JP2003517595A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、シャフト（１）のトルクを測定するための磁歪センサに関する。このセンサはシャフト（１）上の少なくとも１つの活性磁気歪み領域（２）、異方性特性を得るようにされた磁気歪み領域の表面パターン、磁気歪み領域（２）で時間変化する磁場を発生するように配置された第１の手段（５）、および磁気歪み領域（２）の透磁率の変化を感知するように配置された第２の手段（９）を含む。前記磁気歪み領域（２）はシャフト（１）の表面上に設けられる磁気歪み材料の第１の層（３）を含み、前記表面パターンは低い抵抗率を有する非磁気歪み材料の第２の層（４）によって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の背景および従来技術） 本発明は、シャフトのトルクを測定するための磁歪センサに関するものであり
、このセンサはシャフトの少なくとも１つの活性磁気歪み領域、異方性特性を得
るようにされた磁気歪み領域の表面パターン、磁気歪み領域で時間変化する磁場
を発生するように配置された第１の手段、および磁気歪み領域で透磁率の変化を
感知するように配置された第２の手段を含み、前記磁気歪み領域はシャフトの表
面上に設けられた磁気歪み材料の第１の層を含む。

【０００２】 そのような磁歪センサはいくつもの多様な実施形態で知られており、かつ存在
する。普通、上記の磁歪センサはヨークに設けられてシャフトの磁気歪み領域の
周りに延びる一次巻線を備えた第１の手段を含む。時間変化する電流がこの一次
巻線に供給されるように設けられ、それによって時間変化する磁場が磁気歪み領
域に発生する。第２の手段は概して二次巻線を含み、これが一次巻線と同じヨー
クに設けられる。これによって、二次巻線に磁束密度に比例した値で電圧が誘導
される。磁気歪み領域の透磁率はそれがトルクに晒されると変化するので、磁束
密度もまた影響を受ける。二次巻線に誘導される電圧はしたがってシャフトのト
ルクの大きさを判定するのに使用することができる。

【０００３】 様々な知られている磁歪センサの間の違いは主として磁気歪み領域の設計、お
よびそこに異方性特性を得る方式である。

【０００４】 ＵＳ ５６４６３５６号はシャフトのトルクを測定するための磁歪センサを示
している。低抵抗材料の薄い帯状片がシャフトの表面に付されてシャフトの延長
に対して４５°の角度を有する。このセンサの用途は良好な磁気歪み特性を有す
る材料で構成されたシャフトのトルクを測定することに限定される。例外的なケ
ースでしかドライブ・シャフトが優れた磁気歪み特性を有する材料で製造される
ことはないので、このセンサの用途は限定される。

【０００５】 ＵＳ ５４９１３６９号はシャフトに加わるトルクを測定するための磁歪セン
サを示している。そのようなセンサをシャフトに供給するために、シャフトの円
周表面に複数の溝が形成される。その後、シャフトは熱処理に晒され、それによ
って増大した強度を手に入れる。それから、シャフトの円周表面に活性磁気歪み
領域が設けられる前に接着層が塗布される。その結果、この方法は荷重負担する
シャフトの機械的処理と熱処理との両方を必要とするものであり、これが多くの
応用にとってあまり魅力のないものにしている。

【０００６】 ＪＰ ４−２２１７２６号はシャフトのトルクを測定するための磁歪センサを
示している。このセンサは、シャフト表面に接するニッケルの第１の層を有する
磁気歪み領域と、この第１の層の上に設けられた非常に高い透磁率を有する強磁
性材料であるパーマロイの第２の層とを含む。第１の層の上に第２の層を塗布し
た後、磁気歪み領域の異方性特性を与える表面パターンを磁気歪み領域がもつよ
うに第２の層の細帯状片が取り除かれる。センサの機能のために第２の層は磁歪
性でなければならず、かなりの欠点となるのは第２の層が高い透磁率をも持たね
ばならないことである。

【０００７】 ＣＮ１０３０６４２号はシャフトの円周表面の上部に設けた銅の第１の層と、
その上に設けた磁歪性合金の薄い帯状片とを有するトルクセンサを示している。
このケースでもやはり、センサ機能のために塗布された帯状片は高い透磁率を持
たねばならない。

【０００８】 ＪＰ １０−１７６９６６号はシャフトの円周表面上に設けられた磁気歪み材
料の第１の層を有する磁歪トルクセンサを示している。ここに述べられた磁歪セ
ンサは、第１の層がシャフトの表面上に幾何学的パターンを形成するが故に供給
される幾何学的異方性に基づくものである。この発明の目的は破損および剥離に
関して第１の層の強度を改善することである。したがって、第１の層はその端部
に向かって次第に厚さを減少しながら設けられる。その後、非磁気歪み材料の第
２の層が減少する厚さを有する第１の層の端部を覆って広がるように設けられる
。それによって、第１の層の強度は破損と剥離に関して改善される。したがって
、第２の層の機能は機械的方式で第１の層に機械的応力の好適な分布を供給する
に過ぎない。上記で引用したＪＰ ４−２２１７２６号およびＣＮ １０３０６
４２号によるセンサと同じ方式で、塗布される帯状片はセンサ機能のために高い
透磁率を必要とする。

【０００９】 （発明の概要） 本発明の目的は、シャフトに供給するのが単純であり、優れた測定結果を提供
し、かつ実質的にシャフトの製造材料と無関係に既存のシャフトに備えつけるこ
とができる、シャフトのトルクを測定するための磁歪センサを供給することであ
る。

【００１０】 この目的は、冒頭に述べた種類の、低抵抗値を有する非磁気歪み材料の第２の
層で前記表面パターンが形成されることを特徴とする磁歪センサによって達成さ
れる。第１の層に誘導される渦電流が原因で、印加磁場は第１の層の表面から離
れるにつれて指数関数的に低下（減衰）する。充分に厚い層を選択することによ
って、センサの特性はシャフト材料によってではなく第１の層材料によって支配
されるであろう。シャフトの円周表面上に適切な厚さの第１の層を設けることで
、センサの測定結果に与えるシャフト材料の影響は多かれ少なかれ無視できるも
のとなり得る。それにより、センサは実質的にすべての種類のシャフトに設ける
ことが可能となり、シャフト材料と無関係になり得る。そのような磁歪センサは
また、比較的低い透磁率を有する材料の第１の層を備えて優れた機能をも得る。

【００１１】 本発明の好ましい実施形態によると、前記第２の層は第１の層の上に設けられ
る。第１の層の上に非磁気歪み材料の第２の層を設けることによって、異方性特
性を備えた磁気歪み領域を供給する表面パターンが得られる。好都合には、前記
第１の層は前記領域で連続して延びる。そのような第１の層は、その上に第２の
層が容易に設けられる、同時的に連続して一様な表面を形成するように設けるの
が簡単である。その上さらに、そのような連続的な第１の層は磁気歪み領域の応
力集中を最小限にする。別法の実施形態によると、第１の層はシャフトの表面上
に不連続的な延長により設けられ、そこでは少なくともいずれかの部分でシャフ
トの表面に第１の層が隣接せず、第２の層がシャフトの表面に設けられる。前記
表面パターンでシャフトの表面上に第１の層と第２の層の両方を設けることで、
磁気歪み領域は実質的に一様な表面層を得ることができる。

【００１２】 また別の好ましい実施形態によると、前記第１および第２の層は熱を本質的に
導入しない塗布法によって塗布されるように配置される。高温を避けることによ
って、荷重負担するシャフトの強度と公差は影響されなくなる。熱を導入するこ
とのない適切な塗布法はメッキ法である。金属を既存の素子にメッキするために
少なくとも２種類の応用可能なメッキ法が存在し、すなわち浴によるメッキ法と
選択的メッキ法であるが、しかし化学的（非電気的）メッキ法もまた応用可能で
ある。好都合には、シャフトの表面は前記層が塗布される前に前処理されるよう
に配置される。ブラスト法、ショットピーニング法、研削法、酸洗浄法、ドープ
法または化学的打ち出し法を含むこともあるそのような前処理によって、第１の
層はシャフトの表面に対する充分な結合性を得る。好都合には、前記塗布層は追
加的なメッキ後処理に晒されるように配置される。そのような処理は層の強度お
よびセンサの特性を向上させるための機械的および／または熱的なものであって
もよい。

【００１３】 本発明のまた別の好ましい実施形態によると、前記第１の層は磁気歪み材料の
上で浸透厚よりも大きな厚さを有する。材料の浸透厚は本技術分野ではよく知ら
れている定義であり、次式により計算され、

【数１】 ここでδは浸透厚、 ρは材料の電気的抵抗率、 μは材料の透磁率、 ωは印加磁場の角速度である。

【００１４】 浸透厚の厚さを有する第１の層で、印加磁場の約１／３は第１の層を貫通して
下層のシャフト材料に至る。測定の優れた精度を保証するために、印加磁場のよ
り少ない量しか第１の層を貫通してシャフト材料に至らないような厚い層を塗布
することが好ましい。しかしながら、浸透厚の２倍以上の厚さの第１の層を設け
ると、普通は、測定の精度に関して殆ど貢献しなくなり、なぜなら浸透厚の２倍
では印加磁場のごくわずかの量しか下層のシャフト材料まで貫通しないからであ
る。層の厚さが大きくなることは、概して製造コストがさらに高くなることを意
味する。したがって、浸透厚の１から２倍までの間の厚さを有する第１の層が殆
どのセンサにとって最適である。しかしながら別の点で好都合な状況では、浸透
厚の１／４の薄い磁気歪み材料の第１の層の厚さでもって比較的優れた測定精度
が得られることもある。好都合には、前記第１の層はニッケル、鉄またはコバル
ト材料のうちの少なくとも一種ないし複数種を含む。特にニッケルは、それが殆
どの種類のシャフト材料に困難を伴なわずに、例えばメッキ法で塗布可能である
ことと組み合わせて、純粋状態または合金で優れた磁気歪み特性を有する。

【００１５】 本発明のまた別の好ましい実施形態によると、前記第２の層は第１の層の材料
の抵抗率よりも低い抵抗率を有する材料を含む。上述したＵＳ ５６４６３５６
号を参照すると、第２の層材料の抵抗率と第１の層材料の抵抗率との間の商なら
びに第２の層の厚さが、第２の層の表面パターンに関して印加磁場をいかにうま
く位置合わせするかということにとって重大であることが示されている。前記第
２の層が第１の層の浸透厚よりも小さな厚さで、かつ第２の層材料の抵抗率と第
１の層材料の抵抗率の商と浸透厚を積算したよりも大きな厚さを有することが適
切である。好都合には、第２の層材料はできる限り低い抵抗率を有するように選
択される。低い抵抗率でもって、第２の層は極めて薄く作製することができる。
前記第２の層は、シャフト表面の母線に対して±２０°から±７５°までの間の
角度を形成して並列に配列した帯状片を含むこともある。磁気歪み領域が最適の
異方性を得るためには前記角度は±４５°であるべきである。これらの角度で、
磁場はシャフトがいずれかの方向にトルクによって荷重を受けるときの主たる機
械的応力の方向とシャフトの表面で一致する。前記第２の層は少なくとも２つの
ゾーン内に設けられることもあり、それらは異なる角度を有する帯状片を含む。
帯状片は第１のゾーンにおいて、例えば前記母線に対して＋４５°の角度を有し
、一方第２のゾーンにおいて帯状片は前記母線に対して−４５°の角度を有する
こともある。前記帯状片は前記ゾーン間で連続的な方式で軸方向に延びてもよい
。そのとき、センサの合計長さは最小になる。帯状片が２つのゾーン間で遮断さ
れることもまたあり得る。好都合には、前記第２の層は銅、アルミニウムないし
クロムのうちの一種ないし複数種を含む。特に銅は極めて低い抵抗率を有するが
アルミニウムおよびクロムもまた低い抵抗率を有する。銅およびクロムは、例え
ばニッケルの第１の層の上部にメッキ法によって困難を伴わずに塗布することが
できる。

【００１６】 以下で本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら範例として説
明する。

【００１７】 （本発明の好ましい実施形態の詳細説明） 図１は、何らかの種類の機械的伝達機構でトルクを伝達するように配置された
回転可能なシャフト１を示す。ここではシャフト１は、剛性、強度および幾何学
形状に関して伝達素子としてシャフト１に必要とされる機械的要求性に合致する
実質的に任意の材料で構成されてもよい。シャフト１のトルクの大きさと方向の
測定を可能にするために、シャフトの延長方向に沿って適切な場所に磁歪センサ
が設けられている。このケースでは、磁歪センサはシャフト１の上に設けた磁気
歪み領域２を含み、それがシャフト１の円周表面上で延長を有する。磁気歪み領
域２は磁気歪み材料の第１の層３を含み、それが前記領域２で実質的に連続的な
延長と厚さを有する。好都合には、第１の層３はニッケルを含むが、しかし鉄、
コバルトおよび適切な磁気歪み特性を有するその他の材料もやはり含んでもよい
。連続的な帯状片の形の第２の層４は第１の層３の上に設けられる。帯状片は２
つの端部４ａ、ｂを有し、それら各々がシャフト１の表面の母線に対して約＋４
５°の角度を形成し、中間の部分４ｃがシャフト１の表面の母線に対して約−４
５°の角度を形成する。第２の層４は非磁気歪み特性の材料を含み、好都合には
、それは低抵抗率、低透磁率を有し、かつ第１の層の上に薄膜として容易に塗布
可能である。銅がそのような材料であるが、しかしアルミニウム、クロムまたは
上述した材料特性を有するその他の材料であってもやはりよい。前記帯状片を備
えた第２の層４は、磁気歪み領域２が異方性特性を得るように第１の層３の上で
表面パターンを形成する。帯状片はシャフト１の表面の母線に対して±４５°の
角度を形成する延長を有するので、シャフト１へのトルク荷重に関連して最適の
異方性が得られる。そのようなトルク荷重は２つのあり得るトルク方向で生じる
かもしれない。

【００１８】 図１で、第２の層４はシャフトの母線に対して＋４５°または−４５°のいず
れかの角度を有する帯状片の形のパターンで構成される。ここでは第２の層４は
、異なる角度で３つのゾーンを横切って延びる帯状片の形でパターンを形成する
。そのようなゾーンの数は１つ、２つ、３つまたはそれ以上であってもよい。こ
れらのゾーンは、帯状片が連続的ユニットを形成するようにつながっていてもよ
いし、各々のゾーンの間で帯状片の遮断が形成されるように分離されていてもよ
い。下層の第１の層３もやはり唯一の連続した部分またはいくつかの分離された
部分で構成されてもよい。第１の層が唯一の連続した部分またはいくつかの分離
された部分を形成する場合、第２の層４は必ずしも対応するパターンを有する必
要はない。したがって、実施形態が連続した部分の第１の層３と分離された帯状
片の第２の層４で構成されることもあり得る。最も好ましい実施形態は概して、
連続した部分の第１の層３と連続した帯状片の第２の層４を有することであり、
なぜならそれがセンサの合計長さを可能な最短にするからである。このことは、
このセンサが使用される環境ではしばしば空間が極めて制限されるので好都合で
ある。

【００１９】 その上さらに、荷重負担するシャフトもまたいくつかの磁気歪み領域２を設け
られることがあり、それがシャフトに沿ったいくつかの場所でトルク測定するこ
とを可能にする。このことは、例えばギヤ伝達機構やプーリーのような、例えば
トルク伝達素子の前後でトルク測定することを可能にする。この方式で、トルク
伝達素子内で伝達されるトルクを２つの磁気歪み領域間のトルクの差異として計
算することができる。シャフトに沿ったいくつかの場所でのトルク測定は、シャ
フトの延長に沿って変化するトルクを有する他のシャフトにとってもやはり関心
事となり得る。

【００２０】 前記磁気歪み領域２で時間変化する磁場を発生するために、センサはシャフト
１の周囲に配置される一次コイル５を含む。一次コイル５は軟磁性材料の実質的
に円筒形状のヨーク６に取り付けられる。このヨーク６もまた２つの極７、８を
封入しており、それらがヨーク６の端部で隙間空間の磁束を集中させる。一次コ
イル５は図に示していない信号発生器に接続される。信号発生器は一次コイル５
に時間変化する電流を供給するように配置され、それによって実質的に一様な分
布で時間変化する磁場が磁気歪み領域２に印加される。二次コイル９は磁束密度
を測定するために一次コイル５の内側に配置される。シャフト１がトルクを受け
ると、磁気歪み材料の透磁率が第１の層で変化し、それにより磁束密度もまた変
化する。磁束の程度に依存して、対応して誘導される電圧が二次コイル９内に発
生する。二次コイル９の誘導電圧が計測され、シャフト１のトルクの大きさと方
向を判定するのに使用される。

【００２１】 図２は磁気歪み領域２でシャフト１の表面を通る断面図を示している。磁気歪
み材料の第１の層３は連続した延長と厚さを備えた比較的薄い層でシャフト１の
円周表面上に設けられている。ニッケルを含むことが有益な前記第１の層３は、
塗布処理の間で熱を導入しない、例えばメッキ法でもよい塗布方法の手段によっ
て塗布されることが好都合である。塗布処理の間の熱の導入が好ましくない方式
でシャフトの強度と製造公差を変化させる結果につながりかねないので、熱を導
入しない塗布方法は好都合である。第１の層３がシャフトの表面に対する必要な
接着性を得るのを確実化するために、シャフトの円周表面はできるなら前処理さ
れる。そのような前処理にはブラスト法、ショットピーニング法、研削法、酸洗
浄法、ドープ法または化学的打ち出し法が含まれることもある。シャフトの表面
上に第１の層を塗布後に、第２の層４が第１の層３の上に塗布される。したがっ
て、そのような塗布はメッキ法で実施されることが有益である。センサ機能のた
めの必要な表面パターンを得るために、第２の層４を塗布する予定でない領域は
、例えばマスクしてもよい。Ｎｉメッキのために考えられ得るかまたは好ましい
浴はワット浴、スルファミン酸浴または高塩化物浴である。メッキの後に１５０
°と３００℃の間で安定化の熱処理を行うこともあり得る。或る応用では、もっ
と高い温度もまた考慮されることがある。第１の層３の安定化熱処理（ベーキン
グ）のほかに、センサの特性を向上させ、第１の層３の強度を改善し、内部応力
を変化させ、あるいは材料疲労の強度を改善するために、機械的なメッキ後処理
もまた好ましいかもしれない。そのような追加的なメッキ後処理の範例は、ブラ
スト法、ショットピーニング法または他の何らかの対応した方法である。機械的
処理は独立して、または加熱処理（ベーキング）の前ないし後で、または機械的
処理と熱処理から成る何らかの処理順序で実施されてもよい。

【００２２】 比較的低コストで良好に機能するセンサを得るために第１の層３と第２の層４
の厚さは極めて重要である。したがって、第１の層３を貫通する印加磁場の一部
は磁気歪み材料ばかりでなく、シャフト材料にも効果を及ぼす。普通、シャフト
材料は第１の層３よりもかなり劣った磁気歪み特性を有するので、薄い第１の層
３はセンサの精度を低下させる。したがって、測定の観点からすると厚い第１の
層３が好都合である。しかしながら、塗布層の厚さに伴なってコストは上昇する
。本技術分野でよく知られている定量的パラメータは浸透厚である。浸透厚は印
加磁場の大きさの約１／３（もっと正確には１／ｅ）の残り部分が材料内でさら
に下まで貫通するような材料の深さに関する。第１の層３の厚さが浸透厚の１か
ら２倍の間にあることは、普通は、第１の層３の塗布が比較的低コストであるこ
とと組み合わせて極めて優れた精度の測定につながる。しかしながら、比較的優
れた精度の測定は第１の層３の厚さが浸透厚の１／４ほどに小さくてもやはり実
施できる。浸透厚の１／４の磁気歪み材料といった薄い第１の層３でもって、磁
束の（わずか）３１％が第１の層３に存在するだけになる。例えば下層のシャフ
ト材料の５倍にすることも可能な第１の層３の感度（機械的負荷によって引き起
こされる透磁率の変化）でもって、第１の層３はそれでもセンサの特性に支配的
であろう。なぜなら感度の６９％は第１の層３によって決まるからである。その
点で、浸透厚の１／４の薄さのそのような層３は商業的に興味深いものとなり得
る。

【００２３】 コストの観点では、薄い第２の層４を有することもまた好ましい。第１の層３
の上で前記表面パターンを形成する薄い第２の層４を有して高感度のセンサを得
るために、極めて低い抵抗率を有する材料を第２の層４に使用しなければならな
い。第２の層４は第１の層３の材料の抵抗率よりも少なくとも低い抵抗率を有す
る材料でなければならない。好都合には、第２の層４は第１の層の浸透厚よりも
小さく、かつ第２の層４の材料の抵抗率と第１の層３の材料の抵抗率の間の商と
浸透厚の積よりも大きな厚さを有する。

【００２４】 特に高荷重で磁気歪み層の特性を高めるために、この層のエッジ４が下層のシ
ャフト１に向かう端部でどのように設計されるかということが重要である。適切
な設計は機械的な応力集中を最小にするようなものである。小さな荷重について
は、層４のエッジは図２に示す完全な直線状であってもよいが、しかし高荷重に
ついてはそれらは面取りを備え、層からシャフト１に向かう半径方向の遷移また
は他の何らかの円滑な遷移で設計されるべきである。最適の設計はシャフト１の
性能、機械的な応力レベルおよび使用可能な空間によって決定される。

【００２５】 図３は磁気歪み領域２の別法の実施形態の断面を示すものである。ここでは第
１の層３は非連続的な延長でもってシャフト１の表面上に設けられている。第２
の層４は、第１の層３がシャフト１の表面に接しない部分でシャフト１の表面上
に設けられている。それによって、前記第１の層３と第２の層４はシャフト１の
表面上で幾何学的に連続した材料層を形成する。図示した実施形態の中の第１の
層３と第２の層４は同じ厚さを有し、それにより磁気歪み領域２は一様な表面を
得る。

【００２６】 本発明によるトルクセンサは、多様な理由で１つがトルク測定の関心事となる
ような応用すべてにおいて独立した構成要素として使用されてもよい。例えばト
ルク測定は管理または制御またはそれらの何らかの組み合わせのために使用され
ることもある。それはまた、過負荷保護の一部を構成することもある。

【００２７】 トルクセンサは永久的に機械に装着されることもあり、またはトルクが測定さ
れるべき場合や期間で装着されることもある。それはまた、既に機械の中に在る
荷重負担部品の一部を構成するような方式で機械装置に直接的に一体化されるか
もしれない。この部品はその本来の設計に従って設計されてもよいし、またはト
ルク測定を容易にするために改造されてもよい。それはまたトルク測定を可能に
するために供給された部品で構成され、機械装置に嵌合するように構成されるこ
ともある。

【００２８】 このセンサは旋削盤やフライス盤、ドリル、ナット・ランナーなどのような産
業機械に一体化されてもよい。それはまた、他の道具や他の装置の較正のために
使用されることもあり得る。その上さらに、それはミキサ、エクストルーダ、ア
ジテータ、アクチュエータまたはビスコシメータに使用されることもあり得る。
それはまた、回転ないし非回転のシャフトを有する他の種類の製造機械に使用さ
れることもあり得る。上述した応用で、トルク信号は例えば管理および制御のた
めに使用されるかもしれない。

【００２９】 それはまた、例えば自動車、トラックまたは建設機械のような乗り物に使用さ
れてもよい。それはエンジン内では、クランク・シャフト、ギヤ・ボックスへの
入力シャフト、ギヤ・ボックス内では、ギヤ・ボックスからの出力シャフト、プ
ロペラ・シャフト、ディファレンシャル・ギヤ内では、ドライブ・シャフト、車
輪またはいずれにしろ何らかの動力伝達機構の部分のトルクを測定するのに使用
されることもあり得る。それはトルクをモニタするため、またはエンジン、ギヤ
・ボックス、クラッチを制御するかまたは他の方式で動力伝達機構に影響を及ぼ
すのにトルクを利用するために使用されることもある。それはまた、ステアリン
グ・ホイール、ステアリング・ロッドまたはステアリング・ギヤ内のステアリン
グ・トルクを測定してステアリング・トルクの管理を行うかまたはパワー・ステ
アリングを制御するために使用されてもよい。

【００３０】 その上さらに、このセンサはまた、例えば自転車で乗り手の能力を測定するこ
とや、動力補助自転車を電気的ないし他の方式で制御するのに使用されることも
あり得る。トルクセンサはまた、飛行機、ジェット・エンジン、プロペラ・エン
ジン、またはヘリコプタに使用されてもよい。エネルギー伝達または動力伝達素
子として回転シャフトのトルクを使用するその他の応用もまたトルクセンサを備
えて使用されることがある。このセンサはまた、非回転シャフトでトルク測定の
ために使用されることもある。

【００３１】 本発明はいずれにせよ図面に示した実施形態に限定されるものではなく、特許
請求の範囲内で自在に変形することができる。例えば、第１の層は磁気歪み領域
で多様な層厚さを備えて連続した延長を有することがある。これにより、第１の
層が塗布された第２の層の間の部分でさらに大きな厚みを有することもある。そ
れにより、磁気歪み領域が本質的に一様な表面を得ることがあり得る。その上さ
らに、そのような磁気歪み領域はシャフトの円周表面の全周に延びる必要がなく
、シャフトの一部の周りにしか延びなくてよい。加えて、前記一次および二次巻
線は同じ巻線で構成されることがある。それを除いて、前記第１の層の材料は必
ずしも完成された層材料として塗布される必要がなく、シャフト材料に影響を及
ぼすかまたは変えるために様々な方法を使用して前記第１の層材料を形成する可
能性が存在する。加えて、前記第１および第２の層を塗布するためにメッキ法以
外の他の方法が使用されることもある。そのような方法は物理蒸着法（ＰＶＤ）
、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ・スプレー法、スパッタリングおよびレーザ
ー被覆法であってもよい。シャフト表面の下準備および／または前記層の追加的
処理は、これらの方法に同じように応用可能である。最後に、シャフトは必ずし
も回転可能である必要はなく、静止したものでもやはりよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 シャフトのトルクを測定するための、本発明による磁歪センサを示す図である
。

【図２】 本発明の第１の実施形態による磁気歪み領域でとったシャフト表面の断面を示
す図である。

【図３】 本発明の第２の実施形態による磁気歪み領域でとったシャフト表面の断面を示
す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年１月２３日（２００２．１．２３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフト（１）のトルクを測定するための磁歪センサであっ
   て、このセンサがシャフト（１）上の少なくとも１つの活性磁気歪み領域（２）
   、磁気歪み領域（２）上で異方性特性を得るように構成された表面パターン、時
   間変化する磁場を磁気歪み領域（２）で発生するように配置された第１の手段（
   ５）、および磁気歪み領域（２）の透磁率の変化を感知するように配置された第
   ２の手段（９）を含み、前記磁気歪み領域（２）がシャフト（１）の表面上に設
   けられた磁気歪み材料の第１の層（３）を含み、前記表面パターンが低抵抗率を
   有する非磁気歪み材料の第２の層（４）で形成されることを特徴とする磁歪セン
   サ。
2. 【請求項２】 第２の層（４）が第１の層（３）の上に設けられることを特
   徴とする、請求項１に記載の磁歪センサ。
3. 【請求項３】 前記第１の層（３）が前記領域（２）で連続した延長部を有
   することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の磁歪センサ。
4. 【請求項４】 第１の層（３）にシャフト（１）表面の上に不連続性の延長
   部が設けられ、少なくとも第１の層（３）がシャフト（１）の表面に接していな
   い部分で、第２の層（４）がシャフト（１）表面の上に設けられることを特徴と
   する、請求項１に記載の磁歪センサ。
5. 【請求項５】 前記第１の層（３）および第２の層（４）が、本質的に熱を
   導入しない塗布方法によって塗布されるように配置されることを特徴とする、前
   記請求項のいずれか一項に記載の磁歪センサ。
6. 【請求項６】 前記塗布方法がメッキ法であることを特徴とする、請求項５
   に記載の磁歪センサ。
7. 【請求項７】 シャフト（１）の表面が、前記層が塗布される前に前処理を
   受けるように配置されることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の磁
   歪センサ。
8. 【請求項８】 前記塗布層が塗布後処理を受けるように配置されることを特
   徴とする、請求項５から請求項７までのいずれか一項に記載の磁歪センサ。
9. 【請求項９】 前記第１の層（３）が、磁気歪み材料の浸透厚の１／４より
   も大きな厚さを有することを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の磁
   歪センサ。
10. 【請求項１０】 前記第１の層（３）が、磁気歪み材料の浸透厚よりも大き
    な厚さを有することを特徴とする、請求項９に記載の磁歪センサ。
11. 【請求項１１】 第１の層（３）がニッケル、鉄またはコバルトのうちの一
    種または複数種を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の磁
    歪センサ。
12. 【請求項１２】 前記第２の層（４）が、第１の層（３）の材料の抵抗率よ
    りも低い抵抗率を有する材料を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれか一
    項に記載の磁歪センサ。
13. 【請求項１３】 前記第２の層（４）が、第１の層（３）の材料の透磁率よ
    りも低い透磁率を有する材料を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれか一
    項に記載の磁歪センサ。
14. 【請求項１４】 前記第２の層（４）が、第１の層の浸透厚よりも小さくて
    かつ浸透厚に第２の層（４）の材料の抵抗率と第１の層（３）の材料の抵抗率と
    の間の商を積算したよりも大きな厚さを有することを特徴とする、請求項１２に
    記載の磁歪センサ。
15. 【請求項１５】 前記第２の層（４）が、シャフトの表面の母線に対して±
    ２０°と±７５°との間の角度を形成して並列に配置された帯状片を含むことを
    特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の磁歪センサ。
16. 【請求項１６】 前記帯状片が少なくとも２つのゾーンに設けられ、それら
    が様々な角度で帯状片を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の磁歪センサ
    。
17. 【請求項１７】 前記帯状片が前記ゾーンの間で連続した方式で延びること
    を特徴とする、請求項１６に記載の磁歪センサ。
18. 【請求項１８】 前記帯状片が前記ゾーンの間で遮断されて延びることを特
    徴とする、請求項１６に記載の磁歪センサ。
19. 【請求項１９】 前記第２の層（４）が銅、アルミニウムまたはクロム材料
    のうちの一種または複数種を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれか一項
    に記載の磁歪センサ。
20. 【請求項２０】 シャフトのトルクを測定するための、請求項１から請求項
    １４までのいずれか一項に記載の磁歪センサの使用法。