特開 2023-127316 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】P2023127316

(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 301Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031029

(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】福井 久芳

(72)【発明者】

【氏名】大寺 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】金 一銘

(72)【発明者】

【氏名】中村 晃之

(72)【発明者】

【氏名】鬼本 隆

(72)【発明者】

【氏名】藤森 亮利

(57)【要約】

【課題】軽量に構成することができ、かつ、バックヨークの内周面とコイルユニットの外周面との間にクリアランスを設けることができ、かつ、使用箇所に組み付ける際にコイルユニットが損傷しにくいトルク測定装置を提供する。
【解決手段】トルク測定装置１は、検出コイルを有するフレキシブル基板により円筒状に構成されたコイルユニット６と、ゴムまたは合成樹脂により構成され、コイルユニット６の外周面を覆い、かつ、コイルユニット６よりも軸方向両側に張り出した部分を備えるホルダ７と、磁性紛を混入した非金属材料により構成され、コイルユニット６の周囲において、ホルダ７の外周面に存在するバックヨーク８とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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回転軸のうち、前記磁歪効果部の透磁率の変化に対応して電圧を変化させる検出コイルを有するフレキシブル基板により円筒状に構成されたコイルユニットと、
ゴムまたは合成樹脂により構成され、前記コイルユニットの外周面を覆い、かつ、前記コイルユニットよりも軸方向両側に張り出した部分を備えるホルダと、
磁性紛を混入した非金属材料により構成され、かつ、前記コイルユニットの周囲において、前記ホルダの外周面に存在するバックヨークと、を備える、
トルク測定装置。

【請求項2】

前記非金属材料が接着剤である、請求項１に記載のトルク測定装置。

【請求項3】

前記非金属材料が合成樹脂である、請求項１に記載のトルク測定装置。

【請求項4】

前記非金属材料がゴムである、請求項１に記載のトルク測定装置。

【請求項5】

前記ホルダは、前記コイルユニットの軸方向両側の側面を覆う部分を備える、請求項１～４のいずれかに記載のトルク測定装置。

【請求項6】

前記コイルユニットの全体が前記ホルダに包埋されている、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、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方法として、磁歪式のトルク測定方法が知られている。磁歪式のトルク測定方法では、回転軸の軸方向一部分に備えられた磁歪効果部の近傍に、磁歪効果部の透磁率の変化を検出するためのセンサを配置する。回転軸にトルクが加わり、磁歪効果部に弾性的な捩れ変形が生じると、逆磁歪効果に基づいて磁歪効果部の透磁率が変化する。これにより、センサの出力信号が、磁歪効果部の透磁率の変化に対応して変化するため、回転軸が伝達しているトルクを測定することができる。

【0004】

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）には、磁歪式のトルク測定装置の具体的な構造が記載されている。これらの公報に記載されたトルク測定装置は、コイルユニットと、磁性金属製のバックヨークとを備える。コイルユニットは、円筒状に構成され、回転軸の磁歪効果部の周囲に配置される。コイルユニットは、磁歪効果部の透磁率の変化に対応して電圧を変化させる検出コイルを有する。バックヨークは、検出コイルにより発生する磁界の磁路となる部材であって、磁性材により円筒状に構成され、かつ、コイルユニットの周囲に配置されている。このような構成を有するトルク測定装置によれば、検出コイルの電圧に基づいて、回転軸が伝達しているトルクを測定することができる。また、コイルユニットの周囲にバックヨークが配置されているため、外部への磁束の漏れが抑制され、外乱の影響を受けにくくなり、トルクの測定精度を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

近年、磁歪式のトルク測定装置の薄肉化を図るために、円筒状のコイルユニットを、検出コイルを有するフレキシブル基板により円筒状に構成することが考えられている。このようなトルク測定装置においても、コイルユニットの周囲にバックヨークを配置することが、トルクの測定精度を向上させる面から有効となる。

【0007】

しかしながら、従来構造のように、バックヨークの全体を磁性金属により構成すると、トルク測定装置の重量が嵩む。また、バックヨークをコイルユニットに直接外嵌する、換言すれば、バックヨークの内周面とコイルユニットの外周面との間にクリアランスが設けられていないと、温度変化によりコイルユニットの外周面とバックヨークの内周面との間に隙間が生じることによって、検出コイルとバックヨークとの距離が変化し、その影響が、出力電圧の非線形的な変化（あるいは出力電圧の急激な変化）として現れやすくなる。

【0008】

さらに、コイルユニットの軸方向両側の端部が保護されていないと、トルクセンサを使用箇所に組み付ける際に、該端部が周囲の物体にぶつかることによって、トルクセンサが損傷する可能性がある。

【0009】

本発明は、軽量に構成することができ、かつ、バックヨークの内周面とコイルユニットの外周面との間にクリアランスを設けることができ、かつ、使用箇所に組み付ける際にコイルユニットが損傷しにくい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】

【0010】

本発明の一態様のトルク測定装置は、コイルユニットと、ホルダと、バックヨークとを備える。

【0011】

前記コイルユニットは、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回転軸のうち、前記磁歪効果部の透磁率の変化に対応して電圧を変化させる検出コイルを有するフレキシブル基板により円筒状に構成されている。

【0012】

前記ホルダは、ゴムまたは合成樹脂により構成され、前記コイルユニットの外周面を覆い、かつ、前記コイルユニットよりも軸方向両側に張り出した部分を備える。

【0013】

前記バックヨークは、磁性紛を混入した非金属材料により構成され、かつ、前記コイルユニットの周囲において、前記ホルダの外周面に存在する。

【0014】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記非金属材料が接着剤である。

【0015】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記非金属材料が合成樹脂である。

【0016】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記非金属材料がゴムである。

【0017】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記ホルダは、前記コイルユニットの軸方向両側の側面を覆う部分を備える。

【0018】

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記コイルユニットの全体が前記ホルダに包埋されている。

【発明の効果】

【0019】

本発明の一態様のトルク測定装置によれば、軽量に構成することができ、かつ、バックヨークの内周面とコイルユニットの外周面との間にクリアランスを設けることができ、かつ、使用箇所に組み付ける際にコイルユニットが損傷しにくい。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【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（ａ）は、第１例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り、図２（ｂ）は、該フレキシブル基板を図２（ａ）の下方から見た図である。

【図3】図３は、第１例のコイルユニットの検出コイルを径方向外側から見た展開図である。

【図4】図４（ａ）～図４（ｄ）は、第１例のコイルユニットの検出コイルを構成する第１分割コイル、第２分割コイル、第３分割コイル、および第４分割コイルを、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5】図５は、第１例の電子回路を示す図である。

【図6】図６は、第１例のトルク測定装置に関して、コイルユニットとバックヨークとの間のクリアランスＣと、電子回路の出力電圧Ｖとの関係を概念的に示す線図である。

【図7】図７は、本発明の実施の形態の第２例のトルク測定装置の断面図である。

【図8】図８は、本発明の実施の形態の第３例のトルク測定装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

［第１例］
本発明の実施の形態の第１例について、図１～図６を用いて説明する。

【0022】

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。

【0023】

本例では、回転軸２は、自動車のパワートレインを構成する機械装置のトルク伝達軸であり、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。回転軸２は、前記機械装置のケース３の不図示の部分に対し、不図示の転がり軸受により回転自在に支持されている。

【0024】

回転軸２は、ケース３を構成する円筒状の筒状部４の内側に、筒状部４と同軸に配置された中間軸部５を有する。中間軸部５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５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。

【0025】

回転軸２にトルクが加わり、中間軸部５に捩れ変形が生じると、中間軸部５にトルクに応じた応力、すなわち、軸方向に対して＋４５ ゜方向の引っ張り応力、および、軸方向に対して－４５゜方向の圧縮応力が作用する。これに伴い、逆磁歪効果によって、中間軸部５の各方向の透磁率が変化する。

【0026】

本発明を実施する場合には、中間軸部５の外周面のうち、トルク測定装置１を対向させる部分に、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。

【0027】

本発明を実施する場合には、中間軸部５を磁歪効果部として機能させる代わりに、中間軸部５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５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５の外周面に固定したりすることができる。

【0028】

本例では、トルク測定装置１は、全体を円筒状に構成されており、回転軸２の中間軸部５の周囲に配置され、かつ、ケース３の筒状部４に内嵌支持されている。トルク測定装置１は、コイルユニット６と、ホルダ７と、バックヨーク８とを備える。本例では、ケース３の筒状部４は、トルク測定装置１を支持する強度を有していれば、その材質は特に限定されず、磁性材製であってもよいし、非磁性材製であってもよい。

【0029】

コイルユニット６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）１０により構成されている。該フレキシブル基板１０は、中間軸部５の透磁率の変化に対応して電圧を変化させる検出コイル９を有する。

【0030】

具体的には、本例では、コイルユニット６は、図２に示すような帯板状のフレキシブル基板１０を円筒状に丸め、かつ、該フレキシブル基板１０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。本例では、検出コイル９は、フレキシブル基板１０に備えられた第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４からなる（図３および図４参照）。すなわち、フレキシブル基板１０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分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４が配置されている。これらの分割コイルは、帯板状のフレキシブル基板１０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６を構成した状態で、径方向内側から、第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４の順番で配置されている。

【0031】

図３は、検出コイル９を、コイルユニット６の径方向外側から見た展開図を示している。図４（ａ）～図４（ｄ）は、検出コイル９を構成する第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４のそれぞれを、コイルユニット６の径方向外側から見た展開図を示している。

【0032】

第１分割コイル１１は、図４（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１５を備える。これらのコイル片１５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５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１５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４（ａ）において、コイル片１５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１５の周方向の一部に、不連続部が存在する。コイル片１５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１５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分割コイル１２～第４分割コイル１４でも同様である。

【0033】

第２分割コイル１２は、図４（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１６を備える。これらのコイル片１６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５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１６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。

【0034】

第３分割コイル１３は、図４（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５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。

【0035】

第４分割コイル１４は、図４（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５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。

【0036】

本発明を実施する場合、検出コイルを構成する第１分割コイル、第２分割コイル、第３分割コイル、および第４分割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。

【0037】

ホルダ７は、ゴムまたは合成樹脂により構成され、コイルユニット６の外周面を覆い、かつ、コイルユニット６よりも軸方向両側に張り出した部分を備える。本例では、ホルダ７は、コイルユニット６の軸方向両側の側面および内周面も覆っている。すなわち、本例では、ホルダ７は、全体を円筒状に構成されており、自身と同軸に配置されたコイルユニット６の全体を包埋することで、コイルユニット６の外周面、軸方向両側の側面、および内周面を覆っている。ホルダ７を構成するゴムまたは合成樹脂には、磁性紛などの磁性材は混入されていない。なお、本発明を実施する場合には、ホルダとして、ホルダ７のうち、コイルユニット６の軸方向両側の側面を覆う部分を省略した構造を採用することもできる。すなわち、ホルダとして、ホルダ７のうち、コイルユニット６の外周面よりも径方向外側に位置する部分と、ホルダ７のうち、コイルユニット６の内周面よりも径方向内側に位置する部分とに分離した構成を採用することもできる。

【0038】

バックヨーク８は、検出コイル９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８は、フェライトなどの磁性紛を混入した非金属材料により構成され、コイルユニット６の周囲において、ホルダ７の外周面に存在する。特に、本例では、バックヨーク８は、ホルダ７の外周面の全体に均一な厚さで存在する。本例では、バックヨーク８を構成する非金属材料は、接着剤である。

【0039】

本例では、バックヨーク８を造る際には、フェライトなどの磁性紛を混入した接着剤を、ホルダ７の外周面に、均一な厚さで塗布する。その後、該接着剤を乾燥させて固化させることで、バックヨーク８を構成すると同時に、該バックヨーク８をホルダ７の外周面に固定する。

【0040】

本発明を実施する場合、バックヨークの厚さ、軸方向範囲、周方向範囲などは、バックヨークとして機能する範囲、すなわち外部への磁束の漏れを抑制できる範囲で、任意に設定することができる。バックヨークは、本例のように、全周に連続して存在することが好ましいが、外部への磁束漏れを許容できる範囲で、円周方向の少なくとも１箇所に不連続部を有していてもよい。

【0041】

本例では、ホルダ７のうち、コイルユニット６の外周面とバックヨーク８の内周面との間に挟まれた部分がスペーサとして機能し、該スペーサにより、コイルユニット６の外周面とバックヨーク８の内周面との間に、軸方向にわたって、径方向のクリアランスＣが構成されている。すなわち、コイルユニット６の外周面とバックヨーク８の内周面とが、クリアランスＣの分だけ、径方向に離隔している。径方向のクリアランスＣについては、さらに後述する。

【0042】

本例のトルク測定装置１は、図５に示すような電子回路１９をさらに備える。電子回路１９は、検出コイル９（図３参照）を構成する第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４を含み、かつ、検出コイル９の電圧に応じた出力電圧を発生させる。

【0043】

本例では、電子回路１９は、第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４を４辺に配置したブリッジ回路により構成されている。電子回路１９は、第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４のほか、Ａ点とＢ点との間に交流電圧を印加するための発振器２０と、Ｃ点とＤ点との間の電位差である中点電圧（差動電圧）を検出および増幅するためのロックイン増幅器２１とを含んで構成されている。電子回路１９を構成する各部品のうち、検出コイル９以外の部品は、たとえば、フレキシブル基板１０に固定したり、図示しない別の基板に固定したりすることができる。

【0044】

本例のトルク測定装置１の使用時には、発振器２０により、電子回路１９のＡ点とＢ点との間に交流電圧を印加し、第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４に交流電流を流す。すると、第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４には、図４（ａ）～図４（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１５、１６、１７、１８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１５、１６、１７、１８同士が接続されている。この結果、第１分割コイル１１、第２分割コイル１２、第３分割コイル１３、および第４分割コイル１４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５の表層部を通過する。

【0045】

この状態で、中間軸部５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゜方向の引っ張り応力（＋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、引っ張り応力（＋σ）が作用する方向である＋４５゜方向では、中間軸部５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５の透磁率が減少する。

【0046】

一方、第１分割コイル１１および第４分割コイル１４は、中間軸部５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５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１分割コイル１１および第４分割コイル１４のインダクタンスは、それぞれ減少する。また、第２分割コイル１２および第３分割コイル１３は、中間軸部５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５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３分割コイル１３および第４分割コイル１４のインダクタンスは、それぞれ増大する。

【0047】

これに対し、中間軸部５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分割コイル１１および第４分割コイル１４のインダクタンスが増大し、第２分割コイル１２および第３分割コイル１３のインダクタンスが減少する。

【0048】

いずれにしても、電子回路１９では、Ｃ点とＤ点との間の電位差である中点電圧をロックイン増幅器２１により検出および増幅することによって、回転軸２に負荷されるトルクＴの方向および大きさに応じた出力電圧Ｖが得られるようになっている。したがって、この出力電圧Ｖを利用して、回転軸２により伝達しているトルクを測定することができる。

【0049】

本例のトルク測定装置１では、使用時の温度変化により、トルク測定装置１を構成する各部品に膨張または収縮が生じる。これに伴い、コイルユニット６の外周面と、バックヨーク８の内周面との間に存在する径方向のクリアランスＣが変化し、これに伴って、電子回路１９の出力電圧Ｖが変化する。

【0050】

図６は、本例のトルク測定装置１に関して、径方向のクリアランスＣと電子回路１９の出力電圧Ｖとの関係を概念的に示す線図である。なお、図６に示した線図は、横軸の数値を含めて、例示である。図６に示す線図は、シミュレーションによる解析、または、実験に基づいて取得することができる。この線図に示されるように、径方向のクリアランスＣの範囲には、径方向のクリアランスＣの変化と電子回路１９の出力電圧Ｖの変化との間に線形性が示される範囲Ｘ１が存在し、該範囲Ｘ１の両側には、径方向のクリアランスＣの変化と電子回路１９の出力電圧Ｖの変化との間に非線形性が示される範囲Ｘ２、Ｘ３が存在する。

【0051】

すなわち、径方向のクリアランスＣが所定値よりも小さい範囲Ｘ２、または、径方向のクリアランスＣが所定値よりも大きい範囲Ｘ３では、使用時の温度変化に伴う径方向のクリアランスＣの変化に対して、電子回路１９の出力電圧Ｖの変化が、非線形的、すなわち非直線的な変化になる。これに対して、径方向のクリアランスＣが、範囲Ｘ２と範囲Ｘ３との間に挟まれた中間の範囲Ｘ１では、使用時の温度変化に伴う径方向のクリアランスＣの変化に対して、電子回路１９の出力電圧Ｖの変化が、線形的、すなわち直線的な変化になる。

【0052】

そこで、本例のトルク測定装置１では、使用時の温度変化に伴う径方向のクリアランスＣの変化範囲△Ｘが、径方向のクリアランスＣの変化に対して電子回路１９の出力電圧Ｖの変化が線形的な変化となる範囲Ｘ１に収まるように規制されている。具体的には、変化範囲△Ｘが、範囲Ｘ１（図示の例では、０．２ｍｍ～０．８ｍｍ）内に収まるように、常温での径方向のクリアランスＣが設定されている。

【0053】

本例のトルク測定装置１によれば、以下の作用効果を奏することができる。

【0054】

バックヨーク８が、磁性紛を混入した非金属材料により構成されているため、バックヨークの全体が磁性金属により構成されている場合に比べて、バックヨーク８の重量を抑えられる。したがって、その分、トルク測定装置１を軽量に構成することができる。

【0055】

本例では、ホルダ７が、コイルユニット６の外周面を覆い、かつ、コイルユニット６よりも軸方向両側に張り出した部分を備える。より具体的には、本例では、コイルユニット６の外周面および軸方向両側の側面がホルダ７により覆われている。このため、ケースなどへの組み付け作業を行う際に、コイルユニット６の外周面および軸方向両側の側面が周囲の物体に直接ぶつかって損傷するのを防ぐことができる。

【0056】

本例では、コイルユニット６の内周面もホルダ７により覆われているため、ケースなどへの組み付け作業を行う際に、コイルユニット６の内周面が周囲の物体に直接ぶつかって損傷するのを防ぐことができる。

【0057】

使用時の温度変化に伴う径方向のクリアランスＣの変化範囲△Ｘが、径方向のクリアランスＣの変化に対する電子回路１９の出力電圧Ｖの変化が線形的な変化となる範囲Ｘ１に収まるように規制されているため、使用時の温度変化に伴う電子回路１９の出力電圧Ｖの変化を、別途検出した温度を利用して、容易に補正することができる。

【0058】

ただし、本発明を実施する場合には、変化範囲△Ｘの少なくとも一部が範囲Ｘ２またはＸ３と重畳するように、径方向のクリアランスＣを設定することもできる。この場合には、範囲Ｘ２またはＸ３における非線形性を考慮して構成した補正回路により、電子回路１９の出力電圧Ｖを補正することができる。

【0059】

図６の線図からも分かるように、クリアランスＣの変化に対する出力電圧Ｖの非線形性の度合い（あるいは出力電圧Ｖの変化率）は、元々のクリアランスＣがゼロである場合に比べて、本発明のように元々のクリアランスＣが有限の値である場合の方が、小さくなる。このため、本発明を実施する場合には、変化範囲△Ｘの少なくとも一部が範囲Ｘ２またはＸ３と重畳するように元々のクリアランスＣを設定しても、クリアランスＣの変化に対する出力電圧Ｖの非線形性の度合い（あるいは出力電圧Ｖの変化率）を小さく抑えることができる。したがって、補正回路により出力電圧Ｖを補正することが容易となる。

【0060】

本発明を実施する場合には、第１例の変形例として、バックヨーク８を構成する非金属材料を、合成樹脂の一種である熱硬化性樹脂とすることもできる。

【0061】

この場合には、たとえば、フェライトなどの磁性紛を混入した未硬化状態の熱硬化性樹脂を、ホルダ７の外周面に、均一な厚さで塗布する。その後、該熱硬化性樹脂を加熱して硬化させることで、バックヨーク８を構成すると同時に、該バックヨーク８をホルダ７の外周面に固定する。

【0062】

［第２例］
本発明の実施の形態の第２例について、図７を用いて説明する。

【0063】

本例では、トルク測定装置１ａを構成するホルダ７ａは、コイルユニット６の外周面および軸方向両側の側面のみを覆っており、コイルユニット６の内周面を覆っていない。したがって、その分、ホルダ７ａの体積を小さくすることができ、ホルダ７ａの材料費を抑えられる。また、コイルユニット６の内周面を中間軸部５の外周面に近づけることができるため、トルクの検出精度を向上させることができる。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。なお、本発明を実施する場合には、ホルダとして、ホルダ７ａのうち、コイルユニット６の軸方向両側の側面を覆う部分を省略した構成を採用することもできる。

【0064】

［第３例］
本発明の実施の形態の第３例について、図８を用いて説明する。

【0065】

本例のトルク測定装置１ｂでは、バックヨーク８ａを構成する非金属材料は、ゴムである。すなわち、本例では、バックヨーク８ａは、磁性紛を混入したゴムを用いて、加圧成形、射出成形などの適宜の成形方法により成形され、かつ、コイルユニット６を覆っているホルダ７の外周面に存在している。本例の場合も、バックヨーク８ａは、ホルダ７の外周面の全体に均一な厚さで存在している。本例の構造を実施する場合には、ホルダ７とバックヨーク８ａとを別々に造った後に、バックヨーク８ａをホルダ７の外周面に固定したり、ホルダ７を造った後、バックヨーク８ａを円筒状に成形するのと同時に、バックヨーク８ａをホルダ７の外周面に固定したりすることができる。あるいは、ホルダ７とバックヨーク８ａとを、二色成形（ダブルモールド）により造ることもできる。

【0066】

本例のように、磁性紛を混入したゴムを用いて適宜の成形方法により造られたバックヨーク８ａは、磁性紛を混入した接着剤または熱硬化性樹脂をコイルユニット６の外径面に塗布して造られたバックヨーク８（図１）に比べて、厚さを大きく確保しやすい。このため、バックヨーク８ａによる、外部への磁束の漏れの抑制効果を確保しやすい。また、バックヨーク８ａを構成する非金属材料が弾性に優れたゴムであるため、該弾性を利用して、ケース３の筒状部４に締り嵌めで内嵌しやすい。その他の構成及び作用効果は、第１例と同様である。

【0067】

本発明を実施する場合には、第３例の変形例として、バックヨーク８ａを構成する非金属材料を、合成樹脂の一種である熱可塑性樹脂とすることもできる。

【0068】

この場合には、バックヨーク８ａを、磁性紛を混入した熱可塑性樹脂を用いて、射出成形などの適宜の成形方法により円筒状に構成する。この場合も、バックヨーク８ａを円筒状に成形した後にコイルユニット６の外周面に固定したり、バックヨーク８ａを円筒状に成形するのと同時にコイルユニット６の外周面に固定したりすることができる。

【0069】

上述した各実施の形態の構造は、矛盾が生じない範囲で、適宜組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0070】

１、１ａ、１ｂ トルク測定装置
２ 回転軸
３ ケース
４ 筒状部
５ 中間軸部
６ コイルユニット
７、７ａ ホルダ
８、８ａ バックヨーク
９ 検出コイル
１０ フレキシブル基板
１１ 第１分割コイル
１２ 第２分割コイル
１３ 第３分割コイル
１４ 第４分割コイル
１５ コイル片
１６ コイル片
１７ コイル片
１８ コイル片
１９ 電子回路
２０ 発振器
２１ ロックイン増幅器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】