(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気検出素子及び磁気検出素子を実装するための材料の厚みが、磁束の検出感度に影響を及ぼさないトルクセンサを提供する。【解決手段】ステアリングシャフト２０と共に回転する多極磁石部１１と、ステアリングシャフト２０とトーションバー２２を介して接続されたコラムシャフト２１と共に回転し、多極磁石部１１の磁界内に配置された磁気ヨーク部１２と、磁気ヨーク部１２の一対の磁気ヨーク１２０、１２１の磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁板本体１３ａ、１４ａと、一組の集磁板本体１３ａ、１４ａのそれぞれからステアリングシャフト２０の軸方向に伸びて間隙を形成する一対の集磁突起１３ｂ、１４ｂとを備えた一対の集磁板１３、１４と、検出面の法線をステアリングシャフト２０の径方向とし、一対の集磁突起１３ｂ、１４ｂの間隙に対して配置され、間隙の磁束を検出する磁気検出部１０とを有するトルクセンサ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記第１の軸と共に回転する多極磁石と、
前記第１の軸とトーションバーを介して接続された第２の軸と共に回転し、前記多極磁石の磁界内に配置された一対の磁気ヨークと、
前記一対の磁気ヨークの磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁体本体と、前記一組の集磁体本体のそれぞれから前記第１の軸の軸方向に伸びて間隙を形成する一対の突起とを備えた一対の集磁体と、
検出面の法線を前記第１の軸の径方向とし、前記第１の軸の径方向を法線とする平面視で前記一対の突起の前記間隙に対して配置され、前記第１の軸の軸方向を法線とする平面視で前記一対の突起と重ならないよう配置されて前記一対の突起の前記間隙の磁束を検出する磁気検出素子とを有するトルクセンサ。
【請求項２】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向を磁気検出方向とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記磁気検出素子は、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する請求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項６】
前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項７】
前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項８】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートを有し、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように前記一対の集磁体の前記一対の突起が設けられる請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項９】
前記多極磁石は、前記第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置され、
前記一対の磁気ヨークは、互いに前記予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される請求項１‐８のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項１０】
前記第１の軸と共に回転する多極磁石と、
前記第１の軸とトーションバーを介して接続された第２の軸と共に回転し、前記多極磁石の磁界内に配置された一対の磁気ヨークと、
検出面の法線を前記第１の軸の径方向とし、前記第１の軸の径方向を法線とする平面視で前記一対の磁気ヨークの間に配置され、前記第１の軸の軸方向を法線とする平面視で前記一対の磁気ヨークと重ならないよう配置されて前記一対の磁気ヨークの間の磁束を検出する磁気検出素子とを有するトルクセンサ。
【請求項１１】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向を磁気検出方向とする請求項１０に記載のトルクセンサ。
【請求項１２】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する請求項１０又は１１に記載のトルクセンサ。
【請求項１３】
前記磁気検出素子は、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する請求項１２に記載のトルクセンサ。
【請求項１４】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する請求項１０又は１１に記載のトルクセンサ。
【請求項１５】
前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する請求項１０又は１１に記載のトルクセンサ。
【請求項１６】
前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する請求項１０又は１１に記載のトルクセンサ。
【請求項１７】
前記多極磁石は、前記第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置され、
前記一対の磁気ヨークは、互いに前記予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される請求項１０‐１６のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項１８】
前記一対の磁気ヨークの磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁体を有する請求項１０‐１７のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、ステアリングシャフトに加わるトルクを磁石及び磁気センサにより検出するトルクセンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されたトルクセンサは、運転手が操作するステアリングホイールが接続されたステアリングシャフトと、トーションバーを介してステアリングシャフトと連結されるコラムシャフトとの連結部等に設けられるものであって、ステアリングシャフトに連結された円筒状の多極磁石と、多極磁石の磁界内に配置されてコラムシャフトと一体回転する一対の磁気ヨークと、一対の磁気ヨークとそれぞれ磁気的に結合された一対の集磁要素と、磁束密度を検出するホールＩＣとを有し、ステアリングシャフトに加わるトルクに応じてトーションバーが捻れ変形すると、多極磁石と一対の磁気ヨークとの相対位置が変化して一対の磁気ヨーク間に生じる磁束密度が変化することを利用して、一対の集磁要素のそれぞれに設けられた突起の間にホールＩＣを配置し、一対の磁気ヨーク間の磁束密度を検出することで、ステアリングシャフトに加わるトルクを検出する。検出したトルクの情報はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）に送られ、ＥＣＵはコラムシャフトに接続されて運転手の操舵を補助するアシスト機構に対し、コラムシャフトに加える補助力を制御するための信号を送る。
【０００４】
ここで、図１８並びに図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホールＩＣ１０ｗがリード線１１ｗにより図示しない基板に実装される場合は、一対の集磁要素のそれぞれに設けられた突起１３ｃ及び１４ｃの間隔Ｄｗの最低値は、ホールＩＣ１０ｗの厚みとなる（例えば、１．５ｍｍ）。ホールＩＣ１０ｗのホールプレート１００ｗは集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間に配置されることで、一対の磁気ヨーク間の磁束密度をより大きく検出し、集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間隔Ｄｗをできる限り小さくすることで検出する磁束密度を最大化する。
【０００５】
また、図２０並びに図２１（ａ）及び（ｂ）に示すように、トルクセンサを構成する際に、ホールＩＣ１０ｘの基板１１ｘへの表面実装が要求される場合がある。この場合、一対の集磁要素のそれぞれに設けられた突起１３ｃ及び１４ｃの間隔Ｄｘの最低値は、ホールＩＣ１０ｘの厚み（例えば、１．５ｍｍ）及び基板１１ｘの厚み（例えば、１．１ｍｍ）を合わせたものとなる。ホールＩＣ１０ｘのホールプレート１００ｘは集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間に配置されることで、一対の磁気ヨーク間の磁束密度をより大きく検出するものの、集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間隔ＤｘがＤｗの場合に比べて基板１１ｘの厚みだけ大きくなり、検出する磁束密度が減少するという問題がある。
【０００６】
上記問題を解決するものとして基板に切り欠きを設けたトルクセンサが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３及び特許文献４）。
【０００７】
特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されたトルクセンサは、図２２並びに図２３（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１１ｙに切り欠き１１０ｙを設け、集磁要素の突起１４ｃを切り欠き１１０ｙによって形成される空間に配置することで、集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間隔Ｄｙの最低値をホールＩＣ１０ｙの厚みとする（例えば、１．５ｍｍ）。ホールＩＣ１０ｙのホールプレート１００ｙは、間隔を狭くした集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間に配置されることで、一対の磁気ヨーク間の磁束密度をより大きく検出し、集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間隔Ｄｙを間隔Ｄｗと同程度とすることで検出する磁束密度を最大化する。
【０００８】
また、図２４並びに図２５（ａ）及び（ｂ）に示すように、トルクセンサを構成する際に、ホールＩＣ１０ｚを基板１１ｚへ表面実装するとともに封止材１２ｚによるモールドを要求される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２‐２３７７２８号公報
【特許文献２】特開２０１６‐３９８４号公報
【特許文献３】特開２０１６‐１０２６７１号公報
【特許文献４】特開２０１６‐１０２６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この場合、一対の集磁要素のそれぞれに設けられた突起１３ｃ及び１４ｃの間隔Ｄｚの最低値は、ホールＩＣ１０ｚの厚み（例えば、１．５ｍｍ）、基板１１ｚ（例えば、１．１ｍｍ）及び封止材１２ｚの厚み（例えば、２ｍｍ）を合わせたものとなる。ホールＩＣ１０ｚのホールプレート１００ｚは集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間に配置されることで、一対の磁気ヨーク間の磁束密度をより大きく検出するものの、集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間隔ＤｚがＤｗの場合に比べて基板１１ｚ及び封止材１２ｚの厚みだけ大きくなり、検出する磁束密度が減少するという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に示すトルクセンサのホールＩＣ及び基板を封止材でモールドしたとしても、集磁要素の突起１３ｃ及び１４ｃの間隔について、基板の厚みは無視できるものの、少なくとも封止材の厚みは無視できない、という問題がある。
【００１２】
従って、本発明の目的は、磁気検出素子及び磁気検出素子を実装するための材料の厚みが、磁束の検出感度に影響を及ぼさないトルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下のトルクセンサを提供する。
［１］前記第１の軸と共に回転する多極磁石と、
前記第１の軸とトーションバーを介して接続された第２の軸と共に回転し、前記多極磁石の磁界内に配置された一対の磁気ヨークと、
前記一対の磁気ヨークの磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁体本体と、前記一組の集磁体本体のそれぞれから前記第１の軸の軸方向に伸びて間隙を形成する一対の突起とを備えた一対の集磁体と、
検出面の法線を前記第１の軸の径方向とし、前記第１の軸の径方向を法線とする平面視で前記一対の突起の前記間隙に対して配置され、前記第１の軸の軸方向を法線とする平面視で前記一対の突起と重ならないよう配置されて前記一対の突起の前記間隙の磁束を検出する磁気検出素子とを有するトルクセンサ
［２］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向を磁気検出方向とする前記［１］に記載のトルクセンサ
［３］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ
［４］前記磁気検出素子は、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する前記［３］に記載のトルクセンサ
［５］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ
［６］前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ。
［７］前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ。
［８］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートを有し、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように前記一対の集磁体の前記一対の突起が設けられる前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ。
［９］前記多極磁石は、前記第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置され、
前記一対の磁気ヨークは、互いに前記予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される前記［１］‐［８］のいずれかに記載のトルクセンサ
［１０］前記第１の軸と共に回転する多極磁石と、
前記第１の軸とトーションバーを介して接続された第２の軸と共に回転し、前記多極磁石の磁界内に配置された一対の磁気ヨークと、
検出面の法線を前記第１の軸の径方向とし、前記第１の軸の径方向を法線とする平面視で前記一対の磁気ヨークの間に配置され、前記第１の軸の軸方向を法線とする平面視で前記一対の磁気ヨークと重ならないよう配置されて前記一対の磁気ヨークの間の磁束を検出する磁気検出素子とを有するトルクセンサ
［１１］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向を磁気検出方向とする前記［１０］に記載のトルクセンサ
［１２］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する前記［１０］又は［１１］に記載のトルクセンサ
［１３］前記磁気検出素子は、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する前記［１２］に記載のトルクセンサ
［１４］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する前記［１０］又は［１１］に記載のトルクセンサ
［１５］前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する前記［１０］又は［１１］に記載のトルクセンサ。
［１６］前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する前記［１０］又は［１１］に記載のトルクセンサ。
［１７］前記多極磁石は、前記第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置され、
前記一対の磁気ヨークは、互いに前記予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される前記［１０］‐［１６］のいずれかに記載のトルクセンサ。
［１８］前記一対の磁気ヨークの磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁体を有する前記［１０］‐［１７］のいずれかに記載のトルクセンサ。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、磁気検出素子及び磁気検出素子を実装するための材料の厚みが、磁束の検出感度に影響を及ぼさないようにすることができる。
請求項２又は１１に係る発明によれば、第１の軸の軸方向を磁気検出方向とする磁気検出素子を用いることができる。
請求項３又は１２に係る発明によれば、第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項４又は１３に係る発明によれば、検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項５又は１４に係る発明によれば、第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項６又は１５に係る発明によれば、検出方向を第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項７又は１６に係る発明によれば、検出方向を第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項８に係る発明によれば、第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートを有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項９又は１７に係る発明によれば、第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置された多極磁石と、互いに予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される一対の磁気ヨークとを用いることができる。
請求項１０に係る発明によれば、第１の軸方向に離隔されて配置された一対の磁気ヨーク間の磁束を検出するための集磁板を省略することができる。
請求項１８に係る発明によれば、集磁板の突起を省略することでトルクセンサを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係るステアリングシステムの構成例を示す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態のトルクセンサの構成例を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、トルクセンサの構成例を示すステアリングシャフトの中心軸を通る断面における断面図である。
【図４】図４（ａ）‐（ｃ）は、一対の磁気ヨークと多極磁石１１０のＳ極、Ｎ極との位置関係を示す正面図である。
【図５】図５は、集磁突起と磁気検出部との位置関係を示す斜視図である。
【図６】図６は、集磁突起と磁気検出部との位置関係を示すｙｚ平面における断面図である。
【図７】図７（ａ）‐（ｃ）は、ホールＩＣの構成を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【図８】図８は、ホールＩＣの磁束検出動作を説明するための概略断面図である。
【図９】図９は、トーションバーの捻れ変形の角度とホールＩＣの出力との関係を示す概略図である。
【図１０】図１０は、第２の実施の形態のトルクセンサの構成例を示す分解斜視図である。
【図１１】図１１は、トルクセンサの構成例を示す中心軸を通る断面における断面図である。
【図１２】図１２は、磁気ヨーク本体と磁気検出部との位置関係を示すｙｚ平面における断面図である。
【図１３】図１３（ａ）‐（ｃ）は、ホールＩＣの構成の変形例を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【図１４】図１４（ａ）‐（ｃ）は、ホールＩＣの構成の変形例を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【図１５】図１５は、ホールＩＣの構成の変形例を示す断面図である。
【図１６】図１６は、ＭＲＩＣの構成の変形例を示す断面図である。
【図１７】図１７（ａ）‐（ｃ）は、ホールＩＣの構成の変形例を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【図１８】図１８は、従来技術におけるホールＩＣと集磁要素の配置関係を示す斜視図である。
【図１９】図１９（ａ）及び（ｂ）は、従来技術におけるホールＩＣと集磁要素の配置関係を示す正面断面図及び側面断面図である。
【図２０】図２０は、従来技術におけるホールＩＣと集磁要素の配置関係を示す斜視図である。
【図２１】図２１（ａ）及び（ｂ）は、従来技術におけるホールＩＣと集磁要素の配置関係を示す正面断面図及び側面断面図である。
【図２２】図２２は、従来技術におけるホールＩＣと集磁要素の配置関係を示す斜視図である。
【図２３】図２３（ａ）及び（ｂ）は、従来技術におけるホールＩＣと集磁要素の配置関係を示す正面断面図及び側面断面図である。
【図２４】図２４は、従来技術におけるホールＩＣと集磁要素の配置関係を示す斜視図である。
【図２５】図２５（ａ）及び（ｂ）は、従来技術におけるホールＩＣと集磁要素の配置関係を示す正面断面図及び側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］
（トルクセンサの構成）
図１は、第１の実施の形態に係るステアリングシステムの構成例を示す概略図である。
【００１７】
ステアリングシステム７は、第１の軸であるステアリングシャフト２０に加わるトルクを検出して検出信号を出力するトルクセンサ１と、ステアリングシャフト２０の一端に接続されるステアリングホイール２と、運転者によるステアリングホイール２の操舵を補助するために減速ギア３０を介して第２の軸であるコラムシャフト２１にトルクを出力するモーター３と、トルクセンサ１の出力に応じてモーター３の動作を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４と、コラムシャフト２１の回転運動をラック軸５０の直線運動に変換するピニオンギア５と、ラック軸５０と図示しないタイロッド等を介して連結される車輪６とを有する。
【００１８】
上記構成において、運転者がステアリングホイール２を回転させるとステアリングホイール２に接続されたステアリングシャフト２０が回転する。ステアリングシャフト２０が回転すると後述するトーションバー（２２、図２参照。）を介して接続されたコラムシャフト２１が回転する。コラムシャフト２１が回転するとピニオンギア５を介してラック軸５０が変位し、ラック軸５０の変位量に応じて一対の車輪６の角度が変わる。
【００１９】
トルクセンサ１はステアリングシャフト２０のトルクを検出し、検出したトルクに応じた検出信号を出力する。ＥＣＵ４はトルクセンサ１の検出信号が入力されると検出信号に応じてモーター３の出力するトルクを制御する。モーター３の回転は減速ギア３０で減速されてコラムシャフト２１にトルクを加えて運転者のステアリングホイール２の回転操作を補助する。なお、コラムシャフト２１を介さずに、モーター３の出力をラック軸５０に直接伝達する構成としてもよい。
【００２０】
図２は、第１の実施の形態のトルクセンサ１の構成例を示す分解斜視図である。また、図３は、トルクセンサ１の構成例を示すステアリングシャフト２０の中心軸を通る断面における断面図である。
【００２１】
トルクセンサ１は、基板上にホールＩＣを実装した磁気検出部１０と、ステアリングシャフト２０と接続されて一体に回転する円筒状の多極磁石部１１と、多極磁石部１１の磁界内に配置されコラムシャフト２１と接続されて一体に回転する磁気ヨーク部１２と、磁気ヨーク部１２と磁気的に結合された一対の集磁板１３、１４とを有する。
【００２２】
多極磁石部１１は、円筒形状の多極磁石１１０を有し、多極磁石１１０は周方向にＳ極１１０ｓとＮ極１１０ｎとを交互に配置して構成される。多極磁石１１０は、樹脂製の保持筒１１１に保持され、保持筒１１１の内周がステアリングシャフト２０の外周に嵌合されて保持されることでステアリングシャフト２０と一体に回転する。多極磁石１１０の軸とステアリングシャフト２０の軸とは互いに一致する。
【００２３】
多極磁石１１０は、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石である。なお、磁石の大きさは、一例として、内径２０ｍｍ、外径３０ｍｍ、高さ１０ｍｍであり、Ｓ極１１０ｓとＮ極１１０ｎのピッチは２．５ｍｍであるが、一対の磁気ヨーク１２０、１２１の大きさ及びピッチに応じて適宜変更することができる。
【００２４】
磁気ヨーク部１２は、軟磁性体からなり多極磁石の径方向外側に配置される一対の磁気ヨーク１２０、１２１を有する。一対の磁気ヨーク１２０、１２１は樹脂製の保持筒１２２に保持され、保持筒１２２の内周がコラムシャフト２１の外周に嵌合されて保持されることでコラムシャフト２１と一体に回転する。一対の磁気ヨーク１２０、１２１の軸とコラムシャフト２１の軸とは互いに一致する。なお、磁気ヨーク部１２がステアリングシャフト２０に接続され、多極磁石部１１がコラムシャフト２１に接続されるようにしてもよい。
【００２５】
一対の磁気ヨーク１２０、１２１は、円環状の磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａと、磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａの内周端から軸方向に延びる複数の爪１２０ｂ、１２１ｂとを有する。磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａは、ステアリングシャフト２０、コラムシャフト２１の軸方向に互いに離隔して配置される。また、複数の爪１２０ｂ、１２１ｂは、それぞれ磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａの周方向に等間隔に配置される。一対の磁気ヨーク１２０、１２１のそれぞれの爪１２０ｂ、１２１ｂは、周方向に交互に配置されて予め定めたピッチでずれるように、対向する状態で樹脂製の保持筒１２２に保持される。爪１２０ｂ、１２１ｂは多極磁石１１０の外周面と対向する。
【００２６】
一対の集磁板１３、１４は、円環状の集磁板本体１３ａ、１４ａと、集磁板本体１３ａ、１４ａからそれぞれ軸方向に間隙を設けて向かい合って延びた集磁突起１３ｂ、１４ｂとを有する。一対の集磁板１３、１４及び磁気検出部１０は樹脂製の保持筒１０３に保持される。なお、集磁板本体１３ａ、１４ａは、一対の磁気ヨーク１２０、１２１の磁束を集磁できれば、完全な円環状でなくとも半円環状でもよく（１８０°に限らず任意の角度でよい。）、形状を円環に限定するものでもない。
【００２７】
ステアリングシャフト２０とコラムシャフト２１とはトーションバー２２を介して接続される。ステアリングシャフト２０、コラムシャフト２１及びトーションバー２２の軸はそれぞれ一致する。トーションバー２２の一端２２ａは、ステアリングシャフト２０の連結孔２０ａに嵌合され、ピン２３を用いてステアリングシャフト２０とともに回転するように固定される。また、トーションバー２２の他端２２ｂは、コラムシャフト２１の連結孔２１ａに嵌合され、ピン２４を用いてコラムシャフト２１とともに回転するように固定される。
【００２８】
運転者のステアリングホイール２の操作に伴いステアリングシャフト２０にトルクが付与されると当該トルクがトーションバー２２を介してコラムシャフト２１に伝達されるが、伝達される際にトーションバー２２にトルクに応じた捻れ変形が生じる。トーションバー２２の捻れ変形により、ステアリングシャフト２０とコラムシャフト２１との間には運転者により加えられたトルクに応じた相対的な回転変位が生じる。
【００２９】
ステアリングシャフト２０とコラムシャフト２１との相対的な回転変位が生じると、一対の磁気ヨーク１２０、１２１の爪１２０ｂ、１２１ｂと多極磁石１１０のＳ極１１０ｓ、Ｎ極１１０ｎとの位置関係が図４（ａ）‐（ｃ）に示すように変化する。
【００３０】
図４（ａ）‐（ｃ）は、一対の磁気ヨーク１２０、１２１と多極磁石１１０のＳ極１１０ｓ、Ｎ極１１０ｎとの位置関係を示す正面図である。
【００３１】
ステアリングシャフト２０とコラムシャフト２１との相対的な回転変位が生じていない場合、つまりステアリングシャフト２０にトルクが加わっておらずトーションバー２２に捻じれが生じていない場合、一対の磁気ヨーク１２０、１２１と多極磁石１１０との位置関係は図４（ｂ）に示すようになる。この状態において磁気ヨーク１２０、１２１の爪１２０ｂ、１２１ｂには磁界が生じるものの、磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａの間には磁束が発生しない。
【００３２】
また、ステアリングシャフト２０とコラムシャフト２１との相対的な回転変位が生じた場合、つまりステアリングシャフト２０にトルクが加わりトーションバー２２に捻じれが生じた場合、一対の磁気ヨーク１２０、１２１と多極磁石１１０との位置関係はステアリングホイール２を時計周りに回転させた場合に図４（ａ）に示すようになり、ステアリングホイール２を反時計周りに回転させた場合に図４（ｂ）に示すようになる。図４（ａ）の場合と図４（ｂ）の場合とで、磁気ヨーク１２０、１２１の爪１２０ｂ、１２１ｂには互いに逆の磁極の磁界が発生し、磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａの間には、正又は負の磁束が発生する。
【００３３】
磁気ヨーク１２０、１２１の磁力線はそれぞれ集磁板１３、１４によって集磁され、磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａの間に発生する磁束は集磁突起１３ｂ、１４ｂ間に集められる。集磁突起１３ｂ、１４ｂ間の磁束は磁気検出部１０によって検出される。集磁突起１３ｂ、１４ｂと磁気検出部１０との位置関係を示したのが図５及び図６である。
【００３４】
図５は、集磁突起１３ｂ、１４ｂと磁気検出部１０との位置関係を示す斜視図である。また、図６は、集磁突起１３ｂ、１４ｂと磁気検出部１０との位置関係を示すｙｚ平面における断面図である。
【００３５】
磁気検出部１０は、２つのホールプレート１００ｌ、１００ｒとｘｙ平面においてこれらに重なるように設けられた軟磁性体板である磁気コンセントレータ１００ｓとを備えたホールＩＣ１００と、当該ホールＩＣ１００を表面実装する基板１０１と、ホールＩＣ及び基板１０１をモールドする封止材１０２とを有する。磁気検出部１０は、ｙ方向の磁束密度Ｂｙを検出する。なお、封止材１０２はトルクセンサ１の仕様や設置する状況に応じて省略してもよい。
【００３６】
集磁突起１３ｂ、１４ｂは、それぞれの先端の間隙に間隔Ｄを設ける。磁気検出部１０は、ｘｙ面の中心を集磁突起１３ｂ、１４ｂとの間隙の位置に合わせて配置される。磁気検出部１０と集磁突起１３ｂ、１４ｂとの間隔は小さいほど検出される磁束密度が大きくなるものであり、間隔をなるべく小さく、接触して配置されるものであってもよい。なお、間隔ＤはホールＩＣ１００、基板１０１及び封止材１０２の厚みに依存せずに設定することができ、ホールＩＣ１００、基板１０１及び封止材１０２の厚みより小さくしてもよい。一例として、間隔Ｄは２ｍｍに設定する。
【００３７】
図７（ａ）‐（ｃ）は、ホールＩＣ１００の構成を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【００３８】
ホールＩＣ１００は、基板１００ｂと、基板１００ｂ上に設けられて基板１００ｂの表面と平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ表面の法線方向とするホールプレート１００ｌ及びホールプレート１００ｒと、ホールプレート１００ｌ、１００ｒ上に一部が重なるように基板１００ｂ１上に設けられて法線方向と直行する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｌ、１００ｒに検出させる磁気コンセントレータ１０１ｓと、ホールプレート１００ｌ、１００ｒの出力する信号を処理する信号処理部（図示せず）を有し、次に説明する信号処理によって法線方向及び法線方向と直行する方向の磁束密度を検出する。
【００３９】
図８は、ホールＩＣ１００の磁束検出動作を説明するための概略断面図である。
【００４０】
ホールＩＣ１００は、ホールプレート１００ｌ及び１００ｒが図面垂直方向において磁束密度を検出するが、磁束ｆの図面水平方向成分をＢ‖（Ｂｙ）とし、図面垂直方向成分をＢｚとしたとき、図面水平方向成分Ｂ‖が磁気コンセントレータ１００ｓによって誘導されてＢ⊥として検出されるため、ホールプレート１００ｌは“Ｂ⊥‐Ｂｚ”を検出し、ホールプレート１００ｒは“‐Ｂ⊥‐Ｂｚ”を検出する。
【００４１】
そのため、ホールＩＣ１００の信号処理部は、ホールプレート１００ｌと１００ｒとの出力の差分から磁束密度２Ｂ⊥に比例した信号を出力し、ホールプレート１００ｌと１００ｒとの出力の和から‐２Ｂｚの磁束密度に比例した信号を出力する。本実施の形態では、ホールＩＣ１００は主に磁束ｆの図面水平方向成分Ｂ‖（Ｂｙ）を検出するものであり、ホールプレート１００ｌと１００ｒとの出力の差分から磁束密度２Ｂ⊥（Ｂｙ）に比例した信号をＥＣＵ４に出力する。
【００４２】
なお、ホールＩＣ１００は、例えば、メレキシス製ＭＬＸ９１３７２等を用い、ホールプレート１００ｌと１００ｒとの間隔は、０．５ｍｍであり、基板１００ｂの厚みが１．５ｍｍ、ｙ方向の幅が４．１ｍｍ、ｘ方向の幅が３ｍｍである。磁気コンセントレータ１００ｓは、パーマロイを用いることができる。また、ホールＩＣ１００は、さらにｘ方向の磁束密度を検出する一対のホールプレートを設けるものであってもよい。
【００４３】
図９は、トーションバー２２の捻れ変形の回転変位の角度とホールＩＣ１００の出力との関係を示す概略図である。
【００４４】
図４（ａ）‐（ｃ）において説明したように、トーションバー２２に捻じれが生じていない場合、一対の磁気ヨーク１２０、１２１と多極磁石１１０との位置関係は図４（ｂ）に示すようになるため、磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａの間には磁束が発生しない。従って、ホールＩＣ１００の出力は磁束密度がＢｙ＝０の場合に対応したものとなる。
【００４５】
また、ステアリングシャフト２０にトルクが加わりトーションバー２２に捻じれが生じた場合、一対の磁気ヨーク１２０、１２１と多極磁石１１０との位置関係は捻じれの方向によって図４（ａ）又は（ｂ）に示すようになるため、磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａの間に正又は負の磁束が発生する。従って、ホールＩＣ１００の出力は磁束が正の場合又は負の場合に対応したものとなる。
【００４６】
図４（ａ）と図４（ｂ）の間、図４（ｂ）と図４（ｃ）の間は磁束の大きさに比例した出力が得られるため、トーションバー２２の捻れ変形の角度とホールＩＣ１００の出力との関係は図９に示すように比例関係となる
【００４７】
（第１の実施の形態の効果）
上記した実施の形態によれば、従来のホールＩＣは検出面の法線方向が感磁方向であるためにホールＩＣを集磁板で挟む必要があったが、本実施の形態では検出面に平行な磁束も検出可能なホールＩＣ１００を用いて集磁突起１３ｂ、１４ｂ間の磁束を検出できるようにしたため、集磁突起１３ｂ、１４ｂ間の間隔を少なくともホールＩＣ１００の厚みより狭めることができる。つまり、ホールＩＣ１００及びホールＩＣ１００を実装するための基板１０１、封止材１０２等の材料の厚みが、磁気ヨーク本体１２０ａ、１２１ａの間に発生する磁束を検出する感度に影響を及ぼさないようにすることができる。
【００４８】
また、集磁突起１３ｂ、１４ｂ間の間隔をホールＩＣ１００の厚みより狭めることができるため、集磁突起１３ｂ、１４ｂ間の磁束密度が増加し、トルクセンサ１の感度を向上させることができる。また、集磁突起１３ｂ、１４ｂ間の磁束密度が増加するため、従来と同様の感度の達成するのに多極磁石１１０を小型化又は薄型化することができる。
【００４９】
また、従来のように径方向に延びる突起１３ｃ及び１４ｃ（図１８‐図２５）を設ける必要がなくなるとともに、検出面の法線をステアリングシャフト２０の径方向としてホールＩＣ１００を配置したため、トルクセンサ１の径方向のサイズを従来に比べて抑制することができる。
【００５０】
なお、集磁突起１３ｂ、１４ｂ間の間隔を小さくしたためにホールＩＣ１００の組み付け精度が必要になるが、ホールＩＣ１００の信号処理部に補正機能を備えることで組み付け誤差を解消できるようにしてもよい。補正機能は、例えば、感度とオフセットの最適値をホールＩＣ１００の信号処理部にプログラムすることにより補正を行う。（または、ホールＩＣ１００をトルクセンサ１に組みつけた後、トーションバー２２を左右にねじり、そのときの磁束密度から感度とオフセットを割り出し、ホールＩＣ１００の信号処理部にプログラムすることで補正を行う。）
【００５１】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、一対の集磁板１３、１４を省略した点で第１の実施の形態と異なる。また、一対の集磁板１３、１４の省略に応じて多極磁石部と磁気ヨーク部に変更を加えている。
【００５２】
図１０は、第２の実施の形態のトルクセンサの構成例を示す分解斜視図である。また、図１１は、トルクセンサの構成例を示す中心軸を通る断面における断面図である。
【００５３】
トルクセンサ１Ａは、基板上にホールＩＣを実装した磁気検出部１０と、ステアリングシャフト２０と一体回転する円筒状の多極磁石部１１Ａと、多極磁石部１１Ａの磁界内に配置されコラムシャフト２１と一体回転する磁気ヨーク部１２Ａとを有する。
【００５４】
多極磁石部１１Ａは、第１の実施の形態の多極磁石部１１の軸方向比率を減少させたものであり、円筒形状の多極磁石１１０Ａを有し、多極磁石１１０Ａは周方向にＳ極１１０ＡｓとＮ極１１０Ａｎとを交互に配置して構成される。多極磁石１１０Ａは、樹脂製の保持筒１１１Ａに保持され、保持筒１１１Ａの内周がステアリングシャフト２０の外周に嵌合されて保持されることでステアリングシャフト２０と一体回転する。多極磁石１１０Ａの軸とステアリングシャフト２０の軸とは互いに一致する。
【００５５】
磁気ヨーク部１２Ａは、第１の実施の形態の多極磁石部１１の軸方向の長さを短くしたものであり、軟磁性体からなり多極磁石の径方向外側に配置される一対の磁気ヨーク１２０Ａ、１２１Ａを有する。一対の磁気ヨーク１２０Ａ、１２１Ａは樹脂製の保持筒１２２Ａに保持され、保持筒１２２Ａの内周がコラムシャフト２１の外周に嵌合されて保持されることでコラムシャフト２１と一体に回転する。一対の磁気ヨーク１２０Ａ、１２１Ａの軸とコラムシャフト２１の軸とは互いに一致する。
【００５６】
一対の磁気ヨーク１２０Ａ、１２１Ａは、円環状の磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａと、磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａの内周端から軸方向に延びる複数の爪１２０Ａｂ、１２１Ａｂとを有する。磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａは、ステアリングシャフト２０、コラムシャフト２１の軸方向に互いに離隔して配置される。また、複数の爪１２０Ａｂ、１２１Ａｂは、それぞれ磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａの周方向に等間隔に配置される。一対の磁気ヨーク１２０Ａ、１２１Ａのそれぞれの爪１２０Ａｂ、１２１Ａｂは、周方向に交互に配置されて予め定めたピッチでずれるように、対向する状態で樹脂製の保持筒１２２Ａに保持される。爪１２０Ａｂ、１２１Ａｂは多極磁石１１０Ａの外周面と対向する。
【００５７】
第１の実施の形態の多極磁石部１１に比べて軸方向の長さを短くしたため、これに伴い円環状の磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａの軸方向の間隔が小さくなる。
【００５８】
磁気検出部１０は、磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａの間の磁束を検出するため磁気ヨーク部１２Ａの外周面に検出面を対向させて配置される。
【００５９】
当該ステアリングシャフト２０とコラムシャフト２１との相対的な回転変位が生じた場合の、一対の磁気ヨーク１２０Ａ、１２１Ａの爪１２０Ａｂ、１２１Ａｂと多極磁石１１０ＡのＳ極１１０Ａｓ、Ｎ極１１０Ａｎとの位置関係の変化は第１の実施の形態の図４に示したものと同様である。
【００６０】
図１２は、磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａと磁気検出部１０との位置関係を示すｙｚ平面における断面図である。
【００６１】
磁気検出部１０は、第１の実施の形態の磁気検出部１０と同様の構成を有しており、２つのホールプレート１００ｌ、１００ｒとｘｙ平面においてこれらに重なるように設けられた軟磁性体板である磁気コンセントレータ１００ｓとを備えたホールＩＣ１００と、当該ホールＩＣ１００を表面実装する基板１０１と、ホールＩＣ及び基板１０１をモールドする封止材１０２とを有する。磁気検出部１０は、ｙ方向の磁束密度を検出する。
【００６２】
磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａは、それぞれの間隙に間隔Ｄ２を設ける。磁気検出部１０は、ｘｙ面の中心を磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａとの間隙の位置に合わせて配置される。磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａ間の磁束はホールＩＣ１００の磁気コンセントレータ１００ｓに誘導され、ホールＩＣ１００によって磁束密度が検出される。なお、間隔Ｄ２はホールＩＣ１００、基板１０１及び封止材１０２の厚みに依存せずに設定することができ、ホールＩＣ１００、基板１０１及び封止材１０２の厚みより小さくしてもよいことはもちろんである。一例として間隔Ｄ２は、４ｍｍである。また、磁気ヨーク部１２Ａのサイズを変えることなくＤ２を小さくするために、円環状のヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａのそれぞれの外周側から、ステアリングシャフト２０の軸方向に互いに近づくように磁気ヨークの外周面をさらに設けて一対の磁気ヨーク１２０Ａ、１２１Ａを拡張してもよい。なお、外周面は全周に渡って設けてもよいし、磁気ヨーク部１２Ａの回転範囲と磁気検出部１０の設置位置が重なる範囲を含むように設けるものであってもよい。
【００６３】
（第２の実施の形態の効果）
上記した実施の形態によれば、ホールＩＣ１００に磁気コンセントレータ１００ｓを設け、検出面に平行な磁束検出できるようにしたためにホールＩＣ１００を磁気ヨーク部１２Ａの円周面に接近させることができ、また、磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａの軸方向の間隔を小さくするとともに、ホールＩＣ１００の磁気コンセントレータ１００ｓが磁束を誘導するようにしたため、集磁板を省略した場合であっても、磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａ間の磁束を十分に検出することができる。また、ホールＩＣ１００及びホールＩＣ１００を実装するための基板１０１、封止材１０２等の材料の厚みが、磁気ヨーク本体１２０Ａａ、１２１Ａａの間に発生する磁束を検出する感度に影響を及ぼさないようにすることができる。
【００６４】
また、第１の実施の形態の効果と同様に、トルクセンサ１Ａの径方向のサイズを従来に比べて抑制することができるとともに、多極磁石部１１Ａ及び磁気ヨーク部１２Ａの軸方向のサイズが磁気検出部１０の厚みに依存しないため、トルクセンサ１Ａの軸方向のサイズを従来に比べて抑制することができる。
【００６５】
つまり、従来、軸方向に離隔されて配置された一対の磁気ヨーク間の磁束を検出するには、磁気コンセントレータを備えないホールＩＣが用いられていた。しかし、磁気ヨーク間に発生する磁束密度が小さいために、また、磁気コンセントレータを備えないホールＩＣの性質上、検出面の法線方向が感磁方向であるために、磁気ヨークと磁気的に接続された集磁板を設けてホールＩＣを集磁板から延びる集磁突起で挟む必要があった。そこで、第２の実施の形態では、軸方向に離隔されて配置された一対の磁気ヨーク間の磁束を検出するための集磁板を省略したトルクセンサを提供する
【００６６】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。例えば、ホールＩＣ１００を以下に示すものに変更してもよい。
【００６７】
図１３（ａ）‐（ｃ）は、ホールＩＣの構成の変形例を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【００６８】
ホールＩＣ１００Ａは、基板１００ｂ１と、基板１００ｂ１上に設けられて基板１００ｂ１の表面と平行に検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ１表面の法線方向とするホールプレート１００ｌ１及びホールプレート１００ｒ１と、ホールプレート１００ｌ１、１００ｒ１上に一部が重なるように設けられて法線方向と直行する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｌ１、１００ｒ１に検出させる磁気コンセントレータ１０１ｓ１と、ホールプレート１００ｌ１、１００ｒ１を外側から挟み込むように基板１００ｂ１上に設けられて法線方向と直行する方向の磁束をホールプレート１００ｌ１、１００ｒ１に誘導する磁気コンセントレータ１００ｓ２、１００ｓ３と、ホールプレート１００ｌ１、１００ｒ１の出力する信号を処理する信号処理部（図示せず）を有し、法線方向及び法線方向と直行する方向の磁束密度を検出する。
【００６９】
このようなホールＩＣ１００Ａを用いることで、磁気コンセントレータ１００ｓ２、１００ｓ３が検出面と平行な磁束をホールプレート１００ｌ１、１００ｒ１に誘導するため、トルクセンサ１、１Ａの感度を向上することができる。
【００７０】
また、以下のようなホールＩＣを採用してもよい。
【００７１】
図１４（ａ）‐（ｃ）は、ホールＩＣの構成の変形例を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【００７２】
ホールＩＣ１００Ｂは、基板１００ｂ２と、基板１００ｂ２上に設けられて基板１００ｂ２の表面と平行に検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ２表面の法線方向とするホールプレート１００ｌ２及びホールプレート１００ｒ２と、ホールプレート１００ｌ２、１００ｒ２上に一部が重なるようにホールプレート１００ｌ１、１００ｒ１を外側から挟み込むように基板１００ｂ１上に設けられて法線方向と直行する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｌ２、１００ｒ２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓ４、１００ｓ５と、ホールプレート１００ｌ２、１００ｒ２の出力する信号を処理する信号処理部（図示せず）を有し、法線方向及び法線方向と直行する方向の磁束密度を検出する。
【００７３】
このようなホールＩＣ１００Ｂを用いることで、磁気コンセントレータ１００ｓ４、１００ｓ５が検出面と平行な磁束をホールプレート１００ｌ２、１００ｒ２に誘導するため、トルクセンサ１、１Ａの感度を向上することができる。
【００７４】
また、以下のようなホールＩＣを採用してもよい。
【００７５】
図１５は、ホールＩＣの構成の変形例を示す断面図である。
【００７６】
ホールＩＣ１００Ｃは、基板１００ｂ３と、基板１００ｂ３上に設けられて基板１００ｂ３の表面と垂直に検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ３表面と平行な方向とするホールプレート１００ｔと、ホールプレート１００ｔの出力する信号を処理する信号処理部（図示せず）を有し、法線方向と直行する方向の磁束密度を検出する。
【００７７】
このようなホールＩＣ１００Ｃを用いることで、ホールＩＣ１００、１００Ａ、１００Ｂのように磁気コンセントレータを設ける必要がなくなる。
【００７８】
また、ホールＩＣに代えて以下のようなＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）ＩＣを採用してもよい。
【００７９】
図１６は、ＭＲＩＣの構成の変形例を示す断面図である。
【００８０】
ＭＲＩＣ１００Ｄは、基板１００ｂ４と、基板１００ｂ４上に設けられて基板１００ｂ４の表面に検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ４表面と平行な方向とするＭＲ要素１００ｍと、ＭＲ要素１００ｍの出力する信号を処理する信号処理部（図示せず）を有し、法線方向と直行する方向の磁束密度を検出する。
【００８１】
このようなＭＲＩＣ１００Ｄを用いることで、ＭＲ要素を用いてトルクセンサ１、１Ａを構成することができる。
【００８２】
また、以下のようなホールＩＣを採用してもよい。
【００８３】
図１７（ａ）‐（ｃ）は、ホールＩＣの構成の変形例を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【００８４】
ホールＩＣ１００Ｅは、基板１００ｂ５と、基板１００ｂ５上に設けられて基板１００ｂ５の表面と平行に検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ５表面の法線方向とするホールプレート１００ｌ５及びホールプレート１００ｒ５と、ホールプレート１００ｌ５、１００ｒ５の出力する信号を処理する信号処理部（図示せず）を有し、ホールプレート１００ｌ５、１００ｒ５の配置間隔を設けて（一例として２ｍｍ）、信号処理部においてホールプレート１００ｌ５、１００ｒ５の出力する信号の差分からΔＢｚを算出することで法線方向と直行する方向の磁束密度を検出する。なお、ステアリングシャフト２０の径方向を法線とする平面視において、ホールプレート１００ｌ５及びホールプレート１００ｒ５の一部に集磁突起１３ｂ、１４ｂがそれぞれ重なるように配置するものとする。
【００８５】
このようなホールＩＣ１００Ｅを用いることで、磁束密度Ｂｙではなく磁束密度の差分ΔＢｚを算出するようにしたため、磁気コンセントレータを不要としつつも、法線方向と直行する方向の磁束密度を検出することができる。
【００８６】
また、上記した実施の形態のセンサ、ヨーク、集磁板、磁石の材質及び形状は例示であって、トルク検出の機能が損なわれず、本発明の要旨を変更しない範囲内で、これらをそれぞれ適宜選択して新たな組み合わせに変更して用いてもよい。また、トルクセンサ１（１Ａ）は、磁気検出部１０、多極磁石部１１（１１Ａ）、磁気ヨーク部１２（１２Ａ）、集磁板１３、１４のすべてを備える必要はなく、一部だけ（例えば、磁気検出部１０と集磁板１３、１４のみ又は磁気検出部１０と磁気ヨーク部１２Ａのみ等）を製品として供給してもよい。
【００８７】
また、第１の実施の形態の集磁突起１３ｂ、１４ｂを設ける代わりに、図１３（ａ）‐（ｃ）に示したホールＩＣ１００Ａや、図１４（ａ）‐（ｃ）に示したホールＩＣ１００Ｂのように、基板上に磁気コンセントレータを設けることで、集磁板１３、１４の集磁突起１３ｂ、１４ｂを削除してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１、１Ａ    ：トルクセンサ
２          ：ステアリングホイール
３          ：モーター
４          ：ＥＣＵ
５          ：ピニオンギア
６          ：車輪
７          ：ステアリングシステム
１０        ：磁気検出部
１１、１１Ａ：多極磁石部
１２、１２Ａ：磁気ヨーク部
１３        ：集磁板
１４        ：集磁板
２０        ：ステアリングシャフト
２１        ：コラムシャフト
２２        ：トーションバー
２３        ：ピン
２４        ：ピン
３０        ：減速ギア
５０        ：ラック軸
１００      ：ホールＩＣ
１０１      ：基板
１０２      ：封止材
１０３      ：保持筒
１１０、１１０Ａ：多極磁石
１１１、１１１Ａ：保持筒
１２０、１２０Ａ：磁気ヨーク
１２１、１２１Ａ：磁気ヨーク
１２２      ：保持筒
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月23日(2018.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸と共に回転する多極磁石と、
前記第１の軸とトーションバーを介して接続された第２の軸と共に回転し、前記多極磁石の磁界内に配置された一対の磁気ヨークと、
前記一対の磁気ヨークの磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁体本体と、前記一組の集磁体本体のそれぞれから前記第１の軸の軸方向に伸びて間隙を形成する一対の突起とを備えた一対の集磁体と、
検出面の法線を前記第１の軸の径方向とし、前記第１の軸の径方向を法線とする平面視で前記一対の突起の前記間隙に対して配置され、前記第１の軸の軸方向を法線とする平面視で前記一対の突起と重ならないよう配置されて前記一対の突起の前記間隙の磁束を検出する磁気検出素子とを有するトルクセンサ。
【請求項２】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向を磁気検出方向とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記磁気検出素子は、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する請求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項６】
前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項７】
前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項８】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートを有し、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように前記一対の集磁体の前記一対の突起が設けられる請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項９】
前記多極磁石は、前記第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置され、
前記一対の磁気ヨークは、互いに前記予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される請求項１‐８のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項１０】
第１の軸と共に回転する多極磁石と、
前記第１の軸とトーションバーを介して接続された第２の軸と共に回転し、前記多極磁石の磁界内に配置された一対の磁気ヨークと、
検出面の法線を前記第１の軸の径方向とし、前記第１の軸の径方向を法線とする平面視で前記一対の磁気ヨークの間に配置され、前記第１の軸の軸方向を法線とする平面視で前記一対の磁気ヨークと重ならないよう配置されて、前記第１の軸の軸方向を磁気検出方向とし、前記一対の磁気ヨークの間の磁束を検出する磁気検出素子とを有するトルクセンサ。
【請求項１１】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する請求項１０に記載のトルクセンサ。
【請求項１２】
前記磁気検出素子は、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する請求項１１に記載のトルクセンサ。
【請求項１３】
前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する請求項１０に記載のトルクセンサ。
【請求項１４】
前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する請求項１０に記載のトルクセンサ。
【請求項１５】
前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する請求項１０に記載のトルクセンサ。
【請求項１６】
前記多極磁石は、前記第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置され、
前記一対の磁気ヨークは、互いに前記予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される請求項１０‐１５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項１７】
前記一対の磁気ヨークの磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁体を有する請求項１０‐１６のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
［１］第１の軸と共に回転する多極磁石と、
前記第１の軸とトーションバーを介して接続された第２の軸と共に回転し、前記多極磁石の磁界内に配置された一対の磁気ヨークと、
前記一対の磁気ヨークの磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁体本体と、前記一組の集磁体本体のそれぞれから前記第１の軸の軸方向に伸びて間隙を形成する一対の突起とを備えた一対の集磁体と、
検出面の法線を前記第１の軸の径方向とし、前記第１の軸の径方向を法線とする平面視で前記一対の突起の前記間隙に対して配置され、前記第１の軸の軸方向を法線とする平面視で前記一対の突起と重ならないよう配置されて前記一対の突起の前記間隙の磁束を検出する磁気検出素子とを有するトルクセンサ。
［２］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向を磁気検出方向とする前記［１］に記載のトルクセンサ。
［３］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ。
［４］前記磁気検出素子は、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する前記［３］に記載のトルクセンサ。
［５］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ。
［６］前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ。
［７］前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ。
［８］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートを有し、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように前記一対の集磁体の前記一対の突起が設けられる前記［１］又は［２］に記載のトルクセンサ。
［９］前記多極磁石は、前記第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置され、
前記一対の磁気ヨークは、互いに前記予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される［１］‐［８］のいずれかに記載のトルクセンサ。
［１０］第１の軸と共に回転する多極磁石と、
前記第１の軸とトーションバーを介して接続された第２の軸と共に回転し、前記多極磁石の磁界内に配置された一対の磁気ヨークと、
検出面の法線を前記第１の軸の径方向とし、前記第１の軸の径方向を法線とする平面視で前記一対の磁気ヨークの間に配置され、前記第１の軸の軸方向を法線とする平面視で前記一対の磁気ヨークと重ならないよう配置されて、前記第１の軸の軸方向を磁気検出方向とし、前記一対の磁気ヨークの間の磁束を検出する磁気検出素子とを有するトルクセンサ。
［１１］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する前記［１０］に記載のトルクセンサ。
［１２］前記磁気検出素子は、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する前記［１１］に記載のトルクセンサ。
［１３］前記磁気検出素子は、前記第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、前記検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの前記第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する前記［１０］に記載のトルクセンサ。
［１４］前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する前記［１０］に記載のトルクセンサ。
［１５］前記磁気検出素子は、検出方向を前記第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する請求項１０に記載のトルクセンサ。
［１６］前記多極磁石は、前記第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置され、
前記一対の磁気ヨークは、互いに前記予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される前記［１０］‐［１５］のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
［１７］前記一対の磁気ヨークの磁力線をそれぞれ集磁する一組の集磁体を有する前記［１０］‐［１６］のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、磁気検出素子及び磁気検出素子を実装するための材料の厚みが、磁束の検出感度に影響を及ぼさないようにすることができる。
請求項２又は１０に係る発明によれば、第１の軸の軸方向を磁気検出方向とする磁気検出素子を用いることができる。
請求項３又は１１に係る発明によれば、第１の軸の軸方向に間隔を設けて配置された少なくとも一対のホールプレートと、検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの間に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項４又は１２に係る発明によれば、検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの第１の軸の軸方向両端に磁気コンセントレータをさらに有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項５又は１３に係る発明によれば、第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートと、検出面の法線方向の平面視で当該一対のホールプレートの第１の軸の軸方向両端に当該一対のホールプレートのそれぞれの一部に重なるように設けられた磁気コンセントレータとを有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項６又は１４に係る発明によれば、検出方向を第１の軸の軸方向とするホールプレートを有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項７又は１５に係る発明によれば、検出方向を第１の軸の軸方向とするＭＲ要素を有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項８に係る発明によれば、第１の軸の軸方向に並べて配置された少なくとも一対のホールプレートを有する磁気検出素子を用いることができる。
請求項９又は１６に係る発明によれば、第１の軸の周方向にＳ極とＮ極が予め定めたピッチで交互に配置された多極磁石と、互いに予め定めたピッチだけ周方向にずらして配置される一対の磁気ヨークとを用いることができる。
請求項１７に係る発明によれば、集磁板の突起を省略することでトルクセンサを小型化することができる。