WO1994015186A1 - Magnetostriction type stress sensor and its application - Google Patents

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WO1994015186A1
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coil
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Koosuke Harada
Ichiro Sasada
Funitaka Koga
Nobutomo Matsunaga
Shuichi Misumi
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Omron Corporation
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Description

明 磁歪式応力 セ ン サ お よ び そ の 応用 装置 技術分野
こ の 発 明 は ， 磁歪式 応 力 セ ン サ （ 代表 的 に は 磁気 へ ッ ド形 ト ル ク ， セ ン サ） お よ び そ れを応用 し た装置 に 関す る 。 細 1 背景技術
磁歪式応力 （ ト ル ク ） セ ン サ は， 磁気歪現象の ひ と つ で あ る ， 強磁性体 に機械的 な 歪を生 じ さ せ た と き に そ の 透磁率が変化す る 現象 を利用 し た も の であ る 。
従来の 磁歪式応力 セ ン サ の一例が第 2 9図 に 示 さ れて い る 。 2 つ の U 字形 コ ア 1 Π ， 1 6 2 力く用 い ら れ る 。 一 方の U 字形 コ ア 1 6 1 の 先端部 に は励磁用 コ イ ル 1 6 3 が 巻回 さ れ， こ れ に 励磁電流が流 さ れ る 。 他方の U 字形 コ ア 1 6 2 の 先端部 に は検 出用 コ イ ル 1 6 4 が巻回 さ れ， こ れ ら の 検 出 用 コ イ ル 1 6 4 は 検 出 器 （ た と え ば整流 器） に接続 さ れ る 。 こ れ ら の U 字形 コ ア 1 6 1 , 1 6 2 の 先端部 は歪を検出 すべ き 強磁性体 に近接 し て， ま た は 電気的絶縁性 を保 っ て接触 し て配置 さ れ る 。 歪を検 出 す べ き 部 材 は た と え ば 回 転軸 1 6 0 ， 板状体 な ど で あ o 第 30図 は 第 29図 に 示す磁歪式セ ン サ の 磁気等価回路 を 示 し て い る 。 励 磁 用 コ ア 161 の 先 端部 が そ れ ぞ れ
E l , E 2 で ， 検 出 用 コ ア 162 の 先 端部 が そ れ ぞ れ D 1 , D 2 で示 さ れて い る 。
回転軸 160 に捩 り ト ル ク が加 わ っ て い な い状態 に お い て は， 磁気等価回路 に お い て ブ リ ッ ジ を構成す る 4 個 の磁気抵抗 は等 し い （ プ リ ッ ジ 回路が平衡状態 に あ る ） 。 検 出用 コ ア の 内部を通 る 磁束 は 存在 し な い た め に 検 出 用 コ イ ル 162 に は 誘 導起電 力 は 発生 し な い
回転軸 16 β が矢印 で示す よ う に 捩 ら れ る と ， 回転軸 160 の 中心線 に対 し て ± 45度 の 方 向 に 引 張応力 と 圧縮 応力 と が そ れぞれ発生す る 。 こ れ に よ り ， 回転軸 の透 磁率が変化す る 。 プ リ ッ ジ 回路 の 対向す る 一対の 磁気 抵抗 が 減 少 し ， 他 の 一対 の 磁 気 抵 抗 が増 大 す る 。 ブ リ ッ ジ 回路 の バ ラ ン ス が崩 れ， 検 出用 コ ア 162 の 内部 を磁束が通 る よ う に な る 。 こ れ に よ つ て検 出用 コ イ ル 16 に誘導起電力 V が発生す る 。
こ の よ う な 磁歪式応力 セ ン サ は 次の 文献 に 記載 さ れ て い る 。
山 田一 ら 「磁気異方性セ ン サ に よ る 非接触式応力測 定 法」 ， 電 気 学 会 研究 会 資料 マ グ ネ テ ィ ッ ク ス 研究 会， MAG- 86-139, 電気学会
0 r V a r ' Th e R i n To r du c t o r ― A To r q u e -G a u g e, W i t h o u t S l i R i n s, F o r I n d u s t r i a l Me a s u r e m e n t A n d C o n t r o l ' A S E A J O U R N A L 1960 , V o l u m e 33 , Numb e r 3, p p 23 - 32 '
こ の よ う な 従来 の 磁歪式応力セ ン サ は 2 つ の U 字形 コ ア が必要で あ り ， さ ら に 励磁用 コ イ ル と 検 出用 コ ィ ル と い う 2 種類 の コ イ ルが必要で あ る 。 こ の た め に 構 成の 簡素化 お よ び小型化を 図 る こ と が困難で あ る 。 ま た， 第 30図か ら も 分 る よ う に ， ブ リ ッ ジ 回路 を構成す る 4 つ の 磁 気 抵 抗 が 等 し い こ と が 条件 で あ る 。 一般 に， 歪が検 出 さ れ る べ き 部材 は， そ の 部材の用 途 に 応 じ た性質 （強度， 材質な ど） を持つ よ う に 形成 さ れ， 磁歪式応力 セ ン サ に 適 し た性質 （ 4 つ の 磁気抵抗が等 し い と い う こ と ） を持つ よ う に はつ く ら れて い な い 。 し た が っ て， こ の 部材の透磁率 は， 磁歪セ ン サ に よ つ て歪を 測定す る に は 障害 と な る 程度 に不均一で あ る こ と が 多 い 。 透 磁 率 が場 所 に よ っ て 異 な る こ と に よ つ て， 検 出器 に お け る 零点変動が生 じ る 。 発明 の 開示
こ の 発明 は， 磁歪式応力 セ ン サ の構成の 簡素化 と 小 型化を 図 る こ と を 目 的 と す る 。
こ の 発明 は ま た ， 歪 （ ト ル ク ） が検 出 さ れ る べ き 部 材に お け る 透磁率の 不均一性 に影響を受 け に く ぃ磁歪 式応力 セ ン サ を 提供す る こ と を 目 的 と す る 。 の 発明 は さ ら に ， こ の よ う な 磁歪式応力 セ ン サ の 応用 装置 を 提供す る こ と を 目 的 と す る 。
の 発明 に よ る 磁歪式応力 セ ン サ は， 円 形 タ イ プの 検 出 コ イ ル ま た は シ 一 ト ' タ イ プ の 検 出 コ イ ル を 含 む。
円形 タ イ プの 検 出 コ イ ル は互 い に 逆向 き に 巻回 さ れ る と に よ り 形成 さ れ た 2 つ の 半 円形状 コ ィ ル部分を 含む ο ら の 半 円形状 コ ィ ル部分 は そ の 直線部分を 一致 さ せ て 円形 を構成す る よ う に 配置 さ れ る 2 つ の 3 ィ ル部分 は一本の導電線でつ く ら れ， こ の導電線 に を 流 し た と き _i δし 2 つ の コ ィ ル部分の 直線部分 に周方向 に 電流が流れ よ う に構成 さ れ る 。
出 コ ィ ル は そ の 直線部分が測定対象部材 に 働 く 検 出すべ き 応力 の 方向 に 直交す る よ う に， そ し て そ の一 面が測定対象部材 に 対向 す る よ う に ， 接 し て ま た は近 接 し て配置 さ れ る 。 検 出 コ ィ ノレ は交流励磁電流 に よ り 励磁 さ れ る 。 測定対象部分 に 応力が働 く と こ の 部材の 透磁率が部分的 に 変化す る 。 し た が っ て検 出 コ ィ ノレ の ィ ン ダ ク 夕 ン ス が変化す る 。 こ の イ ン ダ ク タ ン ス の 変 化を検 出 す る こ と に よ り ， 測定対象部材 に 働 く 応力の 強 さ が検 出 さ れ る
の 発明 に よ る と ， 検 出 コ ィ ノレ は き わ め て簡単な構 造で あ り ， かつ 薄 く 形成す る こ と がで き る 。 し た 力く つ て， 小型化が '可能で あ 。 。 ま た， 測定対象部材の 表面 に沿 う よ う に 変形す る こ と が容易 で あ る 。
好 ま し い 実施態様 に よ る と ， 透磁率の 高 い コ ア が検 出 コ ィ ノレ の 一方の 面 に設 け ら れ る 。 こ れ に よ り ， 感度 を高 め る こ と がで き る 。
測定対象部材が回転軸の場合 に は， 好 ま し く は検 出 コ ィ ノレ力 2 個設 け ら れ る 。 こ れ ら の 検 出 コ ィ ノレ は， そ れ ら の 直線部分が直交す る よ う に かつ 回転軸 の軸方 向 に ± 4 5度傾 い た 姿勢で重ね て配置 さ れ る 。 2 つ の 検 出 コ ィ ノレ の ィ ン ダ ク タ ン ス の変化分の 差を と る こ と に よ り ， 検 出感度 を 高 め る こ と がで き る 。 ま た， 回転軸 に お け る 透磁率の 不均一性を 2 つ の 検 出 コ ィ ルで相殺す る こ と がで き る o
円形 タ イ プの 検 出 コ イ ル は種 々 の 形態で実現す る こ と がで き る 。
そ の 一形態で は ， 中心を通 り 直径方 向 に 溝が形成 さ れた板状 の 円形 コ ア ， お よ び 円形 コ ア と 結合 し た板状 ヨ ー ク が利用 さ れ る 。 コ ア の ま わ り に お よ び溝を通 つ て巻線が半 円 を 描 く よ う に ， かつ 電流を 流 し た と き に 溝を通 る 巻線 の 直線部分 に は常 に 同方向 に， コ ア の ま わ り の 巻線部分 に は溝の 両側 で反対方向 に そ れぞれ電 流が流れ る よ う に ， 巻線が巻回 さ れ る こ と に よ り 検 出 コ イ ルが形成 さ れ る 。
他の 形態で は， 中心を通 り 十字形 に 2 つ の 溝が形成 さ れ た板 の 円 形 コ ア ， お よ び 円形 コ ア と 結合 し た板 状 ヨ ー ク が禾 ij用 さ れ る 。 コ ア の ま わ り に お よ び一方の 溝を通 つ て巻線が半 円 を描 く よ う に， かつ 流 ¾ 流 し た と き に —方 の 溝を通 る 巻線の 直線部分 に は常 に 同方 向 に ， コ ァ の ま わ り の 巻線部分 に は一方の 溝の両側で 反対方 向 に そ れぞれ電流が流れ る よ う に， 第 1 の 巻線 が巻回 さ れ る こ と に よ り 第 1 の 検 出 コ イ ルが形成 さ れ る 。 コ ア の ま わ り に お よ び他方 の 溝を通 つ て巻線が半 円 を描 く よ う に ， かつ 電流 流 し た と き に 他方の 溝を 通 る 巻線の 直線部分 に は常 に 同方 向 に， コ ァ の ま わ り の 巻線部分 に は他方の 溝の両側 で反対方向 に そ れぞれ ¾流力、流れ る よ う に ， 第 2 の 巻線が巻回 さ れ る こ と に よ り 第 2 の検 出 コ イ ルが形成 さ れ る 。
こ の 構成 は 2 個 の検 出 コ ィ ル を 重ね て設 け る 形態 に お い て有効で あ る 。
さ ら に 他の 形態で は， 少な く と も 2 つ の 半 円形状 の コ イ ル · パ タ ー ン が， そ れ ら の 直線部分を一致 さ せ て 円形を構成す る よ う に少な く と も 1 枚の フ ィ ル ム 上 に 形成 さ れ， こ れ ら の コ ィ ル · パ タ ー ン に 電流を流 し た と き に ， コ イ ル · ノ、0 夕 一 ン の 直線部分 に 同方向 に 電流 力く れ 力、 つ 半 円 弧 部 分 （二 逆 方 向 に 電 流 が流 れ る よ う に ， 少な く と も 2 つ の 半 円形状 コ イ ル · パ タ ー ン が一 つ の 電流路 を形成す る よ う に つ な 力く つ て検 出 コ ィ ノレが 実現 さ れ
シ ー ト • タ イ プの検 出 コ イ ル も ま た種 々 の 形態で実 現 さ れ る o
そ の 第 1 の 形態で は， 絶縁性 シ ー ト の 両面 に 第 1 お よ び第 2 の 配線パ 夕 — ン が蛇行状 に 形成 さ れ る 。 第 1 お よ び第 2 の 配線パ タ ー ン は そ れぞ L直 部分 と ， 隣 接す る 直線部分を つ な ぐ 弧状部分 と を 含む 。 第 1 の配 線パ 夕 ー ン と 第 2 の 配線パ 夕 ー ン と は， 第 1 の 配線パ タ ー ン の 直線部分 と 第 2 の 配線パ 夕 — ン の 直線部分 と が重な り ， かつ 第 1 の配線パ タ ー ン の 隣接す る 弧状部 分の 間 の位置 に 第 2 の配線パ タ ー ン の 弧状部分が位置 す る よ う に配置 さ れ る ο ^ 1 の 配線パ 夕 一 ン の 一端 と 第 2 の配線パ タ ー ン の一端 と が， 重な る 直線部分 に 同 方 向 に電流が流れ る よ う に相互 に接 ½2 ォし る 。 こ の よ う に し コ イ ルが形成 さ 4 <3 o
第 2 の 形態で は， 第 1 の シ 一 卜 の一面 に 第 1 の 配線 パ 夕 一 ン が蛇行状 に形成 さ れ , 第 2 の シ ー 卜 の 一面 に 第 2 の配線パ タ ー ン が蛇行状 に 形成 さ れ る 丄 -^ び第 2 の配線パ 夕 一 ン は そ れぞれ直線部分 と ， 隣接す る 直線部分を つ な ぐ 弧状部分 と を含も o 1 の シ ー ト と 第 2 の シ 一 卜 と は ， 第 1 の 配線パ タ ー ン の 直線部分 と 第 2 の配線パ 夕 一 ン の 直線部分 と が重な り ， 力、つ 第 1 の 配線パ 夕 — ン の 隣接す る 弧状部分の 間 の 位置 に 第 2 の 配線パ タ ー ン の 弧状部分が位置す る よ う に 重ね 合 わ さ れ o 1 の 配線パ タ ー ン の ー端 と 第 2 の 配線パ タ ー ン の一端 と が， 重 7 る 直線部分 に 同方向 に電流が 流れ る よ う に 相互 に 接 ^ れ る
第 3 の 形態で は， 可撓性絶縁 ン ― ト の 少 な く と も一 面 に配線パ 夕 一 ン が蛇行状 に形成 さ れ 《3 0 配線パ タ ー ン 上 に 絶縁が施 さ れ る 。 配線パ 夕 一 ン は 直線部分 と 隣 接す る 直線部分 と をつ な ぐ 弧状部分 と を 含む。 配線パ タ ー ン に ¾流を 流 し た と き に 互 い に 重な る 直線部分 に 同方向 に 流が流れ る よ う に， 力、つ 直線部分が重 な る よ う に上記 シ 一 ト を折畳む こ と に よ り 検 出 コ イ ルが形 成 さ れ る o の 形態の も の は コ ィ ル部分の 多重化が可 能で あ る カヽ ら ， 小 さ い面積で感度 を高 め ら ίし O o
シ一 卜 · 夕 イ ブの検 出 コ ィ ル も ま た そ の 直線部分が 測定対象部材 に 働 く 検 出すベ き 応力 の方向 に 直交す る よ う に ， そ し て そ の一面が測定対象部材 に 対向す る よ う に ， 接 し て ま た は近接 し て配置 さ し O o 検 出 コ イ ル は乂流励磁電流 よ り 励磁 さ れ る o 測定対象部分 に 応 力 が働 く と こ の 部材の 透磁率が部分的 に 変化す る 。 し た が つ て検 出 J ィ ルの イ ン ダ ク 夕 ン ス が変化す る 。 こ の イ ン ダ ク 夕 ン ス の 変化を検出 す る こ と に よ り ， 測定 対象部材 に 働 く 応力 の 強 さ が検 出 さ し o
こ の 発明 に よ る と ， シ ― 卜 * 夕 ィ プの検 出 コ イ ル も き わ め て簡単 な 構造で あ り ， かつ 薄 く 形成す る こ と が で き る 。 し た が つ て , 小型化が可能で あ る 。 ま た ， 測 定対象部材の 表面 に沿 う よ う に 変形す る こ と が容易で あ る 。 さ ら に シ一 ト • タ ィ プの検 出 コ イ ル は測定対象 部材 と 対 向 す る 面積が広 い か ら ， 部材 の 磁気的不均一 性 に よ る 影響を 受 け に く い 。
好 ま し い 実 施 態 様 に よ る と ， 透 磁 率 の 高 い コ ア が シ ー ト · タ イ プ の 検 出 コ イ ル の 一 方 の 面 に 設 け ら れ る 。 こ れ に よ り ， 感度を高 め る こ と 力 で き る 。
測定対象部材が回転軸 の 場合 に は， 好 ま し く は シ 一 ト · タ イ プの 検 出 コ イ ル力く 2 個設 け ら れ る 。 こ れ ら の 検 出 コ イ ル は， そ れ ら の 直線部分が回転軸の軸方 向 に 対 し て ± 4 5度傾 い た 姿勢で配置 さ れ る 。 2 つ の検 出 コ ィ ゾレ の ィ ン ダ ク 夕 ン ス の 変 化 分 の 差 を と る こ と に よ り ， 検 出感度 を 高 め る こ と がで き る 。
こ れ ら の 2 個 の シ ー ト · タ イ プ検 出 コ ィ ノレ は相互 に 離れ た位置 に 配置す る こ と も で き る し ， 一部が重な る よ う に 配置 し て も よ い。
好 ま し い 実施態様 に お い て は， 一 ト · タ イ プ検 出 コ イ ル対力く 2 組設 け ら れ， こ れ ら 4 個 の 検出 コ イ ルが ブ リ ッ ジ 回路 の 4 辺を構成す る よ う に 接続 さ れ る 。 こ の構成 に よ っ て 感度が一層高 ま る 。
こ の 発明 は上述 し た 円形 タ イ プ も し く は シ ー ト · 夕 イ ブの 検 出 コ イ ル， ま た は上記の 磁歪式応力 セ ン サ の 応用 装置 を 提供 し て い る 。
こ の 発明 に よ る 軸受装置 は， 円 筒状 の 内 周面を も つ 筐体， 支持すべ き 回転軸の 外周 面 と 筐体 の 内 周面 と の 間 に 一定の 間隙が形成 さ れ る よ う に 回転軸 を 回転 自 在 に支持す る ， 筐体 に 設 け ら れ た 軸受， お よ び筐体 の 内 周面 に ， 上記直線部分が回転軸 の 軸方向 に 4 5度傾 く よ う に 固定 さ れ た上記 円 形 タ イ ブ ま た は シ ー ト · タ イ プ の .検 出 コ ィ ノレ か ら 構成 さ れ る 。
こ の 軸 受 装 置 に は 応 力 セ ン サ （捩 り ト ル ク · セ ン サ） の た め の 検 出 コ イ ル力く内蔵 さ れて い る 力ヽ ら ， こ の 軸受装置 に 回転軸 を挿入す る だ け で ト ル ク 検 出 が可能 と な る 。
こ の 発明 に よ る パ ワ ー · ス テ ア リ ン グ装置 は， ス テ ァ リ ン グ · シ ャ フ 卜 に 働 く 捩 り ト ル ク を検 出す る 磁歪 式応力セ ン サ ， 補助 ト ル ク を 発生す る 補助 モ ー タ ， お よ び 磁歪 式 応 力 セ ン サ の 検 出 ト ル ク に 基 づ い て 補助 モ ー タ を 制御す る コ ン ト ロ ー ラ カ、 ら 構成 さ れて い る 。
こ の 発 明 に よ る ト ル ク 制御装置 は， 動力源 と し て の モ ー タ ， モ ー タ の 回転力 を 出 力軸 に 伝達す る 動力伝達 機構， 動力伝達機構 に お け る 回転軸 に 働 く 捩 り ト ル ク を検 出 す る 磁歪式応力 セ ン サ ， お よ び磁歪式応力 セ ン ザ の 検 出 ト ル ク が あ ら 力、 じ め 定 め ら れた所定値 に な る よ う に 上記モ ー タ を制御す る コ ン ト ロ ー ラ を備 え て い る o 図面 の 簡単な 説明
第 1 図 か ら 第 6 図 は 第 1 実 施 例 の 検 出 原 理 （ そ の 1 ) を示す も の で あ る 。 1 図 は 回転軸 の 捩 り ト ル ク を検 出 す る よ う に 配置 さ れ た検 出 コ イ ル と 回転軸 と を示す斜視図で あ る 。
2 図 は 回転軸 と 検 出 コ イ ル の側面図で あ る 。
3 図 は 検 出 コ イ ル に お け る 巻 回 方 法 の 一例 を 示 す。
4 図 は検 出 コ イ ル に お け る 巻回方法の 他の 例 を 示 す。
5 図 は検 出 コ ィ ノレ の 等価回路で あ る 。
6 図 は検 出 回路の 一例 示す回路図で あ る 。
7 図お よ び第 8 図 は 第 1 実施例 の検 出原理 （ そ の
2 ) を 示す も の で あ る 。
7 図 は 回転軸 の 捩 り ト ル ク を検 出す る よ う に 配置 さ れ た検 出 コ イ ル と 回転軸 と を示す斜視図で あ る 。
8 図 は検 出 回路 の一例 を 示す回路図で あ る 。
9 図 か ら 第 1 1図 は 第 1 実 施 例 の 検 出 原 理 （ そ の
3 ) を 示す も の で あ る 。
第 9 図 は 回転軸 の 捩 り ト ル ク を検 出 す る よ う に 配置 さ れ た検 出 コ イ ル と 回転軸 と を示す斜視図で あ る 。
第 1 0図 は重ね 合わ さ れ た 2 つ の検 出 コ ィ ルが相互 に 磁気的影響を及 ぼ さ な い こ と を説明す る た め の も の で あ る ο
第 1 1図 は検 出 コ イ ル の 特性 の 測定例 を 示す グ ラ フ で あ る o
1 2図 は検 出 コ イ ル の 構成例 を示す平面図で あ る 。 m¾回 4 回
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698I0/€6df/I3d 98ISI/W O 第 2 5図 は 第 2 実 施例 の 基 本構 成 4 を 示 す も の で あ り ， 検 出 コ イ ル を つ く る 様子 を 示す。
第 図 は 第 3 実施例 を 示す も の で， 軸受装置 の 断面 図であ る 。
第 Π図 は 応用 例 （ そ の 1 ) を 示す も の で， 電動式パ ヮ ー · ス テ ア リ ン グ装置 の構成を 示 し て い る 。
第 28図 は 応用 例 （ そ の 2 ) を 示す も の で， ト ル ク 制 御装置 の構成を 示 し て い る 。
第 29図 は 従来例 を示す斜視図で あ る 。
第 3 0図 は 従来例 に お け る 磁気等価回路を 示す。 発明 を 実施す る た め の 最良の 形態
第 1 実施例
検 出原理 （ そ の 1 ) -- 第 1 図 お よ び第 2 図 に お い て， 磁歪式応力 セ ン サ は 1 つ の 検 出 コ イ ル 1 0を 含む。 歪 （ ま た は ト ノレ ク ） が検 出 さ れ る べ き 測定対象部材 は， こ こ で は炭素鋼で形成 さ れた 回転軸 4 0で あ る 。 検 出 コ イ ル 1 0は 2 つ の 半 円形 部分 1 G A ， 1 D B と ， 中心を通 る 直線部分 1 0 C と か ら 構 成 さ れ て い る 。 こ の よ う な 検 出 コ イ ル 1 0は ， 後 に 詳 述 す る よ う に ， フ レ キ シ ブ ル ' プ リ ン ト 配 線 板 ( F l e x i b l e P r i n t e d W i r i n g B o a r d ： 以下 F P W B と い う ） の よ う な 可撓性非磁性絶縁 フ ィ ル ム上 に銅等の 導電性材料を パ タ ー ニ ン グす る こ と に よ り 形成 さ れ る か， ま た は コ ア に 巻回す る こ と に よ り 形成 さ れ る 。 検 出 コ ィ ル 1 0は 回転軸 4 0の外周面 に わ ずかの一定間 隔 を 保 つ て沿 う よ う に配置 さ れ る 。
後 出 コ ィ ノレ 1 0は 1 タ ー ン の も の で も よ い 力く， 好 ま し く は複数 タ ー ン を も つ よ う に 巻回 さ れ る 。 検 出 コ イ ル
1 0の 巻 き 方 の 例 が 第 3 図 お よ び 第 4 図 に 示 さ れ て い る o こ れ ら の 図 に お い て， 説明 の 便宜上， 用紙 の 通 り に左， 右， 上， 下を定 め る 。 ま た， 矢印 は コ イ ル に 流 れ る 交流の 励磁電流の 向 き （あ る 瞬間 に お け る ） を表 わす
3 図 に お い て， 下か ら 左側半分を半 円状 に 廻 っ て
(巻 い て） 上 に 至 り （左半 円形部分 1 1 A ) , 上か ら 円 の 中心を通 っ て真直 ぐ に下 に 向 い （直線部分 1 1 C ) ， 下か ら 右側半分を半 円 状 に 廻 っ て （巻 い て ) 再 び上 に 至 り (右半 円形部分 1 1 B ) , 上か ら 円 の 中 、を通 つ て ぐ に下 ま で く る （直線部分 1 2 C ) 。 こ れで 1 夕 一 ン で め o
次 に 再 び下か ら 左側半分を半 円状 に 廻 つ て上 に 至 り (左半 円形部分 1 2 A ) ， 上か ら 円 の 中心を通 っ て 直線 的 に 下 に 向 い （直線部分 1 3 C ) ， 下か ら 右側半分 を半 円状 に 廻 っ て再 び上 に 至 り （右半 円形部分 1 2 B ) ， 上 カヽ ら 円 の 中 心 を 通 っ て 真 直 ぐ 下 ま で く る ( 直線 部分 1 C ) 。 こ れで 2 タ ー ン で あ る 。
同 じ ょ う に し て所望 の タ ー ン数巻回 し て最後 に 直線 部分 I N C 力、 ら 外部 に 弓 1 出 さ れ る 。
作図の 都合上， 左半 円 部分 11 A , Π A は わずか に ず ら し て描かれて い る が， こ れ ら は紙面の 上力、 ら み る と あ た 力、 も 1 本で あ る かの よ う に 重ね ら れて い る 。 右半 円部分 11 Β ， Π Β 等， 直線部分 11 C 〜 1 N C に つ い て も 同 じ で あ る 。
こ の よ う な 検 出 コ イ ル 10の 両端間 に電流を流す と 左 半円 部分 10 A ( 11 A , Π A 等を ま と め て i 0 A と す る ） と 右半円 部分 10 B ( 11 B , 12 B 等 を ま と め て B .と す る ） と で は 電 流 は 互 い に 逆 向 き に 流 れ る 。 直線部分 10 C ( 11 C , 12 C , 13 C , 1 C , I N C 等を ま と め て 10 C と す る ） で は すベて 同 じ 向 き に流れ る 。
し た 力 つ て ， 左 半 円 部 分 1 G A と 直線 部 分 10 C と に よ っ て囲 ま れ た 空間 S A を通 る 磁束 0 A と ， 右半 円部 分 1 G B と 直線部分 1 G C と に よ っ て 囲 ま れ た 空間 S B を 通 る 磁束 0 B と は逆向 き に な る 。 こ れ ら の 磁束 0 A と φ B と に よ っ て 直線部分 1 G C の ま わ り に磁束 ø が形成 さ れ る （ 第 1 図参 照 ） 。 も ち ろ ん ， 半 円 部分 I D A , i 0 B の ま わ り に も 磁束がで き る が， そ れ は わずかで あ り ， かつ 応力測定 に は 関与 し な い。
第 4 図 に お い て は， ま ず左半分が所定回数巻回 さ れ る 。 す な わ ち ， 下か ら 左側半分を半円状 に 廻 っ て上 に 至 り （左半円形部分 11 A ) ， 上か ら 円 の 中心を通 っ て 真 直 ぐ に 下 に く る （ 直 線 部 分 11 C ) 。 再 び 下 か ら 左 側 半 分 を 半 円 状 に 廻 っ て 上 に 至 り （ 左 半 円 形 部 分 1 2 A ) ， 上か ら 円 の 中心を通 っ て 直線状 に下 に く る (直線状部分 U C ) 。 左半分 に つ い て所定複数回 の 巻 回が終 る と ， 次 に 右半分の 巻回 に 移 る 。 下か ら 右側半 分を半 円状 に 廻 っ て上 に 至 り （右半 円形部分 1 1 B ) ， 上か ら 円 の 中心を通 っ て真直 ぐ に 下 に く る （直線部分 1 3 C ) 。 再 び下か ら 右側半分を半 円 状 に 廻 っ て上 に 至 り （右半 円形部分 1 2 B ) , 上か ら 円 の 中心を通 つ て真 直 ぐ 下 に く る （直線部分 1 4 C ) 。 右半分 に つ い て も 所 定複数回巻回 し た の ち に リ ー ド部分が外部 に 引 出 さ れ 。
こ の 検 出 コ イ ル に お い て も ， 第 3 図 に 示 す も の と 全 く 同 じ よ う に電流が流れ， 同 じ 形態の 磁束 ø A ，
Φ ( Φ ) が生成 さ れ る 。
こ の よ う な 形 状 の 検 出 コ イ ル は 肉 薄 で あ る と と も に， そ の構造が簡単で あ り ， 小型化が可能で あ る o よ た， 円形断面を も つ 回転軸の 外周面 に 沿 う よ う に 湾曲 し た形状 に つ ぐ る こ と がで き る 。 空間が多 い の で放熱 効果が大 き い ， 等の特徴を も つ 。
再 び第 1 図 お よ び第 2 図 に お い て， 回転軸 4 0に 捩 り ト ル ク T を加 え る と ， 回転軸 4 Qに は そ の 中心線 に対 し て 土 4 5度の 方 向 に 引 張応力 の σ お よ び圧縮応力 一 σ が 発生す る 。 こ れ ら の 応力 に よ っ て 回転軸 4 0の 応力発生 箇所の透磁率が変化す る 。 捩 り ト ル ク に よ る 透磁率の 変化を検出 す る た め に ， 検 出 コ イ ル 1 Gは そ の 直線部分 10 C が回転軸 40の 中心線 に 対 し て 45度傾斜す る よ う に 配置 さ れ る 。
検 出 コ イ ル 10の左， 右の半 円 コ イ ル部分の 自 己 イ ン ダ ク タ ン ス を そ れぞれ L l ， L 2 ， こ れ ら の 相互 イ ン ダ ク タ ン ス を M と す る と ， 検 出 コ ィ ノレ 10の イ ン ダ ク タ ン ス L は
L - L 1 + L 2 + M 2
で表わ さ れ る 。 検 出 コ イ ル 10の 等価回路が第 5 図 に 示 さ れて い る 。
回転軸 40に加え ら れ る ト ル ク T に よ っ て発生す る 応 力 士 σ に よ つ て 回転軸 40の 透磁率が場所 に 応 じ て変化 す る こ と に よ り ， 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス Μ が変化す る (第 1 図で は 直線部分 10 C は圧縮応力 一 σ の 方向 と 直 交 し て い る の で Μ が減少す る ） 。 し た 力く つ て， 検 出 コ ィ ノレ 10の ィ ン ダ ク タ ン ス L が変化す る 。
こ の ィ ン ダ ク タ ン ス L の 変 化 を 検 出 す る こ と に よ り ， ト ノレ ク Τ の 大 き さ を検 出 す る こ と がで き る 。 イ ン ダ ク タ ン ス L の 変化 は検出 コ イ ル 10の 両端 に一定電圧 を 印加 し て お き ， 流れ る 電流の 変化 と し て検 出す る こ と も で き る し ， 検 出 コ イ ル 10に 流れ る 電流を一定 に し て お い て電圧 の 変化 と し て検 出 す る こ と も で き る 。
検 出 回路 の一例が第 6 図 に 示 さ れ て い る 。 検 出 コ ィ ル 1 ϋと 抵抗 R と の 直列接続回路 を交流電源 Πで励磁す る 。 抵抗 R の 両端電圧 を 同期整流器 30ま た は他 の 整流 器等 に よ り 平滑す る 。 ト ル ク が加 わ っ て い な い と き の 平滑 出力 と ト ル ク が加わ っ た と き の 平滑 出 力 と の 差分 が ト ル ク の 大 き さ を表わ す。
検 出原理 （そ の 2 )
第 7 図 に お い て磁歪式応力 セ ン サ は 2 個 の検 出 コ ィ ル 10， 20を 含む。 こ れ ら の 検 出 コ イ ル は先 に 説明 し た 検 出 コ イ リレ 10と 同 じ 構造を も つ 。 検 出 コ イ ル 10の 直線 部分 1 G C の方向 と 検 出 コ イ ル 2 βの 直線部分 2 D C の 方向 と は 90度異な る 。 す な わ ち ， 検 出 コ イ ル 10の 直線部分 10 C は圧縮応力 一 び の方向 と 直交 し ， 検 出 コ イ ル 10の 直線部分 2 G C は 引 張応力 + σ の方向 と 直交す る 。 こ れ ら の 検出 コ イ ル 10， 2 Gも ま た 回転軸 40の 外周面 に 一定 の 間隔 を も っ て沿 う よ う に 湾 曲 し て い る 。 検 出 コ イ ル 10と 2 ϋは相互 に影響を及 ぼ さ な い 程度 に離 し て配置 さ れて い る 。
こ の よ う な 配置 の 2 つ の 検 出 コ イ ル 10, 20を も つ 磁 歪式応力 セ ン サ の 検出回路 の 一例 が第 8 図 に 示 さ れて い る 。 検 出 コ イ ル 10は抵抗 R 1 と 直列 に接続 さ れ， 検 出 コ イ ル 2 ΰは抵抗 R 2 と 直列 に接続 さ れて い る 。 こ れ ら の 2 つ の 直列接続回路 が並列 に 接続 さ れ （ プ リ ッ ジ 回路 を構成） ， 交流電源 31に よ っ て駆動 さ れ る 。
検 出 コ イ ル 10と 抵抗 R 1 と の 接続点お よ び検 出 コ ィ ル 20と 抵抗 R 2 と の接続点が同期整流器 3 Gの 差動増幅 回路 Πの 入力側 に 接続 さ れて い る 。 交流電源 31か ら 出 力 さ れ る 励磁信号 と 差動増幅回路 32の 出 力信号 と が乗 算器 33で乗算 さ れ る 。 乗算器 33の 出 力が低域通過 フ ィ ル タ （ L P F ) 34に与え ら れ， そ の 直流成分が抽 出 さ れ る 。 L P F 34の 出 力が応力検 出 出 力 と な る 。
回転軸 4 βに 捩 り ト ル ク Τ が与え ら れて い な い状態で は， ブ リ ッ ジ 回路が平衡状態 に な る よ う に あ ら か じ め 調整 さ れて い る 。 こ の と き 差動増幅回路 32の 出 力 は零 あ ο。
回転軸 40に 捩 り ト ル ク Τ が加 え ら れ る と ， 検 出 コ ィ ル 10の ィ ン ダ ク 夕 ン ス 力く減少 し ， 検 出 コ イ ル 20の ィ ン ダ ク 夕 ン ス 力く増大す る 。 こ れ に よ り ， ブ リ ッ ジ 回路が 不 （非） 平衡状態 に な り ， 不平衡の 程度 に 応 じ た検 出 出 力が同期整流器 30か ら 得 ら れ る 。
こ の よ う な配置の 2 個 の 検出 コ イ ル 10， 20を 用 い る と ， こ れ ら の イ ン ダ ク タ ン ス が正， 負方向 に 変化 し ， そ の 差動 出 力 を得 る こ と がで き る の で ， 磁歪式応力 セ ン サ の 感度が高 ま る 。
検 出 回路 に お い て， 抵抗 R l ， R 2 に 代え て コ イ ル ( イ ン ダ ク 夕 ン ス ） を 用 い て も よ い 。 コ イ ル を用 い る 方が ブ リ ッ ジ 回路 の 感度が高 ま る 。 ま た ， 検 出 回路 に は 整流平滑回路以外 に ， 実効値を検 出 す る 回路， ピ ー ク · ホ ー ル ド回路等を採用 し う る 。
検 出原理 （ そ の 3 ) 9 図 に お い て は 2 つ の 検 出 コ ィ ノレ 10と 20と が上下 に ぴ つ た り と 重ね 合わ さ れて い る 。 検 出 コ ィ ル 10の 直 線部分 10 C と 検 出 コ イ ル 20の'直線部分 20 C と は 直交 し て い る 。 こ の よ う な 配置 の検 出 コ ィ ノレ 10， 20に つ い て も 第 8 図 に 示す検 出 回路が用 い ら れ る 。
2 つ の検 出 コ イ ル 10と 2 Qと が上下 に ぴ っ た り と 重ね 合わ さ れて い れ ば （ た だ し ， そ れ ら の 直線部分 10 C と 20 C と が直交 し て い る ） ， こ れ ら の 検 出 コ ィ ル 10と 20 と は相互 に影響 を及ぼ し 合わ な い。 そ の理 由 は 次の 通 り で め る 。
第 10図 に お い て， 検 出 コ イ ル 20の 一方の半 円 コ イ ル 部分 ( 直線 部 分 20 C と 半 円 形 部 分 20 B か ら 構成 さ れ る ） を考え る 。 検 出 コ イ ル 10の 各半円 コ ィ ル部分で発 生す る 磁束 0 A と 0 β と は逆向 き で あ り ， かつ そ の 強 さ は等 し い 。 磁束 0 Α の う ち 検 出 コ ィ ノレ 20の 上記一方 の半 円 コ イ ル部分 の 内 部 を通 る 磁束 と ， 磁束 ø β の う ち 同 じ 半 円 コ イ ル部分の 内部を通 る 磁束 も 互 い に 逆向 き で あ り ， かつ そ の 強度 は等 し い。 し た が つ し ， 検 出
3 ィ ル 20の 上記一方の 半 円 コ イ ル部分 の 内 部を通 る 磁 束の 総和 は零で あ る 。 す な わ ち ， 検 出 コ ィ ル 1 ΰに よ つ て発生す る 磁束 は上記半円 コ イ ル部分 と 鎖交 し な い。 同 じ よ う に ， 検 出 コ イ ル 10に よ っ て発生す る 磁束 は， 検 出 コ ィ ル 20の 他 方 の 半 円 コ ィ ル 部 分 と も 鎖交 し な い o 検 出 コ イ ル 20に よ っ て発生す る 磁束 も 検 出 コ イ ル 10の い か な る 部分 と も 鎖交 し な い 。 し た 力く つ て， 検 出 コ イ ル 10と 20と は相互 に い か な る 磁気的作用 も 及 ぼ し 合わ な い 。
第 9 図 に 示す配 構造 は 2 個 の検 出 コ イ ル 10と 20と を一箇所 に配置で き る と い う 特徵を も つ 。 こ れ ら の 検 出 コ ィ ノレ 10と 20に お け る ィ ン ダ ク 夕 ン ス の 変化分の 差 動 出力 を 得 る こ と がで き る の で ， 感度が高 ま る と い う 利点があ る ο さ ら に ， 回転軸 40に お け る 透磁率の 不均 —性 も 2 つ の検 出 コ ィ ノレ 10， 20の イ ン ダ ク タ ン ス に お い て相殺 さ れ る の で， 検 出 回路 の零点変動を 回避で き る と い う 特徴 も も つ ο
第 11図 は 第 9 図 に 示す配置構造を も つ磁歪式応力 セ ン サ の 測定 さ れ た特性 を 示 し て い る 。 測定 に用 い ら れ た検 出 コ ィ ル 10と 20の 巻数 は と も に タ ー ン で， 直径 が 20 m mで あ る ο 流電源か ら 検 出 コ イ ル 10， 20に 与え ら れ る 励磁電流 は 1. 2 A (一定） ， そ の励磁周波数 は 80 KH 2 で あ る 。 回転軸 40は 直径 25mmの炭素鋼。 こ の 回 転軸 4 βに 加え る 捩 り 卜 ル ク T を — 20Kgm - 20 K g m の 範 囲で変化 さ せ た 。
ト ル ク の 変化 に 対 し て検 出 回路 の 出力電圧 は か な り 良 い 直線性を 持つ (若干の ヒ ス テ リ シ ス 力くあ る ） 。 ト ル ク の方 向 に よ り 出力電圧 は正負 の 範囲 に 及ん で変化 す る 。
構成例 第 1 2図 は F P W B 上 に 導 電 材 料 に よ り コ イ ル · パ タ ー ン を形成 し た 状態 を 示 し て い る 。 一枚の F P W B 35の 表面上 に 左半 円形部分 1 1 A , 直線部分 1 1 C ， 右半 円 形 部分 1 1 B , お よ び左半 円 形 部 分 1 1 A に つ な が る リ ー ド部分 1 1 a 力く プ リ ン ト 形成 さ れ る 。 F P W B 35の 裏面 に 直線部分 12 C お よ び そ れ に つ な が る リ 一 ド 1 1 b が形成 さ れ， 右半 円形部分 1 1 B と 直線部分 12 C と が ス ル ー ホ ー ル 1 9を 通 し て 接 続 さ れ る 。 こ れ に よ り ， ヮ ン · タ ー ン の検 出 コ イ ル 1 0が構成 さ れ る 。
複 数 タ ー ン の 検 出 コ イ ル を 構 成 す る た め に は ， ヮ ン · タ ー ン の コ イ ル · パ タ ー ン がそ れぞれ形成 さ れ た 複数枚の F P W B を重ね 合わ せ （ コ イ ル · パ タ ー ン 上 に は絶縁膜が形成 さ れ る ） ， こ れ ら の コ イ ル · パ タ ー ン を ス ル ー ホ ー ゾレ を通 し て電気的 に接続 し て い け ば よ い
第 U図 は巻線の 巻回 に よ り 形成 さ れた， ま た は上述 の よ う に F P W B を 用 い て 形 成 さ れ た 検 出 コ イ ル 1 0 ( ま た は検出 コ ィ ノレ 1 0と 20と を 重ね 合わせ た も の ） の 裏面 （回転軸 40と 対向す る 面 と は反対側 の 面） に透磁 率の 高 い ヨ ー ク 部材 36， た と え ば ア モ ル フ ァ ス ' ョ 一 ク を配置 し た構成を 示 し て い る 。 検 出 コ イ ル 1 0 ( お よ び 20) か ら 発生す る 磁束 は こ の ヨ ー ク 内 を通 る た め に ， コ イ ル の イ ン ダ ク タ ン ス カ 高 く な り ， 検出感度が 向上す る 。 検出 コ イ ル 1 () ( お よ び 2 fl ) は 回転軸 4 βの 外周 面 に 直 接 （ ま た は絶縁性 フ ィ ル ム を 介 し て） （少な く と も 回 転軸 4 βと 電気的絶縁性 を 保 っ て ） 接着 し て も よ い。
第 14図 は， 次の 3 種類の構造 ま た は取付 け形態 に お け る 感度 の 違 い を 示す も の で あ る 。 第 9 図 に 示す重ね 合 わ さ れ た 2 個 の 検 出 コ イ ル 1 Q , 2 Qが用 い ら れ て い ο
(1) 検出 コ イ ル を 回転軸 の 外周 面 に 直接 に 粘付 し た 形態 （直付 け）
(2) 検 出 コ イ ル を 回転軸の 外周面か ら 1. 5mm の 間隔 を離 し て配置 し た形態 （空隙 1. 5Dini )
(3) 検 出 コ イ ル の 裏面 に ァ モ ノレ フ ァ ス · ヨ ー ク を設 け た も の を ， 回転軸の 外周面か ら 1. 5 m Di の 間隔 を離 し て配置 し た形態 （空隙 + ヨ ー ク ） -- こ の グ ラ フ か ら 分 る よ う に ， い ずれの形態 も 応力 セ ン サ と し て機能す る 。 直付 け が最 も 感度が高 い。 検 出 コ イ ル を 回転軸力、 ら 離 し た場 合 に は， ヨ ー ク を設 け た 方が感度が高 く な つ て い る 。
第 15図 は ヨ ー ク 36に 円形の コ ア 37が一体的 に形成 さ れ た例 を 示 し て い る 。 ヨ ー ク 36お よ び コ ア 37は透磁率 が高 い 材料で構成 さ れ る 。 コ ア 37の 中心を通 っ て そ の 直径方 向 に 溝 37 a が形成 さ れて い る 。 ヨ ー ク 36お よ び コ ア 37は 回 転軸 4 ϋの 外 周 面 に 沿 う よ う に 湾 曲 し て い る 。 コ ア Πの ま わ り お よ び溝 37 a 内 に 巻線が第 3 図 ま た は 第 4 図 に 示す よ う に 巻回 さ れ て検 出 コ イ ルが形成 さ れ る 。
第 1 6図 は他の 例 を 示 し て い る 。 円 形 ヨ ー ク 3 6 A お よ び 円形 コ ア Π Α は湾曲せず， 平板状で あ る 。 こ の よ う な ヨ ー ク お よ び コ ア を用 い て形成 さ れ た検 出 コ イ ル も ま た 回転軸 の よ う な 湾 曲 し た周面 を も つ 部材 に 充分 に 適用 で き る 。
第 1 7図 は， 第 9 図 に 示す よ う に 重ね 合わ さ れた 2 つ の 検 出 コ ィ ノレ に適 し た ヨ ー ク 3 6 B お よ び コ ア Π Β を示 し て い る 。 円形 コ ア Π B に は十字形 の 溝 Π a , Π b が 形成 さ れて い る 。
応力が検 出 さ れ る 測定対象部材が回転軸で あ る 場 台 に ， 検 出 コ イ ル を 回転軸か ら 離 し て配置 し て お け ば， 回転軸が複数回転 し て も 問題 は な い 。 検 出 コ イ ルを 回 転軸 の 外 周 面 に 接 着 し た 場 合 に は ， 検 出 コ イ ル 力、 ら リ ー ド線を 引 出す必要上， 回転軸 は 1 回転以下の 回転 を 行 う も の が好 ま し い。 も っ と も ， ス リ ッ プ · リ ン グ を 用 い て， 回転軸 に接着 さ れた 検 出 コ イ ル と の 電気的 接続を確保す る こ と も で き る 。 検 出 コ イ ル を後述す る 第 3 実施例 に 示す よ う に ， 回転軸 の 軸受の 一部を構成 す る 円 筒 状 筐体 の 内 周 面 に 貼 付 け る よ う に し て も よ い。 こ れ に よ り ， 検 出 コ イ ル は 回転軸の 外周面 と 一定 の 間隔 を保 っ て保持 さ れ る 。
応力が検 出 さ れ る 測定対象部材 は 回転軸 に 限定 さ れ る こ と は な い。 こ の 部材 は平板で も よ い。 平板の 場合 に は平板 に 加 え ら れ る 圧縮応力 ま た は 引 張応力が測定 さ れ る で あ ろ う 。 検 出 コ イ ル は， そ の 直線部分が測定 す べ き 応力 の方 向 と 直交す る よ う に配置 さ れ る 。
第 2 実施例 ,
基本構成 1 (引 張応力， 圧縮応力 を測定す る 場 合） 第 18図 お よ び第 19図 に お い て， 非磁性体で電気的絶 縁性を も つ 可撓性 フ ィ ル ム （上述 し た F P W B の よ う な ） 7 Gの 表裏両面 に ， 配線パ タ ー ン 50と がそ れ ぞれ 蛇行状 に形成 さ れて い る 。 配線パ タ ー ン 50は フ ィ ル ム 70の 表面 に 形成 さ れ， 平行な 直線部分 50 C と ， 隣接す る 直線部分 50 C を つ な ぐ 円弧状部分 5GA と か ら 構成 さ れて い る 。 配線パ タ ー ン 60は フ ィ ル ム 7 ΰの裏面 に 形成 さ れ， 平行 な 直線部分 60 C と 隣接す る 直線部分 を つ な ぐ 円弧状部分 6 (1 A と か ら 構成 さ れて い る 。 直線部 分 50 C と 60 C と は フ ィ ル ム 70を 挾 ん で 上下 に 丁度 重 な っ て い る （第 18図で は分 り や す く 図示す る た め に 直 線 部分 5 Q C と 6 fl C と は わ ず 力、 に ず ら し て描 か れ て い る ） 。 配線パ タ ー ン 50と 6βと は反対向 き に 蛇行 し て い る （ す な わ ち ， 半 周 期 分相 互 に ず れ て い る ） 。 し た が っ て， 円 弧状部分 5 G Α に 対応す る 裏面の 箇所 に は 円 弧状部分 60 A は存在せ ず， 円弧状部分 60 A に対応す る 表面 の 箇 所 に は 円 弧 状 部 分 50 A は 存在 し な い 。 む し ろ ， フ ィ ル ム 70の 裏面 に お い て 円弧状部分 6GA は表面 の 2 つ の 円 弧状 部 分 50 A の 間 の 位 置 に あ る 。 配線 パ タ ー ン 50と 60の 一端 は リ ー ド線 に よ り 検 出回路 75に 接 続 さ れ， 他端 は 直線部分 5GA， A の 半分の と こ ろ で 終 り ， フ ィ ル ム 70に 形成 さ れ た ス ノレ一ホ ー ル 70 A を 介 し て相互 に接続 さ れて い る 。 こ の よ う な 配線パ タ ー ン 50, 60は フ ィ ル ム 70の 表裏面 に 銅等の導電性の 良 い 材 料を プ リ ン ト す る こ と に よ り ， ま た は フ ィ ル ム 70の 表 裏面 に 導電層 を形成 し 配線パ タ 一 ン 以外の 部分を ェ ッ チ ン グ に よ っ て 除去す る こ と に よ り 形成 さ れ る 。 好 ま し く は ， 配線パ タ ー ン 50， 60の 上 に お い て フ ィ ル ム 70 の表裏面 に絶縁性保護膜が形成 さ れ る 。
こ れ ら の配線パ タ ー ン 50， 6βに は検出 回路 75に よ つ て交流の 励磁電流が流 さ れ る 。 あ る 時間 に お け る 電流 の 向 き が 配 線 パ タ ー ン 50， 6 ΰ上 に 矢 印 で 描 か れ て い る 。 配線パ タ ー ン 50の 一回 の 蛇 部分 （半周 期分） ( 1 つ の 直線 部 分 と 1 つ の 円 弧 状 部分 と か ら な る ） と ， そ れ に対応す る 配線パ タ ー ン 60の一回 の蛇行部分 と に よ っ て 1 タ ー ン の コ イ ル部分が形成 さ れ る 。 し た が っ て， 配線パ タ ー ン 50と 60と に よ っ て複数 タ ー ン の コ イ ル部分が平面的 （二次元的） に配列 さ れて な る 検 出 コ イ ル Πが形成 さ れ る こ と に な る （ フ ィ ル ム 7 ΰと 配 線 パ タ ー ン 50， 60と を 合 わ せ て 検 出 コ イ ル 71と い う ） 。 励磁電流 に よ っ て 隣接す る 1 タ ー ン · コ イ ル部 分 に は逆向 き の 磁束 0 Α ， Φ Β が生成 さ れ る 。 こ れ ら の磁束 は直線部分 5fl C , 6G C の ま わ り を 回 る 磁束 と な
•3 o 円弧状部分 50A , 6ϋΑ の ま わ り に も 磁束が形成 さ れ る が， こ れ ら は わずかで あ り ， 応力測定 に は 関与 し な い 0
の よ う な 検 出 コ イ ル Πは， 応力 を検 出すべ き 測定 対象部材 80の 表面 に電気的絶縁性を 保 っ て接着 さ れ る か， ま た は わ ずか の 間隔 を あ け て配置 さ れ る 。 好 ま し く は検出 コ イ ル Πの 部材 8 βと は反対側 に， 高透磁率材 料か ら な る ヨ ー ク 78， た と え ば ア モ ル フ ァ ス ， ヨ ー ク が配置 さ れ る 。 ヨ ー ク 78に検 出 コ イ ル Πを電気的絶縁 性を保 っ て接着すれば検 出 コ イ ル Πの 保持が容易 と な
Ό o 測 定 対象 部材 80は 棒 状 部 材 ま た は 板状部材で あ o 測定対象部材 80に 働 く 引 張応力 ま た は圧縮応力の 方向 と 検出 コ イ ル Πの 直線部分 50 C ， 60 C と が直交す る よ う に ，- 検出 コ イ ル Πが配置 さ れ る 。
測定対象部材 80に 引 張応力が加 え ら れ る と ， 検 出 コ ィ ル 71の イ ン グ ク タ ン ス が変化 （増加） す る 。 こ の ィ ン ダ ク 夕 ン ス の 変化分を検出 回路 75に よ り 検出す る こ と に よ り ， 部材 80に 働 く 引 張応力 が測定で き る 。 部材 80に圧縮応力が加 え ら れ る と ， 検 出 コ イ ル 71の イ ン ダ ク 夕 ン ス が減少す る の で ， 同 じ よ う に こ の 圧縮応力が 測定で き る 。 検 出 回路 ？ 5は 第 6 図 に 示す も の が用 い ら れ る 。 ま た， 第 8 図 に 示す よ う な ブ リ ッ ジ 回路の一辺 に検 出 コ イ ル 71を接続 し ， 他の 三辺 に コ イ ル （ イ ン ダ ク タ ン ス ） ま た は抵抗を接続 し て も よ い 。
フ ィ ル ム 7 0上 に 形成 さ れ る 配線パ タ ー ン 5 ΰ， 6 0の 蛇 行数 は任意で よ い の は い う ま で も な い 。 検 出 コ ィ ノレ 7 1 で は 複数の 1 タ ー ン · コ イ ル部分が二次元的 に 広が つ て い る の で， 測定対象部材 8 0の比較的広 い面積を 覆 う こ と に な る 。 し た が っ て， 測定対象部材 8 flに お け る 透 磁率が均一で な く , 多少不均一 な 部分が存在 し て も ， そ の 測定結果 に対す る 影響 は小 さ い も の と な る 。 検 出 コ イ ル 7 1の面積が広 く な れば な る ほ ど零点変動が少な く な る G 曰 る o ま た ， 検 出 コ イ ル 7 1は 空間 的 に 広 が つ て い る の で放熱性が良 い。 こ の こ と は， 比較的大 き な 励磁電流を 流す こ と が必要な 場合 に も 充分対処 し う る こ と を 意味す る ο
配線パ タ ー ン 5 0 と 6 0は 1 枚 の フ ィ ル ム 7 0の表裏両面 に形成 さ れて い る が， こ の構成 に 限定 さ れな い。 た と え ば， 2 枚の フ ィ ル ム の 各一面 に そ れぞれ配線パ 夕 一 ン 5 0， 6 0を形成 し , こ れ ら の 2 枚 の フ ィ ル ム を ， 直線 部分 5 0 C と 6 0 C と が重な り かつ 円 弧状部分 5 0 Α と 6 0 A と が重 な ら な い よ う に ， 重ね 合わせ， 各配線パ タ ー ン 5 0と 6 0の一端を検 出回路 に接続 し ， 他端を相互 に接続 る 構成 と す る こ と も で き る 。
基本構成 2 (捩 り ト ル ク を 測定す る 場合）
測定対象部材 は 回転軸 8 1で あ り ， こ の 回転軸 8 1に捩 り ト ル ク カ 与え ら れた と き に ， 軸方 向 に ± 4 5度 の方 向 に 発生す る 引 張応力 お よ び圧縮応力が測定 さ れ る 。
2 つ の 検 出 コ イ ル Πお よ び 7 2が用 い ら れ る 。 こ れ ら の 検 出 コ ィ ノレ の 構 成 は 第 1 8図 に 示 す も の と 同 じ で あ る 。 2 つ の 検 出 コ イ ル 7 1お よ び 7 2が回転軸 8 1の 外周 面 に， そ の 軸方向 に 対 し て + 4 5度 お よ び一 4 5度の 角 度を 保つ よ う に ， 斜め に 電気的絶縁性を 保 っ て貼付 け ら れ る 。 検 出 コ イ ル Πの 配線パ タ ー ン の 直線部分 （直線部 分 5 fl C ， 6 0 C ) は 引 張応力 ひ の 方向 に 直交す る 。 検 出 コ イ ル 7 2の 配線パ タ ー ン の 直線部分 は圧縮応力 一 び の 方向 に 直交す る 。 ま た， こ れ ら の検出 コ ィ ノレ 7 1と 7 2は そ れ ら の 磁界が相互 に影響を与え な い程度 に離 し て設 け ら れ る 。 検 出 コ イ ル 7 1， Πは 回転軸 8 1の 外周 面 に 貼 付せず に ， 外周面 と の 間隔 を一定 に ち な が ら 外周面 に 沿 う よ う に配置 し て も よ い （後述す る 第 3 実施例参 照） 。
第 2 1図 に検 出 回路 の 一例が示 さ れて い る 。 検 出 コ ィ ル Πと 7 2は プ リ ッ ジ 回路 の 2 辺 に接続 さ れ る 。 プ リ ッ ジ 回 路 の 他 の 2 辺 に は コ イ ル （ イ ン ダ ク タ ン ス ） L A , L B ( ま た は抵抗） が接続 さ れ る 。 駆動回路 7 6 (交流電源 3 1と 同 じ ） に よ っ て ブ リ ッ ジ 回路 に 励磁電 圧が印加 さ れ る 。 回転軸 8 1に 捩 り ト ル ク T が加 え ら れ て い な い 状態で は プ リ ッ ジ 回路 は平衡 し て い る よ う に あ ら か じ め 調整 さ れ る 。 回転軸 8 1に捩 り ト ル ク T が加 え ら れ る と ， 検 出 コ イ ル 7 1の イ ン ダ ク タ ン ス が増加 し ， 検 出 コ ィ ノレ 7 2の イ ン ダ ク タ ン ス が減少す る 。 し た が っ て ブ リ ッ ジ 回 路 は 非 （ 不） 平 衡 状態 と な る 。 ブ リ ッ ジ 回路 の 非 （不） 平衡電圧が ロ ッ ク イ ン増幅器 Π (上述 し た 同期整流器 と 同 じ も の ） に よ っ て検 出 さ れ る 。 ロ ッ ク イ ン 増 幅 器 7 7の 出 力 力く ト ル ク （ ま た は 応 力） の検 出 出力 と な る 。
検 出 コ イ ル 7 1， 7 2は可撓性 フ ィ ル ム上 に配線パ タ ー ン が形成 さ れ た も の で あ る か ら ， 容易 に 湾曲 さ せ て 回 転軸 8 1の 外周面 に 沿 わせ る こ と がで き ， し か も 配線パ タ ー ン に よ る 1 タ ー ン · コ イ ル部分が測定 に 支障を生 じ る ほ ど に 変 形 さ れ る こ と は 全 く な い 。 検 出 コ イ ル 7 1， 7 2の 長 さ は長 け れ ば長 い ほ ど （す な わ ち ， 1 夕 一 ン · コ イ ル部分の 数が多 け れば多 い ほ ど） 感度 を 高 め る こ と がで き ， かつ 回転軸 8 1に 存在す る 透磁率の-不均 —性の 影響が少 な く な る 。 検 出 コ イ ル Π , 7 2を 回転軸 8 1の ま わ り に 1 回以上巻 い て も よ く ， そ の長 さ は任意 で あ る 。 も っ と も ， 検 出 コ イ ル Π , 7 2の長 さ を長 く す る と 広 い ス ペ ー ス が必要 と な る 。 し た 力く つ て， 検 出 コ ィ ノレ 7 1， 7 2の長 さ は， 感度 と 配置 ス ペ ー ス と を考慮 し て定 め れ ば よ い 。
2 つ の検 出 コ イ ル Πと 7 2と を設 け る 必要 は必ず し も な い 。 1 つ の 検 出 コ イ ル Πま た は 7 2の み で も よ い 。 こ の 場 合 に は， 基本構成 1 で説明 し た検 出 回路が用 い ら れ よ う 。 基本構成 3 (検 出 コ イ ル の 一部 を 重ね た態様） 第 2 2図 に 示す配置構成で は， 4 つ の 検 出 コ イ ル 7 1， 7 2 , 7 3お よ び 7 4が設 け ら れて い る 。 検 出 コ ィ ノレ Πと 7 2 と がそ の一部 （好 ま し く は 中央部分） が重な り ， かつ 直交す る よ う に 配置 さ れて い る 。 検 出 コ イ ル Πと 7 4も ま た そ の 一部が重な り かつ 直交す る よ う に配置 さ れて い る 。 検 出 コ イ ル Π〜 7 4は 回転軸 8 1の 軸方向 に ± 4 5度 で傾 き ， かつ 回転軸 8 1の 外周面 に 沿 っ て い る （電気的 絶縁性を保 っ て直接 に 接着 さ れ る か， 一定間隔を あ け て配置 さ れ る かを 問 わ な い ） 。 検 出 コ イ ル Π〜 7 4の構 成 は第 1 8図 に 示 し た も の と 同 じ で あ る 。
2 つ の検 出 コ ィ ノレ Πと 7 2と が重な り 合 つ て い る 部分 が拡大 し て第 2 3図 に 示 さ れて い る 。 検 出 コ イ ル 7 1を構 成す る 2 つ の配線パ タ ー ン が実線 と 破線で， 検 出 コ ィ ル 7 2を構成す る 2 つ の 配線パ タ ー ン が一点鎖線 と 二点 鎖線で そ れぞれ表わ さ れて い る 。 こ の 重な り 部分 に お い て ， 検出 コ ィ ノレ Πは 2 つ の 1 タ ー ン · コ イ ル部分を 有 し ， 検出 コ イ ル Πは 2 つ の 1 タ ー ン · コ イ ル部分を 有 し て い る 。 検出 コ イ ル Πの 1 タ ー ン · コ イ ル部分 に よ っ て発生す る 磁束 は， 第 1 0図を参照 し て説明 し た も の と 同 じ 原理 に よ っ て， 検 出 コ イ ル 7 2の 1 タ ー ン · コ ィ ル部分 と 鎖交 し な い 。 同 じ よ う に ， 検 出 コ イ ル Πの 1 タ ー ン · コ イ ル部分 に よ っ て発生す る 磁束 は検 出 コ ィ ル Πの 1 タ ー ン · コ イ ル部分 と 鎖交 し な い。 こ の よ う に し て， 検 出 コ イ ル Πと Πと は 相互 に磁気的 に 影響 を 及 ぼ し 合 う こ と は な く ， 両検 出 コ イ ル Π と ？ 2と が離 れ て配置 さ れて い た場 合 と 同 じ よ う に 相互 に 独立 と な な o こ の 重な り 部分 に お け る 漏れ磁束が あ つ た と し て ち ， そ れ ら に よ る 磁 気 的 影 響 は 相 殺 さ れ る こ と に な 0
第 2 4図 は検 出 回路 の 一例 を 示す も の で あ 。 。 検 出 コ ィ ル 7 1， 1 2 , Πお よ び 7 4に よ っ て ブ リ ッ ジ 回路が構成 さ れ る 。 こ の ブ リ ッ ジ 回路 は， 回転軸 8 1に 捩 り トソレ ク が加え ら れて い な い状態で は平衡状態を保つ よ う に 調 整 さ れ て い る 。 他の 構成 は第 Π図 に 示す も の と 同 じ で あ る 。 4 つ の検 出 コ イ ルが用 い ら れて い る の で高 い感 度が 守 り し な 。
検出 コ ィ ノレ 7 3と 7 4を省略 し ， 検 出 コ イ ル 7 1 と 7 2 と に よ つ て応力 セ ン サ を構成す る こ と も で き る 。 こ の 場 合 に は， 第 2 1図 に 示す検出回路が用 い ら れ る
本構成 4 (検出 コ イ ル の他 の 構成）
2 5図 は 検 出 コ イ ル の 他 の 構 成 例 を 示 し て い る 。
F P W B の よ う な 薄 い可撓性 フ ィ ル ム 7 0の 一面上 に ， 蛇行状 に 配線パ タ ー ン 9 1が形成 さ れて い る 。 こ の 配線 パ 夕 一 ン Πの 表面 に は絶縁膜が形成 さ れて い る 。 fe縁 膜を形成す る 代わ り に ， 配線パ タ ー ン 上 に も う 一枚 の 絶縁性可撓性 フ ィ ル ム を重ね て も よ い 。 配線ノ、0 タ ー ン 9 1の 両端面 に は導電性パ ッ ドが形成 さ れ， こ こ に リ 一 線 9 1 a , 9 1 b が そ れ ぞ れ接続 さ れ る 。
配線パ タ ー ン 9 1の 直線部分 9 1 C の 位置で フ ィ ル ム 7 0 が互 い に 重な る よ う に 折 り 曲 げ ら れ る 。 隣接す る 2 つ の 折 り 曲 げ ら れ る 位置 の 直線部分 9 1 C の 間 に は偶数個 の 直線部分 9 1 C が存在す る よ う に 折 り 曲 げ位置が定め ら れ る 。 こ の 実施例 で は フ ィ ル ム 7 ΰは 3 箇所 に お い て 折 り 曲 げ ら れ， フ ィ ル ム 部分が 4 枚 に 折 り 畳 ま れて い る
こ の よ う な 構成 ： よ る と ， 重 ね 合 わ さ れ た 2 枚 の フ イ ノレ ム 部分上 に形成 さ れた配線パ タ ー ン の—回 の 蛇 行部分 に よ っ て 1 夕 — ン の コ ィ ル部分が形成 さ れ る 。
の 実施例で は 4 枚 の フ ィ ル ム 部分が重ね 合わ さ れ て い る の で， コ イ ル部分が上下 に二重 に形成 さ れ る こ と に な る 。 こ の よ う に ， 上下 に 多重 に コ イ ル部分を形成 す る こ と がで き る の で ， 単位面積 当 り の タ ー ン 数が増 大 し ， 感度が向上す る ο フ ィ ル ム 7 0は 薄 い も の で あ る か ら ， 多重 に折 り 畳ん で も そ れ ほ ど厚 く は な ら な い 。
第 1 8図 に 示す よ う に 表袅両面 に 2 つ の 配線パ タ ー ン が形成 さ れ た フ ィ ル ム を折 り 畳む よ う に し て も よ い 。
れ に よ つ て一層感度が 向上す る 。
第 3 実施例
第 3 実施例 は磁歪式応力 セ ン サ で用 い ら れ る 検 出 コ ィ ルが内蔵 さ れ た軸受 に 関す る も の で あ り ， 第 2 6図 に 示 さ れ て い る ο 軸 受 装 置 100 は 両 端 が 開 口 し た 円 筒 状 の 筐 体 101 と ， こ の 筐体 1 D1 の 両端部 に 内蔵 さ れ た ボ ー ル · ベ ア リ ン グ 1 G 2 と か ら 構成 さ れて い る 。 要す れば筐体 101 を固定す る た め の 固定用 フ ラ ン ジ， そ の他の 部材が筐 体 101 の 外側 に取付 け ら れ る 。
軸受装置 100 の 筐体 101 の 内 周面 と ， こ の軸受装置 100 の ボ ー ル · ベ ア リ ン グ 102 に 回転 自 在 に受 け ら れ た回転軸 Πと の 間 に は 全周面 に わ た っ て一定間隔 の 空 隙があ る 。 筐体 101 の 内 周面 に 2 つ の検出 コ イ ル Πお よ び 72が， ベ ア リ ン グ 102 に 受 け ら れ た 回転軸 81の 軸 方向 に対 し て ± 45度 に 傾 い た状態で， 電気的絶縁性を 保 っ て貼付 さ れて い る 。 2 つ の検 出 コ ィ ノレ 71と 72は そ の一部 に お い て重 な り ， かつ 直交 し て い る 。 検 出 コ ィ ルに は 第 18図 に 示す構成の も の か， ま た は第 25図 に 示 す構成の も の が用 い ら れ る 。 検出 コ イ ル Πと 72は 検 出 回路 に接続 さ れ る 。
こ の よ う に し て， 回転軸 を 回転 自 在 に 受 け る と と も に， そ の 回転軸 に 加 わ る 捩 り ト ル ク を検 出す る こ と が で き る 軸受装置が実現す る 。 検出 コ イ ル は 回転軸 の 外 周面 と の 間隔 を一定 に 保 っ て保持 さ れて い る 。 検 出 コ ィ ル を 保持す る 部材を 別途用 意す る 必要 は な い 。 検 出 コ イ ル は 回転軸 と 接触 し な い の で， 損傷を 受 け る こ と が な い 。 検 出 コ イ ル を 薄 く 形 成 す る こ と が で き る の で ， 軸 受装 置 内 部 に 広 い 空 間 は 必要 な い 。 し た 力く つ て， 小型 の 軸受装置， た と え ば直径 1 m m以下の 回転軸 を受 け る 軸受装置 に も 適用 で き る 。 小径の 回転軸 の 捩 り 卜 ル ク 検 出 も 可能 と な る o
検 出 コ ィ ノレ Π， 7 2の 長 さ は任意で あ る し ， そ の 個数 も 任意で あ る 。 第 1 図， 第 7 図， 第 9 図 に 示す よ う な 検出 コ ィ ル 1 0， 2 Gも ま た軸受装置 の 筐体の 内周面 に取 付け る こ と が可能で あ る ο
軸受装置 の ベ ア リ ン グ は ボ ー ル · ベ ア リ ン グ に 限 ら ず， ロ ー ラ · ベ ア リ ン グ で も よ い。 すべ り 軸受 に も 適 用 で き る 。 要す れば， 検 出 コ イ ル の 保護の た め に ， そ の表面が樹脂で覆 わ れ る o
応用例 ( そ の 1 ) 電動式パ ワ ー · ス テ ア リ ン グ装置 第 2 7図 に お い て ， ス テ ア リ ン グ · ノヽ ン ド ル 1 1 β が取 付け ら れ た ス テ ア リ ン グ • シ ャ フ 卜 1 1 2 は ジ ョ イ ン ト 1 1 5 に よ つ て第 1 の 回転軸 1 Π に 連結 さ れて い る 。 第 1 の 回転軸 1 U は ジ ョ イ ン ト 1 1 7 に よ っ て第 2 の 回転 軸 1 1 4 に連結 さ れて い る 。 第 2 の 回転軸 1 1 4 に は ピ ニ オ ン 1 1 8 が固定 さ れ， こ の ピ ニ オ ン 1 1 8 は ， 車体 1 2 9 に そ の横方 向 に 摺動 自 在 に 設 け ら れ た ラ ッ ク 1 2 4 と 嚙 み合 っ て い る 。
―方， 車体 1 2 9 の 両側 に は ベ ー ス 1 2 1 がそ の一端で 軸 1 2 2 に よ り 摺 動 自 在 ί二 取付 け ら れ て い る 。 ベ ー ス 1 2 1 に車輪 1 2 G が取付 け ら れて い る 。 ベ ー ス 1 2 1 の他 端 は リ ン ク 1 2 3 に よ り ラ ッ ク 1 2 4 の 端部 に そ れぞれ連 結 さ れて い る 。
速度検 出器 131 に よ っ て車両 の 走行速度が検 出 さ れ る 。 速度検 出器 131 は た と え ば ト ラ ン ス ミ ッ シ ョ ン の 出力軸の 回転量を検 出す る 。 速度検 出器 131 の検 出速 度 は パ ワ ー · ス テ ア リ ン グ ' コ ン ト ロ 一 ラ 132 に与え り れ O o
第 1 回 転軸 113 に 働 く 捩 り ト ル ク を 検 出 す る ト ル ク · セ ン サ 13β 力く設 け ら れて い る 。 こ の ト ル ク · セ ン サ 1 は第 1 実施例 か ら 第 3 実施例で説明 し た磁歪式 応力 セ ン サ で あ る 。 ト ル ク · セ ン サ 130 の 検 出 ト ル ク は コ ン ト ロ ー ラ 1 Π に与え ら れ る 。
。 ヮ 一 · ス テ ア リ ン グ用 の 補助 モ ー タ 1 が設 け ら れ て い る 。 補助 モ ー タ 1 Π の 回 転 力 は ボ ー ル · ネ ジ 134 カヽ ら ボ ー ル · ギ ヤ 116 に 伝 え ら れ る 。 こ の ギ ヤ 116 は 第 1 回転軸 1 U に 固定 さ れて い る 。
コ ン ト ロ ー ラ 132 で は， 入力す る 検出速度 お よ び検 出 ト ノレ ク に基づ い て， 所定の ァ ノレ ゴ リ ズ ム に し た 力く つ て ス テ ア リ ン グ補助 ト ノレ ク を算 出 す る 。 コ ン ト ロ ー ラ 132 は こ の 算出 し た補助 ト ル ク が発生す る よ う に補助 モ ー タ 133 を制御す る 。
こ の よ う に し て， ヽ ン ド ル 110 に加 え ら れ る ト ル ク と ， 補助 モ ー タ 133 に よ っ て発生す る ト ル ク と の 和 に に よ っ て車輪 U β の方向転換が行な わ れ る 。
第 1 〜第 3 実施例 に よ る 磁歪式応力 セ ン サ は回転軸 が た と え 回転 し て い な く て も ， 回転軸 に 捩 り ト ル ク が 加 わ っ て さ え い れば こ の ト ル ク を検 出す る こ と 力くで き る 。 し た 力く つ て ， ハ ン ド ノレ 1 1 0 に よ っ て ス テ ア リ ン グ · シ ャ フ ト 1 1 2 に ト ル ク 力く加 え ら れて い る 限 り ， パ ヮ ー · ス テ ア リ ン グ装置が働 き ， ス テ ア リ ン グ の補助 を す る こ と がで き る 。
応用 例 （ そ の 2 ) ト ル ク 制御装置
駆動源 と し て モ ー タ と 動力伝達機構 （ た と え ば変速 装置） と を含み， モ ー タ の 回転力 が動力伝達機構を介 し て 動 力 装 置 の 出 力 軸 に 伝 え ら れ る 動 力装 置 に お い て， ト ル ク 制御装置 は 出 力軸 に現 わ れ る ト ル ク が一定 に な る よ う に （ 目 標値 と 一致す る よ う に ） モ ー タ を制 御す る も の で あ る 。
動力伝達機構が存在せず， モ ー タ の 出 力軸が動力装 置 の 出 力軸で あ る 構成 に お い て は， 出 力軸 の ト ル ク 制 御 は モ ー タ の ト ノレ ク 制御 に帰す る 力、 ら ， モ ー タ の 出 力 ト ル ク 制御 を行 な え ば よ い。 モ ー タ の 出 力 ト ル ク 制御 は モ ー タ に 流れ る 電流の 制御 に よ っ て達成 さ れ る 。 こ の 場合 に は モ ー タ 電流検 出器が あ れば よ く ， ト ル ク · セ ン サ は不要で あ る 。
と こ ろ が， モ ー タ の 回転力 が動力伝達機構を介 し て 動力装置 の 出 力軸 に 伝達 さ れ る 場合 に は， 動力伝達機 構 に お け る 慣性や粘性 （ た と え ばギ ヤ の慣性や粘性） を 考慮 し な け れば な ら な い 。 出力軸の ト ル ク を一定値 に保っ た め （ ま た は 目 標値 に一致 さ せ る た め） に は， 出力軸の ト ル ク 検 出 が必要で あ る 。
第 28図 に お い て， 動力装置 は モ ー タ 140 と 変速装置 1 .1 と か ら 構成 さ れて い る 。 変速装置 14 G に は 多 く の ギヤ 143 〜 146 が設 け ら れて い る 。 モ ー タ 14 G の 出力 軸 140 a の 回転力 は ギ ヤ 143 〜 146 を介 し て動力装置 の 出力軸 142 に 伝達 さ れ る 。
動力装置 の 出 力軸 142 に は ト ル ク · セ ン サ 15 ΰ が設 け ら れて い る 。 こ の ト ノレ ク 《 セ ン サ 150 は上述 し た第 1 〜第 3 実施例 の 応力 セ ン サ に よ り 構成 さ れ る 。 ト ル ク · セ ン サ 150 の 検 出 ト ノレ ク は ト ノレ ク · コ ン ト ロ ー ラ 151 に与え ら れ る 。 ト ル ク · コ ン ト ロ ー ラ 151 は検 出 ト ル ク が一定 に な る よ う に ， ま た は 目 標値 に近づ く よ う に ， モ ー タ 140 を 制御す る 。
ト ル ク · セ ン サ 150 は変速装置 140 内 の 任意の 回転 軸 に設 け る こ と がで き る 。

Claims

請求 の 範囲
1 . 中心を通 り 直径方 向 に 溝が形成 さ れ た板状の 円形 コ ァ ，
上記 円形 コ ア と 結合 し た板状 ヨ ー ク ， お よ び 上記 コ ア の ま わ り に お よ び上記溝を通 っ て巻線が半 円 を描 く よ う に ， かつ 電流を 流 し た と き に上記溝を通 る 巻線の 直線部分 に は常 に 同方向 に ， 上記 コ ア の ま わ り の 巻線部分 に は上記溝の 両側で反対方 向 に そ れ ぞれ 電流が流れ る よ う に， 巻線が巻回 さ れて な る 検 出 コ ィ ル，
を備 え た磁歪式応力 セ ン サ 。
2 . 中心を通 り 十字形 に 2 つ の 溝が形成 さ れた板状の 円形 コ ア ，
上記 円形 コ ア と 結 合 し た板状 ヨ ー ク ，
上記 コ ア の ま わ り に お よ び上記の一方の 溝を通 っ て 巻線が半円 を描 く よ う に， かつ電流を流 し た と き に 上 記一方の 溝を通 る 巻線の 直線部分 に は常 に 同方向 に ， 上記 コ ア の ま わ り の 巻線部分 に は上記一方の溝の両側 で反対方向 に そ れ ぞれ電流が流れ る よ う に， 第 1 の 巻 線が巻回 さ れて な る 第 1 の 検 出 コ イ ル， お よ び
上記 コ ア の ま わ り に お よ び上記の 他方の 溝を通 っ て 巻線が半円 を描 く よ う に ， かつ電流を流 し た と き に上 記他方の溝を通 る 巻線 の 直線部分 に は常 に 同方向 に ， 上記 コ ア の ま わ り の 巻線部分 に は上記他方 の 溝の 両側 で反対方 向 に そ れ ぞれ電流が流れ る よ う に ， 第 2 の 巻 線が巻回 さ れて な る 第 2 の 検 出 コ イ ル，
を備 え た磁歪式応力 セ ン サ 。
3 . 上記 円 形 コ ア お よ び板状 ヨ ー ク が， 測定対象部材 の外面 に 沿 う 形状 と な っ て い る ， 請求の 範囲第 1 項 ま た は第 2 項 に記載の 磁歪式応力 セ ン サ。
4 . 上記検 出 コ イ ル の 直線部分が測定対象部材 に 働 く 検出すべ き 応力 の 方 向 に 直交す る よ う に ， 上記検 出 コ ィ ルが配置 さ れて い る ， 請求の 範囲第 1 項か ら 第 3 項 の い ずれか一項 に 記載の 磁歪式応力 セ ン サ
5 . 少 な く と も 2 つ の 半 円 形状 の コ イ ル • パ タ ー ン が， そ れ ら の 直線部分を一致 さ せ て 円形を構成す る よ う に 少な く と も 1 枚の フ ィ ル ム 上 に 形成 さ I， れ り の コ ィ ノレ · パ タ ー ン に電流を流 し た と き に , 3 ィ ル · パ タ ー ン の 直線部分 に 同方向 に電流が流れかつ 半 円 弧 部分 に逆方 向 に電流が流れ る よ う に， 上記の少 な く と も 2 つ の半 円形状 コ イ ル · パ タ ー ン がーつ の電流路 を 形成す る よ う に つ な 力く つ て な る 検 出 コ イ ル を備 え た 磁 歪式応力セ ン サ 。
6 . 互 い に 逆向 き に 巻回 さ れ る こ と に よ り 形成 さ れ た 2 つ の半 円 形状 コ イ ル部分が そ の 直線部分を一致 さ せ て 円形を構成す る よ う に配置 さ れ， 上記 2 つ の コ イ ル 部分が一本 の導電線でつ く ら れ， こ の導電線 に 電流を 4
流 し た と き に上記 2 つ の コ ィ ル部分の 直線部分 に 同方 向 に電流力く流れ る よ う に構成 さ れて な る 検 出 コ イ ル を 備 え た磁歪式応力 セ ン サ 。
• δ冃 求の 範囲第 6 項 に 記載の 2 個 の検 出 コ イ ルが， そ れ ら の 直線部分が直交す る よ う に ， 重ね て配置 さ れ て な る ， 磁歪式応力 セ ン サ ο
8 . 透磁率の 高 い コ ア が検 出 コ イ ル の一方の 面 に 設 け ら れて い る ， 求 の 範囲第 6 項 ま た は第 7 項 に記載の 磁歪式応力 セ ン サ 。
9 . 絶縁性 シ ー ト の 両 面 ί;二 第 1 お よ び 第 2 の 配線 パ タ ー ン が蛇行状 に 形成 さ れ， 第 1 お よ び第 2 の 配線パ タ ー ン は そ れ ぞれ直線部分 と ， 隣接す る 直線部分を つ な ぐ 弧状部分 と を 含み，
第 1 の配線パ タ ー ン と 第 2 の配線パ タ ー ン と は， 第 1 0配線パ タ ー ン の 直線部分 と 第 2 の 配線パ タ ー ン の 直線部分 と が重な り ， かつ 第 1 の配線パ タ ー ン の 隣接す る 弧状部分の 間 の 位置 に 第 2 の配線パ タ ー ン の 弧状部分が位置す る よ う に 配置 さ れ，
第 1 の配線パ タ ー ン の一端 と 第 2 の配線パ タ ー ン の 一端 と が， 重な る 直線部分 に 同方向 に電流が流れ る よ う に相互 に 接続 さ れ て い る
そ の よ う な 構成の 検 出 コ ィ ル を含む磁歪式応力 セ ン サ 。
1 0 . 第 1 の シ ー ト の 一面 に 第 1 の配線パ タ ー ン が蛇行 状 に 形 成 さ れ ， 第 2 の シ ー 卜 の 一 面 に 第 2 の 配線 パ タ ー ン が蛇行状 に 形成 さ れ， 第 1 お よ び第 2 の 配線パ タ ー ン は そ れぞれ直線部分 と ， 隣接す る 直線部分を つ な ぐ 弧状部分 と を 含み，
第 1 の シ ー ト と 第 2 の シ ー ト と は，
第 1 の配線パ タ ー ン の 直線部分 と 第 2 の 配線パ タ ー ン の 直線部分 と が重 な り ， かつ 第 1 の 配線パ タ ー ン の 隣接す る 弧状部分の 間 の 位置 に 第 2 の配線パ タ ー ン の 弧状部分が位置す る よ う に 重ね 合わ さ れ，
第 1 の配線パ タ ー ン の 一端 と 第 2 の配線パ タ ー ン の 一端 と が， 重な る 直線部分 に 同方向 に電流が流れ る よ う に相互 に接続 さ れて い る ，
そ の よ う な 構成の検 出 コ イ ルを含む磁歪式応力 セ ン サ。
1 1 . 可撓性絶縁 シ ー ト の 少 な く と も 一面 に配線パ タ ー ン が蛇行状 に 形成 さ れ， 配線パ タ ー ン上 に 絶縁が施 さ れ， 配線パ タ ー ン は 直線部分 と 隣接す る 直線部分 と を つ な ぐ 弧状部分 と を 含み，
直線部分が重な る よ う に ， かつ配線パ タ ー ン に 電流 を流 し た と き に 互 い に 重な る 直線部分 に 同方 向 に 電流 が流れ る よ う に ， 上記 シ ー ト を折畳む こ と に よ り 構成 さ れ る 検出 コ ィ ル を備 え て い る 磁歪式応力 セ ン サ。
1 2 . 配線パ タ ー ン の 直線部分が， 測定対象部材 に 働 く 検出すべ き 応力 の 方 向 に 直交す る よ う に ， 上記検 出 コ ィ ルが配置 さ れて い る ， 請求 の 範囲第 9 項か ら 第 11項 の い ずれか一項 に記載の 磁歪式応力 セ ン サ 。
13. 測定対象部材が回転軸で あ り ， 配線パ タ ー ン の 直 線部分が回転軸 の軸方 向 に 45度傾 く よ う に 上記検 出 コ ィ ルが配置 さ れて い る ， 請求の 範囲第 9 項か ら 第 11項 の い ずれか一項 に記載の 磁歪式応力 セ ン サ 。
1 L 上記 シ ー ト が測定対象部材の 外面 に 沿 う 形状 に 形 成 さ れて い る ， 請求の 範囲第 9 項か ら 第 11項の い ずれ か一項 に 記載の 磁歪式応力 セ ン サ。
15. 測定対象部材が回転軸 で あ «9 ，
請求の 範囲第 9 項か ら 第 11項の い ずれか一項 に記載 の 検 出 コ イ ル 力 2 個設 け ら れ， こ れ ら の検 出 コ イ ル が 相互 に離れた 位置 に お い て， そ れ ら の 直線部分が回転 軸の 軸方向 に対 し て ± 45度傾 い た姿勢で配置 さ れて い る ， 磁歪式応力 セ ン サ。
16. 測定対象部材が回転軸 で あ « ，
請求の 範囲第 9 項か ら 第 11項の い ずれか一項 に記載 の 検 出 コ イ ル 力 2 個 設 け ら れ ， こ れ ら の 検 出 コ イ ル が， そ れ ら の 直線部分が回転軸 の軸方 向 に対 し て ± 45 度傾 い た姿勢で かつ そ れ ら の一部が重な る よ う に配置 さ れて い る ， 磁歪式応力 セ ン サ
11. 上記 2 つ の 検 出 コ イ ル に お け る ィ ン ダ ク 夕 ン ス 変 化分の差を検 出す る 検出 回路を備 え て い る ， 請求の 範 囲第 15¾ま た 'は第 16項 に 記載の磁歪式応力 セ ン サ 。
1 8 . 請求の 範囲第 1 5項 ま た は 第 1 6項 に記載の検 出 コ ィ ル 対 カ 2 個 設 け ら れ ， こ れ ら 4 個 の 検 出 コ イ ル 力く ブ リ ッ ジ 回路 の 4 辺を構成す る よ う に接続 さ れて い る 磁 歪式応力 セ ン サ 。
1 9 . 請求 の 範囲第 9 項か ら 第 1 8項の いずれか一項 に記 載 の 検 出 コ イ ル の シ ー 卜 の 一面 に 透磁率の 高 い材質か ら な る ヨ ー ク が設 け ら れ て い る 磁歪式応力 セ ン サ 。 2 0 . 円 筒状の 内 周面を も つ 筐体，
支持す べ き 回転軸の 外周面 と 上記内 周面 と の 間 に一 定の 間隙が形成 さ れ る よ う に 上記回転軸を 回転 自 在 に 支持す る ， 上記筐体 に 設 け ら れ た軸受， お よ び
上記筐体の 内 周面 に ， 上記直線部分が上記回転軸の 軸方 向 に 4 5度傾 く よ う に 固定 さ れ た請求の 範囲第 1 項 か ら 第 1 9項の い ずれか一項 に 記載の 検 出 コ イ ル，
を備 え た軸受装置。
2 1 . ス テ ア リ ン グ · シ ャ フ 卜 に 働 く 捩 り ト ル ク を検 出 す る 請求の 範囲第 1 項か ら 第 1 9項の い ずれか一項 に記 載の 磁歪式応力セ ン サ
補助 ト ル ク を 発生す る 補助 モ ー タ ， お よ び
上記磁歪式応力 セ ン ザ の 検 出 ト ル ク に基づ い て上記 補助 モ ー タ を制御す る コ ン ト ロ ー ラ ，
を備 え た電動式パ ヮ 一 · ス テ ア リ ン グ装置。
2 2 . 動力源 と し て の モ一 夕 ，
モ ー タ の 回転力 を 出 力軸 に 伝達す る 動力伝達機構， 動力伝達機構 に お け る 回転軸 に働 く 捩 り ト ル ク を検 出す る 請求の 範囲第 1 項か ら 第 1 9項 に記載の 磁歪式応 力セ ン サ ， お よ び
上記磁歪式応力 セ ン サ の検 出 ト ル ク があ ら か じ め定 め ら れた所定値 に な る よ う に上記モ ー タ を制御す る コ ン ト ロ ー ラ ，
を 備 え た ト ル ク 制御装置。
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