WO2019163258A1 - トルクセンサ - Google Patents

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WO2019163258A1
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resistor
spoke
torque sensor
torque
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公宏 横山
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アルプスアルパイン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • G01L3/1457—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction

Definitions

  • the present invention relates to a torque sensor.
  • a torque sensor including a disk-shaped strain body and a strain gauge has been used in a joint portion of a robot.
  • the strain applied to the strain generating body is detected by arranging the strain generating body perpendicular to the rotation axis and detecting the strain of the strain generating body according to the torque with a strain gauge.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a torque sensor that can detect torque with high accuracy.
  • a torque sensor includes an outer annular portion, an inner annular portion sharing a center with the outer annular portion, and a plurality of spoke portions connecting the outer annular portion and the inner annular portion.
  • a strain body, an insulating layer provided on the strain generating body, a first resistor section and a second resistor section provided on the insulating layer and connected in series, the first resistor section, and the second resistor section A first output terminal connected between the first and second resistance parts, wherein the first resistance part includes a plurality of first gauge elements respectively disposed in the plurality of spoke parts and connected in series.
  • the second resistance portion includes a plurality of second gauge elements that are respectively disposed in the plurality of spoke portions and connected in series.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the torque sensor of FIG. The figure which shows an example of the circuit structure of a torque sensor.
  • a torque sensor 100 according to an embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the torque sensor 100 according to the present embodiment is a disk-shaped sensor that detects torque.
  • the torque sensor 100 is mounted perpendicular to the rotation axis at a joint portion of the robot.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of the torque sensor 100.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the torque sensor 100 of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the torque sensor 100.
  • the upper, lower, left, and right in the figure will be described as the upper, lower, left and right of the torque sensor 100.
  • the torque sensor 100 includes a strain generating body 1, an insulating layer 2, a first resistor R1, a second resistor R2, a third resistor R3, a fourth resistor R4, and a first output terminal T1. , A first output terminal T2 and a conversion circuit 3.
  • the strain body 1 is a disk-like member to which torque can be applied.
  • the torque sensor 100 detects the torque applied to the strain generating body 1 by detecting the strain of the strain generating body 1 using a strain gauge. As shown in FIG. 1, the strain body 1 includes an outer annular portion 11, an inner annular portion 12, and a plurality of spoke portions 13.
  • the outer annular portion 11 is an annular portion located outside the strain body 1.
  • the outer annular portion 11 has a plurality of openings for fixing the outer annular portion 11 with bolts to a transmission member that transmits a driving force from a driving source or an operating body that transmits the driving force via the strain body 1.
  • Part 14 the center of the outer annular portion 11 is referred to as a center C.
  • the inner annular portion 12 is an annular portion located inside the strain body 1.
  • the inner annular portion 12 shares the center C with the outer annular portion 11 and has an outer radius smaller than the inner radius of the outer annular portion 11.
  • the inner annular portion 12 has a plurality of openings for fixing the inner annular portion 12 with bolts to a transmission member that transmits a driving force from a driving source or an operating body that transmits the driving force via the strain body 1. Part 15.
  • the extending portion 16 is a portion extending from the inner annular portion 12 toward the outer annular portion 11.
  • the inner annular portion 12 includes four extending portions 16 arranged at equal intervals, but the arrangement and number of the extending portions 16 can be arbitrarily designed. Further, the extending portion 16 may be provided so as to extend from the outer annular portion 11 toward the inner annular portion 12.
  • the spoke portion 13 is a portion that connects the outer annular portion 11 and the inner annular portion 12, and a plurality of spoke portions 13 are provided in order to maintain the strength of the strain body 1. Since the spoke portion 13 is a portion that transmits torque between the outer annular portion 11 and the inner annular portion 12, the strain body 1 is a portion that has a relatively large distortion according to the torque. In addition, in the example of FIG. 1, the strain body 1 has four spoke parts 13 arranged at equal intervals (every 90 °), but the number and arrangement of the spoke parts 13 are not limited to this. However, the plurality of spoke portions 13 are preferably arranged at equal intervals as in the example of FIG. Thereby, as will be described later, the strain gauge can be arranged at a point-symmetrical position with the center C as the center of symmetry.
  • the insulating layer 2 is an insulating layer provided on the strain body 1 and is disposed so as to cover at least the plurality of spoke portions 13.
  • the insulating layer 2 may be an oxide film, a nitride film, or a resin insulating film formed on the strain generating body 1, or an insulating printed board fixed on the strain generating body 1. Also good.
  • the printed circuit board may be a flexible board or a rigid board. In any case, the entire surface of the insulating layer 2 is fixed to the strain generating body 1 so as to be distorted according to the strain of the strain generating body 1.
  • the strain body 1 may be formed of a printed circuit board. In this case, the strain body 1 serves as the insulating layer 2.
  • the insulating layer 2 is preferably disposed so as to cover at least a part of the outer annular part 11 and at least a part of the inner annular part 12 as in the example of FIG. Thereby, since the area of the insulating layer 2 becomes large, the freedom degree of circuit design can be improved.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the torque sensor 100.
  • the first resistor R1, the second resistor R2, the third resistor R3, the fourth resistor R4, the first output terminal T1, and the first resistor One output terminal T2 and a conversion circuit 3 are provided on the insulating layer 2.
  • the first resistor R1 has one end connected to the power supply and the other end connected to the first output terminal T1.
  • the second resistor unit R1 has one end connected to the first output terminal T1 and the other end connected to the ground. That is, the first resistor R1 and the second resistor R2 are connected in series to form a half bridge circuit.
  • a voltage between the first resistor R1 and the second resistor R2 (a voltage obtained by dividing the power supply voltage Vdd by the first resistor R1 and the second resistor R2) is output from the first output terminal T1 as the output voltage V1. Is output.
  • the first output terminal T ⁇ b> 1 is connected to the conversion circuit 3, and the output voltage V ⁇ b> 1 is input to the conversion circuit 3.
  • the third resistor R3 has one end connected to the power supply and the other end connected to the second output terminal T2.
  • the fourth resistor unit R4 has one end connected to the second output terminal T2 and the other end connected to the ground. That is, the third resistor unit R3 and the fourth resistor unit R4 are connected in series to form a half bridge circuit.
  • the voltage between the third resistor R3 and the fourth resistor R4 (the voltage obtained by dividing the power supply voltage Vdd by the third resistor R3 and the fourth resistor R4) is output from the third output terminal T3 as the output voltage V2. Is output.
  • the second output terminal T2 is connected to the conversion circuit 3, and the output voltage V2 is input to the conversion circuit 3.
  • each of the first resistor R1, the second resistor R2, the third resistor R3, and the fourth resistor R4 includes a plurality of strain gauges, and resists depending on the torque applied to the strain generating body. The value changes. For this reason, the output voltage V1 becomes a voltage according to the resistance values of the first resistance part R1 and the second resistance part R2 that have changed according to the torque. Similarly, the output voltage V2 is a voltage according to the resistance values of the third resistor portion R3 and the fourth resistor portion R4 that have changed according to the torque. That is, the output voltages V1, V2 are both voltages according to the torque.
  • the conversion circuit 3 is a circuit that detects torque based on the output voltages V1 and V2. Specifically, the conversion circuit 3 converts the difference between the output voltages V1 and V2 into torque with reference to a table prepared in advance. In the example of FIG. 3, it is assumed that the conversion circuit 3 is one IC (Integrated Circuit), but the conversion circuit 3 may be configured by a plurality of discrete components. In the example of FIG. 1, since the inner annular portion 12 has the extending portion 16, the conversion circuit 3 can be easily disposed on the inner annular portion 12.
  • the first resistance portion R1 includes four first strain gauges r1 connected in series by printed wiring (not shown).
  • the first strain gauge r ⁇ b> 1 may be formed by printing a metal material on the insulating layer 2, or may be formed by attaching a metal foil to the insulating layer 2.
  • the first strain gauge r1 may be an independent element mounted on the insulating layer 2. In any case, the entire surface of the first strain gauge r1 is fixed to the strain generating body 1 so as to be distorted according to the strain of the insulating layer 2.
  • the insulation layer 2 is distorted together with the strain body 1
  • the first strain gauge r1 is strained together with the insulation layer 2.
  • the resistance value of each first strain gauge r1 changes according to the strain
  • the resistance value of the first resistance unit R1 changes according to the change of the resistance value of each first strain gauge r1.
  • the output voltage V1 changes according to the load.
  • the plurality of first strain gauges r1 are respectively disposed on the plurality of spoke portions 13.
  • one first strain gauge r ⁇ b> 1 is disposed in each spoke portion 13, but a plurality of first strain gauges r ⁇ b> 1 may be disposed in each spoke portion 13.
  • the spoke portion 13 is a portion of the strain generating body 1 that has a relatively large strain according to the torque. Therefore, by arranging the first strain gauge r1 in the spoke portion 13, the output voltage according to the torque is output. V1 can be changed relatively greatly, and the torque can be detected accurately.
  • the torque can be accurately detected.
  • a load in the direction of arrow B in FIG. 1 (a direction different from the rotation direction) is applied to the strain generating body 1
  • the first strain gauge r1 disposed on the spoke portion 13 on the upper side of the strain generating body 1 extends.
  • the resistance value increases, and the first strain gauge r1 disposed on the lower spoke portion 13 of the strain generating body 1 contracts to decrease the resistance value. That is, changes in the resistance value of each first strain gauge r1 due to the load in the direction of arrow B cancel each other.
  • the plurality of first strain gauges r1 are arranged at equal intervals.
  • four first strain gauges r1 are arranged every 90 °.
  • the change in resistance value of each first strain gauge r1 can be canceled out uniformly regardless of the direction in which the load is applied.
  • the spoke portions 13 are preferably arranged at equal intervals.
  • the plurality of first strain gauges r1 are preferably arranged on the same circumference with the center C as the center. Thereby, the influence by the load from the direction different from the rotation direction on the plurality of first strain gauges r1 can be made uniform, and the cancellation accuracy can be improved.
  • the plurality of first strain gauges r1 are respectively arranged at point-symmetric positions with the center C as the center.
  • the upper left and lower right first strain gauges r1 are arranged at point-symmetrical positions, and the upper right and lower left first strain gauges r1 are arranged at point-symmetrical positions.
  • the spoke portion 13 is preferably arranged at a point-symmetrical position with the center C as the center of symmetry.
  • the 1st resistance part R1 should just be provided with the some 1st strain gauge r1, and the number is not restricted to four. However, it is preferable that the first resistance portion R1 includes an even number of first strain gauges r1 so that the first strain gauges r1 can be arranged point-symmetrically.
  • the second resistance portion R2 includes four second strain gauges r2 connected in series by printed wiring (not shown).
  • the second strain gauge r ⁇ b> 2 may be formed by printing a metal material on the insulating layer 2, or may be formed by attaching a metal foil to the insulating layer 2.
  • the second strain gauge r2 may be an independent element mounted on the insulating layer 2. In either case, the entire surface of the second strain gauge r2 is fixed to the strain generating body 1 so as to be distorted in accordance with the strain of the insulating layer 2.
  • the strain generating body 1 when a load is applied to the strain generating body 1, the strain generating body 1 is strained according to the load, the strain generating body 1 and the insulating layer 2 are strained, and the insulating layer 2 and the second strain gauge r2 are strained.
  • the resistance value of each second strain gauge r2 changes according to the strain, and the resistance value of the second resistance portion R2 changes according to the change of the resistance value of each second strain gauge r2.
  • the output voltage V1 changes according to the load.
  • the plurality of second strain gauges r2 are respectively disposed on the plurality of spoke portions 13.
  • one second strain gauge r ⁇ b> 2 is disposed in each spoke portion 13, but a plurality of second strain gauges r ⁇ b> 2 may be disposed in each spoke portion 13.
  • the spoke portion 13 is a portion in which the strain according to the torque is relatively large in the strain generating body 1
  • the second strain gauge r2 in the spoke portion 13 the output voltage according to the torque. V1 can be changed relatively greatly, and the torque can be detected accurately.
  • the second strain gauges r2 in the respective spoke portions 13, even when a load is applied from a direction different from the rotation direction of the strain generating body 1, the torque can be detected with high accuracy.
  • the second strain gauge r ⁇ b> 2 disposed on the spoke portion 13 on the upper side of the strain body 1 extends.
  • the resistance value increases, and the second strain gauge r2 disposed in the lower spoke portion 13 of the strain generating body 1 contracts to decrease the resistance value. That is, the change in resistance value of each second strain gauge r2 due to the load in the direction of arrow B cancels each other.
  • the plurality of second strain gauges r2 are arranged at equal intervals.
  • four second strain gauges r2 are arranged every 90 °.
  • the change of the resistance value of each second strain gauge r2 can be uniformly canceled regardless of the direction in which the load is applied.
  • the spoke portions 13 are preferably arranged at equal intervals.
  • the plurality of second strain gauges r2 are preferably arranged on the same circumference with the center C as the center. Thereby, the influence by the load from the direction different from the rotation direction on the plurality of second strain gauges r2 can be made uniform, and the cancellation accuracy can be improved.
  • the plurality of second strain gauges r2 are respectively arranged at point-symmetric positions with the center C as the center.
  • the upper left and lower right second strain gauges r2 are arranged at point-symmetrical positions, and the upper right and lower left second strain gauges r2 are arranged at point-symmetrical positions.
  • the spoke portion 13 is preferably arranged at a point-symmetrical position with the center C as the symmetry center.
  • the second strain gauge r2 is arranged on one side in the rotational direction in each spoke portion 13 as viewed from the first strain gauge r1.
  • the second strain gauge r2 is disposed on one side in the rotational direction
  • the first strain gauge r1 is disposed on the other side in the rotational direction.
  • the 2nd resistance part R2 should just be equipped with several 2nd strain gauge r2, and the number is not restricted to four.
  • the second resistance portion R2 preferably includes an even number of second strain gauges r2 so that the second strain gauges r2 can be arranged point-symmetrically.
  • the third resistance portion R3 includes four third strain gauges r3 connected in series by printed wiring (not shown).
  • the third strain gauge r3 may be formed by printing a metal material on the insulating layer 2, or may be formed by attaching a metal foil to the insulating layer 2.
  • the third strain gauge r3 may be an independent element mounted on the insulating layer 2. In any case, the entire surface of the third strain gauge r3 is fixed to the strain generating body 1 so as to be distorted according to the strain of the insulating layer 2.
  • the strain generating body 1 when a load is applied to the strain generating body 1, the strain generating body 1 is strained according to the load, the insulating layer 2 is strained together with the strain generating body 1, and the third strain gauge r3 is strained together with the insulating layer 2.
  • the resistance value of each third strain gauge r3 changes according to the strain, and the resistance value of the third resistance portion R3 changes according to the change of the resistance value of each third strain gauge r3.
  • the output voltage V2 changes according to the load.
  • the plurality of third strain gauges r3 are respectively arranged on the plurality of spoke portions 13.
  • one third strain gauge r ⁇ b> 3 is disposed in each spoke portion 13, but a plurality of third strain gauges r ⁇ b> 3 may be disposed in each spoke portion 13.
  • the spoke portion 13 is a portion having a relatively large strain according to the torque in the strain generating body 1
  • an output voltage corresponding to the torque is output. V2 can be changed relatively greatly, and the torque can be detected accurately.
  • the torque can be detected with high accuracy.
  • the third strain gauge r ⁇ b> 3 disposed on the spoke portion 13 on the upper side of the strain body 1 extends.
  • the resistance value increases, and the third strain gauge r3 disposed on the lower spoke portion 13 of the strain generating body 1 contracts to decrease the resistance value. That is, changes in the resistance value of each third strain gauge r3 due to the load in the direction of arrow B cancel each other.
  • the plurality of third strain gauges r3 are arranged at equal intervals.
  • four third strain gauges r3 are arranged every 90 °.
  • the change in the resistance value of each third strain gauge r3 can be uniformly canceled regardless of the direction in which the load is applied.
  • the spoke portions 13 are preferably arranged at equal intervals.
  • the plurality of third strain gauges r3 are preferably arranged on the same circumference with the center C as the center. Thereby, the influence by the load from the direction different from the rotation direction on the plurality of third strain gauges r3 can be made uniform, and the cancellation accuracy can be improved.
  • the plurality of third strain gauges r3 are respectively arranged at point-symmetric positions with the center C as the center.
  • the upper left and lower right third strain gauges r3 are arranged at point-symmetrical positions, and the upper right and lower left third strain gauges r3 are arranged at point-symmetrical positions.
  • the spoke portion 13 is preferably arranged at a point-symmetrical position with the center C as the symmetry center.
  • the third resistor R3 only needs to include a plurality of third strain gauges r3, and the number is not limited to four. However, the third resistance portion R3 preferably includes an even number of third strain gauges r3 so that the third strain gauges r3 can be arranged point-symmetrically.
  • the fourth resistance portion R4 includes four fourth strain gauges r4 connected in series by printed wiring (not shown).
  • the fourth strain gauge r4 may be formed by printing a metal material on the insulating layer 2, or may be formed by attaching a metal foil to the insulating layer 2.
  • the fourth strain gauge r4 may be an independent element mounted on the insulating layer 2. In any case, the entire surface of the fourth strain gauge r4 is fixed to the strain generating body 1 so as to be distorted according to the strain of the insulating layer 2.
  • the strain generating body 1 when a load is applied to the strain generating body 1, the strain generating body 1 is strained according to the load, the strain generating body 1 and the insulating layer 2 are strained, and the insulating layer 2 and the fourth strain gauge r4 are strained.
  • the resistance value of each fourth strain gauge r4 changes according to the strain, and the resistance value of the fourth resistance portion R4 changes according to the change of the resistance value of each fourth strain gauge r4.
  • the output voltage V2 changes according to the load.
  • the plurality of fourth strain gauges r4 are respectively disposed on the plurality of spoke portions 13.
  • one fourth strain gauge r ⁇ b> 4 is disposed in each spoke portion 13, but a plurality of fourth strain gauges r ⁇ b> 4 may be disposed in each spoke portion 13.
  • the spoke portion 13 is a portion having a relatively large strain according to the torque in the strain generating body 1
  • an output voltage corresponding to the torque is obtained. V2 can be changed relatively greatly, and the torque can be detected accurately.
  • the torque can be detected with high accuracy.
  • the fourth strain gauge r4 disposed on the spoke portion 13 on the upper side of the strain generating body 1 extends.
  • the resistance value increases, and the fourth strain gauge r4 disposed on the lower spoke portion 13 of the strain generating body 1 contracts to decrease the resistance value. That is, changes in the resistance value of each fourth strain gauge r4 due to the load in the direction of arrow B cancel each other.
  • the plurality of fourth strain gauges r4 are arranged at equal intervals.
  • four fourth strain gauges r4 are arranged every 90 °.
  • the change of the resistance value of each fourth strain gauge r4 can be canceled out uniformly regardless of the direction in which the load is applied.
  • the spoke portions 13 are preferably arranged at equal intervals.
  • the plurality of fourth strain gauges r4 are preferably arranged on the same circumference with the center C as the center. Thereby, the influence by the load from the direction different from the rotation direction on the plurality of fourth strain gauges r4 can be made uniform, and the cancellation accuracy can be improved.
  • the plurality of fourth strain gauges r4 are preferably arranged at point-symmetric positions with the center C as the center.
  • the upper left and lower right fourth strain gauges r4 are arranged at point-symmetrical positions
  • the upper right and lower left fourth strain gauges r4 are arranged at point-symmetrical positions.
  • the spoke portion 13 is preferably arranged at a point-symmetrical position with the center C as the symmetry center.
  • the fourth strain gauge r4 is arranged on one side in the rotation direction in each spoke portion 13 when viewed from the third strain gauge r3.
  • a fourth strain gauge r4 is disposed on one side in the rotational direction
  • a third strain gauge r3 is disposed on the other side in the rotational direction.
  • the 4th resistance part R4 should just be equipped with several 4th strain gauge r4, and the number is not restricted to four.
  • the fourth resistance portion R4 preferably includes an even number of fourth strain gauges r4 so that the fourth strain gauges r4 can be arranged point-symmetrically.
  • the first strain gauges r1 are arranged in the plurality of spoke portions 13, even when a load is applied to the strain generating body 1 from a direction different from the rotation direction.
  • the effect of the load is canceled between the plurality of first strain gauges r1, and an error in the resistance value of the first resistance portion R1 caused by the load is suppressed.
  • the structure which is not provided with 3rd resistance part R3 and 4th resistance part R4 is also possible. Even in such a case, the torque sensor 100 can accurately detect the torque based on the output voltage V1.
  • outer annular portion 11 and the inner annular portion 12 do not need to be completely annular, and may be partially missing. In other words, the outer annular portion 11 and the inner annular portion 12 may be connected as one strain body 1 via the spoke portion 13.
  • the present invention is not limited to the configuration shown here, such as a combination with other elements in the configuration described in the above embodiment. These points can be changed without departing from the spirit of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.

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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

トルクセンサ
　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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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021117855A1 (ja) 2019-12-13 2021-06-17 長野計器株式会社 トルクセンサ
JP2022114413A (ja) * 2021-01-26 2022-08-05 松諾盟科技有限公司 トルクセンサのモーメントアーム構造及びトルクセンサ

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6964212B2 (ja) * 2019-07-24 2021-11-10 Ｓｅｍｉｔｅｃ株式会社 接触力センサ及び接触力センサを備えた装置
CN112611489A (zh) * 2020-12-21 2021-04-06 陕西电器研究所 一种基于薄膜溅射的抗过载扭矩传感器
JP2023125099A (ja) * 2022-02-28 2023-09-07 長野計器株式会社 トルクセンサ

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6038632A (ja) * 1983-08-10 1985-02-28 Yamato Scale Co Ltd 走行性能測定装置
JPH01253623A (ja) * 1988-04-01 1989-10-09 Kyowa Electron Instr Co Ltd トルク測定装置
JPH063207A (ja) * 1992-05-25 1994-01-11 Hottinger Baldwin Messtech Gmbh 回転モーメントセンサ
WO2008067392A2 (en) * 2006-11-28 2008-06-05 The Timken Company Load sensor and method of sensing a load
JP2009288187A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Toyota Motor Corp ロードセル
JP2013096735A (ja) 2011-10-28 2013-05-20 Toyota Motor Corp 起歪体及びトルクセンサ
JP2018029140A (ja) 2016-08-18 2018-02-22 太陽誘電株式会社 基板およびその製造方法並びにモジュール

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57169643A (en) * 1981-04-13 1982-10-19 Yamato Scale Co Ltd Load cell for multiple components of force
JP3448738B2 (ja) * 2000-07-03 2003-09-22 ミネベア株式会社 回転体トルク計測装置およびトルク計測方法
DE20209850U1 (de) * 2002-06-25 2002-09-19 Eduard Wille GmbH & Co, 42349 Wuppertal Drehmomentsensor mit Stegen
CN1220037C (zh) * 2003-09-19 2005-09-21 哈尔滨工业大学 微型全平面六维力、力矩传感器
JP2005106679A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Nitta Ind Corp 多軸センサユニットおよびこれを利用した多軸センサ
CN101118194A (zh) * 2007-09-14 2008-02-06 哈尔滨工业大学 提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器
DE102014210379B4 (de) * 2014-06-02 2016-03-24 Kuka Roboter Gmbh Drehmomentsensor und Verfahren zum Erfassen von an oder in einem Gelenk eines Gelenkarmroboters auftretenden Drehmomenten
JP2017203645A (ja) * 2016-05-09 2017-11-16 ソニー株式会社 トルクセンサ及び力制御型アクチュエータ

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6038632A (ja) * 1983-08-10 1985-02-28 Yamato Scale Co Ltd 走行性能測定装置
JPH01253623A (ja) * 1988-04-01 1989-10-09 Kyowa Electron Instr Co Ltd トルク測定装置
JPH063207A (ja) * 1992-05-25 1994-01-11 Hottinger Baldwin Messtech Gmbh 回転モーメントセンサ
WO2008067392A2 (en) * 2006-11-28 2008-06-05 The Timken Company Load sensor and method of sensing a load
JP2009288187A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Toyota Motor Corp ロードセル
JP2013096735A (ja) 2011-10-28 2013-05-20 Toyota Motor Corp 起歪体及びトルクセンサ
JP2018029140A (ja) 2016-08-18 2018-02-22 太陽誘電株式会社 基板およびその製造方法並びにモジュール

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021117855A1 (ja) 2019-12-13 2021-06-17 長野計器株式会社 トルクセンサ
JP2022114413A (ja) * 2021-01-26 2022-08-05 松諾盟科技有限公司 トルクセンサのモーメントアーム構造及びトルクセンサ
JP7191404B2 (ja) 2021-01-26 2022-12-19 松諾盟科技有限公司 トルクセンサのモーメントアーム構造及びトルクセンサ

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