JP6693352B2 - トルクセンサ用コイル及びトルクセンサ - Google Patents

Description

本発明は、トルクセンサ用コイル及びトルクセンサに関する。

従来、磁歪式のトルクセンサが知られている。磁歪式のトルクセンサは、応力が付与された際に透磁率が変化する磁歪特性を有する回転軸を用い、トルクが付与されて回転軸が捩じれた際の回転軸の透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、回転軸に付与されたトルクを検出する。

回転軸にトルクが付与されると、軸方向に対して所定角度（例えば＋４５度）傾斜した方向に圧縮（又は引張）の応力が作用し、軸方向に対して反対方向に所定角度（例えば−４５度）傾斜した方向に引張（又は圧縮）の応力が作用する。よって、軸方向に対して例えば＋４５度及び−４５度傾斜した方向の透磁率の変化を２つの検出コイルでそれぞれ検出するように構成し、かつ、ブリッジ回路等を用いて両検出コイルの両端電圧の差分を測定するように構成することで、回転軸に付与されたトルクを感度よく検出することが可能になる。

このような磁歪式のトルクセンサでは、回転軸と離間して同軸に設けられた非磁性体からなる中空円筒状のボビンを用い、そのボビンに絶縁電線を巻き付けることで検出コイルを形成している。ボビンの外周面には、軸方向に対して＋４５度傾斜した複数の第１傾斜溝が形成されると共に、軸方向に対して―４５度傾斜した複数の第２傾斜溝が形成されている。また、第１傾斜溝に沿って絶縁電線をボビンに巻き付けて第１検出コイルが形成され、第２傾斜溝に沿って絶縁電線をボビンに巻き付けて第２検出コイルが形成されている。以下、ボビンと、ボビンに絶縁電線を巻き付けて形成された検出コイルとを、まとめてトルクセンサ用コイルと呼称する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１，２がある。

特開２００１−２１５８８号公報 特開２００３−３４７１１７号公報

従来のトルクセンサ用コイルでは、ボビンにおける絶縁電線を巻き付けるための溝（上述の第１傾斜溝や第２傾斜溝を含む）を、切削加工により形成していた。しかしながら、溝を１つ１つ切削加工により形成することは手間がかかり、量産性の観点から課題があった。

量産性を向上させるためには、ボビンを金型を用いた樹脂成形により製造することが望ましいが、従来のトルクセンサ用コイルでは、溝の側壁がボビンの径方向に沿うように形成されているため、アンダーカットとなる部分が存在し、成型後の金型の抜き取りが困難になってしまうという課題があった。

そこで、本発明は、ボビンを樹脂成形により形成可能であり、量産性に優れたトルクセンサ用コイル及びトルクセンサを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、磁歪特性を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸に付与されたトルクを測定するトルクセンサに用いられるトルクセンサ用コイルであって、前記回転軸と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されると共に、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第１傾斜溝と、軸方向に対して前記第１傾斜溝と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第２傾斜溝とが形成されている非磁性体からなるボビンと、前記第１傾斜溝に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第１検出コイルと、前記第２傾斜溝に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第２検出コイルと、を備え、前記ボビンの前記第１及び第２傾斜溝の各側壁は、前記第１及び第２傾斜溝の各側壁を形成する金型の抜去方向に対して平行または当該平行な方向よりも前記第１及び第２傾斜溝が径方外方に向かって拡がる方向に傾斜して形成されている、トルクセンサ用コイルを提供する。

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、前記トルクセンサ用コイルを備えた、トルクセンサを提供する。

本発明によれば、ボビンを樹脂成形により形成可能であり、量産性に優れたトルクセンサ用コイル及びトルクセンサを提供できる。

本発明の一実施の形態に係るトルクセンサを示す図であり、（ａ）は回転軸に取り付けた際の側面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。 トルクセンサ用コイルに用いるボビンを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 （ａ）は図２のボビンの側面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。 ボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、（ａ）は第１検出コイル及び第４検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、（ｂ）は第２検出コイル及び第３検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図である。 トルクセンサの検出信号により回転軸に付与されたトルクを測定する測定部の構成例を示す回路図である。 ボビンの成型に用いる金型を示す図であり、（ａ）はボビンの径方向外方から見た図、（ｂ）は下型を省略しボビンの軸方向から見た図である。 （ａ）は上型の斜視図であり、（ｂ）は上型とボビンとを組み合わせた際の斜視図である。 （ａ）は下型の斜視図であり、（ｂ）は下型とボビンとを組み合わせた際の斜視図である。 （ａ）はスライドコアの斜視図であり、（ｂ）はスライドコアとボビンとを組み合わせた際の斜視図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

（トルクセンサの全体構成）
図１は、本実施の形態に係るトルクセンサを示す図であり、（ａ）は回転軸に取り付けた際の側面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、トルクセンサ１００は、磁歪特性を有する回転軸１０１の周囲に取り付けられ、回転軸１０１に付与されたトルク（回転トルク）を測定するものである。

トルクセンサ１００は、本実施の形態に係るトルクセンサ用コイル１と、磁性体リング１０２と、を備えている。

回転軸１０１は、磁歪特性を有する材料から構成され、円柱状（棒状）に形成されている。磁歪特性を有する材料としては、例えば、ニッケル、鉄−アルミニウム合金、鉄−コバルト合金等が挙げられる。なお、回転軸１０１に用いる材料としては、圧縮時に透磁率が低下し引張時に透磁率が増加する正磁歪材料、圧縮時に透磁率が増加し引張時に透磁率が低下する負磁歪材料のどちらを用いても構わない。回転軸１０１は、例えば、車両のパワートレイン系のトルク伝達に用いられるシャフト、あるいは車両のエンジンのトルク伝達に用いられるシャフトである。

トルクセンサ用コイル１は、非磁性体である樹脂からなるボビン２と、ボビン２の外周に絶縁電線を巻き付けて構成される複数の検出コイル３と、を有している。ボビン２は、回転軸１０１と離間して同軸に設けられており、中空円筒状に形成されている。トルクセンサ用コイル１の詳細については後述する。

磁性体リング１０２は、磁性体（強磁性体）からなり、中空円筒状に形成されている。磁性体リング１０２の中空部にはトルクセンサ用コイル１が挿入される。磁性体リング１０２の内径は、ボビン２の外径（後述するフランジ部２ａ以外の部分の外径）と略同じに（若干大きく）形成されている。磁性体リング１０２は、トルクセンサ用コイル１の検出コイル３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役割を果たす。

図示していないが、トルクセンサ１００は、トルクセンサ用コイル１と磁性体リング１０２とを一体に固定する固定部材をさらに備えていてもよい。固定部材としては、例えば、軸方向の両側からトルクセンサ用コイル１と磁性体リング１０２とを挟み込み互いに固定される一対のリング状の部材や、トルクセンサ用コイル１と磁性体リング１０２とを一体に覆う樹脂モールド等が挙げられる。

（ボビン２の説明）
図２は、トルクセンサ用コイル１に用いるボビン２を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。また、図３（ａ）はボビン２の側面図、図３（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。

図２，３に示すように、ボビン２は、全体として中空円筒状に形成されている。ボビン２の外周面には、回転軸１０１の軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第１傾斜溝４と、軸方向に対して第１傾斜溝４と反対方向に所定角度（第１傾斜溝４と同じ角度）傾斜した複数の第２傾斜溝５とが形成されている。第１傾斜溝４及び第２傾斜溝５は、ボビン２の径方向に窪んだ溝によって形成されている。

本実施の形態では、ボビン２には、軸方向に対して＋４５度傾斜するように第１傾斜溝４が形成され、軸方向に対して−４５度傾斜するように第２傾斜溝５が形成されている。トルクセンサ１００では、第１及び第２傾斜溝４，５に沿って絶縁電線を巻き付けて検出コイル３を形成するが、回転軸１０１にトルクが付与された際の透磁率の変化は軸方向に対して±４５度の方向で最も大きくなるので、第１及び第２傾斜溝４，５を軸方向に対して±４５度傾斜するように傾斜することで、検出感度を向上させている。

なお、第１及び第２傾斜溝４，５の傾斜角度は±４５度に限定されない。ただし、第１及び第２傾斜溝４，５の傾斜角度が小さすぎたり大きすぎたりすると感度が低下するため、第１及び第２傾斜溝４，５の軸方向に対する傾斜角度は、±３０〜６０度の範囲とすることが望ましい。

本実施の形態では、８本の第１傾斜溝４を周方向に等間隔に形成すると共に、８本の第２傾斜溝５を周方向に等間隔に形成しており、全体としてジグザグ状の溝をボビン２の外周面に形成している。なお、第１及び第２傾斜溝４，５の数はこれに限定されず、ボビン２の外径や回転軸１０１の外径等に応じて適宜変更可能である。

また、本実施の形態では、１本の第１傾斜溝４と１本の第２傾斜溝５とが、軸方向の中央部においてＸ字状に交差しており、このＸ字状に交差した第１傾斜溝４と第２傾斜溝５の対（以下傾斜溝対１０という）が、周方向に等間隔に配置されている。任意の傾斜溝対１０の第１傾斜溝４の両端部と、当該傾斜溝対１０と隣り合う（周方向の両隣の）傾斜溝対１０の第２傾斜溝５の端部とは、連通されている。同様に、任意の傾斜溝対１０の第２傾斜溝５の両端部と、当該傾斜溝対１０と隣り合う（周方向の両隣の）傾斜溝対１０の第１傾斜溝４の端部とは、連通されている。

これにより、ボビン２の軸方向の両端部に、第１傾斜溝４と第２傾斜溝５とに囲まれ、かつボビン２の軸方向の端面を構成している三角形状の複数（両端部にそれぞれ８個）の第１凸部６が形成される。本実施の形態では、第１凸部６は、径方向外方から見て、頂点を軸方向内方に向けた略二等辺三角形状に形成されている。第１凸部６は、ボビン２の周方向に等間隔に配置されており、かつ、ボビン２の軸方向の一端部に設けられた第１凸部６と、軸方向の他端部に設けられた第１凸部６とが、第１傾斜溝４と第２傾斜溝５の交差部分を挟んで、軸方向に対向配置されている。

また、ボビン２の軸方向における中央部には、隣り合う２本の第１傾斜溝４と、隣り合う２本の第２傾斜溝５とに囲まれた矩形状の複数（８個）の第２凸部７が形成される。第２凸部７は、ボビン２の周方向に等間隔に配置されていると共に、周方向に隣り合う第１凸部６の間の位置となるように（周方向に隣り合う第１凸部６の中間となる周方向位置に）配置されている。

ボビン２の軸方向における一方の端部（図３（ａ）における左側の端部）には、ボビン２の外周面から径方向外方に延びるフランジ部２ａが形成されている。ここでは、各第１凸部６の軸方向外方の端部から径方向外方に延びるように、円弧状の複数のフランジ部２ａを形成している。フランジ部２ａは、接続端子の固定の役割を果たすと共に、磁性体リング１０２の軸方向に沿った移動を規制して磁性体リング１０２とボビン２との位置合わせを行う役割とを兼ねている。

複数のフランジ部２ａには、検出コイル３を構成する絶縁電線の端部に設けられる接続端子（不図示）を挿入し固定するための端子取付用孔２ｂが形成されたものが含まれている。本実施の形態では、隣り合う２つのフランジ部２ａに、それぞれ２つの端子取付用孔２ｂを形成した場合を示しているが、端子取付用孔２ｂの位置（つまり接続端子の位置）は適宜変更可能である。

本実施の形態では、検出コイル３をボビン２の外周面に形成しているため、ボビン２は、検出コイル３で生じた磁束に影響を与えない非磁性体からなるものを用いる必要がある。また、トルクセンサ１００を潤滑油等の油が接触する環境で使用する場合には、ボビン２として、耐油性を有する材料からなるものを用いる必要がある。またさらに、トルクセンサ１００を高温環境で使用する場合には、ボビン２として、耐熱性を有する材料からなるものを用いることが望ましい。本実施の形態では、ボビン２の材料として、非磁性体である樹脂を用いる。

また、ボビン２の熱による膨張により、銅を主成分とする絶縁電線が断線しないように、ボビン２として、銅（絶縁電線）と同等の線膨張係数を有するものを用いることが望ましい。より具体的には、ボビン２に用いる樹脂としては、線膨張係数が銅の線膨張係数の±２５％以内のものを用いることが望ましい。なお、銅の線膨張係数は１．６６×１０^−５〜１．６８×１０^−５／℃であるから、ボビン２に用いる樹脂としては、線膨張係数が１．２５×１０^−５／℃以上２．１×１０^−５／℃以下のものを用いることが望ましい。

このような条件を満たす樹脂としては、例えば、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が挙げられる。このうちＰＰＡ及びＰＰＳの線膨張係数は１．３×１０^−５〜１．５×１０^−５／℃である。また、ボビン２を構成する樹脂にガラス繊維を混入することで、線膨張係数を調整することも可能である。このような樹脂からなるボビン２を用いることで、耐油性及び耐熱性に優れ、信頼性の高いトルクセンサ１００を実現できる。

また、本実施の形態では、ボビン２は、金型を用いた樹脂成形（射出成形）によって形成された樹脂成形体からなる。以下、金型を使用可能とするための具体的な構成について詳細に説明する。

本実施の形態に係るトルクセンサ用コイル１では、ボビン２は、周方向に複数の領域に分割されており、各領域において、第１及び第２傾斜溝４，５の側壁の全てが、各領域毎に異なる方向に設定されている金型抜去方向に対して平行に形成されている。

図３（ｂ）に示すように、本実施の形態では、ボビン２が、第１及び第２傾斜溝４，５と同数の８つの領域Ａ１〜Ａ８に分割されている。以下、軸方向におけるフランジ部２ａ側から見て時計回り方向に順次領域Ａ１〜Ａ８が形成されているとする。各領域Ａ１〜Ａ８は、ボビン２の中心軸を中心として４５°の角度範囲に形成されており、同じ大きさに形成されている。つまり、本実施の形態では、ボビン２を周方向に等分割するように各領域Ａ１〜Ａ８が設定されており、各領域Ａ１〜Ａ８の周方向の長さが等しい。

各領域Ａ１〜Ａ８に対応した金型抜去方向を、図３（ｂ）に矢印Ｂ１〜Ｂ８として示す。本実施の形態では、金型抜去方向（矢印Ｂ１〜Ｂ８）は、対応する領域Ａ１〜Ａ８の周方向における中心位置での径方向（径方向内方から外方に向かう方向）に設定されている。本実施の形態では、ボビン２を周方向に等分割して８つの領域Ａ１〜Ａ８を形成しているため、周方向に隣り合う領域（例えば領域Ａ１とＡ２）の金型抜去方向同士がなす角度は４５°となり、ボビン２の径方向に対向する領域（例えば領域Ａ１とＡ５）では、金型抜去方向が反対方向となる。

なお、金型抜去方向は、対応する領域Ａ１〜Ａ８の周方向における中心位置での径方向とは異なる方向に設定することも可能である。ただし、詳細は後述するが、金型抜去方向は金型（後述するスライドコア６４）を抜去する方向となるため、隣り合う金型と干渉せずに金型を抜去できる方向に設定する必要がある。例えば、領域Ａ１がボビン２の周方向における０°〜４５°の位置に形成されているとすると、領域Ａ１の金型抜去方向は、０°以上４５°以下の周方向位置における径方向（径方向内方から外方に向かう方向）に設定されるとよい。

本実施の形態では、任意の領域Ａ１〜Ａ８に含まれる第１及び第２傾斜溝４，５の側壁８の全てが、当該領域Ａ１〜Ａ８に設定された金型抜去方向に対して平行に形成されている。そのため、本実施の形態では、周方向に隣り合う領域（例えば領域Ａ１とＡ２）の側壁８同士がなす角度は４５°となり、ボビン２の径方向に対向する領域（例えば領域Ａ１とＡ５）では、側壁８同士が平行（側壁同士がなす角度が１８０°）となる。なお、ここでいう第１及び第２傾斜溝４，５の側壁８とは、換言すれば、第１及び第２傾斜溝４，５を挟んで対向する第１及び第２凸部６，７の側壁８であり、第１及び第２傾斜溝４，５の底面（底壁）と第１及び第２凸部６，７の外周面（外壁）とを繋ぐ段差部分である。

このように構成することで、各領域Ａ１〜Ａ８に対応する８個の金型（後述するスライドコア６４）を周方向に配置して樹脂成形を行った際にアンダーカットの部分が生じなくなるので、成形後に各金型を抜去することが可能になり、樹脂成形によりボビン２を形成することが可能になる。

なお、本実施の形態では、側壁８を金型抜去方向に対して平行に形成したが、金型が抜去できればよいので、側壁８は、金型抜去方向よりも第１及び第２傾斜溝４，５が径方外方に向かって拡がる方向に傾斜していてもよい。

また、本実施の形態では、１つの領域Ａ１〜Ａ８に１つの傾斜溝対１０（Ｘ字状に交差した１本の第１傾斜溝４と１本の第２傾斜溝５）が含まれるように、領域Ａ１〜Ａ８が設定されている。つまり、本実施の形態では、各領域Ａ１〜Ａ８に１本の第１傾斜溝４と１本の第２傾斜溝５とが形成されており、第１及び第２傾斜溝４，５の数と領域Ａ１〜Ａ８の数とが同数である。また、各領域Ａ１〜Ａ２の境界は、第２凸部７の周方向における中心（軸方向の両端に位置する角部同士を繋ぐ位置）に位置することになる。

このように領域Ａ１〜Ａ８の境界を設定することで、第２凸部７が２つの領域にわたって配置されることになる。例えば、領域Ａ１と領域Ａ２とにわたって配置される第２凸部では、領域Ａ１内の側壁８と領域Ａ２内の側壁８の角度（向き）が異なっており、本実施の形態では、領域Ａ１内の側壁８と領域Ａ２内の側壁８とが４５°の角度をなすことになる。その結果、第２凸部７は、その対向する側壁８の間隔が、径方向外方に向かって徐々に拡がることになり、絶縁電線を巻き付けて検出コイル３を形成する際に、絶縁電線が第１及び第２傾斜溝４，５から脱落しにくくなる。

また、本実施の形態では、ボビン２は、各第１凸部６の軸方向の端面に、ボビン２の周方向に沿って形成された電線係止溝９を有している。電線係止溝９は、軸方向外方に開口すると共に、その周方向の端部にて第１及び第２傾斜溝４，５に連通されている円弧状の溝からなる。

電線係止溝９は、隣り合う第１傾斜溝４間あるいは第２傾斜溝５間で、絶縁電線をボビン２の周方向に案内する案内路となるものであり、隣り合う第１傾斜溝４間あるいは隣り合う第２傾斜溝５間の絶縁電線が電線係止溝９に収容されている。また、電線係止溝９は径方向外方に開口されておらず、当該電線係止溝９に収容されている絶縁電線の径方向外方への移動を規制して、絶縁電線（検出コイル３）のボビン２からの脱落を抑制する役割を果たしている。詳細は後述するが、電線係止溝９は、第１及び第２傾斜溝４，５を形成する金型（後述するスライドコア６４）とは別体に形成され軸方向に抜去される金型（後述する上型６２及び下型６３）により形成される。

電線係止溝９を形成することにより、第１凸部６は、電線係止溝９の底壁９ａであってボビン２の径方向に沿って延びる軸部９１と、軸部９１の径方向外方の端部から軸方向外方に延びる傘部９２とを一体に有している。このうち軸部９１が絶縁電線を巻き付ける部分となり、傘部９２が絶縁電線の脱落を抑制する部分となる。フランジ部２ａは、軸方向の一方に設けられた第１凸部６の傘部９２の端部（軸部９１と反対側の端部）から径方向外方に突出するように設けられている。

さらに、本実施の形態では、第２凸部７は、ボビン２の軸方向において第１凸部６とオーバーラップして配置されており、第２凸部７には、第１凸部６の電線係止溝９の底壁９ａと軸方向における同じ位置に底壁１１ａを有し、軸方向外方に開口する副電線係止溝１１が形成されている。底壁９ａ，１１ａは共に軸方向に対して垂直に形成されている。

本実施の形態では、第２凸部７は、軸方向の一端部及び他端部に設けられた第１凸部６と軸方向にオーバーラップする位置に配置されており、各第２凸部７の軸方向における両端部に、副電線係止溝１１がそれぞれ形成されている。

副電線係止溝１１は、電線係止溝９を通した絶縁電線をさらにガイドし、第１傾斜溝４または第２傾斜溝５へと導く溝である。副電線係止溝１１は径方向外方へは開口しておらず、第２凸部７の径方向外方の端部には、軸方向外方に向かって突出し、副電線係止溝１１に収容された絶縁電線の脱落を防止する第２傘部１１ｂが一体に形成されている。

副電線係止溝１１を有することにより、第２凸部７と第１凸部６とをオーバーラップして配置した場合（電線係止溝９の底壁９ａが第２凸部７よりも軸方向内方に位置している場合）であっても、電線係止溝９と副電線係止溝１１とによって絶縁電線を周方向に沿ってガイドすることが可能になり、ボビン２の小型化、すなわちトルクセンサ用コイル１の小型化に寄与する。

（検出コイル３の説明）
図４は、ボビン２を展開した状態を模式的に示す平面図である。図示右側の端部と図示左側の端部は実際には連結されている。図４（ａ）では、第１検出コイル３１と第４検出コイル３４を１本の線で図示している。図４（ｂ）では、第２検出コイル３２と第３検出コイル３３を１本の線で図示している。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、トルクセンサ用コイル１は、第１傾斜溝４に沿って絶縁電線をボビン２に巻き付けて形成される第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４と、第２傾斜溝５に沿って絶縁電線をボビン２に巻き付けて形成される第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３と、を備えている。

本実施の形態では、第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４は、第１傾斜溝４、電線係止溝９、及び副電線係止溝１１に沿って絶縁電線をボビン２に巻き付けて形成される。第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３は、第２傾斜溝５、電線係止溝９、及び副電線係止溝１１に沿って絶縁電線をボビン２に巻き付けて形成される。第１検出コイル３１、第２検出コイル３２、第３検出コイル３３、及び第４検出コイル３４は、それぞれ複数の層にわたって形成される。

絶縁電線をボビン２に巻き付ける際には、ボビン２を治具に固定して作業を行う。絶縁電線としては、例えば銅又は銅にニッケル等のめっきを施した導体の外周に、耐油性及び耐熱性に優れた絶縁層を形成したものを好適に用いることができる。絶縁電線の絶縁層としては、例えば、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミドからなるものを用いることができる。絶縁電線の外径は、例えば０．１２ｍｍであるが、絶縁電線の外径は適宜変更可能である。

図４では、ボビン２のフランジ部２ａ側に周方向に並ぶ８個の第１凸部６を符号６ａ〜６ｈで示している。また、ボビン２のフランジ部２ａと反対側に第１凸部６ａ〜６ｈと対向して周方向に並ぶ８個の第１凸部６を符号６ｉ〜６ｐで示している。さらに、ボビン２の周方向に並ぶ８個の第２凸部７を符号７ａ〜７ｈで示している。

また、図４（ａ）中、符号３１ａ，３１ｂは、それぞれ第１検出コイル３１の１層分の入力端と出力端を示し、符号３４ａ，３４ｂは、それぞれ第４検出コイル３４の１層分の入力端と出力端を示す。図４（ｂ）中、符号３２ａ，３２ｂは、それぞれ第２検出コイル３２の１層分の入力端と出力端を示し、符号３３ａ，３３ｂは、それぞれ第３検出コイル３３の１層分の入力端と出力端を示す。

図４（ａ）に示すように、第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４を構成する２本の絶縁電線を、第１凸部６ａ，６ｐと第２凸部７ａとに１回巻き付ける。この際、隣り合う第１傾斜溝４間の絶縁電線は、電線係止溝９と副電線係止溝１１とに収容され、巻き付けた絶縁電線が閉じた平行四辺形を形成するようにされる。その後、絶縁電線を、第１凸部６ｉ，６ｂと第２凸部７ｂとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｊ，６ｃと第２凸部７ｃとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｋ，６ｄと第２凸部７ｄとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｌ，６ｅと第２凸部７ｅとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｍ，６ｆと第２凸部７ｆとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｎ，６ｇと第２凸部７ｇとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｏ，６ｈと第２凸部７ｈとに１回巻き付ける。以上で第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４を構成する絶縁電線の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。

図４（ｂ）に示すように、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３を構成する２本の絶縁電線を、第１凸部６ｈ，６ｉと第２凸部７ａとに１回巻き付ける。この際、隣り合う第２傾斜溝５間の絶縁電線は、この際、隣り合う第２傾斜溝５間の絶縁電線は、電線係止溝９と副電線係止溝１１とに収容され、巻き付けた絶縁電線が閉じた平行四辺形を形成するようにされる。その後、絶縁電線を、第１凸部６ａ，６ｊと第２凸部７ｂとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｂ，６ｋと第２凸部７ｃとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｃ，６ｌと第２凸部７ｄとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｄ，６ｍと第２凸部７ｅとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｅ，６ｎと第２凸部７ｆとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｆ，６ｏと第２凸部７ｇとに１回巻き付け、次に、第１凸部６ｇ，６ｐと第２凸部７ｈとに１回巻き付ける。以上で第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３を構成する絶縁電線の１周分（１ターン）の巻き付けが終わる。

このような絶縁電線を巻き付ける作業を目的のターン数繰り返すと、第１〜第４検出コイル３１〜３４が得られる。第１〜第４検出コイル３１〜３４のターン数は、例えば２０〜４０である。なお、絶縁電線の巻き付け方は図示の方法に限らない。ただし、絶縁電線の巻き付けは専用の巻き付け装置によりなされるのが通常であるが、この際の絶縁電線の巻き付け易さを考慮すると、図４（ａ），（ｂ）で説明した方法を用いることがより望ましいといえる。すなわち、図４（ａ），（ｂ）で説明した方法で絶縁電線を巻き付けることで、生産性を向上することが可能になる。

（測定部の構成）
図５は、トルクセンサ１００の検出信号により回転軸１０１に付与されたトルクを測定する測定部４１の構成例を示す回路図である。測定部４１は、第１〜第４検出コイル３１〜３４のインダクタンスの変化を検出することにより、回転軸１０１に付与されたトルクを測定する。

以下、第１検出コイル３１のインダクタンスをＬ１とし、第２検出コイル３２のインダクタンスをＬ２とし、第３検出コイル３３のインダクタンスをＬ３とし、第４検出コイル３４のインダクタンスをＬ４とする。

測定部４１は、第１検出コイル３１、第２検出コイル３２、第４検出コイル３４、第３検出コイル３３をこの順序で環状に接続して構成されたブリッジ回路４２と、第１検出コイル３３と第２検出コイル３２との間の接点ａと第３検出コイル３３と第４検出コイル３４との間の接点ｂとの間に交流電圧を印加する発信器４３と、第１検出コイル３１と第３検出コイル３３との間の接点ｃと第２検出コイル３２と第４検出コイル３４との間の接点ｄ間の電圧を検出する電圧測定回路４４と、電圧測定回路４４で測定した電圧を基に回転軸１０１に付与されたトルクを演算するトルク演算部４５と、を備えている。ブリッジ回路４２は、第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４を対向する一方の辺に配置し、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３を対向する他方の辺に配置して構成される。

測定部４１では、回転軸１０１にトルクが付与されない状態では、第１〜第４検出コイル３１〜３４のインダクタンスＬ１〜Ｌ４は等しくなり、電圧測定回路４４で検出される電圧は略０となる。

ここで、回転軸１０１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、発信器４３から交流電圧を印加した状態で回転軸１０１にトルクが付与されると、第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４ではインダクタンスが減少（又は増加）し、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３ではインダクタンスが増加（又は減少）する。その結果、電圧測定回路４４で検出される電圧が変化するので、この電圧の変化を基に、トルク演算部４５が回転軸１０１に付与されたトルクを演算する。

第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４と、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３とは、巻き付け方向が異なる以外は全く同じ構成であるから、図５のようなブリッジ回路４２を用いることで、第１〜第４検出コイル３１〜３４のインダクタンスへの温度等の影響をキャンセルすることが可能であり、回転軸１０１に付与されたトルクを精度よく検出することができる。また、トルクセンサ１００では、第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４でインダクタンスが増加（又は低下）すれば、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３ではインダクタンスが低下（又は増加）するため、図５のようなブリッジ回路４２を用いることで、検出感度をより向上することができる。

（ボビン２の成型に用いる金型の説明）
図６は、ボビン２の成型に用いる金型を示す図であり、（ａ）はボビン２の径方向外方から見た図、（ｂ）は下型を省略しボビン２の軸方向から見た図である。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、ボビン２の成型に用いる金型６１は、上型６２、下型６３、及び８個のスライドコア（放射型）６４と、を有している。

スライドコア６４の数は、ボビン２における領域Ａ１〜Ａ８の数と同数とされる。８個のスライドコア６４は、組み合わせた際に全体として中空筒状となるように形成されている。上型６２と下型６３は、組み合わせたスライドコア６４の開口（軸方向に開放されている開口）を塞ぐようにそれぞれ設けられる。上型６２と下型６３の金型抜去方向は、軸方向に沿った方向（軸方向外方）とされ、各スライドコア６４の抜去方向は、対応する領域Ａ１〜Ａ８における金型抜去方向（矢印Ｂ１〜Ｂ８に沿った方向）とされる。なお、ここでいう軸方向、周方向、あるいは径方向とは、成形後のボビン２における軸方向、周方向、あるいは径方向を意味するものとする。

図６及び図７に示すように、上型６２は、円板状に形成された上型円板部６２ａと、上型円板部６２ａの軸方向における一方の面から軸方向に突出する円環状の上型環状突起６２ｂと、を一体に有している。上型環状突起６２ｂは、第１凸部６の電線係止溝９、及び第２凸部７の副電線係止溝１１を形成するためのものである。

図６及び図８に示すように、下型６３は、円板状に形成された下型円板部６３ａと、下型円板部６３ａの軸方向における一方の面から軸方向に突出する円柱状の中央突起６３ｂと、中央突起６３ｂと離間して形成されると共に中央突起６３ｂと同軸状に形成され、下型円板部６３ａの軸方向における一方の面から軸方向に突出する円環状の下型環状突起６３ｃと、を一体に有している。中央突起６３ｂは、ボビン２における回転軸１０１を挿入する中空部を形成するためのものであり、下型環状突起６３ｃは、上型環状突起６２ｂと同様に、第１凸部６の電線係止溝９、及び第２凸部７の副電線係止溝１１を形成するためのものである。

また、下型円板部６３ａには、その軸方向における一方の面（中央突起６３ｂ及び下型環状突起６３ｃが形成されている面）から軸方向に凹むように、フランジ部２ａを形成するための凹部６３ｄが形成されている。凹部６３ｄには、その底面から軸方向に突出するように、端子取付用孔２ｂを形成するための突起６３ｅが形成されている。

図６及び図９に示すように、スライドコア６４は、軸方向に垂直な断面形状が円弧状であり、周方向に垂直な断面が矩形状の円弧部６４ａと、円弧部６４ａの内壁から径方向内方に突出するように形成されたＸ字状の傾斜溝形成突起６４ｂと、を一体に有している。傾斜溝形成突起６４ｂは、第１及び第２傾斜溝４，５を形成するためのものである。傾斜溝形成突起６４ｂの軸方向における両端部には、上型６２及び下型６３と組み合わせた際に、上型環状突起６２ｂや下型環状突起６３ｃとの干渉を避けるための段差部６４ｃが形成されている。

上型６２、下型６３、及び８個のスライドコア６４を組み合わせて金型６１を完成させ、金型６１内に樹脂を流し込むことで、ボビン２が形成される。なお、ここでは樹脂を流し込む樹脂流入口の位置について言及しなかったが、樹脂流入口の位置は特に限定するものではなく、例えば、スライドコア６４の１つに樹脂流入口が形成されていてもよい。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るトルクセンサ用コイル１では、ボビン２は、周方向に複数の領域Ａ１〜Ａ８に分割されており、各領域Ａ１〜Ａ８において、第１及び第２傾斜溝４，５の側壁８の全てが、各領域Ａ１〜Ａ８毎に異なる方向に設定されている金型抜去方向（矢印Ｂ１〜Ｂ８の方向）に対して平行または当該平行な方向よりも第１及び第２傾斜溝４，５が径方外方に向かって拡がる方向に傾斜して形成されている。

これにより、アンダーカットの部分がなくなり、金型６１を用いた樹脂成形によりボビン２を製造することが可能となる。その結果、従来のように切削加工により第１及び第２傾斜溝４，５を形成する場合と比較して、トルクセンサ用コイル１の量産性が向上し、製造コストの低減を図ることが可能になる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態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等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］磁歪特性を有する回転軸（１０１）の周囲に取り付けられ、前記回転軸（１０１）に付与されたトルクを測定するトルクセンサ（１００）に用いられるトルクセンサ用コイル（１）であって、前記回転軸（１０１）と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されると共に、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第１傾斜溝（４）と、軸方向に対して前記第１傾斜溝（４）と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第２傾斜溝（５）とが形成されている非磁性体からなるボビン（２）と、前記第１傾斜溝（４）に沿って絶縁電線を前記ボビン（２）に巻き付けて形成される第１検出コイル（３１）と、前記第２傾斜溝（５）に沿って絶縁電線を前記ボビン（２）に巻き付けて形成される第２検出コイル（３２）と、を備え、前記ボビン（２）は、周方向に複数の領域（Ａ１〜Ａ８）に分割されており、各領域（Ａ１〜Ａ８）において、前記第１及び第２傾斜溝（４，５）の側壁（８）の全てが、前記各領域（Ａ１〜Ａ８）毎に異なる方向に設定されている金型抜去方向に対して平行または当該平行な方向よりも前記第１及び第２傾斜溝（４，５）が径方外方に向かって拡がる方向に傾斜して形成されている、トルクセンサ用コイル（１）。

［２］前記ボビン（２）は、その軸方向の両端部に、前記第１傾斜溝（４）と前記第２傾斜溝（５）とに囲まれ、かつ前記ボビン（２）の軸方向の端面を構成している第１凸部（６）を複数有し、前記各第１凸部（６）の軸方向の端面に、前記ボビン（２）の周方向に沿って形成されており、軸方向外方に開口すると共に、その周方向の端部にて前記第１及び前記第２傾斜溝（４，５）に連通されており、隣り合う前記第１傾斜溝（４）間あるいは隣り合う前記第２傾斜溝（５）間の前記絶縁電線を収容すると共に、当該絶縁電線の径方向外方への移動を規制して前記ボビン（２）からの脱落を抑制するための電線係止溝（９）を有している、［１］に記載のトルクセンサ用コイル（１）。

［３］前記ボビン（２）は、隣り合う２本の前記第１傾斜溝（４）と、隣り合う２本の前記第２傾斜溝（５）とに囲まれた第２凸部（７）を複数有し、前記第２凸部（７）は、その対向する側壁（８）の間隔が、径方向外方に向かって徐々に拡がっている、［２］に記載のトルクセンサ用コイル（１）。

［４］前記第２凸部（７）は、前記ボビン（２）の軸方向において前記第１凸部（６）とオーバーラップして配置されており、前記第２凸部（７）には、前記第１凸部（６）の前記電線係止溝（９）の底壁（９ａ）と軸方向における同じ位置に底壁（１１ａ）を有し、軸方向外方に開口する副電線係止溝（１１）が形成されている、［３］に記載のトルクセンサ用コイル（１）。

［５］前記第１凸部（６）は、前記ボビン（２）の周方向に等間隔に配置されており、かつ、前記ボビン（２）の軸方向の一端部に設けられた前記第１凸部（６）と、軸方向の他端部に設けられた前記第１凸部（６）とが、軸方向に対向配置されており、前記第２凸部（７）は、前記ボビン（２）の周方向に等間隔に配置されていると共に、周方向に隣り合う前記第１凸部（６）の間の位置となるように配置されており、かつ、軸方向の一端部及び他端部に設けられた前記第１凸部（６）と軸方向にオーバーラップする位置に配置されており、前記各第２凸部（７）の軸方向における両端部に、前記副電線係止溝（１１）がそれぞれ形成されている、［４］に記載のトルクセンサ用コイル（１）。

［６］１本の前記第１傾斜溝（４）と１本の前記第２傾斜溝（５）とが交差した傾斜溝対（１０）を周方向に複数有し、１つの前記領域（Ａ１〜Ａ８）に１つの前記傾斜溝対（１０）「が含まれるように、前記領域（Ａ１〜Ａ８）が設定されている、［１］乃至［５］の何れか１項に記載のトルクセンサ用コイル（１）。

［７］前記金型抜去方向は、対応する前記領域（Ａ１〜Ａ８）の周方向における中心位置での径方向である、［１］乃至［６］の何れか１項に記載のトルクセンサ用コイル（１）。

［８］［１］乃至［７］の何れか１項に記載のトルクセンサ用コイルを備えた、トルクセンサ（１００）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態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。

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可能である。例えば、上記実施の形態では、ボビン２を周方向に８つの領域Ａ１〜Ａ８に分割したが、領域の数はこれに限定されない。ただし、領域の数が少なすぎると、領域の周方向の端部における溝の傾斜角度が大きくなりすぎて絶縁電線を巻き付けにくくなり、また凸部６，７の縁部分が鋭角化して欠け等の不具合が発生し易くなるため、領域の数は４つ以上とすることが望ましい。

１…トルクセンサ用コイル
２…ボビン
３…検出コイル
３１…第１検出コイル
３２…第２検出コイル
３３…第３検出コイル
３４…第４検出コイル
４…第１傾斜溝
５…第２傾斜溝
６…第１凸部
７…第２凸部
８…側壁
９…電線係止溝
１０…傾斜溝対
１１…副電線係止溝
１００…トルクセンサ
Ａ１〜Ａ８…領域

Claims (7)

1. 磁歪特性を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸に付与されたトルクを測定するトルクセンサに用いられるトルクセンサ用コイルであって、
   前記回転軸と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されると共に、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第１傾斜溝と、軸方向に対して前記第１傾斜溝と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第２傾斜溝とが形成されている非磁性体からなるボビンと、
   前記第１傾斜溝に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第１検出コイルと、
   前記第２傾斜溝に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第２検出コイルと、を備え、
   前記ボビンの前記第１及び第２傾斜溝の各側壁は、前記第１及び第２傾斜溝の各側壁を形成する金型の抜去方向に対して平行または当該平行な方向よりも前記第１及び第２傾斜溝が径方外方に向かって拡がる方向に傾斜して形成されている、
   トルクセンサ用コイル。
2. 前記ボビンは、その軸方向の両端部に、前記第１傾斜溝と前記第２傾斜溝とに囲まれ、かつ前記ボビンの軸方向の端面を構成している第１凸部を複数有し、
   前記各第１凸部の軸方向の端面に、前記ボビンの周方向に沿って形成されており、軸方向外方に開口すると共に、その周方向の端部にて前記第１及び前記第２傾斜溝に連通されており、隣り合う前記第１傾斜溝間あるいは隣り合う前記第２傾斜溝間の前記絶縁電線を収容すると共に、当該絶縁電線の径方向外方への移動を規制して前記ボビンからの脱落を抑制するための電線係止溝を有している、
   請求項１に記載のトルクセンサ用コイル。
3. 前記ボビンは、隣り合う２本の前記第１傾斜溝と、隣り合う２本の前記第２傾斜溝とに囲まれた矩形状の第２凸部を複数有し、
   前記第２凸部は、隣り合う２本の前記第１傾斜溝の側壁の間隔が、径方向外方に向かって徐々に拡がっていると共に、隣り合う２本の前記第２傾斜溝の
   側壁の間隔が、径方向外方に向かって徐々に拡がっている、
   請求項２に記載のトルクセンサ用コイル。
4. 前記第２凸部は、前記ボビンの軸方向において前記第１凸部とオーバーラップして配置されており、
   前記第２凸部には、前記第１凸部の前記電線係止溝の底壁と軸方向における同じ位置に底壁を有し、軸方向外方に開口する副電線係止溝が形成されている、
   請求項３に記載のトルクセンサ用コイル。
5. 前記第１凸部は、前記ボビンの周方向に等間隔に配置されており、かつ、前記ボビンの軸方向の一端部に設けられた前記第１凸部と、軸方向の他端部に設けられた前記第１凸部とが、軸方向に対向配置されており、
   前記第２凸部は、前記ボビンの周方向に等間隔に配置されていると共に、周方向に隣り合う前記第１凸部の間の位置となるように配置されており、かつ、軸方向の一端部及び他端部に設けられた前記第１凸部と軸方向にオーバーラップする位置に配置されており、
   前記各第２凸部の軸方向における両端部に、前記副電線係止溝がそれぞれ形成されている、
   請求項４に記載のトルクセンサ用コイル。
6. １本の前記第１傾斜溝と１本の前記第２傾斜溝とが交差した傾斜溝対を周方向に複数有する、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載のトルクセンサ用コイル。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のトルクセンサ用コイルを備えた、
   トルクセンサ。

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