JP2001242020A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】検出効率を向上し、トルクの検出だけでなく伝
達を行う上で必要な優れた磁気特性と機械的特性とを併
せ持ち、部品点数が少なく、検出精度、検出感度の良い
トルクセンサを提供する。 【解決手段】第１シャフト３が圧入される磁性材製第１
筒状部材11の磁束通過部は、第２シャフト４と同行回転
する導電性を有する非磁性材製第２筒状部材12の磁束規
制部により囲まれる。その磁束通過部の内周と第１シャ
フト３の外周との間に環状の隙間δが形成される。その
第２筒状部材12の外周を交番磁界を生じるように磁束を
発生させるコイル33、34により囲む。その磁束通過部の
開口41、42と磁束規制部の開口43、44との径方向におけ
る部分的な重なり面積が、両シャフト３、４の相対回転
に応じて変化する。その重なり面積の変化に応じた磁束
通過部の通過磁束の変化に基づき両シャフト３、４によ
る伝達トルクが検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば操舵トルク
に応じた操舵補助力を付与するパワーステアリング装置
において、その操舵トルクを検出するのに適したトルク
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば車両のパワーステアリング装置に
おいては、ステアリングホイールの回転をステアリング
シャフトを介して車輪に伝達する際、そのステアリング
シャフトにより伝達されるトルクをトルクセンサにより
検出し、その検出トルクの大きさに応じて操舵補助力を
付与している。

【０００３】例えば特開平８−２４０４９１号公報、特
開平９−６１２６３号公報、特開平９−６１２６４号公
報により開示されたトルクセンサにおいては、磁性材製
の第１回転軸にトーションバーを介して連結された第２
回転軸に、導電性を有する非磁性材製の円筒部材が同行
回転するように連結され、その円筒部材を囲む磁束発生
用コイルが設けられ、その円筒部材に窓が形成され、そ
の円筒部材に囲まれる第１回転軸の外周に溝が形成され
ている。トルク伝達による両回転軸の相対回転による窓
と溝との重なり状態の変化に応じて、その磁性材製の第
１回転軸を通過する磁束が変化して電磁誘導によりコイ
ル出力が変化するものとされ、そのコイル出力の変化に
基づき伝達トルクが検出される。

【０００４】また、特開平８−１１４５１８号公報によ
り開示されたトルクセンサにおいては、磁性材製の第１
回転軸に導電性を有する非磁性材製の第１円筒部材が同
行回転するように連結され、その第１回転軸にトーショ
ンバーを介して連結された第２回転軸に、導電性を有す
る非磁性材製の第２円筒部材が同行回転するように連結
され、両円筒部材を囲む磁束発生用コイルが設けられ、
各円筒部材に窓が形成されている。トルク伝達による両
回転軸の相対回転による両円筒部材の窓相互の重なり状
態の変化に応じて、その磁性材製の第１回転軸を通過す
る磁束が変化して電磁誘導によりコイル出力が変化する
ものとされ、そのコイル出力の変化に基づき伝達トルク
が検出される。

【０００５】上記従来のトルクセンサにおいては、非磁
性材製円筒部材により磁性材製第１回転軸に至る磁束が
遮られることから、伝達トルクに応じた両回転軸の相対
回転による窓と溝との重なり状態の変化、あるいは窓相
互の重なり状態の変化によって、その第１回転軸を通過
する磁束が変化する。また、そのコイルの磁束発生に基
づき生じる交番磁界内で導電性円筒部材に生じる渦電流
によっても磁性材製第１回転軸に至る磁束が遮られる。
すなわち、その第１回転軸の通過磁束を変化させること
に基づき伝達トルクを検出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のトルクセン
サにおいては、磁性材製第１回転軸はコイルまわりの磁
気回路の構成部材として必要とされる以上に大きなもの
であることから、その磁気回路からの漏れ磁束が多くな
り、検出効率が低下するという問題がある。また、その
第１回転軸は、磁気回路を構成する上で必要とされる磁
気特性と、トルクを伝達する構造部材として必要な機械
的特性の双方を充足する必要がある。しかし、磁気特性
と機械的特性の双方を十分に充足する材質を選定するの
は困難であるという問題がある。さらに、第１回転軸に
筒状部材を固定するのにビス等を用いると部品点数が増
大し、圧入すると大きな圧入荷重により筒状部材が歪ん
で磁気特性が変化し、検出精度が低下するという問題が
ある。

【０００７】本発明は、上記問題を解決することのでき
るトルクセンサを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のトルクセンサ
は、強磁性体の第１シャフトと、その第１シャフトに同
軸心かつ弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフ
トと、その第１シャフトに同軸心かつ同行回転するよう
に連結される磁性材製の第１筒状部材と、その第２シャ
フトに同軸心かつ同行回転するように連結される導電性
を有する非磁性材製の第２筒状部材と、その第２筒状部
材の外周を囲むように配置されると共に、交番磁界を生
じるように磁束を発生させるコイルとを備え、その第１
シャフトと第１筒状部材とは同行回転するように連結さ
れ、その第１筒状部材は、その第１シャフトの外周を囲
むと共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される
磁束通過部を有し、その第２筒状部材は、その第１筒状
部材の磁束通過部を囲むと共に前記コイルの発生磁束の
通過位置に配置される磁束規制部を有し、その磁束通過
部に内方側開口が形成され、その磁束規制部に外方側開
口が形成され、その磁束通過部の内周と第１シャフトの
外周との間に、その内方側開口に通じる環状の隙間が形
成され、両シャフトの径方向における外方側開口と磁束
通過部との重なり面積が両シャフトの相対回転に応じて
変化するように、その外方側開口と内方側開口とは両シ
ャフトの径方向において部分的に重なるように配置さ
れ、その重なり面積の変化に応じた前記磁束通過部の通
過磁束の変化に基づき、両シャフトにより伝達されるト
ルクが検出される。その第１シャフトを構成する材料と
して、トルクを伝達する構造部材として必要な強度や加
工性等の特性に優れた強磁性体の鋼材等を用いることが
できる。その第１筒状部材を構成する磁性材としては、
トルクセンサを構成する上で必要な磁気特性に優れた例
えば軟質磁性金属材料や、合成樹脂製の基材中に軟質磁
性粉末を分散させることで構成される磁性樹脂材料等を
用いることができる。その第２筒状部材を構成する導電
性を有する非磁性材としては、アルミニウム等の導電性
に優れると共に透磁率の小さい常磁性体の金属材料や、
合成樹脂製の基材中に導電性を有する常磁性体の金属粉
末を分散させることで構成される導電性を有する非磁性
の樹脂材料等を用いることができる。上記構成において
は、トルク伝達時における両シャフトの相対回転によ
り、磁性材製の第１筒状部材の磁束通過部に形成された
内方側開口と、導電性を有する非磁性材製の第２筒状部
材の磁束規制部に形成された外方側開口との重なり状態
が変化する。これにより、両シャフトの径方向における
外方側開口と磁束通過部との重なり面積が両シャフトの
相対回転に応じて変化する。その第１筒状部材は磁性材
製であり、その第２筒状部材は非磁性材製であるので、
その外方側開口と磁束通過部との重なり面積の変化によ
って、その磁束通過部の通過磁束が変化する。また、そ
のコイルの磁束発生に基づき生じる交番磁界内で導電性
の第１筒状部材に生じる渦電流によっても、その磁束通
過部に至る磁束が遮られる。これにより、その磁束通過
部の通過磁束を、その重なり面積の変化に応じて変化さ
せることができる。その面積変化は伝達トルクに対応す
る両シャフトの相対回転に対応することから、その磁束
変化に基づき両シャフトにより伝達されるトルクを検出
できる。上記構成によれば、その磁性材製の第１筒状部
材における磁束通過部の内周と、強磁性体の第１シャフ
トの外周との間に、環状の隙間が形成されているので、
そのコイルまわりの磁気回路から第１シャフトへの磁束
の漏れを、その隙間により遮断することができる。その
第１筒状部材と第１シャフトとは別部材であるので、そ
の第１筒状部材としては磁気回路を構成する上で必要と
される磁気特性を充足するものを選定でき、その第１シ
ャフトとしては、トルクを伝達する構造部材として必要
な機械的特性を充足するものを選定できる。また、その
第１シャフトを第１筒状部材に圧入することで、その第
１筒状部材を第１シャフトに固定するための部材が不要
で部品点数を削減できる。さらに、その第１筒状部材に
おける磁束通過部の内周と第１シャフトの外周との間の
環状の隙間により、その圧入荷重を低減し、圧入荷重に
よる第１筒状部材の歪み発生を防止し、検出精度低下を
阻止できる。

【０００９】両シャフトの相対回転軸方向において、そ
の隙間の両端間に前記内方側開口が配置されているのが
好ましい。これにより、その磁束の漏れの遮断効果を高
め、第１シャフトの第１筒状部材への圧入力を小さくで
きる。

【００１０】前記コイルを保持する磁性材製のコイルホ
ルダーを備え、そのコイルホルダーは、そのコイルを囲
む筒状の外周部分と、その外周部分の一端側から内方に
向かう部分と、その外周部分の他端側から内方に向かう
部分とを有し、両シャフトの相対回転軸方向において、
前記外方側開口の寸法は前記コイルの寸法を超えると共
に前記コイルホルダーの寸法未満とされ、前記外方側開
口は前記コイルホルダーの両端間に配置され、前記コイ
ルは前記外方側開口の両端間に配置されているのが好ま
しい。これにより、第１シャフト、第２シャフト、第２
筒状部材、およびコイルの軸方向における相対位置が、
製造公差や組み立て公差により変動しても、両シャフト
の相対回転軸方向において外方側開口をコイルの発生磁
束の通過位置に配置できる。よって、その磁束通過部の
通過磁束の公差による変動をなくし、検出精度の低下を
防止できる。

【００１１】その外方側開口は、両シャフトの回転軸方
向に平行な縁と回転周方向に平行な縁とを有する４辺形
に沿う形状を有し、その内方側開口は、両シャフトの相
対回転軸に沿う縁を有すると共に、両シャフトの相対回
転軸方向において外方側開口よりも長寸とされ、その外
方側開口は、検出範囲に対応する両シャフトの相対回転
範囲では、両シャフトの相対回転軸方向において内方側
開口の両端間に配置され、両シャフトが相対回転してい
ない検出原点位置にある時、その内方側開口における両
シャフトの相対回転軸に沿う縁は、その外方側開口にお
ける両シャフトの相対回転軸に沿う中心と、径方向にお
いて重なるように配置されているのが好ましい。これに
より、両シャフトが一方向に相対回転した時と、他方向
に相対回転した時の何れの場合にも、その相対回転量に
応じたトルクを検出できる。

【００１２】前記コイルとして、両シャフトの相対回転
軸方向に沿って並列する同一仕様の第１コイルと第２コ
イルとを備え、前記外方側開口として、両シャフトの相
対回転軸方向における間隔をおいて配置される第１開口
と第２開口とを備え、その第１コイルは第１開口を通過
する磁束を発生する位置に配置され、その第２コイルは
第２開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、そ
の第１開口と内方側開口とは、両シャフトが一方向に相
対回転する時は第１開口と磁束通過部との重なり面積が
増加し、両シャフトが他方向に相対回転する時は第１開
口と磁束通過部との重なり面積が減少するように相対配
置され、その第２開口と内方側開口とは、両シャフトが
一方向に相対回転する時は第２開口と磁束通過部との重
なり面積が減少し、両シャフトが他方向に相対回転する
時は第２開口と磁束通過部との重なり面積が増加するよ
うに相対配置され、両シャフトの相対回転時において、
その第１開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対
値と、その第２開口と磁束通過部との重なり面積の変化
の絶対値とは互いに等しくされ、その第１開口との重な
り面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、
その第２開口との重なり面積の変化に応じた磁束通過部
の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝
達されるトルクが検出されるのが好ましい。この構成に
よれば、トルク伝達時に両シャフトが一方向に相対回転
すると、その相対回転量に応じて第１開口と磁束通過部
との重なり面積が増加し、第２開口と磁束通過部との重
なり面積が減少する。また、トルク伝達時に両シャフト
が他方向に相対回転すると、その相対回転量に応じて第
１開口と磁束通過部との重なり面積が減少し、第２開口
と磁束通過部との重なり面積が増加する。各重なり面積
の変化に応じて磁束通過部を通過する磁束が変化する。
また、両シャフトの相対回転時において、その第１開口
と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値と、その第
２開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値とは
互いに等しくされている。よって、第１開口と磁束通過
部との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束
の変化と、第２開口と磁束通過部との重なり面積の変化
に応じた磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、
両シャフトにより伝達されるトルクを検出でき、トルク
検出感度が増大する。しかも、温度が変動した場合、第
１開口と重なる磁束通過部を通過する磁束と、第２開口
と重なる磁束通過部を通過する磁束とは同じだけ変化す
るので、両磁束変化の差に基づきトルクを検出すること
で温度変動による検出トルクの変動を相殺できる。

【００１３】前記第１開口は、前記第２筒状部材の周方
向における等間隔をおいて並列するように複数形成さ
れ、前記第２開口は、前記第２筒状部材の周方向におけ
る等間隔をおいて並列するように複数形成され、前記内
方側開口は、前記第１筒状部材の周方向における等間隔
をおいて並列するように複数設けられ、各内方側開口の
周方向寸法は、各内方側開口相互間における磁束通過部
の周方向寸法よりも大きくされると共に、各外方側開口
の周方向寸法よりも大きくされ、各内方側開口相互間に
おける磁束通過部の周方向寸法は、各外方側開口の周方
向寸法よりも大きくされ、各第１開口の周方向間に各第
２開口が配置され、トルク検出範囲に対応する両シャフ
トの相対回転範囲において、各外方側開口が重なる内方
側開口における両シャフトの相対回転軸に沿う縁は単一
とされ、第１開口が重なる内方側開口の縁と、第２開口
が重なる内方側開口の縁とは、両シャフトの回転周方向
において、その内方側開口の中心からみて互いに逆の側
に位置するものとされているのが好ましい。これにより
外方側開口と内方側開口の数を多くしてトルク検出感度
を向上できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜図５に示すトルクセンサ１
は、車両のパワーステアリング装置における操舵トルク
を検出する。そのトルクセンサ１は、ハウジング２と、
第１シャフト３と、第２シャフト４とを備えている。各
シャフト３、４は鋼材等の強磁性体とされている。その
第１シャフト３は、軸受５を介してハウジング２により
支持され、ブッシュ６を介して第２シャフト４の一端に
形成された凹部４ａの内周により支持される。その第２
シャフト４は、軸受７を介してハウジング２により支持
される。その検出トルクに応じて操舵補助力が付与され
る。

【００１５】その第１シャフト３に形成された軸方向孔
３ａと、その第２シャフト４の凹部４ａとにトーション
バー８が挿入されている。そのトーションバー８の一端
はピン９により第１シャフト３に同行回転するように連
結され、他端はセレーション１０を介して第２シャフト
４に同行回転するように連結される。これにより、その
第２シャフト４は第１シャフト３と同軸心に配置される
と共に、第１シャフト３に弾性的に相対回転可能に連結
される。その第１シャフト３の一端側はステアリングホ
イール（図示省略）に接続され、その第２シャフト４の
他端側は例えばラックピニオン式ステアリングギア等の
ステアリングギアに接続される。これにより、操舵のた
めのステアリングホイールの回転が第１、第２シャフト
３、４を介して車輪に伝達され、操舵角が変化する。

【００１６】その第１シャフト３は、円筒形の第１筒状
部材１１に圧入されている。これにより、その第１シャ
フト３と第１筒状部材１１とは同軸心かつ同行回転する
ように連結されている。

【００１７】その第２シャフト４は、円筒形の第２筒状
部材１２と同行回転するように連結されている。本実施
形態では、その第２筒状部材１２は第２シャフト４の一
端側外周に圧入されているが、ネジや溶接等の適当な固
着手段により一体化されてもよい。この第２筒状部材１
２は、ハウジング２内において第１、第２シャフト３、
４、第１筒状部材１１と同軸心に配置され、第１筒状部
材１１の外周を隙間を介して覆う。

【００１８】そのハウジング２の内周に、磁性材製の第
１コイルホルダー３１と磁性材製の第２コイルホルダー
３２とが挿入されている。図２に示すように、各コイル
ホルダー３１、３２は、円筒状の外周部分３１ａ、３２
ａと、その外周部分３１ａ、３２ａの一端側から内方に
向かう円環状の周壁部分３１ｂ、３２ｂと、その外周部
分３１ａ、３２ａの他端側から内方に向かう円環状の蓋
部分３１ｃ、３２ｃとから構成される。各コイルホルダ
ー３１、３２は、ハウジング２の内周に形成される段差
２ａと、ハウジング２の内周に嵌め合わされる止め輪５
３とにより、板バネ５４を介して挟み込まれ、これによ
りハウジング２に固定される。

【００１９】その第１コイルホルダー３１により保持さ
れる第１コイル３３と、その第２コイルホルダー３２に
より保持される第２コイル３４とが、両シャフト３、４
の相対回転軸方向に沿って並列する。両コイル３３、３
４は同一仕様であり、導線３３ａ、３４ａを絶縁材製の
ボビン３３ｂ、３４ｂに第１シャフト３の軸心まわりに
巻き付けることで構成され、各コイルホルダー３１、３
２の内周に挿入されている。各コイルホルダー３１、３
２及びコイル３３、３４は、上記第２筒状部材１２の外
周を隙間を介して囲むように配置される。各コイル３
３、３４は、後述のようにトルク検出回路を構成し、交
番磁界を生じるように磁束を発生させる。

【００２０】その第１筒状部材１１は磁性材製とされ、
第１シャフト３の外周を囲むと共にコイル３３、３４の
発生磁束の通過位置に配置される磁束通過部を有する。
その磁束通過部に内方側開口として複数の上部開口４１
と複数の下部開口４２とが形成されている。図３、図４
に示すように、それら上部開口４１は、互いに第１筒状
部材１１の周方向における等間隔をおいて並列する。そ
れら下部開口４２は、互いに第１筒状部材１１の周方向
における等間隔をおいて並列する。各開口４１、４２の
形状、寸法は互いに等しくされ、本実施形態では両シャ
フト３、４の回転軸方向に平行な縁と回転周方向に平行
な縁とを有する４辺形に沿う形状を有する。その上部開
口４１と下部開口４２とは、両シャフト３、４の相対回
転軸方向に沿って間隔をおいて並列配置されている。各
内方側開口４１、４２の周方向寸法Ｓ１は、各内方側開
口４１、４２の相互間における磁束通過部の周方向寸法
Ｓ２よりも大きくされている。

【００２１】その第１筒状部材１１の磁束通過部の内周
と第１シャフト３の外周との間に、上記内方側開口４
１、４２に通じる環状の隙間δが形成されている。本実
施形態では、その第１シャフト３の外周に周溝３ａが形
成され、その周溝３ａの両縁部の外周に第１筒状部材１
１の両周縁部の内周が圧入され、その周溝３ａの底面と
第１筒状部材１１の内周との間が隙間δとされている。
両シャフト３、４の相対回転軸方向において、その隙間
δの両端δ′、δ″間に内方側開口４１、４２が配置さ
れ、後述の磁束の漏れの遮断効果を高め、第１シャフト
３の第１筒状部材１１への圧入力を小さくしている。

【００２２】その第２筒状部材１２は、導電性を有する
非磁性材製とされ、その第１筒状部材１１の磁束通過部
を囲むと共に各コイル３３、３４の発生磁束の通過位置
に配置される磁束規制部を有する。その磁束規制部に外
方側開口として複数の第１開口４３と複数の第２開口４
４とが形成されている。その第１開口４３と第２開口４
４とは、両シャフト３、４の相対回転軸方向における間
隔をおいて配置されている。それら第１開口４３は、互
いに第２筒状部材１２の周方向における等間隔をおいて
並列する。それら第２開口４４は、互いに第２筒状部材
１２の周方向における等間隔をおいて並列する。各開口
４３、４４の形状、寸法は互いに等しくされ、本実施形
態では両シャフト３、４の回転軸方向に平行な縁と回転
周方向に平行な縁とを有する４辺形に沿う形状を有す
る。上記第１コイル３３は各第１開口４３を通過する磁
束を発生する位置に配置され、上記第２コイル３４は各
第２開口４４を通過する磁束を発生する位置に配置され
る。

【００２３】図２に示すように、両シャフト３、４の相
対回転軸方向において、各外方側開口４３、４４の寸法
は各コイル３３、３４の寸法を超えると共に各コイルホ
ルダー３１、３２の寸法未満とされ、第１開口４３は第
１コイルホルダー３１の両端間に配置され、第２開口４
４は第２コイルホルダー３２の両端間に配置され、第１
コイル３３は第１開口４３の両端間に配置され、第２コ
イル３４は第２開口４４の両端間に配置される。これに
より、第１シャフト３、第２シャフト４、第１コイル３
３、第２コイル３４、および第２筒状部材１２の軸方向
における相対位置が、製造公差や組み立て公差により変
動しても、両シャフト３、４の相対回転軸方向において
外方側開口４３、４４をコイル３３、３４の発生磁束の
通過位置に配置できる。よって、その磁束通過部の通過
磁束の公差による変動をなくし、検出精度の低下を防止
できる。

【００２４】両シャフト３、４の径方向における外方側
開口と上記第１筒状部材１１の磁束通過部との重なり面
積が両シャフト３、４の相対回転に応じて変化するよう
に、その外方側開口と上記内方側開口とは両シャフト
３、４の径方向において部分的に重なるように配置され
ている。すなわち、図４に示すように、両シャフト３、
４の相対回転軸方向において、各内方側開口を構成する
上下部開口４１、４２それぞれは、各外方側開口を構成
する第１、第２開口４３、４４それぞれよりも長寸とさ
れている。その第１開口４３は、トルク検出範囲に対応
する両シャフト３、４の相対回転範囲では、両シャフト
３、４の相対回転軸方向において上部開口４１の両端間
に配置され、両シャフト３、４の径方向において上部開
口４１における両シャフト３、４の相対回転軸に沿う単
一の縁４１ａと重なる。その第２開口４４は、トルク検
出範囲に対応する両シャフト３、４の相対回転範囲で
は、両シャフト３、４の相対回転軸方向において下部開
口４２の両端間に配置され、両シャフト３、４の径方向
において下部開口４２における両シャフト３、４の相対
回転軸に沿う単一の縁４２ａと重なる。

【００２５】両シャフト３、４が検出原点位置にある
時、すなわち舵角が零の時、第１開口４３と磁束通過部
との重なり面積と第２開口４４と磁束通過部との重なり
面積とは互いに等しくされている。すなわち図３、図４
に示すように、両シャフト３、４が相対回転していない
検出原点位置にある時、各上部開口４１における両シャ
フト３、４の相対回転軸に沿う一つの縁４１ａは、各第
１開口４３における両シャフト３、４の相対回転軸に沿
う中心と径方向において重なるように配置され、各下部
開口４２における両シャフト３、４の相対回転軸に沿う
一つの縁４２ａは、各第２開口４４における両シャフト
３、４の相対回転軸に沿う中心と径方向において重なる
ように配置されている。各外方側開口４３、４４の周方
向寸法Ｐ１は、各内方側開口４１、４２の周方向寸法Ｓ
１および各内方側開口４１、４２の相互間における磁束
通過部の周方向寸法Ｓ２よりも小さくされている。

【００２６】また、両シャフト３、４の径方向における
第１開口４３と磁束通過部との重なり面積は、両シャフ
ト３、４が一方向に相対回転する時は増加し、両シャフ
ト３、４が他方向に相対回転する時は減少するように、
その第１開口４３と上部開口４１とは相対配置されてい
る。また、両シャフト３、４の径方向における第２開口
４４と磁束通過部との重なり面積は、両シャフト３、４
が一方向に相対回転する時は減少し、両シャフト３、４
が他方向に相対回転する時は増加するように、その第２
開口４４と下部開口４２とは相対配置されている。すな
わち、各第１開口４３の周方向間に各第２開口４４が配
置され、第１開口４３と重なる内方側開口である上部開
口４１の縁４１ａと、第２開口４４と重なる内方側開口
である下部開口４２の縁４２ａとは、両シャフト３、４
の回転周方向においてその内方側開口の中心からみて互
いに逆の側に位置するものとされている。両シャフト
３、４の相対回転時において、その第１開口４３と磁束
通過部との重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口
４４と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値とは互
いに等しくされている。

【００２７】図２において二点鎖線βで示すように、第
１コイル３３の発生磁束が第１コイルホルダー３１、第
２筒状部材１２の第１開口４３、第１筒状部材１１の磁
束通過部を通過することで、その第１コイルホルダー３
１および第１筒状部材１１の磁束通過部を構成要素とし
て含む第１磁気回路が構成される。また、第２コイル３
４の発生磁束が第２コイルホルダー３２、第２筒状部材
１２の第２開口４４、第１筒状部材１１の磁束通過部を
通過することで、その第２コイルホルダー３２および第
２筒状部材１２の磁束通過部を構成要素として含む第２
磁気回路が構成される。

【００２８】上記構成において、トルク伝達時における
両シャフト３、４の相対回転により、磁性材製の第１筒
状部材１１の磁束通過部に形成された内方側開口４１、
４２と、導電性を有する非磁性材製の第２筒状部材１２
の磁束規制部に形成された外方側開口４３、４４との重
なり状態が変化する。これにより、両シャフト３、４の
径方向における外方側開口４３、４４と磁束通過部との
重なり面積が両シャフト３、４の相対回転に応じて変化
する。その第１筒状部材１１は磁性材製であり、その第
２筒状部材１２は非磁性材製であるので、その外方側開
口４３、４４と磁束通過部との重なり面積の変化によっ
て、その磁束通過部の通過磁束が変化する。また、コイ
ル３３、３４の磁束発生に基づき生じる交番磁界内で導
電性の第１筒状部材１１に生じる渦電流によっても、そ
の磁束通過部に至る磁束が遮られる。これにより、その
磁束通過部の通過磁束を、その重なり面積の変化に応じ
て変化させることができる。その面積変化は伝達トルク
に対応する両シャフト３、４の相対回転に対応する。そ
の磁束変化に基づく電磁誘導によりコイル３３、３４出
力が変化するものとされ、そのコイル出力の変化に基づ
き伝達トルクが検出される。

【００２９】また、上記構成においては、トルク伝達時
に両シャフト３、４が一方向に相対回転すると、その相
対回転量に応じて第１開口４３と磁束通過部との重なり
面積が増加し、第２開口４４と磁束通過部との重なり面
積が減少する。また、トルク伝達時に両シャフト３、４
が他方向に相対回転すると、その相対回転量に応じて第
１開口４３と磁束通過部との重なり面積が減少し、第２
開口４４と磁束通過部との重なり面積が増加する。各重
なり面積の変化に応じて磁束通過部を通過する磁束が変
化する。また、両シャフト３、４の相対回転時におい
て、その第１開口４３と磁束通過部との重なり面積の変
化の絶対値と、その第２開口４４と磁束通過部との重な
り面積の変化の絶対値とは互いに等しくされている。よ
って、第１開口４３と磁束通過部との重なり面積の変化
に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口４４
と磁束通過部との重なり面積の変化に応じた磁束通過部
の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフト３、４に
より伝達されるトルクを検出でき、トルク検出感度が増
大する。また、両シャフト３、４が一方向に相対回転し
た時と、他方向に相対回転した時の何れの場合にも、そ
の相対回転量に応じたトルクを検出できる。しかも、温
度が変動した場合、第１開口４３と重なる磁束通過部を
通過する磁束と、第２開口４４と重なる磁束通過部を通
過する磁束とは同じだけ変化するので、両磁束変化の差
に基づきトルクを検出することで温度変動による検出ト
ルクの変動を相殺できる。

【００３０】本実施形態では、各コイル３３、３４は、
ハウジング２の外面側に取り付けられるプリント基板３
５に配線を介して接続される。そのプリント基板３５
に、図５に示すトルク検出回路が形成されている。その
回路において、第１コイル３３は抵抗４５を介して発振
器４６に接続され、第２コイル３４は抵抗４７を介して
発振器４６に接続され、各コイル３３、３４は差動増幅
回路４８に接続される。これにより、両シャフト３、４
間でのトルク伝達によりトーションバー８が捩れること
で両シャフト３、４が弾性的に相対回転し、その伝達ト
ルクに応じて外方側開口４３、４４と磁束通過部との重
なり面積が変化し、その重なり面積の変化により磁束通
過部の通過磁束が変化することで、第１、第２コイル３
３、３４の出力が変化する。その第１開口４３と重なる
磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口４４と重なる
磁束通過部の通過磁束の変化との差に対応する差動増幅
回路４８の出力に基づき、両シャフト３、４により伝達
されるトルクが検出される。その差動増幅回路４８から
出力される伝達トルクに対応した信号に応じて駆動され
るモータ等の図外アクチュエータにより操舵補助力が付
与される。その操舵補助力の付与機構は公知の構成を採
用できる。

【００３１】上記構成によれば、磁性材製の第１筒状部
材１１における磁束通過部の内周と、強磁性体の第１シ
ャフト３の外周との間に、環状の隙間δが形成されてい
るので、コイル３３、３４まわりの磁気回路から第１シ
ャフト３への磁束の漏れを、その隙間δにより遮断する
ことができる。その第１筒状部材１１と第１シャフト３
とは別部材であるので、その第１筒状部材１１としては
磁気回路を構成する上で必要とされる磁気特性を充足す
るものを選定でき、その第１シャフト３としては、トル
クを伝達する構造部材として必要な機械的特性を充足す
るものを選定できる。また、その第１シャフト３を第１
筒状部材１１に圧入することで、その第１筒状部材１１
を第１シャフト３に固定するための部材が不要で部品点
数を削減できる。さらに、その第１筒状部材１１におけ
る磁束通過部の内周と第１シャフト３の外周との間の環
状の隙間δにより、その圧入荷重を低減し、圧入荷重に
よる第１筒状部材１１の歪み発生を防止し、検出精度低
下を阻止できる。

【００３２】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、第１シャフト３の一端側をステアリングギアに接
続し、第２シャフト４の他端側をステアリングホイール
に接続するようにしてもよい。また、両シャフト３、４
の相対回転軸方向に沿って並列する上部開口４１と下部
開口４２とを、両開口間の仕切り部分をなくすことで一
つの内方側開口としてもよい。また、本発明のトルクセ
ンサをステアリング装置以外においてトルクを検出する
ために用いてもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、検出効率を向上し、ト
ルクの検出だけでなく伝達を行う上で必要な優れた磁気
特性と機械的特性とを併せ持ち、部品点数が少なく、検
出精度、検出感度の良いトルクセンサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のトルクセンサの断面図

【図２】本発明の実施形態のトルクセンサの要部の断面
図

【図３】本発明の実施形態のトルクセンサの要部の横断
面図

【図４】本発明の実施形態のトルクセンサの筒状部材の
部分展開図

【図５】本発明の実施形態のトルク検出回路を示す図

【符号の説明】

１ トルクセンサ ３ 第１シャフト ４ 第２シャフト １１ 第１筒状部材 １２ 第２筒状部材 ３１、３２ コイルホルダー ３３ 第１コイル ３４ 第２コイル ４１ 上部開口（内方側開口） ４２ 下部開口（内方側開口） ４３ 第１開口（外方側開口） ４４ 第２開口（外方側開口）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強磁性体の第１シャフトと、その第１シャ
   フトに同軸心かつ弾性的に相対回転可能に連結される第
   ２シャフトと、その第１シャフトに同軸心かつ同行回転
   するように連結される磁性材製の第１筒状部材と、その
   第２シャフトに同軸心かつ同行回転するように連結され
   る導電性を有する非磁性材製の第２筒状部材と、その第
   ２筒状部材の外周を囲むように配置されると共に、交番
   磁界を生じるように磁束を発生させるコイルとを備え、
   その第１シャフトと第１筒状部材とは同行回転するよう
   に連結され、その第１筒状部材は、その第１シャフトの
   外周を囲むと共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配
   置される磁束通過部を有し、その第２筒状部材は、その
   第１筒状部材の磁束通過部を囲むと共に前記コイルの発
   生磁束の通過位置に配置される磁束規制部を有し、その
   磁束通過部に内方側開口が形成され、その磁束規制部に
   外方側開口が形成され、その磁束通過部の内周と第１シ
   ャフトの外周との間に、その内方側開口に通じる環状の
   隙間が形成され、両シャフトの径方向における外方側開
   口と磁束通過部との重なり面積が両シャフトの相対回転
   に応じて変化するように、その外方側開口と内方側開口
   とは両シャフトの径方向において部分的に重なるように
   配置され、その重なり面積の変化に応じた前記磁束通過
   部の通過磁束の変化に基づき、両シャフトにより伝達さ
   れるトルクが検出されるトルクセンサ。
2. 【請求項２】両シャフトの相対回転軸方向において、そ
   の隙間の両端間に前記内方側開口が配置されている請求
   項１に記載のトルクセンサ。
3. 【請求項３】前記コイルを保持する磁性材製のコイルホ
   ルダーを備え、そのコイルホルダーは、そのコイルを囲
   む筒状の外周部分と、その外周部分の一端側から内方に
   向かう部分と、その外周部分の他端側から内方に向かう
   部分とを有し、両シャフトの相対回転軸方向において、
   前記外方側開口の寸法は前記コイルの寸法を超えると共
   に前記コイルホルダーの寸法未満とされ、前記外方側開
   口は前記コイルホルダーの両端間に配置され、前記コイ
   ルは前記外方側開口の両端間に配置されている請求項１
   または２に記載のトルクセンサ。
4. 【請求項４】その外方側開口は、両シャフトの回転軸方
   向に平行な縁と回転周方向に平行な縁とを有する４辺形
   に沿う形状を有し、その内方側開口は、両シャフトの相
   対回転軸に沿う縁を有すると共に、両シャフトの相対回
   転軸方向において外方側開口よりも長寸とされ、その外
   方側開口は、検出範囲に対応する両シャフトの相対回転
   範囲では、両シャフトの相対回転軸方向において内方側
   開口の両端間に配置され、両シャフトが相対回転してい
   ない検出原点位置にある時、その内方側開口における両
   シャフトの相対回転軸に沿う縁は、その外方側開口にお
   ける両シャフトの相対回転軸に沿う中心と、径方向にお
   いて重なるように配置されている請求項１〜３の中の何
   れかに記載のトルクセンサ。
5. 【請求項５】前記コイルとして、両シャフトの相対回転
   軸方向に沿って並列する同一仕様の第１コイルと第２コ
   イルとを備え、前記外方側開口として、両シャフトの相
   対回転軸方向における間隔をおいて配置される第１開口
   と第２開口とを備え、その第１コイルは第１開口を通過
   する磁束を発生する位置に配置され、その第２コイルは
   第２開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、そ
   の第１開口と内方側開口とは、両シャフトが一方向に相
   対回転する時は第１開口と磁束通過部との重なり面積が
   増加し、両シャフトが他方向に相対回転する時は第１開
   口と磁束通過部との重なり面積が減少するように相対配
   置され、その第２開口と内方側開口とは、両シャフトが
   一方向に相対回転する時は第２開口と磁束通過部との重
   なり面積が減少し、両シャフトが他方向に相対回転する
   時は第２開口と磁束通過部との重なり面積が増加するよ
   うに相対配置され、両シャフトの相対回転時において、
   その第１開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対
   値と、その第２開口と磁束通過部との重なり面積の変化
   の絶対値とは互いに等しくされ、その第１開口との重な
   り面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、
   その第２開口との重なり面積の変化に応じた磁束通過部
   の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝
   達されるトルクが検出される請求項１〜４の中の何れか
   に記載のトルクセンサ。
6. 【請求項６】前記第１開口は、前記第２筒状部材の周方
   向における等間隔をおいて並列するように複数形成さ
   れ、前記第２開口は、前記第２筒状部材の周方向におけ
   る等間隔をおいて並列するように複数形成され、前記内
   方側開口は、前記第１筒状部材の周方向における等間隔
   をおいて並列するように複数設けられ、各内方側開口の
   周方向寸法は、各内方側開口相互間における磁束通過部
   の周方向寸法よりも大きくされると共に、各外方側開口
   の周方向寸法よりも大きくされ、各内方側開口相互間に
   おける磁束通過部の周方向寸法は、各外方側開口の周方
   向寸法よりも大きくされ、各第１開口の周方向間に各第
   ２開口が配置され、トルク検出範囲に対応する両シャフ
   トの相対回転範囲において、各外方側開口が重なる内方
   側開口における両シャフトの相対回転軸に沿う縁は単一
   とされ、第１開口が重なる内方側開口の縁と、第２開口
   が重なる内方側開口の縁とは、両シャフトの回転周方向
   において、その内方側開口の中心からみて互いに逆の側
   に位置するものとされている請求項５に記載のトルクセ
   ンサ。