特開 2024-102750 磁歪式トルクセンサ及び磁歪式トルクセンサの製造方法

(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】P2024102750

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】磁歪式トルクセンサ及び磁歪式トルクセンサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20240724BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 301A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006852

(22)【出願日】2023-01-19

(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】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鬼本 隆

(72)【発明者】

【氏名】河野 圭

(72)【発明者】

【氏名】藤森 亮利

(57)【要約】

【課題】複数の検出コイルが形成されたフレキシブル基板が高温時に厚み方向に強く押し付けられることを抑制可能な磁歪式トルクセンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】磁歪式トルクセンサ１は、回転軸９０が挿通される空洞２０が中心部に形成された円筒部２１を有するボビン２と、ボビン２の円筒部２１の外周に巻き付けられ、複数の検出コイル４１０～４４９が配線パターンによって形成されたフレキシブル基板４と、フレキシブル基板４を円筒部２１との間に収容する円筒状の磁性体リング６と、ボビン２の円筒部２１及びフレキシブル基板４と磁性体リング６との間に充填された硬化性樹脂からなる充填材７とを備える。ボビン２の線膨張係数は、磁性体リング６の線膨張係数より高く、充填材７は、ボビン２の円筒部２１、フレキシブル基板４、及び磁性体リング６が磁歪式トルクセンサ１の使用温度範囲の上限温度よりも高い温度とされた状態で硬化している。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁歪効果を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸によって伝達されるトルクを所定の使用温度範囲で検出する磁歪式トルクセンサであって、
前記回転軸が挿通される空洞が中心部に形成された円筒部を有する樹脂成形体と、
前記樹脂成形体の前記円筒部の外周に巻き付けられ、複数の検出コイルが配線パターンによって形成されたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板を前記円筒部との間に収容する円筒状の磁性体リングと、
前記円筒部及び前記フレキシブル基板と前記磁性体リングとの間に充填された硬化性樹脂からなる充填材と、を備え、
前記樹脂成形体の線膨張係数が前記磁性体リングの線膨張係数よりも高く、
前記充填材は、前記円筒部、前記フレキシブル基板、及び前記磁性体リングが前記使用温度範囲の上限温度よりも高い温度とされた状態で硬化している、
磁歪式トルクセンサ。

【請求項2】

前記充填材の線膨張係数が、前記樹脂成形体の線膨張係数よりも低く、前記磁性体リングの線膨張係数よりも高い、
請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。

【請求項3】

前記充填材は、硬化温度が前記上限温度よりも高い熱硬化性樹脂である、
請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。

【請求項4】

前記フレキシブル基板は、前記円筒部の周方向に延在する帯状部を有し、前記帯状部における長手方向の両端部がテープによって留められている、
請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。

【請求項5】

前記充填材により、前記磁性体リングを抜け止めする係止部が形成されている、
請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。

【請求項6】

磁歪効果を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸によって伝達されるトルクを所定の使用温度範囲で検出する磁歪式トルクセンサの製造方法であって、
前記回転軸が挿通される空洞が中心部に形成された円筒部を有する樹脂成形体、複数の検出コイルが配線パターンによって形成されたフレキシブル基板、及び前記樹脂成形体よりも線膨張係数が低い円筒状の磁性体リングを準備する準備工程と、
前記フレキシブル基板を前記円筒部の外周に巻き付け、前記磁性体リングを前記円筒部及び前記フレキシブル基板の外周に配置する配置工程と、
前記円筒部、前記フレキシブル基板、及び前記磁性体リングの温度を前記使用温度範囲の上限温度よりも高くした状態で、前記円筒部及び前記フレキシブル基板と前記磁性体リングとの間に充填した硬化性樹脂からなる充填材を硬化させる硬化工程と、を有する、
磁歪式トルクセンサの製造方法。

【請求項7】

前記充填材は、硬化温度が前記上限温度よりも高い熱硬化性樹脂であり、
前記硬化工程では、硬化前の液状の前記充填材を前記円筒部及び前記フレキシブル基板と前記磁性体リングとの間に充填した後に前記充填材の温度を前記上限温度よりも高くして硬化させる、
請求項６に記載の磁歪式トルクセンサの製造方法。

【請求項8】

前記フレキシブル基板は、前記円筒部の周方向に延在する帯状部を有し、
前記配置工程において、前記フレキシブル基板の前記帯状部における長手方向の両端部をテープによって留める、
請求項６に記載の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、回転軸によって伝達されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサ、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば自動車のエンジンの出力回転軸のトルクを検出するために、磁歪式のトルクセンサが用いられている。磁歪式のトルクセンサは、応力によって回転軸の透磁率が変化する磁歪効果を利用し、回転軸の周囲に配置した検出コイルのインダクタンスの変化に基づいて回転軸に付与されたトルクを検出するように構成されている。本出願人は、複数の検出コイルが形成されたフレキシブル基板を回転軸の周囲に配置し、複数の検出コイルのインダクタンスの変化に基づいて回転軸に付与されたトルクを検出する磁歪式トルクセンサを提案している（特許文献１、２参照）。

【0003】

特許文献１、２に記載のトルクセンサは、回転軸が中心部に挿通される円筒状のボビンと、ボビンの外面に巻き付けられるように湾曲したフレキシブル基板と、フレキシブル基板の周囲を覆う円筒状の磁性リングとを有している。ボビンは、樹脂等の非磁性体からなる。フレキシブル基板には、複数の配線層にわたって、複数の検出コイルが配線パターンにより形成されている。特許文献１に記載の磁性リングは、圧粉磁心やアモルファス軟磁性体等の磁性体からなる。特許文献２に記載の磁性リングは、Ｆｅ系あるいはＣｏ系のアモルファス軟磁性材料からなるアモルファステープをフレキシブル基板の周囲に巻き付けて構成されている。磁性リングは、磁気回路の磁気抵抗を下げると共に、複数の検出コイルで生じた磁束が外部に漏れて感度が低下することを抑制する機能を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１１０９７０号公報

【特許文献2】特開２０２２－１１７２９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

自動車に搭載されるトルクセンサは、例えば１００℃以上の高温環境で使用される場合がある。このような高温時にボビンが磁性リングよりも高い割合で熱膨張すると、ボビンの熱膨張によってフレキシブル基板が磁性リングに向かって強く押し付けられてしまう。フレキシブル基板が押し付けられると、フレキシブル基板の厚み方向における配線層の間隔が狭くなって静電容量が変化し、トルクの検出精度に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、複数の検出コイルが配線パターンによって形成されたフレキシブル基板を有し、このフレキシブル基板が樹脂成形体の円筒部とその外側の磁性体リングとの間に配置された磁歪式トルクセンサにおいて、高温時にフレキシブル基板が厚み方向に強く押し付けられることを抑制可能な磁歪式トルクセンサ、及びその製造方法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】

【0007】

本発明は、上記課題を解決することを目的として、磁歪効果を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸によって伝達されるトルクを所定の使用温度範囲で検出する磁歪式トルクセンサであって、前記回転軸が挿通される空洞が中心部に形成された円筒部を有する樹脂成形体と、前記樹脂成形体の前記円筒部の外周に巻き付けられ、複数の検出コイルが配線パターンによって形成されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板を前記円筒部との間に収容する円筒状の磁性体リングと、前記円筒部及び前記フレキシブル基板と前記磁性体リングとの間に充填された硬化性樹脂からなる充填材と、を備え、前記樹脂成形体の線膨張係数が前記磁性体リングの線膨張係数よりも高く、前記充填材は、前記円筒部、前記フレキシブル基板、及び前記磁性体リングが前記使用温度範囲の上限温度よりも高い温度とされた状態で硬化している、磁歪式トルクセンサを提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る磁歪式トルクセンサ及びその製造方法によれば、高温時にフレキシブル基板が厚み方向に強く押し付けられることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを示す斜視図である。

【図2】磁歪式トルクセンサの各構成部材を上下方向に並べて示す斜視図である。

【図3】図１（ａ）のＡ－Ａ線における磁歪式トルクセンサの断面図である。

【図4】磁歪式トルクセンサが取付対象のトランスミッションケースに取り付けられた状態を示す斜視図である。

【図5】トランスミッションケースに取り付けられた磁歪式トルクセンサをトルクの検出対象の回転軸と共に示す断面図である。

【図6】円筒状に湾曲した状態のフレキシブル基板を示す斜視図である。

【図7】ボビンの円筒部の外周に巻き付けられたフレキシブル基板をテープと共に示す構成図である。

【図8】フレキシブル基板の帯状部の断面図である。

【図9】（ａ）～（ｄ）は、フレキシブル基板の第１乃至第４の配線層の配線パターンを示す平面図である。

【図10】フレキシブル基板、発振器、及び電圧計によって構成される電気回路の構成例を模式的に示す回路図である。

【図11】磁歪式トルクセンサの製造方法における硬化工程を示す説明図である。

【図12】変形例に係る磁歪式トルクセンサを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［実施の形態］
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ１を示す斜視図である。図２は、磁歪式トルクセンサ１の各構成部材を上下方向に並べて示す斜視図である。図３は、図１（ａ）のＡ－Ａ線における磁歪式トルクセンサ１の断面図である。図４は、磁歪式トルクセンサ１が取付対象のトランスミッションケース９１に取り付けられた状態を示す斜視図である。図５は、トランスミッションケース９１に取り付けられた磁歪式トルクセンサ１をトルクの検出対象の回転軸９０と共に示す断面図である。

【0011】

磁歪式トルクセンサ１は、図５に示すように回転軸９０の周囲に取り付けられ、回転軸９０によって伝達されるトルクを所定の使用温度範囲で検出する。回転軸９０は、例えば自動車のエンジンあるいは電動モータ等の駆動源の駆動力を伝達するシャフトである。磁歪式トルクセンサ１によって得られたトルクの検出結果は、駆動源や自動変速機などの制御のために用いられる。

【0012】

回転軸９０は、磁歪効果を有する強磁性体であり、回転軸線Ｏを中心として回転してトルクを伝達する。ここで、磁歪効果とは、強磁性体に磁場を印加して磁化させると形状に歪（ひずみ）が現れる現象である。そして、この現象を逆に利用し、形状の歪によって発生する磁界を磁歪式トルクセンサ１で検出することで、回転軸９０に付与されたトルクを検出することができる。回転軸９０としては、例えばクロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はニッケルクロムモリブデン鋼等のクロムを含有するクロム鋼からなる軸状体に浸炭焼入れ及び焼戻し処理を施し、さらにショットピーニングを施したものを好適に用いることができる。以下、回転軸９０の回転軸線Ｏに平行な方向を軸方向という。

【0013】

磁歪式トルクセンサ１は、回転軸９０が挿通される空洞２０が中心部に形成された円筒部を有する樹脂成形体であるボビン２と、ボビン２に固定された金属ブラケット３と、ボビン２の円筒部２１の外周に巻き付けられたフレキシブル基板４と、フレキシブル基板４を留めて湾曲した状態とするためのテープ５と、フレキシブル基板４をボビン２の円筒部２１との間に収容する円筒状の磁性体リング６と、ボビン２の円筒部２１及びフレキシブル基板４と磁性体リング６との間に充填された硬化性樹脂からなる充填材７と、を備えている。フレキシブル基板４には、回転軸９０の歪みを検出するための複数の検出コイルが配線パターンによって形成されている。

【0014】

ボビン２は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）からなり、金属ブラケット３と一体になるように射出成形されている。金属ブラケット３は、回転軸線Ｏを中心とするリング状であり、周方向の複数箇所に軸方向の貫通孔３０が形成されている。ボビン２は、円筒部２１と、円筒部よりも外径が大きい円環状の鍔部２２と、鍔部２２の外周面２２ａから軸方向に対して垂直な径方向に延びる延在部２３と、鍔部２２の複数箇所から円筒部２１とは反対側の軸方向に突出して設けられた複数の脚部２４と、複数の脚部２４のそれぞれの先端部に設けられた膨大部２５とを一体に有している。複数の脚部２４は、金属ブラケット３の複数の貫通孔３０内に円柱状に形成されており、膨大部２５は、脚部２４よりも大径の円盤状に形成されている。

【0015】

金属ブラケット３は、膨大部２５によって脚部２４から抜け止めされている。金属ブラケット３の外周面３ａは、回転軸線Ｏと平行に形成されている。金属ブラケット３の内径は、ボビン２の円筒部２１の内径と同等である。金属ブラケット３は、トランスミッションケース９１への磁歪式トルクセンサ１の位置決め及び固定のために用いられる。トランスミッションケース９１は、例えばアルミニウム合金等の金属製である。

【0016】

図６は、円筒状に湾曲した状態のフレキシブル基板４を示す斜視図である。図７は、ボビン２の円筒部２１の外周に巻き付けられたフレキシブル基板４をテープ５と共に示す構成図である。フレキシブル基板４は、ボビン２の円筒部２１の周方向に延在する帯状部４００と、帯状部４００の一箇所から軸方向に突出して設けられた舌片部４０１と、舌片部４０１から延びる線状部４０２とを有している。帯状部４００における長手方向の両端部は、テープ５によって留められている。テープ５は、例えば粘着層を有するフッ素樹脂粘着テープであり、伸縮性を有している。フレキシブル基板４の帯状部４００は、充填材７が充填されて固化される前の状態において、テープ５によって円筒状に湾曲した状態が維持される。

【0017】

ボビン２の延在部２３には、フレキシブル基板４の線状部４０２を収容する溝２３０が形成されている。充填材７は、溝２３０にも充填され、溝２３０に充填された充填材７によって線状部４０２が溝２３０内に固定されている。線状部４０２は、ボビン２の延在部２３よりも長く延在し、図５に示すように、線状部４０２の先端部に設けられた第１及び第２の電極４０２ａ，４０２ｂが発振器１１に電気的に接続され、第３及び第４の電極４０２ｃ，４０２ｄが電圧計１２に電気的に接続される。

【0018】

磁性体リング６は、例えば鋼材や焼結磁性体からなり、軟磁性を有し、ボビン２の円筒部２１の外径よりも内径が大きい円筒状に形成されている。磁性体リング６が鋼材からなる場合、電磁ステンレス等の磁性鉄鋼材を好適に用いることができ、その成形方法としては、例えば深絞りを用いることができる。また、長尺なパイプ状の鋼材を所定の長さに切り出して磁性体リング６としてもよい。磁性体リング６は、軸方向の一端部がボビン２の鍔部２２に当接している。

【0019】

本実施の形態では、充填材７が熱硬化性樹脂であり、より具体的には熱硬化性のエポキシ樹脂からなる。充填材７は、その一部が磁性体リング６をボビン２の円筒部２１から抜け止めする係止部７１となっている。係止部７１は、磁性体リング６がボビン２の鍔部２２から離間するように軸方向に移動することを抑止している。本実施の形態では、磁性体リング６における鍔部２２側とは反対側の端部に環状の凹部６０が形成されており、この凹部６０に入り込んだ充填材７が係止部７１となっている。

【0020】

なお、エポキシ樹脂には接着効果があり、充填材７によって磁性体リング６がボビン２の円筒部２１に接着されることにより磁性体リング６のボビン２に対する軸方向移動が抑制されるが、充填材７の一部が係止部７１となることによって、より確実に磁性体リング６が抜け止めされる。また、エポキシ樹脂の接着性及び密着性により、ボビン２の円筒部２１と磁性体リング６との間に水分が浸入することが防止され、高い止水性を発揮する。

【0021】

図４及び図５に示すように、磁歪式トルクセンサ１は、トランスミッションケース９１に形成された嵌合穴９１０に金属ブラケット３が嵌合することにより位置決めされ、嵌合穴９１０に取り付けられた一対の止め輪９２，９３によって固定される。止め輪９２，９３は、スナップリングであり、金属ブラケット３を軸方向に挟むように取り付けられている。磁歪式トルクセンサ１がトランスミッションケース９１に取り付けられたとき、ボビン２の円筒部２１の中心軸線Ｃが回転軸９０の回転軸線Ｏと一致する。円筒部２１の内周面２１ａは、回転軸９０の外周面９０ａと僅かな隙間を介して対向する。

【0022】

金属ブラケット３は、ボビン２よりも熱膨張又は熱収縮しにくく、ボビン２よりも摩耗しにくいので、金属ブラケット３の嵌合によって磁歪式トルクセンサ１をトランスミッションケース９１に対して位置決めすることにより、例えばボビン２の鍔部２２の嵌合によって磁歪式トルクセンサ１を位置決めする場合に比較して、位置決め精度を高めることができる。外周面３ａを含む金属ブラケット３の外周端部は、磁歪式トルクセンサ１の最大外径部である。

【0023】

図８は、フレキシブル基板４の帯状部４００の断面図である。フレキシブル基板４は、第１乃至第４の配線層４１～４４を有する多層構造であり、湾曲の外側にあたる一方面４ａから湾曲の内側にあたる他方面４ｂに向かって順に、カバーレイフィルム４５１、接着層４６１、第１の配線層４１、第１のベースフィルム４７１、第２の配線層４２、接着層４６２、カバーレイフィルム４５２、両面テープ４８，カバーレイフィルム４５３、接着層４６３、第３の配線層４３、第２のベースフィルム４７２、第４の配線層４４、接着層４６４、及びカバーレイフィルム４５４が積層されている。

【0024】

第１の配線層４１及び第２の配線層４２は、銅箔をエッチングして形成された配線パターンであり、第１のベースフィルム４７１の表（おもて）面４７１ａ及び裏面４７１ｂにそれぞれ形成されている。同様に、第３の配線層４３及び第４の配線層４４は、銅箔をエッチングして形成された配線パターンであり、第２のベースフィルム４７２の表面４７２ａ及び裏面４７２ｂにそれぞれ形成されている。カバーレイフィルム４５１，４５２，４５３，４５４は、接着層４６１，４６２，４６３，４６４によって第１乃至第４の配線層４１～４４に貼り付けられた保護フィルムである。第１及び第２のベースフィルム４７１，４７２、ならびにカバーレイフィルム４５１，４５２，４５３，４５４は、ポリイミド等の絶縁性樹脂からなる。両面テープ４８は、例えばアクリルテープである。

【0025】

図９（ａ）は、第１のベースフィルム４７１の表面４７１ａに形成された第１の配線層４１の配線パターンを示す平面図である。図９（ｂ）は、第１のベースフィルム４７１の表面４７１ａ側から見た第２の配線層４２の配線パターンを示す平面図である。図９（ｃ）は、第２のベースフィルム４７２の表面４７２ａに形成された第３の配線層４３の配線パターンを示す平面図である。図９（ｄ）は、第２のベースフィルム４７２の表面４７２ａ側から見た第４の配線層４４の配線パターンを示す平面図である。

【0026】

第１の配線層４１には、帯状部４００の長手方向に並ぶ第１乃至第１０の検出コイル４１０～４１９が配線パターンによって形成されている。第１及び第１０の検出コイル４１０，４１９は三角形状であり、第２乃至第９の検出コイル４１１～４１８は平行四辺形状である。第２の配線層４２にも同様に、帯状部４００の長手方向に並ぶ第１乃至第１０の検出コイル４２０～４２９が配線パターンによって形成されている。第１及び第１０の検出コイル４２０，４２９は三角形状であり、第２乃至第８の検出コイル４２１～４２８は平行四辺形状である。

【0027】

第３の配線層４３には、帯状部４００の長手方向に並ぶ第１乃至第１０の検出コイル４３０～４３９が配線パターンによって形成されている。第１及び第１０の検出コイル４３０，４３９は三角形状であり、第２乃至第９の検出コイル４３１～４３８は平行四辺形状である。第４の配線層４４にも同様に、帯状部４００の長手方向に並ぶ第１乃至第１０の検出コイル４４０～４４９が配線パターンによって形成されている。第１及び第１０の検出コイル４４０，４４９は三角形状であり、第２乃至第９の検出コイル４４１～４４８は平行四辺形状である。

【0028】

第１の配線層４１の第１乃至第１０の検出コイル４１０～４１９、及び第４の配線層４４の第１乃至第１０の検出コイル４４０～４４９は、帯状部４００の短手方向に対して一方側に所定角度（＋４５°）傾斜した直線部４１０ａ～４１９ａ，４４０ａ～４４９ａをそれぞれ有している。第２の配線層４２の第１乃至第１０の検出コイル４２０～４２９、及び第３の配線層４３の第１乃至第１０の検出コイル４３０～４３９は、帯状部４００の短手方向に対して他方側に所定角度（－４５°）傾斜した直線部４２０ａ～４２９ａ，４３０ａ～４３９ａをそれぞれ有している。

【0029】

図１０は、フレキシブル基板４、発振器１１、及び電圧計１２によって構成される電気回路の構成例を模式的に示す回路図である。第１の配線層４１の第１乃至第１０の検出コイル４１０～４１９は、直列に接続されて第１の誘導負荷４１０を形成し、第２の配線層４２の第１乃至第１０の検出コイル４２０～４２９は、直列に接続されて第２の誘導負荷４２０を形成している。また、第３の配線層４３の第１乃至第１０の検出コイル４３０～４３９は、直列に接続されて第３の誘導負荷４３０を形成し、第４の配線層４４の第１乃至第１０の検出コイル４４０～４４９は、直列に接続されて第４の誘導負荷４４０を形成している。

【0030】

第１の誘導負荷４１０及び第３の誘導負荷４３０、ならびに第２の誘導負荷４２０及び第４の誘導負荷４４０は、第１の電極４０２ａと第２の電極４０２ｂとの間にそれぞれ直列に接続されている。第１の誘導負荷４１０と第３の誘導負荷４３０とを接続する接続線路４９１は第３の電極４０２ｃに接続され、第２の誘導負荷４２０と第４の誘導負荷４４０とを接続する接続線路４９２は第４の電極４０２ｄに接続されている。発振器１１は、第１の電極４０２ａと第２の電極４０２ｂとの間に交流電圧を印加する。電圧計１２は、第３の電極４０２ｃと第４の電極４０２ｄとの間の電圧を測定する。

【0031】

回転軸９０にトルクが付与されると、軸方向に対して＋４５度の方向の透磁率が減少（又は増加）し、軸方向に対して－４５度方向の透磁率が増加（又は減少）する。よって、発振器１１から交流電圧を印加した状態で回転軸９０にトルクが付与されると、第１の誘導負荷４１０及び第４の誘導負荷４４０のインダクタンスが減少（又は増加）し、第２の誘導負荷４２０及び第３の誘導負荷４３０ではインダクタンスが増加（又は減少）する。その結果、電圧計１２で測定される電圧が変化するので、この電圧の変化を基に回転軸９０に付与されたトルクを検出することができる。

【0032】

なお、図９（ａ）～（ｄ）では、第１乃至第４の配線層４１～４４の第１乃至第１０の検出コイル４１０～４１９，４２０～４２９，４３０～４３９，４４０～４４９を直列に接続する部分の配線パターンや、接続線路４９１，４９２、及びこれらの回路要素と第１乃至第４の電極４０２ａ～４０２ｄとの間の配線パターンの図示を省略している。

【0033】

上記のように構成されたフレキシブル基板４は、厚さ方向に押し付けられて圧縮されると、第１乃至第４の配線層４１～４４の間の静電容量が変化し、トルクの検出精度に誤差が生じてしまう。本実施の形態では、ボビン２の線膨張係数が磁性体リング６の線膨張係数よりも高く、磁歪式トルクセンサ１の温度が上昇するにつれてボビン２が磁性体リング６よりも高い割合で熱膨張し、フレキシブル基板４の帯状部４００がボビン２の円筒部２１によって磁性体リング６側に押し付けられる。

【0034】

そこで、本実施の形態では、磁歪式トルクセンサ１の製造時において、ボビン２の円筒部２１、フレキシブル基板４の帯状部４００、及び磁性体リング６を、磁歪式トルクセンサ１の使用温度範囲の上限温度よりも高い温度とした状態で充填材７を硬化させる。ここで、使用温度範囲の上限温度は、磁歪式トルクセンサ１の定格温度であり、例えば１２０℃である。

【0035】

このように充填材７を硬化させることにより、磁歪式トルクセンサ１の使用温度範囲では、フレキシブル基板４の帯状部４００がボビン２の熱膨張によって磁性体リング６側に押し付けられることがない。本実施の形態では、充填材７として、硬化温度が磁歪式トルクセンサ１の使用温度範囲の上限温度よりも高い熱硬化性樹脂を用いる。これにより、ボビン２の円筒部２１、フレキシブル基板４の帯状部４００、及び磁性体リング６の温度が磁歪式トルクセンサ１の使用温度範囲の上限温度よりも高い状態で、充填材７を硬化させることができる。充填材７の硬化温度は、例えば１５０℃である。

【0036】

充填材７の線膨張係数は、ボビン２の線膨張係数よりも低く、磁性体リング６の線膨張係数よりも高いことが望ましい。充填材７の線膨張係数がボビン２の線膨張係数よりも低くかつ磁性体リング６の線膨張係数よりも高いことにより、高温時にフレキシブル基板４の帯状部４００が厚さ方向に押し付けられることを抑制しつつ、充填材７とボビン２の円筒部２１との間、又は充填材７と磁性体リング６との間に、線膨張係数の違いによる隙間（空間）ができてしまうことを防ぐことができる。

【0037】

本実施の形態では、ボビン２の線膨張係数をＣＴＥ１とし、フレキシブル基板４の線膨張係数をＣＴＥ２とし、充填材７の線膨張係数をＣＴＥ３とし、磁性体リング６の線膨張係数をＣＴＥ４としたとき、ＣＴＥ１，ＣＴＥ２，ＣＴＥ３，ＣＴＥ４は、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３＞ＣＴＥ４の関係にある。ＣＴＥ１は、例えば２５ｐｐｍ／℃以上である。ＣＴＥ２は、例えば２０ｐｐｍ／℃であり、ＣＴＥ３は、例えば１５ｐｐｍ／℃であり、ＣＴＥ４は、例えば１１ｐｐｍ／℃である。

【0038】

次に、図１１を参照し、磁歪式トルクセンサ１の製造方法について説明する。磁歪式トルクセンサ１の製造方法は、金属ブラケット３が固定されたボビン２、フレキシブル基板４、及び磁性体リング６を準備する準備工程と、フレキシブル基板４の帯状部４００をボビン２の円筒部２１の外周に巻き付け、磁性体リング６をボビン２の円筒部２１及びフレキシブル基板４の帯状部４００の外周に配置する配置工程と、ボビン２の円筒部２１、フレキシブル基板４の帯状部４００、及び磁性体リング６の温度を磁歪式トルクセンサ１の使用温度範囲の上限温度よりも高くした状態で、ボビン２の円筒部２１及びフレキシブル基板４の帯状部４００と磁性体リング６との間に充填した充填材７を硬化させる硬化工程とを有している。

【0039】

配置工程では、フレキシブル基板４の帯状部４００とボビン２の円筒部２１の外周面２１ｂとの間に隙間ができないように、帯状部４００における長手方向の両端部をテープ５によって留める。この際、テープ５が弾性的に延びた状態で帯状部４００における長手方向の両端部をテープ５によって留めることにより、帯状部４００におけるフレキシブル基板４の他方面４ｂを円筒部２１の外周面２１ｂに密着させることができる。テープ５は、一方の端部が帯状部４００の一端部に粘着し、他方の端部が帯状部４００の他端部に粘着する。

【0040】

図１１は、硬化工程を示す説明図である。硬化工程では、下型８１及び上型８２を有する金型８を用い、硬化前の液状の充填材７をボビン２の円筒部２１及びフレキシブル基板４の帯状部４００と磁性体リング６との間に充填した後に、充填材７の温度を使用温度範囲の上限温度よりも高くして硬化させる。図１１では、硬化前の液状の充填材７である液性樹脂７０をグレーで示している。液性樹脂７０は、流動性が高く、注入孔８０から注入されてボビン２の円筒部２１及びフレキシブル基板４の帯状部４００と磁性体リング６との間に流れ込む。また、液性樹脂７０は、ボビン２の延在部２３に形成された溝２３０にも流れ込む。

【0041】

ボビン２、フレキシブル基板４、磁性体リング６、及び液性樹脂７０の加熱は、例えば下型８１及び上型８２をヒーターによって加熱することにより行うことができる。なお、液性樹脂７０の注入は、液性樹脂７０の充填が完了する前に液性樹脂７０が硬化してしまうことを防ぐため、ボビン２、フレキシブル基板４、磁性体リング６、ならびに下型８１及び上型８２が充填材７の硬化温度よりも低い状態で行うことが望ましい。

【0042】

（変形例）
図１２は、変形例に係る磁歪式トルクセンサ１Ａを示す断面図である。上記の実施の形態では、磁性体リング６に環状の凹部６０が形成され、この凹部６０に入り込んだ充填材７が係止部７１となっている場合について説明したが、変形例に係る磁歪式トルクセンサ１Ａでは、磁性体リング６が凹凸のない単純円筒形状であり、充填材７の一部が磁性体リング６における鍔部２２とは反対側の端部を覆っており、この充填材７の一部が係止部７１となっている。この磁歪式トルクセンサ１Ａは、上記と同様の製造方法によって製造することができ、上記の実施の形態と同様の効果が得られる。また、磁性体リング６の加工を容易にすることができ、さらなる低コスト化が可能となる。

【0043】

（実施の形態及び変形例のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態及び変形例から把握される技術思想について、実施の形態及び変形例における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態及び変形例に具体的に示した部材等に限定するものではない。

【0044】

［１］磁歪効果を有する回転軸（９０）の周囲に取り付けられ、前記回転軸（９０）によって伝達されるトルクを所定の使用温度範囲で検出する磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）であって、前記回転軸（９０）が挿通される空洞（２０）が中心部に形成された円筒部（２１）を有する樹脂成形体（ボビン２）と、前記樹脂成形体（２）の前記円筒部（２１）の外周に巻き付けられ、複数の検出コイル（４１０～４４９）が配線パターンによって形成されたフレキシブル基板（４）と、前記フレキシブル基板（４）を前記円筒部（２１）との間に収容する円筒状の磁性体リング（６）と、前記円筒部（２１）及び前記フレキシブル基板（４）と前記磁性体リング（６）との間に充填された硬化性樹脂からなる充填材（７）と、を備え、前記樹脂成形体（２）の線膨張係数が前記磁性体リング（６）の線膨張係数よりも高く、前記充填材（７）は、前記円筒部（２１）、前記フレキシブル基板（４）、及び前記磁性体リング（６）が前記使用温度範囲の上限温度よりも高い温度とされた状態で硬化している、磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）。

【0045】

［２］前記充填材（７）の線膨張係数が、前記樹脂成形体（２）の線膨張係数よりも低く、前記磁性体リング（６）の線膨張係数よりも高い、上記［１］に記載の磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）。

【0046】

［３］前記充填材（７）は、硬化温度が前記上限温度よりも高い熱硬化性樹脂である、上記［１］に記載の磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）。

【0047】

［４］前記フレキシブル基板（４）は、前記円筒部（２１）の周方向に延在する帯状部（４００）を有し、前記帯状部（４００）における長手方向の両端部がテープ（５）によって留められている、上記［１］に記載の磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）。

【0048】

［５］前記充填材（７）により、前記磁性体リング（６）を抜け止めする係止部（７１）が形成されている、上記［１］に記載の磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）。

【0049】

［６］磁歪効果を有する回転軸（９０）の周囲に取り付けられ、前記回転軸（９０）によって伝達されるトルクを所定の使用温度範囲で検出する磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）の製造方法であって、前記回転軸（９０）が挿通される空洞（２０）が中心部に形成された円筒部（２１）を有する樹脂成形体（２）、複数の検出コイル（４１０～４４９）が配線パターンによって形成されたフレキシブル基板（４）、及び前記樹脂成形体（２）よりも線膨張係数が低い円筒状の磁性体リング（６）を準備する準備工程と、前記フレキシブル基板（４）を前記円筒部（２１）の外周に巻き付け、前記磁性体リング（６）を前記円筒部（２１）及び前記フレキシブル基板（４）の外周に配置する配置工程と、前記円筒部（２１）、前記フレキシブル基板（４）、及び前記磁性体リング（６）の温度を前記使用温度範囲の上限温度よりも高くした状態で、前記円筒部（２１）及び前記フレキシブル基板（４）と前記磁性体リング（６）との間に充填した硬化性樹脂からなる充填材（７）を硬化させる硬化工程と、を有する、磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）の製造方法。

【0050】

［７］前記充填材（７）は、硬化温度が前記上限温度よりも高い熱硬化性樹脂であり、前記硬化工程では、硬化前の液状の前記充填材（７）を前記円筒部（２１）及び前記フレキシブル基板（４）と前記磁性体リング（６）との間に充填した後に前記充填材（７）の温度を前記上限温度よりも高くして硬化させる、上記［６］に記載の磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）の製造方法。

【0051】

［８］前記フレキシブル基板（４）は、前記円筒部（２１）の周方向に延在する帯状部（４００）を有し、前記配置工程において、前記フレキシブル基板（４）の前記帯状部（４００）における長手方向の両端部をテープ（５）によって留める、上記［６］に記載の磁歪式トルクセンサ（１，１Ａ）の製造方法。

【0052】

以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明したが、上記の実施の形態及び変形例は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

【0053】

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することができる。例えば、上記の実施の形態では、充填材７が熱硬化性樹脂である場合について説明したが、これに限らず、例えば光硬化性樹脂あるいは化学硬化性樹脂であってもよい。また、上記の実施の形態では、磁歪式トルクセンサ１の検出対象である回転軸９０が自動車の駆動源の駆動力を伝達するシャフトである場合について説明したが、磁歪式トルクセンサ１の検出対象としてはこれに限らず、例えば産業機械においてトルクを伝達する回転軸のトルクを磁歪式トルクセンサ１によって検出することが可能である。

【符号の説明】

【0054】

１，１Ａ…磁歪式トルクセンサ ２…ボビン（樹脂成形体）
２０…空洞 ２１…円筒部
３…金属ブラケット ４…フレキシブル基板
４００…帯状部 ４１０～４４９…検出コイル
５…テープ ６…磁性体リング
７…充填材 ７１…係止部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】