JP2013053950A - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 検出精度の低下を抑制可能な磁歪式トルクセンサを提供する。
【解決手段】 磁歪式トルクセンサ４１は、磁歪膜８２等の磁歪部を有する回転軸２４と、磁歪膜８１の透磁率等の磁気特性の変化を検出する検出コイル８５，８５等のコイルととを備える。回転軸２４は、回転軸２４の連結部２４ｉ等の軸端部分側に、磁歪部から離れた拡張部２４ｅをさらに有する。回転軸２４の中心軸ＣＬに垂直な平面において、拡張部２４ｅを有する回転軸２４の部分の断面積は、拡張部２４ｅと磁歪部８２との間の回転軸２４の部分の断面積よりも大きい。回転軸２４それ自体及び拡張部拡張部２４ｅは磁性材料で構成される。磁歪式トルクセンサ４１は、拡張部２４ｅに対向する磁気シールド５４ａをさらに備えることが好ましい。
【選択図】 図４

Description

本発明は、磁歪式トルクセンサに関する。

自動車等の車両は、電動パワーステアリング装置を備えることができ、電動パワーステアリング装置は、ステアリングハンドル（ステアリングホイール）への運転者による操作によって生じる回転軸での操舵トルクを補助する補助トルクを発生させる。補助トルクの発生により、電動パワーステアリング装置は、運転者の負担を軽減することができる。電動パワーステアリング装置は、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを有し、操舵トルク等の回転軸に働くトルクを検出するトルクセンサは、磁歪効果を利用してトルクを検出するトルクセンサ（磁歪式トルクセンサ）、トーションバーを利用してトルクを検出するトルクセンサ等に分類することができる。

例えば特許文献１は、電動パワーステアリング装置に利用可能な磁歪式トルクセンサを開示し、この磁歪式トルクセンサにおいて、特許文献１の図３で示されるような磁気シールド２０ａがリッド（保持部材）４３の近くに設けられている。また、特許文献１の図５（ｂ）において、リッド（保持部材）４３自体が磁気シールドを兼ねている。

特開２００４−３０９１８４号公報

本発明者らは、このような磁気シールドを備える磁歪式トルクセンサであっても、外部からの外部磁界ノイズ（外部磁場ノイズ）の影響を受けることを認識した。即ち、特許文献１の図３で示されるようなステアリング軸１２ｂは、外部に露出している。従って、本発明者らは、ステアリング軸１２ｂの上部からの外部磁界ノイズが回転軸１２に進入して、磁歪式トルクセンサの検出精度を低下することを認識した。

本発明の１つの目的は、検出精度の低下を抑制可能な磁歪式トルクセンサを提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び好ましい実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。

以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。

本発明に従う第１の態様は、磁歪部を有する回転軸と、
前記磁歪部の磁気特性の変化を検出するコイルと
を備える磁歪式トルクセンサであって、
前記回転軸は、前記回転軸の軸端部分側に、前記磁歪部から離れた拡張部をさらに有し、
前記回転軸の中心軸に垂直な平面において、前記拡張部を有する前記回転軸の部分の断面積は、前記拡張部と前記磁歪部との間の前記回転軸の部分の断面積よりも大きく、
前記回転軸それ自体及び前記拡張部は磁性材料で構成されることを特徴とする磁歪式トルクセンサに関係する。

回転軸に拡張部を設けることにより、拡張部を有しない回転軸の部分の断面積に比べて、拡張部を有する回転軸の部分では断面積が増加する。従って、回転軸の上部等の軸端部分から回転軸の内部に進入した外部磁界ノイズは、拡張部を有する回転軸の部分で拡がる。即ち回転軸の断面を通り抜ける磁束は、拡張部（回転軸の径方向外側）で拡がる。このように拡張部で拡がった磁束の一部は、拡張部（回転軸）の外側に放出される。その結果、拡張部の断面を通過した回転軸内の磁束（コイルに向かう外部磁界ノイズ）は、減少する。これにより、磁歪式トルクセンサの検出精度の低下を抑制することができる。

第１の態様において、磁歪式トルクセンサは、
前記拡張部に対向する磁気シールドを
さらに備えてもよい。
磁気シールドが拡張部に対向するので、拡張部（回転軸の径方向外側）で拡がった磁束は、拡張部側から磁気シールド側に乗り移ることができる。その結果、拡張部の断面を通過した回転軸内の磁束（コイルに向かう外部磁界ノイズ）は、より減少する。これにより、磁歪式トルクセンサの検出精度の低下をより抑制することができる。

第１の態様において、前記磁気シールドは、前記拡張部の端部又は突起部に対向してもよい。
拡張部に端部又は突起部を設けることにより、その端部又は突起部での磁束密度が高くなる。従って、拡張部の端部又は突起部の側から磁気シールド側に乗り移る磁束がさらに増加する。

第１の態様において、前記磁気シールドは、前記コイルの周りを囲んでもよく、
前記コイルに対向する前記磁気シールドの部分と前記中心軸との間の距離は、前記拡張部に対向する前記磁気シールドの部分と前記中心軸との間の距離よりも長くてもよい。

回転軸側（拡張部側）から磁気シールド側（対向面側）に乗り移った磁束が磁気シールド内（コイルに対向する磁気シールドの部分）を通り抜ける際、その磁束をコイルに対向する磁気シールドの部分で、コイルから遠ざけることができる。これにより、磁気シールド内を通り抜ける外部磁界ノイズの影響を少なくすることができる。

第１の態様において、前記回転軸の前記軸端部分は、ステアリングハンドルに連結される連結部を形成してもよく、
前記拡張部は、前記磁歪部と前記連結部との間に配置されてもよい。

拡張部をステアリングハンドル又は連結部の側に設けることで、上部から回転軸に進入した外部磁界ノイズを効果的に抑制することができる。

当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。

磁歪式トルクセンサを有する電動パワーステアリング装置の模式図である。 図１に示された電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 図２の３−３線断面図である。 図４（ａ）は、図３の拡張部及び磁気シールド付近の拡大図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の磁気シールドの対向面付近の拡大図である。 図５（ａ）は、図３の拡張部及び磁気シールドの第１の変形例を示す拡大図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の磁気シールドの対向面の拡大図である。 図６（ａ）は、図３の拡張部及び磁気シールドの第２の変形例を示す拡大図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の磁気シールドの対向面の拡大図である。 図７（ａ）は、図３の拡張部及び磁気シールドの第３の変形例を示す拡大図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の磁気シールドの対向面の拡大図である。 図８（ａ）は、図３の拡張部及び磁気シールドの第４の変形例を示す拡大図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の磁気シールドの対向面の拡大図である。 図３の拡張部及び磁気シールドの第５の変形例を示す拡大図である。

以下に説明する好ましい実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

図１は、磁歪式トルクセンサである操舵トルクセンサ４１が組み込まれた電動パワーステアリング装置１０を模式的に示している。電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングハンドル２１から車両の操舵車輪（前輪）２９，２９に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルク、つまり付加トルクを加える補助トルク機構４０とからなる。

ステアリング系２０は、ステアリングハンドル２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介して回転軸２４（ピニオン軸、入力軸とも言う。）を連結し、回転軸２４にラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６を連結し、ラック軸２６の両端に左右のタイロッド２７，２７及びナックル２８，２８を介して左右の操舵車輪２９，２９を連結したものである。ラックアンドピニオン機構２５は、回転軸２４に有したピニオン３１と、ラック軸２６に有したラック３２とからなる。

ステアリング系２０によれば、運転者がステアリングハンドル２１を操舵することで、その操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５を介して、操舵車輪２９，２９を操舵することができる。

補助トルク機構４０は、ステアリングハンドル２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクを操舵トルクセンサ４１で検出し、この検出信号に基づき制御部４２で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルク（付加トルク）を電動モータ４３で発生し、補助トルクを減速機構４４を介して回転軸２４に伝達し、さらに、補助トルクを回転軸２４からステアリング系２０のラックアンドピニオン機構２５に伝達するようにした機構である。

電動モータ４３は、例えばブラシレスモータからなり、レゾルバ等の回転センサを内蔵している。この回転センサは、電動モータ４３におけるロータの回転角を検出するものである。

制御部４２の概要を説明すると、次の通りである。
制御部４２は、電源回路、モータ電流を検出する電流センサ、入力インターフェース回路、マイクロプロセッサ、出力インターフェース回路、ＦＥＴブリッジ回路などによって構成される。入力インターフェース回路は、外部からトルク信号や車速信号やモータ回転信号などを取り込むものである。マイクロプロセッサは、入力インターフェース回路によって取り込んだトルク信号や車速信号などに基づいて、電動モータ４３をベクトル制御するものである。出力インターフェース回路は、マイクロプロセッサの出力信号をＦＥＴブリッジ回路への駆動信号に変換するものである。ＦＥＴブリッジ回路は、電動モータ４３（ブラシレスモータ）に３相交流電流を通電するスイッチング素子である。

このような制御部４２は、回転センサによって検出された電動モータ４３のロータの回転信号と、モータ電流センサ（制御部４２に内蔵）によって検出された電流信号とに基づいて、ベクトル制御する。このベクトル制御はｄ−ｑ制御であり、電動モータ４３のトルクを制御するｑ軸電流と、界磁を制御するｄ軸電流とを、直流制御する。

つまり、制御部４２は、操舵トルクセンサ４１によって検出された操舵トルク信号と、図示せぬ車速センサによって検出された車速信号と、回転センサによって検出されたロータの回転信号などに基づいて、目標ｑ軸電流及び目標ｄ軸電流を設定する。
そして、制御部４２は、回転センサによって検出された回転信号と、モータ電流センサによって検出された電流信号とに基づいて、ｄ−ｑ変換された、実ｑ軸電流及び実ｄ軸電流を、前記目標ｑ軸電流及び目標ｄ軸電流に一致させるように、ＰＩ制御をする。

電動パワーステアリング装置１０によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ４３の補助トルク（付加トルク）を加えた複合トルクにより、ラック軸２６で操舵車輪２９，２９を操舵することができる。
減速機構４４は、例えばウォームギヤ機構によって構成される。以下、減速機構４４のことを、適宜「ウォームギヤ機構４４」と言い換えることにする。

図２は、図１に示された電動パワーステアリング装置１０の全体構成を示し、左端部及び右端部を破断して表したものである。図２に示すように、ラック軸２６は、車幅方向（図２の左右方向）に延びるハウジング５１に、軸方向にスライド可能に収容されている。ラック軸２６には、ハウジング５１から突出した長手方向両端に、ボールジョイント５２，５２を介してタイロッド２７，２７が連結されている。ラック軸２６の両端部は、ダストシール用ブーツ５３，５３によって覆われている。

図２及び図３に示すように、ハウジング５１は回転軸２４の下半分、ラックアンドピニオン機構２５及びウォームギヤ機構４４を収納するとともに、上端に形成されている上部開口５１ａに、磁気シールド５４ｂ（センサハウジング５５）を取付けたものである。このようなハウジング５１は、上部開口５１ａに対して反対側、つまり底部が塞がれている。

さらに詳しく述べると、図３に示すように、回転軸２４はハウジング５１の内部で起立するように位置しており、一端２４ａ（下端面）から他端２４ｂ（上端面）へ向かって、第１の軸受６１、ピニオン３１、第２の軸受６２、磁歪式トルクセンサ４１における２つの磁歪部８１，８２が、この順に設けられている。

回転軸２４は、ハウジング５１の内部に取り付けられた状態において、上半分が上部開口５１ａからセンサハウジング５５を貫通して上方へ延びる。２つの磁歪部８１，８２はセンサハウジング５５内に位置している。

図３に示すように、ハウジング５１は内周面に、回転軸２４を第１の軸受６１及び第２の軸受６２を介して回転可能に支持している。つまり、回転軸２４の下端部分は、第１の軸受６１を介して、ハウジング５１で回転可能に支持されている。回転軸２４の中間部分において、ピニオン３１とウォームホイール４７との間の位置は、第２の軸受６２を介して、ハウジング５１で回転可能に支持されている。図３において、ＣＬは回転軸２４の中心線（軸心）である。

センサハウジング５５は、操舵トルクセンサ４１（検出部８３）を収納するものであり、センサハウジング５５は、磁気シールド５４ａ，５４ｂで囲われている。センサハウジング５５は、樹脂等の非磁性材料で構成されている。回転軸２４は、センサハウジング５５の上下を貫通し、センサハウジング５５の上部には、回転軸２４のシールをするためのオイルシール５６が設けられている。図３の例において、磁気シールド５４ａ（第１の磁気シールド）は、例えば筒状に形成され、例えばコイル８５，８５及び磁歪部８２の周りを例えばセンサハウジング５５及びオイルシール５６を介して囲み、磁歪部８２と拡張部２４ｅとの間の回転軸２４（磁歪部８２のない回転軸２４の部分）の周りも囲んでいる。図３の例において、磁気シールド５４ｂ（第２の磁気シールド）は、例えば筒状に形成され、フランジを形成する。磁気シールド５４ｂは、例えばコイル８５，８５，８５，８５及び磁歪部８１，８２の周りを囲み、磁歪部８２と磁歪部８１との間の回転軸２４（磁歪部８１，８２のない回転軸２４の部分）の周りも囲んでいる。

図３の例において、磁気シールドは、磁気シールド５４ａ及び磁気シールド５４ｂの２つの部材で構成されているが、例えば１つの部材で構成されてもよく、代替的に、例えば図９のように省略してもよい。磁気シールド５４ａ及び磁気シールド５４ｂについては、後述する。
磁気シールド５４ｂ（フランジ）は、ボルト５７により取り付けられている。ハウジング５１に対して、センサハウジング５５は、磁気シールド５４ｂを介して径方向への移動が規制されている。

図３において、電動モータ４３は、図示せぬモータ軸が、紙面の向こう側から手前側のハウジング５１内に水平に延びたものである。モータ軸は、ウォームギヤ機構４４のウォーム軸４５を連結した出力軸である。ウォーム軸４５は、一体に形成したウォーム４６を備える。ウォーム軸４５の両端部は、軸受を介してハウジング５１によって回転可能に支持されている。

ウォームギヤ機構４４は、駆動側のウォーム４６に従動側のウォームホイール４７を噛合わせることで、ウォーム４６からウォームホイール４７を介して、負荷側にトルクを伝達するようにした構成である。

ハウジング５１はラックガイド７０を備える。このラックガイド７０は、ラック３２の反対側からラック軸２６に当てるガイド部７１と、ガイド部７１を圧縮ばね７２を介して押す調整ボルト７３と、ラック軸２６の背面を滑らせる当て部材７４と、調整ボルト７３の位置決めをするロックナット７５とからなる。

操舵トルクセンサ４１は、回転軸２４と、この回転軸２４の表面に設けられてトルクに応じて磁歪特性（磁気特性）が変化する上下一対の磁歪部８１，８２と、この磁歪部８１，８２の近傍に配置されて磁歪部８１，８２に生じた磁歪効果を検出するコイル８５，８５，８５，８５とからなる、磁歪式トルクセンサである。
言い換えると、操舵トルクセンサ４１は、回転軸２４に設けた一対の磁歪部８１，８２と、磁歪部８１，８２の周囲に設けた検出部８３とからなる。

磁歪部８１，８２は、例えば回転軸２４の軸長手方向に互いに逆方向の残留歪みが付与された磁歪膜からなる。以下、磁歪部８１，８２のことを、適宜「磁歪膜８１，８２」と言い換えることにする。

磁歪膜８１，８２は、歪みの変化に対して磁束密度の変化の大きい材料からなる膜であり、例えば、回転軸２４の外周面に気相メッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜である。この合金膜の厚みは望ましくは３０〜５０μｍ程度である。なお、合金膜の厚みは、これ以下又はこれ以上であってもよい。第１磁歪膜８１の磁歪方向に対して、第２磁歪膜８２の磁歪方向は異なっている（磁歪異方性を有する）。このように、２つの磁歪膜８１，８２は、回転軸２４の外周面に全周にわたって形成された、概ね一定の幅で且つ一定の厚さの膜である。なお、２つの磁歪膜８１，８２は、軸長手方向に所定の間隔を有して配列したものである。

Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜は、Ｎｉを概ね５０重量％含んだ場合に、磁歪定数が大きくなるので磁歪効果が高まる傾向にあり、このようなＮｉ含有率の材料を使用することが好ましい。例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜として、Ｎｉを５０〜７０重量％含み、残りがＦｅである材料を使用する。

なお、磁歪膜８１，８２は強磁性体の膜であればよく、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜に限定されるものではない。例えば、磁歪膜８１，８２は、Ｃｏ−Ｆｅ系の合金膜やＳｍ−Ｆｅ系の合金膜であってもよい。

検出部８３は、磁歪膜８１，８２に生じた磁歪効果を電気的に検出し、その検出信号をトルク検出信号として出力するものであり、センサハウジング５５内に収納されている。この検出部８３は、回転軸２４が貫通した筒状のコイルボビン８４と、コイルボビン８４に多重巻きされたコイル８５，８５，８５，８５とからなる。４つのコイル８５，８５，８５，８５の各々を検出コイルとして用いることにより、検出信号は、トルク検出信号だけでなく、故障検出信号も含むことができる。なお、４つの検出コイル８５，８５，８５，８５からの磁束は、磁歪膜８１，８２を励磁し、４つの検出コイル８５，８５，８５，８５は、４つの励磁コイルとしても働く。

磁歪膜８１，８２とコイルボビン８４との隙間は、０．５〜１ｍｍ程度の範囲で設定される。コイル８５，８５，８５，８５は、１〜１００ｋＨｚの範囲で適当な、例えば１０ｋＨｚ程度の周波数で励磁され、回転軸２４に操舵トルクが働くと、異方性の付与された磁歪部８１，８２の透磁率が変化し、従ってコイル８５，８５，８５，８５のインダクタンスも変化する。

図３の例において、第１磁歪膜８１に対向して２つの検出コイル８５，８５が配置され、第２磁歪膜８２に対向して２つの検出コイル８５，８５が配置されているが、これらの検出コイル８５，８５，８５，８５と図１に示した制御部４２との間の配線及び電子回路は、図示されていない。コネクタ９２は、検出コイル８５，８５，８５，８５側の配線と制御部４２側の配線とを接続するために用いることができる。図３で省略されているこれらの配線及び電子回路は、例えば特開２００９−２６４８１２号公報の図２に示されるような構成を採用してもよい。

図３の例を変形して、第１磁歪膜８１及び第２磁歪膜８２に対向して１つの独立した専用の励磁コイルが配置されてもよく、例えば特許文献１の図６に示すような構成を採用してもよい。

連結部２４ｉは、図１に示す自在軸継手２３，２３及びステアリングシャフト２２を介してステアリングハンドル２１に連結される軸端部分（他端２４ｂ）である。（他端２４ｂ）は、連結部２４ｉを形成し、連結部２４ｉは、例えば、自在軸継手２３を連結するためのセレーションからなる。連結部２４ｉは、回転軸２４に一体に形成されている。

図４は、図３の検出部８３付近に配置された拡張部２４ｅ及び磁気シールド５４ａ，５４ｂを示し、図４（ａ）は拡張部２４ｅ及び磁気シールド５４ａ，５４ｂの拡大図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）中の一点鎖線で表される円ｂの拡大図を示す。

図４（ｂ）の例において、拡張部２４ｅは、回転軸２４の直径ｄ１が拡張された直径ｄ２を有し、拡張部２４ｅを有する回転軸２４の部分及び拡張部２４ｅを有しない回転軸２４の部分は、同じ材料で単一に形成されている。直径ｄ２は直径ｄ１よりも大きいので、回転軸２４の中心軸ＣＬに垂直な平面（図示せず）において、拡張部２４ｅを有する回転軸２４の部分の断面積は、拡張部２４ｅと磁歪膜８２との間の回転軸２４の部分の断面積よりも大きい。回転軸２４の上部（連結部２４ｉ）から回転軸２４の内部に進入した外部磁界ノイズ（回転軸２４内の磁束）は、拡張部２４ｅを有する回転軸２４の部分で拡がる。このように拡張部２４ｅに拡がった磁束は、拡張部２４ｅ（回転軸２４）の外側に放出される。さらに、拡張部２４ｅに拡がった磁束は、拡張部２４ｅに対応する磁気シールド５４ａの対向面で拡張部２４ｅ側から磁気シールド５４ａ１側に乗り移ることができる。その結果、拡張部２４ｅの断面を通過した回転軸２４内の磁束（コイル８５に向かう外部磁界ノイズ）は、減少する。これにより、磁歪式トルクセンサ４１の検出精度の低下を抑制することができる。

ところで、回転軸２４は、一般に、機械的な捩じりと曲げ強度を必要とするので、鉄合金を母材とし、さらに熱処理が必要である。この熱処理によって、母材中に炭素が残留してしまう。このような炭素等の不純物を含む回転軸２４は、不純物を含まない回転軸と比べて、外部磁界ノイズの影響を受けやすい。言い換えれば、回転軸２４それ自体及び拡張部２４ｅは磁性材料で構成されている。なお、拡張部２４ｅは、回転軸２４と単一に形成されていなくてもよく、別の部材で構成される拡張部２４ｅが回転軸２４と一体に形成されてもよい。拡張部２４ｅが回転軸２４と単一に形成されない場合、その拡張部２４ｅの磁性材料は、回転軸２４の磁性材料と同じでもよく、異なってもよく、拡張部２４ｅの透磁率が回転軸２４の透磁率よりも高い場合、磁束は、外部又は磁気シールド５４ａに移動し易くなる。回転軸２４が拡張部２４ｅを備えていない場合、エンジン、発電機、モータ等の交番磁界による交番磁束が回転軸２４の上部から進入し、操舵トルクセンサ４１からの検出信号にノイズが生じ、検出精度が低下してしまう。このようなノイズをローパスフィルタの代わりに拡張部２４ｅで磁気シールド５４ａ側に移動させることができる。磁気シールド５４ａの透磁率が拡張部２４ｅの透磁率よりも高い場合、磁束は、拡張部２４ｅ側から磁気シールド５４ａ側にさらに移動し易くなる。

拡張部２４ｅは、磁歪膜８２と連結部２４ｉとの間に配置され、ステアリングハンドル２１側から回転軸２４に進入する外部磁界ノイズを抑制することができる。他の方向からコイル８５，８５，８５，８５又は検出部８３に進入する外部磁界ノイズは、磁気シールド５４ａ，５４ｂによって抑制することができる。このように、磁気シールド５４ａは、ステアリングハンドル２１側から回転軸２４に進入する外部磁界ノイズを拡張部２４ｅから磁気シールド５４ｂに中継するだけでなく、他の方向からの外部磁界ノイズを抑制又は遮断することもできる。図４の例において、磁気シールド５４ａ，５４ｂは、一体又は単一に形成されていないが、一体又は単一に形成してもよい。磁気シールド５４ａ，５４ｂは、磁性材料（アモルファス磁性材料を含む）で構成され、透磁率が大きく且つ保磁力が小さい程好ましく、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、フェライト等である。磁気シールド５４ａ，５４ｂの厚みは、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍである。

図４（ａ）において、磁気シールド５４ａは、拡張部２４ｅに対向する対向面を有する第１の部分５４ａ１を備える。磁気シールド５４ａ（対向面）と拡張部２４ｅとの隙間は、例えば、０．５〜１ｍｍであるが、この範囲に限定されない。第１の部分５４ａ１は、回転軸２４の中心軸ＣＬに平行に配置され、対向面も中心軸ＣＬに平行に配置されている。図４（ｂ）において、拡張部２４ｅに対向する第１の部分５４ａ１（磁気シールド５４ａ）の対向面の対向領域ｆが示されている。また、磁気シールド５４ａ（対向面）は、拡張部２４ｅの磁歪膜８２側の端部で対向している。拡張部２４ｅに例えば角のような端部を設けることにより、その端部での磁束密度が高くなる。従って、磁気シールド５４ａ（第１の部分５４ａ１の対向面）側に乗り移る磁束がさらに増加する。図４（ａ）の磁気シールド５４ａの構成によれば、第１の部分５４ａ１側に乗り移った磁束は、中心軸ＣＬに垂直な第２の部分５４ａ２、中心軸ＣＬに平行な第３の部分５４ａ３に、この順に進行する。コイル８５，８５に対向する第３の部分５４ａ３と中心軸ＣＬとの間の距離は、対向面（第１の部分５４ａ１）と中心軸ＣＬとの間の距離よりも長いので、回転軸２４側から乗り移った磁束が磁気シールド５４ａ内を通り抜ける際、その磁束をコイル８５，８５から遠ざけることができる。これにより、磁気シールド５４ａ内を通り抜ける外部磁界ノイズの影響を少なくすることができる。

図４（ａ）において、磁気シールド５４ｂは、第３の部分５４ａ３に対向し、回転軸２４の中心軸ＣＬに平行な第４の部分５４ｂ１を備える。磁束は、第３の部分５４ａ３側から第４の部分５４ｂ１側にさらに乗り移る。磁気シールド５４ａ（第３の部分５４ａ３）と磁気シールド５４ｂ（第４の部分５４ｂ１）との隙間は、例えば、０．５〜１ｍｍであるが、この範囲に限定されない。第４の部分５４ｂ１側に乗り移った磁束は、中心軸ＣＬに垂直な第５の部分５４ｂ２に進行する。このように、磁気シールド５４ａ（５４ａ１，５４ａ２，５４ａ３）は、ステアリングハンドル２１側から回転軸２４に進入する外部磁界ノイズを拡張部２４ｅから磁気シールド５４ｂ（５４ｂ１，５４ｂ２）に中継する。また、磁束が磁気シールド５４ｂ内を通り抜ける際、磁気シールド５４ｂは、その磁束をコイル８５，８５，８５，８５からさらに遠ざけることができる。

図５（ａ）は図３の拡張部２４ｅ及び磁気シールド５４ａ，５４ｂの第１の変形例を示す拡大図を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）中の一点鎖線で表される円ｂの拡大図を示す。第１の変形例において、第１の部分５４ａ１（磁気シールド５４ａ）の対向面は、拡張部２４ｅの連結部２４ｉ側の端部で対向している。拡張部２４ｅに端部を設けることにより、その端部での磁束密度が高くなり、磁束が磁気シールド５４ａ（第１の部分５４ａ１の対向面）側に乗り移り易くなる。

図６（ａ）は図３の拡張部２４ｅ及び磁気シールド５４ａ，５４ｂの第２の変形例を示す拡大図を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）中の一点鎖線で表される円ｂの拡大図を示す。第２の変形例において、拡張部２４ｅは、例えば角のような突起部２４ｔを有する。第１の部分５４ａ１（磁気シールド５４ａ）の対向面は、拡張部２４ｅの突起部２４ｔと拡張部２４ｅの磁歪膜８２側の端部との双方（２つの角）で対向している。拡張部２４ｅの複数の箇所に磁束密度が高くなる領域を設けることにより、磁束が対向面（第１の部分５４ａ１）側にさらに乗り移り易くなる。拡張部２４ｅの突起部２４ｔと第１の部分５４ａ１（磁気シールド５４ａ）の対向面との隙間は、拡張部２４ｅの磁歪膜８２側の端部と第１の部分５４ａ１の対向面との隙間よりも狭くなっている。なお、突起部２４ｔの先端は、角を形成しなくても、ドーナツ状又は円状の曲部を形成してもよい。言い換えれば、拡張部２４ｅは、突起部２４ｔのように、直径ｄ２が拡張された直径ｄ３を有し、回転軸２４の直径が直径ｄ３（最大の直径）から例えば直径ｄ２に減少していれば十分である。

図７（ａ）は図３の拡張部２４ｅ及び磁気シールド５４ａ，５４ｂの第３の変形例を示す拡大図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）中の一点鎖線で表される円ｂの拡大図を示す。第３の変形例において、拡張部２４ｅは、拡張部２４ｋを有する。拡張部２４ｋは、拡張部２４ｅの突起部とも呼べる。拡張部２４ｋは、回転軸２４の直径ｄ２が拡張された直径ｄ３（最大の直径）を有し、拡張部２４ｅ，２４ｋは、同じ材料で単一に形成されている。拡張部２４ｋは、拡張部２４ｅと単一に形成されなくてもよいが、拡張部２４ｋは、磁性材料で構成される。磁気シールド５４ａは、図６（ａ）等の第１の部分５４ａ１を有しないで、拡張部２４ｅの拡張部２４ｋに対向する対向面を有し、中心軸ＣＬに垂直な第２の部分５４ａ２を備える。図７（ｂ）において、拡張部２４ｅの拡張部２４ｋに対向する第２の部分５４ａ２（磁気シールド５４ａ）の対向面の対向領域ｆが示されている。磁気シールド５４ａ（第２の部分５４ａ２の対向面）は、拡張部２４ｋの下に配置されている。

図８（ａ）は図３の拡張部２４ｅ及び磁気シールド５４ａ，５４ｂの第４の変形例を示す拡大図を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）中の一点鎖線で表される円ｂの拡大図を示す。第４の変形例において、磁気シールド５４ａは、図６（ａ）等の第１の部分５４ａ１及び第２の部分５４ａ２を有しないで、拡張部２４ｅの拡張部２４ｋに対向する対向面を有し、中心軸ＣＬに平行な第３の部分５４ａ３を備える。図８（ｂ）において、拡張部２４ｅの拡張部２４ｋに対向する第３の部分５４ａ３（磁気シールド５４ａ）の対向面の対向領域ｆが示されている。拡張部２４ｋは、回転軸２４の直径ｄ２が拡張された直径ｄ３（最大の直径）を有し、磁気シールド５４ａ（第３の部分５４ａ３の対向面）は、拡張部２４ｋの下に配置されている。

図９は図３の拡張部２４ｅ及び磁気シールド５４ａ，５４ｂの第５の変形例を示す拡大図を示す。第５の変形例において、磁気シールド５４ａが省略され、磁気シールド５４ｂ（５５ｂ１，５５ｂ２）は、樹脂等の非磁性材料で構成されるセンサハウジング５５'（５５'−１，５５'−２）に置き換えられている。第５の変形例において、図３の拡張部２４ｅは、図８（ａ）の拡張部２４ｋを有している。
図３の拡張部２４ｅ及び磁気シールド５４ａ，５４ｂをさらに変更してもよく、図示しない変形例として、例えば、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９における磁気シールド５４ａだけを省略してもよく、磁気シールド５４ａの高さを例えばセンサハウジング５５まで低くしてもよい。

電動パワーステアリング装置１０（操舵トルクセンサ４１）が磁気シールドを有しない場合、及び拡張部２４ｅに対向しない磁気シールドを有する場合でも、回転軸２１に例えば図４（ａ）の拡張部２４ｅを設けることにより、拡張部２４ｅを有しない回転軸２４の部分（直径ｄ１）の断面積に比べて、拡張部２４ｅを有する回転軸２４の部分（直径ｄ２）では断面積が増加する。従って、回転軸２４の連結部２４ｉ等の軸端部分から回転軸２４の内部に進入した外部磁界ノイズは、拡張部２４ｅを有する回転軸２４の部分で拡がる。即ち回転軸２４の断面を通り抜ける磁束は、拡張部２４ｅ（回転軸の径方向外側）で拡がる。このように拡張部２４ｅで拡がった磁束の一部は、磁気シールドを有しない場合であっても、拡張部２４ｅ（回転軸２４）の外側に放出される。その結果、拡張部２４ｅの断面を通過した回転軸２４内の磁束（コイル８５，８５，８５，８５に向かう外部磁界ノイズ）は、減少する。これにより、操舵トルクセンサ４１の検出精度の低下を抑制することができる。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。

１０・・・電動パワーステアリング装置、２０・・・ステアリング系、２１・・・ステアリングハンドル、２２・・・ステアリングシャフト、２３・・・自在軸継手、２４・・・回転軸、２４ａ・・・一端、２４ｂ・・・他端、２４ｅ・・・拡張部、２４ｉ・・・連結部、２４ｋ・・・拡張部、２４ｔ・・・突起部、２５・・・ラックアンドピニオン機構、２６・・・ラック軸、２７・・・タイロッド、２８・・・ナックル、２９・・・操舵車輪、３１・・・ピニオン、３２・・・ラック、４０・・・補助トルク機構、４１・・・操舵トルクセンサ、４２・・・制御部、４３・・・電動モータ、４４・・・減速機構、４５・・・ウォーム軸、４６・・・ウォーム、４７・・・ウォームホイール、５１・・・ハウジング、５１ａ・・・上部開口、５２・・・ボールジョイント、５３・・・ダストシール用ブーツ、５４ａ・・・磁気シールド、５４ｂ・・・磁気シールド、５５，５５'・・・センサハウジング、５６・・・オイルシール、５８・・・ボルト、６１・・・第１の軸受、６２・・・第２の軸受、７０・・・ラックガイド、７１・・・ガイド部、７２・・・圧縮ばね、７３・・・調整ボルト、７４・・・当て部材、７５・・・ロックナット、・・・、８１・・・磁歪部、８２・・・磁歪部、８３・・・検出部、８４・・・コイルボビン、８５・・・コイル、９２・・・コネクタ。

Claims (5)

1. 磁歪部を有する回転軸と、
   前記磁歪部の磁気特性の変化を検出するコイルと
   を備える磁歪式トルクセンサであって、
   前記回転軸は、前記回転軸の軸端部分側に、前記磁歪部から離れた拡張部をさらに有し、
   前記回転軸の中心軸に垂直な平面において、前記拡張部を有する前記回転軸の部分の断面積は、前記拡張部と前記磁歪部との間の前記回転軸の部分の断面積よりも大きく、
   前記回転軸それ自体及び前記拡張部は磁性材料で構成されることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 前記拡張部に対向する磁気シールドを
   さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。
3. 前記磁気シールドは、前記拡張部の端部又は突起部に対向することを特徴とする請求項２に記載の磁歪式トルクセンサ。
4. 前記磁気シールドは、前記コイルの周りを囲み、
   前記コイルに対向する前記磁気シールドの部分と前記中心軸との間の距離は、前記拡張部に対向する前記磁気シールドの部分と前記中心軸との間の距離よりも長いことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁歪式トルクセンサ。
5. 前記回転軸の前記軸端部分は、ステアリングハンドルに連結される連結部を形成し、
   前記拡張部は、前記磁歪部と前記連結部との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ。

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