JP5054320B2 - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車等の電動パワーステアリング装置に装着され、操舵軸を介してシャフトに加えられる操舵トルクを磁気的に検出するための検出装置に用いられる磁歪式トルクセンサに関する。

一般に、自動車等に装備される電動パワーステアリング装置は、運転者のハンドル操作によって操舵軸からシャフトに加えられるトルクをトルクセンサによって検出している。電動パワーステアリング装置は、この磁歪式トルクセンサからの検出信号に応じて、運転者のハンドル操作に対し動力補助する（補助操舵力を付与する）ためのモータを駆動制御し、運転者の操舵力を軽減して快適な操舵フィーリングを与えるようにしている。

このような電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサとしては、磁歪式トルクセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この磁歪式トルクセンサは、シャフトの表面に磁気異方性をもった磁歪膜（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜）を被着している。そして、シャフトに外部からトルクが作用したときには、シャフトに生じる捩れに応じた磁歪膜の磁気特性（透磁率）の変化を磁気的に被接触で検出する構成となっている。

そこで、自動車の電動パワーステアリング装置に用いられる磁歪式トルクセンサを例に挙げて、従来の磁歪式トルクセンサを説明する。
図６は、従来の電動パワーステアリング装置を示す模式図である。

図６に示すように、電動パワーステアリング装置１０１は、ハンドル１０２からの操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサ１０３と、ハンドル１０２の操作に対して補助操舵力を付与するモータ１０４と、このモータ１０４の回転トルクを増大させる減速装置１０５と、磁歪式トルクセンサ１０３および車速センサ１０６等からの検出信号に応じてモータ１０４を駆動制御するＥＣＵ（Electrical Control Unit）１０７と、モータ１０４の回転をタイヤ１０８，１０８に伝えてタイヤ１０８の向きを変えるラック軸１０９およびピニオンギヤ１１０とによって主に構成されている。また、減速装置１０５は、ウォーム１０５Ａとウォームホイール１０５Ｂとにより構成されている。

このような電動パワーステアリング装置１０１では、運転者がハンドル操作したときの操舵トルクを、磁歪式トルクセンサ１０３を用いて検出すると共に、ＥＣＵ１０７により磁歪式トルクセンサ１０３からの検出信号（トルク信号）、車速センサ１０６からの検出信号（車速信号）等に応じてモータ１０４を駆動制御し、このときのモータ１０４のトルクを、減速装置１０５によって増大させると共に、ピニオンギヤ１１０およびラック軸１０９を介してタイヤ１０８，１０８に伝えている。

この電動パワーステアリング装置１０１では、ハンドル操作の操舵トルクをＴＨとし、ピニオンギヤ１１０に伝わるトルクをＴＰとし、モータ１０４による補助トルクの大きさに関連した定数をＫＡとすると、ＴＨ＝ＴＰ／（１＋ＫＡ）の関係が成り立ち、モータ１０４の補助トルクによって運転者の操舵力を軽減することができる。

次に、図７を参照して磁歪式トルクセンサ１０３について説明する。
図７は、従来の電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサの設置状態を示す要部断面図である。

図７に示すように、磁歪式トルクセンサ１０３は、アッパケース部１１１Ａおよびロアケース部１１１Ｂからなるセンサ収容ケース１１１に収容されている。そして、磁歪式トルクセンサ１０３は、ハンドル１０２（図６参照）の操舵軸１０２Ａ（図６参照）に連結され、センサ収容ケース１１１に軸受１１２等を介して回転可能に支持されたシャフト１１４と、アッパケース部１１１Ａの内周側に上下に離間して設けられた検出手段であるコイル１１５，１１６と、コイル１１５，１１６と対向してシャフト１１４の外周面（外表面）に設けられ、互いに逆方向の異方性をもった磁歪膜１１７，１１８とを主に構成されている。

そして、シャフト１１４にハンドル１０２（図６参照）からの操舵トルクが作用したときには、シャフト１１４に生じる捩れに応じた磁歪膜１１７，１１８の磁気特性の変化を、コイル１１５，１１６側でそれぞれ電気的に検出し、このデータからシャフト１１４に加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出するようにしている。

ここで、アッパケース部１１１Ａは、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金によって形成されている。コイル１１５，１１６のヨーク１１９，１２０は、磁気特性の高い軟磁性の電磁鋼板等から形成されている。シャフト（操舵軸）１１４は、ＳＣ材やＳＣＭ材等の鉄合金からなり、その外周面にＦｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｃｒ系の磁歪膜１１７，１１８がメッキや蒸着等により設けられている。
特開２００４−２３９６５２号公報（段落００２４〜００３４、図１、図７〜図９）

しかしながら、前記特許文献１のような磁歪式トルクセンサ１０３では、図７に示すセンサ収容ケース１１１のアッパケース部１１１Ａと、ヨーク１１９，１２０と、シャフト１１４とがそれぞれ相違する金属材料から形成されているため、それらの線膨張係数が異なっている。
ヨーク１１９，１２０およびシャフト１１４を形成している鉄合金と、磁歪膜１１７，１１８を形成する電磁鋼板と、センサ収容ケース１１１を形成しているアルミニウム合金等とを比較すると、アルミニウム合金の線膨張率が２倍近く大きい。
自動車の電動パワーステアリング装置１０１が使用される環境は、−４０℃〜８０℃であり、それ以上の過酷な温度の場合もある。

したがって、低温時の場合には、ヨーク１１９，１２０に対してアッパケース部１１１Ａが相対的に収縮することによって、センサ収容ケース１１１がヨーク１１９，１２０を軸方向と径方向とから与圧するという問題点がある。
磁歪式トルクセンサ１０３は、この与圧によって、ヨーク１１９，１２０の磁気特性が変化し、コイル１１５，１１６に交番通電されて形成されるヨーク１１９，１２０と、磁歪膜１１７，１１８との間の磁束が変化し、出力が変化するという問題点がある。

一方、高温時の場合には、ヨーク１１９，１２０に対してセンサ収容ケース１１１が相対的に膨張することによって、センサ収容ケース１１１とヨーク１１９，１２０との間に隙間ａが形成されるという問題点がある。
磁歪式トルクセンサ１０３は、この隙間ａにより、ヨーク１１９，１２０とセンサ収容ケース１１１との間の与圧量がなくなると共に、ヨーク１１９，１２０とセンサ収容ケース１１１との間にがたつきが発生してヨーク１１９，１２０と磁歪膜１１７，１１８との間の磁束が変化し、出力が変化するという問題点がある。

そこで、本発明は、磁気特性変化部（磁歪膜）とヨークとの間の距離を一定にして、出力を安定化させることができる磁歪式トルクセンサを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、請求項１に記載の磁歪式トルクセンサの発明は、回転自在なシャフトと、このシャフトの外周面に設けられて当該シャフトに印加されたトルクによって磁気特性が変化する磁気特性変化部と、当該磁気特性変化部の磁気特性の変化を検出する検出部と、を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、前記検出部は、前記磁気特性変化部と径方向に所定距離をおいて対向して配置されたコイルと、このコイルの周辺に設けられて当該コイルを保持するヨークと、を備えてなり、このヨークは、付勢手段により軸方向に付勢されると共に、当該ヨークの端部に形成されたヨークテーパ面と、当該ヨークをハウジングに保持する固定部に形成された固定部テーパ面と、が当接し合うことにより、前記シャフトの回転中心方向に押圧された状態で、前記ハウジングに形成された円筒状のセンサ収納部内に配設されてい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の発明によれば、ヨークは、付勢手段により軸方向に付勢されているので、ヨークテーパ面が、ヨークをハウジングに保持する固定部の固定部テーパ面に、常に、当接している。
このため、温度変化によってハウジング等が熱膨張したとしても、常に、固定部の固定部テーパ面が付勢手段によってヨークのヨークテーパ面に圧接しているため、両者間の距離が一定となり、軸方向からの圧力が略一定にできる。したがって、ヨークの磁気特性を安定化できる。その結果、出力特性を安定化できる。また、がたつきも解消できる。その結果、ヨークと磁歪膜と間の相対位置変動によって磁束が変化することを解消できる。

請求項２に記載の磁歪式トルクセンサの発明は、請求項１に記載の磁歪式トルクセンサであって、複数の前記磁気特性変化部および複数の前記ヨークは、それぞれ軸方向に所定隙間を介して設けられ、前記複数のヨークは、当該複数のヨークの間に介在された前記固定部によって前記所定隙間の間隔に保持されてい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の発明によれば、磁気特性変化部およびヨークは、軸方向に所定隙間を介して設けられ、そのヨークは、軸方向の両端に固定部テーパ面が設けられた固定部によって保持されている。このため、熱膨張によってハウジングが膨張したとしても、固定部の固定部テーパ面が、常に、ヨークテーパ面に圧接していることにより、隙間が解消されて各磁気特性変化部と各ヨークとの間の磁気特性が一定となる。
その結果、温度や膨張によって磁歪式トルクセンサの出力が不安定になることを解消して、出力の安定化を図ることができる。

請求項３に記載の磁歪式トルクセンサの発明は、請求項２に記載の磁歪式トルクセンサであって、前記複数のヨーク間には、当該複数のヨークの軸方向の外周端部に面取りするようにそれぞれに形成された前記ヨークテーパ面が、前記固定部の軸方向の両端部内側にそれぞれ形成された前記固定部テーパ面に当接した状態に前記固定部が介在され、前記複数のヨークと前記固定部と前記付勢手段とは、隣設し合うもの同志が互いに前記付勢手段のばね力によって当接した状態で前記センサ収納部に収納されていることを特徴とする。

請求項３に記載の磁歪式トルクセンサの発明によれば、ハウジングのセンサ収納部に収納されたヨークと固定部と付勢手段とは、付勢手段のばね力によって、隣設し合うもの同志が互いに当接した状態で、がたつきなく収納されている。

請求項４に記載の磁歪式トルクセンサの発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサであって、操舵トルクに応じてモータを駆動して車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置に適用したことを特徴とする。

請求項４に記載の磁歪式トルクセンサの発明によれば、前記した磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出用のセンサとして使用することにより、高温下の厳しい環境の中であっても、温度や熱膨張の影響や、路面からの振動を受けても、がたつきの影響を受けず、良好な操舵フィーリングを保つことができる電動パワーステアリング装置とすることが可能である。

本発明に係る磁歪式トルクセンサによれば、外気温や摩擦熱等によってハウジング等が熱膨張したとしても、付勢手段によってヨークテーパ面と固定部テーパ面とを当接させることにより、磁気特性変化部（磁歪膜）とヨークとの間の磁気特性を一定にして、出力を安定化させることができる。

次に、図１〜図３に基づき本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの一例を説明する。
なお、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、シャフトに作用する回転力によってシャフトが回転するトルクを検出するものであり、以下、本発明の実施形態の一例として、電動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場合を例に挙げて説明する。
まず、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するのに先立って、磁歪式トルクセンサが搭載される車両の電動パワーステアリング装置について説明する。
また、磁歪式トルクセンサは、設置する方向によって上下左右の方向が変化するものであり、図面の上側を上方向として説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置を示す模式図である。

≪電動パワーステアリング装置の構成≫
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１１は、前記従来技術で説明した図６および図７に示す磁歪式トルクセンサ１０３を備えた電動パワーステアリング装置１０１と、磁歪式トルクセンサ１以外は同様な構成となっている。
すなわち、図１に示す電動パワーステアリング装置１１は、ハンドル１２から運転者によって入力される操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサ１と、運転者の操舵に対して補助操舵力を付与するモータ１４と、このモータ１４の回転トルクを増大させる減速装置１５と、磁歪式トルクセンサ１および車速センサ１６等からの検出信号に応じてモータ１４を駆動制御するＥＣＵ（Electrical Control Unit）１７と、モータ１４の回転をタイヤ１８，１８に伝えてタイヤ１８の向きを変えるラック軸１９およびピニオンギヤ４１とを主に構成されている。

≪磁歪式トルクセンサの構成≫
図２は、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの設置状態を示す電動パワーステアリング装置の要部概略断面図である。
図２に示すように、磁歪式トルクセンサ１は、センサ収容ケース２に、軸受３によって回転自在に支持されたシャフト４と、このシャフト４に設けられた磁気特性変化部５と、この磁気特性変化部５の磁気特性変化を磁気特性変化部５と所定距離ｂをおいて対向して配置され、シャフト４に印加されたトルクを検出する検出部７と、を備えている。
以下、磁歪膜５１，５２、コイル７１，７２、およびヨーク７３，７４を備えた磁歪式トルクセンサ１の場合を例に挙げて、本発明の実施形態を説明する。

磁歪式トルクセンサ１は、シャフト４にハンドル１２（図１参照）からの操舵トルクが作用したときには、シャフト４に生じる捩れに応じた磁歪膜５１，５２の磁気特性の変化を、コイル７１，７２等を用いて電気的に検出することによって、シャフト４に加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出する構成となっている。

＜センサ収容ケースの構成＞
センサ収容ケース２は、磁歪式トルクセンサ１等を収納するためのケースであり、上側に配置されるアッパケース部２１と、このアッパケース部２１の下側に合致させてボルト締めされるロアケース部２２とからなる。

アッパケース部２１は、ヨーク７３，７４および保持部材（固定部）８等を収納するためのセンサ収納部２１ｂと、シャフト４を挿通する軸孔２１ａと、を有するケースである。このアッパケース部２１は、軸孔２１ａにシール材１０を配設していることにより、センサ収容ケース２内の密閉性を保っている。
センサ収納部２１ｂは、上端部に軸孔２１ａ、下端部に開口部２１ｃを有する円筒状の空間を有してなる。このセンサ収納部２１ｂには、開口部２１ｃ側から順番にヨーク７３、保持部材８、ヨーク７４、板ばね６が挿入されて、サークリップ９を開口部２１ｃ内に装着することによって、それらの部材が互いに弾接する状態に収納されている。

ロアケース部２２は、軸受３およびピニオンギヤ４１を収納するためのケースである。その他このロアケース部２２には、モータ１４（図１参照）、減速装置１５（図１参照）、ラック軸１９等が設けられている。

＜シャフトの構成＞
シャフト４は、図１に示すように、ハンドル１２に自在継手１３，１３を介在して連結され、ハンドル１２と共に回転する操舵軸である。このシャフト４は、図２に示すように、下端部にピニオンギヤ４１が一体的に設けられ、ベアリング３１，３２を介在してセンサ収容ケース２に、上下方向に向けて回転自在に収納されている。このシャフト４のコイル７１，７２に対向する外周面には、磁気特性変化部５の磁歪膜５１，５２が２箇所に配設されている。シャフト４の上端部は、アッパケース部２１の軸孔２１ａおよびリング状のシール材１０を挿通してセンサ収容ケース２から突出した状態に設けられている。

シャフト４は、例えば、クロムモリブデン鋼材（例えば、ＳＣＭ８２２）等を用いて形成されている。そして、このシャフト４は、クロムモリブデン鋼材に予め焼き入れ等の熱処理を施した後、磁歪膜５１，５２をスパッタリングやイオンプレーティング等のＰＶＤ法、メッキ法、プラズマ溶射法等を用いて被着している。シャフト４のロックウェル硬さは、望ましくは、ＨＲＣ４０〜６５の範囲内に設定している。

＜軸受の構成＞
図２に示すように、軸受３は、前記シャフト４を回動自在に軸支する部材であり、例えば、複数のベアリング３１，３２から構成されている。ベアリング３１，３２は、例えば、ボールベアリングまたはローラベアリングからなり、シャフト４の下端部や、ピニオンギヤ４１の上側のシャフト４をそれぞれ軸支するようにロアケース部２２内に装着されている。

＜磁気特性変化部の構成＞
磁気特性変化部５は、シャフト４に操舵トルクが印加されることによって発生する歪により磁歪膜５１，５２の磁気特性（透磁率）を変化させるものであり、シャフト４の外周面（外方面）に、軸方向に所定間隔（所定隙間ｃ）を介して上下に複数配置された磁歪膜５１，５２によって構成されている。
磁歪膜５１，５２は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系や、Ｆｅ−Ｃｒ系の合金膜等からなる磁歪材をメッキや蒸着によってシャフト４に一体的に固定されている。この磁歪膜５１，５２は、互いに逆方向の異方性をもった磁歪材からなる。

＜検出部の構成＞
検出部７は、磁歪膜５１，５２の磁気特性を電気的に検出することによって、シャフト４の操舵トルクを検出するものである。この検出部７は、複数のコイル７１，７２と、このコイル７１，７２の周辺に設けられてそれぞれのコイル７１，７２を保持するヨーク７３，７４とを備えてなる。
この検出部７は、図１に示すように、磁歪特性の変化に合わせてコイル７１，７２が交番通電されて発信されるトルク検出電圧を検出する検出回路７５，７６を介してＥＣＵ１７に電気的に接続されている。

図３は、図２に示す磁歪式トルクセンサの要部拡大図である。
＜コイルの構成＞
図３に示すように、コイル７１，７２は、磁歪膜５１，５２に通電して、操舵トルク入力時に、磁歪膜５１，５２の磁歪特性である透磁率の変化を検出する検出用の励磁コイルからなる。このコイル７１，７２は、アッパケース部２１の内周側に上下に離間して設けられ、操舵トルクを検出する検出手段である。コイル７１，７２は、ボビン（図示せず）に巻回されて各ヨーク７３，７４に内設され、磁歪膜５１，５２に所定間隔（所定距離ｂ）を介してそれぞれ対向させて配置される。

＜ヨークの構成＞
図３に示すように、ヨーク７３，７４は、コイル７１，７２の外枠を構成する部材であり、断面が略コ字状の環状部材からなる。ヨーク７３，７４は、例えば、軟磁性の鋼板等からなる。このヨーク７３，７４には、上下の外周端部に、約４５度に面取りするように形成されたヨークテーパ面７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂがそれぞれ形成されている。ヨーク７３，７４間のシャフト４の軸方向には、上下の外周端部に約４５度の固定部テーパ面８ａ，８ｂを有する保持部材８が介在されて、所定隙間ｃがある。
なお、ヨークテーパ面７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂおよび固定部テーパ面８ａ，８ｂの角度は、４５度に限定されるものではなく、適宜に変更可能であって、例えば、３０度や６０度等であってもよい。

ヨーク７３，７４は、開口部２１ｃからセンサ収納部２１ｂ内に、上側のヨーク７３、保持部材８、下側のヨーク７４、板ばね６の順番で、軸方向に移動自在に挿入されて、サークリップ９をセンサ収納部２１ｂの内壁に固定することによって、センサ収容ケース２内に組み付けられている。
このように、センサ収納部２１ｂ内に配設されたヨーク７３，７４は、下側のヨーク７４の下側に配設された板ばね（付勢手段）６によって、軸方向（矢印Ａ方向）に付勢されると共に、ヨーク７３，７４の外周端部に形成されたヨークテーパ面７３ｂ，７４ａと、ヨーク７３，７４をアッパケース部（ハウジング）２１に保持させる保持部材（固定部）８に形成された固定部テーパ面８ａ，８ｂと、がそれぞれ当接し合うように設けられている。

＜保持部材（固定部）の構成＞
図３に示すように、保持部材８は、上側のヨーク７３と下側のヨーク７４との間に介在されて、ヨーク７３，７４間を常に、所定間隔（所定隙間ｃ）に保つように配設される部材である。この保持部材８は、例えば、断面が略直角三角形の環状部材からなり、内面上側と内面下側とに（軸方向の両端に）、ヨークテーパ面７３ｂ，７４ａに圧接する固定部テーパ面８ａ，８ｂが形成されている。

＜板ばね（付勢手段）の構成＞
図３に示すように、板ばね６は、例えば、環状の波板ばねからなり、軸方向にばね性を備えたばね鋼等の金属から形成されている。この板ばね６は、ヨーク７３，７４を軸孔２１ａがある軸方向に付勢するためのばね部材であり、例えば、下側のヨーク７４とサークリップ９との間に介在されている。このように配設された板ばね６は、センサ収納部２１ｂ内において、軸方向に直列的に配置されたヨーク７３、保持部材８、およびヨーク７４を上方向に押圧して、それぞれ隣設された部材同志が互いに圧接するように弾圧する状態に組み付けられている。
なお、板ばね６は、特許請求の範囲に記載の「付勢手段」に相当する。

＜サークリップの構成＞
サークリップ９は、板ばね６、ヨーク７３，７４、保持部材８がセンサ収納部２１ｂから離脱するのを防止するための部材である。このサークリップ９は、センサ収納部２１ｂに収納された板ばね６を圧縮させた状態で開口部２１ｃの内壁に装着される。

≪磁歪式トルクセンサの作用≫
次に、図１〜図３を参照して、磁歪式トルクセンサ１の作用を説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１１では、運転者がハンドル操作したときの操舵トルクを、磁歪式トルクセンサ１を用いて検出すると共に、ＥＣＵ１７により磁歪式トルクセンサ１からの検出信号、車速センサ１６からの検出信号等に応じてモータ１４を駆動制御し、このときのモータ１４のトルクを、減速装置１５により増大させると共にピニオンギヤ４１、ラック軸１９を介してタイヤ１８，１８に伝えている。

図３に示すように、磁歪式トルクセンサ１は、センサ収納部２１ｂに、開口部２１ｃ側から順番にヨーク７３、保持部材８、ヨーク７４、板ばね６を挿入して、サークリップ９をその開口部２１ｃ内の開口端近傍に装着することによって、それらの部材が互いに弾接し合う状態に組み付けてなる。

このため、板ばね６は、下側のヨーク７４を押圧していることによって、下側のヨーク７４のヨークテーパ面７４ａが保持部材８の下側の固定部テーパ面８ｂを押圧し、この保持部材８の上側の固定部テーパ面８ａが上側のヨーク７３の下側のヨークテーパ面７３ｂを押圧し、この上側のヨーク７３の上面がセンサ収納部２１ｂの上側内壁２１ｄを押圧して、センサ収納部２１ｂ内に収納された各部材が当接し合うように付勢している。

さらに詳述すると、板ばね６は、図３に示すように、サークリップ９を矢印Ｂの下方向に押圧すると共に、下側のヨーク７４を矢印Ａの上方向に押圧している。
下側のヨーク７４は、板ばね６によって矢印Ａの上方向に押圧されることにより、上側のヨークテーパ面７４ａが保持部材８の下側の固定部テーパ面８ｂを矢印Ｃの斜め上方向に押圧する。このため、環状の下側のヨーク７４は、環状の保持部材８の固定部テーパ面８ｂの反力（矢印Ｃの逆方向の力）によって、矢印Ｄ方向（シャフト４の軸心方向）に押されてシャフト４の回転中心側に寄せられる。その結果、下側のヨーク７２は、シャフト４の表面に配設された磁歪膜５２との間隔（所定距離ｂ）が一定となり、がたつくことが解消される。

環状の保持部材８は、下側のヨーク７４の上側のヨークテーパ面７４ａによって矢印Ｃ方向に押圧されることにより、センサ収納部２１ｂの内側壁２１ｅを矢印Ｅの外方向に押圧して、この内側壁２１ｅを矢印Ｇの方向に移動する。そして、保持部材８は、上側の固定部テーパ面８ａによって、上側のヨーク７３を矢印Ｆの斜め方向に押圧する。

環状の上側のヨーク７３は、ヨークテーパ面７３ｂが保持部材８によって矢印Ｆ方向に押圧されることにより、矢印Ｉの上方向に移動して内側壁２１ｅを押圧すると共に、矢印Ｈ方向（シャフト４の軸心方向）に押圧されてシャフト４の回転中心側に寄せられる。このため、上側のヨーク７３は、シャフト４の表面に配設された磁歪膜５１との間隔（所定距離ｂ）が一定となり、がたつくことがない。
その結果、出力が安定化する。また、振動を受けても、磁歪式トルクセンサ１は、操舵トルクの検出精度が良好に保たれる。

このように構成された磁歪式トルクセンサ１の検出部７は、低温時において、磁歪膜５１，５２とヨーク７３，７４との径方向に隙間が適当になるように所定間隔（所定距離ｂ）に設定されている。
例えば、低温時には、センサ収容ケース２がヨーク７３，７４の収縮の大きさに対して約２倍の大きさに収縮するが、板ばね６のばね力によって許容される。また、高温時には、センサ収容ケース２がヨーク７３，７４に対して膨張しても、板ばね６のばね力によって許容される。

すなわち、磁歪式トルクセンサ１の検出部７は、板ばね６のばね力によって、常に、ヨーク７４、保持部材８およびヨーク７３が互いに圧接した状態でセンサ収納部２１ｂの上側内壁２１ｄ側に寄せ付けられると共に、ヨーク７３，７４がシャフト４の回転中心側に寄せられて安定した状態に保持されている。これにより、ヨーク７３，７４の予圧力が温度により変化しないで、一定に保たれるので、ヨーク７３，７４の磁気特性を一定保つことができ、出力を安定化できる。

また、磁歪式トルクセンサ１を、自動車のステアリング機構に対して補助操舵力を付与する電動パワーステアリング装置１１に適用する構成としたので、自動車の温度変化や振動を受けても、磁歪式トルクセンサ１により操舵トルクの検出精度を高めることができ、電動パワーステアリング装置１１の性能、信頼性等を高めることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。

≪変形例≫
次に、図４および図５を参照して、本発明の変形例を説明する。
なお、変形例において、図１〜図３に示した前記実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１と同一機能を有する部材の説明は省略する。
図４は、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの変形例を示す図であり、磁歪式トルクセンサの設置状態を示す電動パワーステアリング装置の要部概略断面図である。図５は、図４に示す磁歪式トルクセンサの要部拡大図である。

前記実施形態の磁歪式トルクセンサ１に設けた板ばね６（図１〜図３参照）は、図４および図５に示す変形例の磁歪式トルクセンサ１Ａの板ばね６Ａのように、上側のヨーク７３Ａと、下側のヨーク７４Ａとの間に介在して、上側のヨーク７３Ａを矢印Ｊの上方向に押圧し、下側のヨーク７４Ａを矢印Ｋの下方向に押圧するように配設してもよい。

この場合、センサ収納部２１ｂの開口部２１ｃ側には、下側のヨーク７４Ａのヨークテーパ面７４Ａｂに圧接する固定部テーパ面８Ａａを有する環状の保持部材８Ａを配設する。センサ収納部２１ｂには、開口部２１ｃから順番に、ヨーク７３Ａ，板ばね６Ａ，ヨーク７４Ａ、保持部材８Ａ，ベアリング３４を挿入して、その開口部２１ｃに環状の固定ねじ９Ａが固定される。

このようにしても、上側のヨーク７３Ａは、板ばね６Ａに押圧されることによって、常に、センサ収納部２１ｂの上側内壁２１ｄに圧接した状態に組み付けられ、また、下側のヨーク７４Ａも、板ばね６Ａに押圧させて、常に、ヨークテーパ面７４Ａｂが保持部材８Ａの固定部テーパ面８Ａａに圧接した状態に組み付けられて、がたつきがなく保持される。

なお、保持部材８Ａは、上側内周端部に固定部テーパ面８Ａａを有する環状部材からなり、センサ収納部２１ｂの開口部２１ｃの近傍に形成された段差部２１ｆに、上端面が当接するように固定ねじ９Ａによって固定されている。固定ねじ９Ａは、開口部２１ｃに形成された雌ねじ部に螺着される。

このように、本発明の変形例では、保持部材８Ａが、センサ収納部２１ｂの段差部２１ｆと、固定ねじ９Ａとによって固定されているので、ヨーク７３Ａ，７４Ａをしつかりと保持することができる。

また、ヨーク７３Ａ，７４Ａは、断面が略Ｅ字状に形成されて、コイル７１Ａ，７２Ａそれぞれ２つずつ備えてなる二層構造になっている。このように、ヨーク７３Ａ，７４Ａは、コイル７１Ａ，７２Ａを複数層に内設したコイルユニットの外枠であっても構わない。さらに、ヨーク７３Ａを分割し、複数層のコイルユニットを形成しても構わない。

≪その他の変形例≫
図２および図３に示す板ばね６は、センサ収納部２１ｂに収納されたヨーク７３，７４を付勢して、がたつきや、ヨーク７３，７４と保持部材８との隙間や、保持部材８とセンサ収納部２１ｂの内壁との隙間等を解消するための弾性材でればよい。例えば、板ばね６は、さらばねや、ばね座金、円筒形コイルばね、円錐形コイルばね、弾性片を一体形成した環状部材、ゴム材料からなるもの等でもよく、形状、種類、および材質は特に限定されない。

そして、板ばね６は、ヨーク７３，７４を軸方向に付勢するように組み付ければよい。例えば、板ばね６の設置位置は、上側のヨーク７３とセンサ収納部２１ｂの上側の内壁との間でもよく、設置位置は特に限定されない。

また、磁歪式トルクセンサ１は、操舵トルクに応じてモータを駆動して車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置１１に適用した場合を例に挙げて説明したが、その他に、自動車のトーションバーや、その他の各種装置に適用してもよい。

本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの設置状態を示す電動パワーステアリング装置の要部概略断面図である。 図２に示す磁歪式トルクセンサの要部拡大図である。 本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの変形例を示す図であり、磁歪式トルクセンサの設置状態を示す電動パワーステアリング装置の要部概略断面図である。 図４に示す磁歪式トルクセンサの要部拡大図である。 従来の電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 従来の電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサの設置状態を示す要部断面図である。

符号の説明

１，１Ａ 磁歪式トルクセンサ
２ センサ収容ケース（ハウジング）
３ 軸受
４ シャフト
５ 磁気特性変化部
６，６Ａ 板ばね（付勢手段）
７，７Ａ 検出部
８，８Ａ 保持手段（固定部）
８ａ，８ｂ，８Ａａ 固定部テーパ面
１１ 電動パワーステアリング装置
１４ モータ
２１ アッパケース部（ハウジング）
２１ｂ センサ収納部
７１，７２，７１Ａ，７２Ａ コイル
７３，７４，７３Ａ，７４Ａ ヨーク
７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂ，７４Ａｂ ヨークテーパ面
ｂ 所定距離
ｃ 所定隙間

Claims (4)

1. 回転自在なシャフトと、
   このシャフトの外周面に設けられて当該シャフトに印加されたトルクによって磁気特性が変化する磁気特性変化部と、
   当該磁気特性変化部の磁気特性の変化を検出する検出部と、を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記検出部は、前記磁気特性変化部と径方向に所定距離をおいて対向して配置されたコイルと、このコイルの周辺に設けられて当該コイルを保持するヨークと、を備えてなり、
   このヨークは、付勢手段により軸方向に付勢されると共に、当該ヨークの端部に形成されたヨークテーパ面と、当該ヨークをハウジングに保持する固定部に形成された固定部テーパ面と、が当接し合うことにより、前記シャフトの回転中心方向に押圧された状態で、前記ハウジングに形成された円筒状のセンサ収納部内に配設されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 複数の前記磁気特性変化部および複数の前記ヨークは、それぞれ軸方向に所定隙間を介して設けられ、
   前記複数のヨークは、当該複数のヨークの間に介在された前記固定部によって前記所定隙間の間隔に保持されてい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. 前記複数のヨーク間には、当該複数のヨークの軸方向の外周端部に面取りするようにそれぞれに形成された前記ヨークテーパ面が、前記固定部の軸方向の両端部内側にそれぞれ形成された前記固定部テーパ面に当接した状態に前記固定部が介在され、
   前記複数のヨークと前記固定部と前記付勢手段とは、隣設し合うもの同志が互いに前記付勢手段のばね力によって当接した状態で前記センサ収納部に収納されてい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. 操舵トルクに応じてモータを駆動して車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置に適用したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサ。

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