(57)【要約】【課題】磁歪型のトルクセンサにおいて、隣り合う磁気コイルを分離するとともに、構成部品の組立てを容易とする。【解決手段】トルクセンサの測定ユニット２００は、円筒状の磁気ヘッド２１０と、外周ボビン２１１と、内周ボビン２１３とから構成される。磁気ヘッド２１０は、円筒状のヨーク接続部２４０と、その開口に嵌合する環状の第１ヨーク部２２０ａ及び第２ヨーク部２２０ｂにより構成される。ヨーク接続部２４０、第１ヨーク部２２０ａ及び第２ヨーク部２２０ｂの軟磁性部２３２ａ１、２３２ａ２、２３２ｂ１、２３２ｂ２、２５２ａ、２５２ｂによって、二つの磁気コアを構成する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクセンサに用いられる磁気コアユニットであって、
非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した円筒状のヨーク接続部と、
該ヨーク接続部の両端に取り付けられる、非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した略環状のヨーク部と
を備え、
前記ヨーク接続部の軟磁性部と前記ヨーク部の軟磁性部とで、一組の磁気コアを構成したことを特徴とする磁気コアユニット。
【請求項２】
前記ヨーク部は、中央に軸孔が設けられ、前記軟磁性部は、前記軸孔の側面から前記ヨーク接続部の径方向外側に向かって直線状に延びていることを特徴とする請求項１に記載の磁気コアユニット。
【請求項３】
前記ヨーク接続部は、端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、前記軟磁性部が前記ヨーク部の軟磁性部に接するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気コアユニット。
【請求項４】
前記ヨーク接続部の端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、前記ヨーク接続部の軟磁性部と前記ヨーク部の軟磁性部とで、一組の磁気コアを構成していること特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項５】
前記ヨーク接続部の両端に取り付けられる二つの前記ヨーク部は、同一形状であることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項６】
前記ヨーク部は、前記ヨーク接続部の端部に嵌合することを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項７】
前記ヨーク接続部の端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、
二つの前記ヨーク部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なすことを特徴とする請求項２から６までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項８】
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請求項７に記載の磁気コアユニット。
【請求項９】
前記磁気コアを、磁気的に分離して複数備えたことを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項１０】
前記軟磁性部の材料が、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトであることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれかに記載の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
前記ヨーク接続部の内周に励磁用内周コイル及び検出用内周コイルとを有し、
前記円筒状のヨーク接続部の外周に励磁用外周コイルと検出用外周コイルとを有する
ことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１２】
請求項８から１０までのいずれかに記載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請求項９に記載のトルクセンサ。
【請求項１３】
請求項１から１０までのいずれかに記載の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
磁路を形成可能な材料で構成された外装ヨーク部を備え、
該外装ヨーク部は、前記磁気コアユニットを磁気的に離して内部に備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のトルクセンサ。
【請求項１４】
前記外装ヨーク部は円筒状であり、前記外装ヨーク部の外周部分に円環状の磁石を有することを特徴とする請求項１３に記載のトルクセンサ。
【請求項１５】
請求項１から１０までのいずれかに記載の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
前記外装ヨーク部は、前記外装ヨーク部の一つの端面に設けられ前記ヨーク部の軸孔と略同径の円環状の磁石と、前記外装ヨーク部の内側面に配されたコイルと
を有することを特徴とする請求項１３に記載のトルクセンサ。
【請求項１６】
請求項１から１０までのいずれかに記載の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
前記外装ヨーク部の内周面又は外側面に配されたコイルを有することを特徴とする請求項１５に記載のトルクセンサ。
【請求項１７】
請求項１から１０までのいずれかに記載の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
前記外装ヨーク部の一つの端面に設けられ、前記ヨーク部の軸孔と略同径の円環状の磁石と、
前記外装ヨーク部の他方の端面に、前記外装ヨーク部と磁気的に分離した状態で設けられたコイルと、
を有することを特徴とすると請求項１３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磁気コアユニット及びこれを用いた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３５（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３５（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５０５、５０７と検出用磁気コア５０６、５０８との二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（以下、「第１引例」ともいう）。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、特許文献４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（以下、「第２引例」ともいう）。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。
【０００７】
また、特許文献５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（以下、「第３引例」ともいう）。
【０００８】
また、特許文献６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２００１−２８９７１９号公報
【特許文献５】特開平９−１９６７７９号公報
【特許文献６】特開昭６１−２７５６３０号公報
【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、改良が施された第１〜第４引例の技術であっても、依然として克服すべき課題があった。
【００１１】
例えば、第１引例では、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、部品数が多く組立て作業が難しく、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、第２引例では、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てしまったり、＋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という課題があった。
【００１３】
また、第３引例でも、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、第４引例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、こう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、構成部品の組立て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】
本発明に係る装置は、トルクセンサに用いられる磁気コアユニットに関する。この磁気コアユニットは、非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した円筒状のヨーク接続部と、該ヨーク接続部の両端に取り付けられる、非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した略環状のヨーク部とを備え、前記ヨーク接続部の軟磁性部と前記ヨーク部の軟磁性部とで、一組の磁気コアを構成している。
また、前記ヨーク部は、中央に軸孔が設けられ、前記軟磁性部は、前記軸孔の側面から前記ヨーク接続部の径方向外側に向かって直線状に延びていてもよい。
また、前記ヨーク接続部は、端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、前記軟磁性部が前記ヨーク部の軟磁性部に接するように設けられていてもよい。
また、前記ヨーク接続部の端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、前記ヨーク接続部の軟磁性部と前記第ヨーク部の軟磁性部とで一組の磁気コアを構成してもよい。
また、前記ヨーク接続部の両端に取り付けられる二つの前記ヨーク部は、同一形状であってもよい。
また、前記ヨーク部は、前記ヨーク接続部の端部に嵌合してもよい。
また、前記ヨーク接続部の端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、二つの前記ヨーク部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なしてもよい。
また、前記所定の角度が、略４５°に設定されてもよい。
また、前記磁気コアを、磁気的に分離して複数備えてもよい。
前記軟磁性部の材料が、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトであってもよい。
本発明に係る装置は、トルクセンサに関する。このトルクセンサは、前述の磁気コアユニットを備えるとともに、前記ヨーク接続部の内周に励磁用内周コイル及び検出用内周コイルとを有し、前記円筒状のヨーク接続部の外周に励磁用外周コイルと検出用外周コイルとを有する。
また、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てもよい。
また、磁路を形成可能な材料で構成された円筒状の外装ヨーク部を備え、該外装ヨーク部は、前記磁気コアユニットを磁気的に離して内部に備えてもよい。
また、前記外装ヨーク部の外周部分に円環状の磁石を有してもよい。
また、前記外装ヨーク部は、前記外装ヨーク部の一つの端面に設けられ前記ヨーク部の軸孔と略同径の円環状の磁石と、前記外装ヨーク部の内側面に配されたコイルとを有してもよい。
また、前記外装ヨーク部の外側面に配されたコイルを有してもよい。
また、前記外装ヨーク部の一つの端面に設けられ、前記ヨーク部の軸孔と略同径の円環状の磁石と、前記外装ヨーク部の他方の端面に、前記外装ヨーク部と磁気的に分離した状態で設けられたコイルとを有してもよい。
本発明に係る装置は、トルクセンサの磁気コアユニットに用いられるヨーク部に関する。このヨーク部は、非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した略環状の形状を有し、前記環状形状の中央に軸孔が設けられ、前記軟磁性部は、前記軸孔の側面から前記ヨーク接続部の径方向外側に向かって直線状に延びている。
本発明に係る装置は、ヨーク接続部に関する。このヨーク接続部は、非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した円筒形状を有する。
【発明の効果】
【００１７】
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分離するとともに、構成部品の組立て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】
【００１８】
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。
【００１９】
まずトルクセンサの基本的な作動原理（以下、「基本技術」という）について説明し、つづいてその基本技術を適用した本実施形態に特徴的な構造に関して説明する。
【００２０】
（基本技術）
（１．磁気コア）  
図１は、基本技術における磁気コアの斜視図であり、図２はその側面図である。ただし、図２においてはこの磁気コアを図１中の左側の矢印の方向から見ており、かつ上下を逆にしてある。この磁気コア３０は、板状バックヨーク部３１と、２本の脚状ヨーク部３２とから構成される。この磁気コア３０は、非接触で回転軸に加わるトルクを計測するトルクセンサに用いられる。
【００２１】
板状バックヨーク部３１と２本の脚状ヨーク部３２とは一体となって軟磁性体で構成される。軟磁性体としては、例えばＭｎ−Ｚｎ系フェライトが好ましく用いられる。このため、この磁気コア３０を用いたトルクセンサにおいて、この磁気コア３０は磁路を形成することができる。
【００２２】
板状バックヨーク部３１は、前記の磁気コア３０の支持部となり、充分な剛性が保たれる厚さを有する。例えばその厚さは、５ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。この板状バックヨーク部３１は略正方形の表面を有する。ここで、表面とは、前記の厚さ方向と垂直な面である。この場合の正方形の一辺の長さは、トルクを検出する回転軸の径と同程度であり、例えば２０ｍｍ程度とすることができる。ただし、板状バックヨーク部３１は平面で構成される必要はなく、磁気コア３０の剛性が確保でき、かつ有効な磁路を形成できる形状であれば任意の形状とすることができる。
【００２３】
２本の脚状ヨーク部３２は、板状バックヨーク部３１の表面における正方形の対角関係にある頂点近傍に形成され、この表面から略垂直に下方（図１においては上方）に延びた形態で形成される。その断面の形状は、有効な磁路を形成できるものであれば任意であるが、断面の最大径は回転軸の径よりも小さくする。この断面形状を例えば１辺が７ｍｍ程度の正方形とすることができる。この場合、この断面における正方形の各辺は板状バックヨーク部３１における正方形の各辺と略平行の構成とすることが、製造の観点で好ましい。脚状ヨーク部３２の長さについても、有効な磁路となり、かつ充分な機械的強度が保たれるものであれば任意であるが、例えばその長さを１５ｍｍ程度とすることができる。長い場合には強度が問題になり、かつこれを用いたトルクセンサが大型化する。一方、短い場合には脚状ヨークを巻回する励磁コイル、後述する検出用コイルの巻き数を多くすることができない。
【００２４】
２本の脚状ヨーク部３２の底面３３（図１においては最上面）は、共に第１の面３３ａと第２の面３３ｂの２種類の面で構成される。
【００２５】
第１の面３３ａは、板状バックヨーク部３１の表面と略平行な平面となっている。また、この面は脚状ヨーク部３２の長手方向と略垂直ともなっている。
【００２６】
第２の面３３ｂは、第１の面３３ａから傾斜している。第２の面３３ｂはトルクを検出する回転軸に底面３３を近接させるために設けられるため、この傾斜の角度は、この磁気コアを用いてトルクを検出する回転軸の表面の形状に対応している。これにより、第２の面３３ｂ全体を回転軸に近接させることができる。すなわち、この第２の面３３ｂにより、磁気コア３０における底面３３が回転軸に近接する部分を多くすることができる。脚状ヨーク部３２の底面をこのような構成とすることで、磁気コアを貫通する磁束を効率的に回転軸に入射させ、磁束の漏れを少なくすることができるので、この磁気コアを用いたトルクセンサの感度を高めることができる。
【００２７】
したがって、第２の面３３ｂは回転軸の表面の形状に対応した曲率を有する円筒形状であることが好ましい。具体的には、底面３３（第２の面３３ｂ）において、この回転軸に近接させる間隔と回転軸の半径との和をこの曲率半径とすることができる。この間隔は、例えば１ｍｍに設定することができる。ただし、これに限られるものではなく、例えば、底面３３全体の大きさに対して回転軸の径が大きな場合には、第２の面３３ｂを第１の面３３ａから傾斜させた平面としてもよい。これは、曲率半径を無限大とした場合に相当する。
【００２８】
（２．トルクセンサ）
上述の磁気コアを用いて、高感度の非接触型トルクセンサが構成できる。このトルクセンサにおいては、磁気コアにおける底面（第２の面）が回転軸に近接して設置され、励磁用コイルによりこの磁気コア中に磁場が印加され、回転軸の一部がこの磁路に含まれる。トルクが加わることによって回転軸に応力が発生し、これにより回転軸の透磁率が変動すると、検出用コイルとこの励磁用コイルとの間のインダクタンスが変動する。これにより、この応力を検出し、トルクを算出することができる。この際、以下に説明する複数の形態のトルクセンサが実現できる。
【００２９】
図３及び図４は、基本技術におけるトルクセンサ１０の構造を示す図である。図３は、回転軸の軸方向に垂直な向きから見た正面図（一部断面図）である。図４は、回転軸の軸方向から見た側面正面図（一部断面図）である。なお、一部の構成部品については図３では省略している。
【００３０】
この例においては、このトルクセンサ１０は、回転軸９０に印加されるトルクを検出する。ここでは前記の磁気コアが回転軸の周方向に４個ずつ２箇所にわたって設置される。ここで、図３の左側の第１測定ユニット（第１の検出部）２０が回転軸の軸方向から＋４５°方向における透磁率変化を測定し、図中右側の第２測定ユニット（第２の検出部）１２０が−４５°方向（第１測定ユニットとは直角の方向）における透磁率変化を測定する。この２方向の透磁率変化を測定することにより、この回転軸に印加されたトルクの向き及び大きさを検出することができる。このため、このトルクセンサ１０においては、磁気コアと回転軸の一部を含む磁路が形成され、トルクによる磁歪効果によって生じた回転軸における透磁率の変化が、この磁路におけるインダクタンスの変化として検出される。このため、回転軸９０は磁歪材料で形成され、例えば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材料であり、機械的強度も充分なものであるため、回転軸にトルクセンサ用の特殊な加工を施す必要はない。
【００３１】
回転軸９０にトルクが印加されるとこの回転軸９０の軸方向に対して＋４５°の方向と−４５°の方向（前記方向と直角な方向）に引張応力と圧縮応力が発生する。正の磁歪係数を有する材質に引張応力が加わると、磁歪効果により、透磁率が増加する。逆に圧縮応力が加わると透磁率が減少する。すなわち、回転軸を磁路の一部とした場合には、インダクタンスの変化が検出用コイルによって検出でき、これにより、これらの方向の応力が測定できる。これらの２方向の応力から、回転軸９０に加わるトルクの向きとその大きさが測定できる。この方法による具体的なトルクの検出方法については、例えば特開平４−３１７２６号公報に記載されている。このトルクセンサは、特に透磁率の変化を検出するための構成、方法に特徴を有する。
【００３２】
第１測定ユニット２０において用いられる磁気コア３０、４０、５０、６０は、図１における磁気コア３０と同様の形状であり、かつこれらは同一形状である。なお、磁気コア６０は回転軸９０を挟んで反対側に位置するため、図３において図示されておらず、以下に述べるその構成要素についても同様である。これらはそれぞれ板状バックヨーク部３１、４１、５１、６１と、２本ずつの脚状ヨーク部３２、４２、５２、６２と、底面３３、４３、５３、６３から構成される。それぞれの底面は、第１の面３３ａ、４３ａ、５３ａ、６３ａと、第２の面３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ、６３ｂとからなる。
【００３３】
図４に示されるように、第２の面３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ、６３ｂは回転軸９０との間隔をｇとして、回転軸９０に近接して設置される。このため、これに対応して第２の面３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ、６３ｂは円筒形状の一部の曲面とされ、その曲率半径は回転軸９０の半径と間隔ｇとの和に等しい。
【００３４】
また、図３に示すように、例えば磁気コア４０において２本の脚状ヨーク部４２の底面の中心同士を結ぶ線は回転軸の軸方向と４５°の角度をなす。磁気コア３０、５０、６０についても、磁気コア４０と同一形状であるため、上記と同様である。
【００３５】
この第１測定ユニット２０においては、励磁用のコイルとして、励磁用内周コイル７１、励磁用外周コイル７２が用いられる。励磁用内周コイル７１は、各板状バックヨーク部３１、４１、５１、６１の内側を通るように、回転軸９０の外周方向に巻回される。励磁用外周コイル７２は、各板状バックヨーク部３１、４１、５１、６１の外側を通るように、回転軸９０の外周方向に巻回される。
【００３６】
同様に、この第１測定ユニット２０においては、インダクタンス検出用のコイルとして、検出用内周コイル８１、検出用外周コイル８２が用いられる。検出用内周コイル８１は、各板状バックヨーク部３１、４１、５１、６１の内側を通るように、励磁用内周コイル７１と平行して巻回される。検出用外周コイル８２は、各板状バックヨーク部３１、４１、５１、６１の外側に、励磁用外周コイル７２と平行して巻回される。なお、これらのコイルは、例えばボビンに巻回させた形態として、これらのコイルが巻回されたボビンを組み込む形で図３、４の形態を実現してもよい、この場合には、励磁用内周コイル７１と検出用内周コイル８１とが巻回されたボビンと、励磁用外周コイル７２と検出用外周コイル８２とが巻回されたボビンの２種類が用いられる。また、励磁用コイルと検出用コイルを分離して４種類のボビンを用い、これらを組み込んでもよい。
【００３７】
さらに、図４に示すように、第１測定ユニット２０全体は、ハウジング９１（図４では省略）内に収容されており、このハウジング９１の内周面９２が第２の面３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ、６３ｂと一致すべく固定されている。このため、磁気コア３０等、励磁用内周コイル７１等はハウジング９１内でモールド材（図示せず）を用いて固定される。
【００３８】
ハウジング９１は、各コイル、各磁気コアによって形成される磁気回路に影響を与えることがないように、非磁性材料で形成されることが好ましい。この材料としては、例えば耐熱性樹脂材料や、アルミニウム系合金、銅系合金を用いることができる。
【００３９】
ハウジング９１には導出部９３が設けられ、この中に外部回路９４が設けられる。外部回路９４には、励磁用内周コイル７１及び励磁用外周コイル７２と、検出用内周コイル８１及び検出用外周コイル８２が接続される。これにより、励磁用内周コイル７１及び励磁用外周コイル７２に励磁用の電流が供給されるとともに、検出用内周コイル８１及び検出用外周コイル８２からの出力信号が得られる。
【００４０】
また、第１測定ユニット２０全体は、ハウジング９１の周囲３箇所に設けられた固定用ボルト孔９５に固定用ボルト（図示せず）を貫通させ、外部の固定箇所（図示せず）にネジ止めすることによって固定される。
【００４１】
この第１測定ユニット２０においては、回転軸９０の軸方向と４５°の角度における透磁率の変化を検出する。これにより、この方向での応力の方向（引張応力又は圧縮応力）とその大きさを算出することが可能である。
【００４２】
一方、第２測定ユニット１２０も第１測定ユニット２０と同様の構造を有する。すなわち、ハウジングの内部に図１における磁気コア３０と同様の形状の磁気コア１３０、１４０、１５０、１６０を有する。これらは、それぞれ板状バックヨーク部１３１、１４１、１５１、１６１と、２本ずつの脚状ヨーク部１３２、１４２、１５２、１６２と、底面１３３、１４３、１５３、１６３から構成される。それぞれの底面は、第１の面１３３ａ、１４３ａ、１５３ａ、１６３ａと、第２の面１３３ｂ、１４３ｂ、１５３ｂ、１６３ｂとからなる。また、第１測定ユニット２０と同様に、励磁用内周コイル１７１、励磁用外周コイル１７２、検出用内周コイル１８１、検出用外周コイル１８２を有する。
【００４３】
第２測定ユニット１２０において用いられる磁気コア１３０における２本の脚状ヨーク部１３２同士（底面１３３同士）を結ぶ線は回転軸の軸方向と４５°の角度をなすが、前記の第１測定ユニット２０における磁気コア３０における角度とは９０°異なっている。すなわち、第１測定ユニット２０における磁気コア３０により回転軸２０の軸方向に対して＋４５°の方向の応力が検出されるのに対し、第２測定ユニット１２０における磁気コア１３０により−４５°の方向の応力が検出される。磁気コア１４０、１５０、１６０についても同様である。すなわち、この構成の磁気コアを用いることにより、第２測定ユニット１２０によって−４５°の方向の応力が検出される。
【００４４】
このトルクセンサ１０においては、励磁用コイルにより磁場を発生させ、かつ検出用コイルによってインダクタンスの変化を検出することが必要である。このため、このトルクセンサ１０では、励磁用コイルとして、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２の二つのコイルを用いることにより、各磁気コア中に強い磁場を発生させている。
【００４５】
これにより、例えば磁気コア３０においては、図３中の磁束９６で示す磁場が誘起される。この磁路はその一部に回転軸９０を含む。磁気コア４０、５０、６０についても同様である。検出用コイルとして、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２の二つのコイルを用いていてインダクタンスを測定することにより、回転軸９０における透磁率の変化を、そのインダクタンスの変化として検出することができる。このインダクタンスの変化から、第１測定ユニット２０によって、この回転軸９０においてこの磁路の方向である＋４５°方向における応力（第１の応力）が算出できる。同様に、第２測定ユニット１２０によって、−４５°方向における応力（第２の応力）が算出できる。この２種類の応力から、この回転軸９０に加わるトルクが算出される。
【００４６】
（３．原理）
図３に示した磁場の誘起について、以下に原理を詳しく説明する。図５は、理解の容易のために、図３の回転軸９０の上下に位置する二つの磁気コア３０、５０を図示しており、以下、上側の磁気コア３０について説明する。ここでは、磁場の誘起について説明するために、励磁用コイルである励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２を図示している。さらに、図６は、励磁用内周コイル７１による磁場の誘起を説明する図であり、図７は、励磁用外周コイル７２による磁場の誘起を説明する図である。したがって、図５は、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２との磁場を合わせて表示した磁場となっている。なお、一般に、磁場の状態は複数の磁力線で示される。磁力線の束が磁束に相当するが、図面を見易くするため、主要な磁力線を矢印で図示する。以下、この磁力線を「磁束」と称する。
【００４７】
まず、図６を用いて励磁用内周コイル７１による磁場の誘起を説明する。励磁用内周コイル７１に図示の向き（手前に向かう向き）に電流が流れると、電磁気学の右ねじの法則により、磁気コア３０近傍に反時計回りの磁場が発生する。磁場における磁力線は透磁率の高い磁路に集中するため、磁気コア３０内を通る磁束９６ｍと、磁気コア３０の外側周囲と回転軸９０とを通る磁束９７ｍが発生する。
【００４８】
図８は、図６の磁気コア３０を板状バックヨーク部３１側から見た図（上面図）に当たる。ここでは、励磁用内周コイル７１の図示を省略している。図示のように回転軸９０の左側に、左側面視で反時計回り方向のトルクＴが印加されると、回転軸９０には応力σが斜め方向に発生する。具体的は、左上及び右下方向の引張り応力σ＋と、右上及び左下方向の圧縮応力σ−とが発生する。一般的には、回転軸９０の材料として、応力σが発生すると、圧縮応力σ−が印加された方向では回転軸９０の透磁率が低下し、引張り応力σ＋が印加された方向では回転軸９０の透磁率が上昇する材料、例えば上述したクロムモリブデン鋼が選択される。
【００４９】
発生した応力σの向きに沿って、図示のように磁気コア３０の脚である脚状ヨーク部３２を正方形の対角線に配置することで、高い出力を得ることができる。図９は、回転軸９０に印加される磁場の強さＨと回転軸９０中の磁束密度Ｂの関係を示したグラフである。
【００５０】
ここでは、上から順に、引張り応力σ＋が印加されたＢＨカーブＣ１、応力がゼロのときのＢＨカーブＣ２、圧縮応力σ−が印加されたＢＨカーブＣ３の３種類について示している。このグラフから分かるように、引張り応力σ＋と圧縮応力−とが印加された場合のＢＨカーブＣ１、Ｃ３を比較すると、圧縮応力σ−が印加されたときのＢＨカーブＣ３の方が、応力ゼロのときのＢＨカーブＣ２からの変化量が大きい。したがって、引張り応力σ＋より圧縮応力σ−の方向に沿って透磁率の変化を見るのが望ましい。そこで、図６や図８に示すように、圧縮応力σ−の方向の対角線上に二つの脚部ヨーク部３２を配置する構成とする。
【００５１】
つぎに、図７を用いて励磁用外周コイル７２による磁場の誘起を説明する。図７（ａ）に示すように、励磁用外周コイル７２に図示の向き（奥へ進む方向）に電流が流れると、電磁気学の右ねじの法則により、磁気コア３０近傍に時計回りの磁場が発生する。磁場における磁力線は透磁率の高い磁路に集中するため、磁気コア３０内を通る時計回りの磁束９６ｎ１〜９６ｎ５と、磁気コア３０の外側周囲と回転軸９０とを通る磁束９７ｎが発生する。
【００５２】
磁束９６ｎ１〜９６ｎ５は、図示右側の脚部ヨーク部３２から板状バックヨーク部３１、左側の脚部ヨーク部３２とを経由する磁束成分を有する。これら磁束成分を磁気的等価回路で示すと、図７（ｂ）に示すような、磁気コア３０を経路に持つ磁束９６ｎ及び磁気コア外周を経路に持つ磁束９７ｎとして捉えることができる。
【００５３】
そして、図６及び図７（ｂ）に示した磁束を足し合わせると、図５に示すような、磁束９６ｍ、９６ｎ、９７ｍ、９７ｎの分布が得られる。磁気コア３０の周囲に発生する磁束は、反時計回りの磁束９７ｍと時計回りの磁束９７ｎであり、それらは打ち消し合いゼロとなる。また、磁気コア３０を通る二つの反時計回りの磁束９６ｍ、磁束９６ｎとが足し合わさり、図３に示す、磁束９６となる。なお、この磁束９６は、検出用外周コイル８２を交鎖しないため、検出用外周コイル８２における出力には寄与しない。しかし、検出用外周コイル８２が存在することで、後述するように、磁気回路のバランスがよくなる。すなわち、検出用内周コイル８１のみの構成とした場合、検出側の回路の出力インピーダンスを考慮すると、磁気コア３０を通る磁気回路と、磁気コア３０を通らない磁気回路との両方を検出することになる。その結果、回転軸９０近傍にトルクセンサ１０とは別のアンバランスな磁性体や磁束源が存在した場合、それらの影響を受けやすくなる。これに対して、上述したような、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２とが存在する構成とした場合、磁気コア３０から離れた磁束源等からの磁気的ノイズに対しては検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２とへの交鎖磁束がほぼ同一となる。そのため、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２における出力電圧において、磁気的ノイズが逆相電圧として出現し相殺される。
【００５４】
図１０は、回転軸９０に印加されるトルクと検出用コイルに検出される磁束（鎖交磁束）の関係を示した図である。図１０（ａ）は、図５における、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２のそれぞれによって励磁される磁場の磁束を示しており、上側の山型を示すカーブＣ１１が励磁用外周コイル７２による磁束９７ｍを示しており、下側のカーブＣ１２が励磁用内周コイル７１による磁束９６ｍを示している。
【００５５】
励磁用外周コイル７２に対応する磁気回路は、軸断面で考えた場合の磁気抵抗は大きいが、磁気回路断面積の方も大きい、つまり、磁束９７ｍが通る断面積が大きくなる。一方、励磁用内周コイル７１に対応する磁気回路は、閉磁路のため磁気抵抗は小さいが、生じる磁束９６ｍが通る断面積が小さく限られるため、透磁率変化が影響を与える磁束が小さい。ここでは、励磁用外周コイル７２によって生じる磁束９７ｍと励磁用内周コイル７１によって生じる磁束９６ｍとの比は５：１程度になっている。
【００５６】
実際には、励磁用外周コイル７２によって生じる磁束９７ｍと励磁用内周コイル７１によって生じる磁束９６ｍは分離してないため、図１０（ｂ）に示すように、二つの磁束９６ｍ、９７ｍを合成した状態の磁束（カーブＣ１３）が測定される。ここに示されるように、略左右対称の出力となっているため、トルクの付与方向（＋、−）を判別することは難しい。
【００５７】
また、図７に対応する磁束は、図１０（ａ）、１０（ｂ）と同じようなグラフが測定される。ただし、上述の通り、磁気コア３０の周囲に発生する磁束は、反時計回りの磁束９７ｍと時計回りの磁束９７ｎであり、二つの磁束９６ｍ、９７ｍは互いに打ち消し合う。磁気コア３０を通る二つの反時計回りの磁束９６ｍ、９６ｎとは、磁束の向きが同一であるので、二つの磁束９６ｍ、９６ｎが足し合わさる。したがって、図６と図７の磁束を重畳すると、図１０（ｃ）のように、カーブＣ１４で示されるグラフとなる。このように、右上がりのカーブＣ１４が得られることで、トルクの向きが判別可能となる。
【００５８】
図１１は、トルクセンサ１０における、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２とを直列に接続している回路結線を示した図であり、図１２は、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２とを並列に接続している回路結線を示している。例えば、図１１に示した直列接続の態様の場合、第１測定ユニット２０で検出された第１出力ＶＬ１と第２測定ユニット１２０で検出された第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。図１３は、印加されるトルクＴと、第１出力ＶＬ１、第２出力ＶＲ１、および最終出力ＶＯ１の関係を示した図である。なお、図１２のように、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２とを並列に接続した場合も、第１測定ユニット２０で検出された第１出力ＶＬ２と第２測定ユニット１２０で検出された第２出力ＶＲ２は、同期検波回路９９ａを通り、オペアンプ９９ｂに入力され、最終出力ＶＯ２が得られる。この最終出力ＶＯ２は、直列に接続した場合の最終出力ＶＯ１に対して、約２倍の出力を示す。
【００５９】
なお、このトルクセンサ１０を高感度にするためには、磁気コアと回転軸９０とを極力近接させ、回転軸９０における被測定箇所に磁束が漏れなく入射できることが必要である。これに対しては、図４等に示すように、第２の面３３ｂ等が各磁気コアに設けられているため、回転軸９０と第２の面との間隔（ｇ）を小さくかつ精度良く保つことが可能である。これによって、この磁束の漏れを少なくすることができる。
【００６０】
また、このトルクセンサ１０においては、第１測定ユニット２０及び第２測定ユニット１２０において、同一形状の磁気コアが４個ずつ回転軸の周囲に配置される。例えば、図４において、磁気コア３０を貫通する磁路は、磁気コア３０に回転軸９０中のＣ−Ｃ’間（底面３３間）で構成される。したがって、透磁率の変化が検出される箇所は回転軸９０におけるＣ−Ｃ’間である。同様に、他の磁気コア４０、５０、６０によって透磁率の変化が検出される箇所は、底面４３間、底面５３間、底面６３間であるが、これらの磁路は励磁用内周コイル７１、励磁用外周コイル７２に電流を流すことによって形成され、かつこれらの４つの磁気コアを含む磁路におけるインダクタンスの変化が、検出用内周コイル８１及び検出用外周コイル８２によって検出される。これにより、４つの検出箇所における透磁率の変化の平均値が得られることになる。これにより、回転軸９０の内部においてその材質の不均質が存在しても、応力の平均値が算出される。したがって、高感度にトルクを検出することが可能となる。
【００６１】
これに対して、例えば特開平７−１９０８６６号公報に記載の４本の脚状ヨーク部を有する磁気コアを用いた場合には、単一の磁気コアで＋４５°方向の透磁率変化と−４５°方向の透磁率変化を検出する。このため、この磁気コアを回転軸の周囲に複数個並べる場合には、隣接する磁気コアにおける反対方向の透磁率検出用の磁場の影響が現れるため、高感度の測定が困難である。また、４本脚構造における同一の脚に励磁用コイルと検出用コイルを巻装するため、これらのコイルの巻き数を増やして高感度化することも困難である。
【００６２】
また、この高感度特性を再現性良く得るためには、前記の通り、磁気コア３０の底面３３等と回転軸９０との距離（ｇ）を小さくし、かつ精度良く設置することが必要である。これに対して、前記の４本脚構造を有する従来の磁気コアにおいては、４本の脚の底面を精度良く製造する必要があった。このトルクセンサ１０においては、磁気コア３０を設置するに際して考慮すべき底面は二つである。このため、この磁気コアの製造においては高い精度は要求されず、これを所定の間隔で回転軸に近接させて設置することも容易である。すなわち、高感度特性を再現性良く得ることのできるトルクセンサを容易に実現することができる。
【００６３】
このトルクセンサ１０を製造するに際しては、各磁気コア、各コイル、外部回路９４等を金型内に配置し、耐熱性樹脂材料で一体にモールド成型する。この際、固定用の仕切り板を内側（回転軸９０と同じ側）に設け、成型後にこれを除去することにより、特に各磁気コアを精度良く固定することができる。この際には、ハウジング９１と同形状のカバーをハウジング９１に固定しておくことが好ましい。
【００６４】
なお、単一の測定ユニットで用いる同一形状の磁気コアの数は任意である。また、これを設置する間隔（角度）は上記の例では９０°であるが、これも任意であり、等間隔でなくともよい。
【００６５】
（第１の実施形態）
上記の基本技術をベースとして、本実施形態では、図４に示したハウジング９１に収容するに好適な測定ユニットについて主に説明する。なお、この測定ユニットは、基本技術における第１及び第２測定ユニット２０、１２０に利用するものである。
【００６６】
図１４は、測定ユニット２００の外観を示す斜視図である。また、図１５は、測定ユニット２００を構成部品に分解した状態で示した斜視図である。また、図１６は、測定ユニット２００の三面図及び断面図であり、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は正面図、図１６（ｃ）は下面図、図１６（ｄ）は断面図を示している。
【００６７】
この測定ユニット２００は、円筒状の磁気ヘッド２１０と、磁気ヘッド２１０の外側に取り付けられた外周ボビン２１１と、磁気ヘッド２１０内部に配された内周ボビン２１３とから構成される。磁気ヘッド２１０の円筒軸中心には、回転軸が挿入可能な軸孔２２８が形成されている。
【００６８】
外周ボビン２１１には、励磁用外周コイル２１２ａと検出用外周コイル２１２ｂが所定量だけ巻回されている。内周ボビン２１３には、励磁用内周コイル２１４ａと検出用内周コイル２１４ｂが所定量だけ巻回されている。
【００６９】
図１７は、外周ボビン２１１と内周ボビン２１３とを取り除いた、磁気ヘッド２１０の外観のみを示す斜視図である。磁気ヘッド２１０は、環状の第１ヨーク部２２０ａ及び第２ヨーク部２２０ｂと、円筒状のヨーク接続部２４０の３要素から構成される。第１ヨーク部２２０ａと第２ヨーク部２２０ｂは、同一の部品であり、ヨーク接続部２４０の二つの開口に互いに対向するように嵌合し、それら開口を塞いでいる。
【００７０】
図１８は、第１ヨーク部２２０ａの三面図及び断面図であり、図１８（ａ）は平面図、図１８（ｂ）は正面図、図１８（ｃ）は下面図、図１８（ｄ）は断面図を示している。第１ヨーク部２２０ａは、同心状に大中小の３枚のリングが重なったような形状を有する。一番大きく一番下側にリング状に形成される外周接続部２２１は、外周が直径Ｒ１１（例えば、６０ｍｍ）で高さｈ１１（例えば２ｍｍ）の形状である。なお、この高さｈ１１は、外周接続部２２１の底面２２４を基準としており、以下の高さｈ１２、ｈ１３も同様である。
【００７１】
２番目に大きく中央にリング状に形成されるボビン収容部２２２は、外周が直径Ｒ１２（例えば、４４ｍｍ）で、高さｈ１２（例えば、３ｍｍ）である。この外周の直径Ｒ１２が、外周接続部２２１の内周の直径に相当する。したがって、外周接続部２２１とボビン収容部２２２の間には、高さｈ１２−ｈ１１（例えば、１ｍｍ）の段差が形成される。
【００７２】
さらに、一番内側にリング状に形成される軸挿入部２２３は、外周が直径Ｒ１３を有する軸挿入部２２３が、高さｈ１３（例えば、１０ｍｍ）となるように形成されている。この外周の直径Ｒ１３が、ボビン収容部２２２の内周の直径に当たる。したがって、ボビン収容部２２２と軸挿入部２２３の間には、高さｈ１３−ｈ１２（例えば、７ｍｍ）の段差が形成されている。そして第１ヨーク部２２０ａの円中央には、直径（口径）Ｒ１４（例えば、２０ｍｍ）の上述の軸孔２２８が上下に貫通して形成される。また、軸挿入部２２３には、軸挿入部２２３の外径（直径Ｒ１３）と略同一内径の内周ボビン２１３が嵌合する。
【００７３】
また、第１ヨーク部２２０ａは、二つの軟磁性部（２３２ａ１、２３２ａ２）と二つの非磁性部２３１ａとから形成されている。具体的には、上面視で直径部分に、所定の幅ｄ１１（例えば、１０ｍｍ）で直線状に第１及び第２の軟磁性部２３２ａ１、２３２ａ２（以下、第１及び第２の軟磁性部２３２ａ１、２３２ａ２を区別しないときは単に「軟磁性部２３２」という）が形成されている。そして、第１及び第２の軟磁性部２３２ａ１、２３２ａ２は、中央の軸孔２２８で分離されている。なお、図中左側に第１の軟磁性部２３２ａ１に形成されており、右側に第２の軟磁性部２３２ａ２に形成されている。第１及び第２のヨーク部２２０ａ、２２０ｂを区別しないときは、単にヨーク部２２０という。また、第２ヨーク部２２０ｂは、上述の通り、第１ヨーク部２２０ａと同一であり、第１及び第２の軟磁性部２３２ｂ１、２３２ｂ２と、二つの非磁性部２３１ｂとから形成されている。
【００７４】
軟磁性部２３２の材料として、純鉄粉、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系センダスト粉、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。
【００７５】
また、軟磁性部２３２によって分離されるように、略半円状の二つの非磁性部２３１ａが形成される。非磁性部２３１ａの材料として、真鍮などのＣｕ−Ｚｎ系合金やＡｌ−Ｓｉ系合金などが好ましく、それら材料の粒径は２００μｍ以下が好ましい。また、軟磁性部２３２と非磁性部２３１ａは、それぞれ別々に仮成形体として形成され、軟磁性部２３２と非磁性部２３１ａとを交互に組み合わせ、高圧により本成形することでリング形状とする。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。さらに、外周接続部２２１には、所定の大きさの（例えば、直径３．５ｍｍ）４つの貫通孔２２９が、図中で０°、９０°、１８０°、２７０°の位置に９０°間隔で形成されており、９０°と２７０°の位置の二つの貫通孔２２９は、軟磁性部２３２に形成されている。第２ヨーク部２２０ｂにも、第１ヨーク部２２０と同様の位置に、貫通孔２２９が形成されている。
【００７６】
図１９は、ヨーク接続部２４０の三面図及び断面図であり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は正面図、図１９（ｃ）は下面図、図１９（ｄ）は断面図を示している。ヨーク接続部２４０は、リング状（円筒状）の形状であり、外周が直径Ｒ２１であり、内周が直径Ｒ２２である。また、ヨーク接続部２４０の上面視の形状（平面図）は、第１ヨーク部２２０の外周接続部２２１の形状と同一である。つまり、ヨーク接続部２４０の外周の直径Ｒ２１は、第１ヨーク部２２０の外周の直径Ｒ１１と同一である。また、ヨーク接続部２４０の内周の直径Ｒ２２は、ヨーク接続部２４０の外周接続部２２１の内周及びボビン収容部２２２の外周と同一（Ｒ２２＝Ｒ１２）となる。そして、ヨーク接続部２４０のリング状の平面部分と、第１ヨーク部２２０の外周接続部２２１が合わさって、ヨーク接続部２４０と第１ヨーク部２２０が嵌合する。
【００７７】
また、ヨーク接続部２４０は、第１ヨーク部２２０ａと同様に、構成されている材料によって、二つの軟磁性部２５２と二つの非磁性部２５１とに分割でき、回転軸周方向に９０°より少しずれた間隔で４分割されている。具体的には、図１９（ａ）の平面図において、リング形状の０°より所定量ｘ１１だけ時計回り方向に進んだ位置から、９０°より所定量ｘ１１だけ反時計回り方向に戻った位置まで、一つ目の非磁性部２５１が形成されている。この所定量ｘ１１は、上述した第１ヨーク部２２０ａの軟磁性部２３２の幅ｄ１１の半分（ｘ１１＝ｄ１１／２）である。
【００７８】
その非磁性体２５１が途切れる位置から、１８０°より所定量ｘ１１だけ時計回り方向に進んだ位置まで、第１の軟磁性部２５２が形成されている。第１の軟磁性部２５２ｂが途切れる位置から２７０°より所定量ｘ１１だけ反時計回り方向に戻った位置まで、二つ目の非磁性部２５１が形成される。そして、その非磁性部２５１が途切れる位置から、０°を所定量ｘ１１だけ進んだ位置、つまり、一つ目の非磁性部２５１が形成される位置まで、第２の軟磁性部２５２ｂが形成される。言い換えると、第１及び第２の軟磁性部２５２ａ、２５２ｂは、リング形状を４分割した大きさよりも、周方向両端部分が所定量ｘ１１だけ大きい。それに合わせて、非磁性部２５１の両端部分は、リング形状を４分割した大きさよりも所定量ｘ１１だけ小さい。なお、第１及び第２の軟磁性部２５２ａ、２５２ｂを区別しないときは、単に軟磁性部２５２という。ヨーク接続部２４０の軟磁性部２５２と非磁性部２５１の材料や、それら軟磁性部２５２と非磁性部２５１とを用いたヨーク接続部２４０の形成手順は、第１ヨーク部２２０に関する材料及び形成手順と同じでよい。
【００７９】
また、ヨーク接続部２４０には、所定の大きさの（例えば、直径３．５ｍｍ）４つの貫通孔２４９が、図中で０°、９０°、１８０°、２７０°の位置に形成されており、いずれの貫通孔２４９も、軟磁性部２５２に形成されている。また、第１及び第２ヨーク部２２０ａ、２２０ｂがヨーク接続部２４０の開口に嵌合したときに、０°、９０°、１８０°、２７０°のそれぞれ位置で、貫通孔２２９、２４９、２２９が縦に直線状に貫通し一組の貫通孔を構成する。この貫通孔をボルト（図示せず）によって固定することで、磁気ヘッド２１０の構成部品、つまり、第１ヨーク部２２０ａ、ヨーク接続部２４０及び第２ヨーク部２２０ｂが固定される。
【００８０】
図２０は、軟磁性部２３２、２５２と非磁性部２３１、２５１に用いられる材料の組合せと、出力感度の関係を示した表である。ここでは、組合せ１〜３の３種類を例示している。
【００８１】
組合せ１では、軟磁性部２３２、２５２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。非磁性部２３１、５２１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。それら二種類の仮形成体を合わせ、高圧でプレス成形し、第１及び第２ヨーク部２２０ａ、２２０ｂ、ヨーク接続部２４０が形成されている。
【００８２】
組合せ２では、軟磁性部２３２、２５２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。非磁性部２３１、５２１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ヨーク部２２０ａ、２２０ｂ、ヨーク接続部２４０が形成されている。
【００８３】
組合せ３では、軟磁性部２３２、２５２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。非磁性部２３１、５２１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ヨーク部２２０ａ、２２０ｂ、ヨーク接続部２４０が形成されている。
【００８４】
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た。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方向と同じである。
【００８５】
つづいて、測定ユニット２００の組立手順を簡単に説明する。図２１の斜視図は、第１ヨーク部２２０ａとヨーク接続部２４０とが嵌合した状態を示した図である。図２１（ａ）に示すように、第１ヨーク部２２０ａに、ヨーク接続部２４０を上から載せるように嵌合させる。図２１（ｂ）は、第１ヨーク部２２０ａとヨーク接続部２４０とを嵌合した状態を上から見た図（平面図）である。このとき、９０°の位置にて第１ヨーク部２２０ａの第１軟磁性部２３２ａ１の外周側近傍部分と、ヨーク接続部２４０の第１の軟磁性部２５２ａの一方の端部近傍とを接続する。また、１８０°回転した位置で、つまり、２７０°の位置で、第１ヨーク部２２０ａの第２の軟磁性部２３２ａ２の外周側近傍部分と、ヨーク接続部２４０の第２の軟磁性部２５２ｂの一方の端部近傍とを接続する。
【００８６】
つぎに、第１ヨーク部２２０ａとヨーク接続部２４０とを嵌合することで形成された内部の空間に、内周ボビン２１３を配する。さらに、第１ヨーク部２２０ａと嵌合しているヨーク接続部２４０の上から被せるように、第１ヨーク部２２０ａと同一形状の第２ヨーク部２２０ｂを嵌合させる。このとき、第１ヨーク部２２０ａの第１の軟磁性部２３２ａ１、２３２ａ２の直線形状の向きと、第２ヨーク部２２０ｂの軟磁性部２３２ｂ１、２３２ｂ２の直線形状の向きとが直交するように、第２ヨーク部２２０ｂは配置される。これによって、第２ヨーク部２２０ａの外周側近傍の軟磁性部２３２と、ヨーク接続部２４０の軟磁性部２５２の第１ヨーク部２２０との接続部の反対側端部近傍とを、接続する。その結果、図１７に示した磁気ヘッド２１０が完成する。なお、図示はしていないが、内周ボビン２１３に巻回されているコイルを、磁気ヘッド２１０の外部に引き出すための所定の孔が、例えば、第２ヨーク部２２０ｂとヨーク接続部２４０の接合部分に設けられる。
【００８７】
さらに、図１３や図１６等に示したように、ヨーク接続部２４０の外周に、外周ボビン２１１を嵌合させる。これによって、測定ユニット２００が完成する。
【００８８】
図２２は、磁気ヘッド２１０における軟磁性部２３２、２５２を強調して表示した図（平面図）である。本図に示すように、二つの磁気コア（２７１、２７２）が形成されている。より具体的には、第１の磁気コア２７１は、磁気ヘッド２１０における本図右下部分に形成されており、ヨーク接続部２４０の第１の軟磁性部２５２ａが、基本技術で示した板状バックヨーク部３１に相当する。この第１の軟磁性部２５２ａの右上端部近傍（９０°の位置）から水平左方向、つまり、軸孔２２８方向へ第１ヨーク部２２０ａの第１の軟磁性部２３２ａ１が延びる。同様に、第１の軟磁性部２５２ａの左下端部近傍（１８０°の位置）から垂直上方に第２の軟磁性部２３２ｂ２が延びる。この二つの軟磁性部（２３２ａ１、２３２ｂ２）が基本技術で示した二つの脚状ヨーク部３２に相当する。
【００８９】
同様に、第２の磁気コア２７２は、磁気ヘッド２１０における本図左上部分に形成されており、ヨーク接続部２４０の第２の軟磁性部２５２ｂが、基本技術で示した板状バックヨーク部３１に相当する。この第２の軟磁性部２５２ｂの右上端部近傍から垂直下方向に向かって第２の軟磁性部２３２ｂ１が延びる。同様に、第２の軟磁性部２５２ｂの左下端部近傍から水平右方向に軟磁性部２３２ａ２が延びる。上述の同様、これら二つの軟磁性部（２３２ａ２、２３２ｂ１）が基本技術で示した脚状ヨーク部３２に相当する。
【００９０】
以上のような磁気ヘッド２１０を備えた測定ユニット２００によれば、図４に示したような、磁束９６を発生させることができ、また、その磁束９６を適切に検出できる。
【００９１】
以上、第１の実施形態によれば、円筒形状の磁気ヘッドの内部と外周部に、内周コイルが巻装されたボビンと、外周コイルが巻装されたボビンをそれぞれ取り付ける構成とすることで、内周コイルと外周コイルを組み込む作業が容易となる。また、非磁性部と軟磁性部を交互に接続したリング形状を有することで、磁気コアの装着性が改善される。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ギャップ長の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、安定した出力信号が得られる。より具体的には、ゼロ点変動が改善されたり、軸ぶれ対策が容易となる。
【００９２】
ところで、以上の構成の磁気ヘッド２１０では、励磁のために励磁用内周コイルと励磁用外周コイルの二つのコイルを用い、検出のために検出用内周コイルと検出用外周コイルの二つのコイルを用いるのが好ましい。ここで、励磁用のコイルと検出用のコイルの組合せに幾つか想定できるので、トルクの検出実験を行い、特性を確認したので以下に結果を説明する。
【００９３】
図２３は、トルクセンサの性能実験の結果を示した表である。ここでは、実施例１〜６と、比較例１〜４の、１０種類の態様について実験により検討した。本実験では、「トルクの向きの検出」、検出の「感度」、「ゼロ点変動の抑制」の３項目の性能に関して確認した。なお、図中の「○」は「性能が良好」である旨を示し、「△」は「検出可能」又は「実現可能」なレベルである旨を示し、「×」は「検出不可」又は「実現不可能」である旨を示している。
【００９４】
実施例１〜４は、励磁用内周コイルと励磁用外周コイルの二つのコイルを用い、検出のために検出用内周コイルと検出用外周コイルの二つのコイルを用いた態様であり、各実施例で異なる点は、磁気コアの数である。磁気コアの数は、実施例１では４個、実施例２では３個、実施例３では２個、実施例４では１個である。励磁用コイル及び検出用コイルともに、内周及び外周のコイルがペアの構成である。これによって、基本技術で説明したように、磁気コアの周囲及び回転軸を通る磁束がキャンセルされ、コイルによる磁束は、磁気コア及び回転軸の磁路に集中する。その結果、後述する実施例５、６と比べると磁気的効率が高くなり、トルクの検出感度が向上する。
【００９５】
実施例１は、基本技術で示した態様と同じであり、４つの磁気コアを有する。なお、４つの磁気コアを有する磁気ヘッドについては、実施形態２で後述する。実施例２は、３つの磁気コアを有する磁気ヘッド、実施例３は、二つの磁気コアの構成となっている。測定ユニットの構成及び磁気コアに発生する磁束について、上述した図３や図５で代表して説明することができる。
【００９６】
実施例１〜３では、回転軸の磁気特性分布の不均一性の影響が改善され、磁気コア数が多いほど、つまり実施例１、２、３の順番で改善効果が高い。特に実施例１では、上述の回転軸の磁気特性分布の不均一性の影響がほぼ解消された。実施例４では、磁気コア３０が一つのみの構成であるため、回転軸９０の磁気特性分布の不均一性の影響が改善されず、ゼロ点変動の抑制はできない。また、トルクの検出感度は、実用の範囲ではあるが、良好のレベルには達していない。
【００９７】
実施例５は、図２４に示すように、実施例１における検出用のコイルを、検出用内周コイル８１のみとした構成の測定ユニット１０となっている。ここでは、図５と同一の符号を付してあり、以下に説明する実施例及び比較例でも同様である。この構成の測定ユニット１０を採用した場合、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２の二つのコイルが励磁用コイルとしてペアとなっているため、発生する磁束９６は、実施例１と同じになる。したがって、検出用内周コイル８１に鎖交する磁束は、実施例１と同じである。その結果、トルクの向きの検出、検出感度、及びゼロ点変動の抑制に関して、良好な結果が得られる。しかし、上述したように、磁気的ノイズに対して影響を受けやすい。
【００９８】
実施例６では、図２５に示すように、実施例１における励磁用のコイルを、励磁用内周コイル７１のみとした構成の測定ユニット１０となっている。この構成の測定ユニット１０を採用した場合、検出用内周コイル８１に鎖交する磁束は、磁束（９６ｍ＋９７ｍ）となる。また、検出用外周コイル８２に鎖交する磁束は、磁束９７ｍとなる。なお、磁束９６ｍによって誘起される電圧をＶ９６ｍ、磁束９７ｍによって誘起される電圧をＶ９７ｍと表記し、以下の説明でも同様とする。すると、検出用内周コイル８１に鎖交する磁束によって誘起される電圧Ｖ８１は、Ｖ８１＝Ｖ９６ｍ＋Ｖ９７ｍとなる。以下、この電圧Ｖ８１を「内周コイル誘起電圧Ｖ８１」という。一方、検出用外周コイル８２に鎖交する磁束によって誘起される電圧Ｖ８２は、Ｖ８２＝Ｖ９７ｍである。以下、この電圧Ｖ８２を「外周コイル誘起電圧Ｖ８２」という。検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２とは、検出電流の向きが反対となるように配置されている。したがって、直列接続された検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２において鎖交磁束により誘起される電圧ＶＯは、内周コイル誘起電圧Ｖ８１と内周コイル誘起電圧Ｖ８２の差となる。ゆえに電圧ＶＯは、以下の式により、
ＶＯ＝Ｖ８１−Ｖ８２＝（Ｖ９６ｍ＋Ｖ９７ｍ）−Ｖ９７ｍ＝Ｖ９６ｍ
となる。
【００９９】
以上のように、磁気コア３０の外周に磁路を形成する磁束９７は、相殺されておらず、磁気コア３０に効率よく磁束を集中させることができない。したがって、実施例１と比較すると、検出感度が低くなる。なお、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２とを、それぞれ適当なコイルの組合せとすることで、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２との誘起電圧における磁束９７の影響は相殺することができる。また、磁気コア３０の磁束９６ｍに対応した誘起電圧が得られ、図１０（ｃ）に示したグラフと同様に、トルクの向きによって非対称のカーブで示される磁束となり、トルクの向きが検出できる。
【０１００】
比較例１では、図示はしないが、実施例１における検出用のコイルを、検出用外周コイル８２のみとした構成の測定ユニット１０とした。この構成では、磁気コア３０の磁束が検出用外周コイル８２と鎖交せず、その結果、トルクの検出ができない。
【０１０１】
比較例２では、図２６に示すように、実施例１における励磁用のコイルを、励磁用外周コイル７２のみとした構成の測定ユニット１０となっている。ここでも、図４と同一構成については、同一符号を付してある。この構成の測定ユニット１０を採用した場合、検出用内周コイル８１に鎖交する磁束は、磁束９７ｎとなる。また、検出用外周コイル８２に鎖交する磁束は、磁束（９６ｎ＋９７ｎ）となる。検出用内周コイル８１に鎖交する磁束によって誘起される電圧Ｖ８１は、Ｖ８１＝Ｖ９７ｎであり、検出用外周コイル８２に鎖交する磁束によって誘起される電圧Ｖ８２は、Ｖ８２＝（Ｖ９６ｎ＋Ｖ９７ｎ）である。以下、この電圧Ｖ８２を「外周コイル誘起電圧Ｖ８２」という。検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２とは、検出電流の向きが反対となるように配置されている。したがって、直列接続された検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２において鎖交磁束により誘起される電圧ＶＯは、内周コイル誘起電圧Ｖ８１と内周コイル誘起電圧Ｖ８２の差となる。ゆえに電圧ＶＯは、以下の式により、
ＶＯ＝Ｖ８１−Ｖ８２＝Ｖ９７ｎ−（Ｖ９６ｎ＋Ｖ９７ｎ）＝−Ｖ９６ｎ
となる。
【０１０２】
以上のように、磁気コア３０の外周に磁路を形成する磁束９７ｎは、相殺されておらず、磁気コア３０に効率よく磁束を集中させることができない。したがって、実施例１と比較すると、検出感度が低くなる。なお、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２とを、それぞれ適当なコイルの組合せとすることで、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２との誘起電圧における磁束９７の影響は相殺することができる。また、磁気コア３０を通る磁束９６ｎは、磁気コア３０の二つの脚状ヨーク部３２間で、回転軸９０をほとんど通らず、磁気コア３０を取り囲むように回り込んでいる。そのため、回転軸９０の透磁率変化に対応する磁束成分をほとんど含んでいない。したがって、誘起電圧９６ｎは得られるが、回転軸９０の透磁率変化に対応する電圧成分がほとんどないため、トルクの向きを検出することは困難である。
【０１０３】
比較例３では、図２７に示すように、実施例１における励磁用のコイルを、励磁用内周コイル７１のみとし、検出用のコイルを検出用内周コイル８１のみとした構成の測定ユニット１０となっている。励磁用内周コイル７１による磁束は、図６において説明した磁束９６ｍ、９７ｍと同様であるので、検出用内周コイル８１に鎖交する磁束は、磁束（９６ｍ＋９７ｍ）となる。したがって、検出用内周コイル８１に鎖交する磁束によって誘起される電圧Ｖ８１は、Ｖ８１＝Ｖ９６ｍ＋Ｖ９７ｍとなる。
【０１０４】
以上のように、磁気コア３０の外周に磁路を形成する磁束９７ｍは、相殺されておらず、磁気コア３０に効率よく磁束を集中させることができない。したがって、実施例１と比較すると、検出感度が低くなる。また、検出用内周コイル８１だけでは、検出用内周コイル８１の誘起電圧における磁束９７ｍの影響は相殺することができない。したがって、トルクの向きを検出することは困難である。
【０１０５】
比較例４では、図２８に示すように、励磁用のコイル９８ａと検出用のコイル９８ｂとを、磁気コア３０の脚状ヨーク部３２に設けている。この構成の測定ユニット１０の場合、各磁気コア３０毎にコイルを巻くために、工数が増大してしまいコスト増を招く。また、コイルの部品数が多くなってしまう。さらに、回転軸９０の磁気的不均一性に起因して、磁気コア毎に検出される出力にバラツキが発生してしまい、ゼロ点変動の抑制が非常に困難になる。
【０１０６】
（第２の実施形態）
本実施形態では、４つの磁気コアを備える磁気ヘッド及び測定ユニットについて説明する。なお、第１の実施形態と異なる点は、非磁性部と軟磁性部の形成数及び形成位置であり、主にそれら異なる点を説明し、共通する部分については、説明及び図中の符号を省略する。
【０１０７】
図２９は、測定ユニット３００の三面図及び断面図であり、図２９（ａ）は平面図、図２９（ｂ）は正面図（左側半分）及び断面図（右側半分）、図２９（ｃ）は下面図、を示している。測定ユニット３００は、第１の実施形態同様に、円筒状の磁気ヘッド３１０と、磁気ヘッド３１０の外側に取り付けられた外周ボビン３１１と、磁気ヘッド３１０内部に設けられた内周ボビン３１３とから構成される。
【０１０８】
さらに、磁気ヘッド３１０は、環状の第１ヨーク部３２０ａ及び第２ヨーク部３２０ｂと、円筒状のヨーク接続部３４０の３要素から構成される。第１ヨーク部３２０ａと第２ヨーク部３２０ｂは、同一の形状であり、ヨーク接続部３４０の二つの開口に嵌合しする。
【０１０９】
図３０は、第１ヨーク部３２０ａの三面図及び断面図であり、図３０（ａ）は平面図、図３０（ｂ）は正面図（左側半分）及び断面図（右側半分）、図３０（ｃ）は下面図を示している。第１の実施形態同様に、第１ヨーク部３２０ａは、同心状に大中小の３枚の環が重なったような形状を有する。一番外側に形成されるリング状の部分である外周接続部３２１には、０°の位置から４５°間隔で、８個の貫通孔３２９が形成されている。
【０１１０】
第１ヨーク部３２０ａの軟磁性部は、所定の幅ｄ２１で直径の位置に形成されている。具体的には、第１から第４の軟磁性部３３２ａ１〜３３２ａ４（以下、第１から第４の軟磁性部３３２ａ１〜３３２ａ４を区別しないときは、単に「軟磁性部３３２ａ」という）が、０°の位置から周方向に９０°間隔で形成されている。また、それら軟磁性部３３２ａの間には、非磁性部３３１ａが形成され、第１から第４の軟磁性部３３２ａ１〜３３２ａ４が分離されている。
【０１１１】
図３１は、ヨーク接続部３４０の三面図及び断面図であり、図３１（ａ）は平面図、図３１（ｂ）は正面図（左側半分）及び断面図（右側半分）、図３１（ｃ）は下面図を示している。
【０１１２】
ヨーク接続部３４０は、上面視でリング形状を有し、４つの軟磁性部と４つの非磁性部３５１とが、回転軸方向に４５°より少しずれた間隔で交互に配置されている。具体的には、第１の軟磁性部３５２ａ１が、本図で０°の位置から４５°の位置まで形成される。第２の軟磁性部３５２ａ２が、本図で９０°の位置から１３５°の位置まで形成される。第３の軟磁性部３５２ａ３が、本図で１８０°の位置から２２５°の位置まで形成される。第４の軟磁性部３５２ａ４が、本図で２７０°の位置から３１５°の位置まで形成される。なお、各軟磁性部３５２ａ１〜４のそれぞれの両端部は、第１ヨーク部３２０ａの軟磁性部３３２ａや第２ヨーク部３２０ｂの軟磁性部３３２ｂと接続するために、所定の幅ｄ３１、具体的には、第１ヨーク部３２０の軟磁性部３３２ａの幅ｄ２１の１／２だけ大きくなっている。また、０°の位置から周方向に４５°間隔で、８個の貫通孔３４９が形成されている。
【０１１３】
そして第１及び第２ヨーク部３２０ａ、３２０ｂとヨーク接続部３４０が組み立てられ磁気ヘッド３１０となる。このとき、第１及び第２ヨーク部３２０ａ、３２０ｂの第１の
軟磁性部３３２ａ１、３３２ｂ１が４５°ずれて、ヨーク接続部３４０の第１の軟磁性部３５２ａ１の両端近傍に嵌合し、第１の磁気コア３７１を構成する。同様にして、第１及び第２ヨーク部３２０ａ、３２０ｂの第２〜４の軟磁性部３３２ａ２〜３３２ａ４、３３２ｂ２〜３３２ｂ４が、ヨーク接続部３４０の第２〜第４の軟磁性部３５２ａ１の両端近傍にそれぞれ接続して、第２〜第４の磁気コア３７２〜３７４を構成する。これによって、磁気ヘッド３１０には、第１〜４の磁気コア３７１〜３７４が等間隔に形成される。このとき、第１及び第２ヨーク部３２０ａ、３２０ｂとヨーク接続部３４０に設けられた貫通孔３２９、３４９は、縦方向に繋がって、一組の貫通孔をなす。この貫通孔が８組できており、これら８組の貫通孔をそれぞれボルト締結することで、簡単に磁気ヘッド３１０を適正に組み立てることができる。さらに外周ボビン３１１が磁気ヘッド３１０に取り付けられると、図２９に示す測定ユニット３００が完成する。この構成の磁気ヘッド３１０を備える測定ユニット３００は、図４や図５の基本技術に示した構成と同様の構成となる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、図３２に示すように、第２の実施形態で示した測定ユニット３００をベースに、円筒状のバイアスヨーク４１０を付加している。ここでは、第２の実施形態で示した測定ユニット３００を便宜的に内部測定ユニット３００ａと称する。円筒状のバイアスヨーク４１０の内部に、第１及び第２スペーサ４４６ａ、４４６ｂを介して、内部測定ユニット３００ａが配された構成を有し、以下、この構成をバイアス付加測定ユニット４００と称する。図３２は、バイアス付加測定ユニット４００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。なお、内部測定ユニット３００ａは、第２の実施形態で示した構造と同一であるので、その構成部品の説明及び符号については省略する。
【０１１６】
内部測定ユニット３００ａの上面には、その上面と同じ形状であって中心に回転軸が挿入される軸孔４２９ａを有する環状の第１スペーサ４４６ａが配されている。また、内部測定ユニット３００ａの下面には、その下面と同じ形状であって中心に回転軸が挿入される軸孔４２９ｂを有する環状の第２スペーサ４４６ｂが配されている。軸孔４２９ｂは、内部測定ユニット３００ａの中央に形成されている軸孔の直径と同じ大きさである。
【０１１７】
また、第１及び第２スペーサ４４６ａ、４４６ｂには、内部測定ユニット３００ａに設けられた固定用の貫通孔４４５と同じ位置に、８個の貫通孔４４５が設けられている。また、第１及び第２スペーサ４４６ａ、４４６ｂは、バイアス付加測定ユニット４００と内部測定ユニット３００ａ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。
【０１１８】
バイアスヨーク４１０は、環状の底面と円筒状の側面とが一体となった下側ヨーク端部４４８ｂと、下側ヨーク端部４４８ｂの側面上側に配された、リング状の磁石４４７（以下、「リング磁石４４７」という。）と、リング磁石４４７の上側に配された環状の上側ヨーク端部４４８ａとを備える。リング磁石４４７は、永久磁石であり、例えば、下側ヨーク端部４４８ｂに接する側がＳ極、上側ヨーク端部４４８ａに接する側がＮ極に着磁されている。
【０１１９】
下側ヨーク端部４４８ｂは、環状の底面中央には、回転軸９０が挿入される軸孔４２８ｂが形成されており、上側ヨーク端部４４８ａの中央に回転軸９０が挿入される軸孔４２８ａが形成されている。それら軸孔４２８ａ、４２８ｂの大きさは、第１及び第２スペーサ４４６ａ、４４６ｂと同様に、内部測定ユニット３００ａの中央に形成されている軸孔３２８の直径と同じ大きさである。さらに、下側ヨーク端部４４８ｂと上側ヨーク端部４４８ａの環状の面には、それぞれ８個の貫通孔４４５が設けられている。貫通孔４４５の形成位置は、バイアスヨーク４１０の軸孔４２８ａ、４２８ｂと、内部測定ユニット３００ａの軸孔３２９とを一致させた状態で、内部測定ユニット３００ａ及び第１及び第２スペーサ４４６ａ、４４６ｂに設けられた固定用の貫通孔４４５と同じ位置である。つまり、０°の位置から周方向に４５°間隔で、それぞれ８個の貫通孔４４５が形成される。
【０１２０】
したがって、内部測定ユニット３００ａの貫通孔３２９とバイアスヨーク４１０の貫通孔４４５、第１及び第２スペーサ４４６ａ、４４６ｂの貫通孔４４５が縦に繋がって一組の貫通孔４４５をなし、この縦に繋がった貫通孔４４５をボルト締結することで、バイアス付加測定ユニット４００を容易かつ適当に組み立てることができる。
【０１２１】
以上、上述のように、内部測定ユニット３００ａにリング磁石４４７を有するリング状のバイアスヨーク４１０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。
【０１２２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第３の実施形態同様に、図３３に示すように測定ユニット３００をベースに、円筒状のバイアスヨーク５１０を付加している。異なる点は、バイアスヨーク５１０において、リング磁石５５７が設けられる位置と、さらに、バイアス用のコイルを二つ設けたことにあり、内部測定ユニット３００ａを挟むように設けられる二つのスペーサ５５６ａ、５５６ｂや貫通孔５５５の位置等は同一である。以下、異なる点を主に説明する。図３３は、バイアス付加測定ユニット５００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。
【０１２３】
バイアスヨーク５１０は、円筒形状のバイアス用ヨーク接続部５５８ｂと、バイアス用ヨーク接続部５５８ｂ開口に嵌合する環状の上側ヨーク端部５５８ａと、バイアス用ヨーク接続部５５８ｂの本図下側の開口に嵌合する環状の下側ヨーク端部５５８ｃ、下側ヨーク端部５５８ｃの下に設けられる固定板５５６ｃとを有する。また、下側ヨーク端部５５８ｃの中心部分には、回転軸が挿入されるための軸孔５２６ａが設けられており、その軸孔５２６ａにリング磁石５５７が嵌め込まれている。リング磁石５５７の中央部分には、所定の大きさの開口５２８が形成されている。そして、リング磁石５５７は、第２スペーサ５５６ｂと固定板５５６ｃの二つの部材によって挟まれ支持される。
【０１２４】
また、ヨーク接続部５５８ｂの内周面には、ボビンに巻かれたバイアス用内周コイル５５９ａが取り付けられている。バイアス用内周コイル５５９ａは、下側ヨーク端部５５８ｃの上面に接する位置となっている。また、ヨーク接続部５５８ｂの外周面には、バイアス用外周コイル５５９ｂが取り付けられている。なお、バイアス用内周コイル５５９ａとバイアス用外周コイル５５９ｂとは、ヨーク接続部５５８ｂを挟んで対向する位置に配されている。
【０１２５】
以上の様な構成とすることで、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、バイアス用内周コイル５５９ａとバイアス用外周コイル５５９ｂ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。また、リング磁石５５７とバイアス用のコイルを併用することで、コイル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。ただし、バイアス用のコイルによる磁束に対して、リング磁石５５７を嵌め込んだ箇所が磁気ギャップとして作用し、磁束漏れが生じるおそれがある。また、バイアス用のコイルは、バイアス用内周コイル５５９ａのみの構成としてもよい。
【０１２６】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、図３４に示すように、第４の実施形態におけるバイアス用のコイルの数を一つとして、さらにコイルを設ける位置を、上側ヨーク端部６５８ａの上側としている。リング磁石６５７の位置や、内部測定ユニット３００ａを挟むように設けられる二つのスペーサ６５６ａ、６５６ｂ、６５６ｃや貫通孔６５５の位置等は第４の実施形態と同一である。以下、異なる点について説明する。図３４は、バイアス付加測定ユニット６００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。
【０１２７】
上側ヨーク接続部６５８ａの上面に、ボビンに巻かれたバイアス用のコイル６６９を内部に有する円筒部材６９０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６６８ｂと、第３スペーサ６６８ｂの上側の開口を塞ぐ環状の固定板６６８ａと、第３スペーサ６６８ｂの下側の開口を塞ぐ環状の第４スペーサ６６８ｃとを備える。この第４スペーサ６６８ｃは、コイル６６９と上側ヨーク端部６５８ａとを、磁気的に離間させる。また、前記の固定板６６８ａと第４スペーサ６６８ｃの環中央には、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、内部測定ユニット３００ａの中央の軸孔と同径の形状である。また、円筒部材６９０には、貫通孔６５５が形成されており、内部測定ユニット３００ａと、バイアスヨーク部材６１０と、円筒部材６９０とのそれぞれの貫通孔が繋がって一組の貫通孔を形成する。これによって、内部測定ユニット３００ａと、バイアスヨーク部材６１０と、円筒部材６９０とを合わせて固定することができる。
【０１２８】
以上の様な構成とすると、バイアス用コイル６６９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。また、リング磁石６５７とバイアス用のコイルを併用することで、コイル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。
【０１２９】
なお、上側ヨーク端部６５８ａと下側ヨーク端部６５８ｃの両方に、リング磁石６５７及びバイアス用コイル６６９を設ける構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
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】
【０１３１】
【図１】基本技術における磁気コアの斜視図である。
【図２】基本技術における磁気コアの側面図である。
【図３】基本技術における、トルクセンサの回転軸の軸方向に垂直な向きからみた正面図である。
【図４】基本技術における、トルクセンサの回転軸の軸方向からみた正面図である。
【図５】基本技術における、磁場の誘起を説明するために回転軸の上下に位置する磁気コアを表した図である。
【図６】基本技術における、励磁用内周コイルによる磁場の誘起を説明する図である。
【図７】基本技術における、励磁用外周コイルによる磁場の誘起を説明する図である。
【図８】基本技術における、磁気コアに印加されるトルクと応力を示した図である。
【図９】基本技術における、回転軸に印加される磁場の強さと回転軸中の磁束密度の関係を示した図である。
【図１０】基本技術における、回転軸に印加されるトルクと検出用コイルに検出される磁束（鎖交磁束）の関係を示した図である。
【図１１】基本技術における、トルクセンサの励磁用内周コイルと励磁用外周コイルとを直列に接続している回路結線を示した図である。
【図１２】基本技術における、トルクセンサの励磁用内周コイルと励磁用外周コイルとを並列に接続している回路結線を示した図である。
【図１３】基本技術における、印加されるトルクと第１出力、第２出力、および最終出力の関係を示した図である。
【図１４】第１の実施形態に係る、測定ユニットの外観を示した斜視図である。
【図１５】第１の実施形態に係る、測定ユニットを構成部品に分解した状態で示した斜視図である。
【図１６】第１の実施形態に係る、測定ユニットの三面図及び断面図である。
【図１７】第１の実施形態に係る、外周ボビンと内周ボビンとを取り除いた状態の磁気ヘッドの外観を示した斜視図である。
【図１８】第１の実施形態に係る、第１ヨーク部の三面図及び断面図である。
【図１９】第１の実施形態に係る、ヨーク接続部の三面図及び断面図である。
【図２０】第１の実施形態に係る、軟磁性部と非磁性部に用いられる材料の組合せと、出力感度の関係を示した表である。
【図２１】第１の実施形態に係る、第１ヨーク部とヨーク接続部とが嵌合した状態を示した図である。
【図２２】第１の実施形態に係る、磁気ヘッドにおける軟磁性部を強調して示した図（平面図）である。
【図２３】第１の実施形態に係る、トルクセンサの性能実験を行った結果を示す表である。
【図２４】実施例５に係る、測定ユニットの構成を示す概略図である。
【図２５】実施例６に係る、測定ユニットの構成を示す概略図である。
【図２６】比較例２に係る、測定ユニットの構成を示す概略図である。
【図２７】比較例３に係る、測定ユニットの構成を示す概略図である。
【図２８】比較例４に係る、測定ユニットの構成を示す概略図である。
【図２９】第２の実施形態に係る、測定ユニットの三面図である。
【図３０】第２の実施形態に係る、ヨーク部の三面図である。
【図３１】第２の実施形態に係る、ヨーク接続部の三面図である。
【図３２】第３の実施形態に係る、トルクセンサのバイアス付加測定ユニットの構成図である。
【図３３】第４の実施形態に係る、トルクセンサのバイアス付加測定ユニットの構成図である。
【図３４】第５の実施形態に係る、トルクセンサのバイアス付加測定ユニットの構成図である。
【図３５】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】
【０１３２】
３０、４０、５０、６０、１３０、１４０、１５０、１６０、２７１、２７２、３７１〜３７４      磁気コア
３１、４１、５１、６１      板状バックヨーク部
３２、４２、１３２、１４２、１５２、１６２      脚状ヨーク部
７１、１７１、２１４ａ      励磁用内周コイル
７２、１７２、２１２ａ      励磁用外周コイル
８１、１８１、２１４ｂ      検出用内周コイル
８２、１８２、２１２ｂ      検出用外周コイル
９０      回転軸
９２      内周面
９９ａ      同期検波回路
２００、３００      測定ユニット
２１０、３１０      磁気ヘッド
２１１、３１１      外周ボビン
２１３、３１３      内周ボビン
２２０ａ、３２０ａ      第１ヨーク部
２２０ｂ、３２０ｂ      第２ヨーク部
２２１、３２１      外周接続部
２２２      ボビン収容部
２２８、４２８ａ、４２８ｂ、４２９ａ、４２９ｂ      軸孔
２２９、２４９、３２９、３４９、５５５    貫通孔
２３１ａ、２３１ｂ、２５１、３３１ａ、３３１ｂ      非磁性部
２３２、２３２ａ１、２３２ａ２、２３２ｂ１、２３２ｂ２、２５２ａ、２５２ｂ、３３２ａ、３５２ａ１〜３５２ａ４      軟磁性部
２４０、３４０      ヨーク接続部
３００ａ      内部測定ユニット
４００、５００      バイアス付加測定ユニット
４４６ａ、５５６ａ、６５６ａ    第１スペーサ
４４６ｂ、５５６ｂ、６５６ｂ    第２スペーサ
４４７      リング磁石
４４８ａ      上側ヨーク端部
５５６ｃ      固定板
５５７      リング磁石
５５８ａ      上側ヨーク端部
５５８ｂ      バイアス用ヨーク接続部
５５９ａ      バイアス用内周コイル
５５９ｂ      バイアス用外周コイル
６００      バイアス付加測定ユニット
６５６ａ、６５６ｂ      スペーサ
６５８ａ      上側ヨーク端部
６５８ｃ      下側ヨーク端部
６６８ａ      固定板
６６８ｂ      第３スペーサ
６６８ｃ      第４スペーサ
６６９      バイアス用コイル
【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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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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