(57)【要約】【課題】磁気センサを組み込み易くて検出精度が高いトルク検出装置１６を提供する。【解決手段】本トルク検出装置１６は、それぞれ対応する磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂと磁気的に結合された一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂを合成樹脂４０によりモールドしてなる第１の部分３８と、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを合成樹脂４１によりモールドしてなる第２の部分３９とを有している。各集磁リング３４Ａ，３４Ｂは径方向外方に突出し互いに近接して対向する爪片３４ｂを有する。第２の部分３９は、爪片３４ｂ間に挿入される挿入凸部４４を有する。この挿入凸部４４は、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを含む。第１の部分３８は、爪片３４ｂ間への挿入凸部４４の挿入を案内する相対向する一対の案内壁４５，４６を有する。径方向Ｒに関して一方の案内壁４５の突出量Ｌ１が、他方の案内壁４６の突出量Ｌ２よりも大きくされている。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ対応する軟磁性体と磁気的に結合された一対の集磁リングを合成樹脂によりモールドしてなる第１の樹脂成形体と、
磁気センサを合成樹脂によりモールドしてなる第２の樹脂成形体とを備え、
各集磁リングは径方向外方に突出する爪片を有し、一対の集磁リングの爪片は互いに対向し、
上記第２の樹脂成形体は、一対の集磁リングの互いに対向する爪片間に挿入される挿入凸部を含み、この挿入凸部は、上記磁気センサを含み、
第１の樹脂成形体は、上記爪片間への上記挿入凸部の挿入を案内する相対向する一対の案内壁を含み、
集磁リングの径方向に関して、一方の爪片からの一方の案内壁の突出量が、他方の爪片からの他方の案内壁の突出量よりも大きくされたことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記磁気センサとして、一対の磁気センサが設けられ、
第２の樹脂成形体は、上記一対の磁気センサを合成樹脂により一体にモールドしてなり、
第２の樹脂成形体の挿入凸部は、当該第２の樹脂成形体の挿入凸部の挿入方向に関して、一対の磁気センサよりも突出する突出部を有することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】
請求項２において、上記突出部は、他方の案内壁に対向して突出部を先細り状とする面取りを有することを特徴とするトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トルク検出装置は、例えば、トーションバーにより同軸に連結された入力軸および出力軸と、入力軸に固定された永久磁石と、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する軟磁性体からなり出力軸に固定された複数の磁気ヨークと、磁気ヨークからの磁束を誘導する複数の集磁リングと、集磁リングに誘導された磁束を検出する磁気センサとを有している。一対の集磁リングは、互いに対向して配置された爪片をそれぞれ有している。一対の爪片の間に磁気センサが配置されている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。
【０００３】
特許文献２では、一対の集磁リングは、樹脂材料により一体にモールドされてなり、ユニットを構成している。このユニットは、磁気センサを一対の爪片間の隙間に挿入するために、一対の爪片から互いに等しい長さで延びる一対の案内面を有している。
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１２７７号公報
【特許文献３】特開２００５−９８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一対の爪片同士の間隔が広くなると、その間に配置された磁気センサが磁束を検出し難くなり、その結果、例えば、トルクの検出精度が低くなる。
逆に、一対の爪片同士の間隔が狭くなると、その間に磁気センサを挿入するのが難しくなる。その結果、例えば磁気センサが爪片間でこじれ易くなる。さらに、磁気センサを無理に押し込んだり引き抜こうとしたりすると、磁気センサを破損する虞もある。
【０００５】
また、特許文献２では、一対の案内面の長さが互いに等しいので、一対の案内面は互いに覆い合うことになる。その結果、磁気センサを案内面に沿わせ難く、一対の爪片間に挿入し難い。
そこで、本発明の目的は、磁気センサを組み込み易くて、しかも検出精度が高いトルク検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のトルク検出装置（１６）は、それぞれ対応する軟磁性体（２９Ａ，２９Ｂ）と磁気的に結合された一対の集磁リング（３４Ａ，３４Ｂ）を合成樹脂（４０）によりモールドしてなる第１の樹脂成形体（３８）と、磁気センサ（３５Ａ，３５Ｂ）を合成樹脂（４１）によりモールドしてなる第２の樹脂成形体（３９）とを備え、各集磁リングは径方向（Ｒ）外方に突出する爪片（３４ｂ）を有し、一対の集磁リングの爪片は互いに対向し、上記第２の樹脂成形体は、一対の集磁リングの互いに対向する爪片間（４３）に挿入される挿入凸部（４４）を含み、この挿入凸部は、上記磁気センサを含み、第１の樹脂成形体は、上記爪片間への上記挿入凸部の挿入を案内する相対向する一対の案内壁（４５，４６）を含み、集磁リングの径方向に関して、一方の爪片からの一方の案内壁（４５）の突出量（Ｌ１）が、他方の爪片からの他方の案内壁（４６）の突出量（Ｌ２）よりも大きくされたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、一方の案内壁が他方の案内壁よりも突出しているので、挿入凸部をその一方の案内壁に容易に沿わせて位置決めすることができる。その一方の案内壁によって位置決めした状態で、挿入凸部を爪片間に挿入するので、爪片と挿入凸部との間の隙間が小さい場合であっても、挿入凸部を爪片間にこじれなく容易に挿入することができる。ひいては、こじれに起因した磁気センサの破損の発生が抑制される。しかも、こじれの発生が抑制されつつ爪片と挿入凸部との間の隙間量が小さくされ得るので、磁気センサが磁束を検出し易くなり、ひいてはトルクの検出精度が高まる。
【０００８】
また、本発明において、上記磁気センサとして、一対の磁気センサが設けられ、第２の樹脂成形体は、上記一対の磁気センサを合成樹脂により一体にモールドしてなり、第２の樹脂成形体の挿入凸部は、当該第２の樹脂成形体の挿入凸部の挿入方向（ＲＰ）に関して、一対の磁気センサよりも突出する突出部（４８）を有する場合がある。
この場合、一対の磁気センサは第２の樹脂成形体に一体にモールドされているので、第２の樹脂成形体を第１の樹脂成形体に組み付ける操作により、一対の磁気センサを一括して組み付けることができる。従って、組み立てがより一層容易になる。また、例えば挿入凸部が一方の案内壁から離隔した状態で挿入されるときに、突出部が磁気センサに先立って他方の案内壁に接するようにできる。これにより、挿入凸部が、例えば傾いた状態で案内壁間に挿入されることが阻止される。または挿入凸部が案内壁間へ無理なく案内される。その結果、挿入凸部のこじれの発生を確実に防止でき、ひいては、こじれに起因した磁気センサの破損の発生が防止される。
【０００９】
また、本発明において、上記突出部は、他方の案内壁に対向して突出部を先細り状とする面取り（４８ｂ）を有する場合がある。この場合、突出部が他方の案内壁に接触したときに、挿入凸部が案内壁間へ案内され易くなる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、トルク検出装置が自動車の電動パワーステアリング装置に適用された場合に則して説明するが、トルク検出装置は、電動パワーステアリング装置以外の装置や機器に適用することもできる。
図１は、本発明の一実施形態のトルク検出装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【００１１】
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操向輪２を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４からの操舵トルクにより操向輪２を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構５と、ステアリングシャフト４および操舵機構５の間に設けられてこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸６とを有している。
【００１２】
ステアリングシャフト４は、ステアリングコラム７の内部を挿通して、ステアリングコラム７により回転自在に支持されている。ステアリングコラム７はブラケット８を介して車体９に支持されている。ステアリングシャフト４の一方の端部にステアリングホイール３が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト４の他方の端部に中間軸６が連結されている。
【００１３】
中間軸６は、動力伝達軸１０と、中間軸６の一方の端部に設けられた自在継手１１と、中間軸６の他方の端部に設けられた自在継手１２とを有している。
操舵機構５は、入力軸としてのピニオン軸１３と、自動車の左右方向（直進方向と直交する方向である。）に延びる転舵軸としてのラックバー１４と、ピニオン軸１３およびラックバー１４を支持するラックハウジング１５とを有している。ピニオン軸１３のピニオン歯１３ａと、ラックバー１４のラック歯１４ａとが互いに噛み合っている。
【００１４】
ラックハウジング１５の両側へラックバー１４の両端部が突出している。ラックバー１４の各端部はそれぞれ、タイロッドおよびナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪２に連結されている。
ステアリングホイール３が操舵されると、操舵トルクがステアリングシャフト４、中間軸６を介して操舵機構５に伝達される。これにより操向輪２を操舵することができる。
【００１５】
ステアリング装置１は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置１は、操舵トルクを検出するトルク検出装置１６と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１７と、操舵補助用の電動モータ１８と、歯車装置としての減速機１９とを有している。本実施形態では、トルク検出装置１６、電動モータ１８および減速機１９は、ステアリングコラム７に関連して設けられている。
【００１６】
ステアリングコラム７は、コラムチューブ２０と、ハウジング２１とを有している。ハウジング２１が、トルク検出装置１６を収容して支持し、電動モータ１８を支持し、また、減速機１９の一部を構成している。
ステアリングシャフト４は、軸方向下部として、入力軸２２と、出力軸２３と、トーションバー２４とを有し、軸方向上部としての連結軸２５を有している。入力軸２２および出力軸２３は、トーションバー２４を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸２２は、連結軸２５を介してステアリングホイール３に連なっている。出力軸２３は、中間軸６に連なっている。入力軸２２に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー２４が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸２２および出力軸２３が相対回転する。
【００１７】
トルク検出装置１６は、ステアリングシャフト４のトーションバー２４に関連して設けられ、トーションバー２４を介する入力軸２２および出力軸２３間の相対回転変位量に基づいてトルクを検出する。トルク検出結果は、ＥＣＵ１７に与えられる。
ＥＣＵ１７は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ１８を制御する。
【００１８】
減速機１９は、電動モータ１８により駆動されるウォーム軸２６と、これに噛み合うウォームホイール２７とを有している。ウォームホイール２７と出力軸２３とが互いに固定されて、一体回転する。
ステアリングホイール３が操作されると、操舵トルクがトルク検出装置１６により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１８が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１９を介して操舵機構５に伝達される。これとともに、ステアリングホイール３の動きも、操舵機構５に伝わる。その結果、車輪２が操舵されるとともに、操舵が補助される。
【００１９】
図２は、図１に示すトルク検出装置１６の分解斜視図である。図３は、図２のトルク検出装置１６の要部の分解斜視図である。図４Ａ〜図４Ｃは、図２のトルク検出装置１６の動作を説明するための模式図であり、図４Ｄは、入力軸２２と出力軸２３との間に生じた捩れ角と磁束密度との関係を示すグラフである。図５は、図２のトルク検出装置１６の断面図であり、図６のＳ５−Ｓ５断面を示す。図６は、図２のトルク検出装置１６の断面図であり、図５のＳ６−Ｓ６断面を示す。
【００２０】
図１と図２を参照して、トルク検出装置１６は、軸部材として、上記入力軸２２と、出力軸２３と、トーションバー２４とを有し、入力軸２２および出力軸２３間に作用したトルクに応じて磁束が変化するような磁気回路を形成する磁気回路形成部材として、永久磁石２８と、軟磁性体としての一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂとを有している。
また、トルク検出装置１６は、固定部材としてのセンサハウジング３０と、このセンサハウジング３０に取り付けられた固定側ユニット３１と、この固定側ユニット３１をセンサハウジング３０に固定するための固定部材としての固定ねじ３２と、センサハウジング３０と固定側ユニット３１との間を封止するシール部材３３とを有している。シール部材３３および固定ねじ３２はそれぞれ、少なくとも１個が用いられている。
【００２１】
入力軸２２と、出力軸２３と、トーションバー２４と、永久磁石２８と、一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂとが、トルク検出装置１６の可動部を構成している。センサハウジング３０と固定側ユニット３１とが、トルク検出装置１６の固定部を構成している。
センサハウジング３０は、上述のハウジング２１の一部を構成しており、筒状をなし、内部に空洞３０ａを有している。センサハウジング３０の周壁は、内外を連通する連通孔３０ｂと、この連通孔３０ｂの周縁部に設けられていて固定側ユニット３１を取り付けるための取付部３０ｃとを有している。センサハウジング３０は、永久磁石２８と一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂとを収容している。ステアリングシャフト４は、センサハウジング３０の筒形状の軸線に平行に配置されて、センサハウジング３０を貫通し、センサハウジング３０に対して相対回動自在に支持されている。
【００２２】
図５および図６を参照して、固定側ユニット３１は、補助軟磁性体としての一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂと、２つの磁気センサ３５Ａ，３５Ｂと、電源部および信号処理部としての回路基板３６と、外部からの磁気による当該固定側ユニット３１内部への悪影響を抑制するための金属板からなる磁気シールド部材３７Ａ，３７Ｂとを有している。固定側ユニット３１は、第１の樹脂成形体としての第１の部分３８と、第２の樹脂成形体としての第２の部分３９とを有している。
【００２３】
第１の部分３８は、磁気回路を形成するための部分としての一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂと、磁気シールド部材３７Ａとを有し、これら各部３４Ａ，３４Ｂ，３７Ａを絶縁体としての合成樹脂４０により一体にモールドされてなる。
第２の部分３９は、電気回路を形成するための部分として、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂと、回路基板３６とを有し、磁気シールド部材３７Ｂを有し、これら各部３５Ａ，３５Ｂ，３６，３７Ｂを絶縁体としての合成樹脂４１により一体にモールドされてなる。
【００２４】
第１の部分３８と第２の部分３９とが、ステアリングシャフト４の径方向Ｒに沿って並んで互いに連結されている。第１の部分３８は、センサハウジング３０の連通孔３０ｂを通じて、相対的にステアリングシャフト４の径方向内方に配置され、集磁リング３４Ａ，３４Ｂがセンサハウジング３０の内部に突出している。第２の部分３９は、相対的にステアリングシャフト４の径方向外方に、センサハウジング３０の外部に配置されている。
【００２５】
図２と図５を参照して、本実施形態では、第１の部分３８と第２の部分３９とが互いに接合された状態で、第２の部分３９がセンサハウジング３０の取付部３０ｃにねじ止めにより固定されている。
なお、以下の説明では、ステアリングシャフト４の軸方向Ｓ、径方向Ｒおよび周方向Ｔを、それぞれ単に軸方向Ｓ、径方向Ｒおよび周方向Ｔともいう。これらの軸方向Ｓ、径方向Ｒ、および周方向Ｔは、それぞれ、入力軸２２、出力軸２３、永久磁石２８、磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂ、および集磁リング３４Ａ，３４Ｂの対応する軸方向、径方向、および周方向でもある。また、径方向Ｒのうちの一つの方向であり、固定側ユニット３１の第１の部分３８および第２の部分３９が互いに連結される方向を、連結方向ＲＰという。
【００２６】
永久磁石２８は、円筒形状をなし、トーションバー２４を取り囲んでいる。永久磁石２８の外周には、複数の磁極、例えば２４極（Ｎ，Ｓ極各１２極）が周方向Ｔに等間隔で着磁されている。永久磁石２８は、入力軸２２に同心に配置され、入力軸２２に一体回転するように固定されている。
各磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂは、環状をなし、径方向Ｒに適当な隙間を設けて径方向外方から永久磁石２８を取り囲んで、永久磁石２８が形成する磁界内に配置されており、永久磁石２８に磁気的に結合されている。一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂは、互いに相対移動しないように且つ互いに接触しないようにされ、且つ出力軸２３に同心に配置されて、出力軸２３に一体回転するように固定されている。周方向Ｔに関する磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂと永久磁石２８との相対位置が変化すると、磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂと永久磁石２８とによって形成された磁気回路に発生する磁束密度が変化するように、一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂは構成されている。
【００２７】
図２，図３，図５を参照して、各磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂは、円板形状のリング２９ａと、このリング２９ａの板面の内周部から立ち上がる複数、例えば１２個の爪２９ｂとを有している。各爪２９ｂは、リング２９ａの板面に垂直に延びていて、二等辺三角形状をなしている。複数の爪２９ｂは、周方向Ｔに関して等間隔に配置されている。
２つの磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂは、以下の状態で互いに固定されている。すなわち、２つの磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂのリング２９ａ同士が軸方向Ｓに所定間隔を隔てて互いに対向して配置され、互いに同心に、且つ互いに並行して延びている。２つの磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの爪２９ｂ同士は互いに近づく向きに突出している。２つの磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの爪２９ｂ同士は周方向Ｔに互いにずれていて、一方の磁気ヨーク２９Ａの爪２９ｂの間に他方の磁気ヨーク２９Ｂの爪２９ｂが配置されている。２つの磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの互いに隣接する爪２９ｂ同士は、周方向Ｔに均等な距離で離隔するとともに、軸方向Ｓに均等な距離で離隔している。この状態で、２つの磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂは、合成樹脂４２により一体にモールドされている。モールドされた成形品は、円筒形状をなしている。
【００２８】
図３，図５，図６を参照して、２つの集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、対応する磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂにそれぞれ磁気的に結合され、対応する磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂからの磁束をそれぞれ磁気センサ３５Ａ，３５Ｂに誘導する。２つの集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、環状をなしており、対応する磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂと同心とされ、対応する磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂを径方向外方から取り囲むようにして、径方向Ｒに関して対応する磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの外周に非接触状態で近接して配置されている。
【００２９】
各集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、中心軸線が軸方向Ｓに延びた環状の主体部３４ａと、この主体部３４ａから径方向外方に延びる平板状の部分である２つの爪片３４ｂとを有している。各集磁リング３４Ａ，３４Ｂの２つの爪片３４ｂは、周方向Ｔに互いに離隔して配置され、それぞれが主体部３４ａの外周から径方向外方に延びるとともに、軸方向Ｓの一方の向きに延びている。
【００３０】
２つの集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、互いに相対移動しないように且つ接触しないようにして以下の状態で互いに固定されている。一方の集磁リング３４Ａの一方の爪片３４ｂと、他方の集磁リング３４Ｂの一方の爪片３４ｂとは、互いに対をなし、軸方向Ｓから見たときに互いに重なり合うように、互いに軸方向Ｓに沿って対向している。これとともに、一方の集磁リング３４Ａの他方の爪片３４ｂと、他方の集磁リング３４Ｂの他方の爪片３４ｂとは、互いに対をなし、軸方向Ｓから見たときに互いに重なり合うように、互いに軸方向Ｓに沿って対向している。互いに対をなす爪片３４ｂ同士は互いに近接する向きに延びている。対をなす爪片３４ｂ同士の間には、軸方向Ｓに所定量の隙間が挿入凹部４３として開けられている。この状態で、一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、合成樹脂４０によりモールドされ一体化されている。集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、爪片３４ｂを介して互いに磁気的に結合されている。
【００３１】
各磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、具体的には、ホール素子としてのホールＩＣからなる。一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、周方向Ｔに並んでいる。磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、後述する検出用の挿入凸部４４の少なくとも一部（本実施形態では一部）を構成している。磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、回路基板３６に電気的に接続されている。
回路基板３６は、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂへ給電し、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂからの信号を入力され、入力された信号に所定の信号処理を施し、処理後の信号をＥＣＵ１７に出力する。回路基板３６は、例えば、出力信号を増幅する増幅回路を構成するための回路部品と、これらの回路部品を支持し且つ電気回路のための導電体が形成されたプリント配線板とを有し、これらが組み立てられてなる。
【００３２】
図４Ｂと図５を参照して、トルク検出装置１６の動作を説明する。入力軸２２および出力軸２３の間にトルクが作用していない中立状態では、磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの各爪２９ｂの先端が、永久磁石２８のＮ極及びＳ極の境界を指すようにされている。このとき、磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの各爪２９ｂにおいて、永久磁石２８のＮ極に対向する面積とＳ極に対向する面積とが等しくなるので、Ｎ極から入る磁束とＳ極へ出る磁束とが等しくなる結果、一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂ間には磁束は生じない。従って、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは磁束を検出しない。
【００３３】
図４Ａ，図５を参照して、入力軸２２および出力軸２３の間に一方向のトルクが作用したとき、トーションバー２４に捩れが生じて、一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの各爪２９ｂ及び永久磁石２８の相対位置が変化する。
このとき、例えば、一方の磁気ヨーク２９Ａの各爪２９ｂにおいて、永久磁石２８のＮ極に対向する面積が、永久磁石２８のＳ極に対向する面積よりも大きくなり、一方の磁気ヨーク２９ＡにおいてＮ極から入る磁束がＳ極へ出る磁束よりも大きくなる。他方の磁気ヨーク２９Ｂの各爪２９ｂにおいて、永久磁石２８のＮ極に対向する面積が、永久磁石２８のＳ極に対向する面積よりも小さくなり、他方の磁気ヨーク２９ＢにおいてＮ極から入る磁束がＳ極へ出る磁束よりも小さくなる。
【００３４】
各磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂに生じた磁束は、対応する集磁リング３４Ａ，３４Ｂによりそれぞれ誘導され、誘導された磁束は、一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂの互いに近接する部分としての上述の対をなす爪片３４ｂに優先的に集まる。その結果、一方の磁気ヨーク２９Ａに対応する集磁リング３４Ａの爪片３４ｂから他方の磁気ヨーク２９Ｂに対応する集磁リング３４Ｂの爪片３４ｂへの磁束が生じ、爪片３４ｂ間の磁束が磁気センサ３５Ａ，３５Ｂにより検出される。
【００３５】
図４Ｃと図５を参照して、一方、入力軸２２および出力軸２３の間に他方向のトルクが作用するときには、上述の一方向のトルクが作用する場合とは逆に、一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの各爪２９ｂ及び永久磁石２８の相対位置が逆向きに変化し、各磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂにおいて、磁束が逆向きに生じる。その結果、他方の磁気ヨーク２９Ｂに対応する集磁リング３４Ｂの爪片３４ｂから一方の磁気ヨーク２９Ａに対応する集磁リング３４Ａの爪片３４ｂへの磁束が生じ、爪片３４ｂ間の磁束が磁気センサ３５Ａ，３５Ｂにより検出される。
【００３６】
図４Ｄ，図５を参照する。図４Ｄには、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃの各状態に対応した捩れ角と磁束密度の関係を示す点を４Ａ，４Ｂ，４Ｃの符号を付して図示している。一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂの爪片３４ｂ間（ギャップ）に生じる磁束密度は、各磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの各爪２９ｂにおいてＮ極に対向する面積とＳ極に対向する面積との差が大きい程、大きくなる。この差は、トーションバー２４の捩れ角に応じて変化し、この捩れ角は、入力軸２２と出力軸２３との間に作用するトルクの大きさに比例する。
【００３７】
例えば、磁束密度の変化を、トーションバー２４の捩れ角である電気角−１８０〜＋１８０ｄｅｇ．（機械角−１５〜＋１５ｄｅｇ．に相当する。）に対応させて図示すると、図４Ｄに示すような正弦波状となる。ここで、上述の電気角は、永久磁石２８の互いに隣り合うＳ極とＮ極との間の角度（機械角で１５ｄｅｇ．）が電気角で１８０ｄｅｇ．になるように、換算した角度である。トーションバー２４の捩れ角において実際に使用される範囲は、トーションバー２４の剛性から、電気角−９０〜＋９０ｄｅｇ．を超えることはない。これにより、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、加えられたトルクに応じた磁束密度を検出することが出来る。つまり、検出した磁束密度に基づき、加えられたトルクを知ることが出来る。
【００３８】
また、集磁リング３４Ａ，３４Ｂにより、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂの全周で発生する磁束密度の平均を検出することが出来る。
図７は、図２に示す第１の部分３８の斜視図である。図８は、図２に示す第２の部分３９の斜視図である。図９は、図５の要部の拡大図であり、図１０のＳ９−Ｓ９断面を示す。図１０は、図６の要部の拡大図であり、図９のＳ１０−Ｓ１０断面を示す。図１１は、図９のＳ１１−Ｓ１１断面の断面図である。図１２は、図８のトルク検出装置１６の第２の部分３９の要部の拡大斜視図である。
【００３９】
図２，図７，図８を参照して、本実施形態では、固定側ユニット３１は、第１の部分３８および第２の部分３９に分割されている。第１の部分３８と第２の部分３９とは、互いに別部品として構成されており、上述の連結方向ＲＰに互いに機械的に連結されているとともに、必要に応じて互いに分離できるようにされている。
第１の部分３８は、連結方向ＲＰに関して第２の部分３９寄りに配置された端部３８ａを有している。この端部３８ａは、フランジ状に軸方向Ｓおよび周方向Ｔに延設されていて、軸方向Ｓおよび周方向Ｔの少なくとも一方、本実施形態では、両方向Ｓ，Ｔに関して、センサハウジング３０の連通孔３０ｂの対応する寸法よりも大きくされている。
【００４０】
第２の部分３９は、連結方向ＲＰに関して第１の部分３８寄りに配置された端部３９ａを有している。
図７，図９，図１０，図１１を参照して、第１の部分３８の端部３８ａは、側壁３８ｄと、端面に形成された平坦な環状の接合部３８ｅと、接合部３８ｅに取り囲まれて端面に窪み状に形成された嵌合凹部３８ｆと、嵌合凹部３８ｆの底に突出した一対の凹部形成部３８ｇ，３８ｈとを有している。一対の凹部形成部３８ｇ，３８ｈの間に、磁束検出用の挿入凹部４３が形成されている。側壁３８ｄと接合部３８ｅと嵌合凹部３８ｆとが、第２の部分３９と機械的に連結するための連結部として機能し、合成樹脂４０により形成されている。
【００４１】
図８，図９，図１０，図１１を参照して、第２の部分３９の端部３９ａは、端面に平坦に形成された被取付部３９ｂと、端面に形成された窪み部３９ｃと、窪み部３９ｃの底から突出した嵌合凸部３９ｆと、この嵌合凸部３９ｆの頂面から突出した磁束検出用の挿入凸部４４と、嵌合凸部３９ｆの頂面から突出し挿入凸部４４に近接しつつこれを取り囲むように配置された２つの案内用凸部３９ｇとを有している。窪み部３９ｃは、連結方向ＲＰに沿って見たときに、第１の部分３８の端部３８ａと同形状に形成され、連結方向ＲＰ、軸方向Ｓおよび周方向Ｔに関して第１の部分３８の端部３８ａと同じ大きさに形成されている。窪み部３９ｃは、側壁３９ｄと、底面に形成された接合部３９ｅとを有している。この接合部３９ｅは、嵌合凸部３９ｆを取り囲み、環状をなす平坦面に形成されている。第２の部分３９の端部３９ａは、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂにより形成された部分である挿入凸部４４の一部を除いて、合成樹脂４１により形成されている。
【００４２】
図９，図１０，図１１を参照して、第１の部分３８の端部３８ａは、第２の部分３９の窪み部３９ｃに嵌合されていて、この状態で、第２の部分３９の窪み部３９ｃの底と、センサハウジング３０の連通孔３０ｂの周縁部にある取付部３０ｃとの間に挟持されている。これとともに、第１の部分３８の挿入凹部４３内に第２の部分３９の挿入凸部４４が配置されている。一方の磁気センサ３５Ａが一方の対をなす爪片３４ｂの間に配置され、他方の磁気センサ３５Ｂが他方の対をなす爪片３４ｂの間に配置されている。
【００４３】
第１の部分３８の端部３８ａの側壁３８ｄは、第２の部分３９の端部３９ａの窪み部３９ｃの側壁３９ｄに嵌合されている。これにより、周方向Ｔおよび軸方向Ｓに関しての第１の部分３８と第２の部分３９との相対移動が規制されている。
第１の部分３８の端部３８ａの接合部３８ｅは、第２の部分３９の端部３９ａの窪み部３９ｃの接合部３９ｅに面当たり状態で当接している。これにより、両接合部３８ｅ，３９ｅ同士の間が封止されるとともに、連結方向ＲＰに関しての第１の部分３８と第２の部分３９との相対移動が規制されている。
【００４４】
このように、固定側ユニット３１が、集磁リング３４Ａ，３４Ｂを含む第１の部分３８と、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを含む第２の部分３９とに分割されることにより、例えば必要に応じて第１の部分３８のみを、または第２の部分３９のみを経済的に交換することができる。換言すれば、一方の部分３８，３９を交換する必要があるときに、残りの部分３９，３８を交換せずに済む。また、トルク検出装置１６の全体的な設計自由度が向上するので、多種の機器や装置（本実施形態では、自動車やその電動パワーステアリング装置）に対して、当該トルク検出装置１６を、容易に適用することが可能となる。
【００４５】
第１の部分３８の端部３８ａの各凹部形成部３８ｇ，３８ｈは、対応する集磁リング３４Ａ，３４Ｂの２つの爪片３４ｂと、合成樹脂４０とを含んでいる。各凹部形成部３８ｇ，３８ｈは、互いに対向する平坦な対向面を有している。この対向面同士は、軸方向Ｓに関して所定隙間量を隔てて互いに平行に配置され、その間に挿入凹部４３が形成されている。対向面は、爪片３４ｂの一方の面が露出した部分と、合成樹脂４０により形成された部分とを有している。
【００４６】
一方の凹部形成部３８ｇは、径方向Ｒに関しての爪片３４ｂの端部３４ｃよりも径方向内方に形成された基部３８ｇ１と、対をなす爪片３４ｂ間への挿入凸部４４の移動を案内するために基部３８ｇ１から径方向外方に突出量Ｌ１で延設された案内壁４５とを有している。案内壁４５は、合成樹脂４０により形成されていて、上述の対向面の一部としての案内面４５ａを形成している。突出量Ｌ１は、対応する集磁リング３４Ａの爪片３４ｂの径方向端部３４ｃと、案内壁４５の径方向外方の端部との間の連結方向ＲＰに関する距離である。
【００４７】
他方の凹部形成部３８ｈは、径方向Ｒに関しての爪片３４ｂの端部３４ｃよりも径方向内方に形成された基部３８ｈ１と、対をなす爪片３４ｂ間への挿入凸部４４の移動を案内するために基部３８ｈ１から径方向外方に突出量Ｌ２で延設された案内壁４６とを有している。案内壁４６は、合成樹脂４０により形成されていて、上述の対向面の一部としての案内面４６ａを形成している。突出量Ｌ２は、対応する集磁リング３４Ｂの爪片３４ｂの径方向端部３４ｃと、案内壁４６の径方向外方の端部との間の連結方向ＲＰに関する距離である。
【００４８】
各凹部形成部３８ｇ，３８ｈにおける径方向Ｒに関しての爪片３４ｂの端部３４ｃは、連結方向ＲＰに関して互いに等しい位置に配置されていて、案内壁４５が、案内壁４６よりも径方向外方へ突出している。
他方の凹部形成部３８ｈの案内壁４６の突出量Ｌ２は、一方の凹部形成部３８ｇの案内壁４５の突出量Ｌ１に比べて短くされている。両案内壁４５，４６の突出量Ｌ１，Ｌ２の差（Ｌ１−Ｌ２）は、例えば、２〜３ｍｍの範囲内の値に設定されている。突出量の差が上述の範囲内の値である場合には、挿入凸部４４を挿入凹部４３に挿入し易く、しかも挿入凸部４４および挿入凹部４３の大型化を抑制できて、好ましい。というのは、突出量の差が２ｍｍ未満である場合には、挿入凸部４４が案内壁４５に沿い難くなるからである。また、突出量の差が３ｍｍを超えて大きい場合には、挿入凸部４４および挿入凹部４３が大型化するからである。なお、両案内壁４５，４６の突出量の差は、上述の範囲外の値に設定することも考えられる。
【００４９】
また、他方の凹部形成部３８ｈの延設端には、面取り４７が形成されている。この面取り４７は、凹部形成部３８ｇ，３８ｈ同士が対向する方向である軸方向Ｓに対して斜めに傾斜するとともに、連結方向ＲＰに対しても傾斜している。
挿入凹部４３は、集磁リング３４Ａ，３４Ｂの爪片３４ｂ間に形成され、所定の隙間量で形成されるとともに、挿入方向としての連結方向ＲＰに沿って径方向外方に向けて開放されている。挿入凹部４３の隙間量Ｌ３（軸方向寸法に相当する。）は、第２の部分３９の挿入凸部４４の厚み寸法Ｌ４（軸方向寸法に相当する。）よりもわずかに大きくされている。例えば、軸方向Ｓに関して、挿入凹部４３の最小の隙間量Ｌ３と、第２の部分３９の挿入凸部４４の最大厚みＬ４との差（Ｌ３−Ｌ４）は、０〜０．２ｍｍの範囲内の値、具体的には０．１ｍｍになるように設定されている。
【００５０】
図９，図１１，図１２を参照して、挿入凸部４４は、嵌合凸部３９ｆの頂面の中心に配置されている。挿入凸部４４は、一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂと合成樹脂４１とを含んでいる。一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、周方向Ｔに関して所定間隔を隔てて並んでいる。各磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの一対の主面３５ａが露出している。
挿入凸部４４の厚み寸法Ｌ４は、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの最小厚み寸法Ｌ５に等しくされている。この最小厚み寸法Ｌ５は、互いに直交する３つの方向に関しての磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの外形の寸法のうちで最も小さい寸法であり、例えば一対の主面３５ａ同士の間隔である。また、挿入凸部４４は、一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの間に形成された突出部４８を有している。
【００５１】
図９，図１０，図１２を参照して、突出部４８は、挿入凸部４４において先端側にある一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの端面３５ｂから、連結方向ＲＰに沿って所定量突出している。突出部４８は、一方の凹部形成部３８ｇに対向し連結方向ＲＰに平行な対向面４８ａと、他方の凹部形成部３８ｈに対向し連結方向ＲＰに対して傾斜した面取り４８ｂとを有している。対向面４８ａと、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの一方の主面３５ａとは、面一に連続した平坦面を形成している。
【００５２】
図１３は、図２のトルク検出装置１６の要部の模式図であり、組立途中の状態を示す。図１４は、図１３に続く状態の模式図である。図１５は、図１４に続く状態であって組立完了状態の模式図である。図１６は、図１３に続く状態の模式図であり、図１４に示す状態とは異なる状態を示す。
本実施形態のトルク検出装置１６では、以下のようにして、固定側ユニット３１の第１の部分３８と第２の部分３９とを互いに組み付けて固定側ユニット３１を得るようにしている。すなわち、図１３，図１４を参照して、挿入凸部４４の先端部、例えば少なくとも突出部４８の対向面４８ａを、案内壁４５の案内面４５ａの延設端、すなわち、案内面４５ａの一部であって案内壁４６よりも径方向外方に突出した部分に接触させて、互いに沿わせるようにする。次に、図１４，図１５を参照して、第２の部分３９の挿入凸部４４が、第１の部分３８の挿入凹部４３内を、連結方向ＲＰに沿って奥側へ移動する。このとき、挿入凸部４４の移動方向が、案内壁４５により規制されるので、挿入凹部４３の隙間量が小さいとしても、容易に挿入凸部４４を挿入凹部４３内に挿入することができる。
【００５３】
図１３，図１６を参照して、また、挿入凸部４４が案内壁４５に沿っていないときには、挿入凸部４４を連結方向ＲＰに沿って移動させると、突出部４８が案内壁４６に当接する。これにより、挿入凸部４４の移動が案内されたり、挿入凸部４４の進行が阻止される。従って、挿入凸部４４が挿入凹部４３内に無理に押し込まれたり、こじりが生じたりすることが防止される。
【００５４】
図９を参照して、挿入凸部４４が挿入凹部４３に挿入された後で、嵌合凸部３９ｆが嵌合凹部３８ｆに嵌合される。また、第２の部分３９の窪み部３９ｃに第１の部分３８の端部３８ａが嵌合される。第１の部分３８の接合面３８ｅと第２の部分３９の接合面３９ｅとが互いに当接する。
このように本発明の実施形態のトルク検出装置１６は、それぞれ対応する軟磁性体としての磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂと磁気的に結合された一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂを合成樹脂４０によりモールドしてなる第１の樹脂成形体としての第１の部分３８と、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを合成樹脂４１によりモールドしてなる第２の樹脂成形体としての第２の部分３９とを備えている。各集磁リング３４Ａ，３４Ｂは径方向外方に突出する爪片３４ｂを有し、一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂの爪片３４ｂは互いに対向している。第２の部分３９は、一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂの互いに対向する爪片３４ｂ間に挿入される挿入凸部４４を含む。この挿入凸部４４は、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを含んでいる。第１の部分３８は、爪片３４ｂ間への挿入凸部４４の挿入を案内する相対向する一対の案内壁４５，４６を含んでいる。集磁リング３４Ａ，３４Ｂの径方向Ｒに関して、一方の爪片３４ｂからの一方の案内壁４５の突出量Ｌ１が、他方の爪片３４ｂからの他方の案内壁４６の突出量Ｌ２よりも大きくされている。
【００５５】
本実施形態によれば、一方の案内壁４５が他方の案内壁４６よりも突出しているので、挿入凸部４４をその一方の案内壁４５に容易に沿わせて位置決めすることができる。その一方の案内壁４５によって位置決めした状態で、挿入凸部４４を爪片３４ｂ間に挿入するので、爪片３４ｂと挿入凸部４４との間の隙間が小さい場合であっても、挿入凸部４４を爪片３４ｂ間にこじれなく容易に挿入することができる。ひいては、こじれに起因した磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの破損の発生が抑制される。しかも、こじれの発生が抑制されつつ爪片３４ｂと挿入凸部４４との間の隙間量が小さくされ得るので、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂが磁束を検出し易くなり、ひいてはトルクの検出精度が高まる。
【００５６】
例えば、挿入凸部４４と挿入凹部４３との寸法が公差の中央値である場合に、両案内壁４５，４６の高さが等しくされた場合には、挿入凸部４４の厚み寸法と挿入凹部４３の隙間量との差は、０．３ｍｍ必要であり、この差がゼロの場合に比べて、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの出力信号が２０％低下していた。これに対して本実施形態では、一方の案内壁４５が他方の案内壁４６よりも高くされたことにより、挿入凸部４４と挿入凹部４３との幅寸法の差を０．１ｍｍにできるので、この差がゼロの場合と比べて磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの出力信号の低下量を１０％にできる。
【００５７】
また、本実施形態では、磁気センサとして、一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂが設けられ、第２の樹脂成形体としての第２の部分３９は、一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを合成樹脂４１により一体にモールドしてなり、第２の部分３９の挿入凸部４４は、当該第２の部分３９の挿入凸部４４の挿入方向としての連結方向ＲＰに関して、一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂよりも突出する突出部４８を有するようにしている。この場合、一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは第２の部分３９に一体にモールドされているので、第２の部分３９を第１の部分３８に組み付ける操作により、一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを一括して組み付けることができる。従って、組み立てがより一層容易になる。
【００５８】
また、突出部４８がある場合には、例えば挿入凸部４４が一方の案内壁４５から離隔した状態で挿入されるときに、突出部４８が磁気センサ３５Ａ，３５Ｂに先立って他方の案内壁４６に接するようにできる。これにより、挿入凸部４４が、例えば傾いた状態で案内壁４５，４６間に挿入されることが阻止される。または挿入凸部４４が案内壁４５，４６間へ無理なく案内される。その結果、挿入凸部４４のこじれの発生を確実に防止でき、ひいては、こじれに起因した磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの破損の発生が防止される。
【００５９】
また、本実施形態では、突出部４８は、他方の案内壁４６に対向して突出部４８を先細り状とする面取り４８ｂを有するようにしている。この場合、突出部４８が他方の案内壁４６に接触したときに、挿入凸部４４が案内壁４５，４６間へ案内され易くなる。
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図１７は、本発明の変形例のトルク検出装置１６の要部の模式図であり、図１５に相当する模式図である。図１７のトルク検出装置１６では、図１５の固定側ユニット３１の第１の部分３８の他方の案内壁４６の面取り４７が廃止されている。また、図１７のトルク検出装置１６では、図１５の第２の部分３９の突出部４８の面取り４８ｂが廃止されている。このように面取り４７，４８ｂが廃止された場合であっても、突出部４８が、こじりを阻止できるので、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの破損を抑制できる。なお、いずれか一方の面取り４７，４８ｂを廃止する場合も考えられる。また、突出部４８が廃止される場合も考えられる。
【００６１】
また、固定側ユニット３１の第１の部分３８がセンサハウジング３０の取付部３０ｃに当接して取り付けられ、第１の部分３８に第２の部分３９が取り付けられる場合も考えられる。また、永久磁石２８が出力軸２３に固定され、一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂが入力軸２２に固定される場合も考えられる。また、各集磁リング３４Ａ，３４Ｂの爪片３４ｂは、１箇所または３箇所以上で設けられていてもよい。磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの数は、１又は複数個であればよい。また、各集磁リング３４Ａ，３４Ｂの爪片３４ｂの数と、磁気センサの数とが一致しない場合も考えられる。
【００６２】
トルク検出装置１６および駆動源としての電動モータ１８は、ステアリングコラム７に設けられていたが、操舵機構５に設けられる場合も考えられる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態のトルク検出装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すトルク検出装置の分解斜視図である。
【図３】図２のトルク検出装置の要部の分解斜視図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、図２のトルク検出装置の動作を説明するための模式図であり、図４Ｄは、入力軸と出力軸との間に生じた捩れ角と磁束密度との関係を示すグラフであり、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃの各状態に対応した捩れ角と磁束密度の関係を示す点を４Ａ，４Ｂ，４Ｃの符号を付して図示した。
【図５】図２のトルク検出装置の断面図であり、図６のＳ５−Ｓ５断面を示す。
【図６】図２のトルク検出装置の断面図であり、図５のＳ６−Ｓ６断面を示す。
【図７】図２のトルク検出装置の第１の部分の斜視図である。
【図８】図２のトルク検出装置の第２の部分の斜視図である。
【図９】図５の要部の拡大図であり、図１０のＳ９−Ｓ９断面を示す。
【図１０】図６の要部の拡大図であり、図９のＳ１０−Ｓ１０断面を示す。
【図１１】図９のＳ１１−Ｓ１１断面の断面図である。
【図１２】図８のトルク検出装置の第２の部分の要部の拡大斜視図である。
【図１３】図２のトルク検出装置の要部の模式図であり、組立途中の状態を示す。
【図１４】図１３に続く状態の模式図である。
【図１５】図１４に続く状態であって組立完了状態の模式図である。
【図１６】図１３に続く状態であって図１４とは異なる状態の模式図である。
【図１７】変形例のトルク検出装置の要部の模式図であり、図１５に相当する模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１６…トルク検出装置、２９Ａ，２９Ｂ…磁気ヨーク（軟磁性体）、３４Ａ，３４Ｂ…集磁リング、３４ｂ…爪片、３５Ａ，３５Ｂ…磁気センサ、３８…第１の部分（第１の樹脂成形体）、３９…第２の部分（第２の樹脂成形体）、４０，４１…合成樹脂、４４…挿入凸部、４５，４６…案内壁、４８…突出部、４８ｂ…面取り、Ｌ１，Ｌ２…突出量、Ｒ…径方向、ＲＰ…連結方向（挿入方向）
【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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