JP2019117170A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじれトルクの検出精度を向上させることができるトルク検出装置を提供すること。【解決手段】トルク検出装置は、入力軸と出力軸との間のねじれトルクを検出する。このトルク検出装置は、入力軸に連結される磁気ヨーク１２と、磁気ヨーク１２との相対位置が固定された状態で、入力軸に連結される磁石１１と、出力軸に連結され、磁束密度を検出する検出面１３ａを有する磁気センサ１３と、を備える。磁石１１の両極のうちＮ極と磁気ヨーク１２の対向部１２ｂとが、所定距離を空けて磁気ヨーク１２の回転中心を挟んで対向する位置に配置されている。磁気センサ１３は、Ｎ極と対向部１２ｂとの間に配置されている。【選択図】 図３

Description

本発明は、ねじれトルクを検出するトルク検出装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置等において、ねじれトルク（軸トルク）を検出するトルク検出装置（トルクセンサ）が用いられることが知られている。例えば、特許文献１に記載のトルクセンサでは、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーがねじれた場合、一組のヨークが、多極磁石に対して周方向に相対的に変位する。このとき、ヨークの間における磁束密度を磁気センサが検出し、磁束密度の変化に基づき、ねじれトルクを検出する。このトルク検出装置の性能として、あるねじれトルクに対して常に一定の信号を出力することが望まれている。

特開２００３−１４９０６２号公報

ところで、ヨークが磁石に対して周方向に相対的に変位する際、ヨークは磁石から磁束を捕集し、ヨーク内部において磁束を通過させている。このため、磁気ヒステリシスのなるべく小さい素材を利用してヨークを作成しなければ、磁気ヒステリシスの影響により、同じねじれトルクであっても、磁気センサが検知する磁束密度にばらつきが生じる場合があり、ねじれトルクの検出精度が低下する虞があった。このため、素材選択の自由度が低いという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ねじれトルクの検出精度を向上させることができるトルク検出装置を提供することを主たる目的とするものである。

上記課題を解決するトルク検出装置は、第１軸と第２軸とを同軸上に連結する弾性部材のねじれ変位に基づき、前記第１軸と前記第２軸との間のねじれトルクを検出するトルク検出装置において、前記第１軸の回転に伴って回転するものであって、磁力線が出入りする第１極及び第２極を有する磁束発生部と、磁束又は磁束密度を検出する検出面を有し、前記第２軸の回転に伴い回転する磁気センサと、を備え、前記第１極と前記第２極とは、前記磁気センサを挟んで対向配置されている。

上記構成によれば、第１極から第２極への直線と、磁気センサの検出面とがなす角度（入射角）は、第１軸に対する第２軸の回転に応じて変化する。そして、当該角度の変化に応じて、検出面を通過する磁力線の数が変化する。すなわち、磁束密度が変化する。トルク検出装置は、この磁束密度の変化に基づき、ねじれ変位を検出することができる。

ところで、上記構成において、第１極から第２極への直線と、磁気センサの検出面とがなす角度に基づき、磁束密度が変化するため、第１極から第２極への磁束密度を変化させる必要はない。第１極から第２極への磁束密度を変化させない場合、磁気センサが受ける磁束密度は、磁気ヒステリシスの影響を受けない。つまり、第１極から第２極への磁束密度を変化させない場合、同じねじれトルクであるときには、磁気センサが検知する磁束密度にばらつきが生じない。すなわち、上記構成でねじれトルクを検出する場合、磁気ヒステリシスの影響を抑制することができる。このため、ヨークの磁気ヒステリシスが大きい素材を選択しても、ねじれトルクの検出精度が低下することを抑制できる。

ステアリングシステムの概略構成図。 トルク検出装置の側面図。 トルク検出装置の縦断面図。 トルク検出装置のＩ−Ｉ線断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、磁気ヨークと磁気センサの位置関係を示す模式図。 磁束密度と、角度との関係を示す図。 第２実施形態のトルク検出装置を示す縦断面図。 （ａ）〜（ｂ）は、磁気ヨークと磁気センサの位置関係を示す模式図。 第３実施形態のトルク検出装置を示す側面図。 第３実施形態のトルク検出装置を示す縦断面図。 （ａ）〜（ｂ）は、磁気ヨークと磁気センサの位置関係を示す模式図。 （ａ）は、第４実施形態のトルク検出装置を示す側面図。（ｂ）は、第４実施形態のトルク検出装置を示す断面図。 別例のトルク検出装置を示す側面図。 別例のトルク検出装置を示す側面図。 別例のトルク検出装置を示す縦断面図。 別例のトルク検出装置を示す模式図。 （ａ），（ｂ）は、別例のトルク検出装置を示す模式図。 別例のトルク検出装置を示す模式図。 別例のトルク検出装置を示す模式図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付している。

＜ステアリングシステム１００＞
実施形態にかかるトルク検出装置１０について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、トルク検出装置１０は、例えば、車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置２０を備えたステアリングシステム１００に用いられる。

ハンドル３０は、ステアリングシャフト４０と接続されている。図２に示すように、ステアリングシャフト４０は、ハンドル３０と接続されている第１軸としての入力軸４１と、入力軸４１に連結されているトーションバー４２と、トーションバー４２を介して入力軸４１と連結されている第２軸としての出力軸４３を有する。なお、第１軸と第２軸は入れ替えてもよい。

トーションバー４２は、一端側が入力軸４１に、他端側が出力軸４３にそれぞれ図示しない固定ピン等により固定されており、入力軸４１と出力軸４３とを同軸上に連結する。トーションバー４２は、棒状の弾性部材であり、ステアリングシャフト４０に加えられるねじれトルクに応じて、ねじれ変位し、弾性力を蓄える。図１に示すように、入力軸４１と出力軸４３との間には、トーションバー４２（すなわち、ステアリングシャフト４０）に加わるねじれトルクを検出するトルク検出装置１０が設けられている。

出力軸４３の先端には、ピニオンギヤ５０が設けられており、ピニオンギヤ５０はラック軸５１にかみ合わされている。ラック軸５１の両端には、タイロッド等を介して、一対の車輪５２が連結されている。これにより、ドライバがハンドル３０を回転させると、ハンドル３０に接続されたステアリングシャフト４０が回転する。ステアリングシャフト４０が回転すると、ピニオンギヤ５０によってラック軸５１が左右方向に直線運動する。そして、ラック軸５１の変位量に応じて、一対の車輪５２が操舵される。

電動パワーステアリング装置２０は、ドライバによるハンドル３０の操舵を補助する補助トルクを出力するモータ２１と、減速ギヤ２２と、制御装置２３等を備えている。減速ギヤ２２は、モータ２１の回転を減速してステアリングシャフト４０に伝達する。本実施形態では、コラムアシストタイプであるが、モータ２１の回転をピニオンギヤ５０に伝えるピニオンアシストタイプや、モータ２１の回転をラック軸５１に伝えるラックアシストタイプでもよい。制御装置２３は、トルク検出装置１０からねじれトルクを示す電圧信号を入力し、取得した電圧信号に応じてモータ２１の駆動を制御する。

なお、以下では、単に軸方向と示した場合には、ステアリングシャフト４０（入力軸４１、トーションバー４２、及び出力軸４３も含む。以下同様）の軸方向のことを意味する。また、単に径方向と示した場合には、ステアリングシャフト４０の径方向のことを意味する。また、図では、ステアリングシャフト４０の軸方向を矢印Ｚ１で示し、径方向を矢印Ｘ１で示す。

＜トルク検出装置１０＞
図３に示すように、トルク検出装置１０は、磁束を発生する磁束発生部１と、磁束密度（又は磁束）を検出する検出面を有する磁気センサ１３等を備えている。磁束発生部１は、具体的には、磁石１１と、磁気ヨーク１２とから構成されている。また、図２に示すように、トルク検出装置１０は、磁石１１と磁気ヨーク１２を入力軸４１に連結するための第１連結部１４と、磁気センサ１３を出力軸４３に連結するための第２連結部１５と、を備えている。

＜第１連結部１４＞
図２に示すように、第１連結部１４は、円盤状に形成され、外周に歯が設けられたギヤ（平歯車）であり、第１回転軸１６を中心として回転するように構成されている。この第１回転軸１６は、ステアリングシャフト４０の径方向外側に設けられており、且つ、ステアリングシャフト４０に沿っている（平行となっている）。

また、第１連結部１４は、入力軸４１の外周に固定され、入力軸４１と一体的に回転する第１歯車４１ａに噛み合うように構成されている。また、第１連結部１４は、第１歯車４１ａに連動して回転可能に第１回転軸１６に固定されている。すなわち、第１連結部１４は、入力軸４１の回転に応じて連動して回転するように、入力軸４１に対して連結されている。

第１歯車４１ａに対する第１連結部１４のギヤ比（減速比）は、１対１としている。つまり、入力軸４１の回転に対する第１連結部１４の回転の比率は、１対１とされており、入力軸４１が１回転すると、第１連結部１４も１回転するようになっている。なお、第１連結部１４の中心には、軸方向に沿って延びる軸孔１４ａが形成されており、この軸孔１４ａに第１連結部１４の第１回転軸１６が挿入され、第１連結部１４が回転可能に固定される。

図３に示すように、第１連結部１４は、有底の円筒状に形成されている。すなわち、第１連結部１４には、軸方向に沿って収容凹部１４ｂが形成されている。この収容凹部１４ｂは、出力軸４３側に開口している。この収容凹部１４ｂ内に、磁気ヨーク１２及び磁石１１が収容されている。

＜磁気ヨーク１２＞
図３及び図４に示す磁気ヨーク１２は、軟磁性体（例えば、鉄、パーマロイ等）により円環状に形成されている。なお、図において、磁気ヨーク１２の径方向を矢印Ｘ２で示す。また、図４は、出力軸４３側から磁気ヨーク１２を見た場合における図である。

そして、磁気ヨーク１２は、第１連結部１４の収容凹部１４ｂに収容されている。その際、磁気ヨーク１２の中心と、第１連結部１４の回転中心（第１回転軸１６）とが一致するように、磁気ヨーク１２は、収容凹部１４ｂに収容されており、第１連結部１４に固定されている。このため、磁気ヨーク１２は、入力軸４１の回転に連動して第１連結部１４が回転すると、第１連結部１４の第１回転軸１６を中心として、第１連結部１４と一体的に回転することとなる。すなわち、磁気ヨーク１２は、第１連結部１４を介して、入力軸４１の回転に応じて連動して回転するように、入力軸４１に連結されている。

従って、磁気ヨーク１２の中心が、回転中心となり、また、磁気ヨーク１２の回転中心（回転軸）は、ステアリングシャフト４０の径方向外側において、ステアリングシャフト４０に沿っている（と平行となる）。具体的には、図２に示すように、磁気ヨーク１２の回転中心は、ステアリングシャフト４０から、径方向外側に所定距離Ｄ１だけ離れた位置に配置されている。

また、図４に示すように、磁気ヨーク１２を構成する環状部１２ａの内縁には、後述する磁石１１に対向する対向部１２ｂが設けられている。この対向部１２ｂは、環状部１２ａの内縁から磁気ヨーク１２の径方向内側に（回転中心に向かって）突出するように形成されている。磁気ヨーク１２（環状部１２ａ）の径方向において、この対向部１２ｂの長さは、環状部１２ａの内縁から磁気ヨーク１２の回転中心までの長さよりも短く形成されている。本実施形態において、対向部１２ｂは、四角柱状に形成されているが、これに限らず、円柱状であっても、多角柱状であってもよい。

＜磁石１１＞
磁石１１は、硬磁性体により棒状（四角柱状）に形成されている。磁石１１の長手方向において、一方の端部がＮ極の磁極（一方の磁極）となり、他方の端部がＳ極の磁極（他方の磁極）となるように、着磁されている。

この磁石１１は、その長手方向が磁気ヨーク１２（より詳しくは環状部１２ａ）の径方向に沿うように（平行となるように）、磁気ヨーク１２の内側に配置されている。その際、磁石１１は、軸方向において磁気ヨーク１２と重複するように配置されている。具体的には、環状部１２ａの内縁に、磁石１１の一端（Ｓ極）が連結されており、磁石１１のＮ極が回転中心を向くように固定されている。なお、長手方向における磁石１１の長さ（磁気ヨーク１２の径方向における長さ）は、環状部１２ａの内縁から磁気ヨーク１２の回転中心までの長さよりも短く形成されている。

そして、磁石１１は、磁気ヨーク１２の回転中心を挟んでそのＮ極が対向部１２ｂに対向するように固定されている。本実施形態では、磁石１１は、対向部１２ｂが設けられた位置から１８０度離れた位置において、磁気ヨーク１２の環状部１２ａに固定されている。したがって、対向部１２ｂは、磁石１１のＮ極へ向かって磁気ヨーク１２の内縁から突出するように形成されているともいえる。

また、磁石１１のＮ極から磁気ヨーク１２の回転中心までの距離Ｄ２は、対向部１２ｂの先端から磁気ヨーク１２の回転中心までの距離Ｄ３と同じとなるように形成されている。したがって、磁石１１のＮ極と磁気ヨーク１２の対向部１２ｂとが、所定距離Ｄ４（＝Ｄ２＋Ｄ３）を空けて磁気ヨーク１２の回転中心を挟んで対向する位置に配置されていることとなる。また、磁石１１のＮ極から環状部１２ａの内縁までの距離は、いずれも、対向部１２ｂまでの距離Ｄ４よりも長くなっていることが望ましい。

また、磁石１１と磁気ヨーク１２との相対位置は固定されていることとなる。つまり、入力軸４１の回転に連動して第１連結部１４が回転した場合、磁石１１と磁気ヨーク１２は、第１連結部１４と一体的に回転する。このため、磁石１１と磁気ヨーク１２の相対位置は固定される。

以上により、本実施形態において、磁束発生部１（磁石１１及び磁気ヨーク１２）は、一定の磁束（すなわち、磁力線）が出入りする第１極及び第２極を有し、入力軸４１の回転に伴って第１極及び第２極の相対位置が固定された状態で回転するといえる。つまり、磁石１１及び磁気ヨーク１２は、入力軸４１の回転に伴って一体的に回転する。また、磁石１１は、磁気ヨーク１２に固定されているため、入力軸４１の回転に伴って磁気ヨーク１２内を通過する磁束の経路が変更されることはない。つまり、入力軸４１の回転に伴って磁気ヨーク１２を通過する磁束が大きくなったり、小さくなったりせず、一定となっている。なお、磁石１１の両極のうちの一方の磁極（Ｎ極）が、第１極に相当し、磁気ヨーク１２に設けられ、Ｎ極から所定距離を空けて対向配置されている対向部１２ｂが、第２極に相当する。

＜第２連結部１５＞
図２に示すように、第２連結部１５は、円盤状に形成されており、外周に歯が設けられたギヤ（平歯車）であり、軸方向において、同心円状となるように、第１連結部１４と重なるように配置されている。また、第２連結部１５は、第２連結部１５に設けられた第２回転軸１７を中心として回転するように構成されている。

第２回転軸１７は、第２連結部１５の中心に、軸方向に沿って第１連結部１４とは反対側に延びるように形成されている。第２回転軸１７は、図示しない軸受などを介して回転可能に固定されている。また、第２回転軸１７は、ステアリングシャフト４０の径方向外側に設けられており、且つ、ステアリングシャフト４０に沿っている（平行となっている）。また、第２回転軸１７は、第１回転軸１６と同軸上に設けられている。

そして、第２連結部１５は、出力軸４３の外周に固定され、出力軸４３と一体的に回転する第２歯車４３ａに、噛み合うように構成されている。そして、第２連結部１５は、出力軸４３の回転に連動して回転可能となるように第２回転軸１７が固定されている。このため、第２連結部１５は、出力軸４３の回転に応じて連動して回転するように、出力軸４３に対して連結されている。

第２歯車４３ａに対する第２連結部１５のギヤ比は、１対１である。つまり、出力軸４３の回転に対する第２連結部１５の回転の比率は、１対１とされており、出力軸４３が１回転すると、第２連結部１５も１回転するようになっている。すなわち、出力軸４３の回転に対する第２連結部１５の回転の比率は、入力軸４１の回転に対する第１連結部１４の回転の比率と同じである。このため、入力軸４１と出力軸４３との間のねじれ変位は、第１連結部１４と第２連結部１５との間のねじれ変位とほぼ同じとなる。

また、図３に示すように、第２連結部１５の中心には、軸方向に沿って第１連結部１４側に突出する突出部１５ａが設けられている。この突出部１５ａは、第１連結部１４と第２連結部１５とが組み付けられた際、第１連結部１４の収容凹部１４ｂ内に突出するようにその長さが設定されている。

そして、突出部１５ａは、円柱形状となっており、その中心が回転中心と一致するように形成されている。また、突出部１５ａは、第１連結部１４と第２連結部１５とが組み付けられた際、磁気ヨーク１２の対向部１２ｂと磁石１１との間に配置されている。すなわち、突出部１５ａの半径は、磁石１１のＮ極から磁気ヨーク１２の回転中心までの距離Ｄ２（及び対向部１２ｂの先端から磁気ヨーク１２の回転中心までの距離Ｄ３）よりも小さく構成されている。また、突出部１５ａには、軸方向に沿って貫通孔１５ｂが形成されている。この貫通孔１５ｂ内において、磁気センサ１３が収容されている。

＜磁気センサ１３＞
図４に示すように、磁気センサ１３は、ホール素子などを利用したものであり、検出面１３ａを通過する磁束密度を検出する。より詳しくは、磁気センサ１３は、検出面１３ａを直交する磁束密度（又は検出面１３ａを通過する磁束密度の直交成分）を検出するものである。なお、図４において、磁気センサ１３には配線１３ｂにより接続されている。

この磁気センサ１３は、第２連結部１５の貫通孔１５ｂに収容された状態で固定されている。このため、磁気センサ１３は、出力軸４３の回転に連動して第２連結部１５が回転すると、第２連結部１５の第２回転軸１７を中心として、第２連結部１５と一体的に回転することとなる。すなわち、磁気センサ１３は、第２連結部１５を介して、出力軸４３の回転に応じて連動して回転するように、出力軸４３に連結されている。

このため、磁気センサ１３の回転中心は、第２連結部１５の回転中心（第２回転軸１７）と一致し、また、磁気センサ１３の回転中心は、ステアリングシャフト４０の径方向外側において、ステアリングシャフト４０に沿っている（平行となる）。具体的には、図２に示すように、磁気センサ１３の回転中心は、ステアリングシャフト４０から、ステアリングシャフト４０の径方向外側に所定距離Ｄ１だけ離れた位置に配置されている。以上のことから、磁気センサ１３の回転中心は、磁気ヨーク１２の回転中心と一致するようになっている。

そして、この磁気センサ１３は、貫通孔１５ｂに収容された状態で、磁石１１と対向部１２ｂとの間に配置されている。より詳しくは、磁気ヨーク１２の回転中心に配置されている。すなわち、第１連結部１４及び第２連結部１５の回転中心に配置されている。また、軸方向において、磁気センサ１３は、対向部１２ｂ及び磁石１１と、重なる位置に配置されている。このため、磁気センサ１３は、磁石１１のＮ極と、対向部１２ｂの中間地点（等距離離れた位置）に配置されている。

そして、図４に示すように、磁気センサ１３は、ねじれトルクが生じていない初期状態において、その検出面１３ａがＮ極から対向部１２ｂへ向かう磁力線に沿うように（平行となるように）配置されている。具体的には、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と、検出面１３ａが沿うように（平行となるように）、配置されている。磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線とは、回転中心を通過して径方向に沿った直線のことである。図４では、矢印で磁力線を示す。

また、図４に示すように、磁気センサ１３を軸方向から見た場合、磁気センサ１３の幅方向（磁気ヨーク１２の径方向）において、検出面１３ａの中心は、磁気ヨーク１２の回転中心に一致するように、磁気センサ１３は配置されている。すなわち、環状部１２ａの径方向において、磁気ヨーク１２の回転中心から検出面１３ａの端までの距離は、左右どちらも同じとなっている。このため、検出面１３ａの幅方向における中点が、第２連結部１５の回転中心と一致するともいえる。

そして、出力軸４３の回転に伴い、磁気センサ１３が第２連結部１５と共に回転すると、その検出面１３ａも第２回転軸１７を中心として回転することとなる。すなわち、第１連結部１４と第２連結部１５との間のねじれ変位に応じて、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と、検出面１３ａとがなす角度が変化する。例えば、第１連結部１４と第２連結部１５との間のねじれ変位が９０度であれば、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と、検出面１３ａとが直交することとなる。また、第１連結部１４と第２連結部１５との間のねじれ変位が４５度であれば、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と、検出面１３ａとが４５度の角度で交わることとなる。

なお、磁気センサ１３は、周りが第２連結部１５の突出部１５ａにより囲まれている。しかしながら、第２連結部１５は、非磁性体（例えば、アルミなど）により形成されており、外部からの磁力線が通過するように構成されている。このため、磁気センサ１３は、突出部１５ａに囲まれていても、磁石１１のＮ極から磁気ヨーク１２の対向部１２ｂへの磁束密度を検出可能となっている。

＜検出方法＞
ここで、磁気センサ１３によるねじれトルクの検出について説明する。まず、入力軸４１と、出力軸４３との間にねじれトルクが印加されていない初期状態である場合、つまり、トーションバー４２がねじれていない中立位置である場合について説明する。この場合、図５（ｂ）に示すように、磁気センサ１３の検出面１３ａは、磁石１１のＮ極と対向部１２ｂの中間地点において、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と平行となるように配置されている。

このとき、磁石１１のＮ極から放射状に発生する磁力線は、最も近い軟磁性体である対向部１２ｂへ誘導され、その後、磁気ヨーク１２の環状部１２ａを通過し、環状部１２ａと連結されている磁石１１のＳ極へ誘導させる。このため、磁力線は、磁気センサ１３の検出面１３ａと平行となっており、検出面１３ａをほとんど通過しない。したがって、磁気センサ１３により検出される磁束密度は、ゼロ（又は限りなくゼロに近い値）となる。

入力軸４１と、出力軸４３との間にねじれトルクが印加されて、トーションバー４２にねじれ変位（ねじれ角）が生じると、第１連結部１４及び第２連結部１５もそれぞれ入力軸４１及び出力軸４３と連動して回転する。減速比は、それぞれ１対１であるため、第１連結部１４と第２連結部１５との間にトーションバー４２に生じたねじれ変位と同じねじれ変位が生じる。また、磁気センサ１３の検出面１３ａは、磁気ヨーク１２及び磁石１１に対してねじれ変位に応じて回転する。一方、磁気ヨーク１２及び磁石１１は、一体的に回転するため、相対位置は固定されている。

このため、図５（ａ）又は（ｃ）に示すように、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と、検出面１３ａとがなす角度αは、ねじれ変位に応じて変化することとなる。つまり、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへ誘導される磁束密度が、検出面１３ａを通過する入射角がねじれ変位に応じた角度となる。

そして、磁気センサ１３は、検出面１３ａを通過した磁束密度の直交成分を検出する。また、磁束密度は、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへ誘導される。このため、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と検出面１３ａとがなす角度αがねじれ変位に応じて変化した場合、検出面１３ａを通過する磁束密度の直交成分もねじれ変位に応じて変化することとなる。

したがって、検出される磁束密度は、図６に示すようにねじれ変位（ねじれ角）に応じて変化することとなる。なお、回転方向が反対となった場合、磁束密度の向き（極性）が反対となるだけで、同様である。

以上のように、磁石１１及び磁気ヨーク１２に対して、磁気センサ１３が回転した場合、ねじれ変位に応じた磁束密度が検出される。そして、磁気センサ１３により検出される磁束密度は、トーションバー４２のねじれ変位量に略比例し、かつ、トーションバー４２のねじれ方向に応じて極性が反転する。電圧信号の電圧は、磁束密度、すなわち、ねじれ変位量に応じたものとなる。そして、ねじれトルクは、ねじれ変位量に比例するため、電圧信号の電圧も、ねじれトルクに応じたものとなる。したがって、トルク検出装置１０は、ねじれトルクに応じた電圧信号を出力することが可能となる。

ところで、磁気ヨーク１２の素材を変更すると、磁気ヒステリシスが異なる場合がある。磁気ヒステリシスが異なると、その他の構成（磁石１１及び磁気ヨーク１２等）が同じであれば、磁石１１から対向部１２ｂへの磁束密度が変化することとなる。例えば、磁気ヒステリシスが大きい素材に変更した場合、磁石１１から対向部１２ｂへの磁束密度が低下することとなる。

しかしながら、本実施形態のトルク検出装置１０では、磁石１１から対向部１２ｂへの磁束密度はねじれ変位によらず一定であることを前提に、磁気ヨーク１２等に対する検出面１３ａの角度αに基づき、検出される磁束密度を変化させるものである。つまり、ねじれトルクが発生しても、磁石１１（第１極）から対向部１２ｂ（第２極）への磁束密度は変化せず、一定となっている。その一方、上述したように、磁気センサ１３により検出される磁束密度は、入射角が変化することから、ねじれトルクに応じて変化する。このため、磁気ヨーク１２を通過する磁束密度そのものをねじれ変位に応じて変化させる場合と比較して、磁気ヨーク１２の磁気ヒステリシスに基づく影響を受けにくい。

上記構成により、以下の効果を奏する。

上記構成によれば、入力軸４１に対して出力軸４３が相対的に回転しても、磁石１１のＮ極（第１極）と磁気ヨーク１２の対向部１２ｂ（第２極）との相対位置は、固定されている。また、磁気ヨーク１２と磁石１１との相対位置も固定されている。このため、Ｎ極から対向部１２ｂへの磁束密度はねじれ変位に応じて変化しない（一定である）。つまり、入力軸４１に対して出力軸４３が相対的に回転しても、磁束が通過する経路は、常に同じであり、磁気ヒステリシスの影響を受けない。その一方、Ｎ極から対向部１２ｂへの直線と、磁気センサ１３の検出面１３ａとがなす角度α（入射角）は、入力軸４１に対する出力軸４３の回転に応じて変化する。そして、当該角度αの変化に応じて、検出面１３ａを通過する磁力線の数が変化する。すなわち、磁束密度が変化する。トルク検出装置１０は、この磁束密度の変化に基づき、ねじれ変位を検出することができる。

ところで、磁束密度の変化率は、磁気ヨーク１２等に対する検出面１３ａの角度αの変化に依存している。その際、磁気ヨーク１２内を通過する磁束密度がねじれ変位量によらず一定であることを前提としている。すなわち、磁気センサ１３が受ける磁束密度は、磁気ヒステリシスの影響を受けず、同じねじれトルクである場合、磁気センサ１３が検知する磁束密度にばらつきが生じない。このため、磁気ヨーク１２の磁気ヒステリシスを変えても、ねじれトルクの検出精度が低下することを抑制できる。

図６に示すように、磁気センサ１３により検出される磁束密度は、磁力線と、検出面１３ａとが平行に近いほど、大きく変化しやすく、また、一定に変化しやすい。そこで、磁気センサ１３を、初期状態において、磁力線に対して、その検出面１３ａが沿うように配置した。つまり、初期状態において、Ｎ極から対向部１２ｂへの直線に対して、その検出面１３ａが沿うように配置した。これによれば、磁気センサ１３によって検出される磁束密度の変化を大きくし、また、一定に磁束密度を変化させることができる。このため、ねじれトルクを高精度に検出することができる。

また、上記のように配置すれば、回転方向が異なれば、磁束密度が対称的に変化する。つまり、極性が異なるだけで同様に変化する。このため、ねじれ変位に基づいてねじれトルクを算出する際の手間も少なくすることができる。

磁石１１を、磁気ヨーク１２の内側に配置し、磁石１１の両極のうちＳ極が磁気ヨーク１２の回転中心とは反対側で磁気ヨーク１２に対向するように配置した。これにより、磁気ヨーク１２によって、Ｎ極からＳ極への磁力線を誘導することができ、Ｎ極から対向部１２ｂへの磁束密度を大きくすることができる。磁束密度が大きくなれば、外部からのノイズの影響を抑制できる。また、回転角度の変化に基づく磁束密度の変化も検出しやすくなる。よって、ねじれトルクの検出精度が低下することをより抑制できる。

また、Ｓ極は、磁気ヨーク１２と連結するように固定した。これにより、磁気ヨーク１２と磁石１１間のエアギャップ（隙間）を極力小さくすることができ、Ｎ極から対向部１２ｂへの磁束密度を大きくすることができる。磁束密度が大きくなれば、外部からのノイズの影響を抑制できる。また、回転角度の変化に基づく磁束密度の変化も検出しやすくなる。よって、ねじれトルクの検出精度が低下することをより抑制できる。

対向部１２ｂは、磁気ヨーク１２の環状部１２ａの内縁からＮ極に向かって突出している。また、Ｎ極から環状部１２ａの内縁までの距離は、いずれも、対向部１２ｂまでの距離Ｄ４よりも長くなっている。これにより、磁気ヨーク１２内を通過する磁力線を対向部１２ｂに集めることができ、Ｎ極から対向部１２ｂへの磁束密度を大きくすることができる。磁束密度が大きくなれば、外部からのノイズの影響を抑制できる。また、磁束密度の変化も検出しやすくなる。よって、ねじれトルクの検出精度が低下することをより抑制できる。

磁気ヨーク１２の第１回転軸１６は、ステアリングシャフト４０の径方向外側であって、ステアリングシャフト４０と平行に配置されており、磁気センサ１３は、磁気ヨーク１２の回転中心に配置されている。磁気ヨーク１２の回転中心をステアリングシャフト４０の径方向外側に配置することにより、入力軸４１と出力軸４３とを連結するトーションバー４２に邪魔されることなく、磁束密度を好適に検出可能な位置、すなわち、磁気ヨーク１２の回転中心に磁気センサ１３を配置することができる。

磁気ヨーク１２及び磁石１１は、第１連結部１４を介して入力軸４１の回転に応じて回転する状態で入力軸４１に連結されている。また、磁気センサ１３は、第２連結部１５を介して出力軸４３の回転に応じて回転する状態で出力軸４３に連結されている。入力軸４１の回転に対する磁気ヨーク１２の回転の比率は、出力軸４３の回転に対する磁気センサ１３の回転の比率と同じとなるようにした。すなわち、入力軸４１の第１歯車４１ａに対する第１連結部１４のギヤ比（減速比）と、出力軸４３の第２歯車４３ａに対する第２連結部１５のギヤ比とを同じとした。このように、回転の比率を同じとすることにより、磁気ヨーク１２（及び磁石１１）と磁気センサ１３との間におけるねじれ変位が、入力軸４１と出力軸４３との間のねじれ変位に対応させることができる。このため、磁気センサ１３により検出された磁束密度の変化に基づき、ねじれトルクを算出することが容易となる。また、誤差が少なくなる。

上記構成において、磁気ヨーク１２と磁石１１との間におけるエアギャップは、Ｎ極と対向部１２ｂとの間の１カ所のみである。このため、上記構成では、磁気回路における磁気抵抗は、集磁リングなどを利用したトルク検出装置と比較して、エアギャップを小さくすることができる。このため、磁石１１として、大きな磁石や、残留磁束密度が大きい磁石を使用する必要がなくなる。また、磁束密度を向上させることができるため、集磁リングを採用する必要がなくなり、部品点数を低減可能となっている。また、磁石１１のＮ極から磁気ヨーク１２に向かう磁力線を利用するため、極性毎に磁気ヨークを設ける必要がなくなる。したがって、トルク検出装置１０を小型化し、且つ、製造コストを低減することが可能となる。

回転軸の周りにリング磁石を設け、さらにリング磁石の外側に磁気ヨークを設けるような従来技術におけるトルク検出装置では、回転軸の直径によりリング磁石及び磁気ヨークが大型化する可能性がある。また、リング磁石を採用する場合、磁極の面積によって磁束密度が増減する。したがって、磁気ヨーク及びリング磁石は、検出精度を考慮して、ある程度の大きさであることが必要となっている。一方、上記構成におけるトルク検出装置１０では、回転軸の直径が大きくなっても、磁石１１及び対向部１２ｂの径方向の長さを短くすることにより、大型化することを抑制することが可能となる。また、その際、対向部分の面積も変わらないことから、検出精度が低減することも抑制できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態と異なり、第１連結部１４及び第２連結部１５を用いていない。そして、第２実施形態では、磁気ヨーク１２及び磁石１１を入力軸４１と一体的に回転させるように連結するとともに、磁気センサ１３を出力軸４３と一体的に回転させるように連結している。以下、詳しく説明する。

＜磁気ヨーク１２＞
図７に示すように、第２実施形態の磁気ヨーク１２は、固定部材１４１などを介して、入力軸４１に固定されている。その際、磁気ヨーク１２（環状部１２ａ）の中心と、入力軸４１の軸心とが一致するように、磁気ヨーク１２は、固定部材１４１などを介して、入力軸４１に固定されている。このため、磁気ヨーク１２は、入力軸４１の回転に連動して入力軸４１を中心として、回転することとなる。すなわち、磁気ヨーク１２は、入力軸４１の回転に応じて連動して回転するように、入力軸４１に連結されている。したがって、磁気ヨーク１２の回転中心は、入力軸４１と同軸上とされる。

なお、固定部材１４１には、貫通孔１４１ａが形成されており、当該貫通孔１４１ａにトーションバー４２が挿通されている。また、固定部材１４１の収容凹部１４１ｂに磁気ヨーク１２が収容され、固定されている。

＜磁石１１＞
第２実施形態の磁石１１は、第１実施形態と同様に、磁気ヨーク１２に固定されている。つまり、入力軸４１の回転に連動して、磁石１１と磁気ヨーク１２は、一体的に回転する。このため、磁石１１と磁気ヨーク１２の相対位置は固定されている。

＜磁気センサ１３＞
図７に示すように、第２実施形態の磁気センサ１３は、固定部材１５１などを介して、出力軸４３に固定されている。具体的には、磁気センサ１３は、固定部材１５１の突出部１５１ａに設けられた貫通孔１５１ｂに収容され、固定されている。このため、磁気センサ１３は、出力軸４３が回転すると、出力軸４３を中心として出力軸４３と一体的に回転する。すなわち、磁気センサ１３は、出力軸４３の回転に応じて連動して回転するように、出力軸４３に連結されている。

このため、磁気センサ１３の回転中心は、出力軸４３の軸心と一致する。また、入力軸４１と出力軸４３は同軸上であるため、磁気センサ１３の回転中心は、磁気ヨーク１２の回転中心と一致するようになっている。

そして、図８に示すように、この磁気センサ１３は、磁石１１と対向部１２ｂとの間に配置されている。より詳しくは、磁石１１及び対向部１２ｂよりも環状部１２ａの径方向内側となる位置であって、トーションバー４２の外周よりも外側となる位置に磁気センサ１３が配置されている。

また、磁気センサ１３は、ねじれトルクが生じていない初期状態において、磁気センサ１３からＮ極までの距離と、対向部１２ｂまでの距離が、等距離となる位置に配置されている。具体的には、軸方向において、磁気ヨーク１２と磁気センサ１３を入力軸４１側から見た場合、Ｎ極から対向部１２ｂへの直線と直交する直線上であって、回転中心（ステアリングシャフト４０の軸心）から図８（ａ）の上方へ所定距離だけ離れた位置に磁気センサ１３が配置されている。

そして、磁気センサ１３は、ねじれトルクが生じていない初期状態において、その検出面１３ａがＮ極から対向部１２ｂへ向かう磁力線に沿うように（平行となるように）配置される。図８では、磁力線を矢印で示している。具体的には、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線に、検出面１３ａが沿うように（平行となるように）、配置されている。なお、第２実施形態において、Ｎ極から発生する磁力線は、放射状に広がり、その後、対向部１２ｂに向かって収束していくようになっている。このため、磁気センサ１３からＮ極までの距離と、対向部１２ｂまでの距離が、等距離となる位置では、磁力線の方向は、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線に沿っている（平行となっている）。

また、図８に示すように、磁気センサ１３を軸方向から見た場合、幅方向における検出面１３ａの中点が、磁気センサ１３からＮ極までの距離と、対向部１２ｂまでの距離が、等距離となる位置に配置されている。

そして、出力軸４３が回転すると、磁気センサ１３もトーションバー４２の周りを回転することとなる。その際、検出面１３ａは、常にトーションバー４２の径方向と直交するように、トーションバー４２に対向した状態で、トーションバー４２の周りを回転する。このため、入力軸４１と出力軸４３との間のねじれ変位に応じて、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの磁力線と、検出面１３ａとがなす角度βが変化する。

＜検出方法＞
第２実施形態における磁気センサ１３によるねじれトルクの検出について説明する。まず、入力軸４１と、出力軸４３との間にねじれトルクが印加されていない初期状態である場合について説明する。この場合、図８（ａ）に示すように、磁気センサ１３の検出面１３ａは、磁石１１のＮ極と対向部１２ｂの中間地点において、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と平行となるように配置されている。

このとき、磁石１１のＮ極から放射状に発生する磁力線は、最も近い軟磁性体である対向部１２ｂへ誘導され、その後、磁気ヨーク１２の環状部１２ａを通過し、環状部１２ａと連結されている磁石１１のＳ極へ誘導させる。このため、磁力線は、磁気センサ１３の検出面１３ａと平行となっており、検出面１３ａをほとんど通過しない。したがって、磁気センサ１３により検出される磁束密度は、ゼロ（又は限りなくゼロに近い値）となる。

入力軸４１と、出力軸４３との間にねじれトルクが印加されて、トーションバー４２にねじれ変位が生じると、ねじれ変位に応じて、磁気ヨーク１２（及び磁石１１）に対して、磁気センサ１３が相対的に回転する。

このため、図８（ｂ）に示すように、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と、検出面１３ａとがなす角度βは、ねじれ変位に応じて変化することとなる。つまり、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへ誘導される磁束密度が、検出面１３ａを通過する入射角がねじれ変位に応じた角度βとなる。このため第１実施形態と同様に、ねじれ変位に応じて、磁気センサ１３の検出面１３ａが相対的に回転し、それに応じて検出面１３ａを通過する磁束密度の直交成分も変化することとなる。

したがって、検出される磁束密度もねじれ変位に応じて変化することとなる。なお、回転方向が反対となった場合、磁束密度の向き（極性）が反対となるだけで、同様である。

上記第２実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

磁気ヨーク１２の回転中心は、入力軸４１及び出力軸４３と同軸上とされ、磁気センサ１３は、入力軸４１及び出力軸４３の径方向において、トーションバー４２よりも外側に配置した。これにより、第１実施形態のように、ステアリングシャフト４０の径方向外側に、磁気ヨーク１２、磁石１１及び磁気センサ１３を配置する場合と比較して、トルク検出装置１０を小型化できる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態の構成に加え、入力軸４１の回転角を検出する角度センサ１０１を設けた。この角度センサ１０１は、角度センサ用連結部としての第３連結部１０２を介して、入力軸４１に連結されている。以下、詳しく説明する。

＜第１連結部１４＞
図９及び図１０に示すように、第３実施形態の第１連結部１４には、第２連結部１５に対向する面とは反対側においても、軸方向に沿って収容凹部が形成されている。以下、第３実施形態では、第２連結部１５に対向する側に設けられた収容凹部を、第１収容凹部１４ｂと示し、反対側に設けられた収容凹部を、第２収容凹部１４ｃと示す。この第２収容凹部１４ｃ内に、磁気ヨーク１１２及び磁石１１１が収容され、固定される。第２収容凹部１４ｃ内に、収容される磁気ヨーク１１２及び磁石１１１は、第１実施形態の磁気ヨーク１２及び磁石１１と同様であるため、第１実施形態と同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。

＜第３連結部１０２＞
第３連結部１０２は、円盤状に形成され、外周に歯が設けられたギヤ（平歯車）であり、軸方向において、第１連結部１４と同心円状に重なるように配置されている。その際、第３連結部１０２は、第１連結部１４に対して、第２連結部１５とは反対側に配置されている。

また、第３連結部１０２は、第３連結部１０２に設けられた第３回転軸１８を中心として回転するように構成されている。第３回転軸１８は、第３連結部１０２の中心に、軸方向に沿って第１連結部１４とは反対側に延びるように形成されている。第３回転軸１８は、図示しない軸受などを介して回転可能に固定されている。また、第３回転軸１８は、ステアリングシャフト４０の径方向外側に設けられており、且つ、ステアリングシャフト４０と平行となっている。また、第３回転軸１８は、第１回転軸１６及び第２回転軸１７と同軸上に設けられている。

そして、第３連結部１０２は、入力軸４１と一体的に回転するように入力軸４１の外周に固定された第３歯車４１ｂと、噛み合うように構成されている。そして、第３連結部１０２は、入力軸４１の回転に連動して回転可能となるように第３回転軸１８が固定されている。このため、第３連結部１０２は、入力軸４１の回転に応じて連動して回転するように、入力軸４１に対して連結されている。

第３歯車４１ｂに対する第３連結部１０２のギヤ比は、６０対４０としている。つまり、入力軸４１の回転に対する第３連結部１０２の回転の比率は、２対３とされており、入力軸４１が２回転すると、第３連結部１０２が３回転するようになっている。すなわち、入力軸４１の回転に対する第３連結部１０２の回転の比率は、入力軸４１の回転に対する第１連結部１４の回転の比率と異なっている。

また、図１０に示すように、第３連結部１０２の中心には、軸方向に沿って第１連結部１４側に突出する第１回転軸１６が設けられている。この第１回転軸１６は、第１連結部１４の第２収容凹部１４ｃの底部に設けられた軸孔１４ａに挿入可能に構成されている。

なお、第１収容凹部１４ｂの底部にも軸孔１４ｄが設けられており、第２連結部１５の突出部１５ａが挿入可能に構成されている。第１連結部１４は、第１回転軸１６と突出部１５ａにより軸方向の移動が規制されている。また、第１連結部１４は、第１回転軸１６と突出部１５ａにより回転可能に固定されている。

また、第３連結部１０２に設けられた第１回転軸１６には、軸方向に沿って、貫通孔１０２ｂが設けられている。この貫通孔１０２ｂ内に角度センサ１０１が収容され、固定されている。

＜角度センサ１０１＞
角度センサ１０１は、ホール素子などを利用したものであり、検出面１０１ａを通過する磁束密度（又は磁束）を検出する。より詳しくは、角度センサ１０１は、検出面１０１ａを直交する磁束密度（又は検出面１０１ａを通過する磁束密度の直交成分）を検出するものである。なお、図１０において、角度センサ１０１には配線１０１ｂが接続されている。

この角度センサ１０１は、第３連結部１０２の貫通孔１０２ｂに収容された状態で固定されている。このため、角度センサ１０１は、入力軸４１の回転に連動して第３連結部１０２が回転すると、第３回転軸１８を中心として、第３連結部１０２と一体的に回転することとなる。すなわち、角度センサ１０１は、第３連結部１０２を介して、入力軸４１の回転に応じて連動して回転するように、入力軸４１に連結されている。

このため、角度センサ１０１の回転中心は、第３連結部１０２の回転中心と一致し、また、角度センサ１０１の回転中心は、ステアリングシャフト４０の径方向外側において、ステアリングシャフト４０と平行となる。具体的には、図９に示すように、角度センサ１０１の回転中心は、ステアリングシャフト４０から、ステアリングシャフト４０の径方向外側に所定距離Ｄ１だけ離れた位置に配置される。以上のことから、角度センサ１０１の回転中心は、磁気ヨーク１１２の回転中心と一致するようになっている。

そして、この角度センサ１０１は、貫通孔１０２ｂに収容された状態で、磁石１１１と磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂとの間に配置されている。より詳しくは、磁気ヨーク１１２の回転中心に配置されている。すなわち、第３連結部１０２の回転中心に配置されている。また、軸方向において、角度センサ１０１は、磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂ及び磁石１１１と、重なる位置に配置されている。このため、角度センサ１０１は、磁石１１１のＮ極と、磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂの中間地点（等距離離れた位置）に配置されている。

そして、図１１（ａ）に示すように、角度センサ１０１は、ねじれトルクが生じていない初期状態において、その検出面１０１ａがＮ極から磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂへ向かう磁力線と平行となるように配置される。具体的には、磁石１１１のＮ極から磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂへの直線と、検出面１０１ａが平行となるように、配置されている。磁石１１１のＮ極から磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂへの直線とは、回転中心を通過して径方向に沿った直線のことである。

なお、図１１では、矢印で磁力線を示す。また、図１１は、入力軸４１側から磁気ヨーク１２を見た場合における図である。

また、角度センサ１０１を軸方向から見た場合、角度センサ１０１の幅方向（磁気ヨーク１１２の径方向）において、検出面１０１ａの中心は、磁気ヨーク１１２の回転中心に一致するように、角度センサ１０１は配置されている。そして、入力軸４１の回転に伴い、角度センサ１０１が第３連結部１０２と共に回転すると、角度センサ１０１の検出面１０１ａも第３回転軸１８を中心として回転することとなる。なお、第３連結部１０２は、非磁性体（例えば、アルミなど）により形成されており、外部からの磁力線が通過するように構成されている。

＜検出方法＞
ここで、角度センサ１０１による入力軸４１の回転角度の検出について説明する。まず、入力軸４１が回転していない状態である場合について説明する。この場合、図１１（ａ）に示すように、角度センサ１０１の検出面１０１ａは、磁石１１１のＮ極と磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂの中間地点において、磁石１１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と平行となるように配置されている。したがって、角度センサ１０１により検出される磁束密度は、ゼロ（又は限りなくゼロに近い値）となる。

入力軸４１が回転された場合、第１連結部１４及び第３連結部１０２もそれぞれ入力軸４１と連動して回転する。しかしながら、減速比は、異なるため、入力軸４１の回転角度に応じて、第１連結部１４と第３連結部１０２との間でねじれ変位が生じる。ねじれ変位が生じると、第１連結部１４と第３連結部１０２との間でねじれ変位に応じて、磁気ヨーク１１２等に対して、角度センサ１０１の検出面１０１ａが回転する。

このため、図１１（ｂ）に示すように、磁石１１１のＮ極から磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂへの直線と、検出面１０１ａとがなす角度γは、第１連結部１４と第３連結部１０２との間におけるねじれ変位に応じて変化することとなる。

したがって、角度センサ１０１により検出される磁束密度は、入力軸４１の回転角度に応じて生じたねじれ変位に応じて変化することとなる。なお、回転方向が反対となった場合、磁束密度の向き（極性）が反対となるだけで、同様である。このため、角度センサ１０１により検出された磁束密度及び減速比の違いに基づき、入力軸４１の回転角度を検出することができる。なお、トーションバー４２のねじれ変位に基づき、出力軸４３の回転角度を算出することも可能となる。

上記構成により、以下の効果を奏する。

これにより、角度センサ１０１を設けることにより、ねじれトルクを検出するとともに、入力軸４１の回転角を検出することができる。その際、第１連結部１４を流用することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態の構成に加え、出力軸４３の回転角を検出する角度センサ２０１を設けた。この角度センサ２０１は、角度センサ用連結部としての第４連結部２０２を介して、出力軸４３に連結されている。以下、図１２に基づき詳しく説明する。

＜第２連結部１５＞
図１２（ｂ）に示すように、第４実施形態の第２連結部１５には、第２回転軸１７が設けられていない。その他の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるため、説明を省略する。

＜第４連結部２０２＞
図１２（ａ）に示すように、第４連結部２０２は、円盤状に形成され、外周に歯が設けられたギヤ（平歯車）であり、軸方向において、第２連結部１５と同心円状に重なるように配置されている。その際、第４連結部２０２は、第２連結部１５に対して、第１連結部１４とは反対側に配置されている。

また、第４連結部２０２は、第４連結部２０２に設けられた第２回転軸１７を中心として回転するように構成されている。第２回転軸１７は、第４連結部２０２の中心に、軸方向に沿って第２連結部１５とは反対側に延びるように形成されている。第２回転軸１７は、図示しない軸受などを介して回転可能に固定されている。また、第２回転軸１７は、ステアリングシャフト４０の径方向外側に設けられており、且つ、ステアリングシャフト４０と平行となっている。また、第２回転軸１７は、第１回転軸１６と同軸上に設けられている。

そして、第４連結部２０２は、出力軸４３と一体的に回転するように出力軸４３の外周に固定された第４歯車２０２ａと、噛み合うように構成されている。このため、第４連結部２０２は、出力軸４３の回転に応じて連動して回転するように、出力軸４３に対して連結されている。

第４歯車２０２ａに対する第４連結部２０２のギヤ比は、６０対４０としている。つまり、出力軸４３の回転に対する第４連結部２０２の回転の比率は、２対３とされており、出力軸４３が２回転すると、第４連結部２０２が３回転するようになっている。すなわち、出力軸４３の回転に対する第４連結部２０２の回転の比率は、出力軸４３の回転に対する第２連結部１５の回転の比率と異なっている。

また、図１２（ｂ）に示すように、第４連結部２０２の中心には、軸方向に沿って第２連結部１５側に突出する突出部２０３が設けられている。この突出部２０３は、第２連結部１５の貫通孔１５ｂに挿入可能に構成されている。また、第４連結部２０２には、軸方向に沿って、貫通孔２０４が設けられている。この貫通孔２０４内に角度センサ２０１が収容され、固定されている。

＜角度センサ２０１＞
角度センサ２０１は、第３実施形態の角度センサ１０１と同じである。この角度センサ２０１は、第４連結部２０２の貫通孔２０４に収容された状態で固定されている。このため、角度センサ２０１は、出力軸４３の回転に連動して第４連結部２０２が回転すると、第２回転軸１７を中心として、第４連結部２０２と一体的に回転することとなる。すなわち、角度センサ２０１は、第４連結部２０２を介して、出力軸４３の回転に応じて連動して回転するように、出力軸４３に連結されている。

このため、角度センサ２０１の回転中心は、第４連結部２０２の回転中心と一致し、また、角度センサ２０１の回転中心は、ステアリングシャフト４０の径方向外側において、ステアリングシャフト４０と平行となる。以上のことから、角度センサ２０１の回転中心は、磁気ヨーク１１２の回転中心と一致するようになっている。

そして、この角度センサ２０１は、貫通孔２０４に収容された状態で、磁石１１と磁気ヨーク１２の対向部１２ｂとの間に配置されている。より詳しくは、磁気ヨーク１２の回転中心に配置されている。すなわち、第４連結部２０２の回転中心に配置されている。また、軸方向において、角度センサ２０１は、磁気ヨーク１２の対向部１２ｂ及び磁石１１と、重なる位置に配置されている。このため、角度センサ２０１は、磁石１１のＮ極と、磁気ヨーク１２の対向部１２ｂの中間地点（等距離離れた位置）に配置されている。

そして、角度センサ２０１は、ねじれトルクが生じていない初期状態において、その検出面２０１ａがＮ極から磁気ヨーク１１２の対向部１２ｂへ向かう磁力線と平行となるように配置される。

また、角度センサ２０１を軸方向から見た場合、角度センサ２０１の幅方向（磁気ヨーク１２の径方向）において、検出面２０１ａの中心は、磁気ヨーク１２の回転中心に一致するように、角度センサ２０１は配置されている。そして、出力軸４３の回転に伴い、角度センサ２０１が第４連結部２０２と共に回転すると、角度センサ２０１の検出面２０１ａも第２回転軸１７を中心として回転することとなる。なお、第４連結部２０２は、非磁性体（例えば、アルミなど）により形成されており、外部からの磁力線が通過するように構成されている。

＜検出方法＞
ここで、角度センサ２０１による出力軸４３の回転角度の検出について説明する。まず、出力軸４３が回転していない状態である場合について説明する。この場合、角度センサ２０１の検出面２０１ａは、磁石１１のＮ極と磁気ヨーク１２の対向部１２ｂの中間地点において、磁石１１のＮ極から対向部１２ｂへの直線と平行となるように配置されている。したがって、角度センサ２０１により検出される磁束密度は、ゼロ（又は限りなくゼロに近い値）となる。

出力軸４３が回転された場合、第２連結部１５及び第４連結部２０２もそれぞれ出力軸４３と連動して回転する。しかしながら、減速比は、異なるため、出力軸４３の回転角度に応じて、第２連結部１５と第４連結部２０２との間でねじれ変位が生じる。ねじれ変位が生じると、第２連結部１５と第４連結部２０２との間でねじれ変位に応じて、磁気ヨーク１２等に対して、角度センサ２０１の検出面２０１ａが回転する。

このため、磁石１１のＮ極から磁気ヨーク１２の対向部１２ｂへの直線と、検出面２０１ａとがなす角度は、第２連結部１５と第４連結部２０２との間におけるねじれ変位に応じて変化することとなる。

したがって、角度センサ２０１により検出される磁束密度は、出力軸４３の回転角度に応じて生じたねじれ変位に応じて変化することとなる。なお、回転方向が反対となった場合、磁束密度の向き（極性）が反対となるだけで、同様である。このため、角度センサ２０１により検出された磁束密度及び減速比の違いに基づき、出力軸４３の回転角度を検出することができる。なお、トーションバー４２のねじれ変位に基づき、入力軸４１の回転角度を算出することも可能となる。

上記構成により、以下の効果を奏する。

これにより、角度センサ２０１を設けることにより、ねじれトルクを検出するとともに、出力軸４３の回転角を検出することができる。その際、第２連結部１５を流用することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

第１、第３及び第４実施形態において、図１３に示すように、入力軸４１の回転に対する磁気ヨーク１２の回転の比率を、１よりも小さくしてもよい。つまり、ギヤ比を大きくしてもよい。これにより、入力軸４１の回転に対して、磁気ヨーク１２が回転しにくくなるため、磁気センサ１３に接続される配線のねじれを抑制できる。また、図１４に示すように、入力軸４１の回転に対する磁気ヨーク１２の回転の比率を、１よりも大きくしてもよい。つまり、ギヤ比を小さくしてもよい。これにより、入力軸４１の回転に対して、磁気ヨーク１２を回転させやすくして、ねじれ変位を増幅させることができる。このため、ねじれトルクの検出精度を向上させることができる。また、第１連結部１４を小型化することができる。

上記実施形態において、磁気ヨーク１２の形状を任意に変更してもよい。円環状としたが、弧状としてもよい。また、円環状でなくても、環状であればよい。また、対向部１２ｂを環状部１２ａの内縁から、磁石１１へ突出させたが、突出させなくてもよい。

上記実施形態において、磁石１１のＳ極とＮ極を変更してもよい。

上記実施形態において、磁石１１のＳ極は、磁気ヨーク１２と接触させていたが、接触していなくてもよい。

上記実施形態では、磁気センサ１３の検出面１３ａは、初期状態において、Ｎ極から対向部１２ｂへの直線と平行となるように配置したが、平行でなくてもよい。また、磁力線と平行となるように配置したが、平行でなくてもよい。例えば、直交していてもよい。

上記第１、第３及び第４実施形態において、磁気センサ１３は、磁気ヨーク１２の回転中心に配置されていたが、Ｎ極と対向部１２ｂとの間であれば、回転中心でなくてもよい。回転中心から径方向に所定距離離れていてもよい。また、径方向（幅方向）において、磁気センサ１３がずれて配置されていてもよい。

上記第３実施形態において、磁気ヨーク１１２及び磁石１１１の代わりに、磁気ヨーク１２及び磁石１１を角度センサ１０１のために流用してもよい。例えば、図１５に示すように、角度センサ１０１を、磁石１１のＮ極と、磁気ヨーク１２の対向部１２ｂとの間に配置するようにすればよい。

上記第３実施形態において、第１歯車４１ａと第３歯車４１ｂとを一体にしてもよい。

上記実施形態において、入力軸４１と第１連結部１４とを、歯車を介して連結したが、駆動ベルトを介して連結してもよい。出力軸４３と第２連結部１５も同様に、駆動ベルトを介して連結してもよい。

上記実施形態の磁石１１において、対向部１２ｂに対向する面（第１極の面）の面積は、対向部１２ｂにおいて、Ｎ極に対向する面（第２極の面）の面積より広く形成されているようにしてもよい。すなわち、対向部１２ｂの方が、磁石１１のＮ極よりも面積が小さくなっているようにしてもよい。これにより、磁石１１から発する磁力線を対向部１２ｂに集めることができ、検出される磁束密度を大きくすることができる。磁束密度が大きくなれば、外部からのノイズの影響を抑制できる。また、回転角度の変化に基づく磁束密度の変化も検出しやすくなる。よって、ねじれトルクの検出精度が低下することをより抑制できる。

上記実施形態において、磁石１１のＮ極は、対向部１２ｂとの間で、磁気センサ１３を挟むのであれば、磁気ヨーク１２の回転中心を挟んで、対向部１２ｂと対向配置されている必要はない。例えば、図１６に示すように、回転中心よりも径方向外側における所定位置を中心として、Ｎ極と、対向部１２ｂが磁気センサ１３を挟んで対向配置されていてもよい。

上記実施形態において、磁束発生部１の第１極は、磁石１１のＮ極としたが、磁気ヨーク１２に第１極及び第２極を設けてもよい。例えば、図１７（ａ）に示すような構成としてもよい。すなわち、対となる円弧状の磁気ヨーク２１２ａ，２１２ｂを設ける。周方向において磁気ヨーク２１２ａ，２１２ｂの一端から他端までは、略４５度の角度となっている。周方向における磁気ヨーク２１２ａ，２１２ｂの一端には、回転方向中心に向かって延びるように形成された第１凸部３０１、第２凸部３０２がそれぞれ設けられている。第１凸部３０１の径方向中心側の部分が、第１極に相当し、第２凸部３０２の径方向中心側の部分が、第２極に相当する。第１凸部３０１及び第２凸部３０２は、磁気センサ１３を挟んで対向配置されている。また、第１凸部３０１及び第２凸部３０２は、回転中心を挟んで対向配置されている。

周方向における磁気ヨーク２１２ａ，２１２ｂの他端は、それぞれ磁石２１１が接続されている。磁石２１１は、略円弧状に構成されており、Ｎ極が磁気ヨーク２１２ａに接続され、Ｓ極が磁気ヨーク２１２ｂに接続されている。これにより、Ｎ極からの磁束が磁気ヨーク２１２ａ内を通過し、第１凸部３０１から放出される。第１凸部３０１から出た磁束は、磁気センサ１３を通過して、第２凸部３０２に入り、磁気ヨーク２１２ｂを通過して、磁石２１１のＳ極に入る。なお、検出方法は、上記実施形態と同様である。また、磁気ヨーク１２及び磁石１１は固定されており、入力軸４１の回転に伴い相対位置が変化しない。

図１７（ｂ）に示すような構成としてもよい。すなわち、対となる円弧状の磁気ヨーク３１２ａ，３１２ｂを設ける。周方向において磁気ヨーク３１２ａ，３１２ｂの一端から他端までは、略９０度の角度となっている。周方向における磁気ヨーク３１２ａ，３１２ｂの中央部分には、回転方向中心に向かって延びるように形成された第１凸部４０１、第２凸部４０２がそれぞれ設けられている。第１凸部４０１の径方向中心側の部分が、第１極に相当し、第２凸部４０２の径方向中心側の部分が、第２極に相当する。第１凸部４０１及び第２凸部４０２は、磁気センサ１３を挟んで対向配置されている。また、第１凸部４０１及び第２凸部４０２は、回転中心を挟んで対向配置されている。

周方向における磁気ヨーク３１２ａの両端には、それぞれ磁石３１１ａ、３１１ｂのＮ極が接続されている。同様に、周方向における磁気ヨーク３１２ｂの両端には、それぞれ磁石３１１ａ、３１１ｂのＳ極が接続されている。磁石３１１ａ、３１１ｂは、円弧状に構成されている。これにより、Ｎ極からの磁束が磁気ヨーク３１２ａ内を通過し、第１凸部４０１、第２凸部４０２を介して、磁気ヨーク３１２ｂを通過して、Ｓ極に入る。なお、検出方法は、上記実施形態と同様である。また、磁気ヨーク１２及び磁石１１は固定されており、入力軸４１の回転に伴い相対位置が変化しない。

上記実施形態において、磁石１１は複数設け、対向部１２ｂの代わりに磁石を採用してもよい。例えば、図１８に示すように、対向部１２ｂの代わりに棒状の磁石５０１を採用してもよい。磁石５０１において、回転中心側は、Ｓ極である。また、磁石５０１のＮ極は、磁気ヨーク１２の内側に固定されている。なお、この場合、磁石１１が第１磁石に相当し、磁石５０１が第２磁石に相当する。図１８に示す構成とした場合、磁石１１と磁石５０１との間で、磁束が出入りするため、磁気ヨーク１２は、磁性体である必要はなく、非磁性体により構成された単なるケース部材としてもよい。

上記実施形態において、磁束発生部１の第１極から第２極への磁力線は、ねじれトルクに応じて規則的に磁束密度が変化するのであれば、一定でなくてもよい。

上記実施形態において、磁束発生部１は、図１９に示すように、１つの磁石５０２によって構成してもよい。磁石５０２は、円環部５０２ａと、円環部５０２ａの内側から回転中心に突出する第１突出部５０２ｂ及び第２突出部５０２ｃを有する。第１突出部５０２ｂは、第１極（例えば、Ｎ極）であり、第２突出部５０２ｃは、第２極（例えば、Ｓ極）である。

また、以下のようなトルク検出装置としてもよい。第１軸と第２軸とを同軸上に連結する弾性部材のねじれ変位に基づき、前記第１軸と前記第２軸との間のねじれトルクを検出するトルク検出装置において、前記第１軸の回転に伴い回転するヨークと、前記ヨークとの相対位置が固定された状態で設けられ、前記第１軸の回転に伴い回転する磁石と、磁束密度を検出する検出面を有し、前記第２軸の回転に伴い回転する磁気センサと、を備え、前記磁石の両極である第１極及び第２極のうち前記第１極と前記ヨークの対向部とが、所定距離を空けて前記ヨークの回転中心を挟んで対向する位置に配置されており、前記磁気センサが、前記第１極と前記対向部との間に配置されているトルク検出装置。

１０…トルク検出装置、１１…磁石、１２…磁気ヨーク、１２ｂ…対向部、１３…磁気センサ、１３ａ…検出面。

Claims (18)

1. 第１軸（４１）と第２軸（４３）とを同軸上に連結する弾性部材（４２）のねじれ変位に基づき、前記第１軸と前記第２軸との間のねじれトルクを検出するトルク検出装置（１０）において、
   前記第１軸の回転に伴って回転するものであって、磁力線が出入りする第１極及び第２極を有する磁束発生部（１）と、
   磁束又は磁束密度を検出する検出面（１３ａ）を有し、前記第２軸の回転に伴い回転する磁気センサ（１３）と、を備え、
   前記第１極と前記第２極とは、前記磁気センサを挟んで対向配置されているトルク検出装置。
2. 前記第１極と前記第２極と間を出入りする磁力線は、前記ねじれトルクに関わらず一定である請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 前記磁気センサは、ねじれトルクが生じていない初期状態において、前記第１極から前記第２極への磁力線に対して、その検出面が沿うように配置されている請求項１又は２に記載のトルク検出装置。
4. 前記磁気センサは、ねじれトルクが生じていない初期状態において、前記第１極から前記第２極への直線に対して、その検出面が沿うように配置されている請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
5. 前記磁束発生部は、前記第１極及び前記第２極を有する磁石（５０２）である請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
6. 前記磁束発生部は、前記第１軸の回転に伴い回転するヨーク（１２）、及び前記ヨークとの相対位置が固定された状態で設けられ、前記第１軸の回転に伴い回転する磁石（１１）を有し、
   前記磁石の両極のうちの一方の磁極が、前記第１極に相当し、
   前記ヨークに設けられ、前記第１極から所定距離を空けて対向配置されている対向部（１２ｂ）が、前記第２極に相当し、
   前記第１極と前記第２極とが、前記ヨークの回転中心を挟んで対向する位置に配置されている請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
7. 前記ヨークは、弧状又は環状であり、
   前記磁石は、前記ヨークの内側に配置され、前記磁石の両極のうち他方の磁極が前記ヨークの回転中心とは反対側で前記ヨークに対向するように配置されている請求項６に記載のトルク検出装置。
8. 前記磁石の両極のうち他方の磁極は、前記ヨークと連結するように固定されている請求項７に記載のトルク検出装置。
9. 前記対向部は、前記ヨークの内縁から前記第１極に向かって突出している請求項６〜８のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
10. 前記第２極において前記第１極に対向する面の面積は、前記第１極において前記第２極に対向する面の面積と比較して小さい請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
11. 前記磁束発生部の回転軸は、前記第１軸及び前記第２軸と同軸上とされ、
    前記磁気センサは、前記第１軸及び前記第２軸の径方向において、前記弾性部材よりも外側に配置されている請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
12. 前記磁束発生部の回転軸は、前記第１軸及び前記第２軸の径方向外側であって、前記第１軸及び前記第２軸に沿って配置されており、
    前記磁気センサは、前記磁束発生部の回転中心に配置されている請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
13. 前記磁束発生部は、第１連結部（１４）を介して前記第１軸の回転に応じて回転する状態で前記第１軸に連結され、
    前記磁気センサは、第２連結部（１５）を介して前記第２軸の回転に応じて回転する状態で前記第２軸に連結され、
    前記第１軸の回転に対する前記磁束発生部の回転の比率は、前記第２軸の回転に対する前記磁気センサの回転の比率と同じである請求項１２に記載のトルク検出装置。
14. 前記第１軸の回転に対する前記磁束発生部の回転の比率は、１よりも大きい請求項１３に記載のトルク検出装置。
15. 前記第１軸の回転に対する前記磁束発生部の回転の比率は、１よりも小さい請求項１３に記載のトルク検出装置。
16. 前記第１軸の回転角を検出する角度センサ（１０１）を備え、
    前記角度センサは、磁束又は磁束密度を検出する検出面（１０１ａ）を有するセンサであり、
    前記角度センサは、角度センサ用連結部（１０２）を介して前記第１軸の回転に応じて回転する状態で前記第１軸に連結され、
    前記第１軸の回転に対する前記磁気センサの回転の比率と、前記第１軸の回転に対する前記角度センサの回転の比率とを異ならせており、
    前記角度センサは、前記第１極と前記第２極との間に配置されている請求項１２〜１５のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
17. 前記第２軸の回転角を検出する角度センサ（２０１）を備え、
    前記角度センサは、磁束又は磁束密度を検出する検出面（２０１ａ）を有するセンサであり、
    前記角度センサは、角度センサ用連結部（２０２）を介して前記第２軸の回転に応じて回転する状態で前記第２軸に連結され、
    前記第２軸の回転に対する前記磁気センサの回転の比率と、前記第２軸の回転に対する前記角度センサの回転の比率とを異ならせており、
    前記角度センサは、前記第１極と前記第２極との間に配置されている請求項１２〜１５のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
18. 第１軸（４１）と第２軸（４３）とを同軸上に連結する弾性部材（４２）のねじれ変位に基づき、前記第１軸と前記第２軸との間のねじれトルクを検出するトルク検出装置（１０）において、
    前記第１軸の回転に伴い回転する第１磁石（１１）、及び前記第１磁石との相対位置が固定された状態で設けられ、前記第１軸の回転に伴い回転する第２磁石（５０１）を有する磁束発生部と、
    磁束密度を検出する検出面（１３ａ）を有し、前記第２軸の回転に伴い回転する磁気センサ（１３）と、を備え、
    前記第１磁石の両極のうち第１極と、前記第２磁石の両極のうち前記第１極とは反対の極性を有する第２極は、前記磁気センサを挟んで対向配置されているトルク検出装置。

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