JPWO2016208687A1 - 磁歪式センサ、磁性構造体およびその製造方法、ならびに、磁歪式センサを備えたモータ駆動ユニットおよび電動アシスト付き自転車 - Google Patents

Abstract

複数の磁歪列部を有する磁歪部を備えた磁歪式センサにおいて、前記磁歪部に寸法上の制約がある中でも、感度向上を図ることが可能な構成を得る。トルクセンサ１は、基材２１の外周面２１ｓ上に形成された磁歪膜２を備える。磁歪膜２は、列状に延びる複数の磁歪列部２ａを有する。複数の磁歪列部２ａのうち少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、基材２１の外周面２１ｓに平行な方向において、最も長い部分の長さが、前記一部を含む磁歪列部２ａと基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆの長さよりも大きく、且つ、前記接触部分２ｆと、前記磁歪列部２ａの隣りの磁歪列部２ａと基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆとの間隔Ｄよりも大きい。

Description

本発明は、磁歪式センサ、磁性構造体およびその製造方法、ならびに、磁歪式センサを備えたモータ駆動ユニットおよび電動アシスト付き自転車に関する。

一般に、トルクや荷重を検知するために、磁歪式センサが用いられている。多くの磁歪式センサでは、トルクまたは荷重が作用する部材（基材）の外周面に、磁歪材料を含む磁歪部が形成されている。このような構成を有する磁歪式センサでは、磁歪部が形成された基材を囲むように、コイルが配置されている。

上述の構成により、磁歪式センサにおいて、磁歪部が形成された基材に力が作用した場合に、磁歪部の磁歪材料の透磁率が変化する。よって、磁歪部を囲むように配置されたコイルのインピーダンスが変化する。磁歪式センサは、前記コイルのインピーダンスの変化を検出することにより、トルクや荷重を検知する。

特許文献１には、Ｆｅ−Ｎｉの２元型合金からなる磁歪材料を利用したトルクセンサが開示されている。この文献に開示されている構成では、比透磁率と磁歪定数とが好適になるようにＦｅ−Ｎｉの組成を決定することにより、センサ感度の向上を図っている。

特許文献２には、基材上に磁歪部を形成する方法が開示されている。この方法では、マスキング部材によって基材の所定部分をマスキングした状態で、該基材をめっき液中に浸漬する。その後、めっき液中に電流を流すことによって、基材のうちマスキングされていない部分にめっき膜（磁歪部）が形成される。特許文献２に開示されている磁歪部は、平行に形成された複数の列状部分（磁歪列部）を有する。

特開２００７−９３２４４号公報 特許第４９３６９６９号公報

上述の特許文献１に開示されている構成のように、トルクや荷重を精度良く検出するためには、磁歪式センサの感度向上が求められている。

ところで、上述の特許文献２に開示されている構成のように、磁歪式センサが、平行に形成された複数の磁歪列部を有する構成の場合、磁歪式センサの感度を向上するために、前記磁歪列部の数を増やすことが考えられる。

しかしながら、基材上の限られた範囲に形成された磁歪部において、前記磁歪列部の数を増やすことは、寸法上の制約により、限界がある。

以上より、本発明では、複数の磁歪列部を有する磁歪部を備えた磁歪式センサにおいて、前記磁歪部に寸法上の制約がある中でも、感度向上を図ることが可能な構成を得る。

磁歪式センサの感度を向上するためには、磁歪部で生じる透磁率の変化をコイルによって検出する際に、より検出しやすくする必要がある。そのためには、磁歪列部の数を増やすことにより、透磁率の変化を検出しやすくすることが考えられる。しかしながら、限られた範囲内に形成された磁歪部内に形成可能な磁歪列部の数には限界がある。

これに対し、発明者らによる鋭意検討の結果、磁歪部の表面積を大きくすることにより、磁歪列部の数を増やすことと同等の効果が得られることが分かった。すなわち、磁歪部の表面積を大きくすることにより、該磁歪部の透磁率を広範囲で変化させることができる。これにより、コイルによって、磁歪部の透磁率の変化を容易に検出することができる。

以上の知見に基づいて、磁歪式センサについて本発明者らは、以下のような構成に想到した。

本発明の一実施形態に係る磁歪式センサは、軸線に沿って延びる筒状または柱状の基材と、前記基材の外周面上に形成された磁歪部とを備える。前記磁歪部は、列状に延びる複数の磁歪列部を有する。前記複数の磁歪列部のうち少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部をその延伸方向と直交する断面で見て、前記基材の外周面に平行な方向において、最も長い部分の長さが、前記一部を含む磁歪列部と前記基材の外周面との接触部分の長さよりも大きく、且つ、前記接触部分と、前記磁歪列部の隣りの磁歪列部と前記基材の外周面との接触部分との間隔よりも大きい。

本発明の一実施形態に係る磁歪式センサによれば、磁歪部に寸法上の制約がある中でも、感度向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るトルクセンサの概略構成を示す部分断面図である。 図１に示すトルクセンサに含まれる磁性構造体の概略構成を示す外観図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体の一例の概略構成を示す断面図である。 磁歪列部を断面矩形状にした場合の概略構成を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１４に示す磁性構造体の製造方法を模式的に示す断面図である。 図２に示す磁性構造体の他の一例を示す断面図である。 図２に示す磁性構造体の他の一例を示す断面図である。 図２に示す磁性構造体の他の一例を示す断面図である。 図１に示すトルクセンサにおいて、コイルのインピーダンス変化を電圧に変換する回路の概略構成を示す図である。 図１に示すトルクセンサを備えた電動アシスト付き自転車の概略構成を示す図である。 図２１に示す電動アシスト付き自転車におけるモータ駆動ユニットの概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るトルクセンサにおいて、磁性構造体の被覆率（横軸）と該トルクセンサの感度（縦軸）との関係を示すグラフである。 本発明の一実施例に係るトルクセンサにおいて、磁性構造体の磁歪膜パターンの長さＬ／幅Ｗ（横軸）とトルクセンサの感度（縦軸）との関係を示すグラフである。 本発明の一実施例に係るトルクセンサにおいて、磁性構造体における磁歪膜の端部の高さＨ_１／磁歪膜の最大膜厚Ｈ（横軸）と、トルクセンサの感度（縦軸）との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明において、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

１．磁歪式センサ
１．１．磁歪式センサの構成
図１は、本発明の一実施形態に係る磁歪式センサの概略構成を示す部分断面図である。以下の説明では、磁歪式センサの一例として、図示しない回転軸に取り付けられた基材２１に作用するトルクを検知するための磁歪式トルクセンサ（以下、単に「トルクセンサ」と表記する場合もある。）１について説明する。なお、図１では、説明のために、トルクセンサ１の構成を模式的に示す。

図１に示すように、トルクセンサ１は、磁歪膜２（磁歪部）を有する磁性構造体２０と、コイル３，４を有する検出ユニット３０とを備える。磁性構造体２０は、軸線Ａに沿って延びる円筒状に形成されている。磁性構造体２０は、図示しない回転軸の外周面上に配置されている。

図２は、磁性構造体２０の概略構成を示す図である。磁性構造体２０は、軸線Ａに沿って延びる（すなわち、軸線方向に延びる）円筒状の基材２１と、磁歪膜２とを有する。磁性構造体２０の詳しい構成は、後述する。図２に示すように、磁歪膜２は、円筒状の基材２１の外周面２１ｓ上に設けられている。磁歪膜２は、詳しい構成については後述するが、複数の磁歪列部２ａを有する。

図３は、磁性構造体２０に形成された磁歪膜２を、軸線Ａ（図１参照）に直交する方向から見た場合の図である。図３に示す磁歪膜２のパターンは、一例である。磁歪膜２は、図３に示すように、長さＬ＝（Ｌ_１＋Ｌ_２）（図３に示す例ではＬ_１＝Ｌ_２）および幅Ｗの磁歪列部２ａを複数、有する。複数の磁歪列部２ａは、軸線Ａに直交する方向から見て、軸線Ａに対して交差する方向に延びている。図３において、隣り合う磁歪列部２ａの間隔を、間隔（interspace）Ｉとして表す。

磁歪膜２は、基材２１の軸線方向に並ぶ２つの領域２ｂ，２ｃを有する。２つの領域２ｂ，２ｃに跨って、複数の磁歪列部２ａが形成されている。一方の領域における磁歪列部２ａと、他方の領域における磁歪列部２ａとは、前記軸線方向において、磁歪膜２の中心線を挟んで対称に設けられている。すなわち、磁歪膜２の磁歪列部２ａは、軸線Ａに直交する方向から見て（図３に示す状態で）、Ｖ字状に形成されている。

磁歪膜２の磁歪列部２ａを上述のような構成にすることで、回転軸を介して基材２１にねじりトルクが入力された場合、磁歪膜２における領域２ｂの磁歪列部２ａには、その延伸方向に引張方向または圧縮方向のいずれか一方の力が入力される。磁歪膜２における領域２ｃの磁歪列部２ａには、その延伸方向に引張方向または圧縮方向のうち他方の力が入力される。これにより、磁歪膜２の領域２ｂ，２ｃの磁歪列部２ａでは、透磁率が変化する。

検出ユニット３０は、２つの円筒状のコイル３，４と、ヨーク５とを有する。図１に示すように、コイル３，４は、磁性構造体２０を囲むように配置されている。図１の例では、コイル３，４は、磁性構造体２０に対して前記軸線方向に並んで配置されている。具体的には、図１に示すように、コイル３は、磁歪膜２の一方の領域２ｂを囲むとともに、コイル４は、磁歪膜２の他方の領域２ｃを囲むように、磁性構造体２０に対して配置されている。ヨーク５は、コイル３，４を配置するための凹部を有する。コイル３，４は、筒状のヨーク５の内側に配置されている。

コイル３，４は、図２０に示すように交流電源６に接続されることにより、コイル３，４の周囲に交流磁場を発生する。コイル３，４、ヨーク５および基材２１は、磁気回路を構成する。また、コイル３，４は、図２０に示すようにトルク検出用回路７にも接続されている。

図２０は、トルクセンサ１に含まれる電子回路の構成の一例を示す図である。トルクセンサ１に含まれる電子回路として、図２０に示す回路構成が広く知られている。図２０に示す回路は、交流電源６と、トルク検出用回路７とを有する。交流電源６は、コイル３，４に交流電圧を印加する。トルク検出用回路７は、コイル３，４に生じる電圧を検出することにより、基材２１に生じているトルクを検出する。トルク検出回路７は、コイル３，４にそれぞれ生じる電圧の差分Ｖｏｕｔを求めた後、図示しない演算回路によって、該差分Ｖｏｕｔに基づいて基材２１に生じているトルクを求める。なお、トルクセンサ１に含まれる電子回路は、図２０に示す構成に限定されない。

既述のとおり、回転軸を介して基材２１にねじりトルクが入力された場合、トルクセンサ１における磁歪膜２の領域２ｂ，２ｃにおける磁歪列部２ａには、その延伸方向に引張り方向または圧縮方向の力が入力される。よって、磁歪膜２の領域２ｂ，２ｃでは、磁歪列部２ａに生じる透磁率の変化が異なる。このような透磁率の変化の違いは、トルク検出用回路７において、コイル３，４に生じる電圧の違いとして検出される。したがって、トルク検出用回路７によって、基材２１に入力されたねじりトルクを検出することができる。

より具体的には、基材２１にトルクが作用したとき、磁歪膜２における領域２ｂ，２ｃのうち一方の領域の磁歪列部２ａに引張応力が生じるため、該磁歪列部２ａの透磁率は増大する。他方の領域の磁歪列部２ａには圧縮応力が作用するため、該磁歪列部２ａの透磁率は減少する。その結果、２つのコイル３，４のインピーダンスに差が生じる。このインピーダンスの差によって生じるコイル３，４の電圧差が、基材２１に作用したトルクに応じた値として、トルク検出用回路７によって検出される。図２０において、トルクがゼロのときのＶ_ｏｕｔをＶ_０とし、定格トルクが入力されたときのＶ_ｏｕｔをＶ_ｔとした場合、Ｖ_ｔ−Ｖ_０がトルクセンサ１の出力範囲である。

なお、図１に示すトルクセンサ１中の各構成部材の配置は一例である。コイル３，４およびヨーク５の数や配置等は、図１に示す構成に限定されず、当業者が適宜変更することができる。

１．２．磁歪列部の形状
図３に示す磁歪膜２の磁歪列部２ａの長さＬ／幅Ｗは、下記式（２）を満たす。磁歪列部２ａは、磁歪膜２の領域２ｂでは、軸線Ａに直交する方向から見て、軸線Ａに対して交差する第１の方向に延びている。磁歪列部２ａは、磁歪膜２の領域２ｃでは、軸線Ａに直交する方向から見て、前記第１の方向と交差する第２の方向に延びている。すなわち、磁歪列部２ａは、基材２１の軸線方向において、磁歪膜２の中央部分に、角度θで折れ曲がった曲部Ｚを有する。磁歪列部２ａは、下記式（１）で定義される被覆率が３０％以上９５％以下である。

図３に示す例では、磁歪列部２ａは、軸線Ａに直交する方向から見て、磁歪膜２の領域２ｂにおいて、磁歪膜２における前記軸線方向の端部Ｘから、軸線Ａと交差して磁歪膜２における前記軸線方向の中央部（磁歪列部２ａの曲部（bending portion）Ｚ）に向かって延びている。磁歪膜２の領域２ｂにおける磁歪列部２ａの延伸方向が上述の第１方向に相当する。また、磁歪列部２ａは、軸線Ａに直交する方向から見て、磁歪膜２の領域２ｃにおいて、前記第１の方向と角度θをなす方向に、すなわち、磁歪膜２における前記軸線方向の中央部（磁歪列部２ａの曲部Ｚ）から、軸線Ａと交差して磁歪膜２における前記軸線方向のもう一方の端部Ｙに向かって延びている。磁歪膜２の領域２ｃにおける磁歪列部２ａの延伸方向が上述の第２方向に相当する。

上述のように、図３は、磁歪列部２ａが曲部Ｚを有する磁歪膜２の例を示している。ここで、曲部Ｚは、磁歪列部２ａにおける第１の部分２ｍ（領域２ｂの磁歪列部２ａ）と第２の部分２ｎ（領域２ｃの磁歪列部２ａ）との交点である。すなわち、図３に示す磁歪膜２では、１本の磁歪列部２ａは、磁歪膜２における前記軸線方向の一方の端部Ｘから曲部Ｚまで延びる第１の部分２ｍと、曲部Ｚから磁歪膜２における前記軸線方向の他方の端部Ｙまで延びる第２の部分２ｎとを有する。

被覆率＝基材２１の外周面２１ｓにおいて磁歪膜２と接する領域の面積／基材２１の外周面２１ｓの総面積（％）・・・（１）
３０≦長さＬ／幅Ｗ≦１２０ ・・・（２）

図３に示す磁歪膜２において、磁歪列部２ａの長さＬ／幅Ｗは、第１の部分２ｍにおける磁歪列部２ａの長さ／幅と、第２の部分２ｎにおける磁歪列部２ａの長さ／幅との和である。第１の部分２ｍにおける磁歪列部２ａの長さ／幅は、（図３に示す磁歪列部２ａの端部Ｘから曲部Ｚまでの距離Ｌ_１）／（第１の部分２ｍにおける磁歪列部２ａの幅）によって求められる。第２の部分２ｎにおける磁歪列部２ａの長さ／幅は、（図３に示す磁歪列部２ａの曲部Ｚから端部Ｙまでの距離Ｌ_２）／（第２の部分２ｎにおける磁歪列部２ａの幅）によって求められる。

上記式（１）で規定される被覆率が上記の範囲（３０％以上９５％以下）にあることにより、良好な感度を有するトルクセンサ１を実現することができる。すなわち、上記式（１）において、被覆率が３０％以上の場合には、トルクセンサ１において十分な感度が得られる。前記被覆率が９５％以下の場合には、磁歪膜２の形状にばらつきが生じにくい。よって、前記被覆率が９５％以下の場合には、隣り合う磁歪列部２ａ同士で接触する部位が生じないため、トルクセンサ１は十分な感度が得られる。前記被覆率は、好ましくは５０％以上である。前記被覆率は、より好ましくは６０％以上である。前記被覆率は、９３％以下が好ましい。また、前記被覆率は、９０％以下がより好ましい。前記被覆率は、８５％以下がさらに好ましい。

また、前記長さＬ／幅Ｗが上記式（２）の範囲内にあることにより、良好な感度を有するトルクセンサ１を得ることができる。上記式（２）において、前記長さＬ／幅Ｗが３０以上の場合、トルクセンサ１は十分な感度が得られる。前記長さＬ／幅Ｗが１２０以下の場合には、磁歪膜２の製造を容易に行うことができる。前記長さＬ／幅Ｗは、好ましくは９５未満である。前記長さＬ／幅Ｗは、より好ましくは８５未満である。前記長さＬ／幅Ｗは、好ましくは４３以上である。前記長さＬ／幅Ｗは、より好ましくは５３以上である。前記長さＬ／幅Ｗは、さらに好ましくは７５以上である。

また、感度をより高めるという観点から、磁歪列部２ａが曲部Ｚを有する場合、磁歪列部２ａの曲部Ｚにおいて、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度（図３におけるθ、換言すると、第１の部分２ｍと第２の部分２ｎとのなす角度）が６０°以上１２０°以下であることが好ましい。前記角度は、８０°以上であることがより好ましい。前記角度は、１００°以下であることが好ましい。なお、磁歪列部２ａが曲部を有さない場合（例えば図１２に示す磁歪膜９０２の磁歪列部９０２ａ）でも同様に、第１の部分２ｍと第２の部分２ｎとのなす角度が上述した範囲内であれば、トルクセンサ１の感度をより高めることができる。

また、トルクセンサ１の感度をさらに高めるという観点から、磁歪列部２ａにおいて、図３に示すように、基材２１の軸線Ａに対して直交する方向から見て、軸線Ａと前記第１の方向とのなす角度θ_１の絶対値が３０°以上６０°以下が好ましい（より好ましくは角度θ_１が±４５°）。基材２１と前記第２の方向とのなす角度θ_２の絶対値は、３０°以上６０°以下（より好ましくは角度θ_２が±４５°）が好ましい。

図３に示す磁歪膜２は、隣り合う磁歪列部２ａにおける前記軸線方向の端部同士を連結する連結部２６をさらに含む。図３に示す磁歪膜２では、連結部２６が、磁歪列部２ａにおける前記軸線方向の両端部にそれぞれ設けられている。複数の磁歪列部２ａを連結する連結部２６が磁歪膜２に設けられていることにより、複数の磁歪列部２ａが基材２１から剥離しにくくなる。よって、磁歪膜２の強度を向上することができる。

１．３．磁歪膜のパターンの具体例
図４ないし図１２は、図２に示す磁性構造体２０の磁歪膜２における磁歪列部２ａの他の例を示す図である。

図４に示す磁歪膜１０２は、図３に示す磁歪膜２とは、磁歪列部１０２ａにおける第１の部分１０２ｍと第２の部分１０２ｎとのなす角度θが異なる。より具体的には、図４に示す磁歪膜１０２では、角度θが９０°超（かつ１８０°未満）である。

なお、図４において、符号１２０は、磁性構造体である。符号１２６は、連結部である。

図５に示す磁歪膜２０２には、図３に示す磁歪膜２と同様に、隣り合う磁歪列部２０２ａの端部同士を連結する連結部２２６が、磁歪列部２０２ａにおける前記軸線方向の両方の端部にそれぞれ設けられている。また、磁歪膜２０２には、隣り合う磁歪列部２０２ａの曲部Ｚ同士を連結する連結部２２６が設けられている。図５に示す磁歪膜２０２では、隣り合う磁歪列部２０２ａの曲部Ｚ同士を連結する連結部２２６が設けられていることにより、複数の磁歪列部２０２ａを含む磁歪膜２０２の強度がより高められている。

なお、図５において、符号２２０は、磁性構造体である。符号２０２ｍは、磁歪列部２０２ａにおける第１の部分である。符号２０２ｎは、磁歪列部２０２ａにおける第２の部分である。

図６に示す磁歪膜３０２を構成するパターン３０２ａでは、図５に示す磁歪膜２０２と同様に、隣り合う磁歪列部２ａにおける前記軸線方向の端部同士を連結する連結部３２６が、磁歪列部３０２ａにおける前記軸線方向の両端部、および、曲部Ｚ同士をそれぞれ連結している。磁歪膜３０２には、隣り合う磁歪列部３０２ａを、第１の部分３０２ｍにおける前記軸線方向の中央部同士、および、第２の部分３０２ｎにおける前記軸線方向の中央部同士をそれぞれ連結する連結部３２６がさらに設けられている。図６に示す磁歪膜３０２では、隣り合う磁歪列部３０２ａにおける第１の部分３０２ｍ同士または第２の部分３０２ｎ同士を連結する連結部３２６が設けられていることにより、磁歪膜３０２の強度がさらに高められている。

なお、図６において、符号３２０は、磁性構造体である。

図７に示すように、隣り合う磁歪列部４０２ａ同士を連結する連結部４２６のうち、前記軸線方向の端部同士を連結する連結部４２６以外の連結部４２６は、複数の磁歪列部４０２ａのうち一部のみを連結してもよい。

なお、図７において、符号４２０は、磁性構造体である。符号４０２は、磁歪膜である。符号４０２ａは、磁歪列部である。符号４０２ｍは、磁歪列部４０２ａにおける第１の部分である。符号４０２ｎは、磁歪列部４０２ａにおける第２の部分である。

また、図８に示すように、磁歪膜５０２には連結部が設けられていなくてもよい。また、図９に示すように、磁歪膜６０２は、基材の外周面の一部のみに設けられた複数の磁歪列部６０２ａを有していてもよい。また、図１０に示すように、磁歪膜７０２における隣り合う磁歪列部７０２ａの間隔が均一でなくてもよい。また、図１１に示すように、磁歪膜８０２における複数の磁歪列部８０２ａの幅Ｗが均一でなくてもよい。なお、図１１に示すように、磁歪膜８０２が、幅Ｗが異なる複数の磁歪列部８０２ａを有する場合、上記式（２）で規定される長さＬ／幅Ｗは、各磁歪列部８０２ａの長さＬ／幅Ｗの平均値を表す。

なお、図８において、符号５２０は、磁性構造体である。符号５０２ａは、磁歪列部である。符号５０２ｍは、磁歪列部５０２ａにおける第１の部分である。符号５０２ｎは、磁歪列部５０２ａにおける第２の部分である。

図９において、符号６２６は、連結部である。図１０において、符号７２０は、磁性構造体である。符号７２６は、連結部である。図１１において、符号８２６は、連結部である。

図１２に示す磁歪膜９０２は、図３に示す磁歪膜２の変形例の一つである。図１２に示す磁歪膜９０２では、図２に示す磁歪列部２ａの曲部Ｚの代わりに隙間２７を設けることにより、第１の部分９０２ｍと第２の部分９０２ｎとを分離させている。図１２に示す磁歪膜９０２では、磁歪列部９０２ａが途中で途切れるため、図３ないし図１１に示す構成に比べて、反磁界係数が増大する。これにより、トルクセンサの感度は、図３に示す磁歪膜の構成に比べて、若干低くなる。

なお、図１２に示す磁歪列部９０２ａにおいて、上記式（２）の長さＬ／幅Ｗは、（前記軸線方向において、第１の部分９０２ｍにおける一方の端部Ｘ_１から他方の端部Ｘ_２までの距離）／（第１の部分９０２ｍにおける磁歪列部９０２ａの幅）、または、（前記軸線方向において、第２の部分９０２ｎにおける一方の端部Ｙ_１から他方の端部Ｙ_２までの距離）／（第２の部分２ｎにおける磁歪列部９０２ａの幅）を表す。

図１２において、符号９２０は、磁性構造体である。符号９２６は、連結部である。

図１３に示す磁歪膜１００２は、前記軸線方向における曲部Ｚの位置が図３に示す磁歪膜２とは異なる。より具体的には、図３に示す磁歪膜２では、磁歪列部２ａを構成する第１の部分２ｍの長さＬ_１と第２の部分２ｎの長さＬ_２とが等しい。また、図３に示す磁歪膜２では、前記軸線方向において、磁歪膜２の中心線を挟んで磁歪列部２ａが線対称の形状を有する。これに対し、図１３に示す磁歪膜１００２では、第１の部分１００２ｍの長さと第２の部分１００２ｎの長さとが異なる（図１３では、第１の部分１００２ｍの長さが第２の部分１００２ｎの長さよりも長い場合を示す）。第１の部分１００２ｍと第２の部分１００２ｎとの長さの比率は、０．５以上で２以下が好ましい。

図１３において、符号１０２０は、磁性構造体である。符号１０２６は、連結部である。

１．４．磁性構造体の断面
図１４は、図１に示す磁性構造体２０の断面を模式的に示す。図１４に示す断面は、磁歪列部２ａにおいて延伸方向と直交する面で磁性構造体２０を切断することにより得られる断面である。より具体的には、図１４に示す断面は、磁歪列部２ａを第１の方向（図２における磁歪膜２の端部Ｘから曲部Ｚに向かう方向）と垂直な面で切断した場合の断面（図３のＣ−Ｃ線に沿って紙面と垂直方向に切断した断面）である。図１４に示すように、磁性構造体２０は、円筒状の基材２１と、該基材２１の外周面２１ｓに設けられた磁歪膜２とを含む。なお、図１４における「Ｍ」は、図３の「Ｗ」に相当する。

１．４．１．磁歪膜
磁歪膜２は、磁性体材料を含む材料によって構成されている。前記磁性体材料は、強磁性体材料が好ましい。具体的には、前記磁生体材料は、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＣｒから選ばれる少なくとも１種の金属を含むことが好ましい。高い透磁率および高い磁歪効果が得られるという観点から、前記磁性体材料は、Ｆｅと、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｒから選ばれる少なくとも１種とを含むことがより好ましい。また、磁歪膜２は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属、または、Ｓｉ、Ｂ、Ｓ、Ｃ、Ｏ、Ｎ等の非金属材料をさらに含んでいてもよい。

例えば、磁歪膜２がＦｅを含む場合、より高い透磁率およびより高い磁歪効果を得る観点から、磁歪膜２中のＦｅの含有量は、２０質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。Ｆｅの含有量は、２３質量％以上であることがより好ましい。Ｆｅの含有量は、２６質量％以上であることがさらに好ましい。Ｆｅの含有量は、３６質量％以下であることがより好ましい。Ｆｅの含有量は、３３質量％以下であることがさらに好ましい。Ｆｅ以外の金属（Ｎｉ、ＣｏおよびＣｒから選ばれる少なくとも１種）の含有量の合計は、６０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。Ｆｅ以外の金属の含有量の合計は、６４質量％以上であることがより好ましい。Ｆｅ以外の金属の含有量の合計は、６７質量％以上であることがさらに好ましい。Ｆｅ以外の金属の含有量の合計は、７７質量％以下であることがより好ましい。Ｆｅ以外の金属の含有量の合計は、７４質量％以下であることがさらに好ましい。

なお、磁歪膜２がＦｅおよびＮｉを含む場合において、Ｎｉの含有量は、６０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。Ｎｉの含有量は、６４質量％以上であることがより好ましい。Ｎｉの含有量は、６７質量％以上であることがさらに好ましい。Ｎｉの含有量は、７７質量％以下であることがより好ましい。Ｎｉの含有量は、７４質量％以下であることがさらに好ましい。

また、磁歪膜２がＳを含む場合、磁歪膜２中のＳの含有量は、０．０３質量％以上０．１２質量％以下であることが好ましい。Ｓの含有量は、０．０４質量％以上０．１０質量％以下であることがより好ましい。Ｓの含有量は、０．０５質量％以上０．０９質量％以下であることがさらに好ましい。

磁歪膜２の最大膜厚Ｈ（磁歪膜２が基材２１と接する面（基材２１の外周面２１ｓ）から、基材２１の径方向外方に向かって磁歪膜２が最も突出する位置までの距離）は、２０μｍ以上２００μｍ以下である。最大膜厚Ｈは、４０μｍ以上であることが好ましい。最大膜厚Ｈは、６０μｍ以上であることがより好ましい。最大膜厚Ｈは、１４０μｍ以下であることが好ましい。最大膜厚Ｈは、１００μｍ以下であることがより好ましい。

磁歪膜２の磁歪列部２ａは、その延伸方向に直交する断面で見て、基材２１の径方向と直交する方向（基材２１の外周面２１ｓに平行な方向）において、基材２１の径方向外方側に、磁歪列部２ａにおける基材２１側の部分の長さよりも長い部分を有する。具体的には、磁歪列部２ａは、基材２１上に形成された本体部分から、基材２１の径方向と直交する方向の一方及び他方にそれぞれ突出する突出部２ｅを有する。磁歪列部２ａが突出部２ｅを有することにより、磁歪列部２ａの表面積が増大する。

なお、この場合、磁歪列部２ａと基材２１との接触面と、突出部２ｅの突出方向とのなす角度θ_ｅは、鋭角（９０°未満）が好ましい。この場合、センサの感度をより向上する観点から、角度θ_ｅは、０°を超え４５°以下であることがより好ましい。角度θ_ｅは、３０°以下であることがさらに好ましい。

磁歪膜２の磁歪列部２ａは、上述のような突出部２ｅを有することにより、図１４に示す断面において、基材２１の外周面２１ｓから、基材２１の径方向（磁歪列部２ａの厚み方向）に所定距離の位置における幅Ｍが、磁歪膜２と基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆの幅Ｎよりも長い。

すなわち、磁歪膜２における複数の磁歪列部２ａは、該磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面（図１４に示す断面）で見て、基材２１の径方向と直交する方向において、最も長い部分の長さ（前記所定距離の位置における長さＭ、以下、最大幅寸法Ｍという）が、磁歪膜２と基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆの長さＮよりも大きい。前記最大幅寸法Ｍは、隣り合う磁歪列部２ａの間隔Ｄよりも大きい。隣り合う磁歪列部２ａの間隔Ｄは、磁歪列部２ａと基材２１との接触部分２ｆと、その隣りの磁歪列部２ａと基材２１との接触部分２ｆとの間隔を意味する。

磁歪膜２において、上述のような形状を有する磁歪列部２ａを形成することにより、トルクセンサ１の感度を高めることができる。すなわち、磁歪膜２は、磁歪列部２ａを延伸方向と直交する断面で見て、磁歪列部２ａの最大幅寸法Ｍが、隣り合う磁歪列部２ａの間隔Ｄよりも大きい。このような構成では、磁歪列部２ａ同士の間隔Ｄは、比較的狭い。このように隣り合う磁歪列部２ａの間隔Ｄが狭い場合において、磁歪列部２ａにおける最大幅寸法Ｍを、磁歪膜２と基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆの長さＮよりも大きくすることにより、磁歪列部２ａの表面積、すなわち磁歪膜２の表面積を増加させることができる。磁歪膜２の表面積を増加させることにより、磁歪膜２の透磁率を広範囲で変化させることができる。これにより、磁歪膜２に力が加わった際の透磁率の変化を容易に検出することができる。したがって、トルクセンサ１の感度を向上することができる。

換言すれば、上述の構成により、上記式（１）で規定される被覆率や上記式（２）で規定される長さＬ／幅Ｗの値を変えずに、トルクセンサ１の感度を高めることができる。

また、磁歪列部２ａは、基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆと、隣りの磁歪列部２ａにおける基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆとの間隔Ｄが、突出部２ｅが前記隣りの磁歪列部２ａに向かって突出する長さと、該隣りの磁歪列部２ａの突出部２ｅが前記磁歪列部２ａに向かって突出する長さとの和よりも大きい。

これにより、隣り合う磁歪列部２ａにおいて、突出部２ｅ同士が接触することを防止することができる。

また、磁歪列部２ａは、図１４に示す断面で見て、最大幅寸法Ｍが、磁歪列部２ａの厚み方向における高さ（最大膜厚）Ｈよりも大きい。これにより、磁歪列部２ａは、厚み方向よりも基材２１の径方向と直交する方向（基材２１の外周面２１ｓに平行な方向）に長い扁平状に形成される。よって、磁歪列部２ａの表面積をより大きくすることができる。したがって、磁歪膜２に力が加わった際の透磁率の変化をより容易に検出することができる。

また、図１４に示す断面において、センサの感度をより高める観点から、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈと、磁歪列部２ａの端部ｍ_ｅにおける高さ（磁歪列部２ａと基材２１との接触面から突出部２ｅの先端までの距離、すなわち、基材２１の外周面２１ｓから、最大幅寸法Ｍの位置までの高さ）Ｈ_１との比Ｈ_１／Ｈが１未満である。Ｈ_１／Ｈは、好ましくは、０．８以下である。Ｈ_１／Ｈは、より好ましくは、０．５以下である。Ｈ_１／Ｈは、さらに好ましくは、０．３以下である。一方、Ｈ_１／Ｈは、０．０１５以上が好ましい。

磁歪列部２ａを、Ｈ_１／Ｈが上述の範囲になるように形成することにより、磁歪列部２ａの表面積をより大きくすることができる。したがって、磁歪膜２に力が加わった際の透磁率の変化をより容易に検出することができる。

なお、Ｈ_１／Ｈを０．５以下にすることにより、すなわち、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈの半分の高さを、基材２１の外周面２１ｓから最大幅寸法Ｍの位置までの高さ以上にすることにより、磁歪列部２ａの厚み方向において、基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆよりも幅寸法が大きい部分を、広い範囲に設けることができる。よって、磁歪列部２ａの表面積をさらに大きくすることができる。したがって、磁歪膜２に力が加わった際の透磁率の変化をさらに容易に検出することができる。

図１７、図１８および図１９は、いずれも、磁性構造体の他の一例を、図２と同様の断面で示した図（磁歪列部２ａの延伸方向と直交する面で切断して得られる断面）である。図１７、図１８および図１９では、基材２１の外周面２１ｓと、磁歪列部２００２ａ，３００２ａ，４００２ａにおける突出部２００２ｅ，３００２ｅ，４００２ｅの突出方向とのなす角度θ_ｅ、および、比Ｈ_１／Ｈが、図１４に示す例とはそれぞれ異なる場合（θ_ｅがそれぞれ２０°、５°、３°、比Ｈ_１／Ｈが０．５、０．２、０．１）を示している。

なお、図１５に示すように、磁歪列部５００２ａが矩形状の断面を有する場合（磁歪列部５００２ａが突出部２ｅを有さない場合）、磁歪列部５００２ａの表面積は、図１４、図１７ないし１９の断面を有する磁歪列部２００２ａ，３００２ａ，４００２ａと比べて小さい。よって、トルクセンサの感度は、図１４、図１７ないし１９の断面を有する磁歪列部２００２ａ，３００２ａ，４００２ａと比べて劣る。

１．４．２．基材
基材２１は、磁歪膜２と異なる成分の材料、例えば、磁歪膜２よりも透磁率が低い材料によって構成されている。基材２１は、磁性体材料によって構成されるのが好ましく、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ等の強磁性体材料によって構成されるのがより好ましい。なお、基材２１は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属や、Ｓｉ、Ｂ、Ｓ、Ｃ、Ｏ、Ｎ等の非金属材料を含んでいてもよい。

１．４．３．レジスト層
磁性構造体２０は、磁歪膜２の表面に設けられたレジスト層をさらに含んでいてもよい。この場合、レジスト層の膜厚は４５μｍ以下が好ましい。

１．５．磁性構造体の製造方法
図１６の（ａ）および（ｂ）は、磁性構造体２０の製造方法を説明するための図である。なお、図１６は、磁性構造体２０の製造過程において、基材２１、磁歪膜２、レジスト層９１等を、図１４と同じ面で切断して示す断面図である。

磁性構造体２０は、基材２１の外周面２１ｓに、所定のパターンのレジスト層９１を形成する工程と、レジスト層９１が設けられた基材２１の外周面２１ｓに、磁歪膜２を形成する工程と、を含む。以下、磁性構造体２０の製造方法について具体的に説明する。

まず、図１６（ａ）に示すように、基材２１の外周面２１ｓ上に所定のパターンのレジスト層９１を形成する。このレジスト層９１は、図１、図２、図３ないし１２に示す磁歪列部２ａを形成するために用いられる。レジスト層９１は、例えば、水転写、スクリーン印刷などの公知の方法で形成することができる。レジスト層９１の膜厚は、例えば３μｍ以上４５μｍ以下である。また、磁歪列部２ａに突出部２ｅが形成されるように、基材２１の外周面２１ｓとレジスト層９１の端部とのなす角θ_ｆは鈍角（９０°を超える）であることが好ましい。

次に、図１６（ｂ）に示すように、レジスト層９１が設けられた基材２１の表面上に磁歪膜２を形成する。その際、磁歪膜２の高さＨが、レジスト層９１の高さＨ_１よりも高くなるように磁歪膜２を形成する。磁歪膜２の成膜は、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、めっき法等の公知の方法を採用することができる。次いで、所定の温度（例えば３００℃以上１，０００℃以下）にて所定時間（例えば１分間以上４８時間以下）熱処理を行うことが好ましい。以上により、図１４に示す磁歪膜２を有する磁性構造体２０が得られる。

本実施形態に係る製造方法によれば、レジスト層９１を基材２１の表面に形成した後、磁歪膜２を成膜し、熱処理することにより、感度が良好な磁性構造体２０を簡便な方法でかつ短い工程にて得ることができる。また、これにより、磁性構造体２０の製造コストの低減を図ることができる。

２．電動アシスト付き自転車
本発明の一実施形態に係る電動アシスト付き自転車（例えば、二輪車、三輪車または四輪車）は、上記実施形態に係るトルクセンサ１を備える。本実施形態に係る電動アシスト付き自転車１０では、例えば、搭乗者がペダルを踏むことによって生じるトルクをトルクセンサ１が検出する。電動アシスト付き自転車１０では、トルクセンサ１によって検出したトルクの値に基づいて、電動モータの駆動が制御される。

図２１は、本発明の電動アシスト車両の一例である電動アシスト付き自転車１０の概略構成を示す図である。図２１において、左右、前後、上下とはそれぞれ、電動アシスト付き自転車１０のサドル３４に搭乗者７１がそのハンドル７７に向かって着座した状態を基準とした左右、前後、上下を意味する。

図２１に示すように、電動アシスト付き自転車１０はフレーム１２を含む。フレーム１２は、ヘッドパイプ１４、上部パイプ１６、フロントパイプ１８、シートパイプ７０、一対のリヤパイプ７２および一対の下部パイプ７４を含む。上部パイプ１６は、ヘッドパイプ１４から後方かつ水平方向に延びる。フロントパイプ１８は、ヘッドパイプ１４から後方斜め下方向へ延びる。シートパイプ７０は、上部パイプ１６の後端部とフロントパイプ１８の後端部とを連結する。一対のリヤパイプ７２は、上部パイプ１６とシートパイプ７０との接続部から後方且つ下方向に斜めに延びている。一対の下部パイプ７４は、フロントパイプ１８とシートパイプ７０との接続部から後方に向かって水平方向に延びている。一対のリヤパイプ７２の後端部と一対の下部パイプ７４の後端部とは、それぞれ接続されている。

ヘッドパイプ１４内には、車両の進行方向変更用のステアリング軸７６がヘッドパイプ１４に沿うように設けられている。このステアリング軸７６は、ヘッドパイプ１４内で回転可能である。ステアリング軸７６の上端にはハンドル７７が取り付けられている。ステアリング軸７６の下端には左右一対のフロントフォーク８０が取り付けられている。フロントフォーク８０の下端には、前輪８２が取り付けられている。前輪８２は、フロントフォーク８０によって支持された前輪８２の中心軸を中心に回転可能である。シートパイプ７０の上端部にはサドル３４が設けられている。シートパイプ７０には、後方に延びるように荷台３６が固定されている。

フロントパイプ１８とシートパイプ７０との接続部には、モータ駆動ユニット３８が配置されている。図２２に、電動アシスト付き自転車１０のモータ駆動ユニット３８の概略構成を示す。モータ駆動ユニット３８は、上記実施形態に係るトルクセンサ１を含む。より具体的には、図２２に示すように、モータ駆動ユニット３８は、クランク軸４０、駆動スプロケット４２、クランク角センサ４４およびトルクセンサ１、電動モータ４８およびコントローラ５０を含む。モータ駆動ユニット３８は、電動アシスト付き自転車ではない自転車に取り付け可能に構成されていてもよいし、既存の電動アシスト付き自転車のモータ駆動ユニットと交換可能に構成されていてもよい。

図２１に示すように、クランク軸４０には、クランク５２を介してペダル５４が取り付けられている。また、クランク軸４０の外周面には駆動スプロケット４２（図２２参照）が取り付けられている。駆動スプロケット４２は、無端状のチェーン５６を介して後輪スプロケット５８に連結されている。後輪スプロケット５８には、回転軸６０を介して後輪６２が取り付けられている。後輪６２は回転軸６０を中心として回転可能である。

図示しないが、クランク角センサ４４およびトルクセンサ１は、クランク軸４０の近傍に配置されている。クランク角センサ４４は、ペダル５４の操作によって回転するクランク軸４０の回転角度であるクランク角θ_ｃを検出する。トルクセンサ１は、クランク軸４０に加わるトルクであるクランクトルクτを検出する。電動モータ４８は、駆動スプロケット４２に与える補助駆動力を発生する。

コントローラ５０は、ＣＰＵ６４およびメモリ６６を含む。ＣＰＵ６４は、必要な演算を行い、電動モータ４８および電動アシスト付き自転車１０の動作を制御する。記憶手段であるメモリ６６は、例えばＥＥＰＲＯＭからなり、電動アシスト付き自転車１０の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納する。メモリ６６は、アシストパターンを格納する。

シートパイプ７０には、電動モータ４８に電力を供給するための電池（例えば、ニッケル（Ｎｉ）−カドミウム（Ｃｄ）電池等の二次電池）からなるバッテリ６８が取り付けられている。コントローラ５０のＣＰＵ６４には、クランク角センサ４４から出力されるクランク角θ_ｃおよびトルクセンサ１から出力されるクランクトルクτが入力される。これらのデータは、メモリ６６に格納される。

ＣＰＵ６４は、クランク角θ_ｃおよびクランクトルクτに基づいて、電動モータ４８で発生させる補助駆動力を制御する。

本実施形態に係る電動アシスト付き自転車１０は、トルクを高感度で精度良く検出することができる上記実施形態に係るトルクセンサ１を備えているため、安定した走行が可能である。

（実施形態の効果）
本実施形態では、トルクセンサ１は、軸線Ａに沿って延びる筒状の基材２１と、基材２１の外周面２１ｓ上に形成された磁歪膜２とを備える。磁歪膜２は、列状に延びる複数の磁歪列部２ａを有する。複数の磁歪列部２ａのうち少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、基材２１の外周面２１ｓに平行な方向において、最も長い部分の長さＭが、前記一部を含む磁歪列部２ａと基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆの長さＮよりも大きく、且つ、前記接触部分２ｆと、前記磁歪列部２ａの隣りの磁歪列部２ａと基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆとの間隔Ｄ（磁歪列部２ａ同士の間隔Ｄ）よりも大きい。

上述の構成では、磁歪列部２ａは、その延伸方向と直交する断面で見て、基材２１の外周面２１ｓに平行な方向に最も長い部分の長さＭが、隣り合う磁歪列部２ａとの間隔Ｄよりも大きい。そのため、磁歪列部２ａ同士の間隔Ｄは、比較的狭い。このように隣り合う磁歪列部２ａの間隔Ｄが狭い構成において、前記最も長い部分の長さＭを、磁歪列部２ａと基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆの長さＮよりも大きくすることで、磁歪列部２ａの表面積を増大させることができる。よって、磁歪膜２に力が加わった際の透磁率の変化を容易に検出することができる。これにより、磁歪膜２に寸法上の制約がある中で、トルクセンサ１の感度向上を図ることができる。

複数の磁歪列部２ａのうち前記少なくとも一部は、該一部を含む前記磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、前記最も長い部分の長さＭが、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈよりも大きい。

これにより、複数の磁歪列部２ａのうち少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、磁歪列部２ａの厚み方向よりも基材２１の外周面２１ｓに平行な方向に長い扁平状に形成される。よって、磁歪列部２ａの表面積をより大きくすることができる。したがって、磁歪膜２に力が加わった際の透磁率の変化をより容易に検出することができる。これにより、磁歪膜２に寸法上の制約がある中で、トルクセンサ１の感度をより向上することができる。

複数の磁歪列部２ａのうち前記少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈが、基材２１の外周面２１ｓから基材２１における前記最も長い部分までの前記厚み方向の高さＨ_１よりも大きい。

これにより、複数の磁歪列部２ａのうち少なくとも一部に、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆよりも幅寸法が大きい部分を形成することができる。よって、基材２１の外周面２１ｓとの接触部分２ｆよりも幅寸法が大きい部分がない磁歪列部に比べて、磁歪列部の表面積を大きくすることができる。したがって、磁歪膜２に力が加わった際の透磁率の変化を容易に検出することができる。これにより、磁歪膜２に寸法上の制約がある中で、トルクセンサ１の感度を向上することができる。

複数の磁歪列部２ａのうち前記少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｍの半分は、基材２１の外周面２１ｓから基材２１における前記最も長い部分までの前記厚み方向の高さＨ_１以上である。

これにより、複数の磁歪列部２ａのうち少なくとも一部に、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、基材２１の外周面２１ｓに平行な方向に最も長い部分を、磁歪列部２ａの厚み方向により広い範囲に形成することができる。よって、磁歪列部の表面積をより大きくすることができる。したがって、磁歪膜２に力が加わった際の透磁率の変化をより容易に検出することができる。

複数の磁歪列部２ａのうち前記少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、前記接触部分２ｆと、隣りの磁歪列部２ａと基材２１の外表面２１ｓとの接触部分２ｆとの間隔Ｄが、基材２１の外周面２１ｓに平行な方向において、前記最も長い部分が前記接触部分２ｆに対して前記隣りの磁歪列部２ａに向かって突出する長さと、前記隣りの磁歪列部２ａにおいて最も長い部分が該隣りの磁歪列部２ａと基材２１との接触部分２ｆに対して前記磁歪列部２ａに向かって突出する長さとの和よりも大きい。

これにより、隣り合う磁歪列部２ａにおいて、前記最も長い部分同士が接触することを防止できる。

磁歪膜２は、複数の磁歪列部２ａを連結する連結部２６を有する。これにより、磁歪列部２ａが基材２１から剥離しにくくなる。よって、磁歪膜２の強度向上を図れる。

トルクセンサ１は、磁歪膜２を囲むように配置されたコイル３，４をさらに備える。これにより、磁歪膜２で生じた透磁率の変化を、コイル３，４のインピーダンスの変化によって検出することができる。

コイル３，４は、軸線Ａに沿って、複数並んで配置されている。複数のコイル３，４によって、磁歪膜２における透磁率の変化をより確実に検出することができる。したがって、トルクセンサ１の検出精度を向上することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、磁歪式センサの一例としてトルクセンサ１に、本実施形態の構成を適用した場合について説明した。しかしながら、磁歪膜を有するセンサであれば、荷重センサなどの他のセンサに、本実施形態の構成を適用してもよい。同様に、電動アシスト付き自転車に用いるトルクセンサに限らず、他の用途のセンサに、本実施形態の構成を適用してもよい。

前記実施形態では、基材２１は円筒状である。しかしながら、基材２１は、筒状または柱状であれば、どのような断面形状を有していてもよい。

前記実施形態では、磁歪膜２の磁歪列部２ａは、列状に延びている。しかしながら、島状に形成した複数の島状磁歪部のうち少なくとも一部を接続して列状に形成してもよい。また、複数の磁歪列部２ａは、互いに接触しなければ、平行でなくてもよい。

前記実施形態では、磁歪膜２における複数の磁歪列部２ａが、その延伸方向に亘って、図１４に示す断面と同じ断面を有する。しかしながら、磁歪列部２ａの断面は、磁歪列部２ａの延伸方向の一部で異なっていてもよい。また、複数の磁歪列部２ａが、すべて同じ断面形状を有していなくてもよい。

前記実施形態では、磁歪列部２ａは、その延伸方向に直交する断面で見て、基材２１の外周面２１ｓに平行な方向の一方及び他方にそれぞれ突出する突出部２ｅを有する。しかしながら、磁歪列部２ａは、基材２１の外周面２１ｓに平行な方向の一方または他方に突出する突出部を有していてもよい。

前記実施形態では、磁歪列部２ａは、その延伸方向と直交する断面で見て、基材２１の外周面２１ｓに平行な方向において最も長い部分の長さＭが、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈよりも大きい。しかしながら、磁歪列部２ａは、前記最も長い部分の長さＭが、最大膜厚Ｈ以下であってもよい。

前記実施形態では、磁歪列部２ａは、その延伸方向と直交する断面で見て、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈの半分が、基材２１の外周面２１ｓから基材２１における前記最も長い部分までの前記厚み方向の高さＨ_１以上である。しかしながら、磁歪列部２ａは、最大膜厚Ｍの半分が、前記高さＨ_１よりも小さくてもよい。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。

（実施例１）
図１６に示す製造方法において、めっき法により、図３に示す磁歪列部２ａおよび図１４に示す断面を有する磁歪膜２が形成された磁性構造体２０を得た。めっきは、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸鉄（ＩＩ）、ホウ酸等を用いた公知のＮｉ−Ｆｅ合金浴（ワット浴）によって行った。めっき条件は、ｐＨ３、浴温５５℃、電流密度５〜２０Ａ／ｄｍ^２とした。また、基材２１を周方向に３回転／分で回転させながらめっきを行うことにより、得られるめっき膜（磁歪膜２）の膜厚の均一性を確保した。また、得られた磁歪膜２は、５００℃で１時間、窒素雰囲気下で熱処理された。

上述の方法により得られた磁性構造体２０は、磁歪列部２ａの断面（図１４）の最大膜厚Ｈが８５μｍ、幅Ｍが４６０μｍ、基材２１との接触面の長さＮが２６０μｍ、被覆率が１７％、３０％、５２％、７０％、７９％（図２３）、磁歪列部２ａの長さＬ／幅Ｗが１２、２５、３２、３６、４３、５４、６４、７５、８４、９５、１２０（図２４）であった。磁歪列部２ａにおいて、第１の方向と第２の方向とがなす角度θ（図３参照）は、９０°であった。図３に示すように基材２１の軸線Ａと第１の方向とのなす角度θ_１は、４５°であった。図３に示すように基材２１の軸線Ａと第２の方向とのなす角度θ_２は、４５°であった。隣り合う磁歪列部２ａ同士の間隔Ｉは、２００μｍであった。なお、磁歪膜２を製造するために用いたレジスト層９１の厚さは、２０μｍであった。

製造した磁歪膜２は、Ｆｅ−Ｎｉ合金であった。磁歪膜２中のＦｅ濃度は３０質量％、Ｎｉ濃度は７０質量％であった。基材２１の材質は、ＳＣＭ４３５（ＪＩＳ Ｇ４０５３）であった。本実施例で得られた磁性構造体２０を用いて、図１の構成を有するトルクセンサ１を製造した。

なお、トルクセンサ１の感度は、トルクセンサ１を図２０に示す回路に接続して、８０Ｎｍのトルクを印加することにより、測定した。前記回路において、抵抗Ｒ１およびＲ２は、いずれも１５Ωの抵抗値を有する抵抗器である。コイルＣ１およびＣ２は、いずれも、直径０．２ｍｍの絶縁皮膜付き銅線を１２４回巻くことによって構成されている。

図２３は、本実施例に係るトルクセンサ１における、磁性構造体２０の被覆率（横軸）とトルクセンサ１の感度（縦軸）との関係を示すグラフである。図２３によれば、被覆率が３０％以上９５％以下の場合、感度が良好であることが理解できる。

図２４は、本実施例に係るトルクセンサ１における、磁性構造体２０の磁歪膜パターン２ａの長さＬ／幅Ｗ（横軸）とトルクセンサ１の感度（縦軸）との関係（被覆率：７０％の場合）を示すグラフである。図２４によれば、長さＬ／幅Ｗが３０未満になると、感度が大きく低下することが理解できる。

図２５は、本実施例に係るトルクセンサ１における、磁性構造体２０における磁歪膜２の端部の高さＨ_１／磁歪膜２の最大膜厚Ｈ（横軸）と、トルクセンサ１の感度（縦軸）との関係を示すグラフである。ここでは、磁歪膜２の最大膜厚Ｈを８５μｍとし、レジスト層２１の膜厚を３〜４５μｍの間で変えることにより、磁歪膜２の端部の高さＨ_１および角度θ_ｅが異なる（Ｈ_１／Ｈがそれぞれ０．０９（角度θ_ｅ：２°）、０．１２（角度θ_ｅ：３°）、０．２４（角度θ_ｅ：５°）、０．５３（角度θ_ｅ：１５°））複数のトルクセンサ１を製造した。図２５によれば、Ｈ_１／Ｈが小さいほど、トルクセンサ１の感度が良好であることが理解できる。

（実施例２）
磁歪膜２を図５〜１１，１３に記載されたパターンとした以外は、実施例１と同様の方法にて、図５〜１１，１３に示す磁歪列部および図１４に示す断面を有する磁性構造体をそれぞれ得た。本実施例に係る磁性構造体を備えたトルクセンサは、実施例１に係るトルクセンサ１と同等の感度を有していた。

（実施例３）
磁歪膜２を図１２に記載されたパターンとした以外は、実施例１と同様の方法にて、図１２に示す磁歪列部および図１４に示す断面を有する磁性構造体をそれぞれ得た。本実施例に係る磁性構造体を備えたトルクセンサは、実施例１に係るトルクセンサ１よりも若干感度が劣るものの、良好な感度を有していた。

（実施例４）
磁歪膜２を形成するためのレジスト層９１の厚みを５０μｍとし、磁歪膜２の厚みを４５μｍとした以外は、実施例１と同様の方法にて、図３に示す磁歪列部２ａおよび図１５に示す断面を有する磁性構造体を得た。本実施例に係る磁性構造体を備えたトルクセンサは、実施例１に係るトルクセンサ１と比較して、感度は１／３程度であった。

本発明は、例えば電動アシスト付き自転車などに用いられる磁歪式センサに利用可能である。

本発明の一実施形態に係るトルクセンサの概略構成を示す部分断面図である。 図１に示すトルクセンサに含まれる磁性構造体の概略構成を示す外観図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体における磁歪膜のパターンの一例を示す図である。 図２に示す磁性構造体の一例の概略構成を示す断面図である。 磁歪列部を断面矩形状にした場合の概略構成を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１４に示す磁性構造体の製造方法を模式的に示す断面図である。 図２に示す磁性構造体の他の一例を示す断面図である。 図２に示す磁性構造体の他の一例を示す断面図である。 図２に示す磁性構造体の他の一例を示す断面図である。 図１に示すトルクセンサにおいて、コイルのインピーダンス変化を電圧に変換する回路の概略構成を示す図である。 図１に示すトルクセンサを備えた電動アシスト付き自転車の概略構成を示す図である。 図２１に示す電動アシスト付き自転車におけるモータ駆動ユニットの概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るトルクセンサにおいて、磁性構造体の被覆率（横軸）と該トルクセンサの感度（縦軸）との関係を示すグラフである。 本発明の一実施例に係るトルクセンサにおいて、磁性構造体の磁歪列部の長さＬ／幅Ｗ（横軸）とトルクセンサの感度（縦軸）との関係を示すグラフである。 本発明の一実施例に係るトルクセンサにおいて、磁性構造体における磁歪膜の端部の高さＨ₁／磁歪膜の最大膜厚Ｈ（横軸）と、トルクセンサの感度（縦軸）との関係を示すグラフである。

図３は、磁性構造体２０に形成された磁歪膜２を、軸線Ａ（図１参照）に直交する方向から見た場合の図である。図３に示す磁歪膜２のパターンは、一例である。磁歪膜２は、図３に示すように、長さＬ＝（Ｌ₁＋Ｌ₂）（図３に示す例ではＬ₁＝Ｌ₂）および幅Ｗの磁歪列部２ａを複数、有する。複数の磁歪列部２ａは、軸線Ａに直交する方向から見て、軸線Ａに対して交差する方向に延びている。磁歪列部２ａが延びる方向を、磁歪列部２ａの延伸方向と呼ぶ。図３において、隣り合う磁歪列部２ａの間隔を、間隔（interspace）Ｉとして表す。

図６に示す磁歪膜３０２を構成する磁歪列部３０２ａでは、図５に示す磁歪膜２０２と同様に、隣り合う磁歪列部３０２ａにおける前記軸線方向の端部同士を連結する連結部３２６が、磁歪列部３０２ａにおける前記軸線方向の両端部、および、曲部Ｚ同士をそれぞれ連結している。磁歪膜３０２には、隣り合う磁歪列部３０２ａを、第１の部分３０２ｍにおける前記軸線方向の中央部同士、および、第２の部分３０２ｎにおける前記軸線方向の中央部同士をそれぞれ連結する連結部３２６がさらに設けられている。図６に示す磁歪膜３０２では、隣り合う磁歪列部３０２ａにおける第１の部分３０２ｍ同士または第２の部分３０２ｎ同士を連結する連結部３２６が設けられていることにより、磁歪膜３０２の強度がさらに高められている。

なお、図１２に示す磁歪列部９０２ａにおいて、上記式（２）の長さＬ／幅Ｗは、（前記軸線方向において、第１の部分９０２ｍにおける一方の端部Ｘ₁から他方の端部Ｘ₂までの距離）／（第１の部分９０２ｍにおける磁歪列部９０２ａの幅）、または、（前記軸線方向において、第２の部分９０２ｎにおける一方の端部Ｙ₁から他方の端部Ｙ₂までの距離）／（第２の部分９０２ｎにおける磁歪列部９０２ａの幅）を表す。

図１７、図１８および図１９は、いずれも、磁性構造体の他の一例を、図１４と同様の断面で示した図（磁歪列部２ａの延伸方向と直交する面で切断して得られる断面）である。図１７、図１８および図１９では、基材２１の外周面２１ｓと、磁歪列部２００２ａ，３００２ａ，４００２ａにおける突出部２００２ｅ，３００２ｅ，４００２ｅの突出方向とのなす角度θ_e、および、比Ｈ₁／Ｈが、図１４に示す例とはそれぞれ異なる場合（θ_eがそれぞれ２０°、５°、３°、比Ｈ₁／Ｈが０．５、０．２、０．１）を示している。

なお、図１５に示すように、磁歪列部５００２ａが矩形状の断面を有する場合（磁歪列部５００２ａが突出部２ｅを有さない場合）、磁歪列部５００２ａの表面積は、図１４、図１７ないし１９の断面を有する磁歪列部２ａ，２００２ａ，３００２ａ，４００２ａと比べて小さい。よって、トルクセンサの感度は、図１４、図１７ないし１９の断面を有する磁歪列部２ａ，２００２ａ，３００２ａ，４００２ａと比べて劣る。

１．５．磁性構造体の製造方法
図１６の（ａ）および（ｂ）は、磁性構造体２０の製造方法を説明するための図である。なお、図１６の（ａ）および（ｂ）は、磁性構造体２０の製造過程において、基材２１、磁歪膜２、レジスト層９１等を、図１４と同じ面で切断して示す断面図である。

複数の磁歪列部２ａのうち前記少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈが、基材２１の外周面２１ｓから磁歪列部２ａにおける前記最も長い部分までの前記厚み方向の高さＨ₁よりも大きい。

複数の磁歪列部２ａのうち前記少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部２ａをその延伸方向と直交する断面で見て、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈの半分は、基材２１の外周面２１ｓから磁歪列部２ａにおける前記最も長い部分までの前記厚み方向の高さＨ₁以上である。

前記実施形態では、磁歪列部２ａは、その延伸方向と直交する断面で見て、磁歪列部２ａの最大膜厚Ｈの半分が、基材２１の外周面２１ｓから磁歪列部２ａにおける前記最も長い部分までの前記厚み方向の高さＨ₁以上である。しかしながら、磁歪列部２ａは、最大膜厚Ｈの半分が、前記高さＨ₁よりも小さくてもよい。

図２４は、本実施例に係るトルクセンサ１における、磁性構造体２０の磁歪列部２ａの長さＬ／幅Ｗ（横軸）とトルクセンサ１の感度（縦軸）との関係（被覆率：７０％の場合）を示すグラフである。図２４によれば、長さＬ／幅Ｗが３０未満になると、感度が大きく低下することが理解できる。

図２５は、本実施例に係るトルクセンサ１における、磁性構造体２０における磁歪膜２の端部の高さＨ₁／磁歪膜２の最大膜厚Ｈ（横軸）と、トルクセンサ１の感度（縦軸）との関係を示すグラフである。ここでは、磁歪膜２の最大膜厚Ｈを８５μｍとし、レジスト層９１の膜厚を３〜４５μｍの間で変えることにより、磁歪膜２の端部の高さＨ₁および角度θ_eが異なる（Ｈ₁／Ｈがそれぞれ０．０９（角度θ_e：２°）、０．１２（角度θ_e：３°）、０．２４（角度θ_e：５°）、０．５３（角度θ_e：１５°））複数のトルクセンサ１を製造した。図２５によれば、Ｈ₁／Ｈが小さいほど、トルクセンサ１の感度が良好であることが理解できる。

Claims (13)

1. 軸線に沿って延びる筒状または柱状の基材と、
   前記基材の外周面上に形成された磁歪部とを備え、
   前記磁歪部は、列状に延びる複数の磁歪列部を有し、
   前記複数の磁歪列部のうち少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部をその延伸方向と直交する断面で見て、前記基材の外周面に平行な方向において、最も長い部分の長さが、前記一部を含む磁歪列部と前記基材の外周面との接触部分の長さよりも大きく、且つ、前記接触部分と、前記磁歪列部の隣りの磁歪列部と前記基材の外周面との接触部分との間隔よりも大きい、磁歪式センサ。
2. 請求項１に記載の磁歪式センサにおいて、
   前記複数の磁歪列部のうち前記少なくとも一部は、該一部を含む前記磁歪列部をその延伸方向と直交する断面で見て、前記最も長い部分の長さが、前記磁歪列部の厚み方向における高さよりも大きい、磁歪式センサ。
3. 請求項１または２に記載の磁歪式センサにおいて、
   前記複数の磁歪列部のうち前記少なくとも一部は、該一部を含む前記磁歪列部をその延伸方向と直交する断面で見て、前記磁歪列部の厚み方向における高さが、前記基材の外周面から前記基材における前記最も長い部分までの前記厚み方向の高さよりも大きい、磁歪式センサ。
4. 請求項３に記載の磁歪式センサにおいて、
   前記複数の磁歪列部のうち前記少なくとも一部は、該一部を含む前記磁歪列部をその延伸方向と直交する断面で見て、前記磁歪列部の厚み方向における高さの半分は、前記基材の外周面から前記基材における前記最も長い部分までの前記厚み方向の高さ以上である、磁歪式センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の磁歪式センサにおいて、
   前記複数の磁歪列部のうち前記少なくとも一部は、該一部を含む前記磁歪列部をその延伸方向と直交する断面で見て、前記接触部分と、隣りの磁歪列部と前記基材の外表面との接触部分との間隔が、前記基材の外周面に平行な方向において、前記最も長い部分が前記接触部分に対して前記隣りの磁歪列部に向かって突出する長さと、前記隣りの磁歪列部において最も長い部分が該隣りの磁歪列部と前記基材との接触部分に対して前記磁歪列部に向かって突出する長さとの和よりも大きい、磁歪式センサ。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の磁歪式センサにおいて、
   前記磁歪部は、前記複数の磁歪列部を連結する連結部を有する、磁歪式センサ。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載の磁歪式センサにおいて、
   前記磁歪部を囲むように配置されたコイルをさらに備える、磁歪式センサ。
8. 請求項７に記載の磁歪式センサにおいて、
   前記コイルは、前記軸線に沿って、複数並んで配置されている、磁歪式センサ。
9. 請求項１から８のいずれか一つに記載の磁歪式センサにおいて、
   前記磁歪部は、強磁性体材料によって構成されている、磁歪式センサ。
10. 軸線に沿って延びる筒状または柱状の基材と、
    前記基材の外周面上に形成された磁歪部とを備え、
    前記磁歪部は、列状に延びる複数の磁歪列部を有し、
    前記複数の磁歪列部のうち少なくとも一部は、該一部を含む磁歪列部をその延伸方向と直交する断面で見て、前記基材の外周面に平行な方向において、最も長い部分の長さが、前記一部を含む磁歪列部と前記基材の外周面との接触部分の長さよりも大きく、且つ、前記接触部分と、前記磁歪列部の隣りの磁歪列部と前記基材の外周面との接触部分との間隔よりも大きい、磁性構造体。
11. 請求項１０に記載の磁性構造体の製造方法であって、
    前記基材の外周面上に、所定のパターンを有するレジスト層を形成する工程と、
    前記レジスト層が設けられた前記基材の外周面上に、前記磁歪部を形成する工程とを有する、磁性構造体の製造方法。
12. 請求項１から９のいずれか一つに記載の磁歪式センサを備えた、モータ駆動ユニット。
13. 請求項１から９のいずれか一つに記載の磁歪式センサを備えた、電動アシスト付き自転車。
    

Images