扭矩传感器

摘要

本发明的扭矩传感器具备：环状变形体；第一以及第二位移电极，产生因环状变形体的弹性变形而引起的位移；第一以及第二固定电极，配置于与第一以及第二位移电极对置的位置；以及检测电路，基于由各个位移电极和固定电极构成的第一以及第二电容元件的静电电容值的变动量而输出示出扭矩的电信号。环状变形体具备高弹力部和具有比所述高弹力部的弹簧常数小的弹簧常数的低弹力部。检测电路将相当于第一电容元件的静电电容值的第一电信号、和相当于所述第二电容元件的静电电容值的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，并基于第一电信号与第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

权利要求

1.一种扭矩传感器，检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，其特征在于，所述扭矩传感器具备：环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且与XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

固定电极，配置于所述第一支承体中与所述位移电极对置的位置；以及

检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出表示在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，所述环状变形体具备高弹力部和具有比所述高弹力部的弹簧常数小的弹簧常数的低弹力部，所述电容元件具有第一电容元件以及第二电容元件，所述第一电容元件由在绕Z轴的扭矩进行作用时所述高弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的第一位置配置的位移电极以及固定电极构成，所述第二电容元件由在绕Z轴的扭矩进行作用时所述低弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的第二位置配置的位移电极以及固定电极构成，所述检测电路

将相当于所述第一电容元件的静电电容值的第一电信号和相当于所述第二电容元件的静电电容值的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，使所述第一电容元件以及所述第二电容元件的各位移电极由共用的电极构成或使所述第一电容元件以及所述第二电容元件的各固定电极由共用的电极构成。

3.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器，其特征在于，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一电容元件以及所述第二电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定所述第一电容元件和所述第二电容元件各自的位移电极以及固定电极中的一方的面积大于另一方的面积。

4.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。

5.根据权利要求4所述的扭矩传感器，其特征在于，在XY平面上，在定义了通过原点O且相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件以及所述第二电容元件都配置于V轴上或W轴上。

6.一种扭矩传感器，检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，其特征在于，所述扭矩传感器具备：环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

固定电极，配置于所述第一支承体中与所述位移电极对置的位置；以及

检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，所述环状变形体具备高弹力部和具有比所述高弹力部的弹簧常数小的弹簧常数的低弹力部，所述电容元件具有第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件以及第四电容元件，所述第一电容元件和所述第二电容元件由在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述高弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的两个配置于第一位置的位移电极以及固定电极分别构成，所述第三电容元件和所述第四电容元件由在绕Z轴的扭矩进行作用时所述低弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的两个配置于第二位置的位移电极以及固定电极分别构成，所述检测电路

将相当于“所述第一电容元件的静电电容值与所述第二电容元件的静电电容值之差”的第一电信号、和相当于“所述第三电容元件的静电电容值与所述第四电容元件的静电电容值之差”的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

7.根据权利要求6所述的扭矩传感器，其特征在于，使所述第一电容元件至所述第四电容元件的各位移电极中至少两个由共用的电极构成或使所述第一电容元件至所述第四电容元件的各固定电极之中至少两个由共用的电极构成。

8.根据权利要求6或7所述的扭矩传感器，其特征在于，在绕Z轴的扭矩进行作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一电容元件至所述第四电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一电容元件至所述第四电容元件各自的位移电极以及固定电极中一方的面积大于另一方的面积。

9.根据权利要求6或7所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。

10.根据权利要求9所述的扭矩传感器，其特征在于，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件配置于正的V轴上，所述第二电容元件配置于正的W轴上，所述第三电容元件配置于负的V轴上，所述第四电容元件配置于负的W轴上。

11.一种扭矩传感器，检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，其特征在于，所述扭矩传感器具备：环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

固定电极，配置于所述第一支承体中与所述位移电极对置的位置；以及

检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，所述环状变形体使四个高弹力部和具有比所述高弹力部的弹簧常数小的弹簧常数的四个低弹力部在圆周方向上各自逐个地交替配置而构成，所述电容元件具有第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件、第四电容元件、第五电容元件、第六电容元件、第七电容元件以及第八电容元件，所述第一电容元件、所述第三电容元件、所述第五电容元件和所述第七电容元件由在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述高弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的各个配置于第一位置的位移电极以及固定电极分别构成，所述第二电容元件、所述第四电容元件、所述第六电容元件和所述第八电容元件由在绕Z轴的扭矩进行作用时所述低弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的各个配置于第二位置的位移电极以及固定电极分别构成，所述检测电路

将相当于“所述第一电容元件的静电电容值和所述第五电容元件的静电电容值之和、与所述第三电容元件的静电电容值和所述第七电容元件的静电电容值之和的差”的第一电信号、和相当于“所述第二电容元件的静电电容值和所述第六电容元件的静电电容值之和、与所述第四电容元件的静电电容值和所述第八电容元件的静电电容值之和的差”的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

12.根据权利要求11所述的扭矩传感器，其特征在于，使所述第一电容元件至所述第八电容元件的各位移电极中至少两个由共用的电极构成或使所述第一电容元件至所述第八电容元件的各固定电极中至少两个由共用的电极构成。

13.根据权利要求11或12所述的扭矩传感器，其特征在于，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生变化的情况下，以构成所述第一电容元件至所述第八电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一电容元件至所述第八电容元件各自的位移电极以及固定电极中一方的面积大于另一方的面积。

14.根据权利要求11或12所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。

15.根据权利要求14所述的扭矩传感器，其特征在于，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，使所述高弹力部在由正的X轴和正的V轴所划分的区域、由正的Y轴和正的W轴所划分的区域、由负的X轴和负的V轴所划分的区域以及由负的Y轴和负的W轴所划分的区域各自逐个地配置，使所述低弹力部在由正的V轴和正的Y轴所划分的区域、由正的W轴和负的X轴所划分的区域、由负的V轴和负的Y轴所划分的区域以及由负的W轴和正的X轴所划分的区域各自逐个地配置。

16.根据权利要求15所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述第一电容元件以及所述第二电容元件在正的V轴附近从Z轴方向观察关于该V轴对称地配置，所述第三电容元件以及所述第四电容元件在正的W轴附近从Z轴方向观察关于该W轴对称地配置，所述第五电容元件以及所述第六电容元件在负的V轴附近从Z轴方向观察关于该V轴对称地配置，所述第七电容元件以及所述第八电容元件在负的W轴附近从Z轴方向观察关于该W轴对称地配置。

17.根据权利要求1、6、11中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，所述低弹力部构成为在所述环状变形体的径向上比所述高弹力部宽度窄。

18.根据权利要求1、6、11中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，所述低弹力部构成为在Z轴方向上比所述高弹力部厚度薄。

19.根据权利要求1、6、11中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，所述位移电极配置于所述环状变形体的表面。

20.一种扭矩传感器，检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，其特征在于，所述扭矩传感器具备：环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体的规定位置，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

固定电极，配置于所述第一支承体中与所述位移电极对置的位置；以及

检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，所述环状变形体具有位于在该所述环状变形体上所定义的两个检测点的第一检测部和第二检测部、以及与这些第一检测部和第二检测部的两端连接的连结部，所述第一检测部和所述第二检测部分别具有由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第一变形部、由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第二变形部、以及由所述第一变形部和所述第二变形部的弹性变形而产生位移的位移部，所述第一变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第一变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第二变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第二变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第一检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部具有比所述第二检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部的弹簧常数大的弹簧常数，所述电容元件具有第一电容元件以及第二电容元件，各电容元件由与所述第一检测部和所述第二检测部各自的所述位移部对应的位置配置的位移电极以及固定电极构成，所述检测电路将相当于所述第一电容元件的静电电容值的第一电信号和相当于所述第二电容元件的静电电容值的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

21.根据权利要求20所述的扭矩传感器，其特征在于，使所述第一电容元件以及所述第二电容元件的各位移电极由共用的电极构成或使所述第一电容元件以及所述第二电容元件的各固定电极由共用的电极构成。

22.根据权利要求20或21所述的扭矩传感器，其特征在于，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一电容元件以及所述第二电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一电容元件和所述第二电容元件各自的位移电极以及固定电极中一方的面积大于另一方的面积。

23.根据权利要求20或21所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。

24.根据权利要求23所述的扭矩传感器，其特征在于，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件配置于正的V轴上，所述第二电容元件配置于正的W轴上。

25.根据权利要求20或21所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部构成为在所述环状变形体的径向上比所述第一检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部宽度窄。

26.根据权利要求20或21所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部构成为在Z轴方向上比所述第一检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部厚度薄。

27.一种扭矩传感器，检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，其特征在于，所述扭矩传感器具备：环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体的规定位置，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

固定电极，配置于所述第一支承体中与所述位移电极对置的位置；以及

检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，所述环状变形体具有位于在该所述环状变形体上所定义的四个检测点的第一检测部至第四检测部、和与这些第一检测部至第四检测部的两端连接的连结部，所述第一检测部至所述第四检测部分别具有由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第一变形部、由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第二变形部、以及由所述第一变形部和所述第二变形部的弹性变形而产生位移的位移部，所述第一变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第一变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第二变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第二变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第一检测部和所述第四检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部具有比所述第二检测部和所述第三检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部的弹簧常数大的弹簧常数，所述电容元件具有第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件以及第四电容元件，各电容元件由与所述第一检测部至所述第四检测部各自的所述位移部对应的位置配置的位移电极以及固定电极构成，所述检测电路

将相当于“所述第一电容元件的静电电容值与所述第四电容元件的静电电容值之差”的第一电信号、和相当于“所述第二电容元件的静电电容值与所述第三电容元件的静电电容值之差”的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

28.根据权利要求27所述的扭矩传感器，其特征在于，使所述第一电容元件至所述第四电容元件的各位移电极中至少两个由共用的电极构成或使所述第一电容元件至所述第四电容元件的各固定电极中至少两个由共用的电极构成。

29.根据权利要求27或28所述的扭矩传感器，其特征在于，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一电容元件至所述第四电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一电容元件至所述第四电容元件各自的位移电极以及固定电极中一方的面积大于另一方的面积。

30.根据权利要求27或28所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。

31.根据权利要求30所述的扭矩传感器，其特征在于，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件配置于正的V轴上，所述第二电容元件配置于正的W轴上，所述第三电容元件配置于负的V轴上，所述第四电容元件配置于负的W轴上。

32.根据权利要求27或28所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二检测部和所述第三检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部构成为在所述环状变形体的径向上比所述第一检测部和所述第四检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部宽度窄。

33.根据权利要求27或28所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二检测部和所述第三检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部构成为在Z轴方向上比所述第一检测部和所述第四检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部厚度薄。

34.一种扭矩传感器，检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，其特征在于，所述扭矩传感器具备：环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体的规定位置，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

固定电极，配置于所述第一支承体中与所述位移电极对置的位置；以及

检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，所述环状变形体具有位于在该所述环状变形体上所定义的八个检测点的第一检测部至第八检测部、和与这些第一检测部至第八检测部的两端连接的连结部，所述第一检测部至所述第八检测部分别具有由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第一变形部、由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第二变形部、以及由所述第一变形部和所述第二变形部的弹性变形而产生位移的位移部，所述第一变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第一变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第二变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第二变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第一检测部、所述第三检测部、所述第五检测部和所述第七检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部具有比所述第二检测部、所述第四检测部、所述第六检测部和所述第八检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部的弹簧常数大的弹簧常数，所述电容元件具有第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件、第四电容元件、第五电容元件、第六电容元件、第七电容元件以及第八电容元件，各电容元件由配置于与所述第一检测部至所述第八检测部各自的所述位移部对应的位置的位移电极以及固定电极构成，所述检测电路将相当于“所述第一电容元件的静电电容值和所述第五电容元件的静电电容值之和、与所述第三电容元件的静电电容值和所述第七电容元件的静电电容值之和的差”的第一电信号、和相当于“所述第二电容元件的静电电容值和所述第六电容元件的静电电容值之和、与所述第四电容元件的静电电容值和所述第八电容元件的静电电容值之和的差”的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

35.根据权利要求34所述的扭矩传感器，其特征在于，使所述第一电容元件至所述第八电容元件的各位移电极中至少两个由共用的电极构成或使所述第一电容元件至所述第八电容元件的各固定电极中至少两个由共用的电极构成。

36.根据权利要求34或35所述的扭矩传感器，其特征在于，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一电容元件至所述第四电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一电容元件至第四电容元件各自的位移电极以及固定电极中一方的面积大于另一方的面积。

37.根据权利要求34或35所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。

38.根据权利要求37所述的扭矩传感器，其特征在于，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成30°的角度的直线上，所述第二电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成60°的角度的直线上，所述第三电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成120°的角度的直线上，所述第四电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成150°的角度的直线上，所述第五电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成

210°的角度的直线上，所述第六电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成240°的角度的直线上，所述第七电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成300°的角度的直线上，所述第八电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成330°的角度的直线上。

39.根据权利要求34或35所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二检测部、所述第四检测部、所述第六检测部和所述第八检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部构成为在所述环状变形体的径向上比所述第一检测部、所述第三检测部、所述第五检测部和所述第七检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部宽度窄。

40.根据权利要求34或35所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第二检测部、所述第四检测部、所述第六检测部和所述第八检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部构成为在Z轴方向上比所述第一检测部、所述第三检测部、所述第五检测部和所述第七检测部的所述第一变形部以及所述第二变形部厚度薄。

41.根据权利要求1、6、11、20、27、34中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，所述检测电路具有存储部，所述存储部将该扭矩传感器正常发挥机能的状态下的所述第一电信号与所述第二电信号的比率作为基准比率来存储，通过判定所述第一电信号和所述第二电信号的比率、与所述基准比率之差是否在规定的范围内来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

42.根据权利要求1、6、11、20、27、34中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，基于所述第一电信号或所述第二电信号计量所作用的扭矩。

43.根据权利要求1、6、11、20、27、34中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第一支承体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，所述第二支承体配置于所述环状变形体的Z轴的另一侧，

所述环状变形体经由第一连接构件而与所述第一支承体连接，经由第二连接构件而与所述第二支承体连接。

44.根据权利要求1、6、11、20、27、34中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第一支承体配置于所述环状变形体的内周面的内侧，所述第二支承体配置于所述环状变形体的外周面的外侧，

所述环状变形体经由第一连接构件而与所述第一支承体连接，经由第二连接构件而与所述第二支承体连接。

45.根据权利要求1、6、11、20、27、34中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第一支承体配置于所述环状变形体的内周面的内侧或外周面的外侧，所述第二支承体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，所述环状变形体经由第一连接构件而与所述第一支承体连接，经由第二连接构件而与所述第二支承体连接。

46.根据权利要求1、6、11、20、27、34中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第一支承体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，所述第二支承体配置于所述环状变形体的内周面的内侧或外周面的外侧，所述环状变形体经由第一连接构件而与所述第一支承体连接，经由第二连接构件而与所述第二支承体连接。

说明书

扭矩传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及扭矩传感器，尤其涉及具有将作用于绕规定的旋转轴的扭矩作为电信号输出的功能的传感器。

背景技术

[0002] 检测作用于绕规定的旋转轴的扭矩的扭矩传感器广泛利用于各种各样的运输设备、工业设备中。例如，在下述的专利文献1中公开了一种类型的扭矩传感器，其通过应变计来检测由扭矩的作用所产生的机械变形。另外，在专利文献2中公开了一种传感器，其由电镀处理而在轴表面形成磁致伸缩膜，并通过测定该磁致伸缩膜的磁特性的变化来检测作用于轴的扭矩。另一方面，在专利文献3中公开了一种类型的扭矩传感器，其在扭杆的端部设置磁发生部，使用聚磁环检测由该磁发生部产生的磁的磁通密度的变化，在专利文献4中公开了一种类型的扭矩传感器，其以在圆周方向交替排列N极和S极的方式，将多个磁铁配置成圆筒状，检测由这些磁铁产生的磁场。进一步地，在专利文献5中公开了一种扭矩传感器，其准备由扭矩的作用使环状构件的形状向径向变形的连杆机构，通过载荷传感器检测由环状构件的变形而向该径向施加的力。另外，在引用文献6中公开了一种静电电容类型的扭矩传感器，其基于因由扭矩的作用在环状的弹性环所产生的变形而引起的电容元件的静电电容值的变动量来检测扭矩。

[0003] 近年来，在扩大这样的扭矩传感器向生活支援机器人的用途，追求高安全性。然而，例如，在目前的静电电容类型的扭矩传感器中，具备包含扭矩检测部的机构部、CV转换电路、包含微型计算机的电子电路，但存在由结露、冲击、过负荷或者在提供该静电电容的一对平行平板间混入异物而故障的可能性。特别是，由于扭矩传感器的扭矩检测部具有可挠性，因此由过负荷、反复载荷而产生金属疲劳。由该情况而存在在构成该扭矩检测部的弹性体产生裂纹等并最终断裂的担心。

[0004] 作为判断扭矩传感器是否故障的简便的方法，公开了如下方法：将多个(例如三个)在引用文献6中所记载的扭矩传感器沿着检测对象的扭矩的旋转轴并列排列，评价各扭矩传感器的输出信号之差。在该方法中，将三个输出信号逐两个进行比较，如果两个扭矩传感器的输出信号之差存在于规定的范围内，则判断为该扭矩传感器正常发挥机能，另一方面，如果该差不存在于规定的范围内，则判断为该扭矩传感器未正常发挥机能(故障)。

[0005] 在先技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本专利特开2009-058388号公报

[0008] 专利文献2：日本专利特开2007-024641号公报

[0009] 专利文献3：日本专利特开2009-244134号公报

[0010] 专利文献4：日本专利特开2006-292423号公报

[0011] 专利文献5：日本专利特开2000-019035号公报

[0012] 专利文献6：日本专利特开2012-037300号公报

[0013] 然而，在采用了使用多个扭矩传感器来判断该扭矩传感器是否正常发挥机能的方法的情况下，根据扭矩传感器的个数而成本增大。进一步地，问题是为了设置扭矩传感器而所需要的空间也增大。当然，通过将安装于机器人等的扭矩传感器拆下来进行故障诊断而能够判断该扭矩传感器是否正常发挥机能。然而，由于将本安装好的扭矩传感器拆下来较麻烦，因此期望能够更简便地进行故障诊断的扭矩传感器。

发明内容

[0014] 本发明是鉴于以上那样的问题而作出的。即，本发明的目在于提供能够在构成扭矩检测部的弹性体断裂之前检测在该弹性体产生了金属疲劳并诊断该扭矩检测部的故障的扭矩传感器。

[0015] 本发明为一种扭矩传感器，检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，具备：

[0016] 环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

[0017] 第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

[0018] 第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

[0019] 位移电极，配置于所述环状变形体，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

[0020] 固定电极，配置于所述第一支承体中与所述位移电极对置的位置；以及[0021] 检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，

[0022] 所述环状变形体具备高弹力部和具有比所述高弹力部的弹簧常数小的弹簧常数的低弹力部，

[0023] 所述电容元件具有第一电容元件以及第二电容元件，所述第一电容元件由在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述高弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的第一位置配置的位移电极以及固定电极构成，所述第二电容元件由在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述低弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的第二位置配置的位移电极以及固定电极构成，

[0024] 所述检测电路，

[0025] 将相当于所述第一电容元件的静电电容值的第一电信号和相当于所述第二电容元件的静电电容值的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，

[0026] 基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

[0027] 根据本发明，随着低弹力部比高弹力部先金属疲劳，第一电信号与第二电信号的比率产生变化。关注该情况，能够提供如下扭矩传感器：在构成扭矩检测部的弹性体断裂之前，检测在该弹性体产生了金属疲劳，从而能够诊断该扭矩检测部的故障。

[0028] 构成第一电容元件和第二电容元件的各固定电极以及各位移电极可在每个电容元件单独地形成。或者，也可以使各固定电极以及各位移电极中的一方作为共用电极而构成。即，也可以使所述第一以及第二电容元件的各位移电极由共用的电极构成或使所述第一以及第二电容元件的各固定电极由共用的电极构成。

[0029] 优选，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一以及第二电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一和第二电容元件的各自的位移电极以及固定电极中的一方的面积大于另一方的面积。

[0030] 在该情况下，由于即使绕Z轴的扭矩进行作用，构成第一以及第二电容元件的各一对电极的有效对置面积也不发生变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否正常发挥机能的判定精度。

[0031] 在以上那样的扭矩传感器中，优选所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。在该情况下，由于由所作用的扭矩引起的环状变形体的变形关于原点O对称，因此容易进行该扭矩的测定。

[0032] 优选，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件以及所述第二电容元件同时配置于V轴上或W轴上。

[0033] 在该情况下，关于各电容元件的静电电容值的变化，第一以及第二电容元件示出彼此相反的动作。因此，容易进行用于基于各电容元件的静电电容值的变化的扭矩的测定以及扭矩传感器的故障诊断的处理。

[0034] 或者，本发明涉及的扭矩传感器检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，具备：

[0035] 环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

[0036] 第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

[0037] 第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

[0038] 位移电极，配置于所述环状变形体，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

[0039] 固定电极，配置于所述第一支承体中与所述位移电极对置的位置；以及[0040] 检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，

[0041] 所述环状变形体具备高弹力部和具有比所述高弹力部的弹簧常数小的弹簧常数的低弹力部，

[0042] 所述电容元件具有第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件以及第四电容元件，所述第一电容元件和所述第二电容元件由在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述高弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的两个配置于第一位置的位移电极以及固定电极分别构成，所述第三电容元件和所述第四电容元件由在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述低弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的两个配置于第二位置的位移电极以及固定电极分别构成，

[0043] 所述检测电路，

[0044] 将相当于“所述第一电容元件的静电电容值与所述第二电容元件的静电电容值之差”的第一电信号、和相当于“所述第三电容元件的静电电容值与所述第四电容元件的静电电容值之差”的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，

[0045] 基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

[0046] 根据本发明，随着低弹力部比高弹力部先金属疲劳，第一电信号与第二电信号的比率产生变化。关注该情况，进行故障诊断，从而能够提供能够在构成扭矩检测部的弹性体断裂之前检测在该弹性体产生了金属疲劳并诊断该扭矩检测部的故障的扭矩传感器。另外，在本发明中，由于在高弹力部以及低弹力部配置有各两个电容元件，因此能够进行差分检测。因此，能够高精度地检测扭矩。

[0047] 构成第一电容元件至第四电容元件的各固定电极以及各位移电极可在每个电容元件单独地形成。或者，也可以使各固定电极以及各位移电极之中的一方作为共用电极而构成。即，也可以使所述第一电容元件至第四电容元件的各位移电极中至少两个由共用的电极构成或使所述第一电容元件至第四电容元件的各固定电极之中至少两个由共用的电极构成。

[0048] 优选，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一电容元件至第四电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一电容元件至第四电容元件的各自的位移电极以及固定电极中一方的面积大于另一方的面积。

[0049] 在该情况下，由于即使绕Z轴的扭矩进行作用，构成第一电容元件至第四电容元件的各一对电极的有效对置面积也不发生变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否正常发挥机能的判定精度。

[0050] 在以上那样的扭矩传感器中，优选所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。在该情况下，由于由所作用的扭矩引起的环状变形体的变形关于原点O对称，因此容易进行该扭矩的测定。

[0051] 优选，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件配置于正的V轴上，所述第二电容元件配置于正的W轴上，所述第三电容元件配置于负的V轴上，所述第四电容元件配置于负的W轴上。

[0052] 在该情况下，关于各电容元件的静电电容值的变化，第一以及第三电容元件示出彼此同样的动作，第二以及第四电容元件示出彼此同样的动作。因此，容易进行用于基于各电容元件的静电电容值的变化的扭矩的测定以及扭矩传感器的故障诊断的处理。

[0053] 或者，本发明涉及的扭矩传感器检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，具备：

[0054] 环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

[0055] 第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

[0056] 第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

[0057] 位移电极，配置于所述环状变形体，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

[0058] 固定电极，配置于所述第一支承体之中与所述位移电极对置的位置；以及[0059] 检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，

[0060] 所述环状变形体使四个高弹力部和具有比所述高弹力部的弹簧常数小的弹簧常数的四个低弹力部在圆周方向上各自逐个地交替配置而构成，

[0061] 所述电容元件具有第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件、第四电容元件、第五电容元件、第六电容元件、第七电容元件以及第八电容元件，所述第一、第三、第五和第七电容元件由在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述高弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的各个配置于第一位置的位移电极以及固定电极分别构成，所述第二、第四、第六和第八电容元件由在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述低弹力部中所述环状变形体与所述第一支承体的分离距离发生变化的各个配置于第二位置的位移电极以及固定电极分别构成，

[0062] 所述检测电路，

[0063] 将相当于“所述第一电容元件的静电电容值和所述第五电容元件的静电电容值之和、与所述第三电容元件的静电电容值和所述第七电容元件的静电电容值之和的差”的第一电信号、和相当于“所述第二电容元件的静电电容值和所述第六电容元件的静电电容值之和、与所述第四电容元件的静电电容值和所述第八电容元件的静电电容值之和的差”的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，

[0064] 基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

[0065] 根据本发明，随着低弹力部的一方比高弹力部先金属疲劳，第一电信号与第二电信号的比率产生变化。关注该情况，进行故障诊断，从而能够提供能够在构成扭矩检测部的弹性体断裂之前检测在该弹性体产生了金属疲劳并诊断该扭矩检测部的故障的扭矩传感器。另外，在本发明中，由于在高弹力部以及低弹力部配置有各四个电容元件，因此能够进行高精度的差分检测。因此，能够更高精度地检测扭矩。

[0066] 在这样的扭矩传感器中，构成第一～第八电容元件的各固定电极以及各位移电极可在每个电容元件单独地形成。或者，也可以使各固定电极以及各位移电极之中的一方作为共用电极而构成。即，也可以使所述第一～第八电容元件的各位移电极中至少两个由共用的电极构成或使所述第一～第八电容元件的各固定电极中至少两个由共用的电极构成。

[0067] 优选，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一～第八电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一～第八电容元件的各自的位移电极以及固定电极之中一方的面积大于另一方的面积。

[0068] 在该情况下，由于即使绕Z轴的扭矩进行作用，构成第一～第八电容元件的各一对电极的有效对置面积也不发生变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否正常发挥机能的判定精度。

[0069] 在以上那样的扭矩传感器中，优选所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。在该情况下，由于由所作用的扭矩引起的环状变形体的变形关于原点O对称，因此容易进行该扭矩的测定。

[0070] 优选，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一高弹力部配置于由正的X轴和正的V轴所划分的区域，所述第二高弹力部配置于由正的Y轴和正的W轴所划分的区域，所述第三高弹力部配置于由负的X轴和负的V轴所划分的区域，所述第四高弹力部配置于由负的Y轴和负的W轴所划分的区域，所述第一低弹力部配置于由正的V轴和正的Y轴所划分的区域，所述第二低弹力部配置于由正的W轴和负的X轴所划分的区域，所述第三低弹力部配置于由负的V轴和负的Y轴所划分的区域，所述第四低弹力部配置于由负的W轴和正的X轴所划分的区域，所述第一电容元件配置于所述第一高弹力部。

[0071] 更具体地，所述第一电容元件以及所述第二电容元件在正的V轴附近从Z轴方向观察关于该V轴对称地配置，

[0072] 所述第三电容元件以及所述第四电容元件在正的W轴附近从Z轴方向观察关于该W轴对称地配置，

[0073] 所述第五电容元件以及所述第六电容元件在负的V轴附近从Z轴方向观察关于该V轴对称地配置，

[0074] 所述第七电容元件以及所述第八电容元件在负的W轴附近从Z轴方向观察关于该W轴对称地配置。

[0075] 在该情况下，关于各电容元件的静电电容值的变化，第一以及第五电容元件示出彼此同样的动作，第二以及第六电容元件示出彼此同样的动作，第三以及第七电容元件示出彼此同样的动作，第四以及第八电容元件示出彼此同样的动作。因此，容易进行用于基于各电容元件的静电电容值的变化的扭矩的测定以及扭矩传感器的故障诊断的处理。

[0076] 另外，在以上的扭矩传感器中，高弹力部以及低弹力部可由各种方式构成。例如，所述低弹力部可构成为在所述环状变形体的径向上比所述高弹力部宽度窄。或者，所述低弹力部可构成为在Z轴方向上比所述高弹力部厚度薄。

[0077] 另外，优选使所述位移电极配置于所述环状变形体的表面，具体地，配置于所述环状变形体的内周面、外周面或面向所述第一支承体的表面。在该情况下，容易在固定电极之间构成电容元件。

[0078] 或者，本发明涉及的扭矩传感器检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，具备：

[0079] 环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

[0080] 第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

[0081] 第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

[0082] 位移电极，配置于所述环状变形体的规定位置，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

[0083] 固定电极，配置于所述第一支承体之中与所述位移电极对置的位置；以及[0084] 检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，

[0085] 所述环状变形体具有位于在该所述环状变形体上所定义的两个检测点的第一和第二检测部、以及与这些第一和第二检测部的两端连接的连结部，

[0086] 所述第一和第二检测部分别具有由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第一变形部、由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第二变形部以及由所述第一变形部和所述第二变形部的弹性变形而产生位移的位移部，

[0087] 所述第一变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第一变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第二变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第二变形部的内侧端与所述位移部连接，

[0088] 所述第一检测部的所述第一以及第二变形部具有比所述第二检测部的所述第一以及第二变形部的弹簧常数大的弹簧常数，

[0089] 所述电容元件具有第一电容元件以及第二电容元件，各电容元件由配置于与所述第一和第二检测部各自的所述位移部对应的位置的位移电极以及固定电极构成，[0090] 所述检测电路，

[0091] 将相当于所述第一电容元件的静电电容值的第一电信号和相当于所述第二电容元件的静电电容值的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，

[0092] 基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

[0093] 根据本发明，由于第二检测部的第一以及第二变形部比第一检测部的第一以及第二变形部先金属疲劳且弹簧常数降低，因此通过长时间的使用而第一电信号与第二电信号的比率产生变化。关注该情况，进行故障诊断，从而能够提供能够在构成扭矩检测部的弹性体断裂之前检测在该弹性体产生了金属疲劳并诊断该扭矩检测部的故障的扭矩传感器。

[0094] 构成第一和第二电容元件的各固定电极以及各位移电极可在每个电容元件单独地形成。或者，也可以使各固定电极以及各位移电极之中的一方作为共用电极而构成。即，也可以使所述第一以及第二电容元件的各位移电极由共用的电极构成或使所述第一以及第二电容元件的各固定电极由共用的电极构成。

[0095] 优选，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一以及第二电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一和第二电容元件的各自的位移电极以及固定电极之中一方的面积大于另一方的面积。

[0096] 在该情况下，由于即使绕Z轴的扭矩进行作用，构成第一以及第二电容元件的各一对电极的有效对置面积也不发生变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否正常发挥机能的判定精度。

[0097] 另外，优选所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。在该情况下，由于由所作用的扭矩引起的环状变形体的变形关于原点O对称，因此容易进行该扭矩的测定。

[0098] 优选，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件配置于正的V轴上，所述第二电容元件配置于正的W轴上。

[0099] 在该情况下，关于各电容元件的静电电容值的变化，第一以及第二电容元件示出彼此相反的动作。因此，容易进行用于基于各电容元件的静电电容值的变化的扭矩的测定以及扭矩传感器的故障诊断的处理。

[0100] 在以上的各扭矩传感器中，弹簧常数相对大的第一检测部的第一以及第二变形部和弹簧常数相对小的第二检测部的第一以及第二变形部可由各种方式构成。例如，所述第二检测部的所述第一以及第二变形部可构成为在所述环状变形体的径向上比所述第一检测部的所述第一以及第二变形部宽度窄。或者，所述第二检测部的所述第一以及第二变形部可构成为在Z轴方向上比所述第一检测部的所述第一以及第二变形部厚度薄。

[0101] 或者，本发明为一种扭矩传感器，检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，具备：

[0102] 环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

[0103] 第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

[0104] 第二支承体，在所述环状变形体与包括Z轴且和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

[0105] 位移电极，配置于所述环状变形体的规定位置，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

[0106] 固定电极，配置于所述第一支承体之中与所述位移电极对置的位置；以及[0107] 检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，

[0108] 所述环状变形体具有位于在该所述环状变形体上所定义的四个检测点的第一检测部至第四检测部和与这些第一检测部至第四检测部的两端连接的连结部，[0109] 所述第一检测部至第四检测部分别具有由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第一变形部、由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第二变形部以及由所述第一变形部和所述第二变形部的弹性变形而产生位移的位移部，

[0110] 所述第一变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第一变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第二变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第二变形部的内侧端与所述位移部连接，

[0111] 所述第一和第四检测部的所述第一以及第二变形部具有比所述第二和第三检测部的所述第一以及第二变形部的弹簧常数大的弹簧常数，

[0112] 所述电容元件具有第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件以及第四电容元件，各电容元件由配置于与所述第一检测部至第四检测部的各自的所述位移部对应的位置的位移电极以及固定电极构成，

[0113] 所述检测电路，

[0114] 将相当于“所述第一电容元件的静电电容值与所述第四电容元件的静电电容值之差”的第一电信号、和相当于“所述第二电容元件的静电电容值与所述第三电容元件的静电电容值之差”的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，

[0115] 基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

[0116] 根据本发明，由于第二和第三检测部的第一以及第二变形部的一方比第一和第四检测部的第一以及第二变形部先金属疲劳且弹簧常数降低，因此通过长时间的使用而第一电信号与第二电信号的比率产生变化。关注该情况，进行故障诊断，从而能够提供能够在构成扭矩检测部的弹性体断裂之前检测在该弹性体产生了金属疲劳并诊断该扭矩检测部的故障的扭矩传感器。

[0117] 在这样的扭矩传感器中，构成第一电容元件至第四电容元件的各固定电极以及各位移电极可在每个电容元件单独地形成。或者，也可以使各固定电极以及各位移电极之中的一方作为共用电极而构成。即，也可以使所述第一电容元件至第四电容元件的各位移电极之中至少两个由共用的电极构成或使所述第一电容元件至第四电容元件的各固定电极之中至少两个由共用的电极构成。

[0118] 优选，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一电容元件至第四电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一电容元件至第四电容元件的各自的位移电极以及固定电极之中一方的面积大于另一方的面积。

[0119] 在该情况下，由于即使绕Z轴的扭矩进行作用，构成第一以及第二电容元件的各一对电极的有效对置面积也不发生变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否正常发挥机能的判定精度。

[0120] 另外，优选所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。在该情况下，由于由所作用的扭矩引起的环状变形体的变形关于原点O对称，因此容易进行该扭矩的测定。

[0121] 优选，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，所述第一电容元件配置于正的V轴上，所述第二电容元件配置于正的W轴上，所述第三电容元件配置于负的V轴上，所述第四电容元件配置于负的W轴上。

[0122] 在该情况下，关于各电容元件的静电电容值的变化，第一以及第四电容元件示出彼此相反的动作，第二以及第三电容元件示出彼此相反的动作。因此，容易进行用于基于各电容元件的静电电容值的变化的扭矩的测定以及扭矩传感器的故障诊断的处理。

[0123] 在以上的各扭矩传感器中，弹簧常数相对大的第一检测部的第一以及第二变形部和弹簧常数相对小的第二检测部的第一以及第二变形部可由各种方式构成。例如，所述第二和第三检测部的所述第一以及第二变形部可构成为在所述环状变形体的径向上比所述第一和第四检测部的所述第一以及第二变形部宽度窄。或者，所述第二和第三检测部的所述第一以及第二变形部可构成为在Z轴方向上比所述第一和第四检测部的所述第一以及第二变形部厚度薄。

[0124] 或者，本发明涉及的扭矩传感器检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，具备：

[0125] 环状变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，具有Z轴插通的贯通开口部；

[0126] 第一支承体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位连接于该环状变形体；

[0127] 第二支承体，在所述环状变形体与包含Z轴并和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位连接于该环状变形体，并相对所述第一支承体能够绕Z轴旋转；

[0128] 位移电极，配置于所述环状变形体的规定位置，产生因该环状变形体的弹性变形而引起的位移；

[0129] 固定电极，配置于所述第一支承体之中与所述位移电极对置的位置；以及[0130] 检测电路，基于由所述位移电极和所述固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出示出在向所述第一支承体以及所述第二支承体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕Z轴的扭矩的电信号，

[0131] 所述环状变形体具有位于在该所述环状变形体上所定义的八个检测点的第一检测部至第八检测部和与这些第一检测部至第八检测部的两端连接的连结部，[0132] 所述第一检测部至第八检测部分别具有由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第一变形部、由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第二变形部、以及由所述第一变形部和所述第二变形部的弹性变形而产生位移的位移部，

[0133] 所述第一变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第一变形部的内侧端与所述位移部连接，所述第二变形部的外侧端连接于与其相邻的连结部，所述第二变形部的内侧端与所述位移部连接，

[0134] 所述第一、第三、第五和第七检测部的所述第一以及第二变形部具有比所述第二、第四、第六和第八检测部的所述第一以及第二变形部的弹簧常数大的弹簧常数，[0135] 所述电容元件具有第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件、第四电容元件、第五电容元件、第六电容元件、第七电容元件以及第八电容元件，各电容元件由配置于与所述第一检测部至第八检测部的各自的所述位移部对应的位置的位移电极以及固定电极构成，

[0136] 所述检测电路：

[0137] 将相当于“所述第一电容元件的静电电容值和所述第五电容元件的静电电容值之和、与所述第三电容元件的静电电容值和所述第七电容元件的静电电容值之和的差”的第一电信号、和相当于“所述第二电容元件的静电电容值和所述第六电容元件的静电电容值之和、与所述第四电容元件的静电电容值和所述第八电容元件的静电电容值之和的差”的第二电信号作为示出所作用的扭矩的电信号输出，

[0138] 基于所述第一电信号与所述第二电信号的比率来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

[0139] 根据本发明，由于第二检测部的第一以及第二变形部比第一检测部的第一以及第二变形部先金属疲劳且弹簧常数降低，因此通过长时间的使用而第一电信号与第二电信号的比率产生变化。关注该情况，进行故障诊断，从而能够提供能够在构成扭矩检测部的弹性体断裂之前检测在该弹性体产生了金属疲劳并诊断该扭矩检测部的故障的扭矩传感器。另外，在本发明中，由于由各四个电容元件来提供第一以及第二电信号，因此能够进行高精度的差分检测。因此，能够更高精度地检测扭矩。

[0140] 构成第一～第八电容元件的各固定电极以及各位移电极可在每个电容元件单独地形成。或者，也可以使各固定电极以及各位移电极之中的一方作为共用电极而构成。即，可使所述第一～第八电容元件的各位移电极之中至少两个由共用的电极构成或使所述第一～第八电容元件的各固定电极之中至少两个由共用的电极构成。

[0141] 优选，在绕Z轴的扭矩进行了作用的结果而使所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生了变化的情况下，以构成所述第一电容元件至第四电容元件的各一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了所述第一电容元件至第四电容元件的各自的位移电极以及固定电极之中一方的面积大于另一方的面积。

[0142] 在该情况下，由于即使绕Z轴的扭矩进行作用，构成第一～第八电容元件的各一对电极的有效对置面积也不发生变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否正常发挥机能的判定精度。

[0143] 另外，优选所述第二支承体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域连接于该环状变形体。在该情况下，由于由所作用的扭矩引起的环状变形体的变形关于原点O对称，因此容易进行该扭矩的测定。

[0144] 优选，从Z轴方向观察时，所述第一电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成30°的角度的直线上，所述第二电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成60°的角度的直线上，所述第三电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成120°的角度的直线上，所述第四电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成150°的角度的直线上，所述第五电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成210°的角度的直线上，所述第六电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成240°的角度的直线上，所述第七电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成300°的角度的直线上，所述第八电容元件配置于通过原点O并相对正的X轴形成330°的角度的直线上。

[0145] 在该情况下，关于各电容元件的静电电容值的变化，第一以及第五电容元件示出彼此同样的动作，第三以及第七电容元件示出彼此同样的动作，第二以及第六电容元件示出彼此同样的动作，第四以及第八电容元件示出彼此同样的动作。因此，容易进行用于基于各电容元件的静电电容值的变化的扭矩的测定以及扭矩传感器的故障诊断的处理。

[0146] 在以上的各扭矩传感器中，弹簧常数相对大的第一检测部的第一以及第二变形部和弹簧常数相对小的第二检测部的第一以及第二变形部可由各种方式构成。例如，所述第二、第四、第六和第八检测部的所述第一以及第二变形部可构成为在所述环状变形体的径向上比所述第一、第三、第五和第七检测部的所述第一以及第二变形部宽度窄。或者，所述第二、第四、第六和第八检测部的所述第一以及第二变形部可构成为在Z轴方向上比所述第一、第三、第五和第七检测部的所述第一以及第二变形部厚度薄。

[0147] 优选，所述检测电路具有将该扭矩传感器正常发挥机能的状态下的所述第一电信号与所述第二电信号的比率作为基准比率来存储的存储部，

[0148] 通过判定所述第一电信号和所述第二电信号的比率与所述基准比率之差是否在规定的范围内来判定该扭矩传感器是否正常发挥机能。

[0149] 在该情况下，由于将第一电信号和第二电信号的比率与基准比率进行比较，因此能够确切地检测在环状变形体产生了金属疲劳。

[0150] 在以上的扭矩传感器中，可基于所述第一电信号计量所作用的扭矩。在该情况下，由于弹簧常数相对大的检测部的第一以及第二变形部的金属疲劳比弹簧常数相对小的检测部的第一以及第二变形部缓慢地发现，因此即使载荷对环状变形体反复进行作用，也能够稳定地提供第一电信号。

[0151] 或者，也可以基于所述第二电信号计量所作用的扭矩。在该情况下，由于与提供第二电信号的电容元件对应的检测部的第一以及第二变形部的弹簧常数相对小，因此相对所作用的扭矩而相对大地位移(灵敏度高)，因此能够进行S/N优异的扭矩的计量。

[0152] 另外，作为环状变形体、第一支承构件以及第二支承构件的配置，能够采用接下来那样的方式。即，所述第一支承体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

[0153] 所述第二支承体配置于所述环状变形体的Z轴的另一侧，

[0154] 所述环状变形体经由第一连接构件而与所述第一支承体连接，经由第二连接构件而与所述第二支承体连接。

[0155] 或者，所述第一支承体配置于所述环状变形体的内周面的内侧，

[0156] 所述第二支承体配置于所述环状变形体的外周面的外侧，

[0157] 所述环状变形体经由第一连接构件而与所述第一支承体连接，经由第二连接构件而与所述第二支承体连接。

[0158] 前者的情况下，能够使扭矩传感器的直径较小地构成，后者的情况下，能够使扭矩传感器的厚度(Z轴方向的尺寸)较小地构成。根据设置扭矩传感器的空间而能够适当地选择它们。

[0159] 当然，作为其他例子，也可以组合它们的配置。即，所述第一支承体配置于所述环状变形体的内周面的内侧或外周面的外侧，

[0160] 所述第二支承体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

[0161] 所述环状变形体经由第一连接构件而与所述第一支承体连接，经由第二连接构件而与所述第二支承体连接。

[0162] 或者，所述第一支承体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

[0163] 所述第二支承体配置于所述环状变形体的内周面的内侧或外周面的外侧，[0164] 所述环状变形体经由第一连接构件而与所述第一支承体连接，经由第二连接构件而与所述第二支承体连接。

附图说明

[0165] 图1是现有的扭矩传感器的基本结构部的分解立体图。

[0166] 图2是通过将图1所示的三个构成要素彼此接合而得到的扭矩传感器的基本结构部的侧视图。

[0167] 图3是在YZ平面剖切图2所示的基本结构部的侧剖面图。

[0168] 图4是从图1的右方向观察图1所示的左侧支承体以及凸状部的主视图。

[0169] 图5是从图1的右方向观察图1所示的环状变形体的主视图。

[0170] 图6是从图1的右方向观察图1所示的右侧支承体以及凸状部的主视图。

[0171] 图7是在XY平面剖切图2所示的基本结构部，从图2的左方向观察到的剖面图。

[0172] 图8是示出在绕Z轴正向的扭矩作用于图2所示的基本结构部时的变形状态的在XY平面的剖面图(在XY平面剖切图2所示的基本结构部，从图2的左方向观察到的剖面图。虚线示出变形前的状态)。

[0173] 图9是从图2的左方向观察在内周面形成有位移电极的状态的环状变形体的平面图。

[0174] 图10是从图2的左方向观察安装有固定电极的状态的右侧支承体的平面图。

[0175] 图11是图10所示的右侧支承体的侧视图。

[0176] 图12是在VZ平面剖切在图3所示的基本结构部附加有位移电极以及固定电极的结构体的侧剖面图(图12的上方是图9和图10所示的V轴方向)。

[0177] 图13是在XY平面剖切在图2所示的基本结构部附加有上述的位移电极以及固定电极的结构体，从图2的左方向观察到的剖面图。

[0178] 图14是示出绕Z轴正向的扭矩对图13所示的基本结构部进行了作用时的状态的剖面图(虚线示出变形前的状态)。

[0179] 图15是示出本发明的两电极类型的扭矩传感器的基本结构部的XY剖面图。

[0180] 图16是示出绕Z轴正向的扭矩对图15的基本结构部进行了作用时的状态的剖面图(虚线示出变形前的状态)。

[0181] 图17是示出在图15的环状变形体未产生金属疲劳的情况(初始状态)下，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与从该扭矩传感器输出的第一电信号T1a以及第二电信号T2a的关系的图表。

[0182] 图18是示出在图15的环状变形体产生了金属疲劳的情况下，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与从该扭矩传感器输出的第一电信号T1b以及第二电信号T2b的关系的图表。

[0183] 图19是在本实施方式的扭矩传感器中所采用的检测电路的框图。

[0184] 图20是示出本发明的一电极类型的扭矩传感器的基本结构部的XY剖面图。

[0185] 图21是示出在绕Z轴正向的扭矩对图20的基本结构部进行了作用时的状态的剖面图(虚线示出变形前的状态)。

[0186] 图22是示出本发明的四电极类型的扭矩传感器的基本结构部的XY剖面图。

[0187] 图23是示出在绕Z轴正向的扭矩对图22的基本结构部进行了作用时的状态的剖面图(虚线示出变形前的状态)。

[0188] 图24是采用了波型的检测部的现有的扭矩传感器的基本结构部的分解立体图。

[0189] 图25是通过将图24所示的三个构成要素彼此接合而得到的扭矩传感器的基本结构部的侧视图。

[0190] 图26是从图24的右方向观察图24所示的环状变形体的主视图。

[0191] 图27是示出图24所示的环状变形体的各检测点以及各连接点的配置向XY平面上的投影图。

[0192] 图28是示出图24所示的环状变形体的检测部的详细结构的部分剖面图。

[0193] 图29是示出在图15所示的环状变形体的检测部以及与其对置的右侧支承体的规定部分设置有电极的详细结构的部分剖面图，示出图24所示的环状变形体以及右侧支承体的一部分。

[0194] 图30是示出在向图24所示的基本结构部中的右侧支承体施加了负荷的状态下，绕Z轴正向的扭矩作用于左侧支承体时的变形状态的在XY平面的剖面图。

[0195] 图31是示出在产生了图30所示的变形时的各检测部的动作的表。

[0196] 图32是示出使用于图15所示的基本的实施方式的扭矩传感器的检测电路的一例的电路图。

[0197] 图33是示出本发明的、具有波形的变形部的一电极类型的扭矩传感器的基本结构部的概略平面图。

[0198] 图34是示出在图33的环状变形体未产生金属疲劳的情况(初始状态)下，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与从该扭矩传感器输出的第一电信号T1a以及第二电信号T2a的关系的图表。

[0199] 图35是示出在图33的环状变形体产生了金属疲劳的状态下，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与从该扭矩传感器输出的第一电信号T1b以及第二电信号T2b的关系的图表。

[0200] 图36是示出具有波形的检测部的、本发明的两电极类型的扭矩传感器的基本结构部的概略平面图。

[0201] 图37是示出具有波形的检测部的、本发明的四电极类型的扭矩传感器的基本结构部的概略平面图。

[0202] 图38是示出在本发明的扭矩传感器中可采用的基本结构部的变形例的概略主视图。

[0203] 图39是示出使电容元件配置于环状变形体与内侧支承体之间的情况下的固定电极以及位移电极的配置的图。

[0204] 图40是示出在位移电极相对于固定电极的对置面积发生了变化的情况下，使电容元件的有效面积维持一定的原理的图。

具体实施方式

[0205] 由于在本发明的扭矩传感器中所采用的扭矩的检测原理本身与现有的扭矩传感器相通，因此，首先，在§1～§3中说明现有的扭矩传感器的结构和扭矩的检测原理。然后，基于该说明，在§4～§6中说明本发明的扭矩传感器的实施方式。进一步地，作为其他例子，在§7以及§8中说明采用了波形的检测部的扭矩传感器的结构和扭矩的检测原理，在§9～§11中说明采用了波形的检测部的本发明的扭矩传感器的实施方式。在§7以及§8中说明的采用了波形的检测部的扭矩传感器在由本申请人申请的国际专利申请PCT/JP2015/052783中被提出。进一步地，在§12以及§13中说明对任一实施例均能够适用的变形例。

[0206] <<<§1.现有的扭矩传感器的基本结构部>>>

[0207] 图1是现有的扭矩传感器的基本结构部的分解立体图。如图示那样，该基本结构部通过在左侧支承体10与右侧支承体20之间配置环状变形体30并将这些三个构成要素彼此接合而构成。在此，为了方便起见，正如图示的那样，定义XYZ三维坐标系，并进行以下的说明。在此，在图1的水平方向绘制出的Z轴相当于作为检测对象的扭矩的旋转轴，该扭矩传感器发挥检测绕该旋转轴(绕Z轴)的扭矩的功能。

[0208] 配置于图1的中央的环状变形体30由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质构成，在其内部形成有旋转轴(Z轴)插通的贯通开口部H30。另一方面，配置于图1的左侧的左侧支承体10是支承环状变形体30的左侧面的构件，配置于图1的右侧的右侧支承体20是支承环状变形体30的右侧面的构件。在此所示的例子的情况下，左侧支承体10是形成有旋转轴(Z轴)插通的贯通开口部H10的环状构件，右侧支承体20是形成有旋转轴(Z轴)插通的贯通开口部H20的环状构件。

[0209] 并且，一般而言，右侧以及左侧这样的概念是仅在从特定的观察方向观察的情况下才具有意义的概念，但在此为了说明的方便起见，正如图1所示的那样，在从形成旋转轴(Z轴)向左右延伸的水平线那样的基准观察方向(右方向成为Z轴的正方向那样的观察方向)观察时，将配置于与环状变形体30的左侧相邻的位置的支承体称为左侧支承体10，将配置于与环状变形体30的右侧相邻的位置的支承体称为右侧支承体20。

[0210] 在此，在环状变形体30的中心位置定义XYZ三维坐标系的原点O，左侧支承体10、环状变形体30、右侧支承体20均由以Z轴为中心轴的圆环状的构件构成。更具体地，环状变形体30由通过在以Z轴(旋转轴)为中心轴所配置的圆盘的中央部形成呈直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部H30而得到的圆环状的构件构成。同样地，左侧支承体10以及右侧支承体20也由通过在以Z轴(旋转轴)为中心轴所配置的圆盘的中央部形成呈直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部H10、H20而得到的圆环状的构件构成。当然，也可以不设置贯通开口部H10、H20，左侧支承体10和右侧支承体20也可以是圆盘。

[0211] 另一方面，在左侧支承体10的右侧面设置有向右方突出的两个扇形的凸状部11、12，该凸状部11、12的顶面与环状变形体30的左侧面接合。正如图示的那样，凸状部11与环状变形体30的上部(位于Y轴正方向的部分)接合，凸状部12与环状变形体30的下部(位于Y轴负方向的部分)接合。同样地，在右侧支承体20的左侧面设置有向左方突出的两个扇形的凸状部21、22，该凸状部21、22的顶面与环状变形体30的右侧面接合。正如图示的那样，凸状部21与环状变形体30的里侧的部分(位于X轴正方向的部分)接合，凸状部22与环状变形体
30的近前的部分(位于X轴负方向的部分)接合。

[0212] 图2是通过将图1所示的三个构成要素彼此接合而得到的扭矩传感器的基本结构部的侧视图，图3是在YZ平面剖切该基本结构部的侧剖面图。在此所示的例子的情况下，正如图3所示的那样，凸状部11、12是与左侧支承体10成为一体的结构体，其顶面与环状变形体30的左侧面接合。同样地，凸状部21、22是与右侧支承体20成为一体的结构体，其顶面与环状变形体30的右侧面接合。

[0213] 其结果是，凸状部11、12将环状变形体30的与左侧支承体10对置的左侧的侧面上的左侧连接点作为与左侧支承体10连接的左侧连接构件而发挥机能，凸状部21、22将环状变形体30的与右侧支承体20对置的右侧的侧面上的右侧连接点作为与右侧支承体20连接的右侧连接构件而发挥机能。

[0214] 图4是从图1的右方向观察左侧支承体10以及凸状部11、12的主视图，图5是从图1的右方向观察环状变形体30的主视图，图6是从图1的右方向观察右侧支承体20以及凸状部21、22的主视图。在图4中，在凸状部11、12的中心位置所示出的点P11、P12是左侧连接点，在§2中，为了说明相对于环状变形体30的连接位置而使用。同样地，在图6中，在凸状部21、22的中心位置所示出的点P21、P22是右侧连接点，依然在§2中为了说明相对于环状变形体30的连接位置而使用。

[0215] 并且，优选使图4所示的部件(左侧支承体10以及凸状部11、12)与图6所示的部件(右侧支承体20以及凸状部21、22)实际上为完全相同的部件。在该情况下，如果使图4所示的部件以Y轴为旋转轴旋转180°翻过来，进一步地，以Z轴为旋转轴旋转90°，则与图6所示的部件完全一致。因此，实际上，如果准备两组图4所示的部件，准备一组图5所示的部件，则能够构成图2所示的基本结构部。

[0216] 正如图5所示的那样，在环状变形体30设置有圆形的贯通开口部H30，但这是为了产生检测所需要的弹性变形。如后述那样，在作为检测对象的扭矩作用于该基本结构部的情况下，环状变形体30需要变形为椭圆形。这样的环状变形体30的弹性变形的容易度成为左右传感器的检测灵敏度的参数。如果使用容易弹性变形的环状变形体30，则能够实现即使是微小的扭矩也能够检测的灵敏度高的传感器，但抑制能够检测的扭矩的最大值。相反，如果使用不易弹性变形的环状变形体30，则能够提高能够检测的扭矩的最大值，但由于灵敏度降低，因此无法再进行微小的扭矩的检测。

[0217] 环状变形体30的弹性变形的容易度依赖并取决于Z轴方向的厚度(越薄越容易弹性变形)以及贯通开口部H30的直径(越大越容易弹性变形)，进一步地，也依赖并取决于其材质。因此，在实际应用上，根据扭矩传感器的用途，只要适当地选择环状变形体30的各部分的尺寸、材质即可。

[0218] 另一方面，左侧支承体10以及右侧支承体20在本发明的检测原理上不需要是产生弹性变形的构件。倒不如说，为了使所作用的扭矩100％有助于环状变形体30的变形，优选左侧支承体10以及右侧支承体20是完全的刚体。在图示的例子中，作为左侧支承体10以及右侧支承体20而使用了在中心部具有贯通开口部H10、H20的环状的结构体的理由并不是为了使弹性变形容易，而是为了确保沿着旋转轴(Z轴)穿过左侧支承体10、环状变形体30、右侧支承体20的各贯通开口部H10、H30、H20的插通孔。

[0219] 如观察图3的侧剖面图而明确的那样，该基本结构部采用了内部为中空的结构。在将具有这样的中空部分的扭矩传感器组装到机器人手臂的关节部分而利用的情况下，能够在该中空部分配置减速器等，能够设计总体上节省空间的机器人手臂。这是在利用呈实心圆棒形状的扭杆的扭转的现有方式的扭矩传感器中难以实现的优点之一。

[0220] 这样，在本发明的扭矩传感器中，环状变形体30需要由产生扭矩检测所需要的程度的弹性变形的材质来构成，但左侧支承体10以及右侧支承体20不需要产生弹性变形，倒不如说优选使用刚性高的材质来构成。在实际应用上，作为左侧支承体10、右侧支承体20、环状变形体30的材料，如果是利用绝缘材料，则只要使用塑料等合成树脂即足够，如果是利用导电材料(在该情况下，如后述那样，为了不使电极短路而需要在必要位置实施绝缘)，则只要使用不锈钢、铝等金属即足够。当然，将绝缘材料和导电材料组合利用也无妨。

[0221] 左侧支承体10、右侧支承体20、环状变形体30均能够由轴方向的厚度小的扁平结构体构成，因此能够较短地设定传感器整体的轴长。另外，通过环状变形体30的形状的位移而进行扭矩检测，因此尽管作为环状变形体30需要使用产生弹性变形的材质，但即使利用具有比较高的刚性的材质，也那能够进行高精度的检测。

[0222] <<<§2.本发明中的扭矩的检测原理>>>

[0223] 接着，在此，试着考虑在扭矩作用于§1中所阐述的基本结构部的情况下各部分将如何变形。图7是在XY平面剖切图2所示的基本结构部，从图2的左方向观察到的剖面图。并且，该图7所示出的XY坐标系为从背面侧观察通常的XY坐标系(X轴正方向为图的左方向)。因此，在该XY坐标系中，左上区域为第一象限，右上区域为第二象限，右下区域为第三象限，左下区域为第四象限。图示的I～IV示出该坐标系的各象限。在图7实施了阴影线的剖面部分相当于环状变形体30的部分，在其里侧可看见右侧支承体20。图7的点P11～P22是图4以及图6所示出的各连接点P11～P22向XY平面上的正投影投影图像。

[0224] 即，在图7中，配置于Y轴上的点P11、P12示出了左侧支承体10的凸状部11、12的接合位置(接合面的中心点)，配置于X轴上的点P21、P22示出了右侧支承体20的凸状部21、22的接合位置(接合面的中心点)。其结果是，环状变形体30的左侧面在沿着Y轴的两个位置的连接点P11、P12与左侧支承体10接合，环状变形体30的右侧面在沿着X轴的两个位置的连接点P21、P22与右侧支承体20接合。

[0225] 这样，如果将环状变形体30的上下的两个位置与左侧支承体10接合，将左右的两个位置与右侧支承体20接合，并使各连接点逐个地错开90°，则能够由扭矩的作用使环状变形体30有效地变形。

[0226] 在图7所示的例子的情况下，在将环状变形体30的两侧面投影到XY平面上而得到了正投影投影图像的情况下，使第一右侧连接点P21的投影图像配置于正的X轴上、第二右侧连接点P22的投影图像配置于负的X轴上、第一左侧连接点P11的投影图像配置于正的Y轴上、第二左侧连接点P12的投影图像配置于负的Y轴上。当进行这样的配置时，能够使环状变形体30变形为具有轴对称性的椭圆，因此能够得到具有轴对称性的检测值。

[0227] 本发明的扭矩传感器检测在图2所示的基本结构部中在左侧支承体10与右侧支承体20之间相对施加的扭矩(旋转力矩)，检测值示出在两个支承体10、20间相对作用的力。因此，在此为了说明的方便起见，考虑在向右侧支承体20施加了负荷的状态下将施加于左侧支承体10的旋转力矩当作作为检测对象的扭矩(当然，在向左侧支承体10施加了负荷的状态下，将施加于右侧支承体20的旋转力矩当作作为检测对象的扭矩，也是等同的。)。

[0228] 例如，作为将该扭矩传感器利用在机器人手臂的关节部分的一例，试着考虑在左侧支承体10安装有马达等驱动源，在右侧支承体20安装有机械手的例子。在具有重量的物体握持在机械手的状态下，当从驱动源对左侧支承体10施加了旋转驱动力时，使该旋转驱动力经由构成关节部分的基本结构部而向机械手侧传递。在该情况下，欲使右侧支承体20旋转驱动的扭矩进行作用，在固定了右侧支承体20的状态下，该扭矩相当于施加于左侧支承体10的旋转力矩。

[0229] 那么，试着考虑这样的旋转力矩对图7所示的结构体带来怎样的变化。当固定右侧支承体20时，图7所示的X轴上的连接点P21、P22的位置成为固定状态。另一方面，对左侧支承体10，例如在图7中，当向顺时针的方向施加了旋转力矩时，Y轴上的连接点P11、P12欲向顺时针移动。若这样，必定，位于第一象限I的圆弧P21-P11的部分向内侧方向收缩、位于第二象限II的圆弧P11-P22的部分向外侧鼓出、位于第三象限III的圆弧P22-P12的部分向内侧方向收缩、位于第四象限IV的圆弧P12-P21的部分向外侧鼓出。

[0230] 图8是示出在图7所示的结构体产生了这样的变形的状态的剖面图。即，是在绕Z轴正向的扭矩作用于图2所示的基本结构部的情况下，在XY平面剖切该基本结构部，并从图2的左方向观察到的剖面图。并且，在本申请中，关于任意的坐标轴，将用于使右旋螺纹向该坐标轴的正方向前进的旋转方向定义为正方向，将用于使右旋螺纹向该坐标轴的负方向前进的旋转方向定义为负方向。因此，在图8中，绕Z轴正向的扭矩是正如图中由中空箭头所示的那样向顺时针的方向进行作用的扭矩。

[0231] 图8中绘制出的虚线示出了环状变形体30的变形前的状态(图7的状态)。如果以该虚线为参考，则通过绕Z轴正向的扭矩进行了作用而能够容易地把握环状变形体30变形为椭圆形。在此，为了说明的方便起见，在XY平面上，定义通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴。V轴是以第一象限I为正方向的坐标轴，W轴是以第二象限Ⅱ为正方向的坐标轴。正如图示的那样，环状变形体30变形为以V轴为短轴方向、W轴为长轴方向的椭圆，并相对V轴以及W轴具有轴对称性。在通过§3中阐述的方法得到扭矩的检测值的情况下，这样的轴对称性很方便。

[0232] 在图示的实施方式中，之所以产生具有轴对称性的变形，是因为正如图7所示的那样，在无负荷时(扭矩未进行作用时)，环状变形体30呈完全的圆形，并在向XY平面上投影环状变形体30的两侧面而得到了正投影投影图像的情况下，第一右侧连接点P21的投影图像被配置在正的X轴上、第二右侧连接点P22的投影图像被配置在负的X轴上、第一左侧连接点P11的投影图像被配置在正的Y轴上、第二左侧连接点P12的投影图像被配置在负的Y轴上。

[0233] 所作用的扭矩越来越大，环状变形体30越变形为更扁平的椭圆。因此，在图8中，如果能够测定环状变形体30的位于V轴上的部分的距原点O的距离、环状变形体30的位于W轴上的部分的距原点O的距离(这些距离成为示出距由虚线所示的变形前的位置的位移量的信息)，则能够求出所作用的扭矩的大小。换句话，只要能够测定环状变形体30的内周面或者外周面的径向的位移即可。

[0234] 另一方面，在扭矩作用于相反方向的情况下，即，在绕Z轴负向的扭矩进行了作用的情况下，与图8所示的例子相反，由于逆时针的旋转力对环状变形体30(的连接点P11、P12)进行作用，因此环状变形体30变形为以V轴为长轴方向、W轴为短轴方向的椭圆。因此，环状变形体30的位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的位移方向成为与图8所示的例子相反的方向。

[0235] 其结果是，如果测定环状变形体30的位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的位移，则能够检测所作用的扭矩的方向以及大小的双方。例如，在监控了环状变形体30的内周面与V轴的交点的位置的情况下，在从由虚线所示的基准位置向内侧方向位移了的情况下能够判断为施加了绕Z轴正向的扭矩，而在向外侧方向位移了的情况下能够判断为施加了绕Z轴负向的扭矩。或者，在监控了环状变形体30的内周面与W轴的交点的位置的情况下，在从由虚线所示的基准位置向外侧方向位移了的情况下能够判断为施加了绕Z轴正向的扭矩，在向内侧方向位移了的情况下能够判断为施加了绕Z轴负向的扭矩。当然，位移量的绝对值示出所作用的扭矩的大小。

[0236] 在本发明的扭矩传感器中产生的环状变形体30的径向的位移即使在环状变形体30所产生的扭转角度小，也根据环状变形体的直径而成为比较大的位移。因此，即使使用了刚性比较高的环状变形体30，也能够进行具有足够的灵敏度的扭矩检测。

[0237] 以上是本发明中的扭矩的检测原理。在本发明中，为了进行基于这样的原理的扭矩检测，在以上所阐述的基本结构部进一步地附加电容元件和检测电路。

[0238] <<<§3.电容元件和检测电路>>>

[0239] 在图3所示的基本结构部进一步地附加电容元件和检测电路而构成扭矩传感器。如图8所示，通过扭矩的作用而环状变形体30变形为椭圆。通过这样的变形，产生最大的位移的部分是位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分，因此基于环状变形体30的特定部分的位移，测定位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的位移对于测定环状变形体30的变形量(所作用的扭矩的大小)是最有效的。

[0240] 因此，在此阐述的实施方式中，在环状变形体30的内周面的位于V轴上的区域以及位于W轴上的区域形成有位移电极。图9是从图2的左方向观察在内周面形成有位移电极E31、E32的状态的环状变形体30的平面图。为了说明的方便起见，叠加绘制出X、Y、V、W轴。位移电极E31是形成于V轴的正的区域与环状变形体30的内周面的交叉区域的电极，位移电极E32是形成于W轴的正的区域与环状变形体30的内周面的交叉区域的电极。这些位移电极E31的深度尺寸(与图9的纸面垂直方向的尺寸)与环状变形体30的深度尺寸相等。在该例子的情况下，位移电极E31、E32由通过气相沉积、电镀等方法在环状变形体30的内周面所形成的金属膜等导电层构成。当然，在环状变形体30是由铝、不锈钢那样的金属形成的情况下，由于环状变形体30本身具有导电性，因此需要经由绝缘层来形成位移电极E31、E32。

[0241] 另一方面，在与这些位移电极E31、E32对置的位置配置有固定电极E21、E22，并固定于右侧支承体20。图10是从图2的左方向观察安装有这些固定电极E21、E22的状态的右侧支承体20的平面图。在此，为了说明的方便起见，也叠加绘制出X、Y、V、W轴。固定电极E21被配置在V轴的正的区域，与位移电极E31对置。固定电极E22被配置在W轴的正的区域，与位移电极E32对置。

[0242] 图11是图10所示的右侧支承体20的侧视图。正如图示的那样，固定电极E21由从右侧支承体20的左侧面向沿着旋转轴的方向(Z轴负方向)突出的导电板构成。并且，由于固定电极E21隐藏在固定电极E22的里侧，因此未出现在图11。

[0243] 图12是在VZ平面剖切在图3所示的基本结构部附加有位移电极以及固定电极的结构体的侧剖面图。由于与图3是在YZ平面剖切的侧剖面图相对，图12是在VZ平面剖切的侧剖面图，因此图12的上方不是Y轴方向，而为图9以及图10所示的V轴方向。在该图12的侧剖面图清楚地示出了配置于V轴上的位移电极E31和固定电极E21彼此对置的状态。由于位移电极E31、E32是粘固于环状变形体30的内周面的电极，因此依赖于环状变形体30的变形而位移。另一方面，固定电极E21、E22的右端固定于右侧支承体20，与环状变形体30的变形无关，而总是保持一定的位置。

[0244] 其结果是，位移电极E31的相对于固定电极E21的相对位置以及位移电极E32的相对于固定电极E22的相对位置依赖于环状变形体30的变形而发生变化。换句话，位移电极E31与固定电极E21的电极间距离以及位移电极E32与固定电极E22的电极间距离依赖于环状变形体30的变形而发生变化。

[0245] 图13是在XY平面剖切在图2所示的基本结构部附加有上述的位移电极以及固定电极的结构体，从图2的左方向观察到的剖面图。在该剖面图中，清楚地示出了配置于V轴上的位移电极E31、E32和固定电极E21、E22彼此对置的状态。

[0246] 在本实施方式的情况下，由于位移电极E31、E32由形成于环状变形体30的内周面的导电层构成，因此其表面成为沿着环状变形体30的内周的曲面。因此，使与它们对置的固定电极E21、E22也为曲面状的电极。换句话，位移电极E31、E32、固定电极E21、E22的表面由以Z轴为中心轴的同心状的圆柱表面构成。不过，各电极的表面形状如果能够发挥构成电容元件的作用，则可以是任何形状，因此使用表面为平面的平板状的电极也无妨。

[0247] 并且，在本申请附图中，为了图示的方便起见，忽略各位移电极以及各固定电极的厚度的实际尺寸进行了绘制。例如，在由形成于环状变形体30的内周面的导电层(气相沉积层或电镀层)构成了位移电极E31、E32的情况下，其厚度能够设定为数μm左右。与此相对，在由从右侧支承体20的左侧面突出的导电板(金属板)构成了固定电极E21、E22的情况下，为了确保在实际应用上的强度，优选其厚度确保在数mm左右。因此，在图13等中，为了方便起见，以相同尺寸绘制出位移电极的厚度和固定电极的厚度，但考虑到制造工序、在实际应用上的强度，应该将这些电极的厚度的实际尺寸分别设定为适当的值。

[0248] 图14是示出绕Z轴正向的扭矩对图13所示的基本结构部进行了作用时的状态的XY剖面图。正如在§2中所阐述的那样，当这样的扭矩进行作用时，环状变形体30变形为椭圆状，V轴成为该椭圆的短轴方向，W轴成为该椭圆的长轴方向。其结果，配置于V轴上的一对电极E21、E31的电极间隔变窄，配置于W轴上的一对电极E23、E33的电极间隔扩大。因此，如果由一对电极E21、E31构成电容元件C11，由一对电极E22、E32构成电容元件C12，则作为该电容元件C11、C12的静电电容值的变动量，能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。

[0249] 例如，当以图13所示的无负荷状态(扭矩未进行作用的状态)为基准，关注由电极E21、E31构成的电容元件C11的静电电容值的变动时，并如图14所示当绕Z轴正向的扭矩进行作用时，由于电极间隔变窄，因此静电电容值增加。相反，当绕Z轴负向的扭矩进行作用时，由于电极间隔扩大，因此静电电容值减少。因此，静电电容值的增加变动示出了绕Z轴正向的扭矩进行了作用，静电电容值的减少变动示出了绕Z轴负向的扭矩进行了作用。当然，变动量的绝对值示出所作用的扭矩的大小。

[0250] 同样地，当关注由电极E22、E32构成的电容元件C12的静电电容值的变动时，并如图14所示当绕Z轴正向的扭矩进行作用时，由于电极间隔扩大，因此静电电容值减少。相反，当Z轴负向的扭矩进行作用时，由于电极间隔变窄，因此静电电容值增加。因此，静电电容值的减少变动示出了绕Z轴正向的扭矩进行了作用，静电电容值的增加变动示出了绕Z轴负向的扭矩进行了作用。当然，变动量的绝对值示出所作用的扭矩的大小。

[0251] 其结果是，使用两个电容元件C11、C12之中任一方，都能够进行绕Z轴的扭矩检测，理论上，只要仅使用任意一个电容元件即足够。只是，在实际应用上，优选进行使用了两个电容元件C11、C12双方的检测。即，如果在环状变形体30变形为椭圆时的短轴位置(V轴上)设置有电容元件C11、在长轴位置(W轴上)设置有电容元件C12，则在施加了相同的扭矩的情况下，与在短轴位置(V轴上)电极间隔变窄、静电电容值增加相对，在长轴位置(W轴上)电极间隔扩大、静电电容值减少，因此作为两个静电电容值C11与C12的差分，能够检测所作用的扭矩。

[0252] <<<§4.本发明的两电极类型的扭矩传感器的实施例>>>

[0253] 接下来，参照图15～图19，说明本发明的两电极类型的扭矩传感器的实施例。

[0254] 图15是示出本发明的两电极类型的扭矩传感器的基本结构部的XY剖面图。如图15所示，本实施方式的环状变形体30具备高弹力部30a和具有比该高弹力部30a的弹簧常数小的弹簧常数的低弹力部30b。在本实施方式中，使环状变形体30之中配置于Y坐标为正的区域的半圆环状的部分作为高弹力部30a构成，使配置于Y坐标的负的区域的剩余的半圆环状的部分作为低弹力部30b构成。作为将高弹力部30a和低弹力部30b具体呈现的方法可考虑各种方式，但在此，如图示那样，通过使高弹力部30a的径向的厚度比低弹力部30b的径向的厚度大，从而使该高弹力部30a的弹簧常数比低弹力部30b的弹簧常数大。

[0255] 当然，通过使高弹力部30a的Z轴方向的厚度比低弹力部30b的Z轴方向方向的厚度大，从而也能够使该高弹力部30a的弹簧常数比低弹力部30b的弹簧常数大，并通过由不同的材质来构成高弹力部30a和低弹力部30b，从而也能够使该高弹力部30a的弹簧常数比低弹力部30b的弹簧常数大。

[0256] 另外，在图15所示的例子中，使高弹力部30a和低弹力部30b以在内周面不产生阶梯差的方式连接，从Z轴方向观察，环状变形体30的内周面成为圆形。换言之，环状变形体30的内周面从原点O至与V轴以及W轴相交的四个部位的距离全部变为相等。然后，如图示那样，在与该四个部位对应的位置配置有各一个位移电极E31a、E32a、E31b、E32b。如果详述，则位移电极E31a是形成于V轴的正的区域与环状变形体30的高弹力部30a的内周面相交的区域的电极，位移电极E32a是形成于W轴的正的区域与环状变形体30的高弹力部30a的内周面相交的区域的电极。另外，位移电极E31b是形成于V轴的负的区域与环状变形体30的低弹力部30b的内周面相交的区域的电极，位移电极E32b是形成于W轴的负的区域与环状变形体30的低弹力部30b的内周面相交的区域的电极。

[0257] 然后，在与这些位移电极E31a、E32a、E31b、E32b对置的位置分别配置有固定电极E21a、E22a、E21b、E22b，并固定于右侧支承体20。由于右侧支承体20以及左侧支承体10的构成与上述的现有的扭矩传感器是同样的，因此省略其详细的说明。在此，将在高弹力部30a以及低弹力部30b配置有各两个电容元件的扭矩传感器称为两电极类型的扭矩传感器。

[0258] 图16是示出在绕Z轴正向的扭矩作用于本实施方式的扭矩传感器时的图15的基本结构部的变形状态的XY剖面图。正如在§2中所阐述的那样，当这样的扭矩进行作用时，环状变形体30变形为椭圆状，V轴成为该椭圆的短轴方向，W轴成为该椭圆的长轴方向。只是，本实施方式的环状变形体30的高弹力部30a的弹簧常数比低弹力部30b的弹簧常数大。因此，如图示那样，低弹力部30b的变形的程度比高弹力部30a的变形的程度大。其结果，配置于V轴上的一对电极E21a、E31a以及一对电极E21b、E31b的各电极间隔同时变窄，但其程度是配置于负的V轴上的一对电极E21b、E31b的电极间隔的一方大。另外，配置于W轴上的一对电极E22a、E32a以及一对电极E22b、E32b的各电极间隔同时扩大，但其程度是配置于负的W轴上的一对电极E22b、E32b的电极间隔的一方大。

[0259] 另一方面，在扭矩作用于相反方向的情况下，即在绕Z轴负向的扭矩进行了作用的情况下，与图16所示的例子相反，由于逆时针的旋转力对环状变形体30(的连接点P11、P12)进行作用，因此环状变形体30变形为以V轴为长轴方向、W轴为短轴方向的椭圆。因此，环状变形体30的位于V轴上以及W轴上的各位移电极E31a、E31b、E32a、E32b的位移方向成为与图16所示的例子相反的方向。

[0260] 因此，如以下的[公式1]所示，基于相当于由一对电极E21a、E31a构成的电容元件C1a以及由一对电极E22a、E32a构成的电容元件C2a的静电电容值的差分的第一电信号T1，能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。进一步地，基于相当于由一对电极E21b、E31b构成的电容元件C1b以及由一对电极E22b、E32b构成的电容元件C2b的静电电容值的差分的第二电信号T2，能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。并且，在以下的[公式1]中，C1a、C2a、C1b、C2b分别示出了电容元件C1a、C2a、C1b、C2b的静电电容值。

[0261] [公式1]

[0262] T1＝C1a-C2a

[0263] T2＝C1b-C2b

[0264] 在本实施方式中，随着金属疲劳在环状变形体30累积，利用这些第一以及第二电信号T1和T2的比率发生变化，进行扭矩传感器的故障诊断。因此，在以下的说明中，将在环状变形体30未产生金属疲劳的初始状态下的第一以及第二电信号作为T1a、T2a，将在环状变形体30产生了(累积了)金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号作为T1b、T2b，分别进行区分。

[0265] 图17是示出在图15的环状变形体30未产生金属疲劳的状态(初始状态)下，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与从该扭矩传感器输出的第一电信号T1a以及第二电信号T2a的关系的图表，图18是示出在图15的环状变形体30产生了(累积了)金属疲劳的状态下，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与从该扭矩传感器输出的第一电信号T1b以及第二电信号T2b的关系的图表。在各图中，横轴示出了作用于扭矩传感器的扭矩，纵轴示出了根据该扭矩而从扭矩传感器输出的电信号的大小。因此，在各图中，示出各电信号T1a～T2b的直线的倾斜度表示扭矩传感器的检测灵敏度。其结果是，本实施方式的基本结构部与以不同的灵敏度配置有两个上述的现有的两电极类型的基本结构部的构成是等同的。并且，各直线的倾斜度依赖于对应的高弹力部30a以及低弹力部30b的弹簧常数。

[0266] 接下来，说明判定扭矩传感器是否正常发挥机能的方法。当反复的负荷对本实施方式的扭矩传感器进行作用时，在环状变形体30产生金属疲劳。金属疲劳在由扭矩引起的变形相对大的低弹力部30b中明显发现。当该金属疲劳被累积时，低弹力部30b的强度降低，最终环状变形体30断裂。一般地，在金属材料中，当金属疲劳累积时，由于该金属材料变软，因此低弹力部30b的弹簧常数降低。即，在本实施方式的环状变形体30中，当金属疲劳在低弹力部30b累积时，该低弹力部30b由扭矩而被较大地变形，与初始状态进行比较，低弹力部30b相对于扭矩的灵敏度上升。通过将图17与图18进行比较可理解该情况。

[0267] 具体地，参照图17，在初始状态下，示出与低弹力部30b对应的第二电信号T2a的直线的倾斜度(灵敏度)是2.0。另一方面，参照图18，在金属疲劳累积了的状态下，示出与低弹力部30b对应的第二电信号T2b的直线的倾斜度(灵敏度)是3.0，灵敏度上升50％。

[0268] 当然，在高弹力部30a也发现金属疲劳，但其发现的程度比低弹力部30b中的金属疲劳的发现的程度小。实际上，参照图17，在初始状态下，示出与高弹力部30a对应的第一电信号T1a的直线的倾斜度(灵敏度)是0.5。其另一方面，参照图18，在金属疲劳累积了的状态下，示出与高弹力部30a对应的第一电信号T1b的直线的倾斜度(灵敏度)是0.6。因此，灵敏度的上升停留在20％。

[0269] 在此应该关注的是在高弹力部30a和低弹力部30b中金属疲劳的发现的程度不同。即，与在初始状态下第一电信号T1a与第二电信号T2a的比率(T2a/T1a)是4.0相对，在金属疲劳累积了的状态下第一电信号T1b与第二电信号T2b的比率(T2b/T1b)上升到5.0。本发明利用该情况来进行扭矩传感器的故障诊断。

[0270] 换言之，因在高弹力部30a和低弹力部30b中金属疲劳的累积的特性不同而引起第一电信号T1与第二电信号T2的比率随着反复的负荷而逐渐发生变化。然后，当反复的负荷进一步地对扭矩传感器进行作用时，环状变形体30最终在低弹力部30b断裂，配置于该低弹力部30b侧的两个电容元件C1b、C2b不再正常发挥机能。另一方面，在该时刻配置于高弹力部30a侧的两个电容元件C1a、C2a正常发挥机能的盖然性高。

[0271] 从以上的情况，例如使用配置于高弹力部30a侧的电容元件C1a、C2a进行扭矩的计量，并且评价第一电信号T1b和第二电信号T2b的比率与初始状态下的第一电信号T1a和第二电信号T2a的比率之差是否在规定的范围内，从而判定扭矩传感器是否正常发挥机能。

[0272] 为了使以上的判定原理具体呈现，本实施方式的扭矩传感器具有图19所示的检测电路。图19是在本实施方式的扭矩传感器中所采用的检测电路的框图。该检测电路具有C/V转换器41、微型计算机(microcomputer)47和存储部48，该C/V转换器41将从包含环状变形体30以及电容元件C1a、C2a、C1b、C2b的机构部提供的与四个电容元件的静电电容值相关的信息分别转换为对应的电压值，该微型计算机47将从C/V转换器41提供的四个电压值与[公式1]对应地分别进行差分处理，计算上述的第一电信号T1和第二电信号T2并算出作用于扭矩传感器的扭矩，该存储部48存储连接于微型计算机47的第一电信号T1a与第二电信号T2a的初始状态的比率。微型计算机47具有将存储于存储部48的初始状态的比率与当前的第一电信号T1b和第二电信号T2b的比率进行比较并判定该比较结果是否在规定的范围内的功能。

[0273] 比较的结果，上述比率在规定的范围内的情况下，微型计算机47判定为扭矩传感器正常发挥机能，输出计量出的扭矩的值。在本实施方式中，使用基于设置于高弹力部30a侧的电容元件C1a、C2a提供的第一电信号T1a、T1b来计量扭矩。这是因为考虑到，如上述那样，由于高弹力部30a的一方比低弹力部30b相对不易发现金属疲劳，因此由该金属疲劳造成的影响小，能够更高精度地计量扭矩。另一方面，上述比率不在规定的范围内的情况下，微型计算机47判定为扭矩传感器未正常发挥机能(故障)，输出故障诊断信号。当然，也可以基于配置于低弹力部30b的电容元件C1b、C2b的静电电容值的变动量来进行扭矩的计量。由于这些电容元件C1b、C2b与电容元件C1a、C2a比较，相对扭矩发生较大地变化(灵敏度高)，因此能够进行S/N优异的扭矩的计量。

[0274] 并且，在本实施方式中，将各固定电极E21a、E22a、E21b、E22b固定于右侧支承体20，但使固定电极固定于左侧支承体10也无妨。例如，在图12所示的例子的情况下，固定电极E21由从右侧支承体20的左侧面向左侧突出的导电板构成，但由从左侧支承体10的右侧面向右侧突出的导电板来构成固定电极E21也无妨。总之，只要使固定电极E21以被维持在与位移电极E31对置的固定位置的方式来设置即可，而与环状变形体30的变形无关。

[0275] 另外，在此所示的实施方式中，将位移电极E31a、E32a、E31b、E32b固定在环状变形体30的内周面，但将位移电极固定在环状变形体30的外周面也无妨。如观察图16而明确的那样，在环状变形体30变形为椭圆时产生位移的不仅是环状变形体30的内周面，而且外周面也相同地产生位移。因此，位移电极也可以形成于环状变形体30的外周面。在该情况下，只要将与位移电极对置的固定电极配置在位移电极的更外侧即可。只是，在该情况下，如果使高弹力部30a和低弹力部30b以在外周面不产生阶梯差的方式平滑地连接，则能够以高对称性配置各电极。在该情况下，环状变形体30的径向的厚度在使低弹力部30b比高弹力部30a的该径向的厚度构成地薄的情况下，在环状变形体30的内周面，在高弹力部30a与低弹力部30b的连接部分产生阶梯差。不过，当采用在环状变形体30的外侧配置各电极的结构时，传感器的整体性尺寸变大，因此在实际应用上，如以上所阐述的实施方式那样，优选在环状变形体30的内周面设置位移电极。只是，在后述的图38以及图39所示的变形例中，即使将位移电极配置在外侧，尺寸也相同。

[0276] 根据以上那样的本实施方式的扭矩传感器，随着低弹力部30b的一方比高弹力部30a先金属疲劳，第一电信号T1与第二电信号T2的比率产生变化。关注该情况，能够提供如下扭矩传感器：在环状变形体30断裂之前，检测在该环状变形体30产生了金属疲劳，从而能够诊断环状变形体30的故障。

[0277] <<<§5.本发明的一电极类型的扭矩传感器的实施例>>>

[0278] 在§4中，作为两电极类型的扭矩传感器，说明了在高弹力部30a以及低弹力部30b配置有各两个电容元件的扭矩传感器。由于该扭矩传感器能够由各两个电容元件进行差分检测，因此能够进行排除了温度变化的影响的高精度的扭矩的计量。然而，在温度一定的情况下、进行温度补偿的情况下，即使在高弹力部30a以及低弹力部30b仅配置各一个电容元件，也能够由单一的扭矩传感器进行扭矩的检测和故障诊断。在此，将在高弹力部30a以及低弹力部30b配置有各一个电容元件的扭矩传感器称为一电极类型的扭矩传感器。

[0279] 图20是示出本发明的一电极类型的扭矩传感器的基本结构部的XY剖面图。在图20中，为了说明的方便起见，也叠加绘制出X、Y、V、W轴。如图示那样，本实施方式的扭矩传感器的环状变形体30具有与在§4中所说明的两电极类型的扭矩传感器的环状变形体30相同结构。另外，在V轴的正的区域与环状变形体30的高弹力部30a的内周面的交叉区域配置有位移电极E31a，在V轴的负的区域与环状变形体30的低弹力部30b的内周面的交叉区域配置有位移电极E31b。

[0280] 然后，在与这些位移电极E31a、E31b对置的位置分别配置有固定电极E21a、E21b，并固定于右侧支承体20。通过这样的构成，由位移电极E31a和固定电极E21a构成电容元件C1a，由位移电极E31b和固定电极E21b构成电容元件C1b。其结果是，本实施方式的扭矩传感器成为从在§4中所说明的两电极类型的扭矩传感器去除了构成配置于W轴上的两个电容元件C2a、C2b的各电极的构成。由于其他构成与在§4中所说明的两电极类型的扭矩传感器是同样的，因此省略其详细的说明。

[0281] 图21是示出在绕Z轴正向的扭矩对图20的基本结构部进行了作用时的状态的XY剖面图(虚线示出变形前的状态)。如图21所示，当绕Z轴正向(图21中的绕右向)的扭矩对本实施方式的扭矩传感器的基本结构部进行作用时，如上述那样，环状变形体30变形为椭圆状，V轴成为该椭圆的短轴方向，W轴成为该椭圆的长轴方向。只是，环状变形体30的高弹力部30a的弹簧常数比低弹力部30b的弹簧常数大。因此，如在§4中所阐述的那样，低弹力部30b的变形的程度比高弹力部30a的变形的程度大。其结果，配置于V轴上的一对电极E21a、E31a以及一对电极E21b、E31b的电极间隔同时变窄，但其程度是配置于负的V轴上的一对电极E21b、E31b的电极间隔的一方大。

[0282] 当然，在扭矩作用于相反方向的情况下，即在绕Z轴负向的扭矩进行了作用的情况下，与图21所示的例子相反，由于逆时针的旋转力对环状变形体30(的连接点P11、P12)进行作用，因此环状变形体30变形为以V轴为长轴方向、W轴为短轴方向的椭圆。因此，环状变形体30的位于V轴上的部分的位移方向成为与图21所示的例子相反的方向。

[0283] 因此，如以下的[公式2]所示，基于与由一对电极E21a、E31a构成的电容元件C1a的静电电容值对应的第一电信号T1，能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。进一步地，基于与由一对电极E21b、E31b构成的电容元件C1b的静电电容值对应的第二电信号T2，能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。并且，在以下的[公式2]中，C1a以及C1b分别示出了电容元件C1a、C1b的静电电容值。

[0284] [公式2]

[0285] T1＝C1a

[0286] T2＝C1b

[0287] 在本实施方式中，随着金属疲劳在环状变形体30累积，也利用这些T1与T2的比率发生变化，进行扭矩传感器的故障诊断。因此，在以下的说明中，与§4同样地，将在环状变形体30未产生金属疲劳的初始状态下的第一以及第二电信号作为T1a、T2a，将在环状变形体30产生了(累积了)金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号作为T1b、T2b，分别进行区分。
在本实施方式中，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与初始状态下的第一以及第二电信号T1a、T2a的关系与图17所示的图表相同。另外，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与在环状变形体30产生了金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号T1b、T2b的关系与图18所示的图表相同。

[0288] 用于判定以上那样的本实施方式的扭矩传感器是否正常发挥机能的原理以及方法与§4相同。即，将§4中的第一电信号T1(T1a、T1b)以及第二电信号T2(T2a、T2b)代读入[公式2]，从而可理解本实施方式的扭矩传感器的故障判定的原理以及方法。因此，在此，省略该原理以及方法的详细的说明。只是，在本实施方式中，检测电路的微型计算机47不需要进行差分检测。因此，微型计算机47只要将从C/V转换器41提供的两个电压值直接作为第一电信号T1以及第二电信号T2输出即可。

[0289] 根据以上那样的本实施方式的扭矩传感器，随着低弹力部30b的一方比高弹力部30a先金属疲劳，第一电信号T1与第二电信号T2的比率产生变化。关注该情况，能够提供如下扭矩传感器：在环状变形体30断裂之前，检测在该环状变形体30产生了金属疲劳，从而能够诊断环状变形体30的故障。

[0290] 并且，在以上的说明中，使两个电容元件C1a、C1b各一个配置于正的V轴上和负的V轴上而在W轴上未配置电容元件，但即使是使两个电容元件各一个配置于正的W轴上和负的W轴上而在V轴上未配置电容元件这样的方式，也能够提供同样的功能。

[0291] <<<§6.本发明的四电极类型的扭矩传感器的实施例>>>

[0292] 接下来参照图22，说明本发明的四电极类型的扭矩传感器。图22是示出本发明的四电极类型的扭矩传感器的基本结构部的XY剖面图。在图22中，为了说明的方便起见，也叠加绘制出X、Y、V、W轴。本实施方式的基本结构部与两电极类型以及一电极类型的扭矩传感器的基本结构部不同，使四个高弹力部30a和四个低弹力部30b在圆周方向交替配置而构成。具体地，如图示那样，在XY平面上，在定义了通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴的情况下，当从Z轴方向观察时，使高弹力部30a在由正的X轴和正的V轴所划分的区域(i)、由正的Y轴和正的W轴所划分的区域(iii)、由负的X轴和负的V轴所划分的区域(v)以及由负的Y轴和负的W轴所划分的区域(vii)各一个逐个地配置。另一方面，使低弹力部30b在剩余的区域、即在由正的V轴和正的Y轴所划分的区域(ii)、由正的W轴和负的X轴所划分的区域(iv)、由负的V轴和负的Y轴所划分的区域(vi)以及由负的W轴和正的X轴所划分的区域(viii)各一个逐个地配置。四电极类型的扭矩传感器意思是这样在高弹力部30a以及低弹力部30b配置有各四个电容元件的扭矩传感器。

[0293] 如图示那样，使各高弹力部30a以及各低弹力部30b以在环状变形体30的内周面不产生阶梯差的方式彼此连接。并且，在该内周面配置有八个位移电极E31a～E34b。位移电极E31a在正的V轴附近配置于在区域(i)所配置的高弹力部30a的内周面，位移电极E31b在正的V轴附近配置于在区域(ii)所配置的低弹力部30b的内周面。位移电极E32a在正的W轴附近配置于在区域(iii)所配置的高弹力部30a的内周面，位移电极E32b在正的W轴附近配置于在区域(iv)所配置的低弹力部30b的内周面。位移电极E33a在负的V轴附近配置于在区域(v)所配置的高弹力部30a的内周面，位移电极E33b在负的W轴附近配置于在区域(vi)所配置的低弹力部30b的内周面。位移电极E34a在负的W轴附近配置于在区域(vii)所配置的高弹力部30a的内周面，位移电极E34b在负的W轴附近配置于在区域(viii)所配置的低弹力部30b的内周面。

[0294] 另一方面，在与这些位移电极E31a～E34b对置的位置，如图示那样，分别配置有固定电极E21a～E24b，并固定于右侧支承体(未图示)。然后，由这些彼此对置的八组电极构成八个电容元件C1a～C4b。

[0295] 在本实施方式中，使由固定电极E21a和位移电极E31a构成的电容元件C1a与由固定电极E21b和位移电极E31b构成的电容元件C1b从Z轴方向观察关于V轴对称地配置。另外，使由固定电极E22a和位移电极E32a构成的电容元件C2a与由固定电极E22b和位移电极E32b构成的电容元件C2b从Z轴方向观察关于W轴对称地配置，使由固定电极E23a和位移电极E33a构成的电容元件C3a与由固定电极E23b和位移电极E33b构成的电容元件C3b从Z轴方向观察关于V轴对称地配置，使由固定电极E24a和位移电极E34a构成的电容元件C4a与由固定电极E24b和位移电极E34b构成的电容元件C4b从Z轴方向观察关于W轴对称地配置。由于其他构成与上述的两电极类型以及一电极类型的扭矩传感器是同样的，因此省略其详细的说明。

[0296] 图23是示出在绕Z轴正向的扭矩对图22的基本结构部进行了作用时的状态的XY剖面图。如上述那样，当这样的扭矩进行作用时，环状变形体30变形为大致椭圆状，V轴成为该椭圆的短轴方向，W轴成为该椭圆的长轴方向。只是，本实施方式的环状变形体30的相对不易变形的高弹力部30a和相对容易变形的低弹力部30b交替配置而构成。因此，环状变形体30如图示那样在高弹力部30a和低弹力部30b中位移的程度不同。具体地，区域(i)的高弹力部30a和区域(ii)的低弹力部30b同时向正的V轴方向位移，但区域(ii)的低弹力部30b的一方较大地位移。同样地，区域(iii)的高弹力部30a和区域(iv)的低弹力部30b同时向负的W轴方向位移，但区域(iv)的低弹力部30b的一方较大地位移。另外，区域(v)的高弹力部30a和区域(vi)的低弹力部30b同时向负的V轴方向位移，但区域(vi)的低弹力部30b的一方较大地位移。区域(vii)的高弹力部30a和区域(viii)的低弹力部30b同时向正的W轴方向位移，但区域(viii)的低弹力部30b的一方较大地位移。

[0297] 在扭矩作用于相反方向的情况下，即，在绕Z轴负向的扭矩进行了作用的情况下，与图23所示的例子相反，由于逆时针的旋转力对环状变形体30(的连接点P11、P12)进行作用，因此环状变形体30变形为以V轴为长轴方向、W轴为短轴方向的椭圆。因此，环状变形体30的位于V轴以及W轴的附近的各位移电极E31a～E34b的位移成为与图23所示的例子相反的方向。

[0298] 根据本实施方式的扭矩传感器，如以下的[公式3]所示，通过基于由各一对电极构成的电容元件C1a、C2a、C3a、C4a的各静电电容值的第一电信号T1而能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。进一步地，通过基于由各一对电极构成的电容元件C1b、C2b、C3b、C4b的各静电电容值的第二电信号T2也能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。并且，在以下的[公式3]中，C1a～C4b示出了电容元件C1a～C4b的静电电容值。

[0299] [公式3]

[0300] T1＝(C1a+C3a)-(C2a+C4a)

[0301] T2＝(C1b+C3b)-(C2b+C4b)

[0302] 在本实施方式中，随着金属疲劳在环状变形体30累积，也利用这些T1以及T2发生变化，进行扭矩传感器的故障诊断。因此，在以下的说明中，与§4同样地，将在环状变形体30未产生金属疲劳的初始状态下的第一以及第二电信号作为T1a、T2a，将在环状变形体30产生了(累积了)金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号作为T1b、T2b，分别进行区分。在本实施方式中，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与初始状态下的第一以及第二电信号T1a、T2a的关系与图17所示的图表相同。另外，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与在环状变形体30产生了金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号T1b、T2b的关系与图18所示的图表相同。

[0303] 用于判定以上那样的本实施方式的扭矩传感器是否正常发挥机能的原理以及方法与§4相同。即，将§4中的第一电信号T1(T1a、T1b)以及第二电信号T2(T2a、T2b)代读入[公式3]，从而可理解本实施方式的扭矩传感器的故障判定的原理以及方法。因此，在此，省略该原理以及方法的详细的说明。

[0304] 只是，在本实施方式中，使用设置于高弹力部30a侧以及低弹力部30b侧的各四个电容元件来进行高精度的差分检测。因此，检测电路的微型计算机47将相当于“两个电容元件C1a、C3a的静电电容值之和与两个电容元件C2a、C4a的静电电容值之和的差”的第一电信号T1、和相当于“两个电容元件C1b、C3b的静电电容值之和与两个电容元件C2b、C4b的静电电容值之和的差”的第二电信号T2作为示出所作用的扭矩的电信号输出。

[0305] 根据以上那样的本实施方式的扭矩传感器，随着低弹力部30b的一方比高弹力部30a先金属疲劳，第一电信号T1与第二电信号T2的比率产生变化。关注该情况，能够提供如下扭矩传感器：在环状变形体30断裂之前，检测在该环状变形体30产生了金属疲劳，从而能够诊断环状变形体30的故障。

[0306] 并且，在本实施方式中，在环状变形体30的内周面配置有位移电极E31a～E34b，但作为变形例，也能够在环状变形体30的外周面配置该位移电极E31a～E34b。在该情况下，只要将与位移电极对置的固定电极配置在位移电极的更外侧即可。只是，在该情况下，如果使高弹力部30a和低弹力部30b以在外周面不产生阶梯差的方式平滑地连接，则能够以高对称性配置各电极。在该情况下，环状变形体30的径向的厚度在使低弹力部30b比高弹力部30a的该径向的厚度构成地薄的情况下，在环状变形体30的内周面，在高弹力部30a与低弹力部30b的连接部分产生阶梯差。不过，当采用在环状变形体30的外侧配置各电极的结构时，传感器的整体性尺寸变大，因此在实际应用上，如以上所阐述的实施方式那样，优选在环状变形体30的内周面设置位移电极。只是，在本实施方式中，在后述的图38以及图39所示的变形例中，即使将位移电极配置在外侧，尺寸也相同。

[0307] 另外，在§6中所阐述的四电极类型的扭矩传感器中，不会受到绕Z轴的扭矩以外的X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy、Z轴方向的力Fz、绕X轴的扭矩Tx、绕Y轴的扭矩Ty的影响，而能够正确计量绕Z轴的扭矩Tz。关于其详情，记载在本申请人的日本专利特开2012-37300号公报。

[0308] <<<§7.采用了由本申请人提出的波型的检测部的扭矩传感器的基本结构部>>>[0309] <7-1.基本结构部的整体构成>

[0310] 接下来，说明对在由本申请人申请的国际专利申请PCT/JP2015/052783中提出的扭矩传感器赋予了本发明的故障判定的功能的新扭矩传感器。在该说明之前，首先，参照图24～图32，阐述在该国际专利申请中提出的扭矩传感器的基本结构部。图24是采用了波型的检测部的现有的扭矩传感器的基本结构部的分解立体图。如图示那样，该基本结构部通过在左侧支承体10与右侧支承体20之间配置环状变形体50并将这些三个构成要素彼此接合而构成。在此，为了方便起见，正如图示的那样，定义XYZ三维坐标系，并进行以下的说明。
在图的水平方向绘制出的Z轴相当于作为检测对象的扭矩的旋转轴，该扭矩传感器发挥检测绕该旋转轴(绕Z轴)的扭矩的功能。

[0311] 图1所示的扭矩传感器的基本结构部与图24所示的采用了波型的检测部的扭矩传感器的基本结构部的差异是前者的环状变形体30在后者中被置换成环状变形体50的点。图1所示的环状变形体30是通过在以Z轴(旋转轴)为中心轴所配置的圆盘的中央部形成呈直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部H30而得到的圆环状的构件。与此相对，图24所示的环状变形体50是相对该圆环状的环状变形体30实施部分性材料除去加工而得到的构件，旋转轴(Z轴)插通在形成于内部的贯通开口部H50。因此，该环状变形体50基本上是在内部形成有同心圆盘状的贯通开口部H50的圆环状的构件，但通过实施了材料除去加工的部分而形成图示那样的第一检测部至第四检测部D1～D4。

[0312] 并且，在此，为了说明环状变形体50的形状而使用了“材料除去加工”这样的用词，但实际上在制作环状变形体50时，未必需要对圆环状的构件实施切削加工等。例如，如果是在由金属构成环状变形体50的情况下，则也能够通过使用了铸模的铸造来制造，如果是在由塑料等树脂构成的情况下，则能够通过使用了规定的模型的注塑成形加工、冲压加工来制造环状变形体50。

[0313] 在此，将环状变形体50之中第一检测部至第四检测部D1～D4以外的部分称为连结部L1～L4。正如图示的那样，环状变形体50具有将四组检测部D1～D4和四组连结部L1～L4交替配置的结构。四组连结部L1～L4由圆环状的构件的圆弧部分构成，四组检测部D1～D4如后述那样具有产生由扭矩的作用引起的弹性变形的结构。在图示的例子的情况下，环状变形体50的第一检测部至第四检测部D1～D4的部分由厚度薄的板状片构成，该板状片作为板簧发挥机能并通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形。

[0314] 并且，该图24所示的左侧支承体10以及右侧支承体20与图1所示的左侧支承体10以及右侧支承体20是完全相同的构成要素，是通过在以Z轴(旋转轴)为中心轴所配置的圆盘的中央部形成呈直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部H10、H20而得到的圆环状的构件。其结果是，在该图24所示的基本结构部的情况下，左侧支承体10以及右侧支承体20也是在中心部具有贯通开口部H10、H20的环状的结构体，确保了沿着Z轴(旋转轴)贯通左侧支承体10、环状变形体50、右侧支承体20的各贯通开口部H10、H50、H20的插通孔。并且，关于各支承体10、20而形成贯通开口部H10、H20不是为了实施本发明的必须条件，因此未必需要设置贯通开口部H10、H20。

[0315] 在图24所示的基本结构部中，左侧支承体10也是支承环状变形体50的左侧面的构件，右侧支承体20是支承环状变形体50的右侧面的构件。在此，也在环状变形体50的中心位置定义XYZ三维坐标系的原点O，左侧支承体10、环状变形体50、右侧支承体20均以Z轴成为中心轴的方式配置。

[0316] 另外，在左侧支承体10的右侧面设置有向右方突出的两个扇形的凸状部11、12(左侧连接构件)，该凸状部11、12的顶面与环状变形体50的左侧面接合。同样地，在右侧支承体20的左侧面设置有向左方突出的两个扇形的凸状部21、22(右侧连接构件)，该凸状部21、22的顶面与环状变形体50的右侧面接合。

[0317] 正如图示的那样，凸状部11与环状变形体50的上部(位于Y轴正方向的连结部L2)接合，凸状部12与环状变形体50的下部(位于Y轴负方向的连结部L4)接合。同样地，凸状部21与环状变形体50的里侧的部分(位于X轴正方向的连结部L1)接合，凸状部22与环状变形体50的近前的部分(位于X轴负方向的连结部L3)接合。如后述那样，这些各凸状部的连接位置相当于环状变形体50的各连接点Q1～Q4的位置。

[0318] 图25是通过将图24所示的三个构成要素彼此接合而得到的扭矩传感器的基本结构部的侧视图(为了避免图变得复杂，关于检测部，仅示出了位于近前的检测部D2、D3的外周面)。在此所示的例子的情况下，正如图24所示的那样，凸状部11、12是与左侧支承体10成为一体的结构体，其顶面与环状变形体50的连结部L2、L4的左侧面接合。同样地，凸状部21、22是与右侧支承体20成为一体的结构体，其顶面与环状变形体50的连结部L1、L3的右侧面接合。

[0319] 其结果是，凸状部11、12将环状变形体50的与左侧支承体10对置的左侧的侧面上的左侧连接点作为与左侧支承体10连接的左侧连接构件而发挥机能，凸状部21、22将环状变形体50的与右侧支承体20对置的右侧的侧面上的右侧连接点作为与右侧支承体20连接的右侧连接构件而发挥机能。

[0320] 图26是从图24的右方向观察图24所示的环状变形体50的主视图。在该图中，为了说明的方便起见，在XY平面上，也定义通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴。V轴是在XY平面上以原点O为中心使X轴逆时针旋转了45°的坐标轴，W轴是在XY平面上以原点O为中心使Y轴逆时针旋转了45°的坐标轴。正如图示的那样，分别使第一检测部D1配置于正的V轴上(第一象限I)、第二检测部D2配置于正的W轴上(第二象限II)、第三检测部D3配置于负的V轴上(第三象限III)、第四检测部D4配置于负的W轴上(第四象限IV)。

[0321] 在此，各检测部D1～D4均由第一变形部51、第二变形部52、位移部53这三个部件构成。在图中，仅关于检测部D1的构成部件标注了符号，但关于检测部D2～D4也是同样的。这些四组检测部D1～D4的三维形状正如图24的分解立体图所示的那样。四组连结部L1～L4具有连结这些四组检测部D1～D4的功能，在各检测部D1～D4之间分别插入有各连结部L1～L4。

[0322] 在图26由虚线示出了凸状部11、12(左侧连接构件)的接合位置以及凸状部21、22(右侧连接构件)的接合位置。

[0323] 图27是示出图24所示的环状变形体50的各检测点Q1～Q4以及各连接点P11～P22的配置向XY平面上的投影图(从右侧支承体20侧观察到的图)。仅示出环状变形体50其内侧以及外侧的轮廓圆的投影图像。另外，图中由单点划线绘制出的粗的圆是在XY平面上所定义的基本环形路径R。该基本环形路径R在图示的实施例的情况下是通过环状变形体50的内侧轮廓圆和外侧轮廓圆的中间位置的XY平面上的圆，为环状变形体50的环状厚度部分的中心线。

[0324] 正如图示的那样，将四组检测点Q1～Q4作为该基本环形路径R上的点来定义。具体地，第一检测点Q1定义在正的V轴与基本环形路径R的交叉位置，第二检测点Q2定义在正的W轴与基本环形路径R的交叉位置，第三检测点Q3定义在负的V轴与基本环形路径R的交叉位置，第四检测点Q4定义在负的W轴与基本环形路径R的交叉位置。这些检测点Q1～Q4分别示出检测部D1～D4的配置。即，如果将图26以及图27进行对比，则可知道第一检测部D1配置于第一检测点Q1的位置、第二检测部D2配置于第二检测点Q2的位置、第三检测部D3配置于第三检测点Q3的位置、第四检测部D4配置于第四检测点Q4的位置。

[0325] 另一方面，图27中由白圆点所示出的点P11、P12是左侧连接点的投影图像，图27中由黑圆点所示出的点P21、P22是右侧连接点的投影图像。正如上述那样，左侧连接点P11、P12实际上是环状变形体50的左侧面上的点，示出了凸状部11、12(左侧连接构件)的连接位置，右侧连接点P21、P22实际上是环状变形体50的右侧面上的点，示出了凸状部21、22(右侧连接构件)的连接位置。在图示的例子的情况下，这些各连接点P11～P22的投影图像也位于基本环形路径R上。即，左侧连接点P11、P12的投影图像定义在Y轴与基本环形路径R的交叉位置，右侧连接点P21、P22投影图像定义在X轴与基本环形路径R的交叉位置。

[0326] 其结果是，在图27所示的例子的情况下，使示出左侧连接构件P11、P12的连接位置的左侧连接点P11、P12(白圆点)和示出右侧连接构件P21、P22的连接位置的右侧连接点P21、P22(黑圆点)沿着基本环形路径R交替配置。这样的交替配置如后述那样在作为检测对象的扭矩进行了作用时，为了在环状变形体50产生有效的变形是重要的。另外，四组检测点Q1～Q4配置于各连接点P11～P22之间。这样的配置也在作为检测对象的扭矩进行了作用时，为了在各检测部D1～D4产生有效的位移是重要的。

[0327] <7-2.检测部的结构和功能>

[0328] 接着，说明各检测部D1～D4的结构和功能。图28是示出图24所示的环状变形体50的检测部D1～D4的详细结构的部分剖面图。四组检测部D1～D4均具有相同的结构。图28所示的检测部D代表这些四组检测部D1～D4，示出了在包含基本环形路径R的圆柱面剖切环状变形体50时的剖面部分。分别使图28(a)示出了扭矩未进行作用的状态、图28(b)示出了通过扭矩的作用而使压缩力f1作用于检测部D的状态、图28(c)示出了通过扭矩的作用而使伸展力f2作用于检测部D的状态。

[0329] 正如图28(a)所示的那样，连结部L位于检测部D的左右两侧。该连结部L相当于四组连结部L1～L4的任意一个。例如，在图28(a)所示的检测部D是图24所示出的第二检测部D2的情况下，配置于右侧的连结部L相当于图24所示的连结部L2，配置于左侧的连结部L相当于图24所示的连结部L3。

[0330] 正如图示的那样，检测部D具有由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第一变形部51、由作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的第二变形部52、以及由第一变形部51和第二变形部52的弹性变形而产生位移的位移部53，并配置在配置于左侧的连结部L的端部与配置于右侧的连结部L的端部之间。

[0331] 在此所示的例子的情况下，第一变形部51由具有可挠性的第一板状片构成，第二变形部52由具有可挠性的第二板状片构成，位移部53由第三板状片构成。实际上，环状变形体50通过由金属(不锈钢、铝等)、合成树脂(塑料等)这样的相同材料构成的结构体而构成。由于第一板状片51、第二板状片52、位移部53与连结部L相比是厚度薄的板状的构件，因此具有可挠性。

[0332] 并且，在此所示的例子的情况下，由于位移部53也是厚度薄的板状的构件，因此具有可挠性，但位移部53未必需要是具有可挠性的构件(当然，也可以具有可挠性)。位移部53的作用是在扭矩进行了作用时相对对置的右侧支承体20产生位移，为了产生这样的位移，只要第一变形部51以及第二变形部52具有可挠性即足够。因此，位移部53未必需要由厚度薄的板状的构件来构成，厚度更厚的构件也无妨。另一方面，连结部L具有某种程度的可挠性也无妨，但为了由所作用的扭矩在第一变形部51以及第二变形部52产生有效的变形，优选连结部L尽量不变形。

[0333] 第一变形部51的外侧端连接于与其相邻的连结部L，第一变形部51的内侧端与位移部53连接。另外，第二变形部52的外侧端连接于与其相邻的连结部L，第二变形部52的内侧端与位移部53连接。在图28(a)所示的例子的情况下，第一变形部、第二变形部、位移部分别由第一板状片51、第二板状片52、第三板状片53构成，第一板状片51的外侧端(左端)与配置在左侧的连结部L的右端部连接，第一板状片51的内侧端(右端)与第三板状片53的左端连接，第二板状片52的外侧端(右端)与配置在右侧的连结部L的左端部连接，第二板状片52的内侧端与第三板状片53的右端连接。

[0334] 正如上述那样，检测部D配置于在基本环形路径R上所定义的检测点Q的位置。图28(a)所示的法线N是在检测点Q的位置竖立的、包含基本环形路径R的基本平面(XY平面)的法线，检测部D以该法线N到达中心的方式配置。另外，在图28(a)的剖面图中，第一板状片51以及第二板状片52相对法线N倾斜，且第一板状片51的倾斜方向(右下降)和第二板状片52的倾斜方向(右上升)为相反方向。特别是，在图示的例子的情况下，检测部D的剖面形状关于法线N成为线对称，第三板状片53的上下两面构成与XY平面平行的面。

[0335] 这样，由于关于包含基本环形路径R的剖面而第一板状片51的倾斜方向与第二板状片52的倾斜方向相对于法线N为相反方向，因此在向沿着基本环形路径R的方向使压缩力f1进行了作用的情况下和使伸展力f2进行了作用的情况下，第三板状片53(位移部)的位移方向成为相反。如后述那样，其用于进行使用了多个电容元件的差分检测很方便。

[0336] 即，正如图28(b)所示的那样，在压缩力f1(图的白箭头)沿着基本环形路径R的方向对检测部D进行了作用的情况下，向缩短横向宽度的方向对检测部D施加应力，因此第一板状片51以及第二板状片52的姿势变化为更垂直地立起的状态。其结果，第三板状片53(位移部)正如图中由黑箭头所示的那样向下方位移。另一方面，正如图28(c)所示的那样，在伸展力f2(图的白箭头)沿着基本环形路径R的方向对检测部D进行了作用的情况下，向扩大横向宽度的方向对检测部D施加应力，因此第一板状片51以及第二板状片52的姿态变化为更水平地倾倒的状态。其结果，第三板状片53(位移部)正如图中由黑箭头所示的那样向上方位移。

[0337] 本发明的基本原理在于利用这样的位移来检测所作用的扭矩的朝向以及大小。即，所作用的扭矩的朝向能够通过位移部53的位移方向(图28中的上方或下方)来检测，所作用的扭矩的大小能够通过该位移量来检测。

[0338] <7-3.电容元件的构成>

[0339] 在本说明中，为了检测位移部53的位移而利用电容元件。图29是示出在图25所示的环状变形体50的第一检测部至第四检测部D1～D4以及与其对置的右侧支承体20的规定部分设置有电极的详细结构的部分剖面图，示出图24所示的环状变形体50以及右侧支承体20的一部分。在该图29中，检测部D也代表四组检测部D1～D4，示出了在包含基本环形路径R的圆柱面剖切环状变形体50时的剖面部分。即，图29的左侧所示出的环状变形体50的一部分与图28(a)所示的环状变形体50的一部分对应。

[0340] 正如上述那样，在扭矩未进行作用的状态下，第三板状片53的两面构成与包含基本环形路径R的XY平面平行的面。因此，正如图示的那样，第三板状片53(位移部)与右侧支承体20的对置面成为平行的状态。并且，在此所示的实施例的情况下，由于检测部D的剖面形状关于法线N成为线对称，因此第三板状片53(位移部)正如28(b)、28(c)所示的那样沿着法线N以平行移动的形式产生位移。其结果是，第三板状片53(位移部)与右侧支承体20的对置面总是被维持在平行的状态。

[0341] 为了检测位移部的位移，在第三板状片53(位移部)的与右侧支承体20对置的位置经由绝缘层I50使位移电极E50固定。另外，在右侧支承体20的与位移电极E50对置的位置经由绝缘层I20使固定电极E20固定。这样一来，基于由位移电极E50和固定电极E20构成的电容元件C的静电电容值，能够检测第三板状片53(位移部)的位移方向以及位移量。

[0342] 具体地，如图28(b)所示，当压缩力f1作用于检测部D时，两电极间距离收缩，电容元件C的静电电容值增加，如图28(c)所示，当伸展力f2作用于检测部D时，两电极间距离扩大，电容元件C的静电电容值减少。在图29中关于检测部D示出了形成有电容元件C的例子，但当然，实际上，关于图24所示的四组检测部D1～D4，分别设置有位移电极E50和固定电极E20，形成四组电容元件C1～C4。在接下来的§8中详述使用了这些四组电容元件C1～C4的具体的扭矩检测的原理。

[0343] 并且，在图29所示的实施例中，将位移电极E50经由绝缘层I50固定于第三板状片53(位移部)，这是因为由金属等导电性材料构成了环状变形体50。同样地，将固定电极E20经由绝缘层I20固定于右侧支承体20，这是因为由金属等导电性材料构成了右侧支承体20。
即，在此所示的实施例的情况下，由于由金属等导电性材料构成左侧支承体10、右侧支承体
20、环状变形体50，因此在位移部53的表面经由绝缘层I50形成位移电极E50，在右侧支承体
20的表面经由绝缘层I20形成固定电极E20。

[0344] 因此，在由树脂等绝缘材料构成了环状变形体50(这之中至少是环状变形体50的形成面)的情况下，不需要设置绝缘层I50。同样地，在由树脂等绝缘材料构成了右侧支承体20(这之中至少是固定电极E20的形成面)的情况下，不需要设置绝缘层I20。

[0345] 另外，在由金属等导电性材料构成了环状变形体50的情况下，也能够将环状变形体50的右侧面的表面的一部分的区域作为位移电极E50来利用。例如，在图29所示的实施例中，如果由导电性材料构成环状变形体50，则由于第三板状片53(位移部)成为导电性的板，因此其自身发挥作为位移电极E50的功能。因此，不再需要另行设置位移电极E50。在该情况下，在电学上，环状变形体50的表面整体成为同电位，但实际上四组电容元件C1～C4的发挥作为位移电极E50的功能的部分仅是与单独设置的四组固定电极E20对置的区域。因此，四组电容元件C1～C4分别作为独立的电容元件工作，不会产生原理性障碍。

[0346] 相反，在由金属等导电性材料构成了右侧支承体20情况下，也能够将右侧支承体20的左侧面的表面的一部分的区域作为固定电极E20来利用。例如，在图29所示的实施例中，如果由导电性材料构成右侧支承体20，则其左侧面的表面的一部分发挥作为固定电极E20的功能。因此，不再需要另行设置固定电极E20。在该情况下，在电学上，右侧支承体20的表面整体成为同电位，但实际上四组电容元件C1～C4的发挥作为固定电极E20的功能的部分仅是与单独设置的四组位移电极E50对置的区域。因此，四组电容元件C1～C4分别作为独立的电容元件工作，不会产生原理性障碍。

[0347] 这样，如果由金属等导电性材料构成环状变形体50或者由金属等导电性材料构成右侧支承体20，则能够省略设置单独的位移电极E50、单独的固定电极E20的工序，因此能够使生产效率更提升。

[0348] 不过，当采用这样的省略结构时，环状变形体50整体或者右侧支承体20整体成为共用的电极，在之外各种各样的部分形成浮游电容。因此，噪声成分变得容易混入静电电容的检测值，检测精度存在降低的可能性。因此，在要求高精度的检测的扭矩传感器情况下，即使是在由导电性材料构成了环状变形体50、右侧支承体20的情况下，也如图29所示的实施例那样，优选分别经由绝缘层设置单独的位移电极E50以及单独的固定电极E20。

[0349] 并且，检测部D的弹性变形的容易度成为左右传感器的检测灵敏度的参数。如果使用容易弹性变形的检测部D，则能够实现即使是微小的扭矩也能够检测的灵敏度高的传感器，但抑制能够检测的扭矩的最大值。相反，如果使用不易弹性变形的检测部D，则能够提高能够检测的扭矩的最大值，但由于灵敏度降低，因此无法进行微小的扭矩的检测。

[0350] 检测部D的弹性变形的容易度依赖并取决于第一变形部51(第一板状片)以及第二变形部52(第二板状片)的厚度(越薄越容易弹性变形)、宽度(越窄越容易弹性变形)、长度(越长越容易弹性变形)等形状，进一步地，也依赖并取决于其材质。另外，也能够以使位移部53(第三板状片)弹性变形的结构来设计检测部D。因此，在实际应用上，根据扭矩传感器的用途，只要适当地选择检测部D的各部分的尺寸、材质即可。

[0351] 并且，正如上述那样，在本申请附图中，为了图示的方便起见，忽略各部分的实际尺寸进行了绘制。例如，在图29中，以使位移电极E50、固定电极E20的厚度、绝缘层I50、绝缘层I20的厚度与各板状片51、52、53的厚度大致相同的方式进行了绘制，但能够通过气相沉积、电镀来构成这些各电极、绝缘层，其厚度能够设定为数μm左右。与此相对，考虑到实际应用的强度，优选使各板状片51、52、53的厚度设计地更厚，比如，在是由金属构成的情况下，优选设定为1mm左右。

[0352] 另一方面，左侧支承体10以及右侧支承体20在检测扭矩的原理上不需要是产生弹性变形的构件。倒不如说，为了使所作用的扭矩100％有助于环状变形体50的变形，优选左侧支承体10以及右侧支承体20是完全的刚体。在图示的例子中，作为左侧支承体10以及右侧支承体20而使用了在中心部具有贯通开口部H10、H20的环状的结构体的理由并不是为了使弹性变形容易，而是为了确保沿着旋转轴(Z轴)贯通左侧支承体10、环状变形体50、右侧支承体20的各贯通开口部H10、H50、H20的插通孔。与在§1～§3中所阐述的在先申请扭矩传感器同样地，如果采用内部为中空的结构，则能够在该中空部分配置各种各样的部件，使实际应用的利用便捷性提升。

[0353] 正如图24所示的那样，左侧支承体10、右侧支承体20、环状变形体50均能够通过Z轴方向的厚度小的扁平结构体构成，因此能够较短地设定传感器整体的轴长。并且，由于能够将用于构成电容元件C的电极结构简单化，因此能够期待使生产效率提升的效果。当将图12例示出的扭矩传感器的电容元件与图29例示出的扭矩传感器的电容元件进行比较时，能够容易地理解该效果。

[0354] <<<§8.由具有波形的检测部的扭矩传感器进行的扭矩检测原理>>>

[0355] <8-1.使用电容元件的扭矩检测>

[0356] 接着，说明由在§7中所阐述的扭矩传感器进行的扭矩的检测原理。图30是示出在向图24所示的基本结构部中的右侧支承体20施加了负荷的状态下，绕Z轴正向的扭矩+Mz作用于左侧支承体10时的变形状态的在XY平面的剖面图。换句话，是在XY平面剖切图24所示的基本结构部并从图24的右方向观察到的剖面图。在此，也作为使X轴以及Y轴逆时针旋转了45°的坐标轴，定义了V轴以及W轴。

[0357] 图中实施了阴影线的剖面部分相当于环状变形体50，在其里侧可看见左侧支承体10。图的点P11～P22是各连接点P11～P22向XY平面上的正投影投影图像。当绕Z轴正向的扭矩+Mz作用于左侧支承体10时，由白箭头所示那样的逆时针的应力作用于图中由白圆点所示出的点P11、P12(左侧连接点)。另一方面，向右侧支承体20施加了负荷，因此图中由黑圆点所示出的点P21、P22(右侧连接点)欲直接停留在固定位置。

[0358] 其结果，图中由白箭头所示那样的伸展力f2作用于第一检测点Q1以及第三检测点Q3的位置附近，图中由白箭头所示那样的压缩力f1作用于第二检测点Q2以及第四检测点Q4的位置附近。其结果是，环状变形体50正如图示的那样变形为以W轴为长轴、V轴为短轴的椭圆形(图的虚线示出了变形前的状态)。

[0359] 正如上述那样，在各检测点Q1～Q4的位置分别配置有检测部D1～D4，并形成有电容元件C1～C4。然后，如图28(b)所示，压缩力f1所作用的检测部D的位移部53以靠近右侧支承体20的方式位移，电容元件C的静电电容值增加，如图28(c)所示，伸展力f2所作用的检测部D的位移部53以远离右侧支承体20的方式位移，电容元件C的静电电容值减少。因此，在绕Z轴正向的扭矩+Mz进行了作用时，各检测部D1～D4示出图31的表所示那样的动作。

[0360] 即，如果使配置于检测部D1～D4的位移电极分别为E501～E504、使与其对置的固定电极分别为E201～E204，则通过绕Z轴正向的扭矩+Mz的作用而使伸展力f2作用于检测点Q1、Q3，位移电极E501、E503以远离固定电极E201、E203的方式位移，电容元件C1、C3的静电电容值减少(在表中以“-”示出)。另一方面，使压缩力f1作用于检测点Q2、Q4，位移电极E502、E504以靠近固定电极E202、E204的方式位移，电容元件C2、C4的静电电容值增加(在表中以“+”示出)。

[0361] 因此，如果使用相同符号C1～C4来表示各电容元件C1～C4的静电电容值，则如表的最下行所示，通过进行基于计算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”的计算而能够检测所作用的绕Z轴正向的扭矩+Mz。在该情况下，得到的计算值Mz为正的值，其绝对值示出所作用的扭矩的大小。

[0362] 另一方面，在绕相反向的扭矩、即绕Z轴负向的扭矩-Mz进行了作用时的各检测部D1～D4的动作与图31的表成为相反，压缩力f1作用于检测点Q1、Q3，伸展力f2作用于检测点Q2、Q4。因此，电容元件C1、C3的静电电容值增加，电容元件C2、C4的静电电容值减少。其结果，基于计算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”得到的计算值Mz为负的值，其绝对值示出所作用的扭矩的大小。其结果是，由该计算式得到的计算值Mz的符号示出所作用的扭矩的朝向，绝对值示出其大小。

[0363] 并且，在此为了说明的方便起见，在向右侧支承体20施加了负荷的状态下，考虑到将施加于左侧支承体10的旋转力矩当作作为检测对象的扭矩，但当然，在向左侧支承体10施加了负荷的状态下，即使将施加于右侧支承体20的旋转力矩当作作为检测对象的扭矩，检测原理也完全相同。

[0364] 因此，在此所说明的例子的情况下，如果使用图32的电路图所示出的那样的检测电路，则能够检测绕Z轴的扭矩。该电路图所示的E501～E504是设置于各检测部D1～D4的位移电极，E201～E204是与这些位移电极E501～E504对置的固定电极，C1～C4是由这些电极构成的电容元件。另外，C/V转换电路101～104是分别将电容元件C1～C4的静电电容值C1～C4转换为电压值V1～V4的电路，转换后的电压值V1～V4分别成为与各静电电容值C1～C4对应的值。差分计算器105具有进行上述的计算式“Mz＝-C1+C2-C3+C4”的计算并将其结果向输出端子T输出的功能。

[0365] 并且，在以上的说明中，使用设置于四个检测部D1～D4的四个全部的电容元件的静电电容值来检测扭矩的方向以及大小，但也能够使用设置于检测部D1以及D2的两个电容元件C1、C2的静电电容值来检测扭矩的方向以及大小。在该情况下，通过进行基于“Mz＝-C1+C2”的计算而能够检测所作用的绕Z轴正向的扭矩+Mz。

[0366] 或者，在温度一定的情况下、进行温度补偿的情况下，也能够仅使用设置于检测部D1的一个电容元件C1的静电电容值来检测扭矩的方向以及大小。在该情况下，通过进行基于“Mz＝-C1”的计算而能够检测所作用的绕Z轴正向的扭矩+Mz。当然，例如也能够仅使用设置于检测部D2的一个电容元件C2的静电电容值，在该情况下，只要进行基于“Mz＝C2”的计算即可。

[0367] <<<§9.本发明的、采用了波形的检测部的一电极类型的扭矩传感器的实施例>>>[0368] 接下来，参照图33，说明本发明的、具有波形的变形部的一电极类型的扭矩传感器的实施例。图33是示出本实施方式的扭矩传感器的基本结构部的概略平面图。本实施方式的基本结构部以第一检测部D1与第二检测部D2具有不同的弹簧常数的方式构成。具体地，如图示那样，第一检测部D1中的第一变形部51以及第二变形部52的上述厚度比第二检测部D2中的第一变形部51以及第二变形部52的上述厚度构成地薄，从而检测部D1的弹簧常数变得比检测部D2的弹簧常数小。另外，在本实施方式中，第三检测部D3与第一检测部D1具有相同径向的厚度(即相同弹簧常数)，第四检测部D4与第二检测部D2具有相同径向的厚度(即相同弹簧常数)。只是，在本实施方式中，电容元件仅配置于与第一以及第二检测部D1、D2对应的位置，而在与第三以及第四检测部D3、D4对应的位置未配置。另外，构成配置于第一以及第二检测部D1、D2的各电容元件C1、C2的各固定电极E201、E202与各位移电极E501、E502的有效对置面积都相同。由于其他构成与在§7以及§8中所说明的扭矩传感器是同样的，因此省略其详细的说明。

[0369] 当绕Z轴正向的扭矩对这样的扭矩传感器进行作用时，如上述那样，在第一检测部D1中，位移电极E501以远离右侧支承体20的方式位移，电容元件C1的静电电容值减少。其另一方面，在第二检测部D2中，位移电极E502以靠近右侧支承体的方式位移，电容元件C2的静电电容值增加。只是，在本实施方式中，由于第一检测部D1的弹簧常数比第二检测部D2的弹簧常数相对小，因此位移电极E501的位移比位移电极E502的位移大。即，电容元件C1的静电电容值的变动量的绝对值比电容元件C2的静电电容值的变动量的绝对值大。

[0370] 在扭矩作用于相反方向的情况下，即，在绕Z轴负向的扭矩进行了作用的情况下，与以上相反，逆时针的旋转力对环状变形体50(的连接点P11、P12)进行作用。因此，各位移电极E501、E502的位移方向成为相反的方向。

[0371] 因此，如以下的[公式4]所示，基于相当于由一对电极E201、E501构成的电容元件C1的静电电容值的第一电信号T1，能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。进一步地，基于相当于由一对电极E202、E502构成的电容元件C2的静电电容值的第二电信号T2，能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。并且，在以下的[公式4]中，C1、C2分别示出了电容元件C1、C2的静电电容值。

[0372] [公式4]

[0373] T1＝C1

[0374] T2＝C2

[0375] 在本实施方式中，随着金属疲劳在环状变形体50的特别是第一检测部D1累积，利用第一以及第二电信号T1、T2的比率发生变化，进行扭矩传感器的故障诊断。因此，在以下的说明中，将在各检测部D1、D2未产生金属疲劳的初始状态下的第一以及第二电信号作为T1a、T2a，将在各检测部D1、D2产生了(累积了)金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号作为T1b、T2b，分别进行区分。

[0376] 图34是示出在图33的各检测部D1、D2未产生金属疲劳的状态(初始状态)下，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与从该扭矩传感器输出的第一电信号T1a以及第二电信号T2a的关系的图表，图35是示出在图32的各检测部D1、D2产生了金属疲劳的状态下，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与从该扭矩传感器输出的第一电信号T1b以及第二电信号T2b的关系的图表。在各图中，横轴示出了作用于扭矩传感器的扭矩，纵轴示出了根据该扭矩而从扭矩传感器输出的电信号的大小。因此，在各图中，示出各电信号T1a～T2b的直线的倾斜度表示扭矩传感器的检测灵敏度。

[0377] 接下来，说明判定扭矩传感器是否正常发挥机能的方法。当反复的负荷对本实施方式的扭矩传感器进行作用时，在环状变形体50产生金属疲劳。如上述那样，金属疲劳在由扭矩引起的变形相对大的第一检测部D1中明显发现。当该金属疲劳被累积时，第一检测部D1中的第一变形部51以及第二变形部52的强度降低，最终环状变形体在该第一检测部D1断裂。当金属疲劳在第一检测部D1累积时，该第一检测部D1由扭矩而被较大地变形，与初始状态进行比较，第一检测部D1相对于扭矩的灵敏度上升。通过将图34与图35进行比较而可理解该情况。

[0378] 具体地，参照图34，在初始状态下，示出与第一检测部D1对应的第一电信号T1a的直线的倾斜度(灵敏度)是2.0。另一方面，参照图35，在金属疲劳累积了的状态下，示出与第一检测部D1对应的第一电信号T1b的直线的倾斜度(灵敏度)是3.0，灵敏度上升50％。

[0379] 当然，在第二检测部D2也发现金属疲劳，但其发现的程度比第一检测部D1中的金属疲劳的发现的程度小。实际上，参照图34，在初始状态下，示出与第二检测部D2对应的第二电信号T2a的直线的倾斜度(灵敏度)是0.5。其另一方面，参照图35，在金属疲劳累积了的状态下，示出与第二检测部D2对应的第二电信号T2b的直线的倾斜度(灵敏度)是0.6。因此，灵敏度的上升停留在20％。

[0380] 在此应该关注的是在高弹力部30a和低弹力部30b中金属疲劳的发现的程度不同。本发明利用该情况来进行扭矩传感器的故障诊断。即，与在初始状态下第一电信号T1a与第二电信号T2a的比率(T2a/T1a)的绝对值是0.25相对，在金属疲劳累积了的状态下，第一电信号T1b与第二电信号T2b的比率(T2b/T1b)的绝对值下降到0.2。

[0381] 换言之，因在第一检测部D1和第二检测部D2中金属疲劳的累积的特性不同而引起第一电信号T1与第二电信号T2的比率随着反复的负荷而逐渐发生变化。然后，当反复的负荷进一步地对扭矩传感器进行作用时，环状变形体50最终在第一检测部D1断裂，配置于第一检测部D1的电容元件C1不再正常发挥机能。另一方面，在该时刻配置于第二检测部D2的电容元件C2正常发挥机能的盖然性高。

[0382] 从以上的情况，使用配置于弹簧常数相对大的第一检测部D1侧的电容元件C1进行扭矩的计量，并且评价某个时刻的第一电信号T1b和第二电信号T2b的比率与初始状态下的第一电信号T1a和第二电信号T2a的比率之差是否在规定的范围内，从而判定扭矩传感器是否正常发挥机能。当然，也可以基于配置于弹簧常数相对小的第二检测部D2的电容元件C2的静电电容值的变动量来进行扭矩的计量。由于电容元件C2与电容元件C1比较，相对扭矩发生较大地变化(灵敏度高)，因此能够进行S/N优异的扭矩的计量。

[0383] 为了使以上的判定原理具体呈现，本实施方式的扭矩传感器也具有上述的图19所示的检测电路。关于由该检测电路进行的故障诊断的方法，由于与§4大致是同样的，因此省略其详细的说明。只是，在本实施方式中，检测电路的微型计算机47不需要进行差分检测。因此，微型计算机47只要将从C/V转换器41提供的两个电压值直接作为第一电信号T1以及第二电信号T2输出即可。

[0384] 根据以上那样的本实施方式的扭矩传感器，随着第一检测部D1的一方比第二检测部D2先金属疲劳，第一电信号T1与第二电信号T2的比率产生变化。关注该情况，能够提供如下扭矩传感器：在环状变形体50断裂之前，检测在该环状变形体50(第一检测部D1)产生了金属疲劳，从而能够诊断环状变形体50的故障。

[0385] 并且，在本实施方式中，在环状变形体50设置有第三检测部D3以及第四检测部D4。这是谋求扭矩作用于扭矩传感器时使该环状变形体50(的第一以及第二检测部D1、D2)关于旋转轴对称地弹性变形，并基于第一电信号T1以及第二电信号T2而能够容易地计量所作用的扭矩的方向以及大小。然而，通过对第一电信号T1以及第二电信号T2进行适当的信号补偿，从而也能够不设置第三检测部D3以及第四检测部D4、即由例如一样的弹性体构成环状变形体50之中Y坐标的负的区域。

[0386] 另外，在本实施方式中，在从沿着环状变形体50的基本环形路径观察的情况下第一检测部D1以及第三检测部D3靠径向外侧配置。然而，并不限定于这样的方式，例如，也可以在从沿着环状变形体50的基本环形路径观察的情况下靠径向内侧配置。只是，如图33所示，沿着径向外侧配置的一方由于由所作用的扭矩而对该检测部带来更大的位移，因此使扭矩的检测灵敏度提高，是有利的。

[0387] <<<§10.本发明的、具有波形的检测部的两电极类型的扭矩传感器的实施例>>>[0388] 接下来，参照图36，说明本发明的、具有波形的检测部的两电极类型的扭矩传感器。图36是示出本实施方式的扭矩传感器的基本结构部的概略平面图。在图36中，为了说明的方便起见，叠加绘制出X、Y、V、W轴。由于两电极类型的扭矩传感器如在§4中所说明的那样能够进行差分检测，因此能够进行排除了温度变化的影响的更高精度的扭矩的检测。

[0389] 本实施方式的扭矩传感器的环状变形体50以第一以及第四检测部D1、D4与第二以及第三检测部D2、D3具有不同的弹簧常数的方式构成。具体地，如图示那样，使检测部D2、D3的径向的厚度比检测部D1、D4的径向的厚度构成地相对薄，由此第二以及第三检测部D2、D3的弹簧常数变得比第一以及第四检测部D1、D4的弹簧常数小。另一方面，第二检测部D2的径向的厚度(即弹簧常数)与第三检测部D3的径向的厚度(即弹簧常数)相同，第一检测部D1的径向的厚度(即弹簧常数)与第四检测部D4的径向的厚度(即弹簧常数)相同。由于其他构成与在§7以及§8中所说明的扭矩传感器是同样的，因此省略其详细的说明。并且，上述的两电极类型的扭矩传感器意思是如以上那样配置有弹簧常数相对小的检测部D2、D3以及弹簧常数相对大的检测部D1、D4的、各两个电容元件的扭矩传感器。

[0390] 当绕Z轴正向的扭矩对这样的扭矩传感器进行作用时，如上述那样，在检测部D1、D3中，位移电极E501以远离右侧支承体20的方式位移，电容元件C1、C3的静电电容值减少。其另一方面，在检测部D2、D4中，位移电极E502以靠近右侧支承体的方式位移，电容元件C2、C4的静电电容值增加。

[0391] 只是，本实施方式的环状变形体50的检测部D1、D4的弹簧常数比检测部D2、D3的弹簧常数大。因此，检测部D2、D3的位移比检测部D1、D4的位移大。其结果，配置于正的V轴上的一对电极E201、E501的电极间隔扩大，配置于负的V轴上的一对电极E203、E303的电极间隔更加扩大。进一步地，配置于正的W轴上的一对电极E202、E302的电极间隔变窄，配置于负的W轴上的一对电极E204、E304的电极间隔更加变窄。

[0392] 在扭矩作用于相反方向的情况下，即，在绕Z轴负向的扭矩进行了作用的情况下，逆时针的旋转力对环状变形体50(的连接点P11、P12)进行作用。因此，位于各检测部D1～D4的各位移电极E301～E304的位移方向成为相反的方向。

[0393] 因此，如以下的[公式5]所示，基于相当于由一对电极E202、E502构成的电容元件C2以及由一对电极E203、E503构成的电容元件C3的静电电容值的差分的第一电信号T1，能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。进一步地，基于相当于由一对电极E204、E504构成的电容元件C4以及由一对电极E201、E501构成的电容元件C1的静电电容值的差分的第二电信号T2，也能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。并且，在以下的[公式5]中，C1～C4分别示出了电容元件C1～C4的静电电容值。

[0394] [公式5]

[0395] T1＝C2-C3

[0396] T2＝C4-C1

[0397] 在本实施方式中，随着金属疲劳在第二以及第三检测部D2、D3累积，也利用这些T1与T2的比率发生变化，进行扭矩传感器的故障诊断。在此，在以下的说明中，也与§9同样地，将在初始状态下的第一以及第二电信号作为T1a、T2a，将在各检测部D1～D4产生了(累积了)金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号作为T1b、T2b，分别进行区分。在本实施方式中，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与初始状态下的第一以及第二电信号T1a、T2a的关系与图34所示的图表相同。另外，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与在各检测部D1～D4产生了金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号T1b、T2b的关系与图35所示的图表相同。

[0398] 用于判定以上那样的本实施方式的扭矩传感器是否正常发挥机能的原理以及方法与§9相同。即，将§9中的第一电信号T1(T1a、T1b)以及第二电信号T2(T2a、T2b)代读入[公式5]，从而可理解本实施方式的扭矩传感器的故障判定的原理以及方法。因此，在此，省略该原理以及方法的详细的说明。只是，在本实施方式中，使用分别设置于第一和第四检测部D1、D4以及第二和第三检测部D2、D3的各两个电容元件来进行差分检测。因此，检测电路的微型计算机47将从C/V转换器41提供的四个电压值与[公式5]对应地分别进行差分处理。

[0399] 根据以上那样的本实施方式的扭矩传感器，随着检测部D2、D3的一方比检测部D1、D4先金属疲劳，第一电信号T1与第二电信号T2的比率产生变化。关注该情况，能够提供如下扭矩传感器：在环状变形体50断裂之前，检测在该环状变形体50产生了金属疲劳，从而能够诊断环状变形体50的故障。

[0400] <<<§11.本发明的、具有波形的检测部的四电极类型的扭矩传感器的实施例>>>[0401] 接下来，参照图37，说明本发明的、具有波形的检测部的四电极类型的扭矩传感器。图37是示出本实施方式的扭矩传感器的基本结构部的概略平面图。在图37中，为了说明的方便起见，也叠加绘制出X、Y、V、W轴。四电极类型的扭矩传感器如在§6中所说明的那样能够进行高精度的差分检测。本实施方式的基本结构部与两电极类型以及一电极类型的扭矩传感器的基本结构部不同，使弹簧常数相对小的四个检测部D1b～D4b与弹簧常数相对大的四个检测部D1a～D4a经由连结部L1～L8在圆周方向交替配置而构成。

[0402] 在本实施方式中，如图示那样，使检测部D1b～D4b的径向的厚度比检测部D1a～D4a的径向的厚度构成地相对薄，由此检测部D1b～D4b的弹簧常数变得比检测部D1a～D4a的弹簧常数小。另外，检测部D1a～D4a彼此具有相同径向的厚度(即相同弹簧常数)，检测部D1b～D4b彼此具有相同径向的厚度(即相同弹簧常数)。

[0403] 关于各检测部D1a～D4b的具体的配置，当从Z轴方向观察时，弹簧常数相对小的检测部D1b～D4b在由正的X轴和正的V轴所划分的区域(i)、由正的Y轴和正的W轴所划分的区域(iii)、由负的X轴和负的V轴所划分的区域(v)以及由负的Y轴和负的W轴所划分的区域(vii)各一个逐个地配置，弹簧常数相对大的检测部D1a～D4a在由正的V轴和正的Y轴所划分的区域(ii)、由正的W轴和负的X轴所划分的区域(iv)、由负的V轴和负的Y轴所划分的区域(vi)以及由负的W轴和正的X轴所划分的区域(viii)各一个逐个地配置。

[0404] 更具体地，当从Z轴方向观察时，检测部D1b配置于通过原点O并相对正的X轴形成30°的角度的直线上，检测部D1a配置于通过原点O并相对正的X轴形成60°的角度的直线上，检测部D2b配置于通过原点O并相对正的X轴形成120°的角度的直线上，检测部D2a配置于通过原点O并相对正的X轴形成150°的角度的直线上，检测部D3b配置于通过原点O并相对正的X轴形成210°的角度的直线上，检测部D3a配置于通过原点O并相对正的X轴形成240°的角度的直线上，检测部D4b配置于通过原点O并相对正的X轴形成300°的角度的直线上，检测部D4a配置于通过原点O并相对正的X轴形成330°的角度的直线上。

[0405] 然后，在各检测部D1a～D4b配置有位移电极E501a～E504b。另外，在与这些位移电极E501a～E504b对置的位置配置有固定电极E201a～E204b，并固定于右侧支承体(未图示)。然后，由位移电极E501a～E504b和固定电极E201a～E204b构成电容元件C1a～C4b。具体地，由位移电极E501a和固定电极E201a构成电容元件C1a，由位移电极E502a和固定电极E202a构成电容元件C2a，由位移电极E503a和固定电极E203a构成电容元件C3a，由位移电极E504a和固定电极E204a构成电容元件C4a。进一步地，由位移电极E501b和固定电极E201b构成电容元件C1b，由位移电极E502b和固定电极E202b构成电容元件C2b，由位移电极E503b和固定电极E203b构成电容元件C3b，由位移电极E504b和固定电极E204b构成电容元件C4b。在本实施方式中，构成各电容元件的固定电极E201a～E204b与位移电极E501a～E504b的有效对置面积也分别相等。由于其他构成与在§7以及§8中所说明的扭矩传感器是同样的，因此省略其详细的说明。

[0406] 当绕Z轴正向的扭矩对本实施方式的扭矩传感器进行作用时，环状变形体50变形为大致椭圆状，V轴成为该椭圆的短轴方向，W轴成为该椭圆的长轴方向。具体地，区域(i)的检测部D1b和区域(ii)的检测部D1a同时向正的V轴方向位移，但弹簧常数小的区域(i)的检测部D1b的一方较大地位移。同样地，区域(iii)的检测部D2b和区域(iv)的检测部D2a同时向负的W轴方向位移，但区域(iii)的检测部D2b的一方较大地位移。另外，区域(v)的检测部D3b和区域(vi)的检测部D3a同时向负的V轴方向位移，但区域(v)的检测部D3b的一方较大地位移。区域(vii)的检测部D4b和区域(viii)的检测部D4a同时向正的W轴方向位移，但区域(vii)的检测部D4b的一方较大地位移。

[0407] 在扭矩作用于相反方向的情况下，即，在绕Z轴负向的扭矩进行了作用的情况下，与其相反，逆时针的旋转力对环状变形体50(的连接点P11、P12)进行作用。因此，环状变形体50的位于V轴以及W轴的附近的各位移电极E501a～E504b的位移方向成为相反的方向。

[0408] 因此，如以下的[公式6]所示，通过基于由各一对电极构成的电容元件C1b、C2b、C3b、C4b的各静电电容值的第一电信号T1而能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。进一步地，通过基于由各一对电极构成的电容元件C1a、C2a、C3a、C4a的各静电电容值的第二电信号T2也能够检测所作用的扭矩的方向以及大小。并且，在以下的[公式6]中，C1a～C4b示出了电容元件C1a～C4b的静电电容值。

[0409] [公式6]

[0410] T1＝(C1b+C3b)-(C2b+C4b)

[0411] T2＝(C1a+C3a)-(C2a+C4a)

[0412] 即，在本实施方式中的扭矩传感器中所采用的检测电路将相当于“两个电容元件C1b、C3b的静电电容值之和与两个电容元件C2b、C4b的静电电容值之和的差”的第一电信号T1、和相当于“两个电容元件C1a、C3a的静电电容值之和与两个电容元件C2a、C4a的静电电容值之和的差”的第二电信号T2作为示出所作用的扭矩的电信号输出。

[0413] 在本实施方式中，尤其随着金属疲劳在各检测部D1a～D4b累积，也利用这些T1与T2的比率发生变化，进行扭矩传感器的故障诊断。因此，在此，也与§9同样地，将在初始状态下的第一以及第二电信号作为T1a、T2a，将在各检测部D1a～D4b产生了(累积了)金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号作为T1b、T2b，分别进行区分。在本实施方式中，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与初始状态下的第一以及第二电信号T1a、T2a的关系与图34所示的图表相同。另外，作用于扭矩传感器的扭矩的大小与在各检测部D1a～D4b产生了金属疲劳的状态下的第一以及第二电信号T1b、T2b的关系与图35所示的图表相同。

[0414] 用于判定以上那样的本实施方式的扭矩传感器是否正常发挥机能的原理以及方法与§9相同。即，将§9中的第一电信号T1(T1a、T1b)以及第二电信号T2(T2a、T2b)代读入[公式6]，从而可理解本实施方式的扭矩传感器的故障判定的原理以及方法。因此，在此，省略该原理以及方法的详细的说明。

[0415] 只是，在本实施方式中，使用设置于高弹力部30a侧以及低弹力部30b侧的各四个电容元件来进行高精度的差分检测。因此，检测电路的微型计算机47将相当于“两个电容元件C1a、C3a的静电电容值之和与两个电容元件C2a、C4a的静电电容值之和的差”的第一电信号T1、和相当于“两个电容元件C1b、C3b的静电电容值之和与两个电容元件C2b、C4b的静电电容值之和的差”的第二电信号T2作为示出所作用的扭矩的电信号输出。

[0416] 根据以上那样的本实施方式的扭矩传感器，随着弹簧常数相对小的检测部D1b～D4b的一方比弹簧常数相对大的检测部D1a～D4a先金属疲劳，第一电信号T1b与第二电信号T2b的比率产生变化。关注该情况，能够提供如下扭矩传感器：在环状变形体50断裂之前，检测在该环状变形体50(检测部D1a～D4b)产生了金属疲劳，从而能够诊断环状变形体50的故障。

[0417] <<<§12.扭矩传感器的基本结构部的变形例>>>

[0418] 以上所说明的扭矩传感器例如图1所示的那样具有环状变形体30配置于左侧支承体10与右侧支承体20之间的基本结构部，但并不限于这样的方式。

[0419] 图38是示出在本发明的扭矩传感器中可采用的基本结构部的变形例的概略主视图。如图38所示，本变形例的基本结构部具有环状变形体30、配置于环状变形体30的贯通开口部H30的内部的圆环状的内侧支承体310和以包围环状变形体30的外周面的方式所配置的圆环状的外侧支承体320。如图示那样，环状变形体30、内侧支承体310以及外侧支承体320彼此是同心的。

[0420] 另外，在图38所示的X轴上使第一以及第二内侧连接构件331、332关于原点O对称地设置于内侧支承体310与环状变形体30之间，通过这些第一以及第二内侧连接构件331、332而使内侧支承体310的外周面与环状变形体30的内周面连接。进一步地，在Y轴上使第一以及第二外侧连接构件341、342关于原点O对称地设置于环状变形体30与外侧支承体320之间，通过这些第一以及第二外侧连接构件341、342而使环状变形体30的外周面与外侧支承体320的内周面连接。因此，由于使环状变形体30、内侧支承体310以及外侧支承体320均配置于XY平面上，因此采用了本变形例的基本结构部的扭矩传感器具有比上述的图2所示的扭矩传感器薄型的结构。

[0421] 参照图39说明固定电极以及位移电极相对于这样的基本结构部的配置。图39是示出在两电极类型的扭矩传感器中使电容元件配置于环状变形体30与内侧支承体310之间的情况下的固定电极以及位移电极的配置的图。环状变形体30与图15所示的例子同样地，Y轴的正的区域是高弹力部30a，Y轴的负的区域为低弹力部30b。

[0422] 在图39中，在基本结构部设置有四个电容元件。具体地，为了说明的方便起见，在XY平面上，当定义通过原点O并相对X轴以及Y轴形成45°的V轴和W轴时，在环状变形体30的内周面，在正的V轴上配置有位移电极E31a，在正的W轴上配置有位移电极E32a，在负的V轴上配置有位移电极E31b，在负的W轴上配置有位移电极E32b。

[0423] 然后，在内侧支承体310的外周面，在与位移电极E31a对置的位置配置有固定电极E21a，在与位移电极E32a对置的位置配置有固定电极E22a，在与位移电极E31b对置的位置配置有固定电极E21b，在与位移电极E32b对置的位置配置有固定电极E22b。换言之，在内侧支承体310的外周面，在正的V轴上配置有固定电极E21a，在正的W轴上配置有固定电极E22a，在负的V轴上配置有固定电极E21b，在负的W轴上相对于该W轴对称地配置有第四固定电极E22b。

[0424] 由于这样的构成的扭矩传感器提供与参照图15～图19已说明过的扭矩传感器同样的功能，因此省略其详细的说明。当然，虽然未图示，但也可以使各电容元件配置于环状变形体30与外侧支承体320之间。即，也可以使位移电极E31a～E32b配置于环状变形体30的外周面，使固定电极E21a～E22b配置于外侧支承体320的内周面。

[0425] 另外，对一电极类型以及四电极类型的扭矩传感器也可采用这样的结构，并对在§7～§11中所说明的具有波形的检测部的扭矩传感器也可采用。

[0426] 另外，在此，对内侧支承体310以及外侧支承体320都是圆环状的情况进行了例示，但并不限定于这样的方式，如果能够对环状变形体30传递扭矩，则也可以是例如柱状、半圆状等其他方式。

[0427] 或者，作为其他变形例，也能够组合图1所示的结构和图39所示的结构。即，虽然未图示，但作为这样的结构的一例，可举例使图39所示的外侧支承体320与环状变形体30经由第一以及第二外侧连接构件341、342而连接并进一步地使环状变形体30经由凸状部21、22而与图1的右侧支承体20连接的结构。当然，也能够采用内侧支承体310来代替外侧支承体320，并能够采用左侧支承体10来代替右侧支承体20。

[0428] <<<§14.使固定电极与位移电极的有效对置面积一定的变形例>>>

[0429] 并且，当绕Z轴的扭矩进行作用时，例如图30所示的那样，各检测点Q1～Q4的位置根据环状变形体30的变形而向沿着环状变形体30的圆周的方向发生少许的位移。具体地，在图示的例子的情况下，各检测点Q1～Q4的位置在从V轴或者W轴向顺时针的方向少许错开的位置移动。因此，当扭矩进行作用时，图29所示的检测点Q也向图的上下移动，位移部53(位移电极E50)不仅向图的左右方向产生位移，而且也向图的上下方向产生位移。

[0430] 但是，在图29所示的例子的情况下，由于与位移电极E50的尺寸(平面尺寸，即占有面积)相比，固定电极E20的尺寸(平面尺寸，即占有面积)的一方被较大地设置，因此即使位移电极E50向图的上下方向、与图的纸面垂直的方向位移，位移电极E50相对于固定电极E20的对置面积也不产生变化。因此，电容元件C的有效面积总是被维持一定。

[0431] 图40是示出如这样在位移电极E50相对于固定电极E20的对置面积发生了变化的情况下，电容元件C的有效面积被维持一定的原理的图。如图40(a)所示，现在考虑将一对电极EL、ES以彼此对置的方式配置的情况。使两个电极EL、ES以彼此隔开规定间隔成为平行的方式配置，构成电容元件。但是，与电极ES相比，电极EL的面积变大，在将电极ES的轮廓投影到电极EL的表面而形成正投影投影图像时，电极ES的投影图像被完全包含在电极EL的表面内。在该情况下，作为电容元件的有效面积而为电极ES的面积。

[0432] 图40(b)是图40(a)所示的一对电极ES、EL的侧视图。图中实施了阴影线的区域是发挥作为实质性电容元件的功能的部分，作为电容元件的有效面积而为该实施了阴影线的电极的面积(即，电极ES的面积)。

[0433] 现在考虑图中由单点划线所示那样的铅垂面U。电极ES、EL均以与铅垂面U成为平行的方式配置。在此，当使电极ES沿着铅垂面U向垂直上方移动了时，尽管电极EL侧的对置部分向上方移动，但该对置部分的面积不变化。即使使电极ES向下方移动或向纸面的里侧方向、近前方向移动，电极EL侧的对置部分的面积依然不变化。

[0434] 总之，在将面积小的一方的电极ES的轮廓向面积大的一方的电极EL的表面投影并形成正投影投影图像的情况下，只要维持电极ES的投影图像被完全包含在电极EL的表面内的状态，则由两个电极构成的电容元件的有效面积与电极ES的面积变为相等，并总是为一定。

[0435] 因此，如果图29所示的位移电极E50和固定电极E20的关系成为与图40所示的电极ES和电极EL的关系同样的关系，则通过扭矩的作用，即使使位移电极E50向任意方向位移，只要在位移电极E50与固定电极E20之间保持平行，则构成电容元件的一对电极的有效对置面积成为一定。其意思是电容元件C的静电电容值的变化主要根据位移电极E50与固定电极E20的距离而产生。换句话，意思是电容元件C的静电电容值的变化仅依赖于向位移部53的沿着法线N的方向的位移，而不依赖于向与法线N正交的方向的位移。这在为了基于上述的原理来正确检测所作用的扭矩是重要的。

[0436] 其结果是，为了实施本发明，优选在规定旋转方向的扭矩进行了作用的结果而使位移电极E50相对于固定电极E20的相对位置发生了变化的情况下，也以构成电容元件C的一对电极的有效对置面积不发生变化的方式，设定了固定电极E20以及位移电极E50之中的一方的面积大于另一方的面积。

[0437] 并且，在图40中示出了使用矩形状的电极作为两块电极EL、ES的例子，但使用于本发明的扭矩传感器的位移电极E50以及固定电极E20的形状是任意的，例如，使用圆形的电极也无妨。另外，正如在§4-3中所阐述的那样，使环状变形体50由金属等导电性材料构成并将其表面的一部分的区域作为位移电极E50来利用或者使右侧支承体20由金属等导电性材料构成并将其表面的一部分的区域作为固定电极E20来利用也无妨。

[0438] 当然，对在§4～§6中所说明的两电极类型、一电极类型以及四电极类型的各扭矩传感器也能够适用这样的结构，并对在§10、§11中所说明的两电极类型以及四电极类型的具有波形的检测部的扭矩传感器能够适用。