(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、高精度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】磁気検出素子１９を覆う第一の回転体１１の下端外周、または第二の回転体１４の上端外周の少なくとも一方に、磁性部１１Ａや１４Ａを設けることによって、外部からの磁気を防ぎ、磁気検出素子１９の検出誤差を少なくできるため、高精度で確実な回転トルクの検出が行えると共に、回転角度検出部２２Ａ等の磁石を用いる他の装置との一体化も、容易に図ることが可能な回転トルク検出装置２２を得ることができる。【選択図】図１
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【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、上記磁気検出素子を覆う上記第一の回転体の下端外周、または第二の回転体の上端外周の少なくとも一方に、磁性部を設け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７及び図８を用いて説明する。
【０００４】
図７は従来の回転トルク検出装置の側面図、図８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は略円筒状の磁石で、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ている。
【０００５】
そして、３は略円筒状の第二の回転体、４は内周に複数の突起部４Ａが形成された第一の磁性体、５は第一の磁性体４とは異なる箇所に複数の突起部５Ａが形成された第二の磁性体で、第二の回転体３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４と第二の磁性体５がスペーサ６を介して、磁石２に対向して第二の回転体３上端に各々固着されている。
【０００６】
また、７は第一の回転体１と第二の回転体３の側方にほぼ平行に配置された配線基板で、左右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４と第二の磁性体５の間に配設された、ホール素子等の磁気検出素子８が装着されている。
【０００７】
さらに、配線基板７にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子８に接続された制御手段９が形成されると共に、第一の回転体１と第二の回転体３の間には、上端が第一の回転体１に、下端が第二の回転体３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１０が設けられて、回転トルク検出装置が構成されている。
【０００８】
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３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９がコネクタやリード線（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【０００９】
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１０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３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３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３の回転の遅れが大きくなる。
【００１０】
そして、この第一の回転体１と第二の回転体３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４と第二の磁性体５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８が第一の磁性体４と第二の磁性体５を介して検出し、これが制御手段９へ入力される。
【００１１】
なお、この時、磁気検出素子８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４と第二の磁性体５が固着された第二の回転体３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。
【００１２】
そして、この第一の磁性体４と第二の磁性体５を介して検出された磁気検出素子８の磁気の強弱から、制御手段９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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【特許文献１】特開２００７−２５６１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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、近傍に配置された回転角度検出装置に磁石が用いられていた場合や、あるいは近くに磁気を生ずる装置が配置されていた場合、これらの磁気の影響によって、磁気検出素子８が検出する磁石２の磁気に誤差が生じる場合があり、これを防ぐために制御手段９で補正等の演算処理を行うことが必要になってしまうという課題があった。
【００１６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高精度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提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために本発明は、磁気検出素子を覆う第一の回転体の下端外周、または第二の回転体の上端外周の少なくとも一方に、磁性部を設けて回転トルク検出装置を構成したものであり、第一の回転体の下端外周または第二の回転体の上端外周の磁性部によって、外部からの磁気を防ぎ、磁気検出素子の検出誤差を少なくできるため、高精度で確実な回転トルクの検出が行えると共に、回転角度検出装置等の磁石を用いる他の装置との一体化も、容易に図ること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】
【００１８】
以上のように本発明によれば、高精度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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００２０】
（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、１１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、１２は略円筒状で銅やアルミニウム等の保持体、１３は略円筒状または略リング状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、このＮ極とＳ極が例えば３０度や１５度前後の所定の角度間隔で交互に形成された磁石１３が、保持体１２の外周下端に固着されると共に、この保持体１２の外周上方が第一の回転体１１の内周上方に固着されている。
【００２１】
そして、１４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、１５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、１６は同じく第二の磁性体で、第二の回転体１４が第一の回転体１１の下方に配置されると共に、第一の磁性体１５の内周には複数の突起部１５Ａが、第二の磁性体１６の内周には突起部１５Ａとは異なる箇所に複数の突起部１６Ａが、例えば６個あるいは１２個ずつ各々形成され、これらが磁石１３外周と所定の間隙を空けて対向している。
【００２２】
また、１７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１７を介して第一の磁性体１５と第二の磁性体１６が、磁石１３に対向して第二の回転体１４上端に各々固着されている。
【００２３】
さらに、１８は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、左右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１１と第二の回転体１４の側方にほぼ平行に配置され、磁石１３との対向面には、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６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素子等の磁気検出素子１９が実装装着されている。
【００２４】
そして、配線基板１８にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子１９に接続された制御手段２０が形成されると共に、第一の回転体１１と第二の回転体１４の間には、上端が第一の回転体１１に、下端が第二の回転体１４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２１が設けられている。
【００２５】
さらに、磁気検出素子１９を覆う第一の回転体１１の下端外周と、第二の回転体１４の上端外周には、インサート成形等によって、略リング状で外周側面を覆う、パーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の磁性部１１Ａと１４Ａが各々一体に形成されて、回転トルク検出装置２２が構成されている。
【００２６】
また、２３は外周下面に平歯車部が形成された略リング状で絶縁樹脂または金属製の回転歯車、２４は外周側面に平歯車部が形成された第一の検出歯車、２５も同じく第二の検出歯車で、回転歯車２３が第一の回転体１１外周下端に固着されると共に、この回転歯車２３に第一の検出歯車２４が、第一の検出歯車２４に第二の検出歯車２５が各々噛合している。
【００２７】
なお、これらの歯車の直径及び歯数は、回転歯車２３が最も大きく、第一の検出歯車２４、第二の検出歯車２５の順に小さくなっており、例えば、回転歯車２３の歯数が４８、第一の検出歯車２４の歯数が３２、第二の検出歯車２５の歯数が２８となっている。
【００２８】
そして、この第一の検出歯車２４の中央には磁石２６Ａが、第二の検出歯車２５の中央には磁石２６Ｂが、各々インサート成形等により装着されると共に、これらの側方にほぼ平行に配置された配線基板１８の、磁石２６Ａと２６Ｂとの対向面には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の磁気検出素子２７Ａと２７Ｂが各々装着されている。
【００２９】
さらに、配線基板１８にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子２７Ａや２７Ｂに接続された制御手段２８が形成されて、回転角度検出部２２Ａが構成されている。
【００３０】
つまり、本実施の形態においては、ステアリングの回転トルクを検出する回転トルク検出装置２２の下方に、ステアリングの回転角度を検出する回転角度検出部２２Ａが一体に形成された構成となっている。
【００３１】
そして、このように構成された回転トルク検出装置２０が、第一の回転体１１や第二の回転体１４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２０や２８がコネクタやリード線（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００３２】
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１１が回転し、この下端に固着された回転歯車２３が回転するため、回転歯車２３に噛合した第一の検出歯車２４、及び第一の検出歯車２４に噛合した第二の検出歯車２５が各々連動して回転する。
【００３３】
そして、第一の検出歯車２４や第二の検出歯車２５の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石２６Ａや２６Ｂの磁気の方向が変化し、これを磁気検出素子２７Ａや２７Ｂが検出して、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の検出信号が制御手段２８へ入力される。
【００３４】
なお、この時、第一の検出歯車２４と第二の検出歯車２５の歯数は異なっているため、磁気検出素子２７Ａから出力される回転角度信号と、磁気検出素子２７Ｂから出力される回転角度信号とは、データ波形の形状が異なり位相差のあるものとなって制御手段２８へ入力される。
【００３５】
そして、制御手段２８がこの波形の異なる二つの回転角度信号、及び回転歯車２３に対する第一の検出歯車２４と第二の検出歯車２５の各平歯車部の歯数から、回転歯車２３の回転角度を演算、つまり、ステアリング軸の回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力される。
【００３６】
また、この時、ステアリング軸と第一の回転体１１の回転に伴って、連結体２１が捩じれた後、第一の回転体１１にやや遅れて第二の回転体１４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１１に対する第二の回転体１４の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きなため、第二の回転体１４の回転の遅れが大きくなる。
【００３７】
そして、この第一の回転体１１と第二の回転体１４の回転に伴って、これらに固着された磁石１３と、これにやや遅れて第一の磁性体１５と第二の磁性体１６も回転し、所定間隔で交互に形成された磁石１３のＮ極とＳ極の磁気の変化を、磁気検出素子１９が第一の磁性体１５と第二の磁性体１６を介して検出し、これが制御手段２０へ入力される。
【００３８】
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３（ａ）の部分側面図に示すように、第一の磁性体１５内周の複数の突起部１５Ａと、これとは異なる箇所に形成された第二の磁性体１６内周の複数の突起部１６Ａの中心が、磁石１３の所定の角度間隔で交互に形成された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１５と第二の磁性体１６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１９が検出する磁気は０となっている。
【００３９】
これに対し、小さな回転トルクでステアリングホイールが回転され、磁石１３に対して第一の磁性体１５と第二の磁性体１６がやや遅れて回転した場合には、図３（ｂ）に示すように、突起部１５ＡがＮ極、突起部１６ＡがＳ極の極性となるため、第一の磁性体１５から第二の磁性体１６への方向の磁束が発生し、この磁気を磁気検出素子１９が検出する。
【００４０】
また、回転トルクが大きな場合には、磁石１３に対して第一の磁性体１５と第二の磁性体１６が大きく遅れて回転するため、図３（ｃ）に示すように、第一の磁性体１５から第二の磁性体１６への方向の磁気が強いものとなって、この強い磁気を磁気検出素子１９が検出する。
【００４１】
そして、この第一の磁性体１５と第二の磁性体１６を介して検出された磁気検出素子１９の磁気の強弱から、制御手段２０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上述した制御手段２８からのステアリング軸の回転角度、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。
【００４２】
つまり、例えば、制御手段２０からの回転トルクによって、車両の走行や停車状態に合わせて、ステアリングホイールの操作力を調整するパワーステアリング装置の制御や、制御手段２８からの回転角度によって、ステアリングホイールの回転に応じたブレーキ装置の制御等が行われるように構成されている。
【００４３】
また、この時、上述したように、磁気検出素子１９を覆う第一の回転体１１の下端外周と、第二の回転体１４の上端外周には、磁性部１１Ａと１４Ａが各々形成されているため、一体に設けられた回転角度検出部２２Ａの磁石２６Ａや２６Ｂからの磁気や、あるいは近くに配置された磁気を生ずる装置等からの磁気が、この磁性部１１Ａと１４Ａによってシールドされ、磁気検出素子１９が誤差なく磁気の強弱を検出できるようになっている。
【００４４】
すなわち、第一の回転体１１下端外周と第二の回転体１４上端外周に設けた磁性部１１Ａと１４Ａによって、外部からの磁気を防ぎ、磁気検出素子１９の検出誤差を少なくできるため、制御手段２０での補正等の演算処理を行わなくとも、高精度で確実な回転トルクの検出が可能になると共に、磁石２６Ａや２６Ｂを用いた回転角度検出部２２Ａとの一体化も、容易に図ることができるように構成されている。
【００４５】
なお、以上の説明では、回転トルク検出装置２２の下方に、回転角度検出部２２Ａを一体に形成した構成について説明したが、図４や図５に示すように、側方に回転角度検出部２２Ａを形成した構成としてもよい。
【００４６】
つまり、図４は本発明の他の実施の形態による回転トルク検出装置の断面図、図５は同斜視図であり、同図において、外周側面に平歯車部が形成された回転歯車２３Ａが、第一の回転体１１外周下端に固着されると共に、この回転歯車２３Ａに第一の検出歯車２４が、第一の検出歯車２４に第二の検出歯車２５が各々噛合している。
【００４７】
そして、この第一の検出歯車２４と第二の検出歯車２５の上方に、ほぼ平行に配置された配線基板１８の下面には、磁石２６Ａと２６Ｂと対向する磁気検出素子２７Ａと２７Ｂが実装され、これらが制御手段２８に接続されて、回転角度検出部２２Ｂが構成されている。
【００４８】
なお、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の間に、磁石１３と対向した磁気検出素子１９が配設されていることや、第一の回転体１１と第二の回転体１４の間に、連結体２１が設けられていること等は、上述した構成と同様である。
【００４９】
さらに、磁気検出素子１９を覆う第一の回転体１１の下端外周と、第二の回転体１４の上端外周には、インサート成形等によって、略Ｌ字状で外周側面に加え上面も覆う、磁性部１１Ｂと１４Ｂが各々一体に形成されている。
【００５０】
すなわち、回転トルク検出装置２２の側方に回転角度検出部２２Ｂを形成すると共に、略Ｌ字状の磁性部１１Ｂと１４Ｂで磁気検出素子１９の周囲を覆うことによって、さらに外部からの磁気を防ぎ、磁気検出素子１９の検出誤差をより少なくできるように構成されている。
【００５１】
そして、以上のように、回転トルク検出装置２２の下方または側方に、回転角度検出部２２Ａや２２Ｂを一体に形成することによって、磁気検出素子１９や磁気検出素子２７Ａと２７Ｂ、制御手段２０や２８を、一枚の配線基板１８上に全て形成できるため、複数の配線基板を用いたり、あるいはこれらをリード線等で接続したりする必要がなくなり、組立ても容易で安価に回転トルク検出装置を形成することができるようになっている。
【００５２】
なお、以上の説明では、磁性部１１Ａや１４Ａ、１１Ｂや１４Ｂを、インサート成形等によって、第一の回転体１１と第二の回転体１４に一体に形成した構成について説明したが、略リング状磁性部１１Ａや１４Ａ、または略Ｌ字状の磁性部１１Ｂや１４Ｂを別体で形成し、これらを第一の回転体１１や第二の回転体１４に嵌合させる構成としてもよい。
【００５３】
また、以上の説明では、第一の回転体１１と第二の回転体１４の両方に、磁性部１１Ａや１４Ａ、１１Ｂや１４Ｂを形成した構成について説明したが、やや磁気のシールドは不充分とはなるが、第一の回転体１１または第二の回転体１４のいずれか一方にのみ、磁性部を設けた構成としても本発明の実施は可能である。
【００５４】
さらに、以上の説明では、第一の磁性体１５内周の複数の突起部１５Ａと、第二の磁性体１６内周の複数の突起部１６Ａを、磁石１３の外周に所定の間隙を空けて対向させた構成について説明したが、図６の部分側面図に示すように、上端と下端がＮ極とＳ極に、所定の角度間隔で交互に形成された磁石１３Ａを用いると共に、この磁石１３Ａの上下に複数の突起部１５Ａと１６Ａを配置した構成としてもよい。
【００５５】
このように本実施の形態によれば、磁気検出素子１９を覆う第一の回転体１１の下端外周、または第二の回転体１４の上端外周の少なくとも一方に、磁性部１１Ａや１４Ａ、１１Ｂや１４Ｂを設けることによって、外部からの磁気を防ぎ、磁気検出素子１９の検出誤差を少なくできるため、高精度で確実な回転トルクの検出が行えると共に、回転角度検出部２２Ａや２２Ｂ等の磁石を用いる他の装置との一体化も、容易に図ることが可能な回転トルク検出装置２２を得ることができるものである。
【００５６】
なお、以上の説明では、回転歯車２３や２３Ａに第一の検出歯車２４を、第一の検出歯車２４に第二の検出歯車２５に各々噛合させて、回転角度検出部２２Ａや２２Ｂを形成した構成について説明したが、第一の検出歯車２４と第二の検出歯車２５の両方を、回転歯車２３や２３Ａに噛合させた構成や、あるいは、いずれか一方のみを回転歯車２３や２３Ａに噛合させた構成としても、本発明の実施は可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明による回転トルク検出装置は、高精度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。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【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】同部分側面図
【図４】同他の実施の形態による回転トルク検出装置の断面図
【図５】同斜視図
【図６】同部分側面図
【図７】従来の回転トルク検出装置の側面図
【図８】同分解斜視図
【符号の説明】
【００５９】
１１  第一の回転体
１１Ａ、１１Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ  磁性部
１２  保持体
１３、１３Ａ  磁石
１４  第二の回転体
１５  第一の磁性体
１５Ａ、１６Ａ  突起部
１６  第二の磁性体
１７  スペーサ
１８  配線基板
１９  磁気検出素子
２０  制御手段
２１  連結体
２２  回転トルク検出装置
２２Ａ、２２Ｂ  回転角度検出部
２３、２３Ａ  回転歯車
２４  第一の検出歯車
２５  第二の検出歯車
２６Ａ、２６Ｂ  磁石
２７Ａ、２７Ｂ  磁気検出素子
２８  制御手段
【図１】
2010151581.tif 000003
【図２】
2010151581.tif 000004
【図３】
2010151581.tif 000005
【図４】
2010151581.tif 000006
【図５】
2010151581.tif 000007
【図６】
2010151581.tif 000008
【図７】
2010151581.tif 000009
【図８】
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