(57)【要約】【課題】感度が良好であり外乱磁束の影響を抑制可能なトルク検出装置及びリング磁石を提供する。【解決手段】周方向に複数の磁極が形成され第１回転部材１１１と共に回転するリング磁石３１と、第２回転部材１１２と共に回転するように設けられ、トーションバーの捩じれ応じてリング磁石３１との相対的な角度が変化し、当該相対的な角度の変化に伴って、磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された磁気ヨーク４１，４２と、磁気ヨーク４１，４２により導かれた磁束の変化を検出可能な第１磁気検出素子６１と、を備え、リング磁石３１は、中空円筒状の大径部３３と、大径部３３より外径が小さく軸方向に垂直な面に対して交差するように形成された外周面３４ａを有する小径部３４と、を有し、磁気ヨーク４１，４２は、小径部３４の外周面３４ａと対向する対向部４１１，４２１をそれぞれ有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーによって連結された第１回転部材と第２回転部材の連結部に配置され、
前記第１回転部材及び前記第２回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第１回転部材と共に回転する環状のリング磁石と、
前記第２回転部材と共に回転するように設けられ、前記トーションバーの捩じれに応じて前記リング磁石との相対的な角度が変化し、当該相対的な角度の変化に伴って、前記磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材と、
前記複数の磁路形成部材により導かれた磁束の変化を検出可能な磁気検出素子と、を備え、
前記リング磁石は、中空円筒状の大径部と、軸方向における前記大径部の一端部に設けられ、前記大径部より外径が小さく、軸方向に垂直な面に対して交差するように形成されている外周面を有する小径部と、を一体に有し、
前記複数の磁路形成部材は、前記小径部の外周面と対向する対向部をそれぞれ有している、
トルク検出装置。
【請求項２】
前記磁路形成部材の前記対向部側の端部における前記リング磁石側の面が、前記大径部よりも径方向外方に突出していない、
請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記磁路形成部材の前記対向部側の端部が、前記大径部よりも径方向外方に突出していない、
請求項２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
前記小径部の外周面が、前記軸方向に沿うように形成されており、
前記リング磁石は、前記大径部と小径部との間に、前記軸方向に対して垂直な段差面を有する段差部を有する、
請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記小径部の外周面が、前記大径部から離れるほど縮径されるテーパ状に形成されている、
請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記軸方向に垂直な面に対する前記小径部の外周面の傾斜角度が、１０度以上である、
請求項５に記載トルク検出装置。
【請求項７】
前記第１回転部材の回転によって回転しない非回転部材に前記リング磁石の前記大径部の外周面に対向して配置された操舵角検出用の磁気検出素子をさらに備えた、
請求項１乃至６の何れか１項に記載のトルク検出装置。
【請求項８】
トーションバーによって連結された第１回転部材と第２回転部材の連結部に配置されたトルク検出装置に用いられ、
前記第１回転部材及び前記第２回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第１回転部材と共に回転する環状のリング磁石であって、
中空円筒状の大径部と、
前記大径部の軸方向の一端部に設けられ、前記大径部より外径が小さく、軸方向に垂直な面に対して交差するように形成されている外周面を有する小径部と、を一体に有する、
リング磁石。
【請求項９】
前記小径部の外周面が、前記軸方向に沿うように形成されており、
前記リング磁石は、前記大径部と小径部との間に、前記軸方向に対して垂直な段差面を有する段差部を有する、
請求項８に記載のリング磁石。
【請求項１０】
前記小径部の外周面が、前記大径部から離れるほど縮径されるテーパ状に形成されている、
請求項８に記載のリング磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置及びリング磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の電動パワーステアリング装置には、操舵トルクを検出可能なトルク検出装置が設けられている。このようなトルク検出装置として、操舵トルクに加えて、操舵角をも検出可能なトルク操舵角センサが知られている。
【０００３】
トルク操舵角センサでは、ステアリングシャフトの入力軸と出力軸とを連結するトーションバーの捩れ角度を検出することで、操舵トルクを検出するように構成されている。このようなトルク操舵角センサとして、入力軸に周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成された環状のリング磁石を設けると共に、出力軸にトーションバーの捩じれ応じてリング磁石との相対的な角度が変化し、当該相対的な角度の変化に伴って磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された磁路形成部材を設け、磁路形成部材により導かれた磁束の変化を磁気検出素子で検出することで、トーションバーの捩れ角度、すなわち操舵トルクを検出するものがある。
【０００４】
また、トルク操舵角センサでは、入力軸や出力軸の回転角度を検出することで操舵角を検出している。例えば、入力軸のリング磁石と対向するように磁気検出素子を配置し、当該磁気検出素子で検出した磁界の強度を基に操舵角を検出することができる。
【０００５】
トルク操舵角センサでは、リング磁石と径方向に対向するように操舵角検出用の磁気検出素子を設けるため、磁路形成部材をリング磁石の径方向外方（リング磁石と操舵角検出用の磁気検出素子の間）に配置すると、操舵角の検出精度が低下するおそれが生じる。そのため、リング磁石の軸方向における端面（下面）と対向するように磁路形成部材を設けるのが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−９９１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、リング磁石は、リング磁石となる円環状の母材の径方向外方に、周方向に等間隔に複数のコイルを配置し、当該コイルで発生した磁界により母材に着磁を行うことにより製造される。よって、リング磁石のＮ極では、径方向外方へ向かう磁束の密度が大きくなり、軸方向へ向かう磁束の密度は小さくなる。
【０００８】
そのため、リング磁石の軸方向における端面と対向するように磁路形成部材を設けた従来技術では、トーションバーの捩れ角度の変化に対するトルク検出用の磁気検出素子で検出される磁束密度の変化量が小さくなってしまい、十分な感度が得られず、外乱磁束（外部から侵入する磁束）の影響によるトルク測定値の誤差も大きくなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、感度が良好であり外乱磁束の影響を抑制可能なトルク検出装置及びリング磁石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】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、トーションバーによって連結された第１回転部材と第２回転部材の連結部に配置され、前記第１回転部材及び前記第２回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第１回転部材と共に回転する環状のリング磁石と、前記第２回転部材と共に回転するように設けられ、前記トーションバーの捩じれに応じて前記リング磁石との相対的な角度が変化し、当該相対的な角度の変化に伴って、前記磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材と、前記複数の磁路形成部材により導かれた磁束の変化を検出可能な磁気検出素子と、を備え、前記リング磁石は、中空円筒状の大径部と、前記大径部の軸方向の一端部に設けられ、前記大径部より外径が小さく、軸方向に対して垂直な面に対して交差するように形成されている外周面を有する小径部と、を一体に有し、前記複数の磁路形成部材は、前記小径部の外周面と対向する対向部をそれぞれ有している、トルク検出装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、トーションバーによって連結された第１回転部材と第２回転部材の連結部に配置されたトルク検出装置に用いられ、前記第１回転部材及び前記第２回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第１回転部材と共に回転する環状のリング磁石であって、中空円筒状の大径部と、前記大径部の軸方向の一端部に設けられ、前記大径部より外径が小さく、軸方向に垂直な面に対して交差するように形成されている外周面を有する小径部と、を一体に有する、リング磁石を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、感度が良好であり外乱磁束の影響を抑制可能なトルク検出装置及びリング磁石を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るトルク検出装置としてのトルク操舵角センサが適用された電動パワーステアリング装置を示す模式図である。
【図２】トルク操舵角センサの側面図である。
【図３】図２のトルク操舵角センサにおけるトルク検出部の断面図である。
【図４】リング磁石を示す図であり、（ａ）は軸方向から見た平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図５】リング磁石の製造に用いる治具を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の作用効果を説明する図であり、（ａ）はリング磁石からリラクタに導かれる磁束を説明する説明図、（ｂ）はリラクタ角度に対する磁束密度の関係を示すグラフ図である。
【図７】本発明の比較対象となる比較例を示す図であり、（ａ）はリング磁石からリラクタに導かれる磁束を説明する説明図、（ｂ）はリラクタ角度に対する磁束密度の関係を示すグラフ図である。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す図であり、（ａ）はトルク検出部の断面図、（ｂ）はリング磁石の断面図である。
【図９】（ａ）は、図８の形態におけるリング磁石からリラクタに導かれる磁束を説明する説明図、（ｂ）はリラクタ角度に対する磁束密度の関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１５】
（電動ステアリング装置の説明）
図１は、本実施の形態に係るトルク検出装置としてのトルク操舵角センサが適用された電動パワーステアリング装置１を示す模式図である。
【００１６】
電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール１０に連結されたステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１に自在継手１２を介して連結されたインタミディエイトシャフト１３と、インタミディエイトシャフト１３に自在継手１４を介して連結されたピニオンシャフト１５と、ピニオンシャフト１５のピニオン歯１５０と噛み合うラック歯１６０が形成されたラック軸１６と、ステアリングホイール１０の操舵操作に際してステアリングシャフト１１に付与される操舵トルクに応じて操舵補助力を発生させる操舵補助機構１７と、ステアリングホイール１０の操舵角及び操舵トルクを検出するトルク操舵角センサ２と、を有している。
【００１７】
ラック軸１６は、図略のラックハウジングに支持され、ステアリングホイール１０の操舵操作に応じて車幅方向に移動する。転舵輪である左右前輪１９Ｌ，１９Ｒとラック軸１６とは、左右のタイロッド１８Ｌ，１８Ｒによって連結されている。ラック軸１６及びピニオンシャフト１５は、ラックアンドピニオン式の操舵機構を構成する。
【００１８】
本実施の形態では、操舵補助機構１７がラック軸１６に操舵補助力を付与するラックアシスト式の操舵補助機構であり、電動モータ１７０の回転力が例えばボールねじ機構によって直線方向の移動力に変換され、操舵補助力としてラック軸１６に付与される。ただし、操舵補助機構１７としては、ステアリングシャフト１１を支持するステアリングコラムに設けられ、電動モータ１７０の回転力を例えばウォームギヤ機構によって減速し、操舵補助力としてステアリングシャフト１１に付与するコラムアシスト式のものであってもよい。
【００１９】
操舵補助機構１７は、制御装置２０からモータ電流の供給を受け、このモータ電流に応じた操舵補助力を発生させる。制御装置２０は、トルク操舵角センサ２の出力信号に基づいて操舵トルク及び操舵角を演算するトルク・操舵角演算部２１と、トルク・操舵角演算部２１の演算結果に基づいて付与すべき操舵補助力を演算する操舵補助力演算部２２と、操舵補助力演算部２２で演算された操舵補助力に応じたモータ電流を出力し、操舵補助機構１７の電動モータ１７０を駆動するモータ駆動回路２３とを有している。
【００２０】
操舵補助力演算部２２は、操舵トルクが大きいほど、また操舵角の時間的な変化に基づいて演算される操舵速度が高いほど、操舵補助機構１７によって操舵機構に付与される操舵補助力が大きくなるように演算を行う。また、トルク・操舵角演算部２１で演算された操舵角は、例えば車両の横滑り防止装置（ＥＳＣ : Electronic Stability Control）等における制御にも用いられる。
【００２１】
ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０側の第１回転部材１１１と、インタミディエイトシャフト１３側の第２回転部材１１２とを有し、第１回転部材１１１と第２回転部材１１２とが、図示しないトーションバーによって連結されている。トルク操舵角センサ２は、第１回転部材１１１と第２回転部材１１２との連結部に配置されている。なお、本実施の形態では、トルク操舵角センサ２がステアリングシャフト１１に配置されているが、これに限らず、例えばピニオンシャフト１５にトルク操舵角センサ２を配置してもよい。
【００２２】
（トルク操舵角センサ２の説明）
次に、トルク操舵角センサ２の構成について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、ステアリングシャフト１１の軸方向におけるステアリングホイール１０側を「上」とし、その反対側（インタミディエイトシャフト１３側）を「下」として説明するが、この「上」又は「下」は、電動パワーステアリング装置１の使用状態における鉛直方向の上下を限定するものではない。
【００２３】
図２は、トルク操舵角センサの側面図である。ステアリングシャフト１１の第１回転部材１１１及び第２回転部材１１２は、回転軸線Ｏを共有し、ステアリングホイール１０と共に回転する。第１回転部材１１１と第２回転部材１１２とは、ステアリングホイール１０の操舵トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバー（不図示）によって連結されている。トーションバーは、その軸方向における一方の端部が第１回転部材１１１に相対回転不能に連結され、他方の端部が第２回転部材１１２に相対回転不能に連結されている。トルク操舵角センサ２は、第１回転部材１１１と第２回転部材１１２の連結部に配置されている。
【００２４】
トルク操舵角センサ２は、操舵トルクを検出するためのトルク検出部２ａ、及び操舵角を検出するための操舵角検出部２ｂを有し、ステアリングシャフト１１をチルト調整可能に保持するコラムハウジング（不図示）に収容されている。コラムハウジングは、第１回転部材１１１の回転によって回転しない本発明の「非回転部材」の一態様である。
【００２５】
（トルク検出部２ａの説明）
まず、トルク検出部２ａについて説明する。図３は、トルク検出部２ａの断面図である。
【００２６】
図２，３に示すように、トルク検出部２ａは、第１回転部材１１１と共に回転する環状のリング磁石３１と、リング磁石３１による磁束の磁路を形成する複数の磁路形成部材（リラクタ）としての第１磁気ヨーク（第１リラクタ）４１及び第２磁気ヨーク（第２リラクタ）４２と、第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２の磁束を集める１対の集磁リング５１，５２と、一対の集磁リング５１，５２の間の磁界の強度を検出可能な第１磁気検出素子６１と、を有している。
【００２７】
リング磁石３１には、回転軸線Ｏを中心とした周方向に沿って磁性の異なる複数の磁極が形成されている。本実施の形態では、４つのＮ極３１１及び４つのＳ極３１２からなる８つの磁極がリング磁石３１に形成されている。リング磁石３１の詳細な形状等については後述する。
【００２８】
集磁リング５１，５２は、リング磁石３１から軸方向（回転軸線方向）にずれた位置（ここでは下方）に配置されている。集磁リング５１，５２は、第１集磁リング５１と、第１集磁リング５１よりも上方に配置された第２集磁リング５２と、を有し、両集磁リング５１，５２よりもさらに上方に、リング磁石３１が配置されている。両集磁リング５１，５２は、両回転部材１１１，１１２の回転に伴って回転しないように、両回転部材１１１，１１２と離間して設けられており、コラムハウジング等の非回転部材に固定されている。
【００２９】
集磁リング５１，５２は、軸方向の幅が径方向の厚みよりも大きい円筒状に形成され、リング磁石３１と同軸上に配置された環状部５１１，５２１を有している。第１集磁リング５１では、環状部５１１の上端部から上方に延在するように連結部５１２が一体に設けられ、連結部５１２から径方向外方に突出するように対向片５１３が一体に設けられている。第２集磁リング５２では、環状部５２１の下端部から下方に延在するように連結部５２２が一体に設けられ、連結部５２２から径方向外方に突出するように対向片５２３が一体に設けられている。両対向片５１３，５２３は、所定の間隔で軸方向に対向するように設けられており、両対向片５１３，５２３間にトルク検出用の第１磁気検出素子６１が配置されている。
【００３０】
第１磁気検出素子６１は、例えばホール効果を利用して磁界の強度を検出するホールＩＣである。第１磁気検出素子６１は、一対の集磁リング５１，５２の間の磁界の強度を検出することで、第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２により導かれた磁束の変化を検出可能となっている。第１磁気検出素子６１の出力信号は、制御装置２０に出力され、制御装置２０のトルク・操舵角演算部２１にて、第１磁気検出素子６１の出力信号を基に操舵トルクの演算が行われる。
【００３１】
磁路形成部材としての第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２は、樹脂等からなる保持部材（不図示）により保持され第２回転部材１１２に固定されており、第２回転部材１１２と共に回転する。
【００３２】
第１磁気ヨーク４１は、リング磁石３１と第１集磁リング５１とを磁気的に結合させるように構成され、第２磁気ヨーク４２は、リング磁石３１と第２集磁リング５２とを磁気的に結合させるように構成されている。
【００３３】
磁路形成部材としての第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２は、トーションバーの捩じれ応じてリング磁石３１との相対的な角度が変化し、当該相対的な角度の変化に伴って、磁極３１１，３１２との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成されている。第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２の詳細な形状等については後述する。
【００３４】
（リング磁石３１の説明）
本実施の形態では、リング磁石３１は、中空円筒状の大径部３３と、軸方向における大径部３３の一端部に設けられ、大径部３３より外径が小さい中空円筒状の小径部３４と、を一体に有している。小径部３４の内径は、大径部３３の内径と等しい。
【００３５】
小径部３４の外周面３４ａは、軸方向に垂直な面に対して交差するように形成されている。本実施の形態においては、小径部３４の外周面は、軸方向及び周方向に沿うように形成されている。また、リング磁石３１は、大径部３３と小径部３４との間に、軸方向に対して垂直な段差面３５ａを有する段差部３５を有している。
【００３６】
本実施の形態では、小径部３４の軸方向長さｈ１を、リング磁石３１全体の軸方向長さＨの１／３に設定した。リング磁石３１における小径部３４の割合が大きすぎると、小径部３４からの磁束が後述する操舵角検出用の第２磁気検出素子６２に影響を及ぼし、操舵角の検出精度が低下してしまうおそれがあるため、小径部３４の軸方向長さｈ１は、リング磁石３１全体の軸方向長さＨの１／２以下とすることが望ましい。
【００３７】
また、詳細は後述するが、本実施の形態では、大径部３３の外周面を軸方向下方に延長した仮想面と、小径部３４の外周面３４ａとの間の空間に、磁路形成部材である第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２の対向部４１１，４２１が配置されることになる。よって、大径部３３と小径部３４の外径の差ｗは、第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２の厚さ等を考慮し、第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２を上記空間に収容できる程度に設定するとよい。
【００３８】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、リング磁石３１は、リング磁石３１となる母材９１を治具９２にセットし、８個のコイル９３により母材９１に磁界を印加して着磁することにより製造される。図５（ａ）では、コイル９３で発生させる磁界の向きを破線矢印にて示している。
【００３９】
治具９２には、母材９１を収容する母材収容穴９２ａと、コイル９３を収容する８個のコイル収容穴９２ｂが形成されている。コイル収容穴９２ｂは、母材収容穴９２ａの径方向外方に、周方向に等間隔に形成されている。母材収容穴９２ａに母材９１を、コイル収容穴９２ｂにコイル９３をそれぞれ収容すると、母材９１の径方向外方に、周方向に等間隔に８個のコイル９３が配置された状態となる。この状態でコイル９３の電流を流し、コイル９３で発生させた磁界により母材９１を着磁すると、リング磁石３１が得られる。
【００４０】
本実施の形態では、図５（ｂ）に示すように、母材収容穴９２ａに母材９１を、コイル収容穴９２ｂにコイル９３をそれぞれ収容した状態において、母材９１における大径部３３の軸方向中心位置と、コイル９３の中心位置が径方向に対向するようにした。これにより、大径部３３の軸方向中心位置を、磁化の中心位置（Ｎ極３１１において軸方向外方へ向かう磁束の密度が最も大きくなる位置）とした。後述するが、この磁化の中心位置と径方向に対向するように、操舵角検出用の第２磁気検出素子６２が配置されることになる。これにより、第２磁気検出素子６２で検出されるリング磁石３１からの磁束の軸方向（Ｚ方向）成分を小さくでき、磁気検出素子６２における検出精度を向上できる。つまり、リング磁石３１に小径部３４を形成した場合であっても、第２磁気検出素子６２に対する磁界の軸方向における対称性を維持して操舵角の検出精度が低下してしまうことを抑制可能になる。
【００４１】
（磁気ヨーク４１，４２の説明）
図３に示すように、第１磁気ヨーク４１は、リング磁石３１の小径部３４の外周面３４ａと平行に対向する対向部４１１と、第１集磁リング５１の環状部５１１との間で磁束を受け渡しする受け渡し部４１３と、対向部４１１と受け渡し部４１３との間で磁束を伝達する伝達部４１２とを一体に有している。
【００４２】
対向部４１１は、小径部３４の外周面３４ａと径方向に対向する板状に形成されており、軸方向に延在している。ここでは、小径部３４の外周面３４ａと対向部４１１との間隔ｄを０．５ｍｍに設定した。本実施の形態では、対向部４１１の上端から径方向外方に延び、段差面３５ａと軸方向に対向する段差面対向部４１４をさらに有している。
【００４３】
伝達部４１２は、対向部４１１の下端部から径方向内方に延びる第１径方向伝達部４１２ａと、第１径方向伝達部４１２ａの径方向内方の端部から軸方向に沿って下方に延びる軸方向伝達部４１２ｂと、軸方向伝達部４１２ｂの下端部から径方向外方に延び受け渡し部４１３に接続される第２径方向伝達部４１２ｃとからなり、略コの字状に形成されている。受け渡し部４１３は、第１集磁リング５１の環状部５１１の内周面５１１ａと径方向に対向する板状に形成されており、軸方向に延在している。
【００４４】
同様に、第２磁気ヨーク４２は、リング磁石３１の小径部３４の外周面３４ａと平行に対向する対向部４２１と、第２集磁リング５２の環状部５２１との間で磁束を受け渡しする受け渡し部４２３と、対向部４２１と受け渡し部４２３との間で磁束を伝達する伝達部４２２とを一体に有している。
【００４５】
対向部４２１は、小径部３４の外周面３４ａと径方向に対向する板状に形成されており、軸方向に延在している。ここでは、小径部３４の外周面３４ａと対向部４２１との間隔ｄを０．５ｍｍに設定した。本実施の形態では、対向部４２１の上端から径方向外方に延び、段差面３５ａと軸方向に対向する段差面対向部４２４をさらに有している。
【００４６】
伝達部４２２は、対向部４１１の下端部から連続し軸方向に沿って下方に延びる軸方向伝達部４２２ａと、軸方向伝達部４２２ａの下端部から径方向外方に延び受け渡し部４２３に接続される径方向伝達部４２２ｂとからなる。受け渡し部４１３は、第２集磁リング５２の環状部５２１の内周面５２１ａと径方向に対向する板状に形成されており、軸方向に延在している。
【００４７】
このように、本実施の形態では、両磁気ヨーク４１，４２は、小径部３４の外周面３４ａと対向する対向部４１１，４２１をそれぞれ有している。両磁気ヨーク４１，４２は、例えば帯状の１枚の金属板を折り曲げ加工することにより形成される。
【００４８】
本実施の形態では、磁気ヨーク４１，４２は、対向部４１１，４２１側の端部（ここでは、段差面対向部４１４，４２４の端部）が、大径部３３よりも径方向外方に突出していない。つまり、本実施の形態では、大径部３３の外周面を軸方向に延長した仮想面と、小径部３４の外周面３４ａとの間の空間に、両磁気ヨーク４１，４２の対向部４１１，４２１が配置される。本実施の形態では、段差面対向部４１４，４２４の端面の径方向位置と大径部３３の外周面の径方向位置とが略一致するようにした。
【００４９】
（トルク検出部２ａの動作）
両磁気ヨーク４１，４２は、ステアリングシャフト１１に操舵トルクが付与されていないときに、対向部４１１，４２１の中央部が、リング磁石３１のＮ極３１１とＳ極３１２との境界部に向かい合うように設けられている。この状態では、第１磁気検出素子６１で検出される磁界の強度は実質的にゼロとなる。
【００５０】
ここで、ステアリングシャフト１１に操舵トルクが付与されてトーションバーが捩じれると、この捩じれによって、リング磁石３１と第１及び第２磁気ヨーク４１，４２とが相対回転し、リング磁石３１の磁極３１１，３１２に対する磁気ヨーク４１，４２の対向部４１１，４２１の対向位置がリング磁石３１の周方向にずれる。
【００５１】
例えばリング磁石３１が第１及び第２磁気ヨーク４１，４２に対して図３（ａ）の矢印Ｃ方向に所定角度（例えば５°）回転すると、第１磁気ヨーク４１の対向部４１１と軸方向に対向するリング磁石３１の磁極のうち、Ｎ極３１１が占める割合がＳ極３１２よりも高くなる。また、第２磁気ヨーク４２の対向部４２１と軸方向に対向するリング磁石３１の磁極のうち、Ｓ極３１２が占める割合がＮ極３１１よりも高くなる。これにより、Ｎ極３１１から放出される磁束の一部が第１磁気ヨーク４１及び第１集磁リング５１を経て第１磁気検出素子６１を通過し、第２集磁リング５２及び第２磁気ヨーク４２を経てＳ極３１２に戻る。
【００５２】
一方、リング磁石３１が第１及び第２磁気ヨーク４１，４２に対して矢印Ｃ方向とは逆方向に回転した場合には、第１磁気ヨーク４１の対向部４１１と軸方向に対向するリング磁石３１の磁極のうち、Ｓ極３１２が占める割合がＮ極３１１よりも高くなり、第２磁気ヨーク４２の対向部４２１と軸方向に対向するリング磁石３１の磁極のうち、Ｎ極３１１が占める割合がＳ極３１２よりも高くなる。これにより、第１磁気検出素子６１を上記とは逆方向に磁束が通過する。
【００５３】
第１磁気検出素子６１で検出される磁界の強度（磁束密度）は、トーションバーの捩じれ量、すなわちリング磁石３１と磁気ヨーク４１，４２の相対的な角度（以下、リラクタ角度という）に比例する。よって、制御装置２０のトルク・操舵角演算部２１は、第１磁気検出素子６１が検出した磁界の強度を基に、リング磁石３１と磁路形成部材（磁気ヨーク４１，４２）との相対的な角度であるリアクタ角度を求め、求めたリアクタ角度を基に、ステアリングホイール１０の操舵トルクを演算する。
【００５４】
上述のように、リング磁石３１では、Ｎ極３１１から径方向外方に向かう磁束の密度が比較的大きくなり、Ｎ極３１１から軸方向外方に向かう磁束の密度が比較的小さくなる。図６（ａ）に示すように、小径部３４の外周面３４ａと対向するように対向部４１１，４２１を配置することで、磁気ヨーク４１，４２をリング磁石３１（大径部３３）よりも径方向外方に配置せずとも、小径部３４から径方向外方へ向かう磁束を対向部４１１，４２１にて集めることが可能になる。よって、本実施の形態によれば、対向部４１１，４２１をリング磁石３１の軸方向端面に対向させた場合と比較して、リング磁石３１から磁気ヨーク４１，４２に流れ込む磁束の磁束密度を増大させ、第１磁気検出素子６１で検出される磁束密度も増大させることが可能になる。その結果、リラクタ角度の変化に対する第１磁気検出素子６１で検出される磁束密度の変化量（以下、トルク磁束密度変化係数という。単位は［ｍＴ／°］）が大きくなり、トルク検出の感度が向上すると共に、外乱磁束（外部から侵入する磁束）の影響によるトルク測定値の誤差も低減可能になる。
【００５５】
本実施の形態において、リラクタ角度に対する第１磁気検出素子６１で検出される磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すように、本実施の形態では、トルク磁束密度変化係数（図６（ｂ）のグラフにおける傾き）は、２．４２［ｍＴ／°］であった。
【００５６】
ここで、比較のため、図７（ａ）に示すような小径部３４を有さない円筒状のリング磁石３７を用い、磁気ヨーク４３の端部をリング磁石３１の軸方向端面に対向させた比較例について、同様にシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すように、比較例では、トルク磁束密度変化係数は、１．２１［ｍＴ／°］であった。図６（ｂ）と図７（ｂ）とを比較すればわかるように、本実施の形態では、比較例と比較してトルク磁束密度変化係数が大きく、良好な感度が得られている。
【００５７】
（操舵角検出部２ｂの説明）
図２に戻り、操舵角検出部２ｂについて説明する。操舵角検出部２ｂは、リング磁石３１と、リング磁石３１からの磁界を受ける位置に、基板８２に固定して配置された第２磁気検出素子６２と、第２の磁気検出素子６２にリング磁石３１とは異なる方向の磁界を生じさせるスライド磁石３２と、第１回転部材１１１の回転に伴ってスライド磁石３２を第２の磁気検出素子６２に対して接近及び離間する方向に移動させるスライド機構７と、を備えている。なお、リング磁石３１は、トルク検出部２ａの構成要素であると共に、操舵角検出部２ｂの構成要素でもある。
【００５８】
第２磁気検出素子６２は、第１回転部材１１１の回転によって回転しない非回転部材にリング磁石３１の外周面に対向して配置されている。第２磁気検出素子６２としては、リング磁石３１の径方向（Ｘ方向）、回転軸線Ｏと平行な軸方向（Ｙ方向）、および径方向と軸方向に垂直な接線方向（Ｚ方向）の３方向における磁界の強度を検出可能な３軸の磁気検出素子が用いられる。第２磁気検出素子６２とリング磁石３１との距離（径方向に沿った距離）は、例えば１５ｍｍである。
【００５９】
第２磁気検出素子６２は、Ｘ方向及びＺ方向の磁界を検出可能であることにより、リング磁石３１から受ける磁界を検出可能である。また、第２磁気検出素子６２は、回転軸線Ｏと平行なＹ方向の磁界を検出可能であることにより、スライド磁石３２から受ける磁界の強度を検出可能である。
【００６０】
第２磁気検出素子６２は、リング磁石３１の大径部３３における軸方向の中心位置と径方向に対向するように配置される。大径部３３の軸方向の中心位置は磁化の中心位置となっているため、大径部３３の軸方向の中心位置と径方向に対向するように第２磁気検出素子６２を配置することで、リング磁石３１からＹ方向成分の磁界の受けることを抑制し、操舵角の検出精度を向上することができる。
【００６１】
第２磁気検出素子６２は、例えばホール効果を利用して磁界の強度を検出するホールＩＣである。第２磁気検出素子６２の出力信号は、制御装置２０に出力される。
【００６２】
スライド磁石３２は、第２磁気検出素子６２と軸方向（Ｙ方向）に対向して配置されている。スライド磁石３２は、その磁化方向が回転軸線Ｏと平行であり、軸方向（Ｙ方向）に沿って極性の異なる磁極（Ｎ極３２１およびＳ極３２２）が形成されている。これにより、スライド磁石３２は、第２磁気検出素子６２に対し、Ｘ方向及びＺ方向に発生する磁界を抑制するように構成されている。本実施の形態では、スライド磁石３２は、Ｎ極３２１が第２磁気検出素子６２に対向するように配置されている。
【００６３】
また、スライド磁石３２と第２磁気検出素子６２は、第１磁気検出素子６１との間に回転軸線Ｏを挟むように配置されている。これにより、スライド磁石３２の磁界が第１磁気検出素子６１による磁界強度の検出結果に影響を与えてしまうことが抑制されている。
【００６４】
スライド機構７は、第１回転部材１１１の回転に伴ってスライド磁石３２を軸方向（Ｙ方向）に沿って移動させるものである。スライド機構７は、スライド磁石３２を支持する支持部材としてのスライダ７１と、第１回転部材１１１と共に回転し、外周面にスライダ７１と噛み合う噛み合い部７００が螺旋状に形成された環状部材としてのスライド駆動部材７０と、を有している。図示していないが、スライド機構７は、コラムハウジング等の非回転部材に固定され、スライダ７１を回転軸線Ｏと平行に案内するガイド部材を有してもよい。スライド駆動部材７０およびスライダ７１は、例えばアルミニウムやオーステナイト系ステンレス等の非磁性金属もしくは硬質樹脂等の非磁性体からなる。
【００６５】
スライド駆動部材７０は、その内部に第１回転部材１１１が挿入される円筒状に形成され、第１回転部材１１１に固定されている。スライド駆動部材７０の下端部には、リング磁石３１が例えば接着によって固定されている。スライド駆動部材７０は、その下端部の外径が噛み合い部７００の外径よりも小さく形成され、この下端部における外周面にリング磁石３１が嵌着されている。
【００６６】
噛み合い部７００は、スライド駆動部材７０その外周面に一条の螺旋状の溝を設けることで形成されている。噛み合い部７００は、ステアリングホイール１０が左右の最大舵角まで操舵された場合にも、スライダ７１との噛み合いによりスライド磁石３２を第２の磁気検出素子６２に対して接近及び離間させる方向に移動させることが可能な範囲に形成されている。
【００６７】
スライダ７１は、スライド駆動部材７０の噛み合い部７００と噛み合うスライダ側噛み合い部（不図示）が内周面に形成された円環状のリング部７１１と、リング部７１１の周方向の一部から径方向外方に突出するように設けられ、スライド磁石３２を支持する支持部７１２と、を有している。スライド駆動部材７０が第１回転部材１１１と共に回転すると、噛み合い部７００とスライダ側噛み合い部の噛み合いにより、スライダ７１が上下に移動する。
【００６８】
操舵角検出部２ｂでは、スライダ７１に支持されたスライド磁石３２がスライダ７１と共に下方に移動すると、スライド磁石３２と第２磁気検出素子６２との距離が短くなり、第２磁気検出素子６２で検出されるＹ方向の磁界の強度が強くなる。一方、スライド磁石３２がスライダ７１と共に上方に移動すると、スライド磁石３２と第２磁気検出素子６２との距離が長くなり、第２磁気検出素子６２で検出されるＹ方向の磁界の強度が弱くなる。
【００６９】
他方、第２磁気検出素子６２は、リング磁石３１の外周面に対向して配置されているため、リング磁石３１が回転すると、リング磁石３１のＮ極３１１及びＳ極３１２が交互に第２の磁気検出素子６２に向かい合う。これにより、Ｘ方向とＺ方向の磁界の強度が周期的に変化する。ここでは、リング磁石３１においてＮ極３１１とＳ極３１２が４対設けられているため、Ｘ方向とＺ方向の磁界の強度の変化周期は９０°（±４５°）となる。
【００７０】
そこで、制御装置２０のトルク・操舵角演算部２１は、第２磁気検出素子６２が検出した３方向の磁界の強度を基に、Ｘ方向とＺ方向の磁界の強度から、任意の周期内でのリング磁石３１の相対的な回転角度（以下、リング角度という）を求め、かつ、Ｙ方向の磁界の強度から、基準位置から何周期目の周期的変化であるか（以下、回転周期という）を求め、求めたリング角度と回転周期とから、基準位置からの操舵角を絶対角度として求めるように構成されている。
【００７１】
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るトルク検出装置としてのトルク操舵角センサ２では、リング磁石３１は、中空円筒状の大径部３３と、軸方向における大径部３３の一端部に設けられ、大径部３３より外径が小さく、軸方向に垂直な面に対して交差するように形成されている外周面３４ａを有する小径部３４と、を一体に有し、複数の磁路形成部材としての磁気ヨーク４１，４２は、小径部３４の外周面３４ａと対向する対向部４１１，４２１をそれぞれ有している。
【００７２】
このように構成することで、リング磁石３１の径方向外方に操舵角検出用の第２磁気検出素子６２が配置される場合や、設置スペースが狭い場合等、磁気ヨーク４１，４２をリング磁石３１の径方向外方に配置できない場合であっても、リング磁石３１から磁気ヨーク４１，４２に流れ込む磁束の磁束密度を増大させ、トルク磁束密度変化係数を大きくすることが可能になる。その結果、トルク検出の感度を向上させることが可能になると共に、外乱磁束（外部から侵入する磁束）の影響によるトルク測定値の誤差も低減可能になり、トルクの検出精度を向上できる。
【００７３】
（他の実施の形態）
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図８は、本発明の他の実施の形態を示す図であり、（ａ）はトルク検出部２ａの断面図、（ｂ）はリング磁石３１の断面図である。
【００７４】
図８に示すトルク検出部２ａでは、リング磁石３１の小径部３４の外周面３４ａが、大径部３３から離れるほど縮径されるテーパ状に形成されている。小径部３４の外周面３４ａは、軸方向に垂直な面に対して傾斜している。
【００７５】
軸方向に垂直な面に対する外周面３４ａの傾斜角度θは、リング磁石３１の厚さを考慮し、小径部３４の軸方向長さｈ２がリング磁石３１全体の軸方向長さＨの１／２以下となるように決定される。小径部３４の軸方向長さｈ２がリング磁石３１全体の軸方向長さＨの１／２を超えると、小径部３４の影響により操舵角の検出精度が低下してしまうおそれがある。傾斜角度θが小さすぎると、磁気ヨーク４１，４２にて磁束の径方向成分を十分に集められなくなるので、傾斜角度θは、少なくとも１０度以上であることが望ましい。
【００７６】
また、図８に示すトルク検出部２ａでは、テーパ状の小径部３４の外周面３４ａに平行に対向するように、磁気ヨーク４１，４２の対向部４１１，４２１が形成されている。つまり、磁気ヨーク４１，４２の対向部４１１，４２１は、軸方向に垂直な面に対して、小径部３４の外周面３４ａと同じ角度傾斜している。
【００７７】
第１磁気ヨーク４１の第１径方向伝達部４１２ａは、対向部４１１の下端部（径方向内側の端部）から連続するように、軸方向に垂直な面に対して傾斜している。また、第２磁気ヨーク４２は、対向部４２１の下端部（径方向内側の端部）から連続するように、軸方向に垂直な面に対して傾斜しており、対向部４２１と軸方向伝達部４２２ａとを連結する連結部４２２ｃをさらに有している。
【００７８】
本実施の形態では、外周面３４ａと対向部４１１，４２１との対向方向から見たとき、外周面３４ａの外周側の端部と対向部４１１，４２１の端部とが一致している。そのため、磁気ヨーク４１，４２の厚さの影響により、磁気ヨーク４１，４２の一部が大径部３３よりも径方向外方に突出している。ただし、この突出長はできるだけ小さいことが望ましく、少なくとも、磁気ヨーク４１，４２の対向部４１１，４２１側の端部におけるリング磁石３１側の面が、大径部３３よりも径方向外方に突出していないことが望ましい。
【００７９】
図９（ａ）に示すように、テーパ状の小径部３４を形成し、その外周面３４ａと対向するように磁気ヨーク４１，４２を設けることで、磁気ヨーク４１，４２にてリング磁石３１のＮ極３１１から径方向外方へ向かう磁束の成分を集磁することが可能になり、磁気ヨーク４１，４２に流れ込む磁束の磁束密度を増大させ、トルク磁束密度変化係数を大きくすることが可能になる。
【００８０】
リラクタ角度に対する第１磁気検出素子６１で検出される磁束密度のシミュレーションを図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）に示すように、この形態では、トルク磁束密度変化係数は、２．２７［ｍＴ／°］であった。図９（ｂ）と図７（ｂ）とを比較すればわかるように、本実施の形態では、比較例と比較してトルク磁束密度変化係数が大きく、良好な感度が得られている。
【００８１】
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【００８２】
［１］トーションバーによって連結された第１回転部材（１１１）と第２回転部材（１１２）の連結部に配置され、前記第１回転部材（１１１）及び前記第２回転部材（１１１）の回転軸線（Ｏ）を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極（３１１，３１２）が形成され、前記第１回転部材（１１１）と共に回転する環状のリング磁石（３１）と、前記第２回転部材（１１２）と共に回転するように設けられ、前記トーションバーの捩じれに応じて前記リング磁石（３１）との相対的な角度が変化し、当該相対的な角度の変化に伴って、前記磁極（３１１，３１２）との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材（４１，４２）と、前記複数の磁路形成部材（４１，４２）により導かれた磁束の変化を検出可能な磁気検出素子（６１）と、を備え、前記リング磁石（３１）は、中空円筒状の大径部（３３）と、軸方向における前記大径部（３３）の一端部に設けられ、前記大径部（３３）より外径が小さく、軸方向に垂直な面に対して交差するように形成されている外周面（３４ａ）を有する小径部（３４）と、を一体に有し、前記複数の磁路形成部材（４１，４２）は、前記小径部（３４）の外周面（３４ａ）と対向する対向部（４１１，４２１）をそれぞれ有している、トルク検出装置（１）。
【００８３】
［２］前記磁路形成部材（４１，４２）の前記対向部（４１１，４１２）側の端部における前記リング磁石（３１）側の面が、前記大径部（３３）よりも径方向外方に突出していない、［１］に記載のトルク検出装置（１）。
【００８４】
［３］前記磁路形成部材（４１，４２）の前記対向部（４１１，４１２）側の端部が、前記大径部（３３）よりも径方向外方に突出していない、［２］に記載のトルク検出装置（１）。
【００８５】
［４］前記小径部（３４）の外周面（３４ａ）が、前記軸方向に沿うように形成されており、前記リング磁石（３１）は、前記大径部（３３）と小径部（３４）との間に、前記軸方向に対して垂直な段差面（３５ａ）を有する段差部（３５）を有する、［１］乃至［３］の何れか１項に記載のトルク検出装置（１）。
【００８６】
［５］前記小径部（３４）の外周面（３４ａ）が、前記大径部（３３）から離れるほど縮径されるテーパ状に形成されている、［１］乃至［３］の何れか１項に記載のトルク検出装置（１）。
【００８７】
［６］前記軸方向に垂直な面に対する前記小径部（３４）の外周面（３４ａ）の傾斜角度が、１０度以上である、［５］に記載トルク検出装置（１）。
【００８８】
［７］前記第１回転部材（１１１）の回転によって回転しない非回転部材に前記リング磁石（３１）の前記大径部（３３）の外周面に対向して配置された操舵角検出用の磁気検出素子（６２）をさらに備えた、［１］乃至［６］の何れか１項に記載のトルク検出装置（１）。
【００８９】
［８］トーションバーによって連結された第１回転部材（１１１）と第２回転部材（１１２）の連結部に配置されたトルク検出装置（１）に用いられ、前記第１回転部材（１１１）及び前記第２回転部材（１１２）の回転軸線（Ｏ）を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極（３１１，３１２）が形成され、前記第１回転部材（１１１）と共に回転する環状のリング磁石（３１）であって、中空円筒状の大径部（３３）と、前記大径部（３３）の軸方向の一端部に設けられ、前記大径部（３３）より外径が小さく、軸方向に垂直な面に対して交差するように形成されている外周面（３４ａ）を有する小径部（３４）と、を一体に有する、リング磁石（３１）。
【００９０】
［９］前記小径部（３４）の外周面（３４ａ）が、前記軸方向に沿うように形成されており、前記リング磁石（３１）は、前記大径部（３３）と小径部（３４）との間に、前記軸方向に対して垂直な段差面（３５ａ）を有する段差部（３５）を有する、［８］に記載のリング磁石（３１）。
【００９１】
［１０］前記小径部（３４）の外周面（３４ａ）が、前記大径部（３３）から離れるほど縮径されるテーパ状に形成されている、［８］に記載のリング磁石（３１）。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
２…トルク操舵角センサ（トルク検出装置）
２ａ…トルク検出部
２ｂ…操舵角検出部
３１…リング磁石
３１１…Ｎ極（磁極）
３１２…Ｓ極（磁極）
３３…大径部
３４…小径部
３４ａ…外周面
３５…段差部
３５ａ…段差面
４１…第１磁気ヨーク（磁路形成部材）
４１１…対向部
４２…第２磁気ヨーク（磁路形成部材）
４２１…対向部
５１…第１集磁リング
５２…第２集磁リング
６１…第１磁気検出素子（磁気検出素子）
６２…第２磁気検出素子
１１１…第１回転部材
１１２…第２回転部材
Ｏ…回転軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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