(57)【要約】【課題】磁気センサを経済的に交換でき、異物の侵入を抑制し、部品点数を削減する。【解決手段】本トルク検出装置１６は、筒状のセンサハウジング３０と、第１および第２のユニット３８，３９とを有する。センサハウジング３０の側部３０ｄに、取付開口３０ｅと、これを取り囲む環状の取付面３０ｃが設けられている。第１のユニット３８は、一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂを合成樹脂４０でモールドされ、取付開口３０ｅを通してセンサハウジング３０内に挿入される。第２のユニット３９は、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを合成樹脂４１でモールドされ、環状の被取付面３９ｂを有し、取付開口３０ｅに露出する第１のユニット３８の端部３８ａを覆う状態で取付面３０ｃに取り付けられている。環状の封止部材３３が、取付開口３０ｅを取り囲み、被取付面３９ｂと取付面３０ｃとの間を封止する。【選択図】図２
2008215869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側部に取付開口が形成された筒状のセンサハウジングと、
このセンサハウジングの側部に設けられ、上記取付開口を取り囲む環状の取付面と、
一対の集磁リングを合成樹脂でモールドし、少なくとも一部がセンサハウジングの取付開口を通してセンサハウジング内に挿入された第１のユニットと、
一対の集磁リングが誘導した磁束を検出する磁気センサを合成樹脂でモールドし、上記取付面に対向する環状の被取付面を有し、上記取付開口に露出する第１のユニットの端部を覆う状態で上記取付面に取り付けられた第２のユニットと、
上記取付開口を取り囲み、上記被取付面と上記取付面との間を封止する環状の封止部材とを備え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、上記第１のユニットは、上記環状の封止部材の内側で上記環状の取付面または取付面に設けられた取付用凹部によって受けられるフランジを含むことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記第１のユニットの端部およびこれに対向する第２のユニットの部分の一方が凹部を含み、他方が上記凹部に嵌合する凸部を含むことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
上記第１のユニットの一対の集磁リングは、径方向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のユニットの磁気センサは、上記一対の爪片間に挿入されたホールＩＣを含み、第１のユニットに、一対の爪片間へのホールＩＣの挿入を案内するための案内部が形成されていることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、上記第２のユニットを上記取付面に固定する複数の固定ねじを備え、これらの固定ねじは、上記環状の封止部材の外側で上記取付面にねじ込まれてい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一対の集磁リングと、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１，２参照。）。
【０００３】
また、特許文献２では、集磁リングと磁気センサとは、樹脂材料により一体にモールドされている。また、鉄粉の侵入を防止するために、永久磁石と磁気ヨークとの間が封止され、磁気ヨークと集磁リングとの間が封止されている。
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【特許文献２】特開２００５−２６５５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２では、集磁リングと磁気センサとが一体にモールドされているので、例えば磁気センサのみを交換する必要が生じたときであっても、集磁リングをも交換する必要があり、不経済である。
また、この課題を解決するために、集磁リングと磁気センサとを互いに分離できるようにすることが考えられるが、外部から異物が侵入し易くなる。また、異物の侵入を防止しようとすると、部品点数が増大する。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、例えば磁気センサを経済的に交換できて、異物の侵入を抑制できて、部品点数が少な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、側部（３０ｄ）に取付開口（３０ｅ）が形成された筒状のセンサハウジング（３０）と、このセンサハウジングの側部に設けられ、上記取付開口を取り囲む環状の取付面（３０ｃ）と、一対の集磁リング（３４Ａ，３４Ｂ）を合成樹脂（４０）でモールドし、少なくとも一部（３８ｃ）がセンサハウジングの取付開口を通してセンサハウジング内に挿入された第１のユニット（３８）と、一対の集磁リングが誘導した磁束を検出する磁気センサ（３５Ａ，３５Ｂ）を合成樹脂（４１）でモールドし、上記取付面に対向する環状の被取付面（３９ｂ）を有し、上記取付開口に露出する第１のユニットの端部（３８ａ）を覆う状態で上記取付面に取り付けられた第２のユニット（３９）と、上記取付開口を取り囲み、上記被取付面と上記取付面との間を封止する環状の封止部材（３３）とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、集磁リングを含む第１のユニットと、磁気センサを含む第２のユニットとを、互いに別々のユニットに構成しているので、例えば磁気センサを交換する必要があるときには、磁気センサを含む第２のユニットのみを交換することが可能となり、ひいては、磁気センサを経済的に交換できる。封止部材は、取付開口からセンサハウジング内への異物の侵入を抑制できるとともに、第１のユニットと第２のユニットとの間への異物の侵入を抑制できる。封止部材は、取付開口の封止用と、第１および第２のユニットの間の封止用とに兼用できるので、部品点数を削減できる。
【０００８】
また、本発明において、上記第１のユニットは、上記環状の封止部材の内側で上記環状の取付面または取付面に設けられた取付用凹部（３０ｈ）によって受けられるフランジ（３８ｂ）を含む場合がある。この場合、センサハウジングにより第１のユニットを受けることができるので、第１のユニットを受けるための構造を簡素化でき、部品点数の削減に寄与する。
【０００９】
また、本発明において、上記第１のユニットの端部およびこれに対向する第２のユニットの部分（３９ａ）の一方が凹部（４５）を含み、他方が上記凹部に嵌合する凸部（４６）を含む場合がある。この場合、凹部と凸部とが互いに嵌まり合うことにより、第１のユニットと第２のユニットとの間への異物の侵入がより一層確実に抑制される。
また、本発明において、上記第１のユニットの一対の集磁リングは、径方向（Ｒ）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のユニットの磁気センサは、上記一対の爪片間（４３）に挿入されたホールＩＣを含み、第１のユニットに、一対の爪片間へのホールＩＣの挿入を案内するための案内部（５０，５１Ａ）が形成されている場合がある。この場合、ホールＩＣを一対の爪片間へ容易に挿入することができる。
【００１０】
また、本発明において、上記第２のユニットを上記取付面に固定する複数の固定ねじ（３２）を備え、これらの固定ねじは、上記環状の封止部材の外側で上記取付面にねじ込まれている場合がある。この場合、異物の侵入を抑制しつつ、ねじ止めにより第２のユニットをセンサハウジングに組み付け易くできる。
なお、上記括弧内の英数字は、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】
【００１１】
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、本発明の第１の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。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。中間軸６は、動力伝達軸１０と、自在継手１１，１２とを有している。
【００１３】
操舵機構５は、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。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。
【００１４】
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。
電動パワーステアリング装置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、電動パワーステアリング装置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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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５のＳ６−Ｓ６断面の断面図である。図７は、図５のＳ７−Ｓ７断面の断面図である。
【００１９】
図２、図５、図６を参照して、本実施形態のトルク検出装置１６は、上記入力軸２２と、出力軸２３と、トーションバー２４とを有し、これらの各部材２２，２３，２４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。
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２個の固定ねじ３２と、センサハウジング３０と固定側ユニット３１との間を封止する環状の封止部材３３とを有している。封止部材３３および固定ねじ３２はそれぞれ少なくとも１個が用いられていればよい。
【００２０】
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の一部として筒状をなし、内部に空洞３０ａを有している。センサハウジング３０の側部３０ｄは、外周を形成し、また、内外を連通する連通孔３０ｂを有している。側部３０ｄに、連通孔の取付開口３０ｅと、固定側ユニット３１を取り付けるための取付面３０ｃとが形成されている。
【００２１】
取付面３０ｃは、取付開口３０ｅを取り囲む環状の平坦面に形成されている。この平坦面の内側および外側の輪郭は、径方向Ｒから見たときに軸方向Ｓに垂直な方向に長く延びた略長方形形状をなしている。取付面３０ｃは、封止部材３３を収容する環状の溝３０ｆと、固定ねじ３２用の２つのねじ孔３０ｇとを有している。各ねじ孔３０ｇは、センサハウジング３０の空洞３０ａとは独立し、有底の所定長さに形成されている。なお、取付面３０ｃをセンサハウジング３０に固定された別部材（図示せず）に形成してもよい。
【００２２】
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、一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂが誘導した磁束を検出する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のユニット３８と、第２のユニット３９とを有している。
【００２３】
第１のユニット３８は、固定側ユニット３１において磁気回路を形成する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で一体にモールドされている。
第２のユニット３９は、電気回路を形成する部分として、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で一体にモールドされている。また、第２のユニット３９は、環状の被取付面３９ｂを有している。
【００２４】
センサハウジング３０内に、永久磁石２８と一対の磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂとが収容されている。また、第１のユニット３８と第２のユニット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のユニット３８は、センサハウジング３０の連通孔３０ｂの取付開口３０ｅ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ている。第１のユニット３８の一部としての集磁リング３４Ａ，３４Ｂがセンサハウジング３０の内部に突出している。第２のユニット３９は、相対的にステアリングシャフト４の径方向外方に、また、センサハウジング３０の外部に配置されている。なお、後述するように第１のユニット３８の全体が取付開口３０ｅを通じてセンサハウジング３０内に挿入されていてもよい。
【００２５】
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のユニット３８および第２のユニット３９が互いに連結される方向を、連結方向ＲＰという。
【００２６】
本実施形態では、第１のユニット３８の端部３８ａが、取付開口３０ｅに露出するようにして配置されている。第２のユニット３９の被取付面３９ｂが、センサハウジング３０の取付面３０ｃに対向し且つ当接した状態で、センサハウジング３０の取付面３０ｃに取り付けられている。第２のユニット３９は、取付開口３０ｅに露出する第１のユニット３８の端部３８ａを覆う状態で、取付面３０ｃにねじ止めにより固定されている。
【００２７】
図２，図５，図６，図７を参照して、第２のユニット３９の端部３９ａの被取付面３９ｂは、連結方向ＲＰに沿って見たときに、矩形の環状をなす平坦面に形成されている。被取付面３９ｂの外形は、軸方向Ｓおよび周方向Ｔに関して、第１のユニット３８の対応する端部３８ａの外形よりも大きく形成されている。被取付面３９ｂには、固定ねじ３２用の２つの挿通孔３９ｈが形成されている。また、第２のユニット３９の端部３９ａは、後述する挿入凸部４４および接合部３９ｅが配置された所定領域４９を有している。被取付面３９ｂは、上述の所定領域４９を取り囲んでいる。
【００２８】
封止部材３３は、無端状の環状をなし、弾性部材、例えばゴム部材により形成され、具体的には、Ｏリングからなる。封止部材３３は、連通孔３０ｂの取付開口３０ｅを取り囲み、且つ第２のユニット３９の上記所定領域４９を取り囲んだ状態で、被取付面３９ｂと上記取付面３０ｃとの間を封止している。封止部材３３は、センサハウジング３０の溝３０ｆの底と固定側ユニット３１の第２のユニット３９の被取付面３９ｂとの間に挟持されることにより弾性圧縮変形された状態で、弾力的に封止している。
【００２９】
固定ねじ３２は、第２のユニット３９の挿通孔３９ｈに挿通され、挿通された固定ねじ３２の先端の雄ねじが、センサハウジング３０のねじ孔３０ｇの雌ねじにねじ嵌合されている。固定ねじ３２は、連結方向ＲＰから見たときに、封止部材３３から離隔して、取付面３０ｃにおいて封止部材３３により取り囲まれた領域の外側に配置されている。
図２と図５を参照して、永久磁石２８は、円筒形状をなし、入力軸２２に同心に且つ一体回転するように固定されている。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。
【００３０】
各磁気ヨーク２９Ａ，２９Ｂは、円筒形状をなし、径方向外方から永久磁石２８を非接触で取り囲んで、永久磁石２８が形成する磁界内に配置されることにより、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、互いに非接触で相対移動不能に固定されるとともに、出力軸２３に同心に且つ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。
【００３１】
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等配で立ち上がる複数、例えば１２個の爪２９ｂとを有している。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且つ互いに同心に配置されている。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、周方向Ｔに互いにずれて交互に均等に配置されている。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。
【００３２】
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の外周を同心に且つ非接触で径方向外方から取り囲んでいる。
【００３３】
各集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、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２つの爪片３４ｂとを有している。２つの爪片３４ｂは、互いに同じ形状に形成され、周方向Ｔに互いに離隔して配置されている。２つの集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、互いに非接触で以下の状態で固定されている。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、互いに近接する向きに延びていて、軸方向Ｓに沿って対向している。これと同様に、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とも、互いに対をなしている。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。
【００３４】
一対の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、周方向Ｔに並んでいる。各磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、ホール素子としてのホールＩＣからなり、対応する一対の爪片３４ｂ間に挿入されていて、回路基板３６に電気的に接続されている。                                  図１，図６を参照して、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、回路部品と、プリント配線板とを有し、これらが組み立てられてなる。
【００３５】
図４Ｂと図５を参照し、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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
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への磁束が生じる。この磁束が磁気センサ３５Ａ，３５Ｂにより検出される。
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、この磁束が検出される。
【００３８】
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トーションバー２４の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。実際に使用されるトーションバー２４の捩れ角の範囲内においては、一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂの対をなす爪片３４ｂ間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に比例し、この差は、トーションバー２４の捩れ角に比例し、ひいては、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。つまり、検出した磁束密度に基づき、トルクを知ることができる。
【００３９】
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２，図５，図６，図７を参照して、本実施形態では、固定側ユニット３１は、第１のユニット３８および第２のユニット３９に分割されている。第１のユニット３８と第２のユニット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。
【００４０】
第１のユニット３８は、連結方向ＲＰに関して第２のユニット３９寄りに配置された端部３８ａと、連通孔３０ｂを通してセンサハウジング３０内に配置された部分としての環状部３８ｃとを有している。端部３８ａは、フランジ３８ｂを有している。このフランジ３８ｂは、軸方向Ｓおよび周方向Ｔに環状部３８ｃから延設されていて、両方向Ｓ，Ｔに関して、センサハウジング３０の連通孔３０ｂの取付開口３０ｅの対応する寸法よりも大きくされている。なお、フランジ３８ｂは、軸方向Ｓおよび周方向Ｔの少なくとも一方に関して、取付開口３０ｅの最大寸法よりも大きくされていればよい。
【００４１】
第１のユニット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４５と、嵌合凹部４５内に形成された２つの案内溝５０と、嵌合凹部４５の底に突出した一対の凹部形成部３８ｇとを有している。一対の凹部形成部３８ｇ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４５とが、第２のユニット３９と機械的に連結するための連結部として機能する。
【００４２】
第２のユニット３９は、連結方向ＲＰに関して第１のユニット３８寄りに配置された端部３９ａを有している。第２のユニット３９の端部３９ａは、端面に平坦に形成された被取付面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４６と、この嵌合凸部４６の頂面から突出した磁束検出用の挿入凸部４４と、挿入凸部４４と同側に突出する２つの案内用凸部５１とを有している。
【００４３】
第２のユニット３９の端部３９ａの窪み部３９ｃは、連結方向ＲＰに沿って見たときに、第１のユニット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のユニット３８の端部３８ａと同じ大きさに形成されている。また、窪み部３９ｃは、連結方向ＲＰに関して第１のユニット３８の端部３８ａよりもわずかに小さくされてもよく、軸方向Ｓおよび周方向Ｔに関して第１のユニット３８の端部３８ａよりもわずかに大きくされてもよい。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４６を取り囲み、環状をなす平坦面に形成されている。
【００４４】
第１のユニット３８の端部３８ａのフランジ３８ｂは、環状の封止部材３３の内側に配置され、これとともに、第２のユニット３９の窪み部３９ｃに嵌合されて、且つセンサハウジング３０の取付面３０ｃによって受けられていて、この状態で、窪み部３９ｃの底と取付面３０ｃとの間に挟持されている。また、第１のユニット３８の挿入凹部４３内に第２のユニット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。第２のユニット３９の端部３９ａの凸部としての嵌合凸部４６が、第１のユニット３８の端部３８ａの凹部としての嵌合凹部４５に、嵌合されている。
【００４５】
第１のユニット３８の端部３８ａの側壁３８ｄは、第２のユニット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のユニット３８と第２のユニット３９との相対移動が規制されている。
第１のユニット３８の端部３８ａの接合部３８ｅは、第２のユニット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のユニット３８と第２のユニット３９との相対移動が規制されている。
【００４６】
第１のユニット３８の端部３８ａの嵌合凹部４５と、第２のユニット３９の端部３９ａの嵌合凸部４６とは、互いに嵌合されている。これにより、周方向Ｔおよび軸方向Ｓに関しての第１のユニット３８と第２のユニット３９との相対移動が規制されている。
第１のユニット３８の端部３８ａの嵌合凹部４５は、連結方向ＲＰからみたときに円弧形状をなす内周面を有している。各案内溝５０は、嵌合凹部４５の内周に形成され、挿入方向（上述の連結方向ＲＰに相当する。）に直線状に延びている。２つの案内溝５０は、互いに平行に配置され、軸方向Ｓに互いに対向し、一対の爪片３４ｂ間への磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの挿入を案内するための案内部として機能する。また、嵌合凹部４５の底の中央部に一対の凹部形成部３８ｇ，３８ｇが配置されている。
【００４７】
各凹部形成部３８ｇ，３８ｇ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。
挿入凹部４３は、一対の凹部形成部３８ｇ，３８ｇの間であって集磁リング３４Ａ，３４Ｂの爪片３４ｂ間に、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。
【００４８】
第２のユニット３９の端部３９ａの嵌合凸部４６は、接合部３９ｅの中央部に配置されていて、接合面３９ｅから所定高さで突出して形成され、連結方向ＲＰからみたときに円形をなしていている。嵌合凸部４６は、円筒形状をなす外周面と、頂面とを有している。頂面から挿入凸部４４および２つの案内用凸部５１が連結方向ＲＰに突出している。
２つの案内用凸部５１は、嵌合凸部４６の頂面の外周寄り部分に配置され、軸方向Ｓに関して挿入凸部４４を挟んだ互いに反対側に配置されていて、嵌合凹部４５の案内溝５０に対向して、連結方向ＲＰに沿って直線状に延びている。案内用凸部５１は、案内溝５０に嵌合され、これにより、案内部としての案内溝５０により案内される被案内部として機能する。案内用凸部５１と案内溝５０とが互いに接触することにより、第１のユニット３８および第２のユニット３９の相対移動が案内される。
【００４９】
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。嵌合凸部４６の頂面からの挿入凸部４４の突出量は、嵌合凸部４６の頂面からの各案内用凸部５１の突出量よりも小さくされている。
本実施形態のトルク検出装置１６は、(1) 側部３０ｄに取付開口３０ｅが形成された筒状のセンサハウジング３０と、(2) このセンサハウジング３０の側部３０ｄに設けられ、取付開口３０ｅを取り囲む環状の取付面３０ｃと、(3) 一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂを合成樹脂４０でモールドし、少なくとも一部としての環状部３８ｃがセンサハウジング３０の取付開口３０ｅを通してセンサハウジング３０内に挿入された第１のユニット３８と、(4) 一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂが誘導した磁束を検出する磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを合成樹脂４１でモールドし、取付面３０ｃに対向する環状の被取付面３９ｂを有し、取付開口３０ｅに露出する第１のユニット３８の端部３８ａを覆う状態で取付面３０ｃに取り付けられた第２のユニット３９と、(5) 取付開口３０ｅを取り囲み、被取付面３９ｂと取付面３０ｃとの間を封止する環状の封止部材３３とを備えるようにしている。
【００５０】
本実施形態によれば、集磁リング３４Ａ，３４Ｂを含む第１のユニット３８と、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを含む第２のユニット３９とを、互いに別々のユニットに構成しているので、例えば磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを交換する必要があるときには、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを含む第２のユニット３９のみを交換し、第１のユニット３８を交換せずに済ますことが可能となる。従って、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを経済的に交換できる。また、第１のユニット３８のみを交換するときも、同様に経済的である。
【００５１】
封止部材３３は、センサハウジング３０の取付開口３０ｅを取り囲むことにより、センサハウジング３０内への異物の侵入を抑制でき、これとともに、第１のユニット３８と第２のユニット３９との間への異物の侵入を抑制できる。封止部材３３は、取付開口３０ｅの封止用と、第１のユニット３８および第２のユニット３９の間の封止用とに兼用できるので、部品点数を削減できる。
【００５２】
また、第１のユニット３８は、環状の封止部材３３の内側で環状の取付面３０ｃによって受けられるフランジ３８ｂを含んでいる。この場合、センサハウジング３０により第１のユニット３８を受けることができるので、第１のユニット３８を受けるための構造を簡素化でき、部品点数の削減に寄与する。例えば、フランジ３８ｂが、第２のユニット３９とセンサハウジング３０とにより挟持されることにより、第１のユニット３８をセンサハウジング３０および第２のユニット３９に固定するための構造を簡素化できる。
【００５３】
また、本実施形態では、第１のユニット３８の端部３８ａおよびこれに対向する第２のユニット３９の部分３９ａの一方が凹部としての嵌合凹部４５を含み、他方が嵌合凹部４５に嵌合する凸部としての嵌合凸部４６を含んでいる。この場合、嵌合凹部４５と嵌合凸部４６とが互いに嵌まり合うことにより、第１のユニット３８と第２のユニット３９との間への異物の侵入がより一層確実に抑制される。
【００５４】
また、本実施形態では、第１のユニット３８の一対の集磁リング３４Ａ，３４Ｂは、径方向Ｒ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、第２のユニット３９の磁気センサ３５Ａ，３５Ｂは、一対の爪片３４ｂ間に挿入されたホールＩＣを含み、第１のユニット３８に、一対の爪片３４ｂ間へのホールＩＣの挿入を案内するための案内部としての案内溝５０が形成されている。この場合、案内溝５０により、ホールＩＣを一対の爪片３４ｂ間へ容易に挿入することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、第２のユニット３９を取付面３０ｃに固定する複数の固定ねじ３２を備え、これらの固定ねじ３２は、環状の封止部材３３の外側で取付面３０ｃにねじ込まれている。この場合、異物の侵入を抑制しつつ、ねじ止めにより第２のユニット３９をセンサハウジング３０に組み付け易くできる。
また、接合部３８ｅ，３９ｅ同士が互いに面当たり状態で接するとともに、挿入凹部４３および挿入凸部４４を取り囲むことにより、挿入凹部４３および挿入凸部４４の間への異物の侵入がより一層抑制される。第２のユニット３９の窪み部３９ｃに、第１のユニット３８の端部３８ａが嵌合されることにより、異物の侵入がより一層抑制される。
【００５６】
また、固定側ユニット３１が、集磁リング３４Ａ，３４Ｂを含む第１のユニット３８と、磁気センサ３５Ａ，３５Ｂを含む第２のユニット３９とに分割されることにより、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。
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。
【００５７】
例えば、図８は、本発明の第２の実施形態のトルク検出装置の分解斜視図である。図９は、図８のトルク検出装置の断面図であり、図１０のＳ９−Ｓ９断面を示す。図１０は、図９のＳ１０−Ｓ１０断面の断面図である。図１１は、図９のＳ１１−Ｓ１１断面の断面図である。第２の実施形態は、以下の点で第１の実施形態と異なり、センサハウジング３０の取付面３０ｃに、一段窪んだ取付用凹部３０ｈが形成されている。
【００５８】
取付用凹部３０ｈは、連通孔３０ｂ内において取付開口３０ｅよりも奥側に配置されていて、環状をなし、第１のユニット３８のフランジ３８ｂを受けている。フランジ３８ｂは、取付用凹部３０ｈの内側の縁部よりも大きく且つ外側の縁部よりも小さく形成されている。取付用凹部３０ｈは、上述の第２のユニット３９の窪み部３９ｃと同様に形成されている。また、第２のユニット３９の窪み部３９ｃは廃止されていて、接合部３９ｅと被取付面３９ｂとが、単一の平坦面を形成している。また、第１のユニット３８の全体が取付開口３０ｅを通じてセンサハウジング３０内に挿入された状態で、第１のユニット３８の端部３８ａの接合面３８ｅが、第２のユニット３９の接合面３９ｅに接している。
【００５９】
第１のユニット３８は、環状の封止部材３３の内側で取付用凹部３０ｈによって受けられるフランジ３８ｂを含んでいる。センサハウジング３０により第１のユニット３８を受けることができるので、第１のユニット３８を受けるための構造を簡素化でき、部品点数の削減に寄与する。また、センサハウジング３０の取付用凹部３０ｈに、第１のユニット３８の端部３８ａが嵌合されることにより、異物の侵入がより一層抑制される。
【００６０】
図１２は、本発明の第３の実施形態のトルク検出装置の分解斜視図である。図１３は、図１２のトルク検出装置の断面図であり、図１４のＳ１３−Ｓ１３断面を示す。図１４は、図１３のＳ１４−Ｓ１４断面の断面図である。図１５は、図１３のＳ１５−Ｓ１５断面の断面図である。第３の実施形態は、以下の点で第１の実施形態と異なっている。
第２のユニット３９の端部３９ａが、凹部としての嵌合凹部４５を有している。嵌合凹部４５の底から挿入凸部４４が突出している。嵌合凹部４５に案内溝５０Ａが形成されている。この案内溝５０Ａは、第２のユニット３９に形成された点を除いて、第１のユニット３８に設けられた上述の案内溝５０と同様に構成されている。
【００６１】
また、第１のユニット３８の端部３８ａが、凸部としての嵌合凸部４６を有している。嵌合凸部４６の頂部から、一対の凹部形成部３８ｇおよび２つの案内用凸部５１Ａが突出している。嵌合凹部４５に嵌合凸部４６が嵌合し、案内溝５０に案内用凸部５１が嵌合している。この案内用凸部５１Ａは、一対の凹部形成部３８ｇよりも高く突出し、第１のユニット３８に形成された点を除いて、第２のユニット３９に設けられた上述の案内用凸部５１と同様に構成されている。
【００６２】
本実施形態では、嵌合凹部４５と嵌合凸部４６との嵌合により、第１のユニット３８と第２のユニット３９との間への異物の侵入がより一層確実に抑制される。
また、第１のユニット３８に、一対の爪片３４ｂ間へのホールＩＣの挿入を案内するための案内部としての案内用凸部５１Ａが形成されている。この場合、案内用凸部５１Ａにより、ホールＩＣを一対の爪片３４ｂ間へ容易に挿入することができる。
【００６３】
図１６は、本発明の第４の実施形態のトルク検出装置の分解斜視図である。図１７は、図１６のトルク検出装置の断面図であり、図１８のＳ１７−Ｓ１７断面を示す。図１８は、図１７のＳ１８−Ｓ１８断面の断面図である。図１９は、図１７のＳ１９−Ｓ１９断面の断面図である。
第４の実施形態は、以下の点で第１の実施形態と異なっている。すなわち、第２の実施形態と同様に、センサハウジング３０の取付用凹部３０ｈが、第１のユニット３８のフランジ３８ｂを受けている。第３の実施形態と同様に、第２のユニット３９の端部３９ａが、凹部としての嵌合凹部４５と、案内溝５０Ａとを有し、第１のユニット３８の端部３８ａが、凸部としての嵌合凸部４６と、案内用凸部５１Ａとを有し、嵌合凹部４５と嵌合凸部４６とが互いに嵌合し、案内溝５０Ａと案内用凸部５１Ａとが互いに嵌合している。
【００６４】
また、上述の各実施形態において、案内溝５０，５０Ａと、これに対応する案内用凸部５１，５１Ａとは、少なくとも１箇所に設けられていればよい。第１のユニット３８の端部３８ａと第２のユニット３９の窪み部３９ｃとが互いに嵌合されることと、嵌合凹部４５と嵌合凸部４６とが互いに嵌合されることと、案内溝５０，５０Ａと案内用凸部５１，５１Ａとが互いに嵌合されることとの少なくとも一つが廃止される場合も考えられる。
【００６５】
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、各集磁リング３４Ａ，３４Ｂの爪片３４ｂおよび磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの少なくとも一方が１または３箇所以上に設けられる場合、各集磁リング３４Ａ，３４Ｂの爪片３４ｂの数と磁気センサ３５Ａ，３５Ｂの数とが一致しない場合も考えられる。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】
【００６６】
【図１】本発明の第１の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る。
【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５のＳ６−Ｓ６断面の断面図である。
【図７】図５のＳ７−Ｓ７断面の断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のトルク検出装置の分解斜視図である。
【図９】図８のトルク検出装置の断面図であり、図１０のＳ９−Ｓ９断面を示す。
【図１０】図９のＳ１０−Ｓ１０断面の断面図である。
【図１１】図９のＳ１１−Ｓ１１断面の断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態のトルク検出装置の分解斜視図である。
【図１３】図１２のトルク検出装置の断面図であり、図１４のＳ１３−Ｓ１３断面を示す。
【図１４】図１３のＳ１４−Ｓ１４断面の断面図である。
【図１５】図１３のＳ１５−Ｓ１５断面の断面図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態のトルク検出装置の分解斜視図である。
【図１７】図１６のトルク検出装置の断面図であり、図１８のＳ１７−Ｓ１７断面を示す。
【図１８】図１７のＳ１８−Ｓ１８断面の断面図である。
【図１９】図１７のＳ１９−Ｓ１９断面の断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１６…トルク検出装置、３０…センサハウジング、３０ｃ…取付面、３０ｄ…（センサハウジングの）側部、３０ｅ…取付開口、３０ｈ…取付用凹部、３２…固定ねじ、３３…封止部材、３４Ａ，３４Ｂ…集磁リング、３４ｂ…爪片、３５Ａ，３５Ｂ…磁気センサ（ホールＩＣ）、３８…第１のユニット、３８ａ…（第１のユニットの）端部、３８ｂ…フランジ、３８ｃ…環状部（第１のユニットの一部）、３９…第２のユニット、３９ａ…（第２のユニットの）端部（第１のユニットの端部に対向する第２のユニットの部分）、３９ｂ…被取付面、４０…（第１のユニットの）合成樹脂、４１…（第２のユニットの）合成樹脂、４３…挿入凹部（一対の爪片間）、４５…嵌合凹部（凹部）、４６…嵌合凸部（凸部）、５０…案内溝（案内部）、５１Ａ…案内用凸部（案内部）、Ｒ…径方向
【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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【図１８】
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【図１９】
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