(57)【要約】【課題】主に自動車のステアリングの回転トルクの検出等に用いられる回転トルク検出装置に関し、安価で確実な回転トルクの検出が可能なものを提供することを目的とする。【解決手段】磁石２２を略円弧状に形成すると共に、この複数の磁石２２を所定間隔で第一の回転体２１に固着し、磁気検出素子９が磁気を検出する第一の磁性体５と第二の磁性体６に対向した、第一の回転体２１の所定の箇所にのみ、複数の略円弧状の磁石２２を設けることによって、全体の体積として少ない量の磁石で、第一の回転体２１に対する第二の回転体４の回転の遅れを検出できるため、安価な構成で、確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができる。【選択図】図１
2010243284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングに連動して回転する第一の回転体と、この第一の回転体に固着された磁石と、上記第一の回転体の下方に配置された第二の回転体と、この第二の回転体に上記磁石に対向して固着された第一及び第二の磁性体と、この第一及び第二の磁性体の間に配設された磁気検出素子と、上端が上記第一の回転体に、下端が上記第二の回転体に固着された連結体からなり、上記磁石を略円弧状に形成すると共に、この複数の磁石を所定間隔で上記第一の回転体に固着した回転トルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車のステアリングの回転トルクの検出等に用いられる回転トルク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な回転トルク検出装置や回転角度検出装置を用いてステアリングの回転トルクや回転角度を検出し、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の各種制御を行うものが増えている。
【０００３】
このような、従来の回転トルク検出装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。
【０００４】
図１０は従来の回転トルク検出装置の断面図、図１１は同分解斜視図であり、同図において、１はステアリングに連動して回転する略円筒状の第一の回転体、２は略円筒状の磁石、３は略円筒状の保持体で、全周にＮ極とＳ極が例えば２０〜４０度前後の角度間隔で交互に形成された磁石２が、第一の回転体１の外周下端に固着されると共に、第一の回転体１を保持体３が覆っている。
【０００５】
また、４は略円筒状の第二の回転体、５は内周に複数の突起部５Ａが形成された第一の磁性体、６は内周に複数の突起部６Ａが形成された第二の磁性体で、第二の回転体４が第一の回転体１の下方に配置されると共に、第一の磁性体５と第二の磁性体６がスペーサ７を介して、磁石２に対向して第二の回転体４上端に各々固着されている。
【０００６】
そして、８は第一の回転体１と第二の回転体４の側方に水平に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、磁石２との対向面には、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間に配設された、ホール素子等の磁気検出素子９が装着されている。
【０００７】
さらに、配線基板８にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子９に接続された制御手段１０が形成されると共に、第一の回転体１と、第二の回転体４の間には、ピン（図示せず）等によって上端が第一の回転体１や保持体３に、下端が第二の回転体４に各々固着されたトーションバー等の略円柱状の連結体１１が設けられている。
【０００８】
また、１２は略箱状で絶縁樹脂製の上ケース、１３は同じく下ケースで、この上ケース１２と下ケース１３内に第一の回転体１や第二の回転体４、第一の磁性体５、第二の磁性体６、配線基板８等が収納されると共に、上ケース１２上面の開口孔からは第一の回転体１と保持体３上端が、下ケース１３下面の開口孔からは第二の回転体４下端が各々回転可能に突出して、回転トルク検出装置が構成されている。
【０００９】
そして、このような回転トルク検出装置が回転角度検出装置等と共に、第一の回転体１や第二の回転体４にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段１０がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００１０】
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体１が回転し、連結体１１が捩じれた後、第一の回転体１にやや遅れて第二の回転体４が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体１に対する第二の回転体４の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体４の回転の遅れが大きくなる。
【００１１】
なお、この時、第一の回転体１に対する第二の回転体４の回転の遅れは、回転トルクが小さな場合には角度として１度前後、回転トルクが大きな場合には４度前後の遅れとなる。
【００１２】
そして、この第一の回転体１と第二の回転体４の回転に伴って、これらに固着された磁石２と、これにやや遅れて第一の磁性体５と第二の磁性体６も回転し、所定間隔で交互に形成された磁石２のＮ極とＳ極の磁気の変化を、磁気検出素子９が第一の磁性体５と第二の磁性体６の突起部５Ａと６Ａを介して検出し、これが制御手段１０へ入力される。
【００１３】
また、この時、磁気検出素子９が検出する磁気は、磁石２が固着された第一の回転体１に対し、第一の磁性体５と第二の磁性体６が固着された第二の回転体４の、回転の遅れが少ない場合には磁気が弱く、回転の遅れが大きな場合には磁気が強くなる。
【００１４】
そして、この第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して検出された磁気検出素子９の磁気の強弱から、制御手段１０がステアリングの回転トルクを算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転トルクやステアリングの回転角度、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。
【００１５】
つまり、例えば、車両が走行中でステアリングの回転トルクが小さな場合には、パワーステアリング装置の利きを緩めて、ステアリングホイールをある程度重い力で回転操作するようにし、車両が停車していてステアリングの回転トルクが大きな場合には、パワーステアリング装置を大きく利かせて、軽い力でもステアリングホイールの回転操作を行えるように構成されているものであった。
【００１６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−２５６１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来の回転トルク検出装置においては、第一の回転体１に対する第二の回転体４の、角度として４度前後の回転の遅れを検出するために、略円筒状の全周に、Ｎ極とＳ極が所定間隔で交互に形成された磁石２を用いており、装置として高価なものとなってしまうという課題があった。
【００１９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、安価な構成で、かつ確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明は、磁石を略円弧状に形成すると共に、この複数の磁石を所定間隔で第一の回転体に固着して回転トルク検出装置を構成したものであり、磁気検出素子が磁気を検出する第一の磁性体と第二の磁性体に対向した、第一の回転体の所定の箇所にのみ、複数の略円弧状の磁石を設けることによって、全体の体積として少ない量の磁石で、第一の回転体に対する第二の回転体の回転の遅れを検出できるため、安価な構成で、確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができるという作用を有するものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように本発明によれば、安価で確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態による回転トルク検出装置の断面図
【図２】同分解斜視図
【図３】同部分斜視図
【図４】同部分側面図
【図５】同部分斜視図
【図６】同他の実施の形態による部分斜視図
【図７】同部分側面図
【図８】同部分斜視図
【図９】同部分側面図
【図１０】従来の回転トルク検出装置の断面図
【図１１】同分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図９を用いて説明する。
【００２４】
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００２５】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転トルク検出装置の断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、２１は略円筒状でステアリングに連動して回転するポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第一の回転体、２２は略円弧状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石、３は略円筒状でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の保持体で、複数の磁石２２が第一の回転体２１の外周下端の鍔部２１Ａに所定間隔で固着されると共に、第一の回転体２１を保持体３が覆っている。
【００２６】
そして、この略円弧状の磁石２２は、図３の部分斜視図に示すように、Ｎ極とＳ極が隣接して二列に設けられ、第一の回転体２１の回転中心に対し所定の角度α分の幅に形成されると共に、回転体２１の鍔部２１Ａには、回転中心に対し所定の角度β分の幅の複数の突起部２１Ｂと、この突起部２１Ｂの間に所定間隔で形成された複数の窪部２１Ｃが各々設けられ、この窪部２１Ｃ内に例えば６個の磁石２２が接着等によって固着されている。
【００２７】
つまり、例えば、磁石２２の幅である角度αを、第一の回転体２１の回転中心に対し角度４０度分の幅に形成し、鍔部２１Ａの突起部２１Ｂの幅である角度βを、回転中心に対し角度２０度分の幅に形成した場合には、これらの全体の体積のうち複数の磁石２２の占める割合は２／３ですみ、突起部２１Ｂの体積分だけ磁石２２の体積が少なくなるようになっている。
【００２８】
また、４は略円筒状でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第二の回転体、５は略リング状でパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第一の磁性体、６は同じく第二の磁性体で、第二の回転体４が第一の回転体２１の下方に配置されると共に、第一の磁性体５の内周には複数の舌片状の突起部５Ａが、第二の磁性体６の内周には複数の突起部６Ａが、例えば６個ずつ各々突出形成されている。
【００２９】
さらに、７は略リング状で銅やアルミニウムまたは絶縁樹脂製のスペーサで、このスペーサ７を介して第一の磁性体５と第二の磁性体６が、磁石２２に対向して第二の回転体４上端に各々固着されている。
【００３０】
そして、８は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の回転体２１と第二の回転体４の側方に水平に配置され、磁石２２との対向面には、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間に配設された、垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の、複数の磁気検出素子９が実装装着されている。
【００３１】
また、配線基板８にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子９に接続された制御手段１０が形成されると共に、第一の回転体２１と第二の回転体４の間には、ピン（図示せず）等によって上端が第一の回転体２１や保持体３に、下端が第二の回転体４に各々固着されたトーションバー等の略円柱状で鋼等の連結体１１が設けられている。
【００３２】
さらに、１２は略箱状でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の上ケース、１３は同じく下ケースで、この上ケース１２と下ケース１３内に第一の回転体２１や第二の回転体４、第一の磁性体５、第二の磁性体６、配線基板８等が収納されると共に、上ケース１２上面の開口孔からは第一の回転体２１と保持体３上端が、下ケース１３下面の開口孔からは第二の回転体４下端が各々回転可能に突出して、回転トルク検出装置が構成されている。
【００３３】
そして、このような回転トルク検出装置が回転角度検出装置等と共に、第一の回転体２１や第二の回転体４にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段１０がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００３４】
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体２１が回転し、連結体１１が捩じれた後、第一の回転体２１にやや遅れて第二の回転体４が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体２１に対する第二の回転体４の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体４の回転の遅れが大きくなる。
【００３５】
そして、この第一の回転体２１と第二の回転体４の回転に伴って、これらに固着された複数の磁石２２と、これにやや遅れて第一の磁性体５と第二の磁性体６も回転して、複数の磁石２２のＮ極とＳ極の磁気の変化を、磁気検出素子９が第一の磁性体５と第二の磁性体６の突起部５Ａと６Ａを介して検出し、これが制御手段１０へ入力される。
【００３６】
つまり、ステアリングホイールが回転操作されず中立位置で、車両が直進状態にある場合には、図４（ａ）の部分側面図に示すように、第一の磁性体５内周の複数の突起部５Ａと、第二の磁性体６内周の複数の突起部６Ａの中心が、磁石２２のＮ極とＳ極の中心に各々あるため、磁力が釣り合った状態となっており、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間には磁束が発生せず、これらの間に配設された磁気検出素子９が検出する磁気は０となっている。
【００３７】
これに対し、ステアリングホイールが例えば右方向へ回転され、図４（ｂ）に示すように、磁石２２に対して第一の磁性体５と第二の磁性体６がやや遅れて回転し始める状態では、突起部５ＡがＮ極、この下方の突起部６ＡがＳ極の極性となるため、第一の磁性体５から第二の磁性体６への方向の磁束が発生し、この磁気を磁気検出素子９が検出して、磁気の強弱に応じた電圧が制御手段１０へ出力される。
【００３８】
なお、この時、第一の回転体２１に対する第二の回転体４の回転の遅れ角度θは、回転トルクが小さな場合には１度前後、回転トルクが大きな場合には４度前後の角度となる。
【００３９】
また、これとは逆にステアリングホイールが左方向へ回転された場合には、上記とは逆に突起部５ＡがＳ極、この下方の突起部６ＡがＮ極の極性となって、第二の磁性体６から第一の磁性体５への方向の磁束が発生し、この磁気を磁気検出素子９が検出する。
【００４０】
そして、この第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して検出された磁気検出素子９の磁気の強弱から、制御手段１０がステアリング軸の回転トルクを算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転トルクやステアリングの回転角度、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。
【００４１】
つまり、車両の走行や停車状態に合わせ、例えば、車両が走行中でステアリングの回転トルクが小さな場合には、パワーステアリング装置の利きを緩めて、ステアリングホイールをある程度重い力で回転操作するようにし、車両が停車していてステアリングの回転トルクが大きな場合には、パワーステアリング装置を大きく利かせて、軽い力でもステアリングホイールの回転操作を行えるように構成されている。
【００４２】
そして、この時、図３に示したように、磁石２２を第一の回転体２１の回転中心に対し所定の角度α分の幅の略円弧状に形成すると共に、この複数の磁石２２を回転中心に対し所定の角度β分の幅の複数の突起部２１Ｂが設けられた、回転体２１の鍔部２１Ａに所定間隔で固着することによって、全体の体積として少ない量の磁石で回転トルク検出装置が構成されているため、装置を安価に形成できると共に、確実な回転トルクの検出が行えるようになっている。
【００４３】
すなわち、複数の磁石２２を第一の回転体２１の、第一の磁性体５と第二の磁性体６の複数の突起部５Ａと６Ａの間の、回転トルクの検出に必要な箇所にのみ設けることで、高価な磁石２２の外形形状を略円弧状の小さなものとし、回転トルク検出装置を安価に形成することが可能なように構成されている。
【００４４】
なお、以上の説明では、回転体２１外周下端の鍔部２１Ａに上下方向に複数の突起部２１Ｂを設け、この間の窪部２１Ｃ内に６個の磁石２２を固着した構成として説明したが、図５の部分斜視図に示すように、外周方向にも突起部２１Ｄを形成し、窪部２１Ｃ内に１２個の磁石２２を固着するようにすれば、突起部２１Ｄの体積分だけ、さらに磁石２２の使用量を少なくすることができる。
【００４５】
また、以上の説明では、磁石２２を第一の回転体２１の回転中心に対し、例えば角度４０度分の幅に形成した構成として説明したが、上述したように、回転トルクの検出に必要な磁石２２や第一の磁性体５、第二の磁性体６の回転角度は、実際には左右方向に４度前後ずつの角度であるため、磁石２２を回転中心に対し角度３０度あるいは２０度分の幅に形成した構成としても、回転トルクの確実な検出が可能である。
【００４６】
さらに、このように磁石２２の幅寸法を小さくし、第一の回転体２１に多くの磁石２２を所定間隔で固着すると共に、第一の磁性体５と第二の磁性体６の複数の突起部５Ａと６Ａを、８個あるいは１２個と多くの数に形成することによって、より高精度な回転トルクの検出を行うことができる。
【００４７】
また、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間に配設する磁気検出素子９が、一つであっても本発明の実施は可能であるが、上記のように複数の磁気検出素子９で磁石２２の磁気を検出することで、万が一、一方の磁気検出素子９に破損や故障が生じた場合でも、回転トルクの検出が可能になると共に、制御手段１０がこれらの検出した磁気の比較を行うことで、こうした破損や故障を検出することも可能となる。
【００４８】
このように本実施の形態によれば、磁石２２を略円弧状に形成すると共に、この複数の磁石２２を所定間隔で第一の回転体２１に固着し、磁気検出素子９が磁気を検出する第一の磁性体５と第二の磁性体６に対向した、第一の回転体２１の所定の箇所にのみ、複数の略円弧状の磁石２２を設けることによって、全体の体積として少ない量の磁石で、第一の回転体２１に対する第二の回転体４の回転の遅れを検出できるため、安価な構成で、確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができるものである。
【００４９】
なお、以上の説明では、上下面にＮ極やＳ極が形成された磁石２２の磁気を、第一の磁性体５や第二の磁性体６の内周に突出形成された、舌片状の突起部５Ａや６Ａを介して検出する構成について説明したが、図６の部分斜視図や図７の部分側面図に示すように、表裏面に形成されたＮ極やＳ極が二列に隣接した磁石２２Ａを用い、この磁気を第一の磁性体５外周下面に突出した舌片状の突起部５Ｂと、第二の磁性体６外周上面に突出した舌片状の突起部６Ｂを介して検出する構成としても、本発明の実施は可能である。
【００５０】
つまり、ステアリングホイールが回転操作されず中立位置の状態を示す、図７（ａ）においては、突起部５Ｂと６Ｂの中心が、磁石２２ＡのＮ極とＳ極の中心に各々あるため、磁力が釣り合った状態となっており、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間には磁束が発生せず、これらの間に配設された磁気検出素子９が検出する磁気は０となっている。
【００５１】
そして、ステアリングホイールが例えば右方向へ回転され、図７（ｂ）に示すように、磁石２２Ａに対して第一の磁性体５と第二の磁性体６がやや遅れて回転し始める状態では、突起部５ＢがＮ極、突起部６ＢがＳ極の極性となるため、第一の磁性体５から第二の磁性体６への方向の磁束が発生し、この磁気を磁気検出素子９が検出するように構成されている。
【００５２】
また、図８の部分斜視図や図９の部分側面図に示すように、表裏面に形成されたＮ極やＳ極が三列に隣接して形成された磁石２２Ｂを用い、この磁気を第一の磁性体５外周下面の突起部５Ｂと、第二の磁性体６外周上面の突起部６Ｂを介して検出する構成とすれば、さらに磁石の使用量を少なくすることができる。
【００５３】
つまり、複数の突起部５Ｂと６Ｂの数を、例えば各々３個ずつとした場合、図６に示したように、磁石のＮ極とＳ極を二列に隣接した磁石２２Ａでは６つ、すなわち１２個の磁石が必要であるが、図８に示したように、三列に隣接した磁石２２Ｂでは３つ、すなわち９個と少ない数の磁石で回転トルクの検出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明による回転トルク検出装置は、安価で確実な回転トルクの検出が可能なものを実現することができ、主に自動車のステアリングの回転トルクの検出等に有用である。
【符号の説明】
【００５５】
３  保持体
４  第二の回転体
５  第一の磁性体
５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ  突起部
６  第二の磁性体
７  スペーサ
８  配線基板
９  磁気検出素子
１０  制御手段
１１  連結体
１２  上ケース
１３  下ケース
２１  第一の回転体
２１Ａ  鍔部
２１Ｂ、２１Ｄ  突起部
２１Ｃ  窪部
２２、２２Ａ、２２Ｂ  磁石
【図１】
2010243284.tif 000003
【図２】
2010243284.tif 000004
【図３】
2010243284.tif 000005
【図４】
2010243284.tif 000006
【図５】
2010243284.tif 000007
【図６】
2010243284.tif 000008
【図７】
2010243284.tif 000009
【図８】
2010243284.tif 000010
【図９】
2010243284.tif 000011
【図１０】
2010243284.tif 000012
【図１１】
2010243284.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月30日(2009.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2010243284.tif 000014