特開 2023-127313 トルク測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127313

(43)【公開日】2023-09-13

(54)【発明の名称】トルク測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20230906BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 301L

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031026

(22)【出願日】2022-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】110000811

【氏名又は名称】弁理士法人貴和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】福田 晃大

(72)【発明者】

【氏名】大寺 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】二口 尚樹

(57)【要約】

【課題】温度変化に対するブリッジ回路の出力電圧の変化を抑えることが可能なトルク測定装置を提供する。
【解決手段】回転軸の磁歪効果部の周囲に配置される４つの検出コイル５、６、７、８を４辺に配置したブリッジ回路４を備える。ブリッジ回路４は、前記４辺のそれぞれに接続された、該辺の抵抗値を調整するための抵抗素子９、１０、１１、１２を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸の磁歪効果部の周囲に配置される４つの検出コイルを４辺に配置したブリッジ回路を備え、
前記ブリッジ回路は、前記４辺のうちの少なくとも１辺に接続された、該辺の抵抗値を調整するための抵抗素子を有する、
トルク測定装置。

【請求項2】

前記４辺のそれぞれに、前記抵抗素子が接続されている、請求項１に記載のトルク測定装置。

【請求項3】

前記４辺のうちの１組の対辺を構成する２つの対辺のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ３の積Ｒ１×Ｒ３と、前記４辺のうちのもう１組の対辺を構成する２つの対辺のそれぞれの抵抗値Ｒ２、Ｒ４の積Ｒ２×Ｒ４との比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が、前記４辺のそれぞれに前記抵抗素子が接続されていない場合に比べて１に近づくように、前記４辺のうちの少なくとも１辺に接続された前記抵抗素子の抵抗値が調整されている、請求項１または２に記載のトルク測定装置。

【請求項4】

前記抵抗素子は、自身の両側の端点を結ぶ銅線の経路長を変えることにより、自身の抵抗値である、前記両側の端点間の抵抗値を調整可能な構成を有する、請求項１～３のいずれかに記載のトルク測定装置。

【請求項5】

前記抵抗素子は、自身の両側の端点を結ぶ銅線の途中に互いに並列接続された複数の並列銅線を有し、前記複数の並列銅線のうちの一部の並列銅線を切断することにより、前記複数の並列銅線のうちの切断されていない並列銅線の数を変えることで、自身の抵抗値である、前記両側の端点間の抵抗値を調整可能な構成を有する、請求項１～３のいずれかに記載のトルク測定装置。

【請求項6】

円筒状に構成され、かつ、前記４つの検出コイルを有するコイルユニットと、
円筒状に構成され、かつ、前記コイルユニットの周囲に同軸に配置されたバックヨークと、
前記コイルユニットおよび前記バックヨークを保持するホルダと、を備える、
請求項１～５のいずれかに記載のトルク測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転軸により伝達しているトルクを測定することが可能なトルク測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の分野では、パワートレインすなわち動力伝達機構を構成する回転軸により伝達しているトルクを測定し、その測定結果を利用して、動力源であるエンジンや電動モータの出力制御や、変速機の変速制御を実行するシステムの開発が進んでいる。

【0003】

従来、回転軸により伝達しているトルクを測定する装置として、磁歪式のトルク測定装置が知られている。磁歪式のトルク測定装置は、トルクが付与された際に透磁率が変化する磁歪効果部を備えた回転軸を用い、トルクが付与された際の磁歪効果部の透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、回転軸により伝達しているトルクを測定するように構成されている。

【0004】

一般に、トルクの変動に伴う磁歪効果部の透磁率の変化は微小であるため、通常は、測定感度を向上させるための工夫がなされる。その工夫の１つとして、従来、図９に示すようなブリッジ回路１００を用いる方法が知られている（たとえば、特開２０１６－２００５５２号公報（特許文献１）、特開２０１７－０４９１２４号公報（特許文献２）参照）。この方法では、たとえば図１０に示すような回転軸１０１の軸方向一部分である円柱状の磁歪効果部１０２の周囲に、ブリッジ回路１００を構成する４つの検出コイルである、第１検出コイル１０３、第２検出コイル１０４、第３検出コイル１０５、および第４検出コイル１０６を配置する。

【0005】

回転軸１０１にトルクＴが加わると、磁歪効果部１０２の外周面には、軸方向に対して＋４５ ゜傾斜した方向と、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向とに、＋－の符号が互いに異なる応力σが作用する。そして、逆磁歪効果により、引張応力（＋σ）が作用する方向での透磁率が増加し、圧縮応力（－σ）が作用する方向での透磁率が減少する。

【0006】

ブリッジ回路１００において、４辺を構成する２組の対辺のうちの一方の組の対辺に配置された第１検出コイル１０３（インダクタンスＬ１）および第３検出コイル１０５（インダクタンスＬ３）は、磁歪効果部１０２の外周面における、軸方向に対して＋４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルであり、前記２組の対辺のうちの他方の組の対辺に配置された第２検出コイル１０４（インダクタンスＬ２）および第４検出コイル１０６（インダクタンスＬ４）は、磁歪効果部１０２の外周面における、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するための検出コイルである。このようなブリッジ回路１００において、２つの端点であるＡ点、Ｃ点間に入力電圧Ｖｉを印加すると、２つの中点であるＢ点、Ｄ点間の電圧として、回転軸１０１に加わるトルクＴの方向および大きさに応じた出力電圧Ｖоが得られる。したがって、この出力電圧Ｖоに基づいて、トルクＴを測定することができる。

【0007】

上述のようなブリッジ回路１００を用いれば、軸方向に対して＋４５ ゜傾斜した方向と、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向との、いずれか一方の方向の透磁率の変化のみを検出することによりトルクＴを測定する場合に比べて、２倍の感度でトルクＴを測定することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１６－２００５５２号公報

【特許文献2】特開２０１７－０４９１２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、一般に、第１検出コイル１０３、第２検出コイル１０４、第３検出コイル１０５、および第４検出コイル１０６のそれぞれは、銅線抵抗に代表される抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を有しており、これらの抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４のばらつきが、ブリッジ回路１００の出力電圧Ｖоに影響を及ぼす。具体的には、これらの抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４は、温度変化すなわち銅の電気抵抗率の変化に伴い増減するが、その増減に伴って出力電圧Ｖоも増減する。そして、この際の温度変化に対する出力電圧Ｖоの変化量は、抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４のばらつき、すなわち、ブリッジ回路１００の４辺の抵抗値のばらつきが大きいほど、大きくなる。

【0010】

本発明は、温度変化に対するブリッジ回路の出力電圧の変化を抑えることが可能なトルク測定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】

【0011】

本発明の一態様のトルク測定装置は、回転軸の磁歪効果部の周囲に配置される４つの検出コイルを４辺に配置したブリッジ回路を備える。前記ブリッジ回路は、前記４辺のうちの少なくとも１辺に接続された、該辺の抵抗値を調整するための抵抗素子を有する。

【0012】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記４辺のそれぞれに、前記抵抗素子が接続されている。

【0013】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記４辺のうちの１組の対辺を構成する２つの対辺のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ３の積Ｒ１×Ｒ３と、前記４辺のうちのもう１組の対辺を構成する２つの対辺のそれぞれの抵抗値Ｒ２、Ｒ４の積Ｒ２×Ｒ４との比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が、前記４辺のそれぞれに前記抵抗素子が接続されていない場合に比べて１に近づくように、前記４辺のうちの少なくとも１辺に接続された前記抵抗素子の抵抗値が調整されている。

【0014】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記抵抗素子は、自身の両側の端点を結ぶ銅線の経路長を変えることにより、自身の抵抗値である、前記両側の端点間の抵抗値を調整可能な構成を有する。

【0015】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記抵抗素子は、自身の両側の端点を結ぶ銅線の途中に互いに並列接続された複数の並列銅線を有し、前記複数の並列銅線のうちの一部の並列銅線を切断することにより、前記複数の並列銅線のうちの切断されていない並列銅線の数を変えることで、自身の抵抗値である、前記両側の端点間の抵抗値を調整可能な構成を有する。

【0016】

本発明の一態様のトルク測定装置は、円筒状に構成され、かつ、前記４つの検出コイルを有するコイルユニットと、円筒状に構成され、かつ、前記コイルユニットの周囲に同軸に配置されたバックヨークと、前記コイルユニットおよび前記バックヨークを保持するホルダとを備える。

【発明の効果】

【0017】

本発明の一態様のトルク測定装置によれば、温度変化に対するブリッジ回路の出力電圧の変化を抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の実施の形態の第１例のトルク測定装置の断面図である。

【図2】図２は、第１例のトルク測定装置のブリッジ回路を示す図である。

【図3】図３は、第１例のトルク測定装置のコイルユニットを構成するフレキシブル基板の展開図である。

【図4】図４は、第１例のトルク測定装置のコイルユニットを構成する第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、および第４検出コイルを径方向外側から見た展開図である。

【図5】図５（ａ）～図５（ｄ）は、第１例のトルク測定装置のコイルユニットを構成する第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、および第４検出コイルを、それぞれ単体の状態で径方向外側から見た展開図である。

【図6】図６は、第１例のトルク測定装置のブリッジ回路の４辺のそれぞれに接続される抵抗素子の第１構成例を示す図である。

【図7】図７は、第１例のトルク測定装置のブリッジ回路の４辺のそれぞれに接続される抵抗素子の第２構成例を示す図である。

【図8】図８は、本発明の実施の形態の第２例に関する、図２に相当する図である。

【図9】図９は、従来のトルク測定装置のブリッジ回路を示す図である。

【図10】図１０は、回転軸にトルクが加わる際に生じる応力の向きを説明するための、該回転軸の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［第１例］
本発明の実施の形態の第１例について、図１～図７を用いて説明する。

【0020】

本例のトルク測定装置１は、回転軸２により伝達しているトルクを測定する装置であり、各種の機械装置に組み込んで用いることができる。本例のトルク測定装置１を組み込む機械装置の具体例として、自動車のパワートレインを構成する機械装置、たとえば、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、ベルト式無段変速機、トロイダル型無段変速機、オートマチックマニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）、デュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ）などの車側の制御で変速を行うトランスミッション、またはトランスファー、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）などが挙げられる。対象となる車両の駆動方式、すなわち、ＦＦ、ＦＲ、ＭＲ、ＲＲ、４ＷＤなどの方式は、特に問わない。本例のトルク測定装置１を組み込む機械装置の具体例として、さらに、風車、鉄道車両、鉄鋼の圧延機などを構成する減速機、増速機などの、歯車で動力軸の回転数を変化させる装置が挙げられる。

【0021】

本例では、回転軸２は、上述したようなパワートレインを構成する機械装置に組み込まれる回転軸であり、使用時にも回転しない不図示のケースに対し、不図示の転がり軸受により回転可能に支持されており、伝達するトルクに応じて透磁率が変化する磁歪効果部を有する。

【0022】

回転軸２は、軸方向中間部に、図１に示された中間軸部３を有する。中間軸部３の外周面は、円筒面により構成されている。本例では、回転軸２の中間軸部３を磁歪効果部として機能させる。このために、回転軸２を磁性金属により構成している。回転軸２を構成する磁性金属としては、たとえば、ＪＩＳに規定されている、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼、Ｓ４５Ｃなどの炭素鋼といった、各種磁性鋼を用いることができる。

【0023】

回転軸２にトルクＴが加わると、中間軸部３の外周面には、軸方向に対して＋４５ ゜傾斜した方向と、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向とに、＋－の符号が互いに異なる応力σが作用する。そして、逆磁歪効果により、引張応力（＋σ）が作用する方向での透磁率が増加し、圧縮応力（－σ）が作用する方向での透磁率が減少する。

【0024】

本発明を実施する場合には、中間軸部３の外周面のうち、その周囲にトルク測定装置１の検出コイル５～８が配置される部分に、ショットピーニング処理を施すことによって圧縮加工硬化層を形成し、該部分の機械的特性および磁気的特性を改善することもできる。このようにすれば、トルク測定装置１によるトルク測定の感度およびヒステリシスを改善することができる。

【0025】

本発明を実施する場合には、中間軸部３を磁歪効果部として機能させる代わりに、中間軸部３の外周面に、磁歪効果部として機能する磁歪材を固定することもできる。具体的には、円環状に構成された磁歪材を中間軸部３に外嵌固定したり、めっきなどの被膜により構成された磁歪材やフィルム状の磁歪材を中間軸部３の外周面に固定したりすることができる。

【0026】

本例のトルク測定装置１は、図２に示すようなブリッジ回路４を備える。ブリッジ回路４の４辺には、中間軸部３の周囲に配置される４つの検出コイルである、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８が配置されている。すなわち、ブリッジ回路４は、２つの端点であるＡ点、Ｃ点、および、２つの中点であるＢ点、Ｄ点を有する。第１検出コイル５は、Ｄ点、Ａ点間の辺に配置されている。第２検出コイル６は、Ａ点、Ｂ点間の辺に配置されている。第３検出コイル７は、Ｂ点、Ｃ点間の辺に配置されている。第４検出コイル８は、Ｃ点、Ｄ点間の辺に配置されている。

【0027】

ブリッジ回路４において、４辺を構成する２組の対辺のうちの一方の組の対辺、すなわち、Ｄ点、Ａ点間の辺およびＢ点、Ｃ点間の辺に配置された第１検出コイル５および第３検出コイル７は、中間軸部３の外周面における、軸方向に対して＋４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルであり、換言すれば、該方向の透磁率が変化することに伴って自身のインダクタンスＬ１、Ｌ３を変化させる検出コイルである。本例における第１検出コイル５および第３検出コイル７の具体的な構成については、後述する。前記２組の対辺のうちの他方の組の対辺、すなわち、Ａ点、Ｂ点間の辺およびＣ点、Ｄ点間の辺に配置された第２検出コイル６および第４検出コイル８は、中間軸部３の外周面における、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するための検出コイルであり、換言すれば、該方向の透磁率が変化することに伴って自身のインダクタンスＬ２、Ｌ４を変化させる検出コイルである。本例における第２検出コイル６および第４検出コイル８の具体的な構成については、後述する。

【0028】

ブリッジ回路４は、４辺のうちの少なくとも１辺に接続された、該辺の抵抗値を調整するための抵抗素子を有する。本例では、ブリッジ回路４の４辺のそれぞれに、該抵抗素子が接続されている。すなわち、本例では、ブリッジ回路４は、４辺のそれぞれに接続された、該辺の抵抗値を調整するための４つの抵抗素子である、第１抵抗素子９、第２抵抗素子１０、第３抵抗素子１１、および第４抵抗素子１２を有する。具体的には、本例では、第１抵抗素子９は、Ｄ点、Ａ点間の辺に第１検出コイル５と直列に接続されている。第２抵抗素子１０は、Ａ点、Ｂ点間の辺に第２検出コイル６と直列に接続されている。第３抵抗素子１１は、Ｂ点、Ｃ点間の辺に第３検出コイル７と直列に接続されている。第４抵抗素子１２は、Ｃ点、Ｄ点間の辺に第４検出コイル８と直列に接続されている。ただし、本発明を実施する場合、ブリッジ回路のそれぞれの辺において、抵抗素子を検出コイルと並列に接続することもできる。

【0029】

ブリッジ回路４において、４辺のそれぞれの抵抗値は、該辺に接続された抵抗素子の抵抗値を変えることによって、調整することができる。具体的には、Ｄ点、Ａ点間の抵抗値Ｒ１は、第１抵抗素子９の抵抗値を変えることによって調整することができる。Ａ点、Ｂ点間の抵抗値Ｒ２は、第２抵抗素子１０の抵抗値を変えることによって調整することができる。Ｂ点、Ｃ点間の抵抗値Ｒ３は、第３抵抗素子１１の抵抗値を変えることによって調整することができる。Ｃ点、Ｄ点間の抵抗値Ｒ４は、第４抵抗素子１２の抵抗値を変えることによって調整することができる。本例における第１抵抗素子９、第２抵抗素子１０、第３抵抗素子１１、および第４抵抗素子１２の具体的な構成については、後述する。

【0030】

本例では、ブリッジ回路４において、４辺のうちの１組の対辺を構成する２つの対辺、すなわち、Ｄ点、Ａ点間の辺およびＢ点、Ｃ点間の辺のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ３の積Ｒ１×Ｒ３と、４辺のうちのもう１組の対辺を構成する２つの対辺、すなわちＡ点、Ｂ点間の辺およびＣ点、Ｄ点間の辺のそれぞれの抵抗値Ｒ２、Ｒ４の積Ｒ２×Ｒ４との比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が、４辺のそれぞれに抵抗素子９～１２が接続されていない場合に比べて１に近づくように、４辺のそれぞれに接続された抵抗素子９～１２の抵抗値が調整されている。

【0031】

このために、本例では、ブリッジ回路４の４辺に抵抗素子９～１２を接続する前に、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８のそれぞれの抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の抵抗値をテスタで測定しておく。そして、このように測定した抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の抵抗値と抵抗素子９～１２の抵抗値とを合わせて、比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が１に近づくように、抵抗素子９～１２の抵抗値を調整する。このために、たとえば、４辺の検出コイル５～８のうち、テスタで測定した抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の抵抗値が大きいものほど、該検出コイルに接続される抵抗素子の抵抗値が小さくなるように、かつ、比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が１に近づくように、抵抗素子９～１２の抵抗値を調整する。あるいは、抵抗素子９～１２のうちの２つまたは３つの抵抗素子の抵抗値を同じ大きさとし、かつ、残りの抵抗素子の抵抗値を、比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が１に近づくように調整する。なお、抵抗素子９～１２の抵抗値は、それ以外の方法で調整してもよい。そして、これらのような抵抗値の調整を行ってから、抵抗素子９～１２をブリッジ回路４の４辺に接続する。

【0032】

ブリッジ回路４は、２つの端点であるＡ点、Ｃ点間に交流電圧である入力電圧Ｖｉを印加する不図示の発振器と、２つの中点であるＢ点、Ｄ点間の電圧である出力電圧Ｖоを検出する不図示の電圧測定部とを有する。ブリッジ回路４において、発振器により２つの端点であるＡ点、Ｃ点間に入力電圧Ｖｉを印加すると、２つの中点であるＢ点、Ｄ点間の電圧として、回転軸２に加わるトルクＴの方向および大きさに応じた出力電圧Ｖоが得られる。したがって、この出力電圧Ｖоを電圧測定部により測定すれば、測定した出力電圧Ｖоに基づいて、トルクＴの方向および大きさを求めることができる。

【0033】

図１に示される本例のトルク測定装置１は、全体を円環状に構成されており、中間軸部３の周囲に同軸に配置された状態で、前記ケースに支持固定されている。本例のトルク測定装置１は、コイルユニット１３と、バックヨーク１４と、ホルダ１５とを備える。

【0034】

本例では、ブリッジ回路４を構成する第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８、並びに、第１抵抗素子９、第２抵抗素子１０、第３抵抗素子１１、および第４抵抗素子１２は、コイルユニット１３に備えられている。本例では、コイルユニット１３は、ベースフィルムおよび該ベースフィルムに保持されたプリント配線（導体）を備える、フレキシブル基板（ＦＰＣ）により、全体を円筒状に構成されており、回転軸２の中間軸部３の周囲に同軸に配置されている。

【0035】

具体的には、本例では、コイルユニット１３は、図３に示すような帯板状のフレキシブル基板１６を円筒状に丸め、かつ、該フレキシブル基板１６の長さ方向の両端部をたとえば接着して接合することにより構成されている。フレキシブル基板１６は、板厚方向に積層された４つの配線層を有し、これらの配線層に、それぞれがプリント配線により構成された、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８が配置されている。これらの検出コイル５～８は、帯板状のフレキシブル基板１６を円筒状に丸めた状態、すなわち、円筒状のコイルユニット１３を構成した状態で、径方向内側から、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第４検出コイル８、および第３検出コイル７の順番で配置されている。

【0036】

図４は、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８を、コイルユニット１３の径方向外側から見た展開図を示している。図５（ａ）～図５（ｄ）は、これらの検出コイル５～８を、それぞれ単体の状態でコイルユニット１３の径方向外側から見た展開図を示している。

【0037】

第１検出コイル５は、図５（ａ）に示すように、円周方向に関して等ピッチに並べて配置された複数個のコイル片１７を備える。これらのコイル片１７は、径方向から見て平行四辺形の形状を有しており、かつ、中間軸部３の軸方向に対して－４５゜傾斜した配線を含んで構成されている。円周方向に隣り合うコイル片１７は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。円周方向に隣り合うコイル片１７は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。すなわち、図５（ａ）において、コイル片１７は、模式的に示されており、全周がつながっているように図示されているが、実際には、コイル片１７の周方向の一部に、不連続部が存在する。コイル片１７は、この不連続部を挟んで離隔した２つの端部を有する。円周方向に隣り合うコイル片１７は、互いの１つの端部同士を不図示のプリント配線などの導体により接続することで、直列に接続されている。これらの点については、以下の第２検出コイル６～第４検出コイル８でも同様である。

【0038】

第２検出コイル６は、図５（ｂ）に示すように、円周方向に関して等ピッチに並べて配置された複数個のコイル片１８を備える。これらのコイル片１８は、径方向から見て平行四辺形の形状を有しており、かつ、中間軸部３の軸方向に対して＋４５゜傾斜した配線を含んで構成されている。円周方向に隣り合うコイル片１８は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。

【0039】

第３検出コイル７は、図５（ｄ）に示すように、円周方向に関して等ピッチに並べて配置された複数個のコイル片１９を備える。これらのコイル片１９は、径方向から見て平行四辺形の形状を有しており、かつ、中間軸部３の軸方向に対して－４５゜傾斜した配線を含んで構成されている。円周方向に隣り合うコイル片１９は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。

【0040】

第４検出コイル８は、図５（ｃ）に示すように、円周方向に関して等ピッチに並べて配置された複数個のコイル片２０を備える。これらのコイル片２０は、径方向から見て平行四辺形の形状を有しており、かつ、中間軸部３の軸方向に対して＋４５゜傾斜した配線を含んで構成されている。円周方向に隣り合うコイル片２０は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。

【0041】

ただし、本発明を実施する場合、第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、および第４検出コイルの具体的な形状および配置に関する構成は、本例の構成に限らず、従来から知られている各種の構成を採用することができる。

【0042】

本例では、第１抵抗素子９、第２抵抗素子１０、第３抵抗素子１１、および第４抵抗素子１２は、図３に示すように、フレキシブル基板１６の一部（図示の左右方向中央部における上側部）に、はんだ付け、溶接などにより取り付けられている。すなわち、本例では、コイルユニット１３を構成するフレキシブル基板１６は、ブリッジ回路４の４辺に接続する第１抵抗素子９、第２抵抗素子１０、第３抵抗素子１１、および第４抵抗素子１２を取り付けることが可能な構成を有する。

【0043】

本例では、これらの抵抗素子９～１２として、それぞれ図６に示すような抵抗素子ＲＥ１を用いる。抵抗素子ＲＥ１は、両側の端点Ｘ１、Ｘ２を結ぶ銅線の経路長を変えることにより、自身の抵抗値である、両側の端点Ｘ１、Ｘ２間の抵抗値を調整可能な構成を有する。すなわち、抵抗素子ＲＥ１は、両側の端点Ｘ１、Ｘ２間に、端子Ｓ１、および、端子Ｓ１に対してはんだ付けや溶接などで接続することが可能な複数の相手側端子（図示の例では、３つの端子Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を有する。抵抗素子ＲＥ１は、端子Ｓ１に対していずれの相手側端子（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を接続するかによって、両側の端点Ｘ１、Ｘ２を結ぶ銅線の経路長を変えることができ、このように該経路長を変えることによって、自身の抵抗値を調整することができる。

【0044】

ただし、本発明を実施する場合、抵抗素子９～１２として、それぞれ図７に示すような抵抗素子ＲＥ２を代替的に用いることもできる。抵抗素子ＲＥ２は、両側の端点Ｘ１、Ｘ２を結ぶ銅線の途中に、互いに並列接続された複数の並列銅線Ｗを有する。抵抗素子ＲＥ２は、複数の並列銅線Ｗのうちの一部の並列銅線Ｗ、たとえば図７において鎖線で囲んだ部分を切断することにより、自身の抵抗値である、両側の端点Ｘ１、Ｘ２間の抵抗値を変えることができる。より具体的には、抵抗素子ＲＥ２は、切断する並列銅線Ｗの数を変えること、換言すれば、切断されていない並列銅線Ｗの数を変えることで、自身の抵抗値を調整可能な構成を有する。

【0045】

なお、本発明を実施する場合、抵抗素子９～１２として、抵抗素子ＲＥ１（図６）、ＲＥ２（図７）と異なる構成を有する、抵抗値を調整可能な抵抗素子を代替的に用いることもできる。

【0046】

いずれにしても、本例では、ブリッジ回路４を構成する抵抗素子９～１２の抵抗値は、トルク測定装置１の製造時、具体的には、これらの抵抗素子９～１２がフレキシブル基板１６に取り付けられる前に調整される。また、フレキシブル基板１６に対する抵抗素子９～１２の取り付けは、たとえば図３に示すように、フレキシブル基板１６が円筒状に丸められる前の状態で行われる。

【0047】

なお、本発明を実施する場合、抵抗素子９～１２として、抵抗値を調整することが不能な抵抗素子を代替的に用いることもできる。この場合には、抵抗値が異なる複数の抵抗素子を用意しておく。そして、抵抗素子９～１２として、それぞれ必要となる抵抗値を有する抵抗素子を選択し、該選択した抵抗素子を、フレキシブル基板１６に取り付ける。

【0048】

バックヨーク１４は、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８により発生する磁束の磁路となる部材である。バックヨーク１４は、軟鋼などの磁性材により、全体を円筒状に構成されている。バックヨーク１４は、コイルユニット１３の周囲に同軸に配置されている。本例では、この状態で、コイルユニット１３とバックヨーク１４との間には、軸方向にわたって、径方向のクリアランスが設けられている。すなわち、コイルユニット１３の外周面とバックヨーク１４の内周面とが、径方向に離隔している。

【0049】

ホルダ１５は、コイルユニット１３およびバックヨーク１４を保持する部材であり、合成樹脂などの金属以外の非磁性材により全体を円環状に構成されている。本例では、ホルダ１５は、円筒状のホルダ円筒部２１と、ホルダ円筒部２１の軸方向一方側（図１における左側）の端部から全周にわたり径方向外側に向けて伸長する第１外向フランジ２２と、ホルダ円筒部２１の軸方向他方側（図１における右側）の端部から全周にわたり径方向外側に向けて伸長する第２外向フランジ２３とを有する。第１外向フランジ２２の外径は、第２外向フランジ２３の外径よりも大きい。ホルダ１５は、中間軸部３の周囲に同軸に配置された状態で、前記ケースに支持固定されている。

【0050】

本例では、コイルユニット１３は、ホルダ円筒部２１の軸方向中間部、すなわち、ホルダ円筒部２１のうちで軸方向に関して第１外向フランジ２２と第２外向フランジ２３との間に位置する部分に外嵌されている。バックヨーク１４の軸方向一方側の端面は、第１外向フランジ２２の軸方向他方側の側面の径方向中間部に当接しており、バックヨーク１４の軸方向他方側の端部の内周面は、第２外向フランジ２３の外周面に、締り嵌めなどにより外嵌されている。

【0051】

なお、本発明を実施する場合、ブリッジ回路４を構成する第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８を備えたコイルユニット、コイルユニットの周囲に配置されるバックヨーク、コイルユニットおよびバックヨークを保持するホルダなどに関しては、本例と異なる構成を採用することもできる。また、ブリッジ回路４を構成する第１抵抗素子９、第２抵抗素子１０、第３抵抗素子１１、および第４抵抗素子１２は、コイルユニットと異なる部材に取り付けることもできる。

【0052】

本例のトルク測定装置１の使用時には、ブリッジ回路４において、発振器により２つの端点であるＡ点、Ｃ点間に入力電圧Ｖｉを印加し、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８に交流電流を流す。すると、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８には、図５（ａ）～図５（ｄ）に矢印α１、α２、α３、α４で示すように、円周方向に隣り合うコイル片１７、１８、１９、２０同士で互いに逆向きの電流が流れる。言い換えれば、このような向きの電流が流れるように、円周方向に隣り合うコイル片１７、１８、１９、２０同士が接続されている。この結果、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８の周囲に交流磁界が発生し、この交流磁界の磁束の一部が、中間軸部３の表層部を通過する。

【0053】

この状態で、中間軸部３に、図１に矢印ＣＷで示す方向のトルクＴが加わると、回転軸２には、軸方向に対して＋４５゜方向の引張応力（＋σ）と、軸方向に対して－４５゜方向の圧縮応力（－σ）とが作用する。そして、逆磁歪効果により、引張応力（＋σ）が作用する方向である＋４５゜方向では、中間軸部３の透磁率が増加し、圧縮応力（－σ）が作用する方向である－４５゜方向では、中間軸部３の透磁率が減少する。

【0054】

一方、第１検出コイル５および第３検出コイル７は、中間軸部３の軸方向に対して－４５゜傾斜した配線を含んで構成されており、該配線の周囲に発生する交流磁界の磁束の一部は、中間軸部３の表層部を、透磁率が増加した方向である＋４５゜方向に通過する。このため、第１検出コイル５および第３検出コイル７のインダクタンスＬ１、Ｌ３は、それぞれ増大する。また、第２検出コイル６および第４検出コイル８は、中間軸部３の軸方向に対して＋４５゜傾斜した配線を含んで構成されており、該配線の周囲に発生する交流磁界の磁束の一部は、中間軸部３の表層部を、透磁率が減少した方向である－４５゜方向に通過する。このため、第２検出コイル６および第４検出コイル８のインダクタンスＬ２、Ｌ４は、それぞれ減少する。

【0055】

これに対し、中間軸部３に、図１に矢印ＣＣＷで示す方向のトルクＴが加わると、上述した場合とは逆の作用により、第１検出コイル５および第３検出コイル７のインダクタンスＬ１、Ｌ３が減少し、第２検出コイル６および第４検出コイル８のインダクタンスＬ２、Ｌ４が増大する。

【0056】

いずれにしても、ブリッジ回路４では、２つの中点であるＢ点、Ｄ点間の電圧として、回転軸２に加わるトルクＴの方向および大きさに応じた出力電圧Ｖоが得られる。したがって、この出力電圧Ｖоを電圧測定部により測定すれば、測定した出力電圧Ｖоに基づいて、トルクＴの方向および大きさを求めることができる。

【0057】

本例のトルク測定装置１によれば、温度変化に対するブリッジ回路４の出力電圧Ｖоの変化を抑えることが可能となる。

【0058】

すなわち、ブリッジ回路４の４辺の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、温度変化に伴い増減するが、その増減に伴って出力電圧Ｖоも増減する。そして、この際の温度変化に対する出力電圧Ｖоの変化量は、４辺の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のばらつきが大きいほど、大きくなる。ここで、比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）を考えた場合、該比が１に近いほど、温度変化に対する出力電圧Ｖоの変化量が小さくなる。

【0059】

この点に関して、本例では、比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が、４辺に抵抗素子９～１２が接続されていない場合に比べて１に近づくように、４辺のそれぞれに接続された抵抗素子９～１２の抵抗値が調整されている。このため、温度変化に対するブリッジ回路４の出力電圧Ｖоの変化を抑えることが可能となる。

【0060】

［第２例］
本発明の実施の形態の第２例について、図８を用いて説明する。

【0061】

本例では、ブリッジ回路４ａは、４辺のうちのいずれか１つの辺にのみ、抵抗素子２４が接続されている。なお、図８では、第１検出コイル５が存在する辺に抵抗素子２４が接続されているが、あくまでも例示である。本例では、ブリッジ回路４ａにおいて、比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が、抵抗素子２４が接続されていない場合に比べて１に近づくように、抵抗素子２４の抵抗値が調整されている。

【0062】

このために、本例では、ブリッジ回路４ａの４辺のうちのいずれか１つの辺に抵抗素子２４を接続する前に、第１検出コイル５、第２検出コイル６、第３検出コイル７、および第４検出コイル８のそれぞれの抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の抵抗値をテスタで測定しておく。そして、このように測定した抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の抵抗値と抵抗素子２４の抵抗値とを合わせて、比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が１に近づくように、抵抗素子２４の抵抗値を調整する。このために、本例では、４辺の検出コイル５～８のうち、テスタで測定した抵抗成分ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の抵抗値が最も小さい検出コイルが存在する辺に、抵抗素子２４を接続する。たとえば、テスタで測定した抵抗成分の抵抗値が最も小さい検出コイルが第１検出コイル５である場合には、図８に示すように、第１検出コイル５が存在する辺に、抵抗素子２４を接続する。この際に、抵抗素子２４の抵抗値は、該抵抗素子２４をブリッジ回路４ａの辺に接続する前に、比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）が１に近づくように調整しておく。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。

【0063】

本発明を実施する場合には、ブリッジ回路の４辺のうちのいずれか２つまたは３つの辺にのみ、該辺の抵抗値を調整するための抵抗素子を接続する構成を採用することもできる。これらの場合も、該２つまたは３つの辺のそれぞれの抵抗素子の抵抗値を調整することで、これらの抵抗素子が接続されていない場合に比べて比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）を１に近づけることができる。

【符号の説明】

【0064】

１ トルク測定装置
２ 回転軸
３ 中間軸部
４、４ａ ブリッジ回路
５ 第１検出コイル
６ 第２検出コイル
７ 第３検出コイル
８ 第４検出コイル
９ 第１抵抗素子
１０ 第２抵抗素子
１１ 第３抵抗素子
１２ 第４抵抗素子
１３ コイルユニット
１４ バックヨーク
１５ ホルダ
１６ フレキシブル基板
１７ コイル片
１８ コイル片
１９ コイル片
２０ コイル片
２１ ホルダ円筒部
２２ 第１外向フランジ
２３ 第２外向フランジ
２４ 抵抗素子
１００ ブリッジ回路
１０１ 回転軸
１０２ 磁歪効果部
１０３ 第１検出コイル
１０４ 第２検出コイル
１０５ 第３検出コイル
１０６ 第４検出コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】