JP2012168046A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】リング磁石の回転位置のずれを防止することができるトルクセンサを提供すること。
【解決手段】第一シャフト１１と第二シャフト１２との間でトルクを伝達するトーションバー２１と、第一シャフト１１に固定される磁気発生部２２と、第二シャフト１２に固定される回転磁気回路部２５とを備え、磁気発生部２２から回転磁気回路部２５に導かれる磁束密度に応じてトーションバー２１に作用するトルクを検出するトルクセンサ２において、磁気発生部２２は、第一シャフト１１の外周面に圧入される環状のバックヨーク２４と、バックヨーク２４の端面に結合される環状のリング磁石２３と、第一シャフト１１に相対回転不能に取り付けられリング磁石２３を保持する保持部材５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁石から導かれる磁束密度に応じてトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサに関するものである。

従来から、車両のステアリング装置に設けられるトルクセンサとして、ステアリングシャフトに働く操舵トルクを磁力によって検出する非接触タイプのものが用いられている。

特許文献１に開示されたトルクセンサは、ハウジング内に回転可能に収容されるトーションバーと、トーションバーの両端に連結される入力シャフト及び出力シャフトと、入力シャフトに固定される磁気発生部と、出力シャフトに固定される回転磁気回路部と、ハウジングに固定される固定磁気回路部と、固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気センサと、を備える。磁気発生部は、入力シャフトに固定されるバックヨークと、バックヨークに接着剤を介して固定されるリング磁石とから構成されている。

トーションバーにトルクが作用してトーションバーがねじれ変形すると、磁気発生部と回転磁気回路部との回転方向の相対位置が変化する。これに伴い磁気発生部から回転磁気回路部を通じて固定磁気回路部に導かれる磁束密度が変化する。磁気センサは磁束密度に応じた信号を出力する。トーションバーに作用するトルクは、磁気センサから出力された信号に基づいて検出される。

特開２００７−２４０４９６号公報

しかしながら、このような従来のトルクセンサでは、リング磁石とバックヨークとの間の接着不良が発生した場合には、外部からの衝撃等によって入力シャフトに対するリング磁石の回転位置がずれるおそれがある。この場合には、トルクセンサの検出精度が悪化する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、リング磁石の回転位置のずれを防止することができるトルクセンサを提供することを目的とする。

本発明は、同軸上に配置される第一シャフトと第二シャフトとの間でトルクを伝達するトーションバーと、前記第一シャフトに固定される磁気発生部と、前記第二シャフトに固定される回転磁気回路部と、を備え、前記磁気発生部から前記回転磁気回路部に導かれる磁束密度に応じてトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、前記磁気発生部は、前記第一シャフトの外周面に圧入される環状のバックヨークと、前記バックヨークの端面に結合される環状のリング磁石と、前記第一シャフトに相対回転不能に取り付けられ、前記リング磁石を保持する保持部材と、を備える。

本発明によれば、リング磁石とバックヨークとの間の接着不良が発生した場合でも、リング磁石は第一シャフトに相対回転不能に取り付けられた保持部材によって保持されるため、第一シャフトに対するリング磁石の回転位置のずれが防止される。

本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置の縦断面図である。 本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置の平面図であり、ハウジングを取り除いた状態の図である。 磁気発生部の斜視図である。 磁気発生部の底面図である。 磁気発生部の分解斜視図であり、図５（Ａ）は保持部材の斜視図であり、図５（Ｂ）はバックヨークの斜視図であり、図５（Ｃ）はリング磁石の斜視図である。 リング磁石の断面図である。 本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置の斜視図であり、ハウジングを取り除いた状態の図である。 回転磁気回路部の斜視図である。 回転磁気回路部の斜視図である。 磁気発生部の斜視図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置１について説明する。

パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト１０と出力シャフト１２とがステアリングホイールに連係して回転し、出力シャフト１２の下端に設けられるピニオンと噛合するラック軸を軸方向に移動させることで、車輪を操舵するものである。

また、パワーステアリング装置１は、操舵トルクを補助的に付与するアシスト機構として、出力シャフト１２に連結されるウォームホイールと、ウォームホイールと噛合するウォームと、ウォームを回転駆動する電動モータとを備える。パワーステアリング装置１は、電動モータによって出力シャフト１２に操舵補助トルクを付与する。

ステアリングシャフト１０は、第一シャフトとしての入力シャフト１１と、トーションバー２１とから構成されている。入力シャフト１１は、転がり軸受３７を介してハウジング３０に回転自在に支持される。第二シャフトとしての出力シャフト１２は、転がり軸受３８を介してハウジング４９に回転自在に支持される。入力シャフト１１の下端部と出力シャフト１２との間には、滑り軸受３９が介装される。入力シャフト１１と出力シャフト１２とは、互いに同一軸上で相対回転可能に支持される。

入力シャフト１１は円筒状に形成されており、入力シャフト１１の内部にはトーションバー２１が同軸に収められる。

トーションバー２１の上端部は、ピン２８を介して入力シャフト１１の上端部に連結される。トーションバー２１の下端部は、入力シャフト１１の下端開口部より突出しており、セレーション２９を介して出力シャフト１２の上端部に連結される。トーションバー２１は、ステアリングホイールを介して入力シャフト１１に入力される操舵トルクを出力シャフト１２に伝達するとともに、その操舵トルクに応じて回転軸Ｏを中心にねじれ変形する。

パワーステアリング装置１には、トーションバー２１に作用する操舵トルクを検出する非接触式のトルクセンサ２が設けられる。

トルクセンサ２は、入力シャフト１１とともに回転する磁気発生部２２と、出力シャフト１２とともに回転する回転磁気回路部２５と、ハウジング３０に固定される固定磁気回路部３１と、固定磁気回路部３１に導かれる磁束密度を検出する磁気センサ４８とを備える。トルクセンサ２は、トーションバー２１に作用する操舵トルクを磁気センサ４８の出力に基づいて検出する。

なお、トルクセンサ２は、出力シャフト１２に磁気発生部２２を設け、入力シャフト１１に回転磁気回路部２５を設ける構成としてもよい。

図１，図３，及び図５に示すように、磁気発生部２２は、入力シャフト１１に圧入される環状のバックヨーク２４と、バックヨーク２４の端面に結合される環状のリング磁石２３と、入力シャフト１１に相対回転不能に取り付けられリング磁石２３を保持する保持部材５０とを備える。

図４に示すように、リング磁石２３は、入力シャフト１１及びトーションバー２１の回転軸Ｏ方向に磁気を発生する環状の永久磁石である。リング磁石２３は、入力シャフト１１の回転軸Ｏ方向へ向けて硬磁性体を着磁することによって形成される多極磁石であり、１２個の磁極が周方向にわたって等間隔に形成される。つまり、リング磁石２３の上端面及び下端面には、６個のＮ極と６個のＳ極が周方向に交互に配設される。

図１及び図３〜図５に示すように、バックヨーク２４は、軟磁性体によって形成され、リング磁石２３の上端面である上部磁極面に当接する。バックヨーク２４は、リング磁石２３を入力シャフト１１に連結する連結部材としての機能と、リング磁石２３の隣り合う磁極を結んで磁束を導く継鉄としての機能とを有し、リング磁石２３の下端面である下部磁極面に磁力を集中させる。

磁気発生部２２の保持部材５０については、後に詳しく説明する。

図１，図８，及び図９に示すように、回転磁気回路部２５は、磁気発生部２２のリング磁石２３から出される磁束を導く第一軟磁性リング２６及び第二軟磁性リング２７と、出力シャフト１２に取り付けられる取付部材７０と、取付部材７０に第一軟磁性リング２６及び第二軟磁性リング２７を固定する樹脂モールド７１とを備える。

第一軟磁性リング２６は、環状の第一磁路環部２６Ｃと、第一磁路環部２６Ｃから下向きに突出する６個の第一磁路柱部２６Ｂと、各第一磁路柱部２６Ｂの下端からそれぞれ内向きに屈折してリング磁石２３の下端面に対峙する第一磁路先端部２６Ａとからなる。第二軟磁性リング２７は、環状の第二磁路環部２７Ｃと、第二磁路環部２７Ｃから上向きに突出する６個の第二磁路柱部２７Ｂと、各第二磁路柱部２７Ｂの上端からそれぞれ内向きに屈折して、リング磁石２３の下端面に対峙する第二磁路先端部２７Ａとからなる。

第一軟磁性リング２６及び第二軟磁性リング２７は、それぞれプレス加工によって形成される。なお、第一軟磁性リング２６及び第二軟磁性リング２７は、プレス加工に限らず、鋳造、焼結等によって形成してもよい。

第一磁路環部２６Ｃと第二磁路環部２７Ｃとは、第一磁路先端部２６Ａと第二磁路先端部２７Ａとがトーションバー２１の回転軸Ｏと直交する同一の水平面上で、交互に等しい角度間隔で並ぶよう、軸方向に間隔を空けて配置される。

第一磁路先端部２６Ａと第二磁路先端部２７Ａはそれぞれ平板状に形成される。第一磁路先端部２６Ａ及び第二磁路先端部２７Ａは、トーションバー２１にトルクが作用していない中立状態で、トーションバー２１の径方向に延びるそれぞれの中心線がリング磁石２３のＮ極とＳ極の境界を指すように配置される。

第一磁路柱部２６Ｂと第二磁路柱部２７Ｂは、それぞれ平板状に形成され、トーションバー２１の回転軸Ｏ方向に延設される。第一磁路柱部２６Ｂは、所定の間隙をあけてリング磁石２３の外周面を囲むように配置される。第一磁路柱部２６Ｂは、リング磁石２３の磁束を短絡しないように設けられる。また、第二磁路柱部２７Ｂは、回転軸Ｏに沿って第一磁路柱部２６Ｂと反対方向に延設される。

このように第一磁路柱部２６Ｂと第二磁路柱部２７Ｂが互いに離間する方向に延びることにより、第一磁路環部２６Ｃと第二磁路環部２７Ｃとがトーションバー２１の回転軸Ｏ方向について充分に離間するので、両者間における磁気短絡を回避できる。

第一磁路環部２６Ｃ及び第二磁路環部２７Ｃは、回転軸Oと直交する平面上に配置され、全周がつながった環状に形成される。第一磁路環部２６Ｃ及び第二磁路環部２７Ｃは、上記形状に限られず、環状の一箇所にスリットが形成されたＣ字形状であってもよい。

第一磁路環部２６Ｃはリング磁石２３の下端面より上方に配置され、第二磁路環部２７Ｃはリング磁石２３より下方に配置される。つまり、リング磁石２３は、トーションバー２１の回転軸Ｏ方向について第一磁路環部２６Ｃと第二磁路環部２７Ｃとの間に配置される。

図１に示すように、固定磁気回路部３１は、第一軟磁性リング２６の第一磁路環部２６Ｃの外周に沿って設けられる第一集磁リング３２と、第二軟磁性リング２７の第二磁路環部２７Ｃの外周に沿って設けられる第二集磁リング３３と、第一集磁リング３２に接続される第一集磁ヨーク３４と、第二集磁リング３３に接続される第二集磁ヨーク３５とを備える。第一集磁ヨーク３４及び第二集磁ヨーク３５は、ブロック状に形成される。

第一集磁リング３２及び第二集磁リング３３は、ハウジング３０の内周壁にかしめ固定される。第一集磁リング３２の内周面は第一軟磁性リング２６の第一磁路環部２６Ｃに対峙し、第二集磁リング３３の内周面は第二軟磁性リング２７の第二磁路環部２７Ｃに対峙する。

第一集磁ヨーク３４は第一集磁リング３２の外周に当接して設けられ、第二集磁ヨーク３５は第二集磁リング３３の外周に当接して設けられる。第一集磁ヨーク３４と第二集磁ヨーク３５との間には、周方向に並ぶ一対の空隙として磁気ギャップが形成される。それぞれの磁気ギャップ内には磁気センサ４８が設置される。

第一集磁ヨーク３４、第二集磁ヨーク３５、磁気センサ４８、及び基板４７は、樹脂モールド４５を介してセンサホルダ４０に固定される。樹脂製のセンサホルダ４０は、ボルトを介して金属製のハウジング３０に取り付けられる。

磁気を検出するための磁気センサ４８にはホール素子が用いられる。ホール素子は、これを通過する磁束密度に応じた電圧を信号として出力するものである。磁気センサ４８は、磁気ギャップの磁場の大きさ及び方向に応じた電圧を、基板４７及び端子４４を通じて出力する。なお、磁気センサ４８には、ホール素子の信号を増幅する回路、温度補償を行う回路、又はノイズフィルタの回路等を備えるものを用いてもよい。

磁気センサ４８の端子４４は、センサホルダ４０に接続される配線を介してコントローラに接続される。

次に、トルクセンサ２がトーションバー２１に作用する操舵トルクを検出する機能について説明する。

トーションバー２１にトルクが作用しない中立状態では、第一軟磁性リング２６の第一磁路先端部２６Ａと第二軟磁性リング２７の第二磁路先端部２７Ａとは、それぞれリング磁石２３のＮ極及びＳ極に同一の面積で対峙して両者を磁気短絡する。そのため、磁束は回転磁気回路部２５と固定磁気回路部３１に導かれない。

運転者によるステアリングホイールの操作によってトーションバー２１に特定の方向のトルクが作用した場合には、このトルクの方向に応じてトーションバー２１はねじれ変形する。トーションバー２１がねじれ変形すると、第一磁路先端部２６ＡはＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙する一方、第二磁路先端部２７ＡはＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙する。リング磁石２３からの磁束は回転磁気回路部２５と固定磁気回路部３１に導かれ、磁気センサ４８は磁場の大きさ及び方向に応じた信号を出力する。この磁束が導かれる回転磁気回路部２５と固定磁気回路部３１における磁気経路は、Ｎ極から第一軟磁性リング２６、第一集磁リング３２、第一集磁ヨーク３４、磁気センサ４８、第二集磁ヨーク３５、第二集磁リング３３、第二軟磁性リング２７を経由してＳ極に向かう経路である。

一方、運転者によるステアリングホイールの操作によってトーションバー２１に上記とは逆方向のトルクが作用した場合には、このトルクの方向に応じてトーションバー２１が逆方向にねじれ変形する。トーションバー２１がねじれ変形すると、第一磁路先端部２６ＡはＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙する一方、第二磁路先端部２７ＡはＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙する。リング磁石２３からの磁束は、上記の磁気経路と逆の磁気経路にて導かれる。磁気センサ４８は、磁場の強さ及び方向に応じた信号を出力する。この磁束が導かれる回転磁気回路部２５と固定磁気回路部３１における磁気経路は、Ｎ極から第二軟磁性リング２７、第二集磁リング３３、第二集磁ヨーク３５、磁気センサ４８、第一集磁ヨーク３４、第一集磁リング３２、第一軟磁性リング２６を経由してＳ極に向かう経路である。

トーションバー２１は、入力トルクに応じてねじれ変形する。第一磁路先端部２６Ａがリング磁石２３のＮ極とＳ極に対峙する面積差、及び第二磁路先端部２７Ａがリング磁石２３のＮ極とＳ極に対峙する面積差が大きいほど、磁気ギャップの磁場は強くなり、磁気センサ４８の出力信号も増大する。

リング磁石２３の端面に形成される磁極数は任意に設定される。リング磁石２３に対峙する第一軟磁性リング２６と第二軟磁性リング２７の面積が同じ場合には、磁極数を増やすことにより、磁気センサ４８に導かれる磁束密度を高めることができる。

以下では、図１〜図７を参照して、磁気発生部２２の各構成について詳しく説明する。

リング磁石２３は、例えば焼結金属によって環状に形成される。リング磁石２３は、接着剤を介してバックヨーク２４の下端面に固定される。接着剤は、液体の状態でバックヨーク２４とリング磁石２３の間に塗布される。接着剤は、塗付された後に固化し、バックヨーク２４とリング磁石２３とを結合する。また、バックヨーク２４は軟磁性体によって形成されるため、リング磁石２３が及ぼす磁界によって磁化され、リング磁石２３に吸着する。このように、リング磁石２３とバックヨーク２４は、接着剤の接着力と磁力とによって結合される。

しかし、リング磁石２３とバックヨーク２４との間の接着不良が発生した場合には、外部からの衝撃等によって入力シャフト１１に対するリング磁石２３の回転位置がずれたり、リング磁石２３がバックヨーク２４から脱落したりするおそれがある。その対策として、磁気発生部２２は、入力シャフト１１と共に回転しリング磁石２３を保持する保持部材５０を備える。

図３〜図５に示すように、保持部材５０は、入力シャフト１１の外径と略同一の内径を有する円筒部５１と、バックヨーク２４の上端面に沿って形成され、内周から円筒部５１が突出する平板状の環状部５２と、環状部５２の外周からバックヨーク２４の外周面に沿って入力シャフト１１の回転軸Ｏ方向に延び、周方向に等間隔に形成された平板状の複数のレバー部５３とを備える。円筒部５１とレバー部５３とは、環状部５２を境に逆方向に延びる。本実施の形態では、レバー部５３は５本形成される。

入力シャフト１１の外周面には互いに平行な平面部が形成され、その平面部に円筒部５１の一部（図３及び図７に示す符号５１ａ）がかしめられる。このように、円筒部５１は入力シャフト１１の外周面に固定されるため、入力シャフト１１に対する保持部材５０の相対回転が防止される。つまり、保持部材５０は入力シャフト１１と共に回転する。

リング磁石２３の外周面には、平面状でかつ回転磁気回路部２５に向かって縮径されたテーパ平面部２３ａが軸対称の位置に一対形成される（図６参照）。テーパ平面部２３ａは、リング磁石２３の外周面を下端面側から斜めに平面状に加工することによって形成される。

レバー部５３は、バックヨーク２４の外周面を跨いでリング磁石２３の外周面まで延びる一対の保持レバー部５４と、バックヨーク２４の外周面に接触してバックヨーク２４と保持部材５０とを同軸に位置決めする位置決めレバー部５５とからなる。一対の保持レバー部５４は軸対称の位置に形成される。位置決めレバー部５５は、一対の保持レバー部５４の間に２本ずつ配置され、合計４本設けられる。

一対の保持レバー部５４のそれぞれの自由端には、リング磁石２３のテーパ平面部２３ａに沿って、かつテーパ平面部２３ａに面接触する平板状の爪片５４ａが形成される。一対の爪片５４ａは、保持部材５０の内側に折れ曲がって形成される。具体的には、保持部材５０がリング磁石２３を保持していない単体の状態では、爪片５４ａの折れ曲がり角度はリング磁石２３の外周面に形成されたテーパ平面部２３ａのテーパ角度よりも大きい。

バックヨーク２４に結合されたリング磁石２３を保持部材５０に保持させる際には、一対の保持レバー部５４を互いに離れる方向に押し拡げる。具体的には、爪片５４ａの互いの先端部の間隔がリング磁石２３の外径よりも大きくなるように、一対の保持レバー部５４を押し拡げる。この状態で、一対のテーパ平面部２３ａと一対の保持レバー部５４との位置が一致するように保持部材５０に対するリング磁石２３の回転方向の位置決めを行い、バックヨーク２４の上端面が保持部材５０の環状部５２に当接するまでバックヨーク２４及びリング磁石２３を各レバー部５３の内側に収容する。その後、押し拡げていた一対の保持レバー部５４を元の状態に戻す。これにより、爪片５４ａがリング磁石２３のテーパ平面部２３ａに面接触すると共に、爪片５４ａが元の状態に戻ろうとする弾性力がテーパ平面部２３ａに作用する。したがって、一対のテーパ平面部２３ａは一対の爪片５４ａによって押圧挟持されるため、リング磁石２３は保持部材５０によって保持される（図３に示す状態）。このように、保持部材５０は、バックヨーク２４及びリング磁石２３を抱え込むように保持する。

保持部材５０は金属をプレス加工することによって形成される。保持部材５０の材料は特に限定されることはなく、樹脂によって形成するようにしてもよい。しかし、保持部材５０が金属製である場合には、樹脂製等と比較して保持レバー部５４の弾性力が大きいため、リング磁石２３を押圧挟持する力が大きくなり、リング磁石２３を効果的に保持することができる。また、保持部材５０が金属製である場合には、樹脂製等と比較して薄肉に成形することができるため、保持部材５０全体をコンパクトに構成することもできる。したがって、保持部材５０は金属製であることが望ましい。

また、保持部材５０はＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等の非磁性体によって形成される。これは、保持部材５０の爪片５４ａはリング磁石２３の外周面に接触して設けられるため、保持部材５０が磁性体によって形成された場合には、リング磁石２３の外周面から爪片５４ａを通じて磁束が保持部材５０に漏れてしまい、トルクセンサ２の磁気特性に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。したがって、リング磁石２３から回転磁気回路部２５へと磁束を効率良く流すために、保持部材５０は非磁性体によって形成される。

リング磁石２３の着磁は、バックヨーク２４及びリング磁石２３を保持部材５０に保持させた後、つまり、磁気発生部２２をアッセンブリー化した後に行われる。

ここで、リング磁石２３のテーパ平面部２３ａは、リング磁石２３の外周面を下端面側から斜めに平面状に加工することによって形成される。したがって、図４に示すように、回転磁気回路部２５の第一磁路先端部２６Ａ及び第二磁路先端部２７Ａに対峙するリング磁石２３の下端面である下部磁極面の面積が部分的に小さくなってしまい、この部分の磁束量が減ってしまう。そこで、リング磁石２３の下部磁極面の磁束量の減少の影響を最小限に抑えるため、隣り合うＮ極とＳ極の境界がテーパ平面部２３ａに位置するようにリング磁石２３の着磁が行われる。好ましくは、テーパ平面部２３ａの中心が隣り合うＮ極とＳ極の境界と一致するようにリング磁石２３の着磁が行われる。これにより、元来の特性として磁束量が少ないＮ極とＳ極の境界付近の面積が小さくなることになるため、リング磁石２３の外周面にテーパ平面部２３ａを形成したことに起因する磁束の減少の影響を最小限に抑えることができる。リング磁石２３の着磁がこのように行われることによって、テーパ平面部２３ａに面接触して設けられる爪片５４ａは、隣り合うＮ極とＳ極に跨ることになる。しかし、爪片５４ａは非磁性体によって形成されるため、隣り合うＮ極とＳ極が爪片５４ａによって短絡することはない。

磁気発生部２２がアッセンブリー化され、リング磁石２３の着磁が行われた後、磁気発生部２２は、バックヨーク２４を入力シャフト１１に圧入することによって、入力シャフト１１に組み付けられる。バックヨーク２４を入力シャフト１１に圧入する際には、まず、入力シャフト１１の取付面１１Ａ（図１参照）の上部にバックヨーク２４を軽圧入する。次に、バックヨーク２４が軽圧入された状態で、回転磁気回路部２５に導かれる磁束密度を計測して磁気発生部２２の回転方向中立位置を導き出す。そして、回転方向中立位置に配置されたバックヨーク２４を入力シャフト１１の取付面１１Ａに強く圧入して固定する。これにより、磁気発生部２２の回転方向中立位置を正確に導き出し、バックヨーク２４を入力シャフト１１に対して圧入することができる。入力シャフト１１に対してバックヨーク２４を圧入した後、保持部材５０の円筒部５１の一部を入力シャフト１１の外周面に形成された互いに平行な平面部に対してかしめる。これにより、入力シャフト１１に対する保持部材５０の相対回転が防止され、保持部材５０を入力シャフト１１と共に回転させることができる。

入力シャフト１１の外周面にかしめられる円筒部５１の部位５１ａは、図３に示すように、一対の保持レバー部５４に対して周方向にずれていることが望ましい。好ましくは、円筒部５１の部位５１ａと一対の保持レバー部５４とは周方向に略９０度ずれていることが望ましい。これは、円筒部５１のうち保持レバー部５４に対応する位置を入力シャフト１１の外周面にかしめた場合には、そのかしめ変形に伴って保持レバー部５４が引っ張られ、保持レバー部５４先端の爪片５４ａの弾性力に悪影響が及ぶおそれがあるためである。

図７に示すように、磁気発生部２２が入力シャフト１１に組み付けられた状態では、バックヨーク２４の外周面に沿って延びる各レバー部５３は、回転磁気回路部２５の樹脂モールド７１の内周に形成された凹部７１ａ内に収容される。磁気発生部２２は、バックヨーク２４及びリング磁石２３が保持部材５０によって保持される構成であるため、レバー部５３の厚みの分だけ磁気発生部２２の外径が大きくなってしまう。しかし、各レバー部５３は凹部７１ａ内に収容されるため、磁気発生部２２の外周が樹脂モールド７１の内周と干渉することが防止される。樹脂モールド７１の凹部７１ａは、第一軟磁性リング２６及び第二軟磁性リング２７を樹脂モールド７１にて固定する際に、第一軟磁性リング２６及び第二軟磁性リング２７を位置決めするための金型よって形成される空間である。

各レバー部５３の幅は、入力シャフト１１と出力シャフト１２とがトーションバー２１のねじれ変形に伴って相対回転する範囲では、レバー部５３が凹部７１ａの側壁に当たらない寸法に設定される。

図１，図２，及び図９に示すように、回転磁気回路部２５の樹脂モールド７１の内周には、リング磁石２３の外周面に対峙し、爪片５４ａの所定以上の拡がりを規制するストッパ部７１ｂが形成される。具体的には、ストッパ部７１ｂは、一対の爪片５４ａの先端部の間隔がリング磁石２３の最大外径よりも拡がることを防止するように、つまり、一対の爪片５４ａが何らかの衝撃によって拡がった場合でも、リング磁石２３の脱落を防止することができるように形成される。

以下では、保持部材５０の作用について説明する。

仮に、リング磁石２３とバックヨーク２４との間の接着剤が劣化する等して両者の接着不良が発生した場合には、リング磁石２３とバックヨーク２４との接合力の殆どが磁力によるものとなる。このような状態において、リング磁石２３の周方向に対して磁力及びバックヨーク２４との接触摩擦力を超える衝撃力が加わった場合には、リング磁石２３はバックヨーク２４に対して回転しそうになる。しかし、保持部材５０の爪片５４ａがリング磁石２３のテーパ平面部２３ａに面接触し、かつ爪片５４ａがその弾性力によってテーパ平面部２３ａを押圧挟持しているため、リング磁石２３の回転が防止される。つまり、入力シャフト１１に対してリング磁石２３の回転位置がずれることが防止される。したがって、トルクセンサ２の検出精度の悪化が防止される。

また、リング磁石２３とバックヨーク２４との間の接着剤が劣化する等して両者の接着不良が発生した場合において、リング磁石２３の軸方向に対して磁力を超える衝撃力が加わった場合には、リング磁石２３は回転磁気回路部２５の磁気吸引力によってバックヨーク２４から脱落しそうになる。しかし、保持部材５０の爪片５４ａがテーパ平面部２３ａに沿って形成されてリング磁石２３を抱え込むように保持し、かつ爪片５４ａがその弾性力によってテーパ平面部２３ａを押圧挟持しているため、リング磁石２３が入力シャフト１１の回転軸Ｏ方向に脱落することが防止される。つまり、リング磁石２３がバックヨーク２４から脱落して回転磁気回路部２５に吸着することが防止される。したがって、トルクセンサ２の検出精度の悪化が防止される。

このように、リング磁石２３の回転止め及び軸方向移動の規制は、リング磁石２３の外周面に形成されたテーパ平面部２３ａを爪片５４ａによって押圧挟持することによって実現されるため、リング磁石２３の下端面に対して保持部材５０が干渉することがない。したがって、リング磁石２３の下端面と第一磁路先端部２６Ａ及び第二磁路先端部２７Ａとの間隔が大きくなることはなく、第一軟磁性リング２６及び第二軟磁性リング２７の磁束量を従来と同等にすることができる。

また、テーパ平面部２３ａを保持する爪片５４ａの保持力を超える衝撃がリング磁石２３の軸方向に対して加わった場合には、リング磁石２３は爪片５４ａの保持力に抗してバックヨーク２４から脱落しそうになる。しかし、爪片５４ａの外面が樹脂モールド７１に形成されたストッパ部７１ｂに当接することによって、一対の爪片５４ａの先端部の間隔がリング磁石２３の最大外径よりも拡がることが防止されるため、バックヨーク２４からリング磁石２３が脱落することが防止される。したがって、一対の爪片５４ａの変形によって一時的にトルクセンサ２の出力特性が変動するが、爪片５４ａが元の状態に戻ることによってトルクセンサ２の出力特性は正常な状態へと復帰する。このように、トルクセンサ２への悪影響が最小限に抑えられる。

以上のように、爪片５４ａは、テーパ平面部２３ａに面接触してリング磁石２３の回転を防止する回転止め部としての機能と、テーパ平面部２３ａに沿って形成されリング磁石２３の軸方向への移動を防止する軸方向移動規制部としての機能とを有する。

爪片５４ａは、保持部材５０の内側への折れ曲がり角度を調整することによって、その弾性力、つまりリング磁石２３を保持する保持力が設定される。具体的には、リング磁石２３の回転及び脱落を防止することが可能な弾性力に設定される。

以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

リング磁石２３とバックヨーク２４との間の接着不良が発生した場合でも、入力シャフト１１に相対回転不能に取り付けられた保持部材５０の爪片５４ａがリング磁石２３のテーパ平面部２３ａに面接触し、かつ爪片５４ａがその弾性力によってテーパ平面部２３ａを押圧挟持しているため、入力シャフト１１に対するリング磁石２３の回転位置のずれ、及びバックヨーク２４からのリング磁石２３の脱落が防止される。

以下に、上記実施の形態の他の形態について説明する。

（１）上記実施の形態では、リング磁石２３の外周面に平面状でかつ回転磁気回路部２５に向かって縮径されたテーパ平面部２３ａが形成され、そのテーパ平面部２３ａに爪片５４ａが面接触して設けられるものであった。この構成に代わり、リング磁石２３の外周面に、平面状の平面部と、回転磁気回路部に向かって縮径されたテーパ部とを別々に形成すると共に、平面部及びテーパ部に接触する爪片を設けるようにしてもよい。平面部はリング磁石２３の回転防止の観点から少なくとも１箇所形成し、テーパ部はリング磁石２３の脱落防止の観点から少なくとも軸対象の位置に一対形成するのが望ましい。この場合、爪片は３本のレバー部５３の自由端に形成されることになり、平面部に面接触する爪片がリング磁石２３の回転を防止する回転止め部として機能し、テーパ部に接触する爪片がリング磁石２３の軸方向への移動を防止する軸方向移動規制部として機能することになる。なお、テーパ部は、リング磁石２３の外周面に部分的に形成してもよいし、外周面全体に環状に形成してもよい。

（２）上記実施の形態では、入力シャフト１１の外周面に形成された平面部に保持部材５０の円筒部５１をかしめることによって、保持部材５０を入力シャフト１１に対して相対回転不能とし、入力シャフト１１に対するリング磁石２３の回転を防止する構成であった。この構成に代わり、バックヨーク２４の外周面に平面部を形成し、その平面部にレバー部５３を当接させることによって、保持部材５０を入力シャフト１１に対して相対回転不能とするようにしてもよい。つまり、保持部材５０をバックヨーク２４を介して入力シャフト１１に相対回転不能に取り付けるようにしてもよい。

（３）図１０に示すように、バックヨーク２４の外周面に、レバー部５３の上から環状のチューブ８０を巻き付け、チューブ８０の収縮力によってレバー部５３をバックヨーク２４の外周面に押し付けるように構成してもよい。このように構成すれば、爪片５４ａがリング磁石２３を保持する保持力が増加するため、リング磁石２３の回転及び脱落をより効果的に防止することができる。チューブ８０は熱収縮性材料にて構成され、バックヨーク２４の外周面に巻き付けた後、熱を加えることによって収縮させバックヨーク２４の外周面に外嵌される。なお、チューブ８０はリング磁石２３の外周面に外嵌させてもよい。この場合、爪片５４ａは、チューブ８０の収縮力を受けてリング磁石２３の外周面に押し付けられることになる。

（４）上記実施の形態では、テーパ平面部２３ａをリング磁石２３の外周面に形成すると説明した。これに代わり、テーパ平面部２３ａをリング磁石２３の内周面に形成するようにしてもよい。この場合、保持部材５０は入力シャフト１１とリング磁石２３との間に配置され、円筒部５１の一部が入力シャフト１１の外周面に形成された平面部にかしめ固定される。また、一対の爪片５４ａはテーパ平面部２３ａに沿って保持部材５０の外側に折れ曲がって形成されることになる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、ドライバーがハンドルに加える操舵力を補助するパワーステアリング装置に設けられるトルクセンサとして用いることができる。

１ パワーステアリング装置
２ トルクセンサ
１１ 入力シャフト
１１Ａ 取付面
１２ 出力シャフト
２１ トーションバー
２２ 磁気発生部
２３ リング磁石
２３ａ テーパ平面部
２４ バックヨーク
２５ 回転磁気回路部
２６ 第一軟磁性リング
２７ 第二軟磁性リング
３１ 固定磁気回路部
５０ 保持部材
５１ 円筒部
５２ 環状部
５３ レバー部
５４ 保持レバー部
５４ａ 爪片
５５ 位置決めレバー部
７１ 樹脂モールド
７１ａ 凹部
７１ｂ ストッパ部

Claims (9)

1. 同軸上に配置される第一シャフトと第二シャフトとの間でトルクを伝達するトーションバーと、前記第一シャフトに固定される磁気発生部と、前記第二シャフトに固定される回転磁気回路部と、を備え、前記磁気発生部から前記回転磁気回路部に導かれる磁束密度に応じてトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
   前記磁気発生部は、
   前記第一シャフトの外周面に圧入される環状のバックヨークと、
   前記バックヨークの端面に結合される環状のリング磁石と、
   前記第一シャフトに相対回転不能に取り付けられ、前記リング磁石を保持する保持部材と、を備えることを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記保持部材は、
   前記第一シャフトの外周面に固定される円筒部と、
   前記リング磁石を保持する保持部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記リング磁石の外周面には、平面状の平面部と、前記回転磁気回路部に向かって縮径されたテーパ部と、が形成され、
   前記保持部は、
   前記リング磁石の前記平面部に面接触して前記リング磁石の回転を防止する回転止め部と、
   前記リング磁石の前記テーパ部に沿って形成され前記リング磁石の軸方向への移動を防止する軸方向移動規制部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
4. 前記リング磁石の外周面には、平面状でかつ前記回転磁気回路部に向かって縮径されたテーパ平面部が軸対称の位置に一対形成され、
   前記保持部は、
   前記バックヨークの外周面を跨いで前記リング磁石の外周面まで延びる一対の保持レバー部と、
   一対の前記保持レバー部の自由端に形成され、前記テーパ平面部に面接触して押圧挟持する爪片と、を備え、
   前記爪片は、前記回転止め部及び前記軸方向移動規制部として機能することを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサ。
5. 前記リング磁石は、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に配設され、かつ隣り合うＮ極とＳ極の境界が前記テーパ平面部に位置するように着磁されてなることを特徴とする請求項４に記載のトルクセンサ。
6. 前記保持部材は、前記バックヨークの外周面に接触して一対の前記保持レバー部の間に配置され前記バックヨークと前記保持部材とを同軸に位置決めする位置決めレバー部をさらに備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のトルクセンサ。
7. 前記保持部材の前記円筒部は、前記第一シャフトの外周面に形成された平面部に一部がかしめ固定されることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一つに記載のトルクセンサ。
8. 前記保持部材の前記円筒部は、前記第一シャフトの外周面に形成された平面部に一部がかしめ固定され、
   前記保持部材において、前記第一シャフトの外周面にかしめ固定される前記円筒部の部位と一対の前記保持レバー部とは、周方向に略９０度ずれて位置することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一つに記載のトルクセンサ。
9. 前記回転磁気回路部は、
   前記磁気発生部の前記リング磁石から出される磁束を導く第一軟磁性リング及び第二軟磁性リングと、
   前記第一軟磁性リング及び前記第二軟磁性リングを固定する樹脂モールドと、を備え、
   前記樹脂モールドの内周には、前記爪片の所定以上の拡がりを規制するストッパ部が形成されることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一つに記載のトルクセンサ。

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