WO2021117855A1 - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

トルクセンサ（１）は、第１領域（２）と、第１領域（２）の周囲に配置される第２領域（３）と、第１領域（２）と第２領域（３）とを接続する複数の梁部（４）と、第１領域（２）と第２領域（３）との間に作用するトルクを検出可能に構成され、第１領域（２）に配置される検出部（１０）と、を備える。検出部（１０）は、第１領域（２）に積層される絶縁膜（１１）と、絶縁膜（１１）に積層され、トルクに応じて変形可能に構成される歪みゲージ（１２）と、を有する。

Description

トルクセンサ

　本発明は、トルクセンサに関する。

　従来、ロボットの関節部分等で用いられるトルクセンサが知られている（例えば、特許文献１等）。

　特許文献１のトルクセンサでは、内環状部、外環状部、および、これらを連結させるスポーク部から起歪体が構成される。そして、スポーク部を覆うように絶縁層が設けられ、当該絶縁層の上に抵抗部が設けられている。これにより、特許文献１のトルクセンサは、抵抗部の抵抗値を検出することで、起歪体に加わったトルクを検出可能に構成される。

国際公開第２０１９／１６３２５８号

　特許文献１のトルクセンサでは、起歪体と抵抗部との間を絶縁するために、抵抗部が配置されるスポーク部を絶縁層で覆う必要がある。この場合、スポーク部の形状に合わせて絶縁層を形成する必要があるので、絶縁層を形成しにくくなる。そのため、絶縁層の形成工程が煩雑になってしまうといった問題があった。

　本発明の目的は、製造工程を容易にできるトルクセンサを提供することにある。

　本発明のトルクセンサは、第１領域と、前記第１領域の周囲に配置される第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とを接続する複数の梁部と、前記第１領域と前記第２領域との間に作用するトルクを検出可能に構成され、前記第１領域に配置される検出部と、を備え、前記検出部は、前記第１領域に積層される絶縁膜と、前記絶縁膜に積層され、前記トルクに応じて変形可能に構成される歪みゲージと、を有することを特徴とする。

　本発明では、第１領域に絶縁膜が積層され、当該絶縁膜に歪みゲージが積層される。そのため、第１領域と第２領域とを接続する複数の梁部に絶縁膜を設ける必要がないので、絶縁膜の形成工程を容易にできる。

　本発明のトルクセンサにおいて、前記絶縁膜は、複数の層から構成されることが好ましい。
　この構成では、絶縁膜の厚さを調整しやすくすることができる。

　本発明のトルクセンサにおいて、前記検出部は、前記歪みゲージに積層される保護膜を有することが好ましい。
　この構成では、歪みゲージに保護膜が積層されるので、例えば、イオン性の汚れ等が歪みゲージに付着してしまうことを防ぐことができる。そのため、イオン性の汚れ等による歪みゲージの表面電荷への影響を抑制でき、歪みゲージの検出精度を良好に保つことができる。

　本発明のトルクセンサにおいて、前記第１領域は、前記梁部に対応する位置に設けられる接続部を有し、前記歪みゲージは、前記接続部に配置されることが好ましい。
　この構成では、歪みゲージが梁部の近傍の接続部に配置されるので、第１領域と第２領域との間に作用するトルクによって梁部が歪んだ際に、その梁部の歪みが歪みゲージに伝達しやすくすることができる。そのため、歪みゲージの検出値から、上記トルクを精度良く検出することができる。

　本発明のトルクセンサにおいて、前記接続部は、前記第１領域と前記第２領域との間に形成される開口に沿って湾曲する端縁部を有し、前記歪みゲージは、前記端縁部に対向する位置に配置されることが好ましい。
　この構成では、第１領域と第２領域との間にトルクが作用した際に、応力が集中しやすい端縁部が湾曲しているので、偏った応力集中を緩和することができる。そのため、偏った応力集中によって歪みゲージによるトルクの検出精度が悪化してしまうことを抑制できる。

　本発明のトルクセンサにおいて、前記絶縁膜は、絶縁性のガラスにより構成されることが好ましい。
　この構成では、絶縁膜が絶縁性のガラスにより構成されるので、例えば、絶縁膜が絶縁性の樹脂で構成される場合に比べて、第１領域と第２領域との間にトルクが作用した際に、当該トルクによって絶縁膜が弾性変形する量を小さくできる。そのため、上記トルクによる歪みがより直接的に歪みゲージに伝達されるので、歪みゲージによるトルクの検出感度を高くすることができる。

　本発明のトルクセンサにおいて、前記歪みゲージを有して構成される第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路と、前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路との出力の差が、所定の範囲を超えるか否かを判定する判定部と、を備えることが好ましい。
　この構成では、第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路との出力の差が、所定の範囲を超えたことを判定部により判定することができる。そのため、歪みゲージを有して構成される第１ブリッジ回路または第２ブリッジ回路のいずれかに異常が生じた場合に、当該異常を検知することができる。

本発明の第１実施形態に係るトルクセンサの概略を示す平面図。 第１実施形態のトルクセンサの要部の概略を示す拡大平面図。 第１実施形態のトルクセンサの要部の概略を示す拡大断面図。 第２実施形態に係るトルクセンサの概略を示す平面図。 第２実施形態のトルクセンサの要部の概略を示す拡大平面図。

　［第１実施形態］
　本発明の第１実施形態のトルクセンサ１について、図面に基づいて説明する。
　図１は、本実施形態のトルクセンサ１の概略を示す平面図である。なお、本実施形態のトルクセンサ１は、ロボットの関節部分等に搭載され、第１領域２と第２領域３との間に作用するトルクを検出可能に構成されている。
　図１に示すように、トルクセンサ１は、第１領域２と、第２領域３と、梁部４と、検出部１０とを備える。

　［第１領域２］
　第１領域２は、金属製で円板状に形成されている。本実施形態では、第１領域２は、例えば、モーター等の駆動装置の出力軸に接続されている。これにより、第１領域２は、モーター等の駆動装置によって発生したトルクが伝達されるように構成されている。
　第１領域２には、検出部１０が配置されている。

　また、第１領域２は、第１接続部２１（図２参照）を有している。第１接続部２１は、第１領域２において梁部４に対応する位置、すなわち、梁部４の端部と接続する領域に設けられている。本実施形態では、梁部４に応じて第１接続部２１が４箇所に設けられている。なお、第１接続部２１は、本発明の接続部の一例である。また、図２では、第１接続部２１に対応する領域を破線で示している。
　そして、それぞれの第１接続部２１は、第１領域２と第２領域３との間に形成される開口Ｏに沿って湾曲する第１端縁部２１１を有している。本実施形態では、それぞれの第１接続部２１は、第１端縁部２１１を２箇所ずつ有している。なお、第１端縁部２１１は、本発明の端縁部の一例である。

　また、本実施形態では、第１領域２には、アライメントマーク２２が表示されている。このアライメントマーク２２は、後述する検出部１０の歪みゲージ１２、導体１４、電極１５を設ける際に、位置合わせの基準になるものである。本実施形態では、２つのアライメントマーク２２が、第１領域２の中心Ｐを挟んで対向する位置に表示されている。

　［第２領域３］
　第２領域３は、金属製で円環状に形成されており、平面視で第１領域２の周囲に配置されている。本実施形態では、第２領域３は、第１領域２と同心円状に配置されている。
　また、本実施形態では、第２領域３には、図示略の孔部が複数設けられている。これにより、当該孔部にボルト等の締結具が挿入されることで、当該締結具によって固定部材等に固定されている。

　［梁部４］
　梁部４は、第１領域２の外周と、第２領域３の内周との間に配置され、第１領域２と第２領域３とを接続する部材である。そのため、梁部４は、駆動装置によって発生したトルクが第１領域２に伝達された際に、当該トルクを第２領域３に伝達する。ここで、本実施形態では、第２領域３は固定部材に固定されているので、梁部４には第１領域２と第２領域３との間のトルクが作用する。そのため、梁部４は当該トルクによる歪みが生じやすい箇所である。
　本実施形態では、梁部４は、第１領域２および第２領域３と一体に、金属製の板部材により設けられている。すなわち、本実施形態では、金属製の板部材を加工することにより、第１領域２、第２領域３、および、梁部４が形成されている。なお、金属製の板部材は、曲げ撓み可能な程度の厚みを有している。

　また、本実施形態では、梁部４は、第１梁部４１、第２梁部４２、第３梁部４３、および、第４梁部４４の４個の梁部を有している。
　そして、それぞれの梁部４１，４２，４３，４４は、第１領域２を挟んで、一対となる梁部４１，４２，４３，４４に対して対向する位置に配置されている。具体的には、一対となる第１梁部４１と第２梁部４２とは、第１領域２を挟んで対向する位置、つまり、第１領域２を構成する円の同一直径線上に配置される。また、一対となる第３梁部４３と第４梁部４４とは、第１領域２を挟んで対向する位置、つまり、第１領域２を構成する円の同一直径線上に配置される。

　また、本実施形態では、各梁部４１，４２，４３，４４は、第１領域２側の端部および第２領域３側の端部が、中央部分よりも幅広になるように形成されている。これにより、各梁部４１，４２，４３，４４にトルクが作用した際に、応力が集中しやすい端部が幅広になっていることから、当該トルクによって各梁部４１，４２，４３，４４が損傷してしまうことを抑制できる。
　なお、本実施形態では、各梁部４１，４２，４３，４４は、第２領域３側の端部が、第１領域２側の端部よりもやや幅広になるように形成されている。

　［検出部１０］
　図２は、トルクセンサ１の要部の概略を示す拡大平面図であり、図３は、トルクセンサ１の要部の概略を示す拡大断面図、具体的には、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した拡大断面図である。本実施形態では、検出部１０は、第１領域２と第２領域３との間に作用するトルクによって生じる歪みを検出可能に構成されている。なお、図３では、検出部１０の層構成をわかりやすくするために、絶縁膜１１、歪みゲージ１２、保護膜１３、および、導体１４の厚さを誇張して示している。
　図１～図３に示すように、検出部１０は、絶縁膜１１と、歪みゲージ１２と、保護膜１３と、導体１４と、電極１５とを有している。

　［絶縁膜１１］
　絶縁膜１１は、第１領域２の略表面全体を覆うように積層されており、歪みゲージ１２や導体１４等と第１領域２との間を絶縁するための膜である。
　本実施形態では、絶縁膜１１は、複数の層から構成されている。具体的には、第１絶縁層１１１、第２絶縁層１１２、および、第３絶縁層１１３の３層の絶縁層から構成されている。そして、それぞれの絶縁層１１１，１１２，１１３は、第１領域２の表面に絶縁性のガラス材料が積層されることにより形成されている。すなわち、本実施形態では、絶縁膜１１は絶縁性のガラスによって構成されている。そのため、本実施形態では、例えば、絶縁膜１１が絶縁性の樹脂により構成される場合に比べて、第１領域２と第２領域３との間にトルクが作用した際に、当該トルクによって絶縁膜１１が弾性変形する量を小さくできる。
　また、本実施形態では、絶縁膜１１は透明な絶縁性のガラスによって構成されている。そのため、第１領域２の表面に表示されたアライメントマーク２２を、絶縁膜１１を通して視認することができる。
　さらに、本実施形態では、絶縁膜１１が複数の層から構成されているので、絶縁膜１１の厚さを調整しやすくすることができる。

　［歪みゲージ１２］
　歪みゲージ１２は、絶縁膜１１に積層され、前述した各梁部４１，４２，４３，４４に対応する位置に設けられている。そして、歪みゲージ１２は、第１歪みゲージ１２１、第２歪みゲージ１２２，第３歪みゲージ１２３，第４歪みゲージ１２４の４つの歪みゲージを有している。
　そして、各歪みゲージ１２１，１２２，１２３，１２４は、それぞれ２つの抵抗体Ｒ１およびＲ２を備えて構成されている。なお、本実施形態では、抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、印刷によって形成されている。

　各歪みゲージ１２１，１２２，１２３，１２４を構成する抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ各梁部４１，４２，４３，４４に対応する第１接続部２１に配置されている。具体的には、抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、第１接続部２１において、第１端縁部２１１に対向する位置に配置されている。これにより、第１領域２と第２領域３との間にトルクが作用し、当該トルクによって各梁部４１，４２，４３，４４に歪みが生じた際に、その歪みが第１接続部２１を介して抵抗体Ｒ１，Ｒ２に伝達し、当該歪みによって抵抗体Ｒ１，Ｒ２は変形するように構成されている。すなわち、抵抗体Ｒ１および抵抗体Ｒ２は、第１領域２と第２領域３との間に作用するトルクに応じて変形可能に構成されている。

　この際、各歪みゲージ１２１，１２２，１２３，１２４の抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、第１端縁部２１１に対向する位置に配置されている。そして、第１端縁部２１１は、開口Ｏに沿って湾曲しているので、第１領域２と第２領域３との間にトルクが作用した際に、当該第１端縁部２１１に対して偏って応力が集中することを抑制できる。これにより、上記トルクによって各梁部４１，４２，４３，４４に歪みが生じた際に、偏った応力集中による局所的な歪みが生じることを抑制できる。そのため、偏った応力集中による局所的な歪みが歪みゲージ１２に伝達されることを抑制できるので、歪みゲージ１２の検出精度が悪化してしまうことを抑制できる。

　また、抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、導体１４および電極１５により図示略の回路基板に電気的に接続されて、ブリッジ回路を構成している。具体的には、抵抗体Ｒ１は、電源電位ＶＤＤに接続され、抵抗体Ｒ２は接地電位ＧＮＤに接続される。これにより、各歪みゲージ１２１，１２２，１２３，１２４は、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤ間に直列に接続されている。
　そして、本実施形態では、トルクセンサ１は、上記トルクに応じた抵抗体Ｒ１，Ｒ２の変形によって、抵抗体Ｒ１，Ｒ２間の電圧の変化量を検出することにより、第１領域２と第２領域３との間に作用するトルクを検出可能に構成されている。なお、抵抗体Ｒ１，Ｒ２間の電圧の変化に基づくトルクの検出方法は公知であるため、詳細な説明は割愛する。

　［保護膜１３］
　保護膜１３は、電極１５が配置されている箇所を除いて、第１領域２の略表面全体を覆うように円環状に積層されている。なお、図１、２では、保護膜１３は、１点鎖線で囲まれた領域として示している。
　本実施形態では、保護膜１３は、絶縁性のガラス材料がコーティングされることにより形成されている。すなわち、本実施形態では、保護膜１３は絶縁性のガラスによって構成されている。これにより、本実施形態では、イオン性の汚れ等による抵抗体Ｒ１，Ｒ２の表面電荷への影響を抑制できる。つまり、イオン性の汚れ等によって抵抗体Ｒ１，Ｒ２間の電圧が変化して、歪みゲージ１２の検出精度が悪化してしまうことを抑制できる。
　なお、保護膜１３は、上記構成に限られるものではなく、例えば、絶縁性の樹脂により構成されていてもよい。また、保護膜１３は、電極１５が配置されている箇所を除いて、第１領域２の略表面全体を覆うように円環状に積層されることに限られるものではなく、例えば、歪みゲージ１２を覆うように帯状に形成されていてもよい。

　［導体１４］
　導体１４は、絶縁膜１１に積層され、金等の導電性の金属により構成されている。本実施形態では、導体１４は、歪みゲージ１２と、電極１５とを電気的に接続させている。また、導体１４は印刷により形成されている。

　［電極１５］
　電極１５は、歪みゲージ１２を、図示略の回路基板に電気的に接続させるための電極である。本実施形態では、各歪みゲージ１２１，１２２，１２３，１２４の抵抗体Ｒ１，Ｒ２に応じて、１２個の電極１５が第１領域２の中央付近に設けられている。
　そして、前述したように、歪みゲージ１２を構成する抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、当該電極１５を介して回路基板に接続されることにより、ブリッジ回路を構成している。なお、本実施形態では、電極１５は、導体１４と同様に印刷により形成される。

　［トルクセンサ１の製造方法］
　次に、トルクセンサ１の製造方法について説明する。
　先ず、ステンレス等の金属の板材を加工して、第１領域２、第２領域３、および、梁部４を成形する。この際、第２領域３に、ボルト等の締結具を挿通することができる孔部を形成してもよい。また、第１領域２に、電極１５に接続される回路基板を固定させるための固定ネジを螺合させることができるネジ孔を形成してもよい。

　次に、第１領域２の表面にアライメントマーク２２を印字する。そして、第１領域２の表面に、絶縁性のガラス材料をコーティングすることで絶縁膜１１を形成する。この際、スピンコートにより絶縁膜１１を形成してもよい。

　次に、絶縁膜１１の上に、導体１４および電極１５を印刷により形成する。この際、アライメントマーク２２を基準にして、導体１４および電極１５を位置決めする。
　そして、導体１４に接続するように、歪みゲージ１２を印刷により形成する。この際、アライメントマーク２２を基準にして、歪みゲージ１２を位置決めする。そのため、導体１４に対して、歪みゲージ１２の位置がずれてしまうことを防止できる。

　その後、電極１５が配置されている中央付近を除いて、第１領域２の略表面全体を覆うように、絶縁性のガラス材料を円環状に塗布して、保護膜１３を形成する。
　そして、最後に、電極１５に回路基板を電気的に接続させる。

　以上のような本実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、第１領域２に絶縁膜１１が積層され、当該絶縁膜１１に歪みゲージ１２が積層される。そのため、第１領域２と第２領域３とを接続する複数の梁部４に絶縁膜１１を設ける必要がないので、絶縁膜１１の形成工程を容易にすることができる。

（２）本実施形態では、絶縁膜１１は複数の層から構成されているので、絶縁膜１１の厚さを調整しやすくすることができる。

（３）本実施形態では、歪みゲージ１２に保護膜１３が積層されているので、例えば、イオン性の汚れ等が歪みゲージ１２に付着してしまうことを防ぐことができる。そのため、イオン性の汚れ等による歪みゲージ１２の表面電荷への影響を抑制でき、歪みゲージ１２の検出精度を良好に保つことができる。

（４）本実施形態では、歪みゲージ１２が梁部４の近傍の第１接続部２１に配置されるので、第１領域２と第２領域３との間に作用するトルクによって梁部４が歪んだ際に、その梁部４の歪みが歪みゲージ１２に伝達しやすくすることができる。そのため、歪みゲージ１２の検出値から、上記トルクを精度良く検出することができる。

（５）本実施形態では、第１領域２と第２領域３との間にトルクが作用した際に、応力が集中しやすい第１端縁部２１１が湾曲しているので、偏った応力集中を緩和することができる。そのため、偏った応力集中によって歪みゲージ１２の検出精度が悪化してしまうことを抑制できる。

（６）本実施形態では、絶縁膜１１が絶縁性のガラスにより構成されるので、例えば、絶縁膜１１が絶縁性の樹脂で構成される場合に比べて、第１領域２と第２領域３との間にトルクが作用した際に、当該トルクによって絶縁膜１１が弾性変形する量を小さくできる。そのため、上記トルクによる歪みがより直接的に歪みゲージ１２に伝達されるので、歪みゲージ１２の検出感度を高くすることができる。

（７）本実施形態では、第１領域２にアライメントマーク２２が表示されている。そのため、歪みゲージ１２、導体１４、電極１５を設ける際に、位置合わせを容易にすることができる。

　［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。
　第２実施形態では、第２領域３Ａに歪みゲージ１２Ａが配置される点で第１実施形態と異なる。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一または同様の構成には同一符号を付し、説明を省略する。

　図４は、本実施形態のトルクセンサ１Ａの概略を示す平面図であり、図５は、トルクセンサ１Ａの要部の概略を示す拡大平面図である。
　図４、図５に示すように、トルクセンサ１Ａは、前述した第１実施形態のトルクセンサ１と同様に、第１領域２Ａと、第２領域３Ａと、梁部４Ａと、検出部１０Ａとを備える。

　［第１領域２Ａ］
　第１領域２Ａは、金属製であり、平面視で円形状に形成されている。そして、本実施形態では、第１領域２Ａには、中央に孔部２３Ａが形成されている。

　［第２領域３Ａ］
　第２領域３Ａは、前述した第１実施形態と同様に、金属製で円環状に形成されており、平面視で第１領域２Ａの周囲に配置されている。
　本実施形態では、第２領域３Ａには、検出部１０Ａが配置されている。
　また、本実施形態では、前述した第１実施形態と同様に、第２領域３Ａには、ボルト等の締結具が挿入される孔部（図示略）が複数設けられている。

　また、第２領域３Ａは、第２接続部３１Ａを有している。第２接続部３１Ａは、第２領域３Ａにおいて梁部４Ａに対応する位置、すなわち、梁部４Ａの端部と接続する領域に設けられている。本実施形態では、梁部４Ａに応じて第２接続部３１Ａが４箇所に設けられている。なお、図５では、第２接続部３１Ａに対応する領域を破線で示している。
　そして、それぞれの第２接続部３１Ａは、第１領域２Ａと第２領域３Ａとの間に形成される開口Ｏに沿って湾曲する第２端縁部３１１Ａを有している。本実施形態では、それぞれの第２接続部３１Ａは、第２端縁部３１１Ａを２箇所ずつ有している。

　［梁部４Ａ］
　梁部４Ａは、前述した第１実施形態と同様に、第１領域２Ａの外周と、第２領域３Ａの内周との間に配置され、第１領域２Ａと第２領域３Ａとを接続する部材である。
　本実施形態では、梁部４Ａは、第１領域２Ａおよび第２領域３Ａと一体に、金属製の板部材により設けられている。

　また、本実施形態では、梁部４Ａは、第１梁部４１Ａ、第２梁部４２Ａ、第３梁部４３Ａ、および、第４梁部４４Ａの４個の梁部を有している。
　そして、それぞれの梁部４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａは、第１領域２Ａを挟んで、一対となる梁部４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａに対して対向する位置に配置されている。

　また、本実施形態では、前述した第１実施形態と同様に、各梁部４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａは、第１領域２Ａ側の端部および第２領域３Ａ側の端部が、中央部分よりも幅広になるように形成されている。

　［検出部１０Ａ］
　本実施形態では、検出部１０Ａは、第１領域２Ａと第２領域３Ａとの間に作用するトルクによって生じる歪みを検出可能に構成されている。そして、検出部１０Ａは、絶縁膜１１Ａと、歪みゲージ１２Ａと、保護膜１３Ａとを有している。なお、図４、５では、歪みゲージ１２Ａに接続される導体および電極の図示を省略しているが、導体および電極は歪みゲージ１２Ａと同様に第２領域３Ａに配置される。

　［絶縁膜１１Ａ］
　絶縁膜１１Ａは、第２領域３Ａの表面の略半分を覆うように積層されており、歪みゲージ１２Ａや導体（図示略）等と第２領域３Ａとの間を絶縁するための膜である。
　本実施形態では、絶縁膜１１Ａは、前述した第１実施形態と同様に、複数の絶縁層（図示略）から構成されている。そして、それぞれの絶縁層は、第２領域３Ａの表面に絶縁性のガラス材料が積層されることにより形成されている。

　［歪みゲージ１２Ａ］
　歪みゲージ１２Ａは、絶縁膜１１Ａに積層され、前述した各梁部４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａに対応する位置に設けられている。そして、歪みゲージ１２Ａは、前述した第１実施形態と同様に、第１歪みゲージ１２１Ａ、第２歪みゲージ１２２Ａ，第３歪みゲージ１２３Ａ，第４歪みゲージ１２４Ａの４つの歪みゲージを有している。
　そして、各歪みゲージ１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ，１２４Ａは、それぞれ２つの抵抗体Ｒ１およびＲ２を備えて構成されている。

　各歪みゲージ１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ，１２４Ａを構成する抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ各梁部４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａに対応する第２接続部３１Ａに配置されている。具体的には、抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、第２接続部３１Ａにおいて、第２端縁部３１１Ａに対向する位置に配置されている。これにより、第１領域２Ａと第２領域３Ａとの間にトルクが作用し、当該トルクによって各梁部４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａに歪みが生じた際に、その歪みが第２接続部３１Ａを介して抵抗体Ｒ１，Ｒ２に伝達し、当該歪みによって抵抗体Ｒ１，Ｒ２は変形するように構成されている。

　この際、各歪みゲージ１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ，１２４Ａの抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、第２端縁部３１１Ａに対向する位置に配置されている。そして、第２端縁部３１１Ａは、開口Ｏに沿って湾曲しているので、第１領域２Ａと第２領域３Ａとの間にトルクが作用した際に、当該第２端縁部３１１Ａに対して偏って応力が集中することを抑制できる。

　［保護膜１３Ａ］
　保護膜１３Ａは、絶縁膜１１Ａを覆うように円環状に積層されている。なお、図４、図５では、保護膜１３Ａは、１点鎖線で囲まれた領域として示している。
　本実施形態では、保護膜１３Ａは、前述した第１実施形態と同様に、絶縁性のガラス材料がコーティングされることにより形成されている。これにより、イオン性の汚れ等による抵抗体Ｒ１，Ｒ２の表面電荷への影響を抑制できる。つまり、イオン性の汚れ等によって抵抗体Ｒ１，Ｒ２間の電圧が変化して、歪みゲージ１２Ａの検出精度が悪化してしまうことを抑制できる。
　なお、保護膜１３Ａは、上記構成に限られるものではなく、例えば、絶縁性の樹脂により構成されていてもよい。また、保護膜１３Ａは、絶縁膜１１Ａを覆うように円環状に積層されることに限られるものではなく、例えば、歪みゲージ１２Ａを覆うように帯状に形成されていてもよい。

　以上のような本実施形態では、次の効果を奏することができる。
（８）本実施形態では、第２領域３Ａに絶縁膜１１Ａが積層され、当該絶縁膜１１Ａに歪みゲージ１２Ａが積層される。そのため、第１領域２Ａと第２領域３Ａとを接続する複数の梁部４Ａに絶縁膜１１Ａを設ける必要がないので、絶縁膜１１Ａの形成工程を容易にすることができる。

（９）本実施形態では、歪みゲージ１２Ａが梁部４Ａの近傍の第２接続部３１Ａに配置されるので、第１領域２Ａと第２領域３Ａとの間に作用するトルクによって梁部４Ａが歪んだ際に、その梁部４Ａの歪みが歪みゲージ１２Ａに伝達しやすくすることができる。そのため、歪みゲージ１２Ａの検出値から、上記トルクを精度良く検出することができる。

（１０）本実施形態では、第１領域２Ａと第２領域３Ａとの間にトルクが作用した際に、応力が集中しやすい第２端縁部３１１Ａが湾曲しているので、偏った応力集中を緩和することができる。そのため、偏った応力集中によって歪みゲージ１２Ａの検出精度が悪化してしまうことを抑制できる。

　［変形例］
　なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

　前記各実施形態では、第１領域２，２Ａが駆動装置に接続され、第２領域３，３Ａが固定部材に固定されていたが、これに限定されない。例えば、第２領域３，３Ａに駆動装置が接続され、第１領域２，２Ａが固定部材に固定されていてもよい。

　前記各実施形態では、第１領域２，２Ａは円板状に形成されていたが、これに限定されない。例えば、第１領域は、平面視で矩形状に形成されていてもよく、あるいは、十字状や円環状に形成されていてもよい。さらに、第１領域には、厚さ方向に対して凹部や凸部が形成されていてもよく、あるいは、段差が形成されていてもよい。

　前記各実施形態では、第２領域３は円環状に形成されていたが、これに限定されない。例えば、第２領域は、多角環状に形成されていてもよく、第１領域の周りを囲うように配置されていればよい。さらに、第２領域には、厚さ方向に対して凹部や凸部が形成されていてもよい。

　前記各実施形態では、第１領域２，２Ａ、第２領域３，３Ａ、および、梁部４，４Ａは、金属製の板部材から一体に形成されていたが、これに限定されない。例えば、第１領域、第２領域、および、梁部は、樹脂部材や磁器部材から形成されていてもよい。また、第１領域、第２領域、および、梁部は、別々の部材により形成され、これらが溶接等により接合されていてもよい。

　前記各実施形態では、梁部４，４Ａは４個設けられていたが、これに限定されない。例えば、梁部は５個以上設けられていてもよく、あるいは、３個以下であってもよく、複数の梁部が設けられていればよい。また、各梁部は、一対となる梁部に対して、第１領域を挟んで対向する位置に配置されていなくてもよい。

　前記各実施形態では、各梁部４１，４１Ａ，４２，４２Ａ，４３，４３Ａ，４４，４４Ａは、第１領域２，２Ａ側の端部および第２領域３，３Ａ側の端部が、中央部分よりも幅広になるように形成されていたが、これに限定されない。例えば、梁部は、端部と中央部分とが同じ幅になるように形成されていてもよい。

　前記各実施形態では、絶縁膜１１，１１Ａは、絶縁性のガラスにより構成されていたが、これに限定されない。例えば、絶縁膜は、絶縁性の樹脂により構成されていてもよい。
　また、前記各実施形態では、絶縁膜１１，１１Ａは、複数の層から構成されていたが、これに限定されない。例えば、絶縁膜は、単層の絶縁層から構成されていてもよい。
　さらに、絶縁膜は、例えば、絶縁性のガラスにより構成される絶縁層と、絶縁性の樹脂により構成される絶縁層とにより構成されていてもよい。すなわち、特性の異なる複数の絶縁層から構成されていてもよい。このように構成することにより、所望の線膨張係数を有する絶縁膜を得ることができる。すなわち、第１領域と同等の線膨張係数を有する絶縁膜を得ることができる。

　前記第１実施形態では、第１接続部２１の第１端縁部２１１は開口Ｏに沿って湾曲していたが、これに限定されない。例えば、第１接続部の第１端縁部は、直線部および角部により構成されていてもよい。
　また、前記第２実施形態では、第２接続部３１Ａの第２端縁部３１１Ａは開口Ｏに沿って湾曲していたが、これに限定されない。例えば、第２接続部の第２端縁部は、直角部および角部により構成されていてもよい。

　前記各実施形態では、歪みゲージ１２，１２Ａに保護膜１３，１３Ａが積層されていたが、これに限定されない。例えば、歪みゲージに保護膜が積層されない場合も、本発明に含まれる。

　前記各実施形態では、抵抗体Ｒ１，Ｒ２は、印刷により形成されていたが、これに限定されない。例えば、抵抗体は、蒸着やスパッタリングにより形成されていてもよい。

　前記各実施形態では、導体１４および電極１５は印刷により形成されていたが、これに限定されない。例えば、導体および電極は、蒸着やスパッタリングにより形成されていてもよい。

　前記第１実施形態では、絶縁膜１１は、第１領域２の略表面全体を覆うように積層されていたが、これに限定されない。例えば、絶縁膜は第１領域の一部を覆うように積層されていてもよく、少なくとも、歪みゲージ、導体、電極が配置される位置に積層されていればよい。つまり、絶縁膜は、歪みゲージ、導体、および、電極と、第１領域との間を絶縁できるように配置されていればよい。
　また、前記第２実施形態では、絶縁膜１１Ａは、第２領域３Ａの略表面半分を覆うように積層されていたが、これに限定されない。例えば、絶縁膜は第２領域の表面全体を覆うように積層されていてもよく、少なくとも、歪みゲージ、導体、電極が配置される位置に積層されていればよい。つまり、絶縁膜は、歪みゲージ、導体、および、電極と、第２領域との間を絶縁できるように配置されていればよい。

　前記各実施形態では、導体１４は、歪みゲージ１２，１２Ａと、電極１５とを電気的に接続させていたが、これに限定されない。例えば、導体１４は、歪みゲージに加えて、補正抵抗を電極に電気的に接続させていてもよい。このように構成し、抵抗体間の電圧の変化量から補正抵抗にかかる電圧の変化量を差し引くことで、温度等による抵抗体間の電圧の変化量を補正できるようにすることができる。そのため、歪みゲージの検出精度を向上させることができる。

　前記各実施形態において、歪みゲージを有して構成される複数のブリッジ回路、例えば、第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路とを備えて構成されていてもよい。そして、第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路との出力の差が、所定の範囲を超えるか否かを判定する判定部を備えて構成されていてもよい。
　このように構成することで、歪みゲージを有して構成される第１ブリッジ回路または第２ブリッジ回路のいずれかに異常が生じた場合に、当該異常を検知することができる。

　前記各実施形態では、トルクセンサ１は、ロボットの関節部分等に搭載されていたが、これに限定されない。例えば、トルクセンサは、車等の輸送機械や、加工装置等の産業用機械に搭載されていてもよく、様々な分野においてトルクが作用する箇所に適用することができる。

　１，１Ａ…トルクセンサ、２，２Ａ…第１領域、３，３Ａ…第２領域、４，４Ａ…梁部、１０，１０Ａ…検出部、１１，１１Ａ…絶縁膜、１２，１２Ａ…歪みゲージ、１３，１３Ａ…保護膜、１４…導体、１５…電極、２１…第１接続部（接続部）、２２…アライメントマーク、３１Ａ…第２接続部、４１，４１Ａ…第１梁部、４２，４２Ａ…第２梁部、４３，４３Ａ…第３梁部、４４，４４Ａ…第４梁部、１１１…第１絶縁層、１１２…第２絶縁層、１１３…第３絶縁層、１２１，１２１Ａ…第１歪みゲージ、１２２，１２２Ａ…第２歪みゲージ、１２３，１２３Ａ…第３歪みゲージ、１２４，１２４Ａ…第４歪みゲージ、２１１…第１端縁部（端縁部）、３１１…第２端縁部、Ｏ…開口、Ｒ１…抵抗体、Ｒ２…抵抗体。

Claims (7)

1. 　第１領域と、
   　前記第１領域の周囲に配置される第２領域と、
   　前記第１領域と前記第２領域とを接続する複数の梁部と、
   　前記第１領域と前記第２領域との間に作用するトルクを検出可能に構成され、前記第１領域に配置される検出部と、を備え、
   　前記検出部は、
   　前記第１領域に積層される絶縁膜と、
   　前記絶縁膜に積層され、前記トルクに応じて変形可能に構成される歪みゲージと、を有する
   　ことを特徴とするトルクセンサ。
2. 　請求項１に記載のトルクセンサにおいて、
   　前記絶縁膜は、複数の層から構成される
   　ことを特徴とするトルクセンサ。
3. 　請求項１または請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
   　前記検出部は、前記歪みゲージに積層される保護膜を有する
   　ことを特徴とするトルクセンサ。
4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のトルクセンサにおいて、
   　前記第１領域は、前記梁部に対応する位置に設けられる接続部を有し、
   　前記歪みゲージは、前記接続部に配置される
   　ことを特徴とするトルクセンサ。
5. 　請求項４に記載のトルクセンサにおいて、
   　前記接続部は、前記第１領域と前記第２領域との間に形成される開口に沿って湾曲する端縁部を有し、
   　前記歪みゲージは、前記端縁部に対向する位置に配置される
   　ことを特徴とするトルクセンサ。
6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のトルクセンサにおいて、
   　前記絶縁膜は、絶縁性のガラスにより構成される
   　ことを特徴とするトルクセンサ。
7. 　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のトルクセンサにおいて、
   　前記歪みゲージを有して構成される第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路と、
   　前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路との出力の差が、所定の範囲を超えるか否かを判定する判定部と、を備える
   　ことを特徴とするトルクセンサ。

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