(57)【要約】【課題】小型化、消費電力の削減および構成の簡素化を図ることができる磁歪式荷重センサおよび変速操作検出装置を提供する。【解決手段】入力トルクに応じて回転し、磁歪材固着部６１が設けられたシフトスピンドル３１と、前記シフトスピンドル３１へのトルク印加時に、前記磁歪材固着部６１の透磁率の変化を検出する検出コイル６２と、前記磁歪材固着部６１にバイアス磁界を発生させる永久磁石７０と、を備えている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力トルクに応じて回転し、磁歪材固着部（６１）が設けられた回転軸（３１）と、
前記回転軸（３１）へのトルク印加時に、前記磁歪材固着部（６１）の透磁率の変化を検出する検出コイル（６２）と、
前記磁歪材固着部（６１）にバイアス磁界を発生させる永久磁石（７０）と、
を備えている磁歪式荷重センサ。
【請求項２】
前記永久磁石（７０）は、前記回転軸（３１）の内部（３１ｄ）に収容されている請求項１に記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項３】
前記回転軸（３１）が発生する応力を前記永久磁石（７０）から遮断する弾性構造部（７１）を備えている請求項１又は２に記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項４】
前記弾性構造部（７１）は、前記回転軸（３１）の内部（３１ｄ）で前記永久磁石（７０）を収容するケース（７１）である請求項３に記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項５】
前記ケース（７１）は、前記回転軸（３１）の内部（３１ｄ）の内周面に接触する外突条（７２ａ）と、前記永久磁石（７０）の外周面に接触する内突条（７２ｂ）と、を備えている請求項４に記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項６】
前記ケース（７１）は、前記回転軸（３１）の有底の内部（３１ｄ）の底面に突き当たって起立し、前記ケース（７１）の端部開口を閉塞する蓋部（７３）を備えている請求項４又は５に記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項７】
前記回転軸（３１）は、非磁性体である請求項１から６の何れか一項に記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項８】
変速機（２１）の変速操作が入力されて回動するシフトスピンドル（３１）のトルクセンサとして、請求項１から７の何れか一項に記載の磁歪式荷重センサ（４２）を備えている変速操作検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪式荷重センサおよび変速操作検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力トルクに応じて回転するように用いられかつ検出部外面に磁歪膜が設けられた回転軸と、前記磁歪膜に交番磁界を印加させる励磁コイルと、前記磁歪膜の磁気特性の変化を検出する検出コイルと、を有する磁歪式トルクセンサが知られている（例えば特許文献１参照）。励磁コイルは、交流電流にバイアス電流を加えることによりバイアス磁界を発生させる。これにより、高感度でかつばらつきの少ないセンサ感度の磁歪式荷重センサを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０９１５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記技術では、回転軸の周囲にバイアス磁界を発生させるコイルの配置スペースが必要となり、小型化が困難である。またバイアス磁界を発生させるための電力、配線および回路基板等が必要となり、消費電力の削減および構成の簡素化が困難である。
【０００５】
そこで本発明は、小型化、消費電力の削減および構成の簡素化を図ることができる磁歪式荷重センサおよび変速操作検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、入力トルクに応じて回転し、磁歪材固着部（６１）が設けられた回転軸（３１）と、前記回転軸（３１）へのトルク印加時に、前記磁歪材固着部（６１）の透磁率の変化を検出する検出コイル（６２）と、前記磁歪材固着部（６１）にバイアス磁界を発生させる永久磁石（７０）と、を備えている磁歪式荷重センサ（４２）を提供する。
この構成によれば、永久磁石によってバイアス磁界を発生させるので、コイルによってバイアス磁界を発生させる場合と比較して、バイアス磁界を発生させるための電力、配線および回路基板等が不要となり、消費電力の削減および構成の簡素化を図ることができる。また、バイアス磁界を発生させるためのコイルを配置するスペースが不要となり、センサの小型化を図ることができる。
請求項２に記載した発明は、前記永久磁石（７０）は、前記回転軸（３１）の内部（３１ｄ）に収容されている請求項１に記載の磁歪式荷重センサを提供する。
この構成によれば、永久磁石は回転軸の内部に収容されるので、永久磁石を回転軸の外部に配置する場合と比較して、さらなる小型化を図ることができる。
請求項３に記載した発明は、前記回転軸（３１）が発生する応力を前記永久磁石（７０）から遮断する弾性構造部（７１）を備えている請求項１又は２に記載の磁歪式荷重センサを提供する。
この構成によれば、回転軸が発生する応力を永久磁石から遮断するので、回転軸に撓みが生じてもこの撓みが弾性構造部に吸収されて軸内部の永久磁石に伝わらず、永久磁石が割れる等の破損が生じることを防止することができる。
請求項４に記載した発明は、前記弾性構造部（７１）は、前記回転軸（３１）の内部（３１ｄ）で前記永久磁石（７０）を収容するケース（７１）である請求項３に記載の磁歪式荷重センサを提供する。
この構成によれば、回転軸の内部で永久磁石が弾性構造部としてのケースに収容されるので、永久磁石をケースに収容して回転軸の内部に収容するという簡易な工程および構造により、回転軸の内部で永久磁石を弾性構造部を介して支持し、回転軸の撓みを永久磁石から遮断することができる。
請求項５に記載した発明は、前記ケース（７１）は、前記回転軸（３１）の内部（３１ｄ）の内周面に接触する外突条（７２ａ）と、前記永久磁石（７０）の外周面に接触する内突条（７２ｂ）と、を備えている請求項４に記載の磁歪式荷重センサを提供する。
この構成によれば、外突条を回転軸の内部の内周面に線接触させることで、ケースを回転軸内に軽圧入により保持することができる。また、内突条を永久磁石の外周面に線接触させることで、永久磁石をケース内に軽圧入により保持することができる。
請求項６に記載した発明は、前記ケース（７１）は、前記回転軸（３１）の有底の内部（３１ｄ）の底面に突き当たって起立し、前記ケース（７１）の端部開口を閉塞する蓋部（７３）を備えている請求項４又は５に記載の磁歪式荷重センサを提供する。
この構成によれば、ケースを回転軸の内部に挿入すると、蓋部が有底の内部の底面に突き当たって起立し、ケースの端部開口を閉塞するので、ケース内に保持した永久磁石の一端が回転軸の内部の底面に直接接触することを容易に防止することができる。
請求項７に記載した発明は、前記回転軸（３１）は、非磁性体である請求項１から６の何れか一項に記載の磁歪式荷重センサを提供する。
この構成によれば、回転軸が非磁性体で構成されるので、回転軸の磁化を防止し、永久磁石によって発生したバイアス磁界への外部影響を防止することができる。
請求項８に記載した発明は、変速機（２１）の変速操作が入力されて回動するシフトスピンドル（３１）のトルクセンサとして、請求項１から７の何れか一項に記載の磁歪式荷重センサ（４２）を備えている変速操作検出装置を提供する。
この構成によれば、シフトスピンドルのトルクセンサがバイアス磁界を印加した磁歪式荷重センサとされるので、磁歪材固着部の磁気特性のバラツキひいてはセンサ感度のバラツキを抑え、かつ踏切等の外乱磁界や地磁気等による影響を抑え、高感度でかつばらつきの少ないセンサ感度の変速操作検出装置とすることができる。また、磁歪式荷重センサが永久磁石によってバイアス磁界を発生させるので、消費電力の削減、構成の簡素化および小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型化、消費電力の削減および構成の簡素化を図ることができる磁歪式荷重センサおよび変速操作検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における自動二輪車の左側面図である。
【図２】上記自動二輪車の変速機およびチェンジ機構の断面図である。
【図３】クラッチアクチュエータを含むクラッチ作動システムの概略説明図である。
【図４】変速システムのブロック図である。
【図５】クラッチアクチュエータの供給油圧の変化を示すグラフである。
【図６】シフト荷重センサ周辺の左側面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】シフトスピンドルの分解斜視図である。
【図９】シフトスピンドルの軸方向に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ以下に説明する車両における向きと同一とする。また以下の説明に用いる図中適所には、車両前方を示す矢印ＦＲ、車両左方を示す矢印ＬＨ、車両上方を示す矢印ＵＰが示されている。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態は、鞍乗り型車両である自動二輪車１に適用されている。自動二輪車１の前輪２は、左右一対のフロントフォーク３の下端部に支持されている。
左右フロントフォーク３の上部は、ステアリングステム４を介して、車体フレーム５の前端部のヘッドパイプ６に支持されている。ステアリングステム４のトップブリッジ上には、バータイプの操向ハンドル４ａが取り付けられている。
【００１１】
車体フレーム５は、ヘッドパイプ６と、ヘッドパイプ６から車幅方向（左右方向）中央を下後方へ延びるメインチューブ７と、メインチューブ７の後端部の下方に連なる左右ピボットフレーム８と、メインチューブ７および左右ピボットフレーム８の後方に連なるシートフレーム９と、を備えている。左右ピボットフレーム８には、スイングアーム１１の前端部が揺動可能に枢支されている。スイングアーム１１の後端部には、自動二輪車１の後輪１２が支持されている。
【００１２】
左右メインチューブ７の上方には、燃料タンク１８が支持されている。燃料タンク１８の後方でシートフレーム９の上方には、前シート１９および後シートカバー１９ａが前後に並んで支持されている。シートフレーム９の周囲は、リヤカウル９ａに覆われている。
左右メインチューブ７の下方には、自動二輪車１の原動機であるパワーユニットＰＵが懸架されている。パワーユニットＰＵは、後輪１２と例えばチェーン式伝動機構を介して連係されている。
【００１３】
パワーユニットＰＵは、その前側に位置するエンジン１３と後側に位置する変速機２１とを一体に有している。エンジン１３は、例えばクランクシャフト１４の回転軸を左右方向（車幅方向）に沿わせた複数気筒エンジンである。エンジン１３は、クランクケース１５の前部上方にシリンダ１６を起立させている。クランクケース１５の後部は、変速機２１を収容する変速機ケース１７とされている。
【００１４】
図２に示すように、変速機２１は、メインシャフト２２およびカウンタシャフト２３ならびに両シャフト２２，２３に跨る変速ギヤ群２４を有する有段式のトランスミッションである。カウンタシャフト２３は変速機２１ひいてはパワーユニットＰＵの出力軸を構成している。カウンタシャフト２３の端部はクランクケース１５の後部左側に突出し、前記チェーン式伝動機構を介して後輪１２に連結されている。
【００１５】
図３を併せて参照し、変速機２１のメインシャフト２２及びカウンタシャフト２３は、クランクシャフト１４の後方で前後に並んで配置されている。メインシャフト２２の右端部には、クラッチアクチュエータ５０により作動するクラッチ２６が同軸配置されている。クラッチ２６は、例えば湿式多板クラッチであり、いわゆるノーマルオープンクラッチである。すなわち、クラッチ２６は、クラッチアクチュエータ５０からの油圧供給によって動力伝達可能な接続状態となり、クラッチアクチュエータ５０からの油圧供給がなくなると動力伝達不能な切断状態に戻る。
【００１６】
図２を参照し、クランクシャフト１４の回転動力は、クラッチ２６を介してメインシャフト２２に伝達され、メインシャフト２２から変速ギヤ群２４の任意のギヤ対を介してカウンタシャフト２３に伝達される。カウンタシャフト２３におけるクランクケース１５の後部左側に突出した左端部には、前記チェーン式伝動機構のドライブスプロケット２７が取り付けられている。
【００１７】
変速機２１の後上方には、変速ギヤ群２４のギヤ対を切り替えるチェンジ機構２５が収容されている。チェンジ機構２５は、両シャフト２２，２３と平行な中空円筒状のシフトドラム３６の回動により、その外周に形成されたリード溝のパターンに応じて複数のシフトフォーク３７を作動させ、変速ギヤ群２４における両シャフト２２，２３間の動力伝達に用いるギヤ対を切り替える。
【００１８】
チェンジ機構２５は、シフトドラム３６と平行なシフトスピンドル（回転軸）３１を有している。
シフトスピンドル３１の回動時には、シフトスピンドル３１に固定されたシフトアーム３１ａがシフトドラム３６を回動させ、リード溝のパターンに応じてシフトフォーク３７を軸方向移動させて、変速ギヤ群２４の内の動力伝達可能なギヤ対を切り替える（すなわち、変速段を切り替える。）。
【００１９】
シフトスピンドル３１は、チェンジ機構２５を操作可能とするべくクランクケース１５の車幅方向外側（左方）に軸外側部３１ｂを突出させている。シフトスピンドル３１の軸外側部３１ｂには、シフト荷重センサ４２（磁歪式荷重センサ）が同軸に取り付けられている（図１参照）。シフトスピンドル３１の軸外側部３１ｂ（またはシフト荷重センサ４２の回動軸）には、揺動レバー３３が取り付けられている。揺動レバー３３は、シフトスピンドル３１（または回動軸）にクランプ固定される基端部３３ａから後方へ延び、その先端部３３ｂには、リンクロッド３４の上端部が上ボールジョイント３４ａを介して揺動自在に連結されている。リンクロッド３４の下端部は、運転者が足操作するシフトペダル３２に、下ボールジョイント（不図示）を介して揺動自在に連結されている。
【００２０】
図１に示すように、シフトペダル３２は、その前端部がクランクケース１５の下部に左右方向に沿う軸を介して上下揺動可能に支持されている。シフトペダル３２の後端部には、ステップ３２ａに載せた運転者の足先を掛けるペダル部が設けられ、シフトペダル３２の前後中間部には、リンクロッド３４の下端部が連結されている。
【００２１】
図２に示すように、シフトペダル３２、リンクロッド３４およびチェンジ機構２５を含んで、変速機２１の変速段ギヤの切り替えを行うシフトチェンジ装置３５が構成されている。シフトチェンジ装置３５において、変速機ケース１７内で変速機２１の変速段を切り替える集合体（シフトドラム３６、シフトフォーク３７等）を変速作動部３５ａ、シフトペダル３２への変速動作が入力されてシフトスピンドル３１の軸回りに回動し、この回動を前記変速作動部３５ａに伝達する集合体（シフトスピンドル３１、シフトアーム３１ａ等）を変速操作受け部３５ｂ、という。
【００２２】
ここで、自動二輪車１は、変速機２１の変速操作（シフトペダル３２の足操作）のみを運転者が行い、クラッチ２６の断接操作はシフトペダル３２の操作に応じて電気制御により自動で行うようにした、いわゆるセミオートマチックの変速システムを採用している。
【００２３】
図４に示すように、上記変速システムは、クラッチアクチュエータ５０、ＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、制御部）および各種センサ４１〜４５を備えている。
ＥＣＵ６０は、シフトドラム３６の回動角から変速段位を検知するドラム角度センサ（ギヤポジションセンサ）４１、およびシフトスピンドル３１に入力された操作トルクを検知するシフト荷重センサ（トルクセンサ）４２からの検知情報、ならびにスロットル開度センサ４３、車速センサ４４およびエンジン回転数センサ４５等からの各種の車両状態検知情報等に基づいて、クラッチアクチュエータ５０を作動制御するとともに、点火装置４６および燃料噴射装置４７を作動制御する。ＥＣＵ６０には、クラッチアクチュエータ５０の油圧センサ５７，５８からの検知情報も入力される。
【００２４】
図３を併せて参照し、クラッチアクチュエータ５０は、ＥＣＵ６０により作動制御されることで、クラッチ２６を断接する液圧を制御可能とする。クラッチアクチュエータ５０は、駆動源としての電気モータ５２（以下、単にモータ５２という。）と、モータ５２により駆動されるマスターシリンダ５１と、マスターシリンダ５１および油圧給排ポート５０ａの間に設けられる油路形成部５３と、を備えている。
マスターシリンダ５１は、シリンダ本体５１ａ内のピストン５１ｂをモータ５２の駆動によりストロークさせて、シリンダ本体５１ａ内の作動油をスレーブシリンダ２８に対して給排可能とする。図中符号５１ｅはマスターシリンダ５１に接続されるリザーバを示す。
【００２５】
油路形成部５３は、マスターシリンダ５１からクラッチ２６側（スレーブシリンダ２８側）へ延びる主油路５３ｍの中間部位を開通又は遮断するバルブ機構（ソレノイドバルブ５６）を有している。油路形成部５３の主油路５３ｍは、ソレノイドバルブ５６よりもマスターシリンダ５１側となる上流側油路５３ａと、ソレノイドバルブ５６よりもスレーブシリンダ２８側となる下流側油路５３ｂと、に分けられる。油路形成部５３はさらに、ソレノイドバルブ５６を迂回して上流側油路５３ａと下流側油路５３ｂとを連通するバイパス油路５３ｃを備えている。
【００２６】
ソレノイドバルブ５６は、いわゆるノーマルオープンバルブである。バイパス油路５３ｃには、上流側から下流側への方向のみ作動油を流通させるワンウェイバルブ５３ｃ１が設けられている。ソレノイドバルブ５６の上流側には、上流側油路５３ａの油圧を検出する上流側油圧センサ５７が設けられている。ソレノイドバルブ５６の下流側には、下流側油路５３ｂの油圧を検出する下流側油圧センサ５８が設けられている。
【００２７】
図１に示すように、クラッチアクチュエータ５０は、例えばリヤカウル９ａ内に収容されている。スレーブシリンダ２８は、クランクケース１５の後部左側に取り付けられている。クラッチアクチュエータ５０とスレーブシリンダ２８とは、油圧配管５３ｅ（図３参照）を介して接続されている。
【００２８】
図２に示すように、スレーブシリンダ２８は、メインシャフト２２の左方に同軸配置されている。スレーブシリンダ２８は、クラッチアクチュエータ５０からの油圧供給時には、メインシャフト２２内を貫通するプッシュロッド２８ａを右方へ押圧する。スレーブシリンダ２８は、プッシュロッド２８ａを右方へ押圧することで、該プッシュロッド２８ａを介してクラッチ２６を接続状態へ作動させる。スレーブシリンダ２８は、前記油圧供給が無くなると、プッシュロッド２８ａの押圧を解除し、クラッチ２６を切断状態に戻す。
【００２９】
クラッチ２６を接続状態に維持するには油圧供給を継続する必要があるが、その分だけ電力を消費することとなる。そこで、図３に示すように、クラッチアクチュエータ５０の油路形成部５３にソレノイドバルブ５６を設け、クラッチ２６側への油圧供給後にはソレノイドバルブ５６を閉じる。これにより、クラッチ２６側への供給油圧を維持し、圧力低下分だけ油圧を補う（リーク分だけリチャージする）構成として、エネルギー消費を抑えている。
【００３０】
次に、クラッチ制御系の作用について図５のグラフを参照して説明する。図５のグラフにおいて、縦軸は下流側油圧センサ５８が検出する供給油圧、横軸は経過時間をそれぞれ示している。
自動二輪車１の停車時（アイドリング時）、ＥＣＵ６０で制御されるモータ５２およびソレノイドバルブ５６は、ともに電力供給が遮断された状態にある。すなわち、モータ５２は停止状態にあり、ソレノイドバルブ５６は開弁状態にある。このとき、スレーブシリンダ２８側（下流側）はタッチポイント油圧ＴＰより低い低圧状態となり、クラッチ２６は非締結状態（切断状態、解放状態）となる。この状態は、図５の領域Ａに相当する。
【００３１】
自動二輪車１の発進時、エンジン１３の回転数を上昇させると、モータ５２にのみ電力供給がなされ、マスターシリンダ５１から開弁状態のソレノイドバルブ５６を経てスレーブシリンダ２８へ油圧が供給される。スレーブシリンダ２８側（下流側）の油圧がタッチポイント油圧ＴＰ以上に上昇すると、クラッチ２６の締結が開始され、クラッチ２６が一部の動力を伝達可能な半クラッチ状態となる。これにより、自動二輪車１が滑らかに発進可能となる。この状態は、図５の領域Ｂに相当する。
やがて、スレーブシリンダ２８側（下流側）の油圧が下限保持油圧ＬＰに達すると、クラッチ２６の締結が完了し、エンジン１３の駆動力が全て変速機２１に伝達される。この状態は、図５の領域Ｃに相当する。
【００３２】
そして、スレーブシリンダ２８側（下流側）の油圧が上限保持油圧ＨＰに達すると、ソレノイドバルブ５６に電力供給がなされて該ソレノイドバルブ５６が閉弁作動するとともに、モータ５２への電力供給が停止されて油圧の発生が停止される。すなわち、上流側は油圧が解放して低圧状態となる一方、下流側が高圧状態（上限保持油圧ＨＰ）に維持される。これにより、マスターシリンダ５１が油圧を発生することなくクラッチ２６を締結状態に維持可能となり、自動二輪車１の走行を可能とした上で電力消費を抑えることができる。
【００３３】
ソレノイドバルブ５６が閉弁した状態でも、ソレノイドバルブ５６およびワンウェイバルブ５３ｃ１のシールの変形等による油圧漏れや温度低下といった要因により、図５の領域Ｄのように、下流側の油圧は徐々に低下（リーク）する。一方、図５の領域Ｅのように、温度上昇等により下流側の油圧が上昇する場合もある。下流側の細かな油圧変動であれば、クラッチアクチュエータ５０に備えた不図示のアキュムレータにより吸収可能であり、油圧変動の度にモータ５２およびソレノイドバルブ５６を作動させて電力消費を増やすことはない。
【００３４】
図５の領域Ｅのように、下流側の油圧が上限保持油圧ＨＰまで上昇した場合、ソレノイドバルブ５６への電力供給を低下させる等により、ソレノイドバルブ５６を段階的に開弁状態として、下流側の油圧を上流側へリリーフする。
【００３５】
図５の領域Ｆのように、下流側の油圧が下限保持油圧ＬＰまで低下した場合、ソレノイドバルブ５６は閉弁したままでモータ５２への電力供給を開始し、上流側の油圧を上昇させる。上流側の油圧が下流側の油圧を上回ると、この油圧がバイパス油路５３ｃおよびワンウェイバルブ５３ｃ１を介して下流側に補給（リチャージ）される。下流側の油圧が上限保持油圧ＨＰになると、モータ５２への電力供給を停止して油圧の発生を停止する。これにより、下流側の油圧は上限保持油圧ＨＰと下限保持油圧ＬＰとの間に維持され、クラッチ２６が締結状態に維持される。
【００３６】
自動二輪車１の停止時には、モータ５２およびソレノイドバルブ５６への電力供給をともに停止する。これにより、マスターシリンダ５１は油圧発生を停止し、スレーブシリンダ２８への油圧供給を停止する。ソレノイドバルブ５６は開弁状態となり、下流側油路５３ｂ内の油圧がリザーバ５１ｅに戻される。以上により、スレーブシリンダ２８側（下流側）はタッチポイント油圧ＴＰより低い低圧状態となり、クラッチ２６が非締結状態となる。この状態は、図５の領域Ｇ，Ｈに相当する。
【００３７】
以下、シフト荷重センサ４２について詳細に説明する。
図６、図７に示すように、シフト荷重センサ４２は、変速機ケース１７の外側壁１７ａにおけるシフトスピンドル３１の軸外側部３１ｂを車幅方向外側に突出させる部位に、軸外側部３１ｂを貫通させた状態で車幅方向外側から取り付けられている。シフト荷重センサ４２は、軸外側部３１ｂの車幅方向外側の先端部（クランプ固定部３１ｃ）にクランプ固定された揺動レバー３３と、変速機ケース１７の外側壁１７ａとの間に配置されている。変速機ケース１７の外側壁１７ａにおけるシフト荷重センサ４２の後方部位には、ドラム角度センサ４１が取り付けられている。
【００３８】
シフト荷重センサ４２は、いわゆる磁歪式トルクセンサであり、シフトスピンドル３１に入力された回動操作トルクを直接検知する。シフト荷重センサ４２は、シフトスピンドル３１の検知対象部位の外周面に、軸方向で並ぶ二箇所の磁歪材固着部（磁歪膜、磁歪めっき部）６１を形成する。シフト荷重センサ４２は、各磁歪材固着部６１の径方向外側に、それぞれ検出コイル６２を非接触で対向させる。各磁歪材固着部６１は、互いに磁気異方性を有し、例えばシフトスピンドル３１の軸方向に対して４５度または１３５度をなす螺旋状に形成されている。各磁歪材固着部６１には、シフトスピンドル３１へのトルク印加時に引張または圧縮の歪みが選択的に作用する。その結果、各磁歪材固着部６１は、逆磁歪効果によって透磁率を増加または減少させる。この透磁率の変化を、各磁歪材固着部６１に対向する検出コイル６２で捉えて誘導起電力を発生させ、この誘導起電力の変化からシフトスピンドル３１に印加されるトルク（変速操作荷重）の向きおよび大きさを検出する。
シフトスピンドル３１の内部３１ｄには、バイアス磁界を発生させる手段として、シフトスピンドル３１と同軸の円柱棒状の永久磁石７０が収容されている。永久磁石７０については後に詳述する。
【００３９】
両検出コイル６２は、シフトスピンドル３１が貫通するセンサケース６３に収容されている。以下、検出コイル６２およびセンサケース６３を含む集合体をセンサ本体６３ａという。センサケース６３（センサ本体６３ａ）は、変速機ケース１７の外側壁１７ａに突設された固定ボス１７ａ１にボルトＢ１により固定されている。センサケース６３の車幅方向外側には、シフトスピンドル３１を回転自在に支持する軸受け部６４が設けられている。軸受け部６４は、ニードルベアリング６４ａを介してシフトスピンドル３１を支持している。軸外側部３１ｂをセンサケース６３の軸受け部６４で支持することで、軸長が伸びたシフトスピンドル３１を安定して支持している。センサケース６３における軸受け部６４の車幅方向外側には、軸受け部６４に対してやや拡径した外側開放部６５が形成されている。外側開放部６５の内周には、外側開放部６５の内周面とシフトスピンドル３１の外周面との間をシールするダストシール６５ａが嵌入されている。ダストシール６５ａは、車外の塵埃等の異物が検出コイル６２に至ることを防止している。
【００４０】
センサケース６３の変速機ケース１７側の端部には、変速機ケース１７の外側壁１７ａ側に突出する嵌入突部６６が形成されている。外側壁１７ａには、シフトスピンドル３１が間隔を空けて貫通する貫通孔６７が形成されている。嵌入突部６６は、シフトスピンドル３１が間隔を空けて貫通する筒状をなし、貫通孔６７に車幅方向外側から嵌入されている。貫通孔６７は、シフトスピンドル３１と同軸の円形状をなしている。嵌入突部６６は、シフトスピンドル３１と同軸の円筒状をなしている。貫通孔６７の周縁には、外側壁１７ａの厚さ方向（車幅方向）で外側壁１７ａよりも幅広のカラー部６７ａが形成されている。カラー部６７ａの内周面には、嵌入突部６６の外周面の嵌合溝に保持されたＯリング６６ａが密接されている。カラー部６７ａの内径（貫通孔６７の内径）に対して、センサケース６３の外側開放部６５の内径は小さい。すなわち、シール部材で密閉する開口自体が小さいので、車外の異物の侵入を防止しやすい。
【００４１】
センサケース６３の嵌入突部６６の内周には、嵌入突部６６の内周面とシフトスピンドル３１の外周面との間をシールするオイルシール６６ｂが嵌入されている。すなわち、シフトスピンドル３１における軸方向で両検出コイル６２を挟んだ両側には、シフトスピンドル３１の外周面とセンサケース６３の内周面との間をシールするシール部材（ダストシール６５ａ、オイルシール６６ｂ）がそれぞれ設けられている。オイルシール６６ｂは、変速機ケース１７内のエンジンオイルが検出コイル６２に至ることを防止している。
【００４２】
揺動レバー３３は、シフトスピンドル３１に結合される基端部３３ａに対し、リンクロッド３４が連結される先端部３３ｂを変速機ケース１７から離間する側（車幅方向外側）にオフセットさせている。リンクロッド３４の上端部（上ボールジョイント３４ａ）は、揺動レバー３３の先端部３３ｂに変速機ケース１７側から連結されている。リンクロッド３４の揺動レバー３３への連結部（上ボールジョイント３４ａ）は、車幅方向で揺動レバー３３の先端部３３ｂとシフト荷重センサ４２との間に配置されている。
【００４３】
ここで、シフト荷重センサ４２である磁歪式トルクセンサのセンサ感度は、磁歪膜の磁気特性に影響されるが、材料や作製手法、および磁歪膜を付ける下地等の違いにより、初期の磁歪膜の磁気特性は異なる。このため、高感度でかつばらつきの少ないセンサ感度を得るためには、多大なプロセス検討が必要となる。また、使用される環境によっても、地磁気や踏切などの外乱による感度の変動が生じる。例えば、踏切の上を通ったときや電車の高架下を通る場合などに外乱磁界の影響を受ける。また、使用する地域に応じて地磁気の影響を受ける。
【００４４】
本実施形態のシフト荷重センサ４２では、シフトスピンドル３１の磁歪材固着部６１に対して、シフトスピンドル３１に内蔵した永久磁石７０によって予めバイアス磁界を追加する。つまり、励磁用のコイルを要することなくバイアス磁界を発生させる。バイアス磁界の強さは、外乱磁界によって磁区が切り替わることがない程度に設定する。バイアス磁界の方向は、磁歪膜の磁界と同じ方向である。
バイアス磁界を加えることで、磁界外乱要素や地磁気等の特性因子の影響を低減することが可能となり、ばらつきの小さいシフト荷重センサ４２を得ることができる。
【００４５】
シフトスピンドル３１は、非磁性部材によって有底の円筒形状に形成されている。シフトスピンドル３１の材料には、例えばステンレス鋼材（ＳＵＳ３１０Ｓ）が用いられている。磁歪材固着部６１の磁歪材には、例えばＮｉ（ニッケル）−Ｆｅ（鉄）合金材が用いられている。シフトスピンドル３１の表面硬度が低下する都合上、シフトスピンドル３１におけるニードルベアリング６４ａに支持される摺動部にはブッシュ６４ｂが圧入されている。
【００４６】
シフトスピンドル３１は、その内部３１ｄに、永久磁石７０およびケース７１を収容している。永久磁石７０は、シフトスピンドル３１の軸方向で二つの磁歪材固着部６１に跨る長さに設けられている。永久磁石７０は、例えばフェライト磁石であり、軸方向の両端を磁極とし（軸方向を着磁方向とし）、各磁歪材固着部６１の表面に沿った領域に軸方向で同じ向きのバイアス磁界を発生させる。永久磁石７０の体積を変化させることで、発生磁界を調整し、最適な印加磁界を定めることができる。
【００４７】
永久磁石７０を内蔵したシフトスピンドル３１に対してトルクが印加されると、シフトスピンドル３１に生じる応力歪みに比例する透磁率の変化に応じて、各検出コイル６２に誘導起電力が生じる。シフト荷重センサ４２の応答は正負対称な特性を示すため、ゼロ磁界付近では非常に小さい出力となる。これに対し、バイアス磁界を加えることで、ゼロ磁界付近の微小な磁界を高感度で精度よく検出することができる。また、磁歪膜の磁気特性のばらつきや外乱磁界による影響を抑え、高感度かつ高精度のシフト荷重センサ４２を構成することができる。
【００４８】
図８、図９を併せて参照し、ケース７１は、例えば樹脂部材等の非磁性部材によって形成されている。ケース７１は、永久磁石７０を挿入して保持する円筒形状の本体部７２と、本体部７２の軸方向一側に連なるガイド部７４と、を備えている。
【００４９】
本体部７２は、ガイド部７４と反対側の端部に、周壁の一部を延長するように形成された蓋部７３を有している。蓋部７３は、ケース７１をシフトスピンドル３１の内部３１ｄに挿入した際に、有底の内部３１ｄの底面に突き当たって起立し、ケース７１の端部開口を閉塞する。これにより、ケース７１内に保持した永久磁石７０の一端がシフトスピンドル３１の内部３１ｄの底面に直接接触することが防止される。ケース７１の周壁の外周面には、例えば軸方向に沿う複数の外突条７２ａが形成され、内部３１ｄの内周面に線接触している。周壁の内周面には、例えば軸方向に沿う複数の内突条７２ｂが形成され、永久磁石７０の外周面に線接触している。
【００５０】
ガイド部７４は、本体部７２よりも小径の軸部７４ａと、本体部７２の外突条７２ａと同一高さで連続するように軸部７４ａの外周に形成された複数のガイドリブ７４ｂと、を有している。これにより、ケース７１全体がシフトスピンドル３１の内部３１ｄの内周面に当接保持される。
ケース７１は、シフトスピンドル３１内に軽圧入される。このとき、永久磁石７０は、本体部７２内に予め軽圧入されている。その後、シフトスピンドル３１の端部には、内部３１ｄに保持したケース７１の抜けを防止するプラグ７５が圧入され、もって永久磁石７０を内蔵したシフトスピンドル３１の製造が完了する。
【００５１】
以上説明したように、上記実施形態におけるシフト荷重センサ４２は、入力トルクに応じて回転し、磁歪材固着部６１が設けられたシフトスピンドル３１と、前記シフトスピンドル３１へのトルク印加時に、前記磁歪材固着部６１の透磁率の変化を検出する検出コイル６２と、前記シフトスピンドル３１の内部３１ｄに収容され、バイアス磁界を発生させる永久磁石７０と、を備えている。
この構成によれば、永久磁石７０によってバイアス磁界を発生させるので、コイルによってバイアス磁界を発生させる場合と比較して、バイアス磁界を発生させるための電力、配線および回路基板等が不要となり、消費電力の削減および構成の簡素化を図ることができる。また、バイアス磁界を発生させるためのコイルを配置するスペースが不要となり、センサの小型化を図ることができる。さらに、永久磁石７０はシフトスピンドル３１の内部３１ｄに収容されるので、永久磁石７０をシフトスピンドル３１の外部に配置する場合と比較して、さらなる小型化を図ることができる。
【００５２】
また、上記シフト荷重センサ４２は、前記シフトスピンドル３１が発生する応力を前記永久磁石７０から遮断する弾性構造部としてのケース７１を備えている。
この構成によれば、シフトスピンドル３１が発生する応力を永久磁石７０から遮断するので、シフトスピンドル３１に撓みが生じてもこの撓みが弾性構造部に吸収されて軸内部３１ｄの永久磁石７０に伝わらず、永久磁石７０が割れる等の破損が生じることを防止することができる。
【００５３】
また、上記シフト荷重センサ４２は、前記ケース７１が、前記シフトスピンドル３１の内部３１ｄで前記永久磁石７０を収容する。
この構成によれば、シフトスピンドル３１の内部３１ｄで永久磁石７０が弾性構造部としてのケース７１に収容されるので、永久磁石７０をケース７１に収容してシフトスピンドル３１の内部３１ｄに収容するという簡易な工程および構造により、シフトスピンドル３１の内部３１ｄで永久磁石７０を弾性構造部を介して支持し、シフトスピンドル３１の撓みを永久磁石７０から遮断することができる。
【００５４】
また、上記シフト荷重センサ４２は、前記シフトスピンドル３１が、非磁性体である。
この構成によれば、シフトスピンドル３１が非磁性体で構成されるので、シフトスピンドル３１の磁化を防止し、永久磁石７０によって発生したバイアス磁界への外部影響を防止することができる。
【００５５】
上記実施形態における変速操作検出装置は、変速機２１の変速操作が入力されて回動するシフトスピンドル３１のトルクセンサとして、上記何れかの磁歪式荷重センサ（シフト荷重センサ４２）を備えている。
この構成によれば、シフトスピンドル３１のトルクセンサがバイアス磁界を印加した磁歪式荷重センサ（シフト荷重センサ４２）とされるので、磁歪材固着部の磁気特性のバラツキひいてはセンサ感度のバラツキを抑え、かつ踏切等の外乱磁界や地磁気等による影響を抑え、高感度でかつばらつきの少ないセンサ感度の変速操作検出装置とすることができる。また、磁歪式荷重センサが永久磁石７０によってバイアス磁界を発生させるので、消費電力の削減、構成の簡素化および小型化を図ることができる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、回転軸内部の穴底側に弾性接着材を注入し、この接着材で永久磁石の一端側を保持するとともに、永久磁石の他端側は穴開口側に注入した弾性接着材で保持する構成でもよい。また接着材に代わりゴムやスプリング等の弾性体を用いてもよい。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、実施形態の構成要素を周知の構成要素に置き換える等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
２１  変速機
３１  シフトスピンドル（回転軸）
３１ｄ  内部
４２  シフト荷重センサ（磁歪式荷重センサ）
６２  検出コイル
７０  永久磁石
７１  ケース（弾性構造部）
６１  磁歪材固着部
【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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