(57)【要約】【課題】磁歪合金の被装着体への密着性を向上し、被装着体が変形した状態でも密着性を保つことができる十分な耐久性と検知精度を確保した磁歪式トルクセンサを提供すること。【解決手段】筒型形状の磁歪合金と、前記磁歪合金の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に前記磁歪合金が周着固定される回転部材と、前記磁歪合金の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられたホール素子とを具備してなり、前記磁歪合金の筒孔内周面と前記回転部材の対向面とが密着状態とされ、前記回転部材の変形量を前記ホール素子で検知する磁歪式トルクセンサであって、前記磁歪合金の筒孔内周面及び前記回転部材の対向面の少なくとも一方が所定の繰り返しパターンの凹凸部を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。【選択図】図１
2017138291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型形状の磁歪合金と、前記磁歪合金の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に前記磁歪合金が周着固定される回転部材と、前記磁歪合金の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられたホール素子とを具備してなり、前記磁歪合金の筒孔内周面と前記回転部材の対向面とが密着状態とされ、前記回転部材へのトルク負荷を前記ホール素子で検知する磁歪式トルクセンサであって、
前記磁歪合金の筒孔内周面及び前記回転部材の対向面の少なくとも一方が所定の繰り返しパターンの凹凸部を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項２】
筒型形状の磁歪合金と、前記磁歪合金の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に前記磁歪合金が周着固定される回転部材と、前記磁歪合金の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられたホール素子とを具備してなり、前記磁歪合金の筒孔内周面と前記回転部材の対向面とが密着状態とされ、前記回転部材の変形量を前記ホール素子で検知する磁歪式トルクセンサであって、
前記回転部材の前記周着位置に前記磁歪合金の筒長に対応した縮径部が形成され、
前記縮径部の両端は、アール状の弾状境界からなり、
前記磁歪合金は、筒端部が前記弾状境界に圧接した状態で前記縮径部に周着固定されることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項３】
前記磁歪合金の筒孔内周面及び前記回転部材の対向面の少なくとも一方が所定の繰り返しパターンの凹凸部を有することを特徴とする請求項２に記載の磁歪式トルクセンサ。
【請求項４】
前記凹凸部は、所定間隔で縦横に形成された格子溝からなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁歪式トルクセンサ。
【請求項５】
筒型形状の磁歪合金と、前記磁歪合金の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に前記磁歪合金が周着固定される回転部材とを具備する磁歪式トルクセンサの製造方法であって、
磁歪合金を、前記回転部材の周着位置に嵌め込む工程と、
前記嵌め込み工程の後に、前記回転部材の両端側を環状に加圧成形する工程と
を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力を伝達する部材に加わるトルクを検知する磁歪式トルクセンサに関し、特に走行輪やキャスター等の回転駆動する回転部品に取り付けられ、回転駆動時に回転部材に加わる応力を検出する磁歪式トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
動力伝達機構においては、動力を伝達する部材、特にシャフト等の回転部材に加わるねじれトルク（応力）を検出する必要性がある。このような回転部材に作用するねじれトルクを測定するために、磁歪効果を利用した磁歪式のトルクセンサ（以下、磁歪式トルクセンサ）が従来から利用されている。磁歪式トルクセンサは、回転部材の周囲に、磁歪特性を有するニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）合金などの材料からなる円筒形状の磁歪合金を回転部材に嵌合・固定し、この磁歪合金からの漏れ磁束を測定して回転部材に作用する応力を測定する。
【０００３】
円筒形状の磁歪合金が固定された回転部材にねじれトルクが作用すると、そのねじれトルクの大きさ及び向きに応じた応力が磁歪合金に発生し、磁歪合金の磁化ベクトルの向きが変化する（磁歪効果）。磁化ベクトルの向きが変化すると、磁歪合金近傍の磁場が変化するので、その磁場の変化を磁気センサ（ホール素子など）により測定することで回転部材に加わるねじれトルクを検知することができる。
【０００４】
しかしながら、磁歪式トルクセンサは、地磁気など、背景の外部磁場又は外乱磁場の影響を受けやすい。そこで、外部磁場の影響を排除するために、磁歪式トルクセンサの円筒形状の磁歪合金を偶数の領域に区画し、それらの領域が互いに逆方向に磁化することで外部磁場等の影響を相殺するようにした磁歪式トルクセンサがある。ここで、隣接する領域を互いに逆方向に着磁する場合、隣接する領域の境界に於いて着磁むら（２領域の境界の磁壁が揃わず、磁化ベクトルの方向が乱れる。）が生じてしまうことがある。
【０００５】
また、磁歪合金を回転部材に嵌合し固定するまでの過程に於いて定常的な歪み（残存歪み）が生じ、これにより、ねじれトルクが作用していない状態でも、磁歪合金からの磁束が、軸部材の周方向にそって不均一に流出してしまうことがある。例えば、磁歪合金と回転部材とが周方向に相対的に滑りが生じないようにするべく（周方向滑りが生ずると軸部材のねじれ歪みが磁歪合金に伝わらない。）、磁歪合金を回転部材に絞まり嵌めにして嵌着したり、溶接等により磁歪合金を回転部材に固定すると、磁歪合金が変形して残存歪みが発生する。そして、この残存歪みにより、計測すべきねじれトルクとは別の磁束を発生させ、計測精度が悪化することがある。
【０００６】
そこで、従来の磁歪式トルクセンサには、周方向に磁化された第一の磁歪環と、第一の磁歪環とは別体の周方向に磁化された第二の磁歪環とを準備し、この磁化された第一及び第二の磁歪環をそれぞれの磁化ベクトルが互いに逆向きになった状態で、軸部材上にて近接させ、第一及び第二の磁歪環を磁化する過程において、第一及び第二の磁歪環を、軸部材上に装着される際と実質的に同様の応力が作用した状態で、別々に磁化したものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５２７４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示される磁歪式トルクセンサでは、着磁むらや残存歪みによる影響を低減することができる。しかしながら、回転部材と磁歪合金とが密着しておらず、回転部材と磁歪合金との間に隙間があると、回転部材の周方向における隙間の不均一性に起因して、磁歪合金近傍に生じる回転部材の軸方向の漏れ磁束が均質とならずに検知精度に影響を与える。また、駆動時には、回転部材にトルクが加わり回転部材の形状が変形するために、この変形により回転部材と磁歪合金との間に隙間が生じ検知精度に影響を与える。特許文献１に開示される磁歪式トルクセンサでは、このような回転部材と磁歪合金との密着性に関しては言及されておらず、回転部材と磁歪合金との隙間に起因する漏れ磁束の不均一性による影響を排除することができない。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、磁歪合金の被装着体への密着性を向上し、被装着体が変形した状態でも密着性を保つことができる十分な耐久性と検知精度を確保した磁歪式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】
【００１０】
本発明に係る磁歪式トルクセンサは、筒型形状の磁歪合金と、前記磁歪合金の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に前記磁歪合金が周着固定される回転部材と、前記磁歪合金の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられたホール素子とを具備してなり、前記磁歪合金の筒孔内周面と前記回転部材の対向面とが密着状態とされ、前記回転部材の変形量を前記ホール素子で検知する磁歪式トルクセンサであって、前記磁歪合金の筒孔内周面及び前記回転部材の対向面の少なくとも一方が所定の繰り返しパターンの凹凸部を有することを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、磁歪合金の筒孔内周面及び回転部材の対向面の少なくとも一方が所定の繰り返しパターンの凹凸部を有するため、特定間隔、特定の大きさで配置された繰り返しの凸部によって対向面との密着性が上がり、また、変形状態でも密着性を保つことができる。このため、回転部材と磁歪合金との隙間に起因する漏れ磁束の不均一性による影響を低減することができ、磁歪式トルクセンサの検知精度が向上する。また、ホール素子が応力を受けた磁歪合金の筒端部から発せられる磁性を検知する。検知部であるホール素子は合金と非接触状態で離間配置されるため、走行時の振動等による外力負荷を受けず、耐久性が向上する。さらに、構成部品が少なく構造が簡易であるため、磁歪式トルクセンサを小型・軽量化することができる。
【００１２】
また、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、筒型形状の磁歪合金と、前記磁歪合金の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に前記磁歪合金が周着固定される回転部材と、前記磁歪合金の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられたホール素子とを具備してなり、前記磁歪合金の筒孔内周面と前記回転部材の対向面とが密着状態とされ、前記回転部材の変形量を前記ホール素子で検知する磁歪式トルクセンサであって、前記回転部材の前記周着位置に前記磁歪合金の筒長に対応した縮径部が形成され、前記縮径部の両端は、アール状の弾状境界からなり、前記磁歪合金は、筒端部が前記弾状境界に圧接した状態で前記縮径部に周着固定されることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、回転部材の周着位置に前記磁歪合金の筒長に対応した縮径部が形成されており、縮径部の両端がアール状の弾状境界となっている。そして、磁歪合金は、筒端部が弾状境界に圧接した状態で縮径部に周着固定されている。このため、磁歪合金と回転部材との密着性が向上し、変形状態でも密着性を保つことができる。このため、回転部材と磁歪合金との隙間に起因する漏れ磁束の不均一性による影響を低減することができ、磁歪式トルクセンサの検知精度が向上する。また、ホール素子が応力を受けた磁歪合金の筒端部から発せられる磁性を検知する。検知部であるホール素子は合金と非接触状態で離間配置されるため、走行時の振動等による外力負荷を受けず、耐久性が向上する。さらに、構成部品が少なく構造が簡易であるため、磁歪式トルクセンサを小型・軽量化することができる。
【００１４】
また、本発明に係る磁歪式トルクセンサの前記凹凸部（２１）は、所定間隔で縦横に形成された格子溝からなる。
【００１５】
上記の構成によれば、繰り返しパターンの凹凸部（２１）を所定間隔で縦横に形成された格子溝としたので、磁歪合金と回転部材との密着性がさらに向上する。
【００１６】
また、本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法は、筒型形状の磁歪合金（１）と、前記磁歪合金の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に前記磁歪合金が周着固定される回転部材（２）とを具備する磁歪式トルクセンサの製造方法であって、磁歪合金を、前記回転部材の周着位置に嵌め込む工程と、前記嵌め込み工程の後に、前記回転部材の両端側を環状に加圧成形する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、磁歪合金を回転部材の周着位置に嵌め込んだ後に、回転部材の両端側を環状に加圧成形しているので、加圧成形により生じる回転部材の歪みにより、磁歪合金と回転部材とを密着させることができる。このため、磁歪合金と回転部材との密着性が向上し、変形状態でも密着性を保つことができる。この結果、回転部材と磁歪合金との隙間に起因する漏れ磁束の不均一性による影響を低低減することができ、磁歪式トルクセンサの検知精度が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、磁歪合金の被装着体への密着性を向上し、被装着体が変形した状態でも密着性を保つことができる十分な耐久性と検知精度を確保した磁歪式トルクセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの側面図である。
【図４】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの回転部材の構成を示す図である。
【図６Ａ】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの回転部材の他の構成を示す図である。
【図６Ｂ】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの回転部材の他の構成を示す図である。
【図７Ａ】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造工程図である。
【図７Ｂ】第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造工程図である。
【図８Ａ】第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造工程図である。
【図８Ｂ】第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造工程図である。
【図９】本発明の磁歪式トルクセンサにおけるホール素子の配置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の各実施形態に係る磁歪式トルクセンサについて説明する。なお以下の各構成名称に続いて付する数字及び英文字は、実施例としての構成を図面で参照するために便宜的に付した符号であり、構成自体の中身を説明するものでも、各図に示す構成のみに限定するものでもない。いずれの実施形態においても、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、筒型形状の磁歪合金（１）と、前記磁歪合金の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に前記磁歪合金が周着固定される断面円形の中実棒状の回転部材（２）と、前記磁歪合金の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられた複数のホール素子（３（３１，３２，３３，３４））とを具備してなり、前記磁歪合金（１）の筒孔内周面と前記回転部材（２）の周着固定部分（凹凸部２１の軸長幅２１Ｌ）の対向面とが密着状態とされ、前記回転部材（２）へのトルク負荷値を前記ホール素子（３）で検知する磁歪式トルクセンサであって、前記磁歪合金の筒孔内周面及び前記回転部材の対向面の少なくとも一方が、所定の範囲で一様な繰り返しパターンの凹凸部を有することを特徴とする。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの構成を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの平面図である。図３は、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの側面図である。図４は、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの断面図（図３における線分Ａ−Ａ位置での断面図）である。図５は、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの回転部材の構成を示す図である。図６Ａ，図６Ｂは、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの回転部材の他の構成を示す図である。以下、図１〜図６Ｂを参照して、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの構成について説明する。
【００２１】
磁歪式トルクセンサは、筒型（リング）形状の磁歪合金１と、回転部材２と、ホール素子３と、スペーサ４と、筐体５と、ベアリング６とを備える。筒型形状の磁歪合金１は、例えば、磁歪特性を有するニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）合金などの材料からなる。
【００２２】
回転部材２は、動力を伝達する部材、例えば、走行輪やキャスター等の回転駆動する回転部品である。回転部材２には、回転部材２の周方向にシーリング４Ｃを嵌め込むための篏合溝２２が形成されている。該篏合溝２２にシーリング４Ｃが嵌め込まれることにより、回転部材２にスペーサ４を介して筐体５が回転可能に支持される。また、回転部材２は、回転部材２の長手方向に沿って形成された取り付け溝２３を両端部に有する。取り付け溝２３は、エンジン等の動力源の回転動作を伝達するシャフト等を連結するために用いられる。回転部材２は、磁歪合金１の筒孔内に挿通されて所定の周着位置に磁歪合金１が周着固定される。
【００２３】
図５に示すように、回転部材２は、磁歪合金１が周着固定される所定の周着位置、すなわち磁歪合金１の筒孔内周面との対向面に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を有する。図５の部分拡大図（二点鎖線枠内）に示すように、凹凸部２１は、回転部材２の長手方向に対して斜め方向に凸部２１Ｔと凹部２１Ｄとが所定間隔で縦横に形成されている。このように、磁歪合金１が周着固定される所定の周着位置に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を有することで、磁歪合金１と回転部材２との密着性が向上し、磁歪合金１の漏れ磁束が均質となる。
【００２４】
なお、磁歪合金１と回転部材２との密着性が担保できれば、凹凸部２１の繰り返しパターンは、図５に示す例に限られない。図６Ａ,図６Ｂは、第１の実施形態に係る回転部材２の他の例を示す図である。図６Ａ（ａ）に示すように、凹凸部２１を回転部材２の長手方向に対して斜め方向に所定間隔で形成された平行溝２１１を有する繰り返しパターンとしてもよい。また、図６Ａ（ｂ）に示すように、凹凸部２１を、表面ブラスト処理により所定範囲内に決まった範囲の数だけ形成された点状凹凸２１２を有する繰り返しパターンとしてもよい。
【００２５】
また、図６Ａ（ｃ）に示すように、凹凸部２１を所定の回転部材２の長手方向に対して平行な方向に所定間隔で形成された平行溝２１１を有する繰り返しパターンとしてもよい。また、図６Ｂ（ｄ）に示すように、凹凸部２１を所定の回転部材２の長手方向に対して垂直、すなわち回転部材２の周方向に所定間隔で形成された平行溝２１１を有する繰り返しパターンとしてもよい。さらに、図６Ｂ（ｅ）に示すように、凹凸部２１を回転部材２の長手方向に対して平行方向及び垂直方向に所定間隔で形成された格子溝２１３を有する繰り返しパターンとしてもよい。
【００２６】
図６Ａ及び図６Ｂに示すいずれの例においても、磁歪合金１が周着固定される所定の周着位置に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を有するので、磁歪合金１と回転部材２との密着性が向上し、磁歪合金１近傍に生じる回転部材２の軸方向の漏れ磁束が均質となる。
【００２７】
なお、図５、図６Ａ及び図６Ｂに示す例では、回転部材２の所定の周着位置に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を形成しているが、磁歪合金１の筒孔内周面に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を形成するように構成してもよい。また、回転部材２の所定の周着位置及び磁歪合金１の筒孔内周面の両方に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を形成するように構成してもよい。
【００２８】
ホール素子３は、磁歪合金１の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられる。具体的には、ホール素子３は、基板３Ｐに実装され、磁歪合金１との距離を調整するためのスペーサ３Ｓを介して蓋５Ｈにより、筐体５に取り付けられる。このようにホール素子３を設けることで、ホール素子３を磁歪合金１の筒端部から所定距離だけ離間して設けることが可能となる。ホール素子３は、磁歪合金１近傍の磁束を測定する。ホール素子３で測定される漏れ磁束は、電気信号に変換され、ワイヤＷを介して外部装置へと出力される。
【００２９】
磁歪合金１が固定された回転部材２にねじれトルクが作用すると、そのねじれトルクの大きさ及び向きに応じた応力が磁歪合金１に発生し、磁歪合金１の磁化ベクトルの向きが変化する（磁歪効果）。そして、磁化ベクトルの向きが変化すると、磁歪合金１近傍の磁場が変化するので、その磁場の変化をホール素子３で測定することにより回転部材２に加わるねじれトルクを検知することができる。
【００３０】
磁場の変化は、ホール素子３で電気信号に変換されて、図示しない電気回路へ出力される。電気回路では、所定の処理、例えば、フィルタによるノイズ除去や増幅器による増幅、が行われた後、予め測定された回転部材２の負荷量とホール素子３で検知される漏れ磁束の変化量との関係（例えば、近似関数）に基づいて、回転部材２の負荷量が算出される。
【００３１】
スペーサ４は、後述の筐体５を回転部材２に回転可能に支持するための部材であり、大径部４１と、大径部４１に比べて径の小さい小径部４２とからなる。小径部４２は、筐体５内に挿入され、その周囲にはベアリング６が取り付けられる。スペーサ４の小径部４２を筐体５内に挿入した状態で、篏合溝２２にシーリング４Ｃを嵌め込むことにより回転部材２にスペーサ４を介して筐体５が回転可能に支持される。ベアリング６により、筐体５は回転せずに、回転部材２だけが回転動作可能となる。
【００３２】
筐体５は、磁歪合金１と、回転部材２と、ホール素子３とを収容する直方体形状のハウジング部材であり、外部磁場等の影響を排除するため、防磁性材料（例えば、鉄、コバルト等の強磁性体）で構成されている。筐体５は、対向面５１，５２に回転部材２の両端部をそれぞれ露出させるための貫通孔を各々有する。各貫通孔には、スペーサ４の小径部４２が挿入される。スペーサ４の小径部４２には、回転部材２が回転動作できるように、それぞれベアリング５が取り付けられる。
【００３３】
また、筐体５の側面５３，５４には、ホール素子３が実装された基板３Ｐを挿入するための貫通孔が形成されている。ホール素子３が実装された基板３Ｐは、スペーサ３Ｓを介して筐体５の蓋５Ｈに設けられており、該貫通孔から筐体５内に挿入され、蓋５Ｈを筐体５にねじ５Ｂによりねじ止めされて固定される。
【００３４】
（磁歪式トルクセンサの製造方法）
図７Ａ，図７Ｂは、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造工程図である。以下、図７Ａ，図７Ｂを参照して、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造方法について説明する。なお、図１〜図６を参照して説明した構成には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３５】
初めに、図７Ａ（ａ）に示すように、筒型形状の磁歪合金１と、磁歪合金１が周着固定される位置（領域）に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を有する回転部材２とを準備する。ここで、回転部材２の凹凸部２１の軸長幅２１Ｌは、磁歪合金１の筒長１Ｌと略同じか少し長くなっている。また、磁歪合金１の内径１１Ｄは、回転部材２の外径２Ｄよりも少しだけ大きくなっている。
【００３６】
次に、図７Ａ（ｂ）に示すように、磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に回転部材２を挿通させ、磁歪合金１を回転部材２の周着位置まで移動させる。次に、レーザービームフォーミングにより磁歪合金１の周端部１Ｅを回転部材２に溶接する。なお、磁歪合金１を回転部材２の周着位置に嵌め込む方法としては、その他、焼嵌め／冷やし嵌めにより行うことができる。
【００３７】
焼嵌めの場合、磁歪合金１を加熱して磁歪合金１の筒孔１Ｈを広げておき、回転部材２を磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に挿通した後、冷却して磁歪合金１を周着位置に固着させる。また、冷やし嵌めの場合、回転部材２を冷やして軸径を小さくしておき、回転部材２を磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に挿通した後、加熱して磁歪合金１を周着位置に固着させる。
【００３８】
次に、図７Ｂ（ｃ）に示すように、筐体５、ベアリング６、スペーサ４の順に回転部材２を挿通させる。次に、図７Ｂ（ｄ）に示すように、回転部材２の篏合溝２２にシーリング４Ｃを嵌め込み筐体５を回転部材２に回転可能に支持する。また、筐体５の側面４３，４４に設けられた貫通孔からホール素子３が設けられた基板３Ｐを挿入し、蓋５Ｈを筐体５にねじ５Ｂによりねじ止めして固定する。最後に、回転部材２の両端側２Ｈを環状に加圧成形し、図１に示す磁歪式トルクセンサを得る。
【００３９】
以上のように、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサは、筒型形状の磁歪合金１と、磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に挿通されて所定の周着位置に磁歪合金１が周着固定される回転部材２と、磁歪合金１の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられたホール素子３とを具備し、磁歪合金１の筒孔１Ｈの内周面と回転部材２の対向面とが密着状態とされ、回転部材２のトルク負荷量をホール素子３で検知する。そして、磁歪合金１の筒孔１Ｈの内周面１２及び回転部材２の対向面の少なくとも一方が所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を有してなる。
【００４０】
このため、特定間隔、特定の大きさで配置された繰り返しの凸部によって、磁歪合金１の筒孔内周面と回転部材２の対向面との密着性が向上する。また、回転部材２にトルクが加わり変形した状態でも密着性を保つことができる。この結果、回転部材２と磁歪合金１との間に隙間が生じにくく、回転部材２の周方向における隙間の不均一性に起因して生ずる磁歪合金１近傍に生じる回転部材２の軸方向の漏れ磁束の不均一性を低減することができ、磁歪式トルクセンサの検知精度が向上する。また、検知部であるホール素子３は磁歪合金１と非接触状態で離間配置されるため、走行時の振動等による外力負荷を受けず、耐久性が向上する。さらに、構成部品が少なく構造が簡易であるため、磁歪式トルクセンサを小型・軽量化することができる。
【００４１】
また、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサは、所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を所定間隔で縦横に形成された格子溝としたので、磁歪合金と回転部材との密着性をさらに向上することができる。このため、回転部材２と磁歪合金１との間に隙間がさらに生じにくくなり、磁歪式トルクセンサの検知精度がより向上する。
【００４２】
また、第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造方法は、筒型形状の磁歪合金１と、磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に挿通されて所定の周着位置に磁歪合金１が周着固定される回転部材２とを具備する磁歪式トルクセンサの製造方法である。具体的には、磁歪合金１を、回転部材２の周着位置に嵌め込む工程と、嵌め込み工程の後に、回転部材２の両端側２Ｈを環状に加圧成形する工程とを有する。
【００４３】
磁歪合金１を回転部材２の周着位置に嵌め込んだ後に、回転部材２の両端側２Ｈを環状に加圧成形しているので、加圧成形により生じる回転部材２の歪みにより、磁歪合金１と回転部材２とを密着させることができる。このため、磁歪合金１と回転部材２との密着性が向上し、変形状態でも密着性を保つことができる。この結果、回転部材２の周方向における隙間の不均一性に起因して生ずる磁歪合金１近傍に生じる回転部材２の軸方向の漏れ磁束の不均一性を低減することができ、磁歪式トルクセンサの検知精度が向上する。
【００４４】
（第２の実施形態）
図８Ａ，図８Ｂは、第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造工程図である。なお、図１〜図７を参照して説明した第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサと同じ構成には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４５】
（回転部材の構成）
初めに、図８Ａ（ａ）を参照して、第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの回転部材２の構成を説明する。図８Ａ（ａ）に示すように、第２の実施形態に係る回転部材２は、回転部材２の周着位置に磁歪合金１の筒長Ｌに対応した縮径部２４が形成されている。そして、この縮径部２４の両端は、アール（Ｒ）状の弾状境界２１Ｒからなっており、磁歪合金１は、筒端部が弾状境界２１Ｒに圧接した状態で縮径部２４に周着固定される。磁歪合金１の筒端部を弾状境界２１Ｒに圧接した状態で縮径部２４に周着固定することで、磁歪合金１と回転部材２との密着性が向上し、回転部材２にトルクが加わり変形した状態でも密着性を保つことができる。
【００４６】
なお、第１の実施形態において、図５を参照して説明したように、磁歪合金１と回転部材２との密着性を向上するために、磁歪合金１が周着固定される縮径部２４の表面（周囲）に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を有するように構成してもよい。なお、歪合金１と回転部材２との密着性が担保できればよく、凹凸部２１の繰り返しパターンは、図５に示す例に限られず、図６Ａ（ａ）〜図６Ｂ（ｅ）に示す所定の繰り返しパターンの凹凸部２１としてもよい。磁歪合金１が周着固定される縮径部２４の表面（周囲）に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を有することで、磁歪合金１と回転部材２との密着性がさらに向上し、磁歪合金１近傍に生じる回転部材２の軸方向の漏れ磁束が均質となる。
【００４７】
また、第１の実施形態と同様に、磁歪合金１の筒孔内周面に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を形成するように構成してもよく、回転部材２の所定の周着位置及び磁歪合金１の筒孔内周面の両方に所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を形成するように構成してもよい。
【００４８】
（磁歪式トルクセンサの製造方法）
次に、第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造方法について説明する。初めに、図８Ａ（ａ）に示すように、筒型形状の磁歪合金１と、磁歪合金１が周着固定される位置（領域）に縮径部２４が形成された回転部材２とを準備する。ここで、回転部材２の縮径部２４の軸長幅２４Ｌは、磁歪合金１の筒長１Ｌよりも少し長くなっている。また、磁歪合金１の内径１２Ｄは、回転部材２の外径２Ｄよりも少しだけ大きくなっている。
【００４９】
次に、図８Ａ（ｂ）に示すように、磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に回転部材２を挿通させ、磁歪合金１の筒端部１Ｅが回転部材２の周着位置（縮径部２４）の両端に設けられた弾状境界２１Ｒの位置（周着位置）となるまで移動させる。ここで、図８Ａ（ｂ）の拡大図（二点差線枠内）に示すように、回転部材２の縮径部２４と磁歪合金１の筒孔１Ｈ内周面との間に隙間Ｓ１が生じる。
【００５０】
次に、図８Ｂ（ｃ）に示すように、磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に回転部材２を挿通し、磁歪合金１の筒端部１Ｅが回転部材２の周着位置（縮径部２４）の両端に設けられた弾状境界２１Ｒに圧接されるように磁歪合金１を回転部材２の縮径部２４に嵌め込む。この嵌め込みにより、回転部材２の縮径部２４と磁歪合金１の筒孔１Ｈ内周面との隙間Ｓ１がなくなる。
【００５１】
磁歪合金１を回転部材２の周着位置（縮径部２４）に嵌め込む方法としては、第１の実施形態で説明したレーザービームフォーミングや焼嵌め／冷やし嵌め等により行うことができる。
【００５２】
次に、第１の実施形態と同様にして、筐体５、ベアリング６、スペーサ４を取り付け、第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサを得る。
【００５３】
以上のように、第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサは、筒型形状の磁歪合金１と、磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に挿通されて所定の周着位置に磁歪合金１が周着固定される回転部材２と、磁歪合金１の筒端部の複数個所から所定距離だけ離間して設けられたホール素子３とを具備し、磁歪合金１の筒孔内周面と回転部材２の対向面とが密着状態とされ、回転部材２の変形量をホール素子３で検知する。そして、回転部材２の周着位置に磁歪合金１の筒長Ｌに対応した縮径部２４が形成され、縮径部２４の両端は、アール（Ｒ）状の弾状境界２１Ｒからなり、磁歪合金１は、筒端部が弾状境界２１Ｒに圧接した状態で縮径部２４に周着固定されている。
【００５４】
このため、磁歪合金１と回転部材２との密着性が向上する。また、回転部材２にトルクが加わり変形した状態でも密着性を保つことができる。この結果、回転部材２と磁歪合金１との間に隙間が生じにくく、回転部材２の周方向における隙間の不均一性に起因して生ずる磁歪合金１近傍に生じる回転部材２の軸方向の漏れ磁束の不均一性を低減することができ、磁歪式トルクセンサの検知精度が向上する。また、検知部であるホール素子３は磁歪合金１と非接触状態で離間配置されるため、走行時の振動等による外力負荷を受けず、耐久性が向上する。さらに、構成部品が少なく構造が簡易であるため、磁歪式トルクセンサを小型・軽量化することができる。
【００５５】
また、第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサは、所定の繰り返しパターンの凹凸部２１を所定間隔で縦横に形成された格子溝としたので、磁歪合金と回転部材との密着性をさらに向上することができる。このため、回転部材２と磁歪合金１との間に隙間がさらに生じにくくなり、磁歪式トルクセンサの検知精度がより向上する。
【００５６】
また、第２の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの製造方法は、筒型形状の磁歪合金１と、磁歪合金１の筒孔１Ｈ内に挿通されて所定の周着位置に磁歪合金１が周着固定される回転部材２とを具備する磁歪式トルクセンサの製造方法である。具体的には、磁歪合金１を、回転部材２の周着位置に嵌め込む工程と、嵌め込み工程の後に、回転部材２の両端側２Ｈを環状に加圧成形する工程とを有する。
【００５７】
磁歪合金１を回転部材２の周着位置に嵌め込んだ後に、回転部材２の両端側２Ｈを環状に加圧成形しているので、加圧成形により生じる回転部材２の歪みにより、磁歪合金１と回転部材２とを密着させることができる。このため、磁歪合金１と回転部材２との密着性が向上し、変形状態でも密着性を保つことができる。この結果、この結果、回転部材２の周方向における隙間の不均一性に起因して生ずる磁歪合金１近傍に生じる回転部材２の軸方向の漏れ磁束の不均一性を低減することができ、磁歪式トルクセンサの検知精度が向上する。
【００５８】
本実施形態に係る磁歪式トルクセンサは、筒型形状の磁歪合金（１）の各端面の外方に４つのホール素子３（３１，３２，３３，３４）を離間配置している。この配置は、図２、図３、図４、及び図９に示すように、平面視及び軸断面視における対角線方向の各先端に２つずつ対称配置され、かつ、磁歪合金１の両筒端同士及び筐体５の平底面同士において互いに交差する対角線方向に対称配置される。具体的には、４つのホール素子３１，３２，３３，３４のうち上部の基盤３Ｐに固定された２つのホール素子３１，３２は、軸上方側における、基板３Ｐの矩形外形の一対角線Ｄ１方向の各先端（すなわち図２における平面視左上及び右下）の二つの点対称位置に配置され、また、４つのホール素子３１，３２，３３，３４のうち下部の基盤３Ｐに固定された２つのホール素子３３，３４は、平面透過視において前記上部の基板３Ｐの矩形外形の一対角線Ｄ１と交差する他対角線Ｄ４方向の各先端（すなわち図２における平面視右上及び左下）の二つの点対称位置に配置される。また、軸断面視にて、磁歪合金１の一筒端側には軸断面視にて斜め方向の一対角線Ｄ３方向の各先端に上下２つのホール素子３１，３３が配置され、磁歪合金１の他筒端側には軸断面視にて前記一対角線Ｄ３と交差する他対角線Ｄ２方向の各先端に上下２つのホール素子３１，３３が配置される。このように、検知部分を含む対角線方向各先端への斜めに４方向配置することにより、回転部材２にかかるトルクＴＲの強さと曲げ応力とを区別して検知することができる。
また、漏れ磁束は磁歪合金１と回転部材２との周着部の所定の軸方向幅に亘ってある程度定まったパターンの凹凸部２を設けることで、磁歪合金１の漏れ磁束軸が周方向に均一なものとなった。すなわち磁歪合金の筒端部１Ｅの残留応力分布や溶接の不均一分布は、凹凸部２のパターン配置によってある程度まで均質化され、周方向の検知感度の差が減少することが判明した。これは、軸の固着方法と共に凹凸部の形状調整をすることで感度の均一化を果たした結果といえる。また、図８Ａに示す冷やし嵌めの場合は、弾状境界２４Ｒにて磁歪合金の筒端部１Ｅが周方向全体に亘って変形し内部応力が残留した状態となるが、この場合も図８Ａに示すような平行溝２１１とすることで均一な密着性を保つことができる。
以上、実施形態をもとに本発明を説明した。なお、上記実施形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施形態に対して、さまざまな変更、増減、組合せを加えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る磁歪式トルクセンサは、回転部材に加わるトルクの検知精度が高く、また、構成部品が少なく構造が簡易であり、小型・軽量な磁歪式トルクセンサとすることができる。このため、小さなトルクを検知する必要があり、装置も小型化する必要のある医療や介護向けの磁歪式トルクセンサとして好適である。
【符号の説明】
【００６０】
１  磁歪合金
２  回転部材
３  ホール素子
４  スペーサ
５  筐体（ハウジング部材）
６  ベアリング
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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