JP7180433B2 - トルクセンサ用コイルの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、トルクセンサ用コイルの製造方法に関する。

磁歪特性を有する回転軸に付与されたトルクを測定するトルクセンサが広く知られている。例えば、下記特許文献１には、トルクセンサに用いられる磁歪式トルクセンサ用コイルを製作する際に、ボビンを順方向に１回転だけ回転させつつ絶縁電線を巻き付け、その後、ボビンを逆方向に１回転だけ回転させつつ絶縁電線を巻き付ける、という作業を交互に繰り返すことで、コイルを構成する絶縁電線をボビンに巻回するという技術が提案されている。

特開２０１６－２００５５２号公報

しかしながら、上記のトルクセンサでは、磁歪式トルクセンサ用コイルを製作する際に、ボビンを逆方向に回転させる移動量が大きいため、多数の絶縁電線を同時にボビンに巻き付けようとすると、絶縁電線同士が絡まりやすいというという問題があった。

本開示の一側面は、トルクセンサに用いられるトルクセンサ用コイルを製作する際の作業性を向上できるようにすることある。

本開示の一態様は、トルクセンサ用コイルの製造方法であって、ボビンを治具で保持し、ボビンの周囲を取り囲んで配置された複数のノズルから、それぞれ絶縁電線を同時に供給しつつ、ボビンを回転させるとともに、複数のノズルをボビンの回転方向とは直交する方向に駆動させることで、複数の絶縁電線を第１傾斜溝または第２傾斜溝に沿ってボビンに巻き付ける。なお、ボビンには、円筒状に形成されると共に、円筒状の外周面に軸方向に対して予め設定された所定角度だけ傾斜した複数の第１傾斜溝、および軸方向に対して第１傾斜溝と反対方向に前記所定角度だけ傾斜した複数の第２傾斜溝、が形成される。

このような製造方法によれば、複数の絶縁電線を第１傾斜溝または第２傾斜溝に沿って連続的にボビンに巻き付けるので、複数のノズルをボビンの回転方向とは直交する方向に駆動させるだけでよく、ボビンの回転方向に駆動させる必要がない。この結果、複数のノズルが衝突しにくくすることができるため、ボビンに多数の絶縁電線を同時に巻き付けることができる。よって、ボビンに絶縁電線を巻き付ける速度を向上させることができる。すなわち、磁歪式トルクセンサ用コイルを製作する際の作業性を向上させることができる。

また、本開示の一態様は、磁歪特性を有する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磁歪式トルクセンサ用コイルであって、ボビンと、第１検出コイルと、第２検出コイルと、を備えてもよい。

ボビンは、非金属製であり、磁歪特性を有する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予め設定された所定角度だけ傾斜した複数の第１傾斜溝、および軸方向に対して第１傾斜溝と反対方向に所定角度だけ傾斜した複数の第２傾斜溝、が形成される。

第１検出コイルは、ボビンに巻回された絶縁電線であって、ボビンにおける一方の回転方向の順に複数の第１傾斜溝に沿って配置された第１電線により構成される。第２検出コイルは、ボビンに巻回された他の絶縁電線であって、ボビンにおける一方の回転方向の順に複数の第２傾斜溝に沿って配置された第２電線により構成される。第１電線は、第１傾斜溝を縦断しつつ横断して配置され、第２電線は、第２傾斜溝を縦断しつつ横断して配置される。

このような構成は、第１検出コイルおよび第２検出コイルを製作する際に、ボビンを大きく戻すことなく、概ね一方向に連続してボビンを回転させながら第１電線および第２電線をボビンに巻き付けることで得ることができる。よって、このような構成は、多数の絶縁電線が絡まることを抑制しつつ、多数の絶縁電線を同時にボビンに巻き付けることができる。この結果、磁歪式トルクセンサ用コイルを製作する際の作業性を向上させることができる。

トルクセンサの分解斜視図である。 トルクセンサを回転軸に取り付けた際の断面図である。 ボビンの斜視図である。 各層での絶縁電線の巻き方を示すボビンの展開図である。 第１層と第３層での絶縁電線の巻き方を示すボビンの展開図である。 参考例における絶縁電線の巻き方を示すボビンの展開図である。 コイル製造装置の概略構成図である。 ボビンの展開図における一部拡大図である。 ボビンにおける絶縁電線の積層状態を示す断面図である。 測定部のブロック図である。 トルクとセンサ出力との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１－１．トルクセンサの全体構成］
図１は、本開示の一態様のトルクセンサ１の分解斜視図である。図２は、トルクセンサ１を回転軸２に取り付けた際の断面図である。

図１、図２に示すように、トルクセンサ１は、磁歪特性を有する回転軸２の周囲に取り付けられ、車両に搭載された任意の回転軸２に付与された回転トルクを測定する磁歪式のセンサである。

トルクセンサ１は、磁歪式トルクセンサ用コイル５と、シールド部６，７と、磁性リング８と、を備える。磁歪式トルクセンサ用コイル５は、樹脂からなるボビン２０と、ボビン２０に絶縁電線３１，３２，３３，３４（以後「絶縁電線３１～３４」とも表記する。）を巻き付けて構成される第１検出コイル３０および第２検出コイル３５（以後「検出コイル３０，３５」とも表記する。）とを備える。

回転軸２は、磁歪特性を有する材料から構成され、円柱状、換言すれば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２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２は、例えば、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等を採用できる。

磁性リング８は、磁性体、例えば強磁性体からなり、中空円筒状に形成されている。磁性リング８の中空部には検出コイル３０，３５を設けたボビン２０が挿入され、磁性リング８は、ボビン２０の外周面を覆うように配置される。

磁性リング８の内径は、ボビン２０の外径と概ね同じ寸法であり、ボビン２０の外径よりも若干大きく形成される。磁性リング８は、検出コイル３０，３５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。

シールド部６，７は、ボビン２０を磁性リング８に固定する機能と、検出コイル３０，３５を外部の電磁ノイズから保護する（電磁ノイズを遮蔽する）機能とを有する。シールド部６，７は、磁性リング８の外径に概ね一致する外径と、ボビン２０の内径に概ね一致する内径とを有するリング状に構成される。

ボビン２０は、磁性リング８の中空部に挿入されている。ボビン２０における回転軸２の軸方向Ｌに沿う両側面側には、シールド部６，７が配置されている。言い換えると、ボビン２０はシールド部６，７に挟み込まれているとともに、磁性リング８に固定されている。

トルクセンサ１では、ボビン２０の内壁と回転軸２との間に隙間が形成されている。隙間を形成することにより、トルクセンサ１は回転軸２に接触しないように構成されている。さらに、トルクセンサ１は、ハウジング等の固定部材に固定されているため、回転軸２の回転に伴って回転しないように構成される。

［１－２．ボビン２０と検出コイル３０，３５の構成］
図１～図３に示すように、ボビン２０は、樹脂を用いて形成され、全体として中空円筒状に形成されている。ボビン２０は、回転軸２に対して所定の距離Δｄだけ離間して設けられ、かつ、回転軸２と同軸に設けられる。

ボビン２０の外周面には、回転軸２の軸方向Ｌに対して予め設定された角度である所定角度だけ傾斜した複数の第１傾斜溝１０と、軸方向Ｌに対して第１傾斜溝１０と反対方向に所定角度傾斜した複数の第２傾斜溝１１と、が形成されている。軸方向Ｌに対する第１傾斜溝１０の角度は、軸方向Ｌに対する第２傾斜溝１１の角度と同角度に設定される。

ここでは、図３に示すように、軸方向Ｌに対して＋４５度傾斜するように第１傾斜溝１０を形成すると共に、軸方向Ｌに対して－４５度傾斜するように第２傾斜溝１１を形成している。ただし、図３では、軸方向Ｌに平行な直線Ｌｐに対して第１傾斜溝１０および第２傾斜溝１１が４５度傾斜することを示す。

トルクセンサ１では、第１傾斜溝１０および第２傾斜溝１１（以後「傾斜溝１０，１１」とも表記する。）に沿って絶縁電線３１～３４を巻き付けて検出コイル３０，３５を形成する。回転軸２にトルクが付与された際の透磁率の変化は軸方向Ｌに対して±４５度の方向で最も大きくなる。そのため、傾斜溝１０，１１における軸方向Ｌに対する傾斜を、±４５度傾斜にすることで、トルクセンサ１の検出感度を向上できる。

なお、傾斜溝１０，１１の傾斜角度は±４５度に限定されない。ただし、傾斜溝１０，１１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。そのため、傾斜溝１０，１１の傾斜角度は±３０～６０度の範囲内とすることが望ましい。

本実施の形態のボビン２０の外周面には、軸方向Ｌとは直交する回転軸２の周方向において、偶数個の第１傾斜溝１０および偶数個の第２傾斜溝１１が、交互にかつ等間隔に形成される。本実施形態では、第１傾斜溝１０および第２傾斜溝１１は、それぞれ、回転軸２の周方向の６０度毎に、６つずつ形成される。

さらに、ボビン２０の外周面には、ボビン２０の両側面に沿う通路である側面通路１３が形成される。ここで、ボビン２０の側面とは、軸方向Ｌ側の側面、換言すれば、シールド部６，７と接する側の面を表す。

ボビン２０の外周面には、全体として、菱形の突起部である菱突起部１４と、二等辺三角形の突起部である三角突起部１５と、菱突起部１４および三角突起部１５（以下「突起部１４，１５」とも表記する。）の間に形成される谷となる部位である傾斜溝１０，１１と、側面通路１３と、が形成されている。なお、傾斜溝１０，１１の数は、本実施形態で説明する６つに限定されず、ボビン２０の外径、或いは回転軸２の外径等に応じて適宜変更可能である。

本実施の形態では、検出コイル３０，３５をボビン２０の外周面に形成している。そのため、ボビン２０は、検出コイル３０，３５で生じた磁束に与える影響が金属材料よりも小さい材料、例えば樹脂を用いて形成されたものを用いることが好ましい。なお、ボビン２０は、樹脂に限らず、磁束に与える影響が金属よりも小さい非金属であればよい。

また、トルクセンサ１を潤滑油等の油が接触する環境で使用する場合には、耐油性を有する材料を用いてボビン２０を形成することが好ましい。さらに、トルクセンサ１を高温環境で使用する場合には、耐熱性を有する材料を用いてボビン２０を形成することが好ましい。

さらにまた、絶縁電線３１～３４の材料として一般的に採用される銅または銅合金と同等の線膨張係数を有する材料を用いてボビン２０を形成することが望ましい。より具体的には、ボビン２０の形成に用いられる樹脂としては、線膨張係数が、銅または銅合金の線膨張係数の±２５％以内のものを用いることが好ましい。このようにすることにより、温度変化に起因するボビン２０の変形量と、絶縁電線３１～３４の変形量との差が小さくなり、絶縁電線３１～３４が断線しにくくなる。

ここで、検出コイル３０，３５は、絶縁電線３１～３４のそれぞれから形成される４つの層を積層することで構成される。第１検出コイル３０は、４層のうちの第１層を形成する絶縁電線３１と第３層を形成する絶縁電線３３とを備える。また、第２検出コイル３５は、４層のうちの第２層を形成する絶縁電線３２と第４層を形成する絶縁電線３４とを備える。

第１検出コイル３０は、絶縁電線（第１電線）３１，３３を第１傾斜溝１０、一方側の側面通路１３Ａ、および、他方側の側面通路１３Ｂに沿わせながらボビン２０に巻き付けて構成される。図４～図６、図８はボビン２０の展開図である。

図４に示すように、第１検出コイル３０の第１層を形成する際には、まず、絶縁電線３１を、巻はじめ位置１aから他方側の側面通路１３Ｂに向かって第１傾斜溝１０に沿わせて配置する。巻はじめ位置１aは、所定の第１傾斜溝１０における一方側の側面通路１３Ａの端部に対応する位置である。次に、絶縁電線３１を、隣接する第１傾斜溝１０（図４における右隣の第１傾斜溝１０）に向かって、側面通路１３Ｂに沿わせて配置する。次に、絶縁電線３１を、他方側の側面通路１３Ｂから一方側の側面通路１３Ａに向かって、隣接する第１傾斜溝１０に沿わせて配置する。次に、絶縁電線３１を、更に隣接する第１傾斜溝１０（図４における更に右隣の第１傾斜溝１０）に向かって、側面通路１３Ａに沿わせて配置する。以下、第１傾斜溝１０、一方側の側面通路１３Ａ、および、他方側の側面通路１３Ｂに絶縁電線３１を沿わせることを繰り返す。絶縁電線３１は、ボビン２０の外周を所定の周回数だけ巻き付けられる。絶縁電線３１の巻終わり位置１ｂは、巻はじめ位置１aと同じ位置を例示することができる。絶縁電線３１は、第１傾斜溝１０を通って一方側の側面通路１３Ａ、および、他方側の側面通路１３Ｂの間を行き来する略クランク状、言い換えるとジグザグ状に配線される。

第１検出コイル３０の第３層は、第１層と同様に、絶縁電線３３を、第１傾斜溝１０を通って一方側の側面通路１３Ａ、および、他方側の側面通路１３Ｂの間を行き来させて形成される。具体的には、まず、絶縁電線３３を、巻はじめの位置４aから他方側の側面通路１３Ｂに向かって第１傾斜溝１０に沿わせて配置する。以後の絶縁電線３３を配置する手順は、第１層における手順と同様である。絶縁電線３３の巻き終わり位置４ｂは、巻はじめ位置４aと同じ位置を例示することができる。なお、巻はじめの位置４aは、巻はじめの位置１a（所定の第１傾斜溝１０）に隣接する第１傾斜溝１０における一方側の側面通路１３Ａの端部に対応する位置である。

第１検出コイル３０の第１層では、図５の実線にて示すように、隣接する第１傾斜溝１０と、一方側の側面通路１３Ａと、他方側の側面通路１３Ｂとによって囲まれる平行四辺形を構成する４辺うちの３辺（隣接する第１傾斜溝１０と、側面通路１３Ａおよび側面通路１３Ｂの一方）に、絶縁電線３１が配置される。第１検出コイル３０の第３層では、図５の破線にて示すように、隣接する第１傾斜溝１０と、一方側の側面通路１３Ａと、他方側の側面通路１３Ｂとによって囲まれる平行四辺形（第１層における平行四辺形と同じもの）を構成する４辺うちの３辺（隣接する第１傾斜溝１０と、側面通路１３Ａおよび側面通路１３Ｂの他方）に、絶縁電線３３が配置される。

すなわち、上述の平行四辺形を構成する４辺（隣接する第１傾斜溝１０と、一方側の側面通路１３Ａと、他方側の側面通路１３Ｂ）には、第１層の絶縁電線３１および第３層の絶縁電線３３の一方または両方が配置される。言い換えると、第１層の絶縁電線３１および第３層の絶縁電線３３の組み合わせにより、上述の平行四辺形が形成される。

第２検出コイル３５は、絶縁電線（第２電線）３２，３４を、第２傾斜溝１１、一方側の側面通路１３Ａ、および、他方側の側面通路１３Ｂに沿わせながら、ボビン２０に巻き付けて構成される。図４に示すように、第２検出コイル３５の第２層を形成する際には、まず、絶縁電線３２を、巻はじめ位置２aから隣接する第２傾斜溝１１に（図４の右隣の第２傾斜溝１１）向かって、一方側の側面通路１３Ａに沿わせて配置する。巻はじめ位置２aは、所定の第２傾斜溝１１における一方側の側面通路１３Ａの端部に対応する位置である。

次に、絶縁電線３２を、一方側の側面通路１３Ａから他方側の側面通路１３Ｂに向かって、隣接する第２傾斜溝１１に沿わせて配置する。次に、絶縁電線３２を、隣接する第２傾斜溝１１から更に隣接する第２傾斜溝１１に向かって、他方側の側面通路１３Ｂに沿わせて配置する。次に、絶縁電線３２を、他方側の側面通路１３Ｂから一方側の側面通路１３Ａに向かって、更に隣接する第２傾斜溝１１に沿わせて配置する。

以下、第２傾斜溝１１、一方側の側面通路１３Ａ、および、他方側の側面通路１３Ｂに絶縁電線３２を沿わせることを繰り返す。絶縁電線３２は、ボビン２０の外周を所定の周回数だけ巻き付けられる。絶縁電線３２の巻き終わり位置２ｂは、巻はじめ位置２aと同じ位置を例示することができる。絶縁電線３２は、第２傾斜溝１１を通って一方側の側面通路１３Ａ、および、他方側の側面通路１３Ｂの間を行き来する略クランク状、言い換えるとジグザグ状に配線される。

第２検出コイル３５の第４層は、第２層と同様に、絶縁電線３４を、第２傾斜溝１１を通って一方側の側面通路１３Ａ、および、他方側の側面通路１３Ｂの間を行き来させて形成される。具体的には、まず、絶縁電線３４を、巻はじめの位置３aから他方側の側面通路１３Ｂに向かって、第２傾斜溝１１に沿わせて配置する。以後の絶縁電線３４を配置する手順は、第２層における手順と同様である。絶縁電線３４の巻き終わり位置３ｂは、巻はじめ位置３aと同じ位置を例示することができる。

なお、巻はじめの位置３aは、巻はじめの位置２aと同じ位置である。この際、第１層の絶縁電線３１と第３層の絶縁電線３３と同様に、隣接する第２傾斜溝１１と、一方側の側面通路１３Ａと、他方側の側面通路１３Ｂにより構成される平行四辺形の４辺には、第２層の絶縁電線３２および第４層の絶縁電線３４の一方または両方が配置される。言い換えると、第２層の絶縁電線３２および第４層の絶縁電線３４の組み合わせにより、当該平行四辺形が形成される。

本実施形態の検出コイル３０，３５は、概ねボビン２０を図５、図６のＸ軸方向に沿う一方向に回転させるとともに、絶縁電線３１～３４を供給する後述する複数のノズル５４をＹ軸方向に移動させることにより形成することができる。言い換えると、複数のノズル５４をＸ軸方向に移動させることを要しない。なお、Ｘ軸方向はボビン２０における周方向であり、Ｙ軸方向は軸方向Ｌである。

なお、図６に示すような参考例の手法では、１本の絶縁電線が前述の平行四辺形の全ての辺を通過するように配置される。このように絶縁電線を配置する場合、ボビン２０を一方向だけでなく逆回転である他方向にも大きく回転させる必要がある。または、複数のノズルをＹ軸方向だけでなくＸ軸方向にも移動させる必要がある。

ここで、本実施形態の手法では、例えば、図７に示すようなコイル製造装置５０を用いて、絶縁電線３１～３４をボビン２０に巻き付ける。
コイル製造装置５０は、図７に示すように、それぞれ複数の、供給ボビン５１と、テンション装置５２と、可動ホルダ５３と、ノズル５４と、を備える。また、コイル製造装置５０は、回転治具５５を備える。供給ボビン５１、テンション装置５２、可動ホルダ５３、およびノズル５４は、それぞれ４つずつ備えられ、図７ではこれらのうちの２つずつを図示する。

供給ボビン５１は、検出コイル３０，３５となるボビン２０に供給する絶縁電線３１～３４が巻き付けられており、絶縁電線３１～３４は、テンション装置５２に連続的に送られる。

テンション装置５２は、ボビン２０に巻き付けられる絶縁電線３１～３４の張力が概ね一定になるように絶縁電線３１～３４を保持しつつ、ボビン２０側に絶縁電線３１～３４を供給する。可動ホルダ５３は、ノズル５４を備え、ノズル５４とともに、Ｙ軸方向に移動可能に構成される。なお、図７におけるＹ軸方向は、紙面の上下方向である。ただし、可動ホルダ５３は、Ｘ軸方向に移動可能であってもよい。

ノズル５４は先端部からテンション装置５２から送られてくる絶縁電線３１～３４をボビン２０に対して供給する。
回転治具５５は、ボビン２０の内側を貫通して配置され、ボビン２０の内側からボビン２０を保持する。回転治具５５は、モータ等のアクチュエータによって回転し、この回転に伴ってボビン２０も回転する。絶縁電線３１～３４の先端部がボビン２０にて保持された状態で、回転治具５５が回転することで、絶縁電線３１～３４に張力が加わり、テンション装置５２からボビン２０に絶縁電線３１～３４が供給される。

なお、ノズル５４のＹ軸方向の位置が、絶縁電線３１～３４を巻き付けるための位置として最適になるように、回転治具５５の回転に同期して、可動ホルダ５３のＹ軸方向の位置が制御される。

参考例の手法では、多数の絶縁電線を同時に巻き付けようとする場合に、絶縁電線を供給する図示しない複数のノズルがＹ軸方向だけでなくＸ軸方向にも移動するため、複数のノズル同士が接触する虞がある。そのため、同時に巻き付けられる絶縁電線の本数が制限される。本実施形態の手法では、複数のノズル５４をＸ軸方向へ移動させる必要がないため、参考例の手法と比較して、ボビン２０に多数の絶縁電線を同時に巻き付けることができる。

一方で、本実施形態の手法では、側面通路１３に沿って絶縁電線を巻き付ける際にはボビン２０を逆回転させる必要がない。つまり、ボビン２０を逆回転させる回転量を最低限（傾斜溝１０，１１に沿って絶縁電線を巻き付ける分）に抑制できる。そのため、本実施形態の手法は、参考例の手法と比較して、ボビン２０に多数の絶縁電線を同時に巻き付けることができる。また、ボビン２０に絶縁電線３１～３４を巻き付ける速度を向上させることができる。

本実施形態の手法により絶縁電線３１～３４をボビン２０に巻き付けると、図８に示すように、絶縁電線３１，３３は、全ての第１傾斜溝１０を斜めに横断して配置される。また、絶縁電線３２，３４は、全ての第２傾斜溝１１を斜めに横断して配置される。

すなわち、絶縁電線３１は、第１傾斜溝１０における一方側の側面通路１３Ａ側に配置された角部１５Ａと、他方側の側面通路１３Ｂ側に配置された角部１５Ｂと、に巻き付くことにより方向転換して配置される。言い換えると、絶縁電線３１は、第１傾斜溝１０の領域を角部１５Ａから角部１５Ｂに向かって、または、角部１５Ｂから角部１５Ａに向かって、縦断しつつ横断して配置される。

角部１５Ａは、絶縁電線３１が配置される一方側の側面通路１３Ａと対向する三角突起部１５におけるＸ軸正側の角部である。角部１５Ｂは、絶縁電線３１が配置される他方側の側面通路１３Ｂと対向する三角突起部１５におけるＸ軸負側の角部である。

同様に、絶縁電線３３は、第１傾斜溝１０における一方側の側面通路１３Ａ側に配置された角部１５Ｄと、他方側の側面通路１３Ｂ側に配置された角部１５Ｃと、に巻き付くことにより方向転換して配置される。言い換えると、絶縁電線３３は、第１傾斜溝１０の領域を角部１５Ｃから角部１５Ｄに向かって、または、角部１５Ｄから角部１５Ｃに向かって、縦断しつつ横断して配置される。

角部１５Ｃは、絶縁電線３３が配置される他方側の側面通路１３Ｂと対向する三角突起部１５におけるＸ軸正側の角部である。角部１５Ｄは、絶縁電線３３が配置される一方側の側面通路１３Ａと対向する三角突起部１５におけるＸ軸負側の角部である。

また、絶縁電線３２は、第２傾斜溝１１における一方側の側面通路１３Ａ側に配置された角部１５Ｅと、他方側の側面通路１３Ｂ側に配置された角部１５Ｆと、に巻き付くことにより方向転換して配置される。言い換えると、絶縁電線３３は、第２傾斜溝１１の領域を角部１５Ｅから角部１５Ｆに向かって、または、角部１５Ｆから角部１５Ｅに向かって、縦断しつつ横断して配置される。

また、絶縁電線３３は、第２傾斜溝１１における一方側の側面通路１３Ａ側に配置された角部１５Ｈと、他方側の側面通路１３Ｂ側に配置された角部１５Ｇと、に巻き付くことにより方向転換して配置される。言い換えると、絶縁電線３３は、第２傾斜溝１１の領域を角部１５Ｇから角部１５Ｈに向かって、または、角部１５Ｈから角部１５Ｇに向かって、縦断しつつ横断して配置される。絶縁電線３１～３４は、第１傾斜溝１０および第２傾斜溝１１が交差する部位である交差部２３において、交差して配置される。

交差部２３での断面は、図９に示すように、この交差部２３を通過する全ての絶縁電線３１～３４が積層された状態になる。また、交差部２３では、第１検出コイル３０の絶縁電線３１，３３と、第２検出コイル３５の絶縁電線３２，３４とが交互に積層される。ただし、全ての絶縁電線３１～３４が同位置にて積み上げられてもよいし、絶縁電線３１～３４は概ね近い位置にて積層されてもよい。

交差部２３にて積層される絶縁電線３１～３４の数は、検出コイル３０，３５を構成する層の数に、それぞれの層における巻回数を乗じた数となる。例えば、絶縁電線３１～３４により構成されるそれぞれの層（合計４層）の巻き回数が３０回転である場合には、これらの積である１２０本の絶縁電線が交差部２３にて積層される。ただし、全ての交差部２３で、同数の絶縁電線が積層されてもよいし、概ね近い位置にて積層されてもよい。

なお、絶縁電線３１～３４をボビン２０に巻き付ける際には、ボビン２０を治具に固定して作業を行う。このとき、絶縁電線３１～３４の張力によりボビン２０が回転してしまわないように、ボビン２０の軸方向Ｌにおける端部が治具に係止される。

そして、ボビン２０の周囲を取り囲むように４つのノズル５４を９０度毎に配置する。４つのノズル５４からそれぞれ絶縁電線３１～３４を同時に供給しつつ、ボビン２０を概ね一方向に回転させるとともに、ノズル５４をボビン２０の回転方向とは直交する方向に駆動させる。この際、絶縁電線３１，３３が複数の第１傾斜溝１０に順に沿い、絶縁電線３２，３４が複数の第２傾斜溝１１に順に沿うように、複数のノズル５４を駆動させる作動を繰り返すことで、前述のように４層の検出コイル３０，３５が製造される。

なお、検出コイル３０，３５の各層（第１層から第４層）を構成する絶縁電線３１～３４は、長さが概ね同じ長さとされ、各層における抵抗値が概ね同じとなるように構成される。

［１－３．測定部の構成］
図１０に示すように、トルクセンサ１は、第１検出コイル３０と第２検出コイル３５のインダクタンスの変化を検出することにより、回転軸２に付与されたトルクを測定する測定部４１を備えている。以下、第１層の第１検出コイル３０のインダクタンスをＬ１、第２層の第２検出コイル３５のインダクタンスをＬ２、第３層の第１検出コイル３０のインダクタンスをＬ４、第４層の第２検出コイル３５のインダクタンスをＬ３とする。

測定部４１は、ブリッジ回路４２と、発信器４３と、電圧測定回路４４と、トルク演算部４５と、を備える。ブリッジ回路４２は、第１層、第４層、第３層、第２層の検出コイル３０，３５を順次環状に接続して構成される。

発信器４３は、第１層と第２層の検出コイル３０，３５間の接点ａと第３層と第４層の検出コイル３０，３５間の接点ｂとの間に交流電圧を印加する。電圧測定回路４４は、第１層と第４層の検出コイル３０，３５間の接点ｃと第３層と第２層の検出コイル３０，３５間の接点ｄ間の電圧を検出する。

トルク演算部４５は、電圧測定回路４４で測定した電圧を基に回転軸２に付与されたトルクを演算する。測定部４１では、回転軸２にトルクが付与されない状態では、各層の検出コイル３０，３５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２にトルクが付与されると、軸方向Ｌに対して＋４５度の方向の透磁率が減少または増加し、軸方向Ｌに対して－４５度方向の透磁率が増加または減少する。よって、発信器４３から交流電圧を印加した状態で回転軸２にトルクが付与されると、第１，３層の第１検出コイル３０ではインダクタンスが減少または増加し、第２，４層の第２検出コイル３５ではインダクタンスが増加または減少する。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２に付与されたトルクを演算する。

各層の検出コイル３０，３５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１０のようなブリッジ回路４２を用いることで、温度による各検出コイル３０，３５のインダクタンスへの影響をキャンセルすることが可能であり、精度よく回転軸２に付与されたトルクを検出することができる。また、トルクセンサ１では、第１検出コイル３０でインダクタンスが増加または低下すれば、必ず第２検出コイル３５ではインダクタンスが低下または増加するため、図１０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させることができる。

［１－４．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）本開示の一態様は、磁歪式トルクセンサ用コイル５の製造方法であって、ボビン２０を治具で保持し、ボビン２０の周囲を取り囲んで配置された複数のノズル５４から、それぞれ絶縁電線３１～３４を同時に供給しつつ、ボビン２０を回転させるとともに、複数のノズル５４をボビン２０の回転方向とは直交する方向に駆動させることで、複数の絶縁電線３１～３４を第１傾斜溝１０または第２傾斜溝１１に沿ってボビン２０に巻き付ける。なお、ボビン２０は、円筒状に形成され、ボビン２０には、円筒状の外周面に軸方向に対して予め設定された所定角度だけ傾斜した複数の第１傾斜溝１０、および軸方向に対して第１傾斜溝１０と反対方向に所定角度だけ傾斜した複数の第２傾斜溝１１、が形成されている。

このような製造方法によれば、複数の絶縁電線を第１傾斜溝１０または第２傾斜溝１１に沿って連続的にボビンに巻き付けるので、複数のノズル５４をボビン２０の回転方向とは直交する方向に駆動させるだけでよく、ボビン２０の回転方向に駆動させる必要がない。この結果、複数のノズル５４が衝突しにくくすることができるため、ボビン２０に多数の絶縁電線を同時に巻き付けることができる。よって、ボビン２０に絶縁電線を巻き付ける速度を向上させることができる。すなわち、磁歪式トルクセンサ用コイル５を製作する際の作業性を向上させることができる。

（１ｂ）本開示の磁歪式トルクセンサ用コイル５の製造方法では、ボビン２０の周囲を取り囲むように、ボビン２０の周囲の９０度毎に配置された４つのノズル５４から、それぞれ絶縁電線３１～３４を同時に供給することによって、４本の絶縁電線３１～３４を同時にボビン２０に巻き付ける。

このような製造方法によれば、４つのノズル５４をボビン２０の回転方向とは直交する方向に駆動させるだけでよいため、４つのノズル５４が衝突しにくくなる。よって、４本の絶縁電線３１～３４を同時にボビン２０に巻き付けることができる。

（１ｃ）本開示の一態様は、磁歪特性を有する回転軸２に付与されたトルクを測定するトルクセンサ１に用いられる磁歪式トルクセンサ用コイル５であって、ボビン２０と、第１検出コイル３０と、第２検出コイル３５と、を備える。

ボビン２０は、非金属製であり、磁歪特性を有する回転軸２と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成される。ボビン２０の外周面には、軸方向Ｌに対して予め設定された所定角度だけ傾斜した複数の第１傾斜溝１０、および軸方向Ｌに対して第１傾斜溝１０と反対方向に所定角度だけ傾斜した複数の第２傾斜溝１１、が形成される。

第１検出コイル３０は、絶縁電線３１，３４を第１傾斜溝１０に沿わせながらボビン２０に巻回して形成される。第２検出コイル３５は、絶縁電線３２，３３を第２傾斜溝１１に沿わせながらボビン２０に巻回して形成される。絶縁電線３１，３４は、全ての第１傾斜溝１０を斜めに横断しつつボビン２０に巻回され、絶縁電線３２，３３は、全ての第２傾斜溝１１を斜めに横断しつつボビン２０に巻回される。

このような構成にすることにより、概ね一方向に連続してボビン２０を回転させながら絶縁電線３１，３４および絶縁電線３２，３３をボビン２０に巻き付けることで第１検出コイル３０および第２検出コイル３５を得ることができる。言い換えると、ボビン２０を上述の一方向とは反対方向へ大きく回転させることなく、第１検出コイル３０および第２検出コイル３５を製作することができる。よって、このような構成にすることにより、第１検出コイル３０および第２検出コイル３５を製造する際に、絶縁電線３１～３４が絡まることを抑制でき、絶縁電線３１～３４を同時にボビン２０に巻き付けることができる。この結果、磁歪式トルクセンサ用コイル５を製作する際の作業性を向上させやすくなる。

（１ｄ）ここで、上述のボビン２０、および線径０．１ｍｍのポリアミドイミド銅線を３０回転巻回することで得られる検出コイル（第１検出コイル３０および第２検出コイル３５と同等な構成を有する検出コイル）におけるトルクとセンサ出力との関係を説明する。当該検出コイルのトルクとセンサ出力との関係を実験により測定したところ、図１１に示すような関係が得られた。すなわち、トルクの増減に対して、概ね比例するセンサ出力が得られた。センサ感度は、４．５４ｍＶ／Ｎｍであり、ヒステリシス誤差は１．０７％ＦＳであった。

なお、ヒステリシス誤差とは、相対往復誤差（Relative reversibility error）、すなわち、負荷を増加させた場合と減少させた場合とで得られる特性曲線の差異を表す。ヒステリシス誤差の値は、小さいほうが好ましい。

上述の測定の結果、本実施形態の検出コイルは、図６にて示す従来の手法で絶縁電線を巻回した検出コイルとほぼ同様な良好な特性を有していると考えられる。なお、従来の検出コイルでのトルクとセンサ出力との関係は、図１１に示す本実施形態の検出コイルによる結果と概ね一致したため、記載を省略している。

（１ｅ）本開示の一態様では、ボビン２０に、複数の第１傾斜溝１０および複数の第２傾斜溝１１毎に、回転軸２の軸方向Ｌにおける略中央部にて第１傾斜溝１０および第２傾斜溝１１が交差する部位を表す複数の交差部２３が形成されてもよい。複数の交差部２３では、絶縁電線３１，３４と絶縁電線３２，３３とが順に巻数分だけ積層されてもよい。

（１ｆ）本開示の一態様では、複数の交差部２３のうちの全てにおいて、絶縁電線３１，３４と絶縁電線３２，３３とが同数だけ積層されてもよい。
これらの構成とすることにより、概ね一方向に連続してボビン２０を回転させながら絶縁電線３１，３４および絶縁電線３２，３３を同時にボビン２０に巻き付けることができる。よって、このような構成にすることにより、磁歪式トルクセンサ用コイル５を製作する際の作業性を向上させやすくなる。

（１ｇ）本開示の一態様では、第１傾斜溝１０は、軸方向Ｌに対して＋４５度傾斜するように形成されてもよい。第２傾斜溝１１は、軸方向Ｌに対して－４５度傾斜するように形成されてもよい。

このような構成にすることにより、第１検出コイル３０および第２検出コイル３５は、傾斜角が±４５度以外の場合と比較して、回転軸２が捩じられることによって生じる応力を検知しやすくなる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（２ａ）上記実施形態では、４層のコイルを備える磁歪式トルクセンサ用コイル５について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、２層のコイルを複数備える構成、或いは４層以外の任意の多層構造とされた磁歪式トルクセンサ用コイルとしてもよい。

（２ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（２ｃ）上述した磁歪式トルクセンサ用コイルの製造方法の他、磁歪式トルクセンサ用コイル、当該磁歪式トルクセンサ用コイルを構成要素とするトルクセンサ、磁歪式トルクセンサ用コイルを備えるシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…トルクセンサ、２…回転軸、５…磁歪式トルクセンサ用コイル、６，７…シールド部、８…磁性リング、１０…第１傾斜溝、１１…第２傾斜溝、１３…側面通路、１４…菱突起部、１５…三角突起部、１５Ａ～１５Ｈ…角部、２０…ボビン、２３…交差部、３０…第１検出コイル、３１～３４…絶縁電線、３５…第２検出コイル、４１…測定部、５０…コイル製造装置、５１…供給ボビン、５２…テンション装置、５３…可動ホルダ、５４…ノズル、５５…回転治具。

Claims (4)

1. トルクセンサ用コイルの製造方法であって、
   円筒状に形成されると共に、前記円筒状の外周面に軸方向に対して予め設定された所定角度だけ傾斜した複数の第１傾斜溝、および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だけ傾斜した複数の第２傾斜溝、が形成されたボビンを治具で保持し、
   前記ボビンの周囲を取り囲んで配置された複数のノズルから、それぞれ絶縁電線を同時に供給しつつ、前記ボビンを回転させるとともに、前記複数のノズルを前記ボビンの回転方向とは直交する方向に駆動させることで、複数の絶縁電線を前記第１傾斜溝または前記第２傾斜溝に沿って前記ボビンに巻き付ける
   トルクセンサ用コイルの製造方法。
2. 請求項１に記載のトルクセンサ用コイルの製造方法であって、
   前記複数の絶縁電線として、第１電線、及び前記第１電線とは異なる第２電線、が供給され、
   前記複数のノズルとして、前記第１電線を供給する第１ノズル、及び前記第１ノズルとは異なる第２ノズルであって、前記第２電線を前記第１電線と同時に供給する第２ノズル、が用いられ、
   前記ボビンは、前記複数の第１傾斜溝および前記複数の第２傾斜溝毎に、前記軸方向における略中央部にて前記第１傾斜溝および前記第２傾斜溝が交差する部位を表す複数の交差部を有し、
   前記複数の交差部では、前記第１電線と前記第２電線とが順に積層される
   トルクセンサ用コイルの製造方法。
3. 請求項２に記載のトルクセンサ用コイルの製造方法であって、
   前記交差部において、前記第１電線と前記第２電線とが同数だけ積層される
   トルクセンサ用コイルの製造方法。
4. 請求項１～請求項３の何れか１項に記載のトルクセンサ用コイルの製造方法であって、
   前記第１傾斜溝は、前記軸方向に対して＋４５度傾斜するように形成され、
   前記第２傾斜溝は、前記軸方向に対して－４５度傾斜するように形成される
   トルクセンサ用コイルの製造方法。

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