特開 2022-62311 感歪抵抗体及びトルク検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022062311

(43)【公開日】2022-04-20

(54)【発明の名称】感歪抵抗体及びトルク検出器

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20220413BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 311

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020170226

(22)【出願日】2020-10-08

(71)【出願人】

【識別番号】591156799

【氏名又は名称】ユニパルス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】長尾 武奈

(72)【発明者】

【氏名】野崎 照彦

(72)【発明者】

【氏名】古畑 均

(57)【要約】

【課題】半田付け等の作業が容易な新たな感歪抵抗体、及び、当該感歪抵抗体を添着させて回転軸の剛性度合いを改善させた新たなトルク検出器を提供する。
【解決手段】２つの受感素子３Ａ，３Ｂと、３つの端子部６ａ～６ｃとが、一段に並べて配設され、端子部６ａと端子部６ｃとの間に受感素子３Ａが配設され、端子部６ｂと端子部６ｃとの間に受感素子３Ｂが配設されている。そして、各端子部６ａ～６ｃの＋Ｙ方向側又は－Ｙ方向側には、受感素子３Ａ，３Ｂが配設されていない。当該感歪抵抗体１を使用することで、トルク検出器の回転軸に設ける起歪部の軸方向の長さを短くする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

抵抗体により形成された歪み検出用の折り返しパターンを有する２つの受感素子と、
前記各受感素子から配線によってそれぞれ引き出される複数の端子部と、を備え、
前記各受感素子と前記各端子部とが、同一面上に交互に併設される、
ことを特徴とする感歪抵抗体。

【請求項2】

前記２つの受感素子は、第１の受感素子及び第２の受感素子であり、
前記複数の端子部は、
前記第１の受感素子の一端側から引き出された第１の端子部と、
前記第２の受感素子の一端側から引き出された第２の端子部と、
前記第１の受感素子の他端側及び前記第２の受感素子の他端側から引き出された第３の端子部と、を備える、
ことを特徴する請求項１に記載の感歪抵抗体。

【請求項3】

前記第１の受感素子の折り返しパターンが伸びている方向と、前記第２の受感素子の折り返しパターンが伸びている方向とが、所定角度で交差している、ことを特徴とする請求項２に記載の感歪抵抗体。

【請求項4】

抵抗体により形成された歪み検出用の折り返しパターンを有する第１の受感素子と、
抵抗体により形成された歪み検出用の折り返しパターンを有する第２の受感素子と、
前記第１の受感素子の一端側から引き出された第１の端子部と、
前記第２の受感素子の一端側から引き出された第２の端子部と、
前記第１の受感素子の他端側及び前記第２の受感素子の他端側から引き出され、前記第１の受感素子及び前記第２の受感素子を接続する第３の端子部と、を備え、
前記第１の受感素子及び前記第２の受感素子、並びに、前記第１の端子部、前記第２の端子部及び前記第３の端子部は、一の方向に沿って、同一面上に並行して併設され、
前記第３の端子部が、並行して配設された前記第１の受感素子及び前記第２の受感素子の間に配設され、
前記第１の端子部は、前記第１の受感素子の前記第３の端子部が配置されていない側に配設され、
前記第２の端子部は、前記第２の受感素子の前記第３の端子部が配置されていない側に配設されている、
ことを特徴とする感歪抵抗体。

【請求項5】

モータ部の回転軸のねじりトルクを検出するトルク検出器であって、
前記回転軸に設けられた薄肉の弾性変形する起歪部と、
前記起歪部に添着される請求項１～４のいずれか一項に記載の感歪抵抗体と、を備える、
ことを特徴とするトルク検出器。

【請求項6】

前記各受感素子及び前記各端子部は、前記回転軸の軸方向と直交する方向に併設されている、ことを特徴とする請求項５に記載のトルク検出器。

【請求項7】

前記感歪抵抗体の数は、２以上であり、
前記感歪抵抗体のそれぞれは、前記起歪部に形成された異なる平面部分に添着される、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のトルク検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性変形する起歪部に添着される感歪抵抗体及び当該感歪抵抗体を備えるトルク検出器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、回転軸のトルクを検出する様々な技術が提案されている。こうした提案技術の一つとして、感歪抵抗体を用いて回転軸のねじれを直接的に測定するものがある。かかる技術では、回転軸に薄肉の起歪部を設け、当該起歪部に感歪抵抗体を添着する。そして、起歪体のねじれに伴って感歪抵抗体が変形したときの抵抗値を測定することで、回転軸のトルクを検出するようになっている。

【0003】

ここで、回転軸のトルクを検出するために起歪体に添着される感歪抵抗体の形状は、一方向回転の軸のねじれだけでなく、逆方向回転の軸のねじれについても精度良く検出するため、一般に、特許文献１の図７に示されるような感歪抵抗体が用いられている（以下、「従来例」と呼ぶ）。かかる従来例の感歪抵抗体（ひずみゲージ）は、最大の感度方向が９０度で交差する２つの受感素子（ひずみ検知部）と、４つの端子部とを備えている。当該２つの受感素子は、中心線方向を対称にして対向するように間隔なく並べられて配設される。また、各受感素子からはそれぞれ２つの端子部が引き出され、これらの端子部は、受感素子が並べれられている段とは別の段に並べられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－７７１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した従来例の感歪抵抗体では、軸の中心線方向を対称にして、２つの受感素子と、複数の端子部とが２段に並べられ、中心線方向を縦方向とすると縦長の構造となっている。この結果、従来例の感歪抵抗体では、受感素子から引き出された端子部間の距離が狭くなる傾向がある。この結果、端子間の半田付けの作業に熟練した技術が必要な場合があった。また、従来例の感歪抵抗体では、感歪抵抗体の長さが中心線方向に長くなる傾向があるため、当該感歪抵抗体を添着させる起歪体の軸方向の長さも長くなる傾向にあった。このため、回転軸における起歪体の軸方向の長さが長くなることを抑制して、回転軸の剛性を高めたいという要請があった。

【0006】

また、感歪抵抗体の端子部の半田付けは、感歪抵抗体を回転軸の起歪体に添着させた後に行われる。端子間の距離が狭い感歪抵抗体を軸方向に長い起歪体に添着させてから半田付けを行うと、半田付けに際して熱が逃げやすく、この点からも半田付けの作業に手間がかかることも想定される。

【0007】

この結果、従来例の感歪抵抗体では、端子部間の半田付けが困難になるという課題と、感歪抵抗体を添着させる起歪体の軸方向の長さが長くなることを抑制して、回転軸の剛性を高めたいという課題があり、改善の余地があった。このため、こうした課題を改善することができる技術が待望されている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。

【0008】

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、半田付け等の作業が容易な新たな感歪抵抗体、及び、当該感歪抵抗体を添着させて回転軸の剛性度合いを改善させた新たなトルク検出器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、第１の観点からすると、抵抗体により形成された歪み検出用の折り返しパターンを有する２つの受感素子と、前記各受感素子から配線によってそれぞれ引き出される複数の端子部と、を備え、前記各受感素子と前記各端子部とが、同一面上に交互に併設される、ことを特徴とする感歪抵抗体である。

【0010】

この感歪抵抗体では、各受感素子と複数の受感素子とが、同一面上に交互に併設されている。したがって、本発明の感歪抵抗体によれば、各端子部へのリード線等の半田付け等が容易になる。

【0011】

また、本発明の感歪抵抗体では、前記２つの受感素子は、第１の受感素子及び第２の受感素子であり、前記複数の端子部は、前記第１の受感素子の一端側から引き出された第１の端子部と、前記第２の受感素子の一端側から引き出された第２の端子部と、前記第１の受感素子の他端側及び前記第２の受感素子の他端側から引き出された第３の端子部と、を備える構成とすることができる。

【0012】

この場合には、例えば、第１の受感素子から引き出された第１の端子部、第１の受感素子、第１の受感素子及び第２の受感素子から引き出された第３の端子部、第２の受感素子、第２の受感素子から引き出された第２の端子部の順に並べて同一平面上に配設することができる。

【0013】

また、本発明の感歪抵抗体では、前記第１の受感素子の折り返しパターンが伸びている方向と、前記第２の受感素子の折り返しパターンが伸びている方向とが、所定角度で交差するようにすることができる。このため、第１の受感素子の歪み検出の最大感度方向と、第２の受感素子の歪み検出の最大感度方向とを所定角度で交差させて、双方向の回転軸のねじれ等を検出することができる。

【0014】

本発明は、第２の観点からすると、抵抗体により形成された歪み検出用の折り返しパターンを有する第１の受感素子と、抵抗体により形成された歪み検出用の折り返しパターンを有する第２の受感素子と、前記第１の受感素子の一端側から引き出された第１の端子部と、前記第２の受感素子の一端側から引き出された第２の端子部と、前記第１の受感素子の他端側及び前記第２の受感素子の他端側から引き出され、前記第１の受感素子及び前記第２の受感素子を接続する第３の端子部と、を備え、前記第１の受感素子及び前記第２の受感素子、並びに、前記第１の端子部、前記第２の端子部及び前記第３の端子部は、一の方向に沿って、同一面上に並行して併設され、前記第３の端子部が、並行して配設された前記第１の受感素子及び前記第２の受感素子の間に配設され、前記第１の端子部は、前記第１の受感素子の前記第３の端子部が配置されていない側に配設され、前記第２の端子部は、前記第２の受感素子の前記第３の端子部が配置されていない側に配設されている、ことを特徴とする感歪抵抗体である。

【0015】

この感歪抵抗体では、第１の受感素子及び第２の受感素子を含む各受感素子、並びに、第１の端子部、第２の端子部及び第３の端子部を含む各端子部が、一の方向に沿って、同一面上に並行して併設されている。そして、第１の端子部と第２の端子部との間に第１の受感素子が配設されているため、第１の端子部と第２の端子部とが近接していない。また、第２の端子部と第３の端子部との間に第２の受感素子が配設されいるため、第２の端子部と、第３の端子部とが近接していない。

【0016】

したがって、本発明の感歪抵抗体によれば、第１、第２及び第３の端子部へのリード線等の半田付け等が容易になる。

【0017】

本発明は、第３の観点からすると、 モータ部の回転軸のねじりトルクを検出するトルク検出器であって、前記回転軸に設けられた薄肉の弾性変形する起歪部と、前記起歪部に添着される請求項１～３のいずれか一項に記載の感歪抵抗体と、を備える、ことを特徴とするトルク検出器である。

【0018】

このトルク検出器では、回転軸のひずみの検出に際して、第１の受感素子及び第２受感素子を含む各受感素子、及び、第１の端子部、第２の端子部及び第３の端子部を含む各端子部が、一段に並べられて配設されている感歪抵抗体を使用する。このため、回転軸における起歪部の軸方向の長さを短くすることができる。

【0019】

したがって、本発明のトルク検出器によれば、回転軸の剛性度合いを改善させることができる。また、トルク検出器に取り付けた感歪抵抗体の各端子部へのリード線等の半田付け等が容易になる。

【0020】

また、本発明のトルク検出器では、前記各受感素子及び前記各端子部は、前記回転軸の軸方向と直交する方向に併設されているようにすることができる。このため、第１の受感素子の歪み検出の最大感度方向、及び、第２の受感素子の歪み検出の最大感度方向を最良の状態に設定しつつ、回転軸における起歪体の軸方向の長さを最大限まで短くすることができる。

【0021】

また、本発明のトルク検出器では、前記感歪抵抗体の数は、２以上であり、前記感歪抵抗体のそれぞれは、前記起歪部に形成された異なる平面部分に添着されるようにすることができる。この場合には、温度変化等による検出誤差を低減することができる。

【発明の効果】

【0022】

以上説明したように、本発明の感歪抵抗体によれば、 半田付け等の作業が容易になり、作業者の利便性を向上させるという効果を奏する。また、本発明のトルク検出器によれば、 当該感歪抵抗体を添着させて剛性度合いを改善させるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係る感歪抵抗体の平面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るトルク検出器の外観図である。

【図3】図２のトルク検出器の断面図である。

【図4】図２のトルク検出器のフランジ等の一部の部品を省略したときの外観図である。

【図5】図２のトルク検出器の起歪部、及び、当該起歪部に添着される感歪抵抗体を説明するための図である。

【図6】図２のトルク検出器の起歪部に添着される感歪抵抗体を説明するための起歪部の断面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体を含んで構成されるホイートストンブリッジ回路及び周辺の構成図である。

【図8】図２のトルク検出器の回転軸がねじれたときの起歪部の状態を説明するための図（その１）である。

【図9】図２のトルク検出器の回転軸がねじれたときの起歪部の状態を説明するための図（その１）である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、発明の一実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0025】

［感歪抵抗体１の構成］
図１には、一実施形態に係る感歪抵抗体１の平面図が示されている。図１における座標系（X，Y）は、図示の通りに定義されている。図１に示されるように、感歪抵抗体１は、ベースとなるフィルム状の基材２上に抵抗体及び配線がパターン形成され、受感素子３Ａ，３Ｂと、配線部５ａ～５ｃと、端子部６ａ～６ｃとを備えている。すなわち、受感素子３Ａ，３Ｂ、配線部５ａ～５ｃ、及び、端子部６ａ～６ｃは、基材２上（同一面上）に配設されている。ここで、受感素子３Ａが第１の受感素子に対応し、受感素子３Ｂが第２の受感素子に対応している。また、端子部６ａが第１の端子部に対応し、端子部６ｂが第２の端子部に対応し、端子部６ｃが第３の端子部に対応している。

【0026】

本実施形態では、基材２は、例えば誘電体のポリイミドフィルムである。また、２つの受感素子３Ａ，３Ｂ、配線部５ａ～５ｃ、複数の端子部６ａ～６ｃは、金属であって、例えば、銅とニッケルとの合金を使用している。また、必要に応じて、受感素子３Ａ，３Ｂ、配線部５ａ～５ｃ等には、上面から保護層７にて覆われている場合がある。

【0027】

ここで、保護層７は、例えばポリイミド樹脂であって、液体の塗布若しくはフィルムの接着で形成される。保護層７は、本実施形態では、矩形７ａ～７ｃの部分を除いた基材２全体の領域内に形成されている。こうした保護層７を設けることで、受感素子３Ａ及び受感素子３Ｂに機械的な損傷等が生じることを防止でき、また、受感素子３Ａ及び受感素子３Ｂを水分等から保護することができる。保護層７は、ポリイミド樹脂の他に、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂等の絶縁性の樹脂にて形成することができる。また、保護層７の厚さは、例えば数μｍ～３０μｍ程度とすることができる。

【0028】

上記の受感素子３Ａ，３Ｂは、歪み検出用に平行に配設された複数の線状の抵抗体の折り返しパターンを含んで構成され、当該抵抗体の線幅は比較的小さく設けられている。受感素子３Ａは、基材２上の＋Ｘ方向側に配設され、受感素子３ｂは、基材２上の－Ｘ方向側に配設されている。そして、受感素子３Ａ，３Ｂの間に、端子部６ｃが配設されている。

【0029】

受感素子３Ａの抵抗体は、ＸＹ座標系でマイナス４５度の方向Ａに最大感度で歪みを検出できるようにした細い線幅で、マイナス４５度の方向Ａで平行に複数の配設されている。そして、受感素子３Ａの歪みの検出方向の長さは、一端側である配線部５ａの方から徐々に増加して、その後他端側である配線部５ｃの方へ向かって徐々に減少している。これらの隣り合う抵抗体の端部は、エンドタブ部により、折り返して繋がれている。

【0030】

受感素子３Ｂの抵抗体は、ＸＹ座標系でプラス４５度の方向Ｂに最大感度で歪みを検出できるようにした細い線幅で、プラス４５度の方向Ｂで平行に複数配設されている。そして、受感素子３Ｂの歪みの検出方向の長さも、一端側である配線部５ｂから徐々に増加し、その後他端側である配線部５ｃの方へ向かって徐々に減少している。これらの隣り合う抵抗体の端部は、エンドタブ部により、折り返して繋がれている。

【0031】

このように、本実施形態に係る感歪抵抗体１は、せん断型２軸の感歪抵抗体１であり、受感素子３Ａと受感素子３Ａとの歪みの検出の最大感度方向が９０度の所定角度で交差し、同一の基材２上にＹ軸方向を対称にして、対称配置されている。

【0032】

上記の配線部５ａ～５ｃは、受感素子３Ａ,Ｂと電気的に繋がって信号を配線する部分であり、歪みを検出しない程度に十分太い線幅となっている。配線部５ａは、受感素子３Ａの一端側と繋がって信号を配線する。配線部５ｂは、受感素子３Ｂの一端側と繋がって信号を配線する。また、配線部５ｃは、受感素子３Ａの他端側及び受感素子３Ｂの他端側と電気的に繋がっている。

【0033】

上記の端子部６ａは、配線部５ａから延伸した部分であり、受感素子３Ａの＋Ｘ方向側に配設されている。上記の端子部６ｂは、配線部５ｂから延伸した部分であり、受感素子３Ｂの－Ｘ方向側に配設されている。また、上記の端子部６ｃは、配線部５ｃから延伸した部分であり、受感素子３Ａ，３Ｂの間に配設されている。

【0034】

端子部６ａにおける矩形７ａの部分、端子部６ｂにおける矩形７ｂの部分、及び、端子部６ｃにおける矩形７ｃの部分には、保護層７が形成されていない。したがって、端子部６ａ～６ｃは、それぞれ配線部５ａ～５ｃから延伸した金属が露出している。このため
、端子部６ａ～６ｃに、半田付け等によりリード線等が接続可能となっている。

【0035】

このように、本実施形態に係る感歪抵抗体１では、２つの受感素子３Ａ，３Ｂと、３つの端子部６ａ～６ｃとが、Ｘ方向に一段に並べられて配設されている。そして、端子部６ａと端子部６ｃとの間に受感素子３Ａが配設され、端子部６ａと端子部６ｃとが近接していない。また、端子部６ｂと端子部６ｃとの間に受感素子３Ｂが配設され、端子部６ｂと，端子部６ｃとが近接していない。このため、端子部６ａ～６ｃへのリード線等の半田付け等が容易になる。

【0036】

また、本実施形態に係る感歪抵抗体１では、各端子部６ａ～６ｃの＋Ｙ方向側又は－Ｙ方向側には、受感素子３Ａ，３Ｂが配設されていない。このため、端子部６ａ～６ｃにリード線等の半田付け等をするの際して、リード線等を＋Ｙ方向側に引き出すこともでるし、－Ｙ方向側に引き出すこともできる。

【0037】

また、本実施形態に係る感歪抵抗体１では、受感素子３Ａ，３Ｂと、端子部６ａ～６ｃが、Ｘ方向に一段に並べられて配設されているため、Ｙ方向の長さが短くなっている。

【0038】

［トルク検出器１０の構成］
図２～図５には、上述した感歪抵抗体１と同様に構成された感歪抵抗体を備える一実施形態に係るトルク検出器１０の外観図が示されている。図２～図５における座標系（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、図示の通りに定義されている。ここで、図２は、トルク検出器１０の斜視図である。また、図３は、図２に示した回転軸を通る平面Ｐで切断したときのトルク検出器１０の断面図である。また、図４は、図２に示したトルク検出器１０の内部の斜視図である。さらに、図５は、図４に示したトルク検出器１０の－Ｖ方向側の部分を拡大した拡大図（ＶＷ平面視図）である。

【0039】

図２～５により総合的に示されるように、トルク検出器１０は、回転軸１２と、フランジ１３と、ケーシング１４ａ～１４ｅとを備えている。また、トルク検出器１０は、回転軸１２に設けられた起歪部１２ｃと、当該起歪部１２ｃに添着される感歪抵抗体１ａ，１ｂ（図２～５において不図示、図６，７を参照）とを備えている。また、トルク検出器１０は、モータ部、回転基板２６、固定基板２８ａ，２８ｂ、１次側コア２１及び２次側コア２３、ロータリーエンコーダ３０等を含む要素を備えている。

【0040】

上記の回転軸１２は、モータの出力軸であり、軸方向（Ｖ方向）に渡って段階的に径が変化する金属製の略円柱部材である。当該回転軸１２は、負荷装置に接続することができるように、フランジ１３から突出している。当該回転軸１２は、後述するように、起歪部１２ｃを備え、当該起歪部１２ｃには感歪抵抗体１ａ，１ｂが添着されている。

【0041】

上記のフランジ１３には、回転軸１２を通す穴が設けられている。また、フランジ１３は、トルク検出器１０を装置等に固定する穴を有している。当該フランジ１３は、トルク検出のための電子回路を実装した回転基板２６と、回転基板２６へ電力を供給する部材とを外部から保護している。

【0042】

上記のケーシング１４ａは、フランジ１３に連結され、回転軸１２を支持するベアリング１５ａを保持している。上記のケーシング１４ｂは、ケーシング１４ａに連結され、モータの発熱を外部へ放射するヒートシンクを有している。上記のケーシング１４ｃは、ケーシング１４ｂに連結され、回転軸１２を支持するベアリング１５ｂを保持している。上記のケーシング１４ｄは、ケーシング１４ｃに連結され、回転軸１２の回転位置を検出するロータリーエンコーダ３０を外部から保護している。上記のケーシング１４ｅは、回転基板２６及びロータリーエンコーダ３０から送信されたそれぞれの信号を処理する回路を実装した固定基板２８ｂを外部から保護している。

【0043】

これらのフランジ１３、ケーシング１４ａ～１４ｅによって、トルク検出のための電子回路を実装した回転基板２６や固定基板２８ａ，２８ｂ、ロータリーエンコーダ３０やモータ部等を外部から保護している。また、ベアリング１５ａ，１５ｂによって、回転軸１２は、回転自在に支持されている。

【0044】

ここで、上述したベアリング１５ａ及びベアリング１５ｂは、例えば玉軸受である。ベアリング１５ａは、その外輪がケーシング１４ａに嵌合して配置される。ベアリング１５ａは、その内輪にて回転軸１２に、例えばしまりばめで嵌合して挿入され、軸方向が規制される。ベアリング１５ｂは、その外輪が仕切り部材１９によって軸方向が規制されて、ケーシング１４ｃに嵌合して配置される。ベアリング１５ｂは、その内輪にて回転軸１２に、例えばしまりばめで嵌合して挿入され、軸方向が規制される。なお、ベアリングの種類、配置及び位置の規制は例示であってこれに限るものではない。

【0045】

＜トルク検出器１０の内部の構成＞
トルク検出器１０の内部の構成について、説明する。上記の起歪部１２ｃは、回転軸１２の一部に設けられる。起歪部１２ｃは、例えば、回転軸１２の軸線を含む平面に平行であって、かつ、回転軸１２の軸線を中心として回転対称な複数の平面にて回転軸１２を切断した形状を有している。この起歪部１２ｃは、回転軸１２の軸方向には強度を有していて変形しないが、起歪部１２ｃ以外の部分よりも断面積を小さくすることで、回転軸１２に生じたねじりトルクにより弾性変形する。

【0046】

本実施形態では、起歪部１２ｃは、向かい合う平行な２つの平面部分（複数の平面部分）を有している。この平面部分と円柱形状との境界部は、回転軸１２と垂直な面の断面積が徐々に変化する形状となっている。本実施形態では、当該２つの平面部分のそれぞれに、感歪抵抗体１ａ，１ｂが添着されている。図５に示されるように、感歪抵抗体１ａ，１ｂが添着される平面部分の軸方向（Ｖ方向）の長さは、感歪抵抗体１ａ，１ｂの縦方向（図１のＹ方向）の長さと概ね同じになっている。

【0047】

ここで、起歪部１２ｃに添着される感歪抵抗体１ａ，１ｂは、検出した歪みを電気信号に変換するホイートストンブリッジ回路に組み込まれる。起歪部１２ｃに添着される感歪抵抗体１ａ，１ｂ、及び、ホイートストンブリッジ回路の構成の説明については、後述する。

【0048】

上記の回転基板２６は、環状の円板であって、カラー等の固定部材を介して回転軸１２に固定され、当該回転軸１２とともに回転する。本実施形態では、回転基板２６は、回転軸１２の回転子の負荷側に定されている。回転基板２６は、抵抗変化検出回路の一部と、Ａ／Ｄ変換器と、ＣＰＵと、その他の整流回路及び安定化回路等とを備えている。抵抗変化検出回路は、感歪抵抗体１ａ，１ｂの抵抗変化を検出するホイートストンブリッジ回路と増幅器とを含んでいる。Ａ／Ｄ変換器は、抵抗変化検出回路の出力をデジタル信号に変換する。ＣＰＵは、このデジタル信号を演算処理してねじりトルクの測定値を求める。そして、ねじりトルクの測定値のデジタル信号は、回転基板２６上に実装された送信素子２７によって光信号に変換され、無線通信にて固定基板２８ａ上に実装された不図示の受信素子へ送られる。

【0049】

上記の固定基板２８ａ及び固定基板２８ｂは、例えば基板間コネクタで機械的かつ電気的に接続されていて、固定基板２８ｂはケーシング１４ｅ等に固定されている。固定基板２８ａ及び固定基板２８ｂは、受光素子と、デジタル復調回路とを備えている。受光素子は、送信素子２７が送信した光信号を電気信号に変換するフォトダイオードなどである。デジタル復調回路は、受光素子で電気信号に変換したデジタル変調信号からねじりトルクの測定値の信号をデジタル復調によって取り出す。固定基板２８ｂは、配線ケーブルにより、トルク検出器１０を制御する不図示の制御装置と繋がっている。また、固定基板２８ａ及び固定基板２８ｂには、不図示の外部の制御装置と繋がっているスイッチング回路等が設けられている。

【0050】

上記の２次側コア２３は、回転軸１２における回転基板２６が固定された位置の反負荷側に、中空円柱状の部材を介して当該部材の外周面に固定されている。２次側コア２３は、例えば、フェライトシートなどの磁性体シートである。２次側コア２３の外周円筒面には、例えば銅線などの導電性の線材が巻回されて２次側コイル２４が形成されている。

【0051】

上記の１次側コア２１は、２次側コア２３及び２次側コイル２４と対向する位置に、１次側コアホルダ２０を間に介して、固定基板２８ａに固定されている。１次側コア２１は、断面形状がコ字型の突部を有する柱形状をしていて、例えば、フェライトなどの磁性体である。１次側コイル２２は、例えば銅線などの導電性の線材であり、１次側コア２１の２つの突部間に巻回して形成され、その端部は固定基板２８ａに接続されている。

【0052】

また、不図示の外部の制御装置と繋がった固定基板２８ａ及び固定基板２８ｂのスイッチング回路が、制御装置から供給された直流電流を交流電流に変換する。このスイッチング回路は、１次側コイル２２と結線されており、変換した交流電流を１次側コイル２２へ出力する。但し、制御装置によって交流電流が供給される場合は、スイッチング回路は不要である。変換された交流電流は１次側コイル２２に交流磁界を発生させ、２次側コイル２４に電流を誘起する。したがって、２次側コイル２４が１次側コイル２２から非接触で電力を受電できる。２次側コイル２４に誘起された交流電流は、回転基板２６内の整流回路と安定化回路とによって直流電圧へ変換され、直流電圧は、抵抗変化検出回路、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵなどへ供給される。

【0053】

上記のロータリーエンコーダ３０は、回転軸１２の反負荷側の端部に接続配置され、回転軸１２の回転位置を検出する。ロータリーエンコーダ３０は、本実施形態では反射型光学式であるが、透過式であってもよいし、光学式に限らず磁力その他の方式によるものであっても良い。そして、ロータリーエンコーダ３０への電力供給及びロータリーエンコーダ３０からの位置信号出力は、固定基板２８ｂと繋がった不図示のコネクタ付きケーブルを介して行われ、位置信号は、外部の制御装置へ送られる。

【0054】

上記のモータ部は、回転軸１２の軸方向の＋Ｖ方向側に設けられている。モータ部は、例えば交流サーボモータであって、固定子１６と、永久磁石１７とを含んでいる。固定子１６は、積層鉄心とこれを囲む巻線コイル等で構成される。この固定子１６は、ケーシング１４ｂに固着されている。

【0055】

固定子１６の内側には、所定の間隔にて回転子が配置されている。回転子は回転軸１２に、永久磁石１７が取り付けられて構成される。ここで、回転子は、支持部材の表面に永久磁石を接着した表面磁石型（ＳＰＭ）であってもよいし、支持部材を半径方向に拡大して支持部材の内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石型（ＩＰＭ）であってもよい。

【0056】

＜感歪抵抗体１ａ，１ｂの構成＞
上記の感歪抵抗体１ａ，１ｂは、図１に示される感歪抵抗体１と同様に構成され、起歪部１２ｃの平面に添着される。図６には、回転軸１２の軸方向に垂直な平面で起歪部１２ｃを切断したときの断面図が示されている。図５，６により総合的に示されるように、感歪抵抗体１ａは、起歪部１２ｃにおける＋U方向側のVW平面部分に添着され、感歪抵抗体１ｂは、－Ｕ方向側のＶＷ平面部分に添着されている。本実施形態では、上述したように、起歪部１２ｃにおける平面部分のＶ方向側の長さは、感歪抵抗体１ａ，１ｂのＹ方向側の長さ（図１を参照）とほぼ同じになっている。

【0057】

感歪抵抗体１ａ，１ｂは、図１に示される感歪抵抗体１と同様に構成されている。本実施形態では、受感素子３Ａ，３Ｂに対応する感歪抵抗体１ａの受感素子を、それぞれ、受感素子３ａＡ，３ａＢと記し、受感素子３Ａ，３Ｂに対応する感歪抵抗体１ｂの受感素子を、それぞれ、受感素子３ｂＡ，３ｂＢと記している。

【0058】

感歪抵抗体１ａ，１ｂは、回転軸１２に加わるねじりトルクに応じて、起歪部１２ｃに生ずる歪みを検出する。当該感歪抵抗体１a，１ｂは、検出した歪みを電気信号に変換するホイートストンブリッジ回路に組み込まれる。当該回路は、回転基板２６に実装されている。

【0059】

＜感歪抵抗体１ａ，１ｂを含むホイートストンブリッジ回路等の構成＞
感歪抵抗体１ａ，１ｂを含むホイートストンブリッジ回路等の構成について、説明する。図７には、トルク検出器１０の感歪抵抗体１ａ，１ｂを含んで構成されるホイートストンブリッジ回路及び周辺回路の構成が示されている。図７に示されるように、ホイートストンブリッジ回路に加えて、増幅回路５１と、アナログ／デジタル変換回路５２と、表示装置５３とを有している。

【0060】

ホイートストンブリッジ回路では、受感素子３ａＡ，３ａＢを有する感歪抵抗体１ａの端子部６ｃが、端子Ｔ１に接続され、受感素子３ｂＡ，３ｂＢを有する感歪抵抗体１ｂの端子部６ｃが、端子Ｔ３に接続されている。また、感歪抵抗体１ａの端子部６ａが端子Ｔ４に接続され、感歪抵抗体１ａの端子部６ｂが端子Ｔ２に接続されている。また、感歪抵抗体１ｂの端子部６ａが端子Ｔ２に接続され、感歪抵抗体１ｂの端子部６ｂが端子Ｔ４に接続されている。

【0061】

増幅回路５１は、感歪抵抗体１ａ，１ｂを含むホイートストンブリッジ回路から出力されるアナログ信号を増幅する。アナログ／デジタル変換回路５２は、当該アナログ信号をデジタル信号に変換する。表示装置５３は、例えば、液晶パネル等の表示デバイスと、アナログ／デジタル変換回路５２から送られた信号に基づいて、当該表示デバイスに情報を表示させる表示制御回路を備えている。表示装置５３は、検出された回転軸１２のねじりモーメントに関する情報を表示する。

【0062】

［回転軸１２のねじれ時の起歪部１２ｃ及び感歪抵抗体１ａ，１ｂの状態］
図８は、感歪抵抗体１ａ，１ｂが添着されている略長方体の起歪部１２ｃを平面に展開した図である。また、図９は、図示した方向τに回転軸１２がねじれたときの感歪抵抗体１ａ，１ｂが添着されている起歪部１２ｃの面の状態を、概念的に説明する図である。図９に示されるように、回転軸１２が方向τにねじれると、点Ｄ，Ｅを無結ぶ対角線方向に起歪部１２ｃの面が伸び、点Ｆ，Ｇを結ぶ対角線方向に起歪部１２ｃの面が縮む。ここで、［Ｔ］は起歪部１２ｃの面が伸びたことを表し、［Ｃ］は起歪部１２ｃの面が縮んだことを表している。

【0063】

図８に示されるように、回転軸１２が方向τにねじれて起歪部１２ｃが変形すると、当該変形に伴って、感歪抵抗体１ａでは、受感素子３ａＡを構成する複数の抵抗体が縮み、受感素子３ａＢを構成する複数の抵抗体が伸びる。また、感歪抵抗体１ｂでは、受感素子３ｂＡを構成する抵抗体が縮み、受感素子３ｂＢを構成する抵抗体が伸びる。

【0064】

このように、受感素子３ａＡ，３ｂＡは、回転軸１２が方向τにねじれて起歪部１２ｃが変形すると、これらを構成する複数の抵抗体が伸びる。また、受感素子３ａＢ，３ｂＢは、回転軸１２が方向τにねじれて起歪部１２ｃが変形すると、これらを構成する複数の抵抗体が縮む。

【0065】

このように、本実施形態に係るトルク検出器１０では、回転軸１２に備えられた起歪部１２ｃの軸方向の長さは、感歪抵抗体１ａ，１ｂの縦方向（図１のＹ方向）の長さと概ね同じになっている。このため、感歪抵抗体１ａ，１ｂを添着させる起歪部１２ｃの軸方向の長さを短くすることができ、回転軸１２の剛性度合いを向上させることができる。

【0066】

以上説明したように、本実施形態では、感歪抵抗体１（１ａ，１ｂ）が図１のような構成をしているため、端子部６ａ～６ｃへのリード線等の半田付け等が容易になる。また、感歪抵抗体１（１ａ，１ｂ）が図１のような構成しているため、端子部６ａ～６ｃにリード線等の半田付け等をするのに際して、リード線等を＋Ｙ方向側に引き出すこともでるし、－Ｙ方向側に引き出すこともできる。

【0067】

また、本実施形態では、感歪抵抗体１（１ａ，１ｂ）では、受感素子３Ａ，３Ｂと、端子部６ａ～６ｃが、Ｘ方向に一段に並べて配設されていることから、Ｙ方向の長さが短くなっている。このため、トルク検出器１０における回転軸１２の起歪部１２ｃの軸方向の長さを短くすることができ、回転軸１２の剛性度合いを向上させることができる。

【0068】

したがって、本実施形態によれば、半田付け等の作業が容易な新たな感歪抵抗体１（１ａ，１ｂ）とすることができる。また、本実施形態によれば、当該感歪抵抗体１（１ａ，１ｂ）を使用してトルク検出器１０の回転軸１２の剛性度合いを改善させることができる。

【0069】

［実施形態の変形］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【0070】

本実施形態では、トルク検出器に本実施形態の感歪抵抗体を用いたが、当該感歪抵抗体を剪断歪み変形によって測定が行われるロードセルなどの力検出器にも用いて適用することができる。

【0071】

また、上記の実施形態では、起歪部を長方体形状とし、トルク検出器の回転軸と平行な２つの平面に、せん断型２軸の感歪抵抗体を添着させた。これに対し、４つの面に、せん断型２軸の感歪抵抗体を添着させるようにしてもよい。また、起歪部の形状は、六角柱形状等の他の形状にするようにしてもよい。

【0072】

また、本実施形態のトルク検出器は、波動減速機を備えていかなったが、波動減速機を備えるようにしてもよい。

【0073】

また、上記の実施形態では、感歪抵抗体を使用して軸のねじりモーメントを検出したが、感歪抵抗体に印加される力を検出するのであれば、荷重等の他の量を検出するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0074】

以上説明したように、本実施形態の感歪抵抗体は、トルク検出器の感歪抵抗体に適用することができる。また、本発明のトルク検出器は、トルクを検出するトルク検出器に適用することができる。

【符号の説明】

【0075】

１，１ａ，１ｂ ：感歪抵抗体
２ ：基材
３Ａ ：受感素子（第１の受感素子）
３Ｂ ：受感素子（第２の受感素子）
３ａＡ，３ａＢ，３ｂＡ，３ｂＢ ：受感素子
５ａ，５ｂ，５ｃ ：配線部
６ａ ：端子部（第１の端子部）
６ｂ ：端子部（第２の端子部）
６ｃ ：端子部（第３の端子部）
７ ：保護層
１０ ：トルク検出器
１２ ：回転軸
１２ｃ ：起歪部
１３ ：フランジ
１４ａ～１４ｅ ：ケーシング
１５ａ，１５ｂ ：ベアリング
１６ ：固定子
１７ ：永久磁石
１９ ：仕切り部材
２０ ：１次側コアホルダ
２１ ：１次側コア
２２ ：１次側コイル
２３ ：２次側コア
２４ ：２次側コイル
２６ ：回転基板
２７ ：送信素子
２８ａ，２８ｂ ：固定基板
３０ ：ロータリーエンコーダ
５１ ：増幅回路
５２ ：アナログ／デジタル変換回路
５３ ：表示装置
T１、T２、T３、T４ ：端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】