JP6698082B2 - 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

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。また、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。

上記のような磁歪式センサの感度は、磁歪材料の磁歪定数および透磁率に影響を受ける。磁歪材料の磁歪定数および透磁率は、磁歪材料の化学組成に応じて変化する。例えば、非特許文献１に開示されているように、Ｆｅ−Ｎｉ合金では、合金中のＮｉの含有量に応じて、磁歪定数および透磁率が大きく変化する。また、例えば、非特許文献２に記載されているように、Ｆｅ−Ｃｏ合金では、合金中のＣｏの含有量に応じて、磁歪定数および透磁率が大きく変化する。

そこで、従来、磁歪式センサに用いられる磁歪材料の化学組成は、磁歪式センサの感度が高くなるように調整されている。具体的には、磁歪定数および透磁率が、磁歪式センサの感度を向上するために適した値になるように、磁歪材料の化学組成が調整されている。

例えば、特許文献１には、Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる磁歪膜を有する磁歪式トルクセンサが開示されている。特許文献１の磁歪式トルクセンサでは、磁歪定数と透磁率との積が、その最大値の９０％以上となるように、Ｎｉ−Ｆｅ合金（磁歪膜）の化学組成が調整されている。

特開２００７−９３２４４号公報

近角聡信ほか 磁性体ハンドブック 新装版第１刷 朝倉書店 2006年4月1日発行 p.1082-1083 RICHARD M.BOZORTH Ferromagnetism 1993 Editorial Board Institute of Electrical and Electronics Engineers 1993年発行 p.197,664

ところで、磁歪式センサの生産を検討する中で、感度の高い磁歪式センサを、より効率よく生産したいとう要望がでてきた。

したがって、本発明は、感度の高い磁歪式センサを効率よく生産することができる構成を得ることを目的とする。

従来、所定の磁歪材料からなる磁歪部を備えた磁歪式センサにおいて、センサ感度を高くするのに適した磁歪定数および透磁率の組み合わせが存在することが知られている。また、上述したように、磁歪定数および透磁率はそれぞれ、磁歪材料の化学組成によって変化する。したがって、従来、センサ感度を高くするのに適した磁歪定数および透磁率が得られるように、磁歪部の全体において、磁歪材料が所定の化学組成になるように、磁歪部が形成されていた。

一方、磁歪部を形成する際に、磁歪材料を所定の化学組成に調整できなければ、磁歪式センサの感度を十分に高くすることができない。そのため、従来、磁歪式センサの感度を高くするためには、磁歪部を形成する際に、磁歪材料の化学組成を厳密に管理する必要があった。すなわち、従来、磁歪式センサの感度を高くすること、および磁歪式センサの生産を容易にすることを両立させることができなかった。

そこで、本発明者らは、磁歪式センサの感度を高くすること、および磁歪式センサの生産を容易にすることを両立させるために、種々の検討を行った。この検討の中で、磁歪部を構成する磁歪材料の化学組成について改めて詳細な調査を行った。その結果、磁歪部中に、磁歪材料の化学組成が異なる部分を設けることによって、磁歪部の内部に応力が生じることが分かった。より具体的には、複数の元素を含む磁歪材料からなる磁歪部において、いずれかの元素の濃度が異なる部分が存在することによって、磁歪部の内部に応力が生じることが分かった。

さらに、本発明者らが磁歪部について調査を進めた結果、上記のように内部応力が生じた磁歪部を有する磁歪式センサでは、磁歪部を形成する際に、磁歪材料の化学組成を厳密に管理しなくても、センサ感度を高めることができることが分かった。具体的には、磁歪材料の化学組成が、目標とする化学組成（例えば、センサ感度を高めるために理論上決定される化学組成）からある程度外れていても、センサ感度を十分に高めることができることが分かった。すなわち、本発明者らは、磁歪部の内部に応力を発生させることによって、磁歪式センサの感度を高くすること、および磁歪式センサの生産を容易にすることを両立させることが可能になることを見出した。

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柱状の基材と、前記基材の外周面に設けられ且つ複数の元素を含む磁歪部とを有する磁性構造体を備える。前記磁歪部において、前記複数の元素のうち少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が複数存在する。前記磁性構造体において、前記軸線に直交する断面を第１断面と定義し、前記第１断面に直交し且つ前記軸線を通る断面を第２断面と定義した場合に、前記磁歪部が、下記の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示す要件のうち少なくとも一つの要件を満たす。
（Ａ）前記第１断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記軸線を中心として時計回りに並んでいる。
（Ｂ）前記第１断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記磁歪部の厚み方向に並んでいる。
（Ｃ）前記第２断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記軸線に沿って並んでいる。

本発明の一実施形態に係る磁歪式センサは、感度を高くすることができ、且つ効率よく生産することができる。

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。 磁性構造体の概略構成を示す図である。 磁歪膜を、磁性構造体の軸線に直交する方向から見た場合の図である。 磁性構造体の断面を模式的に示す図である。 図２のＤ−Ｄ線断面を示す図である。 図２のＤ−Ｄ線断面の他の例を示す図である。 図２のＥ−Ｅ線断面を示す図である。 図２のＤ−Ｄ線断面のその他の例を示す図である。 図２のＤ−Ｄ線断面を簡略化して示した図である。 磁性構造体の製造方法を説明するための図である。 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。 電動アシスト付き自転車の概略構成を示す図である。 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。 磁性構造体の他の例を示す断面図である。 磁性構造体のその他の例を示す断面図である。 磁性構造体のその他の例を示す図である。 磁歪列部におけるＦｅ濃度の変化を示すグラフである。 磁歪列部におけるＦｅ濃度の変化を示すグラフである。 磁性構造体の磁歪膜のＦｅ濃度とトルクセンサの出力との関係を示すグラフである。 磁性構造体の磁歪膜のＦｅ濃度とトルクセンサの出力との関係を示すグラフである。 Ｆｅ濃度差とＦｅ濃度の管理幅との関係を示すグラフである。 Ｆｅ濃度差とＦｅ濃度の管理幅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＝（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。

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なるように設けられている。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１１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１１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１１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１１に示す回路構成が広く知られている。図１１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１１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１１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、例えば、下記式（２）を満たす。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では、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、軸線Ａに直交する方向から見て、磁歪膜２の領域２ｃでは、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。磁歪膜２は、例えば、下記式（１）で定義される被覆率が３０％以上９５％以下となるように形成される。

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．磁性構造体の断面
図４は、図１に示す磁性構造体２０の断面を模式的に示す図である。図４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４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４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４における「Ｍ」は、図３の「Ｗ」に相当する。

１．３．１．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。例えば、前記磁性体材料は、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。本実施形態では、磁歪膜２は、複数の元素を含む。前記複数の元素のうちの少なくとも１種は、例えば、強磁性体を形成する元素であることが好ましい。この場合、トルクセンサ１の感度を高めることができる。強磁性体を形成する元素とは、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、またはＮｉである。より高い透磁率およびより高い磁歪効果を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、および／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（濃度）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以外の金属の含有量（濃度）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、上述したように、Ｆｅ以外の金属には、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｒから選ばれる少なくとも１種が含まれることが好ましい。

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（濃度）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（濃度）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。

なお、上述の各元素の好ましい濃度、およびより好ましい濃度は、磁歪列部２ａの中央部ｍ_ｃ（図４参照）における、各元素の濃度のことをいう。なお、中央部ｍ_ｃは、図４に示す断面において、磁歪列部２ａの厚み方向および幅方向における中央部である。

磁歪膜２中の各元素の濃度（含有量）は、公知の元素分析装置を用いて測定することができる。具体的には、各元素の濃度は、例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて測定することができる。各元素の濃度をＥＰＭＡを用いて測定する場合には、スポット径は、例えば、１０μｍ以下（好ましくは、５μｍ以下）に設定される。

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、例えば、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。

図４に示すように、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。また、磁歪列部２ａが突出部２ｅを有することによって、磁歪膜２中の各元素の濃度変化に対する、トルクセンサ１の出力の変化量を小さくすることができる。

なお、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４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４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４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４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。

１．３．２．磁歪膜における各元素の濃度分布
本実施形態では、磁歪膜２において、複数の元素のうち少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が存在する。以下、図面を用いて具体的に説明する。

図５および図６は、図２のＤ−Ｄ線断面（磁性構造体２０の軸線Ａに直交する断面：以下、第１断面ともいう。）を示す図である。なお、図５および図６では、図２のＤ−Ｄ線断面のうち、１つの磁歪列部２ａおよびその周辺を拡大して示している。

図５を参照して、磁性構造体２０の第１断面において、例えば、磁歪列部２ａを、軸線Ａ（図１参照）を中心として時計回りの方向（図５において矢印ＣＷで示す方向）に複数の部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃに分ける。この場合、本実施形態では、例えば、複数の元素のうち少なくとも１種の元素の濃度は、部分２２ａと部分２２ｂとで異なり、部分２２ｂと部分２２ｃとで異なる。すなわち、本実施形態では、磁性構造体２０の第１断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線Ａを中心として時計回りに並んでいる。

なお、上記少なくとも１種の元素の濃度は、部分２２ａにおいて最も高くなってもよく、部分２２ｂにおいて最も高くなってもよく、部分２２ｃにおいて最も高くなってもよい。また、上記少なくとも１種の元素の濃度は、各部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内で、上記時計回りの方向において変化してもよい。なお、本実施形態において時計回りの方向とは、基材２１の周方向である。

例えば、磁性構造体２０の第１断面において、上記時計回りの方向における磁歪列部２ａの中央またはその近傍で、少なくとも１種の元素の濃度が最も高くなり、上記時計回りの方向における磁歪列部２ａの端部またはその近傍で、上記少なくとも１種の元素の濃度が最も低くなってもよい。また、例えば、磁性構造体２０の第１断面において、上記時計回りの方向における磁歪列部２ａの中央またはその近傍で、少なくとも１種の元素の濃度が最も低くなり、上記時計回りの方向における磁歪列部２ａの端部またはその近傍で、上記少なくとも１種の元素の濃度が最も高くなってもよい。なお、磁歪列部２ａの上記中央における上記少なくとも１種の元素の濃度と、磁歪列部２ａの上記端部における上記少なくとも１種の元素の濃度との差は、１質量％以上であることが好ましく、２質量％以上であることがより好ましい。上記濃度の差は、例えば、上記磁歪列部２ａの上記中央における、上記少なくとも１種の元素の濃度以下の値である。

なお、上記複数の部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちの２つの部分において、上記少なくとも１種の元素の濃度が等しくてもよい。また、上記時計回りの方向を左右方向とした場合に、磁歪列部２ａの左右方向における中心線を対象軸として、該磁歪列部２ａにおいて、上記少なくとも１種の元素の濃度が左右対称となるように変化してもよい。

なお、磁歪膜２における各元素の濃度分布は、図５で説明した例に限定されない。例えば、図６に示すように、磁歪列部２ａを、磁歪膜２の厚み方向に複数の部分２２ｄ，２２ｅ，２２ｆに分けた場合、複数の元素のうち少なくとも１種の元素の濃度が、部分２２ｄと部分２２ｅとで異なり、部分２２ｅと部分２２ｆとで異なっていてもよい。すなわち、第１断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、磁歪膜２の厚み方向に並んでいてもよい。なお、詳細な説明は省略するが、図５の場合と同様に、上記少なくとも１種の元素の濃度が最も高くなる部分は、複数の部分２２ｄ，２２ｅ，２２ｆのうちのいずれの部分であってもよい。また、上記複数の部分２２ｄ，２２ｅ，２２ｆのうちの２つの部分において、上記少なくとも１種の元素の濃度が等しくてもよい。

また、例えば、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が軸線Ａに（図１参照）沿って並んでいてもよい。以下、図面を用いて簡単に説明する。

図７は、図２のＥ−Ｅ線断面（上記第１断面に直交し、且つ軸線Ａを通る断面：以下、第２断面ともいう。）を示す図である。なお、図７では、図２のＥ−Ｅ線断面のうち、１つの磁歪列部２ａおよびその周辺を拡大して示している。

図７を参照して、磁性構造体２０の第２断面において、例えば、磁歪列部２ａを、軸線Ａ（図１参照）に沿って３つの部分２２ｇ，２２ｈ，２２ｉに分けた場合、複数の元素のうち少なくとも１種の元素の濃度が、部分２２ｇと部分２２ｈとで異なり、部分２２ｈと部分２２ｉとで異なっていてもよい。なお、詳細な説明は省略するが、図５の場合と同様に、上記少なくとも１種の元素の濃度が最も高くなる部分は、複数の部分２２ｇ，２２ｈ，２２ｉのうちのいずれの部分であってもよい。また、上記複数の部分２２ｇ，２２ｈ，２２ｉのうちの２つの部分において、上記少なくとも１種の元素の濃度が等しくてもよい。

なお、図５では、磁歪列部２ａにおいて、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる３つの部分が上記時計回りに並ぶ場合について説明した。しかしながら、磁歪列部２ａにおいて、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる２つの部分または４つ以上の部分が上記時計回りに並んでいてもよい。また、「元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線を中心として時計回りに並んでいる」とは、上記時計回りの方向において、元素の濃度が互いに異なる部分が存在することをいう。また、「元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線を中心として時計回りに並んでいる」構成には、上記時計回りの方向において、元素の濃度が段階的に変化する構成だけでなく、上記時計回りの方向において、元素の濃度が連続的に変化する構成も含まれる。

図６では、磁歪列部２ａにおいて、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる３つの部分が上記厚み方向に並ぶ場合について説明した。しかしながら、磁歪列部２ａにおいて、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる２つの部分または４つ以上の部分が上記厚み方向に並んでいてもよい。また、「元素の濃度が互いに異なる部分が、磁歪部の厚み方向に並んでいる」とは、上記厚み方向において、元素の濃度が互いに異なる部分が存在することをいう。また、「元素の濃度が互いに異なる部分が、磁歪部の厚み方向に並んでいる」構成には、上記厚み方向において、元素の濃度が段階的に変化する構成だけでなく、上記厚み方向において、元素の濃度が連続的に変化する構成も含まれる。

図７では、磁歪列部２ａにおいて、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる３つの部分が軸線Ａ（図１参照）に沿って並ぶ場合について説明した。しかしながら、磁歪列部２ａにおいて、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる２つの部分または４つ以上の部分が軸線Ａに沿って並んでいてもよい。また、「元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線に沿って並んでいる」とは、軸線方向において、元素の濃度が互いに異なる部分が存在することをいう。また、「元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線に沿って並んでいる」構成には、上記軸線方向において、元素の濃度が段階的に変化する構成だけでなく、上記軸線方向において、元素の濃度が連続的に変化する構成も含まれる。

なお、詳細な説明は省略するが、図８に示すように、例えば、第１断面において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる複数の部分２２ｊ，２２ｋ，２２ｌ，２２ｍ，２２ｎ，２２ｏが千鳥状に配置されてもよい。同様に、図示は省略するが、第２断面において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる複数の部分が千鳥状に配置されてもよい。

また、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が並んでいる領域は、磁性構造体２０の第１断面において、磁歪膜２の全ての領域に及んでいなくてもよい。図９は、図２のＤ−Ｄ線断面（第１断面）を簡略化して示した図である。例えば、図９に示したように、磁性構造体２０の第１断面において、磁歪膜２内の互いに離れた領域５０ａ,５０ｂ,５０ｃ,５０ｄ内に位置する磁歪列部２ａでそれぞれ、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が並んでいてもよい。この場合、領域５０ａ,５０ｂ,５０ｃ,５０ｄ以外の領域に位置する磁歪列部２ａにおいては、複数の元素の濃度がそれぞれ一定の値であってよい。なお、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が並んでいる領域が、磁歪膜２全体の１／２以上の領域を占めることが好ましい。図示は省略するが、磁性構造体２０の第２断面においても同様に、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が並んでいる領域が、磁歪膜２の全ての領域に及んでいなくてもよい。例えば、磁性構造体２０の第２断面において、磁歪膜２内の互いに離れた複数の領域内に位置する磁歪列部２ａでそれぞれ、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が並んでいてもよい。この場合、上記複数の領域以外の領域に位置する磁歪列部２ａにおいては、複数の元素の濃度がそれぞれ一定の値であってよい。

上記のように磁歪膜２中の元素の濃度を調整することによって、磁歪列部２ａの内部に応力を発生させることができる。これにより、磁歪膜２中の化学組成が、目標とする化学組成からある程度外れていても、トルクセンサ１の感度を十分に高めることができる。その結果、トルクセンサ１の感度を高くすること、およびトルクセンサ１の生産を容易にすることを両立させることができる。なお、上記少なくとも一つの元素は、例えば、強磁性体を形成する元素であることが好ましい。この場合、トルクセンサ１の感度を高めることができる。

なお、磁性構造体２０の第１断面（図５参照）において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線Ａを中心として時計回りに並ぶように磁歪膜２を構成する場合には、例えば、以下のようにして磁歪膜２を形成する。まず、基材２１の外周面２１ｓに凹凸を形成する。具体的には、後述の図１０に示すように、例えば、外周面２１ｓ上にレジスト層９１を形成する。その後、レジスト層９１が形成された基材２１の外周面２１ｓに、めっきによって磁歪膜２を形成する。なお、上述したように、従来の磁歪式トルクセンサでは、磁歪膜の全体において各元素の濃度が一定になるように、磁歪膜が形成されていた。このため、従来、めっきによって磁歪膜を形成する際には、磁歪膜の全体において各元素の濃度がばらつかないように、めっき条件が調整されていた。具体的には、各元素の濃度のばらつきを防止するために、めっき時の電流密度が低い値（１〜３Ａ／ｄｍ^２程度）に設定されていた。これに対して、本実施形態に係る磁歪膜２を形成する際には、例えば、めっき時の電流密度を、敢えて高い値（例えば、２０Ａ／ｄｍ^２）に設定する。これにより、各磁歪列部２ａにおいて、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が上記時計回りの方向に並ぶように、磁歪膜２を形成することができる。

また、詳細な説明は省略するが、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が磁歪膜２の厚み方向に並ぶ磁歪膜２は、例えば、磁歪膜２の成膜条件を経時的に変えることによって得ることができる。少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が軸線Ａに沿って並ぶ磁歪膜２は、例えば、基材２１の軸方向において成膜条件を変えることによって得ることができる。

なお、上述したように、磁歪列部２ａは、突出部２ｅを有することにより、図４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。磁歪列部２ａを上記のような形状にすることによって、磁歪列部２ａ内で、上記時計回りの方向において、上記少なくとも１種の元素の濃度を変化させやすくなる。より具体的には、磁歪膜２が突出部２ｅを有することにより、磁歪膜２と基材２１の外周面２１ｓとの接触面の面積を変えずに、上記少なくとも１種の元素の濃度を変化させやすくなる。磁歪列部２ａが突出部２ｅを有することによって、磁歪列部２ａで、上記時計回りの方向において、少なくとも１種の元素の濃度を変化させやすくなる理由については後述する。

１．３．２．基材
基材２１は、磁歪膜２と異なる材料、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、および／またはＳｉ、Ｂ、Ｓ、Ｃ、Ｏ、Ｎ等の非金属の非磁性体材料を含んでいてもよい。

１．３．３．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

１．４．磁性構造体の製造方法
図１０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１０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４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１０（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８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１０（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１０００℃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、磁歪膜２を有する磁性構造体２０が得られる。なお、熱処理を省略してもよい。

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。

特に、電気めっき法によって磁歪膜２を形成する場合には、上記のように突出部２ｅが形成されるようにめっきを行うことによって、磁歪列部２ａ内で、上記時計回りの方向において、少なくとも１種の元素の濃度を変化させやすくなる。以下、元素の濃度を変化させやすくなる理由を簡単に説明する。

一般に、めっき膜を構成する合金元素の成分比は、めっきを行う際の電流密度に応じて変化する。一方、めっき膜が形成される部材（以下、めっき対象物という。）の形状によっては、めっきを行う際に、めっき対象物において電流密度にばらつきが生じる場合がある。例えば、めっき対象物の外表面に凹凸部および角部が形成されている場合には、凹部に比べて、凸部および角部において電流密度が高くなる。本実施形態では、突出部２ｅが形成されるようにめっきが行われるので、磁歪膜２が形成される過程において、上記凸部および角部と同様に、突出部２ｅとなる部分（レジスト層９１上に形成されるめっき膜）の電流密度が高くなる。また、めっきを行う際に、めっき対象物に流す電流が大きい程、凸部および角部の電流密度が、他の部分の電流密度に比べて高くなりやすい。本実施形態では、電気めっきによって磁歪膜２を形成する際に、めっき時の電流密度を、敢えて高い値（例えば、２０Ａ／ｄｍ^２）に設定する。これにより、磁歪膜２を形成する過程において、突出部２ｅとなる部分の電流密度を、他の部分の電流密度に比べて十分に高くすることができる。その結果、磁歪列部２ａにおいて、突出部２ｅと他の部分とで、合金元素の成分比を変えることができる。すなわち、本実施形態では、磁歪列部２ａが突出部２ｅを有することによって、磁歪列部２ａで、上記時計回りの方向において、少なくとも１種の元素の濃度を変化させやすくなる。

なお、上記のようにして磁性構造体２０を製造した後、磁歪膜２に対して、研磨、またはショットピーニング等の加工を施してもよい。これにより、磁歪膜２の内部応力を高くすることができる。

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１２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１２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１２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斜め下方向に延びている。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１３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１３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、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１２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１３参照）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、磁歪膜（磁歪部）２が、下記の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す要件のうち少なくとも一つの要件を満たす。これにより、磁歪膜２の内部に応力を発生させることができる。その結果、磁歪膜２を構成する材料の化学組成が、目標とする化学組成からある程度外れていても、トルクセンサ１の感度を十分に高めることができる。すなわち、トルクセンサ１の感度を高くすること、およびトルクセンサ１の生産を容易にすることを両立させることができる。したがって、感度の高いトルクセンサ１を効率よく生産することができる。
（ａ）磁性構造体２０の第１断面において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線Ａを中心として時計回りに並んでいる。
（ｂ）磁性構造体２０の第１断面において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、磁歪膜２の厚み方向に並んでいる。
（ｃ）磁性構造体２０の第２断面において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線Ａに沿って並んでいる。

なお、磁歪膜２が、上記の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）のうちの複数の要件を満たしていてもよい。この場合も、磁歪膜２の内部に応力を発生させることができる。したがって、感度の高いトルクセンサ１を効率よく生産することができる。

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。

また、本実施形態では、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。

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。

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。

（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。

上述の実施形態では、図３に示したように、隣り合う磁歪列部２ａの端部同士を連結する連結部２６が、磁歪列部２ａ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が、連結部の形成位置は上述の例に限定されない。例えば、隣り合う磁歪列部２ａの曲部Ｚ同士を連結するように、連結部が設けられてもよい。また、例えば、第１の部分２ｍの中央部において隣り合う磁歪列部２ａを連結する連結部、および第２の部分２ｎの中央部において隣り合う磁歪列部２ａを連結する連結部が設けられてもよい。なお、磁歪膜において連結部が設けられていなくてもよい。

上述の実施形態では、基材２１の外周面２１ｓの全周に亘って複数の磁歪列部２ａが形成されている。しかしながら、基材２１の外周面２１ｓの一部のみに複数の磁歪列部２ａが設けられてもよい。

上述の実施形態では、複数の磁歪列部２ａが均一な間隔で形成されている。しかしながら、磁歪膜における隣り合う磁歪列部の間隔が均一でなくてもよい。また、上述の実施形態では、複数の磁歪列部２ａが均一な幅Ｗで形成されている。しかしながら、磁歪膜における複数の磁歪列部の幅が均一でなくてもよい。

上述の実施形態では、磁歪列部２ａが曲部Ｚを有し、第１の部分２ｍと第２の部分２ｎとが曲部Ｚにおいて接続されている。しかしながら、磁歪列部が曲部を有していなくてもよい。例えば、上述の曲部Ｚを設ける代わりに、隙間を設けることにより、磁歪列部において第１の部分と第２の部分とを分離させてもよい。

上述の実施形態では、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。しかしながら、第１の部分の長さと第２の部分の長さとが異なっていてもよい。

また、磁歪列部の形状は上述の例に限定されない。図１４および図１５は、いずれも、磁性構造体の他の一例を、図４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１４では、基材２１の外周面２１ｓと、磁歪列部２００２ａにおける突出部２００２ｅの突出方向とのなす角度θ_ｅ、および、比Ｈ_１／Ｈが、図４に示す例とは異なる場合を示している。また、図１５では、磁歪列部５００２ａが矩形状の断面を有する場合を示している。

上述の実施形態では、複数の磁歪列部２ａを有する磁歪膜２を有する磁性構造体２０について説明した。しかしながら、磁歪膜が複数の磁歪列部を有していなくてもよい。図１６は、磁性構造体のその他の一例を示す図である。図１６に示す磁性構造体２０ａでは、基材２１の全周に亘って、隙間が生じないように磁歪膜２００が形成されている。なお、図１６に示す磁性構造体２０ａにおいても、上述の磁性構造体２０と同様に、磁歪膜（磁歪部）２００において、複数の元素のうち少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が存在する。具体的には、磁歪膜２００が、下記の（ａ１）、（ｂ１）および（ｃ１）に示す要件のうち少なくとも一つの要件を満たす。これにより、上述の実施形態と同様に、磁歪膜２００の内部に応力を発生させることができる。
（ａ１）磁性構造体２０ａの第１断面において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線Ａを中心として時計回りに並んでいる。
（ｂ１）磁性構造体２０ａの第１断面において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、磁歪膜２の厚み方向に並んでいる。
（ｃ１）磁性構造体２０ａの第２断面において、少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、軸線Ａに沿って並んでいる。

なお、磁性構造体２０ａの第１断面とは、磁性構造体２０ａの軸線に直交する断面（例えば、図１６のＦ−Ｆ線断面）のことを意味する。また、磁性構造体２０ａの第２断面とは、磁性構造体２０ａの第１断面に直交し、且つ磁性構造体２０ａの軸線を通る断面（例えば、図１６のＧ−Ｇ線断面）のことを意味する。

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。なお、荷重センサに、本実施形態の構成を適用する場合には、磁歪膜を囲むように１つのコイルが配置される。

前記実施形態では、基材２１は円筒状である。しかしながら、基材は、柱状に構成されていれば、どのような断面形状を有していてもよい。例えば、基材の外周面が断面多角形状を有していてもよい。また、基材が中空状に構成されていてもよく、中実状に構成されていてもよい。

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４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。

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１０に示す製造方法にて、めっき法により、図３に示す磁歪列部２ａおよび図４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を複数得た。めっきは、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸鉄（ＩＩ）、ホウ酸等からなる公知の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。

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４）の最大膜厚Ｈが８５μｍ、角度θｅが３０°、幅Ｍが４６０μｍ、基材２１との接触面の長さＮが２６０μｍ、基材２１の表面において磁歪列部２ａが接触している割合（被覆率）が４０％であり、隣り合う磁歪列部２ａ同士の間隔Ｉが２００μｍ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濃度は約３０質量％、Ｎｉ濃度は約７０質量％であった。基材２１の材質は、ＳＣＭ４３５（ＪＩＳ Ｇ４０５３）であった。

なお、磁歪膜２は、基材２１の周方向においてＦｅ濃度（質量％）が変化するように形成した。具体的には、上記周方向における磁歪列部２ａの中央部のＦｅ濃度が、上記周方向における磁歪列部２ａの両端部のＦｅ濃度よりも低くなるように、磁歪膜２を形成した。また、磁歪列部２ａの上記中央部のＦｅ濃度と、磁歪列部２ａの上記両端部のＦｅ濃度との差（以下、Ｆｅ濃度差という。）が異なる複数種の磁歪膜２を形成した。具体的には、Ｆｅ濃度差（質量％）が約２％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０、Ｆｅ濃度差が約３％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０、Ｆｅ濃度差が約４．５％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０、Ｆｅ濃度差が約５％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０、Ｆｅ濃度差が約７％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０、およびＦｅ濃度差が約８％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０をそれぞれ複数製造した。なお、Ｆｅ濃度差が約２％、約３％および約４．５％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０に対しては、６００℃、１時間の熱処理を行った。一方、Ｆｅ濃度差が約５％、約７％および約８％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０に対しては、５００℃、１時間の熱処理を行った。

図１７および図１８は、磁歪列部２ａにおけるＦｅ濃度の変化を示すグラフである。なお、図１７および図１８には、図４に示した断面において、高さＨ_１（端部ｍ_ｅの高さ）の位置のＦｅ濃度の変化を示す。また、図１７は、Ｆｅ濃度差が約２％の磁歪膜２、Ｆｅ濃度差が約３％の磁歪膜２、およびＦｅ濃度差が約４．５％の磁歪膜２における、Ｆｅ濃度の変化の一例を示すグラフである。また、図１８は、Ｆｅ濃度差が約５％の磁歪膜２、Ｆｅ濃度差が約７％の磁歪膜２、およびＦｅ濃度差が約８％の磁歪膜２における、Ｆｅ濃度の変化の一例を示すグラフである。

なお、図１７および図１８において、グラフの横軸の“長手方向位置”は、図４に示した断面における磁歪列部２ａの幅方向の位置を意味する。図１７および図１８においては、図４に示した断面における磁歪列部２ａの端部ｍ_ｅの位置を、“長手方向位置”の零点としている。図１７および図１８において縦軸のΔＦｅは、Ｆｅ濃度差（質量％）を示す。なお、図１７および図１８においては、磁歪列部２ａの中央部（図４に示した断面において、磁歪列部２ａの幅方向における中央部）におけるＦｅ濃度差を零として、各長手方向位置におけるＦｅ濃度差を示している。

図１７および図１８においては、複数の磁性構造体２０の中から、Ｆｅ濃度ごとに、任意に抽出された磁性構造体２０の磁歪膜２のＦｅ濃度を示している。なお、図示は省略するが、他の磁歪膜２についても、磁歪列部２ａにおいてＦｅ濃度は同様に変化した。

上記のようにして得られた複数の磁性構造体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、トルクセンサ１の感度を調査した。なお、トルクセンサ１の感度は、トルクセンサ１を図１１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１９および図２０は、磁性構造体２０の磁歪膜２のＦｅ濃度と、その磁性構造体２０を用いたトルクセンサ１の出力との関係を示すグラフである。なお、図１９は、Ｆｅ濃度差が約２％、約３％および約４．５％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０を用いたトルクセンサ１の出力を示し、図２０は、Ｆｅ濃度差が約５％、約７％および約８％の磁歪膜２を有する磁性構造体２０を用いたトルクセンサ１の出力を示す。また、図１９において横軸は、磁歪膜２の任意の磁歪列部２ａの中央部（図４に示した断面において、磁歪列部２ａの幅方向における中央部）のＦｅ濃度を示す。

図１９を参照して、Ｆｅ濃度差が約２％の磁性構造体２０を用いたトルクセンサ１では、磁歪列部２ａの中央部のＦｅ濃度が、約２４％〜約３１％の場合に、３Ｖ以上の出力が得られた。Ｆｅ濃度差が約３％の磁性構造体２０を用いたトルクセンサ１では、磁歪列部２ａの中央部のＦｅ濃度が、約２４．５％〜約３２．５％の場合に、３Ｖ以上の出力が得られた。Ｆｅ濃度差が約４．５％の磁性構造体２０を用いたトルクセンサ１では、磁歪列部２ａの中央部のＦｅ濃度が、約２６．５％〜約３７．５％の場合に、３Ｖ以上の出力が得られた。以下、トルクセンサ１の出力が３Ｖ以上になる場合の磁歪列部２ａの中央部のＦｅ濃度の最大値と最小値との差を、Ｆｅ濃度の管理幅という。

Ｆｅ濃度差が約２％の磁歪膜２では、上記管理幅は約７％であり、Ｆｅ濃度差が約３％の磁歪膜２では、上記管理幅は約８％であり、Ｆｅ濃度差が約４．５％の磁歪膜２では、上記管理幅は約１１％である。

同様に、図２０を参照して、Ｆｅ濃度差が約５％の磁歪膜２では、上記管理幅は約７％であり、Ｆｅ濃度差が約７％の磁歪膜２では、上記管理幅は約１０％であり、Ｆｅ濃度差が約８％の磁歪膜２では、上記管理幅は約１３％である。

図２１および図２２に、Ｆｅ濃度差とＦｅ濃度の管理幅との関係を示す。図２１および図２２から、Ｆｅ濃度差が大きいほど、Ｆｅ濃度の管理幅が大きくなっていることが分かる。すなわち、磁歪膜２中の少なくとも１種の元素の濃度差を大きくすることによって、磁歪膜２の化学組成が、目標とする化学組成からある程度外れていても、トルクセンサ１の出力を高くできることが分かった。すなわち、トルクセンサ１の感度を高くすること、およびトルクセンサ１の生産を容易にすることを両立させることが可能になることが分かった。

（実施例２）
磁歪膜２を形成するためのレジスト層９１の厚みを５０μｍにした以外は、実施例１と同様の方法にて、図２に示す磁歪列部２ａおよび図４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。本実施例に係る磁性構造体２０を備えたトルクセンサ１においても、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、実施例１に係るトルクセンサ１と同様の効果が確認できた。

（実施例３）
磁歪膜２を成膜する際に、貯留しているめっき液が互いに異なる２つ以上のめっき槽を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法にて、図２に示す磁歪列部２ａおよび図４に示す断面を有する磁性構造体２０を得た。本実施例に係る磁性構造体２０の磁歪膜２では、厚さ方向において、Ｆｅ濃度が変化する。本実施例に係る磁性構造体２０を備えたトルクセンサ１においても、実施例１に係るトルクセンサ１と同様の効果が確認できた。

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。

Claims (14)

1. 軸線に沿って延びる柱状の基材と、前記基材の外周面の上に設けられ且つ複数の元素を含むめっき膜で構成される磁歪部とを有する磁性構造体を備え、
   前記磁歪部において、前記複数の元素のうち少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が複数存在し、
   前記磁性構造体において、前記軸線に直交する断面を第１断面と定義し、前記第１断面に直交し且つ前記軸線を通る断面を第２断面と定義した場合に、
   前記磁歪部が、下記の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示す要件のうち少なくとも一つの要件を満たす、磁歪式センサ。
   （Ａ）前記第１断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記軸線を中心とした周方向に並んでいる。
   （Ｂ）前記第１断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記磁歪部の厚み方向に並んでいる。
   （Ｃ）前記第２断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記軸線に沿って並んでいる。
2. 前記少なくとも１種の元素は、強磁性体を形成する元素である、請求項１に記載の磁歪式センサ。
3. 前記磁歪部を前記厚み方向における外方から囲むように配置されたコイルをさらに備える、請求項１または２に記載の磁歪式センサ。
4. 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、請求項３に記載の磁歪式センサ。
5. 前記磁歪部は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＣｒから選ばれる少なくとも１種の金属元素を含む、請求項１から４のいずれかに記載の磁歪式センサ。
6. 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、請求項１から５のいずれかに記載の磁歪式センサ。
7. 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、請求項６に記載の磁歪式センサ。
8. 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磁歪列部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、請求項６または７に記載の磁歪式センサ。
9. 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磁歪列部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、請求項８に記載の磁歪式センサ。
10. 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、請求項６から９のいずれかに記載の磁歪式センサ。
11. 軸線に沿って延びる柱状の基材と、前記基材の外周面の上に設けられ且つ複数の元素を含むめっき膜で構成される磁歪部とを有する磁性構造体であって、
    前記磁歪部において、前記複数の元素のうち少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が複数存在し、
    前記軸線に直交する断面を第１断面と定義し、前記第１断面に直交し且つ前記軸線を通る断面を第２断面と定義した場合に、
    前記磁歪部が、下記の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示す要件のうち少なくとも一つの要件を満たす、磁性構造体。
    （Ａ）前記第１断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記軸線を中心とした周方向に並んでいる。
    （Ｂ）前記第１断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記磁歪部の厚み方向に並んでいる。
    （Ｃ）前記第２断面において、前記少なくとも１種の元素の濃度が互いに異なる部分が、前記軸線に沿って並んでいる。
12. 請求項１１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。
13. 請求項１から１０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。
14. 請求項１から１０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