JPH11258077A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度が良好で出力特性のヒステリシスが小さ
なトルクセンサを提供する。 【解決手段】 トルクセンサ１はシャフト２に外嵌され
た被検出部５と、被検出部５の歪みによる磁気的変化を
検出するための検出部６とから構成されている。被検出
部５を構成する磁歪材８は円筒状に形成され、中間スリ
ーブ７を介してシャフト２に対して一体回転可能に取り
付けられている。シャフト２に対して円筒状のヨーク10
が相対回転可能に配置され、ヨーク10の内側には励磁用
コイル11及び検出用コイル12がそれぞれ配設されてい
る。磁歪材８は厚さが０．５〜３ｍｍに形成されてい
る。磁歪材８は結晶質の磁歪材料で形成されている。磁
歪材料としてＮｉ含有量が３０〜８０重量％のＦｅ−Ｎ
ｉ合金にＣｒを数重量％添加したものが使用されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検出軸に作用す
るトルクを磁歪材の透磁率の変化を利用して検出するト
ルクセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の磁歪式のトルクセンサは、シャ
フトの外周面に固定された磁歪材がシャフトに働くトル
クによって捻じれて歪むことによりその透磁率がトルク
に応じて変化し、この透磁率変化に対応した磁束変化に
基づいて検出用コイルに誘導される誘導起電力からトル
クを検出するようになっている。磁歪式トルクセンサと
して被検出軸自身を磁歪材で形成すると、被検出軸の磁
気特性と機械的な強度とを両立させるのが難しく、加工
も難しいという問題があるため、一般に被検出軸の表面
に磁歪材が設けられる。

【０００３】特開平７−５５６０３号公報には、図５及
び図６に示す構成のものが開示されている。このトルク
センサでは、図５に示すように、鋼製軸素材５１の外周
面の磁歪測定部位に高磁歪合金（ＦｅＡｌ合金）層５２
が帯状に金属組織的に融合されて形成されている。ま
た、鋼製軸素材５１の高磁歪合金層５２と対応する箇所
には、複数の部分螺旋溝５３ａ，５３ｂが左右対称に形
成された溝形成部５４ａ，５４ｂが設けられている。溝
形成部５４ａ，５４ｂと対応する位置には励磁手段兼検
出手段として機能するコイル５５ａ，５５ｂがヨーク５
６の内部に配設されている。

【０００４】高磁歪合金層５２はＴＩＧ溶接、プラズマ
粉末溶接、プラズマ溶射などにより、帯状の肉盛層とし
て形成される。肉盛層が厚すぎると肉盛層に割れを発生
する虞がでるため、肉盛厚さを３ｍｍ以下とするのが良
く、高磁歪合金層５２としてＦｅＡｌ合金層を使用した
場合は、ＦｅＡｌ合金層による磁歪現象を有効に検出す
るためには、肉盛厚さを０．１ｍｍ以上とすることが望
ましいとしている。また、鋼製軸素材５１の表面の高周
波焼入れ処理により、少なくとも高磁歪合金層５２の厚
さ以上の深さにわたって硬化層が形成されている。

【０００５】そして、磁歪検出部の回路構成は図６に示
すように、コイル５５ａ，５５ｂと抵抗５７ａ，５７ｂ
とでブリッジ回路を形成し、対向する一方の接続点Ｃ−
Ｄ間を交流電源５８の供給側Ｖinとして、両コイル５５
ａ，５５ｂに交流の定電圧を印加しておき、対向する他
方の接続点Ａ−Ｂ間の出力を差動増幅器５９に接続して
ある。そして、図５の鋼製軸素材５１に対してトルクＴ
が加わると、差動増幅器５９からトルクに対応した出力
が生じるようになっている。

【０００６】また、特開昭５９−２２８１４０号公報に
は、車軸（被検出軸）に円筒状の磁歪材を嵌合したもの
が開示されている。この磁歪式トルクセンサは、磁歪材
の表面に多数の溝が軸心方向に４５度と−４５度の角度
をなすように形成された二つの環状領域が形成されてい
る。そして、磁歪材の外側に励磁用コイル及び検出用コ
イルが各環状領域に対応して２組みずつ配設され、励磁
用コイルは交流電源に接続され、検出用コイルは処理回
路に接続されている。そして、車軸に作用するトルクに
対応した検出信号が両検出用コイルから出力され、処理
回路でトルクが求められるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来より、トルクセン
サの検出感度の向上が要望されている。ところで、磁歪
材を通る有効磁束は、被検出軸及び磁歪材の総断面積に
対する磁歪材の占める断面積比率（有効断面積）に依存
する。従って、磁歪材を通る有効磁束を増やすには磁歪
材の厚さを厚くすればよい。また、磁歪材料自身の感度
を上げるには、通常の高透磁率材料と同様、結晶粒を粗
大化させる磁気焼鈍を行うのが一般的であった。

【０００８】しかし、トルクセンサの出力とトルクに
は、図７（ａ）に示すようなヒステリシス現象が存在す
る。センサのヒステリシスは材料の磁化特性に起因す
る。強磁性体の磁化過程には磁壁移動過程と、磁化回転
過程とがあり、磁化特性は図７（ｂ）に示すようなヒス
テリシスを生じる。センサのヒステリシスは材料の磁化
状態において、マイナーループが磁界Ｈの原点付近で不
安定なために起こるといわれている。その結果、トルク
零におけるセンサ出力が不安定になる。

【０００９】マイナーループの不安定さは、図７（ｂ）
のヒステリシス曲線（Ｂ−Ｈカーブ）が急峻な程大きく
なる。従って、Ｂ−Ｈカーブを寝かすことによりマイナ
ーループの不安定さを低減できる。Ｂ−Ｈカーブが寝た
状態になると透磁率は下がるため、センサの出力も下が
る。しかし、センサの出力低下は励磁条件で改善可能と
考えられる。

【００１０】ところが、本願発明者は被検出軸に溶射に
より磁歪層を形成したもの（以下、溶射材という）と、
溶製後、圧延・切削加工して円筒状に形成した磁歪材
（以下、バルク材という）について、定格の２４倍の過
負荷時（１２Ｎ・ｍのトルク印加時）のドリフトを励磁
電流値を変更して観察した結果、図８（ａ），（ｂ）に
示すような結果を得た。ここで過負荷ドリフトとは次の
ように定義される。なお、過負荷後のドリフト電圧とは
図４におけるＶｄに相当する。

【００１１】過負荷ドリフト（％ＦＳ）＝（過負荷後の
ドリフト電圧／定格時の出力電圧）×１００ その結果、図８（ａ）に示すように、溶射材の場合は、
励磁電流を増大させることにより過負荷ドリフトを大幅
に下げることができる。しかし、図８（ｂ）に示すよう
に、バルク材の場合は励磁電流の効果が小さく、励磁電
流値を大きくして過負荷ドリフト（ヒステリシス）を満
足できる値までに小さくすることは非常に難しいことが
判明した。

【００１２】さて、特開平７−５５６０３号公報では、
センサヒステリシスＨys（％）を次式のように定義した
とき、ＦｅＡｌ合金のＡｌ濃度を１０〜１６重量％と
し、鋼製軸素材の表面に磁歪合金層の厚さ以上の深さで
硬化層を形成すると満足できる結果が得られると記載さ
れている。

【００１３】Ｈys＝｛２Ｖh ／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）｝×１０
０ ここで、Ｖh は図７（ａ）のトルクと出力電圧の関係を
示すグラフにおいて、トルク零におけるセンサ出力の
差、Ｖ1 はプラス側の最大トルク印加時の出力電圧、Ｖ
2 はマイナス側の最大トルク印加時の出力電圧を意味す
る。

【００１４】しかし、磁歪材を被検出軸に溶接により、
金属組織的に融合させた層として形成する構成では、被
検出軸に加熱加工を施す必要があり、被検出軸自体の特
性を劣化させるなどの不具合を生じさせる虞がある。ま
た、磁歪材に比較して被検出軸が大きな（長さが長い）
場合、加工装置が大型化するという問題もある。

【００１５】一方、特開昭５９−２２８１４０号公報に
開示されたもののように、被検出軸と別体に形成した磁
歪材、即ちバルク材を後から被検出軸に固定する構成で
は、前記の問題はない。しかし、前記のようにバルク材
の場合は溶射材と異なり、励磁電流によりヒステリシス
を低下させることは難しいため、従来はバルク材で要求
を満たすものが得られなかった。

【００１６】本願発明者は磁歪材の厚さや結晶粒径の大
きさと、センサのヒステリシスとの関係についてを検討
した結果、トルクセンサの定格でのフルスケール感度
と、零点でのセンサ出力のずれ（図７（ａ）のＶｈに相
当）とは磁歪材の厚さが大きいほど大きくなるが、その
増加の度合いが異なり、良好な性能のセンサを得るには
磁歪材の厚さ及び結晶粒径の大きさに特定の範囲がある
ことを見いだした。即ち、センサの感度を高めるために
単純に磁歪材の厚さを厚くしたのでは、零点でのセンサ
出力のずれが大きくなってセンサ性能が低下することを
見いだした。

【００１７】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は感度が良好で出力特性のヒステ
リシスが小さなトルクセンサを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに請求項１に記載の発明では、被検出軸の外周面に固
定された筒状の磁歪材と、該磁歪材を通る磁束を発生さ
せる磁束発生手段と、前記被検出軸に作用するトルクに
応じて前記磁歪材が歪むことによる前記磁束の変化を検
出するための検出手段とを備えたトルクセンサにおい
て、前記磁歪材を結晶質の磁歪材料で前記被検出軸に外
嵌される筒状に形成し、その厚さを３ｍｍ以下にした。

【００１９】請求項２に記載の発明では、前記磁歪材料
の結晶粒径を１〜１００μｍとした。請求項３に記載の
発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明におい
て、前記磁歪材は厚さが０．５ｍｍ以上に形成されると
ともに、その外周面に前記被検出軸の軸線方向と所定の
角度をなす多数の溝を有する環状の領域が軸線と直交す
る平面に対して対称に形成されている。

【００２０】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記磁歪
材料としてＮｉ含有量が３０〜８０重量％のＦｅ−Ｎｉ
合金にＣｒあるいはＭｏを数重量％添加したものが使用
されている。

【００２１】従って、請求項１〜請求項４に記載の発明
によれば、被検出軸に作用するトルクによって磁歪材が
歪むと、磁束発生手段により磁歪材を通るように形成さ
れた磁束に変化が現れ、この被検出軸に作用したトルク
に応じた磁束の変化が検出手段により検出される。磁歪
材が結晶質の磁歪材料で前記被検出軸に外嵌される筒状
に形成されるとともに、その厚さが３ｍｍ以下に設定さ
れているため、同じ感度でも出力特性のヒステリシスが
より小さくなる。

【００２２】請求項２に記載の発明によれば、磁歪材料
の結晶粒径が１〜１００μｍに設定されているため、被
駆動軸に過負荷が加わった後のヒステリシスがより小さ
くなる。

【００２３】請求項３に記載の発明によれば、被検出軸
にトルクが作用したとき磁歪材に形成された二つの領域
の一方には圧縮力が、他方には引張力が作用する。磁歪
材は圧縮力を受けると透磁率が小さくなり、引張力を受
けると透磁率が大きくなる。従って、圧縮力を受ける領
域の検出信号と、引張力を受ける領域の検出信号とが異
なる。

【００２４】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項３に記載の発明における磁歪材を容易に得るこ
とができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４に従って説
明する。

【００２６】図１はトルクセンサ１が組付けられた部分
における断面図である。被検出軸としてのシャフト２
は、略円筒状のハウジング３の内部に挿通された状態で
ベアリング４を介してハウジング３に対して回転可能に
支持されている。トルクセンサ１はシャフト２に外嵌さ
れた磁歪特性を有する被検出部５と、被検出部５の歪み
による磁気的変化を検出するための検出部６とから構成
されている。

【００２７】被検出部５は、図２に示すように、シャフ
ト２に外嵌される中間スリーブ７と、中間スリーブ７に
外嵌された円筒状の磁歪材８とからなる。磁歪材８は中
間スリーブ７を介してシャフト２に対して一体回転可能
に取り付けられている。磁歪材８の表面（外周面）には
シャフト２の軸線方向と所定の角度をなす多数の溝８ａ
を有する環状の領域Ａ，Ｂが、軸線と直交する平面に対
して対称に形成されている。多数の溝８ａは軸心方向に
４５度と−４５度をなして周方向に等間隔に形成されて
いる。

【００２８】検出部６は、図１に示すようにシャフト２
に対して２つのベアリング９を介して両端にて支持され
て相対回転可能に配置された円筒状のヨーク１０を備え
ている。ヨーク１０の内周面には前記各領域Ａ，Ｂと対
向する位置にそれぞれ凹部が形成されている。各凹部に
は内側に励磁用コイル１１が、外側に検出用コイル１２
がそれぞれ巻回されたボビン（図示せず）がそれぞれ収
納されている。ヨーク１０がベアリング９を介してシャ
フト２に支持されているため、シャフト２がハウジング
３に対して偏心していても、ヨーク１０と磁歪材８との
軸心が一致し易い。なお、励磁用コイル１１が磁束発生
手段を構成し、検出用コイル１２が検出手段を構成して
いる。

【００２９】励磁用コイル１１は交流電源１３に接続さ
れ、励磁用コイル１１には所定周波数の交流電流が供給
される。検出用コイル１２は公知の処理回路１４に接続
されている。励磁用コイル１１に交流電流が流れること
により、ヨーク１０→磁歪材８→ヨーク１０を磁束が通
る磁気回路が、各領域Ａ，Ｂのそれぞれに対して形成さ
れる。磁歪材８を通る磁束は、溝８ａにより分断された
各領域を溝８ａに沿うように、磁歪材８の軸線方向に対
して４５度又は−４５度傾く。

【００３０】２つの検出用コイル１２から出力される各
誘導起電力は、磁歪材８の領域Ａと領域Ｂにおける歪
み、すなわちシャフト２のトルクに比例する。シャフト
２にトルクが作用したとき、その際の回転方向に応じて
領域Ａと領域Ｂには一方に圧縮力が他方に引張力が作用
する。磁歪材８は、引張力が作用すると透磁率が大きく
なり、圧縮力が作用すると透磁率が小さくなる。このた
め、各検出用コイル１２からの誘導起電力は、引張力が
働いた被検出領域を検出する側で大きく、圧縮力が働い
た被検出領域を検出する側で小さくなる。

【００３１】処理回路１４は、両検出用コイル１２から
入力した誘導起電力を差動回路（図示せず）で減算し、
その減算した信号を内部に設けられた整流回路等で整流
して公知の回路でトルクの値を求めるようになってい
る。差動回路で減算するのは、温度変化等による外乱ノ
イズを相殺して補償することで、精度の高いトルク検出
を行うためである。検出用コイル１２からの出力信号
は、シャフト２にトルクが加わっていないときに処理回
路１４が零トルクを検出するようにレベル設定されてい
る。そして、処理回路１４は検出信号の信号レベルが零
レベルに対して正側にどれだけの値をとるか、負側にど
れだけの値をとるかによって、トルクの大きさ及び方向
を検出するようになっている。

【００３２】磁歪材８は結晶質の磁歪材料で形成され、
その厚さが０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下の所定の値に形
成される。厚さを３ｍｍ以下に設定するのは、３ｍｍを
超えるとヒステリシスが急に悪化するため、満足できる
ヒステリシスとするために厚さの上限が３ｍｍとなる。
また、厚さを０．５ｍｍ以上に設定するのは、０．５ｍ
ｍを下回ると満足できる溝８ａを形成できないためと、
磁性体の体積が小さくなって所望の出力感度を得られな
いためである。この実施の形態では例えば磁歪材８は厚
さ１．５ｍｍに形成されている。

【００３３】磁歪材料としてはＮｉ含有量が３０〜８０
重量％のＦｅ−Ｎｉ合金にＣｒを数％添加した鉄・ニッ
ケル・クロム合金が使用される。この実施の形態では磁
歪材料として例えば、Ｎｉ含有量が５６重量％のＦｅ−
Ｎｉ合金にＣｒを４％添加した鉄・ニッケル・クロム合
金が使用されている。また、結晶の平均粒径は３００μ
ｍ程度であった。

【００３４】次に、このトルクセンサ１の作用を説明す
る。トルクセンサ１の作動中は、交流電源１３から励磁
用コイル１１に一定の振幅および周波数の交流電流が流
され、磁束がヨーク１０→磁歪材８→ヨーク１０を通る
２つの磁気回路が形成される。シャフト２に回転力が加
えられてトルクが発生すると、磁歪材８を軸方向に分け
る領域Ａと領域Ｂは、それぞれ一方が圧縮力を他方が引
張力を受ける。このため、領域Ａと領域Ｂの磁束の変化
を検出する各検出用コイル１２には、引張力を受けた被
検出領域を検出する側で大きくなり、圧縮力を受けた被
検出領域を検出する側で小さくなるようなシャフト２の
トルクに比例する誘導起電力が発生する。

【００３５】２つの検出用コイル１２に誘導された誘導
起電力は処理回路１４に入力される。処理回路１４に入
力された両検出用コイル１２からの電圧が差動回路で減
算されるとともに、その減算された信号が内部に設けら
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。

【００３６】定格トルクとして１０Ｎ・ｍを加えた場合
のトルクセンサのフルスケール（ＦＳ）感度は出力電圧
として６０ｍＶ（ミリボルト）であった。また、その場
合のヒステリシス（定格ヒステリシス）は２．１％ＦＳ
であった。ここで、ヒステリシス（定格ヒステリシス）
の大きさを示す％ＦＳとは、定格トルクを加えた後にト
ルクを零にしたときの出力、即ち図４におけるＶｈを、
定格トルクを加えたときの出力、即ち図４におけるＶ０
で割った値に１００を掛けた値であり、次式で表され
る。

【００３７】 ヒステリシス（％ＦＳ）＝（Ｖｈ／Ｖ０）×１００…（１） 磁歪材料はおなじものを使用して、磁歪材８の厚さ（ス
リーブ厚み）を変更して同じ測定条件でＦＳ感度を測定
した結果を表１及び図３（ａ）に示す。また、ヒステリ
シスの測定結果を表１及び図３（ｂ）に示す。

【００３８】ここで、図３（ｂ）の縦軸が示すヒステリ
シス（％ＦＳ）の値は、各磁歪材８を使用したときのＶ
ｈの値をＦＳ感度で割った値に１００を掛けた値とな
る。 ヒステリシス（％ＦＳ）＝（Ｖｈ／ＦＳ感度）×１００

【００３９】

【表１】 図３（ａ），（ｂ）から明らかなように、トルクセンサ
のＦＳ感度は磁歪材８の厚さの増加に伴ってほぼ同じ割
合で増加するのに対して、ヒステリシスは厚さ３ｍｍを
過ぎたところで急に増加することが判明した。従って、
磁歪材８の厚さを３ｍｍ以下にすることで、必要なＦＳ
感度を確保するとともにヒステリシスを小さくできる。
磁歪材８の厚さが薄いときにヒステリシスが小さくなる
理由として、次のことが考えられる。

【００４０】励磁用コイル１１は磁歪材８と同軸となる
ように配設されているため、同じ磁界で励磁した場合、
磁歪材８の厚さが薄いほど励磁磁束は磁歪材８の表層部
（外周部）に集中する。従って、磁歪材８の厚さが薄く
なると磁歪材８を通る磁束に起因する渦電流の関与する
肉厚割合が増え、磁歪材８の交流透磁率が低く調整され
る。そのため、磁歪材８の交流磁化特性はＢ−Ｈ曲線が
急峻でなくなる。高透磁率材の磁化零点付近は交流励磁
された材料の磁化特性が急激に変動する不安定さがある
ため、高透磁率材のままではヒステリシスが大きくなる
が、磁歪材８の交流透磁率を低くすることによりヒステ
リシスが小さくなる。

【００４１】この実施の形態では以下の効果を有する。 （イ） 円筒状の磁歪材８の厚さを３ｍｍ以下にするこ
とにより、感度が良好で出力特性のヒステリシスを小さ
くできる。

【００４２】（ロ） 磁歪材８の外周面に形成された両
領域Ａ，Ｂに対応する出力信号の差分をトルクセンサの
出力とすることにより感度が大きくなる。 （ハ） 磁歪材８は厚さを０．５ｍｍ以上に形成したた
め、溝８ａを無理なく形成できる。また、磁歪材８を長
くしなくても必要な感度が得られる。

【００４３】（ニ） 磁歪材料としてＮｉ含有量が３０
〜８０重量％のＦｅ−Ｎｉ合金にＣｒを数重量％添加し
たものが使用されているため、磁歪材料を入手し易い。 （ホ） ヨーク１０をシャフト２に対してベアリング９
を介して相対回転可能に支持した。従って、シャフト２
に外嵌された磁歪材８とヨーク１０との間のギャップを
シャフト２の偏心やハウジング３の加工精度によらず、
常に一定に保つことができ、トルクセンサ１の検出精度
を高く確保できる。

【００４４】（ヘ） 磁歪材８が中間スリーブ７を介し
てシャフト２に一体回転可能に固定されているため、中
間スリーブ７の寸法精度を一定レベル以上に確保してお
くことにより、シャフト２の加工精度をさほど厳しくし
なくても、磁歪材８がシャフト２に対して心出しされ
て、トルクセンサ１の検出精度が安定する。

【００４５】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を説明する。この実施の形態では磁歪材８を形成する
磁歪材料の結晶粒子の平均粒径を変更した点が前記実施
の形態と異なっており、トルクセンサ１自身の機械的構
成は前記実施の形態と同じである。磁歪材料を細粒化さ
せる方法として、例えば次の方法がある。 （１）焼鈍温度を従来温度（通常１１００°Ｃ前後）よ
り低い温度例えば９００°Ｃ以下で行う。 （２）添加元素（例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ等）を微量
（数重量％）加える。 （３）焼鈍時の冷却速度の変更と結晶成長点を多く作る
ために加工度を大きくする。加工度を大きくするとは、
材料粉末を圧縮したとき部分的に不均一な力が加わるよ
うにして、結晶成長の欠陥部分を積極的に多数形成して
おくことを意味する。

【００４６】材料Ａ及び材料Ｂを使用して、粗粒品と細
粒化品について、過負荷ドリフト（％ＦＳ）を測定した
結果を表２に示す。ここで過負荷ドリフトとは、過負荷
トルク印加後、トルク零とした時のトルクセンサの出力
（図４のＶｄに相当）を、定格トルクを加えたときの出
力（図４のＶ０に相当）で割った値に１００を掛けた値
である。この実施の形態では、定格時のトルクは３Ｎ・
ｍで、過負荷時のトルクを２５０Ｎ・ｍとした。また、
磁歪材８の厚さは０．７ｍｍとした。

【００４７】

【表２】 材料ＡではＴｉを加えるとともに、焼鈍を水素雰囲気中
で温度を８５０°Ｃとして行った。材料Ｂでは焼鈍を水
素雰囲気中で温度を４００°Ｃ以下として行った。な
お、材料Ａ，Ｂとも粗粒品は１１００°Ｃで焼鈍を行っ
て得た。

【００４８】表２から明らかなように、結晶粒径を細粒
化させると磁歪材料の組成あるいは細粒化方法が異なっ
ても、過負荷ドリフトが減少することが確認された。こ
の理由としては、結晶粒径を粗大化させると、残留応力
が不均一に生じるため、零点付近でのマイナーループが
不安定化する。しかし、平均粒径を小さくすることによ
り、大きな結晶粒の間に小さな結晶粒界が形成され、そ
の結晶粒界によって磁壁移動が妨げられて急峻な透磁率
変化が抑制されると考えられる。また、細粒が増えるこ
とによって電気抵抗値が高くなり、使用時に生じる渦電
流による大幅な磁気劣化が防止される。

【００４９】適切な結晶粒径としては、材質により変動
はあるが、平均粒径が１〜１００μｍの範囲が好まし
く、５〜５０μｍの範囲がより好ましい。磁歪材８の厚
さが同じ場合、平均粒径を小さくすることによりヒステ
リシスが低下する。従って、前記実施の形態のように磁
歪材８の厚さを０．５〜３ｍｍとすることにより、前記
実施の形態の（イ）〜（ヘ）の効果に加えて、ヒステリ
シスをより小さくできる。

【００５０】なお、実施の形態は前記に限定されず、例
えば次のように具体化してもよい。 ○ 磁歪材８の材料として、鉄・ニッケル・クロム合金
のＣｒに代えてＭｏを添加した鉄・ニッケル・モリブデ
ン合金を使用してもよい。例えば、Ｎｉ含有量が３０〜
８０重量％のＦｅ−Ｎｉ合金にＭｏを数％添加した鉄・
ニッケル・モリブデン合金が使用される。

【００５１】○ 磁歪材８の材料として、鉄・ニッケル
・クロム合金や鉄・ニッケル・モリブデン合金の他に、
Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の高透磁率軟磁性材
料を使用する。

【００５２】○ 中間スリーブ７を設けずに、筒状の磁
歪材８を直接シャフト２に取り付けてもよい。 ○ 結晶粒径の小さな磁歪材料からなる磁歪材８を形成
する場合、焼鈍を省略して、焼結後の冷却速度を調整す
るだけでもよい。

【００５３】○ 磁歪材８をその表面に溝８ａのない平
滑スリーブとし、平滑スリーブをクロスヘッド型ピック
アップで検出する構成を採用してもよい。前記各実施の
形態から把握できる請求項記載以外の技術的思想（発
明）について、以下にその効果とともに記載する。

【００５４】（１） 請求項１〜請求項３のいずれか一
項に記載のトルクセンサにおいて、前記磁歪材料はＮｉ
含有量が３０〜８０重量％のＦｅ−Ｎｉ合金にＣｒを数
重量％添加するとともに、結晶成長点を多く作るための
添加元素が加えられている。この場合、結晶粒が細かい
磁歪材量の製造が簡単になる。

【００５５】（２） （１）の添加元素としてＡｌ、Ｔ
ｉ、Ｎｂが使用され、その添加量は数重量％以下であ
る。この場合も（１）と同様な効果を発揮する。（３）
Ｎｉ含有量が３０〜８０重量％のＦｅ−Ｎｉ合金にＣ
ｒを数重量％添加した磁歪材料を使用して、厚さ０．５
〜３ｍｍの円筒状に形成した磁歪材。この磁歪材を使用
することにより、感度が良くてヒステリシスの小さな出
力特性のトルクセンサが得られる。

【００５６】なお、本明細書でいう「ヒステリシス」と
は、定格ヒステリシスだけを意味するのではなく、過負
荷ドリフト（過負荷ヒステリシスに相当する）を含む。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
４に記載の発明によれば、感度が良好でヒステリシスの
小さな出力特性のトルクセンサが得られる。

【００５８】請求項２に記載の発明によれば、出力特性
のヒステリシスがより小さくなる。請求項３に記載の発
明によれば、磁歪材に形成された二つの領域の透磁率の
変化に基づいた検出信号が出力されるため、溝を形成し
ない場合に比較して簡単な構成でトルクの検出感度が向
上する。

【００５９】請求項４に記載の発明によれば、前記特性
を有する磁歪材料を入手し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態におけるトルクセンサの部
分模式断面図。

【図２】 磁歪材及びシャフトを示す斜視図。

【図３】 （ａ）は磁歪材の厚さと出力感度の関係を示
すグラフ、（ｂ）は磁歪材の厚さとヒステリシスの関係
を示すグラフ。

【図４】 トルクセンサの出力とトルクの関係を示すグ
ラフ。

【図５】 従来技術におけるトルクセンサの部分断面
図。

【図６】 同じくトルクセンサの検出部の回路図。

【図７】 （ａ）はトルクセンサの出力とトルクの関係
を示すグラフ、（ｂ）は磁化曲線を示すグラフ。

【図８】 （ａ）は溶射材の励磁電流値と過負荷ドリフ
トの関係を示すグラフ、（ｂ）はバルク材の励磁電流値
と過負荷ドリフトの関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…トルクセンサ、２…被検出軸を構成するシャフト、
８…磁歪材、８ａ…溝、１１…磁束発生手段としての励
磁用コイル、１２…検出手段としての検出用コイル、
Ａ，Ｂ…領域。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出軸の外周面に固定された筒状の磁
   歪材と、該磁歪材を通る磁束を発生させる磁束発生手段
   と、前記被検出軸に作用するトルクに応じて前記磁歪材
   が歪むことによる前記磁束の変化を検出するための検出
   手段とを備えたトルクセンサにおいて、 前記磁歪材を結晶質の磁歪材料で前記被検出軸に外嵌さ
   れる筒状に形成し、その厚さを３ｍｍ以下にしたトルク
   センサ。
2. 【請求項２】 前記磁歪材料の結晶粒径を１〜１００μ
   ｍとした請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 【請求項３】 前記磁歪材は厚さが０．５ｍｍ以上に形
   成されるとともに、その外周面に前記被検出軸の軸線方
   向と所定の角度をなす多数の溝を有する環状の領域が軸
   線と直交する平面に対して対称に形成されている請求項
   １又は請求項２に記載のトルクセンサ。
4. 【請求項４】 前記磁歪材料としてＮｉ含有量が３０〜
   ８０重量％のＦｅ−Ｎｉ合金にＣｒあるいはＭｏを数重
   量％添加したものが使用されている請求項１〜請求項３
   のいずれか一項に記載のトルクセンサ。