(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象物に固定された磁歪部材からの磁束漏れの変化に基づき、その検知対象物に作用する力を検知する磁歪力センサにおいて、
上記磁歪部材を検知対象物に押圧固定するための押圧固定部材と、
押圧固定部材による磁歪部材の押圧力を、その磁歪部材に塑性変化を生じさせないように制限する押圧力制限部材とを有することを特徴とする磁歪力センサ。
【請求項２】
磁歪部材に対する押圧力は、歪換算で５００ｐｐｍ以下となるように制限していることを特徴とする請求項１に記載の磁歪力センサ。
【請求項３】
押圧力制限部材は、押圧固定部材に当接することにより、その押圧固定部材による磁歪部材の押圧を制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁歪力センサ。
【請求項４】
押圧力制限部材を検知対象物に一体的に形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁歪力センサ。
【請求項５】
磁歪部材が板状体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁歪力センサ。
【請求項６】
磁歪部材が円環体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁歪力センサ。
【請求項７】
円環体にした磁歪部材を軸状体にした検知対象物に隙間嵌めによって嵌合させていることを特徴とする請求項６に記載の磁歪力センサ。
【請求項８】
押圧力制限部材と磁歪部材との間に区画形成される間隙に、それらの相対的な変位を防止するための接着剤を介在させていることを特徴とする請求項７に記載の磁歪力センサ。
【請求項９】
押圧力制限部材又は磁歪部材若しくはそれら双方に接着剤を溜めておく接着剤溜めが形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁歪力センサ。
【請求項１０】
接着剤にフィラーを混入していることを特徴とする請求項８又は９に記載の磁歪力センサ。
【請求項１１】
接着剤溜めが、軸状体と平行に長い溝として形成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の磁歪力センサ。
【請求項１２】
磁歪部材及び押圧力制限部材にセレーションが形成されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の磁歪力センサ。
【請求項１３】
セレーションの高さは、磁歪部材の肉厚の１/４以下であることを特徴とする請求項１２に記載の磁歪力センサ。
【請求項１４】
磁歪部材を除き、非磁性材で形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の磁歪力センサ。
【請求項１５】
非磁性材はオーステナイト系ステンレスであることを特徴とする請求項１４に記載の磁歪力センサ。
【請求項１６】
磁歪部材はＦｅＧａＡｌ合金又はＦｅＣｏＶ合金であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の磁歪力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のミッションの出力軸に働くトルクを逆磁歪効果により非接触で検出する磁歪力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の制御には廉価で小型な力センサの要望が潜在的にあり、研究開発されてきている。例えばブレーキ力が検知できると車輌の総合制御が可能になり、省燃費な車輌の実現につなげることができるため、本出願人等は既に逆磁歪効果を用いたセンサを提案している。
【０００３】
また、トルクセンサのニーズも強い。電動パワーステアリングにはトルクセンサが必須であり、変位方式のトルクセンサが採用されているが、低価格化の要望が強く、磁歪トルクセンサの開発が多くなされてきている。
【０００４】
さらに、次世代のステアリングであるステア・バイ・ワイヤにおいても廉価なトルクセンサの要望も強い。将来的には電動車が普及することから、省電力センサであることも重要な要件であるため、本出願人等はリング方式の磁歪トルクセンサを開発し提案してきている。
【０００５】
これまで提案してきた磁歪力センサにおいても、さらに感度を高めた実用センサの要望がある。すなわち、感度が高いということは低コスト化につながり、信号処理コストの点で有利となるためである。
【０００６】
特に温度特性の確保の点で有利であり、より大きな磁歪を有する合金を採用することが解決策のひとつであるので適用を検討したが、大きな磁歪を有する合金は良好な機械的な特性を兼ね備えているとは限らず、良好な特性を得ることができないものであった。
【０００７】
ところで、この種の磁歪力センサとして、特許文献１，２に開示された構成のものがある。図１１（Ａ）は、特許文献１に開示されている磁歪応力センサを概略的に示す模式図、（Ｂ）は、ホールＩＣの出力と力との関係を示すグラフである。また、図１２（Ａ）は、特許文献２に開示されている磁歪トルクセンサを概略的に示す模式図、（Ｂ）は、ホールＩＣの出力とトルクとの関係を示すグラフである。
【０００８】
まず、特許文献１に開示されている磁歪応力センサは、図１１（Ａ）に示すように、磁歪板１の一側方に永久磁石２を、また、他側方に永久磁石２の漏れ磁束を検出するためのホールＩＣ３をそれぞれ配置したものである。
上記の構成においては、図１１（Ｂ）に示すように、磁歪板１に圧縮力が働くことにより増加する漏れ磁束によって、応力を検知することができる。
【０００９】
特許文献２に開示されている磁歪トルクセンサは、図１２（Ａ）に示すように、周方向に着磁された磁歪リング４を軸５に嵌合したものである。
この構成においては、軸５にトルクをかけると磁歪リング４から漏れ磁束が発生するので、図示のように配置したホールＩＣ３によって検知して、図１２（Ｂ）に示すように、印加トルクの方向に対応した信号を得ることができる。
なお、軸５に嵌合されている磁歪リング４には周方向に引張応力が作用しているので、周方向には着磁成分がより多く残っており、応力誘起の磁気異方性を活用しているわけである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８‐２６８１７５号公報
【特許文献２】特開２００８‐０２６２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記いずれの磁歪力センサであっても、磁歪板１や磁歪リング４等の磁歪部材に塑性変形が生じることによって磁歪特性が劣化してしまい、良好なセンサ特性を確保できないという欠点がある。
【００１２】
そこで本発明は、検知対象物に磁歪部材を固定するとともに、その磁歪部材に塑性変形が生じないようにして、良好なセンサ特性を確保できる磁歪力センサの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明は、検知対象物に固定された磁歪部材からの磁束漏れの変化に基づき、上記検知対象物に作用する力を検知する磁歪力センサであり、上記磁歪部材を検知対象物に押圧固定するための押圧固定部材と、押圧固定部材による磁歪部材の押圧力を、その磁歪部材に塑性変化を生じさせないように制限する押圧力制限部材とを有している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、押圧固定部材によって磁歪部材を検知対象物に押圧固定するときに、押圧固定部材による磁歪部材の押圧固定力を塑性変形が生じないように制限しているので、良好なセンサ特性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一例に係る磁歪力センサの基本構造を示す断面図である。
【図２】同上の一例に係る磁歪力センサを適用した第一の実施形態に係る磁歪応力センサの概略構成を示す断面図である。
【図３】磁歪部材の磁歪特性を測定するための応力印加治具を示す斜視図である。
【図４】塑性変形を生じていない磁歪部材の磁歪と歪との関係を示す図である。
【図５】塑性変形を生じている磁歪部材の磁歪と歪との関係を示す図である。
【図６】本発明の他例に係る磁歪力センサの基本構造を示す断面図である。
【図７】本発明の他例に係る磁歪力センサを適用した第一の実施形態に係る磁歪トルクセンサの概略構成を示す外観斜視図である。
【図８】図７に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。
【図９】同上の他例に係る磁歪力センサを適用した第一の実施形態に係る磁歪トルクセンサの分解斜視図である。
【図１０】（Ａ）は、本発明の他例に係る磁歪力センサを適用した第二の実施形態に係る磁歪トルクセンサ、（Ｂ）は、本発明の他例に係る磁歪力センサを適用した第三の実施形態に係る磁歪トルクセンサの構造を示すそれぞれ分解斜視図である。
【図１１】（Ａ）は、特許文献１に開示されている磁歪応力センサを概略的に示す模式図、（Ｂ）は、ホールＩＣの出力と力との関係を示すグラフである。
【図１２】（Ａ）は、特許文献２に開示されている磁歪トルクセンサを概略的に示す模式図、（Ｂ）は、ホールＩＣの出力とトルクとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一例に係る磁歪力センサの基本構造を示す断面図、図２は、本発明の一例に係る磁歪力センサを適用した第一の実施形態に係る磁歪応力センサの概略構成を示す断面図である。
【００１７】
本発明の一例に係る磁歪力センサＡは、検知対象物１０に固定された磁歪部材２０からの磁束漏れの変化に基づき、その磁歪部材２０に作用する力を検知するためのものである。
すなわち、磁歪力センサＡは、図１に示すように、磁歪部材２０を検知対象物１０に押圧固定するための押圧固定部材３０，３０と、これら押圧固定部材３０，３０による磁歪部材２０の押圧力を、その磁歪部材２０に塑性変化を生じさせないように制限する押圧力制限部材４０とを有した構造となっている。
なお、図１において示す二つの矢印は、押圧固定部材３０，３０による押圧力の作用方向を示している。
【００１８】
上記の磁歪力センサＡを適用した第一の実施形態に係る磁歪応力センサＡ１は、図２に示すように、上記した検知対象物１０、磁歪部材２０、一対の押圧固定部材３０，３０及び押圧力制限部材４０に加え、永久磁石５０と磁気ピックアップであるホールＩＣ６０とを有して構成されている。
【００１９】
検知対象物１０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３等のオーステナイト系ステンレス（非磁性材）で形成されており、上面１０ａに押圧力制限部材４０を一体的に突設した片持ち梁を一例として示している。なお、本実施形態においては、検知対象物を「片持ち梁」という。
なお、「一体的」とは、本実施形態に示すような押圧力制限部材４０を片持ち梁１０と一体に形成したものの他、それらを別体に形成したものを含んでいる。
本実施形態に示すように、押圧力制限部材４０を片持ち梁１０と一体に形成することにより、製造を容易に行なうことができる。
【００２０】
磁歪部材２０は、長さＷ１にした方形の板状体として形成され、片持ち梁１０に作用する力Ｆによって磁束漏れが変化する機能を有するものである。本実施形態においては、ＦｅＧａＡｌ合金又はＦｅＣｏＶ合金で形成することにより、磁気の検知感度を高めている。
【００２１】
押圧力制限部材４０は、これに押圧固定部材３０，３０が当接することにより、それらの押圧固定部材３０，３０による磁歪部材２０の押圧を制限するものである。
【００２２】
すなわち、押圧力制限部材４０は、磁歪部材２０の長さＷ１よりも狭い所要の長さＷ２及び高さＨにした断面横長方形にし、かつ、片持ち梁１０のほぼ中央部分に配設されている。
「所要の長さＷ２」は、磁歪部材２０の長さＷ１よりも歪に換算して５００ｐｐｍだけ短い寸法である。  
【００２３】
図３は、磁歪部材の磁歪特性を測定するための応力印加治具を示す斜視図である。
図示の応力印加治具は、上側部材６と下側部材７との間に、試験片８を挟み込んで圧縮応力と歪との関係を得るものである。
【００２４】
磁歪部材２０として採用する磁歪合金の成分及びヤング率は以下の通りである。
磁歪部材２０として採用する磁歪合金は、Ｆｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２、Ｆｅ８０Ｇａ１５Ａｌ５，（Ｆｅ８０Ｇａ１５Ａｌ５）９９Ｚｒ０．５Ｃ０．５の３種類であり、磁歪特性を発現させるための焼鈍後におけるヤング率は、それぞれ１７０ＧＰａ、１２４ＧＰａ、１３２ＧＰａであった。Ｆｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２合金は８５０℃で３時間の熱処理後であった。ＦｅＧａＡｌ系は１１００℃で１時間溶体化処理を行ったものを、試験片加工後に５５０℃で２．５時間熱処理した。
【００２５】
これらの合金における磁歪の可逆性について検討した。図４は、塑性変形を生じていない磁歪部材の磁歪と歪との関係を示す図、図５は、塑性変形を生じている磁歪部材の磁歪と歪との関係を示す図である。
なお、図４における−部分は磁場印可方向と垂直方向の磁歪の圧縮応力依存性であり、垂直方向に貼った歪ゲージで測定した磁歪（飽和値）を示す。また、図５における−部分も同様であり、データが２本あるのは歪ゲージを貼る場所を変えて測定した結果である。
【００２６】
１２ｍｍ角、厚さ１ｍｍの板状体にした試験片８を作製して歪ゲージを貼り、圧縮応力をかけながら、磁歪測定を繰り返した。
磁場印加の方向、圧縮の方向、歪の測定方向は平行である。磁場は約＋／−８ｋＧ印加した。磁場を印加するとよく知られたバタフライ形の磁歪曲線が得られる。Ｆｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２合金における、飽和に達した磁歪の値（最大印加磁場での値）を、試験片８の圧縮歪に対してプロットしたものを図４に（ア）で示している。
【００２７】
圧縮応力ゼロでの磁歪は約８０ｐｐｍであったが、圧縮応力を印加したときには、約１５０ｐｐｍまで増大している。なお、圧縮応力は試験片８に貼った歪ゲージ（磁歪測定と同じ）で検知している（圧縮応力は圧縮歪で代用）。磁区が圧縮応力により動くことにより、このような変化となると解釈される。すなわち、圧縮応力により磁区分布が変わるのである。
【００２８】
ところで、圧縮歪約５００ｐｐｍでは図示のように応力ゼロで磁歪の値はもとに戻っている。しかし、図示してはいないが、さらに大きな歪を加えた場合には応力ゼロでもとに戻らなくなる。すなわち、可逆な磁歪挙動が得られるのは５００ｐｐｍまでであると結論できる。
また、図５には、歪の入った（塑性変形してしまった）試験片での結果を（イ）で示す。この場合には圧縮応力依存性があまりない。すなわち、塑性変形してしまうと磁区が動きにくくなると結論できる。
【００２９】
以上では、ＦｅＣｏＶ合金に関した結果のみを示したが、ＦｅＧａＡｌ系についても同様であった。
以上の検討実験により、これらの合金を磁歪力センサに使用する場合、装着時に塑性変形が入ると感度が落ちてしまうこと、塑性変形しない場合でも、５００ｐｐｍ以上の大きな力が加わると、出力の再現性がなくなる（感度低下も伴う、可逆でなくなる）ことがわかった。
【００３０】
５００ｐｐｍのときの磁歪部材に発生している応力はヤング率に歪をかけると求めることができる。ちなみにＦｅＣｏＶ系では約８０ＭＰａ、ＦｅＧａＡｌ系では約６０〜７０ＭＰａである。すなわち、磁歪力センサにおける磁歪部材の歪、応力としてはこれらの値以下となるようにするのが設計指針となる。
【００３１】
従って、押圧固定部材３０，３０による磁歪部材２０の押圧力を、その磁歪部材２０に塑性変化を生じさせず、また、５００ｐｐｍ以上の大きな力が加わらないように制限している。
【００３２】
また、片持ち梁１０をＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３等で形成した場合、磁歪部材２０との熱膨張差が約７ｐｐｍ／℃程度あるので、低温になると更に磁歪部材２０が圧縮されて歪むことになるから、この熱膨張差分と、実際に計測する力による歪分の両方を考慮して、最悪でも５００ｐｐｍを大幅に超えないようにして、押圧力制限部材４０の長さＷ２を設定することとなる。
なお、実際には磁歪部材２０と押圧固定部材３０とは弾性的な押圧状態になるので、１００ｐｐｍ程度未満の計算上の超過は許容される。
【００３３】
ところで、上記した押圧力制限部材４０の中心軸線Ｏ１には、片持ち梁１０の下面１０ｂに連通する連通孔１１が一致して形成されており、その連通孔１１内には、その中心軸線Ｏ１に一致し、かつ、磁歪部材２０と所要の距離をもって永久磁石５０が配設されている。
【００３４】
また、磁歪部材２０の上側には、中心軸線Ｏ１に一致し、かつ、所要の間隙をおいてホールＩＣ６０が配設されている。
換言すると、磁歪部材２０を挟む上下に、この磁歪部材２０とそれぞれ所要の間隙をおいて、永久磁石５０とホールＩＣ６０とを配設している。
【００３５】
本実施形態においては、永久磁石５０とホールＩＣ６０とが、磁歪部材２０からの磁束漏れの変化を検知するための磁気検知部を構成しており、そのホールＩＣ６０には、図示しない磁気検知回路が接続されている。
【００３６】
押圧固定部材３０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３等のオーステナイト系ステンレス（非磁性材）で形成されたものであり、起立形成した当接部３０ａと、固定部３０ｂとを断面Ｌ字形に構成したものである。
押圧固定部材３０，３０は、片持ち梁１０の上面１０ａに突設された爪１０ｃ，１０ｃに固定部３０ｂを挟入してかしめることによって、片持ち梁１０に固定されるようになっている。
【００３７】
すなわち、押圧固定部材３０，３０は、押圧力制限部材４０及び磁歪部材２０を挟む両側に配置されており、その磁歪部材２０を、これの両側から押圧（圧縮）して固定するようになっている。
【００３８】
以上の構成からなる磁歪応力センサＡ１の組み付けと検知動作について説明する。
押圧力制限部材４０に磁歪部材２０を配置した状態にして、これらの両側から押圧固定部材３０，３０によって磁歪部材２０を押圧するようにして爪１０ｃ，１０ｃによって固定する。
このとき、押圧固定部材３０，３０は、押圧力制限部材４０に当接することによって磁歪部材２０に塑性変化を生じさせない。これにより、良好なセンサ特性を確保できるようにしている。
【００３９】
上記のようにして組み付けた磁歪応力センサＡ１によれば、片持ち梁１０に、図２に示すような力Ｆが加えられると、その力Ｆに従った応力が生じる。すなわち、片持ち梁１０に力Ｆが働くと磁歪部材２０に圧縮力が生じて漏れ磁束が増加する。
その漏れ磁束の変化をホールＩＣ６０によって検知し、検知処理回路によって処理している。
【００４０】
図６は、本発明の他例に係る磁歪力センサの基本構造を示す断面図、図７は、本発明の他例に係る磁歪力センサを適用した第二の実施形態に係る磁歪トルクセンサの概略構成を示す外観斜視図、図８は、図７に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図、図９は、その第二の実施形態に係る磁歪トルクセンサの分解斜視図である。
【００４１】
本発明の他例に係る磁歪力センサＢは、検知対象物１００に固定された磁歪部材１１０からの磁束漏れの変化に基づき、その検知対象物１００に作用するトルクを検知するためのものである。
この磁歪力センサＢは、図６に示すように、磁歪部材１１０を検知対象物１００に押圧固定するための押圧固定部材１２０，１２０と、これら押圧固定部材１２０，１２０による磁歪部材１１０の押圧力を、その磁歪部材１１０に塑性変化を生じさせないように制限する押圧力制限部材１３０とを有した構造となっている。
【００４２】
上記磁歪力センサＢを適用した第一の実施形態に係る磁歪応力センサＢ１は、上記した検知対象物１００、磁歪部材１１０、一対の押圧固定部材１２０，１２０及び押圧力制限部材１３０に加え、ホールＩＣ６０を有して構成されている。
【００４３】
本実施形態において示す検知対象物１００は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３等のオーステナイト系ステンレス（非磁性材）で形成された軸状体を一例として示したものであり、これに押圧力制限部材１３０が一体に形成されている。なお、以下には、検知対象物を「軸状体」という。
押圧力制限部材１３０の両端部近傍であって、軸状体１００の外周面には、所要の幅にわたり雄ネジ１００ａ，１００ａ（図９参照）が形成されている。
【００４４】
磁歪部材１１０は、長さＷ１にし、かつ、両端を開口した円筒形に形成されており、軸状体１００に作用するトルクによって磁束漏れが変化する機能を有している。
本実施形態においても、ＦｅＧａＡｌ合金又はＦｅＣｏＶ合金で形成することにより、磁気の検知感度を高めている。
【００４５】
この磁歪部材１１０の内周面には、押圧力制限部材１３０、従ってまた、軸状体１００との間において相対的な回転を生じさせないようにしたセレーション１１１が形成されている。
本実施形態に示すセレーション１１１は、両端開口１１０ａ，１１０ａにわたる長さの凸部１１１ａと凹部１１１ｂとを所要の角度間隔で凹凸形成したものであり、図示のものは９０度間隔のものを示している。
【００４６】
押圧力制限部材１３０は、上記の長さＷ１よりも狭い所要の長さＷ２及び軸状体１００よりも大きな直径Ｄにした円柱形のものであり、軸状体１００のほぼ中央部分に一体にして突設されている。
「所要の長さＷ２」は、磁歪部材１１０の長さＷ１よりも歪に換算して５００ｐｐｍだけ短い寸法である。
【００４７】
これにより、押圧固定部材１２０，１２０による磁歪部材１１０の押圧力を、磁歪部材１１０に塑性変化を生じさせないように制限している。
また、上記押圧力制限部材１３０の外周面には、上記凸部１１１ａと凹部１１１ｂに嵌合する形状にした凸部１３１ａと凹部１３１ｂとからなるセレーション１３１が形成されている。
【００４８】
上記したセレーション１１１，１３１は、本実施形態に示すように四つ程度あれば十分である。
凸部１１１ａと凹部１１１ｂの高さ又は低さは小さい方が望ましい。すなわち、磁歪部材１１０は周方向に着磁して使用されるから、その周方向に肉厚分布が大きいと着磁ムラが生じるからである。
また、セレーション１１１，１３１の高さとしては、磁歪部材１１０の肉厚ｔ(図８参照)の１／４以下が目安である。このようなセレーション１１１，１３１がある場合にも、磁歪部材１１０と押圧力制限部材１３０は隙間嵌めとする。
【００４９】
換言すると、押圧力制限部材１３０と磁歪部材１１０とは隙間嵌め状態で互いに嵌装固定している。
すなわち、軸状体１００をＳＵＳとした場合には、上記のように熱膨張差が７ｐｐｍ／℃あるので、１００℃温度が上がると７００ｐｐｍだけ軸状体１００が径方向に膨張する。
従って、ぴったり嵌装している場合には磁歪部材１１０にかかる歪が５００ｐｐｍ程度を超えてしまう。すなわち、磁歪部材１１０にかかる歪は５００ｐｐｍ程度以内に抑える必要があるからである。
【００５０】
他方、低温になった場合、磁歪部材１１０は軸方向に圧縮されるから、この分を考慮して押圧力制限部材１３０の長さＷ２を設定する必要がある。具体的には、−４０℃程度まで使用する磁歪トルクセンサでは、室温との温度差が６０℃あるので、磁歪部材１１０はさらに４２０ｐｐｍ程度圧縮されることになるので、押圧力制限部材１３０の長さＷ２は歪換算で１００〜２００ｐｐｍ程度短くしなければならない。
【００５１】
本実施形態においては、軸状体１００のねじりトルクを磁歪部材１１０により有効に伝達するために、磁歪部材１１０と押圧力制限部材１３０との隙間全域に接着剤（図示しない）を介在させている。
【００５２】
磁歪部材１１０の一端部近傍には、所要の間隙をおいて上記したものと同等のホールＩＣ６０が配設されている。
【００５３】
本実施形態においては、ホールＩＣ６０が、磁歪部材１１０からの磁束漏れの変化を検知するための磁気検知部を構成しており、そのホールＩＣ６０には、図示しない磁気検知回路が接続されていることは、上記したものと同様である。
【００５４】
押圧固定部材１２０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３等のオーステナイト系ステンレス（非磁性材）で形成されたものであり、磁歪部材１１０と同径にした大径部１２０ａと、これよりも小さい小径部１２０ｂとを同軸的に連成した外形にし、かつ、中心にＳＵＳ製の軸状体１００に嵌装するため嵌合用孔１２１を穿設した異形の円筒形にしている。
嵌合用孔１２１の内周面には、上記軸状体１００に形成した雄ネジ１００ａに螺合する雌ネジ１２１ａが形成されている。
【００５５】
すなわち、押圧固定部材１２０，１２０は、押圧力制限部材１３０及び磁歪部材１１０を挟む両側に配置されており、その磁歪部材１１０を、これの両側から螺合押圧して固定するようになっている。
なお、押圧固定部材１２０を軸状体１００にかしめることによって固定してもよい。
【００５６】
以上の構成からなる磁歪トルクセンサＢ１の組み付けと検知動作について説明する。
押圧力制限部材１３０に磁歪部材１１０を嵌装しておき、これらの両側から押圧固定部材１２０，１２０を螺入する。
螺入された押圧固定部材１２０，１２０が磁歪部材１１０に当接した後もさらに螺進させると、今度は、押圧力制限部材１３０に当接し、これにより磁歪部材１１０に塑性変化を生じさせない。これにより、良好なセンサ特性を確保している。
【００５７】
上記のようにして組み付けた磁歪トルクセンサＢ１によれば、磁歪部材１１０が周方向に磁化しているので、これにトルクが働くと＋／−４５度方向に引張・圧縮応力が働き、磁化が４５度方向に倒れる（引張応力方向を向く）ことから、磁歪部材１１０の端面に磁極が出て、漏れ磁束がトルクとともに出てくる。
その漏れ磁束の変化がホールＩＣ６０によって検知され、検知処理回路によって処理される。
【００５８】
上記した各実施形態に係る磁歪力センサによれば、次の各効果を得ることができる。
１）押圧固定部材によって磁歪部材を検知対象物に押圧固定するとき、押圧固定部材による磁歪部材の押圧力を、その磁歪部材に塑性変化を生じさせないように制限しているので、磁歪部材に塑性変形を生じさせることがなく、これにより良好なセンサ特性を確保できる。
【００５９】
２）磁歪部材に対して押圧力制限部材の幅を、歪換算で５００ｐｐｍ以下にしているのでミクロな塑性変形も生じない。
３）磁歪部材が板状体である場合、磁歪部材の一方の側に永久磁石が配置され、他方に磁気ピックアップ（ホールＩＣ）を配置して、磁歪部材の軸方向に圧縮力が作用したときの漏れ磁束の増加を検知しているので、磁歪応力センサとして有効に機能する。
【００６０】
４）円環体とした磁歪部材を軸状体の軸方向に押圧する押圧部材を、押圧力制限部材に当接して制限することにより、磁歪部材が塑性変形することはなく、加えて、磁歪部材が圧縮されているのでねじり感度も高くなる。
５）押圧部材と軸状体とをネジで螺合させたときには、押圧力を連続して増減することができ、有効に押圧することができる。
【００６１】
６）磁歪部材を押圧力制限部材に対して隙間嵌めで嵌合させているので、温度が高くなった場合でも磁歪部材が拡径モードで塑性変形することがない。
７）磁歪部材と押圧力制限部材の隙間に接着剤を充填介在したときには、軸トルクがより有効に磁歪部材に伝達されるので、ねじり感度が高い磁歪トルクセンサとなる。また、フィラー入り接着剤であるとさらに磁歪部材へのトルク伝達が有効に働くことになる。
【００６２】
８）磁歪部材と押圧力制限部材とをセレーションで嵌合させると、磁歪部材が機械的に相対的な回転すべり移動を防止できるので、トルク伝達はさらに有効となる。すなわち、軸ねじりトルクが大きい場合にも磁歪部材の変形が追従するので、印加トルク範囲を拡大した磁歪トルクセンサとすることができる。
９）セレーションの高さは磁歪部材の肉厚の１／４以下にしたときには、周方向の着磁による漏れ磁束の周方向分布変動も小さくすることができる。
【００６３】
１０）磁歪部材以外を非磁性材で作製されたときには、感度減少の小さい磁歪力センサとすることができる。
１１）磁歪部材としてＦｅＧａＡｌ合金又はＦｅＣｏＶ合金としたときには、感度の大きい磁歪力センサを提供できる。
【００６４】
ところで、本第一の実施形態に係る磁歪トルクセンサにおいては、磁歪部材１１０と押圧力制限部材１３０とに互いに嵌合するセレーション１１１，１３１を形成した例について説明したが、そのようなセレーション１１１，１３１を必ずしも形成する必要はなく、次のようにしてもよい。
【００６５】
図１０（Ａ）は、本発明の他例に係る磁歪力センサを適用した第二の実施形態に係る磁歪トルクセンサ、（Ｂ）は、本発明の他例に係る磁歪力センサを適用した第三の実施形態に係る磁歪トルクセンサの構造を示すそれぞれ分解斜視図である。
【００６６】
第二の実施形態に係る磁歪トルクセンサＢ２は、第一の実施形態に係る磁歪トルクセンサＢ１におけるセレーション１１１，１３１を省略した構造のものである。
換言すると、磁歪部材と押圧力制限部材の双方にセレーションを形成することなく、それら磁歪部材と押圧力制限部材との隙間に接着剤（図示しない）を介在させている。
「隙間」は、隙間嵌めした磁歪部材１１０の内周面と押圧力制限部材１３０の外周面との間に形成されるものであり、上述した図６において「α」で示す部分に相当している。
【００６７】
第三の実施形態に係る磁歪トルクセンサＢ３は、第一の実施形態に係る磁歪トルクセンサＢ１におけるセレーション１１１を省略するとともに、接着剤を溜めておくための四つの接着剤溜め１３１ｃ…を、軸状体の中心軸線と平行に長い溝とし、かつ、互いに９０度間隔で形成した構造のものである。
換言すると、磁歪部材１１０にセレーションを形成することなく、押圧力制限部材１３０の接着剤溜め１３１ｃ…に接着剤（図示しない）を溜めて固定している。これにより、接着剤の介在を確実に行えるので有効である。
【００６８】
この場合、接着剤溜り１３１ｃ…としては、０．５ｍｍ未満程度の深さで幅は２〜３ｍｍ程度で、周方向で数条形成すればよいことは、上記したとおりである。また、押圧力制限部材１３０と磁歪部材１１０との結合を更に高めるためにはフィラー入りの接着材の方が好ましい。
【実施例】
【００６９】
(実施例１)
図２に示す構造の磁歪応力センサＡ１を試作した。
片持ち梁１０、押圧固定部材３０，３０にはＳＵＳ３０３を用いた。長さＷ２＝１１．９８ｍｍ、高さＨ＝３ｍｍの押圧力制限部材３０，３０を機械加工にて作製し、長さＷ２を測定し記録した。幅７ｍｍ、長さ１２ｍｍ、厚さ１ｍｍのＦｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２合金の磁歪部材２０を作製し、長さＷ２より５μｍ長くなるように長さ方向における端面を研磨した。
その後、磁歪部材２０は８５０℃で３時間、真空中で熱処理した。図２に示すように組み立てた。永久磁石５０にはφ６ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのＳｍＣｏ磁石を用いた。磁石単体での端面の磁束密度は約２．１ｋGであった。
【００７０】
永久磁石５０は磁歪部材２０との間に０．１ｍｍのギャップを設けて取り付けた。磁気ピックアップにはホールＩＣを用いた。ホールＩＣは磁歪部材２０から約０．５ｍｍ離れた位置での磁束を検知している。この磁歪応力センサＡ１の感度を調べたところ磁歪部材２０での応力値で換算して、約５Ｇ／ＭＰａ（図１−（ｂ）における傾きに相当）となっていて、圧縮応力範囲５０ＭＰａの範囲で直線的な特性となっていた。
【００７１】
（参考例１）
実施例１において、磁歪部材の当該寸法を管理しないで磁歪応力センサＡ１を組み立てた場合には、感度も半分以下であってばらつきがあった。出力特性の直線性も乏しかった。
【００７２】
（参考例２）
ＦｅＧａＡｌ合金、ＦｅＧａＡｌＺｒＣ合金で内径１２．６ｍｍ、外径１４．２ｍｍ、長さ１３ｍｍの磁歪部材を作製した。これらの磁歪部材には５５０℃、２．５時間の熱処理を施した。２０μｍの冷やし嵌めでＳＵＳ製の軸状体に嵌合した。その後、軸状体に通電して着磁を行った。電流は約８５００Ａ，通電時間は約０．１ｓｅｃ（周方向の着磁磁界は約１ｋＧ）であった。５Ｎｍのトルクを印加してねじり感度を調べたところ、ＦｅＧａＡｌでは０．１Ｇ／Ｎｍ未満、ＦｅＧａＡｌＺｒＣでは０．２Ｇ／Ｎｍ程度であった。磁歪部材は２０μｍの冷やし嵌めで塑性変形し、ねじり感度が低下したものと推定される。
【００７３】
（参考例３）
ＦｅＣｏＶ合金において、参考例２と同様な評価を実施した。磁歪部材の熱処理：８５０℃３時間のみが異なる。ねじり感度は１Ｇ／Ｎｍ程度であった。この場合も塑性変形のためねじり感度が低下したものと推定される。
【００７４】
（実施例２）
ＦｅＣｏＶ合金製の磁歪部材を用いて、図１０（Ａ）に示す構造の磁歪トルクセンサＢ２を製作した。磁歪部材１１０の寸法は参考例２と同じとした。軸状体１００もＳＵＳを用いた。押圧力制限部材１３０は１．２ｍｍ高さとした。長さを１３ｍｍアンダーに機械加工した。押圧力制限部材１３０の外径は磁歪部材１１０と１０μｍ弱の隙間嵌めとなりように仕上げた。そして押圧力制限部材１３０の長さを測長し、記録した。磁歪部材１１０は７μｍだけ押圧力制限部材１３０より長くなりように端面を研磨して仕上げた。
その後、参考例３と同様の熱処理を施した。押圧部材（ＳＵＳ製）１２０と軸状体１００とはＭ１０程度の細目ねじの嵌合とした。また、押圧力制限部材１３０と磁歪部材１１０との隙間嵌め部（間隙）にはエポキシ接着剤を入れた。
評価方法は参考例２と同様であった。５Ｎｍ印加でのねじり感度は２Ｇ／Ｎｍであった。
【００７５】
（実施例３）
ＦｅＣｏＶ合金製の磁歪部材を用いて、図１０（Ｂ）に示す構造の磁歪トルクセンサＢ３を製作した。
押圧力制限部材１３０に接着剤溜り１３１ｃを設けた以外は実施例２と同様とした。接着剤溜り１３１ｃは幅３ｍｍ深さ０．５ｍｍで４条、周方向均等配分にして形成し、どこまでトルクを印加できるかを検討した。磁歪部材１１０がすべるとトルク出力特性が曲がってきてヒステリシスを書くようになることを判断基準とした。トルク印加範囲は１０Ｎｍ程度までであり、実施例２の場合より少し増大していた。
【００７６】
（実施例４）
接着剤に超微粉末シリカ入りのエポキシ接着剤を用いた以外は実施例３と同様とした。この場合には、トルク印加範囲が１３Ｎｍ程度まで増大していた。
【００７７】
（実施例５）
ＦｅＣｏＶ合金製の磁歪部材を用いて、図７〜９に示す構造の磁歪トルクセンサＢ１を製作した。
磁歪部材１１０と押圧力制限部材１３０をセレーション隙間嵌めとした。また、磁歪部材１１０の肉厚ｔは１ｍｍ、外径を１４．６ｍｍとした。セレーション１１１の歯部の周方向長さを４ｍｍとし、歯部高さは０．２ｍｍとし、周方向均等に４条とした。隙間嵌めは１０μｍ狙いとした。接着剤には実施例４と同じものを用いた。それ以外は実施例２と同様とした。ねじり感度は２Ｇ／Ｎｍであり、実施例２と同様であったが、トルク印加範囲は２５Ｎｍ程度まで拡大していた。また、トルク印加が１５Ｎｍを超えて大きくなるに従い、出力が飽和してくる傾向が見られた。
【００７８】
（実施例６）
ＦｅＧａＡｌＺｒＣ合金で磁歪部材を作製し、実施例２と同様にしてねじり感度を評価した。なお、磁歪部材は押圧力制限部材よりも６μｍ長くした。熱処理は５５０℃、２．５時間とした。５Ｎｍトルク印加しねじり感度を評価したところ、２Ｇ／Ｎｍ弱の感度となっていた。
【００７９】
（実施例７）
ＦｅＧａＡｌ合金で磁歪部材を作製し、実施例６と同様としてねじり感度を評価した。なお、磁歪部材は押圧力制限部材より３μm長くした。熱処理は５５０℃、２．５時間とした。５Ｎｍトルク印加してねじり感度を評価したところ、ＦｅＧａＡｌＺｒＣ合金とほぼ同等である２Ｇ／Ｎｍ弱の感度となっていた。
【００８０】
（実施例８）
実施例２で作製したものを用いてねじり感度の温度特性を室温から８５℃の範囲で温度サイクル３回で評価した。ねじり感度はほぼ一定していて良好であった。
【００８１】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上記した実施形態においては、検知対象物自体が力を受ける場合について説明したが、検知対象物を応力検知したい部材に固定し、その応力検知したい部材の応力を検知するようにしてもよい。
【００８２】
・上記した実施形態においては、検知対象物をＳＵＳのみで形成した例について説明したが、例えばチタン合金や非磁性鋼を用いることもできる。また、温度特性を確保するには熱膨張係数差を考慮しさえすればよい。
【００８３】
・上記した実施形態においては、押圧固定部材によって磁歪部材をこれの両側から押圧しているものを示したが、磁歪部材の一側方を固定して他側方から押圧してもよい。すなわち、押圧力制限部材の片側（押圧部材の反対側）に当接する部分を設けておけばよいのであり、この構成も本発明に含まれるものである。
・上記した各実施形態においては、磁気ピックアップとしてホールＩＣを用いた例について説明したが、他の公知のものを採用できることは勿論である。
【符号の説明】
【００８４】
１０，１００    検知対象物
２０，１１０    磁歪部材
３０，１２０    押圧固定部材
４０，１３０    押圧力制限部材
１３１ｃ        接着剤溜め
Ａ１            磁歪力センサ（磁歪応力センサ）
Ｂ１            磁歪力センサ（磁歪トルクセンサ）
ｔ              磁歪部材の肉厚
【図１】
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【図２】
0005440946.tif 000003
【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】
0005440946.tif 000008
【図８】
0005440946.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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