(57)【要約】【課題】小型で高剛性をもち、構造が単純なトルクセンサを提供する。【解決手段】回転体１０と回転体２０との間に環状変形体３０を配置する。環状変形体３０の左側面の上下２箇所には、回転体１０から突出した凸状部１１，１２が接合され、右側面の手前／奥の２箇所には、回転体２０から突出した凸状部２１，２２（図示せず）が接合される。回転体１０，２０の外周は、ベアリング１５，２５により、筒状筐体４０の内面に回転自在に支持される。駆動軸１３から回転体１０に加えた回転駆動力は、回転体２０から従動軸２３に伝達される。従動軸２３に加わる負荷により、環状変形体３０は楕円状に変形しながら回転し、その外周面３０Ｅと固定電極Ｅとの距離は変動する。このため、両者によって構成される容量素子Ｃの静電容量値は変動する。測定回路５１は、容量値により距離測定値ｄを求め、検出回路６０は、その振幅により、回転負荷をトルクＴとして検出する。【選択図】図１７
2012112800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成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２】
請求項１に記載の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からな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、
駆動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
従動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
装置筐体が、駆動回転体、従動回転体および環状変形体を収容する、回転軸を中心軸として配置された筒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４】
請求項３に記載のトルクセンサにおいて、
駆動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、駆動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにし、
従動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、従動回転体が装置筐体によって回転自在に支持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５】
請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項６】
請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に備え、
距離測定器が、前記固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
駆動接続部材が、駆動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の駆動回転体に対向する駆動対向面上の駆動接続点に接合されており、
従動接続部材が、従動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の従動回転体に対向する従動対向面上の従動接続点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８】
請求項７に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第１の駆動接続点および第２の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、前記第１の駆動接続点を駆動回転体に接続する第１の駆動接続部材と、前記第２の駆動接続点を駆動回転体に接続する第２の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第１の従動接続点および第２の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、前記第１の従動接続点を従動回転体に接続する第１の従動接続部材と、前記第２の従動接続点を従動回転体に接続する第２の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点、第１の従動接続点、第２の駆動接続点、第２の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が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８に記載のトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに直交する２直線を引いた場合に、第１の駆動接続点および第２の駆動接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の従動接続点および第２の従動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ことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１０】
請求項７に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第１の駆動接続点、第２の駆動接続点、第３の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、前記第１の駆動接続点を駆動回転体に接続する第１の駆動接続部材と、前記第２の駆動接続点を駆動回転体に接続する第２の駆動接続部材と、前記第３の駆動接続点を駆動回転体に接続する第３の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第１の従動接続点、第２の従動接続点、第３の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、前記第１の従動接続点を従動回転体に接続する第１の従動接続部材と、前記第２の従動接続点を従動回転体に接続する第２の従動接続部材と、前記第３の従動接続点を従動回転体に接続する第３の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点、第１の従動接続点、第２の駆動接続点、第２の従動接続点、第３の駆動接続点、第３の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が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１０に記載のトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに６０°の角度をなす３直線を引いた場合に、第１の駆動接続点および第２の従動接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の従動接続点および第３の駆動接続点の正射影投影像が第２の直線上に配置され、第２の駆動接続点および第３の従動接続点の正射影投影像が第３の直線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１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値を利用して、環状変形体が回転中に、その回転軸まわりに作用したトルクの大きさを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１２に記載のトルクセンサにおいて、
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の距離測定器を備え、
検出回路が、前記複数組の距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１４】
請求項１２に記載のトルクセンサにおいて、
互いに逆位相の距離変動信号が得られる位置にある一対の固定測定点についての距離測定を行う一対の距離測定器からなる相補測定器対を備え、
検出回路が、前記相補測定器対を構成する一対の距離測定器から得られる距離変動信号の差分信号の振幅値を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１５】
請求項１２に記載のトルクセンサにおいて、
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の相補測定器対を備え、
検出回路が、前記各相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力す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、
必要な検出精度に応じた密度で配置された複数Ｎ個の固定測定点についての距離測定を行う複数Ｎ組の距離測定器を備え、
検出回路が、前記Ｎ組の距離測定器から得られる距離測定値の最大値と所定の基準値との差もしくは前記Ｎ組の距離測定器から得られる距離測定値の最小値と所定の基準値との差、または、前記最大値と前記最小値との差を、回転軸まわりの瞬時もしくは静止時のトルク近似値として出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
互いに位相が異なる（但し、位相反転の関係にはない）距離変動信号が得られる位置にある固定測定点についての距離測定を行う少なくとも２組の距離測定器を備え、
検出回路が、これらの距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出する機能を更に有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の極大位置もしくは極小位置をカウントすることにより、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転数を検出する機能を更に有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
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２０】
請求項１９に記載のトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
前記第１副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、前記第２副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、前記第１副固定電極と前記第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第１副容量素子と前記第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２１】
請求項５に記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
装置筐体の内面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の外周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
前記環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、前記固定電極と、前記固定電極に対向する前記変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、前記測定回路が、前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２２】
請求項２１に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の少なくとも外周面が導電性材料からなり、前記環状変形体の外周面自身によって変位電極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２３】
請求項２２に記載のトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
前記第１副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、前記第２副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、前記第１副固定電極と前記第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第１副容量素子と前記第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２４】
請求項６に記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
固定補助体の外面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の内周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
前記環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、前記固定電極と、前記固定電極に対向する前記変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、前記測定回路が、前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２５】
請求項２４に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の少なくとも内周面が導電性材料からなり、前記環状変形体の内周面自身によって変位電極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２６】
請求項２５に記載のトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
前記第１副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、前記第２副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、前記第１副固定電極と前記第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第１副容量素子と前記第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２７】
請求項１〜１８のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部が導電性材料からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられた渦電流変位計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２８】
請求項１〜１８のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部が磁石からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられたホール素子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２９】
請求項１〜１８のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、環状変形体の変位面に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、前記変位面で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、
前記光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
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３０】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる材質からなり、前記回転軸が挿通する貫通開口窓を有する環状変形体と、
前記回転軸に沿った第１の方向を定義した場合に、前記環状変形体の前記第１の方向に隣接する位置に配置され、検出対象となるトルクに基づく回転駆動力を受けて前記回転軸まわりに前記環状変形体の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する駆動回転体と、
前記第１の方向とは逆の第２の方向を定義した場合に、前記環状変形体の前記第２の方向に隣接する位置に配置され、前記装置筐体に固定された固定支持体と、
前記環状変形体の前記第１の方向を向いた側面に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体の前記第２の方向を向いた側面に設けられた固定接続点を、前記固定支持体に接続する固定接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離に基づいて前記駆動回転体に作用したトルクを出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記固定接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにした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、回転動力の伝達軸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。一方、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。更に、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いる。また、特許文献６には、回転動力を伝達するトルク伝達系において、斜めスリットが形成された弾性円筒体を電極として利用し、静電容量値の変化に基づいてトルクを検出するトルクセンサが開示されている。
【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】特開平９−２８０９７３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。たとえば、車両の動力伝達軸に作用するトルクを検出するために、動力伝達軸の途中に介挿して用いるタイプのトルクセンサには、高い剛性が要求される。また、実装の便宜を考慮すると、できるだけ軸長の短い小型のセンサが望まれる。しかしながら、前掲の各特許文献に記載されている従来のトルクセンサは、いずれも構造が複雑であり、小型化を図ることが困難である。また、構造が複雑なゆえに、製造プロセスも複雑になるため、製造コストの低減も困難になる。
【０００５】
そこで本発明は、小型で高剛性をもち、構造が単純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】
【０００６】
(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、
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたものである。
【０００７】
(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、
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からなるようにしたものである。
【０００８】
(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、
駆動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
従動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
装置筐体が、駆動回転体、従動回転体および環状変形体を収容する、回転軸を中心軸として配置された筒状の部材からなるようにしたものである。
【０００９】
(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、
駆動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、駆動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにし、
従動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、従動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにしたものである。
【００１０】
(5)   本発明の第５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、
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定するようにしたものである。
【００１１】
(6)   本発明の第６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、
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に設け、
距離測定器が、固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定するようにしたものである。
【００１２】
(7)   本発明の第７の態様は、上述した第１〜第６の態様に係るトルクセンサにおいて、
駆動接続部材が、駆動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の駆動回転体に対向する駆動対向面上の駆動接続点に接合されており、
従動接続部材が、従動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の従動回転体に対向する従動対向面上の従動接続点に接合されているようにしたものである。
【００１３】
(8)   本発明の第８の態様は、上述した第７の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第１の駆動接続点および第２の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、第１の駆動接続点を駆動回転体に接続する第１の駆動接続部材と、第２の駆動接続点を駆動回転体に接続する第２の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第１の従動接続点および第２の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、第１の従動接続点を従動回転体に接続する第１の従動接続部材と、第２の従動接続点を従動回転体に接続する第２の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点、第１の従動接続点、第２の駆動接続点、第２の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにしたものである。
【００１４】
(9)   本発明の第９の態様は、上述した第８の態様に係るトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに直交する２直線を引いた場合に、第１の駆動接続点および第２の駆動接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の従動接続点および第２の従動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。
【００１５】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述した第７の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第１の駆動接続点、第２の駆動接続点、第３の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、第１の駆動接続点を駆動回転体に接続する第１の駆動接続部材と、第２の駆動接続点を駆動回転体に接続する第２の駆動接続部材と、第３の駆動接続点を駆動回転体に接続する第３の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第１の従動接続点、第２の従動接続点、第３の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、第１の従動接続点を従動回転体に接続する第１の従動接続部材と、第２の従動接続点を従動回転体に接続する第２の従動接続部材と、第３の従動接続点を従動回転体に接続する第３の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点、第１の従動接続点、第２の駆動接続点、第２の従動接続点、第３の駆動接続点、第３の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにしたものである。
【００１６】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第１０の態様に係るトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに６０°の角度をなす３直線を引いた場合に、第１の駆動接続点および第２の従動接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の従動接続点および第３の駆動接続点の正射影投影像が第２の直線上に配置され、第２の駆動接続点および第３の従動接続点の正射影投影像が第３の直線上に配置されているようにしたものである。
【００１７】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第１〜第１１の態様に係るトルクセンサにおいて、
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値を利用して、環状変形体が回転中に、その回転軸まわりに作用したトルクの大きさを出力するようにしたものである。
【００１８】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１２の態様に係るトルクセンサにおいて、
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の距離測定器を設け、
検出回路が、これら複数組の距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
【００１９】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１２の態様に係るトルクセンサにおいて、
互いに逆位相の距離変動信号が得られる位置にある一対の固定測定点についての距離測定を行う一対の距離測定器からなる相補測定器対を設け、
検出回路が、相補測定器対を構成する一対の距離測定器から得られる距離変動信号の差分信号の振幅値を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
【００２０】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第１２の態様に係るトルクセンサにおいて、
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の相補測定器対を設け、
検出回路が、各相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
【００２１】
(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、
必要な検出精度に応じた密度で配置された複数Ｎ個の固定測定点についての距離測定を行う複数Ｎ組の距離測定器を設け、
検出回路が、これらＮ組の距離測定器から得られる距離測定値の最大値と所定の基準値との差もしくはＮ組の距離測定器から得られる距離測定値の最小値と所定の基準値との差、または、最大値と最小値との差を、回転軸まわりの瞬時もしくは静止時のトルク近似値として出力するようにしたものである。
【００２２】
(17)  本発明の第１７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、
互いに位相が異なる（但し、位相反転の関係にはない）距離変動信号が得られる位置にある固定測定点についての距離測定を行う少なくとも２組の距離測定器を設け、
検出回路が、これらの距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出する機能を更に有するようにしたものである。
【００２３】
(18)  本発明の第１８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、
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の極大位置もしくは極小位置をカウントすることにより、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転数を検出する機能を更に有するようにしたものである。
【００２４】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述した第１〜第１８の態様に係るトルクセンサにおいて、
距離測定器を、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成したものである。
【００２５】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述した第１９の態様に係るトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
第１副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、第２副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第１副固定電極と第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第１副容量素子と第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【００２６】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第５の態様に係るトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
装置筐体の内面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の外周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、固定電極と、この固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、測定回路が、容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【００２７】
(22)  本発明の第２２の態様は、上述した第２１の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の少なくとも外周面が導電性材料からなり、環状変形体の外周面自身によって変位電極が構成されるようにしたものである。
【００２８】
(23)  本発明の第２３の態様は、上述した第２２の態様に係るトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
第１副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、第２副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第１副固定電極と第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第１副容量素子と第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【００２９】
(24)  本発明の第２４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、
距離測定器が、
固定補助体の外面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の内周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、固定電極と、この固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、測定回路が、容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【００３０】
(25)  本発明の第２５の態様は、上述した第２４の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の少なくとも内周面が導電性材料からなり、環状変形体の内周面自身によって変位電極が構成されるようにしたものである。
【００３１】
(26)  本発明の第２６の態様は、上述した第２５の態様に係るトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
第１副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、第２副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第１副固定電極と第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第１副容量素子と第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【００３２】
(27)  本発明の第２７の態様は、上述した第１〜第１８の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部を導電性材料によって構成し、
距離測定器を固定測定点に設けられた渦電流変位計によって構成したものである。
【００３３】
(28)  本発明の第２８の態様は、上述した第１〜第１８の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部を磁石によって構成し、
距離測定器を固定測定点に設けられたホール素子によって構成したものである。
【００３４】
(29)  本発明の第２９の態様は、上述した第１〜第１８の態様に係るトルクセンサにおいて、
距離測定器を、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、環状変形体の変位面に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、変位面で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、
光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成したものである。
【００３５】
(30)  本発明の第３０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、
装置筐体と、
検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる材質からなり、回転軸が挿通する貫通開口窓を有する環状変形体と、
回転軸に沿った第１の方向を定義した場合に、環状変形体の第１の方向に隣接する位置に配置され、検出対象となるトルクに基づく回転駆動力を受けて回転軸まわりに環状変形体の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する駆動回転体と、
第１の方向とは逆の第２の方向を定義した場合に、環状変形体の第２の方向に隣接する位置に配置され、装置筐体に固定された固定支持体と、
環状変形体の第１の方向を向いた側面に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体の第２の方向を向いた側面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、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離に基づいて駆動回転体に作用したトルクを出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と固定接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係るトルクセンサでは、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、駆動回転体と従動回転体とが配置され、それぞれが異なる接続点に接合される。駆動回転体と従動回転体は、装置筐体内に回転自在に支持されているため、駆動回転体、環状変形体、従動回転体は、一体となって回転することができる。外部から駆動回転体に回転駆動力が加えられると、当該駆動力は環状変形体を介して従動回転体へと伝達され、従動回転体まで回転が伝わる。このとき、従動回転体に負荷がかかっていると、この負荷に基づくトルクにより環状変形体に歪みが生じ、環状変形体は歪んだまま回転する。本発明では、この環状変形体の歪みの大きさを、作用したトルク（従動回転体に作用した回転負荷）の大きさとして検出する。
【００３７】
たとえば、環状変形体を円環状の部材によって構成した場合、トルクが作用していない状態では、環状変形体は円形を維持したまま回転する。ところが、トルクが作用していると、環状変形体は楕円に変形した状態で回転するため、装置筐体の内面と環状変形体の外周面との距離は周期的に変動する。距離測定器は、この距離変動を電気信号として取り出す機能を果たし、検出回路は、この電気信号に基づいてトルク検出を行う。作用したトルクが大きければ大きいほど、環状変形体が構成する楕円の扁平率は大きくなり、距離変動は大きくなる。したがって、検出回路は、距離変動信号の振幅をトルクの大きさを示す信号とすればよい。
【００３８】
環状変形体、駆動回転体、従動回転体は、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。更に、環状変形体の形状の歪みは、距離測定器によって検出できるので、構造も単純化され、コストダウンに貢献することができる。
【００３９】
距離測定器としては、装置筐体側に固定された固定電極と、環状変形体の周面に沿って形成された変位電極と、によって構成される容量素子を用いることができる。歪んだ環状変形体が回転すると、固定電極と変位電極との距離が変動し、容量素子の静電容量値が変動する。よって、容量素子の静電容量値を電気的に測定することにより、距離変動信号が得られる。なお、環状変形体を導電性材料によって構成しておけば、環状変形体の表面それ自身を変位電極として利用できる。この他、渦電流変位計、ホール素子、光ビーム照射受光器などを利用して距離測定器を構成することも可能である。
【００４０】
装置筐体側の複数箇所に固定測定点を設け、各固定測定点と環状変形体との距離を測定するようにすれば、これら複数の測定値の和や平均を用いることにより、精度の高い検出が可能になる。また、距離変動信号が逆位相となるような一対の固定測定点についての測定を行えば、測定値の差分を利用したトルク検出が可能になる。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。更に、複数の固定測定点について得られた距離変動信号の位相差を利用すれば、回転方向を検出することも可能になる。また、多数の固定測定点について測定を行えば、静止状態におけるトルクの近似値検出も可能になる。
【００４１】
環状変形体と駆動回転体との接続点、および環状変形体と従動回転体との接続点は、トルクの作用により環状変形体に変形が生じるような位置であれば、どこに何カ所設けてもかまわないが、環状変形体の上下の２箇所を駆動回転体に接合し、左右の２箇所を従動回転体に接合して、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。また、環状変形体の３箇所を駆動回転体に接合し、別な３箇所を従動回転体に接合し、前者３カ所と後者３カ所が交互に配置されるようにすれば、より安定した構造を実現できる。
【００４２】
なお、環状変形体の変形は外周面だけでなく、内周面にも及ぶため、環状変形体の貫通開口部に挿通する固定補助体を設ければ、この固定補助体の外面と環状変形体の内周面との距離を測定することにより、トルク検出を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明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２】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る。
【図３】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】図１に示す駆動回転体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】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】図１に示す従動回転体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】図２に示す基本構造部を電気自動車の動力伝達軸に介挿した例を示す側面図である。
【図８】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９】図２に示す基本構造部にＺ軸まわりの回転駆動力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１０】図９に示す基本構造部が時計まわりに９０°回転した状態を示す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１１】図２に示す基本構造部を装置筐体内に収容した状態を示す側断面図である。
【図１２】図１１に示す構造体をＸＹ平面で切断した断面図である（図１１の左方向から見た断面図である。なお、転がり軸受２５は図示省略）。
【図１３】図１２に示す基本構造部に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（転がり軸受２５は図示省略）。
【図１４】図１３に示す基本構造部がＺ軸正まわりに９０°回転した状態を示すＸＹ平面での断面図である（転がり軸受２５は図示省略）。
【図１５】図１２に示す基本構造部に回転駆動力が作用したときの２点Ｆ，Ｑ間の距離の時間的な変動（横軸は基本構造部の回転角θ）を示すグラフである。
【図１６】図１２に示す基本構造部に回転駆動力が作用したときの２点Ｆ，Ｑ間の距離ｄを測定する距離測定器を容量素子を利用して構成した例を示す図である（転がり軸受２５は図示省略）。
【図１７】本発明の基本的な実施形態に係るトルクセンサの構成を示す側断面図およびブロック図である。
【図１８】図１７に示すトルクセンサにおいて、容量素子を構成する一対の電極の間隔が最も短くなった状態を示すＸＹ平面での断面図である（転がり軸受２５は図示省略）。
【図１９】図１７に示すトルクセンサにおいて、容量素子を構成する一対の電極の間隔が最も長くなった状態を示すＸＹ平面での断面図である（転がり軸受２５は図示省略）。
【図２０】図１７に示すトルクセンサにおいて、一対の電極Ｅ，３０Ｅによって構成される容量素子の静電容量値Ｃの時間的な変化（横軸は基本構造部の回転角θ）を示すグラフである。
【図２１】複数組の容量素子を用いる変形例に係るトルクセンサの構成を示す断面図である。
【図２２】図２１に示す変形例における４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値Ｃの時間的な変化（横軸は基本構造部の回転角θ）を示すグラフである。
【図２３】多数の容量素子を用いる変形例に係るトルクセンサの構成を示す断面図である。
【図２４】図２３に示す変形例において、異なる容量素子についての静電容量変化の位相差を示すグラフである。
【図２５】図２に示す基本構造部にＺ軸正まわりの回転駆動力が作用したときの環状変形体の変形態様を示すＸＹ平面での断面図である。
【図２６】図２に示す基本構造部にＺ軸負まわりの回転駆動力が作用したときの環状変形体の変形態様を示すＸＹ平面での断面図である。
【図２７】駆動接続点および従動接続点をそれぞれ１カ所のみ設けた変形例について、Ｚ軸正まわりの回転駆動力が作用したときの環状変形体の変形態様を示すＸＹ平面での断面図である。
【図２８】駆動接続点および従動接続点をそれぞれ３カ所ずつ設けた変形例について、Ｚ軸正まわりの回転駆動力が作用したときの環状変形体の変形態様を示すＸＹ平面での断面図である。
【図２９】容量素子に対する配線を簡潔化した変形例に係るトルクセンサの構成を示す側断面図およびブロック図である。
【図３０】図２９に示す変形例における容量素子構成部分の拡大図および等価回路図である。
【図３１】図２９に示す変形例における測定回路５１の具体的な構成例を示す回路図である。
【図３２】距離測定器として渦電流変位計を用いた変形例を示す断面図である。
【図３３】渦電流変位計による距離測定の基本原理を示す図である。
【図３４】環状変形体の内周面の変動を測定する変形例に用いられる基本構造部の分解斜視図である。
【図３５】図３４に示す基本構造部に固定補助体８０を挿入した状態を示す側面図である。
【図３６】従動回転体を固定する変形例に係るトルクセンサの構成を示す側断面図およびブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００４５】
＜＜＜  §１．  本発明に係るトルクセンサの基本構造部  ＞＞＞
図１は、本発明の基本的な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、駆動回転体１０と従動回転体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。
【００４６】
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、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駆動回転体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従動回転体２０は、環状変形体３０の右側面を支持する部材である。ここに示す例では、駆動回転体１０および従動回転体２０は、回転軸（Ｚ軸）を中心軸として配置された円盤状の部材からなる。また、環状変形体３０は、回転軸（Ｚ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を有する円環状の部材からなる。
【００４７】
なお、後述するように、ここに示す実施形態の場合、駆動回転体１０と従動回転体２０とは、構造的には全く同じ部材である。ただ、その役割上、駆動回転体１０には図示されていない駆動回転軸から回転駆動力が加えられ、当該回転駆動力が環状変形体３０を介して従動回転体２０へと伝達され、結果的に、従動回転体２０に接続された従動回転軸が回転駆動することになる。そこで、本明細書では、説明の便宜上、駆動側の回転体を駆動回転体１０と呼び、従動側の回転体を従動回転体２０と呼ぶことにする。もちろん、構造的には全く同じ部材であるから、両者を入れ替えて用いることも可能である。別言すれば、以下の説明では、図１に示す基本構造部を用いて、図の左側から右側へと動力を伝達する利用形態について説明を行うが、逆に、図の右側から左側へと動力を伝達する利用形態も可能である。
【００４８】
図１に示すとおり、駆動回転体１０の右側面（環状変形体３０に対向する面）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（以下、駆動対向面という）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、従動回転体２０の左側面（環状変形体３０に対向する面）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（凸状部２１は、図１には現れていない）、この凸状部２１，２２の頂面が環状変形体３０の右側面（以下、従動対向面という）に接合されている。図示のとおり、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。一方、凸状部２１は、図では隠れているが、環状変形体３０の奥の部分（Ｘ軸正方向に位置する部分）に接合される。
【００４９】
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、駆動回転体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（駆動対向面）に接合されている。同様に、凸状部２１，２２は、従動回転体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（従動対向面）に接合されている。
【００５０】
結局、凸状部１１，１２は、環状変形体３０の駆動回転体１０に対向する駆動対向面上の駆動接続点を、駆動回転体１０に接続する駆動接続部材として機能し、凸状部２１，２２は、環状変形体３０の従動回転体２０に対向する従動対向面上の従動接続点を、従動回転体２０に接続する従動接続部材として機能する。
【００５１】
図４は、駆動回転体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、従動回転体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の中心位置に黒丸によって示されている点Ｐ１１，Ｐ１２は駆動接続点であり、環状変形体３０に対する駆動回転体１０の接続位置を示している。同様に、図６において、凸状部２１，２２の中心位置に白丸によって示されている点Ｐ２１，Ｐ２２は従動接続点であり、環状変形体３０に対する従動回転体２０の接続位置を示している。
【００５２】
なお、図４に示す部品（駆動回転体１０および凸状部１１，１２）と図６に示す部品（従動回転体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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
一方、駆動回転体１０および従動回転体２０は、本発明の検出原理上、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、駆動回転体１０および従動回転体２０は、完全な剛体である方が好ましい。このような理由から、図示の例では、駆動回転体１０および従動回転体２０は、開口部を有していない円盤状の部材によって構成されているが、もちろん、検出に必要な剛性を確保することができれば、必要に応じて、駆動回転体１０および従動回転体２０にも開口部を形成してかまわない。
【００５６】
このように、本発明に係るトルクセンサでは、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、駆動回転体１０および従動回転体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、駆動回転体１０，従動回転体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る。また、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、固定電極を形成する際に、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。たとえば、剛性が必要な駆動回転体１０および従動回転体２０についてはステンレスを用い、弾性変形を生じさせる必要がある環状変形体３０についてはアルミニウムを用いる、というような材質の使い分けを行うことができる。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し、すべての構成要素を同一の材質で構成してもかまわない。
【００５７】
駆動回転体１０、従動回転体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検出は可能である。
【００５８】
＜＜＜  §２．  環状変形体の変形態様  ＞＞＞
続いて、ここでは、§１で述べた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電気自動車の動力伝達軸に介挿した例を示す側面図である。図示のとおり、駆動回転体１０の左側面に駆動回転軸１３が接続され、従動回転体２０の右側面に従動回転軸２３が接続されている。この例では、駆動回転軸１３は電気自動車のモータ側に接続され、従動回転軸２３は電気自動車の車輪側へ接続されることになる。駆動回転軸１３および従動回転軸２３は、いずれも図２に示すＺ軸を中心に回転する軸であり、駆動回転軸１３に与えられた回転動力（モータからの回転動力）は、駆動回転体１０，環状変形体３０，従動回転体２０を介して、従動回転軸２３へ（更に自動車の車輪へ）と伝達される。結局、図７に示されている構造体全体が、一体となって回転することになる。
【００５９】
図８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。ここで、この図８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、従動回転体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。
【００６０】
すなわち、図８において、Ｙ軸上に配置された駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２（黒丸）は、駆動回転体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軸上に配置された従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２（白丸）は、従動回転体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の駆動対向面は、Ｙ軸に沿った２箇所の駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２において駆動回転体１０に接合され、環状変形体３０の従動対向面は、Ｘ軸に沿った２箇所の従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２において従動回転体２０に接合されていることになる。
【００６１】
このように、環状変形体３０の上下の２箇所を駆動回転体１０に接合し、左右の２箇所を従動回転体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。
【００６２】
図８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の従動接続点Ｐ２１の投影像が正のＸ軸上、第２の従動接続点Ｐ２２の投影像が負のＸ軸上、第１の駆動接続点Ｐ１１の投影像が正のＹ軸上、第２の駆動接続点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、軸対称性をもった距離測定値を得ることができる。
【００６３】
本発明に係るトルクセンサは、図２に示す基本構造部において、駆動回転体１０と従動回転体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、両回転体１０，２０間に相対的に作用する力を示すものである。上述したとおり、図示の例では、従動回転軸２３の右側には、電気自動車の車輪が接続されることになるが、ここでは、まず、この右側に負荷が全く加わっていない状態を考えてみよう。たとえば、従動回転軸２３と車輪との間にクラッチが設けられており、運転者がクラッチを切った状態を想定すればよい。
【００６４】
この場合、駆動回転軸１３が回転すると、駆動回転体１０が回転し、その回転が、凸状部１１，１２を介して環状変形体３０の駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２に伝達され、環状変形体３０が回転駆動される。そして、この環状変形体３０の回転は、更に、従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２に接合されている凸状部２１，２２を介して従動回転体２０および従動回転軸２３へと伝達される。このとき、従動回転軸２３には有意な負荷はかかっていないので、駆動回転軸１３の回転を妨げるトルクはゼロであり、環状変形体３０は変形せずに、図８に示す円環状を維持したまま、Ｚ軸を回転軸として回転することになる。
【００６５】
次に、運転者がクラッチを繋ぎ、従動回転軸２３と車輪とが動力的に接続された場合を考えよう。この場合、従動回転軸２３には、車輪側からの負荷がかかるので、駆動回転軸１３の回転を妨げる方向にトルクが生じ、環状変形体３０は変形した状態で回転する。たとえば、図８において、駆動回転軸１３が時計まわりの方向に回転していたとすると、Ｙ軸上の駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２は時計まわりに移動しようとする。ところが、Ｘ軸上の従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２は車輪側にかかった負荷のため、静止しようとするので、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。
【００６６】
図９は、図８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９は、図７に示す基本構造部に、駆動回転軸１３からＺ軸まわりの回転駆動力が作用したときの変形状態を示すＸＹ平面での断面図（図７に示す基本構造部をＸＹ平面で切断し、図７の左方向から見た断面図）ということになる。図９に示す白抜き矢印は、駆動回転軸１３から伝達された回転駆動力の向きを示しており、破線は環状変形体３０の変形前の状態を示している。
【００６７】
図９に描かれた破線を参考にすれば、車輪側に負荷がかかる環境下で、Ｚ軸まわりの回転駆動力が作用したとき、環状変形体３０が楕円に変形することが容易に把握できよう。ここでは、説明の便宜上、この楕円の長軸をＷ軸、短軸をＶ軸と呼ぶことにする。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とになる。ここで、車輪側に負荷がかかっていても、当該負荷が回転駆動を静止させるほどのものでなければ、環状変形体３０は楕円に変形した状態のまま回転する。もちろん、環状変形体３０とともに、駆動回転体１０および従動回転体２０も一緒になって回転する。
【００６８】
図１０は、図９に示す基本構造部が時計まわりに９０°回転した状態を示すＸＹ平面での断面図である。図９に示す状態では、短軸Ｖが第１象限Ｉ，長軸Ｗが第２象限IIを向いていたが、図１０に示す状態では、短軸Ｖが第２象限II，長軸Ｗが第３象限IIIを向いている。このように、楕円の長軸Ｗおよび短軸Ｖは、基本構造部の回転に同期して回転することになる。
【００６９】
なお、上例とは逆に、駆動回転軸１３が反時計まわりの方向に回転した場合、図８において、Ｙ軸上の駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２は反時計まわりに移動しようとし、Ｘ軸上の従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２は静止しようとするので、第１象限Ｉに位置する円弧Ｐ２１−Ｐ１１の部分は外側に膨らみ、第２象限IIに位置する円弧Ｐ１１−Ｐ２２の部分は内側方向に縮み、第３象限IIIに位置する円弧Ｐ２２−Ｐ１２の部分は外側に膨らみ、第４象限IVに位置する円弧Ｐ１２−Ｐ２１の部分は内側方向に縮むことになる。その結果、環状変形体３０は、やはり楕円に変形した状態で反時計まわりに回転する。
【００７０】
回転方向がいずれの場合であっても、車輪側に加えられた負荷が大きければ大きいほど、基本構造部に作用するトルクは大きくなり、環状変形体３０の変形の程度も大きくなる。すなわち、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。したがって、この環状変形体３０の変形量（変形の程度）を測定することができれば、当該変形量をトルクの大きさを示す検出値として出力することができる。これが、本発明におけるトルク検出の基本原理である。
【００７１】
環状変形体３０の変形量は、環状変形体３０の外周面もしくは内周面の変位として検出することができる。たとえば、図９に示す例の場合、長軸Ｗ上における環状変形体３０の外周面もしくは内周面は外側（回転軸Ｚから離れる方向）に変位しており、短軸Ｖ上における環状変形体３０の外周面もしくは内周面は内側（回転軸Ｚに近づく方向）に変位している。したがって、この変位量を検出することができれば、環状変形体３０の変形量を検出することができ、作用したトルクを検出することができる。実際には、この変位量は、§３で述べるように、所定の固定測定点と環状変形体３０の変位面との距離として測定される。
【００７２】
＜＜＜  §３．  本発明の基本的実施形態  ＞＞＞
続いて、本発明に係るトルクセンサの基本的実施形態を説明する。この基本的実施形態では、これまで述べてきた基本構造部を装置筐体４０内に収容し、この装置筐体４０の所定箇所に配置された固定測定点Ｆと環状変形体３０の外周面との距離を、容量素子を用いた距離測定器で測定することにより、環状変形体３０の変形量を測定し、トルクの検出を行う。
【００７３】
図１１は、図２に示す基本構造部（駆動回転体１０，従動回転体２０，環状変形体３０，接続部材１１，１２，２１，２２）を装置筐体４０内に収容した状態を示す側断面図である。ここで、駆動回転体１０および従動回転体２０は、いずれも回転軸（Ｚ軸）まわりに回転自在となるように装置筐体４０内に支持されている。具体的には、図示のとおり、駆動回転体１０の外周面と装置筐体４０の内周面との間には、転がり軸受１５（この例では、ボールベアリング）が設けられており、この転がり軸受１５によって、駆動回転体１０が装置筐体４０によって回転自在に支持されることになる。同様に、従動回転体２０の外周面と装置筐体４０の内周面との間には、転がり軸受２５（この例では、ボールベアリング）が設けられており、この転がり軸受２５によって、従動回転体２０が装置筐体４０によって回転自在に支持されることになる。
【００７４】
§１で述べたとおり、駆動回転体１０および従動回転体２０は、いずれも回転軸（Ｚ軸）を中心軸として配置された円盤状の部材である。また、環状変形体３０は、回転軸（Ｚ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。そこで、これらを収容する装置筐体４０としては、回転軸（Ｚ軸）を中心軸として配置された円筒状の部材を用いている。
【００７５】
転がり軸受１５は、図示のとおり、駆動回転体１０の外周面に取り付けられた円環状の内輪部１５Ａと、装置筐体４０の内周面に取り付けられた円環状の外輪部１５Ｂと、内輪部１５Ａの外周面に掘られた軌道条溝と外輪部１５Ｂの内周面に掘られた軌道条溝との間に挟まれた多数のボール１５Ｃによって構成されている。このため、外輪部１５Ｂが装置筐体４０に固定されているにもかかわらず、ボール１５Ｃが軌道条溝内を転がることにより、内輪部１５Ａは回転軸（Ｚ軸）まわりに自由に回転することができ、駆動回転体１０が回転自在に支持される。転がり軸受２５も同様の構造を有し、従動回転体２０を回転自在に支持する。結局、駆動回転体１０，従動回転体２０，環状変形体３０を含む基本構造部は、筒状の装置筐体４０内で、回転軸（Ｚ軸）まわりに回転自在に支持された状態になる。
【００７６】
なお、実用上は、内輪部１５Ａを駆動回転体１０の外周部分と一体となる構造とし、外輪部１５Ｂを装置筐体４０の内周部分と一体となる構造とすれば、部品点数を減らすことができる。別言すれば、駆動回転体１０の外周面に軌道条溝を堀り、装置筐体４０の内周面に軌道条溝を堀る構造にすればよい。転がり軸受２５の構造についても同様である。
【００７７】
図１２は、図１１に示す構造体をＸＹ平面で切断した断面図である（図１１の左方向から見た断面図である）。なお、図１２では、図が煩雑になるのを避けるため、転がり軸受２５は図示を省略している。
【００７８】
いま、図示のとおり、ＸＹ座標系の原点Ｏを通る任意の距離測定軸Ｋを定義し、この距離測定軸Ｋと装置筐体４０の内周面との交点をＦとし、この距離測定軸Ｋと環状変形体３０の外周面との交点をＱとする。ここで、点Ｆは、装置筐体４０に固定された点（固定測定点と呼ぶ）になるが、点Ｑは、環状変形体３０が回転した場合でも、常に、環状変形体３０の外周面と距離測定軸Ｋとの交点になる。結局、２点Ｆ，Ｑ間の距離ｄは、装置筐体４０の内周面上に設定された固定測定点Ｆと環状変形体３０の外周面との距離ということになる。
【００７９】
§２で述べたとおり、環状変形体３０は、トルクが作用すると弾性変形を生じる材質からなるが、トルクが作用していない状態では円環状を維持したまま回転する。一方、装置筐体４０は、この環状変形体３０を収容する円筒状の剛体であり、変形することはない。しかも環状変形体３０と装置筐体４０とは同心配置、すなわち、いずれもＺ軸を中心軸とするように配置されている。したがって、トルクが作用していない状態において、２点Ｆ，Ｑ間の距離ｄ０は、環状変形体３０が回転したとしても一定値を維持する。そこで、このときの距離ｄを距離の基準値ｄ０と呼ぶことにする。
【００８０】
これに対して、図１３および図１４は、トルクの作用により環状変形体３０が楕円に変形して回転している状態を示す断面図である（転がり軸受２５は図示省略）。環状変形体３０はＺ軸まわりに回転しているので、ある時点では、図１３に示すように、楕円の長軸Ｗが距離測定軸Ｋに一致し、別なある時点では、図１４に示すように、楕円の短軸Ｖが距離測定軸Ｋに一致する。図１３に示す時点では、２点Ｆ，Ｑ間の距離ｄは最小値ｄｗをとり、図１４に示す時点では、２点Ｆ，Ｑ間の距離ｄは最大値ｄｖをとる。結局、トルクが作用している場合、環状変形体３０の回転により、２点Ｆ，Ｑ間の距離ｄは、最小値ｄｗ〜最大値ｄｖの範囲内で周期的に変動する。
【００８１】
図１５は、図１２に示す基本構造部に回転駆動力が作用したときの２点Ｆ，Ｑ間の距離ｄの時間的な変動を示すグラフである。ここで、横軸は、基本構造部の回転角θ（長軸Ｗと距離測定軸Ｋとのなす角）を示している。基本構造部の回転速度が一定であれば、回転角θは時間ｔに比例することになり、距離ｄは基準値ｄ０を中心として最小値ｄｗ〜最大値ｄｖの範囲で一定周期で変動する。ここで、作用したトルクが大きければ大きいほど、環状変形体３０の変形量は大きくなり、より扁平した楕円に変形する。そして、楕円の扁平度が高ければ高いほど、長軸Ｗの長さと短軸Ｖの長さとの差が大きくなるので、距離ｄの最小値ｄｗと最大値ｄｖとの差も大きくなる。結局、図１５に示す距離変動グラフの振幅Ａは、作用したトルク（図７に示す例の場合、車輪側に作用した負荷）の大きさを示すことになる。
【００８２】
このように、装置筐体４０に所定の固定測定点Ｆを設定し、この固定測定点Ｆと環状変形体３０の変位面との距離ｄを距離測定器によって測定し、得られた距離変動信号の振幅Ａを求めれば、作用したトルクの大きさの検出が可能になる。ここで述べる基本的実施形態では、容量素子を利用した距離測定器を採用している。
【００８３】
図１６は、距離測定器を容量素子を利用して構成した例を示す断面図（一部はブロック図）である。なお、ここでも便宜上、転がり軸受２５は図示を省略している。この例は、距離測定軸ＫをＹ軸負方向に設定した例であり、Ｙ軸の負の部分と装置筐体４０の内周面との交点位置（固定測定点Ｆ）に固定電極Ｅが設けられ、Ｙ軸の負の部分と環状変形体３０の外周面との交点位置に変位電極３０Ｅが形成されている。そして、これら一対の電極により、容量素子Ｃが形成されている。
【００８４】
測定回路５１は、この容量素子Ｃの静電容量値（同じ符号Ｃで示す）を電気的に測定する回路であり、たとえば、静電容量値Ｃを電圧値Ｖに変換するＣ／Ｖ変換回路などによって構成することができる。一般に、容量素子の静電容量値Ｃは、容量素子を構成する一対の電極の電極間距離をｄ，電極面積をＳとすれば、Ｃ＝ｋ・Ｓ／ｄ（ｋは比例定数）で表される。図示の例の場合、固定電極Ｅおよびこれに対向する変位電極３０Ｅの面積Ｓは一定であるから、測定回路５１によって静電容量値Ｃを測定できれば、その逆数として、電極間距離ｄ（すなわち、固定測定点Ｆと環状変形体３０の外周面との距離測定値ｄ）を得ることができる。
【００８５】
ここで、固定電極Ｅは装置筐体４０の内周面に設定した固定測定点Ｆの近傍に形成した導電層（たとえば、金属層）によって構成される。図示の例では、装置筐体４０が絶縁材料によって構成されているため、固定電極Ｅを装置筐体４０の内周面に直接形成しているが、装置筐体４０を導電性材料（たとえば、金属）によって構成する場合には、固定電極Ｅと装置筐体４０とが導通しないように、間に絶縁膜を介挿するなどの対策を講じる必要がある。
【００８６】
一方、変位電極３０Ｅは、独立した導電層によって構成されているわけではなく、実際には、導電性をもった環状変形体３０の外周面の一部分（固定電極Ｅに対向する部分）によって構成される。すなわち、ここに示す実施例の場合、環状変形体３０は、金属などの導電性材料によって構成されているため、外周面に何ら導電層を形成しなくても、環状変形体３０の外周面自身が変位電極として機能する。図１６では、説明の便宜上、変位電極３０Ｅの部分を、固定電極Ｅと同じハッチングを施して示してあるが、実際には、この変位電極３０Ｅの部分は、環状変形体３０の他の部分と何ら変わりはない。ただ、電気的な現象に着目すると、環状変形体３０のうち、固定電極Ｅに対向する領域の外周面近傍層が、変位電極３０Ｅとして機能し、対向する一対の電極によって容量素子Ｃが形成されることになる。
【００８７】
もちろん、環状変形体３０がＺ軸まわりに回転すると、環状変形体３０の外周面のうち、変位電極３０Ｅとして機能する領域は、次々と移り変わってゆくことになる。別言すれば、環状変形体３０の外周面全体が変位電極を構成し、環状変形体３０の回転状態にかかわらず、常に、この変位電極（環状変形体３０の外周面全体）のうちの固定電極Ｅに対向する一部の領域が、その時点での変位電極３０Ｅ（容量素子を構成する一方の電極）として機能することになる。すなわち、環状変形体３０がどのような回転位置にある場合にも、固定電極Ｅと、固定電極Ｅに対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されることになる。測定回路５１は、この容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値ｄを出力する機能を果たす。
【００８８】
図１７は、本発明の基本的な実施形態に係るトルクセンサの構成を示す側断面図およびブロック図である。上段の側断面図に示されている構造体は、図１１に示す構造体に駆動回転軸１３，従動回転軸２３，固定電極Ｅを追加したものである。駆動回転軸１３は、駆動回転体１０の左側面に接続され、たとえば、電気自動車のモータからの回転動力を伝達する役割を果たす。一方、従動回転軸２３は、従動回転体２０の右側面に接続され、駆動回転軸１３から伝達されてきた回転動力を、たとえば、電気自動車の車輪へと伝達する役割を果たす。
【００８９】
固定電極Ｅは、図１６に示すように、装置筐体４０の内周面上に定義された固定測定点Ｆの近傍に形成された導電層である。一方、環状変形体３０の外周面に沿って、環状の変位電極が形成されている。前述したとおり、この実施例の場合、導電性材料からなる環状変形体３０の外周面自身が環状の変位電極として機能する。そして、固定電極Ｅと、変位電極の一部３０Ｅ（固定電極Ｅに対向する領域）とによって、容量素子Ｃが構成される。もちろん、環状変形体３０の少なくとも外周面を導電性材料から構成しておけば、内部が絶縁性材料によって構成されていたとしても、環状変形体３０の外周面自身によって変位電極を構成できる。
【００９０】
下段のブロック図に示されている測定回路５１および検出回路６０は、いずれも電子回路によって構成される。測定回路５１は、容量素子Ｃの静電容量値を電気信号として検出する機能を果たし、たとえば、Ｃ／Ｖ変換回路によって構成される。なお、固定電極Ｅと測定回路５１との間の配線は、装置筐体４０の内周面の沿わせたり、装置筐体４０に形成した配線用スルーホールを介して行うことができる。一方、変位電極３０Ｅと測定回路５１との間の配線は、変位電極３０Ｅ（すなわち、環状変形体３０）が回転するため、若干の工夫が必要である。たとえば、駆動回転体１０，従動回転体２０，環状変形体３０，接続部材１１，１２，２１，２２をすべて金属などの導電性材料によって構成しておけば、これらの部材はすべて等電位になるので、転がり軸受１５，２５の部分にスリップリングを設けておけば、変位電極３０Ｅに対して外部からの配線が可能になる（後の§４−５では、このような配線を簡潔化するための変形例を述べる）。
【００９１】
上述したとおり、測定回路５１で測定された静電容量値Ｃは、固定測定点Ｆと環状変形体３０の外周面との距離ｄを示す値になる。すなわち、ここに示す基本的実施形態の場合、容量素子Ｃと測定回路５１とによって、距離測定器５０が形成されている。距離測定器５０は、装置筐体４０に位置する所定の固定測定点Ｆと環状変形体の変位面（外周面）との距離を測定し、距離測定値ｄ（実際には、静電容量値Ｃ）として出力する。検出回路６０は、この距離測定器５０によって測定された距離ｄの変動（実際には、静電容量値Ｃの変動）に基づいて従動回転体２０にかかった負荷を検出し、これを回転軸（Ｚ軸）まわりのトルク検出値Ｔとして出力する。
【００９２】
続いて、この図１７に示すトルクセンサに、トルクが作用した場合（駆動回転軸１３から与えられる回転動力に基づいて回転中に従動回転体２０に負荷がかかった場合）を考える。これまで述べたとおり、基本構造部にトルクが作用すると、環状変形体３０は楕円に変形し、楕円状態のまま回転することになる。環状変形体３０が楕円に変形すると、外周面は変位を生じるので、回転位置に応じて、距離測定器５０が出力する距離測定値ｄ（実際には、静電容量値Ｃ）は変動する。
【００９３】
図１８は、図１７に示すトルクセンサにおいて、容量素子Ｃを構成する一対の電極の間隔が最も短くなった状態を示すＸＹ平面での断面図であり、図１９は、容量素子Ｃを構成する一対の電極の間隔が最も長くなった状態を示すＸＹ平面での断面図である（いずれも、転がり軸受２５は図示省略）。すなわち、図１８は、楕円の長軸ＷがＹ軸負方向（距離測定軸方向）を向いた瞬間の状態を示しており、電極Ｅ／３０Ｅの間隔は最も短くなる。このとき、容量素子Ｃの静電容量値は最大値Ｃｗをとる。これに対して、図１９は、楕円の短軸ＶがＹ軸負方向（距離測定軸方向）を向いた瞬間の状態を示しており、電極Ｅ／３０Ｅの間隔は最も長くなる。このとき、容量素子Ｃの静電容量値は最小値Ｃｖをとる。
【００９４】
図２０は、図１７に示すトルクセンサにおいて、一対の電極Ｅ，３０Ｅによって構成される容量素子Ｃの静電容量値Ｃの時間的な変化を示すグラフである。このグラフの特性は、図１５に示す距離ｄの変動グラフと基本的には同じである。ただ、容量値Ｃは距離ｄの逆数になるため、距離ｄが最小値ｄｗをとる時点で容量値は最大値Ｃｗをとり、距離ｄが最大値ｄｖをとる時点で容量値は最小値Ｃｖをとる。ここで、横軸は、基本構造部の回転角θ（長軸Ｗと距離測定軸Ｋとのなす角）を示している。基本構造部の回転速度が一定であれば、回転角θは時間ｔに比例することになり、容量値Ｃは基準値Ｃ０を中心として最小値Ｃｖ〜最大値Ｃｗの範囲で一定周期で変動する。そして、図１５についての説明で述べたとおり、この容量値Ｃの変動グラフの振幅Ａは、作用したトルクの大きさを示すことになる。結局、図１７に示す検出回路６０は、測定回路５１から与えられる距離測定値ｄの変動信号（実際には、静電容量値Ｃの変動信号）の振幅値Ａを求め、これをトルク検出値Ｔとして出力すればよい。
【００９５】
＜＜＜  §４．  本発明の変形例  ＞＞＞
ここでは、§３で述べた基本的実施形態についてのいくつかの変形例を述べる。
【００９６】
＜４−１．複数組の距離測定器を用いる変形例＞
本発明に係るトルクセンサの基本原理は、環状変形体がトルクにより変形することを利用し、環状変形体の変位面と所定の固定測定点との間の距離を測定し、距離変動信号の振幅値Ａをトルクの大きさとして検出するものである。たとえば、図１２には、装置筐体４０の内面に設けた固定測定点Ｆと環状変形体３０の外周面上の点Ｑとの距離ｄを測定する例が示されており、図１６には、一対の電極からなる容量素子によって距離測定器を構成した例が示されている。
【００９７】
これらの例は、いずれも１つの固定測定点Ｆについて距離測定を行う例であり、１組の距離測定器（１組の容量素子）を用いて測定が行われる。このように、原理的には、１組の距離測定器による距離測定を行うことができれば、検出回路６０は、この距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値Ａを、環状変形体３０が回転中に、その回転軸まわりに作用したトルクの大きさとして出力することができる。ただ、実用上は、それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の距離測定器を設け、検出回路６０が、これら複数組の距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにするのが好ましい。
【００９８】
図２１は、複数組の容量素子を用いる変形例に係るトルクセンサの構成を示すＸＹ平面での断面図である。このトルクセンサの構成は、図１７に示す基本的実施形態に係るトルクセンサの構成とほぼ同じである。ただ、図１７に示すトルクセンサには、距離測定器５０として、負のＹ軸上に配置された１組の容量素子（固定電極Ｅと変位電極３０Ｅ）が設けられているだけであるが、図２１に示す変形例では、合計４組の容量素子が距離測定器として設けられている。
【００９９】
具体的には、Ｘ軸の正の領域と装置筐体４０の内周面との交点位置に第１の固定測定点Ｆ１、Ｙ軸の正の領域と装置筐体４０の内周面との交点位置に第２の固定測定点Ｆ２、Ｘ軸の負の領域と装置筐体４０の内周面との交点位置に第３の固定測定点Ｆ３、Ｙ軸の負の領域と装置筐体４０の内周面との交点位置に第４の固定測定点Ｆ４が設定されている。そして、装置筐体４０の内周面における第１の固定測定点Ｆ１の近傍に第１の固定電極Ｅ１、第２の固定測定点Ｆ２の近傍に第２の固定電極Ｅ２、第３の固定測定点Ｆ３の近傍に第３の固定電極Ｅ３、第４の固定測定点Ｆ４の近傍に第４の固定電極Ｅ４が形成されている。
【０１００】
一方、環状変形体３０は、これまで述べてきた基本的実施形態と同様に、導電性材料からなる円環状の部材である。ただ、電気的な挙動に着目すると、環状変形体３０の外周面のうち、各固定電極Ｅ１〜Ｅ４に対向する領域は、それぞれ変位電極３０Ｅ１〜３０Ｅ４として振る舞うことになるので、対向する個々の電極対によって、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ４が形成される。これらの容量素子Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれ固定測定点Ｆ１〜Ｆ４と環状変形体３０の外周面との距離を測定する距離測定器として機能する。
【０１０１】
図２２は、図２１に示す変形例における４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値Ｃの時間的な変化を示すグラフであり、横軸は、基本構造部の回転角θ（長軸ＷとＸ軸の正の部分とのなす角）を示している。基本構造部の回転速度が一定であれば、回転角θは時間ｔに比例することになり、各静電容量値Ｃは一定周期で変動する。ここで、各変動信号の振幅値Ａ１〜Ａ４は、いずれも作用したトルクの大きさを示すものになる。トルクが一定で、基本構造部および装置筐体が完全な同心配置をとり、固定電極Ｅ１〜Ｅ４の面積が互いに等しければ、理論的には、振幅値Ａ１〜Ａ４は等しくなる。
【０１０２】
ただ、実際には、各構造部の寸法誤差や測定回路による測定誤差などの要因により、振幅値Ａ１〜Ａ４にはバラツキが生じる。そこで、検出回路６０が、これら４組の距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値Ａ１〜Ａ４の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにすれば、上記誤差の影響が相殺された、より精度の高い検出値を得ることができるようになる。
【０１０３】
なお、図２２に示す４組の変動信号の位相を比べると、Ｘ軸上に配置された容量素子Ｃ１，Ｃ３の変動信号は互いに同位相であり、Ｙ軸上に配置された容量素子Ｃ２，Ｃ４の変動信号も互いに同位相であることがわかる。これは、トルクの作用により環状変形体３０が楕円状に変形し、その長軸Ｗもしくは短軸Ｖが一直線上の軸になるため、一直線上に配置された一対の距離測定器からは同位相の距離変動信号が得られるためである。一方、Ｘ軸上に配置された容量素子Ｃ１，Ｃ３の変動信号と、Ｙ軸上に配置された容量素子Ｃ２，Ｃ４の変動信号とを比べると、互いに逆位相であることがわかる。これは、楕円状に変形した環状変形体３０の長軸Ｗと短軸Ｖとが直交しているため、９０°ずれた位置に配置された一対の距離測定器からは逆位相の距離変動信号が得られるためである。
【０１０４】
このように、互いに逆位相の距離変動信号が得られる位置にある一対の固定測定点についての距離測定を行う一対の距離測定器を、ここでは「相補測定器対」と呼ぶことにする。たとえば、容量素子Ｃ１とＣ２とは相補測定器対であり、容量素子Ｃ３とＣ４とは相補測定器対である。このような相補測定器対を利用すると、差分検出を行うことができ、検出精度の向上を図ることができる。差分検出を行うには、検出回路６０が、相補測定器対を構成する一対の距離測定器から得られる距離変動信号の差分信号の振幅値を、トルク検出値Ｔとして出力するようにすればよい。
【０１０５】
たとえば、図２２に示すような４組の変動信号が得られた場合、差分信号Δ１を「Δ１＝Ｃ１−Ｃ２」なる演算によって求めれば、差分信号Δ１の振幅値α１は、実質的に振幅値Ａ１とＡ２との和に対応した値になるので、この振幅値α１をトルク検出値Ｔとして出力することができる。この場合、差分信号Δ１はあくまでも容量値Ｃ１とＣ２との差を示す信号であるから、温度膨張などの共通誤差要因を排除した検出結果を得ることが可能になり、検出精度の向上が図れる。同様に、差分信号Δ２を「Δ２＝Ｃ３−Ｃ４」なる演算によって求めれば、差分信号Δ２の振幅値α２をトルク検出値Ｔとして出力することもできる。
【０１０６】
もちろん、各相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、トルク検出値Ｔとして出力してもよい。具体的には、上例の場合、差分信号Δ１の振幅値α１と差分信号Δ２の振幅値α２との和もしくは平均を、トルク検出値Ｔとして出力すればよい。和をとる場合、「（Ｃ１−Ｃ２）＋（Ｃ３−Ｃ４）」なる演算によって求まる変動信号の振幅値α３が、トルク検出値Ｔとして出力されることになる。
【０１０７】
図２３は、より多数の距離測定器を用いた変形例に係るトルクセンサの構成を示すＸＹ平面の断面図である。このトルクセンサの構成も、図１７に示す基本的実施形態に係るトルクセンサの構成とほぼ同じであるが、合計２４組の容量素子が距離測定器として設けられている。すなわち、装置筐体４０の内周面には、１５°おきに合計２４枚の固定電極Ｅ１〜Ｅ２４が形成されている。一方、環状変形体３０は、これまで述べてきた基本的実施形態と同様に、導電性材料からなる円環状の部材である。
【０１０８】
この変形例においても、その電気的な挙動に着目すると、環状変形体３０の外周面のうち、各固定電極Ｅ１〜Ｅ２４に対向する領域は、それぞれ変位電極３０Ｅ１〜３０Ｅ２４として振る舞うことになるので、対向する個々の電極対によって、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ２４が形成され、いずれも距離測定器として機能する。したがって、図２１に示す変形例と同様に、検出回路６０が、これら２４組の距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値Ａ１〜Ａ２４の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにすれば、より精度の高い検出値を得ることができる。
【０１０９】
また、この図２３に示す変形例においても、互いに９０°ずれた位置に配置された一対の容量素子（たとえば、固定電極Ｅ１を含む容量素子Ｃ１と固定電極Ｅ７を含む容量素子Ｃ７）は、互いに逆位相の距離変動信号を出力し、前述した相補測定器対を構成する。そこで、このような相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、トルク検出値Ｔとして出力する差分検出も可能である。
【０１１０】
＜４−２．複数組の距離測定器を用いる変形例の利点＞
図２１や図２３に示す変形例のように、複数の距離測定器を用いると、いくつかの利点が得られる。ここでは、これらの利点について説明する。
【０１１１】
（１）  検出精度の向上
上述したとおり、原理的には、トルクの大きさを検出するには、１組の距離測定器による距離測定を行えば十分であるが、実際には、各構造部の寸法誤差や測定回路による測定誤差などにより、検出値には誤差が含まれる。複数の距離測定器による距離測定値の和もしくは平均により検出値を得るようにすれば、これらの誤差要因を低減させ、検出精度を向上させることができる。また、上述したように、相補測定器対を利用した差分検出を行えば、温度膨張などの共通誤差要因を排除した検出結果を得ることが可能になる。
【０１１２】
（２）  回転位置の分解能の向上
本発明では、距離変動信号の振幅値Ａに基づいてトルクの大きさを検出する。ここで、振幅値Ａは距離変動信号の正および負のピーク位置において求めることができる。たとえば、単一の距離測定器を用いて図１５に示すような距離変動信号が得られた場合、回転角θ＝０°，９０°，１８０°，２７０°の各位置（正および負のピーク位置）において振幅値Ａ（実際には、その半分の値Ａ／２）を得ることができる。しかしながら、回転位置がその間の回転角をとる場合、振幅値Ａの測定はできない。別言すれば、基本構造部が１回転する間に、振幅値Ａを４回しか測定することができない。
【０１１３】
これに対して、たとえば、図２３に示す例のように、合計２４組の距離測定器を設けておけば、楕円状に変形した環状変形体３０の長軸Ｗ（もしくは短軸Ｖ）が、いずれかの距離測定器による測定位置にきていれば、振幅値Ａを測定することができる。すなわち、振幅値Ａの測定が可能な回転位置は、θ＝０°，１５°，３０°，４５°，... と１５°刻みとなり、測定可能な回転位置の分解能が向上することになる。
【０１１４】
これは、急激なトルク変動が生じた場合にも、十分に追随したトルク検出が可能になることを意味する。一般に、回転速度が遅いにもかかわらず、トルク変動が速い系に利用する場合には、多数の距離測定器を用いて、迅速な応答特性を確保するようにするのが好ましい。
【０１１５】
また、たとえば、自動車のステアリング軸に介挿して用いる場合のように、回転角度が比較的小さい系に利用する際にも、多数の距離測定器を用いて測定可能な回転位置の分解能を向上させるようにするのが好ましい。たとえば、図２３に示す例のように、１５°おきに距離測定器を設けておけば、±１５°程度の回転角しか得られない場合でも、いずれかの距離測定器からの測定値に基づいて、トルク検出値を得ることができる。
【０１１６】
（３）  静止時もしくは瞬時のトルク検出
本発明に係るトルクセンサの主たる用途は、回転動力の伝達軸に作用したトルクを検出することにあり、装置筐体内で基本構造体を回転させた状態において、環状変形体の変形量を測定することを基本原理とする。ただ、図２３に示す変形例のように、ある程度の密度で距離測定器を配置しておけば、静止状態でも、作用したトルクの近似値を検出することができる。
【０１１７】
たとえば、駆動回転体１０に対して回転駆動力が加えられているものの、従動回転体２０がブレーキなどで固定されていた場合を考えよう。この場合、図２３に示す変形例では、環状変形体３０は楕円状に変形したまま静止状態となる。このとき、２４組の距離測定器（容量素子）によって測定される距離測定値は、その位置に応じて様々な値を示す。具体的には、楕円の長軸Ｗ方向に位置する固定測定点についての距離測定値は最小値をとり、楕円の短軸Ｖ方向に位置する固定測定点についての距離測定値は最大値をとる。
【０１１８】
したがって、予め、トルクが作用していない状態（図２３に示すように、環状変形体３０が円を維持している状態）における距離測定値を基準値として設定しておけば（具体的には、たとえば、トルクが作用していない状態における２４組の距離測定器の測定値の平均値を基準値と設定しておけば）、トルクが作用している静止状態において得られた２４組の測定値のうちの最大値と基準値との差（あるいは、最小値と基準値との差）は、作用しているトルクの大きさを示す検出値になる。また、最大値と最小値との差も、作用しているトルクの大きさを示す検出値として用いることができる。
【０１１９】
もっとも、このようにして得られた検出値は、必ずしも正しい値を示すものにはならない。なぜなら、２４組の測定値のうちの最大値（もしくは最小値）は、必ずしも回転状態における最大値（もしくは最小値）にはならないからである。たとえば、楕円の長軸Ｗが、固定電極Ｅ１の中心に設定された固定測定点Ｆ１の位置を正確に向いていれば、この固定測定点Ｆ１について測定された距離測定値は正確な最小値になるが、固定電極Ｅ１とＥ２との中間位置を向いていれば、当該距離測定値は正確な最小値にはならない。結局、上述した静止状態の場合の検出値には、楕円状に変形した環状変形体３０の回転位置に応じた誤差が含まれることになるので、当該検出値は、正確なトルクの値ではなく、その近似値ということになる。
【０１２０】
そして、固定測定点の配置密度を高めれば高めるほど、得られる検出値の近似の程度も向上する。たとえば、図２３に示す例のように、１５°おきに合計２４個の固定測定点を設ければ、図１５に示すグラフにおいて、山もしくは谷のピーク値に関する誤差は、当該山もしくは谷の位置から±７．５°の範囲内に収まるので、実用上は、十分な近似値を得ることができる。
【０１２１】
このように、静止時のトルクの近似値を検出できるということは、回転時において瞬時のトルクの近似値を検出できるということと等価である。したがって、図２３に示すように、多数の距離測定器を設けた変形例は、回転速度が非常に遅い系に利用した場合でも、瞬時瞬時のトルクの近似値を得ることができる利点を有している。
【０１２２】
要するに、必要な検出精度に応じた密度で複数Ｎ個の固定測定点を配置し、これらの固定測定点についての距離測定を行う複数Ｎ組の距離測定器を設けておけば、検出回路６０は、このＮ組の距離測定器から得られる距離測定値の最大値と所定の基準値との差もしくはＮ組の距離測定器から得られる距離測定値の最小値と所定の基準値との差、または、最大値と最小値との差を、回転軸まわりの瞬時もしくは静止時のトルク近似値として出力することができる。
【０１２３】
（４）  回転方向の検出
これまで述べてきた実施形態は、いずれも作用したトルクの大きさを検出する機能を有するトルクセンサについてのものであるが、複数の距離測定器を設けた変形例では、距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出することができるようになる。
【０１２４】
たとえば、図２３に示す変形例の場合、トルクの作用により環状変形体３０が楕円状に変形した状態で回転すると、その長軸Ｗ（もしくは短軸Ｖ）の向きも回転することになるので、距離測定値の最小値（もしくは最大値）を示す距離測定器は、順番に移り変わってゆくことになる。たとえば、環状変形体３０が時計まわりに回転している場合、距離測定値の最小値（もしくは最大値）を示す距離測定器も、時計まわりに順次移ってゆくことになるし、逆に、反時計まわりに回転している場合、距離測定値の最小値（もしくは最大値）を示す距離測定器も、反時計まわりに順次移ってゆくことになる。したがって、２４組の距離測定器から得られる距離変動信号の相互の位相変化を解析すれば、環状変形体３０の回転方向を認識することができる。
【０１２５】
理論的には、２組の距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、回転方向の認識が可能である。たとえば、図２３に示す変形例において、固定電極Ｅ１を含む容量素子Ｃ１と固定電極Ｅ４を含む容量素子Ｃ４という２組の距離測定器から得られる変動信号（静電容量値の変動信号）を考えてみる。
【０１２６】
ここでは、この２組の容量素子Ｃ１，Ｃ４について、図２４に示すような変動信号Ｓ１，Ｓ４が得られたものとしよう。両者を比較すると、変動信号Ｓ１は、変動信号Ｓ４より、回転角θの単位で４５°だけ位相が進んでいる（本願では、説明の便宜上、回転角θを横軸にとって変動信号のグラフを描いているため、変動周期は１８０°になる。したがって、図２４に示す例の場合、一般的な周期信号の位相差としては９０°であるが、ここでは回転角θの単位で示した位相差４５°を用いることにする）。
【０１２７】
一方、図２３において、容量素子Ｃ１の位置（固定電極Ｅ１の位置）と容量素子Ｃ４の位置（固定電極Ｅ４の位置）とは４５°ずれている。そして、変動信号Ｓ１の方が変動信号Ｓ４よりも位相が４５°進んでいるので、環状変形体３０の回転方向は、容量素子Ｃ１からＣ４へ向かう方向、すなわち、時計まわりである、と認識することができる。逆に、変動信号Ｓ１の方が変動信号Ｓ４よりも位相が４５°遅れていた場合は、環状変形体３０の回転方向は、容量素子Ｃ４からＣ１へ向かう方向、すなわち、反時計まわりである、と認識することができる
【０１２８】
なお、互いに位相反転の関係にある２組の変動信号については、位相の進み遅れを認識することができないので、図２３に示す変形例の場合、たとえば、固定電極Ｅ１を含む容量素子Ｃ１と固定電極Ｅ７を含む容量素子Ｃ７という２組の距離測定器を用いた場合は、位相差に基づく回転方向の認識を行うことはできない。結局、回転方向の認識を行うには、互いに位相が異なる（但し、位相反転の関係にはない）距離変動信号が得られる位置にある固定測定点についての距離測定を行う少なくとも２組の距離測定器を設けておき、検出回路６０が、これらの距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出すればよい。
【０１２９】
＜４−３．接続点に関する変形例＞
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、図１および図２に示す基本構造部を有している。すなわち、この基本構造部は、駆動回転体１０，従動回転体２０，環状変形体３０という３つの主たる構成要素と、これらを相互に接続する接続部材１１，１２，２１，２２とによって構成されている。ここで、接続部材１１，１２は、環状変形体３０の駆動対向面（図の左側面）に設けられた駆動接続点を駆動回転体１０に接続する駆動接続部材であり、接続部材２１，２２は、環状変形体３０の従動対向面（図の右側面）に設けられた従動接続点を、従動回転体２０に接続する従動接続部材である。
【０１３０】
本発明では、トルクの作用により、環状変形体３０に機械的な変形を生じさせることが必須事項である。そのためには、駆動接続点および従動接続点の配置が重要である。ここでは、この各接続点の配置について検討する。
【０１３１】
既に述べたとおり、本発明の基本的実施形態に係るトルクセンサでは、環状変形体３０の駆動対向面上に第１の駆動接続点Ｐ１１および第２の駆動接続点Ｐ１２が設けられており、駆動接続部材は、第１の駆動接続点Ｐ１１を駆動回転体１０に接続する第１の駆動接続部材１１と、第２の駆動接続点Ｐ１２を駆動回転体１０に接続する第２の駆動接続部材１２と、によって構成されている。また、環状変形体３０の従動対向面上に第１の従動接続点Ｐ２１および第２の従動接続点Ｐ２２が設けられており、従動接続部材は、第１の従動接続点Ｐ２１を従動回転体２０に接続する第１の従動接続部材２１と、第２の従動接続点Ｐ２２を従動回転体２０に接続する第２の従動接続部材２２と、によって構成されている。
【０１３２】
図２５は、図２に示す基本構造部にＺ軸正まわりの回転駆動力が作用したときの環状変形体３０の変形態様を示すＸＹ平面での断面図である。ここで、黒丸によって示されている点Ｐ１１，Ｐ１２は駆動接続点のＸＹ平面上への正射影投影像であり、実際の駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２は、図に示す環状変形体３０の紙面手前側の面（駆動対向面）に定義されている。一方、白丸によって示されている点Ｐ２１，Ｐ２２は従動接続点のＸＹ平面上への正射影投影像であり、実際の従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２は、図に示す環状変形体３０の紙面奥側の面（従動対向面）に定義されている。
【０１３３】
ここで、図２５に黒矢印で示すように、駆動回転体１０に対して時計まわり（Ｚ軸正まわり）の回転駆動力が作用すると、黒丸で示す駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２は時計まわりに移動しようとする。ところが、従動回転体２０に負荷がかかっていると、白丸で示す従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２は静止しようとするので、第１象限Ｉに位置する円弧Ｐ２１−Ｐ１１の部分および第３象限IIIに位置する円弧Ｐ２２−Ｐ１２の部分は、図に白抜き矢印で示すように内側方向に縮み、第２象限IIに位置する円弧Ｐ１１−Ｐ２２の部分および第４象限IVに位置する円弧Ｐ１２−Ｐ２１の部分は、図に白抜き矢印で示すように外側に膨らむことになる。一方、図２６に示すように、駆動回転体１０に対して反時計まわり（Ｚ軸負まわり）の回転駆動力が作用すると、白抜き矢印の向きは逆転する。
【０１３４】
このように、トルクの作用により環状変形体３０に変形を生じさせるためには、回転軸に直交する投影面（図示の例の場合、回転軸Ｚに直交するＸＹ平面）についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにする必要がある。このような条件を満たしつつ、駆動接続点を少なくとも１カ所、従動接続点を少なくとも１カ所に設ければ、トルクの作用により環状変形体３０に変形を生じさせることができる。したがって、駆動接続点および従動接続点の位置は必ずしも２カ所に限定されるものではない。
【０１３５】
図２７は、駆動接続点Ｐ１１（黒丸）および従動接続点Ｐ２１（白丸）をそれぞれ１カ所のみ設けた変形例について、Ｚ軸正まわりの回転駆動力が作用したときの環状変形体３０の変形態様を示すＸＹ平面での断面図である。図に黒矢印で示すように、駆動回転体１０に対して時計まわり（Ｚ軸正まわり）の回転駆動力が作用すると、黒丸で示す駆動接続点Ｐ１１は時計まわりに移動しようとする。ところが、従動回転体２０に負荷がかかっていると、従動接続点Ｐ２１は静止しようとするので、環状変形体３０の右半分の部分は白抜き矢印で示すように外側方向に膨らみ、左半分の部分は白抜き矢印で示すように内側方向に縮むことになる。したがって、環状変形体３０は、幾何学的な楕円にはならないが、歪んだ形状に変形することになり、その外周面は、固定測定点Ｆに対して変位面として機能する。
【０１３６】
ただ、図２７に示すように、駆動接続点および従動接続点を１カ所ずつに設ける変形例では、効率的な変形を生じさせることはできない。したがって、実用上は、これまで述べてきた基本的実施形態のように、駆動接続点を２カ所、従動接続点を２カ所に設け、かつ、回転軸に直交する投影面（この例ではＸＹ平面）に環状変形体３０を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体３０の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点Ｐ１１、第１の従動接続点Ｐ２１、第２の駆動接続点Ｐ１２、第２の従動接続点Ｐ２２の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにするのが好ましい。このような構成を採れば、環状変形体３０により効率的な変形を生じさせることができる。
【０１３７】
特に、これまで述べてきた基本的実施形態では、円環状の環状変形体３０を、幾何学的対称性をもった楕円状に変形させることができるように、２カ所の駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２および２カ所の従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２の配置が幾何学的対称性をもつようにしている。すなわち、図２５，図２６に示す例のように、回転軸（Ｚ軸）に直交する投影面（ＸＹ平面）上に、回転軸の投影点（Ｏ）を通り互いに直交する２直線（Ｘ軸およびＹ軸）を引いた場合に、第１の駆動接続点Ｐ１１および第２の駆動接続点Ｐ１２の正射影投影像が第１の直線上（Ｙ軸上）に配置され、第１の従動接続点Ｐ２１および第２の従動接続点Ｐ２２の正射影投影像が第２の直線上（Ｘ軸上）に配置されているようにしている。
【０１３８】
一方、図２８は、駆動接続点および従動接続点をそれぞれ３カ所ずつ設けた変形例について、Ｚ軸正まわりの回転駆動力が作用したときの環状変形体３０の変形態様を示すＸＹ平面での断面図である。この変形例では、環状変形体３０の駆動対向面上に第１の駆動接続点Ｐ１１，第２の駆動接続点Ｐ１２，第３の駆動接続点Ｐ１３が設けられている。図２８に黒丸で示す点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、これら３つの駆動接続点のＸＹ平面上への正射影投影像である。また、環状変形体３０の従動対向面上には、第１の従動接続点Ｐ２１，第２の従動接続点Ｐ２２，第３の従動接続点Ｐ２３が設けられている。図２８に白丸で示す点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３は、これら３つの従動接続点のＸＹ平面上への正射影投影像である。
【０１３９】
ここで、図２８に示すように、回転軸（Ｚ軸）に直交する投影面（ＸＹ平面）に環状変形体３０を投影して正射影投影像を得た場合、環状変形体３０の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点Ｐ１１、第１の従動接続点Ｐ２１、第２の駆動接続点Ｐ１２、第２の従動接続点Ｐ２２、第３の駆動接続点Ｐ１３、第３の従動接続点Ｐ２３の順に、各接続点の正射影投影像が配置されている。
【０１４０】
このように、駆動接続点および従動接続点をそれぞれ３カ所ずつ設定した場合、駆動接続部材および従動接続部材もそれぞれ３つずつ設ける必要がある。すなわち、この変形例の場合、駆動接続部材は、第１の駆動接続点Ｐ１１を駆動回転体１０に接続する第１の駆動接続部材と、第２の駆動接続点Ｐ１２を駆動回転体１０に接続する第２の駆動接続部材と、第３の駆動接続点Ｐ１３を駆動回転体１０に接続する第３の駆動接続部材と、によって構成される。同様に、従動接続部材は、第１の従動接続点Ｐ２１を従動回転体２０に接続する第１の従動接続部材と、第２の従動接続点Ｐ２２を従動回転体２０に接続する第２の従動接続部材と、第３の従動接続点Ｐ２３を従動回転体２０に接続する第３の従動接続部材と、によって構成される。
【０１４１】
なお、この図２８に示す変形例の場合も、円環状の環状変形体３０を、幾何学的対称性（形状が１２０°ずつずれた対称性）をもって変形させることができるように、３カ所の駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３および３カ所の従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３の配置が幾何学的対称性をもつようにしている。すなわち、図２８に示すように、回転軸（Ｚ軸）に直交する投影面（ＸＹ平面）上に、回転軸の投影点（Ｏ）を通り互いに６０°の角度をなす３直線α，β，γを引いた場合に、第１の駆動接続点Ｐ１１および第２の従動接続点Ｐ２２の正射影投影像が第１の直線α上に配置され、第１の従動接続点Ｐ２１および第３の駆動接続点Ｐ１３の正射影投影像が第２の直線β上に配置され、第２の駆動接続点Ｐ１２および第３の従動接続点Ｐ２３の正射影投影像が第３の直線γ上に配置されている。
【０１４２】
ここで、図２８に黒矢印で示すように、駆動回転体１０に対して時計まわり（Ｚ軸正まわり）の回転駆動力が作用すると、黒丸で示す駆動接続点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は時計まわりに移動しようとする。ところが、従動回転体２０に負荷がかかっていると、白丸で示す従動接続点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３は静止しようとするので、円弧部分３１，３３，３５は、図に白抜き矢印で示すように外側に膨らみ、円弧部分３２，３４，３６は、図に白抜き矢印で示すように内側方向に縮むことになる。したがって、環状変形体３０は、楕円にはならないが、歪んだ形状に変形することになり、その外周面は、固定測定点Ｆに対して変位面として機能する。
【０１４３】
図２５に示すように、駆動接続点および従動接続点をそれぞれ２カ所ずつ設定した例と、図２８に示すように、駆動接続点および従動接続点をそれぞれ３カ所ずつ設定した例とを比較すると、同じトルクが作用した場合の変形量は前者の方が多くなり、得られる距離変動信号の振幅が大きくなるので、検出感度は前者の方が高くなる。しかしながら、距離測定値のピーク（最大値および最小値）は、前者では１回転中に４回しか得られないのに対して、後者では１回転中に６回得られることになり、回転位置の分解能は後者の方が向上する。また、前者では、環状変形体は合計４カ所で支持されるのに対して、後者では、環状変形体は合計６カ所で支持されることになり、構造の安定性という面では、後者の方が優れている。
【０１４４】
＜４−４．回転数を検出する変形例＞
本発明に係るトルクセンサの元来の目的は、トルクを検出することにある。ただ、必要に応じて、このセンサに回転数を検出する付随的な機能をもたせることもできる。既に述べたとおり、トルクの作用によって変形した環状変形体３０が回転すると、図１５のグラフのように、距離ｄの変動を示す周期的な距離変動信号を得ることができる。この例では、環状変形体３０が１回転する間（θ＝０〜３６０°の期間）に、距離変動信号の極大位置（図の山状ピーク）もしくは極小位置（図の谷状ピーク）が２回カウントされることになる。
【０１４５】
したがって、検出回路６０は、距離測定器５０から得られる距離変動信号の極大位置もしくは極小位置をカウントすることにより、トルクの作用によって変形した環状変形体３０の回転数を検出することができる。図１５の例は、駆動接続点および従動接続点をそれぞれ２カ所ずつ設定して環状変形体３０を楕円状に変形させる例であるため、１カウントは、１／２回転に相当する。これに対して、図２８に示すように、駆動接続点および従動接続点をそれぞれ３カ所ずつ設定した例では、１カウントは、１／３回転に相当することになる。
【０１４６】
＜４−５．容量素子に対する配線を簡潔化した変形例＞
図１７に示す基本的実施形態では、測定回路５１と固定電極Ｅとの間および測定回路５１と変位電極３０Ｅとの間に、それぞれ配線を施し、容量素子Ｃの静電容量値を測定する例を述べた。このように、距離測定器として容量素子を用いる場合、原理的には、固定電極Ｅと変位電極３０Ｅとの間の静電容量値を測定することになる。ただ、環状変形体３０は回転するため、測定回路５１と変位電極３０Ｅとの間の配線を行うためには、たとえば、スリップリングを設けるなどの工夫が必要になる。ここでは、このような配線を簡潔化するための変形例を述べる。
【０１４７】
図２９は、容量素子に対する配線を簡潔化した変形例に係るトルクセンサの構成を示す側断面図およびブロック図である。図１７に示す基本的実施形態と図２９に示す変形例との相違は、前者の固定電極Ｅが、後者では一対の副固定電極Ｅａ，Ｅｂに置き換わっている点と、前者では変位電極３０Ｅ（環状変形体３０）と固定電極Ｅとにそれぞれ配線が行われているのに対し、後者では一対の副固定電極Ｅａ，Ｅｂに対してそれぞれ配線が行われている点である。
【０１４８】
要するに、この図２９に示す変形例では、装置筐体４０側に形成される固定電極が、第１副固定電極Ｅａと第２副固定電極Ｅｂという一対の副電極によって構成されていることになる。この一対の副固定電極Ｅａ，Ｅｂは、互いに電気的絶縁状態となるように、所定間隔を置いて、固定測定点（たとえば、装置筐体４０の内面上における両副電極Ｅａ，Ｅｂの中間地点）の近傍に配置されている。したがって、第１副固定電極Ｅａと、これに対向する環状変形体３０の外周面の一部分と、によって第１副容量素子Ｃａが形成され、第２副固定電極Ｅｂと、これに対向する環状変形体３０の外周面の一部分と、によって第２副容量素子Ｃｂが形成される。更に、第１副容量素子Ｃａと第２副容量素子Ｃｂとを直列接続することにより、容量素子Ｃが形成される。
【０１４９】
図３０(a) は、図２９に示す変形例における容量素子構成部分の拡大図であり、図３０(b) はその等価回路図である。図３０(a) において、第１副固定電極Ｅａおよび第２副固定電極Ｅｂは、いずれも装置筐体４０の内面に形成された固定電極である。これに対して、変位電極３０Ｅは、実際には、回転する環状変形体３０の一部の外周面近傍部分によって構成され、環状変形体３０の変形状態により変位する電極である。また、図の測定用端子Ｔａ，Ｔｂは、測定回路５１に対する配線用の端子である。この変形例の特徴は、測定回路５１に対する配線が、この測定用端子Ｔａ，Ｔｂに対してのみ行われ、変位電極３０Ｅ（すなわち、環状変形体３０）に対する配線が行われていない点である。
【０１５０】
図示のとおり、第１副固定電極Ｅａと、これに対向する変位電極３０Ｅの一部分と、によって第１副容量素子Ｃａが形成され、第２副固定電極Ｅｂと、これに対向する変位電極３０Ｅの一部分と、によって第２副容量素子Ｃｂが形成されている。しかも、副容量素子Ｃａ，Ｃｂを構成する上方側の電極として、変位電極３０Ｅが共用されているため、副容量素子Ｃａ，Ｃｂは互いに直列接続された状態になっている。したがって、図３０(a) に示す容量素子構成部分は、電気的には、図３０(b) に示すような等価回路で表される。
【０１５１】
この図３０(b) の等価回路は、測定用端子Ｔａ，Ｔｂ間に、第１副容量素子Ｃａと第２副容量素子Ｃｂとを直列接続した回路である。ここで、第１副容量素子Ｃａと第２副容量素子Ｃｂとの直列接続によって構成される容量素子を容量素子Ｃとすれば、測定用端子Ｔａ，Ｔｂ間の電気的特性を測定することにより、この容量素子Ｃの静電容量値を測定することができる。当該静電容量値は、各副固定電極Ｅａ，Ｅｂと変位電極３０Ｅとの距離に応じた値になるので、この静電容量値を、固定測定点と環状変形体３０の外周面との距離測定値として出力することができる。
【０１５２】
図３１は、図２９に示す変形例における測定回路５１の具体的な構成例を示す回路図である。上述したとおり、測定回路５１は、測定用端子Ｔａ（第１副固定電極Ｅａ）と測定用端子Ｔｂ（第２副固定電極Ｅｂ）との間の電気的特性を測定することにより、第１副容量素子Ｃａと第２副容量素子Ｃｂとの直列接続によって構成される容量素子Ｃの静電容量値Ｃを測定し、これを出力する機能を有し、図示のとおり、交流信号源５１ａと振幅測定部５１ｂとによって構成される。
【０１５３】
交流信号源５１ａが、交流信号（正弦波や矩形波など）を第１副容量素子Ｃａの一方の電極（第１副固定電極Ｅａ）に供給すると、この交流信号は第１副容量素子Ｃａの容量結合を介して、他方の電極（変位電極３０Ｅ）に伝達される。更に、当該交流信号は、第２副容量素子Ｃｂの一方の電極（変位電極３０Ｅ）から、第２副容量素子Ｃｂの容量結合を介して、他方の電極（第２副固定電極Ｅｂ）に伝達される。振幅測定部５１ｂは、こうして伝達されてきた交流信号の振幅を測定する。得られた振幅測定値は、各副容量素子Ｃａ，Ｃｂの静電容量値に応じたものになり、第１副容量素子Ｃａと第２副容量素子Ｃｂとの直列接続によって構成される容量素子Ｃの静電容量値Ｃを示す値になる。
【０１５４】
このように、図２９に示す変形例では、回転する環状変形体３０に対する配線は一切不要になり、測定回路５１に対しては、一対の副固定電極Ｅａ，Ｅｂに対してのみ配線を行えばよい。このため、測定に必要な配線を簡潔化できるメリットが得られる。
【０１５５】
＜４−６．距離測定器に関する変形例＞
これまで述べた基本的実施形態では、図１７に示すように、固定測定点Ｆに設けられた固定電極Ｅと環状変形体３０の変位面に設けられた変位電極３０Ｅとによって構成される容量素子Ｃ（あるいは、図２９に示す変形例では、副固定電極Ｅａ，Ｅｂと環状変形体３０の変位面に設けられた変位電極３０Ｅとによって構成される副容量素子Ｃａ，Ｃｂの直列接続からなる容量素子Ｃ）と、この容量素子Ｃの静電容量値を測定し、得られた静電容量値に基づいて距離測定値ｄを出力する測定回路５１と、によって距離測定器５０を構成している。しかしながら、本発明における距離測定器は、固定測定点Ｆと環状変形体３０の変位面との距離を測定することができる装置であれば、必ずしも容量素子を用いた装置にする必要はない。ここでは、距離測定器のバリエーションをいくつか述べておく。
【０１５６】
（１）  渦電流変位計を用いた距離測定器
図３２は、距離測定器として渦電流変位計を用いた変形例を示す断面図である。この変形例の基本構成は、これまで述べてきた基本的実施形態の構成と同一である。ただ、距離測定器として、容量素子を用いた装置の代わりに、渦電流変位計を用いた点だけが異なっている。図は、この変形例の基本構造部をＸＹ平面で切断した断面を示しており、環状変形体３０が装置筐体４０内に収容されている点は、図２１に示す実施形態と全く同様である。ただ、図２１に示す実施形態では、４カ所（ＸおよびＹ軸上）の固定測定点に設けられた距離測定器が容量素子Ｃ１〜Ｃ４を用いた装置であるのに対して、図３２に示す変形例では、４カ所の固定測定点に設けられた距離測定器が渦電流変位計Ｍ１〜Ｍ４を用いた装置となっている。
【０１５７】
図３３は、渦電流変位計による距離測定の基本原理を示す図である。渦電流変位計は、高周波発振回路７１とコイル７２によって構成される装置であり、コイル７２に近接配置された導電性の検出物体７３とコイル７２との距離を電気的に検出する機能を有している。その基本原理は次のとおりである。まず、高周波発振回路７１からコイル７２に対して高周波電流を流すと、コイル７２から高周波磁界７４が発生し、この高周波磁界７４の電磁誘導作用により、導電性の検出物体７３に渦電流７５が流れる。そして、この渦電流７５により、コイル７２のインピーダンスが変化し、その結果、高周波発振回路７１の発振状態に変化が生じることになる。コイル７２のインピーダンス変化量は、コイル７２と検出物体７３との距離に応じたものになるので、高周波発振回路７１に、発振状態の変化を検出する回路を設けておけば、コイル７２と検出物体７３との距離を電気的に検出することができる。
【０１５８】
図３２に示されている渦電流変位計Ｍ１〜Ｍ４は、このような原理で動作する距離測定器である。図３２において、環状変形体３０の一部もしくは全部を導電性材料によって構成しておけば、当該導電性部分には、図３３に示す原理図における検出物体７３と同様に、渦電流が流れることになる。この渦電流によって、渦電流変位計Ｍ１〜Ｍ４に内蔵されているコイルのインピーダンスが変化するので、これを電気的に検出することにより、コイルと環状変形体３０の外周面との距離を測定することができる。
【０１５９】
（２）  ホール素子を用いた距離測定器
図３２に示す変形例に示す渦電流変位計Ｍ１〜Ｍ４の代わりに、ホール素子を用いて距離測定を行うこともできる。ホール素子は、ホール効果によって磁界を検出する機能をもった素子であるから、環状変形体３０の一部もしくは全部を磁石によって構成しておけば、固定測定点に設けられたホール素子によって距離測定器を構成することができる。たとえば、環状変形体３０全体を磁石によって構成するか（この場合、変形に耐えうる機械的強度をもった磁石を用いる必要がある）、あるいは、環状変形体３０の外周面に磁石を固着しておけば、固定測定点に設けられたホール素子に作用する磁界の強度は、固定測定点と環状変形体３０の外周面との距離によって変化することになる。よって、ホール素子による磁界の検出値を、距離測定値として用いることが可能になる。
【０１６０】
（３）  光ビームを用いた距離測定器
この他、光ビームを利用して、距離測定器を構成することも可能である。たとえば、装置筐体４０に固定され、環状変形体３０の変位面（外周面）に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、装置筐体に固定され、環状変形体３０の変位面（外周面）で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、によって距離測定器を構成することもできる。
【０１６１】
環状変形体３０の変位面（外周面）が変位すると、光ビームの照射位置および反射ビームの射出方向が変化することになる。その結果、光ビーム受光器による光ビームの受光位置も変化するので、この受光位置に基づいて距離測定値を得ることができる。
【０１６２】
なお、実用上、装置筐体４０の内部にオイルを充填して利用するケースがある。このようなケースでは、容量素子、渦電流変位計、ホール素子を用いた距離測定には支障は生じないが、光ビームを用いた距離測定を行う場合には、オイルの光吸収により、光ビーム受光器へ到達するまでにビーム光量が減衰してしまうことになる。したがって、用いる光ビームの波長に対してできるだけ透明なオイルを用いるなどの工夫を施す必要がある。
【０１６３】
＜４−７．環状変形体の内周面の変位を測定する変形例＞
これまで述べてきた実施形態では、装置筐体４０に所定の固定測定点Ｆを定義し、この固定測定点Ｆと環状変形体３０の外周面との距離を距離測定器によって測定する手法が採られていた。すなわち、距離測定器は、装置筐体４０の内面上の固定測定点Ｆと、環状変形体３０の外周面との距離を測定していた。しかしながら、環状変形体３０の変位面は外周面だけではなく、内周面も変位面になる。したがって、所定の固定測定点Ｆと環状変形体３０の内周面との距離を距離測定器によって測定する手法を採ることも可能である。
【０１６４】
また、所定の固定測定点Ｆは、必ずしも装置筐体４０上の点である必要はなく、装置筐体に固定された何らかの部材（ここでは、固定補助体と呼ぶことにする）上に設けた点であってもよい。特に、環状変形体３０の内周面との距離を測定する場合は、固定測定点Ｆは環状変形体３０の内側に設ける必要があるので、装置筐体４０とは別に固定補助体を設け、この固定補助体上に固定測定点Ｆを設けるようにすればよい。
【０１６５】
図３４は、環状変形体３０の内周面の変動を測定する変形例に用いられる基本構造部の分解斜視図である。図１に示す基本構造部との違いは、駆動回転体１０の代わりに、貫通開口部Ｈ１０が形成された駆動回転体１０Ａを用い、従動回転体２０の代わりに、貫通開口部Ｈ２０が形成された従動回転体２０Ａを用いた点だけであり、その余の構成は全く同一である。図３５は、この図３４に示す基本構造部に固定補助体８０を挿入した状態を示す側面図である。
【０１６６】
固定補助体８０は、環状変形体３０の貫通開口部Ｈ３０に挿通し、回転軸（Ｚ軸）を中心軸とする柱状の構造体であり、図には示されていないが、何らかの接続部材を介して装置筐体４０に固定されている。特に、ここに示す例の場合、固定補助体８０は、Ｚ軸を中心軸とする円柱状の部材からなり、ＸＹ平面での断面を見ると、固定補助体８０の外周面と環状変形体３０の内周面とは同心円を構成する。このような構造体を用意すれば、固定補助体８０の外面上に固定測定点Ｆを設定し、当該固定測定点Ｆと環状変形体３０の内周面との距離を測定する距離測定器によって、環状変形体３０の内周面の変位量を測定することができ、これまで述べてきた基本的実施形態と同様に、トルクの検出を行うことができる。
【０１６７】
たとえば、容量素子を用いた距離測定器を採用する場合は、固定補助体８０の外面に位置する固定測定点Ｆに設けられた固定電極と、環状変形体３０の内周面に沿って形成された環状の変位電極と、によって容量素子を構成し、更に、この容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路を設けるようにすればよい。環状変形体３０の内周面に沿って環状の変位電極を形成しておけば、環状変形体３０がどのような回転位置にある場合にも、固定補助体８０の外面に形成された固定電極と、この固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されることになる。実用上は、少なくとも内周面が導電性材料からなる環状変形体３０を用いるようにし、この環状変形体３０の内周面自身によって変位電極が構成されるようにすればよい。
【０１６８】
なお、容量素子に対する配線を簡潔化する上では、§４−５で述べた変形例と同様に、固定電極Ｅを、固定補助体８０の外面に位置する固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極Ｅａと第２副固定電極Ｅｂとによって構成し、第１副固定電極Ｅａと、これに対向する環状変形体３０の内周面の一部分と、によって第１副容量素子Ｃａが形成され、第２副固定電極Ｅｂと、これに対向する環状変形体３０の内周面の一部分と、によって第２副容量素子Ｃｂが形成されるようにすればよい。そうすれば、測定回路５１が、第１副固定電極Ｅａと第２副固定電極Ｅｂとの間の電気的特性を測定することにより、第１副容量素子Ｃａと第２副容量素子Ｃｂとの直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することができる。
【０１６９】
結局、本発明に係るトルクセンサでは、装置筐体４０もしくは装置筐体４０に固定された固定補助体８０上に位置する所定の固定測定点Ｆと環状変形体３０の変位面（外周面もしくは内周面）との距離を距離測定器によって測定できればよい。
【０１７０】
＜４−８．環状変形体の形状に関する変形例＞
これまで述べてきた実施形態では、環状変形体３０として、円環状の部材を用いているが、環状変形体３０は、必ずしも円形の環状体である必要はなく、開口部を有するループ状の部材であればよい。たとえば、正八角形、正六角形、正方形の形状をした環状体でもかまわないし、任意形状の環状体であってもかまわない。
【０１７１】
ただ、実用上は、これまで述べた実施形態に示すように、円形の環状体を用いるのが好ましい。環状変形体３０として、円環状の部材を用いると、距離測定器から得られる距離変動信号は滑らかな連続波形の信号になり、検出回路による処理が容易になる。また、製造プロセスも円環状にした方が容易である。
【０１７２】
＜４−９．従動回転体を固定する変形例＞
これまで述べてきた実施形態は、駆動回転体１０，環状変形体３０，従動回転体２０のすべてが、回転軸まわりに回転することを前提としたトルクセンサの例であり、モータやエンジンなどで発生させた動力を伝達させる動力伝達系の中間に介挿して用いるのが一般的な利用形態になる。これに対して、ここで述べる変形例は、これまでの実施形態における従動回転体２０を固定して利用する形態ということになる。
【０１７３】
図３６は、従動回転体を固定する変形例に係るトルクセンサの構成を示す側断面図およびブロック図である。この変形例において、駆動回転体１０，環状変形体３０，従動回転体２０Ｂ，駆動回転軸１３，各凸状部，固定電極Ｅは、図１７に示す基本的実施形態における各対応部材と同じものである。一方、装置筐体４５は、図１７に示す装置筐体４０と同様に、円筒状の構造体であるが、図の右側の端面は封止された状態になっており、ここに従動回転体２０Ｂが接合されている。この図３６に示す従動回転体２０Ｂは、図１７に示す従動回転体２０と物理的には全く同じ部材であるが、装置筐体４５に固着された状態となっており、回転することはない。そこで、この変形例では、「従動回転体２０Ｂ」と呼ぶ代わりに「固定支持体２０Ｂ」と呼ぶことにする。
【０１７４】
図示のとおり、固定支持体２０Ｂの右側面は装置筐体４５に固着され、左側面からは凸状部２１Ｂ，２２Ｂ（図には凸状部２１Ｂのみが現れているが、凸状部２２Ｂは手前側に位置する）が左方に突き出している。これら凸状部２１Ｂ，２２Ｂは、これまで述べてきた実施形態において「従動接続部材」と呼ばれてきた部材であるが、ここでは「固定接続部材」と呼ぶことにする。これら固定接続部材２１Ｂ，２２Ｂの先端部は、環状変形体３０の右側面上の固定接続点（これまで述べてきた実施形態における従動接続点に対応）に接続される。そして、環状変形体３０の左側面上の駆動接続点に、駆動回転体１０の右側面から突き出した凸状部１１，１２（駆動接続部材）の先端部が接続され、駆動回転体１０の左側面に駆動回転軸１３が接続されている点は、これまで述べてきた実施形態と同様である。
【０１７５】
結局、駆動回転軸１３，駆動回転体１０，環状変形体３０，固定支持体２０Ｂは、いずれも装置筐体４５によって支持されることになるので、転がり軸受（ボールベアリング）を設けなくても、これら各部材は装置筐体４５内の定位置に支持されることになる。もっとも、環状変形体３０は、これまで述べてきた実施形態と同様に、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、回転軸Ｚが挿通する貫通開口窓Ｈ３０を有する部材であるため、装置筐体４５を固定した状態において、駆動回転軸１３に外力が作用すると、環状変形体３０の変形の自由度に応じた範囲内で駆動回転軸１３および駆動回転体１０は変位を生じることになる。
【０１７６】
この装置は、回転軸Ｚまわりのトルクを検出するトルクセンサであるので、正確な測定を行うためには、駆動回転軸１３が常にＺ軸を中心軸として回転するようにするのが好ましい。そのためには、必要に応じて、駆動回転体１０の外周面と装置筐体４５の内周面との間に転がり軸受（ボールベアリング）を設ければよい。
【０１７７】
なお、この変形例の場合、固定支持体２０Ｂが固定されているため、駆動回転軸１３および駆動回転体１０は自由に回転できるわけではなく、環状変形体３０の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する（いわゆる、回動する）にすぎない。別言すれば、この変形例に係るトルクセンサは、駆動回転軸１３に対して加わる捻れ力を検出するセンサということになる。
【０１７８】
図示のとおり、この変形例においても、装置筐体４５の内周面に固定電極Ｅが形成され、環状変形体３０の外周面の対向部分が変位電極３０Ｅとして機能する。そして、固定電極Ｅと変位電極３０Ｅとによって容量素子Ｃが形成され、この容量素子Ｃと測定回路５１とによって、距離測定器５０が構成される。測定回路５１は、容量素子Ｃの静電容量値Ｃを距離測定値ｄを示すパラメータとして出力し、検出回路６０は、これに基づいてトルク検出値Ｔを出力する。
【０１７９】
要するに、この変形例に係るトルクセンサは、回転軸Ｚに沿った第１の方向（図示する例の場合は左方向）を定義した場合に、環状変形体３０の第１の方向に隣接する位置に、検出対象となるトルクに基づく回転駆動力を受けて回転軸Ｚまわりに環状変形体３０の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する駆動回転体１０を配置し、第１の方向とは逆の第２の方向（図示する例の場合は右方向）を定義した場合に、環状変形体３０の第２の方向に隣接する位置に、装置筐体４５に固定された固定支持体２０Ｂを配置した基本構成を有する。
【０１８０】
ここで、環状変形体３０の第１の方向を向いた側面（図の左側面）に設けられた駆動接続点は、駆動接続部材１１，１２によって駆動回転体１０に接続され、環状変形体３０の第２の方向を向いた側面（図の右側面）に設けられた固定接続点は、固定接続部材２１，２２によって固定支持体２０Ｂに接続されている。そして、装置筐体４５上に位置する所定の固定測定点と環状変形体３０の変位面との距離を測定する距離測定器５０と、この距離測定器５０によって測定された距離に基づいて駆動回転体１０に作用したトルクを出力する検出回路６０と、が設けられている。
【０１８１】
このような構成のトルクセンサでは、駆動回転軸１３に加わるトルクが大きければ大きいほど、環状変形体３０の変形の度合い（楕円の長軸と短軸の長さの差）は大きくなり、環状変形体３０の外周面（変位電極３０Ｅ）の変位量は大きくなるので、容量素子Ｃの静電容量値の変化量も大きくなる。したがって、トルクが作用したいない状態（環状変形体３０が円形をしている状態）における容量素子Ｃの静電容量値を基準としたときの静電容量値の変化量を、作用したトルクの大きさを示す値として出力することができる。
【０１８２】
なお、図３６では、図示の便宜上、固定電極Ｅを環状変形体３０の真下の位置（負のＹ軸上）に配置して示しているが、実際には、より高い検出感度を得るため、固定電極Ｅは、楕円状に変形した環状変形体３０の長軸Ｗもしくは短軸Ｖの位置（たとえば、図９参照）に配置するのが好ましい。また、配線を簡潔化する上では、§４−５で述べたとおり、図３０および図３１に示す測定原理を利用できるように、固定電極Ｅを一対の副固定電極Ｅａ，Ｅｂによって構成するのが好ましい。
【０１８３】
もちろん、この図３６に示す変形例においても、容量素子Ｃの代わりに、§４−６で述べた様々な距離測定器を用いることができる。また、§４−１で述べたように、複数組の距離測定器を用いるようにしてもよい。更に、§４−３で述べたように、接続点の数を増減することも可能である。この変形例の場合も、回転軸Ｚに直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と固定接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにすれば、トルクの作用により、環状変形体３０に変形を生じさせることができ、トルク検出が可能になる。また、この図３６に示す変形例においても、§４−７で述べたように、装置筐体４５に固定された固定補助体を設け、環状変形体３０の内周面の変位を測定することが可能であり、§４−８で述べたように、様々な形状の環状変形体を用いることが可能である。
【符号の説明】
【０１８４】
１０，１０Ａ：駆動回転体
１１：凸状部（第１の駆動接続部材）
１２：凸状部（第２の駆動接続部材）
１３：駆動回転軸
１５：転がり軸受（ボールベアリング）
１５Ａ：内輪部
１５Ｂ：外輪部
１５Ｃ：ボール
２０，２０Ａ：従動回転体
２０Ｂ：固定支持体
２１：凸状部（第１の従動接続部材）
２１Ｂ：凸状部（第１の固定接続部材）
２２：凸状部（第２の従動接続部材）
２３：従動回転軸
２５：転がり軸受（ボールベアリング）
３０：環状変形体
３０Ｅ：変位電極
３０Ｅ１〜３０Ｅ４：変位電極
３１〜３６：円弧部分
４０，４５：装置筐体
５０：距離測定器
５１：測定回路
５１ａ：交流信号源
５１ｂ：振幅測定部
６０：検出回路
７１：高周波発振回路
７２：コイル
７３：検出物体
７４：高周波磁界
７５：渦電流
８０：固定補助体
Ａ：距離変動信号の振幅値
Ｃ：容量素子／その静電容量値
Ｃ０：静電容量の基準値
Ｃ１〜Ｃ４：容量素子／その静電容量値
Ｃａ：第１副容量素子
Ｃｂ：第２副容量素子
Ｃｖ：静電容量の最小値
Ｃｗ：静電容量の最大値
ｄ：距離測定値
ｄ０：距離の基準値
ｄｖ：距離の最大値
ｄｗ：距離の最小値
Ｅ：固定電極
Ｅａ：第１副固定電極
Ｅｂ：第２副固定電極
Ｅ１〜Ｅ２４：固定電極
Ｆ：固定測定点
Ｆ１〜Ｆ４：固定測定点
Ｈ１０：駆動回転体１０Ａに形成された貫通開口部
Ｈ２０：従動回転体２０Ａに形成された貫通開口部
Ｈ３０：環状変形体３０に形成された貫通開口部
Ｋ：距離測定軸
Ｍ１〜Ｍ４：渦電流変位計
Ｏ：ＸＹＺ三次元座標系の原点
Ｐ１１〜Ｐ１３：駆動接続点／その投影像
Ｐ２１〜Ｐ２３：従動接続点／その投影像
Ｑ：環状変形体の外周面上の点
Ｓ１，Ｓ４：変動信号
Ｔ：トルク検出値
Ｔａ，Ｔｂ：測定用端子
Ｖ：楕円に変形した環状変形体の短軸
Ｗ：楕円に変形した環状変形体の長軸
Ｘ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
Ｙ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
Ｚ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
α，β，γ：接続点配置軸
θ：基本構造体の回転角
【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月6日(2012.2.6)
【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】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
前記環状変形体が、前記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り、
前記環状変形体の前記貫通開口部に挿通し、前記装置筐体に固定され、前記回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に備え、
前記距離測定器が、前記固定補助体の外面上の固定測定点と、前記環状変形体の内周面との距離を測定す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、
距離測定器が、
固定補助体の外面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の内周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
前記環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、前記固定電極と、前記固定電極に対向する前記変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、前記測定回路が、前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力す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、
環状変形体の少なくとも内周面が導電性材料からなり、前記環状変形体の内周面自身によって変位電極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４】
請求項３に記載のトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
前記第１副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、前記第２副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、前記第１副固定電極と前記第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第１副容量素子と前記第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
互いに逆位相の距離変動信号が得られる位置にある一対の固定測定点についての距離測定を行う一対の距離測定器からなる相補測定器対が設けられており、
前記検出回路が、前記環状変形体の回転中に、前記相補測定器対を構成する一対の距離測定器から得られる距離変動信号の差分信号の振幅値を、その回転軸まわりに作用したトルクの大きさとして出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のトルクセンサにおいて、
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の相補測定器対を備え、
検出回路が、前記各相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項７】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
必要な検出精度に応じた密度で配置された複数Ｎ個の固定測定点についての距離測定を行う複数Ｎ組の距離測定器が設けられており、
前記検出回路が、前記Ｎ組の距離測定器から得られる距離測定値の最大値と所定の基準値との差もしくは前記Ｎ組の距離測定器から得られる距離測定値の最小値と所定の基準値との差、または、前記最大値と前記最小値との差を、回転軸まわりの瞬時もしくは静止時のトルク近似値として出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項８】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
互いに位相が異なる（但し、位相反転の関係にはない）距離変動信号が得られる位置にある固定測定点についての距離測定を行う少なくとも２組の距離測定器が設けられており、
前記検出回路が、これらの距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出する機能を更に有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項９】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
前記検出回路が、前記距離測定器から得られる距離変動信号の極大位置もしくは極小位置をカウントすることにより、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転数を検出する機能を更に有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１０】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
前記距離測定器を、
前記固定測定点に設けられた固定電極と、前記環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成し、
前記固定電極が、前記固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
前記第１副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、前記第２副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
前記測定回路が、前記第１副固定電極と前記第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第１副容量素子と前記第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれかに記載の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からなることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のトルクセンサにおいて、
駆動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
従動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
装置筐体が、駆動回転体、従動回転体および環状変形体を収容する、回転軸を中心軸として配置された筒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１３】
請求項１２に記載のトルクセンサにおいて、
駆動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、駆動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにし、
従動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、従動回転体が装置筐体によって回転自在に支持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１４】
請求項１１に記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１５】
請求項１１に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に備え、
距離測定器が、前記固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１６】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
前記距離測定器が、前記装置筐体の内面上の固定測定点と、前記環状変形体の外周面との距離を測定するために、前記装置筐体の内面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、前記環状変形体の外周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
前記環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、前記固定電極と、前記固定電極に対向する前記変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、前記測定回路が、前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する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、
環状変形体の少なくとも外周面が導電性材料からなり、前記環状変形体の外周面自身によって変位電極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１８】
請求項１７に記載のトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
前記第１副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、前記第２副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、前記第１副固定電極と前記第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第１副容量素子と前記第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１９】
請求項１、５〜１５のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
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２０】
請求項１、５〜１５のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部が導電性材料からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられた渦電流変位計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２１】
請求項１、５〜１５のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部が磁石からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられたホール素子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２２】
請求項１、５〜１５のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、環状変形体の変位面に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、前記変位面で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、
前記光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
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、
駆動接続部材が、駆動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の駆動回転体に対向する駆動対向面上の駆動接続点に接合されており、
従動接続部材が、従動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の従動回転体に対向する従動対向面上の従動接続点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２３に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第１の駆動接続点および第２の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、前記第１の駆動接続点を駆動回転体に接続する第１の駆動接続部材と、前記第２の駆動接続点を駆動回転体に接続する第２の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第１の従動接続点および第２の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、前記第１の従動接続点を従動回転体に接続する第１の従動接続部材と、前記第２の従動接続点を従動回転体に接続する第２の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点、第１の従動接続点、第２の駆動接続点、第２の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２５】
請求項２４に記載のトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに直交する２直線を引いた場合に、第１の駆動接続点および第２の駆動接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の従動接続点および第２の従動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ことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２６】
請求項２３に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第１の駆動接続点、第２の駆動接続点、第３の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、前記第１の駆動接続点を駆動回転体に接続する第１の駆動接続部材と、前記第２の駆動接続点を駆動回転体に接続する第２の駆動接続部材と、前記第３の駆動接続点を駆動回転体に接続する第３の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第１の従動接続点、第２の従動接続点、第３の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、前記第１の従動接続点を従動回転体に接続する第１の従動接続部材と、前記第２の従動接続点を従動回転体に接続する第２の従動接続部材と、前記第３の従動接続点を従動回転体に接続する第３の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点、第１の従動接続点、第２の駆動接続点、第２の従動接続点、第３の駆動接続点、第３の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに６０°の角度をなす３直線を引いた場合に、第１の駆動接続点および第２の従動接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の従動接続点および第３の駆動接続点の正射影投影像が第２の直線上に配置され、第２の駆動接続点および第３の従動接続点の正射影投影像が第３の直線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２８】
所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる材質からなり、前記回転軸が挿通する貫通開口窓を有する環状変形体と、
前記回転軸に沿った第１の方向を定義した場合に、前記環状変形体の前記第１の方向に隣接する位置に配置され、検出対象となるトルクに基づく回転駆動力を受けて前記回転軸まわりに前記環状変形体の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する駆動回転体と、
前記第１の方向とは逆の第２の方向を定義した場合に、前記環状変形体の前記第２の方向に隣接する位置に配置され、前記装置筐体に固定された固定支持体と、
前記環状変形体の前記第１の方向を向いた側面に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体の前記第２の方向を向いた側面に設けられた固定接続点を、前記固定支持体に接続する固定接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離に基づいて前記駆動回転体に作用したトルクを出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記固定接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
(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、
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
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からなり、
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に設け、
距離測定器が、固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定するようにしたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
(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、
距離測定器が、
固定補助体の外面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の内周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、固定電極と、固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、測定回路が、容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
(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、
環状変形体の少なくとも内周面が導電性材料からなり、環状変形体の内周面自身によって変位電極が構成されているようにしたものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
(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、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
第１副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、第２副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第１副固定電極と第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第１副容量素子と第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
(5)   本発明の第５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、
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
互いに逆位相の距離変動信号が得られる位置にある一対の固定測定点についての距離測定を行う一対の距離測定器からなる相補測定器対が設けられており、
検出回路が、環状変形体の回転中に、相補測定器対を構成する一対の距離測定器から得られる距離変動信号の差分信号の振幅値を、その回転軸まわりに作用したトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
(6)   本発明の第６の態様は、上述した第５の態様に係るトルクセンサにおいて、
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の相補測定器対を設け、
検出回路が、各相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
(7)   本発明の第７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、
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
必要な検出精度に応じた密度で配置された複数Ｎ個の固定測定点についての距離測定を行う複数Ｎ組の距離測定器を設け、
検出回路が、Ｎ組の距離測定器から得られる距離測定値の最大値と所定の基準値との差もしくはＮ組の距離測定器から得られる距離測定値の最小値と所定の基準値との差、または、最大値と最小値との差を、回転軸まわりの瞬時もしくは静止時のトルク近似値として出力するようにしたものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
(8)   本発明の第８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、
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
互いに位相が異なる（但し、位相反転の関係にはない）距離変動信号が得られる位置にある固定測定点についての距離測定を行う少なくとも２組の距離測定器を設け、
検出回路が、これらの距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出する機能を更に有するようにしたものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
(9)   本発明の第９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、
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の極大位置もしくは極小位置をカウントすることにより、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転数を検出する機能を更に有するようにしたものである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
(10)  本発明の第１０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、
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
距離測定器を、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成し、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
第１副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、第２副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第１副固定電極と第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第１副容量素子と第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第５〜第１０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からなるようにしたものである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第５〜第１０の態様に係るトルクセンサにおいて、
駆動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
従動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
装置筐体が、駆動回転体、従動回転体および環状変形体を収容する、回転軸を中心軸として配置された筒状の部材からなるようにしたものである。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１２の態様に係るトルクセンサにおいて、
駆動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、駆動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにし、
従動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、従動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにしたものである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１１の態様に係るトルクセンサにおいて、
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定するようにしたものである。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第１１の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に設け、
距離測定器が、固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定するようにしたものである。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
(16)  本発明の第１６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、
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定するために、装置筐体の内面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の外周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、固定電極と、固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、測定回路が、容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
(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、
環状変形体の少なくとも外周面が導電性材料からなり、環状変形体の外周面自身によって変位電極が構成されているようにしたものである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述した第１７の態様に係るトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第１副固定電極と第２副固定電極とを有し、
第１副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第１副容量素子が形成され、第２副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第２副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第１副固定電極と第２副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第１副容量素子と第２副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述した第１、第５〜第１５の態様に係るトルクセンサにおいて、
距離測定器を、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成したものである。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述した第１、第５〜第１５の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部が導電性材料からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられた渦電流変位計によって構成されているようにしたものである。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第１、第５〜第１５の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部が磁石からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられたホール素子によって構成されているようにしたものである。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
(22)  本発明の第２２の態様は、上述した第１、第５〜第１５の態様に係るトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、環状変形体の変位面に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、変位面で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、
光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成されているようにしたものである。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
(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、
駆動接続部材が、駆動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の駆動回転体に対向する駆動対向面上の駆動接続点に接合されており、
従動接続部材が、従動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の従動回転体に対向する従動対向面上の従動接続点に接合されているようにしたものである。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
(24)  本発明の第２４の態様は、上述した第２３の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第１の駆動接続点および第２の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、第１の駆動接続点を駆動回転体に接続する第１の駆動接続部材と、第２の駆動接続点を駆動回転体に接続する第２の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第１の従動接続点および第２の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、第１の従動接続点を従動回転体に接続する第１の従動接続部材と、第２の従動接続点を従動回転体に接続する第２の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点、第１の従動接続点、第２の駆動接続点、第２の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにしたものである。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
(25)  本発明の第２５の態様は、上述した第２４の態様に係るトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに直交する２直線を引いた場合に、第１の駆動接続点および第２の駆動接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の従動接続点および第２の従動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。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
(26)  本発明の第２６の態様は、上述した第２３の態様に係るトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第１の駆動接続点、第２の駆動接続点、第３の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、第１の駆動接続点を駆動回転体に接続する第１の駆動接続部材と、第２の駆動接続点を駆動回転体に接続する第２の駆動接続部材と、第３の駆動接続点を駆動回転体に接続する第３の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第１の従動接続点、第２の従動接続点、第３の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、第１の従動接続点を従動回転体に接続する第１の従動接続部材と、第２の従動接続点を従動回転体に接続する第２の従動接続部材と、第３の従動接続点を従動回転体に接続する第３の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第１の駆動接続点、第１の従動接続点、第２の駆動接続点、第２の従動接続点、第３の駆動接続点、第３の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにしたものである。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
(27)  本発明の第２７の態様は、上述した第２６の態様に係るトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに６０°の角度をなす３直線を引いた場合に、第１の駆動接続点および第２の従動接続点の正射影投影像が第１の直線上に配置され、第１の従動接続点および第３の駆動接続点の正射影投影像が第２の直線上に配置され、第２の駆動接続点および第３の従動接続点の正射影投影像が第３の直線上に配置されているようにしたものである。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
(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、
装置筐体と、
検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる材質からなり、回転軸が挿通する貫通開口窓を有する環状変形体と、
回転軸に沿った第１の方向を定義した場合に、環状変形体の第１の方向に隣接する位置に配置され、検出対象となるトルクに基づく回転駆動力を受けて回転軸まわりに環状変形体の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する駆動回転体と、
第１の方向とは逆の第２の方向を定義した場合に、環状変形体の第２の方向に隣接する位置に配置され、装置筐体に固定された固定支持体と、
環状変形体の第１の方向を向いた側面に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体の第２の方向を向いた側面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、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離に基づいて駆動回転体に作用したトルクを出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と固定接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたものである。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
下段のブロック図に示されている測定回路５１および検出回路６０は、いずれも電子回路によって構成される。測定回路５１は、容量素子Ｃの静電容量値を電気信号として検出する機能を果たし、たとえば、Ｃ／Ｖ変換回路によって構成される。なお、固定電極Ｅと測定回路５１との間の配線は、装置筐体４０の内周面に沿わせたり、装置筐体４０に形成した配線用スルーホールを介して行うことができる。一方、変位電極３０Ｅと測定回路５１との間の配線は、変位電極３０Ｅ（すなわち、環状変形体３０）が回転するため、若干の工夫が必要である。たとえば、駆動回転体１０，従動回転体２０，環状変形体３０，接続部材１１，１２，２１，２２をすべて金属などの導電性材料によって構成しておけば、これらの部材はすべて等電位になるので、転がり軸受１５，２５の部分にスリップリングを設けておけば、変位電極３０Ｅに対して外部からの配線が可能になる（後の§４−５では、このような配線を簡潔化するための変形例を述べる）。