JP2023127315A - トルク測定装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時間を抑えることができるトルク測定装置の製造方法を提供する。【解決手段】製造対象となるトルク測定装置と同じ構成を有する複数の試験用サンプルについて、ブリッジ回路８の４辺のうちの１組の対辺を構成する２つの対辺の抵抗値Ｒ１、Ｒ３の積Ｒ１×Ｒ３と前記４辺のうちのもう１組の対辺を構成する２つの対辺の抵抗値Ｒ２、Ｒ４の積Ｒ２×Ｒ４との比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）であるコイルバランスＣb、および、センサ部４の温度変動による出力電圧Ｖоの温度変化率ＶTを調べる試験を行い、該試験の結果から、コイルバランスＣbと温度変化率ＶTとの関係Ｘを取得する第１工程と、製造対象となるトルク測定装置について、前記４辺のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を測定してコイルバランスＣbを求め、該求めたコイルバランスＣbを用いて、第１工程で取得した関係Ｘから、温度変化率ＶTを求める第２工程とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、トルク測定装置およびその製造方法に関する。

近年、自動車の分野では、パワートレインすなわち動力伝達機構を構成する回転軸により伝達しているトルクを測定し、その測定結果を利用して、動力源であるエンジンや電動モータの出力制御や、変速機の変速制御を実行するシステムの開発が進んでいる。

従来、回転軸により伝達しているトルクを測定する装置として、磁歪式のトルク測定装置が知られている。磁歪式のトルク測定装置は、トルクが付与された際に透磁率が変化する磁歪効果部を備えた回転軸を用い、トルクが付与された際の磁歪効果部の透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、回転軸により伝達しているトルクを測定するように構成されている。

一般に、トルクの変動に伴う磁歪効果部の透磁率の変化は微小であるため、通常は、測定感度を向上させるための工夫がなされる。その工夫の１つとして、従来、図８に示すようなブリッジ回路１００を用いる方法が知られている。この方法では、たとえば図９に示すような回転軸１０１の軸方向一部分である円柱状の磁歪効果部１０２の周囲に、第１検出コイル１０３、第２検出コイル１０４、第３検出コイル１０５、および第４検出コイル１０６の４つ検出コイルを配置し、かつ、該４つの検出コイルを４辺に配置したブリッジ回路１００を構成する。

回転軸１０１にトルクＴが加わると、磁歪効果部１０２の外周面には、軸方向に対して＋４５ ゜傾斜した方向と、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向とに、＋－の符号が互いに異なる応力σが作用する。そして、逆磁歪効果により、引張応力（＋σ）が作用する方向での透磁率が増加し、圧縮応力（－σ）が作用する方向での透磁率が減少する。

ブリッジ回路１００において、４辺を構成する２組の対辺のうちの一方の組の対辺に配置された第１検出コイル１０３および第３検出コイル１０５は、磁歪効果部１０２の外周面における、軸方向に対して＋４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルであり、前記２組の対辺のうちの他方の組の対辺に配置された第２検出コイル１０４および第４検出コイル１０６は、磁歪効果部１０２の外周面における、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するための検出コイルである。このようなブリッジ回路１００において、２つの端点であるＡ点、Ｃ点間に入力電圧Ｖｉを印加すると、２つの中点であるＢ点、Ｄ点間の電圧として、回転軸１０１に加わるトルクＴの方向および大きさに応じた出力電圧Ｖоが得られる。したがって、この出力電圧Ｖоに基づいて、トルクＴを測定することができる。

上述のようなブリッジ回路１００を用いれば、軸方向に対して＋４５ ゜傾斜した方向と、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向との、いずれか一方の方向の透磁率の変化のみを検出することによりトルクＴを測定する場合に比べて、２倍の感度でトルクＴを測定することが可能となる。

ところで、ブリッジ回路１００を構成する検出コイル１０３～１０６は、温度変動に伴って抵抗値Ｒ１～Ｒ４が変化する。このため、トルクの測定精度を向上させる観点から、温度補正手段を設けることが望ましい。

このために、従来、ブリッジ回路の出力電圧をトルク値に変換する増幅補正回路を設け、この増幅補正回路に、ブリッジ回路全体の電流量などから推定されるセンサ温度情報を付与し、このセンサ温度情報と予め校正試験により得られた補正パラメータとを利用して、温度補正を行う技術が知られている（たとえば、特開２０１８－０４８９５６号公報参照）。

特開２０１８－０４８９５６号公報

従来の温度補正手段を備えるトルク測定装置を大量生産して出荷するためには、その製造過程で、製造対象である個々のトルク測定装置に対し、補正パラメータを決定するための校正試験、たとえば特開２０１８－０４８９５６号公報に記載のトルク測定装置では、該公報の図６に示される線図の曲線、すなわち温度と△Ｖｃоｓおよび△Ｖｓｉｎとの関係を表す曲線を特定するための校正試験を行う必要がある。このような校正試験を、製造対象である個々のトルク測定装置に対して行う必要がある理由は、トルク測定装置は、ブリッジ回路を構成する４辺の抵抗の抵抗値がトルク測定装置ごとに異なるためである。

該校正試験は、たとえば特開２０１８－０４８９５６号公報の図６を参照すると、－６０℃～１４０℃の範囲にわたって行われる。この際に、トルク測定装置のブリッジ回路の温度を直接測定することはできないので、トルク測定装置を試験室内に載置し、試験室温度をトルク測定装置の温度とみなして、試験室の温度を上下させて校正試験を行うことが必要になると考えられる。

校正試験を行う温度は、１℃ずつ段階的に変更するのではなく、効率化のために、たとえば１０℃あるいは５０℃ずつ段階的に変更し、変更後の温度で、その都度、電圧（△Ｖｃоｓ、△Ｖｓｉｎ）の値を測定し、その間の測定値は、直線状に推移すると想定して、補正パラメータを補完すると考えられる。いずれにしても、各段階で試験室の温度を一定にするために或る程度の時間がかかるので、かなりの手間と時間がかかる作業となる。

また、１００℃を超える試験室に作業者が入るのは困難であるため、作業者は、断熱材の入った防護服などを着て試験室に入り電圧の値を測定するか、または、遠隔操作でマニピュレータを用いて電圧の値を測定することになると考えられ、いずれにしても、大変な作業となる。

校正試験は、何個かのトルク測定装置について、まとめて行うことが考えられるが、この際の個数を多くしようとすると、試験室が広くなり、温度コントロールが難しくなる。また、多くの個数のトルク測定装置を狭い試験室に詰め込むと、個々のトルク測定装置の温度を均一にすることが難しくなる。このため、校正試験をまとめて行うことができる個数は制限を受け、１日の生産数量を十分に確保することが難しくなると考えられる。

本発明は、補正パラメータを決定するための校正試験を簡略化して、製造時間を抑えることができるトルク測定装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様のトルク測定装置の製造方法における、製造対象となるトルク測定装置は、センサ部と、発振器と、電圧測定部と、トルク演算部とを備える。

前記センサ部は、回転軸の磁歪効果部の周囲に配置される４つの検出コイルを４辺に配置したブリッジ回路を有する。

前記発振器は、前記ブリッジ回路の２つの端点に入力電圧を印加する。

前記電圧測定部は、前記ブリッジ回路の２つ中点間の電圧である出力電圧を測定する。

前記トルク演算部は、前記電圧測定部で測定した前記出力電圧を利用して前記回転軸に加わるトルクを算出する。

さらに、前記トルク演算部は、前記センサ部の温度を測定する温度測定機能と、前記温度測定機能により測定した前記センサ部の温度、および、予め自身に保存されている補正パラメータである、前記出力電圧の温度変化率Ｖ_Tを利用して、前記電圧測定部で測定した前記出力電圧の温度補正を行う機能と、該温度補正後の出力電圧に基づいて前記回転軸に加わるトルクを算出する機能とを有する。

本発明の一態様のトルク測定装置の製造方法は、第１工程および第２工程を備える。

前記第１工程は、製造対象となる前記トルク測定装置と同じ構成を有する複数の試験用サンプルについて、前記４辺のうちの１組の対辺を構成する２つの対辺の抵抗値Ｒ１、Ｒ３の積Ｒ１×Ｒ３と前記４辺のうちのもう１組の対辺を構成する２つの対辺の抵抗値Ｒ２、Ｒ４の積Ｒ２×Ｒ４との比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）であるコイルバランスＣ_b、および、前記温度変化率Ｖ_Tを調べる試験を行い、該試験の結果から、前記コイルバランスＣ_bと前記温度変化率Ｖ_Tとの関係Ｘを取得する工程である。

前記第２工程は、製造対象となる前記トルク測定装置について、前記４辺のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を測定して前記コイルバランスＣ_bを求め、該求めたコイルバランスＣ_bを用いて、前記第１工程で取得した前記関係Ｘから、前記温度変化率Ｖ_Tを求める工程である。

本発明の一態様のトルク測定装置の製造方法は、前記第２工程で求めた前記温度変化率Ｖ_Tを、製造対象となる前記トルク測定装置の前記トルク演算部に保存する第３工程を備える。

本発明の一態様のトルク測定装置は、前記製造対象となるトルク測定装置において、 前記センサ部の外装に、前記温度変化率Ｖ_Tを記録した記録体が付されている。

本発明の一態様のトルク測定装置の製造方法によれば、製造時間を抑えることができる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例のトルク測定装置を構成するセンサ部の断面図である。 図２は、第１例のトルク測定装置のセンサ部の斜視図である。 図３（ａ）は、第１例のトルク測定装置のコイルユニットを構成するフレキシブル基板の展開図であり、図３（ｂ）は、該フレキシブル基板を図３（ａ）の下方から見た図である。 図４は、第１例のトルク測定装置のコイルユニットを構成する第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、および第４検出コイルを径方向外側から見た展開図である。 図５（ａ）～図５（ｄ）は、第１例のトルク測定装置のコイルユニットを構成する第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、および第４検出コイルを、それぞれ単体の状態で径方向外側から見た展開図である。 図６は、第１例のトルク測定装置の概略回路構成図である。 図７は、コイルバランスＣ_bと出力電圧の温度変化率Ｖ_Tとの関係を示す線図である。 図８は、従来のトルク測定装置のブリッジ回路を示す図である。 図９は、回転軸にトルクが加わる際に生じる応力の向きを説明するための、該回転軸の斜視図である。

［第１例］
本発明の実施の形態の第１例について、図１～図７を用いて説明する。

図１および図２は、本例のトルク測定装置１を構成するセンサ部４の構造を示す図である。本例のトルク測定装置１は、回転軸２により伝達しているトルクを測定する装置であり、各種の機械装置に組み込んで用いることができる。本例のトルク測定装置１を組み込む機械装置の具体例として、自動車のパワートレインを構成する機械装置、たとえば、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、ベルト式無段変速機、トロイダル型無段変速機、オートマチックマニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）、デュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ）などの車側の制御で変速を行うトランスミッション、またはトランスファー、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）などが挙げられる。対象となる車両の駆動方式、すなわち、ＦＦ、ＦＲ、ＭＲ、ＲＲ、４ＷＤなどの方式は、特に問わない。本例のトルク測定装置１を組み込む機械装置の具体例として、さらに、風車、鉄道車両、鉄鋼の圧延機などを構成する減速機、増速機などの、歯車で動力軸の回転数を変化させる装置が挙げられる。

本例では、回転軸２は、上述したようなパワートレインを構成する機械装置に組み込まれる回転軸であり、使用時にも回転しない不図示のケースに対し、不図示の転がり軸受により回転可能に支持されており、伝達するトルクに応じて透磁率が変化する磁歪効果部を有する。

回転軸２は、軸方向中間部に、図１に示された中間軸部３を有する。中間軸部３の外周面は、円筒面により構成されている。本例では、回転軸２の中間軸部３を磁歪効果部として機能させる。このために、回転軸２を磁性金属により構成している。回転軸２を構成する磁性金属としては、たとえば、ＪＩＳに規定されている、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼、Ｓ４５Ｃなどの炭素鋼といった、各種磁性鋼を用いることができる。

回転軸２にトルクＴが加わると、中間軸部３の外周面には、軸方向に対して＋４５ ゜傾斜した方向と、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向とに、＋－の符号が互いに異なる応力σが作用する。そして、逆磁歪効果により、引張応力（＋σ）が作用する方向での透磁率が増加し、圧縮応力（－σ）が作用する方向での透磁率が減少する。

本発明を実施する場合には、中間軸部３の外周面のうち、センサ部４の径方向内側に配置される部分に、ショットピーニング処理を施すことによって圧縮加工硬化層を形成し、該部分の機械的特性および磁気的特性を改善することもできる。このようにすれば、トルク測定装置１によるトルク測定の感度およびヒステリシスを改善することができる。

本発明を実施する場合には、中間軸部３を磁歪効果部として機能させる代わりに、中間軸部３の外周面に、磁歪効果部として機能する磁歪材を固定することもできる。具体的には、円環状に構成された磁歪材を中間軸部３に外嵌固定したり、めっきなどの被膜により構成された磁歪材やフィルム状の磁歪材を中間軸部３の外周面に固定したりすることができる。

図１に示されるセンサ部４は、全体を円環状に構成されており、中間軸部３の周囲に同軸に配置された状態で、前記ケースに支持固定されている。本例では、センサ部４は、コイルユニット１３と、バックヨーク１４と、ホルダ１５とを備える。

本例では、コイルユニット１３は、ベースフィルムおよび該ベースフィルムに保持されたプリント配線（導体）を備える、フレキシブル基板（ＦＰＣ）１６（図３（ａ）および図３（ｂ）参照）により円筒状に構成されており、回転軸２の中間軸部３の周囲に同軸に配置されている。フレキシブル基板（ＦＰＣ）１６は、図４および図５に示すような、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２を有する。

具体的には、本例では、コイルユニット１３は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すような帯板状のフレキシブル基板１６を円筒状に丸め、かつ、該フレキシブル基板１６の長さ方向の両端部をたとえば接着して接合することにより構成されている。フレキシブル基板１６は、板厚方向に積層された４つの配線層を有し、これらの配線層に、それぞれがプリント配線により構成された、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２が配置されている。これらの検出コイル９～１２は、帯板状のフレキシブル基板１６を円筒状に丸めた状態、すなわち、円筒状のコイルユニット１３を構成した状態で、径方向内側から、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第４検出コイル１２、および第３検出コイル１１の順番で配置されている。

図４は、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２を、コイルユニット１３の径方向外側から見た展開図を示している。図５（ａ）～図５（ｄ）は、これらの検出コイル９～１２を、それぞれ単体の状態でコイルユニット１３の径方向外側から見た展開図を示している。

第１検出コイル９は、中間軸部３の外周面における、軸方向に対して＋４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルであり、換言すれば、該方向の透磁率が変化することに伴って自身のインダクタンスＬ１を変化させる検出コイルである。第１検出コイル９は、図５（ａ）に示すように、円周方向に関して等ピッチに並べて配置された複数個のコイル片１７を備える。これらのコイル片１７は、径方向から見て平行四辺形の形状を有しており、かつ、中間軸部３の軸方向に対して－４５゜傾斜した配線を含んで構成されている。円周方向に隣り合うコイル片１７は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。すなわち、図５（ａ）において、コイル片１７は、模式的に示されており、全周がつながっているように図示されているが、実際には、コイル片１７の周方向の一部に、不連続部が存在する。コイル片１７は、この不連続部を挟んで離隔した２つの端部を有する。円周方向に隣り合うコイル片１７は、互いの１つの端部同士を不図示のプリント配線などの導体により接続することで、直列に接続されている。これらの点については、以下の第２検出コイル１０～第４検出コイル１２でも同様である。

第２検出コイル１０は、中間軸部３の外周面における、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルであり、換言すれば、該方向の透磁率が変化することに伴って自身のインダクタンスＬ２を変化させる検出コイルである。第２検出コイル１０は、図５（ｂ）に示すように、円周方向に関して等ピッチに並べて配置された複数個のコイル片１８を備える。これらのコイル片１８は、径方向から見て平行四辺形の形状を有しており、かつ、中間軸部３の軸方向に対して＋４５゜傾斜した配線を含んで構成されている。円周方向に隣り合うコイル片１８は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。

第３検出コイル１１は、中間軸部３の外周面における、軸方向に対して＋４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルであり、換言すれば、該方向の透磁率が変化することに伴って自身のインダクタンスＬ３を変化させる検出コイルである。第３検出コイル１１は、図５（ｄ）に示すように、円周方向に関して等ピッチに並べて配置された複数個のコイル片１９を備える。これらのコイル片１９は、径方向から見て平行四辺形の形状を有しており、かつ、中間軸部３の軸方向に対して－４５゜傾斜した配線を含んで構成されている。円周方向に隣り合うコイル片１９は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。

第４検出コイル１２は、中間軸部３の外周面における、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルであり、換言すれば、該方向の透磁率が変化することに伴って自身のインダクタンスＬ４を変化させる検出コイルである。第４検出コイル１２は、図５（ｃ）に示すように、円周方向に関して等ピッチに並べて配置された複数個のコイル片２０を備える。これらのコイル片２０は、径方向から見て平行四辺形の形状を有しており、かつ、中間軸部３の軸方向に対して＋４５゜傾斜した配線を含んで構成されている。円周方向に隣り合うコイル片２０は、不図示のプリント配線などの導体により直列に接続されている。

ただし、本発明を実施する場合、第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、および第４検出コイルの具体的な形状および配置に関する構成は、本例の構成に限らず、従来から知られている各種の構成を採用することができる。

図１に戻り、バックヨーク１４は、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２により発生する磁束の磁路となる部材である。バックヨーク１４は、軟鋼などの磁性材により、全体を円筒状に構成されている。バックヨーク１４は、コイルユニット１３の周囲に同軸に配置されている。本例では、この状態で、コイルユニット１３とバックヨーク１４との間には、軸方向にわたって、径方向のクリアランスが設けられている。すなわち、コイルユニット１３の外周面とバックヨーク１４の内周面とが、径方向に離隔している。

ホルダ１５は、コイルユニット１３およびバックヨーク１４を保持する部材であり、非磁性材により全体を円環状に構成されている。本例では、ホルダ１５は、円筒状のホルダ円筒部２１と、ホルダ円筒部２１の軸方向一方側（図１における左側）の端部から全周にわたり径方向外側に向けて伸長する第１外向フランジ２２と、ホルダ円筒部２１の軸方向他方側（図１における右側）の端部から全周にわたり径方向外側に向けて伸長する第２外向フランジ２３とを有する。第１外向フランジ２２の外径は、第２外向フランジ２３の外径よりも大きい。ホルダ１５は、中間軸部３の周囲に同軸に配置された状態で、前記ケースに支持固定されている。

本例では、コイルユニット１３は、ホルダ円筒部２１の軸方向中間部、すなわち、ホルダ円筒部２１のうちで軸方向に関して第１外向フランジ２２と第２外向フランジ２３との間に位置する部分に外嵌されている。バックヨーク１４の軸方向一方側の端面は、第１外向フランジ２２の軸方向他方側の側面の径方向中間部に当接しており、バックヨーク１４の軸方向他方側の端部の内周面は、第２外向フランジ２３の外周面に、締り嵌めなどにより外嵌されている。

なお、本発明を実施する場合、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２を備えたコイルユニット、コイルユニットの周囲に配置されるバックヨーク、コイルユニットおよびバックヨークを保持するホルダなどに関しては、本例と異なる構成を採用することもできる。

図６は、本例のトルク測定装置１の概略回路構成図である。図６に示すように、本例のトルク測定装置１は、上述したセンサ部４と、発振器５と、電圧測定部６と、トルク演算部７とを備える。本例では、図６に示した概略回路構成図の各要素のうち、検出コイル９～１２以外の要素は、たとえば、フレキシブル基板１６に固定したり、図示しない別の基板、たとえば車体側に設置された基板などに固定したりすることができる。

センサ部４では、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２の４つの検出コイルが４辺に配置された、ブリッジ回路８が構成されている。すなわち、ブリッジ回路８は、２つの端点であるＡ点、Ｃ点、および、２つの中点であるＢ点、Ｄ点を有する。第１検出コイル９は、Ｄ点、Ａ点間の辺に配置されている。第２検出コイル１０は、Ａ点、Ｂ点間の辺に配置されている。第３検出コイル１１は、Ｂ点、Ｃ点間の辺に配置されている。第４検出コイル１２は、Ｃ点、Ｄ点間の辺に配置されている。

つまり、ブリッジ回路８において、４辺を構成する２組の対辺のうちの一方の組の対辺である、Ｄ点、Ａ点間の辺およびＢ点、Ｃ点間の辺には、中間軸部３の外周面における、軸方向に対して＋４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルである、第１検出コイル９および第３検出コイル１１が配置されている。また、前記２組の対辺のうちの他方の組の対辺である、Ａ点、Ｂ点間の辺およびＣ点、Ｄ点間の辺には、中間軸部３の外周面における、軸方向に対して－４５゜傾斜した方向の透磁率の変化を検出するため検出コイルである、第２検出コイル１０および第４検出コイル１２が配置されている。

発振器５は、ブリッジ回路８の２つの端点であるＡ点、Ｃ点間に交流電圧である入力電圧Ｖｉを印加することが可能である。

電圧測定部６は、ブリッジ回路８の２つの中点であるＢ点、Ｄ点間の電圧である出力電圧Ｖоを測定することが可能である。

すなわち、本例のトルク測定装置１の使用時に、発振器５により、ブリッジ回路８の２つの端点であるＡ点、Ｃ点間に入力電圧Ｖｉを印加し、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２に交流電流を流すと、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２には、図５（ａ）～図５（ｄ）に矢印α１、α２、α３、α４で示すように、円周方向に隣り合うコイル片１７、１８、１９、２０同士で互いに逆向きの電流が流れる。言い換えれば、このような向きの電流が流れるように、円周方向に隣り合うコイル片１７、１８、１９、２０同士が接続されている。この結果、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２の周囲に交流磁界が発生し、この交流磁界の磁束の一部が、中間軸部３の表層部を通過する。

この状態で、中間軸部３に、図１に矢印ＣＷで示す方向のトルクＴが加わると、回転軸２には、軸方向に対して＋４５゜方向の引張応力（＋σ）と、軸方向に対して－４５゜方向の圧縮応力（－σ）とが作用する。そして、逆磁歪効果により、引張応力（＋σ）が作用する方向である＋４５゜方向では、中間軸部３の透磁率が増加し、圧縮応力（－σ）が作用する方向である－４５゜方向では、中間軸部３の透磁率が減少する。

一方、第１検出コイル９および第３検出コイル１１は、中間軸部３の軸方向に対して－４５゜傾斜した配線を含んで構成されており、該配線の周囲に発生する交流磁界の磁束の一部は、中間軸部３の表層部を、透磁率が増加した方向である＋４５゜方向に通過する。このため、第１検出コイル９および第３検出コイル１１のインダクタンスＬ１、Ｌ３は、それぞれ増大する。また、第２検出コイル１０および第４検出コイル１２は、中間軸部３の軸方向に対して＋４５゜傾斜した配線を含んで構成されており、該配線の周囲に発生する交流磁界の磁束の一部は、中間軸部３の表層部を、透磁率が減少した方向である－４５゜方向に通過する。このため、第２検出コイル１０および第４検出コイル１２のインダクタンスＬ２、Ｌ４は、それぞれ減少する。

これに対し、中間軸部３に、図１に矢印ＣＣＷで示す方向のトルクＴが加わると、上述した場合とは逆の作用により、第１検出コイル９および第３検出コイル１１のインダクタンスＬ１、Ｌ３が減少し、第２検出コイル１０および第４検出コイル１２のインダクタンスＬ２、Ｌ４が増大する。

いずれにしても、ブリッジ回路８では、２つの中点であるＢ点、Ｄ点間の電圧として、回転軸２に加わるトルクＴの方向および大きさに応じた出力電圧Ｖоが得られる。本例では、この出力電圧Ｖоを電圧測定部６により測定可能としている。

トルク演算部７は、電圧測定部６で測定した出力電圧Ｖоを利用して、回転軸２に加わるトルクＴを算出する機能を有する。

トルク演算部７は、センサ部４の温度、具体的には、センサ部４における、予め設定した基準温度Ｔａからの温度変化量△Ｔを測定する温度測定機能を有する。本発明を実施する場合には、この温度測定機能を実現するための構成として、たとえば、従来から知られている各種の構成、具体的には、ブリッジ回路８全体の電流量などをソフトウエア的に処理することでセンサ部４の温度変化量△Ｔを測定する構成（たとえば、特開２０１８－０４８９５６号公報参照）、センサ部４の温度変化量△Ｔを物理的に測定する熱電対や温度センサなどを具備する構成を採用することができる。ここで、基準温度Ｔａは、任意の温度に設定することができるが、たとえば常温（２０℃程度）に設定することができる。

トルク演算部７には、予め、補正パラメータである、ブリッジ回路８の出力電圧の温度変化率Ｖ_Tが保存されている。この温度変化率Ｖ_Tは、センサ部４の温度変動による出力電圧の変化率であり、具体的には、センサ部４における温度が１℃変化するごとに出力電圧が何％ずれるかを表す率である。

トルク演算部７は、前記温度測定機能により測定したセンサ部４の温度変化量△Ｔ、および、予め自身に保存されている温度変化率Ｖ_Tを利用して、電圧測定部６で測定した出力電圧Ｖоの温度補正を行う機能を有する。すなわち、トルク演算部７は、センサ部４の現在の温度が、基準温度Ｔａから温度変化量△Ｔだけずれている場合に、このずれによって生じた、ブリッジ回路８の出力電圧のずれ量（△Ｖ）を補正する機能を有する。このために、本例では、トルク演算部７は、前記温度測定機能により測定したセンサ部４の温度変化量△Ｔに、温度変化率Ｖ_Tを掛け合わせること、すなわち、△Ｖ＝△Ｔ×Ｖ_Tの計算を行うことで、前記ずれ量（△Ｖ）を求める。そして、求めたずれ量（△Ｖ）を、電圧測定部６で測定した出力電圧Ｖоから減ずることで、センサ部４の温度が基準温度Ｔａである場合に測定されると推定される出力電圧Ｖａ（＝Ｖо－△Ｖ）を求める。すなわち、トルク演算部７は、電圧測定部６で測定した出力電圧Ｖоを、出力電圧Ｖａに補正する。

トルク演算部７は、温度補正後の出力電圧Ｖａに基づいて、回転軸２に加わるトルクＴを算出する。すなわち、トルク演算部７には、予め、基準温度Ｔａにおけるブリッジ回路８の出力電圧とトルクＴとの関係Ｙが保存されている。トルク演算部７は、該関係Ｙを用いて、温度補正後の出力電圧ＶａからトルクＴを算出する。

以上のように、本例では、トルク演算部７がブリッジ回路８の出力電圧Ｖоの温度補正を行い、かつ、温度補正後の出力電圧Ｖａに基づいてトルクＴを算出するため、センサ部４の温度変動にかかわらず、トルクＴの測定精度を確保しやい。

次に、本例のトルク測定装置１の製造方法について説明する。

本例のトルク測定装置１の製造方法は、第１工程および第２工程を備える。

第１工程は、製造対象となるトルク測定装置１に関する、図７に直線で概念的に示されるような関係Ｘ、具体的には、コイルバランスＣ_bと、ブリッジ回路８の出力電圧の温度変化率Ｖ_Tとの関係を取得する工程である。ここで、コイルバランスＣ_bとは、ブリッジ回路８を構成する４辺のうちの１組の対辺を構成する２つの対辺のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ３の積Ｒ１×Ｒ３と、前記４辺のうちのもう１組の対辺を構成する２つの対辺のそれぞれの抵抗値Ｒ２、Ｒ４の積Ｒ２×Ｒ４との比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）である。すなわち、第１工程では、それぞれが製造対象となるトルク測定装置１と同じ構成を有し、かつ、それぞれのコイルバランスＣ_bが互いに異なる複数（多数）の試験用サンプルを用意する。そして、これらの試験用サンプルについて、コイルバランスＣ_b、および、温度変化率Ｖ_Tを調べる試験を行い、該試験の結果から、図７の関係Ｘを取得する。

第２工程は、製造対象となるトルク測定装置１についての温度変化率Ｖ_Tを求める工程である。すなわち、第２工程では、製造対象となるトルク測定装置１について、インピーダンスアナライザなどの測定装置を用いて、ブリッジ回路８を構成する４辺のそれぞれの抵抗値、すなわち、第１検出コイル９、第２検出コイル１０、第３検出コイル１１、および第４検出コイル１２のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を測定する。そして、測定した抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４からコイルバランスＣ_bを求める。そして、求めたコイルバランスＣ_bを用いて、第１工程で取得した図７の関係Ｘから、該コイルバランスＣ_bに対応する温度変化率Ｖ_Tを求める。

なお、第１工程で取得した図７の関係Ｘは、製造対象となるトルク測定装置１を大量生産する場合に、これらのトルク測定装置１について共用することができる。

本例のトルク測定装置１の製造方法は、第３工程をさらに備える。

第３工程は、第２工程で求めた温度変化率Ｖ_Tを、製造対象となるトルク測定装置１のトルク演算部７に保存する工程である。

本発明を実施する場合、第３工程は、トルク測定装置１の製造工場で行うこともできるし、トルク測定装置１を組み込む自動車の製造工場で行うこともできる。第３工程を自動車の製造工場で行う場合には、トルク測定装置１の製造工場から自動車の製造工場にトルク測定装置１を出荷する際に、たとえば図２に実線または鎖線で示すように、トルク測定装置１の外装の一部に、第２工程で求めた温度変化率Ｖ_Tを記録した二次元バーコード、ＩＣタグなどの記録体２４を付すことができる。そして、自動車の製造時に、記録体２４に記録された温度変化率Ｖ_Tを読み取り、読み取った温度変化率Ｖ_Tをトルク演算部７に保存する。

なお、図２に実線で示した例では、記録体２４を、外装の一部であるバックヨーク１４の外周面の円周方向一部に付しており、図２に鎖線で示した例では、記録体２４を、外装の一部であるホルダ１５の軸方向側面に付している。ただし、外装に対して記録体２４を付す箇所は、記録体２４に記録された温度変化率Ｖ_Tを読み取ることができる箇所であれば、任意の箇所を採用することができる。

本例のトルク測定装置１の製造方法によれば、製造対象となるトルク測定装置１が温度補正機能を有する構造でありながら、製造時間を抑えることができる。

すなわち、本例では、トルク測定装置１の製造方法に含まれる第１工程、第２工程、および第３工程のうち、比較的長時間を要する工程である第１工程は、製造対象となるトルク測定装置１を大量生産する場合に、これらのトルク測定装置１のそれぞれについて個別に行う必要はない。すなわち、第１工程で取得した図７の関係Ｘは、これらのトルク測定装置１について共用することができる。そして、第２工程では、抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４からコイルバランスＣ_bを求めるだけで、自動的に温度変化率Ｖ_Tが求まる。このため、これらのトルク測定装置のそれぞれについて長時間および困難さを要する校正試験を実施する必要がある従来技術に比べて、トルク測定装置１の製造時間を大幅に抑えることができる。

１ トルク測定装置
２ 回転軸
３ 中間軸部
４ センサ部
５ 発振器
６ 電圧測定部
７ トルク演算部
８ ブリッジ回路
９ 第１検出コイル
１０ 第２検出コイル
１１ 第３検出コイル
１２ 第４検出コイル
１３ コイルユニット
１４ バックヨーク
１５ ホルダ
１６ フレキシブル基板
１７ コイル片
１８ コイル片
１９ コイル片
２０ コイル片
２１ ホルダ円筒部
２２ 第１外向フランジ
２３ 第２外向フランジ
２４ 記録体
１００ ブリッジ回路
１０１ 回転軸
１０２ 磁歪効果部
１０３ 第１検出コイル
１０４ 第２検出コイル
１０５ 第３検出コイル
１０６ 第４検出コイル

Claims (3)

1. 回転軸の磁歪効果部の周囲に配置される４つの検出コイルを４辺に配置したブリッジ回路を有するセンサ部と、
   前記ブリッジ回路の２つの端点に入力電圧を印加する発振器と、
   前記ブリッジ回路の２つ中点間の電圧である出力電圧を測定する電圧測定部と、
   前記電圧測定部で測定した前記出力電圧を利用して前記回転軸に加わるトルクを算出するトルク演算部と、を備え、
   前記トルク演算部は、前記センサ部の温度を測定する温度測定機能と、前記温度測定機能により測定した前記センサ部の温度、および、予め自身に保存されている補正パラメータである、前記出力電圧の温度変化率Ｖ_Tを利用して、前記電圧測定部で測定した前記出力電圧の温度補正を行う機能と、該温度補正後の出力電圧に基づいて前記回転軸に加わるトルクを算出する機能とを有する、
   トルク測定装置の製造方法であって、
   製造対象となる前記トルク測定装置と同じ構成を有する複数の試験用サンプルについて、前記４辺のうちの１組の対辺を構成する２つの対辺の抵抗値Ｒ１、Ｒ３の積Ｒ１×Ｒ３と前記４辺のうちのもう１組の対辺を構成する２つの対辺の抵抗値Ｒ２、Ｒ４の積Ｒ２×Ｒ４との比（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ２×Ｒ４）であるコイルバランスＣ_b、および、前記温度変化率Ｖ_Tを調べる試験を行い、該試験の結果から、前記コイルバランスＣ_bと前記温度変化率Ｖ_Tとの関係Ｘを取得する第１工程と、
   製造対象となる前記トルク測定装置について、前記４辺のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を測定して前記コイルバランスＣ_bを求め、該求めたコイルバランスＣ_bを用いて、前記第１工程で取得した前記関係Ｘから、前記温度変化率Ｖ_Tを求める第２工程と、を備える、
   トルク測定装置の製造方法。
2. 前記第２工程で求めた前記温度変化率Ｖ_Tを、製造対象となる前記トルク測定装置の前記トルク演算部に保存する第３工程を備える、請求項１に記載のトルク測定装置の製造方法。
3. 回転軸の磁歪効果部の周囲に配置される４つの検出コイルを４辺に配置したブリッジ回路を有するセンサ部と、
   前記ブリッジ回路の２つの端点に入力電圧を印加する発振器と、
   前記ブリッジ回路の２つ中点間の電圧である出力電圧を測定する電圧測定部と、
   前記電圧測定部で測定した前記出力電圧を利用して前記回転軸に加わるトルクを算出するトルク演算部と、
   を備え、
   前記トルク演算部は、前記センサ部の温度を測定する温度測定機能と、前記温度測定機能により測定した前記センサ部の温度、および、予め自身に保存されている補正パラメータである、前記出力電圧の温度変化率Ｖ_Tを利用して、前記電圧測定部で測定した前記出力電圧の温度補正を行う機能と、該温度補正後の出力電圧に基づいて前記回転軸に加わるトルクを算出する機能とを有し、および、
   前記センサ部の外装に、前記温度変化率Ｖ_Tを記録した記録体が付されている、
   トルク測定装置。

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