知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-06
(45)【発行日】2023-07-14
(54)【発明の名称】トルクセンサ
(51)【国際特許分類】
G01L 3/10 20060101AFI20230707BHJP
【ＦＩ】
G01L3/10 315
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021133680
(22)【出願日】2021-08-18
(62)【分割の表示】P 2021521066の分割
【原出願日】2021-02-18
(65)【公開番号】P2022126580
(43)【公開日】2022-08-30
【審査請求日】2023-03-22
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】511071234
【氏名又は名称】株式会社トライフォース・マネジメント
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100150717
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 和也
(72)【発明者】
【氏名】岡田 和廣
(72)【発明者】
【氏名】関根 美穂
【審査官】公文代 康祐
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１３２４４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７９０３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２０７１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３１０１４２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／００４９５７９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ３／１０
Ｇ０１Ｌ ５／１６－５／１７３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのモーメントを検出するトルクセンサであって、前記Ｚ軸を中心に形成された第１構造体と、
前記Ｚ軸を中心に形成された第２構造体であって、前記Ｚ軸に沿って見たときに前記第１構造体の内側に配置された第２構造体と、
前記第１構造体と前記第２構造体との間に設けられた起歪体であって、前記第１構造体と前記第２構造体とを接続し、前記モーメントの作用により弾性変形を生じる起歪体と、
前記第１構造体と前記起歪体とを接続する２つの第１構造体接続部と、
前記起歪体と前記第２構造体とを接続する２つの第２構造体接続部と、
検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記モーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記起歪体は、弾性変形によってＺ軸方向に変位する変位部を含み、
前記検出素子は、前記変位部の前記Ｚ軸方向の変位を検出することにより静電容量値の変化を検出する容量素子を含み、
２つの前記第１構造体接続部は、前記Ｚ軸を中心とした放射方向に沿って延びる第１１構造体接続部および第１２構造体接続部を含み、
前記第１２構造体接続部は、前記放射方向に直交する方向の寸法である幅が前記第１１構造体接続部よりも小さくなるように形成され、
２つの前記第２構造体接続部は、前記放射方向に沿って延びる第２１構造体接続部および第２２構造体接続部を含み、
前記第２２構造体接続部は、前記放射方向に直交する方向の寸法である幅が前記第２１構造体接続部よりも小さくなるように形成されている、トルクセンサ。
【請求項2】
前記第１構造体接続部および前記第２構造体接続部は、前記Ｚ軸に沿って延び、前記第１構造体接続部の前記幅は、前記第１構造体接続部のＺ軸方向の寸法よりも小さく、
前記第２構造体接続部の前記幅は、前記第２構造体接続部のＺ軸方向の寸法よりも小さい、請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項3】
前記起歪体は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、円形リング状に形成されている、請求項１または２に記載のトルクセンサ。
【請求項4】
前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記第１１構造体接続部と前記第２２構造体接続部は、前記Ｚ軸を中心とした半径方向に沿って配置されている、請求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項5】
前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記第２１構造体接続部と前記第１２構造体接続部は、前記Ｚ軸を中心とした半径方向に沿って配置されている、請求項３または４に記載のトルクセンサ。
【請求項6】
前記第１構造体と前記起歪体は、４つの前記第１構造体接続部で接続され、４つの前記第１構造体接続部は、２つの前記第１１構造体接続部と、２つの前記第１２構造体接続部と、を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
【請求項7】
前記起歪体と前記第２構造体は、４つの前記第２構造体接続部で接続され、４つの前記第２構造体接続部は、２つの前記第２１構造体接続部と、２つの前記第２２構造体接続部と、を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
【請求項8】
前記起歪体は、２つの起歪体接続部を含み、前記変位部は、２つの前記起歪体接続部の間に配置され、
一方の前記起歪体接続部に前記第１１構造体接続部が接続されるとともに前記第２２構造体接続部が接続され、
他方の前記起歪体接続部に前記第１２構造体接続部が接続されるとともに前記第２１構造体接続部が接続されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トルクセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、所定の回転軸まわりに作用したモーメント（トルク）を電気信号として出力するトルクセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このトルクセンサは、産業用ロボットを初めとして、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等の各種ロボットのトルク制御に幅広く利用されている。このため、高精度で高感度、そして低価格のトルクセンサが求められている。
【0003】
例えば、一般的なトルクセンサは、円形リング状の受力体と、円形リング状の起歪体と、円形リング状の支持体と、を備えている。受力体の内側に起歪体が配置され、起歪体の内側に支持体が配置されている。受力体、起歪体および支持体は、ＸＹ平面上に配置されており、起歪体は、受力体および支持体にそれぞれ接続されている。Ｚ軸まわりのモーメントが受力体に作用すると、起歪体が半径方向に弾性変形する。この起歪体の弾性変形は、固定電極と変位電極とを有する静電容量素子で検出される。変位電極は、起歪体の外周面に取り付けられ、この変位電極に対向するように固定電極が受力体の内周面に取り付けられている。固定電極は、支持体の外周面に取り付けられる場合もあり、この場合には、変位電極は、起歪体の内周面に取り付けられる。
【0004】
このように構成されたトルクセンサにおいては、変位電極と固定電極は、対向面がＸＹ平面に対して垂直になるように配置される。この場合、変位電極と固定電極との位置合わせが困難になり、トルクセンサの生産効率が低下し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】国際公開第２０１３－０１４８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、生産効率を向上させることができるトルクセンサ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】
【0007】
本発明は、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのモーメントを検出するトルクセンサであって、
前記Ｚ軸を中心に形成された第１構造体と、
前記Ｚ軸を中心に形成された第２構造体と、
前記第１構造体と前記第２構造体との間に設けられた起歪体であって、前記第１構造体と前記第２構造体とを接続し、前記モーメントの作用により弾性変形を生じる起歪体と、
前記第１構造体と前記起歪体とを接続する２つの第１構造体Ｙ軸接続部と、
前記起歪体と前記第２構造体とを接続する２つの第２構造体Ｘ軸接続部と、
検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記モーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記第１構造体Ｙ軸接続部は、前記起歪体に対してＹ軸の正側および負側に配置され、
前記第２構造体Ｘ軸接続部は、前記第２構造体に対してＸ軸の正側および負側に配置され、
前記起歪体は、弾性変形によってＺ軸方向に変位する変位部を含む４つの変形体を含み、
第１象限、第２象限、第３象限および第４象限の各々に、前記変形体が配置され、
前記検出素子は、各々の前記変形体の前記変位部の前記Ｚ軸方向の変位により静電容量値の変化を検出する容量素子を含む、トルクセンサ、
を提供する。
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのモーメントを検出するトルクセンサであって、
前記Ｚ軸を中心に形成された第１構造体と、
前記Ｚ軸を中心に形成された第２構造体と、
前記第１構造体と前記第２構造体との間に設けられた起歪体であって、前記第１構造体と前記第２構造体とを接続し、前記モーメントの作用により弾性変形を生じる起歪体と、
前記第１構造体と前記起歪体とを接続する２つの第１構造体Ｙ軸接続部と、
前記起歪体と前記第２構造体とを接続する２つの第２構造体Ｘ軸接続部と、
検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記モーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記第１構造体Ｙ軸接続部は、前記起歪体に対してＹ軸の正側および負側に配置され、
前記第２構造体Ｘ軸接続部は、前記第２構造体に対してＸ軸の正側および負側に配置され、
前記起歪体は、弾性変形によってＺ軸方向に変位する変位部を含む４つの変形体を含み、
第１象限、第２象限、第３象限および第４象限の各々に、前記変形体が配置され、
前記検出素子は、各々の前記変形体の前記変位部の前記Ｚ軸方向の変位により静電容量値の変化を検出する容量素子を含む、トルクセンサ、
を提供する。
【0008】
なお、上述したトルクセンサにおいて、
前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記第２構造体は、前記第１構造体の内側に配置されている、
ようにしてもよい。
前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記第２構造体は、前記第１構造体の内側に配置されている、
ようにしてもよい。
【0009】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第１構造体Ｙ軸接続部は、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸に沿って延び、
前記第１構造体Ｙ軸接続部のＺ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｙ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも大きく、
前記第２構造体Ｘ軸接続部は、前記Ｘ軸およびＺ前記軸に沿って延び、
前記第２構造体Ｘ軸接続部のＺ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｘ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも大きい、
ようにしてもよい。
前記第１構造体Ｙ軸接続部は、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸に沿って延び、
前記第１構造体Ｙ軸接続部のＺ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｙ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも大きく、
前記第２構造体Ｘ軸接続部は、前記Ｘ軸およびＺ前記軸に沿って延び、
前記第２構造体Ｘ軸接続部のＺ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｘ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも大きい、
ようにしてもよい。
【0010】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第１構造体と前記第２構造体とを接続する２つの第１構造体Ｘ軸接続部と、
前記起歪体と前記第２構造体とを接続する２つの第２構造体Ｙ軸接続部と、を更に備え、
前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記第１構造体Ｘ軸接続部は、前記起歪体に対して前記Ｘ軸の正側および負側に配置されるとともに、前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記第２構造体に対して前記Ｙ軸の正側および負側に配置され、
前記第１構造体Ｘ軸接続部は、前記Ｘ軸に沿って延び、
前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記Ｙ軸に沿って延びている、
ようにしてもよい。
前記第１構造体と前記第２構造体とを接続する２つの第１構造体Ｘ軸接続部と、
前記起歪体と前記第２構造体とを接続する２つの第２構造体Ｙ軸接続部と、を更に備え、
前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記第１構造体Ｘ軸接続部は、前記起歪体に対して前記Ｘ軸の正側および負側に配置されるとともに、前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記第２構造体に対して前記Ｙ軸の正側および負側に配置され、
前記第１構造体Ｘ軸接続部は、前記Ｘ軸に沿って延び、
前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記Ｙ軸に沿って延びている、
ようにしてもよい。
【0011】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第１構造体Ｘ軸接続部および前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記Ｚ軸に沿って延び、
前記第１構造体Ｘ軸接続部のＺ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｘ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも大きく、
前記第２構造体Ｙ軸接続部のＺ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｙ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも大きい、
ようにしてもよい。
前記第１構造体Ｘ軸接続部および前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記Ｚ軸に沿って延び、
前記第１構造体Ｘ軸接続部のＺ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｘ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも大きく、
前記第２構造体Ｙ軸接続部のＺ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｙ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも大きい、
ようにしてもよい。
【0012】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第１構造体Ｘ軸接続部のＹ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｙ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも小さく、
前記第２構造体Ｙ軸接続部のＸ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｘ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも小さい、
ようにしてもよい。
前記第１構造体Ｘ軸接続部のＹ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｙ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも小さく、
前記第２構造体Ｙ軸接続部のＸ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｘ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも小さい、
ようにしてもよい。
【0013】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記起歪体は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、円形リング状に形成されている、
ようにしてもよい。
前記起歪体は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、円形リング状に形成されている、
ようにしてもよい。
【0014】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記起歪体のうち前記第１構造体Ｙ軸接続部が接続された位置では、前記起歪体と前記第２構造体とは接続されておらず、
前記起歪体のうち前記第２構造体Ｘ軸接続部が接続された位置では、前記第１構造体と前記起歪体とは接続されていない、
ようにしてもよい。
前記起歪体のうち前記第１構造体Ｙ軸接続部が接続された位置では、前記起歪体と前記第２構造体とは接続されておらず、
前記起歪体のうち前記第２構造体Ｘ軸接続部が接続された位置では、前記第１構造体と前記起歪体とは接続されていない、
ようにしてもよい。
【0015】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第１構造体Ｘ軸接続部のＸ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｙ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも大きく、
前記第２構造体Ｙ軸接続部のＹ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｘ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも大きい、
ようにしてもよい。
前記第１構造体Ｘ軸接続部のＸ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｙ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも大きく、
前記第２構造体Ｙ軸接続部のＹ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｘ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも大きい、
ようにしてもよい。
【0016】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記起歪体は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記Ｙ軸に沿う長軸と、前記Ｘ軸に沿う短軸とを有するように楕円形リング状に形成されている、
ようにしてもよい。
前記起歪体は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記Ｙ軸に沿う長軸と、前記Ｘ軸に沿う短軸とを有するように楕円形リング状に形成されている、
ようにしてもよい。
【0017】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第１構造体Ｙ軸接続部は、前記第１構造体と前記起歪体との接続位置に形成され、
前記第２構造体Ｘ軸接続部は、前記起歪体と前記第２構造体との接続位置に形成されている、
ようにしてもよい。
前記第１構造体Ｙ軸接続部は、前記第１構造体と前記起歪体との接続位置に形成され、
前記第２構造体Ｘ軸接続部は、前記起歪体と前記第２構造体との接続位置に形成されている、
ようにしてもよい。
【0018】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記起歪体の外周面は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記Ｙ軸に沿う長軸と、前記Ｘ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されている、
ようにしてもよい。
前記起歪体の外周面は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記Ｙ軸に沿う長軸と、前記Ｘ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されている、
ようにしてもよい。
【0019】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第２構造体の外周面は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記Ｘ軸に沿う長軸と、前記Ｙ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されている、
ようにしてもよい。
前記第２構造体の外周面は、前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記Ｘ軸に沿う長軸と、前記Ｙ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されている、
ようにしてもよい。
【0020】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第１構造体と前記起歪体とを接続する２つの第１構造体Ｘ軸接続部と、
前記起歪体と前記第２構造体とを接続する２つの第２構造体Ｙ軸接続部と、を更に備え、
前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記第１構造体Ｘ軸接続部は、前記起歪体に対して前記Ｘ軸の正側および負側に配置されるとともに、前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記第２構造体に対して前記Ｙ軸の正側および負側に配置され、
前記第１構造体Ｘ軸接続部は、前記Ｘ軸に沿って延び、
前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記Ｙ軸に沿って延びている、
ようにしてもよい。
前記第１構造体と前記起歪体とを接続する２つの第１構造体Ｘ軸接続部と、
前記起歪体と前記第２構造体とを接続する２つの第２構造体Ｙ軸接続部と、を更に備え、
前記Ｚ軸に沿って見たときに、前記第１構造体Ｘ軸接続部は、前記起歪体に対して前記Ｘ軸の正側および負側に配置されるとともに、前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記第２構造体に対して前記Ｙ軸の正側および負側に配置され、
前記第１構造体Ｘ軸接続部は、前記Ｘ軸に沿って延び、
前記第２構造体Ｙ軸接続部は、前記Ｙ軸に沿って延びている、
ようにしてもよい。
【0021】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第１構造体Ｘ軸接続部のＹ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｙ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも小さく、
前記第２構造体Ｙ軸接続部のＸ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｘ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも小さい、
ようにしてもよい。
前記第１構造体Ｘ軸接続部のＹ軸方向の寸法は、前記第１構造体Ｙ軸接続部のＸ軸方向の寸法よりも小さく、
前記第２構造体Ｙ軸接続部のＸ軸方向の寸法は、前記第２構造体Ｘ軸接続部のＹ軸方向の寸法よりも小さい、
ようにしてもよい。
【0022】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記起歪体のうち前記第１構造体Ｙ軸接続部が接続された位置では、前記起歪体と前記第２構造体とは接続されておらず、
前記起歪体のうち前記第２構造体Ｘ軸接続部が接続された位置では、前記第１構造体と前記起歪体とは接続されていない、
ようにしてもよい。
前記起歪体のうち前記第１構造体Ｙ軸接続部が接続された位置では、前記起歪体と前記第２構造体とは接続されておらず、
前記起歪体のうち前記第２構造体Ｘ軸接続部が接続された位置では、前記第１構造体と前記起歪体とは接続されていない、
ようにしてもよい。
【0023】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記第２構造体は、前記起歪体に対して前記Ｚ軸の負側に配置されている、
ようにしてもよい。
前記第２構造体は、前記起歪体に対して前記Ｚ軸の負側に配置されている、
ようにしてもよい。
【0024】
また、上述したトルクセンサにおいて、
前記起歪体は、前記第１構造体に対して前記Ｚ軸の負側に配置されている、
ようにしてもよい。
前記起歪体は、前記第１構造体に対して前記Ｚ軸の負側に配置されている、
ようにしてもよい。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、生産効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【0028】
なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件および物理的特性並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「等しい」等の用語や寸法、物理的特性の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
【0029】
【0030】
本実施の形態に係るトルクセンサについて説明する前に、当該トルクセンサのロボットへの適用例について図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態におけるトルクセンサを適用したロボットの一例を示す斜視図である。
【0031】
図１に示すように、産業用ロボット１０００は、ロボット本体１１００と、エンドエフェクタ１２００と、電気ケーブル１３００と、制御部１４００と、トルクセンサ１と、を有している。ロボット本体１１００は、ロボットのアーム部を含んでいる。ロボット本体１１００とエンドエフェクタ１２００の間には、トルクセンサ１が設けられている。
【0032】
電気ケーブル１３００は、ロボット本体１１００の内部に延設されている。この電気ケーブル１３００は、トルクセンサ１のコネクタ（図示せず）に接続されている。
【0033】
なお、図１では、制御部１４００はロボット本体１１００の内部に配置されているが、他の場所（例えばロボット外部の制御盤）に配置されてもよい。また、トルクセンサ１のロボットへの装着態様は図１に示すものに限られない。
【0034】
トルクセンサ１は、グリッパーとして機能するエンドエフェクタ１２００に作用するモーメントを検出する。検出されたモーメントを示す電気信号は、電気ケーブル１３００を介して産業用ロボット１０００の制御部１４００に送信される。制御部１４００は、受信した電気信号に基づいてロボット本体１１００およびエンドエフェクタ１２００の動作を制御する。また、トルクセンサは、ロボット本体１１００の図示しない関節に設けられていてもよい。この場合、関節を駆動するための駆動部に連結された減速機と並列に配置されていてもよい。
【0035】
なお、トルクセンサ１は、産業用ロボットに限られず、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等の各種ロボットに適用可能である。
【0036】
以下、図２～図７を参照して本発明の実施の形態に係るトルクセンサについて説明する。図２は、第１の実施の形態におけるトルクセンサを示す平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。図４は、図２のトルクセンサを示す斜視図である。図５は、図２の変形体を示す拡大平面図であり、図６は、図２の変形体および容量素子を示す断面図である。図７は、図２の各接続部を示す斜視図である。
【0037】
トルクセンサ１は、所定の回転軸まわりに作用したモーメント（トルク）を検出し、検出したモーメントを電気信号として出力する機能を有している。しかしながら、このことに限られることはなく、トルクセンサ１は、他の回転軸まわりに作用したモーメントを追加的に電気信号として出力する機能を有していてもよい。また、トルクセンサ１は、所定方向の力を追加的に電気信号として出力するように構成されていてもよい。
【0038】
本実施の形態では、ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのモーメントを検出するトルクセンサ１について説明する。以下の説明では、Ｚ軸方向を上下方向とし、ＸＹ平面上に受力体１０、支持体２０および起歪体３０が配置されるようにトルクセンサ１を配置した状態で説明を行う。本実施の形態におけるトルクセンサ１は、Ｚ軸方向を上下方向とした姿勢で使用されることに限られることはない。
【0039】
トルクセンサ１は、図２～図４に示すように、受力体１０と、支持体２０と、起歪体３０と、受力体Ｙ軸接続部４１と、支持体Ｘ軸接続部５１と、検出素子６０と、検出回路７０と、を備えている。以下、各構成要素についてより詳細に説明する。受力体１０は、第１構造体の一例であり、支持体２０は、第２構造体の一例である。受力体Ｙ軸接続部４１は、第１構造体Ｙ軸接続部の一例であり、支持体Ｘ軸接続部５１は、第２構造体Ｘ軸接続部の一例である。
【0040】
受力体１０は、Ｚ軸を中心に形成されている。受力体１０は、平板状に形成されていてもよい。Ｚ軸に沿って見たときに、受力体１０は、円形リング状に形成されていてもよい。
【0041】
受力体１０は、検出対象となるモーメントの作用を受ける。この作用を受けることにより、受力体１０は支持体２０に対して相対移動する。上述した図１の例で言えば、受力体１０はエンドエフェクタ１２００に固定されており、エンドエフェクタ１２００からモーメントを受ける。受力体１０は、図３に示すように、エンドエフェクタ１２００に固定される取合面１０ａを含んでいる。取合面１０ａは、受力体１０のうちＺ軸正側に配置されており、受力体１０の上面（Ｚ軸正側の面）に相当する。取合面１０ａは、起歪体３０（後述する起歪体接続部３２ａ～３２ｄ）の上面３０ａおよび支持体２０の上面２０ａよりも、Ｚ軸正側に配置されていてもよい。このことにより、エンドエフェクタ１２００にトルクセンサ１を固定する場合に、エンドエフェクタ１２００とトルクセンサ１とが干渉することを防止できる。起歪体３０の上面３０ａと支持体２０の上面２０ａは、Ｚ軸方向において同じ位置に配置されていてもよい。起歪体３０の上面３０ａと、後述する各接続部４１、４２、５１、５２の上面は、Ｚ軸方向において同じ位置に配置されていてもよい。
【0042】
図２および図４に示すように、支持体２０は、Ｚ軸を中心に形成されている。支持体２０は、平板状に形成されていてもよい。Ｚ軸に沿って見たときに、支持体２０は、円形リング状に形成されていてもよい。支持体２０の内側に、トルクセンサ１のセンサ開口２が形成されている。このセンサ開口２には、ロボットで用いられるケーブルおよびチューブが通される場合がある。支持体２０は、Ｚ軸に沿って見たときに、受力体１０の内側に配置されており、受力体１０に対して離間している。支持体２０は、受力体１０とともにＸＹ平面上に配置されており、受力体１０と同心に形成されていてもよい。
【0043】
支持体２０は、受力体１０を支持している。上述した図１の例で言えば、支持体２０はロボット本体１１００（アーム部）の先端に固定されており、ロボット本体１１００に支持される。支持体２０は、図３に示すように、ロボット本体１１００に固定される取合面２０ｂを含んでいる。取合面２０ｂは、支持体２０のうちＺ軸負側に配置されており、支持体２０の下面（Ｚ軸負側の面）に相当する。取合面２０ｂは、受力体１０の下面１０ｂおよび起歪体３０（後述する起歪体接続部３２ａ～３２ｄ）の下面３０ｂよりも、Ｚ軸負側に配置されていてもよい。また、後述するように、受力体１０の下面１０ｂに、後述する電極支持体８０が設けられる場合には、取合面２０ｂは、電極支持体８０の下面８０ａよりもＺ軸負側に配置されていてもよい。この場合、ロボット本体１１００にトルクセンサ１を固定する場合に、ロボット本体１１００とトルクセンサ１とが干渉することを防止できる。
【0044】
図２～図４に示すように、起歪体３０は、受力体１０と支持体２０との間に設けられている。本実施の形態においては、Ｚ軸に沿って見たときに、起歪体３０は、円形リング状に形成されていてもよい。起歪体３０は、Ｚ軸に沿って見たときに、受力体１０の内側であって、支持体２０の外側に配置されている。起歪体３０は、受力体１０に対して離間するとともに、支持体２０に対して離間している。起歪体３０は、受力体１０と同心に形成されていてもよく、支持体２０と同心に形成されていてもよい。起歪体３０の幅（半径方向の寸法）は、全周にわたって一定であってもよい。
【0045】
起歪体３０は、受力体１０と支持体２０を接続している。受力体１０は、起歪体３０を介して支持体２０に支持されている。起歪体３０は、受力体１０がモーメントの作用を受けると、弾性変形するように構成されている。
【0046】
図２および図４に示すように、起歪体３０は、４つの変形体３１ａ～３１ｄを含んでいる。各変形体３１ａ～３１ｄは、モーメントの作用により弾性変形を生じるように構成されている。４つの変形体３１ａ～３１ｄは、第1象限に配置された第１変形体３１ａと、第２象限に配置された第２変形体３１ｂと、第３象限に配置された第３変形体３１ｃと、第４象限に配置された第４変形体３１ｄと、を含んでいる。
【0047】
第１変形体３１ａおよび第３変形体３１ｃは、第１象限と第３象限を通るとともにＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなす線Ｌ１上に配置されていてもよい。第１変形体３１ａおよび第３変形体３１ｃの後述する各変形部３３、３４および変位部３５は、当該線Ｌ１に平行に配置されていてもよい。第２変形体３１ｂおよび第４変形体３１ｄは、第２象限と第４象限を通るとともにＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなす線Ｌ２上に配置されていてもよい。第２変形体３１ｂおよび第４変形体３１ｄの後述する各変形部３３、３４および変位部３５は、当該線Ｌ２に平行に配置されていてもよい。第１変形体３１ａおよび第２変形体３１ｂは、Ｘ軸に対して、第４変形体３１ｄおよび第３変形体３１ｃと対称に配置されていてもよい。第１変形体３１ａおよび第４変形体３１ｄは、Ｙ軸に対して、第２変形体３１ｂおよび第３変形体３１ｃと対称に配置されていてもよい。各変形体３１ａ～３１ｄは、Ｚ軸に沿って見たときに、原点Ｏに対して、点対称に配置されていてもよい。
【0048】
起歪体３０は、４つの起歪体接続部３２ａ～３２ｄを含んでいる。各起歪体接続部３２ａ～３２ｄは、対応する２つの変形体３１ａ～３１ｄを接続している。４つの起歪体接続部３２ａ～３２ｄは、第１起歪体接続部３２ａと、第２起歪体接続部３２ｂと、第３起歪体接続部３２ｃと、第４起歪体接続部３２ｄと、を含んでいる。第１起歪体接続部３２ａは、第１変形体３１ａと第２変形体３１ｂとを接続している。第２起歪体接続部３２ｂは、第２変形体３１ｂと第３変形体３１ｃとを接続している。第３起歪体接続部３２ｃは、第３変形体３１ｃと第４変形体３１ｄとを接続している。第４起歪体接続部３２ｄは、第４変形体３１ｄと第１変形体３１ａとを接続している。
【0049】
図５および図６に示すように、本実施の形態においては、各変形体３１ａ～３１ｄは、第１変形部３３と、第２変形部３４と、変位部３５と、を含んでいる。第１変形部３３は、対応する起歪体接続部３２ａ～３２ｄに接続されるとともに、第２変形部３４は、対応する他の起歪体接続部３２ａ～３２ｄに接続されている。第１変形部３３と第２変形部３４との間に変位部３５が配置されており、第１変形部３３と第２変形部３４とは、変位部３５を介して接続されている。
【0050】
第１変形部３３および第２変形部３４は、板状に形成されており、半径方向で見たときに、起歪体接続部３２ａ～３２ｄよりも薄い厚みを有している。第１変形部３３および第２変形部３４は、板ばねとしての機能を有しており、容易に弾性変形可能になっている。変位部３５も板状に形成されており、起歪体接続部３２ａ～３２ｄよりも薄い厚みを有している。第１変形部３３の厚みと、第２変形部３４の厚みと、変位部３５の厚みは、等しくてもよい。あるいは、変位部３５の厚みは、第１変形部３３の厚みおよび第２変形部３４の厚みよりも厚くてもよい。
【0051】
第１変形部３３は、対応する起歪体接続部３２ａ～３２ｄの端面３２ｅ（図６参照）のうち上端部から変位部３５に向かって下方に延びている。例えば、第１変形体３１ａの第１変形部３３は、第４起歪体接続部３２ｄの端面３２ｅのうち上端部から変位部３５に向かって下方に延びている。第１変形部３３は、半径方向で見たときに、Ｚ軸に対して傾斜しており、直線状に延びている。第２変形部３４は、対応する起歪体接続部３２ａ～３２ｄの端面３２ｅのうち上端部から変位部３５に向かって下方に延びている。例えば、第１変形体３１ａの第２変形部３４は、第１起歪体接続部３２ａの端面３２ｅのうち上端部から変位部３５に向かって下方に延びている。第２変形部３４は、半径方向で見たときに、Ｚ軸に対して傾斜しており、直線状に延びている。
【0052】
変位部３５は、Ｚ軸に垂直に、すなわちＸＹ平面に沿って配置されている。変位部３５は、半径方向で見たときに、ＸＹ平面に沿うように直線状に形成されている。図６に示すように、変位部３５の下面３５ａは、起歪体接続部３２ａ～３２ｄ（起歪体３０）の下面３０ｂよりもＺ軸正側の位置に配置されていてもよい。変位部３５は、第１変形部３３および第２変形部３４の弾性変形によって、Ｚ軸方向に変位するように構成されている。
【0053】
図５に示すように、第１変形部３３、第２変形部３４および変位部３５は、Ｚ軸に沿って見たときに、湾曲状に形成されている。より具体的には、第１変形部３３、第２変形部３４および変位部３５は、起歪体３０の円形リング形状の一部を構成しており、円弧状に形成されている。第１変形部３３、第２変形部３４および変位部３５は、受力体１０または支持体２０と同心に形成されていてもよい。
【0054】
図２～図４に示すように、受力体Ｙ軸接続部４１は、受力体１０と起歪体３０とを接続している。受力体１０と起歪体３０とは、２つの受力体Ｙ軸接続部４１で接続されている。Ｚ軸に沿って見たときに、受力体Ｙ軸接続部４１は、起歪体３０に対してＹ軸の正側およびＹ軸の負側に配置されている。本実施の形態においては、起歪体３０に対してＹ軸の正側の位置に、１つの受力体Ｙ軸接続部４１が配置されている。当該受力体Ｙ軸接続部４１が、受力体１０と第１起歪体接続部３２ａとを接続している。Ｙ軸の負側の位置に、他の１つの受力体Ｙ軸接続部４１が配置されている。当該受力体Ｙ軸接続部４１が、受力体１０と第３起歪体接続部３２ｃとを接続している。
【0055】
本実施の形態による受力体Ｙ軸接続部４１は、Ｙ軸上に配置されており、Ｙ軸に沿って延びている。本実施の形態においては、図７に示すように、受力体Ｙ軸接続部４１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されている。受力体Ｙ軸接続部４１のＺ軸方向の寸法（図７のＬｚに相当）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（図２のＰ１ｙ）よりも大きくなっている。
【0056】
図２～図４に示すように、支持体Ｘ軸接続部５１は、起歪体３０と支持体２０とを接続している。起歪体３０と支持体２０とは、２つの支持体Ｘ軸接続部５１で接続されている。Ｚ軸に沿って見たときに、支持体Ｘ軸接続部５１は、支持体２０に対してＸ軸の正側およびＸ軸の負側に配置されている。本実施の形態においては、Ｘ軸の正側の位置に、１つの支持体Ｘ軸接続部５１が配置されている。当該支持体Ｘ軸接続部５１が、支持体２０と第４起歪体接続部３２ｄとを接続している。Ｘ軸の負側の位置に、他の１つの支持体Ｘ軸接続部５１が配置されている。当該支持体Ｘ軸接続部５１が、支持体２０と第２起歪体接続部３２ｂとを接続している。
【0057】
本実施の形態による支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｘ軸上に配置されており、Ｘ軸に沿って延びている。本実施の形態においては、受力体Ｙ軸接続部４１と同様に、支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されている。支持体Ｘ軸接続部５１のＺ軸方向の寸法（図７のＬｚに相当）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（図２のＱ１ｘ）よりも大きくなっている。
【0058】
図２～図４に示すように、本実施の形態におけるトルクセンサ１は、受力体Ｘ軸接続部４２と、支持体Ｙ軸接続部５２と、を備えている。受力体Ｘ軸接続部４２は、第１構造体Ｘ軸接続部の一例であり、支持体Ｙ軸接続部５２は、第２構造体Ｙ軸接続部の一例である。
【0059】
受力体Ｘ軸接続部４２は、受力体１０と起歪体３０とを接続している。受力体１０と起歪体３０とは、２つの受力体Ｘ軸接続部４２で接続されている。Ｚ軸に沿って見たときに、受力体Ｘ軸接続部４２は、起歪体３０に対してＸ軸の正側およびＸ軸の負側に配置されている。本実施の形態においては、起歪体３０に対してＸ軸の正側の位置に、１つの受力体Ｘ軸接続部４２が配置されている。当該受力体Ｘ軸接続部４２が、受力体１０と第４起歪体接続部３２ｄとを接続している。Ｘ軸の負側の位置に、他の１つの受力体Ｘ軸接続部４２が配置されている。当該受力体Ｘ軸接続部４２が、受力体１０と第２起歪体接続部３２ｂとを接続している。
【0060】
本実施の形態による受力体Ｘ軸接続部４２は、Ｘ軸上に配置されており、Ｘ軸に沿って延びている。本実施の形態においては、受力体Ｙ軸接続部４１と同様に、受力体Ｘ軸接続部４２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されている。受力体Ｘ軸接続部４２のＺ軸方向の寸法（図７のＬｚに相当）は、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（図２のＰ２ｘ）よりも大きくなっている。
【0061】
図２に示すように、本実施の形態においては、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（図２のＰ２ｙ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法（図２のＰ１ｘ）よりも小さくなっている。言い換えると、Ｚ軸に沿って見たときに、受力体Ｘ軸接続部４２の幅が、受力体Ｙ軸接続部４１の幅よりも小さくなっている。なお、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）と等しくてもよい。
【0062】
図２～図４に示すように、支持体Ｙ軸接続部５２は、起歪体３０と支持体２０とを接続している。起歪体３０と支持体２０とは、２つの支持体Ｙ軸接続部５２で接続されている。Ｚ軸に沿って見たときに、支持体Ｙ軸接続部５２は、支持体２０に対してＹ軸の正側およびＹ軸の負側に配置されている。本実施の形態においては、支持体２０に対してＹ軸の正側の位置に、１つの支持体Ｙ軸接続部５２が配置されている。当該支持体Ｙ軸接続部５２が、支持体２０と第１起歪体接続部３２ａとを接続している。Ｙ軸の負側の位置に、他の１つの支持体Ｙ軸接続部５２が配置されている。当該支持体Ｙ軸接続部５２が、支持体２０と第３起歪体接続部３２ｃとを接続している。
【0063】
本実施の形態による支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｙ軸上に配置されており、Ｙ軸に沿って延びている。本実施の形態においては、受力体Ｙ軸接続部４１と同様に、支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されている。支持体Ｙ軸接続部５２のＺ軸方向の寸法（図７のＬｚに相当）は、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（図２のＱ２ｙ）よりも大きくなっている。
【0064】
本実施の形態においては、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）よりも小さくなっている。言い換えると、Ｚ軸に沿って見たときに、支持体Ｙ軸接続部５２の幅が、支持体Ｘ軸接続部５１の幅よりも小さくなっている。なお、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）と等しくてもよい。
【0065】
図６に示すように、検出素子６０は、上述した各変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５のＺ軸方向の変位を検出するように構成されている。検出素子６０は、上述した４つの変形体３１ａ～３１ｄに生じた弾性変形を検出する。検出素子６０は、静電容量を検出する素子として構成されている。より具体的には、図２に示すように、検出素子６０は、第１容量素子６１ａと、第２容量素子６１ｂと、第３容量素子６１ｃと、第４容量素子６１ｄと、を含んでいる。第１容量素子６１ａは、第１変形体３１ａの弾性変形によって生じた変位部３５のＺ軸方向の変位を検出する。第２容量素子６１ｂは、第２変形体３１ｂの弾性変形によって生じた変位部３５のＺ軸方向の変位を検出する。第３容量素子６１ｃは、第３変形体３１ｃの弾性変形によって生じた変位部３５のＺ軸方向の変位を検出する。第４容量素子６１ｄは、第４変形体３１ｄの弾性変形によって生じた変位部３５のＺ軸方向の変位を検出する。
【0066】
図６に示すように、各容量素子６１ａ～６１ｄは、変位電極６２と、固定電極６３と、を含んでいる。変位電極６２は、変位部３５の下面３５ａに設けられている。変位部３５が導電性材料で形成されている場合には、変位部３５と変位電極６２との間に絶縁層６４が介在されていてもよい。固定電極６３は、後述する電極支持体８０の上面８０ｂに設けられている。電極支持体８０が導電性材料で形成されている場合には、電極支持体８０と固定電極６３との間に絶縁層６５が介在されていてもよい。変位電極６２と固定電極６３は、互いに離間するとともに、互いに対向している。このことにより、変位電極６２と固定電極６３との間の静電容量が検出可能になっている。変位電極６２が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向に変位した場合であっても、Ｚ軸に沿って見たときに、変位電極６２が全体として固定電極６３に重なっていてもよい。このことにより、変位電極６２が変位した場合であっても、変位電極６２と固定電極６３との対向面積が変化することを抑制することができる。このため、静電容量値の変化に、対向面積の変化が影響を及ぼすことを抑制することができる。
【0067】
図３および図６に示すように、各容量素子６１ａ～６１ｄの固定電極６３は、電極支持体８０に支持されている。より具体的には、固定電極６３は、電極支持体８０の上面８０ｂに設けられている。電極支持体８０は、図示しないボルト等を用いて支持体２０に取り付けられていてもよい。このことにより、受力体１０にモーメントＭｚが作用した場合であっても、電極支持体８０が変位することを抑制することができる。電極支持体８０は、Ｚ軸に沿って見たときに、円形リング状に形成されていてもよい。なお、図３においては、便宜上、受力体１０の下面１０ｂに電極支持体８０の上面８０ｂが接している。しかしながら、受力体１０と電極支持体８０との間に隙間が形成されていてもよい。あるいは、受力体１０と電極支持体８０との間に、後述するパッキン８４（図１４参照）が介在されていてもよい。
【0068】
図３に示すように、検出回路７０は、検出素子６０の検出結果に基づいて、モーメントを示す電気信号を出力するように構成されている。この検出回路７０は、例えばマイクロプロセッサにより構成された演算機能を有していてもよい。また、検出回路７０は、上述した検出素子６０から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能や、信号を増幅する機能を有してもよい。検出回路７０は、電気信号を出力する端子を含んでいてもよく、この端子から電気ケーブル１３００（図１参照）を介して上述した制御部１４００に電気信号が送信される。
【0069】
次に、このような構成からなる本実施の形態におけるトルクセンサ１に作用するモーメントを検出する方法について、図８～図１０を用いて説明する。図８は、本実施の形態におけるトルクセンサ１にＺ軸まわりのモーメントが作用した場合を示す平面図である。図９は、図６の容量素子の静電容量値が減少する様子を示す断面図であり、図１０は、図６の容量素子の静電容量値が増大する様子を示す断面図である。
【0070】
図２に示すトルクセンサ１の受力体１０がＺ軸まわりのモーメントＭｚの作用を受けると、各変形体３１ａ～３１ｄの第１変形部３３および第２変形部３４が弾性変形し、変位部３５にＺ軸方向の変位が生じる。このため、検出素子６０の各変位電極６２と対応する固定電極６３との間の距離が変化し、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化する。この静電容量値の変化が、起歪体３０に生じた変位として検出素子６０で検出される。各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化は異なり得る。このため、検出回路７０は、検出素子６０で検出された各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化に基づいて、受力体１０に作用したモーメントＭｚの大きさを検出することができる。
【0071】
図２のトルクセンサ１の受力体１０に、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合について、より詳細に説明する。ここでは、Ｚ軸方向正側に向かって時計回りのモーメントＭｚが作用した場合について説明する。
【0072】
図２に示すように、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２ｙ）が、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法（Ｐ１ｘ）よりも小さくなっている。このことにより、モーメントＭｚが作用した場合、受力体Ｙ軸接続部４１よりも受力体Ｘ軸接続部４２が、ばね定数が小さくなり、弾性変形しやすくなる。受力体Ｙ軸接続部４１は、ばね定数が大きくなり、実質的に剛体として機能する。また、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）が、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）よりも小さくなっている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合、支持体Ｘ軸接続部５１よりも支持体Ｙ軸接続部５２が、ばね定数が小さくなり、弾性変形しやすくなる。支持体Ｘ軸接続部５１は、ばね定数が大きくなり、実質的に剛体として機能する。
【0073】
第１容量素子６１ａの静電容量値の変化について説明する。第１起歪体接続部３２ａは、受力体Ｙ軸接続部４１を介して受力体１０に接続されているとともに、支持体Ｙ軸接続部５２を介して支持体２０に接続されている。このことにより、図８に示すように、第１起歪体接続部３２ａが、受力体Ｙ軸接続部４１に支持されて、モーメントＭｚの作用方向に変位する。一方、第４起歪体接続部３２ｄは、支持体Ｘ軸接続部５１を介して支持体２０に接続されているとともに、受力体Ｘ軸接続部４２を介して受力体１０に接続されている。このことにより、第４起歪体接続部３２ｄは、支持体Ｘ軸接続部５１に支持されて、実質的に変位しない。このため、第１変形体３１ａに引張力が与えられ、図９に示すように、第１変形体３１ａの変位部３５がＺ軸正側に変位する。この場合、第１容量素子６１ａを構成する変位電極６２と固定電極６３との電極間距離が増大し、第１容量素子６１ａの静電容量値が減少する。
【0074】
第２容量素子６１ｂの静電容量値の変化について説明する。図８に示すように、第１起歪体接続部３２ａは、受力体Ｙ軸接続部４１に支持されて、モーメントＭｚの作用方向に変位する。一方、第２起歪体接続部３２ｂは、支持体Ｘ軸接続部５１を介して支持体２０に接続されているとともに、受力体Ｘ軸接続部４２を介して受力体１０に接続されている。このことにより、第２起歪体接続部３２ｂは、支持体Ｘ軸接続部５１に支持されて、実質的に変位しない。このため、第２変形体３１ｂに圧縮力が与えられ、図１０に示すように、第２変形体３１ｂの変位部３５がＺ軸負側に変位する。この場合、第２容量素子６１ｂを構成する変位電極６２と固定電極６３との電極間距離が減少し、第２容量素子６１ｂの静電容量値が増大する。
【0075】
同様にして、図８に示すように、第３変形体３１ｃに引張力が与えられ、図９に示すように、第３変形体３１ｃの変位部３５がＺ軸正側に変位する。この場合、第３容量素子６１ｃを構成する変位電極６２と固定電極６３との電極間距離が増大し、第３容量素子６１ｃの静電容量値が減少する。また、図８に示すように、第４変形体３１ｄに圧縮力が与えられ、図１０に示すように、第４変形体３１ｄの変位部３５がＺ軸負側に変位する。この場合、第４容量素子６１ｄを構成する変位電極６２と固定電極６３との電極間距離が減少し、第４容量素子６１ｄの静電容量値が増大する。
【0076】
受力体１０に作用したモーメントＭｚは、
Ｍｚ＝－ΔＣ１＋ΔＣ２－ΔＣ３＋ΔＣ４
で検出される。なお、以下の式では、便宜上、モーメントと静電容量値の変化量とを「＝」で結んでいる。しかしながら、モーメントと、静電容量値とは互いに異なる物理量であるため、実際には、静電容量値の変化量を変換することにより、モーメントが算出される。上記式中のΔＣ１は、第１容量素子６１ａの静電容量値の変化量を示し、ΔＣ２は、第２容量素子６１ｂの静電容量値の変化量を示している。ΔＣ３は、第３容量素子６１ｃの静電容量値の変化量を示し、ΔＣ４は、第４容量素子６１ｄの静電容量値の変化量を示している。
Ｍｚ＝－ΔＣ１＋ΔＣ２－ΔＣ３＋ΔＣ４
で検出される。なお、以下の式では、便宜上、モーメントと静電容量値の変化量とを「＝」で結んでいる。しかしながら、モーメントと、静電容量値とは互いに異なる物理量であるため、実際には、静電容量値の変化量を変換することにより、モーメントが算出される。上記式中のΔＣ１は、第１容量素子６１ａの静電容量値の変化量を示し、ΔＣ２は、第２容量素子６１ｂの静電容量値の変化量を示している。ΔＣ３は、第３容量素子６１ｃの静電容量値の変化量を示し、ΔＣ４は、第４容量素子６１ｄの静電容量値の変化量を示している。
【0077】
ニュートラル状態における第１容量素子６１ａの静電容量値をＣ０１とし、モーメントＭｚが受力体１０に作用したときの第１容量素子６１ａの静電容量値をＣ１とすると、
Ｃ１＝Ｃ０１＋ΔＣ１
で表される。同様にして、
Ｃ２＝Ｃ０２＋ΔＣ２
Ｃ３＝Ｃ０３＋ΔＣ３
Ｃ４＝Ｃ０４＋ΔＣ４
で表される。Ｃ０１～Ｃ０４が同一である場合には、モーメントＭｚは、
Ｍｚ＝－Ｃ１＋Ｃ２－Ｃ３＋Ｃ４
としてもよい。Ｃ０１～Ｃ０４は相殺されるからである。ニュートラル状態とは、受力体１０に、力もモーメントも作用していない状態を意味する。
Ｃ１＝Ｃ０１＋ΔＣ１
で表される。同様にして、
Ｃ２＝Ｃ０２＋ΔＣ２
Ｃ３＝Ｃ０３＋ΔＣ３
Ｃ４＝Ｃ０４＋ΔＣ４
で表される。Ｃ０１～Ｃ０４が同一である場合には、モーメントＭｚは、
Ｍｚ＝－Ｃ１＋Ｃ２－Ｃ３＋Ｃ４
としてもよい。Ｃ０１～Ｃ０４は相殺されるからである。ニュートラル状態とは、受力体１０に、力もモーメントも作用していない状態を意味する。
【0078】
このようにして、本実施の形態におけるトルクセンサ１は、上述したＺ軸まわりのモーメントＭｚを効果的に検出することができる。しかしながら、本実施の形態におけるトルクセンサ１は、モーメントＭｚ以外の力またはモーメントを検出することには適していない。このことについて、以下に説明する。
【0079】
（Ｆｘが作用した場合）
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＸ軸方向正側に力Ｆｘが作用した場合、Ｘ軸の正側に位置する受力体Ｘ軸接続部４２と、Ｘ軸正側に位置する支持体Ｘ軸接続部５１に、引張力が与えられる。Ｘ軸の負側に位置する受力体Ｘ軸接続部４２と、Ｘ軸の負側に位置する支持体Ｘ軸接続部５１に、圧縮力が与えられる。しかしながら、各受力体Ｘ軸接続部４２と各支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｘ軸に沿って延びているため、Ｘ軸方向の力に対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。このため、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。受力体１０にＸ軸方向負側に力Ｆｘが作用した場合も同様に、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。本実施の形態のように起歪体３０が円形リング状に形成されている場合、力Ｆｘに対して起歪体３０が弾性変形することをより一層抑制できる。
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＸ軸方向正側に力Ｆｘが作用した場合、Ｘ軸の正側に位置する受力体Ｘ軸接続部４２と、Ｘ軸正側に位置する支持体Ｘ軸接続部５１に、引張力が与えられる。Ｘ軸の負側に位置する受力体Ｘ軸接続部４２と、Ｘ軸の負側に位置する支持体Ｘ軸接続部５１に、圧縮力が与えられる。しかしながら、各受力体Ｘ軸接続部４２と各支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｘ軸に沿って延びているため、Ｘ軸方向の力に対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。このため、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。受力体１０にＸ軸方向負側に力Ｆｘが作用した場合も同様に、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。本実施の形態のように起歪体３０が円形リング状に形成されている場合、力Ｆｘに対して起歪体３０が弾性変形することをより一層抑制できる。
【0080】
（Ｆｙが作用した場合）
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＹ軸方向正側に力Ｆｙが作用した場合について説明する。Ｆｘが作用した場合と同様に、各受力体Ｙ軸接続部４１と各支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｙ軸に沿って延びているため、Ｙ軸方向の力Ｆｙに対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。このため、力Ｆｙが作用した場合であっても、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＹ軸方向正側に力Ｆｙが作用した場合について説明する。Ｆｘが作用した場合と同様に、各受力体Ｙ軸接続部４１と各支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｙ軸に沿って延びているため、Ｙ軸方向の力Ｆｙに対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。このため、力Ｆｙが作用した場合であっても、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。
【0081】
（Ｆｚが作用した場合）
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＺ軸方向の力Ｆｚが作用した場合について説明する。上述したように、各受力体Ｙ軸接続部４１のＺ軸方向の寸法が、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きく、各受力体Ｘ軸接続部４２のＺ軸方向の寸法が、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）よりも大きくなっている。また、各支持体Ｘ軸接続部５１のＺ軸方向の寸法が、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きく、各支持体Ｙ軸接続部５２のＺ軸方向の寸法が、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ））よりも大きくなっている。このことにより、各接続部４１、４２、５１、５２は、Ｚ軸方向の力に対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。支持体２０に支持体Ｘ軸接続部５１および支持体Ｙ軸接続部５２が接続されていることにより、起歪体３０は、支持体２０に対してＺ軸方向に変位することが抑制される。起歪体３０に受力体Ｙ軸接続部４１および受力体Ｘ軸接続部４２が接続されていることにより、受力体１０は、起歪体３０に対してＺ軸方向に変位することが抑制される。このため、受力体１０に力Ｆｚが作用した場合であっても、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。本実施の形態のように起歪体３０が円形リング状に形成されている場合、力Ｆｚに対して起歪体３０が弾性変形することをより一層抑制できる。
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＺ軸方向の力Ｆｚが作用した場合について説明する。上述したように、各受力体Ｙ軸接続部４１のＺ軸方向の寸法が、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きく、各受力体Ｘ軸接続部４２のＺ軸方向の寸法が、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）よりも大きくなっている。また、各支持体Ｘ軸接続部５１のＺ軸方向の寸法が、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きく、各支持体Ｙ軸接続部５２のＺ軸方向の寸法が、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ））よりも大きくなっている。このことにより、各接続部４１、４２、５１、５２は、Ｚ軸方向の力に対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。支持体２０に支持体Ｘ軸接続部５１および支持体Ｙ軸接続部５２が接続されていることにより、起歪体３０は、支持体２０に対してＺ軸方向に変位することが抑制される。起歪体３０に受力体Ｙ軸接続部４１および受力体Ｘ軸接続部４２が接続されていることにより、受力体１０は、起歪体３０に対してＺ軸方向に変位することが抑制される。このため、受力体１０に力Ｆｚが作用した場合であっても、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。本実施の形態のように起歪体３０が円形リング状に形成されている場合、力Ｆｚに対して起歪体３０が弾性変形することをより一層抑制できる。
【0082】
（Ｍｘが作用した場合）
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＸ軸まわりのモーメントＭｘが作用した場合について説明する。この場合、各受力体Ｘ軸接続部４２および各支持体Ｘ軸接続部５１には、Ｘ軸まわりの捻じり力が作用する。各受力体Ｙ軸接続部４１および各支持体Ｙ軸接続部５２には、Ｚ軸方向の曲げモーメントが作用する。しかしながら、各受力体Ｙ軸接続部４１および各支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｚ軸方向の力に対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。このため、受力体１０にモーメントＭｘが作用した場合であっても、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。本実施の形態のように起歪体３０が円形リング状に形成されている場合、モーメントＭｘに対して起歪体３０が弾性変形することをより一層抑制できる。
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＸ軸まわりのモーメントＭｘが作用した場合について説明する。この場合、各受力体Ｘ軸接続部４２および各支持体Ｘ軸接続部５１には、Ｘ軸まわりの捻じり力が作用する。各受力体Ｙ軸接続部４１および各支持体Ｙ軸接続部５２には、Ｚ軸方向の曲げモーメントが作用する。しかしながら、各受力体Ｙ軸接続部４１および各支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｚ軸方向の力に対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。このため、受力体１０にモーメントＭｘが作用した場合であっても、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。本実施の形態のように起歪体３０が円形リング状に形成されている場合、モーメントＭｘに対して起歪体３０が弾性変形することをより一層抑制できる。
【0083】
（Ｍｙが作用した場合）
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合について説明する。Ｍｘが作用した場合と同様に、各受力体Ｘ軸接続部４２および各支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｚ軸方向の力に対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。このため、受力体１０にモーメントＭｙが作用した場合であっても、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。本実施の形態のように起歪体３０が円形リング状に形成されている場合、モーメントＭｙに対して起歪体３０が弾性変形することをより一層抑制できる。
図２のトルクセンサ１の受力体１０にＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合について説明する。Ｍｘが作用した場合と同様に、各受力体Ｘ軸接続部４２および各支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｚ軸方向の力に対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能する。このため、受力体１０にモーメントＭｙが作用した場合であっても、起歪体３０が弾性変形することを抑制でき、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制できる。本実施の形態のように起歪体３０が円形リング状に形成されている場合、モーメントＭｙに対して起歪体３０が弾性変形することをより一層抑制できる。
【0084】
以上により、本実施の形態によるトルクセンサ１は、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ以外の力またはモーメントを検出することに適していない。このため、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを精度良く検出することができる。
【0085】
このように本実施の形態によれば、受力体１０と起歪体３０とを接続する受力体Ｙ軸接続部４１が、起歪体３０に対してＹ軸の正側および負側に配置されるとともに、起歪体３０と支持体２０とを接続する支持体Ｘ軸接続部５１が、支持体２０に対してＸ軸の正側および負側に配置されている。起歪体３０は、弾性変形によってＺ軸方向に変位する変位部３５を含む４つの変形体３１ａ～３１ｄを含み、検出素子６０が、各々の変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５のＺ軸方向の変位により静電容量値の変化を検出する容量素子６１ａ～６１ｄを含んでいる。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが受力体１０に作用した場合には、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに引張力または圧縮力を与えることができる。このため、各変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５をＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄを構成する変位電極６２と固定電極６３とを、Ｚ軸方向で対向させるように配置させることができる。この場合、変位電極６２と固定電極６３の対向面をＸＹ平面に沿うように配置することができ、変位電極６２と固定電極６３との位置合わせを容易化させることができる。また、電極支持体８０上に配置された４つの固定電極６３を、共通の固定電極に一体化させることもでき、この場合においても、変位電極６２と固定電極６３との位置合わせを容易化させることができる。この結果、トルクセンサ１の生産効率を向上させることができる。
【0086】
また、本実施の形態によれば、Ｚ軸に沿って見たときに、支持体２０は、受力体１０の内側に配置されている。このことにより、受力体１０と起歪体３０と支持体２０とをＸＹ平面に沿うように配置することができる。このため、トルクセンサ１の厚み（Ｚ軸方向寸法）を小さくすることができ、トルクセンサ１を薄く形成することができる。
【0087】
また、本実施の形態によれば、受力体Ｙ軸接続部４１のＺ軸方向の寸法は、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きくなっている。また、支持体Ｘ軸接続部５１のＺ軸方向の寸法は、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きくなっている。このことにより、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｘ軸接続部５１を、Ｚ軸方向の力に対して実質的に剛体として機能させることができる。このため、受力体１０にＺ軸方向の力Ｆｚが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。同様に、受力体１０にＸ軸まわりのモーメントＭｘおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。このため、力Ｆｚ、モーメントＭｘまたはモーメントＭｙが作用した場合であっても、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、力Ｆｚ、モーメントＭｘおよびモーメントＭｙを検出することを抑制できる。
【0088】
また、本実施の形態によれば、受力体１０と起歪体３０とを接続する受力体Ｘ軸接続部４２が、起歪体３０に対してＸ軸の正側および負側に配置されている。起歪体３０と支持体２０とを接続する支持体Ｘ軸接続部５１が、支持体２０に対してＸ軸の正側および負側にそれぞれ配置されている。受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｘ軸に沿ってそれぞれ延びている。このことにより、受力体１０にＸ軸方向の力Ｆｘが作用した場合であっても、受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｘ軸接続部５１が実質的に剛体として機能することができ、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。このため、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合であっても、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、力Ｆｘを検出することを抑制できる。
【0089】
また、本実施の形態によれば、受力体１０と起歪体３０とを接続する受力体Ｙ軸接続部４１が、起歪体３０に対してＹ軸の正側および負側に配置されている。起歪体３０と支持体２０とを接続する支持体Ｙ軸接続部５２が、支持体２０に対してＹ軸の正側および負側に配置されている。受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｙ軸に沿ってそれぞれ延びている。このことにより、受力体１０にＹ軸方向の力Ｆｙが作用した場合であっても、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｙ軸接続部５２が実質的に剛体として機能することができ、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。このため、Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合であっても、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、力Ｆｙを検出することを抑制できる。
【0090】
また、本実施の形態によれば、受力体Ｘ軸接続部４２のＺ軸方向の寸法は、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）よりも大きくなっている。また、支持体Ｙ軸接続部５２のＺ軸方向の寸法は、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ）よりも大きくなっている。このことにより、受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｙ軸接続部５２を、Ｚ軸方向の力に対して実質的に剛体として機能させることができる。このため、受力体１０にＺ軸方向の力Ｆｚが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することをより一層抑制できる。同様に、受力体１０にＸ軸まわりのモーメントＭｘおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することをより一層抑制できる。このため、力Ｆｚ、モーメントＭｘまたはモーメントＭｙが作用した場合であっても、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することをより一層抑制でき、力Ｆｚ、モーメントＭｘおよびモーメントＭｙを検出することをより一層抑制できる。
【0091】
また、本実施の形態によれば、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２ｙ）が、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法）（Ｐ１ｘ）よりも小さくなっているとともに、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）が、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）よりも小さくなっている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｘ軸接続部５１を実質的に剛体として機能させることができるとともに、受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｙ軸接続部５２を容易に弾性変形させることができる。このため、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに、引張力または圧縮力を容易に与えることができる。この結果、各変形体３１ａ～３１ｄの各変位部３５を容易にＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化を容易に検出することができる。
【0092】
また、本実施の形態によれば、起歪体３０は、Ｚ軸に沿って見たときに、円形リング状に形成されている。このことにより、各変形体３１ａ～３１ｄを互いに接続することができる。このため、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ以外の力またはモーメントが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。この結果、モーメントＭｚ以外の力またはモーメントが作用した場合であっても、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、モーメントＭｚ以外の力またはモーメントを検出することを抑制できる。
【0093】
なお、上述した本実施の形態においては、受力体１０と起歪体３０が、受力体Ｘ軸接続部４２で接続されるとともに、起歪体３０と支持体２０が、支持体Ｙ軸接続部５２で接続されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。
【0094】
例えば、図１１に示すように、起歪体３０のうち受力体Ｙ軸接続部４１が接続された位置では、起歪体３０と支持体２０とは接続されていなくてもよい。すなわち、第１起歪体接続部３２ａおよび第３起歪体接続部３２ｃは、支持体２０と、図２に示すような支持体Ｙ軸接続部５２で接続されていなくてもよい。また、起歪体３０のうち支持体Ｘ軸接続部５１で接続された位置では、受力体１０と起歪体３０とが接続されていなくてもよい。すなわち、第２起歪体接続部３２ｂおよび第４起歪体接続部３２ｄは、受力体１０と、図２に示すような受力体Ｘ軸接続部４２で接続されていなくてもよい。図１１は、図２のトルクセンサの変形例を示す平面図である。
【0095】
図１１に示すトルクセンサ１においても、受力体１０と起歪体３０が受力体Ｙ軸接続部４１で接続されるとともに、起歪体３０と支持体２０が支持体Ｘ軸接続部５１で接続されている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合には、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに、引張力または圧縮力を与えることができる。このため、各変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５をＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄを構成する変位電極６２と固定電極６３とを、Ｚ軸方向で対向させるように配置させることができる。この場合、変位電極６２と固定電極６３の対向面をＸＹ平面に沿うように配置することができ、変位電極６２と固定電極６３との位置合わせを容易化させることができる。この結果、トルクセンサ１の生産効率を向上させることができる。
【0096】
このように図１１に示す変形例によれば、起歪体３０のうち受力体Ｙ軸接続部４１が接続された位置では、起歪体３０と支持体２０とは接続されておらず、起歪体３０のうち支持体Ｘ軸接続部５１が接続された位置では、受力体１０と起歪体３０とは接続されていない。このことにより、トルクセンサ１の生産効率を向上させながら、トルクセンサ１の構造を簡素化させることができ、低価格化を図ることができる。
【0097】
また、上述した本実施の形態においては、起歪体３０に対してＹ軸の正側およびＹ軸の負側に、１つの受力体Ｙ軸接続部４１がそれぞれ配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。
【0098】
【0099】
図１２に示す変形例においては、起歪体３０に対してＹ軸の正側およびＹ軸の負側に、２つの受力体Ｙ軸分割部４１ａがそれぞれ配置される。受力体Ｙ軸分割部４１ａは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されていてもよい。受力体Ｙ軸分割部４１ａのＸ軸方向の寸法は、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２ｙ）よりも大きくてもよい。１つの受力体Ｙ軸接続部４１を構成する２つの受力体Ｙ軸分割部４１ａは、Ｘ軸方向に互いに離間しており、互いに平行であってもよい。１つの受力体Ｙ軸接続部４１を構成する２つの受力体Ｙ軸分割部４１ａは、Ｙ軸に対して対称に配置されていてもよい。すなわち、当該２つの受力体Ｙ軸分割部４１ａのうちの一方が、Ｙ軸に対してＸ軸の正側に配置され、他方が、Ｙ軸に対してＸ軸の負側に配置されている。なお、１つの受力体Ｙ軸接続部４１を構成する２つの受力体Ｙ軸分割部４１ａは、Ｙ軸に対して非対称に配置されていてもよい。当該２つの受力体Ｙ軸分割部４１ａは、Ｙ軸に対するＸ軸の正側および負側のうちの一方に配置されて、他方に配置されていなくてもよい。受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法(図１２のＰ１ｘ)は、図１２に示すように、２つの受力体Ｙ軸分割部４１ａのＸ軸方向の寸法であってもよい。
【0100】
同様に、図１２に示すように、各支持体Ｘ軸接続部５１が、２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａを含んでいてもよい。
【0101】
図１２に示す変形例においては、起歪体３０に対してＸ軸の正側およびＸ軸の負側に、２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａがそれぞれ配置される。支持体Ｘ軸分割部５１ａは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されていてもよい。支持体Ｘ軸分割部５１ａのＹ軸方向の寸法は、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）よりも大きくてもよい。１つの支持体Ｘ軸接続部５１を構成する２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａは、Ｙ軸方向に互いに離間しており、互いに平行であってもよい。１つの支持体Ｘ軸接続部５１を構成する２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａは、Ｘ軸に対して対称に配置されていてもよい。すなわち、当該２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａのうちの一方が、Ｘ軸に対してＹ軸の正側に配置され、他方が、Ｘ軸に対してＹ軸の負側に配置されている。なお、１つの支持体Ｘ軸接続部５１を構成する２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａは、Ｘ軸に対して非対称に配置されていてもよい。当該２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａは、Ｘ軸に対するＹ軸の正側および負側のうちの一方に配置されて、他方に配置されていなくてもよい。支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（図１２のＱ１ｙ）は、図１２に示すように、２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａのＹ軸方向の寸法であってもよい。
【0102】
このように図１２に示す変形例によれば、受力体Ｙ軸接続部４１が、２つの受力体Ｙ軸分割部４１ａを含んでいる。このことにより、受力体１０にＺ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合に、受力体Ｙ軸接続部４１の剛性を増大させることができる。このため、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄの各変位部３５をＺ軸方向に変位させやすくすることができ、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化を検出させやすくすることができる。
【0103】
また、図１２に示す変形例によれば、支持体Ｘ軸接続部５１が、２つの支持体Ｘ軸分割部５１ａを含んでいる。このことにより、受力体１０にＺ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合に、支持体Ｘ軸接続部５１の剛性を増大させることができる。このため、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄの各変位部３５をＺ軸方向に変位させやすくすることができ、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化を検出させやすくすることができる。
【0104】
なお、図１２に示す変形例においては、各受力体Ｙ軸接続部４１は、３つ以上の受力体Ｙ軸分割部４１ａを含んでいてもよい。同様に、各支持体Ｘ軸接続部５１は、３つ以上の支持体Ｘ軸分割部５１ａを含んでいてもよい。
【0105】
また、図１２に示す変形例においては、図１１に示す変形例のように、受力体１０と起歪体３０とは、受力体Ｘ軸接続部４２で接続されていなくてもよい。起歪体３０と支持体２０とは、支持体Ｙ軸接続部５２で接続されていなくてもよい。
【0106】
また、上述した本実施の形態においては、変形体３１ａ～３１ｄが、第１変形部３３と第２変形部３４と変位部３５とを含んでおり、第１変形部３３および第２変形部３４が、半径方向で見たときに、Ｚ軸に対して傾斜しており、直線状に延びている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。
【0107】
【0108】
図１３Ａに示す変形例においても、受力体１０にモーメントＭｚが作用した場合に、各変形体３１ａ～３１ｄに引張力または圧縮力を与えることができる。このため、各変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５をＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄを構成する変位電極６２と固定電極６３とを、Ｚ軸方向で対向させるように配置させることができる。図１３Ａに示す変形例においては、第１変形部３３および第２変形部３４は、半径方向で見たときに湾曲している。変位部３５は、半径方向で見たときに、図６に示す変位部３５と同様に直線状に形成されていてもよい。しかしながら、図１３Ａに示すように、変位部３５は、半径方向で見たときに湾曲していてもよい。この場合、変位部３５に、変位電極６２を取り付けるための座３６が設けられていてもよい。
【0109】
図１３Ａに示す変形例によれば、第１変形部３３の応力集中および第２変形部３４の応力集中を緩和することができ、トルクセンサ１の信頼性を向上することができる。
【0110】
更に、例えば、図１３Ｂに示すように、第１変形部３３の下面３３ａと起歪体接続部３２ａ～３２ｄの端面３２ｅが、湾曲面３７で接続されていてもよい。湾曲面３７は、半径方向で見たときに、Ｚ軸正側に向かって凸となるように湾曲している。この場合、第１変形部３３の応力集中をより一層緩和することができる。第２変形部３４の下面３４ａと起歪体接続部３２ａ～３２ｄの端面３２ｅも同様に、湾曲面３８で接続されていてもよい。図１３Ｂは、図６の変形体の他の変形例を示す断面図である。
【0111】
また、上述した本実施の形態によるトルクセンサ１は、カバー８１を更に備えていてもよい。例えば、図１４に示すように、受力体１０の内周面１０ｃに、カバー８１が取り付けられていてもよい。図１４は、図３のトルクセンサの変形例を示す断面図であって、図２のＡ－Ａ線断面に相当する図である。
【0112】
カバー８１は、図示しないボルト等で受力体１０に取り付けられていてもよい。カバー８１は、カバー開口８１ａを有していてもよい。カバー８１は、Ｚ軸に沿って見たときに円形リング状に形成されていてもよい。この場合、トルクセンサ１のセンサ開口２が塞がれることを防止でき、ロボットで用いられるケーブルおよびチューブをセンサ開口２に通すことができる。
【0113】
図１４に示すように、カバー８１と支持体２０との間に、パッキン８２が介在されていてもよい。この場合、カバー８１と支持体２０との間の隙間から受力体１０と支持体２０との間の空間８３に、ゴミ等の異物が侵入することを防止でき、トルクセンサ１の信頼性を向上させることができる。パッキン８２は、モーメントＭｚが作用したときに、受力体１０と支持体２０との間の相対変位を阻害しない程度に柔らかい材料であってもよい。パッキン８２は、例えば、シリコーンゴムで作製されていてもよい。パッキン８２は、Ｚ軸に沿って見たときに、支持体２０と同様に円形リング状に形成されていてもよい。
【0114】
また、図１４に示すように、受力体１０と電極支持体８０との間に、パッキン８４が介在されていてもよい。この場合、受力体１０と電極支持体８０との間の隙間から受力体１０と支持体２０との間の空間８３に、ゴミ等の異物が侵入することを抑制でき、トルクセンサ１の信頼性を向上させることができる。パッキン８４は、モーメントＭｚが作用したときに、受力体１０と支持体２０との間の相対変位を阻害しない程度に柔らかい材料であってもよい。パッキン８４は、例えば、シリコーンゴムで作製されていてもよい。パッキン８４は、Ｚ軸に沿って見たときに、受力体１０と同様に円形リング状に形成されていてもよい。
【0115】
また、上述した本実施の形態においては、Ｚ軸に沿って見たときに、支持体２０が、受力体１０の内側に配置され、受力体１０が第１構造体に相当するとともに支持体２０が第２構造体に相当する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、Ｚ軸に沿って見たときに、受力体１０が、支持体２０の内側に配置されて、受力体１０が第２構造体に相当するとともに支持体２０が第１構造体に相当するようにしてもよい。この場合においても、起歪体３０は、受力体１０と支持体２０との間に配置されてもよい。
【0116】
【0117】
図１５および図１６に示す第２の実施の形態においては、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２Ｘ）が、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１Ｙ）よりも大きく、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２Ｙ）が、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１Ｘ）よりも大きくなっている点が主に異なり、他の構成は、図１～図１４に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１５および図１６において、図１～図１４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0118】
【0119】
本実施の形態によるトルクセンサ１においては、図１５に示すように、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きくなっている。言い換えると、Ｚ軸に沿って見たときに、受力体Ｘ軸接続部４２の長さが、受力体Ｙ軸接続部４１の長さよりも長くなっている。図１５においては、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２ｙ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法（Ｐ１ｘ）と等しくてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、図２に示すように、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２ｙ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法（Ｐ１ｘ）よりも小さくなっていてもよい。
【0120】
同様に、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きくなっている。言い換えると、Ｚ軸に沿って見たときに、支持体Ｙ軸接続部５２の長さが、支持体Ｘ軸接続部５１の長さよりも長くなっている。図１５においては、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）と等しくてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、図２に示すように、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）よりも小さくなっていてもよい。
【0121】
図１５に示すように、起歪体３０は、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｙ軸に沿う長軸と、Ｘ軸に沿う短軸と、を有するように楕円形リング状に形成されていてもよい。この場合においても、受力体１０、起歪体３０および支持体２０は、同心に形成されていていてもよい。起歪体３０の幅は、全周にわたって一定であってもよい。なお、本実施の形態においては、各変形体３１ａ～３１ｄは、Ｚ軸に沿って見たときに、起歪体３０に沿う方向において、対応する受力体Ｙ軸接続部４１（または支持体Ｙ軸接続部５２）と対応する受力体Ｘ軸接続部４２（または支持体Ｘ軸接続部５１）との中間点に位置していてもよい。
【0122】
起歪体３０のうち受力体Ｙ軸接続部４１が接続されている位置は、支持体２０よりも受力体１０に近い位置に配置されている。また、起歪体３０のうち支持体Ｘ軸接続部５１が接続されている位置は、受力体１０よりも支持体２０に近い位置に配置されている。このようにして、起歪体３０のうち受力体Ｙ軸接続部４１が接続されている位置は、受力体Ｘ軸接続部４２が接続されている位置よりも、受力体１０に近い位置に配置されている。このことにより、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）を、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きくすることができる。また、起歪体３０のうち支持体Ｘ軸接続部５１が接続されている位置は、支持体Ｙ軸接続部５２が接続されている位置よりも、支持体２０に近い位置に配置されている。このことにより、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ）を、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きくすることができる。
【0123】
上述したように、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）が、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きくなっている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合、受力体Ｙ軸接続部４１よりも受力体Ｘ軸接続部４２が、ばね定数が小さくなり、弾性変形しやすくなる。受力体Ｙ軸接続部４１は、ばね定数が大きくなり、実質的に剛体として機能する。また、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ）が、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きくなっている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合、支持体Ｘ軸接続部５１よりも支持体Ｙ軸接続部５２が、ばね定数が小さくなり、弾性変形しやすくなる。支持体Ｘ軸接続部５１は、ばね定数が大きくなり、実質的に剛体として機能する。
【0124】
Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合には、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに、図８に示すような引張力または圧縮力を与えることができる。このため、各変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５をＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄを構成する変位電極６２と固定電極６３とを、Ｚ軸方向で対向させるように配置させることができる。この場合、変位電極６２と固定電極６３の対向面をＸＹ平面に沿うように配置することができ、変位電極６２と固定電極６３との位置合わせを容易化させることができる。この結果、トルクセンサ１の生産効率を向上させることができる。
【0125】
このように本実施の形態によれば、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きくなっているとともに、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きくなっている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｘ軸接続部５１を実質的に剛体として機能させることができるとともに、受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｙ軸接続部５２を容易に弾性変形させることができる。このため、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに、引張力または圧縮力を容易に与えることができる。この結果、各変形体３１ａ～３１ｄの各変位部３５を容易にＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化を容易に検出することができる。
【0126】
また、本実施の形態によれば、起歪体３０は、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｙ軸に沿う長軸と、Ｘ軸に沿う短軸と、を有するように楕円形リング状に形成されている。このことにより、各変形体３１ａ～３１ｄを互いに接続することができる。このため、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ以外の力またはモーメントが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。この結果、モーメントＭｚ以外の力またはモーメントが作用した場合であっても、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、モーメントＭｚ以外の力またはモーメントを検出することを抑制できる。また、起歪体３０が上述のように楕円形リング状に形成されていることにより、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きくすることができるとともに、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きくすることができる。
【0127】
なお、上述した本実施の形態においては、起歪体３０は、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｙ軸に沿う長軸と、Ｘ軸に沿う短軸と、を有するように楕円形リング状に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。
【0128】
例えば、図１６に示すように、起歪体３０は、Ｚ軸に沿って見たときに、円形リング状に形成されて、受力体１０および支持体２０に同心に形成されていてもよい。図１６は、図１５のトルクセンサの変形例を示す平面図である。
【0129】
この場合、受力体Ｙ軸接続部４１と起歪体３０との間に、付根部８５が介在されていてもよい。付根部８５は、受力体１０に作用する力またはモーメントに対してばね定数が大きく、実質的に剛体として機能するように形成されていてもよい。受力体Ｘ軸接続部４２は、起歪体３０に直接的に接続されていてもよい。このことにより、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）を、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きくすることができる。付根部８５は、受力体Ｙ軸接続部４１と起歪体３０との間ではなく、受力体１０と受力体Ｙ軸接続部４１との間に介在されていてもよい。あるいは、付根部８５は、受力体１０と受力体Ｙ軸接続部４１との間、および受力体Ｙ軸接続部４１と起歪体３０との間の両方に介在されていてもよい。
【0130】
同様に、起歪体３０と支持体Ｘ軸接続部５１との間に、上述した付根部８５と同様な付根部８６が介在されていてもよい。付根部８６は、起歪体３０と支持体Ｘ軸接続部５１との間ではなく、支持体Ｘ軸接続部５１と支持体２０との間に介在されていてもよい。あるいは、付根部８６は、起歪体３０と支持体Ｘ軸接続部５１との間、および支持体Ｘ軸接続部５１と支持体２０との間の両方に介在されていてもよい。
【0131】
【0132】
図１７および図１８に示す第３の実施の形態においては、受力体Ｙ軸接続部４１が、受力体１０と起歪体３０との接続位置に形成されているとともに、支持体Ｘ軸接続部５１が、起歪体３０と支持体２０との接続位置に形成されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図１４に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１７および図１８において、図１～図１４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0133】
【0134】
本実施の形態によるトルクセンサ１においては、図１７に示すように、受力体Ｙ軸接続部４１が、受力体１０と起歪体３０との接続位置に形成されている。起歪体３０の外周面３０ｃは、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｙ軸に沿う長軸と、Ｘ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されていてもよい。起歪体３０の内周面３０ｄは、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｙ軸に沿う長軸と、Ｘ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されていてもよい。図１７に示す例では、起歪体３０の幅は、全周にわたって一定であるが、これに限られることはなく、モーメントＭｚ以外の力またはモーメントを検出することを抑制できれば、起歪体３０の幅は、一定でなくてもよい。また、便宜上、図１７に示す起歪体３０の幅は、図１５等に示す起歪体３０よりも太く示しているが、本実施の形態による上述した受力体Ｙ軸接続部４１および後述する支持体Ｘ軸接続部５１を形成することができれば、起歪体３０の幅は、任意である。受力体１０と起歪体３０は、受力体Ｘ軸接続部４２で接続されている。
【0135】
起歪体３０の第１起歪体接続部３２ａは、受力体１０の内周面１０ｃに接続されている。受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２ｙ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法（Ｐ１ｘ）よりも小さくなっている。このことにより、受力体Ｙ軸接続部４１は、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚに対してばね定数が大きくなり、実質的に剛体として機能している。受力体Ｘ軸接続部４２は、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚに対して弾性変形しやすくなっている。
【0136】
支持体Ｘ軸接続部５１が、起歪体３０と支持体２０との接続位置に形成されている。支持体２０の外周面２０ｃは、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｘ軸に沿う長軸と、Ｙ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されていてもよい。支持体２０の内周面２０ｄは、Ｚ軸に沿って見たときに、円形状に形成されていてもよい。この内周面２０ｄが、センサ開口２を画定している。図１７においては、支持体２０の内側には、トルクセンサ１の円形状のセンサ開口２が形成されている。起歪体３０と支持体２０は、支持体Ｙ軸接続部５２で接続されている。
【0137】
支持体２０は、起歪体３０（第２起歪体接続部３２ｂおよび第４起歪体接続部３２ｄ）の内周面３０ｄに接続されている。支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）よりも小さくなっている。このことにより、支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚに対してばね定数が大きくなり、実質的に剛体として機能している。支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚに対して弾性変形しやすくなっている。
【0138】
Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合には、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに、図８に示すような引張力または圧縮力を与えることができる。このため、各変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５をＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄを構成する変位電極６２と固定電極６３とを、Ｚ軸方向で対向させるように配置させることができる。この場合、変位電極６２と固定電極６３の対向面をＸＹ平面に沿うように配置することができ、変位電極６２と固定電極６３との位置合わせを容易化させることができる。この結果、トルクセンサ１の生産効率を向上させることができる。
【0139】
このように本実施の形態によれば、受力体Ｙ軸接続部４１が、受力体１０と起歪体３０との接続位置に形成されるとともに、支持体Ｘ軸接続部５１が、起歪体３０と支持体２０との接続位置に形成されている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合に、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｘ軸接続部５１を実質的に剛体として機能させることができるとともに、受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｙ軸接続部５２を容易に弾性変形させることができる。このため、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに引張力または圧縮力を容易に与えることができる。この結果、各変形体３１ａ～３１ｄの各変位部３５を容易にＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化を容易に検出することができる。
【0140】
また、本実施の形態によれば、起歪体３０の外周面３０ｃは、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｙ軸に沿う長軸と、Ｘ軸に沿う短軸とを有するように楕円形に形成されている。このことにより、起歪体３０を、受力体１０の内周面１０ｃに接続することができ、受力体１０と起歪体３０との接続位置に、受力体Ｙ軸接続部４１を形成することができる。このため、受力体Ｙ軸接続部４１を、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚに対して実質的に剛体として機能させることができる。
【0141】
また、本実施の形態によれば、支持体２０の外周面２０ｃは、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｘ軸に沿う長軸と、Ｙ軸に沿う短軸とを有するように楕円形に形成されている。このことにより、支持体２０を、起歪体３０の内周面３０ｄに接続することができ、起歪体３０と支持体２０との接続位置に支持体Ｘ軸接続部５１を形成することができる。このため、支持体Ｘ軸接続部５１を、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚに対して実質的に剛体として機能させることができる。
【0142】
また、本実施の形態によれば、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２Ｙ）が、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法（Ｐ１ｘ）よりも小さくなっているとともに、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）が、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）よりも小さくなっている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｘ軸接続部５１を実質的に剛体として機能させることができるとともに、受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｙ軸接続部５２を容易に弾性変形させることができる。このため、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに引張力または圧縮力を容易に与えることができる。この結果、各変形体３１ａ～３１ｄの各変位部３５を容易にＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化を容易に検出することができる。
【0143】
なお、上述した本実施の形態においては、支持体２０の外周面２０ｃが、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｘ軸に沿う長軸と、Ｙ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、支持体２０の外周面２０ｃは、図２等に示すように、円形状に形成されていてもよい。また、支持体２０の内周面２０ｄは、Ｚ軸に沿って見たときに、Ｘ軸に沿う長軸と、Ｙ軸に沿う短軸とを有するように楕円形状に形成されていてもよい。
【0144】
また、上述した本実施の形態においては、受力体１０と起歪体３０が、受力体Ｘ軸接続部４２で接続されるとともに、起歪体３０と支持体２０が、支持体Ｙ軸接続部５２で接続されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。
【0145】
例えば、図１８に示すように、起歪体３０のうち受力体Ｙ軸接続部４１が接続された位置では、起歪体３０と支持体２０とは接続されていなくてもよい。すなわち、第１起歪体接続部３２ａおよび第３起歪体接続部３２ｃは、支持体２０と、図１７に示すような支持体Ｙ軸接続部５２で接続されていなくてもよい。また、起歪体３０のうち支持体Ｘ軸接続部５１で接続された位置では、受力体１０と起歪体３０とが接続されていなくてもよい。すなわち、第２起歪体接続部３２ｂおよび第４起歪体接続部３２ｄは、受力体１０と、図１７に示すような受力体Ｘ軸接続部４２で接続されていなくてもよい。図１８は、図１７のトルクセンサの変形例を示す平面図である。
【0146】
図１８に示すトルクセンサにおいても、受力体１０と起歪体３０が受力体Ｙ軸接続部４１で接続されるとともに、起歪体３０と支持体２０が支持体Ｘ軸接続部５１で接続されている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合には、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに、引張力または圧縮力を与えることができる。このため、各変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５をＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄを構成する変位電極６２と固定電極６３とを、Ｚ軸方向で対向させるように配置させることができる。この場合、変位電極６２と固定電極６３の対向面をＸＹ平面に沿うように配置することができ、変位電極６２と固定電極６３との位置合わせを容易化させることができる。この結果、トルクセンサ１の生産効率を向上させることができる。
【0147】
このように図１８に示す変形例によれば、起歪体３０のうち受力体Ｙ軸接続部４１が接続された位置では、起歪体３０と支持体２０とは接続されておらず、起歪体３０のうち支持体Ｘ軸接続部５１が接続された位置では、受力体１０と起歪体３０とは接続されていない。このことにより、トルクセンサ１の生産効率を向上させながら、トルクセンサ１の構造を簡素化させることができ、低価格化を図ることができる。
【0148】
【0149】
図１９～図２２に示す第４の実施の形態においては、起歪体３０が、受力体１０に対してＺ軸の負側に配置されているとともに、支持体２０が、起歪体３０に対してＺ軸の負側に配置されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図１４に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１９～図２２において、図１～図１４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0150】
本実施の形態によるトルクセンサ１について、図１９～図２１を参照して説明する。図１９は、第４の実施の形態におけるトルクセンサを示す断面図である。図２０は、図１９のＢ－Ｂ線断面図であり、図２１は、図１９のＣ－Ｃ線断面図である。
【0151】
本実施の形態によるトルクセンサ１においては、図１９に示すように、起歪体３０は、受力体１０に対してＺ軸の負側に配置されている。支持体２０は、起歪体３０に対してＺ軸の負側に配置されている。すなわち、受力体１０、起歪体３０および支持体２０が、Ｚ軸方向に積層されている。受力体１０、起歪体３０および支持体２０は、Ｚ軸に沿って見たときに、それぞれ円形リング状に形成されていてもよく、互いに同心に形成されていてもよい。図２０および図２１に示すように、受力体１０の内側、起歪体３０の内側および支持体２０の内側に、トルクセンサ１のセンサ開口２が形成されている。
【0152】
図１９に示すように、本実施の形態における受力体Ｙ軸接続部４１は、Ｚ軸方向において、受力体１０と起歪体３０との間に配置されている。図２０に示すように、受力体Ｙ軸接続部４１は、Ｚ軸に沿って見たときに、受力体１０および起歪体３０に重なっている。受力体Ｙ軸接続部４１は、Ｙ軸に沿って延びているとともに、Ｚ軸に沿って延びている。本実施の形態においては、受力体Ｙ軸接続部４１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されている。受力体Ｙ軸接続部４１のＺ軸方向の寸法は、受力体Ｙ軸接続部４１のＹ軸方向の寸法（Ｐ１ｙ）よりも大きくなっていてもよいが、大きくなっていなくてもよい。
【0153】
図１９に示すように、本実施の形態における受力体Ｘ軸接続部４２は、Ｚ軸方向において、受力体１０と起歪体３０との間に配置されている。図２０に示すように、受力体Ｘ軸接続部４２は、Ｚ軸に沿って見たときに、受力体１０および起歪体３０に重なっている。受力体Ｘ軸接続部４２は、Ｘ軸に沿って延びているとともに、Ｚ軸に沿って延びている。本実施の形態においては、受力体Ｘ軸接続部４２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されている。受力体Ｘ軸接続部４２のＺ軸方向の寸法は、受力体Ｘ軸接続部４２のＸ軸方向の寸法（Ｐ２ｘ）よりも大きくなっていてもよいが、大きくなっていなくてもよい。
【0154】
本実施の形態においては、起歪体３０の変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５は、支持体２０の上面２０ａに対向していてもよい。この場合、容量素子６１ａ～６１ｄを構成する固定電極６３は、支持体２０の上面２０ａに設けられていてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、変位部３５が、受力体１０の下面１０ｂに対向していてもよい。この場合、固定電極６３は、受力体１０の下面１０ｂに設けられていてもよい。
【0155】
図２０に示すように、本実施の形態においては、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２ｙ）は、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法（Ｐ１ｘ）よりも小さくなっている。
【0156】
図１９に示すように、本実施の形態における支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｚ軸方向において、起歪体３０と支持体２０との間に配置されている。図２１に示すように、支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｚ軸に沿って見たときに、起歪体３０および支持体２０に重なっている。支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｘ軸に沿って延びているとともにＺ軸に沿って延びている。本実施の形態においては、支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されている。支持体Ｘ軸接続部５１のＺ軸方向の寸法は、支持体Ｘ軸接続部５１のＸ軸方向の寸法（Ｑ１ｘ）よりも大きくなっていてもよいが、大きくなっていなくてもよい。
【0157】
図１９に示すように、本実施の形態における支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｚ軸方向において、起歪体３０と支持体２０との間に配置されている。図２１に示すように、支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｚ軸に沿って見たときに、起歪体３０および支持体２０に重なっている。支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｙ軸に沿って延びているとともにＺ軸に沿って延びている。本実施の形態においては、支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って矩形状に形成されている。支持体Ｙ軸接続部５２のＺ軸方向の寸法は、支持体Ｙ軸接続部５２のＹ軸方向の寸法（Ｑ２ｙ）よりも大きくなっていてもよいが、大きくなっていなくてもよい。
【0158】
図２１に示すように、本実施の形態においては、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）は、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）よりも小さくなっている。
【0159】
Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合、受力体Ｙ軸接続部４１が実質的に剛体として機能し、受力体Ｘ軸接続部４２が弾性変形する。また、支持体Ｘ軸接続部５１が実質的に剛体として機能し、支持体Ｙ軸接続部５２が弾性変形する。このことにより、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに、図８に示すような引張力または圧縮力を与えることができる。このため、各変形体３１ａ～３１ｄの変位部３５をＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄを構成する変位電極６２と固定電極６３とを、Ｚ軸方向で対向させるように配置させることができる。この場合、変位電極６２と固定電極６３の対向面をＸＹ平面に沿うように配置することができ、変位電極６２と固定電極６３との位置合わせを容易化させることができる。この結果、トルクセンサ１の生産効率を向上させることができる。
【0160】
このように本実施の形態によれば、支持体２０は、起歪体３０に対してＺ軸の負側に配置されている。このことにより、トルクセンサ１のセンサ開口２を、大きくすることができる。トルクセンサ１は、ロボットに適用される場合、ロボットで用いられるケーブルおよびチューブをトルクセンサ１のセンサ開口２に通すことが多い。このため、本実施の形態のように、起歪体３０および支持体２０をＺ軸方向に積層した場合には、トルクセンサ１のセンサ開口２を大きくすることができ、ケーブルおよびチューブを容易に通すことができる。トルクセンサ１の使い勝手を向上させることができる。
【0161】
また、本実施の形態によれば、起歪体３０は、受力体１０に対してＺ軸の負側に配置されている。このことにより、トルクセンサ１のセンサ開口２を、より一層大きくすることができる。このため、ロボットで用いられるケーブルおよびチューブをより一層容易に通すことができ、トルクセンサ１の使い勝手をより一層向上させることができる。
【0162】
また、本実施の形態によれば、受力体Ｘ軸接続部４２と支持体Ｘ軸接続部５１は、Ｘ軸に沿ってそれぞれ延びている。このことにより、受力体１０にＸ軸方向の力Ｆｙが作用した場合であっても、受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｘ軸接続部５１が実質的に剛体として機能することができ、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。このため、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合であっても、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、力Ｆｘを検出することを抑制できる。
【0163】
また、本実施の形態によれば、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｙ軸に沿ってそれぞれ延びている。このことにより、受力体１０にＹ軸方向の力Ｆｙが作用した場合であっても、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｙ軸接続部５２が実質的に剛体として機能することができ、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。このため、Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合であっても、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、力Ｆｙを検出することを抑制できる。
【0164】
また、本実施の形態によれば、受力体Ｙ軸接続部４１、受力体Ｘ軸接続部４２、支持体Ｘ軸接続部５１および支持体Ｙ軸接続部５２は、Ｚ軸に沿ってそれぞれ延びている。このことにより、各接続部４１、４２、５１、５２を、Ｚ軸方向の力に対して実質的に剛体として機能させることができる。このため、受力体１０にＺ軸方向の力Ｆｚが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。同様に、受力体１０にＸ軸まわりのモーメントＭｘおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。このため、力Ｆｚ、モーメントＭｘまたはモーメントＭｙが作用した場合であっても、各容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、力Ｆｚ、モーメントＭｘおよびモーメントＭｙを検出することを抑制できる。
【0165】
また、本実施の形態によれば、受力体Ｘ軸接続部４２のＹ軸方向の寸法（Ｐ２ｙ）が、受力体Ｙ軸接続部４１のＸ軸方向の寸法（Ｐ１ｘ）よりも小さくなっているとともに、支持体Ｙ軸接続部５２のＸ軸方向の寸法（Ｑ２ｘ）が、支持体Ｘ軸接続部５１のＹ軸方向の寸法（Ｑ１ｙ）よりも小さくなっている。このことにより、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合、受力体Ｙ軸接続部４１および支持体Ｘ軸接続部５１を実質的に剛体として機能させることができるとともに、受力体Ｘ軸接続部４２および支持体Ｙ軸接続部５２を容易に弾性変形させることができる。このため、第１象限から第４象限に配置された起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄに引張力または圧縮力を容易に与えることができる。この結果、各変形体３１ａ～３１ｄの各変位部３５を容易にＺ軸方向に変位させることができ、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値の変化を容易に検出することができる。
【0166】
また、本実施の形態によれば、起歪体３０は、Ｚ軸に沿って見たときに、円形リング状に形成されている。このことにより、各変形体３１ａ～３１ｄを互いに接続することができる。このため、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ以外の力またはモーメントが作用した場合であっても、起歪体３０の各変形体３１ａ～３１ｄが弾性変形することを抑制できる。この結果、モーメントＭｚ以外の力またはモーメントが作用した場合であっても、容量素子６１ａ～６１ｄの静電容量値が変化することを抑制でき、モーメントＭｚ以外の力またはモーメントを検出することを抑制できる。
【0167】
なお、上述した本実施の形態においては、起歪体３０が、受力体１０に対してＺ軸の負側に配置されるとともに、支持体２０が、起歪体３０に対してＺ軸の負側に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、図２２に示すように、受力体１０と起歪体３０をＸＹ平面に沿うように配置して、支持体２０を起歪体３０に対してＺ軸の負側に配置するようにしてもよい。この場合においても、図１９に示すトルクセンサ１と同様の効果を奏することができるとともに、トルクセンサ１の高さ寸法を低減することができる。また、この場合、検出素子６０の固定電極６３は、支持体２０の上面２０ａに取り付けられていてもよい。図２２は、図１９のトルクセンサの変形例を示す断面図であって、図２のＡ－Ａ線断面に相当する図である。
【0168】
本発明は上記実施の形態および変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】