(57)【要約】【課題】コード板の外周の磁極を半径方向に配置した検知素子で検出しているため取り付けの際に、歯車部やコード板の軸に直角方向に外力が作用したとき、磁石と検知素子の間隙量が変化して検知精度が低下しやすい。【解決手段】第１、第２のロータ７，８の中心部に半径方向に１対の磁極が向くように形成された第１、第２の磁石１０，１１と軸方向にそれぞれ所定の間隙を有して対向配置された第１、第２の磁気検知素子１４，１５と、前記第１のロータと噛み合う位置に設けられた入力軸１と、前記入力軸の一端と連結され、かつ、前記第２のロータと噛み合う位置に設けられた出力軸４とを備え、前記入力軸と前記出力軸の間に相対回転変位量が生じた場合に、前記第１、第２の磁石から発せられる磁界の変化量に感応して、前記第１、第２の磁気検知素子から前記相対回転変位量に対応する信号を出力するように構成した。【選択図】　図１
2004020370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースに設けられた軸受部と、前記軸受部に回転自在に保持され、外周に歯車部が設けられた第１、第２のロータと、前記第１、第２のロータの中心部に半径方向に１対の磁極が向くように当該第１、第２のロータの各々の端部に配設された第１、第２の磁石と、前記第１、第２の磁石と前記第１、第２のロータの軸方向にそれぞれ所定の間隙を有して対向配置された第１、第２の磁気検知素子と、前記第１のロータの歯車部と噛み合う位置に歯車部が設けられた入力軸と、前記入力軸の一端と連結され、かつ、前記第２のロータの歯車部と噛み合う位置に歯車部が設けられた出力軸とを備え、前記入力軸と前記出力軸の間に相対回転変位量が生じた場合に、前記第１、第２のロータに設けられた前記第１、第２の磁石から発せられる磁界の変化量に感応して、前記第１、第２の磁気検知素子から前記相対回転変位量に対応する信号を出力するように構成したトルク検出装置。
【請求項２】
第１のロータと第２のロータを弾性体で弾性的に連結し、この弾性体の弾性力で前記第１のロータと第２のロータを各々逆向きの回転方向に付勢すると同時に、上記第１のロータと第２のロータを回転軸方向に常時付勢した請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項３】
ケースに設けられ、第１、第２のロータの軸心から外方に向かって弾性を生み出す弾性体と、前記第１、第２のロータの各々の歯車部の歯溝から外れる方向に前記弾性体により付勢されたストッパと、前記弾性体の弾性力に抗して前記第１、第２のロータの軸心に向かって前記ストッパを前記第１、第２のロータの歯車部の歯溝に嵌合させるためのケースに設けられたネジ部より構成された請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
軸受部を内側部と外側部で分割構成し、前記内側部には第１、第２のロータの回転軸を保持するための略Ｕ字状の溝部が設けられ、前記外側部は弾性体よりなり、前記弾性体の弾性力により前記第１、第２のロータの回転軸を前記溝部の方向に付勢するように構成された請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項５】
ケースに設けられた軸受部と、前記軸受部に回転自在に保持され、外周に歯車部が設けられた第１、第２のロータと、前記第１、第２のロータの中心部に半径方向に１対の磁極が向くように当該第１、第２のロータの各々の端部に配設された第１、第２の磁石と、前記第１、第２の磁石と前記第１、第２のロータの軸方向にそれぞれ所定の間隙を有して対向配置された第１、第２の磁気検知素子と、前記第１のロータの歯車部と噛み合う位置に歯車部が設けられた入力軸と、前記入力軸の一端と連結され、かつ、前記第２のロータの歯車部と噛み合う位置に歯車部が設けられた出力軸と、前記入力軸と前記出力軸の間に相対回転変位量が生じた場合に、前記第１、第２のロータに設けられた前記第１、第２の磁石から発せられる磁界の変化量に感応して、前記第１、第２の磁気検知素子の出力を取り込み前記相対回転変位量に対応するトルク量を算出するトルク算出手段を有することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項６】
前記磁気検知素子が磁力の方向のみで出力変化する異方性磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項５に記載のトルク検出装置。
【請求項７】
前記第１の磁気検知素子または第２の磁気検知素子の変化量より第１のロータまたは第２のロータの回転速度を検出する回転速度検出手段を有することを特徴とする請求項５に記載のトルク検出装置。
【請求項８】
前記第１の磁気検知素子と第２の磁気検出素子の出力のトルクなしの場合のずれを補正する補正手段を有する請求項５に記載のトルク検出装置。
【請求項９】
前記第１、第２のロータの少なくとも一方のロータに増速結合され、前記ロータより高速に回転する第３のロータと、前記第３のロータの中心部に半径方向に１対の磁極が向くように当該第３のロータの端部に配設された第３の磁石と、前記第３の磁石と前記第３のロータの軸方向に所定の間隙を有して対向配置され、検出信号を前記トルク算出手段に出力する第３の磁気検知素子を有することを特徴とする請求項５に記載のトルク検出装置。
【請求項１０】
前記第１、第２のロータの少なくとも一方のロータに減速結合され、前記ロータより低速に回転する第４のロータと、前記第４のロータの中心部に半径方向に１対の磁極が向くように当該第４のロータの端部に配設された第４の磁石と、前記第４の磁石と前記第４のロータの軸方向に所定の間隙を有して対向配置され、検出信号を前記トルク算出手段に出力する第４の磁気検知素子を有することを特徴とする請求項５に記載のトルク検出装置。
【請求項１１】
第１〜第４の磁気検知素子のいずれかが故障したことを検出する診断手段を有することを特徴とする請求項９または１０に記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のパワーステアリング等に用いられるトルク検出装置に関わるものであり、特にステアリングの回転角度をも同時に検知可能なトルク検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トルク及び回転角度を検知する方法として、例えば特開平１１−１９４００７号公報に示されたような方式が知られている。この検知方式を図１３に示す。図１３において、１２６ａ，１２６ｂは歯車部であり、回転角度を検知したい軸（図示せず）に係合バネ１２７ａ，１２７ｂを介して固定して取り付けられる。この歯車部１２６ａ，１２６ｂは、外周端面に複数個の磁極を着磁したコード板１２８ａ，１２８ｂが取り付けられた歯車部１２９ａ，１２９ｂと噛み合っており、検知する軸の回転にしたがってコード板１２８ａ、１２８ｂに設けられた磁極が移動する。この磁極の数を外周端面に対向して設けられた検知素子１３０，１３１でカウントすることにより、回転角度を検知する。また、この構成による機構を、トーションバーを介して連結された２本の軸に各々取り付けることにより、２本の軸間にトルクが作用して軸間にねじれが発生した時、各々の軸の回転角度を比較することによって作用したトルクの量を検知する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成されたトルク検出装置においては、コード板１２８ａ，１２８ｂの外周の磁極を半径方向に配置した検知素子１３０，１３１で検出しているため、取り付けの際に、歯車部１２９ａ，１２９ｂやコード板１２８ａ，１２８ｂの軸に直角方向に外力が作用したとき、歯車部１２６ａ，１２６ｂに対するコード板１２８ａ，１２８ｂと検知素子１３０，１３１の間隙量が変化して、検知精度が変化しやすいという課題があった。
【０００４】
また、従来のトルク検出装置においては、コード板１２８ａ，１２８ｂの磁極を検知素子１３０，１３１で検出する関係で、その検出分解能にはおのずと限界があり、ステアリングの細かな動きや回転開始時の高分解能なトルク量、回転角度、回転速度を検出することがむずかしいという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するものであり、高分解にトルク量、回転角度、回転速度を検出できる高精度なトルク検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のトルク検出装置は、以下の構成を有する。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、ケースに設けられた軸受部と、前記軸受部に回転自在に保持され、外周に歯車部が設けられた第１、第２のロータと、前記第１、第２のロータの中心部に半径方向に１対の磁極が向くように当該第１、第２のロータの各々の端部に配設された第１、第２の磁石と、前記第１、第２の磁石と前記第１、第２のロータの軸方向にそれぞれ所定の間隙を有して対向配置された第１、第２の磁気検知素子と、前記第１のロータの歯車部と噛み合う位置に歯車部が設けられた入力軸と、前記入力軸の一端と連結され、かつ、前記第２のロータの歯車部と噛み合う位置に歯車部が設けられた出力軸とを備え、前記入力軸と前記出力軸の間に相対回転変位量が生じた場合に、回転する前記第１、第２のロータに設けられた前記第１、第２の磁石から発せられる磁界の変化量に感応して、前記第１、第２の磁気検知素子から前記相対回転変位量に対応する信号を出力するように構成したことを特徴とするトルク検出装置である。この場合、磁気検知素子と磁石が、歯車部に対して直角方向（軸方向）に、ロータと対面して配置されているため、取り付けの際に、軸と直角方向に外力が作用して歯車部が半径方向に微小変位したとしても、従来のような磁気検知素子と磁石の間隙の変化は発生しないので、がた、取り付け等による検出精度が低下せず、高精度化が図れる。
【０００８】
また、二つの磁気検知素子は、磁界の方向の変化をロータの１回転中に連続的に検知するものであり、第１のロータ或いは第２のロータに固定された一対の磁極をもつ磁石によって形成される磁界の方向の変化を、磁界と平行に配置された磁気検知素子で、アナログ的に検知することにより、各々の軸の回転角度位置の絶対量（絶対角度）を知ることができると同時に、両軸間にトルクが作用して捩れが発生した場合には、２つの角度差を比較することで、捩れ角度から発生トルクの量を知ることができる。これによって、取り付け時の外力による間隙の変化等の影響が防止でき、信頼性の向上を図ることができると同時に出力を直接読みとることで軸の回転角度の絶対値がわかるので、簡単な構成で高精度・多機能なセンサの実現を可能にするという作用を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１のロータと第２のロータを弾性体で弾性的に連結し、この弾性体の弾性力で前記第１のロータと第２のロータを各々逆向きの回転方向に付勢すると同時に、上記第１のロータと第２のロータを回転軸方向に常時付勢したトルク検出装置であり、これによって、入力軸と出力軸に設けられた歯車部と磁石側の歯車部との噛み合い時のバックラッシュを防止できると同時に、軸受部のがたを吸収して、磁石と磁気検知素子の間隔を一定に保持することができるので、高精度の角度検知が可能なトルク検出装置を実現することができる。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、ケースに設けられ、第１、第２のロータの軸心から外方に向かって弾性を生み出す弾性体と、前記第１、第２のロータの各々の歯車部の歯溝から外れる方向に前記弾性体により付勢されたストッパと、前記弾性体の弾性力に抗して前記第１、第２のロータの軸心に向かって前記ストッパを前記第１、第２のロータの歯車部の歯溝に嵌合させるためのケースに設けられたネジ部より構成されたトルク検出装置であり、これによって、センサユニットの輸送途上あるいは組み付け時における、第１のロータと第２のロータの相対的なズレの発生を防止することできるので、取り付けが簡便で且つ信頼性の優れたトルク検出装置を実現することができる。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、軸受部を内側部と外側部で分割構成し、前記内側部には第１、第２のロータの回転軸を保持するための略Ｕ字状の溝部が設けられ、前記外側部は弾性体よりなり、前記弾性体の弾性力により前記第１、第２のロータの回転軸を前記溝部の方向に付勢するように構成されたトルク検出装置であり、樹脂成形法により、ケースを作成する場合に、軸受部を構成するために複雑な金型構成を必要としないので、安価な部品を提供することができる同時に、ケースに金型の抜き穴等の開放部を設ける必要がないので、密閉構造が可能となり、センサ内部へのごみ等の侵入が防止できるので、信頼性の高いトルク検出装置を実現することができる。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の発明は、ケースに設けられた軸受部と、前記軸受部に回転自在に保持され、外周に歯車部が設けられた第１、第２のロータと、前記第１、第２のロータの中心部に半径方向に１対の磁極が向くように当該第１、第２のロータの各々の端部に配設された第１、第２の磁石と、前記第１、第２の磁石と前記第１、第２のロータの軸方向にそれぞれ所定の間隙を有して対向配置された第１、第２の磁気検知素子と、前記第１のロータの歯車部と噛み合う位置に歯車部が設けられた入力軸と、前記入力軸の一端と連結され、かつ、前記第２のロータの歯車部と噛み合う位置に歯車部が設けられた出力軸と、前記入力軸と前記出力軸の間に相対回転変位量が生じた場合に、前記第１、第２のロータに設けられた前記第１、第２の磁石から発せられる磁界の変化量に感応して、前記第１、第２の磁気検知素子の出力を取り込み前記相対回転変位量に対応するトルク量を算出するトルク算出手段を有することを特徴とするトルク検出装置としたものであり、ステアリングの絶対角度が得られ、トルク量を算出する演算手段を持つことによりトルク量を装置内部で算出でき、かつ簡単な構成でトルクを検出できるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記磁気検知素子が異方性磁気抵抗素子であることを特徴とするトルク検出装置としたものであり、磁石の強さを一定量より大きくすることにより磁気検知素子の出力が磁力の大きさに変動があっても磁石の向きの変化だけで高精度なアナログ量で検出することで高分解能なトルク検出ができるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第１の磁気検知素子または第２の磁気検知素子の変化量より第１のロータまたは第２のロータの回転速度を検出する回転速度検出手段を有することを特徴とするトルク検出装置としたものであり、トルク以外に回転速度を検出できるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第１の磁気検知素子と第２の磁気検知素子の出力のトルクなしの場合のずれを補正する補正手段を有するトルク検出装置としたものであり、第１、第２のロータのトルクがない場合のロータの位置の合わせ込みをすることなく正確なトルク量を検出できるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第１、第２のロータの少なくとも一方のロータに増速結合され、前記ロータより高速に回転する第３のロータと、前記第３のロータの中心部に半径方向に１対の磁極が向くように当該第３のロータの端部に配設された第３の磁石と、この第３の磁石と前記第３のロータの軸方向に所定の間隙を有して対向配置され、検出信号をトルク量を算出する演算手段に出力する第３の磁気検知素子を有することを特徴とするトルク検出装置としたものであり、より高分解能なトルク量、回転角度、回転速度を検出できるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第１、第２のロータの少なくとも一方のロータに減速結合され、前記ロータより低速に回転する第４のロータと、前記第４のロータの中心部に半径方向に１対の磁極が向くように当該第４のロータの端部に配設された第４の磁石と、この第４の磁石と前記第４のロータの軸方向に所定の間隙を有して対向配置され、検出信号をトルク量を算出する演算手段に出力する第４の磁気検知素子を有することを特徴とするトルク検出装置としたものであり、回転角度が３６０°以上の範囲で検出できるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０記載の発明において、前記磁気検知素子のいずれかが故障したことを検出する診断手段を有することを特徴とするトルク検出装置としたものであり、磁気検知素子の故障によるトルク検出装置の異常を判断できるという作用を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって、詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明に関わるトルク検出装置の実施の形態１を示す断面図である。
【００２１】
図１において、１は入力軸であり、上ハウジング２に固定されたベアリング３で回転自在に保持されており、その一部に歯車部１ａを備えると共に、その一端部に入力用のスプライン部１ｂを備えている。このスプライン部１ｂは、車両のステアリング側に設けられた入力スプライン部（図示せず）と連結してステアリングの回転を入力軸１に伝達する。入力軸１は、また、所定の捩れ強度を付与するためにその中間部１ｃが細径に仕上げられて、いわゆるトーションバーを構成している。入力軸１の他端部は、中空の出力軸４に同心に内蔵されていて、先端部で連結ピン５を介して出力軸４と一体にピン連結されている。出力軸４は、下ハウジング６に固定されたベアリング６ａ，６ｂで回転自在に保持されていて、出力軸４の一端部には、歯車部４ａが設けられており、他端部には出力用のウォーム歯車４ｂが形成されている。このウォーム歯車４ｂは車両のホイール側に設けられたラック（図示せず）と噛み合って、ステアリングの回転をホイール側のメンバーに伝達する。
【００２２】
入力軸１及び出力軸４の歯車部１ａ，４ａは、外周にこれらの歯車に噛み合う歯車部７ａ、８ａを備えたロータ７とロータ８に各々噛み合っており、このロータ７とロータ８は、センサケース９に設けられた軸受部９ａ，９ｂで回転自在に保持されている。更に、ロータ７及びロータ８には、略中央部に図２のように、面内方向に着磁された磁石１０，１１が固着されており、この磁石１０，１１の形成する磁界の方向と平行に、磁石１０，１１に対向した位置で、プリント基板１２，１３上に磁気検知素子１４，１５が設けられている。
【００２３】
この磁気検知素子１４，１５は、図２に示すように磁石１０，１１によって形成される磁界の方向の変化に応じて、連続した出力を出すような特性を持った素子が用いられる。具体的には異方性磁気抵抗素子を使用した。プリント基板１２，１３はそれぞれ止めネジ１６，１７によって、センサーケース９に位置ぎめ固定されている。これらの部品は、センサケース９内に収納され、センサカバー１８で密封されてセンサユニット１９を構成している。
【００２４】
更に、このセンサユニット１９の一部には、切欠き部が設けられており、この切欠き部と上ハウジング２に設けられた同様の切欠き部を介して上記両軸の歯車部１ａ，４ａとロータ７，８の噛み合いがなされる。センサユニット１９は、ネジ等の手段（図示せず）で上ハウジング２もしくは下ハウジング６に位置決めして固定される。
【００２５】
以上のように構成されたトルク検出装置における動作を次に説明する。
【００２６】
ホイール側が摩擦等がなく無負荷の場合には、ステアリングの回転トルクは、スプライン部１ｂを介して入力軸１に伝達される。入力軸１の回転は、これに固定された連結ピン５によって出力軸４に伝達され、ウォーム歯車４ｂを回転させ、これに応じてホイールが操舵される。この場合には、入力軸１と出力軸４の回転は完全に一体であり、従って、各々の軸に設けられた歯車部１ａ，４ａも同一の位相で回転運動をする。更に、これらの歯車部１ａ，４ａにはロータ７とロータ８が噛み合っているので、これらの回転自在に保持されたロータ７，８は、入力軸１と出力軸４の回転角度と歯車の歯数比に応じた回転運動をし、これらのロータ７，８に設けられた磁石１０，１１も回転するので、図２（ｂ），（ｃ）に示したように磁界の方向が変化する。しかしながら、両ロータ７，８の回転の位相がまったく同じであるので、磁気検知素子１４と磁気検知素子１５の磁界の方向変化に応じた変化出力値はまったく同一となる。
【００２７】
ホイールに何らかの負荷が働いた場合には、ステアリング側からの回転トルクに対して入力軸１の出力軸４側には、この負荷による反トルクが作用し、結果的に入力軸１には捩れのトルクが作用することになり、これにより入力軸１の歯車部１ａと、出力軸４の歯車部４ａの回転の位相がずれ、ロータ７とロータ８の回転の位相もこの捩れ量に比例してずれることになる。従って、各々の磁石１０，１１の磁界の方向がずれて回転するので、磁気検知素子１４、１５の出力も位相ずれに応じた出力が検知され、この両磁気検知素子１４、１５の出力の差を比較することによって、捩れ量つまり入力軸１と出力軸４間に作用するトルクを検知することができることになる。
【００２８】
また、磁気検知素子はロータの回転角度をアナログ的に検知しているので、入力軸或いは出力軸の１回転中の角度位置は、トルク検知と同時に、それぞれその歯車部と噛合したロータに設けられた磁石の出力の絶対値から知ることができる。
【００２９】
以上に述べたように本実施の形態に関わるトルク検出装置においては、磁気検知素子１４，１５をロータ７，８の軸と直角方向に配置しているので、組み立ての際、或いは外力によって撓みが発生した場合にも、磁気検知素子１４，１５と磁石１０，１１の距離は影響をうけず、したがって高い信頼性が得られる。
【００３０】
また、複数個の磁極の変化の数量を検知するインクリメンタルな方式でなく、回転角度に応じた出力がアナログ的に連続して得られるので、相対的な捩れの角度の検知及びそれから求められる作用トルク量の検知だけでなく、入力軸１或いは出力軸４の回転角度の絶対値も簡単な構成で知ることができるという作用を有するものである。
【００３１】
更に、本実施の形態のように、ロータ７，８や磁気検知素子１４，１５を収納するセンサユニット１９を別体として形成すれば、入力軸１及び出力軸４側とセンサユニット１９を切り離して構成し、後でセンサユニット１９を一体に組み付けることによって、トルク検出装置を構成することも可能であるから、組み立ての作業性の向上や、ブロック別工程による生産性の向上が図れる。
【００３２】
（実施の形態２）
図３は、本発明に関わるトルク検出装置の実施の形態２のセンサユニットを示す断面図である。以下の説明においては、以上述べてきた説明と同じ構成要素は、図１，２と同じ番号を用い、説明を省略する。
【００３３】
図３において、樹脂材料の成形品等で形成されたロータ７とロータ８の軸は、中空部７ｂ，８ｂを備えている。この中空部７ｂ，８ｂ内部には、その一端をロータ７の中空部底面に固定され、所定の捩れ量を持って、その他端をロータ８の中空部底面に固定されたコイルバネ２０が挿入されている。従って、ロータ７とロータ８は相対的に逆方向のトルクでもって付勢されて取り付いていることになる。また同時に、それぞれのロータ７，８はコイルバネ２０の圧縮力により軸方向に常時付勢され、軸受部９ａ，９ｂの片側面に押し当てられて回転可能に保持されている。
【００３４】
このような構成をもった一対のロータ７，８を入力軸１及び出力軸４に設けられた歯車部１ａ，４ａに噛み合わせると、逆方向トルクによって、ロータ７，８の歯車部７ａ，８ａの歯車は互いに、軸側の歯車の歯の一方向側にのみ常に付勢されて噛み合うことになる。また、軸受部９ａ，９ｂとロータ７，８の軸部の軸方向のがたは、コイルバネ２０の圧縮力により、ロータ７，８が１方向に付勢されて吸収されるので、各ロータ７，８上に設けられた磁石１０，１１と磁気検知素子１４，１５の間隔量はガタにより変動することがなく、常に一定の量に保たれ、ガタによる出力の変動が防止可能となる。
【００３５】
また、歯車のバックラッシュ等によって、噛み合いのガタが発生して、軸側の歯車部１ａ，４ａの回転とロータ７，８の回転の誤差が発生し、角度の検知に影響するようなことがないので、部品の精度を緩めることが可能となり、廉価で信頼性の高い、高精度のトルク検出装置を提供することができる。
【００３６】
ここで、弾性体にはコイルバネを用いたが、捩れトルクと圧縮力を発生させるものならば、細線、ゴム、樹脂弾性等を用いても同様の効果が得られることは勿論である。
【００３７】
（実施の形態３）
図４は本発明に関わるトルク検出装置の実施の形態３のセンサユニットを示す構成図である。
【００３８】
図４において、２１は歯車部７ａ，８ａのモジュールに応じた線径の線材を略コの字状に形成したストッパであり、センサカバー１８に設けられた円柱状の孔からなるガイド１８ａ，１８ｂにコの字状部の平行部２１ａ，２１ｂを挿入し、摺動自在に保持されている。ストッパ２１のコの字状の底辺２１ｃは、ロータ７とロータ８の歯車部７ａ，８ａの歯溝に嵌合する位置に、歯溝に平行に配置されている。また、ストッパ２１の底辺２１ｃは、センサケース９に設けられた付勢バネ２２により、上記の各ロータの歯溝から離れる向きに常時付勢されていて、このストッパ２１の移動は、付勢バネ２２と反対側のセンサカバー１８に設けられたネジ２３に底辺２１ｃが当接することで、規制されている。
【００３９】
このようにして構成されたストッパ２１の働きを以下に説明する。
【００４０】
トルク検出装置の製造に際し、両ロータ７，８の回転位置と磁石１０，１１の位置は、磁気検知素子１４，１５の出力が初期出力になるように調整設定される。しかしながら、前述したように、センサユニット１９と入出力軸部が切り分けて製造されるような場合には、あらかじめ出力調整されたセンサユニット１９の回転位置（初期位置）は、軸部の歯車部１ａ，４ａの初期位置と正確に合致させる必要がある。工程上、或いは組み込みに際しこの初期位置が変動することのないように、上記調整後に、センサカバー１８のネジ２３を閉め込んでストッパ２１の底辺２１ｃをロータ７とロータ８の歯車部７ａ，８ａの歯溝部に嵌合させ、歯車部７ａ，８ａの位置がずれないように固定する。その後、この状態で軸部の歯車部１ａ，４ａに、上記ロータ７，８を嵌合させた後、ネジ２３を緩めると、ストッパ２１はコイルバネ２２に押圧されて歯溝部から離脱し、両ロータ７，８は軸の歯車部１ａ，４ａに嵌合した状態で、自在に回転するようになる。
【００４１】
本構成によるストッパ２１は、構造が簡単であり、確実に歯溝に嵌合するので、両歯車部７ａ，８ａの回転を完全に阻止できると共に、簡単な作業で確実にこれを解除できるので、検出装置の取り付けを確実化できると共に、誤組み立て等による不具合の発生を防止し、信頼性の向上を達成することが可能となる。
【００４２】
（実施の形態４）
図５は本発明に関わるトルク検出装置の実施の形態４のセンサユニットを示す構成図である。
【００４３】
図５において、９は樹脂成形等で製作されたセンサケースであり、Ｕ字状の断面を持つＵ字軸受部９ｃ、９ｄを備えている。このＵ字軸受部９ｃ，９ｄには、ロータ７，８の回転軸７ｂ，７ｃが嵌合し、同時にロータ７，８の回転軸７ｂ，７ｃ，８ｄは、Ｕ字の開口方向から薄板バネ２４，２５で付勢され回転自在に保持されている。
【００４４】
このように、軸受部９ｃ，９ｄの形状をＵ字状にすることにより、ケースを樹脂成形等で製作する場合にも、２分割で軸受部を構成できるので、センサケース９の軸受部９ｃ，９ｄの形成の際にサイドコア等の複雑な金型構造を用いる必要がなくなり、部品のコストの低減を図ることができると共に、安定した品質を得ることができる。
【００４５】
また、ケースの密封も容易となり、ごみ等の進入も防止できるのでセンサの信頼性が向上する。
【００４６】
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５におけるトルク検出装置の断面図、図７は同実施の形態５における磁石と磁気検知素子とトルク量を算出する手段を示すブロック図である。
【００４７】
本実施の形態６については、実施の形態１と基本構成を同じくしており、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。
【００４８】
図６，図７において、２８センサケース９内に設けたプリント基板であり、プリント基板１２，１３に接続されており、トルク量を算出する手段としてのマイクロコンピュータ２９（以下マイコンと称する）が設けられている。
【００４９】
以上のように構成されたトルク検出装置における動作を次に説明する。
【００５０】
ホイール側が摩擦等がなく、無負荷の場合には、ステアリングの回転トルクは、スプライン部１ｂを介して入力軸１に伝達される。入力軸１の回転は、これに固定された連結ピン５によって出力軸４に伝達され、ウォーム歯車４ｂを回転させ、これに応じてホイールが操舵される。この場合には、入力軸１と出力軸４の回転は完全に一体であり、従って、各々の軸に設けられた歯車部１ａ，４ａも同一の位相で回転運動をする。更にこれらの歯車部１ａ，４ａには、ロータ７とロータ８が噛み合っているので、これらの回転自在に保持されたロータ７，８は、入力軸１と出力軸４の回転角度と歯車の歯数比に応じた回転運動をし、これらのロータ７，８に設けられた磁石１０，１１も回転するので、図２に示したように磁界の方向が変化する。しかしながら、両ロータの回転の位相がまったく同じなので磁気検知素子１４と磁気検知素子１５の、磁界の方向変化に応じた変化出力値はまったく同一となる。ホイールに何らかの負荷が働いた場合には、ステアリング側からの回転トルクに対して入力軸１の出力軸４側には、この負荷による反トルクが作用し、結果的に入力軸１には捩れのトルクが作用することになり、これにより入力軸１の歯車部１ａと、出力軸４の歯車部４ａの回転の位相がずれ、従ってロータ７とロータ８の回転の位相もこの捩れ量に比例してずれることになる。従って、各々の磁石１０，１１の磁界の方向がずれて回転するので、磁気検知素子１４，１５の出力も位相ずれに応じた出力が検知され、この両磁気検知素子１４，１５の出力をマイコン２９に取り込みその差を比較することによって、捩れ量つまり入力軸１と出力軸４間に作用するトルクを検知することができることになる。
【００５１】
また、磁気検知素子１４，１５はロータの回転角度をアナログ的に検知しているので、入力軸或いは出力軸の１回転中の角度位置は、トルク検知と同時に、それぞれその歯車部と嵌合したロータ７，８に設けられた磁石１０，１１の出力の絶対値から知ることができる。さらに、磁気検知素子１４，１５をある一定の磁界の強さがあれば磁界の方向のみによって出力が変化する磁気抵抗素子にすることにより磁石１０，１１と磁気検知素子１４，１５の距離が変化したり、磁石の特性により磁界の強さが変化しても安定した出力を得ることができる。
【００５２】
以上に述べたように、複数個の磁極の変化の数量を検知するインクリメンタルな方式でなく、回転角度に応じた出力がアナログ的に連続して得られるので、相対的な捩れの角度をマイコン２９に取り込むことによりトルク量の検知ができ、入力軸１或いは出力軸４の回転角度の絶対値も簡単な構成で知ることができる。
【００５３】
また、トルク量を算出する手段としてはマイコン以外にも同様の効果が得られる電子回路であればよい。
【００５４】
（実施の形態６）
図８は本発明の実施の形態６におけるトルク検出装置のロータの回転速度を算出する説明図である。
【００５５】
マイコン２９に一定時間おきに磁気検知素子１４，１５の出力を取り込み、回転速度を検出する検出手段（図示しない）を有している。マイコン２９は磁気検知素子１４，１５の出力を一定時間おきに取り込んでおり、図４において、ｔ１からｔ６は磁気検知素子１４，１５いずれかの出力をマイコン２９が取り込む時間、ａからｆはそれぞれの時間の回転角度を示している。ここで、マイコン２９は一定時間おきに磁気検知素子１４，１５の出力を取り込んでいるため、その間の回転速度として、例えば、ｔ１からｔ２の間の回転速度は
回転速度＝（ｂ−ａ）／（ｔ２−ｔ１）
で求められる。同様にしてｔ６まで求めることができる。また、それぞれの時間の回転速度の変化からその間の回転加速度も
回転加速度＝（（ｔ２からｔ３の回転速度）−（ｔ１からｔ２の回転速度））／（ｔ３−ｔ２）
で求めることができる。
【００５６】
なお、回転角度を取り込む時間を一定時間としたが、マイコン２９が制御できる時間であれば一定時間おきでなくともよい。
【００５７】
（実施の形態７）
図９は実施の形態７における補正方法を説明する図、図１０は磁石と磁気検知素子とトルク量を算出する手段とトルクなしの場合のずれを補正する手段を示すブロック図である。図１０において以上に述べてきた説明と同じ構成要素は図３と同じ番号を使い説明を省略する。図９（ａ）において、３０は磁気検知素子１４，１５の出力が同様に変化している場合を示し、図９（ｂ）において、３１は磁気検知素子１４の出力変化、３２は磁気検知素子１５の出力変化を示す。図１０において３３はマイコン２９内にある不揮発性メモリである。
【００５８】
図９において、図９（ｂ）に示すようにトルクがゼロのとき磁石１０，１１の向きが同一でなくロータ７，８を設定した場合、装置作成時にその場合の磁気検知素子１４の出力３１と磁気検知素子１５の出力３２の角度差ｘを不揮発性メモリ３３に記憶しておき、マイコン２９においてトルク量を算出する際、不揮発性メモリ３３から角度差ｘを読み出し、磁気検知素子１４，１５の出力差から角度差ｘを差し引くことにより図９（ａ）に示すように２つの磁気検知素子の出力３０のように角度差がない場合と同じようにトルク量を算出可能となる。
【００５９】
なお、不揮発性メモリ３３はマイコン２９外部に設けられても同様の効果が得られる。
【００６０】
また、不揮発性メモリ３３に磁気検知素子の角度差ｘを記憶されるのはトルク量がゼロの時、記録を繰り返せば常に補正されるという効果が得られる。
【００６１】
また、あるトルク量がある時にその時の角度差を記憶させれば、その時のトルク量からの変化を検出できるという効果が得られる。
【００６２】
（実施の形態８）
図１１は前記第１の磁気検知素子１４の出力と第３の磁気検知素子の出力の時間変化の例を示す図である。図１１において、３４は第１の磁気検知素子１４の出力、３５は第３の磁気検知素子の出力、３６はＡ／Ｄコンバータの分解能である。
【００６３】
前記第１のロータ７にギアを介して高速に回転する図示しない第３のロータに形成された図示しない第３の磁石により変化する。図示しない第３の磁気検知素子の出力３５は図１１に示すように第１の磁気検知素子１４の出力３４に比べ出力の変化が大きい。磁気検知素子の出力をマイコン２９のＡ／Ｄコンバータで読み取るとき、第１のロータが回転した場合、第１の磁気検知素子の出力に比べ、第３の磁気検知素子の出力変化が大きいためよりＡ／Ｄコンバータの分解能３６が同じであっても細かい回転角度の検出ができ、より高分解能な回転角度、回転速度、回転加速度の検出が可能となる。
【００６４】
なお、第２のロータに対し、第３のロータを連結させた場合は第２のロータより高分解能な回転角度、回転速度、回転加速度の検出が可能となる。
【００６５】
また、第１、第２の両方にロータおよび、磁気検知素子を連結させた場合はより高精度なトルク量の検出も可能となる。
【００６６】
（実施の形態９）
図１２は前記第１の磁気検知素子の出力と第４の磁気検知素子の出力の例を示す図である。図１２において、２７は第１の磁気検知素子より算出される角度情報、２８は第４の磁気検知素子より算出される角度情報である。
【００６７】
前記第１のロータ７にギアを介して低速に回転する図示しない第４のロータに形成された図示しない第４の磁石により変化する図示しない第４の磁気検知素子から算出される角度情報２８は図１２に示すように第１の磁気検知素子から算出される角度情報２７に比べ角度の変化が小さい。第１のロータが３６０°以上回転した場合、第１の磁気検知素子から算出される角度情報はそれ以上は同じ出力を繰り返すが、第４の磁気検知素子から算出される角度情報は異なる。これにより、第４の磁気検知素子から算出される角度情報が元に戻るまでの間、その間に電源が切れた場合でも第４の磁気検知素子の角度情報よりロータ１が何回転目であるか判別可能なため、ロータ１の絶対的な回転角度が検出可能となる。
【００６８】
なお、第２のロータに第４のロータを連結させても同様の効果が得られる。
【００６９】
また、ロータ同士が連結されている、例えば前記第１ないし第４の磁気検知素子に異常が発生した場合、前記磁気検知素子のどちらかは出力変化し、もう一方は変化しないので故障判断できる。また、ロータ同士が連結されていない、例えば第１、第２の磁気検知素子のどちらか一方が故障した場合は機械的には起こり得ないトルク量が発生した場合に故障判断できる。
【００７０】
なお、磁気検知素子の異常以外にも、ロータの異常などでも同様に故障判断可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明に関わるトルク検出装置によれば、簡素な着磁の磁石と簡潔な構造で、トルクの検出と軸の回転角度、回転速度が同時に検出可能な高精度の検出装置を提供することが可能となり、実施の効果が大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるトルク検出装置の断面図
【図２】同装置における磁気検知素子の説明図
【図３】本発明の実施の形態２におけるトルク検出装置の断面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態３におけるトルク検出装置の断面図
（ｂ）そのＡ−Ａ矢視図
（ｃ）Ｂ−Ｂ矢視図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態４におけるトルク検出装置の断面図
（ｂ）そのＣ−Ｃ矢視図
【図６】本発明の実施の形態５におけるトルク検出装置の断面図
【図７】同実施の形態５におけるトルク量算出ブロック図
【図８】本発明の実施の形態６におけるトルク検出装置の説明図
【図９】本発明の実施の形態７におけるトルク検出装置の説明図
【図１０】本発明の実施の形態７におけるトルク検出ブロック図
【図１１】本発明の実施の形態８におけるトルク検出装置の説明図
【図１２】本発明の実施の形態９におけるトルク検出装置の説明図
【図１３】従来のトルク検出装置の説明図
【符号の説明】
１　入力軸
１ａ　歯車部
１ｂ　スプライン部
１ｃ　中間部
２　上ハウジング
３　上ベアリング
４　出力軸
４ａ　歯車部
４ｂ　ウォーム歯車
５　連結ピン
６　下ハウジング
６ａ，６ｂ　ベアリング
７，８　ロータ
７ａ，８ａ　歯車部
７ｂ，８ｂ　中空部
９　センサケース
９ａ，９ｂ　軸受部
９ｃ，９ｄ　Ｕ字軸受部
１０，１１　磁石
１２，１３　プリント基板
１４，１５　磁気検知素子
１６，１７　止めネジ
１８　センサカバー
１８ａ，１８ｂ　ガイド
１９　センサユニット
２０　コイルバネ
２１　ストッパ
２１ａ，２１ｂ　平行部
２１ｃ　底辺
２２　付勢バネ
２３　ネジ
２４，２５　薄板バネ
【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】
2004020370.tif 000008
【図７】
2004020370.tif 000009
【図８】
2004020370.tif 000010
【図９】
2004020370.tif 000011
【図１０】
2004020370.tif 000012
【図１１】
2004020370.tif 000013
【図１２】
2004020370.tif 000014
【図１３】
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