JP2006126074A - センサ用コイル及びそれを用いた磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 高い磁気結合が得られ、かつ生産性が良好なセンサ用コイル及びそれを用いた磁気センサを提供するものである。
【解決手段】 本発明に係るセンサ用コイル１０は、基板１１の両面に、それぞれプリントコイルパターン１２及び１３を有し、各プリントコイルパターン１２及び１３は、端点２１ｃ，２１ｄ及び２４ｃ，２４ｄを有する２つのパターン部２１ａ，２１ｂ及び２４ａ，２４ｂで構成される主コイルパターン２２及び２５と、その主コイルパターン２２及び２５とは独立した接続パターン２３及び２６とを備え、基板１１の一つの面に形成された主コイルパターン２２（又は２５）の端点同士２１ｃ，２１ｄ（又は２４ｃ，２４ｄ）を、基板１１の他の面に形成された接続パターン２６（又は２３）で電気的に接続したものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、検出物体の回転に伴う駆動トルクや、面応力などを計測するセンサ用コイル、及び磁歪効果を利用したトルクセンサに関するものである。

図１０に示すように、強磁性体で、磁歪効果を有する軸材からなる直径Ｄの軸体１００に、矢印１０１で示すトルクＴが印加されると、軸体１００の表層部に式(1)で示される主応力σが発生する。

σ＝１６Ｔ／（πＤ³） …(1)
この結果、歪み応力による一軸磁気異方性が誘導される（ビラリ効果）。この場合、磁気歪み定数λが正であれば、磁化容易軸はσの正の方向（図１０中では＋σ）に平行な方向となり、磁気異方性の大きさは、式(2)で与えられる。逆に、磁気歪み定数λが負であれば、磁化容易軸はσの負の方向（図１０中では−σ）に平行な方向となる。

Ｋ_σ＝３λσ …(2)
トルクＴの印加によって軸体１００の表層部に誘導された磁気異方性を検出することによって、軸体１００に非接触で、トルクＴの大きさを計測することができることは、既に知られている（非特許文献１，２参照）。

また、非特許文献２記載の方法をさらに改良し、平面型の検出コイルで、トルクＴの大きさを計測できるようにした磁気ヘッドがある。例えば、１対の８の字コイルからなるトルク検出コイルを、巻線によって構成したものが既に報告されている（非特許文献３参照）。

例えば、図１１に示すように、非特許文献３記載の磁気ヘッド（センサ用コイル）１１１は、８の字型で、かつ、外縁形状は矩形状の２つのコイル１１２，１１３を、一方のコイル１１２に対して他方のコイル１１３を90°回転させて重ねて配置したものであり、軸体１１０に非接触の状態で配置される。コイル１１２，１１３は巻線によって構成されており、それぞれ、中央に交差部を有している。よって、磁気ヘッド１１１全体では、２つの交差部を有している。

R.A.ベス(R.A.Beth)、W.W.ミークス(W.W.Meeks),「Rev. Sci. Instrum.」,1954,Vol.25,p.603 O.デール(O.Dahle),「ASEA ジャーナル(ASEA Journal)」,1960,Vol.33,No.3,p.23 I.Sasada、M.Akinaga,ハイ センシティビティー マグネティック ヘッド フォー ア シャフト トルク センサ(High sensitivity magnetic head for a shaft torque sensor),「ジャーナル オブ アプライド フィジックス(Journal of Applied Physics)」,2002,vol.91,p.7792-7794

ところで、非特許文献３記載のセンサ用コイル１１１は、コイル１１２，１１３が巻線によって構成される巻線型のものであるため、より高い磁気結合（磁束による結合）の実現（達成）を図ると共に、１次コイル１１２及び２次コイル１１３の結合のバランスを図るには、設計上の限界があった。また、コイル１１２，１１３は線材の巻線形成であるため、生産性が良好でないという問題があった。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、高い磁気結合が得られ、かつ生産性が良好なセンサ用コイル及びそれを用いた磁気センサを提供することにある。

上記目的を達成すべく本発明に係るセンサ用コイルは、基板の両面に、それぞれプリントコイルパターンを有し、各プリントコイルパターンは、端点を有する２つのパターン部で構成される主コイルパターンと、その主コイルパターンとは独立した接続パターンとを備え、基板の一つの面に形成された主コイルパターンの端点同士を、基板の他の面に形成された接続パターンで電気的に接続したものである。

また、本発明に係るセンサ用コイルは、基板の両面に、それぞれプリントコイルパターンを有し、各プリントコイルパターンは、端点を有する２つのパターン部で構成される複数の主コイルパターンと、その主コイルパターンと同数で、かつ、主コイルパターンとは独立した複数の接続パターンとを備え、基板の一つの面に形成された複数の主コイルパターンの端点同士を、基板の他の面に形成された複数の接続パターンで電気的に接続したものである。

ここで、基板の一つの面に形成された主コイルパターンに対して、基板の他の面に形成された主コイルパターンを、90°回転させた状態で配置することが好ましい。また、基板の一つの面に形成された複数の主コイルパターンの内のある１つの主コイルパターンに対して、そのある１つの主コイルパターンと対応する基板の他の面に形成された主コイルパターンを、90°回転させた状態で配置することが好ましい。

２つのパターン部は点対称に配置されることが好ましい。また、２つのパターン部は線対称に配置されることが好ましい。

各パターン部がほぼ二等辺三角形状の外縁を有する渦巻きパターンであり、かつ、各パターン部を合わせた主コイルパターンがほぼ菱形状の外縁を有することが好ましい。

一方、本発明に係る磁気センサは、前述したセンサ用コイルを、センシング対象の検出物体に近接離間させて又は密着させて設けたものである。

ここで、センサ用コイルの、センシング対象の検出物体側でない面（検出物体に対向していない面）に、磁気ヨークを配置してもよい。磁気ヨークは磁性薄板で構成されるが、好ましくはアモルファス磁性薄帯で構成される。

本発明によれば、高い磁気結合を有するセンサ用コイルを得ることができるという優れた効果を発揮する。

図１１に示したセンサ用コイル１１１は、各コイル１１２，１１３が、その中央に交差部を有しているため、センサ用コイル１１１全体では２つの交差部を有していた。よって、従来、両面導体の基板を用い、センサ用コイルを作製することはできないと考えられていた。

本発明は、両面導体の基板を用い、基板の両面にそれぞれ１次コイル、２次コイルを形成したことに特徴を有するものである。

（第１の実施形態）
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明の好適一実施の形態に係るセンサ用コイルの正面図を図１に、図１のセンサ用コイルの平面図を図２に示す。図２（ａ）は、図１の２ａ方向矢視図、図２（ｂ）は、図１の２ｂ−２ｂ線矢視図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るセンサ用コイル１０は、基板１１の両面に、それぞれプリントコイルパターン１２，１３を有している。

プリントコイルパターン１２は、図２（ａ）に示すように、端点を有する２つのパターン部２１ａ，２１ｂで構成される主コイルパターン２２と、その主コイルパターン２２とは交差せず、独立した接続パターン２３とを備えている。パターン部２１ａは、その一端が端点２１ｃであり、他端が端子２８ａとなる。パターン部２１ｂは、その一端が端点２１ｄであり、他端が端子２８ｂとなる。各端子２８ａ，２８ｂに計測手段（図示せず）が接続される。

また、プリントコイルパターン１３は、図２（ｂ）に示すように、端点を有する２つのパターン部２４ａ，２４ｂで構成される主コイルパターン２５と、その主コイルパターン２５とは交差せず、独立した接続パターン２６とを備えている。パターン部２４ａは、その一端が端点２４ｃであり、他端が端子２９ａとなる。パターン部２４ｂは、その一端が端点２４ｄであり、他端が端子２９ｂとなる。各端子２９ａ，２９ｂに計測手段（図示せず）が接続される。

各パターン部２１ａ，２１ｂ及び２４ａ，２４ｂは、ほぼ二等辺三角形状の外縁を有する渦巻きパターンであり、かつ、各パターン部２１ａ，２１ｂ及び２４ａ，２４ｂを合わせた主コイルパターン２２及び２５は、ほぼ菱形状の外縁を有する。また、プリントコイルパターン１２，１３は、それぞれ接続パターン２３，２６の中点を対称点とした点対称構造となっており、パターン全体の対称性、すなわちバランスが保たれている。

一方、図３（ａ）に示すように、基板１１の一つの面に形成されたプリントコイルパターン１２は、主コイルパターン２２の端点同士２１ｃ，２１ｄ間が不連続である。ところが、基板１１の他の面には、端点２１ｃ，２１ｄを結ぶように接続パターン２６が設けられている（図３（ｂ）中では、端点２１ｃ，２１ｄと同じ位置に接続パターン２６の端点２６ａ，２６ｂが設けられている）。端点２１ｃ，２１ｄ及び２６ａ，２６ｂには、ビアホール（スルーホール）が形成されており、端点２１ｃ，２１ｄ及び２６ａ，２６ｂはビアホールを介して電気的に接続されている。よって、プリントコイルパターン１２は、基板１１を挟んで配置された接続パターン２６を介して、電気的に接続される。

また、図３（ｂ）に示すように、基板１１の他の面に形成されたプリントコイルパターン１３は、主コイルパターン２５の端点同士２４ｃ，２４ｄ間が不連続である。ところが、基板１１の一つの面には、端点２４ｃ，２４ｄを結ぶように接続パターン２３が設けられている（図３（ａ）中では、端点２４ｃ，２４ｄと同じ位置に接続パターン２３の端点２３ａ，２３ｂが設けられている）。端点２４ｃ，２４ｄ及び２３ａ，２３ｂには、ビアホール（スルーホール）が形成されており、端点２４ｃ，２４ｄ及び２３ａ，２３ｂはビアホールを介して電気的に接続されている。よって、プリントコイルパターン１３は、基板１１を挟んで配置された接続パターン２３を介して、電気的に接続される。

ここで、基板１１としては、フレキシブル基板であることが好ましく、その構成材は、十分な可撓性を有するものであれば特に限定するものではない。例えば、プリント回路基板として慣用的に用いられている樹脂薄膜が全て適用可能であり、具体的には、ポリイミド、ポリエステル、エポキシなどが挙げられる。

フレキシブル基板１１の厚さは、構成材によって可撓性がそれぞれ異なることから、一律に限定されるものではないが、100〜500μｍが好ましい。

各プリントコイルパターン１２，１３の構成材は、特に限定するものではなく、プリント回路パターンの構成材として慣用的に用いられているものが全て適用可能であり、例えば、純銅、銅合金が挙げられる。

各プリントコイルパターン１２，１３の厚さは、特に限定するものではないが、パターン幅を40〜500μｍ程度とした時に0.05〜1Ａ程度の励磁電流を流すことが可能な厚さ、例えば、10〜50μｍ、好ましくは15〜40μｍ、より好ましくは18〜35μｍである。ここで、各プリントコイルパターン１２，１３は、必ずしも同じ厚さである必要はなく、一方のコイルパターンの厚さを薄く形成してもよい。この場合、薄く形成した方のコイルパターンは、ラインアンドスペースを緻密にし（パターン幅及び隣接するパターン同士の間隔を小さくし）、コイルのターン数を多くすることが好ましい。

プリントコイルパターン１２におけるパターン部２１ａ，２１ｂ及びプリントコイルパターン１３におけるパターン部２４ａ，２４ｂのターン数は、特に限定するものではなく、目的とするセンシング感度に応じて適宜選択される。プリントコイルパターン１２，１３の形成方法は、特に限定するものではなく、プリント回路形成のために慣用的に用いられている手法などが全て適用可能である。

以上のような構成を有する本実施の形態に係るセンサ用コイル１０を、図４に示すように、センシング対象の検出物体、例えばトルク伝達軸体４１の周面に臨んで設けることで、トルクセンサ４０が得られる。

トルク伝達軸体４１の構成材としては、強磁性ステンレス鋼（例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼、具体的にはSUS403（JIS規格品））、マルエージ鋼、Ｎｉを比較的多く含むJIS構造用鋼（例えば、ニッケル−クロム−モリブデン鋼（SNCM材）、ニッケル鋼、鉄ニッケル鋼、或いは鉄コバルト鋼など）、又はニッケル材などが挙げられる。特に、磁歪特性の良好なSUS403の非熱処理材が好ましい。

また、図５に示すように、センサ用コイル１０の、検出物体側でない面（非トルク伝達軸体側面（図５中では右側面））に、強磁性の磁気ヨーク５１を近接離間させて配置し、トルクセンサ５０としてもよい。より好ましいトルクセンサ５０は、センサ用コイル１０と磁気ヨーク５１を密着させたものである。

磁気ヨーク５１としては、高透磁率磁性体からなる磁性薄板、好ましくは磁性薄帯が挙げられ、例えば、フェライト、パーマロイ、微結晶磁性体、アモルファス磁性体などの磁性薄板、好ましくは磁性薄帯を用いることができる。特に、無磁歪組成のアモルファスの磁性薄帯が好ましい。磁気ヨーク５１は、磁性薄板（又は磁性薄帯）の単層体或いは磁性薄板を多層に重ねた積層体のいずれであってもよい。

ここで、磁気ヨーク５１を設けた場合（図５に示したトルクセンサ５０）と磁気ヨーク５１を設けなかった場合（図４に示したトルクセンサ４０）を、同一の励磁条件で比較すると、トルクセンサ５０は、トルクセンサ４０と比べてトルク検出感度が大幅に向上する。フレキシブルなプリントコイルであるセンサ用コイル１０は、従来の巻線型のセンサ用コイルと比較して、コイル表面の起伏が少なく、滑らかである。このため、センサ用コイル１０は、従来の巻線型のセンサ用コイルと比較して、磁気ヨーク５１をより密着させて設けることができ、その結果、磁歪効果による透磁率変化をより高感度に検出することができる。これによって、トルク検出感度を大幅に向上させることができると考えられる。

また、センサ用コイル１０の非トルク伝達軸体側面に磁気ヨーク５１を設けることで、センサ用コイル１０に対する他の電子・電気機器からの電磁干渉を低減することができる。

次に、本実施の形態に係るセンサ用コイル１０の作用を、添付図面に基づいて説明する。

センサ用コイル１０は、例えば、図５に示したように、トルク伝達軸体４１の周面に臨んで非接触状態で配置される。このセンサ用コイル１０の動作原理を説明するために、図３（ａ）に示したプリントコイルパターン（１次コイル）１２及び図３（ｂ）に示したプリントコイルパターン（２次コイル）１３を、各部に分けて考える。

トルク伝達軸体４１に磁気異方性が誘導されていない場合（トルクが印加されていない場合）において、１次コイル１２に交流電流を加えても、２次コイル１３側に誘起電圧が発生しない。これは、１次コイル１２の電流の向きを矢印Ａ１２、２次コイル１３の電流の向きを矢印Ａ１３とした場合、センサ用コイル１０の中心部における90°交差部（主コイルパターン２２と接続パターン２６との交差部、主コイルパターン２５と接続パターン２３との交差部）では、１次コイル１２で発生させられた磁束は２次コイル１３の垂直部と平行になるために鎖交せず、相互誘導（相互インダクタンス）はゼロとなる。右上部及び左下部の辺上では、２つのコイル１２，１３の電流方向が互いに逆であり、残りの左上部及び右下部の辺上では、２つのコイル１２，１３の電流方向が互いに同じである。相互誘導は、磁束の変化を妨げる方向に電圧を発生する。このため、右上部及び左下部の相互誘導の極性を正、左上部及び右下部の相互誘導の極性を負とすると、各辺上での正と負の相互誘導の強さは、形状の対称性から打ち消され、誘起電圧が生じない。このように、計測対象のトルク伝達軸体４１に磁気異方性が誘導されていなければ、１次コイル１２と２次コイル１３との間の相互誘導は原理的にゼロである。

ところが、図４に示した矢印４５の方向にトルクＴが印加され、Ｋ_σ（＝３λσ;σ＝16T/(πD³)）で示す一軸磁気異方性が誘導されると、その方向と平行方向には磁束が通り易くなると共に、その方向と垂直方向には磁束が通りにくくなる。よって、正の極性を持つ右上部及び左下部で相互誘導が強くなり、反対に、負の極性を持つ左上部及び右下部で相互誘導が弱くなる。一方、センサ用コイル１０の中心部における90°交差部でも、磁束が磁気異方性の方向へわずかに傾くことにより、磁束に水平成分が発生する。これによって、２次コイル１３の垂直部に鎖交が生じ、この極性は正となる。

以上のことから、磁気異方性が誘導されると、高感度に誘起電圧が発生する。さらに、磁気異方性が90°異なる方向に発生する場合は、上述した符号が全く逆になり、誘起電圧の位相が180°シフト（正負反転）する。これらのことから、同期整流器によって誘起電圧を整流すれば、トルクＴの方向及び大きさを計測することができる。

本実施の形態に係るセンサ用コイル１０においては、１次コイル１２及び２次コイル１３をプリントコイルで形成することで、正確なパターンを容易に得ることができる。また、本実施の形態に係るセンサ用コイル１０においては、１次コイル１２及び２次コイル１３が、共に励磁コイル及び検出コイルとして機能する。つまり、一方が励磁コイル、他方が検出コイル、又は一方が検出コイル、他方が励磁コイルというようにいずれであってもよい。これによって、センサ用コイル１０としての対称性、つまり１次コイル１２及び２次コイル１３間の相互誘導のバランスを良好に保つことができ、また、センサ用コイル１０を安価に、かつ、生産性よく製造することができる。以上より、本実施の形態に係るセンサ用コイル１０は、高い磁気結合を得ることができる。

ここで、１次コイル１２と２次コイル１３は完全に同一である必要はなく、１次コイル１２及び２次コイル１３が、それぞれ線対称性を有し、ほぼ同サイズで、かつ、１次コイル１２に対して２次コイル１３が90°回転された状態で配置されていれば、１次コイル１２及び２次コイル１３の各ターン数、サイズ、厚さなどは異なっていてもよい。

本実施の形態に係るセンサ用コイル１０を用いて作製した磁気ヘッド型トルクセンサ４０に駆動トルクＴが印加されることによって、トルク伝達軸体４１に一軸磁気異方性が誘導される。トルク伝達軸体４１の周面に生じた±45°方向の透磁率差が、非接触状態のセンサ用コイル１０により、感度よく、かつ、高精度に計測される。これによって、発生した誘起電圧が高精度に検出され、同期整流器によって誘起電圧を整流すれば、駆動トルクＴの方向及び大きさを計測することができる。

ここで、トルク伝達軸体４１を、高強度で、かつ、良好な磁歪の逆効果を有するマルテンサイト系ステンレス鋼（例えば、SUS403）で構成することで、機械的強度、耐久性の確保のための熱処理（高周波焼入れ処理）が不要となり、製造工程が簡易となる。よって、トルク伝達軸体４１を、安価な製造コストで作製することができる。また、焼入れ処理が不要であるため、トルク伝達軸体４１の保磁力が増大することはなく、トルク検出感度が低下することもない。尚、トルク伝達軸体４１の構成材によっては、必要に応じてトルク伝達軸体４１に熱処理を施してもよい。例えば、トルク伝達軸体４１としてSNCM材を用いる場合、ロッド材の製造過程において螺旋状の磁気特性の変動が生じる。よって、この場合、ロッド材に予め900℃程度の温度で熱処理を施しておくことが好ましい。

また、トルク伝達軸体４１を、保磁力の小さい生材（未熱処理材）で構成することで、センサ用コイル（磁気ヘッド）１０の励磁起磁力をそれ程大きくとる必要がなくなり、例えば、200〜300ｍＡで十分となる。また、保磁力の小さい生材でトルク伝達軸体４１を構成することで、センサ用コイル１０の非トルク伝達軸体側面に、必ずしも、図５に示した磁気ヨーク５１を設ける必要がなくなる。これによって、トルクセンサ４０の軽量化、小型化を図ることができると共に、トルクセンサ４０の製造コストの低減を図ることができる。

本実施の形態に係るセンサ用コイル１０を用いたトルクセンサ４０を自動車に適用することで、パワーステアリングトルクの制御や、エンジントルクの制御、又はモーションコントロールなどを高精度に行うことが可能となる。また、本実施の形態に係るセンサ用コイル１０を用いたトルクセンサ４０をタービンエンジンに適用することで、タービン運転の制御、監視などを高精度に行うことが可能となる。

また、本実施の形態に係るセンサ用コイル１０は、その適用をトルクセンサだけに限定するものではなく、磁気異方性を媒介として物体の傷などを検出する非破壊検査用センサや、物体中に含まれる異物などを高感度に検出する異物検出センサなどに適用可能である。特に、本実施の形態に係るセンサ用コイル１０はフレキシブルであるため、物体の検出面が３次元的な曲面であっても、良好に検出を行うことができる。

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（第２の実施形態）
本発明の他の好適一実施の形態に係るセンサ用コイルの、一方の面の平面図を図６に、他方の面の平面図を図７に示す。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。

前実施の形態に係るセンサ用コイル１０は、フレキシブル基板１１の両面に、それぞれプリントコイルパターン１２，１３を１個ずつ備えており、１個のコイルで構成されるものであった。

これに対して、本実施の形態に係るセンサ用コイルは、図６，図７に示すように、フレキシブル基板１１の両面に、それぞれ複数個のプリントコイルパターン１２，１３、すなわちプリントコイルパターン１２の群（図６中では３個のプリントコイルパターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（１次コイル））及びプリントコイルパターン１３の群（図７中では３個のプリントコイルパターン１３ａ，１３ｂ，１３ｃ（２次コイル））を有するものであり、３個のコイルで構成されるものである。

プリントコイルパターン１２の群は、プリントコイルパターン１２ａにおけるパターン部２１ｂとプリントコイルパターン１２ｂにおけるパターン部２１ａ、プリントコイルパターン１２ｂにおけるパターン部２１ｂとプリントコイルパターン１２ｃにおけるパターン部２１ａが直列に結線、接続される。また、プリントコイルパターン１２の群は、プリントコイルパターン１２ａにおけるパターン部２１ａ及びプリントコイルパターン１２ｃにおけるパターン部２１ｂの他端が、それぞれ端子２８ａ，２８ｂに接続される。

プリントコイルパターン１３の群は、プリントコイルパターン１３ａにおけるパターン部２４ｂとプリントコイルパターン１３ｂにおけるパターン部２４ａ、プリントコイルパターン１３ｂにおけるパターン部２４ｂとプリントコイルパターン１３ｃにおけるパターン部２４ａが直列に結線、接続される。また、プリントコイルパターン１３の群は、プリントコイルパターン１３ａにおけるパターン部２４ａ及びプリントコイルパターン１３ｃにおけるパターン部２４ｂの他端が、それぞれ端子２９ａ，２９ｂに接続される。

ここで、コイルの数は３個に限定するものではなく、２個、又は４個以上であってもよい。

本実施の形態に係るセンサ用コイル６０の各コイルは、プリント回路形成技術を用いて形成されるものであるため、それぞれが均質であり、かつ、それぞれの形成も容易である。このため、本実施の形態に係るセンサ用コイル６０は、各コイルの検出能がそれぞれ均質であり、センシング対象の検出物体が広い面積を有するものであっても、その磁気異方性を精度良く検出することができる。

また、物質によっては、局所的磁気的性質の“ゆらぎ”や局所的内部応力が存在するため、磁気異方性が必ずしも均質であるとは限らない。このような場合、印加外力による磁気異方性は、それらの平均値から推定することができる。これは、平均をとる（平均化する）ことで、“ゆらぎ”の影響を除去することができるためである。例えば、図６，図７に示したように、複数個のコイルを直列結線することで、各コイルに相対するトルク伝達軸体において誘導されたそれぞれの磁気異方性を加算的に検出することができる。得られた加算値（加算誘起電圧）から、センサ固有の明確な比例係数が定まり、この比例係数に基づいて力（トルク）が求まる。また、得られた加算値（加算誘起電圧）をコイルの個数で除して、コイル１個当たりの平均誘起電圧を求め、この平均誘起電圧に基づいて力（トルク）を求めるようにしてもよい。

以上より、このセンサ用コイル６０は、トルク伝達軸体の周面に誘導された磁気異方性が、周面方向において非一様（非均一）であっても、それらの影響を緩和させることができ、平均的な磁気異方性を検出することができる。これによって、トルク伝達軸体の局所的非一様性に起因するトルクセンサのオフセット或いは軸回転のみに依存する不要な出力による悪影響を緩和させることができる。

センサ用コイル６０の一変形例として、複数個のコイルを直列結線することなく、それぞれ個別のコイルとして機能させるようにしてもよい。例えば、プリントコイルパターン１２の群（１次コイル）の各プリントコイルパターン１２が直列に結線され、プリントコイルパターン１３の群（２次コイル）の各プリントコイルパターン１３がそれぞれ個別に独立したものであってもよい。又は、プリントコイルパターン１２の群（１次コイル）の各プリントコイルパターン１２と、プリントコイルパターン１３の群（２次コイル）の各プリントコイルパターン１３が、それぞれ個別に独立したものであってもよい。

これらのような構成とすることで、センサ用コイル６０がアレイ化され、広い面積を有する検出物体の、各場所毎の磁気異方性を検出することができる。このセンサ用コイルは、例えば、導体表面又は導体内部の傷検出、金属に比べて電気を通しにくい物体中に含まれる導体異物の検出などに利用することができる。なぜなら、導体中に存在する割れや空孔は導体に流れる渦電流の分布を変化させて導体外の交流磁束分布を歪め、食物中などに存在する強磁性体（釘など）や非磁性導電体からなる異物は交流磁束分布を歪めることから、これらが、一種の磁気異方性のように作用するためである。また、このセンサ用コイルは、均質材で構成されているため、一様な磁気異方性が誘導されるはずである検出物体において、性質が他と異なる箇所の検出などに利用することができる。つまり、このセンサ用コイルは、検出物体に対する品質管理用の検出センサとして利用することができる。

本実施の形態に係るセンサ用コイル６０を用いて製造したトルクセンサにおいても、第１の実施形態に係るセンサ用コイル１０を用いて製造したトルクセンサと同様の作用効果が得られる。

（第３の実施形態）
本発明の別の好適一実施の形態に係るセンサ用コイルの平面図を図８（ａ）、図８（ｂ）に、図８のセンサ用コイルにおける電流の流れを図９に示す。図８（ａ）は、一方の面の平面図、図８（ｂ）は、一方の面から見た他方の面の透視平面図である。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。

図３（ａ），図３（ｂ）に示した第１の実施形態に係るセンサ用コイル１０は、１次コイル（プリントコイルパターン１２）１２の端子２８ａから入力された電流は、同じく１次コイル１２の端子２８ｂから出力され、２次コイル（プリントコイルパターン１３）１３の端子２９ａから入力された電流は、同じく２次コイル１３の端子２９ｂから出力されるものであった。

これに対して、本実施の形態に係るセンサ用コイル８０は、フレキシブル基板１１の両面に、それぞれプリントコイルパターン８２，８３を有している。

プリントコイルパターン８２は、図８（ａ）に示すように、端点を有する２つのパターン部９１ａ，９１ｂで構成される主コイルパターン９２と、その主コイルパターン９２とは交差せず、独立した接続パターン９３とを備えている。パターン部９１ａは、その一端が端点９１ｃであり、他端が端子９８ｂとなる。パターン部９１ｂは、その一端が端点９１ｄであり、他端が端子９８ｂとなる。接続パターン９３は、その一端側に端点９３ａ，９３ｂを有し、他端が端子９８ａとなる。各端子９８ａ，９８ｂに計測手段（図示せず）が接続される。

また、プリントコイルパターン８３は、図８（ｂ）に示すように、端点を有する２つのパターン部９４ａ，９４ｂで構成される主コイルパターン９５と、その主コイルパターン９５とは交差せず、独立した接続パターン９６とを備えている。パターン部９４ａは、その一端が端点９４ｃであり、他端が端子９９ａとなる。パターン部９４ｂは、その一端が端点９４ｄであり、他端が端子９９ａとなる。接続パターン９６は、その一端側に端点９６ａ，９６ｂを有し、他端が端子９９ａとなる。各端子９９ａ，９９ｂに計測手段（図示せず）が接続される。

各パターン部９１ａ，９１ｂ及び９４ａ，９４ｂは、ほぼ二等辺三角形状の外縁を有する渦巻きパターンであり、かつ、各パターン部９１ａ，９１ｂ及び９４ａ，９４ｂを合わせた主コイルパターン９２及び９５は、ほぼ菱形状の外縁を有する。また、プリントコイルパターン８２，８３は、それぞれ接続パターン９３，９６を対称軸とした線対称構造となっており、パターン全体の対称性、すなわちバランスが保たれている。

一方、フレキシブル基板１１の一つの面に形成されたプリントコイルパターン８２は、主コイルパターン９２の端点同士９１ｃ，９１ｄ間が不連続である。ところが、フレキシブル基板１１の他の面には、端点９１ｃ，９１ｄを結ぶように接続パターン９６が設けられている（図８（ｂ）中では、端点９１ｃ，９１ｄと同じ位置に接続パターン９６の端点９６ａ，９６ｂが設けられている）。端点９１ｃ，９１ｄ及び９６ａ，９６ｂには、ビアホール（スルーホール）が形成されており、端点９１ｃ，９１ｄ及び９６ａ，９６ｂはビアホールを介して電気的に接続されている。よって、プリントコイルパターン８２は、フレキシブル基板１１を挟んで配置された接続パターン９６を介して、電気的に接続される。

また、フレキシブル基板１１の他の面に形成されたプリントコイルパターン８３は、主コイルパターン９５の端点同士９４ｃ，９４ｄ間が不連続である。ところが、フレキシブル基板１１の一つの面には、端点９４ｃ，９４ｄを結ぶように接続パターン９３が設けられている（図８（ａ）中では、端点９４ｃ，９４ｄと同じ位置に接続パターン９３の端点９３ａ，９３ｂが設けられている）。端点９４ｃ，９４ｄ及び９３ａ，９３ｂには、ビアホール（スルーホール）が形成されており、端点９４ｃ，９４ｄ及び９３ａ，９３ｂはビアホールを介して電気的に接続されている。よって、プリントコイルパターン８３は、フレキシブル基板１１を挟んで配置された接続パターン９３を介して、電気的に接続される。

本実施の形態に係るセンサ用コイル８０においては、図９に示すように、プリントコイルパターン（２次コイル）８３の各端子９９ａ，９９ｂから、それぞれ電流A91，A92が入力される。電流A91は、２次コイル８３を流れた後、接続パターン９３を介して端子９８ａから出力される。電流A92は、接続パターン９６を流れた後、１次コイル８２を介して端子９８ｂから出力される。

ここで、センサ用コイルにおいて、磁気異方性を効率よく検出することが可能なものは、１次コイル及び２次コイルの、コイル中心部における電流の流れ方向が同方向、ある対向する辺部における電流の流れ方向が同方向であり、かつ、残りの対向する辺部における電流の流れ方向が逆方向の場合である。

図９に示す本実施の形態に係るセンサ用コイル８０においては、１次コイル８２のコイル中心部における電流A92の流れ方向は左から右方向、ある対向する辺部（左上辺と右下辺）における電流A92の流れ方向は右上から左下方向、残りの対向する辺部（右上辺と左下辺）における電流A92の流れ方向は右下から左上方向である。また、２次コイル８３のコイル中心部における電流A91の流れ方向は下から上方向、ある対向する辺部（左上辺と右下辺）における電流A91の流れ方向は右上から左下方向、残りの対向する辺部（右上辺と左下辺）における電流A91の流れ方向は左上から右下方向である。つまり、センサ用コイル８０においては、１次コイル８２及び２次コイル８３の、コイル中心部における電流の流れ方向が同方向、ある対向する辺部における電流の流れ方向が同方向であり、かつ、残りの対向する辺部における電流の流れ方向が逆方向である。よって、センサ用コイル８０は、第１の実施形態に係るセンサ用コイル１０と比較して、磁気異方性をより効率よく検出することができる。

本実施の形態に係るセンサ用コイル８０を用いて製造したトルクセンサにおいても、第１の実施形態に係るセンサ用コイル１０を用いて製造したトルクセンサと同様の作用効果が得られる。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。

本発明の好適一実施の形態に係るセンサ用コイルの正面図である。 図１のセンサ用コイルの平面図である。図２（ａ）は、図１の２ａ方向矢視図、図２（ｂ）は、図１の２ｂ−２ｂ線矢視図である。 図１のセンサ用コイルにおける電流の流れを示す平面図である。図３（ａ）は、プリントコイルパターン１２における電流の流れを、図３（ｂ）は、プリントコイルパターン１３における電流の流れを示している。 本発明の好適一実施の形態に係るセンサ用コイルを用いたトルクセンサの斜視外観図である。 図４の一変形例を示す横断面図である。 本発明の他の好適一実施の形態に係るセンサ用コイルの、一方の面の平面図である。 本発明の他の好適一実施の形態に係るセンサ用コイルの、一方の面から見た他方の面の透視平面図である。 本発明の別の好適一実施の形態に係るセンサ用コイルの平面図である。図８（ａ）は、一方の面の平面図、図８（ｂ）は、一方の面から見た他方の面の透視平面図である。 図８のセンサ用コイルにおける電流の流れを示す平面図である。 従来のトルク伝達軸体の斜視外観図である。 従来のセンサ用コイルを用いたトルクセンサの斜視外観図である。

符号の説明

１０ センサ用コイル
１１ フレキシブル基板（基板）
１２，１３ プリントコイルパターン
２１ａ，２１ｂ及び２４ａ，２４ｂ パターン部
２１ｃ，２１ｄ及び２４ｃ，２４ｄ 端点
２２，２５ 主コイルパターン
２３，２６ 接続パターン
２３ａ，２３ｂ及び２６ａ，２６ｂ 端点

Claims (13)

1. 基板の両面に、それぞれプリントコイルパターンを有し、各プリントコイルパターンは、端点を有する２つのパターン部で構成される主コイルパターンと、その主コイルパターンとは独立した接続パターンとを備え、基板の一つの面に形成された主コイルパターンの端点同士を、基板の他の面に形成された接続パターンで電気的に接続したことを特徴とするセンサ用コイル。
2. 基板の両面に、それぞれプリントコイルパターンを有し、各プリントコイルパターンは、端点を有する２つのパターン部で構成される複数の主コイルパターンと、その主コイルパターンと同数で、かつ、主コイルパターンとは独立した複数の接続パターンとを備え、基板の一つの面に形成された複数の主コイルパターンの端点同士を、基板の他の面に形成された複数の接続パターンで電気的に接続したことを特徴とするセンサ用コイル。
3. 基板の一つの面に形成された主コイルパターンに対して、基板の他の面に形成された主コイルパターンを90°回転させた状態で配置した請求項１記載のセンサ用コイル。
4. 基板の一つの面に形成された複数の主コイルパターンの内のある１つの主コイルパターンに対して、そのある１つの主コイルパターンと対応する基板の他の面に形成された主コイルパターンを90°回転させた状態で配置した請求項２記載のセンサ用コイル。
5. 上記２つのパターン部が点対称に配置された請求項１から４いずれかに記載のセンサ用コイル。
6. 上記２つのパターン部が線対称に配置された請求項１から４いずれかに記載のセンサ用コイル。
7. 上記各パターン部がほぼ二等辺三角形状の外縁を有する渦巻きパターンであり、かつ、各パターン部を合わせた主コイルパターンがほぼ菱形状の外縁を有する請求項１から６いずれかに記載のセンサ用コイル。
8. 請求項１から７いずれかに記載のセンサ用コイルを、センシング対象の検出物体に近接離間させて又は密着させて設けたことを特徴とする磁気センサ。
9. 上記センサ用コイルの、上記センシング対象の検出物体側でない面に、磁気ヨークを配置した請求項８記載の磁気センサ。
10. 上記磁気ヨークが、磁性薄板の単層体又は磁性薄板を多層に重ねた積層体である請求項９記載の磁気センサ。
11. 上記磁性薄板が磁性薄帯である請求項１０記載の磁気センサ。
12. 上記磁性薄帯の厚さが5〜100μｍである請求項１１記載の磁気センサ。
13. 上記磁性薄帯がアモルファス磁性薄帯である請求項１１又は１２記載の磁気センサ。
    

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