(57)【要約】【課題】磁歪型のトルクセンサにおいて、隣り合う磁気コアを離隔するとともに、構成部品の組み立てを容易とする。【解決手段】板状ヨークと前記板状ヨークを支持する非磁性部材とを有する第１の環状部と、柱状ヨークと前記柱状ヨークに巻かれたコイルとを有する柱状部と、板状ヨークと前記板状ヨークを支持する非磁性部材とを有する第２の環状部を備えるトルクセンサ用の磁気コアユニットであり、前記柱状部の端面に前記第１及び第２の環状部が取り付けられ、前記第１及び第２の環状部の板状ヨークと前記柱状部の柱状ヨークとで１組の磁気コアを構成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の板状ヨークと、柱状ヨークと、第２の板状ヨークとを備えるトルクセンサ用磁気コアであり、
前記柱状ヨークの端面に前記第１及び第２の板状ヨークが取り付けられ、
前記第１及び第２の板状ヨークの端面の中央同士を結ぶ線が、トルクセンサで検知しようとする回転軸における軸方向と略４５°の角度を為すものであることを特徴とするトルクセンサ用磁気コア。
【請求項２】
請求項１のトルクセンサ用磁気コアにおいて、
前記第１及び第２の板状ヨークは、同一形状であることを特徴とするトルクセンサ用磁気コア。
【請求項３】
請求項１又は２のトルクセンサ用磁気コアにおいて、
前記柱状ヨークは筒状ヨークであり、
前記第１及び第２の板状ヨークには、前記筒状ヨークに対応するように、貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の各々と前記筒状ヨークとを通すように、ねじで締結することを特徴とするトルクセンサ用磁気コア。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかのトルクセンサ用磁気コアにおいて、
前記第１の板状ヨーク、前記柱状ヨーク及び前記第２の板状ヨークが、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトで構成されていることを特徴とするトルクセンサ用磁気コア。
【請求項５】
板状ヨークと前記板状ヨークを支持する非磁性部材とを有する第１の環状部と、
柱状ヨークと前記柱状ヨークに巻かれたコイルとを有する柱状部と、
板状ヨークと前記板状ヨークを支持する非磁性部材とを有する第２の環状部を備えるトルクセンサ用の磁気コアユニットであり、
前記柱状部の端面に前記第１及び第２の環状部が取り付けられ、
前記第１及び第２の環状部の板状ヨークと、前記柱状部の柱状ヨークとで１組の磁気コアを構成していることを特徴とする磁気コアユニット。
【請求項６】
請求項５の磁気コアユニットにおいて、
前記第１及び第２の環状部の板状ヨークと前記柱状部の柱状ヨークとが、各々Ｎ個設けられており（Ｎは２以上の偶数である。）、
前記磁気コアをＮ個有し、隣り合う磁気コアは磁気的に離隔されていることを特徴とする磁気コアユニット。
【請求項７】
請求項５又は６の磁気コアユニットにおいて、
前記柱状ヨークは筒状ヨークであり、
前記第１及び第２の環状部の板状ヨークには、前記筒状ヨークに対応するように、貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の各々と前記筒状ヨークとを通すように、ねじで締結することを特徴とする磁気コアユニット。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかの磁気コアユニットにおいて、
前記第１及び第２の環状部は、内周の開口がトルクセンサ用の軸孔になっており、
前記第１及び第２の環状部における板状ヨークの前記軸孔側の端面の中央同士を結ぶ線が、前記軸孔の軸方向と所定の角度を為すことを特徴とする磁気コアユニット。
【請求項９】
請求項８の磁気コアユニットにおいて、
前記所定の角度が、略４５°に設定されていること特徴とする磁気コアユニット。
【請求項１０】
請求項９の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
前記所定の角度が＋略４５°に設定された第１の磁気コアユニットと前記所定の角度とが−略４５°に設定された第２の磁気コアユニットとを備えることを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪特性を利用して回転軸の軸トルクを非接触で検出するトルクセンサに用いられるトルクセンサ用磁気コア、磁気コアユニット及びトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のパワーステアリング機構やエンジン制御機構、動力伝達機構などでは軸トルクを正確に検出する手段が古くから望まれている。この検出精度を高めることにより、精密制御や効率向上が可能となるため、これまでに様々な手法が提案されてきた。なかでも回転軸の磁歪特性を利用して非接触で軸トルクを検出する手法は、過負荷耐量も大きいことから、トーションバーのねじれ量からトルク検出を行う従来手法に代わる方式として注目されている。
【０００３】
この方式のトルクセンサとして、各種のものが提案されているが、いずれも、トルクによって発生する透磁率の変動、より具体的には、回転軸の軸方向に対して＋４５°と−４５°の方向での透磁率の変動を検出コイルによって検出している。例えば特許文献１に開示の技術では、図１８（ａ）に示すように、トルクを検出すべき回転軸５０２に、その軸方向に対して傾斜角を有する磁性膜５０３を固着させて、回転軸外周のソレノイドコイル５０４で励磁・検出を行う。ところが、この方式は回転軸へ追加工を施す必要があるため、磁性膜５０３の剥離など信頼性を損なうおそれがある。さらに、軸の専用化や大径化が必須となるため、装着性が悪いという問題もある。
【０００４】
このため、回転軸に全く加工を施さずに同様の機能を有するトルクセンサが提案された。例えば、特許文献２に開示の技術では、図１８（ｂ）に示すように、回転軸５０２の外周にＵ字形鉄心（磁気コア）を設ける構造が記載されている。この構成においては、励磁用磁気コア５０７、５０８と検出用磁気コア５０５、５０６との２種類の磁気コアをそれぞれ回転軸５０２の軸方向に±４５°の角度で回転軸に近接して装着する。励磁用磁気コア及び検出用磁気コアにはそれぞれコイルが巻装され、励磁用磁気コアと検出用磁気コアとの間のインダクタンスの変動を検出する。このインダクタンスの変動がトルクによる回転軸の透磁率の変化によってもたらされれば、これによりトルクを検出することができる。したがって、回転軸が磁歪特性を有する材料で構成されていれば、これに対する加工は一切行わずに、トルク検出を行うことができる。
【０００５】
さらに、上述の技術を改良した例として、特許文献３では、装置の小型化やコイルへの巻線作業を簡単にする技術が開示されている。この技術では、突起部を有する多数の磁気片を磁気ピンで磁気リングに取り付け磁気コアを構成し、さらに各磁気ピンにコイルを巻いてトルクセンサを構成している。
【０００６】
また、非特許文献１では、トルクセンサの寸法増大するのを避け、精度の高いトルク検出を行う技術が開示されている。この技術では、リングコアの内周面に、励振（励磁）コアと検出コアを形成し、それぞれのコアにコイルを巻き付けている。特許文献４、５も同様である。
【０００７】
また、特許文献６では、上記と同様な目的で、磁束案内用の腕（脚）を備えた二つの円盤状の磁極ヨークと、それら磁極ヨークを磁気的に接続する円筒形の接続ヨークを備え、円筒内部に励磁及び検出コイルが設けられる技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献７では、３枚の磁性円盤を所定間隔で平行に離間させ、それらの外周を磁性体の円筒形ケースで接続し、さらに内部にボビンに巻き付けたコイルを配置したトルクセンサが開示されている。３枚の円盤は、内周面に突起が配列された形状となるように開口が形成されている。これによって、構造が簡易的なトルクセンサを実現している。
【０００９】
【特許文献１】特開平１−９４２３０号公報
【特許文献２】特開平４−３１７２６号公報
【特許文献３】特開昭６３−９０７３０号公報
【特許文献４】特開２０００−２６６６１９号公報
【特許文献５】特開２００１−２８９７１９号公報
【特許文献６】特開平９−１９６７７９号公報
【特許文献７】特開昭６１−２７５６３０号公報
【非特許文献１】脇若弘之著，「低炭素鋼ステアリングシャフト用磁歪式トルクセンサの基礎特性」，日本応用磁気学会誌，２００１年，Ｖｏｌ．２５，ＮＯ．４−２，ｐ９６３−９６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、改良が施された特許文献の技術であっても、依然として克服すべき課題があった。
【００１１】
例えば、特許文献３では、磁気リングが一体物であり、周方向で隣り合うコアは分離されておらず、磁気干渉により出力にノイズが発生した。さらに、部品数が多く組立作業が難しく、位置あわせ精度が低下してしまった。また、多数設けられた磁気ピン毎にコイルを巻くため、隣り合うコイル同士が干渉し、コイルの巻数を増やすことに限界があった。そのため、得られる出力が小さく感度が低かった。また、多数のコイルを巻く作業があり、工数の削減の観点からそのような作業を極力省くことが求められていた。さらに、各コイルの巻き線の長さを均一にすることは非常に難しい作業であり、どうしてもバラツキが発生してしまい出力精度が低下した。
【００１２】
また、非特許文献１では、円盤が分離されず一体化されており、一対の磁極を磁気コアとみなすと、それぞれの磁気コアは分離されていなかった。そのため、上述の通りノイズが発生した。また、＋４５°磁束対応の信号と−４５°磁束対応の信号の成分が分離できないため、センサの感度が低いといった課題があった。
【００１３】
また、特許文献６でも、隣り合う磁気コアが分離されておらず、同様に、ノイズが発生するという課題があった。また、最も近接する対向磁極が軸方向に平行な向きであるため、軸方向に沿って磁束が流れてしまい、出力の精度が低下するという課題があった。それらの結果、ゼロ点変動を適正に抑制することが困難になるという課題もあった。
【００１４】
さらに、特許文献７のトルクセンサでは、円筒状の接続部を円盤状のヨーク端部で挟み込む、比較的簡易な構造となっていたが、円盤が一体となっており磁気コアが分離されていなかった。したがって、上述同様に出力にノイズが発生する課題があった。
【００１５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁歪型のトルクセンサにおいて、隣り合う磁気コアを分離するとともに、構成部品の組立を容易とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のトルクセンサ用磁気コアは、第１の板状ヨークと、柱状ヨークと、第２の板状ヨークとを備えるトルクセンサ用磁気コアであり、
前記柱状ヨークの端面に前記第１及び第２の板状ヨークが取り付けられ、
前記第１及び第２の板状ヨークの端面の中央同士を結ぶ線が、トルクセンサで検知しようとする回転軸における軸方向と略４５°の角度を為すものであることを特徴とする。
【００１７】
一対の前記板状ヨークは、柱状ヨークの軸線を基準にしてみたときに、異なる向きに延びている。この向きや角度は適宜設定し得るが、板状ヨークの端面の中央同士を結ぶ線が、トルクセンサで検知しようとする回転軸における軸方向と略４５°を為している。
【００１８】
前記柱状ヨークは前記板状ヨーク同士を磁気回路的につなげる部材であり、柱の厚さ＜柱の直径という構成を除外するものではない。柱状ヨークの断面のアウトラインは、円形、楕円形、矩形、四角形及び６角形等の多角形のいずれとしてもよい。ただし、成形・焼結を行うフェライトコアで柱状ヨークを構成するには、成形性がよく、欠けを抑制し歩留りが良いという観点から、断面のアウトラインが円形である柱状ヨークが好ましい。
【００１９】
上記本発明のトルクセンサ用磁気コアにおいて、前記第１及び第２の板状ヨークは、同一形状にすることができる。部品形状の共通化によって、製造プロセスの数を抑え、組立の際の部品取り間違いを防げる。
【００２０】
上記本発明のトルクセンサ用磁気コアにおいて、
前記柱状ヨークは筒状ヨークであり、
前記第１及び第２の板状ヨークには、前記筒状ヨークに対応するように、貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の各々と前記筒状ヨークとを通すように、ねじで締結ことを特徴とする。
【００２１】
ねじで締結するとは、例えば、次のいずれかを含む。
（イ）連なった貫通孔にボルトを通し、対になるナットで締結すること。
（ロ）連なった貫通孔にボルト（おねじ）を通し、端の貫通孔内に予め形成しておいためねじで締結すること。
（ハ）連なった貫通孔にボルト（おねじ）を通し、トルクセンサ用磁気コアの部品を保持する基体に予め形成しておいためねじで締結すること。
【００２２】
上記本発明のトルクセンサ用磁気コアにおいて、
前記第１の板状ヨーク、前記柱状ヨーク及び前記第２の板状ヨークが、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトで構成されていることが望ましい。抵抗率ρの高いＭｎ−Ｚｎ系フェライトの焼結体コアを用いると、磁気的な励磁と検出の効率を高くすることができる。さらに、高周波特性に優れるので磁気的なロスが低く、キュリー温度が高いので自動車用途に適用し易い。
【００２３】
本発明の磁気コアユニットは、
板状ヨークと前記板状ヨークを支持する非磁性部材とを有する第１の環状部と、
柱状ヨークと前記柱状ヨークに巻かれたコイルとを有する柱状部と、
板状ヨークと前記板状ヨークを支持する非磁性部材とを有する第２の環状部を備えるトルクセンサ用の磁気コアユニットであり、
前記柱状部の端面に前記第１及び第２の環状部が取り付けられ、
前記第１及び第２の環状部の板状ヨークと、前記柱状部の柱状ヨークとで１組の磁気コアを構成していることを特徴とする。
【００２４】
上記本発明の磁気コアユニットにおいて、
前記第１及び第２の環状部の板状ヨークと前記柱状部の柱状ヨークとが、各々Ｎ個設けられており（Ｎは２以上の偶数である。）、
前記磁気コアをＮ個有し、隣り合う磁気コアは磁気的に離隔されていることが好ましい。
【００２５】
Ｎは２以上の偶数であり、例えばＮは２〜３６の範囲内の偶数とする。工作機械装置の場合、回転軸の直径を大きくすることもあり、回転軸のトルクを検知する際のゼロ点変動を抑制するためにはＮを大きくすることが望ましい。自動車用途のように回転軸の直径がある程度の範囲に抑えられる場合、小型化及び軽量化の観点から、Ｎは４，６及び８のいずれかであることが好ましい。
【００２６】
複数の板状ヨークは、トルクセンサにおいて回転軸（シャフト）周方向に配置するため、非磁性リングに等間隔で取り付けるのが好ましい。すなわち、前記板状ヨークが取り付けられた２個の非磁性リングを１対で用い、対向する各々の板状ヨークは軟磁性体の柱状ヨークの両端に取り付ける。
【００２７】
前記コイルは、具体的には励磁用コイルと検出用コイルで構成される。いずれのコイルについても、隣り合う同種のコイルは逆巻きに巻かれていることが望ましい。
【００２８】
環状部の非磁性部材は、例えば一体成形できる樹脂を用いるが、８０℃程度の環境温度に耐えられれば他の材料（非磁性の有機材料）に代替可能である。軟磁性体の板状ヨーク同士を任意の間隔で、かつ板状ヨークと回転軸表面間の空隙（磁気ギャップ）が一定に保てれば、円盤状でなくてもよい。ただし、前記環状部の中央には、回転軸を通すための軸孔が必要である。
【００２９】
上記本発明の磁気コアユニットにおいて、
前記柱状ヨークは筒状ヨークであり、
前記第１及び第２の環状部の板状ヨークには、前記筒状ヨークに対応するように、貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の各々と前記筒状ヨークとを通すように、ねじで締結することを特徴とする。
【００３０】
上記本発明の磁気コアユニットにおいて、
前記第１及び第２の環状部は、内周の開口がトルクセンサ用の軸孔になっており、
前記第１及び第２の環状部における板状ヨークの前記軸孔側の端面の中央同士を結ぶ線が、前記軸孔の軸方向と所定の角度を為すことを特徴とする。
さらに、前記所定の角度が、略４５°に設定されていることが望ましい。
【００３１】
本発明のトルクセンサは、上記本発明の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
前記所定の角度が＋略４５°に設定された第１の磁気コアユニットと前記所定の角度とが−略４５°に設定された第２の磁気コアユニットとを備えることを特徴とする。
略４５°としては４５°±１０°程度が許容される。（−略４５°は、−４５°±１０°程度に相当する。）
【００３２】
前記板状ヨークと柱状ヨークは嵌合してもよい。この場合、いずれか一方に凹部を設け、その凹部に嵌る凸部を他方が有するのがよい。前記板状ヨークと柱状ヨークは接着剤によって接着してもよい。前記板状ヨークと非磁性リングは嵌合してもよい。前記板状ヨークと非磁性リングは接着剤によって接着してもよい。
【００３３】
また、前記板状ヨークの前記軸孔側の端面は平面にすることもできる。ただし、好ましくは、前記板状ヨークの前記軸孔側の端面は対向する回転軸表面の形状に沿った曲面にする。回転軸の軸芯を基準にしてみたときに、曲面状の端面（磁極面）と回転軸間の距離が均一になっていると、磁気的な励磁と検出の効率を良くすることができる。すなわち、板状ヨークと回転軸の磁気ギャップは機械的な寸法誤差、あるいは回転時に生ずる回転ぶれなどが生じても機械的に干渉しない寸法を設定しているのであるが、板状ヨークの回転軸への対向面を曲面状にすることによって、板状ヨークと回転軸との間の磁気抵抗を低減する事が可能となる。したがって、コイルのターン数やコイルに流す電流を大きくしなくても、高い磁束密度で磁気コアから回転軸に磁束を印加できる。また、板状ヨークの回転軸への対向面を曲面状にすることによって、板状ヨーク各部において板状ヨークと回転軸の間の磁気ギャップ長を均一にする事が可能となり、その結果、回転軸に印加される磁界が平均化され、いわゆる励磁ムラが抑制され、かつ、板状ヨークと回転軸の対向面積が大きい事から、回転軸表面で生じている透磁率変化を効率よく検出できる。すなわち、磁気コアの数を特に多くしなくても、ゼロ点変動を低減できる。
【００３４】
また、前記磁気コアを複数設け、磁気コア同士を磁気的に離隔して配置することは、ゼロ点変動を抑制する上で好ましい。
【００３５】
また、磁路を形成可能な材料で構成された外装ヨーク部を付加し、その内部に該外装ヨーク部と磁気的に分離された前記磁気コアユニットを備える構成としてもよい。また、前記外装ヨーク部は円筒状であり、該外装ヨーク部は円環状の磁石を有してもよい。
【００３６】
また、前記板状ヨーク及び柱状ヨークの材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、鉄粉、Ｆｅ基アモルファス（薄帯を積層または粉砕・成形したもの）、Ｆｅ基ナノ結晶材料（薄帯を積層または粉砕・成形したもの）のいずれかを用いることもできる。
【００３７】
前記柱状ヨークに環状に巻回された励磁用コイルと検出用コイルを有する。これらコイルは、各々、コイルを巻いて樹脂で固めたもの或いはコイルをボビンに巻きつけたもので構成できる。樹脂で固める形状やボビンの形状は円形や矩形等としてもよい。さらに、前記板状ヨークには、前記励磁用コイルと検出用コイルに加え、環状に巻回されたシェイキング磁界重畳用コイルを備えてもよい。また、前記シェイキング磁界重畳用コイルは前記板状ヨークと回転軸表面の間に、回転軸の周囲を取り巻くように環状に巻回してもよい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、磁歪型のトルクセンサにおいて隣り合う磁気コアを離隔することで磁気コア同士の磁気的干渉が抑えられ、さらに磁気コアを構成する各々の部品が簡易な形状であることから、組立を容易とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
【００４０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るトルクセンサ１０の構造を示す図であり、具体的には、回転軸９０の軸に垂直な向きから見た断面図である。なお、以下に示す図面においては、図面が煩雑になるのを避け理解を容易にするために適宜符号を省略する。
【００４１】
このトルクセンサ１０は、磁歪特性を利用して回転軸９０に印加されるトルクを検出する。背景技術で上述した通り磁歪特性を利用するため、トルクセンサ１０は、回転軸９０の軸方向に対して＋４５°の透磁率の変動を検出する図下側の第１の磁気コアユニット２０と、−４５°の透磁率の変動を検出する図上側の第２の測定ユニット１２０とを有する。この２方向の透磁率変化を測定することにより、回転軸９０に印加されたトルクの向き及び大きさを検出する。回転軸９０は磁歪材料で形成され、例えばニッケル・クロム・モリブデン鋼で形成される。この材料は例えば自動車のエンジンにおけるクランクシャフト材として一般に使用される。
【００４２】
また、第１の測定ユニット２０全体は、一般的なハウジング（図示せず）に収容されており、例えばモールド材（図示せず）を用いて固定される。また、ハウジングには、導出部が設けられ、この中に外部回路が設けられる。外部回路には、後述する各コイルに電力を供給したり、検出された出力信号を取得する。また、ハウジングの周囲に設けられた固定用ボルト孔に固定用ボルトを貫通させ、外部の固定箇所にネジ止めすることによってハウジングが固定される。なお、第２の磁気コアユニット１２０も、同様のハウジングに収容されている。以下、第１の磁気コアユニット２０について説明し、第２の磁気コアユニット１２０に関する説明は省略する。
【００４３】
図２は、第１の磁気コアユニット２０を示した図であり、図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）はＡ−Ａ’の断面図を示し、さらに図２（ｃ）は下面図を示している。図３は、第１の磁気コアユニット２０の外観を示す斜視図である。また図４は１個の磁気コアユニットの外観を示す斜視図である。ここで１個の磁気コアユニットとは第１板状ヨーク２２０ａ、第２板状ヨーク２２０ｂ及び円筒状ヨーク２４０で構成されたユニットを指す。それぞれの円筒状ヨーク２４０には励磁用コイル２１４ａ〜２１４ｄと検出用コイル２１５ａ〜２１５ｄが巻回されたボビン２５０が取り付けられる。さらに円筒状ヨーク２４０には、その下側の端面に第１板状ヨーク２２０ａが取り付けられ、上側の端面に第２板状ヨーク２２０ｂが取り付けられる。第１板状ヨーク２２０ａと第２板状ヨーク２２０ｂは、同一形状の部品である。第１非磁性リング２３０ａ、第２非磁性リング２３０ｂの中心には、回転軸９０が挿入可能な軸孔２２８が形成されている。なお、第１の磁気コアユニット２０は、前記磁気コアが４個含まれる構成となる。
【００４４】
図５（ａ）（ｂ）はそれぞれ第１板状ヨーク２２０ａの上面および底面から見た斜視図である。また図６は４個の第１板状ヨーク２２０ａを第１非磁性リング２３０ａに取り付けたときの斜視図である。同図（ａ）は板状ヨークの上面からみた斜視図であり、同図（ｂ）は第１非磁性リングの底面からみた斜視図である。第１板状ヨーク２２０ａは、第１非磁性リング２３０ａの軸孔の中心からみて等角度な間隔で周方向に並べて（０°，９０°，１８０°，２７０°の位置）、第１非磁性リング２３０ａに取り付けられる。非磁性リングおよび板状ヨークには所定の位置に孔２７０が設けられている。これらは、孔を有する円筒状ヨーク２４０、励磁用コイル及び検出用コイルを巻回したボビン２５０、第２板状ヨーク２２０ｂ、そして第２非磁性リング２３０ｂとともに孔の位置を揃えてボルト及びナットで締結するために用いられる。なお、図示は省略したが、第２板状ヨーク２２０ｂも同様に第２非磁性リング２３０ｂに取り付けられる。
【００４５】
非磁性リング２３０ａ及び２３０ｂには、所定の位置に凸部２３１ａを設けることで、等間隔に板状ヨークを取り付けることができる。磁気コアユニット２０に軸を挿入した場合、それぞれ等間隔に取り付けられた第１及び第２板状ヨークは、その軸孔側の端面と回転軸表面間の空隙（磁気ギャップ）が同じ寸法になる。ここで回転軸表面と対向する板状ヨークの軸孔側の端面は回転軸表面の形状に沿った曲面を有する。第１板状ヨーク２２０ａが有する、回転軸表面と対向するこの曲面（磁極面）を２６０ａ、第２板状ヨークが有するこの曲面（磁極面）を２６０ｂとする。
【００４６】
図７は図６を平面図及び断面図で示した。図７（ａ）は平面図を示し、図７（ｂ）はＡ−Ａ’の断面図、図７（ｃ）は下面図を示している。なお、同図では非磁性リングの一部の図示を省略している。第１板状ヨーク２２０ａにおいて低く（厚さを薄く）形成されている面をヨーク接続部２２１といい、外周が直径Ｒ１１で高さｈ１のリング形状の一部である。なお、この高さｈ１は、ヨーク接続部２２１の底面２２４を基準としており、以下の高さｈ２も同様である。
【００４７】
第１板状ヨーク２２０ａにおいてヨーク接続部２２１より高く形成されている凸部２２３は空隙（磁気ギャップ）を介して回転軸の軸表面と対向し、回転軸の励磁とトルク付与によって生じる透磁率変化の検出に大きく寄与する。２２３は外周が直径Ｒ１２、内周が直径Ｒ１３のリングの１部分と同形状であって、高さｈ２となるように形成されている。したがって、ヨーク接続部２２１と凸部２２３の間には高さｈ２−ｈ１の段差が形成されている。また、第２板状ヨーク２２０ｂは、上述の通り第１板状ヨーク２２０ａと同様の形状である。
【００４８】
第１及び第２板状ヨーク２２０ａ，２２０ｂの材料には、フェライトではＭｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトが好ましい。この他、粉末では純鉄粉、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系センダスト粉、Ｆｅ基アモルファス材やＦｅ基ナノ結晶材である非晶質金属粉などが好ましく、さらに、それら材料の粒径は２００μｍ以下が好ましい。また非磁性リングに用いられる非磁性材としては８０℃程度で熱変形が生じ難い樹脂や真鍮などのＣｕ−Ｚｎ系合金やＡｌ−Ｓｉ系合金などが好ましい。真鍮などのＣｕ−Ｚｎ系合金やＡｌ−Ｓｉ系合金などをプレス加工で成形する場合、それら材料の粒径は２００μｍ以下が好ましい。また、軟磁性体（板状ヨークや円筒状ヨーク）と非磁性リングを上記した粉末材料で作製する場合は、それぞれ別々に仮成形体として形成され、第１及び第２板状ヨーク２２０ａ，２２０ｂと非磁性部とを組み合わせ、高圧により本成形することでリング形状とする（以下、この成形方法を２色成形と呼ぶ）。なお、バインダとして、各材料粉への分散性等を考慮して、平均粒径が１００μｍ以下の熱可塑性樹脂を使用できる。なお、円筒状ヨーク２４０は第１及び第２板状ヨーク２２０ａ，２２０ｂに関する材料及び形成手順と同じでよい。
【００４９】
つづいて、磁気コアユニット２０の組立手順を簡単に説明する。図８は、磁気コアユニット２０を構成する、第１及び第２非磁性リング、第１及び第２板状ヨーク、円筒状ヨーク、ボビンの斜視図を示している。図示のように、円筒状ヨーク２４０は、第１非磁性リングで支持した第１板状ヨーク２２０ａに上から載せるように結合している。次に励磁用コイルと検出用コイルを巻回したボビン２５０に円筒状ヨーク２４０を挿入する。さらに円筒状ヨークおよびボビンの上から被せるように第２板状ヨーク２２０ｂを結合させる。この際、各々の部材に形成しておいた貫通孔２７０の位置を合わせ、連なった貫通孔にボルトを通し、ナットで締結する。
【００５０】
これによって、第１板状ヨーク２２０ａ、円筒状ヨーク２４０そして第２板状ヨーク２２０ｂが接合され、図３に示したように、励磁用コイル及び検出用コイルを巻回したボビン２５０を有する４個の磁気コアを含む磁気コアユニット２０が完成する。なお、磁気コアユニット１２０に含まれる、非磁性リング及び軟磁性体は磁気コアユニット２０のそれらとは鏡像対称の形状であり、組立手順も同様である。
【００５１】
非磁性リング及び板状ヨークが環状部を構成しているので、磁気コアユニットの組立が容易になっている。非磁性リングには、４つの凸部が形成されており、隣り合う凸部の間の凹みは板状ヨークを嵌めこめる形状となっている。さらに、凸部と非磁性リングの周縁の間には前記凹みと同じ深さの溝が形成されており、板状ヨークを嵌めこみ易い。非磁性リングによって隣り合う磁気コアは磁気的に離隔されている。広い磁極面を有する磁気コアが回転軸を密に取り囲んでおり、回転軸表面の磁束密度分布をほぼ均一にすることができる。
【００５２】
従来技術のようにリングコア内周の突出した磁極にコイルを巻くことは難しく工数がかかる。これに対して図８の構成では、柱状ヨーク毎にコイル又はコイル付きボビンを挿入し易く、工数を短縮できる。
【００５３】
なお、図８の構成において、一方の板状ヨークと円筒状ヨークを予め一体に成形しておけば、ボビンを前記円筒状ヨークに挿入し、他方の板状ヨークと組合わせて１組の磁気コアを構成することもできる。さらに、一方の板状ヨークと円筒状ヨークを予め一体に成形する際に、円筒状ヨークの高さを調整することにより、円筒状ヨーク付き板状ヨークを２個組合わせて磁気コアを構成することも可能である。
【００５４】
図９は、任意の１個の磁気コアおける第１板状ヨーク２２０ａ及び第２板状ヨーク２２０ｂの、回転軸９０に対向する端面２６０ａ，２６０ｂと、回転軸９０との位置関係を模式的に示した図である。本図に示すように、二つの端面２６０ａ，２６０ｂの中心を結ぶ線Ｌ１と、回転軸９０の軸方向とは、＋４５°をなす。なお図示しないが、磁気コアユニット２０内の他の磁気コアにおいても同様に、板状ヨークの回転軸９０と対向する端面は、それら中心を結ぶ線と回転軸９０の軸方向とは＋４５°をなす。また、第２の磁気コアユニット１２０においては、回転軸９０に対向する端面２６０ａ，２６０ｂの中心を結ぶ線と回転軸９０の軸方向とは−４５°をなす。
【００５５】
図１０は、トルクセンサ１０における、回路結線を示した図であり、図１１はトルクと出力電圧の関係を示したグラフである。第１磁気コアユニット２０で検出される第１出力ＶＬ１と第２磁気コアユニット１２０で検出される第２出力ＶＲ１は、同期検波回路９９ａを通り、オペアンプ９９ｂに入力される。その結果、最終出力ＶＯ１が得られる。なお、第２出力ＶＲ１は、オペアンプ９９ｂに反転入力される。トルクセンサ１０では、磁気コア及び回転軸は電気回路的にはトランスの磁芯のように機能する。そこで、図１０では、磁気コア及び回転軸を２本の太線で表わす。
【００５６】
なお、図１０、図１１では隣合う励磁用コイル同士は逆方向に巻回した。また隣り合う検出用コイル同士に関しても同様である。したがって同じボビンに巻回される励磁用コイルと検出用コイルの巻回方向は同じである。コイル２１４ａ及びコイル２１４ｃは、図２（ａ）の平面図でみると、時計方向となるように導線が巻かれているものである。図２（ｂ）で紙面の手前側に位置するコイル２１４ｂは、図２（ａ）でみると、反時計周りに導線が巻かれているものである。図２（ｂ）で紙面の後背側に位置するコイル２１４ｄは、図２（ａ）でみると、反時計周りに導線が巻かれているものである。
【００５７】
この他、励磁コイルと検出コイルは全て同方向に巻回しても良い。この場合、図１１と同様の傾向を示すトルク−出力電圧特性が得られるが、上述のように、隣り合う励磁コイル同士、検出コイル同士を逆方向に巻回した方が出力電圧が大きい。
【００５８】
励磁用コイルに印加される交流電圧波形は、所定の周波数と振幅を有する正弦波とする。このとき、当該所定の周波数と振幅が異なる交流電圧を、励磁用コイルに重畳しても良い。また、上記交流電圧を重畳するために、各ボビンに重畳用コイルを巻回しても良い。この場合、１個のボビンには励磁用、検出用、重畳用の３つのコイルが巻回されることになる。また、重畳用コイルは第１板状ヨーク２２０ａ及び第２板状ヨーク２２０ｂの凸部２２３の外周側に、回転軸９０の周りを周回するように、巻回しても良い。
【００５９】
（実施例１）
図１〜１０で示す構成のトルクセンサにおいて、本実施例では、励磁周波数２０ｋＨｚ、励磁電流５０ｍＡ、励磁用コイル１００ターン、検出用コイル２００ターン、第１及び第２板状ヨーク２２０ａ，２２０ｂの凸部２２３と回転軸表面の空隙ｇ（磁気ギャップ）を１ｍｍとした。磁気コアにはＭｎ−Ｚｎフェライトの焼結体を用いた。非磁性リングには繊維状の素材を固めたベーク板を用いた。回転軸には高周波焼き入れを施した、φ１８ｍｍのニッケル・クロム・モリブデン鋼鋼材を用い、±１４０Ｎｍのトルクを付与した。本実施例では感度Ｓが１．０ｍＶ／Ｎｍ、ヒステリシスεは０．２７％、ゼロ点変動ηは０．９％が得られた。図１２に本実施例と比較例の感度Ｓ、ヒステリシスε、ゼロ点変動ηを示す。なお感度とヒステリシス、ゼロ点変動は図１３、図１４下記の数式（数１〜３）で定義した。
【００６０】
【数１】
2008304263.tif 000003
【００６１】
【数２】
2008304263.tif 000004
【００６２】
【数３】
2008304263.tif 000005
【００６３】
ここで、Ｔｍは付与したトルクの絶対値、Ｖｓは最大トルクが付与されたときの出力電圧と最小トルクが付与されたときの出力電圧の電圧差、Ｖｈはトルクが付与されていないときの出力電圧の差、Ｖｋはトルクを付与していない状態で回転軸を１周回転させ、得られた出力電圧の最大値と最小値の差である。
【００６４】
実施例１と各比較例の感度を比較すると、実施例１が最も大きい。各比較例では、それぞれの磁気コアが分離されていないため、磁気的干渉が生じ、＋４５°磁束対応の信号と−４５°磁束対応の信号の成分が分離できないため、センサの感度が低くなったと考えられる。一方、実施例１では磁気コアが分離していることから、磁気的干渉が生じ難く、高い感度が得られている。ここで得られた１．０ｍＶ／Ｎｍの感度は十分に高く、自動車のパワートレイン系に用いるトルクセンサとして好適な結果が得られた。
【００６５】
次に実施例１と比較例１のゼロ点変動を比較すると比較例１のゼロ点変動は極めて大きい。比較例１では、各々の磁気コアにおいて、回転軸と対向する磁気コア底面の面積が小さいため、４組（合計８個）の磁気コアを回転軸の周方向に配置しても、回転軸表面を均一に励磁することが困難であり、かつ、信号を検出できる領域が小さい。したがって、軸表面の磁気特性が均一でない場合、回転軸が回転すれば周期的に出力電圧が変動し、ゼロ点変動が大きくなる傾向がある。一方、実施例１のゼロ点変動は０．９％であり、トルクセンサの実用に問題がないレベルである。実施例１では、回転軸表面と対向する磁気コア底面、すなわち図４の２６０ａ，２６０ｂの面積が比較例１よりも大きく、しかも回転軸の周方向に磁気コアユニット２０内に４組、磁気コアユニット１２０内に４組備えている。したがって軸表面からの信号をまんべんなく検出でき、回転軸が回転しても出力電圧の変動は小さい。なお、比較例２、３にゼロ点変動のデータは記載されていないが、磁気コアの数が少なく、回転軸の表面を局所的にしか励磁、検出できないことから、実施例１よりも大きなゼロ点変動が予想される。
【００６６】
次に実施例１と各比較例のヒステリシスを比較すると実施例１が０．２７％と最も低い。比較例１では励磁コアが小さいため、回転軸表面を十分に励磁することができない。したがってヒステリシスの原因となるピンニングの影響を低減できないため、ヒステリシスは３．０％と大きな値となる。また比較例２も同様の理由で、回転軸を局所的にしか励磁できないため、ヒステリシスは２５％と極めて大きい。比較例３では比較例２にシェイキング磁界を重畳し、ヒステリシスの低減を実施したが、得られたヒステリシスは２．５％と大きい。一般的にトルクセンサの実用にはヒステリシスは１．０％以下が望ましい。実施例１では比較例３のように、シェイキング磁界を重畳しなくてもヒステリシスが０．２７％であり、比較した中では唯一、実用に耐え得るトルクセンサであるといえる。以上のことから、感度、ゼロ点変動、ヒステリシスを比較すると、実施例１がトルクセンサとして好適である。
【００６７】
図１５は、第１板状ヨーク２２０ａ、第２板状ヨーク２２０ｂ及び円筒状ヨーク２４０に用いられる軟磁性材料と、非磁性リング２３０ａ，２３０ｂに用いられる非磁性材料との組合せと、出力の感度の関係を示す表である。ここでは、組合せ１〜３の３種類を例示している。
【００６８】
組合せ１では、第１板状ヨーク２２０ａ、第２板状ヨーク２２０ｂは、鉄粉及びバインダの混合粉を低圧でプレス成形した仮成形体である。非磁性リング２３０ａ及び２３０ｂは、真鍮粉とバインダの混合粉を低圧でプレス成形した仮成形体である。それら２種類の仮形成体を合わせ、高圧でプレス成形することで図６に示す部品が接着剤やネジ等を用いることなく作製できる。
【００６９】
組合せ２では、第１板状ヨーク２２０ａ、第２板状ヨーク２２０ｂ及び円筒状ヨーク２４０はフェライト粉を成形・焼結した焼結体（フェライトコア）である。非磁性リング２３０ａ及び２３０ｂは、樹脂等で成形されたもの、若しくは真鍮粉とバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。そして軟磁性の焼結体と非磁性体とを接着剤で組み立て、図６に示す部品が得られる。
【００７０】
組合せ３では、第１板状ヨーク２２０ａ、第２板状ヨーク２２０ｂ及び円筒状ヨーク２４０は、鉄粉及びバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。非磁性リング２３０ａ，２３０ｂは、真鍮粉とバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。そして軟磁性の焼結体と非磁性の圧粉体とを接着剤で組み立て、第１及び第２板状ヨーク２２０ａ，２２０ｂ、円筒状ヨーク２４０が形成されている。この場合、非磁性部は８０℃の環境温度に耐え得る樹脂等で作製された部品を用いてもよい。
【００７１】
組合せ１〜３のいずれの場合も、トルク検出時に良好な感度が得られたが、特に組合せ２の材料を用いた場合、最も良好な感度が得られる。なお、いずれの組合せにおいても、成形の際のプレスの方向は、各部品を組み立てたときの回転軸の軸方向と同じである。
【００７２】
以上、第１の実施形態によれば、磁気コアユニットを３要素で構成し、さらにその組立が容易とすることができる。また、第１及び第２板状ヨーク、円筒状ヨークおよびボビンを含む磁気コアユニットはリング形状を有し、回転軸を挿入するだけで、容易に装着することができる。つまり、ハンドリングが容易になるとともに、回転軸表面と磁極間の空隙（磁気ギャップ）の寸法精度を適正にする作業が容易となる。また、回転軸円周方向に配列した複数の磁気コアによって、安定した出力電圧が得られる。より具体的には、ゼロ点変動とヒステリシスが改善されたり、軸ぶれ対策が容易となる。
【００７３】
（第２の実施形態）
図１６に磁気コアユニット２０で用いることができる第１板状ヨークの代表的な形状の一部を平面図で示す。図１６（ａ）は第１の実施形態で用いた第１板状ヨーク２２０ａである。本発明の第１板状ヨークと第２板状ヨークは、所定の寸法を有するボビン２５０と円筒状ヨーク２４０の取り付けが可能であり、かつ、第１板状ヨーク２２０ａ及び第２板状ヨーク２２０ｂの、回転軸９０に対向する端面２６０ａ，２６０ｂと回転軸９０との位置関係が図９と同様であれば、第１板状ヨークは図１６（ｂ）〜（ｇ）に示す形状であってもよい。なお、磁気コアユニット２０で用いられる第２板状ヨークは図１６に示した形状と同様である。また磁気コアユニット１２０で用いられる第１及び第２板状ヨークは図１６に示す形状の鏡像対称である。具体的には、図１６（ａ）の板状ヨーク２２０ａを、エッジ部分５２０ｃ及び５２０ｄを結ぶ辺を軸として反転させた形状となる。
【００７４】
例えば、図１６（ｂ）〜（ｇ）の板状ヨーク３２０〜３２５に示すように、図１６（ａ）の板状ヨークのエッジ部分５２０ａ〜５２０ｄ、に比べ、４２０ａ、４２０ｄ、４２１ａ〜４２１ｄ、４２２ａ、４２２ｄ、４２３ａ〜４２３ｄ、４２４ａ、４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃは丸みを帯びている。エッジ部分に丸みを持たせることによって、軟磁性体を金型でプレス加工する際、原料粉の噛み込みが少なくなり、量産性が向上する。
【００７５】
また図１６（ａ）を図１６（ｂ）〜（ｇ）のように変形してもよい。図１のようにトルクセンサ１０に回転軸を挿入し、所定の励磁電流を励磁用コイルに流したとき、各軟磁性体が磁気飽和を起こさなければ、第１及び第２板状ヨークと円筒状ヨークとの接合部近傍は図１６（ｂ）〜（ｇ）のように小型化してもよい。特に図１６（ｆ）、（ｇ）は図１６（ａ）に比べ、軟磁性体の原料が少なくて済むことから、コスト的に優れ、小型化、軽量化が実現できる。図１６に示す第１及び第２板状ヨークを、図８の第１の実施形態と同様に組立て、磁気コア及び磁気コアユニットを構成してもよい。
【００７６】
図１６に示す第１及び第２板状ヨークは第１の実施形態と同様に、その材料として、フェライトではＭｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトが好ましい。この他、粉末では純鉄粉、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系センダスト粉、Ｆｅ基アモルファス材やＦｅ基ナノ結晶材である非晶質金属粉などが好ましく、それら材料の粒径は２００μｍ以下が好ましい。
【００７７】
原料としてフェライトを用いる場合、金型を用いたプレス加工で作製しても良い。また、上記の粉末原料を用いる場合は、上述したように２色成形で第１及び第２板状ヨークと非磁性リングを作製しても良い。
【００７８】
磁気コアユニットを構成する際には、隣り合う励磁用コイル同士は逆方向に巻回しても良い。このとき隣り合う検出用コイル同士も逆方向に巻回する。すなわち同じボビンには励磁用コイルと検出用コイルが同方向に巻回される。また図１６に示す第１及び第２板状ヨークを用いた場合でも、図１０と同様の磁気回路が構成される。
【００７９】
また、隣り合う励磁用コイル同士は同方向に巻回しても良い。このとき隣り合う検出用コイルは同方向に巻回する。
【００８０】
励磁用コイルに印加される交流電圧波形は、所定の周波数と振幅を有する正弦波とする。このとき、当該所定の周波数と振幅が異なる交流電圧を、励磁用コイルに重畳しても良い。また、上記交流電圧を重畳するために、各ボビン２５０に重畳用コイルを巻回しても良い。また、重畳用コイルを第１及び第２板状ヨークにおける凸部２２３の外周側に対応する部分に巻回しても良い。
【００８１】
以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態における実施例１で示した効果が得られる。さらに、第１及び第２板状ヨークのエッジ部分に丸みを持たせ、かつ、円筒状ヨークとの接合部近傍を小型化することで、実施例１に比べ量産性が良く、小型、軽量な磁気コア及び磁気コアユニットの作製が可能となる。
【００８２】
（第３の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態で示したトルクセンサ１０の出力及び精度を向上させるために直流バイアス磁界を印加している。なお、第２の実施形態で示した構成にも適用可能である。
【００８３】
図１７は、第１の実施形態で示した磁気コアユニット２０をベースに、円筒状のバイアスヨーク７１０を付加したバイアス付加ユニット７００の構成を示した図である。ここでは、第１の実施形態で示した磁気コアユニット２０を便宜的に内部磁気コアユニット２０ａと称する。円筒状のバイアスヨーク７１０の内部に、第１及び第２スペーサ７４６ａ，７４６ｂを介して、内部磁気コアユニット２０ａが配されており、以下、この構成をバイアス付加ユニット７００と称する。本図は、バイアス付加ユニット７００の縦断面図を示しており、右半分は、磁路になる部分をハッチングで表している。
【００８４】
バイアスヨーク７１０は、円筒形状のバイアス用ヨーク接続部７５８ｂと、バイアス用ヨーク接続部７５８ｂ開口に嵌合する環状の上側ヨーク端部７５８ａと、バイアス用ヨーク接続部７５８ｂの図１７下側の開口に嵌合する環状の下側ヨーク端部７５８ｃ、下側ヨーク端部７５８ｃの下に設けられる固定板７５６ｃとを有する。バイアスヨーク７１０に配された内部磁気コアユニット２０ａの上面には、中心に回転軸が挿入される軸孔７２９ａを有する環状の第１スペーサ７４６ａが配されている。また、内部磁気コアユニット２０ａの下面には、中心に回転軸が挿入される軸孔７２９ｂを有する環状の第２スペーサ７４６ｂが配されている。軸孔７２９ｂは、内部磁気コアユニット２０ａの中央に形成されている軸孔の径と同じ大きさである。第１及び第２スペーサ７４６ａ，７４６ｂは、バイアス付加ユニット７００と内部磁気コアユニット２０ａとを磁気的に分離可能な材料で形成されており、磁気的な干渉を防止する。
【００８５】
下側ヨーク端部７５８ｃの中心部分には、開口７２６ａが形成されており、その開口７２６に永久磁石のリング磁石７２８が嵌め込まれている。また、リング磁石７２８の中心部分には、所定の大きさの軸孔７２９ｂが形成されている。そして、リング磁石７２８は、第２スペーサ７４６ｂと第２スペーサ７４６ｂの下側に設けられた固定板７５６ｃとの２つの部材によって挟まれ支持される。さらに、上側ヨーク接続部７５８ａの上面には、ボビンに巻かれたバイアス用のコイル７６９を内部に有する円筒部材７９０が取り付けられている。具体的には、上下に開口を有する円筒形状の第３スペーサ７６８ｂと、第３スペーサ７６８ｂの上側の開口を塞ぐ環状の固定板７６８ａと、第３スペーサ７６８ｂの下側の開口を塞ぐ環状の第４スペーサ７６８ｃとを備える。この第４スペーサ７６８ｃは、コイル７６９と上側ヨーク端部７５８ａとを、磁気的に離間させる。
【００８６】
また、前記の固定板７６８ａと第４スペーサ７６８ｃの中心には、回転軸９０が挿入されるための軸孔が形成されている。それら軸孔は、内部磁気コアユニット２０ａの中央の軸孔の径と同じである。また、円筒部材７９０には、貫通孔７４５ａが形成されており、内部磁気コアユニット２０ａと、バイアスヨーク７１０と、円筒部材７９０とのそれぞれの貫通孔７４５ａ，２７０及び７４５ｂが繋がって一組の貫通孔を形成する。これによって、内部磁気コアユニット２０ａと、バイアスヨーク７１０と、円筒部材７９０とをボルトなどで合わせて固定することができる。
【００８７】
以上の様な構成とすると、内部磁気コアユニット２０ａにリング磁石７２８を有するリング状のバイアスヨーク７１０を付加した構成とすることで、バイアス磁束が周方向に均一に分布し、その結果、磁気的ノイズの影響を排除することができ、トルクの検出精度が向上する。また、バイアス用コイル７６９に流す電流量を変更することで、バイアス磁束量を容易に調整できる。そして、リング磁石７２８とバイアス用コイル７６９を併用することで、バイアス用コイル７６９のみによってバイアス磁束を発生させる場合と比べて、消費電力を抑制できる。なお、上側ヨーク端部７５８ａと下側ヨーク端部７５８ｃの両方に、リング磁石７２８及びバイアス用コイル７６９を設ける構成としてもよい。また、リング磁石７２８またはバイアス用コイル７６９のいずれか一方のみであってもよい。
【００８８】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、磁歪特性を利用するトルクセンサに広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１の実施形態に係るトルクセンサの構造を示す図である。
【図２】第１の磁気コアユニットを示した図である。
【図３】第１の磁気コアユニットの外観を示す斜視図である。
【図４】磁気コアの外観を示す斜視図である。
【図５】第１板状ヨークを示す斜視図である。
【図６】４個の第１板状ヨークを非磁性リングに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図７】４個の第１板状ヨークを非磁性リングに取り付けた状態を示す平面図及び断面図である。
【図８】第１測定ユニットの組立図である。
【図９】第１の磁気コアにおける第１及び第２板状ヨークの、回転軸に対向する面と、回転軸との位置関係を模式的に示した図である。
【図１０】トルクセンサの回路結線を示した図である。
【図１１】印加されるトルクと検出出力の関係を示したグラフである。
【図１２】第１の実施形態の実施例１と比較例に用いられたトルクセンサの感度、ゼロ点変動、ヒステリシスを示した表である。
【図１３】トルクセンサの出力電圧特性を示したグラフである。
【図１４】トルクセンサの出力電圧特性を示したグラフである。
【図１５】軟磁性部と非磁性部に用いられる材料の組合せと、出力の感度の関係を示した表である。
【図１６】第２の実施形態に係る第１及び第２板状ヨークの形状を示した平面図である。
【図１７】第３の実施形態に係るバイアス付加ユニットの構成を示した図である。
【図１８】従来技術に係る、磁歪式トルクセンサの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０：トルクセンサ
２０，１２０，４００：磁気コアユニット
２０ａ：内部磁気コアユニット
９０，５０２：回転軸
９９ａ：同期検波回路
９９ｂ：オペアンプ
２１４ａ〜ｈ：励磁用コイル
２１５ａ〜ｈ：検出用コイル
２２０ａ：第１板状ヨーク
２２０ｂ：第２板状ヨーク
２２１：板状ヨークのヨーク接続部
２２３：板状ヨークの凸部
２２４：板状ヨークの底面
２２８，７２９ａ，７２９ｂ：軸孔
２３０ａ：第１非磁性リング
２３０ｂ：第２非磁性リング
２３１ａ：第１非磁性リングの凸部
２４０：円筒状ヨーク
２５０：ボビン
２６０ａ：回転軸表面と対向する第１板状ヨークの端面
２６０ｂ：回転軸表面と対向する第２板状ヨークの端面
２７０，７４５ａ，７４５ｂ：貫通孔
３２０〜３２５：板状ヨーク
４２０ａ〜４２０ｄ，４２１ａ〜４２１ｄ，４２２ａ〜４２２ｄ，４２３ａ〜４２３ｄ，４２４ａ〜４２４ｄ，４２５ａ〜４２５ｄ，５２０ａ〜５２０ｄ：板状ヨークのエッジ部分
５０３：磁性膜
５０４：励磁・検出用ソレノイドコイル
５０５，５０６：検出用磁気コア
５０７，５０８：励磁用磁気コア
７００：バイアス付加ユニット
７１０：バイアスヨーク
７２６：開口
７２８：リング磁石
７４６ａ：第１スペーサ
７４６ｂ：第２スペーサ
７５６ｃ：固定板
７５８ａ：上側ヨーク端部
７５８ｂ：バイアス用ヨーク接続部
７５８ｃ：下側ヨーク端部
７６８ａ：固定板
７６８ｂ：第３スペーサ
７６８ｃ：第４スペーサ
７６９：バイアス用コイル
７９０：円筒部材
【図１】
2008304263.tif 000006
【図２】
2008304263.tif 000007
【図３】
2008304263.tif 000008
【図４】
2008304263.tif 000009
【図５】
2008304263.tif 000010
【図６】
2008304263.tif 000011
【図７】
2008304263.tif 000012
【図８】
2008304263.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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