(57)【要約】【課題】  ステアリング装置のトルクセンサの小型化を図る。【解決手段】  ステアリング装置を構成する第１、第２軸２、３と、前記第１、第２軸間に接続されるトーションバー４とを備えるステアリング装置において、前記トーションバーを中心にして、複数の棒状の磁石が前記トーションバーを囲むようにリング状に配置され、かつ前記第１、第２軸の一方に固定されてなる磁石体５と、磁石体を軸方向から所定間隙を持って挟み込むように配置され、前記第１、第２軸の他方に固定される一対の磁気ヨーク６と、この一対の磁気ヨークの外周側に位置して軸方向に所定の間隙を持って配置される一対の集磁リング１０、１１と、この集磁リングの間隙に配置される磁気センサ７とを備え、この磁気センサの出力に基づきステアリング装置に作用するトルクを検出する。【選択図】    図２
2006052969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング装置を構成する第１、第２軸と、
前記第１、第２軸間に接続されるトーションバーと、
を備えるステアリング装置において、
前記トーションバーを中心にして、複数の棒状の磁石が前記トーションバーを囲むようにリング状に配置され、かつ前記第１、第２軸の一方に固定されてなる磁石体と、
磁石体を軸方向から所定間隙を持って挟み込むように配置され、前記第１、第２軸の他方に固定される一対の磁気ヨークと、
この一対の磁気ヨークの外周側に位置して軸方向に所定の間隙を持って配置される一対の集磁リングと、
この集磁リングの間隙に配置される磁気センサとを備え、
この磁気センサの出力に基づきステアリング装置に作用するトルクを検出することを特徴とするステアリング装置のトルクセンサ。
【請求項２】
前記磁石体と前記一対の磁気ヨークと前記集磁リングとで磁気回路を構成することを特徴とする請求項１に記載ステアリング装置のトルクセンサ。
【請求項３】
前記磁気センサは、ホール素子またはホールＩＣまたは磁気抵抗素子からなることを特徴とする請求項１または２に記載ステアリング装置のトルクセンサ。
【請求項４】
前記磁石体を構成する各磁石の極性は、隣接する磁石の極性と異なるように配置されることを特徴とする請求項１に記載ステアリング装置のトルクセンサ。
【請求項５】
前記磁気ヨークは、前記磁石体に面する端面に複数の凸部を前記磁石体に向けて等間隔に形成したことを特徴とする請求項１に記載ステアリング装置のトルクセンサ。
【請求項６】
前記磁気ヨークに形成する凸部は、台形状または四角形状を有することを特徴とする請求項５に記載のステアリング装置のトルクセンサ。
【請求項７】
前記集磁リングは、前記磁気ヨークの前記磁石体に面する端面の反対面近傍の外周面に面して位置することを特徴とする請求項５に記載のステアリング装置のトルクセンサ。
【請求項８】
前記集磁リングは、互いに面する端面に凸部を形成し、この凸部間に前記磁気センサを設置することを特徴とする請求項１または７に記載のステアリング装置のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサ、特に車両のパワーステアリング装置に用いられるトルクセンサの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両のパワーステアリング装置に設置されるトルクセンサの一例として、電気的な接触部を備えることなく、ホール素子を用いてトルクを検出する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術においては、トルクセンサの磁石部分（硬磁性体）及び磁気ヨーク（軟磁性体）を径方向に配置しているため、磁石部分の外側に配置される磁気ヨークの径が大型化することになり、車両搭載時のレイアウト性が低下することになる。また、磁気ヨークの爪の形状が複雑で、製造コストの上昇を招く恐れがある。
【０００４】
そこで本発明は、トルクセンサの車両搭載性を向上させるとともに、コスト低下を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ステアリング装置を構成する第１、第２軸と、前記第１、第２軸間に接続されるトーションバーとを備えるステアリング装置において、前記トーションバーを中心にして、複数の棒状の磁石が前記トーションバーを囲むようにリング状に配置され、かつ前記第１、第２軸の一方に固定されてなる磁石体と、磁石体を軸方向から所定間隙を持って挟み込むように配置され、前記第１、第２軸の他方に固定される一対の磁気ヨークと、この一対の磁気ヨークの外周側に位置して軸方向に所定の間隙を持って配置される一対の集磁リングと、この集磁リングの間隙に配置される磁気センサとを備え、この磁気センサの出力に基づきステアリング装置に作用するトルクを検出する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、一対の磁気ヨークによって磁石体を軸方向から挟み込むように配置するため、磁気ヨーク及び磁石体の径方向寸法の大型化を抑制することができ、車両搭載時にレイアウト性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１はトルクセンサ１の分解図、図２はトルクセンサ１の軸方向断面図である。本発明のトルクセンサ１は、例えば車両の電動式パワーステアリング装置に用いられるもので、ハンドルに接続されるステアリングシャフトを構成する入力（第１）軸２と出力（第２）軸３との間に設けられる。トルクセンサ１は、そのステアリングシャフトの入力軸２と出力軸３間の相対ねじり角に基づいて操舵トルクを検出している。
【０００９】
トルクセンサ１は、入力軸２と出力軸３とを同軸上に連結するトーションバー４と、入力軸２の端部（またはトーションバー４の一端側）に取り付けられるリング状の磁石体５、出力軸３の端部（またはトーションバー４の他端側）に取り付けられる一組の磁気ヨーク６、磁石体５や一対の磁気ヨーク６を収装する一対の集磁リング１０、１１と、集磁リング１０、１１間に生じる磁束密度を検出する磁気センサとしてのホール素子７等より構成される。ここで、磁性体５と磁気ヨーク６と集磁リング１０、１１とにより磁気回路が形成される。
【００１０】
トーションバー４は、両端がそれぞれスプライン結合等により入力軸２と出力軸３とに固定され、所定の捩じれ／トルク特性を有している。従って、入力軸２と出力軸３は、トーションバー４が捩じれを生じることで相対的に回動することができる。
【００１１】
中心にトーションバー４が配置される磁石体５は、図３に示すように、棒状の各磁石５ａが軸方向に設置されて全体としてリング状に形成され、構成する各磁石５ａは軸方向にＳ極とＮ極とが着磁され、隣接する極性が異なるように設置されている。
【００１２】
一組の磁気ヨーク６（６ａ、６ｂ）は、図２に示すように、磁石体５の軸方向端面５ａに面して配置される環状体で、それぞれ磁石体５のＮ極及びＳ極の数に応じた数の凸部６ｃが全周にわたり等間隔に磁石体５の端面５ａに面して設けられている。この一組の磁気ヨーク６は、図示しない固定部により一体的に位置決めされている。磁気ヨークを固定する固定部は、例えば、非磁性材のモールド等により一組の磁気ヨーク６を一体的に固定する。
【００１３】
また、一組の磁気ヨーク６と磁石体５は、トーションバー４に捩じれが生じていない状態（入力軸２と出力軸３との間に捩じれトルクが加わっていない時）で、各磁気ヨーク６に設けられた凸部６ｃの中心と隣接する磁石体５のＮ極とＳ極との境界とが一致するように配置されている（図４（ｃ）参照）。ここで、凸部６ｃは、台形状や四角形状に構成され、製造性を考慮した形状としているため、磁気ヨーク６の製造コストを抑制することができる。
【００１４】
集磁リング１０、１１は、磁石体５と磁気ヨーク６の外周側に設置される有底円筒状の部材であり、その開口端が互いに面するように設置される。集磁リングの底部１２には孔１２ａが形成され、この孔１２ａは所定間隔を有して磁気ヨーク６の磁石体５に対向する面の反対面の外周部に面して設置される。
【００１５】
磁気センサ７は、図２に示す様に、軸方向に対向する一方の集磁リング１０と他方の集磁リング１１との間に設けられる間隙Ｃの間に挿入され、両集磁リング間に生じる磁束密度を検出する。ここで、この磁気センサ７は、集磁リング１０、１１の間に、図示しないステアリングブラケット等の所定の位置に固定されている。磁気センサ７としては、例えばホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子等を使用することができ、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力する。また、集磁リング１０、１１には、効率よく集磁するための軸方向に凸部１０ａ、１１ａが形成されて、各凸部は対面して設置され、この凸部間に磁気センサ７が設置される。
【００１６】
次に、本実施形態の作動を説明する。
【００１７】
入力軸２と出力軸３との間に捩じれトルクが負荷されていない状態、つまりトーションバー４が捩じれていない中立位置では、図４（ｃ）に示すように、磁気ヨーク６に設けられた凸部６ｃの中心と磁石体５のＮ極とＳ極との境界とが一致している。この場合、各磁気ヨーク６の凸部６ｃには、磁石体５のＮ極とＳ極から同数の磁力線が出入りするため、一方の磁気ヨーク６ａと他方の磁気ヨーク６ｂの内部でそれぞれ磁力線が閉じている。従って、集磁リング１０、１１間に磁束が洩れることはなく、磁気センサ７で検出する磁束密度は０となる。
【００１８】
入力軸２と出力軸３との間に捩じれトルクが負荷されて、トーションバー４に捩じれが生じると、入力軸２に固定された磁石体５と出力軸３に固定された一組の磁気ヨーク６との相対位置が周方向に変化する。これにより、図４（ａ）または（ｂ）に示すように、磁気ヨーク６に設けられた凸部６ｃの中心と磁石体５のＮ極とＳ極との境界とが一致しなくなるため、各磁気ヨーク６には、Ｎ極またはＳ極の極性を有する磁力線が増加する。
【００１９】
この時、一方の磁気ヨーク６ａと他方の磁気ヨーク６ｂは、それぞれ逆の極性を有する磁力線が増加するので、一方の集磁リング１０と他方の集磁リング１１との間に磁束密度が発生する。この磁束密度は、トーションバー４の捩じれ量に略比例し、かつトーションバー４の捩じれ方向に応じて極性が反転する。この磁束密度を磁気センサ７で検出し、電圧信号として取り出し、トルクを検出することができる。
【００２０】
本実施形態のトルクセンサ１は、ステアリング装置を構成する第１、第２軸２、３と、前記第１、第２軸間に接続されるトーションバー４とを備えるステアリング装置において、前記トーションバー４を中心に配置し、複数の棒状の磁石５ａを前記トーションバー４を囲むようにリング状に構成し、前記第１、第２軸２、３の一方に固定される磁石体５と、磁石体５を軸方向から所定間隙を持って挟み込むように配置され、前記第１、第２軸の他方に固定される一対の磁気ヨーク６ａ、６ｂと、この一対の磁気ヨークの外周側に位置して軸方向に所定の間隙を持って配置される一対の集磁リング１０、１１と、この集磁リング１０、１１の間隙Ｃに配置される磁気センサ７とを備え、この磁気センサ７の出力に基づきステアリング装置に作用するトルクを検出するため、トーションバー４に捩じれが生じて、磁石体５と一組の磁気ヨーク６との相対位置が周方向に変化すると、一組の集磁リング間の全周で磁束密度が変化する。即ち、一組の集磁リング間の全周で同一強度の磁束密度を検出できる。
【００２１】
従って、一方の集磁リング１０と他方の集磁リング１１とが対向する間隙Ｃ内に磁気センサ７を挿入することで、集磁リングに接触することなく、集磁リング間の磁束密度を検出することができる。これにより、磁気センサ７に対し電気的な接触部（例えばスリップリングとブラシ）を設ける必要がないので、信頼性の高いトルクセンサ１を提供できる。
【００２２】
また、本発明においては、磁石体５を一対の磁気ヨーク６で軸方向に挟み込むように設置したので、径方向寸法を小型化することができ、車両レイアウトに優位である。さらに磁石体５は、棒状の各磁石を軸方向に配置し、これら磁石を環状に積層して形成したので、リング磁石の径寸法を小型化することができる。
【００２３】
また、磁石体５と一対の磁気ヨーク６と磁気回路を形成する一対の集磁リング１０、１１を設け、集磁リング１０、１１間に磁気センサ７を設置したので、集磁リング間の磁束密度を検出することができる。
【００２４】
集磁リングには、軸方向に突出する凸部１０ａ、１０ｂをそれぞれ設け、この凸部１０ａ、１０ｂに磁束を集中させ、形成した凸部間に磁気センサを設置したので、凸部１０ａ、１０ｂに集磁することができ、精度よく磁束密度を検出することができる。
【００２５】
磁石体を構成する各磁石の極性は、隣接する磁石の極性と異なるように配置されるため、磁石体の両側に位置する磁気ヨークがトーションバーの捩れにより相対変位を生じたときに磁束密度が変化し、結果として集磁リングの磁束密度として磁気センサによりトルクを検出することができる。
【００２６】
磁気ヨークは、磁石体に面する端面に複数の凸部を磁石体に向けて等間隔に形成したので、凸部に磁力線を集中させて、磁束密度の変化をより精度よく検出することができる。
【００２７】
磁気ヨークに形成する凸部は、台形状または四角形状を有するので、製造効率が高く、コストの低減を図ることができる。
【００２８】
集磁リングは、磁気ヨークの磁石体に面する端面の反対面近傍の外周面に面して位置するため、磁気ヨークの磁石体から離れた端部から集磁リングに磁束が流れるため、磁束密度を正確に検出することができる。
【００２９】
集磁リングは、互いに面する端面に凸部を形成し、この凸部間に前記磁気センサを設置するため、磁束を凸部に集中させて磁束密度を検出するため、精度よく磁束密度を検出することができる。
【００３０】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のステアリング装置のトルクセンサは、小型化を図ることで車載性を向上することができるため、車両のステアリング装置に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態を示すトルクセンサの分解図である。
【図２】トルクセンサの軸方向断面図である。
【図３】磁石体の概略図である。
【図４】トルクセンサの磁力線の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  トルクセンサ
２  入力軸
３  出力軸
４  トーションバー
５  磁石体
５ａ  磁石
６  磁気ヨーク
６ａ  凸部
７  磁気センサ
１０  集磁リング
１０ａ  凸部
１１  集磁リング
１１ａ  凸部
【図１】
2006052969.tif 000003
【図２】
2006052969.tif 000004
【図３】
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【図４】
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