专利名称：扭矩传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及扭矩传感器，尤其是涉及具有将对作用于预定旋转轴的扭矩作为电信号输出的功能的传感器。
背景技术：
检测作用于预定旋转轴的扭矩的扭矩传感器广泛使用于各种运输机械、工业设备中。例如，在特开2009-058388号公报中发表了利用应变计检测因扭矩的作用而产生的机械变形的类型的扭矩传感器。而且,在特开2007-024641号公报中发表了一种传感器,其利用电镀处理在轴的表面形成磁致伸缩薄膜，通过测量该磁致伸缩薄膜的磁特性的变化，检测作用于轴的扭矩。另一方面，在特开2009-244134号公报中发表了一种类型的扭矩传感器，其在扭杆的端部设置磁场发生部，利用聚磁环检测该磁场发生部产生的磁通密度的变化；在特开2006-292423号公报中发表了一种类型的扭矩传感器，以在圆周方向交替排列N极和S极的方式，将多个磁铁配置成圆筒形，检测由这些磁铁产生的磁场。而且，在特开2000-019035号公报中发表了一种扭矩传感器，其备置通过扭矩的作用使环形部件的形状向直径方向变形的连杆机构，利用载荷传感器检测通过环形部件的变形施加在该直径方向的力。在工业领域中，需要体积小且具有高刚性、结构简单的扭矩传感器。尤其是在使用机器人手臂进行自动组装的工业设备中，监控在臂的前端部产生的力、并对其进行控制是必不可少的。在这样的扭矩反馈式的机器人手臂上，需要适合安装在臂的关节部分使用的体积小且具有高刚性、结构简单的扭矩传感器。一般来说，机器人手臂的关节部分由于轴长短，安装在关节部分的扭矩传感器也尽量优选轴长短的、体积小的扭矩传感器。但是，对于现有的利用扭杆方式的扭力传感器，很难设计短的轴长。这是因为，由于扭矩的作用而在扭杆上发生扭转时，该扭转使轴长发生变化，因此，必须将扭杆的整个长度设置成可以忽略不计这种变化的长度。通常，当安装在关节部分的扭矩传感器的轴长通过扭矩的作用而发生变化时，将重新产生轴方向的力，引发轴的偏心和倾斜，成为妨碍检测准确扭矩的因素。为了解决该技术缺陷，需要吸收轴长变化量的特有的结构，但是，如果设置这样的结构，则结构由此复杂化，且不是所希望的。其结果是，需要将扭杆的整个长度设置成可以忽略不计轴长变化量的长度，现有的扭矩传感器很难设计短的轴长。而且，为了进行已稳定的扭矩反馈，从电学的角度看，需要确保信号处理的快速响应，同时，从机械的角度看，需要确保传感器结构体的高刚性。一般的扭矩传感器的基本原理是使一些结构体产生机械扭转，电检测该扭转。因此，作为产生扭转的对象，当然不能使用完全的刚性体，需要使用能产生某种程度的弹性变形的结构体。但是，如果随着扭矩检测而形成扭转角增大，则由于摆动现象，控制系统的频率特性变差，将不能确保快速响应。因此，为了进行已稳定的扭矩反馈，需要尽量抑制随着扭矩检测而形成的扭转角，优选方式是，尽量由具有高刚性的结构体构成扭矩传感器。但是，目前提出的磁方式的扭转角检测方法很难高精度地检测小扭转角。而且，从工业使用的角度来看，扭矩传感器当然也需要降低成本。因此，优选方式是，尽量使结构简单。但是，对于目前提出的扭矩传感器，需要在扭杆上粘贴应变片丛或形成磁致伸缩薄膜，或者安装磁铁或线圈，结构不得不变得相当复杂。本发明的目的在于提供一种具有体积小且高刚性、结构简单的扭矩传感器。

发明内容
(I)根据本发明第一方面的扭矩传感器，其用于检测绕预定旋转轴的扭矩，包括环形变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有旋转轴插入的贯通开口部；左侧支撑体，在从旋转轴形成左右延伸的水平线的这种基准观察方向看时，左侧支撑体被配置于与环形变形体的左侧相邻的位置；右侧支撑体，在从基准观察方向看时，右侧支撑体被配置于与环形变形体的右侧相邻的位置；左侧连接部件，用于将环形变形体的左侧的侧面上的左侧连接点与左侧支撑体连接;右侧连接部件，用于将环形变形体的右侧的侧面上的右侧连接点与右侧支撑体连接；移位电极，被固定于环形变形体的内周面或外周面，发生环形变形体的弹性变形而引起的移位；固定电极，被配置于与移位电极相对的位置，被固定于左侧支撑体或右侧支撑体；以及检测电路，基于由移位电极和固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表示在向右侧支撑体和左侧支撑体的一方施加了负荷的状态下，作用于另一方的绕旋转轴的扭矩的电信号，其中，对于与旋转轴垂直的投影面上的左侧连接点的正投影投影图像与右侧连接点的正投影投影图像形成在不同的位置。(2)根据本发明的第二方面，在上述第一方面涉及的上述扭矩传感器中，在环形变形体的左侧的侧面上设置第一左侧连接点和第二左侧连接点，左侧连接部件具有将第一左侧连接点与左侧支撑体连接的第一左侧连接部件和将第二左侧连接点与左侧支撑体连接的第二左侧连接部件，在环形变形体的右侧的侧面上设置第一右侧连接点和第二右侧连接点，右侧连接部件具有将第一右侧连接点与右侧支撑体连接的第一右侧连接部件和将第二右侧连接点与右侧支撑体连接的第二右侧连接部件，其中，当向与旋转轴垂直的投影面投影环形变形体得到正投影投影图像时，在沿着环形变形体的轮廓的环形路径上按照第一左侧连接点、第一右侧连接点、第二左侧连接点、第二右侧连接点的顺序配置各连接点的正投影投影图像。(3)根据本发明的第三方面，在第二方面涉及的扭矩传感器中，如果在与旋转轴垂直的投影面上画两条通过旋转轴的投影点且相互垂直的直线时，则第一左侧连接点和第二左侧连接点的正投影投影图像被配置于第一直线上，第一右侧连接点和第二右侧连接点的正投影投影图像被配置于第二直线上。(4)根据本发明的第四方面，在第一至三方面中任一方面涉及的扭矩传感器中，使用在中心部具有贯通开口部的环形结构体作为左侧支撑体和右侧支撑体，以确保沿着旋转轴贯通左侧支撑体、环形变形体、右侧支撑体的各贯通开口部的插入孔。(5)根据本发明的第五方面，在第一至四方面中任一方面涉及的扭矩传感器中，环形变形体由圆环形部件构成，该圆环形部件通过在以旋转轴为中心轴配置的圆盘的中央部形成具有直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部而获得。(6)根据本发明的第六方面，在第一至五方面中任一方面涉及的扭矩传感器中，左侧支撑体和右侧支撑体由圆环形部件构成，该圆环形部件通过在以旋转轴为中心轴配置的圆盘的中央部形成具有直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部而获得。(7)根据本发明的第六方面，在第一至六方面中任一方面涉及的扭矩传感器中，由形成在环形变形体的内周面的导电层形成移位电极，由配置于与该导电层相对的位置、从左侧支撑体或右侧支撑体向沿着旋转轴的方向突出的导电板构成固定电极。(8)根据本发明的第八方面，在第一至七方面中任一方面涉及的扭矩传感器中，在环形变形体的各部分中，该扭矩传感器包括第一移位电极，固定于当预定旋转方向的扭矩进行作用时向接近旋转轴的方向移位的第一部分；第二移位电极，固定于当预定旋转方向的扭矩进行作用时向远离旋转轴的方向移位的第二部分；第一固定电极，配置于与第一移位电极相对的位置；以及第二固定电极，配置于与第二移位电极相对的位置，检测电路将相当于由第一移位电极和第一固定电极构成的第一电容兀件的电容值与由第二移位电极和所述第二固定电极构成的第二电容元件的电容值之差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。(9)根据本发明的第九方面，在第八方面涉及的扭矩传感器中，以偏移的方式配置相互相对的移位电极和固定电极，以便在预定旋转方向的扭矩进行作用时，构成电极间隔变窄的电容元件的一对电极的有效相对面积增加，构成电极间隔扩大的电容元件的一对电极的有效相对面积减少。(10)根据本发明的第十方面，在第一至八方面涉及的扭矩传感器中，设定固定电极和移位电极中的一方的面积大于另一方的面积，以便因预定旋转方向的扭矩进行作用而当移位电极相对于固定电极的相对位置发生了变化时，构成电容元件的一对电极的有效相对面积也不发生变化。(11)根据本发明的第十一方面，在第一至十方面涉及的扭矩传感器中，扭矩传感器还包括内侧环形变形体，内侧环形变形体由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有旋转轴插入的贯通开口部，被配置于环形变形体的内侧；内侧左侧连接部件，用于将内侧环形变形体的左侧的侧面上的内侧左侧连接点与左侧支撑体连接；内侧右侧连接部件，用于将内侧环形变形体的右侧的侧面上的内侧右侧连接点与右侧支撑体连接；内侧移位电极，被固定于内侧环形变形体的内周面或外周面，发生由内侧环形变形体的弹性变形而引起的移位；以及内侧固定电极，被配置于与内侧移位电极相对的位置，被固定于左侧支撑体或右侧支撑体上，其中，对于与旋转轴垂直的投影面的内侧左侧连接点的正投影投影图像与内侧右侧连接点的正投影投影图像被形成于不同的位置，检测电路进一步利用由内侧移位电极和内侧固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表示绕旋转轴的扭矩的电信号。(12)根据本发明的第十二方面，在第一方面涉及的扭矩传感器中，为了检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，以原点O为中心，将环形变形体配置于XY平面上，左侧支撑体被配置于Z轴负区域，右侧支撑体被配置于Z轴正区域，在环形变形体的Z轴负侧的侧面上设置第一左侧连接点和第二左侧连接点，左侧连接部件具有将第一左侧连接点与左侧支撑体连接的第一左侧连接部件以及将第二左侧连接点与左侧支撑体连接的第二左侧连接部件，在环形变形体的Z轴正侧的侧面上设置第一右侧连接点和第二右侧连接点，右侧连接部件具有将第一右侧连接点与右侧支撑体连接的第一右侧连接部件和将第二右侧连接点与右侧支撑体连接的第二右侧连接部件，在XY平面上投影环形变形体的两侧面得到正投影投影图像时，第一右侧连接点的投影图像被配置于正的X轴上，第二右侧连接点的投影图像被配置于负的X轴上，第一左侧连接点的投影图像被配置于正的Y轴上，第二左侧连接点的投影图像被配置于负的Y轴上。(13)根据本发明的第十三方面，在第十二方面涉及的扭矩传感器中，环形变形体由圆环形部件构成，该圆环形部件通过在以Z轴为中心轴配置的圆盘的中央部形成具有直径更小的同心圆盘形状的贯通开口部而获得。(14)根据本发明的第十四方面，在第十三方面涉及的扭矩传感器中，在XY平面上，当定义了通过原点O相对于X轴和Y轴形成45°的V轴和W轴时，扭矩传感器具有配置于V轴上的第一移位电极和第一固定电极以及配置于W轴上的第二移位电极和第二固定电极，检测电路将相当于由第一移位电极和所述第一固定电极构成的第一电容兀件的电容值与由第二移位电极和第二固定电极构成的第二电容元件(C2)的电容值之差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。(15)根据本发明的第十五方面，在第十四方面涉及的扭矩传感器中，通过预定旋转方向的扭矩的作用，环形变形体投影到XY平面上的正投影投影图像的轮廓由圆形变化到椭圆形时，将该椭圆形的短轴方向作为V轴，将长轴方向作为W轴，在扭矩不进行作用的状态下，第一固定电极的位置与第一移位电极的位置相比，向预定旋转方向错开预定偏移量，第二固定电极的位置与第二移位电极的位置相比，向预定旋转方向的反方向错开预定偏移量。(16)根据本发明的第十六方面，在第十三方面涉及的扭矩传感器中，在XY平面上，在定义了通过原点O相对于X轴和Y轴形成45°的具有符号的V轴和W轴时，扭矩传感器具有配置于正的V轴上的第一移位电极和第一固定电极、配置于正的W轴上的第二移位电极和第二固定电极、配置于负的V轴上的第三移位电极和第三固定电极、及配置于负的W轴上的第四移位电极和第四固定电极， 检测电路将相当于“由第一移位电极和第一固定电极构成的第一电容兀件的电容值与由第三移位电极和第三固定电极构成的第三电容元件的电容值之和”与“由第二移位电极和所述第二固定电极构成的第二电容元件的电容值与由所述第四移位电极和所述第四固定电极构成的第四电容元件的电容值之和”的差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。(17)根据本发明的第十七方面，在第十六方面涉及的扭矩传感器中，通过预定旋转方向的扭矩的作用，环形变形体投影到XY平面上的正投影投影图像的轮廓由圆形变化到椭圆形时，将该椭圆形的短轴方向作为V轴，将长轴方向作为W轴，在扭矩不进行作用的状态下，第一固定电极的位置与第一移位电极的位置相比，向预定旋转方向错开预定偏移量，第二固定电极的位置与第二移位电极的位置相比，向预定旋转方向的反方向错开预定偏移量，第三固定电极的位置与第三移位电极的位置相比，向预定旋转方向错开预定偏移量，第四固定电极的位置与第四移位电极的位置相比，向预定旋转方向的反方向错开预定偏移量。(18)根据本发明的第十八方面，在第十四或十六方面涉及的扭矩传感器中，设定固定电极和移位电极中的一方的面积大于另一方的面积，以便因预定旋转方向的扭矩进行作用而移位电极相对于固定电极的相对位置发生了变化时，构成电容元件的一对电极的有效相对面积也不发生变化。(19)根据本发明的第十九方面，在第十八方面涉及的扭矩传感器中，由形成在环形变形体的内周面的共用导电层形成各移位电极。(20)根据本发明的第二十方面，在第十九方面涉及的扭矩传感器中，利用导电性弹性材料形成环形变形体，将环形变形体的内周面自身作为共用导电层使用。(21)根据本发明的第二十一方面，在第十二方面涉及的扭矩传感器中，所述扭矩传感器还设置有内侧环形变形体，该内侧环形变形体由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有Z轴插入的贯通开口部，以原点O为中心，在XY平面上，配置于环形变形体的内侧，在内侧环形变形体的Z轴负侧的侧面上设置第一内侧左侧连接点和第二内侧左侧连接点，在所述内侧环形变形体的Z轴正侧的侧面上设置第一内侧右侧连接点和第二内侧右侧连接点，该扭矩传感器还包括第一内侧左侧连接部件，用于将第一内侧左侧连接点与左侧支撑体连接；第二内侧左侧连接部件，用于将第二内侧左侧连接点与左侧支撑体连接；第一内侧右侧连接部件，用于将第一内侧右侧连接点与右侧支撑体连接；第二内侧右侧连接部件，用于将第二内侧右侧连接点与右侧支撑体连接；内侧移位电极，固定于内侧环形变形体的内周面或外周面，发生由所述内侧环形变形体的弹性变形而引起的移位；以及内侧固定电极，被配置于与内侧移位电极相对的位置，被固定于左侧支撑体或右侧支撑体上，
将内侧环形变形体的两侧面投影到XY平面上而得到正投影投影图像时，第一内侧右侧连接点的投影图像被配置于正的Y轴上，第二内侧右侧连接点的投影图像被配置于负的Y轴上，第一内侧左侧连接点的投影图像被配置于正的X轴上，第二内侧左侧连接点的投影图像被配置于负的X轴上，检测电路进一步利用由内侧移位电极和内侧固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表示绕旋转轴(Z)的扭矩的电信号。(22)根据本发明的第二十二方面的扭矩传感器，用于检测绕预定旋转轴的扭矩，扭矩传感器包括外侧环形变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有旋转轴插入的贯通开口部；内侧环形变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有旋转轴插入的贯通开口部，配置于外侧环形变形体的内侧；左侧支撑体，从旋转轴形成左右延伸的水平线的这种基准观察方向看时，被配置于与外侧环形变形体和内侧环形变形体的左侧相邻的位置；右侧支撑体，在从基准观察方向看时，被配置于与外侧环形变形体和内侧环形变形体的右侧相邻的位置；外侧左侧连接部件，用于将外侧环形变形体的左侧的侧面上的外侧左侧连接点与左侧支撑体连接；外侧右侧连接部件，用于将外侧环形变形体的右侧的侧面上的外侧右侧连接点与右侧支撑体连接；内侧左侧连接部件，用于将内侧环形变形体的左侧的侧面上的内侧左侧连接点与左侧支撑体连接；内侧右侧连接部件，用于将内侧环形变形体的右侧的侧面上的内侧右侧连接点与右侧支撑体连接；外侧移位电极，固定于外侧环形变形体的内周面，发生外侧环形变形体的弹性变形而引起的移位；内侧移位电极，与外侧移位电极相对地被固定于内侧环形变形体的外周面，发生内侧环形变形体的弹性变形而引起的移位；以及检测电路，基于由外侧移位电极和内侧移位电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表不在向右侧支撑体和左侧支撑体的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的绕旋转轴的扭矩的电信号，其中，对于与旋转轴垂直的投影面，外侧左侧连接点的正投影投影图像与外侧右侧连接点的正投影投影图像形成于不同的位置，内侧左侧连接点的正投影投影图像与内侧右侧连接点的正投影投影图像形成于不同的位置。(23)根据本发明的第二十三方面的扭矩传感器，用于检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，扭矩传感器包括外侧环形变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而发生弹性变形的材质形成，具有Z轴插入的贯通开口部，以原点O为中心，被配置于XY平面上；内侧环形变形体，由通过作为检测对象的扭矩的作用而发生弹性变形的材质形成，具有Z轴插入的贯通开口部，以原点O为中心，被配置于XY平面上、且被配置于外侧环形变形体的贯通开口部中；左侧支撑体，被配置于与外侧环形变形体和所述内侧环形变形体的Z轴负区域侧相邻的位置；以及右侧支撑体，被配置于与外侧环形变形体和内侧环形变形体的Z轴正区域侧相邻的位置，在外侧环形变形体的Z轴负侧的侧面上设置第一外侧左侧连接点和第二外侧左侧连接点，在外侧环形变形体的Z轴正侧的侧面上设置第一外侧右侧连接点和第二外侧右侧连接点，在内侧环形变形体的Z轴负侧的侧面上设置第一内侧左侧连接点和第二内侧左侧连接点，在内侧环形变形体的Z轴正侧的侧面上设置第一内侧右侧连接点和第二内侧右侧连接点，扭矩传感器还包括第一外侧左侧连接部件，用于将第一外侧左侧连接点与左侧支撑体连接；第二外侧左侧连接部件，用于将第二外侧左侧连接点与左侧支撑体连接；第一外侧右侧连接部件，用于将第一外侧右侧连接点与右侧支撑体连接；以及第二外侧右侧连接部件，用于将第二外侧右侧连接点与右侧支撑体连接，扭矩传感器还包括第一内侧左侧连接部件，用于将第一内侧左侧连接点与左侧支撑体连接；第二内侧左侧连接部件，用于将第二内侧左侧连接点与左侧支撑体连接;第一内侧右侧连接部件，用于将第一内侧右侧连接点与右侧支撑体连接；以及第二内侧右侧连接部件，用于将第二内侧右侧连接点与右侧支撑体连接，扭矩传感器还包括外侧移位电极，被固定于外侧环形变形体的内周面，发生外侧环形变形体的弹性变形而引起的移位；内侧移位电极，被固定于内侧环形变形体的外周面的与外侧移位电极相对的位置，发生内侧环形变形体的弹性变形而引起的移位；以及检测电路，基于由外侧移位电极和内侧移位电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表不在向右侧支撑体和左侧支撑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，其中，将外侧环形变形体和内侧环形变形体的两侧面投影到XY平面上并得到正投影投影图像时，第一外侧右侧连接点的投影图像被配置于正的X轴上，第二外侧右侧连接点的投影图像被配置于负的X轴上，第一外侧左侧连接点的投影图像被配置于正的Y轴上，第二外侧左侧连接点的投影图像被配置于负的Y轴上，第一内侧右侧连接点的投影图像被配置于正的Y轴上，第二内侧右侧连接点的投影图像被配置于负的Y轴上，第一内侧左侧连接点的投影图像被配置于正的X轴上，第二内侧左侧连接点的投影图像被配置于负的X轴上。(24)根据本发明的第二十四方面，在第二十三方面涉及的扭矩传感器中，外侧环形变形体和内侧环形变形体由圆环形部件形成，通过在以Z轴为中心轴配置的圆盘的中央部形成更小直径的同心圆盘形状的贯通开口部而得到所述圆环形部件。(25)根据本发明的第二十五方面，在第二十四方面涉及的扭矩传感器中，使用在中心部具有贯通开口部的环形结构体作为左侧支撑体和右侧支撑体，确保沿着Z轴贯通左侧支撑体、内侧环形变形体、右侧支撑体的各贯通开口部的插入孔。(26)根据本发明的第二十六方面，在第二十四或二十五方面涉及的扭矩传感器中，在XY平面上，如果定义了通过原点O且相对于X轴和Y轴形成45°的V轴和W轴，则扭矩传感器具有配置于V轴上的第一外侧移位电极和第一内侧移位电极、及配置于W轴上的第二外侧移位电极和第二内侧移位电极，检测电路将相当于由第一外侧移位电极和第一内侧移位电极形成的第一电容元件的电容值与由第二外侧移位电极和第二内侧移位电极形成的第二电容元件的电容值之差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。(27)根据本发明的第二十七方面，在第二十四或二十五方面涉及的扭矩传感器中，在XY平面上，如果定义了通过原点O且相对于X轴和Y轴形成45°的具有符号的V轴和W轴，则扭矩传感器具有配置于正的V轴上的第一外侧移位电极和第一内侧移位电极、配置于正的W轴上的第二外侧移位电极和第二内侧移位电极、配置于负的V轴上的第三外侧移位电极和第三内侧移位电极、及配置于负的W轴上的第四外侧移位电极和第四内侧移位电极，检测电路将相当于“由第一外侧移位电极和第一内侧移位电极构成的第一电容元件的电容值与由第三外侧移位电极和第三内侧移位电极构成的第三电容元件的电容值之和”与“由第二外侧移位电极和第二内侧移位电极构成的第二电容元件的电容值与由第四外侧移位电极和第四内侧移位电极构成的第四电容元件的电容值之和”的差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。(28)根据本发明的第二十八方面，在第二十六或二十七方面涉及的扭矩传感器中，由形成于外侧环形变形体的内周面的共用导电层形成各外侧移位电极，或由形成于内侧环形变形体的外周面的共用导电层形成各内侧移位电极。(29)根据本发明的第二十九方面，在第二十八方面涉及的扭矩传感器中，由导电性的弹性材料形成外侧环形变形体，将外侧环形变形体的内周面自身用作共用导电层，或者，由导电性的弹性材料形成内侧环形变形体，将内侧环形变形体的外周面自身用作共用导电层。(30)根据本发明的第三十方面，在第一至二十九方面涉及的扭矩传感器中，左侧连接部件由从左侧支撑体的右侧面向右方突出的凸状部构成，右侧连接部件由从右侧支撑体的左侧面向左方突出的凸状部构成，各凸状部的顶面与环形变形体的各连接点接合。关于本发明的扭矩传感器，利用具有旋转轴插入的贯通开口部的环形变形体检测扭矩。在该环形变形体的左右两侧配置左侧支撑体和右侧支撑体，分别与不同的连接点接合。因此，在向一方的支撑体施加了负荷的状态下，如果在另一方的支撑体上施加扭矩，则环形变形体就发生变形，环形变形体的各部分与旋转轴的距离发生变化。在本发明中，可以通过电容元件的电容值检测该距离的变化。即，基于由固定于环形变形体的内周面或外周面的移位电极和配置于与该移位电极相对的位置、固定于左侧支撑体或右侧支撑体上的固定电极形成的电容元件的电容值的变化量，可以识别环形变形体的变形方式，检测所作用的扭矩。环形变形体、左侧支撑体、右侧支撑体可以由轴方向的厚度小的扁平结构体形成，因此，可以设定短的整个传感器的轴长。而且，因为根据环形变形体形状的变形，进行扭矩检测，因此，作为环形变形体，需要使用产生弹性变形的材质，即使使用具有较高刚性的材质，也可以进行高精度的检测。而且，由于可以通过一对电极形成的电容元件检测环形变形体的形状变形，因此，结构也被简化，能够有助于降低成本。尤其是，如果将环形变形体的上下两个位置与左侧支撑体接合，将左右的两个位置与右侧支撑体接合，使各连接点均错开90°，则可以通过扭矩的作用有效地使环形变形体变形。作为环形变形体，如果使用圆环形的结构体，则在扭矩未作用的无负载状态下保持圆形，因此，各部分与旋转轴的距离相等，但是，如果通过扭矩的作用变形成椭圆形，则在长轴位置与旋转轴的距离拉长，在短轴位置与旋转轴的距离缩短。因此，如果在长轴位置和短轴位置分别设置电容元件，则在施加相同扭矩的情况下，在长轴位置上，电极间隔扩大，电容量减少，而在短轴位置上，电极间隔变窄，电容量增加，因此，作为两个电容值的差分，可以检测所作用的扭矩。这种差分检测对于抑制相位噪声和零点漂移的、稳定的扭矩检测有效，而且，有助于抵消温度引起的各部分的膨胀的影响，对获得得到高精度的检测值作出贡献。而且，如果将四组的电容元件设置在长轴的两端位置和短轴的两端位置，可以进行使用了电容值增加的两组电容元件和电容值减少的两组电容元件的差分检测，进一步提高检测精度。本发明的扭矩传感器不仅是在环形变形体上，在左侧支撑体和右侧支撑体上也可以形成旋转轴插入的贯通开口部。这样，可以确保沿着旋转轴贯通左侧支撑体、环形变形体、右侧支撑体的各贯通开口部的插入孔，可以采用内部为中空的结构。因此，将本发明涉及的扭矩传感器安装在机器人手臂的关节部分使用时，可以在该中空部分配置减速器等，可以综合地设计节省空间的机器人手臂。而且，在本发明涉及的扭矩传感器中，在扭矩进行作用的状态下，环形变形体的扭转角可以被抑制到比较小，但是，环形变形体的各部分也要向施加了扭矩的旋转方向移动。因此，当扭矩进行作用时，移位电极的位置相对于固定电极的位置发生偏移，形成电容元件的一对电极的有效相对面积发生变化，该面积变化将影响到电容值。因此，在扭矩未进行作用的无负荷状态下，事先使一方的电极以向预定方向偏移的方式配置，当扭矩进行作用时，就可以防止因电容元件的有效面积的变化对检测结果产生不利的影响。或者，如果将固定电极和移位电极中的一方的面积设置成大于另一方的面积，则移位电极相对于固定电极的相对位置发生变化时，也可以保持一定的电容元件的有效面积，可以防止因面积的变化对检测结果产生不利的影响。而且，可以不受作为检测对象的扭矩以外的干扰成分的影响，检测准确的扭矩。在本发明的扭矩传感器中，也可以采用内装两组环形变形体的结构。即，如果在外侧环形变形体的内侧再内装内侧环形变形体，可以从两组环形变形体的各环形变形体得到单独的检测结果，提高检测灵敏度和精度。而且，整个传感器结构的刚性也有所提高。尤其是，两个环形变形体使用圆环形结构体，设置相互错开90°的连接点，在扭矩进行作用时，均变形为椭圆形，使一方的椭圆的长轴方向成为另一方的椭圆的短轴方向，从而可以进一步提闻检测灵敏度。
而且，如果采用组装配置于外侧和内侧的两组环形变形体的结构，可以通过形成于外侧环形变形体的内周面的外侧移位电极和形成于内侧环形变形体的外周面的内侧移位电极构成电容元件，以取代由移位电极和固定电极构成电容元件。在这种情况下，作为两个环形变形体，如果使用圆环形的结构体，则设置相互错开90°的连接点，以使在扭矩进行作用时，均变形为椭圆形，使一方的椭圆的长轴方向成为另一方的椭圆的短轴方向，从而可以获得较大的外侧移位电极和内侧移位电极之间的电极间隔的变化量，进一步提高检测灵敏度。


图1是本发明的基本实施方式涉及的扭矩传感器的基本结构部分的立体分解图。图2是通过将图1所示的三个构成部件相互接合而得到的扭矩传感器的基本结构部分的侧视图。图3是在YZ平面剖开图2所示的基本结构部分的侧剖面图。图4是从图1的右方看图1所示的左侧支撑体10和凸状部11、12的主视图。图5是从图1的右方看图1所示的环形变形体30的主视图。图6是从图1的右方看图1所示的右侧支撑体20和凸状部21、22的主视图。图7是在XY平面剖开图2所示的基本结构部分，从图2的左方看的剖面图。图8是示出当绕Z轴正向的扭矩作用于图2所示的基本结构部分时的变形状态的在XY平面上的剖面图(在XY平面上剖开图2所示的基本结构部分，从图2的左方看到的剖面图。虚线表示变形前的状态)。图9示出从图2的左方看到在内周面形成了移位电极E31、E32的状态的环形变形体30的平面图。图10表示从图2的左方看到安装有固定电极E21、E22的状态的右侧支撑体20的
平面图。图11是图10所示的右侧支撑体20的侧视图。图12是在VZ平面剖开在图3所示的基本结构部分增加了移位电极和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)。图13是在XY平面上剖开在图2所示的基本结构部分增加了上述移位电极和固定电极的结构体，并从图2的左侧方向看到的剖面图。图14是示出绕Z轴正向的扭矩作用于图13所示的基本结构体时的状态的剖面图(虚线表示变形前的状态)。图15是示出本发明的基本实施方式涉及的扭矩传感器所使用的检测电路的一个例子的电路图。图16是强调并画出绕Z轴正向的扭矩作用于图13所示的基本结构体时的移位电极的旋转方向的剖面图(虚线表示变形前的状态)。图17是示出将固定电极进行偏置配置后的变形例涉及的扭矩传感器在XY平面上的剖面图。图18是示出对于图17所示的扭矩传感器，使环形变形体30顺时针旋转若干时的各电极的位置关系的剖面图。
图19是表示使用四组电容元件的变形例涉及的扭矩传感器在XY平面上的剖面图。图20是示出绕Z轴正向的扭矩作用于图19所示的扭矩传感器时的状态的剖面图(虚线表示变形前的状态)。图21是示出图19所示的扭矩传感器所使用的检测电路的一个例子的电路图。图22是示出在移位电极相对于固定电极相对位置发生了变化的情况下，仍能保持一定的电容元件的有效面积的原理图。图23是示出在图19所示的扭矩传感器中使用图22所示的原理的变形例的XY平面的剖面图。图24是在VZ平面上剖开图23所示的扭矩传感器的侧剖面图(图24的上方是图23所示的V轴方向)。图25是示出当绕Z轴正向的力矩M z (作为检测对象的扭矩)作用于图23所示的扭矩传感器时的状态的在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态)。图26是示出当X轴方向的力Fx作用于图23所示的扭矩传感器时的状态在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态)。图27是表示当X轴的正向周围的力矩M χ作用于图23所示的扭矩传感器时的状态的ZV平面上的剖面图。图28是表示对于图23所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体20施加负荷后的状态下，各坐标轴方向的力和各坐标轴周围的力矩从左侧支撑体10作用于环形变形体30时的四组电容元件的电容值的变化情况表。图29是示出对于图23所示的扭矩传感器，将四组移位电极E31L E34L置换为共用导电层E35的变形例的在XY平面上的剖面图。图30是示出对于图29所示的扭矩传感器，使用由导电性材料形成的环形变形体30A，从而将环形变形体30A的内周面用作共用导电层的变形例的在XY平面上的剖面图。图31是使用了两组环形变形体的本发明的变形例涉及的扭矩传感器的基本结构部分的立体分解图。图32是示出就图31所示的扭矩传感器，当绕Z轴正向的扭矩进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态)。图33是示出在图31的基本结构部分进行具体的电极配置而形成的扭矩传感器的在XY平面上的剖面图。图34是示出对于图33所示的扭矩传感器，当绕Z轴正向的扭矩进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态)。图35是使用了两组环形变形体的本发明的其他变形例涉及的扭矩传感器的在XY平面上的剖面图。图36是示出对于图35所示的扭矩传感器，当绕Z轴正向的扭矩进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态)。图37是示出在图35所示的扭矩传感器中，将四组外侧移位电极E81 E84置换成共用导电层E85的变形例的在XY平面上的剖面图。图38是示出在图37所示的扭矩传感器中，通过使用由导电性材料形成的环形变形体80A，将环形变形体80A的内周面用作共用导电层的变形例的在XY平面上的剖面图。图39是使用了两组环形变形体的本发明的其他变形例涉及的扭矩传感器的在XY平面上的剖面图。图40是示出对于图39所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下，当绕Z轴正向的扭矩(力矩+M z)作用于环形变形体80、90时的状态的在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态，省略了电极的图示。+—符号表示该位置的电容元件的电容值的增减)。图41是示出对于图39所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下，X轴正方向的力+ Fx作用于环形变形体80、90时的状态的在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态，省略了电极的图示。+—符号表示该位置的电容元件的电容值的增减)。图42是示出对于图39所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下，Y轴正方向的力+ Fy作用于环形变形体80、90时的状态的在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态，省略了电极的图示。+ —符号表示该位置的电容元件的电容值的增减)。图43是示出对于图39所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下，各坐标轴方向的力以及各坐标轴周围的力矩作用于环形变形体80、90时的八组电容元件的电容值的变化情况的表格。图44是示出本发明涉及的扭矩传感器的其他的电极结构的在XY平面上的剖面图。
具体实施方式
以下基于图示本发明的实施方式进行说明。( §1.本发明涉及的扭矩传感器的基本结构部分)图1是本发明的基本实施方式涉及的扭矩传感器的基本结构部分的立体分解图。如图所示，该基本结构部分通过在左侧支撑体10和右侧支撑体20之间配置环形变形体30，将该三个构成部件相互接合而构成。在此，为了便于说明，如图所示，定义XYZ三维坐标系，并进行以下说明。在此，在图的水平方向画出的Z轴相当于作为检测对象的扭矩旋转轴，该扭矩传感器具有检测该旋转轴系(Z轴系)的扭矩的功能。配置在图中央的环形变形体30由由于作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，在其内部形成旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H30。一方面，配置在图的左侧的左侧支撑体10是支撑环形变形体30的左侧面的部件，配置在图的右侧的右侧支撑体20是支撑环形变形体30的右侧面的部件。在这里所示的基本实施方式的情况下，左侧支撑体10是形成旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部HlO的环形部件，右侧支撑体20是旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H20的环形部件。一般情况下，右侧和左侧的概念是只在从特定的观察方向看到时才具有意义的概念，在此，为了便于说明，如图1所示，当从形成旋转轴(Z)向左右延伸的水平线的基准观察方向(右方向成为Z轴的正的观察方向)看时，将被配置在与环形变形体30的左侧相邻的位置上的支撑体称为左侧支撑体10，将被配置在与环形变形体30的右侧相邻的位置上的支撑体称为右侧支撑体20。这里，在环形变形体30的中心位置上定义XYZ三维坐标系的原点0，左侧支撑体10、环形变形体30、右侧支撑体20均由以Z轴为中心轴的圆环形部件构成。更具体是，环形变形体30由在以Z轴(旋转轴)为中心轴配置的圆盘的中央部形成直径更小的同心圆盘形状的贯通开口部H30而得到的圆环形的部件形成。同样，左侧支撑体10和右侧支撑体20也由在以Z轴(旋转轴)为中心轴配置的圆盘的中央部形成直径更小的同心圆盘形状的贯通开口部HlO、H20而得到的圆环形的部件形成。—方面，在左侧支撑体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的顶面与环形变形体30的左侧面接合。如图所示，凸状部11与环形变形体30的上部(位于Y轴正方向的部分)接合，凸状部12与环形变形体30的下部(位于Y轴负方向的部分)接合。同样，在右侧支撑体20的左侧面设置向左方突出的两个扇形的凸状部21、22，该凸状部21、22的顶面与环形变形体30的右侧面接合。如图所示，凸状部21与环形变形体30的里侧的部分(位于X轴正方向的部分)接合，凸状部22与环形变形体30的跟前的部分(位于X轴负方向的部分)接合。图2是通过将图1所示的三个构成部件相互接合得到的扭矩传感器的基本结构部分的侧视图，图3是在YZ平面剖开该基本结构部分的侧剖面图。在这里所示的例子，如图3所示，凸状部11、12是与左侧支撑体10成为一体的结构体，其顶面与环形变形体30的左侧面接合。同样，凸状部21、22是与右侧支撑体20成为一体的结构体，其顶面与环形变形体30的右侧面接合。其结果是，凸状部11、12具有环形变形体30的与左侧支撑体10相对的左侧的侧面上的左侧连接点作为与左侧支撑体10连接的左侧连接部件的作用，凸状部21、22具有将环形变形体30的与右侧支撑体20相对的右侧的侧面上的右侧连接点作为与右侧支撑体20连接的右侧连接部件的作用。图4是从图1的右方向看左侧支撑体10和凸状部11、12的主视图，图5是从图1的右方向看环形变形体30的主视图，图6是从图1的右方向看右侧支撑体20和凸状部21、22的主视图。在图4中，在凸状部11、12的中心位置示出的点PU、P12是左侧连接点，在§ 2中用于说明与环形变形体30的连接位置。同样，在图6中，在凸状部21、22的中心位置示出的点P21、P22是右侧连接点，在§ 2中也是用于说明与环形变形体30的连接位置。而且，实际上，优选方式是，使图4所示的部件(左侧支撑体10和凸状部11、12)和图6所示的部件(右侧支撑体20和凸状部21、22)为完全相同的部件。在这种情况下，如果使图4所示的部件以Y轴为旋转轴旋转180°翻过来，而且，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，如果备置两组图4所示的部件，备置一组图5所示的部件，就可以形成图2所示的基本结构部分。如图5所示，在环形变形体30上设置了圆形的贯通开口部H30，但这是为了产生检测所需要的弹性变形。如后所述，在作为检测对象的扭矩作用于该基本结构部分时，环形变形体30需要变形为椭圆形。这样的环形变形体30的弹性变形的容易度将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形变形体30，就可以实现即便是很小的扭矩也能够进行检测的高 灵敏度的传感器，但是，能够检测的扭矩的最大值受到限制。相反，如果使用不易弹性变形的环形变形体30，虽然能够提高可检测的扭矩的最大值，但是，灵敏度降低，不能检测微小的扭矩。环形变形体30的弹性变形的容易度取决于Z轴方向的厚度(越薄越容易变形)以及贯通开口部H30的直径(越大越容易变形)，而且，也依存并取决于其材质。因此，在实际使用时，根据扭矩传感器的用途，适当地选择环形变形体30的各部分尺寸和材质即可。而根据本发明的检测原理，左侧支撑体10和右侧支撑体20不需要是产生弹性变形的部件。为了使所作用的扭矩100%有助于环形变形体30的变形，优选方式是，左侧支撑体10和右侧支撑体20是完全的刚体。在图示的例子中，作为左侧支撑体10和右侧支撑体20，使用在中心部具有贯通开口部H10、H20的环形结构体的理由并不是为了使其容易弹性变形，而是为了确保沿着旋转轴(Z轴)贯通左侧支撑体10、环形变形体30和右侧支撑体20的各贯通开口部H10、H30、H20的插入孔。看图3的侧剖面图就可以清楚，该基本结构部采用了内部中空的结构。当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使用时，可以在该中空部分配置减速器等，可以设计出总体上节省空间的机器人手臂。这是现有的扭矩传感器难以实现的优点之一，而现有的扭矩传感器利用形成为实心圆条形状的扭杆的扭转。因此，对于本发明的扭矩传感器，虽然环形变形体30需要由产生检测扭矩所需要的弹性变形的材质形成，但是，左侧支撑体10和右侧支撑体20不需要产生弹性变形，因此，优选方式是，不如使用高刚性的材质形成。在实际使用中，作为左侧支撑体10、右侧支撑体
20、环形变形体30的材料，如果使用绝缘材料，使用塑料等合成树脂就足够，如果使用导电材料(在这种情况下，如后所述，为了防止电极短路，需要在必要的地方实施绝缘)，使用不锈钢、铝等金属就足够。当然，也可以组合使用绝缘材料和导电材料。左侧支撑体1、右侧支撑体20、环形变形体30均能由轴方向的厚度小的扁平结构体形成，因此，可以能够较短地设置传感`器整体的轴长。而且，由于通过环形变形体30的形状变形检测扭矩，因此，环形变形体30需要使用产生弹性变形的材质，但是，使用具有较高刚性的材质,也可以进行高精度的检测。( § 2.本发明的扭矩检测原理)接着，在这里试想当扭矩作用于§ I中所述的基本结构体时各部分将如何变形。图7是在XY平面剖开图2所示的基本结构部分，是从图2的左方向看到的剖面图。而且，该图7所示的XY坐标系是从背面看通常的XY坐标系(X轴正方向成为图的左方向)。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表示该坐标系的各象限。图上画出剖面线的截面部分相当于环形变形体30的部分，在其里侧能够看见右侧支撑体20。图中的点Pll P22是在图4和图6中所示的各连接点Pll P22向XY平面的正投影投影投影像。S卩，在图7中，配置在Y轴上的点P11、P12表示左侧支撑体10的凸状部11、12的接合位置(接合面的中心点)，配置在X轴上的点P21、P22表示右侧支撑体20的凸状部21、22的接合位置(接合面的中心点)。其结果是，环形变形体30的左侧面在沿着Y轴的两个位置的连接点P11、P12与左侧支撑体10接合，环形变形体30的右侧面在沿着X轴的两个位置的连接点P21、P22与右侧支撑体20接合。这样，如果将环形变形体30的上下两个位置与左侧支撑体10接合，将左右两个位置与右侧支撑体20接合，且各连接点各错开90°，则可以通过扭矩的作用使环形变形体30有效地变形。在图7所示的例子的情况下，当将环形变形体30的两个侧面投影到XY平面上而得到正投影投影图像时，第一右侧连接点P21的投影图像配置在正X的轴上，第二右侧连接点P22的投影图像配置在负的X轴上，第一左侧连接点Pll的投影图像配置在正的Y轴上，第二左侧连接点P12的投影图像配置在负的Y轴上。如果进行该配置，就可以使环形变形体30向具有轴对称性的椭圆变形，从而可以得到具有轴对称性的检测值。本发明涉及的扭矩传感器用于检测在图2所示的基本结构部分中在左侧支撑体10和右侧支撑体20之间相对地施加的扭矩(转动力矩)，检测值是表示在两个支撑体10、20之间相对作用的力。因此，这里为了便于说明，在向右侧支撑体20施加了负荷的状态下，将施加在左侧支撑体10上的旋转力矩当作作为检测对象的扭矩(当然，同样，在向左侧支撑体10施加了负荷的状态下，将施加在右侧支撑体20上的旋转力矩当作作为检测对象的扭矩)。例如，作为机器人手臂的关节部分使用了该扭矩传感器的一个例子，试想在左侧支撑体10上安装诸如马达等驱动源，在右侧支撑体20上安装机械手的例子。在在机械手上保持有重物的状态下，如果从驱动源向左侧支撑体10施加旋转驱动力，该旋转驱动力通过构成关节部分的基本结构部分向机械手侧传递。在这种情况下，要旋转驱动右侧支撑体20的扭矩进行作用，在固定了右侧支撑体20的状态下，该扭矩相当于施加在左侧支撑体10上的旋转力矩。现在考虑一下，这样的旋转力矩对图7所示的结构体带来怎样的变化。如果固定右侧结构体20，图7所示的X轴上的连接点P21、P22的位置则成为固定状态。另一方面，对于左侧支撑体10，例如在图7中，如果向顺时针方向施加旋转力矩，则Y轴上的连接点PU、P12就要顺时针移动。如果是这样，位于第一象限I的圆弧P21 — Pll的部分必定要向内侧方向收缩，位于第二象限II的圆弧Pll — 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。图8是表示在图7所示的结构体上发生了该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所示的基本结构部分的情况下，在XY平面切断该基本结构部分，从图2的左方向看的剖面图。而且，在本申请中，对于任意的坐标轴，将用于使顺时针指向该坐标轴的正方向的旋转方向定义为正方向，将用于使顺时针指向该坐标轴的负方向的旋转方向定义为负方向。因此，在图8中，绕Z轴正向的扭矩是如图中白色空心箭头所示在顺时针方向进行作用的扭矩。图8中的虚线表示环形变形体30在变形之前的状态(图7的状态)。如果参考该虚线，通过绕Z轴正向的扭矩进行作用，将能够容易把握环形变形体30变形为椭圆。在此，为了便于说明，在XY平面上，定义通过原点0相对于X轴和Y轴形成45°的V轴和W轴。V轴是将第一象限I作为正方向的坐标轴，W轴是将第二象限II作为正方向的坐标轴。如图所示，环形变形体30变形到将V轴作为短轴方向、将W轴作为长轴方向的椭圆形，而且，相对V轴和W轴具有轴对称性。在 用§3所述的方法获得扭矩的检测值的情况下，这样的轴对称性很方便。在图示的实施方式中，产生具有轴对称性的变形的原因是，如图7所示，在无负荷时(扭矩未进行作用时)，环形变形体30是完全的圆形，当向XY平面投影环形变形体30的两个侧面而得到正投影投影图像时，则第一右侧连接点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Pll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。进行作用的扭矩越来越大，环形变形体30就变形成更扁平的椭圆。因此，在图8中，如果可以测量环形变形体30的位于V轴上的部分距原点O的距离或环形变形体30的位于W轴上的部分距原点O的距离(这些距离成为一种表示由用虚线所示的变形前的位置起的位移量)，就可以求出所作用的扭矩的大小的信息。换言之，只要可以测量环形变形体30的内周面或外周面的直径方向的移位即可。而扭矩向反方向作用时，S卩、在绕Z轴负的扭矩作用的情况下，与图8所示的例子相反，逆时针的旋转力作用于环形变形体30 (的连接点P11、P12)，因此，环形变形体30变形为以V轴为长轴方向、以W轴为短轴方向的椭圆形。因此，环形变形体30的位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的移位方向与图8所示的例子的方向相反。因此，如果测量环形变形体30的位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的移位，就可以检测所作用的扭矩的方向和大小。例如，当监控到环形变形体30的内周面与V轴的交点位置时，由虚线所示的标准位置向内侧方向移位的情况可以判断为施加了绕Z轴正向的扭矩，而向外侧外侧移位的情况可以判断为施加了绕Z轴负的扭矩。或者，当监控到环形变形体30的内周面与W轴的交点位置时，由虚线所示的标准位置向外侧方向移位的情况可以判断为施加了绕Z轴正向的扭矩，而向内侧方向移位的情况可以判断为施加了绕Z轴负的扭矩。当然，移位量的绝对值表示所作用的扭矩的大小。在本发明涉及的扭矩传感器中产生的环形变形体30的直径方向的移位即使在环形变形体30中产生的扭转角度小，也能根据环形变形体的直径形成比较大的移位。因此，即使使用刚性较高的环形变形体30，也可以进行具有充分的灵敏度的扭矩检测。以上是本发明涉及的扭矩检`测原理。在本发明中，为了基于该原理进行扭矩检测，在上述的基本结构部分还增加了电容元件和检测电路。( §3.电容元件和检测电路)如上所述，在本发明中，在图2所示的基本结构部分还增加了电容元件和检测电路，构成扭矩传感器。如图8所示，由于扭矩的作用，环形变形体30变形成椭圆形。由于该变形，产生最大移位的部分是位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分，因此，基于环形变形体30的特定部分的移位，测量位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的移位对于测量环形变形体30的变形量(进行作用的扭矩的大小)最为有效。因此，在此所述的实施方式中，在环形变形体30的内周面的位于V轴上的部分和位于W轴上的部分上形成移位电极。图9是从图2的左方向看到在内周面形成有移位电极E31、E32的状态的环形变形体30的平面图。为了便于说明，叠加绘制了 X、Y、V、W轴。移位电极E31是形成于V轴的正轴区域与环形变形体30的内周面的交叉位置的电极，移位电极E32是形成在W轴的正轴区域与环形变形体30的内周面的交叉位置的电极。上述移位电极E31、E32的深度(与图9的纸面垂直方向的尺寸)与环形变形体30的深度相等。在这种情况下，移位电极E31、E32由通过气相沉积或电镀等方法在环形变形体30的内周面形成的金属膜等导电层构成。当然，如果环形变形体30是由铝或不锈钢等金属形成的情况下，由于环形变形体30本身具有导电性，因此，需要通过绝缘层而形成移位电极E31、E32。
另一方面，在与这些移位电极E31、E32相对的位置分别设置固定电极E21、E22，并固定于右侧支撑体20。图10是从图2的左侧方向看到安装有这些固定电极E21、E22的状态的右侧支撑体20的平面图。这里，为了便于说明，也叠加绘制了 X、Y、V、W轴。固定电极E21被配置在V轴的正轴区域，与移位电极E31相对。固定电极E22被配置在W轴的正轴区域，与移位电极E32相对。图11是图10所示的右侧支撑体20的侧视图。如图所示，固定电极E22由从右侧支撑体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。而且，由于固定电极E21隐藏在固定电极E22的里面，因此，没有出现在图11中。图12是在VZ平面剖开在图3所示的基本结构部分增加了移位电极和固定电极的结构体的侧剖面图。相对于图3是在YZ平面剖开的侧剖面图，图12是在VZ平面剖开的侧剖面图，因此，图12的上方不是Y轴方向，而是图9和图10所示的V轴方向。在该图12的侧剖面图中清楚示出配置在V轴上的移位电极E31和固定电极E21相互相对的状态。移位电极E31由于是固定在环形变形体30的内周面的电极，因此，根据环形变形体30的变形进行移位。另一方面，固定电极E21的右端被固定在右侧支撑体20上，通常，保持一定的位置，而与环形变形体30变形无关。其结果是，移位电极E31相对于固定电极E21的位置根据环形变形体30的变形而变化。换言之，移位电极E31和固定电极E21的电极间距离根据环形变形体30的变形而变化。在图12中未图示，但配置在W轴上的移位电极E32与固定电极E22的关系完全相同。图13是在XY平面剖开在图2所示的基本结构部分增加了上述移位电极和固定电极的结构体，从图2的左方向看到的剖面图。在该剖面图中清楚地示出配置在V轴上的移位电极E31和固定电极E21相互相对、配置在W轴上的移位电极E32和固定电极E22相互相对的状态。 在此所示的实施方式中，移位电极E31、E32由形成在环形变形体30的内周面的导电层构成，因此，其表面为沿着环形变形体30的内周的曲面。因此，与上述移位电极E31、E32相对的固定电极E21、E22也形成曲面形的电极。换言之，移位电极E31、E32和固定电极E21、E22的表面由以Z轴为中心轴的同心的圆柱表面构成。而且，各电极的表面形状只要具有构成电容元件的作用，任何形状都可以，因此，也可以使用表面形成平面的平板状的电极。而且，在本申请的附图中，为了便于图示，忽略各移位电极和各固定电极的厚度的实际尺寸进行了绘制。例如，当利用形成在环形变形体30的内周面的导电层(气相沉积层或电镀层)构成移位电极E31、E32时，其厚度可以设定为数微米左右。而利用从右侧支撑体20的左侧面突出的导电板(金属板)构成固定电极E21、E22时，为了确保实际使用时的强度，优选方式是，确保其厚度为数毫米左右。因此，在图13等中，为了方便起见，以相同的尺寸绘制了移位电极的厚度和固定电极的厚度，但是，考虑到生产工序和实际使用时的强度，应该将上述电极的实际厚度尺寸分别设定为适当的值。图14是表示绕Z轴正向的扭矩作用于图13所示的基本结构部分时的状态的XY剖面图。如在§2中所述，如果该扭矩进行作用，环形变形体30就变形为椭圆形，V轴成为该椭圆的短轴方向，W轴成为该椭圆的长轴方向。其结果是，配置在V轴上的一对电极E21、E31的电极间距变窄，配置在W轴上的一对电极E22、E32的电极间距变大。因此，如果利用一对电极E21、E31形成电容元件Cl，利用一对电极E22、E32形成电容元件C2，作为这些电容元件Cl、C2的电容值的变化量，可以检测进行作用的扭矩的方向和大小。例如，以图13所示的无负荷状态(扭矩不进行作用的状态)为基准，关注由电极E21、E31形成的电容元件Cl的电容值的变化，如图14所示，当绕Z轴正向的扭矩作用时，电极间距就变窄，电容值将增加，相反，当绕Z轴负的扭矩进行作用，电极间距就扩大，电容值将减少。因此，电容值的增加变化表示绕Z轴正向的扭矩进行了作用，电容值的减少变化表示绕Z轴负的扭矩进行了作用。当然，变化量的绝对值表示所作用的扭矩的大小。同样，关注由电极E22、E32形成的电容元件C2的电容值的变化，如图14所示，当绕Z轴正向的扭矩进行作用时，电极间距就扩大，电容值将减少，相反，当Z轴负的扭矩进行作用时，电极间距就变窄，电容值将增加。因此，电容值的减少变化表示绕Z轴正向的扭矩进行了作用，电容值的增加变化表示绕Z轴负的扭矩进行了作用。当然，变化量的绝对值表示所作用的扭矩的大小。其结果是，使用电容元件Cl或使用电容元件C2都可以检测绕Z轴的扭矩，理论上只使用任一方的电容元件就足够。但在实际使用时，优选同时使用电容元件Cl、C2进行检测。即，如果在环形变形部30变形为椭圆形后的短轴位置(V轴上)和长轴位置(W轴上)分别设置电容元件C1、C2，当施加了相同的扭矩时，在短轴位置(V轴上)上，电极间距变窄、电容值增加，而在长轴位置(W轴上)上，电极间距扩大、电容值减少，因此，作为两个电容值Cl、C2的差分，可以检测进行作用的扭矩。这种差分检测对于抑制相位噪声或零点漂移的稳定的扭矩检测有效，而且，有抵消温度引起的各部分的膨胀的影响，有助于得到高精度的检测值。为了进行该差分检测，主要是，在环形变形体30的各部分中，设置固定于当预定旋转方向的扭矩进行作用时向接近旋转轴的方向移位的第一部分(在该例中是与V轴交叉的部分)的第一移位电极E31、固定于当预定旋转方向的扭矩进行作用时向离开旋转轴的方向移位的第二部分(在该例中是与W轴交叉的部分)的第二移位电极E32、配置于与第一移位电极E31相对的位置的第一固定电极E21以及配置于与第二移位电极E32相对的位置的第二固定电极E22即可。而且，作为用于进行该差分检测的检测电路，设置下述电路即可，该电路将相当于由第一移位电极E31和第一固定电极E21构成的第一电容兀件Cl的电容值与由第二移位电极E32和第二固定电极E22构成的第二电容元件C2的电容值之差的电信号作为表示进行作用的扭矩的电信号进行输出。图15是示出具有进行该差分检测功能的检测电路的一个例子的电路图。在该电路图中示出的E21、E31、E22、E32是图13和图14所示的各电极，C1、C2是由上述电极形成的电容元件。C/V转换电路41、42分别是将电容元件(1、02的电容值转换成电压值V1、V2的电路，转换后的电压值Vl、V2成为分别与电容值对应的值。差分计算单元43具有求出电压值的差分“V1- V2”并将其向输出端子Tl输出的功能。在图13的例子中，由相同形状、相同尺寸的电极构成移位电极E31、E32，由相同形状、相同尺寸的电极构成固定电极E21、E22，如果设置成电极E31、E21与V轴的位置关系和电极E32、E22与W轴的位置关系相同，则在图13所示的无负荷状态下，电容元件C1、C2的电容值相同。因此，从图15所示的检测电路向输出端子Tl输出的电压值为零。
而如图14的例子所示，当Z轴正的扭矩进行作用时，电容元件Cl的电容值增大，电容元件C2的电容值缩小，因此，从图15所示的检测电路向输出端子Tl输出的电压值成为正值，扭矩越大，其绝对值就越大。相反，当Z轴负的扭矩进行作用时，电容元件Cl的电容值减小，电容元件C2的电容值增大，因此，从图15所示的检测电路向输出端子Tl输出的电压值成为负值，扭矩越大，其绝对值越大。因此，输出端子可以得到包含符号的扭矩的检测值。而且，在这里所示的实施方式中，将各固定电极E21、E22固定于右侧支撑体20，但是，固定电极也可以固定于左侧支撑体10。例如，如果是图12所示的例子时，由从右侧支撑体20的左侧面向左侧突出的导电板构成固定电极E21，但是，也可以由从左侧支撑体10的右侧面向右侧突出的导电板构成固定电极E21。总之，固定电极E21被设置成被保持在与移位电极31相对的固定位置上即可，而与环形变形体30变形无关。而且，在这里所示的实施方式中，将移位电极E31、E32固定于环形变形体30的内周面，但是，移位电极也可以固定于环形变形体30的外周面。看一下图14就可以清楚，环形变形体30变形为椭圆时发生移位的不仅是环形变形体30的内周面，同样，外周面也发生移位。因此，移位电极也可以形成于环形变形体30的外周面。在这种情况下，只要将与移位电极相对的固定电极配置在移位电极的更外侧即可。但是，如果采用在环形变形体30的外侧设置各电极的结构时，整个传感器的尺寸将增大，并且各电极部分容易破损，因此，在实用方面，如前述的实施方式，优选方式是，将移位电极设置于环形变形体30的内周面。其结果是，本发明的扭矩传感器是通过在§ I中说明的基本结构部分(左侧支撑体10、右侧支撑体20、环形变形体30)中增加移位电极、固定电极和检测电路而构成的传感器，上述移位电极固定于环形变形体30的内周面或外周面，并发生因环形变形体30的弹性变形而引起移位；上述固定电极配置于与该移位电极相对的位置，固定于左侧支撑体10或右侧支撑体20 ;上述检测电路基于由上述移位电极和固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表示在右侧支撑体20上施加了负荷的状态下，作用于左侧支撑体10的绕旋转轴的扭矩的电信号。电容元件可以只通过设置移位电极和固定电极这一对电极而构成，整个扭矩传感器的结构被简化，有助于降低成本。而且，图15所示的C/V转换电路41、42、差分计算单元43是一直以来公知的简单电路，是可以用较低成本实现的电路。而且，移位电极和固定电极可以各设置一片，但在实用上，为了可以进行更高精度的检测，优选方式是，设置配置在V轴上的第一移位电极E31和第一固定电极E21、配置在W轴上的第二移位电极E32和第二固定电极E22，检测电路将相当于由第一移位电极E31和第一固定电极E21构成的第一电容兀件Cl的电容量与由第二移位电极E32和第二固定电极E22构成的第二电容元件C2的电容量之差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。在这种情况下，如果电容元件C1、C2的检测灵敏度不同，可以乘以预定系数进行校正。(§ 4.偏置配置电极的变形例)在§ 3中就基本原理进行了说明，上述基本原理是，对于图13所示的无负荷状态的传感器，当绕Z轴正向的 扭矩进行作用时，则向图14所示的变形状态过渡，因此，根据一对电容元件Cl、C2的电容值的变化来检测该变形状态。但是，为了便于说明，图14是忽略了与移位电极E31、E32的旋转方向有关的移位的示图，实际上，移位电极E31、E32沿顺时针有若干错位而产生偏移。图16是强调地描绘了该移位电极E31、E32的旋转方向的错位的剖面图。如在§ 3中所说明的，当绕Z轴正向的扭矩进行作用时，环形变形体30变形为椭圆形，因此，配置于V轴的一对电极E21、E31的电极间距变窄，配置于W轴的一对电极E22、E32的电极间距变大。但实际上，对于环形变形体30，如图中的白色空心箭头所示，由于施加向顺时针方向旋转的力，因此，固定在环形变形体30的内周面的移位电极E31、E32向图的顺时针方向进行若干移动。在图16中，为了便于说明，相当大地示出了该旋转方向的偏移量，实际上，作为环形变形体30，如果使用塑料或金属等在一定程度上具有高刚性的材质，移位电极的旋转方向的偏移量不会这么大。其结果是，在图16所示的变形状态下，如果看配置在V轴上的一对电极E21、E31的位置关系，可以知道，相互的电极间距变窄，移位电极E31的位置在顺时针方向进行了若干错位，因此，有效相对面积缩小。同样，如果看配置在W轴上的一对电极E22、E32的位置关系，可以知道，相互的电极间距扩大，移位电极E32的位置在顺时针方向进行了若干错位，因此，有效相对面积缩小。在此，当研究由一对相对电极构成的电容元件的电容值的变化时，由电极E21、E31构成的电容元件Cl的电容量因电极间距变窄而增加，但因有效相对面积缩小而减少。另一方面，由电极E22、E32构成的电容元件C2的电容量因电极间距扩大而减少，而且，因有效相对面积缩小而进一步减少。因此，各电容元件Cl、C2的电容值受到电极间距的变化因素和有效相对面积的变化因素两方面的影响而变化。因此，在图16所示的变化状态中，关于电容元件C2，可以获得电极间距的变化因素和有效相对面积的变化因素双方在使电容值减少的方向上进行作用的灵敏度放大效果。但是，关于电容元件Cl，虽然电极间距的变化因素在使电容值增加的方向上进行作用，但是，有效相对面积的变化因素相反地在使电容值减少的方向上进行作用，两个变化因素相互在相反的方向上相互作用，结果是，使灵敏度下降。而且，与图16所示的变化状态相反，在绕Z轴负的扭矩作用的情况下，关于电容元件Cl，虽然得到了灵敏度放大效果，但是，关于电容元件C2，灵敏度下降。如上所述，环形变形体30如果使用具有高刚性的材质，则在扭矩进行了作用的状态下，可以将环形变形体30的扭转角控制成比较小，减少移位电极相对固定电极的偏移量。但是，因两个电极的位置关系产生的偏移确实产生导致检测灵敏度降低的不利影响。因此，在§ 4中，对于因构成电容元件的一对电极的有效相对面积的变化而导致的检测灵敏度降低的问题，说明处理方法。该方法的基本概念是，在扭矩不进行作用的无负荷状态下，事先在预定方向具有偏移量地配置一方的电极。通过该方法，在扭矩进行作用时，可以防止电容元件的有效面积的变化对检测结果的不利影响。

具体是，例如图17所示，在扭矩不进行作用的无负荷状态下，可以如下配置电极，SP、第一固定电极E21的位置与第一移位电极E31的位置相比，向预定旋转方向(在本例中是图中的顺时针方向)错开预定偏移量，第二固定电极E22的位置与第二移位电极E32的位置相比，向上述预定旋转方向的反方向(在本例中是图中的逆时针方向)错开预定偏移量。
图18是表示对于图17所示的扭矩传感器，在使环形变形体30顺时针旋转若干时的各电极的位置关系的剖面图。实际上，在绕Z轴正向的扭矩作用的情况下，环形变形体30将变形为椭圆形，但是，在图18中，为了示出与各电极的旋转方向相关的位置关系的变化，环将形变形体30绘制成依然保持圆形形状的状态(可以考虑为右侧支撑体20的凸状部21、22不与环形变形体30接合，环形变形体30沿顺时针方向空转的状态)。在此，如果看到配置于V轴的一对电极E21、E31的位置关系可知，与图17所示的状态相比，在图18所示的状态中，移位电极E31的位置稍微顺时针地错开，因此，有效相对面积扩大。而如果看配置于W轴的一对电极E22、E32的位置关系可知，与图17所示的状态相比，在图18所示的状态中，移位电极E32的位置稍微顺时针地错开，因此，有效相对面积缩小。其结果是，如果只考虑有效相对面积的变化这一因素，通过从图17所示的状态向图18所示的状态转变，电容元件Cl的电容值增加，电容元件C2的电容值减少。而如果只考虑电极间距的变化这一因素，如在§3所述，通过从图13所示的状态向图14所示的状态转变，电容元件Cl的电容值增加，电容元件C2的电容值减少。实际上，在图17所示的扭矩传感器中，在绕Z轴正向的扭矩进行作用的情况下，不是图18所示的状态，而是加上环形变形体30的椭圆变形的状态，因此，各电容元件C1、C2的电容值受到有效相对面积的变化这一因素和电极间距的变化这一因素两方面的影响而发生变化。在这种情况下，如果也采用图17所示的偏移配置，两个变化因素总是向相同的方向相互作用，其结果是，可以得到灵敏度增加的效果。例如，关于电容元件Cl，当绕Z轴正向的扭矩进行作用时，电极间距的变化这一因素如图14所示，电极间距变窄、产生电容值增加的作用，有效相对面积的变化这一因素如图18所示，有效相对面积增大、产生电容值增加的作用。即，两个变化因素都是向电容值增加的方向作用。而关于电容元件C2，当绕Z轴正向的扭矩进行作用时，电极间距的变化这一因素如图14所示，电极间距扩大，产生电容值减少的作用，关于有效相对面积的变化这一因素，如图18所示，有效相对面积缩小，产生电容值减少的作用。即，两个变化因素都向减少电容值的方向作用。而且，当绕Z轴负的扭矩进行作用时，关于电容元件Cl，电极间距扩大，产生电容值减少的作用，有效相对面积缩小，还产生电容值减少的作用。关于电容元件C2，同样电极间距变窄，也产生电容值增加的作用，有效相对面积扩大，也产生电容量增加的作用。这样，在无负荷状态下，如果采用图17所示的偏移配置，基于电极间距的变化这一因素的电容值的变化和基于有效相对面积的变化这一因素的电容值的变化总是作用于相同的方向，因此，可以获得通常使检测灵敏度增加的效果。总之，当预定旋转方向的扭矩进行作用时，在使用配置在电极间距变窄的位置的第一电容元件和配置在电极间距扩大的位置的第二电容元件进行扭矩检测的情况下，当上述扭矩进行作用时，构成第一电容元件的一对电极的有效相对面积增加，构成第二电容元件的一对电极的有效相对面积减少，在扭矩不进行作用的无负荷状态下，也可以事先偏移配置相互相对的移位电极和固定电极即可。( §5.使用四组电容元件的变形例)

在§ 3中说明了下述的例子，即、利用通过扭矩的作用使圆环形的环形变形体30变形为椭圆形的基本结构部分，在椭圆的短轴方向和长轴方向分别定义V轴和W轴,在V轴和W轴的位置分别配置一组电容元件，并检测扭矩的例子进行了说明。在这里，进一步说明通过合计使用四组电容元件来提高检测精度的变形例。在该§ 5中所述的扭矩传感器与在§ 3中说明的实施方式相同，也使用图2所示的基本结构部分。与在§3中说明的实施方式的不同之处是，合计使用了四组电容元件，检测电路基于这四组电容元件的电容值进行扭矩检测。图19是使用这四组电容元件的变形例涉及的扭矩传感器的在XY平面的剖面图。与图13所示的基本的实施方式相比可知，新增加了两片移位电极E33、E34和两片固定电极E23、E24。即，在正的V轴上配置有第一移位电极E31和第一固定电极E21，在正的W轴上配置有第二移位电极E32和第二固定电极E22，在负的V轴上配置有第三移位电极E33和第三固定电极E23，在负的W轴上配置有第四移位电极E34和第四固定电极E24。当然，各移位电极E31 E34均固定于环形变形体30的内周面，为了使各固定电极E21 E24到达与各移位电极E31 E34相对的位置，其端部被固定于右侧支撑体20(也可以是左侧支撑体10)。其结果是，在XY坐标系中，在第一象限I中配置由第一移位电极E31和第一固定电极E21构成的第一电容元件Cl，在第二象限II中配置由第二移位电极E32和第二固定电极E22构成的第二电容元件C2，在第三象限III中配置由第三移位电极E33和第三固定电极E23构成的第三电容元件C3，在第四象限IV中配置由第四移位电极E34和第四固定电极E24构成的第四电容元件C4。这里，关于基于上述基本原理的扭矩检测，第三电容元件C3的动作与第一电容元件Cl的动作相同，第四电容元件C4的动作与第二电容元件C2的动作相同。例如，对于图19所示的无负荷状态的传感器，当绕Z轴正向的扭矩进行作用，则向图20所示的变形状态转变，电容元件C1、C3的电极间距变窄，因此电容值增加，电容元件C2、C4的电极间距扩大，因此电容值减少。当绕Z轴负的扭矩进行`作用时，产生与此相反的现象。因此，在该变形例的情况下，如果使用图21的电路图所示的检测电路，则可以检测绕Z轴的扭矩。该电路图所示的E21 E34是图19和图20所示的各电极，Cl C4是由上述电极构成的电容元件。C/V转换电路51 54是将各电容元件Cl C4的电容值转换成电压值Vl V4的电路，转换后的电压值Vl V4成为与各电容值对应的值。计算单元55具有进行“V1- V2 + V3 - V4”的计算、并将其结果向输出端子T2输出的功能。该计算相当于求出电压值之和“VI + V3”与电压值之和“V2 + V4”的差的计算。其结果是，如图21所示的检测电路是具有将相当于“由第一移位电极E31和第一固定电极E21构成的第一电容元件Cl的电容值与由第三移位电极E33和第三固定电极E23构成的第三电容元件C3的电容值之和”与“由第二移位电极E32和第二固定电极E22构成的第二电容元件C2的电容值与由第四移位电极E34和第四固定电极E24构成的第四电容元件C4的电容值之和”的差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出的功能。如上所述，如果将合计四组的电容元件设置在V轴和W轴的正负两侧，则可以利用电容值增加的两组电容元件和电容值减少的两组电容元件进行差分检测，从而，进一步提高检测精度。当然，对于使用该四组电容元件的变形例，通过进行在§4中所述的电极的偏移配置，可以防止基于电容元件的有效相对面积的变化这一因素而使检测灵敏度下降。即，通过预定旋转方向的扭矩的作用，环形变形体30正投影到XY平面上的投影图像的轮廓由圆形变化到椭圆形时，采用下述构成，即、该椭圆形的短轴方向作为V轴，将长轴方向作为W轴，在V轴和W轴的正负两侧配置各电容元件Cl C4，当扭矩不进行作用时，第一固定电极E21的位置与第一移位电极E31的位置相比，向上述预定旋转方向错开预定偏移量，第二固定电极E22的位置与第二移位电极E32的位置相比，向上述预定旋转方向的反方向错开预定偏移量，第三固定电极E23的位置与第三移位电极E33的位置相比，向上述预定旋转方向错开预定偏移量，第四固定电极E24的位置与第四移位电极E34的位置相比，向上述预定旋转方向的反方向错开预定偏移量即可。( § 6.将电容元件的有效面积保持一定的变形例)在§ 4中，就以下情况进行了说明，即、当扭矩进行作用时，移位电极在旋转方向上产生若干错位，因此，在相对的一对移位电极/固定电极之间发生偏移，发生电容兀件的有效面积变化的现象，其结果是，导致检测灵敏度下降。并且，作为防止这样的灵敏度下降的方法，说明了在无负荷状态下，事先将电极进行偏移设置的方法。在此说明这样的方法，即使在移位电极在旋转方向上发生了若干错位的情况下，即，移位电极与固定电极的相对位置发生了变化的情况下，电容元件的有效面积也不会发生变化。图2是表示即使在移位电极与固定电极的相对位置发生了变化的情况下，也能将电容元件的有效面积保持一定的原理图。如图22 (a)所示，现在考虑相互相对地配置一对电极EL、ES的情况。相互具有一定间隔地平行配置两个电极EL、ES，由此构成电容元件。但电极EL的面积比电极ES的大，当将电极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。这种情况下，电容元件的有效面积为电极ES的面积。图22 (b)是图22 (a)所示的一对电极ES、EL的侧视图。图中的画出阴影的区域是实际上具有实质的电容 元件功能的部分，作为电容元件的有效面积为所谓的画出该阴影的电极面积(即电极ES的面积)。现在考虑图中由点划线所示的垂直面U。电极ES、EL均被配置成与垂直面U平行。在此，当使电极ES沿着垂直面U向垂直上方移动时，尽管电极EL侧的相对部分向上方移动，但该相对部分的面积不发生变化。即使使电极ES向下方移动或向纸面的里侧方向或眼前方向移动，电极EL侧的相对部分的面积也不会变化。总之，在电极EL的表面形成的电极ES的正投影投影图像如果是被完全包含在电极EL的表面内的状态(S卩、一点都没突出的状态)，则电容元件的有效面积总是与电极ES的面积一致。即、即使电极ES移动，电容元件的有效面积也被保持一定。在使电极EL侧移动的情况下也同样。因此，预定旋转方向的扭矩进行作用的结果，即使在移位电极与固定电极的相对位置发生变化的情况下，为了使构成电容元件的一对电极的有效相对面积不发生变化，如果将固定电极和移位电极中的一方的面积设置成大于另一方的面积，则在扭矩进行作用的情况下，电容元件的有效面积也被保持一定。更准确地说，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的表面投影并形成了正投影投影图像的情况下，只要保持电极ES的投影图像被完全包含在电极EL的表面内的状态，则利用两个电极构成的电容元件的有效面积与电极ES的面积相等，并总是不变。
图23是表示在在§ 5中所述的图19中所示的扭矩传感器中使用了图22所示的原理的变形例的在XY平面的剖面图。与图19所示的传感器的不同之处只是将四片移位电极E31 E34更换成面积更大的移位电极E31L E34L，将四片固定电极E21 E24更换成面积更小的固定电极E21S E24S。如果看图23可以清楚地知道，在沿着XY平面的剖面图中，比较圆周方向的各电极的宽度，移位电极E31L E34L的宽度总是大于固定电极E21S E24S的宽度。图24是在VZ平面上剖开图23所示的扭矩传感器的侧剖面图。图24的上方不是Y轴方向，而是图23所示的V轴方向。在图的原点O附近，清楚地示出了移位电极E34L和固定电极E24S的位置关系。在该例子中，固定电极E24S通过绝缘板D24被固定在右侧支撑体20上。作为构成电容元件C4的电极发挥作用的部分只是配置在原点O附近的固定电极E24S的部分，绝缘板D24只具有用于支撑固定电极E24S的单纯的底座的功能。同样，在图24的上方清楚地示出了移位电极E31L和固定电极E21S的位置关系。在此，绝缘板D21也发挥用于支撑固定电极E21S的作为底座的作用。而且，在图24的下方清楚地示出了移位电极E33L和固定电极E23S的位置关系。在此，绝缘板D23也发挥用于支撑固定电极E23S的作为底座的作用。其结果是，在本实施例的情况下，即使移位电极E31L E34L沿图23的圆周方向进行移位，沿图24的Z轴方向进行移位，只要该移位量不超过预定允许范围(S卩，只要固定电极的投影图像不从移位电极的表面突出)，各电容元件Cl C4的有效面积则被保持一定。因此，各电容元件Cl C4的电容值的变化均因电极间距离的变化这一因素而产生，不会产生有效相对面积的变化这一因素引起的电容值的变化。这意味着不会发生因在§4中所述的原因导致的检测灵敏度降低。该图23所示的实施例具有附加的特征，即，即使在除作为检测对象的扭矩以外的额外的分力(以下称为干扰成分)作用的情况下，也可以不受这些干扰成分的影响而进行准确地扭矩检测，在实用中，是非常有用的。以下就该附加的特征进行具体说明。

一般情况下，在XYZ三维坐标系中进行作用的力被分成共计六个成分，即，所谓X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy、Z轴方向的力Fz等在各坐标轴方向作用的分力和绕Z轴的力矩M χ、绕Y的力矩M y、绕Z的力矩M z等绕各坐标轴作用的力矩成分。并且，优选方式是，在用于检测这六个成分中的特定成分的传感器中，具有不受其他成分的影响而仅单独检测该特定成分的功能。在此，对于图23所示的扭矩传感器，讨论当上述六个成分进行作用时能够得到怎样的检测结果。这里，为了方便起见，分别考虑在向右侧支撑体20施加了负荷的状态(固定了右侧支撑体20的状态)下，各分力作用于环形变形体30的情况。首先，图25是就图23所示的扭矩传感器，示出在绕Z轴正向的力矩M z进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图。该绕Z轴正向的力矩M Z在该扭矩传感器中就是作为检测对象的扭矩。当绕Z轴正向的力矩Mz (检测对象扭矩)对图23所示的无负荷状态的传感器进行作用时，则向图25所示的变形状态转变，由于电容元件C1、C3的电极间距变窄，因此电容值增加，由于电容元件C2、C4的电极间距扩大，因此电容值减少。因此，如已在§5中所述，如果使用图21所示的检测电路，可以在输出端子T2获得力矩M z (检测对象)的检测值。
而图26是就图23所示的扭矩传感器，示出在X轴方向的力Fx进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图。在这种情况下，如白色空心箭头所示，对构成环形变形体30的上方的圆弧部分、下方的圆弧部分均施加使其向图的左方向移动的力，因此，环形变形体30变形为图示的状态。其结果是，由于电容元件C2、C3的电极间距变窄，因此电容值增加，由于电容元件Cl、C4的电极间距扩大，因此电容值减少。但是，在图21所示的检测电路中，电容元件C2、C3的电容值的变化量相互抵消，电容元件C1、C4的电容值的变化量也相互抵消，因此，向输出端子T2输出的检测值为零。其结果是，即使X轴方向的力Fx进行作用，也检测不出该值。当Y轴方向的力Fy进行作用时也是一样。在这种情况下，由于电容元件Cl、C2的电极间距扩大，因此电容值减少，由于电容元件C3、C4的电极间距变窄，因此电容值增加。但是，在图21所示的检测电路中，电容元件Cl、C2的电容值的变化量相互抵消，电容元件C3、C4的电容值的变化量也相互抵消，因此，向输出端子T2输出的检测值为零。其结果是，即使Y轴方向的力Fy进行作用，也不会检测出该值。而且，当Z轴方向的力Fz进行作用时，在图24中，环形变形体30向图的右方平行移动，但是，各电容元件的电极间距不发生变化，保持一个一定值，而且，只要变化量在上述预定允许范围内，各电容元件的有效面积也保持不变。因此，在各电容元件中，电容值不发生变化，即使Z轴方向的力Fz进行作用，也不会检测出该值。而图27是就图23所示的扭矩传感器，示出在绕X轴正向的力矩Mx进行作用时的状态的在ZV平面上的剖面图。如图所示，环形变形体30按图面上的顺时针进行旋转移位，因此，各移位电极和各固定电极的位置关系发生变化。但是，各电容元件的电容值不发生变化。例如，在原点0附近画出的移位电极E34L和固定电极E24S尽管相互的朝向发生了变化，但是，电极间距或有效面积没有发生变化，因此，电容元件C4的电容值不发生变化，电容元件C2也是一样。而且，对于在图的上方画出的移位电极E31L和固定电极E21S，由于移位电极E34L发生了倾斜，因此，相互的位置关系发生变化，但有效面积没有变化。并且，对于电极间距，其关系是右半部分变窄，但左半部分扩大的关系，因此，总体上与电极间距是一定时的情况相同。因此，电容元件Cl、C3的电容值也不发生变化。其结果是，即使绕X轴的力矩M X进行作用，也不会检测出该值。绕Y轴的力矩M y也是一样。图28是示出对于图23所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体20施加了负荷的状态下，当各坐标轴方向的力和绕各坐标轴的力矩从左侧支撑体10作用于环形变形体30时的四组电容元件Cl C4的电容值的变化情况的表格。在图中，“ + ”栏表示电容值增加，“一”栏表示电容值减少，“0”栏表示电容值无变化。得到该结果的理由如已参照图25至图27进行的说明。参照该图28的表的同时，考虑图21所示的检测电路的动作，可以理解为，只有在绕Z轴的力矩M X (作为检测对象的扭矩)进行作用的情况下，在输出端子T2得到检测值，除此之外，即使五个干扰成分Fx、Fy、Fz、M x、M y进行作用，在输出端子T2也不能得到检测值。其结果是，在图23所示的实施例涉及的扭矩传感器中，即使在除作为检测对象的扭矩以外的额外的分力(以下称为干扰成分)进行了作用的情况下，也可以不受这些干扰成分的影响而进行准确的扭矩检测。
而且，在该图23所示的实施例涉及的扭矩传感器中，X轴方向的力Fx和Y轴方向的力Fy也可以通过以下计算求出，Fx = (C2 + C3) - (Cl + C4)Fy = (C3 + C4) - (Cl + C2)在此，Cl C4是各电容元件Cl C4的电容值。根据图28的表格所示的结果，可以容易理解通过该计算求出力Fx和Fy的理由。而且，如图21的检测电路所示，实际上，利用C/V转换器51 54将各电容值Cl C4转换成电压值Vl V4，利用这些电压值进行计算。这种情况下，设置进行以下计算的计算单元即可。Fx = (V 2+V 3)- (V I +V 4)Fy = (V 3+V 4)- (V I +V 2)如上所述，图23所示的实施例涉及的传感器可以具有作为检测绕Z轴的扭矩的扭矩传感器的功能，同时，可以具有作为检测X轴方向的力Fx和Y轴方向的力Fy的力传感器的功能。(§ 7.使用共用导电层的变形例)在之前所述的实施方式中，分别作为单独的物理上独立的电极构成每个移位电极和每个固定电极，也可以由一个共用电极构成多个移位电极或多个固定电极。尤其是，如果由形成在环形变形体30的内周面的共用导电层形成各移位电极，则可以使结构简化，降低制造成本。例如，如果是在§6中所述的图23所示的实施方式的情况下，将四片移位电极E31L E34L和四片固定电极E21S E24S形成为分别在物理上独立的电极，在加工时，需要形成八片各自独立的电极的工序。因此，如果由单一的共用电极构成四片移位电极E31L E34L，则使结构简化，加工工序也变得简单。图29是示出在图23中所示的扭矩传感器中，将四组移位电极E31L E34L换成共用导电层E35的变形例的在XY平面上的剖面图。共用导电层E35是以覆盖环形变形体30的整个内周面的方式形成的导电层，例如，可以由通过气相沉积或电镀在环形变形体30的内周面形成的金属膜构成共用导电层E35。在这种情况下，在整个内周面扩展的共用导电层E35中与各固定电极E21S E24S相对的部分区域具有作为各移位电极E31L E34L的功能。移位电极E31L E34L为相互短路的状态，但是，在图21中所示的检测电路的动作上不会有任何影响。图30是示出在图29所示的扭矩传感器中，通过使用由导电性材料形成的环形变形体30A，将环形变形体30A的内周面用作共用导电层的变形例的在XY平面上的剖面图。例如,如果用金属等导电性的弹性材料形成环形变形体30A，则环形变形体30A的内周面本身将作为图29所示的共用导电层E35而发挥作用。因此，实质上，在环形变形体侧无需进行形成任何电极的步骤，极大地简化制造工序。以上就将移位电极侧作为共用电极的例子进行了说明，当然，也可以将固定电极侧作为共用电极。例如，在图19所示的扭矩传感器中，也可以设置由导电性材料构成的圆筒形的共用固定电极，以代 替四片固定电极E21 E24。在这种情况下，该圆筒形的电极的一部分(与移位电极E31 E34相对的部分)将作为各固定电极E21 E24而发挥作用。
( § 8.使用两组环形变形体的变形例(其一))图31是使用了两组环形变形体的本发明涉及的变形例的扭矩传感器的基本结构部分的立体分解图。如图所示，在左侧支撑体60和右侧支撑体70之间配置两组环形变形体80、90，并相互接合这四个构成部件，由此，构成该基本结构部分。在此，在图的水平方向画出的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)的扭矩的功能这点与之前所述的实施例完全相同。配置在图的中间的环形变形体80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，在其内部构成旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H80。实际上，该环形变形体80是与图1所示的环形变形体30完全相同的构成部件。另一方面，环形变形体90也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，在其内部形成旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H90。环形变形体90内装在环形变形体80的贯通开口部H80内。即，环形变形体90配置在环形变形体80内部的同心位置，两者的厚度(Z轴方向的尺寸)相同。因此，在此将环形变形体80称为外侧环形变形体，将环形变形体90称为内侧环形变形体。

另一方面，配置在图31左侧的左侧支撑体60是支撑外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的左侧面的部件，配置在图31右侧的右侧支撑体70是支撑外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的右侧面的部件。在这里所示的例子中，左侧支撑体60是形成有旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H60的环形部件，右侧支撑体70是形成有旋转轴(Z轴)插入的贯通开口部H70的环形部件。在左侧支撑体60的右侧面设置有向右方突出的四个扇形凸状部61 64。凸状部61、62是与形成在图1所示的左侧支撑体10上的凸状部11、12完全相同的构成部件，这些凸状部的顶面与外侧环形变形体80的左侧面接合。而且，凸状部63、64的顶面与内侧环形变形体90的左侧面接合。另一方面，在右侧支撑体70的左侧面设置有向左方突出的四个扇形凸状部71 74 (在图中只示出凸状部72)。凸状部71、72是与形成在图1所示的右侧支撑体20上的凸状部21、22完全相同的构成部件，这些凸状部的顶面与外侧环形变形体80的右侧面接合。而且，凸状部73、74的顶面与内侧环形变形体90的右侧面接合。而且，在左侧支撑体60上增加了四个凸状部61 64的部件与在右侧支撑体70上增加了四个凸状部71 74的部件在物理上是完全相同的部件。在此，凸状部61与外侧环形变形体80的上面的部分(位于Y轴正方向的部分)接合，凸状部62与外侧环形变形体80的下面的部分(位于Y轴负方向的部分)接合，凸状部63与内侧环形变形体90的深处的部分(位于X轴正方向的部分)接合，凸状部64与内侧环形变形体80的靠近跟前的部分(位于X轴负方向的部分)接合。而且，凸状部71与外侧环形变形体80的深处的部分(位于X轴正方向的部分)接合，凸状部72与外侧环形变形体80的靠近跟前的部分(位于X轴负方向的部分)接合，凸状部73与内侧环形变形体90的上面的部分(位于Y轴正方向的部分)接合，凸状部74与内侧环形变形体90的下面的部分(位于Y轴负方向的部分)接合。如上所述，关于外侧环形变形体80的各连接点的位置与图1所示的基本实施方式中的环形变形体30的各连接点的位置完全相同。即，在外侧环形变形体80上，相对左侧支撑体60通过凸状部61、62连接沿着Y轴的两点，相对右侧支撑体70通过凸状部71、72连接沿着X轴的两点。与此相对，内侧环形变形体90的各连接点的位置形成错开90°的位置。即，在内侧环形变形体90上，相对左侧支撑体60通过凸状部63、64连接沿着X轴的两点，相对右侧支撑体70通过凸状部73、74连接沿着Y轴的两点。其结果是，图31所示的扭矩传感器的基本结构部分是在图1所示的扭矩传感器的基本结构部分进一步增加了内侧环形变形体90、将该内侧环形变形体90左侧的侧面上的内侧左侧连接点连接于左侧支撑体60的内侧左侧连接部件(凸状部63、64)、将该内侧环形变形体90右侧的侧面上的内侧右侧连接点连接于右侧支撑体70连接的内侧右侧连接部件(凸状部73、74)的基本结构部分。图32是关于图31所示的扭矩传感器的基本结构部分，表示当绕Z轴正向的扭矩作用时的状态的在XY平面上的剖面图。外侧环形变形体80和内侧环形变形体90由于不直接接合，因此，当扭矩进行作用时，各自单独变形为椭圆形。并且，各椭圆的长轴和短轴的关系相反。即，如图32所示，当绕Z轴正向的扭矩作用时，外侧环形变形体80变形为以V轴方向为短轴、以W轴方向为长轴的椭圆，而内侧环形变形体90变形为以V轴方向为长轴、以W轴方向为短轴的椭圆。如图32的白色空心箭头所示，尽管是相同方向的扭矩进行作用，但是，外侧环形变形体80和内侧环形变形体90因变形得到的椭圆的长轴和短轴为错开90°的关系，其原因如上所述，各连接点的位置构成90°错位。当然，外侧环形变形体80和内侧环形变形体90并不是必须使椭圆变形时的长轴方向形成错开90°的关系。椭圆变形时的长轴方向即使是完全相同的方向，也可以进行扭矩检测，而没有任何问题。但是，如果形成错开90°的关系，如后所述，可以采用使四组电容元件靠向一边的配置，可以提高空间的利用率。而且，如果采用后面的§ 9所述的实施方式，可以得到提高检测灵敏度的效果。如上所述，椭圆的长轴和短轴形成错开90°的关系，但是，由于外侧环形变形体80和内侧环形变形体90都是通过扭矩的作用变形为椭圆，因此，与之前所述的实施方式一样，如果在长轴位置和短轴位置设置电容元件，则可以基于这些电容元件的电容值的变化量检测所作用的扭矩的 方向和大小。实际上，基于外侧环形变形体80变形的检测原理与之前所述的实施方式完全一样。例如，如果在贯通开口部H80中的正的V轴上、负的V轴上、正的W轴上、负的W轴上分别配置电容元件，则与图19所示的实施例一样，可以通过图21的检测电路进行扭矩检测。而且，基于内侧环形变形体90的变形的扭矩检测也可以基于完全相同的原理进行。例如，如果在贯通开口部H90中的正的V轴上、负的V轴上、正的W轴上、负的W轴上分别配置电容元件，仍可以通过图21的检测电路进行扭矩检测。或者也可以在内侧环形变形体90的外周面侧配置电容元件。总之，进一步设置内侧移位电极以及内侧固定电极即可，其中，内侧移位电极固定于内侧环形变形体90的内周面或外周面，因内侧环形变形体90的弹性变形而发生移位，内侧固定电极配置在与该内侧移位电极相对的位置，固定在左侧支撑体60或右侧支撑体70上。这样，检测电路除了利用由外侧移位电极和外侧固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，还可以利用由内侧移位电极和内侧固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，并输出表示绕旋转轴的扭矩的电信号。这样，如果利用基于外侧环形变形体80的变形的扭矩检测结果和基于内侧环形变形体90的变形的扭矩检测结果这两个结果，就可以进行更高精度的扭矩检测。具体而言，关于两个检测结果，进行使定标(scaling)匹配的处理(乘以与检测灵敏度相应的系数的补正)之后求其平均值即可。如上所述，如果采用组装两组环形变形体80、90的结构，可以从各环形变形体80、90得到单独的检测结果，提高检测灵敏度和精度。而且，由于同时旋转两组环形变形体80、90，因此，也提高了整个传感器结构的刚性。尤其是，如这里所述的实施例，两个环形变形体使用圆环形的结构体，当扭矩进行作用时均变形为椭圆形，使一方的椭圆的长轴方向成为另一方的椭圆的短轴方向，为此，如果设置相互错开90°的连接点，则可以采用使四组电容元件均靠一侧的配置，实现提高空间使用效率。以下用图示表示。图33是通过在图31所示的基本机构部进行具体的电极配置构成的扭矩传感器的在XY平面上的剖面图。如图所示，在外侧环形变形体80的内周面形成两片外侧移位电极E81、E82，在内侧环形变形体90的外周面形成两片内侧移位电极E91、E92。另一方面，配置在电极E81、E91之间的固定电极E101和配置在电极E82、E92之间的固定电极E102是被固定在右侧支撑体70上的固定电极。这里电极E81、E91、E101均配置在正的V轴上，固定电极ElOl成为共用固定电极，发挥相对于移位电极E81的作为固定电极的功能和相对于移位电极E91的作为固定电极的功能这两个功能。因此，利用电极E81、ElOl构成第一电容元件Cl，利用电极E91、ElOl构成第三电容元件C3。同样，电极E82、E92、E102均配置在正的W轴上，固定电极E102成为共用固定电极，发挥相对于移位电极E82的作为固定电极的功能和相对移位电极E92的作为固定电极的功能这两个功能。因此，利用电极E82、E102构成第二电容元件C2，利用电极E92、E102构成第四电容元件C4。图34是关于图33所示的扭矩传感器，示出当绕Z轴正向的扭矩进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态)。如图所示，电容元件C1、C3的电极间距变窄，电容量增加，电容元件C2、C4的电极间距扩大，电容量减少。这是与图19、图20所示的扭矩传感器完全相同的动作，利用图21所示的检测电路可以检测绕Z轴正向的扭矩。能够得到这样的特性是因为外侧环形变形体80和内侧环形变形体90为了使通过变形得到的椭圆的长轴和短轴形成错开90°的关系而使各连接点的位置错开了 90°。其结果是，图33所示的扭矩传感器与图19所示的扭矩传感器一样，可以进行利用四组电容元件的差分检测，因此，具有可以获得高的检测精度的优点。而且，在图33所示的扭矩传感器的情况下，由于可以采用使四组电容元件靠在一侧(图的上半部分的区域，即Y轴正区域)的配置，因此，还具有可以提高空间的使用效率的优点。即，在图的下半部分的区域中，在外侧环形变形体80和内侧环形变形体90之间的空隙部未配置电极，因此，可以利用该空间进行布线或配置附加的部件。这样，图33所示的扭矩传感器与图19所示的扭矩传感器一样，具有既保持高的检测精度，又可以确保增加功能所需的空间的优点，具有可以使整个设备小型化的优点。而且，在该图33所示的扭矩传感器中，力Fx，Fy等干扰成分进行作用时，在图21所示的检测电路中也得到输出。因此，该用途局限于在力Fx，Fy等干扰成分不进行作用的环境下。而且，在图33所示的结构中，如果不需要使用图的下半部分的空间，也可以在该部分配置检测用的电极，进一步提高检测精度。具体而言，可以是，将与形成在上半部分的四组电容元件Cl C4完全相同的电容元件C5 CS配置在相对于XZ平面面对称的下半部分的位置，共计利用八组电容元件进行检测。如果取上半部分的电容元件的检测结果和下半部分的电容元件的检测结果的平均值，就可以得到更准确的检测值。因此，该§ 8中所述的变形例是在§ 3中所述的基本实施方式涉及的扭矩传感器中增加了内侧环形变形体90，该内侧环形变形体90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轴插入的贯通开口部H90，以原点O为中心，在XY平面上配置成外侧环形变形体80的内侧，在内侧环形变形体90的Z轴负侧的侧面上，设置第一内侧左侧连接点和第二内侧左侧连接点，在内侧环形变形体90的Z轴正侧的侧面上，设置第一内侧右侧连接点和第二内侧右侧连接点，还设置有将第一内侧左侧连接点与左侧支撑体60连接的第一内侧左侧连接部件(凸状部63)、将第二内侧左侧连接点与左侧支撑体60连接的第二内侧左侧连接部件(凸状部64)、将第一内侧右侧连接点与右侧支撑体70连接的第一内侧右侧连接部件(凸状部73)、将第二内侧右侧连接点与右侧支撑体70连接的第二内侧右侧连接部件(凸状部74)、固定于内侧环形变形体90的内周面或外周面且因内侧环形变形体90的弹性变形而发生移位的内侧移位电极以及配置在与内侧移位电极相对的位置、固定在左侧支撑体60或右侧支撑体70的内侧固定电极。并且，将内侧环形变形体90的两个侧面投影到XY平面上并得到正投影投影图像时，第一内侧右侧连接点的投影图像被配置在正的Y轴上，第二内侧右侧连接点的投影图像被配置在负的Y轴上，第一内侧左侧连接点的投影图像被配置在正的X轴上，第二内侧左侧连接点的投影图像被配置在负的X轴上，检测电路进一步利用由内侧移位电极和内侧固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表示绕旋转轴的扭矩的电信号。( § 9.使用两组环形变形体的变形例(第二例))如图31所示，在§ 8中就使用外侧环形变形体80和内侧环形变形体90这两组环形变形体的变形例进行了说明。如上所述，§8所示的例子使用了两组环形变形体，使用了各环形变形体的扭矩检测原理与之前所述的基本实施方式完全相同。即，在图32中虽未画出构成电容元件的各电极的配置，但是，对于外侧环形变形体80，将移位电极固定在其内周面或外周面，将与其相对的固定电极固定于左侧支撑体或右侧支撑体上，利用移位电极和固定电极构成电容元件。就内侧环形变形体90，也同样将移位电极固定在其内周面或外周面，将与其相对的固定电极固定在左侧支撑体或右侧支撑体上，利用移位电极和固定电极构成电容元件。这样，之前所述的实施例的前提都是由固定在环形变形体侧的移位电极和固定在左侧支撑体或右侧支撑体侧的固定电极构成检测用的电容元件。而在§9中所述的变形例的特点是，由固定在外侧环形变形体80的内周面的外侧移位电极和固定在内侧环形变形体90的外周面的内侧移位电极构成检测用的电容元件。图35是将该实施例涉及的扭矩传感器在XY平面上剖开的剖面图。该扭矩传感器的基本结构部分的结构与在§ 8中所述的扭矩传感器的结构(图31所示的结构)完全相同。与在§8中所述的扭矩传感器的不同之处在于电极的配置。即，在这里所述的实施例中，如图35所示，四片外侧移位 电极E81 E84形成于外侧环形变形体80的内周面，与其相对，四片内侧移位电极E91 E94形成于内侧环形变形体90的外周面。
更具体而言,在正的V轴上配置第一外侧移位电极E81和第一内侧移位电极E91,在正的W轴上配置第二外侧移位电极E82和第二内侧移位电极E92，在负的V轴上配置第三外侧移位电极E83和第三内侧移位电极E93，在负的W轴上配置第四外侧移位电极E84和第四内侧移位电极E94。却结果是，在XY坐标系，在第一象限I配置由第一外侧移位电极E81和第一内侧移位电极E91构成的第一电容元件Cl，在第二象限II配置由第二外侧移位电极E82和第二内侧移位电极E92构成的第二电容元件C2，在第三象限III配置由第三外侧移位电极E83和第三内侧移位电极E93构成的第三电容元件C3，在第四象限IV配置由第四外侧移位电极E84和第四内侧移位电极E94构成的第四电容元件C4。图36是关于该扭矩传感器示出当绕Z轴正向的扭矩进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图。外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的变形方式本身与在§8中所述的传感器(参考图32)相同，但是，在图36中所示的扭矩传感器中，相对的一对电极都是移位电极，构成电容元件双方的电极都进行移位。并且，相对的一对移位电极两者同时向接近的方向移动，或者两者向远离的方向移动。因此，与将一方作为固定电极的情况相比，电极间距的变化更大，可以提高检测灵敏度。例如，在图36中着眼于配置在V轴上的第一电容元件Cl和第三电容元件C3，外侧移位电极E81、E83向内侧移动，而内侧移位电极E91、E93向外侧移动，向相互接近的方向移动。因此，与将一方作为固定电极的情况相比，进一步加大电极间距的缩小，电容值的增加变化量也增大。而且，着眼于配置在W轴上的第二电容元件C2和第四电容元件C4，外侧移位电极E82、E84向外侧移动，而内侧移位电极E92、E94向内侧移动，向相互远离的方向移动。因此，与将一方作为固定电极的情况相比，进一步加大电极间距的扩大，电容值的减少变化量也增大。如上所述，如果是在此所述的扭矩传感器，虽然电容值的变化量大于之前所述的实施例，但是，扭矩检测的基本原理与之前所述的实施例完全相同，如果使用图21的电路图中所示的检测电路，就可以检测绕Z轴的扭矩。
`
其结果是，在该§9中所述的扭矩传感器是检测在XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩的扭矩传感器，如图31所示，该基本结构部分由以下部件包括:外侧环形变形体80，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轴插入的贯通开口部H80，以原点0为中心配置在XY平面上；内侧环形变形体90，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轴插入的贯通开口部H90，以原点0为中心配置在XY平面上，且配置在外侧环形变形体80的贯通开口部H80内；左侧支撑体60，被配置在与外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的Z轴负区域侧相邻的位置；右侧支撑体70，被配置在与外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的Z轴正区域侧相邻的位置以及用于连接各环形变形体80、90以及各支撑体60、70的连接部件。在此，如图31所示，在外侧环形变形体80的Z轴负侧的侧面上设置第一外侧左侧连接点(凸状部61的连接点)和第二外侧左侧连接点(凸状部62的连接点)，在外侧环形变形体80的Z轴正侧的侧面上设置第一外侧右侧连接点(凸状部71的连接点)和第二外侧右侧连接点(凸状部72的连接点)，在内侧环形变形体90的Z轴负侧的侧面上设置第一内侧左侧连接点(凸状部63的连接点)和第二内侧左侧连接点(凸状部64的连接点)，在内侧环形变形体90的Z轴正侧的侧面上设置第一内侧右侧连接点(凸状部73的连接点)和第二内侧右侧连接点(凸状部74的连接点)。由将第一外侧左侧连接点与左侧支撑体60连接的第一外侧左侧连接部件(凸状部61)、将第二外侧左侧连接点与左侧支撑体60连接的第二外侧左侧连接部件(凸状部62)、将第一外侧右侧连接点与右侧支撑体70连接的第一外侧右侧连接部件(凸状部71)以及将第二外侧右侧连接点与右侧支撑体70连接的第二外侧右侧连接部件(凸状部72)从左右支撑外侧环形变形体80。而且，由将第一内侧左侧连接点与左侧支撑体60连接的第一内侧左侧连接部件(凸状部63)、将第二内侧左侧连接点与左侧支撑体60连接的第二内侧左侧连接部件(凸状部64)、将第一内侧右侧连接点与右侧支撑体70连接的第一内侧右侧连接部件(凸状部73)以及将第二内侧右侧连接点与右侧支撑体70连接的第二内侧右侧连接部件(凸状部74)从左右支撑内侧环形变形体90。并且，当外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的两个侧面投影到XY平面上并得到正投影投影图像时，各连接点被配置成使第一外侧右侧连接点的投影图像来到正的X轴上，第二外侧右侧连接点的投影图像来到负的X轴上，第一外侧左侧连接点的投影图像来到正的Y轴上，第二外侧左侧连接点的投影图像来到负的Y轴上，第一内侧右侧连接点的投影图像来到正的Y轴上，第二内侧右侧连接点的投影图像来到负的Y轴上，第一内侧左侧连接点的投影图像来到正的X轴上，第二内侧左侧连接点的投影图像来到负的X轴上。实际的扭矩传感器还通过在上述的基本结构部分上附加检测用的电极和检测电路而构成。即，设置外侧移位电极、内侧移位电极以及检测电路，其中，外侧移位电极被固定于外侧环形变形体80的内周面，因外侧环形变形体80的弹性变形而发生移位，内侧移位电极被固定于内侧环形变形体90的外周面的与外侧移位电极相对的位置上，因内侧环形变形体90的弹性变形而发生移位，检测电路基于由上述相互相对的电极构成的电容元件的电容量的变化量输出表示在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下作用于左侧支撑体60的绕Z轴的扭矩的电信号。而且，在原理上，只要在图35所示的四组电容元件中至少有一组电容元件，就可以进行扭矩检测。但在实用上，为了进行抑制相位噪声和零点漂移的稳定的扭矩检测，优选方式是，进行差分检测。因此，只要设置图35所示的四组电容元件中至少配置在V轴上的一组电容元件和配置在W轴上的一组电容元件即可。S卩，在XY平面上，如果定义了通过原点O与X轴和Y轴形成45°的V轴和W轴，则设置配置于V轴上的第一外侧移位电极和第一内侧移位电极以及配置在W轴上的第二外侧移位电极和第二内侧移位电极，检测电路将相当于由第一外侧移位电极和第一内侧移位电极构成的第一电容元件的电容值与由第二外侧移位电极和第二内侧移位电极构成的第二电容元件的电容值之差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。当然，为了进行更高精度的检测，优选方式是，使用图35所示的全部四组电容元件。在这种情况下，在XY平面上，如果定义了通过原点O与X轴和Y轴形成45°并具有符号的V轴和W轴，则设置配置在正的V轴上的第一外侧移位电极E81和第一内侧移位电极E91、配置在正的W轴上的第二外侧移位电极E82和第二内侧移位电极E92、配置在负的V轴上的第三外侧移位电极E83和第三内侧移位电极E93、配置在负的W轴上的第四外侧移位电极E84和第四内侧移位电极E94，检测电路将相当于“由第一外侧移位电极ES I和第一内侧移位电极E91构成的第一电容元件Cl的电容值与由第三外侧移位电极E83和第三内侧移位电极E93构成的第三电容元件C3的电容值之和”与“由第二外侧移位电极E82和第二内侧移位电极E92构成的第二电容元件C2的电容值与由第四外侧移位电极E84和第四内侧移位电极E94构成的第四电容元件C4的电容值之和”的差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出即可。如上所述，如果采用组装有配置在外侧和内侧的两组环形变形体的结构，则可以利用形成在外侧环形变形体80的内周面的外侧移位电极和形成在内侧环形变形体90的外周面的内侧移位电极构成电容元件，以代替利用移位电极和固定电极构成电容元件。在这种情况下，如图示的例子所示，作为两个环形变形体，使用圆环形的结构体，为了在扭矩进行作用时均变形为椭圆形、使一方的椭圆的长轴方向成为另一方的椭圆的短轴方向，设置相互错开90°的连接点，这样，可以更大地获得较大的外侧移位电极和内侧移位电极之间的电极间隔的变化量，进一步提高检测灵敏度。而且，当两个环形变形体发生了变形时，为了使一方的椭圆的长轴方向成为另一方的椭圆的短轴方向，设置相互错开90°的连接点，进行扭矩检测，这种方式并不是必要条件。即使变形后的椭圆的长轴方向相同，无负荷时的真圆状态下的外侧移位电极和内侧移位电极的距离与变形后的椭圆的状态下的同一距离也是不一样的，因此，作为电容元件的电容量的变化量，仍然可以进行扭矩检测。但是，在进一步提高灵敏度上，如这里所示的实施例，为了使一方的椭圆的长轴方向成为另一方的椭圆的短轴方向，优选方式是，设置相互错开了 90°的连接点。其结果是，在该§ 9中所述的实施例的技术思想是与检测绕预定旋转轴的扭矩的扭矩传感器有关的发明，是具有基本结构部分的传感器的发明，该基本结构部分包括:外侧环形变形体80，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，具有旋转轴Z插入的贯通开口部H80 ;内侧环形变形体90，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，具有旋转轴Z插入的贯通开口部H90，配置在外侧环形变形体80的内侧；左侧支撑体60，在从形成旋转轴Z向左右延伸的水平线的标准观察方向看时，被配置在与外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的左侧相邻的位置；右侧支撑体70，在从标准观察方向看时，被配置在与外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的右侧相邻的位置；以及连接部件。这里，各连接部件包括:外侧左侧连接部件，将外侧环形变形体80的与左侧支撑体60相对的左侧侧面上的外侧左侧连接点与左侧支撑体60连接；外侧右侧连接部件，将外侧环形变形体80的与右侧支撑体70相对的右侧侧面上的外侧右侧连接点与右侧支撑体70连接；内侧左侧连接部件，将内侧环形变形体90的与左侧支撑体60相对的左侧侧面上的内侧左侧连接点与左侧支撑体60连接；内侧右侧连接部件，将内侧环形变形体90的与右侧支撑体70相对的右侧侧面上的内侧 右侧连接点与右侧支撑体70连接。并且，通过在该基本结构体上附加如下部件而实现扭矩传感器，这些部件包括:夕卜侧移位电极，固定在外侧环形变形体80的内周面，因外侧环形变形体80的弹性变形而发生移位；内侧移位电极，固定在内侧环形变形体90的外周面，因内侧环形变形体90的弹性变形而发生移位；以及检测电路，基于由外侧移位电极和内侧移位电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表示在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下作用于左侧支撑体60的绕旋转轴Z的扭矩的电信号。在此，为了使各环形变形体80、90发生变形，对于与旋转轴Z垂直的投影面，必须使外侧左侧连接点的正投影投影图像和外侧右侧连接点的正投影投影图像形成于不同的位置，使内侧左侧连接点的正投影投影图像和内侧右侧连接点的正投影投影图像形成于不同的位置。而且，在§9中所述的实施例也可以应用在§7中所述的“使用共用导电层的变形例”。图37是示出在图35所示的扭矩传感器中将四组外侧移位电极E81 E84置换成共用导电层E85的变形例的在XY平面上的剖面图。这样，即使由形成在外侧环形变形体80的内周面的共用导电层E85构成各外侧移位电极E81 E84，检测系统在电方面是一样的，可利用与之前所述实施例相同的原理进行扭矩检测。当然，也可以是外侧移位电极作为四组独立的电极E81 E84，利用形成在内侧环形变形体90的外周面的共用导电层构成各内侧移位电极E91 E94。图38是示出在图37所示的扭矩传感器中，通过使用由导电性材料形成的环形变形体80A，将环形变形体80A的内周面用作共用导电层的变形例的在XY平面上的剖面图。由于利用导电性的弹性材料构成了外侧环形变形体80A，因此，其内周面可以发挥与图37所示的共用导电层E85相同的作用。当然，外侧移位电极也可以作为四组独立的电极E81 E84，利用导电性的弹性材料构成内 侧环形变形体90，将内侧环形变形体90的外周面本身作为四组的内侧移位电极的代用品的共用导电层而使用。( § 10.使用两组环形变形体的变形例(第三例))图39是使用了两组环形变形体的而且另外的变形例涉及的扭矩传感器的在XY平面上的剖面图。该变形例是将构成电容元件的一方的电极作为移位电极、将另一方的电极作为固定电极的例子，在这点上，与在§8中所述的变形例类似。实际上，与该变形例相关的扭矩传感器的基本结构部分与在§ 8中所述的变形例完全相同，其立体分解图如图31所示。但是，电极的结构和配置与在§8中所述的变形例略有不同。如图39所示，在外侧环形变形体80的内周面上的与V轴和W轴的交叉部分上固定有大面积外侧移位电极E81L、E82L、E83L、E84L，在内侧环形变形体90的外周面上的与V轴和W轴的交叉部分上固定有大面积内侧移位电极E91L、E92L、E93L、E94L。而且，在这些移位电极的中间位置设置有固定在右侧支撑体70上的四片固定电极E101、E102、E103、E104。固定电极E101、E102、E103、E104同时具有作为与大面积外侧移位电极E81L、E82L、E83L、E84L相对的相对电极的作用和与大面积内侧移位电极E91L、E92L、E93L、E94L相对的相对电极的作用。在这里为了便于说明，将由移位电极E81L和固定电极ElOl构成的电容元件设为C1-1，将由移位电极E91L和固定电极ElOl构成的电容元件设为C1-2。而且，将由移位电极E82L和固定电极E102构成的电容元件设为C2-1，将由移位电极E92L和固定电极E102构成的电容元件设为C2-2。同样，将由移位电极E83L和固定电极E103构成的电容元件设为C3-1，将由移位电极E93L和固定电极E103构成的电容元件设为C3-2，将由移位电极E84L和固定电极E104构成的电容元件设为C4-1，将由移位电极E94L和固定电极E104构成的电容元件设为C4-2。结果是，共计构成八组电容元件。
将大面积外侧移位电极E81L、E82L、E83L、E84L和大面积内侧移位电极E91L、E92L、E93L、E94L分别称为“大面积电极”是由于与插在中间位置的固定电极E101、E102、E103、E104相比，是面积大的电极。S卩，各大面积移位电极E81L E84L、E91L E94L与各固定电极ElOl E104的关系是与图22所示的大面积电极EL和小面积电极ES的关系相同，即使在各大面积移位电极E81L E84L、E91L E94L与各固定电极ElOl E104的相对位置发生变化的情况下，构成电容元件的一对电极的有效相对面积也不发生变化。因此，八组电容元件的电容量的变化只因相对的两个电极之间的间距变化而产生变化。下面，对于该图39所示的扭矩传感器，讨论在六个成分进行作用的情况下，八组电容元件的电容值发生怎样的变化。图40是示出就图39所示的扭矩传感器，当绕Z轴正向的力矩M z进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图。该绕Z轴正向的力矩M z是该扭矩传感器中的作为检测对象的扭矩。在图40中，为了避免图变得复杂，省略了各电极的图示。而在图39所示的八组电容元件的配置位置标注了 “ + ”或“一”的符号，以代替各电极。这些符号表示配置在该位置的电容元件的电容量的增减。即，符号“ + ”表示电容值增力口，符号“一”表不电容值减少。如图40所示，在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下，当绕Z轴正向的力矩Mz从左侧支撑体60向环形变形体80、90进行作用时，外侧环形变形体80则变形为以W轴为长轴的椭圆，内侧环形变形体90变形为以V轴为长轴的椭圆。其结果是，配置在V轴上的四组电容元件Cl-1、Cl-2、C3-1、C3-2的电极间距均变窄，电容值均增加，而配置在W轴上的四组电容元件C2-1、C2-2、C4-1、C4-2的电极间距均扩大，电容值均减少。而图41是表示就图39所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下，当X轴正方向的力+ Fx从左侧支撑体60向环形变形体80、90进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图。产生这种变形方式是因为，在外侧环形变形体80上，在X轴上的两个连接点被右侧支撑体70支撑的状态下，从左侧支撑体60向Y轴上的两个连接点施加力+Fx,而在内侧环形变形体90上，在Y轴上的两个连接点被右侧支撑体70支撑的状态下，从左侧支撑体60向X轴上的两个连接点施加力+ Fx。其结果是，在外侧环形变形体80和内侧环形变形体90上，位于第一象限I和第四象限IV的圆弧部分均向外侧突出，位于第二象限II和第三象限III的圆弧部分均向内侧凹陷。其结果是，四组电容元件C1-1、C2-2、C3-2、C4-1的电极间距均扩大，电容值均减少，而其余的四组电容元件Cl-2、C2-l、C3-l、C4-2的电极间距均变窄，电容值均增加。图42是示出就图39所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下，当Y轴正方向的力+ Fy从左侧支撑体60向环形变形体80、90进行作用时的状态的在XY平面上的剖面图。产生这种变形方式是因为，在外侧环形变形体80上，在X轴上的两个连接点被右侧支撑体70支撑的状态下，从左侧支撑体60向Y轴上的两个连接点施加力+Fy,而在内侧环形变形体90上，在Y轴上的两个连接点被右侧支撑体70支撑的状态下，从左侧支撑体60向X轴上的两个连接点施加力+ Fy。其结果是，在外侧环形变形体80和内侧环形变形体90上，位于第一象限I和第二象限II的圆弧部分都向外侧突出，位于第三象限III和第四象限IV的圆弧部分均向内侧凹陷。其结果是，四组电容元件Cl-l、C2-l、C3-2、C4-2的电极间距均扩大，电容值均减少，而其余的四组电容元件C1-2、C2-2、C3-1、C4-1的电极间距都变窄，电容值都增加。
图43是示出就图39所示的扭矩传感器，在向右侧支撑体70施加了负荷的状态下，各坐标轴方向的力和绕各坐标轴的力矩从左侧支撑体60向环形变形体80、90作用时的八组电容元件的电容值的变化形式的表格。这里，Mz, Fx, Fy的各栏的“ + 一”的结果与图40至图42所示结果对应。Fz栏都是O是因为，在Z轴方向的力Fz进行作用的情况下，尽管环形变形体80、90在Z轴方向移位，但是，相对的电极间距未发生变化。而且，M X，M y的栏均是O是因为构成电容元件的一对电极间距的一部分变窄，另一部分变宽，总的来说电容值未发生变化。根据图43的表所示的结果，如果用与该电容元件的符号相同的符号表示各电容元件的电容值，则绕Z轴的力矩Mz (作为检测对象的扭矩)可以通过基于下式的差分计算而求出。Mz = ((Cl-1) (Cl_2) (C3_l) (C3_2))-( (C2-1) + (C2-2) + (C4-1) + (C4-2))并且，构成各电容元件的电极的形状和配置如果相对XZ平面和YZ平面保持对称性，则通过力Fx或力Fy产生的各电容元件的电容值的变化量通过上述差分计算被抵消，因此，即使力Fx或力Fy进行了作用，通过上述差分计算得到的绕Z轴的力矩Mz的检测值也成为不受其他轴成分干扰的、准确的值(由于Fz、M x、M y栏都为0，因此，这些成分根本不会产生干扰)。而且，根据图43的表格所示的结果，不仅可以检测绕Z轴的力矩Mz，还可以检测力Fx, Fy。即，可以通过基于以下公式的差分计算而求出力Fx，Fx = ((Cl_2)十(C2_l)十(C3_l)十(C4_2))- ((Cl-1) + (C2-2) + (C3-2) + (C4-1))可以通过基于以下公式的差分计算而求出力Fy，Fy = ((Cl-2) + (C2-2) + (C3-1) + (C4-1))- ((Cl-1) + (C2-1) + (C3-2) + (C4-2))而且，实际上，如图21的检测电路所示，利用C/V转换器将各电容值转换成电压值，然后利用这些电压值进行计算。如上所述，图39所示的实施例的传感器可以发挥作为检测绕Z轴的扭矩的扭矩传感器的作用，同时，还可以发挥作为检测X轴方向的力Fx和Y轴方向的力Fy的传感器的作用。而且，关于检测力Fx、Fy，构成各电容元件的电极的形状和配置即使关于XZ平面和YZ平面保持对称性，但是，当有其他轴成分的干扰时，上述差分计算公式中的电容值的增加量的绝对值和减少量的绝对值未必相等，因此，其他轴成分被作为一些误差检测出来。( § 11.其他变形例)最后例举本发明的其他的变形例。( I)在上述的实施例中，给出了环形变形体在扭矩未作用的无负荷状态下使用了形成圆环形的部件的例子，但是，本发明的扭矩传感器使用的环形变形体未必都是圆环形。例如，也可以使用八角形的环形变形体。但在实用中优选使用圆环形的环形变形体。而且，左侧支撑体或右侧支撑体只要是能从左右支撑环形变形体即可，因此，其形状可以是任意的。而且，在实用中，如果 使用与环形变形体的外形相同形状的部件，就可以使基本结构部分的整体形状简化。
(2)在上述的实施例中采用了在环形变形体的左侧面的两个位置设置连接点并与左侧支撑体连接，同时，在环形变形体的右侧面的两个位置设置连接点并与右侧支撑体连接的结构，但与左右支撑体的连接点未必都是两个位置，也可以设置三个以上的位置。或者也可以采用左右各一个位置连接的结构。但是，需要通过扭矩的作用使环形变形体的一部分变形，因此，左右的连接点需要设置在不同的位置。更准确地说，在与旋转轴垂直的投影面，必须使左侧连接点的正投影投影图像与右侧连接点的正投影投影图像形成于不同的位置。(3)在上述的实施例中，作为与环形变形体的左侧面的连接点连接的左侧连接部件，使用从左侧支撑体的右侧面向右方突出的凸状部，作为与环形变形体的右侧面的连接点连接的右侧连接部件，使用从右侧支撑体的左侧面向左方突出的凸状部，采用了将各凸状部的顶面与环形变形体的各连接点接合的结构。但是，各连接部件不一定使用从支撑体侧面突出的凸状部，只要是具有将环形变形体的连接点与各支撑体连接的功能的部件，可以将任何部件作为连接部件使用。

(4)在§ I中所述的基本结构部分中，是在环形变形体30的左侧的侧面上设置第一左侧连接点Pl I和第二左侧连接点P12，在第一左侧连接点Pl I的位置接合有用于与左侧支撑体10连接的第一左侧连接部件(凸状部11)，在第二左侧连接点P12的位置接合有用于与左侧支撑体10连接的第二左侧连接部件(凸状部12)。同样，在环形变形体30的右侧的侧面上设置第一右侧连接点P21和第二右侧连接点P22，在第一右侧连接点P21的位置接合有用于与右侧支撑体20连接的第一右侧连接部件(凸状部21 )，在第二右侧连接点P22的位置接合有用于与右侧支撑体20连接的第二右侧连接部件(凸状部22)。并且，如图7所示，将XY平面作为投影面，通过旋转轴(Z轴)的投影点(即原点0)划两条相互垂直的直线(即X轴和Y轴)，此时，第一左侧连接点Pll和第二左侧连接点P12的正投影投影图像被配置在第一直线(Y轴)上，第一右侧连接点P21和第二右侧连接点P22的正投影投影图像被配置在第二直线(X轴)上。如果采用这样的配置，就可以使环形变形体30变形为具有轴对称性的椭圆，从而可以得到具有轴对称性的检测值。但是，没有必要使这四个连接点Pll P22准确地位于X轴和Y轴上。S卩，在XY平面上得到环形变形体30的正投影投影图像的情况下，如果在沿着环形变形体30的轮廓的环形路径上按照第一左侧连接点Pl1、第一右侧连接点P21、第二左侧连接点P12、第二右侧连接点P22的顺序配置各连接点的正投影投影图像，即，如果沿着环形路径交错配置左侧连接点和右侧连接点，就可以通过扭矩的作用使环形变形体30的各部变形。(5)在本发明的扭矩传感器中，所作用的扭矩大小和环形变形体30的各部的变化量的关系未必形成线形关系。因此，需要得到与所作用的扭矩大小成准确比例的检测值时，例如，准备将输出到图15所示的检测电路的输出端子Tl或图21所示的检测电路的输出端子T2的电压值转换成线性检测值的校正表，输出根据该校正表转换后的线性检测值即可。(6)在图15所示的检测电路或图21所示的检测电路中使用了模拟电压的计算单元，当然也可以将利用C/V转换器转换的模拟电压值V利用A/D转换器转换成数字信号，通过数字计算求出检测值。(7)在上述的实施方式中说明了为了可以高效率地检测环形变形体30、80、90的直径方向的移位，作为构成电容元件的固定电极和移位电极，使用具有沿着环形变形体30、80、90的内周面或外周面的形状和配置的电极的例子。但是，在本发明的扭矩传感器的基本结构部分中，当绕Z轴的力矩_矩)或X轴方向的力Fx或Y轴方向的力Fy进行作用时，正如通过图40至图42所示的变形形式可知，环形变形体还向切线方向(圆周方向)移位。因此，构成电容元件的固定电极或移位电极未必使用具有沿着环形变形体的内周面或外周面的形状和配置的电极，也可以使用适合检测环形变形体的切线方向(圆周方向)的移位的形状和配置的电极。图44是表示本发明的扭矩传感器的其他的电极结构在XY平面上的剖面图。在这里为了便于说明，示出了在一个扭矩传感器上使用各种形式的电极的例子。例如，在第一象限I示出了由沿着环形变形体30的半径方向的移位电极E31A和固定电极E21A构成电容元件Cl的例子。而且，在第二象限II示出了通过沿着环形变形体30的半径方向的固定电极E22A和在环形变形体30的内周面挖出的槽壁E32A构成电容元件C2的例子。这种情况下，需要用导电性材料形成环形变形体30本身或在槽壁E32A上形成导电膜。而且，在第三象限III示出了将剖面为三角形的突起部设置在环形变形体30的内周面，并作为移位电极E33A，在与该突起部的倾斜面相对的位置配置固定电极E32A，由两个电极构成电容元件C3的例子。而且，在第四象限IV示出了设置有沿着环形变形体30的半径方向的移位电极E34A和在该移位电极E34A的两侧分别设置的固定电极E24A、E24B的例子。在这种情况下，由移位电极E34A和固定电极E24A构成第一电容元件C4A的同时，由移位电极E34A和固定电极E24B构成第二电容元件C4B。可以说，该图44所示的电容元件Cl C4都是适合进行环形变形体30的切线方向(圆周方向)的移位检测的电容元件。当然，使用了外侧环形变形体80和内侧环形变形体90的实施方式也可以使用图44所示的适合进行切线方向(圆周方向)的移位检测的电容元件。而且，该图44所示的传感器不仅可以检测扭矩，而且可以检测力Fx、Fy。而且，在图44中，为了便于说明，示出了在各象限配置四种不同类型的电容元件的例子，当然，也可以将相同类型的电容元件配置在四个位置，也可以适当地组合各种类型的电容元件配置在四个位置。本发明的扭矩传感器具有小型、高刚性、结构简单的优点，可以测量各种工业设备中的扭矩。尤其是在使用机器人手臂进行自动组装的工业设备上，最适合应用于内装在手臂的关节部分，监控在手臂前端部产生的力，并对其进行控制。
权利要求
1.一种扭矩传感器，用于检测绕预定旋转轴(Z)的扭矩，所述扭矩传感器的特征在于包括: 环形变形体(30 ；30A),由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有所述旋转轴(Z)穿过的贯通开口部(H30)； 左侧支撑体(10)，在从所述旋转轴(Z)形成左右延伸的水平线的基准观察方向看时，所述左侧支撑体(10)被配置于与所述环形变形体(30 ；30A)的左侧相邻的位置； 右侧支撑体(20)，在从所述基准观察方向看时，所述右侧支撑体(20)被配置于与所述环形变形体(30 ；30A)的右侧相邻的位置； 左侧连接部件(11 ;12)，用于将所述环形变形体(30 ；30A)的左侧的侧面上的左侧连接点(Pll ;P12)与所述左侧支撑体(10)连接； 右侧连接部件(21 ;22)，用于将所述环形变形体(30 ；30A)的右侧的侧面上的右侧连接点(P21 ；P22)与所述右侧支撑体(20)连接； 移位电极(E31 E34 ;E31A E34A;E31L E34L)，被固定于所述环形变形体(30 ；30A)的内周面或外周面，发生所述环形变形体(30 ；30A)的弹性变形而引起的移位； 固定电极(E21 E24 ；E21A E24A ；E21S E24S ;E24B)，被配置于与所述移位电极(E31 E34 ；E31A E34A ；E31L E34L)相对的位置，被固定于所述左侧支撑体(10)或所述右侧支撑体(20);以及 检测电路(41 43 ;51 55)，基于由所述移位电极(E31 E34 ;E31A E34A ;E31L E34L)和所述固定电极(E21 E24 ；E21A E24A ；E21S E24S ；E24B)构成的电容元件(Cl C4 ;C4A、C4B ;C1_1 C4-2)的电容值的变化量，输出表示在向所述右侧支撑体(10)和所述左侧支撑体( 20)的一方施加了负荷的状态下，作用于另一方的所述绕旋转轴(Z)的扭矩的电信号， 其中，对于与所述旋转轴(Z)垂直的投影面的所述左侧连接点(Pll ；P12)的正投影投影图像与所述右侧连接点(P21 ；P22)的正投影投影图像形成在不同的位置。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于， 在环形变形体(30 ；30A)的左侧的侧面上设置第一左侧连接点(Pll)和第二左侧连接点(P12)， 左侧连接部件(11 ;12)具有将所述第一左侧连接点(Pll)与左侧支撑体(10)连接的第一左侧连接部件(11)和将所述第二左侧连接点(P12)与左侧支撑体(10)连接的第二左侧连接部件(12)， 在环形变形体(30 ；30A)的右侧的侧面上设置第一右侧连接点(P21)和第二右侧连接点(P22)， 右侧连接部件(21 ;22)具有将所述第一右侧连接点(P21)与右侧支撑体(20)连接的第一右侧连接部件(21)和将所述第二右侧连接点(P22)与右侧支撑体(20)连接的第二右侧连接部件(22)， 其中，当向与旋转轴(Z)垂直的投影面投影环形变形体(30 ;30A)得到正投影投影图像时，在沿着环形变形体(30 ；30A)的轮廓的环形路径上按照第一左侧连接点(P11)、第一右侧连接点(P21)、第二左侧连接点(P12 )、第二右侧连接点(P22 )的顺序配置各连接点的正投影投影图像。
3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，如果在与旋转轴(Z)垂直的投影面上画两条通过旋转轴(Z)的投影点且相互垂直的直线时，则第一左侧连接点(Pll)和第二左侧连接点(P12)的正投影投影图像被配置于第一直线(Y)上，第一右侧连接点(P21)和第二右侧连接点(P22)的正投影投影图像被配置在第二直线(X)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，使用在中心部具有贯通开口部(H10，H20)的环形结构体作为左侧支撑体(10)和右侧支撑体(20)，以确保沿着旋转轴(Z)贯通左侧支撑体(10)、环形变形体(30)、右侧支撑体(20)的各贯通开口部(H10，H30，H20)的插入孔。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，环形变形体(30；30A)由圆环形部件构成，所述圆环形部件通过在以旋转轴(Z)为中心轴配置的圆盘的中央部形成具有直径更小的同心圆盘的形状的贯通开口部(H30)而获得。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，左侧支撑体(10)和右侧支撑体(20)由圆环形部件构成，所述圆环形部件通过在以旋转轴(Z)为中心轴配置的圆盘的中央部形成具有更小的直径的同心圆盘的形状的贯通开口部(H10，H20)而获得。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于， 由形成在环形变形体(30)的内周面的导电层构成移位电极(E31 E34 ;E31A E34A ；E31L E34L)， 由配置于与该导电层相对的位置、且从左侧支撑体(10)或右侧支撑体(20)向沿着旋转轴(Z)的方向突出的导电板构成固定电极(E21 E24 ;E2IA E24A ;E21S E24S ；E24B)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于， 在环形变形体(30)的各部分中，所述扭矩传感器包括:第一移位电极(E31)，固定于当预定旋转方向的扭矩进行作用时向接近旋转轴(Z)的方向移位的第一部分；第二移位电极(E32)，固定于当预定旋转方向的扭矩进行作用时向远离旋转轴(Z)的方向移位的第二部分；第一固定电极(E21),配置于与所述第一移位电极(E31)相对的位置；以及第二固定电极(E22)，配置于与所述第二移位电极(E32)相对的位置， 检测电路将相当于由所述第一移位电极(E31)和所述第一固定电极(E21)构成的第一电容元件(Cl)的电容值与由所述第二移位电极(E32)和所述第二固定电极(E22)构成的第二电容元件(C2)的电容值之差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。
9.根据权利要求8所述的扭矩传感器，其特征在于，以偏移的方式配置相互相对的移位电极和固定电极，以便在预定旋转方向的扭矩进行作用时，构成电极间隔变窄的电容元件(Cl)的一对电极(E21，E31)的有效相对面积增加，构成电极间隔扩大的电容元件(C2 )的一对电极(E22，E32)的有效相对面积减少。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，设定固定电极和移位电极中的一方的面积大于另一方的面积，以便因预定旋转方向的扭矩进行作用而移位电极(E31L E34L)相对于固定电极(E21S E24S)的相对位置发生了变化时，构成电容元件(Cl C4)的一对电极的有效相对面积也不发生变化。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的扭矩传感器，期特征在于，所述扭矩传感器还包括:内侧环形变形体(90)，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有旋转轴(Z)插入的贯通开口部(H90)，被配置于环形变形体(80)的内侧； 内侧左侧连接部件(63，64)，用于将所述内侧环形变形体(90)的左侧的侧面上的内侧左侧连接点与左侧支撑体(60)连接； 内侧右侧连接部件(72)，用于将所述内侧环形变形体(90)的右侧的侧面上的内侧右侧连接点与右侧支撑体(70)连接； 内侧移位电极，被固定于所述内侧环形变形体(90 )的内周面或外周面，发生由所述内侧环形变形体(90)的弹性变形而引起的移位；以及 内侧固定电极，被配置于与所述内侧移位电极相对的位置，被固定于所述左侧支撑体(60)或所述右侧支撑体(70)， 其中，对于与旋转轴(Z)垂直的投影面的所述内侧左侧连接点的正投影投影图像与所述内侧右侧连接点的正投影投影图像被形成于不同的位置， 检测电路进一步利用由所述内侧移位电极和所述内侧固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表示绕旋转轴(Z)的扭矩的电信号。
12.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于， 为了检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，以原点O为中心，将环形变形体(30)配置于XY平面上，左侧支撑体(10)被配置于Z轴负区域，右侧支撑体(20)被配置于Z轴正区域， 在环形变形体(30)的Z轴负侧的侧面上设置第一左侧连接点(Pll)和第二左侧连接点(P12)， 左侧连接部件具有将所述第一左侧连接点(Pll)与左侧支撑体(10)连接的第一左侧连接部件(11)以及将所述第二左侧连接点(P12)与左侧支撑体(10)连接的第二左侧连接部件(12)， 在环形变形体(30)的Z轴正侧的侧面上设置第一右侧连接点(P21)和第二右侧连接点(P22)， 右侧连接部件具有将所述第一右侧连接点(P21)与右侧支撑体(20)连接的第一右侧连接部件(21)和将所述第二右侧连接点(P22)与右侧支撑体(20)连接的第二右侧连接部件(22)， 在XY平面上投影环形变形体(30)的两侧面得到正投影投影图像时，第一右侧连接点(P21)的投影图像被配置于正的X轴上，第二右侧连接点(P22)的投影图像被配置于负的X轴上，第一左侧连接点(Pll)的投影图像被配置于正的Y轴上，第二左侧连接点(P12)的投影图像被配置于负的Y轴上。
13.根据权利要求12所述的扭矩传感器，其特征在于，环形变形体(30)由圆环形部件构成，所述圆环形部件通过在以Z轴为中心轴配置的圆盘的中央部形成具有直径更小的同心圆盘形状的贯通开口部(H30)而获得。
14.根据权利要13所述的扭矩传感器，其特征在于，在XY平面上，当定义了通过原点O且相对于X轴和Y轴形成45°的V轴和W轴时，所述扭矩传感器具有配置于V轴上的第一移位电极(E31)和第一固定电 极(E21)以及配置于W轴上的第二移位电极(E32)和第二固定电极(E22)，检测电路(41，42，43 )将相当于由所述第一移位电极(E31)和所述第一固定电极(E21)构成的第一电容元件(Cl)的电容值与由所述第二移位电极(E32)和所述第二固定电极(E22)构成的第二电容元件(C2)的电容值之差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。
15.根据权利要求14所述的扭矩传感器，其特征在于， 通过预定旋转方向的扭矩的作用，环形变形体(30)投影到XY平面上的正投影投影图像的轮廓由圆形变化到椭圆形时，将该椭圆形的短轴方向作为V轴，将长轴方向作为W轴， 在扭矩不进行作用的状态下，第一固定电极(E21)的位置与第一移位电极(E31)的位置相比，向所述预定旋转方向错开预定偏移量，第二固定电极(E22)的位置与第二移位电极(E32)的位置相比，向所述预定旋转方向的反方向错开预定偏移量。
16.根据权利要求13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且相对于X轴和Y轴形成45°的具有符号的V轴和W轴时，所述扭矩传感器具有配置于正的V轴上的第一移位电极(E31)和第一固定电极(E21)、配置于正的W轴上的第二移位电极(E32)和第二固定电极(E22)、配置于负的V轴上的第三移位电极(E33)和第三固定电极(E23)、及配置于负的W轴上的第四移位电极(E34)和第四固定电极(E24)， 检测电路将相当于“由所述第一移位电极(E31)和所述第一固定电极(E21)构成的第一电容元件(Cl)的电容值与由所述第三移位电极(E33)和所述第三固定电极(E22)构成的第三电容元件的电容值(C3)之和”与“由所述第二移位电极(E32)和所述第二固定电极(E22)构成的第二电容元件(C2)的电容值与由所述第四移位电极(E34)和所述第四固定电极(E24)构成的第四电容元件(C4)的电容值之和”的差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。
17.根据权利要 求16所述的扭矩传感器，其特征在于， 通过预定旋转方向的扭矩的作用，环形变形体(30)投影到XY平面上的正投影投影图像的轮廓由圆形变化到椭圆形时，将该椭圆形的短轴方向作为V轴，将长轴方向作为W轴， 在扭矩不进行作用的状态下，第一固定电极(E21)的位置与第一移位电极(E31)的位置相比，向所述预定旋转方向错开预定偏移量，第二固定电极(E22)的位置与第二移位电极(E32)的位置相比，向所述预定旋转方向的反方向错开预定偏移量，第三固定电极(E23)的位置与第三移位电极(E33)的位置相比，向所述预定旋转方向错开预定偏移量，第四固定电极(E24)的位置与第四移位电极(E34)的位置相比，向所述预定旋转方向的反方向错开预定偏移量。
18.根据权利要求14或16所述的扭矩传感器，其特征在于，设定固定电极和移位电极中的一方的面积大于另一方的面积，以便因预定旋转方向的扭矩进行作用而移位电极(E31L E34L)相对于固定电极(E21S E24S)的相对位置发生了变化时，构成电容元件(Cl C4)的一对电极的有效相对面积也不发生变化。
19.根据权利要求18所述的扭矩传感器，其特征在于，由形成在环形变形体的内周面的共用导电层形成各移位电极。
20.根据权利要求19所述的扭矩传感器，其特征在于，利用导电性弹性材料形成环形变形体(30A)，将环形变形体(30A)的内周面自身作为共用导电层(E35)使用。
21.根据权利要求12所述的扭矩传感器，其特征在于， 所述扭矩传感器还包括内侧环形变形体(90 )，所述内侧环形变形体(90 )由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成,具有Z轴插入的贯通开口部(H90)，以原点O为中心，在XY平面上，配置于环形变形体(80)的内侧， 在所述内侧环形变形体(90)的Z轴负侧的侧面上设置第一内侧左侧连接点和第二内侧左侧连接点， 在所述内侧环形变形体(90)的Z轴正侧的侧面上设置第一内侧右侧连接点和第二内侧右侧连接点， 所述扭矩传感器还包括:第一内侧左侧连接部件(63)，用于将所述第一内侧左侧连接点与左侧支撑体(60)连接；第二内侧左侧连接部件(64)，用于将所述第二内侧左侧连接点与左侧支撑体(60)连接；第一内侧右侧连接部件，用于将所述第一内侧右侧连接点与右侧支撑体(70)连接；第二内侧右侧连接部件，用于将所述第二内侧右侧连接点与右侧支撑体(70)连接； 内侧移位电极，固定于所述内侧环形变形体(90)的内周面或外周面，发生由所述内侧环形变形体(90)的弹性变形而引起的移位；以及 内侧固定电极，被配置于与所述内侧移位电极相对的位置，被固定于所述左侧支撑体(60)或所述右侧支撑体(70)上， 将所述内侧环形变形体(90)的两侧面投影到XY平面上而得到正投影投影图像时，第一内侧右侧连接点的投影图像被配置于正的Y轴上，第二内侧右侧连接点的投影图像被配置于负的Y轴上，第一内侧左侧连接点的投影图像被配置于正的X轴上，第二内侧左侧连接点的投影图像被配置于负的X轴上， 检测电路进一步利用由所述内侧移位电极和所述内侧固定电极构成的电容元件的电容值的变化量，输出表示绕旋转轴(Z)的扭矩的电信号。
22.—种扭矩传感器，用于检测绕预定旋转轴(Z)的扭矩，其特征在于，所述扭矩传感器包括: 外侧环形变形体(80)，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有所述旋转轴(Z)插入的贯通开口部(H80)； 内侧环形变形体(90)，由通过作为检测对象的扭矩的作用而产生弹性变形的材质形成，具有所述旋转轴(Z)插入的贯通开口部(H90)，配置于所述外侧环形变形体(80)的内侧； 左侧支撑体(60)，从所述旋转轴(Z)形成左右延伸的水平线的基准观察方向看时，被配置于与所述外侧环形变形体(80)以及所述内侧环形变形体(90)的左侧相邻的位置；右侧支撑体(70)，从所述基准观察方向看时，被配置于与所述外侧环形变形体(80)以及所述内侧环形变形体(90)的右侧相邻的位置； 外侧左侧连接部件(61、62)，用于将所述外侧环形变形体(80)的左侧的侧面上的外侧左侧连接点与所述左侧支撑体(60)连接； 外侧右侧连接部件(72)，用于将所述外侧环形变形体(80)的右侧的侧面上的外侧右侧连接点与所述右侧支撑体(70)连接； 内侧左侧连接部件(63，64)，用于将所述内侧环形变形体(90)的左侧的侧面上的内侧左侧连接点与所述左侧支撑体(60)连接； 内侧右侧连接部件，用于将所述内侧环形变形体(90)的右侧的侧面上的内侧右侧连接点与所述右侧支撑体(70)连接； 外侧移位电极(E81，E82)，固定于所述外侧环形变形体(80)的内周面，发生所述外侧环形变形体(80)的弹性变形而引起的移位； 内侧移位电极(E91，E92)，与所述外侧移位电极(E81、E82)相对地被固定于所述内侧环形变形体(90)的外周面，发生所述内侧环形变形体(90)的弹性变形而引起的移位；以及检测电路，基于由所述外侧移位电极(E81，E82)和所述内侧移位电极(E91，E92)构成的电容元件(Cl C4)的电容值的变化量，输出表示在向所述右侧支撑体(70)和所述左侧支撑体(60)的一方施加了负荷的状态下作用于另一方的所述绕旋转轴(Z)的扭矩的电信号， 其中，对于与所述旋转轴(Z)垂直的投影面，所述外侧左侧连接点的正投影投影图像与所述外侧右侧连接点的正投影投影图像形成于不同的位置，所述内侧左侧连接点的正投影投影图像与所述内侧右侧连接点的正投影投影图像形成于不同的位置。
23.一种扭矩传感器，用于检测XYZ三维坐标系中的绕Z轴的扭矩，其特征在于包括:外侧环形变形体(80)，由通过作为检测对象的扭矩的作用而发生弹性变形的材质形成，具有Z轴插入的贯通开口部(H80)，以原点O为中心，被配置于XY平面上； 内侧环形变形体(90)，由通过作为检测对象的扭矩的作用而发生弹性变形的材质形成，具有Z轴插入的贯通开口部(H90)，以原点O为中心，被配置于XY平面上、且被配置于所述外侧环形变形体(80)的贯通开口部(H80)中； 左侧支撑体(60)，被配置于与所述外侧环形变形体(80)和所述内侧环形变形体(90)的Z轴负区域侧相邻的位置；以及 右侧支撑体(70)，被配置于与所述外侧环形变形体(80)和所述内侧环形变形体(90)的Z轴正区域侧相邻的位置， 在所述外侧环形变形体(80)的Z轴负侧的侧面上设置第一外侧左侧连接点和第二外侧左侧连接点，在所述外侧环形变形体(80)的Z轴正侧的侧面上设置第一外侧右侧连接点和第二外侧右侧连接点， 在所述内侧环形变形体(90)的Z轴负侧的侧面上设置第一内侧左侧连接点和第二内侧左侧连接点，在所述内侧环形变形体(90)的Z轴正侧的侧面上设置第一内侧右侧连接点和第二内侧右侧连接点， 所述扭矩传感器还包括:第一外侧左侧连接部件(61)，用于将所述第一外侧左侧连接点与所述左侧支撑体(60)连接；第二外侧左侧连接部件(62)，用于将所述第二外侧左侧连接点与所述左侧支撑体(60)连接；第一外侧右侧连接部件，用于将所述第一外侧右侧连接点与所述右侧支撑体(70)连接；以及第二外侧右侧连接部件(72)，用于将所述第二外侧右侧连接点与所述右侧支撑体(70)连接， 所述扭矩传感器还包括:第一内侧左侧连接部件(63)，用于将所述第一内侧左侧连接点与所述左侧支撑体(60)连接；第二内侧左侧连接部件(64)，用于将所述第二内侧左侧连接点与所述左侧支撑体(60)连接；第一内侧右侧连接部件，用于将所述第一内侧右侧连接点与所述右侧支撑体(70)连接；以及第二内侧右侧连接部件，用于将所述第二内侧右侧连接点与所述右侧支撑体(70)连接， 所述扭矩传感器还包括: 外侧移位电极(E81，E82)，被固定于所述外侧环形变形体(80)的内周面，发生所述外侧环形变形体(80)的弹性变形而引起的移位； 内侧移位电极(E91 E94)，被固定于所述内侧环形变形体(90)的外周面的与所述外侧移位电极(E81 E84)相对的位置，发生所述内侧环形变形体(90)的弹性变形而引起的移位；以及 检测电路，基于由所述外侧移位电极(E81 E84)和所述内侧移位电极(E91 E94)构成的电容元件(Cl C4)的电容值的变化量，输出表示在向所述右侧支撑体(60)和所述左侧支撑体(70)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， 其中，将所述外侧环形变形体(80)和所述内侧环形变形体(90)的两侧面投影到XY平面上并得到正投影投影图像时，第一外侧右侧连接点的投影图像被配置于正的X轴上，第二外侧右侧连接点的投影图像被配置于负的X轴上，第一外侧左侧连接点的投影图像被配置于正的Y轴上，第二外侧左侧连接点的投影图像被配置于负的Y轴上，第一内侧右侧连接点的投影图像被配置于正的Y轴上，第二内侧右侧连接点的投影图像被配置于负的Y轴上，第一内侧左侧连接点的投影图像被配置于正的X轴上，第二内侧左侧连接点的投影图像被配置于负的X轴上。
24.根据权利要求23所述的扭矩传感器，其特征在于，外侧环形变形体(80)和内侧环形变形体(90)由圆环形部件形成，通过在以Z轴为中心轴配置的圆盘的中央部形成更小直径的同心圆盘形状的贯通开口部(H80，H90)而得到所述圆环形部件。
25.根据权利要 求24所述的扭矩传感器，其特征在于，使用在中心部具有贯通开口部(H60，H70)的环形结构体作为左侧支撑体(60)和右侧支撑体(70)，确保沿着Z轴贯通左侧支撑体(60)、内侧环形变形体(90)、右侧支撑体(70)的各贯通开口部(H60，H90，H70)的插入孔。
26.根据权利要求24或25所述的扭矩传感器，其特征在于， 在XY平面上，如果定义了通过原点O且相对于X轴和Y轴形成45°的V轴和W轴，则所述扭矩传感器具有配置于V轴上的第一外侧移位电极(E81)和第一内侧移位电极(E91 )、及配置于W轴上的第二外侧移位电极(E82)和第二内侧移位电极(E92)， 检测电路将相当于由所述第一外侧移位电极(E81)和所述第一内侧移位电极(E91)形成的第一电容元件(Cl)的电容值与由所述第二外侧移位电极(E82)和所述第二内侧移位电极(E92)形成的第二电容元件(C2)的电容值之差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。
27.根据权利要求24或25所述的扭矩传感器，其特征在于， 在XY平面上，如果定义了通过原点O且相对于X轴和Y轴形成45°的具有符号的V轴和W轴，则所述扭矩传感器具有配置于正的V轴上的第一外侧移位电极(E81)和第一内侧移位电极(E91)、配置于正的W轴上的第二外侧移位电极(E82)和第二内侧移位电极(E92)、配置于负的V轴上的第三外侧移位电极(E83)和第三内侧移位电极(E93)、及配置于负的W轴上的第四外侧移位电极(E84 )和第四内侧移位电极(E94 )， 检测电路将相当于“由所述第一外侧移位电极(E81)和所述第一内侧移位电极(E91)构成的第一电容元件(Cl)的电容值与由所述第三外侧移位电极(E83)和所述第三内侧移位电极(E93)构成的第三电容元件(C3)的电容值之和”与“由所述第二外侧移位电极(E82)和所述第二内侧移位电极(E92)构成的第二电容元件(C2)的电容值与由所述第四外侧移位电极(E84)和所述第四内侧移位电极(E94)构成的第四电容元件(C4)的电容值之和”的差的电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出。
28.根据权利要求26或27所述的扭矩传感器，其特征在于，由形成于外侧环形变形体(80)的内周面的共用导电层(E85)形成各外侧移位电极，或由形成于内侧环形变形体(90)的外周面的共用导电层形成各内侧移位电极。
29.根据权利要求28所述的扭矩传感器，其特征在于，由导电性的弹性材料形成外侧环形变形体(80A)，将外侧环形变形体(80A)的内周面自身用作共用导电层(E85)，或者，由导电性的弹性材料形成内侧环形变形体 (90)，将内侧环形变形体(90)的外周面自身用作共用导电层。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，左侧连接部件(11，12 ；61 64)由从左侧支撑体(10 ；60)的右侧面向右方突出的凸状部构成，右侧连接部件(21，22 ;72)由从右侧支撑体(20 ;70)的左侧面向左方突出的凸状部构成，各凸状部的顶面与环形变形体(30 ；80 ；90)的各连接点接合。
全文摘要
本发明提供小型且具有高刚性、结构简单的扭矩传感器。在左侧支撑体(10)和右侧支撑体(20)之间配置环形变形体(30)。在环形变形体(30)的左侧面上下两个位置接合从左侧支撑体(10)向右方突出的凸状部(11，12)，在环形变形体(30)的右侧面上下两个位置接合从右侧支撑体(20)向左方突出的凸状部(21，22)。在向右侧支撑体(20)施加负荷的状态下，当绕Z轴的扭矩作用于左侧支撑体(10)时，环形变形体(30)变形为椭圆形，其内周面的长轴位置远离Z轴，短轴位置接近Z轴。在该内周面的长轴位置和短轴位置形成未图示的移位电极，在与各移位电极相对的位置配置未图示的固定电极，各固定电极被固定于右侧支撑体(20)。根据由移位电极和固定电极构成的电容元件的电容值的变化检测所作用的扭矩。
文档编号G01L3/10GK103080716SQ20118003775
公开日2013年5月1日 申请日期2011年7月27日 优先权日2010年8月5日
发明者西冲畅久, 冈田和广 申请人:三角力量管理株式会社