力传感器
阅读：271发布：2020-05-12
专利汇可以提供力传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种小型且具有高刚性、并能够实现高生产效率的 力 传感器 。所述力传感器具备：作用 支撑 体(70)，受到成为检测对象的力的作用；环状 变形 体(40，50)，具有沿着预定的基本环状路(R)伸展的环状构造，并具有位于在所述基本环状路上定义的检测点(Q1～Q4)的检测部(D1～D4；DD)和位于该检测部的两侧的连结部(L1～L4；L)；固定支撑体(20)，支撑所述环状变形体(40，50)；作用连接构件(71，72)，所述作用支撑体(70)连接于所述环状变形体(40，50)的作用连接点(P71，P72)的 位置 ；以及固定连接构件(21，22)，将所述环状变形体(40，50)的固定连接点(P21，P22)的位置固定于所述固定支撑体(20)。，下面是力传感器专利的具体信息内容。
1.一种力传感器，检测XYZ三维正交坐标系内的预定方向的力，其特征在于，所述力传感器具备：
作用支撑体(70)，受到成为检测对象的力的作用；
环状变形体(40，50)，具有沿着预定的基本环状路(R)伸展的环状构造，并具有位于在所述基本环状路上定义的检测点(Q1～Q4)的检测部(D1～D4；DD)和位于该检测部的两侧的连结部(L1～L4；L)；
固定支撑体(20)，支撑所述环状变形体(40，50)；
作用连接构件(71，72)，将所述作用支撑体(70)连接于所述环状变形体(40，50)的作用连接点(P71，P72)的位置；
固定连接构件(21，22)，将所述环状变形体(40，50)的固定连接点(P21，P22)的位置固定于所述固定支撑体(20)；
检测元件(r1～r4)，检测所述检测部(D1～D4；DD)所产生的弹性变形；以及检测电路(108)，基于所述检测元件(r1～r4)的检测结果，输出表示在向所述作用支撑体(70)以及所述固定支撑体(20)的一方施加负荷的状态下向另一方作用的力的电信号；
所述作用连接点(P71，P72)以及所述固定连接点(P21，P22)配置于所述连结部(L1～L4；L)的彼此不同的位置；
所述检测部(D1～D4；DD)具有通过成为检测对象的力的作用产生弹性变形的板状变形部(41)，所述检测元件(r1～r4)检测所述板状变形部(41)所产生的弹性变形。
2.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于，
当将XY平面设为水平面，将Z轴设为朝向垂直上方的轴时，
环状变形体(40，50)具有以Z轴为中心轴并沿着位于XY平面的基本环状路(R)伸展的环状构造，
板状变形部(41)的一端在所述XY平面的上方连接于连结部(L1～L4；L)，另一端在所述XY平面的下方连接于连结部(L1～L4；L)。
3.根据权利要求1或2所述的力传感器，其特征在于，
固定支撑体(20)由相对于环状变形体(40，50)隔开预定间隔配置的环状构件构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的力传感器，其特征在于，
在基本环状路(R)上定义多个n个(n≥2)检测点(Q1～Q4)，检测部(D1～D4；DD)分别位于各检测点，环状变形体(40；50)通过将n个检测部(D1～D4；DD)与n个连结部(L1～L4；L)沿着基本环状路(R)交替配置来构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的力传感器，其特征在于，
检测元件由在产生检测部(D1～D4；DD)的弹性变形的位置固定的应变仪(r1～r4)构成，
检测电路(108)基于所述应变仪(r1～r4)的电阻的变动，输出表示作用的力的电信号。
力传感器
技术领域
背景技术
[0003] 检测绕预定的旋转轴作用的扭矩的扭矩传感器广泛应用于各种输送机械、工业机械。例如，在下述的专利文献1中，公开了利用应变计来检测由扭矩的作用产生的机械变形的类型的扭矩传感器。另外，在专利文献2中公开了在主轴表面通过镀金处理形成磁致伸缩膜并通过测定该磁致伸缩膜的磁特性的变化来检测作用于主轴的扭矩的传感器。另外，在专利文献3中公开了在扭杆的端部设置磁产生部并使用集磁环来检测由该磁产生部产生的磁的磁通密度的变化的类型的扭矩传感器，在专利文献4中公开了以使N极与S极沿周向交替排列的方式呈圆筒状配置多个磁铁并检测由这些磁铁产生的磁场的类型的扭矩传感器。
[0004] 另一方面，也提出了通过扭矩的作用使环状构件的形状变形、电检测其变形样态的扭矩传感器。例如，在专利文献5中，公开了准备通过扭矩的作用使环状构件的形状沿径向变形的连杆机构并利用负载传感器检测由于环状构件的变形朝其径向施加的力的扭矩传感器，在专利文献6中，公开了利用应变片(strain gauge)来检测环状构件的各部分的伸缩状态的扭矩传感器。
[0005] 另外，例如在专利文献7、8中，公开了作为对构造体各部分所产生的位移进行电检测的机构而使用电容元件的方法。电容元件能够由相对的一对电极构成，能够将两电极间的距离检测为静电电容值，因此适合作为传感器用的位移检测机构。对此，在专利文献9中提出了通过扭矩的作用使环状构件的形状变形、并利用电容元件来检测以该变形为起因而产生的各部分的位移的扭矩传感器。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1：日本特开2009-058388号公报
[0009] 专利文献2：日本特开2007-024641号公报
[0010] 专利文献3：日本特开2009-244134号公报
[0011] 专利文献4：日本特开2006-292423号公报
[0012] 专利文献5：日本特开2000-019035号公报
[0013] 专利文献6：日本特开昭63-075633号公报
[0014] 专利文献7：日本特开2009-210441号公报
[0015] 专利文献8：日本特开平05-312659号公报
[0016] 专利文献9：国际公开第WO2012/018031号公报
发明内容
[0017] 发明要解决的技术问题
[0018] 在工业界，要求小型且具有高刚性、构造简单的扭矩传感器。尤其是，在使用机械臂进行自动组装的工业设备中，监视并控制在臂的前端部产生的力是不可或缺的。为了稳定进行这样的扭矩反馈型的控制，以电学观点而言，需要确保信号处理的高速响应性，并且以机械观点而言，需要使传感器构造体确保高刚性。
[0019] 在这样的观点下，上述的专利文献9所公开的扭矩传感器(以下，在本申请中称作“在先申请扭矩传感器”)作为小型且具有高刚性的传感器的资质优良。在该在先申请扭矩传感器中，产生弹性变形的环状变形体的预定点被配置于左右两侧的支撑体支撑。然后，采用将环状变形体所产生的径向的变形检测为电容元件的静电电容值的变化的方法。具体来说，采用构成电容元件的一方的电极(位移电极)形成于环状变形体的内侧面或外侧面、与之相对的另一方的电极(固定电极)固定于支撑体的构造。因此，能够实现小型且具有高刚性、构造简单的扭矩传感器。
[0020] 然而，在该在先申请扭矩传感器中，位移电极形成于环状变形体的内侧面或外侧面就足够，但固定电极需要支撑固定在与该位移电极相对的位置，因此固定电极的构造不得不变得复杂。并且，固定电极相对于位移电极的相对位置成为对检测精度造成影响的重大因素，因此在固定电极的位置调整中需要较大的作业负担。尤其是，在将多个电容元件配置为具有对称性并使用它们进行差值检测的情况下，需要以各个电容元件为单位进行如下调整，即，使相对电极变得平行，并且针对多个电容元件的电极间隔彼此相等。因此，在商业利用的情况下，存在生产效率降低、成本高涨这样的问题。
[0021] 对此，本发明的目的在于，提供一种小型且具有高刚性、能够实现高生产效率的扭矩传感器。
[0022] 用于解决技术问题的技术方案
[0023] (1)本发明的第一方案涉及一种检测绕预定的旋转轴的扭矩的扭矩传感器，
[0024] 扭矩传感器具备：
[0025] 环状变形体，在与旋转轴正交的基本平面上以包围旋转轴的周围的方式定义基本环状路时，该环状变形体沿着该基本环状路伸展；
[0026] 左侧支撑体，在从旋转轴成为沿左右伸展的水平线那样的基准观察方向观察时，该左侧支撑体配置在与环状变形体的左侧邻接的位置；
[0027] 右侧支撑体，在从基准观察方向观察时，该右侧支撑体配置在与环状变形体的右侧邻接的位置；
[0028] 左侧连接构件，将环状变形体的左侧的侧面上的左侧连接点连接于左侧支撑体；
[0029] 右侧连接构件，将环状变形体的右侧的侧面上的右侧连接点连接于右侧支撑体；
[0030] 电容元件，由固定于环状变形体的右侧的侧面的预定位置的位移电极以及固定于右侧支撑体的与位移电极相对的位置的固定电极构成；以及
[0032] 环状变形体具有位于在基本环状路上定义的检测点的检测部、以及与该检测部的两端连接的连结部，
[0033] 检测部具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第一变形部、通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第二变形部、以及通过第一变形部以及第二变形部的弹性变形产生位移的位移部，
[0034] 第一变形部的外侧端与同其邻接的连结部连接，第一变形部的内侧端与位移部连接，第二变形部的外侧端与同其邻接的连结部连接，第二变形部的内侧端与位移部连接，[0035] 位移电极固定在位移部的与右侧支撑体相对的位置，
[0036] 左侧连接点以及右侧连接点配置于连结部，左侧连接点朝向基本平面的正射影投影像与右侧连接点朝向基本平面的正射影投影像形成于彼此不同的位置。
[0037] (2)本发明的第二方案在上述的第一方案的扭矩传感器的基础上，
[0038] 在基本环状路上定义多个n个(n≥2)检测点，检测部分别位于各检测点，环状变形体通过将n个检测部与n个连结部沿着基本环状路交替配置来构成。
[0039] (3)本发明的第三方案在上述的第二方案的扭矩传感器的基础上，
[0040] 在基本环状路上定义偶数n个(n≥2)检测点，检测部分别位于各检测点，环状变形体通过将n个检测部与n个连结部沿着基本环状路交替配置来构成。
[0041] (4)本发明的第四方案在上述的第三方案的扭矩传感器的基础上，
[0042] 在相对于偶数n个连结部沿着基本环状路依次赋予编号时，右侧连接点配置于第奇数个连结部，左侧连接点配置于第偶数个连结部。
[0043] (5)本发明的第五方案在上述的第四方案的扭矩传感器的基础上，
[0044] 通过设定为n＝2，沿着基本环状路将第一连结部、第一检测部、第二连结部、第二检测部按照该顺序配置，由此构成环状变形体，右侧连接点配置于第一连结部，左侧连接点配置于第二连结部。
[0045] (6)本发明的第六方案在上述的第四方案的扭矩传感器的基础上，
[0046] 通过设定为n＝4，沿着基本环状路将第一连结部、第一检测部、第二连结部、第二检测部、第三连结部、第三检测部、第四连结部、第四检测部按照该顺序配置，由此构成环状变形体，第一右侧连接点配置于第一连结部，第一左侧连接点配置于第二连结部，第二右侧连接点配置于第三连结部，第二左侧连接点配置于第四连结部，
[0047] 左侧连接构件具有连接第一左侧连接点与左侧支撑体的第一左侧连接构件、以及连接第二左侧连接点与左侧支撑体的第二左侧连接构件，
[0048] 右侧连接构件具有连接第一右侧连接点与右侧支撑体的第一右侧连接构件、以及连接第二右侧连接点与右侧支撑体的第二右侧连接构件。
[0049] (7)本发明的第七方案在上述的第六方案的扭矩传感器的基础上，
[0050] 在基本平面上，通过与旋转轴的交点而引出彼此正交的两条直线的情况下，第一左侧连接点以及第二左侧连接点的正射影投影像配置在第一直线上，第一右侧连接点以及第二右侧连接点的正射影投影像配置在第二直线上。
[0051] (8)本发明的第八方案在上述的第六方案的扭矩传感器的基础上，
[0052] 为了检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，环状变形体配置在以原点O为中心成为基本平面的XY平面上，左侧支撑体配置于Z轴负区域，右侧支撑体配置于Z轴正区域，[0053] 在环状变形体的Z轴负侧的侧面上设置第一左侧连接点以及第二左侧连接点，在环状变形体的Z轴正侧的侧面上设置第一右侧连接点以及第二右侧连接点，
[0054] 在环状变形体的两侧面朝XY平面上投影而获得正射影投影像的情况下，第一右侧连接点的投影像配置在正的X轴上，第二右侧连接点的投影像配置在负的X轴上，第一左侧连接点的投影像配置在正的Y轴上，第二左侧连接点的投影像配置在负的Y轴上，
[0055] 在XY平面上，作为以原点O为中心使X轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义V轴，作为以原点O为中心使Y轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义W轴的情况下，第一检测点配置在正的V轴上，第二检测点配置在正的W轴上，第三检测点配置在负的V轴上，第四检测点配置在负的W轴上。
[0056] (9)本发明的第九方案在上述的第四方案的扭矩传感器的基础上，
[0057] 通过设定为n＝8，沿着基本环状路将第一连结部、第一检测部、第二连结部、第二检测部、第三连结部、第三检测部、第四连结部、第四检测部、第五连结部、第五检测部、第六连结部、第六检测部、第七连结部、第七检测部、第八连结部、第八检测部按照该顺序配置，由此构成环状变形体，第一左侧连接点配置于第一连结部，第一右侧连接点配置于第二连结部，第二左侧连接点配置于第三连结部，第二右侧连接点配置于第四连结部，第三左侧连接点配置于第五连结部，第三右侧连接点配置于第六连结部，第四左侧连接点配置于第七连结部，第四右侧连接点配置于第八连结部，
[0058] 左侧连接构件具有连接第一左侧连接点与左侧支撑体的第一左侧连接构件、连接第二左侧连接点与左侧支撑体的第二左侧连接构件、连接第三左侧连接点与左侧支撑体的第三左侧连接构件、连接第四左侧连接点与左侧支撑体的第四左侧连接构件，
[0059] 右侧连接构件具有连接第一右侧连接点与右侧支撑体的第一右侧连接构件、连接第二右侧连接点与右侧支撑体的第二右侧连接构件、连接第三右侧连接点与右侧支撑体的第三右侧连接构件、以及连接第四右侧连接点与右侧支撑体的第四右侧连接构件。
[0060] (10)本发明的第十方案在上述的第九方案的扭矩传感器的基础上，
[0061] 在基本平面上，通过与旋转轴的交点引出各具有45°的角度偏差并交叉的四条直线的情况下，第一左侧连接点以及第三左侧连接点的正射影投影像配置在第一直线上，第一右侧连接点以及第三右侧连接点的正射影投影像配置在第二直线上，第二左侧连接点以及第四左侧连接点的正射影投影像配置在第三直线上，第二右侧连接点以及第四右侧连接点的正射影投影像配置在第四直线上。
[0062] (11)本发明的第十一方案在上述的第九方案的扭矩传感器的基础上，
[0063] 为了检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，环状变形体配置在以原点O为中心成为基本平面的XY平面上，左侧支撑体配置于Z轴负区域，右侧支撑体配置于Z轴正区域，[0064] 在环状变形体的Z轴负侧的侧面上设置第一左侧连接点～第四左侧连接点，在环状变形体的Z轴正侧的侧面上设置第一右侧连接点～第四右侧连接点，
[0065] 在XY平面上，作为以原点O为中心使X轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义V轴，作为以原点O为中心使Y轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义W轴，并将环状变形体的两侧面朝XY平面上投影而获得正射影投影像的情况下，第一左侧连接点的投影像配置在正的X轴上，第二左侧连接点的投影像配置在正的Y轴上，第三左侧连接点的投影像配置在负的X轴上，第四左侧连接点的投影像配置在负的Y轴上，第一右侧连接点的投影像配置在正的V轴上，第二右侧连接点的投影像配置在正的W轴上，第三右侧连接点的投影像配置在负的V轴上，第四右侧连接点的投影像配置在负的W轴上，
[0066] 在XY平面上，定义以原点O为起点相对于X轴正方向绕逆时针形成角度θ的方向矢量Vec(θ)时，第i个检测点(1≤i≤8)配置在方向矢量Vec(π/8+(i-1)·π/4)与基本环状路(R)的交点位置。
[0067] (12)本发明的第十二方案在上述的第二方案～第十一方案的扭矩传感器的基础上，
[0068] 多个n个检测部中的一部分是第一属性的检测部，其它的一部分是第二属性的检测部，
[0069] 构成第一属性的检测部的第一属性位移部在作用有第一旋转方向的扭矩时朝远离右侧支撑体的方向位移，在作用有与第一旋转方向相反的第二旋转方向的扭矩时朝靠近右侧支撑体的方向位移，
[0070] 构成第二属性的检测部的第二属性位移部在作用有第一旋转方向的扭矩时朝靠近右侧支撑体的方向位移，在作用有第二旋转方向的扭矩时朝远离右侧支撑体的方向位移，
[0071] 利用固定于第一属性位移部的第一属性位移电极与固定于右侧支撑体的同第一属性位移电极相对的位置的第一属性固定电极构成第一属性电容元件，
[0072] 利用固定于第二属性位移部的第二属性位移电极与固定于右侧支撑体的同第二属性位移电极相对的位置的第二属性固定电极构成第二属性电容元件，
[0073] 检测电路将与第一属性电容元件的静电电容值和第二属性电容元件的静电电容值之差相当的电信号输出为表示作用的扭矩的电信号。
[0074] (13)本发明的第十三方案在上述的第一方案～第十二方案的扭矩传感器的基础上，
[0075] 具有第一变形部、第二变形部、位移部的检测部配置在一方的连结部端部与另一方的连结部端部之间，
[0076] 第一变形部由具有挠性的第一板状片构成，第二变形部由具有挠性的第二板状片构成，位移部由第三板状片构成，
[0077] 第一板状片的外侧端与一方的连结部端部连接，第一板状片的内侧端与第三板状片的一端连接，第二板状片的外侧端与另一方的连结部端部连接，第二板状片的内侧端与第三板状片的另一端连接。
[0078] (14)本发明的第十四方案在上述的第十三方案的扭矩传感器的基础上，
[0079] 在没有作用扭矩的状态下，第三板状片与右侧支撑体的相对面维持平行。
[0080] (15)本发明的第十五方案在上述的第十四方案的扭矩传感器的基础上，
[0081] 在检测点的位置竖立与基本平面正交的法线时，构成位于该检测点的检测部的第一板状片以及第二板状片相对于法线倾斜，并且第一板状片的倾斜方向与第二板状片的倾斜方向成为相反朝向。
[0082] (16)本发明的第十六方案在上述的第一方案～第十五方案的扭矩传感器的基础上，
[0083] 在定义了通过左侧连接点与旋转轴平行的连接参照线时，在环状变形体的连结部的右侧的侧面与右侧支撑体的相对面之间，还设有在连接参照线上或其附近配置的辅助连接构件。
[0084] (17)本发明的第十七方案在上述的第十六方案的扭矩传感器的基础上，
[0085] 作为辅助连接构件，使用在与连接参照线正交的方向上作用力时比在沿着连接参照线的方向上作用力时容易产生弹性变形的构件。
[0086] (18)本发明的第十八方案在上述的第十六方案或者第十七方案的扭矩传感器的基础上，
[0087] 环状变形体相对于辅助连接构件的连接部分、或右侧支撑体相对于辅助连接构件的连接部分、或者这些连接部分的双方由隔板部构成，通过基于扭矩的作用的隔板部的变形使辅助连接构件相对于连接参照线倾斜。
[0088] (19)本发明的第十九方案在上述的第十八方案的扭矩传感器的基础上，
[0089] 环状变形体相对于辅助连接构件的连接部分由隔板部构成，
[0090] 左侧连接构件避开环状变形体的隔板部而与其周围的部分连接。
[0091] (20)本发明的第二十方案在上述的第一方案～第十九方案的扭矩传感器的基础上，
[0092] 作为左侧支撑体以及右侧支撑体，使用在中心部具有贯通开口部的环状的构造体，确保沿着旋转轴贯穿左侧支撑体、环状变形体、右侧支撑体的各贯通开口部的插入孔。
[0093] (21)本发明的第二十一方案在上述的第一方案～第二十方案的扭矩传感器的基础上，
[0094] 环状变形体是相对于通过在以旋转轴为中心轴配置的圆盘的中央部形成呈更小直径的同心圆盘的形状的贯通开口部来获得的圆环状的构件，实施局部的材料除去加工而获得的构件，利用实施了材料除去加工的部分来构成检测部。
[0095] (22)本发明的第二十二方案在上述的第一方案～第二十一方案的扭矩传感器的基础上，
[0096] 左侧支撑体以及右侧支撑体由通过在以旋转轴为中心轴配置的圆盘的中央部形成呈更小直径的同心圆盘的形状的贯通开口部来获得的圆环状的构件构成。
[0097] (23)本发明的第二十三方案在上述的第一方案～第二十二方案的扭矩传感器的基础上，
[0098] 左侧连接构件由从左侧支撑体的右侧面朝右方突出的凸状部构成，右侧连接构件由从右侧支撑体的左侧面朝左方突出的凸状部构成，各凸状部的顶面与环状变形体的各连接点的位置接合。
[0099] (24)本发明的第二十四方案在上述的第一方案～第二十三方案的扭矩传感器的基础上，
[0100] 将固定电极以及位移电极中的一方的面积设定得比另一方的面积大，使得即便在作用有预定旋转方向的扭矩的结果是位移电极相对于固定电极的相对位置发生变化的情况下，构成电容元件的一对电极的有效相对面积也不发生变化。
[0101] (25)本发明的第二十五方案在上述的第一方案～第二十四方案的扭矩传感器的基础上，
[0102] 左侧支撑体、右侧支撑体、环状变形体由导电性材料构成，位移电极隔着绝缘层形成于位移部的表面，固定电极隔着绝缘层形成于右侧支撑体的表面。
[0103] (26)本发明的第二十六方案在上述的第一方案～第二十四方案的扭矩传感器的基础上，
[0104] 左侧支撑体、右侧支撑体、环状变形体由导电性材料构成，利用环状变形体的表面的一部分的区域构成位移电极，或者利用右侧支撑体的表面的一部分的区域构成固定电极。
[0105] (27)本发明的第二十七方案涉及一种检测绕预定的旋转轴的扭矩的扭矩传感器，[0106] 扭矩传感器具备：
[0107] 环状变形体，在与旋转轴正交的基本平面上以包围旋转轴的周围的方式定义基本环状路时，该环状变形体沿着该基本环状路伸展；
[0108] 作用支撑体，在从旋转轴成为沿左右伸展的水平线那样的基准观察方向观察时，该作用支撑体配置在与环状变形体的左侧邻接的位置；
[0109] 固定支撑体，在从基准观察方向观察时，该固定支撑体配置在与环状变形体的右侧邻接的位置；
[0110] 作用连接构件，将设于环状变形体的预定位置的作用连接点连接于作用支撑体；
[0111] 固定连接构件，将设于环状变形体的预定位置的固定连接点连接于固定支撑体；
[0112] 电容元件，由固定于环状变形体的右侧的侧面的预定位置的位移电极以及固定于固定支撑体的与位移电极相对的位置的固定电极构成；以及
[0113] 检测电路，基于电容元件的静电电容值的变动，输出表示在向作用支撑体以及固定支撑体的一方施加负荷的状态下向另一方作用的绕旋转轴的扭矩的电信号，
[0114] 环状变形体具有位于在基本环状路上定义的检测点的检测部、以及与该检测部的两端连接的连结部，
[0115] 检测部具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第一变形部、通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第二变形部、以及通过第一变形部以及第二变形部的弹性变形产生位移的位移部，
[0116] 第一变形部的外侧端与同其邻接的连结部连接，第一变形部的内侧端与位移部连接，第二变形部的外侧端与同其邻接的连结部连接，第二变形部的内侧端与位移部连接，[0117] 位移电极固定在位移部的与固定支撑体相对的位置，
[0118] 作用连接点以及固定连接点配置于连结部，作用连接点朝向基本平面的正射影投影像与固定连接点朝向基本平面的正射影投影像形成于彼此不同的位置。
[0119] (28)本发明的第二十八方案涉及一种检测绕预定的旋转轴的扭矩的扭矩传感器，[0120] 扭矩传感器具备：
[0121] 环状变形体，在与旋转轴正交的基本平面上以包围旋转轴的周围的方式定义基本环状路时，该环状变形体沿着该基本环状路伸展；
[0122] 作用支撑体，配置在与环状变形体的外侧或内侧邻接的位置；
[0123] 固定支撑体，在从旋转轴成为沿左右伸展的水平线那样的基准观察方向观察时，该固定支撑体配置在与环状变形体的右侧邻接的位置；
[0124] 作用连接构件，将设于环状变形体的预定位置的作用连接点连接于作用支撑体；
[0125] 固定连接构件，将设于环状变形体的预定位置的固定连接点连接于固定支撑体；
[0126] 电容元件，由固定于环状变形体的右侧的侧面的预定位置的位移电极以及固定于固定支撑体的与位移电极相对的位置的固定电极构成；以及
[0127] 检测电路，基于电容元件的静电电容值的变动，输出表示在向作用支撑体以及固定支撑体的一方施加负荷的状态下向另一方作用的绕旋转轴的扭矩的电信号，
[0128] 环状变形体具有位于在基本环状路上定义的检测点的检测部、以及与该检测部的两端连接的连结部，
[0129] 检测部具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第一变形部、通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第二变形部、以及通过第一变形部以及第二变形部的弹性变形产生位移的位移部，
[0130] 第一变形部的外侧端连接于与其邻接的连结部，第一变形部的内侧端连接于位移部，第二变形部的外侧端连接于与其邻接的连结部，第二变形部的内侧端连接于位移部，[0131] 位移电极固定于位移部的与固定支撑体相对的位置，
[0132] 作用连接点以及固定连接点配置于连结部，作用连接点朝向基本平面的正射影投影像与固定连接点朝向基本平面的正射影投影像形成于彼此不同的位置。
[0133] (29)本发明的第二十九方案涉及一种检测绕预定的旋转轴的扭矩的扭矩传感器，[0134] 扭矩传感器具备：
[0135] 环状变形体，在与旋转轴正交的基本平面上以包围旋转轴的周围的方式定义基本环状路时，该环状变形体沿着该基本环状路伸展；
[0136] 作用支撑体，使环状变形体作用扭矩；
[0137] 固定支撑体，固定环状变形体；
[0138] 作用连接构件，将设于环状变形体的预定位置的作用连接点连接于作用支撑体；
[0139] 固定连接构件，将设于环状变形体的预定位置的固定连接点连接于固定支撑体；
[0140] 检测元件，检测环状变形体所产生的弹性变形；以及
[0141] 检测电路，基于检测元件的检测结果，输出表示在向作用支撑体以及固定支撑体的一方施加负荷的状态下向另一方作用的绕旋转轴的扭矩的电信号，
[0142] 环状变形体具有位于在基本环状路上定义的检测点的检测部、以及与该检测部的两端连接的连结部，
[0143] 作用连接点以及固定连接点配置于连结部，作用连接点朝向基本平面的正射影投影像与固定连接点朝向基本平面的正射影投影像形成于彼此不同的位置，
[0144] 检测部具有在向作用连接点与固定连接点之间作用力时基于作用的力产生弹性变形的弹性变形构造部，检测元件检测弹性变形构造部所产生的弹性变形。
[0145] (30)本发明的第三十方案在上述的第二十九方案的扭矩传感器的基础上，
[0146] 检测部具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第一变形部、通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第二变形部、以及通过第一变形部以及第二变形部的弹性变形产生位移的位移部，
[0147] 第一变形部的外侧端连接于与其邻接的连结部，第一变形部的内侧端连接于位移部，第二变形部的外侧端连接于与其邻接的连结部，第二变形部的内侧端连接于位移部。
[0148] (31)本发明的第三十一方案在上述的第二十九方案或者第三十方案的扭矩传感器的基础上，
[0149] 检测元件由具有固定于检测部的预定位置的位移电极、以及固定于作用支撑体或固定支撑体的与位移电极相对的位置的固定电极的电容元件构成，
[0150] 位移电极配置在基于检测部所产生的弹性变形相对于固定电极产生位移的位置，[0151] 检测电路基于电容元件的静电电容值的变动，输出表示作用的扭矩的电信号。
[0152] (32)本发明的第三十二方案在上述的第二十九方案的扭矩传感器的基础上，[0153] 检测部具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的板状变形部，板状变形部配置为其板面相对于基本环状路倾斜。
[0154] (33)本发明的第三十三方案在上述的第三十二方案的扭矩传感器的基础上，[0155] 检测元件由在产生检测部的弹性变形的位置固定的应变仪构成，检测电路基于应变仪的电阻的变动，输出表示作用的扭矩的电信号。
[0156] (34)本发明的第三十四方案在上述的第三十三方案的扭矩传感器的基础上，[0157] 检测元件由在板状变形部相对于连结部的连接端附近的两面上配置的应变仪构成。
[0158] (35)本发明的第三十五方案在上述的第三十四方案的扭矩传感器的基础上，[0159] 检测元件具有在相对于连结部的第一连接端附近的表侧的面以及背侧的面上分别配置的第一应变仪以及第二应变仪、以及在相对于连结部的第二连接端附近的表侧的面以及背侧的面上分别配置的第三应变仪以及第四应变仪，
[0161] 本发明的力传感器，检测XYZ三维正交坐标系内的预定方向的力，其特征在于，所述力传感器具备：作用支撑体(70)，受到成为检测对象的力的作用；环状变形体(40，50)，具有沿着预定的基本环状路(R)伸展的环状构造，并具有位于在所述基本环状路上定义的检测点(Q1～Q4)的检测部(D1～D4；DD)和位于该检测部的两侧的连结部(L1～L4；L)；固定支撑体(20)，支撑所述环状变形体(40，50)；作用连接构件(71，72)，将所述作用支撑体(70)连接于所述环状变形体(40，50)的作用连接点(P71，P72)的位置；固定连接构件(21，22)，将所述环状变形体(40，50)的固定连接点(P21，P22)的位置固定于所述固定支撑体(20)；检测元件(r1～r4)，检测所述检测部(D1～D4；DD)所产生的弹性变形；以及检测电路(108)，基于所述检测元件(r1～r4)的检测结果，输出表示在向所述作用支撑体(70)以及所述固定支撑体(20)的一方施加负荷的状态下向另一方作用的力的电信号；所述作用连接点(P71，P72)以及所述固定连接点(P21，P22)配置于所述连结部(L1～L4；L)的彼此不同的位置；所述检测部(D1～D4；DD)具有通过成为检测对象的力的作用产生弹性变形的板状变形部(41)，所述检测元件(r1～r4)检测所述板状变形部(41)所产生的弹性变形。
[0162] 发明效果
[0163] 在本发明的扭矩传感器中，利用具有供旋转轴插入的贯通开口部的环状变形体进行扭矩检测。在该环状变形体的左右两侧配置左侧支撑体与右侧支撑体，与各自不同的连接点接合。因此，在向一方的支撑体施加负荷的状态下，当向另一方的支撑体施加扭矩时，环状变形体产生变形。在该环状变形体的预定位置设置检测部，该检测部具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的一对变形部、以及通过上述一对变形部的弹性变形产生位移的位移部。当作用扭矩时，位移部产生位移，相对于右侧支撑体的距离发生变化。在本发明中，能够通过电容元件的静电电容值来检测该距离的变化。即，基于由固定于位移部的位移电极和固定于在与该位移电极相对的位置配置的右侧支撑体的固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，能够识别环状变形体的变形样态，能够进行作用的扭矩的检测。
[0164] 环状变形体、左侧支撑体、右侧支撑体能够由轴向的厚度小的扁平构造体构成，因此能够将传感器整体的轴长设定得较短。另外，由于通过环状变形体的检测部的变形进行扭矩检测，因此作为检测部，需要使用产生弹性变形的材质，但作为环状变形体，即便使用刚性比较高的材质也能够进行高精度的检测。另外，环状变形体的形状的变形能够通过由固定于位移部的位移电极和以与其相对的方式固定于右侧支撑体的固定电极构成的电容元件来检测，因此构造也简单，也能够容易进行固定电极的位置调整。因此，能够提供一种小型且具有高刚性、并能够实现高生产效率的扭矩传感器。
[0165] 特别是，若使环状变形体的上下的两处与左侧支撑体接合、左右的两处与右侧支撑体接合而各连接点各偏移90°，则通过扭矩的作用，能够使环状变形体高效地变形。即便使各连接点各偏移45°，四处与左侧支撑体接合，四处与右侧支撑体接合，也是相同的。
[0166] 另外，若在作用了相同的扭矩的情况下，使用电极间隔扩宽的电容元件与电极间隔缩窄的电容元件，作为两静电电容值的差值来检测作用的扭矩，则能够进行抑制了同相噪声或零点漂移的稳定的扭矩检测。也能够有助于抵消由温度引起的各部分的膨胀的影响而获得精度高的检测值。另外，也能够获得排出了其它轴成分的干扰的准确的检测值。
[0167] 在本发明的扭矩传感器中，不仅在环状变形体中、在左侧支撑体以及右侧支撑体也能够形成供旋转轴插入的贯通开口部。由此，能够确保沿着旋转轴贯穿左侧支撑体、环状变形体、右侧支撑体的各贯通开口部的插入孔，能够采用内部成为中空的构造。因而，在将本发明的扭矩传感器组装于机械臂的关节部分进行利用的情况下，能够在该中空部分配置减速器等，能够设计总体上节省空间的机械臂。
[0168] 另外，若在环状变形体的连结部的右侧的侧面与右侧支撑体的相对面之间设置辅助连接构件，则能够抑制成为检测对象的绕预定的旋转轴的扭矩(旋转力矩)以外的干扰成分的影响，因此能够减少由其它轴成分的干扰引起的误差，进行更高精度的检测。
[0169] 此外，即使替代左侧支撑体以及右侧支撑体，使用作用支撑体以及固定支撑体，将固定支撑体与右侧支撑体同样地配置于环状变形体的右侧，将作用支撑体配置于环状变形体的外侧或内侧，也获得几乎相同的效果。附图说明
[0170] 图1是在先申请扭矩传感器的基本构造部的分解立体图。
[0171] 图2是通过将图1所示的三个构成要素彼此接合而获得的在先申请扭矩传感器的基本构造部的侧视图。
[0172] 图3是利用YZ平面切断图2所示的基本构造部的侧剖视图。
[0173] 图4是从图1的右方向观察图1所示的左侧支撑体10以及凸状部11、12的主视图。
[0174] 图5是从图1的右方向观察图1所示的环状变形体30的主视图。
[0175] 图6是从图1的右方向观察图1所示的右侧支撑体20以及凸状部21、22的主视图。
[0176] 图7是利用XY平面切断图2所示的基本构造部并从图2的左方向观察的剖视图。
[0177] 图8是表示向图2所示的基本构造部作用绕Z轴正的扭矩时的变形状态的XY平面下的剖视图(利用XY平面切断图2所示的基本构造部并从图2的左方向观察的剖视图。虚线表示变形前的状态)。
[0178] 图9是从图2的左方向观察在内周面形成有位移电极E31、E32的状态下的环状变形体30的俯视图。
[0179] 图10是从图2的左方向观察安装有固定电极E21、E22的状态下的右侧支撑体20的俯视图。
[0180] 图11是图10所示的右侧支撑体20的侧视图。
[0181] 图12是利用VZ平面切断向图3所示的基本构造部附加位移电极以及固定电极而成的构造体的侧剖视图(图12的上方是图9以及图10所示的V轴方向)。
[0182] 图13是利用XY平面切断向图2所示的基本构造部附加上述的位移电极以及固定电极而成的构造体并从图2的左方向观察的剖视图。
[0183] 图14是表示相对于图13所示的基本构造部作用绕Z轴正的扭矩时的状态的剖视图(虚线表示变形前的状态)。
[0184] 图15是本发明的基本实施方式的扭矩传感器的基本构造部的分解立体图。
[0185] 图16是通过将图15所示的三个构成要素彼此接合来获得的本发明的基本实施方式的扭矩传感器的基本构造部的侧视图。
[0186] 图17是从图15的右方向观察图15所示的环状变形体50的主视图。
[0187] 图18是表示图15所示的环状变形体50的各检测点以及各连接点的配置的朝向XY平面上的投影图(从右侧支撑体20侧观察的图：环状变形体50仅示出轮廓)。
[0188] 图19的(a)至(c)是表示图15所示的环状变形体50的检测部D1～D4(作为代表由附图标记D表示)的详细构造的局部剖视图。
[0189] 图20是表示在图15所示的环状变形体50的检测部D1～D4(作为代表由附图标记D表示)以及与其相对的右侧支撑体20的预定部分设有电极的详细构造的局部剖视图。
[0190] 图21是表示向图15所示的基本构造部中的左侧支撑体10作用绕Z轴正的扭矩+Mz时的变形状态的XY平面下的剖视图(是利用XY平面切断图15所示的基本构造部并从图15的右方向观察的剖视图。虚线表示变形前的状态)。
[0191] 图22是表示产生图21所示的变形时的各检测部的举动的表。
[0192] 图23是表示图15所示的基本实施方式的扭矩传感器所使用的检测电路的一个例子的电路图。
[0193] 图24是表示即便在位移电极相对于固定电极的相对位置发生变化的情况下电容元件的有效面积也维持恒定的原理的图。
[0194] 图25是表示向图16所示的基本构造部中的左侧支撑体10作用各轴方向的力或绕各轴的力矩时的各电容元件的电极间距离的具体位移量的实例的表。
[0195] 图26是表示基于图25所示的表制作出的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表。
[0196] 图27是表示向图15所示的基本构造部中的左侧支撑体10作用X轴正方向的力+Fx时的变形状态的XY平面下的剖视图(是利用XY平面切断图15所示的基本构造部并从图15的右方向观察的剖视图。虚线表示变形前的状态)。
[0197] 图28是表示向图15所示的基本构造部中的左侧支撑体10作用有绕X轴正的力矩+Mx时的变形状态的侧视图。
[0198] 图29是附加有辅助连接构件的本发明的变形例的扭矩传感器的基本构造部的分解立体图。
[0199] 图30是通过使图29所示的三个构成要素彼此接合来获得的扭矩传感器的基本构造部的侧视图。
[0200] 图31是从图29的右方向观察在图29所示的环状变形体50上接合有辅助连接构件23、24的状态的主视图。
[0201] 图32是表示图29所示的基本构造部中的辅助连接构件23的附近构造的局部剖视图。
[0202] 图33是表示图32所示的辅助连接构件的附近构造的变形例的局部剖视图。
[0203] 图34是表示向附加有图29所示的辅助连接构件的变形例中的左侧支撑体10作用有各轴方向的力或绕各轴的力矩时的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表。
[0204] 图35是使用8组检测部的本发明的变形例的扭矩传感器的环状变形体60的主视图(从右侧支撑体20侧观察的图)。
[0205] 图36是表示图35所示的环状变形体60的检测部以及连结部的配置的俯视图(阴影表示检测部的区域，并非表示剖面)。
[0206] 图37是表示图35所示的环状变形体60的各检测点以及各连接点的配置的朝向XY平面上的投影图(从右侧支撑体20侧观察的图：环状变形体60仅表示轮廓)。
[0207] 图38是表示向使用图35所示的8组检测部的变形例中的左侧支撑体10作用有各轴方向的力或绕各轴的力矩时的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表。
[0208] 图39是表示在使用图35所示的8组检测部的变形例中用于计算绕Z轴的力矩Mz(成为检测对象的扭矩)的式子的变型的图。
[0209] 图40是表示在使用图35所示的8组检测部的变形例中进一步向附加有辅助连接构件的扭矩传感器中的左侧支撑体10作用有各轴方向的力或绕各轴的力矩时的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表。
[0210] 图41的(a)和(b)是表示本发明中的检测部的构造的变型的局部剖视图。
[0211] 图42是本发明所能够利用的正方形的环状变形体60S的主视图(从右侧支撑体20侧观察的图)。
[0212] 图43是表示图42所示的正方形的环状变形体60S的检测部以及连结部的配置的俯视图(阴影表示检测部的区域，并非表示剖面)。
[0213] 图44是表示图43所示的正方形的环状变形体60S的各检测点以及各连接点的配置的朝向XY平面上的投影图(从右侧支撑体20侧观察的图：环状变形体60S仅示出轮廓)。
[0214] 图45是利用作用支撑体70从外侧支撑环状变形体50的变形例的基本构造部的侧视图(作用支撑体70的部分示出剖面)。
[0215] 图46是从图45的右方向观察图45所示的环状变形体50以及作用支撑体70的主视图。
[0216] 图47是利用YZ平面切断通过作用支撑体80从内侧支撑环状变形体50的变形例的基本构造部的侧剖视图。
[0217] 图48是从图47的右方向观察图47所示的环状变形体50以及作用支撑体80的主视图。
[0218] 图49是从右方向看到的利用作用支撑体70从外侧支撑图35所示的环状变形体60的状态的主视图。
[0219] 图50是从右方向看到的利用作用支撑体80从内侧支撑图35所示的环状变形体60的状态的主视图。
[0220] 图51是表示具有以位移部93朝向外侧的方式配置的检测部D1′～D4′的环状变形体90以及配置在其外侧的作用支撑体70的俯视图(上层的图)以及利用XZ平面切断向它们附加固定支撑体120来构成的基本构造部的侧剖视图(下层的图)。
[0221] 图52的(a)至(c)是表示构成具有更简单构造的检测部DD的板状变形部41的弹性变形的样态的局部剖视图。
[0222] 图53是表示作为检测图52的(a)所示的检测部DD所产生的弹性变形的检测元件而使用应变仪的例子的侧视图(图53的(a))以及俯视图(图53的(b))。
[0223] 图54是表示基于图53所示的4组应变仪的检测结果而输出电信号的桥接电路的电路图。
具体实施方式
[0224] 以下，基于图示的实施方式来说明本发明。此外，本发明是对所述的专利文献9(国际公开第WO2012/018031号公报)所公开的在先申请扭矩传感器进行改进而成的发明。对此，为了方便说明，首先，在以下的§1～§3中，进行针对在先申请扭矩传感器的说明，针对本发明的特征，在§4以下进行描述。
[0225] ＜＜＜§1.在先申请扭矩传感器的基本构造部的特征＞＞＞
[0226] 图1是在先申请扭矩传感器的基本构造部的分解立体图。如图示那样，该基本构造部通过在左侧支撑体10与右侧支撑体20之间配置环状变形体30并将上述三个构成要素彼此接合来构成。在此，出于方便，如图示那样定义XYZ三维坐标系，进行以下的说明。在此，图的水平方向所描绘的Z轴相当于成为检测对象的扭矩的旋转轴，该扭矩传感器发挥对绕该旋转轴(绕Z轴)的扭矩进行检测的功能。
[0227] 配置于图的中央的环状变形体30由在成为检测对象的扭矩的作用下产生弹性变形的材质构成，在其内部形成有供旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H30。另一方面，配置于图的左侧的左侧支撑体10是支撑环状变形体30的左侧面的构件，配置于图的右侧的右侧支撑体20是支撑环状变形体30的右侧面的构件。在图示的在先申请扭矩传感器的情况下，左侧支撑体10是形成有供旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H10的环状构件，右侧支撑体20是形成有供旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H20的环状构件。
[0228] 此外，通常称为右侧以及左侧的概念是仅在从特定的观察方向观察的情况下具有意义的概念，在此为了方便说明，如图1所示那样，在从旋转轴(Z轴)呈左右延伸的水平线那样的基准观察方向(右方向成为Z轴的正方向那样的观察方向)观察时，将配置在与环状变形体30的左侧邻接的位置的支撑体称作左侧支撑体10，将配置在与环状变形体30的右侧邻接的位置的支撑体称作右侧支撑体20。
[0229] 在此，在环状变形体30的中心位置定义XYZ三维坐标系的原点O，左侧支撑体10、环状变形体30、右侧支撑体20均由以Z轴为中心轴的圆环状的构件构成。更具体来说，环状变形体30由通过在将Z轴(旋转轴)配置为中心轴的圆盘的中央部形成呈更小直径的同心圆盘的形状的贯通开口部H30而获得的圆环状的构件构成。同样，左侧支撑体10以及右侧支撑体20也由通过在将Z轴(旋转轴)配置为中心轴的圆盘的中央部形成呈更小直径的同心圆盘的形状的贯通开口部H10、H20而获得的圆环状的构件构成。
[0230] 另一方面，在左侧支撑体10的右侧面设有朝右方突出的两个扇形的凸状部11、12，该凸状部11、12的顶面与环状变形体30的左侧面接合。如图示那样，凸状部11与环状变形体30的上部(位于Y轴正方向的部分)接合，凸状部12与环状变形体30的下部(位于Y轴负方向的部分)接合。同样，在右侧支撑体20的左侧面设有朝左方突出的两个扇形的凸状部21、22，该凸状部21、22的顶面与环状变形体30的右侧面接合。如图示那样，凸状部21与环状变形体
30的里侧的部分(位于X轴正方向的部分)接合，凸状部22与环状变形体30的近前的部分(位于X轴负方向的部分)接合。
30的里侧的部分(位于X轴正方向的部分)接合，凸状部22与环状变形体30的近前的部分(位于X轴负方向的部分)接合。
[0231] 图2是通过将图1所示的三个构成要素彼此接合来获得的扭矩传感器的基本构造部的侧视图，图3是以YZ平面切断该基本构造部而成的侧剖视图。在这里所示的例子的情况下，如图3所示那样，凸状部11、12是与左侧支撑体10成为一体的构造体，其顶面与环状变形体30的左侧面接合。同样，凸状部21、22是与右侧支撑体20成为一体的构造体，其顶面与环状变形体30的右侧面接合。
[0232] 其结果是，凸状部11、12使环状变形体30的与左侧支撑体10相对的左侧的侧面上的左侧连接点作为与左侧支撑体10连接的左侧连接构件发挥功能，凸状部21、22使环状变形体30的与右侧支撑体20相对的右侧的侧面上的右侧连接点作为与右侧支撑体20连接的右侧连接构件发挥功能。
[0233] 图4是从图1的右方向观察左侧支撑体10以及凸状部11、12的主视图，图5是从图1的右方向观察环状变形体30的主视图，图6是从图1的右方向观察右侧支撑体20以及凸状部21、22的主视图。在图4中，在凸状部11、12的中心位置由白点表示的点P11、P12是左侧连接点，在§2中，为了说明相对于环状变形体30的连接位置而使用。同样，在图6中，在凸状部21、
22的中心位置由黑点表示的点P21、P22是右侧连接点，也在§2中为了说明相对于环状变形体30的连接位置而使用。
22的中心位置由黑点表示的点P21、P22是右侧连接点，也在§2中为了说明相对于环状变形体30的连接位置而使用。
[0234] 此外，图4所示的元件(左侧支撑体10以及凸状部11、12)与图6所示的元件(右侧支撑体20以及凸状部21、22)优选为实际上完全相同。在这种情况下，若使图4所示的元件以Y轴为旋转轴而旋转180°进行翻转、进一步以Z轴为旋转轴来旋转90°，则与图6所示的元件完全一致。因而，实际上若准备两组图4所示的元件、准备一组图5所示的元件，则能够构成图2所示的基本构造部。
[0235] 如图5所示那样，在环状变形体30上设置圆形的贯通开口部H30，这是为了产生检测所需要的弹性变形。如后述那样，在向该基本构造部作用成为检测对象的扭矩的情况下，环状变形体30需要变形为椭圆形。这样的环状变形体30的弹性变形的难易度成为左右传感器的检测灵敏度的参数。若使用容易发生弹性变形的环状变形体30，则能够实现可以检测微小扭矩的灵敏度高的传感器，但能够检测的扭矩的最大值受到抑制。相反，若使用难以发生弹性变形的环状变形体30，则能够较大地取得可以检测的扭矩的最大值，但由于灵敏度降低，因此无法进行微小扭矩的检测。
[0236] 环状变形体30的弹性变形的难易度取决于Z轴方向的厚度(越薄越容易发生弹性变形)以及贯通开口部H30的直径(越大越容易发生弹性变形)，进一步也取决于其材质。因而，实用上，只要根据扭矩传感器的用途而适当地选择环状变形体30的各部分的尺寸、材质即可。
[0237] 另一方面，在检测扭矩的原理上，左侧支撑体10以及右侧支撑体20不需要是产生弹性变形的构件。更确切来说，为了使作用的扭矩100％有助于环状变形体30的变形，左侧支撑体10以及右侧支撑体20优选为完全的刚体。在图示的例子中，作为左侧支撑体10以及右侧支撑体20而使用中心部具有贯通开口部H10、H20的环状的构造体的理由在于，并非为了容易弹性变形，而是为了确保沿着旋转轴(Z轴)贯穿左侧支撑体10、环状变形体30、右侧支撑体20的各贯通开口部H10、H30、H20的插入孔。
[0238] 如观察图3的侧剖视图而明确可知那样，该基本构造部采用内部成为中空的构造。在使这样的具有中空部分的扭矩传感器组装于机械臂的关节部分进行利用的情况下，能够在该中空部分配置减速器等，能够设置总体上节省空间的机械臂。这是在利用呈实心圆棒形状的扭杆的扭转的以往型的扭矩传感器中难以实现的优点之一。
[0239] 这样，在先申请扭矩传感器中，环状变形体30需要由产生扭矩检测所需的程度的弹性变形的材质构成，但左侧支撑体10以及右侧支撑体20不需要产生弹性变形，反而优选使用刚性高的材质来构成。在实用上，作为左侧支撑体10、右侧支撑体20、环状变形体30的材料，若利用绝缘材料，则使用塑料等合成树脂就足够，若利用导电材料(在这种情况下，如后述那样，为了不使电极短路而需要在必要位置实施绝缘)，使用不锈钢、铝等金属就足够。当然，也可以组合利用绝缘材料与导电材料。
[0240] 左侧支撑体10、右侧支撑体20、环状变形体30均能够由轴向的厚度小的扁平构造体构成，因此能够将传感器整体的轴向长度设定得较短。另外，由于通过环状变形体30的形状的变形来进行扭矩检测，因此作为环状变形体30而需要使用产生弹性变形的材质，但即便利用具有比较高的刚性的材质，也能够进行高精度的检测。
[0241] ＜＜＜§2.在先申请扭矩传感器中的扭矩的检测原理＞＞＞
[0242] 接着，在此，考虑在向§1所述的在先申请扭矩传感器的基本构造部作用扭矩的情况下，各部分如何变形。图7是利用XY平面切断图2所示的基本构造部、并从图2的左方向观察的剖视图。此外，该图7所示的XY坐标系是从里侧观察通常的XY坐标系而得到的(X轴正方向成为图的左方向)。因而，在该XY坐标系中，左上区域成为第一象限，右上区域成为第二象限，右下区域成为第三象限，左下区域成为第四象限。图示的I～IV表示该坐标系的各象限。在图中施加阴影的剖面部分相当于环状变形体30的部分，其里侧可以看到右侧支撑体20。
图的点P11～P22是图4以及图6所示的各连接点P11～P22朝XY平面上的正射影投影像。
图的点P11～P22是图4以及图6所示的各连接点P11～P22朝XY平面上的正射影投影像。
[0243] 即，在图7中，由配置在Y轴上的白点表示的点P11、P12表示左侧支撑体10的凸状部11、12的接合位置(接合面的中心点)，由配置在X轴上的黑点表示的点P21、P22表示右侧支撑体20的凸状部21、22的接合位置(接合面的中心点)。其结果是，环状变形体30的左侧面在沿着Y轴的两处连接点P11、P12与左侧支撑体10接合，环状变形体30的右侧面在沿着X轴的两处连接点P21、P22与右侧支撑体20接合。
[0244] 在图示的例子的情况下，各连接点P11、P12，P21、P22位于图中由单点划线表示的基本环状路R(在XY平面上位于环状变形体30的内周面与外周面的中间的圆)上。这样，若使环状变形体30的上下的两处与左侧支撑体10接合、使左右的两处与右侧支撑体20接合而各连接点分别偏离90°，则通过扭矩的作用，能够使环状变形体30高效地变形。
[0245] 在图7所示的例子的情况下，在将环状变形体30的两侧面向XY平面上投影而获得正射影投影像的情况下，第一右侧连接点P21的投影像配置在正的X轴上，第二右侧连接点P22的投影像配置在负的X轴上，第一左侧连接点P11的投影像配置在正的Y轴上，第二左侧连接点P12的投影像配置在负的Y轴上。若进行这样的配置，则能够使环状变形体30变形为具有轴对称性的椭圆，因此能够获得具有轴对称性的检测值。
[0246] 在先申请扭矩传感器(本发明的扭矩传感器也相同)检测在图2所示的基本构造部中的左侧支撑体10与右侧支撑体20之间相对施加的扭矩(旋转力矩)，检测值表示在两支撑体10、20间相对作用的力。对此，在此，为了便于说明，在向右侧支撑体20施加负荷的状态下，将向左侧支撑体10施加的旋转力矩考虑为成为检测对象的扭矩(当然，在向左侧支撑体10施加负荷的状态下，将向右侧支撑体20施加的旋转力矩作为成为检测对象的扭矩也是等价的。)。
[0247] 例如，作为在机械臂的关节部分利用了该扭矩传感器的一个例子，考虑了在左侧支撑体10安装马达等驱动源、在右侧支撑体20安装机械手的例子。在机械手把持了具有重量的物体的状态下，从驱动源对左侧支撑体10施加旋转驱动力时，该旋转驱动力经由构成关节部分的基本构造部朝机械手侧传递。在这种情况下，欲使右侧支撑体20旋转驱动的扭矩发挥作用，该扭矩在固定了右侧支撑体20的状态下，相当于向左侧支撑体10施加的旋转力矩。
[0248] 然后，考虑这样的旋转力矩给图7所示的构造体带来怎样的变化。当固定右侧支撑体20时，图7所示的X轴上的连接点P21、P22(黑点)的位置成为固定状态。另一方面，当相对于左侧支撑体10、例如在图7中沿顺时针的方向施加旋转力矩时，Y轴上的连接点P11、P12(白点)想要绕顺时针移动。这样一来，必然使位于第一象限I的圆弧P21-P11的部分朝内侧方向收缩、位于第二象限II的圆弧P11-P22的部分朝外侧膨胀、位于第三象限III的圆弧P22-P12的部分朝内侧方向收缩、位于第四象限IV的圆弧P12-P21的部分朝外侧膨胀。
[0249] 图8是表示在图7所示的构造体中产生了这样的变形的状态的剖视图。即，该图是在向图2所示的基本构造部作用有绕Z轴正的扭矩的情况下，利用XY平面切断该基本构造部并从图2的左方向观察的剖视图。此外，在本申请中，关于任意的坐标轴，将用于使右螺旋朝该坐标轴的正方向行进的旋转方向定义为正方向，将用于使右螺旋朝该坐标轴的负方向行进的旋转方向定义为负方向。因而，在图8中，绕Z轴正的扭矩是指，如在图中由空心箭头表示那样沿顺时针的方向作用的扭矩。
[0250] 图8所描述的虚线表示环状变形体30的变形前的状态(图7的状态)。若参考该虚线，则能够容易把握的是，通过作用绕Z轴正的扭矩，环状变形体30变形为椭圆形。在此，为了方便说明，在XY平面上，定义穿过原点O相对于X轴以及Y轴呈45°的V轴以及W轴。V轴是将第一象限I设为正方向的坐标轴，W轴是将第二象限II设为正方向的坐标轴。如图示那样，环状变形体30变形为以V轴为短轴方向、以W轴为长轴方向的椭圆，相对于V轴以及W轴具有轴对称性。这样的轴对称性在通过§3所述的方法获得扭矩的检测值的情况下是理想的。
[0251] 在图示的实施方式中，产生具有轴对称性的变形是因为，如图7所示，在无负荷时(不作用扭矩时)环状变形体30呈现完全的圆形，在将环状变形体30的两侧面在XY平面上投影而获得正射影投影像的情况下，第一右侧连接点P21的投影像配置在正的X轴上，第二右侧连接点P22的投影像配置在负的X轴上，第一左侧连接点P11的投影像配置在正的Y轴上，第二左侧连接点P12的投影像配置在负的Y轴上。
[0252] 作用的扭矩越大，环状变形体30越变形为更加扁平的椭圆。因而，在图8中，若能够测定环状变形体30的位于V轴上的部分距离原点O的距离、环状变形体30的位于W轴上的部分距离原点O的距离(这些距离成为表示从由虚线表示的变形前的位置起的位移量的信息)，则能够求出作用的扭矩的大小。换言之，只要能够测定环状变形体30的内周面或外周面的径向的位移即可。
[0253] 另一方面，朝反向作用有扭矩的情况、即作用有绕Z轴负的扭矩的情况与图8所示的例子相反地相对于环状变形体30(的连接点P11、P12)作用绕逆时针的旋转力，因此环状变形体30变形为以V轴为长轴方向、以W轴为短轴方向的椭圆。因而，环状变形体30的位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的位移方向成为与图8所示的例子相反的方向。
[0254] 其结果是，在先申请扭矩传感器的情况下，若测定环状变形体30的位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的位移，则能够检测作用的扭矩的方向以及大小这两者。例如，在监视环状变形体30的内周面与V轴的交点的位置的情况下，能够将从由虚线表示的基准位置朝内侧方向位移的情况判断为施加了绕Z轴正的扭矩，将朝外侧方向位移的情况判断为施加了绕Z轴负的扭矩。或者，在监视环状变形体30的内周面与W轴的交点的位置的情况下，能够将从由虚线表示的基准位置朝外侧方向位移的情况判断为施加了绕Z轴正的扭矩，将朝内侧方向位移的情况判断为施加了绕Z轴负的扭矩。当然，位移量的绝对值表示作用的扭矩的大小。
[0255] 在该在先申请扭矩传感器中产生的环状变形体30的径向的位移成为即使环状变形体30所产生的扭转角度较小、根据环状变形体的直径也可以成为比较大的位移。因此，即便使用刚性比较高的环状变形体30，也能够进行具有足够的灵敏度的扭矩检测。
[0256] 以上是在先申请扭矩传感器中的扭矩的检测原理。在先申请扭矩传感器中，为了进行基于这样的原理的扭矩检测，在至此所述的基本构造部上进一步附加电容元件与检测电路。
[0257] ＜＜＜§3.在先申请扭矩传感器中的使用了电容元件的检测方法＞＞＞
[0258] 在先申请扭矩传感器中，在图2所示的基本构造部中进一步附加电容元件与检测电路，构成扭矩传感器。如图8所示，通过扭矩的作用，环状变形体30变形为椭圆。通过这样的变形，产生最大位移的部分是位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分，因此为了基于环状变形体30的特定部分的位移而测定环状变形体30的变形量(作用的扭矩的大小)，测定位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的位移是最有效的。
[0259] 对此，在先申请扭矩传感器中，在环状变形体30的内周面的位于V轴上的部分以及位于W轴上的部分形成有位移电极。图9是从图2的左方向观察在内周面形成有位移电极E31、E32的状态的环状变形体30的俯视图。为了方便说明，将X、Y、V、W轴重叠描绘。位移电极E31是形成于V轴的正的区域与环状变形体30的内周面的交叉位置的电极，位移电极E32是形成于W轴的正的区域与环状变形体30的内周面的交叉位置的电极。这些位移电极E31、E32的进深尺寸(与图9的纸面垂直的方向上的尺寸)与环状变形体30的进深尺寸相等。在该例的情况下，位移电极E31、E32由在环状变形体30的内周面上通过蒸镀、镀金等方法形成的金属膜等导电层来构成。当然，环状变形体30由铝、不锈钢那样的金属制作的情况由于环状变形体30本身具有导电性，因此需要隔着绝缘层来形成位移电极E31、E32。
[0260] 另一方面，在与这些位移电极E31、E32相对的位置分别设有固定电极E21、E22，该固定电极E21、E22固定于右侧支撑体20。图10是从图2的左方向观察安装有这些固定电极E21、E22的状态的右侧支撑体20的俯视图。在此，为了方便说明，也将X、Y、V、W轴重叠描绘。固定电极E21配置于V轴的正的区域，与位移电极E31相对。固定电极E22配置于W轴的正的区域，与位移电极E32相对。
[0261] 图11是图10所示的右侧支撑体20的侧视图。如图示那样，固定电极E22由从右侧支撑体20的左侧面朝沿着旋转轴的方向(Z轴负方向)突出的导电板构成。此外，固定电极E21隐藏于固定电极E22的内侧，因此在图11中未出现。
[0262] 图12是利用VZ平面切断向图3所示的基本构造部附加位移电极以及固定电极而成的构造体的侧剖视图。图3是利用YZ平面切断的侧剖视图，与之相对，图12是利用VZ平面切断的侧剖视图，因此，图12的上方并非Y轴方向，而是成为图9以及图10所示的V轴方向。在该图12的侧剖视图中，明确示出配置于V轴上的位移电极E31与固定电极E21彼此相对的状态。位移电极E31是固定于环状变形体30的内周面的电极，因此取决于环状变形体30的变形进行位移。另一方面，固定电极E21的右端固定于右侧支撑体20，与环状变形体30的变形无关地始终保持恒定的位置。
[0263] 其结果是，位移电极E31相对于固定电极E21的相对位置取决于环状变形体30的变形进行变化。换言之，位移电极E31与固定电极E21的电极间距离取决于环状变形体30的变形进行变化。在图12中虽未图示，配置在W轴上的位移电极E32与固定电极E22的关系也完全相同。
[0264] 图13是利用XY平面切断向图2所示的基本构造部附加上述的位移电极以及固定电极而成的构造体、并从图2的左方向观察的剖视图。在该剖视图中，明确示出配置在V轴上的位移电极E31与固定电极E21彼此相对、配置在W轴上的位移电极E32与固定电极E22彼此相对的状态。
[0265] 在这里所示的例子的情况下，位移电极E31、E32由形成于环状变形体30的内周面的导电层构成，因此其表面成为沿着环状变形体30的内周的曲面。对此，与它们相对的固定电极E21、E22也设为曲面状的电极。换言之，位移电极E31、E32、固定电极E21、E22的表面由以Z轴为中心轴的同心状的圆柱表面构成。不过，若各电极的表面形状能够发挥构成电容元件的作用，则也可以是任意的形状，因此使用表面成为平面的平板状的电极也没有关系。
[0266] 此外，在本申请附图中，为了方便图示，忽视各位移电极以及各固定电极的厚度的实际尺寸进行描绘。例如，在由形成于环状变形体30的内周面的导电层(蒸镀层、镀金层)构成位移电极E31、E32的情况下，其厚度能够设定为数μm左右。与此相对，在由从右侧支撑体20的左侧面突出的导电板(金属板)构成固定电极E21、E22的情况下，为了确保实用上的强度，其厚度优选确保数mm左右。因而，在图13等中，为了方便，利用相同尺寸来描绘位移电极的厚度与固定电极的厚度，但这些电极的厚度的实际尺寸应考虑制造工序、实用上的强度而分别设定为适当值。
[0267] 图14是表示相对于图13所示的基本构造部作用有绕Z轴正的扭矩时的状态的XY剖视图。如§2所述那样，当作用这样的扭矩时，环状变形体30变形为椭圆状，V轴成为该椭圆的短轴方向，W轴成为该椭圆的长轴方向。其结果是，配置在V轴上的一对电极E21、E31的电极间隔缩窄，配置在W轴上的一对电极E21、E31的电极间隔扩宽。对此，若利用一对电极E21、E31构成电容元件C1、利用一对电极E21、E31构成电容元件C2，则能够检测作用的扭矩的方向以及大小来作为这些电容元件C1、C2的静电电容值的变动量。
[0268] 例如，若以图13所示的无负荷状态(未作用扭矩的状态)为基准而着眼于由电极E21、E31构成的电容元件C1的静电电容值的变动，则当如图14所示作用绕Z轴正的扭矩时，电极间隔缩窄，因此静电电容值增加，相反，当作用绕Z轴负的扭矩时，电极间隔扩宽，因此静电电容值减少。因而，静电电容值的增加变动表示作用了绕Z轴正的扭矩，静电电容值的减少变动表示作用了绕Z轴负的扭矩。当然，变动量的绝对值表示作用的扭矩的大小。
[0269] 同样，若着眼于由电极E22、E32构成的电容元件C2的静电电容值的变动，则当如图14所示作用绕Z轴正的扭矩时，电极间隔扩宽，静电电容值减少，相反，当作用绕Z轴负的扭矩时，电极间隔缩窄，因此静电电容值增加。因而，静电电容值的减少变动表示作用了绕Z轴正的扭矩，静电电容值的增加变动表示作用了绕Z轴负的扭矩。当然，变动量的绝对值表示作用的扭矩的大小。
[0270] 其结果是，使用电容元件C1或者使用电容元件C2均能够进行绕Z轴的扭矩检测，理论上，仅使用任一方的电容元件就足够。但是，实用上，优选进行使用了电容元件C1、C2这两者的检测。即，若在环状变形部30变形为椭圆时的短轴位置(V轴上)与长轴位置(W轴上)分别设置电容元件C1、C2，则在施加同一扭矩的情况下，在短轴位置(V轴上)电极间隔缩窄，静电电容值增加，与此相对，在长轴位置(W轴上)电极间隔扩宽，静电电容值减少，因此作为两静电电容值C1、C2之差，能够检测作用的扭矩。这样的差值检测对于抑制同相噪声、零点漂移的稳定的扭矩检测是有效的，并且，基于温度的各部分的膨胀的影响彼此抵消，有助于获得精度高的检测值。
[0271] 为了进行这样的差值检测，简言之，设置如下结构即可：第一位移电极E31，固定于环状变形体30的各部分中的、在作用预定旋转方向的扭矩时朝接近旋转轴的方向位移的第一部分(在该例中为与V轴交叉的交叉部分)；第二位移电极E32，固定于朝远离旋转轴的方向位移的第二部分(在该例中为与W轴交叉的交叉部分)；第一固定电极E21，配置在与第一位移电极E31相对的位置；以及第二固定电极E22，配置在与第二位移电极E32相对的位置。
[0272] 然后，作为用于进行这样的差值检测的检测电路，只要设置将相当于由第一位移电极E31和第一固定电极E21构成的第一电容元件C1的静电电容值与由第二位移电极E32和第二固定电极E22构成的第二电容元件C2的静电电容值之差的电信号输出为表示作用的扭矩的电信号的电路即可。
[0273] 这样，在先申请扭矩传感器能够通过向图1所示那样的简单的基本构造部附加位移电极以及固定电极来构成，因此能够实现小型且具有高刚性的传感器。然而，在进行商业化量产的情况下，固定电极的安装及其位置调整需要大量的作业负担，存在生产效率降低、成本高涨这样的问题。
[0274] 例如，在图10所示的例子的情况下，固定电极E21、E22安装于右侧支撑体20，但需要配置在与安装于环状变形体30的内周面的位移电极E31、E32对应的位置。即，实际上，如图11所示，固定电极E22安装为从右侧支撑体20的左侧面朝垂直左方突出，并需要调整使得相对的两电极成为平行(在图示的例子的情况下，需要安装为相对于右侧支撑体20的左侧面准确地形成90°。)。因而，为了将固定电极E22的根端部准确地固定于右侧支撑体20，相应地需要耗费工时的工序。
[0275] 另外，由观察图12的侧剖视图而明显可知，位移电极E31与固定电极E21之间的电极间隔根据固定电极E21的根端部的固定状态而变动，该变动对检测值(电容元件的静电电容值)造成影响。因此，在制造商业化量产品的情况下，需要针对各个产品而相对于固定电极E21进行准确的位置调整，担负大量的作业负担。另外，为了进行上述的差值检测，需要具有对称性地配置多个电容元件，并将针对各个电容元件的电极间隔调整为彼此相等，作业负担进一步增大。
[0276] 本发明为了解决在先申请扭矩传感器中的这样的问题，提出了能够进一步提高生产效率的新的设计。以下，基于具体实施方式而详细说明本发明。
[0277] ＜＜＜§4.本发明的基本实施方式的扭矩传感器的基本构造部＞＞＞
[0278] ＜4-1.基本构造部的整体结构＞
[0279] 图15是本发明的基本实施方式的扭矩传感器的基本构造部的分解立体图。如图示那样，该基本构造部通过在左侧支撑体10与右侧支撑体20之间配置环状变形体50并上述三个构成要素彼此接合来构成。在此，出于方便，也如图示那样定义XYZ三维坐标系，进行以下的说明。图的水平方向所描绘的Z轴相当于成为检测对象的扭矩的旋转轴，该扭矩传感器发挥检测绕该旋转轴(绕Z轴)的扭矩的功能。
[0280] 图1所示的在先申请扭矩传感器的基本构造部与图15所示的本发明的扭矩传感器的基本构造部的不同点在于，前者的环状变形体30在后者中被置换成环状变形体50。图1所示的环状变形体30是通过在将Z轴(旋转轴)配置为中心轴的圆盘的中央部形成设为直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部H30而获得的圆环状的构件。与此相对，图15所示的环状变形体50是通过相对于该圆环状的环状变形体30实施局部的材料除去加工而获得的构件，在形成于内部的贯通开口部H50插入旋转轴(Z轴)。因而，该环状变形体50基本上是在内部形成有同心圆盘状的贯通开口部H50的圆环状的构件，但利用实施了材料除去加工的部分，形成有图示那样的检测部D1～D4。
[0281] 此外，在此，为了说明环状变形体50的形状，使用了“材料除去加工”这样的术语，但在实际制作环状变形体50时，未必需要相对于圆环状的构件实施切削加工等。例如，若是利用金属构成环状变形体50的情况，则也能够通过使用了铸模的铸造来制造，若是由塑料等树脂构成的情况，则也能够通过使用了预定的模的注塑成形加工、冲压加工来制造环状变形体50。
[0282] 在此，将环状变形体50中的检测部D1～D4以外的部分称作连结部L1～L4。如图示那样，环状变形体50具有4组检测部D1～D4与4组连结部L1～L4交替配置的构造。4组连结部L1～L4由圆环状的构件的圆弧状部分构成，4组检测部D1～D4如后述那样具有在扭矩的作用下产生弹性变形的构造。在图示的例子的情况下，环状变形体50的检测部D1～D4的部分由壁厚薄的板状片构成，该板状片作为板簧发挥功能，在成为检测对象的扭矩的作用下产生弹性变形。
[0283] 此外，该图15所示的左侧支撑体10以及右侧支撑体20是与图1所示的左侧支撑体10以及右侧支撑体20完全相同的构成要素，是通过在以Z轴(旋转轴)为中心轴配置的圆盘的中央部形成呈直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部H10、H20来获得的圆环状的构件。其结果是，在该图15所示的基本构造部的情况下，左侧支撑体10以及右侧支撑体20也是在中心部具有贯通开口部H10、H20的环状的构造体，沿着Z轴(旋转轴)确保有贯穿左侧支撑体10、环状变形体50、右侧支撑体20的各贯通开口部H10、H50、H20的插入孔。此外，针对各支撑体10、20形成贯通开口部H10、H20并非实施本发明的情况下的必要条件，不需要一定设置贯通开口部H10、H20。
[0284] 在图15所示的基本构造部中，左侧支撑体10也是支撑环状变形体50的左侧面的构件，右侧支撑体20也是支撑环状变形体50的右侧面的构件。在此，也在环状变形体50的中心位置定义XYZ三维坐标系的原点O，左侧支撑体10、环状变形体50、右侧支撑体20均配置为以Z轴为中心轴。
[0285] 另外，在左侧支撑体10的右侧面设有朝右方突出的两个扇形的凸状部11、12(左侧连接构件)，该凸状部11、12的顶面与环状变形体50的左侧面接合。同样，在右侧支撑体20的左侧面设有朝左方突出的两个扇形的凸状部21、22(右侧连接构件)，该凸状部21、22的顶面与环状变形体50的右侧面接合。
[0286] 如图示那样，凸状部11与环状变形体50的上部(位于Y轴正方向的连结部L2)接合，凸状部12与环状变形体50的下部(位于Y轴负方向的连结部L4)接合。同样，凸状部21与环状变形体50的里侧的部分(位于X轴正方向的连结部L1)接合，凸状部22与环状变形体50的近前的部分(位于X轴负方向的连结部L3)接合。如后述那样，这些各凸状部的连接位置相当于环状变形体50的各连接点Q1～Q4的位置。
[0287] 图16是通过将图15所示的三个构成要素彼此接合来获得的扭矩传感器的基本构造部的侧视图(为了避免图变得繁杂，关于检测部而仅示出位于近前的检测部D2、D3的外周面)。这里所示的例子的情况下，如图15所示那样，凸状部11、12是与左侧支撑体10成为一体的构造体，其顶面与环状变形体50的连结部L2、L4的左侧面接合。同样，凸状部21、22是与右侧支撑体20成为一体的构造体，其顶面与环状变形体50的连结部L1、L3的右侧面接合。
[0288] 其结果是，凸状部11、12作为将环状变形体50的与左侧支撑体10相对的左侧的侧面上的左侧连接点与左侧支撑体10连接的左侧连接构件而发挥功能，凸状部21、22作为将环状变形体50的与右侧支撑体20相对的右侧的侧面上的右侧连接点与右侧支撑体20连接的右侧连接构件而发挥功能。
[0289] 图17是从图15的右方向观察图15所示的环状变形体50的主视图。在该图中，也为了方便说明，在XY平面上定义了通过原点O相对于X轴以及Y轴呈45°的V轴以及W轴。V轴是在XY平面上以原点O为中心使X轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴，W轴是在XY平面上以原点O为中心使Y轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴。如图示那样，第一检测部D1配置在正的V轴上(第一象限I)，第二检测部D2配置在正的W轴上(第二象限II)，第三检测部D3配置在负的V轴上(第三象限III)，第四检测部D4配置在负的W轴上(第四象限IV)。
[0290] 在此，各检测部D1～D4均由第一变形部51、第二变形部52、位移部53这三个元件构成。在图中，仅针对检测部D1的构成元件标注附图标记，对于检测部D2～D4也是相同的。上述4组检测部D1～D4的三维形状如图15的分解立体图所示那样。4组连结部L1～L4具有连结上述4组检测部D1～D4的功能，在各检测部D1～D4之间分别插入各连结部L1～L4。
[0291] 在图17中，利用虚线表示凸状部11、12(左侧连接构件)的接合位置以及凸状部21、22(右侧连接构件)的接合位置。
[0292] 图18是表示图15所示的环状变形体50的各检测点Q1～Q4以及各连接点P11～P22的配置的朝XY平面上的投影图(从右侧支撑体20侧观察的图)。仅示出环状变形体50的内侧以及外侧的轮廓圆的投影像。另外，在图中由单点划线描绘的粗圆是在XY平面上定义的基本环状路R。该基本环状路R在图示的实施例的情况下是穿过环状变形体50的内侧轮廓圆与外侧轮廓圆的中间位置的XY平面上的圆，成为环状变形体50的环状厚壁部分的中心线。
[0293] 如图示那样，4组检测点Q1～Q4被定义为该基本环状路R上的点。具体来说，第一检测点Q1定义为正的V轴与基本环状路R的交点位置，第二检测点Q2定义为正的W轴与基本环状路R的交点位置，第三检测点Q3定义为负的V轴与基本环状路R的交点位置，第四检测点Q4定义为负的W轴与基本环状路R的交点位置。这些检测点Q1～Q4分别表示检测部D1～D4的配置。即，对比图17以及图18可知，第一检测部D1配置于第一检测点Q1的位置，第二检测部D2配置于第二检测点Q2的位置，第三检测部D3配置于第三检测点Q3的位置，第四检测部D4配置于第四检测点Q4的位置。
[0294] 另一方面，在图18中由白点表示的点P11、P12是左侧连接点的投影像，在图18中由黑点表示的点P21、P22是右侧连接点的投影像。如上述那样，左侧连接点P11、P12实际上是环状变形体50的左侧面上的点，表示凸状部11、12(左侧连接构件)的连接位置，右侧连接点P21、P22实际上是环状变形体50的右侧面上的点，表示凸状部21、22(右侧连接构件)的连接位置。在图示的例子的情况下，这些各连接点P11～P22的投影像也位于基本环状路R上。即，左侧连接点P11、P12的投影像定义为Y轴与基本环状路R的交点位置，右侧连接点P21、P22的投影像定义为X轴与基本环状路R的交点位置。
[0295] 其结果是，在图18所示的例子的情况下，表示左侧连接构件11、12的连接位置的左侧连接点P11、P12(白点)与表示右侧连接构件21、22的连接位置的右侧连接点P21、P22(黑点)沿着基本环状路R交替配置。这样的交替配置对于如后述那样在作用有成为检测对象的扭矩时使环状变形体50产生有效变形而言是重要的。另外，4组检测点Q1～Q4配置在各连接点P11～P22之间。这样的配置也对于在作用有成为检测对象的扭矩时使各检测部D1～D4产生有效的位移而言是重要的。
[0296] ＜4-2.检测部的构造与功能＞
[0297] 接着，对各检测部D1～D4的构造与功能进行说明。图19是表示图15所示的环状变形体50的检测部D1～D4的详细构造的局部剖视图。4组检测部D1～D4均具有相同的构造。图19所示的检测部D代表上述4组检测部D1～D4，表示利用包含基本环状路R的圆柱面切断环状变形体50时的剖面部分。图19的(a)表示未作用扭矩的状态，图19的(b)表示通过扭矩的作用向检测部D作用压缩力f1的状态，图19的(c)表示通过扭矩的作用向检测部D作用拉伸力f2的状态。
[0298] 如图19的(a)所示那样，连结部L位于检测部D的左右两侧面。该连结部L相当于4组连结部L1～L4中的任一者。例如，在图19的(a)所示的检测部D为图15所示的第二检测部D2的情况下，配置于右侧面的连结部L相当于图15所示的连结部L2，配置于左侧面的连结部L相当于图15所示的连结部L3。
[0299] 如图示那样，检测部D具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第一变形部51、通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第二变形部52、以及通过第一变形部51以及第二变形部52的弹性变形产生位移的位移部53，并配置在配置于左侧面的连结部L的端部与配置于右侧面的连结部L的端部之间。
[0300] 在这里表示的例子的情况下，第一变形部51由具有挠性的第一板状片构成，第二变形部52由具有挠性的第二板状片构成，位移部53由第三板状片构成。实际上，环状变形体50通过由金属(不锈钢、铝等)、合成树脂(塑料等)这样的同一材料构成的构造体来构成。第一板状片51、第二板状片52、位移部53是与连结部L相比而壁厚薄的板状的构件，因此具有挠性。
[0301] 此外，在这里表示的例子的情况下，位移部53也是壁厚薄的板状的构件，因此具有挠性，但位移部53不一定需要是具有挠性的构件(当然，也可以具有挠性)。位移部53的作用在于，在作用有扭矩时，相对于相对的右侧支撑体20产生位移，为了产生这样的位移，第一变形部51以及第二变形部52具有挠性就足够了。因而，位移部53不一定需要由壁厚薄的板状的构件构成，采用壁厚更厚的构件也没有关系。另一方面，连结部L具有一定程度的挠性也没有关系，但对于通过作用的扭矩使第一变形部51以及第二变形部52产生有效变形而言，连结部L优选尽可能地不变形。
[0302] 第一变形部51的外侧端与同其邻接的连结部L连接，第一变形部51的内侧端与位移部53连接。另外，第二变形部52的外侧端与同其邻接的连结部L连接，第二变形部52的内侧端与位移部53连接。在图19的(a)所示的例子的情况下，第一变形部、第二变形部、位移部分别由第一板状片51、第二板状片52、第三板状片53构成，第一板状片51的外侧端(左端)与配置于左侧面的连结部L的右端部连接，第一板状片51的内侧端(右端)与第三板状片53的左端连接，第二板状片52的外侧端(右端)与配置于右侧面的连结部L的左端部连接，第二板状片52的内侧端与第三板状片53的右端连接。
[0303] 如上所述，检测部D配置于在基本环状路R上定义的检测点Q的位置。图19的(a)所示的法线N是竖立于检测点Q的位置的、与包含基本环状路R的基本平面(XY平面)正交的法线，检测部D配置为该法线N处于中心。另外，在图19的(a)的剖视图中，第一板状片51以及第二板状片52相对于法线N倾斜，并且第一板状片51的倾斜方向(向右下方)与第二板状片52的倾斜方向(向右上方)成为相反朝向。尤其是，在图示的例子的情况下，检测部D的剖面形状关于法线N成为线对称，第三板状片53的上下两面构成与XY平面平行的面。
[0304] 这样，关于包含基本环状路R的剖面，第一板状片51相对于法线N的倾斜方向与第二板状片52相对于法线N的倾斜方向成为相反朝向，在朝沿着基本环状路R的方向作用压缩力f1的情况与作用拉伸力f2的情况下，第三板状片53(位移部)的位移方向成为相反。这对于如后述那样进行使用了多个电容元件的差值检测而言是理想的。
[0305] 即，如图19的(b)所示那样，相对于检测部D在沿着基本环状路R的方向上作用压缩力f1(图的空心箭头)的情况下，在检测部D上朝缩窄横向宽度的方向施加应力，因此第一板状片51以及第二板状片52的姿势变化为更加垂直竖立的状态。其结果是，第三板状片53(位移部)如图中实心箭头所示那样朝下方位移。另一方面，如图19的(c)所示那样，相对于检测部D在沿着基本环状路R的方向上作用拉伸力f2(图的空心箭头)的情况下，在检测部D上朝扩宽横向宽度的方向施加应力，因此第一板状片51以及第二板状片52的姿势变化为更加水平倒伏的状态。其结果是，第三板状片53(位移部)如图中实心箭头所示那样朝上方位移。
[0306] 本发明的基本原理在于，利用这样的位移，检测作用的扭矩的朝向以及大小。即，作用的扭矩的朝向能够由位移部53的位移方向(图19中的上方或下方)检测，作用的扭矩的大小能够由其位移量检测。
[0307] ＜4-3.电容元件的结构＞
[0308] 在本发明中，为了检测位移部53的位移而利用电容元件。图20是表示在图15所示的环状变形体50的检测部D1～D4以及与其相对的右侧支撑体20的预定部分设有电极的详细构造的局部剖视图，表示图15所示的环状变形体50以及右侧支撑体20的一部分。在该图20中，检测部D也代表4组检测部D1～D4，并示出利用包含基本环状路R的圆柱面切断环状变形体50时的剖面部分。即，图20的左侧所示的环状变形体50的一部分与图19的(a)所示的环状变形体50的一部分对应。
[0309] 如所述那样，在不作用扭矩的状态下，第三板状片53的两面构成与包含基本环状路R的XY平面平行的面。因而，如图示那样，第三板状片53(位移部)与右侧支撑体20的相对面成为平行的状态。并且，在这里表示的实施例的情况下，由于检测部D的剖面形状关于法线N成为线对称，因此第三板状片53(位移部)如图19的(b)、图19的(c)所示那样以沿着法线N平行移动的形式产生位移。其结果是，第三板状片53(位移部)与右侧支撑体20的相对面始终维持为平行状态。
[0310] 为了检测位移部的位移，在第三板状片53(位移部)的与右侧支撑体20相对的位置隔着绝缘层I50固定位移电极E50。另外，在右侧支撑体20的与位移电极E50相对的位置隔着绝缘层I20固定有固定电极E20。这样一来，基于由位移电极E50和固定电极E20构成的电容元件C的静电电容值，能够检测第三板状片53(位移部)的位移方向以及位移量。
[0311] 具体来说，如图19的(b)所示，当向检测部D作用压缩力f1时，两电极间距离缩窄，电容元件C的静电电容值增加，如图19的(c)所示，当向检测部D作用拉伸力f2时，两电极间距离扩宽，电容元件C的静电电容值减少。在图20中示出了针对检测部D而形成有电容元件C的例子，当然，实际上，针对图15所示的4组检测部D1～D4，分别设置位移电极E50与固定电极E20，形成4组电容元件C1～C4。使用了上述4组电容元件C1～C4的具体的扭矩检测的原理在下述的§5中详细说明。
[0312] 此外，在图20所示的实施例中，将位移电极E50隔着绝缘层I50固定于第三板状片53(位移部)，这是因为，环状变形体50由金属等导电性材料构成。同样，将固定电极E20隔着绝缘层I20固定于右侧支撑体20，这是因为，右侧支撑体20由金属等导电性材料构成。即，在这里表示的实施例的情况下，由于左侧支撑体10、右侧支撑体20、环状变形体50由金属等导电性材料构成，因此将位移电极E50隔着绝缘层I50形成于位移部53的表面，将固定电极E20隔着绝缘层I20形成于右侧支撑体20的表面。
[0313] 因而，在环状变形体50(其中，至少是位移电极E50的形成面)由树脂等绝缘材料构成的情况下，不需要设置绝缘层I50。同样，在右侧支撑体20(其中，至少是固定电极E20的形成面)由树脂等绝缘材料构成的情况下，不需要设置绝缘层I20。
[0314] 另外，在环状变形体50由金属等导电性材料构成的情况下，也能够将环状变形体50的右侧面的表面的一部分的区域用作位移电极E50。例如，在图20所示的实施例中，若环状变形体50由导电性材料构成，则第三板状片53(位移部)成为导电性的板，因此其自身发挥作为位移电极E50的功能。因此，不需要另外设置位移电极E50。在这种情况下，以电的方式使环状变形体50的表面整体成为同电位，但实际上发挥作为4组电容元件C1～C4的位移电极E50的功能的部分仅是指与独立设置的4组固定电极E20相对的区域。因而，4组电容元件C1～C4分别作为独立的电容元件进行工作，不会产生原理性阻碍。
[0315] 相反，在右侧支撑体20由金属等导电性材料构成的情况下，也能够将右侧支撑体20的左侧面的表面的一部分的区域用作固定电极E20。例如，在图20所示的实施例中，若右侧支撑体20由导电性材料构成，则其左侧面的表面的一部分发挥作为固定电极E20的功能。
因此，不需要另外设置固定电极E20。在这种情况下，以电的方式使右侧支撑体20的表面整体成为同电位，但实际上发挥作为4组电容元件C1～C4的固定电极E20的功能的部分仅是指与独立设置的4组位移电极E50相对的区域。因而，4组电容元件C1～C4分别作为独立的电容元件进行工作，不会产生原理性阻碍。
因此，不需要另外设置固定电极E20。在这种情况下，以电的方式使右侧支撑体20的表面整体成为同电位，但实际上发挥作为4组电容元件C1～C4的固定电极E20的功能的部分仅是指与独立设置的4组位移电极E50相对的区域。因而，4组电容元件C1～C4分别作为独立的电容元件进行工作，不会产生原理性阻碍。
[0316] 这样，若使环状变形体50由金属等导电性材料构成、或者使右侧支撑体20由金属等导电性材料构成，则能够省略设置独立的位移电极E50或独立的固定电极E20的工序，因此能够进一步提高生产效率。
[0317] 可是，若采用这样的省略构造，则环状变形体50整体或者右侧支撑体20整体成为共用的电极，在意图之外的各种部分形成寄生电容。因此，在静电电容的检测值中容易混入噪声成分，检测精度有可能降低。因而，在要求高精度的检测的扭矩传感器的情况下，即便在环状变形体50、右侧支撑体20由导电性材料构成的情况下，也优选如图20所示的实施例那样，分别隔着绝缘层设置独立的位移电极E50以及独立的固定电极E20。
[0318] 此外，检测部D的弹性变形的难易度成为左右传感器的检测灵敏度的参数。若使用容易弹性变形的检测部D，则能够实现对于微小的扭矩也可以检测的灵敏度高的传感器，但能够检测的扭矩的最大值受到抑制。相反，若使用难以弹性变形的检测部D，则能够较大地取得可以检测的扭矩的最大值，但灵敏度降低，因此无法进行微小的扭矩的检测。
[0319] 检测部D的弹性变形的难易度取决于第一变形部51(第一板状片)以及第二变形部52(第二板状片)的厚度(越薄越容易弹性变形)、宽度(越窄越容易弹性变形)、长度(越长越容易弹性变形)等形状，进一步也取决于其材质。另外，也能够在使位移部53(第三板状片)弹性变形的构造中设计检测部D。因而，在实用上，只要根据扭矩传感器的用途，适当地选择检测部D的各部分的尺寸、材质即可。
[0320] 此外，如所述那样，在本申请附图中，为了方便图示，忽略描绘各部分的实际尺寸。例如，在图20中，将位移电极E50、固定电极E20的厚度、绝缘层I50、绝缘层I20的厚度描绘为与各板状片51、52、53的厚度几乎相同，但上述各电极、绝缘层能够由蒸镀、镀金构成，其厚度能够设定为数μm左右。与此相对，关于各板状片51、52、53的厚度，优选考虑到实用的强度而设计得更厚，例如若是由金属构成的情况下，则优选设定为1mm左右。
[0321] 另一方面，左侧支撑体10以及右侧支撑体20是在检测扭矩的原理上不需要产生弹性变形的构件。更确切来说，为了使作用的扭矩100％有助于环状变形体50的变形，左侧支撑体10以及右侧支撑体20优选是完全的刚体。在图示的例子中，作为左侧支撑体10以及右侧支撑体20而使用在中心部具有贯通开口部H10、H20的环状的构造体的理由并非是容易弹性变形，而是确保沿着旋转轴(Z轴)贯穿左侧支撑体10、环状变形体50、右侧支撑体20的各贯通开口部H10、H50、H20的插入孔。若与§1～§3所述的在先申请扭矩传感器同样地采用内部成为中空的构造，则能够在该中空部分配置各种元件，实用上的利用便利提高。
[0322] 如图15所示那样，由于左侧支撑体10、右侧支撑体20、环状变形体50均能够由Z轴方向的厚度小的扁平构造体构成，因此能够将传感器整体的轴长设定得较短。并且，由于能够简化用于构成电容元件C的电极构造，因此能够期待使生产效率提高的效果。该效果通过比较图12所例示的在先申请扭矩传感器的电容元件与图20所例示的本发明的扭矩传感器的电容元件而能够容易理解。
[0323] 即，在图12所例示的在先申请扭矩传感器中，利用形成于环状变形体30的内周面的位移电极E31与固定于右侧支撑体20的左侧面的固定电极E21来形成电容元件。因此，为了将固定电极E21的根端部准确地固定于右侧支撑体20，相应地需要耗费工时的工序，并且，其位置调整需要大量的作业负担，无法避免生产效率的降低。实际上，即便固定电极E21的前端部的位置仅略微偏移，位移电极E31与固定电极E21的距离也会发生变动，使电容元件的静电电容值产生变动。这样的问题是由于将固定电极E21配置为从右侧支撑体20的左侧面垂直朝左方突出而引起的。
[0324] 另一方面，在图20所例示的本发明的扭矩传感器中，任意电极均沿着其形成面进行配置，因此不产生上述问题。即，位移电极E50是沿着位移部53的表面形成的层状的电极，固定电极E20是沿着右侧支撑体20的左侧面形成的层状的电极。均是沿着形成面配置的层状的电极，因此能够利用通常的成膜工序来形成，形成工序的作业负担比较轻。
[0325] 另外，环状变形体50与右侧支撑体20的间隔由图15所示的凸状部21、22(右侧连接构件)的厚度预定，因此通过准确地控制绝缘层I50、位移电极E50、固定电极E20、绝缘层I20的厚度，能够准确地调整位移电极E50与固定电极E20之间的间隔(电容元件C的电极间隔)。若利用通常的成膜工序，则能够进行准确的厚度控制，即便在进行商业化量产的情况下，也容易进行以各个电容元件为单位使相对电极变得平行并且使针对多个电容元件的电极间隔彼此相等那样的调整。通过这样的理由，根据本发明，能够提供一种小型且具有高刚性、能够实现较高的生产效率的扭矩传感器。
[0326] ＜＜＜§5.基本实施方式所涉及的扭矩传感器的扭矩检测原理＞＞＞
[0327] 接着，对§4所述的扭矩传感器的扭矩的检测原理进行说明。
[0328] ＜5-1.使用了电容元件的扭矩检测＞
[0329] 图21是表示在向图15所示的基本构造部中的右侧支撑体20施加负荷的状态下对左侧支撑体10作用有绕Z轴正的扭矩+Mz时的变形状态的XY平面下的剖视图。换言之，是利用XY平面切断图15所示的基本构造部并从图15的右方向观察的剖视图。在此，也为了方便说明，作为使X轴以及Y轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义了V轴以及W轴。
[0330] 在图中施加阴影的剖面部分相当于环状变形体50，在其里侧看到左侧支撑体10。图的点P11～P22是各连接点P11～P22朝XY平面上的正射影投影像。当向左侧支撑体10作用绕Z轴正的扭矩+Mz时，在图中由白点表示的点P11、P12(左侧连接点)处，作用由空心箭头所示那样的绕逆时针的应力。另一方面，由于向右侧支撑体20施加负荷，因此在图中由黑点表示的点P21、P22(右侧连接点)保持原样地停留在固定位置。
[0331] 其结果是，在第一检测点Q1以及第三检测点Q3的位置附近，作用有在图中由空心箭头表示那样的拉伸力f2，在第二检测点Q2以及第四检测点Q4的位置附近，作用有在图中由空心箭头表示那样的压缩力f1。其结果是，环状变形体50如图示那样变形为以W轴为长轴、以V轴为短轴的椭圆形(图的虚线示出变形前的状态)。
[0332] 如所述那样，在各检测点Q1～Q4的位置分别配置有检测部D1～D4，形成有电容元件C1～C4。然后，如图19的(b)所示，作用有压缩力f1的检测部D的位移部53以靠近右侧支撑体20的方式位移，电容元件C的静电电容值增加，如图19的(c)所示，作用有拉伸力f2的检测部D的位移部53以远离右侧支撑体20的方式位移，电容元件C的静电电容值减少。因而，在作用有绕Z轴正的扭矩+Mz时，各检测部D1～D4示出图22的表所示那样的举动。
[0333] 即，若将配置于检测部D1～D4的位移电极分别设为E501～E504，将与其相对的固定电极分别设为E201～E204，则通过绕Z轴正的扭矩+Mz的作用向检测点Q1、Q3作用拉伸力f2，位移电极E501、E503以远离固定电极E201、E203的方式位移，电容元件C1、C3的静电电容值减少(在表中由“-”表示)。另一方面，在检测点Q2、Q4作用压缩力f1，位移电极E502、E504以靠近固定电极E202、E204的方式位移，电容元件C2、C4的静电电容值增加(在表中由“+”表示)。
[0334] 因而，若使用相同的附图标记C1～C4表示各电容元件C1～C4的静电电容值，则如表的最下行所示那样，通过进行基于运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”的计算，能够检测作用的绕Z轴正的扭矩+Mz。在这种情况下，获得的运算值Mz成为正的值，其绝对值表示作用的扭矩的大小。
[0335] 另一方面，作用有逆转的扭矩、即绕Z轴负的扭矩-Mz时的各检测部D1～D4的举动与图22的表成为相反，在检测点Q1、Q3作用压缩力f1，在检测点Q2、Q4作用拉伸力f2。因而，电容元件C1、C3的静电电容值增加，电容元件C2、C4的静电电容值减少。其结果是，基于运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”而获得的运算值Mz成为负的值，其绝对值表示作用的扭矩的大小。其结果是，由该运算式获得的运算值Mz的符号表示作用的扭矩的朝向，绝对值表示其大小。
[0336] 此外，在此，为了方便说明，在向右侧支撑体20施加负荷的状态下，将向左侧支撑体10施加的旋转力矩考虑为成为检测对象的扭矩，当然，即便在向左侧支撑体10施加负荷的状态下，将向右侧支撑体20施加的旋转力矩设为成为检测对象的扭矩，检测原理也完全相同。
[0337] 因而，在该基本实施方式的情况下，若使用图23的电路图所示那样的检测电路，则能够检测绕Z轴的扭矩。该电路图所示的E501～E504是设于各检测部D1～D4的位移电极，E201～E204是与这些位移电极E501～E504相对的固定电极，C1～C4是由这些电极构成的电容元件。另外，C/V转换电路101～104是分别将电容元件C1～C4的静电电容值C1～C4转换为电压值V1～V4的电路，转换后的电压值V1～V4分别成为与各静电电容值C1～C4对应的值。差值运算器105进行上述的运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”那样的计算，并具有将其结果向输出端子T输出的功能。
[0338] 此外，如图21所示那样，当作用绕Z轴的扭矩时，各检测点Q1～Q4的位置根据环状变形体50的变形而朝沿着环状变形体50的圆周的方向产生略微的位移。具体来说，在图示的例子的情况下，各检测点Q1～Q4的位置向从V轴或W轴朝逆时针的方向略微偏移的位置移动。因而，当作用扭矩时，图20所示的检测点Q也沿图的上下移动，位移部53(位移电极E50)不仅在图的左右方向上产生位移，在图的上下方向上也产生位移。
[0339] 其中，在图20所示的实施例的情况下，与位移电极E50的尺寸(平面的尺寸、即占有面积)相比，将固定电极E20的尺寸(平面的尺寸、即占有面积)设定得较大，因此即便位移电极E50朝图的上下方向、或与图的纸面垂直的方向位移，位移电极E50相对于固定电极E20的相对面积也不产生变化。因而，电容元件C的有效面积始终维持为恒定。
[0340] 图24是表示即便在这样位移电极E50相对于固定电极E20的相对位置发生变化的情况下、电容元件C的有效面积也维持恒定的原理的图。现在，如图24的(a)所示，考虑将一对电极EL、ES配置为彼此相对的情况。两电极EL、ES配置为彼此隔开预定间隔而成为平行，构成电容元件。其中，电极EL的面积比电极ES大，在将电极ES的轮廓向电极EL的表面投影而形成正射影投影像的情况下，电极ES的投影像完全包含在电极EL的表面内。在这种情况下，作为电容元件的有效面积成为电极ES的面积。
[0341] 图24的(b)是图24的(a)所示的一对电极ES、EL的侧视图。在图中施加阴影的区域是发挥实际的作为电容元件的功能的部分，作为电容元件的有效面积是施加了该阴影的电极的面积(即电极ES的面积)。
[0342] 现在，考虑在图中由单点划线表示那样的铅垂面U。电极ES、EL均配置为与铅垂面U成为平行。在此，当使电极ES沿着铅垂面U朝垂直上方移动时，电极EL侧的相对部分虽朝上方移动，但该相对部分的面积未发生改变。即便使电极ES朝下方移动，或者朝纸面的进深方向或近前方向移动，仍然无法改变电极EL侧的相对部分的面积。
[0343] 总之，在将面积小的电极ES的轮廓向面积大的电极EL的表面投影而形成正射影投影像的情况下，只要电极ES的投影像维持完全包含于电极EL的表面内的状态，则由两电极构成的电容元件的有效面积与电极ES的面积相等，且始终恒定。
[0344] 因而，若图20所示的位移电极E50与固定电极E20的关系成为与图24所示的电极ES和电极EL之间的关系相同的关系，则即便在扭矩的作用下使位移电极E50朝任意方向位移，只要在位移电极E50与固定电极E20之间保持平行，则构成电容元件的一对电极的有效相对面积也成为恒定。这意味着，电容元件C的静电电容值的变化主要根据位移电极E50与固定电极E20的距离来产生。换言之，电容元件C的静电电容值的变化仅取决于位移部53朝向沿着法线N的方向的位移而产生，不取决于朝向与法线N正交的方向的位移。这对于基于上述的原理而准确地检测作用的扭矩而言是重要的。
[0345] 其结果是，在实施本发明的情况下，优选将固定电极E20以及位移电极E50中的一方的面积设定得比另一方的面积大，使得即便在作用了预定旋转方向的扭矩、其结果是位移电极E50相对于固定电极E20的相对位置发生了变化的情况下，构成电容元件C的一对电极的有效相对面积也不发生变化。
[0346] 此外，在图24中示出了作为两片电极EL、ES而使用了矩形的电极的例子，但本发明的扭矩传感器所使用的位移电极E50以及固定电极E20的形状是任意的，例如使用圆形的电极也没有关系。另外，如§4-3所述那样，环状变形体50由金属等导电性材料构成且将其表面的一部分的区域用作位移电极E50、或者右侧支撑体20由金属等导电性材料构成且将其表面的一部分的区域用作固定电极E20也没有关系。
[0347] ＜5-2.由其他轴成分的干扰引起的误差的排除＞
[0348] 在上述的§5-1中，在向本发明的基本实施方式的扭矩传感器作用绕Z轴的力矩Mz这样的前提下，说明各检测部D1～D4的举动，通过进行基于图22的最下行所示的运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”的运算，示出能够将作用的绕Z轴的力矩Mz检测为成为检测对象的扭矩。
[0349] 其中，作用于该扭矩传感器的外力未必仅限于绕Z轴的力矩Mz。例如，在图16所示的扭矩传感器中，在固定了右侧支撑体20的状态下，作用于左侧支撑体10的外力成为X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy、Z轴方向的力Fz、绕X轴的力矩Mx、绕Y轴的力矩My、绕Z轴的力矩Mz这样的6轴成分。本发明的传感器是以将这些6轴成分中的、绕Z轴的力矩Mz检测为扭矩为目的的传感器，其检测原理如已经由§5-1说明的那样。
[0350] 当然，根据扭矩传感器的利用环境，也存在仅作用绕Z轴的力矩Mz的状态下利用的情况。例如，将图16所示的扭矩传感器收容在以Z轴为中心轴的圆筒内进行使用，在该扭矩传感器的外径与该圆筒的内径一致那样的情况下，左侧支撑体10的移动自由度被显著地限制。在这样的利用环境下，即使考虑到相对于左侧支撑体10仅作用绕Z轴的力矩Mz也没有问题。然而，在将该图16所示的扭矩传感器组装于机械臂的关节部分而用作关节的一部分的情况下，相对于左侧支撑体10，上述6轴成分的力全部作用。
[0351] 至此所述的基本实施方式的扭矩传感器具有如下特征：能够进行排除了其它轴成分(上述6轴成分中的、除了绕Z轴的力矩Mz以外的5轴成分)的干扰的准确的扭矩检测。在此，对通过§5-1所述的检测方法能够排除其它轴成分的干扰这点进行说明。
[0352] 图25是表示在图16所示的基本构造部中、在固定了右侧支撑体20的状态下向左侧支撑体10作用各轴方向的力Fx、Fy、Fz或绕各轴的力矩Mx、My、Mz时的各电容元件C1～C4的电极间距离的具体的位移量的实例的表，图26是表示基于图25所示的表而制作的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表。在任意的表中，Mz的栏均由粗线框包围示出，这表示利用该扭矩传感器本来应检测的力成分为力矩Mz(绕Z轴的扭矩)。
[0353] 当观察图25的表的Mz的行时，在电容元件C1、C3的栏记载为“+10”，在电容元件C2、C4的栏记载为“-10”。这表示在固定了右侧支撑体20的状态下，在向左侧支撑体10作用绕Z轴正的力矩+Mz的情况下，电容元件C1、C3的电极间距离增加10μm，电容元件C2、C4的电极间距离减少10μm(图25的表中的“+”表示电极间距离的增加，“-”表示电极间距离的减少)。产生这样的现象的理由如参照图21已经说明的那样。
[0354] 在该图25的表的各栏中示出的数值是针对使用了以特定的尺寸设计、以特定的材质构成的基本构造部的具体的试制品，在固定了右侧支撑体20的状态下向左侧支撑体10作用具有预定的基准值的各轴方向的力以及绕各轴的力矩时(在力矩的情况下，使具有所述基准值的力作用于从原点O离开预定的基准距离的作用点时)，对各电容元件C1～C4的电极间距离的位移量(单位：μm)进行实测而成的结果。因而，各栏的数值是针对该试制品获得的固有值，各个数值的绝对值不具有普遍性意味。然而，其符号表示电极间距离是增加还是减少，与成为测定对象的试制品的尺寸、材质无关地具有普遍性。
[0355] 当观察图25的表的Fx的行时，在电容元件C1、C4的栏记载有“-2”，在电容元件C2、C3的栏记载有“+2”。这表示在固定了右侧支撑体20的状态下，向左侧支撑体10作用有X轴正方向的力+Fx的情况下，电容元件C1、C4的电极间距离减少2μm，电容元件C2、C3的电极间距离增加2μm。产生这样的现象的理由若参照图27的变形样态则能够容易理解。
[0356] 图27是表示作用了X轴正方向的力+Fx时的变形状态的XY平面下的剖视图，相当于利用XY平面切断图15所示的基本构造部并从图15的右方向观察的剖视图。在固定了黑点所示的右侧连接点P21、P22的状态下，当向白点所示的左侧连接点P11、P12作用X轴正方向的力+Fx时，如图中空心箭头所示那样，白点所示的左侧连接点P11、P12朝图的右方移动。其结果是，在第一检测点Q1以及第四检测点Q4的位置附近，作用在图中由空心箭头表示那样的压缩力f1，在第二检测点Q2以及第三检测点Q3的位置附近，作用在图中由空心箭头表示那样的拉伸力f2。
[0357] 其结果是，环状变形体50如图27所示那样变形为扁圆形(图的虚线表示变形前的状态)。如此，电容元件C1、C4的电极间距离减少2μm，电容元件C2、C3的电极间距离增加2μm，获得图25的表的Fx的行所示的结果。根据同样的理由，在作用Y轴正方向的力+Fy时，获得图25的表的Fy的行所示的结果，电容元件C1、C2的电极间距离减少2μm，电容元件C3、C4的电极间距离增加2μm。另外，在作用有Z轴正方向的力+Fz时，环状变形体50整体上朝Z轴正方向位移，因此获得图25的表的Fz的行所示的结果。即，电容元件C1～C4的电极间距离均减少5μm。
[0358] 另一方面，在图28的侧视图中示出作用有绕X轴正的力矩+Mx时的变形状态。在图中，X轴成为通过原点O与纸面正交的轴，绕X轴正的力矩+Mx成为使左侧支撑体10在图中绕顺时针旋转的力。其结果是，配置在比XZ平面靠上方的位置的第一检测部D1(在图中未出现)以及第二检测部D2以靠近右侧支撑体20的方式位移，配置在比XZ平面靠下方的位置的第三检测部D3以及第四检测部D4(在图中未出现)以远离右侧支撑体20的方式位移。
[0359] 如此，获得图25的表的Mx的行所示的结果，电容元件C1、C2的电极间距离减少100μm，电容元件C3、C4的电极间距离增加100μm。根据同样的理由，在作用了绕Y轴正的力矩+My时，获得图25的表的My的行所示的结果，电容元件C1、C4的电极间距离增加60μm，电容元件C2、C3的电极间距离减少60μm。此外，作用了力矩+Mx时的电极间距离的增减绝对值为100μm，与之相对，作用了力矩+My时的电极间距离的增减绝对值成为60μm是因为，如图15所示那样，由于凸状部21、22(右侧连接构件)配置在沿着X轴的位置，因此与绕Y轴的位移相比而容易产生绕X轴的位移。
[0360] 如所述那样，图26是表示基于图25所示的表而制作的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表，各栏的“+”表示静电电容值的增加，“-”表示静电电容值的减少。由于电极间距离的增减与静电电容值的增减成为相反，因此图26的表的各栏的符号与图25的表的对应栏的符号成为反转的关系。
[0361] 另外，在图26的表中，不仅示出符号而且示出大致的绝对值，因此在静电电容值增加的情况下，使用“(+)”、“+”、“++”这三种符号，在静电电容值减少的情况下，使用“(-)”、“-”、“--”这三种符号。在此，“(+)”、“(-)”表示图25的表所示的数值的绝对值为5以下，“+”、“-”示出绝对值为5以上50以下，“++”、“--”示出绝对值为50以上。由观察图25的表可知，属于同一行的各栏的数值的绝对值彼此相等，但若行不同，则数值的绝对值也不同(其中，对于行Fx、Fy，数值的绝对值全部为相同的“2”)。
[0362] 然后，如§5-1所述那样，在此所述的基本实施方式的扭矩传感器中，将基于运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”获得的运算值Mz输出为成为检测对象的扭矩的值。因此，实际上，利用图23所示那样的检测电路，向输出端子T输出检测值。若参照图26的表的Mz的行，则能够理解为基于运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”获得的运算值Mz成为表示正的扭矩(绕Z轴的力矩Mz)的值。
[0363] 例如，为了方便，若将由“-”以及“+”所示的变动量的绝对值假设为a并根据Mz的行设为C1＝-a、C2＝+a、C3＝-a、C4＝+a，则上述运算式的运算结果成为Mz＝+4a。这表示绕Z轴正作用有与成为4a的绝对值对应的扭矩。当然，在作用有逆转的扭矩的情况下，Mz的行的符号反转，因此上述运算式的运算结果成为Mz＝-4a。这表示绕Z轴负作用有与成为4a的绝对值对应的扭矩。这样，在作用了绕Z轴的力矩Mz的情况下，作为基于上述运算式的运算值，无障碍地检测出该力矩Mz的朝向(附图标记)以及大小(绝对值)。
[0364] 接下来，考虑向左侧支撑体10作用力矩Mz以外的其它轴成分的力的情况。首先，在作用有X轴方向的力Fx的情况下，各静电电容值C1～C4的变动量如图26的Fx的行所示那样。在此，也为了方便，将由“(+)”以及“(-)”表示的变动量的绝对值假设为a并根据Fx的行设为C1＝+a、C2＝-a、C3＝-a、C4＝+a，则上述运算式的运算结果成为Mz＝0。这表示，在上述运算式的运算结果中不包含力Fx的成分。
[0365] 同样，在作用了Y轴方向的力Fy的情况下，各静电电容值C1～C4的变动量如图26的Fy的行所示那样。在此，也为了方便，将由“(+)”以及“(-)”表示的变动量的绝对值假设为a并根据Fy的行设为C1＝+a、C2＝+a、C3＝-a、C4＝-a，则上述运算式的运算结果成为Mz＝0。这表示，在上述运算式的运算结果中不包含力Fy的成分。
[0366] 另外，在作用了Z轴方向的力Fz的情况下，各静电电容值C1～C4的变动量如图26的Fz的行所示那样。在此，也为了方便，将由“+”所示的变动量的绝对值假设为a并根据Fz的行设为C1＝+a、C2＝+a、C3＝+a、C4＝+a，则上述运算式的运算结果成为Mz＝0。这表示，在上述运算式的运算结果中不包含力Fz的成分。
[0367] 另外，在作用了绕X轴的力矩Mx的情况下，各静电电容值C1～C4的变动量如图26的Mx的行所示那样。在此，也为了方便，将由“++”以及“--”所示的变动量的绝对值假设为a并根据Mx的行设为C1＝+a、C2＝+a、C3＝-a、C4＝-a，则上述运算式的运算结果成为Mz＝0。这表示，在上述运算式的运算结果中不包含力矩Mx的成分。
[0368] 最后，在作用了绕Y轴的力矩My的情况下，各静电电容值C1～C4的变动量如图26的My的行所示那样。在此，也为了方便，将由“++”以及“--”所示的变动量的绝对值假设为a并根据My的行设为C1＝-a、C2＝+a、C3＝+a、C4＝-a，则上述运算式的运算结果成为Mz＝0。这表示，在上述运算式的运算结果中不包含力矩My的成分。
[0369] 其结果是，在由上述运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”获得的运算值Mz中完全不包含其它轴成分Fx、Fy、Fz、Mx、My，该运算值成为仅表示绕Z轴的力矩Mz的成分的值。这样，即便在将图16所示的扭矩传感器用作机械臂等的关节的一部分的情况下，也能够排除其它轴成分Fx、Fy、Fz、Mx、My的干扰，进行仅表示力矩Mz的成分的正的扭矩检测。
[0370] ＜＜＜§6.本发明的基本实施方式的特征＞＞＞
[0371] 在§4以及§5中，对使用了图15所示的基本构造部的本发明的基本实施方式的扭矩传感器的结构以及动作进行说明。在此，预先集中该基本实施方式的扭矩传感器的特征。
[0372] 本发明的扭矩传感器是检测绕预定的旋转轴的扭矩的传感器，其基本构造部如图15所示那样具有左侧支撑体10、环状变形体50、右侧支撑体20。在此，若如图15所示定义XYZ三维坐标系且将Z轴设为旋转轴，并将与该旋转轴正交的XY平面设为基本平面，在该基本平面XY上以包围旋转轴Z的周围的方式定义基本环状路R，则环状变形体50具有沿着该基本环状路R伸展的环状构造(参照图18)。
[0373] 在此，若如图15所示从旋转轴Z成为沿左右伸展的水平线那样的基准观察方向观察，则左侧支撑体10配置在与环状变形体50的左侧邻接的位置，右侧支撑体20配置在与环状变形体50的右侧邻接的位置。然后，若在环状变形体50的左侧的侧面上的图18中白点所示的位置定义左侧连接点P11、P12，在环状变形体50的右侧的侧面上的图18中黑点所示的位置定义右侧连接点P21、P22，则环状变形体50的左侧面在左侧连接点P11、P12的位置通过左侧连接构件11、12与左侧支撑体10连接，环状变形体50的右侧面在右侧连接点P21、P22的位置通过右侧连接构件21、22与右侧支撑体20连接。
[0374] §4以及§5所述的基本实施方式的扭矩传感器通过向这样的基本构造部进一步附加电容元件C与检测电路来构成。在此，电容元件C如图20所示由固定于环状变形体50的右侧的侧面的预定位置的位移电极E50以及固定于右侧支撑体20的与位移电极E50相对的位置的固定电极E20构成。然后，检测电路发挥在基于各电容元件的静电电容值的变动向左侧支撑体10以及右侧支撑体20的一方施加负荷的状态下输出表示向另一方作用的绕旋转轴Z的扭矩的电信号的功能。
[0375] 如图18所示那样，在环状变形体50上的基本环状路R上定义检测点Q1～Q4，在这些检测点Q1～Q4的位置配置检测部D1～D4。然后，如图15所示那样，环状变形体50具有交替配置检测部D1～D4与连结部L1～L4的构造，在各检测部D的两端分别连接有邻接的连结部L。另外，如图18所示那样，左侧连接点P11、P12以及右侧连接点P21、P22配置于连结部L，朝向基本平面XY的左侧连接点P11、P12的正射影投影像(白点)与右侧连接点P21、P22的正射影投影像(黑点)形成于彼此不同的位置。因此，通过扭矩的作用，向各检测部D1～D4作用压缩力f1或拉伸力f2。
[0376] 各个检测部D如图20所示那样具有通过成为检测对象的扭矩的作用来产生弹性变形的第一变形部51以及第二变形部52、以及通过上述两变形部51、52的弹性变形来产生位移的位移部53。然后，第一变形部51的外侧端与同其邻接的连结部L连接，内侧端与位移部53连接。同样，第二变形部52的外侧端与同其邻接的连结部L连接，内侧端与位移部53连接。
然后，位移电极E50固定于与位移部53的右侧支撑体20相对的位置。
然后，位移电极E50固定于与位移部53的右侧支撑体20相对的位置。
[0377] 如图18所示那样，在本发明的基本实施方式的扭矩传感器的情况下，左侧连接点P11、P12设于两处，右侧连接点P21、P22也设于两处。换言之，环状变形体50相对于左侧支撑体10在两处连接，相对于右侧支撑体20也在两处连接。然而，在本发明的原理上，环状变形体50与左侧支撑体10的连接位置至少为一处就足够，环状变形体50与右侧支撑体20的连接位置也至少为一处就足够。因而，左侧连接点以及右侧连接点不一定需要在两处分别设置，但在实用上，为了使作用的扭矩向环状变形体50稳定地传递，优选将左侧连接点以及右侧连接点至少各设置两处。
[0378] 另外，在本发明的基本实施方式的扭矩传感器的情况下，在环状变形体50的四处定义检测点Q1～Q4，设置有合计4组的检测部D1～D4，但在本发明的原理上，仅采用1组检测部D就能够进行扭矩检测。例如，在图20所示的检测部D的情况下，当在检测点Q的附近部分作用压缩力f1(使检测部D朝图的上下方向缩窄的力)时电容元件C的静电电容值增加，当作用拉伸力f2(使检测部D朝图的上下方向伸展的力)时电容元件C的静电电容值减少，增加量以及减少量与作用的力的大小相应。因而，在原理上，若在环状变形体50的一部分设置1组检测部D，则能够基于电容元件C的静电电容值的变化来检测作用的扭矩的朝向以及大小。
[0379] 然而，在实用上，优选在基本环状路R上定义多个n个(n≥2)检测点，在各检测点分别配置检测部D。换言之，优选通过将多个n个检测部D与多个n个连结部L沿着基本环状路R交替配置，由此构成环状变形体50。这是因为，若配置多个n个检测部D，则能够进行利用了n多组电容元件C的静电电容值的检测，能够进一步提高检测精度。
[0380] 另外，若基于位移部53的位移样态(在作用了特定方向的扭矩时，靠近还是远离右侧支撑体20)将n多组检测部分成两个属性组，则能够进行基于静电电容值的差值的检测，也获得进一步提高检测精度的效果。
[0381] 在实用上，优选将n设定为偶数，在基本环状路R上定义偶数n个(n≥2)检测点，在各检测点分别配置检测部D。换言之，优选通过将偶数n个检测部D与偶数n个连结部L沿着基本环状路R交替配置来构成环状变形体50。这样一来，在将n组检测部分成两个属性组的情况下，能够分成彼此由相同数量的成分构成的组，能够进行无偏差的稳定的检测。
[0382] 另外，若将n设定为偶数，则在相对于偶数n个连结部L沿着基本环状路R依次赋予编号时，能够将右侧连接点配置于第奇数个连结部，将左侧连接点配置在第偶数个连结部，因此能够使作用于左侧支撑体10的扭矩朝环状变形体50高效地传递，能够使环状变形体50的变形稳定。§4以及§5所述的基本实施方式的扭矩传感器是设定为n＝4的例子。
[0383] 当然，若设定为n＝2并在环状变形体50上设置两组检测部D，则能够获得使上述的检测精度提高的效果。即，在设定为n＝2的情况下，沿着基本环状路R将第一连结部、第一检测部、第二连结部、第二检测部按照该顺序配置，由此构成环状变形体，并将右侧连接点配置于第一连结部，将左侧连接点配置于第二连结部即可。
[0384] 但是，在实用上，优选将n设定为4以上的偶数，§4以及§5所述的基本实施方式是最优选的实施方式之一。在设定为n＝4的情况下，如图17所示那样，通过沿着基本环状路R将第一连结部L1、第一检测部D1、第二连结部L2、第二检测部D2、第三连结部L3、第三检测部D3、第四连结部L4、第四检测部D4按照该顺序配置来构成环状变形体50。
[0385] 并且，由参照图17以及图18可知，第一右侧连接点P21配置于第一连结部L1，第一左侧连接点P11配置于第二连结部L2，第二右侧连接点P22配置于第三连结部L3，第二左侧连接点P12配置于第四连结部L4。因此，如图15所示那样，左侧连接构件由连接第一左侧连接点P11与左侧支撑体10的第一左侧连接构件11以及连接第二左侧连接点P12与左侧支撑体10的第二左侧连接构件12构成，右侧连接构件由连接第一右侧连接点P21与右侧支撑体20的第一右侧连接构件21以及连接第二右侧连接点P22与右侧支撑体20的第二右侧连接构件22构成。
[0386] 因而，在固定了右侧支撑体20的状态下，当向左侧支撑体10作用绕Z轴的扭矩时，该扭矩通过第一左侧连接构件11以及第二左侧连接构件12向第二连结部L2以及第四连结部L4可靠地传递。另一方面，第一连结部L1以及第三连结部L3通过第一右侧连接构件21以及第二右侧连接构件22成为可靠地固定于右侧支撑体20的状态。如此，在环状变形体50中产生基于作用的扭矩的稳定的变形。
[0387] 另外，在该基本实施方式的扭矩传感器中，各连接点的配置关于中心轴具有对称性。具体来说，如图18所示那样，在通过基本平面(XY平面)与旋转轴Z的交点O而引出彼此正交的两直线(X轴以及Y轴)的情况下，第一左侧连接点P11以及第二左侧连接点P12的正射影投影像(白点)配置于第一直线上(Y轴上)，第一右侧连接点P21以及第二右侧连接点P22的正射影投影像(黑点)配置于第二直线上(X轴上)。
[0388] 即，在定义了图示那样的XYZ三维坐标系的情况下，环状变形体50以原点O为中心而配置在成为基本平面的XY平面上，左侧支撑体10配置在Z轴负区域(比纸面靠里侧的位置)，右侧支撑体20配置在Z轴正区域(比纸面靠近前的位置)。然后，在环状变形体50的Z轴负侧的侧面上设置第一左侧连接点P11以及第二左侧连接点P12，在环状变形体50的Z轴正侧的侧面上设置第一右侧连接点P21以及第二右侧连接点P22。
[0389] 在此，在将环状变形体50的两侧面向XY平面上投影而获得正射影投影像的情况下，第一右侧连接点P21的投影像(黑点)配置在正的X轴上，第二右侧连接点P22的投影像(黑点)配置在负的X轴上，第一左侧连接点P11的投影像(白点)配置在正的Y轴上，第二左侧连接点P12的投影像(白点)配置在负的Y轴上。这样，环状变形体50的上下的两处与左侧支撑体10接合，左右的两处与右侧支撑体20接合，各连接点各自偏移90°，因此通过扭矩的作用，能够使环状变形体50高效地变形，并且能够变形为具有轴对称性的椭圆。这样的轴对称性在进行基于静电电容值的差值检测的情况下是理想的。
[0390] 另一方面，如图18所示那样，在XY平面上，在作为以原点O为中心使X轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义V轴、作为以原点O为中心使Y轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义W轴的情况下，第一检测点Q1配置在正的V轴上，第二检测点Q2配置在正的W轴上，第三检测点Q3配置在负的V轴上，第四检测点Q4配置在负的W轴上。然后，4组检测部D1～D4配置为各检测点Q1～Q4成为中心，关于V轴以及W轴具有对称性。
[0391] 若采用这样的结构，合计4组的电容元件C1～C4配置在V轴以及W轴的正负两侧，因此在作用了特定的扭矩的情况下，能够进行使用了静电电容值增加的两组电容元件与静电电容值减少的两组电容元件的差值检测，能够使检测精度提高。在基本实施方式的情况下，4组检测部D1～D4具有彼此相同尺寸、同一构造，4组电容元件C1～C4也具有彼此相同尺寸、同一构造。因此，适于进行基于静电电容值的差值检测。
[0392] 通常，在具备多个n个检测部D的扭矩传感器中，为了进行基于静电电容值的差值检测，使n个检测部D中的一部分成为第一属性的检测部，使另一部分成为第二属性的检测部即可。
[0393] 在此，检测部D的属性基于位移部53的位移样态(在作用了特定方向的扭矩时，靠近还是远离右侧支撑体20)来决定。即，构成第一属性的检测部的第一属性位移部53在作用有第一旋转方向的扭矩(例如力矩+Mz)时朝远离右侧支撑体20的方向位移，在作用有与第一旋转方向相反的第二旋转方向的扭矩(例如力矩-Mz)时朝靠近右侧支撑体20的方向位移。与此相对，构成第二属性的检测部的第二属性位移部53在作用有第一旋转方向的扭矩(力矩+Mz)时朝靠近右侧支撑体20的方向位移，在作用有第二旋转方向的扭矩(力矩-Mz)时朝远离右侧支撑体20的方向位移。
[0394] 然后，利用固定于第一属性位移部的第一属性位移电极与固定于右侧支撑体20的同第一属性位移电极相对的位置的第一属性固定电极构成第一属性电容元件，利用固定于第二属性位移部的第二属性位移电极与固定于右侧支撑体20的同第二属性位移电极相对的位置的第二属性固定电极构成第二属性电容元件。这样一来，检测电路能够与第一属性电容元件的静电电容值和第二属性电容元件的静电电容值之差相当的电信号输出为表示作用的扭矩的电信号。
[0395] 在图22的表所示的例子的情况下，检测部D1、D3成为第一属性的检测部，检测部D2、D4成为第二属性的检测部，利用第一属性位移电极E501、E503与第一属性固定电极E201、E203来构成第一属性电容元件C1、C3，利用第二属性位移电极E502、E504与第二属性固定电极E202、E204来构成第二属性电容元件C2、C4。如图示那样，在作用了扭矩+Mz的情况下，第一属性电容元件C1、C3的静电电容值减少，第二属性电容元件C2、C4的静电电容值增加。因而，通过基于运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”而求出第一属性电容元件C1、C3的静电电容值C1、C3之和“C1+C3”与第二属性电容元件C2、C4的静电电容值C2、C4之和“C2+C4”的差值，能够检测出作用的扭矩的朝向与大小。
[0396] 另外，如§5-2所述那样，若进行基于该运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”的差值检测，则能够排除其它轴成分的干扰，因此即便在将该扭矩传感器应用于机械臂的关节的一部分等的情况下，也能够排除Fx、Fy、Fz、Mx、My这样的其它轴成分，仅准确地检测成为对象的绕Z轴的扭矩(力矩Mz)。
[0397] ＜＜＜§7.本发明的扭矩传感器的变形例＞＞＞
[0398] 至此，在§4～§6中，进行了针对本发明的基本实施方式的扭矩传感器的说明，但在此，描述相对于该基本实施方式的几个变形例。
[0399] ＜7-1.附加了辅助连接构件的变形例＞
[0400] 如上述那样，在基本实施方式的扭矩传感器中具备排除其它轴成分的干扰的功能。即，在固定了右侧支撑体20的状态下，在向左侧支撑体10施加了Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz这样的6轴成分的情况下，4组电容元件C1～C4的静电电容值的变动量如图26的表所示那样。因此，如§5-2所说明的那样，在通过基于运算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”的计算获得的值Mz中仅包含力矩Mz的成分，能够排除其它5轴成分的干扰。
[0401] 这是因为，该扭矩传感器具有轴对称性，若基于图26的表所示的结果，即便在作用了其它5轴成分Fx、Fy、Fz、Mx、My的情况下，基于上述运算式的运算结果也成为0。在图26的表中，根据变动量的绝对值的大小，记载有(+)、+、++以及(-)、-、--这样的符号，但若基本构造部具有轴对称性，则如图25的表所示那样，表的同一行的数值的绝对值彼此相等，因此针对其它5轴成分的运算结果均成为0。
[0402] 这样，理论上，若采用基本实施方式的扭矩传感器，则能够排除其它轴成分的干扰，仅准确地检测绕Z轴的力矩Mz。然而，实际上，难以使图25的表的同一行的数值的绝对值完全相等，多少会产生误差。换言之，在实际的产品中，无法获得完全排除其它5轴成分的干扰的检测值。当然，若处于能够将其它轴成分的干扰作为误差而忽略的范围，则在实用上没有问题，但在此所述的变形例实施了用于进一步减少该其它轴成分的干扰误差的工夫。
[0403] 在图26的表中，成为检测对象的本来的成分是由粗线框包围表示的力矩Mz。然而，相对于该Mz的栏的符号为+以及-，作为其它轴成分的Mx、My的栏的符号成为++以及--，作为绝对值，其它轴成分Mx、My的变动量大于本来的成分Mz的变动量。具体来说，在图25所示的例子的情况下，Mz的变动量的绝对值为“10”，与之相对，Mx、My的变动量的绝对值分别成为“100”、“60”。
[0404] 当然，图25的表所示的结果是针对由特定的尺寸设计的特定的试制品获得的值，因此具体的数值本身没有意义，但在利用了具有图15所示的形态的基本构造部的扭矩传感器中，作为一般趋势，成分Mx、My的变动量大于成分Mz的变动量。这是因为，该基本构造部具有绕X轴或Y轴旋转的情况比绕Z轴旋转容易这样的特性。因而，其它轴成分Mx、My能够称作容易对本来的检测对象成分Mz的检测值造成影响的成分。
[0405] 图29以及图30是鉴于这样的问题点而施加了用于进一步减少由其它轴成分的干扰引起的误差的处理的变形例的扭矩传感器的基本构造部的分解立体图以及侧视图。与图15所示的基本实施方式的扭矩传感器的基本构造部之差仅在于附加了辅助连接构件23、24这点。在图29中，辅助连接构件23、24被表示为从右侧支撑体20的左侧面朝左方突出的构件，但实际上，如图30的侧视图所示那样，若辅助连接构件23、24是连接环状变形体50的右侧面与右侧支撑体20的左侧面的构件，则以任意形态进行设置也没有关系。
[0406] 图31是从图29的右方向观察在图29所示的环状变形体50上接合有辅助连接构件23、24的状态的主视图。在图示的例子中，辅助连接构件23、24是圆柱状的构件，朝XY平面上的投影像位于Y轴上。如图18中白点所示那样，在Y轴上定义左侧连接点P11、P12，辅助连接构件23、24与该左侧连接点P11、P12的位置连接。换言之，在XY平面上，辅助连接构件23配置在第一左侧连接构件11的连接位置(在图31中由虚线表示)，辅助连接构件24配置在第二左侧连接构件12的连接位置(在图31中由虚线表示)。
[0407] 图32是表示图29所示的基本构造部中的辅助连接构件23的附近构造的局部剖视图，白点表示左侧连接点P11。即，图32相当于利用包含左侧连接点P11且与XZ平面平行的平面切开基本构造部而成的剖视图(图的上下方向成为Z轴方向)。图中虚线所示的连接参照线A是通过左侧连接点P11与Z轴平行的直线。辅助连接构件23是以该连接参照线A为中心轴的圆柱状的构件，即，作为在连接参照线A的位置处用于将环状变形体50(连结部L2)与右侧支撑体20的间隔维持为恒定的“支杆”而发挥功能。辅助连接构件24也发挥同样的功能。
[0408] 由观察图30的侧视图明确可知，通过附加作为“支杆”发挥功能的辅助连接构件23、24，即便在固定了右侧支撑体20的状态下向左侧支撑体10作用绕X轴的力矩Mx，也可以抑制左侧支撑体10以及环状变形体50的位移。即，即便作用力矩Mx，也不会产生图28所示那样的位移。另外，当附加辅助连接构件23、24时，也获得抑制在作用力矩My时产生的位移的效果。这是因为，相对于绕Y轴的旋转运动，辅助连接构件23、24作为阻力要素而发挥功能。
[0409] 此外，在这里表示的例子中，作为辅助连接构件23、24，使用了在连接参照线A上配置的圆柱状构件，当然，辅助连接构件23、24的形状不限于圆柱。另外，辅助连接构件23、24的位置不一定需要是连接参照线A上，若处于其附近位置，配置在从连接参照线A略微偏移的位置也没有关系。例如，在图31所示的例子中，使辅助连接构件23的位置朝Y轴正方向移动，使辅助连接构件24的位置朝Y轴负方向移动，将它们分别配置于环状变形体50的外侧轮廓线的附近位置也没有关系。或者，也可以如图中虚线所示那样，在环状变形体50的与Y轴交叉的交叉部分设有将连结部L2朝外侧扩张而成的突出部L2a、将连结部L4朝外侧扩张而成的突出部L4a，将辅助连接构件23配置于突出部L2a的三角标记的位置，将辅助连接构件24配置在突出部L4a的三角标记的位置。在这种情况下，只要在右侧支撑体20上也在与突出部L2a、L4a相对的位置设置相同的突出部即可。
[0410] 总之，辅助连接构件23、24是设置在环状变形体50的连结部L2、L4(包括扩张它们而成的突出部)的右侧的侧面与右侧支撑体20(包括扩张它们而成的突出部)的相对面之间的构件，在定义穿过左侧连接点P11、P12而与旋转轴(Z轴)平行的连接参照线A时，若采用配置在该连接参照线A上或其附近的构件，则采用任意构件也没有关系。此外，辅助连接构件23、24即使仅设于任一方，也可以获得那样的效果，但在实用上，优选设置两方。
[0411] 设置辅助连接构件23、24的目的在于，与通过作为本来的检测对象的力矩Mz的作用而产生的位移相比，抑制通过作为其它轴成分的力矩Mx、My的作用而产生的位移，进一步减少由其它轴成分的干扰引起的误差。基于这样的目的，作为辅助连接构件23、24，优选使用与在沿着连接参照线A的方向上作用力时相比、在与连接参照线A正交的方向上作用力时容易产生弹性变形的构件。
[0412] 具体来说，例如，如图32所示的例子那样，只要将由金属、树脂等具有一定程度的弹性的材料构成的细长棒状构件用作辅助连接构件23，并将其沿着连接参照线A配置即可。这样一来，在将右侧支撑体20设为固定状态而相对于左侧支撑体10向沿着连接参照线A的图的上下方向作用力时难以产生弹性变形，在向与连接参照线A正交的图的左右方向作用力时容易产生弹性变形。
[0413] 换言之，由细长棒状构件构成的辅助连接构件23难以产生沿上下方向伸缩的变形，容易产生使整体朝左右倾斜那样的变形。其结果是，环状位移体50朝向图的上下方向的位移被充分抑制，因此基于力矩Mx的作用的位移受到较大限制，但通过辅助连接构件23的倾斜，环状位移体50朝向图的左右方向的位移不怎么受到抑制，因此基于力矩Mz的作用的位移几乎不受限制。实际上，通过设置辅助连接构件23、24，也能够抑制基于力矩My的作用的位移或基于力Fz的位移。
[0414] 图33是表示图32所示的辅助连接构件的附近构造的变形例的局部剖视图。该变形例实施了使辅助连接构件23更容易倾斜的处理，在辅助连接构件的两端的连接部分采用了隔板构造。该变形例的基本构造部的形状与至此所述的基本实施方式的基本构造部的构造略微不同，因此在图中在各部分的附图标记末尾标注“A”进行表示。即，左侧支撑体10A与环状变形体50A(连结部L2)通过具有连接构件主体11A与连接构件台座11P的左侧连接构件来连接，环状变形体50A与右侧支撑体20A通过辅助连接构件23A来连接。
[0415] 在此，环状变形体50A相对于辅助连接构件23A的连接部由隔板部50d构成，右侧支撑体20A相对于辅助连接构件23A的连接部分由隔板部20d构成。因此，在固定了右侧支撑体20A的状态下，当向左侧支撑体10A作用绕Z轴的扭矩时，利用作用的扭矩使隔板部50d、20d变形，辅助连接构件23A相对于连接参照线A倾斜。因而，与设置辅助连接构件23A无关地充分确保基于成为检测对象的扭矩(力矩Mz)的位移的自由度。
[0416] 图32所示的辅助连接构件23为了倾斜而需要使自身产生变形，因此优选由尽可能细的棒状构件构成。与此相对，图33所示的辅助连接构件23A通过隔板部50d、20d的变形来倾斜，因此辅助连接构件23A本身不需要变形。因而，作为辅助连接构件23A，使用具有较高刚性的构件也没有关系。在充分确保倾斜角度的前提下，优选使辅助连接构件23A尽可能地增长。
[0417] 另外，在图示的例子的情况下，左侧连接构件由连接构件主体11A与连接构件台座11P构成，连接构件台座11P避开隔板部50d与其周围的部分连接，因此不会阻碍隔板部50d的变形。因此，辅助连接构件23A的倾斜的自由度得到充分确保。此外，在图示的例子中，采用在环状变形体50A设置隔板部50d、在右侧支撑体20A设置隔板部20d、将辅助连接构件23A的上下两端经由隔板部连接的结构，但采用仅上端或者下端经由隔板部连接的结构也没有关系。
[0418] 图34是表示向附加有图29所示的辅助连接构件的变形例中的左侧支撑体10作用有各轴方向的力或绕各轴的力矩时的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表。与图26所示的表相比可知，Fz的栏、Mx的栏、My的栏均成为(+)或(-)。此外，虽然该表中的与符号“(+)”、“(-)”相当的变动量的数值范围和与符号“+”、“-”相当的变动量的数值范围的具体的区分基准与图26的表中的区分基准(若绝对值为5以下则为“(+)”、“(-)”，若绝对值为5以上50以下则为“+”、“-”)稍微不同，但符号“(+)”、“(-)”表示比符号“+”、“-”足够小的绝对值这点没有改变。
[0419] 由比较图26的表与图34的表可知，通过附加辅助连接构件，作用力Fz以及力矩Mx、My时的变动量的绝对值减小，与作用有成为检测对象的力矩Mz时的变动量的绝对值相比，作用有其它轴成分Fx、Fy、Fz、Mx、My时的变动量的绝对值相对变小。因而，能够进一步减少由其它轴成分的干扰引起的误差。
[0420] ＜7-2.使用合计8组检测部的变形例＞
[0421] 在§6中，在实施本发明时记载有，优选在基本环状路R上定义多个n个(n≥2)检测点，在各检测点分别配置检测部D。在基本实施方式中，设定为n＝4并使用了合计4组的检测部，但在这里所述的变形例中，设定为n＝8并使用合计8组的检测部。因此，在该变形例的扭矩传感器中，替代图15所示的基本构造部中的环状变形体50，使用具备8组检测部D11～D18的环状变形体60。
[0422] 此外，左侧支撑体10以及右侧支撑体20的构造不产生变化。因而，在定义了XYZ三维坐标系的情况下，在该变形例的扭矩传感器的情况下，环状变形体60也配置在以原点O为中心成为基本平面的XY平面上，左侧支撑体10配置于Z轴负区域，右侧支撑体20配置于Z轴正区域，进行绕Z轴的扭矩的检测。
[0423] 图35是该变形例的扭矩传感器的环状变形体60的主视图(从右侧支撑体20侧观察的图)。在此，在XY平面上，作为以原点O为中心使X轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义V轴，作为以原点O为中心使Y轴绕逆时针旋转45°而成的坐标轴而定义W轴。基本实施方式的环状变形体50如图17的主视图所示通过将4组检测部D1～D4与4组连结部L1～L4交替并排而成，该变形例的环状变形体60如图35的主视图所示通过将8组检测部D11～D18与8组连结部L11～L18交替并排而成。
[0424] 图36是表示构成图35所示的环状变形体60的检测部D11～D18以及连结部L11～L18的配置的俯视图(阴影表示检测部的区域，并非表示剖面)。如图示那样，该环状变形体60通过沿着由单点划线表示的圆形的基本环状路R依次配置第一连结部L11、第一检测部D11、第二连结部L12、第二检测部D12、第三连结部L13、第三检测部D13、第四连结部L14、第四检测部D14、第五连结部L15、第五检测部D15、第六连结部L16、第六检测部D16、第七连结部L17、第七检测部D17、第八连结部L18、第八检测部D18来构成。各检测部D11～D18的基本构造与至此说明的各检测部D1～D4的基本构造相同。例如，在图35中示出由第一变形部61、第二变形部62、位移部63构成第一检测部D11的例子，但在此，第一变形部61、第二变形部
62、位移部63是与图20所示的检测部D的第一变形部51、第二变形部52、位移部53相同的构成要素，在位移部63中隔着绝缘层而形成位移电极。
62、位移部63是与图20所示的检测部D的第一变形部51、第二变形部52、位移部53相同的构成要素，在位移部63中隔着绝缘层而形成位移电极。
[0425] 另外，在图15所示的环状变形体50的情况下，左侧面的两处通过左侧连接构件11、12与左侧支撑体10连接，右侧面的两处通过右侧连接构件21、22与右侧支撑体20连接，但在图35所示的环状变形体60的情况下，左侧面的四处通过左侧连接构件16、17、18、19与左侧支撑体10连接，右侧面的四处通过右侧连接构件26、27、28、29与右侧支撑体20连接。在图35中由虚线表示的区域表示供4组左侧连接构件16、17、18、19连接的区域朝向XY平面的投影像以及供4组右侧连接构件26、27、28、29连接的区域朝向XY平面的投影像。
[0426] 图37是表示图35所示的环状变形体60的各检测点以及各连接点的配置的朝向XY平面上的投影图(从右侧支撑体20侧观察的图：环状变形体60仅示出轮廓)。在此，也是左侧连接点P16～P19由白点示出，右侧连接点P26～P29由黑点示出。由对比图36与图37可知，第一左侧连接点P16配置于第一连结部L11，第一右侧连接点P26配置于第二连结部L12，第二左侧连接点P17配置于第三连结部L13，第二右侧连接点P27配置于第四连结部L14，第三左侧连接点P18配置于第五连结部L15，第三右侧连接点P28配置于第六连结部L16，第四左侧连接点P19配置于第七连结部L17，第四右侧连接点P29配置于第八连结部L18。
[0427] 实际上，第一左侧连接点P16～第四左侧连接点P19是在环状变形体60的Z轴负侧的侧面(左侧面)上定义的点，第一右侧连接点P26～第四右侧连接点P29是在环状变形体60的Z轴正侧的侧面(右侧面)上定义的点，因此图37所示的各连接点是指，将实际的连接点向XY平面上投影而成的点。
[0428] 其结果是，在基本平面XY上引出通过与旋转轴Z的交点O并各具有45°的角度偏差进行交叉的四条直线X、V、Y、W的情况下，第一左侧连接点P16以及第三左侧连接点P18的正射影投影像配置在第一直线X上，第一右侧连接点P26以及第三右侧连接点P28的正射影投影像配置在第二直线V上，第二左侧连接点P17以及第四左侧连接点P19的正射影投影像配置在第三直线Y上，第二右侧连接点P27以及第四右侧连接点P29的正射影投影像配置在第四直线W上。
[0429] 更详细地说明时，在环状变形体60的两侧面向XY平面上投影而获得正射影投影像的情况下，第一左侧连接点P16的投影像配置在正的X轴上，第二左侧连接点P17的投影像配置在正的Y轴上，第三左侧连接点P18的投影像配置在负的X轴上，第四左侧连接点P19的投影像配置在负的Y轴上，第一右侧连接点P26的投影像配置在正的V轴上，第二右侧连接点P27的投影像配置在正的W轴上，第三右侧连接点P28的投影像配置在负的V轴上，第四右侧连接点P29的投影像配置在负的W轴上。
[0430] 然后，第一左侧连接构件16连接第一左侧连接点P16与左侧支撑体10，第二左侧连接构件17连接第二左侧连接点P17与左侧支撑体10，第三左侧连接构件18连接第三左侧连接点P18与左侧支撑体10，第四左侧连接构件19连接第四左侧连接点P19与左侧支撑体10。另外，第一右侧连接构件26连接第一右侧连接点P26与右侧支撑体20，第二右侧连接构件27连接第二右侧连接点P27与右侧支撑体20，第三右侧连接构件28连接第三右侧连接点P28与右侧支撑体20，第四右侧连接构件29连接第四右侧连接点P29与右侧支撑体20。这样，环状变形体60在其左侧的四处与左侧支撑体10连接，在其右侧的四处与右侧支撑体20连接，因此左侧支撑体10与环状变形体60之间的连接状态以及环状变形体60与右侧支撑体20之间的连接状态非常牢固。因而，在将该扭矩传感器用作机械臂等的关节的情况下，也能够确保足够的坚固性。
[0431] 另一方面，如图37所示那样，在基本环状路R上定义有8个检测点Q11～Q18。具体来说，若在V轴与X轴的中间位置定义VX轴，在V轴与Y轴的中间位置定义VY轴，在W轴与Y轴的中间位置定义WY轴，在W轴与X轴(负方向)的中间位置定义WX轴，则第一检测点Q11配置于VX轴正区域，第二检测点Q12配置于VY轴正区域，第三检测点Q13配置于WY轴正区域，第四检测点Q14配置于WX轴正区域，第五检测点Q15配置于VX轴负区域，第六检测点Q16配置于VY轴负区域，第七检测点Q17配置于WY轴负区域，第八检测点Q18配置于WX轴负区域。
[0432] 一般来说，若将第i个检测点(1≤i≤8)设为Qi，则检测点Qi的位置是指，在XY平面上，定义以原点O为起点而相对于X轴正方向绕逆时针形成角度θ的方向矢量Vec(θ)时，方向矢量Vec(π/8+(i-1)·π/4)与基本环状路R的交点位置。例如，第一检测点Q11是指，相对于X轴正方向绕逆时针形成角度22.5°的方向矢量Vec(π/8)与基本环状路R的交点位置。
[0433] 8组检测部D11～D18配置在各检测点Q11～Q18的位置，因此，其结果是，如图35的主视图所示那样，检测部D11～D18配置在X轴、V轴、Y轴、W轴的中间位置。在固定了右侧支撑体20的状态下，当向左侧支撑体10作用扭矩(力矩Mz)时，在利用图35中的配置在V轴以及W轴上的右侧连接构件26、27、28、29固定了环状变形体60的各部分的状态下，向配置在X轴以及Y轴上的左侧连接构件16、17、18、19作用绕顺时针或绕逆时针的力。因而，在各检测部D11～D18，根据其位置，作用压缩力f1或拉伸力f2，由设于各检测部D11～D18的位移部的位移电极与设于右侧支撑体20的相对面的固定电极构成的电容元件C11～C18的电极间距离发生变化，静电电容值C11～C18进行增减。
[0434] 图38是表示针对使用图35所示的8组检测部D11～D18的变形例在固定了右侧支撑体20的状态下向左侧支撑体10作用各轴方向的力或绕各轴的力矩时的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表。Mz的栏由粗线框包围表示，这表示利用该扭矩传感器本来应检测的力成分是力矩Mz(绕Z轴的扭矩)。
[0435] 在该图38的表中，也表示大致的绝对值，因此静电电容值增加的情况使用“(+)”、“+”、“++”这三种符号，静电电容值减少的情况使用“(-)”、“-”、“--”这三种符号。“++”表示与“+”相比而变动量大，“(+)”表示与“+”相比而变动量小。同样，“--”表示与“-”相比而变动量大，“(-)”表示与“-”相比而变动量小。
[0436] 当向左侧支撑体10作用力矩+Mz时，在图35中，在固定了右侧连接构件26、27、28、29的位置的状态下，施加使左侧连接构件16、17、18、19的位置绕逆时针移动的力，因此向第奇数个检测部D11、D13、D15、D17作用压缩力f1，向第偶数个检测部D12、D14、D16、D18作用拉伸力f2。因此，第奇数个电容元件C11、C13、C15、C17的静电电容值增加，第偶数个电容元件C12、C14、C16、C18的静电电容值减少。图38的表的Mz的行表示这样的变动。
[0437] 若基于产生这样的变动，通过进行基于8组电容元件C11～C18的静电电容值的差分运算，由此能够计算出力矩Mz(成为检测对象的扭矩)。图39是表示进行这样的差分运算的式子的变型的表。图39的(a)所示的运算式“Mz＝+C11-C12+C13-C14+C15-C16+C17-C18”是进行全部使用8组电容元件C11～C18的静电电容值的差分运算的式子，是实用上最优选的运算式。另一方面，图39的(b)所示的运算式“Mz＝+C11-C12+C15-C16”、图39的(c)所示的运算式“Mz＝+C13-C14+C17-C18”、图39的(d)所示的运算式“Mz＝-C12+C13-C16+C17”、图39的(e)所示的运算式“Mz＝+C11-C14+C15-C18”均是进行使用从8组静电电容值C11～C18之中选择的4组静电电容值的差分运算的式子，也能够通过差分运算来计算力矩Mz(成为检测对象的扭矩)。
[0438] 理论上，即便在采用了图39的(a)～(e)中任意的运算式的情况下，其它轴成分(Fx、Fy、Fz、Mx、My)也能够彼此抵消，如§5-2所述那样排除由其它轴成分的干扰引起的误差。但是，如§7-1所述那样，在图38的表中，也是与成分Mz的变动量“+”、“-”相比而成分Mx、My的变动量“++”、“--”增大。因而，若针对该§7-2所述的使用合计8组的检测部的变形例也应用了§7-1所述的附加了辅助连接构件的变形例，则获得进一步减少由其它轴成分的干扰引起的误差的效果。
[0439] 具体来说，只要在图37中白点所示的左侧连接点P16～P19(也可以并非全部)的位置或其附近设置辅助连接构件即可。当然，该辅助连接构件是如§7-1所述那样连接环状变形体60右侧面与右侧支撑体20的相对面之间的构件，能够发挥作为“支杆”的作用。此外，与在图31中由虚线以及三角标记表示的例子同样地在该图37所示的例子中也将环状变形体60的一部分(具体来说是与X轴以及Y轴交叉的交叉部分)朝外侧扩张而设置突出部，替代由白点表示的位置，在该突出部的位置配置辅助连接构件也没有关系。
[0440] 图40是表示在图35所示的使用8组检测部的变形例中进一步向附加了辅助连接构件的扭矩传感器中的左侧支撑体10作用各轴方向的力或绕各轴的力矩时的各电容元件的静电电容值的变动量(增减的程度)的表。与图38所示的表相比可知，Fz的栏、Mx的栏、My的栏均成为(+)或(-)，进一步减少由其它轴成分的干扰引起的误差。
[0441] ＜7-3.关于检测部的构造的变形例＞
[0442] 作为设于本发明的环状变形体50、60的检测部D的构造，在图19的(a)中例示出具有第一板状片51、第二板状片52、位移部53的构造。在该例的情况下，第一板状片51以及第二板状片52相对于法线N倾斜，并且第一板状片51的倾斜方向与第二板状片52的倾斜方向成为相反朝向。若采用这样的结构，则如图19的(b)所示在作用了压缩力f1的情况下，位移部53朝图的下方移动，在作用了拉伸力f2的情况下，位移部53朝图的上方移动，因此通过电容元件C的静电电容值的增减，能够检测作用的扭矩的朝向以及大小。
[0443] 然而，在本发明中能够利用的检测部D的构造并不限定于该图19的(a)所例示的构造。图41是表示检测部D的构造的变型的局部剖视图。
[0444] 图41的(a)所示的检测部DB是设于环状变形体50B的一部分的检测部，具有第一板状片51B、第二板状片52B、位移部53B、第一桥梁部54B、第二桥梁部55B。如图示那样，位移部53B、第一桥梁部54B、第二桥梁部55B均是配置为相对于XY平面(包含基本环状路R的平面)成为平行的板状的构成要素，第一板状片51B、第二板状片52B均是配置为相对于XY平面正交(相对于法线N成为平行)的板状的构成要素。
[0445] 在图19的(a)所示的检测部D的情况下，第一板状片51以及第二板状片52以彼此朝相反朝向的方式进行倾斜，但在图41的(a)所示的检测部DB的情况下，第一板状片51B、第二板状片52B成为彼此平行的状态。因而，在该检测部DB中，在作用压缩力f1的情况下、作用拉伸力f2的情况下，第一板状片51B以及第二板状片52B均相对于法线N倾斜，因此在任意的情况下位移部53B均朝图的上方移动。因而，虽通过电容元件C的静电电容值的增减无法检测作用的扭矩的朝向，若采用作用的扭矩的朝向确定的用途，则能够通过检测部DB来检测作用的扭矩的大小。
[0446] 图41的(b)所示的检测部DC是设于环状变形体50C的一部分的检测部，具有第一板状片51C、第二板状片52C、位移部53C、第一桥梁部54C、第二桥梁部55C。如图示那样，位移部53C、第一桥梁部54C、第二桥梁部55C均是配置为相对于XY平面(包含基本环状路R的平面)成为平行的板状的构成要素，第一板状片51C、第二板状片52C是以相对于法线N彼此成为相反朝向的方式倾斜配置的板状的构成要素。但是，与图19的(a)所示的检测部D相比，倾斜的样态不同，板状片51C、52C间的距离随着朝向图的下方而扩展。
[0447] 在该检测部DC中，在作用了压缩力f1的情况下，位移部53C向图的上方移动，在作用了拉伸力f2的情况下，位移部53C向图的下方移动，虽然与图19的(a)所示的检测部D相比，位移的方向相反，但通过电容元件C的静电电容值的增减，能够检测作用的扭矩的朝向以及大小。
[0448] 当然，作为检测部D，除此之外也能够采用各种构造。作为本发明所使用的检测部，总之，若是在沿着基本环状路R的方向上作用有压缩力f1、拉伸力f2时位移部相对于右侧支撑体20位移那样的构造，则也可以是任意的构造。
[0449] ＜7-4.使用了矩形的环状变形体的变形例＞
[0450] 图17所示的环状变形体50、图35所示的环状变形体60是内周的轮廓以及外周的轮廓均呈圆形的面包圈状的构造体，但本发明所使用的环状变形体不一定需要为圆形，也可以是椭圆状、矩形、三角形等任意形状的构造体。总之，若采用沿着呈环路的基本环状路R的构造体，则也可以使用任意形状的环状变形体。
[0451] 图42是本发明所能够利用的正方形的环状变形体60S的主视图(从右侧支撑体20侧观察的图)。该环状变形体60S是内周的轮廓以及外周的轮廓均呈正方形的构造体，具有与X轴平行的上边桥梁部以及下边桥梁部、与Y轴平行的左边桥梁部以及右边桥梁部。在上边桥梁部配置两组检测部D12S、D13S，在左边桥梁部配置两组检测部D14S、D15S，在下边桥梁部配置两组检测部D16S、D17S，在右边桥梁部配置两组检测部D18S、D11S。
[0452] 图43是表示图42所示的正方形的环状变形体60S的检测部以及连结部的配置的俯视图(阴影表示检测部的区域，并非表示剖面)。如图示那样，该环状变形体60S通过沿着由单点划线表示的正方形的基本环状路RS而依次配置第一连结部L11S、第一检测部D11S、第二连结部L12S、第二检测部D12S、第三连结部L13S、第三检测部D13S、第四连结部L14S、第四检测部D14S、第五连结部L15S、第五检测部D15S、第六连结部L16S、第六检测部D16S、第七连结部L17S、第七检测部D17S、第八连结部L18S、第八检测部D18S来构成。
[0453] 各检测部D11S～D18S的基本构造与至此所述的各检测部D1～D4的基本构造几乎相同。例如，在图42中示出利用第一变形部61S、第二变形部62S、位移部63S来构成第一检测部D11S的例子，在此，第一变形部61S、第二变形部62S、位移部63S是与图20所示的检测部D的第一变形部51、第二变形部52、位移部53相同的构成要素，在位移部63S上隔着绝缘层形成位移电极。
[0454] 另外，在图42所示的环状变形体60S的情况下，左侧面的四处通过左侧连接构件16S、17S、18S、19S与左侧支撑体10连接，右侧面的四处通过右侧连接构件26S、27S、28S、29S与右侧支撑体20连接。在图42中由虚线表示的区域表示供4组左侧连接构件16S、17S、18S、
19S连接的区域朝向XY平面的投影像以及供4组右侧连接构件26S、27S、28S、29S连接的区域朝向XY平面的投影像。
19S连接的区域朝向XY平面的投影像以及供4组右侧连接构件26S、27S、28S、29S连接的区域朝向XY平面的投影像。
[0455] 图44是表示图43所示的正方形的环状变形体60S的各检测点以及各连接点的配置的朝向XY平面上的投影图(从右侧支撑体20侧观察的图：环状变形体60S仅示出轮廓)。在此，左侧连接点P16～P19也由白点表示、右侧连接点P26～P29也由黑点表示。由比较图43与图44可知，第一左侧连接点P16配置于第一连结部L11S，第一右侧连接点P26配置于第二连结部L12S，第二左侧连接点P17配置于第三连结部L13S，第二右侧连接点P27配置于第四连结部L14S，第三左侧连接点P18配置于第五连结部L15S，第三右侧连接点P28配置于第六连结部L16S，第四左侧连接点P19配置于第七连结部L17S，第四右侧连接点P29配置于第八连结部L18S。
[0456] 另一方面，如图44所示，在基本环状路RS上定义了8个检测点Q11～Q18。各个检测点Q11～Q18分别被定义为由白点表示的左侧连接点和与其邻接的由黑点表示的右侧连接点的中间位置。8组检测部D11S～D18S配置于各检测点Q11～Q18的位置，因此，其结果是，配置在图42的主视图所示的各位置。虽省略详细说明，但通过进行基于由设于这样的正方形的环状变形体60S的8个检测部D11S～D18S构成的8组电容元件的静电电容值的预定的运算，能够在排除了由其它轴成分的干扰引起的误差的状态下检测绕Z轴作用的扭矩(力矩Mz)。
[0457] 当然，若在图44的白点所示的位置分别设置§7-1所述的辅助连接构件，则如使用图40的表进行说明的那样，能够更有效地排除基于力矩Mx、My的作用的由其它轴成分的干扰引起的误差。
[0458] ＜7-5.关于检测部的数量的变形例＞
[0459] 至此，在§4～§6中说明了使用4组检测部D1～D4的基本实施方式，在§7-2中说明了使用8组检测部D11～D18的变形例。另外，在这些实施例中，也说明了通过均进行差值检测来获得排除了由其它轴成分的干扰引起的误差的检测结果。但是，不可否认检测部的数量越增加，制造成本越高涨。对此，在优先制造成本的降低的情况下，也能够舍弃至此所述的实施例中的检测部的一部分而减少检测部的数量。
[0460] 如所述那样，当进行差值检测时，能够进行抑制了同相噪声、零点漂移的稳定的扭矩检测，并且，基于温度的各部分的膨胀的影响彼此抵消，也能够有助于获得精度高的检测值，因此是有利的。为了进行这样的差值检测，使用静电电容值的增减关系反转的两组电容元件即可。
[0461] 具体来说，在§4～§6所述的基本实施方式的情况下，若选择图26的表所示的4组电容元件C1～C4中的、在Mz的行的符号栏记载有不同符号的两组电容元件，则能够进行仅使用选择出的两组电容元件的差值检测。例如，也可以仅使用电容元件C1与C2，基于Mz＝C2-C1这样的运算式来检测扭矩Mz。另外，在§7-2所述的变形例的情况下，若选择图38的表所示的8组电容元件C11～C18中的、在Mz的行的符号栏中记载有不同符号的两组电容元件，则能够进行仅使用选择出的两组电容元件的差值检测。
[0462] 因而，在实施本发明时，设于环状变形体的检测部不一定需要设为4组或8组，若至少准备两组，则能够进行差值检测。不过，在仅具有两组检测部的情况下，无法获得排除了由其它轴成分的干扰引起的误差的检测结果。例如，根据图26的表，仅使用电容元件C1与C2能够利用Mz＝C2-C1这样的运算式来获得扭矩Mz的检测值，但若参照该表的Fx的行或My的行的符号栏，则能够理解在“C2-C1”的运算结果中也包含Fx、My的成分。
[0463] 因而，在实用上，若采用以不产生其它轴成分的干扰的环境下的利用为前提的传感器(例如以在将Z轴设为中心轴的圆筒内收容并使用那样的情况为前提的传感器)，则能够将检测部的数量缩减至2，减少制造成本。
[0464] 当然，也能够将检测部的数量缩减至1。在理论上，若检测部为一个，则能够基于一组电容元件的静电电容值的增减来检测扭矩的朝向以及大小。但是，由于在仅使用一组检测部的情况下无法进行差值检测，因此产生由温度环境的变化引起的误差等，不可否认检测精度的降低。因而，在实用上，没有要求高检测精度，在最优先制造成本的降低这样的情况下，只要提供仅具有一个检测部的扭矩传感器即可。
[0465] ＜7-6.关于左右的支撑体的变形例＞
[0466] 在至此所述的实施例中，例如，如图15所示的例子那样，在从旋转轴Z呈沿左右伸展的水平线那样的基准观察方向观察时，在与环状变形体50的左侧邻接的位置配置左侧支撑体10，在与环状变形体50的右侧邻接的位置配置右侧支撑体20。换言之，在环状变形体50的左右两侧配置有一对支撑体10、20。其中，若一对支撑体10、20采用发挥将成为检测对象的扭矩向环状变形体50传递而使其产生变形的功能、并作为电容元件的静电电容值的变化能够进行该扭矩的检测那样的配置，则不一定需要配置为从两侧夹持环状变形体50的左右。
[0467] 这样，一对支撑体不一定需要相对于环状变形体50配置于左侧以及右侧的位置，因此在以下的说明中，将一方的支撑体称为作用支撑体，将另一方的支撑体称为固定支撑体。作用支撑体相当于至此所述的左侧支撑体10，固定支撑体相当于至此所述的右侧支撑体20。固定支撑体是在扭矩检测时形成固定状态或施加负荷的状态的支撑体，在至此所述的实施例的情况下，是供构成电容元件C的固定电极形成的支撑体。另一方面，作用支撑体发挥在固定支撑体形成固定状态或施加负荷的状态的情况下相对于环状变形体50作用扭矩的功能。
[0468] 不过，在至此所述的实施例中，为了方便，进行了在固定右侧支撑体20(固定支撑体)的状态下检测向左侧支撑体10(作用支撑体)作用的扭矩这样的说明，但相反地即使在固定左侧支撑体10的状态下检测向右侧支撑体20作用的扭矩，其动作原理根据作用反作用的法则也成为相同。因而，上述的作用支撑体以及固定支撑体这样的术语也仅是为了方便而假定在固定了一方的状态下检测朝另一方作用的扭矩这样的状况而将一方称为固定支撑体、将另一方称为作用支撑体，即使调换两者，在检测原理上也没有问题。
[0469] 图45是作用支撑体70配置于环状变形体50的外侧的变形例的基本构造部的侧视图。为了方便图示，针对作用支撑体70以及作用连接构件71、72示出剖面，针对其它的构成要素示出侧面。此外，关于检测部，仅示出位于近前的检测部D2、D3的外周面。该变形例通过将图16所示的实施例的左侧支撑体10以及左侧连接构件11、12置换为作用支撑体70以及作用连接构件71、72而成，除此以外的结构与图16所示的实施例完全相同。
[0470] 图46是从图45所示的基本构造部卸下固定支撑体20、并从图45的右方向仅观察环状变形体50以及作用支撑体70的主视图。作用支撑体70是配置为从环状变形体50的外侧包围该环状变形体50的圆环状构造体，如图46所示，环状变形体50与作用支撑体70均以Z轴为中心轴进行同心配置。第一作用连接构件71配置在Y轴正区域上，连接作用支撑体70的内周面与环状变形体50的外周面(连结部L2的外周面)。同样，第二作用连接构件72配置在Y轴负区域上，连接作用支撑体70的内周面与环状变形体50的外周面(连结部L4的外周面)。
[0471] 因而，在该变形例的情况下，在环状变形体50的外周面与Y轴正区域的交点位置定义第一作用连接点P71，在环状变形体50的外周面与Y轴负区域的交点位置定义第二作用连接点P72。第一作用连接构件71发挥将第一作用连接点P71连接于作用支撑体70的内周面的功能，第二作用连接构件72发挥将第二作用连接点P72连接于作用支撑体70的内周面的功能。
[0472] 当然，作用连接点P71、P72的位置不限于图示那样的Y轴上的位置，若关于基本平面(XY平面)而作用连接点P71、P72的正射影投影像与固定连接点P21、P22(图18所示的右侧连接点P21、P22)的正射影投影像形成于彼此不同的位置，则能够定义为任意的位置。在图示的变形例的情况下，第一作用连接点P71能够定义为连结部L2的表面的任意的位置(也可以不一定是外周面)，第一作用连接构件71只要将该第一作用连接点P71连接于作用支撑体70即可。同样，第二作用连接点P72能够定义为连结部L4的表面的任意的位置(也可以不一定是外周面)，第二作用连接构件72只要将该第二作用连接点P72连接于作用支撑体70即可。
[0473] 此外，关于固定支撑体20，需要固定构成电容元件C的固定电极E20，因此需要配置在与环状变形体50的右侧邻接的位置。因而，在图45所示的变形例中，固定支撑体20以及固定连接构件21、22的结构与图16所示的实施例中的右侧支撑体20以及右侧连接构件21、22的结构完全相同。
[0474] 图47是作用支撑体80配置于环状变形体50的内侧的变形例的基本构造部的侧剖视图(表示由YZ平面切断的剖面)。该变形例通过将图45所示的变形例的作用支撑体70以及作用连接构件71、72(均配置在环状变形体50的外侧)置换为作用支撑体80以及作用连接构件81、82(均配置在环状变形体50的内侧)而成，其它的结构与图45所示的变形例完全相同。
[0475] 图48是从图47所示的基本构造部卸下固定支撑体20并仅从图47的右方向观察环状变形体50以及作用支撑体80的主视图。作用支撑体80是配置在环状变形体50的内侧的圆柱状构造体，如图48所示那样，环状变形体50与作用支撑体80均以Z轴为中心轴进行同心配置。此外，作为作用支撑体80，根据需要，也可以替代圆柱状构造体而使用在内部形成有贯通开口部H80的圆筒状构造体。
[0476] 第一作用连接构件81配置在Y轴正区域上，连接作用支撑体80的外周面与环状变形体50的内周面(连结部L2的内周面)。同样，第二作用连接构件82配置在Y轴负区域上，连接作用支撑体80的外周面与环状变形体50的内周面(连结部L4的内周面)。
[0477] 因而，在该变形例的情况下，在环状变形体50的内周面与Y轴正区域的交点位置定义第一作用连接点P81，在环状变形体50的内周面与Y轴负区域的交点位置定义第二作用连接点P82。第一作用连接构件81发挥将第一作用连接点P81连接于作用支撑体80的外周面的功能，第二作用连接构件82发挥将第二作用连接点P82连接于作用支撑体80的外周面的功能。
[0478] 在该变形例中，作用连接点P81、P82的位置也不限于图示那样的Y轴上的位置，若关于基本平面(XY平面)而作用连接点P81、P82的正射影投影像与固定连接点P21、P22(图18所示的右侧连接点P21、P22)的正射影投影像形成于彼此不同的位置，则能够定义为任意的位置。在图示的变形例的情况下，第一作用连接点P81能够定义为连结部L2的表面的任意的位置(也可以不一定是内周面)，第一作用连接构件81只要将该第一作用连接点P81连接于作用支撑体80即可。同样，第二作用连接点P82能够定义为连结部L4的表面的任意的位置(也可以不一定是内周面)，第二作用连接构件82只要将该第二作用连接点P82连接于作用支撑体80即可。
[0479] 在该变形例中，关于固定支撑体20也需要固定构成电容元件C的固定电极E20，因此需要配置在与环状变形体50的右侧邻接的位置。因而，在图47所示的变形例中，固定支撑体20以及固定连接构件21、22的结构与图16所示的实施例中的右侧支撑体20以及右侧连接构件21、22的结构完全相同。
[0480] 当然，图45～图48所示的变形例能够与§7-1～§7-5所述的变形例组合利用。例如，图49是表示向§7-2所述的变形例组合上述的图45、图46所示的变形例的例子的图，示出利用作用支撑体70从外侧支撑图35所示的环状变形体60的状态(从右方向观察的主视图)。如所述那样，环状变形体60具有合计8组检测部D11～D18，通过4组右侧连接构件(固定连接构件)26～29(在图中，由虚线示出其位置)固定于右侧支撑体(固定支撑体)20。
[0481] 另一方面，作用支撑体70是配置为从环状变形体60的外侧包围该环状变形体60的圆环状构造体，如图49所示那样，环状变形体60与作用支撑体70均以Z轴为中心轴进行同心配置，两者间通过4组作用连接构件76～79来连接。在此，第一作用连接构件76配置在X轴正区域上，第二作用连接构件77配置在Y轴正区域上，第三作用连接构件78配置在X轴负区域上，第四作用连接构件79配置在Y轴负区域上，均连接作用支撑体70的内周面与环状变形体60的外周面。
[0482] 因而，在该图49所示的变形例的情况下，在环状变形体60的外周面与X轴正区域的交点位置定义第一作用连接点P76，在环状变形体60的外周面与Y轴正区域的交点位置定义第二作用连接点P77，在环状变形体60的外周面与X轴负区域的交点位置定义第三作用连接点P78，在环状变形体60的外周面与Y轴负区域的交点位置定义第四作用连接点P79。
[0483] 与此相对，图50是表示向§7-2所述的变形例组合上述的图47、图48所示的变形例而成的例子的图，示出利用作用支撑体80从内侧支撑图35所示的环状变形体60的状态(从右方向观察的主视图)。在该变形例的情况下，环状变形体60也具有合计8组的检测部D11～D18，通过4组右侧连接构件(固定连接构件)26～29(在图中，由虚线示出其位置)固定于右侧支撑体(固定支撑体)20。
[0484] 另一方面，作用支撑体80是配置在环状变形体60的内部的圆柱状构造体(当然，也可以是圆筒状构造体)，如图50所示那样，环状变形体60与作用支撑体80均以Z轴为中心轴进行同心配置，两者间通过4组作用连接构件86～89来连接。在此，第一作用连接构件86配置在X轴正区域上，第二作用连接构件87配置在Y轴正区域上，第三作用连接构件88配置在X轴负区域上，第四作用连接构件89配置在Y轴负区域上，均连接作用支撑体80的外周面与环状变形体60的内周面。
[0485] 因而，在该图50所示的变形例的情况下，在环状变形体60的内周面与X轴正区域的交点位置定义第一作用连接点P86，在环状变形体60的内周面与Y轴正区域的交点位置定义第二作用连接点P87，在环状变形体60的内周面与X轴负区域的交点位置定义第三作用连接点P88，在环状变形体60的内周面与Y轴负区域的交点位置定义第四作用连接点P89。
[0486] 总之，在采用了图45～图50所示的变形例的基本构造部的扭矩传感器中，在与环状变形体的外侧或内侧邻接的位置配置作用支撑体，在与环状变形体的右侧邻接的位置配置固定支撑体，通过作用连接构件来连接在环状变形体的预定位置设置的作用连接点与作用支撑体，通过固定连接构件来连接在环状变形体的预定位置设置的固定连接点与固定支撑体即可。
[0487] 此外，如图15所示那样，在§4、§5所述的基本实施方式的扭矩传感器的基本构造部中，左侧连接构件11、12发挥连接在环状变形体50的左侧的侧面上定义的左侧连接点P11、P12与左侧支撑体10的作用，右侧连接构件21、22发挥连接在环状变形体50的右侧的侧面上定义的右侧连接点P21、P22与右侧支撑体20的作用，但左侧连接点P11、P12不一定需要定义在环状变形体50的左侧的侧面上，也可以定义在环状变形体50的外周面或内周面。同样，右侧连接点P21、P22不一定需要定义在环状变形体50的右侧的侧面上，也可以定义在环状变形体50的外周面或内周面。
[0488] 但是，如§4、§5所述的基本实施方式那样，在采用向环状变形体50的左右两侧设置左侧支撑体10以及右侧支撑体20的结构的情况下，若将左侧连接点P11、P12定义在环状变形体50的左侧的侧面上、将右侧连接点P21、P22定义在环状变形体50的右侧的侧面上，则使左侧连接构件11、12以及右侧连接构件21、22的构造简化(仅利用连结左右的构成要素间的块状的构件构成即可)。因而，在实用上，优选将左侧连接点P11、P12定义在环状变形体50的左侧的侧面上，将右侧连接点P21、P22定义在环状变形体50的右侧的侧面上。
[0489] ＜7-7.检测部的其它变型＞
[0490] 至此，对利用了具有图19的(a)所示的特有的构造的检测部D的实施方式进行了说明，进一步在图41的(a)、(b)中示出作为其变型的检测部DB、DC。当然，作为检测部，除此之外也能够采用各种构造。作为本发明所使用的检测部，总之若是在沿着基本环状路R的方向上作用有压缩力f1、拉伸力f2时产生位移或挠曲的构造，则也可以是任意的构造。在此，预先描述关于检测部D的构造、配置的进一步其它的变型。
[0491] 在图19的(a)所示的例子的情况下，配置于检测点Q的位置的检测部D由产生弹性变形的第一板状片51以及第二板状片52、以及两端被这些板状片51、52支撑的第三板状片53构成，第三板状片53作为位移部来发挥功能。在此，在检测点Q的位置竖起与XY平面正交的法线N时，第一板状片51以及第二板状片52相对于法线N倾斜，并且，第一板状片51的倾斜方向与第二板状片52的倾斜方向成为相反朝向。另外，在不作用扭矩的状态下，第三板状片
53(位移部)的相对面与固定支撑体20的相对面维持平行。
53(位移部)的相对面与固定支撑体20的相对面维持平行。
[0492] 在此，若着眼于至此所述的图17、图31、图35、图46、图48、图49、图50所示的实施例中的检测部的平面形状，则第一板状片51、61以及第二板状片52、62、以及第三板状片53、63朝向XY平面的投影像均成为接近梯形的扇形，该投影像的左右的轮廓线沿着朝向原点O的半径。例如，构成图17所示的检测部D1的板状片51、52、53的平面形状均成为接近梯形的扇形。这是因为，环状变形体50呈圆环状，因此与该圆环相符地设置各检测部D1～D4。
[0493] 与此相对，在图42所示的实施例中，例如，构成检测部D11S的板状片61S、62S、63S的平面形状均成为矩形。这是因为，环状变形体60S形成方环状，因此与该方环相符地设计各检测部D11S～D18S。
[0494] 这样，在至此所述的实施例中，与环状变形体的形状相符地进行将构成检测部的各板状片的平面形状设为扇形或矩形的设计，但各板状片的平面形状不一定需要进行上例那样的区别使用。例如，即便在如图17所示那样采用了圆环状的环状变形体50的情况下，也可以进行使各板状片51、52、53的平面形状均成为矩形那样的设计。在图17所示的实施例中，若将各板状片51、52、53的平面形状设为图42的实施例所示的各板状片61S、62S、63S那样的矩形，则在通过切削加工或线切割加工来形成检测部D的立体构造的情况下，能够采用将加工器具朝同一方向驱动的简单工序，在量产传感器的方面上是优选的。
[0495] 另外，在至此所述的实施方式中，使用了具有位移部53、63沿Z轴方向位移的构造的检测部D，但位移部53、63的位移方向不一定需要是Z轴方向。
[0496] 图51是替代图15所示的实施方式中的环状变形体50而表示改变了检测部的朝向的环状变形体90以及在其外侧配置的作用支撑体70的俯视图(上层的图)以及利用XZ平面切断向上述结构附加固定支撑体120来构成的基本构造部的侧剖视图(下层的图)。设于图15所示的环状变形体50的4组检测部D1～D4在图51所示的环状变形体90中被置换为4组检测部D1′～D4′。在此，4组检测部D1′～D4′的基本构造类似于图19的(a)所示的检测部D的构造，但环状变形体上的朝向不同。
[0497] 如观察图51的检测部D1′可知，检测部D1′由产生弹性变形的第一板状片91以及第二板状片92、以及两端由这些板状片91、92支撑的第三板状片93构成，第三板状片93作为位移部发挥功能。在此，各板状片91、92、93分别与图19的(a)所示的各板状片51、52、53对应，但相对于环状变形体配置的朝向不同。
[0498] 即，在设于图15所示的环状变形体50的4组检测部D1～D4中，位移部53位于环状变形体50的右方，位移部53的右面与固定支撑体20(右侧支撑体)的左面相对。与此相对，在设于图51所示的环状变形体90的4组检测部D1′～D4′中，位移部93位于环状变形体90的外侧，位移部93的外侧面与作用支撑体70的内周面相对。
[0499] 换言之，图51所示的4组检测部D1′～D4′具有使图15所示的4组检测部D1～D4以基本环状路R为旋转轴旋转90°那样的构造。因而，当沿着基本环状路R作用压缩力f1时，位移部93朝外侧位移(参照图19的(b))，当沿着基本环状路R作用拉伸力f2时，位移部93朝内侧位移(参照图19的(c))。
[0500] 这样，在设于图15所示的环状变形体50的4组检测部D1～D4中，位移部53沿Z轴方向位移，与此相对，在设于图51所示的环状变形体90的4组检测部D1′～D4′中，位移部93沿以原点O为中心在XY平面上描绘的圆的半径方向位移。因而，如图51所示那样，若在位移部93的外侧面形成位移电极E90、并在与其相对的作用支撑体70的内周面形成固定电极E70，则能够利用上述一对电极E90、E70构成电容元件C。然后，该电容元件C的静电电容值能够用作表示位移部93朝半径方向的位移的参数。
[0501] 此外，在该图51所示的变形例的情况下，在沿着Y轴的位置上配置固定连接构件121、122，进行相对于固定支撑体120的连接，在沿着X轴的位置配置作用连接构件73、74，进行相对于作用支撑体70的连接。这与图15所示的实施例的连接形态不同。即，在图15所示的实施例的情况下，在沿着X轴的位置配置固定连接构件21、22，进行相对于固定支撑体20的连接，在沿着Y轴的位置配置作用连接构件11、12，进行相对于作用支撑体10的连接。
[0502] 因此，针对图51所示的4组检测部D1′～D4′形成的4组电容元件C1′～C4′的举动与针对图15所示的4组检测部D1～D4形成的4组电容元件C1～C4的举动相反。即，图51所示的变形例中的电容元件C1′～C4′的举动使图22所示的表格中的应力栏的f1、f2的关系反转，使变动量栏的符号反转。因此，用于计算扭矩Mz的运算式成为Mz＝+C1-C2+C3-C4，但这是因为如上述那样稍微变更了连接形态，并非本质上不同。
[0503] 另外，在图15所示的实施例中，在中央设置具有贯通开口部H20的环状的固定支撑体20，与此相对，在图51的(b)所示的变形例中，设置没有开口部的圆盘状的固定支撑体120，但该点也并非本质上不同。如所述那样，在图15所示的实施例中，三个构成要素10、20、
50全部设有贯通开口部，因此根据需要能够沿着Z轴插入任意的轴，但若没有那样的需要，则如图51的(b)所示的例子那样使用圆盘状的固定支撑体120就足够了。
50全部设有贯通开口部，因此根据需要能够沿着Z轴插入任意的轴，但若没有那样的需要，则如图51的(b)所示的例子那样使用圆盘状的固定支撑体120就足够了。
[0504] 该图51所示的变形例示出下述两个重要点。第一点在于，在作为检测元件而使用电容元件的情况下，该电容元件的电极间隔的变化不一定需要与Z轴方向相关。图51所示的例子是电容元件的电极间隔的变化沿半径方向产生的例子，当然，也可以使用电极间隔的变化沿其它任意的方向产生那样的电容元件。
[0505] 然后，第二点在于，在作为检测元件而使用电容元件的情况下，位移电极E90需要设于检测部(即，环状变形体)，但与该位移电极E90相对的固定电极E70不一定需要设于固定支撑体120，也可以设于作用支撑体70。在直至§7-6所述的各实施方式中，固定电极均设于固定支撑体侧，但在图51所示的变形例的情况下，固定电极E70并非设于固定支撑体120而是设于圆环状的作用支撑体70的内周面。在此，作用支撑体70通过扭矩的作用来产生位移，其结果是，关于固定电极E70也产生位移，但由于基于扭矩的作用的该位移是沿着作用支撑体70的内周面的位移，因此不会对各电容元件C1′～C4′的电极间距离造成影响，不会对扭矩检测产生阻碍。
[0506] ＜7-8.使用了应变仪的变形例＞
[0507] 在此，对表示检测部的进一步其它的形态并且作为检测元件使用了应变仪的变形例进行说明。图52的(a)所示的检测部DD是设于环状变形体40的一部分的检测部，具有由一片板状变形部41构成的非常简单的构造。实际上，这样的检测部DD配置在环状变形体40的多处位置。换言之，环状变形体40是将多个板状变形部41与多个连结部L交替配置而成的环状的构造体。
[0508] 板状变形部41是通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的构成要素，其板面配置为相对于XY平面(包含基本环状路R的平面)倾斜。如至此所述的各实施方式那样，在作为检测元件而使用电容元件的情况下，检测部DD那样的简单构造不怎么优选，但在作为检测元件而使用应变仪的情况下，该检测部DD那样的简单构造则充分具有利用价值。
[0509] 在至此所述的实施方式中，作为检测在检测部中产生的弹性变形的检测元件而使用了电容元件，但在实施本发明的前提下，检测元件不一定限定于电容元件。以下所述的变形例中，作为检测元件而使用在产生检测部的弹性变形的位置处固定的应变仪，作为检测电路，使用基于该应变仪的电阻的变动而输出表示作用的扭矩的电信号的电路。
[0510] 图52的(b)、(c)是表示构成图52的(a)所示的检测部DD的板状变形部41的弹性变形的样态的局部剖视图。图52的(a)示出没有向检测部DD作用外力的状态，但当向检测部DD作用外力时，在板状变形部41上产生图52的(b)、(c)所示那样的挠曲。
[0511] 首先，考虑在环状变形体40的检测点Q的位置作用有图52的(b)所示那样的压缩力f1的情况。在这种情况下，板状变形部41产生挠曲，在其表面各部分产生在图中由“-”或“+”表示的应力。在此，“+”表示压缩应力(即沿着基本环状路R收缩的方向的应力)，“-”表示伸展应力(即，沿着基本环状路R朝图的左右扩展的方向上的应力)。在板状变形部41的表面产生的应力如图示那样集中于板状变形部41相对于连结部L的连接端附近。另一方面，在向检测点Q的位置作用有拉伸力f2的情况下，获得与图52的(b)相反符号的应力分布。
[0512] 与此相对，图52的(c)表示在针对邻接的一对连结部L作用有纵向的力的情况下产生的应力分布。具体来说，图示的例子表示在相对于左侧的连结部L作用朝向图的下方的力f3、相对于右侧的连结部L作用朝向图的上方的力f4时产生的应力分布。在这种情况下，最终在板状变形部41的表面上产生的应力也集中于板状变形部41相对于连结部L的连接端附近。但是，本发明的传感器是检测绕Z轴作用的力矩的扭矩传感器，成为检测对象的力成分是图52的(b)所示的压缩力f1或与其相反的拉伸力f2，不需要检测图52的(c)所示那样的力f3、f4。
[0513] 考虑这样的应力产生现象可知，为了使用图示那样的由板状变形部41构成的检测部DD而利用应变仪对检测部DD所产生的弹性变形进行检测，当在板状变形部41相对于连结部L的连接端附近的两面配置各应变仪时，能够进行有效的检测。
[0514] 图53是表示基于这样的想法作为检测图52的(a)所示的检测部DD所产生的弹性变形的检测元件而使用应变仪的例子的侧视图(图53的(a))以及俯视图(图53的(b))。此外，在环状变形体40为圆形的情况下，基本环状路R构成圆，但在图53的(b)中，为了方便说明，由直线表示基本环状路R的一部分。
[0515] 如图示那样，对于构成检测部DD的板状变形部41，在相对于左侧的连结部L的第一连接端附近的表侧的面上粘贴第一应变仪r1，在里侧的面上粘贴第二应变仪r2。同样，在相对于右侧的连结部L的第二连接端附近的表侧的面上粘贴第三应变仪r3，在里侧的面上粘贴第四应变仪r4。
[0516] 图54是表示基于图53所示的4组应变仪r1～r4的检测结果而输出电信号的桥接电路108的电路图。具体来说，该桥接电路108成为将第一应变仪r1与第四应变仪r4设为第一对边、将第二应变仪r2与第三应变仪r3设为第二对边的电路，通过从桥接电压源e外加预定的电压来动作。若针对该桥接电路108而设置检测在两输出端子T1、T2间产生的桥接电压的检测电路，则该桥接电压能够用作表示图52的(b)所示那样的变形或与其相反的变形的程度的参数。
[0517] 因而，例如，若使用通过将图15所示的实施例的环状变形体50的4组检测部D1～D4置换为图52的(a)所示的检测部DD来构成的环状变形体40，在各检测部DD配置图53所示那样的4组应变仪r1～r4，构成图54所示那样的桥接电路108，则各个桥接电路108的桥接电压成为表示图22的表格中的应力的参数。因而，若相对于上述4组桥接电压进行以图22的运算式为基准的运算，则能够将作用的扭矩的检测值获得为电信号。
[0518] ＜7-9.本发明的扭矩传感器的本质构成要素＞
[0519] 其结果是，基于至此所述的基本实施方式以及各种变形例，本发明的扭矩传感器的本质是指，具备以下那样的各构成要素，并检测绕预定的旋转轴(Z轴)的扭矩的扭矩传感器。
[0520] (1)在与旋转轴正交的基本平面(XY平面)上以包围旋转轴的周围的方式定义基本环状路时，沿着该基本环状路伸展的环状变形体。
[0521] (2)使环状变形体作用扭矩的作用支撑体。
[0522] (3)固定环状变形体的固定支撑体。
[0523] (4)将设于环状变形体的预定位置的作用连接点与作用支撑体连接的作用连接构件。
[0524] (5)将设于环状变形体的预定位置的固定连接点与固定支撑体连接的固定连接构件。
[0525] (6)检测环状变形体所产生的弹性变形的检测元件。
[0526] (7)基于检测元件的检测结果而输出表示在向作用支撑体以及固定支撑体的一方施加负荷的状态下朝另一方作用的绕旋转轴的扭矩的电信号的检测电路。
[0527] 在此，环状变形体具有位于在基本环状路上定义的检测点的检测部、以及与该检测部的两端连接的连结部，作用连接点以及固定连接点配置于连结部，朝向基本平面的作用连接点的正射影投影像与朝向基本平面的固定连接点的正射影投影像形成于彼此不同的位置。另外，检测部具有在作用连接点与固定连接点之间作用力时，基于作用的力而产生弹性变形的弹性变形构造部，检测元件检测弹性变形构造部所产生的弹性变形。另一方面，连结部也可以具有一定程度的挠性，但在利用作用的扭矩使检测部产生有效变形的前提下，优选连结部尽可能地不变形。因而，在实用上，优选将检测部的弹性变形构造部设为产生由检测元件能够有效检测的弹性变形的弹性变形体，将连结部设为在检测元件的检测灵敏度下无法检测出有效变形的刚体。
[0528] 在作为检测元件而使用电容元件的情况下，优选作为检测部而采用下述那样的特有的构造。即，检测部具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第一变形部、通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第二变形部、以及通过第一变形部以及第二变形部的弹性变形产生位移的位移部，第一变形部的外侧端与同其邻接的连结部连接，第一变形部的内侧端与位移部连接，第二变形部的外侧端与同其邻接的连结部连接，第二变形部的内侧端与位移部连接。
[0529] 另外，构成检测元件的电容元件由固定于检测部的预定位置的位移电极、以及固定于作用支撑体或固定支撑体的与位移电极相对的位置的固定电极构成即可。在此，位移电极配置在基于检测部所产生的弹性变形相对于固定电极产生位移的位置，检测电路基于电容元件的静电电容值的变动输出表示作用的扭矩的电信号即可。
[0530] 此外，在从旋转轴成为沿左右伸展的水平线那样的基准观察方向观察时，作用支撑体优选配置于与环状变形体的左侧邻接的位置、与环状变形体的外侧邻接的位置、或者与环状变形体的内侧邻接的位置，在从上述基准观察方向观察时，固定支撑体优选配置在与环状变形体的右侧邻接的位置。在这种情况下，电容元件能够由固定于环状变形体的右侧的侧面的预定位置的位移电极、以及固定于固定支撑体的与位移电极相对的位置的固定电极构成。另外，位移电极固定于位移部的与固定支撑体相对的位置即可。
[0531] 工业上的可利用性
[0532] 本发明的扭矩传感器产生小型且具有高刚性、能够实现高生产效率这样的优点，能够用于在各种工业设备中测定扭矩。尤其是，在使用机械臂进行自动组装的工业设备中，组装于臂的关节部分并监视臂的前端部所产生的力而对其进行控制的用途是最佳的。
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