WO2022201821A1 - トルクセンサ - Google Patents

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WO2022201821A1
WO2022201821A1 PCT/JP2022/002375 JP2022002375W WO2022201821A1 WO 2022201821 A1 WO2022201821 A1 WO 2022201821A1 JP 2022002375 W JP2022002375 W JP 2022002375W WO 2022201821 A1 WO2022201821 A1 WO 2022201821A1
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WO
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strain
contact
torque sensor
thin film
generating body
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Application number
PCT/JP2022/002375
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English (en)
French (fr)
Inventor
嵩幸 遠藤
Original Assignee
日本電産コパル電子株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 日本電産コパル電子株式会社 filed Critical 日本電産コパル電子株式会社
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Priority to US18/359,533 priority patent/US20230366760A1/en

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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
    • G01L3/04—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

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to, for example, torque sensors provided at joints of a robot arm.
  • the first structure and the second structure are connected by a plurality of third structures, and torque is detected by a thin film strain sensor provided between the first structure and the second structure (for example, see Patent Document 1).
  • a thin-film strain sensor generally comprises an insulating film formed on a strain-generating body, and a thin-film resistor or thin-film electrode formed on the insulating film. The deformation of the strain generating body is detected as a change in the resistance value of the thin film resistor (see, for example, Patent Document 2).
  • the strain-generating body of the thin-film strain sensor is fixed to the first structure and the second structure.
  • a torque is applied between the first structure and the second structure, the first structure and the second structure move relative to each other, causing the first structure and the second structure of the strain generating body to move.
  • Torque is detected by a plurality of thin film resistors arranged in the portion between. If the fixing force or rigidity of the strain body with respect to the first structure and the second structure is sufficiently large, even if the first structure and the second structure move relative to each other due to torque, the first strain body does not move. The torque does not affect the portions where the electrodes are arranged other than the portion located between the structure and the second structure.
  • the embodiment of the present invention provides a torque sensor that can reduce the stress on the portion where the electrode of the strain generating body is arranged, and can prevent poor connection and disconnection.
  • the torque sensor of this embodiment includes a first structure, a second structure arranged inside the first structure and concentrically with the first structure, the first structure and the second structure. a plurality of third structures connecting bodies; a first strain sensor and a second strain sensor fixed between the first structure and the second structure at positions other than the third structure; and each of the first strain sensor and the second strain sensor has a first end, a second end, and an intermediate portion between the first end and the second end , a rectangle having the first end fixed to the surface of the first structure, the middle part fixed to the surface of the second structure, and the second end positioned on the surface of the second structure.
  • a shaped strain-generating body a thin-film resistor provided on a surface between the first end and the intermediate portion of the strain-generating body, and the second end and the intermediate portion of the strain-generating body.
  • a thin film electrode provided on the surface of the strain body located between and electrically connected to the thin film resistor, provided on one of the second structure and the strain body, A contact portion that contacts a portion between the intermediate portion and the second end of the strain generating body or a contact portion that contacts a portion of the second structure.
  • FIG. 2 is a plan view showing the torque sensor according to the first embodiment;
  • FIG. The top view which shows an example of the strain sensor applied to 1st Embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a cross section taken along line IV-IV of FIG. 3; The figure which shows roughly the effect
  • FIG. 7 is a perspective view showing a cross section along line VII-VII of FIG. 6; The perspective view which shows the principal part of the torque sensor which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a cross section along line IX-IX in FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a cross section taken along line XI-XI of FIG. 10; The perspective view which shows the principal part of the torque sensor which concerns on 5th Embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a cross section along line XIII-XIII of FIG. 12; The perspective view which shows the principal part of the torque sensor which concerns on 6th Embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a cross section along line XV-XV of FIG. 14; The perspective view which shows the principal part of the torque sensor which concerns on 7th Embodiment.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a cross section along line XVII-XVII in FIG. 16;
  • FIG. 1 shows a torque sensor 10 according to the first embodiment.
  • the torque sensor 10 includes a first structure 11, a second structure 12, a plurality of third structures 13 as beams, a first strain sensor 14, a second strain sensor 15, a third strain sensor 16, and a fourth strain sensor. 17 are provided.
  • An annular second structure 12 is concentrically arranged inside the annular first structure 11, and the first structure 11 and the second structure 12 are formed by a plurality of radially arranged third structures 13. Concatenated.
  • the first structure 11 receives torque, for example, and the second structure 12 outputs torque, for example.
  • the first structure 11, the second structure 12, and the plurality of third structures 13 are made of metal, for example. It is also possible to use other materials.
  • a first strain sensor 14 , a second strain sensor 15 , a third strain sensor 16 and a fourth strain sensor 17 are connected between the first structure 11 and the second structure 12 . These sensors are arranged 90° apart from each other.
  • the number of strain sensors is not limited to four, and may be two or three, for example. Since the configurations of the first strain sensor 14, the second strain sensor 15, the third strain sensor 16, and the fourth strain sensor 17 are the same, only the configuration of the first strain sensor 14 will be described.
  • FIG. 2 shows the first strain sensor 14 in an enlarged manner.
  • the first strain sensor 14 includes a strain generating body 14a, thin film resistors 14b and 14c, a plurality of thin film wirings 14d, 14e, 14f and 14g, and thin film electrodes 14h, 14i and 14j.
  • the strain-generating body 14a is made of, for example, a rectangular elastic body (metal) such as stainless steel (SUS).
  • metal such as stainless steel (SUS).
  • the shape and material of the strain generating body 14a are not limited to this, and may be any material that can be welded or brazed, such as ceramics (for example, zirconia whose coefficient of linear expansion is close to that of SUS).
  • the strain generating body 14a includes thin film resistors 14b and 14c, thin film wirings 14d, 14e and 14f, thin film electrodes 14h, 14i and 14j, first fixed portions C1 and C2, second fixed portions C3 and C4, a transmission portion 14k, and and an electrode placement region 14l.
  • the number of thin film resistors is not limited to two, and may be four, for example. The number of thin film resistors and the number of strain sensors can be changed according to the configuration of the bridge circuit composed of resistors.
  • the first fixing portions C1 and C2 are provided at both ends of the strain body 14a in the width direction at the first ends in the longitudinal direction of the strain body 14a.
  • the second fixing portions C3 and C4 are provided at substantially the middle portion of the strain body 14a in the longitudinal direction and at both ends of the strain body 14a in the width direction.
  • the transmission portion 14k is provided between the first fixing portions C1, C2 and the second fixing portions C3, C4. , C4.
  • the first fixing portions C1 and C2 are portions that are fixed to the first structure 11 and transmit force between the first structure 11 and the strain generating body 14a.
  • the second fixing portions C3 and C4 are portions that are fixed to the second structure 12 of the torque sensor and transmit force between the second structure 12 and the strain generating body 14a.
  • the method of fixing the first fixing parts C1, C2 and the first structure 11 and the method of fixing the second fixing parts C3, C4 and the second structure 12 are welding or brazing, for example.
  • the circle marks shown as the first fixing parts C1, C2 and the second fixing parts C3, C4 in FIGS. 1 and 2 indicate the joining positions (joining areas).
  • a dashed line (straight line) connecting two circles indicates the range of the transmission portion 14k for convenience.
  • the transmission portion 14k is a portion that transmits force between the first fixing portions C1, C2 and the second fixing portions C3, C4. It is a region that deforms according to the applied force.
  • the thin-film resistors 14b, 14c are arranged in the vicinity of the first fixed parts C1, C2 within the transmission part 14k, and convert the deformation of the transmission part 14k into electrical signals.
  • the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j are arranged near the other end of the strain-generating body 14a in the electrode arrangement region 14l other than the first fixed portions C1, C2, the second fixed portions C3, C4, and the transmission portion 14k. .
  • the thin film electrodes 14h and 14i are connected to the thin film resistor 14b by thin film wirings 14d and 14e, and the thin film electrodes 14i and 14j are connected to the thin film resistor 14c by thin film wirings 14f and 14g.
  • the thin film electrode 14i is an electrode common to the thin film resistors 14b and 14c.
  • the number of thin film resistors, the number of thin film electrodes, and the number of wirings connecting the thin film resistors and the thin film electrodes are not limited to these, and can be modified.
  • the first structure 11 has a first recess 11a for housing the strain body 14a
  • the second structure 12 has a second recess 12a for housing the strain body 14a.
  • the first recess 11a has a first bottom surface 11b
  • the second recess 12a has a second bottom surface 12b with the same height as the first bottom surface 11b.
  • the 1st recessed part 11a and the 2nd recessed part 12a are not essential structures, and it is also possible to omit.
  • the strain body 14a is joined to the first bottom surface 11b of the first structure 11 at the first fixing portions C1 and C2, and is joined to the second bottom surface 12b of the second structure 12 at the second fixing portions C3 and C4. be done.
  • the second recess 12a of the second structure 12 has a third bottom surface 12c and a stepped portion 12d.
  • the third bottom surface 12c is lower than the second bottom surface 12b and corresponds to the electrode placement region 14l of the strain generating body 14a.
  • the stepped portion 12d is located between the second bottom surface 12b and the third bottom surface 12c as the contact portion with the strain generating body 14a, and this position is near the second fixing portions C3 and C4.
  • the gap is, for example, 0.05 mm or less. Therefore, no frictional force is generated between the back surface of the electrode arrangement region 14l of the strain body 14a and the third bottom surface 12c.
  • FIG. 5 shows the action of the first embodiment, and shows a case where force is transmitted between the first structure 11 and the second structure 12.
  • the electrode placement region 14l is not deformed. Therefore, the force from the second structure 12 is not transmitted to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j arranged in the electrode arrangement region 14l and the wires bonded to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j, and damage to them is prevented. can be prevented.
  • the entire back surface of the electrode arrangement region 14l is in contact with the surface of the second structure 12 as in the conventional art, the frictional force between the electrode arrangement region 14l and the second structure 12 causes the electrode arrangement region 14l to , receive forces from the second structure 12 . Therefore, when the fixing force or rigidity of the second fixing portions C3 and C4 is weak within the allowable range, the electrode arrangement area 14l is deformed as indicated by the broken line in FIG. Therefore, the thin film electrodes 14h, 14i, 14j arranged in the electrode arrangement region 14l and the wires bonded to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j may receive force and be damaged.
  • the gap between the rear surface of the strain-generating body 14a and the third bottom surface 12c is, for example, 0.05 mm or less, which is extremely narrow. Therefore, when wires (not shown) are bonded to the thin-film electrodes 14h, 14i, and 14j, the strain-generating body 14a can bend and come into contact with the third bottom surface 12c. Therefore, it is possible to bond the wires to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j with sufficient strength.
  • the second structural body 12 has the second bottom surface 12b as the contact portion, and the strain body 14a is the second bottom surface 12b between the second fixing portions C3, C4 and the step portion 12d.
  • the strain body 14a is the second bottom surface 12b between the second fixing portions C3, C4 and the step portion 12d.
  • (Second embodiment) 6 and 7 show a second embodiment.
  • the second structure 12 has a step portion 12d as a boundary with the contact portion, and the electrode arrangement region 14l of the strain body 14a is separated from the third bottom surface 12c of the second structure 12.
  • the second structure 12 further has a third recess 21 inside the second recess 12a, and the edge of the third recess 21 extends in the longitudinal direction of the strain body 14a.
  • the two positioned second bottom surfaces 12b function as contact portions.
  • the third concave portion 21 is arranged corresponding to the central portion of the electrode arrangement region 14l of the strain body 14a. Therefore, most of the electrode arrangement region 14l faces the third recess 21 and does not come into contact with the second bottom surface 12b.
  • One of the two divided second bottom surfaces 12b is contacted, and the second end of the strain generating body 14a is brought into contact with the other of the two divided second bottom surfaces 12b.
  • the strain generating body 14a moves to the second A slight frictional force is generated between the portion between the fixing portions C3, C4 and the third recess 21, the back surface of the second end portion of the strain body 14a, and the second bottom surface 12b.
  • most of the electrode placement region 14l does not receive the force from the second structure 12 because no friction occurs, and the electrode placement region 14l hardly deforms.
  • the force from the second structure 12 is not transmitted to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j arranged in the electrode arrangement region 14l and the wires (not shown) bonded to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j. damage can be prevented.
  • the strain body 14a is sufficiently held when wires (not shown) are bonded to the thin film electrodes 14h, 14i, and 14j. can do. Therefore, it is possible to bond the wires to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j with sufficient strength.
  • FIG. 8 and 9 show a third embodiment.
  • the strain body 14a has its second end arranged on the second bottom surface 12b of the second recess 12a.
  • the second structure 12 has grooves 31 along the longitudinal direction of the strain body 14a, and both sides of the grooves 31 are in contact with both sides of the strain body 14a in the longitudinal direction. It functions as a contact part to
  • a groove 31 is formed in the second bottom surface of the second structure 12 along the radial direction of the second structure 12 from the vicinity of the second fixing portions C3 and C4.
  • the width of the groove 31 is narrower than the width of the strain generating body 14a. Therefore, both sides along the longitudinal direction of the strain-generating body 14a are in contact with the second bottom surfaces 12b on both sides of the groove 31, and most of the strain-generating body 14a faces the groove 31 and does not contact the second bottom surface 12b.
  • the strain generating body 14a moves to the second A slight frictional force is generated between the portion between the fixed portions C3, C4 and the groove 31, the rear surfaces on both sides of the strain generating body 14a, and the second bottom surface 12b.
  • most of the electrode placement region 14l does not receive the force from the second structure 12 because no friction occurs, and the electrode placement region 14l hardly deforms.
  • the force from the second structure 12 is not transmitted to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j arranged in the electrode arrangement region 14l and the wires bonded to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j, and damage to them is prevented. can be prevented.
  • the strain body 14a Since both sides of the strain body 14a are arranged on the second bottom surface 12b, the strain body 14a can be sufficiently held when wires (not shown) are bonded to the thin film electrodes 14h, 14i, and 14j. can. Therefore, it is possible to bond the wires to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j with sufficient strength.
  • (Fourth embodiment) 10 and 11 show a fourth embodiment.
  • both sides of the strain body 14a are arranged on the second bottom surface 12b.
  • the fourth embodiment is a modification of the first embodiment, and includes a first projection 41 as a contact portion that makes point contact in the vicinity of the second end of the strain body 14a. .
  • the first projection 41 is provided on the third bottom surface 12c formed by the stepped portion 12d.
  • the first protrusion 41 is, for example, a knock pin, but is not limited to this.
  • a first end of the first protrusion 41 is inserted into the second structure 12, and the surface of the second end is, for example, processed into a spherical shape, and points to the back surface of the electrode arrangement region 14l of the strain body 14a. be contacted.
  • the point contact position corresponds to, for example, the position where the thin film electrode 14i in the electrode arrangement region 14l is arranged.
  • the strain generating body 14a moves to the second A slight frictional force is generated between the portion between the fixed portions C3, C4 and the stepped portion 12d and the first protrusion 41 that is in point contact with the rear surface of the strain generating body 14a.
  • most of the electrode placement region 14l does not receive the force from the second structure 12 because no friction occurs, and the electrode placement region 14l hardly deforms.
  • the force from the second structure 12 is not transmitted to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j arranged in the electrode arrangement region 14l and the wires bonded to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j, and damage to them is prevented. can be prevented.
  • the strain body 14a since the strain body 14a is supported by the first protrusions 41, the strain body 14a can be sufficiently held when wires (not shown) are bonded to the thin film electrodes 14h, 14i, and 14j. Therefore, it is possible to bond the wires to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j with sufficient strength.
  • (Fifth embodiment) 12 and 13 show a fifth embodiment.
  • the rear surface of the strain generating body 14a is in point contact with the first protrusion 41.
  • the fifth embodiment has a second protrusion 51 as a contact portion that makes line contact with the vicinity of the second end of the strain body 14a.
  • the second projection 51 is, for example, a cylinder.
  • a third bottom surface 12c formed by the stepped portion 12d of the second structure 12 is provided with a groove 12e in a direction crossing the longitudinal direction of the strain generating body 14a.
  • the second projection 51 is accommodated in the groove 12e in a direction in which the axis of the cylinder intersects the longitudinal direction of the strain body 14a.
  • the depth of the groove 12e is approximately equal to the radius of the cylinder, and approximately half of the second projection 51 of the cylinder protrudes from the groove 12e and is in line contact with the back surface of the electrode arrangement region 14l of the strain generating body 14a.
  • the line contact positions are along the positions where the thin film electrodes 14h, 14i and 14j of the electrode arrangement region 14l are arranged, for example.
  • the strain generating body 14a moves to the second A slight frictional force is generated between the portion between the fixed portions C3, C4 and the stepped portion 12d and the second protrusion 51 that is in line contact with the back surface of the strain generating body 14a.
  • most of the electrode placement region 14l does not receive the force from the second structure 12 because no friction occurs, and the electrode placement region 14l hardly deforms.
  • the force from the second structure 12 is not transmitted to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j arranged in the electrode arrangement region 14l and the wires bonded to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j, and damage to them is prevented. can be prevented.
  • the strain body 14a since the strain body 14a is supported by the second protrusions 51, the strain body 14a can be sufficiently held when wires (not shown) are bonded to the thin film electrodes 14h, 14i, and 14j. Therefore, it is possible to bond the wires to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j with sufficient strength.
  • (Sixth embodiment) 14 and 15 show a sixth embodiment.
  • the shape of the second projection 51 was a cylinder.
  • the sixth embodiment has a third projection 61 as a contact portion made of a material with a low coefficient of friction near the second end of the strain body 14a.
  • the shape of the third protrusion 61 is, for example, a quadrangular prism.
  • a quadrangular prismatic third projection 61 made of a material with a low coefficient of friction is accommodated in the groove 12e with its axis intersecting the longitudinal direction of the strain generating body 14a.
  • the depth of the groove 12e is approximately half the length of one side of the quadrangular prism, and approximately half of the third projection 61 of the quadrangular prism protrudes from the groove 12e and faces the back surface of the electrode arrangement region 14l of the strain generating body 14a. be contacted.
  • the surface contact positions are along the positions where the thin film electrodes 14h, 14i and 14j of the electrode arrangement region 14l are arranged, for example.
  • Examples of materials with a low coefficient of friction include resins such as fluorine resin (polytetrafluoroethylene (PTFE)) and nylon resin (polyamide (PA)), metals plated with electroless nickel, and diamond-like carbon (DLC). ) It is possible to apply coated metals, oil-impregnated sintered metals.
  • the oil-impregnated sintered metal is, for example, a porous sintered body made of a copper-based metal containing graphite fine powder and impregnated with oil.
  • the strain generating body 14a moves to the second A slight frictional force is generated between the portion between the fixed portions C3, C4 and the groove 31 and the third projection 61 with a low friction coefficient that is in surface contact with the back surface of the strain generating body 14a.
  • most of the electrode placement region 14l does not receive the force from the second structure 12 because no friction occurs, and the electrode placement region 14l hardly deforms.
  • the force from the second structure 12 is not transmitted to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j arranged in the electrode arrangement region 14l and the wires bonded to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j, and damage to them is prevented. can be prevented.
  • the strain body 14a since the strain body 14a is supported by the third projections 61 which are in surface contact with each other, the strain body 14a can be sufficiently held when wires (not shown) are bonded to the thin film electrodes 14h, 14i, and 14j. can be done. Therefore, it is possible to bond the wires to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j with sufficient strength.
  • the strain body 14a is supported by the third projections 61 that are in surface contact with the strain body 14a, so that the strain body 14a can be held more stably. be.
  • (Seventh embodiment) 16 and 17 show the seventh embodiment.
  • the configuration of the second structure 12 is improved in order to reduce the frictional force between the strain generating body 14a and the second structure 12.
  • the structure of the strain generating body 14a is improved. Specifically, the electrode arrangement region 14l of the strain body 14a is arranged in contact with the flat second bottom surface 12b, and the strain body 14a has a constricted portion 71 in a part of the electrode arrangement region 14l. there is The constricted portions 71 are provided, for example, between the second fixed portions C3, C4 and the thin film electrodes 14h, 14i, 14j. The constricted portion 71 has a smaller area than the other portions of the electrode placement region 14l. Therefore, the contact area between the electrode arrangement region 14l and the second bottom surface 12b of the second structure 12 is reduced.
  • the electrode arrangement region of the strain generating body 14a A slight frictional force is generated between 14 l and the second bottom surface 12 b of the second structure 12 .
  • the constricted portion 71 reduces the frictional force compared to the case where the constricted portion 71 is not present.
  • the width of the constricted portion 71 is narrower than the width of the other portion of the electrode arrangement region 14l, this portion can be deformed. Therefore, the constricted portion 71 is deformed by the frictional force, and deformation of the electrode arrangement region 14l is prevented.
  • the force from the second structure 12 is not transmitted to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j arranged in the electrode arrangement region 14l and the wires bonded to the thin-film electrodes 14h, 14i, 14j, and damage to them is prevented. can be prevented.
  • the electrode placement region 14l since the electrode placement region 14l is supported by the second bottom surface 12b, the electrode placement region 14l can be sufficiently held when bonding wires (not shown) to the thin film electrodes 14h, 14i, and 14j. Therefore, it is possible to bond the wires to the thin film electrodes 14h, 14i, 14j with sufficient strength.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the gist of the present invention at the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriate combinations of the plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be omitted from all components shown in the embodiments. Furthermore, components across different embodiments may be combined as appropriate.

Abstract

起歪体の電極が配置された部分への応力を低減することができ、接続不良や断線を防止することが可能なトルクセンサが開示される。第１構造体１１と第２構造体１２は複数の第３構造体１３によりれんけつされる。第１歪センサ１４及び第２歪センサ１５は、第１構造体と第２構造体との間に固定される。第１歪センサ及び第２歪センサのそれぞれは、矩形状の起歪体１４ａを具備する。起歪体１４ａは、第１構造体に固定された第１端部と第２構造体に固定された中間部と、第２端部を有する。第２構造体は、接触部１２ｂを具備し、接触部１２ｂは、起歪体の中間部と第２端部との間の一部に接触する。

Description

トルクセンサ
　本発明の実施形態は、例えばロボットアームの関節に設けられるトルクセンサに関する。
　トルクセンサにおいて、第１構造体と第２構造体は複数の第３構造体により接続され、第１構造体と第２構造体との間に設けられた薄膜歪センサによりトルクが検出される（例えば特許文献１参照）。
　薄膜歪センサは、一般に、起歪体上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成された薄膜抵抗体や薄膜電極を具備しており、起歪体に印加された力に応じて生じた起歪体の変形を薄膜抵抗体の抵抗値の変化として検出する（例えば特許文献２参照）。
特開２０１８－９１８１３号公報 特開２０１８－１３２３１２号公報
　薄膜歪センサの起歪体は、第１構造体と第２構造体に固定される。第１構造体と第２構造体との間にトルクが印加された場合、第１構造体と第２構造体は相対的に移動し、起歪体の第１構造体と第２構造体との間の部分に配置された複数の薄膜抵抗体によりトルクが検出される。第１構造体と第２構造体に対する起歪体の固定力又は剛性が十分に大きい場合、トルクにより第１構造体と第２構造体が相対的に移動しても、起歪体の第１構造体と第２構造体との間に位置する部分以外の電極が配置された部分には、トルクの影響が及ばない。
　しかし、固定力又は剛性が十分に大きくない場合、起歪体の第１構造体又は第２構造体との摩擦により、起歪体の電極が配置された部分に微小な応力（歪み）が生じる。このため、電極において、電気的な接続が不安定になったり、断線したりしてしまうことがある。
　本発明の実施形態は、起歪体の電極が配置された部分への応力を低減することができ、接続不良や断線を防止することが可能なトルクセンサを提供する。
　本実施形態のトルクセンサは、第１構造体と、前記第１構造体の内側に前記第１構造体と同心状に配置された第２構造体と、前記第１構造体と前記第２構造体を連結する複数の第３構造体と、前記第３構造体以外の位置で前記第１構造体と前記第２構造体との間に固定された第１歪センサ及び第２歪センサと、を具備し、第１歪センサ及び第２歪センサのそれぞれは、第１端部と、第２端部と、前記第１端部と前記第２端部との間の中間部とを有し、前記第１端部が前記第１構造体の表面に固定され、前記中間部が前記第２構造体の表面に固定され、前記第２端部が前記第２構造体の表面に位置する矩形状の起歪体と、前記起歪体の前記第１端部と前記中間部との間の表面に設けられた薄膜抵抗体と、前記起歪体の前記第２端部と前記中間部との間に位置する前記起歪体の表面に設けられ、前記薄膜抵抗体に電気的に接続された薄膜電極と、を具備し、前記第２構造体と前記起歪体の一方に設けられ、前記起歪体の前記中間部と前記第２端部との間の一部分に接触する接触部、又は前記第２構造体の一部に接触する接触部を具備する。
第１実施形態に係るトルクセンサを示す平面図。 第１実施形態に適用される歪センサの一例を示す平面図。 図１のＡで示す部分を拡大して示す斜視図。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面を示す斜視図。 第１実施形態の作用を概略的に示す図。 第２実施形態に係るトルクセンサの主要部を示す斜視図。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面を示す斜視図。 第３実施形態に係るトルクセンサの主要部を示す斜視図。 図８のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面を示す斜視図。 第４実施形態に係るトルクセンサの主要部を示す斜視図。 図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿った断面を示す斜視図。 第５実施形態に係るトルクセンサの主要部を示す斜視図。 図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿った断面を示す斜視図。 第６実施形態に係るトルクセンサの主要部を示す斜視図。 図１４のＸＶ－ＸＶ線に沿った断面を示す斜視図。 第７実施形態に係るトルクセンサの主要部を示す斜視図。 図１６のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿った断面を示す斜視図。
　以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一符号を付している。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係るトルクセンサ１０を示している。
　トルクセンサ１０は、第１構造体１１、第２構造体１２、梁としての複数の第３構造体１３、第１歪センサ１４、第２歪センサ１５、第３歪センサ１６、第４歪センサ１７を具備している。
　環状の第１構造体１１の内側に環状の第２構造体１２が同心状に配置され、第１構造体１１と第２構造体１２は、放射状に配置された複数の第３構造体１３により連結されている。第１構造体１１は、例えばトルクを受け、第２構造体１２は、例えばトルクを出力する。
　第１構造体１１、第２構造体１２、及び複数の第３構造体１３は、例えば金属により構成されるが、印加されるトルクに対して機械的な強度を十分に得ることができれば、金属以外の材料を使用することも可能である。
　第１構造体１１と第２構造体１２との間には、第１歪センサ１４、第２歪センサ１５、第３歪センサ１６、第４歪センサ１７が接続されている。これらセンサは、それぞれ９０°離れて配置されている。歪センサの数は、４つに限定されるものではなく、例えば２つ又は３つであってもよい。第１歪センサ１４、第２歪センサ１５、第３歪センサ１６、第４歪センサ１７の構成は、同一であるため、第１歪センサ１４の構成についてのみ説明する。
　図２は、第１歪センサ１４を拡大して示している。
　第１歪センサ１４は、起歪体１４ａ、薄膜抵抗体１４ｂ、１４ｃ、複数の薄膜配線１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊを具備している。
　起歪体１４ａは、例えば矩形状の弾性体（金属）、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）により構成されている。起歪体１４ａの形状、材料は、これに限定されるものではなく、セラミックス（例えばＳＵＳと線膨張係数が近いジルコニア）など、後述する溶接又はろう付けが可能な材料であればよい。
　起歪体１４ａは、薄膜抵抗体１４ｂ、１４ｃ、薄膜配線１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、第１固定部Ｃ１、Ｃ２、第２固定部Ｃ３、Ｃ４、伝達部１４ｋ、及び電極配置領域１４ｌと、を具備している。薄膜抵抗体の数は、２つに限定されるものではなく、例えば４つであってもよい。薄膜抵抗体の数、及び歪センサの数は、抵抗体により構成されるブリッジ回路の構成に応じて変更可能である。
　第１固定部Ｃ１、Ｃ２は、起歪体１４ａの長手方向の第１端部で、起歪体１４ａの短手方向の両端に設けられている。第２固定部Ｃ３、Ｃ４は、起歪体１４ａの長手方向のほぼ中間部で、起歪体１４ａの短手方向の両端に設けられている。
　伝達部１４ｋは、第１固定部Ｃ１、Ｃ２と第２固定部Ｃ３、Ｃ４の間に設けられ、電極配置領域１４ｌは、起歪体１４ａの長手方向の第２端部と第２固定部Ｃ３、Ｃ４の間とに設けられている。
　第１固定部Ｃ１、Ｃ２は、第１構造体１１に固定され、第１構造体１１と起歪体１４ａとの間で力を伝達する部分である。第２固定部Ｃ３、Ｃ４は、トルクセンサの第２構造体１２に固定され、第２構造体１２と起歪体１４ａとの間で力を伝達する部分である。
　第１固定部Ｃ１、Ｃ２と第１構造体１１との固定方法、及び第２固定部Ｃ３、Ｃ４と第２構造体１２との固定方法は、例えば溶接又はろう付けである。
　図１、図２に第１固定部Ｃ１、Ｃ２、第２固定部Ｃ３、Ｃ４として示す丸印は、接合位置（接合領域）を示している。図２において、２つの丸印を結ぶ破線（直線）は、伝達部１４ｋの範囲を便宜的に示している。
　伝達部１４ｋは、第１固定部Ｃ１、Ｃ２、第２固定部Ｃ３、Ｃ４との間で力を伝達する部分であり、伝達部１４ｋは、第１構造体１１及び第２構造体１２から受けた力に応じて変形する領域である。
　薄膜抵抗体１４ｂ、１４ｃは、伝達部１４ｋ内に第１固定部Ｃ１、Ｃ２の近傍に配置され、伝達部１４ｋの変形を電気信号に変換する。
　薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊは、第１固定部Ｃ１、Ｃ２、第２固定部Ｃ３、Ｃ４、伝達部１４ｋ以外の電極配置領域１４ｌで、起歪体１４ａの他端部近傍に配置されている。
　薄膜電極１４ｈ、１４ｉは、薄膜配線１４ｄ、１４ｅにより薄膜抵抗体１４ｂに接続され、薄膜電極１４ｉ、１４ｊは、薄膜配線１４ｆ、１４ｇにより薄膜抵抗体１４ｃに接続されている。薄膜電極１４ｉは、薄膜抵抗体１４ｂ、１４ｃに共通の電極である。
　尚、薄膜抵抗体の数、薄膜電極の数、及び薄膜抵抗体と薄膜電極とを接続する配線の数は、これに限定されるものではなく、変形可能である。
　図３、図４は、図１のＡ部を拡大して示している。
　第１構造体１１は、起歪体１４ａを収容するための第１凹部１１ａを有し、第２構造体１２は、起歪体１４ａを収容するための第２凹部１２ａを有している。第１凹部１１ａは第１底面１１ｂを有し、第２凹部１２ａは、第１底面１１ｂと同じ高さの第２底面１２ｂを有している。第１凹部１１ａ及び第２凹部１２ａは、必須の構成ではなく、省略することも可能である。
　起歪体１４ａは、第１固定部Ｃ１、Ｃ２において、第１構造体１１の第１底面１１ｂに接合され、第２固定部Ｃ３、Ｃ４において、第２構造体１２の第２底面１２ｂに接合される。
　第２構造体１２の第２凹部１２ａは、第３底面１２ｃと段部１２ｄとを有している。第３底面１２ｃは、第２底面１２ｂよりさらに低く、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌと対応している。段部１２ｄは、起歪体１４ａとの接触部としての第２底面１２ｂと、第３底面１２ｃとの間に位置し、この位置は、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の近くである。
　起歪体１４ａの裏面と第３底面１２ｃとの間には隙間があり、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌの裏面は、第３底面１２ｃから離れている。隙間は、例えば０．０５ｍｍ以下である。したがって、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌの裏面と、第３底面１２ｃとの間に摩擦力が生じない。
　図５は、第１実施形態の作用を示すものであり、第１構造体１１と第２構造体１２との間に力が伝達される場合を示している。
　第１構造体１１と第２構造体１２が図示矢印に示すように互いに逆方向に動き、第１固定部Ｃ１、Ｃ２及び第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が十分である場合、起歪体１４ａの伝達部１４ｋが変形し、薄膜抵抗体１４ｂ、１４ｃにより、歪みが検知される。この時、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌの裏面と第３底面１２ｃとの間に隙間があるため、これらの間に摩擦力が生じず、電極配置領域１４ｌは、第２構造体１２からの力を受けない。このため、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内において弱い場合においても、電極配置領域１４ｌは変形しない。したがって、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされたワイヤにも第２構造体１２からの力が伝達されず、これらの破損を防止できる。
　一方、従来のように、電極配置領域１４ｌの裏面全体が第２構造体１２の表面に接触している場合、電極配置領域１４ｌと第２構造体１２との摩擦力により、電極配置領域１４ｌは、第２構造体１２からの力を受ける。このため、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内において弱い場合、図５に破線で示すように、電極配置領域１４ｌが変形する。したがって、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされたワイヤが力を受け、破損する可能性がある。
　尚、起歪体１４ａの裏面と第３底面１２ｃとの間の隙間は、例えば０．０５ｍｍ以下であり、極めて狭い。このため、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに図示せぬワイヤをボンディングする際、起歪体１４ａが撓んで第３底面１２ｃに当接することができる。したがって、ワイヤを薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに十分な強度で接合させることが可能である。
　（第１実施形態の効果）
　上記第１実施形態によれば、第２構造体１２は、接触部としての第２底面１２ｂを有し、起歪体１４ａは、第２固定部Ｃ３、Ｃ４と段部１２ｄとの間の第２底面１２ｂに接触され、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌの裏面と第３底面１２ｃとの間には隙間がある。このため、第１構造体１１と第２構造体１２との間に力が伝達された場合において、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌは、第２構造体１２からの力を受けない。したがって、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内で弱い場合においても、電極配置領域１４ｌの変形を防止でき、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊの破損を防止できる。
　（第２実施形態）
　図６、図７は、第２実施形態を示している。第１実施形態において、第２構造体１２は、接触部との境界としての段部１２ｄを有し、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌは、第２構造体１２の第３底面１２ｃから離れていた。
　これに対して、第２実施形態において、第２構造体１２は、第２凹部１２ａ内にさらに第３凹部２１を有し、第３凹部２１の縁部うち、起歪体１４ａの長手方向に位置する２つの第２底面１２ｂが接触部として機能する。
　具体的には、第３凹部２１は、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌの中央部に対応して配置される。このため、電極配置領域１４ｌの大部分は第３凹部２１と対向しており第２底面１２ｂと接触せず、起歪体１４ａの第２固定部Ｃ３、Ｃ４の近傍が、第３凹部２１により２つに分けられた第２底面１２ｂの一方に接触し、起歪体１４ａの第２端部が２つに分けられた第２底面１２ｂの他方に接触される。
　上記構成において、第１構造体１１と第２構造体１２が互いに逆方向に動き、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内において弱い場合、起歪体１４ａは、第２固定部Ｃ３、Ｃ４と第３凹部２１との間の部分、及び起歪体１４ａの第２端部の裏面と、第２底面１２ｂとの間に僅かな摩擦力が生じる。しかし、電極配置領域１４ｌの大部分は、摩擦が生じないため第２構造体１２からの力を受けず、電極配置領域１４ｌは殆ど変形しない。したがって、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされた図示せぬワイヤにも第２構造体１２からの力が伝達されず、これらの破損を防止できる。
　また、起歪体１４ａの第２端部は、第２底面１２ｂ上に配置されているため、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに図示せぬワイヤをボンディングする際、起歪体１４ａを十分に保持することができる。したがって、ワイヤを薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに十分な強度で接合させることが可能である。
　（第２実施形態の効果）
　第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、第２実施形態によれば、起歪体１４ａの第２端部が第２凹部１２ａの第２底面１２ｂ上に配置されているため、起歪体１４ａを安定に保持することが可能である。
　（第３実施形態）
　図８、図９は、第３実施形態を示している。第２実施形態において、起歪体１４ａは、その第２端部が第２凹部１２ａの第２底面１２ｂの上に配置されている。
　これに対して、第３実施形態において、第２構造体１２は、起歪体１４ａの長手方向に沿った溝３１を有し、溝３１の両側が起歪体１４ａの長手方向の両側に接触する接触部として機能する。
　具体的には、第２構造体１２の第２底面には、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の近傍から、第２構造体１２の径方向に沿って、溝３１が形成されている。溝３１の幅は、起歪体１４ａの幅より狭い。このため、起歪体１４ａの長手方向に沿った両側が溝３１の両側の第２底面１２ｂに接触され、起歪体１４ａの大部分は、溝３１と対向し、第２底面１２ｂに接触しない。
　上記構成において、第１構造体１１と第２構造体１２が互いに逆方向に動き、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内において弱い場合、起歪体１４ａは、第２固定部Ｃ３、Ｃ４と溝３１との間の部分、及び起歪体１４ａの両側の裏面と、第２底面１２ｂとの間に僅かな摩擦力が生じる。しかし、電極配置領域１４ｌの大部分は、摩擦が生じないため第２構造体１２からの力を受けず、電極配置領域１４ｌは殆ど変形しない。したがって、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされたワイヤにも第２構造体１２からの力が伝達されず、これらの破損を防止できる。
　また、起歪体１４ａの両側は、第２底面１２ｂ上に配置されているため、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに図示せぬワイヤをボンディングする際、起歪体１４ａを十分に保持することができる。したがって、ワイヤを薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに十分な強度で接合させることが可能である。
　（第３実施形態の効果）
　第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、第３実施形態によれば、起歪体１４ａの両側が第２底面１２ｂ上に配置されているため、起歪体１４ａを安定に保持することが可能である。
　（第４実施形態）
　図１０、図１１は、第４実施形態を示している。第３実施形態は、起歪体１４ａの両側が第２底面１２ｂ上に配置されていた。
　これに対して、第４実施形態は、第１実施形態を変形するものであり、起歪体１４ａの第２端部の近傍に点接触する接触部としての第１突起４１を具備している。
　具体的には、第１突起４１は、段部１２ｄにより形成された第３底面１２ｃに設けられている。第１突起４１は、例えばノックピンであるが、これに限定されるものではない。第１突起４１の第１端部は、第２構造体１２に挿入され、第２端部の表面は、例えば球面状に加工されており、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌの裏面に点接触される。点接触する位置は、例えば電極配置領域１４ｌの薄膜電極１４ｉが配置された位置に対応している。
　上記構成において、第１構造体１１と第２構造体１２が互いに逆方向に動き、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内において弱い場合、起歪体１４ａは、第２固定部Ｃ３、Ｃ４と段部１２ｄとの間の部分、及び起歪体１４ａの裏面に点接触した第１突起４１との間に僅かな摩擦力が生じる。しかし、電極配置領域１４ｌの大部分は、摩擦が生じないため第２構造体１２からの力を受けず、電極配置領域１４ｌは殆ど変形しない。したがって、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされたワイヤにも第２構造体１２からの力が伝達されず、これらの破損を防止できる。
　また、起歪体１４ａは、第１突起４１により支えられているため、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに図示せぬワイヤをボンディングする際、起歪体１４ａを十分に保持することができる。したがって、ワイヤを薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに十分な強度で接合させることが可能である。
　（第４実施形態の効果）
　第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、第４実施形態によれば、起歪体１４ａは、第１突起４１により支えられているため、起歪体１４ａを安定に保持することが可能である。
　（第５実施形態）
　図１２、図１３は、第５実施形態を示している。第４実施形態において、起歪体１４ａの裏面は、第１突起４１に点接触されていた。
　これに対して、第５実施形態は、起歪体１４ａの第２端部の近傍に線接触する接触部としての第２突起５１を具備している。
　具体的には、第２突起５１は、例えば円柱である。第２構造体１２の段部１２ｄにより形成された第３底面１２ｃには、起歪体１４ａの長手方向と交差する方向に溝１２ｅが設けられている。第２突起５１は、円柱の軸が起歪体１４ａの長手方向と交差する方向に溝１２ｅ内に収容される。溝１２ｅの深さは、円柱のほぼ半径と等しく、円柱の第２突起５１のほぼ半分は、溝１２ｅから突出され、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌの裏面に線接触される。線接触する位置は、例えば電極配置領域１４ｌの薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊが配置された位置に沿っている。
　上記構成において、第１構造体１１と第２構造体１２が互いに逆方向に動き、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内において弱い場合、起歪体１４ａは、第２固定部Ｃ３、Ｃ４と段部１２ｄとの間の部分、及び起歪体１４ａの裏面に線接触した第２突起５１との間に僅かな摩擦力が生じる。しかし、電極配置領域１４ｌの大部分は、摩擦が生じないため第２構造体１２からの力を受けず、電極配置領域１４ｌは殆ど変形しない。したがって、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされたワイヤにも第２構造体１２からの力が伝達されず、これらの破損を防止できる。
　また、起歪体１４ａは、第２突起５１により支えられているため、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに図示せぬワイヤをボンディングする際、起歪体１４ａを十分に保持することができる。したがって、ワイヤを薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに十分な強度で接合させることが可能である。
　（第５実施形態の効果）
　第５実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、第５実施形態によれば、起歪体１４ａは、起歪体１４ａに線接触する第２突起５１により支えられているため、起歪体１４ａをより安定に保持することが可能である。
　（第６実施形態）
　図１４、図１５は、第６実施形態を示している。第５実施形態において、第２突起５１の形状は円柱であった。
　これに対して、第６実施形態は、起歪体１４ａの第２端部の近傍に低摩擦係数の材料により形成された接触部としての第３突起６１を具備している。第３突起６１の形状は、例えば四角柱である。
　低摩擦係数の材料により形成された四角柱の第３突起６１は、その軸が起歪体１４ａの長手方向と交差する方向に溝１２ｅ内に収容される。溝１２ｅの深さは、四角柱の一辺の長さのほぼ半分であり、四角柱の第３突起６１のほぼ半分は、溝１２ｅから突出し、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌの裏面に面接触される。面接触する位置は、例えば電極配置領域１４ｌの薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊが配置された位置に沿っている。
　低摩擦係数の材料としては、例えばフッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、ナイロン樹脂（ポリアミド（ＰＡ））などの樹脂、又は無電解ニッケルメッキが施された金属や、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コートされた金属、含油焼結金属を適用することが可能である。含油焼結金属は、例えばグラファイト微粉末を含む銅系金属からなる多孔質焼結体に油を含ませたものである。
　上記構成において、第１構造体１１と第２構造体１２が互いに逆方向に動き、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内において弱い場合、起歪体１４ａは、第２固定部Ｃ３、Ｃ４と溝３１との間の部分、及び起歪体１４ａの裏面に面接触した低摩擦係数の第３突起６１との間に僅かな摩擦力が生じる。しかし、電極配置領域１４ｌの大部分は、摩擦が生じないため第２構造体１２からの力を受けず、電極配置領域１４ｌは殆ど変形しない。したがって、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされたワイヤにも第２構造体１２からの力が伝達されず、これらの破損を防止できる。
　また、起歪体１４ａは、面接触された第３突起６１により支えられているため、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに図示せぬワイヤをボンディングする際、起歪体１４ａを十分に保持することができる。したがって、ワイヤを薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに十分な強度で接合させることが可能である。
　（第６実施形態の効果）
　第６実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、第６実施形態によれば、起歪体１４ａは、起歪体１４ａに面接触する第３突起６１により支えられているため、起歪体１４ａをより一層安定に保持することが可能である。
　（第７実施形態）
　図１６、図１７は、第７実施形態を示している。上記第１乃至第６実施形態は、起歪体１４ａと第２構造体１２との摩擦力を低減させるため、第２構造体１２側の構成を改良した。
　これに対して、第７実施形態は、第２構造体１２に代わり起歪体１４ａの構成を改良している。
　具体的には、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌは、平坦な第２底面１２ｂに接触して配置され、起歪体１４ａは、電極配置領域１４ｌの一部にくびれ部７１を有している。くびれ部７１は、例えば第２固定部Ｃ３、Ｃ４と薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊとの間に設けられる。くびれ部７１は、電極配置領域１４ｌの他の部分より狭い面積を有している。このため、電極配置領域１４ｌと第２構造体１２の第２底面１２ｂとの接触面積が減少されている。
　上記構成において、第１構造体１１と第２構造体１２が互いに逆方向に動き、第２固定部Ｃ３、Ｃ４の固定力又は剛性が許容範囲内において弱い場合、起歪体１４ａの電極配置領域１４ｌは、第２構造体１２の第２底面１２ｂとの間に僅かな摩擦力が生じる。しかし、くびれ部７１によりくびれ部７１がない場合に比べて摩擦力が低減されている。しかも、くびれ部７１の幅は、電極配置領域１４ｌの他の部分の幅より狭いため、この部分が変形可能とされている。このため、摩擦力によりくびれ部７１が変形し、電極配置領域１４ｌの変形が防止される。したがって、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされたワイヤにも第２構造体１２からの力が伝達されず、これらの破損を防止できる。
　また、電極配置領域１４ｌは、第２底面１２ｂにより支えられているため、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに図示せぬワイヤをボンディングする際、電極配置領域１４ｌを十分に保持することができる。したがって、ワイヤを薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊに十分な強度で接合させることが可能である。
　（第７実施形態の効果）
　第７実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、第７実施形態によれば、くびれ部７１が変形することにより、電極配置領域１４ｌに配置された薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊや、薄膜電極１４ｈ、１４ｉ、１４ｊにボンディングされたワイヤへ第２構造体１２からの力が伝達されることを防止できる。したがって、これらの破損をより一層防止することが可能である。
　その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (8)

  1. 　第１構造体と、
    　前記第１構造体の内側に前記第１構造体と同心状に配置された第２構造体と、
    　前記第１構造体と前記第２構造体を連結する複数の第３構造体と、
    　前記第３構造体以外の位置で前記第１構造体と前記第２構造体との間に固定された第１歪みセンサ及び第２歪センサと、を具備し、
    　前記第１歪みセンサ及び第２歪センサのそれぞれは、
    　第１端部と、第２端部と、前記第１端部と前記第２端部との間の中間部とを有し、前記第１端部が前記第１構造体の表面に固定され、前記中間部が前記第２構造体の表面に固定され、前記第２端部が前記第２構造体の表面に位置する矩形状の起歪体と、
    　前記起歪体の前記第１端部と前記中間部との間の表面に設けられた薄膜抵抗体と、
    　前記起歪体の前記第２端部と前記中間部との間に位置する前記起歪体の表面に設けられ、前記薄膜抵抗体に電気的に接続された薄膜電極と、を具備し、
    　前記第２構造体と前記起歪体の一方に設けられ、前記起歪体の前記中間部と前記第２端部との間の一部分に接触する接触部、又は前記第２構造体の一部に接触する接触部を具備することを特徴とするトルクセンサ。
  2. 　前記第２構造体は、前記起歪体の前記中間部の近傍に対応して設けられた前記接触部としての段部を具備することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  3. 　前記第２構造体は、前記起歪体の前記中間部と前記第２端部との間に対応して設けられた凹部を具備し、前記凹部の縁部が前記接触部であることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  4. 　前記第２構造体は、前記起歪体の長手方向に沿った溝を具備し、前記溝の長手方向に沿った両側が前記起歪体の長手方向の両側に接触する前記接触部であることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  5. 　前記第２構造体は、前記起歪体の前記第２端部の近傍と対応する位置に、前記起歪体に点接触する前記接触部としての第１突起を具備することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  6. 　前記第２構造体は、前記起歪体の前記第２端部の近傍と対応する位置に、前記起歪体に線接触する前記接触部としての第２突起を具備することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  7. 　前記第２構造体は、前記起歪体の前記第２端部の近傍と対応する位置に、前記起歪体に接触する低摩擦係数の材料により形成された接触部としての第３突起を具備することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  8. 　前記起歪体の前記中間部と前記第２端部は、前記第２構造体の平坦な面に接触して配置され、前記起歪体は、前記中間部と前記薄膜電極の間に幅の狭いくびれ部を有することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
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