JPH0560627A

JPH0560627A - 磁歪式トルク測定装置

Info

Publication number: JPH0560627A
Application number: JP22391891A
Authority: JP
Inventors: Munekatsu Shimada; 田宗勝島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1993-03-12
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JP2677067B2

Abstract

(57)【要約】【目的】温度位相をトルク位相から離すに際して、多大
な工数を必要としないうえ、温度ドリフトが少なく、安
定した測定を行うことが可能である磁歪式トルク測定装
置を提供する。【構成】ブリッジ回路の２辺のコイル辺のコイル巻数を
各々違え、コイル巻数の多い方のコイル辺に温度係数を
もたない小抵抗を挿入する。コイルと小抵抗からなるイ
ンピーダンスベクトルおよびコイルのみからなるインピ
ーダンスベクトルを各々Ｚ_１（〜），Ｚ_２（〜）、角度
を各々θ_１，θ_２とあらわした時にθ_１≒θ_２でかつθ
_１＜θ_２の関係に設定して、ブリッジバランスを設定し
たブリッジ回路を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のドライブシャ
フトなどや、工作機械のスピンドルなど、あるいは電気
モータの回転軸などの軸において、その軸（被測定軸）
に加わるトルクを当該軸の磁気歪作用を利用して非接触
にて検出するのに利用される磁歪式トルク測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のトルク測定装置としては、軸
（被測定軸）の磁気歪作用を利用したものがある（例え
ば、特開昭６２−１７９６２７号，特開昭６３−１１７
２３０号，特開平１ー１７０８２３号等）。

【０００３】図１は、被測定軸の磁気歪作用を利用した
トルク測定装置のトルク検出部の一例を示し、図２は、
前記トルク測定装置のトルク検出回路を構成するブリッ
ジ回路および信号処理回路の一例を示したものである。

【０００４】図１に示すトルク測定装置のトルク検出部
１は、磁気歪作用を有する被測定軸２を備え、トルクを
伝達するこの被測定軸２には、形状異方性を付与するた
めの部分らせん状溝３，４が左右対称に設けてあり、前
記部分らせん状溝３，４に対向して励磁兼検出用のコイ
ル５，６を図示しないヨーク等により非接触に保持した
構造をなしている。

【０００５】図２に示すトルク測定装置のトルク検出回
路１０のブリッジ回路において、Ｚ_１（〜），Ｚ
_２（〜）は図１に示したコイル５，６のインピーダンス
ベクトルであって、〜はインピーダンスが複素数である
ことを示している。また、以下においては、交流信号で
あることを示すのにも〜なる同じ記号を用いることとす
る。

【０００６】図２に示すトルク検出部１０のブリッジ回
路において、符号７，８は抵抗値がＲ_１，Ｒ_２の固定抵
抗であって、これらの抵抗７，８とコイル５，６とでブ
リッジ回路を形成している。また、符号１１，１２は抵
抗値がＲｅｘ_１，Ｒｅｘ_２であるブリッジバランスをと
るための可変抵抗である。

【０００７】そして、ブリッジ回路には、信号処理回路
の発振器１３よりＶ・ｅ^ｊｗｔなる交流電圧が供給され
る。ここにおいて、Ｖは振幅，ω＝２πｆは角振動数
（ｆ：周波数）である。

【０００８】このブリッジ回路の出力電圧は差動増幅器
１４によって

【０００９】

【００１０】に増幅され、同期検波器１５によって同期
検波され、装置出力△Ｖ（−）は直流として出力され
る。また、同期検波の参照信号θｔは、発振器１３より
移相器１６を介して供給される。

【００１１】このような図１，図２に示す構成の磁歪式
トルク測定装置によって、被測定軸２に加えられたトル
クＴを測定するに際しては、トルクＴが印加されていな
い状態で可変抵抗１１，１２の抵抗値Ｒｅｘ_１，Ｒｅｘ
_２を調整して、ブリッジのバランスをとり、｛△Ｖ
（〜）＝０（〜）｝としておく。

【００１２】その後、図１に示すようにトルクＴが印加
されると、一方のコイル５のインピーダンスが増加する
と共に他方のコイル６のインピーダンスが減少するた
め、ブリッジ出力電圧にアンバランスが生じて｛△Ｖ
（〜）≠０（〜）｝となる。そして、このアンバランス
は、印加トルクＴの大きさに比例するため、装置出力は

【００１３】

【００１４】の関係となる。

【００１５】ところで、自動車や工作機械などの実動軸
類には、十分な機械的強度が要求されるため、トルク測
定装置の一部を兼ねることとなる軸材としては熱処理を
施した鋼が用いられることが多い。

【００１６】そして、鋼を使った磁歪式トルク測定装置
においては、トルクに対する装置感度を得るため、比較
的高い回路増幅率が必要とされる。

【００１７】そのため、温度変化に対して敏感となり、
トルク測定装置のゼロ点が温度とともにドリフトしてし
まうことが多い。

【００１８】そこで、トルクのみ印加したときのブリッ
ジ回路出力の位相、すなわちトルク位相に対して、温度
のみ一様に変えたときのブリッジ回路出力の位相、すな
わち温度位相を離し、温度位相で検波することによりゼ
ロ点のドリフトをなくす対策がなされている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】温度位相が未調整の段
階においては磁歪式トルク測定装置の温度位相は装置ご
とに異なっている。

【００２０】そこで、従来の温度位相をトルク位相から
離す手法においては、まず、室温においてトルク検出回
路のブリッジバランスをとり、トルク検出部を一様に所
定の温度まで上げ、未調整の段階における温度位相を調
べることが基本的に必要である。

【００２１】次に、温度位相を所定の角度以上トルク位
相から離す調整作業を行なう。

【００２２】この温度位相はコイルの温度係数によって
決まっており、温度係数の大小関係を変えることで温度
位相を動かせることまでわかっているので、一方のコイ
ル辺に温度係数をもつ小抵抗を入れ、温度位相が所定の
角度以上トルク位相から離れるまで調整をくり返し行な
うようにしていた。

【００２３】このように、温度位相をトルク位相から離
す従来の手法では、以上に述べた調整作業の内容からわ
かるように、調整に多大な工数を必要としており、効率
的でないという課題があった。

【００２４】

【発明の目的】本発明は、温度位相をトルク位相から離
すためのより効率のよいすぐれた手法を見い出すべく、
ブリッジ回路の特性やブリッジ回路の出力特性やコイル
の温度係数等について鋭意検討の結果なされたもので、
その目的とするところは、温度位相をトルク位相から離
すに際して多大な調整工数を必要とせず、しかも温度ド
リフトが少なく、安定したトルクの測定を行なうことが
可能である磁歪式トルク測定装置を提供することにあ
る。

【００２５】ところで、本発明に至る過程において、ブ
リッジ回路の特性やブリッジ回路の出力特性等について
鋭意検討したが、このようなブリッジ回路について述べ
てある文献としては、西野治著『ブリッジ回路とその応用』，オーム社（昭
５２年）原宏著『わかりやすいブリッジ回路』，産報（１９６
６年）渡辺理著『ひずみゲージとその応用［改訂版］』，日
刊工業新聞社（昭５２年）等がある。

【００２６】それらには、ブリッジ感度が各辺のインピ
ーダンスが等しいとき、最も大きくなること等が述べら
れているが、本発明の内容である磁歪式トルク測定装置
に固有なブリッジ回路出力の詳細な特性についての記述
はなかった。

【００２７】本出願人は、温度位相をトルク位相から離
すより効果的な対策を見い出し別途出願している。

【００２８】それは、コイル辺の一方に温度係数をもた
ない小抵抗を挿入すると共にコイル辺の他方に温度係数
をもつ小抵抗を挿入し、前記コイル辺と小抵抗からなる
インピーダンスベクルトをそれぞれＺ_１（〜），Ｚ
_２（〜）、角度をそれぞれθ_１，θ_２とあらわしたとき
にθ_１＜θ_２の関係としてブリッジバランスを設定した
トルク検出回路を具備した構成とすることによって、温
度位相を離すという内容のものである。

【００２９】本発明は、上記発明と目的とするところは
同じであるが、後で詳しくその内容について説明するよ
うに、全く別の発想，考え方に基づくものである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる磁歪式ト
ルク測定装置は、相互に隣り合う２辺を被測定軸に設け
たコイル辺とすると共に他の２辺を固定抵抗としてブリ
ッジを組み、前記２辺のコイル辺および前記２辺の固定
抵抗辺に対し各々並列に２つのブリッジバランス調整用
の可変抵抗を設けたブリッジ回路を備え、前記被測定軸
に印加されたトルクを磁気歪作用により前記ブリッジ回
路で検出する磁歪式トルク測定装置において、前記２辺
のコイル辺のコイル巻数をそれぞれ違えて各々のインピ
ーダンスの大きさに差を持たせると共に、コイル巻数の
多い方のコイル辺に温度係数をもたない小抵抗を挿入
し、前記コイル辺と小抵抗からなるインピーダンスベク
ルトおよびコイル辺のみからなるインピーダンスベクト
ルをそれぞれＺ_１（〜），Ｚ_２（〜）、角度をそれぞれ
θ_１，θ_２とあらわしたときに

【００３１】

【００３２】でかつθ_１＜θ_２の関係としてブリッジバ
ランスを設定したトルク検出回路を具備した構成とした
ことを特徴としており、本発明による磁歪式トルク測定
装置の実施態様においては、温度のみ一様に変えたとき
のブリッジ回路出力の位相である温度位相に、同期検波
のタイミングを設定した構成とし、同じく実施態様にお
いて、トルクのみ印加したときのブリッジ回路出力の位
相であるトルク位相に対し、同期検波のタイミングをト
ルク位相＋９０°に設定した構成としたことを特徴とし
ており、上記した磁歪式トルク測定装置の構成を前述し
た従来の課題を解決するための手段としている。

【００３３】以下に、数式および数値解析例等を用い、
本発明の構成をさらに詳細に説明する。

【００３４】〔動作原理、ブリッジ回路特性、ブリッジ
回路出力特性〕まず、磁歪式トルク測定装置の動作原理
ならびにブリッジ回路特性，ブリッジ回路出力特性等に
ついて数式を使って述べる。

【００３５】図３は、単純化したブリッジ回路を示すも
のであり、ブリッジ回路の出力△Ｖ（〜）は、つぎの数
式１で表わされる。

【００３６】

【数式１】

【００３７】

【００３８】したがって、コイル５，６のインピーダン
スＺ_１（〜），Ｚ_２（〜），固定抵抗７，８の抵抗値Ｒ
_１，Ｒ_２を含めると、△Ｖ（〜）は数式２，数式３で示
される。

【００３９】

【数式２】

【００４０】

【００４１】

【数式３】

【００４２】

【００４３】また、Ｖ（〜）は、発振器１３からのブリ
ッジ印加電圧であって、数式４で表わされる。

【００４４】

【数式４】

【００４５】

【００４６】一方、バランス条件は△Ｖ（〜）＝０
（〜）であるから、数式２より数式５を得る。

【００４７】

【数式５】

【００４８】

【００４９】そして、バランスがとれているときには、
数式５から数式６が導かれる。

【００５０】

【数式６】

【００５１】

【００５２】ここで、数式６におけるインピーダンスＺ
_１（〜），Ｚ_２（〜）を数式７および数式８のようにそ
れぞれ置き換えると、次の数式９および数式１０が導か
れる。

【００５３】

【数式７】

【００５４】

【００５５】

【数式８】

【００５６】

【００５７】

【数式９】

【００５８】

【００５９】

【数式１０】

【００６０】

【００６１】つまり、バランスが成立しているときに
は、インピーダンスＺ_１（〜）とＺ_２（〜）の各々の角
度θ_１，θ_２が等しいことになる。

【００６２】さて、被測定軸２にトルクＴが印加される
と、あるいはトルク検出部１の温度が変わると、コイル
５，６のインピーダンスＺ_１（〜），Ｚ_２（〜）は数式
１１および数式１２のようにそれぞれ変化する。

【００６３】

【数式１１】

【００６４】

【００６５】

【数式１２】

【００６６】

【００６７】したがって、ΔＶ（〜）はΔＶ（〜）≠０
（〜）となる。

【００６８】また、数式３，数式１１および数式１２か
ら数式１３を導き、さらに、この数式１３を変形すると
数式１４が得られる。

【００６９】

【数式１３】

【００７０】

【００７１】

【数式１４】

【００７２】

【００７３】ここで、バランスがとれているときの数式
５の値に［］を付記して数式１５のように表わすこと
により識別するようにしている。

【００７４】

【数式１５】

【００７５】

【００７６】さて、ここで、数式１４は数式１６のよう
に表わすことができる。

【００７７】

【数式１６】

【００７８】

【００７９】この近似は、十分満足できる近似であっ
て、結果にほとんど影響をおよぼさないことが確認され
ている。

【００８０】また、数式１６における｛｝でくくった
部分は、バランス条件である数式５または数式１５によ
り数式１７と変形できる。

【００８１】

【数式１７】

【００８２】

【００８３】そして、数式１８を数式１７に代入すると
数式１９を得ることができ、このとき、θ_１はインピー
ダンスＺ_１（〜）の角度である。

【００８４】

【数式１８】

【００８５】

【００８６】

【数式１９】

【００８７】

【００８８】つまり、数式１６における｛｝でくくっ
た部分は、図３から明らかなように、インピーダンスＺ
_１（〜）と抵抗値Ｒ_１との大きさの関係で決定されるブ
リッジ回路の感度ファクターであり、この感度ファクタ
ーはＸ＝１のとき最大値となる。

【００８９】すなわち、インピーダンスＺ_１（〜）と抵
抗値Ｒ_１の大きさが等しいとき、ブリッジ感度ファクタ
ーが一番大きくなる。ブリッジ辺のインピーダンスが等
しいときにブリッジ感度が一番大きくなることは、よく
知られている事実である。

【００９０】また、数式１６における右側の（）でく
くった部分は、Ｚ_１（〜），Ｚ_２（〜）の変化量で決定
されるブリッジ回路の本質的な部分である。

【００９１】したがって、ΔＺ（〜）／（Ｚ）（〜）の
値がＺ（〜）の大きさに左右されないのならば、Ｚ
_１（〜），Ｚ_２（〜）の大きさは必ずしも同じ程度とす
る必要はないこととになり、例えば、Ｚ_２（〜）をＺ_１
（〜）に対して小さくした場合、Ｒ_２もＲ_１に対して同
じて割合で小さくすると、数式１６においてΔＶ（〜）
／Ｖ（〜）は変化しないこととなる（数式１９参照）。

【００９２】なお、Ｚ_２（〜），Ｒ_２を小さくすると、
Ｚ_１（〜）に比べてＺ_２（〜）の方により多くの電流が
流れることになるが、後述するトルク依存係数，温度依
存係数は、トルク測定装置のコイルに流す実用電流値に
ほとんど影響を受けない。

【００９３】また、トルク依存係数は、Ｚ（〜）の大き
さにもほとんど影響されない。

【００９４】ここで、以下のような置き換えを行なう。

【００９５】

【数式２０】

【００９６】

【００９７】

【数式２１】

【００９８】

【００９９】

【数式２２】

【０１００】

【０１０１】

【数式２３】

【０１０２】

【０１０３】さらに、数式１５，数式２２および数式２
３から数式２４を得る。

【０１０４】

【数式２４】

【０１０５】

【０１０６】次に、数式１６に数式４，数式７，数式２
０，数式２１および数式２３をそれぞれ代入し、インピ
ーダンスＺ（〜）をＺｅ（ｊθ）で表わせば数式２５が
導かれる。

【０１０７】

【数式２５】

【０１０８】

【０１０９】一方、数式２４は数式２６と表わせるの
で、数式２５から数式２７が導かれる。

【０１１０】

【数式２６】

【０１１１】

【０１１２】

【数式２７】

【０１１３】

【０１１４】そして、数式２７を数式２８の形に書くと
数式２９および数式３０が導かれ、両式において、△Ｚ
_Ｃおよびθ_Ｃがブリッジ回路の本質的な部分と関係す
る。

【０１１５】

【数式２８】

【０１１６】

【０１１７】

【数式２９】

【０１１８】

【０１１９】

【数式３０】

【０１２０】

【０１２１】なお、数式式２９における｛｝でくくっ
た部分は、数式３１として表わされる（数式１９参
照）。

【０１２２】

【数式３１】

【０１２３】

【０１２４】ここで、インピーダンスＺ_１（〜）および
Ｚ_２（〜）を数式３２および数式３３のように表わす。

【０１２５】

【数式３２】

【０１２６】

【０１２７】

【数式３３】

【０１２８】

【０１２９】そして、トルクまたは温度が印加されて、
インダクタンスＬおよび抵抗Ｒが以下の数式で表わされ
るとする。

【０１３０】

【数式３４】

【０１３１】

【０１３２】

【数式３５】

【０１３３】

【０１３４】

【数式３６】

【０１３５】

【０１３６】

【数式３７】

【０１３７】

【０１３８】このとき、αはトルク依存係数［１／ｋｇ
ｍ］または温度係数［１／°Ｃ］であり、ｔはトルク
［ｋｇｍ］または温度［°Ｃ］である。Ｌ_ＡＯ，Ｒ_ＡＯ
等はトルクが印加されていない０°Ｃのときのインダク
タンスＬおよび抵抗Ｒの値である。

【０１３９】すると、△Ｚ_１（〜）および△Ｚ_２（〜）
は、数式３２〜３７より、以下の数式３８および数式３
９で表わせることとなる。

【０１４０】

【数式３８】

【０１４１】

【０１４２】

【数式３９】

【０１４３】

【０１４４】また、数式２２は数式３８および数式３９
により数式４０のように表わせる。

【０１４５】

【数式４０】

【０１４６】

【０１４７】さらに、数式２４により△Ｚ_Ｃは以下のよ
うに表わせる。

【０１４８】

【数式４１】

【０１４９】

【０１５０】したがって、数式４０および数式４１よ
り、数式４２が導かれる。

【０１５１】

【数式４２】

【０１５２】

【０１５３】一方、バランス条件である数式５および数
式３２〜３７により、数式４３が導かれ、この数式４３
の実数部分および虚数部分を各々対応させることによ
り、数式４４および数式４５が以下のように導かれる。

【０１５４】

【数式４３】

【０１５５】

【０１５６】

【数式４４】

【０１５７】

【０１５８】

【数式４５】

【０１５９】

【０１６０】つまり、数式４２はつぎのように表わされ
る。

【０１６１】

【数式４６】

【０１６２】

【０１６３】また、θ_Ｃは数式４０等により次式のよう
に表わされる。

【０１６４】

【数式４７】

【０１６５】

【０１６６】したがって、トルク依存係数αまたは温度
係数αが一定なときにはθ_Ｃは定数であり、△Ｚ_Ｃはト
ルクｔまたは温度ｔに比例することがわかり、数式２９
のＶｄおよび数式３０のθｄは、△Ｚ_Ｃおよびθ_Ｃでそ
れぞれ決定されることがわかる。

【０１６７】さて、装置出力△Ｖ（−）は△Ｖ（〜）を
周期検波したもので、検波のタイミングをθｔとすると
θｔ＋πまでは△Ｖ（〜），θｔ＋πからθｔ＋２πま
では−△Ｖ（〜）として積分したものが△Ｖ（−）であ
るので、数式２８により次式を得る。

【０１６８】

【数式４８】

【０１６９】

【０１７０】この数式から、θｔ＝θｄのとき△Ｖ
（−）は０であり、θｔ−θｄ＝９０°のとき△Ｖ
（−）は最大値となる。

【０１７１】以上が、ブリッジ回路特性，ブリッジ回路
出力特性ならびに動作原理である。

【０１７２】〔トルク位相、温度位相、および温度依存
分の消去法等について〕ここで、ある温度でかつトルク
が印加されていないときに、ブリッジのバランスをとる
と△Ｖ（〜）＝０（〜）としうる。ところが、トルクが
印加されていなくとも温度のみ変わると△Ｖ（〜）≠０
（〜）となってしまう。

【０１７３】その理由は、数式４６のｔの係数が０でな
いためである。

【０１７４】実際問題として、ｔの係数が０、すなわち
温度係数が同じということはありえない。

【０１７５】そのため、トルク測定装置のゼロ点は温度
とともにドリフトするわけである。

【０１７６】ある温度でかつトルクが印加されていない
状態でブリッジのバランスをとると、△Ｖ（〜）＝０
（〜）となる。その状態において、トルクのみが印加さ
れたときの数式３０のθｄをトルク位相と定義する。こ
のトルク位相θｄはほとんど一定であり、振幅Ｖｄは、
トルクの大きさとともに変わる。

【０１７７】また、温度のみが変化したときのθｄを温
度位相と定義する。この温度位相θｄもほとんど一定で
あり、振幅Ｖｄは温度変化の度合に応じてかわる。

【０１７８】トルク位相をθｄ（トルク），温度位相を
θｄ（温度）と書くことにする。

【０１７９】さて、θｄ（トルク）とθｄ（温度）が９
０°程度離れている場合、検波タイミングθｔをθｄ
（温度）とすると、温度依存分は数式４８より明らかな
ように消し去ることができ、トルクに対してのみ有効に
装置出力が出ることになる。これが、温度位相で同期検
波することによる温度依存分の消去法である。

【０１８０】さて、θｄ（トルク）とθｄ（温度）を比
較することは、θ_Ｃ（トルク）とθ_Ｃ（温度）を比較す
ることと本質的に同じである。というのは、数式３０に
おいてθ_Ａ，θ_Ｂは定数とみなせるからである。

【０１８１】なお、θ_Ｃは測定不可能な量であり、測定
できるのはθｄである。

【０１８２】次に、θ_Ｃ（トルク）について図４のベク
トル図も参照して考察する。

【０１８３】数式４７において、α_ＬＡとα_ＬＢの符号
は反対、α_ＲＡとα_ＲＢの符号も反対であり、それらは
結果として和となる。

【０１８４】また、一般にトルク依存係数においては、

【０１８５】

【０１８６】という関係になっている。したがって、θ
_Ｃ（トルク）は次式のように表わされる。

【０１８７】

【数式４９】

【０１８８】

【０１８９】参考までにＸ＝１のときつまりＲ_１＝Ｚ_１
のときには、θ_１＝θ_Ａ／２である（図６のベクトル図
参照）。

【０１９０】また、数式１０によりバランスが成り立っ
ているときには、θ_Ａ＝θ_Ｂであるから、数式３０より

【０１９１】

【０１９２】となる。

【０１９３】さて、ここでトルク依存係数において、

【０１９４】

【０１９５】なのはどうしてなのかの理由についても言
及しておく。

【０１９６】コイルのインピーダンスＺ（〜）は、これ
まで述べて来たように、次式で表わされる。

【０１９７】

【数式５０】

【０１９８】

【０１９９】一方、材料の特性としての交流透磁率μ
（〜）は、数式５１で表わされ、μ´およびμ″は、イ
ンダクタンスＬおよび抵抗Ｒに対して以下の関係をな
す。

【０２００】

【数式５１】

【０２０１】

【０２０２】

【数式５２】

【０２０３】

【０２０４】ここで、Ｒａｃとは交流抵抗分であり、次
式のように表わせる。

【０２０５】

【数式５３】

【０２０６】

【０２０７】また、Ｒｄｃはコイルの直流抵抗分であ
り、Ｒａｃに比べてその値は小さい。

【０２０８】つまり、トルクを印加した際、μ´もμ″
も同程度変化するため、

【０２０９】

【０２１０】となるわけである。

【０２１１】次に、θ_Ｃ（温度）について図５のベクト
ル図も参照して考察する。

【０２１２】数式４７において、α_ＬＡとα_ＬＢは同符
号、α_ＲＡとα_ＲＢも同符号であり、それらの差が関係
してくる。

【０２１３】一般に、温度係数には僅かの差があり温度
係数の差Δα_Ｌ，△α_Ｒは（＋）の場合も（−）の場合
もありうるので、θ_Ｃ（温度）は、トルク測定装置毎に
異なってくる。

【０２１４】したがって、温度ドリフトは、トルク測定
装置毎に違ってくることになる。

【０２１５】そこで、温度係数の大小関係を調整し、θ
_Ｃ（温度）をθ_Ｃ（トルク）から離して設定しようとい
うのが、基本となる考え方である。

【０２１６】〔θ_Ｃ（温度）設定の考え方〕θ_Ｃ（トル
ク）はθ_１でほぼ確定しており、θ_１＞０でありかつ軸
径１９ｍｍの鋼の場合は約７３°である。

【０２１７】したがって、θ_Ｃ（温度）の方は（−）の
値をとるように温度係数の大小関係を次式のように設定
すればよい（数式４７参照）。

【０２１８】

【数式５４】

【０２１９】

【０２２０】数式５４において、軸径が１９ｍｍの鋼の
場合、以下の値を得る。

【０２２１】

【数式５５】

【０２２２】

【０２２３】なお、図７はθ_Ｃ（温度）設定の説明図で
ある。

【０２２４】つまり、θ_Ｃ（温度）を（−）の値に設定
できれば、温度位相をトルク位相に対してθ_１の大きさ
よりも大きく離せるわけである。

【０２２５】〔実際のブリッジ回路〕実際のブリッジ回
路は、図２に示してあるように、バランス調整用の抵抗
Ｒｅｘ_１，Ｒｅｘ_２を並列に入れてある。

【０２２６】図８は実際のブリッジ回路をよりわかり易
く書き直したものである。

【０２２７】図８は図２とまったく同じで、バランスが
成り立ったときの外付抵抗の大きさをＲｚ_１，Ｒｅｘｒ
_１であらわしたものである。

【０２２８】さて、並列に抵抗を入れたときのブリッジ
回路の各辺の合成インピーダンスをＺ_１´（〜），Ｒ_１
´等と表わすことにすれば、これまで算出した式はその
まま使うことができる。

【０２２９】なお、本出願人が別途出願している発明に
おいては、例えば、２辺のコイル辺を有するブリッジ回
路のコイル辺の他方に温度係数をもつ小抵抗をつけてα
_ＲＢを大きくし、α_ＲＡ＜α_ＲＢとする。つまりα_ＲＡ
−α_ＲＢ＜０とする。

【０２３０】また、α_ＬＡ−α_ＬＢ＞０の関係を確実に
成り立たせるため、コイル辺の一方に温度係数をもたな
い小抵抗をつけてθ_１＜θ_２の関係とし、θ_１の方をθ
_２よりも約１°程度小さく設定する。

【０２３１】このように角度設定してブリッジバランス
をとると、ブリッジバランスがとれた時点のコイル辺の
他方の合成インピーダンスの角度θ_２´は、θ_１より若
干小さな角度となる。このとき、合成インピーダンスに
おける温度係数α_ＬＢ´，α_ＲＢ´は減少するが、これ
を角度変更による温度係数の変更と呼んでいる。

【０２３２】したがって、α_ＬＡ´−α_ＬＢ´＞０が実
現できる。

【０２３３】また、コイル辺の一方には、温度係数をも
たない小抵抗をつけるのでα_ＲＡも若干小さくなる。

【０２３４】以上のような構成とすることにより、数式
５４の関係をほぼ成立させるようにしているのが、本出
願人により別途出願した発明の内容である。

【０２３５】本発明においては、以下に述べるように、
まったく別の考え方に基づく手法で数式５４の関係を実
現させる。

【０２３６】［コイルの温度係数］Ｒの温度係数はどの
ように決まっているのか考察してみる。

【０２３７】既に述べたようにＲは、数式５３よりＲｄ
ｃ＋Ｒａｃで表わされる。ここで、Ｒｄｃの方の温度係
数をαｄｃ、Ｒａｃの方の温度係数をαａｃとすると、
同じく数式５３よりｔ℃のときのＲ（ｔ）は、次式で表
わされる。

【０２３８】

【数式５６】

【０２３９】

【０２４０】このとき、Ｒｄｃ°，Ｒａｃ°を０℃での
値とし、数式５３を変形すると、数式５７を得る。

【０２４１】

【数式５７】

【０２４２】

【０２４３】したがって、Ｒの温度係数α_Ｒは次式のよ
うに表わせる。

【０２４４】

【数式５８】

【０２４５】

【０２４６】さて、αｄｃは巻線である銅線の温度係数
であり、以下の値となっている。

【０２４７】

【数式５９】

【０２４８】

【０２４９】一方、αａｃの方は交流透磁率の虚数部
μ″の温度係数αμ″であり、このαμ″は、交流透磁
率μ´の温度係数αμ´とほぼ同じ値であると考えられ
る。

【０２５０】このαμ´はインダクタンスＬの温度係数
であるので、約３×１０^-4／℃（３０ｋＨｚでの値）で
ある（数式５１および数式５２参照）。

【０２５１】したがって、次式のようになる。

【０２５２】

【数式６０】

【０２５３】

【０２５４】つまり、αａｃとαｄｃとは、大きさが１
桁異なっていることになる。

【０２５５】なお、Ｒａｃ°＞Ｒｄｃ°であってα_Rは
１×１０^-3／℃の大きさとなっている。

【０２５６】次に、巻数を変えたときのα_Ｒはどうなる
かを考察してみると、Ｒａｃ°の大きさは巻数が増すほ
ど大きくなるので、α_Ｒは数式５８より小さくなること
がわかる。

【０２５７】以上述べてきたように、コイル巻数が多く
なるとα_Ｒは小さくなるわけである。

【０２５８】次に、インダクタンスＬの温度係数がコイ
ル巻数によってどうなるのかを考察する。

【０２５９】コイル巻数を変えて温度係数の測定を試み
たところ、Ｒの温度係数は以上の推論どおり、コイル巻
数が多いほど小さくなっていた。

【０２６０】一方、インダクタンスＬの温度係数の方は
巻数が多いほど若干大きくなっていた。

【０２６１】その理由は、以下のように推論される。

【０２６２】溝部でのαμ´とそのわきの平坦部のαμ
´とでは差がある（図１参照）ことが、理論的考察と間
接的な測定データとから推定された。この場合、溝部の
αμ´の方が若干小さいと考えられ、したがって、コイ
ル巻数が増すと、磁束の拡がりが大きくなるため、イン
ダクタンスＬの温度係数が若干大きくなると考えること
ができる。

【０２６３】以上の考察をまとめると、コイル巻数が多
いほどインダクタンスＬの温度係数は若干大きくなり、
Ｒの温度係数は小さくなるということになる。

【０２６４】したがって、コイル辺の一方の巻数を多く
すると共に、コイル辺の他方の巻数を少なくすると、α
_ＬＡ−α_ＬＢ＞０，α_ＲＡ−α_ＲＢ＜０となって、数式
５４の関係をみたすことができることになる。

【０２６５】なお、トルク依存係数の方は、コイル巻数
によって、ほとんどかわらないことを実験において確認
している。

【０２６６】また、トルク依存係数および温度係数も、
トルク測定装置で用いる電流域である数十ｍＡ以下にお
いては、ほとんど電流に依存しないことがわかってい
る。

【０２６７】なお、上記の説明および後に示す実施例で
は、発明の内容を説明するために極めて限定された例示
等の記述にとどまっているが、上記の概念を利用するブ
リッジ回路における調査方法も含むことはいうまでもな
い。

【０２６８】

【発明の作用】この発明に係わる磁歪式トルク測定装置
は、上記した構成としてあるので、温度位相をトルク位
相から離して設定する調整作業を簡単に行えるようにな
ることから、この作業工数は少ないものとなり、加え
て、位相の分離を確実に行えることから、温度ドリフト
が少なく、測定は安定して行われることとなる。

【０２６９】

【実施例１】クロムモリブデン（ＳＣＭ）系の鋼を素材
とし、これを機械加工して、軸径１９ｍｍのトルク測定
装置用被測定軸２とした。

【０２７０】そして、この被測定軸２には、幅１ｍｍ，
深さ１．５ｍｍ（０．５Ｒ）の部分らせん状溝３，４を
（±）４５°方向に一対形成した（図１参照）。この場
合、溝本数は２０本（２０等分）で、溝部長さは１０ｍ
ｍのものとした。その後、浸炭焼入れ、焼戻しを施し
た。

【０２７１】この被測定軸２に対しては、５ｍｍ幅のコ
イル５，６を部分らせん状溝３，４に対向させて設置し
た。

【０２７２】この状態において、両コイル５，６の巻数
を考え、各種測定を試みた。

【０２７３】その結果は、前述した内容に集約されてい
る。

【０２７４】さて、実験の結果より、コイル５の巻数は
６層として１２６ターンに、また、コイル６の巻数は５
層として１０５ターンとすることにした。

【０２７５】なお、巻線には、線径０．２ｍｍのポリウ
レタン被覆銅線を用いた。

【０２７６】上記のように巻数を設定したときの常温で
のインダクタンスＬおよび抵抗Ｒの値（３０ｋＨｚ）
は、次式の通りであった（軸入りでの値）。

【０２７７】

【数式６１】

【０２７８】

【０２７９】また、温度係数の測定も試みたところ、次
式の値を得た。

【０２８０】

【数式６２】

【０２８１】

【０２８２】ここで、θ_Ｃ（温度）を概算してみると、
数式４７から以下の値が得られる。

【０２８３】

【数式６３】

【０２８４】

【０２８５】ところで、θ_１＝７３．８０°，θ_２＝７
３．２６であり、θ_１およびθ_２の関係はθ_１＞θ_２と
なっている。このままブリッジを組んでバランスをとる
と、バランスが成り立ったときのθ_１´（θ_１´はブリ
ッジ辺での合成インピーダンスの角度）はθ_２より若干
小さい値となるため、ブリッジ辺の合成インピーダンス
における温度係数α_ＬＡ´およびα_ＲＡ´は若干減少し
てしまう。

【０２８６】そのため、α_ＬＡ´−α_ＬＢ´＞０が確保
されなくなる。

【０２８７】そこで、コイル辺の一方に温度係数を持た
ない小抵抗を入れ、

【０２８８】

【０２８９】でかつθ_１＜θ_２になるようにする必要が
ある。

【０２９０】この角度変更による温度係数の変更につい
ての内容は、本出願人が別途出願した発明に含まれてい
る。

【０２９１】ここでは、マンガニン線で作成した１．３
Ωの抵抗をコイル辺の一方につけた。そのときのθ_１は
７３．１６°であり、θ_２より０．１°小さいものとな
った。また、１．３Ωの抵抗をつけることにより、数式
６２のα_ＲＡは、α_ＲＡ＝１．０４５×１０^−３／°Ｃ
となる。

【０２９２】α_ＬＢ，α_ＲＢの方は、ほとんど温度係数
の変更をうけないと考えてよいので、あらためて、θ_Ｃ
（温度）を予想すると、以下の結果を得る。

【０２９３】

【数式６４】

【０２９４】

【０２９５】ところで、Ｚ_１＝１１１．９Ω，Ｚ_２＝７
９．２Ωなので、固定抵抗はＲ_１＝１１０Ω，Ｒ_２＝７
８Ωとし、また、バランス調整用の抵抗はＲｅｘ_１＝Ｒ
ｅｘ_２＝５００ｋΩとした。

【０２９６】このようにして、ブリッジを組んで室温に
おいてバランスをとった。

【０２９７】トルク検出部の温度を２０°Ｃ上げた時の
温度位相は、８８．４°であった。θ_Ａ＝３６．９°，
θ_Ｂ＝３６．９°と予想されるので、数式３０よりθ_Ｃ
（温度）は（−）１４．６°と見積れる。したがって、
θ_Ｃ（温度）の値は、ほぼ予想通りになっていることに
なる（数式６４）。

【０２９８】この温度位相に検波タイミングθｔを設定
した（実作業としては、トルク測定装置出力が０になる
ように検波タイミングを設定すればよい。）温度を室温にもどしてトルク印加したときのトルク位相
は（−）０．３°であった。数式３０によりθ_Ｃ（トル
ク）を見積ると、７４．１°となる。

【０２９９】つまり、もとのθ_１が７３．８°なので

【０３００】

【０３０１】の関係も成り立っている（数式４９参
照）。

【０３０２】したがって、温度位相とトルク位相は８
８．７°離れており、きわめて望ましい状態に設定でき
ていることになる。

【０３０３】そして、室温にて（±）２０ｋｇｍのトル
ク印加テストを行なったが、（＋），（−）の感度差が
ほとんどなく、加えてヒステリシスもほとんどない特性
となっていた。

【０３０４】また、このトルク測定装置のトルク検出部
の温度を１００°Ｃまで上げたときのゼロ点の温度ドリ
フトは、（＋）０．１ｋｇｍであり、それ以下の温度域
ではさらに小さかった。

【０３０５】

【実施例２】Ａｌ：１３重量％、残部ＦｅよりなるＦｅ
−Ａｌ合金（高感度軸材料）を素材とし、これを機械加
工して、軸径１９ｍｍのトルク測定装置用被測定軸とし
た。

【０３０６】そして、この被測定軸には、幅１ｍｍ，深
さ１．５ｍｍ（０．５Ｒ）の部分らせん状溝を（±）４
５°方向に一対形成した（図１参照）。この場合、溝本
数は２０本（２０等分）で、溝部長さは１０ｍｍのもの
とした。その後、真空中で８６０°Ｃに加熱して３時間
保持し、オイル中にて急冷するという熱処理を施した。

【０３０７】第１実施例で用いた軸径１９ｍｍの被測定
軸のみを交換して、試験を行うことにした。

【０３０８】２辺のコイル辺のコイル巻数を違えてコイ
ル辺の一方を１２６ターンとすると共にコイル辺の他方
を１０５ターンとした。そして、コイル巻数の多いコイ
ル辺に１．３Ωのマンガニン線で作成した抵抗を挿入
し、コイル辺のインピーダンスベクトルの角度の大小関
係を調べたところ、軸入りの状態ではθ_１の方が０．１
°弱小さくなっていた。

【０３０９】そこで、固定抵抗は第１実施例の場合と同
様にＲ_１＝１１０Ω，Ｒ_２＝７８Ωのままとすると共
に、バランス調整用の抵抗も同じくＲｅｘ_１＝Ｒｅｘ_２
＝５００ｋΩとし、ブリッジを組んで室温にてバランス
をとった。

【０３１０】（＋）４ｋｇｍのトルクを印加したのトル
ク位相は、−０．２°であったことから、８８．８°に
検波タイミングθｔを設定した（実作業としては、感度
が最も大きくなるようにθｔを設定することになる。）そして、トルクをかけないでのトルク検出部の温度を１
００°Ｃまで上げたときのゼロ点のドリフトは−０．０
１ｋｇｍであった。

【０３１１】一方、トルク検出部の温度を２０°Ｃまで
一様に上げたときの、温度位相は８８．４°であった。

【０３１２】つまり、温度位相はトルク位相に対して８
８．６°離れていることになり、位相関係が第１実施例
の被測定軸を鋼とした場合とほぼ同じになっていること
がわかる。

【０３１３】なお、温度係数の差の関係は、第１実施例
の場合とほぼ同じになっているものと考えられることか
ら、この実施例では、温度係数の測定等は省略した。

【０３１４】以上のように、被測定軸に高感度軸材料で
あるＦｅ−Ａｌ合金を使った磁歪式トルク測定装置にお
いては、温度位相を設定するだけでよく、室温において
トルク位相＋９０°で検波することにより、温度ドリフ
トを少なく、しかもドリフトする方向を常に一定させる
ことができる。

【０３１５】なお、軸方向に温度差が発生すると、温度
差による誤差が生ずるため、実用的な磁歪式トルク測定
装置においては、４個のコイルによって温度差による分
を補償する対策がとられている。

【０３１６】本発明では、その内容を説明するため、２
個のコイルの場合についてのみ述べたが、この発明を４
個のコイルの場合に適用することももちろんできる。

【０３１７】４個のコイルとした場合、軸方向にコイル
を４個、すなわちＺ_Ｃ（〜），Ｚ_Ａ（〜），Ｚ
_Ｂ（〜），Ｚ_Ｄ（〜）の順で配置しており、Ｚ
_Ａ（〜），Ｚ_Ｂ（〜）を溝部分に対向させている。

【０３１８】そして、例えば、Ｚ_Ａ（〜）とＺ_Ｄ（〜）
のペアをコイル５とすると共にＺ_Ｂ（〜）とＺ_Ｃ（〜）
のペアをコイル６とし、Ｚ_Ａ（〜）に対してＺ_Ｂ（〜）
を、またＺ_Ｄ（〜）に対してＺ_Ｃ（〜）をぞれぞれ一定
の割合で小さくすれば、先のコイル２個の場合と同様の
作用・効果が期待できる。

【０３１９】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明に係わる
磁歪式トルク測定装置では、ブリッジ回路の２辺のコイ
ル辺のコイル巻数をそれぞれ違えると共にコイル巻数の
多い方のコイル辺に温度係数をもたない小抵抗を挿入
し、インピーダンスベクトルＺ_１（〜），Ｚ_２（〜）の
角度θ_１，θ_２，を

【０３２０】

【０３２１】でかつθ_１＜θ_２の関係としてブリッジバ
ランスを設定したトルク検出回路を具備した構成とした
から、温度位相をトルク位相から離す際の設定作業を極
めて簡単に行うことができるので、これまで必要であっ
た多大な調整工数をなくすことができるうえ、一度の設
定作業で温度位相をトルク位相から７０°以上確実に離
せることから、温度ドリフトが少なくなって、安定した
測定が可能になるという非常に優れた効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁歪式トルク測定装置のトルク検出部の概略構
成を例示する説明図である。

【図２】磁歪式トルク測定装置のトルク検出回路である
ブリッジ回路および信号処理回路構成を例示する説明図
である。

【図３】磁歪式トルク測定装置のブリッジ回路出力特性
を数式化するときに用いた、簡単化したブリッジ回路の
説明図である

【図４】（ａ）インピーダンスＺ_１（〜）のトルク印加
によるベクトル図である。（ｂ）インピーダンスＺ_２（〜）のトルク印加によるベ
クトル図である。

【図５】（ａ）インピーダンスＺ_１（〜）の温度印加に
よるベクトル図である。（ｂ）インピーダンスＺ_２（〜）の温度印加によるベク
トル図である。

【図６】インピーダンスＺ_Ａ（〜）のベクトル図であ
る。

【図７】温度位相を支配している位相の設定域を示す説
明図である。

【図８】バランス調整用の抵抗が並列に入っていること
を強調して示した実際のブリッジ回路と等価なブリッジ
回路の説明図である。

【符号の説明】

１トルク測定装置のトルク検出部２被測定軸５，６コイル１０トルク測定装置のトルク検出回路

【手続補正書】

【提出日】平成４年２月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】に増幅され、同期検波器１５によって同期
検波され、装置出力△Ｖ（−）は直流として出力され
る。また、同期検波の参照信号（位相，θｔ）は、発振
器１３より移相器１６を介して供給される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】

【発明の目的】本発明は、温度位相をトルク位相から離
すためのより効率のよいすぐれた手法を見い出すべく、
ブリッジ回路の特性やブリッジ回路の出力特性やコイル
の温度係数等について鋭意検討の結果なされたもので、
その目的とするところは、温度位相をトルク位相から離
すに際して多大な調整工数を必要とせず、しかも温度ド
リフトが少なく、安定してトルクの測定を行なうことが
可能である磁歪式トルク測定装置を提供することにあ
る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】それは、コイル辺の一方に温度係数をもた
ない小抵抗を挿入すると共にコイル辺の他方に温度係数
をもつ小抵抗を挿入し、コイルと小抵抗からなるインピ
ーダンスベクルトをそれぞれＺ_１（〜），Ｚ_２（〜）、
角度をそれぞれθ_１，θ_２とあらわしたときにθ_１＜θ
_２の関係に設定した後ブリッジバランスを設定させたブ
リッジ回路を具備した構成とすることによって、温度位
相を離すという内容のものである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる磁歪式ト
ルク測定装置は、相互に隣り合う２辺を被測定軸に設け
たコイル辺とすると共に他の２辺を固定抵抗としてブリ
ッジを組み、前記２辺のコイル辺および前記２辺の固定
抵抗辺に対し各々並列に２つのブリッジバランス調整用
の可変抵抗を設けたブリッジ回路を備え、前記被測定軸
に印加されたトルクを磁気歪作用により前記ブリッジ回
路で検出する磁歪式トルク測定装置において、前記２辺
のコイル辺のコイル巻数をそれぞれ違えて各々のインピ
ーダンスの大きさに差を持たせると共に、コイル巻数の
多い方のコイル辺に温度係数をもたない小抵抗を挿入
し、コイルと小抵抗からなる前記コイル辺のインピーダ
ンスベクトルおよびコイル辺のみからなるインピーダン
スベクトルをそれぞれＺ_１（〜），Ｚ_２（〜）、角度を
それぞれθ_１，θ_２とあらわしたときに

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】でかつθ_１＜θ_２の関係に設定した後ブリ
ッジバランスを設定させたブリッジ回路を具備した構成
としたことを特徴としており、本発明による磁歪式トル
ク測定装置の実施態様においては、温度のみ一様に変え
たときのブリッジ回路出力の位相である温度位相に、同
期検波のタイミングを設定した構成とし、同じく実施態
様において、トルクのみ印加したときのブリッジ回路出
力の位相であるトルク位相に対し、同期検波のタイミン
グをトルク位相＋９０°に設定した構成としたことを特
徴としており、上記した磁歪式トルク測定装置の構成を
前述した従来の課題を解決するための手段としている。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】一方、バランス条件は△Ｖ（〜）＝０
（〜）であるから、数式３より数式５を得る。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０９】一方、Δθ_Ｃは数式２４より数式２６と表
わせるので、数式２５から数式２７が導かれる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１６７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１６７】さて、装置出力△Ｖ（−）は△Ｖ（〜）を
周期検波したもので、検波のタイミングをθｔとすると
θｔからθｔ＋πまでは△Ｖ（〜），θｔ＋πからθｔ
＋２πまでは−△Ｖ（〜）として積分したものが△Ｖ
（−）であるので、数式２８により次式を得る。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１７０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１７０】この数式から、θｔ＝θｄのとき△Ｖ
（−）は０であり、θｔ−θｄ＝９０°のとき△Ｖ
（−）は最も大きな値となる。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１９０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１９０】また、数式２によりバランスが成り立って
いるときには、θ_Ａ＝θ_Ｂでもあるから、数式３０より

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２１３】一般に、温度係数には僅かの差があり温度
係数の差Δα_Ｌ，△α_Ｒは＋の場合も−の場合もありう
るので、θ_Ｃ（温度）は、トルク測定装置毎に異なって
くる。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２１７】したがって、θ_Ｃ（温度）の方は−の値を
とるように温度係数の大小関係を次式のように設定すれ
ばよい（数式４７参照）。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２２４】つまり、θ_Ｃ（温度）を−の値に設定でき
れば、温度位相をトルク位相に対してθ_１の大きさより
も大きく離せるわけである。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２７０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２７０】そして、この被測定軸２には、幅１ｍｍ，
深さ１．５ｍｍ（０．５Ｒ）の部分らせん状溝３，４を
±４５°方向に一対形成した（図１参照）。この場合、
溝本数は２０本（２０等分）で、溝部長さは１０ｍｍの
ものとした。その後、浸炭焼入れ、焼戻しを施した。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２９７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２９７】トルク検出部の温度を２０°Ｃ上げた時の
温度位相は、８８．４°であった。θ_Ａ＝３６．９°，
θ_Ｂ＝３６．９°と予想されるので、数式３０よりθ_Ｃ
（温度）は−１４．６°と見積れる。したがって、θ_Ｃ
（温度）の値は、ほぼ予想通りになっていることになる
（数式６４）。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２９８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２９８】この温度位相に検波タイミングθｔを設定
した（実作業としては、トルク測定装置出力が０になる
ように検波タイミングを設定すればよい。）温度を室温にもどしてトルク印加したときのトルク位相
は−０．３°であった。数式３０によりθ_Ｃ（トルク）
を見積ると、７４．１°となる。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０３０３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０３０３】そして、室温にて±２０ｋｇｍのトルク印
加テストを行なったが、＋，−の感度差がほとんどな
く、加えてヒステリシスもほとんどない特性となってい
た。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０３０４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０３０４】また、このトルク測定装置のトルク検出部
の温度を１００°Ｃまで上げたときのゼロ点の温度ドリ
フトは、＋０．１ｋｇｍであり、それ以下の温度域では
さらに小さかった。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０３０６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０３０６】そして、この被測定軸には、幅１ｍｍ，深
さ１．５ｍｍ（０．５Ｒ）の部分らせん状溝を±４５°
方向に一対形成した（図１参照）。この場合、溝本数は
２０本（２０等分）で、溝部長さは１０ｍｍのものとし
た。その後、真空中で８６０°Ｃに加熱して３時間保持
し、オイル中に急冷するという熱処理を施した。

【手続補正２１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０３１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０３１０】＋４ｋｇｍのトルクを印加したのトルク位
相は、−０．２°であったことから、８８．８°に検波
タイミングθｔを設定した（実作業としては、感度が最
も大きくなるようにθｔを設定することになる。）そして、トルクをかけないでのトルク検出部の温度を１
００°Ｃまで上げたときのゼロ点のドリフトは−０．０
１ｋｇｍであった。

【手続補正２２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０３２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０３２１】でかつθ_１＜θ_２の関係に設定してブリッ
ジバランスを設定したブリッジ回路を具備した構成とし
たから、温度位相をトルク位相から離す際の設定作業を
極めて簡単に行うことができるので、これまで必要であ
った多大な調整工数をなくすことができるうえ、一度の
設定作業で温度位相をトルク位相から７０°以上確実に
離せることから、温度ドリフトが少なくなって、安定し
た測定が可能になるという非常に優れた効果がもたらさ
れる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互に隣り合う２辺を被測定軸に設けた
コイル辺とすると共に他の２辺を固定抵抗としてブリッ
ジを組み、前記２辺のコイル辺および前記２辺の固定抵
抗辺に対し各々並列に２つのブリッジバランス調整用の
可変抵抗を設けたブリッジ回路を備え、前記被測定軸に
印加されたトルクを磁気歪作用により前記ブリッジ回路
で検出する磁歪式トルク測定装置において、前記２辺の
コイル辺のコイル巻数をそれぞれ違えて各々のインピー
ダンスの大きさに差を持たせると共に、コイル巻数の多
い方のコイル辺に温度係数をもたない小抵抗を挿入し、
前記コイル辺と小抵抗からなるインピーダンスベクルト
およびコイル辺のみからなるインピーダンスベクトルを
それぞれＺ_１（〜），Ｚ_２（〜）、角度をそれぞれ
θ_１，θ_２とあらわしたときにでかつθ_１＜θ_２の関係としてブリッジバランスを設定
したトルク検出回路を具備したことを特徴とする磁歪式
トルク測定装置。
【請求項２】温度のみ一様に変えたときのブリッジ回
路出力の位相である温度位相に、同期検波のタイミング
を設定したことを特徴とする請求項１に記載の磁歪式ト
ルク測定装置。
【請求項３】トルクのみ印加したときのブリッジ回路
出力の位相であるトルク位相に対し、同期検波のタイミ
ングをトルク位相＋９０°に設定したことを特徴とする
請求項１または２に記載の磁歪式トルク測定装置。