(57)【要約】【課題】  小型軽量、高感度、高精度でかつ安価に製造でき、かつ、取付けの制約が少ないトルク検出装置を提供する。【解決手段】  軸体１０１に固定されるトルク被検出体側モジュール１０２は、軸体１０１の伝達トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段からの信号を処理してこれをトルク情報として取り出すトルク情報処理手段と、該トルク情報処理手段からのトルク情報を固定側モジュール１０３に電磁波で伝送するトルク被検出体側モジュール伝送手段と、を備え、固定側モジュール１０３は、前記トルク被検出体側モジュール伝送手段から伝送された電磁波を受信して前記トルク情報を取り出す固定側モジュール処理手段を備える。【選択図】  図１
2005221337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク被検出体上に固定されるトルク被検出体側モジュールと前記トルク被検出体とは別に固定される固定側モジュールとを備えてなり、
前記トルク被検出体側モジュールを、前記トルク被検出体の伝達トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段からの信号を処理してこれをトルク情報として取り出すトルク情報処理手段と、該トルク情報処理手段に接続され、該トルク情報処理手段からのトルク情報を前記固定側モジュールに電磁波で伝送するトルク被検出体側モジュール伝送手段と、トルク被検出体側モジュールの動作電力を前記固定側モジュールから電磁波で受信してトルク被検出体側モジュールに動作電力を供給する電力供給手段と、を有して構成し、
前記固定側モジュールを、前記トルク被検出体側モジュール伝送手段から伝送された電磁波を受信して前記トルク情報を取り出す固定側モジュール処理手段と、前記トルク被検出体側モジュールの動作電力を前記電力供給手段に電磁波として伝送する固定側モジュール伝送手段と、を有して構成した
ことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記トルク検出手段を、前記トルク被検出体上に固定された磁歪材料と、該磁歪材料の表面近傍に配置され該磁歪材料の逆磁歪効果をインピーダンス変化として検出する検出コイルとで構成した
ことを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記検出コイル、前記トルク情報処理手段、前記トルク被検出体側伝送手段、及び前記電力供給手段を、一体的に構成してなるセンサモジュールを備えた
ことを特徴とする請求項２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
前記トルク被検出体側モジュール伝送手段を、電磁波アンテナを有して構成し、該電磁波アンテナを湾曲又は屈曲可能な材料上に設けた
ことを特徴とする請求項１，２又は３のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記トルク被検出体側モジュール伝送手段を電磁波アンテナを有して構成し、該電磁波アンテナ及び前記検出コイルを、前記トルク情報処理手段、前記トルク被検出体側モジュール伝送手段、前記電力供給手段とともに半導体基板上に形成した
ことを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記トルク被検出体側モジュールのトルク被検出体側モジュール伝送手段から伝送される電磁波周波数と、前記固定側モジュールの固定側モジュール伝送手段から伝送される電磁波周波数とを異なるものとする
ことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項７】
前記トルク被検出体側モジュールに、書き込み可能な記憶領域と、該記憶領域に書き込まれた較正情報を使用して前記トルク情報を補正するトルク情報補正手段とを設けた
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項８】
前記トルク被検出体側モジュールに、前記トルク検出手段の配置部分又は該トルク検出手段の周辺の温度を測定するための温度測定手段を設け、前記トルク情報補正手段は、前記温度測定手段によって測定された温度情報と前記記憶領域に書き込まれた較正情報とを使用して前記トルク情報を補正する
ことを特徴とする請求項７に記載のトルク検出装置
【請求項９】
前記トルク被検出体側モジュールに、書き込み可能な記憶領域を設けるとともに、該記憶領域に書き込まれた較正情報をトルク被検出体モジュールの前記トルク被検出体側モジュール伝送手段によって前記固定側モジュールに伝送可能とし、
前記固定側モジュールに、前記トルク被検出体側モジュール伝送手段によって伝送された前記較正情報に基づいて前記被検出体側モジュール伝送手段から伝送された前記トルク情報を補正するトルク情報補正手段を設けた
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項１０】
前記トルク被検出体側モジュールに、前記トルク検出手段の配置部分又は該トルク検出手段の周辺の温度を測定するための温度測定手段を設け、前記トルク被検出体側モジュール伝送手段は、前記測定手段によって測定された温度情報を前記固定側モジュールに伝送し、
前記固定側モジュールのトルク情報補正手段は、前記トルク被検出体側モジュールから伝送された温度情報と前記較正情報に基づいて前記トルク情報を補正する
ことを特徴とする請求項９に記載のトルク検出装置
【請求項１１】
前記固定側モジュールを、前記トルク被検出体が通過可能な切欠を有して形成した固定側モジュール筐体を有して構成した
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９又は１０のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項１２】
前記トルク被検出体側モジュールに、書き込み可能な記憶領域を設け、該記憶領域に記憶された情報を、前記トルク被検出体側モジュール伝送手段で伝送可能とした
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０又は１１のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項１３】
前記トルク被検出体側モジュールの記憶領域に記憶された情報は、被検出体の製造に関連する情報である
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１又は１２のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項１４】
前記トルク被検出体側モジュール伝送手段は、パルス符号変調手段を具備し、検出した前記トルク情報及びその他の情報をパルス符号情報として、前記固定側モジュールに伝送する
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２又は１３のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項１５】
前記トルク情報処理手段及びトルク被検出体側モジュール伝送手段を構成する信号処理回路がディジタル回路、又はマイクロコンピュータで構成され、その基準クロック信号を前記固定側モジュール伝送手段から受信して、前記トルク検出手段によって検出したトルク物理量を処理する
ことを特徴とした請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３又は１４のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項１６】
設定されたトルクをトルク被検出体に対して発生させるトルク発生装置と、前記請求項７に記載のトルク被検出体側モジュールで検出された前記トルク情報を電磁波で受信し受信した信号から前記トルク情報を取り出し、前記設定されたトルクと比較してトルク較正に必要な較正情報を算出して該較正情報を前記トルク被検出体側モジュールに対して出力する較正情報算出手段とを有する
ことを特徴とするトルク較正情報作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はあらゆる軸やギアやプーリーその他の回転体におけるトルクを検出するのに好適で、大量安価に生産される製品や、過酷な環境で使用される車両等にも適用できるトルク検出装置及びトルク検出装置で検出されるトルクの較正情報を作成するためのトルク較正情報作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸のトルクを電気信号として測定する方法としては、図１２（Ａ）のように軸体１２０１の機械的な変位をひずみゲージ１２０２で検出したり、図１２（Ｂ）のように軸体の機械的変位を光学センサ１２０３と光学スリット１２０４で検出したり、図１２（Ｃ）のように、軸体１２０１の表面に塗布した磁歪材料１２０５の逆磁歪効果を利用したいわゆる磁歪式トルク検出装置などが一般的である。この磁歪式トルク検出装置のトルク検出原理で代表的なものを、図１２（Ｃ）、図１３、図１４で説明する。
【０００３】
軸体にトルクＴを印可すると、軸体の機械的捻れによって図１３における符号１３０１，１３０２で示すような、軸体１３０３の軸方向に対して＋４５度及び−４５度方向に一方が引っ張り、他方には圧縮方向となる応力が生じる。この応力は軸のどの部分でも発生しているものである。
【０００４】
ところで、正の飽和磁歪定数を有する磁歪材料は、図１４に示すように材料を引っ張ると透磁率が増大し、圧縮すると逆に透磁率が減少する性質を持っている。このような磁歪材料を符号１３０４で示すように軸体１３０３の表面に固定すると、軸体１３０３の軸方向に対して＋４５度及び−４５度の方向に逆磁歪効果が発生する。図１２（Ｃ）は、このような逆磁歪効果を利用した磁歪式トルクセンサの具体的構成を示したもので、軸体１２０１の表面に磁歪材料１２０５を塗布し、この軸体１２０１上の磁歪材料１２０５に、軸体１２０１の軸方向に対してそれぞれ＋４５度及び−４５度で細長いスリット１２０６，１２０７を設け、それぞれのスリット１２０６，１２０７の外側に磁歪材料部分の磁気特性を検出する検出コイル１２０８、１２０９を配置している。このような磁歪効果を利用した磁歪式トルク検出装置としては、例えば、軸体の表面に磁歪材料の膜を設け、軸の周囲に検出コイルを配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、他の磁歪式トルク検出装置としては、検出コイルのコア部を軸に対して傾斜かつ対向的に配置して検出コイルを磁気ヘッド形に小型簡略化したものや（例えば、特許文献２，３参照。）、軸体表面の磁歪層上にフィルム状の平面コイルを設けて感度や温度特性を改善したトルク検出装置（例えば、特許文献４参照。）が知られている。
【特許文献１】特公平３−２６３３９号公報
【特許文献２】特開平６−２２１９４０号公報
【特許文献３】特開平１０−３８７１４号公報
【特許文献４】特開平７−６３６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の一般的な機械変位検出型トルク検出装置には精度、構造的な制約や安価に製造する上での問題も多く、特に磁歪式トルク検出装置は以下に示す多様な課題があり、他の物理量検出センサに比べて普及が遅れている。
【０００７】
例えば、上記特許文献１に記載の磁歪式トルク検出装置は、その構造上、軸方向の寸法が大きくならざるを得ず、また、環状の検出コイルを軸に通す必要があるため、機器に組み込む際の制約も大きい。また、相反する逆磁歪現象の発生部位が物理的に離れているため、軸体に温度勾配があると磁気特性がバランスしなくなり、トルク検出特性に温度ドリフトが生じてしまう課題がある。これらの課題を改善するために、上記特許文献２又は３に記載のトルク検出装置では、磁気コアに十字形の溝を形成し、この溝に八の字形のコイルを挿入した磁気ヘッド形のトルクセンサとしている。これらは検出コイルを軸に通す必要が無く、軸周囲の一箇所に取りつけ可能である。検出部が小型なので温度ドリフト特性も改善するが、軸体と検出コイルコアのギャップ変化がトルク検出感度に影響するため、高精度な軸受け構造や厳密なギャップ管理が必要となり、センサ自体が小型にできても軸まわりの構造やセンサ取付けに多くの制約が発生する。また、磁気ヘッド形の検出コイルは高度な製造技術が必要であり、安価に製造する事が難しかった。
【０００８】
前記をさらに改善したものに、特許文献４に記載のトルク検出装置のように磁歪材料を表面に持つ軸体にフィルム状平面コイルを直接張りつけ、軸上の異なる場所でこのコイルを軸外部から励磁する別の環状コイルを具備させ、検出感度、ギャップによる感度変動、温度ドリフト等をさらに改善したものが提案されている。しかしながら、この特許文献４に記載のトルク検出装置においても、軸体に励磁用の環状コイルを通さなければならず、センサの組付けに構造的な制約が大きく、又、トルク検出部のインピーダンス変化を環状コイル経由で間接的に検出しているので、感度向上にも限界があった。
【０００９】
本発明は、これらの課題を解決するものであり、小型軽量、高感度、高精度でかつ安価に製造でき、かつ、取付けの制約が少ないトルク検出装置及びトルク検出装置で検出されるトルクの較正情報を作成するためのトルク較正情報作成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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係るトルク検出装置は、トルク被検出体上に固定されるトルク被検出体側モジュールと前記トルク被検出体とは別に固定される固定側モジュールとを備えてなり、前記トルク被検出体側モジュールを、前記トルク被検出体の伝達トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段からの信号を処理してこれをトルク情報として取り出すトルク情報処理手段と、該トルク情報処理手段に接続され、該トルク情報処理手段からのトルク情報を前記固定側モジュールに電磁波で伝送するトルク被検出体側モジュール伝送手段と、トルク被検出体側モジュールの動作電力を前記固定側モジュールから電磁波で受信してトルク被検出体側モジュールに動作電力を供給する電力供給手段と、を有して構成し、前記固定側モジュールを、前記トルク被検出体側モジュール伝送手段から伝送された電磁波を受信して前記トルク情報を取り出す固定側モジュール処理手段と、前記トルク被検出体側モジュールの動作電力を前記電力供給手段に電磁波として伝送する固定側モジュール伝送手段と、を有して構成したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るトルク較正情報作成装置は、設定されたトルクをトルク被検出体に対して発生させるトルク発生装置と、前記トルク被検出体側モジュールで検出された前記トルク情報を電磁波で受信し受信した信号から前記トルク情報を取り出し、前記設定されたトルクと比較してトルク較正に必要な較正情報を算出して該較正情報を前記トルク被検出体側モジュールに対して出力する較正情報算出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るトルク検出装置では、トルク被検出体に固定されたトルク被検出体側モジュールのトルク検出手段でトルク検出を行いこれをトルク情報処理手段で処理してトルク情報として取り出した後、前記該トルク情報を前記トルク被検出体側モジュール伝送手段で前記固定側モジュールに伝送する。トルク被検出体側モジュールで必要な動作電力は、固定側モジュールから伝送する。このようにしてトルク検出が行われる本発明のトルク検出装置によれば、小型軽量化を図ることができ、これによって取り付け及び組付けの自由度を向上させることができる。また、トルク被検出体に固定されたトルク被検出体側モジュールでトルクを検出してトルク情報を取り出すので、検出感度を向上させることができる。また、部品点数が少ないので、安価大量に製造することができる。
【００１３】
また、本発明に係るトルク較正情報作成装置によってトルク較正情報を得ることができ、かかるトルク較正情報を用いれば、前記トルク検出装置において検出されたトルク値を補正することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 
図１は、本発明に係るトルク検出装置の第１の実施の形態を示す図である。
【００１５】
図において、本例のトルク検出装置１００は、トルク被検出体である軸体１０１に固定され軸体１０１と一体に回転するトルク被検出体側モジュール１０２と、軸体１０１とは別に固定される固定側モジュール１０３とを有して構成され、これらトルク被検出体側モジュール１０２と固定側モジュール１０３とが一対となって機能するようになっている。
【００１６】
前記トルク被検出体側モジュール１０２は、軸体１０１の全周に渡って形成された溝１０４の一部分にスパッタリング等によって固定された磁歪材料１０５と溝１０４に固定されるセンサモジュール１０６とからなっている。センサモジュール１０６は、その検出コイル及び信号処理チップ（後述）が磁歪材料１０５の直上に位置するようにして軸体１０１に固定される。なお、符号１０７は、センサモジュール１０６を軸体１０１の溝１０４に固定するための合成樹脂製の固定リングである。この固定リング１０７は、弾性を有し、略Ｃ字形状に形成され、前記溝１０４に嵌め込むことができる幅を有して形成されており、平面視略四角形状の貫通孔１０８を有している。この貫通孔１０８は、固定リング１０７によってセンサモジュール１０６を覆って固定する際に、該センサモジュール１０６の後述する信号処理チップを位置させることができるように形成されている。なお、固定リング１０７には、貫通孔１０８の反対側の内周に、軸方向に形成された突起部１０９が形成されている（図７（Ａ）参照、図１においては図示省略）。
【００１７】
前記固定側モジュール１０３は、軸体１０１の直径よりも大きな開口部を有し、軸体１０１の外周にほぼ沿うようにして形成された馬蹄形状の切欠１１０を有する固定側モジュール筐体１１１を有している。そして、トルク検出を行う際には、固定側モジュール筐体１１１の切欠１１０に、軸体１０１のセンサモジュール１０６が固定された部分が位置するようにして検出を行うようになっている。このとき、固定側モジュール筐体１１１によって、軸体１０１の周囲の一部分が覆われるようになっている。
【００１８】
前記固定側モジュール筐体１１１内には、後述する種々の回路が組み込まれているとともに、後述する電源用送信アンテナと信号用受信アンテナが切欠１１０に沿うようにして設けられている。
【００１９】
前記センサモジュール１０６は、帯状の回路基板２０１と該回路基板に搭載された信号処理チップ２０２とから構成されている（図２参照）。前記回路基板２０１は、柔軟性を有し湾曲可能に形成されており、センサモジュール１０６の軸体１０１への固定時には、回路基板２０１を湾曲させて前記軸体１０１の溝が形成された部分に巻き付けることができるようになっている。この回路基板２０１の長手方向の長さは、本例では、溝１０４が形成された部分の軸体１０１の全周長さよりも短く、回路基板２０１を溝１０４が形成された部分の軸体１０１に巻き付けたときに、回路基板２０１の両端部が前記固定リング１０７の突起部１０９の幅とほぼ同じ間隔を有するような長さとなっている。ただし、本発明においては、必ずしもこのような長さのものに限定されるものではない。
【００２０】
前記回路基板２０１上には、図３に示すように、検出コイル３０３，３０４が回路パターンとして形成されている。この検出コイル３０３，３０４は、回路基板２０１の長手方向に対しそれぞれ＋４５度及び−４５度の方向に形成されていて、軸体１０１上に発生する磁歪材料１０５の逆磁歪効果、すなわち、軸体１０１にトルクが印可されることによって生じる軸方向に対して＋４５度及び−４５度の方向の応力による磁歪材料１０５の透磁率変化をインピーダンス変化として検出するものである。かかる検出コイル３０３，３０４と前記磁歪材料１０５とで、軸体１０１の伝達トルクを検出するトルク検出手段を構成している。
【００２１】
また、回路基板２０１上には、前記固定側モジュール１０３の電源用送信アンテナからの電磁波を受信する電源用受信アンテナ３０５，３０５と、前記固定側モジュール１０３の信号用受信アンテナに対して電磁波を送信する信号用送信アンテナ３０６，３０６とが回路パターンとして形成されている。
【００２２】
前記検出コイル３０３，３０４、電源用受信アンテナ３０５，３０５、信号用送信アンテナ３０６，３０６の回路パターンには、前記信号処理チップ２０２と電気的に接続するためのパッド３０７が接続されている。なお、符号３０８で示される部分は、前記信号処理チップ２０２が搭載される位置を示している。
【００２３】
本例においては、前記電源用受信アンテナ３０５と信号用送信アンテナ３０６は、回路基板２０１に搭載された信号処理チップ２０２の両側に対角線状に配置されている。これは固定側モジュール１０３の電源用送信アンテナ及び信号用受信アンテナとの送受信を考慮したものである。つまり、信号処理チップ２０２の両側に電源用受信アンテナ３０５と信号用送信アンテナ３０６とがあれば、センサモジュール１０６を軸体１０１に固定してトルク検出を行うときに、軸体１０１が回転しても常に固定側モジュール筐体１１１の馬蹄形状の切欠１１０に沿って設けられた固定側モジュール１０３の電源用送信アンテナ及び信号用受信アンテナと近接している部分が確保できるからである。
【００２４】
なお、仮に軸体１０１の周囲全体に固定側モジュール１０３のアンテナを設置できる場合はセンサモジュール１０６側のアンテナは一組でよい。
【００２５】
前記信号処理チップ２０２は、図４に示すように半導体基板上にセンサモジュールの信号処理回路等及び電源回路が形成されることにより構成されている。この信号処理チップ２０２には、前記回路基板２０１と同様、パッド４０１が設けられており、このパッド４０１を介して回路基板２０１と、信号処理チップ２０２が電気的に接続されるようになっている。
【００２６】
次に、図５を参照して前記固定側モジュール１０３及びセンサモジュール１０６について更に詳細に説明する。
【００２７】
図５（Ａ）において、前記センサモジュール１０６は、前記検出コイル３０３，３０４、及びこれら検出コイル３０３，３０４とブリッジ回路を構成するための抵抗器５０１，５０１を有している。抵抗器５０１，５０１は信号処理チップ２０２に形成されている。また、センサモジュール１０６の信号処理チップ２０２には、前記２つの検出コイル３０３，３０４を励磁して、且つ、検出コイル３０３，３０４間で相反するインピーダンスを差動増幅してトルク情報を取り出す励磁・インピーダンス検出回路５０２、トルク情報を電磁波で送信するための信号変調を行う信号変調回路５０３、変調されたトルク信号を増幅して信号用送信アンテナ３０６に送り出す高周波増幅回路５０４、前記トルク情報を電磁波で前記固定側モジュール１０３に送信する信号用送信アンテナ３０６、固定側モジュール１０３の電源用送信アンテナから電源用の電磁波を受信する電源用受信アンテナ３０５、電磁波として受信した電力を回路の電源に変換する電源受信回路５０５、一連の信号処理・変調等に必要な基準信号を受信して各部に供給する基準信号分別回路５０６、が形成されている。前記励磁・インピーダンス検出回路５０２は、トルク検出手段からの信号を処理してこれをトルク情報として取り出すためのトルク情報処理手段を構成している。また、前記信号変調回路５０３、前記高周波増幅回路５０４、及び、前記信号用送信アンテナ３０６は、トルク情報を固定側モジュール１０３に伝送するトルク被検出体側モジュール伝送手段を構成している。さらに、前記電源受信回路５０５は、センサモジュール１０６の動作電力を前記固定側モジュール１０３から受信してこれをセンサモジュール１０６に供給する電力供給手段を構成している。
【００２８】
固定側モジュール１０３は、センサモジュール１０６に送信する前記基準信号を生成する基準信号生成回路５０７、該基準信号とセンサモジュール１０６の電源電力とを電磁波としてセンサモジュール１０６側に送信するための電源送信回路５０８、これらを電磁波として放出する電源用送信アンテナ５０９、前記センサモジュール１０６の信号用送信アンテナ３０６から送信された電磁波を受信する信号用受信アンテナ５１０、該信号用受信アンテナ５１０で受信した微弱電磁波を増幅する高周波増幅回路５１１、前記トルク情報を受信した電磁波から取り出す信号復調回路５１２、トルク情報を外部に出力する信号出力回路５１３を有して構成されている。前記信号用受信アンテナ５１０、高周波増幅回路５１１、信号復調回路５１２は、センサモジュールから伝送された電磁波を受信して前記トルク情報を取り出す固定側モジュール処理手段を構成している。また、前記電源送信回路５０８、及び前記電源用送信アンテナ５０９は、前記センサモジュールの動作電力を電磁波として伝送する固定側モジュール処理手段を構成している。
【００２９】
図５（Ｂ）は前記基準信号生成回路５０７の信号を電源送信の変調でセンサモジュール１０６に送信する例を示したものである。電源送信波は、電源用送信周波数ｆ１の送信波５１４と、基準信号送信用周波数ｆ２の送信波５１５で構成される。基準信号送信用周波数ｆ２は一定の時間間隔Ｔｂで繰り返し発生し、かかる周波数を有する送信波５１５は、前記電源用送信周波数ｆ１の送信波５１４と一緒にセンサモジュール１０６側で受信される。センサモジュール１０６側でｆ１とｆ２の周波数の違いを基準信号分別回路５０６で検出・分別すれば基準信号を得ることができる。この基準信号は必ずしもセンサモジュール１０６内で必要な信号周期である必要は無く、ＰＬＬ等のてい倍回路を使用すれば受信基準信号よりも短い周期、すなわち高い周波数の基準信号を得ることが可能である。この方法の利点は、温度や振動等の環境が厳しいセンサモジュール１０６側に高精度な発振回路を具備する必要が無いことである。
【００３０】
尚、図５（Ａ）（Ｂ）は実施の一例を示したもので、回路部分の構成自体を規定するものではない。信号処理にマイクロコンピューターを使用してもよいし、変調、復調方式や、信号増幅の順番が変わってもよい。
【００３１】
図６は、軸体側のセンサモジュール１０６と固定側モジュール１０３の非接触伝送を電磁波で行う場合の、使用周波数帯域を説明するための図である。本例ではトルクを常時検出することを想定しているため、電源用と信号用の周波数を異なるものにして、信号への干渉、外乱を防いでいる。
【００３２】
但し、このように電源用と信号用の周波数を異なるものとせず、単一の周波数を使用して電力の授受と、信号の送受信を時分割で行い、例えば軸体１０１が１回転するうちの一定角度又は一定時間のみ電源授受を行い、センサモジュール１０６で送信に必要な電力を蓄電した後に、同一周波数で信号送受信を行っても良い。
【００３３】
次に、このように構成されたトルク検出装置１００の組み付けについて図７（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。 
先ず、図７（Ａ）に示すように、帯状の回路基板２０１の符号３０８の部分に信号処理チップ２０２が搭載されてなるセンサモジュール１０６を、軸体１０１に固定する。センサモジュール１０６の固定は、次のようにして行う。先ず、センサモジュール１０６を軸体１０１の溝１０４に入れ込み、帯状の回路基板２０１を湾曲させて巻き付けて軸体表面に密着させる。このとき、検出コイル３０３，３０４及びこれら検出コイル３０３，３０４の直上の信号処理チップ２０２が、軸体１０１の溝１０４に固定された磁歪材料の上に位置するようにする。これにより、前記回路基板２０１に形成された検出コイル３０３，３０４が磁歪材料に密着する。次に、このようにして溝１０４に入れ込んだセンサモジュール１０６の上に、固定リング１０７を嵌め込む。具体的には、固定リング１０７を弾性変形させて開口部分を開いた後、信号処理チップ２０２が貫通孔１０８に入るようにしてセンサモジュール１０６の上に嵌め込む。このとき、固定リング１０７の突起部１０９は、軸体１０１に巻き付けた回路基板２０１の両端部の間に位置し、かかる突起部１０９により、軸体１０１が回転したときに前記センサモジュール１０６が回転して磁歪材料１０５の位置から前記検出コイル３０３，３０４がずれてしまうことを防止することができるようになっている。
【００３４】
なお、信号処理チップ２０２は、センサモジュール１０６を溝１０４に入れ込んだときに溝１０４が形成されていない部分の軸体１０１の外周面よりも突出しないような厚さで形成されており、また、固定リング１０７の厚さも、センサモジュール１０６の上から溝１０４に嵌め込んだときに、固定リング１０７が溝１０４が形成されていない部分の外周面よりも突出しないような厚さで形成されている。
【００３５】
次に、前記のようにしてセンサモジュール１０６を固定した軸体１０１と、機器の固定部材（不図示）に固定された固定側モジュール１０３とを組み合わせる（図７（Ｂ））。このとき、軸体１０１は、そのセンサモジュール１０６が固定された部分に固定側モジュール１０３が位置するように、固定側モジュール筐体１１１の切欠１１０にその開口部から挿入する。このようにして固定側モジュール１０３と組み合わされた軸体１０１は回転可能となっている。
【００３６】
以上のようにして組み付けられたトルク検出装置１００におけるトルクの検出は次のようにして行われる。
【００３７】
すなわち、センサモジュール１０６が固定された軸体１０１が回転して、軸体１０１上の磁歪材料１０５に逆磁歪現象が発生すると、これを検出コイル３０３，３０４でインピーダンス変化として検出する。
【００３８】
そして、検出コイル３０３，３０４で検出されたインピーダンス変化（トルク物理量）を、軸体１０１上のセンサモジュール１０６の前記トルク情報処理手段で信号処理してトルク情報を取り出した後、これを前記トルク被検出体側伝送手段で固定側モジュール１０３に送信する。具体的には、検出コイル３０３，３０４間で相反するインピーダンスを励磁・インピーダンス検出回路５０２で差動増幅してトルク情報を取り出し、該トルク情報を電磁波で送信するために信号変調回路５０３で変調し、変調されたトルク信号を高周波増幅回路５０４で増幅して信号用送信アンテナ３０６に送り出し、該信号用送信アンテナ３０６で前記トルク情報を電磁波で前記固定側モジュール１０３に送信する。
【００３９】
このときにセンサモジュール１０６の動作に必要となる動作電力（検出コイル３０３，３０４と前記信号処理チップ２０２上の各回路に必要な電力）は前記固定側モジュール１０３から送信されてセンサモジュール１０６に供給される。
【００４０】
軸体１０１上のセンサモジュール１０６から固定側モジュール１０３に送信されたトルク情報は、前記固定側モジュール処理手段で取り出され、これを元にトルク検出出力が得られる。具体的には、前記センサモジュール１０６の信号用送信アンテナ３０６から電磁波で送信されたトルク情報を信号用受信アンテナ５１０で受信し、該信号用受信アンテナ５１０で受信した微弱電磁波を高周波増幅回路５１１で増幅した後、受信した電磁波から信号復調回路５１２で前記トルク情報を取り出す。そして、取り出したトルク情報を信号出力回路５１３から外部に出力する。
【００４１】
以上によりトルク検出が行われる本例のトルク検出装置１００によれば、小型軽量で、小さなスペースにも設けることが可能であり、取り付け及び組付けの自由度を大幅に向上させることができる。また、固定側モジュール１０３は、軸体１０１の全周を囲まないことから、かかる観点からも取り付け及び組付けの自由度を向上させることができる。
【００４２】
さらに、磁歪材料１０５が固定された軸体１０１上に、検出コイル３０３，３０４と信号処理チップ２０２とを有するセンサモジュール１０６を固定することにより、磁歪材料１０５と空間を介さずに密着して配置された検出コイル３０３，３０４からの信号を、検出コイル３０３，３０４と空間を介さずに配置された信号処理チップ２０２で処理することができる。これにより、トルク検出感度を飛躍的に向上させることができる。また、感度が飛躍的に向上することから、センサモジュール１０６は、電磁波経由の微弱な電力でも動作することができる。
【００４３】
また、本例のトルク検出装置１００は、部品点数が２ヶであり、また、フレキシブル基板などで構成される回路基板２０１を湾曲させて容易に軸体１０１へ装着することができ、さらには、信号処理チップ２０２を回路基板２０１に接続するだけで、センサモジュール１０６の電気的構成部品の接続が完了することから、安価大量に製造することができる。
【００４４】
さらに、センサモジュール１０６は、軸体１０１に固定され軸体１０１とともに回転することから、磁歪材料１０５は、軸体１０１の一部に固定すれば全周に固定する必要はない。したがって、磁歪材料１０５の使用量を減らすことができる。一般的に、トルク検出の用途に用いられる磁歪材料は、磁界中での変形量が０．１％を超えるような、いわゆる超磁歪材料が使用され、これは非常に高価であるが、本例のトルク検出装置１００によれば前記のように磁歪材料を節約することができるので、コストを低減することができる。また、前記のように検出感度が高いことから、磁歪特性は大きくないものの、ヒステリシスの小さく特性の良い磁歪材料も使用可能となる。
【００４５】
なお、センサモジュール１０６は、軸体１０１を製造する段階で軸体１０１に組み込まれて固定され、この軸体１０１を機器に組み込む段階で固定側モジュール１０３と組み合わされることを想定している。
【００４６】
次に、図８に基づき、本発明に係るトルク検出装置の第２の実施の形態について説明する。 
本例におけるセンサモジュール８０１は、前記第１の実施の形態における各回路が形成された信号処理チップ２０２上に、符号８０２で示される不揮発な記憶領域、いわゆる不揮発メモリが搭載されている。この不揮発メモリ８０２には、例えば、軸体１０１にセンサモジュール８０１を固定した後にセンサモジュール８０１や磁歪材料１０５の磁気的ばらつきを補正するための較正情報や、製造に関するシリアルコード、日付、製品コードその他の製造に関する管理情報等が個別に書き込まれるようになっている。また、信号処理チップ２０２上には、前記不揮発メモリ８０２の他に、不揮発メモリ８０２に書き込まれた情報を読み出す読出し回路８０３、不揮発メモリ８０２に情報を書き込む書込み回路８０４、不揮発メモリ８０２から読み出した前記較正情報と励磁・インピーダンス検出回路５０２によって検出されたトルク信号を切り替え、又は重畳させる信号切替回路８０５がセンサモジュール８０１（信号処理チップ２０２）に追加されている。
【００４７】
また、固定側モジュール８０６には、前記第１の実施の形態の各回路の他に、トルク信号と前記較正情報等の前記不揮発メモリ８０２の情報信号を分別するデータ分別回路８０７、トルク信号を元の状態に復元するトルク信号処理回路８０８、分別された較正情報を使用してトルクデータを補正するトルク値補正回路８０９が追加される。
【００４８】
なお、本例においても、センサモジュール８０１は基準信号分別回路５０６を有し、固定側モジュール８０６は基準信号生成回路５０７を有しているが、図８においては、これらを図示省略している。
【００４９】
このような本例のトルク検出装置においては、検出コイル３０３，３０４によって検出されたトルク情報の較正が可能である。具体的には、後に一例として挙げるトルク較正情報作成装置により、予め書き込み回路８０４を介して不揮発メモリ８０２に較正情報を書き込んでおき、トルク情報の較正を行う際に、不揮発メモリ８０２に書き込まれた較正情報を読出し回路８０３によって読み出す。そして、信号切替回路８０５により、前記較正情報（信号）と前記励磁・インピーダンス検出回路５０２によって検出されたトルク信号を切り替え、これら較正情報（信号）とトルク信号とを重畳させた後、信号変調回路５０３、高周波増幅回路５０４を経て信号用送信アンテナ３０６によって前記較正情報及びトルク情報を電磁波として固定側モジュール８０６に送信する。固定側モジュール８０６は、前記信号用送信アンテナ３０６からの電磁波を信号用受信アンテナ５１０で受信し、受信された信号は、高周波増幅回路５１１、信号復調回路５１２を経てデータ分別回路８０７に入力される。そして、このデータ分別回路８０７において前記較正情報（信号）とトルク信号とが分別された後、トルク信号はトルク信号処理回路８０８に入力されて復元される。トルク信号処理回路８０８で復元されたトルク信号は、トルク値補正回路８０９に入力され、ここでデータ分別回路８０７から入力された前記較正情報を用いてトルク値の補正が行われる。そして、このようにして較正が行われたトルク情報が信号出力回路を経て出力される。
【００５０】
このような本例によれば、センサモジュール８０１を組み込んだ軸体１０１を単体で較正すれば、固定側モジュール８０６との組み合わせに依存する特性が無くなり、組み合わせ較正が不用となる。すなわち、部品としての軸体１０１、及び、固定側モジュール８０６を個別に交換できる事になり、保守性が向上し、部品交換費及び交換の手間を大幅に低減できる。
【００５１】
なお、前記製造その他の管理情報は、不揮発メモリ８０２から読出し回路８０３によって読み出された後、前記信号切り替え回路８０５に入力される。そして、信号切り替え回路８０５において、前記製造その他の管理情報、前記較正情報、前記トルク信号を切り替え、これら３つの信号を重畳させた後、固定側モジュール８０６へ送信される。このようにして固定側モジュール８０６に送信された前記管理情報は、固定側モジュール８０６の信号用受信アンテナ５１０で受信された後、高周波増幅回路５１１、信号復調回路５１２を経てデータ分別回路８０７に入力される。そして、このデータ分別回路８０７において信号の分別が行われた後、分別された前記管理情報が信号出力回路５１３を経て出力される。
【００５２】
尚、図８はセンサモジュール８０１内の較正情報を固定側モジュール８０６にそのまま送信する構成を記載しているが、センサモジュール８０１に、前記励磁・インピーダンス検出回路５０２によって検出されたトルク情報を不揮発メモリ８０２に記録されている較正情報を利用して補正するトルク情報補正手段を設け、このトルク情報補正手段で前記トルク情報の補正を行った後、較正後のトルク値を固定側モジュール８０６に送信してもよい。この場合には、前記データ分別回路８０７、トルク信号処理回路８０８、トルク値補正回路８０９は不要である。
【００５３】
上記第２の実施の形態の変形例として、センサモジュール８０１上や信号処理チップ２０２上に、前記トルク検出手段の配置部分、即ち、磁歪材料１０５を固定した部分の軸体１０１、或いはその周辺の温度を検出するための測温手段を設けて、該測温手段で検出された温度データを較正データと共に固定側モジュール８０６へ送信して、これらに基づいて固定側モジュール８０６でトルク情報を補正してもよい。この場合においても、センサモジュール８０１内で前記較正データ及び温度データを用いて前記トルク情報を補正した後に、較正後のトルク値を固定側モジュール８０６に送信してもよい。
【００５４】
さらに、センサモジュール８０１上や信号処理チップ２０２上にその他の物理量検出手段を設けて較正データと共に固定側モジュール８０６に送信して、その他の制御に利用したり、軸の異常を検出したりしてもよい。
【００５５】
なお、上記各実施の形態において、センサモジュール１０６，８０１は、回路基板２０１と該回路基板２０１上に搭載された信号処理チップ２０２とから構成され、回路基板２０１上に、トルク検出を行う検出コイル３０３，３０４や、電源用受信アンテナ３０５、信号用送信アンテナ３０６を配置しているが、図９に示すように、信号処理回路等９０１、電源受信回路９０２が形成された信号処理チップ９０３上に、電源用受信アンテナ９０４、信号用送信アンテナ９０５、検出コイル９０６，９０７を形成しても良い。
【００５６】
これにより回路基板が不用となり、いわゆるワンチップトルクセンサが実現できるため、今まで軸まわりの空間的制約があったり、安価に製造しなければならない機器でもトルク検出装置の利用が可能となる。
【００５７】
なお、本発明において、前記トルク検出手段は、前記磁歪材料と検出コイル３０３，３０４とで構成されているものに限られず、例えば、ひずみゲージで構成してもよい。この場合には、ひずみゲージを軸体１０１上に固定し、ひずみゲージの引き出し線を前記信号処理チップ２０２に電気的に接続してひずみゲージからの信号を前記トルク情報処理手段で処理し、処理された信号をトルク情報として前記トルク被検出体側モジュール伝送手段で固定側モジュール１０３に伝送するようにしてもよい。
【００５８】
次に、本発明に係るトルク較正情報作成装置の実施の形態の一例について、図１０を用いて説明する。 
本例のトルク較正情報作成装置は、被較正軸体に固定されたセンサモジュール８０１を用いて較正を行う。以下、本例のトルク較正情報作成装置の具体的構成を説明する。
【００５９】
図において、本例のトルク較正情報作成装置１０００は、トルク発生装置１００１、トルク計１００２、前記センサモジュール８０１が固定された軸体１０１（被較正軸体）の一端側を固定するとともにこの軸体１０１に前記トルク発生装置１００１からの回転トルクを印可する可動側チャック１００３、軸体１０１の他端側を固定する固定側チャック１００４、アンテナ１００５を有する較正情報算出手段１００６によって構成される。
【００６０】
前記較正情報算出手段１００６は、既知のトルクを発生させるよう、トルク発生装置１００１を制御するようになっている。また、較正情報算出手段１００６は、軸体１０１（被較正軸体）上のセンサモジュール８０１からアンテナ１００５で電磁波として放出されたトルク信号を受信してこれを読み出すとともに、トルク較正値をアンテナ１００５を介して軸体１０１上のセンサモジュール８０１に送信するようになっている。
【００６１】
このように構成されたトルク較正情報作成装置１０００におけるトルク較正情報の作成は、次のようにして行う。すなわち、較正情報算出手段１００６が、トルク計１００２の示すトルクが目標値と同じになる様、トルク発生装置１００１を制御する。これは、軸体１０１（被較正軸体）に既知のトルクが正確に印可されている状態である。この時、トルク較正軸体１０１上のセンサモジュール８０１で検出されたトルク情報を電磁波でセンサモジュール８０１の信号用送信アンテナ３０６（図８参照）によって較正情報算出手段１００６側に送信し、較正情報算出手段１００６側ではアンテナ１００５でこれを受信して前記検出トルクを読出し、この検出トルクと印可している既知のトルクとを比較し、その差分を算出すれば較正トルク値を算出することが可能である。そして、この較正トルク値を、アンテナ１００５で較正情報算出手段１００６で軸体１０１上のセンサモジュール８０１に送信し、センサモジュール８０１の不揮発メモリ８０２に書き込めば、軸体１０１側に自身の較正情報を持たせて、軸単体で一定のトルク検出精度を確保することができる。
【００６２】
次に、前記センサモジュール８０１の不揮発メモリ８０２に前記製造に関する管理情報を書き込んだ場合の利用方法について図１１を使用して説明する。 
図において、符号１１０１はトルク較正・製造情報書込み装置、符号１１０２は製造情報データベース、符号１１０３は市場での読出しツール、符号１１０４は製造者が市場返却品等を検査する検査ツールである。
【００６３】
センサモジュール８０１が固定された軸体１０１が製造された時、前記較正情報に加え例えば製品のシリアルコード、日付、製品コードその他の製造に関する管理情報を軸体１０１上のセンサモジュール８０１に書き込んで出荷する。市場では読出しツール１１０３を使用してセンサモジュール８０１に記録されている管理情報を読み出せば製品型式や製造情報を知ることができるため、機器への誤組込みを防いだり、最終製品の保守・点検にも利用できる。また、市場から軸製品が製造者に返却された時でも、検査ツール１１０４で管理情報を読み出せば、品質保証の質を向上させることができるし、製造時に蓄積した製造情報データベース１１０２を参照すれば、さらなる詳細情報の管理も可能となる。
【００６４】
また、管理情報にセンサモジュール毎に異なる番号を与えれば、同一軸上に複数のセンサモジュール８０１を配置してセンサモジュール故障時は参照センサモジュールを正常な方に切りかえられる様にでき、トルク検出に冗長系を構成することが可能となるので、高い信頼性が必要とされる部位等にも本発明のトルク検出装置を適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態のトルク検出装置を示す図。
【図２】図１に示すトルク検出装置のセンサモジュールを示す図。
【図３】図１に示すセンサモジュールの回路基板を示す図。
【図４】図１に示すセンサモジュールの信号処理チップの構成を示す図。
【図５】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態のトルク検出装置を示す図、（Ｂ）は固定側モジュールの基準信号生成回路の信号を電源送信の変調でセンサモジュールに送信する例を示す図。
【図６】センサモジュールと固定側モジュールの送受信周波数帯を示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態のトルク検出装置の組付けを説明するための図。
【図８】本発明の第２の実施の形態のトルク検出装置の構成を示す図。
【図９】センサモジュールの他例を示す図
【図１０】本発明のトルク較正情報作成装置を示した図
【図１１】不揮発メモリに書き込まれた製造に関する情報の利用方法の一例を説明するための図
【図１２】従来のトルク検出装置を示す図。
【図１３】磁歪材料の逆磁歪効果で軸トルクを検出する原理説明図。
【図１４】正の飽和磁歪定数をもつ磁歪材料の応力と透磁率の関係図。
【符号の説明】
【００６６】
１００    トルク検出装置
１０１    軸体
１０２    被検出体側モジュール
１０３    固定側モジュール
１０５    磁歪材料
１０６，８０１，９０８    センサモジュール
２０１    回路基板
２０２，９０３    信号処理チップ
３０３，３０４，９０６，９０７    検出コイル
３０５，９０４    電源用受信アンテナ
３０６，９０５    信号用送信アンテナ
５０１    抵抗器
５０２    励磁・インピーダンス検出回路
５０３    信号変調回路
５０４    高周波増幅回路
５０５    電源受信回路
５０６    基準信号分別回路
５０７    基準信号生成回路
５０８    電源送信回路
５０９    電源用送信アンテナ
５１０    信号用受信アンテナ
５１１    高周波増幅回路
５１２    信号復調回路
５１３    信号出力回路
８０２    不揮発メモリ
８０３    読出し回路
８０４    書き込み回路
８０５    信号切替回路
８０６    固定側モジュール
８０７    データ分別回路
８０８    トルク信号処理回路
８０９    トルク値補正回路
９０１    信号処理回路等
９０２    電源受信回路
１０００    トルク較正情報作成装置
１００１    トルク発生装置
１００２    トルク計
１００３    可動側チャック
１００４    固定側チャック
１００５    アンテナ
１００６    較正情報算出手段
１１０１    トルク較正・製造情報書込み装置
１１０２    製造情報データベース
１１０３    読み出しツール
１１０４    検査ツール
【図１】
2005221337.tif 000003
【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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