JP2023127312A - トルク測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に伴う出力電圧の補正を容易化することができるトルク測定装置を提供する。【解決手段】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のうち、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し、かつ、全体を円筒状に構成されたコイルユニット４と、円筒状に構成され、かつ、コイルユニット４の周囲に同軸に配置されたバックヨーク５と、コイルユニット４およびバックヨーク５を保持するホルダ６と、前記検出コイルを含み、かつ、前記検出コイルの電圧に応じた出力電圧を発生させる電子回路７とを備える。コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に径方向のクリアランスＣが設けられている。使用時の温度変化に伴うクリアランスＣの変化範囲が、該クリアランスＣの変化に対して前記出力電圧の変化が線形的な変化となる範囲に規制されている。【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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、バックヨークと、電子回路とを備える。コイルユニットは、円筒状に構成され、トルクを伝達する回転軸の軸方向一部分に備えられた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、コイルユニットに外嵌されている。電子回路は、検出コイルを含んで構成され、かつ、検出コイルの電圧に応じた出力電圧を発生させる。このような構成を有するトルク測定装置によれば、電子回路が発生する出力電圧に基づいて、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、コイルユニットにバックヨークが外嵌されているため、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。

特開２０１６－２００５５２号公報 特開２０１７－０４９１２４号公報

特開２０１６－２００５５２号公報および特開２０１７－０４９１２４号公報に記載された従来のトルク測定装置では、温度変化により構成部品に膨張または収縮が生じることに伴って、検出コイルと回転軸およびバックヨークとの距離が変化すると、これらの距離の変化に伴って、電子回路の出力電圧に変化が生じる。

ここで、コイルユニットの内周面と回転軸の外周面との間には、もともと適度な大きさのクリアランスが設けられるため、温度変化により検出コイルと回転軸との距離が変化することに伴う出力電圧の変化は、一般的に線形的な変化となる。したがって、このような出力電圧の変化は、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。

一方、バックヨークはコイルユニットに外嵌されており、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はクリアランスが設けられていないため、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すると、その影響が、出力電圧の非線形的な変化として現れる。したがって、このような出力電圧の変化を補正するために、複雑な構成の温度補正回路を用いなければならなくなるなどの問題を生じる。

本発明は、使用時の温度変化に伴う出力電圧の補正を容易化することができるトルク測定装置を提供することを目的とする。

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

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し、かつ、全体を円筒状に構成されている。

前記バックヨークは、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ている。

前記ホルダは、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。

前記電子回路は、前記検出コイルを含み、かつ、前記検出コイルの電圧に応じた出力電圧を発生させる。

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外周面と前記バックヨークの内周面との間に径方向のクリアランスが設けられており、使用時の温度変化に伴う前記クリアランスの変化範囲が、該クリアランスの変化に対して前記出力電圧の変化が線形的な変化となる範囲に規制されている。

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外周面と前記バックヨークの内周面との間に挟持されたスペーサを備え、該スペーサにより前記クリアランスが構成されている。

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記ホルダは、円筒状のホルダ円筒部を有し、該ホルダ円筒部が前記スペーサを構成し、前記コイルユニットは、前記ホルダ円筒部に内嵌されており、前記バックヨークは、前記ホルダ円筒部に外嵌されている。

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記ホルダは、円筒状のホルダ円筒部を有し、
前記バックヨークは、前記ホルダ円筒部に包埋されており、
前記バックヨークの内周面と前記コイルユニットの外周面との間に存在する前記ホルダ円筒部の一部分が前記スペーサを構成する。

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内周面よりも径方向内側に位置する内側保護部を有する。

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径方向内側に配置された円筒状の内側円筒部を有し、該内側円筒部が前記内側保護部を構成する。

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記ホルダは、前記ホルダ円筒部の軸方向両側の端部のうちの少なくともいずれか一方から径方向内側に向けて突出し、かつ、径方向内端部が前記コイルユニットの内周面よりも径方向内側に位置する内向鍔部を有し、該内向鍔部の前記径方向内端部が前記内側保護部を構成する。

本発明の一態様のトルク測定装置では、前記ホルダは、円筒状のホルダ円筒部を有し、前記コイルユニットは、前記ホルダ円筒部に包埋されており、前記バックヨークは、前記ホルダ円筒部に外嵌されており、前記コイルユニットの外周面と前記バックヨークの内周面との間に存在する前記ホルダ円筒部の一部分が前記スペーサを構成し、前記ホルダ円筒部のうちで前記コイルユニットの内周面よりも径方向内側に位置する部分が前記内側保護部を構成する。

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が、フレキシブル基板により構成されている。

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が、フレキシブル基板により構成されており、前記フレキシブル基板に固定された帯板状部材が、前記コイルユニットの外周面と前記バックヨークの内周面との間に挟持されており、該帯板状部材が前記スペーサを構成する。

本発明の一態様のトルク測定装置によれば、使用時の温度変化に伴う出力電圧の補正を容易化することができる。

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（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（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は、第１例の電子回路を示す図である。 図６は、第１例のトルク測定装置に関して、コイルユニットの外周面とバックヨークの内周面との間の径方向のクリアランス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。 図９は、本発明の実施の形態の第４例のトルク測定装置の断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態の第５例のトルク測定装置の断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態の第６例のトルク測定装置の断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態の第７例のトルク測定装置の断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態の第８例のトルク測定装置の断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態の第９例のトルク測定装置の断面図である。 図１５（ａ）は、第９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１５（ｂ）は、該フレキシブル基板を図１５（ａ）の下方から見た図である。 図１６（ａ）は、本発明の実施の形態の第１０例のトルク測定装置の断面図であり、図１６（ｂ）は、該トルク測定装置を図１６（ａ）の右側から見た図である。 図１７（ａ）は、第１０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１７（ｂ）は、該フレキシブル基板を図１７（ａ）の下方から見た図である。

［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。

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。

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シングに対し、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。

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。

回転軸２にトルクが加わり、中間軸部３に捩れ変形が生じると、中間軸部３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３の各方向の透磁率が変化する。

本発明を実施する場合には、中間軸部３の外周面のうち、トルク測定装置１の検出コイル８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。

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。

本例のトルク測定装置１は、コイルユニット４と、バックヨーク５と、ホルダ６と、電子回路７とを備える。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、前記ケーシングに支持固定されている。

コイルユニット４は、中間軸部３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８を有し、かつ、全体を円筒状に構成されている。コイルユニット４は、中間軸部３の周囲に同軸に配置されている。

本例では、コイルユニット４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）により構成されている。具体的には、図２に示すような帯板状のフレキシブル基板９を円筒状に丸め、かつ、該フレキシブル基板９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８は、フレキシブル基板９に備えられた第１分割コイル１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３からなる。すなわち、フレキシブル基板９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１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３が配置されている。これらの分割コイル１０～１３は、帯板状のフレキシブル基板９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４を構成した状態で、径方向内側から、第１分割コイル１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３の順番で配置されている。

図３は、検出コイル８を、コイルユニット４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８を構成する第１分割コイル１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３のそれぞれを、コイルユニット４の径方向外側から見た展開図を示している。

第１分割コイル１０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１４を備える。これらのコイル片１４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１４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１４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１４の周方向の一部に、不連続部が存在する。コイル片１４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１４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１１～第４分割コイル１３でも同様である。

第２分割コイル１１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。

第３分割コイル１２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。

第４分割コイル１３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。

本発明を実施する場合、第１分割コイル１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３を、円筒状に構成されたボビンなどの支持部材に配線を巻き付けることにより構成することもできる。また、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。

バックヨーク５は、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５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５は、コイルユニット４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４とバックヨーク５との間には、図１に示すように、軸方向にわたって、径方向のクリアランスＣが設けられている。すなわち、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５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。本例では、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に、何も配置されておらず、円筒状の空間が存在している。すなわち、本例では、径方向のクリアランスＣは、この円筒状の空間により構成される。

ホルダ６は、コイルユニット４およびバックヨーク５を保持する部材である。本例では、ホルダ６は、合成樹脂により全体を円環状に構成されており、Ｌ字形の断面形状を有する。ホルダ６は、コイルユニット４の径方向内側に配置された円筒状の内側円筒部２０と、内側円筒部２０の軸方向一方側（図１における左側）の端部から径方向外側に向けて伸長する円輪状のホルダ円輪部２１とを有する。本例では、内側円筒部２０が、コイルユニット４の内周面よりも径方向内側に位置する内側保護部を構成する。本例では、ホルダ円輪部２１は、径方向内側の半部を構成する厚肉部２２と、径方向外側の半部を構成する薄肉部２３とを有する。ホルダ６は、厚肉部２２の軸方向他方側（図１における右側）の側面と薄肉部２３の軸方向他方側の側面とを接続する、径方向外側を向いた円筒面状の段部２４を有する。ホルダ６は、回転軸２の中間軸部３の周囲に同軸に配置された状態で、前記ケーシングに支持固定されている。

本例では、コイルユニット４は、接着などによって、内側円筒部２０に径方向のがたつきなく外嵌固定されている。バックヨーク５は、軸方向一方側（図１における左側）の端部を段部２４に締り嵌め、接着などによって、径方向のがたつきなく外嵌固定されている。

電子回路７は、検出コイル８を含み、かつ、検出コイル８の電圧に応じた出力電圧を発生させる。

本例では、電子回路７は、図５に示すように、第１分割コイル１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３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７は、第１分割コイル１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３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１８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１９とを含んで構成されている。電子回路７を構成する各部品のうち、検出コイル８以外の部品は、たとえば、フレキシブル基板９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。

本例のトルク測定装置１の使用時には、発振器１８により、電子回路７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１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３に交流電流を流す。すると、第１分割コイル１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３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１４、１５、１６、１７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１４、１５、１６、１７同士が接続されている。この結果、第１分割コイル１０、第２分割コイル１１、第３分割コイル１２、および第４分割コイル１３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。

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。

一方、第１分割コイル１０および第４分割コイル１３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１分割コイル１０および第４分割コイル１３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１１および第３分割コイル１２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３分割コイル１２および第４分割コイル１３のインダクタンスは、それぞれ増大する。

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分割コイル１０および第４分割コイル１３のインダクタンスが増大し、第２分割コイル１１および第３分割コイル１２のインダクタンスが減少する。

いずれにしても、電子回路７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１９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。

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４の外周面とバックヨーク５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７の出力電圧Ｖが変化する。

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７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７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７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。

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７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７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。このため、クリアランスＣの変化に対する出力電圧Ｖの補正値も線形的な変化となり、補正を容易かつ正確に行いやすくなる。

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７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。

以上のように、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の変化に対する電子回路７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。このため、使用時の温度変化に伴う電子回路７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。すなわち、たとえば温度変化によるクリアランスＣを算出して、当該クリアランスＣに該当する出力電圧Ｖを基準にしてトルクＴを測定することができる。

本例では、コイルユニット４の径方向内側に内側円筒部２０が配置されている。このため、トルク測定装置１を回転軸２の周囲に組み付ける際に、コイルユニット４の内周面が回転軸２の外周面にぶつかることを、内側円筒部２０により防ぐことができる。

［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。

本例のトルク測定装置１ａでは、ホルダ６ａは、円筒状のホルダ円筒部２５と、ホルダ円筒部２５の軸方向一方側（図７における左側）の端部から径方向外側に向けて伸長する円輪状のホルダ円輪部２１ａとを有する。ホルダ円輪部２１ａは、全体的に均一な板厚を有する。コイルユニット４は、ホルダ円筒部２５に径方向のがたつきなく内嵌固定されている。バックヨーク５は、ホルダ円筒部２５に径方向のがたつきなく外嵌固定されている。すなわち、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に、スペーサに相当するホルダ円筒部２５が挟持されており、ホルダ円筒部２５により径方向のクリアランスＣが構成されている。

本例では、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に、ホルダ円筒部２５が挟持されているため、コイルユニット４とバックヨーク５との同軸性を確保しやすく、かつ、該同軸性を維持しやすい。なお、本例の変形例として、ホルダがホルダ円輪部を有しない構成、すなわち、ホルダがホルダ円筒部のみを有する構成を採用することも可能であり、かかる変形例も本発明の範囲にある。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。

［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。

本例のトルク測定装置１ｂでは、ホルダ６ｂは、ホルダ円筒部２５の軸方向両側の端部から径方向内側に向けて突出した２つの内向鍔部２６を全周にわたり有する。本例では、コイルユニット４は、軸方向に関して２つの内向鍔部２６の間に配置されている。２つの内向鍔部２６のそれぞれの内径は、コイルユニット４の内径よりも小さい。すなわち、これらの内向鍔部２６の径方向内端部は、コイルユニット４の内周面よりも径方向内側に位置する。本例では、これらの内向鍔部２６の径方向内端部が、内側保護部を構成する。

本例では、２つの内向鍔部２６のそれぞれの径方向内端部がコイルユニット４の内周面よりも径方向内側に位置するため、トルク測定装置１ｂを回転軸２の周囲に組み付ける際に、コイルユニット４の内周面が回転軸２の外周面にぶつかることを、２つの内向鍔部２６の径方向内端部により防ぐことができる。ただし、本例の変形例として、２つの内向鍔部のうちのいずれか一方を省略した構成、すなわち、ホルダをＴ字形あるいはクランク形の断面形状を有するように構成し、ホルダ円筒部の軸方向一方側の端部（基端部）あるいは軸方向他方側の端部（先端部）のいずれかから、径方向内側に向けて突出した内向鍔部を設けることも可能であり、かかる変形例も本発明の範囲にある。その他の構成および作用効果は、第１例および第２例と同様である。

［第４例］
本発明の実施の形態の第４例について、図９を用いて説明する。

本例のトルク測定装置１ｃでは、ホルダ６ｃを構成するホルダ円筒部２５は、ホルダ円輪部２１ａの径方向中間部から軸方向に伸長している。ホルダ６ｃは、ホルダ円筒部２５の径方向内側に、ホルダ円輪部２１ａの径方向内端部から軸方向に伸長し、かつ、ホルダ円筒部２５と同軸に配置された円筒状の内側円筒部２０を有する。

本例では、コイルユニット４は、ホルダ円筒部２５の内周面と内側円筒部２０の外周面との間に、径方向のがたつきなく挿入されている。

本例では、ホルダ６ｃに対するコイルユニット４の組み付け作業を、ホルダ円筒部２５の内周面と内側円筒部２０の外周面との間にコイルユニット４を軸方向から挿入することにより行えるため、該組み付け作業を容易に行うことができる。なお、本例の変形例として、ホルダ円筒部２５の径方向外側に、ホルダ円輪部２１ａの径方向中間部から軸方向に伸長し、かつ、ホルダ円筒部２５と同軸に配置された円筒状の外側円筒部を設けて、バックヨーク５をホルダ円筒部２５の外周面と外側円筒部の内周面との間に、径方向のがたつきなく挿入することも可能である。その他の構成および作用効果は、第１例および第２例と同様である。

［第５例］
本発明の実施の形態の第５例について、図１０を用いて説明する。

本例のトルク測定装置１ｄでは、ホルダ６ｄは、ゴムを含むエラストマー、合成樹脂などの非導電材により構成されており、円筒状のホルダ円筒部２５ａを有し、具体的には、ホルダ円筒部２５ａのみからなる。本例では、バックヨーク５は、ホルダ円筒部２５ａと同軸に配置された状態で、ホルダ円筒部２５ａに包埋されている。これにより、バックヨーク５の表面全体がホルダ円筒部２５ａにより覆われている。コイルユニット４は、ホルダ円筒部２５ａの内周面に径方向のがたつきなく内嵌固定されている。本例では、ホルダ円筒部２５ａのうち、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に挟持された部分である円筒状の被挟持部２７が、スペーサに相当し、クリアランスＣを構成している。

本例では、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に、被挟持部２７が挟持されているため、コイルユニット４とバックヨーク５との同軸性を確保しやすく、かつ、該同軸性を維持しやすい。なお、本例の変形例として、ホルダ円筒部の軸方向両側の一方または両方の端部から径方向内側に向けて突出した内向鍔部を備え、この内向鍔部の径方向内端部を、コイルユニットの内周面よりも径方向内側に位置させる構成を採用することもできる。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。

［第６例］
本発明の実施の形態の第６例について、図１１を用いて説明する。

本例のトルク測定装置１ｅでは、ホルダ６ｅは、ホルダ円筒部２５ａに加えて、ホルダ円筒部２５ａの軸方向一方側（図１１における左側）の端部から径方向外側に向けて突出した外向鍔部２８を全周にわたり有する。

本例では、たとえば、ケーシング２９の内周面にホルダ円筒部２５ａを内嵌し、かつ、ケーシング２９の軸方向側面３０に外向鍔部２８を突き当てることで、ケーシング２９に対してトルク測定装置１ｅを軸方向に位置決めすることができる。その他の構成および作用効果は、第５例と同様である。

［第７例］
本発明の実施の形態の第７例について、図１２を用いて説明する。

本例のトルク測定装置１ｆでは、ホルダ６ｆは、ゴムを含むエラストマー製であり、ホルダ円筒部２５ａに加えて、ホルダ円筒部２５ａの軸方向両側の端部から径方向外側に向けて突出した２つの外向鍔部２８を全周にわたり有する。

本例では、たとえば、ケーシング２９ａの軸方向一部分から全周にわたり径方向内側に向けて突出した凸部３１の内周面にホルダ円筒部２５ａを内嵌し、かつ、凸部３１を２つの外向鍔部２８により軸方向両側から挟持することで、ケーシング２９ａに対してトルク測定装置１ｆを軸方向に位置決めすることができる。なお、凸部３１の内周面にホルダ円筒部２５ａを内嵌する作業を行う際には、２つの外向鍔部２８のうちのいずれか一方を弾性的に縮径させながら凸部３１の径方向内側を軸方向に通過させる。その他の構成および作用効果は、第５例と同様である。

［第８例］
本発明の実施の形態の第８例について、図１３を用いて説明する。

本例のトルク測定装置１ｇでは、ホルダ６ｇは、ゴムを含むエラストマー、合成樹脂などの非導電材により全体を円筒状に構成されており、円筒状のホルダ円筒部２５ｂを有し、具体的には、ホルダ円筒部２５ｂのみからなる。本例では、コイルユニット４は、ホルダ円筒部２５ｂと同軸に配置された状態で、ホルダ円筒部２５ｂに包埋されている。これにより、コイルユニット４の表面全体がホルダ円筒部２５ｂにより覆われている。ホルダ円筒部２５ｂは、外周面の軸方向中間部に凹部３２を全周にわたり有する。本例では、バックヨーク５は、径方向内側部分をホルダ６ｇの凹部３２に係合させた状態で、ホルダ円筒部２５ｂに外嵌されることで、ホルダ円筒部２５ｂと同軸に配置されている。本例では、ホルダ円筒部２５ｂのうち、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に挟持された部分である円筒状の被挟持部２７ａが、スペーサに相当し、クリアランスＣを構成する。また、ホルダ円筒部２５ｂのうち、コイルユニット４の内周面よりも径方向内側に位置する部分である円筒状の径方向内端部３３が内側保護部を構成する。

本例では、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に、被挟持部２７ａが挟持されているため、コイルユニット４とバックヨーク５との同軸性を確保しやすく、かつ、該同軸性を維持しやすい。バックヨーク５の径方向内側部分をホルダ６ｇの凹部３２に係合させているため、ホルダ６ｇに対してバックヨーク５を軸方向に位置決めすることが容易となる。本例では、トルク測定装置１ｇを回転軸２の周囲に組み付ける際に、コイルユニット４の内周面が回転軸２の外周面にぶつかることを、ホルダ円筒部２５ｂの径方向内端部３３により防ぐことができる。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。

［第９例］
本発明の実施の形態の第９例について、図１４および図１５を用いて説明する。

本例のトルク測定装置１ｈでは、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間に、ゴムを含むエラストマーにより円筒状に構成されたスペーサ３４が挟持されている。本例では、スペーサ３４は、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、コイルユニット４を構成する帯板状のフレキシブル基板９の板厚方向の両側面のうち、コイルユニット４の外周面となる側（図１５（ｂ）における上側）の側面である片側面に全長にわたり接着固定された帯板状部材３５により構成されている。すなわち、スペーサ３４は、フレキシブル基板９と一緒に円筒状に丸められた帯板状部材３５により構成されている。

より具体的には、本例では、スペーサ３４は、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間の軸方向一方側（図１４における左側）の端部に配置されている。このため、本例では、スペーサ３４を構成する帯板状部材３５は、フレキシブル基板９の片側面のうち、幅方向に関して検出コイル８から外れた一方側（図１５（ａ）における下側）の端部に接着固定されている。したがって、本例では、クリアランスＣは、スペーサ３４、および、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間にある円筒状の空間により構成される。ただし、本発明を実施する場合、スペーサは、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間のうち、軸方向中間部、軸方向他方側（図１４における右側）の端部、あるいは軸方向の全範囲などの、本例と異なる軸方向位置や軸方向範囲に配置することもできる。なお、本例では、ホルダ６ｈを構成するホルダ円輪部２１ａは、全体的に均一な板厚を有する。

本例では、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間にスペーサ３４が挟持されているため、コイルユニット４とバックヨーク５との同軸性を確保しやすく、かつ、該同軸性を維持しやすい。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。

［第１０例］
本発明の実施の形態の第１０例について、図１６および図１７を用いて説明する。

本例のトルク測定装置１ｉでは、ゴムを含むエラストマーにより円筒状に構成されたスペーサ３４ａは、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間のうち、軸方向の全範囲に配置されている。したがって、本例では、クリアランスＣは、スペーサ３４ａにより構成されている。本例では、スペーサ３４ａは、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すような、帯板状部材３５ａにより構成されている。帯板状部材３５ａの長手方向の一方側（図１７（ａ）および図１７（ｂ）の左側）の端部は、コイルユニット４を構成する帯板状のフレキシブル基板９の長手方向の一方側（図１７（ａ）および図１７（ｂ）の右側）の端部に接着固定されている。

スペーサ３４ａは、図１６（ｂ）に示すように、フレキシブル基板９を円筒状に丸めることにより構成された円筒状のコイルユニット４の外周面上において、帯板状部材３５ａを円筒状に丸めることにより構成されている。換言すれば、本例では、ホルダ６ａを構成するホルダ円筒部２５の外周面にフレキシブル基板９を円筒状に巻き付けることにより円筒状のコイルユニット４を構成した後、コイルユニット４の外周面に帯板状部材３５ａを円筒状に巻き付けることより円筒状のスペーサ３４ａを構成している。

本例の場合も、コイルユニット４の外周面とバックヨーク５の内周面との間にスペーサ３４ａが挟持されているため、コイルユニット４とバックヨーク５との同軸性を確保しやすく、かつ、該同軸性を維持しやすい。その他の構成および作用効果は、第９例と同様である。

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。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ トルク測定装置
２ 回転軸
３ 中間軸部
４ コイルユニット
５ バックヨーク
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ ホルダ
７ 電子回路
８ 検出コイル
９ フレキシブル基板
１０ 第１分割コイル
１１ 第２分割コイル
１２ 第３分割コイル
１３ 第４分割コイル
１４ コイル片
１５ コイル片
１６ コイル片
１７ コイル片
１８ 発振器
１９ ロックイン増幅器
２０ 内側円筒部
２１、２１ａ ホルダ円輪部
２２ 厚肉部
２３ 薄肉部
２４ 段部
２５、２５ａ、２５ｂ ホルダ円筒部
２６ 内向鍔部
２７、２７ａ 被挟持部
２８ 外向鍔部
２９ ケーシング
３０ 軸方向側面
３１ 凸部
３２ 凹部
３３ 径方向内端部
３４、３４ａ スペーサ
３５、３５ａ 帯板状部材

Claims (10)

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し、かつ、全体を円筒状に構成されたコイルユニットと、
   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、
   前記検出コイルを含み、かつ、前記検出コイルの電圧に応じた出力電圧を発生させる電子回路と、を備え、
   前記コイルユニットの外周面と前記バックヨークの内周面との間に径方向のクリアランスが設けられており、
   使用時の温度変化に伴う前記クリアランスの変化範囲が、該クリアランスの変化に対して前記出力電圧の変化が線形的な変化となる範囲に規制されている、
   トルク測定装置。
2. 前記コイルユニットの外周面と前記バックヨークの内周面との間に挟持されたスペーサを備え、該スペーサにより前記クリアランスが構成されている、請求項１に記載のトルク測定装置。
3. 前記ホルダは、円筒状のホルダ円筒部を有し、該ホルダ円筒部が前記スペーサを構成し、
   前記コイルユニットは、前記ホルダ円筒部に内嵌されており、
   前記バックヨークは、前記ホルダ円筒部に外嵌されている、
   請求項２に記載のトルク測定装置。
4. 前記ホルダは、円筒状のホルダ円筒部を有し、
   前記バックヨークは、前記ホルダ円筒部に包埋されており、
   前記バックヨークの内周面と前記コイルユニットの外周面との間に存在する前記ホルダ円筒部の一部分が前記スペーサを構成する、
   請求項２に記載のトルク測定装置。
5. 前記ホルダは、前記コイルユニットの内周面よりも径方向内側に位置する内側保護部を有する、請求項１～４のうちのいずれかに記載のトルク測定装置。
6. 前記ホルダは、前記コイルユニットの径方向内側に配置された円筒状の内側円筒部を有し、該内側円筒部が前記内側保護部を構成する、請求項５に記載のトルク測定装置。
7. 前記ホルダは、前記ホルダ円筒部の軸方向両側の端部のうちの少なくともいずれか一方から径方向内側に向けて突出し、かつ、径方向内端部が前記コイルユニットの内周面よりも径方向内側に位置する内向鍔部を有し、該内向鍔部の前記径方向内端部が前記内側保護部を構成する、請求項３または４を引用する請求項５に記載のトルク測定装置。
8. 前記ホルダは、円筒状のホルダ円筒部を有し、
   前記コイルユニットは、前記ホルダ円筒部に包埋されており、
   前記バックヨークは、前記ホルダ円筒部に外嵌されており、
   前記コイルユニットの外周面と前記バックヨークの内周面との間に存在する前記ホルダ円筒部の一部分が前記スペーサを構成し、
   前記ホルダ円筒部のうちで前記コイルユニットの内周面よりも径方向内側に位置する部分が前記内側保護部を構成する、
   請求項３を引用する請求項５に記載のトルク測定装置。
9. 前記コイルユニットが、フレキシブル基板により構成されている、請求項１～８のうちのいずれかに記載のトルク測定装置。
10. 前記コイルユニットが、フレキシブル基板により構成されており、
    前記フレキシブル基板に固定された帯板状部材が、前記コイルユニットの外周面と前記バックヨークの内周面との間に挟持されており、該帯板状部材が前記スペーサを構成する、
    請求項２、または、請求項２を引用する請求項６に記載のトルク測定装置。

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