JP5031672B2 - トルクセンサの組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気発生部から導かれる磁束密度に応じてトーションバーに働くトルクを検出するトルクセンサの組立方法に関するものである。

従来、車両のステアリング系に設けられるトルクセンサとして、回転するシャフトに働く操舵トルクを磁力を介して検出する非接触タイプのものが用いられている。

この種のトルクセンサとして、特許文献１〜３に開示されたものは、いずれも、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、このトーションバーの両端に連結される第一、第二シャフトと、第一シャフトに固定される磁気発生部（多極磁石）と、第二シャフトに固定される回転磁気回路部（多極ヨーク）と、ハウジングに固定される固定磁気回路部と、この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。

トーションバーがこれに働くトルクによって捩れ変形すると、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し、これに伴って磁気発生部から回転磁気回路部を介して固定磁気回路部に導かれる磁束密度が変化する。磁気センサが、この磁束密度に応じた信号を出力し、この信号に基づいてトーションバーに働くトルクが検出される。

特許文献１、２に開示されたトルクセンサは、磁気発生部が磁気を第一シャフトの回転軸方向に発生するものであり、第一シャフトに固定される磁気発生部と、第二シャフトに固定される回転磁気回路部とが回転軸方向に並んで設けられている。

特許文献２に開示されたトルクセンサの組立方法は、第一シャフトに磁気発生部を組付ける際に、第一シャフトに形成されたストッパ形状を基準として磁気発生部を位置決めし、固定するようになっている。

特許文献３に開示されたトルクセンサは、磁気発生部が磁気を第一シャフトの回転径方向に発生するものであり、第一シャフトに固定される磁気発生部を囲むようにして、第二シャフトに固定される回転磁気回路部が設けられている。

特許文献３に開示されたトルクセンサの組立方法は、以下の手順で行われる。
（１）第二シャフトに回転磁気回路部を固定する。
（２）第一シャフトに磁気発生部を回転可能な状態で組付ける。
（３）磁気発生部を回転磁気回路部の内側に配置し、両者の間に生じる磁気吸引力によって磁気発生部が静止する位置を特定する。
（４）その静止位置で磁気発生部を第一シャフトに固定する。
特開２００７−２４０４９６号公報 特開２００７−２９２５５０号公報 特開２００３−１９４６４３号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたトルクセンサの組立方法にあっては、第一シャフトに形成されたストッパ形状とこれに嵌合する治具類の隙間誤差に起因して磁気発生部の組付け位置精度が低下する可能性がある。

また、磁気発生部の磁束分布バラツキや回転磁気回路部の加工精度バラツキに対応して磁気発生部の組付け位置を調整することができないという問題点がある。

特許文献３に開示されたトルクセンサの組立方法にあっては、磁気吸引力によって磁気発生部が静止する位置を特定する際に、第一シャフトと磁気発生部との間にフリクションが発生するため、このフリクションに起因して磁気発生部の組付け位置精度が低下する可能性がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、磁気発生部の組付け位置精度を高められるトルクセンサの組立方法を提供することを目的とする。

本発明は、互いに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、第一シャフトの回転軸方向に向けて着磁されその回転軸方向の端面に磁極面が形成される永久磁石が第一シャフトに固定される磁気発生部と、第二シャフトに固定され磁極面に対峙する第一、第二磁路先端部を有する回転磁気回路部と、を備え、磁気発生部から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働くトルクを検出するトルクセンサの組立方法であって、磁気発生部を第一シャフトの軸方向に設定される軸方向取付近傍部位に配置する軸方向位置合わせ工程と、軸方向取付近傍部位に配置された磁気発生部を第一シャフトに対して回転させる過程で回転磁気回路部に導かれる磁束密度を計測して磁気発生部の回転方向中立位置を割り出す回転方向位置合わせ工程と、回転方向中立位置に配置された磁気発生部を第一シャフトの軸方向に設定される軸方向取付部位に移動して固定する固定工程と、を順に行い、回転方向位置合わせ工程において、Ｎ極からＳ極へと導かれる磁束密度が最大になるＮＳ磁束ピークと、Ｓ極からＮ極へと導かれる磁束密度が最大になるＳＮ磁束ピークとをそれぞれ計測し、計測されたＮＳ磁束ピークとＳＮ磁束ピーク間の磁束密度を２等分する磁束ピークの中点を求め、求められた磁束ピークの中点となる磁気発生部の回転位置を磁気発生部の回転方向中立位置として割り出す構成とした。

本発明のトルクセンサの組立方法によると、磁気発生部の磁束分布バラツキや回転磁気回路部の加工精度バラツキがあっても、これらのバラツキを補償して、磁気発生部の回転方向中立位置を正確に割り出して第一シャフトに固定することができ、トルクセンサの検出精度にバラツキが生じることを抑えられる。

また、磁気吸引力によって磁気発生部が静止する位置で磁気発生部を第一シャフトに固定する特許文献３のトルクセンサのように、磁気発生部を第一シャフトに対して回転させる過程で生じるフリクションの影響を受けることがなく、磁気発生部の回転方向中立位置を正確に割り出すことができ、トルクセンサの検出精度にバラツキが生じることを抑えられる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に本発明が適用される車両のパワーステアリング装置の一例を示す。このパワーステアリング装置１は、ステアリングハンドル（図示せず）に連係して第一シャフト（入力軸）１０、第二シャフト２０が回転し、第二シャフト（出力軸）２０の下端に形成されるピニオン（図示せず）に噛み合うラック軸が軸方向に移動することにより車輪が操舵されるようになっている。

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、第二シャフト２０にウォームホイール９が連結され、このウォームホイール９に噛み合うウオーム１９を回転駆動する電動モータ（図示せず）を備え、この電動モータが第二シャフト２０に操舵補助トルクを付与するようになっている。

パワーステアリング装置１は、操舵トルクを検出するトルクセンサ５０を備え、図示しないコントローラ（図示せず）がトルクセンサ５０によって検出される操舵トルクに応じて電動モータの出力を制御する。

以下、トルクセンサ５０の構造について説明する。

第一シャフト１０はハウジング３０に転がり軸受７を介して回転可能に支持される。第二シャフト２０は図示しないハウジングに転がり軸受８を介して回転可能に支持される。第一シャフト１０の下端部と第二シャフト２０との間には滑り軸受３が介装される。これにより、第一シャフト１０と第二シャフト２０とは互いに同一軸上で相対回転できるように支持される。

ハウジング３０と第一シャフト１０との間にはダストシール６が介装され、このダストシール６によってハウジング３０内が密封される。第一シャフト１０は円筒状に形成され、その内側にトーションバー５１が収められる。

トーションバー５１は、その上端部がピン５を介して第一シャフト１０に連結され、その下端部がセレーション４を介して第二シャフト２０に連結される。これにより、トーションバー５１は第一シャフト１０に入力される操舵トルクを第二シャフト２０に伝えるとともに、この操舵トルクに応じて捩れ変形する。

トルクセンサ５０は、図２にも示すように、ハウジング３０内に回転可能に収容されるトーションバー５１と、第一シャフト１０と共に回転する磁気発生部６０と、第二シャフト２０と共に回転する回転磁気回路部６９と、ハウジング３０に固定して設けられる固定磁気回路部９０と、固定磁気回路部９０に導かれる磁束密度を検出する磁気センサ９８とによって構成され、この磁気センサ９８の出力に基づいてトーションバー５１に働く操舵トルクを検出する。

磁気発生部６０は、第一シャフト１０に固定されるバックヨーク６１と、このバックヨーク６１に固定される環状の永久磁石６３とを備える。

永久磁石６３は、磁気を第一シャフト１０、トーションバー５１の回転軸方向に発生するものであり、硬磁性体を第一シャフト１０の回転軸方向へ向けて着磁することにより形成される。

図４に示すように、円筒状の永久磁石６３の上端面と下端面には、それぞれ１２個の磁極が周方向について等間隔に形成され、６個のＮ極と６個のＳ極とが交互に並ぶ。

円筒状のバックヨーク６１は軟磁性体によって形成され、永久磁石６３の上端面（磁極面）に当接する。バックヨーク６１は、永久磁石６３を第一シャフト１０に連結する支持部材の働きと、永久磁石６３の隣合う磁極を結んで磁束を導く継鉄の働きをし、永久磁石６３の下端面（磁極面）に磁界を集中させる。

なお、永久磁石６３を第一シャフト１０に連結する支持部材をバックヨークと分離して設け、バックヨークをこの支持部材と永久磁石６３の間に介装してもよい。

回転磁気回路部６９は、永久磁石６３から出される磁束を導く第一、第二軟磁性リング７０、８０と、第二シャフト２０に固定される組付け部材７７と、この組付け部材７７に第一、第二軟磁性リング７０、８０を固定する樹脂モールド８７とを備える。

図３の（ａ）は、第一、第二軟磁性リング７０、８０と組付け部材７７を分解した斜視図であり、図３の（ｂ）はこれらを組み立てた状態を示す回転磁気回路部６９の斜視図である。

第一、第二軟磁性リング７０、８０は、永久磁石６３の下端面（磁極面）に対峙する６個の第一、第二磁路先端部７１、８１と、この第一、第二磁路先端部７１、８１から曲折して互いに遠ざかる方向に延びる６個の第一、第二磁路柱部７２、８２と、この第一、第二磁路柱部７２、８２を結んで環状に延びる１個の第一、第二磁路環部７３、８３とをそれぞれ有し、これらがプレス加工によって一体形成される。

なお、第一、第二軟磁性リング７０、８０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、第二軟磁性リング７０、８０は、互いに同一形状であり、共通の部品が組付け方向を逆転させることにより用いられる。

なお、第一、第二軟磁性リング７０、８０は、これに限らず、互いに異なる形状であってもよい。

第一、第二磁路先端部７１、８１は、トーションバー５１の回転軸と直交する同一平面上にてそれぞれ均等な間隔をもって周方向に並び、トーションバー５１にトルクが加えられない中立状態で、トーションバー５１の半径方向に延びるそれぞれの中心線が永久磁石６３のＮ極及びＳ極の境界を指すように配置される。

第一、第二磁路柱部７２、８２は、平板状に形成され、トーションバー５１の回転軸方向に延びる。

また、第一、第二軟磁性リング７０、８０が鋳造、焼結等によって形成される場合には、第一、第二磁路柱部７２、８２は、トーションバー５１の半径方向に厚みを持つブロック状に形成してもよい。

第一磁路柱部７２は、トーションバー５１の上方向に延び、永久磁石６３を囲むように配置される。第一磁路柱部７２は、永久磁石６３の外周面にある間隙をもって配置され、永久磁石６３の磁束が第一磁路柱部７２によって短絡されないように構成する。

第二磁路柱部８２は、トーションバー５１の下方向に延び、永久磁石６３から遠ざかるように配置される。

こうして、第一、第二磁路柱部７２、８２が互いに遠ざかる方向に延びることにより、第一、第二磁路環部７３、８３がトーションバー５１の回転軸方向について十分に離され、両者の間で磁気短絡が起きないように構成される。

第一、第二磁路環部７３、８３は、トーションバー５１の回転軸と直交する平面上に配置され、トーションバー５１の回転軸と同一軸上に延びる円盤状に形成される。第一、第二磁路環部７３、８３は、トーションバー５１の半径方向について一定幅を有する。

第一、第二磁路環部７３、８３は、全周につながったリング状をしているが、これに限らず、その一箇所にスリットを有するＣ字形リング状に形成してもよい。

第一磁路環部７３を永久磁石６３の下面（磁極面）より上方に配置し、第二磁路環部８３を永久磁石６３より下方に配置する。すなわち、永久磁石６３は、トーションバー５１の回転軸方向について第一磁路環部７３と第二磁路環部８３の間に配置される。

これにより、第一、第二磁路柱部７２、８２の回転軸方向の長さを短縮することと、第一、第二磁路環部７３、８３どうしを互いに離して両者の間で磁気短絡が起きないようにすることとを両立できる。第一、第二磁路柱部７２、８２を回転軸方向の長さを短縮することにより、第一、第二軟磁性リング７０、８０をプレス加工により形成することが可能となり、製品のコストダウンがはかれる。

第一、第二軟磁性リング７０、８０はプレス加工して形成することにより、鋳造や焼結によって形成するものに比べて材料使用量を低減することができる。

第一、第二軟磁性リング７０、８０はプレス加工によって形成されることにより、鋳造や焼結によって形成するものに比べて各部の板厚を大きくとれず、磁路断面積が小さくなるが、高密度材を用いることにより磁気ヒステリシス特性の向上がはかれる。

トルクセンサ５０は、第一軟磁性リング７０の第一磁路柱部７２を永久磁石６３を囲むように永久磁石６３の側方に配置することにより、第一軟磁性リング７０の介装スペースによって回転軸方向の長さが増大することを抑えられ、パワーステアリング装置１の小型軽量化がはかれる。

以上、第一、第二軟磁性リング７０、８０の形状を説明したが、第一軟磁性リング７０は、図１に示すように永久磁石６３を包囲する形状に限らず、永久磁石６３の下面（磁極面）に沿って平らに延びる円盤状に形成され、第一磁路柱部７２を第一磁路先端部７１から曲折することなくトーションバー５１の半径方向に延びる形状としてもよい。この場合、第二磁路柱部８２を図１に示すように第二磁路先端部８１から曲折してトーションバー５１の軸方向に延びる形状とすることにより、第一、第二磁路環部７３、８３がトーションバー５１の回転軸方向について離され、両者の間で磁気短絡が起きないように構成することも可能である。

また、第二軟磁性リング８０は、平らな円盤状に形成され、第二磁路柱部８２を第二磁路先端部８１から曲折することなくトーションバー５１の半径方向に延びる形状としてもよい。この場合、第一磁路柱部７２を図１に示すように第一磁路先端部７１から曲折してトーションバー５１の軸方向に延びる形状とすることにより、第一、第二磁路環部７３、８３がトーションバー５１の回転軸方向について十分に離され、両者の間で磁気短絡が起きないように構成することも可能である。

樹脂モールド８７は、金型に組付け部材７７と第一、第二軟磁性リング７０、８０を配置した状態で、金型に溶解した熱可塑性樹脂を流し込み、この樹脂を冷却して固化させることにより形成される。なお、樹脂モールド８７を形成する樹脂は、熱可塑性樹脂に限らず、熱硬化性樹脂、反応硬化性樹脂を用いてもよい。

第一、第二集磁ヨーク９３、９４は、第一、第二集磁リング９１、９２の外周に接するように設けられる。第一、第二集磁ヨーク９３、９４の間に一対の磁気ギャップ（空隙）９６が形成され、この磁気ギャップ９６に磁気センサ９８が介装される。

第一、第二集磁ヨーク９３、９４は、第一、第二集磁リング９１、９２の外周面にそれぞれ接合するブロック状に形成され、磁気ギャップ９６を画成する一対の集磁凸部９３ａ、９４ａを有する。集磁凸部９３ａ、９４ａの端面は互いに平行に対峙する平面状に形成される。

磁気検出手段として設けられる磁気センサ９８はホール素子が用いられ、磁気ギャップ９６の磁場の大きさと方向に応じた出力が信号線９７を介して取り出される。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。なお、磁気センサ９８はホール素子の信号を増幅する回路や温度補償を行う回路、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９８はハウジング３０にセンサホルダ３９を介して取り付けられる。磁気センサ９８の信号線９７はセンサホルダ３９に接続される図示しない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５０がトーションバー５１に働く操舵トルクを検出する作用について説明する。

トーションバー５１にトルクが働かない中立状態において、第一、第二軟磁性リング７０、８０の第一、第二磁路先端部７１、８１が、それぞれ永久磁石６３のＮ極及びＳ極に同一面積を持って対峙して両者を磁気短絡し、磁束が回転磁気回路部６９と固定磁気回路部９０に導かれない。

運転者がステアリングハンドルを操作してトーションバー５１に一方向のトルクが働く場合、トーションバー５１がこのトルクの方向に応じて捩れ変形し、第一磁路先端部７１が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８１がＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙し、永久磁石６３からの磁束が回転磁気回路部６９と固定磁気回路部９０に導かれ、磁気センサ９８から磁場の強さ及び方向に応じた信号が出力される。この磁束が導かれる回転磁気回路部６９と固定磁気回路部９０における磁気経路は、Ｎ極→第一磁路先端部７１→第一磁路柱部７２→第一磁路環部７３→第一集磁リング９１→第一集磁ヨーク９３→第二集磁ヨーク９４→第二集磁リング９２→第二磁路環部８３→第二磁路柱部８２→第二磁路先端部８１→Ｓ極となる。

運転者がステアリングハンドルを操作してトーションバー５１に逆方向のトルクが働く場合、トーションバー５１が逆方向に捩れ変形し、第一磁路先端部７１が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８１がＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙し、磁束が上記の磁気経路と逆の磁気経路にて導かれ、磁気センサ９８から磁場の強さ及び方向に応じた信号が出力される。この磁束が導かれる回転磁気回路部６９と固定磁気回路部９０における磁気経路は、Ｎ極→第二磁路先端部８１→第二磁路柱部８２→第二磁路環部８３→第二集磁リング９２→第二集磁ヨーク９４→第一集磁ヨーク９３→第一集磁リング９１→第一磁路環部７３→第一磁路柱部７２→第一磁路先端部７１→Ｓ極となる。

このようにトーションバー５１がこれに働くトルクに応じてトーションバー５１の捩れ変形し、第一、第二磁路先端部７１、８１が永久磁石６３のＮ極とＳ極に対峙する面積差が大きくなると、磁気センサ９８に導かれる磁束密度が大きくなり、磁気センサ９８からこのトルクに応じた信号が出力される。

なお、永久磁石６３の一端面に形成される磁極数は、２個以上の範囲で任意に設定される。永久磁石６３に対峙する第一、第二軟磁性リング７０、８０の面積が同じ条件において、磁極数を増やすことにより、磁気センサ９８に導かれる磁束密度を高められる。

次に、トルクセンサ５０の組立時に磁気発生部６０を第一シャフト１０に対して位置決めし、固定する方法について説明する。

トルクセンサ５０の組立方法は、図５、図６に示すように、以下の各工程が順に行われる。
（１）磁気発生部６０を第一シャフト１０の軸方向に設定される軸方向取付近傍部位１２に配置する軸方向位置合わせ工程
（２）軸方向取付近傍部位１２に配置された磁気発生部６０を第一シャフト１０に対して回転させる過程で回転磁気回路部６９に導かれる磁束密度を計測して磁気発生部６０の回転方向中立位置を割り出す回転方向位置合わせ工程
（３）回転方向中立位置に配置された磁気発生部６０を第一シャフト１０の軸方向に設定される軸方向取付部位１１に移動して圧入固定する固定工程
（１）まず、図５の（ａ）と図６の（ａ）とに示す軸方向位置合わせ工程では、磁気発生部６０を回転パーツアッシー１００を構成する第一シャフト１０に嵌合し、図５の（ｂ）と図６の（ｂ）とに示すように、磁気発生部６０を第一シャフト１０の軸方向取付近傍部位１２に配置する。

回転パーツアッシー１００は、回転磁気回路部６９、第二シャフト２０、トーションバー５１、第一シャフト１０等が別の工程にて予め組み立てられたものである。

第一シャフト１０は、磁気発生部６０のバックヨーク６１が圧入して固定される軸方向取付部位１１と、この軸方向取付部位１１に対して第一シャフト１０の軸方向について所定長さだけ離れた軸方向取付近傍部位１２とを有する。

図６の（ａ）に示すように、軸方向取付部位１１は、その外径がバックヨーク６１の内径より所定のハメアイ分だけ大きく形成される。バックヨーク６１はその内周面が軸方向取付部位１１に圧入して固定される。

第一シャフト１０の外周には軸方向取付部位１１の上下端部に環状溝１４、１３がそれぞれ形成される。

軸方向取付近傍部位１２を構成する第一シャフト１０の環状溝１４より上部は、その外径がバックヨーク６１の内径より所定のハメアイスキマ分だけ小さく形成され、バックヨーク６１の組付け時にバックヨーク６１の内周が摺動可能に嵌合されるようになっている。これにより、磁気発生部６０が軸方向取付近傍部位１２によって第一シャフト１０の回転軸まわりに回転可能に支持される。

軸方向取付近傍部位１２は、図６の（ｂ）に示すように、バックヨーク６１の内周面が環状溝１４に対峙して嵌合する位置に設けられる。バックヨーク６１は、その内周面が第一シャフト１０の環状溝１４より上部に嵌合するとともに、その下端内周縁部が環状溝１４に対峙することによって軸方向取付部位１１の上端外周縁部から離れている。

バックヨーク６１が軸方向取付近傍部位１２に嵌合して係止された図５の（ｂ）と図６の（ｂ）とに示す状態において、磁気発生部６０の磁束が回転磁気回路部６９に導かれるように、磁気発生部６０と回転磁気回路部６９との距離が設定される。この状態では、バックヨーク６１が軸方向取付部位１１に嵌合した状態に比べて、磁気発生部６０から回転磁気回路部６９に導かれる磁束密度が小さいものの、磁気センサ９８によって計測可能な磁束密度が導かれる。

（２）続いて、図５の（ｂ）と図６の（ｂ）とに示す回転方向位置合わせ工程では、回転パーツアッシー１００の回転軸まわりに回転作動するチャック１８が用いられる。このチャック１８がバックヨーク６１の外周面を把持してバックヨーク６１を第一シャフト１０に対して回転させる。このとき、第一シャフト１０は図示しない治具を介して固定され、チャック１８が回転作動する。なお、これに限らず、バックヨーク６１がチャック１８を介して固定された状態で、第一シャフト１０を回転作動させてもよい。

図７に示すように、磁気発生部６０は、バックヨーク６１の外径ｂが永久磁石６３の外径ａより所定長さだけ大きく形成される。これにより、チャック１８がバックヨーク６１の外周面を把持する際に、チャック１８が永久磁石６３に当たることが回避され、永久磁石６３を損傷することが防止される。

磁気発生部６０は、バックヨーク６１に永久磁石６３の内周面を嵌合させる円筒部６４を有し、この円筒部６４が永久磁石６３の下端面より回転軸方向に所定長さｃだけ突出するように形成される。この円筒部６４の突出長さｃによって永久磁石６３と回転磁気回路部６９との間の距離が決まる。

回転パーツアッシー１００は図示しない治具に保持され、この治具には第一、第二集磁ヨーク９３、９４が回転磁気回路部６９の第一、第二磁路環部７３、８３に所定の間隙を持って対峙するように設けられる。第一、第二集磁ヨーク９３、９４の間に設けられる一対の磁気ギャップ９６に各磁気センサ９８がそれぞれ介装されている。各磁気センサ９８は磁気発生部６０の回転位置に応じた信号を出力する。

この場合、各磁気ギャップ９６に一対の磁気センサ９８が設けられているが、これに限らず、単一の磁気センサ９８を一方の磁気ギャップ９６に設けてもよい。

また、図８に示すように、図示しない治具には第一、第二集磁ヨーク９３、９４が第一、第二集磁リング９１、９２を介して回転磁気回路部６９の第一、第二磁路環部７３、８３に所定の間隙を持って対峙して設けられる構成としてもよい。この場合、第一、第二集磁リング９１、９２を介して磁気センサ９８に導かれる磁束密度を高められる。

回転方向位置合わせ工程では、チャック１８によって磁気発生部６０を第一シャフト１０に対して回転させる過程で回転磁気回路部６９に導かれる磁束密度を磁気センサ９８によって計測し、磁束密度の計測値に基づいて磁気発生部６０から磁気発生部６０の回転方向中立位置を割り出す。

図９のグラフは、縦軸のパラメータに磁気センサ９８によって計測される表面磁束密度がとられ、横軸のパラメータに回転磁気回路部６９に対する磁気発生部６０の回転方向の位置がとられており、回転磁気回路部６９の回転時に磁気センサ９８によって計測されるデータからなる磁束波形を示している。

図９のグラフにおいて、回転位置決め時の磁束波形は、６０°毎に周期的に変化し、Ｎ／Ｓ極の磁束密度が最大になる磁束ピークが３０°毎に生じている。これは、磁気発生部６０を第一シャフト１０に対して３０°回転させる毎に、磁気経路が次のように切換わるためである。
・Ｎ極→第一磁路先端部７１→第一磁路柱部７２→第一磁路環部７３→第一集磁ヨーク９３→第二集磁ヨーク９４→第二磁路環部８３→第二磁路柱部８２→第二磁路先端部８１→Ｓ極
・Ｎ極→第二磁路先端部８１→第二磁路柱部８２→第二磁路環部８３→第二集磁ヨーク９４→第一集磁ヨーク９３→第一磁路環部７３→第一磁路柱部７２→第一磁路先端部７１→Ｓ極
第一、第二磁路先端部７１、８１が永久磁石６３のＮ極とＳ極に対峙する面積差が大きくなると、磁気センサ９８に導かれる磁束密度が大きくなる。

磁気センサ９８によって計測されるデータからなる磁束波形に基づいて磁気発生部６０の回転方向中立位置を割り出す方法として、永久磁石６３のＮ極からＳ極へと導かれる磁束密度が最大になるＮＳ磁束ピークと、永久磁石６３のＳ極からＮ極へと導かれる磁束密度が最大になるＳＮ磁束ピークとをそれぞれ計測し、計測されたＮＳ磁束ピークとＳＮ磁束ピーク間の磁束密度を２等分する磁束ピークの中点を求め、求められた磁束ピークの中点となる磁気発生部６０の回転位置を磁気発生部６０の回転方向中立位置として割り出す。

磁束ピークの中点は、磁束波形の１周期に２点存在するが、磁気発生部６０の回転方向と、磁束の増減とに基づいて、Ｎ／Ｓ極に対する所定の回転方向中立位置を割り出す。

（３）続いて、図５の（ｃ）と図６の（ｃ）とに示す固定工程では、バックヨーク６１を割り出された回転方向中立位置に保持した状態で、第一シャフト１０に対して下方に移動させて軸方向取付部位１１に圧入して固定する。バックヨーク６１はその下端面が第一シャフト１０の環状段部に当接して軸方向の位置決めが行われ、その内周面が第一シャフト１０の軸方向取付部位１１に圧入して固定される。

こうして、回転パーツアッシー１００は、第一シャフト１０に磁気発生部６０が固定され、別の工程にてハウジング３０に組付けられることにより、トルクセンサ５０の組立が完了する。

第一シャフト１０に磁気発生部６０が固定された後、第一シャフト１０を回転し、磁気センサ９８によって磁束密度を計測する。

図９のグラフには、（２）の回転方向位置合わせ工程に計測される回転位置決め時の磁束波形と、（３）の固定工程を終えた後に計測される圧入後の磁束波形とがそれぞれ示されている。回転位置決め時の磁束波形と、圧入後の磁束波形とは、互いに同一位相で周期的に変化している。このため、（２）の回転方向位置合わせ工程に計測される回転位置決め時の磁束波形に基づいて磁気発生部６０の回転方向中立位置を的確に割り出すことができる。

なお、回転磁気回路部６９等が持つ非対称要因によって、回転位置決め時の磁束波形は割り出された回転方向中立位置にて計測される磁束密度が零とはならない。このため、本発明は、磁束密度が零となる回転位置を磁気発生部６０の回転方向中立位置として割り出さない。

以上のように本実施の形態では、互いに同軸上に配置される第一シャフト１０と第二シャフト２０との間でトルクを伝達するトーションバー５１と、第一シャフト１０に固定される磁気発生部６０とを備え、第二シャフト２０に固定される回転磁気回路部６９と、磁気発生部６０から回転磁気回路部６９に導かれる磁束密度に応じてトーションバー５１に働くトルクを検出するトルクセンサ５０の組立方法であって、磁気発生部６０を第一シャフト１０の軸方向に設定される軸方向取付近傍部位１２に配置する軸方向位置合わせ工程と、軸方向取付近傍部位１２に配置された磁気発生部６０を第一シャフト１０に対して回転させる過程で回転磁気回路部６９に導かれる磁束密度を計測して磁気発生部６０の回転方向中立位置を割り出す回転方向位置合わせ工程と、回転方向中立位置に配置された磁気発生部６０を第一シャフト１０の軸方向に設定される軸方向取付部位１１に移動して固定する固定工程と、を順に行う構成とした。

上記構成に基づき、磁気発生部６０の磁束分布バラツキや回転磁気回路部６９の加工精度バラツキがあっても、これらのバラツキを補償して、磁気発生部６０の回転方向中立位置を正確に割り出して第一シャフト１０に固定することができ、トルクセンサ５０の検出精度にバラツキが生じることを抑えられる。

また、特許文献３に開示された、磁気吸引力によって磁気発生部が静止する位置で磁気発生部を第一シャフトに固定するトルクセンサのように、磁気発生部６０を第一シャフト１０に対して回転させる過程で生じるフリクションの影響を受けることがなく、磁気発生部６０の回転方向中立位置を正確に割り出すことができ、トルクセンサ５０の検出精度にバラツキが生じることを抑えられる。

本実施の形態では、Ｎ極からＳ極へと導かれる磁束密度が最大になるＮＳ磁束ピークと、Ｓ極からＮ極へと導かれる磁束密度が最大になるＳＮ磁束ピークとをそれぞれ計測し、計測されたＮＳ磁束ピークとＳＮ磁束ピーク間の磁束密度を２等分する磁束ピークの中点を求め、求められた磁束ピークの中点となる磁気発生部６０の回転位置を磁気発生部６０から磁気発生部６０の回転方向中立位置として割り出す構成とした。

上記構成に基づき、回転磁気回路部６９等が持つ非対称要因に影響されることなく、磁気発生部６０の回転方向中立位置を的確に割り出すことができる。

本実施の形態では、軸方向取付近傍部位１２の外径を軸方向取付部位１１の外径より小さく形成し、軸方向取付近傍部位１２の端部に環状溝１４を形成し、回転方向位置合わせ工程にて軸方向取付近傍部位１２に嵌合した磁気発生部６０の端部が環状溝１４に対峙して軸方向取付部位１１から離れ、磁気発生部６０が軸方向取付近傍部位１２に嵌合することによって回転可能に支持される
構成とした。

上記構成に基づき、磁気発生部６０は、軸方向取付近傍部位１２に嵌合して回転可能に支持された状態で軸方向取付部位１１から離れているため、軸方向取付部位１１との間にフリクションが生じることがない。これにより、磁気発生部６０が第一シャフト１０に対して円滑に回転し、磁気発生部６０の回転方向中立位置を的確に割り出すことができる。

そして、磁気発生部６０は、割り出された回転方向中立位置にて軸方向に移動されることによって外径の大きい軸方向取付部位１１に圧入して固定され、その取付位置精度が確保される。

次に図１０に示す他の実施の形態を説明する。これは基本的には図１〜９に示す実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施形態と同一構成部に
は同一符号を付す。

第一、第二軟磁性リング７０、８０は、互いに異なる形状であり、環状に延びる１個の第一、第二磁路環部７３、８３と、この第一、第二磁路環部７３、８３から曲折して上方に延びる第一、第二磁路柱部７２、８２とを有し、第一、第二磁路柱部７２、８２の上端面に、永久磁石６３の下端面（磁極面）に対峙する６個の第一、第二磁路先端部７１、８１が形成され、これらが鋳造、焼結等によって一体形成される。

トルクセンサ５０の組立方法は、前記実施の形態と同様に、（１）の軸方向位置合わせ工程、（２）の回転方向位置合わせ工程、（３）の固定工程が順に行われる。

（１）まず、図１０の（ａ）に示す軸方向位置合わせ工程では、磁気発生部６０を回転パーツアッシー１００を構成する第一シャフト１０に嵌合し、図１０の（ｂ）に示すように、磁気発生部６０を第一シャフト１０の軸方向取付近傍部位１２に配置する。

（２）続いて、図１０の（ｂ）に示す回転方向位置合わせ工程では、チャック１８によって磁気発生部６０を第一シャフト１０に対して回転させる過程で回転磁気回路部６９に導かれる磁束密度を磁気センサ９８によって計測し、磁束密度の計測値に基づいて磁気発生部６０の回転方向中立位置を割り出す。

（３）続いて、図１０の（ｃ）に示す固定工程では、バックヨーク６１を割り出された回転方向中立位置に保持した状態で、第一シャフト１０に対して下方に移動させて軸方向取付部位１１に圧入して固定する。

前記各実施の形態において、トルクセンサ５０は、磁気発生部６０が磁気を第一シャフト１０の回転軸方向に発生するものであるが、これに限らず、例えば特許文献３に開示されたトルクセンサのように、磁気発生部（多極磁石）が磁気を第一シャフトの回転径方向に発生する構成としてもよい。

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。

本発明のトルクセンサの組立て方法は、車両のパワーステアリング装置等、二つの軸間のトルクを検出するものに適用することができる。

本発明の実施の形態を示すパワーステアリング装置の断面図である。 同じくパワーステアリング装置の分解斜視図である。 同じく（ａ）は回転磁気回路部の分解斜視図であり、（ｂ）は回転磁気回路部の斜視図である。 同じくトルクセンサの断面図である。 同じくトルクセンサの組立方法を示す斜視図である。 同じくトルクセンサの組立方法を示す断面図である。 同じく磁気発生部の断面図である。 同じくトルクセンサの組立方法を示す斜視図である。 同じく磁束波形を示すグラフである。 他の実施の形態を示すトルクセンサの組立方法を示す断面図である。

符号の説明

１０ 第一シャフト
１１ 軸方向取付部位
１２ 軸方向取付近傍部位
２０ 第二シャフト
５０ トルクセンサ
５１ トーションバー
６０ 磁気発生部
６９ 回転磁気回路部
９８ 磁気センサ

Claims (1)

1. 互いに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、
   前記第一シャフトの回転軸方向に向けて着磁されその回転軸方向の端面に磁極面が形成される永久磁石が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前記磁極面に対峙する第一、第二磁路先端部を有す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前記トーションバーに働くトルクを検出するトルクセンサの組立方法であって、
   前記磁気発生部を前記第一シャフトの軸方向に設定される軸方向取付近傍部位に配置する軸方向位置合わせ工程と、
   前記軸方向取付近傍部位に配置された前記磁気発生部を前記第一シャフトに対して回転させる過程で前記回転磁気回路部に導かれる磁束密度を計測して前記磁気発生部の回転方向中立位置を割り出す回転方向位置合わせ工程と、
   前記回転方向中立位置に配置された前記磁気発生部を前記第一シャフトの軸方向に設定される軸方向取付部位に移動して固定する固定工程と、を順に行い、
   前記回転方向位置合わせ工程において、Ｎ極からＳ極へと導かれる磁束密度が最大になるＮＳ磁束ピークと、Ｓ極からＮ極へと導かれる磁束密度が最大になるＳＮ磁束ピークとをそれぞれ計測し、
   計測されたＮＳ磁束ピークとＳＮ磁束ピーク間の磁束密度を２等分する磁束ピークの中点を求め、
   求められた磁束ピークの中点となる前記磁気発生部の回転位置を前記磁気発生部の回転方向中立位置として割り出すことを特徴とするトルクセンサの組立方法。