(57)【要約】【課題】外部からの磁石等の接近によりトルク検出部周辺の磁界が変化しても、トルク検出信号の中立点が変化せず、中立点の調整の必要のないトルクセンサを提供する。【解決手段】少なくとも磁歪膜２０ｂ，２０ｃが設けられた磁性材からなるシャフト１２ｂと、シャフト１２ｂに設けられた磁歪膜２０ｂ，２０ｃを励磁する励磁コイル２０ｄ’，２０ｅ’と、磁界の変化を検出する検出コイル２０ｄ，２０ｅと、励磁コイル２０ｄ’，２０ｅ’および検出コイル２０ｄ，２０ｅの外周に設けられたヨーク部２０ｆと、から成る磁歪式トルクセンサ２０において、ヨーク部２０ｆの外周に磁性体で成る磁気シールド手段２０ａを設けた。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも磁歪膜が設けられた磁性材からなるシャフトと、前記シャフトに設けられた前記磁歪膜を励磁する励磁コイルと、磁界の変化を検出する検出コイルと、前記励磁コイルおよび前記検出コイルの外周に設けられたヨーク部と、から成る磁歪式トルクセンサにおいて、
前記ヨーク部の外周に磁性体で成る磁気シールド手段を設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記磁気シールド手段は低保磁力特性を有する磁性体からなることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記磁気シールド手段および前記ヨーク部の間に所定距離が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記磁気シールド手段はシャフトに対する外界からの磁気的影響を均一に与えるように前記シャフトと平行に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記トルクセンサは、電動パワーステアリング装置を備えた車両のステアリング系で発生するトルクを検出するセンサとして搭載するものであることを特徴とする請求項１〜４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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクセンサに関し、特に、モータの動力を操舵系に直接作用させて、運転者の操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置用のトルクセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、操舵系にモータを備え、モータから供給する動力を制御装置を用いて制御することにより、運転者の操舵トルクを軽減している。従来の電動パワーステアリング装置は、ステアリング・ギアボックス内に、ステアリングホイールに連結するステアリング軸に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルク検出部（トルクセンサ）が設けられ、その検出値は制御装置へ入力されて、モータに適切な補助操舵トルクを発生させるための基準信号として供給される。
【０００３】
上記の操舵トルク検出部としては、ピニオンの入出力軸間に設けたトーションバーの捻れを利用するトーションバー式の他、磁歪式が知られている。磁歪式トルク検出部の一例としては、ステアリングホイールに連結されたステアリング軸の表面に例えばＮｉ−Ｆｅめっきの如き磁歪膜を上下２箇所でそれぞれ逆方向の磁気異方性となるように軸方向所定幅で設け、磁歪膜に操舵トルクが作用した時、磁気異方性に基づいて発生する逆磁歪特性を、磁歪膜の周囲に配設されたコイルの交流抵抗等を利用して検知するものである。このようなトルクセンサは、例えば特許文献１、特許文献２で開示されている。
【０００４】
図６は、上記のようなトルクセンサ１００における励磁コイルと検出コイルと磁歪膜との配置関係の模式図である。ステアリング軸１０１の表面に形成された磁歪膜１０２とその磁歪膜１０２に間隔を設けて形成された磁歪膜１０３とが設けられており、それらの磁歪膜の近傍に微小の空隙を介して配置された励磁コイル１０４と、その励磁コイル１０４には、励磁電圧供給源１０５が接続されている。また、磁歪膜１０２の近傍には微小の空隙を介して検出コイル１０６が設けられ、磁歪膜１０３の近傍には微小の空隙を介して検出コイル１０７が設けられている。
【０００５】
図６で示したトルクセンサ１００において、ステアリング軸１０１にトルクが作用したときに、磁歪膜１０２，１０３にもトルクが作用し、このトルクに応じて磁歪膜１０２，１０３に逆磁歪効果が生じる。そのため、励磁電圧供給源１０５から励磁コイル１０４に高周波の交流電圧（励磁電圧）を供給したときに、トルクに基づく磁歪膜１０２，１０３の逆磁歪効果による磁界の変化を検出コイル１０６，１０７によりインピーダンスあるいは誘導電圧の変化として検出することができる。このインピーダンスあるいは誘導電圧の変化からステアリング軸１０１に加えられたトルクを検出することができることになる。
【０００６】
このような逆磁歪特性の一例を図７に示す。図７において、横軸は操舵入力トルク、縦軸は励磁コイルに交流電圧を印可した時の検出コイルによって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧を示している。曲線Ｃ１０は、外部磁界のないときの検出コイル１０６によって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧の変化を示し、曲線Ｃ１１は、外部磁界のないときの検出コイル１０７によって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧の変化を示している。検出コイル１０６による検出では、操舵トルクが負から正になるにつれてインピーダンスあるいは誘導電圧は増加し、操舵トルクが正の値Ｔ１となったときインピーダンスあるいは誘導電圧はピーク値Ｐ１をとり、操舵トルクがＴ１以上では減少する。また、検出コイル１０７による検出では、操舵トルクが正から負になるにつれてインピーダンスあるいは誘導電圧は増加し、操舵トルクが負の値−Ｔ１のときインピーダンスあるいは誘導電圧はピーク値Ｐ１をとり、さらに操舵トルクを増加すると減少する。図７に示すように、検出コイル１０６で得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性と検出コイル１０７で得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性は略凸形状を示し、検出コイル１０６で得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性と検出コイル１０７で得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性は、先に述べた磁歪膜の上下２箇所でそれぞれ逆方向となる磁気異方性を反映して縦軸に対してほぼ対称的になる。また、直線Ｌ１０は、検出コイル１０６により検出された特性曲線Ｃ１０から検出コイル１０７により検出された特性曲線Ｃ１１を引いた値を示すものであり、操舵トルクがゼロのときにその値はゼロとなり、操舵トルクの範囲Ｒにおいては、操舵トルクの変化にほぼ直線的に変化することを示す。磁歪式トルク検出部はこのような特性曲線Ｃ１０，Ｃ１１の中でも、特にトルク中立点付近のほぼ一定勾配とみなされる領域を使用することで、入力トルクの方向と大きさに対応した検出信号を出力している。また、直線Ｌ１０の特性を利用することで、検出コイル１０６，１０７の値から操舵トルクを検出することができる。
【０００７】
次に、このようなトルクセンサにおいて、外部磁界が存在するときについて述べる。外部磁界が存在するときには、磁歪膜１０６，１０７と磁性体のステアリング軸を含む系の磁気特性が変化する。それにより、例えば、図７で示すように、検出コイル１０６による特性曲線が点線Ｃ２０、検出コイル１０７による特性曲線が点線Ｃ２１のように、シフトする。それにより、特性曲線Ｃ２１とＣ２２の差で得られる直線も点線Ｌ２０のようにシフトし、操舵トルクがゼロのときにもゼロではない値を持ち、いわゆる中点ずれが生じる。電動パワーステアリング装置の場合、トルクセンサの出力の中点ずれは操舵アシスト力の左右差となり、操舵を行う運転者に違和感を与えることになる。それゆえ、検出コイル１０６，１０７の検出値から操舵トルクを求めるにはゼロ点補正、すなわち、中立点調整を行う必要がある。そのため、通常、トルクセンサを電動パワーステアリング装置に設置した後に、中立点調整は必須のものであった。
【０００８】
しかしながら、従来の操舵トルク検出部においては、格別の磁気シールド手段を設けていなかったため、車両へトルク検出部を取り付ける前後での外部環境の変化を考慮した場合、トルク検出部単体でのトルク検出信号の中立点調整を行うことが難しいという問題がある。すなわち、単体でトルク検出信号の中立点調整を行い車両へトルク検出部を取り付けた後、外部からの磁石等の接近によりトルク検出部周辺の磁界が変化すると、トルク検出信号の中立点が変化し、例えば据え切り操舵を行ったときの操舵トルクの特性がハンドル回転方向で異なるため、トルク検出信号の中立点を改めて調整し直さなければならない。そこで、特許文献３においては、磁気シールドをトルクセンサの磁歪膜の周辺に設けるような構造が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１３３３３７
【特許文献２】
特開２００２−１６８７０６
【特許文献３】
特開２００１−２９６１９３
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献３において開示された磁気シールド手段は、磁歪膜の周囲のみを非磁性高導電材のケーシングにより磁気シールドをしているが、後で述べるように、外界の磁界のトルクセンサへの影響は、磁歪膜だけでなく、磁性体によって形成されているステアリング軸にも影響し、そのステアリング軸が外部磁界により磁化し、そのステアリング軸が磁化したことにより、トルクセンサの特性が変化するという問題が生じる。そのため、磁歪膜の周囲のみを磁気シールドするだけでは、外部磁界のトルクセンサへの影響を抑制するのは困難であるという問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、外部からの磁石等の接近によりトルクセンサ周辺の磁界が変化しても、トルク検出信号の中立点が変化せず、中立点の調整を容易にするトルクセンサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るトルクセンサは、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１３】
第１のトルクセンサ（請求項１に対応）は、少なくとも磁歪膜が設けられた磁性材からなるシャフトと、シャフトに設けられた磁歪膜を励磁する励磁コイルと、磁界の変化を検出する検出コイルと、励磁コイルおよび検出コイルの外周に設けられたヨーク部と、から成る磁歪式トルクセンサにおいて、ヨーク部の外周に磁性体で成る磁気シールド手段を設けたことで特徴づけられる。
【００１４】
第１のトルクセンサによれば、ヨーク部の外周に磁性体で成る磁気シールド手段を設けたため、磁性体からなるシールド手段を操舵トルク検出部（トルクセンサ）を囲むように設けることによって、例えば外部に配置された磁石等により車両に取り付けられたトルクセンサ周辺の外部磁界が変化しても、トルク検出信号の中立点の変化を抑制することができ、また、磁気異方性を有する磁歪材の逆磁歪効果を利用し、したがって外部磁界の変化に対して影響を受けやすい磁歪式トルク検出手段に対してシールド手段を用いることで、トルク検出信号の中立点を改めて調整し直す必要がなくなり、トルク検出手段単体での中立点調整が可能となる。
【００１５】
第２のトルクセンサ（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは磁気シールド手段は低保磁力特性を有する磁性体からなることで特徴づけられる。
【００１６】
第２のトルクセンサによれば、磁気シールド手段は低保磁力特性を有する磁性体からなるため、シールド手段の外部磁界による磁化を抑制することができるので、外部磁界変化の原因となる物体が取り除かれた後、シールド手段の磁化によるトルク検出手段への影響を最小限に留めることができる。
【００１７】
第３のトルクセンサ（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは磁気シールド手段およびヨーク部の間に所定距離が設けられていることで特徴づけられる。
【００１８】
第３のトルクセンサによれば、磁気シールド手段およびヨーク部の間に所定距離が設けられているため、外部磁界がトルク検出部に及ぼす影響を十分弱めることができるので、トルク検出信号の中立点を改めて調整し直す必要がなくなり、トルク検出手段単体での中立点調整が可能となる。
【００１９】
第４のトルクセンサ（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは磁気シールド手段はシャフトに対する磁気的影響を均一に与えるようにシャフトと平行に配置されることで特徴づけられる。
【００２０】
第４のトルクセンサによれば、磁気シールド手段はシャフトに対する磁気的影響を均一に与えるようにシャフトと平行に配置されるため、シールド手段のトルク入力軸中心線に沿った断面をトルク入力軸中心線とほぼ平行とすることによって、外部磁界がトルク検出部に及ぼす影響を軸方向に関して均一化できるので、トルク検出信号の中立点を改めて調整し直す必要がなくなり、トルク検出手段単体での中立点調整が可能となる。
【００２１】
第５のトルクセンサ（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくはトルクセンサが、電動パワーステアリング装置を備えた車両のステアリング系で発生するトルクを検出するセンサとして搭載するものであることで特徴づけられる。
【００２２】
第５のトルクセンサによれば、トルクセンサが、電動パワーステアリング装置を備えた車両のステアリング系で発生するトルクを検出するセンサとして搭載するものであるため、電動パワーステアリング装置に組み込んだときに、トルクセンサ出力中点ずれの抑制による操舵違和感の低減、あるいは、操舵フィーリングの安定化を達成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２ａ等に対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリング軸１２ａはステアリング軸１２ｂと自在軸継手１２ｃを介して連結されており、ステアリング軸１２ａの上端はステアリングホイール１１に連結され、ステアリング軸１２ｂの下端にはピニオンギヤ１３が取り付けられている。ピニオンギヤ１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオンギヤ１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。上記ステアリング軸１２ｂに対し動力伝達機構１８を介してモータ１９が設けられている。動力伝達機構１８は、ウォームギヤ１８ａとウォームホイール１８ｂによって形成されている。モータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２ｂ，１２ａに与える。またステアリング軸１２ｂには操舵トルク検出部（トルクセンサ）２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２ａ，１２ｂに加えたとき、ステアリング軸１２ａ，ｂに加わる当該操舵トルクを検出する。２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報を車速に係る情報に基づいて、モータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４に収納されている。
【００２５】
上記において電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、車速検出部２１、制御装置２２、モータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。
【００２６】
上記構成において、運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２ａ，１２ｂに加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２ｂに付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また、車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔ、車速信号Ｖに基づいてモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリング軸１２ｂ，１２ａに作用させる。以上のごとくモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
【００２７】
図２は、電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。ラック軸１４の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸１４は、車幅方向（図２中左右方向）に配置される筒状ハウジング３１の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング３１から突出したラック軸１４の両端にはボールジョイント３２がネジ結合され、これらのボールジョイント３２に左右のタイロッド１６が連結されている。ハウジング３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット３３を備えると共に、両端部にストッパ３４を備えている。
【００２８】
図２において、３５はイグニションスイッチ、３６は車載バッテリ、３７は車両エンジンに付設された交流発電機（ＡＣＧ）である。交流発電機３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置２２に対してバッテリ３６または交流発電機３７から必要な電力が供給される。制御装置２２はモータ１９に付設されている。また３８はラック軸の移動時にストッパ３４に当たるラックエンドであり、３９はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。
【００２９】
図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。図３では、ステアリング軸１２ｂの支持構造、操舵トルク検出部２０、動力伝達機構１８、ラック・ピニオン機構１５の具体的構成が明示される。
【００３０】
図３において、上記ギヤボックス２４を形成するハウジング２４ａにおいてステアリング軸１２ｂは２つの軸受け部４１，４２によって回転自在に支持されている。ハウジング２４ａの内部にはラック・ピニオン機構１５と動力伝達機構１８が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部（トルクセンサ）２０が付設されている。また、操舵トルク検出部２０の周囲を覆うように円筒状の磁気シールド部材２０ａが磁歪膜２０ｂ，２０ｃとの周りのコイル２０ｄ，２０ｄ’，２０ｅ，２０ｅ’を囲むヨーク部２０ｆとステアリング軸１２ｂを取り囲んでいる。ハウジング２４ａの上部開口はリッド４３で塞がれ、リッド４３はボルトで固定されている。ステアリング軸１２ｂの下端部に設けられたピニオン１３は軸受け部４１，４２の間に位置している。ラック軸１４は、ラックガイド４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング４６で付勢されピニオン１３側へ押さえ付けられている。動力伝達機構１８は、モータ１９の出力軸に結合される伝動軸４８に固定されたウォームギヤ１８ａとステアリング軸１２ｂに固定されたウォームホイール１８ｂとによって形成される。操舵トルク検出部２０はリッド４３に取り付けられている。
【００３１】
上記したようにトルクセンサ２０は、ステアリング・ギヤボックス２４内に設けられており、ステアリング軸１２ｂに作用する操舵トルクを検出し、その検出値は制御装置２２へ入力されて、モータ１９に適切な補助操舵トルクを発生させるための基準信号として供給される。
【００３２】
ここで用いられるトルクセンサ２０は、磁歪式トルクセンサであり、図３に示すように、ステアリングホイール１１からステアリング軸１２ａ、自在軸継手１２ｃを介して連結されたステアリング軸１２ｂの表面に例えばＮｉ−Ｆｅめっきのごとき磁気異方性を有する磁歪膜を上下２箇所（２０ｂおよび２０ｃ）でそれぞれ逆方向の異方性となるように軸方向所定幅で設け、磁歪膜２０ｂ，２０ｃに操舵トルクが作用したときに発生する逆磁歪特性を、磁歪膜２０ｂ，２０ｃの周囲に配設されたコイル２０ｄ，２０ｅの交流抵抗等を利用して検知するものである。
【００３３】
次に、本発明のトルクセンサについて詳細に説明する。本発明のトルクセンサは図３に示されるように磁性材からなるステアリング軸（シャフト）１２ｂの周囲２箇所に磁歪膜２０ｂ，２０ｃが設けられ、ステアリング軸１２ｂに設けられた磁歪膜２０ｂ，２０ｃを励磁する励磁コイル２０ｄ’，２０ｅ’と、磁界の変化を検出する検出コイル２０ｄ，２０ｅを備えたコイルが設けられている。また、励磁コイル２０ｄ’，２０ｅ’および検出コイル２０ｄ，２０ｅの外周にはヨーク部２０ｆが設けられている。ヨーク部２０ｆの外周には、円筒状の磁性体で成る磁気シールド部材２０ａが設けられている。磁気シールド部材２０ａはステアリング軸の軸長全体に渡って設けるか、あるいは、ステアリング軸が外部に露出している部分を覆うように設けることが望ましい。
【００３４】
磁気シールド部材２０ａは低保磁力特性を有する磁性体、例えば、ケイ素鋼板からなり、５０Ａ６００〜５０Ａ１３００（ＪＩＳ  Ｃ  ２５５２による）などの材料である。ここで、数値「５０」は呼称厚さ（ｍｍ）を１００倍した値であり、記号「Ａ」は無方向性材料、つまり透磁率が圧延方向によらずほぼ一定のものであることを示す。また数値「６００」あるいは「１３００」は、鉄損の１（ｋｇ）当量（Ｗ／ｋｇ）を１００倍した値である。また、磁気シールド部材２０ａおよびヨーク部２０ｆの間に所定距離が設けられている。その所定距離は、例えば、円筒状の磁気シールド部材の内側の半径をステアリング軸の磁歪膜部分の外側の直径に対して少なくとも２倍程度にするような距離である。この距離以下だと磁気シールド部材でブロックしようとした磁束が内側のヨーク部材に漏れ出てしまうからである。磁気シールド部材２０ａはステアリング軸１２ｂと平行に配置され、それにより、ステアリング軸１２ｂに対する外界からの磁気的影響を均一に与えるように構成されている。
【００３５】
励磁コイル２０ｄ’，２０ｅ’と検出コイル２０ｄ，２０ｅと磁歪膜の関係は模式的に表すと、図６と同様の構成となる。また、検出コイル２０ｄ，２０ｅで検出される特性は、磁気シールド部材２０ａがあるために、外部磁界があるときでも、外部磁界がないときでも図７で示した曲線Ｃ１０とＣ１１と同様の特性となり、図７に示すように、検出コイル２０ｄで得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性と検出コイル２０ｅで得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性は略凸形状を示し、検出コイル２０ｄで得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性と検出コイル２０ｅで得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性は、先に述べた磁歪膜の上下２箇所でそれぞれ逆方向となる磁気異方性を反映して縦軸に対してほぼ対称的になる。また、検出コイル２０ｄにより検出された特性曲線から検出コイル２０ｅにより検出された特性曲線を引いた値ｈａ，直線Ｌ１０と同様になり、操舵トルクがゼロのときにその値はゼロとなり、操舵トルクの範囲Ｒにおいては、操舵トルクの変化にほぼ直線的に変化することを示す。本発明に係るトルクセンサでは磁気シールド部材を備えているために、外部磁界のあるなしにかかわらず、磁歪式トルク検出部はこのような特性曲線Ｃ１０，Ｃ１１と同様な特性曲線の中でも、特にトルク中立点付近のほぼ一定勾配とみなされる領域を使用することで、入力トルクの方向と大きさに対応した検出信号を出力する。また、直線Ｌ１０と同様の特性を利用することで、検出コイル２０ｄ，２０ｅの値から操舵トルクを検出することができる。
【００３６】
次に、磁気シールド部材２０ａを設けないときのトルクセンサ２０’に外部磁界を与えたときの様子と、本発明でのように磁気シールド部材２０ａを設けたトルクセンサ２０での外部磁界を与えたときの影響を説明する。図４（ａ）は、磁気シールド部材を設けないときのトルクセンサ２０に外部磁界を与えたときの様子を示す図であり、図４（ｂ）は、磁気シールド部材２０ａを設けたトルクセンサ２０での外部磁界を与えたときの影響を示す図である。
【００３７】
図４（ａ）では、トルクセンサ２０’の近くに磁石５０があると、磁石が発生する磁界（矢印５１は磁力線を示す）がトルクセンサ２０’の磁歪膜２０ｂ’，２０ｃ’と磁性体のステアリング軸１２ｂ’に影響を及ぼす。このとき、図４（ａ）の磁石５０の位置では磁歪膜２０ｂ’の方が磁歪膜２０ｃ’に比べて、強く磁界の影響を受け、また、ステアリング軸上部の方が下部よりも強く磁化される。そのため、図示しない磁歪膜２０ｂ’近傍の検出コイルと磁歪膜２０ｃ’近傍の検出コイルで検出される特性は、図７で示した曲線Ｃ１０とＣ１１のような縦軸に対称な特性とはならなず、図７の点線Ｃ２０，Ｃ２１のような特性となり、入力トルクがゼロであるのも関わらず、トルクが検出されている状態となってしまう。また、磁石５０の位置が点線５０’で示したような場合には、磁歪膜２０ｃ’の方が磁歪膜２０ｂ’に比べて、強く磁界の影響を受け、また、ステアリング軸１２ｂ’下部の方が上部よりも強く磁化される。そのため、図示しない磁歪膜２０ｂ’近傍の検出コイルと磁歪膜２０ｃ’近傍の検出コイルで検出される特性は、曲線Ｃ１０とＣ１１のような縦軸に対称な特性とはならず、また、図７の点線Ｃ２０，Ｃ２１とも異なる特性となる。このとき、磁石５０の影響は図４に示したように、一方の磁歪膜に大きくおよぶため、曲線Ｃ１０から曲線Ｃ２０に変化したときのずれ分と、曲線Ｃ１１から曲線Ｃ２１に変化したときのずれ分は大きく異なっている。このように、磁石５０，５０’等の接近によりトルクセンサ２０’周辺の磁界が変化した場合では、磁気シールド部材を設けないため、トルクセンサ２０’の磁気的特性は外部磁界の影響を受けて変化し、これに応じてトルク検出信号も変化してしまう。この事象に関して本発明者が詳細な実験と検討を行った結果、次のような事実を確認した。
【００３８】
すなわち、外部磁界によるトルク検出信号の変化の原因を考えた場合、主要因は磁歪膜２０ｂ’，２０ｃ’の磁気的特性に対する直接の作用ではなく、むしろ磁歪膜２０ｂ’，２０ｃ’を施しているトルク入力軸（ステアリング軸）１２ｂの表面（これをここでは母材と呼ぶことにする）の磁化に拠るところが大きいというものである。より詳細に述べると、外部磁界の影響により母材が磁化され、この磁化による磁歪膜２０ｂ’，２０ｃ’の磁歪効果（すなわち、磁界によって磁歪材もしくはその結晶構造が微小に変形すること）により磁歪材２０ｂ’，２０ｃ’に内部応力が発生すると、この内部応力に応じた歪みが磁歪材内部に生じてあたかも入力トルクが印加されたときのように出力が変化するというものである。
【００３９】
これに対して、図４（ｂ）に示すように、磁性材から成る磁気シールド部材２０ａを設けた場合は、先ず磁石５０の外部磁界の影響により磁気シールド部材２０ａが磁化される。その磁化によって発生する磁束の一部（図中の矢印５２）はトルクセンサ２０内のトルク入力軸１２ｂに作用しこれをわずかに磁化させるが、その大部分は外部磁界の源である磁石５０等に還流する。また、図４（ｂ）の５０’’で示すように磁石の位置を変えたときにも磁性材から成る磁気シールド部材２０ａを設けた場合は、同様に先ず磁石５０’’からの外部磁界の影響により磁気シールド部材２０ａが磁化される。その磁化によって発生する磁束の一部はトルクセンサ２０内のトルク入力軸１２ｂに作用しこれをわずかに磁化させるが、その大部分は外部磁界の源である磁石５０’’等に還流する。そのため、図４（ｂ）で示すように磁石５０が異なる位置になっても、どちらもトルクセンサに及ぼす磁界の影響は均一に抑制されたものとなる。
【００４０】
このように、磁気シールド部材２０ａによりトルクセンサ２０への外部磁界の影響が緩和され、トルク検出信号の変化を十分に抑制することができるため、トルク検出信号を改めて調整しなおす必要がなくなる。
【００４１】
また、磁気シールド部材２０ａに用いる磁性材は低保磁力特性を有するもの、すなわちそれ自体は永久磁石になりにくいものとすることにより、外部磁界変化の原因となる磁石等の物体が取り除かれた場合でも素早くトルクセンサ周辺の磁界を初期の状態に戻すことが可能となり、トルク検出信号が僅かに変化する期間を最小限に留めることができる。
【００４２】
さらに、磁気シールド部材はトルク入力軸（ステアリング軸）に対して所定の距離をもって配置されているものとすることにより、外部磁界により磁化されたシールド手段のトルク入力軸に対する影響をさらに抑制することが可能となり、感度の高い、あるいは磁界の影響を受けやすいトルクセンサに対してもより確実にトルク検出信号の中立点変化を抑えることができる。
【００４３】
また、図４（ｂ）に示すように磁気シールド部材２０ａのトルク入力軸１２ｂ中心線に沿った断面をトルク入力軸１２ｂの中心線とほぼ平行とすることにより、外部磁界により磁化された磁気シールド部材２０ａのトルク入力軸に対する影響を軸方向に関して均一化できるので、本実施形態のように上下で異なる磁歪特性の磁歪膜を有するトルクセンサにおいて、それぞれの磁歪膜を設けた母材の磁化度合いの違いにより、トルク検出信号が変化するという問題にも対応することが可能となる。
【００４４】
次に、本発明に係るトルクセンサの変形例を示す。図５は、本発明に係るトルクセンサの変形例を示す模式図である。図５（ａ）は第１の変形例を示す図である。本実施形態においては、磁気シールド部材は略円筒形状のトルクセンサ本体とは独立した部材としたが、第１の変形例では、ステアリング軸１２ｂと磁歪膜２０ｂ，２０ｃ、コイル２０ｄ，２０ｄ’とコイル２０ｅ，２０ｅ’を備えたトルクセンサ２０の保持部材（リッド）４３の内部に磁気シールド部材６０が埋め込まれた構造である。このときには、保持部材４３の内部の磁気シールド部材６０によって、外部磁界の影響を抑制することができる。
【００４５】
図５（ｂ）は、第２の変形例を示す図である。第２の変形例では、トルクセンサ２０の保持部材４３自体を、本発明で記述された機能を満足するような材質、すなわち、ケイ素鋼板などの低保磁力特性の磁性体を用いて構成する。その磁性体は、例えば、５０Ａ６００〜５０Ａ１３００（ＪＩＳ  Ｃ  ２５５２による）などの材料である。ここで、数値「５０」は呼称厚さ（ｍｍ）を１００倍した値であり、記号「Ａ」は無方向性材料、つまり透磁率が圧延方向によらずほぼ一定のものであることを示す。また数値「６００」あるいは「１３００」は、鉄損の１（ｋｇ）当量（Ｗ／ｋｇ）を１００倍した値である。このときには、保持部材４３により磁気シールドされ、外部磁界の影響を抑制することができる。
【００４６】
図５（ｃ）は、第３の変形例を示す図である、第３の変形例では、トルクセンサ全体を覆うカバー部材６１に対して、本発明にて記述された機能を満足するような材質、すなわち、ケイ素鋼板などの低保磁力特性の磁性体を用いて構成する。このときには、カバー部材６１によって磁気シールドされ、外部磁界の影響を抑制することができる。
【００４７】
なお、磁気シールド部材は、エンジン等高熱部からの発熱に対してトルクセンサを保護する遮熱手段としての機能を併せ持っても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００４９】
ヨーク部の外周に磁性体で成る磁気シールド手段を設けたため、磁性材からなる磁気シールド手段を操舵トルク検出部を囲むように設けることによって、例えば外部に配置された磁石等により車両に取り付けられたトルク検出部周辺の外部磁界が変化しても、トルク検出信号の中立点の変化を抑制することができ、また、磁気異方性を有する磁歪材の逆磁歪効果を利用し、したがって外部磁界の変化に対して影響を受けやすい磁歪式トルク検出手段に対してシールド手段を用いることで、トルク検出信号の中立点を改めて調整し直す必要がなくなり、トルク検出手段単体での中立点調整が可能となる。
【００５０】
また、シールド手段を低保磁力特性を有する磁性材とすることによって、磁気シールド手段の外部磁界による磁化を抑制することができるので、外部磁界変化の原因となる物体が取り除かれた後、磁気シールド手段の磁化によるトルク検出手段への影響を最小限に留めることができる。
【００５１】
さらに、磁気シールド手段およびヨーク部の間に所定距離が設けられているため、外部磁界がトルク検出部に及ぼす影響を十分弱めることができるので、トルク検出信号の中立点を改めて調整し直す必要がなくなり、トルク検出手段単体での中立点調整が可能となる。
【００５２】
また、磁気シールド手段はシャフトに対する磁気的影響を均一に与えるようにシャフトと平行に配置されるため、シールド手段のトルク入力軸中心線に沿った断面をトルク入力軸中心線とほぼ平行とすることによって、外部磁界がトルク検出部に及ぼす影響を軸方向に関して均一化できるので、どちらかの磁歪膜にのみ磁気的影響が生じて、中立点が変化するような事象を防ぐことができ、トルク検出信号の中立点を改めて調整し直す必要がなくなり、トルク検出手段単体での中立点調整が可能となる。
【００５３】
さらに、トルクセンサが、電動パワーステアリング装置を備えた車両のステアリング系で発生するトルクを検出するセンサとして搭載するものであるため、電動パワーステアリング装置に組み込んだときに、トルクセンサ出力中点ずれの抑制することができ、操舵フィーリングの安定化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】磁石等の接近によりトルク検出部周辺の磁界が変化の様子を示す図である。（ａ）磁気シールド部材を設けない場合、（ｂ）磁気シールド部材を設けた場合。
【図５】磁気シールド手段の変形例を示す図である。（ａ）トルクセンサの保持部材の内部に埋め込まれた構造、（ｂ）保持部材自体を、本発明で記述された機能を満足するような材質を用いて構成、（ｃ）トルク検出手段全体を覆うカバー手段に対して、本発明にて記述された機能を満足するような材質を用いて構成。
【図６】トルクセンサにおける励磁コイルと検出コイルと磁歪膜との配置関係の模式図である。
【図７】逆磁歪特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０          電動パワーステアリング装置
１１          ステアリングホイール
１２ａ，１２ｂ  ステアリング軸
１２ｃ        自在軸継手
１３          ピニオンギヤ
１４ａ        ラックギヤ
１４          ラック軸
１５          ラック・ピニオン機構
１６          タイロッド
１７          前輪
１８          動力伝達機構
１９          モータ
２０          操舵トルク検出部（トルクセンサ）
２０ａ        磁気シールド
２０ｂ，２０ｃ  磁歪膜
２０ｄ，２０ｅ  検出コイル
２０ｄ’，２０ｅ’  励磁コイル
２０ｆ        ヨーク部
２２          制御装置
【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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