(57)【要約】小型で高剛性をもち、高い生産効率が実現可能なトルクセンサを提供する。左側支持体（１０）と右側支持体（２０）との間に環状変形体（５０）を配置する。環状変形体（５０）の左側面の上下２箇所には、左側支持体（１０）の凸状部（１１，１２）が接合され、環状変形体（５０）の右側面の左右２箇所には、右側支持体（２０）の凸状部（２１，２２）が接合される。環状変形体（５０）には、４箇所に弾性変形を生じる検出部（Ｄ１〜Ｄ４）が設けられ、右側支持体（２０）に負荷がかかった状態で、左側支持体（１０）にＺ軸まわりのトルクが作用すると、各検出部（Ｄ１〜Ｄ４）の右側面は右側支持体（２０）の対向面に近づくか、遠ざかる。各検出部（Ｄ１〜Ｄ４）の右側面に変位電極、右側支持体（２０）の対向面に変位電極を形成して、４組の容量素子を構成し、その静電容量値の変動として作用したトルクを検出する。
2016121128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸（Ｚ）まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
前記回転軸（Ｚ）に直交する基本平面（ＸＹ）上に、前記回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路（Ｒ）を定義したときに、この基本環状路（Ｒ）に沿って伸びる環状変形体（５０；６０）と、
前記回転軸（Ｚ）が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の左側に隣接する位置に配置された左側支持体（１０）と、
前記基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の右側に隣接する位置に配置された右側支持体（２０）と、
前記環状変形体（５０；６０）の左側の側面上の左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）を、前記左側支持体（１０）に接続する左側接続部材（１１，１２；１６〜１９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の右側の側面上の右側接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）を、前記右側支持体（２０）に接続する右側接続部材（２１，２２；２６〜２９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の右側の側面の所定位置に固定された変位電極（Ｅ５０）と、前記右側支持体（２０）の前記変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された固定電極（Ｅ２０）と、によって構成される容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）と、
前記容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）の静電容量値の変動に基づいて、前記左側支持体（１０）および前記右側支持体（２０）の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した前記回転軸（Ｚ）まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路（１０１〜１０５）と、
を備え、
前記環状変形体（５０；６０）は、前記基本環状路（Ｒ）上に定義された検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）に位置する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）と、この検出部の両端に接続された連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）と、を有し、
前記検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部（５１；６１）と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部（５２；６２）と、前記第１の変形部および前記第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部（５３；６３）と、を有し、
前記第１の変形部（５１；６１）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第１の変形部（５１；６１）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、
前記変位電極（Ｅ５０）は、前記変位部（５３；６３）の前記右側支持体（２０）に対向する位置に固定され、
前記左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）および前記右側接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）は、前記連結部（Ｌ）に配置されており、前記基本平面（ＸＹ）への前記左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）の正射影投影像と前記基本平面（ＸＹ）への前記右側接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のトルクセンサにおいて、
基本環状路（Ｒ）上に複数ｎ個（ｎ≧２）の検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）が定義され、各検出点にそれぞれ検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が位置しており、環状変形体（５０；６０）が、ｎ個の検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）とｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）とを、基本環状路（Ｒ）に沿って交互に配置することにより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】
請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
基本環状路（Ｒ）上に偶数ｎ個（ｎ≧２）の検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）が定義され、各検出点にそれぞれ検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が位置しており、環状変形体（５０；６０）が、ｎ個の検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）とｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）とを、基本環状路（Ｒ）に沿って交互に配置することにより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のトルクセンサにおいて、
偶数ｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）に対して、基本環状路（Ｒ）に沿って順に番号を付与したときに、右側接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）が奇数番目の連結部に配置され、左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）が偶数番目の連結部に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝２に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１）、第１の検出部（Ｄ１）、第２の連結部（Ｌ２）、第２の検出部（Ｄ２）を、この順序で配置することにより環状変形体が構成されており、右側接続点（Ｐ２１）が第１の連結部（Ｌ１）に配置され、左側接続点（Ｐ１１）が第２の連結部（Ｌ２）に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項６】
請求項４に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝４に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１）、第１の検出部（Ｄ１）、第２の連結部（Ｌ２）、第２の検出部（Ｄ２）、第３の連結部（Ｌ３）、第３の検出部（Ｄ３）、第４の連結部（Ｌ４）、第４の検出部（Ｄ４）を、この順序で配置することにより環状変形体（５０）が構成されており、第１の右側接続点（Ｐ２１）が第１の連結部（Ｌ１）に配置され、第１の左側接続点（Ｐ１１）が第２の連結部（Ｌ２）に配置され、第２の右側接続点（Ｐ２２）が第３の連結部（Ｌ３）に配置され、第２の左側接続点（Ｐ１２）が第４の連結部（Ｌ４）に配置され、
左側接続部材（１１，１２）が、前記第１の左側接続点（Ｐ１１）と左側支持体（１０）とを接続する第１の左側接続部材（１１）と、前記第２の左側接続点（Ｐ１２）と左側支持体（１０）とを接続する第２の左側接続部材（１２）とを有し、
右側接続部材（２１，２２）が、前記第１の右側接続点（Ｐ２１）と右側支持体（２０）とを接続する第１の右側接続部材（２１）と、前記第２の右側接続点（Ｐ２２）と右側支持体（２０）とを接続する第２の右側接続部材（２２）とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項７】
請求項６に記載のトルクセンサにおいて、
基本平面上（ＸＹ）に、回転軸（Ｚ）との交点（Ｏ）を通り互いに直交する２直線（Ｘ，Ｙ）を引いた場合に、第１の左側接続点（Ｐ１１）および第２の左側接続点（Ｐ１２）の正射影投影像が第１の直線上（Ｙ）に配置され、第１の右側接続点（Ｐ２１）および第２の右側接続点（Ｐ２２）の正射影投影像が第２の直線上（Ｘ）に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項８】
請求項６に記載のトルクセンサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのトルクを検出するために、環状変形体（５０）が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、左側支持体（１０）がＺ軸負領域に配置され、右側支持体（２０）がＺ軸正領域に配置され、
環状変形体（５０）のＺ軸負側の側面上に第１の左側接続点（Ｐ１１）および第２の左側接続点（Ｐ１２）が設けられ、環状変形体（５０）のＺ軸正側の側面上に第１の右側接続点（Ｐ２１）および第２の右側接続点（Ｐ２２）が設けられ、
環状変形体（５０）の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の右側接続点（Ｐ２１）の投影像が正のＸ軸上、第２の右側接続点（Ｐ２２）の投影像が負のＸ軸上、第１の左側接続点（Ｐ１１）の投影像が正のＹ軸上、第２の左側接続点（Ｐ１２）の投影像が負のＹ軸上に配置されており、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義した場合に、第１の検出点（Ｑ１）が正のＶ軸上、第２の検出点（Ｑ２）が正のＷ軸上、第３の検出点（Ｑ３）が負のＶ軸上、第４の検出点（Ｑ４）が負のＷ軸上に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項９】
請求項４に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝８に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１１）、第１の検出部（Ｄ１１）、第２の連結部（Ｌ１２）、第２の検出部（Ｄ１２）、第３の連結部（Ｌ１３）、第３の検出部（Ｄ１３）、第４の連結部（Ｌ１４）、第４の検出部（Ｄ１４）、第５の連結部（Ｌ１５）、第５の検出部（Ｄ１５）、第６の連結部（Ｌ１６）、第６の検出部（Ｄ１６）、第７の連結部（Ｌ１７）、第７の検出部（Ｄ１７）、第８の連結部（Ｌ１８）、第８の検出部（Ｄ１８）を、この順序で配置することにより環状変形体（６０）が構成されており、第１の左側接続点（Ｐ１６）が第１の連結部（Ｌ１１）に配置され、第１の右側接続点（Ｐ２６）が第２の連結部（Ｌ１２）に配置され、第２の左側接続点（Ｐ１７）が第３の連結部（Ｌ１３）に配置され、第２の右側接続点（Ｐ２７）が第４の連結部（Ｌ１４）に配置され、第３の左側接続点（Ｐ１８）が第５の連結部（Ｌ１５）に配置され、第３の右側接続点（Ｐ２８）が第６の連結部（Ｌ１６）に配置され、第４の左側接続点（Ｐ１９）が第７の連結部（Ｌ１７）に配置され、第４の右側接続点（Ｐ２９）が第８の連結部（Ｌ１８）に配置され、
左側接続部材（１６〜１９）が、前記第１の左側接続点（Ｐ１６）と左側支持体（１０）とを接続する第１の左側接続部材（１６）と、前記第２の左側接続点（Ｐ１７）と左側支持体（１０）とを接続する第２の左側接続部材（１７）と、前記第３の左側接続点（Ｐ１８）と左側支持体（１０）とを接続する第３の左側接続部材（１８）と、前記第４の左側接続点（Ｐ１９）と左側支持体（１０）とを接続する第４の左側接続部材（１９）とを有し、
右側接続部材（２６〜２９）が、前記第１の右側接続点（Ｐ２６）と右側支持体（２０）とを接続する第１の右側接続部材（２６）と、前記第２の右側接続点（Ｐ２７）と右側支持体（２０）とを接続する第２の右側接続部材（２７）と、前記第３の右側接続点（Ｐ２８）と右側支持体（２０）とを接続する第３の右側接続部材（２８）と、前記第４の右側接続点（Ｐ２９）と右側支持体（２０）とを接続する第４の右側接続部材（２９）とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のトルクセンサにおいて、
基本平面（ＸＹ）上に、回転軸（Ｚ）との交点（Ｏ）を通り４５°ずつの角度偏差をもって交差する４直線（Ｘ，Ｖ，Ｙ，Ｗ）を引いた場合に、第１の左側接続点（Ｐ１６）および第３の左側接続点（Ｐ１８）の正射影投影像が第１の直線（Ｘ）上に配置され、第１の右側接続点（Ｐ２６）および第３の右側接続点（Ｐ２８）の正射影投影像が第２の直線（Ｖ）上に配置され、第２の左側接続点（Ｐ１７）および第４の左側接続点（Ｐ１９）の正射影投影像が第３の直線（Ｙ）上に配置され、第２の右側接続点（Ｐ２７）および第４の右側接続点（Ｐ２９）の正射影投影像が第４の直線（Ｗ）上に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１１】
請求項９に記載のトルクセンサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのトルクを検出するために、環状変形体（６０）が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、左側支持体（１０）がＺ軸負領域に配置され、右側支持体（２０）がＺ軸正領域に配置され、
環状変形体（６０）のＺ軸負側の側面上に第１〜第４の左側接続点（Ｐ１６〜Ｐ１９）が設けられ、環状変形体（６０）のＺ軸正側の側面上に第１〜第４の右側接続点（Ｐ２６〜Ｐ２９）が設けられ、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義し、環状変形体（６０）の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の左側接続点（Ｐ１６）の投影像が正のＸ軸上、第２の左側接続点（Ｐ１７）の投影像が正のＹ軸上、第３の左側接続点（Ｐ１８）の投影像が負のＸ軸上、第４の左側接続点（Ｐ１９）の投影像が負のＹ軸上に配置されており、第１の右側接続点（Ｐ２６）の投影像が正のＶ軸上、第２の右側接続点（Ｐ２７）の投影像が正のＷ軸上、第３の右側接続点（Ｐ２８）の投影像が負のＶ軸上、第４の右側接続点（Ｐ２９）の投影像が負のＷ軸上に配置されており、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを起点として、Ｘ軸正方向に対して反時計まわりに角度θをなす方位ベクトルＶｅｃ（θ）を定義したときに、第ｉ番目の検出点（１≦ｉ≦８）が、方位ベクトルＶｅｃ（π／８＋（ｉ−１）・π／４）と基本環状路（Ｒ）との交点位置に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１２】
請求項２〜１１のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
複数ｎ個の検出部（Ｄ）のうち、一部は第１属性の検出部であり、他の一部は第２属性の検出部であり、
前記第１属性の検出部を構成する第１属性変位部（５３；６３）は、第１の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体（２０）から遠ざかる方向に変位し、前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体（２０）に近づく方向に変位し、
前記第２属性の検出部を構成する第２属性変位部（５３；６３）は、前記第１の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体（２０）に近づく方向に変位し、前記第２の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体（２０）から遠ざかる方向に変位し、
前記第１属性変位部（５３；６３）に固定された第１属性変位電極（Ｅ５０）と、右側支持体（２０）の前記第１属性変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された第１属性固定電極（Ｅ２０）と、によって第１属性容量素子（Ｃ）が構成され、
前記第２属性変位部（５３；６３）に固定された第２属性変位電極（Ｅ５０）と、右側支持体（２０）の前記第２属性変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された第２属性固定電極（Ｅ２０）と、によって第２属性容量素子（Ｃ）が構成され、
検出回路（１０１〜１０５）が、前記第１属性容量素子の静電容量値と、前記第２属性容量素子の静電容量値と、の差に相当する電気信号を、作用したトルクを示す電気信号として出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
第１の変形部（５１；６１）、第２の変形部（５２；６２）、変位部（５３；６３）を有する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が、一方の連結部端部（Ｌ）と他方の連結部端部（Ｌ）との間に配置されており、
前記第１の変形部（５１；６１）は、可撓性を有する第１の板状片によって構成され、前記第２の変形部（５２；６２）は、可撓性を有する第２の板状片によって構成され、前記変位部（５３；６３）は、第３の板状片によって構成され、
前記第１の板状片（５１；６１）の外側端は、前記一方の連結部端部（Ｌ）に接続され、前記第１の板状片（５１；６１）の内側端は、前記第３の板状片（５３；６３）の一端に接続され、前記第２の板状片（５２；６２）の外側端は、前記他方の連結部端部（Ｌ）に接続され、前記第２の板状片（５２；６２）の内側端は、前記第３の板状片（５３；６３）の他端に接続されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のトルクセンサにおいて、
トルクが作用していない状態において、第３の板状片（５３；６３）と右側支持体（２０）の対向面とが平行を維持することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のトルクセンサにおいて、
検出点（Ｑ）の位置に基本平面（ＸＹ）に直交する法線（Ｎ）を立てたときに、当該検出点（Ｑ）に位置する検出部（Ｄ）を構成する第１の板状片（５１）および第２の板状片（５２）が、前記法線（Ｎ）に対して傾斜しており、かつ、第１の板状片（５１）の傾斜方向と第２の板状片（５２）の傾斜方向とが逆向きとなっていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２）を通り回転軸（Ｚ）に平行な接続参照線（Ａ）を定義したときに、環状変形体（５０）の連結部（Ｌ２，Ｌ４）の右側の側面と右側支持体（２０）の対向面との間に、前記接続参照線（Ａ）上もしくはその近傍に配置された補助接続部材（２３，２４）を更に設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のトルクセンサにおいて、
補助接続部材（２３，２４）として、接続参照線（Ａ）に沿った方向に力が作用したときに比べて、接続参照線（Ａ）に直交する方向に力が作用したときの方が、弾性変形を生じ易い部材を用いたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分、もしくは、右側支持体（２０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分、または、これら接続部分の双方を、ダイアフラム部（５０ｄ，２０ｄ）によって構成し、トルクの作用に基づく前記ダイアフラム部（５０ｄ，２０ｄ）の変形によって補助接続部材（２３Ａ）が接続参照線（Ａ）に対して傾斜するようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分をダイアフラム部（５０ｄ）によって構成し、
左側接続部材（１１Ａ，１１Ｐ）が、環状変形体（５０Ａ）の前記ダイアフラム部（５０ｄ）を避け、その周囲部分に接続されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側支持体（１０）および右側支持体（２０）として、中心部に貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ２０）を有する環状の構造体を用い、回転軸（Ｚ）に沿って、左側支持体（１０）、環状変形体（５０）、右側支持体（２０）の各貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ５０，Ｈ２０）を貫く挿通孔が確保されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０）が、回転軸（Ｚ）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部（Ｈ５０）を形成することにより得られる円環状の部材に対して、部分的な材料除去加工を施すことにより得られた部材であり、前記材料除去加工を施した部分によって検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側支持体（１０）および右側支持体（２０）が、回転軸（Ｚ）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ２０）を形成することにより得られる円環状の部材からなることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側接続部材（１１，１２）が、左側支持体（１０）の右側面から右方に突出した凸状部によって構成され、右側接続部材（２１，２２）が、右側支持体（２０）の左側面から左方に突出した凸状部によって構成され、各凸状部の頂面が環状変形体（５０）の各接続点（Ｑ１〜Ｑ４）の位置に接合されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
所定回転方向のトルクが作用した結果、固定電極（Ｅ２０）に対する変位電極（Ｅ５０）の相対位置が変化した場合にも、容量素子（Ｃ）を構成する一対の電極の実効対向面積が変化しないように、固定電極（Ｅ２０）および変位電極（Ｅ５０）のうちの一方の面積を他方の面積よりも大きく設定したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側支持体（１０）、右側支持体（２０）、環状変形体（５０）が導電性材料により構成されており、変位電極（Ｅ５０）が変位部（５３）の表面に絶縁層（Ｉ５０）を介して形成されており、固定電極（Ｅ２０）が右側支持体（２０）の表面に絶縁層（Ｉ２０）を介して形成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２６】
請求項１〜２４のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側支持体（１０）、右側支持体（２０）、環状変形体（５０）が導電性材料により構成されており、環状変形体（５０）の表面の一部の領域によって変位電極（Ｅ５０）を構成するか、もしくは、右側支持体（２０）の表面の一部の領域によって固定電極（Ｅ２０）を構成したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２７】
所定の回転軸（Ｚ）まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
前記回転軸（Ｚ）に直交する基本平面（ＸＹ）上に、前記回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路（Ｒ）を定義したときに、この基本環状路（Ｒ）に沿って伸びる環状変形体（５０；６０）と、
前記回転軸（Ｚ）が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の左側に隣接する位置に配置された作用支持体（１０）と、
前記基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の右側に隣接する位置に配置された固定支持体（２０）と、
前記環状変形体（５０；６０）の所定箇所に設けられた作用接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）を、前記作用支持体（１０）に接続する作用接続部材（１１，１２；１６〜１９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の所定箇所に設けられた固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）を、前記固定支持体（２０）に接続する固定接続部材（２１，２２；２６〜２９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の右側の側面の所定位置に固定された変位電極（Ｅ５０）と、前記固定支持体（２０）の前記変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された固定電極（Ｅ２０）と、によって構成される容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）と、
前記容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）の静電容量値の変動に基づいて、前記作用支持体（１０）および前記固定支持体（２０）の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した前記回転軸（Ｚ）まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路（１０１〜１０５）と、
を備え、
前記環状変形体（５０；６０）は、前記基本環状路（Ｒ）上に定義された検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）に位置する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）と、この検出部の両端に接続された連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）と、を有し、
前記検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部（５１；６１）と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部（５２；６２）と、前記第１の変形部および前記第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部（５３；６３）と、を有し、
前記第１の変形部（５１；６１）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第１の変形部（５１；６１）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、
前記変位電極（Ｅ５０）は、前記変位部（５３；６３）の前記固定支持体（２０）に対向する位置に固定され、
前記作用接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）および前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）は、前記連結部（Ｌ）に配置されており、前記基本平面（ＸＹ）への前記作用接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）の正射影投影像と前記基本平面（ＸＹ）への前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２８】
所定の回転軸（Ｚ）まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
前記回転軸（Ｚ）に直交する基本平面（ＸＹ）上に、前記回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路（Ｒ）を定義したときに、この基本環状路（Ｒ）に沿って伸びる環状変形体（５０；６０）と、
前記環状変形体（５０；６０）の外側もしくは内側に隣接する位置に配置された作用支持体（７０；８０）と、
前記回転軸（Ｚ）が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の右側に隣接する位置に配置された固定支持体（２０）と、
前記環状変形体（５０；６０）の所定箇所に設けられた作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）を、前記作用支持体（１０）に接続する作用接続部材（７１，７２；８１，８２）と、
前記環状変形体（５０；６０）の所定箇所に設けられた固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）を、前記固定支持体（２０）に接続する固定接続部材（２１，２２；２６〜２９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の右側の側面の所定位置に固定された変位電極（Ｅ５０）と、前記固定支持体（２０）の前記変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された固定電極（Ｅ２０）と、によって構成される容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）と、
前記容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）の静電容量値の変動に基づいて、前記作用支持体（１０）および前記固定支持体（２０）の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した前記回転軸（Ｚ）まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路（１０１〜１０５）と、
を備え、
前記環状変形体（５０；６０）は、前記基本環状路（Ｒ）上に定義された検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）に位置する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）と、この検出部の両端に接続された連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）と、を有し、
前記検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部（５１；６１）と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部（５２；６２）と、前記第１の変形部および前記第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部（５３；６３）と、を有し、
前記第１の変形部（５１；６１）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第１の変形部（５１；６１）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、
前記変位電極（Ｅ５０）は、前記変位部（５３；６３）の前記固定支持体（２０）に対向する位置に固定され、
前記作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）および前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）は、前記連結部（Ｌ）に配置されており、前記基本平面（ＸＹ）への前記作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）の正射影投影像と前記基本平面（ＸＹ）への前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２９】
所定の回転軸（Ｚ）まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
前記回転軸（Ｚ）に直交する基本平面（ＸＹ）上に、前記回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路（Ｒ）を定義したときに、この基本環状路（Ｒ）に沿って伸びる環状変形体（４０；５０；６０；９０）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）にトルクを作用させる作用支持体（１０；７０；８０）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）を固定する固定支持体（２０；１２０）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）の所定箇所に設けられた作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）を、前記作用支持体（１０；７０；８０）に接続する作用接続部材（７１〜７４；７６〜７９；８１，８２；８６〜８９）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）の所定箇所に設けられた固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）を、前記固定支持体（２０；１２０）に接続する固定接続部材（２１，２２；２６〜２９；１２１，１２２）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）に生じた弾性変形を検出する検出素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８；ｒ１〜ｒ４）と、
前記検出素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８；ｒ１〜ｒ４）の検出結果に基づいて、前記作用支持体（１０；７０；８０）および前記固定支持体（２０；１２０）の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した前記回転軸（Ｚ）まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路（１０１〜１０５；１０８）と、
を備え、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）は、前記基本環状路（Ｒ）上に定義された検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）に位置する検出部（Ｄ；ＤＢ；ＤＣ；ＤＤ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１’〜Ｄ４’；Ｄ１１〜Ｄ１８；Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓ）と、この検出部の両端に接続された連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）と、を有し、
前記作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）および前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）は、前記連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）に配置されており、前記基本平面（ＸＹ）への前記作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）の正射影投影像と前記基本平面（ＸＹ）への前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されており、
前記検出部（Ｄ；ＤＢ；ＤＣ；ＤＤ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１’〜Ｄ４’；Ｄ１１〜Ｄ１８；Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓ）は、前記作用接続点と前記固定接続点との間に力が作用したときに、作用した力に基づいて弾性変形を生じる弾性変形構造部を有し、前記検出素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８；ｒ１〜ｒ４）は、前記弾性変形構造部に生じた弾性変形を検出することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のトルクセンサにおいて、
検出部（Ｄ；ＤＢ；ＤＣ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１’〜Ｄ４’；Ｄ１１〜Ｄ１８；Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓ）が、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部（５１；６１；９１）と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部（５２；６２；９２）と、前記第１の変形部および前記第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部（５３；６３；９３）と、を有し、
前記第１の変形部（５１；６１；９１）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第１の変形部（５１；６１；９１）の内側端は前記変位部（５３；６３；９３）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２；９２）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２；９２）の内側端は前記変位部（５３；６３；９３）に接続されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３１】
請求項２９または３０に記載のトルクセンサにおいて、
検出素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）が、検出部（Ｄ；ＤＢ；ＤＣ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１’〜Ｄ４’；Ｄ１１〜Ｄ１８；Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓ）の所定位置に固定された変位電極（Ｅ５０；Ｅ９０；Ｅ５０１〜Ｅ５０４）と、作用支持体（７０）もしくは固定支持体（２０；１２０）の前記変位電極に対向する位置に固定された固定電極（Ｅ２０；Ｅ７０；Ｅ２０１〜Ｅ２０４）と、を有する容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）によって構成され、
前記変位電極は、前記検出部に生じた弾性変形に基づいて前記固定電極に対して変位を生じる位置に配置されており、
検出回路（１０１〜１０５）が、前記容量素子の静電容量値の変動に基づいて、作用したトルクを示す電気信号を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３２】
請求項２９に記載のトルクセンサにおいて、
検出部（ＤＤ）が、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる板状変形部（４１）を有し、前記板状変形部（４１）はその板面が基本環状路（Ｒ）に対して傾斜するように配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３３】
請求項３２に記載のトルクセンサにおいて、
検出素子が、検出部（ＤＤ）の弾性変形を生じる位置に固定されたストレインゲージ（ｒ１〜ｒ４）によって構成されており、
検出回路（１０８）が、前記ストレインゲージ（ｒ１〜ｒ４）の電気抵抗の変動に基づいて、作用したトルクを示す電気信号を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３４】
請求項３３に記載のトルクセンサにおいて、
検出素子が、板状変形部（４１）の連結部（Ｌ）に対する接続端近傍の両面に配置されたストレインゲージ（ｒ１〜ｒ４）によって構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３５】
請求項３４に記載のトルクセンサにおいて、
検出素子が、連結部（Ｌ）に対する第１の接続端近傍の表側の面および裏側の面にそれぞれ配置された第１のストレインゲージ（ｒ１）および第２のストレインゲージ（ｒ２）と、連結部（Ｌ）に対する第２の接続端近傍の表側の面および裏側の面にそれぞれ配置された第３のストレインゲージ（ｒ３）および第４のストレインゲージ（ｒ４）と、を有し、
検出回路が、前記第１のストレインゲージ（ｒ１）と前記第４のストレインゲージ（ｒ４）とを第１の対辺とし、前記第２のストレインゲージ（ｒ２）と前記第３のストレインゲージ（ｒ３）とを第２の対辺とするブリッジ回路（１０８）のブリッジ電圧を検出することを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサに関し、特に、所定の回転軸まわりに作用したトルクを電気信号として出力する機能をもったセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の回転軸まわりに作用したトルクを検出するトルクセンサは、様々な輸送機械や産業機械に広く利用されている。たとえば、下記の特許文献１には、トルクの作用によって生じた機械的な変形を歪みゲージによって検出するタイプのトルクセンサが開示されている。また、特許文献２には、シャフト表面にメッキ処理により磁歪膜を形成し、この磁歪膜の磁気特性の変化を測定することによりシャフトに作用したトルクを検出するセンサが開示されている。更に、特許文献３には、トーションバーの端部に磁気発生部を設け、この磁気発生部によって発生される磁気の磁束密度の変化を集磁リングを用いて検出するタイプのトルクセンサが開示されており、特許文献４には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように円筒状に多数の磁石を配置し、これら磁石によって生じる磁界を検出するタイプのトルクセンサが開示されている。
一方、トルクの作用により環状部材の形状を変形させ、この変形態様を電気的に検出するトルクセンサも提案されている。たとえば、特許文献５には、トルクの作用により環状部材の形状を径方向に変形させるリンク機構を用意し、環状部材の変形によってその径方向に加わる力を荷重センサで検出するトルクセンサが開示されており、特許文献６には、環状部材の各部の伸縮状態をストレーンゲージで検出するトルクセンサが開示されている。
また、たとえば、特許文献７，８には、構造体各部に生じる変位を電気的に検出する手段として、容量素子を用いる方法が開示されている。容量素子は、対向する一対の電極によって構成することができ、両電極間の距離を静電容量値として検出することができるので、センサ用の変位検出手段に適している。そこで、特許文献９には、トルクの作用により環状部材の形状を変形させ、この変形に起因して生じる各部の変位を容量素子によって検出するトルクセンサが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０５８３８８号公報
【特許文献２】特開２００７−０２４６４１号公報
【特許文献３】特開２００９−２４４１３４号公報
【特許文献４】特開２００６−２９２４２３号公報
【特許文献５】特開２０００−０１９０３５号公報
【特許文献６】特開昭６３−０７５６３３号公報
【特許文献７】特開２００９−２１０４４１号公報
【特許文献８】特開平０５−３１２６５９号公報
【特許文献９】国際公開第ＷＯ２０１２／０１８０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
産業界では、小型で高剛性をもち、構造が単純なトルクセンサが要求されている。特に、ロボットアームを用いて自動組立を行う産業機器では、アームの先端部に生じる力を監視し、これを制御することが不可欠である。このようなトルクフィードバック型の制御を安定して行うためには、電気的な観点において、信号処理の高速応答性を確保するとともに、機械的な観点において、センサ構造体に高い剛性を確保する必要がある。
このような観点において、上述した特許文献９に開示されているトルクセンサ（以下、本願では、「先願トルクセンサ」と呼ぶ）は、小型で高剛性をもったセンサとしての資質に恵まれている。この先願トルクセンサでは、弾性変形を生じる環状変形体の所定点が、左右両側に配置された支持体によって支持される。そして、環状変形体に生じた径方向の変形を容量素子の静電容量値の変化として検出する方法が採られる。具体的には、容量素子を構成する一方の電極（変位電極）を環状変形体の内側面もしくは外側面に形成し、これに対向する他方の電極（固定電極）を支持体に固定する構造を採用している。このため、小型で高剛性をもち、構造が単純なトルクセンサを実現することができる。
しかしながら、この先願トルクセンサでは、変位電極は、環状変形体の内側面もしくは外側面に形成すれば足りるが、固定電極は、この変位電極に対向した位置に支持固定する必要があるため、固定電極の構造は複雑にならざるを得ない。しかも、変位電極に対する固定電極の相対位置は、検出精度に影響を与える重大な要因になるため、固定電極の位置調整に多大な作業負担が必要になる。特に、複数の容量素子を対称性をもたせて配置し、これらを用いて差分検出を行う場合、個々の容量素子ごとに対向電極が平行になるようにするとともに、複数の容量素子についての電極間隔が互いに等しくなるような調整が必要になる。このため、商業的に利用する上では、生産効率が低下し、コストが高騰するという問題がある。
そこで本発明は、小型で高剛性をもち、高い生産効率が実現可能な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】
【０００５】
（１）  本発明の第１の態様は、所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する基本平面上に、回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路を定義したときに、この基本環状路に沿って伸びる環状変形体と、
回転軸が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、環状変形体の左側に隣接する位置に配置された左側支持体と、
基準観察方向から見たときに、環状変形体の右側に隣接する位置に配置された右側支持体と、
環状変形体の左側の側面上の左側接続点を、左側支持体に接続する左側接続部材と、
環状変形体の右側の側面上の右側接続点を、右側支持体に接続する右側接続部材と、
環状変形体の右側の側面の所定位置に固定された変位電極と、右側支持体の変位電極に対向する位置に固定された固定電極と、によって構成される容量素子と、
容量素子の静電容量値の変動に基づいて、左側支持体および右側支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した回転軸まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路と、
を設け、
環状変形体は、基本環状路上に定義された検出点に位置する検出部と、この検出部の両端に接続された連結部と、を有し、
検出部は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部と、第１の変形部および第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部と、を有し、
第１の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第１の変形部の内側端は変位部に接続され、第２の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第２の変形部の内側端は変位部に接続され、
変位電極は、変位部の右側支持体に対向する位置に固定され、
左側接続点および右側接続点は、連結部に配置されており、基本平面への左側接続点の正射影投影像と基本平面への右側接続点の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されるようにしたものである。
（２）  本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係るトルクセンサにおいて、
基本環状路上に複数ｎ個（ｎ≧２）の検出点が定義され、各検出点にそれぞれ検出部が位置しており、環状変形体が、ｎ個の検出部とｎ個の連結部とを、基本環状路に沿って交互に配置することにより構成されているようにしたものである。
（３）  本発明の第３の態様は、上述した第２の態様に係るトルクセンサにおいて、
基本環状路上に偶数ｎ個（ｎ≧２）の検出点が定義され、各検出点にそれぞれ検出部が位置しており、環状変形体が、ｎ個の検出部とｎ個の連結部とを、基本環状路に沿って交互に配置することにより構成されているようにしたものである。
（４）  本発明の第４の態様は、上述した第３の態様に係るトルクセンサにおいて、
偶数ｎ個の連結部に対して、基本環状路に沿って順に番号を付与したときに、右側接続点が奇数番目の連結部に配置され、左側接続点が偶数番目の連結部に配置されているようにしたものである。
（５）  本発明の第５の態様は、上述した第４の態様に係るトルクセンサにおいて、
ｎ＝２に設定することにより、基本環状路に沿って、第１の連結部、第１の検出部、第２の連結部、第２の検出部を、この順序で配置することにより環状変形体が構成されており、右側接続点が第１の連結部に配置され、左側接続点が第２の連結部に配置されているようにしたものである。
（６）  本発明の第６の態様は、上述した第４の態様に係るトルクセンサにおいて、
ｎ＝４に設定することにより、基本環状路に沿って、第１の連結部、第１の検出部、第２の連結部、第２の検出部、第３の連結部、第３の検出部、第４の連結部、第４の検出部を、この順序で配置することにより環状変形体が構成されており、第１の右側接続点が第１の連結部に配置され、第１の左側接続点が第２の連結部に配置され、第２の右側接続点が第３の連結部に配置され、第２の左側接続点が第４の連結部に配置され、
左側接続部材が、第１の左側接続点と左側支持体とを接続する第１の左側接続部材と、第２の左側接続点と左側支持体とを接続する第２の左側接続部材とを有し、
右側接続部材が、第１の右側接続点と右側支持体とを接続する第１の右側接続部材と、第２の右側接続点と右側支持体とを接続する第２の右側接続部材とを有するようにしたものである。
（７）  本発明の第７の態様は、上述した第６の態様に係るトルクセンサにおいて、
基本平面上に、回転軸との交点を通り互いに直交する２直線を引いた場合に、第１の左側接続点および第２の左側接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の右側接続点および第２の右側接続点の正射影投影像が第２の直線上に配置されているようにしたものである。
（８）  本発明の第８の態様は、上述した第６の態様に係るトルクセンサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのトルクを検出するために、環状変形体が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、左側支持体がＺ軸負領域に配置され、右側支持体がＺ軸正領域に配置され、
環状変形体のＺ軸負側の側面上に第１の左側接続点および第２の左側接続点が設けられ、環状変形体のＺ軸正側の側面上に第１の右側接続点および第２の右側接続点が設けられ、
環状変形体の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の右側接続点の投影像が正のＸ軸上、第２の右側接続点の投影像が負のＸ軸上、第１の左側接続点の投影像が正のＹ軸上、第２の左側接続点の投影像が負のＹ軸上に配置されており、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義した場合に、第１の検出点が正のＶ軸上、第２の検出点が正のＷ軸上、第３の検出点が負のＶ軸上、第４の検出点が負のＷ軸上に配置されているようにしたものである。
（９）  本発明の第９の態様は、上述した第４の態様に係るトルクセンサにおいて、
ｎ＝８に設定することにより、基本環状路に沿って、第１の連結部、第１の検出部、第２の連結部、第２の検出部、第３の連結部、第３の検出部、第４の連結部、第４の検出部、第５の連結部、第５の検出部、第６の連結部、第６の検出部、第７の連結部、第７の検出部、第８の連結部、第８の検出部を、この順序で配置することにより環状変形体が構成されており、第１の左側接続点が第１の連結部に配置され、第１の右側接続点が第２の連結部に配置され、第２の左側接続点が第３の連結部に配置され、第２の右側接続点が第４の連結部に配置され、第３の左側接続点が第５の連結部に配置され、第３の右側接続点が第６の連結部に配置され、第４の左側接続点が第７の連結部に配置され、第４の右側接続点が第８の連結部に配置され、
左側接続部材が、第１の左側接続点と左側支持体とを接続する第１の左側接続部材と、第２の左側接続点と左側支持体とを接続する第２の左側接続部材と、第３の左側接続点と左側支持体とを接続する第３の左側接続部材と、第４の左側接続点と左側支持体とを接続する第４の左側接続部材とを有し、
右側接続部材が、第１の右側接続点と右側支持体とを接続する第１の右側接続部材と、第２の右側接続点と右側支持体とを接続する第２の右側接続部材と、第３の右側接続点と右側支持体とを接続する第３の右側接続部材と、第４の右側接続点と右側支持体とを接続する第４の右側接続部材とを有するようにしたものである。
（１０）  本発明の第１０の態様は、上述した第９の態様に係るトルクセンサにおいて、
基本平面上に、回転軸との交点を通り４５°ずつの角度偏差をもって交差する４直線を引いた場合に、第１の左側接続点および第３の左側接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の右側接続点および第３の右側接続点の正射影投影像が第２の直線上に配置され、第２の左側接続点および第４の左側接続点の正射影投影像が第３の直線上に配置され、第２の右側接続点および第４の右側接続点の正射影投影像が第４の直線上に配置されているようにしたものである。
（１１）  本発明の第１１の態様は、上述した第９の態様に係るトルクセンサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのトルクを検出するために、環状変形体が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、左側支持体がＺ軸負領域に配置され、右側支持体がＺ軸正領域に配置され、
環状変形体のＺ軸負側の側面上に第１〜第４の左側接続点が設けられ、環状変形体のＺ軸正側の側面上に第１〜第４の右側接続点が設けられ、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義し、環状変形体の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の左側接続点の投影像が正のＸ軸上、第２の左側接続点の投影像が正のＹ軸上、第３の左側接続点の投影像が負のＸ軸上、第４の左側接続点の投影像が負のＹ軸上に配置されており、第１の右側接続点の投影像が正のＶ軸上、第２の右側接続点の投影像が正のＷ軸上、第３の右側接続点の投影像が負のＶ軸上、第４の右側接続点の投影像が負のＷ軸上に配置されており、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを起点として、Ｘ軸正方向に対して反時計まわりに角度θをなす方位ベクトルＶｅｃ（θ）を定義したときに、第ｉ番目の検出点（１≦ｉ≦８）が、方位ベクトルＶｅｃ（π／８＋（ｉ−１）・π／４）と基本環状路との交点位置に配置されているようにしたものである。
（１２）  本発明の第１２の態様は、上述した第２〜第１１の態様に係るトルクセンサにおいて、
複数ｎ個の検出部のうち、一部は第１属性の検出部であり、他の一部は第２属性の検出部であり、
第１属性の検出部を構成する第１属性変位部は、第１の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体から遠ざかる方向に変位し、第１の回転方向とは逆の第２の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体に近づく方向に変位し、
第２属性の検出部を構成する第２属性変位部は、第１の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体に近づく方向に変位し、第２の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体から遠ざかる方向に変位し、
第１属性変位部に固定された第１属性変位電極と、右側支持体の第１属性変位電極に対向する位置に固定された第１属性固定電極と、によって第１属性容量素子が構成され、
第２属性変位部に固定された第２属性変位電極と、右側支持体の第２属性変位電極に対向する位置に固定された第２属性固定電極と、によって第２属性容量素子が構成され、
検出回路が、第１属性容量素子の静電容量値と、第２属性容量素子の静電容量値と、の差に相当する電気信号を、作用したトルクを示す電気信号として出力するようにしたものである。
（１３）  本発明の第１３の態様は、上述した第１〜第１２の態様に係るトルクセンサにおいて、
第１の変形部、第２の変形部、変位部を有する検出部が、一方の連結部端部と他方の連結部端部との間に配置されており、
第１の変形部は、可撓性を有する第１の板状片によって構成され、第２の変形部は、可撓性を有する第２の板状片によって構成され、変位部は、第３の板状片によって構成され、
第１の板状片の外側端は、一方の連結部端部に接続され、第１の板状片の内側端は、第３の板状片の一端に接続され、第２の板状片の外側端は、他方の連結部端部に接続され、第２の板状片の内側端は、第３の板状片の他端に接続されているようにしたものである。
（１４）  本発明の第１４の態様は、上述した第１３の態様に係るトルクセンサにおいて、
トルクが作用していない状態において、第３の板状片と右側支持体の対向面とが平行を維持するようにしたものである。
（１５）  本発明の第１５の態様は、上述した第１４の態様に係るトルクセンサにおいて、
検出点の位置に基本平面に直交する法線を立てたときに、当該検出点に位置する検出部を構成する第１の板状片および第２の板状片が、法線に対して傾斜しており、かつ、第１の板状片の傾斜方向と第２の板状片の傾斜方向とが逆向きとなっているようにしたものである。
（１６）  本発明の第１６の態様は、上述した第１〜第１５の態様に係るトルクセンサにおいて、
左側接続点を通り回転軸に平行な接続参照線を定義したときに、環状変形体の連結部の右側の側面と右側支持体の対向面との間に、接続参照線上もしくはその近傍に配置された補助接続部材を更に設けるようにしたものである。
（１７）  本発明の第１７の態様は、上述した第１６の態様に係るトルクセンサにおいて、
補助接続部材として、接続参照線に沿った方向に力が作用したときに比べて、接続参照線に直交する方向に力が作用したときの方が、弾性変形を生じ易い部材を用いるようにしたものである。
（１８）  本発明の第１８の態様は、上述した第１６または第１７の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の補助接続部材に対する接続部分、もしくは、右側支持体の補助接続部材に対する接続部分、または、これら接続部分の双方を、ダイアフラム部によって構成し、トルクの作用に基づくダイアフラム部の変形によって補助接続部材が接続参照線に対して傾斜するようにしたものである。
（１９）  本発明の第１９の態様は、上述した第１８の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の補助接続部材に対する接続部分をダイアフラム部によって構成し、
左側接続部材が、環状変形体のダイアフラム部を避け、その周囲部分に接続されるようにしたものである。
（２０）  本発明の第２０の態様は、上述した第１〜第１９の態様に係るトルクセンサにおいて、
左側支持体および右側支持体として、中心部に貫通開口部を有する環状の構造体を用い、回転軸に沿って、左側支持体、環状変形体、右側支持体の各貫通開口部を貫く挿通孔が確保されるようにしたものである。
（２１）  本発明の第２１の態様は、上述した第１〜第２０の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体が、回転軸を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部を形成することにより得られる円環状の部材に対して、部分的な材料除去加工を施すことにより得られた部材であり、材料除去加工を施した部分によって検出部が構成されるようにしたものである。
（２２）  本発明の第２２の態様は、上述した第１〜第２１の態様に係るトルクセンサにおいて、
左側支持体および右側支持体が、回転軸を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部を形成することにより得られる円環状の部材からなるようにしたものである。
（２３）  本発明の第２３の態様は、上述した第１〜第２２の態様に係るトルクセンサにおいて、
左側接続部材が、左側支持体の右側面から右方に突出した凸状部によって構成され、右側接続部材が、右側支持体の左側面から左方に突出した凸状部によって構成され、各凸状部の頂面が環状変形体の各接続点の位置に接合されているようにしたものである。
（２４）  本発明の第２４の態様は、上述した第１〜第２３の態様に係るトルクセンサにおいて、
所定回転方向のトルクが作用した結果、固定電極に対する変位電極の相対位置が変化した場合にも、容量素子を構成する一対の電極の実効対向面積が変化しないように、固定電極および変位電極のうちの一方の面積を他方の面積よりも大きく設定したものである。
（２５）  本発明の第２５の態様は、上述した第１〜第２４の態様に係るトルクセンサにおいて、
左側支持体、右側支持体、環状変形体が導電性材料により構成されており、変位電極が変位部の表面に絶縁層を介して形成されており、固定電極が右側支持体の表面に絶縁層を介して形成されているようにしたものである。
（２６）  本発明の第２６の態様は、上述した第１〜第２４の態様に係るトルクセンサにおいて、
左側支持体、右側支持体、環状変形体が導電性材料により構成されており、環状変形体の表面の一部の領域によって変位電極を構成するか、もしくは、右側支持体の表面の一部の領域によって固定電極を構成したものである。
（２７）  本発明の第２７の態様は、所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する基本平面上に、回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路を定義したときに、この基本環状路に沿って伸びる環状変形体と、
回転軸が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、環状変形体の左側に隣接する位置に配置された作用支持体と、
基準観察方向から見たときに、環状変形体の右側に隣接する位置に配置された固定支持体と、
環状変形体の所定箇所に設けられた作用接続点を、作用支持体に接続する作用接続部材と、
環状変形体の所定箇所に設けられた固定接続点を、固定支持体に接続する固定接続部材と、
環状変形体の右側の側面の所定位置に固定された変位電極と、固定支持体の変位電極に対向する位置に固定された固定電極と、によって構成される容量素子と、
容量素子の静電容量値の変動に基づいて、作用支持体および固定支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した回転軸まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路と、
を設け、
環状変形体は、基本環状路上に定義された検出点に位置する検出部と、この検出部の両端に接続された連結部と、を有し、
検出部は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部と、第１の変形部および第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部と、を有し、
第１の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第１の変形部の内側端は変位部に接続され、第２の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第２の変形部の内側端は変位部に接続され、
変位電極は、変位部の固定支持体に対向する位置に固定され、
作用接続点および固定接続点は、連結部に配置されており、基本平面への作用接続点の正射影投影像と基本平面への固定接続点の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されるようにしたものである。
（２８）  本発明の第２８の態様は、所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する基本平面上に、回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路を定義したときに、この基本環状路に沿って伸びる環状変形体と、
環状変形体の外側もしくは内側に隣接する位置に配置された作用支持体と、
回転軸が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、環状変形体の右側に隣接する位置に配置された固定支持体と、
環状変形体の所定箇所に設けられた作用接続点を、作用支持体に接続する作用接続部材と、
環状変形体の所定箇所に設けられた固定接続点を、固定支持体に接続する固定接続部材と、
環状変形体の右側の側面の所定位置に固定された変位電極と、固定支持体の変位電極に対向する位置に固定された固定電極と、によって構成される容量素子と、
容量素子の静電容量値の変動に基づいて、作用支持体および固定支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した回転軸まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路と、
を設け、
環状変形体は、基本環状路上に定義された検出点に位置する検出部と、この検出部の両端に接続された連結部と、を有し、
検出部は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部と、第１の変形部および第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部と、を有し、
第１の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第１の変形部の内側端は変位部に接続され、第２の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第２の変形部の内側端は変位部に接続され、
変位電極は、変位部の固定支持体に対向する位置に固定され、
作用接続点および固定接続点は、連結部に配置されており、基本平面への作用接続点の正射影投影像と基本平面への固定接続点の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されるようにしたものである。
（２９）  本発明の第２９の態様は、所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する基本平面上に、回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路を定義したときに、この基本環状路に沿って伸びる環状変形体と、
環状変形体にトルクを作用させる作用支持体と、
環状変形体を固定する固定支持体と、
環状変形体の所定箇所に設けられた作用接続点を、作用支持体に接続する作用接続部材と、
環状変形体の所定箇所に設けられた固定接続点を、固定支持体に接続する固定接続部材と、
環状変形体に生じた弾性変形を検出する検出素子と、
検出素子の検出結果に基づいて、作用支持体および固定支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した回転軸まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路と、
を設け、
環状変形体は、基本環状路上に定義された検出点に位置する検出部と、この検出部の両端に接続された連結部と、を有し、
作用接続点および固定接続点は、連結部に配置されており、基本平面への作用接続点の正射影投影像と基本平面への固定接続点の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されており、
検出部は、作用接続点と固定接続点との間に力が作用したときに、作用した力に基づいて弾性変形を生じる弾性変形構造部を有し、検出素子は、弾性変形構造部に生じた弾性変形を検出するようにしたものである。
（３０）  本発明の第３０の態様は、上述した第２９の態様に係るトルクセンサにおいて、
検出部が、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部と、第１の変形部および第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部と、を有し、
第１の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第１の変形部の内側端は変位部に接続され、第２の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第２の変形部の内側端は変位部に接続されているようにしたものである。
（３１）  本発明の第３１の態様は、上述した第２９または第３０の態様に係るトルクセンサにおいて、
検出素子が、検出部の所定位置に固定された変位電極と、作用支持体もしくは固定支持体の変位電極に対向する位置に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成され、
変位電極は、検出部に生じた弾性変形に基づいて固定電極に対して変位を生じる位置に配置されており、
検出回路が、容量素子の静電容量値の変動に基づいて、作用したトルクを示す電気信号を出力するようにしたものである。
（３２）  本発明の第３２の態様は、上述した第２９の態様に係るトルクセンサにおいて、
検出部が、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる板状変形部を有し、この板状変形部はその板面が基本環状路に対して傾斜するように配置されているようにしたものである。
（３３）  本発明の第３３の態様は、上述した第３２の態様に係るトルクセンサにおいて、
検出素子が、検出部の弾性変形を生じる位置に固定されたストレインゲージによって構成されており、
検出回路が、ストレインゲージの電気抵抗の変動に基づいて、作用したトルクを示す電気信号を出力するようにしたものである。
（３４）  本発明の第３４の態様は、上述した第３３の態様に係るトルクセンサにおいて、
検出素子が、板状変形部の連結部に対する接続端近傍の両面に配置されたストレインゲージによって構成されているようにしたものである。
（３５）  本発明の第３５の態様は、上述した第３４の態様に係るトルクセンサにおいて、
検出素子が、連結部に対する第１の接続端近傍の表側の面および裏側の面にそれぞれ配置された第１のストレインゲージおよび第２のストレインゲージと、連結部に対する第２の接続端近傍の表側の面および裏側の面にそれぞれ配置された第３のストレインゲージおよび第４のストレインゲージと、を有し、
検出回路が、第１のストレインゲージと第４のストレインゲージとを第１の対辺とし、第２のストレインゲージと第３のストレインゲージとを第２の対辺とするブリッジ回路のブリッジ電圧を検出するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るトルクセンサでは、回転軸が挿通する貫通開口部を有する環状変形体を利用してトルク検出が行われる。この環状変形体の左右両脇には、左側支持体と右側支持体とが配置され、それぞれが異なる接続点に接合される。このため、一方の支持体に負荷がかかった状態で、他方の支持体にトルクが加わると、環状変形体に歪みが生じることになる。この環状変形体の所定箇所には検出部が設けられており、この検出部は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる一対の変形部と、これら一対の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部と、を有している。トルクが作用すると、変位部に変位が生じ、右側支持体に対する距離が変化する。本発明では、この距離の変化を容量素子の静電容量値によって検出できる。すなわち、変位部に固定された変位電極と、この変位電極に対向する位置に配置され右側支持体に固定された固定電極と、によって構成される容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、環状変形体の変形態様を認識することができ、作用したトルクの検出が可能になる。
環状変形体、左側支持体、右側支持体は、軸方向の厚みが小さな扁平構造体によって構成することができるので、センサ全体の軸長を短く設定することが可能になる。また、環状変形体の検出部の歪みによってトルク検出が行われるので、検出部としては、弾性変形を生じる材質を用いる必要があるものの、環状変形体としては、比較的高い剛性をもった材質を利用しても、高精度の検出が可能になる。更に、環状変形体の形状の歪みは、変位部に固定された変位電極と、これに対向するように右側支持体に固定された固定電極と、によって構成された容量素子によって検出できるので、構造も単純化され、固定電極の位置調整も容易に行うことができる。このため、小型で高剛性をもち、高い生産効率が実現可能なトルクセンサを提供することが可能になる。
特に、環状変形体の上下の２箇所を左側支持体に接合し、左右の２箇所を右側支持体に接合して、各接続点が９０°ずつずれるようにすれば、トルクの作用によって、環状変形体を効率的に変形させることができる。各接続点が４５°ずつずれるようにして、４箇所を左側支持体に接合し、４箇所を右側支持体に接合するようにしても同様である。
また、同じトルクが作用した場合に、電極間隔が広がる容量素子と電極間隔が狭まる容量素子とを用いて、両静電容量値の差分として、作用したトルクを検出するようにすれば、同相ノイズやゼロ点ドリフトを抑えた安定したトルク検出が可能になる。温度による各部の膨張の影響を相殺して、精度の高い検出値を得るのにも貢献できる。更に、他軸成分の干渉を排除した正確な検出値を得ることもできる。
本発明に係るトルクセンサでは、環状変形体だけでなく、左側支持体および右側支持体にも、回転軸を挿通する貫通開口部を形成することが可能である。これにより、回転軸に沿って、左側支持体、環状変形体、右側支持体の各貫通開口部を貫く挿通孔を確保することができ、内部が中空となる構造を採ることができる。したがって、本発明に係るトルクセンサを、ロボットアームの関節部分に組み込んで利用する場合、この中空部分に減速機などを配置することができ、総合的に省スペースのロボットアームを設計することが可能になる。
また、環状変形体の連結部の右側の側面と右側支持体の対向面との間に、補助接続部材を設けるようにすれば、検出対象となる所定の回転軸まわりのトルク（回転モーメント）以外の干渉成分の影響を抑制することが可能になるので、他軸成分の干渉に起因する誤差を低減し、より精度の高い検出が可能になる。
なお、左側支持体および右側支持体の代わりに、作用支持体および固定支持体を用いるようにし、固定支持体を、右側支持体と同様に環状変形体の右側に配置し、作用支持体を、環状変形体の外側もしくは内側に配置するようにしても、ほぼ同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、先願トルクセンサの基本構造部の分解斜視図である。
図２は、図１に示す３つの構成要素を相互に接合することにより得られる先願トルクセンサの基本構造部の側面図である。
図３は、図２に示す基本構造部をＹＺ平面で切断した側断面図である。
図４は、図１に示す左側支持体１０および凸状部１１，１２を図１の右方向から見た正面図である。
図５は、図１に示す環状変形体３０を図１の右方向から見た正面図である。
図６は、図１に示す右側支持体２０および凸状部２１，２２を図１の右方向から見た正面図である。
図７は、図２に示す基本構造部をＸＹ平面で切断し、図２の左方向から見た断面図である。
図８は、図２に示す基本構造部にＺ軸正まわりのトルクが作用したときの変形状態を示すＸＹ平面での断面図である（図２に示す基本構造部をＸＹ平面で切断し、図２の左方向から見た断面図である。破線は変形前の状態を示す）。
図９は、内周面に変位電極Ｅ３１，Ｅ３２を形成した状態の環状変形体３０を、図２の左方向から見た平面図である。
図１０は、固定電極Ｅ２１，Ｅ２２を取り付けた状態の右側支持体２０を、図２の左方向から見た平面図である。
図１１は、図１０に示す右側支持体２０の側面図である。
図１２は、図３に示す基本構造部に変位電極および固定電極を付加した構造体をＶＺ平面で切断した側断面図である（図１２の上方は、図９および図１０に示すＶ軸方向）。
図１３は、図２に示す基本構造部に上述した変位電極および固定電極を付加した構造体をＸＹ平面で切断し、図２の左方向から見た断面図である。
図１４は、図１３に示す基本構造部に対して、Ｚ軸正まわりのトルクが作用したときの状態を示す断面図である（破線は変形前の状態を示す）。
図１５は、本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサの基本構造部の分解斜視図である。
図１６は、図１５に示す３つの構成要素を相互に接合することにより得られる本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサの基本構造部の側面図である。
図１７は、図１５に示す環状変形体５０を図１５の右方向から見た正面図である。
図１８は、図１５に示す環状変形体５０の各検出点および各接続点の配置を示すＸＹ平面上への投影図（右側支持体２０側から見た図：環状変形体５０は輪郭のみを示す）である。
図１９は、図１５に示す環状変形体５０の検出部Ｄ１〜Ｄ４（代表して符号Ｄで示す）の詳細構造を示す部分断面図である。
図２０は、図１５に示す環状変形体５０の検出部Ｄ１〜Ｄ４（代表して符号Ｄで示す）およびこれに対向する右側支持体２０の所定部分に電極を設けた詳細構造を示す部分断面図である。
図２１は、図１５に示す基本構造部における左側支持体１０に、Ｚ軸正まわりのトルク＋Ｍｚが作用したときの変形状態を示すＸＹ平面での断面図である（図１５に示す基本構造部をＸＹ平面で切断し、図１５の右方向から見た断面図である。破線は変形前の状態を示す）。
図２２は、図２１に示す変形が生じたときの各検出部の挙動を示す表である。
図２３は、図１５に示す基本的実施形態に係るトルクセンサに用いる検出回路の一例を示す回路図である。
図２４は、固定電極に対する変位電極の相対位置が変化した場合にも、容量素子の実効面積を一定に維持する原理を示す図である。
図２５は、図１６に示す基本構造部における左側支持体１０に、各軸方向の力もしくは各軸まわりのモーメントが作用したときの各容量素子の電極間距離の具体的な変位量の実例を示す表である。
図２６は、図２５に示す表に基づいて作成した各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表である。
図２７は、図１５に示す基本構造部における左側支持体１０に、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの変形状態を示すＸＹ平面での断面図である（図１５に示す基本構造部をＸＹ平面で切断し、図１５の右方向から見た断面図である。破線は変形前の状態を示す）。
図２８は、図１５に示す基本構造部における左側支持体１０に、Ｘ軸正まわりのモーメント＋Ｍｘが作用したときの変形状態を示す側面図である。
図２９は、補助接続部材を付加した本発明の変形例に係るトルクセンサの基本構造部の分解斜視図である。
図３０は、図２９に示す３つの構成要素を相互に接合することにより得られるトルクセンサの基本構造部の側面図である。
図３１は、図２９に示す環状変形体５０に補助接続部材２３，２４を接合した状態を、図２９の右方向から見た正面図である。
図３２は、図２９に示す基本構造部における補助接続部材２３の近傍構造を示す部分断面図である。
図３３は、図３２に示す補助接続部材の近傍構造の変形例を示す部分断面図である。
図３４は、図２９に示す補助接続部材を付加した変形例における左側支持体１０に、各軸方向の力もしくは各軸まわりのモーメントが作用したときの各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表である。
図３５は、８組の検出部を用いる本発明の変形例に係るトルクセンサの環状変形体６０の正面図（右側支持体２０側から見た図）である。
図３６は、図３５に示す環状変形体６０の検出部および連結部の配置を示す平面図である（ハッチングは、検出部の領域を示すものであり、断面を示すものではない）。
図３７は、図３５に示す環状変形体６０の各検出点および各接続点の配置を示すＸＹ平面上への投影図（右側支持体２０側から見た図：環状変形体６０は輪郭のみを示す）である。
図３８は、図３５に示す８組の検出部を用いる変形例における左側支持体１０に、各軸方向の力もしくは各軸まわりのモーメントが作用したときの各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表である。
図３９は、図３５に示す８組の検出部を用いる変形例において、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ（検出対象となるトルク）を算出するための式のバリエーションを示す図である。
図４０は、図３５に示す８組の検出部を用いる変形例に、更に、補助接続部材を付加したトルクセンサにおける左側支持体１０に、各軸方向の力もしくは各軸まわりのモーメントが作用したときの各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表である。
図４１は、本発明における検出部の構造のバリエーションを示す部分断面図である。
図４２は、本発明に利用可能な正方形状の環状変形体６０Ｓの正面図（右側支持体２０側から見た図）である。
図４３は、図４２に示す正方形状の環状変形体６０Ｓの検出部および連結部の配置を示す平面図である（ハッチングは、検出部の領域を示すものであり、断面を示すものではない）。
図４４は、図４３に示す正方形状の環状変形体６０Ｓの各検出点および各接続点の配置を示すＸＹ平面上への投影図（右側支持体２０側から見た図：環状変形体６０Ｓは輪郭のみを示す）である。
図４５は、環状変形体５０を作用支持体７０によって外側から支持する変形例の基本構造部の側面図（作用支持体７０の部分は断面を示す）である。
図４６は、図４５に示す環状変形体５０および作用支持体７０を図４５の右方向から見た正面図である。
図４７は、環状変形体５０を作用支持体８０によって内側から支持する変形例の基本構造部をＹＺ平面で切断した側断面図である。
図４８は、図４７に示す環状変形体５０および作用支持体８０を図４７の右方向から見た正面図である。
図４９は、図３５に示す環状変形体６０を作用支持体７０によって外側から支持した状態を右方向からみた正面図である。
図５０は、図３５に示す環状変形体６０を作用支持体８０によって内側から支持した状態を右方向からみた正面図である。
図５１は、変位部９３が外側を向くように配置された検出部Ｄ１’〜Ｄ４’を有する環状変形体９０およびその外側に配置された作用支持体７０を示す平面図（上段の図）およびこれらに固定支持体１２０を付加することにより構成される基本構造部をＸＺ平面で切断した側断面図（下段の図）である。
図５２は、より単純な構造をもった検出部ＤＤを構成する板状変形部４１の弾性変形の態様を示す部分断面図である。
図５３は、図５２（ａ）示す検出部ＤＤに生じた弾性変形を検出する検出素子としてストレインゲージを用いた例を示す側面図（図（ａ））および平面図（図（ｂ））である。
図５４は、図５３に示す４組のストレインゲージの検出結果に基づいて電気信号を出力するブリッジ回路を示す回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。なお、本発明は、前掲の特許文献９（国際公開第ＷＯ２０１２／０１８０３１号公報）に開示されている先願トルクセンサを改良した発明である。そこで、説明の便宜上、まず、以下の§１〜§３において、先願トルクセンサについての説明を行い、本発明の特徴については、§４以降で述べることにする。
＜＜＜  §１．  先願トルクセンサの基本構造部の特徴  ＞＞＞
図１は、先願トルクセンサの基本構造部の分解斜視図である。図示のように、この基本構造部は、左側支持体１０と右側支持体２０との間に、環状変形体３０を配置し、これら３つの構成要素を相互に接合することによって構成される。ここでは、便宜上、図示のとおりＸＹＺ三次元座標系を定義して、以下の説明を行うことにする。ここで、図の水平方向に描かれたＺ軸が、検出対象となるトルクの回転軸に相当し、このトルクセンサは、この回転軸まわり（Ｚ軸まわり）のトルクを検出する機能を果たすことになる。
図の中央に配置された環状変形体３０は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる材質からなり、その内部には、回転軸（Ｚ軸）が挿通する貫通開口部Ｈ３０が形成されている。一方、図の左側に配置された左側支持体１０は、環状変形体３０の左側面を支持する部材であり、図の右側に配置された右側支持体２０は、環状変形体３０の右側面を支持する部材である。図示する先願トルクセンサの場合、左側支持体１０は、回転軸（Ｚ軸）が挿通する貫通開口部Ｈ１０が形成された環状部材であり、右側支持体２０は、回転軸（Ｚ軸）が挿通する貫通開口部Ｈ２０が形成された環状部材である。
なお、一般に右側および左側という概念は、特定の観察方向から見た場合にのみ意味をもつ概念であるが、ここでは説明の便宜上、図１に示すとおり、回転軸（Ｚ軸）が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向（右方向がＺ軸の正方向となるような観察方向）から見たときに、環状変形体３０の左側に隣接する位置に配置された支持体を左側支持体１０と呼び、環状変形体３０の右側に隣接する位置に配置された支持体を右側支持体２０と呼ぶことにする。
ここでは、環状変形体３０の中心位置にＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを定義しており、左側支持体１０，環状変形体３０，右側支持体２０は、いずれもＺ軸を中心軸とする円環状の部材によって構成されている。より具体的には、環状変形体３０は、Ｚ軸（回転軸）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部Ｈ３０を形成することにより得られる円環状の部材からなる。同様に、左側支持体１０および右側支持体２０も、Ｚ軸（回転軸）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部Ｈ１０，Ｈ２０を形成することにより得られる円環状の部材からなる。
一方、左側支持体１０の右側面には、右方に突出した２つの扇形の凸状部１１，１２が設けられており、この凸状部１１，１２の頂面が環状変形体３０の左側面に接合されている。図示のとおり、凸状部１１は環状変形体３０の上部（Ｙ軸正方向に位置する部分）に接合され、凸状部１２は環状変形体３０の下部（Ｙ軸負方向に位置する部分）に接合される。同様に、右側支持体２０の左側面には、左方に突出した２つの扇形の凸状部２１，２２が設けられており、この凸状部２１，２２の頂面が環状変形体３０の右側面に接合されている。図示のとおり、凸状部２１は環状変形体３０の奥の部分（Ｘ軸正方向に位置する部分）に接合され、凸状部２２は環状変形体３０の手前の部分（Ｘ軸負方向に位置する部分）に接合される。
図２は、図１に示す３つの構成要素を相互に接合することにより得られるトルクセンサの基本構造部の側面図であり、図３は、この基本構造部をＹＺ平面で切断した側断面図である。ここに示す例の場合、図３に示すとおり、凸状部１１，１２は、左側支持体１０と一体となった構造体であり、その頂面が環状変形体３０の左側面に接合されている。同様に、凸状部２１，２２は、右側支持体２０と一体となった構造体であり、その頂面が環状変形体３０の右側面に接合されている。
結局、凸状部１１，１２は、環状変形体３０の左側支持体１０に対向する左側の側面上の左側接続点を、左側支持体１０に接続する左側接続部材として機能し、凸状部２１，２２は、環状変形体３０の右側支持体２０に対向する右側の側面上の右側接続点を、右側支持体２０に接続する右側接続部材として機能する。
図４は、左側支持体１０および凸状部１１，１２を図１の右方向から見た正面図、図５は、環状変形体３０を図１の右方向から見た正面図、図６は、右側支持体２０および凸状部２１，２２を図１の右方向から見た正面図である。図４において、凸状部１１，１２の中心位置に白ドットで示されている点Ｐ１１，Ｐ１２は左側接続点であり、§２において、環状変形体３０に対する接続位置を説明するために用いられる。同様に、図６において、凸状部２１，２２の中心位置に黒ドットで示されている点Ｐ２１，Ｐ２２は右側接続点であり、やはり§２において、環状変形体３０に対する接続位置を説明するために用いられる。
なお、図４に示す部品（左側支持体１０および凸状部１１，１２）と図６に示す部品（右側支持体２０および凸状部２１，２２）とは、実際には、全く同一のものにするのが好ましい。この場合、図４に示す部品をＹ軸を回転軸として１８０°回転させて裏返し、更に、Ｚ軸を回転軸として９０°回転させれば、図６に示す部品に完全に一致する。したがって、実際には、図４に示す部品を２組用意し、図５に示す部品を１組用意すれば、図２に示す基本構造部を構成することができる。
図５に示すとおり、環状変形体３０には、円形の貫通開口部Ｈ３０が設けられているが、これは、検出に必要な弾性変形を生じさせるためのものである。後述するように、この基本構造部に検出対象となるトルクが作用した場合、環状変形体３０は楕円形に変形する必要がある。このような環状変形体３０の弾性変形のしやすさは、センサの検出感度を左右するパラメータになる。弾性変形しやすい環状変形体３０を用いれば、微小なトルクでも検出可能な感度の高いセンサを実現することができるが、検出可能なトルクの最大値は抑制されることになる。逆に、弾性変形しにくい環状変形体３０を用いれば、検出可能なトルクの最大値を大きくとることができるが、感度は低下するため、微小なトルクの検出はできなくなる。
環状変形体３０の弾性変形のしやすさは、Ｚ軸方向の厚み（薄くするほど弾性変形しやすい）および貫通開口部Ｈ３０の径（大きくするほど弾性変形しやすい）に依存して決まり、更に、その材質にも依存して決まる。したがって、実用上は、トルクセンサの用途に応じて、環状変形体３０の各部の寸法や材質を適宜選択すればよい。
一方、左側支持体１０および右側支持体２０は、トルクを検出する原理上、弾性変形を生じる部材である必要はない。むしろ、作用したトルクが環状変形体３０の変形に１００％寄与するようにするためには、左側支持体１０および右側支持体２０は、完全な剛体である方が好ましい。図示の例において、左側支持体１０および右側支持体２０として、中心部に貫通開口部Ｈ１０，Ｈ２０を有する環状の構造体を用いた理由は、弾性変形しやすくするためではなく、回転軸（Ｚ軸）に沿って、左側支持体１０、環状変形体３０、右側支持体２０の各貫通開口部Ｈ１０，Ｈ３０，Ｈ２０を貫く挿通孔が確保されるようにするためである。
図３の側断面図を見れば明らかなように、この基本構造部は、内部が中空となる構造を採っている。このような中空部分を有するトルクセンサを、ロボットアームの関節部分に組み込んで利用する場合、この中空部分に減速機などを配置することができ、総合的に省スペースのロボットアームを設計することが可能になる。これは、中実丸棒形状をしたトーションバーのねじれを利用する従来型のトルクセンサでは実現困難であった利点のひとつである。
このように、先願トルクセンサでは、環状変形体３０は、トルク検出に必要な程度の弾性変形を生じる材質で構成する必要があるが、左側支持体１０および右側支持体２０は、弾性変形を生じる必要はなく、むしろ剛性の高い材質を用いて構成するのが好ましい。実用上、左側支持体１０，右側支持体２０，環状変形体３０の材料としては、絶縁材料を利用するのであれば、プラスチックなどの合成樹脂を用いれば十分であり、導電材料を利用するのであれば（この場合、後述するように、電極が短絡しないよう必要箇所に絶縁を施す必要がある）、ステンレス、アルミニウムなどの金属を用いれば十分である。もちろん、絶縁材料と導電材料とを組み合わせて利用してもかまわない。
左側支持体１０、右側支持体２０、環状変形体３０は、いずれも軸方向の厚みが小さな扁平構造体によって構成することができるので、センサ全体の軸長を短く設定することが可能になる。また、環状変形体３０の形状の歪みによってトルク検出が行われるので、環状変形体３０としては、弾性変形を生じる材質を用いる必要があるものの、比較的高い剛性をもった材質を利用しても、高精度の検出が可能になる。
＜＜＜  §２．  先願トルクセンサにおけるトルクの検出原理  ＞＞＞
続いて、ここでは、§１で述べた先願トルクセンサの基本構造部にトルクが作用した場合、各部がどのように変形するかを考えてみる。図７は、図２に示す基本構造部をＸＹ平面で切断し、図２の左方向から見た断面図である。なお、この図７に示されたＸＹ座標系は、通常のＸＹ座標系を裏側から見たものになる（Ｘ軸正方向は図の左方向になる）。したがって、このＸＹ座標系では、左上領域が第１象限、右上領域が第２象限、右下領域が第３象限、左下領域が第４象限になる。図示のＩ〜ＩＶは、この座標系の各象限を示すものである。図にハッチングを施した断面部分は、環状変形体３０の部分に相当し、その奥に、右側支持体２０が見えている。図の点Ｐ１１〜Ｐ２２は、図４および図６に示した各接続点Ｐ１１〜Ｐ２２のＸＹ平面上への正射影投影像である。
すなわち、図７において、Ｙ軸上に配置された白ドットで示されている点Ｐ１１，Ｐ１２は、左側支持体１０の凸状部１１，１２の接合位置（接合面の中心点）を示しており、Ｘ軸上に配置された黒ドットで示されている点Ｐ２１，Ｐ２２は、右側支持体２０の凸状部２１，２２の接合位置（接合面の中心点）を示している。結局、環状変形体３０の左側面は、Ｙ軸に沿った２箇所の接続点Ｐ１１，Ｐ１２において左側支持体１０に接合され、環状変形体３０の右側面は、Ｘ軸に沿った２箇所の接続点Ｐ２１，Ｐ２２において右側支持体２０に接合されていることになる。
図示の例の場合、各接続点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２は、図に一点鎖線で示す基本環状路Ｒ（ＸＹ平面上において環状変形体３０の内周円と外周円との中間に位置する円）上に位置している。このように、環状変形体３０の上下の２箇所を左側支持体１０に接合し、左右の２箇所を右側支持体２０に接合して、各接続点が９０°ずつずれるようにすれば、トルクの作用によって、環状変形体３０を効率的に変形させることができる。
図７に示す例の場合、環状変形体３０の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の右側接続点Ｐ２１の投影像が正のＸ軸上、第２の右側接続点Ｐ２２の投影像が負のＸ軸上、第１の左側接続点Ｐ１１の投影像が正のＹ軸上、第２の左側接続点Ｐ１２の投影像が負のＹ軸上に配置されていることになる。このような配置を行うと、環状変形体３０を軸対称性をもった楕円に変形させることができるので、軸対称性をもった検出値を得ることができる。
先願トルクセンサ（本発明に係るトルクセンサも同様）は、図２に示す基本構造部において、左側支持体１０と右側支持体２０との間に相対的に加わるトルク（回転モーメント）を検出するものであり、検出値は、両支持体１０，２０間に相対的に作用する力を示すものである。そこで、ここでは説明の便宜上、右側支持体２０に負荷がかかった状態において、左側支持体１０に加わった回転モーメントを検出対象となるトルクとして考えることにする（もちろん、左側支持体１０に負荷がかかった状態において、右側支持体２０に加わった回転モーメントを検出対象となるトルクとしても等価である。）。
たとえば、ロボットアームの関節部分にこのトルクセンサを利用した一例として、左側支持体１０にモータなどの駆動源を取り付け、右側支持体２０にロボットハンドを取り付けた例を考えてみよう。ロボットハンドに重量のある物体が把持されている状態で、駆動源から左側支持体１０に対して回転駆動力を加えたとすると、この回転駆動力が関節部分を構成する基本構造部を介して、ロボットハンド側へと伝達されることになる。この場合、右側支持体２０を回転駆動させようとするトルクが作用することになり、当該トルクは、右側支持体２０を固定した状態において、左側支持体１０に加わった回転モーメントに相当する。
さて、このような回転モーメントが、図７に示す構造体にどのような変化をもたらすかを考えてみる。右側支持体２０を固定すると、図７に示すＸ軸上の接続点Ｐ２１，Ｐ２２（黒ドット）の位置は固定状態となる。一方、左側支持体１０に対して、たとえば、図７において時計まわりの方向に回転モーメントが加わったとすると、Ｙ軸上の接続点Ｐ１１，Ｐ１２（白ドット）は時計まわりに移動しようとする。そうなると、必然的に、第１象限Ｉに位置する円弧Ｐ２１−Ｐ１１の部分は内側方向に縮み、第２象限ＩＩに位置する円弧Ｐ１１−Ｐ２２の部分は外側に膨らみ、第３象限ＩＩＩに位置する円弧Ｐ２２−Ｐ１２の部分は内側方向に縮み、第４象限ＩＶに位置する円弧Ｐ１２−Ｐ２１の部分は外側に膨らむことになる。
図８は、図７に示す構造体に、このような変形が生じた状態を示す断面図である。すなわち、図２に示す基本構造部にＺ軸正まわりのトルクが作用した場合に、この基本構造部をＸＹ平面で切断し、図２の左方向から見た断面図である。なお、本願では、任意の座標軸に関して、右ねじを当該座標軸の正方向に進めるための回転方向を正方向と定義し、右ねじを当該座標軸の負方向に進めるための回転方向を負方向と定義している。したがって、図８において、Ｚ軸正まわりのトルクは、図に白抜き矢印で示すとおり時計まわりの方向に作用するトルクということになる。
図８に描かれた破線は、環状変形体３０の変形前の状態（図７の状態）を示している。この破線を参考にすれば、Ｚ軸正まわりのトルクが作用したことにより、環状変形体３０は楕円形に変形していることが容易に把握できよう。ここでは、説明の便宜上、ＸＹ平面上に、原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義する。Ｖ軸は第１象限Ｉを正方向とする座標軸であり、Ｗ軸は第２象限ＩＩを正方向とする座標軸である。図示のとおり、環状変形体３０は、Ｖ軸を短軸方向、Ｗ軸を長軸方向とする楕円に変形しており、Ｖ軸およびＷ軸に対して軸対称性を有している。このような軸対称性は、§３で述べる方法でトルクの検出値を得る場合に好都合である。
図示の実施形態において、軸対称性をもった変形が生じるのは、図７に示すとおり、無負荷時（トルクが作用していない時）に環状変形体３０が完全な円形をしており、環状変形体３０の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の右側接続点Ｐ２１の投影像が正のＸ軸上、第２の右側接続点Ｐ２２の投影像が負のＸ軸上、第１の左側接続点Ｐ１１の投影像が正のＹ軸上、第２の左側接続点Ｐ１２の投影像が負のＹ軸上に配置されているためである。
作用したトルクが大きければ大きいほど、環状変形体３０はより扁平した楕円に変形することになる。したがって、図８において、環状変形体３０のＶ軸上に位置する部分の原点Ｏからの距離や、環状変形体３０のＷ軸上に位置する部分の原点Ｏからの距離を測定することができれば（これらの距離は、破線で示す変形前の位置からの変位量を示す情報になる）、作用したトルクの大きさを求めることができる。別言すれば、環状変形体３０の内周面もしくは外周面の径方向の変位を測定することができればよい。
一方、逆向きにトルクが作用した場合、すなわち、Ｚ軸負まわりのトルクが作用した場合は、図８に示す例とは逆に、環状変形体３０（の接続点Ｐ１１，Ｐ１２）に対して反時計まわりの回転力が作用するため、環状変形体３０は、Ｖ軸を長軸方向、Ｗ軸を短軸方向とする楕円に変形する。したがって、環状変形体３０のＶ軸上に位置する部分あるいはＷ軸上に位置する部分の変位方向は、図８に示す例とは逆の方向になる。
結局、先願トルクセンサの場合、環状変形体３０のＶ軸上に位置する部分あるいはＷ軸上に位置する部分の変位を測定すれば、作用したトルクの方向および大きさの双方を検出することが可能になる。たとえば、環状変形体３０の内周面とＶ軸との交点の位置をモニタした場合、破線で示す基準位置から内側方向に変位した場合はＺ軸正まわりのトルクが加わっており、外側方向に変位した場合はＺ軸負まわりのトルクが加わっていると判断できる。あるいは、環状変形体３０の内周面とＷ軸との交点の位置をモニタした場合、破線で示す基準位置から外側方向に変位した場合はＺ軸正まわりのトルクが加わっており、内側方向に変位した場合はＺ軸負まわりのトルクが加わっていると判断できる。もちろん、変位量の絶対値は、作用したトルクの大きさを示すものになる。
この先願トルクセンサにおいて生じる環状変形体３０の径方向の変位は、環状変形体３０に生じたねじれ角度が小さくても、環状変形体の径次第で比較的大きな変位になる。このため、比較的剛性が高い環状変形体３０を用いたとしても、十分な感度をもったトルク検出が可能になる。
以上が、先願トルクセンサにおけるトルクの検出原理である。先願トルクセンサでは、このような原理に基づくトルク検出を行うために、これまで述べてきた基本構造部に、更に、容量素子と検出回路とを付加することになる。
＜＜＜  §３．  先願トルクセンサにおける容量素子を用いた検出方法  ＞＞＞
先願トルクセンサでは、図２に示す基本構造部に、更に、容量素子と検出回路を付加し、トルクセンサを構成することになる。図８に示すように、トルクの作用により、環状変形体３０は楕円に変形する。このような変形により、最も大きな変位を生じる部分は、Ｖ軸上に位置する部分あるいはＷ軸上に位置する部分であるから、環状変形体３０の特定部分の変位に基づいて、環状変形体３０の変形量（作用したトルクの大きさ）を測定するには、Ｖ軸上に位置する部分あるいはＷ軸上に位置する部分の変位を測定するのが最も効率的である。
そこで、先願トルクセンサでは、環状変形体３０の内周面のＶ軸上に位置する部分およびＷ軸上に位置する部分に変位電極を形成している。図９は、内周面に変位電極Ｅ３１，Ｅ３２を形成した状態の環状変形体３０を、図２の左方向から見た平面図である。説明の便宜上、Ｘ，Ｙ，Ｖ，Ｗ軸が重ねて描かれている。変位電極Ｅ３１は、Ｖ軸の正の領域と環状変形体３０の内周面との交差位置に形成された電極であり、変位電極Ｅ３２は、Ｗ軸の正の領域と環状変形体３０の内周面との交差位置に形成された電極である。これら変位電極Ｅ３１，Ｅ３２の奥行き寸法（図９の紙面に垂直方向の寸法）は、環状変形体３０の奥行き寸法に等しい。この例の場合、変位電極Ｅ３１，Ｅ３２は、環状変形体３０の内周面に、蒸着やメッキ等の方法で形成された金属膜などの導電層によって構成されている。もちろん、環状変形体３０がアルミニウムやステンレスのような金属でできている場合は、環状変形体３０自体が導電性をもつため、絶縁層を介して変位電極Ｅ３１，Ｅ３２を形成する必要がある。
一方、これら変位電極Ｅ３１，Ｅ３２に対向する位置には、それぞれ固定電極Ｅ２１，Ｅ２２が設けられ、右側支持体２０に固定される。図１０は、これら固定電極Ｅ２１，Ｅ２２を取り付けた状態の右側支持体２０を、図２の左方向から見た平面図である。ここでも、説明の便宜上、Ｘ，Ｙ，Ｖ，Ｗ軸が重ねて描かれている。固定電極Ｅ２１は、Ｖ軸の正の領域に配置され、変位電極Ｅ３１に対向する。固定電極Ｅ２２は、Ｗ軸の正の領域に配置され、変位電極Ｅ３２に対向する。
図１１は、図１０に示す右側支持体２０の側面図である。図示のとおり、固定電極Ｅ２２は、右側支持体２０の左側面から回転軸に沿った方向（Ｚ軸負方向）に突き出した導電板によって構成されている。なお、固定電極Ｅ２１は、固定電極Ｅ２２の奥に隠れているため、図１１には現れていない。
図１２は、図３に示す基本構造部に変位電極および固定電極を付加した構造体をＶＺ平面で切断した側断面図である。図３がＹＺ平面で切断した側断面図であるのに対して、図１２はＶＺ平面で切断した側断面図であるため、図１２の上方は、Ｙ軸方向ではなく、図９および図１０に示すＶ軸方向となっている。この図１２の側断面図には、Ｖ軸上に配置された変位電極Ｅ３１と固定電極Ｅ２１とが互いに対向している状態が明瞭に示されている。変位電極Ｅ３１は、環状変形体３０の内周面に固着された電極であるため、環状変形体３０の変形に依存して変位する。一方、固定電極Ｅ２１は、右端が右側支持体２０に固定されており、環状変形体３０の変形にかかわらず、常に一定の位置を保つことになる。
結局、変位電極Ｅ３１の固定電極Ｅ２１に対する相対位置は、環状変形体３０の変形に依存して変化することになる。別言すれば、変位電極Ｅ３１と固定電極Ｅ２１との電極間距離は、環状変形体３０の変形に依存して変化する。図１２には示されていないが、Ｗ軸上に配置された変位電極Ｅ３２と固定電極Ｅ２２との関係も全く同様である。
図１３は、図２に示す基本構造部に上述した変位電極および固定電極を付加した構造体をＸＹ平面で切断し、図２の左方向から見た断面図である。この断面図では、Ｖ軸上に配置された変位電極Ｅ３１と固定電極Ｅ２１とが互いに対向し、Ｗ軸上に配置された変位電極Ｅ３２と固定電極Ｅ２２とが互いに対向した状態が明瞭に示されている。
ここに示す例の場合、変位電極Ｅ３１，Ｅ３２は、環状変形体３０の内周面に形成された導電層によって構成されているため、その表面は環状変形体３０の内周に沿った曲面になる。そこで、これらに対向する固定電極Ｅ２１，Ｅ２２も、曲面状の電極にしている。別言すれば、変位電極Ｅ３１，Ｅ３２や固定電極Ｅ２１，Ｅ２２の表面は、Ｚ軸を中心軸とした同心状の円柱表面によって構成されている。もっとも、各電極の表面形状は容量素子を構成する役割を果たすことができれば、どのような形状であってもよいので、表面が平面となる平板状の電極を用いてもかまわない。
なお、本願図面では、図示の便宜上、各変位電極および各固定電極の厚みの実寸を無視して描いてある。たとえば、変位電極Ｅ３１，Ｅ３２を、環状変形体３０の内周面に形成された導電層（蒸着層やメッキ層）によって構成した場合、その厚みは、数μｍ程度に設定することができる。これに対して、固定電極Ｅ２１，Ｅ２２を、右側支持体２０の左側面から突き出した導電板（金属板）によって構成した場合、実用上の強度を確保するために、その厚みは、数ｍｍ程度確保するのが好ましい。したがって、図１３等では、便宜上、変位電極の厚みと固定電極の厚みを同じ寸法で描いてあるが、これら電極の厚みの実寸は、製造工程や実用上の強度を考慮して、それぞれ適当な値に設定されるべきものである。
図１４は、図１３に示す基本構造部に対して、Ｚ軸正まわりのトルクが作用したときの状態を示すＸＹ断面図である。§２で述べたとおり、このようなトルクが作用すると、環状変形体３０は楕円状に変形し、Ｖ軸は当該楕円の短軸方向、Ｗ軸は当該楕円の長軸方向になる。その結果、Ｖ軸上に配置された一対の電極Ｅ２１，Ｅ３１の電極間隔は狭まり、Ｗ軸上に配置された一対の電極Ｅ２２，Ｅ３２の電極間隔は広がることになる。そこで、一対の電極Ｅ２１，Ｅ３１により容量素子Ｃ１を構成し、一対の電極Ｅ２２，Ｅ３２により容量素子Ｃ２を構成しておけば、これら容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の変動量として、作用したトルクの方向および大きさを検出することが可能になる。
たとえば、図１３に示す無負荷状態（トルクが作用していない状態）を基準として、電極Ｅ２１，Ｅ３１からなる容量素子Ｃ１の静電容量値の変動に着目すると、図１４に示すようにＺ軸正まわりのトルクが作用すると、電極間隔が狭まるため、静電容量値は増加することになり、逆に、Ｚ軸負まわりのトルクが作用すると、電極間隔が広がるため、静電容量値は減少することになる。したがって、静電容量値の増加変動はＺ軸正まわりのトルクが作用していることを示し、静電容量値の減少変動はＺ軸負まわりのトルクが作用していることを示すことになる。もちろん、変動量の絶対値は、作用したトルクの大きさを示すことになる。
同様に、電極Ｅ２２，Ｅ３２からなる容量素子Ｃ２の静電容量値の変動に着目すると、図１４に示すようにＺ軸正まわりのトルクが作用すると、電極間隔が広がるため、静電容量値は減少することになり、逆に、Ｚ軸負まわりのトルクが作用すると、電極間隔が狭まるため、静電容量値は増加することになる。したがって、静電容量値の減少変動はＺ軸正まわりのトルクが作用していることを示し、静電容量値の増加変動はＺ軸負まわりのトルクが作用していることを示すことになる。もちろん、変動量の絶対値は、作用したトルクの大きさを示すことになる。
結局、容量素子Ｃ１を用いても、容量素子Ｃ２を用いても、Ｚ軸まわりのトルク検出が可能であり、理論的には、いずれか一方の容量素子のみを用いれば足りる。ただ、実用上は、容量素子Ｃ１，Ｃ２の双方を用いた検出を行うのが好ましい。すなわち、環状変形部３０が楕円に変形した際の短軸位置（Ｖ軸上）と長軸位置（Ｗ軸上）とにそれぞれ容量素子Ｃ１，Ｃ２を設けておけば、同一のトルクが加わった場合、短軸位置（Ｖ軸上）では電極間隔が狭まり静電容量値が増加するのに対して、長軸位置（Ｗ軸上）では電極間隔が広がり静電容量値が減少するので、両静電容量値Ｃ１，Ｃ２の差分として、作用したトルクを検出することができる。このような差分検出は、同相ノイズやゼロ点ドリフトを抑えた安定したトルク検出に有効であり、また、温度による各部の膨張の影響を相殺して、精度の高い検出値を得るのに貢献する。
このような差分検出を行うためには、要するに、環状変形体３０の各部分のうち、所定回転方向のトルクが作用したときに、回転軸に近づく方向に変位する第１の部分（この例ではＶ軸との交差部分）に固定された第１の変位電極Ｅ３１と、回転軸から離れる方向に変位する第２の部分（この例ではＷ軸との交差部分）に固定された第２の変位電極Ｅ３２と、第１の変位電極Ｅ３１に対向する位置に配置された第１の固定電極Ｅ２１と、第２の変位電極Ｅ３２に対向する位置に配置された第２の固定電極Ｅ２２と、を設けておけばよい。
そして、このような差分検出を行うための検出回路として、第１の変位電極Ｅ３１と第１の固定電極Ｅ２１とによって構成される第１の容量素子Ｃ１の静電容量値と、第２の変位電極Ｅ３２と第２の固定電極Ｅ２２とによって構成される第２の容量素子Ｃ２の静電容量値と、の差に相当する電気信号を、作用したトルクを示す電気信号として出力する回路を設けておけばよい。
このように、先願トルクセンサは、図１に示すような単純な基本構造部に、変位電極および固定電極を付加することにより構成することができるため、小型で高剛性をもったセンサを実現することができる。しかしながら、商業的量産を行う上では、固定電極の取り付けおよびその位置調整に多大な作業負担が必要になり、生産効率が低下し、コストが高騰するという問題がある。
たとえば、図１０に示す例の場合、固定電極Ｅ２１，Ｅ２２は、右側支持体２０に取り付けられるが、環状変形体３０の内周面に取り付けられた変位電極Ｅ３１，Ｅ３２に対応する位置に配置する必要がある。すなわち、実際には、図１１に示すように、固定電極Ｅ２２は、右側支持体２０の左側面から垂直左方へと突き出すように取り付け、対向する両電極が平行になるように調整する必要がある（図示の例の場合、右側支持体２０の左側面に対して正確に９０°をなすように取り付ける必要がある。）。したがって、固定電極Ｅ２２の根端部を右側支持体２０に正確に固定するためには、それなりに手間のかかる工程が必要になる。
また、図１２の側断面図を見れば明らかなように、変位電極Ｅ３１と固定電極Ｅ２１との間の電極間隔は、固定電極Ｅ２１の根端部の固定状態によって変動し、当該変動は検出値（容量素子の静電容量値）に影響を及ぼすことになる。このため、商業的量産品を製造する上では、個々の製品ごとに、固定電極Ｅ２１に対して正確な位置調整を行う必要があり、多大な作業負担が課されることになる。また、上述した差分検出を行うには、複数の容量素子を対称性をもたせて配置し、個々の容量素子についての電極間隔が互いに等しくなるような調整が必要になるので、作業負担は更に増大する。
本発明は、先願トルクセンサにおけるこのような問題を解決するため、より生産効率を高めることができる新たな工夫を提案するものである。以下、本発明を具体的な実施形態に基づいて詳述する。
＜＜＜  §４．  本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサの基本構造部  ＞＞＞
＜４−１．基本構造部の全体構成＞
図１５は、本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサの基本構造部の分解斜視図である。図示のように、この基本構造部は、左側支持体１０と右側支持体２０との間に、環状変形体５０を配置し、これら３つの構成要素を相互に接合することによって構成される。ここでも、便宜上、図示のとおりＸＹＺ三次元座標系を定義して、以下の説明を行う。図の水平方向に描かれたＺ軸が、検出対象となるトルクの回転軸に相当し、このトルクセンサは、この回転軸まわり（Ｚ軸まわり）のトルクを検出する機能を果たす。
図１に示す先願トルクセンサの基本構造部と、図１５に示す本発明に係るトルクセンサの基本構造部との相違は、前者の環状変形体３０が、後者では環状変形体５０に置き換えられている点である。図１に示す環状変形体３０は、Ｚ軸（回転軸）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部Ｈ３０を形成することにより得られる円環状の部材である。これに対して、図１５に示す環状変形体５０は、この円環状の環状変形体３０に対して、部分的な材料除去加工を施すことにより得られた部材であり、内部に形成された貫通開口部Ｈ５０には、回転軸（Ｚ軸）が挿通している。したがって、この環状変形体５０は、基本的には、内部に同心円盤状の貫通開口部Ｈ５０が形成された円環状の部材であるが、材料除去加工を施した部分によって、図示のような検出部Ｄ１〜Ｄ４が形成されていることになる。
なお、ここでは、環状変形体５０の形状を説明するために「材料除去加工」という文言を用いているが、環状変形体５０を実際に作成する際には、必ずしも円環状の部材に対して切削加工などを施す必要はない。たとえば、環状変形体５０を金属で構成する場合であれば、鋳型を用いた鋳造によって製造することもでき、プラスチックなどの樹脂で構成する場合であれば、所定の型を用いた射出成形加工やプレス加工によって環状変形体５０を製造することができる。
ここでは、環状変形体５０のうち、検出部Ｄ１〜Ｄ４以外の部分を連結部Ｌ１〜Ｌ４と呼ぶことにする。図示のとおり、環状変形体５０は、４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４と４組の連結部Ｌ１〜Ｌ４とを交互に配置した構造を有する。４組の連結部Ｌ１〜Ｌ４は、円環状の部材の円弧状部分によって構成され、４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４は、後述するように、トルクの作用による弾性変形が生じる構造を有している。図示の例の場合、環状変形体５０の検出部Ｄ１〜Ｄ４の部分は、肉厚の薄い板状片によって構成されており、この板状片が板ばねとして機能して検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる。
なお、この図１５に示す左側支持体１０および右側支持体２０は、図１に示す左側支持体１０および右側支持体２０と全く同一の構成要素であり、Ｚ軸（回転軸）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部Ｈ１０，Ｈ２０を形成することにより得られる円環状の部材である。結局、この図１５に示す基本構造部の場合も、左側支持体１０および右側支持体２０は、中心部に貫通開口部Ｈ１０，Ｈ２０を有する環状の構造体であり、Ｚ軸（回転軸）に沿って、左側支持体１０、環状変形体５０、右側支持体２０の各貫通開口部Ｈ１０，Ｈ５０，Ｈ２０を貫く挿通孔が確保されている。なお、各支持体１０，２０について貫通開口部Ｈ１０，Ｈ２０を形成することは、本発明を実施する上での必須条件ではないので、貫通開口部Ｈ１０，Ｈ２０は必ずしも設ける必要はない。
図１５に示す基本構造部においても、左側支持体１０は、環状変形体５０の左側面を支持する部材であり、右側支持体２０は、環状変形体５０の右側面を支持する部材である。ここでも、環状変形体５０の中心位置にＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを定義しており、左側支持体１０，環状変形体５０，右側支持体２０は、いずれもＺ軸が中心軸となるように配置されている。
また、左側支持体１０の右側面には、右方に突出した２つの扇形の凸状部１１，１２（左側接続部材）が設けられており、この凸状部１１，１２の頂面が環状変形体５０の左側面に接合されている。同様に、右側支持体２０の左側面には、左方に突出した２つの扇形の凸状部２１，２２（右側接続部材）が設けられており、この凸状部２１，２２の頂面が環状変形体５０の右側面に接合されている。
図示のとおり、凸状部１１は環状変形体５０の上部（Ｙ軸正方向に位置する連結部Ｌ２）に接合され、凸状部１２は環状変形体５０の下部（Ｙ軸負方向に位置する連結部Ｌ４）に接合される。同様に、凸状部２１は環状変形体５０の奥の部分（Ｘ軸正方向に位置する連結部Ｌ１）に接合され、凸状部２２は環状変形体５０の手前の部分（Ｘ軸負方向に位置する連結部Ｌ３）に接合される。後述するように、これら各凸状部の接続位置は、環状変形体５０の各接続点Ｑ１〜Ｑ４の位置に相当する。
図１６は、図１５に示す３つの構成要素を相互に接合することにより得られるトルクセンサの基本構造部の側面図である（図が繁雑になるのを避けるため、検出部に関しては、手前に位置する検出部Ｄ２，Ｄ３の外周面のみを示してある）。ここに示す例の場合、図１５に示すとおり、凸状部１１，１２は、左側支持体１０と一体となった構造体であり、その頂面が環状変形体５０の連結部Ｌ２，Ｌ４の左側面に接合されている。同様に、凸状部２１，２２は、右側支持体２０と一体となった構造体であり、その頂面が環状変形体５０の連結部Ｌ１，Ｌ３の右側面に接合されている。
結局、凸状部１１，１２は、環状変形体５０の左側支持体１０に対向する左側の側面上の左側接続点を、左側支持体１０に接続する左側接続部材として機能し、凸状部２１，２２は、環状変形体５０の右側支持体２０に対向する右側の側面上の右側接続点を、右側支持体２０に接続する右側接続部材として機能する。
図１７は、図１５に示す環状変形体５０を図１５の右方向から見た正面図である。この図においても、説明の便宜上、ＸＹ平面上に、原点Ｏを通りＸ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義している。Ｖ軸はＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸であり、Ｗ軸はＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸である。図示のとおり、第１の検出部Ｄ１は正のＶ軸上（第１象限Ｉ）、第２の検出部Ｄ２は正のＷ軸上（第２象限ＩＩ）、第３の検出部Ｄ３は負のＶ軸上（第３象限ＩＩＩ）、第４の検出部Ｄ４は負のＷ軸上（第４象限ＩＶ）にそれぞれ配置されている。
ここで、各検出部Ｄ１〜Ｄ４は、いずれも第１の変形部５１，第２の変形部５２，変位部５３なる３つの部品によって構成されている。図では、検出部Ｄ１の構成部品についてのみ符号を記してあるが、検出部Ｄ２〜Ｄ４についても同様である。これら４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４の三次元形状は、図１５の分解斜視図に示すとおりである。４組の連結部Ｌ１〜Ｌ４は、これら４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４を連結する機能を有し、各検出部Ｄ１〜Ｄ４の間にそれぞれ各連結部Ｌ１〜Ｌ４が介挿されている。
図１７には、凸状部１１，１２（左側接続部材）の接合位置および凸状部２１，２２（右側接続部材）の接合位置が破線で示されている。
図１８は、図１５に示す環状変形体５０の各検出点Ｑ１〜Ｑ４および各接続点Ｐ１１〜Ｐ２２の配置を示すＸＹ平面上への投影図である（右側支持体２０側から見た図）。環状変形体５０は、その内側および外側の輪郭円の投影像のみを示す。また、図に一点鎖線で描かれた太い円は、ＸＹ平面上に定義された基本環状路Ｒである。この基本環状路Ｒは、図示の実施例の場合、環状変形体５０の内側輪郭円と外側輪郭円との中間位置を通るＸＹ平面上の円であり、環状変形体５０の環状肉厚部分の中心線になる。
図示のとおり、４組の検出点Ｑ１〜Ｑ４は、この基本環状路Ｒ上の点として定義される。具体的には、第１の検出点Ｑ１は、正のＶ軸と基本環状路Ｒとの交点位置に定義され、第２の検出点Ｑ２は、正のＷ軸と基本環状路Ｒとの交点位置に定義され、第３の検出点Ｑ３は、負のＶ軸と基本環状路Ｒとの交点位置に定義され、第４の検出点Ｑ４は、負のＷ軸と基本環状路Ｒとの交点位置に定義されている。これら検出点Ｑ１〜Ｑ４は、それぞれ検出部Ｄ１〜Ｄ４の配置を示すものである。すなわち、図１７および図１８を対比すれば、第１の検出部Ｄ１は第１の検出点Ｑ１の位置に配置され、第２の検出部Ｄ２は第２の検出点Ｑ２の位置に配置され、第３の検出部Ｄ３は第３の検出点Ｑ３の位置に配置され、第４の検出部Ｄ４は第４の検出点Ｑ４の位置に配置されていることがわかる。
一方、図１８に白ドットで示されている点Ｐ１１，Ｐ１２は左側接続点の投影像であり、図１８に黒ドットで示されている点Ｐ２１，Ｐ２２は右側接続点の投影像である。前述したとおり、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２は、実際には、環状変形体５０の左側面上の点であり、凸状部１１，１２（左側接続部材）の接続位置を示しており、右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２は、実際には、環状変形体５０の右側面上の点であり、凸状部２１，２２（右側接続部材）の接続位置を示している。図示の例の場合、これら各接続点Ｐ１１〜Ｐ２２の投影像も基本環状路Ｒ上に位置している。すなわち、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２の投影像は、Ｙ軸と基本環状路Ｒとの交点位置に定義され、右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２の投影像は、Ｘ軸と基本環状路Ｒとの交点位置に定義されている。
結局、図１８に示す例の場合、左側接続部材１１，１２の接続位置を示す左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２（白ドット）と、右側接続部材２１，２２の接続位置を示す右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２（黒ドット）とは、基本環状路Ｒに沿って交互に配置されていることになる。このような交互配置は、後述するように、検出対象となるトルクが作用したときに、環状変形体５０に効果的な変形を生じさせる上で重要である。また、４組の検出点Ｑ１〜Ｑ４は、各接続点Ｐ１１〜Ｐ２２の間に配置されている。このような配置も、検出対象となるトルクが作用したときに、各検出部Ｄ１〜Ｄ４に効果的な変位を生じさせる上で重要である。
＜４−２．検出部の構造と機能＞
続いて、各検出部Ｄ１〜Ｄ４の構造と機能について説明する。図１９は、図１５に示す環状変形体５０の検出部Ｄ１〜Ｄ４の詳細構造を示す部分断面図である。４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４は、いずれも同一の構造を有している。図１９に示す検出部Ｄは、これら４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４を代表するものであり、環状変形体５０を、基本環状路Ｒを含む円柱面で切断したときの断面部分を示している。図１９（ａ）は、トルクが作用していない状態、図１９（ｂ）は、トルクの作用により検出部Ｄに圧縮力ｆ１が作用した状態、図１９（ｃ）は、トルクの作用により検出部Ｄに伸張力ｆ２が作用した状態をそれぞれ示している。
図１９（ａ）に示すとおり、検出部Ｄの左右両脇には、連結部Ｌが位置している。この連結部Ｌは、４組の連結部Ｌ１〜Ｌ４のいずれかに相当する。たとえば、図１９（ａ）に示す検出部Ｄが、図１５に示されている第２の検出部Ｄ２の場合、右脇に配置されている連結部Ｌは、図１５に示す連結部Ｌ２に相当し、左脇に配置されている連結部Ｌは、図１５に示す連結部Ｌ３に相当する。
図示のとおり、検出部Ｄは、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部５１と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部５２と、第１の変形部５１および第２の変形部５２の弾性変形により変位を生じる変位部５３と、を有しており、左脇に配置された連結部Ｌの端部と右脇に配置された連結部Ｌの端部との間に配置されている。
ここに示す例の場合、第１の変形部５１は、可撓性を有する第１の板状片によって構成され、第２の変形部５２は、可撓性を有する第２の板状片によって構成され、変位部５３は、第３の板状片によって構成されている。実際には、環状変形体５０は、金属（ステンレス、アルミニウムなど）や合成樹脂（プラスチックなど）といった同一材料からなる構造体によって構成される。第１の板状片５１、第２の板状片５２、変位部５３は、連結部Ｌに比べて肉厚の薄い板状の部材であるため可撓性を有することになる。
なお、ここに示す例の場合、変位部５３も肉厚の薄い板状の部材であるため可撓性を有しているが、変位部５３は必ずしも可撓性をもった部材である必要はない（もちろん、可撓性があってもよい）。変位部５３の役割は、トルクが作用したときに、対向する右側支持体２０に対して変位を生じることであり、そのような変位を生じさせるには、第１の変形部５１および第２の変形部５２が可撓性を有していれば足りる。したがって、変位部５３は、必ずしも肉厚の薄い板状の部材によって構成する必要はなく、より肉厚の厚い部材であってもかまわない。一方、連結部Ｌは、ある程度の可撓性を有していてもかまわないが、作用したトルクによって、第１の変形部５１および第２の変形部５２に効果的な変形を生じさせる上では、連結部Ｌはなるべく変形しない方が好ましい。
第１の変形部５１の外側端はこれに隣接する連結部Ｌに接続され、第１の変形部５１の内側端は変位部５３に接続されている。また、第２の変形部５２の外側端はこれに隣接する連結部Ｌに接続され、第２の変形部５２の内側端は変位部５３に接続されている。図１９（ａ）に示す例の場合、第１の変形部、第２の変形部、変位部は、それぞれ第１の板状片５１、第２の板状片５２、第３の板状片５３によって構成されており、第１の板状片５１の外側端（左端）は、左脇に配置された連結部Ｌの右端部に接続され、第１の板状片５１の内側端（右端）は、第３の板状片５３の左端に接続され、第２の板状片５２の外側端（右端）は、右脇に配置された連結部Ｌの左端部に接続され、第２の板状片５２の内側端は、第３の板状片５３の右端に接続されている。
前述したとおり、検出部Ｄは、基本環状路Ｒ上に定義された検出点Ｑの位置に配置される。図１９（ａ）に示す法線Ｎは、検出点Ｑの位置に立てた、基本環状路Ｒを含む基本平面（ＸＹ平面）に直交する法線であり、検出部Ｄは、この法線Ｎが中心にくるように配置されている。また、図１９（ａ）の断面図において、第１の板状片５１および第２の板状片５２は、法線Ｎに対して傾斜しており、かつ、第１の板状片５１の傾斜方向（右下がり）と第２の板状片５２の傾斜方向（右上がり）とが逆向きとなっている。特に、図示の例の場合、検出部Ｄの断面形状は法線Ｎに関して線対称となっており、第３の板状片５３の上下両面は、ＸＹ平面に平行な面を構成している。
このように、基本環状路Ｒを含む断面に関して、法線Ｎに対する第１の板状片５１の傾斜方向と第２の板状片５２の傾斜方向とが逆向きとなっているため、基本環状路Ｒに沿った方向に圧縮力ｆ１が作用した場合と、伸張力ｆ２が作用した場合とでは、第３の板状片５３（変位部）の変位方向が逆になる。これは、後述するように、複数の容量素子を用いた差分検出を行う上で好都合である。
すなわち、図１９（ｂ）に示すとおり、検出部Ｄに対して基本環状路Ｒに沿った方向に圧縮力ｆ１（図の白矢印）が作用した場合は、検出部Ｄには、横幅を縮める方向に応力が加わることになるので、第１の板状片５１および第２の板状片５２の姿勢は、より垂直に立った状態に変化する。その結果、第３の板状片５３（変位部）は、図に黒矢印で示すとおり下方に変位する。一方、図１９（ｃ）に示すとおり、検出部Ｄに対して基本環状路Ｒに沿った方向に伸張力ｆ２（図の白矢印）が作用した場合は、検出部Ｄには、横幅を広げる方向に応力が加わることになるので、第１の板状片５１および第２の板状片５２の姿勢は、より水平に寝た状態に変化する。その結果、第３の板状片５３（変位部）は、図に黒矢印で示すとおり上方に変位する。
本発明の基本原理は、このような変位を利用して、作用したトルクの向きおよび大きさを検出することにある。すなわち、作用したトルクの向きは、変位部５３の変位方向（図１９における上方か下方か）によって検出することができ、作用したトルクの大きさは、その変位量によって検出することができる。
＜４−３．容量素子の構成＞
本発明では、変位部５３の変位を検出するために容量素子を利用する。図２０は、図１５に示す環状変形体５０の検出部Ｄ１〜Ｄ４およびこれに対向する右側支持体２０の所定部分に電極を設けた詳細構造を示す部分断面図であり、図１５に示す環状変形体５０および右側支持体２０の一部を示すものである。この図２０においても、検出部Ｄは、４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４を代表するものであり、環状変形体５０を、基本環状路Ｒを含む円柱面で切断したときの断面部分を示している。すなわち、図２０の左側に示されている環状変形体５０の一部分は、図１９（ａ）に示す環状変形体５０の一部分に対応する。
前述したとおり、トルクが作用していない状態において、第３の板状片５３の両面は、基本環状路Ｒを含むＸＹ平面に平行な面を構成している。したがって、図示のとおり、第３の板状片５３（変位部）と右側支持体２０の対向面とは平行な状態になっている。しかも、ここに示す実施例の場合、検出部Ｄの断面形状は法線Ｎに関して線対称となっているため、第３の板状片５３（変位部）は、図１９（ｂ），図１９（ｃ）に示すとおり、法線Ｎに沿って平行移動する形で変位を生じる。結局、第３の板状片５３（変位部）と右側支持体２０の対向面とは常に平行な状態に維持される。
変位部の変位を検出するために、第３の板状片５３（変位部）の右側支持体２０に対向する位置には、絶縁層Ｉ５０を介して変位電極Ｅ５０が固定される。また、右側支持体２０の変位電極Ｅ５０に対向する位置には、絶縁層Ｉ２０を介して固定電極Ｅ２０が固定される。そうすれば、変位電極Ｅ５０と固定電極Ｅ２０とによって構成される容量素子Ｃの静電容量値に基づいて、第３の板状片５３（変位部）の変位方向および変位量を検出することができる。
具体的には、図１９（ｂ）に示すように、検出部Ｄに圧縮力ｆ１が作用すると、両電極間距離が縮み、容量素子Ｃの静電容量値は増加し、図１９（ｃ）に示すように、検出部Ｄに伸張力ｆ２が作用すると、両電極間距離が広がり、容量素子Ｃの静電容量値は減少する。図２０には、検出部Ｄについて容量素子Ｃを形成した例が示されているが、もちろん、実際には、図１５に示す４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４について、それぞれ変位電極Ｅ５０と固定電極Ｅ２０とが設けられ、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４が形成されることになる。これら４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４を用いた具体的なトルク検出の原理は、次の§５において詳述する。
なお、図２０に示す実施例では、変位電極Ｅ５０を絶縁層Ｉ５０を介して第３の板状片５３（変位部）に固定しているが、これは、環状変形体５０を金属などの導電性材料によって構成したためである。同様に、固定電極Ｅ２０を絶縁層Ｉ２０を介して右側支持体２０に固定しているが、これは、右側支持体２０を金属などの導電性材料によって構成したためである。すなわち、ここに示す実施例の場合、左側支持体１０、右側支持体２０、環状変形体５０を、金属などの導電性材料により構成しているため、変位電極Ｅ５０を、変位部５３の表面に絶縁層Ｉ５０を介して形成し、固定電極Ｅ２０を、右側支持体２０の表面に絶縁層Ｉ２０を介して形成している。
したがって、環状変形体５０（そのうち、少なくとも変位電極Ｅ５０の形成面）を樹脂などの絶縁材料によって構成した場合は、絶縁層Ｉ５０を設ける必要はない。同様に、右側支持体２０（そのうち、少なくとも固定電極Ｅ２０の形成面）を樹脂などの絶縁材料によって構成した場合は、絶縁層Ｉ２０を設ける必要はない。
また、環状変形体５０を金属などの導電性材料により構成した場合は、環状変形体５０の右側面の表面の一部の領域を変位電極Ｅ５０として利用することもできる。たとえば、図２０に示す実施例において、環状変形体５０を導電性材料により構成すれば、第３の板状片５３（変位部）は導電性の板になるため、それ自身が変位電極Ｅ５０としての機能を果たすことになる。このため、別途、変位電極Ｅ５０を設ける必要はなくなる。この場合、電気的には、環状変形体５０の表面全体が同電位になるが、実際に４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の変位電極Ｅ５０としての機能を果たす部分は、個別に設けられた４組の固定電極Ｅ２０に対向する領域のみということになる。したがって、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４はそれぞれ別個の容量素子として振る舞うことになり、原理的な支障は生じない。
逆に、右側支持体２０を金属などの導電性材料により構成した場合は、右側支持体２０の左側面の表面の一部の領域を固定電極Ｅ２０として利用することもできる。たとえば、図２０に示す実施例において、右側支持体２０を導電性材料により構成すれば、その左側面の表面の一部が固定電極Ｅ２０としての機能を果たすことになる。このため、別途、固定電極Ｅ２０を設ける必要はなくなる。この場合、電気的には、右側支持体２０の表面全体が同電位になるが、実際に４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の固定電極Ｅ２０としての機能を果たす部分は、個別に設けられた４組の変位電極Ｅ５０に対向する領域のみということになる。したがって、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４はそれぞれ別個の容量素子として振る舞うことになり、原理的な支障は生じない。
このように、環状変形体５０を金属などの導電性材料により構成したり、あるいは、右側支持体２０を金属などの導電性材料により構成したりすれば、個別の変位電極Ｅ５０や個別の固定電極Ｅ２０を設ける工程を省略することができるので、生産効率を更に向上させることができる。
もっとも、このような省略構造を採ると、環状変形体５０全体あるいは右側支持体２０全体が共通の電極になり、意図していない様々な部分に浮遊容量が形成されることになる。このため、静電容量の検出値にノイズ成分が混入しやすくなり、検出精度が低下する可能性がある。したがって、高精度の検出が要求されるトルクセンサの場合には、環状変形体５０や右側支持体２０を導電性材料によって構成した場合であっても、図２０に示す実施例のように、それぞれ絶縁層を介して、個別の変位電極Ｅ５０および個別の固定電極Ｅ２０を設けるようにするのが好ましい。
なお、検出部Ｄの弾性変形のしやすさは、センサの検出感度を左右するパラメータになる。弾性変形しやすい検出部Ｄを用いれば、微小なトルクでも検出可能な感度の高いセンサを実現することができるが、検出可能なトルクの最大値は抑制されることになる。逆に、弾性変形しにくい検出部Ｄを用いれば、検出可能なトルクの最大値を大きくとることができるが、感度は低下するため、微小なトルクの検出はできなくなる。
検出部Ｄの弾性変形のしやすさは、第１の変形部５１（第１の板状片）および第２の変形部５２（第２の板状片）の厚み（薄くするほど弾性変形しやすい）、幅（狭くするほど弾性変形しやすい）、長さ（長くするほど弾性変形しやすい）などの形状に依存して決まり、更に、その材質にも依存して決まる。また、変位部５３（第３の板状片）を弾性変形させる構造で検出部Ｄを設計することもできる。したがって、実用上は、トルクセンサの用途に応じて、検出部Ｄの各部の寸法や材質を適宜選択すればよい。
なお、前述したとおり、本願図面では、図示の便宜上、各部の実寸を無視して描いてある。たとえば、図２０では、変位電極Ｅ５０，固定電極Ｅ２０の厚みや、絶縁層Ｉ５０，絶縁層Ｉ２０の厚みが、各板状片５１，５２，５３の厚みとほぼ同じになるように描かれているが、これら各電極や絶縁層は、蒸着やメッキによって構成することができ、その厚みは、数μｍ程度に設定することができる。これに対して、各板状片５１，５２，５３の厚みは、実用的な強度を考慮してより厚く設計するのが好ましく、たとえば、金属により構成する場合であれば、１ｍｍ程度に設定するのが好ましい。
一方、左側支持体１０および右側支持体２０は、トルクを検出する原理上、弾性変形を生じる部材である必要はない。むしろ、作用したトルクが環状変形体５０の変形に１００％寄与するようにするためには、左側支持体１０および右側支持体２０は、完全な剛体である方が好ましい。図示の例において、左側支持体１０および右側支持体２０として、中心部に貫通開口部Ｈ１０，Ｈ２０を有する環状の構造体を用いた理由は、弾性変形しやすくするためではなく、回転軸（Ｚ軸）に沿って、左側支持体１０、環状変形体５０、右側支持体２０の各貫通開口部Ｈ１０，Ｈ５０，Ｈ２０を貫く挿通孔が確保されるようにするためである。§１〜§３で述べた先願トルクセンサと同様に、内部が中空となる構造を採用すれば、この中空部分に様々な部品を配置することができ、実用的な利用勝手が向上する。
図１５に示すとおり、左側支持体１０、右側支持体２０、環状変形体５０は、いずれもＺ軸方向の厚みが小さな扁平構造体によって構成することができるので、センサ全体の軸長を短く設定することが可能になる。しかも、容量素子Ｃを構成するための電極構造を単純化することができるため、生産効率を向上させる効果が期待できる。この効果は、図１２に例示されている先願トルクセンサの容量素子と、図２０に例示されている本発明に係るトルクセンサの容量素子とを比較すると、容易に理解できよう。
すなわち、図１２に例示されている先願トルクセンサでは、環状変形体３０の内周面に形成された変位電極Ｅ３１と、右側支持体２０の左側面に固定された固定電極Ｅ２１とによって容量素子が形成される。このため、固定電極Ｅ２１の根端部を右側支持体２０に正確に固定するためには、それなりに手間のかかる工程が必要になり、しかも、その位置調整に多大な作業負担が必要になり、生産効率の低下は免れない。実際、固定電極Ｅ２１の先端部の位置がわずかにずれただけで、変位電極Ｅ３１と固定電極Ｅ２１との距離が変動し、容量素子の静電容量値に変動が生じることになる。このような問題は、固定電極Ｅ２１を、右側支持体２０の左側面から垂直左方に突き出すように配置したことに起因している。
一方、図２０に例示されている本発明に係るトルクセンサでは、いずれの電極も、その形成面に沿って配置されているため、上記問題は生じない。すなわち、変位電極Ｅ５０は、変位部５３の表面に沿って形成された層状の電極であり、固定電極Ｅ２０は、右側支持体２０の左側面に沿って形成された層状の電極である。いずれも、形成面に沿って配置された層状の電極であるため、一般的な成膜工程を利用して形成することができ、形成工程の作業負担は比較的軽くなる。
また、環状変形体５０と右側支持体２０との間隔は、図１５に示す凸状部２１，２２（右側接続部材）の厚みによって規定されるため、変位電極Ｅ５０と固定電極Ｅ２０との間の間隔（容量素子Ｃの電極間隔）は、絶縁層Ｉ５０，変位電極Ｅ５０，固定電極Ｅ２０，絶縁層Ｉ２０の厚みを正確に制御することにより、正確に調整することができる。一般的な成膜工程を利用すれば、正確な厚み制御が可能であり、商業的量産を行う場合であっても、個々の容量素子ごとに対向電極が平行になるようにするとともに、複数の容量素子についての電極間隔が互いに等しくなるような調整を行うことは容易である。このような理由により、本発明によれば、小型で高剛性をもち、高い生産効率が実現可能なトルクセンサを提供することが可能になる。
＜＜＜  §５．  基本的実施形態に係るトルクセンサによるトルク検出原理  ＞＞＞
続いて、§４で述べたトルクセンサによるトルクの検出原理を説明する。
＜５−１．容量素子を用いたトルク検出＞
図２１は、図１５に示す基本構造部における右側支持体２０に負荷がかかっている状態において、左側支持体１０に、Ｚ軸正まわりのトルク＋Ｍｚが作用したときの変形状態を示すＸＹ平面での断面図である。別言すれば、図１５に示す基本構造部をＸＹ平面で切断し、図１５の右方向から見た断面図である。ここでも、説明の便宜上、Ｘ軸およびＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸として、Ｖ軸およびＷ軸を定義している。
図にハッチングを施した断面部分は、環状変形体５０に相当し、その奥に、左側支持体１０が見えている。図の点Ｐ１１〜Ｐ２２は、各接続点Ｐ１１〜Ｐ２２のＸＹ平面上への正射影投影像である。左側支持体１０にＺ軸正まわりのトルク＋Ｍｚが作用すると、図に白ドットで示されている点Ｐ１１，Ｐ１２（左側接続点）には、白矢印で示すような反時計まわりの応力が作用する。一方、右側支持体２０には負荷がかかっているので、図に黒ドットで示されている点Ｐ２１，Ｐ２２（右側接続点）は、そのまま定位置に留まろうとする。
その結果、第１の検出点Ｑ１および第３の検出点Ｑ３の位置近傍には、図に白矢印で示すような伸張力ｆ２が作用し、第２の検出点Ｑ２および第４の検出点Ｑ４の位置近傍には、図に白矢印で示すような圧縮力ｆ１が作用する。結局、環状変形体５０は、図示のとおり、Ｗ軸を長軸、Ｖ軸を短軸とする楕円形に変形する（図の破線は変形前の状態を示している）。
前述したとおり、各検出点Ｑ１〜Ｑ４の位置には、それぞれ検出部Ｄ１〜Ｄ４が配置されており、容量素子Ｃ１〜Ｃ４が形成されている。そして、図１９（ｂ）に示すように、圧縮力ｆ１が作用した検出部Ｄの変位部５３は右側支持体２０に近づくように変位し、容量素子Ｃの静電容量値は増加し、図１９（ｃ）に示すように、伸張力ｆ２が作用した検出部Ｄの変位部５３は右側支持体２０から遠ざかるように変位し、容量素子Ｃの静電容量値は減少する。したがって、Ｚ軸正まわりのトルク＋Ｍｚが作用したとき、各検出部Ｄ１〜Ｄ４は、図２２の表に示すような挙動を示すことになる。
すなわち、検出部Ｄ１〜Ｄ４に配置された変位電極をそれぞれＥ５０１〜Ｅ５０４とし、これに対向する固定電極をそれぞれＥ２０１〜Ｅ２０４とすれば、Ｚ軸正まわりのトルク＋Ｍｚの作用により、検出点Ｑ１，Ｑ３には、伸張力ｆ２が作用し、変位電極Ｅ５０１，Ｅ５０３は、固定電極Ｅ２０１，Ｅ２０３から遠ざかるように変位し、容量素子Ｃ１，Ｃ３の静電容量値は減少（表では「−」で示す）する。一方、検出点Ｑ２，Ｑ４には、圧縮力ｆ１が作用し、変位電極Ｅ５０２，Ｅ５０４は、固定電極Ｅ２０２，Ｅ２０４に近づくように変位し、容量素子Ｃ２，Ｃ４の静電容量値は増加（表では「＋」で示す）する。
したがって、各容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値を、同じ符号Ｃ１〜Ｃ４を用いて表すことにすれば、表の最下行に示すように、演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」に基づく演算を行うことにより、作用したＺ軸正まわりのトルク＋Ｍｚを検出することができる。この場合、得られる演算値Ｍｚは正の値になり、その絶対値は作用したトルクの大きさを示すことになる。
一方、逆回りのトルク、すなわち、Ｚ軸負まわりのトルク−Ｍｚが作用したときの各検出部Ｄ１〜Ｄ４の挙動は、図２２の表とは逆になり、検出点Ｑ１，Ｑ３には、圧縮力ｆ１が作用し、検出点Ｑ２，Ｑ４には、伸張力ｆ２が作用する。したがって、容量素子Ｃ１，Ｃ３の静電容量値は増加し、容量素子Ｃ２，Ｃ４の静電容量値は減少する。その結果、演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」に基づいて得られる演算値Ｍｚは負の値になり、その絶対値は作用したトルクの大きさを示すことになる。結局、この演算式で得られる演算値Ｍｚの符号は、作用したトルクの向きを示し、絶対値はその大きさを示すものになる。
なお、ここでは説明の便宜上、右側支持体２０に負荷がかかった状態において、左側支持体１０に加わった回転モーメントを検出対象となるトルクとして考えたが、もちろん、左側支持体１０に負荷がかかった状態において、右側支持体２０に加わった回転モーメントを検出対象となるトルクとしても、検出原理は全く同じである。
したがって、この基本的実施形態の場合、図２３の回路図に示されているような検出回路を用いれば、Ｚ軸まわりのトルクを検出することができる。この回路図に示すＥ５０１〜Ｅ５０４は、各検出部Ｄ１〜Ｄ４に設けられた変位電極であり、Ｅ２０１〜Ｅ２０４は、これら変位電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４に対向する固定電極であり、Ｃ１〜Ｃ４は、これらの電極によって構成される容量素子である。また、Ｃ／Ｖ変換回路１０１〜１０４は、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値Ｃ１〜Ｃ４を、電圧値Ｖ１〜Ｖ４に変換する回路であり、変換後の電圧値Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ各静電容量値Ｃ１〜Ｃ４に対応した値になる。差分演算器１０５は、上述した演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」なる演算を行い、その結果を出力端子Ｔに出力する機能を有する。
なお、図２１に示すとおり、Ｚ軸まわりのトルクが作用すると、各検出点Ｑ１〜Ｑ４の位置は、環状変形体５０の変形に応じて、環状変形体５０の円周に沿った方向に若干の変位を生じることになる。具体的には、図示の例の場合、各検出点Ｑ１〜Ｑ４の位置は、Ｖ軸もしくはＷ軸から反時計まわりの方向に若干ずれた位置に移動している。したがって、トルクが作用すると、図２０に示す検出点Ｑも図の上下に移動することになり、変位部５３（変位電極Ｅ５０）は、図の左右方向に変位を生じるだけでなく、図の上下方向にも変位を生じる。
ただ、図２０に示す実施例の場合、変位電極Ｅ５０のサイズ（平面的なサイズ、すなわち、占有面積）に比べて、固定電極Ｅ２０のサイズ（平面的なサイズ、すなわち、占有面積）の方が大きく設定されているため、変位電極Ｅ５０が図の上下方向や図の紙面に垂直な方向に変位したとしても、固定電極Ｅ２０に対する変位電極Ｅ５０の対向面積に変化は生じない。したがって、容量素子Ｃの実効面積は、常に一定に維持されることになる。
図２４は、このように、固定電極Ｅ２０に対する変位電極Ｅ５０の相対位置が変化した場合にも、容量素子Ｃの実効面積が一定に維持される原理を示す図である。いま、図２４（ａ）に示すように、一対の電極ＥＬ，ＥＳを互いに対向するように配置した場合を考える。両電極ＥＬ，ＥＳは、互いに所定間隔をおいて平行になるように配置されており、容量素子を構成している。ただ、電極ＥＬは電極ＥＳに比べて面積が大きくなっており、電極ＥＳの輪郭を電極ＥＬの表面に投影して正射影投影像を形成した場合、電極ＥＳの投影像は、電極ＥＬの表面内に完全に含まれる。この場合、容量素子としての実効面積は、電極ＥＳの面積になる。
図２４（ｂ）は、図２４（ａ）に示す一対の電極ＥＳ，ＥＬの側面図である。図にハッチングを施した領域は、実質的な容量素子としての機能を果たす部分であり、容量素子としての実効面積は、このハッチングを施した電極の面積（すなわち、電極ＥＳの面積）ということになる。
いま、図に一点鎖線で示すような鉛直面Ｕを考える。電極ＥＳ，ＥＬは、いずれも鉛直面Ｕに平行になるように配置されている。ここで、電極ＥＳを鉛直面Ｕに沿って垂直上方に移動させたとすると、電極ＥＬ側の対向部分は上方に移動するものの、当該対向部分の面積に変わりはない。電極ＥＳを下方に移動させても、紙面の奥方向や手前方向に移動させても、やはり電極ＥＬ側の対向部分の面積は変わらない。
要するに、面積が小さい方の電極ＥＳの輪郭を、面積が大きい方の電極ＥＬの表面に投影して正射影投影像を形成した場合、電極ＥＳの投影像が、電極ＥＬの表面内に完全に含まれる状態を維持している限り、両電極によって構成される容量素子の実効面積は、電極ＥＳの面積に等しくなり、常に一定になる。
したがって、図２０に示す変位電極Ｅ５０と固定電極Ｅ２０との関係が、図２４に示す電極ＥＳと電極ＥＬとの関係と同様の関係になっていれば、トルクの作用によって、変位電極Ｅ５０がどの方向に変位したとしても、変位電極Ｅ５０と固定電極Ｅ２０との間に平行が保たれている限り、容量素子を構成する一対の電極の実効対向面積は一定になる。これは、容量素子Ｃの静電容量値の変化が、専ら、変位電極Ｅ５０と固定電極Ｅ２０との距離に応じて生じることを意味する。別言すれば、容量素子Ｃの静電容量値の変化は、変位部５３の法線Ｎに沿った方向への変位にのみ依存して生じることになり、法線Ｎに直交する方向への変位には依存しないことを意味する。これは、上述した原理に基づいて、作用したトルクを正確に検出する上で重要である。
結局、本発明を実施する上では、所定回転方向のトルクが作用した結果、固定電極Ｅ２０に対する変位電極Ｅ５０の相対位置が変化した場合にも、容量素子Ｃを構成する一対の電極の実効対向面積が変化しないように、固定電極Ｅ２０および変位電極Ｅ５０のうちの一方の面積を他方の面積よりも大きく設定しておくのが好ましい。
なお、図２４には、２枚の電極ＥＬ，ＥＳとして、矩形状の電極を用いた例を示したが、本発明に係るトルクセンサに用いる変位電極Ｅ５０および固定電極Ｅ２０の形状は任意であり、たとえば、円形の電極を用いるようにしてもかまわない。また、§４−３で述べたとおり、環状変形体５０を金属などの導電性材料により構成し、その表面の一部の領域を変位電極Ｅ５０として利用したり、右側支持体２０を金属などの導電性材料により構成し、その表面の一部の領域を固定電極Ｅ２０として利用するようにしてもかまわない。
＜５−２．他軸成分の干渉による誤差の排除＞
上述した§５−１では、本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサに、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用したという前提で、各検出部Ｄ１〜Ｄ４の挙動を説明し、図２２の最下行に示す演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」に基づく演算を行うことにより、作用したＺ軸まわりのモーメントＭｚを検出対象となるトルクとして検出できることを示した。
ただ、このトルクセンサに作用する外力は、必ずしもＺ軸まわりのモーメントＭｚのみに限定されるものではない。たとえば、図１６に示すトルクセンサにおいて、右側支持体２０を固定した状態において、左側支持体１０に作用する外力は、Ｘ軸方向の力Ｆｘ，Ｙ軸方向の力Ｆｙ，Ｚ軸方向の力Ｆｚ，Ｘ軸まわりのモーメントＭｘ，Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ，Ｚ軸まわりのモーメントＭｚという６軸成分になる。本発明に係るセンサは、これら６軸成分のうち、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚをトルクとして検出することを目的としたセンサであり、その検出原理は、既に§５−１で説明したとおりである。
もちろん、トルクセンサの利用環境によっては、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚのみしか作用しない状態で利用する場合もあろう。たとえば、図１６に示すトルクセンサを、Ｚ軸を中心軸とする円筒内に収容して用いるようにし、このトルクセンサの外径が、当該円筒の内径に一致するような場合、左側支持体１０の移動自由度は著しく制限される。このような利用環境では、左側支持体１０に対して、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚのみしか作用しないと考えても問題はない。しかしながら、この図１６に示すトルクセンサを、ロボットアームの関節部分に組み込み、関節の一部として利用する場合、左側支持体１０に対しては、上記６軸成分の力がすべて作用することになる。
これまで述べてきた基本的実施形態に係るトルクセンサは、他軸成分（上記６軸成分のうち、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを除いた５軸成分）の干渉を排除した正確なトルク検出が可能になるという特徴を有している。ここでは、§５−１で述べた検出方法により、他軸成分の干渉を排除できる点を説明する。
図２５は、図１６に示す基本構造部において、右側支持体２０を固定した状態で、左側支持体１０に、各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚもしくは各軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚが作用したときの各容量素子Ｃ１〜Ｃ４の電極間距離の具体的な変位量の実例を示す表であり、図２６は、図２５に示す表に基づいて作成した各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表である。いずれの表においても、Ｍｚの欄が太線枠で囲って示されているが、これは、このトルクセンサによって本来検出されるべき力成分が、モーメントＭｚ（Ｚ軸まわりのトルク）であることを示している。
図２５の表のＭｚの行を見ると、容量素子Ｃ１，Ｃ３の欄には「＋１０」、容量素子Ｃ２，Ｃ４の欄には「−１０」と記載されている。これは、右側支持体２０を固定した状態で、左側支持体１０にＺ軸正まわりのモーメント＋Ｍｚが作用した場合、容量素子Ｃ１，Ｃ３の電極間距離は１０μｍ増加し、容量素子Ｃ２，Ｃ４の電極間距離は１０μｍ減少することを示している（図２５の表における「＋」は電極間距離の増加を示し、「−」は電極間距離の減少を示す）。このような現象が生じる理由は、図２１を参照しながら既に説明したとおりである。
この図２５の表の各欄に示されている数値は、特定の寸法で設計され、特定の材質で構成された基本構造部を用いた具体的な試作品について、右側支持体２０を固定した状態で、左側支持体１０に所定の基準値をもった各軸方向の力および各軸まわりのモーメントを作用させたときに（モーメントの場合は、原点Ｏから所定の基準距離だけ離れた作用点に前記基準値をもった力を作用させたときに）、各容量素子Ｃ１〜Ｃ４の電極間距離の変位量（単位：μｍ）を実測した結果である。したがって、各欄の数値は、当該試作品について得られた固有値であり、個々の数値の絶対値には普遍的な意味はない。しかしながら、その符号は、電極間距離が増加するのか、減少するのかを示しており、測定対象となった試作品の寸法や材質によらず普遍性をもっている。
図２５の表のＦｘの行を見ると、容量素子Ｃ１，Ｃ４の欄には「−２」、容量素子Ｃ２，Ｃ３の欄には「＋２」と記載されている。これは、右側支持体２０を固定した状態で、左側支持体１０にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した場合、容量素子Ｃ１，Ｃ４の電極間距離は２μｍ減少し、容量素子Ｃ２，Ｃ３の電極間距離は２μｍ増加することを示している。このような現象が生じる理由は、図２７の変形態様を参照すれば、容易に理解できよう。
図２７は、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの変形状態を示すＸＹ平面での断面図であり、図１５に示す基本構造部をＸＹ平面で切断し、図１５の右方向から見た断面図に相当する。黒ドットで示す右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２を固定した状態において、白ドットで示す左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用すると、図に白矢印で示すとおり、白ドットで示す左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２が図の右方に移動する。その結果、第１の検出点Ｑ１および第４の検出点Ｑ４の位置近傍には、図に白矢印で示すような圧縮力ｆ１が作用し、第２の検出点Ｑ２および第３の検出点Ｑ３の位置近傍には、図に白矢印で示すような伸張力ｆ２が作用する。
結局、環状変形体５０は、図２７に示すとおり、いびつな形に変形する（図の破線は変形前の状態を示している）。かくして、容量素子Ｃ１，Ｃ４の電極間距離は２μｍ減少し、容量素子Ｃ２，Ｃ３の電極間距離は２μｍ増加し、図２５の表のＦｘの行に示す結果が得られる。同様の理由により、Ｙ軸正方向の力＋Ｆｙが作用したときには、図２５の表のＦｙの行に示す結果が得られ、容量素子Ｃ１，Ｃ２の電極間距離は２μｍ減少し、容量素子Ｃ３，Ｃ４の電極間距離は２μｍ増加する。また、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときには、環状変形体５０が全体的にＺ軸正方向に変位することになるので、図２５の表のＦｚの行に示す結果が得られる。すなわち、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の電極間距離はいずれも５μｍ減少する。
一方、Ｘ軸正まわりのモーメント＋Ｍｘが作用したときの変形状態を、図２８の側面図に示す。図において、Ｘ軸は、原点Ｏを通り紙面に直交する軸になり、Ｘ軸正まわりのモーメント＋Ｍｘは、左側支持体１０を図において時計まわりに回転させる力になる。その結果、ＸＺ平面より上方に配置されている第１の検出部Ｄ１（図には現れていない）および第２の検出部Ｄ２は、右側支持体２０に近づき、ＸＺ平面より下方に配置されている第３の検出部Ｄ３および第４の検出部Ｄ４（図には現れていない）は、右側支持体２０から遠ざかるように変位する。
かくして、図２５の表のＭｘの行に示す結果が得られ、容量素子Ｃ１，Ｃ２の電極間距離は１００μｍ減少し、容量素子Ｃ３，Ｃ４の電極間距離は１００μｍ増加する。同様の理由により、Ｙ軸正まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときには、図２５の表のＭｙの行に示す結果が得られ、容量素子Ｃ１，Ｃ４の電極間距離は６０μｍ増加し、容量素子Ｃ２，Ｃ３の電極間距離は６０μｍ減少する。なお、モーメント＋Ｍｘが作用したときの電極間距離の増減絶対値が１００μｍであるのに対して、モーメント＋Ｍｙが作用したときの電極間距離の増減絶対値が６０μｍになるのは、図１５に示されているとおり、凸状部２１，２２（右側接続部材）がＸ軸に沿った位置に配置されているため、Ｙ軸まわりの変位に比べてＸ軸まわりの変位の方が生じ易くなっているためである。
前述したように、図２６は、図２５に示す表に基づいて作成した各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表であり、各欄の「＋」は静電容量値の増加を示し、「−」は静電容量値の減少を示す。電極間距離の増減と静電容量値の増減とは逆になるため、図２６の表の各欄の符号と、図２５の表の対応欄の符号とは、逆転した関係になっている。
また、図２６の表では、符号だけでなく、大まかな絶対値を示すため、静電容量値が増加する場合は、「（＋）」，「＋」，「＋＋」の３通りの符号を用い、静電容量値が減少する場合は、「（−）」，「−」，「−−」の３通りの符号を用いることにする。ここで、「（＋）」，「（−）」は、図２５の表に示す数値の絶対値が５未満であることを示し、「＋」，「−」は、絶対値が５以上５０未満であることを示し、「＋＋」，「−−」は、絶対値が５０以上であることを示している。図２５の表を見ればわかるように、同一行に所属する各欄の数値の絶対値は互いに等しくなっているが、行が異なると、数値の絶対値も異なる（但し、行Ｆｘ，Ｆｙについては、数値の絶対値はすべて同じ「２」である）。
さて、§５−１で述べたとおり、ここで述べる基本的実施形態に係るトルクセンサでは、演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」に基づいて得られる演算値Ｍｚが、検出対象となるトルクの値として出力される。そのために、実際には、図２３に示すような検出回路が利用され、出力端子Ｔに検出値が出力されることになる。図２６の表のＭｚの行を参照すれば、演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」に基づいて得られる演算値Ｍｚが、正しいトルク（Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ）を示す値になっていることが理解できよう。
たとえば、便宜上、「−」および「＋」で示されている変動量の絶対値をａと仮定し、Ｍｚの行に応じて、Ｃ１＝−ａ，Ｃ２＝＋ａ，Ｃ３＝−ａ，Ｃ４＝＋ａとすれば、上記演算式の演算結果は、Ｍｚ＝＋４ａとなる。これは、Ｚ軸正まわりに４ａなる絶対値に対応するトルクが作用したことを示している。もちろん、逆まわりのトルクが作用した場合は、Ｍｚの行の符号は逆転するので、上記演算式の演算結果は、Ｍｚ＝−４ａとなる。これは、Ｚ軸負まわりに４ａなる絶対値に対応するトルクが作用したことを示している。このように、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合は、上記演算式による演算値として、当該モーメントＭｚの向き（符号）および大きさ（絶対値）が支障なく検出される。
次に、左側支持体１０に、モーメントＭｚ以外の他軸成分の力が作用した場合を考えてみよう。まず、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合は、各静電容量値Ｃ１〜Ｃ４の変動量は、図２６のＦｘの行に示すようになる。ここでも、便宜上、「（＋）」および「（−）」で示されている変動量の絶対値をａと仮定し、Ｆｘの行に応じて、Ｃ１＝＋ａ，Ｃ２＝−ａ，Ｃ３＝−ａ，Ｃ４＝＋ａとすれば、上記演算式の演算結果は、Ｍｚ＝０になる。これは、上記演算式の演算結果には、力Ｆｘの成分は含まれないことを示している。
同様に、Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合は、各静電容量値Ｃ１〜Ｃ４の変動量は、図２６のＦｙの行に示すようになる。ここでも、便宜上、「（＋）」および「（−）」で示されている変動量の絶対値をａと仮定し、Ｆｙの行に応じて、Ｃ１＝＋ａ，Ｃ２＝＋ａ，Ｃ３＝−ａ，Ｃ４＝−ａとすれば、上記演算式の演算結果は、Ｍｚ＝０になる。これは、上記演算式の演算結果には、力Ｆｙの成分は含まれないことを示している。
また、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合は、各静電容量値Ｃ１〜Ｃ４の変動量は、図２６のＦｚの行に示すようになる。ここでも、便宜上、「＋」で示されている変動量の絶対値をａと仮定し、Ｆｚの行に応じて、Ｃ１＝＋ａ，Ｃ２＝＋ａ，Ｃ３＝＋ａ，Ｃ４＝＋ａとすれば、上記演算式の演算結果は、Ｍｚ＝０になる。これは、上記演算式の演算結果には、力Ｆｚの成分は含まれないことを示している。
更に、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘが作用した場合は、各静電容量値Ｃ１〜Ｃ４の変動量は、図２６のＭｘの行に示すようになる。ここでも、便宜上、「＋＋」および「−−」で示されている変動量の絶対値をａと仮定し、Ｍｘの行に応じて、Ｃ１＝＋ａ，Ｃ２＝＋ａ，Ｃ３＝−ａ，Ｃ４＝−ａとすれば、上記演算式の演算結果は、Ｍｚ＝０になる。これは、上記演算式の演算結果には、モーメントＭｘの成分は含まれないことを示している。
最後に、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合は、各静電容量値Ｃ１〜Ｃ４の変動量は、図２６のＭｙの行に示すようになる。ここでも、便宜上、「＋＋」および「−−」で示されている変動量の絶対値をａと仮定し、Ｍｙの行に応じて、Ｃ１＝−ａ，Ｃ２＝＋ａ，Ｃ３＝＋ａ，Ｃ４＝−ａとすれば、上記演算式の演算結果は、Ｍｚ＝０になる。これは、上記演算式の演算結果には、モーメントＭｙの成分は含まれないことを示している。
結局、上記演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」によって得られる演算値Ｍｚには、他軸成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙは一切含まれず、当該演算値は、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚの成分のみを示す値になる。このように、図１６に示すトルクセンサは、ロボットアームなどの関節の一部として利用した場合でも、他軸成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの干渉を排除し、モーメントＭｚの成分のみを示す正しいトルク検出が可能になる。
＜＜＜  §６．  本発明の基本的実施形態の特徴  ＞＞＞
§４および§５では、図１５に示す基本構造部を用いた本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサの構成および動作を説明した。ここでは、当該基本的実施形態に係るトルクセンサの特徴をまとめておく。
本発明に係るトルクセンサは、所定の回転軸まわりのトルクを検出するセンサであり、その基本構造部は、図１５に示すとおり、左側支持体１０、環状変形体５０、右側支持体２０を有している。ここで、図１５に示すようにＸＹＺ三次元座標系を定義し、Ｚ軸を回転軸、この回転軸に直交するＸＹ平面を基本平面として、この基本平面ＸＹ上に、回転軸Ｚの周囲を取り囲むように基本環状路Ｒを定義すれば、環状変形体５０は、この基本環状路Ｒに沿って伸びる環状構造を有している（図１８参照）。
ここで、この基本構造部を、図１５に示すように、回転軸Ｚが左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見れば、左側支持体１０は、環状変形体５０の左側に隣接する位置に配置され、右側支持体２０は、環状変形体５０の右側に隣接する位置に配置されている。そして、環状変形体５０の左側の側面上の図１８に白ドットで示す位置に左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２を定義し、環状変形体５０の右側の側面上の図１８に黒ドットで示す位置に右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２を定義すれば、環状変形体５０の左側面は、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２の位置において、左側接続部材１１，１２によって左側支持体１０に接続されており、環状変形体５０の右側面は、右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２の位置において、右側接続部材２１，２２によって右側支持体２０に接続されている。
§４および§５で述べた基本的実施形態に係るトルクセンサは、このような基本構造部に、更に、容量素子Ｃと検出回路を付加することにより構成される。ここで、容量素子Ｃは、図２０に示すように、環状変形体５０の右側の側面の所定位置に固定された変位電極Ｅ５０と、右側支持体２０の、変位電極Ｅ５０に対向する位置に固定された固定電極Ｅ２０と、によって構成される。そして、検出回路は、各容量素子の静電容量値の変動に基づいて、左側支持体１０および右側支持体２０の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した回転軸Ｚまわりのトルクを示す電気信号を出力する機能を果たす。
図１８に示すとおり、環状変形体５０上の基本環状路Ｒ上には、検出点Ｑ１〜Ｑ４が定義され、これら検出点Ｑ１〜Ｑ４の位置に検出部Ｄ１〜Ｄ４が配置されることになる。そして、図１５に示すとおり、環状変形体５０は、検出部Ｄ１〜Ｄ４と連結部Ｌ１〜Ｌ４とを交互に配置した構造を有し、各検出部Ｄの両端には、それぞれ隣接する連結部Ｌが接続されている。また、図１８に示すように、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２および右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２は、連結部Ｌに配置されており、基本平面ＸＹへの左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２の正射影投影像（白ドット）と右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２の正射影投影像（黒ドット）とは、互いに異なる位置に形成される。そのため、トルクの作用によって、各検出部Ｄ１〜Ｄ４に圧縮力ｆ１もしくは伸張力ｆ２が作用することになる。
個々の検出部Ｄは、図２０に示すとおり、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部５１および第２の変形部５２と、これら両変形部５１，５２の弾性変形により変位を生じる変位部５３と、を有している。そして、第１の変形部５１の外側端はこれに隣接する連結部Ｌに接続され、内側端は変位部５３に接続される。同様に、第２の変形部５２の外側端はこれに隣接する連結部Ｌに接続され、内側端は変位部５３に接続される。そして、変位電極Ｅ５０は、変位部５３の右側支持体２０に対向する位置に固定される。
図１８に示すとおり、本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサの場合、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２は２箇所、右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２も２箇所に設けられている。別言すれば、環状変形体５０は、左側支持体１０に対して２箇所で接続され、右側支持体２０に対しても２箇所で接続されている。もっとも、本発明の原理上は、環状変形体５０と左側支持体１０との接続箇所は少なくとも１箇所あれば足り、環状変形体５０と右側支持体２０との接続箇所も少なくとも１箇所あれば足りる。したがって、左側接続点および右側接続点は、必ずしも２箇所ずつに設ける必要はないが、実用上は、作用したトルクを環状変形体５０に安定して伝達させるため、左側接続点および右側接続点を、少なくとも２箇所ずつに設けるようにするのが好ましい。
また、本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサの場合、環状変形体５０の４箇所に検出点Ｑ１〜Ｑ４を定義し、合計４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４を設けているが、本発明の原理上は、１組の検出部Ｄのみでもトルク検出は可能である。たとえば、図２０に示す検出部Ｄの場合、検出点Ｑの近傍部分に、圧縮力ｆ１（検出部Ｄを図の上下方向に縮める力）が作用すると容量素子Ｃの静電容量値は増加し、伸張力ｆ２（検出部Ｄを図の上下方向に伸ばす力）が作用すると容量素子Ｃの静電容量値は減少し、増加量および減少量は作用した力の大きさに応じたものになる。したがって、原理的には、環状変形体５０の一部に１組の検出部Ｄを設けておけば、容量素子Ｃの静電容量値の変化に基づいて、作用したトルクの向きおよび大きさを検出することができる。
しかしながら、実用上は、基本環状路Ｒ上に複数ｎ個（ｎ≧２）の検出点を定義し、各検出点にそれぞれ検出部Ｄを配置するのが好ましい。別言すれば、複数ｎ個の検出部Ｄと複数ｎ個の連結部Ｌとを、基本環状路Ｒに沿って交互に配置することにより、環状変形体５０を構成するのが好ましい。これは、複数ｎ個の検出部Ｄを配置しておけば、複数ｎ組の容量素子Ｃの静電容量値を利用した検出が可能になり、より検出精度を向上させることができるためである。
また、変位部５３の変位態様（特定方向のトルクが作用したときに、右側支持体２０に近づくか、遠ざかるか）に基づいて、複数ｎ組の検出部を２通りの属性グループに分けるようにすれば、静電容量値の差分に基づく検出が可能になり、検出精度を更に向上させる効果も得られる。
実用上は、ｎを偶数に設定し、基本環状路Ｒ上に偶数ｎ個（ｎ≧２）の検出点を定義し、各検出点にそれぞれ検出部Ｄを配置するのが好ましい。別言すれば、偶数ｎ個の検出部Ｄと偶数ｎ個の連結部Ｌとを、基本環状路Ｒに沿って交互に配置することにより、環状変形体５０を構成するのが好ましい。そうすれば、ｎ組の検出部を２通りの属性グループに分けた場合、同数ずつのメンバーからなるグループに分けることができるので、偏りのない安定した検出が可能になる。
また、ｎを偶数に設定すれば、偶数ｎ個の連結部Ｌに対して、基本環状路Ｒに沿って順に番号を付与したときに、右側接続点を奇数番目の連結部に配置し、左側接続点を偶数番目の連結部に配置することができるので、左側支持体１０に作用したトルクを、環状変形体５０に効率的に伝達させることができ、環状変形体５０の変形を安定させることができる。§４および§５で述べた基本的実施形態に係るトルクセンサは、ｎ＝４に設定した例である。
もちろん、ｎ＝２に設定し、環状変形体５０に２組の検出部Ｄを設けるようにすれば、上述した検出精度を向上させる効果を得ることができる。すなわち、ｎ＝２に設定した場合は、基本環状路Ｒに沿って、第１の連結部、第１の検出部、第２の連結部、第２の検出部を、この順序で配置することにより環状変形体を構成し、右側接続点を第１の連結部に配置し、左側接続点を第２の連結部に配置すればよい。
ただ、実用上は、ｎを４以上の偶数に設定するのが好ましく、§４および§５で述べた基本的実施形態は、最も好ましい実施形態の１つである。ｎ＝４に設定した場合は、図１７に示すとおり、基本環状路Ｒに沿って、第１の連結部Ｌ１、第１の検出部Ｄ１、第２の連結部Ｌ２、第２の検出部Ｄ２、第３の連結部Ｌ３、第３の検出部Ｄ３、第４の連結部Ｌ４、第４の検出部Ｄ４を、この順序で配置することにより環状変形体５０が構成されることになる。
しかも、図１７および図１８を参照すればわかるように、第１の右側接続点Ｐ２１が第１の連結部Ｌ１に配置され、第１の左側接続点Ｐ１１が第２の連結部Ｌ２に配置され、第２の右側接続点Ｐ２２が第３の連結部Ｌ３に配置され、第２の左側接続点Ｐ１２が第４の連結部Ｌ４に配置されている。このため、図１５に示すとおり、左側接続部材は、第１の左側接続点Ｐ１１と左側支持体１０とを接続する第１の左側接続部材１１と、第２の左側接続点Ｐ１２と左側支持体１０とを接続する第２の左側接続部材１２とによって構成され、右側接続部材は、第１の右側接続点Ｐ２１と右側支持体２０とを接続する第１の右側接続部材２１と、第２の右側接続点Ｐ２２と右側支持体２０とを接続する第２の右側接続部材２２とによって構成される。
したがって、右側支持体２０を固定した状態において、左側支持体１０にＺ軸まわりのトルクが作用すると、当該トルクは、第１の左側接続部材１１および第２の左側接続部材１２によって、第２の連結部Ｌ２および第４の連結部Ｌ４に確実に伝達されることになる。一方、第１の連結部Ｌ１および第３の連結部Ｌ３は、第１の右側接続部材２１および第２の右側接続部材２２によって、右側支持体２０に確実に固定された状態になる。かくして、環状変形体５０には、作用したトルクに基づく安定した変形が生じることになる。
また、この基本的実施形態に係るトルクセンサでは、各接続点の配置は、中心軸に関して対称性を有している。具体的には、図１８に示すとおり、基本平面（ＸＹ平面）と回転軸Ｚとの交点Ｏを通り、互いに直交する２直線（Ｘ軸およびＹ軸）を引いた場合、第１の左側接続点Ｐ１１および第２の左側接続点Ｐ１２の正射影投影像（白ドット）は、第１の直線上（Ｙ軸上）に配置され、第１の右側接続点Ｐ２１および第２の右側接続点Ｐ２２の正射影投影像（黒ドット）は、第２の直線上（Ｘ軸上）に配置されている。
すなわち、図示のようなＸＹＺ三次元座標系を定義した場合、環状変形体５０は、原点Ｏを中心として、基本平面となるＸＹ平面上に配置されており、左側支持体１０はＺ軸負領域（紙面より奥の位置）に配置され、右側支持体２０はＺ軸正領域（紙面より手前の位置）に配置されている。そして、環状変形体５０のＺ軸負側の側面上に第１の左側接続点Ｐ１１および第２の左側接続点Ｐ１２が設けられ、環状変形体５０のＺ軸正側の側面上に第１の右側接続点Ｐ２１および第２の右側接続点Ｐ２２が設けられる。
ここで、環状変形体５０の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合、第１の右側接続点Ｐ２１の投影像（黒ドット）は正のＸ軸上、第２の右側接続点Ｐ２２の投影像（黒ドット）は負のＸ軸上、第１の左側接続点Ｐ１１の投影像（白ドット）は正のＹ軸上、第２の左側接続点Ｐ１２の投影像（白ドット）は負のＹ軸上に配置されている。このように、環状変形体５０の上下の２箇所を左側支持体１０に接合し、左右の２箇所を右側支持体２０に接合して、各接続点が９０°ずつずれるようにしているため、トルクの作用によって、環状変形体５０を効率的に変形させることができ、また、軸対称性をもった楕円に変形させることができる。このような軸対称性は、静電容量値に基づく差分検出を行う場合に好都合である。
一方、図１８に示すとおり、ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義した場合、第１の検出点Ｑ１は正のＶ軸上、第２の検出点Ｑ２は正のＷ軸上、第３の検出点Ｑ３は負のＶ軸上、第４の検出点Ｑ４は負のＷ軸上に配置されている。そして、４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４は、各検出点Ｑ１〜Ｑ４が中心となるように配置されており、Ｖ軸およびＷ軸に関して対称性を有している。
このような構成を採れば、合計４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４が、Ｖ軸およびＷ軸の正負両側に配置されることになるので、特定のトルクが作用した場合に、静電容量値が増加する２組の容量素子と、静電容量値が減少する２組の容量素子と、を用いた差分検出が可能になり、検出精度を向上させることができる。基本的実施形態の場合、４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４は、互いに同一サイズ、同一構造を有しており、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４も、互いに同一サイズ、同一構造を有している。このため、静電容量値に基づく差分検出を行うのに適している。
一般に、複数ｎ個の検出部Ｄを備えたトルクセンサにおいて、静電容量値に基づく差分検出を行うには、ｎ個の検出部Ｄのうち、一部は第１属性の検出部となり、他の一部は第２属性の検出部となるようにすればよい。
ここで、検出部Ｄの属性は、変位部５３の変位態様（特定方向のトルクが作用したときに、右側支持体２０に近づくか、遠ざかるか）に基づいて決められる。すなわち、第１属性の検出部を構成する第１属性変位部５３は、第１の回転方向のトルク（たとえば、モーメント＋Ｍｚ）が作用したときに右側支持体２０から遠ざかる方向に変位し、第１の回転方向とは逆の第２の回転方向のトルク（たとえば、モーメント−Ｍｚ）が作用したときに右側支持体２０に近づく方向に変位する。これに対して、第２属性の検出部を構成する第２属性変位部５３は、第１の回転方向のトルク（モーメント＋Ｍｚ）が作用したときに右側支持体２０に近づく方向に変位し、第２の回転方向のトルク（モーメント−Ｍｚ）が作用したときに右側支持体２０から遠ざかる方向に変位する。
そして、第１属性変位部に固定された第１属性変位電極と、右側支持体２０の第１属性変位電極に対向する位置に固定された第１属性固定電極と、によって第１属性容量素子が構成され、第２属性変位部に固定された第２属性変位電極と、右側支持体２０の第２属性変位電極に対向する位置に固定された第２属性固定電極と、によって第２属性容量素子が構成される。そうすれば、検出回路は、第１属性容量素子の静電容量値と、第２属性容量素子の静電容量値と、の差に相当する電気信号を、作用したトルクを示す電気信号として出力することができる。
図２２の表に示す例の場合、検出部Ｄ１，Ｄ３が第１属性の検出部、検出部Ｄ２，Ｄ４が第２属性の検出部となり、第１属性変位電極Ｅ５０１，Ｅ５０３と第１属性固定電極Ｅ２０１，Ｅ２０３とによって、第１属性容量素子Ｃ１，Ｃ３が構成され、第２属性変位電極Ｅ５０２，Ｅ５０４と第２属性固定電極Ｅ２０２，Ｅ２０４とによって、第２属性容量素子Ｃ２，Ｃ４が構成される。図示のとおり、トルク＋Ｍｚが作用した場合、第１属性容量素子Ｃ１，Ｃ３の静電容量値は減少し、第２属性容量素子Ｃ２，Ｃ４の静電容量値は増加する。したがって、演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」に基づいて、第１属性容量素子Ｃ１，Ｃ３の静電容量値Ｃ１，Ｃ３の和「Ｃ１＋Ｃ３」と、第２属性容量素子Ｃ２，Ｃ４の静電容量値Ｃ２，Ｃ４の和「Ｃ２＋Ｃ４」と、の差を求めることにより、作用したトルクの向きと大きさを検出することができる。
また、§５−２で述べたとおり、この演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」に基づく差分検出を行えば、他軸成分の干渉を排除することができるため、このトルクセンサをロボットアームの関節の一部などに利用した場合にも、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙといった他軸成分を排除して、検出対象となるＺ軸まわりのトルク（モーメントＭｚ）のみを正確に検出することができるようになる。
＜＜＜  §７．  本発明に係るトルクセンサの変形例  ＞＞＞
これまで、§４〜§６において、本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサについての説明を行ってきたが、ここでは、この基本的実施形態に対するいくつかの変形例を述べる。
＜７−１．補助接続部材を付加した変形例＞
上述したとおり、基本的実施形態に係るトルクセンサには、他軸成分の干渉を排除する機能が備わっている。すなわち、右側支持体２０を固定した状態において、左側支持体１０に、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚという６軸成分を加えた場合、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値の変動量は、図２６の表に示すようになる。このため、§５−２で説明したとおり、演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３＋Ｃ４」に基づく演算によって得られる値Ｍｚには、モーメントＭｚの成分のみが含まれることになり、他の５軸成分の干渉を排除することができる。
これは、このトルクセンサが軸対称性を有しており、図２６の表に示す結果を踏まえれば、他の５軸成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙが作用した場合でも、上記演算式に基づく演算結果は０になるためである。図２６の表には、変動量の絶対値の大きさに応じて、（＋），＋，＋＋および（−），−，−−なる符号が記載されているが、基本構造部が軸対称性を有していれば、図２５の表に示すとおり、表の同一行の数値の絶対値は互いに等しくなるので、他の５軸成分についての演算結果はいずれも０になる。
このように、理論的には、基本的実施形態に係るトルクセンサであれば、他軸成分の干渉を排除し、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚのみを正確に検出することができる。しかしながら、実際には、図２５の表の同一行の数値の絶対値を完全に等しくすることは困難であり、多少なりとも誤差が生じることになる。別言すれば、実際の製品では、他の５軸成分の干渉を完全に排除した検出値を得ることはできない。もちろん、他軸成分の干渉が誤差として無視しうる範囲であれば実用上は問題はないが、ここで述べる変形例は、この他軸成分の干渉誤差をより低減するための工夫を施したものである。
図２６の表において、検出対象となる本来の成分は、太線枠で囲って示すモーメントＭｚである。ところが、このＭｚの欄の符号が＋および−であるのに対して、他軸成分であるＭｘ，Ｍｙの欄の符号は＋＋および−−になっており、絶対値としては、本来の成分Ｍｚの変動量よりも、他軸成分Ｍｘ，Ｍｙの変動量の方が大きくなっている。具体的には、図２５に示す例の場合、Ｍｚの変動量の絶対値が「１０」であるのに対して、Ｍｘ，Ｍｙの変動量の絶対値は、それぞれ「１００」，「６０」になっている。
もちろん、図２５の表に示す結果は、特定の寸法で設計された特定の試作品について得られた値であるため、具体的な数値自体に意味はないが、図１５に示す形態をもつ基本構造部を利用したトルクセンサでは、一般的な傾向として、成分Ｍｚの変動量よりも、成分Ｍｘ，Ｍｙの変動量の方が大きくなる。これは、当該基本構造部が、Ｚ軸まわりに回転させるよりも、Ｘ軸まわりもしくはＹ軸まわりに回転させる方が容易である、という特性を有しているためである。したがって、他軸成分Ｍｘ，Ｍｙは、本来の検出対象成分Ｍｚの検出値に影響を与え易い成分ということができる。
図２９および図３０は、このような問題点に鑑み、他軸成分の干渉に起因する誤差をより低減するための工夫を施した変形例に係るトルクセンサの基本構造部の分解斜視図および側面図である。図１５に示す基本的実施形態に係るトルクセンサの基本構造部との差は、補助接続部材２３，２４を付加した点のみである。図２９には、補助接続部材２３，２４が、右側支持体２０の左側面から左方に突出した部材として示されているが、実際には、図３０の側面図に示すとおり、補助接続部材２３，２４は、環状変形体５０の右側面と右側支持体２０の左側面とを接続する部材であれば、どのような形態で設けてもかまわない。
図３１は、図２９に示す環状変形体５０に補助接続部材２３，２４を接合した状態を、図２９の右方向から見た正面図である。図示の例では、補助接続部材２３，２４は円柱状の部材であり、ＸＹ平面上への投影像はＹ軸上に位置する。図１８に白ドットで示すとおり、Ｙ軸上には左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２が定義されており、補助接続部材２３，２４は、この左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２の位置に接続されている。別言すれば、ＸＹ平面上において、補助接続部材２３は、第１の左側接続部材１１の接続位置（図３１に破線で示す）に配置され、補助接続部材２４は、第２の左側接続部材１２の接続位置（図３１に破線で示す）に配置されていることになる。
図３２は、図２９に示す基本構造部における補助接続部材２３の近傍構造を示す部分断面図であり、白ドットは左側接続点Ｐ１１を示している。すなわち、図３２は、左側接続点Ｐ１１を含みＸＺ平面に平行な平面で基本構造部を切った断面図に相当する（図の上下方向がＺ軸方向になる）。図に破線で示す接続参照線Ａは、左側接続点Ｐ１１を通り、Ｚ軸に平行な直線である。補助接続部材２３は、この接続参照線Ａを中心軸とする円柱状の部材であり、いわば、接続参照線Ａの位置において、環状変形体５０（連結部Ｌ２）と右側支持体２０との間隔を一定に維持するための「つっかえ棒」として機能する。補助接続部材２４も同様の機能を果たす。
図３０の側面図を見れば明らかなように、「つっかえ棒」として機能する補助接続部材２３，２４を付加することにより、右側支持体２０を固定した状態において、左側支持体１０にＸ軸まわりのモーメントＭｘが作用しても、左側支持体１０および環状変形体５０の変位は抑制される。すなわち、モーメントＭｘが作用しても、図２８に示すような変位は生じないことになる。また、補助接続部材２３，２４を付加すると、モーメントＭｙが作用したときに生じる変位を抑制する効果も得られる。これは、Ｙ軸まわりの回転運動に対して、補助接続部材２３，２４が抵抗要素として機能するためである。
なお、ここに示す例では、補助接続部材２３，２４として、接続参照線Ａ上に配置した円柱状部材を用いたが、もちろん、補助接続部材２３，２４の形状は円柱に限定されるものではない。また、補助接続部材２３，２４の位置は、必ずしも接続参照線Ａ上である必要はなく、その近傍位置であれば、接続参照線Ａから多少外れた位置に配置してもかまわない。たとえば、図３１に示す例において、補助接続部材２３の位置をＹ軸正方向に移動させ、補助接続部材２４の位置をＹ軸負方向に移動させて、それぞれを環状変形体５０の外側輪郭線の近傍位置に配置するようにしてもかまわない。あるいは、図に破線で示すように、環状変形体５０のＹ軸との交差部分に、連結部Ｌ２を外側に拡張した突出部Ｌ２ａと、連結部Ｌ４を外側に拡張した突出部Ｌ４ａとを設け、補助接続部材２３を突出部Ｌ２ａの三角マークの位置に配置し、補助接続部材２４を突出部Ｌ４ａの三角マークの位置に配置するようにしてもよい。この場合、右側支持体２０にも突出部Ｌ２ａ，Ｌ４ａに対向する位置に同様の突出部を設けるようにすればよい。
要するに、補助接続部材２３，２４は、環状変形体５０の連結部Ｌ２，Ｌ４（これを拡張した突出部を含む）の右側の側面と、右側支持体２０（これを拡張した突出部を含む）の対向面との間の設けられた部材であって、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２を通り回転軸（Ｚ軸）に平行な接続参照線Ａを定義したときに、この接続参照線Ａ上もしくはその近傍に配置された部材であれば、どのような部材であってもかまわない。なお、補助接続部材２３，２４は、いずれか一方のみを設けても、それなりの効果は得られるが、実用上は、両方を設けるようにするのが好ましい。
補助接続部材２３，２４を設ける目的は、本来の検出対象であるモーメントＭｚの作用によって生じる変位に比べて、他軸成分であるモーメントＭｘ，Ｍｙの作用によって生じる変位を抑制し、他軸成分の干渉に起因する誤差をより低減することにある。このような目的を踏まえると、補助接続部材２３，２４としては、接続参照線Ａに沿った方向に力が作用したときに比べて、接続参照線Ａに直交する方向に力が作用したときの方が、弾性変形を生じ易い部材を用いるのが好ましい。
具体的には、たとえば、図３２に示す例のように、金属や樹脂など、ある程度の弾性を有する素材からなる細長い棒状部材を補助接続部材２３として用い、これを、接続参照線Ａに沿って配置すればよい。そうすれば、右側支持体２０を固定状態にして、左側支持体１０に対して、接続参照線Ａに沿った図の上下方向に力が作用したときには弾性変形は生じにくく、接続参照線Ａに直交する図の左右方向に力が作用したときには弾性変形が生じ易くなる。
別言すれば、細長い棒状部材からなる補助接続部材２３は、上下方向に伸縮する変形は生じにくいが、全体を左右に傾斜させるような変形は生じ易い。その結果、環状変位体５０の図の上下方向への変位は十分に抑制されるので、モーメントＭｘの作用に基づく変位は大きく制限されるが、補助接続部材２３の傾斜によって、環状変位体５０の図の左右方向への変位はそれほど抑制されないので、モーメントＭｚの作用に基づく変位はあまり制限されないことになる。実際には、補助接続部材２３，２４を設けることにより、モーメントＭｙの作用に基づく変位や力Ｆｚに基づく変位も抑制することができる。
図３３は、図３２に示す補助接続部材の近傍構造の変形例を示す部分断面図である。この変形例は、補助接続部材２３をより傾斜しやすくする工夫を施したものであり、補助接続部材の両端の接続部分にダイアフラム構造を採用している。この変形例に係る基本構造部の形状は、これまで述べてきた基本的実施形態に係る基本構造部の構造と若干異なるため、図では、各部の符号末尾に「Ａ」を付して示してある。すなわち、左側支持体１０Ａと環状変形体５０Ａ（連結部Ｌ２）とは、接続部材本体１１Ａと接続部材台座１１Ｐとを有する左側接続部材によって接続されており、環状変形体５０Ａと右側支持体２０Ａとは補助接続部材２３Ａによって接続されている。
ここで、環状変形体５０Ａの補助接続部材２３Ａに対する接続部は、ダイアフラム部５０ｄによって構成されており、右側支持体２０Ａの補助接続部材２３Ａに対する接続部分は、ダイアフラム部２０ｄによって構成されている。このため、右側支持体２０Ａを固定した状態において、左側支持体１０ＡにＺ軸まわりのトルクが作用すると、作用したトルクによってダイアフラム部５０ｄ，２０ｄが変形し、補助接続部材２３Ａが接続参照線Ａに対して傾斜することになる。したがって、補助接続部材２３Ａを設けているにもかかわらず、検出対象となるトルク（モーメントＭｚ）に基づく変位の自由度は十分に確保されることになる。
図３２に示す補助接続部材２３は、傾斜するために自分自身が変形を生じる必要があるため、なるべく細い棒状部材によって構成するのが好ましい。これに対して、図３３に示す補助接続部材２３Ａは、ダイアフラム部５０ｄ，２０ｄの変形により傾斜するため、補助接続部材２３Ａ自体は変形する必要がない。したがって、補助接続部材２３Ａとしては、太い剛性をもった部材を用いてもかまわない。傾斜角度を十分に確保する上では、補助接続部材２３Ａはなるべく長くするのが好ましい。
また、図示の例の場合、左側接続部材を接続部材本体１１Ａと接続部材台座１１Ｐとによって構成しており、接続部材台座１１Ｐが、ダイアフラム部５０ｄを避け、その周囲部分に接続されるようにしているため、ダイアフラム部５０ｄの変形が阻害されることはない。このため、補助接続部材２３Ａの傾斜の自由度は十分に確保されている。なお、図示の例では、環状変形体５０Ａにダイアフラム部５０ｄを設け、右側支持体２０Ａにダイアフラム部２０ｄを設け、補助接続部材２３Ａの上下両端をダイアフラム部を介して接続する構成を採っているが、上端のみ、もしくは、下端のみをダイアフラム部を介して接続する構成を採ってもかまわない。
図３４は、図２９に示す補助接続部材を付加した変形例における左側支持体１０に、各軸方向の力もしくは各軸まわりのモーメントが作用したときの各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表である。図２６に示す表と比べると、Ｆｚの欄、Ｍｘの欄、Ｍｙの欄がいずれも（＋）もしくは（−）になっていることがわかる。なお、この表における符号「（＋）」，「（−）」に相当する変動量の数値範囲と、符号「＋」，「−」に相当する変動量の数値範囲との具体的な区分基準は、図２６の表における区分基準（絶対値が５未満であれば「（＋）」，「（−）」、絶対値が５以上５０未満であれば「＋」，「−」）とは若干異なっているが、符号「（＋）」，「（−）」が符号「＋」，「−」に比べて十分小さな絶対値を示している点に変わりはない。
図２６の表と図３４の表とを比較すればわかるように、補助接続部材を付加することにより、力ＦｚおよびモーメントＭｘ，Ｍｙが作用したときの変動量の絶対値が小さくなっており、検出対象となるモーメントＭｚが作用したときの変動量の絶対値に比べて、他軸成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙが作用したときの変動量の絶対値は相対的に小さくなる。したがって、他軸成分の干渉に起因する誤差をより低減することができる。
＜７−２．合計８組の検出部を用いる変形例＞
§６では、本発明を実施する際には、基本環状路Ｒ上に複数ｎ個（ｎ≧２）の検出点を定義し、各検出点にそれぞれ検出部Ｄを配置するのが好ましいことを述べた。基本的実施形態では、ｎ＝４に設定し、合計４組の検出部を用いていたが、ここに述べる変形例では、ｎ＝８に設定し、合計８組の検出部を用いることになる。そのため、この変形例に係るトルクセンサでは、図１５に示す基本構造部における環状変形体５０の代わりに、８組の検出部Ｄ１１〜Ｄ１８を備えた環状変形体６０が用いられる。
なお、左側支持体１０および右側支持体２０の構造に変わりはない。したがって、ＸＹＺ三次元座標系を定義した場合、この変形例に係るトルクセンサの場合も、環状変形体６０が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、左側支持体１０がＺ軸負領域に配置され、右側支持体２０がＺ軸正領域に配置され、Ｚ軸まわりのトルクの検出が行われることになる。
図３５は、この変形例に係るトルクセンサの環状変形体６０の正面図（右側支持体２０側から見た図）である。ここでも、ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸が定義され、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸が定義されている。基本的実施形態に係る環状変形体５０は、図１７の正面図に示すように、４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４と４組の連結部Ｌ１〜Ｌ４とを交互に並べたものであったが、この変形例に係る環状変形体６０は、図３５の正面図に示すように、８組の検出部Ｄ１１〜Ｄ１８と８組の連結部Ｌ１１〜Ｌ１８とを交互に並べたものになる。
図３６は、図３５に示す環状変形体６０を構成する検出部Ｄ１１〜Ｄ１８および連結部Ｌ１１〜Ｌ１８の配置を示す平面図である（ハッチングは、検出部の領域を示すものであり、断面を示すものではない）。図示のとおり、この環状変形体６０は、一点鎖線で示す円形の基本環状路Ｒに沿って、第１の連結部Ｌ１１、第１の検出部Ｄ１１、第２の連結部Ｌ１２、第２の検出部Ｄ１２、第３の連結部Ｌ１３、第３の検出部Ｄ１３、第４の連結部Ｌ１４、第４の検出部Ｄ１４、第５の連結部Ｌ１５、第５の検出部Ｄ１５、第６の連結部Ｌ１６、第６の検出部Ｄ１６、第７の連結部Ｌ１７、第７の検出部Ｄ１７、第８の連結部Ｌ１８、第８の検出部Ｄ１８を、この順序で配置することにより構成される。
各検出部Ｄ１１〜Ｄ１８の基本構造は、これまで述べてきた各検出部Ｄ１〜Ｄ４の基本構造と同じである。たとえば、図３５には、第１の変形部６１，第２の変形部６２，変位部６３によって第１の検出部Ｄ１１を構成した例が示されているが、ここで、第１の変形部６１，第２の変形部６２，変位部６３は、図２０に示す検出部Ｄの第１の変形部５１，第２の変形部５２，変位部５３と同様の構成要素であり、変位部６３には、絶縁層を介して変位電極が形成されることになる。
また、図１５に示す環状変形体５０の場合、左側面の２箇所が左側接続部材１１，１２によって左側支持体１０に接続され、右側面の２箇所が右側接続部材２１，２２によって右側支持体２０に接続されていたが、図３５に示す環状変形体６０の場合、左側面の４箇所が左側接続部材１６，１７，１８，１９によって左側支持体１０に接続され、右側面の４箇所が右側接続部材２６，２７，２８，２９によって右側支持体２０に接続されることになる。図３５に破線で示されている領域は、４組の左側接続部材１６，１７，１８，１９が接続される領域のＸＹ平面への投影像および４組の右側接続部材２６，２７，２８，２９が接続される領域のＸＹ平面への投影像を示している。
図３７は、図３５に示す環状変形体６０の各検出点および各接続点の配置を示すＸＹ平面上への投影図（右側支持体２０側から見た図：環状変形体６０は輪郭のみを示す）である。ここでも、左側接続点Ｐ１６〜Ｐ１９は白ドット、右側接続点Ｐ２６〜Ｐ２９は黒ドットで示されている。図３６と図３７とを対比すればわかるとおり、第１の左側接続点Ｐ１６は第１の連結部Ｌ１１に配置され、第１の右側接続点Ｐ２６は第２の連結部Ｌ１２に配置され、第２の左側接続点Ｐ１７は第３の連結部Ｌ１３に配置され、第２の右側接続点Ｐ２７は第４の連結部Ｌ１４に配置され、第３の左側接続点Ｐ１８は第５の連結部Ｌ１５に配置され、第３の右側接続点Ｐ２８は第６の連結部Ｌ１６に配置され、第４の左側接続点Ｐ１９は第７の連結部Ｌ１７に配置され、第４の右側接続点Ｐ２９は第８の連結部Ｌ１８に配置されている。
実際には、第１〜第４の左側接続点Ｐ１６〜Ｐ１９は、環状変形体６０のＺ軸負側の側面（左側面）上に定義された点であり、第１〜第４の右側接続点Ｐ２６〜Ｐ２９は、環状変形体６０のＺ軸正側の側面（右側面）上に定義された点であるので、図３７に示す各接続点は、実際の接続点をＸＹ平面上に投影した点ということになる。
結局、基本平面ＸＹ上に、回転軸Ｚとの交点Ｏを通り４５°ずつの角度偏差をもって交差する４直線Ｘ，Ｖ，Ｙ，Ｗを引いた場合に、第１の左側接続点Ｐ１６および第３の左側接続点Ｐ１８の正射影投影像が第１の直線Ｘ上に配置され、第１の右側接続点Ｐ２６および第３の右側接続点Ｐ２８の正射影投影像が第２の直線Ｖ上に配置され、第２の左側接続点Ｐ１７および第４の左側接続点Ｐ１９の正射影投影像が第３の直線Ｙ上に配置され、第２の右側接続点Ｐ２７および第４の右側接続点Ｐ２９の正射影投影像が第４の直線Ｗ上に配置されていることになる。
より詳細に説明すれば、環状変形体６０の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の左側接続点Ｐ１６の投影像は正のＸ軸上、第２の左側接続点Ｐ１７の投影像は正のＹ軸上、第３の左側接続点Ｐ１８の投影像は負のＸ軸上、第４の左側接続点Ｐ１９の投影像は負のＹ軸上に配置されており、第１の右側接続点Ｐ２６の投影像は正のＶ軸上、第２の右側接続点Ｐ２７の投影像は正のＷ軸上、第３の右側接続点Ｐ２８の投影像は負のＶ軸上、第４の右側接続点Ｐ２９の投影像は負のＷ軸上に配置されていることになる。
そして、第１の左側接続部材１６は、第１の左側接続点Ｐ１６と左側支持体１０とを接続し、第２の左側接続部材１７は、第２の左側接続点Ｐ１７と左側支持体１０とを接続し、第３の左側接続部材１８は、第３の左側接続点Ｐ１８と左側支持体１０とを接続し、第４の左側接続部材１９は、第４の左側接続点Ｐ１９と左側支持体１０とを接続する。また、第１の右側接続部材２６は、第１の右側接続点Ｐ２６と右側支持体２０とを接続し、第２の右側接続部材２７は、第２の右側接続点Ｐ２７と右側支持体２０とを接続し、第３の右側接続部材２８は、第３の右側接続点Ｐ２８と右側支持体２０とを接続し、第４の右側接続部材２９は、第４の右側接続点Ｐ２９と右側支持体２０とを接続する。
このように、環状変形体６０は、その左側の４箇所において左側支持体１０に接続され、その右側の４箇所において右側支持体２０に接続されるため、左側支持体１０と環状変形体６０との間の接続状態および環状変形体６０と右側支持体２０との間の接続状態は、非常に頑強なものになる。したがって、このトルクセンサをロボットアーム等の関節として利用した場合にも、十分な堅牢性を確保することができる。
一方、図３７に示すとおり、基本環状路Ｒ上には、８個の検出点Ｑ１１〜Ｑ１８が定義されている。具体的には、Ｖ軸とＸ軸との中間位置にＶＸ軸を定義し、Ｖ軸とＹ軸との中間位置にＶＹ軸を定義し、Ｗ軸とＹ軸との中間位置にＷＹ軸を定義し、Ｗ軸とＸ軸（負方向）との中間位置にＷＸ軸を定義すれば、第１の検出点Ｑ１１はＶＸ軸正領域、第２の検出点Ｑ１２はＶＹ軸正領域、第３の検出点Ｑ１３はＷＹ軸正領域、第４の検出点Ｑ１４はＷＸ軸正領域、第５の検出点Ｑ１５はＶＸ軸負領域、第６の検出点Ｑ１６はＶＹ軸負領域、第７の検出点Ｑ１７はＷＹ軸負領域、第８の検出点Ｑ１８はＷＸ軸負領域にそれぞれ配置されている。
一般論としては、第ｉ番目の検出点（１≦ｉ≦８）をＱｉとすれば、検出点Ｑｉの位置は、ＸＹ平面上において、原点Ｏを起点として、Ｘ軸正方向に対して反時計まわりに角度θをなす方位ベクトルＶｅｃ（θ）を定義したときに、方位ベクトルＶｅｃ（π／８＋（ｉ−１）・π／４）と基本環状路Ｒとの交点位置ということになる。たとえば、第１番目の検出点Ｑ１１は、Ｘ軸正方向に対して、反時計まわりに角度２２．５°をなす方位ベクトルＶｅｃ（π／８）と基本環状路Ｒとの交点位置ということになる。
８組の検出部Ｄ１１〜Ｄ１８は、各検出点Ｑ１１〜Ｑ１８の位置に配置されるので、結局、図３５の正面図に示すとおり、検出部Ｄ１１〜Ｄ１８は、Ｘ軸，Ｖ軸，Ｙ軸，Ｗ軸の中間位置に配置されることになる。右側支持体２０を固定した状態において、左側支持体１０にトルク（モーメントＭｚ）が作用すると、図３５におけるＶ軸およびＷ軸上に配置された右側接続部材２６，２７，２８，２９によって環状変形体６０の各部が固定された状態において、Ｘ軸およびＹ軸上に配置された左側接続部材１６，１７，１８，１９に時計まわりもしくは反時計まわりの力が作用することになる。したがって、各検出部Ｄ１１〜Ｄ１８には、その位置に応じて、圧縮力ｆ１もしくは伸張力ｆ２が作用することになり、各検出部Ｄ１１〜Ｄ１８の変位部に設けられた変位電極と右側支持体２０の対向面に設けられた固定電極とによって構成される容量素子Ｃ１１〜Ｃ１８の電極間距離が変化し、静電容量値Ｃ１１〜Ｃ１８が増減することになる。
図３８は、図３５に示す８組の検出部Ｄ１１〜Ｄ１８を用いる変形例について、右側支持体２０を固定した状態で、左側支持体１０に各軸方向の力もしくは各軸まわりのモーメントが作用したときの各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表である。Ｍｚの欄が太線枠で囲って示されているが、これは、このトルクセンサによって本来検出されるべき力成分が、モーメントＭｚ（Ｚ軸まわりのトルク）であることを示している。
この図３８の表においても、大まかな絶対値を示すため、静電容量値が増加する場合は、「（＋）」，「＋」，「＋＋」の３通りの符号を用い、静電容量値が減少する場合は、「（−）」，「−」，「−−」の３通りの符号を用いている。「＋＋」は「＋」に比べて変動量が大きいことを示し、「（＋）」は「＋」に比べて変動量が小さいことを示す。同様に、「−−」は「−」に比べて変動量が大きいことを示し、「（−）」は「−」に比べて変動量が小さいことを示す。
左側支持体１０にモーメント＋Ｍｚが作用すると、図３５において、右側接続部材２６，２７，２８，２９の位置を固定した状態で、左側接続部材１６，１７，１８，１９の位置を反時計まわりに移動させる力が加わることになるので、奇数番目の検出部Ｄ１１，Ｄ１３，Ｄ１５，Ｄ１７には圧縮力ｆ１が作用し、偶数番目の検出部Ｄ１２，Ｄ１４，Ｄ１６，Ｄ１８には伸張力ｆ２が作用する。このため、奇数番目の容量素子Ｃ１１，Ｃ１３，Ｃ１５，Ｃ１７の静電容量値は増加し、偶数番目の容量素子Ｃ１２，Ｃ１４，Ｃ１６，Ｃ１８の静電容量値は減少する。図３８の表のＭｚの行は、このような変動を示すものである。
このような変動が生じることを踏まえれば、８組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１８の静電容量値に基づく差分演算を行うことにより、モーメントＭｚ（検出対象となるトルク）を算出することができる。図３９は、このような差分演算を行う式のバリエーションを示す表である。図３９（ａ）に示す演算式「Ｍｚ＝＋Ｃ１１−Ｃ１２＋Ｃ１３−Ｃ１４＋Ｃ１５−Ｃ１６＋Ｃ１７−Ｃ１８」は、８組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１８の静電容量値をすべて用いた差分演算を行う式であり、実用上は最も好ましい演算式である。一方、図３９（ｂ）に示す演算式「Ｍｚ＝＋Ｃ１１−Ｃ１２＋Ｃ１５−Ｃ１６」、図３９（ｃ）に示す演算式「Ｍｚ＝＋Ｃ１３−Ｃ１４＋Ｃ１７−Ｃ１８」、図３９（ｄ）に示す演算式「Ｍｚ＝−Ｃ１２＋Ｃ１３−Ｃ１６＋Ｃ１７」、図３９（ｅ）に示す演算式「Ｍｚ＝＋Ｃ１１−Ｃ１４＋Ｃ１５−Ｃ１８」は、いずれも８組の静電容量値Ｃ１１〜Ｃ１８の中から選択された４組の静電容量値を用いた差分演算を行う式であり、やはり差分演算によってモーメントＭｚ（検出対象となるトルク）を算出することができる。
理論的には、図３９（ａ）〜（ｅ）のいずれの演算式を採用した場合でも、他軸成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ）は相殺され、§５−２で述べたように、他軸成分の干渉による誤差を排除することができる。ただ、§７−１で述べたように、図３８の表においても、成分Ｍｚの変動量「＋」，「−」に比べて、成分Ｍｘ，Ｍｙの変動量「＋＋」，「−−」は大きくなる。したがって、この§７−２で述べる合計８組の検出部を用いる変形例についても、§７−１で述べた補助接続部材を付加した変形例を適用すれば、他軸成分の干渉に起因する誤差をより低減する効果が得られる。
具体的には、図３７に白ドットで示す左側接続点Ｐ１６〜Ｐ１９（必ずしも全部でなくてかまわない）の位置もしくはその近傍に、補助接続部材を設ければよい。もちろん、この補助接続部材は、§７−１で述べたように、環状変形体６０右側面と右側支持体２０の対向面との間を接続する部材であり、「つっかえ棒」としての役割を果たすことができる。なお、図３１に破線および三角マークで示した例と同様に、この図３７に示す例においても環状変形体６０の一部（具体的には、Ｘ軸およびＹ軸との交差部分）を外側に拡張して突出部を設け、白ドットで示す位置の代わりに、この突出部の位置に補助接続部材を配置してもかまわない。
図４０は、図３５に示す８組の検出部を用いる変形例に、更に、補助接続部材を付加したトルクセンサにおける左側支持体１０に、各軸方向の力もしくは各軸まわりのモーメントが作用したときの各容量素子の静電容量値の変動量（増減の程度）を示す表である。図３８に示す表と比べると、Ｆｚの欄、Ｍｘの欄、Ｍｙの欄がいずれも（＋）もしくは（−）になっており、他軸成分の干渉に起因する誤差がより低減されることがわかる。
＜７−３．検出部の構造に関する変形例＞
本発明の環状変形体５０，６０に設ける検出部Ｄの構造として、図１９（ａ）には、第１の板状片５１，第２の板状片５２，変位部５３を有する構造を例示した。この例の場合、第１の板状片５１および第２の板状片５２は、法線Ｎに対して傾斜しており、かつ、第１の板状片５１の傾斜方向と第２の板状片５２の傾斜方向とが逆向きとなっている。このような構成を採ると、図１９（ｂ）に示すように、圧縮力ｆ１が作用した場合には、変位部５３は図の下方に移動し、伸張力ｆ２が作用した場合には、変位部５３は図の上方に移動するので、容量素子Ｃの静電容量値の増減により、作用したトルクの向きおよび大きさを検出することができる。
しかしながら、本発明に利用可能な検出部Ｄの構造は、この図１９（ａ）に例示する構造に限定されるものではない。図４１は、検出部Ｄの構造のバリエーションを示す部分断面図である。
図４１（ａ）に示す検出部ＤＢは、環状変形体５０Ｂの一部に設けられた検出部であり、第１の板状片５１Ｂ，第２の板状片５２Ｂ，変位部５３Ｂ，第１の橋梁部５４Ｂ，第２の橋梁部５５Ｂを有している。図示のとおり、変位部５３Ｂ，第１の橋梁部５４Ｂ，第２の橋梁部５５Ｂは、いずれもＸＹ平面（基本環状路Ｒを含む平面）に対して平行になるように配置された板状の構成要素であり、第１の板状片５１Ｂ，第２の板状片５２Ｂは、いずれもＸＹ平面に対して直交するように（法線Ｎに対して平行になるように）配置された板状の構成要素である。
図１９（ａ）に示す検出部Ｄの場合、第１の板状片５１および第２の板状片５２が互いに逆向きになるように傾斜しているが、図４１（ａ）に示す検出部ＤＢの場合、第１の板状片５１Ｂ，第２の板状片５２Ｂは互いに平行な状態になっている。したがって、この検出部ＤＢでは、圧縮力ｆ１が作用した場合も、伸張力ｆ２が作用した場合も、第１の板状片５１Ｂおよび第２の板状片５２Ｂが法線Ｎに対して傾斜するので、いずれの場合も変位部５３Ｂは図の上方に移動することになる。したがって、容量素子Ｃの静電容量値の増減により、作用したトルクの向きを検出することはできないが、作用するトルクの方向が定まっている用途であれば、検出部ＤＢにより作用したトルクの大きさを検出することが可能である。
図４１（ｂ）に示す検出部ＤＣは、環状変形体５０Ｃの一部に設けられた検出部であり、第１の板状片５１Ｃ，第２の板状片５２Ｃ，変位部５３Ｃ，第１の橋梁部５４Ｃ，第２の橋梁部５５Ｃを有している。図示のとおり、変位部５３Ｃ，第１の橋梁部５４Ｃ，第２の橋梁部５５Ｃは、いずれもＸＹ平面（基本環状路Ｒを含む平面）に対して平行になるように配置された板状の構成要素であり、第１の板状片５１Ｃ，第２の板状片５２Ｃは、法線Ｎに対して、互いに逆向きになるように傾斜して配置された板状の構成要素である。ただ、図１９（ａ）に示す検出部Ｄとは、傾斜の態様が異なっており、板状片５１Ｃ，５２Ｃ間の距離は、図の下方にゆくほど広がっている。
この検出部ＤＣでは、圧縮力ｆ１が作用した場合には、変位部５３Ｃは図の上方に移動し、伸張力ｆ２が作用した場合には、変位部５３Ｃは図の下方に移動することになり、図１９（ａ）に示す検出部Ｄとは変位の方向が逆になるものの、容量素子Ｃの静電容量値の増減により、作用したトルクの向きおよび大きさを検出することができる。
もちろん、検出部Ｄとしては、この他にも様々な構造のものを採用することができる。本発明に用いる検出部としては、要するに、基本環状路Ｒに沿った方向に圧縮力ｆ１や伸張力ｆ２が作用したときに、変位部が右側支持体２０に対して変位するような構造であれば、どのような構造のものであってもかまわない。
＜７−４．矩形状の環状変形体を用いた変形例＞
図１７に示す環状変形体５０や図３５に示す環状変形体６０は、内周の輪郭および外周の輪郭がともに円形をなすドーナツ状の構造体であるが、本発明に用いる環状変形体は、必ずしも円形である必要はなく、楕円状、矩形状、三角形状など、任意形状の構造体であってもかまわない。要するに、ループをなす基本環状路Ｒに沿った構造体であれば、どのような形状の環状変形体を用いてもかまわない。
図４２は、本発明に利用可能な正方形状の環状変形体６０Ｓの正面図（右側支持体２０側から見た図）である。この環状変形体６０Ｓは、内周の輪郭および外周の輪郭がともに正方形をなす構造体であり、Ｘ軸に平行な上辺橋梁部および下辺橋梁部と、Ｙ軸に平行な左辺橋梁部および右辺橋梁部と、を有している。上辺橋梁部には２組の検出部Ｄ１２Ｓ，Ｄ１３Ｓが配置され、左辺橋梁部には２組の検出部Ｄ１４Ｓ，Ｄ１５Ｓが配置され、下辺橋梁部には２組の検出部Ｄ１６Ｓ，Ｄ１７Ｓが配置され、右辺橋梁部には２組の検出部Ｄ１８Ｓ，Ｄ１１Ｓが配置されている。
図４３は、図４２に示す正方形状の環状変形体６０Ｓの検出部および連結部の配置を示す平面図である（ハッチングは、検出部の領域を示すものであり、断面を示すものではない）。図示のとおり、この環状変形体６０Ｓは、一点鎖線で示す正方形の基本環状路ＲＳに沿って、第１の連結部Ｌ１１Ｓ、第１の検出部Ｄ１１Ｓ、第２の連結部Ｌ１２Ｓ、第２の検出部Ｄ１２Ｓ、第３の連結部Ｌ１３Ｓ、第３の検出部Ｄ１３Ｓ、第４の連結部Ｌ１４Ｓ、第４の検出部Ｄ１４Ｓ、第５の連結部Ｌ１５Ｓ、第５の検出部Ｄ１５Ｓ、第６の連結部Ｌ１６Ｓ、第６の検出部Ｄ１６Ｓ、第７の連結部Ｌ１７Ｓ、第７の検出部Ｄ１７Ｓ、第８の連結部Ｌ１８Ｓ、第８の検出部Ｄ１８Ｓを、この順序で配置することにより構成される。
各検出部Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓの基本構造は、これまで述べてきた各検出部Ｄ１〜Ｄ４の基本構造とほぼ同じである。たとえば、図４２には、第１の変形部６１Ｓ，第２の変形部６２Ｓ，変位部６３Ｓによって第１の検出部Ｄ１１Ｓを構成した例が示されているが、ここで、第１の変形部６１Ｓ，第２の変形部６２Ｓ，変位部６３Ｓは、図２０に示す検出部Ｄの第１の変形部５１，第２の変形部５２，変位部５３と同様の構成要素であり、変位部６３Ｓには、絶縁層を介して変位電極が形成されることになる。
また、図４２に示す環状変形体６０Ｓの場合、左側面の４箇所が左側接続部材１６Ｓ，１７Ｓ，１８Ｓ，１９Ｓによって左側支持体１０に接続され、右側面の４箇所が右側接続部材２６Ｓ，２７Ｓ，２８Ｓ，２９Ｓによって右側支持体２０に接続されることになる。図４２に破線で示されている領域は、４組の左側接続部材１６Ｓ，１７Ｓ，１８Ｓ，１９Ｓが接続される領域のＸＹ平面への投影像および４組の右側接続部材２６Ｓ，２７Ｓ，２８Ｓ，２９Ｓが接続される領域のＸＹ平面への投影像を示している。
図４４は、図４３に示す正方形状の環状変形体６０Ｓの各検出点および各接続点の配置を示すＸＹ平面上への投影図（右側支持体２０側から見た図：環状変形体６０Ｓは輪郭のみを示す）である。ここでも、左側接続点Ｐ１６〜Ｐ１９は白ドット、右側接続点Ｐ２６〜Ｐ２９は黒ドットで示されている。図４３と図４４とを対比すればわかるとおり、第１の左側接続点Ｐ１６は第１の連結部Ｌ１１Ｓに配置され、第１の右側接続点Ｐ２６は第２の連結部Ｌ１２Ｓに配置され、第２の左側接続点Ｐ１７は第３の連結部Ｌ１３Ｓに配置され、第２の右側接続点Ｐ２７は第４の連結部Ｌ１４Ｓに配置され、第３の左側接続点Ｐ１８は第５の連結部Ｌ１５Ｓに配置され、第３の右側接続点Ｐ２８は第６の連結部Ｌ１６Ｓに配置され、第４の左側接続点Ｐ１９は第７の連結部Ｌ１７Ｓに配置され、第４の右側接続点Ｐ２９は第８の連結部Ｌ１８Ｓに配置されている。
一方、図４４に示すとおり、基本環状路ＲＳ上には、８個の検出点Ｑ１１〜Ｑ１８が定義されている。個々の検出点Ｑ１１〜Ｑ１８は、それぞれ白ドットで示す左側接続点とこれに隣接する黒ドットで示す右側接続点との中間位置に定義される。８組の検出部Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓは、各検出点Ｑ１１〜Ｑ１８の位置に配置されるので、結局、図４２の正面図に示す各位置に配置されることになる。詳しい説明は省略するが、このような正方形状の環状変形体６０Ｓに設けられた８個の検出部Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓによって構成される８組の容量素子の静電容量値に基づく所定の演算を行うことにより、Ｚ軸まわりに作用したトルク（モーメントＭｚ）を、他軸成分の干渉による誤差を排除した状態で検出することが可能である。
もちろん、図４４の白ドットで示す位置に、§７−１で述べた補助接続部材をそれぞれ設けるようにすれば、図４０の表を用いて説明したとおり、モーメントＭｘ，Ｍｙの作用に基づく他軸成分の干渉による誤差をより効果的に排除することができるようになる。
＜７−５．検出部の数に関する変形例＞
これまで、§４〜§６において４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４を用いる基本的実施形態を説明し、§７−２において８組の検出部Ｄ１１〜Ｄ１８を用いる変形例を説明した。また、これらの実施例では、いずれも差分検出を行うことにより、他軸成分の干渉による誤差を排除した検出結果が得られることも説明した。ただ、検出部の数が増えれば増えるほど、製造コストが高騰することは否めない。そこで、製造コストの低減を優先する場合には、これまで述べてきた実施例における検出部の一部を割愛し、検出部の数を低減させることも可能である。
既に述べたとおり、差分検出を行うと、同相ノイズやゼロ点ドリフトを抑えた安定したトルク検出が可能になり、また、温度による各部の膨張の影響を相殺して、精度の高い検出値を得るのにも貢献できるので有利である。このような差分検出を行うには、静電容量値の増減関係が逆転する２組の容量素子を用いればよい。
具体的には、§４〜§６で述べた基本的実施形態の場合、図２６の表に示されている４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４のうち、Ｍｚの行の符号欄に異符号が記載されている２組の容量素子を選択すれば、選択した２組の容量素子のみを用いた差分検出が可能である。たとえば、容量素子Ｃ１とＣ２のみを用いて、Ｍｚ＝Ｃ２−Ｃ１なる演算式に基づいて、トルクＭｚを検出してもよい。また、§７−２で述べた変形例の場合、図３８の表に示されている８組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１８のうち、Ｍｚの行の符号欄に異符号が記載されている２組の容量素子を選択すれば、選択した２組の容量素子のみを用いた差分検出が可能である。
したがって、本発明を実施するにあたり、環状変形体に設ける検出部は、必ずしも４組や８組にする必要はなく、少なくとも２組用意しておけば、差分検出が可能である。もっとも、２組の検出部だけでは、他軸成分の干渉による誤差を排除した検出結果を得ることはできない。たとえば、図２６の表によれば、容量素子Ｃ１とＣ２のみを用いて、Ｍｚ＝Ｃ２−Ｃ１なる演算式でトルクＭｚの検出値を得ることができるが、この表のＦｘの行やＭｙの行の符号欄を参照すれば、「Ｃ２−Ｃ１」なる演算結果には、ＦｘやＭｙの成分も含まれていることが理解できよう。
したがって、実用上は、他軸成分の干渉が生じない環境での利用を前提としたセンサ（たとえば、Ｚ軸を中心軸とする円筒内に収容して用いるような場合を前提としたセンサ）であれば、検出部の数を２に絞って、製造コストを低減させることができる。
もちろん、検出部の数を１に絞ることも可能である。理論的には、検出部が１個あれば、１組の容量素子の静電容量値の増減に基づいて、トルクの向きおよび大きさを検出することが可能である。ただ、１組の検出部のみでは差分検出ができないため、温度環境の変化による誤差等が生じることになり、検出精度の低下は否めない。したがって、実用上は、高い検出精度は要求されないが、製造コストの低減が最優先されるような場合に、１個の検出部のみを有するトルクセンサを提供するようにすればよい。
＜７−６．左右の支持体に関する変形例＞
これまで述べてきた実施例では、たとえば、図１５に示す例のように、回転軸Ｚが左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、環状変形体５０の左側に隣接する位置に左側支持体１０を配置し、環状変形体５０の右側に隣接する位置に右側支持体２０を配置していた。別言すれば、環状変形体５０の左右両側に一対の支持体１０，２０を配置していた。しかしながら、一対の支持体１０，２０は、検出対象となるトルクを環状変形体５０に伝達して変形を生じさせる機能を果たし、容量素子の静電容量値の変化として当該トルクの検出が可能になるような配置であれば、必ずしも環状変形体５０の左右を両側から挟むように配置する必要はない。
このように、一対の支持体は、必ずしも環状変形体５０に対して左側および右側の位置に配置する必要はないので、以下の説明では、一方の支持体を作用支持体、他方の支持体を固定支持体と呼ぶことにする。作用支持体は、これまで述べてきた左側支持体１０に相当し、固定支持体は、これまで述べてきた右側支持体２０に相当する。固定支持体は、トルク検出時に固定状態もしくは負荷が加わった状態にされる支持体であり、これまで述べてきた実施例の場合、容量素子Ｃを構成する固定電極が形成される支持体である。一方、作用支持体は、固定支持体を固定状態もしくは負荷が加わった状態にした場合に、環状変形体５０に対してトルクを作用させる機能を果たす。
もっとも、これまで述べてきた実施例では、便宜上、右側支持体２０（固定支持体）を固定した状態において、左側支持体１０（作用支持体）に作用したトルクを検出するという説明を行ったが、逆に、左側支持体１０を固定した状態において、右側支持体２０に作用したトルクを検出することにしても、その動作原理は作用反作用の法則により同じになる。したがって、上述した作用支持体および固定支持体という文言も、便宜上、一方を固定した状態において他方に作用したトルクを検出するという状況を想定して一方を固定支持体と呼び、他方を作用支持体と呼んでいるだけであり、両者を入れ替えても、検出原理上は問題はない。
図４５は、作用支持体７０を環状変形体５０の外側に配置した変形例の基本構造部の側面図である。図示の便宜上、作用支持体７０および作用接続部材７１，７２については断面を示し、その他の構成要素については側面を示す。なお、検出部に関しては、手前に位置する検出部Ｄ２，Ｄ３の外周面のみを示してある。この変形例は、図１６に示す実施例の左側支持体１０および左側接続部材１１，１２を、作用支持体７０および作用接続部材７１，７２に置き換えたものであり、その他の構成は図１６に示す実施例と全く同じである。
図４６は、図４５に示す基本構造部から固定支持体２０を取り外し、環状変形体５０および作用支持体７０のみを図４５の右方向から見た正面図である。作用支持体７０は、環状変形体５０をその外側から取り囲むように配置された円環状構造体であり、図４６に示すとおり、環状変形体５０と作用支持体７０とは、いずれもＺ軸を中心軸として同心配置される。第１の作用接続部材７１は、Ｙ軸正領域上に配置され、作用支持体７０の内周面と環状変形体５０の外周面（連結部Ｌ２の外周面）とを接続する。同様に、第２の作用接続部材７２は、Ｙ軸負領域上に配置され、作用支持体７０の内周面と環状変形体５０の外周面（連結部Ｌ４の外周面）とを接続する。
したがって、この変形例の場合、環状変形体５０の外周面とＹ軸正領域との交点位置に第１の作用接続点Ｐ７１が定義され、環状変形体５０の外周面とＹ軸負領域との交点位置に第２の作用接続点Ｐ７２が定義されている。第１の作用接続部材７１は、第１の作用接続点Ｐ７１を作用支持体７０の内周面に接続する機能を果たし、第２の作用接続部材７２は、第２の作用接続点Ｐ７２を作用支持体７０の内周面に接続する機能を果たす。
もちろん、作用接続点Ｐ７１，Ｐ７２の位置は、図示のようなＹ軸上の位置に限定されるものではなく、基本平面（ＸＹ平面）に関して、作用接続点Ｐ７１，Ｐ７２の正射影投影像と固定接続点Ｐ２１，Ｐ２２（図１８に示す右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２）の正射影投影像とが、互いに異なる位置に形成されるのであれば、任意の位置に定義することができる。図示の変形例の場合、第１の作用接続点Ｐ７１は、連結部Ｌ２の表面の任意の位置（必ずしも外周面でなくてもよい）に定義することができ、第１の作用接続部材７１は、当該第１の作用接続点Ｐ７１を作用支持体７０に接続すればよい。同様に、第２の作用接続点Ｐ７２は、連結部Ｌ４の表面の任意の位置（必ずしも外周面でなくてもよい）に定義することができ、第２の作用接続部材７２は、当該第２の作用接続点Ｐ７２を作用支持体７０に接続すればよい。
なお、固定支持体２０については、容量素子Ｃを構成する固定電極Ｅ２０を固定する必要があるため、環状変形体５０の右側に隣接する位置に配置する必要がある。したがって、図４５に示す変形例において、固定支持体２０および固定接続部材２１，２２の構成は、図１６に示す実施例における右側支持体２０および右側接続部材２１，２２の構成と全く同じである。
図４７は、作用支持体８０を環状変形体５０の内側に配置した変形例の基本構造部の側断面図（ＹＺ平面で切断した断面を示す）である。この変形例は、図４５に示す変形例の作用支持体７０および作用接続部材７１，７２（いずれも、環状変形体５０の外側に配置されている）を、作用支持体８０および作用接続部材８１，８２（いずれも、環状変形体５０の内側に配置されている）に置き換えたものであり、その他の構成は図４５に示す変形例と全く同じである。
図４８は、図４７に示す基本構造部から固定支持体２０を取り外し、環状変形体５０および作用支持体８０のみを図４７の右方向から見た正面図である。作用支持体８０は、環状変形体５０の内側に配置された円柱状構造体であり、図４８に示すとおり、環状変形体５０と作用支持体８０とは、いずれもＺ軸を中心軸として同心配置される。なお、作用支持体８０としては、必要があれば、円柱状構造体の代わりに、内部に貫通開口部Ｈ８０が形成された円筒状構造体を用いてもかまわない。
第１の作用接続部材８１は、Ｙ軸正領域上に配置され、作用支持体８０の外周面と環状変形体５０の内周面（連結部Ｌ２の内周面）とを接続する。同様に、第２の作用接続部材８２は、Ｙ軸負領域上に配置され、作用支持体８０の外周面と環状変形体５０の内周面（連結部Ｌ４の内周面）とを接続する。
したがって、この変形例の場合、環状変形体５０の内周面とＹ軸正領域との交点位置に第１の作用接続点Ｐ８１が定義され、環状変形体５０の内周面とＹ軸負領域との交点位置に第２の作用接続点Ｐ８２が定義されている。第１の作用接続部材８１は、第１の作用接続点Ｐ８１を作用支持体８０の外周面に接続する機能を果たし、第２の作用接続部材８２は、第２の作用接続点Ｐ８２を作用支持体８０の外周面に接続する機能を果たす。
この変形例においても、作用接続点Ｐ８１，Ｐ８２の位置は、図示のようなＹ軸上の位置に限定されるものではなく、基本平面（ＸＹ平面）に関して、作用接続点Ｐ８１，Ｐ８２の正射影投影像と固定接続点Ｐ２１，Ｐ２２（図１８に示す右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２）の正射影投影像とが、互いに異なる位置に形成されるのであれば、任意の位置に定義することができる。図示の変形例の場合、第１の作用接続点Ｐ８１は、連結部Ｌ２の表面の任意の位置（必ずしも内周面でなくてもよい）に定義することができ、第１の作用接続部材８１は、当該第１の作用接続点Ｐ８１を作用支持体８０に接続すればよい。同様に、第２の作用接続点Ｐ８２は、連結部Ｌ４の表面の任意の位置（必ずしも内周面でなくてもよい）に定義することができ、第２の作用接続部材８２は、当該第２の作用接続点Ｐ８２を作用支持体８０に接続すればよい。
この変形例においても、固定支持体２０については、容量素子Ｃを構成する固定電極Ｅ２０を固定する必要があるため、環状変形体５０の右側に隣接する位置に配置する必要がある。したがって、図４７に示す変形例において、固定支持体２０および固定接続部材２１，２２の構成は、図１６に示す実施例における右側支持体２０および右側接続部材２１，２２の構成と全く同じである。
もちろん、図４５〜図４８に示す変形例は、§７−１〜§７−５で述べた変形例と組み合わせて利用することができる。たとえば、図４９は、§７−２で述べた変形例に、上述した図４５，図４６に示す変形例を組み合わせた例を示す図であり、図３５に示す環状変形体６０を作用支持体７０によって外側から支持した状態を示している（右方向から見た正面図）。既に述べたとおり、環状変形体６０は、合計８組の検出部Ｄ１１〜Ｄ１８を有しており、４組の右側接続部材（固定接続部材）２６〜２９（図では、その位置を破線で示す）によって右側支持体（固定支持体）２０に固定される。
一方、作用支持体７０は、環状変形体６０をその外側から取り囲むように配置された円環状構造体であり、図４９に示すとおり、環状変形体６０と作用支持体７０とは、いずれもＺ軸を中心軸として同心配置され、両者間は４組の作用接続部材７６〜７９によって接続される。ここで、第１の作用接続部材７６はＸ軸正領域上に配置され、第２の作用接続部材７７はＹ軸正領域上に配置され、第３の作用接続部材７８はＸ軸負領域上に配置され、第４の作用接続部材７９はＹ軸負領域上に配置されており、いずれも作用支持体７０の内周面と環状変形体６０の外周面とを接続する。
したがって、この図４９に示す変形例の場合、環状変形体６０の外周面とＸ軸正領域との交点位置に第１の作用接続点Ｐ７６が定義され、環状変形体６０の外周面とＹ軸正領域との交点位置に第２の作用接続点Ｐ７７が定義され、環状変形体６０の外周面とＸ軸負領域との交点位置に第３の作用接続点Ｐ７８が定義され、環状変形体６０の外周面とＹ軸負領域との交点位置に第４の作用接続点Ｐ７９が定義されている。
これに対して、図５０は、§７−２で述べた変形例に、上述した図４７，図４８に示す変形例を組み合わせた例を示す図であり、図３５に示す環状変形体６０を作用支持体８０によって内側から支持した状態を示している（右方向から見た正面図）。この変形例の場合も、環状変形体６０は、合計８組の検出部Ｄ１１〜Ｄ１８を有しており、４組の右側接続部材（固定接続部材）２６〜２９（図では、その位置を破線で示す）によって右側支持体（固定支持体）２０に固定される。
一方、作用支持体８０は、環状変形体６０の内部に配置された円柱状構造体であり（もちろん、円筒状構造体であってもかまわない）、図５０に示すとおり、環状変形体６０と作用支持体８０とは、いずれもＺ軸を中心軸として同心配置され、両者間は４組の作用接続部材８６〜８９によって接続される。ここで、第１の作用接続部材８６はＸ軸正領域上に配置され、第２の作用接続部材８７はＹ軸正領域上に配置され、第３の作用接続部材８８はＸ軸負領域上に配置され、第４の作用接続部材８９はＹ軸負領域上に配置されており、いずれも作用支持体８０の外周面と環状変形体６０の内周面とを接続する。
したがって、この図５０に示す変形例の場合、環状変形体６０の内周面とＸ軸正領域との交点位置に第１の作用接続点Ｐ８６が定義され、環状変形体６０の内周面とＹ軸正領域との交点位置に第２の作用接続点Ｐ８７が定義され、環状変形体６０の内周面とＸ軸負領域との交点位置に第３の作用接続点Ｐ８８が定義され、環状変形体６０の内周面とＹ軸負領域との交点位置に第４の作用接続点Ｐ８９が定義されている。
要するに、図４５〜図５０に示す変形例に係る基本構造部を採用したトルクセンサでは、環状変形体の外側もしくは内側に隣接する位置に作用支持体を配置し、環状変形体の右側に隣接する位置に固定支持体を配置し、環状変形体の所定箇所に設けられた作用接続点と作用支持体とを作用接続部材によって接続し、環状変形体の所定箇所に設けられた固定接続点と固定支持体とを固定接続部材によって接続すればよい。
なお、図１５に示すとおり、§４，§５で述べた基本的実施形態に係るトルクセンサの基本構造部では、左側接続部材１１，１２は、環状変形体５０の左側の側面上に定義された左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２と左側支持体１０とを接続し、右側接続部材２１，２２は、環状変形体５０の右側の側面上に定義された右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２と右側支持体２０とを接続する役割を果たしているが、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２は、必ずしも環状変形体５０の左側の側面上に定義する必要はなく、環状変形体５０の外周面や内周面に定義してもかまわない。同様に、右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２は、必ずしも環状変形体５０の右側の側面上に定義する必要はなく、環状変形体５０の外周面や内周面に定義してもかまわない。
ただ、§４，§５で述べた基本的実施形態のように、環状変形体５０の左右両脇に左側支持体１０および右側支持体２０を設ける構成を採る場合は、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２を環状変形体５０の左側の側面上に定義し、右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２を環状変形体５０の右側の側面上に定義すれば、左側接続部材１１，１２および右側接続部材２１，２２の構造は単純化される（単に、左右の構成要素間を連結するブロック状の部材によって構成すればよい）。したがって、実用上は、左側接続点Ｐ１１，Ｐ１２を環状変形体５０の左側の側面上に定義し、右側接続点Ｐ２１，Ｐ２２を環状変形体５０の右側の側面上に定義するのが好ましい。
＜７−７．検出部の別なバリエーション＞
これまで、図１９（ａ）に示す特有の構造をもった検出部Ｄを利用した実施形態を説明し、更に、図４１（ａ），（ｂ）には、そのバリエーションである検出部ＤＢ，ＤＣを示した。もちろん、検出部としては、この他にも様々な構造のものを採用することができる。本発明に用いる検出部としては、要するに、基本環状路Ｒに沿った方向に圧縮力ｆ１や伸張力ｆ２が作用したときに、変位や撓みが生じる構造であれば、どのような構造のものであってもかまわない。ここでは、検出部Ｄの構造や配置に関する更に別のバリエーションを述べておく。
図１９（ａ）に示す例の場合、検出点Ｑの位置に配置される検出部Ｄは、弾性変形を生じる第１の板状片５１および第２の板状片５２と、両端がこれらの板状片５１，５２によって支持された第３の板状片５３とによって構成されており、第３の板状片５３が変位部として機能する。ここで、検出点Ｑの位置にＸＹ平面に直交する法線Ｎを立てたときに、第１の板状片５１および第２の板状片５２は、法線Ｎに対して傾斜しており、かつ、第１の板状片５１の傾斜方向と第２の板状片５２の傾斜方向とは逆向きになっている。また、トルクが作用していない状態において、第３の板状片５３（変位部）の対向面と固定支持体２０の対向面とは平行を維持する。
ここで、これまで述べてきた図１７，図３１，図３５，図４６，図４８，図４９，図５０に示す実施例における検出部の平面形状に着目すると、第１の板状片５１，６１および第２の板状片５２，６２、ならびに第３の板状片５３，６３のＸＹ平面への投影像はいずれも台形に近い扇形をしており、当該投影像の左右の輪郭線は原点Ｏに向かう半径に沿ったものになっている。たとえば、図１７に示されている検出部Ｄ１を構成する板状片５１，５２，５３の平面形状は、いずれも台形に近い扇形をしている。これは、環状変形体５０が円環状をしているため、この円環に合わせて各検出部Ｄ１〜Ｄ４を設計したためである。
これに対して、図４２に示す実施例では、たとえば、検出部Ｄ１１Ｓを構成する板状片６１Ｓ，６２Ｓ，６３Ｓの平面形状は、いずれも矩形をしている。これは、環状変形体６０Ｓが方環状をしているため、この方環に合わせて各検出部Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓを設計したためである。
このように、これまで述べてきた実施例では、環状変形体の形状に合わせて、検出部を構成する各板状片の平面形状を扇形もしくは矩形にする設計を行っているが、各板状片の平面形状は、必ずしも上例のような使い分けを行う必要はない。たとえば、図１７に示すように、円環状の環状変形体５０を採用した場合であっても、各板状片５１，５２，５３の平面形状がいずれも矩形となるような設計を行ってもかまわない。図１７に示す実施例において、各板状片５１，５２，５３の平面形状を図４２の実施例に示す各板状片６１Ｓ，６２Ｓ，６３Ｓのような矩形にすれば、検出部Ｄの立体構造を切削加工やワイヤーカット加工によって形成する場合、加工器具を同一方向に駆動する単純な工程を採用することができるようになり、センサを量産する上では好ましい。
また、これまで述べてきた実施形態では、変位部５３，６３がＺ軸方向に変位する構造をもった検出部Ｄが用いられているが、変位部５３，６３の変位方向は必ずしもＺ軸方向である必要はない。
図５１は、図１５に示す実施形態における環状変形体５０の代わりに、検出部の向きを変えた環状変形体９０およびその外側に配置された作用支持体７０を示す平面図（上段の図）およびこれらに固定支持体１２０を付加することにより構成される基本構造部をＸＺ平面で切断した側断面図（下段の図）である。図１５に示す環状変形体５０に設けられていた４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４は、図５１に示す環状変形体９０では４組の検出部Ｄ１’〜Ｄ４’に置き換えられている。ここで、４組の検出部Ｄ１’〜Ｄ４’の基本構造は図１９（ａ）に示す検出部Ｄの構造に類似しているが、環状変形体上での向きが異なっている。
図５１の検出部Ｄ１’を見るとわかるように、検出部Ｄ１’は、弾性変形を生じる第１の板状片９１および第２の板状片９２と、両端がこれらの板状片９１，９２によって支持された第３の板状片９３とによって構成されており、第３の板状片９３が変位部として機能する。ここで、各板状片９１，９２，９３は、それぞれ図１９（ａ）に示す各板状片５１，５２，５３に対応するものであるが、環状変形体に対して配置される向きが異なっている。
すなわち、図１５に示す環状変形体５０に設けられている４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４では、変位部５３が環状変形体５０の右方に位置しており、変位部５３の右面が固定支持体２０（右側支持体）の左面に対向している。これに対して、図５１に示す環状変形体９０に設けられている４組の検出部Ｄ１’〜Ｄ４’では、変位部９３が環状変形体９０の外側に位置しており、変位部９３の外側面が作用支持体７０の内周面に対向している。
別言すれば、図５１に示す４組の検出部Ｄ１’〜Ｄ４’は、図１５に示す４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４を基本環状路Ｒを回転軸として９０°回転させたような構造を有している。したがって、基本環状路Ｒに沿って圧縮力ｆ１が作用すると、変位部９３は外側に変位し（図１９（ｂ）参照）、基本環状路Ｒに沿って伸張力ｆ２が作用すると、変位部９３は内側に変位する（図１９（ｃ）参照）。
このように、図１５に示す環状変形体５０に設けられている４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４では、変位部５３がＺ軸方向に変位するのに対して、図５１に示す環状変形体９０に設けられている４組の検出部Ｄ１’〜Ｄ４’では、変位部９３が原点Ｏを中心としてＸＹ平面上に描かれた円の半径方向に変位することになる。したがって、図５１に示すとおり、変位部９３の外側面に変位電極Ｅ９０を形成し、これに対向する作用支持体７０の内周面に固定電極Ｅ７０を形成しておけば、これら一対の電極Ｅ９０，Ｅ７０によって容量素子Ｃを構成することができる。そして、当該容量素子Ｃの静電容量値は、変位部９３の半径方向への変位を示すパラメータとして利用できる。
なお、この図５１に示す変形例の場合、Ｙ軸に沿った位置に固定接続部材１２１，１２２が配置され、固定支持体１２０に対する接続が行われ、Ｘ軸に沿った位置に作用接続部材７３，７４が配置され、作用支持体７０に対する接続が行われている。これは、図１５に示す実施例の接続形態とは異なっている。すなわち、図１５に示す実施例の場合、Ｘ軸に沿った位置に固定接続部材２１，２２が配置され、固定支持体２０に対する接続が行われ、Ｙ軸に沿った位置に作用接続部材１１，１２が配置され、作用支持体１０に対する接続が行われている。
このため、図５１に示す４組の検出部Ｄ１’〜Ｄ４’について形成された４組の容量素子Ｃ１’〜Ｃ４’の挙動は、図１５に示す４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４について形成された４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の挙動と逆になる。すなわち、図５１に示す変形例における容量素子Ｃ１’〜Ｃ４’の挙動は、図２２に示すテーブルにおける応力欄のｆ１，ｆ２の関係を逆転させ、変動量欄の符号を逆転させたものになる。このため、トルクＭｚを算出するための演算式は、Ｍｚ＝＋Ｃ１−Ｃ２＋Ｃ３−Ｃ４になるが、これは上述したように、接続形態を若干変更したためであり、本質的な相違ではない。
また、図１５に示す実施例では、中央に貫通開口部Ｈ２０を有する環状の固定支持体２０が設けられているのに対して、図５１（ｂ）に示す変形例では、開口部のない円盤状の固定支持体１２０が設けられているが、この点も本質的な相違ではない。前述したとおり、図１５に示す実施例では、３つの構成要素１０，２０，５０のすべてに貫通開口部が設けられているため、必要があれば、Ｚ軸に沿って任意の軸を挿通させることが可能になるが、そのような必要がなければ、図５１（ｂ）に示す例のように、円盤状の固定支持体１２０を用いれば十分である。
この図５１に示す変形例は、次の２つの重要な点を示している。第１の点は、検出素子として容量素子を用いる場合、当該容量素子の電極間隔の変化は、必ずしもＺ軸方向に関するものである必要はない、という点である。図５１に示す例は、容量素子の電極間隔の変化が半径方向に生じる例であるが、もちろん、電極間隔の変化が他の任意の方向に生じるような容量素子を用いてもかまわない。
そして、第２の点は、検出素子として容量素子を用いる場合、変位電極Ｅ９０は検出部（すなわち、環状変形体）に設ける必要があるが、当該変位電極Ｅ９０に対向する固定電極Ｅ７０は、必ずしも固定支持体１２０に設ける必要はなく、作用支持体７０に設けてもかまわない、という点である。§７−６までに述べてきた各実施形態では、固定電極はいずれも固定支持体側に設けられているが、図５１に示す変形例の場合、固定電極Ｅ７０は固定支持体１２０ではなく、円環状の作用支持体７０の内周面に設けられている。ここで、作用支持体７０は、トルクの作用により変位を生じることになり、その結果、固定電極Ｅ７０についても変位が生じることになるが、トルクの作用による当該変位は作用支持体７０の内周面に沿ったものになるので、各容量素子Ｃ１’〜Ｃ４’の電極間距離に影響を及ぼすことはなく、トルク検出に支障は生じない。
＜７−８．ストレインゲージを用いた変形例＞
ここでは、検出部の更に別な形態を示すとともに、検出素子として、ストレインゲージを用いた変形例を説明する。図５２（ａ）に示す検出部ＤＤは、環状変形体４０の一部に設けられた検出部であり、１枚の板状変形部４１からなる非常に単純な構造を有する。実際には、このような検出部ＤＤが、環状変形体４０の複数箇所に配置される。別言すれば、環状変形体４０は、複数の板状変形部４１と複数の連結部Ｌとを交互に配置してなるリング状の構造体ということになる。
板状変形部４１は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる構成要素であり、その板面は、ＸＹ平面（基本環状路Ｒを含む平面）に対して傾斜するように配置されている。これまで述べてきた各実施形態のように、検出素子として容量素子を用いる場合には、検出部ＤＤのような単純な構造はあまり好ましくないが、検出素子としてストレインゲージを用いる場合には、この検出部ＤＤのような単純な構造も十分に利用価値がある。
これまで述べてきた実施形態では、検出部に生じた弾性変形を検出する検出素子として容量素子を用いているが、本発明を実施する上で、検出素子は必ずしも容量素子に限定されるものではない。以下に述べる変形例は、検出素子として、検出部の弾性変形を生じる位置に固定されたストレインゲージを用い、検出回路として、このストレインゲージの電気抵抗の変動に基づいて、作用したトルクを示す電気信号を出力する回路を用いるものである。
図５２（ｂ），（ｃ）は、図５２（ａ）に示す検出部ＤＤを構成する板状変形部４１の弾性変形の態様を示す部分断面図である。図５２（ａ）は、検出部ＤＤに外力が作用していない状態を示しているが、検出部ＤＤに、外力が作用すると、板状変形部４１には図５２（ｂ），（ｃ）に示すような撓みが生じることになる。
まず、環状変形体４０の検出点Ｑの位置に、図５２（ｂ）に示すような圧縮力ｆ１が作用した場合を考えてみる。この場合、板状変形部４１は撓みを生じることになるが、その表面各部には、図に「−」もしくは「＋」で示す応力が発生する。ここで、「＋」は圧縮応力（すなわち、基本環状路Ｒに沿って縮める方向の応力）を示し、「−」は伸張応力（すなわち、基本環状路Ｒに沿って図の左右に広げる方向の応力）を示している。板状変形部４１の表面に生じる応力は、図示のとおり、板状変形部４１の連結部Ｌに対する接続端近傍に集中する。一方、検出点Ｑの位置に伸張力ｆ２が作用した場合は、図５２（ｂ）とは逆符号の応力分布が得られる。
これに対して、図５２（ｃ）は、隣接する一対の連結部Ｌについて、縦方向の力が作用した場合に生じる応力分布を示している。具体的には、図示の例は、左側の連結部Ｌに対しては図の下方への力ｆ３が作用し、右側の連結部Ｌに対しては図の上方への力ｆ４が作用したときに生じる応力分布を示すものである。この場合も、やはり板状変形部４１の表面に生じる応力は、板状変形部４１の連結部Ｌに対する接続端近傍に集中する。ただ、本発明に係るセンサは、Ｚ軸まわりに作用するモーメントを検出するトルクセンサであるので、検出対象となる力成分は、図５２（ｂ）に示す圧縮力ｆ１もしくはこれと逆の伸張力ｆ２であり、図５２（ｃ）に示すような力ｆ３，ｆ４を検出する必要はない。
このような応力発生現象を考慮すれば、図示のような板状変形部４１からなる検出部ＤＤを用いて、ストレインゲージによって検出部ＤＤに生じた弾性変形を検出するには、板状変形部４１の連結部Ｌに対する接続端近傍の両面に、各ストレインゲージを配置すると効果的な検出が可能になることがわかる。
図５３は、このような考え方に基づき、図５２（ａ）示す検出部ＤＤに生じた弾性変形を検出する検出素子としてストレインゲージを用いた例を示す側面図（図（ａ））および上面図（図（ｂ））である。なお、環状変形体４０が円形の場合、基本環状路Ｒは円を構成することになるが、図５３（ｂ）では、説明の便宜上、基本環状路Ｒの一部を直線で示している。
図示のとおり、検出部ＤＤを構成する板状変形部４１について、左側の連結部Ｌに対する第１の接続端近傍の表側の面に第１のストレインゲージｒ１が張り付けられ、裏側の面に第２のストレインゲージｒ２が張り付けられている。同様に、右側の連結部Ｌに対する第２の接続端近傍の表側の面に第３のストレインゲージｒ３が張り付けられ、裏側の面に第４のストレインゲージｒ４が張り付けられている。
図５４は、図５３に示す４組のストレインゲージｒ１〜ｒ４の検出結果に基づいて電気信号を出力するブリッジ回路１０８を示す回路図である。具体的には、このブリッジ回路１０８は、第１のストレインゲージｒ１と第４のストレインゲージｒ４とを第１の対辺とし、第２のストレインゲージｒ２と第３のストレインゲージｒ３とを第２の対辺とする回路になっており、ブリッジ電圧源ｅから所定の電圧を印加することにより動作する。このブリッジ回路１０８について、両出力端子Ｔ１，Ｔ２間に発生するブリッジ電圧を検出する検出回路を設けておけば、当該ブリッジ電圧は、図５２（ｂ）に示すような変形もしくはこれと逆の変形の程度を示すパラメータとして利用できる。
したがって、たとえば、図１５に示す実施例の環状変形体５０の４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４を図５２（ａ）に示す検出部ＤＤに置き換えることにより構成される環状変形体４０を用い、各検出部ＤＤに図５３に示すような４組のストレインゲージｒ１〜ｒ４を配置して、図５４に示すようなブリッジ回路１０８を構成すれば、個々のブリッジ回路１０８のブリッジ電圧は、図２２のテーブルにおける応力を示すパラメータになる。したがって、これら４組のブリッジ電圧に対して、図２２の演算式に準じた演算を行えば、作用したトルクの検出値を電気信号として得ることができる。
＜７−９．本発明に係るトルクセンサの本質的な構成要素＞
結局、これまで述べてきた基本的実施形態および種々の変形例を踏まえると、本発明に係るトルクセンサの本質は、次のような各構成要素を備え、所定の回転軸（Ｚ軸）まわりのトルクを検出するトルクセンサということになる。
（１）回転軸に直交する基本平面（ＸＹ平面）上に、回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路を定義したときに、この基本環状路に沿って伸びる環状変形体。
（２）環状変形体にトルクを作用させる作用支持体。
（３）環状変形体を固定する固定支持体。
（４）環状変形体の所定箇所に設けられた作用接続点を、作用支持体に接続する作用接続部材。
（５）環状変形体の所定箇所に設けられた固定接続点を、固定支持体に接続する固定接続部材。
（６）環状変形体に生じた弾性変形を検出する検出素子。
（７）検出素子の検出結果に基づいて、作用支持体および固定支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した回転軸まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路。
ここで、環状変形体は、基本環状路上に定義された検出点に位置する検出部と、この検出部の両端に接続された連結部と、を有しており、作用接続点および固定接続点は、連結部に配置されており、基本平面への作用接続点の正射影投影像と基本平面への固定接続点の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されている。また、検出部は、作用接続点と固定接続点との間に力が作用したときに、作用した力に基づいて弾性変形を生じる弾性変形構造部を有し、検出素子は、弾性変形構造部に生じた弾性変形を検出する。一方、連結部は、ある程度の可撓性を有していてもかまわないが、作用したトルクによって、検出部に効果的な変形を生じさせる上では、連結部はなるべく変形しない方が好ましい。したがって、実用上は、検出部の弾性変形構造部は、検出素子によって有意な検出が可能な弾性変形を生じる弾性変形体とし、連結部は、検出素子の検出感度においては有意な変形が検出されない剛体とするのが好ましい。
検出素子として容量素子を用いる場合には、検出部として、次のような特有の構造を採用するのが好ましい。すなわち、検出部が、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部と、第１の変形部および第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部と、を有し、第１の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第１の変形部の内側端は変位部に接続され、第２の変形部の外側端はこれに隣接する連結部に接続され、第２の変形部の内側端は変位部に接続されているようにする。
また、検出素子を構成する容量素子は、検出部の所定位置に固定された変位電極と、作用支持体もしくは固定支持体の変位電極に対向する位置に固定された固定電極と、によって構成すればよい。ここで、変位電極は、検出部に生じた弾性変形に基づいて固定電極に対して変位を生じる位置に配置するようにし、検出回路が、容量素子の静電容量値の変動に基づいて、作用したトルクを示す電気信号を出力するようにすればよい。
なお、作用支持体は、回転軸が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、環状変形体の左側に隣接する位置、環状変形体の外側に隣接する位置、または、環状変形体の内側に隣接する位置、に配置するのが好ましく、固定支持体は、上記基準観察方向から見たときに、環状変形体の右側に隣接する位置に配置するのが好ましい。この場合、容量素子は、環状変形体の右側の側面の所定位置に固定された変位電極と、固定支持体の変位電極に対向する位置に固定された固定電極と、によって構成することができる。また、変位電極は、変位部の固定支持体に対向する位置に固定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明に係るトルクセンサは、小型で高剛性をもち、高い生産効率が実現可能であるという利点を生かし、様々な産業機器においてトルクを測定するために利用可能である。特に、ロボットアームを用いて自動組立を行う産業機器において、アームの関節部分に組み込み、アームの先端部に生じる力を監視し、これを制御する用途に最適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月30日(2017.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸（Ｚ）まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
前記回転軸（Ｚ）に直交する基本平面（ＸＹ）上に、前記回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路（Ｒ）を定義したときに、この基本環状路（Ｒ）に沿って伸びる環状変形体（５０；６０）と、
前記回転軸（Ｚ）が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の左側に隣接する位置に配置された左側支持体（１０）と、
前記基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の右側に隣接する位置に配置された右側支持体（２０）と、
前記環状変形体（５０；６０）の左側の側面上の左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）を、前記左側支持体（１０）に接続する左側接続部材（１１，１２；１６〜１９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の右側の側面上の右側接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）を、前記右側支持体（２０）に接続する右側接続部材（２１，２２；２６〜２９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の右側の側面の所定位置に固定された変位電極（Ｅ５０）と、前記右側支持体（２０）の前記変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された固定電極（Ｅ２０）と、によって構成される容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）と、
前記容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）の静電容量値の変動に基づいて、前記左側支持体（１０）および前記右側支持体（２０）の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した前記回転軸（Ｚ）まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路（１０１〜１０５）と、
を備え、
前記環状変形体（５０；６０）は、前記基本環状路（Ｒ）上に定義された検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）に位置する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）と、この検出部の両端に接続された連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）と、を有し、
前記検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部（５１；６１）と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部（５２；６２）と、前記第１の変形部および前記第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部（５３；６３）と、を有し、
前記第１の変形部（５１；６１）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第１の変形部（５１；６１）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、
前記変位電極（Ｅ５０）は、前記変位部（５３；６３）の前記右側支持体（２０）に対向する位置に固定され、
前記左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）および前記右側接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）は、前記連結部（Ｌ）に配置されており、前記基本平面（ＸＹ）への前記左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）の正射影投影像と前記基本平面（ＸＹ）への前記右側接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のトルクセンサにおいて、
基本環状路（Ｒ）上に複数ｎ個（ｎ≧２）の検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）が定義され、各検出点にそれぞれ検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が位置しており、環状変形体（５０；６０）が、ｎ個の検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）とｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）とを、基本環状路（Ｒ）に沿って交互に配置することにより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】
請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
基本環状路（Ｒ）上に偶数ｎ個（ｎ≧２）の検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）が定義され、各検出点にそれぞれ検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が位置しており、環状変形体（５０；６０）が、ｎ個の検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）とｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）とを、基本環状路（Ｒ）に沿って交互に配置することにより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のトルクセンサにおいて、
偶数ｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）に対して、基本環状路（Ｒ）に沿って順に番号を付与したときに、右側接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）が奇数番目の連結部に配置され、左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）が偶数番目の連結部に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝２に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１）、第１の検出部（Ｄ１）、第２の連結部（Ｌ２）、第２の検出部（Ｄ２）を、この順序で配置することにより環状変形体が構成されており、右側接続点（Ｐ２１）が第１の連結部（Ｌ１）に配置され、左側接続点（Ｐ１１）が第２の連結部（Ｌ２）に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項６】
請求項４に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝４に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１）、第１の検出部（Ｄ１）、第２の連結部（Ｌ２）、第２の検出部（Ｄ２）、第３の連結部（Ｌ３）、第３の検出部（Ｄ３）、第４の連結部（Ｌ４）、第４の検出部（Ｄ４）を、この順序で配置することにより環状変形体（５０）が構成されており、第１の右側接続点（Ｐ２１）が第１の連結部（Ｌ１）に配置され、第１の左側接続点（Ｐ１１）が第２の連結部（Ｌ２）に配置され、第２の右側接続点（Ｐ２２）が第３の連結部（Ｌ３）に配置され、第２の左側接続点（Ｐ１２）が第４の連結部（Ｌ４）に配置され、
左側接続部材（１１，１２）が、前記第１の左側接続点（Ｐ１１）と左側支持体（１０）とを接続する第１の左側接続部材（１１）と、前記第２の左側接続点（Ｐ１２）と左側支持体（１０）とを接続する第２の左側接続部材（１２）とを有し、
右側接続部材（２１，２２）が、前記第１の右側接続点（Ｐ２１）と右側支持体（２０）とを接続する第１の右側接続部材（２１）と、前記第２の右側接続点（Ｐ２２）と右側支持体（２０）とを接続する第２の右側接続部材（２２）とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項７】
請求項６に記載のトルクセンサにおいて、
基本平面上（ＸＹ）に、回転軸（Ｚ）との交点（Ｏ）を通り互いに直交する２直線（Ｘ，Ｙ）を引いた場合に、第１の左側接続点（Ｐ１１）および第２の左側接続点（Ｐ１２）の正射影投影像が第１の直線上（Ｙ）に配置され、第１の右側接続点（Ｐ２１）および第２の右側接続点（Ｐ２２）の正射影投影像が第２の直線上（Ｘ）に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項８】
請求項６に記載のトルクセンサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのトルクを検出するために、環状変形体（５０）が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、左側支持体（１０）がＺ軸負領域に配置され、右側支持体（２０）がＺ軸正領域に配置され、
環状変形体（５０）のＺ軸負側の側面上に第１の左側接続点（Ｐ１１）および第２の左側接続点（Ｐ１２）が設けられ、環状変形体（５０）のＺ軸正側の側面上に第１の右側接続点（Ｐ２１）および第２の右側接続点（Ｐ２２）が設けられ、
環状変形体（５０）の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の右側接続点（Ｐ２１）の投影像が正のＸ軸上、第２の右側接続点（Ｐ２２）の投影像が負のＸ軸上、第１の左側接続点（Ｐ１１）の投影像が正のＹ軸上、第２の左側接続点（Ｐ１２）の投影像が負のＹ軸上に配置されており、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義した場合に、第１の検出点（Ｑ１）が正のＶ軸上、第２の検出点（Ｑ２）が正のＷ軸上、第３の検出点（Ｑ３）が負のＶ軸上、第４の検出点（Ｑ４）が負のＷ軸上に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項９】
請求項４に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝８に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１１）、第１の検出部（Ｄ１１）、第２の連結部（Ｌ１２）、第２の検出部（Ｄ１２）、第３の連結部（Ｌ１３）、第３の検出部（Ｄ１３）、第４の連結部（Ｌ１４）、第４の検出部（Ｄ１４）、第５の連結部（Ｌ１５）、第５の検出部（Ｄ１５）、第６の連結部（Ｌ１６）、第６の検出部（Ｄ１６）、第７の連結部（Ｌ１７）、第７の検出部（Ｄ１７）、第８の連結部（Ｌ１８）、第８の検出部（Ｄ１８）を、この順序で配置することにより環状変形体（６０）が構成されており、第１の左側接続点（Ｐ１６）が第１の連結部（Ｌ１１）に配置され、第１の右側接続点（Ｐ２６）が第２の連結部（Ｌ１２）に配置され、第２の左側接続点（Ｐ１７）が第３の連結部（Ｌ１３）に配置され、第２の右側接続点（Ｐ２７）が第４の連結部（Ｌ１４）に配置され、第３の左側接続点（Ｐ１８）が第５の連結部（Ｌ１５）に配置され、第３の右側接続点（Ｐ２８）が第６の連結部（Ｌ１６）に配置され、第４の左側接続点（Ｐ１９）が第７の連結部（Ｌ１７）に配置され、第４の右側接続点（Ｐ２９）が第８の連結部（Ｌ１８）に配置され、
左側接続部材（１６〜１９）が、前記第１の左側接続点（Ｐ１６）と左側支持体（１０）とを接続する第１の左側接続部材（１６）と、前記第２の左側接続点（Ｐ１７）と左側支持体（１０）とを接続する第２の左側接続部材（１７）と、前記第３の左側接続点（Ｐ１８）と左側支持体（１０）とを接続する第３の左側接続部材（１８）と、前記第４の左側接続点（Ｐ１９）と左側支持体（１０）とを接続する第４の左側接続部材（１９）とを有し、
右側接続部材（２６〜２９）が、前記第１の右側接続点（Ｐ２６）と右側支持体（２０）とを接続する第１の右側接続部材（２６）と、前記第２の右側接続点（Ｐ２７）と右側支持体（２０）とを接続する第２の右側接続部材（２７）と、前記第３の右側接続点（Ｐ２８）と右側支持体（２０）とを接続する第３の右側接続部材（２８）と、前記第４の右側接続点（Ｐ２９）と右側支持体（２０）とを接続する第４の右側接続部材（２９）とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のトルクセンサにおいて、
基本平面（ＸＹ）上に、回転軸（Ｚ）との交点（Ｏ）を通り４５°ずつの角度偏差をもって交差する４直線（Ｘ，Ｖ，Ｙ，Ｗ）を引いた場合に、第１の左側接続点（Ｐ１６）および第３の左側接続点（Ｐ１８）の正射影投影像が第１の直線（Ｘ）上に配置され、第１の右側接続点（Ｐ２６）および第３の右側接続点（Ｐ２８）の正射影投影像が第２の直線（Ｖ）上に配置され、第２の左側接続点（Ｐ１７）および第４の左側接続点（Ｐ１９）の正射影投影像が第３の直線（Ｙ）上に配置され、第２の右側接続点（Ｐ２７）および第４の右側接続点（Ｐ２９）の正射影投影像が第４の直線（Ｗ）上に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１１】
請求項９に記載のトルクセンサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのトルクを検出するために、環状変形体（６０）が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、左側支持体（１０）がＺ軸負領域に配置され、右側支持体（２０）がＺ軸正領域に配置され、
環状変形体（６０）のＺ軸負側の側面上に第１〜第４の左側接続点（Ｐ１６〜Ｐ１９）が設けられ、環状変形体（６０）のＺ軸正側の側面上に第１〜第４の右側接続点（Ｐ２６〜Ｐ２９）が設けられ、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義し、環状変形体（６０）の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の左側接続点（Ｐ１６）の投影像が正のＸ軸上、第２の左側接続点（Ｐ１７）の投影像が正のＹ軸上、第３の左側接続点（Ｐ１８）の投影像が負のＸ軸上、第４の左側接続点（Ｐ１９）の投影像が負のＹ軸上に配置されており、第１の右側接続点（Ｐ２６）の投影像が正のＶ軸上、第２の右側接続点（Ｐ２７）の投影像が正のＷ軸上、第３の右側接続点（Ｐ２８）の投影像が負のＶ軸上、第４の右側接続点（Ｐ２９）の投影像が負のＷ軸上に配置されており、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを起点として、Ｘ軸正方向に対して反時計まわりに角度θをなす方位ベクトルＶｅｃ（θ）を定義したときに、第ｉ番目の検出点（１≦ｉ≦８）が、方位ベクトルＶｅｃ（π／８＋（ｉ−１）・π／４）と基本環状路（Ｒ）との交点位置に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１２】
請求項２〜１１のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
複数ｎ個の検出部（Ｄ）のうち、一部は第１属性の検出部であり、他の一部は第２属性の検出部であり、
前記第１属性の検出部を構成する第１属性変位部（５３；６３）は、第１の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体（２０）から遠ざかる方向に変位し、前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体（２０）に近づく方向に変位し、
前記第２属性の検出部を構成する第２属性変位部（５３；６３）は、前記第１の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体（２０）に近づく方向に変位し、前記第２の回転方向のトルクが作用したときに右側支持体（２０）から遠ざかる方向に変位し、
前記第１属性変位部（５３；６３）に固定された第１属性変位電極（Ｅ５０）と、右側支持体（２０）の前記第１属性変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された第１属性固定電極（Ｅ２０）と、によって第１属性容量素子（Ｃ）が構成され、
前記第２属性変位部（５３；６３）に固定された第２属性変位電極（Ｅ５０）と、右側支持体（２０）の前記第２属性変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された第２属性固定電極（Ｅ２０）と、によって第２属性容量素子（Ｃ）が構成され、
検出回路（１０１〜１０５）が、前記第１属性容量素子の静電容量値と、前記第２属性容量素子の静電容量値と、の差に相当する電気信号を、作用したトルクを示す電気信号として出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
第１の変形部（５１；６１）、第２の変形部（５２；６２）、変位部（５３；６３）を有する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が、一方の連結部端部（Ｌ）と他方の連結部端部（Ｌ）との間に配置されており、
前記第１の変形部（５１；６１）は、可撓性を有する第１の板状片によって構成され、前記第２の変形部（５２；６２）は、可撓性を有する第２の板状片によって構成され、前記変位部（５３；６３）は、第３の板状片によって構成され、
前記第１の板状片（５１；６１）の外側端は、前記一方の連結部端部（Ｌ）に接続され、前記第１の板状片（５１；６１）の内側端は、前記第３の板状片（５３；６３）の一端に接続され、前記第２の板状片（５２；６２）の外側端は、前記他方の連結部端部（Ｌ）に接続され、前記第２の板状片（５２；６２）の内側端は、前記第３の板状片（５３；６３）の他端に接続されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のトルクセンサにおいて、
トルクが作用していない状態において、第３の板状片（５３；６３）と右側支持体（２０）の対向面とが平行を維持することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のトルクセンサにおいて、
検出点（Ｑ）の位置に基本平面（ＸＹ）に直交する法線（Ｎ）を立てたときに、当該検出点（Ｑ）に位置する検出部（Ｄ）を構成する第１の板状片（５１）および第２の板状片（５２）が、前記法線（Ｎ）に対して傾斜しており、かつ、第１の板状片（５１）の傾斜方向と第２の板状片（５２）の傾斜方向とが逆向きとなっていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側接続点（Ｐ１１，Ｐ１２）を通り回転軸（Ｚ）に平行な接続参照線（Ａ）を定義したときに、環状変形体（５０）の連結部（Ｌ２，Ｌ４）の右側の側面と右側支持体（２０）の対向面との間に、前記接続参照線（Ａ）上もしくはその近傍に配置された補助接続部材（２３，２４）を更に設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のトルクセンサにおいて、
補助接続部材（２３，２４）として、接続参照線（Ａ）に沿った方向に力が作用したときに比べて、接続参照線（Ａ）に直交する方向に力が作用したときの方が、弾性変形を生じ易い部材を用いたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分、もしくは、右側支持体（２０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分、または、これら接続部分の双方を、ダイアフラム部（５０ｄ，２０ｄ）によって構成し、トルクの作用に基づく前記ダイアフラム部（５０ｄ，２０ｄ）の変形によって補助接続部材（２３Ａ）が接続参照線（Ａ）に対して傾斜するようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分をダイアフラム部（５０ｄ）によって構成し、
左側接続部材（１１Ａ，１１Ｐ）が、環状変形体（５０Ａ）の前記ダイアフラム部（５０ｄ）を避け、その周囲部分に接続されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側支持体（１０）および右側支持体（２０）として、中心部に貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ２０）を有する環状の構造体を用い、回転軸（Ｚ）に沿って、左側支持体（１０）、環状変形体（５０）、右側支持体（２０）の各貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ５０，Ｈ２０）を貫く挿通孔が確保されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０）が、回転軸（Ｚ）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部（Ｈ５０）を形成することにより得られる円環状の部材に対して、部分的な材料除去加工を施すことにより得られた部材であり、前記材料除去加工を施した部分によって検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側支持体（１０）および右側支持体（２０）が、回転軸（Ｚ）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ２０）を形成することにより得られる円環状の部材からなることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側接続部材（１１，１２）が、左側支持体（１０）の右側面から右方に突出した凸状部によって構成され、右側接続部材（２１，２２）が、右側支持体（２０）の左側面から左方に突出した凸状部によって構成され、各凸状部の頂面が環状変形体（５０）の各接続点（Ｑ１〜Ｑ４）の位置に接合されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
所定回転方向のトルクが作用した結果、固定電極（Ｅ２０）に対する変位電極（Ｅ５０）の相対位置が変化した場合にも、容量素子（Ｃ）を構成する一対の電極の実効対向面積が変化しないように、固定電極（Ｅ２０）および変位電極（Ｅ５０）のうちの一方の面積を他方の面積よりも大きく設定したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側支持体（１０）、右側支持体（２０）、環状変形体（５０）が導電性材料により構成されており、変位電極（Ｅ５０）が変位部（５３）の表面に絶縁層（Ｉ５０）を介して形成されており、固定電極（Ｅ２０）が右側支持体（２０）の表面に絶縁層（Ｉ２０）を介して形成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２６】
請求項１〜２４のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
左側支持体（１０）、右側支持体（２０）、環状変形体（５０）が導電性材料により構成されており、環状変形体（５０）の表面の一部の領域によって変位電極（Ｅ５０）を構成するか、もしくは、右側支持体（２０）の表面の一部の領域によって固定電極（Ｅ２０）を構成したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２７】
所定の回転軸（Ｚ）まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
前記回転軸（Ｚ）に直交する基本平面（ＸＹ）上に、前記回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路（Ｒ）を定義したときに、この基本環状路（Ｒ）に沿って伸びる環状変形体（５０；６０）と、
前記回転軸（Ｚ）が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の左側に隣接する位置に配置された作用支持体（１０）と、
前記基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の右側に隣接する位置に配置された固定支持体（２０）と、
前記環状変形体（５０；６０）の所定箇所に設けられた作用接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）を、前記作用支持体（１０）に接続する作用接続部材（１１，１２；１６〜１９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の所定箇所に設けられた固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）を、前記固定支持体（２０）に接続する固定接続部材（２１，２２；２６〜２９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の右側の側面の所定位置に固定された変位電極（Ｅ５０）と、前記固定支持体（２０）の前記変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された固定電極（Ｅ２０）と、によって構成される容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）と、
前記容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）の静電容量値の変動に基づいて、前記作用支持体（１０）および前記固定支持体（２０）の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した前記回転軸（Ｚ）まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路（１０１〜１０５）と、
を備え、
前記環状変形体（５０；６０）は、前記基本環状路（Ｒ）上に定義された検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）に位置する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）と、この検出部の両端に接続された連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）と、を有し、
前記検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部（５１；６１）と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部（５２；６２）と、前記第１の変形部および前記第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部（５３；６３）と、を有し、
前記第１の変形部（５１；６１）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第１の変形部（５１；６１）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、
前記変位電極（Ｅ５０）は、前記変位部（５３；６３）の前記固定支持体（２０）に対向する位置に固定され、
前記作用接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）および前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）は、前記連結部（Ｌ）に配置されており、前記基本平面（ＸＹ）への前記作用接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）の正射影投影像と前記基本平面（ＸＹ）への前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２８】
所定の回転軸（Ｚ）まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
前記回転軸（Ｚ）に直交する基本平面（ＸＹ）上に、前記回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路（Ｒ）を定義したときに、この基本環状路（Ｒ）に沿って伸びる環状変形体（５０；６０）と、
前記環状変形体（５０；６０）の外側もしくは内側に隣接する位置に配置された作用支持体（７０；８０）と、
前記回転軸（Ｚ）が左右に伸びる水平線をなすような基準観察方向から見たときに、前記環状変形体（５０；６０）の右側に隣接する位置に配置された固定支持体（２０）と、
前記環状変形体（５０；６０）の所定箇所に設けられた作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）を、前記作用支持体（１０）に接続する作用接続部材（７１，７２；８１，８２）と、
前記環状変形体（５０；６０）の所定箇所に設けられた固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）を、前記固定支持体（２０）に接続する固定接続部材（２１，２２；２６〜２９）と、
前記環状変形体（５０；６０）の右側の側面の所定位置に固定された変位電極（Ｅ５０）と、前記固定支持体（２０）の前記変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された固定電極（Ｅ２０）と、によって構成される容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）と、
前記容量素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８）の静電容量値の変動に基づいて、前記作用支持体（１０）および前記固定支持体（２０）の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した前記回転軸（Ｚ）まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路（１０１〜１０５）と、
を備え、
前記環状変形体（５０；６０）は、前記基本環状路（Ｒ）上に定義された検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）に位置する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）と、この検出部の両端に接続された連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）と、を有し、
前記検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）は、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第１の変形部（５１；６１）と、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる第２の変形部（５２；６２）と、前記第１の変形部および前記第２の変形部の弾性変形により変位を生じる変位部（５３；６３）と、を有し、
前記第１の変形部（５１；６１）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第１の変形部（５１；６１）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の外側端はこれに隣接する連結部（Ｌ）に接続され、前記第２の変形部（５２；６２）の内側端は前記変位部（５３；６３）に接続され、
前記変位電極（Ｅ５０）は、前記変位部（５３；６３）の前記固定支持体（２０）に対向する位置に固定され、
前記作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）および前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）は、前記連結部（Ｌ）に配置されており、前記基本平面（ＸＹ）への前記作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）の正射影投影像と前記基本平面（ＸＹ）への前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２９】
請求項２７または２８に記載のトルクセンサにおいて、
基本環状路（Ｒ）上に複数ｎ個（ｎ≧２）の検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）が定義され、各検出点にそれぞれ検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が位置しており、環状変形体（５０；６０）が、ｎ個の検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）とｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）とを、基本環状路（Ｒ）に沿って交互に配置することにより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のトルクセンサにおいて、
基本環状路（Ｒ）上に偶数ｎ個（ｎ≧２）の検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）が定義され、各検出点にそれぞれ検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が位置しており、環状変形体（５０；６０）が、ｎ個の検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）とｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）とを、基本環状路（Ｒ）に沿って交互に配置することにより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３１】
請求項３０に記載のトルクセンサにおいて、
偶数ｎ個の連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）に対して、基本環状路（Ｒ）に沿って順に番号を付与したときに、固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）が奇数番目の連結部に配置され、作用接続点（Ｐ１１，Ｐ１２；Ｐ１６〜Ｐ１９）が偶数番目の連結部に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３２】
請求項３１に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝２に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１）、第１の検出部（Ｄ１）、第２の連結部（Ｌ２）、第２の検出部（Ｄ２）を、この順序で配置することにより環状変形体が構成されており、固定接続点（Ｐ２１）が第１の連結部（Ｌ１）に配置され、作用接続点（Ｐ１１）が第２の連結部（Ｌ２）に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３３】
請求項３１に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝４に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１）、第１の検出部（Ｄ１）、第２の連結部（Ｌ２）、第２の検出部（Ｄ２）、第３の連結部（Ｌ３）、第３の検出部（Ｄ３）、第４の連結部（Ｌ４）、第４の検出部（Ｄ４）を、この順序で配置することにより環状変形体（５０）が構成されており、第１の固定接続点（Ｐ２１）が第１の連結部（Ｌ１）に配置され、第１の作用接続点（Ｐ１１）が第２の連結部（Ｌ２）に配置され、第２の固定接続点（Ｐ２２）が第３の連結部（Ｌ３）に配置され、第２の作用接続点（Ｐ１２）が第４の連結部（Ｌ４）に配置され、
作用接続部材（１１，１２）が、前記第１の作用接続点（Ｐ１１）と作用支持体（１０）とを接続する第１の作用接続部材（１１）と、前記第２の作用接続点（Ｐ１２）と作用支持体（１０）とを接続する第２の作用接続部材（１２）とを有し、
固定接続部材（２１，２２）が、前記第１の固定接続点（Ｐ２１）と固定支持体（２０）とを接続する第１の固定接続部材（２１）と、前記第２の固定接続点（Ｐ２２）と固定支持体（２０）とを接続する第２の固定接続部材（２２）とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３４】
請求項３３に記載のトルクセンサにおいて、
基本平面上（ＸＹ）に、回転軸（Ｚ）との交点（Ｏ）を通り互いに直交する２直線（Ｘ，Ｙ）を引いた場合に、第１の作用接続点（Ｐ１１）および第２の作用接続点（Ｐ１２）の正射影投影像が第１の直線上（Ｙ）に配置され、第１の固定接続点（Ｐ２１）および第２の固定接続点（Ｐ２２）の正射影投影像が第２の直線上（Ｘ）に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３５】
請求項３３に記載のトルクセンサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのトルクを検出するために、環状変形体（５０）が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、作用支持体（１０）がＺ軸負領域に配置され、固定支持体（２０）がＺ軸正領域に配置され、
環状変形体（５０）のＺ軸負側の側面上に第１の作用接続点（Ｐ１１）および第２の作用接続点（Ｐ１２）が設けられ、環状変形体（５０）のＺ軸正側の側面上に第１の固定接続点（Ｐ２１）および第２の固定接続点（Ｐ２２）が設けられ、
環状変形体（５０）の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の固定接続点（Ｐ２１）の投影像が正のＸ軸上、第２の固定接続点（Ｐ２２）の投影像が負のＸ軸上、第１の作用接続点（Ｐ１１）の投影像が正のＹ軸上、第２の作用接続点（Ｐ１２）の投影像が負のＹ軸上に配置されており、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義した場合に、第１の検出点（Ｑ１）が正のＶ軸上、第２の検出点（Ｑ２）が正のＷ軸上、第３の検出点（Ｑ３）が負のＶ軸上、第４の検出点（Ｑ４）が負のＷ軸上に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３６】
請求項３１に記載のトルクセンサにおいて、
ｎ＝８に設定することにより、基本環状路（Ｒ）に沿って、第１の連結部（Ｌ１１）、第１の検出部（Ｄ１１）、第２の連結部（Ｌ１２）、第２の検出部（Ｄ１２）、第３の連結部（Ｌ１３）、第３の検出部（Ｄ１３）、第４の連結部（Ｌ１４）、第４の検出部（Ｄ１４）、第５の連結部（Ｌ１５）、第５の検出部（Ｄ１５）、第６の連結部（Ｌ１６）、第６の検出部（Ｄ１６）、第７の連結部（Ｌ１７）、第７の検出部（Ｄ１７）、第８の連結部（Ｌ１８）、第８の検出部（Ｄ１８）を、この順序で配置することにより環状変形体（６０）が構成されており、第１の作用接続点（Ｐ１６）が第１の連結部（Ｌ１１）に配置され、第１の固定接続点（Ｐ２６）が第２の連結部（Ｌ１２）に配置され、第２の作用接続点（Ｐ１７）が第３の連結部（Ｌ１３）に配置され、第２の固定接続点（Ｐ２７）が第４の連結部（Ｌ１４）に配置され、第３の作用接続点（Ｐ１８）が第５の連結部（Ｌ１５）に配置され、第３の固定接続点（Ｐ２８）が第６の連結部（Ｌ１６）に配置され、第４の作用接続点（Ｐ１９）が第７の連結部（Ｌ１７）に配置され、第４の固定接続点（Ｐ２９）が第８の連結部（Ｌ１８）に配置され、
作用接続部材（１６〜１９）が、前記第１の作用接続点（Ｐ１６）と作用支持体（１０）とを接続する第１の作用接続部材（１６）と、前記第２の作用接続点（Ｐ１７）と作用支持体（１０）とを接続する第２の作用接続部材（１７）と、前記第３の作用接続点（Ｐ１８）と作用支持体（１０）とを接続する第３の作用接続部材（１８）と、前記第４の作用接続点（Ｐ１９）と作用支持体（１０）とを接続する第４の作用接続部材（１９）とを有し、
固定接続部材（２６〜２９）が、前記第１の固定接続点（Ｐ２６）と固定支持体（２０）とを接続する第１の固定接続部材（２６）と、前記第２の固定接続点（Ｐ２７）と固定支持体（２０）とを接続する第２の固定接続部材（２７）と、前記第３の固定接続点（Ｐ２８）と固定支持体（２０）とを接続する第３の固定接続部材（２８）と、前記第４の固定接続点（Ｐ２９）と固定支持体（２０）とを接続する第４の固定接続部材（２９）とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３７】
請求項３６に記載のトルクセンサにおいて、
基本平面（ＸＹ）上に、回転軸（Ｚ）との交点（Ｏ）を通り４５°ずつの角度偏差をもって交差する４直線（Ｘ，Ｖ，Ｙ，Ｗ）を引いた場合に、第１の作用接続点（Ｐ１６）および第３の作用接続点（Ｐ１８）の正射影投影像が第１の直線（Ｘ）上に配置され、第１の固定接続点（Ｐ２６）および第３の固定接続点（Ｐ２８）の正射影投影像が第２の直線（Ｖ）上に配置され、第２の作用接続点（Ｐ１７）および第４の作用接続点（Ｐ１９）の正射影投影像が第３の直線（Ｙ）上に配置され、第２の固定接続点（Ｐ２７）および第４の固定接続点（Ｐ２９）の正射影投影像が第４の直線（Ｗ）上に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３８】
請求項３６記載のトルクセンサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸まわりのトルクを検出するために、環状変形体（６０）が原点Ｏを中心として基本平面となるＸＹ平面上に配置され、作用支持体（１０）がＺ軸負領域に配置され、固定支持体（２０）がＺ軸正領域に配置され、
環状変形体（６０）のＺ軸負側の側面上に第１〜第４の作用接続点（Ｐ１６〜Ｐ１９）が設けられ、環状変形体（６０）のＺ軸正側の側面上に第１〜第４の固定接続点（Ｐ２６〜Ｐ２９）が設けられ、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＶ軸を定義し、原点Ｏを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させた座標軸としてＷ軸を定義し、環状変形体（６０）の両側面をＸＹ平面上に投影して正射影投影像を得た場合に、第１の作用接続点（Ｐ１６）の投影像が正のＸ軸上、第２の作用接続点（Ｐ１７）の投影像が正のＹ軸上、第３の作用接続点（Ｐ１８）の投影像が負のＸ軸上、第４の作用接続点（Ｐ１９）の投影像が負のＹ軸上に配置されており、第１の固定接続点（Ｐ２６）の投影像が正のＶ軸上、第２の固定接続点（Ｐ２７）の投影像が正のＷ軸上、第３の固定接続点（Ｐ２８）の投影像が負のＶ軸上、第４の固定接続点（Ｐ２９）の投影像が負のＷ軸上に配置されており、
ＸＹ平面上において、原点Ｏを起点として、Ｘ軸正方向に対して反時計まわりに角度θをなす方位ベクトルＶｅｃ（θ）を定義したときに、第ｉ番目の検出点（１≦ｉ≦８）が、方位ベクトルＶｅｃ（π／８＋（ｉ−１）・π／４）と基本環状路（Ｒ）との交点位置に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３９】
請求項２９〜３８のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
複数ｎ個の検出部（Ｄ）のうち、一部は第１属性の検出部であり、他の一部は第２属性の検出部であり、
前記第１属性の検出部を構成する第１属性変位部（５３；６３）は、第１の回転方向のトルクが作用したときに固定支持体（２０）から遠ざかる方向に変位し、前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向のトルクが作用したときに固定支持体（２０）に近づく方向に変位し、
前記第２属性の検出部を構成する第２属性変位部（５３；６３）は、前記第１の回転方向のトルクが作用したときに固定支持体（２０）に近づく方向に変位し、前記第２の回転方向のトルクが作用したときに固定支持体（２０）から遠ざかる方向に変位し、
前記第１属性変位部（５３；６３）に固定された第１属性変位電極（Ｅ５０）と、固定支持体（２０）の前記第１属性変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された第１属性固定電極（Ｅ２０）と、によって第１属性容量素子（Ｃ）が構成され、
前記第２属性変位部（５３；６３）に固定された第２属性変位電極（Ｅ５０）と、固定支持体（２０）の前記第２属性変位電極（Ｅ５０）に対向する位置に固定された第２属性固定電極（Ｅ２０）と、によって第２属性容量素子（Ｃ）が構成され、
検出回路（１０１〜１０５）が、前記第１属性容量素子の静電容量値と、前記第２属性容量素子の静電容量値と、の差に相当する電気信号を、作用したトルクを示す電気信号として出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４０】
請求項２７〜３９のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
第１の変形部（５１；６１）、第２の変形部（５２；６２）、変位部（５３；６３）を有する検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が、一方の連結部端部（Ｌ）と他方の連結部端部（Ｌ）との間に配置されており、
前記第１の変形部（５１；６１）は、可撓性を有する第１の板状片によって構成され、前記第２の変形部（５２；６２）は、可撓性を有する第２の板状片によって構成され、前記変位部（５３；６３）は、第３の板状片によって構成され、
前記第１の板状片（５１；６１）の外側端は、前記一方の連結部端部（Ｌ）に接続され、前記第１の板状片（５１；６１）の内側端は、前記第３の板状片（５３；６３）の一端に接続され、前記第２の板状片（５２；６２）の外側端は、前記他方の連結部端部（Ｌ）に接続され、前記第２の板状片（５２；６２）の内側端は、前記第３の板状片（５３；６３）の他端に接続されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４１】
請求項４０に記載のトルクセンサにおいて、
トルクが作用していない状態において、第３の板状片（５３；６３）と固定支持体（２０）の対向面とが平行を維持することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４２】
請求項４１に記載のトルクセンサにおいて、
検出点（Ｑ）の位置に基本平面（ＸＹ）に直交する法線（Ｎ）を立てたときに、当該検出点（Ｑ）に位置する検出部（Ｄ）を構成する第１の板状片（５１）および第２の板状片（５２）が、前記法線（Ｎ）に対して傾斜しており、かつ、第１の板状片（５１）の傾斜方向と第２の板状片（５２）の傾斜方向とが逆向きとなっていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４３】
請求項２７〜４２のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
作用接続点（Ｐ１１，Ｐ１２）を通り回転軸（Ｚ）に平行な接続参照線（Ａ）を定義したときに、環状変形体（５０）の連結部（Ｌ２，Ｌ４）の固定の側面と固定支持体（２０）の対向面との間に、前記接続参照線（Ａ）上もしくはその近傍に配置された補助接続部材（２３，２４）を更に設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４４】
請求項４３に記載のトルクセンサにおいて、
補助接続部材（２３，２４）として、接続参照線（Ａ）に沿った方向に力が作用したときに比べて、接続参照線（Ａ）に直交する方向に力が作用したときの方が、弾性変形を生じ易い部材を用いたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４５】
請求項４３または４４に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分、もしくは、固定支持体（２０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分、または、これら接続部分の双方を、ダイアフラム部（５０ｄ，２０ｄ）によって構成し、トルクの作用に基づく前記ダイアフラム部（５０ｄ，２０ｄ）の変形によって補助接続部材（２３Ａ）が接続参照線（Ａ）に対して傾斜するようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４６】
請求項４５に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０Ａ）の補助接続部材（２３Ａ）に対する接続部分をダイアフラム部（５０ｄ）によって構成し、
作用接続部材（１１Ａ，１１Ｐ）が、環状変形体（５０Ａ）の前記ダイアフラム部（５０ｄ）を避け、その周囲部分に接続されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４７】
請求項２７〜４６のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
作用支持体（１０）および固定支持体（２０）として、中心部に貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ２０）を有する環状の構造体を用い、回転軸（Ｚ）に沿って、作用支持体（１０）、環状変形体（５０）、固定支持体（２０）の各貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ５０，Ｈ２０）を貫く挿通孔が確保されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４８】
請求項２７〜４７のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体（５０）が、回転軸（Ｚ）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部（Ｈ５０）を形成することにより得られる円環状の部材に対して、部分的な材料除去加工を施すことにより得られた部材であり、前記材料除去加工を施した部分によって検出部（Ｄ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１１〜Ｄ１８）が構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４９】
請求項２７〜４８のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
作用支持体（１０）および固定支持体（２０）が、回転軸（Ｚ）を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部（Ｈ１０，Ｈ２０）を形成することにより得られる円環状の部材からなることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５０】
請求項２７〜４９のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
作用接続部材（１１，１２）が、作用支持体（１０）の固定面から右方に突出した凸状部によって構成され、固定接続部材（２１，２２）が、固定支持体（２０）の作用面から左方に突出した凸状部によって構成され、各凸状部の頂面が環状変形体（５０）の各接続点（Ｑ１〜Ｑ４）の位置に接合されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５１】
請求項２７〜５０のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
所定回転方向のトルクが作用した結果、固定電極（Ｅ２０）に対する変位電極（Ｅ５０）の相対位置が変化した場合にも、容量素子（Ｃ）を構成する一対の電極の実効対向面積が変化しないように、固定電極（Ｅ２０）および変位電極（Ｅ５０）のうちの一方の面積を他方の面積よりも大きく設定したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５２】
請求項２７〜５１のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
作用支持体（１０）、固定支持体（２０）、環状変形体（５０）が導電性材料により構成されており、変位電極（Ｅ５０）が変位部（５３）の表面に絶縁層（Ｉ５０）を介して形成されており、固定電極（Ｅ２０）が固定支持体（２０）の表面に絶縁層（Ｉ２０）を介して形成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５３】
請求項２７〜５１のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
作用支持体（１０）、固定支持体（２０）、環状変形体（５０）が導電性材料により構成されており、環状変形体（５０）の表面の一部の領域によって変位電極（Ｅ５０）を構成するか、もしくは、固定支持体（２０）の表面の一部の領域によって固定電極（Ｅ２０）を構成したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５４】
所定の回転軸（Ｚ）まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
前記回転軸（Ｚ）に直交する基本平面（ＸＹ）上に、前記回転軸の周囲を取り囲むように基本環状路（Ｒ）を定義したときに、この基本環状路（Ｒ）に沿って伸びる環状変形体（４０；５０；６０；９０）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）にトルクを作用させる作用支持体（１０；７０；８０）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）を固定する固定支持体（２０；１２０）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）の所定箇所に設けられた作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）を、前記作用支持体（１０；７０；８０）に接続する作用接続部材（７１〜７４；７６〜７９；８１，８２；８６〜８９）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）の所定箇所に設けられた固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）を、前記固定支持体（２０；１２０）に接続する固定接続部材（２１，２２；２６〜２９；１２１，１２２）と、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）に生じた弾性変形を検出する検出素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８；ｒ１〜ｒ４）と、
前記検出素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８；ｒ１〜ｒ４）の検出結果に基づいて、前記作用支持体（１０；７０；８０）および前記固定支持体（２０；１２０）の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した前記回転軸（Ｚ）まわりのトルクを示す電気信号を出力する検出回路（１０１〜１０５；１０８）と、
を備え、
前記環状変形体（４０；５０；６０；９０）は、前記基本環状路（Ｒ）上に定義された検出点（Ｑ；Ｑ１〜Ｑ４；Ｑ１１〜Ｑ１８）に位置する検出部（Ｄ；ＤＢ；ＤＣ；ＤＤ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１’〜Ｄ４’；Ｄ１１〜Ｄ１８；Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓ）と、この検出部の両端に接続された連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）と、を有し、
前記作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）および前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）は、前記連結部（Ｌ；Ｌ１〜Ｌ４；Ｌ１１〜Ｌ１８）に配置されており、前記基本平面（ＸＹ）への前記作用接続点（Ｐ７１，Ｐ７２；Ｐ８１，Ｐ８２）の正射影投影像と前記基本平面（ＸＹ）への前記固定接続点（Ｐ２１，Ｐ２２；Ｐ２６〜Ｐ２９）の正射影投影像とは、互いに異なる位置に形成されており、
前記検出部（Ｄ；ＤＢ；ＤＣ；ＤＤ；Ｄ１〜Ｄ４；Ｄ１’〜Ｄ４’；Ｄ１１〜Ｄ１８；Ｄ１１Ｓ〜Ｄ１８Ｓ）は、前記作用接続点と前記固定接続点との間に力が作用したときに、作用した力に基づいて弾性変形を生じる弾性変形構造部を有し、前記検出素子（Ｃ；Ｃ１〜Ｃ４；Ｃ１１〜Ｃ１８；ｒ１〜ｒ４）は、前記弾性変形構造部に生じた弾性変形を検出するようになっており、
検出部（ＤＤ）が、検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる板状変形部（４１）を有し、前記板状変形部（４１）はその板面が基本環状路（Ｒ）に対して傾斜するように配置されており、
検出素子が、検出部（ＤＤ）の弾性変形を生じる位置に固定されたストレインゲージ（ｒ１〜ｒ４）によって構成されており、
検出回路（１０８）が、前記ストレインゲージ（ｒ１〜ｒ４）の電気抵抗の変動に基づいて、作用したトルクを示す電気信号を出力するようになっており、
検出素子が、板状変形部（４１）の連結部（Ｌ）に対する接続端近傍の少なくとも一方の面に配置されたストレインゲージ（ｒ１〜ｒ４）によって構成されている
ことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５５】
請求項５４に記載のトルクセンサにおいて、
検出素子が、連結部（Ｌ）に対する第１の接続端近傍の表側の面および／または裏側の面にそれぞれ配置された第１のストレインゲージ（ｒ１）および第２のストレインゲージ（ｒ２）と、連結部（Ｌ）に対するそれぞれ配置された第３のストレインゲージ（ｒ３）および第４のストレインゲージ（ｒ４）と、を有し、
検出回路が、前記第１のストレインゲージ（ｒ１）と前記第４のストレインゲージ（ｒ４）とを第１の対辺とし、前記第２のストレインゲージ（ｒ２）と前記第３のストレインゲージ（ｒ３）とを第２の対辺とするブリッジ回路（１０８）のブリッジ電圧を検出することを特徴とするトルクセンサ。
【国際調査報告】
2016121128.tif 000057
2016121128.tif 000058
2016121128.tif 000059
2016121128.tif 000060