JP2001281080A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トーションバーを不要とすることで加工コスト
を低減できるトルクセンサを提供する。 【解決手段】コイル33、34の発生磁束の通過位置で、第
１シャフト３の外周の磁性材製磁束通過部は、第２シャ
フト４と同行回転する筒状部材12の導電性非磁性材製磁
束規制部により囲まれる。割り部分を介して対向すると
共に両シャフト３、４に係合される一対の端部を有し、
両シャフト３、４の中の少なくとも一方を囲むリング状
部材８の弾性変形により、両シャフト３、４が弾性的に
相対回転する。その磁束通過部におけるシャフト軸方向
に沿う溝40の縁に連なる磁束通過部外周と磁束規制部の
開口43、44との径方向における重なり面積が、両シャフ
ト３、４の弾性的な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、磁性金属
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金属製材製の円筒
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
転により、その窓と溝との重なり状態が変化するものと
されている。その円筒部材により第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円筒部材に
生じる渦電流によっても第１回転軸に至る磁束が遮られ
る。これにより、伝達トルクに応じた両回転軸の相対回
転に応じて第１回転軸の通過磁束が変化する。その磁束
変化による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】

【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、トーションバーの弾性的な捩れ変形によ
り第１回転軸と第２回転軸とが弾性的に相対回転する。
そのトーションバーは両回転軸に設けられる孔や開口に
挿通され、両回転軸と同軸心になるように各回転軸に連
結される。そのため、トーションバーを挿通するための
孔や開口の内周におけるトーションバーとの連結部位
を、両回転軸とトーションバーとの同心度を確保するた
めに精度良く加工する必要がある。しかし、そのような
孔や開口の内周加工を精度良く行うのは容易ではなく、
また、加工コストが増大するという問題がある。

【０００５】また、車両の直進時において両回転軸を相
対回転させるのに要する操舵トルクが小さくなると走行
安定性が低下する。そのため、上記トルクセンサが操舵
トルクの検出に用いられ、その検出操舵トルクに応じた
操舵補助力を付与する車両においては、車両の走行安定
性を向上する上ではトーションバーの捩れ剛性を大きく
することが望まれる。しかし、直進時の走行安定性を向
上するためにトーションバーの捩れ剛性が大きなると、
コーナリング時に操舵に必要な操舵トルクが過大になっ
て操舵フィーリングが低下する。

【０００６】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のトルクセンサ
は、第１シャフトと、その第１シャフトと同軸心に相対
回転可能に配置される第２シャフトと、割り部分を介し
て対向する一対の端部を有する径方向に弾性変形可能な
リング状部材と、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筒状部材と、その筒状部材の外
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、そのリング状部
材は、両シャフトの中の少なくとも一方を囲むように配
置され、そのリング状部材の弾性変形により両シャフト
が弾性的に相対回転するように、そのリング状部材は、
両シャフトが一方向に相対回転する時は一端部側が第１
シャフトに他端部側が第２シャフトに係合され、両シャ
フトが他方向に相対回転する時は一端部側が第２シャフ
トに他端部側が第１シャフトに係合され、その第１シャ
フトの外周により、前記コイルの発生磁束の通過位置に
配置される磁性材製の磁束通過部が構成され、その筒状
部材は、そ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導電性を有する非磁性材製
の磁束規制部を有し、その磁束通過部にシャフト軸方向
に沿う溝が形成され、その磁束規制部に開口が形成さ
れ、シャフト軸方向に沿う溝の縁に連なる磁束通過部外
周と前記開口とのシャフト径方向における重なり面積
が、両シャフトの相対回転に応じて変化するように、そ
の溝と開口とはシャフト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シャフトにお
ける磁束通過部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
性金属材料を用いることができる。その磁束規制部を構
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弾性的な相対回転により、第１シ
ャフトの磁束通過部に形成された溝と、第２シャフトと
同行回転する磁束規制部に形成された開口との重なり状
態が変化する。これにより、シャフト径方向において、
その溝の縁に連なる磁束通過部外周と前記開口との重な
り面積が両シャフトの相対回転に応じて変化する。その
磁束通過部は磁性材製であり、その磁束規制部は非磁性
材製であるので、その重なり面積の変化によって磁束通
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磁束規制部に生
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、リング状部材の弾性変形により、第１シャフト
と第２シャフトとを弾性的に相対回転させることができ
る。そのリング状部材は、両シャフトの中の少なくとも
一方を囲むように配置され、また、その割り部分を介し
て対向する両端部は、両シャフトの相対回転によりリン
グ状部材が弾性変形するように両シャフトに係合されて
いれば足りる。よって、そのリング状部材を配置する上
で両シャフトの内部を加工する必要はない。

【０００８】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、前記リング状部材は、両シャフトの相対
回転を抑制する弾力を作用させるように弾性変形した状
態で保持されているのが好ましい。これにより、本発明
のトルクセンサにより車両の操舵トルクを検出する場
合、車両直進時における両シャフトの相対回転をリング
状部材が作用させる弾力により抑制し、走行安定性を向
上できる。その弾力は、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にリング状部材を弾性変形した
状態で保持することで作用させている。これにより、直
進時に両シャフトが相対回転するのを抑制する予圧を作
用させることができるので、直進時のみ両シャフトが相
対回転するのを抑制し、コーナリング時に操舵に必要な
操舵トルクが過大になるのを防止できる。

【０００９】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、シャフト軸方向において、前記開口の寸
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、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、シャフト軸方向において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。

【００１０】その開口は、シャフト軸方向に平行な縁と
シャフト軸周方向に平行な縁とを有する４辺形に沿う形
状を有し、その開口は、シャフト軸方向において前記溝
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、その溝におけるシャフト軸方向
に沿う縁は、その開口におけるシャフト軸方向に沿う中
心と、シャフト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。

【００１１】前記コイルとして、シャフト軸方向に沿っ
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、前記開口として、シャフト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開口と前記溝の縁に連な
る磁束通過部外周とは、両シャフトが一方向に相対回転
する時は互いとの前記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互いとの前記重なり面積が
減少するように相対配置され、その第２開口と前記溝の
縁に連なる磁束通過部外周とは、両シャフトが一方向に
相対回転する時は互いとの前記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互いとの前記重な
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開口と磁束通過部外周との
前記重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と磁束
通過部外周との前記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開口と磁束通過部外周との前記
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
変化と、その第２開口と磁束通過部外周との前記重なり
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開口と溝の縁に連なる磁束通過部外周
との重なり面積が増加し、第２開口と溝の縁に連なる磁
束通過部外周との重なり面積が減少する。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開口と磁束通過部外周との上記重なり面
積が減少し、第２開口と磁束通過部外周との上記重なり
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開口と磁束通過部外周との上
記重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と磁束通
過部外周との上記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開口と磁束通過部外周
との上記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開口と磁束通過部外周との上記重なり
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
し、トルク検出感度を増大できる。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。

【００１２】前記第１開口は、シャフト周方向における
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、シャフト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、前記溝は、シャフト周方向にお
ける等間隔をおいて並列するように複数設けられ、各溝
の周方向寸法は、各溝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、各開口の周方向寸法
よりも大きくされ、各溝相互間における磁束通過部の周
方向寸法は、各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、
各第１開口は前記溝におけるシャフト軸方向に沿う一方
の縁に重なり、各第２開口は前記溝におけるシャフト軸
方向に沿う他方の縁に重なるように配置されているのが
好ましい。これにより第１、第２開口と溝の数を多くし
てトルク検出感度を向上できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に示す本発明の実施形態のト
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、その第１シャフト３と
同軸心に相対回転可能に配置される第２シャフト４とを
備えている。すなわち、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。

【００１４】図１、図2 の（１）、（２）、図３に示す
ように、その第１シャフト３を囲むようにＣ字形のリン
グ状部材８が配置されている。そのリング状部材８は、
例えばバネ鋼製とされ、径方向に弾性変形可能とされて
いる。そのリング状部材８における割り部分８′を介し
て対向する一対の端部８ａ、８ｂは、第１ピン９と第２
ピン１０とを介して両シャフト３、４に係合する。すな
わち、そのリング状部材８は、第１シャフト３の外周に
形成された段差面３ａと、第２シャフト４の一端面４ｂ
との間に配置され、その割り部分８′に両ピン９、１０
が両端部８ａ、８ｂと対向するように配置される。その
第１ピン９は、軸心方向をシャフト径方向として第１シ
ャフト３に外周から圧入固定されている。その第２ピン
１０は、軸心方向をシャフト軸方向として第２シャフト
４に他端面から圧入固定されている。

【００１５】両シャフト３、４が一方向に相対回転した
状態では、リング状部材８の一端部８ａは円柱状第１ピ
ン９に押し付けられ、他端部８ｂは円柱状第２ピン１０
に押し付けられ、また、両シャフト３、４が他方向に相
対回転した状態では、リング状部材８の一端部８ａは第
２ピン１０に押し付けられ、他端部８ｂは第１ピン９に
押し付けられ、その相対回転量が大きくなる程にリング
状部材８の弾性変形量は大きくなる。これにより、その
リング状部材８の弾性変形により両シャフト３、４が弾
性的に相対回転するように、そのリング状部材８は、両
シャフト３、４が一方向に相対回転する時は一端部８ａ
側が第１シャフト３に第１ピン９を介して係合し、他端
部８ｂ側が第２シャフト４に第２ピン１０を介して係合
され、また、両シャフト３、４が他方向に相対回転する
時は一端部８ａ側が第２シャフト４に第２ピン１０を介
して係合し、他端部８ｂ側が第１シャフト３に第１ピン
９を介して係合される。

【００１６】その第１ピン９と第２ピン１０の直径Ｄ
は、互いに等しく、リング状部材８が弾性変形していな
い自然状態にある時の一端部８ａと他端部８ｂとの周方
向間隔よりも大きくされている。これにより、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、
両ピン９、１０によってリング状部材８は、両シャフト
３、４の相対回転を抑制する弾力を作用させるように弾
性変形した状態で保持されている。

【００１７】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。

【００１８】その第２シャフト４は、円筒形の筒状部材
１２に同軸心かつ同行回転するように連結されている。
その筒状部材１２は、ハウジング２内において第１シャ
フト３の外周を隙間を介して囲むように配置される。本
実施形態では、その筒状部材１２は第２シャフト４の一
端側外周に圧入されているが、ネジ等の適当な固着手段
により一体化されてもよい。

【００１９】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３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。

【００２０】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、シャフト軸方向に
沿って並列する。両コイル３３、３４は同一仕様であ
り、導線３３ａ、３４ａを絶縁材製のボビン３３ｂ、３
４ｂ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、３２の内周に挿入さ
れている。各コイルホルダー３１、３２及びコイル３
３、３４は、上記筒状部材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３３、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。

【００２１】その第１シャフト３は磁性材製とされてい
る。これにより第１シャフト３の外周は、コイル３３、
３４の発生磁束の通過位置に配置されると共に、円筒面
に沿う磁性材製の磁束通過部を構成する。本実施形態で
は、その第１シャフト３は単一部材から形成されている
が、磁束通過部を構成する部材と、磁束通過部以外の部
分を構成する部材とを一体化することで第１シャフトを
形成してもよい。

【００２２】図３〜図５に示すように、その磁束通過部
にシャフト軸方向に沿う複数の溝４０が形成されてい
る。それら溝４０は互いにシャフト周方向における等間
隔をおいて並列する。各溝４０の寸法は互いに等しくさ
れている。各溝４０のシャフト周方向寸法Ｓ１は、各溝
４０の相互間における磁束通過部のシャフト周方向寸法
Ｓ２よりも大きくされている。

【００２３】上記筒状部材１２は、導電性を有する非磁
性材製とされ、その第１シャフト３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。本実施形態では、その筒状
部材１２は単一部材から形成されているが、磁束規制部
を構成する導電性を有する非磁性材製部材と、磁束規制
部以外の部分を構成する部材とを一体化することで筒状
部材を形成してもよい。

【００２４】その磁束規制部に複数の第１開口４３と複
数の第２開口４４とが形成されている。その第１開口４
３と第２開口４４とは、シャフト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
シャフト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、互いにシャフト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、本実施形態ではシャフト軸方向に平
行な縁とシャフト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４
３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。

【００２５】図３に示すように、シャフト軸方向におい
て、各開口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４４は第２コイルホルダー３
２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３３、第２コイル３４、およ
び筒状部材１２のシャフト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、シャフト軸
方向において各開口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。

【００２６】シャフト径方向において、上記溝４０の縁
に連なる磁束通過部外周、すなわち第１シャフト３にお
ける溝４０の相互間部分における外周と、上記開口４
３、４４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、その溝４０と開口４３、４４
とはシャフト径方向において部分的に重なるように配置
されている。

【００２７】すなわち図５に示すように、各溝４０相互
間における磁束通過部のシャフト周方向寸法Ｓ２は、各
開口４３、４４のシャフト周方向寸法Ｐ１よりも大きく
され、各第１開口４３のシャフト周方向間に各第２開口
４４が配置されている。その第１、第２開口４３、４４
は、シャフト軸方向において溝４０の両端間に配置され
る。各第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、シャフト径方向にお
いて、溝４０におけるシャフト軸方向に沿う一方の縁４
０ａ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、シャフ
ト径方向において、溝４０におけるシャフト軸方向に沿
う他方の縁４０ｂと重なる。これにより、各第１開口４
３と各溝４０の縁４０ａに連なる磁束通過部外周とは、
両シャフト３、４が一方向に相対回転する時は互いとの
上記重なり面積が増加し、両シャフト３、４が他方向に
相対回転する時は互いとの上記重なり面積が減少するよ
うに相対配置されている。また、各第２開口４４と各溝
４０の縁４０ｂに連なる磁束通過部外周とは、両シャフ
ト３、４が一方向に相対回転する時は互いとの上記重な
り面積が減少し、両シャフト３、４が他方向に相対回転
する時は互いとの上記重なり面積が増加するように相対
配置されている。すなわち、その第１開口４３が重なる
溝４０の縁４０ａと、第２開口４４が重なる溝４０の縁
４０ｂとは、シャフト周方向において、その溝４０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。

【００２８】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、すなわち舵角が零の時、第１開口
４３と磁束通過部外周との上記重なり面積と、第２開口
４４と磁束通過部外周との上記重なり面積とは互いに等
しくされている。すなわち図５に示すように、両シャフ
ト３、４が検出原点位置にある時、各溝４０における一
方の縁４０ａは、各第１開口４３におけるシャフト軸方
向に沿う中心とシャフト径方向において重なるように配
置されている。また、各溝４０における他方の縁４０ｂ
は、各第２開口４４におけるシャフト軸方向に沿う中心
とシャフト径方向において重なるように配置されてい
る。これにより、両シャフト３、４の相対回転時におい
て、その第１開口４３と磁束通過部外周との上記重なり
面積の変化の絶対値と、その第２開口４４と磁束通過部
外周との上記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。

【００２９】図３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、筒
状部材１２の第１開口４３、第１シャフト３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３１およ
び第１シャフト３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、また、第２コイル３４の発生磁
束が第２コイルホルダー３２、筒状部材１２の第２開口
４４、第１シャフト３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１シャフト３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。

【００３０】上記構成においては、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、第１シャフト３
の磁束通過部に形成された溝４０と、第２シャフト４と
同行回転する筒状部材１２の磁束規制部に形成された開
口４３、４４との重なり状態が変化する。これにより、
シャフト径方向において、その溝４０の縁４０ａ、４０
ｂに連なる磁束通過部外周と上記開口４３、４４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。その磁束通過部は磁性材製であり、その内筒部１２
ｂは非磁性材製であるので、その重なり面積の変化によ
って磁束通過部の通過磁束が変化する。また、コイル３
３、３４の磁束発生に基づき生じる交番磁界内で導電性
の内筒部１２ｂ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。

【００３１】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と溝４０の一方の縁４０
ａに連なる磁束通過部外周との重なり面積が増加し、第
２開口４４と溝４０の他方の縁４０ｂに連なる磁束通過
部外周との重なり面積が減少する。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と磁束通過部外周との上記重な
り面積が減少し、第２開口４４と磁束通過部外周との上
記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
束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値と、そ
の第２開口４４と磁束通過部外周との上記重なり面積の
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と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化
に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口４４
と磁束通過部外周との上記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し、トルク検出感
度を増大できる。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。

【００３２】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６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リング状部材８が弾性変形する
ことで両シャフト３、４が弾性的に相対回転し、その伝
達トルクに応じて各開口４３、４４と磁束通過部外周と
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３３、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。

【００３３】上記構成によれば、リング状部材８の弾性
変形により第１シャフト３と第２シャフト４とを弾性的
に相対回転させることができる。そのリング状部材８は
第１シャフト３を囲むように配置され、また、その割り
部分８′を介して対向する両端部８ａ、８ｂは、両シャ
フト３、４の相対回転によりリング状部材８が弾性変形
するように両シャフト３、４に係合されていれば足り
る。よって、そのリング状部材８を配置する上で両シャ
フト３、４の内部を加工する必要はない。また、車両直
進時における両シャフト３、４の相対回転をリング状部
材８が作用させる弾力により抑制し、走行安定性を向上
できる。その弾力は、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にリング状部材８を弾性変
形した状態で保持することで作用させている。これによ
り、直進時に両シャフト３、４が相対回転するのを抑制
する予圧を作用させることができるので、直進時のみ両
シャフト３、４が相対回転するのを抑制し、コーナリン
グ時に操舵に必要な操舵トルクが過大になるのを防止で
きる。

【００３４】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、リング状部材８は第２シャフト４を囲むように配
置されてもよいし、両シャフト３、４を囲むように配置
されてもよい。また、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、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。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、トーションバーを不要
とすることで加工コストを低減し、車両の操舵トルクの
検出に用いた場合は操舵フィーリングを低減することな
く車両の走行安定性を向上でき、しかも検出精度、検出
感度に優れた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
（１）は横断面図、（２）は正面図

【図３】本発明の実施形態のトルクセンサの部分断面図

【図４】本発明の実施形態のトルクセンサの部分横断面
図

【図５】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６】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 ８ リング状部材 ８ａ 一端部 ８ｂ 他端部 １２ 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 ４０ 溝 ４３ 第１開口 ４４ 第２開口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１シャフトと、その第１シャフトと同軸
   心に相対回転可能に配置される第２シャフトと、割り部
   分を介して対向する一対の端部を有する径方向に弾性変
   形可能なリング状部材と、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筒状部材と、その筒状
   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、そのリ
   ング状部材は、両シャフトの中の少なくとも一方を囲む
   ように配置され、そのリング状部材の弾性変形により両
   シャフトが弾性的に相対回転するように、そのリング状
   部材は、両シャフトが一方向に相対回転する時は一端部
   側が第１シャフトに他端部側が第２シャフトに係合さ
   れ、両シャフトが他方向に相対回転する時は一端部側が
   第２シャフトに他端部側が第１シャフトに係合され、そ
   の第１シャフトの外周により、前記コイルの発生磁束の
   通過位置に配置される磁性材製の磁束通過部が構成さ
   れ、その筒状部材は、そ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導電性を有す
   る非磁性材製の磁束規制部を有し、その磁束通過部にシ
   ャフト軸方向に沿う溝が形成され、その磁束規制部に開
   口が形成され、シャフト軸方向に沿う溝の縁に連なる磁
   束通過部外周と前記開口とのシャフト径方向における重
   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、その溝と開口とはシャフト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】両シャフトが相対回転していない検出原点
   位置にある時、前記リング状部材は、両シャフトの相対
   回転を抑制する弾力を作用させるように弾性変形した状
   態で保持されている請求項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、シャフト軸方向において、前記開口の寸
   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】その開口は、シャフト軸方向に平行な縁と
   シャフト軸周方向に平行な縁とを有する４辺形に沿う形
   状を有し、その開口は、シャフト軸方向において前記溝
   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、その溝におけるシャフト軸方向
   に沿う縁は、その開口におけるシャフト軸方向に沿う中
   心と、シャフト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、シャフト軸方向に沿っ
   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、前記開口として、シャフト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開口と前記溝の縁に連な
   る磁束通過部外周とは、両シャフトが一方向に相対回転
   する時は互いとの前記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互いとの前記重なり面積が
   減少するように相対配置され、その第２開口と前記溝の
   縁に連なる磁束通過部外周とは、両シャフトが一方向に
   相対回転する時は互いとの前記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互いとの前記重な
   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開口と磁束通過部外周との
   前記重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と磁束
   通過部外周との前記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開口と磁束通過部外周との前記
   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
   変化と、その第２開口と磁束通過部外周との前記重なり
   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、シャフト周方向における
   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、シャフト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、前記溝は、シャフト周方向にお
   ける等間隔をおいて並列するように複数設けられ、各溝
   の周方向寸法は、各溝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、各開口の周方向寸法
   よりも大きくされ、各溝相互間における磁束通過部の周
   方向寸法は、各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、
   各第１開口は前記溝におけるシャフト軸方向に沿う一方
   の縁に重なり、各第２開口は前記溝におけるシャフト軸
   方向に沿う他方の縁に重なるように配置されている請求
   項５に記載のトルクセンサ。