(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪特性を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸に付与されたトルクを測定するトルクセンサであって、
前記回転軸と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されるとともに、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第１傾斜案内路と、軸方向に対して前記第１傾斜案内路と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第２傾斜案内路とが形成された非磁性体からなるボビンと、
前記第１傾斜案内路に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第１検出コイル及び第４検出コイルと、
前記第２傾斜案内路に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第２検出コイル及び第３検出コイルとを備え、
前記第１乃至第４検出コイルは、それぞれが前記ボビンの外周に積層された複数の層にわたって形成されており、
前記第１検出コイル、前記第２検出コイル、前記第４検出コイル、及び前記第３検出コイルが、この順序で環状に接続されてブリッジ回路を構成し、
前記複数の層にわたって形成された前記第１検出コイルの層間に前記第２検出コイル及び前記第３検出コイルの層が介在し、
前記複数の層にわたって形成された前記第２検出コイルの層間に前記第１検出コイル及び前記第４検出コイルの層が介在し、
前記複数の層にわたって形成された前記第３検出コイルの層間に前記第１検出コイル及び前記第４検出コイルの層が介在し、
前記複数の層にわたって形成された前記第４検出コイルの層間に前記第２検出コイル及び前記第３検出コイルの層が介在している、
トルクセンサ。
【請求項２】
前記第１検出コイル及び前記第４検出コイルが同じ層に形成され、前記第２検出コイル及び前記第３検出コイルが同じ層に形成された、
請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記第１検出コイルの層、前記第２の検出コイルの層、前記第３検出コイルの層、及び前記第４の検出コイルの層が順次積層された、
請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記ボビンの周囲に設けられた中空円筒状の磁性体からなる磁性体リングをさらに備えた、
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】
前記ボビンは、ポリフタルアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、又はポリフェニレンサルファイド樹脂からなる、
請求項１乃至４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、磁歪式のトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁歪式のトルクセンサが知られている。磁歪式のトルクセンサは、応力が付与された際に透磁率が変化する磁歪特性を有する回転軸を用い、トルクが付与されて回転軸が捩じれた際の回転軸の透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、回転軸に付与されたトルクを検出する。
【０００３】
回転軸にトルクが付与されると、軸方向に対して所定角度（例えば＋４５度）傾斜した方向に圧縮（又は引張）の応力が作用し、軸方向に対して反対方向に所定角度（例えば−４５度）傾斜した方向に引張（又は圧縮）の応力が作用する。よって、軸方向に対して例えば＋４５度及び−４５度傾斜した方向の透磁率の変化を２つの検出コイルでそれぞれ検出するように構成し、かつ、ブリッジ回路等を用いて両検出コイルの両端電圧の差分を測定するように構成することで、回転軸に付与されたトルクを感度よく検出することが可能になる。
【０００４】
また、従来の磁歪式のトルクセンサとして、回転軸側から外側に向かって、回転軸に対して＋４５度傾斜した＋４５度検出コイルを第１層に設け、回転軸に対して−４５度傾斜した−４５度検出コイルを第２層に設け、回転軸に対して＋４５度傾斜した＋４５度検出コイルを第３層に設け、回転軸に対して−４５度傾斜した−４５度検出コイルを第４層に設けたトルクセンサが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
このトルクセンサは、一方の対向辺に一対の＋４５度傾斜した検出コイルを配置し、他方の対向辺に一対の−４５度傾斜した検出コイルを配置したブリッジ回路を用いて回転軸に与えられるトルクを測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８８８０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のトルクセンサは、内側の層から外側の層に向かうに従い直径が大きくなり、この径差によって外側の層ほどインダクタンスや抵抗（直流抵抗）が大きくなる傾向にあるため、トルクが付与されていないときでもブリッジ回路から電圧（オフセット電圧）が出力される。このオフセット電圧は、コイルの抵抗成分が温度依存性を有することから、温度によっても変動する。このオフセット電圧は、トルク測定値の誤差の要因となる。
【０００８】
そこで、本発明は、オフセット電圧によるトルク測定値の誤差の発生を抑制することができる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】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、磁歪特性を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸に付与されたトルクを測定するトルクセンサであって、前記回転軸と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されるとともに、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第１傾斜案内路と、軸方向に対して前記第１傾斜案内路と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第２傾斜案内路とが形成された非磁性体からなるボビンと、前記第１傾斜案内路に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第１検出コイル及び第４検出コイルと、前記第２傾斜案内路に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第２検出コイル及び第３検出コイルとを備え、前記第１乃至第４検出コイルは、それぞれが前記ボビンの外周に積層された複数の層にわたって形成されており、前記第１検出コイル、前記第２検出コイル、前記第４検出コイル、及び前記第３検出コイルが、この順序で環状に接続されてブリッジ回路を構成し、前記複数の層にわたって形成された前記第１検出コイルの層間に前記第２検出コイル及び前記第３検出コイルの層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第２検出コイルの層間に前記第１検出コイル及び前記第４検出コイルの層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第３検出コイルの層間に前記第１検出コイル及び前記第４検出コイルの層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第４検出コイルの層間に前記第２検出コイル及び前記第３検出コイルの層が介在している、トルクセンサを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、オフセット電圧によるトルク測定値の誤差の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るトルクセンサを示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は回転軸に取り付けた際の断面図である。
【図２】ボビンの斜視図である。
【図３】ボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、（ａ）は第１検出コイル及び第４検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、（ｂ）は第２検出コイル及び第３検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図である。
【図４】測定部の概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、（ａ）は第１検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、（ｂ）は第２検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、（ｃ）は第３検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、（ｄ）は第４検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、（ａ）は第１検出コイル及び第４検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、（ｂ）は第２検出コイル及び第３検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１３】
（トルクセンサの全体構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るトルクセンサを示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は回転軸に取り付けた際の断面図である。
【００１４】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、トルクセンサ１は、磁歪特性を有する回転軸２の周囲に取り付けられ、回転軸２に付与されたトルク（回転トルク）を測定するものである。
【００１５】
トルクセンサ１は、非磁性体である樹脂からなるボビン３と、ボビン３の外周に絶縁電線８を巻き付けて構成される第１検出コイル４、第２検出コイル５、第３検出コイル６、及び第４検出コイル７と、磁性体リング９と、固定リング１０と、を備えている。
【００１６】
回転軸２は、磁歪特性を有する材料から構成され、円柱状（棒状）に形成されている。磁歪特性を有する材料としては、例えば、ニッケル、鉄−アルミニウム合金、鉄−コバルト合金等が挙げられる。なお、回転軸２に用いる材料としては、圧縮時に透磁率が低下し引張時に透磁率が増加する正磁歪材料、圧縮時に透磁率が増加し引張時に透磁率が低下する負磁歪材料のどちらを用いても構わない。回転軸２は、例えば、車両のパワートレイン系のトルク伝達に用いられるシャフト、あるいは車両のエンジンのトルク伝達に用いられるシャフトである。
【００１７】
磁性体リング９は、磁性体（強磁性体）からなり、中空円筒状に形成されている。磁性体リング９の中空部には第１乃至第４検出コイル４〜７が巻き回されたボビン３が挿入される。磁性体リング９の内径は、ボビン３の外径と略同じに（ボビン３の外径よりも若干大きく）形成されている。磁性体リング９は、第１乃至第４検出コイル４〜７で生じた磁束が外部に漏れて感度が低下することを抑制する役割を果たす。
【００１８】
固定リング１０は、ボビン３を磁性体リング９に固定するためのものであり、ボビン３の中空部に挿入される中空円筒状の円筒部１０ａと、円筒部１０ａの一端部に一体に設けられた円環状の第１フランジ部１０ｂと、円筒部１０ａの他端部が挿入され嵌合される挿入穴１０ｄを有する円環状の第２フランジ部１０ｃと、を備えている。
【００１９】
そして、磁性体リング９の中空部にボビン３を挿入した後、ボビン３の中空部に固定リング１０の円筒部１０ａを通し、円筒部１０ａの先端部（他端部）を挿入穴１０ｄに挿し込んで第２フランジ部１０ｃに嵌合することで、両フランジ部１０ｂ，１０ｃにより磁性体リング９とボビン３とが挟み込まれると共に、円筒部１０ａの外周面と磁性体リング９の内周面との間にボビン３が挟み込まれ、ボビン３が磁性体リング９に固定される。
【００２０】
円筒部１０ａの外径は、ボビン３の内径と略同じに（ボビン３の内径よりも若干小さく）形成される。また、フランジ部１０ｂ，１０ｃの外径は、磁性体リング９の外径と略同じに形成される。
【００２１】
回転軸２は、固定リング１０の円筒部１０ａの中空部に挿通される。円筒部１０ａの内径は、回転軸２の外径よりも若干大きく形成されている。円筒部１０ａの内壁と回転軸２との間には隙間ｇが形成され、トルクセンサ１が回転軸２に接触しないように構成されている。トルクセンサ１は、ハウジング等の固定部材に固定され、回転軸２の回転に伴って回転しないように配置される。
【００２２】
本実施の形態では、第１乃至第４検出コイル４〜７が巻き回されたボビン３と回転軸２との間に固定リング１０が設けられることになるので、固定リング１０は、第１乃至第４検出コイル４〜７で生じた磁束に影響を与えない非磁性体からなるものを用いる必要がある。固定リング１０は、使用環境に応じて耐油性及び耐熱性を有する材料からなるものを用いることが望ましい。
【００２３】
なお、ここでは固定リング１０を用いてボビン３を磁性体リング９に固定する場合を説明したが、ボビン３と磁性体リング９とを固定する構造はこれに限定されず、例えばボビン３と磁性体リング９をモールド樹脂で覆うことで両者を固定しても構わない。
【００２４】
（ボビン３と第１乃至第４検出コイル４〜７の構成）
図２は、ボビン３の斜視図である。図１及び図２に示すように、ボビン３は、全体として中空円筒状に形成されている。また、ボビン３は、樹脂からなり、回転軸２に対して離間して設けられ、かつ回転軸２と同軸に設けられる。
【００２５】
ボビン３の外周面には、回転軸２の軸方向に対して所定の角度傾斜した複数の第１傾斜案内路３０と、軸方向に対して第１傾斜案内路３０と反対方向に所定の角度（第１傾斜案内路３０と同じ角度）傾斜した複数の第２傾斜案内路３１と、複数の第１傾斜案内路３０と複数の第２傾斜案内路３１の両端を連結する互いに平行な一対の周方向案内路３２，３３とが形成されている。
【００２６】
第１傾斜案内路３０及び第２傾斜案内路３１は、ボビン３の径方向に窪んだ溝によって形成されている。一対の周方向案内路３２，３３は、ボビン３の軸方向端部に全周に渡って設けられた段差部によって形成されている。なお、周方向案内路３２，３３は、溝によって形成されてもよい。第１傾斜案内路３０、第２傾斜案内路３１、及び周方向案内路３２によって囲まれた部分が三角形状の凸部３４となり、第１傾斜案内路３０、第２傾斜案内路３１及び周方向案内路３３によって囲まれた部分が逆三角形状の凸部３５となる。
【００２７】
ボビン３には、軸方向に対して＋４５度傾斜するように第１傾斜案内路３０が形成され、軸方向に対して−４５度傾斜するように第２傾斜案内路３１が形成されている。トルクセンサ１では、第１及び第２傾斜案内路３０，３１に沿って絶縁電線８を巻き付けて第１乃至第４検出コイル４〜７を形成するが、回転軸２にトルクが付与された際の透磁率の変化は軸方向に対して±４５度の方向で最も大きくなるので、第１及び第２傾斜案内路３０，３１を軸方向に対して±４５度傾斜するように傾斜することで、検出感度を向上させている。
【００２８】
なお、第１及び第２傾斜案内路３０，３１の傾斜角度は±４５度に限定されない。ただし、第１及び第２傾斜案内路３０，３１の傾斜角度が小さすぎたり大きすぎたりすると感度が低下するため、第１及び第２傾斜案内路３０，３１の軸方向に対する傾斜角度は、±３０〜６０度の範囲とすることが望ましい。
【００２９】
本実施の形態では、６つの第１傾斜案内路３０を周方向に等間隔に形成すると共に、６つの第２傾斜案内路３１を周方向に等間隔に形成しており、全体としてジグザグ状の溝をボビン３の外周面に形成している。なお、第１及び第２傾斜案内路３０，３１の数はこれに限定されず、ボビン３の外径や回転軸２の外径等に応じて適宜変更可能である。
【００３０】
本実施の形態では、第１乃至第４検出コイル４〜７をボビン３の外周面に形成しているため、ボビン３は、第１乃至第４検出コイル４〜７で生じた磁束に影響を与えない非磁性体からなるものを用いる必要がある。また、トルクセンサ１を潤滑油等の油が接触する環境で使用する場合には、ボビン３として、耐油性を有する材料からなるものを用いる必要がある。またさらに、トルクセンサ１を高温環境で使用する場合には、ボビン３として、耐熱性を有する材料からなるものを用いることが望ましい。本実施の形態では、ボビン３及び固定リング１０の材料として、樹脂を用いる。
【００３１】
また、ボビン３の熱による膨張により、銅を主成分とする絶縁電線８が断線しないように、ボビン３として、銅（絶縁電線８）と同等の線膨張係数を有するものを用いることが望ましい。より具体的には、ボビン３に用いる樹脂としては、線膨張係数が銅の線膨張係数の±２５％以内のものを用いることが望ましい。なお、銅の線膨張係数は１．６６×１０−５〜１．６８×１０−５／℃であるから、ボビン３に用いる樹脂としては、線膨張係数が１．２５×１０−５／℃以上２．１×１０−５／℃以下のものを用いることが望ましい。
【００３２】
このような条件を満たす樹脂としては、例えば、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が挙げられる。このうちＰＰＡ及びＰＰＳの線膨張係数は１．３×１０−５〜１．５×１０−５／℃である。また、ボビン３を構成する樹脂にガラス繊維を混入することで、線膨張係数を調整することも可能である。このような樹脂からなるボビン３を用いることで、耐油性及び耐熱性に優れ、信頼性の高いトルクセンサ１を実現できる。
【００３３】
第１検出コイル４及び第４検出コイル７は、第１傾斜案内路３０及び周方向案内路３２，３３に沿って絶縁電線８をボビン３に巻き付けて形成される。第２検出コイル５及び第３検出コイル６は、第２傾斜案内路３１及び周方向案内路３２，３３に沿って絶縁電線８をボビン３に巻き付けて形成される。また、第１検出コイル４、第２検出コイル５、第３検出コイル６、及び第４検出コイル７は、それぞれが連続しない複数の層にわたって形成される。これにより、第１検出コイル４、第２検出コイル５、第３検出コイル６、及び第４検出コイル７をそれぞれ単一の層に形成した場合と比べて第１乃至第４検出コイル４〜７のインダクタンス及び抵抗の差が小さくなり、オフセット電圧の発生を抑制することができる。
【００３４】
絶縁電線８をボビン３に巻き付ける際には、ボビン３を治具に固定して作業を行う。絶縁電線８としては、例えば銅又は銅にニッケル等のめっきを施した導体の外周に、耐油性及び耐熱性に優れた絶縁層を形成したものを好適に用いることができる。絶縁電線８の絶縁層としては、例えば、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミドからなるものを用いることができる。絶縁電線８の外径は、例えば０．１２ｍｍであるが、絶縁電線８の外径は適宜変更可能である。
【００３５】
（第１乃至第４検出コイルの積層構造）
本発明は、第１乃至第４検出コイルを、それぞれがボビン３の外周に積層された複数の層にわたって形成し、かつ複数の層にわたって形成された第１検出コイル４の層間に第２検出コイル５及び第３検出コイル６の層が介在し、複数の層にわたって形成された第２検出コイル５の層間に第１検出コイル４及び第４検出コイル７の層が介在し、複数の層にわたって形成された第３検出コイル６の層間に第１検出コイル４及び第４検出コイル７の層が介在し、複数の層にわたって形成された第４検出コイル７の層間に第２検出コイル５及び第３検出コイル６の層が介在した積層構造を特徴としている。次に、この積層構造を具現化するための第１乃至第４検出コイル４〜７の巻き付け方法について、具体例に基づいて説明する。
【００３６】
図３は、ボビン３を展開した状態を模式的に示す平面図である。図示右側の端部と図示左側の端部は実際は連結されている。図３（ａ）では、第１検出コイル４と第４検出コイル７を１本の線で図示している。図３（ｂ）では、第２検出コイル５と第３検出コイル６を１本の線で図示している。
【００３７】
図３（ａ）及び（ｂ）中、符号Ｂ１〜Ｂ１２は、ボビン３の周方向に並ぶ１２個の凸部３４，３５を示す。図３（ａ）中、符号４ａ，４ｂは、それぞれ第１検出コイル４の１層分の入力端と出力端を示し、符号７ａ，７ｂは、それぞれ第４検出コイル７の１層分の入力端と出力端を示す。図３（ｂ）中、符号５ａ，５ｂは、それぞれ第２検出コイル５の１層分の入力端と出力端を示し、符号６ａ，６ｂは、それぞれ第３検出コイル６の１層分の入力端と出力端を示す。また、図３（ａ）及び（ｂ）中の矢印は、絶縁電線８の巻き付け方向を示す。
【００３８】
（１）第１検出コイル４及び第４検出コイル７の巻き付け
第１検出コイル４及び第４検出コイル７を構成する２本の絶縁電線８は、第１傾斜案内路３０と周方向案内路３２,３３に沿って巻き付けられる。具体的には、まず図３（ａ）に示すように、第１検出コイル４及び第４検出コイル７を構成する２本の絶縁電線８を束ねた状態で、一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号Ｂ１，Ｂ２で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ３，Ｂ４で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ５，Ｂ６で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ７，Ｂ８で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ９，Ｂ１０で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ１１，Ｂ１２で示す凸部３４，３５に１回巻き付ける。以上で第１検出コイル４及び第４検出コイル７を構成する２本の絶縁電線８の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。
【００３９】
（２）第２検出コイル５及び第３検出コイル６の巻き付け
第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８は、第２傾斜案内路３１と周方向案内路３２,３３に沿って巻き付けられる。具体的には、図３（ｂ）に示すように、第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８を束ねた状態で、一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号Ｂ１，Ｂ１２で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ１１，Ｂ１０で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ９，Ｂ８で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ７，Ｂ６で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ５，Ｂ４で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ３，Ｂ２で示す凸部３４，３５に１回巻き付ける。以上で第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。
【００４０】
その後、第１検出コイル４及び第４検出コイル７を構成する２本の絶縁電線８を上記と同様にボビン３の符号Ｂ１〜Ｂ１２で示す凸部３４，３５に巻き付けた後、第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８を巻き付ける作業を目的のターン数（２×ｎターン）まで繰り返す。ここで、ｎは自然数であり、例えば１０〜２０である。この繰り返しの際、第１検出コイル４の各ターンの出力端４ｂは、次のターンの入力端４ａとなる。第２乃至第４検出コイル５〜７についても同様である。
【００４１】
なお、第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８は、上記とは逆の側の符号Ｂ２，Ｂ３で示す凸部３４，３５から巻き始めて符号Ｂ１２，Ｂ１で示す凸部３４，３５まで巻き付けてもよい。ただし、入力端５ａ，６ａと出力端５ｂ，６ｂの位置は変わらない。
【００４２】
なお、絶縁電線８の巻き付け方は図示の方法に限らない。他の巻き付け方については第２及び第３の実施の形態として後述する。絶縁電線８の巻き付けは、専用の巻き付け装置によりなされるのが通常であるが、この際の絶縁電線８の巻き付け易さを考慮すると、図３（ａ），（ｂ）で説明した方法を用いることがより望ましいといえる。すなわち、図３（ａ），（ｂ）で説明した方法で絶縁電線８を巻き付けることで、生産性を向上することが可能になる。
【００４３】
（測定部の構成）
図４は、トルクセンサ１の検出信号により回転軸２に付与されたトルクを測定する測定部４１の構成例を示す回路図である。測定部４１は、第１乃至第４検出コイル４〜７のインダクタンスの変化を検出することにより、回転軸２に付与されたトルクを測定する。
【００４４】
以下、第１検出コイル４のインダクタンスをＬ１とし、第２検出コイル５のインダクタンスをＬ２とし、第３検出コイル６のインダクタンスをＬ３とし、第４検出コイル７のインダクタンスをＬ４とする。
【００４５】
測定部４１は、第１検出コイル４、第２検出コイル５、第４検出コイル７、第３検出コイル６をこの順序で環状に接続して構成されたブリッジ回路４２と、第１検出コイル４と第２検出コイル５との間の接点ａと第３検出コイル６と第４検出コイル７との間の接点ｂとの間に交流電圧を印加する発信器４３と、第１検出コイル４と第３検出コイル６との間の接点ｃと第２検出コイル５と第４検出コイル７との間の接点ｄ間の電圧を検出する電圧測定回路４４と、電圧測定回路４４で測定した電圧を基に回転軸２に付与されたトルクを演算するトルク演算部４５とを備えている。ブリッジ回路４２は、第１検出コイル４及び第４検出コイル７を対向する一方の辺に配置し、第２検出コイル５及び第３検出コイル６を対向する他方の辺に配置して構成される。
【００４６】
測定部４１では、回転軸２にトルクが付与されない状態では、第１乃至第４検出コイル４〜７のインダクタンスＬ１〜Ｌ４は等しくなり、電圧測定回路４４で検出される電圧は略０となる。
【００４７】
ここで、回転軸２にトルクが付与されると、軸方向に対して＋４５度の方向の透磁率が減少（又は増加）し、軸方向に対して−４５度方向の透磁率が増加（又は減少）する。よって、発信器４３から交流電圧を印加した状態で回転軸２にトルクが付与されると、第１検出コイル４及び第４検出コイル７ではインダクタンスが減少（又は増加）し、第２検出コイル５及び第４検出コイル６ではインダクタンスが増加（又は減少）する。その結果、電圧測定回路４４で検出される電圧が変化するので、この電圧の変化を基に、トルク演算部４５が回転軸２に付与されたトルクを演算する。
【００４８】
第１検出コイル４及び第４検出コイル７と、第２検出コイル５及び第３検出コイル６とは、巻き付け方向が異なる以外は全く同じ構成であるから、図４のようなブリッジ回路４２を用いることで、第１乃至第４検出コイル４〜７のインダクタンスへの影響をキャンセルすることが可能であり、回転軸２に付与されたトルクを精度よく検出することができる。また、トルクセンサ１では、第１検出コイル４及び第４検出コイル７でインダクタンスが増加（又は低下）すれば、第２検出コイル５及び第３検出コイル６ではインダクタンスが低下（又は増加）するため、図４のようなブリッジ回路４２を用いることで、検出感度をより向上することができる。
【００４９】
（第１の実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、第１の実施の形態に係るトルクセンサ１では、第１検出コイル４及び第４検出コイル７を第１層、第２検出コイル５及び第３検出コイル６を第２層とし、これら第１層及び第２層を交互にボビン３の外周に積層して、第１乃至第４検出コイル４〜７をそれぞれが連続しない複数の層に形成している。この結果、第１乃至第４検出コイル４〜７をそれぞれ単一の層に形成した場合と比べて第１乃至第４検出コイル４〜７のインダクタンス及び抵抗の差が小さくなる。このため、温度変化によるオフセット電圧の変動が小さくなり、温度特性を向上させることができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るボビン３を展開した状態を模式的に示す平面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態とは第１乃至第４検出コイル４〜７の巻き付け方法が異なる。以下、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
（１）第１検出コイル４の巻き付け
まず、図５（ａ）に示すように、第１検出コイル４を、絶縁電線８を一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号Ｂ１，Ｂ２で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ３，Ｂ４で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ５，Ｂ６で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ７，Ｂ８で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ９，Ｂ１０で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ１１，Ｂ１２で示す凸部３４，３５に１回巻き付ける。以上で第１検出コイル４の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。第１検出コイル４の絶縁電線８は、第１傾斜案内路３０と周方向案内路３２,３３に沿って巻き付けられる。
【００５２】
（２）第２検出コイル５の巻き付け
次に、図５（ｂ）に示すように、第２検出コイル５を、絶縁電線８を一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号Ｂ１，Ｂ１２で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ１１，Ｂ１０で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ９，Ｂ８で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ７，Ｂ６で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ５，Ｂ４で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ３，Ｂ２で示す凸部３４，３５に１回巻き付ける。以上で第２検出コイル５の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。第２検出コイル５の絶縁電線８は、第２傾斜案内路３１と周方向案内路３２,３３に沿って巻き付けられる。
【００５３】
（３）第３検出コイル６の巻き付け
次に、図５（ｃ）に示すように、第３検出コイル６を、第２検出コイル５と同様に、符号Ｂ１，Ｂ１２で示す凸部３４，３５から巻き始めて、符号Ｂ３，Ｂ２で示す凸部３４，３５まで巻き付ける。以上で第３検出コイル６の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。第３検出コイル６の絶縁電線８は、第２傾斜案内路３１と周方向案内路３２,３３に沿って巻き付けられる。
【００５４】
（４）第４検出コイル７の巻き付け
次に、図５（ｄ）に示すように、第４検出コイル７を、第１検出コイル４と同様に、符号Ｂ１，Ｂ２で示す凸部３４，３５から巻き始めて符号Ｂ１１，Ｂ１２で示す凸部３４，３５まで巻き付ける。以上で第４検出コイル７の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。第４検出コイル７の絶縁電線８は、第１傾斜案内路３０と周方向案内路３２,３３に沿って巻き付けられる。
【００５５】
その後、上記と同様に、第１乃至第４検出コイル４〜７の絶縁電線８を、ボビン３の符号Ｂ１〜Ｂ１２で示す凸部３４，３５に巻き付ける作業を目的のターン数（４×ｎターン）まで繰り返す。
【００５６】
（第２の実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、第２の実施の形態に係るトルクセンサ１では、第１検出コイル４を第１層、第２検出コイル５を第２層、第３検出コイル６を第３層、第４検出コイル７を第４層とし、これら第１〜第４層をこの順序でボビン３の外周に順次積層して、第１乃至第４検出コイル４〜７をそれぞれが連続しない複数の層に形成している。この結果、第１乃至第４検出コイル４〜７をそれぞれ単一の層に形成した場合と比べて第１乃至第４検出コイル４〜７のインダクタンス及び抵抗の差が小さくなる。このため、温度変化によるオフセット電圧の変動が小さくなり、温度特性を向上させることができる。
【００５７】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係るボビン３を展開した状態を模式的に示す平面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態とはボビン３及び第１乃至第４検出コイル４〜７の巻き付け方法が異なる。以下、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００５８】
本実施の形態のボビン３は、複数の凸部３４,３５の間に、それぞれ四角形状の凸部３６を配置したものである。
【００５９】
（１）第１検出コイル４及び第４検出コイル７の巻き付け
まず、図６（ａ）に示すように、第１検出コイル４及び第４検出コイル７を構成する２本の絶縁電線８を束ねた状態で、一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号Ｂ１，Ｂ２で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ３，Ｂ４で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ５，Ｂ６で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ７，Ｂ８で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ９，Ｂ１０で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ１１，Ｂ１２で示す凸部３４，３５に１回巻き付ける。また、前述のように、凸部３４,３５の間には四角形状の凸部３６が配置されているので、凸部３６は、それぞれの凸部３４，３５に巻き付けられた絶縁電線８に、凸部３４，３５と共に囲まれる。
【００６０】
以上で第１検出コイル４及び第４検出コイル７を構成する２本の絶縁電線８の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。第１検出コイル４及び第４検出コイル７を構成する２本の絶縁電線８は、第１傾斜案内路３０と周方向案内路３２,３３に沿って巻き付けられる。
【００６１】
（２）第２検出コイル５及び第３検出コイル６の巻き付け
次に、図６（ｂ）に示すように、第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８を束ねた状態で、一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号Ｂ１２，Ｂ３で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ２，Ｂ５で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ４，Ｂ７で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ６，Ｂ９で示す凸部３４，３５に１回巻き付け、次に、符号Ｂ８，Ｂ１１で示す凸部３４〜３６に１回巻き付け、次に、符号Ｂ１０，Ｂ１で示す凸部３４，３５に１回巻き付ける。以上で第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８は、第２傾斜案内路３１と周方向案内路３２,３３に沿って巻き付けられる。
【００６２】
その後、上記と同様に、第１検出コイル４及び第４検出コイル７を構成する２本の絶縁電線８を同様にボビン３のＢ１〜Ｂ１０で示す凸部３４，３５に巻き付けた後、第２検出コイル５及び第３検出コイル６を構成する２本の絶縁電線８を巻き付ける作業を目的のターン数（２×ｎターン）まで繰り返す。
【００６３】
（第３の実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、第３の実施の形態に係るトルクセンサ１では、第１の実施の形態と同様に、第１検出コイル４及び第４検出コイル７を第１層、第２検出コイル５及び第３検出コイル６を第２層とし、これら第１層及び第２層を交互にボビン３の外周に積層して、第１乃至第４検出コイル４〜７をそれぞれが連続しない複数の層に形成した。このため、第１の実施の形態と同様に、第１乃至第４検出コイル４〜７のインダクタンス及び抵抗の差が小さくなり、温度変化によるオフセット電圧の変動が小さくなることにより、温度特性を向上させることができる。
【００６４】
なお、第３の実施の形態に係る四角形状の凸部３６を有するボビン３を用いて、例えば第２の実施の形態のように、第１検出コイル４の層、第２の検出コイル５の層、第３検出コイル６の層、及び第４の検出コイル７の層を順次積層してもよい。この場合でも、同様の作用及び効果が得られる。
【００６５】
（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等は、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。
【００６６】
［１］磁歪特性を有する回転軸（２）の周囲に取り付けられ、前記回転軸（２）に付与されたトルクを測定するトルクセンサ（１）であって、前記回転軸（２）と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されるとともに、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第１傾斜案内路（３０）と、軸方向に対して前記第１傾斜案内路（３０）と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第２傾斜案内路（３１）とが形成された非磁性体からなるボビン（３）と、前記第１傾斜案内路（３０）に沿って絶縁電線（８）を前記ボビン（３）に巻き付けて形成される第１検出コイル（４）及び第４検出コイル（７）と、前記第２傾斜案内路（３１）に沿って絶縁電線（８）を前記ボビン（３）に巻き付けて形成される第２検出コイル（５）及び第３検出コイル（６）とを備え、前記第１乃至第４検出コイル（４〜７）は、それぞれが前記ボビン（３）の外周に積層された複数の層にわたって形成されており、前記第１検出コイル（４）、前記第２検出コイル（５）、前記第４検出コイル（７）、及び前記第３検出コイル（６）が、この順序で環状に接続されてブリッジ回路（４２）を構成し、前記複数の層にわたって形成された前記第１検出コイル（４）の層間に前記第２検出コイル（５）及び前記第３検出コイル（６）の層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第２検出コイル（５）の層間に前記第１検出コイル（４）及び前記第４検出コイル（７）の層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第３検出コイル（６）の層間に前記第１検出コイル（４）及び前記第４検出コイル（７）の層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第４検出コイル（７）の層間に前記第２検出コイル（５）及び前記第３検出コイル（６）の層が介在している、トルクセンサ（１）。
【００６７】
［２］前記第１検出コイル（４）及び前記第４検出コイル（７）が同じ層に形成され、前記第２検出コイル（５）及び前記第３検出コイル（６）が同じ層に形成された、前記［１］に記載のトルクセンサ（１）。
【００６８】
［３］前記第１検出コイル（４）の層、前記第２の検出コイル（５）の層、前記第３検出コイル（６）の層、及び前記第４の検出コイル（７）の層が順次積層された、前記［１］に記載のトルクセンサ（１）。
【００６９】
［４］前記ボビン（３）の周囲に設けられた中空円筒状の磁性体からなる磁性体リング（９）をさらに備えた、前記［１］乃至［３］の何れか１つに記載のトルクセンサ（１）。
【００７０】
［５］前記ボビン（３）は、ポリフタルアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、又はポリフェニレンサルファイド樹脂からなる、前記［１］乃至［４］の何れか１つに記載のトルクセンサ（１）。
【００７１】
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。
【００７２】
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可能である。例えば、上記第１乃至第３の実施の形態では、絶縁電線８の１周分（１ターン）を１つの層としてボビン３の外周に積層する場合について説明したが、これに限らず、複数周分（複数ターン）を１つの層として、第１乃至第４の検出コイル４〜７のそれぞれを積層して形成してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１…トルクセンサ
２…回転軸
３…ボビン
４…第１検出コイル
５…第２検出コイル
６…第３検出コイル
７…第４検出コイル
８…絶縁電線
９…磁性体リング
１０…固定リング、
３０…第１傾斜案内路
３１…第２傾斜案内路
３２，３３…周方向案内路
４２…ブリッジ回路
【図１】
0006620645.tif 000002
【図２】
0006620645.tif 000003
【図３】
0006620645.tif 000004
【図４】
0006620645.tif 000005
【図５】
0006620645.tif 000006
【図６】
0006620645.tif 000007