JP3571610B2

JP3571610B2 - トルクセンサ

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Publication number: JP3571610B2
Application number: JP2000094399A
Authority: JP
Inventors: 哲也村上; 真史久世
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001281080A

Description

【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、３２ａ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５３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、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、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３３、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４３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。
【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４０ａ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４３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、４０ｂ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１２ｂ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３３、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４０ａ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３５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

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。
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。
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。
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。
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。
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。