(57)【要約】  金属の状態を簡単な回路構成で精度良く検出する。  金属の状態に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルＬと、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路２と、発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路３とを備え、該検出回路３は、発振回路２から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定する。
2008081571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の状態を検出する金属状態検出装置であって、
金属の状態変化に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルと、
所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、
前記発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路とを備え、
該検出回路は、
前記発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された前記発振波の位相ズレを測定する
ことを特徴とする金属状態検出装置。
【請求項２】
前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向を限定するために、金属との間で閉磁路を構成し、該閉磁路における透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することを特徴とする請求項１記載の金属状態検出装置。
【請求項３】
前記検出コイルは、高透磁率材料を用いて形成され、金属との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えることを特徴とする請求項２記載の金属状態検出装置。
【請求項４】
前記検出コイルは、
前記金属における検出領域及び／又は検出方向が異なる二種類の検出コイルを含み、
前記検出回路は、
一方の前記検出コイルに係る発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第一位相ズレ検出手段と、
他方の前記検出コイルに係る発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第二位相ズレ検出手段と、
前記第一位相ズレ検出手段の測定時間と前記第二位相ズレ検出手段の測定時間との差分を求める差分検出手段とを備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属状態検出装置。
【請求項５】
前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数と、他方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正手段を備えることを特徴とする請求項４記載の金属状態検出装置。
【請求項６】
前記基準周波数誤差補正手段は、前記差分検出手段が求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正することを特徴とする請求項５記載の金属状態検出装置。
【請求項７】
前記基準周波数誤差補正手段は、前記第一位相ズレ検出手段及び／又は前記第二位相ズレ検出手段の測定時間を対象とし、該測定時間のゲインを補正することを特徴とする請求項５又は６記載の金属状態検出装置。
【請求項８】
前記検出回路は、一回の前記発振波カウント処理における前記発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更手段を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の金属状態検出装置。
【請求項９】
前記金属は、メッキ法により成膜された磁歪膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の金属状態検出装置。
【請求項１０】
金属の状態を検出する金属状態検出方法であって、
金属の状態変化に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルと、
所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、
前記発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路とを用い、
前記発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された前記発振波の位相ズレを測定する
ことを特徴とする金属状態検出方法。
【請求項１１】
前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向を限定するために、金属との間で閉磁路を構成し、該閉磁路における透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することを特徴とする請求項１０記載の金属状態検出方法。
【請求項１２】
前記検出コイルは、高透磁率材料を用いて形成され、金属との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えることを特徴とする請求項１１記載の金属状態検出方法。
【請求項１３】
前記検出コイルは、
前記金属における検出領域及び／又は検出方向が異なる二種類の検出コイルを含み、
前記検出回路は、
一方の前記検出コイルに係る発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第一位相ズレ検出処理を実行し、
他方の前記検出コイルに係る発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第二位相ズレ検出処理を実行し、
前記第一位相ズレ検出処理の測定時間と前記第二位相ズレ検出処理の測定時間との差分を求める差分検出処理を実行する
ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の金属状態検出方法。
【請求項１４】
前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数と、他方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正処理を行うことを特徴とする請求項１３記載の金属状態検出方法。
【請求項１５】
前記基準周波数誤差補正処理は、前記差分検出処理で求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正することを特徴とする請求項１４記載の金属状態検出方法。
【請求項１６】
前記基準周波数誤差補正処理は、前記第一位相ズレ検出処理及び／又は前記第二位相ズレ検出処理の測定時間を補正対象とし、該測定時間のゲインを補正することを特徴とする請求項１４又は１５記載の金属状態検出方法。
【請求項１７】
前記検出回路は、一回の前記発振波カウント処理における前記発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更処理を行うことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の金属状態検出方法。
【請求項１８】
前記金属は、メッキ法により成膜された磁歪膜であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の金属状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の状態を検出する金属状態検出装置及び金属状態検出方法に関し、特に、金属の応力、疲労、損傷、欠陥、材質などの状態検出に適した金属状態検出装置及び金属状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の状態を、その金属の磁気的な特性変化（透磁率変化など）に基づいて検出する金属状態検出装置や金属状態検出方法が知られている。例えば、回転軸のトルク（捻り応力）を、磁歪の逆効果を利用して検出する磁歪式トルクセンサは、自動車の電動パワーステアリングシステムや電動アシスト自転車のトルクアシストシステムなどにおいて実用化されている。【０００３】
従来の磁歪式トルクセンサは、回転軸の二つの外周領域に、それぞれ＋４５°と−４５°の磁気異方性を付与すると共に、各外周領域に対向して一対の検出コイルを配置し、これらの検出コイル間に生じる差動電圧を出力するように構成される。つまり、回転軸にトルクを加えると、磁歪の逆効果により各外周領域の透磁率が背反的に変化するため、検出コイル間に差動電圧が生じ、トルクに比例した出力が得られる（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平７−８３７６９号公報
【特許文献２】特開平１１−３７８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の金属状態検出装置では、ブリッジ回路などを用いて、検出コイル間に生じる僅かな差動電圧を検出し、この差動電圧を増幅回路で増幅しているため、ノイズの影響を受けやすく、検出精度に限界があった。【０００５】
また、従来の磁歪式トルクセンサでは、必要な検出精度を確保するために、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで±４５°の縞模様（磁気異方部）を加工する必要があるので、これらの加工が許容されない回転軸では適用が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作された本発明の金属状態検出装置は、金属の状態を検出する金属状態検出装置であって、金属の状態変化に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルと、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、前記発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路とを備え、該検出回路は、前記発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された前記発振波の位相ズレを測定することを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、金属の状態を高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路から出力される発振波においては、金属の磁気的な特性変化（透磁率変化など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて金属の状態を高精度に検出できる。また、発振回路から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。
また、前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向を限定するために、金属との間で閉磁路を構成し、該閉磁路における透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、金属における検出領域や検出方向を限定し、検出精度をさらに向上させることができる。つまり、本発明の金属状態検出装置では、金属の状態変化に応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出するので、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、金属における検出領域や検出方向を限定することにより、ＳＮ比を高めることができるので、蓄積される誤差成分を抑制し、検出精度を向上させることができる。また、磁歪式トルクセンサなどを構成する場合、検出コイル側で検出方向を限定することができるので、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで縞模様を加工する必要がない。その結果、これらの加工が許容されない回転軸や静止軸であっても、本発明による金属状態検出の適用が可能となる。
また、前記検出コイルは、高透磁率材料を用いて形成され、金属との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えることを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、閉磁路に生じる磁束密度を高めて、金属の磁気的な特性変化を高精度に検出することができる。
また、前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向が異なる二種類の検出コイルを含み、前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第一位相ズレ検出手段と、他方の前記検出コイルに係る発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第二位相ズレ検出手段と、前記第一位相ズレ検出手段の測定時間と前記第二位相ズレ検出手段の測定時間との差分を求める差分検出手段とを備えることを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、一方の検出コイルに係る位相ズレと他方の検出コイルに係る位相ズレとの差分を検出するので、温度誤差や変位誤差を容易に排除することができる。しかも、上記の差分を検出するにあたり、各検出コイルに係る位相ズレを、発振波カウント処理に要した時間として測定し、測定時間の差分を演算するようにしたので、ブリッジ回路などのアナログ回路を介さずに差分処理を行うことができる。その結果、ノイズの影響を低減し、検出精度をさらに向上させることが可能になる。
また、前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数と、他方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正手段を備えることを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、発振回路間における基準周波数の差にもとづいた誤差を排除し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記基準周波数誤差補正手段は、前記差分検出手段が求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正することを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、前記基準周波数の差にもとづいて発生する差分の０点誤差を解消し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記基準周波数誤差補正手段は、前記第一位相ズレ検出手段及び／又は前記第二位相ズレ検出手段の測定時間を補正対象とし、該測定時間のゲインを補正することを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、前記基準周波数の差にもとづいて発生する各測定時間のゲイン誤差を解消し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記検出回路は、一回の前記発振波カウント処理における前記発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更手段を備えることを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、使用条件に応じてカウント数Ｎを変更し、測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを減らすことができる。
また、前記金属は、メッキ法により成膜された磁歪膜であることを特徴とする。このような金属状態検出装置によれば、応力に応じた磁歪膜における磁歪の逆効果にもとづいて、応力を高精度に検出できるだけでなく、応力検出におけるヒステリシスを抑えることができる。しかも、本発明の金属状態検出装置では、メッキ法により成膜された磁歪膜（例えば、ニッケルメッキ）であっても、十分な検出精度が得られるので、接着法、スパッタ法、真空蒸着法などでアモルファスなどの磁歪膜を形成する場合に比べ、大幅なコストダウンが図れるだけでなく、ニッケルメッキなどが施された既存の部材（樹脂を含む）を対象として、高精度な応力検出を行うことができる。
また、本発明の金属状態検出方法は、金属の状態を検出する金属状態検出方法であって、金属の状態変化に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルと、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、前記発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路とを用い、前記発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された前記発振波の位相ズレを測定することを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、金属の状態を高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路から出力される発振波においては、金属の磁気的な特性変化（透磁率変化など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて金属の状態を高精度に検出できる。また、発振回路から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。
また、前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向を限定するために、金属との間で閉磁路を構成し、該閉磁路における透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、金属における検出領域や検出方向を限定し、検出精度をさらに向上させることができる。つまり、本発明の金属状態検出方法では、金属の状態変化に応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出するので、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、金属における検出領域や検出方向を限定することにより、ＳＮ比を高めることができるので、蓄積される誤差成分を抑制し、検出精度を向上させることができる。また、磁歪式トルクセンサなどを構成する場合、検出コイル側で検出方向を限定することができるので、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで縞模様を加工する必要がない。その結果、これらの加工が許容されない回転軸や静止軸であっても、本発明による金属状態検出の適用が可能となる。
また、前記検出コイルは、高透磁率材料を用いて形成され、金属との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えることを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、閉磁路に生じる磁束密度を高めて、金属の磁気的な特性変化を高精度に検出することができる。
また、前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向が異なる二種類の検出コイルを含み、前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第一位相ズレ検出処理を実行し、他方の前記検出コイルに係る発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第二位相ズレ検出処理を実行し、前記第一位相ズレ検出処理の測定時間と前記第二位相ズレ検出処理の測定時間との差分を求める差分検出処理を実行することを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、一方の検出コイルに係る位相ズレと他方の検出コイルに係る位相ズレとの差分を検出するので、温度誤差や変位誤差を容易に排除することができる。しかも、上記の差分を検出するにあたり、各検出コイルに係る位相ズレを、発振波カウント処理に要した時間として測定し、測定時間の差分を演算するようにしたので、ブリッジ回路などのアナログ回路を介さずに差分処理を行うことができる。その結果、ノイズの影響を低減し、検出精度をさらに向上させることが可能になる。
また、前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数と、他方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正処理を行うことを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、発振回路間における基準周波数の差にもとづいた誤差を排除し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記基準周波数誤差補正処理は、前記差分検出処理で求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正することを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、前記基準周波数の差にもとづいて発生する差分の０点誤差を解消し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記基準周波数誤差補正処理は、前記第一位相ズレ検出処理及び／又は前記第二位相ズレ検出処理の測定時間を補正対象とし、該測定時間のゲインを補正することを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、前記基準周波数の差にもとづいて発生する各測定時間のゲイン誤差を解消し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記検出回路は、一回の前記発振波カウント処理における前記発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更処理を行うことを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、使用条件に応じてカウント数Ｎを変更し、測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを減らすことができる。
また、前記金属は、メッキ法により成膜された磁歪膜であることを特徴とする。このような金属状態検出方法によれば、応力に応じた磁歪膜における磁歪の逆効果にもとづいて、応力を高精度に検出できるだけでなく、応力検出におけるヒステリシスを抑えることができる。しかも、本発明の金属状態検出方法では、メッキ法により成膜された磁歪膜（例えば、ニッケルメッキ）であっても、十分な検出精度が得られるので、接着法、スパッタ法、真空蒸着法などでアモルファスなどの磁歪膜を形成する場合に比べ、大幅なコストダウンが図れるだけでなく、ニッケルメッキなどが施された既存の部材（樹脂を含む）を対象として、高精度な応力検出を行うことができる。
【発明の効果】
【０００７】
以上のような本発明によれば、金属の状態を高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路から出力される発振波においては、金属の磁気的な特性変化（透磁率変化など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて金属の状態を高精度に検出できる。また、発振回路から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る金属状態検出装置（簡易式トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。
【図２】発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図である。
【図３】発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。
【図４】検出回路の検出処理手順を示すフローチャートである。
【図５】検出回路のカウント数設定処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第二実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。
【図７】検出回路におけるトルク検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】検出回路における設定数変更処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】検出回路における第一方向透磁率検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】検出回路における第二方向透磁率検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】基準周波数誤差補正が不要な場合を示すグラフ図である。
【図１２】基準周波数誤差補正（０点補正）の作用を示すグラフ図である。
【図１３】基準周波数誤差補正（ゲイン補正）の作用を示すグラフ図である。
【図１４】本発明の第三実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）のトルク検出処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第四実施形態に係る金属状態検出装置（引張・圧縮応力センサ）の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０００９】
１  簡易式トルクセンサ
２  発振回路
３  検出回路
Ｌ  検出コイル
１１  磁歪式トルクセンサ
１２  第一発振回路
１３  第二発振回路
１４  検出回路
Ｌ１  第一検出コイル
Ｌ２  第二検出コイル
２１  引張・圧縮応力センサ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。ただし、図面に示す波形には、実際の検出波形とシミュレーション波形が含まれる。【００１１】
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る金属状態検出装置（簡易式トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される金属状態検出装置は、少なくとも軸表面が金属で形成される回転軸Ｓ（又は静止軸）を対象とし、該回転軸Ｓに生じるトルク（捻り応力）を検出する簡易式のトルクセンサ１であって、検出コイルＬ、発振回路２及び検出回路３を備えて構成されている。なお、本実施形態のトルクセンサ１は、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用してトルク検出を行う磁歪式トルクセンサであるが、トルクの極性検出機能や温度補償機能を備えていないため、簡易式と称する。【００１２】
検出コイルＬは、回転軸Ｓに生じるトルクに応じてインダクタンスが変化するように配置される。例えば、本実施形態の検出コイルＬは、空芯コイルからなり、その内周が回転軸Ｓの外周と対向するように配置される。このようにすると、検出コイルＬと回転軸Ｓとの相対的な位置変化に起因する誤差の発生を抑制できるという利点がある。【００１３】
発振回路２は、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレが生じるように構成される。例えば、シュミット発振回路の帰還回路２ａに検出コイルＬを配置すれば、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレが生じる発振回路２を構成することができる。【００１４】
シュミット発振回路は、シュミットインバータＩＮＶのヒステリシス特性を利用した発振回路であり、シュミットインバータＩＮＶと、シュミットインバータＩＮＶの入力側に接続されるコンデンサＣと、シュミットインバータＩＮＶの出力をシュミットインバータＩＮＶの入力側に帰還させる帰還回路２ａと、この帰還回路２ａに介在する抵抗要素とを備えて構成されている。【００１５】
初期状態のシュミット発振回路では、コンデンサＣに電荷が溜まっていないため、コンデンサＣの両端の電圧は０Ｖとなっている。このとき、シュミットインバータＩＮＶは、入力側電圧ＶｉｎがＶＬ以下なので、出力がＨレベル（５Ｖ）となる。シュミットインバータＩＮＶの出力側電圧Ｖｏｕｔが５Ｖのときは、帰還回路２ａを介してシュミットインバータＩＮＶの入力側に電流が流れるので、コンデンサＣに電荷が徐々に溜まり、その両端の電圧が上昇する。そして、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧ＶｉｎがＶＨに達すると、シュミットインバータＩＮＶの出力がＬレベル（０Ｖ）に切換わる。シュミットインバータＩＮＶの出力側電圧Ｖｏｕｔが０Ｖになると、コンデンサＣが放電し、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧Ｖｉｎが徐々に降下する。そして、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧ＶｉｎがＶＬまで降下すると、シュミットインバータＩＮＶの出力がＨレベルに切換わる。【００１６】
以上の動作の繰り返しにより、シュミットインバータＩＮＶの出力側から所定周波数の矩形波が得られる。そして、シュミット発振回路の発振周波数ｆ（＝１／Ｔ）は、蓄電期間ＴＨと放電期間ＴＬにより決まり、蓄電期間ＴＨと放電期間ＴＬは、コンデンサＣ及び抵抗要素の定数により決まる。したがって、抵抗要素として帰還回路２ａに検出コイルＬを配置すれば、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じてシュミット発振回路の発振波に位相ズレを生じさせることができる。【００１７】
なお、本発明の発振回路がシュミット発振回路に限定されないことは勿論であり、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路であれば、ＣＲ発振回路、ＬＣ発振回路、水晶発振回路などを用いてもよい。【００１８】
検出回路３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、比較器（コンパレータ）などが内蔵された１チップマイコンを用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従い、後述する位相ズレ測定処理を行う。【００１９】
検出回路３は、発振回路２から発振される発振波の位相ズレにもとづいて回転軸Ｓのトルクを検出するにあたり、発振波の位相ズレを蓄積させて測定するように構成される。具体的には、発振回路２から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間測定にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するようになっている。【００２０】
このような検出方法によれば、発振波の位相ズレを蓄積させてから測定するので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、回転軸Ｓのトルクに応じた発振波の位相ズレを高精度に検出することができる。しかも、発振回路２から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間測定にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路２の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路２の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。【００２１】
また、検出回路３は、一回の発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更手段を備えることが好ましい。このようにすると、使用条件に応じてカウント数Ｎを変更し、測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを減らすことができる。なお、カウント数Ｎの変更は、検出回路３の内部判断で実行しても良いし、外部からの設定数変更信号にもとづいて実行するようにしても良い。【００２２】
次に、本発明における発振波の位相ズレ蓄積作用について、図２及び図３を参照して説明する。【００２３】
図２は、発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図、図３は、発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。これらの図に示す波形は、一回の検出処理における発振回路２の出力波形であって、発振回路２から出力される発振波の数をカウントし、カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するにあたり、発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎを１００とした場合の波形であり、上側の波形は、回転軸Ｓにトルクを加えない場合を示し、下側の波形は、回転軸Ｓにトルクを加えた場合を示している。これらの図から明らかなように、検出波形の始端部、つまり発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎが少ない段階では、位相ズレがあまり蓄積されていないため、その差が明確ではないが（図２参照）、カウント数Ｎが多くなると、発振波の位相ズレが蓄積され、その差が明確になるので、位相ズレの測定が容易になることがわかる（図３参照）。【００２４】
次に、検出回路３の検出処理手順及びカウント数変更処理手順（カウント数変更手段）について、図４及び図５を参照して説明する。【００２５】
図４は、検出回路の検出処理手順を示すフローチャート、図５は、検出回路のカウント数設定処理手順を示すフローチャートである。図４に示すように、検出回路３は、まず、初期設定を行った後（Ｓ１）、カウント数変更処理（Ｓ２）と、カウンタクリア処理（Ｓ３）と、発振波カウント処理（Ｓ４、Ｓ５）と、検出信号出力処理（Ｓ６、Ｓ７）とからなる検出処理を繰り返し実行する。【００２６】
カウント数変更処理は、図５に示すように、コントローラなどから入力されるカウント数変更信号に応じて（Ｓ２−１）、発振波カウント数Ｎを変更する処理である（Ｓ２−２）。また、カウンタクリア処理は、発振波カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ３）。また、発振波カウント処理は、発振回路２から出力される発振波の数をカウントし（Ｓ４）、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ５）。また、検出信号出力処理は、発振波のカウント数がＮになったら、時間計測カウンタ値を読み込むと共に（Ｓ６）、読み込んだ時間計測カウンタ値を所定の検出信号形式に変換して出力する処理である（Ｓ７）。【００２７】
叙述の如く構成された本実施形態によれば、回転軸Ｓのトルクを検出するトルクセンサ１であって、回転軸Ｓのトルクに応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルＬと、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路２と、発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路３とを備え、該検出回路３は、発振回路２から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、回転軸Ｓのトルクを高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路２から出力される発振波においては、トルクに応じた回転軸Ｓの磁気的な特性変化（透磁率変化など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて回転軸Ｓのトルクを高精度に検出できる。また、発振回路２から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路２の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路２の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。【００２８】
また、検出回路３は、一回の発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更手段を備えるので、使用条件に応じてカウント数Ｎを変更し、測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを減らすことができる。【００２９】
［第二実施形態］
つぎに、本発明の第二実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）について、図６〜図１０を参照して説明する。ただし、基本的な応力の検出原理は、第一実施形態と同様であるため、第一実施形態の説明を援用する。【００３０】
図６は、本発明の第二実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される磁歪式トルクセンサ１１は、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して回転軸Ｓ（又は静止軸）のトルクを検出するものであり、第一検出コイルＬ１、第二検出コイルＬ２、第一発振回路１２、第二発振回路１３及び検出回路１４を備えて構成されている。【００３１】
第一検出コイルＬ１は、軸表面において第一方向（例えば、＋４５°方向）の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する。また、第二検出コイルＬ２は、軸表面において第二方向（例えば、−４５°方向）の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する。【００３２】
本実施形態の検出コイルＬ１、Ｌ２は、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、高透磁率材料を用いて形成されコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えて構成されている。具体的には、フェライトからなるＵ字コア１２ａ、１３ａに、コイルを巻装して構成されており、Ｕ字コア１２ａ、１３ａの両端を軸表面に近接させることにより、軸表面との間で閉磁路を構成するようになっている。これにより、軸表面の限られた領域に第一方向及び第二方向の磁路を形成し、該磁路における透磁率変化を検出することが可能になる。【００３３】
第一発振回路１２は、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、第一検出コイルＬ１のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせるように構成される。また、第二発振回路１３は、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、第二検出コイルＬ２のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせるように構成される。【００３４】
検出回路１４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、比較器（コンパレータ）などが内蔵されたマイコン（１チップマイコン）を用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従って後述するトルク検出処理を行う。なお、検出回路４は、複数のマイコンで構成したり、一又は複数のＩＣで構成することもできる。【００３５】
検出回路４は、第一発振回路１２から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、第一方向の透磁率変化を検出する第一方向透磁率検出手段（第一位相ズレ検出手段）と、第二発振回路１３から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、第二方向の透磁率変化を検出する第二方向透磁率検出手段（第二位相ズレ検出手段）と、第一方向の透磁率と第二方向の透磁率との差分にもとづいて、回転軸Ｓのトルクを検出するトルク検出手段（差分検出手段）とを備える。【００３６】
このようにすると、磁歪式トルクセンサ１１のトルク検出精度を向上させることができる。つまり、上記のように構成された第一発振回路１２や第二発振回路１３から出力される発振波においては、軸表面の透磁率変化が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、第一方向及び第二方向の透磁率変化を高精度に検出し、その差分から回転軸Ｓのトルクを高精度に検出することが可能になる。また、各発振回路１２、１３から出力される発振波の位相ズレは、磁歪の逆効果にもとづいて背反方向に現れるので、その差分にもとづいて回転軸Ｓのトルク量及びトルク極性を検出できるだけでなく、温度誤差や変位誤差が相殺された検出値を得ることができる。【００３７】
また、発振回路１２、１３から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて蓄積された発振波の位相ズレ（透磁率変化）を測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路１２、１３の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路１２、１３の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。【００３８】
第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルＬ２は、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、軸表面との間で閉磁路を構成することが好ましい。つまり、本発明の磁歪式トルクセンサ１１では、トルクに応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出するので、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、軸表面における検出領域や検出方向を限定することにより、ＳＮ比を高めることができるので、蓄積される誤差成分を抑制し、検出精度を向上させることができる。また、検出コイルＬ１、Ｌ２側で検出方向を限定することができるので、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで縞模様を加工する必要がない。その結果、これらの加工が許容されない回転軸Ｓであっても、本発明によるトルク検出の適用が可能となる。【００３９】
また、第一発振回路１２と第二発振回路１３は、相互干渉を避けるために、交互に駆動されることが好ましい。例えば、第二発振回路１３の発振駆動を停止した状態で、第一発振回路１２に係る発振波カウント処理を実行した後、第一発振回路１２の発振駆動を停止した状態で、第二発振回路１３に係る発振波カウント処理を実行しその後、各発振波カウント処理に要した測定時間の差分を求めるようにする。このようにすると、相互干渉による検出精度の低下を回避することができる。しかも、第一検出コイルＬ１の検出領域と第二検出コイルＬ２の検出領域を、相互干渉を考慮することなく、任意に設定することができるので、使用条件に応じた検出領域の最適化が容易となる。【００４０】
磁歪式トルクセンサ１１でトルクを検出する回転軸Ｓの軸表面は、メッキ法により成膜された磁歪膜１５であることが好ましい。例えば、回転軸Ｓの一部又は全体の領域に、ニッケル合金からなる磁歪膜１５を全周に亘ってメッキする。このようにすると、トルクに応じた磁歪膜１５における磁歪の逆効果にもとづいて、トルクを高精度に検出できるだけでなく、トルク検出におけるヒステリシスを抑えることができる。しかも、本発明の磁歪式トルクセンサ１１では、メッキ法により成膜された磁歪膜１５であっても、十分な検出精度が得られるので、接着法、スパッタ法、真空蒸着法などでアモルファスなどの磁歪膜を形成する場合に比べ、大幅なコストダウンが図れるだけでなく、ニッケルメッキなどが施された既存の部材（樹脂を含む）を対象として、高精度なトルク検出を行うことができる。【００４１】
次に、検出回路１４の具体的な検出処理手順について、図７〜図１０を参照して説明する。【００４２】
図７に示すトルク検出処理（トルク検出手段、差分検出手段）では、まず、初期設定（Ｓ１１：発振波カウント数Ｎの初期値設定を含む）を行った後、カウント数変更処理（Ｓ１２）、第一方向透磁率検出処理（Ｓ１３：第一方向透磁率検出手段、第一位相ズレ検出手段）及び第二方向透磁率検出処理（Ｓ１４：第二方向透磁率検出手段、第二位相ズレ検出手段）を順番に実行する。そして、透磁率検出処理（Ｓ１３、Ｓ１４）で得られた第一方向透磁率検出値と第二方向透磁率検出値の差分を演算すると共に（Ｓ１５）、演算した差分（トルク検出値）を所定の検出信号形式に変換して出力することにより（Ｓ１６）、一回のトルク検出処理が終了する。【００４３】
図８に示すカウント数変更処理では、まず、カウント数変更信号の入力を判断し（Ｓ２１）、該判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数変更信号に含まれる発振波カウント数Ｎを読み取り（Ｓ２２）、これに従って発振波カウント数Ｎを変更する（Ｓ２３）。【００４４】
図９に示す第一方向透磁率検出処理では、第一発振回路２の駆動を開始した後（Ｓ３１）、カウンタクリア処理（Ｓ３２）と、発振波カウント処理（Ｓ３３、Ｓ３４）と、時間測定処理（Ｓ３５）を実行し、その後に第一発振回路２の駆動を停止させる（Ｓ３６）。カウンタクリア処理は、発振波カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ３２）。また、発振波カウント処理は、第一発振回路２から出力される発振波の数をカウントし（Ｓ３３）、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ３４）。また、時間測定処理は、発振波のカウント数がＮになったら、時間計測カウンタ値（第一方向透磁率検出値）を読み込む処理である（Ｓ３５）。【００４５】
図１０に示す第二方向透磁率検出処理では、第二発振回路３の駆動を開始した後（Ｓ４１）、カウンタクリア処理（Ｓ４２）と、発振波カウント処理（Ｓ４３、Ｓ４４）と、時間測定処理（Ｓ４５）を実行し、その後に第二発振回路３の駆動を停止させる（Ｓ４６）。カウンタクリア処理は、発振波カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ４２）。また、発振波カウント処理は、第二発振回路３から出力される発振波の数をカウントし（Ｓ４３）、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ４４）。また、時間測定処理は、発振波のカウント数がＮになったら、時間計測カウンタ値（第二方向透磁率検出値）を読み込む処理である（Ｓ４５）。【００４６】
叙述の如く構成された本実施形態によれば、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して回転軸Ｓのトルクを検出する磁歪式トルクセンサ１１であって、軸表面において第一方向の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する第一検出コイルＬ１と、軸表面において第二方向の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する第二検出コイルＬ２と、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、第一検出コイルＬ１のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる第一発振回路１２と、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、第二検出コイルＬ２のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる第二発振回路１３と、第一発振回路２から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、第一方向の透磁率変化を検出する第一方向透磁率検出手段と、第二発振回路３から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、第二方向の透磁率変化を検出する第二方向透磁率検出手段と、第一方向の透磁率と第二方向の透磁率との差分にもとづいて、回転軸Ｓのトルクを検出するトルク検出手段とを備えるので、トルク検出精度を向上させることができる。【００４７】
つまり、上記のように構成された第一発振回路１２や第二発振回路１３から出力される発振波においては、軸表面の透磁率変化が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、第一方向及び第二方向の透磁率変化を高精度に検出し、その差分から回転軸Ｓのトルクを高精度に検出することが可能になる。また、発振回路１２、１３から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて蓄積された発振波の位相ズレ（透磁率変化）を測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路１２、１３の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路１２、１３の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。【００４８】
また、第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルはＬ２、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、軸表面との間で閉磁路を構成するので、トルクの検出精度をさらに向上させることができる。つまり、本発明の磁歪式トルクセンサ１では、トルクに応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出するので、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、軸表面における検出領域や検出方向を限定することにより、ＳＮ比を高めることができるので、蓄積される誤差成分を抑制し、検出精度を向上させることができる。また、検出コイルＬ１、Ｌ２側で検出方向を限定することができるので、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで縞模様を加工する必要がない。その結果、これらの加工が許容されない回転軸や静止軸であっても、本発明によるトルク検出の適用が可能となる。【００４９】
また、第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルＬ２は、高透磁率材料を用いて形成され、軸表面との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えるので、閉磁路に生じる磁束密度を高めて、軸表面の透磁率変化を高精度に検出することができる。【００５０】
また、第一発振回路１２と第二発振回路１３は、相互干渉を避けるために、交互に駆動されるので、相互干渉による検出精度の低下を回避することができる。しかも、第一検出コイルＬ１の検出領域と第二検出コイルＬ２の検出領域を、相互干渉を考慮することなく、任意に設定することができるので、使用条件に応じた検出領域の最適化が容易となる。【００５１】
また、一回の発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更手段を備えるので、使用条件に応じてカウント数Ｎを変更し、測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを減らすことができる。【００５２】
また、軸表面は、メッキ法により成膜された磁歪膜１５であるため、トルクに応じた磁歪膜１５における磁歪の逆効果にもとづいて、トルクを高精度に検出できるだけでなく、トルク検出におけるヒステリシスを抑えることができる。しかも、本発明の磁歪式トルクセンサ１１では、メッキ法により成膜された磁歪膜（例えば、ニッケルメッキ）であっても、十分な検出精度が得られるので、接着法、スパッタ法、真空蒸着法などでアモルファスなどの磁歪膜を形成する場合に比べ、大幅なコストダウンが図れるだけでなく、ニッケルメッキなどが施された既存の部材（樹脂を含む）を対象として、高精度なトルク検出を行うことができる。【００５３】
［第三実施形態］
つぎに、本発明の第三実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）について、図１１〜図１４を参照して説明する。【００５４】
第三実施形態の磁歪式トルクセンサ１１は、ハード的な構成は第二実施形態と同一であるが、検出回路１４におけるトルク検出処理の処理内容が第二実施形態と相違している。具体的に説明すると、第三実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１１の検出回路１４は、第一検出コイルＬ１に係る第一発振回路１２の基準周波数と、第二検出コイルＬ２に係る第二発振回路１３の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正手段を備えている。このようにすると、発振回路１２、１３間における基準周波数の差にもとづいた誤差を排除し、検出精度をさらに向上させることができる。【００５５】
基準周波数の差による誤差としては、トルク検出処理（差分検出処理）で求めた差分に含まれる０点誤差や、透磁率検出処理（位相ズレ検出処理）で測定した時間に含まれるゲイン誤差がある。図１１は、両発振回路１２、１３の基準周波数が完全に一致し、０点誤差及びゲイン誤差が無い場合を示しており、トルク変動に応じた理想的なトルク検出値（差分）が得られるが、基準周波数が相違していると、図１２に示すように、０トルク時における各発振回路１２、１３の発振波カウント処理測定時間に差が発生し、０トルク時にトルク検出値（差分）が０点を示さないという問題があり、また、基準周波数が相違していると、図１３に示すように、各発振回路１２、１３に係る発振波カウント処理測定時間のゲインが相違し、トルク検出値（差分）がトルク変動に応じた適正な変化率を示さないという問題がある。【００５６】
従って、本実施形態の基準周波数誤差補正手段は、トルク検出処理（差分検出処理）で求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正する。例えば、基準時（０トルク時）における各発振回路１２、１３の発振波カウント処理測定時間から差分を求めると共に、該差分を０点補正値として記憶し、以降のトルク検出毎に、差分から０点補正値を減算することにより、０トルク時のトルク検出値を０とする。【００５７】
また、本実施形態の基準周波数誤差補正手段は、透磁率検出手段（位相ズレ検出手段）の発振波カウント処理測定時間を補正対象とし、該測定時間のゲインを補正する。例えば、基準トルク範囲（例えば、−１００Ｎ・ｍ〜＋１００Ｎ・ｍ）における各発振回路１２、１３の発振波カウント処理測定時間にもとづいて、各発振波カウント処理測定時間の変化量を求めると共に、該変化量を一致させ得るゲイン補正値を演算（記憶）し、以降のトルク検出毎に、一方又は両方の発振波カウント処理測定時間にゲイン補正値を乗算することにより、トルク検出値の変化率を適正化する。【００５８】
つぎに、本実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１１の基準周波数誤差補正手段について、具体的に説明する。図１４に示す第三実施形態のトルク検出処理（トルク検出手段、差分検出手段）では、まず、初期設定（Ｓ５１）を行った後、カウント数変更処理（Ｓ５２）、第一方向透磁率検出処理（Ｓ５３：第一方向透磁率検出手段、第一位相ズレ検出手段）及び第二方向透磁率検出処理（Ｓ５４：第二方向透磁率検出手段、第二位相ズレ検出手段）を順番に実行すると共に、透磁率検出処理（Ｓ５３、Ｓ５４）で得られた第一方向透磁率検出値及び／又は第二方向透磁率検出値にゲイン補正値に乗算する（Ｓ５５：基準周波数誤差補正手段）。そして、ゲイン補正された透磁率検出値の差分を演算すると共に（Ｓ５６）、演算した差分から０点補正値を減算し（Ｓ５７：基準周波数誤差補正手段）、０点補正されたトルク検出値を所定の検出信号形式に変換して出力することにより（Ｓ５８）、一回のトルク検出処理が終了する。【００５９】
［第四実施形態］
つぎに、本発明の第四実施形態に係る金属状態検出装置（引張・圧縮応力センサ）について、図１５を参照して説明する。ただし、第二実施形態と共通の部分については、第二実施形態と同一符号を付し、第二実施形態の説明を援用する。【００６０】
図１５は、本発明の第三実施形態に係る金属状態検出装置（引張・圧縮応力センサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される引張・圧縮応力センサ２１は、第二実施形態の磁歪式トルクセンサ１１と略同じ構成であるが、第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルＬ２の配置方向が第二実施形態の磁歪式トルクセンサ１１と相違している。具体的に説明すると、引張・圧縮応力センサ２１は、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して静止軸Ｓの引張応力及び圧縮応力を検出する応力センサであって、第一検出コイルＬ１は、軸表面において軸方向の透磁率変化を検出するように配置され、第二検出コイルＬ２は、軸表面において周方向の透磁率変化を検出するように配置されている。つまり、軸方向の透磁率は、引張応力及び圧縮応力に応じて背反的に変化するため、第一検出コイルＬ１によって引張応力及び圧縮応力を良好に検出することができる。また、周方向の透磁率は、引張応力及び圧縮応力に応じて殆ど変化しないため、第二検出コイルＬ２によって温度変化を検出し、第一検出コイル１の温度補償を行うことができる。【００６１】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されないことは勿論であって、特許請求の範囲を逸脱しなければ、トルクセンサや引張・圧縮応力センサに限らず、金属の疲労、損傷、欠陥、材質などを検出する金属状態検出装置及び金属状態検出方法に適用できることは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008081571.tif 000013
【図１２】
2008081571.tif 000014
【図１３】
2008081571.tif 000015
【図１４】
2008081571.tif 000016
【図１５】
2008081571.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月18日(2008.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2008081571.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月20日(2008.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、金属の状態を検出する金属状態検出装置であって、金属の状態変化に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルと、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、前記発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路とを備え、該検出回路は、前記発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された前記発振波の位相ズレを測定するにあたり、前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向が異なる二種類の検出コイルを含み、前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かの発信波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第一位相ズレ検出手段と、他方の前記検出コイルに係る複数の発振波をカウントし、該カウント数が前記所定数達したか否かの発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第二位相ズレ検出手段と、前記第一位相ズレ検出手段の測定時間と前記第二位相ズレ検出手段の測定時間との差分を求める差分検出手段とを備えることを特徴とする金属状態検出装置である。このような金属状態検出装置によれば、金属の状態を高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路から出力される発振波においては、金属の磁気的な特性変化（透磁率変化など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて金属の状態を高精度に検出できる。また、発振回路から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。また、一方の検出コイルに係る位相ズレと他方の検出コイルに係る位相ズレとの差分を検出するので、温度誤差や変位誤差を容易に排除することができる。しかも、上記の差分を検出するにあたり、各検出コイルに係る位相ズレを、発振波カウント処理に要した時間として測定し、測定時間の差分を演算するようにしたので、ブリッジ回路などのアナログ回路を介さずに差分処理を行うことができる。その結果、ノイズの影響を低減し、検出精度をさらに向上させることが可能になる。
請求項２の発明は、前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向を限定するために、金属との間で閉磁路を構成し、該閉磁路における透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することを特徴とする請求項１記載の金属状態検出装置である。つまり、本発明の金属状態検出装置では、金属の状態変化に応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出するので、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、金属における検出領域や検出方向を限定することにより、ＳＮ比を高めることができるので、蓄積される誤差成分を抑制し、検出精度を向上させることができる。また、磁歪式トルクセンサなどを構成する場合、検出コイル側で検出方向を限定することができるので、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで縞模様を加工する必要がない。その結果、これらの加工が許容されない回転軸や静止軸であっても、本発明による金属状態検出の適用が可能となる。
請求項３の発明は、前記検出コイルは、高透磁率材料を用いて形成され、金属との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えることを特徴とする請求項２記載の金属状態検出装置である。このような金属状態検出装置によれば、閉磁路に生じる磁束密度を高めて、金属の磁気的な特性変化を高精度に検出することができる。
請求項４の発明は、前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数と、他方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１記載の金属状態検出装置である。このような金属状態検出装置によれば、発振回路間における基準周波数の差にもとづいた誤差を排除し、検出精度をさらに向上させることができる。
請求項５の発明は、前記基準周波数誤差補正手段は、前記差分検出手段が求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正することを特徴とする請求項４記載の金属状態検出装置である。このような金属状態検出装置によれば、前記基準周波数の差にもとづいて発生する差分の０点誤差を解消し、検出精度をさらに向上させることができる。
請求項６の発明は、前記基準周波数誤差補正手段は、前記第一位相ズレ検出手段及び／又は前記第二位相ズレ検出手段の測定時間を対象とし、該測定時間のゲインを補正することを特徴とする請求項４又は５記載の金属状態検出装置である。このような金属状態検出装置によれば、前記基準周波数の差にもとづいて発生する各測定時間のゲイン誤差を解消し、検出精度をさらに向上させることができる。
請求項７の発明は、前記検出回路は、一回の前記発振波カウント処理における前記発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更手段を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１記載の金属状態検出装置である。このような金属状態検出装置によれば、使用条件に応じてカウント数Ｎを変更し、測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを減らすことができる。
請求項８の発明は、前記金属は、メッキ法により成膜された磁歪膜であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１記載の金属状態検出装置である。このような金属状態検出装置によれば、応力に応じた磁歪膜における磁歪の逆効果にもとづいて、応力を高精度に検出できるだけでなく、応力検出におけるヒステリシスを抑えることができる。しかも、本発明の金属状態検出装置では、メッキ法により成膜された磁歪膜（例えば、ニッケルメッキ）であっても、十分な検出精度が得られるので、接着法、スパッタ法、真空蒸着法などでアモルファスなどの磁歪膜を形成する場合に比べ、大幅なコストダウンが図れるだけでなく、ニッケルメッキなどが施された既存の部材（樹脂を含む）を対象として、高精度な応力検出を行うことができる。
請求項９の発明は、金属の状態を検出する金属状態検出方法であって、金属の状態変化に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルと、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、前記発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路とを用い、前記発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された前記発振波の位相ズレを測定するにあたり、前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向が異なる二種類の検出コイルを含み、前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かの発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第一位相ズレ検出処理を実行し、他方の前記検出コイルに係る複数の発振波をカウントし、該カウント数が前記所定数Ｎに達したか否かの発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第二位相ズレ検出処理を実行し、前記第一位相ズレ検出処理の測定時間と前記第二位相ズレ検出処理の測定時間との差分を求める差分検出処理を実行することを特徴とする金属状態検出方法である。このような金属状態検出方法によれば、金属の状態を高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路から出力される発振波においては、金属の磁気的な特性変化（透磁率変化など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて金属の状態を高精度に検出できる。また、発振回路から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。また、一方の検出コイルに係る位相ズレと他方の検出コイルに係る位相ズレとの差分を検出するので、温度誤差や変位誤差を容易に排除することができる。しかも、上記の差分を検出するにあたり、各検出コイルに係る位相ズレを、発振波カウント処理に要した時間として測定し、測定時間の差分を演算するようにしたので、ブリッジ回路などのアナログ回路を介さずに差分処理を行うことができる。その結果、ノイズの影響を低減し、検出精度をさらに向上させることが可能になる。
請求項１０の発明は、前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向を限定するために、金属との間で閉磁路を構成し、該閉磁路における透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することを特徴とする請求項９記載の金属状態検出方法である。このような金属状態検出方法によれば、金属における検出領域や検出方向を限定し、検出精度をさらに向上させることができる。つまり、本発明の金属状態検出方法では、金属の状態変化に応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出するので、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、金属における検出領域や検出方向を限定することにより、ＳＮ比を高めることができるので、蓄積される誤差成分を抑制し、検出精度を向上させることができる。また、磁歪式トルクセンサなどを構成する場合、検出コイル側で検出方向を限定することができるので、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで縞模様を加工する必要がない。その結果、これらの加工が許容されない回転軸や静止軸であっても、本発明による金属状態検出の適用が可能となる。
請求項１１の発明は、前記検出コイルは、高透磁率材料を用いて形成され、金属との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えることを特徴とする請求項１０記載の金属状態検出方法である。このような金属状態検出方法によれば、閉磁路に生じる磁束密度を高めて、金属の磁気的な特性変化を高精度に検出することができる。
請求項１２の発明は、前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数と、他方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正処理を行うことを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１記載の金属状態検出方法である。このような金属状態検出方法によれば、発振回路間における基準周波数の差にもとづいた誤差を排除し、検出精度をさらに向上させることができる。
請求項１３の発明は、前記基準周波数誤差補正処理は、前記差分検出処理で求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正することを特徴とする請求項１２記載の金属状態検出方法である。このような金属状態検出方法によれば、前記基準周波数の差にもとづいて発生する差分の０点誤差を解消し、検出精度をさらに向上させることができる。
請求項１４の発明は、前記基準周波数誤差補正処理は、前記第一位相ズレ検出処理及び／又は前記第二位相ズレ検出処理の測定時間を補正対象とし、該測定時間のゲインを補正することを特徴とする請求項１２又は１３記載の金属状態検出方法である。このような金属状態検出方法によれば、前記基準周波数の差にもとづいて発生する各測定時間のゲイン誤差を解消し、検出精度をさらに向上させることができる。
請求項１５の発明は、前記検出回路は、一回の前記発振波カウント処理における前記発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更処理を行うことを特徴とする請求項９〜１４の何れか１記載の金属状態検出方法である。このような金属状態検出方法によれば、使用条件に応じてカウント数Ｎを変更し、測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理におけるカウント数Ｎを減らすことができる。
請求項１６の発明は、前記金属は、メッキ法により成膜された磁歪膜であることを特徴とする請求項９〜１５の何れか１記載の金属状態検出方法である。このような金属状態検出方法によれば、応力に応じた磁歪膜における磁歪の逆効果にもとづいて、応力を高精度に検出できるだけでなく、応力検出におけるヒステリシスを抑えることができる。しかも、本発明の金属状態検出方法では、メッキ法により成膜された磁歪膜（例えば、ニッケルメッキ）であっても、十分な検出精度が得られるので、接着法、スパッタ法、真空蒸着法などでアモルファスなどの磁歪膜を形成する場合に比べ、大幅なコストダウンが図れるだけでなく、ニッケルメッキなどが施された既存の部材（樹脂を含む）を対象として、高精度な応力検出を行うことができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【図１】参考例に係る金属状態検出装置（簡易式トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。
【図２】発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図である。
【図３】発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。
【図４】検出回路の検出処理手順を示すフローチャートである。
【図５】検出回路のカウント数設定処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第一実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。
【図７】検出回路におけるトルク検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】検出回路における設定数変更処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】検出回路における第一方向透磁率検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】検出回路における第二方向透磁率検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】基準周波数誤差補正が不要な場合を示すグラフ図である。
【図１２】基準周波数誤差補正（０点補正）の作用を示すグラフ図である。
【図１３】基準周波数誤差補正（ゲイン補正）の作用を示すグラフ図である。
【図１４】本発明の第二実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）のトルク検出処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第三実施形態に係る金属状態検出装置（引張・圧縮応力センサ）の構成を示すブロック図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
［参考例］
図１は、参考例に係る金属状態検出装置（簡易式トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される金属状態検出装置は、少なくとも軸表面が金属で形成される回転軸Ｓ（又は静止軸）を対象とし、該回転軸Ｓに生じるトルク（捻り応力）を検出する簡易式のトルクセンサ１であって、検出コイルＬ、発振回路２及び検出回路３を備えて構成されている。なお、本実施形態のトルクセンサ１は、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用してトルク検出を行う磁歪式トルクセンサであるが、トルクの極性検出機能や温度補償機能を備えていないため、簡易式と称する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
叙述の如く構成された参考例によれば、回転軸Ｓのトルクを検出するトルクセンサ１であって、回転軸Ｓのトルクに応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルＬと、検出コイルＬのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路２と、発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路３とを備え、該検出回路３は、発振回路２から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、回転軸Ｓのトルクを高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路２から出力される発振波においては、トルクに応じた回転軸Ｓの磁気的な特性変化（透磁率変化など）が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、発振波の数だけ蓄積されるので、蓄積された位相ズレにもとづいて回転軸Ｓのトルクを高精度に検出できる。また、発振回路２から出力される発振波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するので、発振波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて高精度に測定することができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路２の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路２の基準周波数を最適化しつつ、高分解能の応力検出を行うことができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
［第一実施形態］
つぎに、本発明の第一実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）について、図６〜図１０を参照して説明する。ただし、基本的な応力の検出原理は、参考例と同様であるため、参考例の説明を援用する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図６は、本発明の第一実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される磁歪式トルクセンサ１１は、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して回転軸Ｓ（又は静止軸）のトルクを検出するものであり、第一検出コイルＬ１、第二検出コイルＬ２、第一発振回路１２、第二発振回路１３及び検出回路１４を備えて構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
［第二実施形態］
つぎに、本発明の第二実施形態に係る金属状態検出装置（磁歪式トルクセンサ）について、図１１〜図１４を参照して説明する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
第二実施形態の磁歪式トルクセンサ１１は、ハード的な構成は第一実施形態と同一であるが、検出回路１４におけるトルク検出処理の処理内容が第一実施形態と相違している。具体的に説明すると、第二実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１１の検出回路１４は、第一検出コイルＬ１に係る第一発振回路１２の基準周波数と、第二検出コイルＬ２に係る第二発振回路１３の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正手段を備えている。このようにすると、発振回路１２、１３間における基準周波数の差にもとづいた誤差を排除し、検出精度をさらに向上させることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
つぎに、本実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１１の基準周波数誤差補正手段について、具体的に説明する。図１４に示す第二実施形態のトルク検出処理（トルク検出手段、差分検出手段）では、まず、初期設定（Ｓ５１）を行った後、カウント数変更処理（Ｓ５２）、第一方向透磁率検出処理（Ｓ５３：第一方向透磁率検出手段、第一位相ズレ検出手段）及び第二方向透磁率検出処理（Ｓ５４：第二方向透磁率検出手段、第二位相ズレ検出手段）を順番に実行すると共に、透磁率検出処理（Ｓ５３、Ｓ５４）で得られた第一方向透磁率検出値及び／又は第二方向透磁率検出値にゲイン補正値に乗算する（Ｓ５５：基準周波数誤差補正手段）。そして、ゲイン補正された透磁率検出値の差分を演算すると共に（Ｓ５６）、演算した差分から０点補正値を減算し（Ｓ５７：基準周波数誤差補正手段）、０点補正されたトルク検出値を所定の検出信号形式に変換して出力することにより（Ｓ５８）、一回のトルク検出処理が終了する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
［第三実施形態］
つぎに、本発明の第三実施形態に係る金属状態検出装置（引張・圧縮応力センサ）について、図１５を参照して説明する。ただし、第一実施形態と共通の部分については、第一実施形態と同一符号を付し、第一実施形態の説明を援用する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図１５は、本発明の第三実施形態に係る金属状態検出装置（引張・圧縮応力センサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される引張・圧縮応力センサ２１は、第一実施形態の磁歪式トルクセンサ１１と略同じ構成であるが、第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルＬ２の配置方向が第一実施形態の磁歪式トルクセンサ１１と相違している。具体的に説明すると、引張・圧縮応力センサ２１は、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して静止軸Ｓの引張応力及び圧縮応力を検出する応力センサであって、第一検出コイルＬ１は、軸表面において軸方向の透磁率変化を検出するように配置され、第二検出コイルＬ２は、軸表面において周方向の透磁率変化を検出するように配置されている。つまり、軸方向の透磁率は、引張応力及び圧縮応力に応じて背反的に変化するため、第一検出コイルＬ１によって引張応力及び圧縮応力を良好に検出することができる。また、周方向の透磁率は、引張応力及び圧縮応力に応じて殆ど変化しないため、第二検出コイルＬ２によって温度変化を検出し、第一検出コイル１の温度補償を行うことができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の状態を検出する金属状態検出装置であって、
金属の状態変化に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルと、
所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、
前記発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路とを備え、
該検出回路は、
前記発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された前記発振波の位相ズレを測定するにあたり、
前記検出コイルは、
前記金属における検出領域及び／又は検出方向が異なる二種類の検出コイルを含み、
前記検出回路は、
一方の前記検出コイルに係る複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かの発信波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第一位相ズレ検出手段と、
他方の前記検出コイルに係る複数の発振波をカウントし、該カウント数が前記所定数に達したか否かの発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第二位相ズレ検出手段と、
前記第一位相ズレ検出手段の測定時間と前記第二位相ズレ検出手段の測定時間との差分を求める差分検出手段とを備える
ことを特徴とする金属状態検出装置。
【請求項２】
前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向を限定するために、金属との間で閉磁路を構成し、該閉磁路における透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することを特徴とする請求項１記載の金属状態検出装置。
【請求項３】
前記検出コイルは、高透磁率材料を用いて形成され、金属との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えることを特徴とする請求項２記載の金属状態検出装置。
【請求項４】
前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数と、他方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１記載の金属状態検出装置。
【請求項５】
前記基準周波数誤差補正手段は、前記差分検出手段が求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正することを特徴とする請求項４記載の金属状態検出装置。
【請求項６】
前記基準周波数誤差補正手段は、前記第一位相ズレ検出手段及び／又は前記第二位相ズレ検出手段の測定時間を対象とし、該測定時間のゲインを補正することを特徴とする請求項４又は５記載の金属状態検出装置。
【請求項７】
前記検出回路は、一回の前記発振波カウント処理における前記発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更手段を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１記載の金属状態検出装置。
【請求項８】
前記金属は、メッキ法により成膜された磁歪膜であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１記載の金属状態検出装置。
【請求項９】
金属の状態を検出する金属状態検出方法であって、
金属の状態変化に応じてインダクタンスが変化するように配置される検出コイルと、
所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路と、
前記発振波の位相ズレを蓄積させて測定する検出回路とを用い、
前記発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された前記発振波の位相ズレを測定するにあたり、
前記検出コイルは、
前記金属における検出領域及び／又は検出方向が異なる二種類の検出コイルを含み、
前記検出回路は、
一方の前記検出コイルに係る複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かの発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第一位相ズレ検出処理を実行し、
他方の前記検出コイルに係る複数の発振波をカウントし、該カウント数が前記所定数Ｎに達したか否かの発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間を測定する第二位相ズレ検出処理を実行し、
前記第一位相ズレ検出処理の測定時間と前記第二位相ズレ検出処理の測定時間との差分を求める差分検出処理を実行する
ことを特徴とする金属状態検出方法。
【請求項１０】
前記検出コイルは、前記金属における検出領域及び／又は検出方向を限定するために、金属との間で閉磁路を構成し、該閉磁路における透磁率の変化をインダクタンス変化として検出することを特徴とする請求項９記載の金属状態検出方法。
【請求項１１】
前記検出コイルは、高透磁率材料を用いて形成され、金属との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えることを特徴とする請求項１０記載の金属状態検出方法。
【請求項１２】
前記検出回路は、一方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数と、他方の前記検出コイルに係る前記発振回路の基準周波数との差にもとづく誤差を補正する基準周波数誤差補正処理を行うことを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１記載の金属状態検出方法。
【請求項１３】
前記基準周波数誤差補正処理は、前記差分検出処理で求めた差分を補正対象とし、該差分の０点を補正することを特徴とする請求項１２記載の金属状態検出方法。
【請求項１４】
前記基準周波数誤差補正処理は、前記第一位相ズレ検出処理及び／又は前記第二位相ズレ検出処理の測定時間を補正対象とし、該測定時間のゲインを補正することを特徴とする請求項１２又は１３記載の金属状態検出方法。
【請求項１５】
前記検出回路は、一回の前記発振波カウント処理における前記発振波のカウント数Ｎを変更するカウント数変更処理を行うことを特徴とする請求項９〜１４の何れか１記載の金属状態検出方法。
【請求項１６】
前記金属は、メッキ法により成膜された磁歪膜であることを特徴とする請求項９〜１５の何れか１記載の金属状態検出方法。
【国際調査報告】
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