(57)【要約】【課題】軸方向の小型化が可能なトルクセンサを提供する。【解決手段】トルクセンサ１は、トルクに応じて捩れるシャフト９の外周面に設けられた磁歪材２と、磁歪材２を通過する第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２に磁束を発生させる界磁部３と、第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２の磁束を検出する検出素子５１，５２とを備え、磁歪材２は、磁気異方性による磁化容易軸方向を第１の方向に有する第１の磁歪部２１、及び磁化容易軸方向を第１の方向とは異なる第２の方向に有する第２の磁歪部２２を有し、第１の磁歪部２１と第２の磁歪部２２とがシャフト９の周方向に沿って並んで設けられている。【選択図】図１
2015219118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクに応じて捩れるシャフトの外周面に設けられた磁歪材と、
前記磁歪材を通過する磁路に磁束を発生させる界磁部と、
前記磁束を検出する検出素子とを備え、
前記磁歪材は、磁気異方性による磁化容易軸方向を前記第１の方向に有する第１の磁歪部、及び磁化容易軸方向を前記第１の方向とは異なる第２の方向に有する第２の磁歪部を有し、前記第１の磁歪部と前記第２の磁歪部とが前記シャフトの周方向に沿って並んで設けられた
トルクセンサ。
【請求項２】
前記磁歪材は、前記シャフトの捩じれに伴って前記磁歪材に発生する歪によって前記第１及び第２の磁歪部のうち一方の磁歪部の透磁率が高くなるとき、他方の磁歪部の磁歪部の透磁率が低くなるように、前記第１及び第２の方向が設定されている、
請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記磁歪材は、前記シャフトよりも透磁率が高い、
請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記界磁部は、一対の磁石を有し、
前記一対の磁石のうち一方の磁石が前記第１の磁歪部に磁束を発生させるとき、他方の磁石が前記第２の磁歪部に磁束を発生させる、
請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記界磁部は、二対の磁石を有し、
前記二対の磁石のうち、対をなす第１組の一対の磁石が前記第１の磁歪部及び前記第２の磁歪部に跨って磁束を発生させるとき、対をなす第２組の一対の磁石は、その一方の磁石が前記第１の磁歪部のみに磁束を発生させ、他方の磁石が前記第２の磁歪部のみに磁束を発生させる、
請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトによって伝達されるトルクを検出するトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気異方性を有する磁歪材における磁歪の逆効果（ビラリ効果）を利用した磁歪式のトルクセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のトルクセンサは、トルクを伝達するシャフトに設けられた磁気異方性を有する磁歪材と、磁歪材に通す磁束を出力する界磁部と、磁歪材を通る磁束を検出する磁束検出部とを備えている。また、界磁部は、静磁界による磁束を発生する磁石と、磁石から出力された磁束を磁歪材に導くヨークとを備えている。
【０００４】
磁歪材は、第１異方性が付与された第１磁歪部と、第１磁歪部の第１異方性とは逆方向の第２異方性が付与された第２磁歪部とを有し、第１磁歪部と第２磁歪部とが、シャフトの軸方向に並んで配置されている。界磁部は、磁石及びヨークが第１磁歪部及び第２磁歪部のそれぞれに対応して設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２１０３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなトルクセンサは、その用途や配置位置によっては、シャフトの軸方向のサイズの小型化が必要になる場合がある。しかし、特許文献１に記載のトルクセンサは、第１磁歪部と第２磁歪部とがシャフトの軸方向に並んで配置されており、また軸方向における第１磁歪部及び第２磁歪部の幅を狭くすると、それぞれの磁界が相互干渉するおそれがあるため、軸方向の小型化が困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、軸方向の小型化が可能なトルクセンサ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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、トルクに応じて捩れるシャフトの外周面に設けられた磁歪材と、前記磁歪材を通過する磁路に磁束を発生させる界磁部と、前記磁束を検出する検出素子とを備え、前記磁歪材は、磁気異方性による磁化容易軸方向を前記第１の方向に有する第１の磁歪部、及び磁化容易軸方向を前記第１の方向とは異なる第２の方向に有する第２の磁歪部を有し、前記第１の磁歪部と前記第２の磁歪部とが前記シャフトの周方向に沿って並んで設けられたトルクセンサを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トルクセンサの軸方向の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るトルクセンサの構成例をシャフトと共に示す斜視図である。
【図２】トルクセンサの分解斜視図であり、（ａ）は界磁部を、（ｂ）は磁歪材及ぶシャフトを示す。
【図３】（ａ）は、トルクセンサをシャフトの軸方向から見た平面図であり、（ｂ）は、トルクセンサをシャフトの径方向から見た正面図である。
【図４】（ａ）は、トルクセンサと、トルクセンサの検出結果に基づいてシャフトに作用するトルクを求める制御装置とを示す概略の構成図であり、（ｂ）は、制御装置においてシャフトに作用するトルクを求めるための電気回路の回路構成例を示す回路図である。
【図５】一定量の捩じれが生じたシャフトが一方向に一定の速度で１回転した際の検出素子の出力信号の時間的な変化の例を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の形態に係るトルクセンサを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係るトルクセンサについて、図１乃至図５を参照して説明する。このトルクセンサは、例えば自動車や電動補助自転車（アシスト電動自転車）等に搭載され、シャフトによって伝達されるトルクを検出するために使用される。
【００１２】
（トルクセンサの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るトルクセンサ１の構成例をシャフト９と共に示す斜視図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、トルクセンサ１の分解斜視図である。図３（ａ）は、トルクセンサ１をシャフト９の軸方向から見た平面図であり、図３（ｂ）は、トルクセンサ１をシャフト９の径方向から見た正面図である。
【００１３】
トルクセンサ１は、シャフト９の外周面９ａに設けられた磁歪材２と、磁歪材２を通過する磁路に磁束を発生させる界磁部３と、界磁部３で発生した磁束を検出する一対の検出素子５１，５２とを備えている。シャフト９は、例えば炭素鋼からなる円柱状のトルク伝達部材であり、伝達するトルクに応じて周方向に捩れが発生する。図１乃至図３では、磁歪材２の周辺におけるシャフト９の一部を図示している。検出素子５１，５２は、例えばホール素子やＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子等の磁界の強度を検出可能な素子である。
【００１４】
界磁部３は、一対の磁石（第１の磁石３１及び第２の磁石３２）と、第１及び第２の磁石３１，３２の磁束を磁歪材２に導くヨーク４とを有している。本実施の形態では、第１及び第２の磁石３１，３２がフェライト等の硬磁性体からなる永久磁石であるが、これに限らず電磁石であってもよい。ヨーク４は、第１の磁石３１の磁束を磁歪材２に導く第１ヨーク部４１と、第２の磁石３２の磁束を磁歪材２に導く第２ヨーク部４２とを有している。ヨーク４は、例えば軟鉄等の磁性材料からなる薄板を積層して構成され、シャフト９を回転可能に支持する図略の支持部材に支持されている。
【００１５】
図２に示すように、第１ヨーク部４１は、一対の腕部４１１，４１２と、一対の腕部４１１，４１２のそれぞれの先端部から磁歪材２に向かって突出する突出部４１３，４１４とを有している。一対の腕部４１１，４１２は、それぞれがシャフト９の外周面９ａに沿って延びる円弧状であり、一対の腕部４１１，４１２の間に第１の磁石３１及び検出素子５１が挟まれて配置されている。突出部４１３，４１４は、第１の磁石３１及び検出素子５１側とは反対側の一対の腕部４１１，４１２の端部に設けられている。
【００１６】
第２ヨーク部４２は、第１ヨーク部４１と同様に構成されている。すなわち、第２ヨーク部４１は、一対の腕部４２１，４２２と、一対の腕部４２１，４２２のそれぞれの先端部から磁歪材に向かって突出する突出部４２３，４２４とを有している。一対の腕部４２１，４２２は、それぞれがシャフト９の外周面９ａに沿って延びる円弧状であり、一対の腕部４２１，４２２の間に第２の磁石３２及び検出素子５２が挟まれて配置されている。突出部４２３，４２４は、第２の磁石３２及び検出素子５２側とは反対側の一対の腕部４２１，４２２の端部に設けられている。
【００１７】
なお、図１乃至図３では、第１ヨーク部４１の一対の腕部４１１，４１２と第１の磁石３１及び検出素子５１が隙間なく密着している場合を例示しているが、これら各部材間に隙間が形成されていてもよい。同様に、図１乃至図３では、第２ヨーク部４２の一対の腕部４２１，４２２と第２の磁石３２及び検出素子５２が隙間なく密着している場合を例示しているが、これら各部材間に隙間が形成されていてもよい。ただし、磁気抵抗を抑制するため、これらの隙間は狭い方がよい。
【００１８】
磁歪材２は、飽和磁歪量が１０×１０−６以上の磁歪材料からなることが望ましい。本実施の形態では、磁歪材２が、１０×１０−６（１０ｐｐｍ）以上の飽和磁歪量を有するＦｅＮｉ合金からなる薄膜をシャフト９の外周面９ａに接着して構成されている。ただし、ＦｅＮｉ合金をシャフト９の外周面９ａにメッキすることにより、磁歪材２を形成してもよい。つまり、磁歪材２は、シャフト９がトルクによって捩じれたとき、シャフト９と共に捩れて歪が発生するように、シャフト９と一体化していればよい。
【００１９】
磁歪材２の厚みは、例えば２０μｍ以上４０μｍ以下である。この厚みが２０μｍ未満であると漏れ磁束が発生しやすく、４０μｍを越えるとコスト上昇の要因となるためである。本実施の形態では、磁歪材２の厚みが３０μｍである。なお、各図面では、説明の明確化のため、磁歪材２の厚みを誇張して表している。
【００２０】
磁歪材２は、シャフト９よりも透磁率が高い。より望ましくは、磁歪材２の透磁率がシャフト９の透磁率よりも１０倍以上であるとよい。本実施の形態では、磁歪材２がＦｅＮｉ合金であり、その透磁率が約１０００００であるのに対し、シャフト９の透磁率が約１０００（炭素鋼の場合）であり、この条件を満たしている。磁歪材２の透磁率がシャフト９の透磁率よりも高いことにより、第１及び第２の磁石３１，３２の磁束がシャフト９よりも磁歪材２をより多く通過する。
【００２１】
また、磁歪材２は、磁気異方性による磁化容易軸方向を第１の方向（図２に矢印Ａ１で示す）に有する第１の磁歪部２１、及び磁化容易軸方向を第１の方向とは異なる第２の方向（図２に矢印Ａ２で示す）に有する第２の磁歪部２２を有し、第１の磁歪部２１と第２の磁歪部２２とがシャフト９の周方向に沿って並んで設けられている。本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、シャフト９の回転軸Ｏを中心とする周方向における１８０°の範囲に第１の磁歪部２１が設けられ、第１の磁歪部２１が設けられた範囲を除く残りの１８０°の範囲に第２の磁歪部２２が設けられている。
【００２２】
このような磁気異方性は、例えばシャフト９の外周面９ａに磁歪材２を接着した後、シャフト９を一方向に捩じった状態で第１の磁歪部２１となる部分に熱処理（例えば高周波加熱）を行い、かつシャフト９を逆方向に捩じった状態で第２の磁歪部２２となる部分に熱処理を行うことにより、形成することができる。
【００２３】
第１の磁歪部２１における磁化容易軸を示す第１の方向と、第２の磁歪部２２における磁化容易軸を示す第２の方向とは、シャフト９の軸方向に対する傾きが互いに逆である。これにより、磁歪材２は、シャフト９の捩じれに伴って磁歪材２に発生する歪によって第１の磁歪部２１の透磁率が高くなるとき、第２の磁歪部２２の透磁率が低くなる。また、シャフト９の逆方向への捩じれに伴って磁歪材２に発生する歪によって第１の磁歪部２１の透磁率が低くなるとき、第２の磁歪部２２の透磁率が高くなる。すなわち、第１及び第２の磁歪部２１，２２のうち一方の磁歪部の透磁率が高くなるとき、他方の磁歪部の透磁率が低くなるように、第１及び第２の方向が設定されている。
【００２４】
本実施の形態では、第１の磁歪部２１の磁化容易軸のシャフト９の軸方向に対する傾斜角θ１と、第２の磁歪部２２の磁化容易軸のシャフト９の軸方向に対する傾斜角θ２とが同じである。すなわち、第１及び第２の磁歪部２１，２２の磁化容易軸を示す第１及び第２の方向は、シャフト９の軸方向に対して同じ角度で互いに逆方向に傾斜している。これにより、シャフト９の捩じれ量に対する第１の磁歪部２１における透磁率の変化量と、第２の磁歪部２２における透磁率の変化量とが同じになる。
【００２５】
第１ヨーク部４１と第２ヨーク部４２とは、シャフト９の回転軸Ｏを対称軸とする対称な位置に配置されている。つまり、第１ヨーク部４１と第２ヨーク部４２との間にシャフト９が配置され、第１ヨーク部４１の突出部４１３，４１４及び第２ヨーク部４２の突出部４２３，４２４が磁歪材２に対向している。この構成により、第１の磁石３１が第１の磁歪部２１に磁束を発生させるとき、第２の磁石３２が第２の磁歪部２２に磁束を発生させる。また、第１の磁石３１が第２の磁歪部２２に磁束を発生させるとき、第２の磁石３２が第１の磁歪部２１に磁束を発生させる。すなわち、第１及び第２の磁石３１，３２のうち一方の磁石が第１の磁歪部２１に磁束を発生させるとき、他方の磁石が第２の磁歪部２２に磁束を発生させる。
【００２６】
第１の磁石３１及び第１ヨーク部４１は、シャフト９の回転軸Ｏを中心とする周方向における略９０°の範囲に磁歪材２を通過する磁束を発生させる。以下、この磁束の磁路を第１磁路Ｍ１とする。また、第２磁石３２及び第２ヨーク部４２は、シャフト９の回転軸Ｏを中心とする周方向における略９０°の範囲に磁歪材２を通過する磁束を発生させる。以下、この磁束の磁路を第２磁路Ｍ２とする。第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２は、シャフト９の周方向に重ならない範囲に形成される。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、第１の磁石３１のＮ極から放射された磁束は、第１ヨーク部４１の腕部４１１を通過して突出部４１３から磁歪材２に導かれ、磁歪材２からさらに第１ヨーク部４１の突出部４１４及び腕部４１２を通過して第１の磁石３１のＳ極に戻る。第１のヨーク部４１の腕部４１２と第１の磁石３１のＳ極との間には、第１の磁石３１に対応して配置された検出素子５１が介在しているので、上記の第１磁路Ｍ１を通過する磁束の磁束密度が検出素子５１によって検出される。
【００２８】
同様に、第２の磁石３２のＮ極から放射された磁束は、第２ヨーク部４２の腕部４２１を通過して突出部４２３から磁歪材２に導かれ、磁歪材２からさらに第２ヨーク部４２の突出部４２４及び腕部４２２を通過して第２の磁石３２のＳ極に戻る。第２のヨーク４２の腕部４２２と第２の磁石３２のＳ極との間には、第２の磁石３２に対応して配置された検出素子５２が介在しているので、上記の第２磁路Ｍ２を通過する磁束の磁束密度が検出素子５２によって検出される。
【００２９】
シャフト９が捩じれると、その捩じれ量に応じて第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２における磁歪材２（第１の磁歪部２１及び第２の磁歪部２２）の透磁率が変化し、これに伴って検出素子５１，５２によって検出される磁束の磁束密度が変化する。したがって、検出素子５１，５２の検出結果に基づいて、シャフト９の捩じれ量を検出することが可能である。次に、このトルク検出方法の一例について、図４及び図５を参照して説明する。
【００３０】
（トルク検出方法）
図４（ａ）は、トルクセンサ１と、トルクセンサ１の検出結果に基づいてシャフト９に作用するトルクを求める制御装置６とを示す概略の構成図であり、図４（ｂ）は、制御装置６においてシャフト９に作用するトルクを求めるための電気回路８の回路構成例を示す回路図である。
【００３１】
制御装置６は、検出素子５１，５２で検出した第１の磁歪部２１を通過する磁路の磁束の検出結果及び第２の磁歪部２２を通過する磁路の磁束の検出結果の比較に基づいて、シャフト９に作用するトルクを検出する。
【００３２】
検出素子５１，５２における磁束の検出結果である出力信号は、第１及び第２の差動信号線７１，７２によって、それぞれ制御装置６に伝達される。第１の差動信号線７１は、一対の信号線７１１，７１２からなり、第２の差動信号線７２は、一対の信号線７２１，７２２からなる。また、検出素子５１，５２には、図略の電源線を介して制御装置６から動作電源が供給される。制御装置６は、トルクセンサ１の検出素子５１，５２からの出力信号に基づいてシャフト９に作用するトルクを求め、制御対象の制御を行う。
【００３３】
図４（ｂ）に示すように、トルク検出用の電気回路８は、第１増幅部８１及び第２増幅部８２と、差動増幅部８３とを有している。第１増幅部８１は、オペアンプ８１０と、第１入力抵抗Ｒ１１と、第２入力抵抗Ｒ１２と、帰還抵抗Ｒ１３とによって構成されている。第１増幅部８１の第１入力抵抗Ｒ１１及び第２入力抵抗Ｒ１２には、第１の差動信号線７１の一対の信号線７１１，７１２がそれぞれ接続されている。また、第２増幅部８２は、オペアンプ８２０と、第１入力抵抗Ｒ２１と、第２入力抵抗Ｒ２２と、帰還抵抗Ｒ２３とによって構成されている。第２増幅部８２の第１入力抵抗Ｒ２１及び第２入力抵抗Ｒ２２には、第２の差動信号線７２の一対の信号線７２１，７２２がそれぞれ接続されている。
【００３４】
差動増幅部８３は、オペアンプ８３０と、第１入力抵抗Ｒ３１と、第２入力抵抗Ｒ３２と、帰還抵抗Ｒ３３とによって構成されている。第１増幅部８１のオペアンプ８１０の出力は、第１入力抵抗Ｒ３１を介して差動増幅部８３のオペアンプ８３０に入力され、第２増幅部８２のオペアンプ８２０の出力は、第２入力抵抗Ｒ３２を介して差動増幅部８３のオペアンプ８３０に入力される。
【００３５】
第１増幅部８１は、検出素子５１の出力信号を増幅して差動増幅部８３に出力し、第２増幅部８２は、検出素子５２の出力信号を増幅して差動増幅部８３に出力する。差動増幅部８３は、第１増幅部８１から入力される信号と第２増幅部８２から入力される信号との差分を増幅して出力する。この差動増幅部８３からの出力信号の電圧は、シャフト９によって伝達されるトルクに応じて変化する。
【００３６】
図５は、トルクによって一定量の捩じれが生じたシャフト９が一方向に一定の速度で１回転した際の検出素子５１，５２の出力信号の時間的な変化の例を模式的に示すグラフである。図５では、検出素子５１の出力信号を太線で、検出素子５２の出力信号を細線で、それぞれ示している。
【００３７】
図５において、横軸に示す時間軸における時刻ｔ０では、図３（ａ）に示すように、第１の磁石３１で発生した磁束が第１の磁歪部２１を通過し、第２の磁石３２で発生した磁束が第２の磁歪部２２を通過する。この状態では、第１磁路Ｍ１における第１の磁歪部２１の透磁率が、第２磁路Ｍ２における第２の磁歪部２２の透磁率よりも高くなる方向にシャフト９が捩じれているものとする。この場合、検出素子５１で検出される第１磁路Ｍ１における磁束密度は、検出素子５２で検出される第２磁路Ｍ２における磁束密度よりも高くなる。
【００３８】
この状態からシャフト９がトルクを受けて回転すると、時刻ｔ１以降において第１及び第２の磁石３１，３２で発生した磁束が第１の磁歪部２１及び第２の磁歪部２２を跨って磁歪材２を通過するようになり、第１磁路Ｍ１における磁束密度は徐々に低くなり、第２磁路Ｍ２における磁束密度は徐々に高くなる。これにより、時刻ｔ２において第１磁路Ｍ１における磁束密度と第２磁路Ｍ２における磁束密度とが等しくなる。
【００３９】
この状態からさらにシャフト９が回転すると、時刻ｔ３において、第１の磁石３１で発生した磁束が第２の磁歪部２２のみを通過し、第２の磁石３２で発生した磁束が第１の磁歪部２１のみを通過するようになり、この状態が時刻ｔ４まで継続する。時刻ｔ３からｔ４までの間は、第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２における磁束密度が一定となる。
【００４０】
時刻ｔ４を過ぎると、再び第１及び第２の磁石３１，３２で発生した磁束が第１の磁歪部２１及び第２の磁歪部２２を跨って磁歪材２を通過するようになり、第１磁路Ｍ１における磁束密度は徐々に高くなり、第２磁路Ｍ２における磁束密度は徐々に低くなる。そして、時刻ｔ５において第１磁路Ｍ１における磁束密度と第２磁路Ｍ２における磁束密度とが等しくなる。また、時刻ｔ６になると、第１の磁石３１で発生した磁束が第１の磁歪部２１のみを通過し、第２の磁石３２で発生した磁束が第２の磁歪部２２のみを通過するようになり、第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２における磁束密度が一定となる。
【００４１】
差動増幅部８３の出力信号の電圧は、検出素子５１，５２の出力信号の差が増幅された信号であるので、図５における時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、及び時刻ｔ６以降は一定となり、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間、及び時刻ｔ４から時刻ｔ６までの間は時間の経過と共に増減する。制御装置６では、差動増幅部８３の出力信号の電圧が一定である期間（時刻ｔ０〜ｔ１，時刻ｔ３〜ｔ４，及び時刻ｔ６〜）の電圧値に基づいて、シャフト９に作用するトルクを検出することができる。
【００４２】
なお、シャフト９に作用するトルクが時間と共に変動する場合には、第１及び第２の磁石３１，３２のそれぞれで発生した磁束が第１の磁歪部２１のみ又は第２の磁歪部２２のみを通過する際にも差動増幅部８３の出力信号がトルクの変動に伴って変化するが、差動増幅部８３の出力信号の変化が緩やかになった時点から、その後に差動増幅部８３の出力信号の変化が急激になる時点までの間の差動増幅部８３の出力信号の電圧によって、シャフト９に作用するトルクを検出することができる。
【００４３】
また、シャフト９にその回転位置を検出することが可能なエンコーダ等の回転位置検出装置が設けられている場合には、この回転位置検出装置の信号を参照し、第１及び第２の磁石３１，３２のそれぞれで発生した磁束が第１の磁歪部２１のみ又は第２の磁歪部２２のみを通過する際の差動増幅部８３の出力信号に基づいて、シャフト９に作用するトルクを検出してもよい。あるいは、差動増幅部８３の出力信号のピーク値を保持するピーク・ホールド回路、及び差動増幅部８３の出力信号のボトム値を保持するボトム・ホールド回路を設け、これらのホールド回路の出力値に基づいて、シャフト９に作用するトルクを検出してもよい。
【００４４】
（第１実施の形態の作用及び効果）
以上説明した第１の実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
【００４５】
（１）第１の磁歪部２１及び第２の磁歪部２２は、シャフト９の周方向に並んで設けられているので、例えば磁化容易軸方向が異なる２つの磁歪部がシャフト９の軸方向に並んで設けられている場合に比較して、トルクセンサ１を小型化することができる。これにより、例えばシャフト９の軸方向における配置スペースが限られているために磁化容易軸方向が異なる２つの磁歪部をシャフト９の軸方向に並んで設けることができない場合にも、その配置スペース内にトルクセンサ１を配置し得る。
【００４６】
（２）磁歪材２は、シャフト９の捩じれに伴って磁歪材２に発生する歪によって第１及び第２の磁歪部２１，２２のうち一方の磁歪部の透磁率が高くなるとき、他方の磁歪部の磁歪部の透磁率が低くなるように、磁化容易軸の方向が設定されているので、第１の磁歪部２１を通過した磁束の検出結果と、第２の磁歪部２２を通過した磁束の検出結果との比較に基づいて、より正確にシャフト９に作用するトルクを検出することができる。
【００４７】
（３）界磁部３は、第１及び第２の磁石３１，３２を有し、これらの磁石のうち一方の磁石が第１の磁歪部２１に磁束を発生させるとき、他方の磁石が第２の磁歪部２２に磁束を発生させ、それぞれの磁束を検出素子５１，５２で検出するので、第１の磁歪部２１を通過する磁束と第２の磁歪部２２を通過する磁束とを同時に検出することができる。これにより、トルクの検出精度を高めることが可能となる。
【００４８】
（４）磁歪材２は、シャフト９よりも透磁率が高いので、磁歪材２を透過してシャフト９を通過する磁束を抑制することができ、磁歪材２における歪に応じて第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２における磁束密度を大きく変化させることができる。これにより、トルクの検出精度をさらに高めることが可能となる。
【００４９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態に係るトルクセンサ１Ａを示す平面図である。図６において、第１の実施の形態について説明したものと共通する機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。
【００５０】
トルクセンサ１Ａは、第１の実施の形態と同様の磁歪材２と、磁歪材２を通過する磁路に磁束を発生させる界磁部３Ａと、界磁部３Ａで発生した磁束を検出する４つの検出素子５１〜５４とを有している。界磁部３Ａは、第１乃至第４の磁石３１〜３４と、第１乃至第４の磁石３１〜３４の磁束を磁歪材２に導くヨーク４Ａとを有している。
【００５１】
すなわち、第１の実施の形態に係るトルクセンサ１は、界磁部３が２つの磁石（第１及び第２の磁石３１，３２）を有し、それぞれの磁石に対応して２つの検出素子５１，５２が配置されていたが、本実施の形態に係るトルクセンサ１Ａは、界磁部３Ａが、第１及び第２の磁石３１，３２、ならびに検出素子５１，５２に加え、第３及び第４の磁石３３，３４、ならびに検出素子５３，５４を有している。
【００５２】
ヨーク４Ａは、第１の実施の形態に係るヨーク４と同様の第１ヨーク部４１及び第２ヨーク部４２に加え、第３の磁石３３の磁束を磁歪材２に導く第３ヨーク部４３と、第４の磁石３４の磁束を磁歪材２に導く第３ヨーク部４４とを有している。第３ヨーク部４３は、一対の腕部４３１，４３２と、一対の腕部４３１，４３２のそれぞれの先端部から磁歪材に向かって突出する突出部４３３，４３４とを有している。第４ヨーク部４４は、一対の腕部４４１，４４２と、一対の腕部４４１，４４２のそれぞれの先端部から磁歪材に向かって突出する突出部４４３，４４４とを有している。
【００５３】
第１乃至第４の磁石３１〜３４は、それぞれ第１乃至第４のヨーク部４１〜４４及び磁歪材２を含む第１乃至第４磁路Ｍ１〜Ｍ４に磁束を発生させる。検出素子５３は、第３ヨーク部４３における腕部４３２と第３の磁石３３との間に配置され、第３磁路Ｍ３における磁束密度を検出する。検出素子５４は、第４ヨーク部４４における腕部４４２と第４の磁石３４との間に配置され、第４磁路Ｍ４における磁束密度を検出する。
【００５４】
第１乃至第４ヨーク部４１〜４４は、シャフト９を囲むように、シャフト９の周方向に沿って並んで配置されている。つまり、シャフト９の軸方向における第１乃至第４ヨーク部４１〜４４の位置は同じである。第１乃至第４ヨーク部４１〜４４は、シャフト９の回転軸Ｏを中心とする周方向における９０°未満の範囲に、磁歪材２を通過する磁束を発生させる。
【００５５】
第１のヨーク部４１及び第２のヨーク部４２は、シャフト９を挟んでその回転軸Ｏに対して対称な位置に配置されている。また、第３のヨーク部４３及び第４のヨーク部４４は、シャフト９を挟んで回転軸Ｏに対して対称な位置に配置されている。
【００５６】
第１の磁石３１及び第２の磁石３２を第１組とし、第３の磁石３３及び第４の磁石３４を第２組とすると、対をなす第１組の一対の磁石（第１の磁石３１及び第２の磁石３２）が第１の磁歪部２１及び第２の磁歪部２２に跨って磁束を発生させるとき、対をなす第２組の一対の磁石（第３の磁石３３及び第４の磁石３４）は、その一方の磁石（例えば第３の磁石３３）が第１の磁歪部２１のみに磁束を発生させ、他方の磁石（例えば第４の磁石３４）が第２の磁歪部２２のみに磁束を発生させる。
【００５７】
また、第１組の一対の磁石（第１の磁石３１及び第２の磁石３２）の一方の磁石（例えば第１の磁石３１）が第１の磁歪部２１のみに磁束を発生させ、他方の磁石（例えば第２の磁石３２）が第２の磁歪部２２のみに磁束を発生させるとき、第２組の一対の磁石（第３の磁石３３及び第４の磁石３４）は、第１の磁歪部２１及び第２の磁歪部２２に跨って磁束を発生させる。図６では、この状態を図示している。
【００５８】
トルクセンサ１Ａは、上記構成により、第１組の一対の磁石（第１の磁石３１及び第２の磁石３２）及び第２組の一対の磁石（第３の磁石３３及び第４の磁石３４）のうち、何れか一方の組の一対の磁石が第１の磁歪部２１及び第２の磁歪部２２に跨って磁束を発生させるとき、他方の組の一対の磁石は、その一方の磁石が第１の磁歪部２１のみに磁束を発生させ、他方の磁石が第２の磁歪部２２のみに磁束を発生させる。
【００５９】
したがって、第１の磁石３１及び第２の磁石３２に対応する検出素子５１，５２の出力信号に基づいてシャフト９に作用するトルクを検出する第１の検出状態と、第３の磁石３３及び第４の磁石３４に対応する検出素子５３，５４の出力信号に基づいてシャフト９に作用するトルクを検出する第２の検出状態とを切り替えることにより、常にシャフト９に作用するトルクを検出することが可能である。つまり、第１の実施の形態では、トルクを検出できない時間帯（図５における時刻ｔ１〜ｔ３，及び時刻ｔ４〜ｔ６）が存在したが、本実施の形態では、常にシャフト９に作用するトルクを検出することが可能である。
【００６０】
すなわち、本実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用及び効果に加え、シャフト９に作用するトルクを常に検出することができるので、シャフト９の回転が低速である場合やトルクが頻繁に変動する場合でも、適切にシャフト９に作用するトルクを検出することができる。
【００６１】
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【００６２】
［１］トルクに応じて捩れるシャフト（９）の外周面に設けられた磁歪材２と、前記磁歪材（２）を通過する磁路に磁束を発生させる界磁部（３，３Ａ）と、前記磁束を検出する検出素子（５１〜５４）とを備え、前記磁歪材（２）は、磁気異方性による磁化容易軸方向を前記第１の方向に有する第１の磁歪部（２１）、及び磁化容易軸方向を前記第１の方向とは異なる第２の方向に有する第２の磁歪部（２２）を有し、前記第１の磁歪部（２１）と前記第２の磁歪部（２２）とが前記シャフト（９）の周方向に沿って並んで設けられたトルクセンサ（１，１Ａ）。
【００６３】
［２］前記磁歪材（２）は、前記シャフト（９）の捩じれに伴って前記磁歪材（２）に発生する歪によって前記第１及び第２の磁歪部（２１，２２）のうち一方の磁歪部の透磁率が高くなるとき、他方の磁歪部の磁歪部の透磁率が低くなるように、前記第１及び第２の方向が設定されている、［１］に記載のトルクセンサ（１，１Ａ）。
【００６４】
［３］前記磁歪材（２）は、前記シャフト（９）よりも透磁率が高い、［１］又は［２］に記載のトルクセンサ（１，１Ａ）。
【００６５】
［４］前記界磁部（３）は、一対の磁石（３１，３２）を有し、前記一対の磁石（３１，３２）のうち一方の磁石が前記第１の磁歪部（２１）に磁束を発生させるとき、他方の磁石が前記第２の磁歪部（２２）に磁束を発生させる、［１］乃至［３］の何れか１つに記載のトルクセンサ（１）。
【００６６】
［５］前記界磁部（３Ａ）は、二対の磁石（３１〜３４）を有し、前記二対の磁石（３１〜３４）のうち、対をなす第１組の一対の磁石（３１，３２）が前記第１の磁歪部（２１）及び前記第２の磁歪部（２２）に跨って磁束を発生させるとき、対をなす第２組の一対の磁石（３３，３４）は、その一方の磁石が前記第１の磁歪部（２１）のみに磁束を発生させ、他方の磁石が前記第２の磁歪部（２２）のみに磁束を発生させる、［１］乃至［３］の何れか１つに記載のトルクセンサ（１Ａ）。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００６８】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することができる。例えば、上記第１及び第２の実施の形態では、界磁部３，３Ａが複数の磁石を有する場合について説明したが、これに限らず、１つの磁石のみを有していてもよい。すなわち、第１の実施の形態において、第２の磁石３２，第２のヨーク部４２，及び検出素子５２を省略してもよい。この場合、第１の磁石３１が第１磁歪部２１のみに磁束を発生させた際の検出素子５１の検出結果、及び第１の磁石３１が第２磁歪部２２のみに磁束を発生させた際の検出素子５１の検出結果を記憶し、それぞれの検出結果の比較に基づいてシャフト９に作用するトルクを検出することができる。すなわち、磁歪材２において第１の磁歪部２１及び第２の磁歪部２２がシャフト９の周方向に並んで配置されていれば、本発明の効果を奏することができ、この磁歪材２に磁束を発生させる界磁部における磁石や検出素子の数に特に制限はない。
【００６９】
また、第１の実施の形態では、制御装置６がアナログ回路である電気回路８によってシャフト９のトルクを検出する場合について説明したが、これに限らず、例えば検出素子５１，５２の検出結果をＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）して得られた数値情報に基づく演算によって、シャフト９のトルクを検出してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１，１Ａ…トルクセンサ
２…磁歪材
２１…第１磁歪部
２２…第２磁歪部
３，３Ａ…界磁部
３１〜３４…第１乃至第４の磁石
４，４Ａ…ヨーク
４１〜４４…第１乃至第４ヨーク部
５１〜５４…検出素子
９…シャフト
【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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