JP7380981B2 - Torque detection sensor and power transmission device - Google Patents
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Description
本発明は、トルク検出センサおよび動力伝達装置に関する。 The present invention relates to a torque detection sensor and a power transmission device.
近年、例えばロボットの関節などに搭載される減速機の出力歯車において、トルクを精度よく検出することが求められている。斯かる用途に用いられるトルク検出装置は、例えば特開２００４－１９８４００号公報に記載されている。
特開２００４－１９８４００号公報に記載されたトルク検出装置は、減速機の可撓性外歯歯車の表面に貼り付けられる歪みゲージユニットを有する。特開２００４－１９８４００号公報の歪みゲージユニットは、３６０度の円弧形状をした検出セグメントが形成された歪みゲージパターンを備える。上記検出セグメントは、一定の間隔で抵抗線を配列したグリッドパターンが所定形状となるように形成されたものである。斯かるトルク検出装置によれば、可撓性外歯歯車の全周に掛かるトルクを、精度よく検出することができると考えられる。 The torque detection device described in Japanese Patent Application Publication No. 2004-198400 has a strain gauge unit that is attached to the surface of a flexible external gear of a speed reducer. The strain gauge unit disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-198400 includes a strain gauge pattern in which a detection segment having a 360-degree arc shape is formed. The detection segment is formed such that a grid pattern in which resistance wires are arranged at regular intervals has a predetermined shape. It is believed that such a torque detection device can accurately detect the torque applied to the entire circumference of the flexible external gear.
しかしながら、特開２００４－１９８４００号公報に記載されたトルク検出装置では、歪みゲージパターンの一部に応力が集中しやすいと考えられる。とりわけ、隣り合う抵抗線同士を繋ぐ接続箇所には、位置的に応力が集中しやすく、歪みゲージパターンの断線を招いてしまう虞もあった。 However, in the torque detection device described in Japanese Patent Application Laid-open No. 2004-198400, it is considered that stress tends to concentrate on a portion of the strain gauge pattern. In particular, stress tends to be concentrated at the connection points where adjacent resistance wires are connected, and there is a risk that the strain gauge pattern may break.
本発明の目的は、円形体に掛かるトルクを精度よく検出することができ、しかも断線が生じ難いトルク検出センサおよび動力伝達装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a torque detection sensor and a power transmission device that can accurately detect torque applied to a circular body and are less likely to break.
本願の観点では、円形体に掛かるトルクを検出するトルク検出センサであって、基板と、固着層とを備えるトルク検出センサが提供される。前記基板は、導体層を有する。前記固着層は、前記基板と前記円形体との間に位置する。前記導体層は、円弧状または円環状の抵抗線パターンを含む。前記抵抗線パターンは、前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に一定角度傾斜した複数の抵抗線と、前記複数の抵抗線の端部同士を接続する複数の折り返し部位と、を含む。前記複数の抵抗線は、周方向に等間隔に配列されて、前記周方向に隣り合う前記抵抗線の端部同士が、前記半径方向の両側で交互に前記折り返し部位により接続されて、全体として直列に接続される。前記円形体を軸方向に見たときに、前記固着層は、前記折り返し部位を避けた領域に位置する。 In view of the present application, there is provided a torque detection sensor that detects torque applied to a circular body and includes a substrate and a fixing layer. The substrate has a conductor layer. The fixing layer is located between the substrate and the circular body. The conductor layer includes an arcuate or annular resistance wire pattern. The resistance wire pattern includes a plurality of resistance wires inclined at a certain angle to one side in the circumferential direction with respect to the radial direction of the circular body, and a plurality of folded parts connecting the ends of the plurality of resistance wires. . The plurality of resistance wires are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and end portions of the resistance wires adjacent to each other in the circumferential direction are alternately connected by the folded portions on both sides in the radial direction, so that the plurality of resistance wires as a whole connected in series. When the circular body is viewed in the axial direction, the fixed layer is located in a region avoiding the folded portion.
本願の観点によれば、円形体に掛かるトルクを精度よく検出することができ、しかも断線が生じ難いトルク検出センサおよび動力伝達装置が提供される。 According to the aspect of the present application, there is provided a torque detection sensor and a power transmission device that can accurately detect the torque applied to a circular body and are less likely to be disconnected.
以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、動力伝達装置の中心軸と平行な方向を「軸方向」、動力伝達装置の中心軸に直交する方向を「半径方向」、動力伝達装置の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present application will be described with reference to the drawings. In this application, the direction parallel to the central axis of the power transmission device is referred to as the "axial direction," the direction perpendicular to the central axis of the power transmission device is referred to as the "radial direction," and the direction along the circular arc centered on the central axis of the power transmission device is referred to as the "radial direction." The directions are respectively referred to as "circumferential directions." However, the above-mentioned "parallel direction" also includes substantially parallel directions. Moreover, the above-mentioned "orthogonal directions" include substantially orthogonal directions.
＜１．第１実施形態＞
＜１－１．動力伝達装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る動力伝達装置１の縦断面図である。図２は、図１のＡ－Ａ位置から見た動力伝達装置１の横断面図である。この動力伝達装置１は、モータから得られる第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数に減速させつつ後段へ伝達する装置である。動力伝達装置１は、例えば、ロボットの関節に、モータとともに組み込まれて使用される。ただし、本発明の動力伝達装置は、アシストスーツ、無人運搬車などの他の装置に用いられるものであってもよい。
<1. First embodiment>
<1-1. Configuration of power transmission device>
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a
図１および図２に示すように、本実施形態の動力伝達装置１は、インタナルギア１０、フレックスギア２０、波動発生器３０、およびトルク検出センサ４０を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
インタナルギア１０は、内周面に複数の内歯１１を有する円環状のギアである。インタナルギア１０は、動力伝達装置１が搭載される装置の枠体に、例えばねじ止めで固定される。インタナルギア１０は、中心軸９と同軸に配置される。また、インタナルギア１０は、フレックスギア２０の後述する筒状部２１の半径方向外側に位置する。インタナルギア１０の剛性は、フレックスギア２０の筒状部２１の剛性よりも、はるかに高い。このため、インタナルギア１０は、実質的に剛体とみなすことができる。インタナルギア１０は、円筒状の内周面を有する。複数の内歯１１は、当該内周面において、周方向に一定のピッチで配列されている。各内歯１１は、半径方向内側へ向けて突出する。
The
フレックスギア２０は、可撓性を有する円環状のギアである。フレックスギア２０は、中心軸９を中心として回転可能に支持される。フレックスギア２０は、本発明における「円形体」の一例である。
The
本実施形態のフレックスギア２０は、筒状部２１と平板部２２とを有する。筒状部２１は、中心軸９の周囲において、軸方向に筒状に延びる。筒状部２１の軸方向の先端は、波動発生器３０の半径方向外側、かつ、インタナルギア１０の半径方向内側に位置する。筒状部２１は、可撓性を有するため、半径方向に変形可能である。特に、インタナルギア１０の半径方向内側に位置する筒状部２１の先端部は、自由端であるため、他の部分よりも大きく半径方向に変位可能である。
The
フレックスギア２０は、複数の外歯２３を有する。複数の外歯２３は、筒状部２１の軸方向の先端部付近の外周面において、周方向に一定のピッチで配列されている。各外歯２３は、半径方向外側へ向けて突出する。上述したインタナルギア１０が有する内歯１１の数と、フレックスギア２０が有する外歯２３の数とは、僅かに相違する。
The
平板部２２は、ダイヤフラム部２２１と肉厚部２２２とを有する。ダイヤフラム部２２１は、筒状部２１の軸方向の基端部から、半径方向外側へ向けて平板状に広がり、かつ、中心軸９を中心として円環状に広がる。ダイヤフラム部２２１は、軸方向に僅かに撓み変形可能である。肉厚部２２２は、ダイヤフラム部２２１の半径方向外側に位置する、円環状の部分である。肉厚部２２２の軸方向の厚みは、ダイヤフラム部２２１の軸方向の厚みよりも、厚い。肉厚部２２２は、動力伝達装置１が搭載される装置の、駆動対象となる部品に、例えばねじ止めで固定される。
The
波動発生器３０は、フレックスギア２０の筒状部２１に、周期的な撓み変形を発生させる機構である。波動発生器３０は、カム３１と可撓性軸受３２とを有する。カム３１は、中心軸９を中心として回転可能に支持される。カム３１は、軸方向に見たときに楕円形の外周面を有する。可撓性軸受３２は、カム３１の外周面と、フレックスギア２０の筒状部２１の内周面との間に介在する。したがって、カム３１と筒状部２１とは、異なる回転数で回転できる。
The
可撓性軸受３２の内輪は、カム３１の外周面に接触する。可撓性軸受３２の外輪は、フレックスギア２０の内周面に接触する。このため、フレックスギア２０の筒状部２１は、カム３１の外周面に沿った楕円形状に変形する。その結果、当該楕円の長軸の両端に相当する２箇所において、フレックスギア２０の外歯２３と、インタナルギア１０の内歯１１とが噛み合う。周方向の他の位置においては、外歯２３と内歯１１とが噛み合わない。
The inner ring of the
カム３１は、直接または他の動力伝達機構を介して、モータに接続される。モータを駆動させると、カム３１は、中心軸９を中心として第１回転数で回転する。これにより、フレックスギア２０の上述した楕円の長軸も、第１回転数で回転する。そうすると、外歯２３と内歯１１との噛み合い位置も、周方向に第１回転数で変化する。また、上述の通り、インタナルギア１０の内歯１１の数と、フレックスギア２０の外歯２３の数とは、僅かに相違する。この歯数の差によって、カム３１の１回転ごとに、外歯２３と内歯１１との噛み合い位置が、周方向に僅かに変化する。その結果、インタナルギア１０に対してフレックスギア２０が、中心軸９を中心として、第１回転数よりも低い第２回転数で回転する。したがって、フレックスギア２０から、減速された第２回転数の回転運動を取り出すことができる。
The
＜１－２．トルク検出センサについて＞
トルク検出センサ４０は、フレックスギア２０に掛かる周方向のトルクを検出するセンサである。図１に示すように、本実施形態では、円板状のダイヤフラム部２２１の円形の表面に、トルク検出センサ４０の裏面が固定されている。
<1-2. About torque detection sensor>
The
図３は、トルク検出センサ４０を軸方向に見た平面図である。図３に示すように、トルク検出センサ４０は、基板４１を備える。本実施形態の基板４１は、柔軟に変形可能なフレキシブル基板である。基板４１は、中心軸９を中心とする円環状の本体部４１１と、本体部４１１から半径方向外側へ向けて突出したフラップ部４１２とを有する。基板４１は、導体層Ｌ１を有する。本実施形態の導体層Ｌ１は、基板４１の軸方向における一方側の端面（表面）に位置する。
FIG. 3 is a plan view of the
図３に示すように、導体層Ｌ１は、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２を含む。後述するように、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２は、ホイートストンブリッジ回路４２に組み込まれる。別の言い方をすれば、本体部４１１の表面にホイートストンブリッジ回路４２が実装されている。また、信号処理回路４３が、フラップ部４１２に実装されている。
As shown in FIG. 3, the conductor layer L1 includes a first resistance line pattern R1 and a second resistance line pattern R2. As described later, the first resistance line pattern R1 and the second resistance line pattern R2 are incorporated into the
第１抵抗線パターンＲ１は、１本の導体が曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状または円環状のパターンである。本実施形態では、中心軸９の周囲の約３６０°の範囲に、第１抵抗線パターンＲ１が設けられている。第１抵抗線パターンＲ１の材料には、例えば、銅または銅を含む合金が用いられる。第１抵抗線パターンＲ１には、複数の直線状の第１抵抗線ｒ１と、複数の折り返し部位ｒ１１とが含まれる。複数の第１抵抗線ｒ１は、互いに略平行な姿勢で、周方向に等間隔に配列される。第１抵抗線パターンＲ１においては、周方向に隣り合う第１抵抗線ｒ１同士が、半径方向の一方側と他方側とで折り返し部位ｒ１１により交互に接続されて、全体として直列に接続されている。各第１抵抗線ｒ１は、基板４１の軸方向における一方側から見たときに、フレックスギア２０の半径方向に対して、周方向一方側に傾斜している。半径方向に対する第１抵抗線ｒ１の傾斜角度は、例えば４５°とされる。
The first resistance wire pattern R1 is an arc-shaped or annular-shaped pattern as a whole, in which one conductor extends in the circumferential direction while bending. In this embodiment, the first resistance line pattern R1 is provided in a range of about 360° around the
第２抵抗線パターンＲ２は、１本の導体が曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状または円環状のパターンである。本実施形態では、中心軸９の周囲の約３６０°の範囲に、第２抵抗線パターンＲ２が設けられている。第２抵抗線パターンＲ２の材料には、例えば、銅または銅を含む合金が用いられる。第２抵抗線パターンＲ２は、第１抵抗線パターンＲ１よりも、半径方向内側に位置する。すなわち、第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とは、互いに重ならない位置に配置される。第２抵抗線パターンＲ２には、複数の直線状の第２抵抗線ｒ２と、複数の折り返し部位ｒ１２とが含まれる。複数の第２抵抗線ｒ２は、互いに略平行な姿勢で、周方向に等間隔に配列される。第２抵抗線パターンＲ２においては、周方向に隣り合う第２抵抗線ｒ２同士が、半径方向の一方側と他方側とで折り返し部位ｒ１２により交互に接続されて、全体として直列に接続されている。各第２抵抗線ｒ２は、基板４１の軸方向における一方側から見たときに、フレックスギア２０の半径方向に対して、周方向他方側に傾斜している。半径方向に対する第２抵抗線ｒ２の傾斜角度は、例えば－４５°とされる。
The second resistance wire pattern R2 is an arc-shaped or annular pattern as a whole, in which one conductor extends in the circumferential direction while bending. In this embodiment, the second resistance line pattern R2 is provided in a range of about 360° around the
図４は、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２を含むホイートストンブリッジ回路４２の回路図である。図４に示すように、本実施形態のホイートストンブリッジ回路４２は、第１抵抗線パターンＲ１、第２抵抗線パターンＲ２、第１固定抵抗Ｒａ、および第２固定抵抗Ｒｂを含む。第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とは、直列に接続される。第１固定抵抗Ｒａと第２固定抵抗Ｒｂとは、直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、２つの抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の列と、２つの固定抵抗Ｒａ，Ｒｂの列とが、並列に接続される。また、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の中点Ｍ１と、第１固定抵抗Ｒａおよび第２固定抵抗Ｒｂの中点Ｍ２とが、電圧計Ｖに接続される。
FIG. 4 is a circuit diagram of a
第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の各抵抗値は、フレックスギア２０に掛かるトルクに応じて変化する。例えば、フレックスギア２０に、軸方向の一方側から見たときに、中心軸９を中心として周方向の一方側へ向かうトルクが掛かると、第１抵抗線パターンＲ１の抵抗値が低下し、第２抵抗線パターンＲ２の抵抗値が増加する。一方、フレックスギア２０に、軸方向の一方側から見たときに、中心軸９を中心として周方向の他方側へ向かうトルクが掛かると、第１抵抗線パターンＲ１の抵抗値が増加し、第２抵抗線パターンＲ２の抵抗値が低下する。このように、第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値変化を示す。
Each resistance value of the first resistance line pattern R1 and the second resistance line pattern R2 changes depending on the torque applied to the
そして、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の各抵抗値が変化すると、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の中点Ｍ１と、第１固定抵抗Ｒａおよび第２固定抵抗Ｒｂの中点Ｍ２との間の電位差が変化するので、電圧計Ｖの計測値が変化する。したがって、この電圧計Ｖの計測値に基づいて、フレックスギア２０に掛かるトルクの向きおよび大きさを検出することができる。
Then, when the respective resistance values of the first resistance line pattern R1 and the second resistance line pattern R2 change, the midpoint M1 of the first resistance line pattern R1 and the second resistance line pattern R2 and the first fixed resistance Ra and the second resistance line pattern R2 change. Since the potential difference between the fixed resistor Rb and the midpoint M2 changes, the measured value of the voltmeter V changes. Therefore, based on the measured value of this voltmeter V, the direction and magnitude of the torque applied to the
信号処理回路４３は、電圧計Ｖにより計測される中点Ｍ１，Ｍ２の間の電位差信号に基づいて、フレックスギア２０に掛かるトルクを検出するための回路である。別の言い方をすれば、信号処理回路４３は、ホイートストンブリッジ回路４２の出力信号に基づいて、フレックスギア２０に掛かるトルクを検出する。第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２を含むホイートストンブリッジ回路４２は、信号処理回路４３と電気的に接続されている。信号処理回路４３には、例えば、中点Ｍ１，Ｍ２の間の電位差を増幅する増幅器や、増幅後の電気信号に基づいて、トルクの向きおよび大きさを算出するための回路が含まれる。検出されたトルクは、有線または無線により信号処理回路４３に接続された外部の装置へ出力される。
The
以上のような構成の動力伝達装置１において、フレックスギア２０の回転に伴ってダイヤフラム部２２１は撓み変形を繰り返す。特に、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１の径方向外側の端部、およびダイヤフラム部２２１の径方向内側の端部において、ダイヤフラム部２２１は大きく撓む。そのため、仮に、基板４１のうち、第１抵抗線パターンＲ１の半径方向外側の折り返し部位ｒ１１、および第２抵抗線パターンＲ２の半径方向内側の折り返し部位ｒ１２を含む部分を、ダイヤフラム部２２１に完全に固着させた場合、これらの折り返し部位ｒ１１，ｒ１２にダイレクトにダイヤフラム部２２１の歪みが伝わり、応力が集中し易い。そのため、当該折り返し部位ｒ１１，ｒ１２において、断線が生じる虞がある。この点、本実施形態では、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２の断線を防ぐために、トルク検出センサ４０をフレックスギア２０のダイヤフラム部２２１に対して、特有の方法で固定している。
In the
＜１－３．トルク検出センサのフレックスギアへの固定について＞
具体的には、トルク検出センサ４０は、固着層４５により、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１に固定されている。以下では、この固着層４５について詳細に説明する。
<1-3. Regarding fixing the torque detection sensor to the flex gear>
Specifically, the
図５は、第１実施形態に係るトルク検出センサ４０の断面図である。図５に示すように、トルク検出センサ４０は、固着層４５を有する。固着層４５は、基板４１の本体部４１１とダイヤフラム部２２１との間に位置する。本実施形態では、固着層４５は、基板４１の本体部４１１の裏面に位置する。固着層４５は、軸方向に一定の厚みを有する。本実施形態の固着層４５は、両面接着テープである。両面接着テープは、接着力を有する材料がテープ状に成形されて、形状を維持できる程度に硬化されたものである。
FIG. 5 is a sectional view of the
図５に示すように、固着層４５は、フレックスギア２０を軸方向に見たときに、第１抵抗線パターンＲ１の径方向外側の折り返し部位ｒ１１と、第２抵抗線パターンＲ２の径方向内側の折り返し部位ｒ１２とを避けた領域に位置する。別の言い方をすれば、固着層４５は、ダイヤフラム部２２１の裏面のうち、第１抵抗線パターンＲ１の径方向外側の折り返し部位ｒ１１に対向する領域と、第２抵抗線パターンＲ２の径方向内側の折り返し部位ｒ１２に対向する領域とを除いた全ての領域に位置する。このような構成によれば、第１抵抗線パターンＲ１の径方向外側の折り返し部位ｒ１１と、第２抵抗線パターンＲ２の径方向内側の折り返し部位ｒ１２とに、ダイヤフラム部２２１の歪みが伝わることを抑制できる。よって、第１抵抗線パターンＲ１の径方向外側の折り返し部位ｒ１１と、第２抵抗線パターンＲ２の径方向内側の折り返し部位ｒ１２とに掛かる応力を低減することができ、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の断線を抑制できる。
As shown in FIG. 5, when the
一方で、基板４１の本体部４１１のうち、第１抵抗線ｒ１および第２抵抗線ｒ２に対向する領域は、固着層４５を介在させてダイヤフラム部２２１に固定されているため、ダイヤフラム部２２１の歪みは、第１抵抗線ｒ１および第２抵抗線ｒ２には良好に伝わる。よって、円形体の全周に掛かるトルクを精度よく検出することができる。
On the other hand, the region of the
＜１－４．まとめ＞
以上に示したように、本実施形態に係るトルク検出センサ４０は、基板４１と、固着層４５とを備える。固着層４５は、基板４１の本体部４１１とフレックスギア２０との間に位置する。フレックスギア２０を軸方向に見たときに、固着層４５は、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２を避けた領域に位置する。これにより、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の折り返し部位ｒ１１，ｒ１２にフレックスギア２０の歪みが伝わることを抑制できる。したがって、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の断線を抑制できる。
<1-4. Summary>
As shown above, the
また、本実施形態に係るトルク検出センサ４０においては、固着層４５は、軸方向に厚みを有する。これにより、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の折り返し部位ｒ１１，ｒ１２が、例えば間に空気を介在させてフレックスギア２０と対面する。よって、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２にフレックスギア２０の歪みが伝わることを抑制できる。その結果、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の断線を抑制できる。
Furthermore, in the
また、本実施形態に係るトルク検出センサ４０においては、固着層４５は、両面接着テープである。これにより、容易にフレックスギア２０にトルク検出センサ４０の基板４１を取り付けることができる。
Furthermore, in the
また、本実施形態に係るトルク検出センサ４０においては、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２は、ホイートストンブリッジ回路４２に組み込まれる。これにより、ホイートストンブリッジ回路４２を用いて、フレックスギア２０に掛かるトルクを検出することができる。
Furthermore, in the
さらに、本実施形態に係る動力伝達装置１においては、基板４１は、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１に固定される。これにより、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１に掛かるトルクを検出することができる。
Furthermore, in the
＜２．第２実施形態＞
以下では、第２実施形態に係る動力伝達装置１について、図６を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、上述した実施形態で示したのと同様の構成・機能の部材については、上述の実施形態で付したのと同一の符号を付し、重複説明を省略する。
<2. Second embodiment>
Below, a
図６は、第２実施形態に係るトルク検出センサ２４０の断面図である。図６に示すように、トルク検出センサ２４０は、導体層Ｌ１を有する基板４１と、固着層４５と、スペーサ４６とを有する。固着層４５は、基板４１の本体部４１１とダイヤフラム部２２１との間に位置する。固着層４５は、基板４１の裏面に位置する。固着層４５は、軸方向に一定の厚みを有する。本実施形態においても、固着層４５は、両面接着テープである。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
スペーサ４６は、フレックスギア２０を軸方向に見たときに、固着層４５が位置しない領域に位置する。詳細には、スペーサ４６は、基板４１の裏面の、第１抵抗線パターンＲ１の径方向外側の折り返し部位ｒ１１と、第２抵抗線パターンＲ２の径方向内側の折り返し部位ｒ１２とに対向する領域に位置する。スペーサ４６は、固着層４５の材料よりも低摩擦の材料でできている。スペーサ４６は、基板４１の裏面に対して固着されていない。
The
以上に示したように、本実施形態に係るトルク検出センサ２４０は、スペーサ４６を有する。これにより、基板４１のうち、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の折り返し部位ｒ１１，ｒ１２を含む部分が、例えばスペーサ４６に接触する。スペーサ４６は、基板４１の裏面に対して固着されていない。これにより、フレックスギア２０が歪んでも、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の折り返し部位ｒ１１，ｒ１２は歪み難くなる。よって、折り返し部位ｒ１１，ｒ１２に無理な応力が掛かることを抑制でき、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の断線を抑制できる。
As shown above, the
＜３．第３実施形態＞
以下では、第３実施形態に係る動力伝達装置１について、図７を参照しながら説明する。
<3. Third embodiment>
Below, a
図７は、第３実施形態に係るトルク検出センサ３４０の断面図である。図７に示すように、トルク検出センサ３４０は、導体層Ｌ１を有する基板４１と、固着層４５と、第２固着層４８とを有する。固着層４５は、基板４１の本体部４１１とダイヤフラム部２２１との間に位置する。固着層４５は、基板４１の本体部４１１の裏面に位置する。固着層４５は、軸方向に一定の厚みを有する。本実施形態の固着層４５は、第２固着層４８の材料よりも流動性の低い材料でできている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a
第２固着層４８は、フレックスギア２０を軸方向に見たときに、固着層４５が位置しない領域に位置する。詳細には、第２固着層４８は、基板４１の裏面の、第１抵抗線パターンＲ１の径方向外側の折り返し部位ｒ１１と、第２抵抗線パターンＲ２の径方向内側の折り返し部位ｒ１２とに対向する領域に位置する。第２固着層４８は、固着層４５の材料よりも流動性の高い材料でできている。
The second fixed
固着層４５に比べて、第２固着層４８は、ダイヤフラム部２２１の歪みを基板４１へ伝達しにくい。したがって、本実施形態の構造でも、基板４１の裏面の全面に固着層４５が存在する場合と比べれば、第１抵抗線パターンＲ１の径方向外側の折り返し部位ｒ１１、および第２抵抗線パターンＲ２の径方向内側の折り返し部位ｒ１２への、応力の集中を抑制できる。よって、抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の断線を抑制できる。
Compared to the fixed
＜４．変形例＞
以下では、変形例に係る動力伝達装置１について、図８を参照しながら説明する。
<4. Modified example>
Hereinafter, a
図８は、変形例に係るトルク検出センサ４４０の断面図である。図８に示すように、トルク検出センサ４４０は、導体層Ｌ１を有する基板４１と、固着層４９とを有する。固着層４９は、基板４１の本体部４１１とダイヤフラム部２２１との間に位置する。固着層４９は、基板４１の本体部４１１の裏面の一部に位置する。固着層４９は、軸方向に一定の厚みを有する。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a
固着層４９を挟んで基板４１の本体部４１１とは反対側には、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１が位置する。ダイヤフラム部２２１の半径方向の幅は、固着層４９の半径方向の幅と略等しい。一方、導体層Ｌ１および本体部４１１の半径方向の幅は、ダイヤフラム部２２１および固着層４９の半径方向の幅よりも長い。詳細には、基板４１の本体部４１１の裏面には、第１抵抗線パターンＲ１の半径方向外側の折り返し部位ｒ１１に対向する領域と、第２抵抗線パターンＲ２の半径方向内側の折り返し部位ｒ１２に対向する領域とが半径方向にはみ出た状態で、固着層４９が接着される。一方で、基板４１の本体部４１１の裏面の、第１抵抗線ｒ１および第２抵抗線ｒ２に対向する領域と、第１抵抗線パターンＲ１の半径方向内側の折り返し部位ｒ１１に対向する領域と、第２抵抗線パターンＲ２の半径方向外側の折り返し部位ｒ１２に対向する領域とには、固着層４９が接着される。
The
これにより、導体層Ｌ１のうちトルク検出のセンシング部に相当する領域は、本体部４１１および固着層４９を介して、ダイヤフラム部２２１に固定される。一方、導体層Ｌ１のうち、仮にダイヤフラム部２２１に固着すると応力が集中し易い第１抵抗線パターンＲ１の半径方向外側の折り返し部位ｒ１１と、第２抵抗線パターンＲ２の半径方向内側の折り返し部位ｒ１２とは、ダイヤフラム部２２１には固定されていない。その結果、第１抵抗線パターンＲ１の半径方向外側の折り返し部位ｒ１１、および、第２抵抗線パターンＲ２の半径方向内側の折り返し部位ｒ１２で、断線が生じてしまうのを抑制することができる。
As a result, a region of the conductor layer L1 corresponding to the sensing section for torque detection is fixed to the
＜５．その他の変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態には限定されない。
<5. Other variations>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments.
上記の実施形態では、固着層４５，４９は、軸方向に厚みを有していた。しかしながら、これに限らず、固着層が軸方向に厚みを有していなくてもよい。その場合でも、基板の裏面の折り返し部位に対応する領域が、ダイヤフラム部に固定されていなければ、折り返し部位にダイヤフラム部の歪みがダイレクトに伝わることを抑制できる。その結果、抵抗線パターンの断線を抑制できる。
In the embodiments described above, the fixed
上記の実施形態のフレックスギア２０では、ダイヤフラム部２２１が、筒状部２１の基端部から半径方向外側へ向けて広がっていた。しかしながら、ダイヤフラム部２２１は、筒状部２１の基端部から半径方向内側へ向けて広がるものであってもよい。
In the
また、上記の実施形態では、トルク検出の対象物が、フレックスギア２０であった。しかしながら、上記実施形態と同等の構造を有するトルク検出センサ４０を、フレックスギア２０以外の円形体に掛かるトルクを検出するために、用いてもよい。
Further, in the above embodiment, the object of torque detection is the
上記の実施形態の抵抗線パターンは、全て、円形体のトルクを検出するために用いられる抵抗線パターンである。これらの抵抗線パターンの数や位置は、適宜に設計変更可能である。その他、トルク検出センサおよび動力伝達装置の細部の構成についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変更してもよい。また、上記の各実施形態および各変型例に登場した要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。 The resistance wire patterns of the above embodiments are all resistance wire patterns used to detect the torque of a circular body. The number and position of these resistance wire patterns can be changed as appropriate. In addition, the detailed configurations of the torque detection sensor and the power transmission device may be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Further, the elements appearing in each of the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate to the extent that no contradiction occurs.
本願は、トルク検出センサおよび動力伝達装置に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICATION This application can be utilized for a torque detection sensor and a power transmission device.
１ 動力伝達装置
９ 中心軸
１０ インタナルギア
１１ 内歯
２０ フレックスギア（円形体）
２１ 筒状部
２２ 平板部
２３ 外歯
３０ 波動発生器
３１ カム
３２ 可撓性軸受
４０ トルク検出センサ
４１ 基板
４２ ホイートストンブリッジ回路
４３ 信号処理回路
４５ 固着層
２２１ ダイヤフラム部
２２２ 肉厚部
４１１ 本体部
４１２ フラップ部
Ｌ１ 導体層
Ｒ１ 第１抵抗線パターン
Ｒ２ 第２抵抗線パターン
ｒ１ 抵抗線
ｒ１１ 折り返し部位
ｒ１２ 折り返し部位
ｒ２ 第２抵抗線
1
21
Claims (9)
導体層を有する基板と、
前記基板と前記円形体との間に位置する固着層と、
を備え、
前記導体層は、円弧状または円環状の第１抵抗線パターンと、円弧状または円環状の第２抵抗線パターンと、を含み、
前記第２抵抗線パターンは前記第１抵抗線パターンよりも半径方向内側に位置し、
前記第１抵抗線パターンおよび前記第２抵抗線パターンは、それぞれ
前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に一定角度傾斜した複数の抵抗線と、
前記複数の抵抗線の端部同士を接続する複数の折り返し部位と、
を含み、
前記複数の抵抗線が、周方向に等間隔に配列されて、前記周方向に隣り合う前記抵抗線の端部同士が、前記半径方向の両側で交互に前記折り返し部位により接続されて、全体として直列に接続され、
前記円形体を軸方向に見たときに、前記固着層は、前記第１抵抗線パターンの半径方向外側の前記折り返し部位と、前記第２抵抗線パターンの半径方向内側の前記折り返し部位とを避けた領域に位置する、トルク検出センサ。 A torque detection sensor that detects torque applied to a circular body,
a substrate having a conductor layer;
a fixing layer located between the substrate and the circular body;
Equipped with
The conductor layer includes an arcuate or annular first resistance wire pattern, and an arcuate or annular second resistance wire pattern,
The second resistance line pattern is located radially inner than the first resistance line pattern,
The first resistance wire pattern and the second resistance wire pattern each include a plurality of resistance wires inclined at a certain angle toward one side in the circumferential direction with respect to the radial direction of the circular body;
a plurality of folded parts connecting the ends of the plurality of resistance wires;
including;
The plurality of resistance wires are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the ends of the resistance wires adjacent to each other in the circumferential direction are alternately connected by the folded portions on both sides in the radial direction, and as a whole. connected in series,
When the circular body is viewed in the axial direction, the fixing layer avoids the folded portion on the radially outer side of the first resistance wire pattern and the folded portion on the radially inner side of the second resistance wire pattern. Torque detection sensor located in the area.
前記固着層は、前記軸方向に厚みを有する、トルク検出センサ。 The torque detection sensor according to claim 1,
In the torque detection sensor, the fixed layer has a thickness in the axial direction.
前記基板と前記円形体との間であって、前記円形体を軸方向にみたときに、前記固着層が位置しない領域に、スペーサが位置し、
前記スペーサは前記基板に対して固着されていない、トルク検出センサ。 The torque detection sensor according to claim 1 or 2,
A spacer is located between the substrate and the circular body in a region where the fixed layer is not located when the circular body is viewed in the axial direction,
A torque detection sensor in which the spacer is not fixed to the substrate.
前記固着層は、両面接着テープである、トルク検出センサ。 The torque detection sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
In the torque detection sensor, the fixing layer is a double-sided adhesive tape.
前記第１抵抗線パターンおよび前記第２抵抗線パターンは、ホイートストンブリッジ回路に組み込まれる、トルク検出センサ。 The torque detection sensor according to any one of claims 1 to 4 ,
A torque detection sensor in which the first resistance wire pattern and the second resistance wire pattern are incorporated into a Wheatstone bridge circuit.
前記ホイートストンブリッジ回路の出力信号に基づいて、前記円形体に掛かるトルクを検出する信号処理回路
を備える、トルク検出センサ。 The torque detection sensor according to claim 5 ,
A torque detection sensor comprising a signal processing circuit that detects torque applied to the circular body based on an output signal of the Wheatstone bridge circuit.
導体層を有する基板と、
前記基板と前記円形体との間に位置する、固着層および第２固着層と、
を備え、
前記導体層は、円弧状または円環状の第１抵抗線パターンと、円弧状または円環状の第２抵抗線パターンと、を含み、
前記第２抵抗線パターンは前記第１抵抗線パターンよりも半径方向内側に位置し、
前記第１抵抗線パターンおよび前記第２抵抗線パターンは、それぞれ
前記円形体の半径方向に対して周方向一方側に一定角度傾斜した複数の抵抗線と、
前記複数の抵抗線の端部同士を接続する複数の折り返し部位と、
を含み、
前記複数の抵抗線が、周方向に等間隔に配列されて、前記周方向に隣り合う前記抵抗線の端部同士が、前記半径方向の両側で交互に前記折り返し部位により接続されて、全体として直列に接続され、
前記円形体を軸方向に見たときに、前記固着層は、前記第１抵抗線パターンの半径方向外側の前記折り返し部位と、前記第２抵抗線パターンの半径方向内側の前記折り返し部位とを避けた領域に位置し、
前記円形体を軸方向に見たときに、前記第２固着層は、前記第１抵抗線パターンの半径方向外側の前記折り返し部位と、前記第２抵抗線パターンの半径方向内側の前記折り返し部位とに対向する領域に位置し、
前記第２固着層は、前記固着層よりも流動性が高い、トルク検出センサ。 A torque detection sensor that detects torque applied to a circular body,
a substrate having a conductor layer;
a fixed layer and a second fixed layer located between the substrate and the circular body;
Equipped with
The conductor layer includes an arcuate or annular first resistance wire pattern, and an arcuate or annular second resistance wire pattern,
The second resistance line pattern is located radially inner than the first resistance line pattern,
The first resistance wire pattern and the second resistance wire pattern each include a plurality of resistance wires inclined at a certain angle toward one side in the circumferential direction with respect to the radial direction of the circular body;
a plurality of folded parts connecting the ends of the plurality of resistance wires;
including;
The plurality of resistance wires are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the ends of the resistance wires adjacent to each other in the circumferential direction are alternately connected by the folded portions on both sides in the radial direction, and as a whole. connected in series,
When the circular body is viewed in the axial direction, the fixing layer avoids the folded portion on the radially outer side of the first resistance wire pattern and the folded portion on the radially inner side of the second resistance wire pattern. located in the area
When the circular body is viewed in the axial direction, the second fixed layer includes the folded portion on the outside in the radial direction of the first resistance wire pattern and the folded portion on the inside in the radial direction of the second resistance wire pattern. Located in an area opposite to
In the torque detection sensor, the second fixed layer has higher fluidity than the fixed layer .
前記円形体と、
を有する動力伝達装置。 The torque detection sensor according to any one of claims 1 to 7;
the circular body;
A power transmission device with
前記円形体は、
軸方向に筒状に延びる可撓性の筒状部と、
前記筒状部の外周面に設けられた複数の外歯と、
前記筒状部の軸方向の一方側から半径方向外側または半径方向内側へ向けて広がる平板状のダイヤフラム部と、
を有し、
前記基板は、前記ダイヤフラム部に固定される、動力伝達装置。 The power transmission device according to claim 8,
The circular body is
a flexible cylindrical portion extending in a cylindrical shape in the axial direction;
a plurality of external teeth provided on the outer peripheral surface of the cylindrical part;
a flat diaphragm portion that expands from one axial side of the cylindrical portion toward the radially outer side or the radially inner side;
has
The power transmission device, wherein the substrate is fixed to the diaphragm part.
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