JPWO2017057750A1 - 磁歪式センサ - Google Patents

Abstract

生産性の向上と出力のばらつきの抑制との両立が可能な磁歪式センサを得る。トルクセンサ１０は、基材１２と基材１２の外周面に設けられるめっき膜１４とを備える。基材１２は、めっき形成部２４と、マスキング部２０，２８と、傾斜部２２，２６とを有する。めっき形成部２４の外周面２４ａは、基材１２の軸心を含みかつ基材１２の軸方向に延びる断面において、該軸心に平行な面であり、傾斜部２２，２６の外周面２２ａ，２６ａは、上記断面において上記軸心に対して傾斜する傾斜面である。めっき膜１４は、上記軸方向における端部１４ａ，１４ｂが傾斜面２２ａ,２６ａ上に位置するように、めっき形成面２４ａ上および傾斜面２２ａ，２６ａ上に形成されている。傾斜面２２ａ,２６ａ上のめっき膜１４の厚みは、めっき形成面２４ａ上のめっき膜１４の厚みよりも小さい。

Description

本発明は、磁歪式センサに関する。

従来、機器の構成要素に作用するトルクを検出したり、該構成要素に作用する荷重を検出したりするために、磁歪式センサが用いられている。磁歪式センサの構成として、例えば、外周面に磁歪部が設けられた円柱状の基材と、該磁歪部を通る磁束を発生させる検出コイルとを有する構成が知られている。このような構成を有する磁歪式センサをトルクセンサとして用いた場合、基材に回転方向の力が加わることによって磁歪部に引張応力または圧縮応力が生じる。そのため、前記磁歪部の透磁率が変化する。トルクセンサは、この磁歪部の透磁率の変化を検出コイルによって検出することによって、前記基材に作用する力を検出することができる。

前記磁歪部としては、例えば、アモルファス薄帯またはめっき膜を用いることができる。前記磁歪部としてアモルファス薄帯を用いた場合、磁歪式センサの感度を向上させることができる。ところで、アモルファス薄帯を前記磁歪部として用いる場合には、前記アモルファス薄帯を、接着剤によって基材の外周面に貼り付ける必要がある。アモルファス薄帯を基材の外周面に精度良く貼り付けるためには、接着材を、前記基材の外周面に均一に塗布する必要がある。しかしながら、接着剤を基材の外周面に均一に塗布することは難しい。また、接着剤の量が適切ではない場合等には、アモルファス薄帯を基材に貼り付ける際に、前記アモルファス薄帯と前記基材との間から接着材がはみ出しやすい。この場合、はみ出した接着剤を除去するための処理が必要になる。さらに、アモルファス薄帯の厚みは小さいため、工業用ロボットによってアモルファス薄帯を取り扱うことは難しい。これらのことから、前記磁歪部としてアモルファス薄帯を用いる場合、生産性を高くすることが難しい。

生産性の観点からは、前記磁歪部としてめっき膜を用いることが考えられる。めっき膜を電気めっきによって形成する場合には、例えば特許文献１に開示されるように、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、前記基材のうちマスキングされていない部分にめっき膜を形成する。

特許第４９３６９６９号公報

ところで、磁歪式センサを量産する際にめっき膜の形状（膜厚の分布等）がばらつくと、磁歪式センサの出力にもばらつきが生じる。磁歪式センサの出力にばらつきが生じることを抑制するためには、めっき膜の形状にばらつきが生じないように、再現性高くめっき膜を形成しなければならない。この場合、マスキングの管理を高精度で行う必要がある。

しかしながら、磁歪式センサを量産する場合には、基材の寸法誤差、マスキング部材の寸法誤差、およびマスキング部材の経時劣化等の種々の要因によって、基材を高精度でマスキングすることは難しい。そのため、磁歪式センサの出力にばらつきが生じることを抑制することは難しい。また、磁歪式センサの生産性を十分に向上させることも難しい。

したがって、本発明は、生産性の向上と出力のばらつきの抑制との両立が可能な磁歪式センサを得ることを目的とする。

電気めっきによるめっき膜の形成について本発明者らが検討を行った結果、めっき膜の端部（成膜時にマスキング部材に接する部分）において厚みが大きくなる場合があることが分かった。この場合、例えば検出コイル等によって生じ、かつめっき膜の端部を通る磁束が不均一になり、磁歪式センサの出力にばらつきが生じることが分かった。

また、基材の周方向におけるめっき膜の膜厚分布にばらつきが生じる場合があることも分かった。この場合、例えば、検出コイルに対する基材の回転角度によって、めっき膜を通る磁束の量が変動する。これにより、前記基材に回転方向の力が作用していない状態（無負荷時）でも、前記基材の回転角度によって、検出コイルに流れる電流の値が変動する。その結果、無負荷時の磁歪式センサの出力が前記基材の回転角度によって変動するため、磁歪式センサの検出精度が低下する。

そこで、めっき膜の膜厚について本発明者らが詳細に検討した結果、めっき膜を形成する際にマスキングの管理が不十分な場合に、めっき膜の端部の厚みが大きくなったり、めっき膜の端部において膜厚分布がばらついたりすることが分かった。

本発明者らがさらに検討を行った結果、めっき膜の端部の厚みを小さくすることによって、磁歪式センサの出力を安定させることができることが分かった。具体的には、めっき膜の端部の厚みを小さくすると、該端部を通る磁束が不均一になることを抑制できることが分かった。さらに、めっき膜の端部の形状にばらつきが生じた場合でも、該端部を通る磁束の量が基材の回転角度によって変動することを抑制できることが分かった。その結果、めっき膜を通る磁束の量が基材の回転角度によって変動することを、抑制できることも分かった。

さらに本発明者らは、基材の外周面のうち、めっき膜の端部が位置する部分を、前記基材の軸心に対して傾斜させることによって、めっき膜の端部の厚みを小さくできることを見出した。

以上の知見に基づいて、本発明者らは、磁歪式センサについて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、円柱状または円筒状の基材と、前記基材の外周面に設けられためっき膜とを備え、前記基材は、第１基部と、前記第１基部よりも大きい直径を有する第２基部と、前記基材の軸方向において前記第１基部と前記第２基部との間に設けられ、かつ、前記第１基部と前記第２基部とを接続する傾斜部と、を有し、前記第１基部の外周面は、前記基材の軸心を含みかつ該基材の軸方向に延びる断面において、前記軸心に平行な面であり、前記傾斜部の外周面は、前記断面において、前記軸心に対して傾斜する傾斜面であり、前記めっき膜は、前記軸方向における一端部が前記傾斜面上に位置するように、前記第１基部の外周面上および前記傾斜面上に形成され、前記傾斜面上の前記めっき膜の厚みは、前記第１基部の外周面上の前記めっき膜の厚みよりも小さい。

本発明の一実施形態に係る磁歪式センサによれば、生産性の向上と出力のばらつきの抑制とを両立できる。

図１は、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正面図である。 図２は、図１のトルクセンサの概略構成を断面で示す縦断面図である。 図３は、磁歪ユニットを示す正面図である。 図４は、図３の磁歪ユニットを断面で示す縦断面図である。 図５は、図４において破線で囲んだ部分を拡大して示す拡大図である。 図６は、めっき膜の形成方法の一例を説明するための図である。 図７は、他の実施形態に係るトルクセンサの概略構成を断面で示す縦断面図である。 図８は、磁歪ユニットの他の例を断面で示す縦断面図である。 図９は、図８において破線で囲んだ部分を拡大して示す拡大図である。 図１０は、めっき膜の形成方法の他の例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態に係る磁歪式センサについて説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態に係る磁歪式センサとして、磁歪式のトルクセンサについて説明する。

（トルクセンサの概略構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るトルクセンサ１０の概略構成を示す正面図であり、図２は、トルクセンサ１０の概略構成を断面で示す縦断面図である。

図１および図２を参照して、トルクセンサ１０は、磁歪ユニット１０ａと検出ユニット１０ｂとを有している。磁歪ユニット１０ａおよび検出ユニット１０ｂは、それぞれ略円筒形状を有している。詳細は後述するが、磁歪ユニット１０ａは、回転可能に検出ユニット１０ｂに挿入されている。トルクセンサ１０においては、磁歪ユニット１０ａの後述する基材１２にトルクが作用することによって、磁歪ユニット１０ａの後述するめっき膜１４（図３参照）の透磁率が変化する。めっき膜１４の透磁率の変化は、検出ユニット１０ｂの後述する一対の検出コイル４２ａ,４２ｂによって検出される。これにより、基材１２に作用するトルクが検出される。詳細な説明は省略するが、トルクセンサ１０は、例えば、電動アシスト付き自転車の駆動装置において、踏力検出用トルクセンサとして用いることができる。

（磁歪ユニットの構成）
まず、磁歪ユニット１０ａの構成について説明する。図３は、磁歪ユニット１０ａを示す正面図であり、図４は、磁歪ユニット１０ａを断面で示す縦断面図である。また、図５は、図４において破線で囲んだ部分Ａ,Ｂを拡大して示す拡大図である。

図３および図４を参照して、磁歪ユニット１０ａは、円筒状の基材１２、基材１２の外周面に設けられためっき膜１４、および基材１２の一端部に嵌め込まれた円環状の軸受け部材１６を有している。なお、図２においては、図面の簡略化のために、めっき膜１４の図示を省略している。

図３および図４を参照して、基材１２は、基材１２の軸方向における一端１２ａから他端１２ｂに向かって順に、フランジ部１８、支持部２０、傾斜部２２、めっき形成部２４（第１基部）、傾斜部２６、支持部２８、保持部３０およびフランジ部３２を有している。

詳細な図示は省略するが、フランジ部１８の外周面には、基材１２の軸方向に延びるようにスプライン溝が形成されている。図１および図２を参照して、フランジ部１８は、磁歪ユニット１０ａが検出ユニット１０ｂに挿入された状態で、検出ユニット１０ｂから検出ユニット１０ｂの軸方向に突出している。

図４を参照して、支持部２０の外周面２０ａは、基材１２の軸心（図４中の一点鎖線参照）を含みかつ基材１２の軸方向に延びる基材１２の断面（以下、基材１２の縦断面という。）において、軸心に平行な面である。同様に、めっき形成部２４の外周面２４ａおよび支持部２８の外周面２８ａは、それぞれ、基材１２の縦断面において、基材１２の軸心に平行な面である。めっき形成部２４の直径は、支持部２０の直径よりも小さい。めっき形成部２４の直径は、支持部２８の直径よりも小さい。本実施形態では、支持部２０,２８が第２基部に相当し、外周面２４ａが第１基部の外周面に相当する。なお、本実施形態では、支持部２０および支持部２８の直径は、フランジ部１８の直径（スプライン外径）よりも小さい。

図４および図５を参照して、傾斜部２２は、基材１２の軸方向において支持部２０とめっき形成部２４との間に設けられ、かつ、支持部２０とめっき形成部２４とを接続している。傾斜部２２の外周面２２ａは、基材１２の縦断面において、基材１２の軸心に対して傾斜する傾斜面である。本実施形態では、傾斜部２２の直径は、支持部２０からめっき形成部２４に向かって徐々に減少している。したがって、外周面２２ａは、基材１２の縦断面において、外周面２０ａから外周面２４ａに近づくほど基材１２の径方向内方に位置するように、基材１２の軸心に対して傾斜している。

また、傾斜部２６は、基材１２の軸方向において支持部２８とめっき形成部２４との間に設けられ、かつ、支持部２８とめっき形成部２４とを接続している。傾斜部２６の外周面２６ａは、基材１２の縦断面において、基材１２の軸心に対して傾斜する傾斜面である。本実施形態では、傾斜部２６の直径は、支持部２８からめっき形成部２４に向かって徐々に減少している。したがって、外周面２６ａは、上記縦断面において、外周面２８ａから外周面２４ａに近づくほど基材１２の径方向内方に位置するように、基材１２の軸心に対して傾斜している。

図５を参照して、外周面２２ａと外周面２０ａとの接続部、および外周面２２ａと外周面２４ａとの接続部は、基材１２の縦断面において曲線形状を有している。同様に、外周面２６ａと外周面２８ａとの接続部、および外周面２６ａと外周面２４ａとの接続部は、基材１２の縦断面において曲線形状を有している。

図３および図４を参照して、保持部３０の直径は、支持部２８の直径およびフランジ部３２の直径よりも小さい。これにより、支持部２８とフランジ部３２との間に、溝３０ａが形成されている。

図２および図４を参照して、基材１２の内周面には、基材１２の軸方向に延びるようにスプライン溝３４が形成されている。なお、図２および図４においては、スプライン溝３４を簡略化して示している。スプライン溝３４は、基材１２の軸方向において、基材１２の中心よりも他端１２ｂ側に形成されている。本実施形態では、スプライン溝３４の先端３４ａ（基材１２の軸方向において他端１２ｂ側の端）は、基材１２の軸方向において他端１２ｂよりも基材１２の内方に位置する。すなわち、スプライン溝３４は、基材１２の軸方向において他端１２ｂよりも基材１２の内方に形成されている。

基材１２の肉厚は、基材１２の軸方向における両端部よりも中心部において大きい。図２を参照して、本実施形態では、後述する一対の検出コイル４２ａ,４２ｂに対向する部分の基材１２の厚みは、基材１２の両端部の厚みよりも大きい。

基材１２は、例えば、金属材料（例えば、クロムモリブデン鋼等。）からなる。本実施形態では、基材１２は、例えば、鍛造および機械加工によって製造される。具体的には、例えば、まず、金属の線材から切り出した所定の長さの金属材料を鍛造して、中空形状の部材を得る。上述のスプライン溝３４およびフランジ部１８のスプライン溝は、前記鍛造によって成形される。次に、前記鍛造後の部材に調質処理（例えば、焼入れおよび焼戻し処理。）を施した後、該部材の外周面を機械加工（例えば、旋盤加工。）によって切削する。これにより、所定形状の外周面２０ａ,２２ａ,２４ａ，２６ａ,２８ａが形成され、基材１２が得られる。

図３を参照して、めっき膜１４は、磁歪材料（例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金）からなり、磁歪部として機能する。めっき膜１４は、例えば、電気めっき法によって形成される。図４および図５を参照して、めっき膜１４は、円筒形状を有するように、めっき形成部２４の外周面２４ａ上および傾斜部２２，２６の外周面２２ａ，２６ａ上に形成されている。本実施形態では、めっき膜１４の一方の端部１４ａは外周面２２ａ上に位置し、めっき膜１４の他方の端部１４ｂは外周面２６ａ上に位置している。外周面２２ａ上のめっき膜１４の厚みおよび外周面２６ａ上のめっき膜１４の厚みは、外周面２４ａ上のめっき膜１４の厚みよりも小さい。なお、外周面２２ａ上のめっき膜１４の厚み、外周面２６ａ上のめっき膜１４の厚み、および外周面２４ａ上のめっき膜１４の厚みは、それぞれ、外周面２２ａ上に位置するめっき膜１４の厚みの平均、外周面２６ａ上に位置するめっき膜１４の厚みの平均、および外周面２４ａ上に位置するめっき膜１４の厚みの平均を意味する。

図３を参照して、本実施形態では、めっき膜１４は、磁歪部３６および磁歪部３８を有している。磁歪部３６には、複数のスリット３６ａが形成されている。磁歪部３８には、複数のスリット３８ａが形成されている。複数のスリット３６ａは、基材１２の周方向において等間隔に形成されている。同様に、複数のスリット３８ａは、基材１２に周方向において等間隔に形成されている。

基材１２の径方向外方から見て、スリット３６ａは、基材１２の軸心に対して４５°傾斜している。また、基材１２の径方向外方から見て、スリット３８ａは、基材１２の軸心に対して、スリット３６ａとは異なる方向へ４５°傾斜している。すなわち、本実施形態では、スリット３６ａとスリット３８ａとが直交するように、めっき膜１４に複数のスリット３６ａ,３８ａが形成されている。このような構成により、基材１２にトルクが作用した場合、磁歪部３６,３８のうちの一方に圧縮応力が生じ、他方に引張応力が生じる。なお、図４および図５においては、複数のスリット３６ａ,３８ａの図示を省略している。

図２および図４を参照して、軸受け部材１６は、例えば金属材料からなる。軸受け部材１６は、基材１２の一端１２ａから基材１２内に圧入されている。

（検出ユニットの構成）
図１および図２を参照して、検出ユニット１０ｂは、ボビン４０、一対の検出コイル４２ａ,４２ｂ、コネクタ部４４、ケース４６、一対の保護プレート４８ａ，４８ｂ、およびサークリップ５０を備えている。

ボビン４０は、例えば、樹脂材料からなる。図２を参照して、ボビン４０は略円筒形状を有している。具体的には、ボビン４０は、円筒部４０ａ、および円筒部４０ａの外周面から円筒部４０ａの径方向外方に突出する複数（本実施形態では４つ）のフランジ部４０ｂ〜４０ｅを含む。フランジ部４０ｂ〜４０ｅは、円筒部４０ａの軸方向に互いに間隔を有するように設けられている。

検出コイル４２ａは、フランジ部４０ｂとフランジ部４０ｃとの間において円筒部４０ａに巻かれている。検出コイル４２ｂは、フランジ部４０ｄとフランジ部４０ｅとの間において円筒部４０ａに巻かれている。本実施形態では、例えば、検出コイル４２ａ,４２ｂは融着層を有している。検出コイル４２ａ，４２ｂにおいては、隣り合うコイル線同士が、自己融着によって互いに固定されている。なお、検出コイル４２ａ,４２ｂが融着層を有していなくてもよい。この場合、含浸処理等の他の手段によって、隣り合うコイル線同士を互いに固定してもよい。

詳細な説明は省略するが、フランジ部４０ｂには、検出コイル４２ａ,４２ｂに電気的に接続される複数の端子が設けられている。これらの端子を保護するように、フランジ部４０ｂにコネクタ部４４が取り付けられている。上記の複数の端子には、図示しない制御基板の端子が電気的に接続される。この制御基板には、演算回路が設けられている。前記演算回路は、例えば、検出コイル４２ａ,４２ｂのインピーダンスの変化に基づいて基材１２に作用するトルクを算出する。

図１および図２を参照して、ケース４６は、例えば、低炭素鋼等の金属材料からなる。ケース４６は、円筒形状を有している。図２を参照して、ケース４６内にボビン４０が挿入されている。ケース４６は、検出コイル４２ａ,４２ｂを径方向外方から覆っている。

図１を参照して、ケース４６の一端部には、複数の略Ｕ字状の貫通孔４６ａが形成されている。また、貫通孔４６ａを形成することによって、略長方形状のカシメ部４６ｂが形成されている。本実施形態では、複数のカシメ部４６ｂが、ケース４６の周方向において等間隔に形成されている。ケース４６は、複数のカシメ部４６ｂを用いたカシメ加工によって、ボビン４０に固定されている。

図１および図２を参照して、保護プレート４８ａ，４８ｂは、それぞれ、円環形状を有する。保護プレート４８ａ，４８ｂは、それぞれ、例えば、樹脂材料からなる。保護プレート４８ａは、ボビン４０の一端面と基材１２のフランジ部１８との間に設けられている。保護プレート４８ｂは、ボビン４０の他端面とサークリップ５０との間に設けられている。本実施形態では、保護プレート４８ａは、ボビン４０の一端面の摩耗を防止するために設けられている。保護プレート４８ｂは、ボビン４０の他端面の摩耗を防止するために設けられている。サークリップ５０は、略Ｃ字形状を有し、基材１２の溝３０ａに嵌められている。本実施形態では、サークリップ５０は、金属材料からなる。サークリップ５０は、ボビン４０および保護プレート４８ａ,４８ｂが、基材１２に対して基材１２の軸方向に移動することを防止するために設けられている。

（磁歪ユニットと検出ユニットとの関係）
図２を参照して、検出ユニット１０ｂを磁歪ユニット１０ａに取り付ける際には、例えば、保護プレート４８ａを、基材１２の他端１２ｂから基材１２に嵌める。次に、一体に構成されたボビン４０、検出コイル４２ａ,４２ｂ、コネクタ部４４およびケース４６を、基材１２の他端１２ｂから基材１２に嵌める。次に、保護プレート４８ｂを、基材１２の他端１２ｂから基材１２に嵌める。最後に、サークリップ５０を溝３０ａに嵌める。これにより、検出ユニット１０ｂの磁歪ユニット１０ａへの取り付けが完了する。

本実施形態では、基材１２は、支持部２０の外周面２０ａおよび支持部２８の外周面２８ａが、ボビン４０の内周面に回転可能に支持されている。ボビン４０は、めっき膜１４（図３参照）に接触しないように、めっき膜１４を基材１２の径方向外方から覆っている。検出コイル４２ａ,４２ｂは、基材１２の径方向においてめっき膜１４に対向する位置に設けられている。より具体的には、基材１２の径方向において、検出コイル４２ａは磁歪部３６に対向する位置に設けられ、検出コイル４２ｂは磁歪部３８に対向する位置に設けられている。なお、本実施形態では、上述のように、基材１２は、ボビン４０の内周面に直接的に支持されているが、基材１２がリング状の軸受け部材等を介してボビン４０の内周面に間接的に支持されてもよい。

（トルクセンサの利用例）
本実施形態に係るトルクセンサ１０は、例えば、電動アシスト付き自転車の駆動装置において、踏力検出用トルクセンサとして用いることができる。この場合、図２を参照して、基材１２に、電動アシスト付き自転車のクランク軸５２が挿入される。具体的には、クランク軸５２の外周面に設けられたスプライン溝（図示せず）と、基材１２の内周面のスプライン溝３４とが噛み合うように、クランク軸５２が基材１２に挿入される。これにより、クランク軸５２から基材１２にトルクを伝達することができる。

基材１２のフランジ部１８は、例えば、ワンウェイクラッチを介して電動アシスト付き自転車のチェーンスプロケット（図示せず）に接続される。検出ユニット１０ｂ（より具体的には、例えばボビン４０）は、図示しない固定部材を用いて、駆動装置（図示せず）の筐体に固定される。

上記のような構成において、クランク軸５２から基材１２にトルクが伝達されることにより、例えば、磁歪部３６に圧縮応力が生じるとともに、磁歪部３８に引張応力が生じる。これにより、磁歪部３６の透磁率が小さくなるとともに、磁歪部３８の透磁率が大きくなる。その結果、検出コイル４２ａのインピーダンスが小さくなるとともに、検出コイル４２ｂのインピーダンスが大きくなる。検出コイル４２ａ,４２ｂのインピーダンスの変化に基づいて、トルクセンサ１０は、基材１２に作用するトルクを検出することができる。

（めっき膜の形成方法の一例）
以下、めっき膜１４の形成方法を簡単に説明する。図６は、めっき膜１４の形成方法の一例を説明するための図である。なお、めっき膜１４の形成方法は下記の例に限定されず、公知の種々の方法を用いてめっき膜１４を形成することができる。

図６を参照して、めっき膜１４を形成する際には、例えば、めっき液中において基材１２の径方向外方に電極５４を配置する。また、マスキング部材５６,５８によって、支持部２０,２８の外周面（マスキング面）２０ａ,２８ａをマスキングする。図６の例では、基材１２の軸方向において、マスキング部材５６の先端部が、外周面２０ａと外周面２２ａとの接続部よりも、外周面２２ａ側に突出している。また、基材１２の軸方向において、マスキング部材５８の先端部が、外周面２８ａと外周面２６ａとの接続部よりも、外周面２６ａ側に突出している。なお、図示は省略するが、めっき膜１４の形成時には、マスキング部材５６,５８によって、フランジ部１８、保持部３０およびフランジ部３２もマスキングされている。

上記のように電極５４およびマスキング部材５６,５８を配置した後、電極５４と基材１２との間に電位差を生じさせる。これにより、めっき液中の金属イオンによって、基材１２の外周面にめっき膜１４が形成される。図６の例では、外周面２０ａ,２８ａがマスキング部材５６,５８によってマスキングされているので、外周面２２ａ,２４ａ，２６ａ上にめっき膜１４が形成される。

（本実施形態の作用効果）
トルクセンサ１０では、傾斜部２２は、めっき形成部２４（第１基部）と支持部（第２基部）２０との間に設けられ、かつ、めっき形成部２４と支持部２０とに接続されている。また、傾斜部２６は、めっき形成部２４（第１基部）と支持部（第２基部）２８との間に設けられ、かつ、めっき形成部２４と支持部２８とに接続されている。さらに、めっき形成部２４の直径は、支持部２０,２８の直径よりも小さい。傾斜部２２,２６の直径は、支持部２０,２８からめっき形成部２４に向かって徐々に減少している。このような構成において、例えば、図６に示すようにめっき膜１４を形成する場合、マスキング部材５６の先端部と外周面２２ａとの間には、支持部２０に近づくほど狭くなる空間が形成される。同様に、マスキング部材５８の先端部と外周面２６ａとの間には、支持部２８に近づくほど狭くなる空間が形成される。この場合、めっき膜１４の形成時に、外周面２２ａ,２６ａに供給される金属イオンの量は、支持部２０,２８に近づくほど少なくなる。これにより、外周面２２ａ,２６ａ上に形成されるめっき膜１４の厚みも、支持部２０，２８に近づくほど小さくなる。その結果、めっき膜１４の端部１４ａ,１４ｂの厚みを制御するために基材１２を高精度でマスキングしなくても、端部１４ａ,１４ｂの厚みを、めっき形成部２４の外周面２４ａ上のめっき膜１４の厚みよりも容易に小さくすることができる。なお、めっき膜１４の端部１４ａ,１４ｂの厚みは、それぞれ、端部１４ａ,１４ｂにおけるめっき膜１４の厚みの平均を意味する。めっき形成部２４の外周面２４ａ上のめっき膜１４の厚みは、めっき形成部２４の外周面２４ａ上に位置するめっき膜１４の厚みの平均を意味する。

めっき膜１４の端部１４ａ,１４ｂの厚みが上記のように小さくなることによって、例えば、検出コイル４２ａ,４２ｂによって磁束を発生させた際に、端部１４ａ,１４ｂを通る磁束が不均一になることを抑制できる。また、めっき膜１４の端部１４ａ,１４ｂの厚みが小さいため、端部１４ａ,１４ｂの形状にばらつきが生じた場合でも、めっき膜１４の端部１４ａ,１４ｂを通る磁束の量が基材１２の回転角度によって変動することを抑制できる。これにより、めっき膜１４を通る磁束の量が基材１２の回転角度によって変動することを抑制できる。これらの結果、トルクセンサ１０の出力を安定させることができる。

したがって、本実施形態によれば、めっき膜１４の形成時に基材１２を高精度でマスキングしなくても、トルクセンサ１０の出力にばらつきが生じることを抑制できる。すなわち、トルクセンサ１０の生産性の向上と出力のばらつきの抑制とを両立できる。

トルクセンサ１０では、傾斜部２２の外周面２２ａと支持部２０の外周面２０ａとの接続部は、基材１２の縦断面において曲線形状を有している。同様に、傾斜部２６の外周面２６ａと支持部２８の外周面２８ａとの接続部は、基材１２の縦断面において曲線形状を有している。ここで、基材１２の切削加工時には、前記接続部に微小なバリが発生する場合がある。この場合、マスキング部材５６,５８によって前記接続部を覆っていても、めっき膜１４の形成時にバリに電流が集中して流れることにより、バリがめっきされるおそれがある。このようにバリがめっきされた場合、めっきによって成長したバリによって、トルクセンサ１０の構成部材（例えば、ボビン４０等）が損傷するおそれがある。しかし、前記接続部を、基材１２の縦断面において曲線形状にすることよって、基材１２の切削加工時に前記接続部にバリが発生することを防止することができる。これにより、トルクセンサ１０の構成部材の損傷を防止することができる。

トルクセンサ１０では、ボビン４０は、めっき膜１４を基材１２の径方向外方から覆っている。このため、ボビン４０によって、めっき膜１４を保護することができる。また、基材１２は、外周面２０ａ，２８ａがボビン４０の内周面に回転可能に支持されている。これにより、めっき膜１４とボビン４０との接触を防止できる。その結果、めっき膜１４の損傷を防止することができる。

（他の実施形態）
上述の磁歪ユニット１０ａの基材１２では、めっき形成部２４（第１基部）の直径が支持部（第２基部）２０，２８の直径よりも小さい。しかしながら、基材の形状は上述の例に限定されない。例えば、めっき形成部（第１基部）の直径が支持部（第２基部）の直径よりも大きくてもよい。以下、このような構成を有するトルクセンサ６０について、簡単に説明する。

図７は、本発明の他の実施形態に係るトルクセンサ６０の概略構成を断面で示す縦断面図である。トルクセンサ６０は、磁歪ユニット６０ａと検出ユニット６０ｂとを有している。以下、上述のトルクセンサ１０との相違点を中心に、トルクセンサ６０について簡単に説明する。なお、図７においては、図面の簡略化のために、後述するめっき膜６４の図示を省略している。

図８は、磁歪ユニット６０ａを断面で示す縦断面図である。図９は、図８において破線で囲んだ部分Ｃ，Ｄを拡大して示す拡大図である。磁歪ユニット６０ａが上述の磁歪ユニット１０ａと異なる点は、次の点である。図８を参照して、磁歪ユニット６０ａは、磁歪ユニット１０ａの基材１２およびめっき膜１４の代わりに、基材６２およびめっき膜６４を有している。

基材６２が上述の基材１２と異なる点は、次の点である。図８を参照して、基材６２は、基材１２の支持部２０、傾斜部２２、めっき形成部２４および傾斜部２６の代わりに、保持部６６、支持部６８、傾斜部７０、めっき形成部７２（第１基部）および傾斜部７４を有している。

図８を参照して、保持部６６の外周面６６ａは、基材６２の軸心（図８中の一点鎖線参照）を含みかつ基材６２の軸方向に延びる基材６２の断面（以下、基材６２の縦断面という。）において、軸心に平行な面である。同様に、支持部６８の外周面６８ａおよびめっき形成部７２の外周面７２ａは、基材６２の縦断面において、基材６２の軸心に平行な面である。保持部６６の直径は、フランジ部１８の直径および支持部６８の直径よりも小さい。このような構成により、フランジ部１８と支持部６８との間に、溝６６ｂが形成されている。めっき形成部７２の直径は、支持部６８，２８の直径よりも大きい。本実施形態では、支持部６８，２８が第２基部に相当し、外周面７２ａが第１基部の外周面に相当する。なお、本実施形態では、支持部６８の直径は、フランジ部１８の直径および支持部２８の直径よりも大きい。

図８および図９を参照して、傾斜部７０は、基材６２の軸方向において支持部６８とめっき形成部７２との間に設けられ、かつ、支持部６８とめっき形成部７２とを接続している。図９を参照して、傾斜部７０の外周面７０ａは、基材６２の縦断面において、基材６２の軸心に対して傾斜する傾斜面である。本実施形態では、傾斜部７０の直径は、支持部６８からめっき形成部７２に向かって徐々に増加している。したがって、外周面７０ａは、前記縦断面において、外周面６８ａから外周面７２ａに近づくほど基材６２の径方向外方に位置するように、基材６２の軸心に対して傾斜している。

図８および図９を参照して、傾斜部７４は、基材６２の軸方向において支持部２８とめっき形成部７２との間に設けられ、かつ、支持部２８とめっき形成部７２とを接続している。図９を参照して、傾斜部７４の外周面７４ａは、基材６２の縦断面において、基材６２の軸心に対して傾斜する傾斜面である。本実施形態では、傾斜部７４の直径は、支持部２８からめっき形成部７２に向かって徐々に増加している。したがって、外周面７４ａは、前記縦断面において、外周面２８ａから外周面７２ａに近づくほど基材６２の径方向外方に位置するように、基材６２の軸心に対して傾斜している。

外周面７０ａと外周面６８ａとの接続部、および外周面７０ａと外周面７２ａとの接続部は、それぞれ、基材６２の縦断面において曲線形状を有している。同様に、外周面７４ａと外周面２８ａとの接続部、および外周面７４ａと外周面７２ａとの接続部は、それぞれ、基材６２の縦断面において曲線形状を有している。

図８および図９を参照して、めっき膜６４は、円筒形状を有するように、めっき形成部７２の外周面７２ａ上および傾斜部７０,７４の外周面７０ａ，７４ａ上に形成されている。本実施形態では、図９を参照して、めっき膜６４の一方の端部６４ａは外周面７０ａ上に位置している。めっき膜６４の他方の端部６４ｂは外周面７４ａ上に位置している。外周面７０ａ上のめっき膜６４の厚みおよび外周面７４ａ上のめっき膜６４の厚みは、外周面７２ａ上のめっき膜６４の厚みよりも小さい。なお、めっき膜６４にも、上述の複数のスリット３６ａ，３８ａと同様の複数のスリットが形成されている。外周面７０ａ上のめっき膜６４の厚み、外周面７４ａ上のめっき膜６４の厚み、および外周面７２ａ上のめっき膜６４の厚みは、それぞれ、外周面７０ａ上に位置するめっき膜６４の厚みの平均、外周面７４ａ上に位置するめっき膜６４の厚みの平均、および外周面７２ａ上に位置するめっき膜６４の厚みの平均を意味する。

図７を参照して、検出ユニット６０ｂは、ボビン７６、検出コイル７８ａ，７８ｂ、コネクタ部８０、ケース８２、保護プレート８４ａ，８４ｂ、サークリップ８６ａ,８６ｂ、および軸受け部材８８ａ，８８ｂを備えている。なお、ボビン７６、検出コイル７８ａ，７８ｂ、コネクタ部８０、ケース８２、保護プレート８４ａ，８４ｂ、およびサークリップ８６ａ,８６ｂは、それぞれ、検出ユニット１０ｂのボビン４０、検出コイル４２ａ,４２ｂ、コネクタ部４４、ケース４６、保護プレート４８ａ，４８ｂ、およびサークリップ５０と同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。

軸受け部材８８ａ，８８ｂは、それぞれ、円環形状を有している。軸受け部材８８ａ，８８ｂは、それぞれ、例えば樹脂材料からなる。軸受け部材８８ａは、基材６２の一端から基材６２に嵌められている。軸受け部材８８ｂは、基材６２の他端から基材６２に嵌められている。本実施形態では、基材６２は、軸受け部材８８ａ,８８ｂを介してボビン７６に間接的に回転可能に支持されている。具体的には、基材６２は、支持部６８の外周面６８ａおよび支持部２８の外周面２８ａが、軸受け部材８８ａ，８８ｂを介して、ボビン７６の内周面に回転可能に支持されている。ボビン７６は、めっき膜６４（図８参照）に接触しないように、めっき膜６４を、基材６２の径方向外方から覆っている。

ボビン７６と基材６２のフランジ部１８との間に、保護プレート８４ａおよびサークリップ８６ａが設けられている。本実施形態では、保護プレート８４ａがボビン７６の一端面に接触するように、基材６２の溝６６ｂに保護プレート８４ａおよびサークリップ８６ａが嵌められている。ボビン７６の他端面に接触するように、保護プレート８４ｂが設けられている。サークリップ８６ｂは、保護プレート８４ｂの一方の面（ボビン７６が接触する面とは反対側の面）に接触するように、基材６２の溝３０ａに嵌められている。本実施形態では、サークリップ８６ａ,８６ｂによって、ボビン７６および軸受け部材８８ａ，８８ｂが基材６２から抜け落ちることが防止されている。

次に、めっき膜６４の形成方法について簡単に説明する。めっき膜６４は、例えば、電気めっき法によって形成される。具体的には、例えば、図１０に示すように、めっき液中において基材６２の径方向外方に電極５４を配置する。また、マスキング部材５６,５８によって、支持部６８,２８の外周面（マスキング面）６８ａ,２８ａ、および傾斜部７０，７４の外周面７０ａ，７４ａの一部をマスキングする。図１０の例では、外周面７０ａ,７４ａの大部分および外周面７２ａが露出するように、マスキング部材５６,５８は配置されている。上記のように電極５４およびマスキング部材５６,５８を配置した後、電極５４と基材６２との間に電位差を生じさせる。これにより、めっき液中の金属イオンによって、外周面７０ａ，７２ａ,７４ａ上にめっき膜６４が形成される。

上述のように、本実施形態では、めっき形成部７２の直径は、支持部（第２基部）６８,２８の直径よりも大きく、傾斜部７０，７４の直径は、支持部６８,２８からめっき形成部７２に向かって徐々に増加している。ここで、図１０を参照して、一般に、電極５４と基材６２との間のめっき液の電気抵抗は、電極５４と基材６２との距離が小さいほど小さくなる。このため、基材６２の外周面のうち、電極５４との距離が近い部分においてめっき膜６４が優先的に成長する。基材６２においては、めっき形成部７２の直径は、傾斜部７０，７４の直径よりも大きい。このため、電極５４とめっき形成部７２の外周面（第１基部の外周面）７２ａとの距離は、電極５４と傾斜部７０，７４の外周面（傾斜面）７０ａ,７４ａとの距離よりも小さい。これにより、電極５４と外周面７２ａとの間のめっき液の電気抵抗は、電極５４と外周面７０ａ,７４ａとの間のめっき液の電気抵抗よりも小さい。その結果、外周面７０ａ,７４ａ上よりも外周面７２ａ上において優先的にめっき膜６４を成長させることができる。言い換えると、外周面７０ａ,７４ａ上のめっき膜６４の成長を、外周面７２ａ上のめっき膜６４の成長よりも遅くすることができる。これにより、外周面７０ａ,７４ａ上のめっき膜６４の厚みを、外周面７２ａ上のめっき膜６４の厚みよりも容易に小さくできる。すなわち、めっき膜６４の端部６４ａ,６４ｂの厚みを制御するために基材６２を高精度でマスキングしなくても、端部６４ａ，６４ｂの厚みを、外周面７２ａ上のめっき膜６４の厚みよりも容易に小さくできる。

さらに、上述のように、傾斜部７０，７４の直径は、支持部６８,２８からめっき形成部７２に向かって徐々に増加している。この場合、基材６２の径方向における電極５４と外周面７０ａ,７４ａとの距離は、基材６２の軸方向において支持部６８，２８に近づくほど大きくなる。すなわち、電極５４と外周面７０ａ,７４ａとの間のめっき液の電気抵抗は、基材６２の軸方向において支持部６８，２８に近づくほど大きくなる。このため、外周面７０ａ,７４ａ上のめっき膜６４の成長は、支持部６８,２８に近づくほど遅くなる。これにより、外周面７０ａ,７４ａ上に形成されるめっき膜６４の厚みを、支持部６８，２８に近づくほど小さくすることができる。その結果、めっき膜６４の端部６４ａ，６４ｂの厚みをより確実に小さくできる。

以上により、本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、めっき膜６４の形成時に基材６２を高精度でマスキングしなくても、トルクセンサ６０の出力にばらつきが生じることを抑制できる。すなわち、トルクセンサ６０の生産性の向上と出力のばらつきの抑制とを両立できる。

本実施形態では、傾斜部７０の外周面（傾斜面）７０ａとめっき形成部７２の外周面（第１基部の外周面）７２ａとの接続部は、基材６２の縦断面において曲線形状を有している。同様に、傾斜部７４の外周面（傾斜面）７４ａとめっき形成部７２の外周面（第１基部の外周面）７２ａとの接続部は、基材６２の縦断面において曲線形状を有している。ここで、外周面（第１基部の外周面）７２ａが外周面（マスキング面）６８ａ，２８ａよりも突出している基材６２において、前記接続部に角が存在すると、その角においてめっき膜６４の厚みが大きくなる場合がある。しかし、本実施形態では、前記接続部を、基材１２の縦断面において曲線形状にすることよって、前記接続部においてめっき膜６４の厚みが大きくなることを防止することができる。これにより、めっき膜６４のうち前記接続部近傍の領域を通る磁束が不均一になることを防止することができる。その結果、トルクセンサ６０の出力のばらつきを十分に抑制することができる。

上述の実施形態では、円筒状の基材１２，６２を用いた場合について説明したが、円柱状の基材を用いてもよい。

上述の実施形態では、支持部２０，２８，６８（第２基部）の外周面（マスキング面）が、基材１２，６２の縦断面において基材１２，６２の軸心に平行な面である場合について説明した。しかしながら、支持部の外周面が、基材の縦断面において該基材の軸心に対して傾斜していてもよい。

上述の実施形態では、基材１２，６２の軸方向において、支持部２０，６８とめっき形成部２４，７２との間、および支持部２８とめっき形成部２４，７２との間に、それぞれ、傾斜部２２，２６，７０，７４が設けられている。しかしながら、支持部２０とめっき形成部２４との間、および支持部２８とめっき形成部２４との間のいずれか一方のみに、傾斜部が設けられていてもよい。

上述の実施形態では、外周面２２ａ，７０ａと外周面２０ａ，６８ａとの接続部、外周面２２ａ，７０ａと外周面２４ａ，７２ａとの接続部、外周面２６ａ，７４ａと外周面２８ａとの接続部および外周面２６ａ，７４ａと外周面２４ａ，７２ａとの接続部は、それぞれ、基材６２の縦断面において曲線形状を有している。しかしながら、これらの接続部のうち一部または全部は、基材１２，６２の縦断面において曲線形状ではなく、直線形状などの曲線以外の形状であってもよい。

上述の実施形態で説明したトルクセンサ１０，６０におけるボビン４０，７６及びケース４６，８２の構成は、一例である。そのため、ボビン４０，７６及びケース４６，８２の構成は、磁歪部３６，３８を通る磁束を、検出コイル４２ａ，４２ｂ，７８ａ，７８ｂによって発生可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。また、磁歪ユニット１０ａと検出ユニット１０ｂとの接続構造も、上述の実施形態の構成に限らず、磁歪ユニット１０ａと検出ユニット１０ｂとを接続可能な構成であればどのような構成であってもよい。

上述の実施形態では、本発明をトルクセンサに適用した場合について説明したが、本発明は、種々の磁歪式センサに適用することができる。例えば、本発明を磁歪式の変位センサに適用してもよく、磁歪式の荷重センサに適用してもよい。

本発明は、めっき膜の透磁率の変化を検出する種々の磁歪式センサに利用できる。

本発明の一実施形態に係る磁歪式センサは、円柱状または円筒状の基材と、前記基材の外周面に設けられためっき膜とを備え、前記基材は、第１基部と、第２基部と、前記基材の軸方向において前記第１基部と前記第２基部との間に設けられ、かつ、前記第１基部と前記第２基部とを接続する傾斜部と、を有し、前記第１基部の外周面は、前記基材の軸心を含みかつ該基材の軸方向に延びる断面において、前記軸心に平行な面であり、前記傾斜部の外周面は、前記断面において、前記軸心に対して傾斜する傾斜面であり、前記めっき膜は、前記軸方向における一端部が前記傾斜面上に位置するように、前記第１基部の外周面上および前記傾斜面上に形成され、前記傾斜面上の前記めっき膜の厚みは、前記第１基部の外周面上の前記めっき膜の厚みよりも小さい。

本実施形態では、傾斜部７０の外周面（傾斜面）７０ａとめっき形成部７２の外周面（第１基部の外周面）７２ａとの接続部は、基材６２の縦断面において曲線形状を有している。同様に、傾斜部７４の外周面（傾斜面）７４ａとめっき形成部７２の外周面（第１基部の外周面）７２ａとの接続部は、基材６２の縦断面において曲線形状を有している。ここで、外周面（第１基部の外周面）７２ａが外周面（マスキング面）６８ａ，２８ａよりも突出している基材６２において、前記接続部に角が存在すると、その角においてめっき膜６４の厚みが大きくなる場合がある。しかし、本実施形態では、前記接続部を、基材６２の縦断面において曲線形状にすることよって、前記接続部においてめっき膜６４の厚みが大きくなることを防止することができる。これにより、めっき膜６４のうち前記接続部近傍の領域を通る磁束が不均一になることを防止することができる。その結果、トルクセンサ６０の出力のばらつきを十分に抑制することができる。

Claims (7)

1. 円柱状または円筒状の基材と、
   前記基材の外周面に設けられためっき膜とを備え、
   前記基材は、第１基部と、前記第１基部よりも大きい直径を有する第２基部と、前記基材の軸方向において前記第１基部と前記第２基部との間に設けられ、かつ、前記第１基部と前記第２基部とを接続する傾斜部と、を有し、
   前記第１基部の外周面は、前記基材の軸心を含みかつ該基材の軸方向に延びる断面において、前記軸心に平行な面であり、
   前記傾斜部の外周面は、前記断面において、前記軸心に対して傾斜する傾斜面であり、
   前記めっき膜は、前記軸方向における一端部が前記傾斜面上に位置するように、前記第１基部の外周面上および前記傾斜面上に形成され、
   前記傾斜面上の前記めっき膜の厚みは、前記第１基部の外周面上の前記めっき膜の厚みよりも小さい、磁歪式センサ。
2. 前記傾斜部の直径は、前記第２基部から前記第１基部に向かって徐々に減少する、請求項１に記載の磁歪式センサ。
3. 前記傾斜面と前記第２基部の外周面との接続部は、前記断面において曲線形状を有している、請求項２に記載の磁歪式センサ。
4. 前記傾斜部の直径は、前記第２基部から前記第１基部に向かって徐々に増加する、請求項１に記載の磁歪式センサ。
5. 前記傾斜面と前記第１基部の外周面との接続部は、前記断面において曲線形状を有している、請求項４に記載の磁歪式センサ。
6. 前記基材は、一対の前記傾斜部と、一対の前記第２基部とを有し、
   前記軸方向において、前記第１基部の一方端に前記一対の傾斜部のうち一方の傾斜部が接続され、前記第１基部の他方端に前記一対の傾斜部のうち他方の前記傾斜部が接続され、
   前記一方の傾斜部に前記一対の第２基部のうち一方の第２基部が接続され、前記他方の傾斜部に前記一対の第２基部のうち他方の第２基部が接続され、
   前記軸方向における前記めっき膜の一端部が前記一方の傾斜部の傾斜面上に形成され、前記軸方向における前記めっき膜の他端部が前記他方の傾斜部の傾斜面上に形成され、
   前記めっき膜の前記一端部および前記他端部の厚みは、前記第１基部の外周面上における前記めっき膜の厚みよりも小さい、請求項１から５のいずれか一つに記載の磁歪式センサ。
7. 前記めっき膜の透磁率の変化を検出する検出コイルと、
   前記検出コイルを保持しかつ前記基材が挿入される円筒状のボビンとをさらに備え、
   前記ボビンは、前記基材の径方向外方から前記めっき膜を覆い、
   前記基材は、前記第２基部が前記ボビンの内周面に直接的または間接的に回転可能に支持されている、請求項１から６のいずれか一つに記載の磁歪式センサ。

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