 힘에 대해 강건해진다.

또한, 기본 구조체(100)는 판형상의 4개의 변형체(140)와, 각 변형체(140)에 각각 마련된 검출체(150)를 구비한다. 각 변형체(140)와 각 검출체(150)는 Z축 주위에 작용하는 토크를 검출하기 위해 마련되어 있다. 각 변형체(140)와 각 검출체(150)는 내측 지지체(110)와, 외측 지지체(120)와, 인접하는 2개의 접속체(130)에 둘러싸인 공간에 배치되어 있다.

내측 지지체(110)에는, 16개소에 장착용 구멍부(111)가 마련되어 있다. 마찬가지로, 외측 지지체(120)에는, 12개소에 장착용 구멍부(121)가 마련되어 있다. 도 1b 및 도 1c에 도시하는 바와 같이, 장착용 구멍부(111, 121)는 공동부(H)와 마찬가지로 상하(Z축방향)로 관통되는 구멍이다.

이 토크 센서는 로봇 아암의 관절 부분에 장착하는 용도에 최적이다. 예를 들면, 도 1b에 도시하는 기본 구조체(100)의 하방(-Z측)에 제 1 아암부(제 1 대상물)를 배치하고, 상방(＋Z측)에 제 2 아암부(제 2 대상물)를 배치하면, 이 기본 구조체(100)는 양 아암부를 접속하는 관절 부재로서 기능한다. 장착용 구멍부(111, 121)는 이 기본 구조체(100)를 각 아암부에 장착하기 위한 볼트 관통 삽입용의 구멍부로서 이용된다. 예를 들면, 내측 지지체(110)를 장착용 구멍부(111)에 관통 삽입시킨 볼트에 의해, 하방에 배치된 제 1 아암부에 장착하고, 외측 지지체(120)를 장착용 구멍부(121)에 관통 삽입시킨 볼트에 의해, 상방에 배치된 제 2 아암부에 장착하도록 하면, 제 1 아암부와 제 2 아암부 사이에 발생하는 회전축 주위의 토크를 검출할 수 있다. 물론, 장착용 구멍부(111, 121)의 내면에는, 필요에 따라서, 나사 홈을 형성하도록 하여도 상관없다.

또한, 장착용 구멍부(111, 121)는 이 토크 센서에 필수 구성 요소가 아니며, 동작 원리상 토크 검출을 위해 직접적인 기능을 수행하는 것은 아니다. 예를 들면, 아암부에 대한 접속을 볼트를 이용하지 않는 접착 방법을 채용하여 실행하도록 하면, 장착용 구멍부(111, 121)는 불필요하다.

도 2는 도 1a에 도시하는 토크 센서의 기본 구조체(100)를 XY 평면으로 절단한 횡단면도이다. 기본 구조체(100)는 원판형상의 1매의 구조체이며, 철, 스테인리스, 알루미늄 등의 금속판에 대해, 와이어 컷에 의한 가공을 실시하는 것에 의해 구성되어 있다. 또한, 금속판에 대해 절삭 가공(예를 들면, 밀링 커터에 의한 가공)을 실시하여, 기본 구조체(100)를 구성하여도 좋다. 본 실시형태에서는, 이 기본 구조체(100)의 각 부를, 그 기능에 주목하여, 내측 지지체(110), 외측 지지체(120), 접속체(130), 변형체(140), 검출체(150)라 하고 있다.

도 3은 기본 구조체(100)의 각 부를 점선으로 구획하여 나타내고 있다. 이하, 이 도 3을 참조하면서, 기본 구조체(100)의 각 부의 구조에 대해, 보다 상세하게 설명한다.

우선, 중앙에 마련된 내측 지지체(110)는 중심에 원형의 공동부(H)가 형성된 부재이다. 공동부(H)는 필수의 것은 아니지만, 실용상은 마련해 두는 것이 바람직하다. 이것은, 중심에 공동부(H)를 형성해 두면, 필요에 따라서, 여기에 여러 가지 부재(예를 들면, 전기 신호를 취출하기 위한 배선)를 관통 삽입시킬 수 있기 때문이다.

기본 구조체(100)는, 변형체(140)로서, 제 1 변형체(141)와, 제 2 변형체(142)와, 제 3 변형체(143)와, 제 4 변형체(144)를 구비한다. 제 1 변형체(141)는 제 1 접속체(131)와 제 2 접속체(132) 사이에 두어지며, XY 좌표계(2차원 직교 좌표계)의 제 1 상한에 위치하고 있다. 제 2 변형체(142)는 제 2 접속체(132)와 제 3 접속체(133) 사이에 두어지며, XY 좌표계의 제 2 상한에 위치하고 있다. 제 3 변형체(143)는 제 3 접속체(133)와 제 4 접속체(134) 사이에 두어지며, XY 좌표계의 제 3 상한에 위치하고 있다. 제 4 변형체(144)는 제 4 접속체(134)와 제 1 접속체(131) 사이에 두어지며, XY 좌표계의 제 4 상한에 위치하고 있다. 이하, 적절히 간략하게 변형체(141, 142, 143, 144)라고도 한다.

4조의 변형체(141, 142, 143, 144)는 각각 Z축을 중심으로 하는 회전방향에 관한 제 1 위치(내측 지지점)(P1, P2, P3, P4)에서 일단이 내측 지지체(110)에 접속된다. 또한, 변형체(141, 142, 143, 144)는 각각 Z축을 중심으로 하는 회전방향에 관한 제 1 위치(P1, P2, P3, P4)와는 상이한 제 2 위치(외측 지지점)(Q1, Q2, Q3, Q4)에서 타단이 외측 지지체(120)에 접속된다. 변형체(141, 142, 143, 144)는 제 1 위치(P1, P2, P3, P4)와, 제 2 위치(외측 지지점)(Q1, Q2, Q3, Q4) 사이에 압축력 또는 인장력이 가해지면 반경방향으로 변형되도록 굴곡된 형상을 갖고 있다.

보다 상세하게는, 제 1 변형체(141)는 제 1 돌출체(141A)와, 제 2 돌출체(141B)와, 연장설치체(141C)를 구비한다. 마찬가지로, 제 2 변형체(142)는 제 1 돌출체(142A)와, 제 2 돌출체(142B)와, 연장설치체(142C)를 구비하고, 제 3 변형체(143)는 제 1 돌출체(143A)와, 제 2 돌출체(143B)와, 연장설치체(143C)를 구비하고, 제 4 변형체(144)는 제 1 돌출체(144A)와, 제 2 돌출체(144B)와, 연장설치체(144)를 구비한다. 제 1 돌출체(141A 내지 144A)는 내측 지지체(110)에 있어서의 외측 지지체(120)를 향한 면으로부터 외측 지지체(120)를 향하여 돌출된 판형상의 부재이다. 제 2 돌출체(141B 내지 144B)는 외측 지지체(120)에 있어서의 내측 지지체(110)를 향한 면으로부터 내측 지지체(110)를 향하여 돌출된 판형상의 부재이다. 연장설치체(141C 내지 144C)는 내측 지지체(110)의 제 1 돌출체(141A 내지 144A)의 선단과 외측 지지체(120)의 제 2 돌출체(141B 내지 144B)의 선단에 접속되며, Z축을 회전축으로 했을 때의 회전방향을 따라서 연장설치된 판형상의 부재이다. 연장설치체(141C 내지 144C)는 원점(O)을 중심으로 하는 원(R)의 원주를 따라서 연장되어 있다.

여기에서, 변형체(141)는 원점(O)을 대칭의 중심으로 하여, 변형체(143)와 점대칭이며, 변형체(142)는 원점(O)을 대칭의 중심으로 하여, 변형체(144)와 점대칭이다. 또한, 변형체(141, 142)는 X축을 대칭축으로 하여, 변형체(144, 143)와 선대칭이며, 변형체(141, 144)는 Y축을 대칭축으로 하여, 변형체(142, 143)와 선대칭이다. 이와 같이 변형체(141 내지 144)를 배치하는 것에 의해, 토크 센서는 Z축 주위에 있어서, 시계방향의 토크 및 반시계방향의 토크를 검출할 수 있다.

Z축을 회전축으로 했을 때의 회전방향에 관하여, 제 1 돌출체(141A 내지 144A)의 폭 및 제 2 돌출체(141B 내지 144B)의 폭은 접속체(130)의 폭보다 좁게 되어 있다. 이에 의해, 접속체(130)보다 변형체(141 내지 144)가 변형되기 쉽게 되어 있다.

여기에서, 4조의 연장설치체(141C, 142C, 143C, 144C)는 상술한 바와 같이 반경방향의 두께가 얇은 판형상의 부재이다. 또한, 접속체(130)의 접속도 없는 부분이기 때문에, 토크의 작용에 의해 크게 탄성 변형된다. 또한, 연장설치체(141C, 142C, 143C, 144C)의 중앙 부분에는, 원점(O)을 기준으로 하여 약간 외측을 향하여 볼록형상으로 융기된 융기부가 형성되어 있지만, 이들 각 융기부는 후술하는 바와 같이 변위 전극을 형성하는 편의를 도모하기 위한 것이며, 본 발명의 검출 원리상은 필요한 것은 아니다.

물론, 기본 구조체(100)는 동일한 재질로 이루어지는 일체 구조체이며, 이것을, 예를 들면 철, 스테인리스, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성하면, 토크의 작용에 의해, 전체 부분에 탄성 변형이 생기게 된다. 그렇지만, 내측 지지체(110), 외측 지지체(120), 접속체(130)에 생기는 탄성 변형은 각 변형체(140)에 생기는 탄성 변형에 비해 작다.

기본 구조체(100)는, 검출체(150)로서, 4조의 검출체(151 내지 154)를 구비한다. 이들 4조의 검출체(151 내지 154)는 변형체(141 내지 144)에 생기는 탄성 변형을 전기적으로 검출하는 기능을 갖고 있으며, 모두 용량 소자에 의해 구성되어 있다. 즉, 검출체(151 내지 154)는 변형체(141 내지 144)의 외측면에 형성된 변위 전극과, 외측 지지체(120)의 내측면에 형성된 고정 전극을 대향시킨 용량 소자에 의해 구성되어 있다. 즉, 검출체(151 내지 154)는 변형체(141 내지 144)와, 외측 지지체(120)에 대향하여 마련된 전극끼리로 구성되는 용량 소자를 갖고 있다. Z축 주위의 토크는 변형체(141 내지 144)에 탄성 변형으로 생기며, 용량 소자의 특성값으로서 나타난다.

또한, 내측 지지체(110)와 접속체(130)를 접속하는 부분, 외측 지지체(120)와 접속체(130)를 접속하는 부분, 내측 지지체(110)와 변형체(140)를 접속하는 부분, 외측 지지체(120)와 변형체(140)를 접속하는 부분의 각각의 외연은 응력 집중을 완화하기 위해, 호형상으로 형성되어 있다.

이어서, 도 1a에 도시하는 토크 센서의 검출 동작에 대해 도 4를 참조하면서 설명한다.

연장설치체(141C, 142C, 143C, 144C)의 외측면의 4개소에는, 각각 변위 전극(제 1 전극)(E11, E12, E13, E14)이 마련되어 있으며, 외측 지지체(120)의 내측면의 4개소에는, 각각 고정 전극(제 2 전극)(F11, F12, F13, F14)이 마련되어 있다.

보다 구체적으로는, 연장설치체(141C)의 외측면의 융기부에는 변위 전극(E11)이 마련되며, 외측 지지체(120)의 대향면에는, 변위 전극(E11)에 대향하는 고정 전극(F11)이 마련되어 있다. 이들 한쌍의 전극(E11, F11)은 용량 소자를 구성한다. 제 1 검출체(151)는 해당 용량 소자임에 틀림없다.

또한, 연장설치체(142C)의 외측면의 융기부에는 변위 전극(E12)이 마련되고, 외측 지지체(120)의 대향면에는, 고정 전극(F12)이 마련되며, 제 2 검출체(152)가 되는 용량 소자가 구성된다. 마찬가지로, 연장설치체(143C)의 외측면의 융기부에는 변위 전극(E13)이 마련되고, 외측 지지체(120)의 대향면에는, 고정 전극(F13)이 마련되며, 제 3 검출체(153)가 되는 용량 소자가 구성된다. 또한, 연장설치체(144C)의 외측면의 융기부에는 변위 전극(E14)이 마련되고, 외측 지지체(120)의 대향면에는, 고정 전극(F14)이 마련되며, 제 4 검출체(154)가 되는 용량 소자가 구성된다. 이하, 적절히 간략하게 검출체(151, 152, 153, 154)라고도 한다.

또한, 연장설치체(141C, 142C, 143C, 144C)의 외측면의 융기부와 각 변위 전극(E11 내지 E14) 사이에는 절연 기판(도 2의 흰색으로 칠한 부분)이 삽입되고, 외측 지지체(120)와 각 고정 전극(F11 내지 F14) 사이에도 절연 기판(도 2의 흰색으로 칠한 부분)이 삽입되어 있다. 이와 같이, 절연 기판을 거쳐서 각 전극을 형성하고 있는 것은, 이 실시형태의 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기본 구조체(100)가 금속으로 이루어지는 일체 구조체에 의해 구성되어 있어, 각각의 전극을 전기적으로 독립시킬 필요가 있기 때문이다. 따라서, 기본 구조체(100)를 수지 등의 절연 재료에 의해 구성한 경우는 절연 기판을 마련할 필요는 없다.

여기에서, 토크 센서의 검출 동작을 설명하는데 있어서, 편의상, 도 4에 도시하는 바와 같이, 내측 지지체(110)와 변형체(141, 142, 143, 144)의 접속점인 내측 지지점(P1, P2, P3, P4), 외측 지지체(120)와 변형체(141, 142, 143, 144)의 접속점인 외측 지지점(Q1, Q2, Q3, Q4)을 정의한다.

내측 지지체(110)를 고정한 상태에 있어서, 외측 지지체(120)에 대해, 도 4에 화살표로 나타내는 바와 같이, Z축을 회전축으로 하는 시계방향의 모멘트(토크)가 작용한 경우에, 변형체(141, 142, 143, 144)에 어떠한 변형이 생길지를 고려해 본다. 이 경우, 내측 지지점(P1, P2, P3, P4)은 내측 지지체(110)에 접속되어 있기 때문에 고정점이 된다. 한편, 외측 지지점(Q1, Q2, Q3, Q4)은 외측 지지체(120)에 접속되어 있기 때문에, 외측 지지체(120)에 대해 시계방향의 토크가 작용한 경우, 시계방향의 회전력의 작용을 받는다.

그렇게 하면, 예를 들면, 점(Q1)은 점(P1)에 가까워지도록 이동하므로, 제 1 변형체(141)(연장설치체(141C))는 반경방향 외측으로 부풀어 오르도록 변형된다. 마찬가지로, 점(Q3)은 점(P3)에 가까워지도록 이동하므로, 제 3 변형체(143)(연장설치체(143C))도 반경방향 외측으로 부풀어 오르도록 변형된다. 그 결과, 변위 전극(E11)은 고정 전극(F11)에 가까워져, 양 전극에 의해 구성되는 용량 소자(제 1 검출체(151))의 정전 용량값(C1)은 증가한다. 마찬가지로, 변위 전극(E13)은 고정 전극(F13)에 가까워져, 양 전극에 의해 구성되는 용량 소자(제 3 검출체(153))의 정전 용량값(C3)도 증가한다.

한편, 점(Q2)은 점(P2)으로부터 멀어지도록 이동하므로, 제 2 변형체(142)(연장설치체(142C))는 반경방향 내측으로 움푹하도록 변형된다. 마찬가지로, 점(Q4)은 점(P4)으로부터 멀어지도록 이동하므로, 제 4 변형체(144)(연장설치체(144C))도 반경방향 내측으로 움푹하도록 변형된다. 그 결과, 변위 전극(E12)은 고정 전극(F12)으로부터 멀어져, 양 전극에 의해 구성되는 용량 소자(제 2 검출체(152))의 정전 용량값(C2)은 감소한다. 마찬가지로, 변위 전극(E14)은 고정 전극(F14)으로부터 멀어져, 양 전극에 의해 구성되는 용량 소자(제 4 검출체(154))의 정전 용량값(C4)은 감소한다.

또한, 내측 지지체(110)를 고정한 상태에 있어서, Z축을 회전축으로 하는 반시계방향의 모멘트(토크)가 외측 지지체(120)에 대해 작용한 경우, 상술과는 역이 되는 움직임이 생겨, 정전 용량값(C1 내지 C4)은 상술과는 역이 되는 변화를 나타낸다.

이와 같은 구성을 가진 토크 센서에 있어서, 회전축(Z축) 주위에 작용한 토크의 검출값을 전기 신호로서 취출하려면, 이하의 식을 연산하고 검출 결과(D)로서 출력하는 검출 회로를 준비하면 좋다.

D=(C1＋C3)-(C2＋C4)

즉, 이 검출 회로의 출력은 제 1 검출체(151)의 정전 용량값(C1)과, 제 3 검출체(153)의 정전 용량값(C3)의 합 "C1＋C3"과, 제 2 검출체(152)의 정전 용량값(C2)과, 제 4 검출체(154)의 정전 용량값(C4)의 합 "C2＋C4"의 차분이다.

예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 외측 지지체(120)에 대해 시계방향의 토크가 작용하면, 상술한 바와 같이, 정전 용량값(C1, C3)은 증가하고, 정전 용량값(C2, C4)은 감소하기 때문에, 차분값 "(C1＋C3)-(C2＋C4)"은 정의 값으로서 출력된다. 역으로, 외측 지지체(120)에 대해 반시계방향의 토크가 작용하면, 정전 용량값(C1, C3)은 감소하고, 정전 용량값(C2, C4)은 증가하기 때문에, 차분값 "(C1＋C3)-(C2＋C4)"은 부의 값으로서 출력된다. 따라서, 해당 차분값의 부호는 작용한 토크의 방향을 나타내게 되고, 해당 차분값의 절대값은 작용한 토크의 크기를 나타낸다.

이와 같은 차분 검출은 검출 오차를 저감하는데 있어서 효과적이다. 예를 들면, 온도 환경의 변화에 의해, 기본 구조체(100)의 각 부에 팽창이나 수축이 생겨, 각 용량 소자의 전극 간격이 변화한 경우에도, 상기 차분 검출을 실행하면, 그와 같은 전극 간격의 변화에 근거하여 생기는 오차를 상쇄시킬 수 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120)가 복수의 접속체(130)로 접속되어 있다. 또한, 인접하는 접속체(130)끼리와 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120)로 둘러싸인 공간에 변형체(141 내지 144)가 배치되어 있다. 그리고, 변형체(141 내지 144)와 외측 지지체(120) 사이에, 검출체(151 내지 154)로서의 전극끼리가 대향하여 마련되어 있다. 이에 의해, 전체의 구성을 평면을 따라서 배치하는 것이 가능해져, 구조가 단순하고, 두께를 얇게 억제한 박형의 토크 센서를 실현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120)는 Z축을 중심으로 하여 균등 배치된 4개의 접속체(130)로 접속되어 있다. 이에 의해, 평판형상의 기본 구조체(100)가 변형되기 어려워져, 비교적 강한 토크에 대해서도 견딜 수 있다.

본 실시형태에서는, 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120)는 Z축을 중심으로 하여 균등 배치된 4개의 접속체(130)로 접속되어 있다. 이에 의해, 토크 센서에 가해지는 힘이 분산되어, 각 접속체(130)에 가해지는 힘을 작게 할 수 있으므로, 각 접속체(130)의 파손을 방지할 수 있다.

실시형태 2

다음에, 본 발명의 실시형태 2에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 따른 토크 센서의 기본 구조체(100)의 각 부는 상기 실시형태 1에 따른 토크 센서와 동일하다. 본 실시형태에서는, 접속체(131 내지 134)의 형상이 상기 실시형태 1에 따른 접속체(131 내지 134)의 형상과 상이하다. 본 실시형태에서는, 접속체(131 내지 134)에서는, 외측 지지체(120)와의 접속 부분에 있어서의 회전방향의 폭이 다른 부분에 비해 좁게 되어 있다.

이와 같이 하면, 평판형상의 기본 구조체(100)를 변형시키려고 하는 힘에 대해 기본 구조체(100)를 변형하기 어렵게 하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 내측 지지체(110)와 외측 지지체(120) 사이에 발생하는 Z축 주위의 토크가 비교적 약한 경우라도 변형체(141 내지 144)의 변형량을 실시형태 1의 토크 센서와 동일한 정도로 할 수 있다. 따라서, 실시형태 2의 토크 센서에서는, 실시형태 1의 토크 센서에 적용한 검출 회로를 유용할 수 있다. 즉, 실시형태 2의 토크 센서와 실시형태 1의 토크 센서에 있어서, 검출 회로의 공통화가 가능하다.

또한, 회전방향의 폭이 다른 부분에 비해 좁게 되어 있는 부분은 외측 지지체(120)와의 접속 부분에 한정되지 않으며, 접속체(131 내지 134)의 중간부분(midportion)에 형성되어 있어도 좋으며, 내측 지지체(110)와의 접속 부분에 형성되도록 하여도 좋다.

지금까지, 상기 실시형태 1, 2에 따른 토크 센서에 대해 설명했지만, 물론 본 발명은 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는, 변형체(141 내지 144)가 돌출체(141A 내지 144A), 돌출체(141B 내지 144B), 연장설치체(141C 내지 144C)로 이루어지는 것으로 했지만, 이에는 한정되지 않는다. 변형체(140)는 절곡된 부분을 가질 필요는 없으며, 점(P1) 등과 점(Q1) 등이 압축력 또는 인장력을 받아, 반경방향으로 변형되는 부재이면 좋다.

예를 들면, 상기 실시형태 1은 변형체(141 내지 144)의 반경방향의 외측에 검출체(151 내지 154)(변위 전극(E11 내지 E14)과 고정 전극(F11 내지 F14))를 배치했다. 그렇지만, 변형체(141 내지 144)의 내측면과 내측 지지체(110)의 외측면 사이에, 검출체(제 3 전극 및 제 4 전극)를 마련하도록 하여도 좋다. 또한, 변형체(141 내지 144)의 외측면 및 내측면의 쌍방에, 각각 검출체를 마련하는 것도 가능하다.

상기 각 실시형태에 따른 토크 센서의 특징은, XYZ 삼차원 직교 좌표계의 Z축이 회전축이 되도록 배치했을 때에, 내측 지지체(110), 외측 지지체(120), 접속체(130), 변형체(140), 검출체(150)의 전체가 XY 평면을 따라서 배치되어 있는 점이다. 즉, 내측 지지체(110), 외측 지지체(120), 접속체(130), 변형체(140), 검출체(150)의 전체가 XY 평면을 포함하는 위치(XY 평면을 가로지르는 위치)에 배치되어 있다. 이와 같은 XY 평면을 따른 배치는 두께를 얇게 억제한 박형의 토크 센서를 실현하는데 있어서 중요하다.

특히, 도 1b 및 도 1c를 보면 명확한 바와 같이, 상기 각 실시형태에 따른 토크 센서는, XYZ 삼차원 직교 좌표계에 있어서, 외측 지지체(120)의 상면이 방정식(Z=＋d)으로 나타나는 제 1 평면 상에 위치하며, 외측 지지체(120)의 하면이 방정식(Z=-d)으로 나타나는 제 2 평면 상에 위치하고 있다. 또한, 내측 지지체(110), 접속체(130), 변형체(140), 검출체(150)의 전체가 해당 제 1 평면과 제 2 평면 사이에 끼워진 공간 내에 수용되고, Z축에 직교하는 2차원 평면인 XY 평면을 따라서 배치되어 있다.

이와 같은 구성을 채용하면, 토크 센서 전체의 두께(Z축방향에 관한 치수)를 2d의 범위 내로 억제할 수 있어서, 구조가 단순하고, 두께를 얇게 억제한 박형의 토크 센서를 실현하는 것이 가능하게 된다. 물론, 동작 원리상은, 각 검출체(151 내지 154)는 상기 공간 위치에 배치되어 있으면 충분하며, 그 일부분이 상기 공간에서는 돌출되어 있어도 검출에 지장은 없다. 그렇지만, 토크 센서 전체의 두께를 2d의 범위 내로 억제하여 박형화를 도모하는데 있어서는, 각 검출체(151 내지 154)를 구성하는 용량 소자도 상기 공간 내에 수용하는 것이 바람직하다.

무엇보다도, 이 토크 센서를 로봇 아암의 관절 부분 등에 장착하여 이용하는 경우는, 각 부의 상면 위치 및 하면 위치에 약간의 수정을 가하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이 토크 센서를 로봇 아암의 상부 아암부와 하부 아암부 사이에 삽입하고, 외측 지지체(120)를 그 상방에 배치되어 있는 상부 아암부의 하면에 접합하고, 내측 지지체(110)를 그 하방에 배치되어 있는 하부 아암부의 상면에 접합하여 이용하는 경우를 고려해 본다. 이와 같은 이용을 전제로 한 경우, 도 1b 및 도 1c에 있어서, 외측 지지체(120)의 상면 위치를 방정식 (Z=＋d＋δ1)으로 나타내는 평면 위치로 수정하고, 내측 지지체(110)의 하면 위치를 방정식 (Z=-d-δ2)으로 나타내는 평면 위치로 수정하는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 내측 지지체(110)의 상면과 상부 아암부의 하면 사이에 소정의 공극 치수(δ1)가 확보되어, 양자 간의 불필요한 접촉을 피할 수 있으며, 마찬가지로 외측 지지체(120)의 하면과 하부 아암부의 상면 사이에 소정의 공극 치수(δ2)가 확보되어, 양자 간의 불필요한 접촉을 피할 수 있다.

물론, 외측 지지체(120)의 상면에 단차 구조를 마련하거나(예를 들면, 일부분에 상방으로 융기하는 융기부를 형성하거나), 내측 지지체(110)의 하면에 단차 구조를 마련하는(예를 들면, 일부분에 하방으로 융기되는 융기부를 형성하거나) 것에 의해, 상기 공극 치수(δ1, δ2)를 확보하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 전체 두께는 2d보다 약간 두꺼워지지만, 로봇 아암의 관절 부분 등에 장착하여 이용하는 경우라도, 불필요한 접촉을 피할 수 있다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 접속체(130)의 수를 4개로 했지만, 본 발명은 이에는 한정되지 않는다. 접속체(130)의 수는 2개라도 좋고, 3개라도 좋으며, 5개 이상이어도 좋다. 힘을 분산시키는 의미에서는, 접속체(130)는 Z축을 중심으로 하여, 균등하게 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 접속체(130)의 수 이외, Z축을 중심으로 하는 회전방향에 있어서의 접속체(130)의 폭을 적절히 설계·조정하는 것에 의해, 토크 센서는 Z축을 중심으로 하는 회전방향에 있어서의 강성에 부가하여, Z축방향에 있어서의 강성도 높아진다. 이에 의해, 토크 센서는 Z축을 중심으로 하는 회전방향에 있어서의 힘의 내성에 부가하여, Z축을 따른 힘의 내성도 높아진다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 변형체(140)의 수를 4개로 했지만, 본 발명은 이에는 한정되지 않는다. 변형체(140)의 수는 2개라도 좋고, 3개라도 좋으며, 5개 이상이어도 좋다. 변형체(140)는 Z축을 중심으로 하여, 균등하게 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 예를 들면, 내측 지지점(P1, P2) 및 외측 지지점(Q1, Q2)과, 내측 지지점(P3, P4) 및 외측 지지점(Q3, Q4)을 X축에 대해 선대칭인 위치에 배치했지만, 본 발명은 이에는 한정되지 않는다. 내측 지지점(P1 내지 P4), 외측 지지점(Q1 내지 Q4)을 원점(O)을 중심으로 4회 회전 대칭으로 배치하도록 하여도 좋다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 제 1 돌출체(141A 내지 144A)를 X축 부근에 배치하고, 제 2 돌출체(141B 내지 144B)를 Y축 부근에 배치했지만, 본 발명은 이에는 한정되지 않는다. 제 1 돌출체(141A 내지 144A)를 Y축 부근에 배치하고, 제 2 돌출체(141B 내지 144B)를 X축 부근에 배치하여도 좋다.

상기 각 실시형태에서는, 용량 소자를 검출체로서 이용하고 있었다. 그렇지만, 본 발명에 있어서의 검출체는 변형체에 생기는 탄성 변형을 어떠한 형태로 검출하는 기능을 가진 소자이면 충분하며, 반드시 용량 소자일 필요는 없다.

예를 들면, 용량 소자 대신 스트레인 게이지를 검출체(검출자)로서 이용하여도 상관없다. 구체적으로는, 변형체(141 내지 144)와 외측 지지체(120) 사이에, 또는 변형체(141 내지 144)와 내측 지지체(110) 사이에, 검출체(151 내지 154)로서 기능하는 스트레인 게이지를 부착하고, 각 스트레인 게이지의 저항값의 변화를 전기적으로 검출하도록 하여도 토크의 검출이 가능하다.

실용상, 본 발명에 따른 검출체로서는, 용량 소자를 이용하는 것이 가장 적합하다. 용량 소자는 단순한 전극층에 의해 구성할 수 있기 때문에, 매우 염가이다. 또한, 용량 소자를 이용하면, 제조 프로세스도 단순화할 수 있다. 예를 들면, 실시형태 1의 경우, 금속의 일체 구조체로서 기본 구조체(100)를 작성한 후, 전극층이 형성된 8조의 절연 기판을 소정 위치에 부착하는 작업을 실행하면 좋다.

또한, 검출체를 용량 소자에 의해 구성하는 경우, 대향하는 한쌍의 전극 중 한쪽의 면적을 다른쪽의 면적보다 크게 설정하는 것이 바람직하다. 이것은, 토크의 작용에 의해 변위 전극이 회전방향으로 약간 이동하여, 양 전극의 상대 위치에 편차가 생긴 경우에도, 용량 소자로서 기능하는 실효 대향 면적을 일정하게 유지하기 위한 배려이다. 용량 소자의 정전 용량값은 대향하는 한쌍의 전극간 거리 뿐만이 아니라 실효 대향 면적에도 의존한다. 그래서, 한쪽의 면적을 다른쪽의 면적보다 크게 설정해 두고, 변위 전극의 위치가 다소 변하여도 실효 대향 면적이 일정하게 유지되도록 해 두면, 정전 용량값은 전극 간 거리에만 의존하게 되므로, 보다 정확한 검출이 가능하게 된다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 용량 소자를 구성하는 각 전극을 평판형상의 전극층에 의해 구성하고 있지만, 전극은 반드시 평판형상으로 할 필요는 없으며, 다소 만곡되어 있어도 상관없다. 예를 들면, 도 4에는, 각 변위 전극(E11 내지 E14) 및 각 고정 전극(F11 내지 F14)으로서, 모두 평판형상의 전극을 이용한 예가 묘사되어 있지만, 각 변위 전극(E11 내지 E14)을 변형체(140)의 외주면을 따른 곡면으로 하고, 각 고정 전극(F11 내지 F14)을 외측 지지체(120)의 내주면을 따른 곡면으로 하여도 상관없다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 변위 전극(E11 내지 E14)과 고정 전극(F11 내지 F14)을 각각 쌍으로 하는 4개의 검출체(151 내지 154)가 토크 센서에 구비되어 있었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 토크 센서에 회전축(Z축) 주위의 토크가 작용한 것을 검출 가능하게 하는 것이면(토크의 방향, 토크의 크기는 검출하지 않는 것이면), 검출체는 적어도 1개 있으면 좋다.

본 발명은 본 발명의 광의의 정신과 범위를 일탈하는 일이 없이, 여러 가지 실시형태 및 변형이 가능하게 되는 것이다. 또한, 상술한 실시형태는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 범위는 실시형태가 아닌 특허 청구의 범위에 의해 개시된다. 그리고, 특허 청구의 범위 내 및 그와 동등한 발명의 의의의 범위 내에서 실시되는 여러 가지 변형이 본 발명의 범위 내로 간주된다.

또한, 본원에 대해서는, 2016년 12월 27일에 출원된 일본 특허 출원 제 2016-253414 호를 기초로 하는 우선권을 주장하며, 본 명세서 내에 일본 특허 출원 제 2016-253414 호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 전체를 참조로서 조합하는 것으로 한다.

본 발명은 예를 들면, 로봇 아암 사이의 토크를 검출하는데 적용할 수 있다.

100: 기본 구조체 110: 내측 지지체
111: 장착용 구멍부 120: 외측 지지체
121: 장착용 구멍부 130: 접속체
131: 제 1 접속체 132: 제 2 접속체
133: 제 3 접속체 134: 제 4 접속체
140: 변형체 141: 제 1 변형체
141A: 제 1 돌출체 141B: 제 2 돌출체
141C: 연장설치체 142: 제 2 변형체
142A: 제 1 돌출체 142B: 제 2 돌출체
142C: 연장설치체 143: 제 3 변형체
143A: 제 1 돌출체 143B: 제 2 돌출체
143C: 연장설치체 144: 제 4 변형체
144A: 제 1 돌출체 144B: 제 2 돌출체
144C: 연장설치체 150: 검출체
151: 제 1 검출체 152: 제 2 검출체
153: 제 3 검출체 154: 제 4 검출체
E11 내지 E14: 변위 전극 F11 내지 F14: 고정 전극
H: 공동부
P1 내지 P4: 내측 지지점(제 1 위치, 점)
Q1 내지 Q4: 외측 지지점(제 2 위치, 점)
R: 원

Claims

제 1 대상물과 제 2 대상물 사이에 발생하는 회전축 주위의 토크를 검출하는 토크 센서에 있어서,
상기 제 1 대상물을 지지하는 제 1 지지체와,
상기 제 2 대상물을 지지하며, 상기 회전축을 중심으로 하는 반경방향에 관하여 상기 제 1 지지체보다 외측에 상기 제 1 지지체와 공간을 두고서 배치된 제 2 지지체와,
상기 회전축을 중심으로 하는 회전방향에 관한 제 1 위치에서 일단이 상기 제 1 지지체에 접속되며, 상기 회전방향에 관한 상기 제 1 위치와는 상이한 제 2 위치에서 타단이 상기 제 2 지지체에 접속되며, 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에 압축력 또는 인장력이 가해지면 상기 반경방향으로 변형되도록 굴곡된 판형상의 변형체와,
상기 변형체와 상기 제 1 지지체 사이에 마련된 검출자, 또는 상기 변형체와 상기 제 2 지지체 사이에 마련된 검출자 중 어느 하나의 검출자의 특성값에 근거하여, 상기 변형체에 생긴 탄성 변형을 검출하는 검출체와,
상기 제 1 지지체와 상기 제 2 지지체 사이에 배치되며, 상기 제 1 지지체와 상기 제 2 지지체를 접속하는 접속체를 구비하고,
상기 제 1 지지체, 상기 접속체, 상기 변형체 및 상기 검출체는, 상기 제 2 지지체의 상면과 상기 제 2 지지체의 하면 사이에 끼워진 공간 내에 수용되는
토크 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 검출체는,
상기 변형체와 상기 제 1 지지체에 대향하여 마련된 전극끼리, 또는 상기 변형체와 상기 제 2 지지체에 대향하여 마련된 전극끼리 중 어느 하나로 구성되는 용량 소자를 구비하며, 상기 용량 소자의 특성값에 근거하여, 상기 변형체에 생긴 탄성 변형을 검출하는
토크 센서.
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제 1 항에 있어서,
상기 변형체는,
상기 제 1 지지체에 있어서의 상기 제 2 지지체를 향한 면으로부터 상기 제 2 지지체를 향하여 돌출된 판형상의 제 1 돌출체와,
상기 제 2 지지체에 있어서의 상기 제 1 지지체를 향한 면으로부터 상기 제 1 지지체를 향하여 돌출된 판형상의 제 2 돌출체와,
상기 제 1 돌출체의 선단과 상기 제 2 돌출체의 선단에 접속되며, 상기 회전축의 회전방향을 따라서 연장설치된 판형상의 연장설치체를 구비하는
토크 센서.
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제 1 항에 있어서,
상기 검출체는,
상기 변형체에 마련된 제 1 전극과,
상기 제 1 전극에 대향하여 상기 제 1 지지체에 마련된 제 2 전극을 구비하는
토크 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 검출체는,
상기 변형체에 마련된 제 3 전극과,
상기 제 3 전극에 대향하여 상기 제 2 지지체에 마련된 제 4 전극을 구비하는
토크 센서.
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제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변형체가,
상기 제 1 지지체와, 상기 제 2 지지체와, 인접하는 2개의 상기 접속체에 둘러싸인 공간에 배치되어 있는
토크 센서.
제 4 항에 있어서,
상기 회전방향에 관하여, 상기 제 1 돌출체의 폭 및 상기 제 2 돌출체의 폭은 상기 접속체의 폭보다 좁은
토크 센서.
제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접속체는, 상기 제 1 지지체와의 접속 부분으로부터 상기 제 2 지지체와의 접속 부분까지의 사이에, 상기 회전방향의 폭이 다른 부분보다 좁은 부분을 갖는
토크 센서.
제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 지지체, 상기 제 2 지지체, 상기 접속체 및 상기 변형체는 동일한 부재로 구성되어 있으며,
상기 제 1 지지체와 상기 접속체를 접속하는 부분, 상기 제 2 지지체와 상기 접속체를 접속하는 부분, 상기 제 1 지지체와 상기 변형체를 접속하는 부분, 상기 제 2 지지체와 상기 변형체를 접속하는 부분의 각각의 외연이 호형상으로 형성되어 있는
토크 센서.
제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 지지체, 상기 제 2 지지체, 상기 접속체, 상기 변형체 및 상기 검출체가 상기 회전축에 직교하는 2차원 평면을 따라서 배치되어 있는
토크 센서.
제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변형체는,
상기 회전축에 직교하며, 상기 회전축의 위치를 원점으로 하는 2차원 직교 좌표계의 제 1 상한(quadrant)에 배치되어 있는 제 1 변형체와,
상기 2차원 직교 좌표계의 제 2 상한에 배치되어 있는 제 2 변형체와,
상기 2차원 직교 좌표계의 제 3 상한에 배치되어 있는 제 3 변형체와,
상기 2차원 직교 좌표계의 제 4 상한에 배치되어 있는 제 4 변형체를 구비하는
토크 센서.
제 17 항에 있어서,
상기 검출체는,
상기 제 1 변형체의 탄성 변형을 검출하는 제 1 검출체와,
상기 제 2 변형체의 탄성 변형을 검출하는 제 2 검출체와,
상기 제 3 변형체의 탄성 변형을 검출하는 제 3 검출체와,
상기 제 4 변형체의 탄성 변형을 검출하는 제 4 검출체를 구비하는
토크 센서.
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