JPH08285706A - トルクセンサ及び歪み検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品点数が少なく、小型化が図れるとともに
組付が簡単で、しかも、高感度のトルク検出を行うこと
ができるトルクセンサを提供する。 【構成】磁歪材１２はその両端部を固定部１２ａとし、
該ネジ１４にてその固定部１２ａの裏面がシャフト１１
に密着固定される。磁歪材１２の配置はシャフト１１の
中心軸線に対して４５度傾斜するように配置固定されて
いる。磁歪材１２は磁気歪み効果を有するものであっ
て、磁歪材１２に応力が加えられることによって、磁気
特性が変化する。磁歪材１２の固定部１２ａ間には、検
出用コイル１５及び検出用コイル１５の外周を励磁用コ
イル１６が巻回されている。励磁用コイル１６に電流が
印加され、その電流によって、磁歪材１２→シャフト１
１→磁歪材１２といった磁気回路が形成される。検出用
コイル１５の出力端子間に誘導起電力Ｖout が出力され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルクセンサ及び歪み
検出素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に回転軸のトルクを検出するトルク
センサは、例えば特開昭５９−７７３２６、特開昭６１
−１６２７２６及び特開平３−２１７４７等によって種
々提案されている。

【０００３】特開昭５９−７７３２６に記載されている
トルクセンサは、磁気歪み効果を利用したトルクセンサ
である。詳述すると、鉄系アモルファス金属よりなる磁
歪膜を回転軸の外周面に形成するとともに、その磁歪膜
に斜めにスリットを形成する。そして、その磁歪膜を形
成した回転軸の外側に励磁用コイルと、検出用コイルを
外嵌する。さらに、その両コイルの外側をヨークを外嵌
する。ヨークの両端部は回転軸に形成した磁歪膜に対し
て間隙が形成されている。

【０００４】そして、励磁用コイルに電流を流すと、磁
歪膜→空隙→ヨーク→空隙→磁歪膜という磁気回路が構
成される。そして、回転軸に周方向の力が加わるとその
力に相対して磁歪膜が歪み透磁率が変化する。その変化
により磁束密度が変化する。その変化は、検出用コイル
から出力される誘導起電力の変化としてとらえる。そし
て、その検出用コイルの誘導起電力を整流し、その整流
した直流電圧の大きさに検出して、回転軸に加わったト
ルクの大きさを検出する。この時、磁歪膜に斜めにスリ
ットを形成したことにより、回転軸に周方向の力が正逆
どちらの方向のものかも検出することができる。

【０００５】又、スリットの向きを互いに逆に配した磁
歪膜を隣接位置に形成し、それぞれ励磁用コイル、検出
用コイル、及び、ヨークを配置する。そして、２つの両
検出コイルからの誘導起電力を差動アンプに入力するこ
とにより、温度等の外乱に対して補償されたトルクの大
きさを検出する。

【０００６】又、特開昭６１−１６２７２６に記載され
たトルクセンサ（応力検出センサ）は、励磁用コイルを
巻回したコ字状の励磁コアを回転軸と平行に配置し、検
出用コイルを巻回した検出コアを励磁コアと直交する方
向に配置したものである。そして、励磁コア→空隙→回
転軸→空隙→励磁コアという磁気回路と、検出コア→空
隙→回転軸→空隙→検出コアという別の磁気回路を作
り、検出コイルから回転軸に加わるトルクの大きさに相
対した誘導起電力を得ようとするものである。

【０００７】さらに、特開平３−２１７４７に記載され
たトルクセンサは、半導体装置よりなる歪みゲージであ
って、その歪みゲージを基端部が回転軸に固着された一
対の筒体間に連結された連結板に貼着したものである。
これは回転軸に加わるトルクを連結板にて増幅し、その
増幅されたトルクを歪みゲージで検出するようにしたも
のである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５９−７７３２６に記載されたトルクセンサは、磁歪
膜、励磁用コイル及び検出用コイルの他に、ヨークを必
要としていた。従って、部品点数が多くなり、コストの
面のみならず組立工程数の増加を招くとともに部品管理
の効率化を図る上で問題となる。さらに、回転軸に対し
て励磁用コイル、検出用コイル及びヨークといった多く
の部材を組付ける組付作業は、精度よく行われなければ
ならず、しかも、他の取付部品との関係で直接検出対象
物に配置することが難しい場合が多い。そのため、直接
検出対象物の回転軸と連結する別の回転軸に励磁用コイ
ル、検出用コイル及びヨークを組付たものを予め用意す
るのが一般的であるため、さらにコストが上がるととも
に大型化する問題があった。

【０００９】又、このトルクセンサの場合、ヨークと磁
歪膜との間に磁気回路を構成する空隙を設けている。こ
の空隙は、感度の低下をもたらすとともに、Ｓ／Ｎを小
さくするという問題があった。

【００１０】又、特開昭６１−１６２７２６に記載され
たトルクセンサは、上記トルクセンサと同様に、空隙が
形成されているため、感度の低下をもたらすとともに、
Ｓ／Ｎを小さくするという問題があった。又、励磁コア
と検出コアという２種類のコアを必要とするため、部品
数が増加してコストの面のみならず組立工程数の増加を
招くとともに部品管理の効率化を図る上で問題となる。

【００１１】さらに、特開平３−２１７４７に記載され
た歪みゲージよりなるトルクセンサは、部品点数からい
えば少ない。しかし、歪みゲージを連結板に貼着するに
は特別な高度の技術が要求され、その貼着作業は非常に
面倒であった。

【００１２】本発明は、上記問題点を解消するためにな
されたものであって、その第１の目的は、部品点数が少
なく、小型化が図れるとともに組付が簡単で、しかも、
高感度のトルク検出を行うことができるトルクセンサを
提供することにある。

【００１３】又、第２の目的は、簡単な構成で部品点数
が少なく、しかも、精度の高い歪みを検出を可能にする
歪み検出素子を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、回転軸に磁歪材の両端部を固定
し、その磁歪材の固定部間にコイルを巻回したトルクセ
ンサをその要旨とする。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１のトルクセン
サにおいて、磁歪材の固定部間に巻回されたコイルは励
磁用コイルと検出用コイルである。請求項３の発明は、
請求項２のトルクセンサにおいて、回転軸に固定される
磁歪材は、その配置が回転軸の中心軸線に対して傾斜す
るように固定される。

【００１６】請求項４の発明は、請求項２のトルクセン
サにおいて、回転軸に固定される磁歪材は、２個用意さ
れ、その２個の配置が回転軸の中心軸線に対して傾斜す
るするとともに、中心軸線に対して対称となるように固
定されている。

【００１７】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れか１つに記載のトルクセンサにおいて、磁歪材は回転
軸の中心軸線に対して直交する方向に形成された溝を跨
ぐように固定されている。

【００１８】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいづ
れか１に記載のトルクセンサにおいて、磁歪材はその表
面側にシールド部材を設けた。請求項７の発明は、請求
項１乃至５のいづれか１に記載のトルクセンサにおい
て、磁歪材はその表面に磁性体を取着した。

【００１９】請求項８の発明は、請求項１に記載のトル
クセンサにおいて、磁歪材はコイルが巻回される固定部
間を回転軸から離間する方向に湾曲形成した。請求項９
の発明は、磁歪材の両端部を被検出体に固定される固定
部とし、その磁歪材の固定部間にコイルを巻回した歪み
検出素子をその要旨とする。

【００２０】請求項１０の発明は、請求項９に記載の歪
み検出素子において、歪み材に巻回されるコイルは、励
磁用コイルと検出用コイルである。請求項１１の発明
は、請求項９に記載の歪み検出素子において、磁歪材
は、二叉状に分岐した板材であって、基端部及びその基
端部から分岐した一対の先端部をそれぞれ固定部とし、
その固定部間にそれぞれ励磁用コイルと検出用コイルが
巻回される。

【００２１】請求項１２の発明は、請求項９乃至１１の
いづれか１に記載の歪み検出素子において、磁歪材はコ
イルが巻回される固定部間を被検出体から離間する方向
に湾曲形成した。

【００２２】請求項１３の発明は、請求項９乃至１２の
いづれか１に記載の歪み検出素子において、磁歪材はそ
の表面側にシールド部材を設けた。請求項１４の発明
は、請求項９乃至１２のいづれか１に記載の歪み検出素
子において、磁歪材はその表面に磁性体を取着した。

【００２３】

【作用】請求項１の発明は、コイルに電流を流すと、磁
歪材→回転軸→磁歪材という磁気回路が構成され、磁気
回路中に空隙が存在しない。そして、回転軸に加わる周
方向のトルクによって、磁歪材の透磁率が変化する。そ
の変化は、その磁歪材の固定部間に巻回したコイルの出
力に現れる。

【００２４】請求項２の発明は、励磁用コイルに電流を
流すと、磁歪材→回転軸→磁歪材という磁気回路が構成
される。そして、回転軸に加わる周方向のトルクによっ
て、磁歪材の透磁率が変化する。その変化は、その磁歪
材に巻回した検出用コイルから出力される誘導起電力の
変化として現れる。

【００２５】請求項３の発明は、磁歪材の配置が回転軸
の中心軸線に対して傾斜するように固定されている。そ
の結果、回転軸に加わる周方向のトルクが正方向である
場合と、逆方向の場合とで、磁歪材は引っ張られる方向
の力又は圧縮する方向の力を受けることになる。

【００２６】請求項４の発明は、その２個の検出コイル
から出力される誘導起電力は、それぞれ同じ量だけの温
度等の外乱ノイズを含んでいる。従って、その２つの誘
導起電力について差を取れば、ノイズは消去される。

【００２７】請求項５の発明は、磁歪材は溝を跨いで固
定されるため、磁歪材に巻回されるコイルは回転軸に邪
魔にならない。請求項６の発明は、磁歪材はその表面側
にシールド部材を設けたことにより、磁歪材内のシール
ド部材側部分を通る磁束は減少し、シールド部材を設け
ていない側の部分に磁束が存在する。その結果、トルク
検出について妨げとなる磁歪材内のシールド部材側の部
分の磁束は発生しない。

【００２８】請求項７の発明は、磁歪材はその表面に磁
性体を取着したことにより、磁歪材内の磁性体側部分を
通るはずの磁束は、磁性体を通ることになる。その結
果、トルク検出について妨げとなる磁歪材内のシールド
部材側の部分の磁束は発生しない。

【００２９】請求項８の発明は、磁歪材はコイルが巻回
される固定部間を回転軸から離間する方向に湾曲形成し
たので、回転軸の表面に溝を形成する必要がない。請求
項９の発明は、固定部を介して磁歪材に応力が加わる
と、磁歪材はその磁気特性を変化させる。磁歪材を被検
出体に固定するだけで、被検出体に加わる力をコイルか
ら検出することができる。

【００３０】請求項１０の発明は、励磁用コイルに電流
を流すことにより、被検出体に加わる応力によって、磁
歪材の磁気特性が変化する。その変化は、その磁歪材に
巻回した検出用コイルから出力される誘導起電力の変化
として現れる。

【００３１】請求項１１の発明は、２個の検出コイルか
ら出力される誘導起電力は、それぞれ同じ量だけの温度
等の外乱ノイズを含んでいる。従って、その２つの誘導
起電力について差を取れば、ノイズは消去される。

【００３２】請求項１２の発明は、固定部間を被検出体
から離間する方向に湾曲形成したので、コイルが邪魔と
なる面を有する被検出体でも取り付けることができる。
請求項１３の発明は、磁歪材はその表面側にシールド部
材を設けたことにより、磁歪材内のシールド部材側部分
を通る磁束は減少し、シールド部材を設けていない側の
部分に磁束が存在する。その結果、トルク検出について
妨げとなる磁歪材内のシールド部材側の部分の磁束は発
生しない。

【００３３】請求項１４の発明は、磁歪材はその表面に
磁性体を取着したことにより、磁歪材内の磁性体側部分
を通るはずの磁束は、磁性体を通ることになる。その結
果、トルク検出について妨げとなる磁歪材内のシールド
部材側の部分の磁束は発生しない。

【００３４】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明をパワーステアリング装置
に利用されるトルクセンサに具体化した第１実施例を図
１〜３に従って説明する。図１はトルクセンサの側面
図、図２はトルクセンサの正面図、図３は、トルクセン
サの要部断面図である。

【００３５】回転軸としてのステアリングシャフト（以
下、シャフトという）１１は、その周方向に溝１１ａが
形成されている。板状の磁歪材１２は、溝１１ａを跨ぐ
ようにシャフト１１に固着されている。磁歪材１２は、
その両端部を固定部１２ａとし、その固定部１２ａに貫
通孔１３が形成されている。そして、ネジ１４を貫通孔
１３に挿入し、該ネジ１４をシャフト１１に螺着するこ
とにより、その固定部１２ａの裏面はシャフト１１に密
着固定される。磁歪材１２の配置は、図２に示すよう
に、シャフト１１の中心軸線に対して４５度傾斜するよ
うに配置固定されている。又、板状の磁歪材１２の裏面
は、シャフト１１の外周面と同一面となるように湾曲形
成されている。

【００３６】磁歪材１２は、磁気歪み効果を有するもの
であって、パーマロイ、鉄・ニッケル・クロム合金、又
は、Ｎi SpanＣ等が使用されている。又、磁歪材１２に
は、鉄−アルミニウム系の磁歪材、アモルファス磁歪材
や芯材に磁歪膜を形成してなる磁歪材で実施してもよ
い。そして、磁歪材１２に応力が加えられることによっ
て、その磁歪材１２の磁気特性、即ち透磁率が変化す
る。従って、図２において、シャフト１１の右側にＡ矢
印方向に周方向のトルクが発生すると、磁歪材１２は引
っ張られる方向の力が加えられて歪む。反対に、シャフ
ト１１の右側に反Ａ矢印方向に周方向のトルクが発生す
ると、磁歪材１２は圧縮される方向の力が加えられて歪
む。この引っ張られる力の大きさ及び圧縮される力の大
きさに相対して磁気特性、即ち透磁率が変化する。本実
施例では、引っ張られる力が大きければ大きいほど透磁
率は大きくなり、圧縮される方向の力が大きければ大き
いほど透磁率は小さくなる。即ち、引っ張り方向の歪み
εが大きいほど大きいほど透磁率は大きくなり、圧縮す
る方向の歪み−εが大きければ大きいほど透磁率は小さ
くなる。

【００３７】磁歪材１２の固定部１２ａ間には、検出用
コイル１５が巻回されている。又、その検出用コイル１
５の外周を励磁用コイル１６が巻回されている。本実施
例では、検出用コイル１５の巻数Ｎa は励磁用コイル１
６の巻数Ｎb より大きくしている。励磁用コイル１６の
入力端子には、一定の振幅及び周波数の交流電流が印加
される。その結果、その電流によって、磁歪材１２→シ
ャフト１１→磁歪材１２といった磁気回路が形成され
る。そして、磁歪材１２に巻回されている検出用コイル
１５の出力端子間には、誘導起電力Ｖout が出力され
る。

【００３８】誘導起電力Ｖout は、以下の式で表され
る。 Ｖout ＝ｋ・Ｎa ・φ・ε＋Ｖ0 ｋ，は形状等による比例定数、Ｎa は検出用コイル１５
の巻数、φは磁束、εは歪み、Ｖ0 は歪み零の時の誘導
起電力である。

【００３９】歪みεは、以下の式で表される。 ε＝ｋ0 ・Ｔ ｋ0 は形状等による比例定数、Ｔはシャフト１１の右側
にＡ矢印方向に周方向のトルクである。尚、反Ａ矢印方
向のトルクは負のトルクとなる。

【００４０】又、磁束φは、以下の式で表される。 φ＝Ｎb ・Ｉ／Ｒ Ｎb は励磁用コイル１６の巻数、Ｉは励磁用コイル１６
に流れる電流値、Ｒは磁歪材１２の磁気抵抗である。

【００４１】従って、検出用コイル１５から出力される
誘導起電力Ｖout は、上記式から磁歪材１２の歪みε、
即ち、シャフト１１の周方向に発生するトルクＴの大き
さに比例することがわかる。

【００４２】つまり、図２において、シャフト１１の右
側にＡ矢印方向に周方向のトルクが発生すると、磁歪材
１２は引っ張られる方向の力が加えられて歪む。この歪
みはトルクの大きさに比例する。従って、検出用コイル
１５から出力される誘導起電力Ｖout も比例して大きく
なる。

【００４３】反対に、シャフト１１の右側に反Ａ矢印方
向に周方向のトルクが発生すると、磁歪材１２は圧縮さ
れる方向の力が加えられて歪む。この歪みはのトルクの
大きさに反比例して小さくなる。従って、検出用コイル
１５から出力される誘導起電力Ｖout も反比例して小さ
くなる。

【００４４】そして、この誘導起電力Ｖout は、公知の
処理装置１９に出力され、内部に設けられた整流回路等
で整流されて公知の回路でトルクの値が求められること
になる。ちなみに、トルクＴに対する誘導起電力Ｖout
の出力特性は図１７に示す。尚、縦軸の誘導起電力Ｖou
t の値は、整流回路等で整流されて得られた直流の値に
している。

【００４５】このように本実施例において、検出用コイ
ル１５及び励磁用コイル１６を巻回した磁歪材１２は、
シャフト１１に対してその両固定部１２ａの裏面がシャ
フト１１に密着するように固定した。従って、励磁用コ
イル１６に電流を流すことによって形成される磁気回路
は磁歪材１２→シャフト１１→磁歪材１２となり、従来
のように、磁気回路中に空隙がほとんど存在しない。そ
の結果、本実施例のトルクセンサは、空隙による感度の
低下及びＳ／Ｎが小さくなるということはなく、感度が
高くＳ／Ｎが大きいトルクセンサとなる。

【００４６】しかも、トルクセンサは、板状の磁歪材１
２に検出用コイル１５及び励磁用コイル１６を巻回し、
その両端部に固定部１２ａを形成しただけなので、その
構成は簡単で、しかも、部品数が従来のものに比べ少な
い。その結果、センサとして非常に小型にすることがで
きるとともに、部品管理が簡単になる。

【００４７】又、検出用コイル１５及び励磁用コイル１
６を巻回した磁歪材１２をシャフト１１に対してネジ１
４にて固定するだけなので、組付作業が非常に簡単にな
るとともに、既存のシャフト１１にも簡単に組付けるこ
とができる。

【００４８】さらに、本実施例では、磁歪材１２をネジ
１２で固定したので、簡単に外れることはない。さら
に、本実施例の磁歪材１２は、中心軸線に対して４５度
傾けて固定配置したので、正逆の周方向に発生するトル
クを確実に検出することができる。

【００４９】さらにまた、磁歪材１２は、溝１１ａを跨
いで固定したので、各コイル１５，１６のシャフト側
は、溝１１ａ内に収容される形となり、シャフト１１に
邪魔になることなく磁歪材１２を固定させることができ
る。

【００５０】尚、本発明は、上記実施例に限定されるも
のではなく、以下の態様で実施してもよい。 （１）図４（ａ）に示すように磁歪材１２の表面にアル
ミ又は鉄等のシールド板２１を配設してもよい。このシ
ールド板２１を配設することにより、さらに、トルク検
出の感度を上げることができる。つまり、例えば、図
１，２に示すシャフト１１に反Ａ矢印方向にトルクが発
生すると、磁歪材１２には、圧縮される方向に力を受け
る。しかし、厳密にいうと、板状の磁歪材１２は、図４
（ｂ）に示すように、シャフト１１の外周面と同一面と
なるように湾曲形成されている。従って、磁歪材１２の
裏面側は圧縮される方向の力を受けるが、表面側は引っ
張られる方向の力を受ける。すなわち、裏面側は圧縮さ
れる方向の歪みεｄとなるに大して、表側は引っ張られ
る方向の歪みεu となり、磁歪材１２の表側と裏側では
正反対の歪みが生じている。これは、Ａ矢印方向にトル
クが発生する場合にも、同様に正反対の歪みが発生して
いる。そして、一般に裏面側の引っ張りによる歪みのほ
うが、表側の圧縮による歪みよりはるかに影響が大き
い。

【００５１】即ち、検出用コイル１５から出力される誘
導起電力Ｖout は、裏面側の誘導起電力をＶoutd、表面
側の誘導起電力をＶoutuとすると、 Ｖout ＝Ｖoutd＋Ｖoutu ＝ｋ・Ｎa ・φd ・εｄ−ｋ・Ｎa ・φu ・εu となる。φd は磁歪材１２の裏面側を通る磁束、φu は
磁歪材１２の表面側を通る磁束、εｄは磁歪材１２の裏
面側の歪み、εu は磁歪材１２の裏面側の歪みである。

【００５２】そして、εｄ≒εu 、φd ＞φu となる。
このことは、誘導起電力Ｖout に対して表面側の誘導起
電力Ｖoutu（＝ｋ・Ｎa ・φu ・εu ）が逆方向に作用
しているため、その分だけ感度が低下していることを意
味する。

【００５３】そこで、図４に示すように、シールド板２
１を配設すると、シールド板２１にて磁歪材１２の表面
側を通る磁束が減少し、ほぼ図５に示す磁束分布とな
る。即ち、磁歪材１２の表面側を通る磁束φu はほぼ０
になる。その結果、誘導起電力Ｖout はマイナスに作用
する表面側の誘導起電力Ｖoutu（＝ｋ・Ｎa ・φu ・ε
u ）はほぼ０になるため、感度が上昇する。従って、シ
ールド板２１を配置することで、より感度の高いトルク
検出ができる。

【００５４】尚、シールド板２１は、磁歪材１２の表面
側において検出用コイル１５と励磁用コイル１６との間
に配設してもよい。又、励磁用コイル１６に流れる電流
が周波数が高いほど、渦電流損を考慮してシールド板２
１はアルミ材が有利となる。

【００５５】又、図６に示すように、磁歪材１２の表面
に例えばケイ素鋼、軟磁性ステンレス等の磁性材２２を
密着してもよい。この場合に、磁歪材１２の表面側を通
る磁束φu をほぼ０にする効果を有する。即ち、表面に
取着した磁性材１２によって、図７に示すように、磁歪
材１２の表面側を通るはずの磁束φu は、磁性材２２を
経由して磁歪材１２を経由しない。その結果、誘導起電
力Ｖout はマイナスに作用する表面側の誘導起電力Ｖou
tu（＝ｋ・Ｎa ・φu ・εu ）はほぼ０になるため、感
度が上昇する。尚、磁性材２２は、磁歪率が低く透磁率
の高いものであればよく、例えばパーマロイでも前記条
件に該当るものがあれば使用してもよい。

【００５６】（２）図８に示すように、二叉状に磁歪材
２４を形成してもよい。この場合、基端部と、その基端
部から斜め反対方向に分岐した二つの先端部をそれぞれ
固定部２４ａ，２４ｂ，２４ｃとして、ネジ１４でシャ
フト１１に固定している。分岐した各部分２４ｄ，２４
ｅはそれぞれシャフト１１の中心軸線に対して互いに反
対方向に４５度傾けている。そして、その各部分２４
ｄ，２４ｅにそれぞれ検出用コイル１５と励磁用コイル
１６とが巻回されている。尚、励磁用コイル１６に電流
を流したとき、固定部２４ａと固定部２４ｃとが異なる
磁極となるように各励磁用コイル１６を配線している。

【００５７】この場合にも、上記実施例と同様な作用効
果を期待できる。しかも、この場合には、Ａ矢印方向の
トルクが発生した時、磁歪材２４の一方の部分２４ｄは
引っ張り方向の力に基づいて歪み、他方の部分２４ｅは
圧縮方向の力に基づいて歪む。従って、磁歪材２４は、
同時に引っ張り方向の力に基づいて歪みと圧縮方向の力
に基づいて歪みが発生する。

【００５８】磁歪材２４の一方の部分２４ｄに巻回され
た検出コイル１５の誘導起電力ＶoutAと、他方の部分２
４ｅに巻回された検出コイル１５の誘導起電力ＶoutB
は、トルクＴに対して図１８に示す特性を示す。その結
果、従来と同様にこの二つの誘導起電力ＶoutA，ＶoutB
を差動回路で減算すれば、図１８の実線で示すトルクＴ
に対する誘導起電力Ｖout の特性を得ることができる。
しかも、差動回路で減算することにより、温度変化等に
よる外乱ノイズが相殺されて補償されるため、より精度
の高いトルク検出をすることができる。尚、図１８にお
ける縦軸の値は、整流回路等で整流された後の直流の値
に変換した値である。

【００５９】尚、図９は、上記実施例の磁歪材１２を２
つ用い、それぞれシャフト１１の中心軸線に対して互い
に反対方向に傾くように配置固定したのである。この場
合にも、図８で示したトルクセンサと同様な作用効果を
期待することができる。勿論、図８及び図９に示す磁歪
材の表面にシールド板２１や磁性材２２を取着して実施
しもよい。この場合にはより精度の高いトルクセンサを
得ることができる。

【００６０】（３）図１０に示すように、Ｘ状に磁歪材
２６を形成してもよい。この場合、図８及び図９に示す
トルクセンサと同様な作用効果を期待することができ
る。勿論、この場合にも磁歪材２６の表面にシールド板
２１や磁性材２２を取着して実施しもよい。

【００６１】（４）図１１及び図１２に示すように、板
状の磁歪材３１は、両端部の固定部３１ａをネジ１４に
てシャフト１１に固定されている。そして、コイルが巻
回される固定部３１ａ間をシャフト１１から離間する方
向に円弧状に湾曲形成し、その湾曲部に検出用コイル１
５及び励磁用コイル１６を巻回するようにしたものであ
る。この場合、溝１１ａが形成されていないシャフト１
１に対しても巻回したコイル１５，１６がシャフト１１
の表面に当たって組付ができないということはなく、シ
ャフト１１の形状に関係なく組付けることができる。

【００６２】又、図１３に示すように、この円弧状に湾
曲形成した磁歪材３１を２個用意して互いにクロスする
ようにシャフト１１に固定する。そして、そのクロス部
分に共通の励磁用コイル１６を巻回する。そして、各磁
歪材３１にはそれぞれ検出用コイル１５を巻回する。こ
の場合、図８及び図９で示したトルクセンサと同様な作
用効果を期待できる。

【００６３】さらに、図１４に示すように、Ｘ状の磁歪
材３２を形成してもよい。この場合、その４方の端部を
固定部３２ａとする。４つの固定部３２ａ間をシャフト
１１から離間する方向に湾曲形成するとともに、分岐し
た２か所に検出用コイル１５を巻回し、中央クロス部分
に励磁用コイル１６を巻回する。従って、シャフト１１
の形状に関係なく組付けることができるとともに、図８
及び図９で示したトルクセンサと同様な作用効果を期待
できる。勿論、磁歪材３２の表面にシールド板２１や磁
性材２２を取着して実施しもよい。

【００６４】さらに又、図１５及び図１６に示すよう
に、平板状の磁歪材４２で実施してもよい。即ち、磁歪
材４２は水平の板形状であって、その両端部を固定部４
２ａとし、固定部４２ａ間に検出用コイル１５及び励磁
用コイル１６が巻回されている。そして、浸炭焼入鋼又
は高周波焼入鋼よりなるシャフト１１に一対のツバ４
３，４４を形成する。そのツバ４３，４４には、それぞ
れ相対する位置に互いに面一となる平面が形成された台
座４３ａ，４４ａを形成する。又、台座４３ａ，４４ａ
と１８０度ずれた位置には同台座４３ａ，４４ａと同形
状の台座４３ｂ，４４ｂを形成する。

【００６５】そして、各対となる台座４３ａ，４４ａ，
４３ｂ，４４ｂ間には平板状の磁歪材４２がシャフト１
１の中心軸線に対して傾斜して配置固定される。この
時、台座４３ａ，４４ａ間に配置される磁歪材４２と、
台座４３ｂ，４４ｂ間には配置される磁歪材４２との傾
斜の向きは同じとなっている。

【００６６】配置固定は、台座４３ａ，４４ａ，４３
ｂ，４４ｂに形成した凹溝４５に磁歪材４２の両端部の
固定部４２ａを嵌合させる。そして、その凹溝４５に嵌
合した固定部４２ａをレーザ、電子ビーム等のビーム溶
接にて台座４３ａ，４４ａ，４３ｂ，４４ｂに対してそ
れぞれ固着させる。尚、溶接は、スポット溶接、抵抗溶
接、ＴＩＧ、ＭＩＧ等でもよい。又、固着方法として
は、ロウ付け、圧接、又は、ネジ等にて固着してもよ
い。

【００６７】シャフト１１には、スパイラルユニット４
７が設けられている。スパイラルユニット４７は、シャ
フト１１と共に回転する回転部４７ａと図示しないフレ
ームに固定されている固定部４７ｂとから構成され、回
転部４７ａに設けられたハーネス４８には、検出用コイ
ル１５及び励磁用コイル１６が接続されている。又、固
定部４７ｂに設けられたハーネス４９には、処理装置１
９（図１参照）に接続されている。スパイラルユニット
４７は、内部にリールを内蔵したものであって、シャフ
ト１１と共に回転部４７ａが回転した場合に、ハーネス
４９の巻き取り、巻き戻しを可能にしてシャフト１１の
回転を許容している。

【００６８】従って、この場合でも前記各実施例と同様
に高出力で、図１８に示すような直線性のよい優れた特
性が得られる。又、磁歪材４２は、シャフト１１から張
り出したツバ４３，４４に固定したので、シャフト１１
の強度が低下することがないとともに、溶接等によるシ
ャフト１１の強度低下のおそれもない。

【００６９】次に、磁歪材４２は、水平の板形状で湾曲
していないことから以下の優れた効果を有する。磁歪
材４２は、前記各実施例の磁歪材のようにプレスや磁気
焼鈍時に発生する曲げ加工によるスプリングバックの量
及び内部応力のバラツキが少ない。磁歪材４２は、取
り扱いが容易で例えば検出用コイル１５及び励磁用コイ
ル１６又はボビンコイルの挿入等が容易となる。磁歪
材４２は、固定部４２ａの固定時のセッティングも容易
で取付けミスを少なくすることができる。磁歪材が形
状磁気異方性を有するため、磁歪材４２は前記実施例の
湾曲した各磁歪材に比べ磁歪材４２の長さを調節するだ
けで容易にセンサ出力特性を調節することができる。

【００７０】尚、台座４３ａ，４４ａ間及び台座４３
ｂ，４４ｂ間に磁歪材４２をそれぞれ設けたが、いずれ
か一方のみで実施してもよい。又、磁歪材４２を凹溝４
５に嵌合させたが、凹溝４５を形成せず台座４３ａ，４
４ａ，４３ｂ，４４ｂの面に直接固定してもよい。さら
に、平板状の磁歪材４２に代えて磁歪材を直線状の棒体
にして実施してもよい。この場合にも同様な効果を有す
る。

【００７１】（５）図１〜図１６に示した検出用コイル
１５及び励磁用コイル１６を巻回した各磁歪材１２，２
４，２６，３１，３２，４２は、ステアリングシャフト
１１のトルク検出として利用したが、例えばトルクレン
チ等の回転軸に取着して該軸のトルクを検出するように
してもよく、その他各種機器に設けられる回転軸のトル
ク検出に使用してもよい。

【００７２】（６）図１〜図１６に示した検出用コイル
１５及び励磁用コイル１６を巻回した各磁歪材１２，２
４，２６，３１，３２，４２は、トルク検出として利用
したが、各磁歪材１２，２４，２６，３１，３２，４２
をその他の応力を検出するための歪み検出素子として使
用してもよい。この場合にも、前記した作用効果が同様
に期待することができる。

【００７３】（７）図１〜図１６に示した各磁歪材１
２，２４，２６，３１，３２，４２は、検出用コイル１
５及び励磁用コイル１６の２つのコイルを巻回したが、
励磁用コイル１６のみ巻回したもので実施してもよい。
この場合、この場合、各磁歪材１２，２４，２６，３
１，３２，４２の歪みによる磁気特性の変動は、励磁用
コイル１６に流れる電流又はコイル１６の端子間電圧の
変動でとらえらる。この電流又は電圧の変化に基づいて
トルク検出するようにしてもよい。

【００７４】（８）図１〜図１６に示した各磁歪材１
２，２４，２６，３１，３２，４２は、シャフト１１の
中心軸線に対して４５度傾けて配置したが、適宜変更し
て実施してもよい。勿論、シャフト１１の中心軸線に対
して平行に配置してもよい。この場合、どちらの向きに
トルクが発生しているかの判別はできないことになる。
しかし、常に一定の方向にトルクが発生する回転軸のト
ルクを検出する場合には、取付が簡単で有利となる。

【００７５】（９）励磁用コイル１６に流す電流の周波
数は適宜変更してもよい。例えば、１０ＫＨZ 〜１０Ｍ
ＨZ の間で行えばより効果が顕著にあらわれる。勿論、
直流電流を流してもよい。

【００７６】（１０）前記各磁歪材１２，２４，２６，
３１，３２は、ネジ１４にてシャフト１１に固定した
が、溶接等で固定してもよい。尚、上記各実施例から把
握できる請求項の発明以外の技術思想について、以下に
それらの効果と共に記載する。

【００７７】 請求項２項のトルクセンサにおいて、
回転軸に固定される磁歪材は、その配置が回転軸の中心
軸線に平行となるように固定したトルクセンサ。常に一
定の方向にトルクが発生する回転軸のトルクを検出する
場合には、取付が簡単で有利である。

【００７８】 請求項１〜７のトルクセンサおいて、
回転軸は、自動車用ステアリングシャフトであるトルク
センサ。ドライバのステアリング操作力をステアリング
シャフトに発生するトルクによって検出することができ
る。

【００７９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明のトルクセン
サによれば、部品点数が少なく、小型化が図れるととも
に組付が簡単で、しかも、高感度のトルク検出を行うこ
とができる効果を有する。

【００８０】又、本発明の歪み検出素子によれば、簡単
な構成で部品点数が少なく、しかも、精度の高い歪みを
検出を可能にする効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を説明するトルクセンサの側面図。

【図２】実施例を説明するためのトルクセンサの正面図
図。

【図３】実施例を説明するためのトルクセンサの要部断
面図。

【図４】（ａ）トルクセンサの別例を説明するための要
部断面図、（ｂ）磁歪材の歪み方向を説明する説明図。

【図５】磁歪材の磁束分布を説明するための説明図。

【図６】トルクセンサの別例を説明するための要部断面
図。

【図７】磁歪材の磁束分布を説明するための説明図。

【図８】トルクセンサの別例を説明するための正面図。

【図９】トルクセンサの別例を説明するための正面図。

【図１０】トルクセンサの別例を説明するための正面
図。

【図１１】トルクセンサの別例を説明するための側面
図。

【図１２】トルクセンサの別例を説明するための正面
図。

【図１３】トルクセンサの別例を説明するための正面
図。

【図１４】トルクセンサの別例を説明するための正面
図。

【図１５】トルクセンサの別例を説明するための斜視
図。

【図１６】トルクセンサの別例を説明するための要部斜
視図。

【図１７】トルクセンサの誘導起電力とトルクとの関係
を示す特性図。

【図１８】トルクセンサの誘導起電力とトルクとの関係
を示す特性図。

【符号の説明】

１１…ステアリングシャフト、１１ａ…溝、１２，２
４，２６…磁歪材、１２ａ，２４ａ〜２４ｃ…固定部、
１３…貫通孔、１４…ネジ、１５…検出用コイル、１６
…励磁用コイル、２１…シールド板、２２…磁性材。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に磁歪材の両端部を固定し、その
   磁歪材の固定部間にコイルを巻回したトルクセンサ。
2. 【請求項２】 磁歪材の固定部間に巻回されたコイルは
   励磁用コイルと検出用コイルである請求項１に記載のト
   ルクセンサ。
3. 【請求項３】 回転軸に固定される磁歪材は、その配置
   が回転軸の中心軸線に対して傾斜するように固定される
   請求項２に記載のトルクセンサ。
4. 【請求項４】 回転軸に固定される磁歪材は、２個用意
   され、その２個の配置が回転軸の中心軸線に対して傾斜
   するするとともに、中心軸線に対して対称となるように
   固定されている請求項２に記載のトルクセンサ。
5. 【請求項５】 磁歪材は回転軸の中心軸線に対して直交
   する方向に形成された溝を跨ぐように固定されている請
   求項１乃至４のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
6. 【請求項６】 磁歪材は、その表面側にシールド部材を
   設けたものである請求項１乃至５のいづれか１に記載の
   トルクセンサ。
7. 【請求項７】 磁歪材は、その表面に磁性体を取着した
   ものである請求項１乃至５のいづれか１に記載のトルク
   センサ。
8. 【請求項８】 磁歪材は、コイルが巻回される固定部間
   を回転軸から離間する方向に湾曲形成したものである請
   求項１に記載のトルクセンサ。
9. 【請求項９】 磁歪材の両端部を被検出体に固定される
   固定部とし、その磁歪材の固定部間にコイルを巻回した
   歪み検出素子。
10. 【請求項１０】 磁歪材に巻回されるコイルは、励磁用
    コイルと検出用コイルである請求項９に記載の歪み検出
    素子。
11. 【請求項１１】 磁歪材は、二叉状に分岐した板材であ
    って、基端部及びその基端部から分岐した一対の先端部
    をそれぞれ固定部とし、その固定部間にそれぞれ励磁用
    コイルと検出用コイルが巻回されたものである請求項９
    に記載の歪み検出素子。
12. 【請求項１２】 磁歪材は、コイルが巻回される固定部
    間を被検出体から離間する方向に湾曲形成したものであ
    る請求項９乃至１１のいづれか１に記載の歪み検出素
    子。
13. 【請求項１３】 磁歪材は、その表面側にシールド部材
    を設けたものである請求項９乃至１２のいづれか１に記
    載の歪み検出素子。
14. 【請求項１４】 磁歪材は、その表面に磁性体を取着し
    たものである請求項９乃至１２のいづれか１に記載の歪
    み検出素子。