JPH08327473A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低廉で耐久信頼性に優れるトルクセンサを提供
する。 【構成】操舵機構側軸２の軸端外周部に同心状に固定さ
れた径の相異なる各々のリング状の多極磁石５，６と、
多極磁石５，６と同一形状で且つ同一の着磁ピッチを有
する操舵側軸１の軸端外周部に同心状に固定された各々
のリング状の多極磁石７，８と、トーションバー３の径
よりも大きい径の孔が形成された環状の基板１２の一方
面に多極磁石５，６および多極磁石７，８のうち外側に
位置する各々の多極磁石６，８に対応する位置と内側に
位置する各々の多極磁石５，７に対応する位置とに磁気
抵抗素子１０として機能する抵抗膜パターンがそれぞれ
形成されている構成とした

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、自動車の電動
パワーステアリング装置等に適用されるトルクセンサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の操舵輪を操作する力を補助する
パワーステアリング装置として、電動式の装置が開発さ
れている。これは、運転者の操舵トルクを検出し、その
検出トルクに応じて操舵機構に設けた電動機が操舵補助
力を発生する装置であり、油圧式のように、油圧ポンプ
駆動のためにエンジン出力を消費しないという特徴があ
る。

【０００３】この操舵トルク検出手段としては、信頼性
やコストの点から非接触で且つ検出特性が汚染によって
影響されにくい磁気式の検出手段が適しており、大きく
分けて、ステアリング軸に対して完全に非接触で操舵ト
ルクを検出できる磁気結合方式と、より安価な構成であ
る磁石とホール素子とを使用して印加トルクによるトー
ションバーの捩じれを検出する方式がある。

【０００４】従来の磁気結合方式のトルクセンサとして
は、例えば、特開平２−１０２４２８号公報に開示され
たものがあり、図８に示す構成のものとなっている。

【０００５】図８は、トルクセンサの構成を示す半裁断
面図であって、図示しない操舵輪を取付けている操舵側
軸１０１と、操舵機構が取付けられている操舵機構側軸
１０２とが、トーションバー１０３を介して同軸的にか
つ相対的に変位可能に連結されており、これらの軸は図
示していない他の部品に固定された筒状のケース１０９
によって回転自在に支持されている。

【０００６】そして、操舵側軸１０１の軸端部の外周に
は、非磁性体よりなる円筒部材１１３ａを介して、電気
伝導性を有する磁性体よりなる第１、第２の円筒コア１
０４，１０５が軸方向に適当な間隔をおいて並べられた
状態で操舵側軸１０１に嵌め込んで固定してある。

【０００７】また、操舵機構側軸１０２の軸端外周部に
は、非磁性体よりなる円筒部材１１３ｂを介して、磁性
体よりなる第３の円筒コア１０６が第２の円筒コア１０
５と適当な間隔をおいて固定してある。

【０００８】さらに、各円筒コア１０４，１０５および
１０６のそれぞれが対向する端面には、円周方向に連続
して等間隔に矩形状の複数の歯部１０４ａ，１０５ａお
よび１０６ａが形成されている。

【０００９】また、ケース１０９の内側には、磁性体か
らなるヨーク１１０ａ、１１０ｂのコ字形状断面の溝内
に、温度補償コイル１１１および磁気結合検出コイル１
１２がそれぞれ巻回されており、温度補償コイル１１１
はコア１０４と１０５に、磁気結合検出コイル１１２は
円筒コア１０５と１０６に股がるようにそれぞれ配置さ
れている。これら２つのコイルには、交流電源から交流
電流が流され、温度補償コイル１１１は円筒コア１０
４，１０５と、磁気結合検出コイル１１２はコア１０
５，１０６とそれぞれ磁気結合する。

【００１０】このような構成のトルクセンサにおいて
は、操舵側軸１０１にトルクが印加されてトーションバ
ー１０３が捩じれると、コア１０５の歯部１０５ａとコ
ア１０６の歯部１０６ａとの対向面積が変化して、両コ
ア間の磁気抵抗が変わり、磁気結合検出コイル１１２の
インピーダンスに変化が生じるため、磁気結合検出コイ
ル１１２に誘起される誘導電圧の変化を検出することに
より、トーションバー１０３に作用したトルクを検知す
ることができるものである。

【００１１】一方、磁石とホール素子を使用して印加ト
ルクによるトーションバーの捩じれを検出する方式とし
ては、例えば、特開昭６１−２３５２７０号公報に開示
されたものがあり、その原理的な構成は図９に示すよう
になっている。

【００１２】図９において、図示しない操舵輪を取付け
ている操舵側軸２０１と、操舵機構が取付けられている
操舵機構側軸２０２とが、トーションバー２０３を介し
て、相対的に回転変位可能に連結されており、これらの
軸はケース２０４によって、回転自在に支持されてい
る。

【００１３】また、操舵機構側軸２０２の軸端部には、
磁石２０５が固定されており、操舵側軸２０１の軸端部
には磁石２０５が発生する磁束を検出するホール素子２
０６が固定されている。さらに、操舵側軸２０１にはス
リップリング２０７が、ケース２０４にはブラシ２０８
が取付けられ、ホール素子２０６からの検出信号は、ス
リップリング２０７とブラシ２０８とを介して、ケース
２０４の外周に取り付けられた回路２０９によって増幅
され、操舵補助力を発生する電動機の制御回路に送られ
る。

【００１４】このような構成のトルクセンサにおいて
は、操舵側軸２０１よりトルクが印加されてトーション
バー２０３が捩れると、磁石２０４とホール素子２０５
とが相対的に変位し、磁石２０４より発生してホール素
子２０５を通過している磁束密度が変化することにより
印加トルクが検知されることとなる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の従来のトルクセンサにおいては、次のような
問題があった。

【００１６】すなわち、磁気結合方式のトルクセンサに
おいては、円筒コア間の磁気抵抗を高周波コイルである
磁気結合検出コイル１１２のインピーダンスの変化とし
て検出する方式を採用しているため、磁気結合検出コイ
ル１１２に精度の高い高周波電流を流し、磁気結合検出
コイル１１２に発生する誘導電圧の大きさと位相を精密
に検出するセンサ回路が必要であり、センサ回路が極め
て高価なものになるという問題があった。また、各コイ
ル１１１，１１２自体もトルクセンサを構成する他の部
品と比べて高価であり、結果として、安価なトルクセン
サを提供するのが難しいという問題があった。

【００１７】さらに、磁石とホール素子とを使用して印
加トルクによるトーションバーの捩じれを検出する方式
では、磁気結合方式のトルクセンサのように複雑な回路
を構成する必要はなく、磁石とホール素子も安価であ
り、低廉なトルクセンサを提供することはできるが、ホ
ール素子２０６が回転する操舵側軸２０１に実装されて
いるため、信号を取り出すスリップリング２０７が必要
となり、ブラシ２０８による導通が、操舵側軸２０１の
回転や振動により、瞬間的に途切れたり、長期の使用に
より、スリップリング２０７やブラシ２０８が摩耗する
ため、摩耗が著しい使用条件の場合には、その交換が必
要になる等の問題があり、これらの問題を解決すること
が課題であった。

【００１８】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたもので、低廉で耐久信頼性に優れるトルクセ
ンサを提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
トルクセンサは、トーションバーを介して同軸的に連結
され、且つ回転トルクが加わった際にトーションバーの
捩じれにより相対的に回転変位可能な２つの軸における
前記回転トルクを検出するトルクセンサにおいて、一方
の軸の軸端外周部に同心状に固定された径の相異なる各
々のリング状の多極磁石と、前記各々のリング状の多極
磁石と同一形状で且つ同一の着磁ピッチを有するととも
に着磁面が前記各々のリング状の多極磁石の着磁面と対
向して他方の軸の軸端外周部に同心状に固定された各々
のリング状の多極磁石と、トーションバーの径よりも大
きい径の孔が形成された環状の基板とを備え、前記基板
のその一方面に前記一方の軸の軸端外周部に同心状に固
定された各々の多極磁石および前記他方の軸の軸端外周
部に固定された各々の多極磁石のうち外側に位置する各
々の多極磁石に対応する位置と内側に位置する各々の多
極磁石に対応する位置とに磁気抵抗素子として機能する
抵抗膜パターンがそれぞれ形成されているとともに、前
記基板は、ベアリング等を介して軸を支持するケースに
固定され、かつ、前記トーションバーの径よりも大きい
径の孔にトーションバーが挿入されかつ前記一方の軸の
軸端外周部に固定された各々の多極磁石と他方の軸の軸
端外周部に固定された各々の多極磁石との間に前記抵抗
膜パターンが配設されている構成とし、請求項２とし
て、一方の軸の軸端外周部に固定された各々の多極磁石
および他方の軸の軸端外周部に固定された各々の多極磁
石は、トルクが印加されていない状態において、内側と
外側の多極磁石同士の各々の位置関係のうちいずれか一
方は内側および外側の多極磁石の同極同士が同一の角度
位置に位置し、且つ、他方は内側および外側の多極磁石
の異極同士が同一の角度位置に位置する位置関係にある
とともに、着磁面が対向する多極磁石同士の各々の位置
関係においては、それぞれ着磁ピッチの半分の角度分だ
け互いにずれた状態の位置にある構成とし、請求項３と
して、磁気抵抗素子の環状の基板の一方面に各々の抵抗
膜パターンが繰り返し折り返し状に形成されているとと
もに、各々の抵抗膜パターンの全長が互いに等しい構成
としており、上記の構成を課題を解決するための手段と
している。

【００２０】

【発明の作用】本発明の請求項１に係るトルクセンサ
は、上記構成としたことにより、回転トルクの印加によ
ってトーションバーに捩じれが生じた際に、トーション
バーの両端に固定された各々の多極磁石より発生される
磁束の分布の変化によって生ずる各々の多極磁石の間に
配設された磁気抵抗素子の抵抗値の変化を直流電圧とし
て非接触で検出することにより、印加されるトルクが検
出されることとなり、非接触で検出するため、スリップ
リング等の摺動部品が不要となり、そのため耐久信頼性
が高いものとなる。

【００２１】さらに、高周波コイル等を使用しない簡素
な構成のセンサ回路により抵抗膜パターンに生じる抵抗
値の変化が検出されるため、低廉なトルクセンサとな
る。

【００２２】本発明の請求項２に係るトルクセンサは、
上記の構成とすることにより、計測可能な最大トルク印
加時に、磁気抵抗素子に形成された各々の抵抗膜パター
ンのうち一方の抵抗膜パターンの抵抗値が最小となり、
他方の抵抗膜パターンの抵抗値が最大となるため、この
差動電圧を検出することにより、トルクセンサの検出特
性が高感度なものとなる。

【００２３】本発明の請求項３に係るトルクセンサは、
磁気抵抗素子の環状の基板の一方面に各々の抵抗膜パタ
ーンが繰り返し折り返し状に形成されている構成とする
ことにより、磁束の変化がより効果的に検出されること
となり、また、各々の抵抗膜パターンの全長が互いに等
しい構成とすることにより、トルクセンサに入力される
回転トルクの方向が異なってもトルク検出特性が対称な
ものとなり、検出信号を補正等する必要がないため、結
果的にトルクセンサが簡素なものとなる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２５】図１は、本発明のトルクセンサの一実施例
を示す構成図であって、図１において、図示しない操舵
輪が取付けられている操舵側軸１と、操舵機構が取付け
られている操舵機構側軸２とが、トーションバー３を介
して、同軸的に且つ相対的に回転変位可能に連結されて
おり、これらの軸は図示していない他の部品に固定され
た筒状のケース４によって、回転自在に支持されてい
る。

【００２６】また、操舵機構側軸２の軸端部の外周に
は、径の異なるリング状の多極磁石５と６とが同心状に
それぞれ固定されている。

【００２７】一方、操舵側軸１の軸端部の外周には、多
極磁石５と同一形状で且つ同一の着磁ピッチのリング状
の多極磁石７と、多極磁石６と同一形状で且つ同一の着
磁ピッチのリング状の多極磁石８とが同心状にそれぞれ
固定されている。

【００２８】そして、多極磁石５と７とおよび多極磁石
６と８とは、それぞれの着磁面５ａと７ａとおよび着磁
面６ａと８ａとが互いに対向して固定されている。

【００２９】多極磁石５と７とおよび多極磁石６と８と
の間隔の中間位置には、図３（ａ）に示すような、トー
ションバー３の径よりも大きい径の孔１２ｈが形成され
た環状の基板１２の抵抗膜パターン形成面１２ａに多極
磁石５，６および多極磁石７，８のうち外側に位置する
多極磁石６，８に対応する位置と内側に位置する多極磁
石５，７に対応する位置とに強磁性体からなる抵抗膜パ
ターン１１ａ，１１ｂがそれぞれ形成されている磁気抵
抗素子１０が、その抵抗膜パターンが形成された面１２
ａが多極磁石５および６の着磁面５ａおよび６ａと対向
しかつトーションバー３と非接触の状態でケース４の内
周面に固定されている。

【００３０】ここで、図２（ａ）および図２（ｂ）は、
多極磁石５，６，７および８の着磁面５ａ，６ａ，７ａ
および８ａの着磁ピッチを示す説明図であって、図２
（ａ）は多極磁石５，６の着磁面５ａ，６ａ、図２
（ｂ）は多極磁石７，８の着磁面７ａ，８ａをそれぞれ
示している。

【００３１】各々の多極磁石５，６，７および８の半径
は、実用的には多極磁石６，８の外周半径が５０ｍｍ以
下であることが望ましく、多極磁石５と６とおよび多極
磁石７と８との間隔Ｗ2 は、後述する多極磁石間隔の２
倍以上とすることが望ましい。

【００３２】本実施例においては、多極磁石５，７の着
磁面５ａ，７ａの中央位置における半径ｒ1 を１７．５
ｍｍ、多極磁石６，８の着磁面６ａ，８ａの中央位置に
おける半径ｒ２を３２．５ｍｍとし、各々の多極磁石の
着磁面の幅Ｗ1 を、全て５ｍｍとし、また、多極磁石５
と６とおよび多極磁石７と８との間隔Ｗ2 は１０ｍｍと
した。

【００３３】各々の多極磁石５，６，７および８の着磁
ピッチθ1 は、トーションバー３にトルクが印加されて
生じる捩じれ角の２倍以上とする必要があり、また、ト
ーションバー３の一般的な捩じれ角度が２〜１０°であ
ることから、着磁ピッチθ1は４〜２０°が望ましく、
本実施例では８°とした。

【００３４】多極磁石５と６とは上記のように同心状に
固定されているが、図２（ａ）に示すように同極同士が
同じ角度位置に位置するように、即ち、ＮＳ極を同相に
して固定される。

【００３５】また、多極磁石７と８も、上記のように同
心状に固定されるが、図２（ｂ）に示すように異極同士
が同じ角度位置に位置するように、即ち、ＮＳ極を逆相
にして固定される。

【００３６】多極磁石５，６，７および８の材料は、フ
ェライト磁石やＳｍＣｏ磁石あるいはその他の磁石を使
用することができるが、本実施例では、温度特性が安定
しているＳｍＣｏ磁石を使用した。

【００３７】さらに、多極磁石５，６，７および８と磁
気抵抗素子１０の抵抗膜パターン形成面１２ａとの距離
は、対向する多極磁石５，６あるいは７，８の一方が無
いものとした場合に、磁気抵抗素子１０を通過する磁束
密度が２００Ｇ以上となることが望ましいことから１０
ｍｍ以下とするのが好ましい。したがって、多極磁石５
と７とおよび６と８との間隔は、その倍の２０ｍｍ以下
とするのが好ましく、本実施例では、多極磁石５と７と
および６と８との間隔を５ｍｍとし、各々の多極磁石
５，６，７および８から磁気抵抗素子１０の抵抗膜パタ
ーン形成面１２ａまでの距離は２．５ｍｍとした。

【００３８】次に、図３（ａ）は、磁気抵抗素子１０の
抵抗膜パターン形成面１２ａの構成図であり、中心に少
なくともトーションバー３を通すことができるトーショ
ンバー挿入用孔１２ｈが形成され、ガラス、絶縁コート
付きＳｉ、セラミックス等の絶縁性基板１２上に、Ｎｉ
−Ｃｏ合金等の強磁性体金属からなる抵抗膜パターン１
１ａおよび１１ｂが形成されている。

【００３９】また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の抵抗膜
パターン１１ａ，１１ｂの曲率を示したものであり、二
つの抵抗膜パターン１１ａ，１１ｂは、その中央部の曲
率半径がそれぞれ多極磁石５，７の半径ｒ１と多極磁石
６，８の半径ｒ２とに等しくなるように形成されてお
り、同心状に形成されている。

【００４０】また、抵抗膜パターン１１ａ，１１ｂの半
径方向の幅Ｗ3 は、多極磁石５，６，７および８の幅Ｗ
1 以下であることが望ましく、本実施例においては３ｍ
ｍとした。

【００４１】さらに、図３（ｃ）は、抵抗膜パターン１
１ａ，１１ｂの詳細を示した説明図あり、抵抗膜パター
ン１１ａ，１１ｂの曲率中心から見て、放射状になるよ
うに繰り返し折り返し状に形成されている。

【００４２】この抵抗膜パターン１１ａ，１１ｂは、多
極磁石５，６，７および８からの磁束の変化を効果的に
検出するため、着磁ピッチθ1 内に繰り返し折り返し状
に形成された抵抗膜パターンの半径方向の直線部分１１
ｃを５本以上有することが望ましく、抵抗膜パターン１
１ａおよび１１ｂにおいて繰り返し折り返し状に形成さ
れた抵抗膜パターンの半径方向の直線部分１１ｃはそれ
ぞれ同一のピッチで配置されるているものとすることが
望ましい。

【００４３】また、抵抗膜パターン１１ａ，１１ｂのう
ち、円周方向の部分の長さＰは抵抗膜パターン１１ａ，
１１ｂの半径方向幅Ｗ3 に対して、１／５以下とするこ
とが望ましく、本実施例においても、着磁ピッチθ1 内
の繰り返し折り返し状に形成された抵抗膜パターンの半
径方向の直線部分１１ｃを１０本としながら、繰り返し
折り返し状に形成された抵抗膜パターンの半径方向の直
線部分１１ｃを等ピッチで折り返し、Ｐ／Ｗ3 を１／５
以下とした。

【００４４】なお、抵抗膜の幅Ｗ4 は、１５０μｍとし
た。

【００４５】さらに、抵抗膜パターン１１ａおよび１１
ｂの抵抗膜の全抵抗を等しくする必要があり、外側の抵
抗膜パターン１１ａは、形成部分の抵抗膜全長を内側の
抵抗膜パターン１１ｂと等しくするため、図３（ａ）に
示すように２か所に分けて形成し、当該各部分を磁気抵
抗効果を有しない金属膜で、直列に接続した。

【００４６】ここで、図４は、磁気抵抗素子１０内の配
線を示す回路図であり、端子Ｑ，Ｕ間に定電圧Ｖｃｃを
印加し、抵抗膜パターン１１ａおよび１１ｂによって構
成される温度補償ブリッジの中間の端子Ｒの電位変動を
センサ出力として回路処理している。

【００４７】次に、以上説明してきた構成のトルクセン
サの動作を説明する。

【００４８】まず、磁気抵抗素子１０の抵抗膜パターン
１１ａ，１１ｂは、その膜厚が、幅Ｗ4 と比べて数十分
の一程度に形成されているため、形状磁気異方性効果に
より、磁束が磁気抵抗素子１０の環状の基板１２を垂直
に貫くときは、抵抗膜パターン１１ａ，１１ｂはほとん
ど磁化されず磁気抵抗効果は生じない。

【００４９】これに対して、磁束が環状の基板１２の面
内において電流と直角方向に抵抗膜パターン１１ａ，１
１ｂを貫くときは、磁気抵抗効果を生じ、抵抗膜パター
ンの電気抵抗は最小となる。

【００５０】この原理により、図５（ａ）に示すよう
に、多極磁石５，７または６，８の着磁面が磁気抵抗素
子１０を挟んで、異極同士が互いに対向する状態にある
ときは、磁束φは大部分が環状の基板１２に対して垂直
となり、磁気抵抗素子１０の抵抗膜パターンの電気抵抗
は最大となる。

【００５１】逆に、図５（ｂ）に示すように、多極磁石
５，７または６，８の着磁面が磁気抵抗素子１０を挟ん
で、同極が対向する状態の時は、磁束φは対向する磁極
の磁束同士が反発して基板１２面内方向の成分が生じ
る。

【００５２】この時、この磁束φに垂直に電流が流れる
抵抗膜パターン１１ａ，１１ｂの繰り返し折り返し状に
形成された抵抗膜パターンの半径方向の直線部分１１ｃ
（図３（ｃ）参照）の電気抵抗が最小となり、抵抗膜パ
ターン全体の電気抵抗も最小となる。

【００５３】本実施例においては、図５（ａ）の状態と
図５（ｂ）の状態とでは、抵抗が１％程度変化した。

【００５４】次に、図６（ａ）および図６（ｃ）は、零
トルク時の、各多極磁石５，６，７および８の位置関係
を図１の矢印Ａの方向から見たものであり、多極磁石５
と７とおよび多極磁石６と８とは、対向する同極が着磁
ピッチの半分だけずれて対向するように配置してある。
そのため、磁気抵抗素子１０の抵抗膜パターン１１ａお
よび１１ｂの抵抗は等しく、図４における端子Ｒの電圧
はＶcc／２である。

【００５５】この状態で、トーションバー３にトルクが
印加されて捩じれを生じ、多極磁石７が多極磁石５に対
して（同様に多極磁石８が多極磁石６に対して）Ｘ方向
にずれると、図６（ｂ）および（ｄ）に示す状態とな
る。

【００５６】この時、多極磁石７と５は異極が対向する
状態となるため、上記した原理により、抵抗膜パターン
１１ａの抵抗は増加し、一方、多極磁石６と８とは、図
２（ｂ）に示したように多極磁石７と８が逆相に配置し
てあることから、同極が対向する状態となり、抵抗膜パ
ターン１１ｂの抵抗は減少し、この結果、端子Ｒの電位
が下がり、トルクを検出することができる。

【００５７】また、逆方向にトルクが印加された場合に
は、同様の原理により、端子Ｒの電位が上昇し、逆方向
にトルクが印加されたことを検出することができる。

【００５８】このような構成としたことにより、本発明
に係るトルクセンサにおいては、トーションバーのねじ
れを回転センサを使用して検出する方式の公知のトルク
センサと比較しても、より簡単な構成の回路によりトル
クを検出できる。

【００５９】例えば、トーションバー３の両端部に取付
けられた２個の回転センサから、軸の回転により連続正
弦波として検出される信号の位相差からトーションバー
３の捩じれを検出する原理を用いた場合等においては、
位相差をトーションバー３の捩れ量に変換するための複
雑な演算処理回路が必要であり、信号処理回路が高価と
なり、また、検出する正弦波信号が正弦波の頂点付近で
変化率が小さくなるため、９０度ずれた位置に一組の磁
気感応素子を配置し、信号補正処理をしなければならな
いが、本発明に係るトルクセンサにおいては、トーショ
ンバー３の捩じれにより、磁気抵抗素子１０内の抵抗ブ
リッジのアンバランスによるブリッジ出力電圧の変化を
検出するため、ブリッジのバランス調整および簡単な構
成の電圧信号増幅回路により検出可能なトルクセンサと
することができる ここで、本実施例のトルクセンサのトルク検出特性は、
図７に示すようなものとなり、高周波コイル等を必要と
しない簡素な構成のセンサ回路により、多極磁石および
磁気抵抗素子によって得られた直流電圧を処理すること
により、所望の検出特性を得ることができる。

【００６０】なお、端子Ｒの電位変動は、差動増幅回路
等により零トルク時に０Ｖ出力とし、任意のトルク印加
方向を正電圧出力とすることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の請求
項１に係るトルクセンサによれば、回転トルクの印加に
よりトーションバーに捩じれが生じた際に、トーション
バーの両端に固定された各々の多極磁石より発生される
磁束の分布の変化によって、各々の多極磁石の間に配設
された磁気抵抗素子に形成された抵抗膜パターンの抵抗
値の変化としてトルクを非接触で検出することができる
ため、スリップリング等の摺動部品が不要となり、その
ため耐久信頼性が高く低廉なトルクセンサを得ることが
できるという優れた効果がもたらされる。

【００６２】本発明の請求項２に記載の構成とすれば、
計測可能な最大トルク印加時に、磁気抵抗素子に形成さ
れた各々の抵抗膜パターンのうち一方の抵抗膜パターン
の抵抗値を最小とし、他方の抵抗膜パターンの抵抗値を
最大とすることができるため、感度の高いトルクセンサ
を得ることができるという優れた効果がもたらされる。

【００６３】本発明の請求項３に記載の構成とすれば、
磁気抵抗素子の環状の基板の一方面に各々の抵抗膜パタ
ーンが繰り返し折り返し状に形成されている構成とする
ことにより、磁束の変化をより効果的に検出することが
可能となり、また、各々の抵抗膜パターンの全長が互い
に等しい構成とすることにより、トルクセンサに入力さ
れる回転トルクの方向が異なってもトルク検出特性を対
称なものとすることができ、かつ、検出信号を補正等す
る必要がなくそのまま信号として使用することができる
ため、高感度でかつ簡素なトルクセンサを得ることがで
きるという優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るトルクセンサの一実施例を示す
半裁断面説明図である。

【図２】 図１に示すトルクセンサの操舵機構側軸に取
付けられた各々の多極磁石の配置を示した説明図（図２
（ａ））および操舵側軸に取付けられた各々の多極磁石
の配置を示す説明図（図２（ｂ））である。

【図３】 本発明に係る磁気抵抗素子の抵抗膜パターン
を示す説明図であって、基板全体のパターン配置を示す
説明図（図３（ａ））、図３（ａ）中のＢ部分の詳細を
示した説明図（図３（ｂ））および抵抗膜パターンの構
成を示す説明図（図３（ｃ））である。

【図４】 本発明に係る磁気抵抗素子の抵抗膜パターン
の配線を示す回路図である。

【図５】 多極磁石が変位した時の磁気抵抗素子付近の
磁束分布を示す説明図であって、向かい合う多極磁石の
同極同士が対向している状態における磁束分布を示す説
明図（図５（ａ））および向かい合う多極磁石の異極同
士が対向している状態における磁束分布を示す説明図
（図５（ｂ））である。

【図６】 トーションバーにトルクが印加された時の各
々の多極磁石の磁極の位置関係を示す説明図であって、
零トルク時の各々の多極磁石の磁極の位置関係を示す説
明図（図６（ａ））および計測可能なトルクの上限トル
クが印加された時の各々の多極磁石の磁極の位置関係を
示す説明図（図６（ｂ））である。

【図７】 本発明に係るトルクセンサのトルク検出特性
を示す特性図である。

【図８】 従来の磁気結合方式のトルクセンサの構成を
示す半裁断面図である。

【図９】 従来の磁石とホール素子とを使用して印加ト
ルクによるトーションバーの捩じれを検出する方式のト
ルクセンサの構成を示す半裁断面図である。

【符号の説明】

１ 操舵側軸 ２ 操舵機構側軸 ３ トーションバー ４ ケース ５ リング状の多極磁石（内側） ５ａ 着磁面 ６ リング状の多極磁石（外側） ６ａ 着磁面 ７ リング状の多極磁石（内側） ７ａ 着磁面 ８ リング状の多極磁石（外側） ８ａ 着磁面 １０ 磁気抵抗素子 １１ 抵抗膜パターン １１ａ 抵抗膜パターン（内側） １１ｂ 抵抗膜パターン（外側） １１ｃ 抵抗膜パターンの半径方向の直線部分 １２ 環状の基板 １２ａ 抵抗膜パターン形成面 １２ｈ トーションバー挿入用孔 φ 磁束 θ1 多極磁石の着磁ピッチ Ｑ，Ｕ，Ｒ 端子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トーションバーを介して同軸的に連結さ
   れ、且つ回転トルクが加わった際にトーションバーの捩
   じれにより相対的に回転変位可能な２つの軸における前
   記回転トルクを検出するトルクセンサにおいて、一方の
   軸の軸端外周部に同心状に固定された径の相異なる各々
   のリング状の多極磁石と、前記各々のリング状の多極磁
   石と同一形状で且つ同一の着磁ピッチを有するとともに
   着磁面が前記各々のリング状の多極磁石の着磁面と対向
   して他方の軸の軸端外周部に同心状に固定された各々の
   リング状の多極磁石と、トーションバーの径よりも大き
   い径の孔が形成された環状の基板とを備え、前記基板の
   その一方面に前記一方の軸の軸端外周部に同心状に固定
   された各々の多極磁石および前記他方の軸の軸端外周部
   に固定された各々の多極磁石のうち外側に位置する各々
   の多極磁石に対応する位置と内側に位置する各々の多極
   磁石に対応する位置とに磁気抵抗素子として機能する抵
   抗膜パターンがそれぞれ形成されているとともに、前記
   基板は、ベアリング等を介して軸を支持するケースに固
   定され、かつ前記トーションバーの径よりも大きい径の
   孔にトーションバーが挿入されかつ前記一方の軸の軸端
   外周部に固定された各々の多極磁石と他方の軸の軸端外
   周部に固定された各々の多極磁石との間に前記抵抗膜パ
   ターンが配設されていることを特徴とするトルクセン
   サ。
2. 【請求項２】 一方の軸の軸端外周部に固定された各々
   の多極磁石および他方の軸の軸端外周部に固定された各
   々の多極磁石は、トルクが印加されていない状態におい
   て、内側と外側の多極磁石同士の各々の位置関係のうち
   いずれか一方は内側および外側の多極磁石の同極同士が
   同一の角度位置に位置し、且つ、他方は内側および外側
   の多極磁石の異極同士が同一の角度位置に位置する位置
   関係にあるとともに、着磁面が対向する多極磁石同士の
   各々の位置関係においては、それぞれ着磁ピッチの半分
   の角度分だけ互いにずれた状態の位置にあることを特徴
   とする請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 【請求項３】 磁気抵抗素子の環状の基板の一方面に各
   々の抵抗膜パターンが繰り返し折り返し状に形成されて
   いるとともに、各々の抵抗膜パターンの全長が互いに等
   しいことを特徴とする請求項１または２に記載のトルク
   センサ。