[发明专利]扭矩传感器

说明书

技术领域

本发明涉及扭矩传感器，尤其是涉及具有将对作用于预定旋转轴的扭矩作为电信号输出的功能的传感器。

背景技术

检测作用于预定旋转轴的扭矩的扭矩传感器广泛使用于各种运输机械、工业设备中。例如，在特开2009-058388号公报中发表了利用应变计检测因扭矩的作用而产生的机械变形的类型的扭矩传感器。而且，在特开2007-024641号公报中发表了一种传感器，其利用电镀处理在轴的表面形成磁致伸缩薄膜，通过测量该磁致伸缩薄膜的磁特性的变化，检测作用于轴的扭矩。另一方面，在特开2009-244134号公报中发表了一种类型的扭矩传感器，其在扭杆的端部设置磁场发生部，利用聚磁环检测该磁场发生部产生的磁通密度的变化；在特开2006-292423号公报中发表了一种类型的扭矩传感器，以在圆周方向交替排列N极和S极的方式，将多个磁铁配置成圆筒形，检测由这些磁铁产生的磁场。而且，在特开2000-019035号公报中发表了一种扭矩传感器，其备置通过扭矩的作用使环形部件的形状向直径方向变形的连杆机构，利用载荷传感器检测通过环形部件的变形施加在该直径方向的力。

在工业领域中，需要体积小且具有高刚性、结构简单的扭矩传感器。尤其是在使用机器人手臂进行自动组装的工业设备中，监控在臂的前端部产生的力、并对其进行控制是必不可少的。在这样的扭矩反馈式的机器人手臂上，需要适合安装在臂的关节部分使用的体积小且具有高刚性、结构简单的扭矩传感器。

一般来说，机器人手臂的关节部分由于轴长短，安装在关节部分的扭矩传感器也尽量优选轴长短的、体积小的扭矩传感器。但是，对于现有的利用扭杆方式的扭力传感器，很难设计短的轴长。这是因为，由于扭矩的作用而在扭杆上发生扭转时，该扭转使轴长发生变化，因此，必须将扭杆的整个长度设置成可以忽略不计这种变化的长度。

通常，当安装在关节部分的扭矩传感器的轴长通过扭矩的作用而发生变化时，将重新产生轴方向的力，引发轴的偏心和倾斜，成为妨碍检测准确扭矩的因素。为了解决该技术缺陷，需要吸收轴长变化量的特有的结构，但是，如果设置这样的结构，则结构由此复杂化，且不是所希望的。其结果是，需要将扭杆的整个长度设置成可以忽略不计轴长变化量的长度，现有的扭矩传感器很难设计短的轴长。

而且，为了进行已稳定的扭矩反馈，从电学的角度看，需要确保信号处理的快速响应，同时，从机械的角度看，需要确保传感器结构体的高刚性。一般的扭矩传感器的基本原理是使一些结构体产生机械扭转，电检测该扭转。因此，作为产生扭转的对象，当然不能使用完全的刚性体，需要使用能产生某种程度的弹性变形的结构体。但是，如果随着扭矩检测而形成扭转角增大，则由于摆动现象，控制系统的频率特性变差，将不能确保快速响应。

因此，为了进行已稳定的扭矩反馈，需要尽量抑制随着扭矩检测而形成的扭转角，优选方式是，尽量由具有高刚性的结构体构成扭矩传感器。但是，目前提出的磁方式的扭转角检测方法很难高精度地检测小扭转角。

而且，从工业使用的角度来看，扭矩传感器当然也需要降低成本。因此，优选方式是，尽量使结构简单。但是，对于目前提出的扭矩传感器，需要在扭杆上粘贴应变片丛或形成磁致伸缩薄膜，或者安装磁铁或线圈，结构不得不变得相当复杂。

本发明的目的在于提供一种具有体积小且高刚性、结构简单的扭矩传感器。

发明内容

（1）根据本发明第一方面的扭矩传感器，其用于检测绕预定旋转轴的扭矩，包括：

环形变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有旋转轴插入的贯通开口部；

左侧支撑体，在从旋转轴形成左右延伸的水平线的这种基准观察方向看时，左侧支撑体被配置于与环形变形体的左侧相邻的位置；

右侧支撑体，在从基准观察方向看时，右侧支撑体被配置于与环形变形体的右侧相邻的位置；

左侧连接部件，用于将环形变形体的左侧的侧面上的左侧连接点与左侧支撑体连接；

右侧连接部件，用于将环形变形体的右侧的侧面上的右侧连接点与右侧支撑体连接；

移位电极，被固定于环形变形体的内周面或外周面，发生环形变形体的弹性变形而引起的移位；

固定电极，被配置于与移位电极相对的位置，被固定于左侧支撑体或右侧支撑体；以及