CN107850502A - 扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种扭矩传感器。该扭矩传感器具备：环状变形体；第一～第四位移电极，发生起因于环状变形体的弹性变形的位移；第一～第四固定电极，配置于与第一～第四位移电极相对的位置；以及检测电路，基于由第一～第四位移电极和第一～第四固定电极构成的第一～第四电容元件的静电电容值的变动量，输出表示扭矩的电信号，检测电路将相当于“第一电容元件的静电电容值与第二电容元件的静电电容值之和”与“第三电容元件的静电电容值与第四电容元件的静电电容值之和”的差的第一电信号、相当于第一电容元件的静电电容值与第三电容元件的静电电容值之差的第二电信号作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，根据第一和第二电信号而判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

Description

扭矩传感器

技术领域

本发明涉及扭矩传感器，尤其是涉及具有将绕预定的旋转轴作用的扭矩作为电信号进行输出的功能的传感器。

背景技术

检测绕预定的旋转轴作用的扭矩的扭矩传感器正在广泛地利用于各种运输机械、工业设备中。例如，在下述的专利文献1中已经公开有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。另外，在专利文献2中已经公开有一种传感器，其通过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来检出作用于轴的扭矩。另一方面，在专利文献3中已经公开有一种类型的扭矩传感器，其在扭力杆的端部设置磁场发生部，利用聚磁环检测由该磁场发生部产生的磁通密度的变化；在专利文献4中已经公开有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形，检测由这些磁铁产生的磁场。而且，在专利文献5中已经公开有一种扭矩传感器，其备置通过扭矩的作用而使环形部件的形状向径向变形的连杆机构，利用载荷传感器检测通过环形部件的变形而施加在该径向上的力。另外，在引用文献6中已经公开有一种静电电容类型的扭矩传感器，其根据起因于因扭矩的作用而在环形的弹性环上产生的变形的电容元件的静电电容值的变动量来检测扭矩。

近年来，像它们那样的扭矩传感器向生活支援机器人的用途正在扩大，要求很高的安全性。然而，例如，在现状的静电电容类型的扭矩传感器中，虽然具备机构部、静电电容的检测部、包括微机的电子电路，但具有由于结露、冲击、过负载或者在提供该静电电容的一对平行平板间混入异物而导致故障的可能性。

作为判断扭矩传感器是否已故障的简便的方法，已经公开有一种方法，其沿检测对象的扭矩的旋转轴将多个(例如三个)引用文献6中记载的扭矩传感器排成并列，评价各扭矩传感器的输出信号的差。在该方法中，每两个地比较三个输出信号，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，则就判断为该扭矩传感器在正常地发挥作用；另一方面，如果该差未存在于规定的范围内，则就判断为该扭矩传感器未正常地发挥作用(已故障)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-058388号公报

专利文献2：日本特开2007-024641号公报

专利文献3：日本特开2009-244134号公报

专利文献4：日本特开2006-292423号公报

专利文献5：日本特开2000-019035号公报

专利文献6：日本特开2012-037300号公报

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在正常地发挥作用的方法的情况下，根据扭矩传感器的个数而导致成本增大。而且，导致为设置扭矩传感器所需的空间也增大，是个问题。

本发明鉴于以上那样的问题而创造出。即，本发明的目的就是，提供一种能够使成本和设置空间最小化且进行故障的判定(是否在正常地发挥作用的判定)的扭矩传感器。

发明内容

本发明的扭矩传感器是检测绕XYZ三维坐标系中的Z轴的扭矩的传感器，具备：

环状变形体，由因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；

第一支撑体，在所述环状变形体与xz平面相交的两个第一部位上与该环状变形体连接；

第二支撑体，在所述环状变形体与包括Z轴的、与xz平面不同的平面相交的两个第二部位上与该环状变形体连接，能够相对于所述第一支撑体绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体的内周面或外周面，发生起因于该环状变形体的弹性变形的位移；

固定电极，配置于所述第一支撑体中的与所述位移电极相对的位置；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撑体和所述第二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，

所述电容元件具有：配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离减少的第一部分上的第一电容元件及第二电容元件和配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离增大的第二部分上的第三电容元件及第四电容元件，

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和”与“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和”的差的第一电信号、相当于“所述第一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、以及相当于“所述第二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”的第三电信号的至少一方作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，

根据所述第一电信号、所述第二电信号或所述第三电信号而判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

根据本发明，比较基于第一电信号的扭矩与基于第二电信号或第三电信号的扭矩，因此能够由该扭矩传感器本身判断扭矩传感器是否在正常地发挥作用。因此，可以提供能够不使用多个扭矩传感器即将成本和设置空间最小化且进行故障的判定(是否在正常地发挥作用的判定)的扭矩传感器。

优选，所述位移电极具有配置在对应于所述环状变形体的各部分中的所述第一部分的位置的第一位移电极及第二位移电极和配置在对应于所述第二部分的位置的第三位移电极及第四位移电极，

所述固定电极具有：配置在与所述第一位移电极相对的位置的第一固定电极、配置在与所述第二位移电极相对的位置的第二固定电极、配置在与所述第三位移电极相对的位置的第三固定电极、以及配置在与所述第四位移电极相对的位置的第四固定电极，

所述第一电容元件由所述第一位移电极和所述第一固定电极构成，

所述第二电容元件由所述第二位移电极和所述第二固定电极构成，

所述第三电容元件由所述第三位移电极和所述第三固定电极构成，

所述第四电容元件由所述第四位移电极和所述第四固定电极构成，

在这样的扭矩传感器中，构成第一～第四电容元件的各固定电极和各位移电极能够按每个各电容元件单独地形成。或者，可以是，各固定电极和各位移电极中的一方构成为共通电极。即，可以是，所述第一～第四位移电极中至少两个由共通的电极构成，或者所述第一～第四固定电极中至少两个由共通的电极构成。

作为环状变形体、第一支撑部件及第二支撑部件的配置，可以为如下这样的形式。即，所述第一支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的另一侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接，

或者，所述第一支撑体配置于所述环状变形体的内周面的内侧，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的外周面的外侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接，

前者的情况能够将扭矩传感器的直径构成得较小，后者的情况能够将扭矩传感器的厚度(Z轴方向的尺寸)构成得较小。这些能够根据扭矩传感器设置的空间而适当选择。

当然，作为其它例子，可以组合这些配置，即，所述第一支撑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，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接，

或者，所述第一支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，所述第二支撑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，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接，

另外，优选，作用于扭矩传感器的扭矩基于所述第一电信号来测量。在这种情况下，第一电信号在第一～第三电信号中用于扭矩测量的静电电容值(电极面积)最大，因此电容变化也大，从S/N的观点出发也是有利的。

优选，所述检测电路通过判定基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第二电信号或所述第三电信号的扭矩之差是否在规定的范围内来判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。在这种情况下，能够容易判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

更优选，所述检测电路将所述第二电信号和所述第三电信号双方作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，通过判定“基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第二电信号的扭矩之差和基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第三电信号的扭矩之差的至少一方”、以及“基于所述第二电信号的扭矩与基于所述第三电信号的扭矩之差”是否在规定的范围内，判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。在这种情况下，能够可靠地判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

另外，优选，设定所述第一固定电极和所述第一位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第二固定电极和所述第二位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第三固定电极和所述第三位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第四固定电极和所述第四位移电极中的一方的面积大于另一方的面积，以便绕Z轴的扭矩进行了作用的结果：所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置变化了的情况下构成所述第一～第四电容元件的各一对电极的有效相对面积也不变化。

在这种情况下，即使绕Z轴的扭矩进行作用，构成第一～第四电容元件的各一对电极的有效相对面积也不变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否在正常地发挥作用的判定精度。

在以上那样的扭矩传感器中，优选，所述第二支撑体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域上与该环状变形体连接。在这种情况下，由作用的扭矩引起的环状变形体的变形关于原点O对称，因此该扭矩的测量是容易的。

优选，在XY平面上定义了通过原点O并相对于X轴和Y轴构成45°的V轴及W轴的情况下，当从Z轴方向上观察时，所述第一电容元件和所述第二电容元件在V轴附近关于该V轴呈对称性配置，所述第三电容元件和所述第四电容元件在W轴附近关于该W轴呈对称性配置。

或者，优选，在XY平面上定义了通过原点O并相对于X轴和Y轴构成45°的V轴及W轴的情况下，所述第一电容元件及所述第二电容元件在V轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像彼此重叠，所述第三电容元件及所述第四电容元件在W轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与W轴重叠。

在这些情况下，关于各电容元件的静电电容值的变化，第一和第二电容元件显示彼此同样的行为，第三和第四电容元件显示彼此大致同样的行为。因此，用于基于各电容元件的静电电容值的变化的扭矩测量及扭矩传感器的故障诊断的处理是容易的。

或者，本发明是检测绕XYZ三维坐标系中的Z轴的扭矩的扭矩传感器，具备：

环状变形体，由因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；

第一支撑体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位上与该环状变形体连接；

第二支撑体，在所述环状变形体与包括Z轴的、与XZ平面不同的平面相交的两个第二部位上与该环状变形体连接，能够相对于所述第一支撑体绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体的内周面或外周面，产生起因于该环状变形体的弹性变形的位移；

固定电极，配置于所述第一支撑体中的与所述位移电极相对的位置；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撑体和所述第二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，

所述电容元件具有配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离减少的第一部分的第一电容元件及第二电容元件、配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离减少的第二部分的第三电容元件及第四电容元件、配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离增大的第三部分的第五电容元件及第六电容元件、配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离增大的第四部分的第七电容元件及第八电容元件，

所述检测电路将相当于“所述第一电容元件的静电电容值、所述第二电容元件的静电电容值、所述第五电容元件的静电电容值以及所述第六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、所述第四电容元件的静电电容值、所述第七电容元件的静电电容值、所述第八位移电极以及所述第八电容元件的静电电容值之和”的差的第一电信号、相当于“所述第一电容元件的静电电容值与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与所述第七电容元件的静电电容值之和”的差的第二电信号、以及相当于“所述第二电容元件的静电电容值与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与所述第八电容元件的静电电容值之和”的差的第三电信号的至少一方作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，

基于所述第一电信号、所述第二电信号或者所述第三电信号，判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

根据本发明，由于比较基于第一电信号的扭矩与基于第二电信号或第三电信号的扭矩，因此能够由该扭矩传感器本身判断扭矩传感器是否在正常地发挥作用。因此，可以提供能够不使用多个扭矩传感器即将成本和设置空间最小化且进行故障的判定(是否在正常地发挥作用的判定)的扭矩传感器。

优选，所述位移电极具有：配置在对应于所述环状变形体的各部分中的所述第一部分的位置的第一位移电极及第二位移电极、配置在对应于所述第二部分的位置的第三位移电极及第四位移电极、配置在对应于所述第三部分的位置的第五位移电极及第六位移电极、以及配置在对应于所述第四部分的位置的第七位移电极及第八位移电极，

所述固定电极具有：配置在与所述第一位移电极相对的位置的第一固定电极、配置在与所述第二位移电极相对的位置的第二固定电极、配置在与所述第三位移电极相对的位置的第三固定电极、配置在与所述第四位移电极相对的位置的第四固定电极、配置在与所述第五位移电极相对的位置的第五固定电极、配置在与所述第六位移电极相对的位置的第六固定电极、配置在与所述第七位移电极相对的位置的第七固定电极、以及配置在与所述第八位移电极相对的位置的第八固定电极，

所述第一电容元件由所述第一位移电极和所述第一固定电极构成，

所述第二电容元件由所述第二位移电极和所述第二固定电极构成，

所述第三电容元件由所述第三位移电极和所述第三固定电极构成，

所述第四电容元件由所述第四位移电极和所述第四固定电极构成，

所述第五电容元件由所述第五位移电极和所述第五固定电极构成，

所述第六电容元件由所述第六位移电极和所述第六固定电极构成，

所述第七电容元件由所述第七位移电极和所述第七固定电极构成，

所述第八电容元件由所述第八位移电极和所述第八固定电极构成，

在这样的扭矩传感器中，构成第一～第四电容元件的各固定电极及各位移电极能够对每个各电容元件单独地形成。或者，可以是，各固定电极及各位移电极中的一方被构成为共通电极。即，可以是，所述第一～第八位移电极中至少两个由共通的电极构成，或者所述第一～第八固定电极中至少两个由共通的电极构成。

作为环状变形体、第一支撑部件及第二支撑部件的配置，可以为如下这样的形式。即，所述第一支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的另一侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接，

或者，所述第一支撑体配置于所述环状变形体的内周面的内侧，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的外周面的外侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接，

前者的情况能够将扭矩传感器的直径构成得较小，后者的情况能够将扭矩传感器的厚度(Z轴方向的尺寸)构成得较小。这些能够根据扭矩传感器所设置的空间而适当选择。

当然，作为其它例子，可以将这些配置组合。即，所述第一支撑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，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接，

或者，所述第一支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述第二支撑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，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接，

另外，作用于扭矩传感器的扭矩优选基于所述第一电信号测量。在这种情况下，第一电信号在第一～第三电信号中用于扭矩测量的静电电容值(电极面积)最大，因此电容变化也大，从S/N的观点出发也是有利的。

优选，所述检测电路通过判定基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第二电信号或所述第三电信号的扭矩之差是否在规定的范围内来判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。在这种情况下，能够容易判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

更优选，所述检测电路将所述第二电信号和所述第三电信号双方作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，

通过判定“基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第二电信号的扭矩之差及基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第三电信号的扭矩之差的至少一方”和“基于所述第二电信号的扭矩与基于所述第三电信号的扭矩之差”是否均在规定的范围内，判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。在这种情况下，能够可靠地判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

另外，优选，设定所述第一固定电极和所述第一位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第二固定电极和所述第二位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第三固定电极和所述第三位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第四固定电极和所述第四位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第五固定电极和所述第五位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第六固定电极和所述第六位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第七固定电极和所述第七位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第八固定电极和所述第八位移电极中的一方的面积大于另一方的面积，以便绕Z轴的扭矩进行了作用的结果：所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置变化了的情况下构成所述第一～第八电容元件的各一对电极的有效相对面积也不变化。

在这种情况下，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相对面积也不变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否在正常地发挥作用的判定精度。

在以上那样的扭矩传感器中，优选，所述第二支撑体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域上与该环状变形体连接。在这种情况下，由作用的扭矩引起的环状变形体的变形关于原点O对称，因此该扭矩的测量是容易的。

优选，在XY平面上定义了通过原点O并具有相对于X轴和Y轴构成45°的方向的V轴及W轴的情况下，当从Z轴方向上观察时，所述第一电容元件和所述第二电容元件在正的V轴附近关于该V轴呈对称配置，所述第三电容元件和所述第四电容元件在正的W轴附近关于该W轴呈对称配置，所述第五电容元件和所述第六电容元件在负的V轴附近关于该V轴呈对称配置，所述第七电容元件和所述第八电容元件在负的W轴附近关于该W轴呈对称配置。

或者，优选，在XY平面上定义了通过原点O并具有相对于X轴和Y轴构成45°的方向的V轴及W轴的情况下，所述第一电容元件和所述第二电容元件在正的V轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与正的V轴重叠，所述第三电容元件和所述第四电容元件在正的W轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与正的W轴重叠，所述第五电容元件和所述第六电容元件在负的V轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与负的V轴重叠，所述第七电容元件和所述第八电容元件在负的W轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与负的W轴重叠。

在这些情况下，关于各电容元件的静电电容值的变化，第一、第二、第五及第六电容元件显示彼此同样的行为，第三、第四、第七以及第八电容元件显示彼此同样的行为。因此，用于基于各电容元件的静电电容值的变化的扭矩测量及扭矩传感器的故障诊断的处理是容易的。

附图说明

图1是用于说明基于现有的扭矩传感器的扭矩检测原理的悬臂梁模型。

图2是示出用于图1的悬臂梁模型的检测电路的一个例子的电路图。

图3是用于说明基于本发明的扭矩传感器的扭矩检测原理以及该扭矩传感器是否在正常地发挥作用的判定原理的悬臂梁模型。

图4是示出用于检测施加于图3的悬臂梁模型的受力体的力的检测电路的一个例子的电路图。

图5是示出设于图4的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

图6是示出用于检测施加于图3的悬臂梁模型的受力体的力的检测电路的其它例子的电路图。

图7是示出设于图6的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

图8是示出用于检测施加于图3的悬臂梁模型的受力体的力的检测电路的又一其它例子的电路图。

图9是示出设于图8的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

图10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的立体分解图。

图11是通过将图10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的侧视图。

图12是用YZ平面剖开了图11所示的基本结构部的侧剖面图。

图13是从图10的右方向上观察到图10所示的左侧支撑体和凸状部的主视图。

图14是从图10的右方向上观察到图10所示的环状变形体的主视图。

图15是从图10的右方向上观察到图10所示的右侧支撑体和凸状部的主视图。

图16是用XY平面剖开了图11所示的基本结构部并从图11的左方向上观察到的剖面图。

图17是示出当绕Z轴正向的扭矩作用于了图11所示的基本结构部时的变形状态的在XY平面上的剖面图(用XY平面剖开图11所示的基本结构部，从图11的左方向上观察到的剖面图。虚线表示变形前的状态)。

图18是从图11的左方向上观察到在内周面形成有位移电极的状态的环状变形体的平面图。

图19是从图11的左方向上观察到安装有固定电极的状态的右侧支撑体的平面图。

图20是图19所示的右侧支撑体的侧视图。

图21是用VZ平面剖开在图12所示的基本结构部追加了位移电极和固定电极的结构体的侧剖面图(图21的上方是图18和图19所示的V轴方向)。

图22是用XY平面剖开在图11所示的基本结构部追加了上述的位移电极和固定电极的结构体，并从图11的左方向上观察到的剖面图。

图23是示出当绕Z轴正向的扭矩对图22所示的基本结构部进行了作用时的状态的剖面图(虚线表示变形前的状态)。

图24是使用八组电容元件的变形例所涉及的扭矩传感器的XY平面上的剖面图。

图25是示出对于图24所示的扭矩传感器当绕Z轴正向的扭矩进行了作用时的状态的剖面图(虚线表示变形前的状态)。

图26是示出在图24所示的扭矩传感器上使用的检测电路的一个例子的电路图。

图27是示出设于图26的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

图28是示出图24所示的扭矩传感器上所使用的检测电路的其它例子的电路图。

图29是示出设于图28的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

图30是示出图24所示的扭矩传感器上所使用的检测电路的又一其它例子的电路图。

图31是示出设于图30的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

图32是示出在位移电极相对于固定电极的相对位置变化了的情况下仍将电容元件的有效面积维持为一定的原理的图。

图33是示出在图24所示的扭矩传感器中应用了图32所示的原理的变形例的XY平面上的剖面图。

图34是用VZ平面剖开图33所示的扭矩传感器的侧剖面图。

图35是示出对于图33所示的扭矩传感器当绕Z轴正向的力矩Mz(作为检测对象的扭矩)进行了作用时的状态的XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态)。

图36是示出对于图33所示的扭矩传感器当X轴方向的力Fx进行了作用时的状态的XY平面上的剖面图(虚线表示变形前的状态)。

图37是示出对于图33所示的扭矩传感器当绕X轴正向的力矩Mx进行了作用时的状态的ZV平面上的剖面图。

图38是示出对于图33所示的扭矩传感器当在向右侧支撑体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对环状变形体进行了作用时的八组电容元件的静电电容值的变化形式的表格。

图39是在电容元件上设置了PWM电路的电路图。

图40是示出在图39的PWM电路的各构成部中输出的信号的波形的概略图。

图41是示出在本发明的扭矩传感器中可采用的PWM电路的一个例子的电路图。

图42是示出在图41的PWM电路的各构成部中输出的信号的波形的概略图。

图43是示出能够在本发明的扭矩传感器中采用的基本结构部的变形例的概略主视图。

图44是示出在电容元件构成于环状变形体与内侧支撑体之间的情况下的、固定电极和位移电极的配置的图。

图45是示出一对固定电极沿Z轴方向相邻而配置的状态的图。

具体实施方式

<<<§0.利用悬臂梁模型的故障检测原理>>>

在说明基于本实施方式的扭矩传感器之前，使用悬臂梁的模型来对用于判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用的原理进行说明。

图1是用于说明基于现有的扭矩传感器的扭矩检测原理的悬臂梁模型200。该悬臂梁模型200具备：在水平方向上延伸并具有上表面210u(图1中的上方的面)和下表面210r(图1中的下方的面)的能挠曲变形的悬臂梁210、固定有悬臂梁210的一端(图1中的左端)的第一固定部221、以及设于悬臂梁210的上表面210u的另一端附近的受力体230。第一固定部221与悬臂梁210的延伸方向(长度方向)正交，具有在上下方向上具有一定程度的宽度的平面。另外，受力体230用于接受作用于悬臂梁210的另一端的力。该悬臂梁200是用于检测作用于受力体230的力的，并非检测扭矩，但能够从以下说明的力的检测原理中类推地理解扭矩的检测原理。

悬臂梁模型200还具备：从悬臂梁210的上表面210u空开有规定的间隔的第二固定部222和从悬臂梁210的下表面210r空开有规定的间隔的第三固定部223。第二和第三固定部222、223均为一端被固定于第一固定部221。第二固定部222的下表面222r和第三固定部223的上表面223u均成为与悬臂梁210的上表面210u及下表面210r平行的平面。

如图1所示，在悬臂梁210的上表面210u朝着上方按顺序层叠有上部可挠基板241和上部可挠电极E31，在该悬臂梁210的下表面210r朝着下方按顺序层叠有下部可挠基板242和下部可挠电极E32。并且，在第二固定部222的下表面222r朝着下方按顺序层叠有上部固定基板243和上部固定电极E21，在第三固定部223的上表面222u朝着上方按顺序层叠有下部固定基板244和下部固定电极E22。在该状态下，上部固定电极E21与上部可挠电极E31彼此相对，下部固定电极E22与下部可挠电极E32彼此相对。而且，如图1所示，在上部可挠电极E31与上部固定电极E21之间设有规定的间隔，在下部可挠电极E32与下部固定电极E22之间也设有规定的间隔。通过以上的结构，由上部可挠电极E31和上部固定电极E21形成第一电容元件C1，由下部可挠电极E32和下部固定电极E22形成第二电容元件C2。需要说明的是，在图1中，上部可挠电极E31与上部固定电极E21的相对面积等于下部可挠电极E32与下部固定电极E22的相对面积。

在以上那样的悬臂梁模型200中，当在受力体230上施加向下的力F时，悬臂梁210朝下方弯曲。随之，上部可挠电极E31和下部可挠电极E32也朝下方弯曲。因此，上部可挠电极E31与上部固定电极E21的分离距离增大而使第一电容元件C1的静电电容值减少；另一方面，下部可挠电极E32与下部固定电极E22的分离距离减少而使第二电容元件C2的静电电容值增加。基于这些静电电容值的变动量，能够将所作用的力作为两静电电容值的差分进行检测。这种差分检测对抑制了共模噪声和零点漂移的、稳定的力检测有效，并且，抵消由温度引起的各部分的膨胀的影响而对获得高精度的检测值作出贡献。

而且，作为用于进行这种差分检测的检测电路，预先设置下述电路即可，该电路将相当于第一电容元件C1的静电电容值与第二电容元件C2的静电电容值之差的电信号作为表示所作用的力的电信号进行输出。

图2是示出具有进行这种差分检测的功能的检测电路的一个例子的电路图。该电路图中所示的E21、E31、E22、E32是图1所示的各电极，C1、C2是由这些电极构成的电容元件。C/V转换器40a、40b分别为将电容元件C1、C2的静电电容值转换成电压值V1、V2的电路，转换后的电压值V1、V2是对应于各电容元件的静电电容值的值。差分运算器41a具有求出电压值的差分“V1-V2”并将其输出至输出端子T1的功能。

在图1所示的例子中，如果由相同形状、相同尺寸的电极构成各电极E21～E32并设定成从图1的上方来看的各电极E21～E32的位置都为相同，则在无负荷状态(悬臂梁210未发生挠曲的状态)下电容元件C1、C2的静电电容值变为相等。因此，输出至图2所示的检测电路的输出端子T1的电压值为0。

与此相对比，当图1所示的向下的力作用于受力体230时，悬臂梁210向下方挠曲，因此，电容元件C1的静电电容值变小，电容元件C2的静电电容值变大。由此，输出至图2所示的检测电路的输出端子T1的电压值成为负值，作用的力越大，其绝对值越变大。相反，当向上的力作用于受力体时，电容元件C1的静电电容值变大，电容元件C2的静电电容值变小。由此，输出至图2所示的检测电路的输出端子T1的电压值成为正值，作用的力越大，其绝对值越大。这样，在输出端子T1可得到包含符号的力的检测值。

然而，此悬臂梁模型200无法判定该悬臂梁模型200是否在正常地发挥作用。即，例如当检测电路发生某些不良情况时，在通过悬臂梁模型200评价的力与实际作用于受力体230的力之间产生偏差，而图1所示的悬臂梁模型200不能够识别产生了这样的偏差。与此相反，如果采用图3所示的悬臂梁模型200’，则就能够判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用。下面，参照图3来对悬臂梁模型200’进行详细说明。

图3所示的悬臂梁模型200’是用于说明基于本发明的扭矩传感器的扭矩检测原理以及该扭矩传感器是否在正常地发挥作用的判定原理的，是图1所示的悬臂梁模型200的各电极E21～E32分别被两等分的模型。即，上部可挠电极E31被两等分为第一上部可挠电极E31a和第二上部可挠电极E31b，下部可挠电极E32被两等分为第一下部可挠电极E32a和第二下部可挠电极E32b，上部固定电极E21被两等分为第一上部固定电极E21a和第二上部固定电极E21b，下部固定电极E22被两等分为第一下部固定电极E22a和第二下部固定电极E22b。进而，由第一上部可挠电极E31a和与其相对的第一上部固定电极E21a构成第一电容元件C11，由第二上部可挠电极E31b和与其相对的第二上部固定电极E21b构成第二电容元件C12，由第一下部可挠电极E32a和与其相对的第一下部固定电极E22a构成第三电容元件C21，由第二下部可挠电极E32b和与其相对的第二下部固定电极E22b构成第四电容元件C22。

在向受力体230未施加力的初始状态下，第一上部可挠电极E31a和与其相对的第一上部固定电极E21a的分离距离及相对面积、第二上部可挠电极E31b和与其相对的第二上部固定电极E21b的分离距离及相对面积、第一下部可挠电极E32a和与其相对的第一下部固定电极E22a的分离距离及相对面积以及第二下部可挠电极E32b和与其相对的第二下部固定电极E22b的分离距离及相对面积分别相等。即，在初始状态下第一～第四电容元件C11～C22的各静电电容值彼此相等。

当向以上那样的悬臂梁模型200’的受力体230施加向下的力F时，悬臂梁210朝下方弯曲。随之，上部可挠电极E31和下部可挠电极E32也朝下方弯曲。因此，第一及第二上部可挠电极E31a、E31b与第一及第二上部固定电极E21a、E21b的分离距离增大而使第一及第二电容元件C11、C12的静电电容值减少；另一方面，第一及第二下部可挠电极E32a、E32b与第一及第二下部固定电极E22a、E22b的分离距离减少而使第三及第四电容元件C21、C22的静电电容值增加。基于这些静电电容值的变动量，能够将所作用的力作为“第一和第二电容元件C11、C12的静电电容值的和”与“第三和第四电容元件C21、C22的静电电容值的和”的差分来检测。这样的差分检测正如上所述对获得高精度的检测值作出贡献。

即，在将第一电容元件C11与第二电容元件C12进行了并联、将第三电容元件C21与第四电容元件C22进行了并联的情况下，施加于受力体230的力F能够根据下式来评价。需要说明的是，在下式中，C11～C22表示第一～第四电容元件C11～C22的静电电容值。另外，虽然力与静电电容值用“＝”连接，但它们是彼此不同的物理量，因此实际上在进行了规定的转换之后评价力F。另外，F1意味着基于下式的右边评价的力F，是用于与基于后述的其它式子来评价的力F相区分的记号。

数1

F1＝(C21+C22)-(C11+C12)

施加于受力体230的力F既可以基于第一电容元件C11的静电电容值和第三电容元件C21的静电电容值来评价，也可以基于第二电容元件C12的静电电容值和第四电容元件C22的静电电容值来评价。即，力F还能够通过以下的F2、F3来评价。

数2

F2＝C21-C11

F3＝C22-C12

在本发明中，当判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用时，利用上述F1～F3。具体而言，要判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用，将第一电容元件C11与第二电容元件C12切断、以及将第三电容元件C21与第四电容元件C22切断，根据上述的F2和F3的式子来评价力F。然后，可以评价F1与F2之差是否在规定的范围内和F2与F3之差是否在规定的范围内。然后，如果所有的差都在规定的范围内，则可以判定为悬臂梁模型200’在正常地发挥作用；如果任一个差在规定的范围以外，则可以判定为悬臂梁模型200’未正常地发挥作用(已故障)。

当然，也可以代替评价F1与F2之差是否在规定的范围内和F2与F3之差是否在规定的范围内而评价F1与F3之差是否在规定的范围内和F2与F3之差是否在规定的范围内。

在图3的悬臂梁模型200’中，在悬臂梁模型200’的结构上，F2与F3并不完全一致。即是，悬臂梁210的第一固定部221侧只位移一点，而该悬臂梁210的受力体230侧相对大幅地位移，因此F2与F3之间产生差异。通过将该差异考虑在内来设定上述的规定的范围，能够恰当地判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用。

需要注意的是，在图3所示的悬臂梁模型200’中，鉴于第一～第四电容元件C11～C22的静电电容值均相等，如由上述的[数1]和[数2]的右边所显而易见的，F2和F3成为F1的大致一半的值。因此，当比较F1与F2或F1与F3时，将例如F2或F3加倍而进行用于恰当地执行该比较的处理。当然，该处理应该根据第一～第四电容元件C11～C22的各静电电容值而恰当地进行。

根据实际的检测电路来说明以上的判定方法。

图4是示出用于检测施加于图3的悬臂梁模型200’的受力体230的力的检测电路的一个例子的电路图，图5是示出设于图4的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

在图4的电路图中，为方便起见，将第一电容元件C11与第二电容元件C12在上下方向上并排、将第三电容元件C21与第四电容元件C22在上下方向上并排而示出。如图4所示，第一电容元件C11能够经由开关SW1而选择性地连接于第一C/V转换器40a，第二电容元件C12能够经由开关SW2而选择性地连接于第二C/V转换器40b，第三电容元件C21能够经由开关SW3而选择性地连接于第三C/V转换器40c，第四电容元件C22能够经由开关SW4而选择性地连接于第四C/V转换器40d。另外，第一电容元件C11与第二电容元件C12能够经由开关SW5而选择性地连接，第三电容元件C21与第四电容元件C22能够经由开关SW6而选择性地连接。

第一～第四C/V转换器40a～40d是将各自的电容元件C11～C12的静电电容值转换成电压值V1～V4的电路，转换后的电压值V1～V4是分别对应于各静电电容值的值。图4的第一差分运算器41a求出电压值的差分“V1-V3(＝V5)”，并将其输出至第一信号处理部43a。同样地，第二差分运算器41b求出电压值的差分“V2-V4(＝V6)”，并将其输出至第二信号处理部43b。

第一及第二信号处理部43a、43b与用于比较由该第一及第二信号处理部43a、43b产生的输出信号的比较部44连接，根据该比较部44的输出信号而判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用。

要检测施加于受力体230的力F，按图5的定时1的列中记载的那样控制各开关SW1～SW6的连接状态即可。即，将开关SW1、SW3、SW5以及SW6开启(连接)，将剩余的开关SW2、SW4关闭(切断)。由此，第一～第四C/V转换器40a～40d的输出V1～V4由下式表示：

数3

V1＝C11+C12

V2＝0

V3＝C21+C22

V4＝0

因此，第一及第二差分运算器41a、41b的输出V5、V6由下式表示：

数4

V5＝V1-V3＝(C11+C12)-(C21+C22)

V6＝0

根据以上，V5对应于“-F1”(参照[数1])，因此，能够通过图5的定时1的连接状态来测量力F。

接着，要判定图3所示的悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用，按图5的定时2的列中记载的那样控制各开关SW1～SW6的连接状态即可。即，将开关SW1～SW4开启(连接)，将剩余的开关SW5～SW6关闭(切断)。由此，第一～第四C/V转换器40a～40d的输出V1～V4由下式表示：

数5

V1＝C11

V2＝C12

V3＝C21

V4＝C22

因此，第一及第二差分运算器41a、41b的输出V5、V6由下式表示：

数6

V5＝V1～V3＝C11-C21

V6＝V2-V4＝C12-C22

根据以上，V5对应于“-F2”、V6对应于“-F3”(参照[数2])，因此，能够通过图5的定时2的连接状态来测量F2和F3。

然后，图4的比较部44评价(a)“F1-F2”是否在规定的范围内以及(b)“F2-F3”是否在规定的范围内。在不满足这些(a)和(b)条件的至少一方的情况下，判定为悬臂梁模型200’未正常地发挥作用(已故障)。在这种情况下，从图4的输出端子S1上发送表示判定为了故障的故障诊断信号。

开关SW1～SW6的定时1与定时2的切换可以在微机中进行。定时1与定时2的连接状态既可以例如每相同的时间交替地切换，也可以例如按100:1的时间比切换定时1的连接状态与定时2的连接状态来使力F的测量时间延长，使故障诊断(定时2)的时间相对缩短。

需要注意的是，如上所述，作用于受力体230的力F能通过F1～F3中的任一个来评价，但电极面积大的一方，力的检测灵敏度高，静止噪声也卓越，因此优选通过F1来测量。

另外，图4的比较部44既可以评价(c)“F1-F3”是否在规定的范围内以及(b)“F2-F3”是否在规定的范围内，并在不满足这些(c)和(b)条件的至少一方的情况下判定为悬臂梁模型200’未正常地发挥作用(已故障)，也可以评价(a)“F1-F2”是否在规定的范围内以及(c)“F1-F3是否在规定的范围内，并在这些(a)和(c)条件的至少一方不在该规定的范围内的情况下判定为悬臂梁模型200’未正常地发挥作用(已故障)。

在图4的检测电路中，用于判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用的电路设有两系统，因此即使例如四个C/V转换器40a～40d中的一个故障、即使两个差分运算器41a、41b中的一个故障或者两个信号处理部43a、43b中的一个故障，也能判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用。

在以上的检测电路的一个例子中，基于如下这样的特征而构成了该检测电路：通过将第一和第二电容元件C11、C12并联、将第三和第四电容元件C21、C22并联而能够进行各两个电容元件的相加。但是，在其它例子中，也可以对第一～第四电容元件C11～C22分别独立地进行C/V转换。这样的检测电路的电路图的例子示于图6。另外，在图7示出了表示设于图6的检测电路的开关SW1～SW8的ON/OFF的连接状态的图表。

要通过图6的检测电路来检测施加于受力体230的力F，按图7的定时1的列中记载的那样控制各开关SW1～SW8的连接状态即可。即，将开关SW1～SW4开启(连接)，将剩余的开关SW5～SW8关闭(切断)。由此，经由第一～第四C/V转换器及A/D转换器45a～45d而向图6的第一微机47a及第二微机47b提供对应于“C11+C12”的输出信号和对应于“C21+C22”的输出信号。第一及第二微机47a、47b根据各输出信号来运算F1即“(C21+C22)-(C11+C12)”，测量力F。

接着，要判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用，按图7的定时2的列中记载的那样控制各开关SW1～SW8的连接状态即可。即，将开关SW1～SW4关闭(切断)，将剩余的开关SW5～SW8开启(连接)。由此，向图6的第一微机47a及第二微机47b分别提供对应于“C11”、“C12”、“C21”以及“C22”的输出信号。第一及第二微机47a、47b根据各输出信号来运算F2及F3即“C11-C21”及“C12-C22”，评价力F。

然后，第一及第二微机47a、47b评价例如(a)“F1-F2”是否在规定的范围内以及(b)“F2-F3”是否在规定的范围内。在不满足这些(a)和(b)条件的至少一方的情况下，判定为悬臂梁模型200’未正常地发挥作用(已故障)。在这种情况下，从图6的输出端子S1、S2上输出表示判定为了故障的故障诊断信号。

在图6所示的检测电路中，虽然使用了两个微机47a、47b，但这是为了做到即使一方的微机故障，也能够从另一方的微机中输出施加于受力体230的力和故障诊断信号。另外，本传感器的用户能够比较从第一微机47a中输出的F1～F3及故障诊断信号与从第二微机4b中输出的F1～F3及故障诊断信号两者，因此能够确认由检测电路输出的信号的可靠性。

当然，在这种情况下，也是比较部44既可以评价(c)“F1-F3”是否在规定的范围内以及(b)“F2-F3”是否在规定的范围内，并在不满足这些(c)和(b)条件的至少一方的情况下判定为悬臂梁模型200’未正常地发挥作用(已故障)，也可以评价(a)“F1-F2”是否在规定的范围内以及(c)“F1-F3是否在规定的范围内，并在这些(a)和(c)条件的至少一方不在该规定的范围内的情况下判定为悬臂梁模型200’未正常地发挥作用(已故障)。

需要注意的是，只通过F1及F2，也能够进行施加于受力体230的力的检测和悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用的判定。图8是示出用于检测施加于图3的悬臂梁模型200’的受力体230的力的检测电路的又一其它例子的电路图，图9是示出设于图8的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

在图8所示的检测电路中，从图6所示的检测电路中省略了经由开关SW5和SW6而选择性地连接于第二电容元件C12的第二C/V转换器及A/D转换器45b和经由开关SW7和SW8而选择性地连接于第四电容元件C22的第四C/V转换器及A/D转换器45d。

要通过图8的检测电路来检测施加于受力体230的力F，按图9的定时1的列中记载的那样控制各开关SW1～SW4的连接状态即可。即，将开关SW1～SW4全部都开启(连接)。向图8的第一微机47a及第二微机47b提供对应于“C11+C12”的输出信号和对应于“C21+C22”的输出信号。第一及第二微机47a、47b根据各输出信号来运算F1即“(C21+C22)-(C11+C12)”，评价力F1。

接着，要判定悬臂梁模型200’是否在正常地发挥作用，按图9的定时2的列中记载的那样控制各开关SW1～SW4的连接状态即可。即，将开关SW1～SW4全部都关闭(切断)。由此，向图8的第一微机47a及第二微机47b分别提供对应于“C11”和“C21”的输出信号。第一及第二微机47a、47b根据各输出信号来运算F2即“(C11-C21)”。

然后，第一及第二微机47a、47b评价“F1-F2”是否在规定的范围内。当“F1-F2”不在规定的范围内时，悬臂梁模型200’被判定为未正常地发挥作用(已故障)。在这种情况下，从图8的输出端子S1、S2上输出表示判定为了故障的故障诊断信号。

接着，对利用了以上那样的故障诊断原理的本发明的扭矩传感器进行说明。

<<<§1.本发明所涉及的扭矩传感器的基本结构部>>>

图10是本发明的基本实施方式所涉及的扭矩传感器的基本结构部的立体分解图。如图所示，该基本结构部通过在左侧支撑体10与右侧支撑体20之间配置环状变形体30并将这些三个构成部分相互结合来构成。在此，为方便起见，如图示那样定义XYZ三维坐标系来进行以下的说明。在此，沿图10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。

配置于图10的中央的环状变形体30由因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)穿过的贯通开口部H30。另一方面，配置于图10的左侧的左侧支撑体10是支撑环状变形体30的左侧面的部件，配置于图10的右侧的右侧支撑体20是支撑环状变形体30的右侧面的部件。在为此处所示的基本实施方式的情况下，左侧支撑体10是形成有旋转轴(Z轴)穿过的贯通开口部H10的环状部件，右侧支撑体20是形成有旋转轴(Z轴)穿过的贯通开口部H20的环状部件。

需要说明的是，一般而言右侧和左侧这样的概念是只在从特定的观察方向上来看的情况下才具有意义的概念，在此，为便于说明，正如图10所示的，在从旋转轴(Z轴)构成左右延伸的水平线这样的基准观察方向(右方向成为Z轴的正方向这样的观察方向)上来看时，将配置于与环状变形体30的左侧相邻的位置的支撑体称为左侧支撑体10，将配置于与环状变形体30的右侧相邻的位置的支撑体称为右侧支撑体20。

这里，在环状变形体30的中心位置上定义XYZ三维坐标系的原点O，左侧支撑体10、环状变形体30、右侧支撑体20均由以Z轴为中心轴的圆环形的部件构成。更具体而言，环状变形体30由通过在以Z轴(旋转轴)为中心轴配置的圆盘的中央部上形成呈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构成。同样地，左侧支撑体10和右侧支撑体20也由通过在以Z轴(旋转轴)为中心轴配置的圆盘的中央部形成呈直径更小的同心圆盘形状的贯通开口部H10、H20而得到的圆环形的部件构成。当然，可以不设置贯通开口部H10、H20，左侧支撑体10和右侧支撑体20可以为圆盘。

一方面，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的顶面与环状变形体30的左侧面接合。正如图所示的，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，在右侧支撑体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。正如图所示，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的面前的部分(位于X轴负方向的部分)接合。

图11是通过将图10所示的三个构成部分相互接合而得到的扭矩传感器的基本结构部的侧视图，图12是用YZ平面剖开了该基本结构部的侧截面图。在为此处所示的例子的情况下，正如图12所示的，凸状部11、12是与左侧支撑体10成为一体的结构体，其顶面与环状变形体30的左侧面接合。同样地，凸状部21、22是与右侧支撑体20成为一体的结构体，其顶面与环状变形体30的右侧面接合。

其结果是，凸状部11、12作为将环状变形体30的与左侧支撑体10相对的左侧的侧面上的左侧连接点连接于左侧支撑体10的左侧连接部件而发挥作用，凸状部21、22作为将环状变形体30的与右侧支撑体20相对的右侧的侧面上的右侧连接点连接于右侧支撑体20的右侧连接部件而发挥作用。

图13是从图10的右方向上观察到左侧支撑体10和凸状部11、12的主视图，图14是从图10的右方向上观察到环状变形体30的主视图，图15是从图10的右方向上观察到右侧支撑体20和凸状部21、22的主视图。在图13中，在凸状部11、12的中心位置示出的点P11、P12是左侧连接点，在§2中用于说明与环状变形体30的连接位置。同样地，在图15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中仍用于说明与环状变形体30的连接位置。

需要说明的是，实际上，优选使图13所示的部件(左侧支撑体10和凸状部11、12)和图13所示的部件(右侧支撑体20和凸状部21、22)变为完全相同的部件。在这种情况下，如果使图13所示的部件以Y轴为旋转轴旋转180°而翻过来再以Z轴为旋转轴旋转90°，则就与图15所示的部件完全一致。因此，实际上，如果准备两组图13所示的部件、准备一组图14所示的部件，则就可以构成图11所示的基本结构部。

正如图14所示的，在环状变形体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了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将成为左右传感器的检测灵敏度的参数。如果使用易于弹性变形的环状变形体30，则就可实现即便是微小的扭矩也能够检出的高灵敏度的传感器，但是，能够检出的扭矩的最大值会受到抑制。相反，如果使用难以弹性变形的环状变形体30，则虽然能够较大地取得可检出的扭矩的最大值，但灵敏度降低，因此就不能检出微小的扭矩。

环状变形体30的弹性变形的容易度依赖于Z轴方向的厚度(越使其变薄越易于弹性变形)以及贯通开口部H30的直径(越使其变大越易于弹性变形)而决定，而且，还依赖于其材质而决定。因此，在实用上，只要根据扭矩传感器的用途而适当地选择环状变形体30的各部分的尺寸和材质即可。

一方面，左侧支撑体10和右侧支撑体20在本发明的检测原理上不必是产生弹性变形的部件。不如，为了使所作用的扭矩100％贡献给环状变形体30的变形，左侧支撑体10和右侧支撑体20优选是完全的刚体。在图示的例子中，作为左侧支撑体10和右侧支撑体20而使用了在中心部具有贯通开口部H10、H20的环形结构体的理由并非为了使其容易弹性变形，而是为了做到确保沿着旋转轴(Z轴)而穿过左侧支撑体10、环状变形体30、右侧支撑体20的各贯通开口部H10、H30、H20的插通孔。

正如观察图12的侧剖面图所显而易见的，该基本结构部采用了内部成为中空的结构。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来利用时，能够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。这是在利用呈实心圆条形状的扭力杆的扭转的传统型的扭矩传感器中难以实现的优点之一。

像这样，在本发明所涉及的扭矩传感器中，虽然环状变形体30必须由产生检测扭矩所需要的程度的弹性变形的材质构成，但是，左侧支撑体10和右侧支撑体20并没有必要产生弹性变形，优选不如使用高刚度的材质来构成。在实用上，作为左侧支撑体10、右侧支撑体20、环状变形体30的材料，如果是利用绝缘材料，则使用塑料等合成树脂就足矣；如果是利用导电材料(在这种情况下，如后所述，需要在必要部位实施绝缘以防电极短路)，则使用不锈钢、铝等金属就足矣。当然，即使组合利用绝缘材料和导电材料也没关系。

左侧支撑体10、右侧支撑体20、环状变形体30均能由轴方向的厚度小的扁平结构体构成，所以可以将整个传感器的轴长设定得较短。另外，由于通过环状变形体30的形状的位移来进行扭矩检测，所以作为环状变形体30，虽然需要使用产生弹性变形的材质，但是即使利用具有较高刚度的材质，也可以进行高精度的检测。

<<<§2.本发明中的扭矩检测原理>>>

接着，在此，试着考虑当扭矩作用于§1中已述的基本结构部时各部分如何变形。图16是用XY平面剖开了图11所示的基本结构部并从图11的左方向上观察的剖面图。需要注意的是，该图16所示的XY坐标系是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表示该坐标系的各象限。图16中施加了阴影线的截面部分相当于环状变形体30的部分，在其里侧能够看见右侧支撑体20。图16的点P11～P22是在图13和图15中所示的各连接点P11～P22向XY平面上的正投影投影图像。

即，在图16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接合左侧支撑体10，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接合右侧支撑体20。

如果像这样做到将环状变形体30的上下的两个位置接合于左侧支撑体10、将左右的两个位置接合于右侧支撑体20而各连接点各错开90°，则就能够通过扭矩的作用来使环状变形体30高效地变形。

在图16所示的例子的情况下，当将环状变形体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的X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P11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。如果进行这样的配置，就能够使环状变形体30变形为具有轴对称性的椭圆，所以能够获得具有轴对称性的检测值。

本发明涉及的扭矩传感器在图11所示的基本结构部中检测相对施加于左侧支撑体10与右侧支撑体20之间的扭矩(旋转力矩)，检测值是表示相对性地作用于两支撑体10、20之间的力的值。因此，这里为了便于说明，将在向右侧支撑体20施加了负荷的状态下施加于左侧支撑体10上的旋转力矩当作作为检测对象的扭矩来考虑(当然，将在向左侧支撑体10施加了负荷的状态下施加于右侧支撑体20的旋转力矩当作作为检测对象的扭矩也是等价的)。

例如，作为在机器人手臂的关节部分利用了该扭矩传感器的一个例子，试考虑在左侧支撑体10上安装电动机等驱动源、在右侧支撑体20上安装机械手的例子吧。如果在机械手上已握持具有重量的物体的状态下从驱动源向左侧支撑体10施加了旋转驱动力，则该旋转驱动力就会经由构成关节部分的基本结构部而向机械手侧传递。在这种情况下，要使右侧支撑体20旋转驱动的扭矩会进行作用，该扭矩相当于在已固定右侧支撑体20的状态下施加在左侧支撑体10上的旋转力矩。

那么，试着考虑这样的旋转力矩对图16所示的结构体带来怎样的变化。当固定右侧支撑体20时，图16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，如果对左侧支撑体10例如在图16中沿顺时针转的方向施加旋转力矩，则Y轴上的连接点P11、P12就要沿顺时针移动。如果那样的话，则必然性地，位于第一象限Ⅰ的圆弧P21－P11的部分要向内侧方向收缩，位于第二象限Ⅱ的圆弧P11－P22的部分要向外侧鼓起，位于第三象限Ⅲ的圆弧P22－P12的部分要向内侧方向收缩，位于第四象限Ⅳ的圆弧P12－P21的部分要向外侧鼓起。

图17是示出在图16所示的结构体上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了图11所示的基本结构部的情况下用XY平面剖开该基本结构部并从图11的左方向上观察的剖面图。需要说明的是，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向前进的旋转方向定义为正向，将用于使右旋螺纹向该坐标轴的负向前进的旋转方向定义为负向。因此，在图17中绕Z轴正向的扭矩就说成是正如图中白色空心箭头所示那样沿顺时针转的方向进行作用的扭矩。

图17中画出的虚线表示环状变形体30的变形前的状态(图16的状态)。如果参考该虚线，则就能够容易地掌握由于绕Z轴正向的扭矩进行了作用而环状变形体30变形为了椭圆形。在此，为了便于说明，在XY平面上定义通过原点O并相对于X轴和Y轴构成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。正如图所示的，环状变形体30已变形为将V轴作为短轴方向、将W轴作为长轴方向的椭圆，相对V轴和W轴具有轴对称性。这样的轴对称性在用§3所述的方法获得扭矩的检测值的情况下很方便。

在图示的实施方式中，产生具有轴对称性的变形是因为，正如图16所示的，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，在将环状变形体30的两个侧面投影至XY平面上而得到正投影投影图像的情况下第一右侧连接点P21的投影图像配置在正的X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P11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。

所作用的扭矩越大，环状变形体30就会越变形成更扁平的椭圆。因此，在图17中，如果能够测量环状变形体30的位于V轴上的部分离原点O的距离或环状变形体30的位于W轴上的部分离原点O的距离(这些距离成为表示从由虚线所示的变形前的位置起的位移量的信息)，则就能够求出所作用的扭矩的大小。换种说法，只要能够测量环状变形体30的内周面或外周面的径向的移位即可。

另一方面，在扭矩向反方向进行了作用的情况即在绕Z轴负向的扭矩进行了作用的情况下，与图18所示的例子相反，沿逆时针转的旋转力作用于环状变形体30(的连接点P11、P12)，因此，环状变形体30变形为以V轴为长轴方向的、以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变为与图17所示的例子相反的方向。

其结果是，如果测量环状变形体30的位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的位移，则就可以检出所作用的扭矩的方向和大小双方。例如，在监视了环状变形体30的内周面与V轴的交点的位置的情况下，从由虚线所示的基准位置向内侧方向位移了的情况可以判断为施加有绕Z轴正的扭矩，向外侧方向位移了的情况可以判断为施加有绕Z轴负的扭矩。或者，在监视了环状变形体30的内周面与W轴的交点的位置的情况下，从由虚线所示的基准位置向外侧方向位移了的情况可以判断为施加有绕Z轴正的扭矩，向内侧方向位移了的情况可以判断为施加有绕Z轴负的扭矩。当然，位移量的绝对值是表示所作用的扭矩的大小的值。

在本发明涉及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上产生的扭转角度很小，也根据环状变形体的直径而成为比较大的位移。因此，即使使用了刚度较高的环状变形体30，也可以进行具有足够的灵敏度的扭矩检测。

以上是本发明中的扭矩检测原理。在本发明中，为了进行基于这种原理的扭矩检测，就要在至此为止已述的基本结构部上再追加电容元件和检测电路。

<<<§3.电容元件和检测电路>>>

正如上所述的，在本发明中，在图3所示的基本结构部上再追加了电容元件和检测电路，构成扭矩传感器。如图17所示，由于扭矩的作用，环状变形体30变形成椭圆。由于这样的变形而发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，因此对基于环状变形体30的特定部分的位移而测量环状变形体30的变形量(所作用的扭矩的大小)，测量位于V轴上的部分或者位于W轴上的部分的位移最为有效。

因此，在这里所述的实施方式中，在环状变形体30的内周面的位于V轴上的区域和位于W轴上的区域形成有位移电极。图18是从图11的左方向上观察到在内周面形成有位移电极E31～E34的状态的环状变形体30的平面图。为了便于说明，X、Y、V、W轴重叠而画出。位移电极E31及E32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E33及E34是形成在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。更具体而言，正如从图11(疑应为图18)中确认的，位移电极E31和E32夹着V轴而对称性地配置于该V轴附近，位移电极E33和E34夹着W轴而对称性地配置于该W轴这些位移电极E31～E34的纵深尺寸(与图18的纸面垂直方向的尺寸)等于环状变形体30的纵深尺寸。在为该例子的情况下，位移电极E31～E34由采用蒸镀、电镀等方法形成于环状变形体30的内周面的金属膜等导电层构成。当然，环状变形体30由铝、不锈钢这样的金属制成的情况由于环状变形体30本身具有导电性，因此，必须隔着绝缘层而形成位移电极E31～E34。

另一方面，在与这些位移电极E31～E34相对的位置分别设置固定电极E21～E24，并固定于右侧支撑体20。图19是从图11的左方向上观察到安装有这些固定电极E21～E24的状态的右侧支撑体20的平面图。在此，也是为了便于说明，X、Y、V、W轴重叠而画出。固定电极E21和E22配置在V轴的正的区域，与位移电极E31和E32分别相对。固定电极E23和E24配置在W轴的正的区域，与位移电极E33和E34分别相对。

图20是图19所示的右侧支撑体20的侧视图。正如图所示的，固定电极E23和E24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。需要注意的是，固定电极E21和E22由于隐藏在固定电极E23和E24的里面，因此，在图20中未显现。

图21是用VZ平面剖开了在图12所示的基本结构部上追加了位移电极和固定电极的结构体的侧剖面图。图12是用YZ平面剖开后的侧剖面图，而图21是用VZ平面剖开后的侧剖面图，因此，图21的上方并不是Y轴方向而成为图18和图19所示的V轴方向。在该图21的侧剖面图中清楚地示出了配置在V轴上的位移电极E31与固定电极E21彼此相对的状态。位移电极E31～E34由于是固定在环状变形体30的内周面的电极，因此依赖于环状变形体30的变形而进行移位。另一方面，固定电极E21～E24的右端被固定于右侧支撑体20，不论环状变形体30的变形如何，会总是保持一定的位置。

其结果是，位移电极E31相对于固定电极E21的相对位置和位移电极E32相对于固定电极E22的相对位置将会依赖于环状变形体30的变形而变化。换言之，位移电极E31与固定电极E21的电极间距离和位移电极E32与固定电极E22的电极间距离依赖于环状变形体30的变形而变化。在图21中未示出，但配置在W轴附近的位移电极E33与固定电极E23的关系以及位移电极E34与固定电极E24的关系也完全同样。

图22是用XY平面剖开在图11所示的基本结构部上追加了上述的位移电极和固定电极的结构体并从图11的左方向上观察到的剖面图。在该剖面图中清楚地示出了配置在V轴上的位移电极E31、E32与固定电极E21、E22彼此相对、配置在W轴上的位移电极E33、E34与固定电极E23、E24彼此相对的状态。

在为本实施方式的情况下，位移电极E31～E34由形成在环状变形体30的内周面的导电层构成，因此，其表面为沿着环状变形体30的内周的曲面。因此，与它们相对的固定电极E21～E24也制成曲面形的电极。换言之，位移电极E31～E34和固定电极E21～E24的表面由以Z轴为中心轴的同心状的圆柱表面构成。不过，各电极的表面形状只要能够发挥构成电容元件的作用，则可以为任何形状，所以使用表面成为平面的平板状的电极也没关系。

需要说明的是，在本申请的附图中，为便于图示，忽略各位移电极和各固定电极的厚度的实际尺寸而画出。例如在由形成在环状变形体30的内周面的导电层(蒸镀层或电镀层)构成位移电极E31～E34的情况下，其厚度可以设定为数微米左右。与此相反，在由从右侧支撑体20的左侧面突出的导电板(金属板)构成固定电极E21～E24的情况下，为了确保实用上的强度，其厚度优选确保数毫米左右。因此，在图22等中，为方便起见，以相同的尺寸画出了位移电极的厚度和固定电极的厚度，但这些电极的厚度的实际尺寸应该考虑制造工序和实用上的强度而分别设定为适当的值。

图23是表示绕Z轴正向的扭矩对图22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中已述的，当这样的扭矩进行作用时，环形变形体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。其结果是，配置在V轴附近的一对电极E21、E31的电极间隔和一对电极E22、E32的电极间隔均变窄，配置在W轴附近的一对电极E23、E33的电极间隔和一对电极E24、E34的电极间隔均变宽。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、由一对电极E23、E33构成电容元件C21、由一对电极E24、E34构成电容元件C22，则就可以将所作用的扭矩的方向及大小检测为这些电容元件C11～C22的静电电容值的变动量。

例如，如果以图22所示的无负荷状态(扭矩未进行作用的状态)为基准而着眼于由电极E21、E31组成的电容元件C11的静电电容值和由电极E22、E32组成的电容元件C12的静电电容值的变动，则如图23所示当绕Z轴正向的扭矩进行作用时，电极间隔就变窄，因此静电电容值均增加；相反，当绕Z轴负向的扭矩进行作用时，电极间隔就扩大，因此静电电容值均减少。因此，静电电容值的增加变动表示绕Z轴正向的扭矩正在进行作用，静电电容值的减少变动表示绕Z轴负向的扭矩正在进行作用。当然，变动量的绝对值表示所作用的扭矩的大小。

同样地，如果着眼于由电极E23、E33组成的电容元件C21的静电电容值和由电极E24、E34组成的电容元件C22的静电电容值的变动，则如图23所示，当绕Z轴正向的扭矩进行作用时，电极间隔扩大，因此静电电容值均减少；相反，当绕Z轴负向的扭矩进行作用时，电极间隔变窄，因此静电电容值均增加。因此，静电电容值的减少变动表示绕Z轴正向的扭矩正在进行作用，静电电容值的增加变动表示绕Z轴负向的扭矩正在进行作用。当然，变动量的绝对值表示所作用的扭矩的大小。

其结果是，不论使用电容元件C11～C22的哪一个都能检测绕Z轴的扭矩，理论上而言，只使用任意一个电容元件就足矣。但是，实用上，优选进行使用了所有电容元件C11～C22的检测。即，如果事先在环状变形部30变形为了椭圆时的短轴位置(V轴附近)并联设置电容元件C11、C12、事先在长轴位置(W轴附近)并联设置电容元件C21、C22，则当施加了同一扭矩时，在短轴位置(V轴附近)，电极间隔变窄，静电电容值增加，而在长轴位置(W轴附近)，电极间隔扩大，静电电容值减少，所以能够将所作用的扭矩作为两静电电容值“C11+C12”与“C21+C22”的差分进行检出。其结果是，这种基于电容元件C11～C22的静电电容值的变动的差分检测与在§0中说明过的基于悬臂梁模型200的力的差分检测共通。

即，作为用于进行这样的差分检测的检测电路，可以事先设置图2所示的检测电路，但在本实施方式中，采用了图4所示的检测电路。如果采用图4的检测电路，则能够与§0同样地测量作用于扭矩传感器的扭矩，并且，也能够对该扭矩传感器是否在正常地发挥作用进行判定。即，通过将§0中的“力”换用另一措词为“扭矩”即可理解基于本实施方式的扭矩传感器的扭矩测量原理以及该扭矩传感器的故障诊断原理。

在图22所示的例子中，如果由相同形状、相同尺寸的电极构成位移电极E31～E34、由相同形状、相同尺寸的电极构成固定电极E21～E24并设定成电极E31、E21相对于V轴的位置关系及电极E32、E22相对于V轴的位置关系与电极E33、E23相对于W轴的位置关系及电极E34、E24相对于W轴的位置关系相同，则在图22所示的无负荷状态下，电容元件C11～C22的静电电容值变为相等。因此，在图5所示的定时1的连接状态下，输出至图4所示的检测电路的输出端子T1、T2的电压值为0。

与此相对比，如图23所示的例子那样，当绕Z轴正的扭矩进行作用时，电容元件C11、C12的静电电容值变大，电容元件C21、C22的静电电容值变小，所以输出至图24所示的检测电路的输出端子T1的电压值成为正值，扭矩越大，其绝对值就越大。相反，当绕Z轴负的扭矩进行作用时，电容元件C11、C12的静电电容值变小，电容元件C21、C22的静电电容值变大，所以输出至图24所示的检测电路的输出端子T1的电压值成为负值，扭矩越大，其绝对值就越大。这样，在输出端子T1得到包含有符号的扭矩的检测值。

另一方面，在评价扭矩传感器是否在正常地发挥作用的情况下，正如在§0中说明过的，可以比较在图5的定时1的连接状态下根据电容元件C11～C22测量的扭矩与在定时2的连接状态下根据电容元件C11～C22测量的扭矩，并评价其差是否在规定的范围内。关于具体的评价方法和故障判定方法，正如在§0中已描述的那样。

需要注意的是，在这里所示的实施方式中，虽然将各固定电极E21～E24固定于右侧支撑体20，但是，即使将固定电极固定于左侧支撑体10也没关系。例如，在为图21所示的例子的情况下，虽然固定电极E21由从右侧支撑体20的左侧面向左侧突出的导电板构成，但是即使由从左侧支撑体10的右侧面向右侧突出的导电板构成固定电极E21也没关系。总之，固定电极E21被设置成不论环状变形体30的变形如何都维持在与位移电极31相对的恒定位置即可。

另外，在这里所示的实施方式中，虽然将位移电极E31～E34固定于了环状变形体30的内周面，但是，位移电极固定于环状变形体30的外周面也没关系。正如观察图23所显而易见的，环状变形体30变形为了椭圆时发生位移的不仅是环状变形体30的内周面，外周面也按相同的方式发生位移。因此，位移电极也可以形成于环状变形体30的外周面。在这种情况下，只要将与位移电极相对的固定电极配置在位移电极的更外侧即可。不过，如果采用将各电极配置在环状变形体30的外侧的结构，则传感器的整体尺寸增大，并且各电极部分变得容易破损，所以在实用方面，如至此为止已述的实施方式那样，优选将位移电极设置于环状变形体30的内周面。但是，在后述的图43及图44所示的变形例中，即使将位移电极配置于外侧，尺寸也是相同的。

其结果是，本发明涉及的扭矩传感器说成是通过在§1中说明过的基本结构部(左侧支撑体10、右侧支撑体20、环状变形体30)上追加位移电极、固定电极和检测电路而构成的传感器，其中，上述位移电极固定于环状变形体30的内周面或外周面，并发生起因于环状变形体30的弹性变形的移位；上述固定电极配置于与该位移电极相对的位置，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这些位移电极和固定电极构成的电容元件的静电电容值的变动量，输出表示在向右侧支撑体20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。

根据以上那样的本实施方式的扭矩传感器，由于比较基于与第一～第四电容元件C11～C22的静电电容值的变动量相对应的电信号的扭矩T1和基于与第一及第三电容元件C11、C21的静电电容值的变动量和第二及第四电容元件C21、C22的静电电容值的变动量的任一方对应的电信号的扭矩T2或T3，因此能够由该扭矩传感器本身判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。因此，可以提供能够不使用多个扭矩传感器即将成本和设置空间最小化且进行故障的判定(是否在正常地发挥作用的判定)的扭矩传感器。

具体而言，检测电路通过判定扭矩T1与扭矩T2或T3之差是否在规定的范围内以及扭矩T2与扭矩T3之差是否在规定的范围内来判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。因此，能够容易且可靠地判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。为了检测扭矩，优选利用基于(C11+C12)与(C21+C22)之差的扭矩T1。这是因为，与利用基于C11与C21之差的扭矩T2和基于C21与C22之差的扭矩T3的情况相比，在S/N方面上更卓越。

<<<§4.使用八组电容元件的变形例>>>

在§3中阐述了如下方法的一个例子：使用通过扭矩的作用来使圆环形的环状变形体30变形为椭圆形的基本结构部，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轴的位置分别各配置两组电容元件来检测扭矩并判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。在此，说明使用合计八组电容元件来使检测精度进一步提高的变形例。

在该§4中阐述的扭矩传感器与在§3中已阐述的实施方式同样地使用图11所示的基本结构部。与在§3中已阐述的实施方式的不同之处是，使用合计八组电容元件，检测电路基于这八组电容元件的静电电容值进行扭矩检测以及判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

图24是使用该八组电容元件的变形例涉及的扭矩传感器的XY平面上的剖面图。与图22所示的基本实施方式相比可知，新追加了四片位移电极E35～E38和四片固定电极E25～E28。即，在正的V轴附近配置有第一及第二位移电极E31、E32和第一及第二固定电极E21、E22，在正的W轴附近配置有第三及第四位移电极E33、E34和第三及第四固定电极E23、E24，在负的V轴附近配置有第五及第六位移电极E35、E36和第五及第六固定电极E25、E26，在负的W轴附近配置有第七及第八位移电极E37、E38和第七及第八固定电极E27、E28。

当然，各位移电极E31～E38均被固定于环状变形体30的内周面，各固定电极E21～E28以分别到达与各位移电极E31～E38相对的位置的方式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C11以及由第二移位电极E32和第二固定电极E22构成的第二电容元件C12，在第二象限Ⅱ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C21以及由第四移位电极E34和第四固定电极E24构成的第四电容元件C22，在第三象限Ⅲ中配置由第五移位电极E35和第五固定电极E25构成的第五电容元件C31以及由第六移位电极E36和第六固定电极E26构成的第六电容元件C32，在第四象限Ⅳ中配置由第七移位电极E37和第七固定电极E27构成的第七电容元件C41以及由第八移位电极E38和第八固定电极E28构成的第八电容元件C42。

这里，关于上述的扭矩检测，第五及第六电容元件C31、C32的动作与第一及第二电容元件C11、C12的动作分别相同，第七及第八电容元件C41、C42的动作与第三及第四电容元件C21、C22的动作相同。例如，当绕Z轴正向的扭矩作用于图24所示的无负荷状态的传感器时，则向图25所示的变形状态转变，电容元件C11、C12、C31、C32的电极间隔变窄，因此静电电容值增加，电容元件C21、C22、C41、C42的电极间隔扩大，因此静电电容值减少。绕Z轴负的扭矩进行了作用的情况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26的电路图所示那样的检测电路，则就能够检测绕Z轴的扭矩，并能够判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。该电路图中所示的E21～E38是图24和图25所示的各电极，C11～C42是由这些电极构成的电容元件。C/V转换器40a～40h分别是将电容元件C11～C42的静电电容值转换成电压值V1～V8的电路，转换后的电压值V1～V8分别是对应于各静电电容值的值。图26的第一差分运算器41a进行“V1-V3”这一运算，并将其运算结果V9输出至第一及第二加算运算器42a、42b。第二差分运算器41b进行“V2-V4”这一运算，并将其运算结果V10输出至第三加算运算器42c。第三差分运算器41c进行“V5-V7”这一运算，并将其运算结果V11输出至第一及第二加算运算器42a、42b。第四差分运算器41d进行“V6-V8”这一运算，并将其运算结果V12输出至第三加算运算器42c。

而且，第一加算运算器42a进行“V9+V11”这一运算，并将其运算结果V13经由第一信号处理部43a而输出至输出端子T1和比较部44。第二加算运算器42b与第一加算运算器42a同样地进行“V9+V11”这一运算，并将其运算结果V13经由第二信号处理部43b而输出至输出端子T2和比较部44。第三加算运算器42c进行“V10+V12”这一运算，并将其运算结果V14经由第三信号处理部43c而输出至输出端子T3和比较部44。

如图26所示，在该电路图中设有开关SW1～SW12这12个开关，这些开关的连接状态根据图27所示的图表切换。即，在定时1，输出V1～V14由下式表示：

数7

V1＝C11+C12

V2＝0

V3＝C21+C22

V4＝0

V5＝C31+C32

V6＝0

V7＝C41+C42

V8＝0

V9＝V1-V3＝(C11+C12)-(C21+C22)

V10＝V2-V4＝0

V11＝V5-V7＝(C31+C32)-(C41+C42)

V12＝V6-V8

V13＝V9+V11＝(C11+C12)-(C21+C22)+(C31+C32)-(C41+C42)

V14＝V10+V12

其结果是，图26所示的检测电路具有在定时t1上将相当于“第一电容元件C11的静电电容值、第二电容元件C12的静电电容值、第五电容元件C31的静电电容值以及第六电容元件C32的静电电容值之和”与“第三电容元件C21的静电电容值、第四电容元件C22的静电电容值、第七电容元件C41的静电电容值以及第八电容元件C42的静电电容值之和”的差的电信号作为表示所作用的扭矩T1的电信号进行输出的功能。

并且，根据图27的定时2和定时3的连接状态，能够对扭矩传感器是否在正常地发挥作用进行判定。在定时2的连接状态下，输出V1～V14由下式表示：

数8

V1＝C11

V2＝0

V3＝C21

V4＝0

V5＝C31

V6＝0

V7＝C41

V8＝0

V9＝V1-V3＝C11-C21

V10＝V2-V4＝0

V11＝V5-V7＝C31-C41

V12＝V6-V8＝0

V13＝V9+V11＝(C11-C21)+(C31-C41)

V14＝V10+V12＝0

其结果是，图26所示的检测电路具有在定时t2上将相当于“第一电容元件C11的静电电容值与第三电容元件C21的静电电容值之差”与“第五电容元件C31的静电电容值与第七电容元件C41的静电电容值之差”的和的电信号作为表示所作用的扭矩T2的电信号进行输出的功能。

并且，在定时3，输出V1～V14由下式表示：

数10

V1＝0

V2＝C12

V3＝0

V4＝C22

V5＝0

V6＝C32

V7＝0

V8＝C42

V9＝V1-V3＝0

V10＝V2-V4＝C12-C22

V11＝V5-V7＝0

V12＝V6-V8＝C32-C42

V13＝V9+V11＝0

V14＝V10+V12＝(C12-C22)+(C32-C42)

其结果是，图26所示的检测电路具有在定时t3上将相当于“第二电容元件C12的静电电容值与第四电容元件C22的静电电容值之差”与“第六电容元件C32的静电电容值与第八电容元件C42的静电电容值之差”的和的电信号作为表示所作用的扭矩T3的电信号进行输出的功能。

然后，图26的比较部44评价例如(a)“T1-T2”是否在规定的范围内以及(b)“T2-T3”是否在规定的范围内。在不满足这些(a)和(b)条件的至少一方的情况下，判定为扭矩传感器未正常地发挥作用(已故障)。在这种情况下，从图26的输出端子S上发送表示已判定为故障的故障诊断信号。

当然，比较部44既可以评价(c)“T1-T3”是否在规定的范围内以及(b)“T2-T3”是否在规定的范围内，并在不满足这些(c)和(b)条件的至少一方的情况下判定为扭矩传感器未正常地发挥作用(已故障)，也可以评价(a)“T1-T2”是否在规定的范围内以及(c)“T1-T3”是否在规定的范围内，并在这些(a)和(c)条件的至少一方不在该规定的范围内的情况下判定为扭矩传感器未正常地发挥作用(已故障)。

如果像这样做到将合计八组电容元件C11～C42设于V轴和W轴的正负两侧，则就可以进行使用了静电电容值增加的四组电容元件和静电电容值减少的四组电容元件的差分检测，检测精度进一步提高。

在图26中，第一信号处理部43a与第二信号处理部43b是完全相同的结构。为了易于明白地说明在图27的定时1输出T1、在定时2输出T2、在定时T3输出T3而设置了第一信号处理部43a和第二信号处理部43b，但是，在其它实施方式中，也可以省略第二信号处理部43b而将定时1上的第一信号处理部43a的输出看作为T2。

在图26所示的电路图的例子中，基于如下这样的特征而构成了检测电路：通过将第一和第二电容元件C11、C12并联、将第三和第四电容元件C21、C22并联、将第五和第六电容元件C31、C32并联、将第七和第八电容元件C41、C42并联而能够进行各两个电容元件的相加运算。但是，在其它例子中，也可以对第一～第四十八电容元件C11～C42分别独立地进行C/V转换。这样的检测电路的电路图的一个例子示于图28。另外，在图29中示出了表示设于图28的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

要通过图28的检测电路来检测作用于扭矩传感器的扭矩T，按图29的定时1的列中记载的那样控制各开关SW1～SW16的连接状态即可。即，将开关SW1～SW8开启(连接)，将剩余的开关SW9～SW16关闭(切断)。由此，向图28的第一微机47a和第二微机47b提供对应于“C11+C12”的输出信号、对应于“C21+C22”的输出信号、对应于“C31+C32”的输出信号以及对应于“C41+C42”的输出信号。第一和第二微机47a、47b根据各输出信号而对相当于上述的定时1的V13的电压值即“(C11+C12)-(C21+C22)+(C31+C32)-(C41+C42)”进行运算，评价扭矩T1。

然后，要判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用，按图29的定时2的列中记载的那样控制各开关SW1～SW16的连接状态即可。即，将开关SW1～SW8关闭(切断)，将剩余的开关SW9～SW16开启(连接)。由此，经由第一～第八C/V转换器和A/D转换器45a～45h而向图28的第一和第二微机47a、47b分别提供对应于“C11”、“C12”、“C21”、“C22”、“C31”、“C32”、“C41”以及“C42”的输出信号。第一和第二微机47a、47b根据各输出信号而对相当于上述的定时2的V13的电压值即“(C11-C21)+(C31-C41)”和相当于上述的定时3的V14的电压值即“(C12-C22)+(C32-C42)”进行运算，评价基于各运算结果的扭矩T2和T3。

然后，第一及第二微机47a、47b评价例如(a)“T1-T2”是否在规定的范围内以及(b)“T2-T3是否在规定的范围内。在这些(a)和(b)条件双方都已充足的情况下，判定为扭矩传感器在正常地发挥作用。另一方面，在不满足这些(a)和(b)条件的至少一方的情况下，判定为扭矩传感器未正常地发挥作用(已故障)。在这种情况下，从图28的输出端子S1、S2上输出表示判定为了故障的故障诊断信号。

当然，在这种情况下，也是比较部44既可以评价(c)“T1-T3”是否在规定的范围内以及(b)“T2-T3”是否在规定的范围内，并在不满足这些(c)和(b)条件的至少一方的情况下判定为扭矩传感器未正常地发挥作用(已故障)，也可以评价(a)“T1-T2”是否在规定的范围内以及(c)“T1-T3是否在规定的范围内，并在这些(a)和(c)条件的至少一方不在该规定的范围内的情况下判定为扭矩传感器未正常地发挥作用(已故障)。

在图28所示的电路图中，使用了两个微机47a、47b，但这是为了做到即使一方的微机故障，也能够从另一方的微机中输出作用于扭矩传感器的扭矩T和故障诊断信号。另外，在两个微机47a、47b正常地发挥作用的情况下，能够比较从第一微机47a中输出扭矩T1、T2、T3及故障诊断信号与从第二微机47b中输出扭矩T1、T2、T3及故障诊断信号两者，因此能够确认图28的检测电路的输出信号的可靠性。当然，也可以只设置第一微机47a和第二微机47b中的一方。

需要说明的是，正如从以上的说明中显而易见的那样，只通过T1和T2，也能够输出作用于扭矩传感器的扭矩T和故障诊断信号。图30是示出用于检测作用于扭矩传感器的力的检测电路的又一其它例子的电路图，图31是示出设于图30的检测电路的开关的ON/OFF的连接状态的图表。

图30所示的检测电路是从图28所示的检测电路中省略了经由开关SW9和SW10而选择性地连接于第二电容元件C12的第一C/V转换器及A/D转换器45b、经由开关SW11和SW12而选择性地连接于第四电容元件C22的第四C/V转换器及A/D转换器45d、经由开关SW13和SW14而选择性地连接于第六电容元件C32的第六C/V转换器及A/D转换器45f、经由开关SW15和SW16而选择性地连接于第八电容元件C42的第四C/V转换器及A/D转换器45h的电路。

要通过图30的检测电路来检测作用于扭矩传感器的扭矩T，按图31的定时1的列中记载的那样控制各开关SW1～SW8的连接状态即可。即，将开关SW1～SW8全部都开启(连接)。由此，向图30的第一微机47a提供对应于“C11+C12”的输出信号、对应于“C21+C22”的输出信号、对应于“C31+C32”的输出信号以及对应于“C41+C42”的输出信号。微机47a通过根据各输出信号而生成相当于上述的图26的电路图中的图27的定时1的V13的电压值即对应于“(C11+C12)-(C21+C22)+(C31+C32)-(C41+C42)”的电压值来评价扭矩T1。

接着，要判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用，按图31的定时2的列中记载的那样控制各开关SW1～SW8的连接状态即可。即，将开关SW1～SW8全部都关闭(切断)。由此，向图30的微机47a分别提供对应于“C11”、“C21”、“C31”以及“C41”的输出信号。”微机47a根据各输出信号而对“C11-C21”和“C31-C41”进行运算，评价扭矩T2。

然后，微机47a评价“T1-T2”是否在规定的范围内。当“T1-T2”在规定的范围内时，判定为扭矩传感器在正常地发挥作用。另一方面，当“T1-T2”不在规定的范围内时，判定为扭矩传感器未正常地发挥作用(已故障)，并从图30的输出端子S1上输出表示判定为了故障的故障诊断信号。

根据以上那样的本实施方式的扭矩传感器，比较基于与“第一～第八电容元件C11～C42的静电电容值的变动量对应的电信号”的扭矩T1和基于与“第一、第三、第五及第七电容元件C11、C21、C31、C41的静电电容值的变动量和第二、第四、第六及第八电容元件C21、C22、C32、C42的静电电容值的变动量的任一方对应的电信号”的扭矩T2或T3，因此能够由该扭矩传感器本身判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。因此，可以提供能够不使用多个扭矩传感器即将成本及设置空间最小化且进行故障的判定(是否在正常地发挥作用的判定)的扭矩传感器。

具体而言，检测电路通过判定扭矩T1与扭矩T2或T3之差是否在规定的范围内以及扭矩T2与扭矩T3之差是否在规定的范围内来判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。因此，能够容易且可靠地判定扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

需要注意的是，在作用于本扭矩传感器的扭矩的计测中，检出的静电电容(面积)大的一方电容变化也大，从S/N的角度出发也变得有利，因此，扭矩最好由扭矩T1测量。另外，正如在§0中已述的，可以改变T1与T2及T3的测量时间。即，可以使T1的测量时间延长、使故障诊断的时间相对缩短。

需要注意的是，在以上的说明中，采用了构成各电容元件的位移电极和固定电极按每个各电容元件配置的例子，但也能够将任一个电极作为公共电极来构成。即，可以是，例如第一和第二位移电极E31、E32作为公共电极而一体构成，第三和第四位移电极E33、E34作为公共电极而一体构成，第五和第六位移电极E35、E36作为公共电极而一体构成，以及第七和第八位移电极E37、E38作为公共电极而一体构成。当然，也可以由导电性材料(例如不锈钢、铝、钛等金属材料)构成环状变形体30，使该环状变形体30本身作为公共的位移电极而发挥作用。当然，这些想法也能够适用于在§3中说明过的扭矩传感器。

<<<§5.将电容元件的有效面积维持为一定的变形例>>>

在此，阐述做到当扭矩进行了作用时位移电极在旋转方向上发生了一些错位的情况下即位移电极相对于固定电极的相对位置变化了的情况下电容元件的有效面积不发生变化的办法。

图32是示出在位移电极相对于固定电极的相对位置变化了的情况下仍将电容元件的有效面积维持为一定的原理的图。现在，考虑如图32(a)所示以彼此相对的方式配置了一对电极EL、ES的情况。两电极EL、ES被配置成彼此留有规定间隔而平行，构成了电容元件。但是，电极EL的面积比电极ES增大，在将电极ES的轮廓投影至电极EL的表面而形成了正投影投影图像的情况下，电极ES的投影图像被完全地包括在电极EL的表面内。在这种情况下，作为电容元件的有效面积是电极ES的面积。

图32(b)是图32(a)所示的一对电极ES、EL的侧视图。图中施加了阴影线的区域是发挥实质上作为电容元件的功能的部分，作为电容元件的有效面积说成是该施加有阴影线的电极的面积(即电极ES的面积)。

现在，考虑图中由一点划线示出那样的垂直面U。电极ES、EL均被配置成与垂直面U平行。在此，如果使电极ES沿垂直面U而向垂直上方移动的话，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并没有变化。即使使电极ES向下方移动或向纸面的里侧方向、面前方向移动，电极EL侧的相对部分的面积仍未变化。

总之，只要是形成于电极EL的表面的电极ES的正投影投影图像完全地包含在电极EL的表面内的状态(即一部分也没有露出的状态)，作为电容元件的有效面积就总是与电极ES的面积一致。即，电容元件的有效面积不论电极ES的移动如何都维持为一定。这在使电极EL侧移动了的情况下也是同样的。

因此，如果事先设定固定电极和位移电极中的一方的面积大于另一方的面积以便规定旋转方向的扭矩进行了作用的结果：位移电极相对于固定电极的相对位置变化了的情况下构成电容元件的一对电极的有效相对面积也不变化，则即使在扭矩进行了作用的情况下，电容元件的有效面积也会被维持为一定。更严格来说，只要在将面积小的一方的电极ES的轮廓投影至面积大的一方的电极EL的表面而形成了正投影投影图像的情况下一直维持电极ES的投影图像完全地包含在电极EL的表面内的状态，则由两电极构成的电容元件的有效面积就等于电极ES的面积，总是为一定。

图33是示出在图24所示的扭矩传感器中应用了图32所示的原理的变形例的XY平面上的剖面图。与图24所示的传感器的不同点只是将八片位移电极E31～E38替换成面积更大的位移电极E31L～E38L、将八片固定电极E21～E28替换成面积更小的固定电极E21S～E28S这点。正如观察图33所显而易见的，在沿着XY平面的剖面图中，比较圆周方向的各电极的宽度的话，位移电极E31L～E38L的宽度总是大于固定电极E21S～E28S的宽度。

图34是用VZ平面剖开图33所示的扭矩传感器的侧剖面图。图34的上方不是Y轴方向而是图33所示的V轴方向。在图的原点O附近，清楚地示出了位移电极E37L、E38L与固定电极E27S、E28S的位置关系。在该例子中，固定电极E27S、E28S经由绝缘板D24而固定于右侧支撑体20。作为构成电容元件C41、C42的电极而发挥作用的部分只有配置于原点O附近的固定电极E27S、E28S的部分，绝缘板D24只是发挥作为用于支撑固定电极E27S、E28S的单纯的底座的作用。

同样地，在图34的上方清楚地示出了位移电极E31L与固定电极E21S的位置关系。在此，绝缘板D21也发挥作为用于支撑固定电极E21S的底座的作用。另外，在图34的下方清楚地示出了位移电极E36L与固定电极E26S的位置关系。在此，绝缘板D23也发挥作为用于支撑固定电极E26S的底座的作用。

其结果是，在为该实施例的情况下，位移电极E31L～E38L即使沿图33中的圆周方向位移或向图34中的Z轴方向位移，只要其位移量不超过规定的允许范围(即只要固定电极的投影图像从位移电极的表面上不露出)，各电容元件C11～C42的有效面积就会被维持为一定。因此，各电容元件C11～C42的静电电容值的变动主要起因于电极间距离的变化这一要因而产生，并不会产生起因于有效相对面积的变化这一要因的静电电容值的变动。在图34中，将位移电极E31L～E38L配置于了环状变形体30上，但不局限于这样的方式，例如，也可以隔着绝缘体而配置位移电极E31L～E38L。

需要说明的是，该图33所示的实施例具有如下这样的附加特征：在作为检测对象的扭矩以外的多余的力分量(以下称为外部干扰分量)进行了作用的情况下也可以进行不受这些外部干扰分量的影响的准确的扭矩检测，在实用上是极其有益的。下面，详细地说明该附加特征。

一般而言，作用于XYZ三维坐标系的力分为如下这样的总计六个分量：X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy、Z轴方向的力Fz这样的沿各坐标轴方向作用的力分量；绕X轴的力矩Mx、绕Y轴的力矩My、绕Z轴的力矩Mz这样的绕各坐标轴作用的力矩分量。于是，优选，检测这些六分量中的特定分量的传感器具备不受其它分量的影响而只独立地检测该特定分量的功能。

因此，试着研究在上述六个分量对图33所示的扭矩传感器进行了作用的情况下得到怎样的检测结果。在此，为方便起见，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)下各个力分量作用于环状变形体30的情况。

首先，图35是示出在绕Z轴正向的力矩Mz对图33所示的扭矩传感器进行了作用时的状态的在XY平面上的剖面图。该绕Z轴正向的力矩Mz就是在该扭矩传感器中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)作用于图33所示的无负荷状态的传感器时，则向图35所示的变形状态转变，电容元件C11、C12、C31、C32的电极间隔变窄，因此静电电容值增加，电容元件C21、C22、C41、C42的电极间隔扩大，因此静电电容值减少。因此，正如已阐述的那样，如果使用图26、图28、图30所示那样的检测电路，则就可以在输出端子T2获得力矩Mz(检测对象扭矩)的检测值。

另一方面，图36是示出在X轴方向的力Fx对图33所示的扭矩传感器进行了作用时的状态的在XY平面上的剖面图。在这种情况下，正如白色空心箭头所示的，不论对构成环状变形体30的上方的圆弧部分，还是下方的圆弧部分均施加极力使其向图的左方向移动的力，所以环状变形体30变形为图示的状态。其结果是，电容元件C21～C32的电极间隔变窄，因此静电电容值增加；电容元件C11、C12、C41、C42的电极间隔扩大，因此静电电容值减少。可是，在图26、图28、图30所示的检测电路中，电容元件C21～C32的静电电容值的变动量被相互抵消，电容元件C11、C12、C41、C42的静电电容值的变动量也被相互抵消，因此，输出至输出端子T2的检测值变为零。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进行了作用时也是同样的。在这种情况下，由于电容元件C11～C22的电极间隔扩大，因此静电电容值减少；由于电容元件C31～C42的电极间隔变窄，因此静电电容值增加。可是，在图26、图28、图30所示的检测电路中，电容元件C11～C22的静电电容值的变动量被相互抵消，电容元件C31～C42的静电电容值的变动量也被相互抵消，因此，输出至输出端子T2的检测值变为零。其结果是，即使Y轴方向的力Fy进行作用，也检测不出该值。

另外，当Z轴方向的力Fz进行作用时，在图34中，虽然环状变形体30向图的右方平行移动，但是各电容元件的电极间隔不变化而维持一定值，而且，只要变动量为上述的预定允许范围内，各电容元件的有效面积也都始终为一定。因此，各电容元件并不产生静电电容值不发生的变动，即使Z轴方向的力Fz进行作用，也不会检测出该值。

另一方面，图37是示出在绕X轴正向的力矩Mx对图33所示的扭矩传感器进行了作用时的状态的在ZV平面上的剖面图。如图所示，环状变形体30沿图面上的顺时针方向进行旋转位移，所以各位移电极与各固定电极的位置关系变化。但是，各电容元件的静电电容值并不发生变化。例如，在原点O附近画出的位移电极E37L、E38L和固定电极E27S、E28S尽管相互的朝向变化，但是，电极间隔和有效面积并没有改变，所以电容元件C41、C42的静电电容值不发生变动。关于电容元件C21、C22也是同样的。

另外，对于画出在图的上方的位移电极E31L、E32L和固定电极E21S、E22S，由于位移电极E31L、E32L发生了倾斜，因此，相互的位置关系变化，但有效面积并没有改变。并且，对于电极间隔，由于处于右半部分变窄而左半部分变宽的关系，所以总体上与电极间隔为一定的情况同等。因此，关于电容元件C11、C12、C31、C32，也未发生静电电容值的变动。

其结果是，即使绕X轴的力矩Mx进行作用，也不会检测出该值。对于绕Y轴的力矩My也完全同样。

图38是示出关于图33所示的扭矩传感器而在向右侧支撑体20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10对环状变形体30进行了作用时的八组电容元件C11～C41的静电电容值的变化形式的表。在图中，“+”栏表示静电电容值增加，“－”栏表示静电电容值减少，“0”栏表示静电电容值无变化。得到这样的结果的理由如已经参照图35～图37而说明过的那样。如果边参照该图38的表边考虑图26、图28、图30所示的检测电路的动作，只有在绕Z轴的力矩Mz(作为检测对象的扭矩)进行了作用的情况下，在输出端子T2得到检测值，即使其以外的五个外部干扰分量Fx、Fy、Fz、Mx、My进行作用，在输出端子T2也得不到检测值，这一点应该能够理解吧。其结果是，在图33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多余的力分量(外部干扰分量)进行了作用的情况下，也可以进行不受这些外部干扰分量的影响的准确的扭矩检测。

需要说明的是，在该图33所示的实施例涉及的扭矩传感器中，也可以通过以下这一运算来求出X轴方向的力Fx和Y轴方向的力Fy：

Fx＝(C21+C22+C31+C32)-(C 11+C12+C41+C42)

Fy＝(C31+C32+C41+C42)-(C11+C12+C21+C22)

在此，C11～C42分别为各电容元件C11～C42的静电电容值。通过这样的运算可求出力Fx、Fy的理由如果立足于图38的表格所示的结果，则就应该能够容易理解。

需要注意的是，实际上，在图28的检测电路中，在图29的定时2通过C/V转换器51～58将各静电电容值C11～C42转换成电压值V1～V8，使用这些电压值进行运算。那种情况预先设置进行

Fx＝(V3+V4+V5+V6)-(V1+V2+V7+V8)

F y＝(V5+V6+V7+V8)-(V1+V2+V3+V4)这一运算的运算器即可。

这样，图33所示的实施例涉及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功能的同时，发挥作为检测X轴方向的力Fx和Y轴方向的力Fy的力传感器的功能。

根据以上那样的扭矩传感器，即使规定旋转方向的扭矩进行作用，构成第一～第八电容元件C11～C42的各一对电极的有效相对面积也不变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否在正常地发挥作用的判定精度。

当然，图32所示的原理也能够在图22所示的具有四个电容元件C11～C22的类型的扭矩传感器中采用。在这种情况下，也是即使规定旋转方向的扭矩进行作用，构成第一～第四电容元件C11～C22的各一对电极的有效相对面积也不变化，因此能够提高扭矩的检测精度和扭矩传感器是否在正常地发挥作用的判定精度。

<<<§6.使用了PWM转换电路的检测电路的变形例>>>

至此为止已说明的扭矩传感器通过以规定的定时切换开关SW1～SW8的ON/OFF来将规定的电容元件选择性地并联，进行静电电容值的加法运算。作为开关SW1～SW8，虽然能够采用具有机械接点的开关，但从使检测电路的电路基板小型化这样的观点出发，优选采用模拟开关。

然而，模拟开关在输入输出用的端子上存在寄生电容，该寄生电容可能变得比各电容元件的静电电容值都大。在这种情况下，不能够准确地评价静电电容值，导致通过扭矩传感器检出的扭矩的精度降低。因此，优选使用电子电路而非模拟开关来进行规定的电容元件的静电电容值的加法运算。要将各电容元件的静电电容值转换成电信号，考虑将静电电容值的大小转换成电压的电路(C/V转换器)、将静电电容值的大小转换成频率的电路(C/f转换器)、将静电电容值的大小转换成脉冲宽度的电路(PWM(PuIse Width Modulation:脉宽调制)电路)等。在此，作为一个例子，对使用PWM电路而将静电电容值转换成脉冲波并在微机的计数器中测量该脉冲波的宽度的方法，根据图39至图42进行说明。

图39是在电容元件上设有PWM电路的电路图，图40是示出在图39的PWM电路的各构成部中输出的信号的波形的概略图。

如图39及图40所示，本电路图中的PWM电路具备：驱动部51，对电容元件C提供矩形的驱动脉冲波W1；低通滤波器52，与电容元件C并联连接；比较器53，将通过了低通滤波器52的波W2的波形转换成矩形波W3；运算部54，进行由驱动部51提供的驱动脉冲波W1与由比较器53转换后的矩形波W3的异或的逻辑运算；以及计数器55，测量由运算部54进行运算后的脉冲波W4的脉宽。

在该PWM电路中，如图40所示，通过了低通滤波器52的驱动脉冲波W1由于由电容元件C导致的该驱动脉冲波W1的传递延迟，因此波形产生钝化。该钝化的程度具有电容元件C的静电电容值越大而越大这样的特性。因此，当将通过了低通滤波器52之后的波W2在比较器53中转换成矩形波W3时，该矩形波W3就成为相对于由驱动部51提供的驱动脉冲波W1而延迟了对应于电容元件C的静电电容值的量的波。因此，能够通过测量根据驱动脉冲波W1与矩形波W3的异或得到的脉冲波W4的脉宽来评价电容元件C的静电电容值。

要在基于本发明的扭矩传感器中采用以上那样的PWM电路，可以构成例如图41所示的电路图。图41是示出能够在本发明的扭矩传感器上采用的PWM电路的一个例子的电路图，图42是示出在图41的PWM电路的各构成部中输出的信号的波形的概略图。

图41所示的PWM电路成为将图39所示的PWM电路并列地配置了两个的结构，因此在共同的构成部分上标以与图39同样的符号，并省略其详细的说明。另一方面，在图41所示的PWM电路中，与图39所示的PWM电路不同，通过了低通滤波器52a、52b的各个波W2a、W2b除了输入至比较器53a、53b以外，还输入至差分运算器56。然后，从差分运算器56中输出的波W5在比较器53c中被整形为矩形波W6，该矩形波W6与由驱动部51a提供的驱动脉冲波W1a一起被输入至运算逻辑异或的运算部54c。然后，通过运算部54c运算出的波W7输入至计数器55c，测量该波W7的脉宽。

需要说明的是，在图示的电路图中，两个驱动脉冲波W1a、W1b成为彼此相反的相位。因此，虽然是通过差分运算器56来进行“W2a-W2b”这样的运算，但实际上进行“W2a+W2b”这样的加法运算。即，例如在对两个电容元件C1、C2应用了本PWM电路的情况下，基于电容元件C1的信号从计数器55a中输出，基于电容元件C2的信号从计数器55b中输出。并且，两个电容元件C1、C2的静电电容的和(C1+C2)的信号从计数器55c中输出。

要将以上的PWM电路采用于例如在§3中说明过的具有四个电容元件C11～C22的类型的扭矩传感器中，可以将四个电容元件C11～C22分成各两个电容元件C11与C12和C21与C22两组并在每个各组应用该PWM电路。根据这样的电路结构，能够从包括电容元件C11、C12的电路上评价各电容元件C11、C12的静电电容值“C11”、“C12”以及静电电容值的和“C11+C12”。同样地，能够从包括电容元件C21、C22的电路上评价各电容元件C21、C22的静电电容值“C21”、“C22”以及静电电容值的和“C21+C22”。通过使用这些评价结果来进行对应于上述的[数1]的运算“r(C11+C12)-(C 21+C22)”，能够评价作用于扭矩传感器的扭矩T，并且，通过进行对应于上述的[数2]的运算“C21-C11”和“C22-C12”，正如在§0中详细说明过的，还能够评价该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

或者，要将以上的PWM电路采用于在§4和§5中说明过的具有八个电容元件C11～C42的类型的扭矩传感器中，可以将八个电容元件C11～C42分成各两个电容元件的组C11与C12、C21与C22、C31与C32、以及C41与C42四组并在每个各组应用该PWM电路。根据这样的电路结构，能够从包括电容元件C11、C12的电路上评价各电容元件C11、C12的静电电容值“C11”、“C12”以及静电电容值的和“C11+C12”。同样地，能够从包括电容元件C21、C22的电路上评价各电容元件C21、C22的静电电容值“C21”、“C22”以及静电电容值的和“C21+C22”，能够从包括电容元件C31、C32的电路上评价各电容元件C31、C32的静电电容值“C31”、“C32”以及静电电容值的和“C31+C32”，能够从包括电容元件C41、C42的电路上评价各电容元件C41、C42的静电电容值“C41”、“C42”以及静电电容值的和“C41+C42”。

通过使用这些评价来进行对应于上述的[数7]的V13的运算“(C11+C12)-(C21+C22)+(C31+C32)-(C41+C42)”，能够评价作用于扭矩传感器的扭矩T，并且，通过进行对应于上述的[数8]的V13的运算“(C11-C21)+(C31-C41)”和对应于上述的[数9]的V14的运算“(C12-C22)+(C32-C42)”，正如在§4中详细说明过的，还能够评价该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

根据在此说明的PWM电路，即使在通过了低通滤波器52a、52b之后的波W2a、W2b中混入同相噪声(在图42的波W2a、W2b中由虚线示出)，如波W5的波形所示，也能够在差分运算器56中消除该噪声，能够高精度地测量静电电容值。需要注意的是，在图41中，虽然设置三个计数器55a、55b、55c来独立地同时测量“C1”、“C2”以及“C1+C2”，但也能够代替这些计数器55a、55b、55c而采用一个微机。在这种情况下，虽然无法同时测量“C1”、“C2”以及“C1+C2”，但能够使电路结构简单化。

<<<§7.扭矩传感器的基本结构部的变形例>>>

至此为止已说明的扭矩传感器具有环状变形体30配置于左侧支撑体10与右侧支撑体20之间的基本结构部，但并不局限于这种方式。

图43是示出能够在本发明的扭矩传感器中采用的基本结构部的变形例的概略主视图。如图43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撑体310、以及被配置成包围环状变形体30的外周面的圆环状的外侧支撑体320。如图所示，环状变形体30、内侧支撑体310以及外侧支撑体320彼此同心。

另外，在图43所示的X轴上，于内侧支撑体310与环状变形体30之间关于原点O对称地设有第一和第二内侧连接部件331、332，通过这些第一和第二内侧连接部件331、332，内侧支撑体310的外周面与环状变形体30的内周面被连接。而且，在Y轴上，于环状变形体30与外侧支撑体320之间关于原点O对称地设有第一和第二外侧连接部件341、342，通过这些第一和第二外侧连接部件341、342，环状变形体30的外周面与外侧支撑体320的内周面被连接。因此，采用了本变形例的基本结构部的扭矩传感器将环状变形体30、内侧支撑体310以及外侧支撑体320均配置于XY平面上，因此具有比上述的图10所示的扭矩传感器薄型的结构。

参照图44来说明固定电极和位移电极对这样的基本结构部的配置。图44是示出在电容元件构成于环状变形体30与内侧支撑体310之间的情况下的、固定电极和位移电极的配置的图。

在图44中，在基本结构部上设有八个电容元件(第一～第八电容元件)。具体而言，为了便于说明，当在XY平面上定义了通过原点O并相对于X轴和Y轴构成45°的V轴及W轴时，在环状变形体30的内周面，于正的V轴附近关于该V轴对称性地配置有第一和第二位移电极E31、E32，于正的W轴附近关于该W轴对称性地配置有第三和第四位移电极E33、E34，于负的V轴附近关于该V轴对称性地配置有第五和第六位移电极E35、E36，于负的W轴附近关于该W轴对称性地配置有第七和第八位移电极E37、E38。

而且，在内侧支撑体310的外周面，于与第一位移电极E31相对的位置配置有第一固定电极E21，于与第二位移电极E32相对的位置配置有第二固定电极E22，于与第三位移电极E33相对的位置配置有第三固定电极E23，于与第四位移电极E34相对的位置配置有第四固定电极E24，于与第五位移电极E35相对的位置配置有第五固定电极E25，于与第六位移电极E36相对的位置配置有第六固定电极E26，于与第七位移电极E37相对的位置配置有第七固定电极E27，于与第八位移电极E38相对的位置配置有第八固定电极E28。换而言之，在内侧支撑体310的外周面，于正的V轴附近关于该V轴对称性地配置有第一和第二固定电极E21、E22，于正的W轴附近关于该W轴对称性地配置有第三和第四固定电极E23、E24，于负的V轴附近关于该V轴对称性地配置有第五和第六固定电极E25、E26，于负的W轴附近关于该W轴对称性地配置有第七和第八固定电极E27、E28。

这种结构的扭矩传感器提供与参照图24～图31而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，未图示，也可以是各电容元件构成于环状变形体30与外侧支撑体320之间。即，也可以是，第一～第八位移电极E31～E38配置于环状变形体30的外周面，第一～第八固定电极E21～E22配置于外侧支撑体320的内周面。在这种情况下，优选，各电极与上述的变形例同样地关于V轴或W轴对称性地配置。

需要说明的是，可以只配置第一～第四电容元件，这种扭矩传感器的作用与图22及图23所示的扭矩传感器同样。在这种情况下，既可以将各电容元件设于环状变形体30与内侧支撑体310之间，也可以将其设于环状变形体30与外侧支撑体320之间。

另外，在此，虽然例示了内侧支撑体310和外侧支撑体320均为圆环状的情况，但并非限定于这种方式，只要能够对环状变形体30传递扭矩，则也可以为例如棒状、半圆状等其它方式。

或者，作为其它变形例，也能组合图10所示的结构与图44所示的结构。即，未图示，作为这种结构的一个例子，可列举出如下的结构：图44所示的外侧支撑体320与环状变形体30经由第一和第二外侧连接部件341、342而被连接，并且，环状变形体30经由凸状部21、22而连接于图10的右侧支撑体20。当然，既可以采用内侧支撑体310来代替外侧支撑体320，也可以采用左侧支撑体10来代替右侧支撑体20。

<<<§8.固定电极和位移电极的配置的变形例>>>

在基于以上那样的实施方式和变形例的扭矩传感器中，各一对电容元件关于V轴或W轴对称性地、沿环状变形体30、内侧支撑体310或外侧支撑体320的周向相邻而配置。与此相反，也可以将该各一对电容元件以投影至XY平面的正投影投影图像在V轴上或W轴上重叠的方式沿Z轴方向相邻而配置。

图45是示出一对固定电极E21、E22沿Z轴方向相邻而配置的状态的图。当然，图45所示的配置不局限于一对固定电极E21、E22，对于一对固定电极E23，E24、一对固定电极E25，E26以及一对固定电极E27，E28也能够采用，对于一对位移电极E31，E32、一对位移电极E33，E34、一对位移电极E35，E36以及一对位移电极E37，E38也能够采用。通过这样的电极配置，也提供与参照图24～图31而已说明过的扭矩传感器同样的功能。当然，该电极配置既能够在只有四个电容元件的扭矩传感器(参照图22和图23)中采用，也能够在§7中已说明的基本结构的变形例中采用。

Claims (28)

1.一种扭矩传感器，检测绕XYZ三维坐标系中的Z轴的扭矩，其特征在于，具备：

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

第一支撑体，在所述环状变形体与xz平面相交的两个第一部位上与该环状变形体连接；

第二支撑体，在所述环状变形体与包括Z轴的和xz平面不同的平面相交的两个第二部位上与该环状变形体连接，并能够相对于所述第一支撑体绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体的内周面或外周面，发生起因于该环状变形体的弹性变形的位移；

固定电极，配置于所述第一支撑体中的与所述位移电极相对的位置；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撑体和所述第二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，

所述电容元件具有：配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离减少的第一部分上的第一电容元件及第二电容元件和配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离增大的第二部分上的第三电容元件及第四电容元件，

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和”与“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和”的差的第一电信号、相当于“所述第一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、以及相当于“所述第二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”的第三电信号的至少一方作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，

根据所述第一电信号、所述第二电信号或所述第三电信号而判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述位移电极具有配置在对应于所述环状变形体的各部分中的所述第一部分的位置的第一位移电极及第二位移电极和配置在对应于所述第二部分的位置的第三位移电极及第四位移电极，

所述固定电极具有：配置在与所述第一位移电极相对的位置的第一固定电极、配置在与所述第二位移电极相对的位置的第二固定电极、配置在与所述第三位移电极相对的位置的第三固定电极、以及配置在与所述第四位移电极相对的位置的第四固定电极，

所述第一电容元件由所述第一位移电极和所述第一固定电极构成，

所述第二电容元件由所述第二位移电极和所述第二固定电极构成，

所述第三电容元件由所述第三位移电极和所述第三固定电极构成，

所述第四电容元件由所述第四位移电极和所述第四固定电极构成。

3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第一～第四位移电极中至少两个由共通的电极构成，或者所述第一～第四固定电极中至少两个由共通的电极构成。

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，

所述第一支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的另一侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接。

5.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，

所述第一支撑体配置于所述环状变形体的内周面的内侧，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的外周面的外侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接。

6.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，

所述第一支撑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，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接。

7.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，

所述第一支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述第二支撑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，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接。

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，

作用于扭矩传感器的扭矩基于所述第一电信号来测量。

9.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，

所述检测电路通过判定基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第二电信号或所述第三电信号的扭矩之差是否在规定的范围内来判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

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，

所述检测电路将所述第二电信号和所述第三电信号双方作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，

通过判定“基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第二电信号的扭矩之差和基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第三电信号的扭矩之差的至少一方”、以及“基于所述第二电信号的扭矩与基于所述第三电信号的扭矩之差”是否在规定的范围内，判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

11.根据权利要求2或3所述的扭矩传感器，其特征在于，

设定所述第一固定电极和所述第一位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第二固定电极和所述第二位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第三固定电极和所述第三位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第四固定电极和所述第四位移电极中的一方的面积大于另一方的面积，以便绕Z轴的扭矩进行了作用的结果：所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置变化了的情况下构成所述第一～第四电容元件的各一对电极的有效相对面积也不变化。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述第二支撑体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域上与该环状变形体连接。

13.根据权利要求12所述的扭矩传感器，其特征在于，

在XY平面上定义了通过原点O并相对于X轴和Y轴构成45°的V轴及W轴的情况下，当从Z轴方向上观察时，所述第一电容元件和所述第二电容元件在V轴附近关于该V轴呈对称性配置，所述第三电容元件和所述第四电容元件在W轴附近关于该W轴呈对称性配置。

14.根据权利要求12所述的扭矩传感器，其特征在于，

在XY平面上定义了通过原点O并相对于X轴和Y轴构成45°的V轴及W轴的情况下，所述第一电容元件及所述第二电容元件在V轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像彼此重叠，所述第三电容元件及所述第四电容元件在W轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与W轴重叠。

15.一种扭矩传感器，检测绕XYZ三维坐标系中的Z轴的扭矩，其特征在于，具备：

环状变形体，由因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；

第一支撑体，在所述环状变形体与XZ平面相交的两个第一部位上与该环状变形体连接；

第二支撑体，在所述环状变形体与包括Z轴的和XZ平面不同的平面相交的两个第二部位上与该环状变形体连接，能够相对于所述第一支撑体绕Z轴旋转；

位移电极，配置于所述环状变形体的内周面或外周面，产生起因于该环状变形体的弹性变形的位移；

固定电极，配置于所述第一支撑体中的与所述位移电极相对的位置；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撑体和所述第二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，

所述电容元件具有配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离减少的第一部分的第一电容元件及第二电容元件、配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离减少的第二部分的第三电容元件及第四电容元件、配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离增大的第三部分的第五电容元件及第六电容元件、配置于在绕Z轴的扭矩进行了作用时所述环状变形体与所述第一支撑体的分离距离增大的第四部分的第七电容元件及第八电容元件，

所述检测电路将相当于“所述第一电容元件的静电电容值、所述第二电容元件的静电电容值、所述第五电容元件的静电电容值以及所述第六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、所述第四电容元件的静电电容值、所述第七电容元件的静电电容值以及所述第八电容元件的静电电容值之和”的差的第一电信号、相当于“所述第一电容元件的静电电容值与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与所述第七电容元件的静电电容值之和”的差的第二电信号、以及相当于“所述第二电容元件的静电电容值与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与所述第八电容元件的静电电容值之和”的差的第三电信号的至少一方作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，

基于所述第一电信号、所述第二电信号或者所述第三电信号，判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

16.根据权利要求15所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述位移电极具有：配置在对应于所述环状变形体的各部分中的所述第一部分的位置的第一位移电极及第二位移电极、配置在对应于所述第二部分的位置的第三位移电极及第四位移电极、配置在对应于所述第三部分的位置的第五位移电极及第六位移电极、以及配置在对应于所述第四部分的位置的第七位移电极及第八位移电极，

所述固定电极具有：配置在与所述第一位移电极相对的位置的第一固定电极、配置在与所述第二位移电极相对的位置的第二固定电极、配置在与所述第三位移电极相对的位置的第三固定电极、配置在与所述第四位移电极相对的位置的第四固定电极、配置在与所述第五位移电极相对的位置的第五固定电极、配置在与所述第六位移电极相对的位置的第六固定电极、配置在与所述第七位移电极相对的位置的第七固定电极、以及配置在与所述第八位移电极相对的位置的第八固定电极，

所述第一电容元件由所述第一位移电极和所述第一固定电极构成，

所述第二电容元件由所述第二位移电极和所述第二固定电极构成，

所述第三电容元件由所述第三位移电极和所述第三固定电极构成，

所述第四电容元件由所述第四位移电极和所述第四固定电极构成，

所述第五电容元件由所述第五位移电极和所述第五固定电极构成，

所述第六电容元件由所述第六位移电极和所述第六固定电极构成，

所述第七电容元件由所述第七位移电极和所述第七固定电极构成，

所述第八电容元件由所述第八位移电极和所述第八固定电极构成。

17.根据权利要求16所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述第一～第八位移电极中至少两个由共通的电极构成，或者所述第一～第八固定电极中至少两个由共通的电极构成。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述第一支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的另一侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接。

19.根据权利要求15至17中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述第一支撑体配置于所述环状变形体的内周面的内侧，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的外周面的外侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接。

20.根据权利要求15至17中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述第一支撑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，

所述第二支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接。

21.根据权利要求15至17中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述第一支撑体配置于所述环状变形体的Z轴的一侧，

所述第二支撑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，

所述环状变形体的所述两个第一部位经由第一连接部件而与所述第一支撑体连接，

所述环状变形体的所述两个第二部位经由第二连接部件而与所述第二支撑体连接。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

作用于扭矩传感器的扭矩基于所述第一电信号测量。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述检测电路通过判定基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第二电信号或所述第三电信号的扭矩之差是否在规定的范围内来判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

24.根据权利要求15至22中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述检测电路将所述第二电信号和所述第三电信号双方作为表示所作用的扭矩的电信号进行输出，

通过判定“基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第二电信号的扭矩之差及基于所述第一电信号的扭矩与基于所述第三电信号的扭矩之差的至少一方”和“基于所述第二电信号的扭矩与基于所述第三电信号的扭矩之差”是否均在规定的范围内，判定该扭矩传感器是否在正常地发挥作用。

25.根据权利要求16或17所述的扭矩传感器，其特征在于，

设定所述第一固定电极和所述第一位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第二固定电极和所述第二位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第三固定电极和所述第三位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第四固定电极和所述第四位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第五固定电极和所述第五位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第六固定电极和所述第六位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第七固定电极和所述第七位移电极中的一方的面积大于另一方的面积、设定所述第八固定电极和所述第八位移电极中的一方的面积大于另一方的面积，以便绕Z轴的扭矩进行了作用的结果：所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置变化了的情况下构成所述第一～第八电容元件的各一对电极的有效相对面积也不变化。

26.根据权利要求15至25中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，

所述第二支撑体在所述环状变形体与YZ平面相交的两个区域上与该环状变形体连接。

27.根据权利要求26所述的扭矩传感器，其特征在于，

在XY平面上定义了通过原点O并具有相对于X轴和Y轴构成45°的方向的V轴及W轴的情况下，当从Z轴方向上观察时，所述第一电容元件和所述第二电容元件在正的V轴附近关于该V轴呈对称配置，所述第三电容元件和所述第四电容元件在正的W轴附近关于该W轴呈对称配置，所述第五电容元件和所述第六电容元件在负的V轴附近关于该V轴呈对称配置，所述第七电容元件和所述第八电容元件在负的W轴附近关于该W轴呈对称配置。

28.根据权利要求26所述的扭矩传感器，其特征在于，

在XY平面上定义了通过原点O并具有相对于X轴和Y轴构成45°的方向的V轴及W轴的情况下，所述第一电容元件和所述第二电容元件在正的V轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与正的V轴重叠，所述第三电容元件和所述第四电容元件在正的W轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与正的W轴重叠，所述第五电容元件和所述第六电容元件在负的V轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与负的V轴重叠，所述第七电容元件和所述第八电容元件在负的W轴附近沿Z轴方向并列放置，向XY平面的正投影投影图像与负的W轴重叠。