JP6362976B2 - トルクセンサおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルクセンサおよび電動パワーステアリング装置に関する。

たとえば特許文献１に記載されるように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）にはトルクセンサが備えられている。トルクセンサは、操舵トルクの印加を通じて捩れるトーションバーを有し、その捩れ角に応じて操舵トルクを検出する。ＥＰＳのモータは操舵トルクに応じたアシストトルクを発生させる。モータに適切なアシストトルクを発生させるためには、操舵トルクを適切に検出する必要がある。

特開２００７−９９００５号

トルクセンサの検出精度を十分に得るためには、トーションバーの軸方向の長さを確保する必要がある。しかし、トーションバーの長さを長くするほど、トルクセンサ、ひいてはＥＰＳの体格が大きくなり、車両に配置する際の自由度が低下するおそれある。

そのため、トルクセンサの検出精度を確保しつつ、トーションバーの軸方向における長さを短縮する工夫が必要であった。

上記目的を達成しうるトルクセンサは、第１の回転軸と第２の回転軸との間に連結されるトーションバーと、前記トーションバーの捩れ量に応じた電気信号を生成するセンサとを備えている。前記トーションバーは、前記第１の回転軸に連結される第１の軸部と、前記第１の軸部と同軸上に設けられて前記第２の回転軸に連結される第２の軸部と、前記第１の軸部の外周を覆った状態で前記第１の軸部における前記第１の回転軸と反対側の端部と前記第２の軸部とを連結する連結部と、を含んでいる。前記連結部は、前記第１の軸部の外周を覆うかたちで同心状に設けられる２つの筒部を有し、これら筒部の第１の端部は当該筒部の半径方向において互いに連結されている。前記２つの筒部のうち、内側の筒部の第２の端部は前記第１の軸部に連結され、外側の筒部の第２の端部に連結されている。

上記目的を達成しうるトルクセンサは、第１の回転軸と第２の回転軸との間に連結されるトーションバーと、前記トーションバーの捩れ量に応じた電気信号を生成するセンサと、を備えている。前記トーションバーは、前記第１の回転軸または前記第２の回転軸に連結される軸部と、前記軸部の外周を覆った状態で前記軸部と前記第２の回転軸との間を連結する筒部とを有している。前記筒部は、前記軸部が挿通される周壁と、前記周壁における前記第１の回転軸と反対側の端部に設けられて前記軸部が連結される底壁とを有している。前記周壁は、その外周が前記第２の回転軸により覆われる状態に設けられ、かつ前記底壁と反対側の端部における外周面において前記第２の回転軸に連結される。

上記目的を達成しうるトルクセンサは、第１の回転軸と第２の回転軸との間に連結されるトーションバーと、前記トーションバーの捩れ量に応じた電気信号を生成するセンサとを備えている。前記トーションバーは、前記第１の回転軸に連結される第１の軸部と、前記第１の軸部と同軸上に設けられて前記第２の回転軸に連結される第２の軸部と、前記第１の軸部の外周を覆った状態で前記第１の軸部における前記第１の回転軸と反対側の端部と前記第２の軸部とを連結する連結部と、を含んでいる。前記連結部は、前記第１の軸部の外周を覆うかたちで同心状に設けられる少なくとも３つの筒部を有し、これら筒部の半径方向において互いに隣り合う筒部は、それらの第１の端部同士および第２の端部同士が前記半径方向において交互に連結されている。前記少なくとも３つの筒部のうち、最も内側の筒部における他の筒部と連結されていない第１または第２の端部は前記第１の軸部に、最も外側の筒部における他の筒部と連結されていない第１または第２の端部は前記第２の軸部に連結されている。

これらの構成によれば、トーションバーは軸部と筒部からなる多重構造を有しており、トーションバーを介して連結される第１の回転軸と第２の回転軸との間の力の伝達する経路がより長くなるように設定されている。そのため、軸方向の長さを短く設定してもトーションバーの捩ることのできる長さを確保することができる。トルクセンサの検出精度を十分に確保しつつ、軸方向の長さを短く設定することができる。

前記軸部と前記筒部は、それぞればね定数が略等しく設定されることが好ましい。
この構成によれば、軸部と筒部のばね定数を略等しく設定することにより、各部が一体化してなるトーションバーのばね定数を略一つに設定することができる。そのため、トーションバーの固有振動数を略一つに設定することができる。

前記筒部の周壁には、穴を設けてもよい。
この構成によれば、筒部に設けられる穴により、筒部の剛性を調整することができる。また、複数の筒部を持たせる場合には、たとえば、各筒部の肉厚を同じにしても、それぞれの筒部の剛性を、穴を設けて調整することにより、各筒部のばね定数を等しく設定することができる。このため、それぞれの筒部を同じ肉厚にすることができる。

前記トルクセンサは電動パワーステアリング装置に好適である。
この構成によれば、前記のトルクセンサを採用することにより、ＥＰＳの軸方向の長さを短縮することができる。そのため、ＥＰＳの車両への配置が容易となる。

本発明に係るトルクセンサによれば、トルクセンサの精度を確保しつつ、トーションバーの軸方向における長さを短縮することができる。

一実施の形態におけるステアリング装置の構成を示すブロック図。 一実施の形態におけるトーションバーの断面図。 他の形態におけるトーションバーの断面図。

以下、トルクセンサを車両の電動パワーステアリング装置に適用した一実施形態について説明する。ここでは、いわゆるデュアルピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＤＰ−ＥＰＳ）を例に挙げる。

図１に示すように、ＥＰＳ１０は運転者のステアリングホイール２１の操作に基づいて転舵輪２９を転舵させる操舵機構２０、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３０、およびステアリングホイール２１に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサ５０を備えている。

操舵機構２０は、ステアリングホイール２１およびステアリングホイール２１と一体回転するステアリングシャフト２２を備えている。ステアリングシャフト２２は、ステアリングホイール２１と連結されたコラムシャフト２３と、コラムシャフト２３の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２４、およびインターミディエイトシャフト２４の下端部に連結された第１ピニオンシャフト２５を有している。第１ピニオンシャフト２５の下端部は、第１ピニオンシャフト２５に交わる方向へ延びるラックシャフト２６（正確にはそのラック歯２６ａ）に噛合っている。したがって、ステアリングシャフト２２の回転運動は、第１ピニオンシャフト２５およびラックシャフト２６からなる第１ラックアンドピニオン機構２７を介してラックシャフト２６の軸方向の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト２６の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２８を介して左右の転舵輪２９にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪２９の転舵角が変化する。

アシスト機構３０は、アシスト力の発生源であるモータ３１、モータ３１に連結されるウォームシャフト３２、ウォームシャフト３２と噛み合うウォームホイール３３、およびウォームホイール３３と一体的に回転する第２ピニオンシャフト３４を備えている。第２ピニオンシャフト３４の下端部はラックシャフト２６（正確にはそのラック歯２６ｂ）に噛合っている。したがって、第２ピニオンシャフト３４の回転運動は、第２ピニオンシャフト３４およびラックシャフト２６からなる第２ラックアンドピニオン機構２７ａを介してラックシャフト２６の軸方向の往復直線運動に変換される。すなわち、モータ３１によりラックシャフト２６の軸方向のアシスト力が付与されることにより、運転者のステアリング操作は補助される。ＥＣＵ４０はトルクセンサ５０の検出結果に基づいてモータ３１を制御する。

トルクセンサ５０は、コラムシャフト２３に設けられている。トルクセンサ５０は、運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト２２に付与される操舵トルクτを検出する。トルクセンサ５０は、ＥＣＵ４０に対して独立して設けられている。トルクセンサ５０は、運転者が操作するステアリングホイール２１に対してできるだけ近付けて設けられることが好ましい。より検出効率を高めることができるからである。

図２に示すように、コラムシャフト２３は、ステアリングホイール２１側のインプットシャフト２３ａと、インターミディエイトシャフト２４側のロアシャフト２３ｂとが、トーションバー２３ｃを介して同一の軸ｍ上で連結されている。ステアリングホイール２１の操作に伴って、インプットシャフト２３ａに操舵トルクτが付与されると、この操舵トルクτがインプットシャフト２３ａからトーションバー２３ｃを介してロアシャフト２３ｂに伝達される際にトーションバー２３ｃに捩れ変形が生じる。これにより、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間には、操舵トルクτに応じた相対的な回転変位が生じる。

トルクセンサ５０は、インプットシャフト２３ａの端部に取り付けられる多極磁石５１と、ロアシャフト２３ｂの端部に設けられる一組の磁気ヨーク５２，５３、および一組の磁気ヨーク５２，５３の間に生じる磁束密度を検出する磁気センサ５４を有している。

多極磁石５１は、円筒状に設けられるともに、Ｎ極およびＳ極の各磁極が周方向に交互に配置されている。一組の磁気ヨーク５２，５３は、それぞれ円筒状に設けられている。一組の磁気ヨーク５２，５３は、それぞれ同一の軸ｍ上に設けられ、かつ軸ｍに平行な方向において互いに対向している。一組の磁気ヨーク５２，５３の内部には多極磁石５１が挿入されている。一組の磁気ヨーク５２，５３の内周面は、それぞれ多極磁石５１の外周面に近接している。一組の磁気ヨーク５２，５３は、それぞれ多極磁石５１の磁極と同数の爪（図示しない）を有している。各爪は、一組の磁気ヨーク５２，５３の内周全周にわたって等間隔に設けられている。一組の磁気ヨーク５２，５３は、互いの爪が周方向にずれて交互に配置されるように、固定部５５により位置決めされている。また、一組の磁気ヨーク５２，５３と多極磁石５１は、トーションバー２３ｃが捩れていない状態で、一組の磁気ヨーク５２，５３の各爪の中心と多極磁石５１のＮ極とＳ極との各境界とが一致するように配置されている。

磁気センサ５４は、軸方向に対向する一方の磁気ヨーク５２と他方の磁気ヨーク５３との間に形成される隙間に挿入されている。磁気センサ５４は、一組の磁気ヨーク５２，５３と接触しないように設けられている。たとえば磁気センサ５４は磁気ヨーク５２，５３の外側に設けられるセンサハウジング（図示しない）に固定される。本実施形態では、磁気センサ５４の一例としてホール素子が採用されている。インプットシャフト２３ａに操舵トルクτが入力されることにより、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間に相対的な回転変位が生じる。すると、多極磁石と一組の磁気ヨーク５２，５３との位置関係が変化するため、一組の磁気ヨーク５２，５３の間の隙間に発生する磁束密度、ひいては磁気センサ５４へ作用する磁束密度も変化する。磁気センサ５４は、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間の相対的な回転変位、すなわちトーションバー２３ｃの捩れ角に応じた電気信号を生成する。

ＥＣＵ４０は、磁気センサ５４により生成される電気信号に基づき操舵トルクτを演算し、この算出される操舵トルクτに応じてモータ３１を制御する。
なお、ＥＣＵ４０は、アシスト機構３０、正確には制御対象であるモータ３１の近くに設けられることが好ましい。ＥＣＵ４０は、たとえばアシスト機構３０のハウジングに設けられてもよい。ＥＣＵ４０をモータ３１に近づけるほど、ＥＣＵ４０とモータ３１との間の配線を短縮することが可能である。ＥＣＵ４０とモータ３１との間の信号の伝達時間のロスなどを低減することもできる。

次に、トーションバー２３ｃの構成について詳述する。
図２に示すように、トーションバー２３ｃは複数の軸部と複数の筒部からなる多重構造を有している。すなわち、トーションバー２３ｃは、軸ｍに沿って延びる第１軸部６０と、第１軸部６０を覆う円筒状の第１筒部６１と、第１筒部６１を覆う円筒状の第２筒部６２と、軸ｍに沿って延びる第２軸部６３とを有している。トーションバー２３ｃの各部材（６０〜６３）は、それぞれのばね定数が等しく設定されている。

第１軸部６０および第２軸部６３は、同一の軸ｍ上、かつ軸ｍの延びる方向において間隔をおいて設けられている。第１軸部６０の上端には接続部６０ａが設けられている。接続部６０ａの外径は、第１軸部６０の他の部分の外径よりも大きく、且つインプットシャフト２３ａの外径よりも小さく設定されている。接続部６０ａはインプットシャフト２３ａに連結されている。第１軸部６０の下端（図２中の左端）は、軸ｍの延びる方向において第２軸部６３の上端（図２中の右端）に対向している。第２軸部６３の下端には接続部６３ａが設けられている。接続部６３ａの外径は、第２軸部６３の他の部分の外径よりも大きく、かつロアシャフト２３ｂの外径よりも小さく設定されている。接続部６３ａはロアシャフト２３ｂに連結されている。なお、トーションバー２３ｃの各部材は同じ材質であって、その材質の一例としてはばね鋼鋼材などの金属が用いられる。

第１筒部６１には第１軸部６０が挿入されている。第１筒部６１の内径は第１軸部６０の外径より大きく設定されている。そのため、第１筒部６１の内周面と第１軸部６０の外周面との間には隙間６４が存在する。また、第１筒部６１の下端における内周面には、環状に突出した第１の連結部６５が形成されている。第１の連結部６５の内径は第１軸部６０の外径と同程度に設定（縮径）されている。第１の連結部６５は、第１軸部６０の下端における外周面に固定されている。第１筒部６１の周壁には、その内外を貫通する複数の第１の孔部６８が設けられている。第１の孔部６８は円形状であってもよい。

第２筒部６２には第１筒部６１が挿入されている。第２筒部６２の内径は第１筒部６１の外径より大きく設定されている。そのため、第２筒部６２と第１筒部６１との間には隙間６６が存在する。第２筒部６２の上端における内周面には、環状に突出した第２の連結部６７が形成されている。第２の連結部６７の内径は第１筒部６１の外径と同程度に設定（縮径）されている。第２の連結部６７は、第１筒部６１の上端における外周面に固定されている。

また、第２筒部６２の軸ｍに沿った方向における長さは第１筒部６１よりも長く設定されている。このため、第２筒部６２の下端は、第１筒部６１の下端よりも下方に位置している。第２筒部６２の下端には第３の連結部６９が設けられている。第３の連結部６９は、軸ｍに沿った下方へ向かうにつれて縮径するテーパ状に設けられている。第３の連結部６９の開口径は第２軸部６３の上端の外径と同程度に設定されている。第３の連結部６９の開口には、第２軸部６３の上端部がわずかに挿入されている。この状態で、第３の連結部６９は第２軸部６３の上端部の外周面に固定されている。第２筒部６２には、その内外を貫通する複数の第２の孔部７０が設けられている。第２の孔部７０は、第１の孔部６８と同一の内径を有する円形状であってもよい。

なお、第１〜第３の連結部６５，６７，６９の固定手段としては、たとえば溶接を採用してもよい。また、第１筒部６１の厚さｔ１と第２筒部６２の厚さｔ２とは等しい厚さに設定されることが好ましい。第１筒部６１および第２筒部６２は同一の板材から製作することができるからである。この場合、第２の孔部７０の個数は第１の孔部６８より多く設けることが好ましい。この点については、後に詳しく述べる。

つぎに、トーションバー２３ｃを製作する工程について説明する。
まず第１軸部６０および第２軸部６３を用意する。第１軸部６０および第２軸部６３はそれぞれ従来と同様のトーションバーからなる。ここでは、第１軸部６０の軸ｍに沿った方向の長さは第２軸部６３の軸ｍに沿った方向の長さよりも長く設定される。

つぎに、第１筒部６１および第２筒部６２を用意する。
第１筒部６１および第２筒部６２の厚さｔ１，ｔ２を同一に設定する場合、第１筒部６１および第２筒部６２はそれぞれ同一の板材から形成することができる。第１筒部６１および第２筒部６２は、それぞれ同じ材質の同じ厚さの板材を所定の寸法に切り取り、円筒状に丸めて端を溶接により固定することにより得られる。第１筒部６１および第２筒部６２にそれぞれ第１および第２の孔部６８，７０を設ける場合、切り取った板材を丸める前に当該板材に打ち抜き加工などを通じて第１および第２の孔部６８，７０を形成する。その後、第１の孔部６８または第２の孔部７０が形成された板材を円筒状に丸めて端を溶接などにより固定する。

そして、第１筒部６１に対応する円筒の一端を、その内径が第１軸部６０の外径と同一となるように折り曲げて縮径させる。これにより、第１筒部６１に対応する円筒の一端に第１の連結部６５が形成される。また、第２筒部６２に対応する円筒の第１の端部を、その内径が第１筒部６１の外径と同一となるように折り曲げて縮径させる。これにより、第２筒部６２に対応する円筒の第１の端部に第２の連結部６７が形成される。また、第２筒部６２に対応する円筒の第２の端部を、その開口径が第２軸部６３の外径と同一となるように折り曲げて縮径させる。これにより、第２筒部６２に対応する円筒の第２の端部に第３の連結部６９が形成される。

つぎに、第１軸部６０、第１筒部６１、第２筒部６２、および第２軸部６３を組み立てる。まず第１筒部６１における第１の連結部６５と反対側の端部から第１軸部６０を挿入し、この第１軸部６０の先端（図２中の左端）に、第１の連結部６５を溶接により固定する。つぎに、第１軸部６０が固定された第１筒部６１を、第２筒部６２における第２の連結部６７側の端部から挿入し、第１筒部６１における第１の連結部６５と反対側の端部（図２中の右端）に第２の連結部６７を溶接により固定する。最後に、第２筒部６２における第３の連結部６９の開口に第２軸部６３をわずかに挿入し、この第２軸部６３に第３の連結部６９を溶接により固定すれば、トーションバー２３ｃの製造は完了となる。第１軸部６０、第１筒部６１、第２筒部６２、および第２軸部６３は一体化した状態に維持される。

なお、第２軸部６３と第２筒部６２とを先に連結し、その後第２筒部６２を第１筒部６１に連結してもよい。
次にトーションバー２３ｃの作用について詳述する。

操舵トルクτが印加されることによってトーションバー２３ｃには軸ｍを中心として捩れ変形が生じる。このトーションバー２３ｃの捩れ変形に伴い、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間には相対的な回転変位が生じる。棒状のトーションバーの場合、同一の操舵トルクτが印加されるとき、同じ材質であれば、その軸ｍ方向の長さが長いほど捩れ変形することができる量は大きい。

インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間に相対的な回転変位が生じるとき、多極磁石５１と一組の磁気ヨーク５２，５３との間にも相対的な回転変位が生じるため、一組の磁気ヨーク５２，５３間に付与される磁束密度が変化する。したがって、磁気センサ５４は、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの相対的な回転変位に応じた電気信号を生成する。ＥＣＵ４０は、単純には磁気センサ５４により生成される電気信号に基づきトーションバー２３ｃの捩れ角を算出し、当該算出される捩れ角にトーションバー２３ｃのばね定数を乗算することにより操舵トルクτを検出する。そのため、トルクセンサ５０によりトーションバー２３ｃの捩れ角を検出する精度は、操舵トルクτを検出する精度に大きく関係する。同一の操舵トルクτが印加されるとき、トーションバー２３ｃの捩れ角が大きくなるほど、すなわちインプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの相対的な回転変位が大きくなるほど、トルクセンサ５０の捩れ角の検出精度は高くなる。そのため、従来と同じ棒状のトーションバーであれば、その軸ｍ方向の長さが長いほど、トルクセンサ５０の検出精度は向上する。

従来のトーションバーは、第１軸部６０を軸ｍ方向に延長して第２軸部６３と接続されるような、単純な棒状の構造をなしている。そのため、従来のトーションバーの捩り角を大きくするためには、トーションバーの軸ｍ方向の長さを長くする必要があった。しかし、トーションバーの軸ｍ方向の長さを長くするほど、トルクセンサ５０全体としての軸ｍ方向の長さも長くなる。トーションバーが軸ｍ方向に長くなりすぎることは、ＥＰＳ１０を車両に配置する際の自由度を失わせることになるため、好ましくない。特に、図１に示されるように、車両にトルクセンサ５０を単体で配置する場合、トルクセンサ５０の軸ｍ方向における長さを短縮することが要求される。

この点、本実施形態でのトーションバー２３ｃでは、第１軸部６０に第１筒部６１が接続され、第１筒部６１に第２筒部６２が接続され、第２筒部６２に第２軸部６３が接続されている。トーションバー２３ｃの各部材（６０〜６３）は、一体化されているため、トーションバー２３ｃの各部材（６０〜６３）は、それぞれインプットシャフト２３ａを介して操舵トルクτが印加されることにより捩れ変形する。

ところで、従来のトーションバーを採用する場合、従来のトーションバーの軸ｍ方向の長さがトーションバー２３ｃの軸方向の長さＬと同じであるとき、従来のトーションバー２３ｃの捩ることのできる長さも長さＬ（正確には、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間の長さ）である。

しかし、トーションバー２３ｃの捩ることのできる長さＬ２３ｃは、次式（Ａ）で示されるように、単純に表記すると、各部材（６０〜６３）の軸ｍ方向の長さの和である。
Ｌ２３ｃ＝Ｌ６０＋Ｌ６１＋Ｌ６２＋Ｌ６３… （Ａ）
ただし、Ｌ６０は第１軸部の長さ、Ｌ６１は第１筒部６１の長さ、Ｌ６２は第２筒部６２の長さ、Ｌ６３は第２軸部６３の長さである。

長さＬ６０，Ｌ６１，Ｌ６２，Ｌ６３の和は長さＬに比べて長く設定することができる。そのため、トーションバー２３ｃの軸ｍ方向の長さを短く設定しつつ、トーションバー２３ｃの捩ることのできる長さＬ２３ｃを長く設定することができる。すなわち、トーションバー２３ｃの軸ｍ方向の長さを短く設定しても、トルクセンサ５０の精度を維持しうる。

ここで、第１軸部６０，第１筒部６１，第２筒部６２，および第２軸部６３は、それぞれ別の部材により形成されているために、応力集中することが考えられる。しかし、トーションバー２３ｃの各部材（６０〜６３）のばね定数はそれぞれ等しく設定され、各部材（６０〜６３）は一体化して設けられている。そのため、トーションバー２３ｃが軸ｍを中心として捩り変形される場合には、応力は各部材（６０〜６３）に均等に作用する。したがって、応力が一点に集中し難い。

また、第１軸部６０，第１筒部６１，第２筒部６２，および第２軸部６３は、それぞれの部材に固有の固有振動数（共振周波数）をもつ。固有振動数とは、その部材が有している最も振動しやすい振動数のことである。たとえば、車両の揺れの振動数と、ある部材の固有振動数が一致する場合には、当該部材は共振するため、より大きく揺れる。そのため、トーションバー２３ｃが複数の固有振動数を有するのは好ましくなく、トーションバー２３ｃは一つの固有振動数のみが設定されていることが好ましい。ここで、自由振動における固有振動数は、一般的にばね定数の平方根に比例する。本実施形態のトーションバー２３ｃは、第１軸部６０，第１筒部６１，第２筒部６２，および第２軸部６３が一体化して設けられているため、各部材（６０〜６３）のばね定数を等しく設定することにより、トーションバー２３ｃの各部材（６０〜６３）の固有振動数をそれぞれ等しく設定することができる。そのため、トーションバー２３ｃは一つの固有振動数のみが設定される。

なお、固有振動数はトーションバー２３ｃの質量にも関係するが、実際にはステアリングホイール２１やインプットシャフト２３ａなどの方がトーションバー２３ｃよりも十分重い。このため、トーションバー２３ｃの質量は考慮しなくてよい。

トーションバー２３ｃの第１軸部６０、第１筒部６１、第２筒部６２、および第２軸部６３はその径が大きくなるにつれて、軸ｍを中心とする捩り変形に対する剛性は大きくなる（ばね定数は小さくなる）。たとえば、同じ厚さｔ１，ｔ２で同じ材質から第１筒部６１および第２筒部６２を形成したとしても、通常は第１筒部６１と第２筒部６２とは同じばね定数にはならない。

したがって、第１軸部６０、第１筒部６１、第２筒部６２、および第２軸部６３をそれぞれ同じばね定数に設定するために、第１筒部６１および第２筒部６２の周壁にそれぞれ第１の孔部６８および第２の孔部７０を設けている。

第１筒部６１に設けられた第１の孔部６８により、第１筒部６１は変形しやすくなり、第１筒部６１の剛性は小さくなる（ばね定数は大きくなる）。また、第２筒部６２に設けられた第２の孔部７０により、第２筒部６２の剛性は小さくなる（ばね定数は大きくなる）。第２筒部６２の径は第１筒部６１の径よりも大きいため、第２の孔部７０の個数は第１の孔部６８よりも多く設けられる。第１の孔部６８および第２の孔部７０の個数を適宜調節することにより、第１筒部６１および第２筒部６２のばね定数は調節され、各部材（６０〜６３）のばね定数は等しく設定される。トーションバー２３ｃの各部材のばね定数が等しく設定されることにより、トーションバー２３ｃは単一の固有振動数を持つ。

ちなみに、単一に設定する固有振動数は人が不快に感じ難い振動数に設定されることが好ましい。たとえば数Ｈｚ以下の低振動数だと人は振動を感知して、振動した際に人に不快感を与えてしまうし、可聴領域だと騒音として人に不快感を与えてしまう。そのため、単一に設定する固有振動数は、前記振動数領域を避けて設定されることが好ましい。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）トーションバー２３ｃは第１軸部６０、第１筒部６１、第２筒部６２、および第２軸部がそれぞれ接続されて多重構造をなしている。このため、トーションバー２３ｃの軸ｍ方向の長さを短く設定してもトーションバー２３ｃの捩ることのできる長さを確保することができる。したがって、トルクセンサ５０の検出精度を十分に確保することができる。また、トーションバー２３ｃの軸ｍ方向の長さを短く設定することができるので、トルクセンサ５０、ひいてはＥＰＳ１０の体格を小さくすることが可能である。このため、ＥＰＳ１０の車両での配置の自由度を向上させることが可能である。また、トーションバー２３ｃは従来と同様の使い方ができる。すなわち、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間にトーションバー２３ｃの両端（本例では、第１軸部６０の第１接続部６０ａおよび第２軸部６３の第２接続部６３ａ）をインプットシャフト２３ａおよびロアシャフト２３ｂに接続するだけである。トルクセンサ５０を取り付けるための新しい構成を必要としない。

（２）第１軸部６０，第１筒部６１，第２筒部６２，および第２軸部６３のばね定数がそれぞれ等しく設定されている。そのため、トーションバー２３ｃの固有振動数を１つに設定することも可能となり、共振を起こす固有振動数をより少なく設定することができる。

（３）第１筒部６１および第２筒部６２の周壁にそれぞれ第１の孔部６８および第２の孔部７０を設けることにより、第１筒部６１および第２筒部６２のばね定数を調節し、各部材（６０〜６３）のばね定数を等しく設定することができる。さらに、第１の孔部６８および第２の孔部７０により第１筒部６１および第２筒部６２のばね定数を変更することができるので、第１筒部６１および第２筒部６２の厚さｔ１，ｔ２を等しく設定することができる。

（４）トーションバー２３ｃの固有振動数を、人が不快に感じる振動数領域を避けて設定することにより、ある振動が固有振動数と一致して増幅されたとしても、人が振動により感じる不快感を低減することができる。

なお、前記実施形態は次のように変更してもよい。なお、以下の他の実施の形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・第１筒部６１の厚さｔ１および第２筒部６２の厚さｔ２を調整することによって、第１筒部６１および第２筒部６２のばね定数を調節することができる。すなわち、厚さｔ１と厚さｔ２が等しく設定されなくてよい。その場合、第１の孔部６８および第２の孔部７０は必ずしも設けなくてもよい。

・第１の連結部６５および第２の連結部６７は折り曲げ形成されていなくてもよい。たとえば第１の連結部６５は第１筒部６１とは別部材として設けられ、第１軸部６０と第１筒部６１の間の隙間６４を埋めるような円環状に形成されていてもよい。この場合の第１の連結部６５は、内径が第１軸部６０の外径と、外径が第１筒部６１の内径とほぼ等しくなるように設定される。第２の連結部６７についても同様である。

・第１の孔部６８および第２の孔部７０の径の大きさを変えてばね定数を調節してもよい。この場合、第２の孔部７０の径は、第１の孔部６８の径よりも大きく設定する。ただし、径が大きいほど応力が集中してしまうため、第１の孔部６８および第２の孔部７０の径は小さい方が好ましい。

・第１の孔部６８および第２の孔部７０の形状は円形であることが好ましいが、どのような形状であってもよい。たとえば、四角形であってもよい。
・本実施形態では、多極磁石５１、磁気ヨーク５２，５３、および磁気センサ５４を備えるトルクセンサを採用したが、どのような検出構造であってもよい。

・磁気センサ５４はたとえばホール素子が用いられたが、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）などの他の磁気検出素子を採用してもよい。また、磁気検出素子でなくても、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂの相対的な位置変化を検出するポテンショメータを用いてもよい。

・トーションバー２３ｃは単一の固有振動数となるように、第１軸部６０，第１筒部６１，第２筒部６２，および第２軸部６３のばね定数をそれぞれ等しく設定したが、トーションバー２３ｃは複数の固有振動数を持っていてもよい。ただし、できるだけ少ない固有振動数を持つことが好ましく、かつ固有振動数は人が不快に感じる振動数領域を避けて設定されることが好ましい。

・図３に示すように、第１軸部６０と第１軸部６０に接続される第１筒部６１からなるトーションバー２３ｃを採用してもよい。ロアシャフト２３ｂの上部（図３中の右端）には、トーションバー２３ｃを収容する収容部５６を設ける。収容部５６の内径は、第１筒部６１の外径よりも大きく設定される。収容部５６の軸ｍ方向の長さは第１筒部６１の軸ｍ方向の長さよりも長く設定される。この場合、トーションバー２３ｃの捩ることのできる長さを十分に確保するために、収容部５６の上部における内周面と第１筒部６１の上部における外周面とが接続されることが好ましい。トーションバー２３ｃ（第１筒部６１）は、ロアシャフト２３ｂにより覆われた状態（収容部５６に収容された状態）に維持される。なお、ロアシャフト２３ｂ（収容部５６）の上端（図３中の右端）における周面には、多極磁石５１が設けられている。また、インプットシャフト２３ａの下端には、一組の磁気ヨーク５２，５３が設けられている。一組の磁気ヨーク５２，５３の間には磁気センサ５４が設けられている。

なお、図３に示される構成を採用する場合、第１軸部６０および第１筒部６１は別々の部材ではなく、１つの部材として形成されてもよい。
・本実施形態では、第１筒部６１および第２筒部６２を設けたが、さらに第３筒部を設けてもよい。すなわち、３重以上の構造であってもよい。たとえば３重筒構造の場合、図２に示される第２筒部６２の径方向外側に第３筒部が設けられ、第３筒部と第２筒部６２はそれらの下端で接続される。そして、たとえば図３に示すようにインプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂを設けることにより、第３筒部の上端における外周面はロアシャフト２３ｂの収容部５６における内周面に接続される。４つ以上の筒部を設ける場合も同様である。

・本実施形態では、第１軸部６０をインプットシャフト２３ａに連結し、第２軸部６３をロアシャフト２３ｂに連結したが、逆にしてもよい。すなわち、第１軸部６０をロアシャフト２３ｂに連結し、第２軸部６３をインプットシャフト２３ａに連結してもよい。

・本実施形態では、ＥＰＳ１０としてＤＰ−ＥＰＳを例に挙げたが、ＥＰＳ１０はコラムタイプ（Ｃ−ＥＰＳ）、ラックダイレクト（ＲＤ−ＥＰＳ）など、どのようなタイプであってもよい。

次に前記実施形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記センサは、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸の相対回転角度に応じた電気信号を生成する。

この構成によれば、センサはトーションバーの両端に接続されている第１および第２回転軸の相対回転角度を検出する。相対回転角度からトルクを計算することができる。

１０…ＥＰＳ、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイール、２２…ステアリングシャフト、２３…コラムシャフト、２３ａ…インプットシャフト、２３ｂ…ロアシャフト、２３ｃ…トーションバー、２４…インターミディエイトシャフト、２５…ピニオンシャフト、２６…ラックシャフト、２７…第１ラックアンドピニオン機構、２７ａ…第２ラックアンドピニオン機構、２８…タイロッド、２９…転舵輪、３０…アシスト機構、３１…モータ、３２…ウォームシャフト、４０…ＥＣＵ、５０…トルクセンサ、５１…多極磁石、５２…磁気ヨーク、５３…磁気ヨーク、５４…磁気センサ、５５…固定部、５６…収容部、６０…第１軸部、６０ａ…第１接続部、６１…第１筒部、６２…第２筒部、６３…第２軸部、６３ａ…第２接続部、６４…隙間、６５…第１の連結部、６６…隙間、６７…第２の連結部、６８…第１の孔部、６９…第３の連結部、７０…第２の孔部。

Claims (5)

1. 第１の回転軸と第２の回転軸との間に連結されるトーションバーと、前記トーションバーの捩れ量に応じた電気信号を生成するセンサとを備え、
   前記トーションバーは、前記第１の回転軸に連結される中実の第１の軸部と、前記第１の軸部と同軸上に設けられて前記第２の回転軸に連結される中実の第２の軸部と、前記第１の軸部の外周を覆った状態で前記第１の軸部における前記第１の回転軸と反対側の端部と前記第２の軸部とを連結する連結部と、を含み、
   前記連結部は、前記第１の軸部の外周を覆うかたちで同心状に設けられる円筒状の第１筒部及び円筒状の第２筒部からなる２つの筒部を有し、これら筒部の第１の端部は当該筒部の半径方向において互いに連結され、
   前記２つの筒部のうち、内側の前記第１筒部の第２の端部は前記第１の軸部に連結され、外側の前記第２筒部の第２の端部は前記第２の軸部に連結されているトルクセンサ。
2. 第１の回転軸と第２の回転軸との間に連結されるトーションバーと、前記トーションバーの捩れ量に応じた電気信号を生成するセンサとを備え、
   前記トーションバーは、前記第１の回転軸に連結される中実の第１の軸部と、前記第１の軸部と同軸上に設けられて前記第２の回転軸に連結される中実の第２の軸部と、前記第１の軸部の外周を覆った状態で前記第１の軸部における前記第１の回転軸と反対側の端部と前記第２の軸部とを連結する連結部と、を含み、
   前記連結部は、前記第１の軸部の外周を覆うかたちで同心状に設けられる少なくとも３つの円筒状の筒部を有し、これら筒部の半径方向において互いに隣り合う筒部は、それらの第１の端部同士および第２の端部同士が前記半径方向において交互に連結され、
   前記少なくとも３つの筒部のうち、最も内側の筒部における他の筒部と連結されていない第１または第２の端部は前記第１の軸部に、最も外側の筒部における他の筒部と連結されていない第１または第２の端部は前記第２の軸部に連結されているトルクセンサ。
3. 請求項１または２に記載のトルクセンサにおいて、
   前記軸部と前記筒部とを構成する各部材のばね定数が略等しく設定されるトルクセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルクセンサにおいて、
   前記筒部の周壁には、穴が設けられているトルクセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルクセンサを有する電動パワーステアリング装置。